(57)【要約】  真空スパッタリング区域内において用いられるターゲット配列方式を提供する。このターゲット配列はスパッタされる材料からなる主ターゲット１と強磁性材料の補助ターゲット２とを備えている。このターゲット配列において、主および補助ターゲットの表面を横切って磁場が印加されたときに、主ターゲット上方の磁場が主ターゲットの表面に対して実質的に平行になっている高均質磁場の領域内に閉じ込められるように主および補助ターゲットが互いに対して相対的に配置され、スパッタリングにおいて上記ターゲット領域の全体が均一に侵食される。好ましくは、主ターゲットと補助ターゲットは間隙（１２）を挟んで離間され、磁場の閉じ込を高めるように構成されるとよい。補助ターゲットの表面は主ターゲットの表面よりも高くされているとよい。また、主ターゲットは強磁性材料または非磁性材料のいずれであってもよい。
2005509091.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スパッタされる材料からなる主ターゲットと、強磁性材料からなる補助ターゲットとを備えてなる、真空スパッタリング区域内において用いられるターゲットの配列方式であって、
前記主および補助ターゲットの表面を横切って磁場が印加されたときに、前記主ターゲットの表面に対して実質的に平行になっている高均質磁場強度の領域内に前記主ターゲット上方の磁場が閉じ込められるように、前記主および補助ターゲットが互いに対して相対的に配置されて、スパッタリングにおいて前記ターゲット領域の全体が均一に侵食される、ターゲット配列方式。
【請求項２】
前記主ターゲットと前記補助ターゲットが間隙を挟んで離間され、磁場および／または電場の閉じ込めとスパッタリング処理との効率を高めることを特徴とする請求項１に記載のターゲット配列方式。
【請求項３】
前記補助ターゲットの表面が前記主ターゲットの表面よりも高くされていることを特徴とする請求項１または２に記載のターゲット配列方式。
【請求項４】
前記補助ターゲットの前記高くされた表面が前記主ターゲットの表面から前記主ターゲットの幅以下の高さ分だけ上方に延びていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のターゲット配列方式。
【請求項５】
複数の補助ターゲットが設けられることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のターゲット配列方式。
【請求項６】
前記主ターゲットよりも上方に異なった高さに高くされた複数の補助ターゲットが設けられることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のターゲット配列方式。
【請求項７】
前記主ターゲットと前記補助ターゲットとが同一材料からなることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のターゲット配列方式。
【請求項８】
前記主ターゲットと前記補助ターゲットとが異なる材料からなることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のターゲット配列方式。
【請求項９】
前記主ターゲットは非磁性材料からなることを特徴とする請求項８に記載のターゲット配列方式。
【請求項１０】
前記主および補助ターゲットはバッキング・プレートに取り付けられることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のターゲット配列方式。
【請求項１１】
前記主および補助ターゲットは異なるベース面に取り付けられることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載のターゲット配列方式。
【請求項１２】
１つ以上のバッキング・プレートが設けられ、前記主および補助ターゲットは、全てが同一のバッキング・プレートに取り付けられてはいないことを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載のターゲット配列方式。
【請求項１３】
