JP2000282235A - マグネトロンスパッタリング方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アンバランスドマグネトロンスパッタリング
の特長を維持しつつ、また、通常のスパッタリング手法
で用いられるのと実質的に同等の大きさの基板面内で、
均一な膜質を確実に得ることのできるマグネトロンスパ
ッタリング技術を確立すること。 【解決手段】 基板上に膜を形成するためのマグネトロ
ンスパッタリング方法であって、基板の全面に垂直磁場
を作用させ、或いは、基板を当該基板面に対し水平な磁
場を形成する位置から外して、スパッタリングを行なう
ことにより、基板面全域で膜質の均一な膜を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、硬質保護皮膜、透
明導電性皮膜、磁気記録皮膜などの成膜に使用されるマ
グネトロンスパッタリング方法および装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】近年需要が急増している各種半導体装置
や磁気記録媒体、あるいは磁気記録ヘッド、ディスプレ
ーパネル、プリンターヘッドその他の電子部材用の薄
膜、あるいは摺動部材や工具、金型への硬質皮膜、磁気
・光学部品などへの硬質保護膜の形成には、広くスパッ
タリングによる成膜手法が採用されている。スパッタリ
ングを利用した該成膜手法の特徴としては、安定した品
質の膜が再現性よく成膜できること、大面積の基板への
成膜が比較的容易であること、様々の合金や化合物を用
いた成膜が可能であること、等が挙げられる。

【０００３】上記スパッタリング法の中でも、ターゲッ
トの背後に配置したマグネットによる磁界でターゲット
表面にプラズマを収束させる様にした所謂マグネトロン
カソードを用いたマグネトロンスパッタリング法は、成
膜速度が速く且つ量産性にも優れていることから、一般
に広く採用されている。また、その特徴を更に高めるた
め、ターゲット裏面に配置される永久磁石や電磁石の強
度を高めてターゲット表面の磁場を強くする方法、ター
ゲットに供給される直流電力に高周波電力を印加してプ
ラズマ密度を高めスパッタリングの効率を高める方法な
ど、幾つかの改良研究も進められている。

【０００４】この種のマグネトロンスパッタリング法で
は、成膜に用いるターゲット材の背面に、逆極性を有す
る２対の磁極からなる永久磁石または電磁石を配置し、
ターゲット全面に漏洩磁場を形成することによってイオ
ン化率を高める所謂マグネトロンスパッタリングカソー
ドを用いており、効率的なイオン化による高密度プラズ
マの形成と高速スパッタリングを可能にしている。通常
のマグネトロンスパッタリングカソードでは上記対向す
る磁極から発生する磁束がちょうど釣り合って、磁力線
がターゲット前面の空間で閉じる様に設計されている。
そしてターゲット面上の空間で発生するプラズマは、こ
の閉じた磁力線によって強くトラップされターゲット面
近傍に収束している。そして、スパッタリングされて基
板上に堆積することにより形成される薄膜は、プラズマ
の分布しているターゲット近傍の領域から離れた場所で
プラズマの影響を受けないで成長させることも可能であ
り、高速でしかも低ダメージの成膜を可能にしている。

【０００５】一方、上記の通常のマグネトロンスパッタ
リングとは異なった所謂アンバランスドマグネトロンス
パッタリング方法も知られている。この方法は、通常の
マグネトロンスパッタリング法（以下、バランスドマグ
ネトロンスパッタリング法と記す）を用いて成膜する際
に、非平衡な磁場分布を有するマグネトロンカソードを
使用するところに特徴を有している。

【０００６】ここで非平衡な磁場分布を有するマグネト
ロンカソードとは、図１に略示如く、スパッタリングタ
ーゲット１表面を通る平面のうち、スパッタリングカソ
ードを構成する永久磁石Ｍまたは電磁石ＥＭの磁極をす
べて含む最小の半無間円柱または角柱領域によって切ら
れる領域での漏洩磁場の、当該平面に対する垂直成分の
積分値がゼロでない値を有するように設計された所謂ア
ンバランスドマグネトロンカソードであり（図中、符号
２は基板、３はバッキングプレート、４は鉄ヨークを示
している）、これまでのバランスドマグネトロンカソー
ドの設計に見られる様な、ターゲット１の面を貫通する
特定の磁極、例えばＮ極からの磁束とＳ極への磁束との
釣り合いを意図的に崩したところに特徴を有している。

