JP2009235429A - Sputtering apparatus - Google Patents
Sputtering apparatus Download PDFInfo
- Publication number
- JP2009235429A JP2009235429A JP2008079289A JP2008079289A JP2009235429A JP 2009235429 A JP2009235429 A JP 2009235429A JP 2008079289 A JP2008079289 A JP 2008079289A JP 2008079289 A JP2008079289 A JP 2008079289A JP 2009235429 A JP2009235429 A JP 2009235429A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- target
- substrate
- sputtering apparatus
- sputtering
- electrode
- 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.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
Description
本発明は、スパッタ装置、特に、基板に均一な良質薄膜を成長させるためのスパッタ電極の位置決めを可能としたスパッタ装置に関するものである。 The present invention relates to a sputtering apparatus, and more particularly to a sputtering apparatus that enables positioning of a sputtering electrode for growing a uniform high-quality thin film on a substrate.
従来から、大面積基板等の表面に均一な薄膜を成長させるために、ターゲットの大型化やターゲットと基板の中心線軸からの距離を調整する機構を設ける方法が提案されている。 Conventionally, in order to grow a uniform thin film on the surface of a large-area substrate or the like, there has been proposed a method of increasing the size of a target or providing a mechanism for adjusting the distance from the center line axis of the target to the substrate.
具体的には、図9(A)に示すように、真空チャンバ(図示せず)内にターゲット電極1と基板ホルダ2とが設置されている。ターゲット電極1にはターゲット3が取り付けられており、一般の成膜では、ターゲット3の表面は基板ホルダ2に保持された基板4の表面と対向配置されている(例えば、特許文献1参照)。
Specifically, as shown in FIG. 9A, a
この配置法は、on−axis法と呼ばれている。この配置状態では、スパッタの特徴である高エネルギー粒子が基板4の表面に入射し、薄膜の成長を阻害する。このため、完全な結晶成長を要求する半導体活性層の作製にはスパッタ法は使用されていない。
This arrangement method is called an on-axis method. In this arrangement state, high-energy particles that are characteristic of sputtering enter the surface of the
酸化物超伝導体では、ターゲット3の構成原子の配列状態や酸素含有量に超伝導特性は非常に敏感であることから、ターゲット3と基板4とが対向した状態でのスパッタ法では良質の薄膜が得られていない。
In the oxide superconductor, the superconducting characteristics are very sensitive to the arrangement state of atoms constituting the
高エネルギー粒子が薄膜成長面に入射した場合、既に堆積した薄膜原子を再スパッタすることで薄膜から離脱させるが、軽元素や蒸気圧の高い元素ほど再スパッタされ易く、得られた薄膜の組成は変化する。また、高エネルギー粒子は、薄膜に応力・歪を導入し、多くの欠陥を発生させる。 When high energy particles are incident on the growth surface of the thin film, the thin film atoms already deposited are separated from the thin film by resputtering. However, light elements and elements with higher vapor pressure are more easily resputtered. Change. Moreover, high energy particles introduce stress and strain into the thin film and generate many defects.
スパッタリングは、このようなメカニズムを有するため、規則的な原子配列の必要な多元系の化合物薄膜や結晶欠陥に敏感な材料系の薄膜の作製においては、高エネルギー粒子の薄膜成長面への入射を極力抑制する必要がある。 Sputtering has such a mechanism. Therefore, in the production of multi-component compound thin films that require regular atomic arrangements and thin film materials that are sensitive to crystal defects, high energy particles must be incident on the thin film growth surface. It is necessary to suppress as much as possible.
この高エネルギー粒子の薄膜成長面への入射を回避する方法としては、高エネルギー粒子が飛び出す前面に基板4を設置しないことが望ましい。
As a method for avoiding the incidence of the high energy particles on the thin film growth surface, it is desirable not to install the
そこで、図9(B)に示すように、ターゲット3の表面に平行に基板4をずらせるoff−center方式(例えば、特許文献1参照)や、図9(C)に示すように、ターゲット3の端に基板4を立てかける(ターゲット3の表面と基板4の表面とが直交)off−axis方式とがある(例えば、特許文献2参照)。
Therefore, as shown in FIG. 9B, an off-center method (see, for example, Patent Document 1) in which the
これらの方法では、良質膜が得られる領域は狭く、また、膜厚が不均一となる等の欠点を有する。 These methods have disadvantages such as a narrow region where a good quality film can be obtained and a non-uniform film thickness.
また、このoff−axis法の発展形態として、図9(D)に示すように、2つのターゲット電極1を一定間隔にして対向させ、それらの中間位置上に基板4を配置して成膜する対向ターゲットスパッタ法が存在する(例えば、特許文献3参照)。
Further, as a development form of this off-axis method, as shown in FIG. 9D, two
この方法では、1つのターゲットを使用したoff−axis法よりも良質な薄膜を比較的大きなサイズで得られることができるものの、大型化には限界がある他、量産性やターゲット材料の効率性等に問題があり、実用的な生産装置の機能を備えていないのが実情である。 Although this method can obtain a thin film of higher quality than the off-axis method using a single target in a relatively large size, there is a limit to enlargement, mass productivity, efficiency of target materials, etc. The actual situation is that it does not have practical production equipment functions.
そこで、off−center法とoff−axis法の略中間として、図10に示すように、ターゲット3の表面に対して基板4を斜角して配置することによって高エネルギー粒子の基板面への入射を抑制することが考えられる(例えば、特許文献4参照)。 Therefore, as a substantially intermediate between the off-center method and the off-axis method, as shown in FIG. (For example, refer patent document 4).
ここで、ターゲット3の中心から基板4の中心を仰ぐ角度θ(仰角)、基板4の鉛直軸からの角度をφ、ターゲット3と基板4との各中心間距離をrとすれば、(r,θ,φ)でターゲット3と基板4との相互位置が定まる。
Here, if the angle θ (elevation angle) for looking up the center of the
この表記法を用いた場合、on−axis法では(r,0,0)、off−center法では(r,θ,0)、off−axis法では(r,θ,90)となる。 When this notation is used, the on-axis method is (r, 0, 0), the off-center method is (r, θ, 0), and the off-axis method is (r, θ, 90).
