JPS63266061A - Producing of multielemental sputtering thin film and sputtering device - Google Patents

Producing of multielemental sputtering thin film and sputtering device

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JPS63266061A
JPS63266061A JP10044987A JP10044987A JPS63266061A JP S63266061 A JPS63266061 A JP S63266061A JP 10044987 A JP10044987 A JP 10044987A JP 10044987 A JP10044987 A JP 10044987A JP S63266061 A JPS63266061 A JP S63266061A
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JP
Japan
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target
sputtering
targets
film
rotor
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Application number
JP10044987A
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Japanese (ja)
Inventor
Koichiro Maki
孝一郎 槙
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Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Metal Mining Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPS63266061A publication Critical patent/JPS63266061A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34Sputtering
    • C23C14/3407Cathode assembly for sputtering apparatus, e.g. Target

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

PURPOSE:To form a thin alloy film and a multilayered thin film and also to enable change of both the composition ratio and kind of the film by changing sputtering acceleration voltage while synchronizing it with the rotation of a rotary target arranged with the plural kind of targets being a simple substance in the circumference. CONSTITUTION:A rotary target (cathode) is constituted by arranging targets 13, 14 being simple substance consisting of a different kind of element equally and alternately in the circumference of a target rotor 11. A thin alloy film and a multilayered thin film are formed on a base plate 16 fitted to an anode 15 by rotating this rotary target at high or slow speed with a motor 12 for driving the rotor and performing sputtering. At this time, a control circuit 18 is connected with the motor 12, the target rotor 11 and the anode 15 and sputtering acceleration voltage is changed by synchronizing it with the rotation of the rotary target. Thereby the thin alloy film and the multilayered thin film can be formed while using the targets being simple substance without replacing the targets and also the change of both the composition ratio and kind of the film is performed.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、多元素スパッタ薄膜の製造方法及びスパッタ
装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a method for producing a multi-element sputtered thin film and a sputtering apparatus.

〔従来の技術及び発明が解決しようとする問題点〕最近
、光磁気ディスクや磁気テープ等においては、合金薄膜
や多層膜等の二種以上の元素を含有する薄膜即ち多元素
薄膜を形成することが盛んに行われており、これらの薄
膜形成においてスパッタリング法は蒸着法などと並んで
有力な方法であり、広く利用されている。そして、多元
素薄膜を形成するためのスパッタ装置には、複合ターゲ
ット1合金ターゲツト、回転式ターゲット交換装置。
[Prior art and problems to be solved by the invention] Recently, in magneto-optical disks, magnetic tapes, etc., thin films containing two or more elements, such as alloy thin films and multilayer films, that is, multi-element thin films, have been formed. Sputtering is an effective method along with vapor deposition and the like in forming these thin films, and is widely used. The sputtering device for forming a multi-element thin film includes a composite target 1 alloy target and a rotary target exchange device.

回転ターゲット等が用いられていた。Rotating targets were used.

複合ターゲットは、異種の元素から成る材料をターゲッ
トホルダー面に混合配置して複合体となし、各材料のス
パッタチャンバーへの露出面積比によって所望の組成比
が得られるようにしたターゲットである。又、合金ター
ゲットは異種の元素材料を所望の組成比で溶融すること
により形成された合金をインゴット又は粉末として用い
て成るターゲットである。しかし、これらのターゲット
は、合金薄膜を形成し得ても多N薄膜は形成できず、又
組成比の変更や膜種の変更(組成元素の変更)の場合は
、ターゲット全体を交換しなければならないという問題
があった。更に、これらのターゲットは、複数の元素材
料の正確な混合や溶融を必要とするためターゲット自体
の製造が面倒で製造コストが高いという問題もあった。
A composite target is a target in which materials made of different elements are mixed and arranged on the target holder surface to form a composite, and a desired composition ratio can be obtained by changing the exposed area ratio of each material to the sputtering chamber. Further, an alloy target is a target made by using an alloy formed by melting different kinds of elemental materials in a desired composition ratio in the form of an ingot or powder. However, although these targets can form alloy thin films, they cannot form multi-N thin films, and if the composition ratio or film type (change of compositional elements) is changed, the entire target must be replaced. The problem was that it didn't. Furthermore, since these targets require accurate mixing and melting of a plurality of elemental materials, there is also the problem that the target itself is difficult to manufacture and the manufacturing cost is high.

又、これらのターゲットを用いた場合、各組成元素のス
パッタリング特性の違いから組成ずれが生じ易く、組成
ずれが生じた場合これを修復するには再度これらのター
ゲットを用意調達して交換しなければならないという問
題があった。
Furthermore, when these targets are used, composition deviations tend to occur due to differences in the sputtering characteristics of each compositional element, and if a composition deviation occurs, it is necessary to prepare and replace these targets again in order to repair this deviation. The problem was that it didn't.

