(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空槽（５）、該真空槽の壁面の一部に設けられた気密室（１４）、該真空槽と該気密室の境界に設置されたカソード電極（１）、該気密室（１４）内に配置されたマグネット（４）、該真空槽とメインポンプ（１０）の間に接続されたメインバルブ（９）、及び該気密室と該真空槽の間に接続された圧力調整バルブ（１８）からなるスパッタ装置を操作する方法であって、
前記真空槽を減圧する段階が、
前記メインバルブ及び前記圧力調整バルブを開状態として、前記メインポンプによって、第１の圧力となっていた前記気密室及び前記真空槽を該第１の圧力よりも低い第２の圧力まで真空引きするステップ（５３）、及び
前記圧力調整バルブを閉状態として、前記メインポンプによって、前記真空槽を前記第２の圧力よりも低い第３の圧力まで真空引きするステップ（５５）
からなる方法。
【請求項２】
真空槽（５）、該真空槽の壁面の一部に設けられた気密室（１４）、該真空槽と該気密室の境界に設置されたカソード電極（１）、該気密室（１４）内に配置されたマグネット（４）、該真空槽とメインポンプ（１０）の間に接続されたメインバルブ（９）、該気密室とロータリーポンプの間に接続された第１のバルブ（１７）、該気密室と該真空槽の間に接続された圧力調整バルブ（１８）、及び該真空槽と該ロータリーポンプの間に接続された第２のバルブ（１９）からなるスパッタ装置を操作する方法であって、
前記真空槽を減圧する段階が、
前記第１のバルブ、前記圧力調整バルブ及び前記第２のバルブを開状態として、該ロータリーポンプによって、該気密室及び該真空槽を第１の圧力まで真空引きするステップ（５１）、
前記第１のバルブ及び前記第２のバルブを閉状態として、前記メインバルブ及び前記圧力調整バルブを開状態として、前記メインポンプによって、前記気密室及び前記真空槽を前記第１の圧力よりも低い第２の圧力まで真空引きするステップ（５３）、及び
前記第１のバルブ、前記第３のバルブ及び前記圧力調整バルブを閉状態として、前記メインポンプによって、前記真空槽を前記第２の圧力よりも低い第３の圧力まで真空引きするステップ（５５）
からなり、
前記真空槽を大気圧に戻す段階が、
前記メインバルブ、前記第１のバルブ及び前記第２のバルブを閉状態として、前記圧力調整バルブを開状態とするステップ（６０）、及び
前記真空槽に大気を導入するステップ（６１）
からなる方法。
【請求項３】
真空槽（５）、該真空槽の壁面の一部に設けられた気密室（１４）、該真空槽と該気密室の境界に設置されたカソード電極（１）、及び該気密室（１４）内に配置されたマグネット（４）、からなるスパッタ装置であって、
該真空槽と高真空引き用のメインポンプ（１０）の間に接続されたメインバルブ（９）、
前記気密室と低真空引き用のロータリーポンプ（２１）の間に接続された第１のバルブ（１７）、
前記気密室と前記真空槽の間に接続された圧力調整バルブ（１８）、及び
前記真空槽とロータリーポンプの間に接続された第２のバルブ（１９）
を備えたスパッタ装置。
【請求項４】
請求項３のスパッタ装置において、
前記真空槽の減圧する場合に、
前記第１のバルブ（１７）、前記圧力調整バルブ（１８）及び前記第２のバルブ（１９）を開状態として、前記ロータリーポンプによって、前記気密室及び前記真空槽が第１の圧力まで真空引きされ、
前記第１のバルブ及び前記第２のバルブを閉状態として、前記メインバルブ及び前記圧力調整バルブを開状態として、前記メインポンプによって、前記気密室及び前記真空槽が前記第１の圧力よりも低い第２の圧力まで真空引きされ、
前記第１のバルブ、前記第２のバルブ及び前記圧力調整バルブを閉状態として、前記メインポンプによって、前記真空槽が前記第２の圧力よりも低い第３の圧力まで真空引きされるように構成され、
前記真空槽を大気圧に戻す場合に、
前記メインバルブ、前記第１のバルブ及び前記第２のバルブを閉状態として前記圧力調整バルブを開状態とした後に、前記真空槽に大気が導入されるように構成されたスパッタ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スパッタ装置、より具体的にはカソード電極が真空槽の外壁に取り付けられた、いわゆるエクスターナル・カソード電極搭載型スパッタ装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のエクスターナル・カソード電極搭載型スパッタ装置の概略構造を図１に示す。この図において、カソード電極（１）が真空槽壁（６）の一面に取り付けられ、その対面側には、基板（７）及びこれを保持する基板ホルダー（８）が設置されている。通常、カソード電極（１）は、内から順にターゲット（蒸着材料源）（２）、銅板（１２）及びバッキングプレート（３）を重ねたものから成る。又、マグネトロンカソード電極の場合には、さらにバッキングプレート（３）の背面にマグネット（４）が設けられている。カソード電極（１）には、所定のマイナス高電位が印加されるようになっており、又基板ホルダー（８）は接地されている。スパッタ装置を使用する際は、真空槽（５）の内部が所定の真空度となるよう、メインバルブ（９）を介してメインポンプ（１０）によりその内部が減圧（真空引き）される。尚、真空度は真空ゲージ（例えば、電離真空計）を用いて計測され、監視される。
