JPH0978237A

JPH0978237A - 薄膜製造方法及びその装置

Info

Publication number: JPH0978237A
Application number: JP23731995A
Authority: JP
Inventors: Shozo Yamashita; 昌三山下
Original assignee: Nihon Dennetsu Co Ltd
Current assignee: Nihon Dennetsu Co Ltd
Priority date: 1995-09-14
Filing date: 1995-09-14
Publication date: 1997-03-25

Abstract

(57)【要約】【課題】複数の原子からなる設計に忠実な超薄膜を得
ることのできる薄膜製造方法及びその装置を提供する。【解決手段】陰極３の裏側に、制御用電磁石４を挟ん
で外側永久磁石４ｂと中側永久磁石４ｃとを配置し、陰
極３に内側ターゲット６ａ、外側ターゲット６ｂを及び
内側・外側コイル12ｂ・12ｃコイルの通電を制御しスパ
ッタするターゲットを選択可能にしたマグネトロンスパ
ッタリング装置において、内側・外側放出原子捕捉リン
グ７ａ・７ｂを配置し、基板５（図３）の裏側にバイア
ス電極15、熱伝導板13及び発熱体14を配置し、周囲に冷
却装置16を配置し、生成する薄膜をバイアス電位、基板
温度を制御するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、薄膜製造方法及び
その装置に関し、更に詳細には、生成する薄膜の特性を
高度に制御できるマグネトロンスパッタリング法を用い
た薄膜製造方法及びその装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスなど電子工学の進歩と共
にセラミックスなどの基板上に金属薄膜を形成する技術
として、真空蒸着法、めっき法、厚膜印刷法、溶射法、
金属箔エッチング法、スパッタリング法などが開発され
る至っており、良質の金属薄膜を得る方法としてスパッ
タリング法が極めて優れていること、特に膜の生成を制
御するためにはマグネトロンスパッタリング法が特に優
れていることは既に知られている。

【０００３】マグネトロンスパッタリング法は、直流２
極スパッタ装置を発展させたものであり、真空室（スパ
ッタ室）内に、膜材料からなるターゲットを配置した陰
極と、薄膜形成用の基板を配置（通常は陽極に窓を開け
た中に配置）した陽極とを所定の間隔を開けて対峙さ
せ、アルゴンガスなどの放電ガスを導入してグロー放電
せると共に、永久磁石によって陰極面に略平行する磁界
を発生させて２次電子束縛領域を形成させ、前記放電ガ
スイオンで陰極であるターゲットに衝撃を与え、原子及
び２次電子をターゲットから放出させるものである。

【０００４】前記２次電子束縛領域内に束縛されたイオ
ン、電子などは、放電ガス分子との衝突確率が増大する
ためイオン発生量が増加（いわゆるマグネトロン放電）
し、スパッタ原子（ターゲットから放出された原子）の
生成が促進され、薄膜形成速度、薄膜形成面積をより大
きくすることができる。前記のように陰極面に略平行す
る磁界は、陰極の中央部に永久磁石の一極（通常Ｎ極）
を配置し、ターゲットの外側を囲み、前記と反対極の円
筒状永久磁石を配置することにより得ることができる。

【０００５】ところで、マグネトロンスパッタリング法
によって２種以上の金属を層状に生成させた金属薄膜
や、合金薄膜を製造する手段として、土屋及び深海は、
コイルによって電界方向と略平行な磁界を陰極近傍に発
生させることにより、ターゲットの浸食領域を制御させ
る方法を発明した。前記電界方向と略平行な磁界を陰極
近傍に発生させる手段として、特公昭６１−５４１１２
号公報に記載された方法は、陰極の外周を取り巻くコイ
ルを配置し、通電を制御するようにしたものであり、特
公平４−４９５１６号公報に記載された方法は、同心円
状に配置した前記永久磁石の間に、円筒端面に磁極を発
生させる制御用電磁石を配置したものである。このよう
に形成することにより、前記制御用電磁石の円筒の外側
ターゲット領域と内側ターゲット領域とに浸食領域を限
定させる制御が可能となる。以下これら公報に開示され
た方法を３極マグネトロンスパッタリング法と呼ぶ。

【０００６】前記３極マグネトロンスパッタリング法
は、元素又は元素構成の異なるターゲットを、それぞれ
前記内側・外側領域に同心円状に配置し、前記コイル又
は電磁石の励起電流を制御することで、生成する薄膜の
特性を変化させることができるようになった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ニッケルク
ロム合金の真空蒸着膜と３極マグネトロンスパッタリン
グ法によるニッケルクロム合金膜とでは、抵抗率（μΩ
−ｃｍ）及び温度係数T.C.R.（ｐｐｍ／℃）の値に差が
ある。しかしながら、更に高い抵抗率の金属薄膜を３極
マグネトロンスパッタリング法により製造しようとする
には、更に改良をする必要が認められた。