又、回転式ターゲット交換装置としては例えば特開昭6
0−262969号公報に記載のものがあるが、これは
、カソードであるターゲットロータの周面に異種の元素
の単体材料から成るターゲットを複数個配置し、これら
のターゲットを順次選択的にスパッタチャンバーにセッ
トしてスパッタリングを行うものである。確かに、この
装置は、単体ターゲットを用いるためターゲット製造コ
ストは安いという利点はあるが、多層薄膜は形成し得て
も合金薄膜は形成できず、又膜種の変更はできても組成
比の変更はできず、もし合金薄膜の形成及び膜種の変更
を行うとすれば、やはりターゲット全体の交換を行わな
ければならず、ターゲットにかかるコストも高くなると
いう問題があった。
In addition, as a rotary target exchange device, for example, Japanese Patent Application Laid-open No. 6
There is a method described in Japanese Patent No. 0-262969, in which a plurality of targets made of single materials of different elements are arranged on the circumferential surface of a target rotor, which is a cathode, and these targets are sequentially and selectively placed in a sputtering chamber. sputtering. It is true that this device has the advantage that the target manufacturing cost is low because it uses a single target, but although it can form multilayer thin films, it cannot form alloy thin films, and even though it can change the film type, it cannot change the composition ratio. This cannot be changed, and if a thin alloy film is formed or the type of film is changed, the entire target must be replaced, which poses the problem of increasing the cost of the target.

又、回転ターゲットとしては例えば欧亜通機株式会社販
売のものがあるが、これは第10図に示した如く、回転
カソード1の周面に異種の元素の単体材料から成るター
ゲット2,3を複数個配置し、この回転カソードを高速
で多数回転させつつスパッタリングを行うことにより合
金薄膜を形成し、低速で所定の数のターゲット分だけ回
転させつつスパッタリングを行うことにより多層gi膜
を形成するものである。iかに、このターゲットは、タ
ーゲット製造コストが安く、合金薄膜及び多層薄膜を形
成できるという利点はあるが、組成比の変更や膜種の変
更はできず、もし組成比の変更や膜種の変更を行うとす
れば、やはりターゲ7)全体の変換を行わなければなら
ないという問題があった。
Furthermore, as a rotating target, there is one sold by Oua Tsuki Co., Ltd., for example, which has targets 2 and 3 made of single materials of different elements on the circumferential surface of a rotating cathode 1, as shown in FIG. An alloy thin film is formed by arranging a plurality of rotating cathodes and performing sputtering while rotating the cathode many times at high speed, and a multilayer GI film is formed by performing sputtering while rotating at low speed by a predetermined number of targets. It is. Although this target has the advantages of low target manufacturing cost and the ability to form alloy thin films and multilayer thin films, it is not possible to change the composition ratio or film type. If a change were to be made, there was a problem in that the entire target 7) would have to be converted.

更に、ターゲットの交換は、スパッタリングチャンバー
内の雰囲気を変えずにターゲット交換を行う装置を必要
とするが、スパッタ装置及びターゲット交換装置の大き
さが有限であるため、収納可能なターゲット数には制限
があり、これを少しでも解消すべく大きなターゲット交
換装置を装備しても、組成元素数や膜種数の少ない成膜
時においては空間が甚だしく無駄になり、コストパフォ
ーマンスの低いものであった。
Furthermore, target replacement requires equipment that can perform target replacement without changing the atmosphere inside the sputtering chamber, but since the size of the sputtering equipment and target replacement equipment is finite, there is a limit to the number of targets that can be stored. Even if a large target exchange device was installed in order to eliminate this problem even to some extent, when forming a film with a small number of constituent elements or film types, space would be extremely wasted and cost performance would be low.

本発明は、上記問題点に鑑み、単体ターゲットを使用し
つつターゲットを交換することなく、合金薄膜及び多層
薄膜を形成できると共に組成比や膜種の変更も可能であ
り、組成ずれの修復も可能であるなど、極めてコストパ
フォーマンスの高い、多元素スパッタ薄膜の製造方法及
びスバ・7タ装置を提供することを目的とする。
In view of the above problems, the present invention makes it possible to form alloy thin films and multilayer thin films without replacing the target while using a single target, and it is also possible to change the composition ratio and film type, and it is also possible to repair compositional deviations. It is an object of the present invention to provide a method for producing a multi-element sputtered thin film and a sputtering apparatus that have extremely high cost performance.

