JPS6343465B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、スパツタ装置の改良、更に詳しく
は、ターゲツトの背面側にプラズマ形成のための
磁界発生手段を設けた対向ターゲツト式のスパツ
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、
種々の方式のスパツタ法について等既に多くの提
案がある。

本発明者の一人も、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（「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、従来の
真空槽内に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をスパツタされるスパツタ面T_1S，
T_2S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T_1S，T_2S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、１
３，１４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Ｈ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T_1S，
T_2Sに垂直に磁界が印加されているので、対向す
るターゲツトT₁，T₂間の空間内に高エネルギー
電子が閉じ込められ、ここでのスパツタガスのイ
オン化が促進されてスパツタ速度が高くなり高速
の膜形成ができる。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、基板２
０上への高いエネルギーを有するイオンや電子の
衝突がほとんどなくなり、かつターゲツトT₁，
T₂からの熱輻射も小さく基板温度の上昇の小さ
い、よつて低温の膜形成ができる。更に磁界は全
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、すなわち、〔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と共に、
〔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〕
その上対向するターゲツトの空間を拡大して生産
性を高めることを可能とした、〔４〕コンパクト
で安価な構成の対向ターゲツト式スパツタ装置を
提供することを目的としたものである。

すなわち、本発明は、互いに平行に対面した対
向ターゲツトの各ターゲツトの背面側に磁界発生
手段を設けてターゲツト面に垂直方向の磁界を発
生させて、ターゲツトの側方に配した基板上に膜
形成するようになした対向ターゲツト式のスパツ
タ装置において、前記磁界発生手段のターゲツト
に面する磁極端部が先細形状の高透磁率の軟磁性
材からなることを特徴とするスパツタ装置であ
る。

なお、上述の磁極端部とは、磁界発生手段の実
質的な磁力線を発生する端部のことであり、磁界
発生手段の磁界発生源と一体であつても別体であ
つても良い。

また、高透磁率の軟磁性材とは、通常のトラン
ス等のコア材と使用されるものならば適用でき、
具体的には、軟鋼、ケイ素鋼、パーマロイ等が適
用できるが、透磁率は高い方が良く且つ飽和磁束
密度が大きい材料が好ましい。

以下、本発明の詳細を図面に基いて説明する。
第２図は本発明の実施例の説明図である。なお図
の記号は、第１図と同じものには同じ記号を使用
してある。

図から明らかな通り、ターゲツトT₁，T₂及び
基板２０の真空槽１０内の配置及びスパツタ電力
の供給は第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１１，１２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。
なお、ターゲツトホルダー１１，１２はSUS材
等の非磁性材からなる。

そして、磁界発生手段は、第１図の従来装置の
コイル３０に替えて、以下のようになしてある。
すなわち、ターゲツトホルダー１１，１２内のタ
ーゲツトT₁，T₂側端にターゲツトT₁，T₂の周辺
に沿つてその背面にその先端面が対面するように
配置された先端部が基端部より薄肉になされた硅
素鋼等の高透磁率軟磁性材からなる筒状枠体３
１，３２と、筒状枠体３１，３２の基端面に密着
して配置された筒状枠体３１，３２と枠形がほぼ
同じの筒状の永久磁石３３，３４とから構成する
と共に、永久磁石３３，３４の磁極を図示の如く
異極が対向するように配置した構成としてある。
従つて、永久磁石３３，３４を磁界発生源とし、
筒状枠体３１，３２を磁極端部として、磁界Ｈは
図示の如くターゲツトT₁，T₂に垂直方向でその
周辺部のみに、ターゲツトT₁，T₂の間の空間を
囲繞する如く筒状に形成される。

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６０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。

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、磁界発生手段として、筒状枠体の磁極端
部と筒状の永久磁石をターゲツトT₁，T₂の周辺
部のみに設けた構成にすることによりターゲツト
の冷却は、広い面積について一様に効率よく行な
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。

更に通常ターゲツト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。

かかる効果が得られる理由は次のように考えら
れる。すなわち、実施例に示す如く、磁極端部と
なる筒状枠体３１，３２をターゲツトT₁，T₂の
周辺部に設けることにより、前述の通り、筒状の
磁界が形成され、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の周辺部
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。

