JP3695010B2

JP3695010B2 - 超電導マグネトロンスパッタ装置

Info

Publication number: JP3695010B2
Application number: JP24914696A
Authority: JP
Inventors: 徹雄岡; 佳孝伊藤; 陽介柳; 雅章吉川
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 1996-08-30
Filing date: 1996-08-30
Publication date: 2005-09-14
Anticipated expiration: 2016-08-30
Also published as: JPH1072667A

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は，真空薄膜製造方法において用いる超電導マグネトロンスパッタ装置，特に減圧された容器内に設置してスパッタリングを行うガンに関し，ターゲット表面に磁場を形成してプラズマに影響を与えることにより，薄膜生成時の成膜速度などの性能や，生成薄膜における導電率などの性能を向上させることができ，マグネトロンスパッタガンに関する。
【０００２】
【従来技術】
従来より，マグネトロンスパッタリングと呼ばれる成膜方法が広く用いられている（特開平４−１１６１５９号）。図１４は，その原理図を示すもので，永久磁石９３１，９３２，９３１を設けたマグネトロンスパッタガン９３の上にターゲット９２を配置し，更にその上に薄膜を形成するための基板９１を対向配置する。これらはＡｒ等のスパッタガス雰囲気の真空チャンバー９０内に収容されている。
【０００３】
そして，スパッタリングによる成膜時には，ターゲット９１の表面に平行に磁場９５を印加して，ターゲット９１の上にプラズマを集中させて，基板９１の表面に薄膜を形成する。
【０００４】
即ち，上記スパッタガス雰囲気を例えば数ｍＴｏｒｒ導入した後，ターゲット９２と基板９１との間に数ＫＶの電圧を印加して，プラズマ放電を発生させる。このとき，プラズマ中の電子は，上記磁場９５によってサイクロイド運動をしながらスパッタガス分子をイオン化する。このプラズマ状のスパッタガスイオンは，ターゲット９２の表面に集束されるため，加速されてターゲット９２の表面に衝突し，その表面よりターゲット物質をスパッタさせて，上記基板９１上に大きな成膜速度で薄膜を形成する。
磁場９５を印加する方法は通常，上記のごとく，ターゲット９１の背面に永久磁石９３１，９３２，９３１を設置することにより行われる。
【０００５】
ところで，電子機器の表示画面等に使われる液晶には透明導電膜が用いられている。この膜の例の一つであるインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）は，通常はスパッタリングで成膜されるが，光透過率と導電性の両方に優れた薄膜が得られることより，マグネトロンスパッタリングが用いられている。
ＩＴＯは成膜時のプラズマの照射によって膜が損傷しやすいが，プラズマを磁場で集中して，その外部で成膜できるマグネトロンスパッタリング方法は，プラズマによる膜の損傷が少なく，高い結晶性が得られる。そのため，高い導電率と高い透過率を得ることができるのである。
【０００６】
現在最高の磁場が得られる永久磁石としては，ネオジウム鉄ホウ素（ＮｄＦｅＢ）系希土類磁石があるが，これを用いる場合には，ターゲット表面に平行に１２００ガウス以上の磁場を形成できる。これにより得られる膜性能は，市場で要求される値（３ｘ１０^{- 4}Ωｃｍ）に対してほぼ同程度の３ｘ１０^{- 4}Ωｃｍの抵抗率が得られている。
【０００７】
【解決しようとする課題】
しかし，透明導電膜においては，さらに低い抵抗率（高い導電率）が望まれている。そして，１２ｘ１０^{- 4}Ωｃｍ程度の抵抗率が達成できれぱ，膜厚を更に薄くでき，これに伴って透過率を向上することができる。
これは，液晶背面の光源の省電力化につながるし，同時に液晶の発熱を抑えることができるため，小型で電力清費の少ない機器の開発につながる。また，このことは，小型可搬式のノート型パソコンなどにはきわめて重要な性能向上となる。また広い液晶画面でも，表示の均一性が上がり，品質上の大きな利点となる。
【０００８】
更に，マグネトロンスパッタガンにおける磁場の強化により，１０^{- 5}Ωｃｍレベル以下の抵抗率を有する薄膜の生成が達成できれば，上記液晶における発熱量の低減はもとより，より薄膜化できるために工程時間の短縮ができ，低コストで優秀な上記表示素子ができる。
このように，スパッタリング時の磁場の強化がＩＴＯ膜の抵抗を下げることはよく知られているにも拘らず，その技術が現出しないのは，磁場を形成する手段に限界があったからである。
【０００９】