【０００８】即ち、スパッタ原子の放出角分布は余弦則
に従うので、スパッタ原子は四方八方に飛散する。した
がって３極マグネトロンスパッタリング法に適用する前
記内側・外側ターゲットをそれぞれ異なる元素構成によ
り形成した場合に、前記飛散したスパッタ原子によるタ
ーゲットの相互汚染が起こり、設計どおりの膜特性が得
られないという問題や、絶縁シール材が被膜されて絶縁
が破壊され、装置が短絡するという問題があることが分
かった。

【０００９】また、生成する薄膜の結晶構造に留意しな
がらスパッタリングする場合、依存因子であるスパッタ
速度及び基板温度をそれぞされ独立して制御する必要の
あることが認められた。即ちスパッタ速度は、ターゲッ
トへの放電電圧又は入力電力に依存するので、独立して
制御することができる。これに対し、基板温度は、ター
ゲットからの熱放射や、高速２次電子放射により上昇す
る。この熱放射量及び高速２次電子放射量は、入力電力
に比例するため、基板に放熱又は冷却手段を取り付けな
いかぎり、例えば２００℃以下の低温域での基板温度制
御を独立して行うことはできないという問題がある。

【００１０】また、基板加熱を必要とする場合には発熱
体を設置するが、従来の発熱体としては、セラミック
ス中に発熱体を埋め込み焼成したもの、マイカのよう
な絶縁材と金属箔や金属線などの発熱体を挟んだもの、
シーズ発熱体を使用したもの、シリコーンラバーの
ような耐熱樹脂中に導電材を混入し、シート状に加工し
たものなどがある。但し、機械的強度、寿命、電気絶縁
性、高温使用などの観点からのシーズ発熱体が多く使
用されているが、均一に効率よく加熱するためには、シ
ーズ発熱体の配置パターンを工夫する必要があることが
分かった。

【００１１】一方、スパッタリング法によって形成した
薄膜（以下スパッタ薄膜という）を高密度に積層するに
は、スパッタ原子が基板上で表面拡散させ、膜の隙間や
孔を埋めればよい。従来からその表面拡散を起こさせる
手段として、１）イオン照射、いわゆるバイアス・スパ
ッタ、２）基板加熱が知られている。１）のバイアス・
スパッタは、陽極に対して絶縁した状態、即ち電気的に
浮かせた状態とした基板に電位を掛け、基板表面に達し
たスパッタ電子にエネルギーを与える手段であるが、絶
縁や基板加熱の熱伝導を考慮した設計が必要であり、ま
たバイアス電位が高すぎると、アルゴンガスなどのスパ
ッタガスが生成する薄膜中に捕捉されたり、格子欠陥を
もたらしたりし、終には生成薄膜が再スパッタされ膜破
壊が生じるという問題があることが分かった。また２）
の基板加熱の問題は前記したとおりである。

【００１２】本発明は、以上の問題に着目してなされた
ものであり、前記内側ターゲットと外側ターゲット間の
相互汚染、及びスパッタ装置内の絶縁面に金属薄膜が生
成し、絶縁破壊が起こることを防止した薄膜製造方法及
びその装置を提供することを第１の解決課題としてい
る。本発明の第２の解決課題は、設計どおりの金属薄膜
を生成させるため、基板の温度制御を適正にするための
加熱及び冷却手段を適用したスパッタリングによる薄膜
製造方法及びその装置を提供することにある。

【００１３】更に本発明の第３の解決課題は、高密度積
層膜を生成させるための基板加熱手段及びバイアス電位
供給方法を有するスパッタリングによる薄膜製造方法及
びその装置を提供することにある。更に本発明の第４の
解決課題は、クロム−ニッケル合金薄膜を製造する方法
を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】以上の第１の解決課題を
達成するための本発明の薄膜製造方法は、一対の陽極と
陰極とを所定の間隔を開けて配置し、陰極の裏側に、陰
極上に配置するターゲットを囲む円筒状の外側永久磁石
と、その中央部に、前記と反対極の中側永久磁石を配置
し、前記二つの永久磁石の間に、円筒状鉄心と、この鉄
心の周方向にコイルを巻いた制御用電磁石を配置し、前
記中側永久磁石と円筒状鉄心との間の陰極上に内側ター
ゲットを配置し、また外側永久磁石と円筒状鉄心との間
の陰極上に外側ターゲットを配置し、前記コイルの通電
を制御することよりスパッタするターゲットを選択可能
にしたマグネトロンスパッタリング法において、前記内
側・外側の両ターゲットの間及び外側ターゲットの外周
に、ターゲット表面から陽極側に延び出した絶縁体から
なる放出原子捕捉リングを配置し、低い放出角で放出さ
れるスパッタ原子及び低い角度で陰極側に入射するスパ
ッタ原子を捕捉するようにしたものである。

