JP2001115259A

JP2001115259A - マグネトロンスパッタ装置

Info

Publication number: JP2001115259A
Application number: JP29458599A
Authority: JP
Inventors: Takanobu Hashimoto; 孝信橋本; Kenichi Sukai; 賢一須貝; Takayasu Sato; 貴康佐藤; Shizuyo Ueda; 志津代上田; Kazutaka Kanda; 一隆神田
Original assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Current assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Priority date: 1999-10-15
Filing date: 1999-10-15
Publication date: 2001-04-24
Anticipated expiration: 2019-10-15
Also published as: JP3544907B2

Abstract

(57)【要約】【課題】蒸着速度が早く、多元素薄膜を高速で成膜
し、膜の組成制御がフレキシブルで、より緻密な多元素
薄膜を高速で容易に被覆し、さらにはメンテナンスの容
易なマグネトロンスパツタ装置を提供。【解決手段】磁石６ａ，６ｂが設けられたターゲット
電極５及び異種又は同種のターゲット材料６からなるタ
ーゲットを２枚１組とし、２枚のターゲット表面７ａ，
７ｂの交線７ｃと基材２を載置する支持台２２の中心軸
１０とで支持台−ターゲット間を結ぶ平面１１ａが形成
されるようにターゲット及び支持台を配置し、２枚のタ
ーゲット材料側の面をそれぞれ支持台−ターゲット間を
結ぶ平面側に傾斜させて１組又は複数組配置し、ターゲ
ット間にターゲット電位に対して正の電位を持つ陽極
（アノード）１２を設ける。また、ターゲット後方に電
磁石９を設け、さらに、ターゲットと基材又は基材加熱
用ヒーター３と基材との間を遮断可能なシャッター４を
設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は各種半導体デバイス
の製造、切削工具、耐摩耗部品への硬質膜の形成、耐食
部品への耐食性被膜形成、工芸品や建材等の加飾膜の形
成、プラスチックやレンズへの機能膜の形成に関わる薄
膜形成装置に関し、特に従来に比べ緻密で結晶性のよい
膜を高速で形成する薄膜形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、切削工具や耐摩耗部品あるいは耐
食性部品への硬質被膜の被覆処理においては、処理コス
トを削減するため、大量の部品をより低コストで被覆処
理する技術の開発が望まれている。また、耐摩耗被膜や
耐食被膜を蒸着する場合にはさらに密着性が高く、緻密
で高硬度な膜が必要であるとともに、高度に組成制御さ
れた多元素膜を形成できる装置に対するニーズが高まっ
てきている。

【０００３】セラミック系硬質薄膜の形成方法として
は、電子ビーム加熱真空蒸着法やアーク放電蒸着法が多
く用いられているが、前者は多元素膜の蒸着が難しく、
後者はマクロパーティクルと呼ばれる粗大粒子が被膜中
に取り込まれるため膜の表面が粗く不均質であるという
問題があった。

【０００４】一方、スパッタ法では、グロー放電により
発生させたＡｒ等のイオンをターゲット表面に入射さ
せ、そのエネルギーでターゲット材料をはじき出し、基
材表面へ移着する。ターゲット材料と導入ガスの反応生
成物を基材表面に生成する場合には反応性スパッタ法と
呼ばれ、半導体の分野で成膜装置として多く用いられて
いる。また、ＴｉＡｌＮやＴｉＣｒＮなどの複数の金属
元素が含まれる膜（以下、多元素膜と呼ぶ）の成膜に適
している。

【０００５】しかしながら、スパッタ法は電子ビーム加
熱真空蒸着法やアーク放電蒸着法に較べ蒸着速度が遅
く、そのため処理時間が長くなり、被覆処理コストが高
くなるという問題点があり、硬質被膜の形成にはあまり
用いられていなかった。しかし、スパッタ法においても
蒸発速度を高める努力が行われ、ターゲットの背面に磁
石を取り付けたマグネトロンスパッタが現在一般的に用
いられている。例えば特開平１０−１５２７７４号公
報、特開平１０−８２４６号公報、特開平１０−４６３
３０号公報、特開平３−７９７６０号公報等に開示さ
れ、半導体や磁気記録媒体の製造工程に用いられてい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、マグネ
トロンスパッタによっても、依然として、スパッタ粒子
の平均エネルギが低く、したがって基材に対する膜の付
着強度が低く、膜の緻密さも低いという問題があった。
さらに、前記２種類の方法に較べて蒸着速度が遅く、基
材へ入射させるイオン電流が少ないため膜質の制御範囲
が狭いという問題があった。また、多元素膜の蒸着にお
いて高度な組成制御と高速成膜が困難であった。さら
に、スパッタリング粒子が成膜室内に飛散しメンテナン
スが面倒であるという問題があった。

