JPS63171879A - 薄膜形成装置 - 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〕 この発明は、真空容器内に、薄膜が形成される円筒状も
しくは円柱状基板をとり囲んで前記薄膜の物質からなる
円筒状ターゲットを同心に配置し、この基板とターゲッ
トとの間で半径方向に生じている電界と直交する磁界を
ターゲットの外周面側に配された磁界発生手段により発
生せしめることによりターゲットの内周面側に高密度プ
ラズマを生成し、このプラズマ中のイオンを前記電界の
方向に加速してターゲットに衝突させることによりスバ
、り粒子を発生せしめて酌記基板上に薄膜を形成する薄
膜形成装置に関する。

〔従来の技術〕

ターゲット表面からスパッタ粒子が発生するスパッタリ
ング現象は、真空容器内に導入された低圧の雰囲気ガス
に電界を作用させてグロー放電を生ぜしめてガスをプラ
ズマ化し、このプラズマ中のイオンを前記電界の方向に
加速して、この電界を形成する一方の電極であるターゲ
ットに衝突させた際にターゲットの構成原子が飛び出す
現象である。このスバ、り１１ング現象を利用した薄膜
形成は、薄膜が形成される処理面の熱損傷が少なくかつ
膜質が良好なことから、次の課題として薄膜形成の速度
が重要視され、この速度を速める方法として、プラズマ
に磁界を作用させてプラズマ中の電子を磁界中に閉じ込
め、１個の電子による中性ガス分子への衝突の機会？増
すことによりプラズマを高密度化し、これによりイオン
密度を増すマグネトロン方式が採られている。このマグ
ネトロン方式による薄膜形成装置の従来の構成例を第２
図に示す。

第２図はこの薄膜形成装置の要部構成を示すものであっ
て、薄膜が形成される円筒状もしくは円柱状基板１０を
とり囲んで薄膜物質からなる円筒状ターゲット１が同心
に配され、このターゲットの外周面側に円筒状ヨーク６
により磁気結合されたリング状磁極３，４．５を備えた
磁石２がターゲ。

ト１と同心に配されている。円筒状もしくは円柱状基板
１０と円筒状ターゲット１との間に電源７を接続してグ
ロー放電を生ぜしめると、ターゲット１の内周面側には
、磁極４から出て磁極３．５に入る磁力線によりトンネ
ル状の磁界８が形成されているから、グロー放電によっ
て生じたプラズマ中の電子は、この磁界の作用を受けて
矢印９のような軌跡と運動方向を有するドリフト運動を
する。

これにより磁界中をドリフトする電子の飛行距離が伸び
、１個の電子により多くのガス分子が電離されてガスが
高密度にプラズマ化され、この結果プラズマ中のイオン
密度が増してスバ、り粒子が増え、薄膜形成速度が大き
くなる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、このような従来の磁極構成では、磁極３，４
．５がターゲット１の内周面側にトンネル状の閉じた磁
界を形成するため、ガスのプラズマ化も、トンネル状に
湾曲する磁力線中電界との直交成分の大きいトンネル頂
部位置すなわちトンネルの中央部はど高密度に起こり、
磁極側に近づくほどプラズマ密度は小さくなるから、プ
ラズマはターゲット内周面のトンネル中央位置近傍に限
定された状態に生成する。したがって薄膜形成とともに
進行するターゲットの消耗もトンネル中央位置近傍のみ
で起こり、このためターゲット材料の利用効率が悪く、
ターゲットの使用寿命が短くなるとともに、消耗に基づ
くターゲット表面の変形により基板の膜厚分布の一様性
が損われるという問題がある。

本発明の目的は、かかる問題点を解決してターゲットの
使用寿命を伸ばしかつ膜厚分布を一様ならしめうる、マ
グネトロン方式による薄膜形成装置を提供することであ
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、本発明によれば。

真空容器内に、薄膜が形成される円筒状もしくは円柱状
基板をとり囲んで前記薄膜の物質からなる円筒状ターゲ
ットを同心に配置し、この基板とターゲットとの間で半
径方向に生じている電界と直交する磁界をターゲットの
外周面側に配された磁界発生手段により発生せしめるこ
とによりターゲ、トの内周面側に高密度プラズマを生成
し、このプラズマ中のイオンを前記電界の方向に加速し
てターゲットに衝突させることによりスバ、り粒子を発
生せしめて前記基板上に薄膜を形成する薄膜形成装置に
おいて、前記ターゲットの外周面側に配された磁界発生
手段を、半径方向に垂直な磁極面を備えた磁極が周方向
に等間隔に配され多相交流電流にて励磁される複数磁極
電磁石とするものとする。

