JPS6354789B2 - - Google Patents

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。

その中でも、「応用物理」第48巻（1979）第６
号P558〜P559等に提案されている対向ターゲツ
ト式スパツタ装置は、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非常に優れたも
のである。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、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で、(1)ターゲツトの使
用効率の向上（ターゲツトのエロージヨンパター
ンの改善），(2)ターゲツトホルダーの構成の簡略
化を可能とする装置を提供する。

すなわち、本発明は、陰極となるターゲツトを
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
した基板上に膜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
が、前記ターゲツトの各々の周囲に設けたコア
と、該コアに磁束を発生させるために該コアの
各々に配置した永久磁石とからなり、前記ターゲ
ツト間の空間を囲繞するように前記磁界を発生さ
せることを特徴とするものである。

上述の本発明は、対向ターゲツト式スパツタ法
においてはターゲツト面に垂直な方向に印加する
磁界が高エネルギーの電子やイオンをターゲツト
間の空間に閉じ込めるものであれば高速形成がで
き、前記磁界は前述の従来装置如く真空槽の全断
面は勿論ターゲツト全面に互つても形成する必要
がないことを見出しなされたものである。

以下、本発明の詳細を図面により説明する。第
２図は本発明に係わる対向ターゲツト式スパツタ
装置の要部の概略側断面図で、図示部以外の構成
は第１図の従来装置と同様であり説明を省略す
る。

図示の通り、短形若しくは円形の板状体のター
ゲツトT₁，T₂は、前述の従来装置と同様に真空
槽１０内に対面するように設けたターゲツトホル
ダー１１，１２に装着され、対向配置されてい
る。ターゲツトホルダー１１，１２は、ターゲツ
トT₁，T₂を冷却するために冷却水等の循環が可
能なように冷却配管１１ａ，１２ａを設けた構造
となつている。

ところで、ターゲツトT₁，T₂の垂直な方向に
磁界を発生させる磁界発生手段は、従来装置の真
空槽１０の回りに設けたコイル３０に替えて、以
下のようになつている。

図の３０１，３０２がターゲツトT₁，T₂の間
の空間を囲繞するような磁界Ｈを発生させるため
のコアで、ターゲツトT₁，T₂の周面及びターゲ
ツトホルダー１１，１２を囲む筒状体とし、それ
らに数mmの間隔を有するように絶縁スペーサー１
５，１６を介して設け、その端面３０１ａ，３０
２ａが互いに対向するように配置される。

そして、コア３０１，３０２を真空槽１０と電
気的に接続し、従来装置のシールドリング１３，
１４の機能をコア３０１，３０２に代替させ、構
成の簡略化を計つてある。なお、コア３０１，３
０２の材質は、軟鋼，ケイ素鋼，パーマロイ等の
透磁率の大きな軟磁性体が好ましく用いられる。

そして、図の３０１′，３０２′がコア３０１，
３０２に磁界を発生させるための永久磁石で、図
示の如く、コア３０１，３０２の脚部３０１ｂ，
３０２ｂの真空槽１０の外部に配置されている。
従つて、コア３０１，３０２の端部３０１ａ，３
０２ａから図示の如く磁界Ｈを発生させることが
できる。すなわち、磁界Ｈはコア３０１，３０２
の端部３０１ａ，３０２ａを磁極として発生する
ので、ターゲツトT₁，T₂の外縁周部に集中して、
ターゲツトT₁，T₂間の空間を囲繞するように発
生する。ところで、永久磁石３０１′，３０２′は
高温になり減磁することのないように、水冷ホル
ダー３０１′ａ，３０２′ａに収納し、水冷するよ
うにしてある。なお、永久磁石３０１′，３０
２′は真空槽１０内に設けても良い。

以上の構成によれば、磁界Ｈが対面するコア端
面３０１ａ，３０２ａを磁極としてターゲツト
T₁，T₂の周縁を囲繞するように形成され、かつ
ターゲツトT₁，T₂の内側、すなわちターゲツト
T₁，T₂間の空間には磁界Ｈは形成されない。と
ころでターゲツトT₁，T₂の表面からスパツタさ
れる高いエネルギーを持つγ電子は前記対向ター
ゲツト空間に放射されるが、前述のターゲツト
T₁，T₂の周縁部の磁界Ｈの拘束力によつてこの
γ電子は磁界と平行になるような力を受けて従来
装置と同様にターゲツト空間を往復する。従つ
て、従来装置と同様にこの往復の過程で、アルゴ
ンなどのスパツタ粒子をイオン化し、イオン化さ
れたアルゴン粒子は、ターゲツトT₁，T₂面近傍
の強い電界で加速され、ターゲツト物質をスパツ
タし、高速な膜形成ができる。

