JPH1171667A

JPH1171667A - スパッタリング装置のターゲット構造

Info

Publication number: JPH1171667A
Application number: JP23376797A
Authority: JP
Inventors: Nobumasa Nanbu; 信政南部
Original assignee: RAIKU KK
Current assignee: RAIKU KK
Priority date: 1997-08-29
Filing date: 1997-08-29
Publication date: 1999-03-16
Anticipated expiration: 2017-08-29
Also published as: JP3471200B2

Abstract

(57)【要約】【課題】マグネットブロックを固定したまま、安定し
た磁界の作用下で均一な膜厚が得られるスパッタリング
成膜を行う。【解決手段】ターゲットホルダ２０及びターゲット材
料２１を二重筒構造にしたターゲットブロック１２を用
いる。ターゲット材料の軸方向長さをＬ、中心軸からの
平均半径をＲとしたとき、０．０３≦Ｒ／Ｌ≦０．１２
とする。ターゲットホルダ２０の中空部内にマグネット
ブロック２２を配置する。マグネットブロック２２は、
コア２４と、ターゲット材料２１の長手方向に沿ってラ
イン状に配置された第１マグネット列２５と、その両側
にライン状に配列された一対の第２マグネット列２６と
からなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はスパッタリング装置
に関し、詳しくはターゲット材料を含むターゲット構造
の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光学薄膜や導電性薄膜などの各種の薄膜
を形成する際にスパッタリングが行われる。スパッタリ
ングでは、グロー放電で生成された陽イオンを電気的に
加速してターゲット材料に衝突させ、これにより叩き出
された原子を基板に被着させることによって成膜が行わ
れる。グロー放電のために真空槽内にはアルゴンガスな
どの不活性ガスが導入されるが、化学反応性スパッタリ
ングを行う際にはさらに酸素ガス，窒素ガスなどの反応
ガスの導入も行われる。スパッタリングで形成した薄膜
は、抵抗加熱方式や電子線加熱方式に代表される真空蒸
着法で形成した薄膜と比較して、成膜に時間がかかると
いう難点はあるものの、膜構造が緻密で物理，化学的に
安定したものが得られ、また基板への付着力の強い薄膜
が得られるという利点がある。

【０００３】スパッタリングの成膜効率を向上させるた
めに、成膜中に磁界を併用したマグネトロンスパッタリ
ング装置が知られている。この装置では、薄膜の被着対
象となる基板とターゲット材料との間に磁界を与え、グ
ロー放電で発生した陽イオンをさらに磁界作用によって
加速してターゲット材料表面に衝突させるようにしてい
る。

【０００４】磁界による加速作用を効率的に利用するに
は、本出願人が特願平８−１２８４８３号で提案してい
るように、ターゲット材料を円筒状にし、その中空部内
にマグネットを配置するのがよい。これにより、平板状
のターゲット材料を用いる場合と比較して、ターゲット
材料の表面近傍に広い範囲にわたって均一な磁界が得や
すくなり、成膜効率をより向上させることが可能とな
る。さらに、ターゲット材料に対する磁界作用を均一化
するために、磁界の発生に用いられているマグネットと
ターゲット材料とのいずれかを他方に対して相対的に移
動させる工夫も種々提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、ターゲ
ット材料に対してマグネットを相対的に移動させる構成
を採った場合、磁界作用の均一化によりターゲット材料
の利用効率及び膜厚の均一化を図ることができるもの
の、ターゲット構造が複雑になってスパッタリング装置
の製造コストが高くなり、また小型化の上でも不利であ
る。

【０００６】本発明は上記従来技術を考慮してなされた
もので、ターゲット材料に対してマグネットを固定して
用いながらも、ターゲット材料の表面近傍に生じる磁界
を均一化し、結果的に装置の製造コストを低く抑えると
ともにその小型化を可能としたスパッタリング装置のタ
ーゲット構造を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のターゲット構造
は、成膜中に一方の電極となる筒状のターゲットホルダ
と、このターゲットホルダの外周面に密着固定された筒
状のターゲット材料と、前記ターゲットホルダの中空部
内に長手方向に沿って配置されターゲット材料の外表面
近傍に磁界を発生させるマグネットとからなり、前記マ
グネットは、ターゲットホルダの長手方向に沿ってライ
ン状に配置され、外周面に向かって一方の磁極を向けた
第１マグネットと、この第１マグネットの両側に沿って
ライン状に配置され、外周面に向かって他方の磁極を向
けた一対の第２マグネットとから構成される。そして、
ターゲット材料の軸方向長さをＬ、ターゲット材料の中
心軸から外周面までの平均半径をＲとしたとき、０．０３ ≦ Ｒ／Ｌ ≦ ０．１２を満足させるようにしてある。

