JPH01279752A

JPH01279752A - スパッタリング方法及びその装置

Info

Publication number: JPH01279752A
Application number: JP10845288A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Iwata; 寛岩田
Original assignee: NEC Home Electronics Ltd; Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Home Electronics Ltd; NEC Corp
Priority date: 1988-04-30
Filing date: 1988-04-30
Publication date: 1989-11-10

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】産業上の利用分野本発明は、光磁気記録媒体、追記型ディスク媒体、相変
化型ディスク媒体、ＣＤ（コンパクト・ディスク）、Ｌ
Ｄ（レーザ・ディスク）、あるいはＥＬ素子等の薄膜デ
バイスの製造に適したスパッタリング方法及びその装置
に関する。

従来の技術スパッタリング法は、周知のように、真空容器中にＡｒ
ガス等の不活性ガスを導入して市場をかけ、プラズマ放
電を発生させ、ます、気体を高エネルギー化し、その気
体イオンで固体ターゲットをたたき、ターゲット原子を
たたき出して基板に堆積させる方法である。その中で、
マグネトロンスパッタ法は、■膜の堆積速度、すなわち
成膜速度が速い、■基板温度の上昇を伴わず低温で成膜
が行える、等の優れた特徴を有し、低温かつ高速で膜形
成が可能であるため、最近多方面で利用されている薄膜
形成技術である。このマグネトロンスパッタ法の特徴は
、電界と直交する方向に磁界かけ、ターゲット表面の漏
洩磁界中にプラズマを封し込め、集中させる点にある。

しかも、ターゲット表面に漏洩してきた磁界のうち、タ
ーゲットの而に平行な成分を利用するものである。

第６図は従来のマグネトロンスパッタリング装置のカソ
ード部における基本構成を示すもので、中心がＮ極、周
辺がＳ極の同軸形磁石２をヨーク３に支持し、配置した
ものである。ターゲット１は、永久磁石２上には直接保
持されることなく、バンキンクグプレートと呼ばれるタ
ーゲットホルダー４を介して永久磁石２上に保持される
。夕一ゲ、トホルダ−４は、通常は無酸素銅等を素材と
したものが用いられる。そして、ターゲット１を陰極と
して電場をかけると、磁石２のＮ極からＳ極へターゲッ
トホルダー４を通して磁界が発生しているため、ターゲ
ット１の表面に’ＲＡ　ｉｌ！磁界が生じている。その
周りに発生した高密度のプラズマによってターゲット粒
子がたたき出され基板上に堆積する。

発明が解決しようとする課題しかしながら、従来のマグネトロンスパッタ法による装
置において、カソード部の永久磁石２は、第６図に明ら
かなように、ターゲット中心部のマグネット２ａと外周
部のマグネット２ｂとが磁極の向きを逆にして同心円状
に配置されているので、ターゲット１としてＦ　８％　
ＣＯｌＮ　ｉ等の強磁性体を用いた場合、透磁率μが高
いために、磁路を短絡するこきになり、はとんどの磁束
がターゲ。

ト内部を通ってしまい、外部にＩ洩磁界かほとんど出な
くなる。そのため、ターゲットの一部分で局部的にしか
スパッタリングされなくなる。

しかも、マグネトロンスパッタ法の場合、磁束がターゲ
ット表面から垂直に出ている中心部と外周部とはエロー
ジョン（食刻）領域とはならなす、その中間部に表れる
。このエロージョンは、ターゲットが強磁性体である場
合、２つのマグネットの間のターゲット中心部と外周部
との中間部に局部的に集中し、その食刻作用でターゲッ
ト表面が円環状の溝となって局所的に深く侵蝕されるこ
とになる。この円環状の溝はスパッタリングと共に表面
から裏面に深く掘れて行き、裏面まで穿孔されると、タ
ーゲットが使用不可となる。そのため、未使用部分が殆
どであるにもかかわらず、新しいターゲットと取り換え
なければならす、高価なターゲｙ）の使用効率が悪いと
いう問題が生じていた。

