JPS63266062A - 多元素スパツタ薄膜の製造方法及びスパツタ装置 - 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〕 本発明は、多元素スパッタ薄膜の製造方法及びスパッタ
装置に関する。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする問題点〕最近
、光磁気ディスクや磁気テープ等においては、合金薄膜
や多層薄膜等の二種以上の元素を含有する薄膜即ち多元
素薄膜を形成することが盛んに行われており、これらの
薄膜形成においてスパッタリング法は蒸着法などと並ん
で有力な方法であり、広く利用されている。そして、多
元素薄膜を形成するためのスパッタ装置には、複合ター
ゲット、合金ターゲット、回転式ターゲット交換装置１
回転ターゲット等が用いられていた。

複合ターゲットは、異種の元素から成る材料をターゲッ
トホルダー面に混合配置して複合体となし、各材料のス
パッタリング法への露出面積比によって所望の組成比が
得られるようにしたターゲットである。又、合金ターゲ
ットは異種の元素材料を所望の組成比で溶融することに
より形成された合金をインゴット又は粉末として用いて
成るターゲットである。しかし、これらのターゲットは
、合金薄膜を形成して得ても多Ｊｉ薄膜は形成できず、
又組成比の変更や膜種の変更（組成元素の変更）の場合
は、ターゲット全体を交換しなければならないという問
題があった。更に、これらのターゲットは、複数の元素
材料の正確な混合や溶融を必要とするためターゲット自
体の製造が面倒で製造コストが高いという問題もあった
。又、これらのターゲットを用いた場合、各組成元素の
スパッタリング特性の違いから組成ずれが生じ易く、組
成ずれが生じた場合これを修復するには再度これらのタ
ーゲットを用意調達して交換しなければならないという
問題があった。

又、回転式ターゲット交換装置としては例えば特開昭６
０−２６２９６９号公報に記載のものがあるが、これは
、カソードであるターゲットロータの周面に異種の元素
の単体材料から成るターゲットを複数個配置し、これら
のターゲットを順次選択的にスパッタチャンバーにセン
トしてスパッタリングを行うものである。確かに、この
装Ｗは、単体ターゲットを用いるためターゲット製造コ
ストは安いという利点はあるが、多層薄膜は形成し得て
も合金薄膜は形成できず、又膜種の変更はできても組成
比の変更はできず、もし合金薄膜の形成及び膜種の変更
を行うとすれば、やはりターゲ７）全体の交換を行わな
ければならず、ターゲットにかかるコストも高くなると
いう問題があった。

又、回転ターゲットとしては例えば欧亜通機株式会社版
売のものがあるが、これは第６図に示した如く、回転カ
ソードｌの周面に異種の元素の単体材料から成るターゲ
ット２．３を複数個配置し、この回転カソードを高速で
多数回転させつつスパッタリングを行うことにより合金
薄膜を形成し、低速で所定の数のターゲット分だけ回転
させつつスパッタリングを行うことにより多層薄膜を形
成するものである。石育かに、このターゲットは、ター
ゲット製造コストが安く、合金薄膜及び多層薄膜を形成
できるという利点はあるが、組成比の変更や膜種の変更
はできず、もし組成比の変更や膜種の変更を行うとすれ
ば、やはりターゲット全体の交換を行わなければならな
いという問題があった。

更に、ターゲットの交換は、スパッタリングチャンバー
内の雰囲気を変えずにターゲット交換を行う装置を必要
とするが、スパッタ装置及びターゲット交換装置の大き
さが有限であるため、収納可能なターゲット数には制限
があり、これを少しでも解消すべく大きなターゲット交
換装置を装備しても、組成元素数や膜種数の少ない成膜
時においては空間が甚だしく無駄になり、コストパフォ
ーマンスの低いものであった。

本発明は、上記問題点に鑑み、単体ターゲットを使用し
つつターゲットを交換することなく、合金薄膜及び多層
薄膜を形成できると共に組成比や膜種の変更も可能であ
り、組成ずれの修復も可能であるなど、極めてコストパ
フォーマンスの高い、多元素スパッタ薄膜の製造方法及
びスパッタ装置”を提供することを目的とする。

ｃ問題点を解決するための手段及び作用〕本発明による
多元素スパッタ薄膜の製造方法は、複数種の単体ターゲ
ットが周辺に配置されて成る回転ターゲットの回転速度
を変化可能にすると共に、該回転ターゲットの回転に同
期してスリット間隔を変動させるようにしたことを特徴
としている。又、この方法に用いるスパッタ装置は、複
数種の単体ターゲットが周辺に配置されて成る回転ター
ゲットと、該回転ターゲットを駆動するターゲット駆動
装置と、前記回転ターゲットと基板との間にスパッタリ
ング加速電圧を印加する加速電圧印加装置と、前記回転
ターゲットと前記基板との間に配置されたスリット間隔
可変のスリットと、該スリット間隔を変えるスリット駆
動装置と、前記ターゲット駆動装置と前記スリット駆動
装置を個別に又は同期して制御する制御ｎ回路とから成
るものである。

