JPH0776422B2 - スパッタリング方法及び装置 - Google Patents
スパッタリング方法及び装置Info
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- JPH0776422B2 JPH0776422B2 JP1500479A JP50047988A JPH0776422B2 JP H0776422 B2 JPH0776422 B2 JP H0776422B2 JP 1500479 A JP1500479 A JP 1500479A JP 50047988 A JP50047988 A JP 50047988A JP H0776422 B2 JPH0776422 B2 JP H0776422B2
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Links
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Classifications
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- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/34—Sputtering
- C23C14/3407—Cathode assembly for sputtering apparatus, e.g. Target
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C23C14/3414—Metallurgical or chemical aspects of target preparation, e.g. casting, powder metallurgy
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- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N60/00—Superconducting devices
- H10N60/01—Manufacture or treatment
- H10N60/0268—Manufacture or treatment of devices comprising copper oxide
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- H10N60/0408—Processes for depositing or forming copper oxide superconductor layers by sputtering
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- H—ELECTRICITY
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- H10N60/0661—Processes performed after copper oxide formation, e.g. patterning
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Description
【発明の詳細な説明】 発明の技術分野 本発明は、イオン衝撃によるスパッタリング、周期律表
の２つ以上の元素からなる合金や化合物などの多成分薄
膜の蒸着、及び薄膜のスパッタ蒸着時における基板−タ
ーゲットの配置に関する。特に、本発明は、広範囲に亘
たる薄膜やコーティングのスパッタ蒸着や、ターゲット
に対する基板の位置が異なるスパッタリング方法に関
し、これらの薄膜は、スパッタされたターゲットのバル
クと同一の組成を有する。
の２つ以上の元素からなる合金や化合物などの多成分薄
膜の蒸着、及び薄膜のスパッタ蒸着時における基板−タ
ーゲットの配置に関する。特に、本発明は、広範囲に亘
たる薄膜やコーティングのスパッタ蒸着や、ターゲット
に対する基板の位置が異なるスパッタリング方法に関
し、これらの薄膜は、スパッタされたターゲットのバル
クと同一の組成を有する。
先行技術の記載 平板ターゲットから得られた薄膜の蒸着組成がターゲッ
トのバルクの組成と一致しない主な原因としては、ター
ゲットからスパッタされる種々の原子が互いに異なる角
度分布を有していることにある。例えば、ある原子がタ
ーゲット表面から法線方向に放出された場合、閉鎖系に
おける質量保存の法則によってこの原子が他の角度へ放
出されることはない。０度（直角放出）から＋／−90度
まどの全放出角度に亘って放出された元素を集めれば、
必然的に正確なターゲットの組成になる。しかしなが
ら、質量保存の法則は、酸素などの爆発の危険性のある
ガスの一部がポンプの中に入ったり装置の他の部分に吸
着された場合には適用されない。
トのバルクの組成と一致しない主な原因としては、ター
ゲットからスパッタされる種々の原子が互いに異なる角
度分布を有していることにある。例えば、ある原子がタ
ーゲット表面から法線方向に放出された場合、閉鎖系に
おける質量保存の法則によってこの原子が他の角度へ放
出されることはない。０度（直角放出）から＋／−90度
まどの全放出角度に亘って放出された元素を集めれば、
必然的に正確なターゲットの組成になる。しかしなが
ら、質量保存の法則は、酸素などの爆発の危険性のある
ガスの一部がポンプの中に入ったり装置の他の部分に吸
着された場合には適用されない。
二元合金における各原子の角度分布は、最初に本発明者
によって研究され、アール・アール・オルソン及びジー
・ケー・ウェーナー（R.R.Olson and G.K.Wehner）によ
って「真空科学技術ジャーナル（Journal of Vacuum Sc
ience and Technoligy）」第14巻，第316頁（1976年）
