JPS63140079A - スパツタリング装置 - 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〉 この発明はスパッタリング装置に関し、さらに詳細にい
えば、対向するターゲット面の相互間に磁界を印加し、
低圧にてスパッタリングを行う対向ターゲット式スパッ
タリング装置に関する。

〈従来の技術〉 従来の対向ターゲット式スパッタリング装置においては
、第６図に示すように、陰極としてのターゲット（６０
ａ）　、　（８０ｂ）の側面を覆うように、シールドリ
ング（６２ａ）　、　（８２ｂ）を配設しているものが
ある（特開昭Ｇｏ−４８３８９号公報、特開昭５７−１
００６２７号公報参照）。

シールドリング（１３２ａ）　、　（６２ｂ）は、ター
ゲット（６０ａ）　、　（Ｂｏｂ）とわずかな間隔を隔
てられているとともに、陽極と同電位に保たれており、
このシールドリング（８２ａ）　、　（６２ｂ）によっ
て、ターゲット（Ｂｏａ）　、　（Ｂｏｂ）の側面やタ
ーゲット取り付は治具（図示せず）をスパッタ時のプラ
ズマ粒子から保護することができる。そして、ターゲッ
ト表面以外の部分から異常放電が発生することを防止す
ることができる。

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかし、対向ターゲット式スパッタリング装置において
は、ターゲット形状や磁界の強度を適当に選択しても、
ターゲット面相互間に形成される空間において、均一な
磁界分布を実現することは難しく、ターゲットから放出
される二次電子を利用してガスのイオン化を促進するこ
とによって生成されたプラズマの密度は、中央部になる
ほど高くなるのが通例である。電子は、第７図（ａ）に
示すように、磁界と平行方向の運動に関しては、はとん
ど力を受けないが、ターゲットの中心部と外周部とのプ
ラズマ密度の違い等により、磁界と垂直な方向の電界成
分が発生するために、第７図（ｂ）に示すように、電界
と磁界の直交基の中でサイクロトロン運動をする。上記
磁界と直交する電界成分の方向は、ターゲットと垂直な
方向の磁界成分の等強度分布線（この場合、磁位分布線
とほぼ等しい。）と垂直となり、サイクロトロン運動の
旋回中心の軌道は、上記等強度分布線に沿ったものとな
る（詳細にシュミレーションすることもできる。）。し
たがって、ターゲット面の外周側所定域では、反対のタ
ーゲットから飛来するものを考慮しても、中央部と比較
して、ターゲット面が削られる速度が遅くなってしまい
、真空槽壁等からの放出ガスと反応して、ターゲット材
質と異なった物質が形成されることがある。特に、ター
ゲットがＩｆｆａ、ｌｌＩｂ、ＩＶａ、Ｖａ、Ｖｌａ、
■ａ族の金属材質である場合、上記の傾向は顕著となる
。また、反応性ガスを導入して基板に化合物を堆積させ
る場合には、上記外周側所定域に化合物が堆積したり、
ターゲット材質が雰囲気ガスと反応して化合物が形成さ
れたりする。この現象は、ターゲットに直流電圧を印加
する場合だけでなく、高周波電圧を印加する場合にも生
じるものであり、この場合において−も上記と同様の現
象が起こる。

いったん、ターゲット面にターゲット材質以外の物質が
形成されると、その物質表面に電荷が蓄積されたり、局
部的に加熱され熱電子が多量に放出されたり、その物質
の誘電率によっては電界の集中が起ったりする。そして
、その物質がスパッタされることによって、その物質が
核となって、グロー放電からアーク放電へ移行する。ア
ーク放電になると、大電流が流れるため、そのエネルギ
ーが他の部分にアーク放電を誘発する。このようにして
アーク放電が広い範囲にわたって継続ないし断続するこ
とになる。したがって、正常なスパッタリングを行なう
ことが困難になり、形成した膜の至る所に欠陥が生じて
しまい、良質な膜を得られないという問題があった。

〈発明の目的〉 この発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、
一対のターゲット面相互間に形成される空間にアーク放
電が発生することを抑制し、良質な膜を得ることのでき
るスパッタリング装置を提供することを目的としている
。