【０００７】この様なアンバランスドマグネトロンカソ
ードは、例えば「Ｊ． Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏ
ｌ． Ａ４（２），ｐｐ１８６−２０２，１９８６」に
も示されている様に、従来は成膜速度の向上や基板バイ
アス印加時のイオン電流の増大を目的として硬質皮膜の
形成などに用いられている。

【０００８】非平衡な磁場分布を実現する方法として
は、バランスドマグネトロンカソードの外周部に設置し
た電磁石（図１の符号ＥＭなど）を動作させる方法や、
外周部に可動式の永久磁石を設置してその位置を変える
方法などがある。更に、バランスドマグネトロンカソー
ドとして用いられるフェライト磁石の一部を、例えば希
土類−コバルト系或いは希土類−鉄−ホウ素系の如き強
力な磁石に置換する方法もある。

【０００９】そして、非平衡な磁場分布を有するアンバ
ランスドマグネトロンカソードを用いた場合は、従来の
バランスドマグネトロンカソードにおいて釣り合いが取
られていた磁場のバランスを意図的に崩すことによっ
て、ターゲットから基板方向に向かう磁力線を形成し、
ターゲット近傍で発生したプラズマの磁力線に沿った拡
散を促進することにより、基板近傍でのプラズマ密度を
高めることが可能になる。

【００１０】またプラズマ密度の上昇により、高温の電
子ガスによる基板表面の加熱効果、反応性スパッタリン
グにおける反応の促進、更には、基板に負の電圧を印加
しプラズマ中の正イオンを基板方向に加速して薄膜へ照
射するバイアススパッタリングでのイオン照射の増加、
などの効果を得ることができるので、これまで高温の基
板上での成膜が必要とされていた薄膜形成の低温化、あ
るいは基板バイアス印加による硬質膜形成での膜硬度の
向上、などの効果が期待される。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】アンバランスドマグネ
トロンスパッタリングでは、ターゲット表面近傍で形成
されたプラズマの基板近傍への拡散を促し、基板上に形
成される薄膜に対してプラズマの作用を促進させること
により、従来のバランスドマグネトロン方法では実現す
ることのできない成膜の低温化、あるいはバイアススパ
ッタリングにおける硬質膜の硬度上昇など、所謂プラズ
マアシスト効果を得ることが可能となることは前述の通
りである。

【００１２】また、アンバランスドマグネトロンカソー
ドで形成される磁場は、バランスドマグネトロンカソー
ドで形成される磁場分布とは異なり、ターゲットから基
板方向に伸びる磁力線が形成されていることが大きな特
長となっている。その結果として、ターゲット表面付近
で形成されたプラズマがこの磁力線に沿って基板方向へ
拡散し、基板近傍でのプラズマ密度の上昇を実現してい
る。

【００１３】上記プラズマの拡散は、アンバランスドマ
グネトロンカソードにおける最大の特長となっている
が、本発明者らが種々研究を進めるうち、現状のアンバ
ランスドマグネトロンカソードを使用すると大きな問題
を生じることが確認された。即ち、従来のバランスドマ
グネトロンカソードを用いて成膜した場合に問題となら
なかった「基板面内での膜質不均質」の問題がしばしば
生じることである。

【００１４】例えば、アンバランスドマグネトロンカソ
ードを用いて成膜されたインジウム錫酸化物透明導電膜
（ＩＴＯ膜）では、比抵抗が基板面内で不均一になると
いう問題が生じる。また近年、摺動部材、金型、切削工
具類、耐摩耗性機械部品、研磨材、磁気・光学部品の如
き各種部材の保護膜として利用されつつあるダイヤモン
ドライクカーボン膜（ＤＬＣ膜）では、膜の硬度が基板
面内で不均一な分布を持ってしまうという問題も生じる
ことが分かった。

