JPH02141573A - イオンビームスパツタリング法及びその装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、傾斜薄膜を形成するイオンビームスパッタリ
ング法及びその装置に関するものである。

〔従来の技術〕

近年、新規材料、デバイス等の研究開発により、多種多
様の薄膜が提案されている。この代表的なものとして、
複数の膜材を交互に堆積させた積層膜と複数の膜材を任
意の組成比で混晶させた合金膜とがある。

しかし、積層膜は堆積させた各層の界面が存在するため
、その堆積させる膜材の性質により、層間の付着力が低
下する場合がある。このため、各層の界面に層間の付着
力を向上させるため、バッファ層を形成していた。従っ
て、成膜にあたりこのバッファ層を形成しなくてはなら
ず、１工程増える結果となった。

また、積層膜は上記の様に各層の界面が存在するため、
この界面に各層の残留応力が生じ、膜の一部にクランク
や変形が発生する欠点があった。

このため、この残留応力を解消する方法として熱処理（
アニール）を行なう必要があり、工程を複雑にする結果
となっていた。

一方、合金膜は複数の膜材を混晶させるため、積層膜の
ような欠点はないが、膜材の種類が限られてしまい、用
途が限定されていた。

このような不具合を解消するため、傾斜膜が注目されて
いる。傾斜膜とは、例えば膜材Ａと膜材Ｂとが膜厚方向
に組成比が滑らかに変化する薄膜のことである。そして
、この傾斜膜は、膜厚方向に組成比が変化するが、膜材
Ａと膜材Ｂとの明確な界面が存在しないため、積層膜の
ような欠点が無い。また、膜材を使用目的により選択で
きるため、合金膜よりも用途が広いなどの利点がある。

次に、この傾斜膜の成膜方法について説明する。

傾斜膜の製法は、その成膜する装置により２つの方法が
提案されている。

まず、第１の方法は、マグネトロンスパッタ法で行なう
ものである。即ち、周知の真空室内に２つのプラズマ発
生源とこれに対応した２つの異なるターゲットＡ、Ｂを
設け、この２つのプラズマ発生源のプラズマ出力を交互
に連続的に変化させるものである。従って、２つのター
ゲソ）Ａ、　　Ｂから放出されるスパッタ粒子が変化す
るため、膜材の組成比を徐々に変えて傾斜膜を形成する
ことができる。

第２の方法は、イオンビームスパッタリング法によるも
のである。即ち、２つのイオンビーム源とそれに対応す
る２つの異なるターゲットＡ、　　Ｂを設け、この２つ
のイオンビーム源の出力を交互に連続的に変化させるも
のである。従って、第１の方法と同じようにターゲット
Ａ；　Ｂから放出される膜材の組成比を徐々に変えて傾
斜膜を形成することができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら従来の傾斜膜の成膜法は、次のような欠点
があった。

まず、第１の方法は、真空室内で異なる２つのターゲソ
）Ａ、Ｂを隣接し、且つ連続してスパッタしているので
、この異なる膜材がお互いのプラズマ中に混在して汚し
合う相互コンタミネーションが生じる欠点があった。こ
のため、所望の組成比の傾斜膜が得られない結果となっ
た。

また、スパッタされるターゲットと膜材を堆積する基板
との距離が長いと、ターゲットから放出された膜材が基
板に到達しないという欠点があった。

次に、第２の方法は第１の方法よりスパッタされるター
ゲットと膜材を堆積する基板との距離を長くすることが
できるが、２つのターゲットＡ。

Ｂを同一真空室内でスパッタしているため、第１の方法
と同一の相互コンタミネーションが生じる欠点があった
。

さらに、第１及び第２の方法は、２つのプラズマ源また
はイオンビーム源を備える必要があり、各装置が大型化
すると共に高価になるという欠点があった。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係るイオンビームスパッタリングＷＺは、異な
る膜材からなる複数のターゲットを配置したターゲット
ホルダと、このターゲットホルダを移動してイオンビー
ムをそれぞれ配置したタゲットに照射する駆動装置と、
この駆動装置を制御してイオンビームを所定時間それぞ
れのターゲットに照射する制御装置とを備えている。

