JPH02111874A

JPH02111874A - スパッタリング方法

Info

Publication number: JPH02111874A
Application number: JP26290788A
Authority: JP
Inventors: Junji Nakada; 純司中田
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 1988-10-20
Filing date: 1988-10-20
Publication date: 1990-04-24

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〕本発明は成膜対象である基板上に連続的に積１層構造の
薄膜を形成する方法、特に光磁気記録媒（木の製造方法
に有効なスパッタリング方法に関するものである。

〔従来の技術〕

スパッタリング技術は低圧雰囲気中においてＡｒ等のグ
ロー放電を発生せしめ、プラズマ中のイオンを陰極ター
ゲットに衝突させて、ターゲット上料から原子をたたき
出し、基板に付着形成する技術であり、広く工業的に利
用されている。特にターゲット上にターゲット平面と平
行な磁場成分を形成し、電界に対して概ね直交する磁界
成分を発生させることを特徴とするマグネトロンスパッ
タ法は成膜速度が高く有益な方法であり広く工業的に利
用されている。

近年、光磁気記録媒体はレーザー光による書き込み読み
だし可能な光磁気ディスクとして大容量データファイル
などに広く利用されている。

この光磁気記録媒体は、ガラス、プラスチックなどの透
明基板上にスパッタリング方法により透電体層、記録層
、保護層、接着層などを夫々数１０Ａ〜数１００Ａの厚
さで積層した多層構造の層を有する。

前記光磁気記録媒体において、光磁気効果を示す前記記
録層には希土類金属　（以下、ＲＥ金金属称する）と遷
移金属（以下、７Ｍ金属と称する）の混合合金の単一層
、もしくは前記ＲＥ金金属らなる層（以下、ＲＥ層と称
する）と前記７Ｍ金属からなる層（以下、ＴＭ層と称す
る）を夫々数人〜１０数人の厚さで交互に少なくとも２
層以上積層した層が使用されている。特に、ＲＥ層とＴ
Ｍ層とを交互に積層した記録層は磁化量、保磁力、光磁
気効果（カー効果）に優れ又その特性を制御し易いとい
う利点がある。

上記の如き積層薄膜の形成方法としては従来から利用さ
れてきたマグネトロン型のコ・スパッタリング（Ｃｏ−
３ｐｕｔ　ｔｅｒ　ｉｎｇ）と称されている複数のカソ
ードを具備した積層膜形成用スパッタリング装置を用い
たスパッタリング方法がある。このスパッタリング方法
は、特開昭５９−２１２４７号公報、特開昭６２−２６
６５９号公報、特開昭ｆ１ｉ１−１０８１１２号公報、
特開昭６２−７１０４１号公報、特開昭６２−１２８０
４１号公報等に開示されており、その基本構成の概略を
第１０図に示す。

第１０図に示す複数のカソードを具備したスパッタリン
グ装置において、カソード１００はそれぞれ成膜材料で
ある円形のタープｙ　）　１０１ａ、　１０１ｂを有し
、マグネトロン放電を可能にするために永久磁石１０２
を備えている。シールド部１０３及び図示してないチャ
ンバはアース電位であり、前記タープ７　）　１０１ａ
、　１０１ｂはチャンバ外部のスパッタ用電源１０４ａ
、１０４ｂに接続されている。基板１０５は回転基板ホ
ルダ１０６ｂにそれぞれ固定されている。例えば、前記
カソード１００が２つの円形のスパッタ電極にて構成さ
れており、それぞれが物質ａ（材料ａ）、物５（ｂ　（
材料ｂ）の異った材質でできたターゲラ）１０１ａ、　
１０１ｂを備え、所定の間隔をあけて配置されている。

そして、複数の基板１０５を前記回転基板ホルダ１０６
ｂに固定し回転させながら前記基板１０５上に物質ａ及
びｂの積層薄膜を作成する。積】薄膜の組成はスパッタ
電源１０４ａ１１０４ｂより投入するスパッタ電力（ス
パッタパワー）の比を制御することによって変えること
ができる。前記基板１０５　内の全面にわたる組成分布
を均一化を図るためにそれぞれ膜厚分布修正板１０７ａ
、　１０７ｂが配置されている。以上から判るように、
従来装置では膜厚分布を均一にするために基板を単純に
回転させるとともに、前記膜厚分布修正板１０７ａ、　
１０７ｂを設けた構造や、大きく回転する複雑な回転成
膜方式により成膜する方法が一般的である。

しかしながら従来方法によれば、膜厚の均一性を図るた
めに機械的動作構造に多く依存していることは、真空チ
ャンバ内の清浄性の点から望ましくなく、メンテナンス
性の点においても問題がある。また、第１０図に示す装
置において利用されている膜厚分布修正板の調整は複雑
であり、スパッタ粒子をさえぎることによるスパッタ効
率の低下が大きいという欠点があった。

