JPH032231B2 - - 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、光進信用機
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P558〜559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１
１，１２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。この上、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２０
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
も有効に磁界が作成し、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、(3)磁界強度の調整の改善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
を各ターゲツト及びそのホルダーの周囲に設ける
と共にその磁極が互いに対向するように設け前記
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膜形成が
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、図示部以上の
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、磁極となるその端面３０
１ａ，３０２ａ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１
３，１４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３０
１，３０２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コイルで、図示
の如く、コア３０１，３０２の脚部３０１ｂ，３
０２ｂの真空槽１０の外部に巻装されている。従
つて、コイル３０１′，３０２′の夫々に電源（図
示省略）より所定方向に電流を加えることによ
り、コア３０１，３０２の端部３０１ａ，３０２
ａ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。また、コイル３０１′，３０２′に流す電
流によつて磁界Ｈの強さを容易に調整できるの
で、最適磁界Ｈの選定が簡単である。

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53年度電子通信 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
ほゞ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のほゞ全面がスパツ
タされてエロージヨンパターンが均一なものに改
善されるのでターケツトの使用効率を向上するこ
とができる。

また、前述の通りコイル３０１′，３０２′に流
す電流によつて磁界Ｈを容易に制御できるので、
各種のターゲツト材に対しても単に電流を調整す
るのみで適用できる。

更に、磁界Ｈの発生が局部に限定されるので、
従来装置に比較しコイル３０１′，３０２′がコン
パクトとなり、且つ必要な電力も低下する。

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ので、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、該基部にコンパクト化したコイル
３０１′，３０２′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ダーゲツトを
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）が積み
重なるように連設してある。すなわち、真空槽１
０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
０，１１２を設けると共に、ターゲツトホルダー
１１０，１１２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１１１を支持体１１１Ａを介し
て配置し、ターゲツトホルダー１１０，１１１，
１１２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１１０，１１２の
基部及びターゲツトホルダー１１１の中間部を細
くしてコイル取着部とすると共に、各ターゲツト
ホルダー１１０，１１１，１１２の周囲には前述
した磁界発生手段のコア３０１，３０２，３０３
を設け、且つ前記コイル取着部のコア３０１，３
０２，３０３にコイル３０１′，３０２′，３０
３′を巻装してある。そして、各コイル３０１′，
３０２′，３０３′には互いに独立した電源（図示
省略）から電力を供給するようにしてある。また
ターゲツトTA，TBにも独立したスパツタ電源
（図示省略）から真空槽１０、コア３０１，３０
２，３０３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、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全く独立に設定でき
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することにより、ターゲツト
の使用効率が良い対向ターゲツト式スパツタ装置
が実現された。更に該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巻装したコイル
で形成した場合には、非常に条件設定が容易でそ
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：ターゲツトホルダー、３０１，３０２，３１
０，３１１，３１２：コア、３０，３０１′，３
０２′，３１０′，３１１′，３１２′：コイル。

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、前記磁界発生手段を各ターゲツト及
   びそのホルダーの周囲に設けると共にその磁極が
   互いに対向するように設け、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 前記磁界発生手段が磁極となる筒状のコア
   と、該コアに磁束を発生させる該コアの各々に巻
   装したコイルとからな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 前記コアが高速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。 ６ 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
   ホルダー及び磁界発生手段を共通とした特許請求
   の範囲第５項記載の対向ターゲツト式スパツタ装
   置。 ７ 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６項記載の対向ターゲツト式スパツ
   タ装置。 ８ 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７項記載の対向ターゲツト
   式スパツタ装置。