JPH0559545A - 平板マグネトロンスパツタリング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 酸化物超電導体薄膜をスパッタリングで作製
する際に、基板ホルダ−とシャッタ−をタ−ゲットと同
じ材質にすることによって基板上の膜に不純物が混入し
ないようにする。 【構成】 超電導体タ−ゲット１４と基板ホルダ−３６
の間にシャッタ−３２を配置する。基板ホルダ−３６と
シャッタ−３２はタ−ゲット１４と同じ材質で作る。基
板ホルダ−３６やシャッタ−３２が、タ−ゲット１４の
エロ−ジョン領域Ａから飛来する酸素負イオンの衝撃を
受けても、そこから飛散する粒子は膜に対して不純物と
ならない。また、基板３８をタ−ゲット１４のスパッタ
リングされない中央部分に対向して配置することによ
り、基板３８はエロ−ジョン領域Ａから飛来する酸素負
イオンの衝撃を受けない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、基板ホルダ−およびシ
ャッタ−の材質を改良した平板マグネトロンスパッタリ
ング方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】Ｙ系やＢｉ系などの酸化物超電導体の薄
膜作製には、量産性に優れて操作性の容易な平板マグネ
トロンスパッタリング装置が主に用いられている。図３
は従来の平板マグネトロンスパッタリング装置の正面断
面図である。真空容器２は排気系４で排気される。ガス
導入系６はガスボンベ８と流量調節弁１０とからなる。
この従来例では１系統のガス導入系を使用しているが、
反応性スパッタリングを行なう場合など、必要に応じて
多系統のガス導入系を用いた装置もある。タ−ゲット電
極（カソ−ド）１２は、タ−ゲット１４と、これを保持
するタ−ゲットホルダ−１６で構成される。タ−ゲット
ホルダ−１６の内部にはヨ−ク１８に固定された磁石２
０が収容されている。タ−ゲット１４と磁石２０はタ−
ゲットホルダ−１６内を流れる冷却水２２によって冷却
される。タ−ゲット電極１２の周囲には絶縁材２６を介
してタ−ゲットシ−ルド２４が配置されている。タ−ゲ
ット電極１２には電力供給手段２８が接続されている。
電力供給手段２８は、直流電源を用いるか、あるいはイ
ンピ−ダンス整合器と高周波電源との組み合わせを用い
る。

【０００３】電力供給手段２８からの電力をタ−ゲット
電極１２に供給すると真空容器２内にプラズマ３０が発
生する。プラズマ中の正イオンはタ−ゲット１４の表面
を衝撃してタ−ゲットをスパッタリングする。プラズマ
３０は、タ−ゲット１４の背面の磁石２０の作用によっ
てタ−ゲット１４の表面近傍のマグネトロン領域に収束
される。したがって、この領域に面する部分のタ−ゲッ
ト表面がスパッタリングされる。シャッタ−３２を開け
ることにより、スパッタリングされたタ−ゲット粒子は
基板ホルダ−３６に取り付けられた基板３８の表面上に
膜となって堆積する。基板ホルダ−３６の内部には基板
を加熱するためのヒ−タ３４が設けられている。基板ホ
ルダ−３６は通常は接地電位またはフロ−ティング電位
である。装置によっては基板ホルダ−３６に任意の電圧
を印加できるようにしたものもある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系
やＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系に代表される酸化物超
電導体のスパッタリングによる薄膜作製においては、酸
化物超電導体のタ−ゲットから２次イオンとして酸素負
イオンが放出される。この酸素負イオンはカソ−ドシ−
ス内の電界により加速され、タ−ゲットに対面するシャ
ッタ−や基板ホルダ−あるいは基板の表面を衝撃する。
図３に示したような従来の平板マグネトロンスパッタリ
ング装置では、タ−ゲットがスパッタリングされる領域
（エロ−ジョン領域）は、マグネトロン領域に形成され
るプラズマ３０に面した部分であり、そして、シャッタ
−や基板ホルダ−あるいは基板が酸素負イオンの衝撃を
受ける部分はこのエロ−ジョン領域に対面する部分にほ
ぼ等しい。これらの部分では酸素負イオンの衝撃によっ
てシャッタ−や基板ホルダ−あるいは基板そのものがス
パッタリングされる。従来の装置では基板ホルダ−やシ
ャッタ−はステンレス鋼などでできており、また基板は
ＭｇＯやＳｒＴｉＯ₃などでできている。そのため、そ
れらからスパッタリングされた粒子は不純物として直接
膜中に取り込まれたり、タ−ゲット表面に付着して再び
スパッタリングされて膜中に取り込まれたりする。この
様にして取り込まれる不純物は、形成された超電導薄膜
の臨界温度の低下や結晶欠陥などを引き起こし、膜特性
の劣化の原因となる。また、基板上に堆積した膜が酸素
負イオンによる衝撃を受けて再スパッタリングされる
と、膜の組成比が変化したり、膜がダメ−ジを受けたり
する。

