JPH10330936A

JPH10330936A - 対向ターゲット式スパッタ装置

Info

Publication number: JPH10330936A
Application number: JP9143590A
Authority: JP
Inventors: Sadao Kadokura; 貞夫門倉
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-06-02
Filing date: 1997-06-02
Publication date: 1998-12-15
Anticipated expiration: 2017-06-02
Also published as: JP3886209B2; US6156172A

Abstract

(57)【要約】【課題】投入電力を大きくしても膜質低下のない工業
生産に適した対向ターゲット式スパッタ装置、及び生産
性がよく、真空部分の容積が小さくてコンパクトな対向
ターゲット式スパッタ装置。【解決手段】対向ターゲット式スパッタ装置におい
て、該ターゲット部の支持体をその真空側の前面にター
ゲットを取り付ける取付部と、該取付部に取り付けたタ
ーゲットの背面を冷却する冷却手段と、磁界発生手段の
永久磁石を収納する収納部とを設けた一体構成とし、冷
却手段により永久磁石も一体的に冷却するようにしたも
の、およびターゲット部を箱型ターゲットユニットと
し、基板を収納した真空槽ユニットと結合したユニット
構成のもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、真空槽内に所定の
間隔を隔てて少なくとも１対のターゲットを対向させて
配置し、その間の空間にスパッタプラズマを生成し、こ
の空間に対面するようにその側方に配置した基板上に膜
形成するようにした対向ターゲット式スパッタ装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】前記対向ターゲット式スパッタ装置は、
本発明者らが出願した特公昭63-20303号、特公昭63-203
04号、特公昭62-14633号等の公報で既に公知であり、図
１の構成を基本構成にしている。すなわち、真空槽10内
に所定距離の空間120を隔てて対向するように配置され
たターゲット110a、110bと、該対向空間120の外縁部の
側面を磁束が均一に覆うように磁界を発生させるターゲ
ット110a、110bのそれぞれの背面に設けた磁界発生手段
130a、130bとからなる対向スパッタ部を設け、その側方
に設けた基板ホルダー21により基板20を該対向空間120
に対面するように配置した構成になっている。尚、図の
140a、140bは、ターゲット部100a、100bのターゲット11
0a、110bの前面以外の部分がスパッタされないように保
護するためのシールドである。

【０００３】従って、図示省略した排気系により排気口
30を通して真空槽10内を排気した後、図示省略したガス
導入手段により導入口40からアルゴン等のスパッタガス
を導入し、図示の如く直流電源からなるスパッタ電源50
によりシールド140a、140b従って真空槽10をアノード
（陽極）（接地）に、ターゲット110a、110bをカソード
（陰極）にしてスパッタ電力を供給すると、ターゲット
110a、110bの間の対向空間120にスパッタプラズマが形
成されてスパッタが行われ、基板20上にターゲット110
a、110bの組成に対応した組成の薄膜が形成される。こ
の際、前述の構成によりターゲット110a、110bの面と垂
直方向に磁界が形成されているので、ターゲット110a、
110b間の対向空間120内に高エネルギーの電子が閉じ込
められてスパッタが生成し、ここでのスパッタガスのイ
オン化が促進されてスパッタ速度が高くなり高速の膜形
成ができる。その上、基板20は、従来の代表的なスパッ
タ装置である基板とターゲットを対向配置した2極のス
パッタ装置と異なり、ターゲット110a、110bの側方に配
置されているので、基板20へのイオンや電子の衝突が非
常に少なくなり、かつターゲット110a、110bからの熱輻
射も小さく基板温度の上昇も小さくなる。よって低温の
膜形成ができる。このように、従来のマグネトロン式ス
パッタ法では高速成膜が困難であった磁性材を含め各種
材料を低温、高速で膜形成できる特徴を有し、磁性薄
膜、薄膜型磁気記録媒体、磁気ヘッド等の製造に利用さ
れている。

【０００４】ところで、通常この方式には矩形、円形の
ターゲットが用いられるが、ターゲットの形状に係ら
ず、スパッタされて侵食されるターゲット表面について
はその中心部に侵食が集中しやすく、ターゲットの利用
効率を改善する必要があることが分かった。また、長方
形ターゲットを使用した場合には、ターゲット侵食パタ
ーンがターゲット中央部に対して非対称となり、基板の
幅方向においても膜厚分布が生じ、生産性および薄膜の
均一性についても改善を必要とすることが分かった。

