JPH03500187A - イオンビームスパッタデポジションのためのターゲットソース - 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】 イオンビームスパッタデポジションのためのターゲットソース 発明の背景 １、発明の分野 この発明は一般的にフィルム生成のためのターゲ・ノドソースに関し、特にイオ ンビームスパッタリング技術を用いる複合体化学組成のフィルムを生成するため のターゲ・ノドソースに関する。

イオンビームソースを用いるスパッタ生成プロセスは様々の適用で見つけられΔ 。イオンビームスパッタ生成を用いる利点は強力な電子の衝撃からのサブストレ ートの分離およびターゲットに衝突するイオンエネルギおよび電流密度に関する 独立した制御である。イオンビームス／り・ツタ生成の基礎的な技術はその技術 でよく知られる。たとえば１９８２年９月／り０月、真空科学技術雑誌（Ｊ、　 Ｖａｃ、　Ｓｅｔ。

Ｔｅｃｈｎｏｌ、、）　、２１、（３）、スパッタリングで用いられる高域ビー ムイオンソースの技術および応用（Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄ　Ａｐｐｌｉｃ ａｔｉｏｎｓ　ｏｆ’　Ｂｒｏａｄ−Ｂｅａｍ　Ｉｏｎ　５ｏｕｒｃｅｓ　Ｕｓ ｅｄ　ｉｎＳｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）　、Ｈ，Ｒ，コーフマン（Ｋａｕｒｍａｎ　 ）　、Ｊ、Ｊ。

キュオーモ（Ｃｕｏｍｏ　）　、およびＪ、、　Ｍ、　Ｅ、　／＼−パー（！１ ａｒｐｅｒ）を参照されたい。大概のプロセスは中和されたイオンビームを発生 する磁界における低エネルギプラズマソースの使用を伴い、イオンエネルギ、方 向、および電流密度はすべて独立して制御可能であり、かつすべてが使用される ターゲットの型から独立している。プラズマは概して不活性の、しかし少量の反 応性ガスをＨしてもよい低圧ガスの直接の電流電子衝撃により生み出される。

概して、真空室に物理的に据えられることができるどんなターゲット材料もこの プロセスによりスパッタリングされ得る。これは元素材料と同じく粉体および複 合物ターゲットを含む。絶縁ターゲットが使用されるとき、絶縁体表面を正に帯 電するのを避けるために中和剤が必要とされる。

そのような帯電はターゲット表面にわたるスパーク、ターゲットを通る電圧ブレ ークダウン、またはイオンビームの偏向を起こすかもしれない。中和剤は電子を 供給するであろうし、表面帯電を避ける。

材料の主要なソースとしてターゲットが頼られる場合に、所与の化学組成のフィ ルムを生成するとき、所与の組成からターゲットを準備することは一般に受入れ られた慣例である。ターゲットソースは直径が典型的に４ないし８インチであり 、包囲物の大きさ次第であり、名目上は０．１ないし０．３インチの厚さである 。それは所望の比率の化学試薬を混合すること、かつ高温または室温で粉体を一 緒にプレスすることにより準備される。しかしながら、多成分ターゲットが利用 されるとき、優先のスパッタリング、変えられた表面層の形成、増速拡散、表面 組織、化合物形成、および相変態のようなイオン衝撃の効果は結果として生じる フィルムに強く影響するかもしれない。さらに、フィルム組成はイオンスパッタ リング係数およびフィルム粘着係数の違いのためターゲット組成と必ずしも同じ でない。

