JPH07116602B2 - 高周波スパッタリング装置および膜作製方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、タ−ゲットのセルフ
バイアス電圧を考慮してシャッタ−の開閉タイミングを
制御できる高周波スパッタリング装置に関し、また、こ
の高周波スパッタリング装置による膜作製方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、スパッタリング現象を利用して薄
膜を作製し、その薄膜の基礎物性を測定したり、薄膜を
加工してデバイス等に応用する基礎研究や実用化技術の
開発をしたりすることが活発に行われている。スパッタ
リング現象は、タ−ゲットに高エネルギ−イオンを入射
させることにより、タ−ゲットからスパッタ粒子（中性
粒子）を発生させ、基板上にスパッタ粒子を堆積させる
現象である。

【０００３】最近脚光を浴びている酸化物超電導体薄膜
やＩＴＯ薄膜（透明導電膜）等も、このスパッタリング
現象を利用して作製されている。これらの物質は複数元
素により構成されており、特に酸化物超電導体では良好
な特性を示す物質が酸素を含む４種類以上の元素で構成
されており、しかも層状構造の結晶である。このような
物質を薄膜化およびデバイス化する上での主要な技術と
しては次の５項目があげられる。 （１）組成制御技術 （２）酸素濃度制御技術（低温成長） （３）積層技術（多層膜、超薄膜） （４）接合技術（表面、界面の制御） （５）「超電導体／絶縁物／超電導体」等の積層膜
（例、ジョセフソン素子）の真空中での連続成膜 これらのうち、（１）〜（２）項が薄膜化に関係し、
（３）〜（５）項がデバイス化に関係している。これら
の技術を実現するには、薄膜を原子層レベルでいかに再
現性良く制御できるかがポイントとなる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の実用化
されている高周波スパッタリング装置では、原子層レベ
ルで超薄膜を作製できる装置はほとんどなく、せいぜい
シャッタ−開閉を単純に時間制御する程度である。しか
も、従来の高周波スパッタリング装置には次のような欠
点がある。 （１）タ−ゲットの表面状態が安定しないままシャッタ
−を開き、所定の堆積を行ってしまう場合がある。この
ような方法で、特に多層膜や超薄膜を作製した場合、膜
の堆積速度の再現性が悪かったり、膜の組成が希望の値
と異なったりすることがある。このように従来の方法で
は、堆積膜の再現性がないことや、膜厚の制御性が悪い
ことなどの欠点がある。 （２）これとは逆に、タ−ゲットの表面状態が安定して
いるのに、シャッタ−を閉じたままプリスパッタリング
を続けている場合がある。このことは、時間的な損失だ
けでなく、タ−ゲットの消耗を早める欠点がある。これ
らの問題点は、タ−ゲットの表面状態を常時モニタ−し
ていないことに原因がある。

【０００５】上述の欠点は、基板交換を大気中で行うバ
ッチ処理タイプのスパッタリング装置で顕著になる。な
ぜなら、このようなバッチ処理タイプの装置では、基板
交換時にタ−ゲットが大気にさらされるからである。タ
−ゲットが大気中で反応しやすい物質の場合には、タ−
ゲットが大気に触れると、タ−ゲットの表面状態が変質
して放電のインピ−ダンスが変わったり、タ−ゲット内
に大気中のガスを取り込んだりする。

【０００６】このような状況のもとで、従来の成膜方法
では、シャッタ−を閉じた状態でのプリスパッタリング
の放電時間は各作業者の経験により決定している。

【０００７】このように、従来の装置では、シャッタ−
の開閉タイミングに関して作業者の判断ミスを生じやす
く、薄膜の再現性や制御性を悪くしている。

【０００８】そこで、この発明の目的は、タ−ゲットの
表面状態を知ることによってシャッタ−の開閉タイミン
グを最適化でき、薄膜作製の再現性や制御性を改善でき
るような高周波スパッタリング装置と膜作製方法を提供
することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】第１の発明の高周波スパ
ッタリング装置は、タ−ゲットに誘起されるセルフバイ
アス電圧を検出するセルフバイアス検出装置と、基板と
タ−ゲット間に配置されたシャッタ−を開閉するための
シャッタ−駆動機構と、前記セルフバイアス検出装置の
出力信号を受けて前記シャッタ−駆動機構にシャッタ−
開閉信号を送るシャッタ−制御装置、とを備えている。

【００１０】第２の発明では、第１の発明の特徴に加え
て、タ−ゲットを大気にさらすことなく基板を交換でき
る基板交換機構を有することを特徴としている。

【００１１】第３の発明は、第１の発明をマルチカソ−
ドスパッタリング装置に適用したものであり、この発明
は、複数のタ−ゲットを備えていて、各タ−ゲットごと
に前記セルフバイアス検出装置と前記シャッタ−と前記
シャッタ−駆動機構とを備えている。

【００１２】第４の発明の膜作製方法は、タ−ゲットに
高周波電力を印加してこのタ−ゲットをスパッタリング
することによって基板上に膜を堆積させる膜作製方法に
おいて、前記タ−ゲットに高周波電力を印加して放電を
発生させる段階と、前記タ−ゲットに誘起されるセルフ
バイアス電圧を検出する段階と、前記セルフバイアス電
圧が所定の設定値まで低下したときに基板とタ−ゲット
間に配置されたシャッタ−を開く段階、とを備えてい
る。セルフバイアス電圧は負の値であり、この明細書で
は、セルフバイアス電圧の絶対値が大きいときにセルフ
バイアス電圧が「高い」と表現し、セルフバイアス電圧
の絶対値が小さいときにセルフバイアス電圧が「低い」
と表現することにする。

【００１３】第５の発明の膜作製方法は、第４の発明に
おいてセルフバイアス電圧が所定の設定値まで低下した
ときに基板とタ−ゲット間に配置されたシャッタ−を開
いていたシャッタ−開閉タイミングを、セルフバイアス
電圧の時間的変動分が所定の設定値まで低下したときに
基板とタ−ゲット間に配置されたシャッタ−を開くよう
なシャッタ−開閉タイミングに置き換えている。

【００１４】第６の発明の膜作製方法は、第４の発明ま
たは第５の発明をマルチカソ−ドスパッタリング装置に
よる膜作製方法に適用したものであり、この発明は、複
数のタ−ゲットに高周波電力を印加してこれらのタ−ゲ
ットをスパッタリングすることによって基板上に膜を堆
積させる膜作製方法において、前記複数のタ−ゲットに
高周波電力を印加して同時に放電させる段階と、前記複
数のタ−ゲットに誘起されるセルフバイアス電圧を同時
に検出する段階と、前記複数のタ−ゲットのセルフバイ
アス電圧またはその時間的変動分がすべて所定の設定値
まで低下したときに基板とタ−ゲット間に配置された各
シャッタ−を開く段階と、を備えている。

【００１５】第７の発明は、第６の発明を複数タ−ゲッ
トの同時スパッタリングに適用したものであり、前記各
シャッタ−を同時に開き、所定時間経過後に各シャッタ
−を同時に閉じることを特徴としている。

