JPH036371A - 対向ターゲット式スパッタ装置 - 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） 本発明はターゲットの有効利用を図った膜質の良好な薄
膜形成作業、或いは複数組のターゲットを用いての合金
薄膜や金属間化合物の如き積層構造の薄膜形成作業を好
適に行うことができる対向ターゲット式スパッタ装置に
関する。

（従来の技術） 従来、対向ターゲット式スパッタ装置としては、例えば
特開昭５７−１５８３８０号公報所載のもの等が存在す
る。その基本的な構造は、第８図の如く、対のターゲッ
トＴｅ、　Ｔｅを対面させて装着させるためのターゲッ
トホルダー１ｅ＋　ｌｅを真空槽３ｅ内に固定状態で設
けたもので、これに装着されたターゲットＴｅ、　Ｔｅ
の全面各所を同時にスパッタさせて、基板１５の表面に
薄膜形成を行うものである。尚、従来では、ホルダー１
ｅ、　Ｉｅの前面部のバッキングプレート２ｅｌ　２ｅ
がスパッタ時に形成されるプラズマ空間に晒されて不当
にスパッタ侵食されるのを防圧する手段として、接地さ
れたシールドカバー１０ｅ、　ＩＯｅによってターゲッ
ト”’＋　Ｔｅの外周縁部を覆う手段が適宜採用されて
いる。

（発明が解決しようとする課題） しかるに、上記従来のスパッタ装置では、実用面で下記
の如き不都合を生じていた。

すなわち、従来の手段は、ターゲットＴｅ、Ｔｅの全面
又は略全面を露出させた状態でそのスパッタを行うもの
であるから、そのスパッタ時に空間部１４ｅに形成され
るプラズマの密度は磁界分布の影響等に原因してターゲ
ットＴｅ、Ｉｅの中央側程その密度が高くなる現象を生
じる。ところが、この現象は、基板表面に形成される薄
膜の膜厚が中央部はど厚くなって不均一となる原因とな
り、膜厚が均一な良質の薄膜形成か困難となる問題点を
生じさせる。係る問題点はターゲットのサイズが大きい
程顕著となっていた。

また、プラズマ密度の中央側への集中現象は、第９図の
如く高密度のプラズマに晒されるターゲットＴｅの中央
部のスパッタ侵食が他のターゲット部位のスパッタ侵食
速度よりも高速となる作用をも生じさせ、ターゲットＴ
ｅの周縁部か殆どスパッタ利用されていないにも拘わら
ず、該ターゲットを早期に交換せねばならない事態をも
発生させる。

その結果、従来ては、ターゲットの頻繁な交換に起因す
る作業性の悪化、ターゲットの使用コストの上昇等の問
題点をも有していた。

更に、重要な問題点として、上記従来の装置ではターゲ
ットホルダー１ｅ、　Ｉｅに複数組のターゲットを設け
たとしても、これら各組のターゲットを個々にスパッタ
させることができない。即ち、組のターゲットホルダー
１ｅ、　ｌｅを備えただけの装置構成では、材質が相違
する多層構造の薄膜形成を行うことが出来ないのである
。

従来に於いて多層薄膜を形成するには、例えば特開昭６
０−１８２７１１号公報所載の如き手段を採用せざるを
得ない。当該手段は第１０図の如く、真空槽３ｆ内に二
組のターゲットホルダーＩｆ、　Ｉｆ、　　１９．　１
９を夫々設けて、材質が相違する二組のターゲットＴｆ
、　Ｔｆ及び”９＋　Ｔｇを夫々個別にスパッタさせる
ものである。

しかるに、この様な手段では、各ターゲットＴｆ。

Ｔｆ間、及びＴ９＋　’ｒ９間の各空間部＋７．　＋７
ａの側方に基板１５を移送させる必要が生じ、それ専用
の特殊な移送装置が必要となる。よって、装置構造が複
雑化、大型化して、装置の製作コストが非常に高価とな
る問題点がある。しかも、前記手段ではターゲットホル
ダーも複数設ける必要性があるから、これを収容する真
空槽の容積も大きくせねばならず、装置全体の煩雑化、
大型化が一層顕著になっていた。

尚、第１１図の如く複数組のターゲットＴｈ＋　Ｔｉ。

Ｔｊを配置してその各空間部１８，１８ａ、　Ｊａｂの
側方に基板１５を固定的に配置させて積層膜を形成する
ことは一応可能である。ところが、係る手段では、各空
間部１８．１８ａ、　１８ｂから基板表面までの距離が
相違し、又基板１５に対するスパッタ粒子の入射角も夫
々異なるために、所望の良質な薄膜を得ることが出来な
い。従来に於いて良質の積層薄膜を得るには、基板１５
の移送が余儀なく強いられていたのである。

