(57)【要約】【課題】永久磁石を回転させる機構を備えても、カソードを冷却する冷却水漏れのないマグネトロンスパッタリング装置を提供する。【解決手段】真空チャンバ２と、真空チャンバ２内にあって、表面にはターゲット３及び側部にターゲット３をスパッタリングした際に発生する熱を冷やすための冷却水用の給排水口８、９を有し、更に中空内部には回転又は往復運動する支持台１１上に固定された永久磁石１２を有するカソード４と、カソード４の上方にあって、カソード４のターゲット３側と対向するようにした基板を保持するアノード６と、からなるマグネトロンスパッタリング装置１において、支持台１１の永久磁石１２が固定された以外の部分に給水口８から導入されて排水口９側に排水される冷却水の水圧によって支持台１１を永久磁石１２と共に回転又は往復運動させる冷却水受け部１３を備えている。【選択図】      図１
2006028559.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバと、前記真空チャンバ内にあって、ターゲット及び前記ターゲットをスパッタリングした際に発生する熱を冷やすための冷却水用の給排水口を有し、更に中空内部には回転又は往復運動する支持台上に固定された永久磁石を有するカソードと、前記カソードの上方にあって、前記カソードのターゲット側と対向するようにした基板を保持するアノードと、からなるマグネトロンスパッタリング装置において、
前記支持台の前記永久磁石が固定された以外の部分に前記給水口から導入されて前記排水口側に排水される冷却水の水圧によって前記支持台を前記永久磁石と共に回転又は往復運動させる冷却水受け部を備えたことを特徴とするマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項２】
真空チャンバと、前記真空チャンバ内にあって、ターゲット及び前記ターゲットをスパッタリングした際に発生する熱を冷やすための冷却水用の給排水口を有し、更に中空内部には回転又は往復運動する支持台上に固定された第１永久磁石を有するカソードと、前記カソードの上方にあって、前記カソードのターゲット側と対向するようにした基板を保持するアノードと、からなるマグネトロンスパッタリング装置において、
前記カソードの外側にあって、前記第１永久磁石の裏面に対向配置された前記第１永久磁石と反対磁極を有する第２永久磁石を所定距離だけ離間させた回転支持台上に設けたことを特徴とするマグネトロンスパッタリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マグネトロンスパッタリング装置に係り、特にターゲットを冷却しつつスパッタリングを行うマグネトロンスパッタリング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来スパッタリング装置としてマグネトロンスパッタ装置が広く用いられている。
図５は、従来のマグネトロンスパッタリング装置を示す断面図である。
従来のマグネトロンスパッタリング装置１７は、側部にガス導入口２１及びガス排出口２２を有する真空チャンバ２と、この真空チャンバ２内にあって、表面にターゲット３を保持し、内部が中空なカソード４と、このカソード４上方にあって、カソード４のターゲット３側と対向するようにした基板５が載置されたアノード６と、からなる。アノード６は、真空チャンバ２の上部内壁の保持部７に固定されている。カソード４内には、磁界を発生するためのヨーク型永久磁石１２が収納されている。なお、カソード４には、直流電圧を印加する直流電源Ｖ、もしくは高周波電圧を印加する高周波電源が接続されている。
【０００３】
例えば、ターゲットおよびカソードが円形状の場合、ヨーク型永久磁石１２は、ベース１２１と、このベース１２１上にあって中央部に固定された第１ヨーク型永久磁石１２２と、ベース１２１の端部に固定され、第１ヨーク型永久磁石１２２を取り囲むようにして固定された円環状の第２ヨーク型永久磁石１２３とからなる。第１ヨーク型永久磁石１２２は、上端がＮ極、下端がＳ極であり、第２ヨーク型永久磁石１２３は、上端がＳ極、下端がＮ極であり、第１、第２ヨーク型永久磁石１２２、１２３の上端は同一平面内にある。そして、磁界が第１ヨーク型永久磁石１２２のＮ極側から第２ヨーク型永久磁石１２３のＳ極側に向かって発生する。
【０００４】
次に、その動作について説明する。
真空チャンバ２内にＡｒ等のガスを導入した後、図示しない電源からアノード６とカソード４との間に電力を供給して、プラズマを発生させる。このプラズマは、磁界によってトラップされる。
特に、このプラズマは、磁界がターゲット表面に対して垂直になる部分で多くトラップされるので、この磁界と垂直に直交するターゲット面内においては、プラズマ密度が高くなるため、効率良くスパッタリングを行うことができる。
【０００５】
しかし、図５に示すように、プラズマ収束したターゲット部分は、集中的にスパッタリングされるため、ターゲットを連続使用すると、深く、えぐりとられたエロージョン部１８ａ、１８ｂが形成され、エロージョン部１８ａ、１８ｂ以外の部分が多く残されていてもターゲット３の使用ができなくなってしまっていた。また、ガスがターゲット３に衝突することによりターゲット３の温度が上昇をしてしまうため、効率の良いスパッタリングができなかった。
