JPS62116766A

JPS62116766A - スパツタ装置

Info

Publication number: JPS62116766A
Application number: JP25577085A
Authority: JP
Inventors: Koji Takei; 武井　弘次; Takayuki Nakamura; 貴幸中村; Minoru Okamoto; 稔岡本; Yasushi Maeda; 前田　安
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1985-11-14
Filing date: 1985-11-14
Publication date: 1987-05-28

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）本発明は複数のスパッタ原料を個別、同時もしくは順次
に堆積させるためのスパッタ装置に関するものである。

（従来の技術）スパッタ装置はグロー放電を利用した薄膜形成装置であ
る。この種の装置は真空容器内に相対向して配置した陰
極と陽極を有し、陰極上にスパッタ原料を陽極上に基板
を設置する。一度真空とした容器内にアルゴンガスなど
の不活性ガスを導入し、電極の間に数百から数キロボル
トの直流電圧を加えると、グロー放電が生ずる。放電中
で正にイオン化したアルゴンガスは陰極上のスパッタ原
料に衝突し、この正イオン七運動量を交換したスパッタ
原料の一部は陰極をとび出し陽極上の基板に達し膜が堆
積する。このような原理にもとづく直流スパッタ装置で
は、スパッタ原料は金属等の低抵抗率の材料に限られる
。このため半導体や誘電体をスパッタできるように高周
波を利用した高周波（交流）スパッタ装置もある。

従来、この種装置において複数の材料の混合膜を付着す
る場合には、単一のスパッタ電極に複数■スパッタ原料
を分割配置し、この電極に直流もしくは交流電圧を印加
することにより、複数のスパッタ原料の表面を同時に放
電プラズマに露出させて、これらスパッタ原料の混合組
成の薄膜を、このｔｍと対向する位置に置かれた基板面
上に形成していた。このため、作製される薄膜の組成は
あらかじめ配置した個々のスパッタ原料の全電極面積に
対する占有面積の比率に応じて変化した。

従って、多元素成分の薄膜を作製するためには、個々の
スパッタ原料の占有面積の比率をその都度変える必要が
あり、薄膜作製作業の能率が著しく低いという欠点があ
った。また、薄膜の厚さ方向に沿って組成を順次連続し
て変化させることができないという欠点があうた。

一方、複数の材料の混合膜あるいは積層膜を付着するに
は複数の電極を有した装置を用い、それぞれの［極上に
それぞれ異なるスパッタ原料を配置し、個々の電極に直
流もしくは交流電圧を同時に又は順次印加することによ
り、それぞれのスパッタ原料の混合組成の薄膜又は、積
層膜をこれら電極と対向する位置に置かれた基板面上に
形成していた。混合組成の薄膜を得る場合は各電極に印
加する電圧を変えてスパッタリングの割合いを制御する
ことにより任意の混合組成の薄膜を作製することができ
るが、それぞれのスパッタ電極は電気的に互いに分離さ
れていなければならず、そのため電極間隔が広がり、基
板との位置関係が一定とならないために基板内の位置に
より組成や膜厚の不均一が生ずるという欠点があった。

また、個々のスパッタ１１ｔ極ごとに冷却機構や放電プ
ラズマに対するシールド機構を設ける必要があシ、装置
構成が複雑になるという欠点を有していた。さらに各電
極ごとく個別の電源を必要とするために装置が高価格に
なるという欠点を有した。

また、陰極と陽極の間にマスク作用をするような開口を
有する遮へい板を設けた場合には、プラズマの回りこみ
により十分な遮へいができないこと。

遮へい板がプラズマにさらされるために遮へい板目体が
スパッタされて得られる膜が汚染されるといった問題を
生じた。

（問題点を解決するための手段）本発明は前記問題点を解決するものであって・真空容器
内の陰極上に複数のスパッタ原料を配置し、この周囲に
は不要なプラズマ放電を防止するｍ／シールド板を設け
、これらを一体構造とし、陰極と陽極の間に一定の開口
部を有し、この開口部の周囲に磁石管配した第２シール
ド板を配置する。このように構成した陰極と第２シール
ド板の相対的な位置関係を可変としたものである。