く問題点を解決するための手段〉 上記の目的を達成するためのこの発明のスパッタリング
装置は、ターゲット面の外周側所定域を、アーク放電を
抑制すべく、陽極と同電位のシールドカバーで覆ってな
るものである。

く作用〉 以上の構成のスパッタリング装置であれば、スパッタさ
れる速度の遅いターゲット面の外周側所定域を、陽極と
同電位のカバーで覆うので、当該領域から、ターゲット
材質と異なった、アーク放電の核となる物質がスパッタ
されることを抑制することができる。とくに反応性ガス
を導入する場合は、上記所定域にターゲット材質と異な
る化合物が堆積することも防止することができる。

〈実施例〉 以下、実施例を示す添付図面によって詳細に説明する。

第１図はこの発明のスパッタリング装置を示す概略断面
図である。スパッタリング装置（１）は、真空槽（２］
を有しており、真空槽（２）内を排気する排気系（３）
、真空槽（２）内に所定のガスを導入して、槽内を約Ｌ
Ｘ　１０−’　〜２Ｘ　ｔｏ−２Ｔｏｒｒに保つガス導
入系（４）を備えている。

一方、真空槽（ｚの壁面には、絶縁部材（８ａ）。

（８ｂ）を介してターゲットホルダー（５ａ）　、　（
５ｂ）がその先端部を向かい合わせるようにして固定さ
れている。ターゲットホルダー（５ａ）　、　（５ｂ）
の先端部には、角型のターゲット（６ａ）　、　（ｅｂ
）が、互いに平行に対向するように設けられている。タ
ーゲット（８ａ）　、　（６ｂ）の裏側には、永久磁石
（９ａ）　、　（９ｂ）が、ターゲット（８ａ）　、　
（Ｂｂ）を挾んでＮ極とＳ極とが対向するように設けら
れてあり、この永久磁石（９ａ）、（９ｂ）によって、
ターゲット面（８１ａ）　、　（８１ｂ）に垂直に磁界
を印加することができる。シールドカバー　（７ａ）　
、　（７ｂ）は、ターゲットホルダー（５ａ）　、（５
ｂ）の側面を覆うとともに、ターゲット面（６１ａ）。

（６１ｂ）の周縁部側の域を通常０．１〜１０ｍｍの間
隔を隔てて覆っている。上記周縁部側の域とは、ターゲ
ット面（Ｂｌａ）　、　（６１ｂ）をシールドカバー（
７ａ）。

（７ｂ）で覆わずにスパッタしたと仮定した場合におい
て、ターゲット面（６１ａ）　、　（６１ｂ）が金属光
沢を失う部分である。金属光沢を失うのは、スパッタ中
に他物質が形成される速度のほうが、ターゲット面が削
られる速度よりも速いためである。金属光沢を失ってい
るかどうかは、目で見て容易に判別できるので、上記シ
ールドカバー（７ａ）　、　（７ｂ）で覆うべき領域は
、実験的に容易に知得することができる。

スパッタ膜が形成される基板は、ターゲット面（８１ａ
）　、　（６１ｂ）相互間に形成された空間の側方から
、同空間に対面するように配置される。

上記基板は、□例えば図示するように、フィルム状をな
しているものであってもよく、この場合、基板（ｌＯ）
は、繰出しロール（ｌｌａ）によって繰り出され、支持
ロール（ｌｌｂ）上をターゲット面（６１ａ）。

（Ｂｌｂ）に対して直角方向に移動し、その後、巻取ロ
ール（ｌｌｃ）によって巻き取られていく。このような
フィルム状の基板（ｌＯ）を用いることによって基板（
ｌＯ）上に膜を連続形成できるので、量産性を高めるこ
とができる。

符号（１２ａ）　、　（１２ｂ）はスパッタ用の電力を
供給する直流電源を表わし、プラス極を真空槽（２）に
、マイナス極をターゲット（８ａ）　、（８ｂ）にそれ
ぞれ接続している。ここで、安全のために真空槽をアー
ス電位としている。また、上記シールドカバー（７ａ）
、（７ｂ）は、真空槽（２）と電気的に接続されており
、プラス極と同電位に保たれている。

