JPH05132769A

JPH05132769A - スパツタリング装置

Info

Publication number: JPH05132769A
Application number: JP3294332A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Matsumoto; 広行松本
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1991-11-11
Filing date: 1991-11-11
Publication date: 1993-05-28

Abstract

(57)【要約】【目的】多層薄膜を形成する場合に、１層を形成する
ごとにターゲットを交換しなければならない問題点を解
決する。【構成】接地された真空チャンバー(1) 、真空に排気
するための排気口(2) 、スパッタガスを供給するための
導入口(3) 、基板ホルダー(4) 、少なくとも２個のカソ
ード(51)、(52)、及び各カソードの電位を負に落とす電
力を供給する電源(71)、(72)からなるスパッタリング装
置において、電力を０．０１〜５０Ｈｚの周期で変調
し、かつ、少なくとも２個のカソードに供給する変調さ
れた電力の位相をずらせる変調手段(8) を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、新規なスパッタリング
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】基板上に金属薄膜、酸化物薄膜、セラミ
ック薄膜などの薄膜を形成する場合、スパッタリングと
いう技術が使用されている。このスパッタリングは、真
空蒸着に比べて、薄膜形成物質の融点が高く、蒸発さ
せることが困難又は不可能な物質でも薄膜を形成できる
こと、基板を加熱しなくてもよいこと、大きな基板
も使用できること、薄膜の基板への密着性が高いなど
の利点を持つ。スパッタリングを行なうにはスパッタリ
ング装置が必要である。

【０００３】図２は代表的なスパッタリング装置の垂直
断面を示す概念図である。図２に示すように、この装置
は、主として、接地された真空チャンバー（１）、該チ
ャンバー内を真空に排気するための排気口（２）、チャ
ンバー内にスパッタガスを供給するための導入口
（３）、チャンバー内に配設された基板ホルダー
（４）、チャンバー内に配設されたカソード（５）、カ
ソードを支持する絶縁性の支持台（６）及びカソードの
電位を負に落とす電力を供給する電源（７）から主とし
てなる。スパッタリングを行なうには、まず、カソード
（５）の上にターゲットを置く。ターゲットが導電性の
場合には、カソード（５）をターゲットと兼用させても
よい。また、基板ホルダー（４）に基板（Ｓ）を取りつ
ける。カソード（５）は一般に下にあり、基板ホルダー
（４）は一般にカソード（５）の上方に対向している。
しかし、基板ホルダー（４）がカソード（５）の傍らに
あって基板（Ｓ）を垂直に立てることもある。

【０００４】次に排気口（２）に真空ポンプを取りつけ
てチャンバー内を高真空（例えば、10^-6〜10^-7 Torr)に
排気する。高真空にするには、現在のところ約２時間位
かかる。その上で導入口（３）からスパッタガス（例え
ばアルゴンガスなどのイオン化し易いガス）を少量（例
えば、10^-2〜10^-3 Torr)導入する。導入後、電源（７）
からカソード（５）の電位を負（例えば−10〜−1000ボ
ルト程度）に落とす電力を供給する。そうすると、スパ
ッタガスに高電圧がかかり、そのためガスはイオン化し
プラズマが発生する。そして、イオン化したガス原子
（例えばＡr ⁺）は、カソード（５）の強い負電位の故
に、カソード目がけて勢いよく飛んで行く。その結果、
Ａr ⁺の如きイオン化原子は、ターゲットに衝突し、そ
の衝撃でターゲットから微粒子が弾き飛ばされる。この
微粒子が基板（Ｓ）に次々と衝突し、そこに堆積し、や
がて薄膜が形成される。この薄膜は同然のことながらタ
ーゲットと同じ材料からなる。この衝撃でターゲット及
びカソード（５）は相当に温度が上がるので、実際には
支持台（６）の内部に冷却水（不図示）を循環させるこ
とが多い。

【０００５】ところで、用途によっては、薄膜を単層で
はなく、組成や成分の異なる薄膜を多層に積層した多層
薄膜を使用することがある。例えば、光磁気記録媒体の
分野では、組成や成分の異なる厚さ２〜５０Å程度の超
薄膜を数十〜数百層に積層した超格子構造の多層薄膜が
報告されている。例えば、ＰｔとＣｏの超薄膜を多層に
積層した超格子構造の多層薄膜を記録層とする光磁気記
録媒体が報告されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このような多層薄膜を
形成する場合には、当然に組成や成分の異なるターゲッ
トを複数個用意し、１層を形成するごとにターゲットを
交換しなければならない問題点が発生する。交換する毎
にチャンバー内の真空は常圧に戻るので、再び真空に排
気しなければならず、排気に要する時間（約２時間）が
生産性を著しく落とす。