そして、これらの方法及び装置により、回転ターゲット
を高速で多数回転させつつスパッタリングを行うことに
より合金薄膜を形成し得、回転ターゲットを低速で所定
の数のターゲット分だけ回転させつつスパッタリングを
行うことにより多層薄膜を形成し得、回転ターゲットの
回転に同期するスリット間隔変動パターンを変えること
により組成比を変更し得、更に該変動パターンの変化に
おいてスリット間隔が零となる範囲を変えることにより
膜種を変更し得るようにしている。

ここで云うスリット間隔とは、回転ターゲットに近接配
置されたスリットの開口部の幅をいい、カソードである
ターゲットロータとアノードとの間の電界により加速さ
れた分子、電子（以後衝突粒子と呼ぶ）のうちスリット
の開口部を通過したものがターゲットに衝突することに
よりターゲット構成分子、原子〈以後スパッタ粒子と呼
ぶ）をスパツクし、更にスパッタ粒子のうちスリットの
開口部を通過したものがアノード上の基板に堆積される
ので、スリット間隔の大小は基板に堆積するスパッタ粒
子数の大小に関係する。又、回転ターゲットの回転に同
期して変動するスリット間隔とは、回転ターゲットの一
回転の間にスリット間隔が一定ではなく秩序をもって変
化した形をとるスリット間隔である。ここで、一定とは
スリット間隔が例え微小の間隔変動であっても成膜条件
を変えるような影響を何ら及ぼさない状態にあることを
いい、秩序をもって変化するとはスリット間隔の変化が
一回転の間で始まり・且つ終了することであり、ランダ
ムにタイミングがずれたりスリット間隔変動パターンが
変化したりしないことを言う、又、回転ターゲットの回
転に同期して変動するスリット間隔変動パターンは必ず
しも一回転毎に周期的である必要はなく、用意された変
動パターン群の中から選択された複数の変動パターンの
集団から成り、該手段が周期的（以後超周期と呼ぶ）に
なっているものでも良い。

〔実施例〕

以下、図示した実施例に基づき、本発明の詳細な説明す
る。

第１図は本発明によるスパッタ装置の第１実施例の構成
を示しており、１１はロータ駆動用モータ１２によって
回転せしめられるターゲットロータであって、これはカ
ソードでもある。１３及び１４はターゲットロータ１１
の周面に等分に且つ交互に配置された異種の元素から成
る４個ずつの単体ターゲットであって、これらはターゲ
ットロータ１１と共に回転ターゲットを構成しており、
説明を容易にするために二種の単体ターゲット１３．１
４のスパッタ効率は同じであるとする。１５はアノード
、１６はアノード１５に固定された基板である。１７は
ターゲットロータ１１と基板１６の間においてターゲッ
トロータ１１に近接して配置されたスリット間隔が可変
のスリットであって、そのスリット間隔は単体ターゲッ
ト１３゜１４の幅（円周方向の長さ）よりも狭い範囲内
でスリット駆動装置１８により変化せしめられるように
なっている。１９はアノード１５とターゲットロータ１
１との間に一定のスパッタリング加速電圧を印加するた
めの電源、２０はモータ１２゜スリット駆動装置１８に
接続された制御回路であって、モータ１２の回転速度及
びスリット駆動装置を介してスリット間隔ｌを制御する
ものである。

第２図は上記制御回路２０のブロック図であり、２１は
ロータ駆動用モータ１２に制御内容に対応した駆動電圧
を出力するモータ用制御電源であって、基本的にはモー
タ１２の回転を高速と低速の二段に制御するようになっ
ている。