に発表され、続いてさらに詳細がアール・アール・オル
ソン、エム・イー・キング（M.E.King）及びジー・ケー
・ウェーナーによって「応用物理ジャーナル（Journal
of Applied Physics）」第50巻、第3677頁（1979年）に
発表されている。多成分材料スパッタリングは、ベッツ
（Betz）及びウェーナーによって「応用物理トピックス
（Topics of Applied Physics）」第52巻、スプリンガ
ー バーラグ、ニューヨーク、1983年（Springer Verla
g N.Y.1983）の概説章に記載されている。
によって研究され、アール・アール・オルソン及びジー
・ケー・ウェーナー（R.R.Olson and G.K.Wehner）によ
って「真空科学技術ジャーナル（Journal of Vacuum Sc
ience and Technoligy）」第14巻，第316頁（1976年）
に発表され、続いてさらに詳細がアール・アール・オル
ソン、エム・イー・キング（M.E.King）及びジー・ケー
・ウェーナーによって「応用物理ジャーナル（Journal
of Applied Physics）」第50巻、第3677頁（1979年）に
発表されている。多成分材料スパッタリングは、ベッツ
（Betz）及びウェーナーによって「応用物理トピックス
（Topics of Applied Physics）」第52巻、スプリンガ
ー バーラグ、ニューヨーク、1983年（Springer Verla
g N.Y.1983）の概説章に記載されている。
ターゲットの配置は、平板ターゲットが発明される以前
の円柱状、円錐状及び半球状のターゲットが考案されて
いた初期のマグネトロンスパッタリングでは所定の役割
を果たし、チャッピン（Chapin）にて米国特許第4,166,
018号として特許されている。
の円柱状、円錐状及び半球状のターゲットが考案されて
いた初期のマグネトロンスパッタリングでは所定の役割
を果たし、チャッピン（Chapin）にて米国特許第4,166,
018号として特許されている。
平板で平滑な合金ターゲットが２種類の金属だけからな
る場合、スパッタされた合金の組成がターゲットの組成
と同じになる放出角度を見つけることができる。しか
し、このことは、各原子は固有の角度分布を有し、ま
た、３つ以上の原子が同時に飛来してターゲットの組成
と全く同一の組成を有する薄膜を形成する放出角度存在
しないことから、２つ以上の元素が含まれている場合は
通常生じることではない。さらに、ターゲットに対する
基板の位置を限定することは実用的でない。また、平板
ターゲットは、互いに異なる原子の角度分布が衝突イオ
ンエネルギとともに変化するために厄介である。
る場合、スパッタされた合金の組成がターゲットの組成
と同じになる放出角度を見つけることができる。しか
し、このことは、各原子は固有の角度分布を有し、ま
た、３つ以上の原子が同時に飛来してターゲットの組成
と全く同一の組成を有する薄膜を形成する放出角度存在
しないことから、２つ以上の元素が含まれている場合は
通常生じることではない。さらに、ターゲットに対する
基板の位置を限定することは実用的でない。また、平板
ターゲットは、互いに異なる原子の角度分布が衝突イオ
ンエネルギとともに変化するために厄介である。
本発明は、平板ターゲットからのスパッタリングではな
く、高周波やマイクロ波にて励起されたプラズマや、三
極ないし二極の気体または蒸気放電にて形成された一様
なプラズマ中に配置された、少なくとも部分的に球形の
ターゲットからスパッタすることによって、先行技術の
問題点を解決する。
く、高周波やマイクロ波にて励起されたプラズマや、三
極ないし二極の気体または蒸気放電にて形成された一様
なプラズマ中に配置された、少なくとも部分的に球形の
ターゲットからスパッタすることによって、先行技術の
問題点を解決する。
発明の概要 本発明は、質量保存の法則によって（制限範囲内での）
基板の位置にかかわらず蒸着された固体の組成がターゲ
ットの組成と同一になることを保証するとともに、対称
性を有する球形ターゲットを使用することが主目的であ
る。たとえ、基板からの蒸発や再スパッタリングなどの
付加的な現象や原子の弱い付着力に影響されたとして
も、球状閉鎖系における質量保存則によって、スパッタ
されるイオンエネルギにかかわらず、組成はターゲット
の組成から変わることがない。新しいターゲットを用い
る場合は、平衡状態を得るために短時間のプリスパッタ
リングを要する。すると、一定組成で除去された材料を
得るために、ターゲット表面の組成は自動的に調整され
てバルクの組成とは異なる。もちろん、ターゲットの温
度を低い温度に維持し、表面で容易にスパッタされた原
子を補充するために原子がバルクの中を移動して表面に
向けて拡散しない温度に保つことが必要である。
基板の位置にかかわらず蒸着された固体の組成がターゲ
ットの組成と同一になることを保証するとともに、対称
性を有する球形ターゲットを使用することが主目的であ
る。たとえ、基板からの蒸発や再スパッタリングなどの
付加的な現象や原子の弱い付着力に影響されたとして
も、球状閉鎖系における質量保存則によって、スパッタ
されるイオンエネルギにかかわらず、組成はターゲット
の組成から変わることがない。新しいターゲットを用い
る場合は、平衡状態を得るために短時間のプリスパッタ
リングを要する。すると、一定組成で除去された材料を
得るために、ターゲット表面の組成は自動的に調整され
てバルクの組成とは異なる。もちろん、ターゲットの温
度を低い温度に維持し、表面で容易にスパッタされた原
子を補充するために原子がバルクの中を移動して表面に
向けて拡散しない温度に保つことが必要である。
本発明は、スパッタされた原子の平均自由行程がターゲ
ットと基板との間の移動距離に比較して非常に短くなる
圧力条件下ではあまり役立たない。スパッタされた原子