〔問題点を解決するための手段及び作用〕本発明による
多元素スパッタ薄膜の製造方法は、複数種の単体ターゲ
ットが周辺に配置されて成る回転ターゲットの回転速度
を変化可能にすると共に、該回転ターゲットの回転に同
期してスパッタリング加速電圧を変動させるようにした
ことを特徴としている。又、この方法に用いるスパッタ
装置は、複数種の単体ターゲットが周辺に配置されて成
る回転ターゲットと、該回転ターゲットを駆動するター
ゲット駆動装置と、前記回転ターゲットと基板との間に
スパッタリング加速電圧を印加する加速電圧印加装置と
、前記ターゲット駆動装置と前記加速電圧印加装置を別
個に又は同期して制御する制御回路とから成るものであ
る。
[Means and effects for solving the problems] The method for producing a multi-element sputtered thin film according to the present invention makes it possible to change the rotational speed of a rotating target in which a plurality of types of single targets are arranged around the rotational speed of the rotating target. The feature is that the sputtering acceleration voltage is varied in synchronization with the rotation of the target. Further, the sputtering apparatus used in this method includes a rotating target including a plurality of types of single targets arranged around the rotating target, a target driving device for driving the rotating target, and a sputtering accelerating voltage applied between the rotating target and the substrate. The target driving device includes an accelerating voltage applying device, and a control circuit controlling the target driving device and the accelerating voltage applying device separately or synchronously.

そして、これらの方法及び装置により、回転ターケラ)
t−高速で多数回転させつつスパッタ+77グを行うこ
とにより合金薄膜を形成し得、回転ターゲットを低速で
所定の数のターゲット分だけ回転させつつスパッタリン
グを行うことにより多層薄膜を形成し得、回転ターゲッ
トの回転に同期するスパッタリング加速電圧の波形を変
えることにより組成比を変更し得、更に該波形変化にお
いて加速電圧が零となる範囲を変えることにより膜種を
変更し得るようにしている。
And by these methods and devices, rotation
An alloy thin film can be formed by sputtering +77g while rotating the rotating target at low speed for a predetermined number of targets, and a multilayer thin film can be formed by sputtering while rotating the rotating target by a predetermined number of targets at a low speed. The composition ratio can be changed by changing the waveform of the sputtering accelerating voltage that is synchronized with the rotation of the target, and the film type can also be changed by changing the range in which the accelerating voltage becomes zero in the waveform change.

ここで云う加速電圧とはスパッタリングチャンバー内に
あるイオン化された不活性或は活性のガス分子、原子に
運動エネルギーを付与する電界を作るものであって、該
電界により加速された分子。
The accelerating voltage referred to here is a voltage that creates an electric field that imparts kinetic energy to ionized inert or active gas molecules or atoms in the sputtering chamber, and the molecules are accelerated by the electric field.

原子(以後衝突粒子と呼ぶ)がターゲットに衝突するこ
とによりターゲット構成分子、原子(以後スパッタ粒子
と呼ぶ)をスパッタするので、衝突粒子の運動エネルギ
ーの大小を決める加速電圧の大小はスパッタ粒子の生成
数の大小に関係する。
Atoms (hereinafter referred to as colliding particles) collide with the target to sputter target constituent molecules and atoms (hereinafter referred to as sputtered particles), so the magnitude of the accelerating voltage, which determines the magnitude of the kinetic energy of the colliding particles, depends on the generation of sputtered particles. It is related to the size of numbers.

又、回転ターゲットの回転に同期して変動する加速電圧
とは、回転ターゲットの一回転の間に電圧が−定ではな
く秩序をもって変化した形をとる加速電圧である。ここ
で、一定とは電圧が例え微小の電圧変動であっても成膜
条件を変えるような影響を何ら及ぼさない状態にあるこ
とをいい、秩序をもって変化するとは電圧の変化が一回
転の間で始まり且つ終了することであり、ランダムにタ
イミングがずれたり波形が変化したりしないことを言う
。又、回転ターゲットの回転に同期して変動する加速電
圧の波形は必ずしも一回転毎に周期的である必要はなく
、用意された電圧波形群の中から選択された複数の電圧
波形の集団から成り、咳手段が周期的(以後超周期と呼
ぶ)になっているものでも良い。
Further, the accelerating voltage that fluctuates in synchronization with the rotation of the rotating target is an accelerating voltage that is not constant but changes in an orderly manner during one rotation of the rotating target. Here, "constant" means that the voltage is in a state where even small voltage fluctuations have no effect on the film forming conditions, and "changed in an orderly manner" means that the voltage changes within one revolution. It means that the waveform starts and ends, and that the timing does not shift or the waveform changes randomly. Furthermore, the waveform of the accelerating voltage that fluctuates in synchronization with the rotation of the rotating target does not necessarily have to be periodic for each rotation, but may consist of a group of multiple voltage waveforms selected from a prepared group of voltage waveforms. , the coughing means may be periodic (hereinafter referred to as hyperperiodic).