透明導電膜に必要なもう一つの特性としては，光透過率がある。そして，基板上への薄膜形成時，即ち結晶合成時に，プラズマによる膜のダメージが少ないほど，光透過性能がよくなる。この光透過性の特性を反映する要因としては，膜厚の他にも，膜の結晶性がある。
そして，磁場を強化すると，膜がプラズマに曝されにくくなり，膜の損傷が少なくなって，透過率が改善される。ここでもＩＴＯ膜の合成に，強力な磁場が必要となることがわかる。
【００１０】
また，マグネトロンスパッタリングの最も一般的な特徴はその成膜速度の速さにある。
即ち，ターゲット上に形成された磁場は，プラズマをターゲット表面近傍に集中して成膜速度を上げる。磁場が強力であればプラズマの集中は顕著であり，成膜速度は向上する。特に磁性体をターゲット材料とする場合は磁場がターゲット自体でシールドされるために表面に洩れる磁場が少なくなり，マグネトロンの効果が得られなくなる。そこで，磁場を通りやすくするためにターゲットの厚さを極力薄くする方法があるが，ターゲットが局所的に侵食されるために，ターゲットの利用効率が悪いという欠点があった。
【００１１】
一方，特開平２−２２４６８号公報には，スパッタ速度の向上を図る手段として，永久磁石の表面以外の周囲に超電導材料を覆うように設けて，永久磁石の周囲からの磁力線の発生を阻止する方法が示されている。この方法は，高温超電導体のマイスナー効果を使って磁場の分布を集中させて磁場の強化をねらったものである。ここでは超電導体としてＹ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系高温超電導体を使用している。
【００１２】
ところで，ギャップのまったくない磁路の中で永久磁石が発生する磁場は最大約１万ガウスであり，広い空間をギャップとして通ることになる磁場の最大値は，ターゲット表面に垂直な方向で４千ガウス，水平方向では２千ガウス以下である。
そのため，上記のごとく，超電導体で被覆して，磁場を集中させても，その磁場は数１０００ガウスを超えることはない。Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系超電導体ののマイスナー効果による磁場の遮へい効果は，百ガウス以下のごく僅かであり，したがって，ここに記載の方法による磁場の強化は僅かである。
【００１３】
即ち，磁場の発生源として永久磁石を用いる限り，これの磁場を超える磁場発生は原理的に不可能である。それ故，高温超電導体で永久磁石の周囲を覆っていても，従来技術では，効果のある磁場強化ができたとは言えない。
また，強磁性体ターゲットのみならず非磁性体ターゲットの成膜速度を有効に向上するためにも，磁場の強化されたマグネトロンガンの必要なことがわかる。
【００１４】
そこで，本発明者らは，かかる従来技術の背景を検討し，マグネトロンスパッタガンにおける磁場発生用のマグネット自体について鋭意研究を重ねた。
本発明は，上記従来技術の問題点に鑑み，強力な磁場を発生することができ，かつターゲット表面の水平方向の磁場強度を向上して，成膜速度に優れた，超電導マグネトロンスパッタ装置を提供しようとするものである。
【００１５】
【課題の解決手段】
請求項１の発明は，マグネトロンスパッタガンの上にターゲットを配置すると共に該ターゲットの上に薄膜を形成するための基板を対向配置し，これらを収容した真空チャンバー内をスパッタガス雰囲気にした状態で，上記基板の表面にターゲット物質を被着形成するスパッタ装置において，
上記マグネトロンスパッタガンは，内部磁路を形成するための磁極鉄芯材料よりなるヨークと，該ヨークの一部に配設した超電導バルクと，該超電導バルクを着磁させるための着磁コイルと，上記超電導バルクを超電導臨界温度以下に冷却する冷却手段とよりなり，
上記着磁コイルにパルス電流を加えて上記超電導バルクに磁場を捕捉させ，この磁場をターゲット表面に導いてスパッタリングを行なうよう構成し，
また，上記冷却手段は，冷凍機の冷凍部と，該冷凍部を配設した真空断熱容器であり，該真空断熱容器内に，上記超電導バルク，ヨーク及び着磁コイルが収納されており，
かつ上記冷凍機は，絶縁されていることを特徴とする超電導マグネトロンスパッタ装置にある。
【００１６】
本発明において最も注目すべき点は，磁場発生源として超電導バルクを用いること，この超電導バルクをヨークの一部に配設すること，また上記超電導バルクを着磁させるための着磁コイル，超電導バルクを超電導臨界温度以下に冷却する冷却手段を用いること，及び上記パルス電流を用いて超電導バルクに磁場を捕捉させてこの磁場をターゲットに導いてスパッタリングを行なうよう構成したことにある。
【００１７】
即ち，本発明においては，まず従来例に示したマグネトロンガンの永久磁石の代わりに，超電導バルクを用い，これに超電導状態で着磁して，これを擬似永久磁石として用い，従来の永久磁石よりもはるかに強力な磁場をターゲット表面に発生させるのである。
