JPH03173770A - イオンビームスパッタによる多元系薄膜形成方法および多元系薄膜形成装置 - 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、イオンビームスパッタによる多元系薄膜形成
方法および多元系薄膜形成装置に関する。

［従来の技術］ 多元系薄膜の形成方法及びその装置に関する技術として
は、従来から種々提案されており１例えば、通常のスパ
ッタリング現象を蒸発原理に用いたもの、さらに、蒸発
原理に電子ビーム加熱等による蒸発を用いたもの、さら
にまた、蒸発原理として一つのイオンビーム源またはニ
ュートラルビーム源と一つ又は複数のターゲットによる
スパッタリングを用いたもの、また、ターゲット及びイ
オンビーム源がそれぞれ複数個あるもの等が知られてい
る。

いずれの成膜方法及び装置に関しても１組成制御は、試
行実験によって成膜量と成膜１条件の関係から決めるも
ので、試行実験時と本成膜時の間で、ターゲットの表面
状態等が変化した場合や成膜雰囲気を変更した場合には
、スパッタ率、基板への付着率が変化するため、膜組成
がずれてしまうことになる。これは、成膜途中で、イン
サイチュ（ＩＮ−８ＩＴＵ）組成モニタリング、つまり
。

その場１ｉＩｖ４ができず、モニタ結果によって成膜条
件を調整する機構がないことによる。

なお、この種の技術に関連するものとして、例えば、特
開昭６３−５３２６５および特開昭６３−２４１８２２
を挙げることができる。

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来技術のうち、通常のスパッタリング現象を蒸発
原理に用いたものについては１組成制御性がいくらか可
能な直流スパッタリングに適用した場合は、酸化物等の
絶縁物ターゲットをスパッタリングできない点が課題と
して挙げられる。また、絶縁物ターゲットに対応できる
高周波スパッタリングを適用した場合は、それぞれのタ
ーゲット電極に印加する電力が電気的に結合するため、
成膜成分のスパッタ速度を独立に制御することは困難で
あり１組成の正確な制御には課題があった。

また、成膜雰囲気は、ターゲットをスパッタするための
プラズマが安定に存在する領域でのみ可変であり、その
組成調整範囲に制約がある。従って、常温で液体または
気体の成分を含む化合物薄膜の成膜において、スパッタ
雰囲気にそれらの成分を混入し、反応性スパッタリング
を行う方法によっては、その成分の組成制御範囲は限ら
れることになる。また、これらのスパッタリングではタ
ーゲット上にプラズマを生成する必要があるため２成膜
された膜に対して高エネルギーのイオンや電子が注入さ
れ、膜に劣化を生じさせることがある。

また、基板近傍に、放電やプラズマによる発光が生じて
いるため、成膜槽内に電気的な擾乱を与えにくい原子吸
光法等によるスパッタ粒子組成のインサイチュ（ＩＮ−
８ＩＴＵ）モニタができず、膜厚測定等から間接的に粒
子組成を予測する必要があった。

更に、蒸発原理に電子ビーム加熱等による蒸発を用いた
場合は、各組成ごとの蒸発量を制御できる範囲が小さく
、また、熱的な蒸発のため印加電力を変化させたことに
よる蒸発量の変化が遅く。

インサイチュ（ＩＮ−８ＩＴＵ）組成モニタを設けた場
合でも厳密な組成制御に課題がある。また。

酸化物の反応性蒸着は、るつぼ内部で酸化され易く、る
つぼからの蒸発面積が安定せず、組成制御に課題がある
。

そこで１組成制御性が高く、結晶性の良好な成膜装置の
例として分子線エピタクシ法が挙げられるが、成膜でき
る元素が融点や蒸気圧によって限られることと、高真空
下で行われるため、ガス導入等が困難である。そのため
、酸化物、窒化物等の薄膜を形成しにくい課題があった
。

また、蒸発原理として一つのイオンビーム源またはニュ
ートラルビーム源と一つまたは複数のターゲット上− 合は、各構成元素それぞれのスパッタ速度を連続的に変
化させることができず、厳密な組成の制御や膜厚方向の
構成元素比を変化（連続的な濃度勾配９周期的な組成変
調）させたりすることができない、そこで、ターゲット
およびイオンビーム源をそれぞれ複数個設けたものもあ
るが、成膜中にスパッタ粒子組成モニタおよびイオンビ
ーム源またはニュートラルビーム源を制御する機構を有
しないため、ターゲット消耗に伴うターゲット形状及び
表面状態の変化や、成膜雰囲気の変更等によって成膜条
件が、試行実験時からずれるので、その度ごとに試行実
験をする必要があり正確な組成制御が困難で極めて能率
が悪い。

したがって、本発明の目的は、上記従来の問題点を解消
することにあり、その第１の目的は、多元系薄膜の成膜
において、その各成分を独立に制御が可能で、成膜中に
直接スパッタ粒子の組成比をモニタし、それに基づいて
イオンビーム源もしくはニュートラルビーム源を動的に
制御し、成膜雰囲気等を独立した成膜条件として扱うこ
とのができ、安定した組成制御性が得られる成膜方法を
、そして第２の目的はその装置を、それぞれ提供するこ
とにある。それ故、本発明によれば、各成分組成の濃度
を正確に制御できるため、特に組成制御の必要な多元系
化合物、例えば、多元系酸化物、多元系窒化物、多元系
金属間化合物９合金、傾斜化合物、傾斜合金１人工超格
子等の成膜に好適な薄膜形成方法及びその装置を実現す
ることが出来る。

