JPH046271A

JPH046271A - マルチカソードスパッタリング装置

Info

Publication number: JPH046271A
Application number: JP10636790A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Hirata; 和男平田
Original assignee: Anelva Corp
Current assignee: Canon Anelva Corp
Priority date: 1990-04-24
Filing date: 1990-04-24
Publication date: 1992-01-10

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、複数のマグネトロンカソードを有するマルチ
カソードスパッタリング装置に関する。

［従来の技術］スパッタリング装置において、ターゲットにイオンを衝
突させた場合、ターゲットの材質によっては、ターゲッ
トから負イオンを発生する場合がある。このようなター
ゲット材料の一例として、酸化物ターゲットが挙げられ
る。特に最近脚光を浴びている酸化物超電導体用ターゲ
ット（例えばＹＩ　　Ｂａ２　Ｃｕ３０．　ターゲット
、Ｂｉ２５ｒ２Ｃａ、、Ｃｕ、Ｏｙターゲット、Ｙ２Ｏ
３ターゲ、。

１・等）や、ＩＴＯ（インジウム・スズ酸化物）ターゲ
ットでは、正イオンを衝突させた場合、高エネルギーの
酸素の負イオンを放出することがＳＩＭＳ分析で観測さ
れている。

この酸素負イオンは、基体上の膜を衝撃して再スパツタ
リングを生じさせ、再スパツタリングされた粒子が膜か
ら脱落するという問題を引き起こす。以下、Ｙ１Ｂａ２
Ｃｕ３０．酸化物超電導体ターゲットを用いた場合につ
いて具体例を挙げて説明する。第９図は、Ｙ、Ｂａ２Ｃ
ｕ３０．ターゲットを用いて高周波マグネトロンスパッ
タリングにより直径が約１００ｍｍのＳｉ基体上に膜を
堆積をした場合の、膜の組成比分布のグラフである。タ
ーゲット８１の背面には永久磁石８２があり、ターゲッ
ト表面のエロージョン領域８３の中心径は約７０ｍｍで
ある。エロージョン領域８３は、ターゲット表面付近に
おいてターゲット表面に垂直な磁場成分が零になる領域
と一致する。このようなターゲットに対向させて基体を
配置してこの基体上に膜形成をした場合、膜の組成比分
布はグラフのようになった。Ｃｕ　／　Ｙの組成比は、
理想値３．０に対して、エロージョン領域に対向する基
体部分（直径７０ｍｍの付近）では大幅にこれを下回っ
ている。Ｂ　ａ　／　Ｙの組成比についても同様であり
、理想値２．０に対して、エロージョン領域に対向する
基体部分ては大幅にこれを下回っている。膜組成がター
ゲット組成にほぼ一致する領域は基体中心から約２５ｍ
ｍまでの領域である。

エロージョン領域に対向する基体部分で膜組成がターゲ
ット組成と大きく異なるのは次の理由による。ターゲッ
トのエロージョン領域では、正イオン（例えばＡｒイオ
ン）がターゲットをスパッタリングすることによって酸
素負イオンが生じる。

この酸素負イオンは、ターゲット表面付近の電界の作用
によって、ターゲット表面に垂直に基体に向かって飛ん
でいき、基体表面の膜を衝撃する。

基体上に付着していた粒子は酸素負イオンに再スパツタ
リングされて、特にＢａ、、Ｃｕが欠乏することとなる
。

ところで、マグネトロンカソードを使用した場合、上述
のように基体中央部分では負イオンによる衝撃を受けな
い。したがって、エロージョン領域の内径よりも小さい
基体を使用すれば基体全面で均一な膜組成を実現するこ
とが可能である。また、大きな基体を利用する場合には
、エロージョン領域ができるだけ外側にできるようなタ
ーゲットを使用すればよい。

［発明が解決しようとする課題］複数のマグネトロンカソードを利用して基体を移動させ
てスパッタリングさせる場合は、シングルカソードを利
用して基体を静止させておく場合と違って、基体全面が
負イオン衝撃を受けるという問題が生じる。すなわち、
基体は移動するので基体の各部はいつかはターゲットの
エロージョン領域に対向する位置に来て、そのときに負
イオン衝撃を受けることになる。そのため、基体の中央
部分でも負イオン衝撃は避けられない。第１０図は第９
図の場合と同様のターゲットを利用して基体を移動しな
がらスパッタリングを行った場合の膜の組成比分布を示
すグラフである。この場合は、基体全面にわたってＢａ
、Ｃｕが欠乏する。なお、第９図と第１０図では膜付け
の際に基体加熱は行っていない。