【００１５】陽極及び陰極は、従来から使用されている
もの、例えば、ステンレスを使用することができる。前
記リング状の放出原子捕捉リングの材質には特に限定は
ないが、例えばアルミナや雲母系の切削加工が可能なセ
ラミックスを使用することが好ましい。また放出原子捕
捉リングの高さは、実際に則して決定すればよいが、目
安として、内側・外側ターゲットの浸食領域の最外側と
基板、例えば基板中央、又は対角線位置を結ぶ線上に、
放出原子捕捉リングの上端が配置されるような高さとす
ることができる。但し、本発明はこれに限定されない。

【００１６】前記放出原子捕捉リングの表面には、スパ
ッタリング操作が終わると、スパッタ原子が薄膜状に付
着する。前記放出原子捕捉リングは絶縁性を保持しなけ
ればならないので、付着薄膜が金属など導電性物質の場
合には、焼成などの高温酸化処理を施したり、酸化処理
で絶縁が不十分な場合にはサンドペーパーなどによる機
械的除去方法を用いることができる。したがって放出原
子捕捉リングを繰り返し使用が可能である。

【００１７】前記第４の解決課題を達成するための本発
明のクロム−ニッケル合金薄膜を製造する方法は、前記
内側及び外側ターゲットを、それぞれクロム及びニッケ
ルによって作製し、２００℃以下の基板温度で、前記内
側及び外側のとターゲットをスパッタする時間を時間的
秩序を与えて制御するようものである。前記第２の解決
課題を達成するための薄膜製造装置は、シーズヒーター
を互いに平行させて配置した発熱体を、熱伝導板を介し
て前記基板の裏面に配置したものである。前記発熱体
は、複数のシーズ発熱体を並列配置して形成することも
できるが、１本のシーズ発熱体を基板の外側で折り返し
て形成することができる。前記発熱体は、基板に入射す
るスパッタ原子の拡散エネルギーの制御に役立てること
ができる。

【００１８】前記熱伝導板は熱の良導体を用いること以
外に特に限定はないが、例えば窒化アルミニウムなど熱
伝導性のよいセラミックス絶縁材を用いることができ
る。前記第３の解決課題を達成するための薄膜製造装置
は、前記基板と前記熱伝導板との間に電極板を配置し、
この電極板に接続した導線からバイアス電位を与えるこ
とにより、基板上に入射したスパッタ原子に拡散エネル
ギーを与え、高密度膜を形成させることができる。前記
バイアス電位用電極板の材質には特に限定はないが、例
えば白金などのを使用することができる。

【００１９】また、本発明は、前記基板を冷却する冷却
装置を冷却用流体を通す冷却管によって形成し、基板近
傍に配置し、基板温度を制御するようにして実施するこ
とができる。前記冷却管は、前記シーズヒーターと交互
に配置するなどとすることもできる。本発明は、ターゲ
ットに近い高さを飛ぶスパッタ原子を捕捉することによ
りターゲットの相互汚染及び絶縁部の短絡事故を防止
し、設計どおりの組成のスパッタ原子を基板に付着さ
せ、同時に基板に衝突したスパッタ原子のエネルギーを
基板の加熱手段、電位制御手段、陽極の冷却手段を制御
することにより、密度、表面状態などを制御した薄膜を
基板上に生成させることができる。

【００２０】基板上の膜生成域を限定するため、特定部
分に窓を開口させたシャッターを使用することがてき
る。使用するシャッターの材質としては、特に限定はな
いが、例えばステンレススティール(SUS) などを使用す
ることができる。本発明に使用しうる基板は、従来と同
様のものを使用することができる。通常使用される基板
は、膜生成の目的により一定しないが、抵抗体などを製
造する場合には、窒化アルミニウムのようなセラミック
ス、ポリイミドなどの耐熱性樹脂などの高熱伝導性の電
気絶縁体の使用することができ、また金属表面に絶縁層
を形成する場合には金属を基板として使用すればよい。

