JPH11302841A - スパッタ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 同一真空容器内で複数の材料からなる積層構
造の薄膜を連続して形成するスパッタ装置において、基
板やターゲット表面への汚染を少なくし、高い品質の膜
が得られるようにする。 【解決手段】 真空容器１１内に、基板１３と複数のタ
ーゲット１４を保持する回動可能なターゲット保持体２
０とをスパッタアップ配置とし、かつ前記基板１３とタ
ーゲット１４との間に、前記基板１３と平面的に略一致
する位置に前記ターゲット１４に対応する形状の開口部
１２ａが形成されたスパッタシールド板１２を設け、タ
ーゲット保持体２０を回転させて所定のターゲット１４
を開口部１２ａから基板１３と対向させるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はスパッタ装置に関
し、特に同一真空容器内で複数の材料からなる積層構造
の薄膜を連続して形成するスパッタ装置に関する。ま
た、特に極薄い磁性膜や導電性膜を高い結晶配向性で形
成するスパッタ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、基板上に薄膜を形成するのに用い
られるスパッタ装置は、一つの真空容器内に一つのター
ゲットが配置されていた。このため、基板上に複数の材
料からなる積層構造の薄膜を形成する場合は、異なる材
料のターゲットが配置された複数のスパッタ装置を搬送
路で接続し、基板を大気中搬送しながら、それぞれ積層
していた。また、インラインスパッタ装置では、複数の
スパッタ装置を真空搬送路で接続し、真空搬送機構を用
いて基板を真空中で搬送していた。

【０００３】インラインスパッタ装置のように基板を真
空中で搬送すると、大気中を搬送する場合に比べて高い
品質の膜を得ることができる。しかし、積層すべき材料
の数だけのスパッタ装置を横並びに配置して運転しなけ
ればならず、装置が大規模になり、また装置全体のコス
トも高くなる。さらに、複数の真空系（スパッタ装置、
真空搬送路）の維持管理が煩雑になるため、特殊な用途
以外には向かないという難点がある。また、複数のスパ
ッタ装置を用いる方式では、基板の着脱・搬送のための
時間が必要となるため、システム全体としてのスループ
ットが低いという問題点もある。

【０００４】このような問題を解決するため、一つの真
空容器中に材料の異なる複数のターゲットを配置し、基
板又はターゲットを相対的に移動させることにより、一
つの真空容器でかつ真空を保った状態で連続して積層で
きるように構成したスパッタ装置が考えられている。例
えば、特開平５−１７１４３２号公報には、一つの真空
容器内に回転可能に支持された角柱状のターゲット保持
体を設け、このターゲット保持体の外周に沿って複数の
ターゲットを配置し、前記ターゲット保持体を回転させ
ることで、それぞれのターゲットを同じ真空容器内に配
置された基板と順に対向配置させるように構成したスパ
ッタ装置が提案されている。また、特開平５−１５９９
６１号公報には、基板とターゲットをスパッタアップ配
置とし、下方に配置されたターゲット保持体と対向する
上面に、回転可能に支持された円盤状の基板支持体を設
け、この基板支持体を回転させることにより、基板を所
定のターゲット上に順次対向配置するように構成したス
パッタ装置が提案されている。

【０００５】一方、極薄い磁性膜や導電性膜を高い結晶
配向性で形成するスパッタ装置においては、基板とター
ゲットとの間にコリメート板を配置した装置がある。例
えば、特開平７−３３１４３１号公報には、基板に入射
するスパッタ粒子の斜め入射成分を制限するために、マ
グネトロンのエロージョン領域の形状を開口部に持つシ
ールド（コリメート板）を備えたスパッタ装置が提案さ
れている。また、特開平６−９３４３９号公報には、タ
ーゲットから飛来するスパッタ粒子の飛来方向を制御す
るための円筒状の貫通孔を有するコリメート板を備え、
このコリメート板によって真空容器内を成膜室とスパッ
タ室とに分離するように構成したスパッタリング装置が
提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前記特開平５−１７１
４３２号の装置では、ターゲット保持体の下に積層膜を
形成する基板を配置しているため、ターゲット保持体の
回転時に発生する微細なゴミや成膜時に遮蔽板の開口部
近傍に堆積した膜が部分的に剥離し、フレーク状のゴミ
（膜）となって基板を汚すことになる。これらのゴミが
積層膜の界面に付着すると、膜の純度といった品質面に
影響を及ぼす。また、特開平５−１５９９６１号の装置
では、基板へのゴミ付着の問題は解決されるが、基板支
持体の表面に堆積した膜が部分的に剥離し、フレーク状
のゴミとなって下方に落下することによりターゲット表
面を汚染し、結果的に膜の純度に影響を与えるという問
題点がある。さらにこの構成では、それぞれのターゲッ
トが真空容器内部の様々な場所に配置されているため、
排気口とガス導入口との位置関係がそれぞれの場所で異
なり、内部での圧力勾配が生じ、それぞれの場所での放
電特性にも差が生じることから、それぞれの場所でプラ
ズマの状態を一定に保つことが難しいという問題もあ
る。このようにプラズマの状態に違いがあると、例えば
磁性体の薄膜を形成する場合には磁気特性に差が生じ、
導電膜の場合には比抵抗に差が生じることになる。

