JP2700280B2 - イオンビーム発生装置および成膜装置および成膜方法 - Google Patents
イオンビーム発生装置および成膜装置および成膜方法Info
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- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/02—Details
- H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
- H01J37/08—Ion sources; Ion guns
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- H01J37/30—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
- H01J37/317—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for changing properties of the objects or for applying thin layers thereon, e.g. for ion implantation
- H01J37/3178—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for changing properties of the objects or for applying thin layers thereon, e.g. for ion implantation for applying thin layers on objects
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、イオンビーム発生装
置、成膜装置および成膜方法に係り、特に多価電離した
イオンの割合が高く、かつ大電流の金属イオンビームを
得るのに好適なイオンビーム発生装置、および、不純物
の少ない良質な膜を形成するのに好適な成膜装置および
成膜方法に関する。
置、成膜装置および成膜方法に係り、特に多価電離した
イオンの割合が高く、かつ大電流の金属イオンビームを
得るのに好適なイオンビーム発生装置、および、不純物
の少ない良質な膜を形成するのに好適な成膜装置および
成膜方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、金属イオンのイオンビームを
得るための技術として、図６および図７に示すように、
真空アーク放電を利用してカソードを構成する物質を気
化し、かつ、イオン化して金属プラズマを形成し、この
金属プラズマから金属イオンビームを抽出する方法が知
られている（特開昭63-276858号公報）。
得るための技術として、図６および図７に示すように、
真空アーク放電を利用してカソードを構成する物質を気
化し、かつ、イオン化して金属プラズマを形成し、この
金属プラズマから金属イオンビームを抽出する方法が知
られている（特開昭63-276858号公報）。
【０００３】図６に示した装置においては、真空室１内
にイオン源として作業物質で形成されたカソード２がア
ノード３と間隔をおいて対向配置されている。アノード
３は円錐状の保持部材４によって保持され、先端にイオ
ン放出用の開口を有している。イオンビームを発生させ
る場合には、まずカソード２と同心状に配置されたトリ
ガー電極５間に微小放電を起こさせ、これによってカソ
ード２とアノード３間にアーク放電を発生させる。ここ
で発生するアークは、カソード２の一部を気化させかつ
プラズマを形成するのに十分な強度であり、発生したプ
ラズマはアノード３に向かって移動し、アノード３の開
口部を通過する。このようなプラズマジェットの動きを
制御するために、真空室１の外部に配置されたコイル６
によって磁場が形成されている。またアノード３から所
定の距離をおいて一式のイオン抽出電極７が配設されて
おり、このイオン抽出電極７によりアノード３を通過し
たプラズマからイオンが抽出される。
にイオン源として作業物質で形成されたカソード２がア
ノード３と間隔をおいて対向配置されている。アノード
３は円錐状の保持部材４によって保持され、先端にイオ
ン放出用の開口を有している。イオンビームを発生させ
る場合には、まずカソード２と同心状に配置されたトリ
ガー電極５間に微小放電を起こさせ、これによってカソ
ード２とアノード３間にアーク放電を発生させる。ここ
で発生するアークは、カソード２の一部を気化させかつ
プラズマを形成するのに十分な強度であり、発生したプ
ラズマはアノード３に向かって移動し、アノード３の開
口部を通過する。このようなプラズマジェットの動きを
制御するために、真空室１の外部に配置されたコイル６
によって磁場が形成されている。またアノード３から所
定の距離をおいて一式のイオン抽出電極７が配設されて
おり、このイオン抽出電極７によりアノード３を通過し
たプラズマからイオンが抽出される。
【０００４】また、図７に示す装置においては、真空室
８内に回転可能なホルダ９が配置されており、このホル
ダ９には同一半径位置に複数のカソード１０が保持さ
れ、その前方にはカソード１０と対向させて開口部１１
を有するアノードマスクプレート１２が固定されてい
る。さらに真空室８のカソード１０の位置する半径上の
ホルダ９の回転軸と平行する線上にプラズマ通路１４を
有したアノード１３が配置され、真空室８内にはトリガ
ー電極１５がカソード１０と接近して配置されている。
８内に回転可能なホルダ９が配置されており、このホル
ダ９には同一半径位置に複数のカソード１０が保持さ
れ、その前方にはカソード１０と対向させて開口部１１
を有するアノードマスクプレート１２が固定されてい
る。さらに真空室８のカソード１０の位置する半径上の
ホルダ９の回転軸と平行する線上にプラズマ通路１４を
有したアノード１３が配置され、真空室８内にはトリガ
ー電極１５がカソード１０と接近して配置されている。
【０００５】この装置においては、カソード１０を適宜
アノード１３の位置に配置してカソード１０を代えなが
らアークプラズマを形成することができる。アノード１
３のプラズマ通路１４を通過したアークプラズマから、
この後に配置されるイオン抽出電極（図示しない）によ
りイオンが抽出される。
アノード１３の位置に配置してカソード１０を代えなが
らアークプラズマを形成することができる。アノード１
３のプラズマ通路１４を通過したアークプラズマから、
この後に配置されるイオン抽出電極（図示しない）によ
りイオンが抽出される。
【０００６】このような従来のイオンビーム発生装置に
おいては、真空アーク放電によって形成した金属プラズ
マから直接イオンビームを引き出しているため、イオン
ビーム中の多価電離したイオンの割合は非常に低く、こ
のためイオンビームに所定のエネルギーを付与するため
のイオン抽出系の電源容量を大きくしなければならない
という問題があった。
おいては、真空アーク放電によって形成した金属プラズ
マから直接イオンビームを引き出しているため、イオン
ビーム中の多価電離したイオンの割合は非常に低く、こ
のためイオンビームに所定のエネルギーを付与するため
のイオン抽出系の電源容量を大きくしなければならない
という問題があった。
【０００７】また、上述したような真空アーク放電によ
る金属プラズマを用いて、成膜を行う図８に示すような
成膜装置も知られている。図８に示す成膜装置において
