JPH01319671A - 多元スパッタリング装置 - Google Patents

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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、複数のターゲットを用いて多元合金薄膜や多
層膜を成膜するための多元スパッタリング装置に係り、
特に膜組成及び膜厚を均一化する装置を備えた多元スパ
ッタリング装置に関する。

（従来の技術） スパッタリング法は、固体状の原料からなるるターゲッ
トの近傍に例えばＡｒ、０２．Ｎ２゜ＣＨ，、、Ｎ２等
のガス、またはこれらを適当に組合わせた混合ガスのグ
ロー放電を励起すると同時に、放電部に対してターゲツ
ト面を負の電位にバイアスして放電空間中の電離衝突で
発生したガスイオンをターゲツト面側へ加速して入射さ
せ、その入射エネルギーを用いてターケソト物質を放出
させて、基板ホルダに保持された括板上にイ・１着せし
めることにより、所定の薄膜を形成する成膜技術である
。

このスパッタリング法は、（Ｄ固相状態で提供される原
料であれば融点等の特性に無関係にターゲットとじて使
用できるので、広範囲にわたる材料の成膜かできる、（
２）反応性ガスを用いることてターゲットとノｌスとの
反応生成物を形成できる、（３）基板を比較的低温に保
持した状態て成膜できる、（４）大面積の基板上に比較
的容易に成膜かできる、等の利点を有し、研究レベル及
び工業レベルにおいて幅広く使用されている。

スパッタリング装置にはＤＣスパッタ、ＲＦスパッタ、
マグネトロンスパッタ、イオンビームスパッタ等、種々
の方式がある。いずれの方式においても複数のターゲッ
トを有する多元スパッタリンク装置は、異種材料の膜を
連続して形成でき、また多元合金薄膜を合金ターケラＩ
・を用いることなく成膜できるので、形成し得る薄膜素
子、薄膜利料の範囲は広い。

しかしながら多元スパッタリンク装置においては、ター
ゲット材料によってスパッタ粒子の放Ｓ１角度分布か異
なることから、特に多元合金薄膜を形成する場合、基板
上での膜組成の均質性か悪くなり易い。膜組成を均一化
する手段の一つは、タノｒツト上に通力なマスクを被覆
することであるか、この方法てはクーケ・ソトの利用効
率か低下し、また成膜速度もマスクの面積に応じて低下
してしまうという問題かある。

多層しスパッタリンク装置で異種材料の多層膜を形成す
る場合においても、材料によって基板ホルり川−におけ
る膜厚分布か異なるので、層毎に膜厚の厚い部分や薄い
部分か異なる場所に生し易（＼。

このため例えば光磁気ディスクおける多層干渉膜を形成
した場合、最適干渉条件を病足する面積力）大きくとれ
ないという問題が生（、る。

（発明か解決しようとする課題） このように従来の多元スノく・ツタリンク装置では、多
元合金薄膜を形成する場合に膜組成力・不均一となった
り、多層膜を形成する場合に膜厚分布か層毎に異なって
しまい、またターゲ・ソト１こマスクを被覆するとター
ゲットの利用効率及び成膜速度か低下するという問題か
あった。

本発明は、ターゲットの利用効率や成膜速度を犠牲にす
ることなく、膜４１１１成及び膜厚の均一な膜を大面積
に形成できる多元スパッタリング装置を提供することを
目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は、カス導入系及び排気系に連通して設けられた
成膜容器内に、異種のターゲットをそれぞれ有する少な
くとも２個のスパッタリング源と、ターゲットに対向し
て設置された基板ホルダ及び基板ホルダを成膜容器に対
して静止した基準軸を中心として回転させる手段を備え
た多元スパッタリング装置において、スパッタリンク源
の異種ターゲットを基準軸に対して非対称に配置したも
のである。また、より好ましくは基桑輔に対するスパッ
タリング源の相対位置を調整するだめの位置調整手段か
付加される。