さらに、第１０図のような装置において利用される前記
回転基板ホルダ１０６ｂの回転数は通常１０〜５０ｒｐ
ｍの範囲が用いられ、この回転数は機械的制約のため材
料ａ、材ｎｂ　の積層周期に限界があり、極めて短周期
の積層薄膜の形成が困難であり、また、成膜制御範囲が
狭く任意の積層周期の薄膜を得ることが困難である。

また、上述のように機械的動作に大きく依存することな
く良質の混合薄膜の成膜を行おうとした方法が特開昭５
８−１９９８６０号公報等に開示されている。この方法
は、異った種類の材料を環状に配設したターゲットの裏
面に設けた電磁石コイルの励磁電流を制御し、ターゲッ
ト表面上の環状のプラズマの位置（二〇−ジョン領域）
を磁気的に移動させて基板上に所定の材料の組成比で混
合薄膜を成膜しようとするものである。しかし、特開昭
５８−１９９８６０号公報に代表されるような従来装置
では、第１２図に示すタープｙ　）１０１ｃの蒸発領域
１２０（エロージョン領域）を円環状に形成するために
は、基本的に第１１図に示す様にターゲラ）　ｌ０ＩＣ
の表面にほぼ平行な漏れ磁場１１０を発生させるための
永久磁石や電磁石さらにこれらを組み合せた磁界発生手
段を組込んだ装置が利用されている。ここで前記ターゲ
ット１０１Ｃの表面の漏れ磁場１１０の磁界強度をター
ゲット材料の材質、厚さに合せて適当に調整できること
から第１１図に示す如くターゲット中心に対し同心円状
にソレノイドコイルを巻いた電磁石コイルによる磁界の
利用が考えられてきた。

この場合、電磁石電源は、例えば中心側ソレノイドコイ
ル１１１用の電源１１４と外側ソレノイドコイル１１２
用の電源１１５であり、磁界強度の調整は前記２つの電
源によりターゲツト面全体にわたって−１に設定される
か、強度を変えるときも全体を−１に変化させるもので
あった。この方法の欠点としては前記ターゲット１０１
Ｃの半径が大きくなるとそれに伴って前記ソレノイドコ
イル１１１．１１２の半径が大きくなる。このとき、前
記ソレノイドコイル１１１．１１２　のアンペア回数が
径が小さい場合と同じであるならば、磁束密度が減少し
、従って磁界強度が弱くなってしまう。一方、前記ター
ゲット１０１Ｃの径が大きくなったときも同一磁界強度
を得たいときは、前記ソレノイドコイル１１１．１１２
の巻数を増加するかあるいはコイル電流を増大させる必
要がある。しかし、ターゲット径が大きくコイルを巻き
得る空間が比較的狭い場合や、さらにはターゲット材料
に強磁性体を用いた場合の様に、該強磁性体が磁束に影
響を与える結果から強い磁界強度が必要な場合すなわち
、磁性体ターゲットを使用した場合、強磁性体は透磁率
が高いために磁極から出た大部分の磁力線がターゲット
内部を通ってしまい、マグネトロンスパッタに必要なタ
ープ７）表面に平行な漏れ磁束が不足してしまう。従っ
て強磁性ターゲットを使う場合は、そのターゲット自体
の飽和磁束を超えてさらに漏れ磁束がターゲット表面に
出てくる程度の強い磁界を与える必要がある。このよう
な場合には従来方法では十分な磁界強度が得られない。

又、大きな磁界強度が得られたとしても、設備のコスト
高やランニングコストの増大、特開昭５８−１９９８６
０号公報に示されているような混合薄膜の成膜における
漠徂成の制御性にも課題があり、積層薄膜の形成はほと
んど不可能であった。

また、別の方法として特開昭６２−１３７７５３号公報
には前記ＲＥ金金属７Ｍ金属の合金ターゲットと基板と
を対向させその間にかけるバイアス電力を時間的に変化
させて成膜することにより前記ＲＥ金金属７Ｍ金属の組
成比の異なる層を債漕させる方法が開示されている。特
開昭６２−１３７７５３号公報のようにバイアス電力を
時間的に変化させる方法は、成膜速度は早くできるが、
前記ＲＥ層とＴＭ層とを明確に区別して積層することが
できず、前記ＲＥ層とＴＭ層との交互の積層薄膜の形成
はむずかしく前記記録層の特性の改良の点から見て充分
でなかった。さらにバイアス電力を短周期で変化させる
ための複雑な制御機構を必要とするという問題点があっ
た。