【０００５】これに対して、本発明者らは特公平3-2231
号公報及び特公昭63-54789号公報において、ターゲット
侵食特性をターゲット面全域に拡大する改良技術とし
て、各ターゲットの外側周囲に磁界発生手段を設け、そ
の磁界発生部である磁極端部にコアを配置し、磁界をタ
ーゲットの周囲に発生させるようにした構成を提案し
た。この構成により、磁界はターゲットを経由しないで
直接対向して配置したコア間に形成されるので、磁界分
布がターゲット材の透磁率、飽和磁化、ターゲットの厚
みに影響されにくくなり、かつスパッタプラズマ拘束用
磁界がターゲット外周に沿ってその外側周囲に形成さ
れ、その侵食領域がターゲットの中央部から外縁周辺部
まで拡大してターゲット利用効率が大きく改善した。し
かしながら、スパッタの際、放電電圧が高くなり、高い
スパッタガス圧でないと安定なスパッタができない欠点
があることが分かった。

【０００６】更に、これを解決するものとして対向ター
ゲット式スパッタ法の特徴であるプラズマ拘束条件をタ
ーゲット面全域に亘ってより一層均一に発現させる技術
を、本発明者らは特公平4-11624号、特公平5-75827号の
公報で提案した。これら技術はスパッタプラズマを生成
・拘束する技術として従来の対向ターゲット式スパッタ
におけるターゲット面と垂直な磁力線（磁場）に加えて
ターゲット面の外縁部全周の近傍空間に電子を反射する
電子反射手段を設けることを特徴にしている。この技術
においては対向したターゲットの間の空間を飛び交う高
エネルギー電子は該空間をドリフトするとともにターゲ
ット外縁部表面近傍の電磁界によりターゲット外縁部を
全周に亘って磁極に吸収されることなくドリフトするの
で全体的にスパッタガスのイオン化効率が著しく高ま
り、前述の問題の無い技術が実現した。この結果、ター
ゲット全域に渡ってスパッタ効率を高めることが可能に
なった。本スパッタ技術により、基板とスパッタ源が対
向する従来のスパッタ法では実現できない微細構造等の
特性の優れた薄膜が形成できるとともに、ターゲット全
域で一様な侵食が可能になり、長方形ターゲットを使用
した場合にもターゲット侵食パターンのターゲット中央
部に対する対称性も飛躍的に改善した。しかし、この改
良された対向ターゲット式スパッタ装置においても、タ
ーゲット表面からスパッタされる反跳ガス粒子やスパッ
タ粒子はターゲット間の全ての側面から真空槽内に飛散
する状態には変わりない。このため、ターゲト前面から
均一にスパッタができ、基板上に一様な膜厚分布の薄膜
を制御良く実現することが出来ても、ターゲットの側方
空間のうち基板に面する一部しか薄膜形成に使用できな
いこと、真空槽壁に飛散した粒子により真空槽壁に内蔵
されるガスがスパッタ中に放出される結果、基板に形成
される薄膜の膜質が低下するといった問題があった。

【０００７】これに対して、本発明者らは、先に出願し
た特願平8-162676号明細書で以下の構成の対向空間を基
板側を除いてターゲットにより区画した箱型の対向ター
ゲット式スパッタ装置を提案した。すなわち、所定距離
の空間を隔てて対向配置した一対の第1のターゲットと
該空間の基板に対面する開口部を除いた側面を覆うよう
に配置した第2 のターゲットとにより該空間を開口部を
除いて区画された区画空間に構成し、スパッタプラズマ
を拘束する磁界を発生する磁界発生手段を第1のターゲ
ットのそれぞれの外周に沿ってその外側近傍に磁極が対
向するように配置し、該磁界発生手段により一対の第1
のターゲットを囲む筒状の対向モードの磁界と、第1の
ターゲットの外縁部の表面近傍に前記磁極から内側表面
に円弧状に閉じた通常のマグネトロンモードの磁界と、
第2のターゲットの表面近傍にその表面と平行なミラー
式マグネトロンモードの磁界と、第2のターゲットの磁
界発生手段に隣接する両側縁部の表面近傍に前記磁極か
ら内側表面に円弧状に閉じたマグネトロンモードの磁界
とを形成すると共に、磁界発生手段の該区画空間に臨む
磁極端部及び第2のターゲットの該区画空間の開口部端
部に電子を反射する電子反射手段を設け、該区画空間内
にスパッタプラズマを生成して、その開口部の前方に配
置した基板上に薄膜を形成するようにした箱型の対向タ
ーゲット式スパッタ装置を提案した。

