JPH02170971A - スパッタリング装置 - 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】 〈産業上の利用分野〉 本発明はスパッタリング装置に関し、特に、セラミック
ス系の高温超電導薄膜の製膜に適したスパッタリング装
置に関する。

〈従来の技術〉 Ｙ−Ｂ−Ｃ−０等をはじめとするセラミックス系の高温
超電導薄膜の製膜法として、電子ビーム蒸着法やスパッ
タ法等が提案されているが、膜が複合酸化物であること
や、結晶品質の点から鑑みて特にスパッタ法が注目され
ている。

スパッタ法に基づく高温超電導薄膜の製膜は、従来、真
空チャンバ内に所定のターゲットとＭ　４５を配置し、
ここにアルゴンガスを導入してこれを放電によってプラ
ズマ化し、そのアルゴンイオンによるスパッタリングで
基板表面にＦＩＪ膜を形成した後、これを酸素雰囲気中
で熱処理して酸化することによって、意図する超電導薄
膜を得ている。

あるいは、同様な真空チャンバ内にアルゴンガスととも
に酸素ガスを導入し、基板を加熱しつつスパッタリング
することによって、スパッタ原子を酸素と反応させつつ
製膜する、いわゆる反応性スパッタ法も採用されている
が、この場合でも実際には結晶内に充分な酸素が採り込
まれず、後で酸素雰囲気下での熱処理を施さなければ良
好な特性の超電導膜は得られない。

〈発明が解決しようとする課題〉 以上のような従来のスパッタ法に基づく製膜では、いず
れも、スパッタの後に酸素雰囲気中での熱処理を必要と
するため、良好な薄膜表面を得ることが困難であるとと
もに、製造装置や工程ないしは操作が煩雑となる。

また、従来のスパッタリング装置による製膜では、一般
に、形成過程における薄膜がプラズマ領域にさらされる
関係上、薄膜からの再スパックや結晶構造の破壊が生じ
、良好な薄膜の成長を阻害する原因となっている。

本発明の目的は、表面状態や結晶構造の良好な高温超電
導薄膜を容易に得ることのできる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〉 上記の目的を達成するため、第１の発明では、実施例に
対応する第１図に示すように、チャンバ１の内外に連通
してその内部の基板Ｓ近傍に酸素ガスを導入するための
導入管５を設けるとともに、チャンバ１に設けられた窓
１０を介してその内部に紫外線を照射する紫外光源７を
設け、更に、チャンバ１内に、紫外光源７からの出力光
をチャンバ１内部で繰り返し反射させるミラー８．９を
対向配置している。

また、第２の発明では、同じく第１図に示すように、タ
ーゲットＴと、このターゲットＴに対向配置された基板
Ｓとの間に、メッシュ状の接地電極４を設け、このメツ
シュ状の接地電極４とターゲット電極で放電を行うこと
により、ターゲットＴを衝撃するイオンを含むプラズマ
を生成するよう構成している。

〈作用〉 第１の発明の構成において、導入管５により基板Ｓの近
傍に導入された酸素ガスは、紫外光源７から出力され、
かつ、ミラー８．９によりチャンバ１内で繰り返し反射
される紫外線により、その一部がオゾン化される。これ
により基板Ｓは反応活性なオゾンにさらされることにな
り、基板Ｓ上の薄膜はその成長過程で結晶内に充分な酸
素原子を採り込むことが可能となり、酸素雰囲気中での
熱処理が不要となる。

第２の発明の構成において、プラズマはメツシュ状の接
地電極４とターゲラ）Ｔ間の放電によって発生し、その
イオンによる衝撃で放出されたターゲラ）Ｔの原子は接
地電極４のメッシュを通過して基板Ｓに至る。プラズマ
領域Ａｐは主に接地電極４とターゲットＴ間に形成され
、基板Ｓはこのプラズマ領域Ａｐから遠去かることにな
り、再スパツタや膜の結晶破壊の可能性が低くなる。

