JP3230834B2 - 成膜方法およびその装置 - Google Patents
成膜方法およびその装置Info
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Description
［発明の目的］
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、薄膜表面の平滑性と多
層膜界面の急峻性を高める機能を有する成膜方法および
その装置に関する。
層膜界面の急峻性を高める機能を有する成膜方法および
その装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近時、イオンビームを補助的に用いた成
膜装置が、膜の密着性、熱特性、光学特性、結晶性、薄
膜表面の平滑性などの機能改善を目的として、数多く特
許出願されている。そして、薄膜表面の平滑性改善を目
的とした従来技術としては、例えば特開平３−６３７３
号公報がある。
膜装置が、膜の密着性、熱特性、光学特性、結晶性、薄
膜表面の平滑性などの機能改善を目的として、数多く特
許出願されている。そして、薄膜表面の平滑性改善を目
的とした従来技術としては、例えば特開平３−６３７３
号公報がある。
【０００３】しかしながら、この特開平３−６３７３号
公報に示された従来技術の問題点として以下の事が挙げ
られる。（１）成膜しながらのイオンビーム照射である
ため、成膜雰囲気は、１０-4Ｔｏｒｒ台の低真空である
ことや、イオンが膜内に混入することによって、薄膜の
純度が落ちる。一般に、半導体、光学素子、磁性体など
の薄膜は、高純度の膜質が要求されており、不適切な不
純物が膜内に混入することは、電気的特性、光学特性、
磁気的特性などの諸特性にすくなからず悪影響を与え
る。（２）基板に対して、均一なイオンビーム照射を行
える手段が備わっていない。そのため大面積の基板また
は薄膜を均一に平滑化することは困難である。（３）薄
膜の膜厚と平滑化状態をその場で観察することができな
い。そのためオングストローム・オーダの膜厚制御が必
要とされる軟Ｘ線用多層膜反射鏡や磁性体用多層膜など
への適用が困難となる。また、平滑化状態をプロセス中
に常時モニタできれば、イオンビーム照射条件を最適化
できるし、作業効率改善にも役立つ。（４）基板または
薄膜が微小な凹凸による粗さを有しているのか、それと
も大きな凹凸による粗さを有しているのかによって、平
滑化プロセスは異なってくるがその対策が取られていな
い。オングストローム・オーダの平滑面創成やプロセス
の作業効率改善には、イオンビーム照射エネルギやイオ
ンビーム照射角度、その他の諸条件を変えるなどの工夫
が必要である。
公報に示された従来技術の問題点として以下の事が挙げ
られる。（１）成膜しながらのイオンビーム照射である
ため、成膜雰囲気は、１０-4Ｔｏｒｒ台の低真空である
ことや、イオンが膜内に混入することによって、薄膜の
純度が落ちる。一般に、半導体、光学素子、磁性体など
の薄膜は、高純度の膜質が要求されており、不適切な不
純物が膜内に混入することは、電気的特性、光学特性、
磁気的特性などの諸特性にすくなからず悪影響を与え
る。（２）基板に対して、均一なイオンビーム照射を行
える手段が備わっていない。そのため大面積の基板また
は薄膜を均一に平滑化することは困難である。（３）薄
膜の膜厚と平滑化状態をその場で観察することができな
い。そのためオングストローム・オーダの膜厚制御が必
要とされる軟Ｘ線用多層膜反射鏡や磁性体用多層膜など
への適用が困難となる。また、平滑化状態をプロセス中
に常時モニタできれば、イオンビーム照射条件を最適化
できるし、作業効率改善にも役立つ。（４）基板または
薄膜が微小な凹凸による粗さを有しているのか、それと
も大きな凹凸による粗さを有しているのかによって、平
滑化プロセスは異なってくるがその対策が取られていな
い。オングストローム・オーダの平滑面創成やプロセス
の作業効率改善には、イオンビーム照射エネルギやイオ
ンビーム照射角度、その他の諸条件を変えるなどの工夫
が必要である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
成膜装置は、上述した問題点（１），（２），（３），
（４）を有しているため種々の不具合を生じている。
成膜装置は、上述した問題点（１），（２），（３），
（４）を有しているため種々の不具合を生じている。
【０００５】この発明は、上記事情を顧慮してなされた
もので、上述した従来の成膜装置がもっている技術的課
題を解決し、大面積、高純度、高精度膜厚制御が必要と
される基板、薄膜、多層膜に対して、広範な面積にわた
って均一に、しかも膜内への不純物混入を極力避けて、
基板表面と薄膜表面を超平滑に創成することと、多層膜
界面を急峻に創成することを効率よく行うことができる
成膜方法およびその装置を提供することを目的とする。 ［発明の構成］
もので、上述した従来の成膜装置がもっている技術的課
題を解決し、大面積、高純度、高精度膜厚制御が必要と
される基板、薄膜、多層膜に対して、広範な面積にわた
って均一に、しかも膜内への不純物混入を極力避けて、
基板表面と薄膜表面を超平滑に創成することと、多層膜
界面を急峻に創成することを効率よく行うことができる
成膜方法およびその装置を提供することを目的とする。 ［発明の構成］
【０００６】
【課題を解決するための手段】 本発明は、薄膜を形成
した後に、薄膜の平滑性及び膜厚を定量的にモニタしな
がら、薄膜表面にイオンビームを照射するようにしたも
のである。また、本発明は、薄膜の表面粗さに応じてイ
オンビームの照射エネルギを調整してイオンビームを照
射するようにしたものである。
した後に、薄膜の平滑性及び膜厚を定量的にモニタしな
がら、薄膜表面にイオンビームを照射するようにしたも
のである。また、本発明は、薄膜の表面粗さに応じてイ
