JPH06104896B2 - Method for producing multilayer thin film - Google Patents

Method for producing multilayer thin film

Info

Publication number
JPH06104896B2
JPH06104896B2 JP20664789A JP20664789A JPH06104896B2 JP H06104896 B2 JPH06104896 B2 JP H06104896B2 JP 20664789 A JP20664789 A JP 20664789A JP 20664789 A JP20664789 A JP 20664789A JP H06104896 B2 JPH06104896 B2 JP H06104896B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
substrate
thin film
layer
thickness
shutter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP20664789A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH0372071A (en
Inventor
康夫 高木
功 飯島
信広 秋山
英夫 山田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Steel Corp filed Critical Nippon Steel Corp
Priority to JP20664789A priority Critical patent/JPH06104896B2/en
Publication of JPH0372071A publication Critical patent/JPH0372071A/en
Publication of JPH06104896B2 publication Critical patent/JPH06104896B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明はスパタリング蒸着法によって、多層薄膜を作製
する方法に関し、特に蒸着基板を自転させることによっ
て、大面積にわたって均一な各層の厚みを有する多層薄
膜を作製する方法に関するものである。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for producing a multilayer thin film by a sputtering vapor deposition method, and in particular, a multilayer substrate having a uniform thickness of each layer over a large area by rotating a vapor deposition substrate. The present invention relates to a method for producing a thin film.

[従来の技術] 従来、多層薄膜は様々な分野での応用が検討され始めて
いる。多くの場合、このような応用に際しては、大面積
にわたって各層の厚みが均一な多層薄膜を作製すること
が必要である。然るに現在までのところに各層の厚みが
±10%以内に均一な領域は、蒸着基板をターゲットの真
上においた場合で、ターゲット直径の1/10程度の面積が
最大であった。
[Prior Art] Conventionally, application of a multi-layered thin film in various fields has been studied. In many cases, in such applications, it is necessary to produce a multilayer thin film in which each layer has a uniform thickness over a large area. However, in the region where the thickness of each layer is uniform within ± 10% so far, the area about 1/10 of the target diameter is the maximum when the deposition substrate is placed right above the target.

従来のスパタリング蒸着法によって多層薄膜を作製する
方法には、第1図に示すように、成分が相異なる二個以
上のスパタリング用ターゲットをスパタリングし、蒸着
基板を所定の時間の間、各々のスパタリング用ターゲッ
トの前方または側方に移動し、スパタリングされた粒子
を順番に前記蒸着基板上に蒸着して作製する方法がとら
れることが多かった(例えばC.M.Falco & I.K.Schulle
r:Synthetic Modulated Structures,ed.by L.L.Chang
& B.C.Giessen,Accademic Press,Inc.Orland,U.S.A.
(1985),Chapt.9,pp.339-364.参照)。なお、第1図に
はターゲットが2個の場合を記してあるが、3個以上に
なった場合も同様である。またその際、蒸着基板の移動
時に両成分が交じり合うのを防ぐために、ターゲットと
蒸着基板の間にシャッターを挿入し(第1図の2a)、蒸
着基板がターゲット上の所定の位置(通常ターゲットの
中心付近の上部)に完全に到着した後に、前記のシャッ
ターの開口部分(第1図の2b)を前記の移動した蒸着基
板とターゲットの間に移動し、蒸着を開始し、更に所定
の時間が経過した後、再びシャッターを閉じ、蒸着を終
了し、その後に基板を次のターゲット上に移動し、再び
同様の操作を行い、順次各層を蒸着し、多層膜を制作す
る方法が一般的であった。
As shown in FIG. 1, a conventional method for producing a multi-layered thin film by the sputtering deposition method comprises sputtering two or more sputtering targets having different components, and depositing each of the deposition substrates for a predetermined time. In many cases, a method was used in which the particles were moved to the front or side of the target for vapor deposition and the sputtered particles were sequentially deposited on the deposition substrate (for example, CMFalco & IKSchulle.
r: Synthetic Modulated Structures, ed.by LLChang
& BCGiessen, Accademic Press, Inc.Orland, USA
(1985), Chapter.9, pp.339-364.). Although FIG. 1 shows the case where the number of targets is two, the same applies when the number of targets is three or more. At that time, a shutter is inserted between the target and the vapor deposition substrate (2a in FIG. 1) to prevent the two components from intermingling with each other when the vapor deposition substrate moves, and the vapor deposition substrate is placed at a predetermined position on the target (normal target). (Upper part near the center of the), after moving the opening portion of the shutter (2b in FIG. 1) between the moved vapor-deposited substrate and the target to start the vapor deposition, and further for a predetermined time. After the elapse of time, the shutter is closed again to end the vapor deposition, then the substrate is moved to the next target, the same operation is performed again, the respective layers are vapor-deposited in sequence, and a multilayer film is generally produced. there were.

