JPH01283370A - ターゲットホルダ、イオンビームスパッタ装置およびその使用方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業−にの利用分野〕 本発明は、材料の表面改質や多層膜を形成するイオンビ
ームスパッタ装置に係り、スパッタされるターゲットの
利用率が高く、また、形成される膜の層数しこ応したタ
ーゲットを取付けることが可能なターゲットホルダ、そ
のターケラ１へホルダを備えたイオンビームスパッタ装
置およびその使用方法に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、例えば材料の表面に多層膜を形成する場合、特開
昭６２−９９４６０号公報に記載されているようｔ；、
水冷された中空多角柱状のターゲットホルダの表面にタ
ーケラ１へを取付け、このターゲットホルダを回転して
ターゲットの種類を選択するようにしたものが知られて
いる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところて、イオンビームによるスパッタ角度（ターゲラ
１へ粒子が飛び出す方向）はターケラ１−の種類（物質
）により異なる。したがって、上記従来技術によれば、
ターゲットホルダを回転して、ターケラト表面の法線に
対するイオンビーフ１人射角を調整し、これによりスパ
ッタ角度を試料力面に合わせることができる。

しかし、この場合、ターゲラ１〜自体も多角柱の軸心を
回転中心とする円に沿って移動されてしまう。このため
、イオンビーム照射域から外れる面積が大きくなり、タ
ーケラ１−の一部しか有効に利用できないという問題が
ある。

このことを、第８図〜第１０図を用いて具体的に説明す
る。図示のものは４個のターケラ１−を取付は可能な４
角柱状のホルダの例である。第８図に示すように、ホル
タ１は中空の４角柱体からなるターゲット取付具２を回
転軸３回りに回転可能に形成し、ターゲット４を４つの
側面に取付ける構成とされている。また、回転軸３に穿
設された通流路５，６を介して冷却水７が循環されるよ
うになっている。

イオンビームとターゲット４の位置関係は第９図トこ示
す。イオンビームのビーム中心８は一般に固定されてお
り、これに対しターケラ１〜４ば同図実線位置が基準位
置として設置され、ビーム中心８はターゲット中心４ａ
に一致される。図中の符号９はターゲット粒子の飛出し
方向を示しており、この場合はイオンビーム入射角、ス
パッタ角ともに２２．５°の例を示す。

この場合において、スパッタ角の変化に合わせてターゲ
ットホルダ２を図示２点鎖線の位置に回転（例えば１５
°）したとすると、ターゲット中心４ａは回転軸３の軸
線３ａを中心として回転されて４−　ａ　’　に移動し
、第１０図に示すようにビーム中心８からＬだけすれる
。なお、第１０図はイオンビーム照射方向から見た図で
ある。

このため、第１０図斜線１０で表わしたように、ターゲ
ット４にのみイオンビーｌ＼が当るようにビーム径を絞
らなければならず、ターゲットの有効利用面積（又は有
効利用１）が減少することになるのである。

また、上記の問題は軸線３ａとターゲラ１〜中心４ａと
の距離Ｒに起因することから、ターゲラ）へ４の取付数
を増やすにつれて大きくなる。

本発明の目的は、上記従来の問題点を解決すること、言
い換えれば、ターケラ１−の有効利用率を大きくするこ
と、またターゲットの取付は数を増加することができる
ターゲットホルダ、そのターケラ１−ホルダを用いたイ
オンビームスパッタ装置およびその使用方法を係供する
ことにある。

〔課題を解決するための手段〕

」−記目的を達成するため、本発明のターゲットホルダ
は、回転可能に設けられた支持具（以下、公転支持具と
称する）に対しイオンビームスパッタのターゲットがそ
れぞれ装着される複数のターゲット取付具を回転可能に
支持させてなり、該各ターゲット取付具の回転軸（以下
、自転軸と称する）は装着されるターゲットのイオンビ
ーム照射面のほぼ中心を通る法線に直交させてかつ当該
照射面に一致又は近接させて設けられ、また該各自転軸
は前記支持具の回転軸（以下、公転軸と称する）に平行
にかつ該公転軸から等距離に位置させてなるものである
。

