JPH02175867A - 複合イオンビーム照射方法及び照射装置 - 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） 本発明はイオンビームにより形成した薄膜の高機能化を
行って薄膜と基板のミキシング及び￥ｒ＃膜の表面改質
を目的とするイオンビームの照射方法及び照射装置に関
する。

（従来の技術） 従来、イオンビームによる薄膜の高機能化とは、スパッ
タリング、真空蒸着、電子ビーム蒸着等の成膜技術によ
り予め基板上に形成した薄膜を、イオンビームで照射す
ることにより薄膜と基板の付着力の強化、薄膜表面の摩
擦係数の改善等を行う技術である。

上述の付着力の強化は、上述の成膜技術で基板表面に形
成した薄膜にイオンビームを照射することにより、基板
表面とこの基板に接触している薄膜の原子との間でミキ
シングが行われ、薄膜の付着力が強化されるものである
。

又、薄膜表面の摩擦係数の改善は、例えばゴム製品の表
面に金属原子のスパッタリングを行い、ゴム材の表面は
金属の薄膜とし、金属の摩擦係数（ゴムの摩擦係数より
小さい）とすることにより、表面の摩擦係数の改善を行
うものである。

従来、上述の成膜と高機能化は別々に行っていたもので
あるが、最近、電子ビーム蒸着とイオンビーム照射を同
時に行う技術（装置）が提案されている。これは２種類
の装置を組み合わせ、成膜と高機能化とをそれぞれの装
置で同時に行うものである。

（発明が達成しようとする課題） 上述の成膜技術では２種類以上の成膜装置の組み合わせ
であるので、装置が大型で複雑であり、従って高価とな
ってしまう。

又、前者の成膜後にミキシングを行う方法では、既に成
膜完了して厚くなった薄膜にイオンビームを照射せしめ
るので、イオンビームのエネルギーを増加させる必要が
ある。通常２００〜４００ｋｅＶのエネルギーのビーム
が必要である。

更に、従来の成膜とミキシングとを同時に行う装置では
、通常、質量分析器が設けられていないので、例えばＮ
２＋とＮｏとが混在している混合ビームでミキシングを
行うことになり、最初から発生していたＮ“と、Ｎ？が
基板１１に衝突して発生したＮ゛とはエネルギー量に差
があるため、工程終了後の解析や品質管理が困難である
。

本発明は上述の問題を解決して、小型の装置で、低エネ
ルギーで必要な成膜及び高機能化を行う方法及び装置を
提供することを課題とする。

（課題を達成するための手段） 上述の課題を達成するために、スパッタリングにより基
板上に薄膜を形成せしめる方法において、１個のイオン
源１から２種類のイオンが混在した複合イオンビーム３
を発生せしめ、この複合イオンビーム３をその軌道上で
それぞれ単独のイオンビームに分離し、この単独に分離
された一方のイオンビームをターゲット７に照射せしめ
てスパッタリングに使用し、ターゲット７に対向して設
けられた基板１１上にターゲット原子層を成膜せしめ、
他方のイオンビームを前記基板１１に照射せしめて前記
ターゲット原子層の薄膜の形成途中からミキシングを行
うものである。

又、上述のミキシングを行う装置として、２種類のイオ
ンよりなる複合イオンビーム３を発生せしめる１個のイ
オン源１と、この複合イオンビーム３の軌道上に設け、
前記複合イオンビーム３をそれぞれの単独イオンビーム
に分離せしめる質量分析器４と、分離されたそれぞれの
単独イオンビームの軌道をそれぞれ修正する複合イオン
ビーム偏向装置５と、前記基板１１に照射せしめる他方
のイオンビームの軌道を偏向せしめて基板１１上の全面
に照射せしめるためのビームスキャナー１０とを設けた
ものである。

（作用） 上述のように、１個のイオン源で２種類のイオンビーム
を発生させ、この複合イオンビームを引き出し、加速し
て質量分析器を通過せしめると、それぞれの原子の原子
量（例えばＮは１４、＾ｒは４０）に応じた質量数とそ
れぞれの荷電数に応じた数値（荷電数／質量数）に対応
して異なった曲率半径の円を描いて通過する。

このようにして分離されて出力したそれぞれのイオンビ
ームは複合イオンビーム偏向装置によりそれぞれ軌道修
正されて、一方のイオンビームはターゲットを照射し、
ターゲット原子をスパッタさせ、ターゲットに対向して
置かれた基板上にターゲット原子の薄膜を形成させると
同時に、他方のイオンビームは基板上を照射することに
より、薄膜形成の最初から同時にイオンビームミキシン
グを起こし、基板と薄膜の付着強度を向上させる等の薄
膜の高機能化を同時に行う。

（実施例） 第１図は本発明の詳細な説明図である。イオン源１には
２種類のイオン源ガス（例えばＡｒ５Ｎ２）を導入する
ガス導入管１−１．１−２が設けられている。イオン放
出口１−３の外側には放出されたイオン（Ａｒ”　、Ｎ
２”　）を加速して複合イオンビーム３とする加速電極
２が設けられている。この加速電極２の出力側には上記
複合イオンビーム３の軌跡上に質量分析器４が設けられ
ている。この質量分析器４の出力端には分離されたそれ
ぞれのイオンビームの軌跡を別個に微調整するための２
組で構成された複合イオンビーム偏向装置５が設けられ
ている。

この複合イオンビーム偏向装置５を通過したイオンビー
ムのうち、一方の質量の大きいＡｒ”ビーム６はそのま
ま直進してターゲット７を照射してスパッタ原子８を発
生させ、他方の質量の小さいＮｔ″″ビーム９はビーム
スキャナー１０を通過して基板１１を照射する。