【０００７】本発明の課題は、かかる従来の問題点に鑑
みて、マグネトロンスパッタ法をベースに蒸着速度をよ
り早め、多元素薄膜を高速で成膜でき、膜の組成制御が
フレキシブルに行え、緻密な多元素薄膜を高速で容易に
被覆でき、メンテナンスの容易なマグネトロンスパツタ
装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
めに、本発明者等はターゲット材料をスパッタ法にて蒸
発させ、蒸発原子の数と運動エネルギーの分布を調べ
た。通常のスパツタリング現象では、アルゴン等の不活
性ガスイオンがターゲット表面にほぼ垂直に入射し、そ
の結果ターゲット表面で入射イオンとターゲット原子が
多重衝突を起こし、これによりターゲット原子が表面か
らはじき出される。その時のターゲット原子の飛行方向
はターゲット表面に垂直な方向より斜め方向に高いエネ
ルギーを持った粒子が飛び出すことが知られている。本
発明者等はさらに詳細に調査した結果、図１に示すよう
に成膜すべき基材とターゲット表面のなす角度が２０゜
から７５゜及び１１０゜から１６５゜の範囲に飛来する
粒子が多く、特に２５゜から６５゜及び１１５゜から１
５５゜の範囲の場合に膜厚が厚くなり、この範囲の膜は
緻密であり、膜高度も高いということを知得した。さら
に、実際に応用する場合にはワークの大きさを勘案する
と２０゜〜８０゜が好ましいことを知得した。また、本
発明者等は、基材とターゲット表面との配置を工夫する
ことにより膜の成膜速度、厚み、緻密さ等を制御するこ
とが可能であり、特に２枚のターゲット材料を内側に対
向させて配置することにより粒子の方向を斜めに集中さ
せ安定して制御できることを見いだした。

【０００９】かかる知得により、本発明においては、タ
ーゲット電極に固定されたターゲット材料をスパッタに
より蒸発させ基材表面上に成膜するマグネトロンスパッ
タ装置において、ターゲット電極及びターゲット材料か
らなるターゲットを２枚１組とし、２枚のターゲット表
面の交線と基材を載置する支持台の中心軸とで支持台−
ターゲット間を結ぶ平面（以下、支持台−ターゲット平
面という）が形成されるようにターゲット及び支持台を
配置し、２枚のターゲット材料側の面がそれぞれ支持台
−ターゲット平面側に傾斜して配置することによって、
基材の方向へ高いエネルギーを持った粒子を多量に入射
させ、さらに、ターゲット電位に対して正の電位を持つ
陽極（以下、これをアノードと呼ぶ）を設け、ターゲッ
ト近傍のプラズマからイオンを基材近くへ引き出すこと
により上記課題を解決した（請求項１）。

【００１０】すなわち基材に対してターゲット面を斜め
に配することにより蒸着速度が速くなり、またエネルギ
ーの高いスパッタ原子が基材へ入射するので、緻密な膜
が得られる。さらに、アノードの追加により成膜室内の
磁界分布の制御とアノードによるイオン流の制御が可能
となり、基材へ入射させるイオン電流をより広い範囲で
コントロールでき、より緻密な膜が得られるものとなっ
た。なお、支持台の中心軸とは、基材を載置する支持台
が回転可能にされているときはその回転軸であり、支持
台が回転しないものであるときは、装置の幾何学中心、
又は、配置される基材の重心位置である。

【００１１】傾斜して配置された２枚１組のターゲット
は、支持台−ターゲット平面に対して、それぞれの蒸発
速度などの特性に応じて非対称としてもよいが、装置構
成を簡単にするため、あるいは制御を簡単にするために
対称に配置するのが望ましい（請求項２）。

【００１２】傾斜して配置されたターゲットは、支持台
−ターゲット平面とターゲット表面のなす角度を２５゜
から８０゜にすることにより高濃度の粒子を供給するこ
とができる（請求項３）。

【００１３】成膜室（真空容器内）では、一対のターゲ
ットに向かって基材の裏側と表側ができるが、その裏側
すなわち陰の部分をできるだけ少なくするために、一対
のターゲットを複数対設けるのが効果的であるので請求
項４においては、２枚１組のターゲットを、支持台が設
けられた成膜室内の２箇所以上に設けるようにした。こ
れにより大きな基材に対しても高速で蒸着が可能であ
る。

【００１４】また、ターゲット毎に異なる組成のスパッ
タターゲット材料を取り付けることにより、安価に多元
素薄膜の蒸着ができるとともに、それぞれのターゲット
材料の蒸発速度を適切にコントロールすることにより高
度に組成制御された硬質薄膜の蒸着も可能となった。
（請求項５）

