JPS63243271A - マグネトロン・スパツタリング方法 - 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】 （技術分野） 本発明はマグネトロン・スパッタリング方法の改良に係
り、特に所定の円形基板上に優れた特性の薄膜層を有利
に形成すると共に、ターゲットの利用効率が効果的に高
められ得るマグネトロン・スパッタリング方法に関する
ものである。

（背景技術） 近年、高減圧（真空）下に維持されると共に、そこに放
電ガスが導入せしめられてなるスパッタリング室内に、
所定のターゲットと基板とを相対向して配置し、それら
の間に放電空間を形成して放電を行なわしめることによ
り、かかるターゲットからスパッタリングされた原子を
前記基板上に堆積させて、該基板表面に所定の薄膜を形
成せしめるようにしたスパッタリング技術が、有用な成
膜法の一つとして、電子部品、光学部品、磁気部品、車
両部品、装飾品等の各種の技術分野において注目を受け
、その実用化が図られているが、そのようにして得られ
る成膜製品の用途に応じて、基板上に形成される薄膜に
は種々なる特性が要求され、またそのような特性の薄膜
を成膜し得るスパッタリング手法の開発が要請されてい
る。

例えば、所定の円形基板上に磁性薄膜を形成してなる磁
気ディスクにあっては、その薄膜の均−性及び均質性が
要求され、またその磁気特性が円周方向で向上するよう
に、スパッタリングにより成膜される薄膜の配向を制御
することが要請され、従ってこのスパッタリングに用い
られる装置としては、そのような特性の磁性薄膜を成膜
するものでなければならず、しかもかかる成膜される磁
性薄膜の品質に影響をもたらすようなダストの発生が可
及的に少なく、更には量産性に優れていることや、装置
の保守の点から構造が単純であること等が要請されてい
るのである。

しかしながら、従来から知られている静止対向型の装置
を用いたスパッタリング手法にあっては、成膜処理され
る円形基板を円形ターゲットの上方に相互の中心を合わ
せて対向させ、静止状態でスパッタリングを行なうよう
にしたものであるが、この手法にあっては、成膜される
薄膜は基板の面内に配向するものの、基板の円周方向へ
は配向せず、面内では等方性となって、例えば磁気ディ
ス°　りにおける円周方向の磁気特性を充分に向上し得
るものではなかったのである。

また、他の一つのスパッタリング手法として知られてい
るトレー型（通過型）の装置を用いた方法にあっては、
ターゲット上を多数の基板を載せたトレーが通過せしめ
られ、その通過の際に、それぞれの基板上に、ターゲッ
トからスパッタリングされた原子が堆積せしめられるよ
うにしたものであって、多量生産用の手法として採用さ
れているが、このようなスパッタリング操作にて成膜さ
れる薄膜の配向の方向が、トレー通過方向の直線的な一
方向となるために、成膜される基板の形状が円形である
磁気ディスク等の場合にあっては、かかる薄膜の配向の
方向が円周方向とはならない問題があった。

このため、本願出願人は、先に、特願昭６１−２５４１
８６号として、マグネトロン・スパッタリング方法にお
いて、ターゲットの背後に成膜速度を上げるために設け
られている磁石手段を、成膜されるべき円形基板に対応
してその半径方向に所定幅の磁場が形成されるように、
そしてそれによって、その半径方向に延びる所定幅の強
いスパッタリング領域が形成されるように、構成する一
方、かかる磁石手段を円形基板の円周方向に回転せしめ
ることにより、スパッタされるターゲットのエロージョ
ン発生位置を円周方向に移動せしめるようにした手法を
明らかにし、これによって、かかる円形基板上に成膜さ
れる薄膜の円周方向の膜厚分布を効果的に抑制し、均一
で均質な薄膜と為し得ると共に、かかる薄膜の配向の円
周方向への制御を可能と為す等の顕著な効果を達成し得
たのである。

しかしながら、このような優れた特徴を有するスパッタ
リング手法にあっても、今一つ改良の余地があることが
、本発明者らの更なる研究によって明らかとなったので
ある。

