JPH06330303A - 薄膜形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】複数種類のターゲットに適用することができ、
小型でかつ廉価な薄膜形成装置を提供する。 【構成】減圧気体の雰囲気中に電極２，３を対向して配
置し、当該電極の内の陰極２側にターゲット４を設ける
と共に、陽極側に薄膜を形成すべき基板５を設け、前記
両電極２，３間に電圧を印加することにより生じるグロ
ー放電を利用して、前記ターゲットを構成する原子６を
叩き出して前記基板５の表面に堆積させる。ターゲット
は、略同心円状に配置された２種以上の物質４ａ，４ｂ
により形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スパッタリングによる
薄膜形成装置に関し、特に基板表面に２種以上の薄膜を
形成する場合に用いて好ましい薄膜形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】薄膜形成方法としては蒸着法、スパッタ
リング法、気相成長法などが知られているが、蒸着が困
難な高融点材料や化合物でも比較的容易に膜形成ができ
ること、薄膜の付着力が大きいこと、および大面積化が
容易であること等の理由によりスパッタリング法が広く
用いられている。

【０００３】スパッタリング法を用いた従来の薄膜形成
方法では、図７に示すように、まず密閉チャンバ１内を
一度真空排気したのちに１〜１００ｍトール程度の気圧
となるように、例えば不活性ガスを導入する。密閉チャ
ンバ１内には、電極２，３が対向して配置されており、
陰極２側にターゲット４が設けられ、一方、陽極３側に
は薄膜を形成すべき基板５が設けられている。

【０００４】そして、ターゲット４側の電極（陰極）２
に負の直流電圧あるいは交流電圧（数百ボルト程度）を
印加し、基板５側を接地すると、両電極２，３間にいわ
ゆるグロー放電が生じ、導入された不活性ガスのプラズ
マが発生することになる。この不活性ガスのプラズマイ
オンは正の電荷を帯びているので、最初に陰極２側のタ
ーゲット４に衝突し、ターゲットを構成する原子を叩き
出し（スパッタリング粒子を符号「６」で示す）、この
原子が陽極３側に加速されながら陽極側に導かれ、基板
５の表面に堆積することになる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、１種類の薄
膜を形成する場合には図７に示す如き一つの陰極２で足
りるが、１枚の基板５に２種類以上の薄膜を形成する場
合には、例えば図８に示すように２つ以上の陰極２ａ，
２ｂが必要となる。すなわち、図８に示すように、密閉
チャンバ内に２つの陰極２ａ，２ｂを配置し、それぞれ
の陰極に材質が異なるターゲット４ａ，４ｂを設け、一
方、薄膜を形成すべき基板が設けられる陽極を２つの陰
極に対して移動可能に設けるなどして、順次異なる種類
の薄膜を堆積させてゆく。

【０００６】また、異なるターゲットの混合物の薄膜を
堆積したい場合には、基板を両ターゲットのスパッタリ
ング粒子６ａ，６ｂが混在している部位に位置せしめれ
ばよい。このとき、それぞれの電極２ａ，２ｂの印加電
圧値を変えることにより、それぞれのターゲット４ａ，
４ｂの基板への薄膜形成速度をコントロールすることが
できる。したがって、基板に形成される混合薄膜の配合
比を種々に制御することが可能となる。

【０００７】ところが、このように複数の陰極２ａ，２
ｂを密閉チャンバ内に設けると、陰極の冷却装置や電気
整合器７ａ，７ｂ、および電力供給源８ａ，８ｂなども
個々に配置する必要が生じる。したがって、スペース的
にもコスト的にも極めて不利な状況であった。特に、異
なる種類のターゲットを用いて混合薄膜を形成する場合
には、大型でしかも高価な装置を必要とし、密閉チャン
バが大きくなればなる程、真空引きに要する時間が長く
なるだけでなく、真空度も低下するという問題があっ
た。

【０００８】本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑みてなされたものであり、複数種類のターゲットに適
用することができ、小型でかつ廉価な薄膜形成装置を提
供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の薄膜形成装置は、減圧気体の雰囲気中に電
極を対向して配置し、当該電極の内の陰極側にターゲッ
トを設けると共に陽極側に薄膜を形成すべき基板を設
け、前記両電極間に電圧を印加することにより生じるグ
ロー放電を利用して、前記ターゲットを構成する原子を
叩き出して前記基板の表面に堆積させる薄膜形成装置に
おいて、前記ターゲットは、略同心円状に配置された２
種以上の物質により形成されていることを特徴としてい
る。