〈実施例〉 第１図は本発明実施例の構成の説明図で、（ａ）はチャ
ンバ１をその中央で縦に切断して示す正面図、（ｂ）は
その基板Ｓの上面に沿う平面でチャンバ１を切断して示
す平面図である。

チャンバ１内にターゲット電極２と基板ホルダ３が互い
に対向して配設されており、それぞれにターゲットＴと
基板Ｓが装着されている。そして、このターゲットＴと
基板Ｓとの間には、メツシュ状の接地電極４が配設され
ている。なお、ターゲット電極２は従来と同様に陰極を
構成するもので、例えば高周波電源２０が接続される。

チャンバ１内には、その壁体を貫通してその内部に酸素
ガスを導入するための酸素ガス導入管５が挿入されてお
り、その先端はメンシュ状の接地電極４の上方を通って
基板Ｓの近傍にまで伸び、ここに基板Ｓの方向に向けて
多数のノズルｎ・・・ｒｌが形成されたリング状中空管
である酸素ガス専大リング６が装着されている。

チャンバ１の側壁面の２箇所に、石英製の窓１０および
１４が設けられており、その一方の窓１０の外側には、
Ｎ２ガスでパージされた中空管１３を介して紫外光源７
が配設されている。

紫外光源７は例えばＤ２ランプであって、広帯域の紫外
線を窓１０を介してチャンバ１内に照射することができ
る。この紫外線の一部は、中空管１３内に設けられたビ
ームスプリツク１１によって紫外線検出器１２に導かれ
、ここで紫外光源７からの出力光強度がモニタされる。

チャンバ１内に照射された紫外線は、チャンバ１内に対
向配置された１対の紫外線反射ミラー８および９によっ
て繰り返し反射され、他方の窓１４を介してチャンバ１
外に導かれる。この窓１４の外側には、同様にＮ２ガス
でパージされた中空管１６を介して紫外線分光検出器１
５が配設されており、ここでチャンバ１内の雰囲気を通
過した紫外線が分光され、そのうちオゾンの吸収スペク
トルである２５５ｎｍと、酸素ガスの吸収スペクトルで
ある１８０〜１９０ｎｍの波長の光強度が測定される。

この紫外線分光検出器１５の出力は、前記した紫外線検
出器１２の出力とともに、紫外光源７の駆動制御回路１
９に入力される。そして、この駆動制御回路１９では、
紫外線分光検出器１５からの上記した各分光強度の比が
、あらかじめ設定された値となるよう、紫外光源７の出
力光強度を制御するよう構成されている。

ここで、紫外線反射ミラー８，９、窓１０．１４等の配
設位置の高さは、基板Ｓと酸素ガス導入リング６の配設
高さの中間であり、紫外線はこれらの間を通って繰り返
し反射される。

なお、紫外線反射ミラー８および９の反射面の直前には
、これらをプラズマ雰囲気から保８Ｗするために、紫外
線の光路を妨害しないように適当な孔が穿たれた保護板
１７．１８が設けられている。

また、基板ホルダ３の電位は特に限定しないが、通常は
接地しておく。

以上の本発明実施例においては、まず、チャンバ１内に
、高温超電導薄膜を形成すべき基板Ｓとその膜素材とな
るターゲットＴを装着し、真空引きを行った後にアルゴ
ンガスを導入し、かつ、酸素ガス４人管５から基板Ｓの
近傍に酸素ガスを導入する。

その状態でターゲット電極２に高周波電圧を印加すると
ともに、紫外光源７を駆動する。これにより、ターゲッ
トＴとメッシュ状の接地電極４との間で放電が生じ、そ
の間にアルゴンのプラズマ領域へｐが形成されるととも
に、酸素ガスの一部は基板Ｓの近傍でオゾン化される。