上記超電導バルクは，軟磁性鉄芯材によるヨーク磁路形成体の一部分に設置される。ヨークは電磁軟鉄や珪素鋼板の積層材またはパーメンジュールなどの軟磁性材料で構成する。
【００１８】
次に，本発明の作用効果につき，説明する。
超電導バルクはその超電導臨界温度Ｔｃ以下に冷却された後，着磁される。超電導バルクの着磁には周辺の着磁コイルに外部からパルス電流を流して行われる。これにより，超電導バルクはこれまでの永久磁石では全く達成できなかった強力な磁場を捕捉した擬似永久磁石となる。この値は超電導バルクの軸に平行な方向で，例えば最大５万ガウスに達する。
【００１９】
超電導バルクの発生する磁場は，これが組み込まれたヨークを通じて磁路に供給される。磁場は，あるものはヨークを通って，ターゲット背面に供給され，ターゲット表面に向かって放射される。ターゲットを通過しその表面に現れた磁場は，ターゲット表面に沿ってターゲット周辺に向かい，再びターゲットを通過して，ヨークの他端の対極に至る。
【００２０】
ヨークは超電導バルクから発生した磁場を引きつけて通すが，その最大磁化以上の磁場の捕捉は不可能なので，約２万ガウス程度又はそれ以下の磁場のみがヨークの形成する磁路を通過する。
ここで注目すべきことは，２万ガウス程度の磁場の利用は，これまでのマグネトロンスパッタに使われた磁場よりもはるかに大きく，本発明の最も効果のあるところである。さらに，これ以上の磁場を要求する場合には，後述するように，ヨークの磁路中に複数の超電導バルクを配置し，一方の超電導バルクが発生した磁場を，対極の超電導バルクが吸収する構成を得ることにより達成できる。
【００２１】
このように，強力なピン止め点をもつ超電導バルクを着磁して，磁石として用いることで，従来の永久磁石にない強力な磁場発生を可能にする。
それ故，従来では得られなかった，例えば２万ガウスという強力な磁場をターゲットに印加することができ，ターゲット表面の水平方向の磁場を向上させることができる。
【００２２】
それ故，本発明の超電導マグネトロンスパッタ装置は，成膜速度に優れ，また損傷のない優れた薄膜を得ることができる。また，それ故，透明度に優れ，導電率の高い薄膜を得ることができる。
【００２３】
また，本発明における磁場の強化によって，更に以下の他の効果が得られる。
即ち，強磁性体の成膜では，磁場の遮蔽効果によって，ターゲット表面に漏れ出る磁場が少なくなるために，ターゲット厚さを薄くする必要があった。
一般に鉄では１ｍｍ以下の厚さで行われているのが現状で，ターゲットの消耗によって短期に使用できなくなるため，利用効率が低かった。強力な磁場を用いれば，ターゲットを厚くできるため，利用効率が格段に向上する。
【００２４】
また，磁場によってプラズマを集中できるために，従来はプラズマが不安定であった，１０^-5〜１０^-4Ｔｏｒｒの低圧での成膜が可能になった。
また，このためスパッタリングの欠点の一つである，アルゴンや酸素などの異元素が薄膜中へ混入することが抑えられ，より良質な薄膜の作製が可能となる。
【００２５】
次に，請求項２の発明のように，上記超電導バルクは，溶融法で合成したＲＥ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ（ＲＥは，Ｙ，Ｓｍ，Ｎｄ，Ｙｂ，Ｌａのうちいずれか１種又は２種以上）で表され，ＲＥＢａ₂Ｃｕ₃Ｏｙの中にＲＥ₂ＢａＣｕＯ₅又はＲＥ₄Ｂａ₂Ｃｕ₂Ｏ₁₀が微細に分散した組織を有する凝似単結品又は粗大結晶の集合体であることが好ましい。この場合には，一層強力な磁場を発生させることができる。
【００２６】
即ち，溶融法によって合成されたバルクは，超電導相のＲＥＢａ₂Ｃｕ₃Ｏｙ（ＲＥはＹ，Ｓｍ，Ｎｄ，Ｙｂ，Ｌａのうちいずれか１種またはその複数の組み合わせ）の母相中にＲＥ₂ＢａＣｕＯ₅またはＲＥ₄Ｂａ₂Ｃｕ₂Ｏ₁₀の常電導相が微細に分散した組織となっている。
これらの常電導相の影響によって，ピン止め点が導入され，侵入磁場を捕捉して擬似永久磁石として振るまう。
【００２７】
しかも，粗大結晶または擬似単結晶となって，超電導電流がバルク全体に流れるため，従来の焼結体の超電導バルクよりはるかに大きな磁場が捕捉できる。捕捉される磁場の大きさはＹ系の例で１〜３万ガウスの値が得られており，重イオン照射などによる特殊な方法によれば最大７万ガウスにも及ぶ。
【００２８】
次に，請求項３の発明のように，上記超電導バルクは，その結晶軸のＣ軸が，上記着磁コイルの中心軸方向に沿った方向に配向している上記集合体であることが好ましい。これにより，バルク内に流れる超電導電流の作る磁場の方向がコイルの中心軸に一致して，更に強力な磁場発生を可能にするという効果が得られる。
また，上記着磁コイルの中心軸方向とは，コイル巻線の作る空間の軸方向をいう。
【００２９】
次に，請求項４の発明のように，上記ヨークはその中心磁極に超電導バルクを配置し，ヨークの端部を対極として配置し，上記超電導バルクからターゲットに向けて磁場を放射する構成とすることが好ましい。