【００１６】第８の発明は、第６の発明を複数タ−ゲッ
トによる多層膜の作製に適用したものであり、前記各シ
ャッタ−の開いている時間が互いに重ならないように各
シャッタ−を順に開閉することを特徴としている。

【００１７】第９の発明は、第７の発明と第８の発明を
組み合わせたものであり、第６の発明において、前記各
シャッタ−を複数のグル−プに分けて、同一のグル−プ
に属するシャッタ−については、これらを同時に開閉
し、異なるグル−プに属するシャッタ−の間ではシャッ
タ−の開いている時間が互いに重ならないようにするこ
とを特徴としている。

【００１８】

【作用】高周波スパッタリングによる膜作製方法におい
て精密な成膜制御をするためには、タ−ゲットの表面状
態が安定してからシャッタ−を開くのが好ましく、シャ
ッタ−を開くタイミングは早すぎても遅すぎても好まし
くない。理想的なタイミングは、放電状態が安定したら
すぐにシャッタ−を開くことである。この発明では、タ
−ゲットの表面状態が安定したことを確認するための手
段としてタ−ゲットのセルフバイアス電圧を利用してい
る。タ−ゲットの表面状態を評価するためには放電時の
インピ−ダンスを知ることが有効であるが、高周波スパ
ッタリングにおいては、タ−ゲットを含む放電回路のイ
ンピ−ダンスの変化は、タ−ゲットのセルフバイアス電
圧に反映される。したがって、セルフバイアス電圧を検
出することによって、放電の最中でも常時タ−ゲットの
表面状態を知ることができる。

【００１９】高周波スパッタリング装置では真空容器を
接地するのが普通であり、この場合、セルフバイアス電
圧は負の電圧となる。導入ガス（例えばＡｒ）が放電に
よってイオン化されると、正イオンがタ−ゲットに入射
するが、そのときの入射エネルギ−はタ−ゲットのセル
フバイアス電圧に依存する。セルフバイアス電圧が安定
すれば、タ−ゲットに入射するイオンのエネルギ−も安
定し、スパッタ率も安定する。

【００２０】高周波スパッタリング現象において、印加
電力とセルフバイアス電圧との間には相関関係がある。
ある任意の電力をタ−ゲットに印加すると、放電時に負
のセルフバイアス電圧が観測される。その値は放電直後
に高く、時間と共に減少し、やがて一定値となる。放電
開始の時点からセルフバイアス電圧が一定値になるまで
の時間（以下、遅延時間と呼ぶ。）はタ−ゲットの表面
状態により異なる。

【００２１】第１の発明の高周波スパッタリング装置で
は、セルフバイアス検出装置とシャッタ−駆動機構とシ
ャッタ−制御装置とを備えているので、シャッタ−制御
装置に所定の判断手法を記憶させておけば、セルフバイ
アス電圧に応じて自動的に最適なタイミングでシャッタ
−を開くことができる。

【００２２】第２の発明では、タ−ゲットを大気にさら
すことなく基板を交換できる基板交換機構を備えている
ので、タ−ゲットの表面状態が変質される恐れがなく、
放電開始からセルフバイアス電圧が安定するまでの時間
が短くてすむ。

【００２３】第３の発明は、第１の発明をマルチカソ−
ドスパッタリング装置に適用したものであり、各タ−ゲ
ットごとにシャッタ−開閉タイミングを最適に制御する
ことができる。マルチカソ−ドスパッタリング装置にお
いてセルフバイアス電圧が安定してからシャッタ−を開
くようにすることで、複数のタ−ゲットを使用して、多
元素膜や多層膜、超薄膜を再現性よく作製することが可
能となる。

【００２４】第４の発明の膜作製方法では、セルフバイ
アス電圧が所定の設定値まで低下したときにシャッタ−
を開くようにしている。セルフバイアス電圧は放電開始
直後は高くなっており、徐々に低下してきて安定化する
傾向がある。したがって、あらかじめ、セルフバイアス
電圧が安定するときの値を求めておき、セルフバイアス
電圧がこの所定値まで低下したときに、放電が安定した
と判断してシャッタ−を開くことができる。

【００２５】第５の発明の膜作製方法では、セルフバイ
アス電圧の時間的変動分が所定の値まで小さくなったと
きに放電が安定したと判断して、シャッタ−を開くよう
にしている。

【００２６】第６の発明は、第４の発明または第５の発
明をマルチカソ−ドスパッタリング装置による膜作製方
法に適用したものであり、すべてのタ−ゲットについて
セルフバイアス電圧が安定したときにシャッタ−を開く
ようにしている。

【００２７】第７の発明は、複数タ−ゲットを同時にス
パッタリングする際に、セルフバイアス電圧が安定して
からシャッタ−を同時に開閉することによって、多元素
膜を作製することができる。

【００２８】第８の発明は、異なるタ−ゲットによる多
層スパッタリングをする際に、セルフバイアス電圧が安
定してから、各シャッタ−の開いている時間が互いに重
ならないように、各シャッタ−を順に開閉している。こ
れにより、多層膜を作製することができる。

【００２９】第９の発明は、第７の発明と第８の発明を
組み合わせることによって、複雑な構造の多元素膜を作
製することができる。

【００３０】

【実施例】図１はこの発明の一実施例のスパッタリング
装置の正面断面図である。真空容器１は矢印６の方向に
設置してある主排気系で排気できて、１０^-7Ｔｏｒｒ以
下の圧力に保つことができる。真空容器１には、薄膜を
作製するために必要なガスを供給するためのガス導入系
２９を設け、バルブ２３、２４を介して真空容器１の中
へガスを導入できるようにしている。例えば、矢印１０
の方向からはＡｒガスを、矢印１１の方向からはＯ₂ガ
スを導入し、これらを混合して真空容器１の中へ導入す
る。真空容器１内の圧力はガス導入系２９のマスフロ−
メ−タ（図示せず）と、矢印６の方向に設置してある主
排気系とを調節することにより、適切な値に設定でき
る。

【００３１】真空容器１内には、基板１４を保持してこ
れを８００℃まで加熱することができる基板ホルダ−１
３を設置している。加熱方式は、温調計１９とサイリス
タユニット１８と基板ホルダ−１３の表面に取り付けた
熱電対２６とによりランプヒ−タ１５を制御する方式で
ある。

【００３２】基板ホルダ−１３は支柱１７によって真空
容器１に取り付けられている。基板ホルダ−１３に対向
する位置にはタ−ゲットシ−ルド２を設置し、このタ−
ゲットシ−ルド２の内側に絶縁リング８（フッ素樹脂
製）を介してタ−ゲット３とカソ−ドボディ３０を設置
している。このカソ−ドボディ３０には冷却水（矢印９
ａ、９ｂ）を流してタ−ゲット３を冷却している。ま
た、カソ−ドボディ３０には、インピ−ダンス整合器２
１を介して高周波電源２２が接続している。この高周波
電源２２からカソ−ドボディ３０に電力を供給してい
る。