オンビームの照射エネルギを調整してイオンビームを照
射するようにしたものである。
【０００７】
【作用】薄膜内へのイオン物質の流入と残留ガスの混入
を極力抑制した状態で、薄膜の表面粗さ並びに膜厚精度
を著しく高めることができる。
を極力抑制した状態で、薄膜の表面粗さ並びに膜厚精度
を著しく高めることができる。
【０００８】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳
述する。
述する。
【０００９】図１は、この実施例の成膜装置を示してい
る。この成膜装置は、内部が成膜空間１となっているチ
ャンバ２と、成膜空間１下部に設けられた電子ビーム蒸
着部３と、成膜空間１上部に設けられ基板４を電子ビー
ム蒸着部３に対向させて着脱自在に保持する基板保持部
５と、成膜空間１の一側部に設けられイオンビーム６を
基板保持部５に保持された基板４に向かって照射するイ
オンビーム照射部７と、このイオンビーム照射部７によ
りイオンビーム６が照射されている基板４の平滑性をモ
ニタする平滑性測定部８と、電子ビーム蒸着部３により
基板４上に成膜された多層膜９の膜厚を測定する膜厚測
定部１０と、チャンバ２内を真空にするための排気を行
う真空排気部１１とからなっている。しかして、電子ビ
ーム蒸着部３は、チャンバ２下部に設置されターゲット
金属１２，１３を収納する二つのるつぼ１４，１５と、
各るつぼ１４，１５に近接して設けられ電子ビーム１
６，１７をターゲット金属１２，１３に照射して溶融・
蒸発させる電子銃１８，１９と、各るつぼ１４，１５を
離隔する隔壁板２０と、各るつぼ１４，１５の上方に設
置され開口１９ａ，１９ｂを有するシールド板１８と、
開口１９ａ，１９ｂを交互に開閉するシャッタ１９とか
らなっている。上記シールド板１８は、ターゲット金属
１２，１３の乱蒸発と、異種ターゲット材の混合を防ぐ
ために設けられている。一方、基板保持部５は、基板４
を着脱自在に保持するホルダ２０と、このホルダ２０を
水平方向に移動させる水平移動手段２１（矢印Ｐ１方
向）と、ホルダ２０を上下方向に移動させる上下移動手
段２２（矢印Ｐ２方向）と、ホルダ２０を鉛直方向の軸
線２３のまわり矢印Ｐ３方向に回転させる回転手段２４
と、軸線２３が矢印Ｐ４方向に傾くようにホルダ２０を
傾斜させる傾斜手段２５とからなっている。つぎに、イ
オンビーム照射部７は、チャンバ２の一側部に設けられ
た円筒状のイオンビーム発生室２６と、このイオンビー
ム発生室２６に格納された例えば熱電子衝撃方式や電子
サイクロトロン方式などのイオン銃２７と、イオンビー
ム発生室２６を成膜空間１から開閉自在に遮断するバル
ブ２８と、このバルブ２８の前方に開閉自在に設けられ
イオンビーム６を適時に基板４に照射させるシャッタ２
９と、イオン銃２７を図２に示すＸ−Ｙ平面上及びＹ−
Ｚ平面上において揺動並びに移動を行うイオン銃駆動手
段２７ａと、基板４に近接して配設されイオンビーム６
の強度を検出する例えばファラディカップなどのイオン
ビーム検出器２７ｂと、このイオンビーム検出器２７ｂ
を矢印Ｐ５方向に移動させるイオンビーム検出器移動手
段２７ｃとからなっている。ここで、バルブ２８は、成
膜空間１へのイオンビーム発生室２６からのイオン物質
の流入と残留ガスの混入を極力防止するために設けられ
ている。また、シャッタ２９は、多層膜９の膜質を問わ
なくてよく、バルブ２８を解放状態にしてもよい場合に
用いる。また、イオン銃駆動手段２７ａは、モータを駆
動源とするテーブル機構を本体とするもので、図２に示
すイオン銃２７の軸心（イオンビーム６の照射方向）を
Ｙ方向としたときに、Ｘ−Ｙ平面上及びＹ−Ｚ平面上に
て揺動並びに移動を行わせるものである。このイオン銃
駆動手段２７ａによるイオン銃２７の駆動は、イオンビ
ーム検出器２７ｂによるイオンビーム６の測定強度に基
づき、イオンビーム６の強度分布が均一になるように行
う。さらに、平滑性測定部８は、チャンバ２の一側部の
イオン銃２７直上位置に設けられＸ線３０を基板４に照
射するＸ線発生装置３１と、チャンバ２の他側部に設け
られ基板４にて反射した反射Ｘ線３０ａを入射して入射
した反射Ｘ線３０ａの強度Ｉを検出するＸ線検出器３２
と、Ｘ線発生装置３１に近接して設けられＸ線３０を絞
り込む一対のスリット３３，３４と、Ｘ線検出器３２に
近接して設けられ反射Ｘ線３０ａを絞り込むスリット３
５とからなっている。この平滑性測定部８による測定原
理は次式（１）に基づく。 Ｉ／Ｉo ＝ｅｘｐ｛−（４πσ・ｓｉｎθ）2 ／λ2 ｝ ……（１）
る。この成膜装置は、内部が成膜空間１となっているチ
ャンバ２と、成膜空間１下部に設けられた電子ビーム蒸
着部３と、成膜空間１上部に設けられ基板４を電子ビー
ム蒸着部３に対向させて着脱自在に保持する基板保持部
５と、成膜空間１の一側部に設けられイオンビーム６を
基板保持部５に保持された基板４に向かって照射するイ
オンビーム照射部７と、このイオンビーム照射部７によ
りイオンビーム６が照射されている基板４の平滑性をモ
ニタする平滑性測定部８と、電子ビーム蒸着部３により
基板４上に成膜された多層膜９の膜厚を測定する膜厚測
定部１０と、チャンバ２内を真空にするための排気を行
う真空排気部１１とからなっている。しかして、電子ビ
ーム蒸着部３は、チャンバ２下部に設置されターゲット
金属１２，１３を収納する二つのるつぼ１４，１５と、
各るつぼ１４，１５に近接して設けられ電子ビーム１
６，１７をターゲット金属１２，１３に照射して溶融・
蒸発させる電子銃１８，１９と、各るつぼ１４，１５を
離隔する隔壁板２０と、各るつぼ１４，１５の上方に設
置され開口１９ａ，１９ｂを有するシールド板１８と、
開口１９ａ，１９ｂを交互に開閉するシャッタ１９とか
らなっている。上記シールド板１８は、ターゲット金属
１２，１３の乱蒸発と、異種ターゲット材の混合を防ぐ
ために設けられている。一方、基板保持部５は、基板４