と気体あるいは原子蒸気との衝突は、球形のターゲット
からの放出方向を無意味なものにしてしまうからであ
る。しかし、例えばスパッタされた原子が高い運動エネ
ルギを保持したり、膜の蒸着速度を低下させる、すなわ
ちスパッタされた原子のターゲットへの戻り拡散を防止
したり、薄膜が適度な付着力を得るためなどの、多くの
考察事項が、低圧下（スパッタされた原子の平均自由行
程が数センチメートルまたはそれ以上となる10-3Torr以
下）での操作にある。
ットと基板との間の移動距離に比較して非常に短くなる
圧力条件下ではあまり役立たない。スパッタされた原子
と気体あるいは原子蒸気との衝突は、球形のターゲット
からの放出方向を無意味なものにしてしまうからであ
る。しかし、例えばスパッタされた原子が高い運動エネ
ルギを保持したり、膜の蒸着速度を低下させる、すなわ
ちスパッタされた原子のターゲットへの戻り拡散を防止
したり、薄膜が適度な付着力を得るためなどの、多くの
考察事項が、低圧下（スパッタされた原子の平均自由行
程が数センチメートルまたはそれ以上となる10-3Torr以
下）での操作にある。
平板ターゲットの代わりに低圧下で球形のターゲットか
らスパッタすると、衝突原子は法線方向のみならず、高
い放出エネルギを有して斜めに放出されるので、衝突原
子のエネルギにもう１つの大きな違いを生ずる。そし
て、これによって、薄膜の付着力が強化するだけでな
く、化合物の形成や、核形成、低い基板温度での結晶成
長に効果的な原子の基板表面での運動が改善される。
らスパッタすると、衝突原子は法線方向のみならず、高
い放出エネルギを有して斜めに放出されるので、衝突原
子のエネルギにもう１つの大きな違いを生ずる。そし
て、これによって、薄膜の付着力が強化するだけでな
く、化合物の形成や、核形成、低い基板温度での結晶成
長に効果的な原子の基板表面での運動が改善される。
第１図に示すように酸素を含有するターゲットや、プラ
ズマ20′中、または陰性原子を含有するターゲットにお
いては、負イオン26′として多くの原子14′がスパッタ
されるという事実に対する問題も処理しなければならな
い。第１図に示す平板ターゲット10′の場合、これらの
負イオンは、正イオン外被24′においてフルスパッタ電
圧により球形のターゲット表面の法線方向に加速され
て、平板ターゲットに対向して配置された基板12′を再
スパッタする負イオンビームとなる。球形のターゲット
を用いた場合、これら負イオンはビームを形成せずにタ
ーゲットの半径方向に放出される。もしこのような原子
が負イオンとして残り、蒸着物中に埋設されるならば、
質量保存の法則によって酸素等の爆発の危険性を有する
原子を保持することになるであろう。
ズマ20′中、または陰性原子を含有するターゲットにお
いては、負イオン26′として多くの原子14′がスパッタ
されるという事実に対する問題も処理しなければならな
い。第１図に示す平板ターゲット10′の場合、これらの
負イオンは、正イオン外被24′においてフルスパッタ電
圧により球形のターゲット表面の法線方向に加速され
て、平板ターゲットに対向して配置された基板12′を再
スパッタする負イオンビームとなる。球形のターゲット
を用いた場合、これら負イオンはビームを形成せずにタ
ーゲットの半径方向に放出される。もしこのような原子
が負イオンとして残り、蒸着物中に埋設されるならば、
質量保存の法則によって酸素等の爆発の危険性を有する
原子を保持することになるであろう。
第１図に示すような先行技術による平板ターゲットから
のマグネトロンスパッタリングは、薄膜の蒸着速度を増
大させるだけでなく、ターゲットから放出された電子が
基板に衝突して基板を加熱することも防ぐ。球形のター
ゲットでは、これらの電子は、この電子を偏向させる磁
場の必要性を無視した全包囲領域に亘って分布してい
る。
のマグネトロンスパッタリングは、薄膜の蒸着速度を増
大させるだけでなく、ターゲットから放出された電子が
基板に衝突して基板を加熱することも防ぐ。球形のター
ゲットでは、これらの電子は、この電子を偏向させる磁
場の必要性を無視した全包囲領域に亘って分布してい
る。
球形のターゲットは、金属酸化物などの２成分薄膜を形
成するために、単一組成ターゲットが陰性ガスプラズマ
中でスパッタされたときに生じる問題を解決する。衝突
正酸素イオンは、衝突時に一部が負イオンに変換され
て、平板ターゲットの場合はこのターゲット表面に垂直
なビームを再び形成する。すると基板の再スパッタが生
じるので、この現象は好ましくない。一方、球形のター
ゲットを用いると、これらイオンは半径方向に加速され
て散乱されるのである。
成するために、単一組成ターゲットが陰性ガスプラズマ
中でスパッタされたときに生じる問題を解決する。衝突
正酸素イオンは、衝突時に一部が負イオンに変換され
て、平板ターゲットの場合はこのターゲット表面に垂直
なビームを再び形成する。すると基板の再スパッタが生
じるので、この現象は好ましくない。一方、球形のター
ゲットを用いると、これらイオンは半径方向に加速され
て散乱されるのである。
本発明は、特に近年発見されたセラミック高温超電導物
質に有効である。
質に有効である。
本発明は、以下の領域にも応用可能である。
1.新セラミック高温超電導物質以外のNbSn,NbTi,NbGe等
の超電導化合物。
の超電導化合物。
2.GaAs,AlGaAs,HgCdTe等の半導体薄膜。
3.かみそりの刃の端部を切断するPtCr等の腐食性、摩耗
抵抗に優れ大きな硬度を有する金属間化合物。
抵抗に優れ大きな硬度を有する金属間化合物。
4.潤滑性に優れたMoS2薄膜。
5.特定のシート抵抗を有する被膜を形成するサーメット
膜。
膜。
6.SiC,WC,炭化物、ホウ化物，ケイ化物等の高硬度被
膜。
膜。
7.垂直磁気記録用のMnBi,CoCr等、光学的（太陽の、TiN
金色に彩色された）または磁気的特性を有する被膜。そ