【００３３】カソ−ドボディ３０の中には磁石７を収納
している。また、カソ−ドボディ３０の外面にはロ−パ
スフィルタ２７を介して電圧計２８を接続している。さ
らに電圧計２８の値を記録するために記録計３６が接続
されている。実際は、ロ−パスフィルタ２７は、カソ−
ドボディ３０を取り囲むカソ−ドカバ−（図示せず）の
中にあり、外部からは見ることは出来ない。ロ−パスフ
ィルタ２７はＣとＬの回路で構成されている。カソ−ド
カバ−にはコネクタを取り付けて、このコネクタを介し
てロ−パスフィルタ２７と外部の電圧計２８とをコ−ド
で接続している。

【００３４】高周波電源２２からカソ−ドボディ３０に
高周波電力を印加すると、真空容器１内で放電が生じ、
このときカソ−ドボディ３０にセルフバイアス電圧が誘
起される。この電圧をロ−パスフィルタ２７を通して電
圧計２８によってモニタ−する。その電圧値を記録計３
６で常時記録している。記録計３６には基板温度やガス
圧力も記録することができ、これらの安定性を評価して
から放電を開始することができる。

【００３５】シャッタ−板１６はシャッタ−棒２０を介
して磁気結合の回転導入機１２に接続されている。この
回転導入機１２はベルト４を介してモ−タ５に接続さ
れ、モ−タ５はモ−タ電源３１から電力を供給されてい
る。このモ−タ電源３１のスイッチ３２を手動でＯＮ、
ＯＦＦすることによりモ−タ５を駆動して、回転導入機
１２を所定の角度だけ回転してシャッタ−板１６の開閉
を行っている。

【００３６】ここで、タ−ゲットのセルフバイアス電圧
の諸特性について詳述する。高周波スパッタリングにお
いて放電が起こると導入ガスが電離し、電離によって生
じた電子は移動度が大きいので、比較的容易にタ−ゲッ
トにも基板にも真空容器の接地部分にも到達できる。と
ころが電離によって生じた正イオンは、電子に比べて質
量が大きいので、ずっと動きにくい。したがって、タ−
ゲット側に電子がたまり、自動的にタ−ゲットに負のバ
イアスがかかる。これがセルフバイアス電圧である。正
イオンは接地側にはあまり動けないが、タ−ゲット側に
たまった電子による負電荷の引力に引き寄せられる。そ
の結果、正イオンがタ−ゲットに到達してスパッタリン
グ現象を起こす。したがって、セルフバイアス電圧はス
パッタ率に関係があり、膜堆積速度と大きな相関があ
る。

【００３７】このセルフバイアス電圧は、種々の条件に
よって放電状態が変化すると、同一電力を印加していて
も変動を生じる。セルフバイアス電圧Ｖｓに影響を及ぼ
す主な因子を次に示す。 （１）カソ−ドに印加する高周波電力 （２）真空容器内の圧力 （３）真空容器に導入するガスの種類（例えば、Ａｒガ
ス、ＡｒとＯ₂の混合ガス、Ｏ₂ガスなど） （４）カソ−ドに印加する高周波電力の周波数 （５）カソ−ドボディ内の磁石によって形成される磁界
の形状と強さ （６）タ−ゲットと基板間の距離および真空容器内の幾
何学的大きさこれらの因子にセルフバイアス電圧は大き
く依存する。このようにセルフバイアス電圧とスパッタ
リング現象とは大きな相関があり、原子層レベルで膜堆
積速度や膜組成を制御するためには、セルフバイアス電
圧をモニタ−してスパッタリング中にセルフバイアス電
圧を安定化させるプロセスを確立することが大切であ
る。これにより、薄膜の再現性や制御性を向上させるこ
とができる。

【００３８】図２は印加電力とセルフバイアス電圧の関
係を示したグラフである。曲線５６は、タ−ゲットを大
気中に放置してから放電を発生させたときの放電直後の
セルフバイアス電圧であり、曲線５７はその後セルフバ
イアス電圧が安定したときの定常値である。斜線を引い
た領域が、セルフバイアス電圧の変動分である。このと
きのスパッタリングの条件は、タ−ゲットと基板間の距
離が４２ｍｍ、導入ガスの種類がＡｒとＯ₂の１対１の
混合ガス、導入ガスの圧力が２５ｍＴｏｒｒ、タ−ゲッ
トの材質がＹ₁Ｂａ₂Ｃｕ₃Ｏ_y、タ−ゲットの直径が４イ
ンチである。この図２において、例えば、印加電力を１
５０Ｗにした場合、放電直後にはＡ点のようなセルフバ
イアス電圧が発生し、時間が経過すると共にＢ点まで低
下してここで安定する。同様に、印加電力が３００Ｗの
場合は、放電直後にはＣ点のセルフバイアス電圧とな
り、時間が経過すると共にＤ点まで低下してここで安定
する。

【００３９】図３はセルフバイアス電圧の時間的変化を
示している。このグラフは、タ−ゲットとして、既に十
分なプリスパッタリングが実施されているものを利用し
た。印加電力が１５０Ｗのときは、放電直後にセルフバ
イアス電圧が−１２７Ｖとなり、その後徐々に低下し
て、約４分後に−１１０Ｖで安定した。この実験のとき
は、インピ−ダンス整合器を固定し、印加電力を一定に
設定しておいて、高周波電源のＯＮ、ＯＦＦだけを行
い、放電中のセルフバイアス電圧を常時測定している。
印加電力が３００Ｗのときは、放電直後にセルフバイア
ス電圧が−１２０Ｖになり、約４分後に−７１Ｖで安定
した。印加電力の高いほうがセルフバイアス電圧が低い
のは次の理由による。利用したタ−ゲットがＹ₁Ｂａ₂Ｃ
ｕ₃Ｏ _yなので、スパッタリング時にタ−ゲットのエロ−
ジョン領域から２次イオン（酸素の負イオン）が放出さ
れることと、スパッタリングされたＢａがイオン化して
Ｂａ⁺となってタ−ゲットに逆戻りすることのためであ
ると考えられる。後者の現象はＢａを含有するタ−ゲッ
トによく見られる。

【００４０】図１のスパッタリング装置において、シャ
ッタ−の開閉を手動で行うには次のようにしている。最
初にシャッタ−を閉じた状態でタ−ゲットに高周波電力
を印加して、プリスパッタリングを行う。このとき、セ
ルフバイアス電圧を電圧計２８または記録計３６で確認
し、セルフバイアス電圧が安定したらモ−タ電源３１の
スイッチ３２をＯＮにしてシャッタ−板１６を開き、成
膜を開始する。このような方法により、従来は基板中心
の膜堆積速度の再現性が誤差３０％程度であったのが、
この方法により誤差を１５％程度にすることができた。