ところで、外部コイル３０を用いる従来の場合
には、ターゲツトT₁，T₂全面が一様な磁界にな
つているので、ターゲツト中央部にプラズマが集
中しやすくなるため、ターゲツト中央部のみスパ
ツタされ易くエロージヨンエリアが中央部に集中
する（昭和53年度電子通信学会総合全国大会１―
113）。これに対して、前述の通り本実施例では磁
界ＨはターゲツトT₁，T₂の周縁部のみに形成さ
れるので、放射されたγ電子は、ターゲツトT₁，
T₂の周辺部に到る場合にのみ、磁界Ｈの拘束力
を受ける。従つて、ターゲツトT₁，T₂の面積
ほヾ全域に渡つてプラズマ密度が一様になる。こ
の結果、ターゲツトT₁，T₂のほヾ全面がスパツ
タされてエロージヨンパターンが均一なものに改
善されるのでターゲツトの使用効率を向上するこ
とができる。

この点を特開昭54―51804号公報等で公知の垂
直磁気記録媒体のCo―Cr合金膜を形成した具体
例で以下に示す。ターゲツトT₁，T₂としてCo―
Cr合金（Cr；20wt％）からなる150mm×100mmの
矩形板を用い、間隔120mmで対向させた。基板と
して75μｍ厚のカプトンを用い、基板とターゲツ
トT₁，T₂との間隔を15mmとし、鉄製のコア３０
１，３０２を配置し、コア端の磁界を500〜600ガ
ウスとしてアルゴンガス圧0.5Paの条件下でCo―
Cr合金膜を作成した。膜作成後ターゲツトT₁，
T₂のエロージヨン領域を観察したところ矩形の
四隅を除いて各辺近くまでスパツタされており、
エロージヨン面積は全表面の80％であつた。

比較のため、上記ターゲツト回りの構成は同じ
で、磁界発生手段を従来例のターゲツトの背面周
辺に永久磁石を配置したものとし、ターゲツト周
辺で400〜500ガウスの磁界となるようにして、ア
ルゴンガス圧0.5Paの条件下で、同様にCo―Cr合
金膜を形成した。この比較の場合のターゲツト
T₁，T₂のエロージヨン領域は、ターゲツト中心
部に片寄り、その周辺部はスパツタされず、エロ
ージヨン面積は全表面の約50％であつた。又形成
された膜のターゲツト間の中点に対応する部分の
巾方向における膜厚分布を調べたところ、本発明
装置では中心膜厚に対して変動が±10％以内の部
分が約53％、比較の従来例の場合は約45％であ
り、本発明によりエロージヨン領域の拡大換言す
ればターゲツトの使用効率の向上でのみなく形成
される膜厚分布も改善されることがわかつた。

また、永久磁石３０１′，３０２′は、ターゲツ
トT₁，T₂の背後に収納する必要がないので、タ
ーゲツトホルダー１１，１２の構造が簡単となる
と共にターゲツトT₁，T₂の冷却が全面均一にで
きる。更に、永久磁石３０１′，３０２′の設置位
置も比較的自由に選定できるので、構成の簡単
化、コンパクト化に有利である。

その上、コア３０１，３０２がターゲツトホル
ダー１１，１２のシールドとなつているで、ター
ゲツト部は何ら構成が複雑化しない。そして、図
示の如く、ターゲツトホルダー１１，１２の基部
を細くして、該基部に永久磁石３０１′，３０
２′を収納するようにすると全体として非常にコ
ンパクトな構成となる。

以上、本発明を真空構内に一対のターゲツトを
対向させた実施例に基いて説明したが、次に磁気
テープ等の製造の如き連続膜作成に適した実施例
を第３図により説明する。

図から明らかの通り、本例では第２図の実施例
と異なり、真空槽１０内に二対の対向ターゲツト
TA，TA₁，TA₂及びTB，TB₁，TB₂が平行に
なるように並設してある。すなわち、真空槽１０
の図で左右の側壁１０ａ，１０ｂにターゲツト装
着面が対面するようにターゲツトホルダー１１
１，１１３を設けると共に、ターゲツトホルダー
１１１，１１３の間にそのターゲツト装着面と対
面するように両側にターゲツト装着面を設けたタ
ーゲツトホルダー１１２を支持体１１２Ａを介し
て配置し、ターゲツトホルダー１１１，１１２，
１１３のターゲツト装着面にターゲツトTA₁，
TA₂，TB₁，TB₂を装着し、二対の対向ターゲツ
トTA，TBを構成してある。

