(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空槽内に所定の間隔を隔てて一対のターゲットを対向配置し、該ターゲットの外周に沿ってその外側に永久磁石からなる磁界発生手段を設けて該ターゲット間の対向空間を囲むようにプラズマ捕捉用磁界を形成して、該対向空間内にスパッタプラズマを生成し、該対向空間の側方に配置した基板上に薄膜形成するようにした対向ターゲット式スパッタ装置において、該ターゲット及びその支持部を囲むようにその外周に沿って真空槽壁面から槽内側へ突き出した、槽外から出し入れ可能とした電子を反射する電位の収納部を設け、該収納部には槽外から穿設され槽内と遮断した穴に磁界発生手段の永久磁石を収納したことを特徴とする対向ターゲット式スパッタ装置。
【請求項２】
前記収納部に穿設された穴の先端部がターゲット面より対向空間側に突き出しており、永久磁石がその磁極がこの突き出した位置に位置するように収納され、ターゲットの周縁部前面近傍に円弧状の磁界を形成した請求項１記載の対向ターゲット式スパッタ装置。
【請求項３】
前記収納部の先端部の槽内側にスパッタプラズマ中の電子を反射する電子反射手段を備えた請求項２記載の対向ターゲット式スパッタ装置。
【請求項４】
前記収納部が継ぎ目の無い一体成形体である請求項１〜請求項３記載のいずれかの対向ターゲット式スパッタ装置。
【請求項５】
前記収納部とこれを支持して真空槽に取り付ける支持部とが一体成形体である請求項４記載の対向ターゲット式スパッタ装置。
【請求項６】
前記一体成形体がアルミニウムブロックから削り出した断面逆Ｔ字状の成形体であり、その底辺部を支持部とし、垂直部に永久磁石を収納する穴を底辺部側から一定ピッチで穿設して収納部とした請求項５記載の対向ターゲット式スパッタ装置。
【請求項７】
ターゲット部が支持部に取り付けたユニット構成で、支持部を介して真空槽に取り外し出来るように取り付けられている請求項１〜請求項６記載のいずれかの対向ターゲット式スパッタ装置。
【請求項８】
前記対向空間の基板に面する側面を除いた側面を囲む側面ターゲットを備えた請求項１〜請求項７記載のいずれかの対向ターゲット式スパッタ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空槽内に所定の間隔を隔てて一対のターゲットを対向させて配置し、その間の空間にスパッタプラズマを生成し、この空間に対面するようにその側方に配置した基板上に膜形成するようにした対向ターゲット式スパッタ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
前記対向ターゲット式スパッタ装置は、本発明者らが出願した特公昭63ー20303号、特公昭63ー20304号、特公昭62ー14633号等の公報で既に公知であり、図１の構成を基本構成にしている。すなわち、真空槽10内に所定距離の空間120を隔てて対向するように配置されたターゲット110a、110bと、該対向空間120の外縁部の側面を磁束が均一に覆うように磁界を発生させるターゲット110a、110bのそれぞれの背面に設けた磁界発生手段130a、130bとからなるスパッタ部を設け、その側方に設けた基板ホルダー21により基板20を該対向空間120に対面するように配置した構成になっている。なお、図の140a、140bは、ターゲット部100a、100bのターゲット110a、110bの前面以外の部分がスパッタされないように保護するためのシールドである。
【０００３】
従って、図示省略した排気系により排気口30を通して真空槽10内を排気した後、図示省略したガス導入手段により導入口40からアルゴン等のスパッタガスを導入し、図示の如く直流電源からなるスパッタ電源50によりシールド140a、140b従って真空槽10をアノード（陽極）（接地）に、ターゲット110a、110bをカソード（陰極）にしてスパッタ電力を供給すると、ターゲット110a、110bの間の対向空間120にスパッタプラズマが形成されてスパッタが行われ、基板20上にターゲット110a、110bの組成に対応した組成の薄膜が形成される。