【０００５】本発明の目的は、基板ホルダ−やシャッタ
−に起因する不純物が基板上の膜中に混入しない平板マ
グネトロンスパッタリング方法を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明に係る平板マグネトロンスパッタリング方
法では、シャッタ−と基板ホルダ−の材質を改良してい
る。すなわち、シャッタ−の少なくともタ−ゲットのス
パッタリング領域に対面する表面部分を、基板上に堆積
すべき膜に含まれる元素のみからなる材質で形成し、基
板ホルダ−の少なくともタ−ゲットのスパッタリング領
域に対面する表面部分も、基板上に堆積すべき膜に含ま
れる元素のみからなる材質で形成している。

【０００７】「基板上に堆積すべき膜に含まれる元素の
みからなる材質」（以下、特定材質と呼ぶ。）としては
次のような材質を含む。まず、堆積すべき膜と同じ材質
のタ−ゲットを用いるスパッタリング方法では、タ−ゲ
ットと同じ材質か、あるいはタ−ゲットに含まれる元素
のすべてあるいは一部のみからなる材質が該当する。た
とえば、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系の酸化物超電導体薄膜を
作製する際に、堆積すべき膜と同じ組成比を有するＹ−
Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系のタ−ゲットを使う場合を考えると、
このタ−ゲットと同じ材質で基板ホルダ−やシャッタ−
を作ることができる。あるいは、基板上の堆積膜とタ−
ゲットとの間で組成比がずれることを考慮して、タ−ゲ
ットとは組成比の異なるＹ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系の物質で
基板ホルダ−やシャッタ−を作ることもできる。

【０００８】さらに、堆積すべき膜とは異なる材質のタ
−ゲットを用いるスパッタリング方法（すなわち反応性
ガスを導入してタ−ゲットをスパッタリングする方法）
では、上述の特定材質として、反応性ガスに含まれる元
素およびタ−ゲットに含まれる元素のすべてあるいは一
部のみからなる材質を用いることができる。

【０００９】また、シャッタ−と基板ホルダ−は、その
全体を上記特定材質で作る必要はなく、タ−ゲットに対
面する側の表面にだけ特定材質の被覆層を形成してもよ
い。

【００１０】上述のように基板ホルダ−とシャッタ−の
材質を改良することに加えて、基板の配置位置をも特定
することが好ましい。すなわち、スパッタリングされな
いタ−ゲット中央部分の領域よりも寸法の小さい基板を
タ−ゲット中央部分に対向して配置する。

【００１１】

【作用】上記のように、シャッタ−および基板ホルダ−
の少なくともタ−ゲットのスパッタリング領域に対面す
る表面部分を特定材質で形成することにより、シャッタ
−や基板ホルダ−が酸素負イオンに衝撃されてそのスパ
ッタリングされた粒子が基板上の膜中に混入しても、こ
の混入粒子は膜の構成元素のみからなるので、不純物と
はならない。また、基板の寸法を、スパッタリングされ
ないタ−ゲット中央部分の領域より小さくして、この中
央部分に対向して基板を配置することにより、タ−ゲッ
トのスパッタリング領域から放出される酸素負イオンの
衝撃による基板自体のスパッタリングや基板上の膜の再
スパッタリングが生じなくなる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しながら
説明する。以下の各図において、同一の要素には同一の
符号を付し、また真空容器及びガス導入系、排気系、電
力供給系等の装置構成については、図３に示した従来の
装置と同様であるので、それらの図示及び説明を省略す
る。