電子機能を利用する薄膜では、歪の少ない結晶性、原子の規則的な配列、構成原子の結晶格子内での所定位置の占有、単一の成長方位と面内単一配向、化学量論の組成、添加元素の均一分散等を実現することが必要である。 In thin films using electronic functions, crystallinity with less strain, regular arrangement of atoms, occupation of a predetermined position in the crystal lattice of constituent atoms, single growth orientation and in-plane single orientation, stoichiometry It is necessary to achieve uniform dispersion of the composition and additive elements.
多元系の酸化物超伝導材料では、化学量論組成からの僅かなズレは、超伝導特性の大幅な低下を招くが、この超伝導体は、結合力の弱い酸素原子を含むため、スパッタ法では高エネルギー粒子により酸素脱離を生じさせ、化学量論組成より酸素量の少ない超伝導特性の悪い薄膜が得られ易い。 In multi-element oxide superconducting materials, a slight deviation from the stoichiometric composition leads to a significant decrease in superconducting properties. However, since this superconductor contains oxygen atoms with low bonding strength, sputtering is used. Then, oxygen desorption is caused by high energy particles, and a thin film having a superconducting property with a smaller amount of oxygen than the stoichiometric composition is easily obtained.
従って、例えば、図9(B)に示した方法で、良質の超伝導薄膜を得るためには、基板4の表面に対するターゲット3の表面の最適な傾き(θ)と距離(r)とが存在するが、その領域は限定されてしまうことになる。
Therefore, for example, in order to obtain a high-quality superconducting thin film by the method shown in FIG. 9B, there exists an optimum inclination (θ) and distance (r) of the surface of the
このような基板配置状態に範囲が存在する理由としては、スパッタリングによって空間に飛び出した原子団は、ターゲット3の表面近傍では、ターゲット3の組成とあまり変わらないが、高エネルギー粒子が入射する位置に基板4を配置した場合、基板4の表面上に付着した原子は再スパッタにより結果的には薄膜の組成ずれを生じさせる。
The reason why such a range exists in the substrate arrangement state is that the atomic group jumping into the space by sputtering is not much different from the composition of the
一方、スパッタ原子団は、空間中でスパッタ原子の高エネルギー粒子により散乱されるが、原子の種類によって散乱の程度が異なるため、傾斜角度が大きく、遠方に配置された基板4上の薄膜ほどターゲット組成から大きくずれることになる。 On the other hand, the sputtered atomic groups are scattered by high-energy particles of sputtered atoms in the space, but the degree of scattering differs depending on the type of atoms. It will deviate greatly from the composition.
この様な理由から、材料の構成原子により、ターゲット3の表面に対して傾斜した角度と距離(傾斜角度・位置;θ、r)に最適値が存在することになる。
For this reason, there are optimum values for the angle and distance (tilt angle / position; θ, r) tilted with respect to the surface of the
すなわち、化合物半導体と酸化物超伝導体とでは構成元素が異なるため、一般的には適切な傾斜角度・位置は異なる。また、半導体の中でも成分の異なる半導体では良質の薄膜を作製できる固有の傾斜角度・位置が存在することになる。 That is, since the constituent elements are different between the compound semiconductor and the oxide superconductor, in general, an appropriate inclination angle and position are different. In addition, semiconductors having different components among the semiconductors have inherent inclination angles and positions where a high-quality thin film can be produced.
しかしながら、電子機能を利用する機能薄膜をスパッタ法で作製する技術分野では、上述したように、高エネルギー粒子に起因する課題を持つため、材料に適した傾斜角度を見出し、良質の薄膜を再現性良く作製し、生産に結びつけることができないという問題が生じていた。 However, in the technical field of producing functional thin films that use electronic functions by sputtering, as mentioned above, there are problems due to high energy particles, and therefore, a tilt angle suitable for the material is found and a good quality thin film is reproducible. There was a problem that it could not be produced well and linked to production.
そこで、本発明は、上記問題を解決するため、基板表面とターゲット表面とを任意の角度で傾斜状態で対向させることができ、材料に適した相対的な傾斜角度を見出すことによって良質の薄膜を再現性良く作製し、生産に結びつけることができるスパッタ装置を提供することを目的とする。 Therefore, in order to solve the above-mentioned problem, the present invention can make the substrate surface and the target surface face each other in an inclined state at an arbitrary angle, and obtain a high-quality thin film by finding a relative inclination angle suitable for the material. An object of the present invention is to provide a sputtering apparatus that can be manufactured with good reproducibility and linked to production.