【００４１】上述の図１の装置ではシャッタ−の開閉を
手動で行っているが、これを自動的に行うことができれ
ば便利である。図４はシャッタ−を自動制御するように
した実施例のシャッタ−開閉に関連する部分を示した構
成図である。この実施例では、ロ−パスフィルタ２７の
出力は記録計３６に接続され、この記録計３６の出力が
コンピュ−タ３５に入力されている。このコンピュ−タ
３５の指令によって、モ−タ電源３１と高周波電源２２
が制御されるようになっている。タ−ゲット３、カソ−
ドボディ３０、シャッタ−板１６、シャッタ−棒２０、
回転導入機１２、ベルト４、モ−タ５の構成は、図１の
実施例と同様である。

【００４２】コンピュ−タ３５は常時、記録計３６の出
力であるセルフバイアス電圧をモニタ−している。コン
ピュ−タ３５には図５に示すようなシャッタ−開閉タイ
ミングがプログラミングされている。図５において、時
刻ｔ１でコンピュ−タ３５からの指示により高周波電源
をＯＮして所定の印加電圧を設定し、放電を開始する。
放電が起こったら自動インピ−ダンス整合器３７により
反射波がゼロになるように可変コンデンサの容量が変化
する。セルフバイアス電圧が低下して所定の設定値Ｖｓ
ｓになったとき（時刻ｔ２）に、コンピュ−タ３５から
の指示によりモ−タ電源３１がＯＮになりシャッタ−板
１６が開く。シャッタ−板が開くと放電条件が変化する
のでセルフバイアス電圧は高い方にシフトする。プログ
ラミングにより設定された所定の膜堆積時間が経過した
ら時刻ｔ３でシャッタ−を閉じる。以後、ｔ４でシャッ
タ−開、ｔ５でシャッタ−閉、のように所定の膜堆積プ
ロセスを実行していき、最後に時刻ｔ６で放電を停止す
る。図５に示したものはシャッタ−開閉タイミングの一
例を示したものであり、シャッタ−の開いている時間な
どは任意に変更できる。

【００４３】図５の例では、セルフバイアス電圧が所定
の設定値Ｖｓｓになったときにシャッタ−を開くように
しているが、セルフバイアス電圧の変動分が零に近付い
たときにシャッタ−を開くような制御方法を採用するこ
ともできる。すなわち、コンピュ−タ３５の内部におい
て、記録計３６の出力であるセルフバイアス電圧を微分
回路に入力して、セルフバイアス電圧の時間的変動分
（ｄＶｓ／ｄｔ）を演算する。この値が零に近付くほど
セルフバイアス電圧Ｖｓが安定してきたことを示す。こ
のようにして、セルフバイアス電圧の時間的変動分が零
に近い所定の設定値に達したときにシャッタ−板を開
く。このようにしてセルフバイアス電圧の時間的変動分
に応じてシャッタ−を開くようにすると、セルフバイア
ス電圧が安定するときの値をあらかじめ決めておかなく
てもすむという利点がある。

【００４４】以上述べたようにセルフバイアス電圧に応
じて自動的にシャッタ−を開くように制御すると、人為
的なシャッタ−開閉ミスがなくなり、より精密に膜厚を
制御できる。膜厚の再現性は、従来方法によれば誤差が
２０％程度であったものが、このシャッタ−開閉自動制
御によれば、誤差が５％程度となり、より制御された膜
が作製できるようになった。

【００４５】第６図は、タ−ゲットを大気にさらすこと
なく基板を交換するための基板交換機構の正面図であ
る。第７図はこの基板交換機構を下から見た平面図であ
る。真空容器１にはゲ−トバルブ３９を介してロ−ドロ
ック室５３が接続されている。このロ−ドロック室５３
には真空計としてサ−モカップルゲ−ジ４０が取り付け
られている。ロ−ドロック室５３は矢印４９の方向にあ
る排気系により真空容器１内とほぼ同等の真空状態にで
きる。ロ−ドロック室５３にはベントバルブ５０が取り
付けられ、ロ−ドロック室５３内を大気圧にするために
用いられる。

【００４６】搬送装置５２の搬送パイプ５４はハッチ４
１に対して矢印４３の方向に前後移動できるようになっ
ており、その内部は矢印４４の方向にある排気系によっ
て真空に排気することができる。搬送パイプ５４内の搬
送ア−ム５５は搬送パイプ５４に対して所定距離だけ矢
印４５の方向に前後移動できるようになっている。すな
わち、図７のばね４６を押し込むと搬送ア−ム５５は図
７の左方向に動き、ばね４６の押し付け力を解除すると
搬送ア−ム５５は図７の右方向に戻るようになってい
る。搬送ア−ム５５の先端には両側に開閉可能なホルダ
挟み部４７ａ、４７ｂが取り付けられていて、搬送ア−
ム５５が前進するとホルダ挟み部４７ａ、４７ｂが開
き、搬送ア−ム５５が後退するとホルダ挟み部４７ａ、
４７ｂが元に戻る。基板取り付けホルダ−３８には凹所
４８ａ、４８ｂが形成してあって、ホルダ挟み部４７
ａ、４７ｂが閉じるとこの凹所４８ａ、４８ｂに入り込
むようになっている。

【００４７】基板１４の交換作業は次のようにして行わ
れる。まず、基板取り付けホルダ−３８を真空容器１か
らロ−ドロック室５３内に移動してゲ−トバルブ３９を
閉じる。次に、ロ−ドロック室５３内を大気圧にし、ハ
ッチ４１を矢印４２の方向に開いて基板１４と基板取り
付けホルダ−３８を取り出す。基板取り付けホルダ−３
８に新しい基板１４を取り付けたら、この基板取り付け
ホルダ−３８をホルダ−挟み部４７ａ、４７ｂで保持し
て、ハッチ４１を閉じてロ−ドロック室５３を排気す
る。次に、ゲ−トバルブ３９を開いて、搬送パイプ５４
を前進させて、真空容器１内の基板ホルダ−に取り付け
られている基板取り付けホルダ−収納部５１に、基板取
り付けホルダ−３８を挿入する。その後、ばね４６を押
し込んで、ホルダ−挟み部４７ａ、４７ｂを開き、基板
取り付けホルダ−収納部５１に基板取り付けホルダ−３
８を載せる。最後に、搬送パイプ５４を後退させてゲ−
トバルブ３９を閉じれば基板交換が完了する。このよう
な基板交換機構を採用すると、タ−ゲットの交換時や装
置トラブル時以外は、タ−ゲットは大気にさらされるこ
とがない。タ−ゲットが大気にさらされなければ、放電
を開始してからタ−ゲット表面状態が安定するまでの遅
延時間が短くてすむという利点がある。