を着脱自在に保持するホルダ２０と、このホルダ２０を
水平方向に移動させる水平移動手段２１（矢印Ｐ１方
向）と、ホルダ２０を上下方向に移動させる上下移動手
段２２（矢印Ｐ２方向）と、ホルダ２０を鉛直方向の軸
線２３のまわり矢印Ｐ３方向に回転させる回転手段２４
と、軸線２３が矢印Ｐ４方向に傾くようにホルダ２０を
傾斜させる傾斜手段２５とからなっている。つぎに、イ
オンビーム照射部７は、チャンバ２の一側部に設けられ
た円筒状のイオンビーム発生室２６と、このイオンビー
ム発生室２６に格納された例えば熱電子衝撃方式や電子
サイクロトロン方式などのイオン銃２７と、イオンビー
ム発生室２６を成膜空間１から開閉自在に遮断するバル
ブ２８と、このバルブ２８の前方に開閉自在に設けられ
イオンビーム６を適時に基板４に照射させるシャッタ２
９と、イオン銃２７を図２に示すＸ−Ｙ平面上及びＹ−
Ｚ平面上において揺動並びに移動を行うイオン銃駆動手
段２７ａと、基板４に近接して配設されイオンビーム６
の強度を検出する例えばファラディカップなどのイオン
ビーム検出器２７ｂと、このイオンビーム検出器２７ｂ
を矢印Ｐ５方向に移動させるイオンビーム検出器移動手
段２７ｃとからなっている。ここで、バルブ２８は、成
膜空間１へのイオンビーム発生室２６からのイオン物質
の流入と残留ガスの混入を極力防止するために設けられ
ている。また、シャッタ２９は、多層膜９の膜質を問わ
なくてよく、バルブ２８を解放状態にしてもよい場合に
用いる。また、イオン銃駆動手段２７ａは、モータを駆
動源とするテーブル機構を本体とするもので、図２に示
すイオン銃２７の軸心（イオンビーム６の照射方向）を
Ｙ方向としたときに、Ｘ−Ｙ平面上及びＹ−Ｚ平面上に
て揺動並びに移動を行わせるものである。このイオン銃
駆動手段２７ａによるイオン銃２７の駆動は、イオンビ
ーム検出器２７ｂによるイオンビーム６の測定強度に基
づき、イオンビーム６の強度分布が均一になるように行
う。さらに、平滑性測定部８は、チャンバ２の一側部の
イオン銃２７直上位置に設けられＸ線３０を基板４に照
射するＸ線発生装置３１と、チャンバ２の他側部に設け
られ基板４にて反射した反射Ｘ線３０ａを入射して入射
した反射Ｘ線３０ａの強度Ｉを検出するＸ線検出器３２
と、Ｘ線発生装置３１に近接して設けられＸ線３０を絞
り込む一対のスリット３３，３４と、Ｘ線検出器３２に
近接して設けられ反射Ｘ線３０ａを絞り込むスリット３
５とからなっている。この平滑性測定部８による測定原
理は次式（１）に基づく。 Ｉ／Ｉo ＝ｅｘｐ｛−（４πσ・ｓｉｎθ）2 ／λ2 ｝ ……（１）
【００１０】ただし、Ｉは粗さのある表面での反射強
度、Ｉo は粗さのない理想面での反射強度、σは粗さの
二乗平均値の平方根（ｒｍｓ値）、θは斜入射角、λは
Ｘ線波長である。したがって、Ｘ線の斜入射角とＸ線波
長とを固定した状態で、平滑化を対象としている部分の
Ｘ線反射強度をスリット３５を通してＸ線検出器３２で
モニタすれば粗さσを定量的に知ることができる。これ
により、イオンビーム照射前後の表面粗さは勿論のこ
と、イオンビーム照射プロセス中の表面粗さも常時モニ
タすることができる。一方、膜厚測定部１０は、チャン
バ２外部の一側部に設置されたレーザ光源３６と、この
レーザ光源３６から投射されたレーザ光３６を偏光する
偏向子３７と、この偏向子３７の出射側に設けられた１
／４波長板３８と、チャンバ２の一側部に設けられ１／
４波長板３８を通過したレーザ３６ａをチャンバ２内部
に導入する導入窓３９と、チャンバ２の他側部に設けら
れ且つ導入窓３９を介してチャンバ２内部に導入され基
板４にて反射した反射レーザ光３６ｂを外部に導出する
導出窓４０と、この導出窓４０を通過した反射レーザ光
３６ｂが通過する検光子４１と、この検光子４１からの
反射レーザ光３６ｂの偏光状態を検出する検出器４２と
からなっている。この膜厚測定部１０における測定原理
は次のとおりである。すなわち、反射光の偏光状態変化
は、薄膜９の表面で偏光が斜め反射する場合、電気ベク
トルの入射面内成分（ｐ成分）とそれに垂直な成分（ｓ
成分）とで、複素振幅反射率が異なってくることから生
じる。いま屈折率ｎs の基板４上にある膜厚ｄ，屈折率
ｎからなる薄膜９に、波長λ´の光を入射角φで入射さ
せたとする（図３参照）。この時、複素振幅反射率のｐ
成分Ｒp とｓ成分Ｒs は、それぞれ次式（２），（３）
で表すことができる。
度、Ｉo は粗さのない理想面での反射強度、σは粗さの
二乗平均値の平方根（ｒｍｓ値）、θは斜入射角、λは
Ｘ線波長である。したがって、Ｘ線の斜入射角とＸ線波
長とを固定した状態で、平滑化を対象としている部分の
Ｘ線反射強度をスリット３５を通してＸ線検出器３２で
モニタすれば粗さσを定量的に知ることができる。これ
により、イオンビーム照射前後の表面粗さは勿論のこ
と、イオンビーム照射プロセス中の表面粗さも常時モニ
タすることができる。一方、膜厚測定部１０は、チャン
バ２外部の一側部に設置されたレーザ光源３６と、この
レーザ光源３６から投射されたレーザ光３６を偏光する
偏向子３７と、この偏向子３７の出射側に設けられた１
／４波長板３８と、チャンバ２の一側部に設けられ１／
４波長板３８を通過したレーザ３６ａをチャンバ２内部
に導入する導入窓３９と、チャンバ２の他側部に設けら
れ且つ導入窓３９を介してチャンバ２内部に導入され基
板４にて反射した反射レーザ光３６ｂを外部に導出する
導出窓４０と、この導出窓４０を通過した反射レーザ光
３６ｂが通過する検光子４１と、この検光子４１からの
反射レーザ光３６ｂの偏光状態を検出する検出器４２と
からなっている。この膜厚測定部１０における測定原理
は次のとおりである。すなわち、反射光の偏光状態変化
は、薄膜９の表面で偏光が斜め反射する場合、電気ベク
トルの入射面内成分（ｐ成分）とそれに垂直な成分（ｓ
成分）とで、複素振幅反射率が異なってくることから生
じる。いま屈折率ｎs の基板４上にある膜厚ｄ，屈折率