【００２１】本発明方法によって得られた薄膜は、例え
ば超小型ヒーター用発熱体、抵抗器、サーミスタ、熱電
対などの熱敏感性薄膜、その他歪み、光、湿度などを感
知する材料を薄膜としたセンサー、磁気ヘッド、磁気デ
ィスクなどの磁性体、電磁波シールド材、感熱記録紙用
の印字用サーマルヘッドなどに使用することができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】図１〜５によって、本発明を実施
する際に使用する３極マグネトロンスパッタ装置の１実
施形態を説明する。図１に示す３極マグネトロンスパッ
タ装置は、スパッタ室１を形成する真空容器蓋１ａに、
吊り下げ状に取り付けた基板ホルダーユニット２ａと、
真空容器箱部１ｂ内に配置した陰極３と、磁界発生部４
ａとからなり、陰極３の上に内側ターゲット６ａ、外側
ターゲット６ｂ及び内側放出原子捕捉リング７ａ及び外
側放出原子捕捉リング７ｂ（以下放出原子捕捉リングを
総称するときは単に７で表す）を載置し、真空容器中間
部１ｃに、真空排気口８及びスパッタガス導入口９を取
り付けたものである。

【００２３】陰極３は、図２に示すとおり円板状をな
し、下側に外周永久磁石４ｂ及び中側永久磁石４ｃ及び
制御用電磁石４の位置決め用凹部10ａ，10ｂ，10ｃを形
成し、内部に陰極冷却管３ａを穿設し、上面に内側ター
ゲット６ａ、内側放出原子捕捉リング７ａ、外側ターゲ
ット６ｂ、外側放出原子捕捉リング７ｂを載置した。な
お、図２に示す符号３ｂは、絶縁体からなる遮蔽部材11
（図１）の位置決め用段部であり、10ａはパッキングで
ある。

【００２４】基板ホルダーユニット２ａは、陽極２と、
ケーシング２ｂと、保持具２ｃとからなり、陽極２は、
中央部に薄膜形成用の基板５（図３）を陰極３側に露出
させる開口を有する円板状をなし、保持具を兼務する冷
却管２ｃ内に、この冷却管２ｃの外壁を通じて陽極２に
正電位を与えるようにしている。なお、ケーシング２ｂ
及び冷却管２ｃは、基板ホルダーユニット２ａ各部の熱
変形及び使用するパッキング（図示せず）の熱劣化など
を防止するため壁面を２重に形成し、内部に水などの冷
却媒体を流通させている。

【００２５】前記磁界発生部４ａは、陰極３の下側に配
置されており、陰極３側をＳ極とし、円筒状に形成した
の外周永久磁石４ｂと、その中央部に配置し、且つ陰極
３側をＮ極とした棒状の中側永久磁石４ｃと、その間に
配置した制御用電磁石４とを磁性体板４ｄの上に同心円
状に配置したものである。前記制御用電磁石４は、軟鉄
製円筒体からなる磁心12ａの周囲の内側に、捲回数３６
００の内側コイル12ｂを配置し、外側に、前記と反対方
向に捲回数１７００巻いた外側コイル12ｃとによって形
成したものである。

【００２６】陽極２には、基板５を取り付ける開口を設
け、この部分に基板５（図３）を嵌入した熱伝導板13を
配置し、その裏側（図の上側）に発熱体14（図４）を取
り付けている。なお本実施の形態に示した熱伝導板13
は、熱伝導性のよい窒化アルミニウムによって形成し
た。熱伝導板13は、図３に示すとおり、下方に向けて凹
部13ａを形成し、この中に、白金からなるバイアス電極
板15及び基板５を嵌合するように形成した。バイアス電
極板15には、絶縁用円筒碍子15ａ（１個のみ図示）によ
り周囲から絶縁した導線15ｂを取り付け、所定のバイア
ス電位を基板５に与えるようにした。なお図３に示す符
号５ａは、薄膜を形成する面（コーティング面）であ
る。

【００２７】発熱体14は、図４に示すとおり、シーズヒ
ーター14ａを基板（図４には図示せず）の外側で折返
し、所定の間隔で平行に配置し、直線部の両側を支持板
14ｂで支持するようにしたものである。前記陽極２、熱
伝導板13、発熱体14及び冷却装置16を基板ホルダーユニ
ット２ａに組付けた様子を図５に示す。陽極２の裏面に
配置した前記冷却装置16（図１，５）は、銅やSUS316L
などの耐蝕性金属パイプを、図５に示すように陽極２の
裏面に蛇行させるなど、可及的に接触面積を増やすよう
に配置し、系外に配置した電磁バルブ及び排水ポンプ
（共に図示せず）によって冷却水量を制御するようにし
たものである。

【００２８】なお、前記冷却装置16を構成する冷却管
を、シーズヒーター14ａと交互に配置し、熱伝導板13を
介して基板５の裏面に配置することもできる。以上のよ
うに、発熱体14及び冷却装置16によって、基板５の熱勾
配をなくして温度を制御し、入射するスパッタ原子のエ
ネルギーを制御することにより、設計どおりの薄膜を基
板５上に形成させることができる。