【０００７】なお、特開平５−１７１４３２号の装置に
おいて、ターゲット保持体の回転軸を垂直方向とし、基
板を対向配置した場合、あるいは基板とターゲット保持
体の位置関係を入れ替えたスパッタアップ配置とした場
合は、ターゲット保持体の回転時に発生するゴミなどに
より基板を汚す問題は解消される。しかし、ターゲット
保持体をどのような配置にしたとしても、角柱状に形成
されたターゲット保持体の外周に複数のターゲットを配
置する構造では、ターゲットを交換する際に、その裏側
に配設された水冷機構からすべての水を抜く必要があ
り、またターゲット保持体を遮蔽板から引き抜かなけれ
ばならないなど、メンテナンスに手間と時間がかかると
いう問題がある。また、ターゲット保持体の周囲を覆う
遮蔽板の開口部分では、基板と対向しているターゲット
に隣接するターゲットと遮蔽板との間のシールドギャッ
プが大きいため、この部分で不要なプラズマが発生しや
すくなり、ターゲット上での安定的な放電に支障をきた
すという問題がある。さらに、特開平５−１５９９６１
号の装置において、基板ホルダーとターゲットとの上下
関係を入れ替えた場合は、基板支持体の表面に形成され
た膜がターゲット表面を汚染する問題は解消されるが、
今度はターゲット側の天井壁面に堆積した膜が部分的に
剥離し、フレーク状のゴミとなって下方に落下すること
で基板の表面を汚染するという問題が生じる。

【０００８】一方、特開平７−３３１４３１号や特開平
６−９３４３９号に提案されたスパッタ装置のように、
基板とターゲットとの間にコリメート板を配置すると、
スパッタにより飛来してくる粒子の大部分がコリメート
板に堆積し、基板面に対し垂直に飛来してくるスパッタ
粒子のみが僅かに開いた貫通孔を通過して基板に堆積す
る。コリメート板へのスパッタ粒子の堆積が進行してい
くと、貫通孔の形状が変化するため、基板に堆積する膜
の配向性の変化や成膜速度に変化を生じる。とくに、タ
ーゲット材に強磁性体を用いた場合は、コリメート板に
堆積した膜の帯磁によって基板上に堆積する膜の磁気特
性にも変化が生じることになる。

【０００９】また、磁性体に限らず導電体をターゲット
に用いた場合、ターゲットの真上に配置されたコリメー
ト板の貫通孔部分に堆積した膜が部分的に剥離し、導電
性のフレーク状のゴミがターゲット表面を汚染するおそ
れがある。そのうえ、フレーク状のゴミがターゲット電
極と図示しないシールド（ターゲットと容器との間の放
電を防止するためのシールド）との間にまたがってショ
ートを来たし、放電が停止する可能性もある。

【００１０】現在の成膜技術においては、例えば極薄い
膜厚（数ｎｍまたはそれ以下）の磁性体と導電性非磁性
膜を交互に６から２０層程度積層するＧＭＲスピンバル
ブ膜の場合、磁性体同士の磁気的交換結合作用や導電膜
と磁性膜のスピン依存散乱等の現象を利用しているの
で、積層界面の清浄性や膜の純度や、あるいは磁気特性
や膜の比抵抗や膜の結晶配向性は品質面で決定的な要因
となる。

【００１１】この発明は、上記従来技術の問題点を解決
するためになされたもので、第１の目的は、基板やター
ゲット表面への汚染を極めて少なくすることにより、高
い品質の膜を得ることができるスパッタ装置を提供する
ことにある。