は、真空室１６内に間隔を開けてカソード１７と開口部
を有するアノード１８が設けられており、カソード１７
のアノード１８側には機械的に駆動可能に構成されたト
リガー電極１９が設けられている。さらに、アノード１
８の側方には、成膜を実施する基板２０を保持するホル
ダ２１が設けられている。
る金属プラズマを用いて、成膜を行う図８に示すような
成膜装置も知られている。図８に示す成膜装置において
は、真空室１６内に間隔を開けてカソード１７と開口部
を有するアノード１８が設けられており、カソード１７
のアノード１８側には機械的に駆動可能に構成されたト
リガー電極１９が設けられている。さらに、アノード１
８の側方には、成膜を実施する基板２０を保持するホル
ダ２１が設けられている。
【０００８】この成膜装置では、アーク電源２２で電圧
を印加しつつトリガー電極１９によってカソード１７を
叩くことによって真空アーク放電を生起して、カソード
１７とアノード１８との間に真空アーク放電を生じさ
せ、これによりアークプラズマを形成する。そして、こ
のアークプラズマ中のイオンを、バイアス電源２３によ
って所定電位に設定された基板２０に積層させることに
よって成膜を行う。
を印加しつつトリガー電極１９によってカソード１７を
叩くことによって真空アーク放電を生起して、カソード
１７とアノード１８との間に真空アーク放電を生じさ
せ、これによりアークプラズマを形成する。そして、こ
のアークプラズマ中のイオンを、バイアス電源２３によ
って所定電位に設定された基板２０に積層させることに
よって成膜を行う。
【０００９】しかしながら、このような従来の成膜装置
では、トリガー電極１９やアノード１８からの不純物が
形成された膜中に混入し、膜質が損なわれるという問題
があった。また、機械式のトリガー機構を用いた場合
は、その機構が複雑になるという問題もある。
では、トリガー電極１９やアノード１８からの不純物が
形成された膜中に混入し、膜質が損なわれるという問題
があった。また、機械式のトリガー機構を用いた場合
は、その機構が複雑になるという問題もある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
のイオンビーム発生装置においては、イオンビーム中の
多価電離したイオンの割合は非常に低く、このためイオ
ンビームに所定のエネルギーを付与するためのイオン抽
出系の電源容量を大きくしなければならないという問題
があった。
のイオンビーム発生装置においては、イオンビーム中の
多価電離したイオンの割合は非常に低く、このためイオ
ンビームに所定のエネルギーを付与するためのイオン抽
出系の電源容量を大きくしなければならないという問題
があった。
【００１１】また、従来の成膜装置においては、トリガ
ー電極やアノードからの不純物が形成された膜中に混入
し、膜質が損なわれるという問題があった。
ー電極やアノードからの不純物が形成された膜中に混入
し、膜質が損なわれるという問題があった。
【００１２】本発明は、このような従来の問題を解決す
べくなされたもので、イオンビーム中のイオンをできる
だけ多価に電離させイオン抽出系の電源容量を軽減させ
たイオンビーム発生装置、および、不純物の混入の少な
い良質な膜を生成することのできる成膜装置および成膜
方法を提供することを目的とする。
べくなされたもので、イオンビーム中のイオンをできる
だけ多価に電離させイオン抽出系の電源容量を軽減させ
たイオンビーム発生装置、および、不純物の混入の少な
い良質な膜を生成することのできる成膜装置および成膜
方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明のイオンビーム発
生装置は、真空を保持する真空チャンバと、前記真空チ
ャンバの内部に設けられた、作業物質からなるカソー
ド、アノード、及びアーク発生手段よりなる少なくとも
１個の作業物質のイオンを含む真空アークプラズマ発生
源と、真空アークプラズマの加熱手段と、前記真空アー
クプラズマからイオンを抽出するためのイオン抽出手段
によって構成されるイオンビーム発生装置において、前
記真空チャンバの少なくとも１箇所から前記真空チャン
バ内にマイクロ波を導入するマイクロ波導入機構と、 前
記真空チャンバ内に不活性ガスを導入する手段とを設
け、 前記アーク発生手段が、前記真空チャンバ内に導入
されるマイクロ波とアーク発生の際に導入される不活性
ガスとで形成されるマイクロ波プラズマにより構成さ
れ、 該マイクロ波は、アーク発生後の前記真空アークプ
ラズマの加熱手段となることを特徴としている。
生装置は、真空を保持する真空チャンバと、前記真空チ
ャンバの内部に設けられた、作業物質からなるカソー
ド、アノード、及びアーク発生手段よりなる少なくとも
１個の作業物質のイオンを含む真空アークプラズマ発生
源と、真空アークプラズマの加熱手段と、前記真空アー
クプラズマからイオンを抽出するためのイオン抽出手段
によって構成されるイオンビーム発生装置において、前
記真空チャンバの少なくとも１箇所から前記真空チャン
バ内にマイクロ波を導入するマイクロ波導入機構と、 前
記真空チャンバ内に不活性ガスを導入する手段とを設
け、 前記アーク発生手段が、前記真空チャンバ内に導入
されるマイクロ波とアーク発生の際に導入される不活性
ガスとで形成されるマイクロ波プラズマにより構成さ
れ、 該マイクロ波は、アーク発生後の前記真空アークプ
ラズマの加熱手段となることを特徴としている。
【００１４】なお、上記マイクロ波の導入は、導波管を
真空室に開口させて行うが、真空チャンバに円筒部を突
設して、この円筒部内に円筒状のカソードを同心的に配
置して上記真空チャンバの円筒部とカソードにより導波
管を構成し、この導波管を用いてマイクロ波を真空チャ
ンバ内に導入するようにしてもよい。
真空室に開口させて行うが、真空チャンバに円筒部を突
設して、この円筒部内に円筒状のカソードを同心的に配
置して上記真空チャンバの円筒部とカソードにより導波
管を構成し、この導波管を用いてマイクロ波を真空チャ
ンバ内に導入するようにしてもよい。
【００１５】さらに、真空チャンバ外部に磁場形成手段
を配置して、発生したアークプラズマの拡散を防ぎ真空
チャンバ内に閉じ込めるための磁場を印加するようにし
てもよい。
を配置して、発生したアークプラズマの拡散を防ぎ真空
チャンバ内に閉じ込めるための磁場を印加するようにし
てもよい。
【００１６】また、本発明の成膜装置は、真空を保持す
る真空チャンバと、前記真空チャンバ内に設けられ、成
膜を行う被成膜体を保持するホルダと、前記真空チャン
バの内部に設けられた、成膜材料となるカソード、アノ
ード、及びアーク発生手段よりなる少なくとも１個の成
膜材料となる物質のイオンを含む真空アークプラズマ発
生源と、 真空アークプラズマの加熱手段とによって構成
される成膜装置において、 前記真空チャンバの少なくと
も１箇所から前記真空チャンバ内にマイクロ波を導入す
るマイクロ波導入機構と、 前記真空チャンバ内に所定の
ガスを導入する手段とを設け、 前記アーク発生手段が、
前記真空チャンバ内に導入されるマイクロ波とアーク発
生の際に導入される所定のガスとで形成されるマイクロ
波プラズマにより構成され、 該マイクロ波は、アーク発
生後の前記真空アークプラズマの加熱手段となることを
特徴とする。
る真空チャンバと、前記真空チャンバ内に設けられ、成
膜を行う被成膜体を保持するホルダと、前記真空チャン
バの内部に設けられた、成膜材料となるカソード、アノ
