JPH021230B2 - - Google Patents
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- JPH021230B2 JPH021230B2 JP60079758A JP7975885A JPH021230B2 JP H021230 B2 JPH021230 B2 JP H021230B2 JP 60079758 A JP60079758 A JP 60079758A JP 7975885 A JP7975885 A JP 7975885A JP H021230 B2 JPH021230 B2 JP H021230B2
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- 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
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
- H01J37/3402—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering using supplementary magnetic fields
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
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- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
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Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は複合薄膜形成法およびその装置に関
し、複合スパツタ蒸気をイオン化し加速してメタ
ライズする複合薄膜形成法およびその装置に関す
る。
し、複合スパツタ蒸気をイオン化し加速してメタ
ライズする複合薄膜形成法およびその装置に関す
る。
スパツタメタライズ法はエレクトロニツクス、
光学、装飾、精密機械などで広く利用されてお
り、合金化、複合化薄膜により新材料、機能素子
への期待が大きく、内外の研究機関で開発が進め
られている。
光学、装飾、精密機械などで広く利用されてお
り、合金化、複合化薄膜により新材料、機能素子
への期待が大きく、内外の研究機関で開発が進め
られている。
従来、複合薄膜を形成させる場合、ターゲツト
を形成薄膜と同等の成分を用いてスパツタするの
が一般的である。しかし、この方式はターゲツト
を合金化、複合化できないものもあり、また複合
化できても加工性が悪くターゲツトに作成できな
い場合も多い。
を形成薄膜と同等の成分を用いてスパツタするの
が一般的である。しかし、この方式はターゲツト
を合金化、複合化できないものもあり、また複合
化できても加工性が悪くターゲツトに作成できな
い場合も多い。
また、本出願人の先行出願にすするスイツチン
グスパツタメタライズ法は、第５図ａに示される
スパツタ装置を用いて実施される。同図ａにおい
て、１はピーク電圧やパルス幅を任意に変えられ
る直流パルス電源、２は表面に薄膜を形成するた
めの基板、３は電極、４，５は成分の異なるター
ゲツト、６，７は半導体スイツチング素子であ
る。同図ｂに示されるように、ターゲツト４に通
電比（t1／t1+t2）の電圧を、またターゲツト５に
通電比（t2／t1+t2）の電圧を交互に切り換えて供
給し、放電干渉を防止して任意組成の薄膜を簡便
に精度良く形成できる特徴がある。
グスパツタメタライズ法は、第５図ａに示される
スパツタ装置を用いて実施される。同図ａにおい
て、１はピーク電圧やパルス幅を任意に変えられ
る直流パルス電源、２は表面に薄膜を形成するた
めの基板、３は電極、４，５は成分の異なるター
ゲツト、６，７は半導体スイツチング素子であ
る。同図ｂに示されるように、ターゲツト４に通
電比（t1／t1+t2）の電圧を、またターゲツト５に
通電比（t2／t1+t2）の電圧を交互に切り換えて供
給し、放電干渉を防止して任意組成の薄膜を簡便
に精度良く形成できる特徴がある。
しかしながら、上記したいずれのスパツタ法も
スパツタされターゲツトから発生した蒸発粒子は
ほとんど中性であり、この中性粒子が基板に付着
するため、密着性、ち密性、結晶化が良くない。
また、上記スイツチングスパツタ法ではスイツチ
ングして得られた複合薄膜は十分拡散せず合金化
しない場合もあるから、合金化のための熱処理を
必要とすることもある。