【００１２】また、第２の目的は、長期間に渡り安定的
に結晶配向性の高い膜を得ることができるスパッタ装置
を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の発明は、真空容器中にスパッタアップ配
置した基板とターゲットとの間にプラズマ放電を生成
し、前記ターゲットから放出されるスパッタ粒子を前記
基板上に堆積させるスパッタ装置において、前記真空容
器の下方に回動可能に支持され、かつ上面に複数個のタ
ーゲットが保持されたターゲット保持体と、前記真空容
器の上方に配置され、かつ被処理面を前記ターゲットに
向けた基板が保持された基板保持体と、前記真空容器の
内部を、前記基板保持体が配置される上室と前記ターゲ
ット保持体が配置される下室にそれぞれ分割し、かつ前
記基板と平面的に略一致する位置に前記ターゲットに対
応する形状の開口部が形成されたシールド部材とを備え
たことを特徴とする。

【００１４】上記構成において、ターゲット保持体を所
定位置まで回転させ、所定のターゲットをシールド部材
の開口部から露出させると、基板の被処理面とターゲッ
トのスパッタ粒子放出面とが対向する位置、すなわち両
者が平面的に略一致する位置に固定される。基板上への
ターゲット材の成膜を行うごとに、ターゲット保持体を
回転させて、所定のターゲットを順次シールド部材の開
口部から露出させることにより、基板上に連続して積層
膜を形成することが可能となる。

【００１５】前記ターゲット保持体は基板の下方に位置
しているため、ターゲット保持体を回転させたときに生
じる微細なゴミにより基板が汚染されることがない。ま
た、ターゲットとシールド部材との間のシールドギャッ
プを小さくすることができるので、開口部の周辺部分で
不要なプラズマが発生することがない。また、ターゲッ
トは開口部でのみ基板側に露出するため、基板側の壁面
に堆積した膜によるターゲットの汚染は極めて少ないも
のとなる。さらに、成膜に関与しないターゲットの表面
はシールド部材により成膜領域と遮断されるためにプラ
ズマは生成されず、成膜に関与しないターゲット表面が
スパッタ粒子により汚染されることがない。加えて、各
ターゲットは容器内の同一位置に固定されるので、プラ
ズマの状態は常に一定となり、膜の特性に差を生じるこ
とがない。

【００１６】請求項２の発明は、真空容器中にスパッタ
アップで、かつロングスロー配置した基板とターゲット
との間にプラズマ放電を生成し、前記ターゲットから放
出されるスパッタ粒子を前記基板上に堆積させるスパッ
タ装置において、前記基板とターゲットの間に、上面に
所定形状の開口部が形成された円筒形状のシールド部材
を備えたことを特徴とする。

【００１７】上記構成において、容器内に不活性ガスを
導入してプラズマを生成すると、ターゲットからはスパ
ッタ粒子が放出され、空間内で散乱を起こしながら基板
方向に飛来する。この装置では、基板とターゲットがロ
ングスロー配置されているため、基板面に飛来するスパ
ッタ粒子は、基板面に対してほぼ垂直方向に飛来するも
のに揃えられ、また基板の膜堆積面に低角度で斜めに飛
来するスパッタ粒子やその反跳粒子は、シールド部材の
上面に形成された開口部により基板方向への飛来が制限
されるので、基板上には、主に基板面に対し垂直に飛来
してくるスパッタ粒子が堆積する。また、開口部への膜
の堆積により生じる孔形状の変化はごく僅かであり、基
板上に堆積する膜の配向性の変化や成膜速度の変化を生
じることはほとんどない。さらに、プラズマ生成時に生
じるアルゴンイオンなどは前記シールド部材の円筒形状
の胴体部分により飛来する領域が制限されるので、堆積
膜中に取り込まれる量が少なくなる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、この発明に係わるスパッタ
装置の実施形態を、図面を参照しながら説明する。ここ
では、請求項１の発明に対応する実施形態を実施例１と
し、また請求項２の発明に対応する実施形態を実施例２
としてそれぞれ説明する。なお、図に示す装置全体の構
成や各部の構成は、説明を容易にするために簡略化又は
模式化している。

【００１９】［実施例１］図１は、実施例１に係わるス
パッタ装置の基本的な構成を示す概略断面図である。

【００２０】スパッタ装置１０を構成する真空容器１１
の内部は、後述するスパッタシールド板１２により上下
に２分割されており、上室１１ａには基板１３が、下室
１１ｂにはターゲット１４がスパッタアップ配置されて
いる。このスパッタ装置１０は、基板１３とターゲット
１４とが対向するように配置され、かつプラズマを電極
の近くに拘束するために磁界を印加するプレーナーマグ
ネトロン型のスパッタ装置として構成されている。

