JP3360102B2 - イオンビームスパッタ装置 - Google Patents

イオンビームスパッタ装置

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JP3360102B2 JP32951596A JP32951596A JP3360102B2 JP 3360102 B2 JP3360102 B2 JP 3360102B2 JP 32951596 A JP32951596 A JP 32951596A JP 32951596 A JP32951596 A JP 32951596A JP 3360102 B2 JP3360102 B2 JP 3360102B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、イオンビームス
パッタ装置に関し、特に、低エネルギスパッタ粒子を選
択して低エネルギスパッタ粒子のみにより成膜するイオ
ンビームスパッタ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来例を図4を参照して説明する。図4
はイオンビームスパッタ装置の垂直断面を側方から視た
ところを示す図である。11はイオンビームスパッタ装
置の真空チャンバーを示す。この真空チャンバー11内
には、イオンガン12、真空ポンプ16、基板ホルダ1
3が収容取り付けられている。基板ホルダ13には基板
18が取り付けられている。基板ホルダ13の前部近傍
にはシャッタ20、膜厚計22が設置されている。14
はターゲットホルダであり、真空チャンバー11の側面
から挿入された回転軸19に取り付け、支持されてい
る。ターゲットホルダ14はその両面に互いに異なるタ
ーゲット17が形成されている。
【0003】ここで、おのイオンビームスパッタ装置の
動作について説明する。真空チャンバー11は真空ポン
プ16により排気される。ターゲットホルダ14に成膜
したい物質より成るターゲット17を取り付け、次い
で、イオンガン12からイオンビームを発生させる。イ
オンガン12から発生放射せしめられたイオンビームは
ターゲット17に衝突し、ターゲット17を構成する物
質をスパッタリングさせる。スパッタリングされたター
ゲット構成物質の粒子は基板18の表面に付着してここ
にターゲット構成物質の薄膜が形成される。回転軸19
を回転駆動してターゲット17を180゜回転させるこ
とにより、選択的に2種類のターゲット物質をスパッタ
リングさせ、多層膜を成膜することができる。基板18
の表面に成膜される膜厚は膜厚計22によりモニタし、
必要な膜厚に到達した時にシャッタ20を閉成し、イオ
ンガン12のビーム発生を停止して薄膜形成を終了させ
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このイオンビームスパ
ッタ装置の従来例においては、薄膜を形成するターゲッ
ト17のスパッタ粒子は、図5に示される如く、60e
V以上の高エネルギ粒子成分を含むエネルギ分布を有し
ている。図5において、横軸はエネルギを示し、縦軸は
分布を示す。多層膜を成膜するに際して、スパッタ粒子
の内に高エネルギ粒子成分が含まれていると、これは多
層膜相互の界面において界面拡散層、反応層を形成させ
て多層膜ミラーの性能を低下させる要因となる。図6は
界面反応層の有無による多層膜ミラーの反射率の違いを
示す図である。2種類の物質としてMo、Siの組み合
わせを選び、1ペア66A°の厚さで45ペア積層した
ときの反射率を示す。
【0005】この発明は、イオンビームスパッタ装置に
よる多層膜形成の際に、スパッタ粒子の内から数eV程
度の低エネルギのスパッタ粒子のみを選択してこれら低
エネルギスパッタ粒子により成膜することにより多層膜
界面における両物質の拡散、反応を抑制するイオンビー
ムスパッタ装置を提供するものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】請求項1:真空チャンバ
11、真空チャンバ底部に設置したイオンガン12、真
空チャンバ側壁を介して挿入される回転軸によりイオン
ガンに対向して上方に支持固定されるターゲットホルダ
14、薄膜が形成されるべき基板18が着脱される基板
ホルダ13、基板ホルダ13の前部近傍に設置されるシ
ャッタ、および真空チャンバ内を吸引排気する真空ポン
プ16より成り、低エネルギスパッタ粒子を選択して薄
膜を形成するイオンビームスパッタ装置において、シャ
ッタ動作に同期してイオンビームをパルス的に発生する
イオンガン12を具備し、開孔回転板20より成るシャ
ッタを具備し、イオンガンに加えられる加速電圧をオ
ン、オフ制御するパルススイッチ23を具備し、光路に
開孔回転板20を介在させて相対向配置されるHe−N
eレーザ24および光検出器25を具備して光検出器の
検出出力25によりパルススイッチ23を駆動制御し、
光検出器の検出出力の立ち下がり時にパルススイッチを
オン制御するイオンビームスパッタ装置を構成した。
【0007】そして、請求項2:請求項1に記載される
イオンビームスパッタ装置において開孔回転板は扇形の
開孔が穿設されるものであるイオンビームスパッタ装置
を構成した。
【0008】
【発明の実施の形態】この発明のイオンビームスパッタ
装置はイオンビームの発生をパルス的に実施し、イオン
ビームの発生に連動して時間差を設けてシャッタを開口
