JPH01255668A - 同軸型マグネトロンスパッタ装置による成膜方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、半導体デバイス或は熱転写装置におけるサー
マルヘッド等の表面を改質する為の表面被膜（例えば各
種磁性膜、耐摩耗性膜、硬質膜等）を、同軸型マグネト
ロンスパッタ装置を用いて積層状に形成する方法に関す
るものである。

［従来の技術］ スパッタ蒸着法とは、減圧ガス（たとえばＡｒ等）雰囲
気中にターゲット（陰極）と基板（陽極）を離して対向
配置すると共にそれらの間に高電圧を印加することによ
ってグロー放電状態を形成し、該放電空間に形成された
プラズマ正イオンをターゲット表面に衝突させ、ターゲ
ット表面から放出されるスパッタ粒子を基板上に蒸着さ
せる方法である。この方法の内、電界と直交する方向に
磁界を形成しつつバッタリングを行なうマグネトロン方
式のスパッタ蒸着法は、磁界の作用で放電効率を高め成
膜速度を促進せしめ得るほか、合金薄膜を再現性良く形
成することかでき、更には蒸着物質の適用範囲が広いと
いった様々の特徴を有しているところから、半導体ＩＣ
等の薄膜形成分１Ｆをはじめとして各種産業機器構成要
素のコーティング分野にまで活用される様になってきた
。

第２図は典型的な同軸型マグネトロンスバッタ装置の構
成を示す概略説明図であり、２は真空容器、３は管状の
ターゲット（図ではコツプ状）、４は円筒状の基板、５
はターゲット支持材、６は永久６１１石群、７はガス導
入手段、８は高圧電源、９は冷却管、１３は排気系、１
６は非磁性体からなるスペーサである。当該装置１を使
用するに当たっては、ガス導入手段７によってＡｒ等の
不活性ガスを真空容器２内に導入すると共に該容器２内
を減圧して負圧不活性ガス７囲気（以下単に真空雰囲気
と呼ぶ）とし、高圧電源８によってターゲット３（陰極
）と基板４（陽極）の間に高電圧を印加することによっ
てグロー放電を発生させ、ここに形成されたプラズマ正
イオンをターゲット３に衝突させてターゲット３の表面
からスパッタ粒子を蒸発させると共に、これを基板４上
に蒸着させるものである。尚前記永久磁石群６は、ター
ゲット３の軸心部に複数本の永久磁石６ａ。

６ｂ、６ｃ、・・・を直列的に配列してなり、この永久
磁石群６によってターゲット３の表面に電界と直交する
方向の６ｎ界を形成して放電効率の向上を図っている。

又冷却管９内には冷却水が供給され、この冷却水は冷却
管９内を通った後、ターゲット支持材５と冷却管９に挟
まれる空間を通って排出口１０（後記第１図参照）から
出ていく様に構成され、前記永久磁石６群が冷却される
。

こうしたスパッタ装置によって形成される薄膜に対し、
絶縁特性や耐摩耗性の向上環の高性能化が要求される様
になってきている。そこでスパッタ法によって異種金属
或は金属とセラミックス等による複合膜を形成すること
が行なわれている。

例えば基板４上に金属Ａ膜と金属Ｂ膜を積層した複合膜
をスパッタ蒸着法によって形成するには、下記の２通り
の方法が行なわれている。

第１の方法としては、２つの成膜室を連通した構成から
なるスパッタ装置を用い、各成膜室に別々にターゲット
３を配置しておき、金属Ａ膜と金属Ｂ膜を各所定位置に
て形成する方法である。

即ち、まず金属Ａのターゲット３が配置された一方の成
膜室にて基板４上に金属Ａ膜をスパッタ蒸着させた後、
真空雰囲気を解除することなく前記基板４を他方の成膜
室に移動し、金属Ａ膜上に金属Ｂ膜をスパッタ蒸着させ
る。

他の方法としては、第２図に示した様な単一のスパッタ
装置１を用い、まず金属Ａのターゲット３にて基板４上
に金属Ａ膜を形成し、−旦真空雰囲気を解除してターゲ
ット３を金属Ｂのものと取り替え、しかる後に再度真空
引きして真空雰囲気を達成し、先に形成された金属Ａ膜
上に金属Ｂ膜をスパッタ蒸着する。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、いずれの方法においても、次に示す様な
問題があった。

まず前者の方法においては、スパッタ装置として成膜室
を２つ連通させた構成が必要であり、装置全体の構成が
複雑・大型化し、コストも高くなるという問題があった
。

一方後者の方法においても、真空雰囲気を一旦解除する
必要があるので手間がかかるばかりか、大気中の不純物
を薄膜中に混入させる恐れがあった。

本発明はこうした技術的課題を解決する為になされたも
のであって、その目的とするところは、装置自体の構成
を複雑・大型化する必要もなく、比較的短時間で複合膜
を形成し得る様な成膜方法を提供する点にある。

［課題を解決する為の手段］ 上記目的を達成し得た本発明とは、複数本の永久磁石を
直列的に配列してなる永久磁石群が管状ターゲットの軸
心部に配置された同軸型マグネトロンスパッタ装置を用
い、前記管状ターゲットを取り囲む様に配設された基板
上に、組成の異なる膜を積層して複合蒸着膜を形成する
に当たり、前記管状ターゲットを軸心方向に組成の異な
る環状分割片で構成すると共に、スパッタリング休止期
間を選んで任意の時期に前記永久磁石群を軸心方向に移
動する点に要旨を有する成膜方法である。