これにより，強力な磁場を有効に利用することができる。
【００３０】
次に，請求項５の発明のように，上記超電導バルクは，上記ヨークの中心磁極の先端部分又は該先端部分よりも内側に配設することが好ましい。上記のように先端部分に配置する場合には磁場を直接にターゲットへ放射することができる。一方，ヨーク先端部分よりも内側に配置する場合には，ヨーク先端部分から均一な磁場を放射することができる。
【００３１】
次に，請求項６の発明のように，上記超電導バルクはヨークの中心磁極と端部との間に配設し，ヨークを通じてターゲットに向けて磁場を放射することもできる。この場合には，より強力な磁場を放射することができる。
【００３２】
次に請求項７の発明のように，上記ヨークには，その中心磁極及び端部にそれぞれ独立して超電導バルクを配置し，中心磁極の超電導バルクからターゲットに向けて磁場を放射し，端部の超電導バルクによりその磁場を吸収することもできる。この場合には，より強力な磁場を，分布よくターゲットへ供給することができる。
【００３３】
次に，上記冷却手段は，真空断熱容器とその中へ循環供給される冷却媒体であり，上記真空断熱容器内には上記超電導バルク，ヨーク及び着磁コイルが収納されている構成とすることができる。この場合には，冷却媒体を循環させるだけの簡単な構成から，装置が小型となる効果がある。
【００３４】
次に，上記冷却手段は，冷凍機の冷凍部と，該冷凍部を配設した真空断熱容器であり，該真空断熱容器内に，上記超電導バルク，ヨーク及び着磁コイルが収納されている構成とすることもできる。この場合には，冷却媒体を使う場合より，磁極をターゲットに近接して設置できるため，より強力な磁場を使うことができる。
【００３５】
次に，請求項８の発明のように，上記ヨークの両端部は水冷容器内に配設されている構成とすることもできる。この場合には，ターゲットに対してより近接する磁極の構成となり，更に磁場を有効に使うことができるという効果が得られる。
【００３６】
次に，請求項９の発明のように，上記ターゲットとマグネトロンスパッタガンとの間には，ターゲットの過熱を防止するための水冷板を有することが好ましい。この場合には，ターゲットの過熱防止ができるので，冷却したバルクや磁極への熱侵入を防ぐことができ，強い磁場発生が安定に得られるという効果がある。
次に，請求項１０の発明のように，上記真空断熱容器は，カソードとされると共に，上記冷凍機は上記真空断熱容器と絶縁されていることが好ましい。
次に，請求項１１の発明のように，上記着磁コイルは，上記超電導バルクの周囲に熱的に隔離されて配置されていることが好ましい。
次に，請求項１２の発明のように，上記着磁コイルと上記超電導バルクとは空間的に離間されていることが好ましい。
【００３７】
【発明の実施の形態】
実施形態例１
次に，本発明の実施形態例にかかる超電導マグネトロンスパッタ装置につき，図１〜図６を用いて説明する。
本例の超電導マグネトロンスパッタ装置は，図１〜図３に示すごとく，マグネトロンスパッタガン１０の上にターゲット５３を配置すると共に該ターゲット５３の上に薄膜を形成するための基板５３０を対向配置し，それらを収容した真空チャンバー５内をスパッタガス雰囲気にした状態で上記基板５３０の表面にターゲット物質を被着形成するスパッタ装置である。
【００３８】
上記マグネトロンスパッタガン１０は，内部磁路を形成するための磁極鉄芯材料よりなるヨーク３と，該ヨーク３の一部に配設した超電導バルク１と，該超電導バルク１を着磁させるための着磁コイル２と，上記超電導バルク１を超電導臨界温度以下に冷却する冷却媒体を用いた冷却手段とよりなる。
【００３９】
そして，上記着磁コイル２にパルス電流を加えて上記超電導バルク１に磁場を捕捉させ，この磁場をターゲット５３の表面に導いてスパッタリングを行なうよう構成してある。
【００４０】
本例において，上記超電導バルク１は，溶融法で合成したＲＥ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ（ＲＥは，Ｙ，Ｓｍ，Ｎｄ，Ｙｂ，Ｌａのうちいずれか１種又は２種以上）で表され，ＲＥＢａ₂Ｃｕ₃Ｏｙの中にＲＥ₂ＢａＣｕＯ₅又はＲＥ₄Ｂａ₂Ｃｕ₂Ｏ₁₀が微細に分散した組織を有する凝似単結品又は粗大結晶の集合体を用いている。
【００４１】
また，上記超電導バルク１は，その結晶軸のＣ軸が，上記着磁コイル２の中心軸方向に沿った方向に配向している上記集合体である。
また，上記ヨーク３はその中心磁極３１の先端部分に超電導バルク１を配置し，ヨークの端部３２を対極として配置し，上記超電導バルク１からターゲットに向けて磁場を放射する構成としてある（図１，図３）。
【００４２】
また，上記冷却手段は，真空断熱容器４８と，その中の低温容器４２中へ循環供給される冷却媒体であり，低温容器４２内には上記超電導バルク１，着磁コイル２及びヨーク３が収納されている。
