JPS6320304B2 - - Google Patents

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JPS6320304B2
JPS6320304B2 JP56043233A JP4323381A JPS6320304B2 JP S6320304 B2 JPS6320304 B2 JP S6320304B2 JP 56043233 A JP56043233 A JP 56043233A JP 4323381 A JP4323381 A JP 4323381A JP S6320304 B2 JPS6320304 B2 JP S6320304B2
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JP
Japan
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sputtering
targets
magnetic field
target
substrate
Prior art date
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Application number
JP56043233A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS57158380A (en
Inventor
Masahiko Naoe
Yoichi Hoshi
Hiroyuki Koshimizu
Shunichi Yamanaka
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Teijin Ltd
Original Assignee
Teijin Ltd
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Publication date
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Priority to JP4323381A priority Critical patent/JPS57158380A/ja
Publication of JPS57158380A publication Critical patent/JPS57158380A/ja
Publication of JPS6320304B2 publication Critical patent/JPS6320304B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H01J37/3402Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering using supplementary magnetic fields

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、スパツタ装置、更に詳しくは高速・
低温スパツタが可能な対向ターゲツト式スパツタ
装置の改良に関する。
近年、研究・開発の盛んな超LSI、光通信用機
能デバイス、超高密度記録用素子などでは、真空
蒸着法ではとても作製できないような高融点ある
いは活性的な材料の膜をその組成、寸法、特性を
制御しながら作製するという強い要望があり、ど
のような材料でもほとんどの基板上に膜形成がで
きる技術としてスパツタ法が見直され、その欠点
の克服のために精力的な研究,開発がなされてい
る。そして、その方向は高速化、低温化にあり、
マグネトロンスパツタ法等既に多くの提案があ
る。
本発明者らも、先に高速,低温のスパツタがで
きる上、磁性材料にも適用できるスパツタ方式と
して対向ターゲツト式スパツタ装置を提案した
(「J Appl.Phys.」16(1977)1715,「応用物理」
第48巻第6号(1979)P558〜P559)。この対向タ
ーゲツト式スパツタ装置は第1図に示すように構
成される。すなわち、真空槽内に従来の基板とタ
ーゲツトを対向させた2極スパツタ装置と異な
り、真空槽10内に一対のターゲツトT1,T2
スパツタされるスパツタ面T1s,T2sが空間を隔
てて平行に対面するように配置すると共に、基板
20はターゲツトT1,T2の側方に設けた基板ホ
ルダー21によりターゲツトT1,T2の空間の側
方に該空間に対面するように配置する。そして、
真空槽10の回りに設けたコイル30によりスパ
ツタ面T1s,T2sに垂直な方向の磁界Hを発生さ
せるようにしてある。なお、図の11,12は鉄
からなるターゲツトホルダー、13,14は保護
のためのシールドである。
従つて、図示省略した排気系により排気口40
を通して真空槽10内を排気した後、図示省略し
たガス導入系から導入口50を通してアルゴン等
のスパツタガスを導入し、図示の如く直流電源か
らなるスパツタ電源60によりシールド13,1
4従つて真空槽10を陽極(接地)に、ターゲツ
トT1,T2を陰極にしてスパツタ電力を供給し、
コイル30により前述の磁界を発生させることに