この発明は、以トの点に鑑み提案されたもので、高価な
ターゲットの有効使用効率を格段に向上させることを目
的とするものである。

課題を解決するための手段本発明は、上記目的を達成するために、マグネトロンス
パッタ法において、カソード部のターデッドを平行間隔
でスパイラル状に並設し、その中間の９−ゲットに形成
されるエロージョン爲を互いに交差しないように周方向
に順次移動させなからスパッタするスパッタリング方法
を採用した。

このスパッタリング方法において、２つのマグネ７トは
、ターゲットに対して周方向に１順次相対的に回動され
る。その−法として、本発明では、ターゲｙ）を固定し
ておき、２つのマグネットが順次間欠的に、又は連続的
に周方向へ回動される。

なお、２つのマグネｙ　ｌ・を固定しておき、これに対
してターゲットを１スパノタ工程毎に所定角ずつ面内周
方向へ回動させるようにしても良い。

さらに、本発明は、上記目的を達成するために下記の構
成を採用した。

すなわち、本発明は、カソード部のターゲット背部に平
行間隔でスパイラル状に並設された極性の異なる２つの
マグネットと、この２つのマグネットを取付けたマグネ
ットホルダーと、このマグネットホルダーを介して２つ
のマグネ１　）をターゲット中心局りに回動させる回転
駆動系とを備え、２つのマグネット中間のターゲツト面
に形成されるエロージョン溝をマグネットの相対回動と
共にターゲｙ）周方向に互いに交差しないように順次移
動させる構成とした。この構成において、２つのマグネ
ットの一端部はターゲ７）中心寄り内周側に配置され、
他端部は径方向外周側へ周方向に沿って拡がって延び、
一端部から他端部方向へスパイラル状に並設される。

本発明の別の構成によると、ターゲットを保持するホル
ダーが２つのスパイラル状のマグネットに対して面内周
方向へ回動調整可能であり、取付角度か可変にされる。

スパイラル状に並設された２つのマグネットは、そのス
パイラル状の一端部とターゲット中心とを結ぶ中心線と
、他端部とターゲット中心とを結ぶ中心線のなす角度Ｏ
が０〜１８０度の範囲に設定される。さらに、２つのマ
グネットのうち、−・方のマグネットのスパイラル状の
一方端部と他方のマグネットの他方端部との間隔１）が
２つのマグネットの並設間隔ｄの２倍以上（Ｄ≧２ｄ）
に設定されている。

作用スパッタリングの際、磁束がターゲットを横切る空間が
、マグネットのスパイラル形状に対応してスパイラル状
に発生する。これにより、２つのマグネットの中間と対
応するターゲツト面にスパイラル状のエロージョン溝が
形成される。このスパイラル状のエロージョン溝は、ス
パッタリング過程で、２つのマグネットをターゲットに
対して間欠的、又は連続的に相対回動させることにより
、ターゲット中心局りに周方向へ順次移動して行く。

２つのマグネットの間に形成されるエロージｄ／の領域
は、周回方向で互いに交差したり、横切ったりすること
なく、マグネットの回動と共に間欠移動又は連続移動す
る。したがって、ターゲットの円周方向全周にわたり、
内周側から外周側にかけて広い領域がスパッタリングに
よるエロージ？ン発生領域として利用可能となり、エロ
ージョンによる食刻溝がターゲットの局所に集中する現
象はな（なる。すなわち、ターゲットのスパイラル状マ
グネットが通過する領域を全てスバッタリング領域とし
て利用可能となる。また、２つのマグネット間に形成さ
れるエロージョン領域は、マグネットの回動により互い
に交差したり、横切ったりしないので、食刻による溝の
形成されていない部分を当初からスパッタリング領域と
することができる。

実施例以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明に係るスパッタリング装置の概要を示し
、第２図はその要部を示している。