また、上記各ターゲット取付共が２個のターゲットを表
裏に装着可能な平板状部を有してなるものとすることが
できる。

また、上記ターゲット取付具が多層膜形成に要する複数
のターゲットを取付可能な数以上設けられたものとする
ことができる。

また、上記ターゲット取付具がターゲットをイオンビー
ム照射面の中心を通る法線回りに回転させる機構を有し
てなるものとすることができる。

また、前記自転軸が前記公転支持具に貫通させて軸支さ
れ、前記公転支持具の回転により所定位置に回動された
該自転軸の軸端に対向させてターゲット駆動軸を当該軸
方向に進退自在に固定部に設けるとともに、それらの対
向する両軸端に協働して係合する回転係止部を形成して
なるものとなることができる。

また、上記ターゲット支持具が内部に冷媒の通流路を有
し、この冷媒は固定部と公転軸と公転支持具と自転軸の
内部にそれぞれ穿設された通流路と、少なくとも固定部
と公転軸および公転支持具と自転軸間の相対回転部に設
けられたロータリージヨイントを介して外部から供給す
る構成とすることができる。

一方、本発明のイオンビームスパッタ装置は、上記のよ
うに構成されたターゲットホルダを、前記ターゲット取
付具を回転することにより各ターゲットをイオンビーム
照射位置に移動可能に、かつ前記自転軸がイオンビーム
中心軸を通るように配置したものである。

また、本発明のイオンビームスパッタ装置の使用方法は
、上記ターゲット取付具を自転軸回りに所定角度範囲内
で揺動させて試料表面にスパッタ処理を均一に行なうよ
うにしたことにある。

〔作用〕

このように構成される本発明の作用は、以下のとおりで
ある。

本発明のターゲットホルダによれば、イオンビームスパ
ッタのターゲットが装着されるターゲット取付具の自転
軸を、ターゲットのイオンビーム照射面のほぼ中心を通
る法線に直交させ、かつ照射面に一致又は近接させてな
ることから、スパッタ角度に合わせてイオンビーム照射
面の角度を変化させても、ターゲット中心とイオンビー
ムの中心とのずれはわずかである。したがって、ターゲ
ットの有効利用面積は殆ど減少しない。

そして、公転支持具を回転することにより、所望ターゲ
ットをイオンビーム照射域に移動することができる。

また、各ターゲット取付具が２個のターゲットを装着可
能な平行状部を有するものによれば、取付具の数に対し
取付けられるターゲットの数が２倍に増加される。これ
により、多層膜形成が一層容易になる。

また、ターゲット取付具がターゲットをイオンビーム照
射面の中心を通る法線回りに回転させる機構を有してな
るものによれば、ターゲット表面の消費量分布を均一に
して、有効利用率を大きくすることができる。

また、ターゲット取付具の自転軸が前記公転支持具に貫
通させて軸支され、前記公転支持具の回転により所定位
置に回動された該自転軸の軸端に対向させてターゲット
駆動軸を当該軸方向に進退自在に固定部に設けるととも
に、それらの対向する両軸端に協働して係合する回転係
止部を形成してなるものによれば、まず、公転軸を廓動
して所望ターゲットが装着されている取付具をイオンビ
ーム照射位置に回動した後、ターゲット駆動軸を軸方向
に押し込んで自転軸端に係合させ、これ髪回転させるこ
とによりイオンビーム照射面の角度を調整する。つまり
、自転駆動機構が１つでよいので、構成が簡単になる。

また、自転する構成としても、ターゲラ１〜の冷却は、
ロータリージヨイントを介して連通された通流路を通じ
て提供される冷媒によって十分になされる。

また、上記のターゲットホルダを用いたイオンビームス
パッタ装置によれば、ターゲット交換のために装置の真
空を破ることなく、必要な種類の多層膜処理等を行なう
ことが可能になるとともに、ターゲット種類により定ま
るスパッタ角度の調整を行なっても、その有効利用字は
殆んど低下することがなくなる。

また、ターゲット支持具を揺動させながらスパッタ処理
すると、広い表面積を有する試料に対しても均一な処理
を行なうことが可能となる。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例に基づいて説明する。

第１図に本発明に係るターゲットホルダの一実施例の正
面図を示し、第２図に本実施例のターゲラ１〜ホルダを
用いてなる一実施例のイオンビー１１スパツタ装置の全
体構成図を示す。

第１図に示すようしこ、ターゲットホルダ２０は複数（
図示例では４個）のターケラト取付具２１を公転する公
転支持具２２に自転軸２３を介して回転自在に取付けた
構成となっている。