よりスパツタが行なわれ、基板20上にターゲツ
トT1,T2に対応した組成の薄膜が形成される。
この際、前述の構成によりスパツタ面T1s,
T2sに垂直に磁界が印加されているので、スパツ
タガスイオンの衝撃によつてターゲツト面から主
に放出される二次電子は対向するターゲツトT1
T2間の空間内に閉じ込められるだけでなくター
ゲツト近傍の電界で高エネルギーを附勢される。
このため高エネルギー電子はスパツタガスとの衝
突を増し、スパツタガスのイオン化を促進する。
スパツタイオン数の増大に伴つてスパツタ速度が
増すだけでなく、放電モードもプラズマ密度の増
大によつて、400〜600Vの低いスパツタ電圧で、
スパツタ電流を調節できる。この低いスパツタ電
圧領域では、スパツタ効率が最大になる。すなわ
ち、高速の膜形成を効率よく実現できる。その
上、基板20は従来のスパツタ装置の如くターゲ
ツトに対向せず、ターゲツトT1,T2の側方に配
置されているので、高エネルギーを有する電子や
イオンの衝撃はほとんどない。
スパツタ中の基板上に高エネルギー電子が衝突
すると、基板温度が上昇し、電子の存在によつて
合金組成の成分元素による吸着率の差が増大す
る。さらにイオン衝撃によつては基板からの逆ス
パツタが生じ、組成づれを増すだけでなく結晶の
規則性を乱し、組織の模様を形成することも生ず
る。
対向ターゲツト式スパツタでは上記の如く、基
板20上への高エネルギーを有する電子やイオン
の衝突がほとんどなく、かつターゲツトT1,T2
からの熱輻射も小さいので基板温度の上昇が小さ
い。さらに磁界は全体としてターゲツトT1,T2
の垂直方向に印加してあるので、ターゲツトT1
T2に磁性材料を用いても有効に磁界が作用し、
高速膜形成ができる。
本発明は、上述の対向ターゲツト式スパツタ装
置の改良を目的としたもので、〔1〕ターゲツト
のスパツタされる面を広くかつ均一にしてターゲ
ツトの使用効率を向上させる〔2〕ターゲツトの
冷却効率を向上させ、低温かつ高速に膜形成する
能力をさらに改善し〔3〕同時にコンパクトで安
価な構成のスパツタ装置を提供するものである。
すなわち、本発明は、陰極となる一対のターゲ
ツトをそのスパツタ面が空間を隔てて平行に対面
するように設けると共に、該スパツタ面に垂直な
方向の磁界を発生する磁界発生手段を設け、前記
ターゲツト間の空間の側方に該空間に対面するよ
うに配置した基板上にスパツタにより薄膜を形成
するようになした対向ターゲツト式スパツタ装置
において、前記磁界発生手段を前記ターゲツトの
各々の周辺部のみの後方に配置して、前記磁界が
前記ターゲツト間のみに発生するようになしたこ
とを特徴とする対向ターゲツト式スパツタ装置で
ある。
以下、本発明の詳細を図面に基いて説明する。
第2図は本発明の構成を示す説明図である。なお
図の記号は、第1図と同じものを使用してある。
図から明らかの通り、ターゲツトT1,T2及び
基板20の真空槽10内の配置は第1図の従来の
対向ターゲツト式スパツタ装置と同じである。
しかし、ターゲツトホルダー12,13は空胴
構造とし冷却水の供給管17a,18a及び排出
管17b,18bを設け冷却可能とし、絶縁部材
15,16を介して真空槽10に取着してある。
又、基板ホルダー21は、基板20の取着部にヒ
ーター22を設け基板20の温度を調節可能とし
てある。
一方、磁界発生手段は、第1図のコイル30に
替えて、永久磁石31,32にすると同時に、タ
ーゲツトT1,T2の後方のターゲツトホルダー1
2,13内にその磁極により形成される磁界が全
てターゲツトT1,T2のスパツタ面の垂直方向で
同じ向きになるように、かつターゲツトT1,T2
の周辺部に配置してある。従つて、磁界はターゲ
ツトT1,T2間の空間のみに形成される。
以上のように構成してあるので、前述の従来の
対向ターゲツト式スパツタ装置と同じように、真
空槽10内を排気系により排気口40から充分排
気した後、ガス導入系から導入口50を通してス
パツタガスを導入し、シールドリング13,14
とターゲツトT1,T2にスパツタ電源よりスパツ
タ電力を供給することによりスパツタが行なわ
れ、基板20上にターゲツトT1,T2に対応した
薄膜が形成される。
ところで、前述の通り、磁界発生手段はターゲ
ツトT1,T2の周辺部の後方のみに設けた構成の
ため、磁界はターゲツトT1,T2間のみに限定さ
れるが、適当な磁界であれば、高エネルギーのγ
電子等を第1図の従来装置と同様にターゲツト
T1,T2間に閉じ込めることができる。従つて、
本構成においても、第1図の従来装置と同様に高
速の膜形成ができる。なお、前述の磁界はターゲ
ツトT1,T2が10cmφでその間隔が10cmの場合に
約150ガウスであつた。
このように、本発明によれば、第1図の従来の
対向ターゲツト式スパツタ装置の如く、外部コイ
ルを設ける必要はなく、装置全体を小型化でき
る。これは装置が大型化する工業規模の装置にお
いては非常に大きな効果となる。
又、磁界印加空間を必要最小限にして永久磁石
の使用を可能としたので、複雑な電源装置等が不
要となり、装置全体の信頼性が向上すると共に全
体として安価な装置が可能となつた。
更に、磁界発生手段は、例えば本実施例の如く