【００１０】また、減圧気体の雰囲気中に電極を対向し
て配置し、当該電極の内の陰極側にターゲットを設ける
と共に陽極側に薄膜を形成すべき基板を設け、前記ター
ゲットに対して平行な磁場を印加し、前記両電極間に電
圧を印加することにより生じるグロー放電を利用して、
前記ターゲットを構成する原子を叩き出して前記基板の
表面に堆積させる薄膜形成装置において、前記磁場の磁
力は可変であることを特徴とする薄膜形成装置によって
も上記目的を達成することができる。

【００１１】前記磁力は、ターゲットに対する磁力源の
距離を変えることにより可変となることが好ましい。

【００１２】さらに上記目的を達成するために、本発明
の薄膜形成装置は、減圧気体の雰囲気中に電極を対向し
て配置し、当該電極の内の陰極側にターゲットを設ける
と共に陽極側に薄膜を形成すべき基板を設け、前記ター
ゲットに対して平行な磁場を印加し、前記両電極間に電
圧を印加することにより生じるグロー放電を利用して、
前記ターゲットを構成する原子を叩き出して前記基板の
表面に堆積させる薄膜形成装置において、前記ターゲッ
トは、略同心円状に配置された２種以上の物質により形
成されており、かつ前記磁場の磁力は可変であることを
特徴としている。

【００１３】

【作用】本発明の薄膜形成装置は、いわゆるスパッタリ
ング法を用いた装置であって、不活性ガスなどの減圧雰
囲気中に電極を対向して配置し、当該電極の内の陰極側
にターゲットを設けると共に陽極側に薄膜を形成すべき
基板を設ける。両電極間に電圧を印加するとグロー放電
が生じるので、これを利用して陰極側に配置されたター
ゲットからその原子を叩き出し、陽極側の基板の表面に
堆積させる。

【００１４】本発明では、略同心円状に配置された２種
以上の物質により形成されたターゲットを用いているの
で、一つの陰極電極に当該ターゲットを設けるだけでよ
い。そして、それぞれのターゲットについて薄膜を堆積
する場合には、例えばシャッタを用いて不要なターゲッ
トを隠蔽し、必要なターゲットのみ基板に対して露呈さ
せた状態でスパッタリングを行う。その後、シャッタを
交換して次に堆積すべきターゲットのみを露呈させ、同
様にして順次スパッタリングを行う。

【００１５】一方、シャッタを用いることなく本発明に
係るターゲットによりスパッタリングを行うと、それぞ
れのターゲットによる薄膜に加えて、ターゲット同士の
混合膜（合金薄膜）をも形成することができる。

【００１６】また、いわゆるマグネトロン・スパッタリ
ングにより薄膜を形成する際に、陰極に印加する磁力を
可変とすると、磁力を大きくしたときは薄膜の形成速度
が増加し、逆に磁力を小さくしたときには薄膜の形成速
度が減少する。したがって、両電極への印加電圧を制御
しなくとも、例えばターゲットに対する磁力源の距離を
変えるだけで、容易に薄膜形成速度の制御を行うことが
できる。

【００１７】さらに、ターゲットとして略同心円状に配
置された２種以上の物質により形成されたターゲットを
用い、かつ陰極に印加する磁力を可変とするマグネトロ
ン・スパッタリングにより薄膜を形成する場合には、形
成したいターゲットに対する磁力を大きくするだけで、
そのターゲットの薄膜が基板表面に形成されるので、従
来必要とされたシャッタを省略することができる。

【００１８】また、各ターゲットに対する磁力を適宜調
節することにより、所望の配合比の混合薄膜を形成する
ことも可能となる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図１（ａ）は本発明の一実施例に係る薄膜形成
装置を示す平面図、図１（ｂ）は同じく側面図、図２
（ａ）〜（ｃ）は同実施例の使用方法を示す平面図およ
び側面図である。