２２はデジタル式の波形入力装置２３から入力された波
形を記憶し且つ指令によって読み出しが可能なデジタル
式の波形記憶装置、２４はターゲットロータ１１の回転
軸に直結された回転検出器、２５は回転検出器２４から
の信号を基に波形記憶装置２２へ同期信号及び掃引速度
信号を出力するタイミング制御装置である。尚、掃引速
度信号は、仮りに、一周期分の波形が１００個のデジタ
ル信号で構成されているとすると、−個一個をデジタル
からアナログへ変換して出力する時間間隔を一周期を１
００で割った時間にし、この時間を出力して一周期の間
に上記波形が出力し得るようにする信号である。２６は
出力波形選択装置であって、例えば数種の波形を組み合
せて用いる場合（超周期の場合）に、波形記憶装置２２
に記憶されている波形群の中から順次波形パターンを選
び出すためのものであり、例えばＡ、Ｂ、Ｃの波形パタ
ーンをＡＣＢの順序で繰り返し生成する場合に読出し信
号を１−３−２の順で繰り返し出力する装置である。即
ち、スパッタ開始信号が入力されると同時に数値１とい
う読出し信号を波形記憶装置２２に出力し、記憶装置２
２は数値１に対応する波形パターンＡを出力しそれが終
了した時点で波形パターン終了信号を波形選択装置２６
へ送り、波形選択装置２６はその終了信号が入力される
と数値３という読出し信号を波形記憶装置２２に出力し
、波形記憶装置２２は数値３に対応する波形パターンＣ
を出力し、というようにこれらの動作が繰り返されるよ
うになっている。２７は波形記憶装置２２から出力され
た階段状のデジタル波形信号を滑らかな信号に変えて基
準電圧信号として出力する波形成形器、２８は波形成形
器２７からの基準電圧信号に応じたスリット駆動電圧を
スリット駆動装置１８に出力するスリット開閉駆動電源
である。

尚、スリット間隔ｌはスリット駆動電圧に比例して変化
するものとする。又、スリット間隔ｌはスリット駆動電
圧が最大の時ターゲット１３．１４の幅と等しくなるも
のとする。

次に、作用について説明する。

まず、上述の如く、ターゲット１３と１４のスバフタ効
率は同一であり、加速電圧も一定であるから、各スパッ
タ粒子の数はその時のスリット１７における各ターゲッ
ト１３．１４の露出面積即ちスリット間隔ｌとの積に比
例する。ここで制御回路２０によりスリット駆動電圧の
波形を例えば第３図（Ａ）に示したような波形にすると
、各スパッタ粒子の数もこの波形に比例して変化する。

この例の場合、１回転の間にスパッタ粒子数は４回の周
期的変化を示すので、１／４回転でスパッタ粒子による
成膜について考える。ターゲット１３及び１４からスパ
ッタされた粒子は基板１６上に層状に堆積するが、原子
の拡散による均質な一様組成の膜即ち合金薄膜となる。

但し、原子の拡散により均質化するのは各層が最大で１
０数オングストローム程度であるので、合金薄膜を形成
する場合は各層が薄い即ちターゲットロータ１１の回転
をモータ用制御電源２１により高速にする必要がある。

一方、ターゲットロータ１１の回転を低速にすると、各
層が厚くなるので多層膜が形成される。尚、スリット駆
動電圧の波形を第３図（Ｂ）のようにすればスリット間
隔の変化幅を押えた制御ができる。

又、スリット駆動電圧比ａ：ｂを変化させれば、ターゲ
ットを交換することなく組成比の制御（組成ずれの修復
等）、変更が可能になる。又、スリット駆動電圧の波形
パターンを電圧比ａ：ｂｘ１：０のものとａ：ｂ−０：
１のものとを継ぎ合わせたパターンにしても、多層薄膜
を形成することができる。

第４図は第２実施例の回転ターゲ７）を示しており、こ
れはターゲットロータ１１の周面に三種の単体ターゲソ
）２９．３０．３１を交互に配置して成るものである。

この回転ターゲットを用いた膜種の変更について説明す
る。

まず、回転ターゲットに対し第５図（Ａ）に示した如き
波形パターンのスリット駆動電圧を与えると、単体ター
ゲット２９及び３０がスリット１７と一致する時スリッ
ト駆動電圧が所定の値ａ。

ｂを有し、それに比例したスリット間隔が得られるが、
単体ターゲット３１がスリット１７と一致する時スリッ
ト駆動電圧が零となる即ちスリット間隔が零となるので
、単体ターゲット２９及び３０を構成する元素から成る
薄膜が形成される。次に、回転ターゲットに対し第５図
ＣＢ）に示した如き波形パターンのスリット駆動電圧を
与えると、単体ターゲット２９及び３１がスリット１７
と一致する時スリット駆動電圧が所定の値ｃ、ｄを有し
、それに比例したスリット間隔が得られるが、単体ター
ゲット３０がスリット１７と一敗する時スリット駆動電
圧が零となる即ちスリット間隔が零となるので、単体タ
ーゲット２９及び３１を構成する元素から成る薄膜が形
成される。かくして、スリット駆動電圧の波形パターン
を第５図（Ａ）から第５図（Ｂ）に或いはその逆に切り
換えることにより膜種の変更が行われる。