［作用及び実施例］ 第１図は本発明方法を実施する為に構成される同軸型マ
グネトロンスパッタ装置の一例を示す概略説明図である
。第１図に示した装置の基本的構成は第２図に示した装
置の構成と類似しているので、対応する部分には同一の
参照符号を付すことによって重複説明を避ける。尚第１
図においては、前記第２図で示した真空容器２、基板４
、ガス導入手段７、高圧電源８、排気系１３等は説明の
便宜上省略しであるが、これらの要素は本発明方法を実
施する為にも必要であるのは勿論である。

当該装置における最大の特徴は、ターゲット３として組
成の異なる環状分割片１１ａ、ｌｌｂを交互に配列して
構成した点である。また冷却管９は、取付は支持部材１
２に対し、パツキン１４等を介して摺動可能に貫通され
ており、前記永久磁石群６は軸心方向（第１図における
上下方向）に進退移動可能に構成される。

この様な装置を用いて本発明法を実施するには、次の様
に行なう。

まず第３図（ａ）に示した状態にて、環状分割片１１ａ
の組成が基板４上にスパッタ蒸着される。

即ち永久６ｎ石６ａ、６ｂ、６ｃ・・・にょって形成さ
れ且つ電界Ｅの方向に対して垂直方向となる磁界領域Ｈ
が、各環状分割片１１ａの軸心方向の中央部分となる様
に永久磁石群６の位置が調整された後にスパッタ蒸着さ
れることによって、各環状分割片１１ａの中央部分のみ
がスパッタリングされ、該スパッタ粒子Ｑが基板４上に
蒸着されて基板４上には環状分割片１１ａの組成からな
る被膜１５ａが形成される。尚被膜１５ａは均一に形成
される必要があり、具体的な手段としては、第３図（ａ
）に示した様に［後記第３図（ｂ）においても同様］、
基板４に関連して基板摺動治具１６を設け、この治具１
６によって基板４を軸心方向に摺動する様な構成等が推
奨される。

基板４上に被膜１５ａを形成した後、第３図（ｂ）に示
した状態で被膜１５ａ上に分割片１１ｂの組成からなる
被膜１５ｂが形成される。即ち永久磁石群６はスパッタ
リング休止期間を選んで任意の時期に軸心方向へ適正距
離移動され、各永久磁石６ａ、６ｂ、６ｃ・・・によっ
て形成され且つ電界Ｅの方向に対して垂直方向となる磁
界領域Ｈが各環状分割片ｆｉｂの軸心方向の中央部分と
なる様に調整された後スパッタ蒸着が実施され、被膜１
５ａ上に被［１５ｂが形成される。

上記一連の手順によって基板４上に被膜１５ａ、１５ｂ
を積層した複合膜が形成される。

そしてこの一連の工程は単一の装置で達成されるので、
従来技術で述べた様な装置の複雑・大型化が回避される
と共に、真空雰囲気を解除することなく連続して行なえ
るので比較的短時間で成膜工程が完了し、且つ不純物の
混入の恐れもなくなるという利点がある。

尚第１図に示した構成から明らかであるが、本発明方法
を実施する為には、スパッタ装置１において永久磁石群
６を穆動したときに、各永久磁石６ａ、６ｂ、６ｃ・・
・によって形成され且つ電界Ｅの方向に対して垂直方向
となる磁界領域Ｈが環状分割片１１ａ、ｌｌｂのいずれ
か一方の中央部分に必ず位置する様に、環状分割片１１
ａ、ｆｌｂ及び永久磁石６ａ、６ｂ、、６ｃ・・・の軸
心方向の長さを設定する必要がある。

又上記実施例では被膜１５ａ、１５ｂからなる２層を基
板上に形成する場合について述べたけれども、本発明方
法は上記の場合に限らず、永久磁石６ａ、６ｂ、６ｃ、
・・・の磁界強度及び長さ、スペーサ１６の長さなどを
適宜調整し、且つ環状分割片の構成材料の種類を増加さ
せれば、３層、４層等の多層複合膜も単一の装置で簡易
に形成できる。

更に上記スパッタ装置の応用例としては、第３図（ａ）
、第３図（ｂ）のスパッタ蒸着状態を別個独立して行な
うことによって、単一装置で且つ簡単な操作で基板４上
に各種の被膜を個別的に形成することができる。即ち基
板４上に被膜１５ａのみを形成したい場合には第３図（
ａ）　に示した状態にしてスパッタ蒸着すればよく、或
は基板４上に被膜１５ｂのみを形成したい場合には第３
図（ｂ）　に示した状態でスパッタ蒸着すればよい。

［発明の効果］ 以上述べた如く本発明方法によれば、上記構成を採用し
てスパッタ蒸着を行なうことによって、装置自体の複雑
・大型化が回避されると共に、比較的短時間で複合膜を
形成することができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を実施する為に構成される同軸型マ
グネトロンスパッタ装置の一例を示す概略説明図、第２
図は典型的な同軸型マグネトロンスパッタ装置の構成を
示、す概略説明図、第３図は本発明方法における一連の
手順を説明する為の概略説明図である。 １・・・スパッタ装置　　２・・・真空容器３・・・タ
ーゲット　　　４・・・基板５・・・ターゲット支持材 ６・・・永久磁石群　　　８ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ・・
・永久磁石９・・・冷却管　　　　　１１ａ、ｌｌｂ・
・・環状分割片１６・・・スペーサ 第２図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 複数本の永久磁石を直列的に配列してなる永久磁石群が
   管状ターゲットの軸心部に配置された同軸型マグネトロ
   ンスパッタ装置を用い、前記管状ターゲットを取り囲む
   様に配設された基板上に、組成の異なる膜を積層して複
   合蒸着膜を形成するに当たり、前記管状ターゲットを軸
   心方向に組成の異なる環状分割片で構成すると共に、ス
   パッタリング休止期間を選んで任意の時期に前記永久磁
   石群を軸心方向に移動することを特徴とする同軸型マグ
   ネトロンスパッタ装置による成膜方法。