【０００８】ターゲット材料の軸方向長さＬと、ターゲ
ット材料の中心軸から外周面までの平均半径Ｒとの間の
比を上記の範囲に収めることにより、前記第１及び第２
マグネットよってターゲット材料の表面近傍に発生する
磁力線は、ターゲット材料表面の母線に直交するループ
面を形成するとともに、長手方向についてはほぼ均一な
分布となるため、マグネットを固定式に用いても良好な
磁界作用のもとで成膜を行うことが可能となる。

【０００９】上記Ｒ／Ｌの値が上記範囲よりも大きくな
ると、ターゲット材料の表面近傍に発生する磁力線の向
きが揃いにくくなり、Ｒ／Ｌの値が上記範囲よりも小さ
くなると、長手方向の中央部の磁束密度がその周囲より
もかなり大きくなり、いずれにしても磁界の均一化が困
難になる。なお、上記範囲内であれば、Ｒ／Ｌの値を小
さくすることによって長手方向の中央部の磁束密度がそ
の周囲よりも大きくなる傾向を示したとしても、ターゲ
ット材料の長手方向に関してマグネットによる磁界に強
度分布をもたせ、中央部がその周囲よりも小さくなるよ
うにしておくことによって調整が可能である。第１及び
第２マグネットには、柱状又は板状をした複数のセグメ
ント磁石を配列して用いるのがコスト面で有利であり、
また形状及び寸法を共通にしたものを用いるのが製造上
簡便である。そして、ターゲット材料の長手方向に関し
て磁界強度に分布をもたせるには、セグメント磁石の配
列を中央部で離散的にすればよい。

【００１０】成膜工程中のグロー放電を安定に維持する
には、電極となるターゲットホルダの外周面とターゲッ
ト材料との内周面とを密着させることが重要なポイント
になる。本発明のターゲット構造ではこの点についても
改良がなされている。その一形態は、ターゲット材料を
加熱して膨張させてからその中空部内にターゲットホル
ダを挿入した後、冷却することによってターゲットホル
ダの外周面とターゲット材料の内周面とを密着させて固
定するものである。

【００１１】また、加熱したターゲット材料の中空部内
にターゲットホルダを挿入した後、ターゲットホルダの
中空部内に、その内径よりも大きい外径を有する拡張治
具をねじ込みながら挿通することによってターゲットホ
ルダの外周面とターゲット材料の内周面とを密着させる
形態も有効である。いずれにせよ、従来多用されていた
インジウムシール層などの中間層を用いることなく、タ
ーゲットホルダ外周面とターゲット材料内周面との間の
密着固定が行われ、グロー放電を安定に維持するだけで
なく、製造コストを抑える上でも有利である。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１に本発明を適用したスパッタ
リング装置の外観を示す。真空槽２は、四角筒形状をし
たベルジャ本体３と、その上面及び底面をそれぞれ気密
に覆う蓋４，ベースプレート５からなり、この真空槽２
の内部空間でスパッタリング成膜が行われる。ベルジャ
本体３及び蓋４は、適宜の昇降旋回機構６によってベー
スプレート５に対して昇降自在であり、また蓋４は適宜
のヒンジ機構によりベルジャ本体３に対して開閉自在と
なっている。これらは、真空槽２内のターゲット材料あ
るいは薄膜の被着対象となる基板を交換する際、さらに
は点検整備などの作業時に適宜に移動され、開放され
る。なお、これらの作業のためにベルジャ本体３の周面
に開閉式のドアや窓を設けることも可能である。

【００１３】真空槽２の横断面を図２に概略的に示す。
べースプレート５のほぼ中央には排気孔５ａが形成され
ている。油拡散ポンプや分子ターボポンプ，スクロール
型ドライ真空ポンプなどの適宜の真空排気装置７により
排気孔５ａを通して排気が行われ、真空槽２の内部を１
０^-6Torr以下の高真空にすることができる。

【００１４】真空槽２の内部にはドラム状の基板ホルダ
８が設けられている。基板ホルダ８は、その底面側がベ
ースプレート５によって回転自在に支持されており、ス
パッタリングを行うときに適宜に回転させることができ
る。基板ホルダ８は導電性を有し、ベルジャ本体３及び
蓋４、さらにベースプレート５に対して電気的に絶縁さ
れており、スパッタリングを行うときには陽電極として
用いられる。この基板ホルダ８には、薄膜の被着対象と
なるガラスレンズ，プラスチックレンズあるいは平板ガ
ラスなどの基板１０が保持される。なお、基板ホルダ８
に対して基板１０が回転できるように保持し、例えばゼ
ネバ機構などの回転装置によって基板１０を垂直な軸の
回りに回転させる構造にすることも可能である。これに
よれば、一回の真空引きで基板１０の表裏いずれの面に
も薄膜の被着が可能となる。

