JPS5835261B2 - スパツタリングタ−ゲツト用電極 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、スパッタリング基板に対向させてスパッタリ
ングターゲットを端面上に配置し、基板とターゲットと
の間に直流電界を印加してスパッタリングを行なわせる
ための電極０改良に関するものである。

一般に、希土類金属と鉄族金属との組合わせからなるＧ
ｄＣｏ、ＧｄＦｅ等の非晶質磁性薄膜は、膜面に垂直の
方向に磁気異方性を有するので、高密度の熱磁気記録材
料や磁気バルブ材料として注目され、従来、種々の研究
が進められている。

かかる非晶質磁性薄膜を上述の材料として実用するに際
しては、均質の大面積磁性薄膜とすることが必要となる
。

しかして、かかる非晶質磁性薄膜を製作するにはスパッ
タリング法、蒸着法等各種の薄膜形成技術が適用されて
おり、その優劣は末だつけ難いが、少なくとも、垂直磁
気異方性を有するＧｄＣｏ非晶質薄膜はスパッタリング
法によらなければ実用可能のものを製作し得ず、さらに
、このスパッタリング法は他の磁性材料からなる薄膜の
形成にも広く実用することができ、しかも、スパッタリ
ング法によれば、他の薄膜形成技術に比して格段に大き
い面積を有し、かつ、均質の薄膜を容易に製作すること
ができ、したがって、スパッタリング法は薄膜形成技術
として幾多の長所を有している。

そこで、まず、第１図につきスパッタリング法を簡単に
説明するに、真空容器中にアルゴン等の不活性ガスを満
たして対向電極間に直流高電圧を印加すると、その強力
な直流電界により例えばアルゴンガスがイオン化され、
正電荷を有するアルゴンイオンの粒子が負電位にあるタ
ーゲット１に衝突してターゲット１の構成材料を放出さ
せ、その放出されたターゲット材料の粒子が飛散して正
電位にある基板２に被着し、ターゲット材料の薄膜を基
板２上に形成する。

かかるスパッタリング法に使用するターゲットとしては
、従来、アークメルト法、すなわち、組成材料の混合粉
末等をアーク放電によ−り加熱溶融させることにより製
作した合金ターゲット、ホットプレス法、すなわち、組
成材料の混合粉末を加圧加熱により焼結させて製作した
ホットプレスターゲット、あるいは、前述した非晶質磁
性薄膜を製作する場合に用いる、鉄族金属円板上に希土
類金属を被着させたターゲット等が使用されており、そ
の優劣も末だつけ難いが、一般に、合金ターゲットが多
く用いられている。

したがって、本発明も合金ターゲットを用いて行なうス
パッタリング法の改良を主たる目的とはしているが、後
述するように本発明は他のターゲットを用いるスパッタ
リング法にも広く適用することができる。

しかして、冒頭に述べた垂直磁気異方性を有する非晶質
磁性薄膜をＧｄＣｏを構成材料としてスパッタリング法
により製作する場合を例にとってさらに詳述すると、ス
パッタリング法により形成した薄膜は、一般に膜面に沿
って構成材料の組成比が変化しており、ＧｄＣｏ薄膜の
例では、中心部はどＧｄの組成比が大きくなっている。

スパッタリング薄膜における材料組成比のかかる不均一
分布は、簡単には、つぎのようにして生ずるものと説明
することができる。

すなわち、ターゲット１から飛来して基板２に被着する
構成材料の組成比自体はターゲット１における組成比に
ほぼ等しく均一に分布されるが、基板２に被着する構成
材料の絶対量は中心部に比して周辺部では減少する。

一方、一旦基板２に被着した構成材料がアルゴンイオン
粒子の衝撃を受け、基板２上のスパッタリング被膜から
放出されて再スパックするが、スパッタリング被膜の周
囲をアルゴンガスが均等に囲んでいるので、再スパツタ
により放出される構成材料の絶対量は中心部と周辺部と
でほぼ等しく、しかもＧｄとＣｏとの組合わせからなる
スパッタリング被膜から再スパツタにより放出される量
の被着する量に対する比率はＧｄの方がＣｏより大きい
。