それ故、本発明は早期にターゲットを交換させる必要を
無くし、且つターゲットサイズが大きい場合であっても
成膜される膜厚の均一化が図れるものとし、しかも積層
薄膜の形成作業を行う場合には基板を移動させる必要を
無くして従来よりも簡易な装置構成で良質の薄膜形成作
業が行える様１こすることを、その目的とする。

（課題を解決するための手段） 本発明は従来の如くターゲットを固定的に設けてその全
面を同時にスパッタさせるのではなく、ターゲットを移
動させながら該ターゲットの部分的なスパッタを順次繰
り返し行わせ、又その各スパッタによって発生するプラ
ズマ空間か常時同箇所に形成される様に考慮することに
より、上記従来の課題を解決せんとするものである。

すなわち、本発明は、一対のターゲットホルダー１，１
の各前方位置に、各ターゲットホルダー１．１に夫々取
付けられるターゲットのスパッタ面を部分的に覆って該
スパッタ面の一部を露出させるための開口部Ｉ＋、　＋
＋を相互に対面させて形成してなるシールドカバー１０
．１０が接地して設けられてなる対向ターゲット式スパ
ッタ装置であって、前記ターゲットホルダー１，１は、
ターゲットを回転移動させてシールドカバー１０．１０
の開口部１１゜１１に対面して露出されるターゲットス
パッタ面部位を順次位置変更可能とすべく回転自在に設
けられてなる、対向ターゲット式スパッタ装置である。

（作用） 上記構成に於いては、ターゲットホルダー１゜１に取付
けたターゲットのうち接地されたシールドカバーＩＱ、
　１０で覆われた部分のスパッタを防止した上で、開口
Ｎ＋Ｉ、　＋＋に対面して露出するスパッタ面部位を部
分的にスパッタさせることかてき而して、当該部分的な
スパッタではターゲット全体のサイズが大きい場合であ
っても、前記スパッタ作業で形成されるプラズマ空間に
はターゲットの全面を同時にスパッタさせる場合はど顕
著な磁界のばらつきがなく、プラズマ密度の均等化が図
れる。よって、当該スパッタ作業により形成される薄膜
の膜厚分布も均一化されることとなる。

また、ターゲットが部分的にスパッタされる位置は、タ
ーゲットホルダー１，１を回転させて該ターゲット自身
を回転移動させることにより順次変更できるために、当
該位置変更によってターゲットのスパッタ面の全面又は
略全面を各所均等な状態に有効にスパッタできることと
なる。

更に、一対のターゲットホルダー１．１に複数組のター
ゲットを取付けた場合には、該各ターゲットの夫々をシ
ールドカバー１０．１０の開口部１１゜１１と対面する
位置へ順次移動させて各ターゲットを個別に順次スパッ
タさせることができるが、各ターゲットのスパッタ作業
では何れの場合も開口部ＩＩ、　Ｈの相互間の同−空間
部の位置にプラズマ空間が形成されることとなる。従っ
て、薄膜形成を行うための基板を何ら移動させる必要は
なく、前記プラズマ空間が形成される位置に対面させて
固定的に設けておくだけで、各ターゲットの材質の薄膜
が積層された積層薄膜形成が行える。

また、係る場合には基板表面とプラズマ空間との距離は
何ら変化せず、又基板表面に対するスパッタ粒子の入射
角も同一であるから、積層薄膜の膜質も非常に良好なも
のにできるのである。

（実施例） 以下、本発明の実施例について説明する。

（第１実施例〕 第１図中、１，１はターゲットＴ、Ｔを相互に対向させ
て取付配置させるための一対のターゲットホルダーで、
その背面側には真空槽３と絶縁材４を介して回転可能に
支持された中空状の支持軸５．５が連設されている。６
，６は該支持軸５゜５に歯車７，７ａを介して回転駆動
力を付与する電動機で、これによってターゲットホルダ
ー１，１は水平方向に駆動回転自在でその回転位置決め
が自在に行える。８，８は支持軸５，５内に挿入された
ターゲット冷却用配管。９はターゲットホルダー１．１
に装着されるターゲットへの電圧印加用の電源である。

１０、１０はターゲットホルダー１，１の略全周囲を覆
うべく真空槽３内に着脱自在に設けられたシールドカバ
ーで、電気的に接地されているが、各シールドカバー１
０には第２図の如く扇形状の開口部１１が開設されてい
る。又、両シールドカバー１０゜１０の各開口部Ｉ１．
　＋＋は相互に対面されているが、何れもその形成位置
はターゲットホルダー１の回転中心から偏心されている
。