また、磁界発生手段を、ターゲツトT₁，T₂の
周辺部に沿つて配置した、磁極端部となる高透磁
率軟磁性材からなる筒状枠体３１，３２とその基
端面に密着した筒状の永久磁石３３，３４とで構
成したので、以下の通り、更に優れたスパツタ効
果が得られる。

すなわち、高透磁率軟磁性部材からなる磁極端
部を介して、磁界はその先端を磁極として局所的
に集中して形成できるので、磁極端部の先端部の
配置により磁界の壁のターゲツトT₁，T₂との位
置関係を調整でき、その外周縁部のみにも発生で
きる。従つて、γ電子を強く抑制する領域は、磁
極端部となる筒状枠体を設けない永久磁石のみの
場合と比較してさらにターゲツト外周縁部のみに
限定でき、スパツタガスイオンの密度分布をター
ゲツトT₁，T₂の広い面積に拡大することができ
る。

また、高透磁率軟磁性部材の磁極端部を介在さ
せることにより、永久磁石の反磁界が減少し、タ
ーゲツト外周縁部に形成される磁界を強めるの
で、対面するターゲツトの面間隔を広げてスパツ
タが可能になる。

更に、高透磁率軟磁性部材の磁極端部の介在に
より永久磁石から一様な磁界がターゲツトT₁，
T₂の外縁部に形成されるのでγ電子を抑制する
領域は一様になるため、ターゲツトの侵食領域の
一様性が増大する。

また、磁極端部の筒状枠体の形状寸法をターゲ
ツトT₁，T₂の背面に面する先端側が薄肉となる
ようにすることによりターゲツトの冷却能力を増
すことがさらに容易となる。

また、磁極端部を別体の筒状枠体とし磁力線は
その先端部から生ずる構成のため、磁界発生源と
なる永久磁石３３，３４の形状寸法及び配置はタ
ーゲツトホルダー内に組込めれば良いので、永久
磁石３３，３４の製作が容易となり、スパツタ装
置が安価となる。

以上、本発明を実施例に基いて説明したが、本
発明はかかる実施例に限定されるものでない。磁
極端部を先端部が基端部より薄肉となつた側断面
が楔状の筒状枠体となしたものを示したが、その
形状は磁界発生源からの磁束を効果的に先端部か
ら細巾の磁界を形成するように導くものであれば
良く、従つてその側断面が先細となるものであれ
ば良い。

更に、磁界発生手段はターゲツトホルダー内に
収納したものを示したが、ターゲツト部の構成に
より適宜設計すべきであり、ターゲツトホルダー
の外周に設けても良いことは云うまでもない。

以上の通り、本発明は、対向ターゲツト式スパ
ツタ装置のγ電子等のスパツタ粒子を捕捉しプラ
ズマ密度を高める磁界をターゲツト前面側に形成
する磁界発生手段の効率向上に寄与するところ大
のものであり、対向ターゲツト式スパツタ装置の
性能向上に非常に大きな効果を奏するものであ
る。

【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である。 T₁，T₂はターゲツト、１０は真空槽、２０は
基板、３１，３２は筒状枠体、３３，３４は永久
磁石。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 互いに平行に対面した対向ターゲツトの各タ
   ーゲツトの背面側に磁界発生手段を設けてターゲ
   ツト面に垂直方向の磁界を発生させて、ターゲツ
   トの側方に配した基板上に膜形成するようになし
   た対向ターゲツト式のスパツタ装置において、前
   記磁界発生手段のターゲツトに面する磁極端部が
   先細形状の高透磁率の軟磁性材からなることを特
   徴とするスパツタ装置。 ２ 前記磁界発生手段が前記磁極端部の筒状枠体
   とその背後に同心的に配置した筒体状の永久磁石
   とからなる特許請求の範囲第１項記載のスパツタ
   装置。 ３ 前記磁極端部の筒状枠体の先端部を基部より
   薄肉とした特許請求の範囲第２項記載のスパツタ
   装置。