したがって、所要の膜厚に形成したスパッタリング被膜
においては、中心部はどＧｄの組成比が増大しているこ
とになる。

なお、より詳しくは、Ｒ，Ｊ 、 Ｋｏｂｌ １ｓｋａ
。Ｒ，Ｒｕｆ Ｊ 、Ｊ 、 Ｃｕｏｍｏ：Ｕｎｉ
ｆｏｒｍｉｔｙ ｏｆ ａｍｏｒｐｈｏｕｓｂｕｂｂｌ
ｅ ｆｉｌｍｓ、 ＡＩＩＰ Ｃｏｎｆ、 ｐｒｏｃ、
Ａ２４ 。

（１９７４）５７０．に記載されている。

上述したところを式で表わせば、つぎのように、なる。

すなわち、スパッタリング被膜における材料組一方、Ｇ
ｄとＣｏの組合わせからなるスパッタリング被膜におい
ては、 であり、したがって、スパッタリング被膜の周辺部にお
いては中心部に比べてＦＧｄ、ＦＣｏが少なく、しかも
、ＲＧｄ、ＲＣｏは周辺部と中心部とでほぼ等しいので
、周辺部におけるＧｄの組成比が相対的に減少し、 となる。

しかして、上述したスパッタリング被膜における組成比
の不均一分布は、所要の被膜面積に比して格段に大きい
面積を有するスパッタリングターゲットを対向配置すれ
ば、その発生を防止することができ、したがって、大面
積の均質なスパッタリングターゲットを使用すれば構成
材料の分布が均一なスパッタリング被膜を製作すること
は可能である。

しかしながら、均質な合金ターゲットの製作に適したア
ークメルト法によっては、製作し得るターゲット合金の
大きさに限度があり、ターゲット合金を均質にすればす
る程、また、合金ターゲットを大面積にすればする程、
合金ターゲット製作の過程において製作中のターゲット
が不規則に割れてしまい、通例、直径１０α以上の均質
な合金ターゲットを製作するのは困難であり、したがっ
て、かかる合金ターゲットを用いて材料組成比の分布を
均一に製作し得るスパッタリング被膜は直径数傭程度の
小面積のものに限られる。

なお、上述のように割れても大面積に製作した合金ター
ゲットを使用してスパッタリングを行なうと、第２図に
示すように、合金ターゲットの割れた隙間から電極３の
構成材料もスパッタされて基板２に飛来し、スパッタリ
ング被膜に不純物として混入するので、大面積であって
も割れた合金ターゲットを用いたのでは、所望の均一組
成を有するスパッタリング被膜を製作することは不可能
である。

本発明の目的は、上述した従来の問題を解決してその欠
点を除去し、大面積の均質な合金ターゲットを要せずに
、所望の大面積のスパッタリング薄膜を材料組成比の分
布を均一にして製作するに適したスパッタリングターゲ
ット用電極を提供することにある。

すなわち、本発明スパッタリングターゲット用電極は、
スパッタリングターゲットを平面配置する複数個の電極
ブロックを互いに近接配置し、それらの電極ブロックの
間隙をほぼ満たす遮蔽電極を設けたことを特徴とするも
のであり、互いに近接して配置した複数個の電極ブロッ
ク上に、割れた合金ターゲットをも含めて複数ブロック
のターゲットを平面的に並べ、しかも、それら複数ブロ
ックの間隙をシールド電極をもって塞ぎ、電極構成材料
のスパッタリングを防ぐようにして等価的に大面積の均
質な合金ターゲットの使用を可能にしたものである。

以下に図面を参照して実施例につき本発明の詳細な説明
する。

上述したように、複数ブロック、例えば７ブロツクの均
質な合金ターゲットを例えばアークメルト法により製作
し、それら複数ブロックのターゲットを互いに密接配置
して実効的に大面積の均質な合金ターゲットを使用して
スパッタリングを行ない得るようにした本発明スパッタ
リングターゲット用電極の構成例を第３図ａ、ｂ、ｃに
示す。