【００４８】図８は各種のスパッタリング条件における
セルフバイアス電圧の時間的変化を示したグラフであ
る。（Ａ）〜（Ｄ）に共通のスパッタリング条件は、タ
−ゲットと基板間の距離が４２ｍｍ、放電時の導入ガス
の種類がＡｒとＯ₂の１対１の混合ガス、導入ガスの圧
力が２５ｍＴｏｒｒ、タ−ゲットの材質がＹ₁Ｂａ₂Ｃｕ
₃Ｏ_y、タ−ゲットの直径が４インチ、印加電力が１５０
Ｗである。図８の（Ａ）〜（Ｄ）の四つのグラフは、放
電前のタ−ゲットの放置状態がそれぞれ異なっている。
（Ａ）は８０ｍＴｏｒｒ以下の真空中にタ−ゲットを４
８時間保持したもの、（Ｂ）はＡｒとＯ₂の１対１の混
合ガス（圧力１気圧）中にタ−ゲットを１時間保持した
もの、（Ｃ）は圧力１気圧のＮ₂ガス中にタ−ゲットを
１時間保持したもの、（Ｄ）は圧力１気圧の大気中にタ
−ゲットを１時間保持したものである。これらのグラフ
において、セルフバイアス電圧が安定状態になるまでの
遅延時間は、（Ａ）と（Ｂ）が約１３分と短い。これに
対して（Ｃ）では遅延時間が１９分、（Ｄ）では３９分
と長くなっている。（Ｄ）は大気中にタ−ゲットを放置
したものであり、大気中の水分がタ−ゲットの表面状態
を変質させてしまったものと考えられる。このグラフか
ら、できるだけタ−ゲットを大気に触れさせないことが
遅延時間の短縮に有効なことが分かり、図６と図７に示
すような基板交換機構を採用することが効果的であるこ
とが分かる。この基板交換機構の採用により、膜堆積速
度および膜組成の再現性の誤差は２％以内に減少した。

【００４９】図９の（Ａ）は、図４のシャッタ−自動開
閉制御装置と図６の基板交換機構を取り付けた高周波ス
パッタリング装置を利用して作製した薄膜の拡大断面図
であり、図９の（Ｂ）はそのときのシャッタ−開閉タイ
ミングのグラフである。タ−ゲットには最近脚光を浴び
ているＹ系酸化物超電導体のタ−ゲットを用いた。Ｙ系
酸化物超電導体を薄膜化する際の問題点は、（ａ）組成
制御の難しさと、（ｂ）膜中からの酸素の離脱である。
シングルカソ−ドスパッタリング法で作製したＹ系酸化
物超電導体薄膜では膜中からの酸素の離脱による超電導
特性の劣化が問題となっている。従来は、膜堆積後にＯ
₂ガスを１気圧まで導入して、真空容器内での酸化を行
っていた。このようにするのは、薄膜の成長の初期の段
階から結晶の酸素のサイトに酸素が取り込めないでいる
からである。これに対して、この発明の装置によれば、
図９の（Ｂ）のようなシャッタ−開閉タイミングで薄膜
を作製することができた。Ｙ₁Ｂａ₂Ｃｕ₃Ｏ_yの薄膜は、
層状構造であるが１ユニットごとに成長する。したがっ
て、図９の（Ａ）に示すようにＹ₁Ｂａ₂Ｃｕ₃Ｏ_yの１ユ
ニットの層５８（ｃ軸配向の場合、厚さが約１１．６オ
ングストロ−ム）の超薄膜を成長させ、次に膜堆積の間
欠期間をおいて上述の超薄膜を酸化させて酸化層５９を
得る。超薄膜を堆積させるときも酸化層を得るときも、
導入ガスはＡｒとＯ₂の１対１の混合ガスである。そし
て、再び超薄膜の層６６を成長させる。この作業を繰り
返すことにより所定の膜厚の薄膜を得た。

【００５０】スパッタリング条件は、タ−ゲットと基板
間の距離が４２ｍｍ、放電時の導入ガスの種類がＡｒと
Ｏ₂の１対１の混合ガス、導入ガスの圧力が２５ｍＴｏ
ｒｒ、タ−ゲットの材質がＹ₁Ｂａ₂Ｃｕ₃Ｏ_y、タ−ゲッ
トの直径が４インチ、印加電力が４０Ｗ、膜堆積速度が
毎分３オングストロ−ム、基板温度が６５０℃である。
タ−ゲットに収納した磁石による磁界の強さは、タ−ゲ
ット表面に垂直な磁界成分が零の位置（タ−ゲット中心
から３５ｍｍ離れた位置）でのタ−ゲット表面に平行な
磁界成分が５５０ガウスである。シャッタ−を閉じた状
態での安定放電時のセルフバイアス電圧は−５９Ｖであ
った。基板１４にはＭｇＯとＳｉＴｉＯ₃を用いた。

【００５１】このようにして、従来はＭＢＥ装置でしか
できなかった超格子の薄膜を、スパッタリング装置で実
現できるようになった。

【００５２】セルフバイアス電圧を考慮せずにシャッタ
−開閉を手動で行う従来方法によって作製した膜と、図
９の（Ｂ）のタイミングでシャッタ−開閉を自動で行う
本発明の実施例の方法によって作製した膜とを比較する
と次のようになった。 従来例 実施例 臨界温度Ｔｃ ８２〜８５Ｋ ８５〜９０Ｋ 表面平滑性 粗い（凹凸あり） 平滑 再現性 不良 良好 膜厚制御性 誤差率３０％ 誤差率２％ この結果から分かることは、従来例と実施例とでは、作
製した膜の臨界温度はあまり違わないが、表面平滑性、
制御性、膜厚制御性の点では、従来例と比較して実施例
の方が良質な薄膜を得ることができた。

【００５３】次に、マルチカソ−ドスパッタリング装置
に関する実施例を説明する。複雑な多元素膜を作製する
場合に、作製しようとする膜と同一の組成の単一のタ−
ゲットを使用すると次のような問題がある。スパッタリ
ングによって負イオンを発生しやすいタ−ゲットの場合
には、この負イオンが基板を衝撃して、基板上の膜を再
スパッタリングする。このとき、元素によって再スパッ
タ率が異なるので、膜の組成比がタ−ゲットの組成比と
一致しなくなる。このような現象は酸化物タ−ゲットに
起こり易く、特に酸化物超電導体を作製する場合に問題
となっている。負イオンによる再スパッタリングの影響
を受けて組成変動を起こす物質としては、上述の実施例
で使用したＹ₁Ｂａ₂Ｃｕ₃Ｏ_yのほかに、次のような物質
が報告されている。 ＢａＴｉＯ₃ ＬａＡｕ ＬｉＮｂＯ₃ ＳｍＡｕ ＳｒＴｉＯ₃ ＥｕＡｕ ＳｒＺｒＯ₃ ＣｓＡｕ Ｓｒ₂ＮｂＯ₇ ＬａＦ₃ ＣａＴｉＯ₃ ＢａＯ・６Ｆｅ₂Ｏ₃ Ｂｉ₄Ｔｉ₃Ｏ_{1 2} Ｙ₃Ｆｅ₅Ｏ_{1 2} ＰｂＴｉＯ₃ ＮｉＦｅ₂Ｏ₄ これらの物質の膜作製を行う場合には、再スパッタリン
グによって欠乏した元素を補うために、複数のタ−ゲッ
トを利用するのが好ましい。この場合は、複数のタ−ゲ
ットを同時にスパッタリングするのが一般的である。