【０００６】
これを解決するために、特許文献１の特開平６−１７９４４１号公報に開示されたマグネトロンスパッタリング装置がある。
即ち、特許文献１には、真空容器内と、前記真空容器内に配置されて、内部には中空部を、底部には外部から内部に貫通する冷却水を給排水する供給部、排出部及び貫通孔を備えた陰極ターゲットと、前記陰極ターゲットの上方にあって、前記陰極ターゲットに対向配置された基板が載置された陽極と、前記陰極ターゲットの中空部に収納された磁界を発生させる磁石装置と、を有している。
前記磁石装置は、回転支持台の中心軸とはずれた位置に保持され、前記陰極ターゲットの貫通孔から挿入されて回転棒に接続されている。前記回転支持台を回転棒と共に回転させると、前記磁石装置は、前記回転支持台の中心軸の回りを回転する。通常、貫通孔の上下には、前記回転棒が回転した時に、前記カソード内に供給される前記冷却水が漏れないようにゴム状のシール部が設けられている。
【０００７】
そして、前記真空容器内にＡｒを導入して電力の投入により放電を起こし、冷却水を供給部から供給して、排出部から排出するようにして前記陰極ターゲットを冷却し、前記回転支持台を稼動させて前記磁石装置を前記回転支持台の中心軸の回りに回転させた状態で、前記磁石装置から磁界を発生させ、かつ前記陽極と前記陰極ターゲットとの間に数百ボルトの電圧を印加して、前記陰極ターゲットをスパッタすると、広い領域でスパッタされるのでエロージョン領域が広くなりターゲットの利用効率を向上させることができる。
【特許文献１】特開平６−１７９４４１号公報（第２−３頁、図１〜図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前記磁石装置を長時間、または高速で連続駆動し続けると、前記シール部が磨耗したり破損したりして冷却水が漏れ出る場合があった。
そこで、本発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、永久磁石を駆動させる機構を備えても、ターゲットを冷却する冷却水漏れのないマグネトロンスパッタリング装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願発明における第１の発明は、真空チャンバと、前記真空チャンバ内にあって、ターゲット及び前記ターゲットをスパッタリングした際に発生する熱を冷やすための冷却水用の給排水口を有し、更に中空内部には回転又は往復運動する支持台上に固定された永久磁石を有するカソードと、前記カソードの上方にあって、前記カソードのターゲット側と対向するようにした基板を保持するアノードと、からなるマグネトロンスパッタリング装置において、前記支持台の前記永久磁石が固定された以外の部分に前記給水口から導入されて前記排水口側に排水される冷却水の水圧によって前記支持台を前記永久磁石と共に回転又は往復運動させる冷却水受け部を備えたことを特徴とするマグネトロンスパッタリング装置を提供する。
第２の発明は、真空チャンバと、前記真空チャンバ内にあって、ターゲット及び前記ターゲットをスパッタリングした際に発生する熱を冷やすための冷却水用の給排水口を有し、更に中空内部には回転又は往復運動する支持台上に固定された第１永久磁石を有するカソードと、前記カソードの上方にあって、前記カソードのターゲット側と対向するようにした基板を保持するアノードと、からなるマグネトロンスパッタリング装置において、前記カソードの外側にあって、前記第１永久磁石の裏面に対向配置された前記第１永久磁石と反対磁極を有する第２永久磁石を所定距離だけ離間させた回転支持台上に設けたことを特徴とするマグネトロンスパッタリング装置を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、カソード内の永久磁石を長時間、または高速で連続駆動し続けても、前記シール部が磨耗したり破損したりして冷却水が漏れ出る事がないマグネトロンスパッタリング装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の実施の形態におけるマグネトロンスパッタリング装置について図１乃至図４を用いて説明する。
従来例と同一構成には同一符号を付し、その説明を省略する。
図１は、本発明の実施の形態における第１実施例のマグネトロンスパッタリング装置を示す断面図である。図２は、ヨーク型永久磁石の近傍の拡大斜視図である。図３は、図１のＭＭ断面方向から見た平面図である。図４は、本発明の実施の形態における第２実施例のマグネトロンスパッタリング装置を示す断面図である。
【実施例１】
【００１２】
図１に示すように、本発明の第１実施例におけるマグネトロンスパッタリング装置１は、側部にガス導入口２１及びガス排出口２２を有する真空チャンバ２と、この真空チャンバ２内にあって、表面にターゲット３を保持し、内部が中空な円盤状のカソード４と、このカソード４上方にあって、カソード４のターゲット３側と対向するようにした基板５が載置されたアノード６と、からなる。アノード６は、真空チャンバ２の上部内壁の保持部７に固定されている。
【００１３】
