(57)【要約】【目的】  形成すべき合金薄膜の種類に拘わらず、また合金薄膜を構成する各金属の成分比に拘わらず、高価な合金材料からなるターゲットを予め用意する必要を無くし、低コストで合金薄膜を形成することができるようにした合金薄膜の製造装置及び方法を提供する。【構成】  第１の種類の金属ターゲットを含む第１のスパッタ部から第１の種類のスパッタ粒子を基板の方向に飛散させると共に、第２の種類の金属ターゲットを含む第２のスパッタ部から第１の種類のスパッタ粒子を基板の方向に飛散させることにより、前記互いに異なる種類の金属スパッタ粒子を混合させながら前記基板上に堆積させて所望の合金薄膜を形成する方法及びそのための装置である。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器内に配置され所定の基板を保持するための基板ホルダーと、
前記真空容器内に配置された第１のスパッタ部であって、互いに所定の間隔を介して対向配置されて成りそれぞれが第１の金属材料から成る一対のターゲットと、前記各ターゲットの背面側に配置され、前記各ターゲット間の空間に前記各ターゲットのスパッタ面に略垂直な方向の磁界を発生するための磁石とを含む第１のスパッタ部と、
前記真空容器内に配置された第２のスパッタ部であって、互いに所定の間隔を介して対向配置されて成りそれぞれが前記第１の金属材料とは異なる種類の第２の金属材料から成る一対のターゲットと、前記各ターゲットの背面側に配置され、前記各ターゲット間の空間に前記各ターゲットのスパッタ面に略垂直な方向の磁界を発生するための磁石とを含む第２のスパッタ部と、を含み、
前記第１のスパッタ部と前記第２のスパッタ部は、それぞれが前記基板に対して所定の距離を介して配置されるように互いに並べられており、且つ、それぞれの各ターゲット間の磁場空間の前記スパッタ面と略垂直な面が、前記各ターゲットの側方に位置する前記基板の薄膜形成面に対向するように配置されている、
ことを特徴とする合金薄膜の製造装置。
【請求項２】
真空容器内に基板を配置する第１工程と、
前記真空容器内に前記基板と対向するように配置された第１のスパッタ部であって、互いに所定の間隔を介して対向配置されて成りそれぞれが第１の金属材料から成る一対のターゲットと、前記各ターゲットの背面側に配置され前記各ターゲット間の空間に前記各ターゲットのスパッタ面に略垂直な方向の磁界を発生するための磁石と、を含む第１のスパッタ部に含まれる前記各ターゲットにスパッタ電力を供給すると共に、前記各ターゲット間に不活性ガスを供給することにより、前記各ターゲットをスパッタし、そのスパッタ粒子を前記基板の方向に飛散させる第２工程と、
前記第２工程と同時に又は相前後して、前記真空容器内に前記基板と対向するように配置された第２のスパッタ部であって、互いに所定の間隔を介して対向配置されて成りそれぞれが前記第１の金属材料とは異なる種類の第２の金属材料から成る一対のターゲットと、前記各ターゲットの背面側に配置され前記各ターゲット間の空間に前記各ターゲットのスパッタ面に略垂直な方向の磁界を発生するための磁石と、を含む第２のスパッタ部に含まれる前記各ターゲットにスパッタ電力を供給すると共に、前記各ターゲット間に不活性ガスを供給することにより、前記各ターゲットをスパッタし、そのスパッタ粒子を前記基板の方向に飛散させる第３工程と、
前記第２工程により前記第１のスパッタ部から放出された前記スパッタ粒子と、前記第３工程により前記第２のスパッタ部から放出された前記スパッタ粒子とを混合させながら前記基板の上に付着・堆積させて合金薄膜を形成する第４工程と、
を含むことを特徴とする合金薄膜の製造方法。
【請求項３】
請求項２において、
前記第１及び第２スパッタ部からそれぞれ飛散されるスパッタ粒子の量をそれぞれ調整し、これにより、前記基板上に形成される合金薄膜を構成する各金属の成分比を任意に調整するようにしたことを特徴とする合金薄膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ミラートロンスパッタ法（対向ターゲット式スパッタ法）を利用した合金薄膜の製造装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えば磁気記録用磁性合金薄膜などの合金薄膜を製造する方法の一つとしてスパッタ法が利用されている。このスパッタ法により合金薄膜を形成するときは、所望の合金薄膜と同じ組成の合金ターゲットを予め用意し、この合金ターゲットをスパッタしてそのスパッタ粒子を基板に堆積させて合金薄膜を得るようにしている。スパッタ法としては、２極ＤＣグロー放電スパッタ法、マグネトロンスパッタ法、ミラートロンスパッタ法（対向ターゲット式スパッタ法）などが知られているが、近年では、基板へのプラズマ衝撃が少ないこと、低温成膜が可能であること、高速膜形成が可能であること、磁性体ターゲットからのスパッタ粒子を基板へ飛ばし易いことなどから、ミラートロンスパッタ法の利用が増加している。