【００１５】真空槽２の内部の四隅には円筒状のターゲ
ットブロック１２が設置され、さらにターゲットブロッ
ク１２の各々を取り囲むように導電性を有する回転式の
シャッタ１３が設けられている。ターゲットブロック１
２は陰電極となって基板ホルダ８との間で放電を発生さ
せるが、図示のようにシャッタ１３がターゲットブロッ
ク１２と基板ホルダ８との間に移動しているときには成
膜は行われない。なお、成膜時にターゲットブロック１
２が他のターゲットブロック１２からの飛散粒子で汚染
されることを防ぐために、各ターゲットブロック１２を
相互に区画するように、ベースプレート５に遮蔽板を設
置しておいてもよい。

【００１６】ベルジャ本体３にガス供給パイプ１５，１
６が接続され、その一方から例えばアルゴンガスなどの
放電ガスが真空槽２内に導入される。他方のガス供給パ
イプからは化学反応性スパッタリングを行うときには、
酸素などの反応ガスが導入される。真空槽２内におい
て、放電ガスの供給口はターゲットブロック１２の近傍
に臨み、反応ガスの供給口は基板ホルダ８の近傍に位置
している。これにより、ターゲット材料近傍では放電ガ
スの分布密度を高く、基板１０の近傍では反応ガスの分
布密度を高くすることができ、スパッタリング成膜中に
ターゲット材料近傍でグロー放電を安定化させるととも
に、ターゲット材料の表面自体が反応ガスに直接的に曝
されて化学反応してしまうことを防ぐ。

【００１７】ベースプレート５に冷却水の供給，排出パ
イプ１７ａ，１７ｂが設けられている。供給パイプ１７
ａからの冷却水は真空槽２内に設置された配管を通って
ターゲットブロック１２に導かれ、成膜工程中にターゲ
ット材料が過熱することを防止する。

【００１８】図３及び図４にターゲット構造の概略を一
部破断して示す。ターゲットブロック１２は、導電性を
有するステンレス製あるいは銅製の円筒状をしたターゲ
ットホルダ２０と、ターゲットホルダ２０の外周面に内
周面を密着させて固定した円筒状のターゲット材料２１
とからなる。ターゲット材料２１の半径をＲ、長さをＬ
としたとき、０．０３ ≦ Ｒ／Ｌ ≦ ０．１２を満足するようにその寸法が決められ、さらにその厚み
を考慮してターゲットホルダ２０の外径と長さが決めら
れる。

【００１９】ターゲットホルダ２０の下端側にはネジが
きられており、ベースプレート５に設けられた電極ソケ
ット部に対して電気的に接続され、また機械的に固定さ
れる。また、ターゲット材料２１の上端部にはネジ溝２
１ａが切られており、このネジ条２１ａは図６に示すよ
うに冷却水の供給管２９をねじ込み固定するために用い
られ、両者間にはＯリング３０が嵌め込まれる。

【００２０】ターゲットホルダ２０の中空部内にはベー
スプレート５に固定されたマグネットブロック２２が配
置され、これによりスパッタリング装置のターゲット構
造が構成される。マグネットブロック２２は、ベースプ
レート５に立設されたロッド２３で支持された鉄製のコ
ア２４と、コア２４に固定された第１マグネット列２５
と、第１マグネット列２５を取り囲むようにコア２４に
固定された第２マグネット列２６とからなる。

【００２１】第１，第２マグネット列２５，２６はター
ゲットホルダ２０の長手方向に沿って延ばされ、特に第
２マグネット列２６は第１マグネット列２５を中心に挟
むように、延びた部分を主要部としている。ターゲット
ホルダ２０の内周面に向けられた側の磁極は、第１マグ
ネット列２５がＮ極、第２マグネット列２６がＳ極とな
っている。そして、各々の磁極の先端とターゲットホル
ダ２０の内周面まではほぼ等距離にしてある。したがっ
てターゲット材料２１の任意の横断面においては、図４
に破線で示すような多数の磁力線が発生し、そのループ
面はターゲット材料２１の外周面上の母線と直交する。
なお、ターゲット材料２１の長手方向については全く同
様の磁力線が得られ、筒状をしたターゲット材料２１の
全外周面のうち、基板ホルダ８側に対面したほぼ半周に
わたって均一な磁界が得られるようになる。