〔実施例〕〔Example〕

以下、図示した実施例に基づき、本発明の詳細な説明す
る。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on the illustrated embodiments.

第1図は本発明によるスパッタ装置の第1実施例の構成
を示しており、11はロータ駆動用モータ12によって
回転せしめられるターゲットロータであって、これはカ
ソードでもある。13及び14はターゲットロータ11
の周面に等分に且つ交互に配置された異種の元素から成
る4個ずつの単体ターゲットであって、これらはターゲ
ットロータ11と共に回転ターゲットを構成しており、
説明を容易にするために二種の単体ターゲット13.1
4のスパッタ効率は同じであるとする。15はアノード
、16はアノード15に固定された基板である。17は
ターゲットロータ11と基板16の間においてターゲッ
トロータ11に近接して配置されたスリット間隔が固定
のスリットであって、そのスリット間隔は単体ターゲッ
ト13゜14の幅(円周方向の長さ)よりも狭く設定さ
れている。18はモータ12.ターゲットロータ11、
アノード15に接続された制御回路であって、モータ1
2の回転速度及びカソードであるターゲットロータ11
とアノード15との間のスパッタリング加速電圧を制御
するものである。
FIG. 1 shows the structure of a first embodiment of a sputtering apparatus according to the present invention, and 11 is a target rotor rotated by a rotor drive motor 12, which also serves as a cathode. 13 and 14 are target rotors 11
four individual targets each made of different types of elements arranged equally and alternately on the circumferential surface of the target rotor 11, which together with the target rotor 11 constitute a rotating target;
For ease of explanation, two types of single targets 13.1
It is assumed that the sputtering efficiency of No. 4 is the same. 15 is an anode, and 16 is a substrate fixed to the anode 15. Reference numeral 17 denotes a slit with a fixed slit interval arranged close to the target rotor 11 between the target rotor 11 and the substrate 16, and the slit interval is the width (circumferential length) of the single target 13°14. is set narrower than 18 is a motor 12. target rotor 11,
A control circuit connected to the anode 15 and the motor 1
The target rotor 11 has a rotational speed of 2 and a cathode.
The sputtering acceleration voltage between the anode 15 and the anode 15 is controlled.

第2図は上記制御回路18のブロック図であり、19は
ロータ駆動用モータ12に制御内容に対応した駆動電圧
を出力するモータ用制御電源であって、基本的にはモー
タ12の回転を低速から高速まで可変に制御するように
なっている。
FIG. 2 is a block diagram of the control circuit 18, and 19 is a motor control power supply that outputs a drive voltage corresponding to the control content to the rotor drive motor 12, and basically controls the rotation of the motor 12 at a low speed. It is designed to be variably controlled from low to high speed.

20はデジタル式の波形入力装置21から入力された波
形を記憶し且つ指令によって読み出しが可能なデジタル
式の波形記憶装置、22はターゲットロータ11の回転
軸に直結された回転検出器、23は回転検出122から
の信号を基に波形記憶装置20へ同期信号及び掃引速度
信号を出力するタイミング制御装置である。尚、掃引速
度信号は、仮りに、一周期分の波形が100個のデジタ
ル信号で構成されているとすると、−個一個をデジタル
からアナログへ変換して出力する時間間隔を一周期を1
00で割った時間にし、この時間を出力して一周期の間
に上記波形が出力し得るようにする信号である。24は
出力波形選択装置であって、例えば数種の波形を組み合
せて用いる場合(超周期の場合)に、波形記憶装置20
に記憶されている波形群の中から順次波形パターンを選
び出すためのものであり、例えばA、B、Cの波形パタ
ーンをACBの順序で繰り返し生成する場合に読出し信
号を1−3−2の順で繰り返し出力する装置である。即
ち、スパッタ開始信号が入力されると同時に数値1とい
う読出し信号を波形記憶装置20に出力し、記憶装置2
0は数値1に対応する波形パターンAを出力しそれが終
了した時点で波形パターン終了信号を波形選択装置24
へ送り、波形選択袋M、24はその終了信号が入力され
ると数値3という読出し信号を波形記憶装置20に出力
し、波形記憶装置20は数値3に対応する波形パターン
Cを出力し、というようにこれの動作が繰り返されるよ
うになっている。25は波形記憶装置20から出力され
た階段状のデジタル波形信号を滑らかな信号に変えて基
準電圧信号として出力する波形成形器、26は波形成形
器25からの基準電圧信号に応じたスパッタリング加速
電圧をターゲットロータ11に印加する加速電圧電源で
ある。
20 is a digital waveform storage device that stores the waveform input from the digital waveform input device 21 and can be read out by command; 22 is a rotation detector directly connected to the rotation axis of the target rotor 11; 23 is a rotation This is a timing control device that outputs a synchronization signal and a sweep speed signal to the waveform storage device 20 based on the signal from the detection 122. Assuming that the waveform for one period of the sweep speed signal is composed of 100 digital signals, the time interval for converting each signal from digital to analog and outputting it is 1 period.
This is a signal that divides the time by 00 and outputs this time so that the above waveform can be output during one cycle. 24 is an output waveform selection device, and when using a combination of several types of waveforms (in the case of hyperperiod), for example, the waveform storage device 20
For example, when waveform patterns A, B, and C are repeatedly generated in the order of ACB, the readout signals are selected in the order of 1-3-2. This is a device that outputs data repeatedly. That is, at the same time as the sputtering start signal is input, a readout signal with a numerical value of 1 is output to the waveform storage device 20.
0 outputs the waveform pattern A corresponding to the numerical value 1, and when it ends, the waveform pattern end signal is sent to the waveform selection device 24.
When the end signal is input to the waveform selection bag M, 24 outputs a readout signal of numeric value 3 to the waveform storage device 20, and the waveform storage device 20 outputs a waveform pattern C corresponding to the numeric value 3. This action is repeated as shown below. 25 is a waveform shaper that converts the stepped digital waveform signal outputted from the waveform storage device 20 into a smooth signal and outputs it as a reference voltage signal; 26 is a sputtering acceleration voltage according to the reference voltage signal from the waveform shaper 25; This is an accelerating voltage power supply that applies this to the target rotor 11.

