JPS62287073A - マグネトロンスパツタリング用カソ−ド装置 - 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】 ３、発明の詳細な説明 〔産業上の利用分野〕 本発明は、マグネトロンスパッタリングに使用されるカ
ソード装置に関するものであり、詳細には前記ターゲッ
トとなる陰極への電子捕獲シールドの設置方法に関する
ものである。

〔発明の概要〕

本発明は、ターゲットとなる平板状の陰極と、この陰極
の中心部及び外周部に配置されるマグネットとから構成
されるカソード装置に対し、上記中心部に配置されるマ
グネットと陰極を挟んで対向する位置に湾曲形成された
支持部により陰極外周部側で機械的、電気的に支持され
る電子捕獲シールドを配設することにより、 従来のプラナ−型カソードを変更することなく基板の温
度上昇抑制を実現するものである。

〔従来の技術〕

マグネトロンスパッタリングは、グイオート型スパッタ
リング等に比べ低温高速の堆積法として知られており、
一般にプラナ−型（平板型）のカソード装置を設けたマ
グネトロンスパンクリング装置が使用されている。この
プラナ−型スパッタリング装置は、電極配置が直流二極
、高周波などの装置と変わらず、また陰極に平板状の電
極を使用できることから、実用上のメリットは大きい。

ところが、このマグネトロンスパッタリングであっても
、上述のプラナ−型のカソード装置を設けたスパッタリ
ング装置では、基板への電子衝撃に伴い基板をかなり加
熱することが指摘されている。この基板の加熱は得られ
る薄膜の特性に大きな影響を与え、例えば２層構造の垂
直磁気記録媒体を作製する際に基板が加熱されると、面
内磁化層であるパーマロイ膜や垂直異方性層であるＣｏ
　−Ｃｒ膜の磁気特性が劣化したり、カールと称される
湾曲変形が発生する等、好ましいものではない。

その他、スパッタによっである程度厚く膜を形成する場
合や、加熱によって反応し易い材料からなるものを堆積
する際にも問題となっている。

そこで、これを改善するため、リング状のターゲットの
中心部に電子捕獲シールドを設けたインセント型のカソ
ード装置が提案されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上述のインセント型のカソード装置は、
温度上昇を小さくできる反面、ターゲットをドーナツ形
としその中央部に電子捕獲シールドを設けるという構造
であるため、 ■）ターゲット構造がプラナ−型のカソード装置に比べ
て複雑で、ターゲット及びその周辺機材製作の際にコス
ト高となること、 ２）スパッタリング終了後、清掃作業あるいはターゲッ
トの交換作業等が煩雑なものとなること、等の欠点を有
している。

本発明は、かかる実情に鑑みて提案されたものであって
、構造が簡単なプラナ−型カソード装置のターゲットを
変更することなく簡単に電子捕獲シールドを設置するこ
とができ、基板温度の上昇が少ないカソード装置を提供
することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

上述の目的を達成するために、本発明のマグネトロンス
パッタリング用カソード装置は、ターゲットとなる平板
状の陰極と、この陰極の中心部及び外周部に配置される
マグネットと、上記中心部に配置されるマグネットと陰
極を挟んで対向する位置に配設される電子捕獲シールド
とからなり、上記電子捕獲シールドは湾曲形成された支
持部により陰極外周部側で機械的、電気的に支持された
ことを特徴としている。

〔作用〕

本発明のカソード装置を用いれば、陰極であるターゲッ
トの中心部の磁場の向きに起因してこのターゲットの中
央部から基板に向かって飛び出す電子は、電子捕獲シー
ルドによって捕獲される。

したがって、基板へ流れ込む電子は非常に軽減され、基
板の温度上昇が抑えられる。

一方、陰極上の放電プラズマは、この陰極の中心部及び
外周部に配置されるマグネットのドーナツ型の磁場のト
ンネルの周辺に拘束される。ここで、上記電子捕獲シー
ルドの支持部は、ドーナツ型の放電プラズマを避けるよ
うに湾曲形成されるため、支持部が放電プラズマ中を横
切ることはない。したがって、スパッタリング効率が低
下することもない。

〔実施例〕

以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明するが、
本発明がこの実施例に限定されるものでないことは言う
までもない。