【０００４】
この際、前述の構成によりターゲット110a、110bの面と垂直方向に磁界が形成されているので、ターゲット110a、110b間の対向空間120内に高エネルギーの電子が閉じ込められてスパッタプラズマが生成し、ここでのスパッタガスのイオン化が促進されてスパッタ速度が高くなり高速の膜形成ができる。その上、基板20は、従来の代表的なスパッタ装置である基板とターゲットを対向配置した２極のスパッタ装置の如く、ターゲット110a、110bに対面せずターゲット110a、110bの側方に配置されたているので、基板20へのイオンや電子の衝突が非常に少なくなり、かつターゲット110a、110bからの熱輻射も小さく基板温度の上昇も小さくなる。よって低温の膜形成ができる。このように、従来のマグネトロン式スパッタ法では高速成膜が困難であった磁性材を含め各種材料を低温、高速で膜形成できる特徴を有し、磁性薄膜、薄膜型磁気記録媒体等の製造に利用されている。
【０００５】
しかし、通常この方式には矩形、円形のターゲットが用いられるがターゲットの形状に係わらず、スパッタされて浸食されるターゲット表面についてはその中心部に侵食が集中し易く、ターゲットの利用効率を改善する必要があることが分かった（IEEE Trans on Magnetics MAGー17, pp.3175ー3177 (1981)）。又、長方形ターゲットを使用した場合には、ターゲット侵食パターンがターゲット中央部に対して非対称となり、基板の幅方向においても膜厚分布が生じ、生産性及び薄膜の均一性についても改善を必要とすることが分かった。
【０００６】
これに対して、本発明者らは特公平3ー2231号公報及び特公昭63ー54789号公報において、ターゲット浸食特性をターゲット面全域に拡大する改良技術として、各ターゲットの外側周囲に磁界発生手段を設け、その磁界発生部である磁極端部にコアを配置し、磁界をターゲットの周囲に発生させるようにした構成を提案した。
【０００７】
この構成により、磁界はターゲットを経由しないで直接対向して配置したコア間に形成されるので、磁界分布がターゲット材の透磁率、飽和磁化、ターゲットの厚みに影響されにくくなり、且つスパッタプラズマ拘束用磁界がターゲット外周に沿ってその外側周囲に形成され、その侵食領域がターゲットの中央部から外縁周辺部まで拡大してターゲット利用効率が大きく改善した。しかしながら、スパッタの際、放電電圧が高くなり、高いスパッタガス圧でないと安定なスパッタができない欠点があることが分かった。
【０００８】
更に、これを解決するものとして対向ターゲット式スパッタ法の特長であるプラズマ拘束条件をターゲット面全域に亘ってより一層均一に発現させる技術を、本発明者らは特公平4ー11624号、特公平5ー75827号等の公報で提案した。これら技術はスパッタプラズマを生成・拘束する技術として従来の対向ターゲット式スパッタにおけるターゲット面に垂直な磁力線（磁場）に加えてターゲット面の外縁部全周の近傍空間にターゲット面に閉じる円弧状の磁力線を形成するとともに磁極端部近傍に電子を反射する電子反射手段を設けることを特徴にしている。この技術においては対向したターゲットの間の空間を飛び交う高エネルギー電子は該空間をドリフトするとともにターゲット外縁部表面近傍の電磁界によりターゲット外縁部を全周に亙って磁極に吸収されることなくドリフトするので全体的にスパッタガスのイオン化効率が著しく高まり、前述の問題の無い技術が実現した。
【０００９】