前記主ターゲットが前記補助ターゲットとは独立に交換可能であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載のターゲット配列方式。
【請求項１４】
前記主ターゲットと前記補助ターゲットとの間の前記間隙が１０ｍｍ以下の幅を有していることを特徴とする請求項２ないし１３のいずれかに記載のターゲット配列方式。
【請求項１５】
前記主ターゲットと前記補助ターゲットとの間の前記間隙が５ｍｍ以下の幅を有していることを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載のターゲット配列方式。
【請求項１６】
前記主ターゲットと前記補助ターゲットとの間の前記間隙が１から２ｍｍの範囲内の幅を有していることを特徴とする請求項１〜１５のいずれかに記載のターゲット配列方式。
【請求項１７】
前記主ターゲットと前記補助ターゲットとの間の前記間隙が前記主ターゲットの厚みの少なくとも３０％の深さを有していることを特徴とする請求項１〜１６のいずれかに記載のターゲット配列方式。
【請求項１８】
前記主ターゲットと前記補助ターゲットとの間の前記間隙が前記主ターゲットの厚みの少なくとも７０％の深さを有していることを特徴とする請求項１〜１７のいずれかに記載のターゲット配列方式。
【請求項１９】
前記主ターゲットと前記補助ターゲットとの間の前記間隙が前記主ターゲットの厚みの９０％から１００％の範囲内の深さを有していることを特徴とする請求項１〜１８のいずれかに記載のターゲット配列方式。
【請求項２０】
前記主ターゲットは溝付き表面を有していることを特徴とする請求項１〜１９のいずれかに記載のターゲット配列方式。
【請求項２１】
請求項１〜２０のいずれかに記載のターゲット配列方式を有する真空蒸着プロセスに用いられる装置。
【請求項２２】
請求項１〜２１のいずれかに記載のターゲット配列方式を有するマグネトロン・スパッタリングに用いる装置であって、
前記主および補助ターゲットの上方の領域に磁場を生成する磁気手段と、
前記主ターゲットの上方の磁場であって、前記主ターゲットの表面に対して実質的に平行になっている高均質磁場強度の領域内に閉じ込められるような磁場と
をさらに備えることを特徴とする装置。
【請求項２３】
前記磁気手段は前記補助ターゲットの直後ろまたは前記補助ターゲットの近傍に配置されることを特徴とする請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
請求項２２または２３に記載の装置をスパッタリングに用いる使用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はマグネトロン・スパッタリングに関し、特に、マグネトロン・スパッタリング用ターゲット、そのようなターゲットを備える装置、およびマグネトロン・スパッタリングの方法に関する。特に実施例において述べるように、本発明は従来装置と比較してより厚い強磁性ターゲットからスパッタリングすることが可能なマグネトロン・スパッタ源に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属コバルト、ニッケル、および鉄のような強磁性材料のマグネトロン・スパッタリングはこれらの金属の高い透磁率によって制約を受ける。例えば、鉄の場合、従来の方法によれば、最大１．５ｍｍ厚みのターゲットに対してスパッタを行なうことができる。しかし、ターゲットの厚みが１．５ｍｍを超えると、スパッタに必要なプラズマを生成するには不十分な強度の磁場しか生成することができない。
【０００３】
従来のスパッタリング法の別の欠点は、ターゲット材料の約９０％が磁場に閉じ込められて侵食させることができない点にある。これらの欠点により、プロセスは高価であり、ターゲットの利用効率が悪く、時間の浪費が大きくなる。また、薄いターゲットのみしか用いることができないので、それらのターゲットを頻繁に取り替える必要があり、その結果、定期的に工程を停止させて、取替えを行なった後に真空を再生成する必要があるという不都合さを生じる。このようなプロセスはコスト効率が悪く、かつ時間の浪費も大きい。
【０００４】
さらに、既存の方法はターゲット領域から被覆される試料へのイオンの到達を制御するのが容易ではなく、膜特性が処理ごとに異なる場合がある。その結果、このような方法によって製造される膜を使用する技術、例えば、磁気記録媒体の技術に制約を与える。