【００２０】図示はしないが、本実施例の薄膜形成装置
は、密閉チャンバを有しており、当該密閉チャンバ内を
真空排気するための真空引き用導管と、一度真空排気し
たのちに不活性ガスを導入するための雰囲気ガス導入用
導管が設けられている。この密閉チャンバ内には、電極
が対向して配置されており、陰極２側にターゲット４が
設けられ、一方、陽極側には薄膜を形成すべき基板が設
けられている。なお、図１（ｂ）には陰極側電極２のみ
を示す。

【００２１】この陰極側電極２には、電気整合器７を介
して電力供給源８から直流あるいは交流電流（数百ボル
ト程度の電圧に相当する）が供給される。

【００２２】陰極側電極２に設けられるターゲット４
は、図１（ａ）に示すように、略同心円状に配置された
２種以上の物質により形成されたターゲットであり、本
実施例では中心に位置する第１のターゲット４ａと、こ
の第１のターゲット４ａの周囲に配されたドーナツ状の
第２のターゲット４ｂの２種類のターゲットから構成さ
れている。

【００２３】また、これら略同心円状のターゲット４
ａ，４ｂの上部には、当該ターゲットの形状に対応して
同様に略同心円状に形成されたシャッタ９ａ，９ｂが設
けられており、陰極側電極２に対して、それぞれのシャ
ッタ９ａ，９ｂが旋回可能に設けられている。

【００２４】具体的には、図２（ａ）〜（ｃ）に示すよ
うに、第１および第２のターゲット４ａ，４ｂを隠蔽す
る位置（図２（ａ））、中心のシャッタ９ａのみが旋回
して第２のターゲット４ｂのみを隠蔽する位置（図２
（ｂ））、および外側のシャッタ９ｂのみが旋回して第
１のターゲット４ａのみを隠蔽する位置（図２（ｃ））
に移動する。

【００２５】なお、本発明に係るターゲットとしては、
図１（ａ）（ｂ）に示すように２種類のみに限定される
ことはなく、略同心円状に３種類以上のターゲットを設
けることも可能である。また、ターゲットの形状は円に
のみ限定されることなく、矩形であってもよい。

【００２６】次に作用を説明する。ターゲット側の電極
２に負の直流電圧あるいは交流電圧を印加し、基板側を
接地すると、両電極間にいわゆるグロー放電が生じ、導
入された不活性ガスのプラズマが発生する。この不活性
ガスのプラズマイオンは正の電荷を帯びているので、最
初に陰極側のターゲットに衝突し、ターゲットを構成す
る原子を叩き出し、この原子が陽極側に加速されながら
陽極側に導かれ、基板の表面に堆積することになる。

【００２７】このとき、上述した構成のシャッタ９ａ，
９ｂを用い、次のようにしてスパッタリング制御を行
う。つまり、まず図２（ａ）に示すように、２つのシャ
ッタ９ａ，９ｂを閉じた状態から、最初に薄膜を形成す
るターゲットが第１のターゲット４ａであれば、図２
（ｂ）に示すように中心のシャッタ９ａのみを開く。

【００２８】この状態でスパッタリングを行うと、不活
性ガスのプラズマイオンが第１および第２のターゲット
４ａ，４ｂに衝突したとしても、これにより叩き出され
る第２のターゲットの原子６ｂはシャッタ９ｂに衝突す
ることになり、基板には第１のターゲットから叩き出さ
れた原子６ａのみが堆積する。

【００２９】このようにして、第１のターゲット４ａの
薄膜を基板の表面に形成したのち、次にシャッタ９ａ，
９ｂを旋回させて、図２（ｃ）に示すように、第１のタ
ーゲット４ａのみを隠蔽する。そして、同様にしてスパ
ッタリングを行うと、今度は第１のターゲットから叩き
出された原子６ａはシャッタ９ａによって遮蔽され、第
２のターゲットから叩き出された原子６ｂのみが基板の
表面に堆積することになる。

【００３０】本発明は上述した実施例にのみ限定される
ことなく種々に改変することができる。図３（ａ）およ
び図３（ｂ）は本発明の他の実施例に係る薄膜形成装置
を示す側面図である。