この結果、ターゲット全域に渡ってスパッタ効率を高めることが可能になった。この技術のスパッタ装置を用いて超高密度記録材料として期待されているCoーCr 、CoーCrーTa等の合金薄膜をポリエチレンテレフタレート（PET）フィルムやポリエチレンナフタレート（PEN）フィルムに形成した結果、150℃の低温基板に磁気特性、微細構造ともに優れた磁性薄膜を作製できることが確認された(J.Mag.Soc.Jpn.,18,Suppl.S1,pp.19ー2,pp.331ー334、他）。本スパッタ技術により、基板とスパッタ源が対向する従来のスパッタ法では実現できない微細構造等の特性の優れた薄膜が形成できるとともに、ターゲット全域で一様な侵食が可能になり、長方形ターゲットを使用した場合にもターゲット侵食パターンのターゲット中央部に対する対称性も飛躍的に改善した。
【００１０】
しかし、この改良された対向ターゲット式スパッタ装置においても、ターゲット表面からスパッタされる反跳ガス粒子やスパッタ粒子はターゲット間の空間の全ての側面から真空槽内に飛散する状態には変わりない。このため、ターゲット全面から均一にスパッタが出来、基板上に一様な膜厚分布の薄膜を制御良く実現することは出来ても、ターゲットの側方空間のうち基板に面する一部しか薄膜形成に使用できないこと、真空槽壁に飛散した粒子により真空槽壁に内蔵されるガスがスパッタ中に放出される結果、基板に形成される薄膜の膜質が低下するといった問題があった。
【００１１】
これに対して、本発明者らは、先に特願平8ー162676号明細書で以下の構成の対向空間を基板側を除いてターゲットにより区画した対向空間区画型の対向ターゲット式スパッタ装置を提案した。すなわち、所定距離の空間を隔てて対向配置した一対の第１のターゲットと該空間の基板に対面する開口部を除いた側面を覆うように配置した第２のターゲットとにより該空間を開口部を除いて区画された区画空間に構成し、スパッタプラズマを拘束する磁界を発生する磁界発生手段を第１のターゲットのそれぞれの外周に沿ってその外側近傍に磁極が対向するように配置し、該磁界発生手段により一対の第１のターゲットを囲む筒状の磁界と、第１のターゲットの外縁部の表面近傍に前記磁極から内側表面に円弧状に閉じた磁界と、第２のターゲットの表面近傍にその表面と平行な磁界と、第２のターゲットの磁界発生手段に隣接する両側縁部の表面近傍に前記磁極から内側表面に円弧状に閉じた磁界とを形成すると共に、磁界発生手段の該区画空間に臨む磁極端部及び第２のターゲットの該区画空間の開口部端部に電子を反射する電子反射手段を設け、該区画空間内にスパッタプラズマを生成して、その開口部の前方に配置した基板上に薄膜を形成するようにした対向ターゲット式スパッタ装置である。
【００１２】
この装置では、上記の通り、対向した一対の第１のターゲットの間の空間の基板に面する側の開口部を除いた全側面を第２のターゲットで囲んだ区画空間で、電子反射手段を介して上記の各磁界に拘束された電子の相互作用により各ターゲットのほぼ全表面に高密度プラズマが生成・拘束され、全ターゲットの全表面のほぼ均一なスパッタが実現され、前述の問題が解決された。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述の対向ターゲット式スパッタ装置においては、製膜速度を上げるために投入するスパッタ電力を増加すると、堆積される膜の膜質が低下する傾向が認められた。この傾向は、電子反射手段を設けた装置において、特に顕著であった。この問題は、生産速度が大きなコスト要因である工業生産においては非常に大きな問題である。
本発明はかかる問題に鑑みて為されたもので、投入電力を大きくしても膜質低下のない工業生産に適した対向ターゲット式スパッタ装置を目的としたものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、以下の本発明により達成される。すなわち、本発明は、真空槽内に所定の間隔を隔てて一対のターゲットを対向配置し、該ターゲットの外周に沿ってその外側に永久磁石からなる磁界発生手段を設けて該ターゲット間の対向空間を囲むようにプラズマ捕捉用磁界を形成して、該対向空間内にスパッタプラズマを生成し、該対向空間の側方に配置した基板上に薄膜形成するようにした対向ターゲット式スパッタ装置において、該ターゲット及びその支持部を囲むようにその外周に沿って真空槽壁面から槽内側へ突き出した、槽外から出し入れ可能とした電子を反射する電位の収納部を設け、該収納部には槽外から穿設され槽内と遮断した穴に磁界発生手段の永久磁石を収納したことを特徴とする対向ターゲット式スパッタ装置である。