永久磁石を用い、磁石をターゲツトT1,T2の周
辺部のみに設けた構成であるので、ターゲツトの
冷却は、広い面積について一様に効率よく行うこ
とが出来るので、スパツタ電力を増して膜形成速
度を増大させてもスパツタ面からの輻射熱を小さ
く抑えることができる。さらに通常ターゲツト
T1,T2の中心部が集中的にスパツタされるのに
対して、本発明による対向ターゲツト式スパツタ
装置ではターゲツト面が一様にスパツタされる効
果が得られた。
すなわち、実施例に示す如く、磁石31,32
をターゲツトT1,T2の周辺部に設けることによ
り、磁界の壁をターゲツトT1,T2の周辺空間に
形成することになる。このためプラズマ中の高エ
ネルギー電子やイオンは磁界の壁によつてターゲ
ツトT1,T2間の空間内にほとんど閉じ込められ
るが、ターゲツトT1,T2の周辺以外では磁界が
弱いので電子やイオンの飛行過程を拘束しなくな
る。従つて、ターゲツト表面近傍の電界で附勢さ
れた電子はターゲツトT1,T2の広い領域を飛行
することによつて、スパツタガスイオンの密度分
布をターゲツトT1,T2の広い面積内に均一化す
る。このスパツタガスイオンが均一に分布するこ
とによつてターゲツト面が一様にスパツタされる
効果が得られると考えられる。
このように本発明は優れた効果を奏するもので
ある。
次に本発明装置による磁性膜の作成例を説明す
る。
〔実施例〕
前述のターゲツトT1,T2が10cmφで、ターゲ
ツト間隔10cmの第2図の装置により、0.2〜5μm
の酸化鉄薄膜をアルゴンと酸素の混合ガス下で反
応スパツタによりガラス基板上に推積させた。
第3図は、金属鉄からの高速反応スパツタ時の
代表的なスパツタ電源の印加電圧Vaとその放電
電流Idの関係を示したものである。放電電流Idは
最初印加電圧Vaの増加と共に急激に増加し、次
いで印加電圧Vaの増加と共に減少する。印加電
圧Vaの値が図のVmaxに達すると、放電電流Id
と印加電圧Vaは突然全く異なつた値に変化する。
そして薄膜の結晶構造は第3図に示す放電電流Id
―印加電圧Va特性の特徴的変化によく一致して
いる。スパツタを酸素分圧PO2が1mTorr以上
で行なうと、図の領域3でマグネタイト薄膜が得
られる。
代表的なスパツタ条件は以下の通りである。す
なわち、酸素分圧PO2は1.6mTorr、入力電力は
460W(この場合、印加電圧Vaは約700Vで放電電
流Idは約650mAであつた)、堆積速度は約650
Å/min、そして基板温度Tsは150〜350℃であつ
た。基板温度TSは高くなるが、基板をターゲツ
トの中心軸に近づける程、堆積速度は速くなる。
従つて、基板温度TSは若干高くなるが、1000
Å/min程度の堆積速度は容易に達成できる。
薄膜のX線回折図はストイキオメトリツクなマ
グネタイトすなわちFe3O4粉末のものと、そのピ
ーク巾が基板温度TSの上昇につれて狭くなる点
を除いて、殆んど同じであつた。マグネタイト薄
膜の磁気特性及び組織は基板温度TSに強く依存
する。第4図に示す通り、基板温度TSの上昇と
共に、平均の結晶の大きさ<D>及びグラム当り
の飽和磁化MSは増加し、一方抗磁力Hcは減少す
る。例えば、180℃における薄膜の平均の結晶の
大きさ<D>、飽和磁化MS、抗磁力Hcはそれぞ
れ200Å,340G,365Oeであり、225℃における
それらはそれぞれ400Å,480G,280Oeであつ
た。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の対向ターゲツト式スパツタ装置
の説明図、第2図は本発明に係わる対向ターゲツ
ト式スパツタ装置の説明図、第3図は実施例にお
ける放電電流Idと印加電圧Vaの特性曲線図、第
4図は実施例での基板温度TSと得られた薄膜の
特性の関係を示すグラフである。 T1,T2はターゲツト、10は真空槽、20は
基板、30はコイル、31,32は永久磁石。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 陰極となる一対のターゲツトをそのスパツタ
    される面が空間を隔てて平行に対面するように設
    けると共に、該スパツタされる面に垂直な方向の
    磁界を発生する磁界発生手段を設け、前記ターゲ
    ツト間の空間の側方に該空間に対面するように配
    置した基板上にスパツタにより薄膜を形成するよ
    うになした対向ターゲツト式スパツタ装置におい
    て、前記磁界発生手段を前記ターゲツトの各々の
    周辺部のみの後方に配置して前記磁界が前記ター
    ゲツト間のみに発生するようになしたことを特徴
    とする対向ターゲツト式スパツタ装置。 2 前記磁界発生手段を永久磁石となした特許請
    求の範囲第1項記載の対向ターゲツト式スパツタ
    装置。
JP4323381A 1981-03-26 1981-03-26 Counter target type sputtering device Granted JPS57158380A (en)

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