【００２２】前記第１マグネット列２５には１枚の板状
にした永久磁石を用いることができ、また第２マグネッ
ト列２６には、第１マグネット列２５の４周を取り囲む
ように、４枚の板状の永久磁石を用いることができる
が、図示の例では、これらの第１，第２マグネット列２
５，２６をそれぞれ複数のセグメント磁石２５ａ，２６
ａを配列して構成してある。各々のセグメント磁石２５
ａ，２６ａは同じ形状，寸法をした小片板状のもので、
例えばターゲット材料２１の長手方向に沿う縦長さが１
５ｍｍ、横長さが１０ｍｍ、厚みが５ｍｍ程度のものを
用いることができる。

【００２３】ターゲットホルダ２０の中空部は、上記マ
グネットブロック２２の設置スペースになるほか、冷却
水の流路としても用いられる。ターゲットホルダ２０の
中空部内に冷却水を通すことによってターゲットホルダ
２０及びターゲット材料２１の過熱を防ぐことができ、
グロー放電を安定に保ち、またターゲット材料２１の不
要な化学反応を防ぐことができる。

【００２４】上記のスパッタリング装置を用いて成膜を
行うにあたっては、まず昇降旋回機構６を作動させてベ
ルジャ本体３及び蓋４を開放し、各々のターゲットホル
ダ２０にターゲット材料２１を装着する。また、基板ホ
ルダ８にレンズや平板ガラスなどの基板１０を保持さ
せ、その一方の面をターゲットブロック１２側に向け
る。なお、各ターゲットホルダ２０には同種のターゲッ
ト材料２１を装着してもよいが、多層膜を成膜する際に
は、ターゲットホルダごとに異種のターゲット材料２１
を装着することも可能である。

【００２５】ベルジャ本体３及び蓋４を閉じ、真空排気
装置７を作動させて真空引きを開始する。真空槽２を１
０^-6Torrオーダーの高真空にした後、放電ガスと反応ガ
スとを所定の混合比で導入し、例えば真空槽２内を１×
１０^-3〜１．４×１０^-3Torrのガス圧に保つ。ガス供給
パイプ１５，１６には調整用のバルブが組み込まれてお
り、これらを制御することによって、放電ガスと反応ガ
スとの混合比及び真空槽２内のガス圧を適宜に調節する
ことができる。

【００２６】ターゲットホルダ２０に冷却水を通し、シ
ャッタ１３が全て閉じられていることを確認した後、基
板ホルダ８（陽極）とターゲットホルダ２０（陰極）と
の間に例えば３ｋＷの直流電力を供給する。これにより
導電性のシャッタ１３を通して放電が開始され、基板ホ
ルダ８とターゲットブロック１２との間には放電ガスの
プラズマが生成される。そして、この条件下で基板ホル
ダ８を１０R.P.M.程度で回転させてからシャッタ１３を
開いてスパッタリング成膜を開始する。

【００２７】シャッタ１３を開放すると、ターゲット材
料２１の近傍にはプラズマ状態になった放電ガスが豊富
に分布しているから、放電ガスが電離して生じる陽イオ
ンは勢いよくターゲット材料２１の表面に衝突する。こ
れによりターゲット材料２１の表面からその原子が叩き
出され、これが基板１０の表面に被着して薄膜の形成が
行われる。ターゲットホルダ２０内のマグネットブロッ
ク２２は電界と直交する向きに磁界を生じさせているた
め、放電とともに基板ホルダ８から飛び出してくる電子
に螺旋運動を生じさせ、その平均自由工程を大きくす
る。これにより放電ガス分子との衝突の確率が大きくな
って放電ガスの電離が促進され、成膜効率を高めること
ができる。

【００２８】ターゲットホルダ２０の全てに同種のター
ゲット材料２１を装着しているときには、シャッタ１３
の全てを開放し、基板ホルダ８を回転させながら全ての
ターゲットブロック１２を利用して成膜が行われる。こ
のように、基板ホルダ８を回転させながら成膜を行う
と、基板１０には様々な方向からスパッタリングが行わ
れ、ターゲットブロック１５との相対位置は無関係にな
り、方向性のない均一な膜厚で成膜を行うことができ
る。

【００２９】また、ターゲットホルダ２０のいくつかに
別の種類のターゲット材料２１を装着したときには、基
板１０に形成する薄膜の層構造に応じ、適宜のシャッタ
１３を選択的に開放，閉止して成膜を行う。さらに、基
板１０の片面への成膜を終えた後には、他方の面をター
ゲットブロック１２側に向け、真空槽２の排気を一回行
うだけで、基板１０の両面に薄膜を被着させることが可
能となる。