【００５４】また、多層膜を作製する場合には、複数の
タ−ゲットを使用して、これらを順次スパッタリングす
る方法が採用されている。

【００５５】このような複数のタ−ゲットを利用したス
パッタリング方法において、セルフバイアス電圧をモニ
タ−してシャッタ−開閉タイミングを制御することは、
きわめて効果的である。

【００５６】図１０は、この発明の一実施例のマルチカ
ソ−ドスパッタリング装置の平面断面図である。真空容
器５６は主排気系（図示しない）によって圧力が１０^{- 7}
Ｔｏｒｒ以下の真空状態に保たれている。真空容器５６
の内部には、基板５７を８００℃まで加熱可能な基板加
熱装置５８と、この基板５７を保持して矢印５９の方向
に移動させる基板回転ホルダ−６０が設置されている。
この基板回転ホルダ−６０には基板５７を最大６個まで
取り付けることができる。

【００５７】基板５７は、基板移動機構６２を矢印６３
の方向に動作させることによって、真空容器５６から基
板交換室６１へと真空状態で移動が可能である。基板５
７は基板回転ホルダ−６０によって、後述する複数のタ
−ゲットに順番に対向するように移動できて、高周波ス
パッタリングによって基板５７の表面に膜を堆積するこ
とができる。

【００５８】真空容器５６には大きなポ−トが６か所あ
り、そのうち４か所にマグネトロンカソ−ドが設置され
ており、残りの２か所には上述の基板交換室６１とビュ
−イングポ−ト（のぞき窓）６４が設置されている。４
個のマグネトロンカソ−ド６５、６６、６７、６８は、
それぞれ独立にタ−ゲット６９、７０、７１、７２を備
えている。各タ−ゲットの周囲にはタ−ゲットシ−ルド
（図示しない）が設置されている。各カソ−ドに高周波
電力を供給するために、それぞれ、インピ−ダンス整合
器７３、７４、７５、７６と高周波電源７７、７８、７
９、８０が接続されている。高周波電源７７〜８０は、
同時放電時に互いに干渉しないように、周波数１３．５
６ＭＨｚを中心に±６ｋＨｚの範囲内で同一周波数にな
らないようにしてある。すなわち、高周波電源７７〜８
０の順に、１３．５６０ＭＨｚ、１３．５５４ＭＨｚ、
１３．５５７ＭＨｚ、１３．５６３ＭＨｚの周波数を利
用している。

【００５９】各タ−ゲット６９〜７２と基板回転ホルダ
−６０との間には、それぞれ独立にシャッタ−８１、８
２、８３、８４があり、シャッタ−駆動機構８５、８
６、８７、８８によって駆動されて開閉する。シャッタ
−駆動機構８５〜８８は５ｋｇｆ／ｃｍ²の圧縮空気に
よって駆動される。圧縮空気の制御は図１１に示す電磁
弁８９によって行われる。電磁弁８９はシャッタ−制御
装置９０からの開閉信号によって制御され、各シャッタ
−はそれぞれ独立に開閉制御される。シャッタ−制御装
置９０は、コンピュ−タ９１からの信号を受けて、各シ
ャッタ−の開閉を同時にあるいは順番に開閉することが
できる。

【００６０】図１０に戻って、各カソ−ド６５〜６８に
はロ−パスフィルタ９２、９３、９４、９５を介して電
圧計９６、９７、９８、９９が接続されている。ロ−パ
スフィルタはＣとＬの簡単な回路で構成されている。こ
れにより、各電圧計には、放電時にタ−ゲットに誘起さ
れるセルフバイアス電圧が表示される。電圧計９６〜９
９は図１１に示す記録計１００に接続されている。な
お、図示しないが、記録計１００には、真空容器５６内
の圧力や基板５７の温度も記録される。記録計１００の
情報はコンピュ−タ９１に常時入力されている。以上の
ような装置構成により、各タ−ゲット６９〜７２に誘起
されるセルフバイアス電圧が常時モニタ−される。

【００６１】次に、図１０に示す装置による具体的な膜
作製方法を説明する。まず、三つの異なるタ−ゲットを
同時スパッタリングすることによって、多元系薄膜であ
るＹ₁Ｂａ₂Ｃｕ₃Ｏ_yを作製する方法を説明する。タ−ゲ
ット６９にＹ₁Ｂａ₂Ｃｕ₃Ｏ_y、タ−ゲット７０にＢａ₁
Ｃｕ_{0 . 2}Ｏ_y、タ−ゲット７１にＣｕＯを用い、基板５７
にはＭｇＯを用いた。スパッタリング条件は、基板温度
を６５０℃に設定し、基板を６０ｒｐｍで回転させた。
放電時の導入ガスは、ＡｒとＯ₂の１対１の混合ガス
で、圧力が４Ｐａである。各タ−ゲットに印加する電力
は、タ−ゲット６９〜７１の順に、３００Ｗ、８０Ｗ、
１５Ｗである。

【００６２】図１２の（Ａ）に各タ−ゲット６９〜７１
のセルフバイアス電圧の時間変化とシャッタ−開閉のタ
イミングのグラフを示す。このグラフにおいて、上述の
スパッタリング条件で放電を開始してセルフバイアス電
圧をモニタ−し、すべてのタ−ゲットのセルフバイアス
電圧が安定してから各シャッタ−を同時に開いている。
なお、セルフバイアス電圧の時間微分をコンピュ−タで
演算して、その値が零に近付いたときにセルフバイアス
電圧が安定したと判定している。

【００６３】そして、シャッタ−を開いて膜堆積を開始
してから２００分経過したときに各シャッタ−を同時に
閉じている。これにより、図１２の（Ｂ）に示すように
ＭｇＯ基板５７の上にＹ₁Ｂａ₂Ｃｕ₃Ｏ_y薄膜１０１を作
製することができた。

【００６４】この膜作製方法のポイントとして次の点が
挙げられる。まず、基板回転が高速であり（１秒当たり
１回転）、膜堆積速度も約０．３オングストロ−ム／秒
と低いことから、膜中の偏積がなく、均質な薄膜が作製
できる。

【００６５】ところで、Ｙ₁Ｂａ₂Ｃｕ₃Ｏ_yをスパッタリ
ング法で薄膜化する場合の問題点として、タ−ゲットで
発生した酸素負イオンが基板を衝撃することによって膜
組成が変動することが挙げられる。この実施例と違っ
て、Ｙ₁Ｂａ₂Ｃｕ₃Ｏ_yからなる一つのタ−ゲットだけを
利用して薄膜を作製すると、化学量論組成比よりもＢａ
とＣｕが減少することが知られている。そこで、この実
施例では、ＢａとＣｕの減少を補うために、Ｙ₁Ｂａ₂Ｃ
ｕ₃Ｏ_yのほかに、Ｂａ₁Ｃｕ_{0 . 2}Ｏ_yとＣｕＯのタ−ゲッ
トも使っている。次の表は、一つのタ−ゲットを利用し
た場合と、本実施例のように三つのタ−ゲットを利用し
た場合の膜組成比を比較したものである。