請求項1に係る発明は、チャンバー内においてターゲットと基板とを対向させてスパッタリングを行うスパッタリング装置において、前記ターゲットと前記基板とを任意の角度の傾斜状態で対向させることができるようにしたことを特徴とするスパッタリング装置である。
請求項2に係る発明は、前記ターゲット又は基板を保持するホルダー部と、前記ホルダー部を支持しチャンバーに取り付けるための支持・導入機構部とを、曲がりを有する接続部材を介して接続することを特徴とする請求項1記載のスパッタリング装置である。
請求項3に係る発明は、前記ホルダー部と支持・導入機構部とは取り外し可能であることを特徴とする請求項2記載のスパッタリング装置である。
請求項4に係る発明は、前記接続部材を複数個用いて接続することを特徴とする請求項2記載のスパッタリング装置である。
請求項5に係る発明は、前記複数の接続部材同士は回転フランジを用いて接続されていることを特徴とする請求項4記載のスパッタリング装置である。
複数に分割された接続部を相対的に回転させることにより、より複雑且つ精密な傾斜角度を設定することができる。
請求項6に係る発明は、前記接続部材はエルボーパイプであることを特徴とする請求項2乃至5のいずれか1項記載のスパッタリング装置である。
請求項7に係る発明は、前記支持・導入機構部は、軸心を中心として、チャンバー室外部から、回動可能とした請求項2乃至6のいずれか1項記載のスパッタリング装置である。
請求項8に係る発明は、前記支持・導入機構部は直線条のパイプからなることを特徴とする請求項2乃至7のいずれか1項記載のスパッタリング装置である。
請求項9に係る発明は、前記パイプの一端は、前記チャンバー室の導入フランジからチャンバー室外へ取り出され、バイトンシールにより真空シールされていることを特徴とする請求項2乃至8のいずれか1項記載のスパッタリング装置である。
請求項10に係る発明は、前記スパッタリング装置は、ターゲット又は基板が移動するインラインスパッタリング装置であることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項記載のスパッタリング装置である。
請求項11に係る発明は、前記ターゲットは長方形であり、その長軸を中心として回動可能とした請求項10記載のスパッタリング装置である。
請求項12に係る発明は、前記ホルダー部はターゲットを保持するホルダー部の場合であって、そのホルダー部内部にマグネットを配置したことを特徴とする請求項2乃至10のいずれか1項記載のスパッタリング装置である。
請求項13に係る発明は、前記ホルダー部はターゲットを保持するホルダー部であって、支持・導入機構部の内部に冷却パイプ及びスパッタリング用電線が配置されていることを特徴とする請求項2乃至11のいずれか1項記載のスパッタリング装置である。
請求項14に係る発明は、前記ホルダー部は基板を保持するホルダー部であることを特徴とする請求項2乃至11のいずれか1項記載のスパッタリング装置である。
本発明では、基板とターゲットとの傾斜角度を任意に選択することが可能であるため、材料に適した傾斜角度を選定することができ、最良の薄膜形成を行うことが可能となる。
ホルダー部と支持・導入機構部とを曲がりを有する接続部材で接続するという簡便な部材構成で任意の角度の傾斜状態を実現することができる。
The invention according to
According to a second aspect of the present invention, a holder part for holding the target or the substrate and a support / introduction mechanism part for supporting the holder part and attaching the holder part to the chamber are connected via a connecting member having a bend. The sputtering apparatus according to
The invention according to
The invention according to
The invention according to
By relatively rotating the connection part divided into a plurality of parts, a more complicated and precise inclination angle can be set.
The invention according to claim 6 is the sputtering apparatus according to any one of
The invention according to claim 7 is the sputtering apparatus according to any one of
The invention according to claim 8 is the sputtering apparatus according to any one of
The invention according to claim 9 is characterized in that one end of the pipe is taken out of the chamber chamber from the introduction flange of the chamber chamber and vacuum-sealed by a Viton seal. It is a sputtering apparatus of description.
The invention according to
The invention according to an eleventh aspect is the sputtering apparatus according to the tenth aspect, wherein the target has a rectangular shape and is rotatable about a major axis thereof.
The invention according to
The invention according to
The invention according to
In the present invention, since the tilt angle between the substrate and the target can be arbitrarily selected, a tilt angle suitable for the material can be selected, and the best thin film can be formed.
An inclined state at an arbitrary angle can be realized with a simple member configuration in which the holder portion and the support / introduction mechanism portion are connected by a connecting member having a bend.
導入部を軸線中心に回転させることにより、接続部に接続されたターゲット電極又は基板ホルダの何れか一方を他方に対して傾斜状態で対向させることができると同時に、その相対距離を変更することができる。 By rotating the introduction portion about the axis, either the target electrode or the substrate holder connected to the connection portion can be opposed to the other in an inclined state, and at the same time, the relative distance can be changed. it can.
導入機構部や接続部にパイプを用いることによって各種配線の配索を容易に確保しつつ、ターゲット電極と基板ホルダとの相対角度並びに相対距離を容易に変更することができる。 By using pipes for the introduction mechanism section and the connection section, it is possible to easily change the relative angle and the relative distance between the target electrode and the substrate holder while easily securing the wiring of various wirings.
曲がり(傾斜)を有する接続部を複数に分割されていると、両者を相対的に回転させることにより、より複雑且つ精密な傾斜角度を設定することができる。
特に、支持・導入機構部をその軸線周りで外部から回転をさせることができるようにすることにより、傾斜角度の制御とともに、基板とターゲットとの距離の制御も可能となる。また、外部から回転を制御できる場合には、例えば、移動中のものであっても移動に合わせて距離、角度を適宜設定することも可能となる。
また、ホルダーと支持・導入機構部とが90°の角度となった場合には、支持・導入機構部をその軸心まわりに回転させることにより基板とターゲットとの相対的角度が平行とならないようにすることができる。
ホルダー部を基板ホルダーとして基板ホルダーと支持・導入機構部とを傾斜を持たせて接続する場合には、ターゲットホルダーは直線状にチャンバー内に支持・導入できるため、例えば冷却パイプとして可撓性のものを用いる必要がなくなり複雑化を避けることが可能となる。
If the connecting part having a bend (inclination) is divided into a plurality of parts, a more complicated and precise inclination angle can be set by relatively rotating both of them.
In particular, by enabling the support / introduction mechanism unit to be rotated from the outside around its axis, it is possible to control the tilt angle and the distance between the substrate and the target. Further, when the rotation can be controlled from the outside, for example, even if the object is moving, the distance and angle can be appropriately set according to the movement.
In addition, when the holder and the support / introduction mechanism are at an angle of 90 °, the relative angle between the substrate and the target is not made parallel by rotating the support / introduction mechanism around the axis. Can be.
When connecting the substrate holder and the support / introduction mechanism with an inclination using the holder as a substrate holder, the target holder can be supported and introduced into the chamber in a straight line. It becomes unnecessary to use a thing, and it becomes possible to avoid complication.