【００２９】シャッター17は、図１，５に示すとおり、
貫通穴からなる窓17ａを開口し、スパッタ室１の外に延
び出した操作杆17ｂに軸支したものである。スパッタガ
スは、従来の陰極スパッタリング法と同様にアルゴンガ
スＡr を使用した。次に磁界の制御について説明する。
制御用電磁石４に励起電流を流さない状態では、図６に
示すように、陰極３に略平行する半円弧状磁場Ｂが発生
し、中側永久磁石４ｃのＮ極と外周永久磁石４ｂのＳ極
との中間部にドーナツ状の２次電子束縛領域Ｒが形成さ
れる。

【００３０】次いで、制御用電磁石４の陰極３側をＳ極
に励起すると、図７の（Ａ）に示すように電界Ｅと同方
向の磁界が発生し、陰極３に略平行するリング状磁場Ｂ
は内側ターゲット６ａ上に発生し、ドーナツ状の２次電
子束縛領域Ｒが中央部Ｎ極と制御用電磁石４との間に発
生する。また、制御用電磁石４に流す励起電流を切替
え、その極性をＮ極にすると、図７の（Ｂ）に示すよう
に電界Ｅと逆方向の磁界が働き、陰極３に略平行するリ
ング状磁場Ｂは外側ターゲット６ｂ上に発生し、ドーナ
ツ状の２次電子束縛領域Ｒが制御用電磁石４と外周部Ｓ
極との間に発生する。

【００３１】したがって、内側ターゲット６ａ又は外側
ターゲット６ｂから放出される２次電子は、前記２次電
子束縛領域Ｒに閉じ込められ、アルゴンなどのスパッタ
ガスとの衝突確率を増加させ、高密度のプラズマを形成
させることがてき、２次電子が拘束された領域に対応し
たターゲットが特にスパッタされる浸食領域Ｖ（図７の
ハッチング部分）が形成される。

【００３２】以上説明のとおり制御用電磁石４の励起電
流の大きさ及び方向を制御することにより、スパッタ領
域を内側ターゲット６ａと外側ターゲット６ｂとのいず
れかに制御することが可能になる。例えば、制御用電磁
石４の励起電流を図８に示すように周期的に変化させた
り、一定割合で周期を変更することにより、基板５に付
着する元素に時間的秩序を与えることができる。

【００３３】次に図９のＡ、Ｂによって、放出原子捕捉
リング７の作用を説明する。図９のＡ、Ｂのいずれも内
側ターゲット６ａの構成原子をＭで表し、また外側ター
ゲット６ｂの構成原子をＮとし、それぞれ別々にスパッ
タしたものを示している。図９においてターゲット６か
ら放出されたスパッタ原子Ｍ，Ｎは四方八方に飛散する
ので、基板５に向かうスパッタ原子Ｍ，Ｎ（ａで表示）
の外に、それぞれ別のターゲット６に向かい（ｂで表
示）相互汚染を起こしたり、遮蔽部材11など電気的にシ
ールした部分に向かい（ｃで表示）スパッタ原子が導電
性のものであれば短絡によるスパッタ操作の中断などの
事故が発生するおそれがある。

【００３４】これに対し図９のＢに示すように内側放出
原子捕捉リング７ａ及び外側放出原子捕捉リング７ｂを
設けた場合には、前記ｂ，ｃで表示されたスパッタ原子
Ｍ，Ｎは、内外放出原子捕捉リング７ａ，７ｂに付着
し、汚染や短絡事故を防止することができる。したがっ
て、放出原子捕捉リング７の高さを適当な値に設定すれ
ば設計どおりの薄膜を、基板上に作成させることができ
る。

【００３５】以上説明した本発明方法の各制御手段を用
い、スパッタ時間を制御することにより、生成する膜の
組成の制御、異なる単原子膜を順次積層する制御、超格
子膜、多層膜形成、積層方向に対して成分組成を変化さ
せる傾斜膜生成などを精密に制御することができる。次
にシャッター17の操作について図10により説明する。

【００３６】図10の（Ａ）の左側の図に示すシャッター
17は、基板５の中央部をマスクする２個の窓17ａを開口
したものである。なお（Ａ）の右の図に示す符号Ｓは、
基板５に到達するスパッタ原子の入射方向を示している
シャッター17を基板５の前面に配置してスパッタした結
果は、（Ｂ）の実線網掛け部分ａに示すパターンの膜を
生成させることができる。

【００３７】次に図10の（Ｃ）に示すように基板５の中
央部に窓17ｃを開口したシャッター17を使用することに
より、（Ｄ）に示す点線網掛け部分ｂに示すパターンの
膜を生成させることができる。したがって、例えば内側
ターゲット６ａをクロムＣrで、また外側ターゲット６
ｂをＮi で作り、発熱体14の通電、バイアス電極15の電
位及び冷却装置16に通じる水量などを制御することによ
り、例えば図10の（Ｄ）の右下に示すグラフのように場
所により組成の異なるＣr-Ｎi 合金膜を基板上に作製さ
せることができる。