ターゲラ１〜取付具２１は円板状のターゲット取付部２
４の周側縁に自転軸２３を取イ」げた団扇状のものとさ
れている。自転軸２３の軸線はターゲｙ１・取付部２４
に装着されるターゲットのイオンビーム照射面（円板面
）の中心を通る法線に直交され、かつ２枚のターゲット
４間の中心位置を通るようｔこ設定されている。

公転支持具２２は公転軸２５に取付けられ、その軸径方
向に放射状に張り出された複数（図示例では４個）の腕
部２Ｇを有している。この各腕部２６の先端部にターゲ
ラ１〜取付具２１の自転軸２３を貫通して軸支した構成
とされ、各自転軸２３は公転軸２５に対し平行、かつ等
距離（同一公転１１一 円周上）に配設されている。

そして、公転支持具２２は図示していない原動手段しこ
より公転軸２５を介して回転され、一方、ターゲット取
付具２１は自転軸２３の端部に係合された歯車２７．２
８を介し、図示していない自転駆動手段により回転され
るようになっている。

なお、ターゲット取付具２１はターゲット取付部２４の
中央にネジ穴が設けられており、このネジ穴を利用して
両面にターゲラＩ〜４が取付けられる。また、図示して
いないが、ターゲット取付具２１には冷却水の通流路が
設けられ、同じく公転軸２５．公転支持具２２．自転軸
２３に穿設された通流路を介して、冷却水を循環供給可
能になっている。この冷却機構については他の実施例に
よりさらに後述する。

このように構成されたターゲラＩ・ホルダ２ｏを用い、
第２図に示すイオンビームスパッタ装置３０を構成する
ことができる。イオンビームスパッタ装置３０は真空容
器３１内に試料ホルダ３２とターゲットホルダ２０を対
向させて配置するとともに、真空容器壁にスパッタイオ
ン源３３とミキシングイオン源３４を設けて構成されて
いる。そして、スパッタイオン源３３から出力されるイ
オンビー１１３５をターゲラ１〜４に照射すると、ター
ゲラ＋−４の表面からスパッタ粒子３６かスパッタされ
（はね飛ばされ）る。このスパッタ粒子３６は試料ホル
ダ３２に取付けられた試料３７に到達し、ミキシングイ
オン源３４からのミキシングイオンビーム３８により試
料表面に打込まれる。

また、ターゲラ１−ホルダ２０は公転支持具２２を公転
させることにより各ターゲラ１へ取付具２１がイオンビ
ー１１３５の照射位置に移動可能に配置され、かつ第３
図に示すようにイオンビーム３５の中心軸８が自転軸２
３を通りかつ紙面しこ直交する方向はターゲット４の中
心４ａを通るように配置されている。自転軸２３と公転
軸２５は図示していない手段により真空容器３１の外部
から駆動できるようになっている。

このように構成されることから、スパッタ処理に必要な
種類および数のターゲット４をターゲッＩ・ホルダ２０
に取付け、公転軸２５を回転して所定のターゲット４の
中心４ａをイオンビーム中心８の位ｆｆｌ＆こ合わせ、
次に自転軸２３を回転してスパッタ粒子３６のスパッタ
方向が試料３７の方向になるように、ターゲラ１〜４の
照射面とイオンビーム３５のなす角度を調整する。なお
、スパッタ角度はターゲットの物質固有の値であるから
、予め調べておけば外部の駆動手段により簡単に調整設
定できる。このとき、ターゲット４は照射面に近接され
た自転軸２３回りに回転されるので、第３図に示すよう
にその中心４ａは殆んど変位されない。したがって、ビ
ーム中心８とのずれ量Ｌ′は第４図に示すように極くわ
ずかであるため、図中斜線で示したように、ターゲット
の有効利用面積１０は殆んど減少されない。例えば、１
５０φのターゲラ１−を使用して角度を１５°調整した
場合、第１０図従来例では有効利用面積が３８．５ｄで
あったのに対し、本実施例によれば９５στとなり、約
２．５倍利用率が向上する。

１つのターゲット４が消耗したりあるいは他の種類に切
換えるにあたり、同じターゲット取付具２１に取付けら
れている他のターゲット４に切換えるときは自転軸２３
を１８０°回転し、他のターゲット取付具２１の場合は
公転軸２５を９０゜又は１８００回転することにより行
なう。

本実施例によれば、１つのターゲット取付具２１に表裏
２枚のターゲット４を取付ける構成としていることから
、８枚のターゲット４を取付けることができ、多角柱形
の従来例に比べ、同一外形寸法の場合でも２倍の枚数を
取付けることができる。逆に同一枚数とすれば外形寸法
を小形化することが可能になる。

