JPS63286572A - プレ−ナマグネトロン方式のスパッタリング装置 - 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】 ［産業上の利用分野コ 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、例えばフィルム、ガラス、繊維、鉄
板あるいはパイプなどをスパッタリング処理する際に、
ターゲット部材の使用効果を向上させるのに好適なプレ
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、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５図および第６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５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６図は、第５図のＢ−Ｂ断面
図である。

第５図に示すように、ターゲット部材に係るターゲット
平板３１の裏面にヨーク３２により陰極３７に磁気結合
された矩形環状体磁極３３とこの矩形環状体磁極３３の
中心部に矩形状磁石３４とが磁気回路を構成して配置さ
れている。図中、３６は、連続体の被処理物、例えばフ
ィルム等を巻き付けるロール状の陽極（以下陽極ロール
という）、３８は真空槽、３９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３３と矩形状磁石３４とによってタ
ーゲット平板３１の表面側（陽極ロール３６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３
１の表面に平行に置かれた磁界分布、通称トンネル状磁
界分布３５が発生する。このトンネル状磁界分布３５に
よって、真空槽３８内部に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３６とター
ゲット平板３１の表面に設置された陰極３７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３１
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３１の表面に衝突し、その結果、ターゲット平板３
１の表面から順次、その原子または粒子がはじき出され
、侵食領域３０が形成される。

なお１本発明にもっ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号公報に記載されている。

［発明が解決しようとする問題点コ 上記第５，６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、スパッタリング処理の時間経過と
ともに、ターゲット平板３１の侵食領域３０の侵食底が
進むが、この侵食は第５図に示すターゲット平板構成で
は、ターゲット平板３１の特定の領域に限定されて進行
するために、ターゲット部材の使用率が悪いという問題
点があった・ 本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになさ
れたもので、高純度材料からなる高価なターゲット部材
の使用効率を向上させることの可能なプレーナマグネト
ロン方式のスパッタリング装置の提供を、その目的とす
るものである。

［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、被処理物
を陽極側に、ターゲット部材を陰極側に配置するプレー
ナマグネトロン方式のスパッタリング装置において、柱
状磁性体を軸として、この柱状磁性体の周囲に磁極体を
設け、この磁極体の外側に上記ターゲット部材を配置す
るとともに、前記柱状磁性体の軸上に、前記ターゲット
部材に近接した位置に漏洩磁束を発生させるための補助
磁性体を設けたものである。

より詳しくは、プレーナマグネトロン電極は、柱状磁性
体を角柱状のものとし、この角柱状磁性体を軸として、
少なくとも１個の矩形状電磁コイルを設け、この電磁コ
イルの外側に平板状ターゲットを配置したものである。

あるいは、柱状磁性体を円柱状のものとし、この円柱状
磁性体を軸として、少なくとも１個の円筒状電磁コイル
を設番ブ、この電磁コイルの外周に円筒状ターゲットを
配置したものである。

なお付記すると９本装置は、柱状磁性体を軸として、こ
の軸上に複数の電磁コイルを設け、これらの電磁コイル
の電流を制御する電流制御手段を設けたものである。

［作用］ 上記構成の装置により、柱状磁性体、磁極体の周囲に発
生する磁束によって、前記磁性体、磁極体の周囲をとり
囲むようにプラズマ状イオンが発生する。そこで、前記
磁性体、磁極体の周囲にターゲット部材を配置すること
により、このターゲット部材の表面全域にプラズマ状イ
オンを発生させることができる。

ターゲット部材の外周側に被処理物を配置することで、
被処理物にスパッタリング処理を施すことができるが、
前記ターゲット部材の表面全域にプラズマ状イオンが発
生しているため、ターゲット部材は局部的に侵食される
ことがなく、ターゲット部材の使用効率が大幅に向上す
る。

［実施例］ 以下、本発明の各実施例を第１図ないし第４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プレーナマグネトロ
ン電極の構成を示す断面図、第２図は、第１図のＡ矢視
断面図である。