また、スパッタリングにおいて、特に、電極にて形成薄
膜の組成をコントロールする場合にはプラズマの点弧、
消弧を伴うために、プラズマインピーダンスの変化が大
きく、従来のように電源のスイッチング毎の過渡電流が
スパッタ電源側にとって大きな負担になり、しいては電
気回路の破損に至るためにスイッチングによるスパッタ
周期をある程度以下に短くすることができないという問
題があった。

さらに、電磁石コイル（以下、「ソレノイドコイル」と
言う場合もある）の励磁電源にも問題があった。この問
題とは、電磁石コイルはインダクタンス性負荷であるた
めに第１３図のように矩形波形の場合の如く電流変化率
が大きいと、大きな逆起電力を生じ励磁電源装置の電気
回路を破損してしまう問題があった。特に、電磁石コイ
ルが大型で通電量も大きい場合には上記問題は極めて重
大な問題であった。

〔発明の目的〕

本発明は前記種々の問題を解決するためになされたもの
であり、スパッタリングによる光磁気記録媒体の成膜工
程においてスパッタ粒子の付着効率（成膜効率）がよく
、前記ＲＥ層とＴＭ層とを少なくとも２層交互に明確な
任意の積層周期の記録層を、高速で連続的に且つ膜厚分
布が均一に成膜出来、然も電源装置の負荷も小さく出来
るスパッタリング方法を提供することを目的とするもの
である。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の上記目的は、薄膜が形成される基板に対向する
ように配置したターゲットの裏面側に磁界発生手段を設
け、前記ターゲットの表面にて電界とほぼ直交する磁界
を形成するカソードが前記基板に正面より対向する第１
セクションと、前記第１セクションの回りを環状に囲み
前記基板に対し基板中心方向に向くように傾斜して対面
する第２セクションとから成り、前記第２セクションは
複数の分割部からなり、前記磁界発生手段が前記ターゲ
ットの前記分割部にそれぞれ対応した個別の複数構成で
あると共に、それぞれが磁力の独立制御可能な電磁石を
有し、前記第１セクションと前記第２セクションの電磁
石コイルに互に電流波形の位１目差θを０＜θ＜２πの
範囲でずらした交流電流を流し、且つ夫々のターゲット
表面のプラズマが消弧しないように前記電磁石コイルの
通電を維持しながら前記第１セクションと前記第２セク
ションのスパッタを交互に行うことにより薄膜を形成す
ることを特徴とするスパッタリング方法によって達成さ
れる。

以下、本発明の方法を適用したスパッタリング装置に基
づいて本発明の詳細な説明する。

（実施態様）第１図は本実施態様のスパッタリング装置の要部概略図
であり、カソード部分を断面図として図示しである。

第１図に示すスパッタリング装置は、排気口９３から図
示しない真空ポンプ等により排気して所望の圧力に減圧
可能で、かつ適宜ガスをガス導入口９２から導入可能な
真空チャンバ９１の中に、全体形状が環状体となるよう
に複数の分割部１３０　（第３図参照）からなる第２セ
クション１００ｂと該第２セクション１００ｂの内側の
円形の第１セクション１００ａとからなるカソード１０
０　　と、該カソード１００　に対向するように被スパ
ツタリング部材である基板９を着脱自在に保持した自転
可能なホルダ１９を有するアノード側とが設けられてい
る。

前記第１セクション１００ａは円形のターゲット７の裏
面側に主要磁石である２つの永久磁石８６．８７と軟磁
性のヨーク部８５及びソレノイドコイル８４からなる補
助磁石である電磁石との組体からなる磁界発生手段が設
けられている。前記ターゲット７はターゲット電源７０
に接続されており、前記ソレノイドコイル８４は電磁石
電源１７に接続されている。

前記分割部１３０に夫々対応した各ターゲット（１、・
・・６）は各々が第２図に示す如く円環状の一部の形状
であり、全体形状が円環状体で、各ターゲット表面がタ
ーゲット中心軸方向に向くように（基板９に向くように
）適宜傾斜角（α）を有している。

前記各ターゲット（１、・・・６）にはそれぞれ対応し
た別々の６ケのターゲット電源（図示は１０．２０．６
０のみ）に接続されており各ターゲット裏側（反アノー
ド側）には主要磁石である２つの永久磁石９６．９７と
軟磁性のヨーク部９５及びソレノイドコイル９４からな
る補助磁石である電磁石との組体かろなる磁界発生手段
が設けられている。この磁界発生手段は、第３図に示す
ように前記クーゲット（１，・・・６）の内縁部に対応
する前記永久磁石９６と、外縁部に対応する前記永久磁
石９７とが前記ヨーク部９５により繋げられ、前記ヨー
ク部９５を芯にして前記ソレノイドコイル９４が巻回さ
れた構造となっている。前記永久磁石９６．９７及び前
記ソレノイドコイル９４により前記各ターゲット　（１
、・・・６）の表面付近において、アノード側とカソー
ド側との間に生じる電界に概ね直交する磁界（Ｘａ）を
発生し、この磁界の強さを前記ソレノイドコイル９４の
励磁電流の制御により変えられる構造となっている。こ
のように、前記磁界発生手段は前記ターゲット（１、・
・・６）の外縁部９７ｂ　のほぼ全域にわたって配置し
たＮ極と、内縁部９６ａ　に配置したＳ極によりターゲ
ット形状に沿って環状にほぼ連続した閉磁界（Ｘａ）を
形成し、ターゲット全体形状にほぼ対応したトンネル状
の磁界内にプラズマをトラップさせることができる。