ード、及びアーク発生手段よりなる少なくとも１個の成
膜材料となる物質のイオンを含む真空アークプラズマ発
生源と、 真空アークプラズマの加熱手段とによって構成
される成膜装置において、 前記真空チャンバの少なくと
も１箇所から前記真空チャンバ内にマイクロ波を導入す
るマイクロ波導入機構と、 前記真空チャンバ内に所定の
ガスを導入する手段とを設け、 前記アーク発生手段が、
前記真空チャンバ内に導入されるマイクロ波とアーク発
生の際に導入される所定のガスとで形成されるマイクロ
波プラズマにより構成され、 該マイクロ波は、アーク発
生後の前記真空アークプラズマの加熱手段となることを
特徴とする。
【００１７】なお、上記真空チャンバの外部に、磁場形
成手段を配置して、発生したアークプラズマの拡散を防
ぎ真空チャンバ内に閉じ込めるための磁場を印加するよ
うにしてもよい。
成手段を配置して、発生したアークプラズマの拡散を防
ぎ真空チャンバ内に閉じ込めるための磁場を印加するよ
うにしてもよい。
【００１８】さらに、反転磁界を発生し、プラズマを拡
げてホルダに保持された被成膜体に供給する磁場発生手
段を設けてもよい。
げてホルダに保持された被成膜体に供給する磁場発生手
段を設けてもよい。
【００１９】また、本発明の成膜方法は、真空チャンバ
内に成膜材料となる物質からなるカソードおよび成膜を
行う被成膜体を配置し、前記真空チャンバ内をアーク発
生の際に不活性ガス雰囲気とするとともに、該真空チャ
ンバ内にマイクロ波を導入してマイクロ波プラズマを発
生させ、このマイクロ波プラズマをトリガとしてアノー
ドとカソード間に真空アーク放電を生起して、前記成膜
材料となる物質のイオンを含む真空アークプラズマを生
じさせ、該真空アークプラズマをマイクロ波で加熱しな
がら前記被成膜体に成膜を施すことを特徴とする。
内に成膜材料となる物質からなるカソードおよび成膜を
行う被成膜体を配置し、前記真空チャンバ内をアーク発
生の際に不活性ガス雰囲気とするとともに、該真空チャ
ンバ内にマイクロ波を導入してマイクロ波プラズマを発
生させ、このマイクロ波プラズマをトリガとしてアノー
ドとカソード間に真空アーク放電を生起して、前記成膜
材料となる物質のイオンを含む真空アークプラズマを生
じさせ、該真空アークプラズマをマイクロ波で加熱しな
がら前記被成膜体に成膜を施すことを特徴とする。
【００２０】なお、窒化膜を形成する場合は、上記真空
チャンバ内に窒素ガスを導入し、また、酸化膜を形成す
る場合には、同様に酸素ガスを導入する。
チャンバ内に窒素ガスを導入し、また、酸化膜を形成す
る場合には、同様に酸素ガスを導入する。
【００２１】
【作用】本発明のイオンビーム発生装置においては、ま
ず、真空チャンバ内を真空にした後、不活性ガスを導入
して所定の真空度に調節した後、アーク発生手段により
カソードとアノード間に真空アーク放電を起こさせる。
この真空アーク放電のアークによりカソードを構成する
作業物質の一部は気化してプラズマを生成する。ここで
マイクロ波電源により発生したマイクロ波を導波管によ
り真空チャンバ内に導入するとマイクロ波の加熱作用に
よりプラズマ中の電子のエネルギーが増幅され、これに
より電子とイオン、または電子と中性粒子との衝突によ
り多価電離イオンが形成されやすくなり、多価電離イオ
ンの割合が高くなる。このようにして多価電離イオンの
割合が高くなった金属プラズマからイオン抽出手段によ
り金属イオンのみが抽出されてイオンビームが得られ
る。上記金属イオンは多価電離イオンの割合が高いので
イオン抽出電極の印加電圧は小さくすることができる。
また、本発明の成膜装置および成膜方法においては、ト
リガー電極を用いずに、真空チャンバ内にマイクロ波を
導入して発生させたマイクロ波プラズマをトリガーとし
てカソードとアノードとの間で、真空アーク放電を生起
し、カソード材料のイオンを含む真空アークプラズマを
生じさせ該真空アークプラズマをマイクロ波で加熱しな
がら被成膜体に成膜を施す。
ず、真空チャンバ内を真空にした後、不活性ガスを導入
して所定の真空度に調節した後、アーク発生手段により
カソードとアノード間に真空アーク放電を起こさせる。
この真空アーク放電のアークによりカソードを構成する
作業物質の一部は気化してプラズマを生成する。ここで
マイクロ波電源により発生したマイクロ波を導波管によ
り真空チャンバ内に導入するとマイクロ波の加熱作用に
よりプラズマ中の電子のエネルギーが増幅され、これに
より電子とイオン、または電子と中性粒子との衝突によ
り多価電離イオンが形成されやすくなり、多価電離イオ
ンの割合が高くなる。このようにして多価電離イオンの
割合が高くなった金属プラズマからイオン抽出手段によ
り金属イオンのみが抽出されてイオンビームが得られ
る。上記金属イオンは多価電離イオンの割合が高いので
イオン抽出電極の印加電圧は小さくすることができる。
また、本発明の成膜装置および成膜方法においては、ト
リガー電極を用いずに、真空チャンバ内にマイクロ波を
導入して発生させたマイクロ波プラズマをトリガーとし
てカソードとアノードとの間で、真空アーク放電を生起
し、カソード材料のイオンを含む真空アークプラズマを
生じさせ該真空アークプラズマをマイクロ波で加熱しな
がら被成膜体に成膜を施す。
【００２２】したがって、トリガー電極を真空チャンバ
内に配置する必要がなく、不純物の混入の少ない良質な
膜を生成することができる。
内に配置する必要がなく、不純物の混入の少ない良質な
膜を生成することができる。
【００２３】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。
する。
【００２４】図１は、本発明の一実施例のイオンビーム
発生装置の構成を概略的に示す図である。
発生装置の構成を概略的に示す図である。
【００２５】この装置では、Ｗ、Ｔａ、Ｔｉ等の高融点
金属の作業材料からなるカソード１００は内部に冷却流
水路を有するカソードホルダ１０１にとりつけられて、
円筒形の真空チャンバ１０２内に配置されている。カソ
ードホルダ１０１は絶縁材１０３を介して、真空チャン
バ１０２に取り付けられるとともに、アーク電源１０４
に電気的に接続されている。
金属の作業材料からなるカソード１００は内部に冷却流
水路を有するカソードホルダ１０１にとりつけられて、
円筒形の真空チャンバ１０２内に配置されている。カソ
ードホルダ１０１は絶縁材１０３を介して、真空チャン
バ１０２に取り付けられるとともに、アーク電源１０４
に電気的に接続されている。
【００２６】真空チャンバ１０２には少なくとも１個の
マイクロ波導入部１０５が開口しており、外部に配置さ
れたマイクロ波電源( 図示せず）にて発生させたマイク
ロ波を導波管１０６を介して、真空チャンバ１０２内に
導入するようになっている。また、真空チャンバ１０２
のカソード１００と対向する位置にはイオン抽出部１０
７が開口しており、このイオン抽出部１０７には一式の
イオン抽出電極１０８が配置され、このイオン抽出電源
１０８はイオン抽出電源１０９に電気的に接続されてい
る。なお、１１０はイオン加速電源であり真空チャンバ
１０２内で発生したイオンの中央部への移動を加速す
る。また、１１１は不活性ガスの導入管である。
マイクロ波導入部１０５が開口しており、外部に配置さ
れたマイクロ波電源( 図示せず）にて発生させたマイク
ロ波を導波管１０６を介して、真空チャンバ１０２内に
導入するようになっている。また、真空チャンバ１０２
のカソード１００と対向する位置にはイオン抽出部１０
７が開口しており、このイオン抽出部１０７には一式の