しかして、第３図ａはターゲットブロックを配置した状
態の上面図であり、第３図すは第３図ａの破線に沿った
縦断面図であり、第３図Ｃはターゲットブロックを取除
いた状態の上面図である。

これらの図から明らかなように、ターゲットを配置すべ
き端面部を複数ブロックに分割した電極、すなわち、第
１図示の構成における陰極３上に密接配置する複数ブロ
ックのターゲット１は、各ブロックの形状を例えば正Ｅ
角形、正四角形等任意に選定することもできるが、効率
よく密接させて大面積のターゲットを構成するには、各
ターゲットブロックの形状をほぼ等面積の正六角形とす
るのが好適である。

これに対して、各電極ブロック３の形状は、任意形状の
ターゲットブロックに共通に適合させるとともに、後述
するシールド電極４も含めて電極自体の製作を簡単かつ
容易にするために、その端面形状を円形にするのが好適
である。

なお、後述するようにして各電極ブロック３の相互間の
隙間はシールド電極４で塞いでおくので、各ターゲット
ブロックは厳密に密接させる必換はなく、多少の間隙が
あっても支障がないので、それら各ターゲットブロック
の個々の形状は、厳密に、例えば正六角形とする必要は
なく、したがって、各ターゲットブロックの製作が容易
となる。

また、各ターゲットブロック相互間の境界部分のみを適
宜溶融させて互いに接合させておくこともできる。

かかる接合部には前述した割れ目が生じやすいが、上述
したところから、割れ目が生じても伺んら支障はない。

しかしながら、第３図すから明らかなように、本発明電
極においては、各電極ブロック３の端面がそれぞれの上
に配置するターゲットブロック１より小さいことが必要
であり、また、それらの電極ブロック３の間隙を塞ぐシ
ールド電極４には基板２を配置した陽極とほぼ同一の電
位を付与しておく。

さらに、第３図すに示すターゲットブロック１とシール
ド電極４との間隙ｄ、および陰極ブロック３とシールド
電極４との間隙ｄ２は、いずれも絶縁破壊が生じない範
囲で小さくしておき、また、ターゲットブロック１の差
し渡しＤと各陰極ブロック３の直径りとの間にはＤ＞Ｌ
＋２ｄ２なる関係を保ち、つねに、陽極側からみて陰極
ブロック３がターゲットブロック１の蔭にかくれている
ようにし、各ターゲットブロック１間の間隙はシールド
電極４が塞いでいるようにすれば、電極の構成材料がス
パッタリングにより放出されることはなくなる。

かかる条件は、電極ブロックの個数、寸法形状の如何を
問わず、つねに保持する必要がある。

なお、各電極ブロックの端面形状を円形にしておけば、
不定の形状寸法となる割れた合金ブロックを継ぎ合わせ
て使用する場合にも、上述の条件を保持するに好適であ
る。

第３図に示した本発明による分割電極を用いて、ターゲ
ットの全面積とほぼ同一の面積を有するスパッタリング
被膜を基板上に形成した場合における非晶質磁性薄膜の
特性を測定した結果を第４図に示し、これと対比して、
従来どおりの一体構成の電極を用い、可能な範囲で一体
に形成した小面積のターゲットによりほぼ同様に形成し
た非晶質磁性薄膜についての測定結果を第５図に示す。

第４図示の測定結果は、第３図示の分割電極上に、アー
メルト法により製作した７３ａｔ、％Ｃｏの組成比を有
するＧｄＣｏ合金ターゲットブロックを７個密接配置し
て直径７０ｍｍのターゲットを構成した場合に得られた
ＧｄＣｏ非晶質薄膜のヒステリシス特性曲線を膜面上の
直径方向に２．５ｍπおきに測定したものであり、２０
ｍ以上の比較的広い面積にわたってほぼ一様の所望の特
性曲線が得られ、はぼ一様の保持力を有していることを
示している。