然るに上記のようなシャッターを使用する場合には以下
のような問題点が有った。即ち、シャッターの開閉には
個々の装置に特有な有限の時間を有し、シャッターの開
閉の方向によって、蒸着基板上の異なった地点では異な
った時間シャッターが開き、異なった時間だけ蒸着が行
われることになる。即ち、蒸着基板の片方の端は長く蒸
着され、反対側の端は蒸着時間が短くなる。そのため多
層膜の各層の厚さが蒸着基板上の各点において異なると
いう問題を生じる。この問題は各層の1層の厚さが薄く
なるほど、蒸着率が早くなるほど、またシャッターの動
きが遅くなるほど大きくなってくる。この様子を模式的
に第2図に示す。即ち第1図で説明したように、多層薄
膜の各層A,Bを蒸着する際に、例えばシャッター2aの開
口部分2bを図中の矢印のように左右に移動すると、基板
を自転させない場合はIIIaのような各層の層厚分布が生
じ、結果的に図中に記したように膜厚の不均一性が生じ
る(IIIb)。
However, when the above shutter is used, there are the following problems. That is, the opening and closing of the shutter has a finite time peculiar to each device, and depending on the opening and closing direction of the shutter, the shutter is opened at different points on the deposition substrate for different times, and vapor deposition is performed for different times. It will be. That is, one end of the vapor deposition substrate is vapor-deposited longer, and the vapor deposition time is shorter at the opposite end. Therefore, there arises a problem that the thickness of each layer of the multilayer film is different at each point on the vapor deposition substrate. This problem becomes more serious as the thickness of one of the layers becomes thinner, the deposition rate becomes faster, and the movement of the shutter becomes slower. This state is schematically shown in FIG. That is, as described with reference to FIG. 1, when each layer A, B of the multilayer thin film is vapor-deposited, for example, if the opening 2b of the shutter 2a is moved to the left or right as shown by the arrow in the figure, if the substrate is not rotated IIIa As described above, a layer thickness distribution of each layer occurs, and as a result, the nonuniformity of the film thickness occurs (IIIb).

なお一層膜においては膜厚の分布を小さくするために、
基板を自転させる方法はこれまでにも採用されていた。
(例えば、総合技術資料集「スパッタ法による薄膜作成
技術−装置の取扱い・膜の測定・評価と各種応用の実
際」(経営開発センター、1985年、東京)第3章参
照)。
In order to reduce the distribution of film thickness in a single-layer film,
The method for rotating the substrate has been adopted so far.
(For example, refer to Chapter 3 of the Comprehensive Technical Data Book "Thin-Film Preparation Technology by Sputtering Method-Handling of Equipment / Measurement / Evaluation of Films and Practical Uses of Various Applications" (Management Development Center, Tokyo, 1985)).

このような多層膜の各層の不均一性は多層膜の様々な物
性に影響し、工業化に際して不可欠な大面積化の際の障
害となるばかりか、生産コストにも影響する。
Such non-uniformity of each layer of the multi-layer film affects various physical properties of the multi-layer film, which not only hinders an increase in area, which is indispensable for industrialization, but also affects production cost.

[発明が解決しようとする課題] 本発明はこれらの問題点を解決し、一層の厚みが2〜3
Å程度の極薄多層膜において、また5から10Å/s程度の
速い蒸着速度を有する層を含む多層膜においても、そし
てシャッターの動きが比較的遅く、シャッター開口部が
1つのターゲット上の一端から一端まで移動するのに要
する時間(すなわちターゲットが完全に開くのに要する
時間)が数秒程度を要する場合においても、均一な層の
厚みを有する多層薄膜の作製法を提供することを目的と
するものである。
[Problems to be Solved by the Invention] The present invention solves these problems and has a thickness of 2 to 3
In ultra-thin multi-layer film of about Å, and also in multi-layer film including a layer having a high deposition rate of about 5 to 10 Å / s, the shutter movement is relatively slow, and the shutter opening is from one end on one target. An object of the present invention is to provide a method for producing a multilayer thin film having a uniform layer thickness even when the time required to move to one end (that is, the time required for the target to be completely opened) takes about several seconds. Is.

以下本発明を詳細に説明する。上記のような多層薄膜中
の各層の層の厚みの不均一性が生じ、その不均一性が作
製された多層薄膜の特性に重大な影響を及ぼすのは以下
のような場合である。即ち、(1)多層膜中に厚みが薄
い層を含む場合、(2)多層薄膜中に蒸着速度が速い成
分よりなる層を含む場合、(3)シャッターの動きの緩
慢な場合などである。(1),(2)については所望の
物性を有する多層薄膜を作製する場合に必要な特性であ
り、(3)については特に大型の装置においては改善が
極めて技術的に困難である。
The present invention will be described in detail below. The non-uniformity of the layer thickness of each layer in the multilayer thin film as described above occurs, and the non-uniformity seriously affects the characteristics of the manufactured multilayer thin film in the following cases. That is, (1) the multilayer film includes a thin layer, (2) the multilayer thin film includes a layer composed of a component having a high vapor deposition rate, and (3) the shutter moves slowly. The characteristics (1) and (2) are characteristics required for producing a multilayer thin film having desired physical properties, and the characteristics (3) are extremely technically difficult to improve, especially in a large apparatus.