尚、前記永久磁石８６．８７．９６．９７は希土類コバ
ルト系磁石（Ｓｍ、Ｃｏ）が利用することが望ましい。

これらの永久磁石は、従来のフェライト系、アルニコ系
磁石と比較して高い保磁力と高い最大磁気エネルギーを
有しているため、必要な磁界を得るための磁石の体積が
十分小さくてすむ。このことによって、前記ソレノイド
コイル８４．９４の容量を小さくすることができ、しか
も強磁性体をターゲットとして使う場合でも必要磁界強
度を十分に得ることができる。

前記各ソレノイドコイル８４．９４の制御は、第１図及
び第７図に示すように前記ソレノイドコイル８４が前記
電磁石電源１７に接続され、複数（６個）の前記ソレノ
イドコイル９４は前記電磁石室ＩＩｆ＋（１２・・・１
６）に夫々接続されている。そして、全ての前記電磁石
電源（１２・・・１６．１７）は任意波形発生器９８に
より第８図の（ａ）及び（ｂ）に示すような正弦波形（
矩形波形のように急激な電流変化の無い波形）となるよ
うな信号が与えられている。前記任意波形発生器９８の
制御は、マイクロコンビ二一夕等の制御手段９９により
適宜制御されている。この制御は、第８図から明らかな
ように前記ソレノイドコイル８４と前記ソレノイドコイ
ル９４との励磁電流の波形の位相θが０〈θく２πの範
囲すなわち任意範囲で、例えば１７４周期（１／２π）
ずらすように行っている。励磁電流の位相のずらし方と
しては、両方のプラズマ放電のピークが最も時間的に離
れるようにすることが望ましいが、これは前記位相の波
形を反対にすることではない。すなわち、プラズマ放電
のピークは、ターゲツト材質、真空度、磁界強度、励磁
電流の大きさ等の種々の条件により左右されるものであ
る。前記位相θの制御により磁界の強さを操作でき、プ
ラズマ密度が交互に濃淡に切り替えられる。また、前記
ソレノイドコイル８４．９４に流す電流の強さを変える
ことによってもプラズマ密度を時間的に変化させること
も出来るものである。

また、前記励磁電流のオフセット値ＣＩＡ”）を適宜大
きさに設定すること、すなわちソレノイドコイル電流値
の最低値が、前記ターゲット表面にプラズマを維持する
のに必要な磁界強度を得るためのコイル電流を下まわら
ない範囲における最低値に設定されることによって、プ
ラズマのスイッチング時に過渡電流が流れずプラズマイ
ンピーダンスの障害を回避することができ、プラズマが
消弧することなしに蒸発レート（スパッタリング収量）
を大きく増減できる。

又、励磁電流の周波数を例えば０．０５８Ｚ〜２０Ｈ２
まで変化させたとき、例えば第８図の（ａ）の前記第１
セクション１００ａの側の材料（例えばテルビウム）の
スパッタリングに合わせたスペクトラムは、ホトマルチ
プライアにより観察すると第９図に示すように、その波
形の動きは第８図の波形にほぼ対応したタイミングとな
る。そして、光強度比がピークに対して２０％以下にな
った状態をしきい値としてＯＮ　／　ＯＦ　Ｆを定義す
ると１２Ｈｚ程度までは励磁電流波形に対する光強度比
の変化が認められ、それ以上では常時放電し、スパッタ
リング放電が連続している状態と同様の結果となるため
、他のスパッタ条件によっても多少変化するものの、例
えば１２Ｈｚ以下で励磁電流の変化により放電が制御で
きることが判った。したがって、前記第１セクション１
００ａと前記第２セクション１００ｂが異なった材料の
ターゲットから構成されていれば、異種の積層薄膜を極
めて短周期にて明確に異なった組成で形成することがで
きる。

なお、前記第２セクション１００ｂ側の前記電磁石電源
（１２・・・１６）の制御は同時制御であるが、前記各
ソレノイドコイル９４、前記各分割部１３０に対応して
各々独立した６ケの電磁石電源（図示は１２と１６のみ
）の制御により６ケの前記分割部１３０の各磁界（Ｘａ
）の強さを各部分ごとに自在にコントロールすることも
極めて容易にできる。そして、各分割部１３０ごとにタ
ーゲツト材質を変えることも可能であり、成膜組成のコ
ントロール範囲が極めて広範囲となる。

