JPH07258838A - スパッタリング成膜装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】より少ない処理室数で多層膜を形成可能な、コ
ンパクトで、かつ、不純物により、形成される薄膜が汚
染されることの無い、薄膜形成装置を提供する。 【構成】スパッタリング成膜装置において、真空処理室
中に成膜対象基板とアノード電極とカソード電極となる
ターゲットを有し、成膜材料からなる前記ターゲットを
少なくとも２種類以上具備し、成膜対象となる基板の成
膜面に対し前記各ターゲットが対向して載置さるように
した。 【効果】電力を印加するターゲットを順次切り換えるこ
とにより、目的とする積層順で多層膜を構成できる。こ
の時、基板は成膜処理室中に静止したままでよく、また
電力を投入するターゲットの切り換えはごく短時間で行
われるため各層間に酸化物などの不純物が生成し難く、
また短時間で多層膜全層を成膜できるため放熱による基
板の温度低下を考慮する必要なく成膜を行える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば磁気ディスクに
おける記録膜のような多層薄膜のスパッタリング成膜方
法とその装置にかかり、特に基板を単一の処理室におい
て該多層膜を成膜でき、且つ該多層膜の構成或いは各層
の膜厚を目的に応じ制御するに好適なスパッタリング成
膜方法とその装置にかかる。

【０００２】

【従来の技術】基板上に薄膜を複数層積み重ねる方法に
は、各層間での酸化物の生成や、水分の付着を避けるた
め真空中での連続成膜が必要である。真空中連続成膜に
よる多層膜の製造法として例えばSemiconductor World
1992年 4月号 「小径スパッタ磁気ディスク量産化技術」
に記載されている製造装置によるものがある。この装置
の構造はロード室、加熱処理室、複数個の成膜処理室、
アンロード室が直線上に配置されそれらの間を真空を破
らずに基板を搬送する搬送手段により連結されている。
この方法では、成膜対象基板は大気中からロードロック
室に入り真空に排気された後搬送手段により加熱処理室
に移動され、成膜に適する温度となるように加熱され
る。該基板はその後第一の成膜処理室内へ移動される。
第一の処理室には成膜しようとしている多層膜の中の最
下層の膜と同じ成分でできた部材をターゲットとしたス
パッタ電極が載置されており、該基板は該ターゲットと
対抗する位置で静止し、所定の膜厚で該基板上にターゲ
ット部材をスパッタリング成膜する。その後成膜しよう
としている多層膜の下から第２層目の膜と同じ成分でで
きた部材をターゲットとしたスパッタ電極が載置された
第２の成膜処理室へ該基板は搬送手段により移動され、
前記第一の処理室と同様にして所定の膜厚で成膜を行
う。以下同様にして成膜しようとする多層膜の層の数と
同じ回数を搬送手段による移動と異なる処理室での成膜
を繰り返し目的の多層膜を得る。

【０００３】しかしこの技術では１つの成膜処理室では
１種類の膜しか成膜することができず、成膜しようとす
る多層膜の層の数だけ処理室が必要となり層数が増える
と共に装置は大型となり同時に高価になる。また各層を
成膜する間に成膜処理室を変えるための搬送時間が必要
であるため、各層間に酸化物などの不純物が生成し易
く、また放熱による基板の温度低下により必要な膜質が
得られない場合がある。さらに多層膜の各層の順序を変
更する場合には成膜処理室の配置を変えなければならず
柔軟性にかけている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の成膜装置による
成膜法では１つの成膜処理室では１種類の膜しか成膜す
ることができず、成膜しようとする多層膜の層の数だけ
処理室が必要となり層数が増えると共に装置は大型とな
り同時に高価になる。また各層を成膜する間に成膜処理
室を変えるための搬送時間が必要であるため、各層間に
酸化物などの不純物が生成し易く、また放熱による基板
の温度低下により必要な膜質が得られない場合がある。
さらに多層膜の各層の順序を変更する場合には成膜処理
室の配置を変えなければならず柔軟性にかけているとい
った問題があった。

【０００５】本発明の目的は、より少ない処理室数で多
層膜を形成可能な、コンパクトな多層膜形成装置を提供
することにある。更に、本発明の別な目的は、不純物に
より形成される薄膜が汚染されることの無い、薄膜形成
装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決する手段】１つの成膜処理室内に成膜しよ
うとする多層膜の積層する膜の種類と同種の組成からな
る各種類につき１つ以上のターゲットを基板の成膜対象
面と対向して配置し、且つ該各ターゲットは板状または
環状であり、互いに同心状に且つ互いのスパッタされる
表面同士が見通すことのできない位置に配置する。排気
装置により真空に排気された該成膜処理室内に所定の圧
力でＡｒ等のガスを導入し、成膜しようとする多層膜の
積層順に、各膜と同種の組成のターゲットにのみ順次直
流または交流の電力を印加し、他のターゲットは接地す
る。この時必要に応じ電力の印加されたターゲット上に
磁力線が該ターゲット表面で閉じるように磁界を発生さ
せる。

