JPH01319673A - Laser beam sputtering method - Google Patents
Laser beam sputtering methodInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明のレーザビートスパッタ法は、２成分以−１−か
らなる物質をｌ／−ザスバッタする方法の改良に関する
ものであり、例えば酸化物超伝導膜を得るのに使用され
るものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial Application Field) The laser beat sputtering method of the present invention relates to an improvement in the method of sputtering a substance consisting of two or more components. It is used to obtain conductive membranes.
（従来の技術）
薄膜の成膜方法としては従来から、マグネトロンスパッ
タリング法、蒸着法、イオンビームスパッタ法、１／−
ザスパッタ法などが知られている。(Prior art) Conventional methods for forming thin films include magnetron sputtering, vapor deposition, ion beam sputtering, and 1/-
The Zasputter method is known.
この中でレーザスパンク法は成膜速度が大きいことに特
徴がある。Among these methods, the laser spanking method is characterized by a high film formation rate.
しかし、Ｉ／−ザスパッタ法ではレーザエネルキ−が大
きいため、通常の固定ターケラトを用いたのでは、レー
ザを数ショットするだけでターゲットが変質したり、割
れたりして使用不能になる。However, in the I/-the sputtering method, the laser energy is large, so if a normal fixed target is used, the target will deteriorate or crack after just a few shots of the laser, making it unusable.
そこで近年は多丑に成膜するときは回転ターゲフトが用
いられている。Therefore, in recent years, a rotating target shaft has been used when depositing a large number of films.
（発明が解決しようとする課題）
回転ターゲットを使用することによりターゲットの寿命
が大幅に延びたが、一方においては、広い領域で化学量
論比が均一で且つ成膜の進行と共に組成がずれないよう
にすることか不可能となった。このため回転ターゲット
を使用すると、線材等のテープ状体への応用、或は３イ
ンチ、５インチウェーハー等への成膜が困難であり、工
業化への妨げとなっていた。(Problem to be solved by the invention) The life of the target has been significantly extended by using a rotating target, but on the other hand, the stoichiometric ratio is uniform over a wide area and the composition does not shift as film formation progresses. It became impossible to do so. For this reason, when a rotating target is used, it is difficult to apply it to a tape-shaped object such as a wire or to form a film on a 3-inch or 5-inch wafer, which has been an obstacle to industrialization.
これらの聞届を解決する方法として、ターゲットとそれ
と対向する基板との間の距離を大きくしたり、レーザの
パワーを下げたりすることが考えられるか、これでは成
膜速度が大幅に低下し、また真空チャンバーが大型化し
てしまい、工業化への現実的な解決策とはならなかった
。Possible ways to solve these problems include increasing the distance between the target and the substrate facing it or lowering the laser power, but this would significantly reduce the deposition rate. In addition, the vacuum chamber became large, and it was not a realistic solution for industrialization.
（発明の目的）
本発明の目的は円柱形のターゲットを回転させると共に
、レーザビームをシリンドリカル−レンズによってター
ゲットの寸法に合わせて、楕円形成は長方形に整形して
ターゲットの周面に照射させて、点蒸発から面蒸発又は
線蒸発にかえることによって、広い領域にわたって化学
量論比が均一で且つ成膜中に時間的に組成ずれがおきず
、またり〜ゲットが長もちするレーザビームスパッタ法
を提供することにある。(Objective of the Invention) The object of the present invention is to rotate a cylindrical target, adjust the laser beam to the size of the target using a cylindrical lens, shape the ellipse into a rectangle, and irradiate the circumferential surface of the target. By changing from point evaporation to surface evaporation or line evaporation, we provide a laser beam sputtering method in which the stoichiometric ratio is uniform over a wide area, there is no temporal composition shift during film formation, and the target is long-lasting. It's about doing.
（問題点を解決するだめの手段）
本発明のレーザビートスパッタ法は第１図のように、回
転する円柱形のターゲ・ント１の周面２にレーザビー１
・３を照射してターゲットｌからターケンｌ−原子４を
飛散させ、同原了４をターゲット１と対向して配置した
基板５に析出させるようにしたｌ／−ザビームスバッタ
法において、第２図Ａ部分のように断面円形の１７−ザ
ビーム３をシリンドリカル・レンズ６によって第２図Ｂ
部分のように断面楕円形に整形して、円柱形のターゲ・
ント１の周面２に照射するようにしたものである。(Means for Solving the Problems) The laser beam sputtering method of the present invention is as shown in FIG.