（作　用）第２シールド板開口部周囲に配置した磁石から発生する
磁束は、プラズマ放ｔを第２シールド板開口部の中心部
にのみ集中させる作用を有し、複数のスパッタ原料を配
置しても、スパッタリングされる領域は限られた領域の
みとなシ、第２シールド板自体がスパッタされることも
ない。また電極上第２シールド板の相対位置が可変なた
め任意の混合膜あるいは積層膜を堆積できる。

（実施例１）以下、本発明の一実施例を説明する。第１図においてｌ
は真空容器、λは排気ポート、３は放電ガス導入バルブ
、≠はスパッタ電極、！は直流もしくは交流１！源、６
は絶縁ガイシ、７．♂、りはそれぞれスパッタ原料であ
シ、−例としてそれぞれＦｅ＋　Ｎｉ１Ｑｕである。ま
た、１０は第一シールド板、／／は第２シールド板、／
２は永久磁石、１３は薄膜形成用基板である　本実施例
ではスパッタ原料７．ｒ、りとｉ１！極弘とＭ　／　７
−ルド板１０が一体となって真空容器内／？移動するこ
とを特徴としている。

スパッタ原料７．？、りの形状はそれぞれ、たて！１１
よこｊ偏、厚さＱ、ｊαルであり、第２のシールド板／
２には各スパッタ原料の面と同一形状の窓（たて３　ｍ
　、よこｊ　ａｔｅ　）が設けられている。

電極グと＠ｌのシールド板１０の間隔は約ｏ、６ｏｍ、
ｔ’ｃ、スパッタ原料７．♂、りと第２のシールド板／
ｌとの間隔は約ｏ、ｒａｔｂに設定した。

次にこれを動作するには、まず排気ポート２を経て、真
空容器ｌの内部を排気した後、ガス導入パルプ３により
Ａｒガス等の放電ガスを導入し、真空容器ｌ内の圧力を
／　ＯＱ　ｍＴｏｒｒ　Ｋ設定した。

ここで電極≠と第１シールド板ＩＯとの間隔、また、ス
パッタ原料７．ｒ、りおよび第２のシールド板ｌ／との
間隔は、不用な放ｔを防止するために、放電プラズマが
スパッタ電極およびスパッタ原料の周囲に形成するイオ
ンシースの厚さよりも小さく設定する必要があシ、その
上限は放電用ガスの設定圧力に応じて変化しうるもので
ある。次にｔ源ｊを動作させ、電極≠に一３００Ｖの直
流′電圧を印加した。次に第２のシールド板／ｌに設け
られた窓穴の位置にスパッタ原料７０位ｔｉｔ合致させ
、スパッタ原料７を放電プラズマに露出させた。次にス
パッタ原料ｒ、りと一定の速度で移動し、３０分後には
第２のシールド板ｌｌに設けられた窓穴の位置にスパッ
タ原料Ｐの位置が合致した。以上の操作により基板１３
の面上にスパッタ原料７．ざ、りの原料物質が複合され
た厚さ０、　／−μｍの積層薄膜が形成された。第２図
は本実施例により形成された薄膜の厚さ方向に関する原
子＠度分布をオージェ電子分光法により分析した結果で
ある。この結果から明らかなように、本実施例で作成さ
れた薄膜はスパッタ原料７．♂。

りの各原料成分からなる薄膜層が順次積層されており、
一体化したスパッタ原料７．？、り、電極≠および第１
シールド板１０の移動操作のみにより作成されたもので
ある。

また、第２のシールド板上に磁石を配置した目的は、プ
ラズマ族ｔを磁束の周囲の狭い空間に閉じ込めることに
よって、膜の組成制御が正確に行えることを、およびシ
ールド板のスパッタによる薄膜の汚染防止をねらいとし
たものである。第３図は本実施例における永久磁石／２
ｆ取り去って・同様の操作手順により作成した薄膜の厚
さ方向に関する原子濃度分布の測定結果である。永久磁
石／、２がない場合にはプラズマ放電が第２のシールド
板／ｌの開口部の中心に集中せず広く分散して発生する
ため、一種類のスパッタ原料のみをスパッタさせること
ができず、その結果として第３図に示されているように
隣合ったスパッタ原料の混入を完全に抑制することがで
きなかった。