すなわち、かかるターゲット上のスパッタ領域を移動さ
せる手法にあっては、ターゲットの背後に設置された磁
石によって形成されるターゲット上の漏れ磁界の発生領
域が一定幅でターゲット半径方向に延びるように、磁石
が配置されているところから、ターゲットの利用効率、
特に半径方向における利用効率が充分でないことが明ら
かとなったのである。けだし、そのような配置構成の磁
石がターゲットの中心を軸として回転すると、半径方向
の各点における磁石の通過速度は、中心からの距離に比
例するため、Ａｒイオン等の放電ガスイオンによりター
ゲットが叩かれる時間は反比例して、ターゲットの外周
部になる程、少なくなり、それ故にターゲットの消費は
中心側程大きく、半径方向に一様とはならなくなるから
である。

（解決課題） ここにおいて、本発明は、かかる事情を背景にして為さ
れたものであって、その目的とするところは、マグネト
ロン・スパッタリング手法にて成膜される円形基板上の
薄膜を基板の円周方向に配向せしめつつ、ターゲットの
利用効率を更に向上せしめ得る方法を提供することにあ
る。

（解決手段） そして、かかる目的を達成するために、本発明は、成膜
されるべき所定の円形基板に対して成膜材料からなる円
形ターゲットを相対向して同心的に配置すると共に、該
ターゲットの背後に磁石を配置せしめて、該磁石により
該ターゲ・ノド上に磁界の漏れ領域を形成しつつ、該タ
ーゲットのスパッタリングを行ない、該ターゲットから
スパッタリングされた原子を前記円形基板上に堆積せし
めて、該基板表面に所定の薄膜を成膜するマグネトロン
・スパッタリング方法において、前記磁石にて形成され
る磁界の漏れ領域が前記ターゲットの円周方向において
局部的に且つ該ターゲットの半径方向において所定長さ
で位置するように、そして磁界の漏れの大きさがターゲ
ット円周上における総和においてターゲット中心からの
離隔距離に応じて比例的に若しくは段階的に増大するよ
うに、前記磁石を配置せしめると共に、前記磁石が該タ
ーゲットの中心を回転中心として回転させられて、前記
磁界の漏れ領域が該ターゲットの円周方向に移動せしめ
られるようにしたことを特徴とするマグネトロン・スパ
ッタリング方法を、その要旨とするものである。

なお、かかる本発明においては、ターゲット上に形成さ
れる磁界の漏れの大きさがターゲットの半径方向におい
て所望の大きさとなるように、前記磁界の漏れ領域は、
前記ターゲットの円周方向に所定の間隔をもって位置す
る、該ターゲットの半径方向に長さが異なる複数の磁界
の漏れ領域成分にて構成され、且つそれら複数の磁界の
漏れ領域成分が、それぞれ、前記ターゲットの外周縁部
を起点としてターゲット中心に向って延びるように位置
せしめられている構成が、好適に採用されることとなる
。

（具体的構成・実施例） ところで、スパッタリングによる成膜速度を向上するた
めに、ターゲットの裏側に磁石を配置して、その二つの
磁極間に生じる磁力線の一部がターゲットの表面におい
てその面と平行になるようにして、該ターゲット上に、
磁石による磁界の漏れにて磁場のトンネルが形成される
ようにした技術は、マグネトロン・スパッタリングとし
てよく知られているところである。そして、このマグネ
トロン・スパッタリング技術においては、かかる磁石に
より形成される磁界によって、ターゲットより放出され
る二次電子は、かかるターゲットの表面に形成される磁
場のトンネル内に捕捉され、そして気体（放電ガス）分
子との衝突回数が増加せしめられるために、そのような
磁場のない場合より多くのイオンが生成せしめられ、以
てその部分がよりスパッタされることとなるところから
、その成膜速度を効果的に増大させることが出来るので
ある。