スパツタされターゲツトから発生した蒸発粒子は
ほとんど中性であり、この中性粒子が基板に付着
するため、密着性、ち密性、結晶化が良くない。
また、上記スイツチングスパツタ法ではスイツチ
ングして得られた複合薄膜は十分拡散せず合金化
しない場合もあるから、合金化のための熱処理を
必要とすることもある。
一方、密着性、ち密性を改善されたといわれる
イオンプレーテイング法がある。これは第６図に
示す装置を用いて実施される。同図中、８はコイ
ル、９は加熱源、１０は高周波電源、１１はイオ
ン加速電源、１２はるつぼであり、蒸発用金属を
加熱源９による抵抗加熱あるいは電子ビームなど
で蒸発させ、高周波電源１０に接続されるコイル
８とるつぼ１２間で高周波放電し、金属蒸気の一
部をイオンにし、そのイオンを加速電源１１で
加速し該イオンを基板２に付着する方式である。
しかし、この方式は複合薄膜を形成する場合、合
金組成を溶融蒸発させると、合金組成の蒸気圧が
異なるため目的とする組成の薄膜が形成できない
という欠点がある。
イオンプレーテイング法がある。これは第６図に
示す装置を用いて実施される。同図中、８はコイ
ル、９は加熱源、１０は高周波電源、１１はイオ
ン加速電源、１２はるつぼであり、蒸発用金属を
加熱源９による抵抗加熱あるいは電子ビームなど
で蒸発させ、高周波電源１０に接続されるコイル
８とるつぼ１２間で高周波放電し、金属蒸気の一
部をイオンにし、そのイオンを加速電源１１で
加速し該イオンを基板２に付着する方式である。
しかし、この方式は複合薄膜を形成する場合、合
金組成を溶融蒸発させると、合金組成の蒸気圧が
異なるため目的とする組成の薄膜が形成できない
という欠点がある。
本発明は上記した問題点を解決し、合金化ある
いは複合化の薄膜を任意の組成で精度良く簡便に
作成できると共にすぐれた密着性、ち密性、結晶
制御性が得られる複合薄膜形成法を提供するにあ
る。
いは複合化の薄膜を任意の組成で精度良く簡便に
作成できると共にすぐれた密着性、ち密性、結晶
制御性が得られる複合薄膜形成法を提供するにあ
る。
本方法発明は、スパツタ法によりターゲツトか
ら発生するスパツタ蒸気を基板に付着させて薄膜
を形成する薄膜形成法であつて、少なくとも二種
類のターゲツトのそれぞれに供給する電力を、合
金化、複合化の組成などに応じ、それぞれのター
ゲツトの放電時間あるいはピーク電力を順次高速
で切り換えて複合蒸発粒子を発生させ、その蒸気
をイオン化すると共に、イオン加速電圧をターゲ
ツトの切り換え周波数に同期させ、ピーク電圧、
またはパルス幅を変えて、それぞれのターゲツト
のイオン粒子の運動エネルギーを成分ごとに独立
に任意に制御して複合薄膜を形成することを特徴
とする複合薄膜形成法である。
ら発生するスパツタ蒸気を基板に付着させて薄膜
を形成する薄膜形成法であつて、少なくとも二種
類のターゲツトのそれぞれに供給する電力を、合
金化、複合化の組成などに応じ、それぞれのター
ゲツトの放電時間あるいはピーク電力を順次高速
で切り換えて複合蒸発粒子を発生させ、その蒸気
をイオン化すると共に、イオン加速電圧をターゲ
ツトの切り換え周波数に同期させ、ピーク電圧、
またはパルス幅を変えて、それぞれのターゲツト
のイオン粒子の運動エネルギーを成分ごとに独立
に任意に制御して複合薄膜を形成することを特徴
とする複合薄膜形成法である。
また本装置発明は、スパツタ法によりターゲツ
トから発生するスパツタ蒸気を基板に付着させて
薄膜を形成する薄膜形成装置であつて、該薄膜形
成装置は少なくとも二種類のターゲツトを有して
該ターゲツトから複合蒸気を発生させる複合蒸気
発生室と、該複合蒸気発生室で発生した蒸気をイ
オン化するイオン化室と、イオン化された複合イ
オンを独立に加速制御して基板に付着させ膜形成
する膜形成室とを含み、前記それぞれのターゲツ
トに供給するパルス電力のパルス幅、ピーク値を
任意に変えられるスパツタ電源と、スパツタでそ
れぞれのターゲツトから発生した蒸気をイオン化
する手段と、スパツタの切り換え周波数に同期し
イオン加速電圧のピーク値、パルス幅を任意に変
えられる電源及びこれらを制御する制御装置とを
備えたことを特徴とする複合薄膜形成装置であ
る。
トから発生するスパツタ蒸気を基板に付着させて
薄膜を形成する薄膜形成装置であつて、該薄膜形
成装置は少なくとも二種類のターゲツトを有して
該ターゲツトから複合蒸気を発生させる複合蒸気
発生室と、該複合蒸気発生室で発生した蒸気をイ
オン化するイオン化室と、イオン化された複合イ
オンを独立に加速制御して基板に付着させ膜形成
する膜形成室とを含み、前記それぞれのターゲツ
トに供給するパルス電力のパルス幅、ピーク値を