【０００８】この装置では、上記の通り、対向した一対
の第1のターゲットの間の空間の基板に面する側の開口
部を除いた全側面を第2のターゲットで囲んだ区画空間
で、電子反射手段を介して上記の各磁界に拘束された電
子の相互作用により各ターゲットのほぼ全表面に高密度
プラズマが生成・拘束され、全ターゲットの全表面のほ
ぼ均一なスパッタが実現され、前述の問題が解決され
た。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述の対向
ターゲット式スパッタ装置においては、製膜速度を上げ
るために投入するスパッタ電力を増加すると、堆積する
膜の膜質が低下する傾向が認められた。この傾向は、電
子反射手段を設けた装置において、特に顕著であった。
この問題は、生産速度が大きなコスト要因である工業生
産においては非常に大きな問題である。本発明はかかる
問題に鑑みてなされたもので、投入電力を大きくしても
膜質低下のない工業生産に適した対向ターゲット式スパ
ッタ装置を第1の目的としたものである。第2には、磁界
発生手段を有するターゲット支持体構造の簡略化と冷却
性能とを飛躍的に改善した対向ターゲット式スパッタ装
置を目的としたものである。第3には、生産性がよく、
真空部分の容積が小さくてコンパクトな構成で、特に異
なる組成の薄膜を界面を分離した状態で多数層精密に積
層するのに適した新規な対向ターゲット式スパッタ装置
を目的としたものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的は、以下の２発
明により達成される。すなわち、第１の本発明は、ター
ゲット及び磁界発生手段の冷却構成を改良したもので、
真空槽内に所定の間隔を隔てて一対のターゲットを対向
配置し、該ターゲットの外周に沿って永久磁石からなる
磁界発生手段を設けて該ターゲット間の対向空間を囲む
ようにプラズマ捕捉用磁界を形成して、該対向空間内に
スパッタプラズマを生成し、該対向空間の側方に配置し
た基板上に薄膜形成するようにした対向ターゲット式ス
パッタ装置において、該ターゲットと該磁界発生手段と
を真空槽の壁面に外部から一体的に取り外し・取り付け
ができる支持体に設けたユニット構成とし、支持体にそ
の真空側の前面にターゲットを取り付ける取付部と、該
取付部に取り付けたターゲットの背面を冷却する冷却手
段と、真空槽内と隔壁で遮断されると共に取り付けられ
たターゲットの外周に沿う所定位置に前記磁界発生手段
の永久磁石を収納する収納部とを設け、冷却手段により
永久磁石も一体的に冷却するようにしたことを特徴とす
る対向ターゲット式スパッタ装置である。第２の本発
明は、ユニット構成で真空部分の容積を小さくしてコン
パクトな構成を可能としたもので、所定の間隔を隔てて
一対のターゲットを対向配置し、該ターゲットの外周に
沿って永久磁石からなる磁界発生手段を設けて該ターゲ
ット間の対向空間を囲むようにプラズマ捕捉用磁界を形
成して、該対向空間内にスパッタプラズマを生成する対
向ターゲット部と備え、該対向空間の側方に配置した基
板上に薄膜形成するようにした対向ターゲット式スパッ
タ装置において、前記対向ターゲット部をその対向空間
の基板に対面する開口部以外の側面を遮蔽板で密閉した
箱型ターゲットユニットとし、該開口部に基板を該開口
部に対面するように保持する基板保持手段を備えた真空
槽ユニットをその側面の結合口部を介して結合したユニ
ット構成としたことを特徴とする対向ターゲット式スパ
ッタ装置である。

【００１１】上記本発明は、以下のようにして為された
ものである。すなわち、前記問題についてその原因を種
々検討したところ、ターゲットユニットに使用される永
久磁石からのガス放出及びターゲットユニットから飛散
するスパッタ粒子が真空槽壁面に付着し、大気開放等に
よる水分吸収や酸化物生成によるコンタミの発生等真空
中で発生する不純物ガスが主因であることが判った。ま
た、長期間に渡るスパッタによる熱ストレスにより永久
磁石の磁力の低下に起因したプラズマ捕捉用磁界の低下
に伴う基板へ飛来する電子の増加も加わって膜質が低下
することを見出し、為されたものである。以下、本発明
の詳細をその作用と共に説明する。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明は、熱伝導性に優れたアル
ミニウム合金、銅合金等のブロックから所定寸法に加工
した一体構造の支持体の前面とターゲット背面で形成さ
れる水等の冷媒を循環する冷却ジャケットを設けてター
ゲット（バッキングプレートに融着した場合でも良い）
を冷却する構成で、その冷却溝はターゲット或いは支持
体いずれかに設けられ、ターゲットを支持体に取着する
Ｏリング及びボルトを介してターゲットと冷却部との真
空遮断をする。また、磁界発生手段の永久磁石の設置
は、Ｏリング及びボルトの外周部にこの永久磁石を大気
側から装着できる収納部溝を前記支持体に設け、該溝部
に装着し、必要に応じて同極磁石の端部に更に鉄等のヨ
ークを設けた構成とする。従って、ターゲットは、直接
冷媒と接触し冷却される際冷媒還流におけるターゲット
面との流速を溝加工により乱流状態にして熱伝達係数を
高めることが容易にできるため、高密度プラズマ生成・
拘束によりターゲット面に発生する熱量を冷媒を介して
容易に大気中に除去できる。