そして、このようなスパッタリング手法において、ター
ゲットの利用効率を向上させるには、（ａ）ターゲット
の全面積を利用すること、（ｂ）ターゲットの利用面を
一様な深さでスパッタリングすることが重要となるので
あるが、本発明にあっては、ターゲットの全面積を利用
するために、先の出願と同様に、ターゲットの背後に配
置せしめられる磁石をターゲットの中心を回転中心とし
て回転せしめることにより一１磁界の漏れ領域にて形成
される局部的な半径方向のスパッタリング領域が、ター
ゲットの円周方向に回転移動せしめられるごとを利用す
るようにしたのであり、またターゲットを一様な深さで
スパッタリングするために・回転せしめられている磁石
の回転を止めた時、第１図に示されるように、ターゲッ
ト２のエロージョン領域（斜線部分）４が扇型となるよ
うに磁石を配置して、所定の漏れ磁界が形成されるよう
に為し、そしてこのようなエロージョン領域４を回転さ
せるようにしたのである。

要するに、ターゲットの背後に置いた磁石を回転させて
、ターゲットの利用効率を向上させるためには、第１図
に示されるように、ターゲット２の表面のエロージョン
領域４が、中心から成る角度で外側を見た扇型（斜線部
分）を形成していなくてはならないのであり、そしてそ
のエロージョン領域４を第１図の如き扇型と為すには、
ターゲット２表面に漏れる磁界を第１図と同様な形にす
れば良いのである。

そこで、本発明にあっては、上記の如き扇型のエロージ
ョン領域４を形成するために、磁界の漏れの大きさが、
ターゲット円周上における総和において、ターゲット中
心からの離隔距離に応じて比例的に若しくは段階的に増
大するように、換言すれば成る点におけるターゲット円
周方向に発生する磁界の漏れの大きさに関して、その円
周上での総和がその点の中心からの距離の大きさに対し
て比例的に若しくは段階的に大きくなるように、磁石を
配置し、この磁石による磁界の漏れにて所望の磁場のト
ンネルが形成されるようにしたのであり、そしてこのよ
うな磁場のトンネルを更にターゲットの半径方向に延び
るように形成して、磁石の回転による該磁場のトンネル
の円周方向への移動によって、ターゲットのエロージョ
ンの状態をターゲット利用面において一様となるように
したのである。

なお、かくの如きエロージョン領域を扇型と為すための
磁石の配置形態としては、例えば第２図に示される如き
磁石の分割配置を採ることが出来る。即ち、第２図にお
いて、磁石は、ターゲット２の半径方向で長さの異なる
、大中小の磁石６ａ、６ｂ、６Ｃにて構成されており、
それぞれの磁石６ａ、６ｂ、６Ｃは、ターゲ・ント半径
方向に延びるＮ極とそれを所定間隙隔てて取り囲むよう
に設けられたＳ極とから構成されている。また、これら
分割された三つの磁石６ａ、６ｂ、６Ｃは・それぞれ、
所定の距離を隔てて、互いに干渉しないようにターゲッ
ト２の円周方向に配置され、そして、それぞれの磁石６
ａ、６ｂ、６Ｃが、ターゲット２の外周縁部を起点とし
て、その中心に向って位置せしめられているのである。

従って、このように磁石６ａ、６ｂ、６Ｃがターゲット
２の円周方向に分割配置されてなる構成にあっては、そ
れぞれの磁石６ａ、６ｂ、６ｃによって、ターゲット２
の円周方向に所定の間隔をもって位置する、ターゲット
半径方向に長さの異なる複数の磁界の漏れ領域成分にて
全体としての磁界の漏れ領域が構成され、且つそれら複
数の磁界の漏れ領域成分が、それぞれ前記ターゲットの
外周縁部を起点としてターゲット中心部に向って延びる
ように位置せしめられるようになるのである。そして、
そのような磁界の漏れ領域を構成する磁界の漏れの大き
さは、ターゲット２の円周方向における総和において、
ターゲット中心からの離隔距離に応じて増大する（ここ
では段階的に増大する）こととなるのである。