１２、１２・・・は前記開口部ＩＩ、　＋＋の形成位置
の各背面側に対向配置された垂直磁界形成用の磁石で、
ターゲットホルダー１，１に追随して回転しない様に位
置決めか図られている。１３は開口部ＩＩ、　＋＋の相
互間の空間部１４の側方に設けられた基板１５の支持用
ホルダーである。

本実施例に係る装置は以上の構成からなり、次０ にその使用法並びに作用について説明する。

先ず、第１図の如く、−組の円形状のターゲットＴ、下
をターゲットホルダー１，１の前面部に取付けた状態に
於いては、該ターゲットＴ、Ｔはそのスパッタ面の一部
１６Ａか扇形状の開口部１１゜１１に対面露出されるか
、その他のスパッタ面部位は全てシールドカバーｔｏ、
　ｔｏによって覆われた状態にある。

次に、スパッタ作業を行うには、真空槽３内をアルゴン
等のスパッタガスの低圧条件に設定し、電源９から各タ
ーゲットＴ、　Ｔに負の電圧を印加させる。

これによって、開口部ＩＬ　　Ｉ＋に対面して露出され
たスパッタ面部位＋６Ａからターゲット原子が放出され
て、両開口部ＩＬ　１１間の垂直磁界が形成された空間
部１４にプラズマ空間が形成される。一方、接地された
シールドカバー１０．１０によって覆われた他のスパッ
タ面部位は前記プラズマ空間に晒されず、当該部位のス
パッタ侵食は生じない。従って、両開口部ＩＬ　ｌ’ｌ
に対面露出するスパッタ面部位＋６Ａのみが適切にスパ
ッタされて、基板１５の表面に薄膜形成か行われる。

而して、上記スパッタ作業では、プラズマ空間が両ター
ケットＴ、　Ｔ間の空間部全体に形成されず、開口部Ｉ
Ｉ、　Ｎ間に於いて部分的に発生するために、当該プラ
ズマ空間では磁石１２．１２・・・が形成する磁界分布
に大きなばらつきが発生しない。よって、前記プラズマ
空間のプラズマ密度は均等化されて、基板１５上に被着
する薄膜の膜厚分布に大きなばらつきが生じることもな
いのである。

また、上記スパッタ作業では開口部ＩＬ　Ｉ＋に対面す
るスパッタ面部位＋６Ａが専ら侵食されるから、該スパ
ッタ面部位＋６Ａの侵食が限界に達すれば、この時点て
スパッタ作業を一時中断させる。その後、第３図（イ）
の如くターゲットホルダー１゜１を回転させて前記侵食
された部位＋６Ａがシールドカバー１０．１０によって
覆われる位置にターゲラ１−Ｔ、　　Ｔを回転移動させ
る。

これによって、次の新たなスパッタ面部位１６Ｂか開口
部ＩＬ　Ｉ＋に対面露出し、その後該新たなス１ ２ バッタ面部位１６８のスパッタ作業が行える。この様に
して、その後スパッタ面部位か侵食される都度、第３図
（ロ）の如くターゲットホルダー１゜１及びターゲット
Ｔ、　Ｔを回転移動させて新たなスパッタ面部位１６０
・・・を開口部ＩＩ、　Ｉ＋に対面させて順次スパッタ
させていけば、ターゲットＴ、　Ｔの全面又は略全面の
各所を均等な状態にスパッタ使用でき、ターゲットＴ、
Ｔの有効利用が図れる。

各ターゲットＴ、　Ｔはその全面か所定の限界状態まで
有効にスパッタされた後に初めてその交換を行えばよい
。よって、ターゲットの交換頻度は非常に少なくなる。

また、上記複数回に亙るスパッタ作業では、スパッタさ
れるターゲットスパッタ面＋６Ａ、１６Ｂ・・・の位置
は変更されてなるものの、開口部ＩＩ、　Ｉ＋の位置は
何ら変更されていないから、スパッタにより形成される
プラズマ空間の位置は常時一定である。従って、固定状
態で設けた基板１５からプラズマ空間までの距離、並び
に基板１５へのスパッタ粒子の入射角度は常に同一に維
持される。その結果、基板表面に形成される薄膜の膜質
が、各スパッタ作業毎にばらつく様なこともなく、偏れ
た膜質再現性か得られることとなる。