以上の構成のスパッタリング装置（１）を動作させると
、ターゲット面（６１ａ）　、　（６１ｂ）間の空間に
プラズマを生成することができ、このプラズマによって
、雰囲気ガスをイオン化させることができる。

イオン化したガスはターゲット面（８１ａ）　、　（８
１ｂ）に衝突し、ターゲット材質をスパッタして、基板
（１０）上に膜として堆積させる。

ところで、ターゲット面（Ｂｌａ）　、　（６１ｂ）の
周縁部側の所定域は、陽極と同電位のシールドカバー（
７ａ）　、（７ｂ）で覆われているのでスパッタされる
ことはない。したがって、当該部分から、ターゲット材
質と異なった、アーク放電の核となる物質がスパッタさ
れることを抑制することができる。

なお、この実施例では、角型のターゲット（６ａ）、　
（ｅｂ）が採用されている。角型のターゲットを採用し
たのは、円形形状のターゲットに比べて、比較的小さな
ターゲットを用いて、かつ比較的狭いターゲット間隔で
、基板に薄膜を形成することができるからである。しか
し、角型であるため、円形形状のターゲットに比べて、
ターゲット面の四隅で均一な磁界分布を得ることが、特
に難しくなる。したがって、ターゲット面の周縁部側に
おいて、スパッタ速度が低下し、ターゲットと異なった
物質が堆積され、それがスパッタされることとなる。当
該物質は、アーク放電の核となってアーク放電を発生さ
せ、良質な膜の形成を困難にする。

そのため、実験用の小型装置で作成した膜を、量産時に
おいて再現することが困難となり、大きな障害になって
いた。しかし、この実施例のように角型ターゲットの周
縁部側の域をシールドカバーで覆うことにすれば、上記
の問題を解決できるので、量産性のよい小型のスパッタ
リング装置を実現することができる。

なお、この発明は上記の実施例に限定されるものではな
く、例えば基板（１０）として、巻き取られたフィルム
状のものでなく、単板状のものを採用してもよく、その
他この発明の要旨を変更しない範囲内において、種々の
設計変更を施すことが可能である。

く比較例１〉 第２図に示すように、ターゲットとして１００ＩＨｆｆ
ｌ角のＺｎ板（２１）　（同図（ａ））を用い、周辺に
磁石（２２）を配置した（同図（ｂ））。ターゲットを
、９５■角の開口（２３）を有する従来のシールドカバ
ー（同図（Ｃ））で覆い、雰囲気として２０体積％の０
　を含むＡｒガスを導入してｌｘ　１０”−’　〜２ｘ
　１０−３Ｔｏｒｒに保ち、スパッタを行なった。スパ
ッタ中にターゲット表面周縁部側に化合物（２４）が形
成され（同図（ｄ））、アーク放電が断続し、電源ヒユ
ーズが切れたりして、膜の作成が困難となった。そこで
、化合物が形成されて金属光沢を失っている領域を、８
（ｌｏｗφの開口（２５）を存するシールドカバーで覆
ってスパッタを行なったところ、アーク放電が著しく減
少し、安定したグロー放電のもとて膜を形成することが
できた。

以上の結果は、Ｚｎ板のみならず、ＡＱｓ　Ｃｒｓ　Ｈ
ｒｓ隆、）、Ｙ板を用いたときにも同様にして得られた
。

く比較例２〉 第３図に示すように、１００ｍ１ＩＩＸ　３００ａ＋ｍ
の角型Ｍｌターゲット（３１）を用い（同図（ａ）　）
　、周辺に磁石（３２）を配置した（同図（ｂ）　）　
ａ　９５ＩＩ１ｍＸ２９５ｆｆ１ｍの開口（３３）を有
する従来のシールドカバー（同図（Ｃ））で覆い、雰囲
気として１０体積％の０２を含むＡｒガスを導入してｌ
Ｘｌ０　〜２Ｘ　１０””’Ｔｏｒｒの範囲に保ち、ス
パッタを行なった。比較例１と同様、スパッタ中にター
ゲット面の周縁部側に化合物が形成され、アーク放電が
断続し、電源ヒユーズが切れたりして、膜の作成が困難
となったが、両端が半径４３ｏ＋ｍの半円状となってい
る開口（３４）　（同図（ｄ））を有するシールドカバ
ーで覆ったところ、アーク放電の発生頻度は大巾に減少
した。第４図は、約１０分間にわたってアーク放電の発
生を記録したグラフであり、従来のシールドカバーで覆
ったとき（第４図（ｂ））と比較して、アーク発生頻度
は大巾に減少していることが分かる（第４図（ａ））。