本発明のスパッタ装置によれば、基板表面に対してターゲット表面を任意の角度で傾斜することができ、材料に適した傾斜角度を見出し、良質の薄膜を再現性良く作製し、生産に結びつけることができる。 According to the sputtering apparatus of the present invention, the target surface can be tilted at an arbitrary angle with respect to the substrate surface, a tilt angle suitable for the material can be found, a high-quality thin film can be produced with good reproducibility, and linked to production. Can do.
次に、本発明のスパッタ装置に係る実施の形態を図面に基づいて説明する。 Next, an embodiment of the sputtering apparatus of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本発明に係わるスパッタ装置の側面から電極を導入した時(基板は装置上方に設置)の縦断面図である。図2は本発明に係わるスパッタ装置の長方形の角型チャンバ内でのスパッタ電極、基板、基板の移動方向を上方からみた説明図である。この場合、スパッタ電極は真空チャンバの底板(ベース板)から導入している。図3はターゲット電極の説明図である。
これらの図では、排気系、真空計、バルブ、シャッタ機構等の本発明に直接関係の無い冶具は省略して示している。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view when an electrode is introduced from the side of a sputtering apparatus according to the present invention (a substrate is placed above the apparatus). FIG. 2 is an explanatory view of the sputtering electrode, the substrate, and the moving direction of the substrate in the rectangular rectangular chamber of the sputtering apparatus according to the present invention as viewed from above. In this case, the sputter electrode is introduced from the bottom plate (base plate) of the vacuum chamber. FIG. 3 is an explanatory diagram of the target electrode.
In these drawings, jigs that are not directly related to the present invention, such as an exhaust system, a vacuum gauge, a valve, and a shutter mechanism, are omitted.
図1及び図2において、スパッタ装置10は、真空チャンバ11内に配置されたターゲット電極12及び基板ホルダ13と、ターゲット電極12に保持されたターゲット14と、基板ホルダ13に保持された基板15と、真空チャンバ11の内外に跨り且つ軸線O1を中心として回転可能な導入パイプ16と、導入パイプ16の先端とターゲット電極12とを接続すると共にターゲット14を基板15に対して傾斜状態で対向させるエルボパイプ17と、を備えている。真空シール部(真空シールアダプタ)20は、真空シールするとともに導入パイプ16を出入り可能(適切な位置の選択)としており、また、導入パイプの回転動作も可能な機能を有する。
1 and 2, the
これにより、導入パイプ16を軸線O1を中心に回転させることにより、エルボパイプ17に接続されたターゲット電極12の傾斜角度θを可変することができると同時に、導入パイプ16のチャンバからの出入りでターゲット14と基板15との相対距離を変更することができる。
Thus, by rotating the
この際、エルボパイプ17の屈曲角度は、ターゲット14の中心法線O2と基板15の中心法線O3とが平行とならないようにターゲット電極12の傾斜角度を確保するように設定されている。尚、中心法線O2は、図2に示すように、エルボパイプ17の中心軸と一致している。
At this time, the bending angle of the
これにより、実質的にターゲット14の表面と基板15の表面とが適切な角度で傾斜させることができる。
Thereby, the surface of the
尚、エルボパイプ17は、図4乃至図6に示すように、複数に分割すると共に相対的に各軸線O4,O5を中心に相対回転可能としても良い。
As shown in FIGS. 4 to 6, the
これにより、複数に分割されたエルボパイプ17を相対的に回転させることにより、より複雑且つ精密な傾斜角度を設定することができる。
Thereby, a more complicated and precise inclination angle can be set by relatively rotating the
以下、本発明のスパッタ装置10に係わる各構成部材を詳細に説明する。
Hereinafter, each component related to the
ターゲット電極12は、図3に示すように、ターゲット15を保持するように円筒形状又は直方体形状を呈する電極部18と、エルボパイプ17から真空チャンバ11の外部に至る配管構造の導入機構部19と、を備えている。
As shown in FIG. 3, the
電極部18は、例えば、マグネットや水冷部(図示せず)等を備えているが、周知の構成のものを使用することができる。また、電極部18を直接真空チャンバ11に取り付けて導入機構部19を省略したターゲット電極も存在するが、このような場合にあっては、電極は固定され、任意の角度の選択は不可能であるため、ここでは除外して上述した2つの機構部からなるものを対象とする。
The
ところで、ターゲット電極12は、基板15の表面に対し、種々の角度で傾斜する構成を採用する場合が考えられる。
By the way, the case where the structure which inclines with the
ここで、例えば、基板15が真空チャンバ11の上部に設置されている場合、ターゲット電極12が真空チャンバ11の側面から導入されるとき(図1)と、真空チャンバ11の底面から導入される(図2)ことが考えられる。
Here, for example, when the
ターゲット電極12を真空チャンバ11の側面から導入した場合、導入機構部19の軸線O1と電極部18の軸線O2とは、90°の角度で固定(ターゲット14と基板15とが平行した対面状配置となる)される場合と、任意の角度θで傾斜する場合とがある。