基板ホルダは一つでも複数でもよく、また基板ホルダを
単純に回転（自転）させながらスパッタリングを行なう
装置の場合は、その自転軸が基準軸となり、単一または
複数の基板ホルダが公転または自公転する場合、さらに
公転軸自身か運動する場合は、公転軸または公転軸の運
動中心軸が基準軸となる。

（作　用） 本発明のように成膜容器に対して静止した基板ホルタの
回転中心としての基準軸に対し、異種のターゲットを非
対称に配置すると、ターゲット毎にそのターゲット＋４
料のスパッタ粒子の放出角度分布に合せて、基板上で均
一な膜厚分布が得られるように、基準軸に対するスパッ
タリング源の相対位置を設定することかｉＪ能となる。

これにより多元ご金薄膜を形成する場合は、組成の均一
な膜が得られ、また多層膜を形成する場合は、層毎の膜
厚分布が均一となる。

（実施例） 以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の一実施例の多元スパッタリンク装置の
構成を模式的に示したものである。同図において、成膜
容器１にはカス供給系２及び排気系３かバブル４，５を
それぞれ介して接続されている。成膜時にはバルブ４，
５が開き、成膜容器１はガス供給系２及び排気系３が連
通される。

成１１％容器］内の底部には、異種のターゲット６ａ、
６ｂをそれぞれ有する例えはマクネトロンタイプの複数
個（この例では２個）のスパッタリング源７ａ、７ｂが
設置されている。スパッタリング源７ａ、７ｂは、成膜
容器１の外部に設＋５られたスパッタ用電源８ａ、８ｂ
にそれぞれ接続されている。

成膜容器１内の上部にはターゲラｌ□６ａ、６ｂに対向
する位置に、基板９を保持する基板ボルタ］０が設置さ
れている。基板ホルダ１０は輔］］を介して成膜容器］
の上に設けられたモータ等の回転駆動源］２に連結され
ている。

ここで、本実施例においては基板ホルダ］０の回転中心
である、成膜容器１に対して静止した基準軸２０に対し
て、ターゲラＩ□６ａ、６ｂか非対称に配置されている
。換祇すれば、基準軸２０に対するターゲット６ａ、６
ｂの中心）軸２１，２２の距１ｉｆＬ＋、Ｌ２が異なっ
ている。

次に、より具体的な例としてターゲット６ａに強磁性体
であるｔ？ｅ−ｃｏ合金ターゲットを用い、ターケラｌ
□　６　ｂにＴｂターゲットを用いて、φ３００のカラ
ス基板９」二に光磁気ディスクの記録層として使用され
るＴｂ−Ｆｅ−Ｃｏ３元合金薄膜を成膜する手順につい
て述べる。なお、Ｆｅ−Ｃｏタクーットはマクネトロン
タイプのスパッタリンク源を用いた場合、スパッタ粒子
の放出角度分布かターケラト面と垂直な方向に集束する
傾向を持つ。また、Ｔｂ夕−ゲラＩ・は磁性体ではある
かキュリー点か當温以下で、スパッタ粒子の放出角度分
布は非磁性体ターゲットのそれと同様に、強磁性体のそ
れと比較してブロー１・な分布を持つ。

この場合、基準軸２０とＦｅ−ｃｏ夕−ケラト６ａ及び
Ｔｂタ−ケラト６ｂの中心軸２１．２２との距硝Ｌ＋、
Ｌ２は、次のように決定される。

第２図は一般的な円板状ターゲット６からのスパッタ粒
子の基数面」二における膜厚分布を示している。スパッ
タカスの圧力、スパッタ時の放電入力、さらにマクネト
ロンスパッタの場合は磁界強度等にも依存するか、膜厚
分布は基板ホルダ］０を固定して実験すれば、各スパッ
タリング条件及び各ターケラト祠料に対して観劇可能で
ある。ターゲット６の中心軸２３か基板ホルダを含む平
面内に鎖交する点（鎖交する点が無い場合には例えば基
板ボルダ］０の中心点）を基準にとり、基板ホルダ１０
上の任意点をｒで表示すると、全てのスパッタ条件及び
ターケラト祠料に対し、基板ホルダ１０上の膜厚分布を
Ｄ　（ｒ）として表現することか可能となる。