【００１３】また、冷媒は加工した熱伝導性に優れた材
からなる支持体を還流するため、支持体の温度を低温に
維持することは容易である。従って、支持体に加工され
た溝部に装着された永久磁石は、冷媒との接触をするこ
と無しに所定の大気温度状態に保たれると共に、大気中
から加工された支持体の隔壁を介して磁力線を対向ター
ゲット空間に生成する。磁石の寸法に合わせて支持体を
加工することができるため、所期の磁力線を生成すると
共に長期間に渡って磁石の特性を安定に維持できる。な
お、永久磁石に希土類コバルト系磁石、希土類鉄系磁石
等の高い磁気エネルギーを有する永久磁石を用いること
により、磁石を装着する溝寸法を小さくすることが可能
になり、ヨークを設けることにより磁界分布の均一性を
高めることができる。

【００１４】本発明では、環境の雰囲気や温度変化で特
性が変化を生じやすい希土類コバルト系磁石、希土類鉄
系磁石を通常の管理された大気の環境と温度に維持する
ことができるため、高密度スパッタプラズマの生成・拘
束をコンパクトかつ簡単な構造のターゲットユニットで
実現できる。上述の本発明は、その趣旨から、対向した
ターゲットの外周に沿ってその外側に磁界発生手段の永
久磁石を設けた対向ターゲット式スパッタ装置に広く適
用できることは明らかである。中でも、対向したターゲ
ットの対向空間の側面を開口部を除いて他のターゲット
で密閉した具体的には5面のターゲットを用いて箱形の
区画されたスパッタ空間を形成した箱型ターゲットの対
向ターゲットスパッタ装置では、ターゲット全面が一様
にスパッタされるように永久磁石の磁極がターゲット前
面より対向空間に突出した構造が好ましい。即ち、ター
ゲットの外縁に設けた磁石収納部から生成される磁力線
が隣接するターゲット表面空間に平行する密度の高い磁
力線を形成できるので、更に高密度プラズマ生成効率を
高めることができる。このような構造においては、磁界
発生する磁石の突出部がスパッタプラズマに触れて加熱
される問題が顕著であり、その効果は大である。

【００１５】一方、このターゲット部を区画空間を形成
した箱型ターゲットとした対向ターゲットスパッタ装置
では、この箱型ターゲット部を開口部を除いて密閉即ち
封止したユニット構成とすると共に基板をこの開口部に
対面するように保持する基板保持手段をこの開口部と結
合できる結合口を有する真空槽ユニットに収納し、両ユ
ニットを真空遮断機構を介して結合したユニット構成と
すると、真空にする必要がある真空容積が非常に小さ
く、容易に高真空にできる生産性の良いスパッタ装置が
得られる。基板保持手段を内蔵する真空槽ユニットに複
数の結合口を設け、各結合口に上記の箱型ターゲットユ
ニットを設けることにより、真空を破る事無く多層の薄
膜形成を容易にすることができる。すなわち、この複数
の各箱型ターゲットユニットに個別にスパッタガスを供
給することにより、形成されるスパッタ粒子は、真空槽
ユニットに真空排気装置を接続して真空槽ユニットから
排気するようにすることで基板表面に移送されるので、
箱型ターゲットユニット毎に形成されるスパッタ粒子が
他の箱型ターゲットユニット内に混入することがないた
め、高品質の各膜からなる多層膜形成をコンパクトな構
造で容易に作製することができる。

【００１６】以下、本発明を具体的な実施例に基づいて
図面により説明する。本実施例は、前述の図１の従来の
対向ターゲット式スパッタ装置において、ターゲット部
100a、100bの構造は、図２では前記特公平5-75827号公
報開示のものと基本構造が異なり、電子反射手段はター
ゲットの一部であり、電子を反射すると共に電子を対向
空間に捕捉する電子捕捉板170aと同じである。また、図
２、図３のターゲット部100a、100bは、特公昭63-20304
号公報開示のものと基本構造が異なり永久磁石の配置を
ターゲット支持体の外縁部に装着する構造を特徴として
いる。図４は図３のｘーｘ’線でのターゲットバッキン
グプレートの加工平面図である。従って、ターゲット部
100a、100bを除いた構成は、前述した図１の従来例と同
様であり、その説明は省略する。図５は、ターゲット部
100a、100bと図６に示す磁石を内蔵しない構造のターゲ
ット部100c、100d、100eを直方体状のユニット支持枠体
70の各面701c〜701eに取着して箱型ターゲットユニット
7を構成する一例であり、その開口部120sからの斜視概
略図を示す。図６は、磁石を内蔵しないターゲット部10
0c、100d、100eの側面図である。