【００１３】図１は、本発明のスパッタリング方法を実
施するためのスパッタリング装置の一例を示す正面断面
図であって、真空容器内部の構成だけを示してある。酸
化物超電導体のタ−ゲット１４と基板ホルダ−３６との
間にはシャッタ−３２が配置される。この実施例では、
基板ホルダ−３６とシャッタ−３２はタ−ゲット１４と
同じ材質で作られている。タ−ゲット１４がスパッタリ
ングされる領域すなわちエロ−ジョン領域Ａからは、ス
パッタリングされた粒子と共に酸素負イオンが放出され
る。酸素負イオンは、カソ−ドシ−スの電界に加速され
てタ−ゲット表面に対してほぼ垂直に飛んで行き、その
飛行領域４０は一点鎖線の内部の範囲となる。酸素負イ
オンは、実際は、タ−ゲットから放出されるときにタ−
ゲット表面に平行な成分をある程度もっているので、酸
素負イオンが飛行する領域４０は図のようにタ−ゲット
１４から離れるにしたがって多少広がる。領域Ｂはシャ
ッタ−３２が酸素負イオンの衝撃を受ける部分である。
領域Ｃは基板ホルダ−３６が酸素負イオンの衝撃を受け
る部分である。この実施例では、基板ホルダ−３６とシ
ャッタ−３２をタ−ゲット３２と同じ材質で形成してあ
るので、領域ＢやＣが酸素負イオンの衝撃によりスパッ
タリングされてそのスパッタリングされた粒子が基板３
８上の膜に混入しても、不純物とはならない。

【００１４】基板３８は、タ−ゲット１４のスパッタリ
ングされない中央部分に対向して配置している。そし
て、基板３８の直径はこの中央部分の直径より小さくし
てある。これにより、基板３８は酸素負イオンからの衝
撃を受けることがない。酸化物超電導体薄膜を作製する
場合に、基板上の膜が酸素負イオンに衝撃されると、組
成比のずれなどの悪影響が生じることが知られている
が、この実施例のように基板を配置すると、このような
悪影響をも避けることができる。

【００１５】この実施例は、円形タ−ゲットに関するも
のであり、タ−ゲット１４、シャッタ−３２、基板ホル
ダ−３６、基板３８はすべて円形である。したがって、
領域Ａ、Ｂ、Ｃはすべて環状になっている。なお、矩形
タ−ゲットを利用する平板マグネトロンスパッタリング
装置においても本発明を適用できるのはもちろんであ
る。

【００１６】図２は、本発明の別の実施例を示す。この
実施例では、基板ホルダ−３６のタ−ゲット１４に対面
する側の表面に、タ−ゲットと同じ材質の被覆層３７を
形成してある。基板ホルダ−３６の本体はステンレス鋼
でできている。シャッタ−３２についても同様に、タ−
ゲット１４に対面する側の表面に、タ−ゲットと同じ材
質の被覆層３３を形成してある。シャッタ−３２の本体
はステンレス鋼でできている。このように構成すること
によって、図１の実施例と同様の効果を得ることができ
る。

【００１７】図２では、基板ホルダ−３６およびシャッ
タ−３２のタ−ゲット１４に対面する側の全面に被覆層
３７、３３を形成してあるが、領域Ｂ、Ｃだけに被覆層
３７、３３を形成してもよい。

【００１８】被覆層３７、３３を形成する方法として
は、（１）タ−ゲットと同じ材質を揮発性の溶媒に溶か
して基板ホルダ−３６およびシャッタ−３２に塗布し、
熱処理を行って形成する。（２）真空蒸着法により形成
する。などの方法がある。なお、被覆層３７、３３は酸
素負イオンによるスパッタリングによって徐々に薄くな
っていくので、必要に応じて繰り返し形成する必要があ
る。