先行技術は所望の化学組成のフィルム生成を達するためにターゲット材料の数回 の繰返しをなすことに顆ってきた。

これは費用がかかり、かつ時間のかかる経験上の手続であり全く申し分のないと いうものではなかった。先行技術で使用される多成分フィルムを生成する代替の アプローチはビームが区分されたターゲットに衝突するのを可能にすることであ る。ハーバ−氏等（前掲書中に）により報告されるように、Ａｇ／５ｉ０２のサ ーメットは、Ａｇおよび５ｉ０２の２つの隣り合うターゲットを用いて％　５５ −９２−重量％Ａｇの組成の範囲にわたって生成された。（元来、Ｐ、ラインハ ート（Ｒｃｌｎｈａｒｄｔ　）氏等、薄い固体フィルム（Ｔｈｉｎ　５ｏｌｉｄ 　ｌ’ｊ１ｍｓ）　、５１．９９　（１９７８）により報告された。）そこに報 告されるように、フィルム組成はビームの中のターゲットの横方向の位置により 制御され変化するわずかな量の２つのターゲットをスパッタリングして、それに よってフィルム抵抗率が６つのオーダの大きさの範囲にわたって変化されるのを 可能にした。このように、ターゲット組織はフィルム組成に影響するように理解 される。

元素のスパッタ率は合金または成分におけるスパッタ率を予測するのに使用され 得ないということ、および合金におけるスパッタ率比は非常に組成に依存するか もしれないということがしたがって明らかである。したがって、イオンスパッタ リングを用いる薄いフィルム生成において、最終のフィルム組成は予測するのが 困難である。

この発明は全く新しいターゲットを製造する必要性なく精密に制御された増分で ターゲット組成の修正を許す改善されたターゲットソースを提供する。

図面の簡単な説明 第１図は先行技術のイオンスパッタリング装置の必須の部分の略図である。

第２図はこの発明のターゲット構成の平面図である。

第３図は第２図のターゲットを貫く断面図である。

好ましい実施例の説明 第１図は先行技術の装置の図解である。直接の電流が抽出格子１２を装置された イオンガン１０に印加される。イオンガン１０のチャンバはガスの組成で満たさ れ、付勢されたとき、イオンガン１０はイオンビーム１４を発生し、それはター ゲット１６に投射される。ターゲット１６は普通に、サブストレート１８上に実 質上同じ組成のフィルムとして生成される所望の組成の固体のディスクである。

ターゲット１６からのスパッタリングされた材料１７は角度的に偏向されサブス トレート１８０表面２０に入射し、そこでそれはフィルムの形式で生成される。

生成の速度はイオンガンおよびターゲットならびにターゲットおよびサブストレ ートの相対的な角度の関数である。第１図はこの発明に直接関係のない部分が省 かれるスパッタリング装置を図示するが、実際のスパッタリング装置はスパッタ リングに影響を及ぼすのに必要とされる種々の既知の手段、たとえばガスをイオ ンガン１０のチャンバの中へ導入するための手段、真空チャンバの内部を空にす るための手段、および中和エレメントを含むであろうということが当業者に理解 されるであろう。

上記から明らかであろうように、かなりの実験が所望のフィルム化学組成を達成 するために生成パラメータの調整を得るのに必要とされる。これらのパラメータ はビーム電圧、ビーム電流、加速電流、ガスの組成、ガスの圧力、生成温度、お よびターゲットおよびサブストレートの角度の配置を含む。

上記の変数が所望のフィルム組成を生じないとき、ターゲットディスクは、第２ 図および第３図に概略的に図示されるように、ターゲットの厚さのたった１／２ だけ通ってあけられた穴のパターンを備えられてもよい。第２図において、ター ゲットディスクは複数個のあけられた穴を設けられ、それは直径が１／４ないし １／２インチ、および好ましくは３／３２インチの深さまで及んでもよく、それ によって０．１８７５と０．３７５との間の（黄縦比を提供する。典型的に、穴 は単に小さい穴、大きい穴、または連続的に交互の大きい穴および小さい穴から なり得るパターンで配置される。直径５インチのターゲットディスクにとって、 穴が３／３２インチの深さまであけられた、３／１６インチの厚さが適当である 。図示された例において、これは単に適例となり制限と解釈されるのではないが 、穴はお互いに２２−１／２°または４５°の角度に放射状に配置される。