【００１７】図７、図８は、３組の箱型ターゲットユニ
ット7a、7b、7cを基板保持手段を内蔵する真空槽ユニッ
ト10の側壁11に公知の真空遮断機構（図示省略）を介し
て接続した対向ターゲット式スパッタ装置の例を示す。
なお、図１〜８において記号は同じ機能のものには同じ
記号を用いた。図２に示すように、本例の対向したター
ゲット部100a、100bは、真空槽10の槽壁11に一体的に取
外し可能に取付けられている。なお、図２は、ターゲッ
ト部100aであるが、ターゲット部100bは磁界発生手段の
永久磁石130a、130bのN、Ｓ磁極の配置が逆になる点を
除いてこのターゲット部100aと同じ構成である。ターゲ
ット110aは、支持体である冷却ブロック150aの前面にそ
の周辺部で一定間隔のボルト111aにより交換可能に取付
けられている。冷却ブロック150aの前面の冷却ジャケッ
トには冷却溝151aが図４に示すように隔壁152aにより設
けられ、ターゲット110aを取付けると冷却ジャケットが
形成されるようになっている。なお、図２では上述の通
り冷却溝151aを冷却ブロック150aに設けているが、図４
では冷却溝151aをバッキングプレート113aに設けてい
る。従って、非常に冷却効率の良い冷却ができ、高速製
膜に対応できる。

【００１８】冷却ブロック150aは、その取付部160aにお
いて電気絶縁材からなるパッキン155aを介して槽壁11に
一定間隔のボルト112aにより取付けられている。冷却ブ
ロック150aには、磁界発生手段130aを収納する収納部13
1aが、図示されたように、ターゲット110aの周囲に沿っ
てその外側を囲むように、槽内側にターゲット110a前面
より実効的に所定長dだけ突出して設けられている。図
２では電子捕捉板170aの材質を磁性材料にした場合であ
り、磁極先端部がターゲット110aの表面より突き出てい
ない構造でも水平磁界がターゲット110a外縁周囲表面に
形成される。また、ターゲット110aの材料組成が非磁性
の場合には図３に示すようなターゲット110aの外縁部背
面に設ける磁石配置でも閉じた水平磁界が形成される。

【００１９】図示の通り、収納部131aは槽外から磁界発
生手段の永久磁石130aを出し入れする槽外に開口した所
定深さの穴を所定ピッチで冷却ブロック150aに設けた構
造となっており、磁界発生手段はこの収納部131aの穴部
の各々に棒状の永久磁石130aを図示の磁極配置で挿入し
て留め具132aで固定し、複数個の永久磁石130aを一定ピ
ッチでターゲット110aの周囲に併設した構成となってい
る。本例では、この収納部131aと取付部160aを一体構造
とした冷却ブロック150aは、熱伝導性の良い金属等の構
造材料具体的にはアルミニウムブロックからNＣ旋盤に
より図示の断面の形状に削りだして本体部を製作し、そ
の所定箇所には複数のボルト111a、112aの貫通孔を所定
ピッチで穿設し、更にその外縁部の所定箇所には磁界発
生手段の永久磁石130aの収納部131aの所定深さの穴を底
辺側から所定ピッチで穿設して、継ぎ目の無い一体構造
とした。これにより槽内とは完全に遮断され、全く真空
漏れが無く、冷却ブロック150aに設けた冷却管状部153
a、154aを介して冷却水が冷却ブロック150a内を還流す
るため収納部131aに装着した永久磁石130aは熱伝導によ
る冷却のみで充分冷却できる。

【００２０】収納部131aの先端部には、ここに到る電子
を反射し対向空間に捕捉する電子捕捉板170aが、図示の
ように、ターゲット110aの周辺を覆うように設けられて
いる。本例では、この電子捕捉板170aは、ターゲットと
同一材質であり、ターゲット110aの一部として利用され
る。なお、電子捕捉板170aを介して形成される磁力線分
布の性質から対向ターゲット式スパッタでは電子捕捉板
170aのスパッタがほとんど生じないため、電子捕捉板17
0aの材質をターゲット110aの一部として利用するのは薄
膜の組成を厳密に規制する場合に限定される。ターゲッ
ト部100aは、支持体である冷却ブロック150aにその全部
が設けられた構成となっている。そして、ターゲット部
100aは、図示されたように、取付部160aを真空槽10の槽
壁11に電気絶縁材からなるパッキン155aを介して一定間
隔のボルト112aにより取付けることにより、真空槽10の
槽壁11に設置される。図３には、磁界発生手段の永久磁
石130aの磁極がターゲット110a面より大気側にある場合
を示している。また、バッキングプレート113aに冷却溝
151aを形成した構造を示す。