【００１９】本発明の方法は、酸素負イオンを放出しや
すい材質のタ−ゲットを利用する場合すなわち酸化物タ
−ゲットを利用する場合に効果的である。その中でも、
酸化物超電導体タ−ゲットを利用する場合に特に適して
いる。本発明の方法によって作製できる酸化物超電導体
としては、Ｘ−Ｚ−Ｃｕ−Ｏ系（ただし、Ｘは、Ｓｃ、
Ｙ、Ｌａ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｙ
ｂ、およびその他のランタノイドにより選ばれた１種、
またＺは、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａより選ばれた１種であ
る。）、Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系、Ｂｉ−Ｐｂ−
Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系、およびＴｌ−Ｂａ−Ｃａ−Ｃ
ｕ−Ｏ系がある。

【００２０】

【発明の効果】本発明によれば、シャッタ−および基板
ホルダ−の少なくともタ−ゲットのスパッタリング領域
に対面する表面部分を、基板上に堆積すべき膜に含まれ
る元素のみからなる材質で形成することにより、シャッ
タ−や基板ホルダ−が酸素負イオンに衝撃されてそのス
パッタリングされた粒子が基板上の膜中に混入しても、
この混入粒子は膜の構成元素のみからなるので、不純物
とはならない。また、基板の寸法を、タ−ゲットがスパ
ッタリングされないタ−ゲット中央部分の領域より小さ
くして、この中央部分に対向して基板を配置することに
より、基板が酸素負イオンの衝撃を受けなくてすむ。本
発明の方法は特に酸化物超電導体薄膜を作製するときに
効果的である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のスパッタリング方法を実施するための
装置の一例の真空容器内部の構成を示す正面断面図であ
る。

【図２】本発明の別の実施例における図１と同様の正面
断面図である。

【図３】従来のスパッタリング装置の正面断面図であ
る。

【符号の説明】

１４ タ−ゲット ３２ シャッタ− ３６ 基板ホルダ− ３８ 基板 ４０ 酸素負イオン飛行領域 Ａ エロ−ジョン領域

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 タ−ゲットの背面に磁石を配置した平板
   マグネトロンカソ−ドを用いて基板上に膜を堆積する平
   板マグネトロンスパッタリング方法において、タ−ゲッ
   トと基板の間に配置したシャッタ−の少なくともタ−ゲ
   ットのスパッタリング領域に対面する表面部分を、基板
   上に堆積すべき膜に含まれる元素のみからなる材質で形
   成し、基板ホルダ−の少なくともタ−ゲットのスパッタ
   リング領域に対面する表面部分も、基板上に堆積すべき
   膜に含まれる元素のみからなる材質で形成することを特
   徴とする平板マグネトロンスパッタリング方法。
2. 【請求項２】 スパッタリングされないタ−ゲット中央
   部分の領域よりも小さい基板をこのタ−ゲット中央部分
   に対向して配置したことを特徴とする請求項１記載の平
   板マグネトロンスパッタリング方法。
3. 【請求項３】 前記シャッタ−と前記基板ホルダ−とを
   タ−ゲットと同じ材質で形成したことを特徴とする請求
   項１記載の平板マグネトロンスパッタリング方法。
4. 【請求項４】 前記シャッタ−のタ−ゲットに対面する
   側の表面および前記基板ホルダ−のタ−ゲットに対面す
   る側の表面にタ−ゲットと同じ材質の被覆層を形成した
   ことを特徴とする請求項１記載の平板マグネトロンスパ
   ッタリング方法。
5. 【請求項５】 酸化物タ−ゲットを用いて基板上に酸化
   物薄膜を作製することを特徴とする請求項１から４のい
   ずれかに記載の平板マグネトロンスパッタリング方法。
6. 【請求項６】 酸化物超電導体タ−ゲットを用いて基板
   上に酸化物超電導体薄膜を作製することを特徴とする請
   求項１から４のいずれかに記載の平板マグネトロンスパ
   ッタリング方法。