【００１５】基板面内での膜質の不均一分布は、現状の
アンバランスドマグネトロンカソードを用いた場合で
も、例えば基板サイズに対してターゲットサイズを極端
に大きくすることにより緩和できるが、この方法では、
装置サイズを極端に大きくしなければならなくなるばか
りでなく、成膜効率も極端に低下するので実用性を欠
く。

【００１６】本発明はこの様な事情に着目してなされた
ものであって、その目的は、アンバランスドマグネトロ
ンスパッタリングの前述した特長を維持しつつ、また、
通常のスパッタリング手法で用いられるのと実質的に同
等の大きさの基板面内で、均一な膜質を確実に得ること
のできるマグネトロンスパッタリング方法と装置を提供
することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決すること
のできた本発明に係るマグネトロンスパッタリング方法
とは、基板上に膜を形成するためのマグネトロンスパッ
タリング方法であって、基板の全面に垂直磁場を作用さ
せてスパッタリングを行なうところに要旨が存在する。
またこの発明を別の観点からみると、基板上に膜を形成
するためのマグネトロンスパッタリング方法であって、
基板を、当該基板面に対し水平な磁場を形成する位置か
ら外してスパッタリングを行なう方法である点において
もその特徴を見出すことができる。

【００１８】この方法を実施する際に用いられるスパッ
タリングカソードとしては、非平衡な磁場分布を形成す
るアンバランスドマグネトロンスパッタカソードが好ま
しく、またカソード部に配置される永久磁石または電磁
石の磁極数を３極以上とすれば、本発明をより効率よく
遂行し易くなるので好ましい。

【００１９】上記本発明の方法は、様々の種類の基材お
よび膜素材に適用することができ、それらの種類は特に
制限されないが、本発明によってもたらされる膜質の均
一化という特徴を有効に活かす意味から、特に透明導電
性薄膜やダイヤモンドライクカーボン薄膜などの形成に
極めて有効である。

【００２０】また本発明に係るマグネトロンスパッタ装
置は、上記方法の実施に有効に利用される装置の構成を
特定するもので、第一の構成は基板上に膜を形成するた
めのマグネトロンスパッタリング装置であって、該スパ
ッタリング装置内の基板配置位置が、当該基板の全面に
垂直磁場が形成される位置に設定され、あるいは、該ス
パッタリング装置内における基板配置位置を、水平磁場
形成位置から外れる位置に設定してなるところに特徴を
有している。

【００２１】

【発明の実施の形態】前述の如くアンバランスドマグネ
トロンカソードでは、ターゲット近傍で生成したプラズ
マを従来のバランスドマグネトロンカソードの様にター
ゲット近傍に収束させるのではなく、カソードからの磁
場のバランスを意図的に崩すことによって基板近傍にま
で拡散させている。このことが、アンバランスドマグネ
トロンスパッタリング法を採用した成膜の特長であるプ
ラズマアシストを可能にしている。

【００２２】しかしながら、このプラズマアシスト効果
が基板面内で均一に作用しているという保証はなく、こ
のことが、基板面内で膜質が不均一分布を生じる原因に
なっていると考えられる。このことを図２を用いて説明
すると、図２は一軸対称の円形アンバランスドマグネト
ロンカソードにおけるプラズマの拡散状態を示す右半部
模式図であり、プラズマは、ターゲット１上における漏
洩磁場強度の高い図中のＡ部分で生成され、生成したプ
ラズマは逐次基板２方向へと拡散していく。

【００２３】先に説明した様に、基板２上に形成される
薄膜に及ぼすプラズマアシスト効果は、基板２直近から
の高温電子ガスによる加熱効果、あるいは基板バイアス
を基板１に印加してプラズマ中からイオンを引き込み、
基板２を照射しながら成膜されるときのイオン照射効果
であるため、いずれの場合も、基板２直近でのプラズマ
密度が重要になってくると思われる。