前記基板９はターゲット中心軸上に位置しており、前記
各ターゲット（１、・・・６）が前記基板９との距離や
前記第１セクション１００ａとのスパッタ粒子量との関
係等によって前記傾斜角（α）が適度に調整されている
ので、前記各ターゲット（１、・・・６）から飛散する
粒子の基板９に対する入射むらを防ぎ、従来のように機
械的移動構造に大きく依存することなく成膜厚みのむら
を防止することができる。

前記各ターゲット（１、・・・６）の傾斜角（α）を設
定する構成は、前記永久磁石９６と９７の高さ（ｈ）を
変えた傾きの構成や、傾斜角（α）を固定したものでも
よいが、第１図に示すように前記永久磁石９６と９７の
高さ（ｈ）を同じにし、かつ前記磁界発生手段を傾くよ
うに前記真空チャンバ９１の底面に取り付け、例えばボ
ルト締め等の周知の構造にて前記各分割部１３０　ごと
に傾斜角（αンを調整できるようになされている方が望
ましい。なお、隣り合う前記分割部１３０　における磁
極間のすき間を大きくすると、前記磁界（Ｘａ）の連続
性が悪くなることから、前記ヨーク部９５から前記ソレ
ノイドコイル９４がはみ出ないように構成することが望
ましく、このすき間は磁界強度等によって多少変わるが
３　ｍｍ程度以下であることが好ましい。

前記各ターゲット　（１、・・・６）はスパッタ放電、
により温度上昇が生じてスパッタ効率が低下する。

このために、図示しないがターゲット下側を冷却水が流
れるような周知の構造が設けられている。

また、前記基板９は、付着膜の特性に応じて冷却あるい
は加熱するため、図示しないが冷却水がその裏面に流れ
るような周知の構造あるいはヒータが設けられている。

前記第１セクション１００ａに設けた前記ターゲット７
と前記第２セクション１００ｂに設けた前記ターゲット
（１・・６）には、希土類金属（ＲＥ）と遷移金Ｘ　（
ＴＭ）とを別々に設けることにより、両金属の積層薄膜
を形成することができる。前記ＲＥジターット用のＲＥ
金金属しては、例えばｃｄ、ｒｂ、１）ｙＳＮｄ、Ｓｍ
、又はＨＯの単体金属若しくはそれらの合金例えばＧｄ
５０、Ｔｂ５０が使用される。

一方、前記ＴＭジターット用のＴＭ金萬としては、Ｆｅ
、Ｃｏ又はＮ１等の単体金属若しくはそれらの合金例え
ばＦｅ５５ＣＯ＋ｓ等が使用される。前記ＴＭ層の耐蝕
性を高めるために前記ＴＭ金嘱中にＰｔ、Ｔｉ、　Ｏｒ
又はＣｕを５％以下添加させてもよい。

これらのターゲット用金属の純度は、９９％以上、望ま
しくは９９．９％以上である。

前記基板９の全膜面積における組成比率及び膜厚分布は
、光磁気記録媒体のＣ／Ｎ、感度、エンベロープ等の特
性に敏感に反映するので、組成比率のズレは全膜面積に
おいて±５．０％以内、全体の膜厚分布は±５．０％以
内にないと実用上問題が生じるが、本発明の方法によれ
ば前記カソード１００の外側部の円環状あるいは多角形
状の前記ターゲット（１・・６）の表面を基板に対し傾
斜（α）して対面させたので、これらの条件を全て満足
することができる。

なお＼但し材料ａと材料すの混合薄膜において材料ａの
組成比率とは、混合薄膜の全原子数に対する材料ａの原
子％で表し、組成比率のズレとは、前記組成比率原子％
から上下する比率の差を表わす。

前記基板９の全膜面積における組成比率及び膜厚分布に
ついて更に詳細に説明する。

第４図に示すように円板状の第１のターゲラ）７ａは材
料ａ例えばＲＥ金金属円環状ターゲット９　ｂは材料す
例えばＴＭ金金属、ＴＭ金、属で円環状ターゲラ）９　
　ｂが基板１０５　に傾斜して設置されていない場合の
各ターゲットからスパッタされる粒子量を前記基板１０
５　を基準面として表すと、スパッタリング分布線を３
３．３５として示す表現することができる。