即(1)については例えば近年注目されている量子効果
デヴァイスなどにおいては、10Å以下の層を極めて均一
に作製することが要求される。(例えば、J.C.ビーン著
(白木靖寛訳):半導体−パリティ別冊シリーズNo.3パ
リティ編集委員会編(福山秀敏責任編集)丸善(株)19
87年,東京,PP.96-107参照)。また(2)についても薄
膜特有の優れた物性を有する特殊な結晶層を作製するた
めには高速で蒸着を行い、非平衡相を作製することが必
要な場合もある。また(3)については小型の装置にお
いてはシャッターの移動速度を速くすることは不可能で
はないが、大型のターゲットを使用して、大面積を有す
る薄膜を同時にいくつかも作製する目的の大型装置にお
いては、巨大な重量のシャッターを高速に移動させるこ
とは技術的に極めて困難である。従って上記に説明した
ような条件を変更することなく、均一なる層厚を有する
多層薄膜を作製する方法を開発することが必要であっ
た。
As for (1), for example, in quantum effect devices, which have been attracting attention in recent years, it is required to form a layer of 10 Å or less extremely uniformly. (For example, JC Bean (translated by Yasuhiro Shiraki): Semiconductor-Parity Separate Volume Series No.3 Parity Editing Committee (Edited by Hidetoshi Fukuyama) Maruzen Co., Ltd. 19
1987, Tokyo, pp.96-107). Regarding (2), in order to produce a special crystal layer having excellent physical properties peculiar to a thin film, it may be necessary to perform vapor deposition at a high speed to produce a non-equilibrium phase. Regarding (3), it is not impossible to increase the moving speed of the shutter in a small device, but in a large device for the purpose of simultaneously producing several thin films having a large area using a large target. , It is technically extremely difficult to move a huge shutter at high speed. Therefore, it was necessary to develop a method for producing a multilayer thin film having a uniform layer thickness without changing the conditions as described above.

[課題を解決するための手段] このため本発明は、次のように構成している。[Means for Solving the Problems] Therefore, the present invention is configured as follows.

すなわち、 複数個のスパタリング用ターゲットを使用し、それぞれ
のスパタリング用ターゲットからスパタリングによって
放出される粒子を順番に蒸着することによって、多層薄
膜を作製する方法において、蒸着基板を、自転速度ωを ω[rps]≧κVd,maxT/dmin …(1) なる式で表される範囲内で自転させることを特徴とする
多層薄膜の作製方法である。
That is, in a method for producing a multilayer thin film by using a plurality of sputtering targets and sequentially depositing particles emitted by the sputtering from each sputtering target, in the method for producing a multilayer thin film, the rotation speed ω of the deposition substrate is ω [ rps] ≧ κV d, max T / d min (1) A method for producing a multilayer thin film, characterized in that it is rotated within a range represented by the formula:

ここでVd,max[Å/s]:各々の層の蒸着速度のうちで最
大の蒸着速度、 T[s]:蒸着基板とターゲットの間のシャッタ
ーが開き始めてから完全に開き終るまでに要する時間、 dmin[Å]:作製しようとする多層薄膜を構成す
る各層のうち、最も層の厚さの薄いものの厚み、 κ「s-1」:比例定数でκ=2である。
Here, V d, max [Å / s]: maximum deposition rate among the deposition rates of each layer, T [s]: required from when the shutter between the vapor deposition substrate and the target begins to open until it completely opens Time, d min [Å]: The thickness of the thinnest of the layers constituting the multilayer thin film to be produced, κ “s −1 ”: proportional constant κ = 2.

自転の方法としては第1図のように蒸着基板をターゲッ
トの前方に置いて蒸着する場合には、基板の中心付近を
中心軸とし基板及びターゲットにほぼ平行な面内で自転
させれば良い。
As a method of rotation, when the vapor deposition substrate is placed in front of the target as shown in FIG. 1 for vapor deposition, it may be rotated in a plane substantially parallel to the substrate and the target with the central axis of the substrate as the central axis.

回転機構としては、チャンバー内に真空用モーターとバ
ッテリーを配置するやり方と、電源は外部からフィード
・スルー・フランジによって供給する場合がある。いず
れの場合にもギアーリデユーサーを介して自転軸を駆動
する。
As the rotating mechanism, there are a method of arranging a vacuum motor and a battery in the chamber, and a power source may be externally supplied by a feed-through flange. In either case, the rotation shaft is driven via the gear reducer.