任意に変えられるスパツタ電源と、スパツタでそ
れぞれのターゲツトから発生した蒸気をイオン化
する手段と、スパツタの切り換え周波数に同期し
イオン加速電圧のピーク値、パルス幅を任意に変
えられる電源及びこれらを制御する制御装置とを
備えたことを特徴とする複合薄膜形成装置であ
る。
以下、本発明の実施例を第１図および第２図を
参照して詳細に説明する。
参照して詳細に説明する。
第１図は、本発明による複合薄膜形成装置の概
要を示し、同図中１は複合蒸気発生室内に配置し
たターゲツト４，５にパルス電力を供給する直流
パルス電源、６，７は直流パルスを交互にスイツ
チングし、各ターゲツト４，５に電力を供給する
ためのスイツチングトランジスタで、交互にスイ
ツチングされたターゲツト４，５から発生した複
合蒸気を、フイラメント加熱電源と、イオン化室
内に配設した電極１５およびフイラメント１６
と、熱電子加熱電源１９とからなるイオン化手段
でイオン化するように構成されている。なお１４
は、マグネトロンスパツタリング用のマグネツト
である。
要を示し、同図中１は複合蒸気発生室内に配置し
たターゲツト４，５にパルス電力を供給する直流
パルス電源、６，７は直流パルスを交互にスイツ
チングし、各ターゲツト４，５に電力を供給する
ためのスイツチングトランジスタで、交互にスイ
ツチングされたターゲツト４，５から発生した複
合蒸気を、フイラメント加熱電源と、イオン化室
内に配設した電極１５およびフイラメント１６
と、熱電子加熱電源１９とからなるイオン化手段
でイオン化するように構成されている。なお１４
は、マグネトロンスパツタリング用のマグネツト
である。
また、本装置は、イオン化された粒子をターゲ
ツトの切り換えに同期させ加速電圧のピーク値あ
るいはパルス幅を任意に変えて加速することによ
り薄膜形成室内に配設した基板２に付着させるた
めのパルス電源１７、複合蒸気発生室と薄膜形成
室の零囲気圧力を調整するための差動排気装置２
０、及びこれらを制御するための制御装置１８な
どを備えている。
ツトの切り換えに同期させ加速電圧のピーク値あ
るいはパルス幅を任意に変えて加速することによ
り薄膜形成室内に配設した基板２に付着させるた
めのパルス電源１７、複合蒸気発生室と薄膜形成
室の零囲気圧力を調整するための差動排気装置２
０、及びこれらを制御するための制御装置１８な
どを備えている。
第２図は第１図に示す装置におけるスパツタ電
圧、イオン加速電圧の波形を模式的に示すもの
で、例えばターゲツトＡ、ターゲツトＢで複合薄
膜を形成する場合、通電比t1／t1＋t2変えて目的
とする組成の蒸気を発生させる。この発生蒸気は
中性粒子であり平均的には混合組成と見なされる
が、ミクロ的にはＡ，Ｂの蒸気が交互に発生して
いる。この中性蒸発粒子にフイラメント１６から
発生した電子をあて該蒸発粒子をイオン化する。
圧、イオン加速電圧の波形を模式的に示すもの
で、例えばターゲツトＡ、ターゲツトＢで複合薄
膜を形成する場合、通電比t1／t1＋t2変えて目的
とする組成の蒸気を発生させる。この発生蒸気は
中性粒子であり平均的には混合組成と見なされる
が、ミクロ的にはＡ，Ｂの蒸気が交互に発生して
いる。この中性蒸発粒子にフイラメント１６から
発生した電子をあて該蒸発粒子をイオン化する。
本発明においては、イオンとなつた粒子をタ
ーゲツトＡ、ターゲツトＢの切り換え周波数に同
期させイオン加速電圧を変えイオンエネルギーを
制御することによりターゲツトＡ、ターゲツトＢ
のイオンの運動エネルギーを独立に任意に変える
ことができ、これにより複合薄膜の密着性、ち密
性、結晶制御性、合金化が改善できる。例えば交
互にターゲツトＡ、ターゲツトＢのオンが基板２
に付着しても、イオン化して活性化し、運動エネ
ルギーを持つているため層状に付着することは少
なく拡散し合金化や化合が促進される。
ーゲツトＡ、ターゲツトＢの切り換え周波数に同
期させイオン加速電圧を変えイオンエネルギーを
制御することによりターゲツトＡ、ターゲツトＢ
のイオンの運動エネルギーを独立に任意に変える
ことができ、これにより複合薄膜の密着性、ち密
性、結晶制御性、合金化が改善できる。例えば交
互にターゲツトＡ、ターゲツトＢのオンが基板２
に付着しても、イオン化して活性化し、運動エネ
ルギーを持つているため層状に付着することは少
なく拡散し合金化や化合が促進される。
さらに、本発明によればそれぞれのイオンの質
量にあつた加速電圧を制御することにより合金化
と層状の混合物の混合組成とすることができ新し
い機能材料などの研究にも活用できる。
量にあつた加速電圧を制御することにより合金化
と層状の混合物の混合組成とすることができ新し
い機能材料などの研究にも活用できる。