なお、上述の合金ターゲットは、各ブロック間における
材料組成比の均一性をよくするために、旦アークメルト
法により製作した合金を粉砕して混合し、再びアークメ
ルト法により新たな合金を製作する過程を数回繰り返し
て各ターゲットブロックを製作したものであり、得られ
た合金ターゲットブロックをそれぞれカッタにより整形
したうえで第３図ａに示したように密接配置した。

また、負電極は第３図す、ｃに示した構造のものとし、
シールド電極４とターゲットブロック１および負電極ブ
ロック３との間隔ｄ１およびｄ２をいずれも２朋とし、
陽極およびシールド電極４の電位をＯ■、陰極３の電位
を−１，５ｋＶ、アルゴンガス圧５ Ｘ １０−２Ｔｏ
ｒｒ、 ターゲット１と基板２との距離約４０ｍｍの
条件のもとにスパッタリングを行なった。

一方、第５図示の測定結果は、上述したと同様にして製
作した直径３０ｍｍの一体構成のＧｄＣｏ合金ターゲッ
トを従来どおりの陰極上に配置して、上述と同一の条件
のもとに形成したＧｄＣｏ非晶質薄膜について上述と同
様の測定を行なったものであり、前述したようにアルゴ
ンイオンによる再スパツタに基づいて磁性薄膜の周辺部
におけるＧｄの組成比が減少するがために、第４図示の
場合に比してその約Ｈの範囲の中央部においてのみほぼ
均一の所望の特性が得られているに過ぎず、かかる測定
結果と第４図示の測定結果とを比較すれば、本発明の効
果が顕著に認められる。

さて、本発明による分割陰極上に複数ブロックの集合か
らなる合金ターゲットを配置して行なうスパッタリング
法の他の利点は、材料組成比の異なる合金ターゲットブ
ロックを適切に組合わせて密接配置することにより、得
られるスパッタリング被膜の材料組成比を精密に制御し
てその均一性を著しく増大させ得ることである。

すなわち、前述したように、例えばＧｄＣｏ薄膜をスパ
ッタリング法により製作する場合には、一般に、得られ
たＧｄＣｏ薄膜の中央部はどＧｄの組成比が大きい値を
示すのであるから、かかるＧｄ組成比の分布とは逆の分
布特性のＧｄ組成比を有する合金ターゲットを構成して
、ターゲット全面における周辺部はどＧｄ組成比をあら
かじめ増大させておけば、従来均一分布の組成比を有す
る合金ターゲットを用いる場合には所望のスパッタリン
グ被膜の数倍の面積を有する合金ターゲットを必要とし
たのに対し、格段に小面積の、所望のスパッタリング被
膜と同程度の面積の合金ターゲットを用いて、充分に均
一な材料組成比を有するスパッタリング被膜を製作する
ことができることになるが、例えば第３図示の構成を有
する本発明電極上に配置する各ターゲットブロックの個
々の材料組成比を、上述した逆の分布特性に適合させて
おけば、容易かつ確実に上述した均質被膜の製作方法を
実現することができる。

したがって、かかるターゲットブロックの材料組成比の
微細な制御が可能な状態においては、個々のターゲット
ブロックについては厳密な均質性を要しなくなるので、
本発明電極を用いる場合のターゲットとしては、アーク
メルト法による合金ターゲットのみならず、例えばホッ
トプレスターゲット等、製作の容易な他の形式のターゲ
ットを任意に用いて、所望の均質被膜を比較的容易に製
作することができる。

さらに、上述したように本発明による分割電極上に配置
する各ターゲットブロック相互間の材料組成比の分布を
円形ターゲットの半径方向に変化させる場合には、本発
明分割電極を第３図示のように構成することなく、ター
ゲットの材料組成比の同心円状分布特性に合わせて、負
電極を同心円状に分割した構成とするのが好適であり、
かかる構成の例を第６図および第７図に示す。