このような方法で上記自転速度の範囲で蒸着基板を自転
させれば、シャッターの移動によって生じる蒸着基板上
の場所による蒸着時間の長短はなくなり、膜厚の均一性
は飛躍的に向上する。
When the vapor deposition substrate is rotated in the range of the rotation speed by such a method, the length of the vapor deposition time depending on the location on the vapor deposition substrate caused by the movement of the shutter is eliminated, and the uniformity of the film thickness is dramatically improved.

[作用] 以下第1図を用いて説明する。第1図は各種スパタリン
グ蒸着法を用いて多層薄膜を作製する際に、蒸着基板を
自転させる方法の1例(基板をターゲットの前方に置く
場合)の模式図である(ただし、ここではターゲットが
2個の場合のみを示してあるが、3個以上の場合も同様
である。)。1a及び1bはスパタリング用のターゲットで
ある。2aはシャッターで1個のターゲットの直径と同じ
ぐらいの大きさの開口部2bを有する。3aは蒸着基板固定
用円板であり、3bは円板3aを各々のターゲットの上に移
動させ、蒸着を行うための回転機構である。4aは蒸着基
板を自転させるための治具であり、4bは該治具4bの駆動
機構である。なお、これらが真空容器O内に装置されて
いる。
[Operation] The operation will be described below with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic diagram of an example of a method of rotating a vapor deposition substrate (when the substrate is placed in front of a target) when a multilayer thin film is formed by using various sputtering deposition methods (however, here, the target is Only two cases are shown, but the same is true for three or more cases). 1a and 1b are targets for sputtering. Reference numeral 2a is a shutter having an opening 2b having the same size as the diameter of one target. Reference numeral 3a is a disk for fixing a vapor deposition substrate, and 3b is a rotating mechanism for moving the disk 3a onto each target to perform vapor deposition. 4a is a jig for rotating the vapor deposition substrate, and 4b is a drive mechanism for the jig 4b. In addition, these are installed in the vacuum container O.

第2図は前項に記したような基板自転機構を用いた場合
と用いなかった場合の多層膜の各々の層の層厚が基板上
の各点においてどのように異なるかということ(IIIa及
びIVa)と、その様な層が積層された場合に出来る多層
薄膜(IIIb及びIVb)を模式的に示したものである。即
ち、上記に示したような基板自転機構を用いなかった場
合には、シャッターの開口部分を各々ターゲット1a及び
ターゲット1bの上に移動して、多層膜を作製する際、シ
ャッターは有限の速度で移動するために、基板の各位置
から見たシャッターの開口時間は一様ではなく、IIIaに
示したようにAでは右端が、Bでは逆に左端ほど開口時
間は長く、逆に各々反対側に行くほど短くなる。従って
1回のシャッターの開閉で各点に蒸着する粒子の個数、
即ち1層の層厚は開口時間の長いほど厚く、逆に短いほ
ど薄くなるために、IIIaに示すような基板上での層厚の
分布が生じる。この様な各層での基板上の位置での層厚
の不均一性が積み重なった結果、IIIbに示すような厚み
の分布を有する多層膜が生じる。
FIG. 2 shows how the layer thickness of each layer of the multi-layered film differs at each point on the substrate with and without the substrate rotation mechanism described in the previous section (IIIa and IVa). ) And a multilayer thin film (IIIb and IVb) formed by stacking such layers. That is, when the substrate rotation mechanism as shown above is not used, the shutter opening portion is moved above the target 1a and the target 1b, respectively, when producing a multilayer film, the shutter at a finite speed. In order to move, the opening time of the shutter seen from each position of the substrate is not uniform. As shown in IIIa, in A, the right end is longer, and in B, the left end is longer, and conversely, the opening time is longer on the opposite side. It gets shorter as you go. Therefore, the number of particles deposited at each point by opening and closing the shutter once,
That is, the layer thickness of one layer becomes thicker as the opening time becomes longer, and conversely becomes thinner as the opening time becomes shorter, so that the layer thickness distribution on the substrate as shown in IIIa occurs. As a result of such non-uniformity of the layer thicknesses at the positions on the substrate in each layer, a multilayer film having a thickness distribution as shown in IIIb is produced.

これに対してIVaに示すように、蒸着基板をシャッター
の開閉時間に対して(1)式で示された条件を満たすよ
うな十分な高速で自転させれば、この様な不均一性は消
失し、ターゲットの各部分におけるスパタリング効率の
違いによって生じる分布のみが残る(IVb)。
On the other hand, as shown in IVa, such non-uniformity disappears if the vapor deposition substrate is rotated at a sufficiently high speed so as to satisfy the condition expressed by the equation (1) with respect to the opening / closing time of the shutter. However, only the distribution caused by the difference in the sputtering efficiency in each part of the target remains (IVb).