そして、この第２図に示される如き分割配置せしめられ
る磁石６ａ、６ｂ、６Ｃは、第３図に示される如く、ス
パッタリング装置に適用されることとなる。即ち、この
第３図のスパッタリング装置において、８は、密閉可能
なスパッタリング室（真空槽）であり、このスパッタリ
ング室８は図示しない真空ポンプに接続されて、その内
部が、１Ｏ−３Ｐａ程度以下の高減圧（高真空）下に保
持されるようになっている一方、ガス導入パイプ１０を
通じて、アルゴン（Ａｒ）等の不活性ガスが室内に導入
され、以てかかる放電ガスの存在する所定の減圧下、例
えば１〜１０Ｐａ程度の減圧下の雰囲気となるように、
スパッタリング室８内が調整せしめられ得るようになっ
ている。

また、かかるスパッタリング室８内には、従来と同様な
構造の陽極１２が設けられ、そしてこの陽極１２上に成
膜されるべき円形基板１４、例えば磁気ディスク用基板
が載置される一方、この円形基板１４に同心的に相対向
して且つ所定距離離れた位置に、スパッタされるべき物
質からなる陰極としてのターゲット１６がスパッタリン
グ室８の隔壁の一部を構成するように設けられており、
そしてこのターゲット１６と前記円形基板１４との間が
放電空間１８とされている。

なお、ここでは、円形基板１４とターゲット１６との間
に、外部の直流電源２０が接続されて、所謂直流二極ス
パッタリングが実施され得るようになっているが、また
かかる直流電源２０に代えて、公知の如く、高周波電源
を用いて高周波スパッタリングが実施され得るように構
成することも可能である。

そして、ターゲット１６の背後のスパッタリング室８外
には、分割された三つの磁石６ａ、６ｂ。

６ｃが、モーター２２によって回転せしめられる回転テ
ーブル２４上に、第２図の如き位置関係において配置せ
しめられて、ターゲット１６の中心を回転中心として回
転せしめられ得るようになっている。

従って、このような構造の装置において、円形基板１４
とターゲット１６との間で、常法に従って放電が行なわ
れる一方、モーター２２の回転駆動により、回転テーブ
ル２４上に載置された三つの磁石６ａ、６ｂ、６Ｃが、
ターゲット１６の中心を回転中心として回転せしめられ
ると、マグネトロン・スパッタリングの原理にて、ター
ゲット１６上において、それぞれの磁石６ａ、６ｂ、６
ＣのＳ極とＮ極とにより挟まれる所定幅の領域に対応す
る部位に形成せしめられる、ターゲット１６の半径方向
に延びる原子の捕捉領域、換言すればスパッタリング領
域（エロージョン領域）が、かかるターゲット１６の中
心側りに回転し、これによって、円形基板１４の中心側
りに（円周方向に）、放電によりターゲット１６から叩
き出された原子の堆積が行なわれることとなるのである
。

それ故、このように、各磁石６ａ、６ｂ、６Ｃを、それ
ぞれ回転せしめることにより、スパッタされるターゲッ
ト１６のそれぞれのエロージョン発生位置を円周方向に
移動せしめて、そのスパッタリング位置が円周方向に移
動するようにすることにより、スパッタされた原子は円
形基板１４に対して高入射角で付着することになり、ま
た成膜される薄膜の配向も円周方向に制御され得ること
となったことは勿論、分割された磁石６ａ、６ｂ。

６Ｃによって形成される磁界の漏れの大きさ、換言すれ
ばエロージョン領域が、第１図に示される如く略扇型形
状となって、それが回転せしめられることとなるところ
から、ターゲット１６のエロージョンは、第４図（ａ）
に示される如く、ターゲット利用面において一様な深さ
において進行することとなるのである。なお、例えば、
６ａのみの磁石配置で回転せしめる場合にあっては、第
４図（ｂ）に示される如く、ターゲットの中心側におい
てより大きなエロージョンが惹起されて、ターゲット１
６の利用効率が低下するようになるのである。

また、このように、ターゲット１６のスパッタリング領
域が、その円周方向に移動せしめられて、スパッタリン
グ原子の堆積が主として円形基板１４の円周方向に行な
われることにより、かかる円形基板１４上に成膜される
薄膜は、効果的に均一な且つ均質なものと為すことが出
来るのであり、更に、かかる円形基板１４として磁気デ
ィスク基板を用い、その上に磁性薄膜を形成する場合に
おいて、スパッタリング原子が基板に対して高入射角で
付着する程、保磁力が大きくなるところから、上記の如
くして磁性薄膜が成膜されてなる磁気ディスクにあって
は、円周方向に高い保磁力を備えたものとなるのである
。

