JPH03247761A - スパッタターゲット装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は真空中においてスパッタリングにより被膜形成
を行う際に使用するスパッタターゲット装置に関するも
のである。

［従来の技術］ 基板等の対象物の表面に金属被膜を形成する場合の形成
技術の一つとして、スパッリングがある。

磁性体のスパッタは透磁率が大きいのでスパッタ速度が
低く、更に基板温度上昇が大であるなどの欠点があった
。それらを解決するために各種のターゲット、例えば、
対向ターゲット（特公昭６３−３４２２５）　、ＧＴ　
＜Ｇａｐ　Ｔｙｐｅ）ターゲット（特開昭５９−２１１
２１１号）、磁極露出型ターゲット等が発明された。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、対向ターゲットにおいては放電に必要な
電圧が高いものであった。プレーナー型マグネトロン方
式であるＧ　１”ターゲットにおいても高堆積速度を実
現するために大電流を投入するには高い電圧が必要にな
った。更に、ターゲットの使用初期と末期において放電
特性は大きく変化し、たとえ電力を一定にしても電圧が
変動して再現性のある膜形成が望めない。

更に磁気回路の構造上、磁界が不均一で強い磁界領域で
局部的に制限されるのでターゲットの面上においてスパ
ッタされる場所は全ターゲット面積のうち限られた一部
分であって、これらのターゲットにおいて有効使用効率
が３０〜４０％程度で経済的でない。更に膜厚分布も山
型を示し均一な部分が少なかった。またいずれのターゲ
ットもそのまま連続的に基板を供給するロールコータ−
等１こ利用した場合、結晶性に優れた膜を作！！！づる
ことは困難であった。

そのため結晶性に優れた膜を形成するには基板上でのス
パッタ原子回収領域をマスク等を用いて制限し狭める必
要があった。そのためにスパッタ粒子の回収効率の低下
が余儀なくされた。

また本発明者らは、従来のＧＴターゲッ１〜におけるス
パッタ成膜においては、例えばパーマロイ成膜時に結晶
性の優れた緻密な膜を形成できる低スパツタガス圧では
高電力を投入することができず、また高いスパッタガス
圧においては高電力を投入すると抗磁力が高くなってし
まい軟磁性体の特徴が失われてしまうことを見出した。

更に、ＧＴターゲッ［−にギャップを形成するためにか
かるコスト、プレーナー型マグネトロンスパヅタタゲッ
トに特徴的な低い使用効率を有するなどの経済的に問題
があることを見出した。

一方、対向ターゲットにおいては円形ターゲットではス
パッタ粒子の飛散する方向が３６０°全方向である。ま
た角形ターゲットにおいても二方向に飛散するために回
収効率の点で無駄が多いことを見出した。

この発明は上記の如き事情に鑑みてなされたものであっ
て、低いスパッタガス圧及び低い電圧を同時に満たす条
件においても大電力投入のスパッタが可能であり、高品
質の被膜や磁気記録媒体などを高速で作製できかつター
ゲットより叩き出された原子のほとんどが基板に回収さ
れる構造なのでスパッタ材料の回収効率が著しく高いな
ど経済的にも優れたターゲットを提供することを目的と
するものである。

［課題を解決するための手段］ この目的に対応して、この発明のスパッタターゲット装
置は、成膜すべき対象物に先端部分で対向して配置され
るスパッタターゲット装置であって、少なくとも、第１
のターゲット材と、前記第１のターゲット材の側面を間
隔をおいて囲んでいる第２のターゲット材と、前記第１
のターゲット材と第２のターゲット材の後端部の間に位
置する第３のターゲット材と、前記第１のターゲット材
と第２のターグツ１〜材と第３のターグツ１〜材を固定
しでいる裏打材と、前記第２のターグツｌ−材の外側に
位置するシールド材と、前記シールド材の外側に位置す
る第１の磁石と、前記第１のターゲット材の後端面に対
向して位置する第２の磁石とを備え、かつ、前記第１の
磁石から前記第２のターゲット材及び前記第１のターゲ
ット材を通って前記第２の磁石に向かつてに磁束が流れ
る磁気回路が構成され、前記第１の磁石及び前記第２の
磁石の向ぎは、第１の磁石の内側の極性と前記第２の磁
石の前記第１のターゲット材に向く側の極性が反対する
ように配置したものであることを特徴としでいる。

［作用コ 陰極と陽極の間に直流または交流電源装置２１により電
圧を印加し、放電を発生さゼスパツタを行う。電子は第
１のターゲット材と第２のターゲット材との間でマグネ
トロン運動を起す。すなわち、電子はターゲット内で螺
旋運動を描きながら運動するため陰極面近くの電子密度
が高くなる。更に、この電子はターゲットの外に出ず内
側でのみターゲット材１のまわりに一周しているため偏
らない均一なプラズマが発生し陰極面近くでの電子密度
を高めることができる。