また，上記ターゲット５３とマグネトロンスパッタガン１０との間には，ターゲット５３の過熱を防止するための水冷板４３を有する。
【００４３】
以下，これらにつき詳しく説明する。
図２，図３に本発明のマグネトロンガン１０の磁気回路部分の模式図を示す。
軟磁性の磁極鉄芯材料からなるヨーク３の中心磁極３１の先端部に連続して超電導バルク１を設置してある。超電導バルクは擬似単結晶からなり，結晶軸のｃ軸が磁場方向に沿った向きになっている。ヨーク３２はその下面に板状の連結部分３０をもち，更に外側の端部に超電導バルク１の上面とは対になる対極３２がある。
【００４４】
超電導バルク１の周囲には，図１〜図３に示すごとく，着磁コイル２が設置され，超電導バルクを磁化するために用いる。超電導バルク１，着磁コイル２，及びヨーク３は液体窒素５が供給される低温容器４２に収納されている。低温容器４２の上側にターゲット５３を設置する。超電導バルク１から出た磁場は，その上面から空間に放射され，その磁束線１７は低温容器４２を通してターゲット５３に供給されたのち，両側のヨーク３２に戻る。
【００４５】
また，図１，図２において，上記低温容器４２の冷却室４２０へは，別に設けた液体窒素タンクより，ポンプを介して，ノズル４２２，４２３を介して，冷却媒体としての液体窒素が循環されている。
また，上記低温容器４２は，真空断熱容器４８の内部に配設され，両者は，絶縁性支持体４８１によりシールされている。該真空断熱容器４８は排気口４８２を介して，その内部が約１０^-4Ｔｏｒｒに減圧されている。真空断熱容器４８は，プラズマ用電源４８５に接続されている。
【００４６】
更に，上記真空断熱容器４８は，マグネトロンスパッタガン１０，基板５３０を入れる，真空チャンバー５の中に配置され，両者の間はチャンバー台５９を介して絶縁性支持体４８３によりシールされている。真空チャンバー５の室内５１は，ノズル５２を介して一旦約１０^-5Ｔｏｒｒ以下に減圧され，その後スパッタ雰囲気用ガスとしてのＡｒが少量導入される。
【００４７】
上記着磁コイル２には，例えば０．１〜５０ｍｓのパルス電流を供給するための着磁線２５が，上記低温容器４２内を，液体窒素により冷却された状態で配線されている。
また，ターゲット５３とスパッタガン１０との間の設けた水冷板４３には，その水冷室４３１に，パイプ４３０，４３２を介して，冷水が循環されている。
【００４８】
超電導バルク１の表面で発生できる磁場は，Ｙ系超電導バルクで３万ガウス程度，他のＲＥ系バルクで５〜７万ガウスに至る。この強力な磁束線１７は超電導バルク１から対極のヨーク３２の上面に達するまでに，ターゲット５３の表面に，表面に平行に最大約１万ガウスから３万ガウスの磁場を与えることができる。
【００４９】
この磁場は，図４〜図６に示すように，１万ガウスで２ｘ１０−３Ωｃｍの抵抗率，９５％以上の透過率，強磁性体で従来のガンを使った場合の１．５倍，ＩＴＯで２倍の成膜速度を達成する。更に３万ガウスにいたっては，従来では達成不可能な１０^{- 5}Ωｃｍ台の抵抗をもつＩＴＯ膜の製造につながるものである。
【００５０】
さて強力な磁場の印加によって起こる薄膜形成への影響は以下のようである。
まず，図４に透明導電膜（ＩＴＯ）の抵抗率の磁場強度依存性を示す。磁場は５ｍｍ厚のＩＴＯターゲット表面に平行な方向である。磁場の強化とともに抵抗率の低下，導電率の向上がみられる。
通常の永久磁石で達成される最大の磁場は，約２千ガウスであり，これにより得られるＩＴＯの抵抗率は，３ｘ１０−３オームセンチメーター（Ωｃｍ）が限界である。これに対し，超電導バルクを磁石に使うと，２万ガウスの磁場で１ｘ１０^{- 4}Ωｃｍの低抵抗率が達成できることがわかる。ここまでは，ヨークによる磁路形成が効果的である範囲である。
【００５１】
しかも２万ガウス以上の磁場では，ＩＴＯの抵抗率は１０^{- 4}Ωｃｍよりも減少して，さらに優秀な性能の膜であることがわかる。
これは，主として，磁場の強化によって成膜時のプラズマの集中がよくなり，ＩＴＯ膜への損傷が抑えられたために，膜の結晶性がよくなって欠陥が減少したことによると考えられる。
【００５２】
次に，図５に，基板加熱なしに合成した，膜厚１３００オングストロームのＩＴＯ膜の光透過率の磁場強度依存性を示す。磁場の強化によって透過率が向上している。通常の永久磁石によるガンで達成できる２千ガウスでは９３％の透過率が得られるが，磁場の強化によってさらに向上する様子が分かる。
これも磁場の強化が生むプラズマダメージの抑制が膜の結晶性を向上させたことが主な原因である。これらの特性向上は従来の液晶表示機器などの発熱を有効に押さえ，光源の輝度を下げることができ，表示の均一性を向上して，より省電力で高性能な機器を約束する。
【００５３】
さらに，図６には，ＩＴＯと，強磁性膜の一種であるＮｉＣｏ膜とについて，磁場と成膜速度との測定結果を示す。