イオン抽出電極１０８が配置され、このイオン抽出電源
１０８はイオン抽出電源１０９に電気的に接続されてい
る。なお、１１０はイオン加速電源であり真空チャンバ
１０２内で発生したイオンの中央部への移動を加速す
る。また、１１１は不活性ガスの導入管である。
【００２７】さらに、真空チャンバ１０２の外部には軸
方向に複数の永久磁石１１２が配置され、真空チャンバ
１０２の半径方向に対して磁力線１１３で示されるよう
なマルチカスプ磁場が形成されている。さらに、真空チ
ャンバ１０２の軸方向に対して磁力線１１４で示される
ミラー磁場を形成するように、空心コイル（図示せず）
が真空チャンバ１０２外部に配置されている。これら２
つの磁場の組み合わせによって、真空チャンバ１０２の
中央部にはプラズマ閉じ込め空間１１５が形成される。
方向に複数の永久磁石１１２が配置され、真空チャンバ
１０２の半径方向に対して磁力線１１３で示されるよう
なマルチカスプ磁場が形成されている。さらに、真空チ
ャンバ１０２の軸方向に対して磁力線１１４で示される
ミラー磁場を形成するように、空心コイル（図示せず）
が真空チャンバ１０２外部に配置されている。これら２
つの磁場の組み合わせによって、真空チャンバ１０２の
中央部にはプラズマ閉じ込め空間１１５が形成される。
【００２８】なお、この装置では従来同様にトリガー電
極をアーク発生手段としてカソード１００の周囲に配置
することもできるが、後に説明するようにマイクロ波を
用いてトリガ電極なしでアーク発生を行うことが可能で
ある。
極をアーク発生手段としてカソード１００の周囲に配置
することもできるが、後に説明するようにマイクロ波を
用いてトリガ電極なしでアーク発生を行うことが可能で
ある。
【００２９】以下、この実施例の装置を用いてイオンビ
ームを形成する方法について説明する。
ームを形成する方法について説明する。
【００３０】まず、図示を省略した真空ポンプを用いて
真空チャンバ１０２内を真空にし、導入管１１１よりＡ
ｒガスなどの不活性ガスを導入して真空チャンバ１０２
内を１０-2〜１０-4Torr程度の真空度に保持する。
真空チャンバ１０２内を真空にし、導入管１１１よりＡ
ｒガスなどの不活性ガスを導入して真空チャンバ１０２
内を１０-2〜１０-4Torr程度の真空度に保持する。
【００３１】次いで、マイクロ波導入部１０５より、１
〜２ｋＷ程度のマイクロ波を導入して、マイクロ波プラ
ズマを発生させる。この状態で、アーク電源１０４を作
動させると、マイクロ波プラズマをトリガーとして、カ
ソード１００とアノードである真空チャンバ１０２との
間で真空アーク放電が発生し、カソード物質の金属プラ
ズマが形成され始める。この時、不活性ガスの導入を停
止して雰囲気圧力を下げると、マイクロ波プラズマが消
滅して金属プラズマのみの真空アーク放電プラズマが真
空チャンバ１０２内に残る。
〜２ｋＷ程度のマイクロ波を導入して、マイクロ波プラ
ズマを発生させる。この状態で、アーク電源１０４を作
動させると、マイクロ波プラズマをトリガーとして、カ
ソード１００とアノードである真空チャンバ１０２との
間で真空アーク放電が発生し、カソード物質の金属プラ
ズマが形成され始める。この時、不活性ガスの導入を停
止して雰囲気圧力を下げると、マイクロ波プラズマが消
滅して金属プラズマのみの真空アーク放電プラズマが真
空チャンバ１０２内に残る。
【００３２】導入されるマイクロ波は、真空アーク放電
の発生後は金属プラズマを加熱してプラズマ中の多価電
離イオンを増加させる作用をする。すなわち、マイクロ
波の印加によって、プラズマ中の電子のエネルギーが増
幅され、これにより、電子とイオン、または電子と中性
粒子との衝突により多価電離イオンが形成されやすくな
り、金属プラズマ中の多価電離イオンの割合が高くな
る。
の発生後は金属プラズマを加熱してプラズマ中の多価電
離イオンを増加させる作用をする。すなわち、マイクロ
波の印加によって、プラズマ中の電子のエネルギーが増
幅され、これにより、電子とイオン、または電子と中性
粒子との衝突により多価電離イオンが形成されやすくな
り、金属プラズマ中の多価電離イオンの割合が高くな
る。
【００３３】そして、このようにして生成した金属プラ
ズマは、プラズマ閉じ込め空間１１５内に閉じ込められ
る。プラズマの閉じ込め時間の増加は、プラズマ中のイ
オンの多価電離を促進して金属プラズマ中の多価電離イ
オンの割合をさらに高めることが可能となる。
ズマは、プラズマ閉じ込め空間１１５内に閉じ込められ
る。プラズマの閉じ込め時間の増加は、プラズマ中のイ
オンの多価電離を促進して金属プラズマ中の多価電離イ
オンの割合をさらに高めることが可能となる。
【００３４】マイクロ波の導入と閉じ込め磁場の印加に
よって多価電離イオンの割合の高められた金属プラズマ
は、イオン抽出電極１０８によってイオンのみが抽出さ
れ、多価電離イオンを多く含むイオンビーム１１６が形
成される。
よって多価電離イオンの割合の高められた金属プラズマ
は、イオン抽出電極１０８によってイオンのみが抽出さ
れ、多価電離イオンを多く含むイオンビーム１１６が形
成される。
【００３５】なお、本発明においては、印加する磁場の
強度を導入されるマイクロ波との関係で下式の電子サイ
クロトロン共鳴（ＥＣＲ）条件を満足するような値に設
定すると、最初のマイクロ波プラズマの発生およびその
後の金属プラズマの加熱にＥＣＲを利用することができ
より効率的となる。
強度を導入されるマイクロ波との関係で下式の電子サイ
クロトロン共鳴（ＥＣＲ）条件を満足するような値に設
定すると、最初のマイクロ波プラズマの発生およびその
後の金属プラズマの加熱にＥＣＲを利用することができ
より効率的となる。
【００３６】ｆ[GHz] ＝２．８Ｂ[G] ただし、ｆはマイクロ波の周波数、Ｂは磁場強度であ
る。
る。
【００３７】図２は、本発明の他の実施例のイオンビー
ム発生装置の要部構成を概略的に示す図である。
ム発生装置の要部構成を概略的に示す図である。
【００３８】この実施例は、図１に示した装置のカソー
ドにマイクロ波導入部を兼用させて装置全体を小形化し
たものである。
ドにマイクロ波導入部を兼用させて装置全体を小形化し
たものである。
【００３９】この実施例の装置においては、真空チャン
バ１２０に突設された円筒部１２１を外導体とし、この
中に同心的に配置されたカソードホルダー１２２および
その先端に取り付けられたカソード１２３を内導体とし
てマイクロ波の同軸導波管が構成されており、両者の間
の空間がマイクロ波導入部１２４を形成している。な
お、１２５は絶縁体である。またアノード１２６はカソ
ード１２３の前方に対向するように配置され開口部を有
している。
バ１２０に突設された円筒部１２１を外導体とし、この
中に同心的に配置されたカソードホルダー１２２および
その先端に取り付けられたカソード１２３を内導体とし
てマイクロ波の同軸導波管が構成されており、両者の間
の空間がマイクロ波導入部１２４を形成している。な
お、１２５は絶縁体である。またアノード１２６はカソ
ード１２３の前方に対向するように配置され開口部を有
している。
【００４０】このマイクロ波導入部１２４から導入され
たマイクロ波は、図１の実施例と同様にアーク発生手段
として機能するとともに、アーク放電によって形成され
た金属プラズマを加熱してプラズマ中の多価電離イオン
の形成を促進させる作用をする。なお、この装置では、
マイクロ波導入部１２４を挟むように外径の異なる２個
の環状の永久磁石１２７、１２８が配置されており、こ