【０００３】
カソード電極にマイナスの高電位が印加されると、所定の材料からなるターゲット（蒸着材料源）がイオン衝撃にさらされるため、ターゲット表面からターゲット材料の原子又は分子が真空槽内の低圧気体中に飛散して、これらは基板ホルダー（８）上の基板（７）に付着する。こうして、基板上にターゲット材料から成る薄膜を形成する（成膜する）ことが可能となる。基板ホルダーは、成膜の目的によって固定、回転、自公転又は搬送動作が可能となるよう作製されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のエクスターナル・カソード電極搭載型スパッタ装置では、真空槽の外部の気圧（即ち、大気圧）と真空槽の内部の気圧の差に相当する大きな荷重（約１kg/cm2）がカソード電極自体にかかる。このため、大きなカソード電極を必要とする場合、必然的にカソード電極本体の構造を強化したり、カソード電極を構成するバッキングプレートの板厚を厚くせねばならなかった。これは、重量の増大を招くと共に、取り扱いが不便となる等の問題を生じた。又、マグネトロンカソード電極を用いる場合には、バッキングプレートの板厚を増加させるとターゲット付近の磁場強度が減少するため、所定の磁場強度を得ようとするとマグネットを大きくするか、極めて強磁力のマグネットを用いざるを得ず、スペースの確保、コスト等に関する更なる問題が生じた。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、従来のエクスターナル・カソード電極搭載型スパッタ装置における上述したような問題点に鑑みなされたものであり、その目的は大型のカソード電極でも容易に取り付けることが可能なスパッタ装置の構造を提供することにある。
【０００６】
本発明の改良されたスパッタ装置は、カソード電極取り付け面を外気から遮断するようカソード電極の背後に設けられた気密スペースを備え、この気密スペース内を所定の真空度に減圧する構造を備えている。そして、気密スペース内の気圧は、真空槽外部の気圧（大気圧）と真空槽内部の気圧の中間の適当な値に設定される。気密スペースは、カソード電極が取り付けられた気密性の筐体を真空槽壁の一面に取り付けるようにする。あるいは、真空槽外壁の基板ホルダー側に対向する面の一部を矩形状にくぼませた上で、その凹部内にカソード電極を取り付け、この凹部の開口部を外から気密性のふたで閉じるようにしても良い。
【０００７】
【発明の実施の形態】
基本的な考え方
図２は、従来技術のエクスターナル・カソード電極搭載型スパッタ装置の基本構造及び本発明による改良型の同スパッタ装置の基本構造を、それぞれ（ａ）及び（ｂ）において概念的に示す図である。図２に示されるように、従来の構造においては、真空槽（５）の内部の気圧Ｐ1 は、真空槽の外部の気圧（即ち、大気圧）Ｐ2 に比較して極めて低い（Ｐ1＜＜Ｐ2）ため、カソード電極（１）に過大な荷重がかかってしまうことになる。これを回避するために、本発明では図２の（ｂ）に示されるように、カソード電極（１）の背後に気密室（１４）を設け、この気密室内部の気圧を、真空槽内気圧Ｐ1 と大気圧Ｐ2 の間の適当な気圧Ｐ3（Ｐ1＜Ｐ3＜Ｐ2）に設定するよう気密室を（真空槽とは独立に）減圧するようにする。こうすれば、真空槽内と気密室内の間の気圧差を小さくすることができるため、カソード電極（１）に加わる荷重を軽減することが可能となる。
【０００８】
装置の構成
図３に、本発明の一実施例としての改良版エクスターナル・カソード電極搭載型スパッタ装置の概略構造を示す。カソード電極（１）、真空槽（５）、基板（７）、基板ホルダー（８）、メインバルブ（９）、メインポンプ（１０）及び真空ゲージ（１１）などの構成要素は従来技術の装置と同じである。従来技術の装置と相違する点は、カソード電極の背後に気密室（１４）を設けたこと、ならびにこの気密室内を真空槽とは独立に真空引きするための幾つかのバルブ（１７、１８、１９、２０）、ロータリーポンプ（２１）及び第２の真空ゲージ（２２）を追加したことにある。
【０００９】
図４は、カソード電極が取り付けられた気密室（１４）を含む部分の拡大図である。図４（ａ）は、カソード電極の背後に気密室を設ける仕方の一実施態様を示すものであり、この実施態様では、カソード電極が取り付けられた開口を有する本体及びこの本体の開口を気密的に閉じる気密プレート（１６）から構成される単体の筐体が、真空槽壁（６）に（図５の（ａ）のようにして）取り付けられる構造となっている。図４（ｂ）は、別の実施態様を示すものであり、この態様では真空槽外壁（６）の（基板ホルダー設置面に対向する）面の一部を矩形状にくぼませて、この凹部の奥にカソード電極を取り付けて凹部の開口を気密プレート（１６）でふさぐ構造となっている（図５（ｂ）を参照）。尚、気密室の気密性を確保するため、気密プレートの内側にはパッキン（２３）が取り付けられている。