そこで、従来のマルチカソードスパッタリング装置にお
いては、前述の欠乏分を、Ｂａ酸化物（Ｂａｄ、ＢａＣ
０３）ターゲット、Ｃｕ酸化物（Ｃｕｂ、ＢａＣｕＯ，
ＹＣｕＯ）ターゲット等の複数のターゲットを用いて基
体表面上の膜組成を制御することにより補っていた。こ
の方法では膜組成をある程度制御することは可能となる
が、依然として、基体表面は酸素負イオンの衝撃を受け
ることになり、精密な組成制御が難しく、膜の結晶構造
にも悪影響を与えるという欠陥がある。

本発明の目的は、複数のマグネトロンカソードに対向さ
せて基体を移動させる形式のマルチカッドスパッタリン
グ装置において、基体表面上の膜が負イオンによる衝撃
を受けることのないようなマルチカソードスパッタリン
グ装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］上述の目的を達成するために、本発明に係るマルチカソ
ードスパッタリング装置は、基体とターゲットとの間に
、貫通部を有する負イオン防止シルトを配置して、ター
ゲットのエロージョン領域におけるターゲット表面に垂
直な任意の直線が前記貫通部を通過しないように構成し
たことを特徴としている。すなわち、エロージョン領域
で発生した負イオンが負イオン防止シールドに衝突する
ようにして貫通部を通過しないようにしている。

負イオン防止シールドの形態は種々のものが考えられる
。複数のターゲットに対して一枚の負イオン防止シール
ドを設けて、この負イオン防止シールドにターゲットと
同じ数の貫通孔を形成してもよい。あるいは、ターゲッ
トごとに負イオン防止シールドを設けてもよい。

［作用］複数のマグネトロンカソード電極に電圧を印加して放電
を生じさせ、ターゲットをスパッタリングして基体に膜
を堆積させる。このとき基体は、複数のターゲットに対
向して適当な速度で連続的に移動する。あるいは、ター
ゲット対向位置に適当な時間滞在してから移動する。タ
ーゲットのエロージョン領域でスパッタリングされた粒
子の一部は負イオン防止シールドの貫通部を通過して基
体に到達する。スパッタリングされた粒子は電気的に中
性なので、ターゲット表面から斜めに飛んで行く粒子も
相当あり、これが負イオン防止シールドを通過していく
。一方、ターゲットのエロージョン領域で発生した負イ
オンは、電界の作用によって基板表面に垂直に飛んでい
き、負イオン防止シールドに衝突して基体には到達しな
い。

［実施例］次に、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明の一実施例に係るスパッタリング装置の
正面断面図である。真空容器１は、矢印６１または６２
の方向に排気を行う主排気系（図示しない）によって１
０−’Ｔｏｒｒ以下の真空状態に保たれている。真空容
器１の内部には、８００℃まで加熱可能な基体ホルダー
３と、この基体ホルダー３を保持して矢印５の方向に基
体ホルダ３を移動させる基体移動機構２とが設置されて
いる。基体ホルダー３は、基体移動機構２によって真空
容器１内および矢印６１または６２の方向に設置されて
いる基体交換室（図示しない）内を移動させることがで
きる。前記基体ホルダー３の表面には基体４を取り付け
ることができる。この基体４は、基体移動機構２の働き
によって、後述する複数のターゲットの上方を移動し、
この基体４に膜を堆積することができる。

基体移動機構２の下方には四つのマグネトロンカソード
９．１０．１１．１２が一列に並べて設置されている。

各カソードはそれぞれ独立にタゲット１３．１４．１５
．１６を備えている。タゲットの回りには、ターゲット
シールド８が設置されている。各カソード９〜１２には
それぞれインピーダンス整合器１７．１８．１９．２０
と高周波電源２１．２２．２３．２４とが接続されてい
る。高周波電源２１〜２４は、各カソード９〜１２によ
る同時放電時に互いに干渉しないように、周波数１３．
５６ＭＨｚを中心に±６ｋＨｚの範囲内で同一周波数に
ならないようにしである。

すなわち、高周波電源２１〜２４の順に、１３゜５６０
ＭＨｚ、１３．５５４ＭＨｚ、１３．５５７ＭＨｚ、１
３．５６３ＭＨｚの周波数を利用している。

基体移動機構２と四つのターゲット１３〜１６との間に
は一枚の平板状の負イオン防止シールド７が設置されて
いる。この負イオン防止シールド７には、ターゲットに
対向する位置に円形の貫通孔７１．７２．７３．７４が
形成されている。第２図に負イオン防止シールド７の斜
視図を示す。