When the
90°の角度で固定した場合では、ターゲット13と基板15とを相対的に傾斜させるためには、導入機構部19を軸線O1を中心として回転(例えば、真空シール部20)で回転することにより達成できる。
In the case of fixing at an angle of 90 °, in order to relatively incline the
一方、真空チャンバ11の底面からターゲット電極12を導入した場合(図2)、導入パイプ16と電極部18は90°のエルボパイプで接続されている。ターゲットを保持するホルダー部(電極部)18と導入機構部19とは、その接合部分である電極部フランジ18aとエルボパイプフランジ17aが接続されていることになる。基板面に対し電極面を傾斜させるためには導入パイプ16を真空シール部20の位置で回転させればよい。
On the other hand, when the
また、電極部フランジ18aの設置位置が斜めになっている場合、例えば、導入パイプ16の軸線方向が基板15の表面と直角(真空チャンバ11の側面から導入)又は平行(真空チャンバ11の底面から導入)以外の斜め方向からの導入や基板15の中心に向かっていない導入の場合には、電極部フランジ18a又はエルボパイプフランジ17aの接合面が傾斜している必要がある。
When the installation position of the
尚、これらの例は、基板ホルダ13が成膜中において一方向に移動しない場合である。
In these examples, the
一方、インライン方式では、基板15が一方向に移動し、膜厚と特性とが均一な薄膜を基板15に連続的に成膜することができる。この方法は量産機能を持つ作製法である。
On the other hand, in the in-line method, the
この場合、真空チャンバ11は円筒状ではなく筐体状となっており、基板15が側面に立てかけられた配置で、この基板15が一方向に移動しつつ成膜される。
In this case, the
ターゲット14の表面は長方形で、長軸が鉛直方向に一致するように(基板15の移動方向と垂直)配置されている。一般的には、基板15の表面と電極面とが対向している。
The surface of the
本発明の一実施形態においては、長軸を回転させることで電極面を傾斜させる。また、真空チャンバ11の底面からターゲット電極12を導入する場合、ターゲット14の表面と導入機構部19とは90°の角度で固定され、導入機構部19を真空シール部20で回転させる。このターゲット電極の挿入方式では、ターゲット電極の下端に直接ストレート(真直ぐな)な導入パイプを接続しても良い。この場合、水冷用のパイプ導入、電力線の取り付け等の点で構造がエルボ短管を使用する前者の構造とは異なるが、基板面とターゲット面の傾斜状態は導入パイプの回転により付与することができる。
In one embodiment of the present invention, the electrode surface is inclined by rotating the major axis. When the
一方、基板15と対面している真空チャンバ11の側面からターゲット電極12を導入する場合、電極部フランジ18aとエルボパイプフランジ17aとの接合部分で、ターゲット電極12を左右に回転させることにより、傾斜電極としての機能を果たす配置が実現できる。
On the other hand, when the
ターゲット電極12が真空チャンバ11の斜め方向から導入される場合、一方向に移動のない基板15では傾斜機能により滑らかに変化させることは容易であるが、一方向に移動する基板15に対しては、基板15とターゲット14とが一定間隔で滑らかに傾斜することは容易ではなく、構造に合致した傾斜機構を付与することが必要である。
When the
しかし、斜めからのターゲット電極12の導入は特殊な例であり、真空チャンバ11の側面又は底面からの導入が一般的である。一般的な場合について説明する。
However, introduction of the
高エネルギー粒子の基板面への入射を回避するためには基板面とターゲット面とを傾斜させる必要がある。
その際、電極部18と支持・導入機構部16との関係として、(i)90°の角度を持たせて接続する場合、(ii)傾斜機能を持たせて接続する場合がある。
真空チャンバ11の側面から導入する場合には、(i)、(ii)のいずれでもよく、(i)の場合には支持・導入機構部16をその軸心を中心として回動可能としておき、回転させることにより基板面とターゲット面とを傾斜させることができる。(ii)は、後述する短管の組み合わせたよって実現することができる。なお、(ii)の場合であっても支持・導入機構部は回動可能としてもよい。
真空チャン場11の底面から導入する場合には、(ii)が好ましい。
In order to avoid incidence of high energy particles on the substrate surface, it is necessary to incline the substrate surface and the target surface.
At that time, as a relationship between the
When introducing from the side surface of the
When introducing from the bottom of the
本例においては、導入機構部19には、一対の水冷パイプ21とスパッタ用の電力線22とが挿入されている。
In this example, a pair of water-cooled
ここで、上記2つの機能を実現するためには、次のことを満足しなければならない。 Here, in order to realize the above two functions, the following must be satisfied.
即ち、ターゲット14を固定する電極とエルボパイプ17とは絶縁する必要がある。また、電極部18と導入機構部19との接合部での傾斜(90°も含む)機能を確保する必要がある。さらに、ターゲット電極12が傾斜している。そのため、水冷パイプ21はエルボパイプ17の屈曲角度に応じて変形可能なフレキシブルな材質(硬質ナイロンチューブ;シンフレックスチューブ、ウレタンチューブ等)でなければならない。
That is, the electrode for fixing the
電極部18と導入機構部19との接合部分に角度を持つ短管を2つ組み合わせることにより傾斜機能をもたせることができる。
An inclination function can be provided by combining two short tubes having an angle at the joint portion between the
この場合、回転フランジ付短管が不可欠である。また、簡単にはベローズ付き短管フランジも利用することができる。 In this case, a short pipe with a rotating flange is indispensable. In addition, a short pipe flange with bellows can also be used.