【００１５】ターゲット材料は互いに異なる他の組のも
のの組成を異ならせるばかりでなく、２枚１組のターゲ
ット材料の組成を互いに異ならせるようにしてもよい。
このことにより安価なターゲットでより複雑な組成の成
膜を得ることができる（請求項６）。さらに、多元素膜
も安価に容易に形成できる。

【００１６】２枚１組のターゲット電極はそれぞれ中央
部と外周部の磁石配置を同じにすることによってより正
確に粒子を基材方向に制御することが可能になる。さら
に、ターゲット電極は中央部にＮまたはＳ極をターゲッ
ト表面に向けて配置された中央部磁石と、中央部磁石の
両側に中央部磁石とは逆極性の磁極をターゲット表面に
向けて配置された外周部磁石とし、かつターゲット周辺
部に電気的にフローティング状態またはアース電位の金
属シールド板が設けることにより、ターゲット側面のス
パッタを押さえ、安定した成膜が行える（請求項７）。

【００１７】さらに、支持台−ターゲット平面に直交す
る面に投影された一組のターゲット材料の外周に沿って
電線を巻回して電磁石を構成し、これを１組のターゲッ
ト電極の反ターゲット材料側方向に設けるようにした
（請求項８）。

【００１８】本発明の２枚１組のターゲットに限らず、
膜の付着強度を確保するためには、蒸着開始時の蒸発量
コントロールがきわめて大切である。そこで、請求項９
においては、成膜室の１箇所または２箇所以上に基材加
熱用ヒーターを設け、ターゲットと基材及び基材加熱用
ヒーターと基材との間を遮断可能なシャッターを設け、
加熱時及びターゲット活性化時にはターゲットと基材の
間を遮断し、基材への不純物の蒸着を防ぐようにし、一
方、イオンボンバード時及び蒸着時にはヒーターとター
ゲットの間を遮断するようにして、加熱ヒーターへの膜
の蒸着を押さえることができるようにし、さらに、シャ
ッターをアノードとして兼用させた。

【００１９】基材加熱用ヒーターは基材加熱に用いると
ともに蒸着容器内の脱ガスを早め、蒸着処理サイクルを
短くするとともに、膜の付着強度確保に重要な役割を果
たすものである。さらに、可動シャッターは、蒸着処理
時にターゲットを覆わない位置へ移動させるので、アノ
ード電極を兼用させることが可能である。これにより、
特に成膜室の空間が狭い場合に、別にアノード電極を設
置する必要がない。また、シャッターは位置が固定され
た開閉シャッターや、ターゲットと基材及びヒーターと
基材の間を移動可能にされた回転移動シャッター等適宜
に設けられる。

【００２０】２枚１組のターゲットを有する請求項１乃
至８の発明において、請求項９のシャッターを設けるこ
とにより、より効果的に付着強度の高い膜の成膜が可能
である（請求項１０）。

【００２１】

【発明の実施の形態】次に本発明の第一の実施の形態に
ついて説明する。図２はスパッタ装置の構成を説明する
平面図、図３は基材、ターゲット、電磁石の配置を説明
する平面図、図４は本発明の電磁石の構成を示し（ａ）
が平面図、（ｂ）が側面図、図５は電気配線図である。
図２に示すように、マグネトロンスパッタ装置２０は、
成膜すべき基材が挿入され成膜室を形成する真空容器１
に真空容器扉１１が設けられており、真空容器内に成膜
すべき基材２、基材を載置する支持台２２が設けられ、
支持台は中心軸１０周りに回転可能にされている。中心
軸１０は、基材中心軸と一致し基材が中心軸周りに回転
される。基材２は様々なものがあるので、支持台２２に
載置するに当たっては、その重心を通る軸が中心軸１０
となるように配置するのがよい。また、支持台２２に載
置せずに基材２そのものに回転中心軸１０を設けるよう
にしてもよい。中心軸１０を中心にして円周方向に広が
る２個の基材加熱用ヒーター（以下、単にヒーターとい
う）３が対称位置に配置され、一方のヒーターは真空容
器扉１１に固定されている。

【００２２】傾斜した２枚１組で構成されたターゲット
電極５とターゲット電極に固定されたターゲット材料７
からなるターゲットが中心軸１０を中心にして対称に２
個配置されている。中心軸１０と２枚１組のターゲット
表面７ａ、７ｂの交線７ｃとで支持台−ターゲット平面
１１ａを形成するようにターゲットが配置されている。
ターゲット表面７ａ、７ｂはそれぞれ支持台−ターゲッ
ト平面１１ａと角度α、α′となるように傾斜して配置
されている。

【００２３】平面断面が弧上のシャッター４が中心軸１
０に対して対称位置に設けられ、ターゲット７と基材２
間又はヒーター３と基材２間との間をそれぞれ遮断でき
るように回転移動可能にされている。またアノード１２
が基材２とシャッター４との間であって接触することな
く、中心軸１０に対して対称位置で、かつ、２枚１組の
ターゲットのほぼ中央位置に設置されている。