れらの永久磁石１２７、１２８の形成する磁場がプラズ
マ閉じ込め空間を形成して金属プラズマの拡散を妨げ、
プラズマ閉じ込め時間を増大する作用を果たしている。
たマイクロ波は、図１の実施例と同様にアーク発生手段
として機能するとともに、アーク放電によって形成され
た金属プラズマを加熱してプラズマ中の多価電離イオン
の形成を促進させる作用をする。なお、この装置では、
マイクロ波導入部１２４を挟むように外径の異なる２個
の環状の永久磁石１２７、１２８が配置されており、こ
れらの永久磁石１２７、１２８の形成する磁場がプラズ
マ閉じ込め空間を形成して金属プラズマの拡散を妨げ、
プラズマ閉じ込め時間を増大する作用を果たしている。
【００４１】この実施例の装置では、真空チャンバ１２
０内を真空にし、図示を省略したガス導入管から不活性
ガスを導入して真空チャンバ１２０内を所定の真空度に
保持し、マイクロ波導入部１２４よりマイクロ波を導入
して、マイクロ波プラズマを発生させる。この状態でア
ーク電源を作動させると、マイクロ波プラズマをトリガ
ーとしてカソード１２３とアノード１２６の間にアーク
放電が発生し、カソード物質の金属プラズマが形成され
始める。この時不活性ガスの導入を停止して雰囲気圧力
を下げると、マイクロ波プラズマが消滅して金属プラズ
マのみが真空チャンバ内に残る。
０内を真空にし、図示を省略したガス導入管から不活性
ガスを導入して真空チャンバ１２０内を所定の真空度に
保持し、マイクロ波導入部１２４よりマイクロ波を導入
して、マイクロ波プラズマを発生させる。この状態でア
ーク電源を作動させると、マイクロ波プラズマをトリガ
ーとしてカソード１２３とアノード１２６の間にアーク
放電が発生し、カソード物質の金属プラズマが形成され
始める。この時不活性ガスの導入を停止して雰囲気圧力
を下げると、マイクロ波プラズマが消滅して金属プラズ
マのみが真空チャンバ内に残る。
【００４２】この金属プラズマは、永久磁石１２７、１
２８の磁場により形成されるプラズマ閉じ込め空間内に
閉じ込められ、ここでプラズマ中のイオンの多価電離が
促進された後、イオン抽出電極１２９によってイオンの
みが抽出され、多価電離イオンを多く含むイオンビーム
１３０が形成される。
２８の磁場により形成されるプラズマ閉じ込め空間内に
閉じ込められ、ここでプラズマ中のイオンの多価電離が
促進された後、イオン抽出電極１２９によってイオンの
みが抽出され、多価電離イオンを多く含むイオンビーム
１３０が形成される。
【００４３】図３は、本発明のさらに他の実施例の装置
を概略的に示す図である。
を概略的に示す図である。
【００４４】この装置では、真空チャンバ１４０内に円
筒状のアノード１４１の先端が開口しており、導波管１
４２はこの円筒状アノード１４１の後端に直列に配置さ
れている。真空チャンバ１４０内のアノード１４１と直
交する位置に絶縁材１４３を介してカソード１４４が配
置され、アノード１４１とカソード１４４とはアーク電
源１４５に電気的に接続されている。
筒状のアノード１４１の先端が開口しており、導波管１
４２はこの円筒状アノード１４１の後端に直列に配置さ
れている。真空チャンバ１４０内のアノード１４１と直
交する位置に絶縁材１４３を介してカソード１４４が配
置され、アノード１４１とカソード１４４とはアーク電
源１４５に電気的に接続されている。
【００４５】また真空チャンバ１４０外に、アノード１
４１を挟むように外径の異なる２個の環状の永久磁石１
４６、１４７が配置されており、これらの永久磁石の形
成する磁場がプラズマ閉じ込め空間を形成して金属プラ
ズマの拡散を妨げ、プラズマ閉じ込め時間を増大する作
用を果たしている。１４８はイオン抽出電極であり、図
示を省略したイオン抽出電源に電気的に接続されてい
る。
４１を挟むように外径の異なる２個の環状の永久磁石１
４６、１４７が配置されており、これらの永久磁石の形
成する磁場がプラズマ閉じ込め空間を形成して金属プラ
ズマの拡散を妨げ、プラズマ閉じ込め時間を増大する作
用を果たしている。１４８はイオン抽出電極であり、図
示を省略したイオン抽出電源に電気的に接続されてい
る。
【００４６】この実施例の装置では、真空チャンバ１４
０内を真空にし、図示を省略した導入管から不活性ガス
を導入して真空チャンバ１４０内を所定の真空度に保持
し、導波管１４２からアノード１４１内にマイクロ波を
導入するとアノード１４１内でマイクロ波プラズマが発
生する。この状態で、アーク電源１４５を作動させると
マイクロ波プラズマをトリガーとしてアノード１４１、
カソード１４３間にアーク放電が発生しカソード物質の
金属プラズマが形成され始める。この時、不活性ガスの
導入を停止して雰囲気圧力を下げるとマイクロ波プラズ
マが消滅して金属プラズマのみが真空チャンバ内に残
る。導入されるマイクロ波は、真空アーク放電の発生後
は金属プラズマを加熱してプラズマ中の多価電離イオン
を増加させる作用をする。
０内を真空にし、図示を省略した導入管から不活性ガス
を導入して真空チャンバ１４０内を所定の真空度に保持
し、導波管１４２からアノード１４１内にマイクロ波を
導入するとアノード１４１内でマイクロ波プラズマが発
生する。この状態で、アーク電源１４５を作動させると
マイクロ波プラズマをトリガーとしてアノード１４１、
カソード１４３間にアーク放電が発生しカソード物質の
金属プラズマが形成され始める。この時、不活性ガスの
導入を停止して雰囲気圧力を下げるとマイクロ波プラズ
マが消滅して金属プラズマのみが真空チャンバ内に残
る。導入されるマイクロ波は、真空アーク放電の発生後
は金属プラズマを加熱してプラズマ中の多価電離イオン
を増加させる作用をする。
【００４７】この金属プラズマは、永久磁石１４６、１
４７の磁場により形成されるプラズマ閉じ込め空間内に
閉じ込められ、ここでプラズマ中のイオンの多価電離が
促進された後、イオン抽出電極１４８によってイオンの
みが抽出され、多価電離イオンを多く含むイオンビーム
１４９が形成される。
４７の磁場により形成されるプラズマ閉じ込め空間内に
閉じ込められ、ここでプラズマ中のイオンの多価電離が
促進された後、イオン抽出電極１４８によってイオンの
みが抽出され、多価電離イオンを多く含むイオンビーム
１４９が形成される。
【００４８】以上説明したように、各実施例のイオンビ
ーム発生装置では、多価電離したイオンの割合が高い金
属イオンビームの形成が可能であり、これによりイオン
抽出系の電源容量の軽減を実現することができる。
ーム発生装置では、多価電離したイオンの割合が高い金
属イオンビームの形成が可能であり、これによりイオン
抽出系の電源容量の軽減を実現することができる。
【００４９】次に、成膜装置の実施例について説明す
る。
る。
【００５０】図４は、本発明の成膜装置の実施例の構成
を概略的に示すものである。なお、この実施例の成膜装
置は、図１に示したイオンビーム発生装置と同様に、ト
リガーとしてマイクロ波プラズマを用い、トリガー電極
を使用せずに真空アーク放電を生じさせるものである。
を概略的に示すものである。なお、この実施例の成膜装
置は、図１に示したイオンビーム発生装置と同様に、ト
リガーとしてマイクロ波プラズマを用い、トリガー電極
を使用せずに真空アーク放電を生じさせるものである。
【００５１】真空チャンバ２００は、図１のイオンビー
ム発生装置と同様に、ほぼ円筒状に構成されており、そ
の周囲には、図１の磁力線１１３で示されるようなマル
チカスプ磁場を形成するための複数の永久磁石２０１
が、真空チャンバ２００の軸方向に配置されている。ま