真空チャンバ11の側面からターゲット電極12を導入している際(図4)、エルボパイプ17を複数に分割することにより、図4及び図6に示すように、導入パイプ16の軸線O1に対してエルボパイプ17の軸線O2を全体として45°傾斜させると同時に各エルボパイプ17の相対角度を可変とする。
また、真空チャンバ11の底面からターゲット電極12を導入している際、図5に示す状態においては、基板面とターゲット面は傾斜していない。この場合も、図6に示すように、エルボパイプ17の相対角度を可変とする。なお、エルボパイプ17の構成は複数でも構わない。
When the
Further, when the
この際、分割された各エルボパイプ17は、全体としての角度の半分としても良いし、別々としても良い。
At this time, each of the divided
(実施例1)
上記の構成において、例えば、3インチのアルニコ製の円筒磁石(例えば、高さ:46mm、中心磁石:20mmφ×40mm)を用い、ターゲット電極12を作製した。
Example 1
In the above configuration, for example, a 3-inch Alnico cylindrical magnet (for example, height: 46 mm, center magnet: 20 mmφ × 40 mm) was used to produce the
また、ターゲット電極12の裏側中央部には、電極支持/導入パイプ(SUS304)を接続したが、この中央には図6に示した45°で分割したエルボパイプ17を2個介在させた。
In addition, an electrode support / introduction pipe (SUS304) was connected to the center of the back side of the
このターゲット電極12には、水冷パイプ21用の1対の3/8インチシンフレックスチューブと電力供給用のシールド銅線とが接続されており、これらが各パイプ16,17を通して真空チャンバ11の外部へと引き出されている。また、ターゲット電極12を円筒形の真空チャンバ11に設置した。
The
真空チャンバ11は、真空チャンバ11の底面(底面)と円筒形状のフィードスルカラー(側面)及びチャンバ開閉機構(図示せず)を備えた上部フランジ(上面)からなっている。
The
基板ホルダ13は、真空チャンバ11の上面に取り付けられており、回転機構23を備えている。また、基板15の成膜面は下方に向いており、基板15の裏側には加熱用のヒ−タ24が設置されている。基板15の温度は、800℃まで可能である。ターゲット電極は、フィードスルカラー(側面)に溶接固定された管状の導入フランジ25からターゲット電極12を挿入した。
The
この導入パイプ16は、導入フランジ25を貫通し、フィードスルカラー(側面)の内外でバイトンシール機構を持つ締め付け金具(真空シール金具)とコンフラットフランジ等を介して接合され、導入パイプ16は金具の締め付けによってバイトンで真空シールされる。
The
このようなターゲット電極12の導入では、ターゲット電極12は真空チャンバ11の中心方向に対し自由に出入り可能となっているため、基板15の中心に対して適切な位置の選択が可能である。
In such introduction of the
また、分割されたエルボパイプ17を用いることにより、基板15の表面に対しスパッタ面が種々の角度で、対向させることが可能である。
Further, by using the divided
このようなターゲット電極12を用いて、EuBa2Cu3O7(EBCO)薄膜を作製した。
An EuBa 2 Cu 3 O 7 (EBCO) thin film was produced using such a
尚、基板15には1インチ角のR面サファイアを用いた。また、R面サファイアの表面に、反応防止用バッファ層として、650℃で(001)配向させた80ÅのCeO2エピタキシャル膜を形成した。EBCO薄膜の作製には、化学量論組成のEuBa2Cu3O7焼結ターゲットを使用した。サイズは、86mmφ×6mmtであった。
The
EBCO薄膜は、Ar+8%O2中、7Paの雰囲気のもとで、直流電源で0.55Aの条件でスパッタして作製した。このときの基板15の温度は660℃であった。EBCO薄膜の膜厚を2000Åとした。
The EBCO thin film was produced by sputtering with a direct current power source at 0.55 A under an atmosphere of 7 Pa in Ar + 8% O 2 . The temperature of the
基板15とターゲットとの各中心距離rを約70mmとし、ターゲットの鉛直軸との傾きをθとし、φ=90−θとなる条件(基板15はrの動径方向に向いている)で、EBCO薄膜を作製した。
Under the condition that the center distance r between the
そのうえで、ターゲット14の表面の傾斜角θに対するEBCO薄膜の超伝導臨界温度(Tce;抵抗がゼロとなる温度)の変化を測定した。その測定結果を図7に示す。
Then, the change in the superconducting critical temperature (Tce; temperature at which the resistance becomes zero) of the EBCO thin film with respect to the inclination angle θ of the surface of the
θがゼロ付近では、ターゲット14の表面と基板15の表面とがほぼ対向している(on−axis)状態にあり、Tceは4.2Kの低温でも超伝導を示さなかった。また、θが大きくなるにつれ、Tceが上昇し、θ=80−90°でこの材料系の限界である90−91KのTceのEBCO薄膜が得られた。θ=90°は、off−axis配置に一致するが、θが70°以上の高角側は、高エネルギー粒子の基板15の表面への入射が極力回避された状態であり、この角度領域では高品質な超伝導薄膜が得られることが分かる。
When θ is near zero, the surface of the
(実施例2)
外側磁極間隔を81mm(横)×250mm(縦)(厚さ:8.3mm)及び内側磁極20mm×191mm長の方形マグネットを備えたターゲット電極12(外形サイズ:87×80×273)を作製した。
(Example 2)
A target electrode 12 (outside size: 87 × 80 × 273) having a square magnet with an outer magnetic pole spacing of 81 mm (horizontal) × 250 mm (vertical) (thickness: 8.3 mm) and an inner
また、ターゲット電極12の裏側中央部に導入パイプ(SUS304)16を接続した。この接続部分には90°エルボパイプ17を介在せ、ターゲット電極12の長軸方向とパイプ軸方向とが平行になるように接続した。また、このターゲット電極12には水冷パイプ用の1対の3/8インチシンフレックスチューブと電力供給用のシールド銅線とが接続され、電極支持/導入パイプを通して真空外に取り出されている。
In addition, an introduction pipe (SUS304) 16 was connected to the center of the back side of the
真空チャンバ11は角型形状しており、基板15は真空チャンバ11の側面と平行に立てた状態に設置されている。また、基板15は50−600℃の温度で加熱でき、任意の速度で左右に移動でき、前後にターゲット14との間隔を調整できる機構となっている。
The
ターゲット電極12は、真空チャンバ11の底面からコンフラットフランジポートを通して導入されていると共に、バイトンシールド機構を持つ金具が取り付けられ、その導入部で電極位置を選択し、固定及び真空シールされる。
The
所定の位置が定まった場合、真空チャンバ11内のターゲット電極12の下部に支持台を介在させた。真空チャンバ11の側面と平行に立てかけた基板15の成膜面に対して、真空チャンバ11の底面からのターゲット電極12の導入・設置では、ターゲット電極12は左右に回転することができ、on−axis状態から任意の傾斜角まで変化が可能である。
When the predetermined position was determined, a support base was interposed under the
このターゲット電極12を用いて、Gaを添加したZnO(GZO)薄膜の作製を行った。
Using this
GZOターゲットとして、Ga2O3を4重量%添加したZnO焼結体(6×75×250mm3)を使用した。 As a GZO target, a ZnO sintered body (6 × 75 × 250 mm 3 ) added with 4% by weight of Ga 2 O 3 was used.