【００２４】そして、アンバランスドマグネトロンカソ
ードを用いた従来法を採用したときに、基板面内で膜質
の不均一分布を生じる原因は、この成膜手法を採用する
際に、基板面内でのプラズマアシスト効果を均一にする
為の手だてが講じられていないためと思われ、こうした
膜質の不均一分布を軽減するには、基板近傍でのプラズ
マの密度を可及的に均一化することが必要と思われる。

【００２５】そこで本発明者らは、基板近傍でのプラズ
マ形成状況の確認を含めて更に詳細に検討を進めた。

【００２６】その結果、 1)図２に示した様なアンバランスドマグネトロンカソー
ドでは、図中のＡ領域生成したプラズマは、両極性拡散
と呼ばれる拡散により実線矢印で示した磁力線に沿って
基板近傍にまで拡散していくこと、 2)そしてこの図で説明すると、基板近傍までの拡散パス
として、白抜き矢印で示す如く左右の磁力線に沿った拡
散パスが形成され、その結果、プラズマは基板２面上の
Ｂ領域に集中的に拡散していくこと、 3)この様なプラズマの集中は、プラズマの拡散が磁力線
に沿って生じるため、磁力線が基板２面上で収束してい
る場所、つまり基板２面内で磁力線が基板面に平行にな
っている場所、換言すると磁場の基板面に垂直な成分が
ゼロになる領域で生じること、 4)従って、基板２面上でこの様な磁力線の収束領域がで
きない様にすれば、プラズマの集中が回避され、基板面
全域で均一なプラズマアシスト効果が得られること が確認された。

【００２７】本発明はこうした知見に基づいてなされた
もので、基本的には、図２に示した様に、基板２面上で
磁力線の収束領域ができない様にしてプラズマの集中を
回避し、プラズマアシスト効果を基板面全域に均一に作
用させ得るようにしたところにあり、そのための具体的
な手段として、基板の全面に当該基板面に対して垂直な
磁場を作用させることによって、磁場の基板面に垂直な
成分がゼロになる場所を無くし、言い換えると、基板を
当該基板面に対し水平な磁場を形成する位置から外して
スパッタリングを行なえば、上記の様な磁力線の収束領
域ができなくなり、基板全面に亘って均一な皮膜形成が
可能になることを確認したのである。

【００２８】そして、磁場の基板面に垂直な成分がゼロ
になる場所をなくし、基板面の全域に当該基板面に対し
て垂直な磁場を確実に作用させには、スパッタリング装
置を構成するカソード、コイルあるいはその他の永久磁
石や電磁石によって生じる磁力に応じて、当該装置内の
基板配設位置を、当該基板面に対し水平な磁場を形成す
る位置から外れる位置に設定すればよい。

【００２９】そのための手段は特に制限されないが、好
ましい具体策としては、 アンバランスドマグネトロンカソードにおけるＮ極お
よびＳ極のいずれか一方の磁力を十分に大きくし、且つ
ターゲットと基板間の距離を適切な値に設定し、あるい
は、 磁極の数を通常の２極から３極以上に増加すると共に
それらの磁力を調整し、且つ基板を適切な位置に配設
し、あるいは 付加コイルを使用し、基板に対して垂直方向への磁場
を印加することにより、基板面内における磁場の垂直方
向成分を一定の方向に偏向させる方法などを採用すれば
よい。

【００３０】また装置の構成上可能であれば、基板の裏
側、つまりターゲットに面していない反対側の面に磁石
またはコイルを配置し、基板面内における磁場の垂直方
向成分を一定の方向に偏向させる方法を採用することも
有効である。

【００３１】本発明によれば、様々の金属や合金、セラ
ミックスなどからなる基板や膜形成素材（ターゲット
材）を用いて、上記の様に基板面に形成される膜の全面
に亘る膜質を均一にすることができるので、こうした特
長を活かして様々の用途に幅広く有効に活用できる。具
体的には、各種半導体装置、磁気記録媒体あるいは磁気
記録ヘッド、ディスプレーパネル、プリンターヘッドそ
の他の電気・電子部品を加工する際の薄膜形成、あるい
は摺動部材や工具、金型への硬質皮膜の形成、磁気・光
学部品への硬質保護膜の形成などに幅広く活用できる。