このオゾンと酸素との比率は、前記した紫外線の分光強
度比の監視下で、紫外光源７の駆動制御回路１９によっ
て設定値に保たれる。

プラズマ領域Ａｐ中のアルゴンイオンは、陰極側のター
ゲットＴに衝突してターゲット原子を四方に放出させる
が、このターゲット原子の一部は接地電極４のメツシュ
間隙を経て基板Ｓの表面に到達し、蒸着して膜を形成す
る。このとき、基板Ｓの表面は反応活性なオゾン雰囲気
にさらされているので、ターゲット原子は充分な酸素原
子を採り込んで結晶化する。また、このとき、基板Ｓは
プラズマ領域Ａｐとある程度隔って配設されており、特
にアルゴンイオンはメツシュ状の接地電極４にトラップ
されて基板Ｓにはほとんど到達することがない。

なお、第１の発明においては、第２図にその他の実施例
の要部構成を示すように、基板Ｓと紫外線反射ミラー８
．９による紫外線光路および酸素ガス導入リング６等は
、ターゲットＴと接地電極４０を結ぶ線上から離れた位
置に置くこともできる。また、第２の発明もそれ単独で
実施できることは云うまでもない。

〈発明の効果〉 以上説明したように、第１の発明によれば、基板を反応
活性なオゾン雰囲気にさらした状態でスパッタすること
ができるので、形成された薄膜の結晶内に酸素原子を充
分に供給することが可能となり、従来のように後で酸素
雰囲気中での熱処理を施すことなく、良好な特性の高温
超電導薄膜が得られ、薄膜表面を悪化させる原因の一つ
の解消と工程の簡素化が達成される。

また、第２の発明によれは、メッシュ状の接地電極とタ
ーゲット間の放電によってこの間にプラズマ領域が形成
され、基板をこのプラズマ領域中にさらすことなくスパ
ックを行うことが可能となり、比較的チャンバ内スペー
スを有効利用できる簡単な構造の２極スパッタ方式にお
いて、スパッタ中で薄膜の再スパツタやプラズマによる
結晶破壊を生じることなく、表面状態や結晶構造の良好
な高温超電導薄膜を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の構成の説明図で、（ａｌはチャ
ンバ１をその中央で縦に切断した状態で示す正面図、 （ｂ）は同じくチャンバ１を基板Ｓの上面に沿う平面で
切断して示す平面図、 第２図は第１発明の他の実施例の要部構成図である。 ３　・ ４　・ ５　・ ６　・ ７　・ ８、９　・ １０．１４　　・ １２　・ １５　・ Ｓ　・ Ｔ　・ Ａｐ　　・ 基板ホルダ メツシュ状の接地電極 酸素ガス導入管 酸素ガス導入リング 紫外光源 紫外線反射ミラー 窓 紫外線検出器 紫外線分光検出器 基板 ターゲット プラズマ領域 １・・・チャンバ ２・・・ターゲット電極

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）チャンバ内の放電により生成されたプラズマ中の
   イオンでターゲットを衝撃し、この衝撃によって上記タ
   ーゲットから放出された原子を、上記チャンバ内に配置
   された基板表面に導いて蒸着させる装置において、上記
   チャンバの内外に連通してその内部の基板近傍に酸素ガ
   スを導入するための導入管と、上記チャンバに設けられ
   た窓を介してその内部に紫外線を照射する紫外光源と、
   上記チャンバ内に対向配置され、上記紫外光源からの出
   力光を上記チャンバ内部で繰り返し反射させるミラーを
   備えたことを特徴とするスパッタリング装置。
2. （２）チャンバ内に配設されたターゲットを、このチャ
   ンバ内での放電によって生成されたプラズマ中のイオン
   で衝撃し、その衝撃によって上記ターゲットから放出さ
   れた原子をこのターゲットに対向配置された基板表面に
   蒸着させる装置において、上記ターゲットと基板の間に
   メッシュ状の接地電極を設け、このメッシュ状の接地電
   極と上記ターゲットとの間で放電を行うことによって上
   記プラズマを生成することを特徴とするスパッタリング
   装置。