【００６６】 一つのタ−ゲット Ｙ₁Ｂａ_{1 . 2 5}Ｃｕ_{2 . 6 1}Ｏ_y 三つのタ−ゲット Ｙ₁Ｂａ_{2 . 1 0}Ｃｕ_{2 . 9 8}Ｏ_y 一つのタ−ゲットでのスパッタリング条件は次の通りで
ある。 タ−ゲット Ｙ₁Ｂａ₂Ｃｕ₃Ｏ_y 電力３００Ｗ 基板回転 ５０ｒｐｍ 圧 力 ３．３Ｐａ 三つのタ−ゲットでのスパッタリング条件は次の通りで
ある。 タ−ゲット Ｙ₁Ｂａ₂Ｃｕ₃Ｏ_y 電力３００Ｗ Ｂａ₁Ｃｕ_{0 . 2}Ｏ_y ８０Ｗ ＣｕＯ １５Ｗ 基板回転 ６０ｒｐｍ 圧 力 ４Ｐａ

【００６７】このように本実施例によれば、各タ−ゲッ
トに印加する電力を制御することによって、化学量論組
成比の±５％以内の組成制御が容易に可能となった。

【００６８】次に、多層膜でもあるＹ₁Ｂａ₂Ｃｕ₃Ｏ_yを
層状に積層した実施例を説明する。タ−ゲット６９にＹ
₂Ｏ₃、タ−ゲット７０にＢａ₁Ｃｕ _{0 . 2}Ｏ_y、タ−ゲット
７１にＣｕＯを用い、基板５７にはＭｇＯを用いた。ス
パッタリング条件は、基板温度を室温に設定し、基板を
６０ｒｐｍで回転させた。放電時の導入ガスは、Ａｒと
Ｏ₂の１対１の混合ガスで、圧力が４Ｐａである。各タ
−ゲットに印加する電力は、タ−ゲット６９〜７１の順
に、１５０Ｗ、１２０Ｗ、２０Ｗである。

【００６９】図１３の（Ａ）に各タ−ゲット６９〜７１
のセルフバイアス電圧の値とシャッタ−開閉のタイミン
グのグラフを示す。横軸は膜堆積を開始した時刻からの
経過時間である。膜堆積を開始する前には、すべてのシ
ャッタ−を閉じた状態でプリスパッタリングを行ってお
り、すべてのタ−ゲットでセルフバイアス電圧が安定に
なったことを確認した。この実施例では、放電を開始し
てから約３０分が経過した時点ですべてのタ−ゲットで
セルフバイアス電圧が安定となった。なお、セルフバイ
アス電圧の時間微分を演算して、その値が零に近付いた
ときにセルフバイアス電圧が安定したと判定している。

【００７０】この実施例では、積層膜を作製するため
に、まず、タ−ゲット６９のシャッタ−を１分間だけ開
き、次にこのシャッタ−を閉じて、タ−ゲット７０のシ
ャッタ−を１分間だけ開き、次にこのシャッタ−を閉じ
て、タ−ゲット７１のシャッタ−を１分間だけ開き、こ
のシャッタ−を閉じている。そして、このサイクルを２
０回繰り返したのちに、放電を停止した。これにより、
図１３の（Ｂ）に示すように、ＭｇＯ基板５７の上に、
Ｙ₂Ｏ₃層１０２、Ｂａ₁Ｃｕ_{0 . 2}Ｏ_y層１０３、ＣｕＯ層
１０４が繰り返す積層膜を作製することができた。膜堆
積速度はＹ₂Ｏ₃が２．４オングストロ−ム／分、Ｂａ₁
Ｃｕ_{0 . 2}Ｏ_yが９．５オングストロ−ム／分、ＣｕＯが
２．６オングストロ−ム／分であった。

【００７１】この膜作製方法のポイントとして次の点が
挙げられる。まず、セルフバイアス電圧が安定している
ため、各タ−ゲットの印加電力を制御することにより各
層の膜堆積速度が容易に制御でき、任意の多層膜が容易
に作製できる。この実施例では、積層膜全体としての組
成比がＹ₁Ｂａ₂Ｃｕ₃Ｏ_yとなるように各タ−ゲットによ
る膜堆積速度を制御した。なお、この積層膜が実際に超
電導特性を示すようになるには熱処理を必要とした。

【００７２】このような多層膜作製方法は、ＭＢＥ法と
同様な利用の仕方ができて、人工的に多層の原子層積層
ができ、金属の人工格子や酸化物の人工格子などの作製
には有望な方法となる。

【００７３】次に、図１２に示した方法と図１３に示し
た方法とを組み合わせてＹ₁Ｂａ₂Ｃｕ₃Ｏ_y膜とＰｔ膜の
サンドイッチ構造の膜を作製した実施例を説明する。タ
−ゲット６９にＹ₁Ｂａ₂Ｃｕ₃Ｏ_y、タ−ゲット７０にＢ
ａ₁Ｃｕ_{0 . 2}Ｏ_y、タ−ゲット７１にＣｕＯ、タ−ゲット
７２にＰｔを用い、基板５７にはＭｇＯを用いた。スパ
ッタリング条件は、基板温度を６５０℃に設定し、基板
を６０ｒｐｍで回転させた。放電時の導入ガスは、Ａｒ
とＯ₂の１対１の混合ガスで、圧力が４Ｐａである。各
タ−ゲットに印加する電力は、タ−ゲット６９〜７２の
順に、３００Ｗ、８０Ｗ、１５Ｗ、４０Ｗである。

【００７４】図１４の（Ａ）に各タ−ゲット６９〜７２
のセルフバイアス電圧の時間変化とシャッタ−開閉のタ
イミングのグラフを示す。このグラフにおいて、まず三
つのタ−ゲット６９〜７１について上述のスパッタリン
グ条件で放電を開始してセルフバイアス電圧をモニタ−
し、これらのタ−ゲットのセルフバイアス電圧が安定し
てから、これら三つのタ−ゲット６９〜７１のシャッタ
−を同時に開いている。なお、セルフバイアス電圧の時
間微分を演算して、その値が零に近付いたときにセルフ
バイアス電圧が安定したと判定している。

【００７５】そして、三つのシャッタ−を同時に開いて
膜堆積を開始してから２００分経過したときに各シャッ
タ−を同時に閉じている。このとき三つのタ−ゲット６
９〜７１の放電はそのまま維持しておく。そして、四番
目のタ−ゲット７２を上述のスパッタリング条件で放電
して、セルフバイアス電圧が安定してから、このタ−ゲ
ット７２のシャッタ−だけを４分間だけ開く。その後、
このタ−ゲット７２の放電を止める。そして、上述の三
つのタ−ゲット６９〜７１により再び２００分間だけ膜
堆積を行う。これにより、図１４の（Ｂ）に示すよう
に、ＭｇＯ基板５７の上に、Ｙ₁Ｂａ₂Ｃｕ₃Ｏ_y層１０
５、Ｐｔ層１０６、Ｙ₁Ｂａ₂Ｃｕ₃Ｏ_y層１０５のサンド
イッチ構造の積層膜が作製できた。ここで、Ｐｔ層１０
６の膜厚を制御することにより、超電導体／常電導体／
超電導体（Ｓ／Ｎ／Ｓ）構造のデバイスとして機能させ
ることができる。