〔第２実施例〕 次に、積層構造薄膜を成膜させる場合の実施例について
説明すれば、本実施例では第４図及び第５図の如く、一
対のターゲットホルダー１，１の個々に複数組、例えば
材質が相違する四組の円形状ターゲットＴａ、　Ｔｂ、
　Ｔｃ、　Ｔｄを適当な間隔で取付けている。また、こ
れに対応してシールドカバー１０、１０に形成される開
口＠ｌｌ、　Ｈも円形状に形成され、そのサイズは各タ
ーゲットと路間−である。

これらの細かな相違点を除けば、本実施例に係る装置の
他の構成は上記第１実施例のものと同一であり、その詳
細は省略する。

上記装置を用いてのスパッタ作業について説明すれば、
先ず四組のターゲットのうち何れか一組のターゲットＴ
ａ、　Ｔａを開口部Ｈ，Ｈに対面させて露出させた状態
に於いて、所定条件下書ターゲットに負の電圧を印加す
れば、シールドカバー１０゜３ ４ −４へ４＝ １０によって覆われた三組のターゲットＴｂ、　Ｔｃ、
　Ｔｄはスパッタされず、前記ターゲットＴａ、　Ｔａ
のみを適切にスパッタできる。従って、基板１５の表面
には該ターゲットＴａ、　Ｔａの材質からなる第１の薄
膜層を形成することができる。当該薄膜層に他のターゲ
ットＴｂ、　Ｔｃ、　Ｔｄの成分が混入する不都合は生
じない。

また、該第１の薄膜層の成膜作業終了後には、ターゲッ
トホルダー１．１を順次回転させて他のターゲットＴｂ
、　Ｔｂ、　、Ｔｃ、　Ｔｃ、　Ｔｄ、　Ｔｄを夫々順
次開口部Ｎ、　Ｉ＋に対面させて、これら各組のターゲ
ットのスパッタを夫々行えばよい。

而して、何れのターゲットＴａ＋　Ｔｂ＋　Ｔｃ、　Ｔ
ｄのスパッタ作業の場合にも、前記第１実施例と同様に
プラズマ空間は両開口部ＩＩ、　Ｉ＋の相互間の同−空
間部１４に形成されるから、基板１５を該空間部１４の
側方に単に固定的に配置させておくだけで、第６図の如
く基板１５の表面には各ターゲットの材質に対応する四
種類の薄膜層２０ａ・・・２０ｄからなる積層構造薄膜
が形成できる。しかも、前記同一空間部１４に形成され
るプラズマ空間から基板１５の表面までの距離、並びに
基板表面へのスパッタ粒子の入射角度は常時同一である
から、四層構造の薄膜の各薄膜層２０ａ・・・２０ｄは
何れも所望の良質なものに設定できるのである。

また、上記スパッタ作業に於いて、同一素材のターゲッ
トどうしを相互に対面させてスパッタさせず、異種のタ
ーゲットとうしを対面させてスパッタさせれば、二種類
のターゲツト材質が複合した積層構造薄膜の形成か行え
る。この場合にはその薄膜材質の組合数が非常に多くな
り、多種類の合金薄膜或いは金属間化合物の薄膜形成を
行う場合に最適となる。

〔他の実施例〕

尚、上記実施例では、一組又は四組のターゲットを用い
た薄膜形成作業を説明したが、本発明は決してこれに限
定されない。使用するターゲットの具体的な数は一切問
わない他、ターゲットの具体的なサイズ、形状、材質等
も問わない。これらは作業用途に応して任意に変更でき
る事項である。

５ 例えば、円形ターゲット以外の角形ターゲットを用いる
ことも可能である。

従って、シールドカバーｔｏ、　　ｔｏの開口部ＩＩ、
　　Ｉ＋の具体的なサイズや形状も特定されない。−組
の円形ターゲットを用いる場合に上記第１実施例の如く
開口部Ｉ１．　Ｉ＋を円弧状に形成すれば、ターゲット
の利用効率を最良にてきるか、必ずしもこれに限定され
るものではない。例えば第４図のシールドカバー１０．
１０に円形状の開口部Ｉ１．　Ｉ＋を形成した装置を用
いて、−組のターゲットＴ、Ｔのスパッタ作業を順次繰
り返して行うことも可能である。開口部ＩＬ　Ｎを必ず
しもターゲットの寸法形状に正確に合致させる必要もな
い。

更に、磁界形成用の磁石１２．１２・・・は上記実施例
の如く開口部ＩＩ、　ｆｌに対応する位置にのみ設けれ
ば充分であるが、第７図の如く複数取付けられるターゲ
ットＴａ、　Ｔｃの各背面側に設けて、各磁石１２・・
・か当該ターゲットＴａ、　Ｔｃやターゲットホルダー
１．１と同時に回転する様にしても構わない。