【００３１】従来より、スパッタリング効率を高めるた
めに、いわゆるマグネトロン・スパッタリングと呼ばれ
る薄膜形成方法が採用されている。このマグネトロン・
スパッタリング法は、電極板に平行な磁場を印加するこ
とにより陰極から出た電子を電極の近傍に閉じ込めたり
旋回運動を行わしめたりし、気体分子との衝突確率を増
加させて多数のイオンを作り出し、これにより、薄膜の
堆積速度を高めるものである。

【００３２】ところで、スパッタリング法にあっては陰
極と陽極との間に印加される電圧値によって薄膜の堆積
速度を制御することができるが、このような手法では薄
膜形成装置が大型化し、しかも高価なものとなってしま
うおそれがある。加えて、高電圧を印加することにより
電極の発熱量が増加し、冷却装置の能力にも問題が生じ
る。

【００３３】そこで、本実施例では、陰極側に印加する
磁力の大きさを制御すれば衝突確率が変動するという知
見に基づいて、陰極と陽極との間に印加する電極電圧を
一定にしながら、陰極側に印加する磁力を調節すること
により、薄膜の堆積速度を制御するように構成してい
る。

【００３４】具体的には、図３に示すように、陰極側の
電極２の下部に永久磁石１０を配備し、これらの永久磁
石１０を上下移動させる駆動モータ１１を設ける。特
に、永久磁石（あるいは防水型電磁石）１０を用いる
と、陰極電極２の冷却水中にも配備することができるの
で、簡素な構造で足りるという効果に加えて、スペース
的にも全く問題はない。

【００３５】そして、薄膜の堆積速度を高めたい場合に
は、図３（ａ）に示すように永久磁石１０を陰極２に接
近させる。これにより、陰極２から出た多くの電子は電
極の近傍に閉じ込められたり旋回運動をすることにな
り、気体分子との衝突確率が増加して多数のイオンが作
り出される。したがって、ターゲット４から叩き出され
るスパッタリング粒子６の量も増大する。

【００３６】逆に、薄膜の堆積速度を抑制したい場合に
は、駆動モータ１１を作動させて永久磁石１０を陰極か
ら離間させればよい。

【００３７】上述したマグネトロン・スパッタリング法
による薄膜の形成に、図１に示す略同心円状のターゲッ
ト４ａ，４ｂを用いると、図２に示すシャッタ９ａ，９
ｂが省略できたり、また、所望の配合比の薄膜を形成す
ることができる。

【００３８】図４は本発明のさらに他の実施例に係る薄
膜形成装置を示す側面図、図５（ａ）および図５（ｂ）
は図４に示す実施例の使用方法を示す側面図である。

【００３９】本実施例の薄膜形成装置は、図１に示す薄
膜形成装置の陰極側電極２の下方に、第１のターゲット
４ａに対して磁力を作用させる永久磁石１０ａと、第２
のターゲット４ｂに対して磁力を作用させる永久磁石１
０ｂとを配備し、これらの永久磁石１０ａ，１０ｂをそ
れぞれ別の駆動モータ１１ａ，１１ｂで上下移動させる
ようにしている。

【００４０】つまり、第１のターゲット４ａに作用する
磁力を大きくして、第２のターゲット４ｂに作用する磁
力を小さくする場合には、図５（ａ）に示すように、駆
動モータ１１ａにより永久磁石１０ａを上昇させるとと
もに、駆動モータ１１ｂにより永久磁石１０ｂを下降さ
せる。このようにすれば、第１のターゲット４ａの配合
比が大きい薄膜を基板の表面に形成することができる。

【００４１】極端な例としては、第２のターゲット４ｂ
に対して作用する磁力を０とし、第１のターゲット４ａ
に対して大きな磁力を作用させると、図２（ｂ）に示す
ようなシャッタ９ａ，９ｂがなくとも第１のターゲット
４ａの薄膜のみを形成することができる。この様子を図
６（ａ）に示す。

【００４２】なお、図５（ｂ）および図６（ｂ）は、図
５（ａ）および図６（ｂ）に示す使用例とは逆に、第１
のターゲット４ａに作用する磁力を小さくして、第２の
ターゲット４ｂに作用する磁力を大きくする場合を示し
ている。

【００４３】なお、以上説明した実施例は、本発明の理
解を容易にするために記載されたものであって、本発明
を限定するために記載されたものではない。したがっ
て、上記の実施例に開示された各要素は、本発明の技術
的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨で
ある。例えば、マグネトロン・スパッタリングで用いら
れる磁力源は永久磁石にのみ限定されることなく電磁石
等であっても良い。