【発明の開示】
【０００５】
本発明は、前述の問題の少なくともいずれかを解決することができるスパッタリング装置および方法を提供することを目的とする。本発明の実施態様はスパッタされる強磁性ターゲットが少なくとも２つの部分からなるマグネトロン・スパッタリング源に基づいている。通常、これらの強磁性部分の間に間隙が設けられる。強磁性ターゲット部分に対するいくつかの磁気手段の相対的な位置と極性を選択することによって、磁力線を主強磁性ターゲット材料の上方に閉じさせることができる。通常、強磁性ターゲット部分の少なくともいずれかを他の部分の表面の上方に位置させることによって、電磁場を有効に閉じ込める空間（a vault）を生成することができる。この空間内の磁場は通常２つの領域、すなわち、高い磁場強度の領域と低くかつ高均質な磁場強度の領域を有している。このような電磁場によって、スパッタリングを極めて低圧で（at very low pressures）行なうことができる。また、このような電磁場によって、強磁性材料のスパッタリングは安定し、スパッタされた膜の欠陥を低減させることができる。
【０００６】
本発明の第１態様によれば、真空スパッタリング区域内において用いられるターゲット配列が提供される。このターゲット配列はスパッタされる材料からなる主ターゲットと強磁性材料からなる補助ターゲットとを備え、主および補助ターゲットの表面を横切って磁場が印加されたときに、主ターゲットの表面に対して実質的に平行になっている高均質磁場強度の領域内に主ターゲット上方の磁場が閉じ込められるように、主および補助ターゲットが互いに対して相対的に配置され、スパッタリングにおいて上記ターゲット領域の全体が均一に侵食される点に特徴がある。
【０００７】
高均質磁場の領域は主ターゲットの全面に及ぶ必要はなく、主ターゲットの表面の一部の領域をほぼ覆っていればよい。
【０００８】
好ましくは、主ターゲットと補助ターゲットは間隙を挟んで離間され、磁場および／または電場の閉じ込めとスパッタリング処理の効率を高めるように構成されるとよい。
【０００９】
好ましくは、補助ターゲットの表面が主ターゲットの表面よりも高くされているとよい。この構成によって、磁場を有効に閉じ込める空間が形成される。好ましくは、補助ターゲットの高くされた表面は主ターゲットの表面から主ターゲットの幅以下の高さ分だけ上方に延びているとよい。しかし、例えば、主ターゲットが非磁性材料からなる場合、補助ターゲットは主ターゲットと同じ水準の露出面を有していてもよい。１つ以上の補助ターゲットを設ける場合、各補助ターゲットは主ターゲットに対して異なる高さに高くされていてもよい。
【００１０】
好ましくは、本発明の前述の態様の各々において、複数の補助ターゲットが設けられるとよい。また、１つ以上の主ターゲットが設けられてもよい。この場合、好ましくは、補助ターゲットは、主ターゲットの各々に隣接し、かつそれらの間に配置されるとよい。
【００１１】
好ましくは、主ターゲットと補助ターゲットは同一材料からなるとよい。この場合、スパッタリングプロセスにおける補助ターゲットの侵食による汚染のおそれをなくすことができる。しかし、主ターゲットと補助ターゲットが異なる材料からなっていてもよい。補助ターゲットと異なり、主ターゲットは必ずしも磁気材料からなる必要はない。
【００１２】
ターゲットは平面または非平面のいずれであってもよい。さらに、ターゲットは平面視で、円形、矩形、または他のいかなる幾何学的形状であってもよい。スパッタリングを生成する作動圧を低減させるために、例えば、主ターゲットは穴付き表面を有しているとよい。
【００１３】
ターゲットの好ましい寸法とそれらの相対的な位置は用いる材料とスパッタリング条件に依存する。主ターゲットと補助ターゲット間の間隙は好ましくは１０ｍｍ以下の幅、さらに好ましくは、５ｍｍ以下の幅、最も好ましくは、１から２ｍｍの範囲内の幅を有しているとよい。
【００１４】