このようにして均一な層の厚みを有する多層薄膜の大き
さは最大でターゲットの大きさまでであり、それ以上大
きな領域へはターゲットからスパタリングされてくる粒
子の個数が遠くへ行く程減るので、均一な多層膜を作製
することはできない。またシャッターを使用する場合に
はそのシャッターの開口面積が上限となる。
In this way, the size of a multilayer thin film having a uniform layer thickness is up to the size of the target, and the larger the area, the smaller the number of particles sputtered from the target decreases. It is not possible to produce a simple multilayer film. When using a shutter, the opening area of the shutter is the upper limit.

均一な層厚の多層薄膜を得るために必要な最低の自転速
度は、シャッターの開閉する速度及びスパタリング速度
即ち蒸着速度に反比例する。即ちシャッターの開閉が高
速で行えるほど、自転速度は遅くてよく、また逆に蒸着
率が速いほど自転速度を速くする必要が有る((1)式
参照)。即ち、基板各位置の蒸着時間を均一化(膜厚の
均一化)するため、基板回転数ωは平均膜厚(dm)に対
し、シャッター開閉時の蒸着厚ばらつき(VdT)の比を
シャッターの開閉2回を考慮し、2VdT/dm以上とすると
良い。なお、多層膜の場合、膜厚として作製しようとす
る多層膜を構成する各層のうち最も厚さの薄いものの厚
みを、又蒸着速度としての各層の蒸着速度のうちで最大
の蒸着速度を適用すると確実である。通常の大型のスパ
タリング蒸着装置においては、シャッターの開閉に数秒
を有し、蒸着速度は有る種の金属などで、〜6W/cm2程度
の投入電力密度の場合に数Å/sとすれば、数10Åの1層
の厚みを有する多層薄膜の層の厚みを±10%程度に制御
しようとすれば、5回/s程度の速度で自転させれば良
い。勿論これ以上の回転速度で蒸着基板を自転させても
よいが、あまり意味がなく、回転速度が速くなる程技術
的には困難になる。
The minimum rotation speed required to obtain a multilayer thin film having a uniform layer thickness is inversely proportional to the opening / closing speed of the shutter and the sputtering speed, that is, the vapor deposition speed. That is, the faster the opening and closing of the shutter, the slower the rotation speed, and conversely, the faster the deposition rate, the faster the rotation speed must be (see formula (1)). That is, the substrate rotation speed ω is the ratio of the vapor deposition thickness variation (V d T) when the shutter is opened and closed to the average film thickness (d m ) in order to make the vapor deposition time at each position of the substrate uniform (uniform film thickness). Considering the opening and closing of the shutter twice, it is better to set it to 2V d T / d m or more. In the case of a multilayer film, if the thickness of the thinnest one of the layers constituting the multilayer film to be produced is applied as the film thickness, and the maximum vapor deposition rate among the vapor deposition rates of the respective layers as the vapor deposition rate is applied, Certainly. In a normal large-scale sputtering vapor deposition apparatus, it takes several seconds to open and close the shutter, and the vapor deposition rate is some metal, etc., and if the input power density is about 6 W / cm 2 , if it is several Å / s, In order to control the layer thickness of a multilayer thin film having a thickness of several tens of Å to about ± 10%, it is sufficient to rotate at a speed of about 5 times / s. Of course, the vapor deposition substrate may be rotated at a rotation speed higher than this, but this is meaningless and becomes technically difficult as the rotation speed increases.

[実施例] (実施例1) 本発明の多層薄膜の作製法によって、Hf/Feの多層薄膜
を単結晶Si基板上に作製した。作製条件は以下の通りで
ある。
[Examples] (Example 1) A multi-layered thin film of Hf / Fe was formed on a single crystal Si substrate by the method for producing a multi-layered thin film of the present invention. The production conditions are as follows.