次に、作用について説明する。Next, the effect will be explained.

まず、上述の如く、ターゲット13と14のスパッタ効
率は同一であり、スリット17のスリット間隔も一定で
あるから、各スパッタ粒子の数はスリットI7における
各ターゲット13.14の露出面積比とその時の加速電
圧との積に比例する。
First, as mentioned above, the sputtering efficiency of the targets 13 and 14 is the same, and the slit interval of the slit 17 is also constant, so the number of each sputtered particle is determined by the exposed area ratio of each target 13 and 14 in the slit I7 at that time. It is proportional to the product with the accelerating voltage.

ここで制御回路18によりスパッタリング加速電圧の波
形を例えば第3図に示したような波形にすると、各スパ
ック粒子の数は第4図に示した如くになる。尚、実線は
ターゲット13によるものを、破線はターゲット14に
よるものを示している。
If the control circuit 18 sets the waveform of the sputtering acceleration voltage as shown in FIG. 3, for example, the number of each spuck particle becomes as shown in FIG. 4. It should be noted that the solid line indicates the effect due to the target 13, and the broken line indicates the effect due to the target 14.

この例の場合、1回転の間にスパッタ粒子数は4回の周
期的変化を示すので、174回転でスパック粒子による
成膜について考える。ターゲット13及び14からスパ
ッタされた粒子は基板16上に層状に堆積するが、原子
の拡散による均質な一様組成の膜即ち合金薄膜となる。
In this example, since the number of sputtered particles shows periodic changes four times during one rotation, we will consider film formation using sputter particles at 174 rotations. The particles sputtered from the targets 13 and 14 are deposited in a layer on the substrate 16, and become a homogeneous film with a uniform composition due to atomic diffusion, that is, an alloy thin film.

但し、原子の拡散により均質化するのは各層が最大で1
0数オングストローム程度であるので、合金薄膜を形成
する場合は各層が薄い即ちターゲットロータ11の回転
をモータ用制御電?s19により高速にする必要がある
。一方、ターゲットロータ11の回転を低速にすると、
各層が厚くなるので多層膜が形成される。
However, each layer can be homogenized by diffusion of atoms at most 1
Therefore, when forming an alloy thin film, each layer is thin, that is, the rotation of the target rotor 11 is controlled by the motor control voltage. It is necessary to increase the speed by s19. On the other hand, if the rotation speed of the target rotor 11 is made low,
A multilayer film is formed as each layer becomes thicker.

次に、上述の如く均質化した時の組成比は、第4図にお
ける各ターゲット13及び14のスパッタ粒子数の一周
期における積分値の比になる。このことを式で表わすた
めにターゲット13.14の巾の和に対するスリット間
隔の比をγとし、第3図における加速電圧a、bの比を
Pa:Pb とし、ターゲット130元素とターゲット
14の元素との組成比をCajCl とし、P、+p、
=1゜C^+C1−1とすれば、γ≦1である場合、C
A”(1−γ)pH→−一   ・−・・・・・−・−
(1)となり、第5図(A)に示した如くになる。
Next, the composition ratio when homogenized as described above is the ratio of the integral value in one cycle of the number of sputtered particles of each target 13 and 14 in FIG. To express this in a formula, let the ratio of the slit interval to the sum of the widths of the targets 13 and 14 be γ, and let the ratio of the accelerating voltages a and b in FIG. Let the composition ratio with CajCl be P, +p,
= 1゜C^+C1-1, if γ≦1, C
A” (1-γ) pH→-1 ・-・・・・・−・−
(1), as shown in FIG. 5(A).