ｎからなる薄膜９に、波長λ´の光を入射角φで入射さ
せたとする（図３参照）。この時、複素振幅反射率のｐ
成分Ｒp とｓ成分Ｒs は、それぞれ次式（２），（３）
で表すことができる。
【００１１】 Ｒp ＝｛ｒ1p＋ｒ2p・exp(-iδ)｝／｛１＋ｒ1p・ｒ2p・exp(-iδ)｝…（２） Ｒs ＝｛ｒ1s＋ｒ2s・exp(-iδ)｝／｛１＋ｒ1s・ｒ2s・exp(-iδ)｝…（３） ただし、 δ＝４πｄ（ｎ2 −sin 2 φ）1/2 ／λ´ ……（４） である。ここで、ｒ1p，ｒ1sは、真空と薄膜９の界面で
のｐ，ｓ成分のフレネル係数で、ｒ2s，ｒ2pは、薄膜９
と基板４の界面でのｐ，ｓ成分のフレネル係数である。
また、δは、光が薄膜９内を１往復するときの位相差で
ある。ところで、複素振幅反射率比ρ（＝Ｒp ／Ｒs ）
は、Ｒp ，Ｒs の相対的な振幅比（ｔａｎΨ）と位相差
（Δ）を用いて、次式（５）で表される。
のｐ，ｓ成分のフレネル係数で、ｒ2s，ｒ2pは、薄膜９
と基板４の界面でのｐ，ｓ成分のフレネル係数である。
また、δは、光が薄膜９内を１往復するときの位相差で
ある。ところで、複素振幅反射率比ρ（＝Ｒp ／Ｒs ）
は、Ｒp ，Ｒs の相対的な振幅比（ｔａｎΨ）と位相差
（Δ）を用いて、次式（５）で表される。
【００１２】 ρ＝ｔａｎΨ・ｅｘｐ（−ｉΔ） ……（５） と表される。そして、ｔａｎΨとΔは、実験的に知るこ
とができ、その結果から、ρを知ることができる。さら
に、実験的に求めたρと式（２），（３）により、膜厚
ｄ，屈折率ｎを求めることができる。この結果、イオン
ビーム照射プロセス中の薄膜９の膜厚を０．１ｎｍ以下
の感度で検出することができる。つぎに、上記構成の成
膜装置を用いて本実施例の成膜方法について述べる。
とができ、その結果から、ρを知ることができる。さら
に、実験的に求めたρと式（２），（３）により、膜厚
ｄ，屈折率ｎを求めることができる。この結果、イオン
ビーム照射プロセス中の薄膜９の膜厚を０．１ｎｍ以下
の感度で検出することができる。つぎに、上記構成の成
膜装置を用いて本実施例の成膜方法について述べる。
【００１３】まず、イオンビーム照射部７から基板保持
部５に保持されている基板４に対してイオンビーム６を
照射する。すなわち、バルブ２８及びシャッタ２９を開
成した状態で、イオン銃２７からイオンビーム６を例え
ば斜入射角２０°で基板４に照射する。すると、図４に
示すように、イオンビーム６により、基板４表面の凸部
４ａを構成している原子は、最終的に例えば５ｎｍ程
度、スパッタ除去される。また、基板４表面の凹部４ｂ
には、しばしば除去された原子が流入し、凹部４ｂを埋
めたりする。このとき、イオンビーム検出器２７ｂによ
るイオンビーム６の測定強度が常に一定になるように、
イオン銃駆動手段２７ａによりイオン銃２７をＸ−Ｙ平
面上及びＹ−Ｚ平面上にて揺動並びに移動を行わせる。
また同様に、イオンビーム６の測定強度が常に一定にな
るように、基板４を保持するホルダ２０を、上下移動手
段２２、水平移動手段２１、回転手段２４及び傾斜手段
２５により矢印Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４各方向に移動さ
せる。このときのイオン化物質としてはＡｒ（アルゴ
ン）ガスを用いる。しかして、このイオンビーム６の照
射中、平滑性測定部８を作動させ基板４表面の平滑性を
測定する。すなわち、Ｘ線発生装置３１からＸ線３０を
基板４に照射し、このとき基板４にて反射し、且つ、ス
リット３５を通過した反射Ｘ線３０ａの強度ＩをＸ線検
出器３２にて検出する。この強度Ｉに基づき式（１）に
示した測定原理により基板４の平滑性を求める。そし
て、この基板４の平滑性が一定となった段階（図５参
照）でイオン銃２７からのイオンビーム６の照射を停止
し、バルブ２８を閉成し、真空排気部１１によりチャン
バ２内を真空（１０-7Ｔｏｒｒ以上）にする。つぎに、
シャッタ１９により開口１６を開成状態とし、電子銃１
８により電子ビーム１６をるつぼ１４中のターゲット金
属１２に照射する。その結果、ターゲット金属１２は、
溶融・蒸発し、その原子開口１６を経由して基板４上に
ターゲット金属１２からなる薄膜９ａが膜着する。この
とき、基板４を保持するホルダ２０を、薄膜９ａが均一
に形成されるように、ターゲット金属１２の蒸発分布に
応じて、上下移動手段２２、水平移動手段２１、回転手
段２４及び傾斜手段２５により矢印Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，
Ｐ４各方向に移動させる。また、膜厚測定部１０により
薄膜９ａの膜厚をリアルタイムで測定する。すなわち、
レーザ光源３６からレーザ３６ａを偏向子３７、１／４
波長板３８及び導入窓３９を介して基板４に照射する。
すると、レーザ３６ａは、基板４にて反射し、反射レー
ザ光３６ｂが導出窓４０及び検光子４１を経由して検出
器４２に到達する。しかして、検出器４２にては、反射
レーザ光３６ｂの複素振幅反射率比ρ（＝Ｒp ／Ｒs ）
が測定され、この測定結果に基づいて、膜厚ｄをリアル
タイムで求める。そして、薄膜９ａの膜厚が所定の値に
達したとき、電子ビーム１６のターゲット金属１２への
照射を停止する。つぎに、再びバルブ２８及びシャッタ
２９を開成した状態で、イオン銃２７からイオンビーム
６を基板４上の薄膜９ａに照射する。すると、イオンビ
ーム６により、薄膜９ａ表面の凸部を構成している原子
はスパッタ除去される（最終的に例えば５ｎｍ程度）。
このとき、イオンビーム検出器２７ｂによるイオンビー
ム６の測定強度が常に一定になるように、イオン銃駆動
手段２７ａによりイオン銃２７をＸ−Ｙ平面上及びＹ−
Ｚ平面上にて揺動並びに移動を行わせる。また同様に、
イオンビーム６の測定強度が常に一定になるように、基
板４を保持するホルダ２０を、上下移動手段２２、水平