〔作用〕

このように、ターゲット外周面側の磁界発生手段を、半
径方向に垂直にして軸方向に前記ターゲ、トとほぼ同じ
長さを持つ磁極面を備えた磁極が周方向に等間隔に配さ
れた。たとえば三相交流モ−夕の固定子鉄心のような鉄
心の溝に導体を埋め込み、この導体に多相交流電流を流
すことによりターゲットの内周面側に周方向の磁界を生
せしめるとともに軸方向には磁界分布を一様にし、かつ
この軸方向に一様に分布した周方向磁界の強さを。

磁極の数に応じた速さで周方向に波打たせることにより
、ターゲット内周面に形成されるプラズマ密度の時間平
均を全面にわたって一様ならしめることができ、これに
よりターゲットを内周面全面にわたり一様に消耗させて
ターゲットの使用寿命を伸ばすとともに基板上に形成さ
れる薄膜の膜厚分布を一様ならしめることが可能になる
。

〔実施例〕

第１図に本発明の実施例による装置要部の構成を示す。

円筒状ターゲット１の外周面側には、このターゲットと
ほぼ同じ軸方向長さを持つ三相誘導電動機の固定子がタ
ーゲットと同心に配されている。この固定子１２の導体
１２ａに三相電源から電流を供給すると、ターゲットの
内周面側には周方向の磁界１１　′５Ｉ−生ずる。この
周方向磁界は軸方向には一様に分布するが１周方向には
ある時間断面でみれば一様ではない。しかしこの周方向
磁界は回転磁界であり、周方向の磁界強度が磁極の数に
反比例した速さで周方向に波打ちながら伝達されるかう
、ターゲットの内周面に形成されるプラズマ密度の時間
平均は内周面全面にわたり一様になる。

〔発明の効果〕

以上に述べたように、本発明では、基板とターゲットと
の間に生じている電界に直交する磁界として、従来の固
定磁界に替え、周方向に移動する移動磁界を用いている
。従って磁界の強さの時間平均はターゲットの内周面全
面にわたり一様になり、従って高密度プラズマがターゲ
ット内周面に均一に生成される。これにより高速スバ、
タリングがターゲット内周面でまんべんなく進行するこ
とになり、ターゲットの使用寿命が伸び、膜厚分布の時
間変化が改善される。

なお、ターゲットおよび基板がともに平板状の場合、タ
ーゲット表面に均一な高密度プラズマを生成セしめるた
めの移動磁界Ｑ　＋にアモータの原理により発生せしめ
る提案も同一出願人からなされているが（出願番号未詳
）、リニアモータの場合、一般に端部効果と呼ばれる磁
界の減衰がモータの導体列端部において生じるため、導
体列の全幅が有効に利用されない。しかし本提案はエン
ドレスな導体列を形成する。多相交流励磁の円筒状複数
磁極電磁石を用いているから当然端部効果はなくなり、
従゛って基板が円筒状に変形可能な場合には、電磁石の
内周面の周方向長さがより短い磁界発生手段を用いたコ
ンパクトな装置により薄膜形成が可能になるというメリ
ットも得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例による薄膜形成装置の要部構成
図、第２図は円筒状もしくは円柱状基板に薄膜を形成さ
せるための従来の薄膜形成装置の一例を示す要部構成図
である。 １・・・ターゲット、２・・・磁石（磁界発生手段）。 ８・・・磁界、１０・・・基板、１】・・・磁界、１２
・・・固定子（磁界発生手段）、１２ａ・・・導体、Ｅ
・・・電界。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）真空容器内に、薄膜が形成される円筒状もしくは円
   柱状基板をとり囲んで前記薄膜の物質からなる円筒状タ
   ーゲットを同心に配置し、この基板とターゲットとの間
   で半径方向に生じている電界と直交する磁界をターゲッ
   トの外周面側に配された磁界発生手段により発生せしめ
   ることによりターゲットの内周面側に高密度プラズマを
   生成し、このプラズマ中のイオンを前記電界の方向に加
   速してターゲットに衝突させることによりスパッタ粒子
   を発生せしめて前記基板上に薄膜を形成する薄膜形成装
   置において、前記ターゲットの外周面側に配された磁界
   発生手段が、ターゲットの半径方向に垂直にしてターゲ
   ットの軸方向にターゲットとほぼ同じ長さをもつ磁極面
   を備えた複数の磁極が周方向に等間隔に配され多相交流
   電流にて励磁される複数磁極電磁石であることを特徴と
   する薄膜形成装置。 ２）特許請求の範囲第１項記載の装置において、複数磁
   極電磁石を励磁する多相交流電流は三相交流電流である
   ことを特徴とする薄膜形成装置。 ３）特許請求の範囲第２項記載の装置において、多相交
   流電流にて励磁される複数磁極電磁石は三相交流電動機
   の固定子であることを特徴とする薄膜形成装置。