又、r>1である場合は第5図(B)に示した如くにな
る。又C^のγに対する依存性はP、−0とした場合、
第6図に示した如くになる。
If r>1, the result will be as shown in FIG. 5(B). Also, if the dependence of C^ on γ is P, -0, then
The result will be as shown in FIG.

ここで、組成比を示す式(1)の根拠について第7図に
より詳細に説明する。第7図において、実線はターゲソ
)Aから飛び出すスパッタ粒子の数の変化を、破線はタ
ーゲソ)Bから飛び出すスパッタ粒子の数の変化を夫々
示している。第7図の横軸の下の図はターゲットA及び
Bの中心がスリットの中心に位置しているところから矢
印方向に移動してまた同相の位置に来るまでの変化を示
している。これが以後周期的に繰り返される。従って、
実線の面積は一周期においてターゲットAから出る全粒
子数となり、破線の面積はターゲットBがら出る全粒子
数となるから、これらの面積比が組成比になる。
Here, the basis of formula (1) indicating the composition ratio will be explained in detail with reference to FIG. In FIG. 7, the solid line shows the change in the number of sputtered particles ejected from the target A, and the broken line shows the change in the number of sputtered particles ejected from the target B. The diagram below the horizontal axis in FIG. 7 shows the change in the center of targets A and B from being located at the center of the slit to moving in the direction of the arrow until they are in the same phase again. This is repeated periodically thereafter. Therefore,
The area of the solid line is the total number of particles coming out of target A in one cycle, and the area of the broken line is the total number of particles coming out of target B, so the area ratio of these is the composition ratio.

実線の面積は 1    ayb  γ □ ・  a  −−−・ −十□−□となり、破線の
面積は となり、両者の和は −(a + b ) である、従って、各面積をこの和で割った値即ち組成比
を夫々Cm + Cm とすると、となる、台金パワー
をa+b=Pとしてa /P。
The area of the solid line is 1 ayb γ □ ・ a −−−・ −1 □ − □, and the area of the dashed line is , and the sum of both is −(a + b ). Therefore, each area is divided by this sum. If the value or composition ratio is respectively Cm + Cm, then the base metal power is a+b=P and a/P.

b/Pを夫々P、、Pb とするとP、、P、はP、+
P、−1 を満たし、パワーの配分比を表わすようになる。
Let b/P be P, , Pb respectively, then P, , P, is P, +
It satisfies P, -1 and comes to represent the power distribution ratio.

このP−、PbのうちP、だけを用いてCA、CIを書
き直すと γ =P、(1−γ)十− = (1−−)−P、(1−γ) となる。
If CA and CI are rewritten using only P of P- and Pb, γ = P, (1-γ) 10- = (1--)-P, (1-γ).

以上のことから明らかなように、組成比C^ :C8は
、γの大きさにもよるが、加速電圧比P。
As is clear from the above, the composition ratio C^:C8 is the acceleration voltage ratio P, although it depends on the magnitude of γ.

:P、を変更することによりターゲットの変換をするこ
となく制御(組成ずれの修復等)、変更が可能になる。
By changing :P, it becomes possible to control (repair composition deviation, etc.) and change without converting the target.

又、制御範囲を大きくするにはγ〈0.5であることが
望ましく、制御範囲を狭くするにはr>1であることが
望ましい、尚、ターゲットは二種類に限定されものでは
ないことは言うまでもない。
In addition, to increase the control range, it is desirable that γ<0.5, and to narrow the control range, it is desirable that r>1. Note that the target is not limited to two types. Needless to say.

第8図は第2実施例の回転ターゲットを示しており、こ
れはターゲットロータ11の周面に三種の単体ターゲッ
ト27.28.29を交互に配置して成るものである。
FIG. 8 shows a rotary target according to the second embodiment, in which three types of single targets 27, 28, and 29 are alternately arranged on the circumferential surface of the target rotor 11.

この回転ターゲットを用いた膜種の変更について説明す
る。
A description will be given of changing the film type using this rotating target.