ＩＴＯは，ターゲット厚み５ｍｍ，３ｘ１０^-3Ｔｏｒｒのアルゴンと酸素の混合雰囲気で，電源出力３００Ｗで成膜したものである。また，ＮｉＣｏ膜はターゲット厚１ｍｍで３ｘ１０^-3Ｔｏｒｒのアルゴン雰囲気で，電源出力１ｋＷで成膜したものである。
【００５４】
いずれも，磁場の増加で成膜速度が上昇し，永久磁石の限界である２千ガウスまでの磁場では，ＩＴＯが１３０Å／ｍｉｎ，ＮｉＣｏが１８０Å／ｍｉｎであるが，超電導バルクによる２万ガウスまでの強化で，双方とも約２〜３倍の４００Å／ｍｉｎに向上する。
【００５５】
これは，強力な磁場の効果でプラズマの集中がより緻密になり，ターゲット５３へのイオン照射の頻度が増加したためであると考えられる。
このように，成膜速度の向上は工程の短縮を引き出し，より高性能の膜を安価に製造できる技術として効果が大きい。
【００５６】
次に，本例の作用効果につき，説明する。
図１に示すごとく，超電導バルク１はその超電導臨界温度Ｔｃ以下に冷却された後，着磁される。超電導バルク１の着磁には周辺の着磁コイル２に外部からパルス電流を流して行われる。これにより，超電導バルク１はこれまでの永久磁石では全く達成できなかった強力な磁場を捕捉した擬似永久磁石となる。この値は超電導バルクの結晶軸のＣ軸に平行な方向で，最大５万ガウスに達する。
【００５７】
超電導バルク１の発生する磁場は，図１〜図３に示すごとく，これが組み込まれたヨーク３を通じて磁路に供給される。磁場は，ターゲット５３の背面に供給され，ターゲット５３の表面に向かって放射される。そして，磁場１７は，ターゲット表面に沿ってターゲット周辺に向かい，再びターゲット５３を通過して，ヨーク３の他端の対極に至る。
【００５８】
ヨーク３は超電導バルク１から発生した磁場１７を引きつけて通すが，その最大磁化以上の磁場の捕捉は不可能なので，約２万ガウス程度又はそれ以下の磁場１７のみがヨーク３の形成する磁路を通過する。
ここで注目すべきことは，２万ガウス程度の磁場１７の利用は，これまでのマグネトロンスパッタに使われた磁場よりもはるかに大きい。
【００５９】
このように，強力なピン止め点をもつ超電導バルク１を着磁して，磁石として用いることで，従来の永久磁石にない強力な磁場発生を可能にする。
それ故，従来では得られなかった，２万ガウスという強力な磁場１７をターゲット５３に印加することができ，ターゲット５３の表面の水平方向の磁場１７を向上させることができる。
【００６０】
それ故，本発明の超電導マグネトロンスパッタ装置は，成膜速度に優れ，また損傷のない優れた薄膜を得ることができる。また，それ故，透明度に優れ，導電率の高い薄膜を得ることができる。
また，本例においては，冷水板４３によりターゲット５３を冷却しているので，その過熱を防止でき，優れた薄膜を形成できる。
【００６１】
実施形態例２
本例は，図７に示すごとく，ヨーク３の中心磁極３１に，その先端部分よりも内側に超電導バルク１を配置した例である。
即ち，超電導バルク１の上部に上部ヨーク３１１を設けてある。
この場合は，超電導バルク１の表面から発生する磁場は，その上の上部ヨーク３１１を介して放射される。そのため，超電導バルク１表面の磁場の不均一性は，上部ヨーク３１１によって均一化され，均一性のよい磁場がターゲットに向けて放射される。
その他は，実施形態例１と同様であり，実施形態例１と同様の作用効果を得ることができる。
【００６２】
実施形態例３
本例は，図８，図９に示すごとく，ヨーク３の中心磁極３１と，環状の対極としての端部３２との間に，４個の超電導バルク１を配置した例である。また，超電導バルク１の周囲には着磁コイル２が配置してある。
即ち，本例では中心磁極３１と端部３２との間に設けた十字状の連結部分３０に，それぞれ１個の超電導バルク１を配置してある。
【００６３】
この場合は，複数個の超電導バルク１を中心磁極３１と端部３２との間に設置できるので，中心磁極３１から放射される磁束線は，より強力になる。
したがって，所望の磁場を得るための個々のバルクの性能が低くても良いというメリットがある。その他は，実施形態例１と同様であり，実施形態例１と同様の作用効果を得ることができる。
【００６４】
実施形態例４
本例は，図１０，図１１に示すごとく，ヨークの中心磁極３１に超電導バルク１を，また対極としての両端部３２，３２にそれぞれ超電導バルク１３，１４を配置した例である。そして，超電導バルク１，１３，１４には，それぞれ着磁コイル２，２３，２４を配設した。
また，ヨーク３は，円形状ではなく，中央の長方形の中心磁極３１と，その左右に設けた長方形の端部３２とよりなる。
【００６５】
即ち，この構成では，図１１に示すような平面図になる。超電導バルク１は角形になり，対極の超電導バルク１３，１４も角形または刃状となる。各々に着磁コイルが設置される。
そして，中心磁極３１の超電導バルク１の上部がＮ極で，両側の超電導バルク１３，１４がＳ極に着磁される。
【００６６】