長尺状の基板フィルムに対して連続的にスパッタリング
を行う連続マグネトロンスパッタリング装置は、第１図
に示すように、真空チャンバ（１）中にキャンロール（
２）や巻出しロール（３）１巻取りロール（４）の如き
基板フィルム（５）の連続移動手段や所定の開口角を有
するマスク（６）、さらにはターゲット（１１）　、　
マグネット（１２）等より構成されるカソード（１０）
を備えてなり、巻出しロール（３）から供給される高分
子フィルム等の基板フィルム（５）をキャンロール（２
）に沿わせ矢印Ｘ方向に移動しながら、スパッタ電源に
接続されるカソード（１０）の陰極、すなわちターゲッ
ト（１１）からのスパツタ原子をマスク（６）を介して
被着し、薄膜を形成して巻取りロール（４）に巻き取る
ように構成される。

そして、プラナ−型のマグネトロンスパッタリング装置
では、カソード（１ｏ）は、平板状のターゲット（１１
）　（陰極として設置され、スパッタリング時にはアル
ゴンイオンにより構成原子がたたき出され蒸発源となる
。）、上記ターゲット（１１）上に高密度の放電プラズ
マを拘束するためのマグネット（１２）及び前記マグネ
ット（１２）のバンク側での磁路を確保するためのヨー
ク（１３）とからなり、ターゲット（１１）付近でつく
られたイオンが効率良くターゲット（１１）に衝突して
スパッタリングを起こすようになっている。

ここで上記マグネット（１２）は、ターゲット（１１）
の中心部に配置される円柱状のマグネット（１，２ａ）
と、ターゲソ１−（１１，）の外周に沿って配置される
リング状のマグネット（１２ｂ）　とがら構成され、中
心にＮ極、外周にＳ極があるように磁極配置されている
。したがって、上記マグネソ）　（１２ａ）　、　（１
２ｂ）による磁力線は、第１閏中破線Ｍで示すように閉
じており、クーゲノ＋−（ＩＩ）上にトロイダル型日・
−ナラ型）の磁場のトンネルをつくり、放電プラズマは
ほぼこのｌ・ン不ルの周辺に拘束される。ところが、上
記ターゲット（１］）の中心部に配置されるマグネｙ　
）　（１２ａ）の中央部では、磁力線の方向は基板フィ
ルム（５）に向かってターゲノ）（１１）面と垂直方向
となり、放電で生じた電子が基板フィルム（５）に衝突
して加熱を生ずるごとになる。

そこで、本発明においては、上記ターゲット（１１）上
に電子捕獲シールド（２０）を装着し、−ト記ターゲソ
）　（１１）中心部から飛び出ず電子を収集する。

上記電子捕獲シールＦ（２０）は、第２図及び第３図に
示すように、前述のターゲット（１１，）中心部から基
板フィルム（５）に向かう電子流を遮蔽する楕円形の遮
蔽部（２１）と、ターゲソ）　（１１）に装着するだめ
のリング状の装着部（２２）とからなり、前記遮蔽部（
２１）は湾曲形成された略円弧状の一対の支持部（２３
）　、　（２３）によって機械的、電気的に装着部（２
２）に連結支持されている。ここで、」二部支持部（２
３）を湾曲させて略円弧状としたのは、上記Ｉ・ロイダ
ル型の磁場のトンネル中に拘束される放電プラズマを避
けるためで、このような形状とすることにより上記支持
部（２３）が放電プラズマ中を横切ることはなく、発生
する放電プラズマに影響を及ぼす虞れもない。この支持
部（２３）の形状としては、上述の円弧状に限らず、放
電プラズマを避けることのできる形状であれば如何なる
ものであってもよい。

また、上記装着部（２２）の外形寸法は、ターゲソ１−
（１１）の外形寸法と略等しく設定され、各辺の中央部
にはそれぞれ爪部（２２ａ）が下側〔ターゲット（１１
）への装着方向）に向かって突設されている。

したがって、上記電子捕獲シールド（２ｏ）は前記装着
部（２２）の爪部（２２ａ）をターゲット（１１）に係
止することにより、カソード（１０）に容易に装着され
る。

かかる構造の電子捕獲シールド（２０）を装着すること
により、ターゲソ）　（１１）の中心部から基板フィル
ム（５）に向かって飛び出す電子の流れは、遮蔽部（２
１）により遮断され、支持部（２３）及び装着部（２２
）を介して速やかに陰極であるターゲソ１−（１，１）
へと導かれる。この結果、基板の発熱の原因となる電子
の流れが取り除かれ、基板フィルム（５）が加熱される
ことはない。