【００２１】前記上室１１ａの側面には、容器内にアル
ゴンガスなどの不活性ガスを導入するためのガス導入口
１５が設けられており、上流側にはガス供給装置（図示
せず）が配置されている。また上室１１ａと下室１１ｂ
とをまたぐ一側面には、内部に導入されたガスを排出す
るガス排出口１６が設けられており、下流側には排気ポ
ンプ（図示せず）が配置されている。この装置では、ガ
スの導入と排出とのバランスをとることにより真空容器
１１中に適度なガスの雰囲気が形成される。

【００２２】スパッタシールド板１２は、容器の内壁に
接するように配置された円盤状の仕切板であり、基板１
３と平面的に略一致する位置に、前記ターゲットに対応
する形状の開口部１２ａが形成されている。

【００２３】基板１３は、基板保持体としての基板ホル
ダー１７により保持されており、成膜面となる被処理面
がターゲット１４側に向くように配置されている。また
基板１３の近傍には、基板上に積層膜を成膜する際に、
各々の膜厚を高精度に管理するためのシャッタ機構１９
が設置されている。シャッタ機構１９は、基板１３とタ
ーゲット１４との間に出入りするシャッタ板１９ａと、
このシャッタ板１９ａの一端を支持する回転軸１９ｂ
と、この回転軸１９ｂを矢印方向に回転駆動するための
回転軸駆動用モータ１９ｃとから構成されている。

【００２４】ターゲット１４は、下室１１ｂ内に配置さ
れたターゲット保持体２０上に固定されている。ターゲ
ット保持体２０は円筒状に形成された回転体であり、内
部は中空構造となっている。ターゲット保持体２０の上
面には、一対の放電用電極の他方である電極２１が陰極
（カソード）として配置されており、ターゲット１４は
この電極上に所定の保持機構（図示せず）を介して固定
配置されている。この実施例１では、６基の電極２１が
同心円上に等間隔で配置されている。前記スパッタシー
ルド板１２はターゲット１４の直上にあり、スパッタシ
ールド板１２と後述するシールド板２４との間は極めて
小さくすることができる。具体的には、およそ１〜１０
ｍｍの間隔に設定される。

【００２５】図２は、前記スパッタシールド板１２の開
口部１２ａとターゲット１４との位置関係を示す概略平
面図である。図示していない基板１３と、ターゲット１
４及び開口部１２ａは、平面的に略一致する位置に配置
されている。ただし、ガス導入口１５とガス排気口１６
の位置は図１と異なる。

【００２６】電極２１の内部には、放電により生じたプ
ラズマを電極の近くに拘束するための永久磁石２２と、
スパッタリング中の温度上昇を抑制するための水冷機構
２３とが配置され、ターゲット１４の周囲にはターゲッ
ト１４と容器１１との間の放電を防止するためのシール
ド板（遮蔽板）２４が配置されている。電極２１にはＤ
Ｃ電源ケーブル２５が、内部の水冷機構２３には水冷配
管２６がそれぞれ接続されている。またシールド板２４
は接地電位となっている。なお、電極２１とターゲット
保持体２０との接続部分は碍子３１により絶縁されてい
る。

【００２７】前記ターゲット保持体２０の底部には、タ
ーゲット保持体２０の回転軸となる中空管２７が接続さ
れており、その内部にはＤＣ電源ケーブル２５及び水冷
配管２６が通されている。中空管２７の端部は大気側に
露出しており、内部のケーブルと配管を装置外部に導出
している。したがって、ターゲット保持体２０の内部は
大気圧となっている。ＤＣ電源ケーブル２５はスパッタ
用の高電圧ＤＣ電源２８に接続され、水冷配管２６は外
部にある水冷装置（図示せず）に接続されている。

【００２８】前記中空管２７と真空容器１１との接続部
分には、真空用回転導入端子２９が使用されており、タ
ーゲット保持体２０が回転しても、真空容器１１内の真
空が保たれるように構成されている。さらに、中空管２
７の端部には、ターゲット保持体２０を駆動するための
保持体駆動用モータ３０が接続され、中空管２７を軸と
した回転運動をターゲット保持体２０に与えている。後
述する膜の積層時には、所定のターゲット１４が基板１
３と対向するように回転駆動され、所定位置で停止固定
される。