の他に摩耗、硬度、摩擦等の機械的特性、さらに光学
的、電気的、磁気的、または光磁気的特性を有する多く
の被膜。
金色に彩色された）または磁気的特性を有する被膜。そ
の他に摩耗、硬度、摩擦等の機械的特性、さらに光学
的、電気的、磁気的、または光磁気的特性を有する多く
の被膜。
実施例 本発明の他の目的及び本発明の付随的効果は、添付図面
に基づいて考慮すれば、以下の詳細な説明を参照するこ
とにより容易に理解されるであろう。
に基づいて考慮すれば、以下の詳細な説明を参照するこ
とにより容易に理解されるであろう。
第２図に、本発明の導電性で球形のターゲット10が図示
され、このターゲット10は、所定位置に配置され、直流
電源、または金属球体に絶縁被覆がある場合はRFスパッ
タ電源の陰極ないし保持ステム16と接続している。基板
の許容配置領域は、電源とターゲットを接続した軸の延
長線上に限定されない。もちろん、ターゲット10への導
線や保持ステム16は、スパッタの影響を受けないように
プラズマ20から絶縁する必要があるので、絶縁チューブ
18や螺旋状に巻回されたスペースワイヤ22にて絶縁され
ている。例えば10は、スパッタされる物質にて形成され
た球体、あるいはスパッタされる物質からなる十分に厚
い被膜層で覆われた金属球体である。スパッタされた原
子14は基板12に蒸着される。第２図には、イオン外被2
4、電子、及び負イオン26も図示する。
され、このターゲット10は、所定位置に配置され、直流
電源、または金属球体に絶縁被覆がある場合はRFスパッ
タ電源の陰極ないし保持ステム16と接続している。基板
の許容配置領域は、電源とターゲットを接続した軸の延
長線上に限定されない。もちろん、ターゲット10への導
線や保持ステム16は、スパッタの影響を受けないように
プラズマ20から絶縁する必要があるので、絶縁チューブ
18や螺旋状に巻回されたスペースワイヤ22にて絶縁され
ている。例えば10は、スパッタされる物質にて形成され
た球体、あるいはスパッタされる物質からなる十分に厚
い被膜層で覆われた金属球体である。スパッタされた原
子14は基板12に蒸着される。第２図には、イオン外被2
4、電子、及び負イオン26も図示する。
ターゲット10及び基板12間の距離とターゲット10の大き
さとは、ともに組成には影響を与えないが蒸着速度に影
響する。基板とターゲットとの関係は、スパッタされて
−90°から０°を介して＋90°までの角度範囲に亘って
放出された原子が基板に到達するようでなければならな
い。必要とされるターゲット10の一部のみに、基板の前
面に亘る放出角度領域を形成するようにしてもよい。も
し平面全体に亘って一様な蒸着速度を得ようとするなら
ば、第３図に示すように、小径のターゲット10を用い、
基板12及びターゲット10間の距離を大きく採るべきであ
る。しかし、この場合、蒸着速度はかなり小さくなる。
第２図のように大型のターゲット10に基板12を近接させ
て配置すると、基板とターゲットとの間の空間を一様な
プラズマ密度にすることが困難になるだけでなく、基板
を機械的に動かさなければ平坦な基板上での蒸着速度は
さらに不均一になる。
さとは、ともに組成には影響を与えないが蒸着速度に影
響する。基板とターゲットとの関係は、スパッタされて
−90°から０°を介して＋90°までの角度範囲に亘って
放出された原子が基板に到達するようでなければならな
い。必要とされるターゲット10の一部のみに、基板の前
面に亘る放出角度領域を形成するようにしてもよい。も
し平面全体に亘って一様な蒸着速度を得ようとするなら
ば、第３図に示すように、小径のターゲット10を用い、
基板12及びターゲット10間の距離を大きく採るべきであ
る。しかし、この場合、蒸着速度はかなり小さくなる。
第２図のように大型のターゲット10に基板12を近接させ
て配置すると、基板とターゲットとの間の空間を一様な
プラズマ密度にすることが困難になるだけでなく、基板
を機械的に動かさなければ平坦な基板上での蒸着速度は
さらに不均一になる。
実際は、蒸着速度や膜圧の均一性等の多くの条件に関係
するターゲットの球体の大きさや基板及びターゲット間
の距離に妥協を求めがちである。大型ターゲットは容易
に冷却できるので、単一ターゲットの高いスパッタ率を
目的とする場合に必要になる。高いスパッタ率は、水銀
（Hg）三極放電によて生じる高プラズマ密度や三極不活
性ガス放電によって容易に得られる。この場合、所望の
材料が十分な膜厚で被覆された中空金属球体や球形のタ
ーゲットの孔へチューブを接続することができる。球形
のターゲットを中空化せずに簡単に冷却するためには、
第２図のようにターゲットの全球ではなく半球よりも小
さい領域を用いたり、第３図のようにターゲットの半球
より幾分広い領域を用いたりして、基板の許容設置範囲
を狭くすれば良い。そして、これらのターゲットの一部
をスパッタからの保護に必要な冷却プラットホームに接
続する。基板は、ターゲットを保持又は冷却する支持体
が形成された位置にあってはならない。
するターゲットの球体の大きさや基板及びターゲット間
の距離に妥協を求めがちである。大型ターゲットは容易
に冷却できるので、単一ターゲットの高いスパッタ率を
目的とする場合に必要になる。高いスパッタ率は、水銀
（Hg）三極放電によて生じる高プラズマ密度や三極不活
性ガス放電によって容易に得られる。この場合、所望の
材料が十分な膜厚で被覆された中空金属球体や球形のタ
ーゲットの孔へチューブを接続することができる。球形
のターゲットを中空化せずに簡単に冷却するためには、
第２図のようにターゲットの全球ではなく半球よりも小
さい領域を用いたり、第３図のようにターゲットの半球
より幾分広い領域を用いたりして、基板の許容設置範囲
を狭くすれば良い。そして、これらのターゲットの一部
をスパッタからの保護に必要な冷却プラットホームに接
続する。基板は、ターゲットを保持又は冷却する支持体