する構成を採用し、低エネルギスパッタ粒子を選択して
これのみにより成膜するものである。薄膜を形成するス
パッタ粒子ビームの速度はスパッタ粒子の有するエネル
ギに比例する。即ち、高エネルギを有するスパッタ粒子
の速度は低エネルギを有するスパッタ粒子と比較して大
である。高エネルギを有するスパッタ粒子は、低エネル
ギを有するスパッタ粒子より先に成膜されるべき基板に
飛来することになる。換言すれば、高エネルギを有する
スパッタ粒子が基板に飛来した後、遅れて低エネルギを
有するスパッタ粒子が基板に飛来する。従って、イオン
ガンを駆動し、ターゲットをスパッタッタリングしてか
ら僅かの時間の間はシャッタを閉じて高エネルギを有す
るスパッタ粒子が飛来してもこれを遮断し、この僅かの
時間経過後にシャッタを開口してこれより遅れて飛来す
る低エネルギスパッタ粒子を通過せしめて低エネルギス
パッタ粒子により基板に薄膜を成膜することができる。
【0009】
【実施例】この発明の実施例を図1および図2を参照し
て説明する。真空チャンバー11内にはイオンガン1
2、真空ポンプ16および基板ホルダ13が収容取り付
けられている。基板ホルダ13には基板18が取り付け
られている。基板ホルダ13の前部近傍には膜厚計22
が設置されている。14はターゲットホルダであり、真
空チャンバー11の側面から挿入された回転軸19に取
り付け、支持されている。ターゲットホルダ14はその
両面に互いに異なるターゲット17が形成されている。
【0010】この発明の実施例は、基板ホルダ13の前
部近傍に、従来例のシャッタとして開孔回転板20が設
置されている。この開孔回転板20は図示されない適宜
の定速回転駆動装置により正確に一定速度に回転制御さ
れている。開孔回転板20が解放する開孔期間を規定す
る開孔201は図示される通り回転板の中心を中心とす
る扇形とされる。そして、イオンガン12に加えられる
加速電圧をオン、オフ制御するパルススイッチ23を具
備している。特に、図2を参照するに、更に、このパル
ススイッチ23をオン、オフ制御するスイッチ制御部を
構成するHe−Neレーザ24およびこのレーザ光を受
光する光検出器25を具備している。このHe−Neレ
ーザ24から放射されるレーザ光はシャッタである開孔
回転板20を介して光検出器25に到達する。シャッタ
である開孔回転板20、光検出器25およびパルススイ
ッチ23の動作のタイミングチャートは図3に示され
る。即ち、開孔回転板20の開孔201がHe−Neレ
ーザ24から放射されるレーザ光の光路に対応してレー
ザ光が通過している間、光検出器25はレーザ光を受光
してこれを検出する。そして、パルススイッチ23は、
光検出器25がレーザ光を受光していてこの受光を遮断
された時に短時間オン動作制御される。
【0011】次に、実施例の動作を説明するに、真空チ
ャンバー11は真空ポンプ16により真空排気する。タ
ーゲット回転軸19を介してターゲットホルダ14を回
転させ、必要とされる物質の一方のターゲット17を選
択する。イオンガン12からパルス的に発生させたイオ
ンビームはターゲット17に衝突し、そのターゲット物
質をスパッタリングする。図3に示される如く、開孔回
転板20の開孔201がHe−Neレーザ24から放射
されるレーザ光の光路に対応してレーザ光が通過してい
る間、光検出器25はレーザ光を受光してこれを検出
し、パルススイッチ23は光検出器25がレーザ光を受
光していてこの受光を遮断された時に短時間オン動作制
御され、この短時間オン動作に対応してイオンガン12
に加えられる加速電圧はオンとされ、イオンは加速放出
されてスパッタリングが行われることになる。ターゲッ
ト17からスパッタリングされたターゲット物質粒子
は、開孔回転板20の開孔201が基板18の直前を通
過する時は基板18表面に付着され、薄膜を形成する。
薄膜の膜厚は膜厚計22によりモニターし、膜厚が必要
な膜厚に到達したとき成膜を終了させる。
【0012】ここで、薄膜を形成するスパッタ粒子ビー
ムの速度はスパッタ粒子の有するエネルギに比例する。
即ち、高エネルギを有するスパッタ粒子の速度は数eV
程度の低エネルギのスパッタ粒子と比較して大である。
高エネルギを有するスパッタ粒子は低エネルギを有する
スパッタ粒子より先に成膜されるべき基板18に飛来す
ることになる。換言すれば、高エネルギを有するスパッ
タ粒子が基板18に飛来した後、遅れて低エネルギを有
するスパッタ粒子が基板18に飛来する。従って、イオ
ンガン12を駆動し、ターゲット17をスパッタッタリ
ングしてから僅かの時間の間はシャッタである開孔回転
板20を閉じて高エネルギを有するスパッタ粒子が飛来
してもこれを遮断し、この僅かの時間経過後シャッタ2
0を開口してこれより遅れて飛来する数eV程度の低エ
ネルギスパッタ粒子を通過せしめて低エネルギスパッタ
粒子のみにより基板18に薄膜を成膜することができ
る。
【0013】以上の動作を数値を使用して具体的に説明
するに、一般に、エネルギ粒子が1eVのエネルギを有
する場合、エネルギ粒子の速度は45m/secであ
る。イオンガン12から撃ち出されるイオンビームは高
電圧により加速され、通常は1keV以上の高エネルギ
を有しているので、その速度は1eV程度のエネルギを
有するエネルギ粒子の速度である45m/secと比較
して充分に大である。従って、イオンビームがイオンガ