【０００７】本発明の目的は、ターゲットを交換するこ
となく多層薄膜を形成できる新規なスパッタリング装置
を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そのため、本発明は、
「接地された真空チャンバー、該チャンバー内を真空に
排気するための排気口、チャンバー内にスパッタガスを
供給するための導入口、チャンバー内に配設された基板
ホルダー、チャンバー内に配設された少なくとも２個の
カソード、及び各カソードの電位を負に落とす電力を供
給する電源からなるスパッタリング装置において、電力
を０．０１〜５０Ｈｚ（好ましくは０．０５〜１０Ｈ
ｚ）の周期で変調し、かつ、少なくとも２個のカソード
に供給する変調された電力の位相をずらせる変調手段を
設けたことを特徴とする装置（請求項１）を提供する。

【０００９】本発明の装置は、場合により、カソードが
導電性ターゲットと兼用である（請求項２）。本発明
（請求項１）は、カソードごとに位相をずらして電力を
供給する点に特徴があるが、半波長ずれていることが好
ましい（請求項３）。更に、スパッタリング中に基板を
移動（回転を含む）させてもよく、従って、本発明は、
基板ホルダーが「基板を移動させる移動手段」を備えた
スパッタリング装置（請求項４）をも提供する。

【００１０】

【作用】本発明によれば、カソードに供給する電力を変
調し、かつ、カソードごとに変調する周期の位相をずら
したので、ターゲットに衝突するＡr ⁺の如きイオン化
原子が、ターゲットごとに時間差を持つ。そのため、タ
ーゲットから弾き飛ばされて基板を目がけて飛んで行く
微粒子（ターゲット物質）が、ターゲットごとに異な
る。従って、基板上には、ターゲットごとに別々の層を
形成し、その結果、多層構造の薄膜が形成される。

【００１１】本発明の装置は、複数のカソードを持つ。
各カソードには、ターゲットを乗せるか、又はカソード
をターゲットと兼用させる。そこで、カソードに相応す
るこれらのターゲットに端から順に１番、２番、３番・
・・・・と番号を付ける。この場合、奇数番のターゲッ
トを第１材料で構成し、複数番のターゲットを第２材料
で構成してもよい。これにより、第１材料と第２材料の
交互層からなる多層薄膜が形成される。特に第１材料と
第２材料の２つだけで交互多層薄膜を形成する場合、基
本的には２個のターゲット（カソード）で済むが、小さ
なターゲット（カソード）を多数設けて、奇数番のター
ゲットに第１材料を、偶数番のターゲットに第２材料を
配置する方法が好ましい。

【００１２】カソードに印加する電力の最大値は、ター
ゲットの材料によって異なるが、一般に0.1 〜10ｋＷ程
度が好ましく、最小値はゼロが好ましい。しかし、場合
によっては、最小値を最大値の1 〜10％程度にすること
もできる。これらの最大値と最小値の間で、電力は０．
０１〜５０Ｈｚの周期で変調される。周期を変えること
で、１つの層の膜厚を変えることができる。変調された
電力は、カソード（ターゲット）ごとに位相がずれてい
ることが必要である。理論的には、一般に位相は０（０
度）〜１波長（３６０度) ずれることができるが、本発
明では、ターゲットの材料が２種類でカソードが２個
（又は２群）の場合、位相がターゲット（カソード）間
で半波長ずれることが好ましい。

【００１３】基板（基板ホルダー）は、ターゲットの上
に対向して配置することが好ましいが、これに限らずに
ターゲットの傍らに垂直に基板を立てもよい。ターゲッ
トから弾き飛ばされる微粒子（ターゲット物質）は、種
々の方向に飛ぶので、その方向に基板（基板ホルダー）
を置けばよいのである。基板（基板ホルダー）は、スパ
ッタリングの間、静止させることなく、移動させてもよ
い。例えば、回転、遊星運動、直線運動、ジグザグ運動
などの移動形態がある。本発明の装置は、スパッタリン
グの間、特に複数の基板を順に一方向から流し、順に基
板上に多層薄膜を形成する連続プロセス（連続成膜装
置）に適している。