第６図は、上述したように負電極を同心円状に分割した
本発明による電極ブロック群３上に、同様に同心円状を
なす合金ターゲットブロックを配置して、各ターゲット
ブロックの材料組成比、例えばＧｄｘｉ Ｃｏｔ−ｘｉ
を周辺部はどＧｄＸ１が大きくなるように、ｘｉ＋１≧
ｘｉとした場合の構成例を示す縦断面図である。

また、第７図は、第６図に示したと同様に半径方向に材
料組成比の異なる同心円状のホットプレスターゲットを
同じく同心円状に構成した本発明電極上に配置してスパ
ッタリングを行なう場合のターゲットブロック配置を示
す上面図である。

なお、上述したように本発明により負電極を同心円状の
電極ブロックに分割する場合には、少なくとも、半径が
大きく、実質的に大面積ターゲットの製作と同程度の製
作設備を要する外側の環状ターゲットブロックは、これ
をさらに複数ブロックに分割すれば、ターゲットブロッ
クの製作が格段に容易となり、さらに、同心円状の各電
極ブロックも、環状ターゲットブロックの再分割に対応
して複数ブロックに再分割すれば、電極ブロック自体の
製作、組立が容易となり、特に、各電極ブロック間を切
れ目なく塞いで相互に同一電位に保持するシールド電極
の構成、製作が格段に容易となる。

また、本発明により負電極を複数ブロックに分割した各
電極ブロックに印加する電圧を、個々の陰極ブロック毎
に、例えば各ブロック相互間を抵抗素子を介して接続す
るなどして適切に異ならせ、したがって、各ブロック毎
のスパッタリング電流値を異ならせて、例えば、周辺部
における電極ブロックの印加電圧を上げてそのスパッタ
リング電流を増大させれば、例えばＧｄＣｏ合金ターゲ
ットの材料組成比自体は中央部におけると同一であって
も、周辺部の絶対放出量が増大するので、前述したター
ゲット材料組成比の同心円状分布と同様の作用効果を得
ることができ、かかる作用効果は、第６図および第７図
に示した同心円状分割構成の本発明電極において特に顕
著である。

なお、かかる負電極電圧印加の態様にあっては、各電極
ブロックを絶縁して組立てるほか、各ターゲットブロッ
ク間も離隔しておくこと勿論である。

以上の説明においては、専らＧｄＣｏ等の非晶質磁性薄
膜をスパッタリング法により製作する場合の例について
本発明の実施態様を述べたが、本発明は、この例に限る
ことなく、一般に、大面積のターゲットの製作、特に、
均質な大面積ターゲットの製作が困難な材料による均質
なスパッタリング被膜の製作に広く適用して、上述した
と同様の効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はスパッタリング法の概要を示す配置図、第２図
は同じくそのターゲットに割れ目がある場合のスパッタ
リングの態様を示す断面図、第３図ａ、ｂおよびＣは本
発明電極上のターゲット配置の例および本発明電極の構
成例をそれぞれ示す上面図、縦断面図および上面図、第
４図は本発明電極を用いて製作したスパッタリング被膜
の特性例を順次に示す特性曲線図、第５図は従来の態様
により製作したスパッタリング被膜の特性例を順次に示
す特性曲線図、第６図は他の構成による本発明電極上の
ターゲット配置の例を示す縦断面図、第７図は同じくそ
のターゲット配置の他の例を示す上面図である。 １・・・・・・ターゲット、２・・・・・・基板、３・
・・・・・陰極、４・・・・・・シールド電極。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ スパッタリングターゲットを平面配置する複数個の
   電極ブロックを互いに近接配置し、それらの電極ブロッ
   クの間隙をほぼ満たす遮蔽電極を設けたことを特徴とす
   るスパッタリングターゲット用電極。 ２ 前記複数個の電極ブロックを同心固状としたことを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載のスパッタリング
   ターゲット用電極。 ３ 前記複数個の電極ブロックに印加する電圧を異なら
   せたことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載のスパ
   ッタリングターゲット用電極。 ４ 前記複数個の電極ブロックに平面配置する複数個の
   スパッタリングターゲットブロックの成分組成比を異な
   らせたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のス
   パッタリングターゲット用電極。