ここで示されているスパッタリング装置は、いわゆる漏
洩磁界の中に発生したプラズマを封じ込めてスパッタを
行うマグネトロンスパッタリング装置であって、真空槽
１０の下部にカソード部１１が配設されている。カソー
ド部１１において、高圧の喰極電圧が印加されるカソー
ド１２は、ステンレス材により形成され、その真空槽１
０の内部側中央に中空部１２１が凹状に形成されている
。

中空部１２１は真空槽１０内へ開口している。カソード
１２には、冷却水の入口側流路１２２と出［１側流路１
２３とが形成されている。夫々の流路１２２．１２３は
中空部１２１の内壁に開口している。スパッタリングの
際、外部から供給された冷却水が人口側流路１２２を通
してカソード１２の中空部１２ｉ内へ供給され、中空部
１２１内を循環した後、出口側流路１２３を通して外部
へυＦ出される。

真空槽ｌＯ内において、カソード１２の中空部１２１の
周縁上にバッキングプレートと呼ばれるターゲットホル
ダー１３が設置され、その上にスパッタリング用のター
ゲット１４が載置されている。ターゲットホルダー１３
は、導電率の良い無酸素銅等により円盤状に形成されて
おり、その外周縁部にカソード１２への取付孔１３１−
−・が、周方向に一定間隔で、複数（図示例の場合は１
２）箇所に形成されている。カソード１２の中空部１２
１の周縁には取付孔１３１・・・と対応する取付ネジ孔
１２４・Φ・が同一間隔で同数形成されている。ターゲ
ットホルダー１３は、取付ネジを取付孔１３１を通して
取付ネジ孔１２４ヘネジ込むことにより、カソード１２
の中空部１２１の周縁上に載置固定される。そして、取
付ネジ孔１２２に対する取付孔１３１の位置を替えると
、ターゲットホルダー１３の中心回りに対するカソード
１２への取付位置が可変される。これによって、ホルダ
ー１３上に保持されたターゲット１４がマグネット２１
．２２に対して面内周方向に所定角毎に回動される。タ
ーゲットホルダー１３の下面周縁部とカソード１２の中
空部１２１の周縁部との間には０リング等のシール部材
、例えば０リング１５が介在されており、ターゲットホ
ルダー１３をカソード１２の中空部周縁上に載置し、ネ
ジ止め固定した際、中空部１２１の内部と真空槽１０内
との間が密封されるようになっている。０リング１５は
、ターゲットホルダー１３の下面周縁に形成した溝１３
２内に嵌め入られている。

ターゲット１４は、Ｆｅ１Ｃｏｓ　Ｎｉ等の強磁性体に
より円盤状に形成されている。カソード部１１のカソー
ド１２の下方に駆動モータ１６が配設されている。駆動
モータ１６は、ステッピングモータ、サーボモータ等で
構成されている。そのモータ軸１６１は垂直上方に向い
、カソード１２の中空部内底の密閉軸受１９を通して中
空部１２１内へ突出している。その軸１６１に中空部１
２１に配設されたマグネットホルダー２０か支持されて
いる。このマグネットホルダー２０の上に２つの極性の
異なるマグネット２１．２２が平行間隔ｄでスパイラル
状に取付けられている。その詳細が第３図に示されてい
る。２つのマグネット２１．２２は、サマリウムコバル
ト等から成る永久磁石小片２１ａ・・・、２２ａ・φ・
を平行に羊べてスパイラル状に形成したもので、ホルダ
ー２０の中心に対し、外周側のマグネット２１はＮ極、
内周側のマグネット２２の極性はＳ極に設定されている
。２つの極性は逆の関係であっても良い。

すなわち、どちらか一方がＮ極、他方がＳ極で、互いに
異なる極性であれば良い。なお、マグネットホルダー２
０の中心は、ターゲットホルダー１３トのターゲット１
４の中心と一致し、かつ駆動モータ１Ｂのモータ軸心と
一致する。