・In the l/- the beam scattering method, in which Tarken l-atoms 4 are scattered from the target l by irradiating the target with 17-the beam 3 with a circular cross section as shown in Figure A part is connected to the cylindrical lens 6 in Figure 2B
Shape the cross section into an oval shape like a part, and create a cylindrical target.
The light is irradiated onto the peripheral surface 2 of the lens 1.
（発明の作用）
第１図、第２図は本発明のレーザビームスパッタ法の説
明図である。第１図において、ビーム源７からのレーザ
ビーム３がビームレンズ８を通して導入窓９からチャン
バー１０内に導入され、回転するディスク状のターゲッ
ト１の周面２に照射されると、同し−ザビーム３かター
ゲット１に吸収されてターゲット原子４が飛散し、基板
５に析出する。本発明ではこのとき、第２図のように断
面円形であるレーザビーム３がシリンドリカル・レンズ
５により断面楕円形に整形されてターゲット１の周面２
に照射されるため、レーザビーム３とターゲット１との
相互作用面積が増加し、ターゲット原子４（多成分物質
）が効率良く基板５に析出される。(Operation of the Invention) FIGS. 1 and 2 are explanatory diagrams of the laser beam sputtering method of the present invention. In FIG. 1, a laser beam 3 from a beam source 7 is introduced into a chamber 10 from an introduction window 9 through a beam lens 8 and is irradiated onto the peripheral surface 2 of a rotating disc-shaped target 1. The target atoms 4 are absorbed by the target 1, and the target atoms 4 are scattered and deposited on the substrate 5. In the present invention, at this time, the laser beam 3 having a circular cross section is shaped into an elliptical cross section by the cylindrical lens 5 as shown in FIG.
Therefore, the interaction area between the laser beam 3 and the target 1 increases, and the target atoms 4 (multicomponent substance) are efficiently deposited on the substrate 5.
このときターゲットｌの周面２はターゲット原子４が飛
散することにより第３図のように凹凸になったり、変質
したりするので、本発明では回転中のターゲラ）１にｌ
／−ザビーム３を照射させると同時に、第２図のように
同ターゲット１の反対側にバイト等の切削工具ａを当て
るなどして、その凹凸１１や変質層１２を除去して、タ
ーゲットｌの周面２を第４図のようにほぼ平滑にするの
が望ましい。At this time, the circumferential surface 2 of the target l becomes uneven or altered in quality as shown in FIG. 3 due to the scattering of target atoms 4.
/- At the same time as the beam 3 is irradiated, as shown in FIG. It is desirable that the circumferential surface 2 be substantially smooth as shown in FIG.
（実施例）
本発明の１７−ザビームスバツタ法の−・例を図面に基
づいて説明する。第１図はレーザビートスパッタ法のＭ
略説明ＩＡである。同図ではチャンバー１０内を真空に
するための排気系は省略されている。(Example) An example of the 17-beamsbutter method of the present invention will be described based on the drawings. Figure 1 shows the M of laser beat sputtering method.
This is a brief explanation IA. In the figure, an exhaust system for evacuating the chamber 10 is omitted.
第１図において１０は真空チャンバー、１は同チャンバ
ー内に設置されたターゲット、３はターゲット１と対向
して設置された基板である。In FIG. 1, 10 is a vacuum chamber, 1 is a target placed in the chamber, and 3 is a substrate placed facing the target 1.
ターケラ［１はディスク状であり、中心が回転軸に固定
されて任意のスピードで回転されるようにしである。Thakera [1 is disk-shaped, and its center is fixed to a rotating shaft so that it can be rotated at any speed.
基板５はホルダー１３に支持され、同ホルダー１３を必
要に応じてにＦ動又は回転することにより上ド動又は回
転できるようにしである。また、基板５はホールター１
３に内蔵され、必要温度に加熱される。The substrate 5 is supported by a holder 13, and can be moved up or rotated by moving or rotating the holder 13 as necessary. Also, the board 5 is the halter 1
3 and is heated to the required temperature.
第２図の６はシリンドリカル・レンズであり、これは断
面円形のビーム３（第２図Ａ部分）を断面楕円形（第２
図Ｂ部分）にして、ターゲット１の周面２に照射するも
のである。6 in Fig. 2 is a cylindrical lens, which converts the beam 3 with a circular cross section (part A in Fig. 2) into an elliptical cross section (the second
(Part B in the figure) and irradiates the peripheral surface 2 of the target 1.