ターゲットディスクから異なった組成を持つプラグが所望のフィルム化学組成を 提供するのに必要とされるようにホールのいくつかまたはすべての中へ嵌合され る。バルクターゲット自体を製造することなく所望のフィルム化学組成を達する のに、プラグはたやすく除去され、付加され、または化学組成が変更されること ができる。バルクターゲット材料と同じ化学組成を露出するので、プラグで充填 されないホールは配慮を要さない。もしスパッタリングされる種の適当な混合が 生成プロセスで起こるのが許されるならば、均質な化学フィルム組成は非均質な ターゲット組成から結果として生じると認識されていたので、ターゲット設計に おけるこの新規な概念は可能であり成功である。この発明は所与の純粋な化学組 成を持つフィルムだけでなく、またバルクマトリックスが１つまたはそれ以上の 活性化剤イオンで計画的に活性化される、またはドープされるフィルムを得るの に使用されることができる。好ましい実施例はイオンビーム生成装置を使用する が、この発明はたとえばｒ、ｆ、スパッタリングおよびマグネトロンスパッタリ ングのような、フィルムまたは材料の生成において材料のソースとしてターゲッ トを使用するすべての装置に適用できる。真空生成は削除されるべきであり、な ぜならばそれはターゲットを利用しない技術、すなわちｅ−ビーム、熱蒸発を含 むからである。

操作において、所望の相のプラグは注意深く決定され準備される。プラグの準備 は化学の良く知られる手続に従う。

十分な純度の化学薬品が乾燥され、注意深く重量を計られ緊密に混合される。適 当な環境のガス状態の下で要求される高くされた温度での予めのか焼の後、ター ゲットとのプレス嵌合を形成する所望の寸法のプラグがプレス上に形成される。

さらに他の高温か焼が必要とされるように行なわれてもよい。１つの例において 、ルテチウム鉄ガーネツトマトリクスが第２図に示されたそれと同様の３２　１ ／４インチ直径および１７　１／２インチ直径の穴をあけられる。この例におい て、１／４　インチ穴の１９個および１／２インチ直径穴の１３個がＢｉａＦｅ ｓＯ＋ｚ組成のプラグと嵌合された。１つの１／４インチ直径穴がＢ１Ｆｅ０１ 組成のプラグと嵌合される。プラグが所定位置にプレスされた後、真空チャンバ はｌＸｌ０−’Ｔｏｒｒまで空にされ、その後最低１６時間真空に保たれた。作 用するガスがその後導入された。これらのガスはターゲットの近くに供給される ２、ｏｘｌｏ−’　Ｔｏｒｒ酸素と、（図示されない）ブリッジ中和剤のプラズ マに供給される１、２５ＸＩＯ−’Ｔｏｒｒキセノンと、イオンソースへ供給さ れる１、６Ｘ１０＝’　Ｔｏｒｒキセノンとである。安定したイオンビームが抽 出され１５分間ターゲットをきれいにするのに使用され、その間サブストレート はシャッタ（図示されない）により覆われる。ターゲットをきれいにするステッ プの後、シャッタが開かれサブストレート上へのフィルム生成が進行する。１３ ００ボルトのビーム電圧および３００ボルトの加速電位での１１０ミリアンペア の電流が生成の間使用された。当業者によく知られる使用される装置の寸法（タ ーゲットからサブストレート、イオンビームソースからのターゲットなど）につ いてのこれらの条件は分あたり１００人のフィルム厚さ生成を生じた。サブスト レートとして注意深くきれいにされ研摩された１インチ直径ガドリニウムガリウ ムガーネットウェーハが使用された。

ポスト生成および焼鈍しステップ後に得られたガーネットフィルムの組成はこの 例において名目上Ｌｕ２　Ｂｉ、Ｆｅ、０，２であった。

もう１つの例において、ベースターゲットはＹ、Ｆｅ５０．２であって、ベレッ トはモル比により決定されるようなり１２０３、ＢｉＦｅＯ３、およびＢ１３Ｆ ｅ５０１２（ｘ）　、Ｆｅ１０，２の、そこではＯ＜ｘ＜３のフィルムが得られ た。ベレットの数を変更することにより、Ｘの異なった値が、フィルムの、異な っている光学磁石および磁気光学の特性の観察により明示されるように得られた 。