【０００３】
図２は従来のミラートロンスパッタ装置を示す概略図である（特許文献１参照）。図２に示すように、従来のミラートロンスパッタ装置は、例えば（Ｃｕ−Ｃｒ合金薄膜を形成したいときは）Ｃｕ−Ｃｒ合金からなる一対のターゲット４１，４１を真空容器４０内に間隔をおいて対向配置すると共に、各ターゲット４１，４１間の空間Ｈ’を磁場空間とするための磁石４２をターゲット４１，４１の背面側にそれぞれ配置し、さらに、被処理物である基板４３を磁場空間Ｈ’と対峙するようにターゲット４１，４１間の側方に配置した構成を採用している。また、各ターゲット４１，４１間にプラズマを形成すべく、各ターゲット４１，４１間の側方近傍に、例えばアルゴンガス等の不活性ガスを導入するための不活性ガス供給系４４を設けている。なお、４５は、ターゲット４１，４１からのスパッタ粒子を酸素ガスや窒素ガスなどの反応性ガスと反応させる場合に反応性ガスを基板４３の近傍に導入するための反応性ガス供給系である。
【０００４】
図２の装置では、前述のように前記各ターゲット４１，４１の背面側にそれぞれ略リング状の磁石４２，４２が配置されているため、前記一対のターゲット４１，４１間の空間Ｈ’は、一方の磁石４２から他方の磁石４２に磁力線が走る磁場空間となる。前記ターゲット４１，４１間の空間Ｈ’は、その周辺部（前記各リング状の磁石４２に対向する略リング状部分＝前記略円板状のターゲット４１の外周に対向する略リング状部分）が磁束密度が高く、その内側の中央部が磁束密度が低い状態となっている。
【０００５】
図２において、真空容器４０内を真空排気した後、アルゴンガスを導入し、その後、ターゲット４１，４１を陰極とすべくスパッタ電圧を印加すると、ターゲット４１，４１間に介在するアルゴンガスは、イオン化してプラズマとなり、磁場空間Ｈ’に閉じ込められた状態でターゲット４１，４１間を往復運動して、ターゲット４１，４１をスパッタする。そして、スパッタされて磁場空間Ｈ’から飛び出したスパッタ粒子は基板４３の表面上に被着・堆積する。これによって、基板４３の表面には、例えばＣｕ−Ｃｒ合金薄膜などの所望の合金薄膜が形成（成膜）される。
【特許文献１】特許第３５０５４５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、図２に示すような一対の合金ターゲットを使用してミラートロンスパッタ装置により合金薄膜を形成する場合は、形成すべき合金薄膜と同じ組成の合金ターゲットを予め用意する必要があるが、形成すべき合金薄膜の種類によっては用意すべき合金ターゲットの価格が高いため、製造コストが高くなってしまうという問題があった。また、前記形成すべき合金薄膜と同じ種類の金属から成る合金薄膜でも、互いに各金属の成分比が異なる合金薄膜を形成しようとするときは、それぞれの成分比に適合するように調整された特別の合金ターゲットを用意する必要があり、この点からも製造コストが高くなってしまうという問題があった。
【０００７】
本発明はこのような従来技術の問題点に着目してなされたものであって、形成すべき合金薄膜の種類に拘わらず、また合金薄膜を構成する各金属の成分比に拘わらず、高価な合金材料からなるターゲットを予め用意する必要を無くし、低コストで合金薄膜を形成することができるようにした合金薄膜の製造装置及び方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以上のような課題を解決するための本発明による合金薄膜の形成装置は、真空容器内に配置され所定の基板を保持するための基板ホルダーと、前記真空容器内に配置された第１のスパッタ部であって、互いに所定の間隔を介して対向配置されて成りそれぞれが第１の金属材料から成る一対のターゲットと、前記各ターゲットの背面側に配置され、前記各ターゲット間の空間に前記各ターゲットのスパッタ面に略垂直な方向の磁界を発生するための磁石とを含む第１のスパッタ部と、前記真空容器内に配置された第２のスパッタ部であって