JPS63103066A - プレ−ナマグネトロン方式のスパツタリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、プレーナマグネトロン方式のスパッタリング
装置に係り、特に、矩形状のフィルム。

シート、繊維、あるいはガラス等の連続体をスパッタリ
ング処理して、その膜厚分布を均一化するのに好適なプ
レーナマグネトロン方式のスパッタリング装置に関する
ものである。

〔従来の技術〕

従来１例えばフィルムなどの連続体をスパッタリング処
理するプレーナマグネトロン方式のスパッタリング装置
としては、永久磁石あるいは一重の電磁石コイルを組み
込んだものが使用されている。第７図および第８図を参
照して永久磁石を使用した例について説明する。

第７図は、従来のスパッタリング装置に才昌するプレー
ナマグネトロンの断面図、第８図は、第７図のＣ−Ｃ断
面図である。

第７図に示すように、ターゲット材料平板（以下ターゲ
ット平板という）１の裏面にヨーク２により陰極７に磁
気結合された矩形環状体磁極３とこの矩形環状体磁極３
の中心部に矩形状磁石４とが磁気回路を構成して配置さ
れている０図中、６は、連続体の被処理物１例えばフィ
ルムなどを巻き付けるロール状の陽極（以下陽極ロール
という）。

９は真空槽、２２は、ターゲット部分以外を放電させな
いための放電防止カバーを示している。

前記矩形環状体磁極３と矩形状磁石４とによってターゲ
ット平板１の表面側（陽極ロール６側）の空間領域に磁
力線の分布、すなわち、矩形環状体の高さ方向に垂直な
平面で半裁し、その半裁面がターゲット平板１の表面に
平行におかれた磁界分布、通称トンネル状磁界分布５が
発生する。このトンネル状磁界分布５によって、真空槽
９内部のプラズマ状イオンが高濃度に閉じ込められる。

このプラズマ状イオンは、さらに陽極ロール６とターゲ
ット平板１の裏面に設置された陰極７との間に印加され
た高電圧により発生しているターゲット平板１の表面に
ほぼ垂直な電解によって加速され、ターゲット平板１の
表面に衝突し、その結果、ターゲット平板１の表面から
順次、その原子または粒子がはじき出きれ、侵食領域８
′が形成される。

なお、本発明にもつとも近い技術として、円形環状体の
電磁石コイルを使用したものの例が、特公昭５９−２２
７８８号に記載されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記第７，８図に示す従来技術は、以上の説明から容易
に推定されるように、スパッタリング工程の時間経過に
ともなってターゲット平板１の侵食領域８′の侵食度が
進むが、この侵食は第７図に示すターゲット平板構成で
は、ターゲット平板１の特定の領域に限定されて進行す
るために、実効的には侵食領域の体積程度しかターゲッ
ト材料が使用できないことになる。

したがって、初期的には、被処理物に対して目的とする
均一な膜厚分布が得られても、さらに。

かかる侵食領域８′の形成によって、はじき出されるタ
ーゲット材料の原子のはじき出される方向および量が変
化するために、連続して処理されるフィルム等被処理物
の幅方向の堆積薄膜の厚さおよびその膜厚分布が均一に
ならなくなってくるという問題があった。

また、上記特公昭５９−２２７８８号公報記載のように
円形環状体の電磁コイルを使用したものも、フィルム等
を連続スパッタリング処理する場合には、フィルムの幅
方向で真中に凸の膜厚分布になるという問題があった。

本発明は、前述の従来技術の問題点を解決するためにな
されたもので、連続して処理される被処理物の幅方向の
堆積薄膜の厚さ、およびその膜厚分布の均一化を可能と
するプレーナマグネトロン方式のスパッタリング装置を
提供することを、その目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するために１本発明に係るプレーナマグ
ネトロン方式のスパッタリング装置の構成は、矩形状あ
るいはその連続体の被処理物を連続してスパッタリング
するプレーナマグネトロン方式のスパッタリング装置に
おいて、ターゲット平板と陰極側ヨークとの間に位置し
、ターゲット平板面上空間領域にトンネル状磁界分布を
発生させる手段として、７Ｍ数の矩形環状体の磁極体を
同心状または並列状に設けるとともに、これら磁極体に
流す電流値のうち、少なくとも１つの磁極体に流す電流
値を変化させて、これら磁極体の先端に形成されるプラ
ズマリング径を変化させるため豐 の電流値制御手段を設けたものである。

なお付記すると、上記目的は、ターゲット中心部に設け
られた矩形環状体の第１の電磁石コイルとその周囲に設
けられた矩形環状体の第１の電磁石コイルとを配置し、
これら電磁石コイルの一方もしくは両方に流す電流値を
制御することによりプラズマを局部的に閉じ込める磁束
を制御し、前記電磁石コイル先端部に発生するプラズマ
リング径を変化させることにより達成される。

〔作用〕

プラズマリング径の変化は次のようにして行なわれる。

たとえば、内側に配置された矩形環状体の第１の電磁石
コイルに流す電流値に対し、この第１の電磁石コイルの
外側に配置された矩形環状体の第２の電磁石コイルの電
流値を第１の電磁石コイルの電流と同方向に大きくして
いくとプラズマリング径は大きくなっていき、また、第
１の電磁石コイルの電流と逆方向に絶対値を大きくして
いくとプラズマリング径は小さくなっていくように動作
する。