前記ターゲット７ａのＲＥ金金属よる基板上の膜厚分布
は、スパッタリング分布線３３かられかるように、基板
上の膜厚分布は前記基板１０５　の周囲の部分が厚く中
心部が僅かにへこむ凹状の分布を示す。また、円環状タ
ーゲラ）９　　ｂのＴＭ金金属よるスパッタ粒子の分布
は、スパッタリング分布線３５からあきらかなように基
板中央が大きく凸状に厚く基板周辺部分が薄くなってい
る。従って、それぞれのターゲットから同時又は交互に
スパッタし、その時のスパッタ粒子が合計された時の基
板上の全膜厚分布は、前記両スパッタリング分布線３３
．３５を重ねた量になり、通常、±８゜０％以上の誤差
を発生する。また、前記基板１の中心からの半径数十ｍ
ｍの測定ポイン）Ｘ２と前記基板１の中心測定ポイン）
ＸＩにおいて比較した場合、測定ポイントＸ１での特定
原子の組成比率と測定ポイン）Ｘ２での特定原子の組成
比率では、組成比のズレが２０％程度も生じてしまう。

第６図のように本発明によるスパッタリング方法によれ
ば、前記第２セクション１００ｂのターゲット（１・・
６）が前記第１セクション１００ａの回りを環状に囲み
前記基板９に対し基板中心方向に向くように傾斜（α）
して対面するように構成されているので、前記ターゲッ
ト（１・・６）からスパッタされるスパンクリング粒子
のスパッタリング分布線４５は、前記ターゲット７によ
るスパッタリング分布線４３に類似した平坦な線で表す
ことができる。したがって、前記基板９に対するスパッ
タリング粒子の入射状態は第４図に示した方法より大き
く改善され、前記基板９上の膜厚分布は±５．０％以下
にすることができる。

また、特定原子の組成比率（原子％）を前記と同様に前
記測定ポイントＸ２と前記測定ポイントＸ１において比
較した場合、測定ポイン）ＸＩと測定ポイン）Ｘ２とで
は組成比率のズレは±５．０％以下することができ、組
成比が前記基板９の全面積にわたって、極めて均一にす
ることが可能である。

以上のことから、前記第１セクション１００ａと前記第
２セクション１００ｂとによるスパッタリングを交互に
行うことにより、全体の膜厚及び組成比の均一性だけで
なく、−層毎の膜厚分布及び組成比も良好にすることが
でき、極めて高品質の記録層を形成することができる。

しかも、上述のように電源装置に大きな負荷をおよぼす
ことなく極めて短周期の積層薄膜を高速にて形成するこ
とができる。

また、本発明においては、前記分割部１３０　の形状等
は特に限定するものではなく適宜変更できるものである
。例えば第５図に示す台形状の分割部１３０にて第４図
に示す環状の第２セクション１００ｂの前記ターゲット
を８ケに分割し、反時計回りに順番に番号を付した場合
、（１ａ、・・・８ｂ）のうちｌａ　、２ａ　、　３ａ
　、　４ａの材料をＡ組、５’ｌ　、　６ｂ　、　７ｂ
　、　３ｂ　の材料をＢ組として構成した場合、それぞ
れの前記ソレノイドコイル９４の電流値を上記各材料の
組において同一条件に設定し、ターゲット上方でその中
心軸をターゲット中心軸と一致させた前記ホルダ１９０
回転軸１９ａを中心に自転させつつ成膜を行なう。これ
によってＡとＢ材料の混合膜（複合膜）と、ターゲット
７による単一組成膜との積層薄膜を所望の組成にて良好
に作成することができる。混合膜の組成比のコントロー
ルは前記材料ＡＳＢの組合せ数を変えること、あるいは
磁界（Ｘａ）の強度を変えることにより極必で容易に可
能であり、第１０図等に示した従来の膜厚分布修正板な
どを用いないので、スパッタ粒子の無駄もなく、任意の
組成の薄膜が高速作成できる。

また、前記各分割部１３０の１つ１つは小さいものであ
るので、前記磁界（Ｘａ）を強くするためのアンペア回
数をかせぐことが容易であり、磁界強度を従来に比べて
強くすることができ、かつ低コストで達成できることも
極めて大きな効果である。

本発明の方法を適用する装置は、前記実施態様の如く電
磁石と永久磁石の組合せは、主磁界発生手段として永久
磁石、調整用磁界発生手段として電磁石に限るものでは
なく、主磁界発生手段として電磁石、調整用磁界発生手
段として永久磁石という役割分担でもよく、さらに電磁
石のみの構成であっても可能である。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明は、カソードが基板に正面より
対向する第１セクションと、前記第１セクションの回り
を環状に囲み前記基板に対し基板中心方向に向くように
傾斜して対面する第２セクションとから成り、前記第２
セクションは複数の分割部からなり、前記磁界発生手段
が前記ターゲットの前記分割部にそれぞれ対応した個別
の複数構成であると共に、それぞれが磁力の独立制御可
能な電磁石を有し、前記第１セクションと前記第２セク
ションの電磁石コイルに互に電流波形の位相差θを０＜
θ＜２πの範囲でずらした交流電流を流し、且つ夫々の
ターゲット表面のプラズマが消弧しないように前記電磁
石コイルの通電を維持しながら前記第１セクションと前
記のセクションのスパッタを交互に行うことにより薄膜
を形成するようにしたので、　カソード全体の大きさが
大径であってもアンペア回数をかせぐのが容易で、大き
な磁界強度を得ることができ成膜速度を高めることがで
き、しかも前記電磁石コイルの励磁電流にオフセット値
を適宜設定することでプラズマ放電の点弧・消弧時にお
ける電源装置への負荷が軽減でき、又、前記分割部の磁
界強度が独立制御できることにより、スパッタリングの
制御範囲を従来よりも広くでき、成膜時のコントロール
性が向上し高品質な膜質を得ることができ、特に異種材
料の積層薄膜の成膜の場合には、組成比のコントロール
をも極めて容易に行うことができ膜組成の再現性を高め
ることができる。