【００３２】中でも、フラットディスプレーパネルや太
陽電池の透明電極用として使用する際に形成される透明
導電性薄膜には、表面全域で均質な導電性を有する薄膜
が求められ、また、各種金型用耐摩耗保護膜、工具用硬
質膜、磁気記録媒体用保護膜などの表面に形成される硬
質皮膜として最近ダイヤモンドライクカーボン薄膜が注
目されており、該薄膜の特長を活かす上でも高い均質性
が求められるが、本発明は、これら透明導電性薄膜やダ
イヤモンドライクカーボン薄膜などの形成に極めて有効
に活用できる。

【００３３】

【実施例】以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に
説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限
を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範
囲で適当に設計を変更して実施することも可能であり、
それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。

【００３４】実施例１ アンバランスドマグネトロン（以下、ＵＢＭと略記す
る）スパッタリングカソードを用いて透明導電性（ＩＴ
Ｏ：Indium Tin Oxide）薄膜の形成を行なった。ＵＢ
Ｍスパッタリングカソードとしては、図３に示した標準
のＵＢＭカソードである非平衡マグネトロンカソードＡ
を用いた。図中、１はターゲット、３は鉄ヨーク、４は
銅製バッキングプレート、５はアースシールドであり、
ターゲット１の上方に所定の間隔を空けて配置される基
板は図面に現われていない。またターゲット１の素材と
しては、高密度の焼結ＩＴＯターゲットを使用し、成膜
条件は下記の通りとした。

【００３５】スパッタリングガス圧：１ｍｔｏｒｒ 酸素分圧：５×１０^-6ｔｏｒｒ 基板：ＣＯＲＮＩＮＧ ＃１７３７（コーニング社
製）、厚さ０．５ｍｍ 基板温度：２００℃ 基板加熱法：ランプヒーターによる加熱 基板−ターゲット間距離：７５ｍｍ ターゲットサイズ：直径６インチ、厚さ５ｍｍ 成膜パワー：３５０ＷＤＣ放電 ＩＴＯ膜厚：２，０００Å。

【００３６】この時の基板上での垂直磁場の測定結果を
図７に示す。また、得られたＩＴＯ膜の比抵抗の測定結
果を図１８に示す。これらの図からも明らかな様にこの
実施例では、本発明で必須の要件として定める基板面内
の全領域で垂直磁場が形成されているため、均一な膜質
のＩＴＯ膜が形成されている。

【００３７】比較例１ 基板とターゲット間の距離を５０ｍｍに変えた以外は、
上記実施例１と同じ条件でＩＴＯ膜を形成した。従っ
て、使用したＵＢＭカソードは、図３に示した非平衡マ
グネトロンカソードＡである。この時の基板上での垂直
磁場の測定結果を図８に、また得られたＩＴＯ膜の比抵
抗の測定結果を図１９に示す。

【００３８】この例では、図１４として示したベクトル
ポテンシャル分布図からも明らかな様に、カソード磁石
から伸びてくる磁力線の一部が基板面近傍でループを形
成しており、基板面内の中心から半径約２３ｍｍ離れた
位置付近で磁場の垂直成分がゼロとなり、「基板全面に
垂直磁場を作用させる」という本発明の要件を満たして
いないため、図１９に示す如くＩＴＯ膜の膜質は直径方
向で不均一になっている。

【００３９】比較例２ 前記実施例１および比較例１で用いたのと同じ非平衡マ
グネトロンカソードＡを使用し、ターゲットしては高密
度の焼結カーボンターゲットを用いてダイヤモンドライ
クカーボン（ＤＬＣ）膜の形成を行なった。成膜条件は
下記の通りとした。

【００４０】スパッタリングガス圧：３ｍｔｏｒｒ 基板：ポリッシュ超硬基板 基板温度：室温（裏面水冷） 基板−ターゲット間距離：５０ｍｍ ターゲットサイズ：直径６インチ、厚さ５ｍｍ 成膜パワー：１０００ＷＤＣ放電 ＤＬＣ膜厚：８，０００Å 基板バイス：−２００Ｖ。