したがって、プラズマリング径が発生している所でター
ゲット平板が局部的に侵食されるものであるから、プラ
ズマリング径を変化させることにより、ターゲット平板
の侵食部分を移動させることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の各実施例を第１図および第６図を参照し
て説明する。

まず、第３図は、一般的なプレーナマグネトロン方式の
スパッタリング装置の略示構成図、第４図は、第３図の
略示横断面図である。

第３，４図において、９は真空槽、１０は、この真空槽
の真空ポンプ（図示せず）に結合する配管、１１は、被
処理物であるフィルム、１２は。

フィルム１１を連続して繰出す手段に係る繰出しリール
、１３は、フィルム１１を連続して巻取る手段に係る巻
取リリール、６は陽極ロール、１はターゲット平板、１
４は陰極である。

スパッタリング作業の工径を次に述べる。

真空槽９内を真空ポンプによりＩ　Ｘ　１０−’〜ｌＸ
ｌ０−Ｂ程度まで真空排気し、排気後Ａｒガスをガス導
入系（図示せず）より導入し、６ｍＴｏｒｒ前後に設定
する。次いで後述するようなターゲット構造体の電磁コ
イルに電流値を流し、磁界強度２００ないし３００Ｇａ
ｕｓｓと所定の空間磁束分布を得るように電流の大きさ
と向きとを調整する。

次に、繰出しリール１２．陽極ロール６、巻取りリール
１３を駆動させ、フィルム１１を１ｍ／ａｋｉｎで走行
させる。そして、陰極１４と陽極ロール６との間に直流
電圧４００〜７００Ｖを印加するとＡｒガスはグロー放
電を起し、Ａｒ原子ないし粒子がイオン化し閉じ込めら
れたプラズマ領域が発生する。そしてプラズマ状イオン
は加速されて、陰極１４に配置されたターゲット平板１
の表面に衝突し、ターゲット平板１の表面からは順次、
そのターゲット材料の構成原子または粒子がはじき出さ
れ、陽極ロール６に巻き付いて移動しているフィルム１
の表面に付着堆積して、ターゲット材料の薄膜が形成さ
れる。

次に、本発明の一実施例に係る２重の矩形環状体電磁コ
イルを使用したプレーナマグネトロンについて第１図お
よび第２図を参照して説明する。

第１図は、本発明の一実施例に係るスパッタリング装置
におけるプレーナマグネトロンの断面図、第２図は、第
１図のＡ−Ａ断面図である。図中。

先に説明した第７図と同一符号のものは同等部分である
から、その説明を省略する。

第１，２図において、１５は、ターゲットの中心に位置
する矩形環状体の磁極体に係る第１の電磁石コイル、１
６は、この第１の電磁石コイル１５の周囲に設けられた
矩形環状体の磁極体に係る第２の電磁石コイル、１８は
陰極、１９は、ターゲット平板１を冷却する冷却水の通
路、２０は、前記第１の電磁石コイル１５の冷却水パイ
プ。

２１は、前記第２の電磁石コイル１６冷却用の冷却水パ
イプ、２２は、ターゲット部分以外を放電させないため
の放電防止カバ、２３は、ターゲット平板１からたたき
出されるターゲット材料の構成原子または粒子が被処理
物であるフィルム以外の真空槽の内部の壁面に付着する
ことを防止するカバ、１２４は、真空槽９の座で、この
座２４は。

絶縁ブツシュ２５を介して陰極１８を取付けている。

ターゲット平板１の長寿命化およびフィルムに付着した
堆積薄膜の厚さ、および膜厚分布を均一化するためには
、既に説明したスパッタリング作業の工程において、第
１の電磁石コイル１５および第２の電磁石コイル１６に
流す電流を例えば次のように制御する。

ターゲットの中心に位置する矩形環状体の第１の電磁石
コイル１５に４Ａの電流を流し、第１の電磁石コイル１
５の外周に同心状に位置する矩形環状体の第２のｔ１！
磁石コイル１６には当初箱１の電磁石コイルとは逆方向
に一４Ａの電流を流し、時間経過とともに電流の大きさ
を比例的に小さくしていきＯＡまで変化させる。さらに
その後、時間の経過とともに電流の大きさを比例的に大
きくし、−４Ａまで変化させる。これを繰り返すことに
より、電磁石先端部に発生するプラズマリング径が小か
ら大、さらに大から小へと繰り返しが反復され、ターゲ
ット平板１の侵食領域８が、プラズマ固定形の従来例と
比較すると大きく、また侵食深さも固定形のようにＶ字
形ではなく、より平面的に浅くなるため、ターゲット平
板１の侵食領域８の体積が大幅に増加する。