前記電磁石コイルの励磁電流に正弦波形を用いることに
よって、該電磁石コイルによる逆起電力の発生が回避で
き、電源回路の発熱等の負荷がなく長時間のスパッタリ
ングを好適に行うことができる。

更に、前記第２セクションのターゲットをターゲット中
心軸線上に位置させた基板に対し、タープ７）表面を前
記基板に向けて適宜傾斜させることにより従来のような
複雑な回転構造や膜厚分布修正板の操作に依存すること
なく膜厚分布を従来以上に均一にすることができる。ま
た、前記傾斜は前記基板に対するスパッタリング粒子の
分布を高密度にでき、スパッタ粒子の飛散むらがないよ
うに方向性を持たせることにより、成膜速度を高くする
ことが出来きる。

以下、本発明の効果を実施例によりさらに明確にするこ
とができる。

〔実　施　例〕

本発明の実施例を用いて更に説明する。

○　実施例−１第１図及び第２図に示す装置とほぼ同じスパッタリング
装置を用い、諸元は下記のとおり■第１セクションのタ
ーゲット・・・材質Ｔｂ。

φ５　．１／４’厚 ■第２　セクションのターゲット（１・・・５）・・・
材質ＦｅａｏＣＯ２ｏ　＋内接円径１４０　闘φ。

傾斜面幅５０師。

傾斜角度４５゜ ■第１セクションの電磁石・・・２００Ｔ　Ｘ　１２八
（定格）■第２セクションの分割部の数・・・５ブロツ
ク■第２セクションの電磁石・・・１４０Ｔ　ｘ２ＯＡ
（定格）■基板・・・１３０ｏ口φ、ＰＣＣ樹脂フタ−ゲット基板との間の距離・・・１１０市静止対面 ■第１セクションのターゲット電源・・・Ｄ　Ｃ６００
Ｗ■■第２セクションターゲット電源・・・ＤＣｌ、６
に９＋■積層周期・・・８人　（２Ｈ２）上記の条件に加え、第１セクションのターゲットのＴｂ
裏面に組込まれた電磁石の励磁電流を第８図（ａ）に示
す様に与えた（この場合のプラズマ消弧限界の磁界強度
を与えるオフセット電流ＩＡ　は２．５アンペアとした
。）又、第２セクションのターゲット（１・・・５）の
Ｆｅ５ｏＣｂ磁石の励磁電流を第１のターゲット３に対
える励磁電流に比較してπ／２の遅れを与えて第８図（
ｂ）に示す様に与えた（この場合のプラズマ消弧限界の
磁界強度を与えるオフセット電流ＩＡ　は４．５アンペ
アとした。）。

その結果の成膜状況を検出してみた。

Ｔｂの成膜（積層）の検出方法としてはチャンバー内の
発光を光ファイバーでピックアップした。

この光りをモノクロメータにて波長をＴｂのノイズの少
ないピークに設定しておきその後、フォトマルチプライ
アで光の強度を測定した。第９図に示すように、Ｔｂの
励磁電流（第８図ａ）より少し遅れるが確実に磁界強度
の変化に追従してターゲットのスパッタ量を変化させる
ことができた。