【００１４】以下、実施例により本発明をより具体的に
説明するが、本発明はこれに限られるものではない。

【００１５】

【実施例１】図１は、本実施例のスパッタリング装置の
垂直断面を示す概念図である。この装置は、主として、
接地された真空チャンバー（１）、該チャンバー内を真
空に排気するための排気口（２）、チャンバー内にスパ
ッタガスを供給するための導入口（３）、チャンバー内
に配設された基板ホルダー（４）、チャンバー内に配設
された第１、第２の２つのカソード（５１）、（５
２）、カソードを支持する絶縁性の支持台（６）、各カ
ソードの電位を負に落とす電力を供給するＤＣ電源（７
１）、（７２）及びカソードに供給する電力を変調する
変調手段（８）から主としてなる。基板ホルダー（４）
は、固定されており、基板（Ｓ）は運動しない。

【００１６】カソード（５１）、（５２）は、ここでは
ターゲットと兼用している。第１カソード（５１）は第
１材料からなる第１ターゲットでできており、第２カソ
ード（５２）は第２材料からなる第２ターゲットででき
ている。

【００１７】

【実施例２】図３は、本実施例にかかるスパッタリング
装置のカソードを上から見た概念図である。カソードは
６個あり、奇数番（５１）と偶数番（５２）の２群に分
けられるいる。奇数番の第１カソード（５１）上にはＦ
ｅ（第１材料）からなる第１ターゲット（Ｔ₁）が取り
つけてあり、偶数番の第２カソード（５２）上にはＴｂ
（第２材料）からなる第２ターゲット（Ｔ₂）が取りつ
けてある。

【００１８】奇数番のカソード（５１）は、導線で変調
手段（８）に連結され、偶数番のカソード（５２）は、
別の導線で変調手段（８）に連結されている。変調手段
（８）はＤＣ電源（７１）、（７２）から最大値１ｋＷ
の電力が供給される。変調手段（８）は、この電力を最
大値１ｋＷと最小値０ｋＷとの間で変調する。変調の周
期は０．１Ｈｚである。つまり、第１カソード（５１）
と第２カソード（５２）に交互に１０秒づつ電力が供給
される訳である。

【００１９】但し、図４に示すように、第１カソード
（５１）に供給される変調された電力の波形と、第２カ
ソード（５２）に供給される変調された電力の波形と
は、位相が半波長ずらしてある。一方、平板状のガラス
基板（Ｓ）は、ターゲットより１０ｃｍ高い位置に基板
ホルダー（図示せず）で保持されており、図３の紙面に
示す矢印方向へと低速度（0.1 ｃｍ／秒）で移動する。

【００２０】この結果、第１層が厚さ４ÅのＦｅ、第２
層が厚さ４ÅのＴｂからなる交互多層薄膜（総膜厚４０
０Å）が得られた。このものは、ＴｂＦｅ合金からなる
単層のものより、高い光磁気記録特性を示した。

【００２１】

【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、ターゲッ
トをいちいち交換することなく、多層薄膜が成膜でき
る。従って、本発明の装置を連続プロセス（連続成膜装
置）に適用すれば、著効が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】は、本発明の実施例１にかかるスパッタリング
装置の垂直断面を示す概念図である。

【図２】は、従来のスパッタリング装置の垂直断面を示
す概念図である。

【図３】は、本発明の実施例２にかかるスパッタリング
装置の一部（カソード）の平面を示す概念図である。

【図４】は、本発明の実施例２の装置で、カソードに供
給する変調された電力の波形図である。

【符号の説明】

１・・・・真空チャンバー２・・・・排気口３・・・・導入口４・・・・基板ホルダー５・・・・カソード５１・・・第１カソード５２・・・第２カソード６・・・・カソードを支持する絶縁性の支持台７１・・・電源７２・・・電源８・・・・変調手段Ｔ₁・・・第１ターゲットＴ₂・・・第２ターゲット

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】接地された真空チャンバー、該チャンバ
ー内を真空に排気するための排気口、チャンバー内にス
パッタガスを供給するための導入口、チャンバー内に配
設された基板ホルダー、チャンバー内に配設された少な
くとも２個のカソード、及び各カソードの電位を負に落
とす電力を供給する電源からなるスパッタリング装置に
おいて、電力を０．０１〜５０Ｈｚの周期で変調し、かつ、少な
くとも２個のカソードに供給する変調された電力の位相
をずらせる変調手段を設けたことを特徴とする装置。
【請求項２】請求項１記載のスパッタリング装置にお
いて、カソードが導電性ターゲットと兼用していること
を特徴とする装置。
【請求項３】請求項１記載のスパッタリング装置にお
いて、位相が半波長ずれていることを特徴とする装置。
【請求項４】請求項１記載のスパッタリング装置にお
いて、基板ホルダーが、基板を移動させる移動手段を備
えたことを特徴とする装置。