【００１０】
真空引きの操作
図６は、本発明の（カソード電極の背後に気密室を設けた）改良型スパッタ装置の真空槽内及び気密室内を減圧（真空引き）するための手順、即ち、真空槽内部及び気密室内部を大気圧からそれぞれ所定の真空度の気圧へと真空引きするための一連のバルブ操作をフローチャートにて示したものである。
【００１１】
まず、メインポンプ（１０）は、装置の立ち上げ以後、常に“オン”（排気可能）の状態にあるものとし、また各バルブは初期状態で全て閉じられているものとする。最初のステップ５０でロータリーポンプ（２１）を“オン”にする。ついで、ラフバルブ（１９）、排気バルブ（１７）及び圧力調整バルブ（１８）が同時に“開”とされる（ステップ５１）。これにより真空槽（５）と気密室（１４）が圧力調整バルブ（１８）を通して互いに連結されると共に、真空槽及び気密室の双方がそれぞれバルブ（１７、１９）を介してロータリーポンプ（２１）により双方の空間の空気圧が４０Ｐａ程度になるまで真空引きされる。気圧が約４０Ｐａとなったところで、圧力調整バルブ（１８）を“開”状態にしたまま排気バルブ（１７）及びラフバルブ（１９）を“閉”にすると共に、メインバルブ（９）を“開”にする（ステップ５３）。こうして、メインポンプ（１０）により、真空槽内部および気密室内部双方の気圧が１×１０-2Ｐａになるまで双方の空間がさらに真空引きされる。１×１０-2Ｐａの気圧に達すると、圧力調整バルブ（１８）のみを“閉”とする（他のバルブの開閉状態はそのまま維持）（ステップ５５）。このため真空槽空間と気密室空間の間の連結が切り離されて、最後に真空槽内のみが１×１０-4Ｐａの高真空度に達するまでに真空引きされて一連の真空引き操作が完了する。こうして、真空槽内気圧は１×１０-4Ｐａとなり、一方気密室内気圧は１×１０-2Ｐａに留まる。
【００１２】
以上とは逆に、一旦真空引きされた真空槽内及び気密室内のそれぞれの気圧を大気圧に戻す場合のバルブの操作手順のフローチャートを図７に示す。最初のステップ６０で圧力調整バルブ（１８）を“開”にし、メインバルブ（９）、排気バルブ（７）及びラフバルブ（１９）を“閉”にする。ついで、ベントバルブ（２０）を“開”にし（ステップ６１）、真空槽（５）および気密室（１４）に大気を導入する。双方の空間内の気圧が大気圧に達したところでベントバルブを“閉”にして一連のバルブ操作が完了する。
【００１３】
尚、上記実施例では、気密室（１４）の空間を排気するのにロータリーポンプ（２１）を用いたが、その代わりにメインポンプ（１０）を用いて排気できるようシステムを変更することも可能である。
【００１４】
【発明の効果】
本発明のスパッタ装置には、カソード電極の背後に、真空槽及び外気から遮断された気密性のスペース（気密室）を設け、そのスペースを排気できる機構を備えているので、カソード電極自体にかかる（気圧差に起因する）荷重を大幅に低減できる。そのため、カソード電極自体の強度を必要以上に高めないで済み、構造も簡単になる。又バッキングプレートの厚みも必要以上に厚くしないで済むため、（マグネトロンスパッタリング方式を採用する場合）マグネットの所定の磁場強度を無理なく得ることが可能となる、という顕著な作用効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のエクスターナル・カソード電極搭載型スパッタ装置の概略構造を示す図である。
【図２】従来技術との比較において、本発明の改良点を概念的に示す図である。
【図３】本発明に従うエクスターナル・カソード電極搭載型スパッタ装置の概略構造を示す図である。
【図４】本発明のスパッタ装置においてカソード電極背後に設けられる気密室の構造についての２つの実施態様を表わす拡大図である。
【図５】図４に示す２つの実施態様の構造にそれぞれ対応する部材の取り付け方を概念的に示す図である。
【図６】本発明のスパッタ装置の真空槽及び気密室の内部を真空引きするためのポンプ及びバルブの一連の操作を示すフローチャートである。
【図７】本発明のスパッタ装置の一旦真空引きされた真空槽内及び気密室内の気圧をもとの大気圧に戻すためのポンプ及びバルブの一連の操作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１  カソード電極
２  ターゲット
３  バッキングプレート
４  マグネット
５  真空槽
６  真空槽壁
７  基板
８  基板ホルダー
９  メインバルブ
１０  メインポンプ
１１  真空ゲージ
１２  銅板
１３  アースシールド
１４  気密室（気密スペース）
１５  気密室壁
１６  気密プレート
１７  排気バルブ
１８  圧力調整バルブ
１９  ラフバルブ
２０  ベントバルブ
２１  ロータリーポンプ
２２  真空ゲージ２
２３  パッキン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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