【０００７】

【作用】前記直流または交流の電力を印加されたターゲ
ットは該ターゲット上の電離したガス中のイオンにより
スパッタされ、該ターゲットと同じ成分の膜が基板表面
に成膜される。電力を印加するターゲットを順次切り換
えることにより、目的とする積層順で多層膜を構成でき
る。この時基板は成膜処理室中に静止したままでよく、
また電力を投入するターゲットの切り換えはごく短時間
で行われるため各層間に酸化物などの不純物が生成し難
く、また短時間で多層膜全層を成膜できるため放熱によ
る基板の温度低下を考慮する必要がない。また多層膜の
各層の構成を変えようとする場合にも成膜装置の機械的
構成を変える必要がなくターゲットへの電力投入の順番
を変えるだけで対応できるため汎用性がある。

【０００８】さらに、成膜時、電力を供給するターゲッ
ト以外のターゲットは接地されているためガス中のイオ
ンが高エネルギーで該ターゲット表面に衝突する事な
く、該ターゲットは表面をスパッタされることはない。
このため成膜中の基板上の膜中に不純物を混入させずに
成膜することができる。また各ターゲットのスパッタさ
れる面は、互いに見通すことができないため電力の印加
されたターゲット表面からスパッタされた粒子が他のタ
ーゲット表面に堆積することがなく互いに他のターゲッ
トを汚染しない。これにより基板上に不純物のない膜を
成膜することができる。

【０００９】

【実施例】図１に本発明の第１の実施例を示す。真空容
器１の内部には基板ホルダ３が設けられ、基板ホルダ３
上に成膜対象となる基板２が保持される。真空容器１に
は排気装置４が接続され真空容器１の内部を高真空に排
気することができ、またガス導入管１８により真空容器
１内にＡｒガスを導入できる。基板２に対向して真空容
器１の開口部にフランジ１４が取り付けられ、フランジ
１４には絶縁材１３を介して第１のスパッタ電極１２
と、第２のスパッタ電極１５が取り付けられている。第
１のスパッタ電極１２にはフランジ１４の開口部を通し
て基板２と対向する第１のターゲット５がバッキングプ
レート６上に取り付けられ、バッキングプレート６の背
後に設けられたコイル７及びヨーク９からなる磁気回路
により第１のターゲット５上に閉じた磁力線を発生す
る。第二のスパッタ電極１５には内面が基板２に向け傾
斜した環状の第２のターゲット１６がバッキングプレー
ト１７に取り付けられ、コイル７及びヨーク９からなる
磁気回路により第２のターゲット１６上に閉じた磁力線
を発生させる。第１のターゲット５の周囲には円筒状の
接地されたシールド８がフランジ１４に取り付けられ、
該シールド８は第１のスパッタ電極１２及び第２のスパ
ッタ電極１５のターゲット以外の部分が露出しないよう
に覆う形状となっている。第１のターゲット５と第２の
ターゲット１６の基板２に向いた面は互いに見通すこと
のできない位置にある。第１のスパッタ電極１２及び第
２のスパッタ電極１５は切り換えスイッチ１１を介して
同時にはどちらか片方が直流電源１０に接続され、他方
は接地される。

【００１０】第１のターゲット５の成分からなる膜、及
び第２のターゲット１６の成分からなる膜により構成さ
れる多層膜を基板２上に成膜する場合を以下に示す。

【００１１】真空容器１の内部は排気装置４により0.00
1Pa以下の高真空に排気され、しかる後ガス導入管１８
よりＡｒガスを導入し、真空容器１内部を0.1〜3Paの圧
力でＡｒガスを充填する。

【００１２】切り換えスイッチ１１により、第１のスパ
ッタ電極１２に直流電源１０を接続し、第２のスパッタ
電極１５は接地する。所定の時間、所定の電力で直流電
源１０により負電位を与えられることにより第１のター
ゲット５の周囲のＡｒガスは電離し該ターゲット５の表
面をスパッタリングし、該ターゲット５の成分からなる
粒子を飛散させ基板２上に所定の膜厚で第１のターゲッ
ト５と同成分からなる膜を成膜する。この時、第２のタ
ーゲット１６は接地されているため、周囲の電離したＡ
ｒガス中のＡｒイオンを、該ターゲット１６の表面に引
き込むことなく、該ターゲット１６の表面はスパッタさ
れず、したがって、該ターゲット１６の成分が基板２上
に成膜中の第１のターゲット５の成分からなる膜中に混
入することはない。また、第１のターゲット５からスパ
ッタリングにより飛散した粒子は、基板２上に成膜され
るのみならず、該ターゲット５の周囲のシールド８など
の表面にも付着するが、第２のターゲット１６の表面
は、第１のターゲット５の表面から違いに見通すことが
できないために、第１のターゲット５から飛散した粒子
が第２のターゲット１６の表面に堆積しないので、第２
のターゲット表面は汚染されない。