例えば本実施例のように２元同時スパッタを行なう場合
は、まずＦｅ−Ｃｏターゲット６ａのみを用いた場合の
膜厚分布Ｄ１　（ｒｌ）、Ｔｂターゲッｔ□　６１）の
みを用いた場合の膜厚分布をＤ２（ｒ２）を実測により
求める。そして、基板ホルタ］Ｏの回転中心Ｏ（基準軸
２０）から基板ボルダ］０上の任意点Ｐ（基板ボルダ２
０かり［之板型の場合は、回転中心０をハクに極座標Ｒ
１θてＰを表わす。平板型以外の基板ホルダを用いる場
合は、−つ　− Ｒ１θ、φと３次元表示すればよい）の各ターゲットよ
りの成膜レ−１・比の基板ホルダ回転時の周回積分値： ｌ　ｒ＋　　ｌ−！＝Ｒ２＋Ｌ、”→−２ＲＬ］　　・
ｃｏｓθ１ｒ２　ｌ２−Ｒ２＋Ｌ２２−２ＲＬ２Φ　ｃ
ｏｓθか所定の基板９の大きさの面内で半径Ｒに対して
最も変動か小さくなるようにり、、Ｌ２を決定すればよ
い。

例えばターゲット６ａ、６ｂか円阪状の場合、膜厚分布
は第２図に示したようにほぼ力ウス分布となる。特性分
布幅ｄ（最大膜厚の１．／ｅとなるターゲット中心から
の距離）はターケｙ＋−＋Ａ料によって異なり、５′　
φのターケラ］・を用い、スパッタカスとして５ｍＴｏ
ｒｒのＡｒ、　　ターゲット直上の漏洩磁界として約１
．５ｋＧ、　　Ｆ　ｅ−Ｃｏターゲットへの放電ＤＣ入
力を　１．８Ａ、Ｔｂターゲットへの放電ＤＣ入力とし
て・。０．５Ａを用いた場合、Ｆｅ−Ｃｏターゲットの
場合の特性分ＹＩＩ幅ｄ１は約１．４　ｃｍ、−］〇　
− Ｔｂターゲットの場合の特性分布幅ｄ２は約］、　［ｉ
　ｃｍであった。そこで、 の式を用い、使用したφ３００の基板９の面上で、最も
鎖式で計算される周回積分値の変動が少ないり、、Ｌ２
を決めた。具体的には例えばＬ＋＝１．５ｃｍに対して
、Ｌ２＝］７ｃｍとした。

このように各ターゲット材料に対し固有の膜厚分布を求
めて、基板ホルダー０の回転中心である基準軸２０に対
して非対称の位置にＦｅ−Ｃｏターゲット６ａとＴｂタ
ーゲット６ｂを配置した状態でＴｂ−Ｆｅ−Ｃｏ膜を形
成し、膜中のＴｂ組成比を基板９の半径Ｒに対して調べ
た結果を、Ｌｘ　＝Ｌ２　＝１５ｃｍである従来の多元
スパッタリング装置のそれと共に示す。この第３図より
明らかなように、本発明の実施例によると従来のスパッ
タリング装置を用いた場合に比較して、膜組成の均一性
か格段に向上する。

本発明は次のように種々変形して実施することかできる
。例えば」正妃実施例ではマグネトロンスパッタ源を用
いて、スパッタ粒子の放出角度分布の異なる強磁性体タ
ーゲットと非磁性体ターゲットとを２元同時スパッタし
た場合について述べたが、マクネトロンスパッタ源でな
い場合や、強磁性体ターゲットと磁性体ターゲットとの
組合わせでない場合も、ターケット＋Ｈ料及び単結晶タ
ーゲットでは面方位によってスパッタ粒子の放出角度分
布、及び気相中へ放出されてから基板面へ到達するまで
の衝突散乱の具合は全て異なるので、本発明はいかなる
ターゲット材料の組合わせの場合にも適用できる。