、互いに所定の間隔を介して対向配置されて成りそれぞれが前記第１の金属材料とは異なる種類の第２の金属材料から成る一対のターゲットと、前記各ターゲットの背面側に配置され、前記各ターゲット間の空間に前記各ターゲットのスパッタ面に略垂直な方向の磁界を発生するための磁石とを含む第２のスパッタ部と、を含み、前記第１のスパッタ部と前記第２のスパッタ部は、それぞれが前記基板に対して所定の距離を介して配置されるように互いに並べられており、且つ、それぞれの各ターゲット間の磁場空間の前記スパッタ面と略垂直な面が、前記各ターゲットの側方に位置する前記基板の薄膜形成面に対向するように配置されている、ことを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明による合金薄膜の製造方法は、真空容器内に基板を配置する第１工程と、前記真空容器内に前記基板と対向するように配置された第１のスパッタ部であって、互いに所定の間隔を介して対向配置されて成りそれぞれが第１の金属材料から成る一対のターゲットと、前記各ターゲットの背面側に配置され前記各ターゲット間の空間に前記各ターゲットのスパッタ面に略垂直な方向の磁界を発生するための磁石と、を含む第１のスパッタ部に含まれる前記各ターゲットにスパッタ電力を供給すると共に、前記各ターゲット間に不活性ガスを供給することにより、前記各ターゲットをスパッタし、そのスパッタ粒子を前記基板の方向に飛散させる第２工程と、前記第２工程と同時に又は相前後して、前記真空容器内に前記基板と対向するように配置された第２のスパッタ部であって、互いに所定の間隔を介して対向配置されて成りそれぞれが前記第１の金属材料とは異なる種類の第２の金属材料から成る一対のターゲットと、前記各ターゲットの背面側に配置され前記各ターゲット間の空間に前記各ターゲットのスパッタ面に略垂直な方向の磁界を発生するための磁石と、を含む第２のスパッタ部に含まれる前記各ターゲットにスパッタ電力を供給すると共に、前記各ターゲット間に不活性ガスを供給することにより、前記各ターゲットをスパッタし、そのスパッタ粒子を前記基板の方向に飛散させる第３工程と、前記第２工程により前記第１のスパッタ部から放出された前記スパッタ粒子と、前記第３工程により前記第２のスパッタ部から放出された前記スパッタ粒子とを混合させながら前記基板の上に付着・堆積させて合金薄膜を形成する第４工程と、を含むことを特徴とするものである。
【００１０】
さらに、本発明による合金薄膜の製造方法においては、前記第１及び第２スパッタ部からそれぞれ飛散されるスパッタ粒子の量をそれぞれ調整し、これにより、前記基板上に形成される合金薄膜を構成する各金属の成分比を任意に調整するようにしたことが望ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明においては、前記第１のスパッタ部及び第２のスパッタ部の中にそれぞれ互いに異なる種類の金属ターゲットを配置することにより、前記第１及び第２のスパッタ部からそれぞれ同時に互いに異なる種類の金属粒子（スパッタ粒子）を放出して互いに混合させながら前記基板上に付着・堆積させるようにしている。したがって、本発明においては、形成すべき合金薄膜がどのような種類のものでも、（従来のように高価な合金ターゲットを予め用意することなく）安価な単一種類金属のターゲットを、複数種類、用意するだけで、所望の合金薄膜を形成することができる。よって、本発明によれば、従来のように形成すべき合金薄膜に対応する高価な合金ターゲットを予め用意する必要が無くなり、低コストで合金薄膜を形成することが可能になる。
【００１２】
また、特に本発明において、前記第１及び第２スパッタ部からそれぞれ飛散されるスパッタ粒子の量を（例えばスパッタ電圧の大きさや不活性ガスの供給量などを調整することにより）それぞれ調整するようにしたときは、互いに各金属の成分比が異なる合金薄膜を形成するときでも、（従来のように所定の成分比に適合する合金ターゲットを予め用意することなく）単一種類金属のターゲットを、複数種類、用意するだけで、所望の成分比の合金薄膜を形成することができる。よって、本発明によれば、従来のように所望の成分比に合わせた高価な合金ターゲットを予め用意する必要が無くなり、低コストで所望の成分比に適合する合金薄膜の形成が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明を実施するための最良の形態は、以下の実施例１について述べるような形態である。