［実施例］ 以下この発明の詳細を一実施例を示す図面について説明
する。

第１図は本発明のスパッタ装置の一実施例の断面図であ
る。第１図においで、１はスパッタ装置であり、スパッ
タ装置１は真空容器２を備えている。真空容器２は排気
装置３によって排気管４を通って排気される。５はスパ
ッタガスを導入する給気管である。成膜の対象物である
基板フィルム６はセンターロール７に設置し巻取りロー
ル８でフィルムの巻き出し及び巻ぎ取りを行う。ターゲ
ット装置１１は基板フィルム６に対してターゲット面が
垂直になるように設置した。基板フィルム６の温度調整
は、センターロール７の加熱及び水冷ににって行う。

ターゲット装置１１はターゲット材１２及びターゲット
材１４を備えている。ターゲット材１２は基板フィルム
６に対してターゲット面が垂直になるように設置し、後
端面である底面も同じターゲット材１３で構成した。

第２図、第３図及び第４図にしめすように、タゲット材
１２の先後両端面を除いて側面のターゲット面の周囲に
ターゲット材１２と間隙を置いて対向ざぜてターゲット
材１４を配置しである。そのターゲット材１２．１３．
１４の厚さはその透磁率及びスパッタ率によって最適厚
がある。

磁気回路はターゲット材１４のまわりに設置した永久磁
石１５と中央のターゲット材１１の裏側の永久磁石１６
で構成する。永久磁石１５からタゲット材１４及びター
ゲット材１２を通って永久磁石１６に向かって磁束が流
れる磁気回路が構成され、永久磁石１５及び永久磁石１
６の向きは、永久磁石１５の内側の極性（例えばＮ極）
が永久磁石１６のターゲット材１２に向く側の極性（例
えばＳ極）と反対となるように配置しである。

このように設置することでターグツ１〜材１４から垂直
に出た磁束は中央のターゲット材１２またはターゲット
材１２の裏側に設置した永久磁石１６に向かって流れる
。ターゲットの水冷は非磁性材料からなるバッキングプ
レート１９を有するダクト１７に水を流して水冷する。

パッキンクプレト１９はターゲット材１２．１３．１４
を固定する裏打材として機能し、かつダクト１７の構成
材の一部分として配置されている。シールド板１８は電
界分布をターゲット装置１１の内部のスパッタ領域に制
限しかつ放電の回り込みを防ぐためのシールド板である
。陰極と陽極の間に直流または交流電源装置２１により
電圧を印加し、放電を発生さぜスパッタを行う。

次にこのように構成されたスパッタターゲット装置を使
用してスパッタリングを行う場合の操作は次の通りであ
る。

まず、　あらかじめ真空容器２内を排気管４に接続され
た排気装置３によってＩ　Ｘ　１０−６Ｔｏｒｒ以下に
排気させる。次いで給気管５よりスパッタガスを導入し
真空容器２内の圧力を１０−４〜２　Ｘ　１０２Ｔｏｒ
ｒと設定する。陰極と陽極の間に直流または交流電源装
置２１により電圧を印加し、放電を発生させスパッタを
行う。

電子はターゲット材１２とターゲット材１４の間でマグ
ネトロン運動を起す。すなわち、電子はターゲット内で
螺旋運動を描きながら運動するため陰極面近くの電子密
度が高くなる。更に、この電子はターゲットの外に出ず
内側でのみターゲット材１２のまわりに一周しているた
め偏らない均一なプラズマが発生し陰極面近くでの電子
密度を高めることができる。

本ターゲットは電子が効率良く閉じ込められ、濃密なプ
ラズマを発生する。そのためにその放電電圧電流特性は
低い電圧で広範囲の放電電流が投入できるマグネトロン
放電である。例えばパーマロイ等の軟磁性体のスパッタ
において、電子衝撃による熱やターゲット材から発生す
る輻射熱の影響を受けないためにその軟磁気特性を失う
ことのない低温スパッタによる薄膜形成が可能となった
。

０ 更にターゲット面近くのプラズマ密度が高くなり、ター
ゲット面に衝突するスパッタガスのイオン数が増し、ス
パッタされる原子の数も増大する。これにより高堆積速
度が実現された。このスパッタされた原子は基板に対し
垂直方向からのみ飛散し、ターゲットと対向した基板に
無駄なく全て付着する。

［実験例］ 次に実際にターゲット月にパーマロイを用いた実験例を
示す。ターゲット内の磁力を測定したところおよそ５０
０　０ｅの均一な磁束が流れていた。放電電圧電流特性
はスパッタガス圧２〜２０ｍ　Ｔｏｒｒと広い範囲で約
３５０Ｖ付近でマグネトロン放電が起きて高い電流を投
入することが可能となった。

一方、第５図及び第６図に示すように膜厚分布はターゲ
ット幅１８８間に対して１４０ｍの広い範囲で均一な膜
厚分布が得られた（ＧＴツタ−ットにおいてはターゲッ
ト幅１８８ａｌｌ＋に対して４０＃１ であった）。更に基板フィルム方向でも均一な部分が広
がった。