【００２９】上記のように構成されたスパッタ装置１０
において、基板１３上に積層膜を形成する場合は、まず
図示しない排気ポンプにより真空容器１１内の大気を排
出してほぼ真空状態とする。次に、ガス導入口１５から
アルゴンガスを導入するとともに、同時にガス排出口１
６から適宜にガスを排出することにより、ガスの導入と
排出とのバランスをとり、真空容器１１中に適度なアル
ゴンガスの雰囲気（およそ０．８〜３．０ｍＴｏｒｒ）
を作る。そして、ターゲット保持体２０を所定位置まで
回転させて、所定のターゲット１４をスパッタシールド
板１２の開口部１２ａから露出させる。これにより、基
板１３の被処理面とターゲット１４のスパッタ粒子放出
面とが対向する位置に固定される。次に、陰極である電
極２１に高電圧ＤＣ電圧を印加して、ターゲット１４の
直上にマグネトロンプラズマ（図中Ａ）を生成する。こ
のプラズマの生成により、ガスイオンがターゲット１４
の表面に衝突してターゲット表面の原子がたたき出され
る。ここで、シャッタ板１９ａを回転させて、基板１３
の被処理面をターゲット側に露出させると、たたき出さ
れた原子はスパッタ粒子として基板１３の表面に堆積
し、薄膜が形成される。基板上に形成される薄膜の膜厚
はシャッタ板１９ａの開閉により制御される。一つのタ
ーゲットでの処理が終了すると、ターゲット保持体２０
を所定位置まで回転させ、次のターゲット１４をスパッ
タシールド板１２の開口部１２ａから露出させる。この
ようにして、それぞれ異なるターゲットを順に移動させ
ることにより、基板１３上に異なる材料の積層膜を形成
することができる。

【００３０】上記のような成膜過程において、ターゲッ
ト保持体２０を回転させてターゲット１４を移動させた
場合、ターゲット保持体２０は基板１の下方に位置して
いるため、保持体の回転時に発生する微細なゴミにより
基板１３が汚染されることはない。また、基板１３側の
壁面に堆積した膜が部分的に剥離したとしても、ターゲ
ット１４は開口部１２ａでのみ露出しているため、基板
１３側から落下してくるフレーク状のゴミによるターゲ
ット１４の汚染は極めて少ないものとなる。さらに、タ
ーゲット保持体２０上に配置されたターゲットのうち、
成膜に関与していないターゲットの表面はスパッタシー
ルド板１２により成膜領域と遮断されるため、所定のタ
ーゲット以外に不要なプラズマは生成されない。そのう
え、ターゲット１４とスパッタシールド板１２との間の
シールドギャップを小さくすることができるので、成膜
に関与しないターゲット表面にスパッタ粒子が飛来して
汚染することがない。なお、上室１１ａの内壁に剥離防
止処理を施すことにより、上述したようなフレーク状の
ゴミの影響をさらに少なくすることができる。

【００３１】一方、各ターゲット１４は成膜時に真空容
器内の同じ位置に固定されるので、プラズマの状態は常
に一定となり、形成された膜の特性に差を生じることが
ない。また、ターゲット１４は上向きに配置されている
ため、ターゲット交換時に内部の水冷機構から水を抜か
なくても交換可能であり、またターゲット自体の交換も
容易に行うことができる。

【００３２】この実施例１のスパッタ装置１０では、一
つの真空容器での連続作業となるため、基板の着脱・搬
送のための時間が不要となり、システム全体としてのス
ループットにも優れている。当然、基板を大気中で搬送
するものに比べて高い品質の膜を得ることができる。

【００３３】ここで、基板面の高い清浄性を保ったまま
真空中を連続積層した膜と、下地膜形成後に一旦大気に
曝してから連続積層した膜では、膜の特性にどのような
差が生じるかについて簡単に説明する。

【００３４】図４は、強磁性膜と導電性膜の各々数ｎｍ
から数１０ｎｍの積層膜で構成したスピンバルブ膜のＸ
線回析曲線を示したもので、実施例１は図１のスパッタ
装置１０で作製したスピンバルブ膜を、比較例は堆積時
に一旦大気に曝したスピンバルブ膜をそれぞれ示してい
る。図中、縦軸ＩはＸ線強度（ｃｐｓ）、横軸はＸ線の
入射角度（２θ）をそれぞれ示している。実施例１と比
較例のグラフを比べてみると、実施例１の膜ではグラフ
中に２つの強いピークが現れているが、比較例の膜では
グラフ上に突出したピークがないことがわかる。一般
に、膜の結晶性が良い場合、すなわち規則正しい結晶の
層ができている場合は、入射したＸ線が内部で干渉を起
こし、強度が強められて出力される。このことから、基
板面の高い清浄性を保ったまま真空中で連続積層した場
合は、膜の結晶配向性が飛躍的に向上することが明らか
となった。