ターゲット:Hf(6inchΦ,5mm厚)及びFe(6inchΦ,1mm
厚) スパタリングガス(Ar):流量、50ccm 圧力:〜4×10-3Torr 投入高周波電力:Hf:200W,Fe:400W 蒸着基板:Si〈111〉 蒸着基板温度:無制御(100℃以下) 蒸着時間:Hf及びFe、各5秒×100回 1回のシャッター開閉に要する平均の時間:約3秒 基板自転数:10回/秒 上記のような作製条件によれば(1)式のパラメータは
各々、T=3s,dmin=50Å,Vd,max=5Å/sであり、所
望の層厚が均一な多層薄膜を得るためにはω≧0.6なる
自転速度で充分であることが示唆される。実際、作製さ
れた多層薄膜の各層の層厚は第3図に示すように、基板
回転を行った場合は基板回転を行わない場合に比べて、
1層の厚みがターゲットの中心軸上に中心を固定した蒸
着基板の中心付近の層厚に比べて中心から3cmΦの領域
で−5%程度、6cmΦの領域で−10%程度の層厚の均一
性が保たれている。これに対して同様な条件で基板を自
転させないで作製した多層薄膜の一層の層厚は、同じく
第3図に示したようにシャッターの移動の方向に非対称
で、中心付近と3cmΦの部分とでは層厚に±50%程度の
違いが生じている。(なお第3図には各層の厚みに分布
の内うちFe層についてのみ記してある) (実施例2) 本発明の多層薄膜の作製法によって、W/C多層薄膜を石
英基板上に作製した。作製条件は以下の通りである。
Target: Hf (6inchΦ, 5mm thickness) and Fe (6inchΦ, 1mm)
Thickness) Sputtering gas (Ar): Flow rate, 50ccm Pressure: ~ 4 × 10 -3 Torr Input high frequency power: Hf: 200W, Fe: 400W Deposition substrate: Si 〈111〉 Deposition substrate temperature: Uncontrolled (100 ° C or less) Deposition time: Hf and Fe, 5 seconds each, 100 times Average time required to open and close the shutter once: Approximately 3 seconds Number of substrate rotations: 10 times / second According to the above-mentioned fabrication conditions, the parameters of equation (1) are used. Are T = 3s, d min = 50Å and V d, max = 5Å / s, respectively, suggesting that a rotation speed of ω ≧ 0.6 is sufficient to obtain a multilayer thin film with a desired layer thickness. To be done. Actually, as shown in FIG. 3, the layer thickness of each layer of the produced multi-layer thin film is larger when the substrate is rotated than when the substrate is not rotated.
The thickness of one layer is about -5% in the area of 3 cmΦ from the center and about -10% in the area of 6 cmΦ compared to the thickness of the vicinity of the center of the vapor deposition substrate whose center is fixed on the center axis of the target. The sex is maintained. On the other hand, the layer thickness of the multi-layer thin film produced without rotating the substrate under the same conditions is asymmetric in the direction of shutter movement, as shown in FIG. 3, and there is a difference between the center and 3 cmΦ. There is a difference of about ± 50% in the layer thickness. (Note that FIG. 3 shows only the Fe layer out of the distribution of the thickness of each layer.) (Example 2) A W / C multilayer thin film was produced on a quartz substrate by the method for producing a multilayer thin film of the present invention. . The production conditions are as follows.

ターゲット:W(6inchΦ,5mm厚)及びC(6inchΦ,5mm
厚) スパタリングガス(Ar):流量、50ccm 圧力:〜4×10-3Torr 投入高周波電力:W:200W,C:400W 蒸着基板:石英ガラス(3inchΦ) 蒸着基板温度:無制御(100℃以下) 蒸着時間:W及びC、各5秒×100回 1回のシャッター開閉に要する平均の時間:約3秒 基板自転数:2回/秒 上記のような作製条件によれば(1)式のパラメータは
各々、T=3s,dmin=10Å,Vd,max=1Å/sであり、所
望の層厚が均一な多層薄膜を得るためにはω≧0.6なる
自転速度で充分であることが示唆される。実際上記のよ
うな作製条件によって作製された多層薄膜の各層の層厚
は基板回転を行った場合は基板回転を行わない場合に比
べて、1層の厚みがターゲットの中心軸上に中心を固定
した蒸着基板の中心付近の層厚に比べて4cmΦの領域で
−5%程度、7cmΦの領域で−10%程度の層厚の均一性
が保たれている。これに対して同様な条件で基板を自転
させないで作製した多層薄膜の一層の層厚は、同じくシ
ャッターの移動の方向に非対称で、中心付近と4cmΦの
部分とでは層厚に±50%程度の違いが生じている。
Target: W (6inchΦ, 5mm thickness) and C (6inchΦ, 5mm)
Thickness) Sputtering gas (Ar): Flow rate, 50ccm Pressure: ~ 4 × 10 -3 Torr Input high frequency power: W: 200W, C: 400W Deposition substrate: Quartz glass (3inchΦ) Deposition substrate temperature: Uncontrolled (100 ° C or less) ) Deposition time: W and C, each 5 seconds x 100 times Average time required to open and close the shutter once: Approximately 3 seconds Substrate rotation: 2 times / second According to the above manufacturing conditions, The parameters are T = 3s, d min = 10Å and V d, max = 1Å / s, respectively, and a rotation speed of ω ≧ 0.6 is sufficient to obtain a multilayer thin film with a desired layer thickness. It is suggested. In fact, the layer thickness of each layer of the multilayer thin film produced under the above-described production conditions is one layer fixed at the center on the center axis of the target when the substrate is rotated, compared to when the substrate is not rotated. Uniformity of the layer thickness of about -5% is maintained in the region of 4 cmΦ and about -10% in the region of 7 cmΦ compared to the thickness near the center of the deposited substrate. On the other hand, the layer thickness of the multilayer thin film produced without rotating the substrate under the same conditions is also asymmetrical in the direction of shutter movement, and the layer thickness is around ± 50% between the center and 4 cmΦ. There is a difference.