【００３０】

【実施例】ターゲット材料２１に円筒形状（外径４５ｍ
ｍ、内径３５ｍｍ、長さ４００ｍｍ）に成形した金属タ
ンタルを用い、アルゴンガスを放電ガスとし、酸素ガス
を反応ガスとして導入しながらスパッタリングを行い、
基板１０に被着された酸化タンタル（Ｔａ₂Ｏ₅）薄膜
の膜厚分布を検証した。放電条件は次のとおり。アルゴンガス分圧１．１×１０^-3Ｔｏｒｒ酸素ガス分圧１．８×１０^-3Ｔｏｒｒ基板ホルダ外径３００ｍｍターゲット材料と基板間の最短距離７０ｍｍ成膜時の入力電力３ｋＷ放電電流４６０ｍＡ

【００３１】マグネットブロック２２に関しては、コア
２４を純鉄とし、第１，第２マグネット列２５，２６を
前述した１５×１０×５ｍｍのサイズにした小片板状の
セグメント磁石２５ａ，２６ａを均一に配列して構成
し、セグメント磁石２５ａ，２６ａにはＮｄ−Ｆｅ−Ｂ
合金からなるネオジ磁石を用いた。また、第１，第２マ
グネット列２５，２６の各磁極をターゲットホルダ２０
の内周面に内接させてある。このマグネットブロック２
２の使用により、ターゲット材料２１の表面近傍におい
て、最大で約４０００ガウスの磁束密度が得られた。

【００３２】さらに、マグネットブロック２２による磁
界作用を確認するために、マグネットブロック２２の長
手方向に関し、その中央部で磁束密度が低くなるように
調整したものを用いて同様の放電条件のもとで成膜を行
った。中央部の磁束密度を低くするためには、図５
（Ａ）にハッチングで示すように、第１，第２マグネッ
ト列２５，２６を構成しているセグメント磁石２５ａ，
２６ａの相互間に非磁性体２７を挟んである。セグメン
ト磁石２５ａ，２６ａが配列の中央部で最も離散的にな
るように、非磁性体２７の長さを１５ｍｍ，１１ｍｍ，
８ｍｍ，５ｍｍの４種類とし、中央部に関して左右対象
となるように介装した。なお、非磁性体２７を用いず
に、単にセグメント磁石２５ａ，２６ａの配列間隔を開
けてもほぼ同様の作用が得られる。

【００３３】図５（Ｂ）に通常のマグネットブロック２
２と、中央部で磁束密度が低くなるように調整したマグ
ネットブロックとの相対磁束密度を示す。同図中、破線
が通常のマグネットブロック２２によるもの、実線が調
整後のマグネットブロックによるものを表している。通
常のマグネットブロック２２では中央部の磁束密度が大
きく、端部側で徐々に小さくなっているのに対し、調整
後のマグネットブロックでは中央部が低く、その両側に
２つのピークをもっていることが分かる。調整後のマグ
ネットブロックは、調整前のものと比較してトータル的
には磁束密度が小さくなっているが（中央部では４０％
程度まで低下）、その最大値と最小値との差が小さく、
長手方向に関してより均一化された磁界を発生する。

【００３４】成膜実験を行い、マグネットブロックの長
手方向に関する膜厚分布を測定した結果を図５（Ｃ）に
示す。破線は通常のマグネットブロック２２を用いたも
の、実線は非磁性体２７を用いて調整したマグネットブ
ロックを用いたものを示す。これらを比較すると、図５
（Ｂ）に示す相対磁束密度の分布特性に対応し、調整後
のマグネットブロックを用いた方が膜厚分布も均一化さ
れていることが分かる。なお、通常のマグネットブロッ
ク２２を用いた場合であっても、ターゲット材料２１の
半径Ｒと長さＬとの比が０．０３ ≦ Ｒ／Ｌ ≦ ０．１２の範囲内であれば、両端部を除き、中央部を含む大部分
の範囲内で膜厚分布がほぼ均一となるから、両端部を遮
蔽板で隠して成膜を行えば実用に供することが充分に可
能である。

【００３５】同図中、一点鎖線で示した膜厚分布は、タ
ーゲット材料２１の外径を５０ｍｍにしたものを用いた
場合で、マグネットブロックには調整後のものを用い、
他の条件は同様にしてある。ターゲット材料２１の半径
Ｒと長さＬとの比が大きくなると、中央部での膜厚低下
分が少なくなっていく傾向が確認された。

【００３６】上記のように、ターゲット材料２１を円筒
状にして用い、しかもその半径Ｒと長さＬとの比を
「０．０３ ≦ Ｒ／Ｌ ≦ ０．１２」の範囲にして
おくと、従来のようにターゲット材料を板状にしたもの
と比較して磁界の作用を均一化する上で格段に有利とな
り、ターゲット材料２１の長手方向に関し、成膜時の膜
厚分布も均一にすることが可能となる。なお、ターゲッ
ト材料２１を筒状にするにあたっては、必ずしも円筒形
状だけに限られず、例えば多角形筒状のものにしてもよ
い。この場合、前記半径Ｒは中心軸から周面までの平均
半径となる。