【実施例１】
【００１４】
以下、本発明の実施例１による合金薄膜形成装置及びこれを使用した合金薄膜の形成方法を図１を参照して説明する。図１において、１は真空容器（図示せず）内に配置された基板ホルダー（図示せず）に保持された基板、３は前記真空容器内に配置された第１スパッタ部、４は前記真空容器内に配置された第２スパッタ部、である。
また、図１において、３ａは前記第１スパッタ部３に含まれる一対の例えば円板状のターゲットであって所定の金属、例えばＣｒ製のＣｒターゲット、３ｂは前記第１スパッタ部３を構成する磁石であって前記各ターゲット３ａの背面側に配置され前記各ターゲット３ａ間の空間Ｈ１に前記各ターゲット３ａのスパッタ面に略垂直な方向の磁界を発生するための略リング状の磁石、である。
【００１５】
また、図１において、４ａは前記第２スパッタ部４に含まれる一対の例えば円板状のターゲットであって所定の金属、例えばＣｕ製のＣｕターゲット、４ｂは前記第２スパッタ部４を構成する磁石であって前記各ターゲット４ａの背面側に配置され前記各ターゲット４ａ間の空間Ｈ２に前記各ターゲット４ａのスパッタ面に略垂直な方向の磁界を発生するための略リング状の磁石、である。
【００１６】
また、本実施例１では、前記各ターゲット３ａ，４ａの背面側に配置された前記磁石３ｂ，４ｂにより、前記各ターゲット３ａ間の空間Ｈ１及び各ターゲット４ａ間の空間Ｈ２は、前記各ターゲット３ａ，４ａのスパッタ面と略垂直方向に磁力線が走る磁場空間となっている。前記ターゲット３ａ，４ａ間の各空間Ｈ１，Ｈ２は、それぞれ、その周辺部（前記各リング状の磁石３ｂ，４ｂに対向する略リング状部分＝前記略円板状のターゲット３ａ，４ａの外周に対向する略リング状部分）が磁束密度が高く、その内側の中央部が磁束密度が低い状態となっている。
【００１７】
また、本実施例１では、図１に示すように、前記第１スパッタ部３と前記第２スパッタ部４は、それぞれが前記基板１に対して所定の距離を介して配置されるように互いに並べられている。また、前記第１スパッタ部３と前記第２スパッタ部４は、それぞれの各ターゲット３ａ，４ａ間の各磁場空間Ｈ１，Ｈ２の前記各スパッタ面と略垂直な面が、それぞれ、前記各ターゲット３ａ，４ａの側方に位置している前記基板１の薄膜形成面に対向するように、配置されている。
【００１８】
なお、本実施例１では、図１では図示省略しているが、前記第１スパッタ部３及び第２スパッタ部４のそれぞれに、前記各ターゲット３ａ，４ａ間の各空間Ｈ１，Ｈ２にプラズマを形成するためのアルゴンガス等の不活性ガスを導入するための不活性ガス供給系が備えられている。また、図１では図示省略しているが、前記各ターゲット３ａ，４ａからの各スパッタ粒子を窒素ガスや酸素ガスなどの反応性ガスと反応させる場合に前記反応性ガスを基板１の近傍に導入するための反応性ガス供給系も備えられている。また、図１では図示省略しているが、前記真空容器側を陽極とし前記各ターゲット３ａ，４ａを陰極とするスパッタ電圧を印加するためのスパッタ電源も備えられている。
【００１９】
次に本実施例１の動作を説明する。本実施例１を使用して例えばＣｕ−Ｃｒ合金薄膜を形成するときは、まず、前記真空容器内に基板１を配置すると共に、前記第１スパッタ部３に一対のＣｒターゲット３ａを図１のように配置し、前記第２スパッタ部４に一対のＣｕターゲット４ａを図１のように配置する。また、前記Ｃｒターゲット３ａ及びＣｕターゲット４ａの背面側にはそれぞれ磁石３ｂ，４ｂを配置する。
【００２０】
次に、図１において、前記真空容器内を真空排気した後、アルゴンガスを導入し、その後、前記Ｃｒターゲット３ａ及びＣｕターゲット４ａを陰極とすべくそれぞれにスパッタ電圧を印加する。すると、前記Ｃｒターゲット３ａ間及びＣｕターゲット４ａ間にそれぞれ介在するアルゴンガスはイオン化してプラズマとなり、各磁場空間Ｈ１及びＨ２にそれぞれ閉じ込められた状態で、各Ｃｒターゲット３ａ間及び各Ｃｕターゲット４ａ間を往復運動し、前記Ｃｒターゲット３ａ及びＣｕターゲット４ａをスパッタする。そして、前記Ｃｒターゲット３ａ及びＣｕターゲット４ａからスパッタされて前記各磁場空間Ｈ１及びＨ２からそれぞれ飛び出したＣｒスパッタ粒子３ｃ及びＣｕスパッタ粒子４ｃは、互いに混合されながら基板１の上に被着・堆積する。これによって、基板１の表面に、Ｃｕ−Ｃｒ合金薄膜５が形成（成膜）される。
【００２１】