また、本発明に係るイオンビームスパッタリング方法は
、異なる膜材からなる複数のターゲットをそれぞれ交互
にイオンビームを照射させることにより、スパッタ堆積
膜の成分組成を膜厚方向に変化させている。

〔作　用〕

異なる膜材からなる複数のターゲットをそれぞれ交互に
イオンビームを照射させることにより、スパッタ堆積膜
の成分組成を膜厚方向に変化さる。

（実施例〕 次に、本発明について図面を参照して説明する。

第１図は本発明の一実施例を示すイオンビームスパッタ
リング装置の構成図である。図において、１は真空室、
２はイオンビーム源、４ａ、４ｂはそれぞれ異なる膜材
からなるターゲット（例えば、４ａはＳｔ、４ｂはＴａ
）　、５は基板ホルダ、６はスパッタ堆積膜を形成する
基板、７はシャッタ、８はイオンビーム９のスポットサ
イズに見合った開孔８ａを持つシャッターでターケン１
−４ａ或いは４ｂから放出したスパッタ粒子がそれぞれ
対面のターゲット表面に堆積するクロスコンタミネーシ
ョンを防止するためのシャッター、９はイオンビーム源
２から生成されたイオンビーム、１０はイオンビーム９
によってターゲット４ａ、４ｂから放出されたスパッタ
粒子、１１は矢印Ａ方向に回転する駆動装置にあたるス
テッピングモータ、１１ａはステッピングモータ１１の
回転シャフト、１２は回転シャフトｌｌａに連結された
ターゲットホルダ、１３はステッピングモータ１１を制
御する制御装置である。なお、１４は図示していない排
気ポンプ等により、真空室ｌを減圧するための排気口で
ある。

また、第２図は第１図におけるターゲットホルダ１２の
周辺水した構成図である。ここで、ターゲットホルダ１
２は円板状をしており、ステッピングモータ１１のシャ
フトｌｌａを介して矢印六方向に回転する構造となって
いる。そして、このターゲットホルダ１２上に半円状の
ターゲット４ａ、４ｂが円形を成すように配置されてお
り、イオンビーム９はこのターゲットの一部に集束する
ように調整しである。従って、イオンビーム９は、ステ
ッピングモータ１１の回転により、ターゲソ）４ａまた
はターゲット４ｂのいずれか一方に照射することになる
。このため、スパッタ粒子１０はイオンビーム９が照射
されたターゲットの膜材となる。また、ステッピングモ
ータ１１の回転軸にあたるシャフトｌｌａは、イオンビ
ームの照射方向に対して角度θ（例えば、４５度）とな
るように配置されている。そして、ステッピングモータ
１１は、制御装置１３により１回転（３６０度）を３６
０００パルスで回転するように制御されている。従って
、１パルス当たり０．０１度の分解能を有する。

なお、第２図ではターゲットならびに基板の加熱冷却機
構については、本発明の意図とは直接係りがないので図
面を省略した。

次に、傾斜膜の成膜方法について説明する。まず、周知
のように真空室１を排気口１４より減圧して、５Ｘ１０
−５Ｔｏｒｒ程度の圧力とする。そして、例えばＡｒを
イオン源として１００ｅＶ程度のエネルギーを与え、タ
ーゲソ１−４ａ、４ｂに照射する。

