JPH0689445B2 - スパツタ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はスパツタ装置に関し、特にマグネトロン方式の
スパツタ装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、薄膜ヘツドのコア材料をパーマロイ等の磁性体材
料を用いた薄膜形成プロセスによつて形成することが知
られている。この時、一軸異方性の磁気特性を付与する
ために、成膜すべき基板面に対して直交する平行磁場が
印加されることも例えば飯田修他編集による「磁性薄膜
工学」（昭和52年６月丸善株式会社発行）の文献等で知
られている。

一方、量産性に優れている点で、例えば特開昭58−1893
72号公報に示されているようにマグネトロン方式のスパ
ツタ装置による成膜方法が多く用いられるようになつて
きている。

ここで、成膜すべき基板に印加する平行磁場はその一様
性が問題になるので、実用的には対向した２つの空芯コ
イルに電流を流す方法、あるいは電磁石で鉄心のギヤツ
プ部に発生する磁場を印加する方法、永久磁石磁場を印
加する方法等により、発生した磁場のうち平行性の良い
部分のみを基板に印加する方法がとられている。

ところが、マグネトロン方式のスパッタ装置では、ター
ゲツト前面に磁場を発生させ、これによつてプラズマを
封じ込め、成膜精度を上げるようにしているため、ター
ゲツトに対向する位置に置かれた基板位置でも一般的に
数10ガウスの漏れ磁場が発生している。従つて、基板位
置における磁場はこの漏れ磁場とのベクトル的な合成方
向となり、基板面に入射する時の基板面に直交した磁場
の平行性が悪くなる。

そこで、基板に対する直交磁場の平行性の精度を上げる
ために、漏れ磁場に対する平行磁場の強度を上げ、漏れ
磁場の影響を相対的に小さくすることが考えられる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、直交磁場の平行磁場強度を上げるようにした
場合、電源を含めた装置全体が大規模になつたうえ、タ
ーゲツト前面に印加しているマグネトロン磁場への相互
作用が大きくなり好ましくないという問題がある。

本発明の目的は、小規模構成で基板位置における漏れ磁
場を小さくし、基板面に直交した磁場の平行性の良い平
行磁場を基板に印加することができるスパッタ装置を提
供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、上記目的を達成するために、気密を保持した
真空容器（１）内に、該容器に絶縁状態で支持されたタ
ーゲット（６）と、該ターゲットの前面に対向する基板
（13）とを配置し、該ターゲットの背後に位置して、該
ターゲット前面に磁場を発生させる第１の磁場発生手段
（7,8）と、前記基板に対して直交する平行性の磁場を
印加する第２の磁場発生手段（16）とを備え、前記基板
に前記ターゲットの構成原子を付着させて一軸異方性を
有する金属薄膜を形成するスパッタ装置において、前記
基板（13）の前記ターゲット（６）と反対側の位置に、
あるいは前記基板（13）とほぼ同一平面内で該基板を挟
む位置に、前記第１の磁場発生手段（7,8）による磁場
のうち、前記基板面に平行な磁場成分を打ち消すような
磁場を発生する第３の磁場発生手段（17あるいは21）を
設けたことを特徴とするものである。

〔作用〕

第３の磁場発生手段から発生された磁場は、基板表面に
平行な漏れ磁場を打消す。これによつて、主たる磁場発
生手段から発生された基板面に直交した磁場の基板に印
加される際の平行度が向上する。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例を示す断面図であり、真空容
器１は気密状態に保持され、この真空容器１の両端に設
けられた給気孔２および排気孔３はそれぞれ図示しない
ガス給気系と排気装置に接続されている。そして、真空
容器１の内部は例えば１×10^-6Torr程度の真空状態に排
気装置（図示せず）により排気された後、給気系（図示
せず）からアルゴン等のガスが例えば１×10^-2〜１×10
^-4Torr程度のガス圧でその流量を制御されながら供給さ
れる。

また、真空容器１にはターゲツト電極４が絶縁物５を介
して絶縁状態で支持されている。ターゲツト電極４は、
ターゲツト６と、その背後に異なる極性で構成された一
対の永久磁石7,8と、この永久磁石7,8で発生した磁力線
の帰路を構成する鉄心９とから構成されている。

永久磁石7,8はプラズマの発生効率を上げるために、一
般にその間隙10が円もしくは長方形等の閉じた形になる
ように構成される。

一方、放電中に、プラズマに注入される電力でターゲツ
ト６および永久磁石7,8が加熱されてしまうのを防止す
るため、ターゲツト６の背後11には冷却水が循環されて
冷却するようになつている。

また、ターゲツト６の周辺部には異常放電を防止する目
的で真空容器１と同電位のアースシールドが施されてい
る。

以上の構成において、膜を形成する基板13は基板トレイ
14に支持された状態でローラ15等から成る搬送機構によ
つてターゲツト電極４のほぼ直上に固定される。

この状態で、図示しない直流電源または高周波電源によ
り、真空容器１とターゲツト電極４との間に電圧を印加
すると、ターゲツト電極４の前面にプラズマが発生す
る。このプラズマは永久磁石7,8が作る磁場によつて閉
じ込められることにより、濃いプラズマとなり、いわゆ
るマグネトロン方式のスパツタ現象が生じる。