第１，２図において、１は、断面矩形状すなわち角柱状
の柱状磁性体で、この柱状磁性体は、例えばステンレス
鋼５ＵＳ４０３などから成る。２は、柱状磁性体１の周
囲に設けられた磁極体に係る矩形状の電磁コイル、３は
、電磁コイル２の外側（上部）に配置されたターゲット
部材に係る矩形状のターゲット平板、４は、同じく電磁
コイル２の外側（下部）に配置されたターゲット平板で
、これらターゲット平板３，４は１例えばＡＱ−２％Ｓ
ｉ（純度９９．９９９％）の高純度材料からなるもので
ある。

また、５および６はロール状陽極、７は電気絶縁物、８
は、ターゲット平板３，４を支持する支持部材、９およ
び１０は、柱状磁性体１の軸上に設けられ、前記ターゲ
ット平板３，４、支持部材８の外側に配置された補助磁
性体である。

すなわち、第１，２図に示すプレーナマグネトロン電極
は、矩形状の柱状磁性体１を軸として矩形状の電磁コイ
ル２が配置され、その外周（図では上下）にターゲット
平板３，４が配置されている。ターゲット平板３，４と
柱状磁性体１との間には、電気絶縁物７を介してターゲ
ット平板を支持する支持部材８があり、この支持部材８
によって電磁コイル２は密閉されている。

ターゲット平板３，４を陰極側とし、このターゲット平
板３および４の外側には、ロール状１１ｔｉ５および６
が配置され、ロール状陽極５，６の表面には、ここには
図示していないがフィルムなどの被処理物が配置されて
いる。そして、これらの構成物は真空槽（図示せず）内
に配設されるものである。

次にスパッタリング処理について説明する。

真空槽内を真空ポンプ等（図示せず）により、例えば５
Ｘ１０−’Ｔｏｒｒ程度まで真空排気し、排気後アルゴ
ンガスを真空槽内に封入して、例えば５Ｘ１０−３Ｔｏ
ｒｒ程度に設定できる。

電磁コイル２に直流あるいは交流の電流を流すと、柱状
磁性体１および補助磁性体９，１０により磁気回路が構
成される。そして、補助磁性体９゜１０間には、ターゲ
ット平板３，４に近接した位置に当該ターゲット平板３
，４にほぼ平行な漏洩磁束２０．２１が発生する。

ロール状陽極５とターゲット平板３との間、あるいはロ
ール状陽極６とターゲット平板４との間に直流電圧を印
加すると、アルゴンガスはグロー放電を起こす、すなわ
ち、前述漏洩磁束２０゜２１によりターゲット平板３，
４の表面のほぼ全面にプラズマ状イオンが発生する。プ
ラズマ状イオンは加速されてターゲット平板３，４の表
面に衝突し、ターゲット平板３，４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、ロール状陽極５，６を矢印の方向に回転させると、
例えばフィルムなど被処理物の連続体表面に粒子が付着
堆積して１例えば、ＡＱ−２％Ｓｉなど当該ターゲット
材料の薄膜が形成される。　本実施例によれば１次の効
果がある。

（１）矩形状のターゲット平板３，４の表面にほぼ平行
な漏洩磁束２０．２０を得ることとができるので、ター
ゲット平板３．４の表面全域にプラズマ状イオンを発生
させることができ、ターゲット平板の未使用部分がほと
んど無く、ターゲット平板の使用効率が大幅に向上する
。

（２）電極の構成上の特徴から、２本のフィルムを同時
にスパッタリング処理することが可能である。

（３）漏洩磁束２０．２１をターゲット平板３゜４面と
ほぼ水平に保つためには、補助磁性体９゜１０間の間隔
を小さくする必要がある。補助磁性体間の間隔を小さく
することにより、逆に、プレーナマグネトロン電極およ
びロール状陽極を小形に構成できるという特徴がある。

（４）上記間隔を小さくすると、これに対応したターゲ
ット平板３，４の辺は短くなるが、他の辺（被処理物の
幅方向）は十分の長さを確保できるので、フィルムなど
の連続体のスパッタリング処理に適するという効果があ
る。さらに、幅広の被処理物に適応することができる。