なお、本実施例の変形例として、第５図に示すようにタ
ーゲット取付具に取付けるターゲラ１〜を１枚とし、か
つ自転軸２３をそのターゲット４の表面に一致させれば
、第４図に示すずれ量Ｌ′を零にすることが可能である
。

また、ターゲット４をその中心を通る法線回りに回転さ
せてターゲット表面を回転させるようにすれば、ターゲ
ットの消耗量を均一化することができる。

また、第６図に示すように、大きな試料３７に対しては
、自転軸２３を一定角度範囲内で矢印３９のように往復
回転させてターゲット４を揺動させることにより、均一
な膜体を形成するなどのスパッタ処理を行なうことがで
きる。

次に、第７図に示した自転、公転の具体的な駆動手段と
ターゲット冷却機構の一実施例について説明する。

ターゲラ１−４は、内部に冷却用の通水路２１ａが設け
られたターゲット取付金具２１に取付けられている。

このターゲット取付具２１は、公転支持具２２の腕部２
６を貫通する自転軸２３に取付けられている。角度調整
の際にターゲット取付具２１を回転させる場合は、スラ
イドナツト４１を廻し、ターゲラ１へ駆動軸４２を前進
させ、自転軸２３のインロ一部２３ａにはめ合せ、自転
レバー４３を回して、適切な角度に合せる。

ターゲラ１−４を交換するため公転を行なう場合は、ス
ライドナツト４１を廻してターゲット駆動軸４２を後退
させ、自転軸２３とのはめ合いを解除する。解除された
状態で、公転レバー４４を廻すことにより、ターゲット
取付金具２１の位置を変更でき、所望のターゲット４を
所望の角度位置に設定することが可能である。

公転軸２５は真空容器３１の開口部を閉塞するフランジ
４５を貫通して設けられた軸受４６により軸支されてい
る。ターゲット駆動軸４２はその軸線をイオンビーム照
射位置に回動されたターゲット取付具２１の自転軸２３
の軸線に一致させて、フランジ４５に固定されている。

ターゲット４の冷却水は、まず軸受４６に穿設さ九た給
水口４７から公転軸２５の外周に沿って設けられたリン
グ状の通水路４８に導入される。

次にこれに連通させて公転軸２５内に穿設された通水路
４９を通り、公転支持具２２内に穿設された通水路５０
に導びかれる。この通水路５０を通った冷却水は自転軸
２３の外周に沿って設けられたリング状の通水路５１に
導びかれ、さらにこの通水路５１から自転軸２３内に穿
設された通水路５２を通って、ターゲット取付具２１の
通水路２１ａに導入されるようになっている。一方、排
水は上記各通水路と並列に設けられた通水路５３゜５４
、．５５，５６．５７を通って排水口５８から外部へ排
出されるようになっている。なお、少なくとも軸受４６
と公転軸２５間、公転支持具２２と自転軸２１間は相対
的に回転するので、リング状の通水路を介して連通する
構成のロータリージヨイントとされている。また、図示
実施例では公転支持具２２と公転軸２５の接合部もロー
タリージヨイントにしている。これにより、組立て時の
位置合せが不要となる。

なお、人気と真空、冷却水と真空のシールにはオーリン
ク５９を使用し、また、自転軸２３と公転軸２５の軸受
は偏荷重がかからないように、両端にポールベアリング
を使用している。

また、本実施例は手動により、回転操作を行なうものを
示したが、即動力として、モータあるいは他の手段を採
用することも可能である。

上述した本実施例によれば、冷却機能を具備した自転、
公転するターゲラＩ・ホルダを実現できる。

また、ターゲラ）・駆動軸４２をその軸方向に進退させ
て自転軸２３と係脱する構成としたことから、ターゲッ
ト取付具２１の数にかかわらず自転即動手段は１組設け
ればよく、構成を簡単化できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、ターゲット角度調
整のための自転軸をターゲットのイオンビーム照射面に
平行にかつ一致又は近接させたことから、角度調整の回
転に伴うイオンビーム中心とターゲット中心のずれを大
幅に減少することができ、これによりターゲットの有効
利用率を高くすることができる。