が形成された位置にあってはならない。
絶縁体のスパッタリングは、金属球体の外周面にスパッ
タされるべき絶縁材料が添着されて球体のターゲットが
形成されて、このターゲットにRF電力が印加された場合
のみ行うことができる。
タされるべき絶縁材料が添着されて球体のターゲットが
形成されて、このターゲットにRF電力が印加された場合
のみ行うことができる。
球体のターゲットからスパッタされた蒸着物の組成は、
基板の位置（上述の限定範囲内における）には左右され
ず、さらにターゲット及び基板間の距離に対しても独立
であるから、特に基板及びターゲット間の距離がターゲ
ットよりもかなり大きい場合は、プラズマに浸積された
複数のターゲットを使用できる。この場合、蒸着速度を
３倍にして平坦な基板上の蒸着速度を一様にするために
は、３個のターゲットが三角形に配置され、この三角形
の中心点に垂直な方向に基板が配置される。ターゲット
は、例えば線源スパッタターゲットを連続的に横切る大
型ガラスパネルに蒸着するために「レーストラック」マ
グネトロンスパッタ源を通常用いるように、スパッタ材
料の「線源」を形成するために直線状に配置される。さ
らに、ターゲットを円形に配置して、この円の中心にス
パッタ蒸着されるワイヤやロッドを挿通させても良い。
さらに、大型平面全体に亘って速い蒸着速度及び一様な
膜厚を得るために、多くのターゲットを三角マトりクス
状や三次元的に配置することもできる。球体からなる各
ターゲットが一様なプラズマ密度にて包囲されているこ
とを確認できる。上記に説明したように、ターゲットの
支持体が他のターゲットに接続している空間部分に基板
を配置すべきではない。
基板の位置（上述の限定範囲内における）には左右され
ず、さらにターゲット及び基板間の距離に対しても独立
であるから、特に基板及びターゲット間の距離がターゲ
ットよりもかなり大きい場合は、プラズマに浸積された
複数のターゲットを使用できる。この場合、蒸着速度を
３倍にして平坦な基板上の蒸着速度を一様にするために
は、３個のターゲットが三角形に配置され、この三角形
の中心点に垂直な方向に基板が配置される。ターゲット
は、例えば線源スパッタターゲットを連続的に横切る大
型ガラスパネルに蒸着するために「レーストラック」マ
グネトロンスパッタ源を通常用いるように、スパッタ材
料の「線源」を形成するために直線状に配置される。さ
らに、ターゲットを円形に配置して、この円の中心にス
パッタ蒸着されるワイヤやロッドを挿通させても良い。
さらに、大型平面全体に亘って速い蒸着速度及び一様な
膜厚を得るために、多くのターゲットを三角マトりクス
状や三次元的に配置することもできる。球体からなる各
ターゲットが一様なプラズマ密度にて包囲されているこ
とを確認できる。上記に説明したように、ターゲットの
支持体が他のターゲットに接続している空間部分に基板
を配置すべきではない。
操作モード 本発明の効果は、Y1 Ba2 Cu3 O7-X（以下、「123」
組成と称する）からなるセラミック超電導体の薄膜蒸着
にある。これらの物質は、適当な割合で混合され焼結さ
れさらに高温の酸素雰囲気中でアニールされた粉末にて
圧縮形成される。これらの物質からなる薄膜は、通常、
Y,Ba及びCu又はこれらの化合物を含む２つないし３つの
ソースから、蒸着法又はスパッタリング法にて形成され
る。蒸着物の金属組成を性格に「123」組成にすること
は、互いに離れている各ソースや厳密に「123」組成を
得るための位置に対するフラックスのモニタを必要とす
るために、簡単なことではない。単一の超電導「123」
組成ターゲットからのスパッタリングは容易であると考
えられているが、少なくとも従来技術によって大面積に
亘る「123」薄膜を形成することに関しては成功しな
い。ターゲットの組成を変えることによって、所望の
「123」組成の蒸着物を形成することができる場合もあ
る。
組成と称する）からなるセラミック超電導体の薄膜蒸着
にある。これらの物質は、適当な割合で混合され焼結さ
れさらに高温の酸素雰囲気中でアニールされた粉末にて
圧縮形成される。これらの物質からなる薄膜は、通常、
Y,Ba及びCu又はこれらの化合物を含む２つないし３つの
ソースから、蒸着法又はスパッタリング法にて形成され
る。蒸着物の金属組成を性格に「123」組成にすること
は、互いに離れている各ソースや厳密に「123」組成を
得るための位置に対するフラックスのモニタを必要とす
るために、簡単なことではない。単一の超電導「123」
組成ターゲットからのスパッタリングは容易であると考
えられているが、少なくとも従来技術によって大面積に
亘る「123」薄膜を形成することに関しては成功しな
い。ターゲットの組成を変えることによって、所望の
「123」組成の蒸着物を形成することができる場合もあ
る。
実施例：約4mm半径の不完全な半球のターゲットが「12
3」組成ディスクから砥石車にて形成された。半球のタ
ーゲットに対向して対称的に配置されたSrTiO3結晶基板
上に、膜厚7000オングストロームの薄膜が半球のターゲ
ットからスパッタ形成された。ターゲットを用いれば、
基板の位置は限定されない。第４図のグラフはこの結果
を図示している。
3」組成ディスクから砥石車にて形成された。半球のタ
ーゲットに対向して対称的に配置されたSrTiO3結晶基板
上に、膜厚7000オングストロームの薄膜が半球のターゲ
ットからスパッタ形成された。ターゲットを用いれば、
基板の位置は限定されない。第４図のグラフはこの結果
を図示している。
本発明は、水銀プール上で発光するカソードスポットか
ら供給された電子を用いて水銀三極プラズマ中にて実験
的に立証された。このプラズマは、装置が適切であり操
作自在であり、発明者が装置に対して長い経験を有して
いることから理にかなっている。同じ結果が、疑いなく
不活性ガス三極放電から得られる。
ら供給された電子を用いて水銀三極プラズマ中にて実験
的に立証された。このプラズマは、装置が適切であり操