【００２１】図４には冷却溝151aとボルト111a、隔壁15
2a、冷却管状部153a、154aの平面図の例を示している。
ボルト111aの外側周囲に設ける真空遮断用のバイトン
（商品名）等のＯリング（図示省略）は、熱伝導性に優
れた冷却ブロック150a、バッキングプレート113aを使用
するため、ターゲット表面の状態が高密度プラズマに曝
されている場合でも冷却水等の冷媒により温度上昇を抑
制される。ところで、上述の構成において、磁界発生手
段の永久磁石130a、130bの大気側先端部にはヨーク140a
を永久磁石130aの先端部に密着させて設ける。ヨーク14
0aの材料としては鉄系軟磁性金属が好ましく使用され
る。このヨーク140aを使用することにより、磁界発生手
段の永久磁石130a、130bから形成される真空槽10内に発
生する磁場は均一化されると共に希土類コバルト系磁
石、希土類鉄系磁石等の高エネルギー磁石を磁界発生手
段130a、130bに使用する場合には冷却ブロック150a、15
0bの磁石収納部131a、131bの容積を小さくすることがで
きるため、冷却ブロック150a、150bの寸法を小型にでき
るための材料費の削減だけでなくＮＣ加工での加工工数
の低減といった対向ターゲット式スパッタ装置製作に係
る改善効果が大きい。

【００２２】また、スパッタ装置の小型化も可能になる
ため、設置するクリーン環境の容積を減らす効果もあ
り、磁界発生手段130a、130bの小型化を可能にする希土
類コバルト系磁石、希土類鉄系磁石等の高エネルギー磁
石を使用できる本発明の効果は著しい。特に、希土類コ
バルト系磁石、希土類鉄系磁石等の高エネルギー磁石で
は、水等の接触による錆びの発生、磁石の環境劣化を抑
制するために磁石周囲をシールする技術が実用化されて
いるが、スパッタ装置で従来実用化されている磁石とタ
ーゲットとを同一の冷却域に設ける場合には、熱の繰り
返しや水分に含まれる塩素等の活性元素との反応により
数年程度の使用期間でも磁石の劣化が問題になる。本発
明では、磁石収納部を大気中に設けると共に水等の磁石
の成分と反応しやすい成分との接触を容易に抑制できる
だけでなく、簡単に磁石の特性を定期的に検査すること
ができることは、図２、３等の構成例から明らかであ
る。特に、大気中に磁石を保持する構造であるため、鋼
鈑、ステンレス等の磁性を有するヨーク140aと磁石130a
との間にシリコングリス等の糊状の空気を遮断するシー
ル材を使用することにより磁石の環境による劣化の問題
は完全に解決できる。

【００２３】また、アルミ合金を用いたターゲット部で
は長期間の使用により表面に形成される不導体が不均一
になり、Ｏリングを支持する溝表面の粗さが増加し真空
遮断性能が低下する懸念がある。本発明では、冷却水と
接触する加工溝には所定の厚みの不導体層からなるアル
マイト加工を行うことが好ましい。また、熱伝導に優れ
た材質であるため、Ｏリングを二重に設けることにより
真空遮断性能を保持することができる。図５に示した５
面ターゲットの箱型ターゲットユニット7は、の開口部1
20sを除いた各側面701a、701b、701c、701d、701eにタ
ーゲット部100a、100b、100c、100d、100eを取着した構
成であり、直方体状枠体70は真空遮断という面で図２の
槽壁11に相当する。

【００２４】図５に示した構成によるスパッタプラズマ
生成・拘束する磁場形成は、従来技術で説明した特願平
8-162676号明細書に開示したように、磁界発生手段を備
えた対向ターゲット部100a、100bのターゲット面にはマ
グネトロンモードの電磁場がターゲット外縁周囲に形成
され、かつ対向するターゲット間の空間には対向モード
の電磁場がターゲット全域に形成される結果、高密度プ
ラズマがターゲット110a、110bの全面に亘って形成され
る。また、磁界発生手段のないターゲットのみのターゲ
ット部100c、100d、100eのターゲット面をターゲット部
100a、100bが形成する磁力線分布に隣接して配置するこ
とにより、ターゲット部100c、100d、100eのターゲット
面近傍空間にはミラー式マグネトロンモードの電磁場が
形成される結果、高密度スパッタプラズマはターゲット
表面に形成される。

【００２５】従って、5面をターゲットにした図５に示
す箱型ターゲットユニット7ではスパッタされた粒子
は、スパッタガス粒子と共に開口部を介して高真空に排
気される基板を内蔵する真空槽に移送する。なお、スパ
ッタガスの供給は開口部に対向する側面の図示省略した
ターゲット部100eを取着した支持体面701eの一部に設け
る。ターゲット部100c、100d、100eの替わりに真空を遮
断する遮断プレートを設けて、箱型ターゲットユニット
7を構成することにより、スパッタ粒子とスパッタガス
粒子を箱型空間から真空槽に移送して基板に高品質の薄
膜形成することができる効果は上述の5面ターゲットの
場合と大差なく優れている。ターゲット部100c、100d、
100eの替わりに設けた遮断プレート面にはスパッタ粒子
が堆積するので、スパッタガス粒子とターゲット110a、
110bの材質の純度で規制される薄膜の純度及びプラズマ
エネルギーの状態は5面ターゲットの場合と大差ないた
めである。