主ターゲットと補助ターゲットは間隙によって完全に分離されている必要は必ずしもなく、それらのターゲットの間に、そのターゲットの面に沿って、間隙が部分的に延びていてもよい。間隙の好ましい深さは材料と条件に依存して変更可能である。好ましくは、間隙は主ターゲットの厚みの少なくとも３０％の深さ、さらに好ましくは、主ターゲットの厚みの少なくとも７０％の深さ、最も好ましくは、主ターゲットの厚みの９０％から１００％の範囲内の深さを有しているとよい。間隙が主ターゲットの全厚みの深さを有していない場合、主ターゲットと補助ターゲットは一体である。この場合、主ターゲットと補助ターゲットは同一の材料からなる。あるいは、主ターゲットと補助ターゲットは別々にされていて、独立して外したり取替え可能に構成されてもよい。この構成は、主ターゲットが通常補助ターゲットよりも早く侵食するので、特に有利である。一般的に、主ターゲットが１０回取り替えられる期間中に、補助ターゲットを取替える必要があるのは１回である。
【００１５】
好ましくは、主ターゲットと補助ターゲットはバッキング・プレートに取り付けられるとよい。バッキング・プレートは平面とすることができる。この場合、主ターゲットおよび補助ターゲットは同一のベース面に取り付けられる。あるいは、バッキング・プレートは段付き面を有していてもよい。この場合、主ターゲットおよび補助ターゲットは異なるベース面に取り付けられる。複数の補助ターゲットを設ける場合、これらの補助ターゲットは好ましくは１つのバッキング・プレートの異なるベース面に取り付けられるとよい。１つ以上のバッキング・プレートが設けられることができる。この場合、主ターゲットと補助ターゲットは同一のバッキング・プレートに取り付けられる必要はない。
【００１６】
本発明の第２態様によれば、本発明の第１態様によるターゲット配列を備えるマグネトロン・スパッタリングに用いられる装置が提供される。この装置は、主および補助ターゲットの上方の領域に磁場を生成する磁気手段と、主ターゲットの上方の磁場であって、主ターゲットの表面に対して実質的に平行になっている高均質磁場強度の領域内に閉じ込められるような磁場とをさらに備える点に特徴がある。
【００１７】
好ましくは、磁気手段は補助ターゲットの直後ろまたは補助ターゲットの近傍に配置され、必要な磁場強度分布を生成するように構成されるとよい。
【００１８】
本発明の第３態様によれば、第１態様の装置をマグネトロン・スパッタリングに用いる使用方法が提供される。
【００１９】
高磁場強度の領域を所定の望ましい領域に閉じ込めることによって、本発明は従来の方法と比較してより厚いターゲットを用いることができる。一般的に、本発明によれば、従来のスパッタリングと比較して５から１０倍の厚みのターゲットを用いることができる。例えば、鉄からなる主ターゲットの場合、５〜６ｍｍ厚みの主ターゲットを用いることができ、ニッケルからなる主ターゲットの場合、１０ｍｍに達する主ターゲットを用いることができる。その結果、ターゲットの取替え頻度を減らし、時間とコストを節約することができる。
【００２０】
さらに、生成する磁場の形態によって、交換までにターゲットの１０％未満の有効利用にすぎなかった従来の方法と比較して、本発明はターゲットの５０％を超える極めて高い有効利用を実現することができる。その結果、材料の浪費を低減し、コストと時間の効率を改善することができる。
【００２１】
本発明のさらに他の利点は、極めて低圧でのスパッタリングを可能とし、欠陥密度の少ない良好な品質の皮膜を生成することができる点にある。
【００２２】
以下、添付の図面に示す例に基づいて、本発明をさらに詳細に説明する。ただし、ここに示す例は単なる例示にすぎず、本発明を制限するものではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１は磁気アレイと３つの部分からなる強磁性ターゲットを示している。主ターゲット１はスパッタされる主材料からなる。２つの他のターゲット部分、すなわち、外側補助ターゲット２と内側補助ターゲット３がこの主ターゲット１を包囲している。ここで、間隙１２によって、主ターゲット１は補助ターゲット２および３の各々から離間されている。
【００２４】
磁気手段４が補助ターゲット２および３の各々の下方に配置されている。磁気手段４は磁極４ａおよび４ｂからなる。ケーシング５によって、ターゲットが配置されている低圧区域は大気状態から隔絶されている。図示の実施例において、ケーシング５はターゲット１、２、および３が取り付けられる一体のベース板を備えている。