【００３７】以上のように、本発明に用いられるターゲ
ットブロック１２はターゲットホルダ２０とターゲット
材料２１との二重筒構造をしているが、ターゲットホル
ダ２０の外周面とターゲット材料２１の内周面との密着
固定もまた、成膜時の放電を安定に保つうえで重要なポ
イントとなる。

【００３８】従来においては、放電時に一方の電極とな
るターゲットホルダにターゲット材料を密着固定するに
は、導電性に富むインジウムをシール材に用いるのが通
常であり、ターゲットホルダ及びターゲット材料がそれ
ぞれ平板状のものであるときには簡便な手法となってい
る。ところが、本発明に用いられている二重筒状のター
ゲットブロック１２に同様のインジウムシールを適用し
ようとすると、その作業がきわめて煩雑なものとなる。

【００３９】さらに、スパッタリング成膜が進んでター
ゲット材料が消耗し、ターゲットブロックの表面にわず
かでもインジウムシール部分が露呈すると、インジウム
は沸点が低いため真空槽２内にインジウムが飛散してし
まい、真空槽内部の復旧が面倒であるという難点があ
る。このため、インジウムシールを用いた場合にはター
ゲット材料の肉厚に応じ、かなりの安全度をみてターゲ
ット材料の使用肉厚限界を決めておく必要がある。

【００４０】この点、本発明のターゲットブロック１２
は、インジウムシールなどのシール材を用いることなく
ターゲットホルダ２０とターゲット材料２１との密着固
定を行っている。したがって、ターゲット材料に使用肉
厚限界はあるものの、インジウムシールを用いた場合と
比較して異物の飛散が軽微であるため使用肉厚限界をよ
り有利に決めることが可能となる。

【００４１】図７は、本発明に用いられるターゲットブ
ロック１２の製作手順の一例を概念的に示す。電気炉３
２にターゲット材料２１を入れ、ヒータ３３で加熱す
る。均一な加熱のためにターゲット材料２１の外周面に
はカーボン布３４を巻いてある。そして、電気炉３２内
に１０ｃｃ／秒の割合でアルゴンガスを供給しながら、
カーボン布３４の表面温度を監視しながら徐々に加熱を
行う。続いて電気炉３２の蓋を開け、充分に冷却したホ
ルダ材３５をターゲット材料２１の中空部内に挿入す
る。そして電気炉３２内で徐冷した後、これらを電気炉
３２から取り出し、ホルダ材３５に後加工を施してター
ゲットブロック１２を得る。

【００４２】上記手法を採る場合において、ターゲット
材料２１の線膨張率をα_A、ホルダ材３５の線膨張率を
α_Bとし、ターゲット材料２１の内径をφ_A、ホルダ材
３５の外径をφ_Bとすると、まず前加工の段階（２５°
Ｃ状態）で「φ_A＝φ_B−β」（但し、β＝０．０１〜
０．５ｍｍ程度）にしておく。ターゲット材料２１をＴ
ｖ°Ｃまで加熱したとすると、「α_A（Ｔｖ−２５）≫
β」、すなわち φ_A（１＋α_A（Ｔｖ−２５））≫φ_B が成り立つから、ターゲット材料２１の中空部内に簡単
にホルダ材３５を挿入することができる。そして、冷却
によってターゲット材料２１が収縮するから、両者は機
械的に完全に密着した状態となる。上記手法はα_A≦α
_B、α_A＞α_Bのいずれの場合でも適用でき、α_A＞α
_Bの場合にはβの値を小さくすることができる。

【００４３】ターゲット材料２１にタンタル金属、ホル
ダ材３５に銅を用いた場合の具体例について説明する。
ターゲット材料２１は、２５°Ｃにおいて内径が５０．
００ｍｍ、外径が６０．００ｍｍ、長さが５００ｍｍ
で、１０°Ｃ〜５０°Ｃでの線膨張率α_Aは６．３×１
０^-6である。ホルダ材３５は、２５°Ｃにおいて内径が
４３．００ｍｍ、挿入部分の外径が５０．１０ｍｍ、挿
入部分の長さが５００ｍｍで、１０°Ｃ〜５０°Ｃでの
線膨張率α_Bは１６．２×１０^-6である。なお、ホルダ
材３５のフランジ部は外径が５６．００ｍｍ、長さが１
００ｍｍとなっている。

