JPS63243272A - 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、更にはそ
の寿命を効果的に高めたマグネトロン・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
脱法の一つとして、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、例えば磁気ディスク
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、特訓昭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における膜厚変化を効果的に抑制
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リング領域を
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円形基板半径方向に対応する方向に
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
第２図（ｂ）に示される如く、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。

そして、ターゲットの中心部位における消耗が激しくな
るところから、当該中心部位における消耗の如何によっ
てターゲットの利用効率が決まってしまうのであり、ま
たターゲットライフは、そのような中心部位の厚さによ
って決まることとなるのである。けだし、ターゲットの
中心部の消耗によってターゲットに局部的に孔が開くと
、スパッタリング室の真空が破れたり、或いはターゲッ
トの下のバッキングプレートをスパッタリングしたりし
て、最早、目的とするスパッタリング操作をｗＥ続し得
なくなるからであり、そのため、ターゲットは、その中
心部位が成る程度消耗せしめられた時に、新しいものと
取り換えられる必要があるのである。

（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、またターゲットライフを向
上せしめ得るに有効な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Ｉ・上に漏れ磁界を形成しつつ、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、前記磁石によってターゲット上に
形成される漏れ磁界にて、強いスパッタリング領域を所
定幅で前記円形基板の半径方向に対応するターゲット部
位に発生せしめ、更にこの強いスパッタリング領域を、
該磁石の前記ターゲット中心回りの回転によって、該円
形基板の周方向に対応する方向に回転せしめると共に、
該ターゲットのスパッタリング部位を、その回転中心位
置において高さが最も高くなるような円錐状山部とした
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。

（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ツク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、更にはターゲットライフを向上させ
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において局部的に極端な消耗（
エロージョン）部位が惹起されないようにスパッタリン
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、第１図に示される如く、ターゲット２の背後に
配置せしめられる磁石４をターゲット２の中心を回転中
心として回転せしめることにより、かかるターゲット上
に形成される漏れ磁界にて惹起される局部的な円形基板
半径方向の強いスパッタリング領域が、円形基板の周方
向に対応する方向に回転移動せしめられることを利用す
るようにしたのであり、またスパッタリングによるター
ゲットの極端な消耗が、ターゲット利用面の一部（中心
部）に集中しないように、第２図（ａ）に示される如く
、ターゲット２のスパッタリング部位を、その回転中心
位置において高さが最も高くなるような円錐状山部２ａ
にて構成されるようにしたのである。

なお、第１図においては、ターゲット２が円形である場
合において、かかるターゲット２に同心的に対向配置さ
れる円形基板の半径方向に延びるように、磁石４のＳ極
４ａが配置され、そしてこのＳ極４ａを取り囲むように
、該Ｓ極４ａとの間に所定の間隙を設けてＮ極４ｂが配
置された構成となっている。

要するに、第１図に示される如き磁石４の配置構成によ
って、円形基板の半径方向に対応する方向に強いスパッ
タリング領域が所定幅で形成されるようにターゲット２
の背後に置いた磁石４を回転させるに際して、ターゲッ
ト２の利用効率、更にはターゲットライフを向上させる
ために、本発明では、ターゲット２の中心部に集中する
激しい消耗を補償するように、第２図（ａ）に示される
如くターゲット２の利用面（スパッタリング面）を、そ
の中心部位において高さが最も高くなるような円錐状山
部２ａとしたのである。

ところで、このような円錐状山部２ａを設けてなるター
ゲット２を用いてスパッタリングを行なうに際しては、
例えば第３図に示される如く、スパッタリング装置に装
着されて、実施されることとなる。

なお、この第３図のスパッタリング装置において、６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６は、図示しない真空ポンプに接続され
て、その内部が、１０−”Ｐａ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８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６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６内には、従来と同様な
構造の陽極１０が設けられ、そしてこの陽極１０上に成
膜されるべき円形基板１２、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１２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２　（ここでは円板
状とされている）がスパッタリング室６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
２と前記円形基板１２との間が放電空間１４とされてい
るのである。