２つのマグネノ）２Ｌ２２の一方端部は、マグネットホ
ルダー２０の中心寄り内周側に位置し、その先端部はホ
ルダー中心を通る中心線Ｌｌ上に配置されている。２つ
のマグネット２１．２２は、−刃側端部から予め設定し
た螺旋角で、ホルダー２０の外周側に拡がって周方向の
他方側へスパイラル形状で延び、その他方側端部が一方
側端部と一定間隔離れた外周側に延びている。その先端
部はホルダー中心を通る中心線Ｌ２上に位置している。

２つのマグネット２１．２２の一方端とホルダー中心を
結ぶ中心線Ｌｌと、他方端とホルダー中心を結ぶ中心線
Ｌ２とのなす角度θは、０度〜１８０度の範囲に設定さ
れる。この角度θの調整により、２つのマグネット２Ｌ
２２の一方端と他方端の最も近接した距離Ｄ１例えば内
周側のマグネット２２の他方端と、外周側のマグネット
２１の一方端との間隔りが遠近調節される。この間隔り
が余りに近付き過ぎると、スパッタリングの際、２つの
マグネット２１．２２の一方端と他力端との間に磁束が
生じ、その間がスパッタによるエロージョン領域になり
、２つのマグネット２１．２２を周方向に回動させた際
、その間に形成されるスパイラル状のエロージョン溝（
食刻溝）が周回途中で交差する慣れがある。したがって
、間隔Ｉ〕は所要量だけ開けてお（必要がある。すなわ
ち、角度０は、０度〜１８０度の範囲で最適値に選ぶ２
安がある。また、２つのマグネット２１．２２の並設間
ｌａｄは、その間がスパッタリングによるエロージョン
発生領域となるので、実験的に定まる所定値に設定して
おく必要がある。本実施例では、間隔りは、マグネット
２１．２２の並設間隔ｄの少なくとも２倍、すなわち、
Ｄ≧２ｄに設定されている。

上記の駆動モータ１６は、駆動回路１７を介して制御ユ
ニット１８に接続されており、その信号を受けてスパッ
タリングに応じて回転制御される。

そのモータ軸１６１は、カソード１２の中空部１２１の
内底部中央で、密封軸受１９によって回転【ｊＪ能、か
つ液封されて支持されている。

真空槽１０内のターゲット１４の上方には、基板ホルダ
ー３０に保持された基板、例えば光磁気ディスクの基板
３１が公転又は自・公転可能に配置されている。

次に、上述した装置を用いた本発明に係るスパックリン
グ方法について説明する。

基板３１−１−へ薄膜を形成するにあたり、先ず、真空
槽１０内が２Ｘ１０　　Ｔｏｒｒ（）−ル）程度に減圧
される。同時に、槽内へＡｒ（アルゴン）ゴス等の不活
性ガスが導入される。この状態で、カソード１２を陰極
とし、基板３１との間に高電圧を印加すると、スパッタ
リングが開始される。

このスパッタリングに際して、カソード１２に高圧の陰
極電圧が印加されると、２つのマグネット２１．２２の
Ｎ極からＳ極へターゲット１４をスパイラル状に横切る
一束の空間が形成されるため、その空間にプラズマが封
じ込まれる。その空間領域がスパッタリングによるエロ
ージョンの渦発生領域となる。このエロージョンによる
溝３３は、第４図に示すように、２つのマグネット２１
．２２の中間と対応するターゲット表面に、マグネット
の形状に応じたスパイラル形状に形成される。