移動手段２１、回転手段２４及び傾斜手段２５により矢
印Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４各方向に移動させる。しかし
て、このイオンビーム６の照射中、平滑性測定部８を作
動させ薄膜９ａ表面の平滑性を測定する。同時に、膜厚
測定部１０により薄膜９ａの膜厚を、オングストローム
・オーダでリアルタイム測定する。そして、薄膜９ａの
平滑性が一定となり、且つ、薄膜９ａの膜厚が所定の値
になった段階でイオン銃２７からのイオンビーム６の照
射を停止し、且つ、バルブ２８を閉成し、真空排気部１
１によりチャンバ２内を真空（１０-7Ｔｏｒｒ以上）に
する。つぎに、シャッタ１９により開口１７を開成状態
とし、電子銃１８により電子ビーム１６をるつぼ１５中
のターゲット金属１３に照射する。その結果、ターゲッ
ト金属１３は、溶融・蒸発し、その原子開口１７を経由
して基板４上にターゲット金属１３からなる薄膜９ｂが
膜着する。このとき、基板４を保持するホルダ２０を、
薄膜９ｂが均一に形成されるように、ターゲット金属１
２の蒸発分布に応じて、上下移動手段２２、水平移動手
段２１、回転手段２４及び傾斜手段２５により矢印Ｐ
１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４各方向に移動させる。また、膜厚
測定部１０により薄膜９ｂの膜厚をリアルタイムで測定
する。そして、薄膜９ｂの膜厚が所定の値に達したと
き、電子ビーム１６のターゲット金属１３への照射を停
止する。つぎに、再びバルブ２８及びシャッタ２９を開
成した状態で、イオン銃２７からイオンビーム６を基板
４上の薄膜９ｂに照射する。すると、イオンビーム６に
より、薄膜９ｂ表面の凸部を構成している原子はスパッ
タ除去される（最終的に例えば５ｎｍ程度）。このと
き、イオンビーム検出器２７ｂによるイオンビーム６の
測定強度が常に一定になるように、イオン銃駆動手段２
７ａによりイオン銃２７をＸ−Ｙ平面上及びＹ−Ｚ平面
上にて揺動並びに移動を行わせる。また同様に、イオン
ビーム６の測定強度が常に一定になるように、基板４を
保持するホルダ２０を、上下移動手段２２、水平移動手
段２１、回転手段２４及び傾斜手段２５により矢印Ｐ
１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４各方向に移動させる。しかして、
このイオンビーム６の照射中、平滑性測定部８を作動さ
せ薄膜９ｂ表面の平滑性を測定する。同時に、膜厚測定
部１０により薄膜９ｂの膜厚を、オングストローム・オ
ーダでリアルタイム測定する。そして、薄膜９ｂの平滑
性が一定となり、且つ、薄膜９ｂの膜厚が所定の値にな
った段階でイオン銃２７からのイオンビーム６の照射を
停止し、且つ、バルブ２８を閉成し、真空排気部１１に
よりチャンバ２内を真空（１０-7Ｔｏｒｒ以上）にす
る。そして、以下同様にして、薄膜９ａと薄膜９ｂを交
互に膜着させ多層膜９を形成する。なお、イオンビーム
６は、対象物が大きな凹凸を有している場合は、初めに
高エネルギ（１０００ｅＶ以上）の照射を行い、ある程
度の平滑性が得られた段階で、次に低エネルギ（１００
０ｅＶ以下）の照射を行い、平滑化処理の仕上げを行
う。
部５に保持されている基板４に対してイオンビーム６を
照射する。すなわち、バルブ２８及びシャッタ２９を開
成した状態で、イオン銃２７からイオンビーム６を例え
ば斜入射角２０°で基板４に照射する。すると、図４に
示すように、イオンビーム６により、基板４表面の凸部
４ａを構成している原子は、最終的に例えば５ｎｍ程
度、スパッタ除去される。また、基板４表面の凹部４ｂ
には、しばしば除去された原子が流入し、凹部４ｂを埋
めたりする。このとき、イオンビーム検出器２７ｂによ
るイオンビーム６の測定強度が常に一定になるように、
イオン銃駆動手段２７ａによりイオン銃２７をＸ−Ｙ平
面上及びＹ−Ｚ平面上にて揺動並びに移動を行わせる。
また同様に、イオンビーム６の測定強度が常に一定にな
るように、基板４を保持するホルダ２０を、上下移動手
段２２、水平移動手段２１、回転手段２４及び傾斜手段
２５により矢印Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４各方向に移動さ
せる。このときのイオン化物質としてはＡｒ（アルゴ
ン）ガスを用いる。しかして、このイオンビーム６の照
射中、平滑性測定部８を作動させ基板４表面の平滑性を
測定する。すなわち、Ｘ線発生装置３１からＸ線３０を
基板４に照射し、このとき基板４にて反射し、且つ、ス
リット３５を通過した反射Ｘ線３０ａの強度ＩをＸ線検
出器３２にて検出する。この強度Ｉに基づき式（１）に
示した測定原理により基板４の平滑性を求める。そし
て、この基板４の平滑性が一定となった段階（図５参
照）でイオン銃２７からのイオンビーム６の照射を停止
し、バルブ２８を閉成し、真空排気部１１によりチャン
バ２内を真空（１０-7Ｔｏｒｒ以上）にする。つぎに、
シャッタ１９により開口１６を開成状態とし、電子銃１
８により電子ビーム１６をるつぼ１４中のターゲット金
属１２に照射する。その結果、ターゲット金属１２は、
溶融・蒸発し、その原子開口１６を経由して基板４上に
ターゲット金属１２からなる薄膜９ａが膜着する。この
とき、基板４を保持するホルダ２０を、薄膜９ａが均一
に形成されるように、ターゲット金属１２の蒸発分布に
応じて、上下移動手段２２、水平移動手段２１、回転手
段２４及び傾斜手段２５により矢印Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，
Ｐ４各方向に移動させる。また、膜厚測定部１０により
薄膜９ａの膜厚をリアルタイムで測定する。すなわち、
レーザ光源３６からレーザ３６ａを偏向子３７、１／４
波長板３８及び導入窓３９を介して基板４に照射する。