W及びCとも蒸着基板が遅いので(数10分の1Å/s)、
基板自転速度はこの程度で十分であることがわかった。
Both W and C have slow deposition substrates (several tens of Å / s),
It was found that the substrate rotation speed was sufficient at this level.

(比較例1) 本発明の多層薄膜の作製法によって、Hf/Fe多層薄膜を
単結晶Si基板上に作製した。作製条件は以下の通りであ
る。
(Comparative Example 1) An Hf / Fe multilayer thin film was formed on a single crystal Si substrate by the method for producing a multilayer thin film of the present invention. The production conditions are as follows.

ターゲット:Hf(6inchΦ,5mm厚)及びFe(6inchΦ,1mm
厚) スパタリングガス(Ar):流量、50ccm 圧力:〜4×10-3Torr 投入高周波電力:Hf:200W,Fe:400W 蒸着基板:Si〈111〉 蒸着基板温度:無制御(100℃以下) 蒸着時間:Hf及びFe、各1秒×100回 1回のシャッター開閉に要する平均の時間:約3秒 基板自転数:1回/秒 上記のような作製条件によれば(1)式のパラメータは
各々、T=3s,dmin=10Å,Vd,max=5Å/sであり、所
望の層厚が均一な多層薄膜を得るためにはω≧3なる自
転速度が必要である。作製された多層薄膜の各層の層厚
は、1層の厚みがターゲットの中心軸上に中心を固定し
た蒸着基板の中心付近の層厚に比べて中心から3cmΦの
領域で−10%程度、6cmΦの領域で−20%程度の層厚と
なる。これは実施例1に示した基板自転速度が10回/秒
の場合に比べて層厚の均一性が悪い。これは本比較例の
基板自転数(1回/秒)が充分な層厚の均一性を得るた
めの自転条件、ω≧3を満たしていず、小さすぎるため
である。
Target: Hf (6inchΦ, 5mm thickness) and Fe (6inchΦ, 1mm)
Thickness) Sputtering gas (Ar): Flow rate, 50ccm Pressure: ~ 4 × 10 -3 Torr Input high frequency power: Hf: 200W, Fe: 400W Deposition substrate: Si 〈111〉 Deposition substrate temperature: Uncontrolled (100 ° C or less) Deposition time: Hf and Fe, 1 second each for 100 times Average time required to open and close the shutter once: Approximately 3 seconds Number of substrate rotations: 1 time / second Are T = 3 s, d min = 10 Å and V d, max = 5 Å / s, respectively, and a rotation speed of ω ≧ 3 is necessary to obtain a multilayer thin film having a desired uniform layer thickness. The thickness of each layer of the produced multilayer thin film is about -10% in the region of 3 cmΦ from the center, 6 cmΦ, compared with the thickness of the layer near the center of the vapor deposition substrate whose center is fixed on the center axis of the target. In this area, the layer thickness is about -20%. This is inferior in the uniformity of the layer thickness as compared with the case where the substrate rotation speed is 10 times / second shown in the first embodiment. This is because the rotation number of the substrate (1 turn / second) in this comparative example does not satisfy the rotation condition ω ≧ 3 for obtaining sufficient uniformity of the layer thickness and is too small.

[発明の効果] 本発明は複数のスパタリング用ターゲットを使用し、そ
れらの前方あるいは側方に蒸着基板を移動し、それぞれ
のスパタリング用ターゲットからスパタリングによって
放出される粒子を順次蒸着することによって、多層薄膜
を作製するスパタリング蒸着法のうち、蒸着基板をその
中心付近を自転軸として自転させ、自転をさせない場合
に比べて、多層薄膜の各層の厚みが±10%以内に制御で
きる領域を、ターゲット直径の1/2程度にまで拡大する
方法である。同法によって大面積に亙って各層の層厚が
均一な多層薄膜を作製することが可能となり、多層薄膜
のさまざまな応用上極めて有用である。
EFFECTS OF THE INVENTION The present invention uses a plurality of sputtering targets, moves a deposition substrate to the front or side of the sputtering targets, and sequentially deposits particles emitted by the sputtering from the sputtering targets to obtain a multilayer structure. Among the sputtering deposition methods for producing thin films, the target diameter is the area where the thickness of each layer of the multilayer thin film can be controlled within ± 10% compared to the case where the evaporation substrate is rotated about its center as an axis of rotation and is not rotated. It is a method to expand to about 1/2. By this method, it becomes possible to fabricate a multi-layered thin film in which each layer has a uniform layer thickness over a large area, which is extremely useful for various applications of the multi-layered thin film.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本装置の概略図、第2図は本方法の概略図、第
3図は蒸着された多層薄膜中のFe層の一層の層厚分布が
基板自転の有無によってどのように異なるかを示したも
のである。 1a,1b……スパタリング用のターゲット、2a……シャッ
ター、2b……シャッター開口部、3a……蒸着基板固定及
び移動用円板、3b……円板の自転機構、4a……蒸着基板
ホルダー、4b……蒸着基板ホルダーの自転機構、5a,5b
……蒸着された薄膜、A,B……各層の成分、O……本装
置を収納する真空容器。
Fig. 1 is a schematic diagram of this device, Fig. 2 is a schematic diagram of this method, and Fig. 3 is how the layer thickness distribution of one layer of the Fe layer in the vapor-deposited multilayer thin film differs depending on the presence or absence of substrate rotation. Is shown. 1a, 1b ... Target for spattering, 2a ... Shutter, 2b ... Shutter opening, 3a ... Disk for fixing and moving vapor deposition substrate, 3b ... Rotating mechanism of disk, 4a ... Vapor deposition substrate holder, 4b …… Rotation mechanism of vapor deposition substrate holder, 5a, 5b
...... Vapor-deposited thin film, A, B ... Components of each layer, O ... Vacuum container that houses this device.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−110671(JP,A) 特開 昭63−50466(JP,A) 特公 昭51−14993(JP,B2) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) Reference JP-A-58-110671 (JP, A) JP-A-63-50466 (JP, A) JP-B-51-14993 (JP, B2)