この実施例では、ターゲット１３〜１６は直径が約１０
０ｍｍの円形であり、そのエロージョン領域の中心径は
約７０ｍｍである。負イオン防止シールド７の貫通孔７
１〜７４の孔径は４０ｍｍである。ターゲット１３〜１
６と基体４との距離は約３０ｍｍであり、ターゲット１
３〜１６と負イオン防止シールド７との距離は１０〜１
５ｍｍである。なお、本発明はこれらの寸法に限定され
ない。

次に、このスパッタリング装置の基本的な動作を説明す
る。

真空室１内に、ガス導入機構（図示しない）によりスパ
ッタリングガスを導入する。スパッタリングガスとして
は、Ａｒガスか、０２ガスか、あるいは両者の混合ガス
を使用する。そして、高周波電源２１〜２４によって各
カソード９〜１２に電力を印加して放電を起こし、スパ
ッタリング現象を利用して、基体４上に膜を堆積させる
。スパッタリングされた粒子の一部は負イオン防止シー
ルド７の貫通孔７１〜７４を通過して基体４に到達する
。一方、ターゲット１３〜１６のエロージョン領域から
は負イオン２５が発生し、この負イオン２５はターゲッ
ト表面付近の電界の作用てターゲット表面に垂直に飛ん
で行く。この負イオン２５は負イオン防止シールド７に
衝突し、貫通孔７１〜７４を通過しない。というのは、
エロージョン領域の中心径が７０ｍｍであるのに対して
貫通孔の孔径が４０ｍｍとなっているので、エロジョン
領域からターゲット表面に対して垂直に飛び出した負イ
オンは貫通孔を通過できない。したがって、基体４は、
移動中であっても静止中であっても負イオン衝撃を受け
ることがない。

次に、この実施例のスパッタリング装置を利用してＹ、
Ｂａ２Ｃｕ３０．超電導体薄膜を作製する方法の一例を
述べる。

基体４には、ＭｇＯ１ＳｒＴｉ（ｈ、ＹＳＺ等を用いる
。基体４は５５０〜６５０℃に加熱する。

ターゲット１３にはＹ２Ｏ３を用い、ターゲット１４と
１５にはＢａＣｕＯを用い、ターゲット１６にはＣｕＯ
を用いる。ＢａＣｕＯは他の材質よりも堆積速度が遅い
ので、このように２個のターゲットを用いている。基体
４は基体移動機構２により矢印５の方向に往復運動させ
る。膜組成の精密制御をするためには、四つのターゲッ
ト１３〜１６に印加する電力を調節したり、基体４が各
ターゲットに対向する滞在時間を調節したりする。

基体４上に堆積された膜をＥＤＸ　（エネルギ分散型Ｘ
線分析装置）を用いて定量分析を行った結果、±２％以
内の精度でＹ、Ｂａ２Ｃｕ３０．の組成比が確認できた
。

第３図は、このようにして得られたＹ、Ｂａ２Ｃｕ３０
．超電導体薄膜の臨界温度Ｔｃｅと基体中心からの距離
との関係を示したグラフである。曲線３１が負イオン防
止シールドを設けた場合、曲線３２が負イオン防止シー
ルドを設けなかった場合である。このグラフから分かる
ように、負イオン防止シールドを設けた場合、基体のど
の位置においても、Ｔｃｅ−９０にの良好な膜が得られ
ている。この膜をＸ線回折で調べたところ結晶性も良好
であった。このような良好な結果は、負イオン防止シー
ルドの働きによって酸素負イオンが基体に到達しなかっ
たことによるものである。一方、負イオン防止シールド
を設けなかった場合は、膜組成と結晶性がともに悪く、
Ｔｃｅ＝４０に程度の膜しか得られなかった。

第４図は別の実施例のターゲット付近の正面断面図であ
る。第１図と同じ部分には同一の符号を付けである。こ
の実施例では、・負イオン防止シールド７５が有底円筒
状をしていてカソード９を取り囲んでいる。第５図にこ
の負イオン防止シールド７５の斜視図を示す。負イオン
防止シールド７５の円形端面の中央には円形の貫通孔７
６が開いている。この貫通孔７６の孔径は、第２図の負
イオン防止シールドの貫通孔と同様に、４０ｍｍである
。このようにカソードごとに負イオン防止シールドを設
けると、カソードと負イオン防止シルトとを一つのユニ
ットとして取り扱うことができる。この実施例では、カ
ソード９と負イオン防止シールド７５とがベースフラン
ジ９１に固定されているので、このベースフランジ９１
ごと真空容器１に取り付けたり取り外したりすることが
できる。したがって、カソード９と負イオン防止シール
ド７５との位置調整はカソード９を組み立てる時点で実
施できる。位置調整がずれるとターゲットからの負イオ
ンが負イオン防止シールドの貫通孔を通過する恐れがあ
る。第１図のような構成の場合は、各カソード９〜１２
を真空容器１に取り付けた後、負イオン防止シールド７
を正しく位置調整する必要がある。

