JPH0565633A - 薄膜の製造方法とその装置 - Google Patents

薄膜の製造方法とその装置

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JPH0565633A
JPH0565633A JP4051858A JP5185892A JPH0565633A JP H0565633 A JPH0565633 A JP H0565633A JP 4051858 A JP4051858 A JP 4051858A JP 5185892 A JP5185892 A JP 5185892A JP H0565633 A JPH0565633 A JP H0565633A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 逆スパッタリングや帯電作用のような不利な
効果が生じない、多量に酸素あるいは他の反応性ガスを
含む物質から薄膜を製造する方法とその装置を提供す
る。 【構成】 この発明による方法では、材料をターゲット
あるいは陰極材料として使用し、加熱した基板の上にカ
ソードスパッタリングで付着させて薄膜を形成する。上
記方法を実行する装置は、ターゲットから出た粒子をカ
ソードスパッタリングで生じたいプラズマの外で、0.1
〜 20 ミリバールの圧力のガスの流れを通して、ターゲ
ットとは空間的に分離している付着させる基板に運ぶ。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、例えば、ターゲット
材料あるいは陰極材料として使用され、薄膜をカソード
スパッタリングで加熱基板上に付着させて形成する、酸
化高温超伝導体の材料のように、多量の酸素や他の反応
性ガスを含む物質から薄膜を製造する方法に関する。更
に、この発明は、ガス気密封止された室の中に配設され
ている少なくとも１個の陰極を備えた陰極・陽極装置
と、ターゲットとしての陰極材料と、加熱できる基板ホ
ルダーとから成り、更に前記室にガス導入部と排気装置
を備え、例えば酸化高温超伝導体の材料のように多量の
酸素や他の反応性ガスを含む物質から薄膜を製造する装
置にも関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば、酸素と窒素を含む化合物のクラ
スに対して、例えば非常に複雑な構造（フェログスカイ
ト構造； Perowskite ）およびその場で挿入される酸素
で特徴のある、高温超伝導物質（例えば、YBa2Cu3O7-X,
Bi-Sr-Ca-Cu-Oおよび Tl-Ba-Ca-Cu-O) が枚挙される。
【０００３】冒頭に述べた種類の公知方法としては、一
般に知られているプラナースパッタリングあるいは周知
の "off axis" 高圧カソードスパッタリングを挙げるこ
とができる（例えば、X. X. Xi, G. Linker, O. Meyer,
E. Nold, B. Obst, F. Ratzel, R. Strehlau, F. Wesh
enfelder, und J. Geek, Z. Phys. B 74 (1989), 13, o
r C. B. Eom, J. Z. Sun, K. Yamamoto, A. F. Laderma
n, Appl. Phys. Lett. 55(1989), S. 595) 。この外
に、例えば蒸着、レーザー除去、電解法等のような他の
付着方法があるが、これ等は何れも低圧で行われる。
【０００４】例えば、L. R. Gilbert, R. Meissier und
S. V. Krishnaswamy, J. Vac. Sci. Technol., 17 (19
80), S. 389 により、所謂逆スパッタリング効果として
知られているように、公知のカソードスパッリング法に
よって付着させた被膜は、プラズマからのイオンによっ
て再び剥ぎ取られると言う難点がある。更に、このスパ
ッリング法では、意図していない不利な帯電効果が示
す。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】それ故、この発明の課
題は、例示した効果のような、作製した被膜がプラズマ
からのイオンによって再び除去される（逆スパッタリン
グ）不利な効果あるいは帯電効果が生じない方法をを提
供することにある。更に、この発明の課題は、上記の方
法を実行するのに適した装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の課題は、この発明