【００２４】図３に示すように、ターゲット電極５は中
央部にＮ極をターゲット表面７ａ、７ｂに向けて配置さ
れた中央部磁石（永久磁石）６ａと、両側に中央部磁石
とは逆極性のＳ極をターゲット表面に向けて配置された
外周部磁石（永久磁石）６ｂ、６ｂが設けられている。
さらに、ターゲット周辺部に電気的にフローティング状
態またはアース電位の金属シールド板８が設けられてい
る。さらに、ターゲット電極の５の背面に電磁石９が設
けられている。

【００２５】電磁石９は図４（ａ）に示すように、真空
容器壁１ａを挟んでターゲット電極５の後方に配置さ
れ、図４の（ｂ）に示すように支持台−ターゲット平面
１１ａに直交する面に投影された１組のターゲット材料
の外周７ｄに沿って電線９ａが巻回されており、電流を
流すことによって支持台−ターゲット平面１１ａに沿っ
た磁界を発生させることができるようにされている。な
お、アノード１２は図２と同様に、２対からなる２枚１
組のターゲット電極とバランス良く放電し得るように各
ターゲット対の中央に設けられている。

【００２６】図５に示すように、ヒーター３は交流電源
３１に接続され、通電加熱することにより真空容器１内
の脱ガス速度を早めるとともに、基材を所定の温度に保
つようにされている。さらに、基材２にバイアス電圧を
印加するための基材電源２１、ヒーターを加熱するため
のヒーター電源３１、ターゲットにバイアス電圧を印加
するためのターゲット電源５１、電磁石９に電流を流し
磁界を発生させるための電磁石用電源９１が設けられて
いる。アノード電極１２にはアノード電源１３からプラ
ス電圧を供給できるように接続されている。

【００２７】

【実施例】（実施例１）かかるマグネトロンスパッタ装
置２０を用いてＴｉＡｌＮ膜の被覆を行なった。第１の
実施例においては、図２に示す装置において、７ｃｍ×
２５ｃｍ×５ｍｍのチタン板のターゲット材料１枚と、
同寸法のアルミ板のターゲット材料１枚の計２枚を１組
としてターゲット電極５に取り付け、ターゲット表面７
ａ、７ｂが支持台−ターゲット平面１１ａに対して４５
度傾いた角度で設置し、基材２をはさんで反対側にも同
じ構成の一組のターゲットを設置した。基材２には直径
１０ｃｍ、高さ２５ｃｍ、内径９．４ｃｍのＳＵＳ３０
４製円筒を用い、それを回転機構を持つ基材支持台上に
載置した。このとき、基材の回転数は１０ｒｐｍとし
た。なお、電磁石９は使用しなかった。この時アノード
電極には＋３０Ｖの電圧を印加し、真空容器内のプラズ
マ密度を向上させた。

【００２８】処理はまず真空容器１を１×１０^-6Ｔｏｒ
ｒまで真空に引き、同時にヒーター３を通電加熱して基
材の温度を３００℃まで上昇させた。このとき、２枚の
シャッター４はそれぞれ２組のターゲットの前面に配置
される。ついで、真空容器内にアルゴンガスを５０ＳＣ
ＣＭの流量で導入し、ターゲット表面７ａ，７ｂの付着
物や反応生成物を除去するため、各ターゲットを−４０
０Ｖ、５Ａで１０分間活性化した。その後、シャッター
４をターゲット表面７ａ，７ｂからヒーター３の前面へ
移動し、基材２に−４５０Ｖのバイアスをかけて２０分
間スパッタエッチングを行い基材表面を活性化した。し
かる後に、真空容器内に窒素ガスを導入した。窒素ガス
導入完了までアノード電圧は＋３０Ｖ一定のままとし
た。また、基材２の電圧を−１００Ｖとして１時間の被
覆処理を行なった。このとき、被覆開始から２０秒間窒
素ガスの導入量を押さえてチタンのみを蒸発させ、膜と
基材界面にチタンのみの粘着層を形成した。その後は窒
素ガスの導入量が５０ＳＣＣＭになるまで徐々に増し、
アルミの蒸発量もターゲット電流を調節して、チタンと
アルミの原子比が１：１となるように蒸着した。

【００２９】蒸着処理後、膜厚を調べたところ、４．５
μｍであった。これより膜成長速度は４．５μｍ／ｈと
なり、従来のスパッタ法に比べ高速であった。また、ス
クラッチテストによる評価では、アコースティックエミ
ッションの現れる臨界加重は７５Ｎであり、密着性は実
用上充分に高いものであった。さらに、マイクロビッカ
ース硬度計により膜硬度を測定したところ、２５５０Ｈ
ｖとなりＴｉＡｌＮ膜としては十分な硬さであった。ア
ノード電圧をかけないままでは、膜厚４．５μｍ（膜成
長速度：４．５μｍ／ｈ）、臨界加重：７０Ｎ、膜硬
度：２４５０Ｈｖであり、アノードに電圧をかけること
により、より緻密な膜が形成されたことがわかる。