上述の質量分析器４はイオンビームの軌跡と垂直方向に
印加された磁場を有するもので、この磁場を通過するイ
オンビームは、加速された電圧が同じであればその原子
特有の原子量（質量数）とイオンの荷電数との比に対応
した曲率半径ρで湾曲した！ＩＬ跡を描く。例えばＡｒ
”（ρ１）とＮ２°（ρ２）の場合には ρ　ｌ／ρ２−７１℃ヲ弓η丁−−１．２となりＡｒ”
ビームとＮ２＋ビームの軌跡は分離する。

又、上述の複合イオンビーム偏向装置５はそれぞれ独立
した２組の電場を構成する電極よりなるものである。

なお、上述のターゲット７の＾ｒ°ビーム６による照射
面は基板１１の方向に傾斜しており、＾ｒ“ビーム６の
照射により発生するスパッタ原子８により基板ｌｌ上に
薄膜が形成される。。

上述のイオン源１からターゲット７、基板１１までのイ
オンビームの軌跡は図示しない容器内に収容されて１０
−６〜１０−’Ｔｏｒｒの真空に保持されているもので
ある。

次にこの装置の動作について説明する。

先ず、イオン源ｌのガス導入管１−１．１−２からそれ
ぞれ異なったガスを導入する。本実施例ではＡｒガスと
Ｎ２ガスを使用している。この結果、イオン源１からは
Ａｒ”とＮ？のイオンが混在した複合イオンが出力され
る。この複合イオンを加速電極２で加速して複合イオン
ビーム３とする。この複合イオンビーム３は質量分析器
４に入力され、そこに印加されている磁場Ｂにより各イ
オン原子の原子量及び荷電されている電子数に応じて磁
場Ｂ方向と垂直方向に湾曲された軌跡を描くことになる
。

この場合、各イオンの受ける力Ｆは Ｆ　ｗ　ｑ　ｖ　Ｂ　−ｍ（ｄ”ｘ／ｄｔすｑ：イオン
の電Ｔｉｔ量で、 ｌ荷イオンでは１．６　Ｘｌ０−”クーロン２荷イオン
では２　Ｘｌ、６　Ｘｌ０−１”クーロン ■＝イオンビームの速度（ａ＋／５ｅｃ）Ｂ：磁場の強
さ（Ｗｐ／ｒｒｒ） ｍ：イオンの質量で、 Ｎ９では　　ｍ　＝　１４　Ｘ　９３８ＭｅＶＮ２＋で
は　ｍ　＝　２８　Ｘ　９３８ＭｅＶ＾ｒ゛では　ｍ　
”　４０　Ｘ　９３８ＭｅＶこの力Ｆにより、イオンビ
ームはその原子特有の上記の荷電数／質量数に対応した
曲率半径で湾曲した軌道を描くので、同一点から入力し
た２種類のイオンビームの軌道は分離され、異なった点
から出力する。

このようにして分離された＾ｒ°ビーム６及びＮ２＋ビ
ーム９は複合イオンビーム偏向装置５のそれぞれの電場
によって軌道を修正される。

軌道を修正された重い方のＡｒ”ビーム６は直進してタ
ーゲット７を照射し、ターゲット７の材質のスパッタ原
子８を放射せしめる。このスパッタ原子８は基板１１の
表面に薄膜を形成する。

一方、同じく軌道を修正された軽い方のＮ、＋ビーム９
はビームスキャナーｌＯで基板１１の全面に走査される
ように偏向され、基板１１の全面を照射する。

この場合、Ａｒ″″ビームによるターゲット７の照射と
Ｎ２°ビームによる基板Ｌ１の照射とは同時に行われて
いるので、スパッタ原子８による基板１１上の成膜は、
成膜が進行しながら同時にミキシングが行われている。

（発明の効果） 本発明は上述のように、基板１１上での成膜とミキシン
グとが同時に進行するので、ビームエネルギーも２０〜
３０ｋｅＶで充分であり、装置の小型化が可能である。

又、従来は２台のイオンビーム照射装置で成績とミキシ
ングを別々に行っていたが、本発明の方法（装置）では
１台のイオンビーム照射装置で成膜とミキシングと異な
る動作を同時に進行せしめるので、この面からも装置の
小型化が可能である。

更に、本発明の方法では動作が単純であるため解析や品
質管理が容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）スパッタリングにより基板上に薄膜を形成せしめる
   方法において、１個のイオン源から２種類のイオンが混
   在した複合イオンビームを発生せしめ、この複合イオン
   ビームをその軌道上でそれぞれ単独のイオンビームに分
   離し、この単独に分離された一方のイオンビームをター
   ゲットに照射せしめてスパッタリングに使用し、ターゲ
   ットに対向して設けられた基板上にターゲット原子層を
   成膜せしめ、他方のイオンビームを前記基板に照射せし
   めて前記ターゲット原子層の薄膜の形成途中からミキシ
   ングを行うことを特徴とする複合イオンビーム照射方法
   。 ２）スパッタリングにより基板上に薄膜を形成せしめる
   装置において、２種類のイオンよりなる複合イオンビー
   ムを発生せしめる１個のイオン源と、この複合イオンビ
   ームの軌道上に設けられ前記複合イオンビームをそれぞ
   れの単独イオンビームに分離せしめる質量分析器と、分
   離された単独イオンビームの軌道をそれぞれ修正するイ
   オンビーム偏向装置と、前記基板に照射せしめる他方の
   イオンビームの軌道を偏向せしめて基板上の全面に走査
   して照射せしめるためのビームスキャナーとを設けたこ
   とを特徴とする複合イオンビーム照射装置。