た、これらの永久磁石２０１を挟むように、その両側に
は、ミラー磁場を形成するための空心コイル２０２、２
０３が真空チャンバ２００外部に配置されている。そし
て、これら２つの磁場の組み合わせによって、真空チャ
ンバ２００の中央部には、プラズマ閉じ込め空間２０４
が形成される。
ム発生装置と同様に、ほぼ円筒状に構成されており、そ
の周囲には、図１の磁力線１１３で示されるようなマル
チカスプ磁場を形成するための複数の永久磁石２０１
が、真空チャンバ２００の軸方向に配置されている。ま
た、これらの永久磁石２０１を挟むように、その両側に
は、ミラー磁場を形成するための空心コイル２０２、２
０３が真空チャンバ２００外部に配置されている。そし
て、これら２つの磁場の組み合わせによって、真空チャ
ンバ２００の中央部には、プラズマ閉じ込め空間２０４
が形成される。
【００５２】真空チャンバ２００の一方の端部には、真
空チャンバ２００の中心軸部に位置するようカソード２
０５が設けられている。このカソード２０５は、カソー
ドホルダ２０６を介して、円筒状の内導体２０７に係止
されており、この内導体２０７の外側には、円筒状の外
導体２０８が設けられ、マイクロ波の同軸導波管が構成
されている。そして、これらの内導体２０７と外導体２
０８との間の空間が、マイクロ波導入部２０９を形成し
ている。
空チャンバ２００の中心軸部に位置するようカソード２
０５が設けられている。このカソード２０５は、カソー
ドホルダ２０６を介して、円筒状の内導体２０７に係止
されており、この内導体２０７の外側には、円筒状の外
導体２０８が設けられ、マイクロ波の同軸導波管が構成
されている。そして、これらの内導体２０７と外導体２
０８との間の空間が、マイクロ波導入部２０９を形成し
ている。
【００５３】一方、真空チャンバ２００の他方の端部に
は、上述したカソード２０５と対向するように、成膜を
行う基板２１０を支持するためのホルダ２１１が設けら
れており、このホルダ２１１には、バイアス電源２１２
が接続されている。
は、上述したカソード２０５と対向するように、成膜を
行う基板２１０を支持するためのホルダ２１１が設けら
れており、このホルダ２１１には、バイアス電源２１２
が接続されている。
【００５４】また、真空チャンバ２００のカソード２０
５の近傍には、真空排気装置（図示せず）に接続された
真空排気管２１３が接続されており、プラズマ閉じ込め
空間２０４の部分には、真空チャンバ２００内に窒素ガ
ス等を導入するための導入管２１４が接続されている。
なお、同図において２１５は、アーク電源であり、２１
６はイオン加速電源である。
５の近傍には、真空排気装置（図示せず）に接続された
真空排気管２１３が接続されており、プラズマ閉じ込め
空間２０４の部分には、真空チャンバ２００内に窒素ガ
ス等を導入するための導入管２１４が接続されている。
なお、同図において２１５は、アーク電源であり、２１
６はイオン加速電源である。
【００５５】以下、上記構成のこの実施例の成膜装置を
用いて、基板２１０に成膜を行う方法について説明す
る。
用いて、基板２１０に成膜を行う方法について説明す
る。
【００５６】まず、図示を省略した真空ポンプを用いて
真空チャンバ２００内を真空にし、導入管２１４よりＡ
ｒガスあるいはＮ２ガス等の所定のガスとしての不活性
ガスを導入して真空チャンバ２００内を１０−２〜１０
−４Ｔｏｒｒ程度の真空度に保持する。
真空チャンバ２００内を真空にし、導入管２１４よりＡ
ｒガスあるいはＮ２ガス等の所定のガスとしての不活性
ガスを導入して真空チャンバ２００内を１０−２〜１０
−４Ｔｏｒｒ程度の真空度に保持する。
【００５７】次いで、マイクロ波導入部２０９より、１
〜２ｋＷ程度のマイクロ波を導入して、マイクロ波プラ
ズマを発生させる。この状態で、アーク電源２１５を作
動させると、マイクロ波プラズマをトリガーとして、カ
ソード２０５とアノードである真空チャンバ２００との
間に真空アーク放電が発生し、カソード物質の金属プラ
ズマが形成され始める。
〜２ｋＷ程度のマイクロ波を導入して、マイクロ波プラ
ズマを発生させる。この状態で、アーク電源２１５を作
動させると、マイクロ波プラズマをトリガーとして、カ
ソード２０５とアノードである真空チャンバ２００との
間に真空アーク放電が発生し、カソード物質の金属プラ
ズマが形成され始める。
【００５８】この時、不活性ガスの導入を停止して雰囲
気圧力を下げると、マイクロ波プラズマが消滅して金属
プラズマのみが真空チャンバ２００内に残る。したがっ
て、金属単体の薄膜を形成する場合は、ここで、Ｎ2 ガ
ス等の不活性ガスの導入を停止する。一方、窒化膜を形
成する場合は、Ｎ2 ガスの導入を続け、あるいは導入す
るガスをＡｒガスからＮ2 ガスに切り替えて、窒素イオ
ン等を含むアークプラズマを形成する。
気圧力を下げると、マイクロ波プラズマが消滅して金属
プラズマのみが真空チャンバ２００内に残る。したがっ
て、金属単体の薄膜を形成する場合は、ここで、Ｎ2 ガ
ス等の不活性ガスの導入を停止する。一方、窒化膜を形
成する場合は、Ｎ2 ガスの導入を続け、あるいは導入す
るガスをＡｒガスからＮ2 ガスに切り替えて、窒素イオ
ン等を含むアークプラズマを形成する。
【００５９】このようにして生成したプラズマは、プラ
ズマ閉じ込め空間２０４内に閉じ込められる。また、導
入されるマイクロ波は、真空アーク放電の発生後はプラ
ズマを加熱してプラズマ中の多価電離イオンを増加させ
る作用をする。そして、このようなプラズマ中のイオン
等は、バイアス電圧を印加された基板２１０に向かい、
基板２１０表面に、金属薄膜あるいは窒化膜等が形成さ
れる。
ズマ閉じ込め空間２０４内に閉じ込められる。また、導
入されるマイクロ波は、真空アーク放電の発生後はプラ
ズマを加熱してプラズマ中の多価電離イオンを増加させ
る作用をする。そして、このようなプラズマ中のイオン
等は、バイアス電圧を印加された基板２１０に向かい、
基板２１０表面に、金属薄膜あるいは窒化膜等が形成さ
れる。
【００６０】上記窒化膜の形成においては、Ｎ2 ガスの
導入により窒素イオンを含むアークプラズマを形成する
ものであるが、Ｎ2 ガスに代えて、Ｏ2 ガス、メタン、
エタン等の炭化水素系ガス等を導入することにより、酸
化膜、炭化膜等の薄膜を形成でき、また、カソードに各
種の金属を使用することにより、前記ガスプラズマと金
属プラズマからなる種々の複合膜を形成することができ
る。
導入により窒素イオンを含むアークプラズマを形成する
ものであるが、Ｎ2 ガスに代えて、Ｏ2 ガス、メタン、
エタン等の炭化水素系ガス等を導入することにより、酸
化膜、炭化膜等の薄膜を形成でき、また、カソードに各
種の金属を使用することにより、前記ガスプラズマと金
属プラズマからなる種々の複合膜を形成することができ
る。
【００６１】以下、このような装置および方法を用い
て、成膜を行った結果について説明する。
て、成膜を行った結果について説明する。
【００６２】カソード２０５としてチタン（Ｔｉ）を用
い、周波数２．４５ＧＨｚ、電力３００Ｗのマイクロ波
を導入して、流量８sccmでＮ2 ガスを供給しつつ、表面
研磨した肉厚２ｍｍのＳＵＳ３０４からなる基板２１０
に、１０分間成膜を行った。なお、この時の真空チャン
バ２００内の圧力は４×１０-4Torr、真空アーク放電の
電圧、電流特性は、５０Ｖ、５０Ａであった。
い、周波数２．４５ＧＨｚ、電力３００Ｗのマイクロ波
を導入して、流量８sccmでＮ2 ガスを供給しつつ、表面
研磨した肉厚２ｍｍのＳＵＳ３０４からなる基板２１０