【００７６】この膜作製方法のポイントとして、一つの
真空室内で上述のデバイス構造の積層膜が作製できるこ
とが挙げられる。

【００７７】なお、以上の各実施例ではタ−ゲット材料
として、反応性が激しくて多元素の物質であるＹ系酸化
物超電導体を用いたが、他のタ−ゲットを利用した場合
でも従来と比較して良質な薄膜を得ることができる。

【００７８】

【発明の効果】この発明の高周波スパッタリング装置で
は、セルフバイアス検出装置とシャッタ−駆動機構とシ
ャッタ−制御装置とを備えているので、タ−ゲットのセ
ルフバイアス電圧を常時モニタ−してタ−ゲットの表面
状態に関する情報を得ることができ、シャッタ−制御装
置に所定の判断手法を記憶させておけば、セルフバイア
ス電圧に応じて最適なタイミングで自動的にシャッタ−
を開くことができる。これにより、作業者のミスによる
シャッタ−開閉タイミングの誤りがなくなり、薄膜作製
の再現性や膜厚の制御性が飛躍的に向上する。

【００７９】また、タ−ゲットを大気にさらすことなく
基板を交換できる基板交換機構を備えるようにすれば、
タ−ゲットの表面状態が変質される恐れがなく、放電開
始からセルフバイアス電圧が安定するまでの時間が短く
てすむ。

【００８０】さらに、マルチカソ−ドスパッタリング装
置において各タ−ゲットごとにセルフバイアス電圧をモ
ニタ−してシャッタ−開閉タイミングを最適に制御する
ようにすれば、複数のタ−ゲットを使用して、多元素膜
や多層膜、超薄膜を再現性よく作製することが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のスパッタリング装置の一実施例の正
面断面図である。

【図２】印加電力とセルフバイアス電圧の関係を示すグ
ラフである。

【図３】セルフバイアス電圧の時間的変化を示すグラフ
である。

【図４】別の実施例のシャッタ−自動開閉機構に関する
構成を示す構成図である。

【図５】シャッタ−開閉タイミングとセルフバイアス電
圧との関係を示すグラフである。

【図６】基板交換機構の正面図である。

【図７】基板交換機構を下から見た平面図である。

【図８】放電前のタ−ゲットの放置状態を変えた場合の
セルフバイアス電圧の時間的変化を示すグラフである。

【図９】この発明の方法で作製した薄膜の拡大断面図と
そのときのシャッタ−開閉タイミングを示すグラフであ
る。

【図１０】この発明の別の実施例のマルチカソ−ドスパ
ッタリング装置の平面断面図である。

【図１１】図１０の装置のシャッタ−制御系のブロック
図である。

【図１２】複数ターゲットの同時スパッタリングにおけ
るシャッタ−開閉タイミングのグラフと膜の拡大正面断
面図である。

【図１３】複数ターゲットの順次スパッタリングにおけ
るシャッタ−開閉タイミングのグラフと膜の拡大正面断
面図である。

【図１４】複数ターゲットの同時スパッタリングと順次
スパッタリングとの組み合わせにおけるシャッタ−開閉
タイミングのグラフと膜の拡大正面断面図である。

【符号の説明】

３ タ−ゲット ５ モ−タ １６ シャッタ−板 ２２ 高周波電源 ２７ ロ−パスフィルタ ２８ 電圧計 ３１ モ−タ電源 ３５ コンピュ−タ ３６ 記録計 ５２ 搬送装置 ５３ ロ−ドロック室

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 タ−ゲットに誘起されるセルフバイアス
   電圧を検出するセルフバイアス検出装置と、基板とタ−
   ゲット間に配置されたシャッタ−を開閉するためのシャ
   ッタ−駆動機構と、前記セルフバイアス検出装置の出力
   信号を受けて前記シャッタ−駆動機構にシャッタ−開閉
   信号を送るシャッタ−制御装置、とを有することを特徴
   とする高周波スパッタリング装置。
2. 【請求項２】 タ−ゲットを大気にさらすことなく基板
   を交換できる基板交換機構を有することを特徴とする請
   求項１記載の高周波スパッタリング装置。
3. 【請求項３】 複数のタ−ゲットを有し、各タ−ゲット
   ごとに前記セルフバイアス検出装置と前記シャッタ−と
   前記シャッタ−駆動機構とを有することを特徴とする請
   求項１記載の高周波スパッタリング装置。
4. 【請求項４】 タ−ゲットに高周波電力を印加してこの
   タ−ゲットをスパッタリングすることによって基板上に
   膜を堆積させる膜作製方法において、前記タ−ゲットに
   高周波電力を印加して放電を発生させる段階と、前記タ
   −ゲットに誘起されるセルフバイアス電圧を検出する段
   階と、前記セルフバイアス電圧が所定の設定値まで低下
   したときに基板とタ−ゲット間に配置されたシャッタ−
   を開く段階、とを有することを特徴とする膜作製方法。
5. 【請求項５】 タ−ゲットに高周波電力を印加してこの
   タ−ゲットをスパッタリングすることによって基板上に
   膜を堆積させる膜作製方法において、前記タ−ゲットに
   高周波電力を印加して放電を発生させる段階と、前記タ
   −ゲットに誘起されるセルフバイアス電圧を検出する段
   階と、前記セルフバイアス電圧の時間的変動分が所定の
   設定値まで低下したときに基板とタ−ゲット間に配置さ
   れたシャッタ−を開く段階、とを有することを特徴とす
   る膜作製方法。
6. 【請求項６】 複数のタ−ゲットに高周波電力を印加し
   てこれらのタ−ゲットをスパッタリングすることによっ
   て基板上に膜を堆積させる膜作製方法において、前記複
   数のタ−ゲットに高周波電力を印加して同時に放電させ
   る段階と、前記複数のタ−ゲットに誘起されるセルフバ
   イアス電圧を同時に検出する段階と、前記複数のタ−ゲ
   ットのセルフバイアス電圧またはその時間的変動分がす
   べて所定の設定値まで低下したときに基板とタ−ゲット
   間に配置された各シャッタ−を開く段階と、を有するこ
   とを特徴とする膜作製方法。
7. 【請求項７】 前記各シャッタ−を同時に開き、所定時
   間経過後に各シャッタ−を同時に閉じることを特徴とす
   る請求項６記載の膜作製方法。
8. 【請求項８】 前記各シャッタ−の開いている時間が互
   いに重ならないように各シャッタ−を順に開閉すること
   を特徴とする請求項６記載の膜作製方法。
9. 【請求項９】 前記各シャッタ−を複数のグル−プに分
   けて、同一のグル−プに属するシャッタ−については、
   これらを同時に開閉し、異なるグル−プに属するシャッ
   タ−の間ではシャッタ−の開いている時間が互いに重な
   らないようにすることを特徴とする請求項６記載の膜作
   製方法。