まず、回転ターゲットに対し第9図(A)に示した如き
波形パターンの加速電圧を与えると、単体ターゲット2
7及び28がスリット17の開口部と一敗する時加速電
圧が所定の値a、bを有し、単体ターゲット29がスリ
ット17の開口部と一致する時加速電圧が零となるので
、単体ターゲット27及び28を構成する元素から成る
薄膜が形成される0次に、回転ターゲットに対し第9図
(B)に示した如き波形パターンの加速電圧を与えると
、単体ターゲット27及び29がスリットの開口部と一
致する時加速電圧が所定の値c、  dを有し、単体タ
ーゲット28がスリット17の開口部と一敗する時加速
電圧が零となるので、単体ターゲット27及び29を構
成する元素から成る薄膜が形成される。かくして、加速
電圧の波形パターンを第9図(A)から第9図(B)に
或いはその逆に切り換えることにより膜種の変更が行わ
れる。
First, when an accelerating voltage with a waveform pattern as shown in FIG. 9(A) is applied to the rotating target, the single target 2
When 7 and 28 meet the opening of the slit 17, the accelerating voltage has predetermined values a and b, and when the single target 29 coincides with the opening of the slit 17, the accelerating voltage becomes zero, so the single target A thin film consisting of the elements constituting elements 27 and 28 is formed. Next, when an accelerating voltage with a waveform pattern as shown in FIG. When the single target 28 meets the opening of the slit 17, the accelerating voltage has the predetermined values c and d, and when the single target 28 meets the opening of the slit 17, the accelerating voltage becomes zero. A thin film is formed. Thus, the film type can be changed by switching the waveform pattern of the accelerating voltage from FIG. 9(A) to FIG. 9(B) or vice versa.

次に、実験例を示す。Next, an experimental example will be shown.

】」(劃」− 二種の金属COとFeをターゲットにして第1図に示す
ようにロータの周囲に交互に固定した。
] (劃) - Two metals, CO and Fe, were fixed alternately around the rotor as targets, as shown in Figure 1.

各ターゲットは板状金属二枚によって構成されておりロ
ータは止子六角形をなす、このような回転ターゲットを
用いて石英基板へスパッタリング試験を行った。加速電
圧は第3図に示す電圧比a:bを2:1とした。各電圧
値の保持時間はロータ回転周期の8分の1である。ター
ゲットロータの回転数をQ、 3 r p m乃至50
0rpmの間に設定した。又、スリット間隔比γはr 
−0,1とした。
Each target was composed of two metal plates, and the rotor had a hexagonal stop. Sputtering tests were conducted on a quartz substrate using such rotating targets. As for the acceleration voltage, the voltage ratio a:b shown in FIG. 3 was set to 2:1. The holding time of each voltage value is one-eighth of the rotor rotation period. The rotation speed of the target rotor is Q, 3 rpm to 50
It was set between 0 rpm. Also, the slit interval ratio γ is r
-0,1.

ロータの回転Q、 3 r p mの場合は、Co膜が
約80人でFe膜が約40人の多層膜が得られた0回転
数を15rpmとすると周期的多層構造は見られず均質
なCo−Feの合金薄膜を得た0分析の結果によるとC
o : F e −65,5: 34.5の組成比であ
った0回転数がsoorpmでも膜にそれ以上の変化は
見られなかった。
When the rotor rotation Q is 3 rpm, a multilayer film of approximately 80 layers for the Co film and 40 layers for the Fe layer is obtained.If the zero rotation speed is set to 15 rpm, no periodic multilayer structure is observed and a homogeneous layer is obtained. According to the results of 0 analysis of the Co-Fe alloy thin film, C
o: Fe-65,5: Even when the 0 rotation speed was soorpm, no further change was observed in the film, which was the composition ratio of 34.5.

)LLLL 実験例1において加速電圧比a:bを2 : 1.1と
したところ、分析結果において組成比Co:Feを65
 : 35に変更することができた。
)LLLL When the accelerating voltage ratio a:b was set to 2:1.1 in Experimental Example 1, the composition ratio Co:Fe was 65 in the analysis results.
: I was able to change it to 35.

ii!uL主 三種の金属Tb、Fe、Goをターゲットにして第8図
に示した如くロータの周囲に交互に固定した。加速電圧
は第9図(A)及び(B)に示す電圧比a:bを2:1
.c:dを4:1とした。
ii! uL The three main metals Tb, Fe, and Go were fixed alternately around the rotor as targets as shown in FIG. The acceleration voltage is a voltage ratio a:b of 2:1 as shown in Fig. 9 (A) and (B).
.. c:d was set to 4:1.