特に、本実施例１のようにミラートロンスパッタ法を使用して前記Ｃｒターゲット３ａ及びＣｕターゲット４ａをスパッタするときは、それぞれスパッタされて飛び出した前記スパッタ粒子３ｃ及び４ｃは、それぞれ直進性を有しているので、極めて効率的に、前記基板１上に混合されながら被着・堆積してＣｕ−Ｃｒ合金薄膜５を形成する。
【００２２】
以上のように、本実施例１においては、前記第１スパッタ部３と第２スパッタ部４の中にそれぞれ、互いに異なる種類の金属からなるＣｒターゲット３ａ及びＣｕターゲット４ａを配置するようにし、前記第１スパッタ部３及び第２スパッタ部４からそれぞれ略同時に互いに異なる種類の金属粒子であるスパッタ粒子３ｃ及び４ｃを放出し、それらを互いに混合させながら、前記基板１上に付着・堆積してＣｕ−Ｃｒ合金薄膜５を形成するようにしている。したがって、本実施例１では、形成すべき合金薄膜が例えばＣｕ−Ｃｒ合金薄膜であるときは、（従来のように高価なＣｕ−Ｃｒ合金ターゲットを予め用意することなく）安価なＣｒターゲット３ａと安価なＣｕターゲット４ａとを用意するだけで、Ｃｕ−Ｃｒ合金薄膜５を形成することができる。よって、本実施例１によれば、従来のように高価な合金ターゲットを用意する必要が無くなり、低コストでＣｕ−Ｃｒ合金薄膜などの合金薄膜を形成することが可能になる。
【００２３】
また、本実施例１においては、前記第１スパッタ部３及び第２スパッタ部４からそれぞれ飛散されるスパッタ粒子の量を、例えばスパッタ電源からのスパッタ電圧の大きさを調整したり、前記不活性ガス供給系からのアルゴンガスの供給量を調整することなどにより、それぞれ調整するようにしている。本実施例１において、このようにしたときは、例えば前記Ｃｕ−Ｃｒ合金薄膜の各金属の成分比を個々に変更したいときでも、従来のようにその成分比に適合するように特別に調整された高価な合金ターゲットを予め用意する必要は無く、安価なＣｒターゲット３ａと安価なＣｕターゲット４ａとを用意するだけで、所望の成分比の合金薄膜を形成することができる。よって、本実施例１によれば、所望の合金薄膜の各金属の成分比が個別に異なるような場合でも、従来のように所望の成分比に特別に適合させた高価な合金ターゲットを予め用意する必要が無くなり、安価な金属ターゲットを複数種類用意するだけで、低コストで所望の成分比に適合する合金薄膜を形成することが可能になる。
【００２４】
以上、本発明の各実施例について説明したが、本発明及び本発明を構成する各構成要件は、それぞれ、前記の各実施例及び前記の各実施例を構成する各要素として述べたものに限定されるものではなく、様々な修正及び変更が可能である。例えば、前記実施例１においてはＣｒターゲット３ａとＣｕターゲット４ａを使用してＣｕ−Ｃｒ合金薄膜５を形成する場合について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、他の様々な合金薄膜の形成のために適用することができることはもちろんである。なお、前記実施例１では、前記第１スパッタ部３と前記第２スパッタ部４は、それぞれが前記基板１に対して略等距離を介して配置されている（図１参照）が、本発明ではこれに限られることなく、前記第１スパッタ部３と前記第２スパッタ部４を前記基板１に対してそれぞれ任意の距離に配置することができる。また、前記実施例１では、前記第１スパッタ部３と前記第２スパッタ部４は、それぞれの各ターゲット３ａ，４ａ間の各磁場空間Ｈ１，Ｈ２の前記各スパッタ面と略垂直な面が、それぞれ、前記各ターゲット３ａ，４ａの側方に位置している前記基板１の薄膜形成面に対して所定の角度だけ傾斜して対向するように配置されている（図１参照）が、本発明ではこれに限られるものではなく、前記基板１の薄膜形成面に並行に対向配置されていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施例１に使用されるミラートロンスパッタ法による合金薄膜形成装置を説明するための概略図。
【図２】従来のミラートロンスパッタ装置の一例を説明するための図。
【符号の説明】
【００２６】
１         基板
３         第１スパッタ部
４         第２スパッタ部
３ａ     Ｃｒターゲット
３ｂ，４ｂ       磁石
４ａ     Ｃｕターゲット
３ｃ     Ｃｒスパッタ粒子
４ｃ   Ｃｕスパッタ粒子
５     Ｃｕ−Ｃｒ合金薄膜
Ｈ１，Ｈ２       磁場空間
【図１】
2008266676.tif 000003
【図２】
2008266676.tif 000004