厚さ1mmの銅板にGZO焼結体ターゲット14を張り付け、これをターゲット電極12に設置した。基板15としては、76×26×lmm3のスライドガラスを使用し、温度は150℃とした。スパッタ電源として高周波電源を使用し、電力300Wで、また、1PaのAr雰囲気でスパッタした。基板15は、2mm/minで移動させた。作製したGZO薄膜の膜厚を約2000Åとした。
A GZO sintered
基板15とターゲット14の表面の中心間距離rが70mmで、基板15の表面とターゲット14の表面とが完全に対向している場合から水平面内で回転することにより基板15の表面に対しターゲット14の表面を傾斜させることができる。
When the distance r between the centers of the
この角度が傾斜角θとなる。φ=90−θとなる条件(基板15はrの動径方向に向いている)で、GZO薄膜を作製した。ターゲット14の表面の傾斜角θに対するGZO薄膜の室温における電気抵抗率ρを測定した。その結果を図8に示す。
This angle is the inclination angle θ. A GZO thin film was produced under the condition of φ = 90−θ (the
θがゼロ付近では、on−axis状態になるが、その結果、高エネルギー粒子の衝撃により、結晶欠陥等により結晶性の悪い薄膜が形成され、電気抵抗率の高い薄膜が得られている。この薄膜の電気抵抗率ρは、1〜0.1Ωcmであった。傾斜させていくと、電気抵抗率は減少していき、40°では10−3Ωcmの薄膜が得られ、それ以上の角度では、ρ=(2.5〜3.7)×10−4Ωcmを得た。 When θ is near zero, an on-axis state is obtained. As a result, a thin film with poor crystallinity is formed due to crystal defects or the like due to the impact of high-energy particles, and a thin film with high electrical resistivity is obtained. The electrical resistivity ρ of this thin film was 1 to 0.1 Ωcm. As the film is tilted, the electrical resistivity decreases, and a thin film of 10 −3 Ωcm is obtained at 40 °, and ρ = (2.5 to 3.7) × 10 −4 Ωcm at a larger angle. Got.
ところで、スパッタ法によって発生する粒子のエネルギーは、蒸着法のものより2桁以上高い。この高ネネルギ−粒子が基板15の表面(薄膜堆積面)に入射すると基板15にもぐりこみ、強固な薄膜が得られるものの、原子の規則的な配列や欠陥の少ない薄膜、組成ずれのない薄膜を得ることはできない。
By the way, the energy of the particles generated by the sputtering method is two orders of magnitude higher than that of the vapor deposition method. When the high energy particles are incident on the surface of the substrate 15 (thin film deposition surface), the particles penetrate into the
そこで、ターゲット電極12を傾斜させると、高エネルギー粒子の入射を回避することができ、良質なエピタキシャル薄膜成長が可能となる。この方法を適用すれば、半導体活性層の形成や結晶性・欠陥・組成ズレ・構造ひずみに非常に敏感な酸化物超伝導薄膜等の機能性薄膜の作製に利用できる。
Therefore, when the
また、成膜によって発生する粒子のエネルギーは全て原子の成長に有害なものではなく、材料系により、薄膜の成長をアシストする効果を有する。スパッタによって発生する粒子のエネルギーは、主として傾斜角度に依存する。傾斜角度が増加するにつれて粒子のエネルギーは低下する(双方の距離rにも依存するが)。 In addition, the energy of particles generated by film formation is not harmful to the growth of atoms, and the material system has an effect of assisting the growth of the thin film. The energy of the particles generated by sputtering mainly depends on the tilt angle. As the tilt angle increases, the energy of the particles decreases (depending on both distances r).
これに対し、本発明のスパッタ装置10では、ターゲット電極12の傾斜角度を任意に選択することが可能になっているため、材料に適した傾斜角度の選定することができ、最良の薄膜作製ができる。
On the other hand, in the
また、インライン方式の場合において、傾斜機能を持つ長方形電極を使用すると、適切な傾斜角度を見出すことが出来、良質の薄膜を量産できる装置設計が可能になる。 In addition, in the case of the in-line method, when a rectangular electrode having a tilt function is used, an appropriate tilt angle can be found, and an apparatus design capable of mass-producing a high-quality thin film can be realized.
尚、本発明のスパッタ装置10は、傾斜機構を有するため、高エネルギー粒子から蒸着法(MBE法を含む)の低エネルギー粒子までの広範な粒子での成膜が可能であり、要求に応じた種々の薄膜形成が可能である。
In addition, since the
1…ターゲット電極
2…基板ホルダ
3…ターゲット
4…基板
10…スパッタ装置
11…真空チャンバ
12…ターゲット電極
13…基板ホルダ
14…ターゲット
15…基板
16…導入パイプ
16a…導入パイプフランジ
17…エルボパイプ
17a…エルボパイプフランジ
18…電極部
19…導入機構部
20…真空シール部
21…水冷パイプ
22…電力線
23…回転機構
24…ヒータ
25…導入フランジ
DESCRIPTION OF
Claims (15)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008079289A JP2009235429A (en) | 2008-03-25 | 2008-03-25 | Sputtering apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008079289A JP2009235429A (en) | 2008-03-25 | 2008-03-25 | Sputtering apparatus |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009235429A true JP2009235429A (en) | 2009-10-15 |
Family
ID=41249749
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008079289A Pending JP2009235429A (en) | 2008-03-25 | 2008-03-25 | Sputtering apparatus |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2009235429A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2014002328A1 (en) * | 2012-06-29 | 2014-01-03 | キヤノンアネルバ株式会社 | Sputtering device and sputtering method |
JPWO2013094171A1 (en) * | 2011-12-22 | 2015-04-27 | キヤノンアネルバ株式会社 | Method for forming SrRuO3 film |
US20220373505A1 (en) * | 2021-05-19 | 2022-11-24 | Rohm Co., Ltd. | Gas sensor and method of manufacturing gas sensor |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63153538U (en) * | 1987-03-30 | 1988-10-07 | ||
JPS63313427A (en) * | 1987-06-15 | 1988-12-21 | Furukawa Electric Co Ltd:The | Manufacture of high-temperature superconductor film |
JPH0353061A (en) * | 1989-07-18 | 1991-03-07 | Agency Of Ind Science & Technol | Method and device for vapor deposition to produce thin film of oxide superconductor |
JPH03197305A (en) * | 1989-12-26 | 1991-08-28 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Production of oxide superconducting thin film |
JPH09249961A (en) * | 1996-03-15 | 1997-09-22 | Mitsubishi Electric Corp | Thin film forming device |
JPH1060641A (en) * | 1996-08-12 | 1998-03-03 | Toyama Pref Gov | Inclined target type magnetron sputtering device |
JP2004307882A (en) * | 2003-04-02 | 2004-11-04 | Ulvac Japan Ltd | Sputtering cathode and sputtering apparatus |