【００４１】この場合は、前記比較例１と同様に、基板
上での垂直磁場は基板面内の半径約２３ｍｍ付近で磁場
の垂直成分がゼロになる（図１４参照）。即ち、磁場の
垂直成分が基板面内でゼロになってしまう領域が存在し
本発明の要件を満たしていないため、図２０に示す如く
ＤＬＣ膜の膜質が不均一になり、基板上での磁場の垂直
成分がゼロである領域でＤＬＣ膜の硬度が高くなってい
る。これは、該領域でプラズマ密度が高くなり、基板バ
イアス印加によるイオン照射の作用が強く働いたためと
考えられる。

【００４２】実施例２ ＵＢＭカソードとして、図４に示す構造の非平衡マグネ
トロンカソードＢ（図中の符号１〜５は前記と同じ意
味、符号６は空芯コイルを表わす）を用いた以外は、前
記比較例１と同じ条件でＩＴＯ膜を形成した。この非平
衡マグネトロンカソードＢでは、図４に示す如く、標準
的ＵＢＭカソードの外周部に空芯コイル６を配置し、１
０Ａのコイル電流によりターゲット１から基板（図４に
おけるターゲット１の上方５０ｍｍの位置に配置されて
いる）に向かって一方向の磁場を加えた。この時の基板
上での垂直磁揚の測定結果を図９に、また、得られたＩ
ＴＯ膜の比抵抗の測定結果を図２１に示す。

【００４３】この例では、図１５に示したベクトルポテ
ンシャル分布からも明らかな様に、空芯コイル６からの
磁場を印加することにより磁力線の分布を修正し、基板
２面内での磁場の垂直成分がゼロになる領域を無くして
いるため、ＩＴＯ膜の膜質不均一が解消されている。

【００４４】実施例３ ＵＢＭカソードとして図５（図中の符号は前記と同じ意
味を表わす）に示す構造の非平衡マグネトロンカソード
Ｃを使用した以外は、前記比較例１と同じ条件でＩＴＯ
膜を形成した。この非平衡マグネトロンカソードＣで
は、標準的ＵＢＭカソードである前記非平衡マグネトロ
ンカソードＡにおけるセンター磁極（図３中でＳと記載
されている磁極）を小さくする一方、外周側のリング磁
石（図３中でＮと記載されている磁極）を大きくしてい
る。この時の基板上での垂直磁場の測定結果を図１０
に、また、得られたＩＴＯ膜の比抵抗の測定結果を図２
２に示す。

【００４５】これらの図からも明らかな様に、本例で
は、Ｓ，Ｎ磁極の大きさ調整によって前記実施例２と同
様に磁力線の分布が修正され、基板面内での磁場の垂直
成分がゼロになる領域を無くすことにより、得られるＩ
ＴＯ膜の膜質不均一が解消されている。

【００４６】実施例４ ＵＢＭカソードとして図６に示す構造の非平衡マグネト
ロンカソードＤを用いてＩＴＯ膜の形成を行なった。成
膜条件は、前記比較例１と同じにした。

【００４７】この非平衝マグネトロンカソードＤでは、
標準的ＵＢＭカソードである前記非平衡マグネトロンカ
ソードＡにおける磁極を、図６に示す如く２極から３極
に変更し、図中の磁石Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃとして夫々Ｓｍ
・Ｃｏ磁石、フェライト磁石、Ｓｍ・Ｃｏ磁石を用い
た。また磁極の向きを内側から順にＮ，Ｓ，Ｎとなる様
に配置した。このカソードを用いたときの基板上での垂
直磁場の測定結果を図１１に、また、得られたＩＴＯ膜
の比抵抗測定結果を図２３に示す。

【００４８】この実施例では、図１６に示すベクトルポ
テンシャル分布からも明らかな様に、カソード磁極を３
極に分割し磁石の配置を適正に調整することによって磁
力線の分布が修正され、基板面内での磁場の垂直成分が
ゼロになる領域を無くしているので、得られるＩＴＯ膜
の膜質不均一が解消されている。