次に本発明の具体的実施例を示す。第１図の設備を使用
して、次のような条件で酸化物超電導体（Ｙ＋ Ｂａ２
Ｃｕ：＋Ｏｘ ）の成膜を行った。Next, specific examples of the present invention will be shown. Using the equipment shown in Figure 1, an oxide superconductor (Y+ Ba2
A film of Cu:+Ox) was formed.
チャンバー１０内を１０２ｔｏｒｒとし、ターゲット１
としてＹ：Ｂａ ：Ｃ，＝１・２：３（モル比）で混
合焼成した３０φ×［２ｏのディスクを用い、このター
ゲット１を６ Ｏｒ、ｐ、ｍで回転させた。The inside of the chamber 10 is set to 102 torr, and the target 1
A disk of 30φ×[2o] mixed and fired with Y:Ba:C,=1·2:3 (molar ratio) was used, and this target 1 was rotated at 6 Or, p, m.
基板５としてＭ、０単結晶（１００）を用い、それを
ターゲｙ ｌ−１の上方４０ｍｍの位置に設は七つブロ
ックヒータにより６００°Ｃに加熱した。An M,0 single crystal (100) was used as the substrate 5, and was heated to 600°C using a seven-block heater placed 40 mm above the target Yl-1.
ビーム源７としてＣ０２ｌ／−ザ（ＣＷｌ、２ Ｋ
讐）を用い、それから発生する１５φの断面円形のレー
ザビーム３を、ｆ＝１５１１のシリンドリカル・レンズ
６により長袖１５ｍｍ、短軸１ｍｍの断面楕円形に整形
して、ターゲラ）ｌに水平方向に１回転分の昨間だけ照
射した。As beam source 7 C02l/-the(CWl, 2 K
The generated laser beam 3 with a circular cross section of 15φ is shaped into an elliptical cross section with a long sleeve of 15 mm and a short axis of 1 mm using a cylindrical lens 6 of f=1511, and is I irradiated only the last part of the rotation.
この場合、ターゲフト１を図丞されていない上下機構に
より−１−下動させて、レーザビーム３が常にターゲッ
トｌの周面２に当たるようにした。In this case, the target lift 1 was moved downward by -1 by a vertical mechanism (not shown) so that the laser beam 3 always struck the circumferential surface 2 of the target 1.
前記実施例との比較のため、同実施例のビーム３と同じ
ビームを用い、同ビーム３をｆ＝１５１１の通常のレン
ズにより、１ｍｍφのスポットに同じエネルギー密度に
なるようにレーザパワーを調整して照射した。For comparison with the previous example, the same beam as beam 3 of the same example was used, and the laser power was adjusted so that the same energy density was applied to a 1 mmφ spot using a normal lens with f=1511. irradiated.
前記実施例及び比較例において、第５図のようにターゲ
ット１の真１−に基板５ａを置き、ターゲフト１の中心
から２０ｍｍと４０ｍｍの位置にも基板５ｂ、５Ｃを置
いて、夫々の基板５ａ、５ｂ、５Ｃへ成膜し、それらの
各膜の組成の均一性をＩ ＣＰ （ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ
ｌｙ ｃｏｕｐｌｅｄ ｐｌａｓｍａ）分析法により調
べた。In the Examples and Comparative Examples, the substrate 5a is placed at the center 1- of the target 1 as shown in FIG. , 5b, and 5C, and the uniformity of the composition of each film was measured using I CP (inductive
ly coupled plasma) analysis method.
次に、ターゲット】を交換せずに同様の実験を繰り返し
て、成膜進度と共に膜組成のずれを調べた。Next, the same experiment was repeated without replacing the target to examine the film formation progress and deviations in film composition.
」−記実施例と比較例の結果を表１に示す。結果はＹを
１としだモル比で表わす。Table 1 shows the results of Examples and Comparative Examples. The results are expressed as a molar ratio with Y being 1.
上記実施例により臨界温度ＴＣ＝８２ｋ、臨界型Ｖｆｉ
Ｊｃ ＝ ４Ｘ １０’ Ａ／ｃｍ２（ａ ｔ ７７Ｋ
） 、組成Ｙｌ ： Ｂａ ： Ｃｕ ＝ １ ：
２．０ ： ３．１の酸化物超電導膜を作成するこ
とができた。According to the above embodiment, critical temperature TC=82k, critical type Vfi
Jc = 4X 10' A/cm2 (at 77K
), composition Yl: Ba: Cu = 1:
An oxide superconducting film of 2.0:3.1 was able to be created.