により、例えば、ターゲット材料あるいは陰極材料とし
て使用され、薄膜をカソードスパッタリングで加熱基板
上に付着させて形成する、酸化高温超伝導体の材料のよ
うに、多量の酸素や他の反応性ガスを含む物質から薄膜
を製造する方法の場合、ターゲットから脱離した粒子
が、カソードスパッタリング時に発生するプラズマの外
で、 0.1〜 20 ミリバールのガスの流れを経由して、付
着させるべきターゲットから空間的に分離した基板に運
ばれることによって解決されている。
【０００７】更に、上記の課題は、この発明により、ガ
ス気密封止された室の中に配設されている少なくとも１
個の陰極を備えた陰極・陽極装置と、ターゲットとして
の陰極材料と、加熱できる基板ホルダーとから成り、更
に前記室にガス導入部と排気装置を備え、例えば酸化高
温超伝導体の材料のように多量の酸素や他の反応性ガス
を含む物質から薄膜を製造する装置の場合、基板ホルダ
ーがターゲット面の法線に対して横に少なくともターゲ
ットの延長面の１・1/2 ほど基板ホルダーの方向へずら
して配置されていて、装置を運転時に、ガスの流れが陰
極あるいは発生したプラズマの領域から基板ホルダーの
ほうに達するように、陰極、基板ホルダー、ガス導入部
および排気装置が互いに配設されていることによって解
決されている。
【０００８】この発明による他の有利な構成は、特許請
求の範囲の従属請求項に記載されている。
【０００９】
【作用】この発明による装置の有利な実施例では、互い
に星型に配置された多数のターゲットを設けている。こ
のことは種々の材料を混合させることを簡単にする。更
に、この発明による装置の有利な実施例では、チャンバ
ーにガスの流れの中に置かれ、陰極材料と基板ホルダー
の間に配置されている、このガス流と一緒に導入される
粒子の組成を調べる分析領域がある。
【００１０】
【実施例】以下では、添付図面を参照しながら好適実施
例に基づきこの発明をより詳しく説明する。図１に示す
ように、装置は三つの部分で構成されている。右の室に
は、適当な物質ないしは合金を有するターゲット材料を
装着したカソードがある（例えば、星型に配置されてい
る）。プラズマを点火した後、印加した出力に応じて、
種々のターゲットから物質を付着させる。 2〜 200μm
の非常に小さい自由距離に対して、約 0.1〜 20 mbarの
高い背圧を加える。５〜 10 mbarの場合には、この自由
距離は約 10 〜 100μm になる。粒子の移動に影響を与
え、しかも粒子を基板の方に案内するのに充分なガスの
流れを形成する（図１参照）。
【００１１】カソードと基板の間には、分析ユニットを
組み込む。ここでは、プローブを置くか、あるいは粒子
の（例えば、Ｘ線で励起して）エネルギスペクトルの解
析を行う。飛来する粒子の元素固有な定量分析は、カソ
ードの制御に利用できるので、成長する被膜の化学量論
をその場で制御でき修正できる。このことは、例えばYB
a2Cu3O7-Xあるいは Bi2Sr2Ca2Cu2Oy あるいは Bi2Sr2Ca
2Cu1Oy のような他成分化合物に対して決定的な意義が
ある。
【００１２】左の室では、本来の付着が行われる。ここ
では、一個ないしはそれ以上の基板がガス流の中に配置
されている。こうすると、大面積の成膜と一定の温度制
御にとって有利である（例えば、 YBa2Cu3O7-Xに対して
決定的に重要である）。後者は、例えばプラナースパッ
タリングの場合、プラズマの存在によって極度に困難で
ある。図１には、試料を他の方法より良好に取り囲むこ
とによって、基板のより良好な温度指定を可能にする方
法が示してある。容器の壁の物質の脱離は、流れを適当
に案内したり、壁を加熱しておくことによって低減、あ
るいは全く排除できる。
【００１３】この発明による薄膜製造方法を他の薄膜付
着方法と比較すると、下記のようになる。即ち、 1) 高圧プラナーカソードスパッタリング： この方法
には、上で説明したように、基板がプラズマ内、または
プラズマに密接して配置されるので、剥離作用（結果と
して、場合によっては化学分解となる）や、加熱が生じ
ると言う重大な欠点がある。更に、飛来する物質の直接
分析が不可能である。
【００１４】2) "Off-Axis"カソードスパッタリング：
この方法は、特に高温超伝導物質を作製する場合に好
んで応用される。計算に入れなければならない圧力の大
きな変動がある場合、付着に対する均一性が乏しいとい
う難点がある。その場分析も同様に不可能である。多数
のターゲットによるカソードスパッタリングと、それに