JP2005530919A (en) * | 2002-03-19 | 2005-10-13 | ショイテン グラースグループ | Oriented laminating equipment for vapor deposition materials on substrates |
-
2008
- 2008-03-25 JP JP2008079289A patent/JP2009235429A/en active Pending
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63153538U (en) * | 1987-03-30 | 1988-10-07 | ||
JPS63313427A (en) * | 1987-06-15 | 1988-12-21 | Furukawa Electric Co Ltd:The | Manufacture of high-temperature superconductor film |
JPH0353061A (en) * | 1989-07-18 | 1991-03-07 | Agency Of Ind Science & Technol | Method and device for vapor deposition to produce thin film of oxide superconductor |
JPH03197305A (en) * | 1989-12-26 | 1991-08-28 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Production of oxide superconducting thin film |
JPH09249961A (en) * | 1996-03-15 | 1997-09-22 | Mitsubishi Electric Corp | Thin film forming device |
JPH1060641A (en) * | 1996-08-12 | 1998-03-03 | Toyama Pref Gov | Inclined target type magnetron sputtering device |
JP2005530919A (en) * | 2002-03-19 | 2005-10-13 | ショイテン グラースグループ | Oriented laminating equipment for vapor deposition materials on substrates |
JP2004307882A (en) * | 2003-04-02 | 2004-11-04 | Ulvac Japan Ltd | Sputtering cathode and sputtering apparatus |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPWO2013094171A1 (en) * | 2011-12-22 | 2015-04-27 | キヤノンアネルバ株式会社 | Method for forming SrRuO3 film |
WO2014002328A1 (en) * | 2012-06-29 | 2014-01-03 | キヤノンアネルバ株式会社 | Sputtering device and sputtering method |
GB2517372A (en) * | 2012-06-29 | 2015-02-18 | Canon Anelva Corp | Sputtering device and sputtering method |
JP5836485B2 (en) * | 2012-06-29 | 2015-12-24 | キヤノンアネルバ株式会社 | Sputtering apparatus and sputtering method |
US9449800B2 (en) | 2012-06-29 | 2016-09-20 | Canon Anelva Corporation | Sputtering apparatus and sputtering method |
GB2517372B (en) * | 2012-06-29 | 2017-05-17 | Canon Anelva Corp | Sputtering apparatus and sputtering method |
US20220373505A1 (en) * | 2021-05-19 | 2022-11-24 | Rohm Co., Ltd. | Gas sensor and method of manufacturing gas sensor |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
TWI692537B (en) | Deposition system with multi-cathode and method of manufacture thereof | |
White et al. | Plasma-assisted molecular beam epitaxy and characterization of SnO2 (101) on r-plane sapphire | |
TWI384472B (en) | Sputtering apparatus and film deposition method | |
US4565741A (en) | Boron nitride film and process for preparing same | |
TW200303370A (en) | Vacuum arc vapor deposition process and apparatus | |
Hallsteinsen et al. | Surface stability of epitaxial La0. 7Sr0. 3MnO3 thin films on (111)-oriented SrTiO3 | |
JP2014500398A (en) | Soft sputtering magnetron system | |
JP2009235429A (en) | Sputtering apparatus | |
Yin et al. | Two-dimensional growth of continuous Cu2O thin films by magnetron sputtering | |
Moreira et al. | Deposition of highly textured AlN thin films by reactive high power impulse magnetron sputtering | |
Krylov et al. | Effect of the substrate on structure and properties of titanium nitride films grown by plasma enhanced atomic layer deposition | |
Talley et al. | Synthesis of lanthanum tungsten oxynitride perovskite thin films | |
US10181406B2 (en) | Plasma processing apparatus, plasma processing method, and method for manufacturing electronic device | |
Deniz et al. | Temperature threshold for nanorod structuring of metal and oxide films grown by glancing angle deposition | |
Zheng et al. | Ultrahigh thermoelectric properties of p‐type BixSb2− xTe3 thin films with exceptional flexibility for wearable energy harvesting | |
TWI721940B (en) | Apparatus and method for static deposition of material on a substrate | |
Leufke et al. | Ferroelectric vs. structural properties of large-distance sputtered epitaxial LSMO/PZT heterostructures | |
Yang et al. | Synthesis of copper nitride films doped with Fe, Co, or Ni by reactive magnetron sputtering | |
TW201837217A (en) | Tungsten target | |
Liedtke et al. | Crystalline Ti-nanostructures prepared by oblique angle deposition at room temperature | |
Bera et al. | Growth of single-crystalline zirconium diboride thin film on sapphire | |
JP4510959B2 (en) | Reactive sputtering equipment | |
JP2012140672A (en) | Sputtering apparatus | |
Zhang et al. | Development of a high magnetic field assisted pulsed laser deposition system | |
Götsch et al. | An ultra-flexible modular high vacuum setup for thin film deposition |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Effective date: 20110318 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 |
|
A521 | Written amendment |
Effective date: 20110506 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110707 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20120709 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20120718 |
|
A521 | Written amendment |
Effective date: 20120918 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Effective date: 20130515 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20131002 |