この結果、ターゲツト６の構成原子がプラズマ雰囲気中
で発生するガスイオンによつてはじき出され、基板13の
表面に付着し、薄膜として形成される。ここで、ターゲ
ツト６は例えば鉄・ニツケル合金（パーマロイ）であ
り、軟磁性材料として良好な磁気特性を得るために、一
軸異方性が付与される。この一軸異方性は磁場中で成膜
することにより付与されるものであるが、この場合の磁
場は空芯コイル16に電流を流すことにより与えられてい
る。

ここで、永久磁石7,8で発生した磁場は、ターゲツト６
の前面においては数100ガウス、基板13の位置では数ガ
ウス〜数10ガウス程度である。一方、空芯コイル16で発
生する磁場は数10ガウス程度である。従つて、永久磁石
7,8による磁場の影響が無視できなくなる。しかも、永
久磁石７、８による磁場は放射状の磁場であるため、空
芯コイル16で発生した磁場との合成成分は基板13の表面
に平行なベクトル成分を持つようになり、膜に付与する
一軸異方性の向きが傾きを持つようになる。この実施例
は、このような一軸異方性の傾きを防止するため、永久
磁石７、８に対向する方向のターゲツト６の前面に導体
17を設け、この導体17に通電することによつて基板面に
平行な磁場成分を打消すようにしている。

第２図は、導体17による効果を計算機シミユレーシヨン
によつて可視化した図であり、永久磁石7,8によりター
ゲツト６の前面に発生する磁力線は、導体17に通電しな
い状態では破線19で示すように基板13の位置で該基板13
の表面側に傾いているのに対し、導体17に通電した状態
では実線20で示すように基板13の表面に対してほぼ直交
する状態となつている。

このように永久磁石7,8による磁力線の向きを導体17に
よつて発生させた磁場によつて補正することにより、基
板13に形成する膜の一軸異方性の精度を向上させること
ができる。この場合、基板13に入射される磁場を実測し
ながら導体17の通電電流値を変えることにより最適条件
を選択できるため、調整が楽であるという利点もある。

なお、導体17の形状は、ターゲツト電極４の形状、具体
的には永久磁石7,8の形状に合わせて決めれば良く、例
えば円形永久磁石に対しては円形導体、長方形永久磁石
に対しては長方形導体とすればよい。但し、長方形体を
用いる場合には、空芯コイル側の２辺は磁力線の平行性
に関係がないので削除してもよい。

また、導体17による磁場に代えて、第３図の他の実施例
に示すように永久磁石21によつて基板13の表面に平行な
磁場を打消すようにしてもよい。この場合には、電源が
不要になつたうえ、真空容器内への配線もなくなるた
め、構成がさらに簡単になる。

この場合、永久磁石21は第４図の他の実施例に示すよう
に基板13とほぼ同一平面に配置してもよい。この実施例
は、第３図の構成に対し、永久磁石21の極性の配置を反
対にしたうえで、基板13とほぼ同一平面に配置したもの
であり、第３図の実施例と同様な効果が得られる他に、
基板13の搬送トレイ上に永久磁石21を設置することがで
きるので、特別の支持具を必要としない利点がある。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、成膜すべき基板に
対して平行性の良い磁場を小規模構成で印加することが
できるようになり、パーマロイ等の磁性薄膜に平行性の
優れた一軸異方性を付与することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２図は第２
の磁場発生手段による磁力線の向きの補正効果を模擬し
た図、第３図および第４図は本発明の他の実施例を示す
要部断面図である。 １……真空容器、６……ターゲツト、7,8……永久磁
石、13……基板、17……導体、21……永久磁石。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】気密を保持した真空容器（１）内に、該容
   器に絶縁状態で支持されたターゲット（６）と、該ター
   ゲットの前面に対向する基板（13）とを配置し、該ター
   ゲットの背後に位置して、該ターゲット前面に磁場を発
   生させる第１の磁場発生手段（7,8）と、前記基板に対
   して直交する平行性の磁場を印加する第２の磁場発生手
   段（16）とを備え、前記基板に前記ターゲットの構成原
   子を付着させて一軸異方性を有する金属薄膜を形成する
   スパッタ装置において、 前記基板（13）の前記ターゲット（６）と反対側の位置
   に、あるいは前記基板（13）とほぼ同一平面内で該基板
   を挟む位置に、前記第１の磁場発生手段（7,8）による
   磁場のうち、前記基板面に平行な磁場成分を打ち消すよ
   うな磁場を発生する第３の磁場発生手段（17あるいは2
   1）を設けたことを特徴とするスパッタ装置。
2. 【請求項２】前記第３の磁場発生手段は、電流を通電す
   ることにより磁場を発生する導体（17）で構成したこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のスパッタ装
   置。
3. 【請求項３】前記第３の磁場発生手段は、永久磁石（2
   1）で構成したことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載のスパッタ装置。