【００２６】図７、図８は、真空槽10を基板保持手段を
収納したコンパクトなユニット構成とし、これに上述の
箱型ターゲットユニットを結合したユニット構成の対向
ターゲット式スパッタ装置の例で、図の例は真空槽ユニ
ット10を直方体状とし、３組の上述の箱型ターゲットユ
ニット7a、7b、7cと覗き窓75を真空槽10の各測壁面11
a、11b、11c、11dに設けた結合口部101、102、103、104
に真空遮断して取付けた構成のものである。なお、図７
に側面説明図を、図８に図７のH-H'線での断面平面略図
を示す。

【００２７】基板支持手段21は基板20を4箇取着できる4
面体を真空槽10の上部壁11Uに回転導入機22を介して真
空状態で回転可能に取着する。従って、4箇の基板20は3
組の箱型ターゲットユニット7a、7b、7cの開口部と回転
導入機22の操作により対向して配置され、箱型ターゲッ
トユニット7a、7b、7cの箱型空間に生成されるスパッタ
粒子が下記スパッタガス粒子とともに基板20へ移送さ
れ、堆積される。なお、基板20と各箱型ターゲットユニ
ット7a、7b、7cの開口部との間にはシャッター（図示省
略）を設けることができる。真空槽ユニット10の下部壁
11Ｄには真空排気系（図示省略）と接続する排気口30が
ある。覗き窓75は結合口部104に真空遮断して取着され
るが、真空状態を監視する真空センサー（図示省略）は
真空槽ユニット10の壁面あるいは排気口30の構成域に取
着される。

【００２８】3組の箱型ターゲットユニット7a、7b、7c
にはガス流量制御器71a、71b、71cを介して導入口40a、
40b、40cから所定流量のスパッタガスが供給される。図
７、図８に示す箱型ターゲットユニット7a、7b、7cと基
板20を内蔵する真空槽ユニット10の構成から明らかなよ
うにスパッタ粒子は箱型ターゲットユニット7a、7b、7c
毎にその箱型空間より高真空状態に真空排気されている
真空槽ユニット10の基板20へ移送するため、組成の異な
る多層の薄膜を所定のガス圧、基板条件で作製すること
ができる。図７に示すように回転導入機22を介して基板
支持体21を保持すると共に上部壁11Uと着脱可能な真空
遮断機構を有するプレート23を設け、プレート23を上部
壁11Uから分離して基板20の交換を行う。なお、本実施
例では、ガス漏れの全く心配ないブロック体から加工し
た一体物構成の支持体を示したが、支持体には各部を溶
接等により接続した構造も適用できることは、本発明の
趣旨から明らかである。また、冷却性も良く、磁界発生
手段の棒状磁石の収納に適した穴を支持体ブロックに設
けた収納部を示したが、電子捕捉板を有する収納部の構
造は限定されず冷却が容易な構造等目的に応じて適用で
きる。

【００２９】

【発明の効果】本発明は、以上の通り、ターゲット部を
磁界発生手段の永久磁石を真空槽内と遮断され、槽外か
ら収納するようにした収納部と、ターゲット冷却ブロッ
クとを一体加工した構造とし、真空槽の槽壁に一体的に
取り付け、取り外しできるようにした構成により、永久
磁石からの放出ガスの膜形成への影響が無くなり、更に
永久磁石の熱劣化、環境劣化も防止されるものであり、
対向ターゲット式スパッタ装置の性能向上特に長期安定
性の向上に大きな効果を奏する。また、装置の小型化に
伴う設備使用環境の少スペース化、省エネルギー化等工
業生産上重要な効果を奏する。以上、本発明は工業規模
や研究環境に適した対向ターゲット式スパッタ装置を提
供するものであり、工業上大きな寄与をなすものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、従来の対向ターゲット式スパッタ装置
の基本構成の説明図である。