また、一般にスパツタや真空蒸着法などで薄膜
を形成するときは、該薄膜が非晶質になる場合が
多く、特に薄膜抵抗体などでは蒸着後熱処理して
結晶化して安定化することが行なわれているが、
本発明では加速されたイオン粒子が衝撃的に付着
するため結晶核が発生成長し易く、また結晶化と
同時合金化できる。結晶化の制御はそれぞれのイ
オンの加速電圧をターゲツトのスイツチング周波
数に同期しピーク電圧またはパルス幅を制御すれ
ば目的の特性の複合薄膜を形成することができ、
該薄膜の密着性、ち密性についても上記同様加速
電圧を変えることにより制御できる。
を形成するときは、該薄膜が非晶質になる場合が
多く、特に薄膜抵抗体などでは蒸着後熱処理して
結晶化して安定化することが行なわれているが、
本発明では加速されたイオン粒子が衝撃的に付着
するため結晶核が発生成長し易く、また結晶化と
同時合金化できる。結晶化の制御はそれぞれのイ
オンの加速電圧をターゲツトのスイツチング周波
数に同期しピーク電圧またはパルス幅を制御すれ
ば目的の特性の複合薄膜を形成することができ、
該薄膜の密着性、ち密性についても上記同様加速
電圧を変えることにより制御できる。
次に本発明をCr―Ni薄膜抵抗体の形成に実施
した例について述べる。CrとNiに供給するピー
ク電圧を500Vの一定にし、平均電圧をNi＝
200V、Cr＝300V、スイツチング周波数；60Hz、
イオン加速電圧をNi＝1kV、Cr＝1.5kV、スパツ
タ室雰囲気圧力（Ar）＝２×10-3Torr、イオン加
速室の圧力＝８×10-5Torrとした。比較のため
第５図ａ，ｂに示す従来法においてもイオン化を
除き同じ条件でスパツタした。
した例について述べる。CrとNiに供給するピー
ク電圧を500Vの一定にし、平均電圧をNi＝
200V、Cr＝300V、スイツチング周波数；60Hz、
イオン加速電圧をNi＝1kV、Cr＝1.5kV、スパツ
タ室雰囲気圧力（Ar）＝２×10-3Torr、イオン加
速室の圧力＝８×10-5Torrとした。比較のため
第５図ａ，ｂに示す従来法においてもイオン化を
除き同じ条件でスパツタした。
形成されたCr―Niの複合膜についてしたＸ線
回析、電子顕微観察の結果、本発明の蒸着膜は完
全に合金化され、結晶化しち密でピンホールなど
のない良好な薄膜を示した。また膜のはく離試験
では従来法の1.6倍の強度が得られた。これに対
し従来法は網状に付着し気密性が悪く、合金化も
あまり促進されず非晶質的特性を示した。
回析、電子顕微観察の結果、本発明の蒸着膜は完
全に合金化され、結晶化しち密でピンホールなど
のない良好な薄膜を示した。また膜のはく離試験
では従来法の1.6倍の強度が得られた。これに対
し従来法は網状に付着し気密性が悪く、合金化も
あまり促進されず非晶質的特性を示した。
以上、金属と金属の複合薄膜形成法を示した
が、金属と絶縁物の場合は第３図に示すように絶
縁物の方を高周波にすれば良い。また、絶縁物と
絶縁物の複合化は第４図に示すようにどちらも高
周波波形とすることにより可能である。
が、金属と絶縁物の場合は第３図に示すように絶
縁物の方を高周波にすれば良い。また、絶縁物と
絶縁物の複合化は第４図に示すようにどちらも高
周波波形とすることにより可能である。
以上の説明から明らかなように本発明によれ
ば、合金化、あるいは混合層の複合薄膜を任意組
成で形成できる。また、基板にメタライズ後熱処
理などを行なわなくとも結晶化の制御が可能であ
ると共にち密性、密着性も同時に得られ、理想的
な複合薄膜形成が可能である。
ば、合金化、あるいは混合層の複合薄膜を任意組
成で形成できる。また、基板にメタライズ後熱処
理などを行なわなくとも結晶化の制御が可能であ
ると共にち密性、密着性も同時に得られ、理想的
な複合薄膜形成が可能である。
第１図は本発明による複合薄膜形成装置の概要
説明図、第２図、第３図および第４図は本発明に
おけるスパツタ電圧、イオン加速電圧波形の模式
図。第５図ａ，ｂは従来のスパツタメタライズ法
を実施する装置の説明図、第６図は従来のイオン
プレーテイング法を実施する装置の説明図であ
る。 １……ピーク電圧、パルス幅を任意に変えられ
る直流パルス電源、２……基板、３……電極、
４，５……成分の異なるターゲツト、６，７……
半導体スイツチング素子、１３，１９，１５，１
６……イオン化機構、１７……ピーク電圧、パル
ス幅を任意に変えられる高圧パルス電源、１４…
…スパツタ率を向上させるためのマグネツト。
説明図、第２図、第３図および第４図は本発明に
おけるスパツタ電圧、イオン加速電圧波形の模式
図。第５図ａ，ｂは従来のスパツタメタライズ法
を実施する装置の説明図、第６図は従来のイオン