このとき、制御装置１３は、ステッピングモータ１１に
よりターゲット４ａ、４ｂを備えたターゲットホルダ１
２を駆動する。

第３図はこのステッピングモータ１１の動作を示したタ
イムチャートである。ここで、最初にターゲソ）４２領
域にイオンビームが照射する時間ｔ１　とし、次にター
ゲット４ｂ領域にイオンビームが照射する時間をｔ２と
すると、時間ｔ１に対して時間ｔ２を短く設定する。そ
して、この時間１、．１２の割合を徐々に変えて行くよ
うに制御装置１３で制御する。即ち、第４図に示す特性
図のようにターゲットホルダ１２の１回転する時間（ｊ
＋　＋Ｌｚ）に対するターゲット４ａ領域にイオンビー
ムが照射する時間ｔ１の割合（以下、デユーティ−比と
いう）をスパッタ堆積時間に対して直線的に変化させる
。なお、このときのターゲットホルダ１２の回転速度は
、一定角度（１８０度）を時間ｔＩ＋ｔＺ内に回転する
ため、第３図に示すようにイオンビームの照射時間が短
くなるほど速度が高くなる。

このような制御装置１３の制御により、第５図（ａ）に
示す組成特性図のような薄膜を形成することができる。

ここで、４ａ、４ｂはそれぞれのターゲットの膜材の割
合を示している。

また、近年、マイクロコンピュータの発達がめざましく
、このマイクロコンピュータをＩＩ　御Ｖ装置１３に用
いれば、同図（ｂ）に示すような膜厚に対して２つの膜
材の組成比が曲線的に変化している組成制御が難しい薄
膜を容易に形成することができる。さらに、上記に示し
た組成特性図の他に膜材の組成比を任意に構成した薄膜
を容易に、且つ自在に形成することが可能となる。

また、第６図は第２図におけるターゲット４ａ。

４ｂの形状が異なる場合を示した構成図である。

ここでは、クーゲット４ａ、４ｂが円形をなしており、
ターゲットホルダ１２上に並べて配置しである。このよ
うな配置の場合、第２図のようにイオンビーム９の照射
に対して、ターゲット４ａ。

４ｂが連続して配置されていないため、ステ・７ピング
モータ１１の動作を変える必要がある。

第７図は第６図の場合のステッピングモータの動作を示
すタイムチャートである。第６図のようにターゲットの
配置がイオンビームの照射に対して断続している場合、
ターゲットホルダ１２にイオンビームを照射させないた
め、時間ｔ３においてイオンビーム照射を休止しこの間
にターゲットホルダ１２を１８０度回軸回転る。ここで
、最初にターゲット４ａ領域にイオンビームが照射する
時間をｔ４とし、次にターゲット４ｂ領域にイオンビー
ムが照射する時間をｔ、とすると、時間ｔ４に対して時
間ｔ、を短く設定し、徐々にその割合を変えていくよう
に制御袋Ｎ１３で制御する。

即ち、第４図で説明したように、デユーティ−比−ｔａ
　／　（ｊ４　＋　ｔｓ　）をスパッタ堆積時間に対し
て直線または任意の特性に変化する。

これにより、第１図のイオンビームスパッタリング装置
と同様に第５図（ａ）、　　（ｂ）に示す組成特性を有
する薄膜を形成することができる。

次に、第８図は本発明に係る別の実施例を示した構成図
である。図において、第１図と同一部分には同一符号を
付する。３は角柱の形状を有するターゲットホルダであ
る。また、この図では示していないがターゲットホルダ
３に連結したシャフト１１を介してステッピングモータ
１１が図面の垂直方向に配置されている。そして、その
ステッピングモータ１１には制御装置１３が設けられて
いる。

また、第９図は第８図におけるターゲットホルダ３の周
辺を示した構成図である。図において、４ａ、４ｂは角
柱のターゲットホルダの４辺に設けられた四角形のター
ゲットである。また、このターゲットホルダ３はシャフ
トｌｌａを介してステッピングモータ１１によって矢印
Ｂ方向に回転する構造になっている。

次に、薄膜の形成方法について説明する。真空室を減圧
し、イオンビーム９を生成するまでは、第１図と同一で
ある。本実施例では、角柱状の４辺に配置したターゲッ
トをイオンビーム９に対して回転されているので、イオ
ンビーム９がターゲットに照射する入射角θを変化させ
ることができる。即ち、制御装置１３により、スパッタ
粒子の放出に最適な角度に設定することができる。