この結果、８人の如く短周期の積層薄膜を、膜厚分布±
４．７％、成膜速度８２０人／　ｍ　ｉ　ｎ　という極
めて優れた結果を得る事が出来た。

○　　実施例−２実施例−１と同様第１図及び第４図示すようなスパッタ
リング装置を用い、諸元は下記のとおりにて実施した。

■第１セクションのターゲット・・・　　Ｎｄ３゜Ｄｙ
７゜。

φ５Ｚ５ｎ＋ｍ厚 ■第２セクションのターゲット・・・Ｆｅｓ。ＣＯ３１
１Ｔｌ□。

内接円径１４０　証φ 傾斜面幅５０ｍｍ。

傾斜角度　６０゜ ■第１セクションの電磁石６・・・２００Ｔ　Ｘ８Ａ■
第２セクション分割の数・・・８ブロツク■第２セクシ
ョンの各電磁石７・・・１００Ｔ　Ｘ　１６Ａ■基板゛
・・・１３０市φ、ＰＣ樹脂 ■第１セクションのターゲットと基板との間の距離・・
・１２０部　静止対面 ■第１セクションのターゲット電極１０・・・ＲＦ６０
０１（■第２セクションのターゲット電源１１・・・Ｄ
Ｃ１６ＫＷ■励磁電流波形・・・正弦波（０，６ｆｌｚ
）■積層周期・・・２８人　、　Ｎｄ０）１上記の条件
に加え第１セクションと第２セクションとの励磁電流の
位相差をπ／４にしてＳｌｎ波を与えて基板上に積層薄
膜を形成させた結果を第１表に示す。

第　　１　　表但しＡ：基板中心からの距１ｌｉ１ｔ［ＩｌｍＢ：膜厚分布
（ターゲット中心を１００　とする）Ｃ：Ｆｅ原子の組
成比率（原子％）・組成比検出方法はオージェ電子分光法による。

・膜厚分布の測定は触針式膜厚計による。

第１表に示すように、基板中心からの距離が５Ｑ　ｍ＋
＋＋はなれた基板の周辺部においても中心部と比較して
膜厚分布は５％以内の差であり、組成比率のズレも５％
の内に入って、非常に均一な膜厚と膜組成分布を得るこ
とができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施態様であるスパッタリング装置
の概略図、第２図は第１図に示すカソードのターゲット
の平面図、第３図は第２図に示すカソードにおける分割
部の要部斜視図、第４図は本発明における他のターゲッ
トの形状を示す平面図、第５図は第４図に示すターゲッ
トの形状に対応した分割部の要部斜視図、第６図は本発明の積層薄膜形成方法に用いられるマグネ
トロンスパッタリング装置におけるスパッタリング分布
線の概念を示した概略側面ス、第７図は第１図に示した
装置におけるカソードの制御方法を示すブロック図、第
８図の（ａ）及び（ｂ）はカソードの第１セクションと
第２セクションの夫々のソレノイドコイルの励磁電流を
示す波形図、従来にスパッタリング装置の概略図、第９
図は本発明の積層薄膜の形成方法に関係する第８図（ａ
）に示すソレノイドコイル励磁電流の波形とほぼ対応し
たホトマルチプライアによる特定原子の光強度を示すグ
ラフ、第１０図は従来のスパッタリング装置の概略図、
第１１図は従来のスパッタリング装置におけるカソード
部分の概略断面図、１２図は第１１図に示したターゲッ
トの平面図、第１３図は従来の励磁電流波形を示す波形
図、第１４図はカソードの一部が傾斜してない場合のマ
グネトロンスパッタリング装置におけるスパッタリング
分布線の概念を示した概略側面図である。１．２．３．４．５．６．７・　・ターゲット、９・・
基板、　　　　　　１Ｏ１２０，６０，７０・ターゲッ
ト電源、１２．１６．１７・・電磁石電源、１９・・基板ホルダ、１９ａ・・回転軸、８４．９４・・ソレノイドコイル、８５．９５・・ヨーク部、８６．８７．９６．９７・・永久磁石９６ａ・・内縁部、９１・・真空チャンバ９２・・ガス
導入口、９３・・排気口、９７ｂ・・外縁部、９８・・任意波形発生器、９９・・制御手段、１００・・カソード、１００ａ・・
第１セクション、１００ｂ・・第２セクション、１３０・・分割部。第　　５弔第図 ′Ｊ４（１１，１２，・−−−−、＋６）第図第図５渇図第図第　１４図

Claims

【特許請求の範囲】

薄膜が形成される基板に対向するように配置したターゲ
ットの裏面側に磁界発生手段を設け、前記ターゲットの
表面にて電界とほぼ直交する磁界を形成するカソードが
前記基板に正面より対向する第１セクションと、前記第
１セクションの回りを環状に囲み前記基板に対し基板中
心方向に向くように傾斜して対面する第２セクションと
から成り、前記第２セクションは複数の分割部からなり
、前記磁界発生手段が前記ターゲットの前記分割部にそ
れぞれ対応した個別の複数構成であると共に、それぞれ
が磁力の独立制御可能な電磁石を有し、前記第１セクシ
ョンと前記第２セクションの電磁石コイルに互に電流波
形の位相差θを０＜θ＜２πの範囲でずらした交流電流
を流し、且つ夫々のターゲット表面のプラズマが消弧し
ないように前記電磁石コイルの通電を維持しながら前記
第１セクションと前記第２セクションのスパッタを交互
に行うことにより薄膜を形成することを特徴とするスパ
ッタリング方法。