プレーテイング法を実施する装置の説明図であ
る。 １……ピーク電圧、パルス幅を任意に変えられ
る直流パルス電源、２……基板、３……電極、
４，５……成分の異なるターゲツト、６，７……
半導体スイツチング素子、１３，１９，１５，１
６……イオン化機構、１７……ピーク電圧、パル
ス幅を任意に変えられる高圧パルス電源、１４…
…スパツタ率を向上させるためのマグネツト。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ スパツタ法によりターゲツトから発生するス
パツタ蒸気を基板に付着させて薄膜を形成する薄
膜形成法であつて、少なくとも二種類のターゲツ
トのそれぞれに供給する電力を、合金化、複合化
の組成などに応じ、それぞれのターゲツトの放電
時間あるいはピーク電力を順次高速で切り換えて
複合蒸発粒子を発生させ、その蒸気をイオン化す
ると共に、イオン加速電圧をターゲツトの切り換
え周波数に同期させ、ピーク電圧、またはパルス
幅を変えて、それぞれのターゲツトのイオン粒子
の運動エネルギーを成分ごとに独立に任意に制御
して複合薄膜を形成することを特徴とする複合薄
膜形成法。 ２ スパツタ法によりターゲツトから発生するス
パツタ蒸気を基板に付着させて薄膜を形成する薄
膜形成装置であつて、該薄膜形成装置は少なくと
も二種類のターゲツトを有して該ターゲツトから
複合蒸気を発生させる複合蒸気発生室と、該複合
蒸気発生室で発生した蒸気をイオン化するイオン
化室と、イオン化された複合イオンを独立に加速
制御して基板に付着させ膜形成する膜形成室とを
含み、前記それぞれのターゲツトに供給するパル
ス電力のパルス幅、ピーク値を任意に変えられる
スパツタ電源と、スパツタでそれぞれのターゲツ
トから発生した蒸気をイオン化する手段と、スパ
ツタの切り換え周波数に同期しイオン加速電圧の
ピーク値、パルス幅を任意に変えられる電源及び
これらを制御する制御装置とを備えたことを特徴
とする複合薄膜形成装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60079758A JPS61238958A (ja) | 1985-04-15 | 1985-04-15 | 複合薄膜形成法及び装置 |
| EP86105081A EP0198459A3 (en) | 1985-04-15 | 1986-04-14 | Thin film forming method through sputtering and sputtering device |
| US06/852,314 US4692230A (en) | 1985-04-15 | 1986-04-15 | Thin film forming method through sputtering and sputtering device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60079758A JPS61238958A (ja) | 1985-04-15 | 1985-04-15 | 複合薄膜形成法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61238958A JPS61238958A (ja) | 1986-10-24 |
| JPH021230B2 true JPH021230B2 (ja) | 1990-01-10 |
Family
ID=13699121
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60079758A Granted JPS61238958A (ja) | 1985-04-15 | 1985-04-15 | 複合薄膜形成法及び装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4692230A (ja) |
| EP (1) | EP0198459A3 (ja) |
| JP (1) | JPS61238958A (ja) |
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1986
- 1986-04-14 EP EP86105081A patent/EP0198459A3/en not_active Withdrawn
- 1986-04-15 US US06/852,314 patent/US4692230A/en not_active Expired - Fee Related
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