すると、レーザ３６ａは、基板４にて反射し、反射レー
ザ光３６ｂが導出窓４０及び検光子４１を経由して検出
器４２に到達する。しかして、検出器４２にては、反射
レーザ光３６ｂの複素振幅反射率比ρ（＝Ｒp ／Ｒs ）
が測定され、この測定結果に基づいて、膜厚ｄをリアル
タイムで求める。そして、薄膜９ａの膜厚が所定の値に
達したとき、電子ビーム１６のターゲット金属１２への
照射を停止する。つぎに、再びバルブ２８及びシャッタ
２９を開成した状態で、イオン銃２７からイオンビーム
６を基板４上の薄膜９ａに照射する。すると、イオンビ
ーム６により、薄膜９ａ表面の凸部を構成している原子
はスパッタ除去される（最終的に例えば５ｎｍ程度）。
このとき、イオンビーム検出器２７ｂによるイオンビー
ム６の測定強度が常に一定になるように、イオン銃駆動
手段２７ａによりイオン銃２７をＸ−Ｙ平面上及びＹ−
Ｚ平面上にて揺動並びに移動を行わせる。また同様に、
イオンビーム６の測定強度が常に一定になるように、基
板４を保持するホルダ２０を、上下移動手段２２、水平
移動手段２１、回転手段２４及び傾斜手段２５により矢
印Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４各方向に移動させる。しかし
て、このイオンビーム６の照射中、平滑性測定部８を作
動させ薄膜９ａ表面の平滑性を測定する。同時に、膜厚
測定部１０により薄膜９ａの膜厚を、オングストローム
・オーダでリアルタイム測定する。そして、薄膜９ａの
平滑性が一定となり、且つ、薄膜９ａの膜厚が所定の値
になった段階でイオン銃２７からのイオンビーム６の照
射を停止し、且つ、バルブ２８を閉成し、真空排気部１
１によりチャンバ２内を真空（１０-7Ｔｏｒｒ以上）に
する。つぎに、シャッタ１９により開口１７を開成状態
とし、電子銃１８により電子ビーム１６をるつぼ１５中
のターゲット金属１３に照射する。その結果、ターゲッ
ト金属１３は、溶融・蒸発し、その原子開口１７を経由
して基板４上にターゲット金属１３からなる薄膜９ｂが
膜着する。このとき、基板４を保持するホルダ２０を、
薄膜９ｂが均一に形成されるように、ターゲット金属１
２の蒸発分布に応じて、上下移動手段２２、水平移動手
段２１、回転手段２４及び傾斜手段２５により矢印Ｐ
１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４各方向に移動させる。また、膜厚
測定部１０により薄膜９ｂの膜厚をリアルタイムで測定
する。そして、薄膜９ｂの膜厚が所定の値に達したと
き、電子ビーム１６のターゲット金属１３への照射を停
止する。つぎに、再びバルブ２８及びシャッタ２９を開
成した状態で、イオン銃２７からイオンビーム６を基板
４上の薄膜９ｂに照射する。すると、イオンビーム６に
より、薄膜９ｂ表面の凸部を構成している原子はスパッ
タ除去される（最終的に例えば５ｎｍ程度）。このと
き、イオンビーム検出器２７ｂによるイオンビーム６の
測定強度が常に一定になるように、イオン銃駆動手段２
７ａによりイオン銃２７をＸ−Ｙ平面上及びＹ−Ｚ平面
上にて揺動並びに移動を行わせる。また同様に、イオン
ビーム６の測定強度が常に一定になるように、基板４を
保持するホルダ２０を、上下移動手段２２、水平移動手
段２１、回転手段２４及び傾斜手段２５により矢印Ｐ
１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４各方向に移動させる。しかして、
このイオンビーム６の照射中、平滑性測定部８を作動さ
せ薄膜９ｂ表面の平滑性を測定する。同時に、膜厚測定
部１０により薄膜９ｂの膜厚を、オングストローム・オ
ーダでリアルタイム測定する。そして、薄膜９ｂの平滑
性が一定となり、且つ、薄膜９ｂの膜厚が所定の値にな
った段階でイオン銃２７からのイオンビーム６の照射を
停止し、且つ、バルブ２８を閉成し、真空排気部１１に
よりチャンバ２内を真空（１０-7Ｔｏｒｒ以上）にす
る。そして、以下同様にして、薄膜９ａと薄膜９ｂを交
互に膜着させ多層膜９を形成する。なお、イオンビーム
６は、対象物が大きな凹凸を有している場合は、初めに
高エネルギ（１０００ｅＶ以上）の照射を行い、ある程
度の平滑性が得られた段階で、次に低エネルギ（１００
０ｅＶ以下）の照射を行い、平滑化処理の仕上げを行
う。
【００１４】以上のように、この実施例においては、各
薄膜９ａ，９ｂの形成後、イオンビーム６の照射により
平滑化処理を行っているので、急峻な界面を有する多層
膜９を形成することができる。すなわち、図６は、平滑
化処理を行わなかったときの多層膜９の断面構造を示し
ているが、各薄膜９ａ，９ｂ間の界面には凹凸が存在
し、乱れた界面となっている。これに対して、図７は、
平滑化処理を行ったときの多層膜９の断面構造を示して
いる。この図７が示すように、各薄膜９ａ，９ｂ間の界
面には凹凸は存在せず、急峻な界面となっている。ちな
みに、平滑化処理を行わなかったときの多層膜９の界面
粗さは、Ｐ−Ｖ値で２．６ｎｍであるのに対して、平滑
化処理を行ったときの多層膜９の界面粗さは、Ｐ−Ｖ値
で０．６と、多層膜界面の急峻性を顕著に改善すること
ができた。さらに、この実施例においては、薄膜形成後
にイオンビーム６を照射し平滑化処理を行うようにして
いるので、多層膜９内へのイオン物質の流入と残留ガス
の混入を極力抑制することができるようになり、膜質純
度を高めることができるようになる。また、膜厚測定部
１０及び平滑性測定部８により、薄膜９ａ，９ｂの平滑
性及び膜厚を定量的にモニタしながら、イオンビーム６
の照射を行うようにしているので、成膜制御を効率的か
つ高精度で行うことができる。さらにまた、この実施例
においては、イオン銃２７及び基板４を保持するホルダ
２０を任意方向に可動としたので、イオンビーム６の照
射面積の拡大と照射強度の均一化を図り、大面積の基板
への薄膜形成に適用が可能となる。さらに、平滑化対象