【００３５】なお、図３に示すように、スパッタシール
ド板１２の中央部分に仕切板３２を配置し、プリスパッ
タ用の開口部１２ｂを形成するようにしてもよい。この
ような構成とした場合は、図３の右側の領域でプリスパ
ッタを行うことにより、スパッタ前のターゲット表面を
クリーニングすることができる。この場合、左側のスパ
ッタ領域とは仕切板３２で仕切られているため、スパッ
タ粒子の飛来によりターゲット表面が汚染されることは
ない。さらに、開口部１２ｂからターゲットを着脱する
ことができるので、メンテナンス性にも優れている。

【００３６】したがって、実施例１に係わるスパッタ装
置においては、基板やターゲット表面の汚染を極めて少
なくすることができるため、高い品質の膜を得ることが
できる。

【００３７】［実施例２］図５は、実施例２に係わるス
パッタ装置の基本的な構成を示す概略断面図である。

【００３８】スパッタ装置１００を構成する真空容器１
０１の内部には、後述する円筒形状の円筒体シールド１
０２が設置されており、上方には基板１０３が、下方に
はターゲット１０４がスパッタアップ配置されている。
このスパッタ装置１００は、実施例１の装置と同じくプ
レーナーマグネトロン型として構成されており、とくに
基板１０３とターゲット１０４との距離が離されたプレ
ーナーマグネトロン型のロングスロースパッタ装置とし
て構成されている。なお、図に示す基板とターゲットの
位置は実際の位置関係とは異なる。

【００３９】前記円筒体シールド１０２の上面（基板側
端面）には、基板１０３と同じかもしくはやや大きな直
径の開口部１０２ａが形成されている。この円筒体シー
ルド１０２は、ターゲット１０４の直上に生成されるプ
ラズマを覆うようにすることで基板１０３へのプラズマ
の影響を低減するとともに、本体の円筒形状の胴体部分
と上面に設けられた開口部１０２ａにより、低角度に散
乱されたスパッタ粒子の基板方向への飛来を制限（遮
蔽）する機能を備えている。また、円筒体シールド１０
２は、容器の内壁から延ばされた複数本の支持アーム１
０９により支持されており、接地電位となっている。

【００４０】前記円筒体シールド１０２の側面には、容
器内にアルゴンガスなどの不活性ガスを導入するための
ガス導入口１０５が設けられ、その上流側にはガス供給
装置（図示せず）が配置されている。また、容器の下方
側面には、内部に導入されたガスを排出するガス排出口
１０６が設けられており、下流側には排気ポンプ（図示
せず）が配置されている。この装置では、ガスの導入と
排出とのバランスをとることにより真空容器１０１中に
適度なガスの雰囲気が形成される。

【００４１】前記基板１０３とターゲット１０４との距
離は、この装置のようなロングスロー型の場合、およそ
ターゲット直径の２〜４倍に設定される。そして、前記
円筒体シールド１０２の上面、すなわち開口部１０２ａ
は、ほぼ基板とターゲットとの中間の位置に配置され
る。

【００４２】基板１０３は、基板ホルダー１０７により
保持されており、成膜面となる被処理面がターゲット１
０４側に向くように配置されている。この基板ホルダー
１０７に水冷機構を設け、成膜中に基板を冷却してもよ
く、またヒータを設けて加熱するようにしてもよい。さ
らに、基板ホルダー１０７をシールドで覆い、高周波を
印加して成膜中にバイアス電圧を印加するようにしても
よい。

【００４３】ターゲット１０４は、容器下方に配置され
たターゲットホルダー１１０上に固定されている。ター
ゲットホルダー１１０には、電極１１１が陰極として配
置されており、ターゲット１０４はこの電極上に所定の
保持機構（図示せず）を介して固定配置されている。電
極１１１はスパッタ用の高電圧ＤＣ電源１１２に接続さ
れている。また、ターゲット１０４の周囲にはシールド
板（遮蔽板）１１３が配置されている。シールド板１１
３は接地電位となっている。さらに、ここでは説明を省
略するが、ターゲットホルダー１１０の内部には永久磁
石と水冷機構が配置されている。