【００３８】

【実施例】図11に示す実施例１の薄膜18は、次の要領で
製膜した。基板５：使用材料：ガラス基板（コーニング＃７０７９）１０ｍｍ×１０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍ内側ターゲット：Ｃr 、外側ターゲット：Ｎi スパッタガス：下地層及びコーティング層：アルゴンガス（１０ｍTorr）絶縁層：アルゴンガス：酸素（又は窒素）ガスガス組成：（アルゴン：窒素＝９０：１０）圧力：１０ｍTorr 放電電流：外側ターゲット（ニッケル）の場合１００ｍＡ内側ターゲット（クロム）の場合９０ｍＡ基板温度：常温から２００℃ バイアス電位：─１００Ｖ〜１０Ｖ以上の条件の下に、制御用電磁石４を制御して内側ター
ゲット６ａをスパッタすると共に、発熱体14及びバイア
ス電極15によるエネルギー照射を行い、クロムの表面拡
散性を利用することにより、図11の（Ａ）に示すような
表面がÅ単位の凹凸を有する１０〜１００Åの下地層18
ａを形成した。

【００３９】前記下地層は、その上に積層する膜に対し
て優れた錨効果を発揮させることができる。因みに従来
のスパッタ法では、下地層に１００Å以上の膜厚までク
ロムをコートしなければならなかったが、本発明装置に
よってそれより薄い膜で基板との密着強度を向上させる
ことができた。次に発熱体14及びバイアス電極15による
エネルギー照射を行いながら、制御用電磁石４の励起条
件を交互に切り替え、所定の比率でクロムとニッケルと
を交互にスパッタリングすると、スパッタ原子が持つエ
ネルギーと、前記エネルギー照射との相乗作用により、
ニッケルとクロムとの基板５上での拡散・固溶化を促進
させることができる。このようにして、２０Å径程度以
下の平均結晶粒子径からなる緻密なＮi-Ｃr 合金薄膜か
らなる合金コーティング層18ｂを作製させることができ
る。この合金コーティング層18ｂは、下地層18ａとも拡
散し、強固な薄膜が形成される。

【００４０】なお、ニッケル−クロム合金薄膜が固溶体
組織を形成している際に、前記冷却装置16を併用して急
冷させることにより規則−不規則変態を起こさせ、Ｎi₃
ＣrやＮi₂Ｃr などの規則格子構造を持つ薄膜を作成す
ることができた。次にスパッタガスとして、前記アルゴ
ンガスに酸素又は窒素を添加し、反応性スパッタリング
を行い、放出されたニッケルやクロムのスパッタ原子が
飛行中に窒化反応又は酸化反応され、膜生成が行われ、
図11の（Ｂ）に示す絶縁層18ｃを形成することができ
る。得られた膜は、抵抗率が３〜８×１０^-4Ωｃｍ、抵
抗の温度係数が０．３〜０．８×１０^-4／Ｋの抵抗体が
得られた。

【００４１】実施例２は、図12の（Ａ）に示すように、
金属表面が平滑部19ａと凹部19ｂとを有するような素地
を有する金属基板５ｂ（例えばアルミニウム）の表面に
絶縁層を設ける薄膜作製の前処理について、３極マグネ
トロンスパッタ装置を使用して形成したものである。即
ち、前記金属基板５ｂを加熱し、アルゴンガスに窒素を
混入したスパッタガス中で金属基板５ｂを発熱体13（図
１）によって加熱し、表面に図12の（Ｂ）に示すような
厚みが略１０Åの窒化処理層20ｄを作製した。この窒化
処理層は、金属基板に対する腐食性のない絶縁層であ
る。

【００４２】次いで、ターゲットにアルミニウムを使用
し、同様にスパッタすることにより、前記窒化処理層の
上に窒化アルミ層20ｅを形成した。図13に示す実施例３
は、は、内側ターゲット７ａを成分ｘ、ｙの２種類の元
素によって形成し、外側ターゲット７ｂはｚの１種類の
みとし、内側ターゲット７ａをスパッタする場合には、
成分ｘ，ｙの固溶体を製膜するようにしたものである。
このように２種類以上の材料を複合させて合金、半導体
などの化合物が作製できる。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように本発明の薄膜製造方
法及びその装置は、３極マグネトロンスパッタリング法
により薄膜を製造する際に放出原子捕捉リングをターゲ
ットの周囲に設けるというきわめて簡単な手段により、
ターゲット相互の汚染、絶縁体の短絡事故を防止し、質
のよい薄膜を生成することができる。