したがってターゲットの長寿命化が達成される。

また、７字形のターゲットの侵食がないため、良好な膜
厚分布が得られる。

また、第２の電磁石コイル１６の電流の向きを。

第１の電磁石コイル１５の電流の向きと同じ方向のＯＡ
、４Ａ間で変化させてもプラズマリング径は変化し、前
記と同様のことが言える。この場合。

ＯＡ、−４Ａ間で電流を振らせる場合と比較するとプラ
ズマリング径は大きい。

上記の電流値の変化は三角波であるが、正弦波。

台形波、その他の波形でもよい。電流値制御手段として
は、パーソナルコンピュータあるいはシーケンサ−等を
使用して自動運転するのが連続作業に適している。電流
変化が非常に小さくても良い場合は手動による制御器で
も電流値制御が可能である。

前述の第１，２図の実施例では、矩形環状体の第１の電
磁石コイル１５と、同心状に設けた第２の電磁石コイル
１６とを使用しているが、さらにその外周に複数の矩形
環状体の電磁石コイルを設け、プラズマリング径の調節
範囲を広げても良い。

このように、従来のプレーナマグネトロン方式スパッタ
リング装置のターゲット構造によれば、ターゲット平板
の表面における侵食が極めて狭い局所的な領域で起きる
ため、ターゲット平板の寿命が短かく、その侵食領域形
状に起因する堆積膜の膜厚分布に不均一性を生ずる極め
て大きい影響を与えていたのに対し、本実施例に係るプ
レーナマグネトロン方式のスパッタリング装置の磁束制
御手段によれば、上記の従来技術の欠点を解消し。

ターゲット平板の長寿命化および膜厚分布の均一化に大
きく寄与するものである。

次に、本発明の他の実施例を第５図および第６＝　　図
を参照して説明する。

第５図は、本発明の他の実施例に係るスパッタリング装
置におけるプレーナマグネトロンの断面図、第６図は、
第５図のＢ−Ｂ断面図である。図中、先の第１図と同一
符号のものは同等部分であるから、その説明を省略する
。

第５，６図の実施例では、矩形環状体の電磁石コイル２
６，２７，２８．２９を並列に複数個（図では４個）配
置して磁界を構成したものである。

ＩＡはターゲット平板、２Ａはヨーク、１８Ａは陰極、
２２Ａは放電防止カバーで、これらの機能は先の実施例
と同様のものである。

トンネル状磁界分布に相隣る電磁石コイル２６゜２７間
、２８．２９間に発生する。

第５．６図の実施例は、第１，２図の実施例と同様の効
果が期待されるが、プレーナマグネトロンが大きくなる
ので、それに適した被処理物、処理条件を選択しなけれ
ばならない。

なお、第５，６図の実施例では、並列に配置する複数の
磁極体がすべて電磁石コイルである例を説明したが、こ
のうち一部に永久磁石を用いることも１可能である。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、連続して処理され
る被処理物の幅方向の堆積薄膜の厚さ、およびその膜厚
分布の均一化を可能にするプレーナマグネトロン方式の
スパッタリング装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係るスパッタリング装置
におけるプレーナマグネトロンの断面図。 第２図は、第１図のＡ−Ａ断面図、第３図は、一般的な
プレーナマグネトロン方式のスパッタリング装置の略示
構成図、第４図は、第３図の略示横断面図、第５図は、
本発明の他の実施例に係るスパッタリング装置における
プレーナマグネトロンの断面図、第６図は、第５図のＢ
−Ｂ断面図、第７図は、従来のスパッタリング装置にお
けるプレーナマグネトロンの断面図、第８図は、第７図
のＣ−Ｃ断面図である。 １、ＩＡ・・・ターゲット平板、２，２Ａ・・・ヨーク
、５・・・トンネル状磁界分布、６・・・陽極ロール、
１５・・・第１の電磁石コイル、１６・・・第２の電磁
石コイル、１８，１８Ａ・・・陰極、２６，２７，２８
゜２９・・・電磁石コイル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、矩形状あるいはその連続体の被処理物を連続してス
   パッタリングするプレーナマグネトロン方式のスパッタ
   リング装置において、ターゲット平板と陰極側ヨークと
   の間に位置し、ターゲット平板面上空間領域にトンネル
   状磁界分布を発生させる手段として、複数の矩形環状体
   の磁極体を同心状または並列状に設けるとともに、これ
   ら磁極体に流す電流値のうち、少なくとも１つの磁極体
   に流す電流値を変化させて、これら磁極体の先端に形成
   されるプラズマリング径を変化させるための電流値制御
   手段を設けたことを特徴とするプレーナマグネトロン方
   式のスパッタリング装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、ターゲ
   ット平板面上空間領域にトンネル状磁界分布を発生させ
   る手段として、ターゲットの中心部に位置する矩形環状
   体の第１の電磁石コイルと、この第１の電磁石コイルの
   周囲に少なくとも１個設けた矩形環状体の第２の電磁石
   コイルとを設けたものであるプレーナマグネトロン方式
   のスパッタリング装置。 ３、特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、ターゲ
   ット平板面上空間領域にトンネル状磁界分布を発生させ
   る手段として、磁界を構成すべき複数の矩形環状体の電
   磁石コイルを並列に配置したものであるプレーナマグネ
   トロン方式のスパッタリング装置。