所望の組成を提供するために使用されるプラグの数および組成は、ターゲットソ ースのバルクおよび所望の生成されたフィルムの化学組成における相違、ビーム に露出されるプラグおよびターゲットディスクの表面面積、およびプラグおよび ターゲットディスクの組成を考察して、変えられてもよい。ターゲット（および その結果としてフィルム）化学組成における変化はプラグの付加または除去によ りなされてもよい。主要でない変化が変更された化学組成のプラグの置換により 得られるかもしれない。

その新規な発明は広い範囲の化学組成の変化がなされるのを可能にするターゲッ トソースを提供するということが理解され得る。これらの変更は所与のターゲッ ト組成から生成される所望のフィルムの化学組成を調節するのになされ得るだけ でなく、−た化学組成がそのために容品に、都合良く能率的に修正され得る均質 なフィルムの生成において利用されることができる。この発明はそれが使用され る単一のターゲットディスクの使用で異なった化学組成の多くのフィルムを生産 することを可能にし、研究者に要求次第でどんな以前の組成も正確に複製するの を可能にすると一ゲットディスクの製造を要求する先行技術に関して明らかに有 利であり、この発明で、ずっと短い時間、動作ダウンタイムおよび結果として生 じる費用が所望のフィルム組成に達するのに必要とされる。

この発明がその好ましい実施例で記述されたが、使用された言葉は制限というよ りもむしろ記述の言葉であること、および添付の請求の範囲の範囲内での変更が そのより広い局面においてこの発明の真の範囲および精神から逸脱することなく なされてもよいということが理解されるであろう。

国際調査報告 国際調査報告

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. １．チャンバの範囲内に配置されかつイオンビームの強さの予め定められたパタ ーンを有するプラズマのソースと、前記プラズマのソースと関係して角度的に配 置され、かつサブストレートと角度的な関係で配置された中間のターゲットとを 含み、前記ターゲットは前記サブストレート上へ生成される材料のマトリックス を含み、かつ複数個のボアを含み、予め定められた放射状パターンで配置された 前記ボアは第１の予め定められた直径の軸のボアを含み、第２の予め定められた 直径の第１の複数個の放射状に配置されたボアは前記軸のボアを囲み、前記第１ の予め定められた直径の第２の複数個の放射状に配置されたボアは前記第１の複 数個を囲み、第３の複数個の放射状に配置されたボアは前記第２の複数個を囲み 、かつ前記第１の予め定められた直径と前記第２の予め定められた直径との間で 交替する直径であり、前記ボアの各々は０．１８７５および０．３７５の間の横 縦比および前記ターゲットの２分の１の予め定められた深さを有し、さらに プレス嵌合に適合されかつ前記ボアの範囲内に配置された、予め定められた組成 の複数個のプラグを含み、イオンは前記ターゲットおよび前記プラグが作られる 材料の粒子を遊離するように前記ターゲットと衝突するようにされ、それによっ て前記サブストレート上にさらに他の予め定められた組成で前記粒子の薄い均質 なフィルムを生成するスパッタリング装置。
2. ２．前記ターゲットは１／８ないし１／４インチの間の厚さを有し、前記第１の 予め定められた直径は前記第２の予め定められた直径を２：１の比だけ越える、 請求項１に記載のスパッタリング装置。
3. ３．前記サブストレートは前記ターゲットと向き合った関係で配置される、請求 項２に記載のスパッタリング装置。
4. ４．前記プラグが希土組成からなる、請求項３に記載のスパッタリング装置。
5. ５．前記プラグが円形の断面を有する、請求項４に記載のスパッタリング装置。
6. ６．前記プラグが長方形の断面を有する、請求項４に記載のスパッタリング装置 。
7. ７．前記マトリックスは化学元素の複合物からなる、請求項１に記載のスパッタ リング装置。
8. ８．前記マトリックスがイットリウム鉄ガーネットおよびルテチウム鉄ガーネッ トを含む希土類金属の群から選ばれた材料であり、かつ前記サブストレートがガ ドリニウムガーネットからなる、請求項４に記載のスパッタリング装置。
9. ９．前記プラグがＢｉＦｅＯ３、ＢＩ２Ｏ３、およびＢｉ３Ｆｅ５Ｏ１２を含む 材料の群から選ばれる、請求項８に記載のスパッタリング装置。