【００２５】
補助ターゲット２および３は主ターゲット１の水平面よりも上方に高くされている。３つの異なるターゲット部分に対する磁極４ａおよび４ｂの相対的な位置によって、磁力線６の前後に及ぶ磁場を補助ターゲット２および３間に閉じさせることができる。その結果、安定した均一低磁場が主ターゲットの中心領域の表面の上方に生じ、この領域はプラズマによって侵食される。一方、主ターゲットの外縁部は無視できる程度しか侵食されない。同様に、補助ターゲット２および３もわずかな量しか侵食されない。主ターゲットは均一かつ除々に侵食するので、交換するまでにターゲット材料のほぼ５０％を用いることができる。対照的に、補助ターゲット２および３は実質的に侵食しないので、交換するとしても、それほど頻繁に交換する必要はない。このような磁場と共にスパッタリングプロセス中にターゲットにバイアス印加される電場によって、極めて低圧でスパッタリングを行なうことができる。
【００２６】
図２および図３は、補助ターゲット２および３の外形を異なる電磁場分布を生じるように変更した以外は、図１と同一のターゲット配列および磁気手段を有している。補助ターゲットの外形を変更することによって、スパッタリングによる補助ターゲットの侵食の程度を可能な限り小さくすることができる。このような変更は補助ターゲットの材料が主ターゲットの材料と異なっている場合に特に望ましい。その理由は、補助ターゲットが侵食されると、皮膜材料が汚染される可能性があるからである。補助ターゲットが図７に示すような四角形の外形または図１に示すような突出した外形を有している場合、補助ターゲットの上側隅領域は徐々に侵食され、この領域の下方の領域内に補助ターゲットの材料がいくらか蒸着される。このような望ましくない侵食は補助ターゲットの上側隅部を図３および図４ａに示すような傾斜した形状に変更することによって低減させることができる。図２はさらに他の補助ターゲットの外形を示しているが、この形状は望ましくない侵食をもたらすおそれがある。なお、図３のターゲット設計は主ターゲットの交換を容易にするという別の利点がある。
【００２７】
図４ａに示す実施例において、磁力線６で示すように磁場の飽和を高めかつ磁場強さを向上させるために、追加的な磁気手段７が設けられている。その結果、主ターゲット１の磁気飽和が促進され、磁力線６によるプラズマの閉じ込め効果を高めることができる。この構成によって、スパッタリングに用いる主ターゲットの厚みをより大きくすることができる。
【００２８】
図４ｂは図４ａの磁力線をさらに詳細に示している。主ターゲット１の上方の領域における磁場強さ（Ｂｘ）を矢印８ａ―８ｂ−８ｃに沿って測定し、その結果を図４ｃに示す。図４ｃにおいて、８ａ′、８ｂ′、および８ｃ′で示す領域内の点はそれぞれ図４ｂの部分８ａ、８ｂ、および８ｃに沿った領域に対応している。図示するように、磁場は高磁場強度の領域８ａおよび８ｃと低い磁場強度の均質磁場強度の領域８ｂ内に閉じ込められている。
【００２９】
図５の実施例は、中心の補助ターゲット３が用いられず、ターゲットが２つの部分のみからなる点を除いて、図４ａの実施例と同様の配列を有している。磁力線６によって示すように、このターゲット配列においても主ターゲット１を横切る２つの領域に閉鎖磁場を生成するが、磁場の閉じ込めは図４ａの配列と比較して少ない。
【００３０】
図６は主ターゲットと補助ターゲットとの間に間隙のない単一ターゲット１を示している。間隙が設けられていないので、磁力線６によって示すように、ターゲットの上方の領域における磁場強度は著しく小さい。その結果、他の図面において示される特有の磁気閉じ込めが無くなり、本発明の望ましい結果が得られていない。
【００３１】
一方、図７は本発明の範囲内におけるさらに他の変更例を示している。主ターゲット１の形状は磁場の厳密な形状と強度を変更するように改善されている。
【００３２】
図８ａおよび図８ｂは主ターゲットの表面形状に関する１つの変更例を示している。すなわち、主ターゲットの表面は溝付きの形状（slotted profile）を有し、スパッタリングにおける圧力をさらに低減させることができる。
【００３３】