その他、本発明はターゲットホルダー、シール６ ドカハー、及びその他の各部の具体的な構成は全て本発
明の意図する範囲内で任意に設計変更自在であり、又具
体的な使用法も一切限定されない。

（発明の効果） 叙上の様に、本発明は一組又は複数組のターゲットを取
付配置させるための一対のターゲットホルダーを回転自
在に設けて、シールドカバーの開口部と対面して露出さ
れるターゲットのスパッタ面部位を順次位置変更できる
様に構成したために、接地されたシールドカバーで覆わ
れた部分のスパッタを防止した上で、開口部に対面して
露出するスパッタ面部位を部分的に順次スパッタさせる
ことかでき、従来のターゲットのスパッタ面の全面を同
時にスパッタさせていた手段の如くターゲットの中央部
のみを集中的にスパッタ侵食させることがなく、ターゲ
ットスパッタ面の各所を均等な状態にスパッタできるこ
ととなった。その結果、本発明によればターゲットの全
面又は略全面の広域を有効にスパッタ利用できて、その
交換頻度を少なくでき、又ターゲットの使用コストの低
減化７ ８ も図れる格別な効果を有するに至った。

また、本発明では、シールドカバーの開口部に対面する
スパッタ面部位を部分的にスパッタさせることにより、
当該スパッタによって形成されるプラズマ密度に大きな
ばらつきを生じさせることも極力回避でき、よって基板
上に形成される薄膜の膜厚分布の均一化が図れて、ター
ゲットサイズが大きい場合であっても良質の薄膜形成が
行えるという優れた効果をも有するに至った。

更に、重要な効果として、本発明に係る装置では、ター
ゲットホルダーに複数組のターゲットを取付けてこれら
各ターゲットの個々を順次スパッタさせることにより積
層構造の薄膜形成作業が行えるが、係る一連のスパッタ
作業では何れのスパッタ作業時にもシールドカバーの開
口部の相互間の同一空間部位置にプラズマ空間を形成で
きるために、当該プラズマ空間と対面する位置に基板を
固定状態で設けておくだけであっても基板表面からプラ
ズマ空間までの距離、並びにスパッタ粒子の入射角が常
時同一となって、基板を一切移動させることなく極めて
良質の積層薄膜の形成が行えることとなった。

その結果、本発明では積層構造薄膜の成膜作業を行う場
合であっても従来の如く構造の複雑な基板移送用装置を
設ける必要が一切なく、装置構造の簡素化を図って、そ
の製作コストを非常に安価にできる大なる実益がある。

また、本発明ではあく迄もターゲットホルダーが一対あ
ればよいから、装置構成の簡素化、小型化を一層徹底し
て図れる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明に係る装置の第１実施例を示
し第１図は断面図、第２図は要部分解斜視図。 第３図（イ）、（ロ）は作業工程を示す要部平面図。 第４図及び第５図は本発明の第２実施例を示し、第４図
は断面図、第５図は要部分解斜視図。 第６図は形成される薄膜の一例を示す要部断面図。 ９ ０ 第７図は装置の他の実施例を示す断面図。 第８図乃至第１１図は従来例を示す説明図。 １．１・・・ターゲットホルダー

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　一組又は複数組のターゲットを相互に対向させて取
   付配置させるための一対のターゲットホルダー１，１の
   各前方位置に、各ターゲットホルダー１，１に夫々取付
   けられるターゲットのスパッタ面を部分的に覆って該ス
   パッタ面の一部を露出させるための開口部１１，１１を
   相互に対面させて形成してなるシールドカバー１０，１
   ０が接地して設けられてなる対向ターゲット式スパッタ
   装置であって、前記ターゲットホルダー１，１は、ター
   ゲットを回転移動させてシールドカバー１０，１０の開
   口部１１，１１に対面して露出されるターゲットスパッ
   タ面部位を順次位置変更可能とすべく回転自在に設けら
   れてなることを特徴とする対向ターゲット式スパッタ装
   置。 ２　特許請求の範囲第１項記載の対向ターゲット式スパ
   ッタ装置に於いて、一対のターゲットホルダー１，１に
   材質が相違する複数組のターゲットＴａ，Ｔａ，Ｔｂ，
   Ｔｂ・・・が取付けられて、ターゲットホルダー１，１
   の回転によって前記ターゲットＴａ，Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｂ
   ・・・の夫々をシールドカバー１０，１０の開口部１１
   ，１１と対面する位置へ順次移動可能に構成されてなる
   ことを特徴とする対向ターゲット式スパッタ装置。