【００４４】また、前記汚染防止手段に、基板の加熱手
段及び冷却手段、バイアス電位印加手段を設けることに
より、高度な膜生成制御を行うことができ、従来の薄膜
製造手段では得られなかった抵抗膜を製造できるなど、
薄膜技術の適用範囲を広げることが可能になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法に使用するマグネトロンスパッタ装
置の一態様を示す断面図である。

【図２】図１に示す装置の陰極部分を一部破断して示し
た斜視図である。

【図３】図１に示す装置の基板部分の分解斜視図であ
る。

【図４】図１に示す装置の加熱体の斜視図である。

【図５】図１に示す装置の陽極及び基板を保持する基板
ホルダーユニットを一部破断して示した斜視図である。

【図６】図１に示す装置の陰極部分の永久磁石による磁
力線分布及び２次電子束縛領域を示す断面図である。

【図７】図７のＡは、図１に示す装置の制御用電磁石の
陰極側をＳ極に制御したときの磁力線分布及び２次電子
束縛領域を示す断面図であり、Ｂは、制御用電磁石の陰
極側をＮ極に制御したときの磁力線分布及び２次電子束
縛領域を示す断面図である。

【図８】図１に示す装置の制御用電磁石の通電制御パタ
ーンの一例を示すグラフ図である。

【図９】図９のＡは、従来の３曲マグネトロンスパッタ
装置のスパッタ原子の挙動説明図であり、Ｂは、図１に
示す装置に使用する放出原子捕捉リングの作用説明図で
ある。

【図10】図１に示す装置のシャッターによる薄膜パター
ン付けの説明図であり、Ａの左の図はシャッターに開け
た窓の下面図であり、右の図は基板との位置関係を示す
断面図であり、Ｂの左の図は基板に付着したスパッタ原
子のパターンを示し、右の図はその断面図であり、Ｃの
左側の図は、Ｂに示すパターン付けを行った基板に更に
別の薄膜パターン付けを行うシャッター下面図であり、
右の図は基板との位置関係を示す断面図であり、Ｄの右
の図は最終的に得られた基板上の膜のパターンを示し、
右の上の図はその断面図であり、その下の図は上の膜断
面のクロム成分の成分と位置との関係を示すグラフ図で
ある。

【図11】図１に示す装置を使用して得られた実施例１の
薄膜の断面構造を模型的に示す図であり、Ａは下地層断
面図であり、Ｂはその上に拡散層を設けた断面図であ
り、Ｃは最外層に絶縁層を設けた膜全体断面図である。

【図12】図１に示す装置を使用して得られた実施例２の
薄膜の断面構造を模型的に示す図であり、Ａは金属基板
の表面部分の拡大断面図であり、表面を窒化処理した図
であり、Ｃはその上に窒化アルミニウム層（又は酸化ア
ルミニウム層）を形成した場合の断面図である。

【図13】図１に示す装置に取り付けるターゲットを、前
記と別の形態によって実施した平面図である。

【符号の説明】

１スパッタ室２陽極３陰極４制御用電磁
石４ａ磁界発生部４ｂ外周永久磁
石４ｃ中側永久磁石５基板５ａコーティング面５ｂ金属基板６ターゲット６ａ内側ターゲ
ット６ｂ外側ターゲット７放出原子捕
捉リング７ａ内側放出原子捕捉リング７ｂ外側放出原
子捕捉リング８真空排気口９スパッタガ
ス導入口 12ａ磁心 12ｂ内側コイル 12ｃ外側コイル 13 熱伝導板 13ａ凹部 14 発熱体 15 バイアス電極板 15ａ円筒碍子 16 冷却装置 17 シャッター 17ａ窓 17ｂ操作杆 17ｃ窓 18 薄膜 18ａ下地層 18ｂ拡散層 18ｃ絶縁層 19ａ平滑部 19ｂ凹部Ｂ磁場Ｅ電界Ｍスパッタ原
子Ｎスパッタ原子Ｒ２次電子束
縛領域Ｓ放射方向

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成８年１月２２日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図３】図１に示す装置の基板部分の分解斜視図であ
る。

【図４】図１に示す装置の加熱体の斜視図である。

【図９】図９のＡは、従来の３曲マグネトロンスパッタ
層のスパッタ原子の挙動説明図であり、Ｂは、図１に示
す装置に使用する放出原子補足リングの作用説明図であ
る。

【図１０】図１に示す装置のシャッターによる薄膜パタ
ーン付けの説明図であり、Ａの左の図はシャッターに開
けた窓の下面図であり、右の図は基板との位置関係を示
す断面図であり、Ｂの左の図は基板に付着したスパッタ
原子のパターンを示し、右の図はその断面図であり、Ｃ
の左側の図は、Ｂに示すパターン付けを行った基板は更
に別の薄膜パターン付けを行うシャッター下面図であ
り、右の図は基板との位置関係を示す断面図であり、Ｄ
の右の図は最終的に得られた基板上の膜のパターンを示
し、右の上の図はその断面図であり、その下の図は上の
膜断面のクロム成分の成分と位置との関係を示すグラフ
図である。