物の初期表面状態に応じて、イオンビーム６の照射エネ
ルギを調整するようにしているので、平滑化プロセスを
効率よく進めることができる。
薄膜９ａ，９ｂの形成後、イオンビーム６の照射により
平滑化処理を行っているので、急峻な界面を有する多層
膜９を形成することができる。すなわち、図６は、平滑
化処理を行わなかったときの多層膜９の断面構造を示し
ているが、各薄膜９ａ，９ｂ間の界面には凹凸が存在
し、乱れた界面となっている。これに対して、図７は、
平滑化処理を行ったときの多層膜９の断面構造を示して
いる。この図７が示すように、各薄膜９ａ，９ｂ間の界
面には凹凸は存在せず、急峻な界面となっている。ちな
みに、平滑化処理を行わなかったときの多層膜９の界面
粗さは、Ｐ−Ｖ値で２．６ｎｍであるのに対して、平滑
化処理を行ったときの多層膜９の界面粗さは、Ｐ−Ｖ値
で０．６と、多層膜界面の急峻性を顕著に改善すること
ができた。さらに、この実施例においては、薄膜形成後
にイオンビーム６を照射し平滑化処理を行うようにして
いるので、多層膜９内へのイオン物質の流入と残留ガス
の混入を極力抑制することができるようになり、膜質純
度を高めることができるようになる。また、膜厚測定部
１０及び平滑性測定部８により、薄膜９ａ，９ｂの平滑
性及び膜厚を定量的にモニタしながら、イオンビーム６
の照射を行うようにしているので、成膜制御を効率的か
つ高精度で行うことができる。さらにまた、この実施例
においては、イオン銃２７及び基板４を保持するホルダ
２０を任意方向に可動としたので、イオンビーム６の照
射面積の拡大と照射強度の均一化を図り、大面積の基板
への薄膜形成に適用が可能となる。さらに、平滑化対象
物の初期表面状態に応じて、イオンビーム６の照射エネ
ルギを調整するようにしているので、平滑化プロセスを
効率よく進めることができる。
【００１５】なお、上記実施例においては、多層膜９の
成膜方法として、電子ビーム蒸着法を採用しているが、
他の成膜法、例えばマグネトロンスパッタ法、イオンビ
ームスパッタ法、分子線エピタキシ法、化学気相成長法
などを採用してもよい。また、上記実施例においては、
多層膜の形成を例示しているが、単層膜の形成にも適用
可能であることは勿論である。また、イオン化物質とし
て、Ｎ2 （窒素）、Ｏ2 （酸素）を用いてもよい。
成膜方法として、電子ビーム蒸着法を採用しているが、
他の成膜法、例えばマグネトロンスパッタ法、イオンビ
ームスパッタ法、分子線エピタキシ法、化学気相成長法
などを採用してもよい。また、上記実施例においては、
多層膜の形成を例示しているが、単層膜の形成にも適用
可能であることは勿論である。また、イオン化物質とし
て、Ｎ2 （窒素）、Ｏ2 （酸素）を用いてもよい。
【００１６】
【発明の効果】本発明の成膜方法およびその装置は、以
下のような顕著な効果を奏する。すなわち、＜１＞薄膜
の形成後、イオンビームの照射により平滑化処理を行っ
ているので、表面粗さを著しく高めることができる。そ
して、薄膜が多層膜であるときは、急峻な界面を有する
多層膜を形成することができる。＜２＞薄膜形成後にイ
オンビームを照射し平滑化処理を行うようにしているの
で、薄膜内へのイオン物質の流入と残留ガスの混入を極
力抑制することができるようになり、膜質純度を高める
ことができるようになる。＜３＞膜厚測定部及び平滑性
測定部により、薄膜の平滑性及び膜厚を定量的にモニタ
しながら、イオンビームの照射を行うようにしているの
で、成膜制御を効率的かつ高精度で行うことができる。
＜４＞イオン銃及び基板を保持するホルダを任意方向に
駆動可能としたので、イオンビームの照射面積の拡大と
照射強度の均一化を図り、大面積の基板への薄膜形成に
適用が可能となる。＜５＞平滑化対象物の初期表面状態
に応じて、イオンビームの照射エネルギを調整するよう
にしているので、平滑化プロセスを効率よく進めること
ができる。
下のような顕著な効果を奏する。すなわち、＜１＞薄膜
の形成後、イオンビームの照射により平滑化処理を行っ
ているので、表面粗さを著しく高めることができる。そ
して、薄膜が多層膜であるときは、急峻な界面を有する
多層膜を形成することができる。＜２＞薄膜形成後にイ
オンビームを照射し平滑化処理を行うようにしているの
で、薄膜内へのイオン物質の流入と残留ガスの混入を極
力抑制することができるようになり、膜質純度を高める
ことができるようになる。＜３＞膜厚測定部及び平滑性
測定部により、薄膜の平滑性及び膜厚を定量的にモニタ
しながら、イオンビームの照射を行うようにしているの
で、成膜制御を効率的かつ高精度で行うことができる。
＜４＞イオン銃及び基板を保持するホルダを任意方向に
駆動可能としたので、イオンビームの照射面積の拡大と
照射強度の均一化を図り、大面積の基板への薄膜形成に
適用が可能となる。＜５＞平滑化対象物の初期表面状態
に応じて、イオンビームの照射エネルギを調整するよう
にしているので、平滑化プロセスを効率よく進めること
ができる。
【図１】本発明の一実施例の成膜装置の全体構成図であ
る。
る。
【図２】本発明の一実施例の成膜装置の一部をなすイオ
ン銃の説明図である。
ン銃の説明図である。
【図３】本発明の一実施例の成膜装置における膜厚測定
部の測定原理を示す断面図である。
部の測定原理を示す断面図である。
【図４】本発明の一実施例の成膜方法におけるイオンビ
ームによる平滑化の説明図である。
ームによる平滑化の説明図である。
【図５】本発明の一実施例の成膜方法におけるイオンビ
ームによる平滑化の説明図である。
ームによる平滑化の説明図である。
【図６】平滑化処理を行わなかったときの多層膜の断面
構造を示す図である。
構造を示す図である。
【図７】本発明の一実施例による多層膜の断面構造を示
す図である。
す図である。
１：成膜空間，２：チャンバ，３：電子ビーム蒸着部，
４：基板，５：基板保持部，６：イオンビーム，７：イ