次に本発明者等による実験結果により説明する。

先ず、第１図に示した連続マグネＩ・ロンスパックリン
グ装置を用い、Ｍｏ−パーマロイ膜を炸裂した。スパッ
タリング条件は下記の通りである。

λヱｔツタリング条件 ターゲット　ＭＯ−パーマロイ （Ｎｉ　８０．５Ｘ、　Ｆｅ　１５Ｘ、　Ｍｏ　４．５
Ｘ）１５（ｉｎＸ２５０ｍｍｘ１５ｍｍ 基板　　　ポリエチレンテレツクレートフィルム（膜厚
　５０μｍ） アルゴン圧　Ｉ　Ｘ　１０−３Ｔｏｒｒ投入パワー　　
　　　１ｋＷ キャンロール温度　　４０゛ｃ 基板−ターゲソト間距離　　６５龍 上述のＭｏ−パーマｉイ膜が形成される基板フィルム（
５）近傍に設置した熱電対（１４）により、電子捕獲シ
ールドの有無によるスパッタリング時の温度上昇を調べ
た。結果を第４図に示す。なお、以下の図面でも同様で
あるが、図中曲線ａは電子捕獲シールド（２０）を設け
た場合を、曲線すは電子捕獲シールド（２０）を設けな
い場合をそれぞれ示す。

この第４図から明らかなように、電子捕獲シールド（２
０）による温度上昇抑制効果が大きいことがワカる。ま
た、パワ−１ｋＷ投入時の基板のセルフバイアス電圧が
、電子捕獲シールド（２０）を設置したときに−４，Ｏ
Ｖ、設置しないときに−１８，４Ｖであることかられか
るように、基板フィルム（５〉への電子の流れが小さく
なっている。そして、この条件下での同一投入電力に対
する成膜効率の低下はおよそ５％であり、スパッタ堆積
速度の減少は実際上無視し得るものであった。

次に、同じ装置を用いて投入パワーに対する平衡温度、
並びに電流−電圧特性を調べた。なお、投入パワー以外
は先のスパッタリング条件と同様の条件とした。結果を
第５図及び第６図に示す。

第５図より、先の第４図と同様に電子捕獲シールド（２
０）の温度抑制効果が確認された。

一方、第６図に示したように、電子捕獲シールド（２０
）を設置した際にはインピーダンス増加が見られるが、
同一電流に対してのインピーダンス増加は１５〜１８％
であり、問題となる大きさではなかった。

〔発明の効果〕

以上の説明からも明らかなように、本発明によれば、タ
ーゲットを特別な形状にする必要がなく、従来のプラナ
−型のターゲットに基板の温度上昇を抑制するための電
子捕獲シールドを簡単に設置することができる。したが
って、基板の温度上昇による悪影響を及ぼすことがなく
、特性に優れた薄膜を作製することが可能なカソード装
置を提供することができる。

また、本発明のカソード装置は、その構造が極めて簡単
なものであり、特に電子捕獲シールドの取付け、取り外
し等が容易であるので、スパッタリング終了後の清掃や
ターゲット交換等が容易に行える。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のカソード装置を用いた連続マグネトロ
ンスパッタリング装置の概略的な構成例を示す構成図で
あり、第２図は本発明のカソード装置に装着される電子
捕獲シールドの一例を示す外観斜視図、第３図は第２図
Ａ−Ａ線における断面図である。 第４図はスパッタリングによる温度上昇の様子を電子捕
獲シールドを装着した場合と装着しない場合とを比較し
て示す特性図であり、第５図は電子捕獲シールドを装着
した場合における投入パワーと平衡温度の関係を電子捕
獲シールドを装着しない場合のそれと比較して示す特性
図、第６図は電子捕獲シールドの有無による電流−電圧
特性の相違を示す特性図である。 １０・・・カソード １１・・・ターゲット（陰極） １２′・・・マグネット ２０・・・電子捕獲シールド ２１・・・遮蔽部 ２２・・・装着部 ２３・・・支持部

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ターゲットとなる平板状の陰極と、この陰極の中心部及
   び外周部に配置されるマグネットと、上記中心部に配置
   されるマグネットと陰極を挟んで対向する位置に配設さ
   れる電子捕獲シールドとからなり、 上記電子捕獲シールドは湾曲形成された支持部により陰
   極外周部側で機械的、電気的に支持されたことを特徴と
   するマグネトロンスパッタリング用カソード装置。