作自在であり、発明者が装置に対して長い経験を有して
いることから理にかなっている。同じ結果が、疑いなく
不活性ガス三極放電から得られる。
この装置は、本出願人であるウェーナーによる米国特許
第3,021,271号明細書に記載されている。グリッド♯16
及び反射電極♯32は、スパッタされると不純物になると
考えられたので除去した点だけが異なる。第４図の蒸着
は、平板ターゲット♯36を「123」組成超伝導物質から
なる半球ターゲットに代えて、半球のターゲットの対称
軸を基板34に向けることによって達成された。
第3,021,271号明細書に記載されている。グリッド♯16
及び反射電極♯32は、スパッタされると不純物になると
考えられたので除去した点だけが異なる。第４図の蒸着
は、平板ターゲット♯36を「123」組成超伝導物質から
なる半球ターゲットに代えて、半球のターゲットの対称
軸を基板34に向けることによって達成された。
第４図で結果を示した本発明の実施例の条件は以下のと
おりである。半球のターゲットは、半径が4mmである。
基板は、５×６×1mmのSrTiO3結晶で、ターゲットから4
cm離れて配置された。カソード♯22及びアノード♯30間
の主放電電流は４アンペアで電位差は25ボルトであっ
た。パイレックスチューブの下端部は、水銀の蒸気圧が
およそ５×10-4Torrになる温度11℃の水に浸積された。
チューブは12L/秒の水銀拡散ポンプで吸引された。ター
ゲット電圧はアノードに対して−300ボルトとなり（プ
ラズマポテンシャルに非常に近い）、2mAのイオン電流
がプラズマから流れた。この低圧下において、非熱的プ
ラズマポテンシャルは、アノードに対して−17Vとな
り、スパッタ蒸着の開始前に絶縁基板をスパッタ洗浄す
るのに役立っている。薄膜は、膜厚が7000オングストロ
ームであり、およそ11時間のスパッタリングで形成され
た。
おりである。半球のターゲットは、半径が4mmである。
基板は、５×６×1mmのSrTiO3結晶で、ターゲットから4
cm離れて配置された。カソード♯22及びアノード♯30間
の主放電電流は４アンペアで電位差は25ボルトであっ
た。パイレックスチューブの下端部は、水銀の蒸気圧が
およそ５×10-4Torrになる温度11℃の水に浸積された。
チューブは12L/秒の水銀拡散ポンプで吸引された。ター
ゲット電圧はアノードに対して−300ボルトとなり（プ
ラズマポテンシャルに非常に近い）、2mAのイオン電流
がプラズマから流れた。この低圧下において、非熱的プ
ラズマポテンシャルは、アノードに対して−17Vとな
り、スパッタ蒸着の開始前に絶縁基板をスパッタ洗浄す
るのに役立っている。薄膜は、膜厚が7000オングストロ
ームであり、およそ11時間のスパッタリングで形成され
た。
第４図に、他の公開されたデータと異なり300Kから92K
までの全抵抗曲線が下方へ曲折しているデータを示す。
△Ｔ（10％から90％まで）はまだ高い。超電導状態は76
Kに達している。この試料は蒸着直後は絶縁体であり、
適性量の酸素を含有させるために通常の酸素アニール処
理が必要となる。この処理は、酸素雰囲気中にて60℃で
90分、750℃で30分、850℃で20分、920℃で3.5分、さら
に室温まで連続的にゆっくりと冷却するものである。
までの全抵抗曲線が下方へ曲折しているデータを示す。
△Ｔ（10％から90％まで）はまだ高い。超電導状態は76
Kに達している。この試料は蒸着直後は絶縁体であり、
適性量の酸素を含有させるために通常の酸素アニール処
理が必要となる。この処理は、酸素雰囲気中にて60℃で
90分、750℃で30分、850℃で20分、920℃で3.5分、さら
に室温まで連続的にゆっくりと冷却するものである。
これらの薄膜は、O7-X（Ｘ＜１）組成を得たり結晶構造
を斜方晶系に変えるために、蒸着後の高温加熱処理を常
に必要とする。
を斜方晶系に変えるために、蒸着後の高温加熱処理を常
に必要とする。
本発明の様々な応用が、本発明の請求の範囲から外れる
ことなしになし得る。さらに高温の超電導転移温度を有
する新規な材料が発見されたとしても、また、その組成
がいかに複雑であろうとも、これらの物質は、本発明を
用いれば、ほぼ球形のターゲットから基板上の薄膜へ広
範囲に亘って組成を一定にして容易に移すことができ
る。さらに、本発明は、部分的に球面をなしたり、又は
半球形のようなほぼ球形であるターゲットに応用でき
る。
ことなしになし得る。さらに高温の超電導転移温度を有
する新規な材料が発見されたとしても、また、その組成
がいかに複雑であろうとも、これらの物質は、本発明を
用いれば、ほぼ球形のターゲットから基板上の薄膜へ広
範囲に亘って組成を一定にして容易に移すことができ
る。さらに、本発明は、部分的に球面をなしたり、又は
半球形のようなほぼ球形であるターゲットに応用でき
る。
図面の簡単な説明 第１図は、平板ターゲットにてスパッタする先行技術を
示す。
示す。
第２図は、大型球形のターゲットから基板へスパッタす
る本発明を示す。
る本発明を示す。
第３図は、小型球形のターゲットから基板へスパッタす
る本発明を示す。
る本発明を示す。
第４図は、Y1 Ba2 Cu3 O7-X、すなわち「123」組成
ターゲットからスパッタ蒸着された超電導薄膜の抵抗対
絶対温度のグラフを示す。
ターゲットからスパッタ蒸着された超電導薄膜の抵抗対
絶対温度のグラフを示す。
主要部分の符号の説明 10……ターゲット 12……基板 16……ロッドとしての保持ステム 20……プラズマ 22……ワイヤとしてのスペースワイヤ
Claims (38)
- 【請求項１】ほぼ球形のターゲットから薄膜又は被膜を
スパッタ蒸着するスパッタリング方法であって、 a.一様なプラズマ密度で低圧プラズマ中に略球形のター
ゲットを配設する工程と、 b.前記ターゲットに負スパッタリング電圧を印加して一