スパッタリングに伴い、ターゲット表面に所定の深さで
エローシコン溝３３Ａが食刻された段階で、駆動モータ
１６を所定量回転制御すると、２つのマグネット２１．
２２がホルダー２０を介し、ターゲット１４に対して中
心回りに周方向へ所定角、例えば１２０度の角度だけ初
期位置に対して回動する。この回動はスパッタリング過
程で行われる。その回動位置で所定時間スパッタリング
か行われると、第５図に示すように、第２のエロージョ
ン領域において２本口のエロージョン溝３３Ｂが形成さ
れる。次に、第２のエロージョン溝３３Ｂが所定深さ食
刻された段階で、モータ１６の回転制御により、２つの
マグネット２１．２２を−１−述と同様に１２０度の角
度だけターゲット１４の周方向へ回動させ、この回動位
置でスパッタリングを継続すると、第５図に示すように
、３木目のエロージョン溝３３Ｃが形成される。か（て
、基板３１Ｆにスパッタリングによる薄膜が形成される
。このスパッタリングにおいて、２つのマグネ７）２Ｌ
２２の各回動位置でターゲット表面に形成される第１、
第２、第３の各エロージョン溝３３Ａ、３３８１３３Ｃ
は、２つのマグネット２Ｌ２２のターゲット中心回りへ
の回動時に、そのスパイラル形状によって互いに交差し
たり、重なり合ったりすることなく、ターゲット表面の
周方向に、全く別個の位置に順次形成される。

このようにして、固定されたターゲット１４に対してマ
グネｙ）２１．２２を所定角ずつ中心回りに動かして行
くと、そのスパイラル形状により、周方向で互いに交差
しない、エロージョン溝が複数形成されて行（。

なお、マグネット２Ｌ２２のターゲット中心回りへの回
動は、１スパツタリング工程において、第４図、第５図
の図示例のように、順次の動作で間欠的に行われても良
く、又は連続的に行わせても良い。いずれの場合にあっ
ても、マグネット２１．２２の中間に形成されるエロー
ジョン溝３３は、互いに交差したり、重なり合ったりす
ることはない。

２つのマグネット２１．２２は、ターゲットの周方向へ
、ホルダー２０の中心回りに回動されるのであるが、そ
の回動の範囲・動作は、１スパッタリング工程毎に必要
に応じて選択される。すなわち、０度〜３６０度の範囲
で周方向の一方へのみ、時間をおいて間欠的に、又はス
パッタリング動作に応じた速度で連続的に可動される。

なお、３６０度の範囲を越えて可動させることも、必要
に応じて選択される。また、０〜３６０度の範囲あるい
はそれを越える範囲で、マグネット２１．２２を周方向
の一方から他方へ、かつ他方から一方へ往復揺動させる
ようにしても良い。それらのマグネット２１．２２の可
動の動作制御は、スパッタリングの状態等に応じて駆動
モータ１６を駆動制御することによって行われる。そし
て、間欠動作で可動させる場合は、第４図、第５図の例
のように、２つのマクネット２１．２２の間に形成され
るエロージョンの領域は、ターゲット１４の周方向に間
隔をおいて形成される。このようにして、２つのマグネ
ｙ？２１．２２の間に形成される　エロージョンの溝３
３をターゲット１４の周方向へ順次移動させながらスパ
ッタリング工程が行われる。そして、順次形成されるエ
ロージョンの溝は、マグネッ）２１．２２の形状に対応
したスパイラル状となりターゲット１４の周方向におい
て、互いに交差したり、重なり合ったりすることはない
。

なお、上述した実施例では、ターゲット１４を固定して
おき、これに対してマグネット２１．２２を可動させる
ように説明したが、逆に、マグネット２Ｌ２２を固定し
ておき、１スパツタリング玉程を終える毎に、ターゲッ
ト１４をターゲットホルダー１３を介して所定角ずつ可
動させるようにしてもよい。それは、取付孔１３１・・
・の位置をカソード１２の取付ネジ孔１２４・・・に対
して周方向に順次移し替えて杼（ことによって可能であ
る。