【００４４】図７に示すように、ターゲット材料２１を
カーボン布３４で包んで電気炉３２に入れ、その下部か
らアルゴンガスを１０ｃｃ／秒の割合で供給しながら６
５０°Ｃまで加熱した。ホルダ材３５についてはドライ
アイスで冷却し、表面温度が−６０°Ｃになるまで冷や
しておく。電気炉３２内でターゲット材料２１の温度が
６５０°Ｃに達した時点で電気炉３２の蓋を開き、冷却
したホルダ材３５を速やかにターゲット材料２１の中空
部内に挿入した。電気炉３２内で１００°Ｃ／時間の割
合で徐々に温度を下げ、６時間後に取り出した。そし
て、ホルダ材３５に後加工を施してターゲットブロック
１２を得た。

【００４５】このようにして得たターゲットブロック１
２を用い、ターゲットホルダ２０の銅表面が露出するま
でスパッタリング成膜テストを行った。銅が露出するま
での間は全く異常なく成膜を行うことができ、また銅が
露出した時点で真空槽２内の放電色が白赤色から赤黄色
に変化した。これは、タンタルと銅との両者の放電であ
り、基板１０には光吸収率が高い薄膜が形成された。な
お、上記ホルダ材３５にアルミニウムを用いて同様の手
順でターゲットブロック１２を製作したが、良好な結果
が得られている。この時のターゲット材料２１の加熱温
度は３５０°Ｃである。

【００４６】図８にターゲットブロック１２の他の製作
法を示す。ターゲット材料２１はタンタル金属、ホルダ
材３６はアルミニウムである。ターゲット材料２１の内
径は５０．００ｍｍ、外径は６０．００ｍｍ、長さは５
００ｍｍである。このターゲット材料２１に予め図示し
た形状のホルダ材３６を挿入する。ホルダ材３６は、挿
入部の外径が４５．５０ｍｍ、外径が４９．９０ｍｍ、
挿入部長さが５００ｍｍである。一端側にフランジが形
成され、その外径は５６ｍｍ、内径は４７．００ｍｍ
で、フランジ部と挿入部との内径差は、５ｍｍ幅のテー
パ面３６ａで連絡してある。

【００４７】常温下で、図８に示すようにターゲット材
料２１の中空部内にホルダ材３６を挿入し、両者を別途
機械的な手段で固定しておく。そして、ホルダ材３６の
中空部内に冷却オイルを流しながら、フランジ部側から
拡開治具３８をねじ込む。拡開治具３８の外径はホルダ
材３６の内径よりも０．２ｍｍ大きくし、４５．７０ｍ
ｍとした。拡開治具３８の回転速度は２０〜５０ＲＰＭ
とし、押し込み速度は１０ｍｍ／分にした。

【００４８】上記拡開治具３８を一回挿通させた後、そ
れよりも外径が０．０２ｍｍ大きい別の拡開治具を同様
にしてねじ込んで挿通させる。同様の手順で、合計７回
にわたって外径を０．０２ｍｍずつ大きくした拡開治具
をねじ込んだ。これによりホルダ材３６の内径が押し広
げられ、ターゲット材料２１の内周面との強固な密着が
得られた。こうして得たターゲットブロックを用いて
も、良好なスパッタリング成膜を行うことができた。

【００４９】上記の拡開治具を用いたターゲットブロッ
クの製作を行う際に、ホルダ材３６の外周面とターゲッ
ト材料２１の内周面にネジを切り、拡開治具をねじ込む
前のホルダ材３６とターゲット材料２１との機械的な固
定を両者の螺合で行ったものは、スパッタリングの進行
に伴ってホルダ材３６の表面が露出した瞬間に急激に真
空槽２内の真空度が劣化した。

【００５０】これは、ホルダ材３６とターゲット材料２
１との螺合部における空間内に大気が残留していたこと
が原因であると考えられるが、逆に、この真空度の劣化
によりターゲット材料２１が使用限界に達したことを判
別することが可能である。さらに、両者が螺合部を介し
て密着しているためその接触面積が大きく、スパッタリ
ングが正常に行われている間には充分な放熱効果が得ら
れるという利点も得られる。

【００５１】なお、図７及び図８に示すターゲットブロ
ックの製作法は、ターゲットホルダ内に配置されるマグ
ネットブロックの形状や構造の如何にかかわらず汎用性
があり、マグネトロンスパッタリング装置だけでなく、
ターゲットホルダ及びターゲット材料を二重筒構造にし
て用いる全てのスパッタリング装置に等しく適用するこ
とができる。