（５）ターゲット平板３，４と、柱状磁性体１および補
助磁性体９，１０とは電気的に絶縁されている。そこで
、ターゲット平板３，４の表面のみで放電を生じさせる
ための放電防止カバーの役割を補助磁性体９，１０で兼
ねることができ、部品点数を削減できる効果がある。

（６）補助磁性体９，１ｏにより、ターゲット平板３，
４表面に磁束を効率良く集中させることができるため、
電磁コイル２を小形化でき、プレーナマグネトロン電極
全体、さらにスパッタリング装置全体を小形化できる効
果がある。

（７）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を均一化できる効果がある
。

なお１本実施例の変形例として、第２図の左側および右
側にもターゲット平板を配置する構成にして、同時に多
くの被処理物を処理するようにすることも可能である。

この場合も、前記と同様の効果が期待されるほか、装置
全体を小形化できる効果がある。

次に、本発明の他の実施例を第３図を参照して説明する
。

第３図は、本発明の他の実施例に係るプレーナマグネト
ロン電極の断面図で、先の第２図に相当する断面図であ
る。

第１，２図の実施例は角柱状磁性体および磁極体の例で
あったが、第３図の実施例は円柱状磁性体および円筒状
磁性体の例である。

第３図において、１１は、円柱状磁性体、１２は１円柱
状磁性体１１の周囲に設けた磁性体に係る円筒状電磁コ
イル、１３は、円柱状電磁コイルの外周に配置された円
筒状ターゲット、１９は、パイプ状陽極である。

スパッタリング処理の作用は、先の実施例と同様である
。

第３図の実施例によれば、先の第１，２図の実施例と同
様の効果が期待されるほか、パイプ状の被処理物の内面
にスパッタリング処理を施すことができるという効果が
ある。

次に、本発明のさらに他の実施例を第４図を参照にして
説明する。

第４図は、本発明のさらに他の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構成図である。

第４図に示す装置は、矩形状の柱状磁性体ＩＡを軸とし
て、この軸上に磁極体に係る第１の電磁コイル２ａ、第
２の電磁コイル２ｂが配置されている。第１および第２
の電磁コイル２ａおよび２ｂの外周（上下）にはターゲ
ット平板３Ａおよび４Ａが配置されている。また、柱状
磁性体ＩＡには、電気絶縁物７を介して支持部材８ａ、
８ｂが設けられており電磁コイル２ａ、２ｂを密閉する
とともにターゲット平板３Ａ、４Ａを支持している。こ
れらの外側には、第４図に示すように、補助磁性体９Ａ
、ＩＯＡが設置されている。さらに、第１の電磁コイル
２ａと第２の電磁コイル２ｂとの間にも、補助磁性体１
４が設置されている。

ターゲット平板３Ａ、４Ａには負電圧を印加し、ターゲ
ット平板３Ａ、４Ａと対向する位置に零電位のＰｓ電極
１５．１６を設置している。

また、ターゲット平板３Ａ、４Ａと陽電極１５゜・１６
との間には、フィルムなどの被処理物１７が置かれ、６
個のローラ１８の配列により矢印の方向に搬送される。

ここで、雰囲気が先の実施例と同様のガス条件下にある
とすれば、ターゲット平板３Ａ、４Ａと陽極１５．１６
との間で放電が生じ、被処理物１７はスパッタリング処
理される。

この際、柱状磁性材ＩＡ、補助磁性材９Ａ。

１０Ａ、および１４により磁気回路が構成されているが
、第１の電磁コイル２ａおよび第２の電磁コイル２ｂに
流れる電流値を電流制御手段（図示せず）を用いて制御
することにより、ターゲット平板３Ａ、４ａ表面上にお
ける漏洩磁束は２２のような形となったり、２３および
２３′のような形となる。これに応じてターゲット平板
３Ａ、４Ａの侵食領域も、２４および２５に示すように
変化する。したがって、このような磁束分布を交互に繰
り返して発生させれば、補助磁性材９Ａ、１０Ａ間の間
隔が第１図の実施例の場合より大きくなっても、ターゲ
ット平板３Ａ、４Ａを均一に侵食させていくことができ
る。