発明の詳細な説明したとおり、本発明によれば、２つのマクネット
の間に形成されるスパイラル状のエロージョン溝がスパ
ッタリング工程に応じてターゲット周方向へ順次間欠的
、又は連続的に移動し、スパッタリングの際、ターゲッ
ト周方向に順次形成されるエロージョン溝が互いに交差
したり、重なり合ったりしないので、従来のマグネトロ
ンスパッタ法のようなエロージョンの局部的な集中はな
くなり、ターゲットの広い面積をエロージョン発生領域
とすることができる。また、エロージョンによる溝が形
成されていない部分を当初よりスパッタリングすること
ができる。これらのこ上により、ターゲットの有効利用
率が従来比で格段に向上し、ターゲットの使用効率が飛
躍的に向上する。したがって、高価なターゲットの寿命
を従来に比へて数倍に延ばすことかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るスパッタリング装置の概認を示す
断面図、第２図はその要部平面図、第３図は同じく平面
図、第４図、第５図は本発明方法によるエロージョン溝
の発生状態を例示する平面図、第６図は従来のスパッタ
リング装置を示す断面図である。１０−＠榔真空槽、１１・・番カソード部、１２＃拳・カソード、１３・・・ターゲットホルダー、１４・・・ターゲット、１６・・・駆動モータ、２０・・・マグネット・ホルダー、２１．２２・・・マグネット。特許出願人　　日本電気ホームエレクトロニクス第２図第３図！ノ第４図第５　閃３ｃ第６図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）マグネトロンスパッタ法において、カソード部の
ターゲット背部に極性の異なる２つのマグネットを平行
間隔でスパイラル状に並設し、その中間の前記ターゲッ
トに形成されるエロージョン溝を互いに交差しないよう
に周方向に順次移動させることを特徴とするスパッタリ
ング方法。
（２）２つのマグネットを平行間隔でスパイラル状に並
設し、その中間部の前記ターゲット面に形成されるエロ
ージョン溝が互いに交差しないように、前記２つのマグ
ネットを前記ターゲットに対して周方向に順次相対回動
させることを特徴とする請求項（１）記載のスパッタリ
ング方法。
（３）ターゲットを固定しておき、このターゲットに対
して２つのマグネットを順次間欠的に、若しくは連続的
に周方向へ回動させることを特徴とした請求項（２）記
載のスパッタリング方法。
（４）スパイラル状に並設された２つのマグネットを固
定しておき、１スパッタ工程毎にターゲットを所定角ず
つ回動させることを特徴とする請求項（２）記載のスパ
ッタリング方法。
（５）前記マグネット又はターゲットが０度〜３６０度
の範囲で可動することを特徴とした請求項（２）、（３
）又は（４）記載のスパッタリング方法。
（６）カソード部のターゲット背部に平行間隔でスパイ
ラル状に並設された極性の異なる２つのマグネットと、
この２つのマグネットを取付けたマグネットホルダーと
、このマグネットホルダーを介し前記マグネットをター
ゲット中心回りに回動させる回転駆動系とを備え、前記
２つのマグネット中間の前記ターゲット面に形成される
エロージョン溝を前記マグネットの回動と共にターゲッ
ト周方向に互いに交差しないように順次移動させる様に
構成したことを特徴とするスパッタリング装置。
（７）２つのマグネットの一端部がターゲット中心寄り
内周側に位置し、他端部が径方向外周側へ拡がって延び
、前記２つのマグネットが前記一端部から他端部方向へ
スパイラル状に並設されていることを特徴とする請求項
（６）記載のスパッタリング装置。
（８）ターゲットを保持するホルダーを面内で角度方向
に回動調整可能に取付けたことを特徴とする請求項（６
）記載のスパッタリング装置。
（９）ターゲット中心とスパイラル状に並設された２つ
のマグネットの一端部を結ぶ中心線と、他端部を結ぶ中
心線とのなす角度θが０〜１８０度の範囲に設定されて
いることを特徴とする請求項（６）又は（７）記載のス
パッタリング装置。
（１０）２つのマグネットのうち、一方のマグネットの
一方端部と他方のマグネットの他方端部との間隔Ｄが前
記並設間隔ｄの２倍以上（Ｄ≧２ｄ）に設定されたこと
を特徴とする請求項（６）又は（７）記載のスパッタリ
ング装置。
（１１）前記間隔Ｄが径方向内周側に配設された一方の
マグネットの一端と径方向外周側に配置された他方のマ
グネットの他端との距離に相当することを特徴とした請
求項（１０）記載のスパッタリング装置。