上記実施形態例１〜３の構成では，超電導バルク１の発生する磁場は，対極である端部３２に吸収される。それ故，端部３２が飽和磁束密度以下の磁場，具体的には例えば約２万ガウス以下の磁場に対して有効である。
しかし，超電導バルク１の発生磁場がこの値を超えると，磁場の分布はヨークの作る磁路に制約されないため，磁場分布が悪くなる。
【００６７】
これに対して，本例では上記のごとく，端部３２，３２に超電導バルク１，１３，１４を設け，超電導バルク１と超電導バルク１３，１４とは，その磁極を反転させてある。そのため，超電導バルク１から放射される磁束線１０は，有効に超電導バルク１３，１４に吸収されることになり，ターゲット５３への磁場供給が分布よくなされる。
その他は，実施形態例１と同様であり，実施形態例１と同様の作用効果を得ることができる。
【００６８】
実施形態例５
本例は，図１２に示すごとく，実施形態例１における液体窒素に代えて，冷却手段として冷凍機６を用いた例である。
そして，該冷凍機６の冷凍部６１は，ヨーク３の中心磁極３１の下部に接触させてある。
本例においては，冷凍機で７７Ｋよりも低温にすれば，高温超電導バルクは７７Ｋで捕捉される磁場よりもはるかに強力な磁場を捕捉でき，上記の液体窒素での冷却に比べて２〜３倍の磁場が発生できる。
【００６９】
本例においては，超電導バルク１，ヨーク３，着磁コイル２は，すべて真空断熱容器４８に直接納められている。真空断熱容器４８は排気口４８２から真空ポンブで排気して断熱を保つ。真空断熱容器４８は絶縁性支持体４８１を介して本体４９に設置される。真空断熱容器４８はそのままカソードとして成膜用の直流電源または高周波電源４８５に接続される。
【００７０】
このため冷凍機６は絶縁性支持体４８１を介して設置される。ターゲット５３の背面には過熱を防ぐために水冷板４３が挟まれ，樹脂ホース４３１から冷却水が供給される。
パルス電源からの着磁電流は，真空断熱容器４８に設けたハーメチックシール２５２を通した着磁線２５を通じて印加される。
この構成では，冷却に液体やガスを用いる場合に比べて，低温容器が不要になる分，超電導バルク１またはヨーク３と，ターゲット５３までの距離を短くでき，発生磁場をより有効に使うことができる利点をもつ。
その他は実施形態例１と同様であり，実施形態例１と同様の作用効果が得られる。
【００７１】
実施形態例６
本例は，図１３に示すごとく，ヨーク３の中心磁極３１と両端部３２との間に真空断熱容器４８を介設し，該真空断熱容器４８の中に超電導バルク１と着磁コイル２と中心磁極３１とを配置した例である。
真空断熱容器４８の外周には冷却水を循環する冷却水溶器４８７を設ける。冷却水は入口ノズル４８８より冷却室４８９の中に入れる。
【００７２】
即ち，着磁の際に着磁コイル２に流す電流は，低温に冷却した超電導バルク１の温度上昇につながるため，高磁場の着磁には超電導バルクを着磁コイル２から熱的に分離できる構造が望ましい。超電導バルク１と着磁コイル２を分離して，着磁の際の着磁コイル２の発熱による超電導バルクの温度上昇を抑えた構成が本例である。
【００７３】
超電導バルク１は冷凍機６の冷凍部６１に，磁路の一部をなす軟磁性磁心材のヨーク３の中心磁極３１を介して接続され，これらは真空断熱容器４８の中に設置される。超電導バルクの外側に対極をなすヨーク端部３２が設置ざれ，ターゲット５３の過熱を抑えるための冷却水を循環する冷却水容器４８７に納められている。
【００７４】
着磁コイル２は超電導バルクの周囲に，熱的に隔離されて設置される。この例では，冷凍機と超電導バルク１が着磁コイル２と分離できるので，超電導バルクに着磁コイルからの発熱が伝わらず，より強力な着磁ができる。また，ターゲット６の近くで磁場が放射されるため，磁場の有効利用が図れる。
その他は実施形態例１と同様であり，実施形態例１と同様の作用効果を得ることができる。
【００７５】
なお，上記図１，図１２，図１３の構成では，ターゲット５３の表面に形成できる，ターゲットに平行な方向の磁場は最大１万ガウスである。この超電導バルクの配置の他に上記図８，図１０の構成による超電導バルク１とヨーク３の配置を加えて構成すると最大３万ガウスまでが可能である。
【００７６】
このように，超電導バルクの発生する磁場は，従来の永久磁石による磁場をはるかに越えて，ターゲット表面に強力な磁場を与えることができる。
本発明は，従来の永久磁石に頼って得られていたマグネトロンガンの磁場を，高温超電導バルクを使うことによって，はるかに高性能化して，従来にない優秀なマグネトロンガンを提案するものであって，その産業的価値は究めて高い。
【００７７】
【発明の効果】
本発明によれば，本発明は，強力な磁場を発生することができ，かつターゲット表面の水平方向の磁場強度を向上して，成膜速度に優れた，超電導マグネトロンスパッタ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態例１における，超電導マグネトロンスパッタ装置の断面説明図。