【図２】図２は、本発明の実施例のターゲット部の概略
側面断面図である。

【図３】図３は、本発明の他の実施例のターゲット部の
概略側面断面図である。

【図４】図４は、図３のｘーｘ’線での概略断面図であ
る。

【図５】図５は、本発明の実施例の箱型ターゲットユニ
ットの概略斜視図である。

【図６】図６は、図５の箱型ターゲットユニットの対向
以外のターゲット部の概略側面断面図である。

【図７】図７は、本発明の箱型ターゲットユニットと真
空槽ユニットとを結合したユニット構成の実施例の概略
側面断面図である。

【図８】図８は、図７のＨーＨ’線での概略平面図であ
る。

【符号の説明】

１０真空槽又は真空槽ユニット２０基板３０排気口４０導入口５０スパッタ電源１００ａ〜１００ｅターゲット部１１０ａ、１１０ｂターゲット１２０対向空間１３０ａ、１３０ｂ磁界発生手段（永久磁石）１４０ａ、１４０ｂシールド１５０ａ冷却ブロック１５１ａ冷却溝１６０ａ取付部１７０ａ電子捕捉板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】真空槽内に所定の間隔を隔てて一対のタ
ーゲットを対向配置し、該ターゲットの外周に沿って永
久磁石からなる磁界発生手段を設けて該ターゲット間の
対向空間を囲むようにプラズマ捕捉用磁界を形成して、
該対向空間内にスパッタプラズマを生成し、該対向空間
の側方に配置した基板上に薄膜形成するようにした対向
ターゲット式スパッタ装置において、該ターゲットと該
磁界発生手段とを真空槽の壁面に外部から一体的に取り
外し・取り付けができる支持体に設けたユニット構成と
し、支持体にその真空側の前面にターゲットを取り付け
る取付部と、該取付部に取り付けたターゲットの背面を
冷却する冷却手段と、真空槽内と隔壁で遮断されると共
に取り付けられたターゲットの外周に沿う所定位置に前
記磁界発生手段の永久磁石を収納する収納部とを設け、
冷却手段により永久磁石も一体的に冷却するようにした
ことを特徴とする対向ターゲット式スパッタ装置。
【請求項２】所定の間隔を隔てて一対のターゲットを
対向配置し、該ターゲットの外周に沿って永久磁石から
なる磁界発生手段を設けて該ターゲット間の対向空間を
囲むようにプラズマ捕捉用磁界を形成して、該対向空間
内にスパッタプラズマを生成する対向ターゲット部と備
え、該対向空間の側方に配置した基板上に薄膜形成する
ようにした対向ターゲット式スパッタ装置において、前
記対向ターゲット部をその対向空間の基板に対面する開
口部以外の側面を遮蔽板で密閉した箱型ターゲットユニ
ットとし、該開口部に基板を該開口部に対面するように
保持する基板保持手段を備えた真空槽ユニットをその側
面の結合口部を介して結合したユニット構成としたこと
を特徴とする対向ターゲット式スパッタ装置。
【請求項３】真空槽ユニットを側面に複数の結合口部
を設けた筒状構成にすると共に、真空槽ユニットの側面
の各結合口部に箱形ターゲットユニットを取り付け、基
板保持手段を各箱形ターゲットユニットの開口部に対面
するように基板を保持する回転可能な複数の基板取付面
を有する多面保持手段とした請求項２記載の対向ターゲ
ット式スパッタ装置。
【請求項４】前記遮蔽板がターゲットである請求項２
又は３記載の対向ターゲット式スパッタ装置。
【請求項５】スパッタガスを各箱形ターゲットユニッ
トに供給し、真空槽ユニットから排気するようにしたこ
と請求項２〜４のいずれかに記載の対向ターゲット式ス
パッタ装置。
【請求項６】前記箱形ターゲットユニットの対向ター
ゲット部のターゲットの支持体を、その真空側の前面に
ターゲットを取り付ける取付部と、該取付部に取り付け
たターゲットの背面を冷却する冷却手段と、真空槽内と
隔壁で遮断されると共に取り付けられたターゲットの外
周に沿う所定位置に前記磁界発生手段の永久磁石を収納
する収納部とを備え、冷却手段により永久磁石も一体的
に冷却するようにしたことを特徴とする請求項２〜５に
記載の対向ターゲット式スパッタ装置。
【請求項７】前記冷却手段がターゲット背面を直接冷
却する冷却ジャケットである請求項１〜７のいずれかに
記載の対向ターゲットスパッタ装置。
【請求項８】前記支持体がブロック材からなる一体構
造である請求項１〜７のいずれかに記載の対向ターゲッ
ト式スパッタ装置。
【請求項９】前記一体加工したブロック材がステンレ
ス、鉄材質の熱伝導と比較して５倍以上大きいアルミニ
ウム合金、銅合金等の材質からなる請求項８に記載の対
向ターゲット式スパッタ装置。
【請求項１０】前記永久磁石を収納した収納部を大気
中に配置した請求項１〜９のいずれかに記載の対向ター
ゲット式スパッタ装置。
【請求項１１】前記永久磁石が希土類コバルト系磁
石、希土類鉄系磁石と少なくとも1磁極にヨークを有す
る請求項１〜１０のいずれかに記載の対向ターゲット式
スパッタ装置。
【請求項１２】前記ターゲットを支持体に大気側から
ボルトで取着する請求項１〜１１のいずれかに記載の対
向ターゲット式スパッタ装置。
【請求項１３】前記永久磁石を大気から遮断するシー
ルを介して永久磁石収納部に取着する請求項１〜１２の
いずれかに記載の対向ターゲット式スパッタ装置。