様な低圧プラズマ中に電流を流し続ける工程と、 c.基板を、前記ターゲットの表面から放出可能な全角度
に放出された原子が−90°から＋90°の放出角度範囲に
亘って前記基板に達するように前記基板が前記ターゲッ
トを臨む線上の前記ターゲット及び前記基板間に障害物
を配置せずに、配置する工程と、 を有する方法。 - 【請求項２】前記ターゲットは蒸着物の組成と前記ター
ゲットの組成とが一致する球形の多成分ターゲットであ
ることを特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項３】三極放電の一様な低圧プラズマ中に球形の
前記ターゲットを浸積する工程を有することを特徴とす
る請求項１記載の方法。 - 【請求項４】二極放電の低圧プラズマ中において球形の
前記ターゲットをカソードにする工程を有することを特
徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項５】RF励起低圧プラズマ中に球形の前記ターゲ
ットを浸積する工程を有することを特徴とする請求項１
記載の方法。 - 【請求項６】マイクロ波励起プラズマ中に球形の前記タ
ーゲットを浸積する工程を有することを特徴とする請求
項１記載の方法。 - 【請求項７】スパッタされるべき物質で被覆された球体
を前記ターゲットとして用いる工程を有することを特徴
とする請求項１記載の方法。 - 【請求項８】前記ターゲットは絶縁体で被覆され、RF電
力を前記球体に印加することによりスパッタされること
を特徴とする請求項７記載の方法。 - 【請求項９】前記ターゲットを冷却する工程を有するこ
とを特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項１０】前記基板の表面が均一にイオンが衝突す
る球形の前記ターゲットの一部に常に対向するように、
蒸着されるべき前記基板が配置される工程を有すること
を特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項１１】複数の球形の前記ターゲットを用い、蒸
着速度を増大し前記基板の表面に一様な膜厚で蒸着する
ために前記各ターゲットは一様な低圧プラズマ中に浸積
されることを特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項１２】球形の前記ターゲットは、スパッタ蒸着
薄膜及びコーティング用の高温超電導物質の少なくとも
１つであることを特徴とする請求項11記載の方法。 - 【請求項１３】前記高温超電導物質はY1 Ba2 Cu3 O
7-Xからなる「123」組成セラミックであることを特徴と
する請求項12記載の方法。 - 【請求項１４】a.前記ターゲットを直線状に配列して一
様な低圧プラズマ中に浸積する工程と、 b.個々にかつ同時に前記基板上にスパッタする工程と、 c.広範囲に蒸着するために直線状に配列された複数の前
記ターゲットを横切るように前記基板を移動させる工程
と、 を有することを特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項１５】a.ワイヤ及びロッドにスパッタするため
に前記ターゲットを円周上に配置する工程と、 b.均一に蒸着するために前記ワイヤ及びロッドを円の中
心を挿通するように動かす工程と、を有することを特徴
とする請求項１記載の方法。 - 【請求項１６】プラズマを形成する電子が液体水銀プー
ル上で発光しているカソードスポットから供給される低
圧水銀三極プラズマ中でスパッタを行う工程を有するこ
とを特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項１７】多成分からなる球形のターゲットをスパ
ッタし、基板上に前記ターゲットと同一の組成を有する
薄膜をスパッタ蒸着する際に用いられるシステムであっ
て、 a.放出される原子の角度分布が互いに異なる複数の元素
からなる少なくとも１つの前記ターゲットと、 b.前記ターゲットを一様なプラズマ密度の低圧プラズマ
中に配置する手段と、 c.基板を、前記ターゲットの表面から放出可能な全角度
に放出された原子が−90°から＋90°の放出角度範囲に
亘って前記基板に達するように前記基板が前記ターゲッ
トを臨む線上の前記ターゲット及び前記基板間に障害物
を配置せずに、配置する手段と、 からなり、 前記ターゲットの各成分は、前記ターゲットのバルクと
同一の組成で前記基板に蒸着されることを特徴とするシ
ステム。 - 【請求項１８】前記プラズマはこのプラズマを形成する
電子が液体水銀プール上で発光し続けるカソードスポッ
トから供給される低圧水銀三極プラズマであることを特
徴とする請求項17記載のシステム。 - 【請求項１９】前記複数の元素は超電導物質であること
を特徴とする請求項17記載のシステム。 - 【請求項２０】前記超電導物質はY1 Ba2 Cu3 O7-Xか
らなる「123」組成のセラミックであることを特徴とす
る請求項19記載のシステム。 - 【請求項２１】多成分の超電導物質からなる球形のター
ゲットをスパッタし、基板上に前記ターゲットと同一の
組成を有する薄膜をスパッタ蒸着する際に用いられるシ
ステムであって、 a.放出される原子の角度分布が互いに異なる複数の元素
からなる少なくとも１つの前記ターゲットと、 b.前記ターゲットを一様なプラズマ密度の低圧プラズマ
中に配置する手段と、 c.基板を、前記ターゲットの表面から放出可能な全角度
に放出された原子が−90°から＋90°の放出角度範囲に
亘って前記基板に達するように前記基板が前記ターゲッ
トを臨む線上の前記ターゲット及び前記基板間に障害物
を配置せずに、配置する手段と、 からなり、 前記ターゲットの超電導物質は、前記ターゲットのバル
クと同一の組成で前記基板に蒸着されることを特徴とす
るシステム。 - 【請求項２２】基板上に超電導物質をスパッタするシス