【図２】実施形態例１における，マグネトロンスパッタガンの断面説明図。
【図３】実施形態例１における，マグネトロンスパッタガンの要部平面図。
【図４】実施形態例１における，超電導バルクの磁場とＩＴＯ膜の抵抗率との関係を示す線図。
【図５】実施形態例１における，超電導バルクの磁場とＩＴＯ膜の光透過率との関係を示す線図。
【図６】実施形態例１における，超電導バルクの磁場と成膜速度との関係を示す線図。
【図７】実施形態例２における，超電導マグネトロンスパッタ装置の断面説明図。
【図８】実施形態例３における，超電導マグネトロンスパッタ装置の断面説明図。
【図９】実施形態例３における，マグネトロンスパッタガンの要部平面図。
【図１０】実施形態例４における，マグネトロンスパッタガンの断面説明図。
【図１１】実施形態例４における，マグネトロンスパッタガンの要部平面図。
【図１２】実施形態例５における，超電導マグネトロンスパッタ装置の断面説明図。
【図１３】実施形態例６における，マグネトロンスパッタガンの断面説明図。
【図１４】マグネトロンスパッタ装置の説明図。
【符号の説明】
１．．．超電導バルク，
２．．．着磁コイル，
３．．．ヨーク，
３１．．．中心磁極，
３２．．．端部，
４８．．．真空断熱容器，
５．．．真空チャンバー，
５３．．．ターゲット，
５３０．．．基板，
６．．．冷凍機，

Claims

マグネトロンスパッタガンの上にターゲットを配置すると共に該ターゲットの上に薄膜を形成するための基板を対向配置し，これらを収容した真空チャンバー内をスパッタガス雰囲気にした状態で，上記基板の表面にターゲット物質を被着形成するスパッタ装置において，
上記マグネトロンスパッタガンは，内部磁路を形成するための磁極鉄芯材料よりなるヨークと，該ヨークの一部に配設した超電導バルクと，該超電導バルクを着磁させるための着磁コイルと，上記超電導バルクを超電導臨界温度以下に冷却する冷却手段とよりなり，
上記着磁コイルにパルス電流を加えて上記超電導バルクに磁場を捕捉させ，この磁場をターゲット表面に導いてスパッタリングを行なうよう構成し，
また，上記冷却手段は，冷凍機の冷凍部と，該冷凍部を配設した真空断熱容器であり，該真空断熱容器内に，上記超電導バルク，ヨーク及び着磁コイルが収納されており，
かつ上記冷凍機は，絶縁されていることを特徴とする超電導マグネトロンスパッタ装置。
請求項１において，上記超電導バルクは，溶融法で合成したＲＥ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ（ＲＥは，Ｙ，Ｓｍ，Ｎｄ，Ｙｂ，Ｌａのうちいずれか１種又は２種以上）で表され，ＲＥＢａ₂Ｃｕ₃Ｏｙの中にＲＥ₂ＢａＣｕＯ₅又はＲＥ₄Ｂａ₂Ｃｕ₂Ｏ₁₀が微細に分散した組織を有する凝似単結品又は粗大結晶の集合体であることを特徴とする超電導マグネトロンスパッタ装置。
請求項１又は請求項２において，上記超電導バルクは，その結晶軸のＣ軸が，上記着磁コイルの中心軸方向に沿った方向に配向している上記集合体であることを特徴とする超電導マグネトロンスパッタ装置。
請求項１〜３のいずれか一項において，上記ヨークはその中心磁極に超電導バルクを配置し，ヨークの端部を対極として配置し，上記超電導バルクからターゲットに向けて磁場を放射することを特徴とする超電導マグネトロンスパッタ装置。
請求項４において，上記超電導バルクは，上記ヨークの中心磁極の先端部分又は該先端部分よりも内側に配設してあることを特徴とする超電導マグネトロンスパッタ装置。
請求項１〜３のいずれか一項において，上記超電導バルクはヨークの中心磁極と端部との間に配設し，ヨークを通じてターゲットに向けて磁場を放射することを特徴とする超電導マグネトロンスパッタ装置。
請求項１〜３のいずれか一項において，上記ヨークには，その中心磁極及び端部にそれぞれ独立して超電導バルクを配置し，中心磁極の超電導バルクからターゲットに向けて磁場を放射し，端部の超電導バルクによりその磁場を吸収することを特徴とする超電導マグネトロンスパッタ装置。
請求項１〜７において，上記ヨークの両端部は水冷容器内に配設されていることを特徴とする超電導マグネトロンスパッタ装置。
請求項１〜８において，上記ターゲットとマグネトロンスパッタガンとの間には，ターゲットの過熱を防止するための水冷板を有することを特徴とする超電導マグネトロンスパッタ装置。
請求項１〜９において，上記真空断熱容器は，カソードとされると共に，上記冷凍機は上記真空断熱容器と絶縁されていることを特徴とする超電導マグネトロンスパッタ装置。
請求項１〜１０において，上記着磁コイルは，上記超電導バルクの周囲に熱的に隔離されて配置されていることを特徴とする超電導マグネトロンスパッタ装置。
請求項１１において，上記着磁コイルと上記超電導バルクとは空間的に離間されていることを特徴とする超電導マグネトロンスパッタ装置。