JPH02159374A - イオンビームスパッタリング方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、積層膜を形成するイオンビームスパッタリン
グ方法に関するものである。

［従来の技術］ 近年、新規材料、デバイスなどの研究開発により、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、居間の付着力が低
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、７７１７７層を形成していた。し
たがって、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るといった欠点があっ
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。

次に、この積層膜の成膜方法について説明する。

積層膜の製法は、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。すなわち１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つの異なるターゲラ）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。したがって、２
つのターゲットＡ、Ｂから放出されるスパッタ粒子が変
化するため、膜材の組成比を交互に変えて所望の積層膜
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。すなわち、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。したがって、第１の方法
と同じようにターグーｙ　トＡ　、　Ｂから放出される
膜材の組成化を交互に変えて所望の積層膜を形成するこ
とができる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、従来の積層膜の成膜法は１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つのターゲッ
トＡ、Ｂを隣接し、か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、所望の組成比の積層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イすること
ができるが、２つのターゲラ１４゜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および第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］ 本発明者は、上述の欠点を解決するために、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、 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交互に変化させ
るようにした。

［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交互変化させる。

［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１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６図において。

ｌ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Ｓ＋
、（シリコン）、４ｂはＴｉ（チタン）、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
、９はイオンビームｓ２から生成されたイオンビーム、
８はイオンビーム９のスボ−／　）サイズに見合った開
孔を持つシャッタでターゲラ）４ａあるいは４ｂから放
出したスバッ夕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を防止するためのシャッタ、１
０はイオンビーム９によってターゲラ）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、ｌｌａ
はステッピングモータ１１の回転シャフト　１２は回転
シャツ）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ｉｔ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などにより、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
周辺を示した構成図である。ここで。

ターゲットホルダ１２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を介して矢印へ方向に回
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はこのターゲー、トの一部に集束するように調整し
である。したがって、イオンビーム９は、ステッピング
モータ１１の回転により、ターゲット４ａまたはターゲ
ラ）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ｌＯ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ツ）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３６０００パ
ルスで回転するように制御されている。したがって、１
パルス当たり０．０１度の分解能を有する。

なお、本図ではターデー２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わりがないので図
面を省略した。

次に、積層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
、５　Ｘ　１０−”Ｔａｒｒ程度の圧力とする。

そして、例えば、Ａｒをイオン源として１ＯＯｅＶ程度
のエネルギーを与え、ターゲラ）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
１２を駆動する。

第３図（ａ）　、　（ｂ）　、　（ｃ）および（ｄ）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、最初にターゲットＪａｌｉ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Ａ
ｂｌ域にイオンビームが照射する時間をＥ２とすると、
時間ｔ１に対して時間ｔ２を短くしたり、あるいは長く
したり必要な積層膜の厚みに応じてｔｌとＬ２の時間比
を変える。

そして、この時間ｔｌ、ｔ２の割合を一定に保つように
制御装置１３で制御する。

すなわち、第４図（ａ）　、　（ｂ）　、　（ｃ）およ
び（Ｃ）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（ｔ＋＋ｔｚ）に対するターゲラ）４
１Ｌ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、あるいは折線的に変化させる。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（１
８０度）を時間ｔ１　、ｔ２内に回転するため、第３図
に示すようにイオンビーム９の照射時間が短くなるほど
速度が高くなる。

このように制ｕ４装置１３の制御により、第５図（ａ）
、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）に示す膜厚特性図のよう
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制御装置１３に用いれば
、例えば、同図（ａ）　、　（ｂ）　　。

（Ｃ）および（ｄ）に示すような２つの膜材の膜厚比が
一定か、または変化しているような膜厚制御が難かしい
薄膜を容易に形成することができる。

さらに、上記に示した膜厚特性図の他に膜材の膜厚比を
任意に構成した薄膜を容易に、かつ自在に形成すること
が可能となる。

また、第６図は第２図におけるターゲラ）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、ターゲラ）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、ステッピングモ
ータ１１の動作を変える必要がある。

第７図（Ｌ）　　、　　（ｂ）および（ｅ）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度回転させる。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ｔ５とすると、時間ｔ４に対して時間ｔ５を短くした
り、逆に長く設定し、徐々にその割合を変えていくよう
に制御装置１３で制御する。すなわち、第４図で説明し
たように、デユーティ比＝ｔｓ／　（ｔ４　＋ｔＳ）を
スパッタ堆積時間に対して直線または折線の特性に変化
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）　、　（ｃ）およ
び（ｄ）に示す膜厚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０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１１ａ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（ａ）　、　（ｂ）　、　（Ｃ）　、　（
ｄ）　。

（ｅ）、（ｆ）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０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０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。すなわち、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（ａ）　、　（ｂ）および（Ｃ）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１１を１回転（ｔａＯ度）
する、これにより、最初のターゲラ）４ｂの対辺に位置
するターゲット４ａに移動する。したがって、ターゲ−
／　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ｔ８にはターゲット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＝ｔ７／（ｔ７＋ｔ８）を
スパッタ堆積時間に対して直線または折線の特性に変化
する。これにより、第１図のイオンビームスパッタリン
グ装置と同時に第５図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および（
ｄ）に示す膜厚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ラ）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、これは円筒形にしてもよい。

また、第１図および第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イオン源など他のイオン源を
用いても良い、これらの総称をイオンビーム源と呼ぶこ
とにする。

［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、スパッタ堆蹟膜の成分組成を膜厚方向に
交互に変化する積層膜を容易に精度良く形成することが
できる。

また、本発明では２種のターゲットを用いた積層膜形成
法について説明したが、第１０図に示した例のようにタ
ーゲットホルダを回転方向に分割すれば、多種の積層膜
形成が可能である。

【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（ａ）、（ｂ）、（ｃ）
および（ｄ）はステッピングモータ１２の動作を示すタ
イムチャート、第４図（ａ）　、　（ｂ）　、　（ｃ）
および（ｄ）はデユーティ比を示す特性図、第５図（ａ
）。 （ｂ）、（Ｃ）および（ｄ）は膜厚方向の膜厚比を示す
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（ａ）　、　（ｂ）および（Ｃ）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（ａ）　、　（ｂ）　、　
（ｃ）　、　（ｄ）　。 （ｅ）、（ｆ）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１０図（ａ）　、　（ｂ）および（
Ｃ）は第９図におけるステッピングモータｉｔの動作を
示すタイムチャートである。 １・・・・・・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 (1)

1. 【特許請求の範囲】 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、 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交互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方法。