に、１０分間成膜を行った。なお、この時の真空チャン
バ２００内の圧力は４×１０-4Torr、真空アーク放電の
電圧、電流特性は、５０Ｖ、５０Ａであった。
【００６３】この結果、形成された薄膜の膜厚は１．２
μｍであり、この薄膜をＳＥＭ観察した結果、溶融粒子
の混入がなく、光沢のある金色に輝く良質な薄膜が観察
された。また、この薄膜のＴｉとＮの組成比を調べるた
め、ＥＰＭＡおよびＲＢＳにて素材解析を行った。この
結果、 Ｔｉ ７６．５４（ｗｔ％） ４８．８３（ａｔ％） Ｎ ２３．４６（ｗｔ％） ５１．１７（ａｔ％） という組成比が得られた。この結果から示されるよう
に、形成された薄膜のＴｉとＮの組成比は、ほぼ１：１
であった。
μｍであり、この薄膜をＳＥＭ観察した結果、溶融粒子
の混入がなく、光沢のある金色に輝く良質な薄膜が観察
された。また、この薄膜のＴｉとＮの組成比を調べるた
め、ＥＰＭＡおよびＲＢＳにて素材解析を行った。この
結果、 Ｔｉ ７６．５４（ｗｔ％） ４８．８３（ａｔ％） Ｎ ２３．４６（ｗｔ％） ５１．１７（ａｔ％） という組成比が得られた。この結果から示されるよう
に、形成された薄膜のＴｉとＮの組成比は、ほぼ１：１
であった。
【００６４】ここで、前述したように、成膜の真空条件
は、４×１０-4Torrであり、スパッタリングあるいはイ
オンビームミキシング法等による場合に較べて非常に低
圧である。このように、低圧下でＴｉとＮの組成比がほ
ぼ１：１の良質な薄膜が得られたのは、ＴｉおよびＮの
双方がプラズマ化され、さらに、積極的にマイクロ波に
より電離度を上げているためと推測される。
は、４×１０-4Torrであり、スパッタリングあるいはイ
オンビームミキシング法等による場合に較べて非常に低
圧である。このように、低圧下でＴｉとＮの組成比がほ
ぼ１：１の良質な薄膜が得られたのは、ＴｉおよびＮの
双方がプラズマ化され、さらに、積極的にマイクロ波に
より電離度を上げているためと推測される。
【００６５】次に、カソード２０５としてＣｕを用い、
マイクロ波プラズマを生成するための不活性ガスとして
Ａｒガスを用いた以外は、上述した場合と同様の条件と
して、１０分間成膜を行った。
マイクロ波プラズマを生成するための不活性ガスとして
Ａｒガスを用いた以外は、上述した場合と同様の条件と
して、１０分間成膜を行った。
【００６６】この結果形成された薄膜は、膜厚０．４μ
ｍであり、溶融粒子の混入がなく、光沢のある銅色の良
質な薄膜であった。
ｍであり、溶融粒子の混入がなく、光沢のある銅色の良
質な薄膜であった。
【００６７】なお、この時、真空アーク放電が生じた
後、Ａｒガスの供給を停止して金属プラズマだけとした
場合と、真空アーク放電が生じた後もＡｒガスの供給を
続けた場合、および、これら双方の場合について、マイ
クロ波を印加し続けた場合およびマイクロ波の印加を停
止した場合について同様にして成膜を行ったが、いずれ
の場合も、同様な膜厚の同様な薄膜が得られた。
後、Ａｒガスの供給を停止して金属プラズマだけとした
場合と、真空アーク放電が生じた後もＡｒガスの供給を
続けた場合、および、これら双方の場合について、マイ
クロ波を印加し続けた場合およびマイクロ波の印加を停
止した場合について同様にして成膜を行ったが、いずれ
の場合も、同様な膜厚の同様な薄膜が得られた。
【００６８】次に、カソード２０５としてアルミニウム
（Ａｌ）を用い、基板２１０として石英ガラス、シリコ
ン、銅を使用した以外は上述したＣｕの場合と同様の条
件として、１０分間成膜を行った。
（Ａｌ）を用い、基板２１０として石英ガラス、シリコ
ン、銅を使用した以外は上述したＣｕの場合と同様の条
件として、１０分間成膜を行った。
【００６９】この結果、石英ガラス、シリコン、銅いず
れの場合も、溶融粒子の混入がなく、光沢のある白色の
良質な薄膜を得ることができた。
れの場合も、溶融粒子の混入がなく、光沢のある白色の
良質な薄膜を得ることができた。
【００７０】なお、この場合、Ｎ2 ガスを添加すると、
ＡｌＮの薄膜が得られ、Ｏ2 ガスを添加すると、Ａｌ2
Ｏ3 薄膜が得られる。
ＡｌＮの薄膜が得られ、Ｏ2 ガスを添加すると、Ａｌ2
Ｏ3 薄膜が得られる。
【００７１】ここで、ＡｒガスとＮ2 ガスの混合ガスを
用い、真空チャンバ２００内の圧力１×１０-3Torr、真
空アーク放電の電圧５０Ｖ、電流６０ＡでＡｌＮの成膜
を行い、得られた薄膜の電気抵抗の計測を行った。この
時のＮ2 ガス流量と、得られた薄膜の電気抵抗の値とを
以下に示す。
用い、真空チャンバ２００内の圧力１×１０-3Torr、真
空アーク放電の電圧５０Ｖ、電流６０ＡでＡｌＮの成膜
を行い、得られた薄膜の電気抵抗の計測を行った。この
時のＮ2 ガス流量と、得られた薄膜の電気抵抗の値とを
以下に示す。
【００７２】 Ｎ2 ガス流量＝０ 抵抗値＝６．４Ω Ｎ2 ガス流量＝１０sccm 抵抗値＝２７ Ω Ｎ2 ガス流量＝２０sccm 抵抗値＝２００Ω Ｎ2 ガス流量＝３０sccm 抵抗値＝測定不可（無限大） Ｎ2 ガス流量＝４０sccm 抵抗値＝測定不可（無限大） 以上の結果から明らかなように、Ｎ2 ガス流量を変化さ
せることにより、形成された薄膜の抵抗値が変化し、Ｎ
2 ガスの供給量を増加することにより、絶縁性の高いＡ
ｌＮ薄膜を得ることができた。
せることにより、形成された薄膜の抵抗値が変化し、Ｎ
2 ガスの供給量を増加することにより、絶縁性の高いＡ
ｌＮ薄膜を得ることができた。
【００７３】次に、カソード２０５として鉄（Ｆｅ）を
用い、これ以外は上述したＣｕの場合と同様にして、１
０分間成膜を行った。この場合も、溶融粒子の混入がな
く、光沢のある白色の良質な薄膜を得ることができた。
なお、この場合、Ｎ2 ガスを添加すると、Ｆｅ3 Ｎの薄
膜が得られる。
用い、これ以外は上述したＣｕの場合と同様にして、１
０分間成膜を行った。この場合も、溶融粒子の混入がな
く、光沢のある白色の良質な薄膜を得ることができた。
なお、この場合、Ｎ2 ガスを添加すると、Ｆｅ3 Ｎの薄
膜が得られる。
【００７４】次に、面積の広い大きな基板に成膜を行う
場合の実施例について説明する。
場合の実施例について説明する。
【００７５】上述した実施例のように、ミラー磁場によ
り、径方向の拡がりが押さえられた状態のプラズマを基
板に作用させて成膜を実施すると、成膜速度は向上する
ものの、面積の広い大きな基板に成膜を行う場合、装置
が非常に大型になってしまうという難点がある。そこ
で、図５にその要部構成を示すように、ホルダ２１１側
の空心コイル２０２（磁力線２０２ａで示されるような
磁場を形成する）の側方に、磁力線２２０ａで示される
ような反転磁場を形成する反転磁場形成用空心コイル２
２０を設ける。そして、この反転磁場により、プラズマ
を広げて基板２１０に作用させることにより、より面積
の広い大きな基板に成膜を行うことが可能となる。ここ
で、他の部分の装置構成および成膜方法については、前
述した実施例と同様であるので、重複した説明は省略す
る。
り、径方向の拡がりが押さえられた状態のプラズマを基
板に作用させて成膜を実施すると、成膜速度は向上する
ものの、面積の広い大きな基板に成膜を行う場合、装置
が非常に大型になってしまうという難点がある。そこ
で、図５にその要部構成を示すように、ホルダ２１１側
の空心コイル２０２（磁力線２０２ａで示されるような
磁場を形成する）の側方に、磁力線２２０ａで示される
ような反転磁場を形成する反転磁場形成用空心コイル２
２０を設ける。そして、この反転磁場により、プラズマ
を広げて基板２１０に作用させることにより、より面積