【００４４】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、ター
ゲットを略同心円状に配置された２種以上の物質により
形成したため、電極を複数設ける必要がなく、小型でか
つ廉価な薄膜形成装置を提供することができる。また、
これにともない密閉チャンバも小型化できるので、真空
引きに要する悲観を短縮することができ、しかも真空度
も高められる。

【００４５】さらに、マグネトロン・スパッタリングに
より薄膜を形成する際に、陰極に印加する磁力を可変に
すれば、両電極への印加電圧を制御しなくとも、例えば
ターゲットに対する磁力源の距離を変えるだけで、容易
に薄膜形成速度の制御を行うことができる。

【００４６】加えて、ターゲットとして略同心円状に配
置された２種以上の物質により形成されたターゲットを
用い、かつ陰極に印加する磁力を可変とするマグネトロ
ン・スパッタリングにより薄膜を形成すれば、形成した
いターゲットに対する磁力を大きくするだけで、そのタ
ーゲットの薄膜が基板表面に形成されるので、従来必要
とされたシャッタを省略することができ、しかも、各タ
ーゲットに対する磁力を適宜調節することにより、所望
の配合比の混合薄膜を形成することも可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の一実施例に係る薄膜形成装置
を示す平面図、（ｂ）は同じく側面図である。

【図２】（ａ）〜（ｃ）は同実施例の使用方法を示す平
面図および側面図である。

【図３】（ａ）および（ｂ）は本発明の他の実施例に係
る薄膜形成装置を示す側面図である。

【図４】本発明のさらに他の実施例に係る薄膜形成装置
を示す側面図である。

【図５】（ａ）および（ｂ）は図４に示す実施例の使用
方法を示す側面図である。

【図６】（ａ）および（ｂ）は図４に示す薄膜形成装置
において、磁石の距離に対するターゲットの配合比の関
係を示すグラフである。

【図７】従来のスパッタリング法を用いた薄膜形成装置
を示す側面図である。

【図８】ターゲットが２種類の場合における従来の薄膜
形成装置を示す平面図および側面図である。

【符号の説明】

１…密閉チャンバ ２…陰極電極板 ３…陽極電極板 ４…ターゲット ５…基板 ６…スパッタリング粒子 １０…永久磁石（磁力源） １１…駆動モータ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】減圧気体の雰囲気中に電極を対向して配置
   し、当該電極の内の陰極側にターゲットを設けると共に
   陽極側に薄膜を形成すべき基板を設け、前記両電極間に
   電圧を印加することにより生じるグロー放電を利用し
   て、前記ターゲットを構成する原子を叩き出して前記基
   板の表面に堆積させる薄膜形成装置において、 前記ターゲットは、略同心円状に配置された２種以上の
   物質により形成されていることを特徴とする薄膜形成装
   置。
2. 【請求項２】減圧気体の雰囲気中に電極を対向して配置
   し、当該電極の内の陰極側にターゲットを設けると共に
   陽極側に薄膜を形成すべき基板を設け、前記ターゲット
   に対して平行な磁場を印加し、前記両電極間に電圧を印
   加することにより生じるグロー放電を利用して、前記タ
   ーゲットを構成する原子を叩き出して前記基板の表面に
   堆積させる薄膜形成装置において、 前記磁場の磁力は可変であることを特徴とする薄膜形成
   装置。
3. 【請求項３】前記磁力は、ターゲットに対する磁力源の
   距離を変えることにより可変となることを特徴とする請
   求項２に記載の薄膜形成装置。
4. 【請求項４】減圧気体の雰囲気中に電極を対向して配置
   し、当該電極の内の陰極側にターゲットを設けると共に
   陽極側に薄膜を形成すべき基板を設け、前記ターゲット
   に対して平行な磁場を印加し、前記両電極間に電圧を印
   加することにより生じるグロー放電を利用して、前記タ
   ーゲットを構成する原子を叩き出して前記基板の表面に
   堆積させる薄膜形成装置において、 前記ターゲットは、略同心円状に配置された２種以上の
   物質により形成されており、かつ前記磁場の磁力は可変
   であることを特徴とする薄膜形成装置。