【００４４】上記のように構成されたスパッタ装置１０
０において、基板１０３上に膜を形成する場合は、まず
図示しない排気ポンプにより真空容器１０１内の大気を
排出してほぼ真空状態とする。次に、ガス導入口１０５
からアルゴンガスを導入するとともに、同時にガス排出
口１０６から適宜にガスを排出することにより、ガスの
導入と排出とのバランスをとり、真空容器１０１中に適
度なアルゴンガスの雰囲気（およそ０．８〜３．０ｍＴ
ｏｒｒ）を作る。次に、陰極である電極１１０に高電圧
ＤＣ電圧を印加して、ターゲット１０４の直上にマグネ
トロンプラズマ（図中Ａ）を生成する。このプラズマの
生成によりターゲット１０４からスパッタ粒子が放出さ
れる。このとき、数ｍＴｏｒｒの雰囲気中では、スパッ
タ粒子等の空間内の平均自由工程距離は数ｃｍから１０
数ｃｍ程度しかないため、基板１０３に飛来するまでに
粒子衝突が起こり、飛来方向に散乱が生じる。この散乱
は、基板１０３の膜堆積面に対し低角度で斜めに飛来す
るスパッタ粒子あるいは反跳粒子を生み出す。また、プ
ラズマ生成時にはアルゴンイオンや電子なども生じ、基
板１０３に飛来する。しかし、この装置では基板１０３
とターゲット１０４がロングスロー配置されているた
め、基板面に飛来するスパッタ粒子は、基板面に対して
ほぼ垂直方向に飛来するものに揃えられ、また基板の膜
堆積面に低角度で斜めに飛来するスパッタ粒子やその反
跳粒子は、円筒体シールド１０２の上面に設けられた開
口部１０２ａにより基板方向への飛来が制限されるの
で、基板１０３上には基板面に対し垂直に飛来してくる
スパッタ粒子が多く堆積することになる。したがって、
基板上には結晶配向性の高い膜が形成されることにな
る。

【００４５】上述したように、実施例２のスパッタ装置
１００においては、基板面に対し低角度で斜めに飛来し
てくるスパッタ粒子などを、ロングスロー配置と円筒体
シールド１０２の開口部１０２ａにより制限するように
したので、基板上には、基板面に対し垂直に飛来してく
るスパッタ粒子がより多く堆積することになる。しか
も、開口部１０２ａへの膜の堆積により生じる孔形状の
変化はごく僅かであるため、基板上に堆積する膜の成膜
速度の変化や配向性の変化を生じることがほとんどな
い。また、ターゲット材に強磁性体を用いた場合でも、
開口部１０２ａに堆積した膜の帯磁によって基板上に堆
積する膜の磁気特性に変化を生じることもほとんどな
い。さらに、円筒体シールド１０２の開口部１０２ａに
膜が堆積したとしても、開口部１０２ａは従来のコリメ
ート板の貫通孔のようにターゲットの真上に位置してい
ないので、開口部１０２ａに堆積した膜が導電性のフレ
ーク状のゴミとなって落下することによるターゲット表
面の汚染は極めて少ないものとなる。さらに、開口部１
０２ａにおける膜の堆積量は従来のコリメート板に比べ
て大幅に少なくなるため、フレーク状のゴミがターゲッ
ト電極とシールド間にまたがってショートを起こす可能
性も極めて少ないものとなる。加えて、プラズマ生成時
に生じるアルゴンイオンなどは、円筒体シールド１０２
の円筒形状の胴体部分により飛来する領域が制限される
ので、堆積膜中に取り込まれる量がより少なくなり、こ
れら粒子による基板１０３表面の影響についても極めて
少ないものとなる。

【００４６】このように、基板面に対し垂直方向から飛
来してくるスパッタ粒子をより多く堆積させることがで
き、また開口部１０２ａに堆積した膜による様々な弊害
を少なくすることができるので、結晶配向性の高い膜の
形成を長期間に渡り安定的に維持することができる。な
お、円筒体シールド１０２の内壁に剥離防止処理を施す
ことにより、上述したフレーク状のゴミの影響をさらに
少なくすることができる。また、プラズマ生成時に生じ
るアルゴンイオンなどの飛来領域を円筒体シールド１０
２の円筒形状の胴体部分により制限するようにしたの
で、プラズマによる基板１０３表面への影響を極めて少
なくすることができ、より高い品質の膜を得ることがで
きる。