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】複数個のスパタリング用ターゲットを使用
し、それぞれのスパタリング用ターゲットからスパタリ
ングによって放出される粒子を順番に蒸着することによ
って、多層薄膜を作製する方法において、 蒸着基板を、自転速度ωを ω[rps]≧κVd,maxT/dmin (ここでVd,max[Å/s]:各々の層の蒸着速度のうちで
最大の蒸着速度、 T[s]:蒸着基板とターゲットの間のシャッターが開
き始めてから完全に開き終るまでに要する時間、 dmin[Å]:作製しようとする多層薄膜を構成する各層
のうち、最も層の厚さの薄いものの厚み、 κ「s-1」:比例定数でκ=2である) なる式で表される範囲内で自転させることを特徴とする
多層薄膜の作製方法。
1. A method for producing a multilayer thin film by using a plurality of sputtering targets and depositing particles emitted by the sputtering from the respective sputtering targets in order, wherein a deposition substrate is rotated at a rotation speed ω. Ω [rps] ≧ κV d, max T / d min (where V d, max [Å / s]: maximum deposition rate among the deposition rates of each layer, T [s]: deposition substrate and target shutter begun open time required to end completely opened from between, d min [Å]: among the respective layers constituting the multilayer film to be produced, the most thick layer of thin thickness, kappa "s - 1 ": proportional constant κ = 2) A method for producing a multilayer thin film, which comprises rotating the film within a range represented by the formula:
JP20664789A 1989-08-11 1989-08-11 Method for producing multilayer thin film Expired - Lifetime JPH06104896B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP20664789A JPH06104896B2 (en) 1989-08-11 1989-08-11 Method for producing multilayer thin film

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP20664789A JPH06104896B2 (en) 1989-08-11 1989-08-11 Method for producing multilayer thin film

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH0372071A JPH0372071A (en) 1991-03-27
JPH06104896B2 true JPH06104896B2 (en) 1994-12-21

Family

ID=16526816

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP20664789A Expired - Lifetime JPH06104896B2 (en) 1989-08-11 1989-08-11 Method for producing multilayer thin film

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH06104896B2 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
JPH0372071A (en) 1991-03-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2006336084A (en) Sputtering film deposition method
JPS61250163A (en) Method and apparatus for production of multi-layered thin film
JPH06104896B2 (en) Method for producing multilayer thin film
JP2971586B2 (en) Thin film forming equipment
JPH04193948A (en) Film forming device
JPH09291358A (en) Production of optical thin film and optical thin film
JPH03122266A (en) Production of thin nitride film
JP3085145B2 (en) Manufacturing method of optical recording medium
JP2000012366A (en) Manufacture of soft magnetic film
JP3444621B2 (en) Method of forming dielectric thin film
JPH09324267A (en) Device for producing laminated thin film and production of laminated thin film using the same
JPS62142763A (en) Sputtering device
JPS5852476A (en) Vacuum evaporation method
JPH038141A (en) Optical recording carrier and production thereof
JPH05339725A (en) Sputtering device
JPH0559549A (en) Method and apparatus for producing thin film and magnetic recording medium
JP2005171369A (en) Substrate holding mechanism
JPS619837A (en) Production for magnetic recording medium
JPH10130839A (en) Thin film forming device and method for driving shutter to be used for this device
JPH06136161A (en) Film having gas and moisture barrier property and its production
JPH04132280A (en) Manufacture of josephson junction
JPH06450Y2 (en) Coil movable ion plating device
JP2008216994A (en) Method and apparatus for alignment film, alignment film, and liquid crystal device
JPH04125833A (en) Production of magneto-optical recording medium
JP2000353343A (en) Optical recording medium and production of optical recording medium and apparatus for production therefor