高電力（３ＫＷ）を投入してスパッタを行ったところ作
製されたパーマロイ薄膜の抗磁力はＧＴタグッ１へでは
得られない軟磁気特性の特徴である低い値（１０ｅ）以
下であった。

［発明の効果コ 本発明により、次のような効果が確認された。

（１）、磁場を強くすれば低い電圧値で高電力を投入す
ることができる。その結果、放電インピーダンスを小ざ
くすることができターゲットの発熱が少なく電力（スパ
ッタに寄与する）効率が大きくできる。

（２）、磁気回路の工夫のため放電プラズマはターゲッ
ト内部でのみ強くかつ均一に発生し、基板への電子衝撃
が極めて少なく基板がスパッタ中に加熱されることが１
１い。更に、ターゲットを基板に対して垂直に設置し一
〇いるため輻射熱も受けに２ くい。その結果、低温スパッタが可能となった。

（３）、高速の膜堆積を目的として高電力を投入しても
その電圧は低いのでターゲットも高温にならない。その
点でも高電力の低温スパッタが促進されかつ電力の損失
が少ない。

（４）、低スパツタガス圧においてｂ高電ノ〕が投入（
高速スパッタ）できるようになったので高速で堆積させ
ても緻密で結晶性のよい膜が出来る。

（５）、スパッタされた膜はターゲット幅方向において
均一となった。更に基板走行方向の膜厚分布も切れがよ
くなりマスクをする必要がなくなった。

（６）、垂直に配設したターゲットの構造のため飛び出
したスパッタ粒子は基板面のみで回収されるため回収効
率が１００％近くなりターゲット材の利用効率も著しく
高い。更に、スパッタされた粒子は基板以外のチャンバ
ー内部ないし治具等に付着しないためにチャンバーの汚
染も防ぐことができる効果がある。

（７）、垂直に立てたターゲット面はほぼ均一に３ スパッタされる。また底板はスパッタされるものよりも
壁面から堆積する粒子が多いためにスパッタエッチが進
行しない。このようなことからターゲット材の使用効率
も従来よりも著しく高い。

（８）０本ターゲットの垂直部分はエツチングされＣ薄
くなっても磁気回路構成上磁場の状態はほとんど変化し
ないので放電電圧電流特性の変化を抑えることができ、
使用開始よりターゲット消耗末期まで再現性のある膜が
製作可能である。

（９）、成膜された膜は基板フィルムとの付着力も従来
のターゲットで作製したものよりはるかに（２倍以上）
強い。その結果、二層膜媒体に１ノだとぎも耐久性があ
り１ヘライホ［」ジーの点でも改善がみられた。

このように、本発明によれば膜厚分布の改善、高電力時
における低温スパッタの実現及びターゲットの有効利用
が同時に実現できる。

また、この発明のスパッタリングターゲット装置によれ
ば、高堆積速度かつターゲットから飛散するスパッタ原
子の被膜形成する基板への回収効率４ を著しく高くすることができる。

こうして本発明は低いガス圧及び低い電圧を同時に満た
す条件においても大電力投入のスパッタが可能なため高
品質の被膜や磁気記録媒体などを高速で作製できかつタ
ーゲットより叩き出された原子のほとんどが基板に回収
される構造なのでスパッタ材料の回収効率が高いなど経
済的にも優れたターゲットを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のスパッタ装置の縦断面説明図、第２図
はスパッタターゲット装置の構成説明図、第３図は第２
図におけるＡ−Ａ断面図、第４図は第２図に示すスパッ
タターゲット装置の斜視破断説明図、第５図は膜厚分布
を示すグラフ、及び第６図は膜厚分布を示すグラフであ
る。 １・・・スパッタ装置　　６・・・基板フィルム１１・
・・ターグツ１へ装置　　１２，１３．１４・・・タゲ
ット材 ５

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 成膜すべき対象物に先端部分で対向して配置されるスパ
   ッタターゲット装置であって、少なくとも、第１のター
   ゲット材と、前記第１のターゲット材の側面を間隔をお
   いて囲んでいる第２のターゲット材と、前記第１のター
   ゲット材と第２のターゲット材の後端部の間に位置する
   第３のターゲット材と、前記第１のターゲット材と第２
   のターゲット材と第３のターゲット材を固定している裏
   打材と、前記第２のターゲット材の外側に位置するシー
   ルド材と、前記シールド材の外側に位置する第１の磁石
   と、前記第１のターゲット材の後端面に対向して位置す
   る第２の磁石とを備え、かつ、前記第１の磁石から前記
   第２のターゲット材及び前記第１のターゲット材を通つ
   て前記第２の磁石に向かってに磁束が流れる磁気回路が
   構成され、前記第１の磁石及び前記第２の磁石の向きは
   、第１の磁石の内側の極性と前記第２の磁石の前記第１
   のターゲット材に向く側の極性が反対するように配置し
   たものであることを特徴とするスパッタターゲット装置