【００１５】
上記本発明は、以下のようにして為されたものである。すなわち、前記問題についてその原因を種々検討したところ、この問題は磁界発生手段の永久磁石が高温になり発生する不純物ガスが主因であり、場合によりこれに更に永久磁石の高温による磁力の低下に基づくプラズマ捕捉用磁界の低下に伴う基板へ飛来する電子の増加も加わって生ずることを見出し、為されたものである。
本発明は、上記の構成により磁界発生手段の永久磁石を実質的に真空槽外の大気下に設けているので、前述の不純ガスの問題は完全に解決された。更に、この真空槽外の構成により、自然冷却も槽内の真空下に比べ大気下では大きく、又スペースに制約がないので必要に応じて強制冷却の冷却手段も自由に設計でき、永久磁石の磁力低下の問題も解決した。
【００１６】
上述の本発明は、その趣旨から、対向したターゲットの外周に沿ってその外側に磁界発生手段の永久磁石を設けた対向ターゲット式スパッタ装置に広く適用できることは明らかである。中でも、ターゲット全面が一様にスパッタされるように磁界発生手段の磁極がターゲット前面より対向空間側に突き出したものにおいては、磁界発生手段の突出部がスパッタプラズマに触れて加熱される問題が顕著であり、その効果は大である。更に、磁界発生手段の先端部に電子反射手段を備えたものでは、電子反射手段が場合によりスパッタされることが有り、前記問題は安定生産面から大きな問題であり、工業生産では本発明は欠くことができないものとなる。
以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本実施例は、前述の図１の従来の対向ターゲット式スパッタ装置において、ターゲット部100a、100bを前記特公平5ー75827号公報開示のものと基本構成が同じの図２、図３に示す電子反射手段を備えたターゲット部100a、100bに変更したものであり、図２は実施例のターゲット部100aの側断面図、図３は図２のＡ−Ｂ線での断面図である。従って、ターゲット部100a、100bを除いた構成は、前述した図１の従来例と同様であり、その説明は省略する。なお、図１〜図３において記号は同じものには同じ記号を用いた。
図２に示すように、本例のターゲット部100a,100bは、真空槽10の槽壁11に取り外し可能に取付けられている。なお、図２は、ターゲット部100aであるが、ターゲット部100bは磁界発生手段130a、130bの永久磁石の磁極配置が逆になる点を除いてこのターゲット部100aと同じ構成である。
【００１８】
ターゲット110aは、冷却台150aの前面にその周辺部で一定間隔のボルト111aにより交換可能に取付けられている。冷却台150aの前面には冷却溝151aが図３に示すように隔壁152aによりジグザグに設けられ、ターゲット110aを取付けると冷却ジャケットが形成されるようになっている。冷却溝151aの両端には冷却媒体の供給口153aと出口154aが設けられ、冷却水を循環させてターゲット110aを直接冷却できるようになっている。従って、非常に冷却効率のよい冷却ができ、高速製膜に対応できる。冷却台150aは、電気絶縁材からなるパッキン155aを介して支持板160aに一定間隔のボルト156aにより取付けられている。
【００１９】