第６図はカソードを取り囲む形式の負イオン防止シール
ドを矩形ターゲットに適用した場合の斜視図である。こ
の場合は、有底角筒状の負イオン防止シールド７７とな
り、その矩形端面の中央部に貫通孔７８が形成される。

本発明のスパッタリング装置は複数のマグネトロンカソ
ードを備えるものであるが、その配置は第１図の実施例
に限定されない。第７図は四つのターゲット１３〜１６
を同一平面内に円形に沿って並べて配置した場合の斜視
図であり、基体４は基体移動機構２によって回転する。

第８図は四つのターゲット１３〜１６を垂直に立てて同
一の円筒面に沿って配置した場合の平面図であり、垂直
に立てた基体４は基体移動機構２によって回転する。こ
の第７図と第８図ではターゲットと基体の配置関係を示
しただけであるが本発明はこのような配置のスパッタリ
ング装置にも適用できる。基本的に、基体が複数のター
ゲットに対向して移動するような装置構成であれば本発
明を適用できる。

負イオン防止シールドをターゲットと基体との間に配置
する点は第１図の場合と同様である。

本発明のスパッタリング装置はターゲットから発生する
負イオンが基体に到達するのを防止することに特徴があ
るので、ターゲットから負イオンを発生しやすいターゲ
ットを利用して薄膜作製を行う場合に本発明は効果的で
ある。特に、上述のような酸化物超電導体薄膜や透明導
電膜（ＩＴＯなど）などのように、スパッタリングの際
に酸素負イオンを発生しやすいターゲットを使う場合に
効果がある。

［発明の効果］以上述べたように、本発明のマルチカソードスパッタリ
ング装置では、ターゲットから飛来する負イオンを負イ
オン防止シールドで遮断するようにしたので、基体上の
膜が負イオンの衝撃を受けなくなる。

負イオン防止シールドを、各カソードを取り囲むような
筒状の形状にして、カソードごとに設けるようにすれば
、ターゲットと負イオン防止シールドとの位置調整がカ
ソードごとにできるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の正面断面図、第２図は負イ
オン防止シールドの斜視図、第３図は作製した超電導薄
膜の臨界温度を示すグラフ、第４図は別の実施例のターゲット付近の正面断面図、第５図は第４図の負イオン防止シールドの斜視図、第６図は有底角筒状の負イオン防止シールドの斜視図、第７図は本発明が適用可能な別のターゲット配置の斜視
図、第８図は本発明が適用可能なさらに別のターゲット配置
の平面図、第９図は従来装置で作製した薄膜の組成比分布を示すグ
ラフ、第１０図は従来装置において基体を移動した場合の薄膜
の組成比分布を示すグラフである。２・・・基体移動機構３・・・基体ホルダー４・・・基体７・・・負イオン防止シールド９．１０．１１．１２・・・カソード１３．１４．１５．１６・・・ターゲット７１．７２．
７３．７４・・・貫通孔

Claims

【特許請求の範囲】

（１）基体を移動可能に保持する基体ホルダーと前記基
体に対向する位置に配置された複数のマグネトロンカソ
ードとを有し、前記基体を移動させて前記複数のマグネ
トロンカソードのターゲットをスパッタリングすること
によって基体表面上に膜を堆積させるマルチカソードス
パッタリング装置において、前記基体と前記ターゲットとの間に、貫通部を有する負
イオン防止シールドを配置し、前記ターゲットのエロー
ジョン領域におけるターゲット表面に垂直な任意の直線
が前記貫通部を通過しないように構成したことを特徴と
するマルチカソードスパッタリング装置。
（２）複数のターゲットに対して一枚の負イオン防止シ
ールドを設け、この負イオン防止シールドにターゲット
と同じ数の貫通孔を形成したことを特徴とする請求項１
記載のマルチカソードスパッタリング装置。
（３）円形ターゲットを有するカソードに対して、この
カソードを取り囲む有底円筒状の負イオン防止シールド
を設け、この負イオン防止シールドの円形端面の中央部
に貫通孔を形成したことを特徴とする請求項１記載のマ
ルチカソードスパッタリング装置。
（４）矩形ターゲットを有するカソードに対して、この
カソードを取り囲む有底角筒状の負イオン防止シールド
を設け、この負イオン防止シールドの矩形端面の中央部
に貫通孔を形成したことを特徴とする請求項１記載のマ
ルチカソードスパッタリング装置。