テムであって、 a.超電導物質からなるほぼ球形のターゲットと、 b.前記ターゲットの表面から放出可能な全角度に放出さ
れた原子が−90°から＋90°の放出角度範囲に亘って達
するように前記ターゲットを臨む線上の前記ターゲット
との間に障害物を配置せずに、前記ターゲットに対向し
て配置される基板と、 c.前記ターゲットの近傍に一様なプラズマ密度の低圧プ
ラズマを発生させる手段と、 からなり、 前記ターゲットの超電導物質は前記ターゲットのバルク
と同一の組成で前記基板に蒸着されることを特徴とする
システム。 - 【請求項２３】ほぼ球形のターゲットから薄膜及びコー
ティングをスパッタ蒸着する方法であって、 a.少なくとも１つの高温超電導物質からなる球形の前記
ターゲットを一様なプラズマ密度の低圧プラズマ中に配
設する工程と、 b.前記ターゲットに負スパッタリング電圧を印加して一
様なプラズマ中に電流を流し続ける工程と、 c.基板を、前記ターゲットの表面から放出可能な全角度
に放出された原子が−90°から＋90°の放出角度範囲に
亘って前記基板に達するように前記基板が前記ターゲッ
トを臨む線上の前記ターゲット及び前記基板間に障害物
を配置せずに、配置する工程と、を有する方法。 - 【請求項２４】前記ターゲットは、組成が蒸着物の組成
と同一になる多成分からなる球体であることを特徴とす
る請求項23記載の方法。 - 【請求項２５】球形の前記ターゲットを三極放電の一様
な低圧プラズマ中に浸積する工程を有することを特徴と
する請求項23記載の方法。 - 【請求項２６】低圧二極放電中にて球形の前記ターゲッ
トをカソードにする工程を有することを特徴とする請求
項23記載の方法。 - 【請求項２７】低圧RF励起プラズマ中に球形の前記ター
ゲットを浸積する工程を有することを特徴とする請求項
23記載の方法。 - 【請求項２８】マイクロ波励起プラズマ中に球形の前記
ターゲットを浸積する工程を有することを特徴とする請
求項23記載の方法。 - 【請求項２９】スパッタすべき物質で被覆された球体か
らなる前記ターゲットを用いる工程を有することを特徴
とする請求項23記載の方法。 - 【請求項３０】前記ターゲットは、絶縁体で被覆され、
前記球体に印加されたRFによりスパッタされることを特
徴とする請求項29記載の方法。 - 【請求項３１】前記ターゲットを冷却する工程を含むこ
とを特徴とする請求項23記載の方法。 - 【請求項３２】イオンが一様に衝突する前記ターゲット
の一部に蒸着されるべき前記基板の表面を対向させて配
置する工程を含むことを特徴とする請求項23記載の方
法。 - 【請求項３３】蒸着速度を増大し前記基板の表面に一様
な膜厚を得るために、球形の複数の前記ターゲットを用
い、前記各ターゲットを一様な低圧プラズマ中に浸積す
ることを特徴とする請求項23記載の方法。 - 【請求項３４】a.球形の前記ターゲットを直線状に配列
して低圧プラズマ中に浸積する工程と、 b.個別にかつ同時に前記基板上にスパッタする工程と、 c.大型基板にコーティングするために直線状に配列され
た複数の前記ターゲットを横切るように前記基板を移動
させる工程と、 を有することを特徴とする請求項23記載の方法。 - 【請求項３５】プラズマを形成する電子が液体水銀プー
ルにて発光維持されるカソードスポットから供給される
低圧水銀三極プラズマ中でスパッタを行う工程を有する
ことを特徴とする請求項23記載の方法。 - 【請求項３６】ターゲットと同一組成を有するコーティ
ングを基板にスパッタ蒸着するために多成分からなる球
形の前記ターゲットをスパッタするシステムであって、 a.放出される原子の角度分布が互いに異なる複数の超電
導物質からなる少なくとも１つの前記ターゲットと、 b.前記ターゲットを一様なプラズマ密度の低圧プラズマ
中に配置する手段と、 c.基板を、前記ターゲットの表面から放出可能な全角度
に放出された原子が−90°から＋90°の放出角度範囲に
亘って前記基板に達するように前記基板が前記ターゲッ
トを臨む線上の前記ターゲット及び前記基板間に障害物
を配置せずに、配置する手段と、 からなり、 前記ターゲットの成分は、前記ターゲットと同一の組成
比で前記基板上に蒸着されることを特徴とするシステ
ム。 - 【請求項３７】前記プラズマは、このプラズマを形成す
る電子が液体水銀プールにて発光維持されるカソードス
ポットから供給される低圧水銀三極プラズマであること
を特徴とする請求項36記載のシステム。 - 【請求項３８】前記超電導物質はY1 Ba2 Cu3 O7-Xか
らなる「123」組成を有することを特徴とする請求項36
記載のシステム。
Applications Claiming Priority (3)
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|---|---|---|---|
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|---|---|
| JPH02501754A JPH02501754A (ja) | 1990-06-14 |
| JPH0776422B2 true JPH0776422B2 (ja) | 1995-08-16 |
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|---|---|---|---|
| JP1500479A Expired - Lifetime JPH0776422B2 (ja) | 1988-01-21 | 1988-03-24 | スパッタリング方法及び装置 |
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Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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