【００４９】比較例３ ＵＢＭカソードとして前記図６に示した構造の非平衡マ
グネトロンカソードＤを使用してＩＴＯ膜の形成を行な
った。成膜条件は、前記比較例１と同じとした。

【００５０】本例では、非平衡マグネトロンカソードＤ
の磁石Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃとして何れもＳｍ・Ｃｏ磁石を
用いた。また、磁極の向きを内側から順にＮ，Ｓ，Ｎと
なる様に配置した。このカソードを用いたときの基板上
での垂直磁場の測定結果を図１２に、また、得られたＩ
ＴＯ膜の比抵抗測定結果を図２４に示す。

【００５１】この比較例では、図１７に示すベクトルポ
テンシャル分布からも明らかな様に、磁石の配置と強度
が適切でないため磁力線の分布が不適当であり、基板面
内で磁場の垂直成分がゼロになる領域が生じている。し
かも、図１７からも明らかな様に基板外周側にプラズマ
が拡散してしまうため、ＩＴＯ膜の膜質が外周側で大幅
に低下している。

【００５２】比較例４ 前記比較例３で用いたのと同じカソードを使用し、前記
比較例２と同じ条件でＤＬＣ膜の形成を行なった。この
とき、前記比較例３と同様に基板上での垂直磁場は、図
１２に示す如く基板面内の中心から半径約４７ｍｍ付近
で磁場の垂直成分がゼロになるため、この領域でのプラ
ズマ密度が高くなってＤＬＣ膜の硬度が高くなってい
る。即ちこの比較例でも基板面内の全ての領域で垂直磁
場を作用させるという本発明の要件を満たしていないた
め、均一な膜質のＤＬＣ膜を形成できない。

【００５３】実施例５ ＵＢＭカソードとして前記図６に示した構造の非平衡マ
グネトロンカソードＤを使用し、ＤＬＣ膜の形成を行な
った。成膜条件は前記比較例２と同一とした。

【００５４】本例では、非平衡マグネトロンカソードＤ
の磁石Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃとして、それぞれＳｍ・Ｃｏ磁
石、フェライト磁石、フェライト磁石を使用し、また磁
極の向きが内側から順にＮ，Ｓ，Ｎとなる様に配置し
た。このカソードを用いたときの基板上での垂直磁場の
測定結果を図１３に、また得られたＤＬＣ薄膜の硬度測
定結果を図２６に示す。

【００５５】この例では、カソード磁極を３極に分割す
ると共に各磁石の配置位置を適正にすることにより、磁
力線の分布がうまく修正されて基板面内での磁場の垂直
成分がゼロになる領域を無くすことができ、得られるＤ
ＬＣ膜の膜質不均一が解消されている。

【００５６】

【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、任
意の基板表面に、様々の金属や合金、セラミックスなど
からなる膜質の均一な薄膜を確実に得ることができるの
で、透明導電性薄膜やダイヤモンドライクカーボン薄膜
などをはじめとして、各種半導体装置、磁気記録媒体あ
るいは磁気記録ヘッド、ディスプレーパネル、プリンタ
ーヘッドその他の電気・電子部品を加工する際の薄膜形
成、あるいは摺動部材や工具、金型への硬質皮膜の形
成、磁気・光学部品への硬質保護膜の形成などに幅広く
活用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】非平衡な磁場分布を有するマグネトロンカソー
ドを用いたスパッタリング状況を示す模式図である。