第１０図は第９図におけるステッピングモータ１１の動
作を示すタイムチャートである。ここで、記号ａ　時点
においてターゲット４ｂにイオンビームが照射している
場合、その後、時間ｔ６においてステッピングモータ１
１を１回転（１８０度）する。これにより、最初のター
ゲソ１−４ｂの対辺に位置するターゲット４ａに移動す
る。従って、ターゲット４ａは時間ｔ７だけイオンビー
ム９が照射される。そして、次の時間ｔＩｌにはターゲ
ソ）４ｂにイオンビーム９が照射されることになる。

このように、第４図で説明したように、デユーティ−比
＝ｔ、／　（ｔｖ　＋ｔＢ）をスパッタ堆積時間に対し
て直線または任意の特性に変化する。これにより、第１
図のイオンビームスパッタリング装置と同様に第５図（
ａ）、　　（ｂ）に示す組成特性を有する薄膜を形成す
ることができる。

なお、上記実施例では、ステッピングモータ１１を一方
方向に回転させてターゲソ）４ａ、４ｂの位置を移動さ
せたが、制御装置１３の制御によりステッピングモータ
１１を正逆方向に回転させてもよい。

また、第１図及び第８図の実施例に示したイオンビーム
源は、カウフマン形イオン源を図示したが、イオン源と
してはデュオプラズマトロン型イオン源、ホローカソー
ド型イオン源、ＥＣＲイオン源等他のイオン源を用いて
もよい。これらの総称をイオンビーム源と呼ぶことにす
る。

また、第８図の実施例では、回転するターゲットの構成
を角柱状としたが、これを円筒形にしてもよい。

〔発明の効果〕

以上説明のように本発明は、異なる膜材からなる複数の
ターゲットをそれぞれ交互にイオンビームを照射させる
ことにより、スパッタ堆積膜の成分組成を膜厚方向に変
化する傾斜膜を容易に精度良く形成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るイオンビームスパッタリング装置
の構成図、第２図は第１図におけるターゲットホルダ１
２の周辺を示す構成図、第３図はステッピングモータ１
２の動作を示すタイムチャート、第４図はデユーティ−
比を示す特性図、第５図（ａ）、　　（ｂ）は膜厚方向
の組成比を示す特性図、第６図はターゲットの形状が異
なる場合の構成図、第７図は第６図におけるステッピン
グモータ１１の動作を示すタイムチャート、第８図は別
の実施例を示すイオンビームスパッタリング装置の構成
図、第９図は第８図におけるターゲットホルダ３周辺を
示す構成図、第１θ図は第９図におけるステッピングモ
ータ１１の動作を示すタイムチャートである。 ■・・・真空室、２・・・イオンビーム源、３゜１２・
・・ターゲットホルダ、４ａ、４ｂ・・・ターゲット、
１１・・・ステッピングモータ、１３・・・制御装置。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）イオンビームスパッタリング法において、異なる
   膜材からなる複数のターゲットをそれぞれ交互にイオン
   ビームを照射させることにより、スパッタ堆積膜の成分
   組成を膜厚方向に変化させることを特徴とするイオンビ
   ームスパッタリング法。
2. （２）真空室に隣接して設けられたイオンビーム源と、
   前記真空室内に設けられイオンビーム源からのイオンビ
   ームを照射するターゲットとを備えたイオンビームスパ
   ッタ装置において、 異なる膜材からなる複数のターゲットを配置したターゲ
   ットホルダと、 このターゲットホルダを移動してイオンビームをそれぞ
   れ配置したターゲットに照射する駆動装置と、 この駆動装置を制御してイオンビームを所定時間それぞ
   れのターゲットに照射する制御装置とを備えたことを特
   徴とするイオンビームスパッタリング装置。