支持板160aには、磁界発生手段130aを収納する収納部131aが、図示のように、ターゲット110aの周囲に沿って所定空隙Ｇを隔ててその外側を囲むように、槽内側にターゲット110a前面より所定長dだけ突き出して設けられている。図示の通り、収納部131aは槽外から磁界発生手段130aの永久磁石を出し入れする槽外に開口した所定深さの穴を所定ピッチでブロック体に穿設した構造となっており、磁界発生手段130aはこの収納部131aの穴部の各々に棒状の永久磁石を図示の磁極配置で挿入して止め具132ａで固定し、多数個の永久磁石を一定ピッチでターゲット110aの周囲に並設した構成となっている。収納部131aは、導電性材料とし、後述の電子反射手段の一部としても作用するように構成してある。本例では、この収納部131aと支持板160aは、熱伝導性の良い金属等の構造材料具体的にはアルミニウムブロックからＮＣ旋盤により図示の断面が逆Ｔ字状に削りだして所定の枠体を製作し、その底辺部を支持部の支持体160aとし、その垂直部に底辺側から穴を所定ピッチで穿設して収納部とし、継ぎ目の無い一体構造とした。これにより槽内とは完全に遮断され、全く真空漏れがなく、支持板160aからの放熱により収納した永久磁石を自然冷却のみで充分冷却できる収納部131aが得られた。
【００２０】
収納部131aの先端部には、ここに到る電子を反射できる負電位に保持される電子反射手段の電子反射板170aが、図示のように、ターゲット110aの周辺の取付け部の取付けのボルト111aを保護するためにこれを覆うように設けられている。本例ではこの電子反射板170aは、高透磁率の磁性材具体的にはパーマロイを用いて、磁界発生手段130aのコアを兼用した構成としている。
以上、ターゲット部100aは、支持板160aにその全部が設けられたユニット構成となっている。そして、ターゲット部100aは、図示のように、支持板160aを真空槽10の槽壁11に電気絶縁材からなるパッキン161aを介して一定間隔のボルト162aにより取付けることにより、真空槽10に設置される。従って、清掃時等には、ターゲット部100aを取り外すことができ、非常に効率良く行うことができ、保全性更には全体としての生産性向上に大きな効果が得られる。
【００２１】
上記の磁界発生手段130a、130bをターゲット110a、110bの外側に設け、その磁極端部からターゲット110a、110bの周辺の取付け部に亙って電子反射板170a、170b設けたターゲット部100a、100bの基本構成は、前記特公平5ー75827号公報に開示の対向ターゲット式スパッタ装置のターゲット部と同じであり、同様の作用により、該公報に開示の通り、以下のように、高品質の薄膜を形成できると共に、ターゲット110a、110bのほぼ全面が均一にスパッタされる、ターゲット使用効率の高い膜作成ができる。
すなわち、この構成により、ターゲット110a、110bと対向空間120には以下のプラズマ捕捉用の磁力線が形成される。その１は、磁界発生手段130a、130bにより、その磁極間にターゲット110a、110b及び対向空間120を囲むようにターゲット110a、110bの垂直方向に筒状に形成される垂直磁力線である。その２は、ターゲット110a、110bのそれぞれの外縁部に磁界発生手段130a、130bのコアを兼ねる電子反射板170a、170bの先端部からターゲット110a、110bの前面に円弧状に形成される補助磁力線である。
【００２２】
この垂直磁力線により、ターゲット110a、110bの表面の中央部から放射され、陰極電位降下部で加速されるγ電子は、この垂直磁力線に弦巻状に拘束され、ターゲット110a、110bの間を往復運動する。一方、ターゲット110a、110bの外縁部で生ずるγ電子は、補助磁力線に拘束されてこの電子を反射できる負電位の電子反射板170a、170bに到り、ここで反射されてその方向により一部はこの補助磁力線に拘束されて戻り、一部は対向空間120の中央部に戻される。
【００２３】