（実施例２）第μ図は本発明の別の実施例を示したものである。／４
Ｚはドーナツ型のスパッタ電極、ｌ！はスパッタ原料、
回転型の１６は第２シールド板である。第５図は第μ図
の一部の分解図である。図中Ａ、Ｂ、Ｏ，Ｄはそれぞれ
異なる種類のスノくツタ原料を図のように加工し組合せ
たものである。第２シールド板ｌ乙には直径ｊ　ＣＦＭ
の丸穴が開口しており、その周囲に馬てい型磁石１７が
取付けである。このような構造をとることによりスノ（
ツタ原料の選択を第２シールド板／Ａの回転操作のみに
よって行うことができ、多層膜の作成が容易にできる。

また、実施例１においては、電極部が移動する機構を有
しているが、本実施例では電極ｌ弘は固定されているの
で、電極／ｌＡおよびスノくツタ原料／Ｊ’の温度上昇
を防ぐための水冷機構が実施例／に比べ容易にできる利
点を有している。

第ハ第２の実施例ともに、スノくツタ原料と第２７−ル
ド板の相対位置を連続して変化させるならば第２図に示
されるように厚さ方向に組成が順次変化する薄膜を得る
ことができる。異種材料の混合層をなくすためには、１
種のスパッタ原料についてスパッタした後−担放電を止
め、第２シールド板の開口位置を移動させた後、再び放
電を開始すればよい。一様な混合膜を得るためには、第
２シールド板の開口部をスパッタ原料のプラズマにさら
される部分が所望の比になるような位置に固定して堆積
を行なえばよい。また、これらの操作を組み合わせるこ
とも可能である。

また、以上の実施例は直流スパッタ装置として説明した
が、高周波スパッタ装置においても同様の構成により同
様の効果が得られる。

（発明の効果）以上説明したように本発明は単一のスパッタ電極上に？
Ｊｌのスパッタ原料を配許し、それぞれのスパッタ原料
を個別もしくは同時に蒸発させることができるものであ
るからその利点として、（１）　　多数のスパッタ原料
を連続して蒸発させることができること、（２）各スパッタ原料の蒸発位置を空間的に互いに接近
させて配置することができ、各蒸発物質が基板上に均一
に堆積すること、（８）従来の複数のスパッタ電極が配置された装置に比
べ、本発明はその宿造が簡素であシ、故障が少なく、ま
た電源を１台しか必要とせず、装置の製造コストが低減
すること、（４）　　シールド板からの汚染がないこと、などがあ
る。

本発明を多元素化合物薄膜の製造に使用すれば、各元素
の組成を正確に制御することができ、高品質の薄膜が得
られるものである。また、本発明を多層薄膜の製造に用
いれば、固定された基板上に複数種類の物質を連続して
均一に堆積させることができるので、層界面への汚染物
質の混入がなく、かつ厚さの均一な多層膜が得られるも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第７の実施例の構成図、第２図は第７
の実施例を用いて作製した多層薄膜の組成分布の例、第
３図は本発明の構成要素の／っを除外して作製した薄膜
の組成分布の例、第１図は第２の実施例の構成図、第１
図は８ｇ２の実施例のスパッタ源の分解図である。ｌ・・・真空容器、コ・・・排気ボート、３・・・放電
ガス導入パルプ、μ・・・スパッタ電極、！・・・電源
、６・・・絶縁ガイシ、７・・・スパッタ原料（−例と
して鉄（Ｆｅ））、ｒ・・・スパッタ原料（−例として
ニッケル（Ｎｉ））、？・・・スパッタ原料（−例とし
てコバルト（Ｃｏ））、ＩＯ・・・第７のシールド板、
ｌｌ・・・第２のシールド板、１２・・・磁石、１３・
・・基板、ｌ≠・・・ドーナツ型スパッタ電極、１３・
・・複合・スパッタ原料、１６・・・回転シールド板、
１７・・・磁石。

Claims

【特許請求の範囲】

真空容器内と、該真空容器内に相対向して設置された陰
極および陽極と、該陰極の周囲に設けられた第１シール
ド板と、陰極と陽極の間に設けられ、一定形状の開口を
有する第２シールド板からなり陰極上に設置したスパッ
タ原料をプラズマの作用により陽極上に設置した基板に
付着させるスパッタ装置において、前記第２シールド板
の開口部周囲に磁界発生機構を備え、かつ陰極と第１シ
ールド板が一体化されており、第２シールド板と陰極の
相対位置が可変であることを特徴とするスパッタ装置。