【００５２】以上、図示した実施形態にしたがって本発
明について説明してきたが、本発明は特許請求の範囲に
記載された範囲内で他の形態のもとでも実施可能であ
る。例えば、ターゲット材料やターゲットホルダの材質
は、スパッタリング技術で周知である種々のものを選択
することが可能であり、マグネットブロックについても
様々な永久磁石はもとより、電磁石を用いることも原理
的には可能である。また、ベルジャ本体の形状にしても
必ずしも四角筒状のものに限らず、円筒形状のものを用
いたり、さらに基板ホルダの内周側にターゲットブロッ
クを配置したものにも本発明は適用可能である。

【００５３】

【発明の効果】上述のように、本発明のターゲット構造
を用いることによって、マグネトロンスパッタリングを
行う際に、ターゲット材料の表面に安定した磁界を作る
ことが可能となり、グロー放電の安定化、成膜効率の向
上、基板上に被着される薄膜の膜厚の均一化が達成さ
れ、低コストで薄膜の形成を行うことができる。また、
安定した磁界を得るために、従来のようにマグネットを
移動させることを要しないため、スパッタリング装置自
体の製造コストも低く抑えることができ、メンテナンス
も容易になる。さらに、二重筒状をしたターゲットブロ
ックを製作するために、従来多用されているインジウム
シールを用いずに済むため、ターゲット材料を使用限界
を越えて不用意に使用するようなことがあったとして
も、真空槽内部の復旧が容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を用いたスパッタリング装置の外観図で
ある。

【図２】図１に示すスパッタリング装置の要部を示す概
略横断面図である。

【図３】ターゲット構造の概略を示す部分破断斜視図で
ある。

【図４】図３に示すターゲット構造の要部横断面図であ
る。

【図５】磁束密度分布に差をもたせたマグネットブロッ
クの概略図及び、これによる相対磁束密度，相対付着膜
厚の分布特性を表す特性図である。

【図６】ターゲットブロックの要部縦断面図である。

【図７】ターゲットブロックの製作過程を示す説明図で
ある。

【図８】ターゲットブロックの他の製作過程を示す説明
図である。

【符号の説明】

２真空槽３ベルジャ本体１２ターゲットブロック１３シャッタ２０ターゲットホルダ２１ターゲット材料２２マグネットブロック２４コア２５第１マグネット列２６第２マグネット列２５ａ，２６ａセグメント磁石２７非磁性体３２電気炉３５，３６ホルダ材３８拡開治具

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】磁界内で成膜を行うマグネトロンスパッ
タリング装置のターゲット構造において、成膜中に一方の電極となる筒状のターゲットホルダと、
このターゲットホルダの外周面に密着固定された筒状の
ターゲット材料と、前記ターゲットホルダの中空部内に
長手方向に沿って配置されターゲット材料の外表面近傍
に磁界を発生させるマグネットとからなり、前記マグネ
ットは、ターゲットホルダの長手方向に沿ってライン状
に配置され、外周面に向かって一方の磁極を向けた第１
マグネットと、この第１マグネットの両側に沿ってライ
ン状に配置され、外周面に向かって他方の磁極を向けた
一対の第２マグネットとから構成されるとともに、ター
ゲット材料の軸方向長さをＬ、ターゲット材料の中心軸
から外周面までの平均半径をＲとしたとき、０．０３ ≦ Ｒ／Ｌ ≦ ０．１２としたことを特徴とするスパッタリング装置のターゲッ
ト構造。
【請求項２】前記マグネットは、ターゲット材料の長
手方向に関し、中央部がその周囲よりも小さい磁界を与
えることを特徴とする請求項１記載のスパッタリング装
置のターゲット構造。
【請求項３】前記第１及び第２マグネットは、柱状又
は板状をした複数のセグメント磁石をライン状に配列し
て構成されていることを特徴とする請求項２記載のスパ
ッタリング装置のターゲット構造。
【請求項４】前記複数のセグメント磁石は共通の形状
及び寸法を有し、第１又は第２マグネットの少なくとも
一方を構成するセグメント磁石の配列が、ターゲット材
料の長手方向に関し、中央部では端部側よりも離散的で
あることを特徴とする請求項３記載のスパッタリング装
置のターゲット構造。
【請求項５】前記ターゲット材料を加熱して膨張させ
てからその中空部内にターゲットホルダを挿入した後、
冷却することによってターゲットホルダの外周面とター
ゲット材料の内周面とを密着させて固定したことを特徴
とする請求項１記載のスパッタリング装置のターゲット
構造。
【請求項６】加熱したターゲット材料の中空部内にタ
ーゲットホルダを挿入した後、ターゲットホルダの中空
部内に、その内径よりも大きい外径を有する拡張治具を
ねじ込みながら挿通することによってターゲットホルダ
の外周面とターゲット材料の内周面とを密着させて固定
したことを特徴とする請求項１記載のスパッタリング装
置のターゲット構造。