【００３０】比較のため、図８に示される従来方式のマ
グネトロンスパッタ装置３０を用い、さらに基材２も同
様なものを用いてＴｉＡｌＮ膜の蒸着を行った。このと
き、ターゲット電極３５に固定されるターゲット材料３
７にはＴｉとＡｌの比が１：１となるように作られた１
４ｃｍ×２５ｃｍ×５ｍｍの板を２枚対称に配置した。
これを用いて同様にＴｉＡｌＮ膜の蒸着を１時間行っ
た。ただし、比較装置では原理的に膜組成の傾斜化がで
きないので、膜は傾斜無しのＴｉＡｌＮ膜となってい
る。蒸着後の測定では膜厚は３μｍであった。したがっ
て、成膜速度は３μ／ｈであり、本発明の装置に比べ蒸
着速度が遅かった。また、スクラッチ試験では臨界加重
が５０Ｎとなり、傾斜組成層を持つ本発明の装置に比べ
て付着強度が低いものであった。また、膜硬度は２１０
０Ｈｖとなり、本発明の装置に比べ低いものであった。

【００３１】以上のように、本発明の装置では粘着層で
あるＴｉ膜からＴｉＡｌＮ膜まで連続的に変化させるこ
とができ、したがって密着性の高い膜を形成することが
できた。また、ターゲットを傾斜させることにより、高
速にかつ緻密で硬度の高い膜を得ることができ、かつア
ノードを設けることによりさらに緻密で硬度の高い膜を
形成できた。

【００３２】（第二の実施の形態）次に本発明の第二の
実施の形態について説明する。第二の実施の形態におい
ては、図６に示される本発明のマグネトロンスパッタ装
置２０′を用いてアルミニウム材料にＣｒＮ膜の被覆を
行なった。実施例一では基材が円筒状であったが、実施
例二では図６に示すように基材２の形状が直方体である
点、ターゲット材料７がすべて同じである点、取り付け
角度がα＝α′＝６０度である点、電磁石９を使用した
点が異なるのみであり、同符号を付して説明を省略す
る。図６において、ターゲット２組の全てに７ｃｍ×２
５ｃｍ×５ｍｍのクロム板を取り付け、各ターゲットの
表面７ａ，７ｂが支持台−ターゲット平面１１ａに対し
て６０度の傾きとなるように設置し、それらを図６に示
されるように基材をはさんで反対側に設置した。基材２
の寸法は縦２５ｃｍ、横１５ｃｍ、厚さ５ｃｍで、図６
のように基材支持台２２上に載置し、基材回転は行わな
かった。また、ターゲットの外側に設置された電磁石９
に基材電流が増える方向へ電磁石電流を流した。なお、
ここでは特にアノード電極としてはシャッターを併用
し、真空容器などと電気的絶縁を保ちつつ、シャッター
に＋３０Ｖの正電圧を印加し、真空容器内の放電プラズ
マ密度の向上を図った。

【００３３】処理はまず、２枚のシャッター４をそれぞ
れ２組のターゲットの前面に配置した状態で、真空容器
１を１×１０^-6Ｔｏｒｒまで真空に引き、同時にヒータ
ー３を通電加熱して基材２の温度を２００℃まで上昇さ
せた。以下は実施例１と同様な手順で蒸着前の工程をと
り、スパッタエッチングまでを行った。このとき、電磁
石電流は７Ａ一定とし、基材電流は約２Ａであった。そ
の後、真空容器１内に窒素ガスを導入し、基材電圧を−
１２０Ｖとして２時間の被覆処理を行なった。このと
き、被覆開始から２０秒間は窒素ガスの導入量を押さ
え、その後徐々に導入量を増して所定の５０ｃｃｍまで
増加させた。これにより、膜と基材界面にクロムのみの
粘着層を形成した。

【００３４】蒸着処理後、膜厚を調べたところ、１４μ
ｍであった。これより膜成長速度は７．０μｍ／ｈとな
った。また、スクラッチテストによる評価では、ＣｒＮ
膜の臨界加重は約６５Ｎとなり、十分に高い付着強度が
あった。さらに、マイクロビッカース硬度計による膜硬
度は、２１５０Ｈｖとなり緻密で硬質なＣｒＮ成分の多
い膜ができていた。アノード電圧をかけないままでは、
膜厚１５μｍ（膜成長速度：７．５μｍ／ｈ）、臨界加
重：約６０Ｎ、膜硬度：２０００Ｈｖであり、アノード
に電圧をかけることにより、より緻密な膜が形成された
ことがわかる。