【００４７】ここで、この実施例２のスパッタ装置１０
０を用いて得られた高配向膜と、円筒体シールド１０２
を用いずに得られた配向膜との比較結果について簡単に
説明する。

【００４８】図６は、強磁性膜と導電性膜の各々数ｎｍ
から数１０ｎｍの積層膜で構成したスピンバルブ膜のＸ
線回析曲線を示したもので、実施例２は図５のスパッタ
装置１００で作製したスピンバルブ膜を、比較例はスパ
ッタ装置１００から円筒体シールド１０２を除いた状態
で作製したスピンバルブ膜をそれぞれ示している。

【００４９】実施例２と比較例のグラフを比べてみる
と、両者のグラフ中に現れるピークの位置にはシフトは
見られず、同じ結晶配向性を示しているが、実施例２の
方がピーク強度が約２倍ほど高い。このことから、容器
内に円筒体シールドを配置することによって、より結晶
配向性の高い膜が得られることが明らかとなった。

【００５０】したがって、実施例２に係わるスパッタ装
置１００においては、基板面に対し低角度で斜めに飛来
してくるスパッタ粒子の基板方向への飛来を制限し、ま
た開口部に堆積した膜の影響を極めて少ないものとする
ことができるため、長期間に渡り安定的に結晶配向性の
高い膜を形成することができる。さらに、プラズマによ
る基板表面への影響を極めて少なくすることができるの
で、より高い品質の膜を得ることができる。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
おいては、ターゲット保持体の回転時に生じる微細なゴ
ミ等により基板が汚染されることがなく、かつターゲッ
ト表面へのゴミの影響を極めて少ないものとすることが
できる。さらに、成膜時のプラズマの状態も常に一定に
保つことができる。したがって、基板上に複数の材料か
らなる積層構造の薄膜を連続して形成する場合におい
て、高い品質の膜を得ることができる。

【００５２】また、請求項２の発明においては、基板面
に対して低角度で斜めに飛来してくるスパッタ粒子等の
基板方向への飛来が制限されるので、結晶配向性の高い
膜を得ることができ、かつ開口部に堆積した膜による様
々な弊害を少なくすることができる。したがって、長期
間に渡り安定的に結晶配向性の高い膜を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１に係わるスパッタ装置の基本的な構成
を示す概略断面図。

【図２】スパッタシールド板の開口部とターゲットとの
位置関係を示す概略平面図。

【図３】スパッタシールド板の中央部分に仕切板を配置
した場合の概略平面図。

【図４】図１のスパッタ装置で作製したスピンバルブ膜
と一旦大気に曝したスピンバルブ膜のＸ線回析曲線を示
すグラフ。

【図５】実施例２に係わるスパッタ装置の基本的な構成
を示す概略断面図。

【図６】図５のスパッタ装置で作製したスピンバルブ膜
と前記スパッタ装置から円筒体シールドを除いた状態で
作製したスピンバルブ膜のＸ線回析曲線を示すグラフ。

【符号の説明】

１０ スパッタ装置（実施例１） １１、１０１ 真空容器 １２ スパッタシールド板 １２ａ 開口部 １３、１０３ 基板 １４、１０４ ターゲット １７、１０７ 基板ホルダー ２１、１１１ 電極 ２０ ターゲット保持体 １００ スパッタ装置（実施例２） １０２ 円筒体シールド １０２ａ 開口部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空容器中に配置した基板とターゲット
   との間にプラズマ放電を生成し、前記ターゲットから放
   出されるスパッタ粒子を前記基板上に堆積させるスパッ
   タ装置において、 前記真空容器の下方に回動可能に支持され、かつ上面に
   複数個のターゲットが保持されたターゲット保持体と、
   前記真空容器の上方に配置され、かつ被処理面を前記タ
   ーゲットに向けた基板が保持された基板保持体と、前記
   真空容器の内部を、前記基板保持体が配置される上室と
   前記ターゲット保持体が配置される下室にそれぞれ分割
   し、かつ前記基板と平面的に略一致する位置に前記ター
   ゲットに対応する形状の開口部が形成されたシールド部
   材とを備えたことを特徴とするスパッタ装置。
2. 【請求項２】 真空容器中にスパッタアップでかつロン
   グスロー配置した基板とターゲットとの間にプラズマ放
   電を生成し、前記ターゲットから放出されるスパッタ粒
   子を前記基板上に堆積させるスパッタ装置において、 前記基板とターゲットとの間に、上面に所定形状の開口
   部が形成された円筒形状のシールド部材を備えたことを
   特徴とするスパッタ装置。