く比較例３〉 前例と同じターゲット（３１）を用いて、同一のガス条
件にて、１３．５８ＭＨｚの高周波を印加してスパック
を行なった。化合物が形成された周縁部側の域と、ター
ゲット材質が表面に現われている領域との境界で、小規
模な火花が多数発生し、安定な放電のもとて膜を形成で
きなかった。

そこで前例と同じシールドカバーを用いて、当該化合物
が形成された部分を覆ったところ、火花の発生頻度を１
０分の１以下に押さえることができた。

〈比較例４〉 ＬＯＯｍｍ　Ｘ　３０ｈｍの角型Ｆａツタ−ットを用い
、第５図（ａ）に示すような突起（５１）付きのシール
ドカバーで覆った。この突起（５１）付きのシールドカ
バーは、特開昭６０−４８３６９号公報に開示されてい
るものであり、突起周囲のプラズマ密度を低下させ、全
体として均一なプラズマ分布を得るためのものである。

比較例２と同一のガス条件のもとで、スパッタを行なっ
たところ、突起（５１）のまわりにも化合物が形成され
、アーク放電が継続あるいは断続し、安定した膜形成を
行なうことが困難であった。

そこで、同図（ｂ）のような、両端および突起の両側が
半径４３ａｍの半円状となっている開口（５２）を有す
るシールドカバーで覆ったところ、安定した放電のもと
に、膜を形成することができた。

く比較例５〉 活性な金属であるＡＱ、ＴＬおよびＣｒ製の１００＋ｎ
ｍ　Ｘ３００ａ＋ａ＋の角型ターゲットを用い、雰囲気
としてＡｒガスを導入して１×ｌＯ〜２Ｘ　１Ｏ−３Ｔ
ｏｒｒの範囲に保ち、５０Ｗ　、ｉ以上のパワーを投入
したところ、真空槽壁等から放出されたガスや、槽内に
混じっていた不純物ガスが核となってアーク放電が発生
した。そこで、比較例２で用いたシールドカバー（３４
）　（第３図（ｄ））でターゲットを覆ったところ、ア
ーク放電を抑制することができ、より大きなパワーの投
入が可能となった。

〈発明の効果〉 以上のようにこの発明は、一対のターゲット間の空間に
発生するアーク放電を抑制し、良質な薄膜を得ることの
できるという特有の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のスパッタリング装置を示す概略断面
図、 第２図、第３図および第５図は、この発明のスパッタリ
ング装置を用いて行なった試験条件を説明する図、 第４図は実際に生じたアーク放電の発生頻度を比較した
グラフ、 第６図は従来のスパッタリング装置の要部を示す概略断
面図、 第７図は一対のターゲット面の相互間に形成される空間
における電子の運動を説明する図。 （１）・・・スパッタリング装置、 （７ａ＞　、　（７ｂ）・・・シールドカバー、（１０
）・・・基板、 （Ｇｌａ）、（Ｂｌｂ）−ターゲット面、第３図 第４図 （ａ）　　　　（ｂ） 第５図 （ａ　）　　　　　　　　　　　　　　　　（ｂ）らり 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、平行に対向して設けられた、陰極としての一対のタ
   ーゲット面の相互間に形成される空間に、ターゲット面
   に垂直な磁界を印加するとともに、同空間の側方から同
   空間に対面させて配置した基板に、スパッタ膜を形成す
   る対向ターゲット式のスパッタリング装置において、 ターゲット面の外周側所定域を、アーク放電を抑制すべ
   く、陽極と同電位のシールドカバーで覆ってなることを
   特徴とするスパッタリング装置。 ２、ターゲットが角形に形成されているものである上記
   特許請求の範囲第１項記載のスパッタリング装置。