【００３５】比較のため、前述した図８に示される従来
方式のマグネトロンスパッタ装置３０を用いてＣｒＮ膜
の蒸着を行った。このとき、ターゲットには１４ｃｍ×
２５ｃｍ×５ｍｍのクロム板を２枚用いた。このマグネ
トロンスパッタ装置を用いて前記と同様にＣｒＮ膜の蒸
着を２時間行った。蒸着後の測定では膜厚は８μｍであ
った。したがって、成膜速度は４μ／ｈであり、本発明
の装置に比べ蒸着速度が遅かった。また、スクラッチ試
験による臨界加重は６０Ｎであった。また、膜硬度は１
８００Ｈｖであり、Ｃｒ２Ｎ成分が多い膜であり、本発
明のものより硬度が低かった。本発明の傾斜ターゲット
型マグネトロンスパッタ装置は基材付近のプラズマ強度
が強い上、基材方面へエネルギーの高いクロム原子が入
射するため、本発明の方が硬度が高くなったと考えられ
る。

【００３６】以上のように、本発明の装置では膜質の良
好なＣｒＮ膜を高速で合成することができ、厚膜の要求
されるＣｒＮ膜の被覆にも十分応えられることがわかっ
た。また、ターゲットを傾斜させたことにより、緻密で
硬度の高い膜を得ることができた。特にアノードを設け
ることによりより緻密な膜を形成することができた。

【００３７】（第三の実施の形態）さらに、本発明の第
三の実施の形態について説明する。第三の実施の形態に
おいては、図７に示される本発明のマグネトロンスパッ
タ装置２０″を用いてＴｉＡｌＮ膜の被覆を行なった。
図７においては、７ｃｍ×２５ｃｍ×５ｍｍのチタン板
を取り付けたターゲットと、同じ寸法のアルミ板を取り
付けたターゲットを準備し、各ターゲットの表面７ａ，
７ｂが支持台−ターゲット平面１１ａに対してα＝α′
＝５０度傾いた角度で設置されたものを一組とし、図７
に示されるように同じ構成のターゲットを３組設置し
た。支持台２２には４軸の自公転可能なものを用い、そ
の上に直径８ｃｍ、高さ２０ｃｍのＳＫＤ５１製丸棒２
を置いた。被覆処理時の支持台２２の回転数は６ｒｐｍ
とし、各基材２は支持台１回転毎に１５度回転させた。
なお、前述したと同じ構成については同符号を付し説明
を省略する。但しここではシャッターは取り付けず基材
２と２枚１組からなる複数のターゲットの間にアノード
１２を設けコーティング中のプラズマ密度の向上を図っ
た。

【００３８】図７に示す装置を用い、処理はまず、真空
容器１を１×１０^-6 Ｔｏｒｒまで排気し、同時にヒー
ター３を通電加熱して基材２の温度を３００℃まで上昇
させた。以後は実施例１と同様な手順でＴｉＡｌＮ膜蒸
着を行った。ただし、このとき電磁石９の電流は７Ａ一
定とし、アノード１２には＋３０Ｖを印加し、プラズマ
密度の向上を図るとともに、基材２の電流は３Ａとなる
ように調整した。蒸着処理は４０分間行い、冷却後基材
２と同時に入れたＳＫＤ５１製の試験片にて成膜速度、
付着強度、膜硬度を調べた。

【００３９】その結果、膜成長速度は８μｍ／ｈであ
り、従来のスパッタ法に比べ十分に高速であった。ま
た、付着強度すなわちスクラッチ試験での臨界加重は７
５Ｎとなり、密着性は実用上充分に高かった。また、膜
硬度は２５００ＨｖとなりＴｉＡｌＮ膜としては十分な
硬さであった。アノード電圧をかけないままでは、膜成
長速度：７μｍ／ｈ、臨界加重：７０Ｎ、膜硬度：２４
００Ｈｖであった。

【００４０】以上のように、本発明の装置では粘着層で
あるＴｉ膜からＴｉＡｌＮ膜まで連続的に変化させるこ
とができ、したがって密着性の高い膜を形成することが
できた。また、ターゲットを３個用いることにより、さ
らに高速にかつ緻密で硬度の高い膜を得ることができ
た。