なお、レーザのエネルギー密度を変えても、ターゲラ）
・１の組成を調整すれば同様な効果が得られることもわ
かった。Note that even if the energy density of the laser is changed, the
・It was also found that similar effects can be obtained by adjusting the composition of 1.
表１
（発明の効果）
本発明のレーザビームスパッタ法によれば、表１から明
らかなように、ターゲットの１回転１］も５０回転［１
も従来例に比してバラツキが少ない。Table 1 (Effects of the Invention) According to the laser beam sputtering method of the present invention, as is clear from Table 1, one rotation of the target is 50 rotations [1].
Also, there is less variation compared to the conventional example.
従って広い領域に化学量論比が均一・で目−つ成膜中に
時間的に組成ずれをおこさない成膜を行なうことができ
る。Therefore, it is possible to form a film in which the stoichiometric ratio is uniform over a wide area and no compositional deviation occurs over time during film formation.
また、本発明によればターゲットｌの寿命も長くなる。Furthermore, according to the present invention, the life of the target l is also extended.
第１図は本発明のレーザビームスパッタ法の概略説明図
、第２図は同法におけるレーザビームのデフォーカスの
説明図、第３図はターゲットの周面の凹凸及び変質状態
を示す説明図、第４図はターゲットの凹凸及び変質部を
除去した状態の説明図、第５図は本発明の詳細な説明図
である。
１はターゲット
２は周面
３はＩ／−ザビーム
４はターゲット原子
５は基板
６はシリンドリカル・レンズFIG. 1 is a schematic explanatory diagram of the laser beam sputtering method of the present invention, FIG. 2 is an explanatory diagram of the defocusing of the laser beam in the same method, and FIG. 3 is an explanatory diagram showing the unevenness and altered state of the peripheral surface of the target. FIG. 4 is an explanatory view of the target with the unevenness and altered parts removed, and FIG. 5 is a detailed explanatory view of the present invention. 1 is a target 2 is a peripheral surface 3 is an I/-the beam 4 is a target atom 5 is a substrate 6 is a cylindrical lens
Claims (1)
してターゲット１からターゲット原子４を飛散させ、同
原子４をターゲット１と対向して配置された基板５に析
出させるようにしたレーザビームスパッタ法において、
レーザビーム３をシリンドリカル・レンズ６によって楕
円断面或は長方断面に整形集束してターゲット１の周面
２に照射させるようにしたことを特徴とするレーザビー
ムスパッタ法。Laser beam sputtering in which target atoms 4 are scattered from the target 1 by irradiating the peripheral surface 2 of a rotating target 1 with a laser beam 3, and the same atoms 4 are deposited on a substrate 5 placed opposite the target 1. In law,
A laser beam sputtering method characterized in that a laser beam 3 is shaped and focused into an elliptical or rectangular cross section by a cylindrical lens 6 and is irradiated onto the circumferential surface 2 of a target 1.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15311888A JPH01319673A (en) | 1988-06-21 | 1988-06-21 | Laser beam sputtering method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15311888A JPH01319673A (en) | 1988-06-21 | 1988-06-21 | Laser beam sputtering method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01319673A true JPH01319673A (en) | 1989-12-25 |
Family
ID=15555366
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15311888A Pending JPH01319673A (en) | 1988-06-21 | 1988-06-21 | Laser beam sputtering method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01319673A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5405659A (en) * | 1993-03-05 | 1995-04-11 | University Of Puerto Rico | Method and apparatus for removing material from a target by use of a ring-shaped elliptical laser beam and depositing the material onto a substrate |
| EP2159300A1 (en) * | 2008-08-25 | 2010-03-03 | Solmates B.V. | Method for depositing a material |
-
1988
- 1988-06-21 JP JP15311888A patent/JPH01319673A/en active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5405659A (en) * | 1993-03-05 | 1995-04-11 | University Of Puerto Rico | Method and apparatus for removing material from a target by use of a ring-shaped elliptical laser beam and depositing the material onto a substrate |
| US5557471A (en) * | 1993-03-05 | 1996-09-17 | University Of Puerto Rico | Lens for depositing target material on a substrate |
| EP2159300A1 (en) * | 2008-08-25 | 2010-03-03 | Solmates B.V. | Method for depositing a material |
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