なお、上記例示の磁石配置は、第１図に示される如き、
扇型のエロージョン領域を実現するための本発明の単な
る一例を示したに過ぎないものであって、本発明の趣旨
を逸脱しない限りにおいて、磁石の数、組合わせ、形状
等は、ターゲット１６の厚さや透磁率等の他、必要とさ
れる成膜速度等に基づいて適宜に決定されるものであり
、また磁石としても、永久磁石の他、電磁石も同様に用
いることが可能である。

要するに、本発明は、上記例示の構造並びにそれに付随
した具体的な説明によって、同等限定的に解釈されるも
のでは決してなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにお
いて、本発明には当業者の知識に基づいて種々なる変更
、修正、改良等が加えられ得るものであって、本発明が
、そのような実施形態の何れのものをも含むものである
ことが、理解されるべきである。

（発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明は、マグネトロ
ン・スパッタリング手法において、ターゲット上に生ず
る磁界の漏れの大きさが、ターゲットの円周上での総和
においてターゲット中心からの距離に応じて増大するよ
うに、磁石を配置せしめて、全体として扇型のエロージ
ョン領域が生じるように為し、以てそれをターゲットの
中心円りに回転移動せしめることにより、成膜される薄
膜の円周方向への配向を行ないつつ、ターゲットの利用
効率をより一層向上せしめ得たものであって、そこに、
本発明の大きな工業的意義が存するのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に従うターゲットのエロージョン領域
を説明するためのターゲット平面図であり、第２図は、
本発明を実施するための磁石配置の一例を示す平面説明
図であり、第３図は、本発明を実施するためのスパッタ
リング装置の一例を示す概念図であり、第４図（ａ）及
び（ｂ）は、それぞれ、ターゲットのエロージョン進行
状態を説明するためのターゲット側面図である。 ２：ターゲット　　　　４：エロ−ジョン領域６ａ、６
ｂ、６ｃ　：磁石 ８ニスバツタリング室 １０：ガス導入パイプ　１２：陽極 １４：円形基板　　　　１６：ターゲツト１８：放電空
間　　　　２０：直流電源２２：モーター　　　　２４
：回転テーブル第１図 第２図 ＼−−〜／′ 第３図 第４図 （ａ） （ｂ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）成膜されるべき所定の円形基板に対して成膜材料
   からなる円形ターゲットを相対向して同心的に配置する
   と共に、該ターゲットの背後に磁石を配置せしめて、該
   磁石により該ターゲット上に磁界の漏れ領域を形成しつ
   つ、該ターゲットのスパッタリングを行ない、該ターゲ
   ットからスパッタリングされた原子を前記円形基板上に
   堆積せしめて、該基板表面に所定の薄膜を成膜するマグ
   ネトロン・スパッタリング方法において、 前記磁石にて形成される磁界の漏れ領域が前記ターゲッ
   トの円周方向において局部的に且つ該ターゲットの半径
   方向において所定長さで位置するように、そして磁界の
   漏れの大きさがターゲット円周上における総和において
   ターゲット中心からの離隔距離に応じて比例的に若しく
   は段階的に増大するように、前記磁石を配置せしめると
   共に、前記磁石が該ターゲットの中心を回転中心として
   回転させられて、前記磁界の漏れ領域が該ターゲットの
   円周方向に移動せしめられるようにしたことを特徴とす
   るマグネトロン・スパッタリング方法。
2. （２）前記磁界の漏れ領域が、前記ターゲットの円周方
   向に所定の間隔をもって位置する、該ターゲットの半径
   方向に長さが異なる複数の磁界の漏れ領域成分にて構成
   され、且つそれら複数の磁界の漏れ領域成分が、それぞ
   れ、前記ターゲットの外周縁部を起点としてターゲット
   中心に向って延びるように位置せしめられている特許請
   求の範囲第１項記載のマグネトロン・スパッタリング方
   法。