【００４１】

【発明の効果】本発明においては、マグネトロンスパッ
タ装置のターゲット電極及びターゲット材料からなるタ
ーゲットを２枚１組とし、２枚のターゲット表面をそれ
ぞれ支持台−ターゲツト平面側に傾斜して配置させ、基
材の方向へ高いエネルギーを持った粒子を多量に入射さ
せるので、さらにターゲットの電位に対して正の電位を
持つ陽極（アノード）を設けたので、蒸着速度がより速
くなり、またエネルギーの高いスパッタ粒子が基材に入
射するので、傾斜組成膜などの組成制御された多元素薄
膜の蒸着が容易に行えるようになり、かつ付着強度が高
く緻密な膜が高速かつ短時間で蒸着できるものとなっ
た。特に、ターゲット電位に対して正の電位を持つアノ
ードを設けたことにより、ターゲット近傍のプラズマか
らイオンを基材近くへ引き出せるため、成膜室内の磁界
分布の制御とアノードによるイオン流の制御が可能とな
り、基材へ入射させるイオン電流をより広い範囲でコン
トロールできるものとなった。

【００４２】また、傾斜して配置された２枚１組のター
ゲットは、支持台−ターゲット平面に対して、対称に配
置し、構造、制御を簡単化できるので、製作、制御が容
易である。

【００４３】また、支持台−ターゲット平面とターゲッ
ト表面のなす角度を２５゜から８０゜にすることにより
高濃度の粒子を供給することができるので、より蒸着速
度が早く、緻密な多元素薄膜を提供できる。

【００４４】さらに、２枚１組のターゲットを、支持台
が設けられた成膜室の２ヶ所以上に設けるようにし、大
きな基材に対しても高速で蒸着が可能であり、一度に多
量の基材にも蒸着が可能であり、量産に適するものとな
った。

【００４５】また、ターゲット毎に異なる組成のスパッ
タターゲット材を取り付け、又は、２枚１組のターゲッ
ト材料の組成を互いに異ならせるようにしたので、高価
な合金材料を用いることなく安価な材料でターゲットを
構成することができ、しかも膜の組成を各ターゲットの
蒸発量を調節することにより膜の組成を自由に制御でき
るので、付着強度の高い傾斜組成膜や多層膜などを容易
に形成できるようになった。

【００４６】２枚１組のターゲット電極はそれぞれ中央
部と外周部の磁石配置を同じにすることによってより正
確に粒子を基材方向に制御でき、さらに、ターゲット電
極は中央部にＮまたはＳ極をターゲット表面に向けて配
置された中央部磁石と、中央部磁石の両側に逆極性の外
周部磁石を配置し、かつターゲット周辺部に電気的にフ
ローティング状態またはアース電位の金属シールド板を
設けて粒子の方向性を安定させてので、より制御がしや
すくなる。

【００４７】さらに、ターゲット材料の外周に沿って電
線を巻回した電磁石をターゲット電極の後方に設け、成
膜室内の磁界分布を変え、基材へ入射させるイオン電流
を広い範囲でコントロールできるので、マグネトロンス
パッタターゲット付近に生成するプラズマ領域を基材方
向に広げることができ、これにより基材への入射イオン
数を制御することができ、膜質と成膜速度の改善をはか
ることができる。さらにターゲット付近に生成するプラ
ズマ領域を基材付近まで広げることができ、したがって
基材電流の調節範囲を広げることができるので、膜質の
制御も容易になった。

【００４８】また、ターゲットと基材の間にアノードを
兼用するシャッターを設け、加熱時及びターゲット活性
化時にはターゲットと基材の間を遮断し、イオンボンバ
ード時及び蒸着時にはヒーターと基材との間を遮断する
ようにしてターゲット活性化時の基材表面の汚染を少な
くすることにより高い付着強度を確保することができ、
蒸着時のヒーターへの蒸着物質の付着も抑えられる。ま
た、アノードを別に設置する必要がなく成膜室内を効率
よく使用できる。あるいは成膜室を小型にできる。ま
た、メンテナンス性が非常によくなるという利点があ
る。以上に示されるように、本発明の傾斜ターゲット型
マグネトロンスパッタ装置は従来のマグネトロンスパッ
タ装置に較べ様々な利点があり、産業上非常に有益なも
のとなった。

【図面の簡単な説明】

【図１】スパッタ現象における蒸発原子の角度分布図で
あり、（ａ）はスパッタ粒子の飛行方向（度）と基材へ
のＴｉ蒸着速度（Ａ／ｓｅｃ）との角度分布図、（ｂ）
はターゲット表面からのスパッタ粒子の飛行方向の角度
を示す説明図である。