換言すれば、柱状磁性体の軸上に同心状に電磁コイルを
複数個値べていけば、ターゲット平板が被処理物の送り
方向に大きくなっても、ターゲット平板を均一に侵食さ
せることができる。

前記の電流制御手段としては、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。

第４図の実施例によれば、第１，２図の実施例で説明し
た（１）、（２）および（４）〜（７）と同様の効果が
期待されるほか、十分大きな矩形状のターゲット平板の
表面のほぼ全域を侵食させることができ、ターゲット平
板の使用効率を大幅に向上させる効果がある。

また、ターゲット平板を大きくできることから。

ターゲット部材の交換頻度を低減できるという効果もあ
る。

さらに、第４図に示すような陽極構成および被処理物搬
送機構により、同じ膜厚を得るのに２倍の速度で被処理
物１７を搬送することができ、高速でスパッタリング処
理することが可能となる。

第４図の実施例も、フィルムなどの連続体のスパッタリ
ング処理に適している。

次に、本実施例の変形例として、被処理物搬送機構に係
る、例えば、フィルム送り機構を変更して、フィルムを
１８０″′反転させてから第２回目の処理を施すように
すれば、上記と同様の効果があるほか、１回の処理で被
処理物の両面をスパッタリング処理できる効果がある。

なお、前述の各実施例において、特に図示して説明しな
いが、電磁コイルおよびターゲット部材が高温になるの
で、ターゲット部材と支持部材で密閉された部分を水冷
すると良いことは言うまでもない。

また、前述の各実施例では、磁束を発生させる磁極体と
して電磁コイルを用いているが、永久磁石を用いても同
様の効果が期待されるほか、電極を安価に構成できる効
果がある。

［発明の効果］ 以上述べたように、本発明によれば、高純度材料からな
る高価なターゲット部材の使用効率を向上させることの
可能な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プレーナマグネトロ
ン電極の構成を示す断面図、第２図は、第１図のＡ矢視
断面図、第３図は１本発明の他の実施例に係るプレーナ
マグネトロン電極の断面図、第４図は、本発明のさらに
他の実施例に係るプレーナマグネトロン方式のスパッタ
リング装置の構成図、第５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６図は
、第５図のＢ−Ｂ断面図である。 １、ＩＡ・・・柱状磁性体、２，２ａ、２ｂ・・・電磁
コイル、３，３Ａ、４，４Ａ・・・ターゲット平板、５
，６・・・ロール状電極、７・・・電気絶縁物、８゜８
ａ、８ｂ−支持部材、９．９Ａ、１０．ＩＯＡ。 １４・・・補助磁性体、１１・・・円柱状磁性体、１２
・・・円筒状電磁コイル、１３・・・円筒状ターゲット
、１５．１６・・・陽電極、１９・・・パイプ状電極。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被処理物を陽極側に、ターゲット部材を陰極側に配
   置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、柱状磁性体を軸として、この柱状磁性体の周
   囲に磁極体を設け、この磁極体の外側に上記ターゲット
   部材を配置するとともに、前記柱状磁性体の軸上に、前
   記ターゲット部材に近接した位置に漏洩磁束を発生させ
   るための補助磁性体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
   ット部材は、磁極体を密閉する部材の外側に支持された
   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。 ３、特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、柱状磁
   性体を角柱状のものとし、この角柱状磁性体を軸として
   、少なくとも１個の矩形状電磁コイルを設け、この電磁
   コイルの外側に平板状ターゲットを配置したことを特徴
   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
   。 ４、特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、柱状磁
   性体を円柱状のものとし、この円柱状磁性体を軸として
   、少なくとも１個の円筒状電磁コイルを設け、この電磁
   コイルの外周に円筒状ターゲットを配置したことを特徴
   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
   。 ５、特許請求の範囲第１項または第３項記載のもののい
   ずれかにおいて、柱状磁性体を軸として、この軸上に複
   数の電磁コイルを設け、これら電磁コイルの電流を制御
   する電流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。 ６、特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、柱状磁
   性体あるいは補助磁性体は、ターゲット部材と電気的に
   絶縁されるように構成し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。