又、スリット間隔比r −0,5とし、ロータの回転数
は2Qrpmとした。これによって、Tb:Fe=62
:38.Tb:Co=69:31の二種のyl膜を形成
することができた。
Further, the slit interval ratio was set to r -0.5, and the rotation speed of the rotor was set to 2Q rpm. As a result, Tb:Fe=62
:38. Two types of yl films with Tb:Co=69:31 could be formed.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

上述の如く、本発明による多元素スパッタ薄膜の製造方
法及びスパッタ装置は、争体ターゲットを使用しつつタ
ーゲットを交換することなく、合金y4膜及び多層膜を
形成できると共に組成比や膜種の変更も可能であり、組
成ずれの修復も可能であるなど、極めてコストパフォー
マンスの高いものである。
As described above, the method and sputtering apparatus for producing a multi-element sputtered thin film according to the present invention can form alloy Y4 films and multilayer films without replacing the target while using a competitive target, and can also change the composition ratio and film type. It is also possible to repair compositional deviations, and has extremely high cost performance.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明によるスパッタ装置の第1実施例の構成
を示す図、第2図は上記第1実施例の制御回路のブロッ
ク図、第3図は上記第1実施例に適用されるスパッタリ
ング加速電圧の波形パターン図、第4図は上記第1実施
例において第3図の加速電圧を適用した時のスパッタ粒
子数の変化を示す図、第5図は上記第1実施例において
加速電圧比の変化に対す・る組成比の変化特性を示す図
、第6図は第1実施例において組成比のスリット間隔比
に対する依存性を示す図、第7図はターゲットの移動と
加速電圧の変化によるスパッタ粒子数の変化を示す図、
第8図は第2実施例の回転ターゲットの構成を示す図、
第9図は上記第2実施例に適用されるスパッタリング加
速電圧の波形パターン図、第10図は従来例の回転ター
ゲットの斜視図である。 11・・・・ターゲットロータ、12・・・・ロータR
動用モータ、13,14,27.28.29・・・・単
体ターゲット、15・・・・アノード、16・・・・基
板、17・・・・スリット、18・・・・制御回路、1
9・・・・モータ用制御電源、20・・・・波形記憶装
置、21・・・・波形入力装置、22・・・9回転検出
器、23・・・・タイミング制御装置、24・・・・波
形選択装置、25・・・・波形成形器、26・・・・加
速電圧電源。 さ    の 第4図 オフ図 18図
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a first embodiment of a sputtering apparatus according to the present invention, FIG. 2 is a block diagram of a control circuit of the first embodiment, and FIG. 3 is a diagram showing a sputtering system applied to the first embodiment. FIG. 4 is a diagram showing the change in the number of sputtered particles when the accelerating voltage shown in FIG. 3 is applied in the first embodiment, and FIG. 5 is a diagram showing the accelerating voltage ratio in the first embodiment. 6 is a diagram showing the dependence of the composition ratio on the slit spacing ratio in the first embodiment. FIG. A diagram showing changes in the number of sputtered particles,
FIG. 8 is a diagram showing the configuration of the rotating target of the second embodiment,
FIG. 9 is a waveform pattern diagram of the sputtering acceleration voltage applied to the second embodiment, and FIG. 10 is a perspective view of a conventional rotating target. 11...Target rotor, 12...Rotor R
Dynamic motor, 13, 14, 27.28.29...Single target, 15...Anode, 16...Substrate, 17...Slit, 18...Control circuit, 1
9... Motor control power supply, 20... Waveform storage device, 21... Waveform input device, 22... 9 rotation detector, 23... Timing control device, 24... - Waveform selection device, 25... Waveform shaper, 26... Accelerating voltage power supply. Figure 4 Off Figure 18

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)複数種の単体ターゲットが周辺に配置されて成る
回転ターゲットの回転速度を変化可能にすると共に、該
回転ターゲットの回転に同期してスパッタリング加速電
圧を変動させるようにした、多元素薄膜の製造方法。
(1) A multi-element thin film that is capable of changing the rotational speed of a rotating target consisting of multiple types of single targets arranged around it and varying the sputtering acceleration voltage in synchronization with the rotation of the rotating target. Production method.
(2)複数種の単体ターゲットが周辺に配置されて成る
回転ターゲットと、該回転ターゲットを駆動するターゲ
ット駆動装置と、前記回転ターゲットと基板との間にス
パッタリング加速電圧を印加する加速電圧印加装置と、
前記ターゲット駆動装置と前記加速電圧印加装置を個別
に又は同期して制御する制御回路とから成るスパッタ装
置。
(2) A rotating target including a plurality of types of single targets arranged around the rotating target, a target driving device for driving the rotating target, and an accelerating voltage applying device for applying a sputtering accelerating voltage between the rotating target and the substrate. ,
A sputtering apparatus comprising a control circuit that controls the target driving device and the accelerating voltage applying device individually or synchronously.
JP10044987A 1987-04-23 1987-04-23 Producing of multielemental sputtering thin film and sputtering device Pending JPS63266061A (en)

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