ン12からターゲット17に到達するに必要とされる時
間は格別に考慮する必要はない。即ち、ターゲット17
はイオンビームがイオンガン12から撃ち出された瞬間
にスパッタッタリングされるものとして差し支えない。
【0014】
【発明の効果】以上の通りであって、この発明は、ター
ゲット17と基板18との間の距離が1mである装置の
場合、イオンビームがイオンガン12から撃ち出される
とこれがターゲット17に衝突して放出した1eVのエ
ネルギを有するスパッタリング粒子の場合、ターゲット
17を放出後0.022秒程度で基板18に到達する。
そして、開孔回転板20を毎秒45回転程度の速度で定
速回転させると、開孔回転板20の開孔201は0.0
22秒程度の周期で基板18の前を通過する。図3をも
参照するに、この具体例の場合、光検出器25の検出光
の立ち下がり時にイオンガン12からイオンビームを撃
ち出し、開孔回転板20を毎秒45回転程度の速度で定
速回転させることにより、0.022秒程度の周期で開
孔回転板20の開孔201は開となる。これはターゲッ
ト17を放出後0.022秒程度で基板18に到達する
数eV程度の低エネルギのスパッタリング粒子に同期し
てこれを通過させることができる。図3において、イオ
ンガン12がオン動作してから開孔回転板20が遮断し
ている間は高速度で放射される高エネルギのスパッタリ
ング粒子が開孔回転板20に到達してこれにより遮断さ
れている期間であり、この開孔回転板20の遮断期間が
経過して開孔201が開となったところで数eV程度の
低エネルギの低速のスパッタリング粒子が遅れて到達し
て通過することができる。スパッタリング粒子のエネル
ギ分布は図4に示される如きものであって、多層膜成膜
に好適な低エネルギのスパッタリング粒子は数eV程度
のエネルギの領域に多量に分布しており、これらを効率
的に選択すると共に多層膜成膜に不適当な高エネルギの
スパッタリング粒子は有効に排除することができる。開
孔回転板20の遮断期間、開孔期間は回転駆動速度を調
整すると共に、扇形の開孔201の大きさを調整するこ
とにより設定することができる。
【0015】上述した通り、この発明は、数eV程度の
低いエネルギを有するスパッタ粒子のみにより薄膜を形
成することができる。これにより、多層膜ミラーを形成
する際に、多層膜界面において拡散層、反応層の形成を
抑制することができ、高性能の多層膜ミラーを形成する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例を説明する図。
【図2】図1の一部の断面を示す図。
【図3】タイミングチャート。
【図4】従来例を説明する図。
【図5】スパッタ粒子のエネルギ分布を示す図。
【図6】多層膜ミラーの反射率を示す図。
【符号の説明】
11 真空チャンバー 12 イオンガン 13 基板ホルダ 14 ターゲットホルダ 16 真空ポンプ 17 ターゲット 18 基板 19 回転軸 20 開孔回転板 201 開孔 21 駆動モータ 22 膜厚計 23 パルススイッチ 24 He−Neレーザ 25 光検出器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−93445(JP,A) 特開 平3−199370(JP,A) 特開 平3−20459(JP,A) 特開 平10−30168(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C23C 14/00 - 14/58 H01L 21/203

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 真空チャンバ、真空チャンバ底部に設置
    したイオンガン、真空チャンバ側壁を介して挿入される
    回転軸によりイオンガンに対向して上方に支持固定され
    るターゲットホルダ、薄膜が形成されるべき基板が着脱
    される基板ホルダ、基板ホルダの前部近傍に設置される
    シャッタ、および真空チャンバ内を吸引排気する真空ポ
    ンプより成り、低エネルギスパッタ粒子を選択して薄膜
    を形成するイオンビームスパッタ装置において、 シャッタ動作に同期してイオンビームをパルス的に発生
    するイオンガンを具備し、 開孔回転板より成るシャッタを具備し、 イオンガンに加えられる加速電圧をオン、オフ制御する
    パルススイッチを具備し、 光路に開孔回転板を介在させて相対向配置されるHe−
    Neレーザおよび光検出器を具備して光検出器の検出出
    力によりパルススイッチを駆動制御し、 光検出器の検出出力の立ち下がり時にパルススイッチを
    オン制御することを特徴とするイオンビームスパッタ装
    置。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載されるイオンビームスパ
    ッタ装置において、 開孔回転板は扇形の開孔が穿設されるものであることを
    特徴とするイオンビームスパッタ装置。
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JP5493139B1 (ja) 2013-05-29 2014-05-14 独立行政法人科学技術振興機構 ナノクラスター生成装置
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