なお、ここでは、円形基板１２とターゲット２との間に
、外部の直流電源１６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１６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２の背後のスパッタリング室６外に
は、第１図に示される如く、例えば円形基板１２の半径
方向に対応する方向、換言すればターゲット２の半径方
向に延びるように位置せしめられた磁石４が、モーター
１８によって回転せしめられる回転テーブル２０上に配
置せしめられて、ターゲット２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１２
とターゲット２との間で、常法に従って放電が行なわれ
る一方、モーター１８の回転駆動により、回転テーブル
２０上に載置させられた磁石４が、ターゲット２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２上において、
磁石４のＳ極４ａとＮ極４ｂ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２
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２の中心層りに回転し、これによって、円形基板１２
の中心層りに（円周方向に）、放電によりターゲット２
から叩き出された原子の堆積が行なわれることとなる。

それ故、このように磁石４が回転せしめられることによ
り、スパッタされるターゲット２における半径方向に延
びる所定幅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
１２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、ターゲット２の消耗の大きな中心部位が
円錐状山部２ａとして形成されているところから、かか
るターゲット２の中心部位において激しい消耗が惹起さ
れても、かかる円錐状山部２ａの存在によってそれが補
償され、かかるターゲット２の中心部に孔が開くような
ことはないのであり、それ故にターゲット２の利用効率
は高められ、またターゲットライフの向上も有利に達成
されることとなるのである。

なお、円錐状山部２ａを設けない平板状のターゲット２
を用いた場合にあっては、第２図（ｂ）に示される如く
、ターゲット２の中心部位において、より大きなエロー
ジョンが惹起されて、ターゲット２の利用効率が低下す
るようになるのであり、また中心部位における孔の発生
により、ターゲット２の背後のバッキングプレートがス
パッタリングされて、円形基板１２上に成膜される薄膜
が汚染されたり、真空が破れる等の重大な問題が惹起さ
れたり、或いは新たなターゲットとの交換により、ター
ゲットライフが低下する等の問題が発生するのである。

また、このように、ターゲット２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１２の円周方向に行なわ
れることにより、かかる円形基板１２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
るのである。

更に、かかる円形基板１２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
磁力が太き（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、強いスパッタリング領域
を円形基板１２の半径方向に対応する方向のターゲット
２上に局部的に発生せしめるための、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２の厚さや透磁率等の他、必要とされる成
膜速度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。

また、ここでは、円形基板１２０片面に対するスパッタ
リングによる成膜手法について述べたが、かかる円形基
板１２の両面に対して、同時にスパッタリングによる成
膜を施すことも可能であり、その場合にあっては、円形
基板工２の両側に第３図に示される如き機構がそれぞれ
設けられて実施されることとなる。特に、磁気ディスク
の製造に際しては、ディスク基板の両面に対して成膜す
る必要があるところから、そのような両面スパッタリン
グによる成膜技術が有利に適用されることとなる。

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、ターゲット上に発生
せしめられる、円形基板の半径方向に対応する方向に延
びる所定幅の強いスパッタリング領域が回転せしめられ
ることによって惹起される、ターゲットの中心部位にお
ける激しい消耗を、かかるターゲットに円錐状山部を形
成せしめることによって、補償するようにしたものであ
って、これにより、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、またターゲットライフの向上を宥和に図り得たも
のであり、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、円形基板の半径方向に対応する方向に強いス
パッタリング領域を局部的に発生せしめるための磁石配
置の一例を示す平面説明図であり、第２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、本発明及び比較例に従うターゲット
側面図であり、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る。 ２；ターゲット　　　　２ａ：円錐状山部４：磁石　　
　　　　　６：スパツタリング室８：ガス導入パイプ　
１０：陽極 １２：円形基板　　　　１４：放電空間１６：直流電源
　　　　１８：モーター２０：回転テーブル 第１図 第２図　（ａ） （ｂ） 「下＝ヨ＝＝ｒ２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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
   該ターゲット上に漏れ磁界を形成しつつ、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、 前記磁石によってターゲット上に形成される漏れ磁界に
   て、強いスパッタリング領域を所定幅で前記円形基板の
   半径方向に対応するターゲット部位に発生せしめ、更に
   この強いスパッタリング領域を、該磁石の前記ターゲッ
   ト中心回りの回転によって、該円形基板の周方向に対応
   する方向に回転せしめると共に、該ターゲットのスパッ
   タリング部位を、その回転中心位置において高さが最も
   高くなるような円錐状山部と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。