また、カソード４は、両側部に冷却水の給排水を行う給水口８と排水口９を備えている。そして、カソード４には、直流電圧を印加する直流電源Ｖ、もしくは高周波電源が接続されている。
更に、図１及び図２に示すように、カソード４の内側の底部上には、円環状の回転ベアリング部１０が固定されている。回転ベアリング部１０上には、この回転ベアリング部１０の中心軸と同軸の円盤状の支持台１１が設けられている。図３に示すように、支持台１１は、この支持台１１の中心軸と異なる位置に中心軸を有する円環状のヨーク型永久磁石１２を固定させる部分とこの部分以外の部分に給水口８から供給される冷却水を当接させる半径方向に伸びた複数の羽根部１３を有している。
【００１４】
スパッタリング時は、ターゲット３の温度上昇を防ぐため、冷却水を給水口８から供給するが、このとき冷却水は給水側から羽根１３に当てるようにして排水口８へと流れるような水路を形成することで、この冷却水の水圧で支持台１１が回転するので、ヨーク型永久磁石１２は支持台１１の中心軸の回りに回転する。この状態で、プラズマを発生させてターゲット３のスパッタを開始すると、ヨーク型永久磁石１２の回転によりプラズマ収束領域が連続的に変えることができる。
この結果、特開平６−１７９４４１号公報のマグネトロンスパッタリング装置と同様のエロージョン拡大効果が得られ、ターゲット３上のエロージョン部を拡大することができる。この際、ヨーク型永久磁石１２を回転させる回転ベアリング部１０がカソード４内に収納されているので、冷却水漏れを生じることがない。
【００１５】
以上のように、本発明の第１実施例によれば、カソード４は、内部に底部上に固定された回転ベアリング部１０と、この回転ベアリング部１０上に載置されて、表面に円環状のヨーク型永久磁石１２を固定させる部分及びこの部分以外の部分に給水口８から供給される冷却水を当接させる複数の羽根１３を備えた支持台１１と、からなるので、ヨーク型永久磁石１２を回転させるためにシール部を設ける必要がないため、カソード内の磁石を連続駆動させても冷却水漏れのないマグネトロンスパッタリング装置１が得られる。
また、ヨーク型永久磁石１２を回転させながらスパッタリングを行うことができるので、従来同様に、エロージョン領域が広くなりターゲットの利用効率が向上させることができる。
【実施例２】
【００１６】
次に、本発明の第２実施例について図４を用いて説明する。
第１実施例と同一構成には同一符号を付し、その説明を省略する。
図４に示すように、本発明の第２実施例のマグネトロンスパッタリング装置１４は、図１に示した第１実施例のマグネトロンスパッタリング装置１における支持台１１に羽根部１３を形成せずに、カソード４の下方に所定距離だけ離間させ、中心軸を支持台１１の中心軸と同軸の回転支持台１５と、この回転支持台１５上にヨーク型永久磁石１２の第１ヨーク型永久磁石１２２に対向配置された第１ヨーク型永久磁石１２２と反対磁極を有する永久磁石１６と、からなるものであり、それ以外は同様である。
【００１７】
この場合は、第１ヨーク型永久磁石１２２と永久磁石１６とが吸引するため、回転支持台１５を回転させることにより、ヨーク型永久磁石１２が支持台１１と共に回転するので、第１実施例同様に、ヨーク型永久磁石１２を回転させるためにシール部を設ける必要がないため、カソード内の磁石を連続駆動させても冷却水漏れのないマグネトロンスパッタリング装置１が得られる。
なお、実施例１、２において、支持台１１は、回転させるようにしたが、ターゲット３が角型の場合は、水平方向に往復運動させるようにしても良い。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
カソード内の永久磁石を駆動させてエロージョン領域を拡大させるマグネトロンスパッタリング装置において、カソードの冷却を行いつつマグネトロンスパッタリングを行う際に、カソード内の磁石を連続駆動させても冷却水の漏れを発生させないスパッタリング装置に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態における第１実施例のマグネトロンスパッタリング装置を示す断面図である。
【図２】ヨーク型永久磁石の近傍の拡大斜視図である。
【図３】図１のＭＭ断面方向から見た平面図である。
【図４】本発明の実施の形態における第２実施例のマグネトロンスパッタリング装置を示す断面図である。
【図５】従来のマグネトロンスパッタリング装置を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２０】
１、１４…マグネトロンスパッタリング装置、２…真空チャンバ、３…ターゲット、４…カソード、５…基板、６…アノード、７…保持部、８…給水口、９…排水口、１０…回転ベアリング部、１１…支持台、１２…ヨーク型永久磁石（永久磁石）、１３…羽根部（冷却水受け部）、１５…回転支持台、１６…永久磁石、２１…ガス導入口、２２…ガス排出口、１２１…ベース、１２２…第１ヨーク型永久磁石（第１永久磁石）、１２３…第２ヨーク型永久磁石（第２永久磁石）
【図１】
2006028559.tif 000003
【図２】
2006028559.tif 000004
【図３】
2006028559.tif 000005
【図４】
2006028559.tif 000006
【図５】
2006028559.tif 000007