【図２】本発明の第一の実施の形態を示すマクネトロン
スパッタ装置の構成を説明する平面図である。

【図３】基材、ターゲット（ターゲット電極、ターゲッ
ト材料）、電磁石の配置を説明する平面図である。

【図４】本発明の電磁石の構成を示し（ａ）が平面図、
（ｂ）が側面図である。

【図５】図２に示す装置の電気配線例を示す電気配線図
である。

【図６】本発明の第二の実施形態に用いるシャッターが
アノードを兼用しているマグネトロンスパッタ装置の構
成を説明する平面図である。

【図７】本発明の第三の実施形態に用いるシャッターが
なくアノードが設けられているマグネトロンスパッタ装
置の構成を説明する平面図である。

【図８】従来のマグネトロンスパッタ装置の構成を説明
する平面図である。

【符号の説明】

１真空容器（成膜室）２基材２２基材支持台３基材加熱用ヒーター４シャッター５ターゲット電極６ａ中央部磁石（永久磁石）６ｂ外周部磁石（永久磁石）７ターゲット材料７ａ、７ｂターゲット表面７ｃターゲット表面の交線７ｄ１組のターゲット材料の外周８金属シールド板９電磁石９ａ電線１０中心軸１１ａ支持台−ターゲット間を結ぶ平面（支持台−タ
ーゲット平面）１２アノード１３アノード電源２０、２０′、２０″ マグネトロンスパッタ装置２２支持台

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者佐藤貴康富山県富山市不二越本町一丁目１番１号株式会社不二越内 (72)発明者上田志津代富山県富山市不二越本町一丁目１番１号株式会社不二越内 (72)発明者神田一隆富山県富山市不二越本町一丁目１番１号株式会社不二越内Ｆターム(参考） 4K029 DA08 DA12 DC16 DC20 DC40 DC41 DC43

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ターゲット電極に固定されたターゲット
材料をスパッタにより蒸発させ基材表面上に成膜するマ
グネトロンスパッタ装置において、前記ターゲット電極
及びターゲット材料からなるターゲットは２枚１組とさ
れ、該２枚のターゲット表面の交線と基材を載置する支
持台の中心軸とで支持台−ターゲット間を結ぶ平面が形
成されるように成膜室内に前記ターゲット及び支持台が
配置され、前記２枚のターゲット材料側の面がそれぞれ
前記支持台−ターゲット間を結ぶ平面側に傾斜して配置
され、前記成膜室内に、前記ターゲットの電位に対して
正の電位を持つ陽極を、前記各ターゲットにつき１個ま
たは前記複数ターゲットにつき１個配設したことを特徴
とするマグネトロンスパッタ装置。
【請求項２】傾斜して配置された前記２枚１組のター
ゲットは、前記支持台−ターゲット間を結ぶ平面に対し
て対称に配置されていることを特徴とする請求項１記載
のマグネトロンスパッタ装置
【請求項３】傾斜して配置された前記ターゲットは、
前記支持台−ターゲット間を結ぶ平面とターゲット表面
のなす角度が２５゜から８０゜にされていることを特徴
とする請求項１又は２記載のマグネトロンスパッタ装
置。
【請求項４】前記２枚１組のターゲットが、前記成膜
室内の２箇所以上に設けられていることを特徴とする請
求項１又は２又は３記載のマグネトロンスパッタ装置。
【請求項５】前記ターゲットは組成の異なる二種類以
上のターゲット材料を装着したことを特徴とする請求項
１乃至４のうちいずれか一に記載のマグネトロンスパッ
タ装置。
【請求項６】前記２枚１組のターゲット材料の組成が
互いに異なることを特徴とする請求項５記載のマグネト
ロンスパッタ装置。
【請求項７】前記ターゲット電極は中央部にＮまたは
Ｓ極をターゲット表面に向けて配置された中央部磁石
と、該中央部磁石の両端に中央部磁石とは逆極性の磁極
をターゲット表面に向けて配置された外周部磁石と、か
らなり、かつ２枚１組のターゲット電極は中央部磁石と
外周部磁石の磁石配置が同じにされており、さらに、タ
ーゲット周辺部に電気的にフローティング状態またはア
ース電位の金属シールド板が設けられていることを特徴
とする請求項１乃至６のいずれか一に記載のマグネトロ
ンスパツタ装置。
【請求項８】前記支持台−ターゲット間を結ぶ平面に
直交する面に投影された前記１組のターゲット材料の外
周に沿って電線が巻回された電磁石が、前記１組のター
ゲット電極の反ターゲット材料側方向に設けられている
ことを特徴とする請求項７記載のマグネトロンスパツタ
装置。
【請求項９】成膜室の１箇所または２箇所以上に基材
加熱用ヒーターが設けられ、ターゲットと基材及び基材
加熱用ヒーターと基材との間を遮断可能なシャッターが
設けられており、加熱時及びターゲット活性化時にはタ
ーゲットと基材の間を遮断し、イオンボンバード時及び
蒸着時には前記基材加熱用ヒーターとターゲットの間を
遮断することができるようにされ、かつ前記シャッター
が陽極を兼ねていることを特徴とするマグネトロンスパ
ツタ装置。
【請求項１０】請求項９に記載のマグネトロンスパッ
タ装置に設けられた遮断可能な陽極を兼ねたシャッター
を有することを特徴とする請求項１乃至８のうちいずれ
か一に記載のマグネトロンスパツタ装置。