よる組成の修正は不可能である。このことは、特に一個
のターゲットで得られる組成の薄膜を作製することを困
難にする。
【００１５】3) ホローカソードスパッタリング： 2)
と同じである。 4) 蒸着： 大抵の蒸着法は、低圧で行われる。それ
故、例えば充分な酸素をYBa2Cu3O7-Xに送り込むことが
極度に困難である。例外は、レーザー剥離である。その
外、蒸着時に大きい粒子が飛び出す。このことは、大抵
膜質の悪化に通じる。
【００１６】
【発明の効果】この発明による方法の利点は、以下の点
にある。即ち、(i) この発明による方法は、成長する
被膜に対して、ターゲットに形成されるプラズマの不利
な影響を排除する。このことは、例えば（酸素イオンと
プラズマ電子による YBa2Cu3O7-Xの付着時の）上に説明
した剥離効果、帯電効果および基板の加熱である。
【００１７】(ii) ソースと基板の空間的な分離および
気体の流れによる粒子の移動で行われるＣＶＤ法（化学
蒸気付着）に比べて、この方法は、付着させるべき粒子
が一方で非常に簡単に供給され（ YBa2Cu3O7-XのＣＶＤ
付着に対して、例えば時間当たりの膜厚成長（成長速
度）を安定にすることが困難である）、他方でＣＶＤの
場合望ましくない方法が導入される支持物質（例えば炭
素）を必要としないと言う利点を提供する。更に、ＣＶ
Ｄ法は非常に経費が掛かる。
【００１８】(iii)一般に、ソース（プラズマも含め）
と基板を空間的に分離することによって、「飛来する」
粒子の積算化学量論のその場解析と修正が（プローブあ
るいはスペクトル分析によって）行える。このことは、
ＣＶＤ法でも同様に行えるが、支持物質も一緒に測定し
てしまう。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による薄膜製造装置の模式断面図であ
る。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 例えば、ターゲット材料あるいは陰極材
    料として使用され、薄膜をカソードスパッタリングで加
    熱基板上に付着させて形成する、酸化高温超伝導体の材
    料のように、多量の酸素や他の反応性ガスを含む物質か
    ら薄膜を製造する方法において、ターゲットから脱離し
    た粒子が、カソードスパッタリング時に発生するプラズ
    マの外で、 0.1〜 20 ミリバールのガスの流れを経由し
    て、付着させるべきターゲットから空間的に分離した基
    板に運ばれることを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 ガス圧は、 0.5〜 10 ミリバールである
    ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 ガス気密封止された室の中に配設されて
    いる少なくとも１個の陰極を備えた陰極・陽極装置と、
    ターゲットとしての陰極材料と、加熱できる基板ホルダ
    ーとから成り、更に前記室にガス導入部と排気装置を備
    え、例えば酸化高温超伝導体の材料のように多量の酸素
    や他の反応性ガスを含む物質から薄膜を製造する装置に
    おいて、基板ホルダーがターゲット面の法線に対して横
    に少なくともターゲットの延長面の１・1/2 ほど基板ホ
    ルダーの方向へずらして配置されていて、装置を運転時
    に、ガスの流れが陰極あるいは発生したプラズマの領域
    から基板ホルダーのほうに達するように、陰極、基板ホ
    ルダー、ガス導入部および排気装置が互いに配設されて
    いることを特徴とする装置。
  4. 【請求項４】 互いに星型に配設された多数のターゲッ
    トが設けてあることを特徴とする請求項３に記載の装
    置。
  5. 【請求項５】 案内板のような、ガス流案内部は、ガス
    流を指向させるために設けてあることを特徴とする請求
    項３または４に記載の装置。
  6. 【請求項６】 前記室には、陰極材料と基板ホルダーの
    間に配設され、ガス流の中にあり、このガス流と一緒に
    案内される粒子を調べる分析領域があることを特徴とす
    る請求項３〜５の何れか１項に記載の装置。
JP4051858A 1991-03-13 1992-03-10 薄膜の製造方法とその装置 Withdrawn JPH0565633A (ja)

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