そして、ターゲツトホルダー１１１，１１３の
基部及びターゲツトホルダー１１２の中間部を細
くして永久磁石取着部とすると共に、各ターゲツ
トホルダー１１１，１１２，１１３の周囲には前
述した磁界発生手段のコア，３１１，３１２，３
１３を設け、且つ、前記永久磁石３１１′，３１
２′，３１３′を装着してある。ターゲツトTA，
TBには独立したスパツタ電源（図示省略）から
真空槽１０，コア３１１，３１２，３１３を接地
した陽極として電力を供給するようにしてある。

従つて、図示の如く、フイルム移送手段のホル
ダーと巻取機により、長尺のフイルムを移
送せしめつつ従来装置と同様にスパツタさせれ
ば、ターゲツトTA₁，TA₂，TB₁，TB₂の組成に
応じた膜がフイルム上に連続的に形成される。
従つて、ターゲツトTAとターゲツトTBを同じ
条件とすれば、膜作成速度は第２図のものの２倍
となる。

ところで、ターゲツトTA，TBのスパツタ電
力及び磁界は前述の構成から独立に設定できるの
で、ターゲツトTA，TBを異なつた材料とする
ことができ、この場合は二層膜が連続的に形成で
きる。

その上、図から明らかな通り、全体としてコン
パクトな構成となる。

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はない。

形成される磁界がターゲツトの全周で一様にな
るようにコアを筒体状となしたものを示したが、
コアは前述の高エネルギー電子等をターゲツト間
の空間内に閉じ込めることができる磁界をターゲ
ツトの全周面近傍に形成するものであれば良く、
従つて、ターゲツト周面にリング状に分散配置し
た各部片からなるコア、かご状コア等も適用でき
る。また、コアは一体形成されたものである必要
はなく、積層コアも適用できる。

また、コアとシールドとは別体にしても良いこ
とも云うまでもないことである。

更に、二対の対向ターゲツトを設けたものを示
したが、対向ターゲツトの対数は任意である。

以上の通り、本発明では、磁界発生手段をター
ゲツトの周囲に配置したコアと該コアに配置した
永久磁石とで形成したので、非常に条件設定が容
易で、且つターゲツトの使用効率の良く、その上
コンパクトな構成の対向ターゲツト式スパツタ装
置が実現した。このように、本発明は対向ターゲ
ツト式スパツタ装置の性能向上に寄与するところ
大のものである。

【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実施例の要部の側断面図、
第３図は本発明に係わる他の実施例の説明図であ
る。 T₁，T₂，TA₁，TA₂，TB₁，TB₂：ターゲツ
ト、１０：真空槽、１１，１２，１１１，１１
２，１１３：ターゲツトホルダー、３０１，３０
２，３１１，３１２，３１３：コア、３０１′，
３０２′，３１１′，３１２′，３１３′：永久磁
界。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 陰極となる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膜形
   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、前記磁界発生手段が、前記ターゲツ
   トの各々の周囲に設けたコアと、該コアに磁束を
   発生させるために該コアの各々に配置した永久磁
   石とからなり、前記ターゲツト間の空間を囲繞す
   るように前記磁界を発生させることを特徴とする
   対向ターゲツト式スパツタ装置。 ２ 前記コアが筒状体である特許請求の範囲第１
   項記載の対向ターゲツト式スパツタ装置。 ３ 前記コアがターゲツトホルダーのシールドリ
   ングである特許請求の範囲第２項記載の対向ター
   ゲツト式スパツタ装置。 ４ 前記コアが高透磁率の軟磁性材からなる特許
   請求の範囲第１項，第２項若しくは第３項記載の
   対向ターゲツト式スパツタ装置。 ５ 前記永久磁石のホルダー部分を水冷する様に
   した水冷ホルダーにする特許請求の範囲第４項記
   載の対向ターゲツト式スパツタ装置。 ６ 前記対面したターゲツトの対が複数対積み重
   なるように連設されている特許請求の範囲第１
   項，第２項，第３項若しくは第４項記載の対向タ
   ーゲツト式スパツタ装置。 ７ 前記ターゲツトの両端を除いた中間のターゲ
   ツトを端の方から２枚１組とし、そのターゲツト
   ホルダー，コア及び永久磁石を共通とした特許請
   求の範囲第６項記載の対向ターゲツト式スパツタ
   装置。 ８ 前記基板を保持する手段が前記基板をターゲ
   ツトの連設方向に移動するように構成された特許
   請求の範囲第７項記載の対向ターゲツト式スパツ
   タ装置。 ９ 前記基板が長尺フイルムであり、前記保持す
   る手段がホルダーと巻取機とからなる移送手段で
   ある特許請求の範囲第８項記載の対向ターゲツト
   式スパツタ装置。