従って、対向空間120にγ電子が蓄積されて高密度プラズマが生成され、低電圧、低ガス圧のスパッタが実現され、内部歪みやスパッタガス等の混入の少ない高品質薄膜の形成ができる。また、補助磁力線によりターゲット110a、110bのそれぞれの外縁部には周知の平板型マグネトロンスパッタと同様なプラズマ捕捉磁界が形成され、電子反射板170a、170bで反射されたγ電子等が効果的にターゲット110a、110bのそれぞれの外縁部表面近傍に捕捉されてこの外縁部のプラズマ密度が高くでき、よって外縁部まで略均一のスパッタが実現され、ターゲット110a、110bがほぼ全面均一に使用される使用効率の高い膜形成ができる。
【００２４】
ところで、上述の構成において、磁界発生手段130a、130bの先端部はターゲット110a、110bの前面より突き出しており、また電子反射板170a、170bが設けられているので、磁界発生手段130a、130b、特にその先端部はターゲット110a、110b からの輻射熱、電子反射板170a、170bへの電子等の衝突により加熱されるが、本実施例では大気下の槽外に直結した熱伝導性の良い収納部131a、131bに収納されているので、実用上支障の無い温度に維持できる。なお、自然冷却で不十分な場合には支持板160a、160bに冷却管を配設する、さらには収納部131a、131bをジャケット構成にする等して強制冷却すればよい。
なお、本実施例では、ガス漏れの全く心配ない収納部及び支持板を一体成形したものを示したが、各部を溶接等により接続した構造も適用できることは、本発明の趣旨から明らかである。また、冷却性も良く、棒状磁石の収納に適した穴をブロックに穿設した収納部を示したが、収納部の構造は限定されず、連続溝等用いる永久磁石の形状に適したもの、或は冷却が容易な構造等目的に応じて適用できる。
【００２５】
さらに、保全作業性の良いターゲット部全体を真空槽から取り外しできるものを示したが、収納部を真空槽壁に直接突設し、ターゲット冷却台も真空槽壁に設置する構成でも良い。本発明では、磁界発生手段の永久磁石を真空槽外から対向したターゲットのそれぞれの回りに磁極が対向するように真空槽内と遮断して真空槽外から配置できる構成であれば適用できる。
【００２６】
上述したところより、本収納部構成は、更に側面ターゲットからの輻射熱も加わり、区画空間内に収納部の先端部が位置し、磁界発生手段の永久磁石に対する熱的条件の厳しい対向空間120の基板20に面する側面を除いた側面にもターゲットを設けて基板20に面する側面の開口部を除いてターゲットで区画された区画空間にスパッタプラズマを形成するようにした前記特願平8ー162676号明細書で提案したスパッタ装置に特に好ましく適用される。
【００２７】
【発明の効果】
本発明、以上の通り、磁界発生手段の永久磁石を、真空槽内と遮断され、槽外から収納するようにした収納部を真空槽の槽壁から内側に突設してターゲット周囲に配置することにより、永久磁石からの放出ガスの膜形成への影響が無くなり、更に永久磁石の熱劣化も防止されるものであり、対向ターゲット式スパッタ装置の性能向上特に長期安定性の向上に大きな効果を奏するものである。
以上、本発明は高速製膜が要求される工業規模の対向ターゲット式スパッタ装置の実現に大きな寄与をなすものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、従来の対向ターゲット式スパッタ装置の基本構成の説明図である。
【図２】図２は、本発明の実施例のターゲット部の概略側断面図である。
【図３】図３は、図２のＡ−Ｂ線での概略断面図である。
【符号の説明】
１０  真空槽
２０  基板
３０  排気口
４０  導入口
５０  スパッタ電源
１００ａ、１００ｂ  ターゲット部
１１０ａ、１１０ｂ  ターゲット
１２０  対向空間
１３０ａ、１３０ｂ  磁界発生手段
１４０ａ、１４０ｂ  シールド
１５０ａ、１５０ｂ  冷却台
１６０ａ、１６０ｂ  支持板
１７０ａ、１７０ｂ  電子反射板
【図１】
0003807686.tif 000002
【図２】
0003807686.tif 000003
【図３】
0003807686.tif 000004