【図１１】図１に示す装置を使用して得られた実施例１
の薄膜の断面構造を模型的に示す図であり、Ａは下地層
断面図であり、Ｂはその上に拡散層及び最外層に絶縁層
を設けた膜全体断面図である。

【図１２】図１に示す装置を使用して得られた実施例２
の薄膜の断面構造を模型的に示す図であり、Ａは金属基
板の表面部分の拡大断面図であり、表面を窒化処理した
図であり、Ｃはその上に窒化アルミニウム層（又は酸化
アルミニウム層）を形成した場合の断面図である。

【図１３】図１に示す装置に取り付けるターゲットを、
前記と別の形態によって実施した平面図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所 // Ｈ０１Ｌ 21/31 Ｈ０１Ｌ 21/31 Ｄ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一対の陽極と陰極とを所定の間隔を開け
て配置し、陰極の裏側に、陰極上に配置するターゲット
を囲む円筒状の外側永久磁石と、その中央部に、前記と
反対極の中側永久磁石を配置し、前記二つの永久磁石の
間に、円筒状鉄心と、この鉄心の周方向にコイルを巻い
た制御用電磁石を配置し、前記中側永久磁石と円筒状鉄
心との間の陰極上に内側ターゲットを配置し、また外側
永久磁石と円筒状鉄心との間の陰極上に外側ターゲット
を配置し、前記コイルの通電を制御することよりスパッ
タするターゲットを選択可能にしたマグネトロンスパッ
タリング法において、前記内側・外側の両ターゲットの
間及び外側ターゲットの外周に、ターゲット表面から陽
極側に延び出した絶縁体からなる放出原子捕捉リングを
配置し、低い放出角で放出されるスパッタ原子及び低い
角度で陰極側に入射するスパッタ原子を捕捉するように
した薄膜製造方法。
【請求項２】前記内側及び外側ターゲットを、それぞ
れクロム及びニッケルによって作製し、２００℃の以下
基板温度で、前記内側及び外側のとターゲットをスパッ
タする時間を時間的秩序を与えて制御するようにした請
求項１記載の製造方法。
【請求項３】一対の陽極と陰極とを所定の間隔を開け
て配置し、陰極の裏側に、陰極上に配置するターゲット
を囲む円筒状の外側永久磁石と、その中央部に、前記と
反対極の中側永久磁石を配置し、前記二つの永久磁石の
間に、円筒状鉄心と、この鉄心の周方向にコイルを巻い
た制御用電磁石を配置し、前記中側永久磁石と円筒状鉄
心との間の陰極上に内側ターゲットを配置し、また外側
永久磁石と円筒状鉄心との間の陰極上に外側ターゲット
を配置し、前記コイルの通電を制御することよりスパッ
タするターゲットを選択可能にしたマグネトロンスパッ
タリング装置において、前記内側・外側の両ターゲット
の間及び外側ターゲットの外周に、ターゲット表面から
陽極側に延び出した絶縁体からなる放出原子捕捉リング
を配置し、低い放出角で放出されるスパッタ原子及び低
い角度で陰極側に入射するスパッタ原子を捕捉するよう
にした薄膜製造装置。
【請求項４】前記放出原子捕捉リングを、セラミック
スによって形成した請求項３記載の薄膜製造装置。
【請求項５】シーズヒーター互いに平行させて配置し
た発熱体を、前記基板の裏側に配置し、前記発熱体と基
板との間に熱伝導板を介装し、基板に入射するスパッタ
原子のエネルギーを制御するようにした請求項３又は４
記載の薄膜製造装置。
【請求項６】前記発熱体を、１本のシーズヒーターを
基板の外側で複数回折り返し、平行に配置したシーズヒ
ーターを形成した請求項５記載の薄膜製造装置。
【請求項７】基板と前記熱伝導板との間に電極板を配
置し、この電極板に接続した導線からバイアス電位を与
えることにより、基板に入射するスパッタ原子のエネル
ギーを制御するようにした請求項５又は６記載の薄膜製
造装置。
【請求項８】前記基板を冷却する冷却装置を冷却用流
体を通す冷却管によって形成し、基板近傍に配置した請
求項３、４、５、６又は７記載の薄膜製造装置。
【請求項９】前記基板の少なくとも一部を覆う窓を有
するシャッターを、基板の前面に着脱自在に取り付け、
スパッタ原子が基板上に付着する領域を制御できるよう
にした請求項３、４、５、６、７又は８記載の薄膜製造
装置。