次に、実験例を示す。

ＸｌｉＬ例」− 二種の金属ＣＯとＦｅをターゲットにして第１図に示す
ようにロータの周囲に交互に固定した。

各ターゲットは板状金属二枚によって構成されておりロ
ータは止子六角形をなす、このような回転ターゲットを
用いて石英基板へスパッタリング試験を行った。スリッ
ト駆動電圧は第３図に示す電圧比ａ：ｂを２：１とした
。各電圧値の保持時間はロータ回転周期の８分の１であ
る。ターゲットロータの回転数をＱ、　３　ｒ　ｐ　ｍ
乃至５００ｒｐｍの間に設定した。ロータの回転がＱ、
　３　ｒ　ｐ　ｍの場合は、Ｃｏ膜が約８０人でＦｅ膜
が約４０人の多層膜が得られた０回転数を１５ｒｐｍと
すると周期的多層構造は見られず均質なＧｏ−Ｆｅの合
金薄膜を得た。分析の結果によるとＣｏ　−：　Ｆ　ｅ
　−６５゜５：３４．５の組成比であった０回転数が５
０Ｏｒｐｍでも膜にそれ以上の変化は見られなかった。

−大」１皿」− 実験例１においてスリット駆動電圧比ａ：ｂを２　：　
］、　１としたところ、分析結果において組成比Ｃｏ：
Ｆｅを６５：３５に変更することができた。

１１亘１ 実験例１においてスリット駆動電圧の波形パターンを電
圧比ａ：ｂ−１：Ｑのものとａ：ｂ＝０：１のものとを
継ぎ合わせたパターンにしたところ、ＣｏとＦｅを交互
に積み重ねた多層薄膜を形成することができた。

ｌｌＩ± 三種の金属Ｔｂ、Ｆｅ、Ｃｏをターゲットにして第４図
に示した如（ロータの周囲に交互に固定した。スリット
駆動電圧は第５図（Ａ）及び（Ｂ）に示す電圧比ａ：ｂ
を２：１．ｃ：ｄを４：１とした。又、ロータの回転数
は２０ｒｐｍ　とした。

これによって、Ｔｂ：Ｆｅ−６２：３８．Ｔｂ：Ｃｏ＝
６９　：　３１の二種の薄膜を形成することができた。

〔発明の効果〕

上述の如く、本発明による多元素スパッタ薄膜の製造方
法及びスパッタ装置は、単体ターゲットを使用しつつタ
ーゲットを交換することなく、合金薄膜及び多層薄膜を
形成できると共に組成比や膜種の変更も可能であり、組
成ずれの修復も可能であるなど、極めてコストパフォー
マンスの高いものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるスパッタ装置の第１実施例の構成
を示す図、第２図は上記第１実施例の制御回路のブロッ
ク図、第３図は上記第１実施例に適用されるスリット駆
動電圧の波形パターン図、第４図は第２実施例の回転タ
ーゲットの構成を示す図、第５図は上記第２実施例に適
用されるスリンｌ−駆動電圧の波形パターン図、第６図
は従来例の回転ターゲットの斜視図である。 １１・・・・ターゲットロータ、１２・・・・ロータ駆
動用モータ、１３．１４．’　２９，３０．３１・・・
・単体ターゲット、１５・・・・アノード、１６・・・
・基板、１７・・・・スリット、１８・・・・スリット
駆動装置、１９・・・・電源、２０・・・・制御回路、
２１・・・・モータ用制御電源、２２・・・・波形記憶
装置、２３・・・・波形入力装置、２４・・・・回転検
出器、２５・・・・タイミング制御装置、２６・・・・
波形選択装置、２７・・・・波形成形器、２８・・・・
スリット開閉駆動電源。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数種の単体ターゲットが周辺に配置されて成る
   回転ターゲットの回転速度を変化可能にすると共に、該
   回転ターゲットの回転に同期してスリット間隔を変動さ
   せるようにした、多元素薄膜の製造方法。
2. （２）複数種の単体ターゲットが周辺に配置されて成る
   回転ターゲットと、該回転ターゲットを駆動するターゲ
   ット駆動装置と、前記回転ターゲットと基板との間にス
   パッタリング加速電圧を印加する加速電圧印加装置と、
   前記回転ターゲットと前記基板との間に配置されたスリ
   ット間隔可変のスリットと、該スリット間隔を変えるス
   リット駆動装置と、前記ターゲット駆動装置と前記スリ
   ット駆動装置を個別に又は同期して制御する制御回路と
   から成るスパッタ装置。