また、同時に装着できるターゲットの数を増加すること
ができ、多層膜等のスパッタ処理が可能になる。特に、
平板状のターゲラＩ・取付具にすれば、外形寸法を増大
させることなく、さらに多くのターゲットを取付けられ
るので、多層膜形成が一層容易になるとともに、装置を
小形化できる。

また、ターゲラ１へをイオンビーム照射面内で回転する
ものによれば、ターゲットの消費量分布を均一化でき、
有効利用率がさらし；向上する。

また、自転陳動手段の構成を簡単化でき、冷却機能をも
充たすことができる。

また、ターゲットの自転軸を軸として一定範囲で揺動さ
せることにより、広い表面積の試料に対しても、均一な
スパッタ処理を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のターゲットホルダの一実施例の正面図
、第２図は第１図のターゲットホルダを用いてなるイオ
ンビームスパッタ装置の一実施例の全体構成図、第３図
と第４図は第１図実施例の作用を説明するための図、第
５図と第６図はそれぞれ第１図実施例の変形例を示す図
、第７図は本発明のターゲットホルダに係る自転、公転
駆動手段の一実施例を示す図、第８図は従来例のターゲ
ットホルダの正面図、第９図と第１０図は第８図従来例
の問題点を説明するための図である。 ４・ターゲット、４ａ　−ターゲット中心、８　ビーム
中心、２０　ターゲットホルダ、２１・−・ターケラト
取付具、２１　ａ　　・通水路、２２　公転支持具、２
３・・・自転軸、２４　ターゲット取付部、２５　公転
軸、３０　イオンビームスパッタ装置、 ３２　試料ホルダ、３３　スパッタイオン源、３５　イ
オンビーム、３６・スパッタ粒子、３７　試料、４］　
スライドナツト、 ４２　ターゲラ１〜駆動軸、４３　自転レバー、４４・
公転レバー、４５・　フランジ、４７　給水口、４８〜
５７　通水路、 Ｓ８・排水口。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、回転可能に設けられた支持具に対しイオンビームス
   パッタのターゲットがそれぞれ装着される複数のターゲ
   ット取付具を回転可能に支持させてなり、該各ターゲッ
   ト取付具の回転軸は装着されるターゲットのイオンビー
   ム照射面のほぼ中心を通る法線に直交させてかつ当該照
   射面に一致又は近接させて設けられ、また該各ターゲッ
   ト取付具の回転軸は前記支持具の回転軸に平行にかつ該
   回転軸から等距離に位置させて設けられてなるターゲッ
   トホルダ。 ２、前記各ターゲット取付具が２個のターゲットを表裏
   に装着可能な平板状部を有してなる請求項１記載のター
   ゲットホルダ。 ３、前記ターゲット取付具が多層膜形成に要する複数の
   ターゲットを取付可能な数以上設けられた請求項１又は
   ２記載のターゲットホルダ。 ４、前記ターゲット取付具がターゲットをイオンビーム
   照射面の中心を通る法線回りに回転させる機構を有して
   なる請求項１、２又は３記載のターゲットホルダ。 ５、前記ターゲット取付具の回転軸が前記支持具に貫通
   させて軸支され、前記支持具の回転により所定位置に回
   動された前記ターゲット取付具の回転軸の軸端に対向さ
   せてターゲット駆動軸を当該軸方向に進退自在に固定部
   に設けるとともに、それらの対向する両軸端に協働して
   係合する回転係止部を形成してなる請求項１、２、３又
   は４記載のターゲットホルダ。 ６、前記ターゲット取付具が内部に冷媒の通流路を有し
   、この冷媒は固定部と前記支持具の回転軸と前記支持具
   と前記ターゲット取付具の回転軸の内部にそれぞれ穿設
   された通流路と、少なくとも固定部と前記支持具の回転
   軸および前記支持具と前記ターゲット取付具の回転軸の
   相対回転部に設けられたロータリージョイントを介して
   外部から供給する構成とされた請求項１、２、３、４又
   は５記載のターゲットホルダ。 ７、請求項１、２、３、４、５又は６記載のターゲット
   ホルダを、前記支持具を回転することにより各ターゲッ
   トをイオンビーム照射位置に移動可能に、かつ前記ター
   ゲット取付具の回転軸がイオンビームの中心軸をほぼ通
   るように配置してなるイオンビームスパッタ装置。 ８、前記ターゲット取付具を自転軸回りに所定角度範囲
   内で揺動させて試料表面にスパッタ処理を均一に行なう
   ようにする請求項７記載のイオンビームスパッタ装置の
   使用方法。