【００１３】次に、切り換えスイッチ１１により第２の
スパッタ電極１５に直流電源１０を接続し、第１のスパ
ッタ電極１２は接地する。所定の時間、所定の電力で直
流電源１０により負電位を与えられることにより、第２
のターゲット１６の周囲のＡｒガスは、電離して該ター
ゲット１６の表面をスパッタリングし、該ターゲット１
６の成分からなる粒子を飛散させ、基板２上に所定の膜
厚で第２のターゲット１６と同成分からなる膜を成膜す
る。この時、第２のターゲット１６の表面は、前記理由
により汚染されていないため、第２のターゲット１６の
表面からスパッタリングにより飛散する粒子は、第２の
ターゲットの１６の成分のみとなり、また前記第１のタ
ーゲット５の成分からなる膜の成膜と同様に、基板２上
に成膜される膜には、第１のターゲット５の成分が混入
することがない。また、前記第１のターゲット５の成分
からなる膜の成膜と同様に、第２のターゲット１６から
飛散する粒子が、第１のターゲット５の表面を汚染する
ことはない。

【００１４】以上の手順を適宜繰り返すことにより、第
１のターゲット５の成分からなる膜、及び第２のターゲ
ット１６の成分からなる膜により構成される多層膜を、
基板２上に任意の層数成膜することができる

【００１５】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、電力を印加するターゲットを順次切り換えるこ
とにより、目的とする積層順で多層膜を構成できる。こ
の時、基板は成膜処理室中に静止したままでよく、また
電力を投入するターゲットの切り換えはごく短時間で行
われるため、各層間に酸化物などの不純物が生成し難
く、また、短時間で多層膜全層を成膜できるため、放熱
による基板の温度低下を考慮する必要がない。また、多
層膜の各層の構成を変えようとする場合にも、成膜装置
の機械的構成を変える必要がなく、ターゲットへの電力
投入の順番を変えるだけで対応できるため、汎用性があ
る。

【００１６】さらに、成膜時、電力を供給するターゲッ
ト以外のターゲットは接地されているため、ガス中のイ
オンが高エネルギーで該ターゲット表面に衝突する事が
なく、該ターゲットは表面をスパッタされることはな
い。このため、成膜中の基板上の膜中に、不純物を混入
させずに成膜することができる。また、各ターゲットの
スパッタされる面は、互いに見通すことができないた
め、電力の印加されたターゲット表面からスパッタされ
た粒子が他のターゲット表面に堆積することがなく、互
いに他のターゲットを汚染しない。これにより、基板上
に不純物のない膜を成膜することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による成膜装置の略断面
図。

【符号の説明】

１…真空容器、 ２…基板、 ３…基板ホルダ、 ４…
排気装置、 ５…第１のターゲット、 ６，１６…バッ
キングプレート、 ７…電磁石、 ８…シールド、 ９
…ヨーク、 １０…直流電源、 １１…切り換えスイッ
チ、 １２…第１のスパッタ電極、 １３…絶縁材、
１４…フランジ、 １５…第２のスパッタ電極、 １７
…第２のターゲット、 １８…ガス導入管

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】真空処理室中に成膜対象基板とアノード電
   極とカソード電極となるターゲットを有したスパッタリ
   ング成膜装置において、成膜材料からなる前記ターゲッ
   トを少なくとも２種類以上具備していて、成膜対象とな
   る基板の成膜面に対し前記各ターゲットが対向して載置
   されているることを特徴とするスパッタリング成膜装
   置。
2. 【請求項２】特許請求の範囲１のスパッタリング装置に
   おいて、成膜対象となる基板に対し対抗して載置された
   前記各ターゲットが該基板成膜面の中心を通る該基板成
   膜面の法線を中心軸とする同軸上に配置されていること
   を特徴とするスパッタリング成膜装置。
3. 【請求項３】特許請求の範囲２のスパッタリング装置に
   おいて、前記各ターゲット表面が互いに見通すことので
   着ない位置に配置されていることを特徴とするスパッタ
   リング成膜装置。
4. 【請求項４】特許請求の範囲３のスパッタリング装置に
   おいて、前記各ターゲットにそれぞれ独立した直流また
   は交流の電力供給装置が接続され、前記各ターゲットへ
   の供給電力を独立に制御できることを特徴とするスパッ
   タリング装置。
5. 【請求項５】特許請求の範囲３のスパッタリング装置に
   おいて、前記各ターゲットが１個の直流または交流の電
   力供給装置と切り換え装置を介して接続され、同時には
   任意の１個のターゲットと前記電力供給装置とが接続さ
   れ、他のターゲットはアノードと接続されることを特徴
   とするスパッタリング装置。