オンビーム照射部，８：平滑性測定部，１０：膜厚測定
部。
４：基板，５：基板保持部，６：イオンビーム，７：イ
オンビーム照射部，８：平滑性測定部，１０：膜厚測定
部。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−263968（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−123233（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−6373（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−110567（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C23C 14/00 - 14/58 C23C 16/00 - 16/56 H01L 21/203 - 21/205 H01L 21/31 - 21/32
Claims (6)
- 【請求項１】 被成膜体上に薄膜を形成する薄膜形成工
程と、この薄膜形成工程後に薄膜の平滑性及び膜厚を定
量的に測定し、測定結果に基づきながらイオンビームを
照射するイオンビーム照射工程とを具備することを特徴
とする成膜方法。 - 【請求項２】 被成膜体上に薄膜を形成する薄膜形成工
程と、この薄膜形成工程後に薄膜の表面粗さに応じてイ
オンビームの照射エネルギを調整してイオンビームを照
射するイオンビーム照射工程とを具備することを特徴と
する成膜方法。 - 【請求項３】 内部に成膜空間を形成するチャンバと、
上記成膜空間に設けられ被成膜体を保持する被成膜体保
持部と、上記成膜空間に設けられ上記被成膜体に薄膜を
被着させる薄膜形成部と、この薄膜形成部により上記被
成膜体に被着している薄膜にイオンビームを照射するイ
オンビーム照射部と、上記薄膜の膜厚を検出する膜厚測
定部と、上記薄膜の平滑性を測定する平滑性測定部とを
具備することを特徴とする成膜装置。 - 【請求項４】 イオンビーム照射部は、イオンビームを
出射するイオン銃を有し、このイオン銃は上記イオンビ
ームの出射位置及び出射角度を調整自在に設けられてい
ることを特徴とする請求項３記載の成膜装置。 - 【請求項５】 イオンビーム照射部は、成膜空間に連設
されたイオンビーム発生室を有し、このイオンビーム発
生室と上記成膜空間との境界には開閉自在な遮断手段が
設けられていることを特徴とする請求項３記載の成膜装
置。 - 【請求項６】 被成膜体保持部は、上記被成膜体を保持
するホルダを有し、このホルダは位置調整駆動自在に設
けられていることを特徴とする請求項３記載の成膜装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08440992A JP3230834B2 (ja) | 1992-04-07 | 1992-04-07 | 成膜方法およびその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08440992A JP3230834B2 (ja) | 1992-04-07 | 1992-04-07 | 成膜方法およびその装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05287531A JPH05287531A (ja) | 1993-11-02 |
| JP3230834B2 true JP3230834B2 (ja) | 2001-11-19 |
Family
ID=13829796
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08440992A Expired - Fee Related JP3230834B2 (ja) | 1992-04-07 | 1992-04-07 | 成膜方法およびその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3230834B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
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|---|---|---|---|---|
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| JP2004253749A (ja) * | 2002-12-27 | 2004-09-09 | Tokyo Electron Ltd | 薄膜処理方法及び薄膜処理システム |
| DE10351059B4 (de) * | 2003-10-31 | 2007-03-01 | Roth & Rau Ag | Verfahren und Vorrichtung zur Ionenstrahlbearbeitung von Oberflächen |
| KR101052036B1 (ko) * | 2006-05-27 | 2011-07-26 | 한국수력원자력 주식회사 | 고온 내 부식성 향상을 위한 세라믹 코팅 및 이온빔 믹싱장치 및 이를 이용한 박막의 계면을 개질하는 방법 |
| JP2021131324A (ja) * | 2020-02-20 | 2021-09-09 | キオクシア株式会社 | 薄膜分析装置、及び、薄膜分析方法 |
-
1992
- 1992-04-07 JP JP08440992A patent/JP3230834B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05287531A (ja) | 1993-11-02 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |