ハイレートスパッタリング装置の製作
著者
鶴丸 哲哉, 坂元 渉, 大串 哲彌, 沼田 正
雑誌名
鹿児島大学工学部研究報告
巻
20
ページ
93-96
別言語のタイトル
THE MANUFACTURE OF THE HIGH RATE SPUTTERING
ハイレートスパッタリング装置の製作
著者
鶴丸 哲哉, 坂元 渉, 大串 哲彌, 沼田 正
雑誌名
鹿児島大学工学部研究報告
巻
20
ページ
93-96
別言語のタイトル
THE MANUFACTURE OF THE HIGH RATE SPUTTERING
ハイレートスパッタリング装置の製作
鶴 丸 哲 哉 ＊ ・ 坂 元 渉 ・ 大 串 哲 弥 ・ 沼 田 正
（受理昭和53年５月３１日） ＴＨＥＭＡＮＵＦＡＣＴＵＲＥＯＦＴＨＥＨＩＧＨＲＡＴＥＳＰＵＴＴＥＲＩＮＧTelsuyaTsuRuMARu，WataruSAKAMoTo，TetsuyaOGusHI
andTadashiNuMATA Usualsputteringmethodshaveaweakpointthatsputteringcurrentisalittleandastickingvelocity islowduringthedepositionproccss・WehavebeentroubledbylowgermaniumstickingcoeHicient inproductiｎｇａＮｂ３Ｇｅｔｈｉｎｆｉｌｍ・Therefbre，ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｍａｋｅｉｔｈｉｇｈｅｒ，wemanufLcturedthehigh ratesputteringapparatuswhereinamagneticfieldisperpendiculartoanelectricfieldincontradiction toaparallelelectricfieldinthefbrmer・Utilizingthisapparatus,wecouldincreasethesputteringcurrent bynearly2-3×ｌＯｔｉｍｅｓ・Asaresult,germaniumstickingcoefficicntwaｓｍａｄｅｈｉｇｈｅｒｔｏｏｂtainastoichi-ometeicNb3GeandalsothismethodwasclarifiedtobeveryusefUlinshorteningthesputteringtime． § 1 ． ま え が き ２つの電極間でガス放電すると，陰極表面は，イオ ン化されたガス分子によって叩かれる．そのために， 陰 極 物 質 が 叩 き 出 さ れ る ． こ の 現 象 を 利 用 し て 薄 膜 を 作製する方法をスパッタリングという．')'2）このスパ ッタリング法では，高融点材料による薄膜作製を比較 的手軽に出来る．しかも膜の密着性が良いという利点 がある．しかしながら付着速度が遅く，電力消費が有 効でない欠点がある.3)筆者らは高いＴｃをもつ超伝 導体であるlVb3Ge薄膜を作製しているが，この欠点 のために１Vもの付着率に比べてＧｅの付着率が悪く化 学量論的なZV63Geの作製が困難であった． そこでこの付着速度を高めようとするものが磁場を 利用したハイレートスパッタリングである．筆者らは こ の ハ イ レ ー ト ス パ ッ タ 装 置 を 製 作 し た ． 従 来 の ス パ ッ タ リ ン グ で は 磁 場 を 電 界 に 平 行 に 印 加 す る 型 は あったが，この場合でもスパッタ電流はあまり増加し ない．しかしこのハイレートスパッタ装置では磁場を 電 界 に 垂 直 に 印 加 し て 飛 躍 的 に ス パ ッ タ 電 流 を 増 加 さ せ て い る ． こ の ハ イ レ ー ト ス パ ッ タ 法 は 近 年 用 い ら れ ＊鹿児島大学大学院電子工学専攻 るようになったものである.4）スパッタ電流が増加す るために（筆者らの場合では従来の数十倍）Ｇどの付 着率がよくなり筆者らのＺＶｂ３Ｇｅ作製に関しての問題 が解決されることが明らかになった．またスパッタ速 度が増加したためにスパッタ時間が従来の数時間から 数十分になり不純物の混入も少なくなった．以下筆者 らのハイレートスパッタ装置の製作を報告する． § 2 ． ハ イ レ ー ト ス パ ッ タ リ ン グ の 原 理 第 １ 図 は ペ ニ ン グ マ グ ネ ト ロ ン と 言 わ れ る も の で あ るが磁場をカソードと平行に印加すると電子は磁界か ら力を受けて円筒内でサイクロトロン運動を行なう． したがって磁界がない場合より電子のmeanfreepath が長くなりガス圧が低くてもガスのイオン効率は高く 大きなスパッタ電流がえられる．したがって付着速度 が高くなる． §3．スパッタリング装置 装置は次のようなものである．ターゲット支持台上 にターゲットを置く．８０ｍｍゆ∼100ｍｍ‘の円形ター ゲットが使用可能である．ターゲット支持台の下にフ ェライト系永久磁石（内径60ｍｍ‘，外径100ｍｍ’）をＰ
9４Ａ
ELECTRONPATHCATHODE
ＭＡＧＮＥＴＩＣＦＩＥＬＤ （ＨＯＲＩＺＮＴＡＬＣＯＭＰＯＮＥＮＴ） ／ ／(
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ＰＥＮＮｌＮＧＭＡＧＮＥＴＲＯＮ
Ｆｉｇ.ｌペニングマグネトロンである．磁界は紙面に 上 か ら 下 に 通 っ て る ． 磁 界 と 巡 界 は 垂 直 に な っ て い て ， 電 子 は サ イ ク ロ イ ド 連 動 す る ．ＬＥＮＧＴＨ（ｍ、）
Fig.３水平磁界成分を高さのパラメータとして測定 した．図111の斜線部分は磁界の位憤を示す． タ ー ゲ ッ ト は 半 径 ４ ０ ｍ ｍ の も の を 使 っ て い る ． 取りつけてある．ターゲット上，約２０ｍｍのところ に基板サポーターとヒーターがあり，これに基板を取 りつけ約1000.ｃまで熱することができる．アノード はゲッター作用により内壁に付詩した不純物ガスが放 砥による熱によって再放出しないように３ｍｍ，銅パ ○ ０ 鹿 児 島 大 学 工 学 部 研 究 報 告 第 ２ ０ 号 （ 1 9 7 8 ） Fig.２スパッタリングチャンバーの図である． Ａ ） 熱 芯 対 Ｂ ） ヒ ー タ ー と 基 板 Ｃ ） ３ ｍ ｍ ‘ 冷 却 用 パ イ プ Ｄ ） タ ー ケ ッ ト Ｅ ） マ グ ネ ッ ト Ｆ ） ス パ ッ タ 電 線 Ｇ ） ク ー ラ ン ト 侍 ０6
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イブで水冷してある．このアノードは105ｍｍ１，高さ 4 0 ｍ ｍ の ス テ ン レ ス で あ る ． 直 流 ス パ ッ タ 電 源 は セ レ ン整流器により金波整流した後，チョークコイルとコ ンデンサーによって平滑されたものである，雰囲気に は Ａ γ ガ ス を ニ ー ド ル バ ル プ を 通 し て 導 入 す る ． ベ ル ジャ内はl0-0Torr台まで真空度が上げられる．真空 計は熱陰極電離真空計とピラニ真空計を用いた． 第 ３ 図 は 磁 界 分 布 を 示 め し た も の で あ る ． 磁 石 が ド ー ナ ツ 状 で あ る の で 磁 界 分 布 の 断 而 の 片 方 を 示 し た ． タ ー ゲ ッ ト に 対 し て 水 平 成 分 の 磁 界 分 布 を と っ て い る ． ス パ ッ タ 遮 圧 に よ る 電 界 は タ ー ゲ ッ ト に ほ ぼ 垂 直 に な る ． ロ ー レ ン ツ カ を 利 用 す る た め に 磁 界 の 水 平 成分が重要となる．したがって水平成分をブロードに 分 布 さ せ る た め に 磁 石 の 中 心 に 軟 鉄 を 入 れ て い る ． ま Fig.４ハイレートスパッタリング装侭の写真 ○ ﾛ ○ ○ (）０ Ｑ ２ ０ ． ４
ＡＲＧＯＮＰＲＥＳＳＵＲＥ(ToRR）
Fig.５(b）スパツタ電流とＡγ圧の図．スパッタ電圧 は350Ｖ一定である． 9５ § 5 ． ま と め このハイレートスパッタ装置を用いると従来の数十 倍の付着速度を得ることが出来た.これによって付若 た磁界分布が変化しないように装置材料として１８−８ ステンレスを使用している． ５図(a）はアルゴン圧を一定としてスパッタ電圧を変 化 さ せ た 場 合 の 放 電 特 性 で あ る ． 非 常 に 急 激 に ス パ ッ タ電流が増大するし，ターゲットの表面状態によって も変化するので正確に値を決めることは難しい．電圧 を上昇させていく場合と下降させていく場合とでは， 後者の方が1.5∼2.0倍もスパッタ電流が多い．第５図 (b）はスパッタ電圧を一定にしてＡァ圧を変化させて いった場合である．0.1Ｔｏｒｒ以上では急激な変化は認 められない．スパッタ電流は0.1Torr以下で急激に変 化する．磁石をつけない場合ではＡγ圧0.3Torr，ス パツタ電圧750Ｖで４０ｍＡであり，Ａγ圧0.2Ｔｏｒｒで は２０ｍＡのスパッタ電流しか流れない． （b）ZVb-Ge分布 次にスパッタされた粒子がどのような分布で基板上 に付着するかを調べた．第６図がその結果である．対 称的な分布をしている．またターゲット表面を見ると 磁界の水平成分が最大のところがよくスパッタされて いることが解かる． § 4 ． ス パ ッ タ リ ン グ 特 性 (a）放電特性 ターゲットとして８０ｍｍ妙のＺＶｂ板を用いた．第{弘０３００３５０４００
入 300００００
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︵くＥ︶﹄ｚ山匡匡．。○三α山﹄﹄．Ｑの Nｂ Ｇ ｅ ＞ 三 1 ５ １ ０ ５ ０ ５ １ ０ Ｉ ５ ２ Ｃ ０８６４２
０ ０ ０ ０ ０ 伯︵誤Ｕ−Ｅ○一○︶ｚｏＦくα衿之山ＵｚｏＱ①○︲ｐ之 雌 丸 。 坂 元 ・ 大 串 ・ 沼 田 ： ハ イ レ ー ト ス パ ッ タ リ ン グ 装 置 の 製 作０００５
︵気Ｅ︶﹄之山匡匡．◎の之胃匡山﹄﹄．Ｑの ０SPUTTERINGVOLTAGE(V）
Fig.５(a）スパッタ電流とスパッタ誼圧の図Ａγ圧は ０．２Ｔｏｒｒ一定である． △ Ｘ SuBSTRATELOcATION（ｍ、） Fig.６ハイレートスパツタによるｊＶ６−Ｇｃの付着分 布VS＝350ｖ
Ｙ ､ １ ZＯ9６ 鹿 児 島 大 学 工 学 部 研 究 報 告 第 ２ ０ 号 （ 1 9 7 8 ） 率の悪い物質でも容易にスパツタできる．また磁界の 水平成分のピーク点をターゲット内においておけば， ターゲット端からの異常放電がない．したがってシー ルドが不用である．しかしこのことはターケットが全