の広い大きな基板に成膜を行うことが可能となる。ここ
で、他の部分の装置構成および成膜方法については、前
述した実施例と同様であるので、重複した説明は省略す
る。
【００７６】なお、基板２１０は、真空チャンバ２００
の中央部のプラズマ閉じ込め空間２０４内に配置するこ
ともできる。
の中央部のプラズマ閉じ込め空間２０４内に配置するこ
ともできる。
【００７７】
【発明の効果】以上のように本発明のイオンビーム発生
装置によれば、多価電離したイオンの割合が高い金属イ
オンビームの形成が可能であり、これによりイオン抽出
系の電源容量の軽減を実現することができる。
装置によれば、多価電離したイオンの割合が高い金属イ
オンビームの形成が可能であり、これによりイオン抽出
系の電源容量の軽減を実現することができる。
【００７８】また、本発明の成膜装置および成膜方法に
よれば、不純物の混入の少ない良質な膜を生成すること
ができる。
よれば、不純物の混入の少ない良質な膜を生成すること
ができる。
【図１】本発明の一実施例のイオンビーム発生装置を概
略的に示す断面図。
略的に示す断面図。
【図２】他の実施例のイオンビーム発生装置を概略的に
示す部分断面図。
示す部分断面図。
【図３】さらに他の実施例のイオンビーム発生装置を概
略的に示す部分断面図。
略的に示す部分断面図。
【図４】本発明の一実施例の成膜装置を概略的に示す断
面図。
面図。
【図５】他の実施例の成膜装置を概略的に示す部分断面
図。
図。
【図６】従来のイオンビーム発生装置を概略的に示す部
分断面図。
分断面図。
【図７】従来のイオンビーム発生装置を概略的に示す部
分断面図。
分断面図。
【図８】従来の成膜装置を概略的に示す断面図。
１００ カソード １０１ カソードホルダ １０２ 真空チャンバ １０３ 絶縁材 １０４ アーク電源 １０５ マイクロ波導入部 １０６ 導波管 １０７ イオン抽出部 １０８ イオン抽出電極 １０９ イオン抽出電源 １１０ イオン加速電源 １１１ 導入管 １１２ 永久磁石 １１３，１１４ 磁力線 １１５ プラズマ閉じ込め空間 １１６ イオンビーム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０５Ｈ 1/46 Ｈ０５Ｈ 1/46 Ｂ 1/48 1/48 (72)発明者 河村 和彦 愛知県名古屋市緑区大高町字北関山20番 地の１ 中部電力株式会社 電気利用技 術研究所内 (56)参考文献 特開 平１−183036（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−97363（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−276858（ＪＰ，Ａ)
Claims (11)
- 【請求項１】 真空を保持する真空チャンバと、 前記真空チャンバの内部に設けられた、作業物質からな
るカソード、アノード、及びアーク発生手段よりなる少
なくとも１個の作業物質のイオンを含む真空アークプラ
ズマ発生源と、真空アークプラズマの加熱手段と、 前記真空アークプラズマからイオンを抽出するためのイ
オン抽出手段によって構成されるイオンビーム発生装置
において、 前記真空チャンバの少なくとも１箇所から前記真空チャ
ンバ内にマイクロ波を導入するマイクロ波導入機構と、 前記真空チャンバ内に不活性ガスを導入する手段とを設
け、 前記アーク発生手段が、前記真空チャンバ内に導入され
るマイクロ波とアーク発生の際に導入される不活性ガス
とで形成されるマイクロ波プラズマにより構成され、 該マイクロ波は、アーク発生後の前記真空アークプラズ
マの加熱手段となる ことを特徴とするイオンビーム発生
装置。 - 【請求項２】 前記カソードが、前記マイクロ波を前記
真空チャンバ内に導入するための導入部を兼ねているこ
とを特徴とする請求項１記載のイオンビーム発生装置。 - 【請求項３】 前記プラズマを前記真空チャンバ内の所
定の領域内に閉じ込めるための磁場を印加する磁場発生
手段を有することを特徴とする請求項１記載のイオンビ
ーム発生装置。 - 【請求項４】 真空を保持する真空チャンバと、 前記真空チャンバ内に設けられ、成膜を行う被成膜体を
保持するホルダと、 前記真空チャンバの内部に設けられた、成膜材料となる
カソード、アノード、及びアーク発生手段よりなる少な
くとも１個の成膜材料となる物質のイオンを含む真空ア
ークプラズマ発生源と、 真空アークプラズマの加熱手段とによって構成される成
膜装置において、 前記真空チャンバの少なくとも１箇所から前記真空チャ
ンバ内にマイクロ波を 導入するマイクロ波導入機構と、 前記真空チャンバ内に所定のガスを導入する手段とを設
け、 前記アーク発生手段が、前記真空チャンバ内に導入され
るマイクロ波とアーク発生の際に導入される所定のガス
としての不活性ガスとで形成されるマイクロ波プラズマ
により構成され、 該マイクロ波は、アーク発生後の前記真空アークプラズ
マの加熱手段となる ことを特徴とする成膜装置。 - 【請求項５】 前記所定のガスが、成膜時であるアーク
発生後においては、前記成膜材料となる物質のイオンと
化合して被膜を形成することを特徴とする請求項４記載
の成膜装置。 - 【請求項６】 前記プラズマを前記真空チャンバ内の所
定の領域内に閉じ込めるための磁場を印加する磁場発生
手段を有することを特徴とする請求項４記載の成膜装
置。 - 【請求項７】 反転磁界を発生し、前記プラズマを拡げ
て前記ホルダに保持された被成膜体に供給する磁場発生
手段を有することを特徴とする請求項４記載の成膜装
置。 - 【請求項８】 真空チャンバ内に成膜材料となる物質か
らなるカソードおよび成膜を行う被成膜体を配置し、 前記真空チャンバ内をアーク発生の際に不活性ガス雰囲
気とするとともに、該真空チャンバ内にマイクロ波を導
入してマイクロ波プラズマを発生させ、このマイクロ波
プラズマをトリガとしてアノードとカソード間に真空ア
ーク放電を生起して、前記成膜材料となる物質のイオン
を含む真空アークプラズマを生じさせ、該真空アークプ
ラズマをマイクロ波で加熱しながら前記被成膜体に成膜
を施すことを特徴とする成膜方法。 - 【請求項９】 成膜時に前記成膜材料となる物質のイオ
ンと化合して被膜を形成するガスを導入し、化合物膜を
形成することを特徴とする請求項８記載の成膜方法。 - 【請求項１０】 前記成膜材料となる物質のイオンと化
合して被膜を形成するガスが窒素ガスであることを特徴
とする請求項９記載の成膜方法。 - 【請求項１１】 前記成膜材料となる物質のイオンと化
合して被膜を形成するガスが酸素ガスであることを特徴
とする請求項９記載の成膜方法。
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| JP4028167A JP2700280B2 (ja) | 1991-03-28 | 1992-02-14 | イオンビーム発生装置および成膜装置および成膜方法 |
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-
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- 1992-03-27 US US07/858,865 patent/US5168197A/en not_active Expired - Fee Related
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