また、上記実施例ではターゲット及び基板かそれぞれ平
板状であり、１１つこれらか平行に配置された平行平板
型の場合について述べたか、基板ホルダを静１トした場
合の基板ホルダ上の１千意の位置での成膜速度分布の実
測値からターゲットと基板の配置を任意に調整できるの
で、ターゲット及び　１２　一 基板は平板以外の形状、例えば摺鉢状２球面状。

放物面状等でもよく、また平行に配置されていなくとも
よい。

さらに、実施例では基板ホルダ９の駆動方式を輔１１を
中心に回転させる自転式としたか、公転式（プラネタリ
−等）または自公転式でもよい。

公転式・自公転式の場合、一般には公転軸を成膜容器に
対して静画した基準軸とし、また公転軸自体か円運動、
楕円運動等の運動をする場合は、その運動中心軸を）ｉ
準軸として、それらの基準軸に対して非対称に異種のタ
ーゲットを配置すればよい。

また、スパッタ源において使用するターゲット＋Ａ料の
糾合イっせか決まっている場合は、基準軸に対する各タ
ーゲットの配置は固定でもよいが、研究用のような汎用
性を持たせたい用途の場合には、例えば第１図中に示す
ようにスパッタ源７ａ。

７ｂを連続的またはステップ状に移動させて基準軸２０
に対するターゲット６ａ、６ｂの相対位置を調整する位
置１調整機構］、３ａ、］、３ｂを設けることか望まし
い。なお、全てのスパッタ源にこのような位置調整機構
を設けずに、いずれか一つのみに設けてもよい。

［発明の効果］ 本発明による多元スパッタリンク装置では、スパッタリ
ング源の異種ターゲットを基準軸に対して非対称に配置
し、さらに好ましくは基準軸に対するスパッタリング源
の相対位置を調整するための位置調整手段を設けること
によって、ターゲット祠料によるスパッタ粒子の放出角
度分布の違いを、基準軸に対するスパッタリンク源の相
対位置を異ならせることで相殺できる。従って、多元同
時スパッタにより多元合金薄膜を形成する場合には、大
面積にわたり組成の均一な成膜ができ、また多層膜を形
成する場合においては、層毎の膜厚分布を大面積に４つ
たって均一化することかｉｌ＋Ｊ能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る多元スパッタリング装
置の構成を模式的に示す１ｔｔｉ面図、第２図はスパッ
タリング法におりる基板上の膜厚分布の一般的な例を示
す図、第３図は不実施例の装置及び従来の多元スパッタ
リング装置によって基板上に形成されるＴ　ｂ　−Ｆ　
ｅ−Ｃｏ膜のＴｂ組成比の分布を示す図である。 コ・スパッタ容器、２　・カス供給系、３・・排気系、
４，５・バルブ、６ａ、６ｂ　　ターゲット、７ａ、７
ｂ・・スパッタ源、８ａ、８ｂ　　スパッタ用電源、９
．２Ｚ板、１０・・基板ホルダ、１１　・軸、］２・・
回転駆動源、１．３ａ、１３ｂ　　位置調整機構、２　
（’ｌ−，基準輔基準１．２２−ターノｆ　ソト中心輔
。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 −１５＝ 、／−＼、 ′−１も 叉−） Ｏｌ ご Ｏヱ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ガス導入系及び排気系に連通して設けられた成膜
   容器と、この成膜容器内に設置され、異種のターゲット
   をそれぞれ有する少なくとも２個のスパッタリング源と
   、前記ターゲットに対向して前記成膜容器内に設置され
   た基板ホルダと、この基板ホルダを前記成膜容器に対し
   て静止した基準軸を中心として回転させる手段とを備え
   た多元スパッタリング装置において、前記少なくとも２
   個のスパッタリング源のターゲットを前記基準軸に対し
   て非対称に配置したことを特徴とする多元スパッタリン
   グ装置。
2. （２）前記少なくとも２個のスパッタリング源の前記基
   準軸に対する相対位置を調整するための位置調整手段を
   付加した請求項１記載の多元スパッタリング装置。