【図２】非平衡な磁場分布を有するマグネトロンカソー
ドを用いたスパッタリング時のプラズマの拡散状態を示
す模式図である。

【図３】実施例で用いた非平衡マグネトロンカソードＡ
の構造を示す説明図である。

【図４】実施例で用いた非平衡マグネトロンカソードＢ
をの構造を示す説明図である。

【図５】実施例で用いた非平衡マグネトロンカソードＣ
の構造を示す説明図である。

【図６】実施例で用いた非平衡マグネトロンカソードＤ
の構造を示す説明図である。

【図７】実施例１における基板面内の垂直磁場分布を示
す図である。

【図８】比較例１における基板面内の垂直磁場分布を示
す図である。

【図９】実施例２における基板面内の垂直磁場分布を示
す図である。

【図１０】実施例３における基板面内の垂直磁場分布を
示す図である。

【図１１】実施例４における基板面内の垂直磁場分布を
示す図である。

【図１２】比較例３における基板面内の垂直磁場分布を
示す図である。

【図１３】実施例５における基板面内の垂直磁場分布を
示す図である。

【図１４】比較例１を実施する際の磁力線のベクトルポ
テンシャル分布を示す図である。

【図１５】実施例２を実施する際の磁力線のベクトルポ
テンシャル分布を示す図である。

【図１６】実施例４を実施する際の磁力線のベクトルポ
テンシャル分布を示す図である。

【図１７】比較例３を実施する際の磁力線のベクトルポ
テンシャル分布を示す図である。

【図１８】実施例１で得たＩＴＯ膜の、中心位置からの
距離と比抵抗の関係を示すグラフである。

【図１９】比較例１で得たＩＴＯ膜の、中心位置からの
距離と比抵抗の関係を示すグラフである。

【図２０】比較例２で得たＤＬＣ膜の、中心位置からの
距離と硬度の関係を示すグラフである。

【図２１】実施例２で得たＩＴＯ膜の、中心位置からの
距離と比抵抗の関係を示すグラフである。

【図２２】実施例３で得たＩＴＯ膜の、中心位置からの
距離と比抵抗の関係を示すグラフである。

【図２３】実施例４で得たＩＴＯ膜の、中心位置からの
距離と比抵抗の関係を示すグラフである。

【図２４】比較例３で得たＩＴＯ膜の、中心位置からの
距離と比抵抗の関係を示すグラフである。

【図２５】比較例４で得たＤＬＣ膜の、中心位置からの
距離と硬度の関係を示すグラフである。

【図２６】実施例５で得たＤＬＣ膜の、中心位置からの
距離と硬度の関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１ スパッタリングターゲット ２ 基板 ３ バッキングプレート ４ 鉄ヨーク ５ アースシールド Ｍ 永久磁石 ＥＭ 電磁石

フロントページの続き (72)発明者 細川 佳之 神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会 社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者 木下 隆 神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会 社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 Ｆターム(参考） 4K029 BA34 BC06 BC09 DC40 DC41 DC43 5G323 BB05

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に膜を形成するためのマグネトロ
   ンスパッタリング方法であって、基板の全面に垂直磁場
   を作用させてスパッタリングを行なうことを特徴とする
   マグネトロンスパッタリング方法。
2. 【請求項２】 基板上に膜を形成するためのマグネトロ
   ンスパッタリング方法であって、基板を、当該基板面に
   対し水平な磁場を形成する位置から外してスパッタリン
   グを行なうことを特徴とするマグネトロンスパッタリン
   グ方法。
3. 【請求項３】 スパッタリングカソードとして、非平衡
   な磁場分布を形成するアンバランスドマグネトロンスパ
   ッタカソードを使用する請求項１または２に記載のマグ
   ネトロンスパッタリング方法。
4. 【請求項４】 カソード部に配置される永久磁石または
   電磁石の磁極数を３極以上とする請求項３に記載のマグ
   ネトロンスパッタリング方法。
5. 【請求項５】 膜が透明導電性薄膜である請求項１〜４
   のいずれかに記載の方マグネトロンスパッタリング方
   法。
6. 【請求項６】 膜がダイヤモンドライクカーボン薄膜で
   ある請求項１〜５のいずれかに記載のマグネトロンスパ
   ッタリング方法。
7. 【請求項７】 基板上に膜を形成するためのマグネトロ
   ンスパッタリング装置であって、該スパッタリング装置
   内の基板配置位置が、当該基板の全面に垂直磁場が形成
   される位置に設定されていることを特徴とするマグネト
   ロンスパッタリング装置。
8. 【請求項８】 基板上に膜を形成するためのマグネトロ
   ンスパッタリング装置であって、該スパッタリング装置
   内における基板配置位置が、水平磁場形成位置から外れ
   る位置に設定されていることを特徴とするマグネトロン
   スパッタリング装置。