図９ａおよび９ｂの配列において、主ターゲットと補助ターゲットとは、それらのターゲットの間の間隙によって完全には分離されていない。すなわち、ベース板との接点の近傍において、主ターゲットと補助ターゲットは互いに接触している。さらに具体的に述べると、主ターゲットは、補助ターゲットと接触する延長フランジ１６を備えている。この配列は組立の際にターゲットをベース板上に容易かつ正確に取り付けることができるという利点を有している。また、この配列によれば、必要に応じて、主ターゲットを補助ターゲットから取り外して交換することができる。
【００３４】
図１０に示す主ターゲット１は非磁性材料からなる。この実施例において、主ターゲットと補助ターゲット間の間隙は不必要であり、ターゲットは図示するように互いに接している。陽極２０が外側補助ターゲット２の上方に配置されている。この陽極２０はプラズマが補助ターゲット２と接触してその表面を侵食するのを妨げる。すなわち、陽極２０はシールドとして作用する。その代わり、この配列は、主ターゲット１の上方にプラズマを集中させる効果があり、主ターゲットをより大きく侵食させる場合に適している。陽極は適切な材料、例えば、チタン、アルミニウム、またはステンレス鋼からなるとよい。陽極は接地させてもよいし、または浮遊させてもよい。あるいは、陽極に陰極よりも高い電位をバイアスとして印加してもよい。
【００３５】
中心の補助ターゲット３の側面３ａにおいてわずかな量の材料が再蒸着されるので、補助ターゲットの表面における望ましくない侵食を防ぐことができる。
【００３６】
図１０に示す実施例において、追加的な強磁性体２２が設けられている。この強磁性体２２は磁力線６を移動させ、磁力線６を主ターゲット１の表面に略平行に延長する平坦な形状にする効果がある。その結果、主ターゲットの表面を横切る侵食の分布を平坦でかつより均一にし、被スパッタ材料の歩留りを大きくし、ターゲットの利用効率をさらに高めることができる。
【００３７】
前述の説明は本発明の種々の好適な実施例を例示したにすぎず、さらに他の変更例を請求の範囲に記載の本発明の範囲から逸脱することなく考案することができることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第１の好適な実施例による配列の断面図である。
【図２】本発明の第２の好適な実施例による配列の断面図である。
【図３】本発明の第３の好適な実施例による配列の断面図である。
【図４ａ】本発明の第４の好適な実施例による配列の断面図である。
【図４ｂ】図４ａの実施例の詳細な断面図である。
【図４ｃ】図４ｂの矢印に沿った各場所における距離に対する磁束密度の関係を示す図である。
【図５】本発明の第５の好適な実施例による配列の断面図である。
【図６】本発明の実施例と比較するための比較配列の断面図である。
【図７】本発明の第６の好適な実施例による配列の断面図である。
【図８ａ】本発明の第７の好適な実施例による配列の断面図である。
【図８ｂ】磁場の分布を示すための図８ａの実施例の拡大詳細図である。
【図９ａ】本発明の第８の好適な実施例による配列の断面図である。
【図９ｂ】図９ａの実施例の拡大詳細図である。
【図１０】本発明の第９の好適な実施例による配列の断面図である。
【図１】
2005509091.tif 000003
【図２】
2005509091.tif 000004
【図３】
2005509091.tif 000005
【図４ａ】
2005509091.tif 000006
【図４ｂ】
2005509091.tif 000007
【図４ｃ】
2005509091.tif 000008
【図５】
2005509091.tif 000009
【図６】
2005509091.tif 000010
【図７】
2005509091.tif 000011
【図８ａ】
2005509091.tif 000012
【図８ｂ】
2005509091.tif 000013
【図９ａ】
2005509091.tif 000014
【図９ｂ】
2005509091.tif 000015
【図１０】
2005509091.tif 000016
【国際調査報告】
2005509091.tif 000017
2005509091.tif 000018
2005509091.tif 000019