［課題を解決しようとする手段］ 上記目的は、イオンビーム源またはニュートラルビーム
源を少なくともターゲットの数だけ配置し、それぞれの
ターゲットから放出されるスパッタ粒子が一つの基板に
均等に、しかも制御された濃度で堆積するように配置さ
れた多元同時イオンビームスパッタによる成膜方法及び
装置を構成する。そして、成膜の際には、基板表面近傍
を通過するスパッタ粒子の組成比を原子吸光法を利用し
て計測し、そのデータを演算処理し、適切なスパッタ粒
子組成比になるようにそれぞれのイオンビーム源の加速
電圧、イオンビーム電流密度を調節することによりスパ
ッタ粒子濃度を制御し、達成される。さらに具体的に本
発明の上記各目的達成手段につき、以下に詳述する。

上記第１の目的は、 （１）、複数のイオンビーム源から引き出したイオンビ
ームもしくはそれを中性化したニュートラルビームを、
各イオンビーム源に対応して設けられた複数のスパッタ
用ターゲットに照射し、前記各ターゲットから放出され
るスパッタ粒子を所定基板上に入射堆積させて多成分系
薄膜を形成するイオンビームスパッタによる薄膜成力法
であって、前記基板表面近傍を通過する前記各スパッタ
粒子の組成比を原子吸光法により計測し、この計測出力
を予め定められた基準となる各スパッタ粒子の組成比と
対比してそのずれを検出し、その検出出力に基づいて所
定の適切なスパッタ粒子組成比となるようその出力デー
タを演算処理し、その演算出力に基づいて前記イオンビ
ーム源に供給する電源を制御し、その加速電圧およびイ
オンｆｌ！流密度を調節することにより、前記基板上に
入射堆積するスパッタ粒子の組成比を直接的にモニタし
ながら成膜して成るイオンビームスパッタによる多元系
薄膜形成方法により、達成される。そして、さらに具体
的には。

（２）、上記ターゲットを金属、金属酸化物及び金属窒
化物の少なくとも１種で構成すると共に。

上記イオンビームおよびそれを中性化したニュートラル
ビームの少なくとも１種をアシストイオンビーム源とし
て酸素及び窒素の少なくとも１種のビームで構成し、上
記基板上に複合金属酸化物および窒化物の少なくとも１
種から成る複合金属化合物薄膜を形成して成る上記（１
）記載のイオンビームスパッタによる多元系薄膜形成方
法により、また、 （３）、上記ターゲットを単体金属および合金の少なく
とも１種で構成すると共に、上記イオンビーム源を希ガ
ス元素のイオンビームで構成し、上記基板上に合金およ
び金属間化合物の少なくとも１種からなる薄膜を形成し
て成る上記（１）記載のイオンビームスパッタによる多
元系薄膜形成方法により、さらにまた、 （４）、上記ターゲットを金属、金属酸化物及び金属窒
化物の少なくとも１種で構成すると共に、上記イオンビ
ームおよびそれを中性化したニュートラルビームの少な
くとも１種をアシストイオンビーム源として酸素及び窒
素の少なくとも１種のビームで構成し、上記基板上に金
属酸化物および窒化物の少なくとも１種から成る金属化
合物薄膜と金属薄膜から成る多層膜配線構造体を形成し
て成る上記（１）記載のイオンビームスパッタによる多
元系薄膜形成方法により、達成される。

そして、第２の目的は。

（５）、複数の独立制御可能なイオンビーム源もしくは
ニュートラルビーム源と、前記各ビーム・源に対応して
設けられたそれぞれの薄膜成分の蒸発源としての複数の
ターゲットと、前記ビームをターゲットに照射すること
により、前記各ターゲットから放出されるスパッタ粒子
を所定基板上に入射堆積せしめる手段と、前記各ターゲ
ットから放出され基板上に入射してくる各スパッタ粒子
の濃度を前記基板の近傍で原子吸光法により検出する計
測手段と、この計測出力を予め定められた基準となる各
スパッタ粒子の組成比と対比してそのずれを検出し、そ
の検出出力に基づいて所定の適切なスパッタ粒子組成比
となるようその出力データを演算処理する手段と、その
演算出力に基づいて前記イオンビーム源もしくはニュー
トラルビーム源に供給する電源を制御し、これらビーム
の加速電圧およびその電流密度を調節して、スパッタ粒
子の組成比を制御する手段とを有し、これにより前記基
板上に入射堆積するスパッタ粒子の組成比を直接的にモ
ニタしながら成膜し得るようにして成る多元系イオンビ
ームスパッタ薄膜形成装置により、また。

（６）、上記ターゲットを照射するイオンビーム源に加
えて、直接基板に照射するアシストイオンビーム源を配
設して成る上記（５）記載の多元系イオンビームスパッ
タ薄膜形成装置により、達成される。

上記イオンビーム源は１周知の例えば、アルビルのごと
き希ガス、その他、成膜組成によっては酸素や窒素等も
使用される。そして１通常この種のビームは静電荷を有
しているため、ターゲットが例えば酸化物等の絶縁物の
場合には、ターゲットのチャージアップを防止する上か
ら必要に応じイオンビームをターゲットに照射する前段
階で中性化フィラメントを介して電子を与えて中性化し
、ニュートラルビームとして照射してもよい。また、目
的とする薄膜組成の一構成物質が例えば酸素や水のよう
に常温で気体または液体である成分が含まれる場合、そ
の成分をアルゴン等のイオンビーム源と共に、イオンビ
ームまたはニュートラルビームによって目的とする薄膜
に直接供給することもできる。

また、上記基板上に入射してくる各スパッタ粒子の濃度
を前記基板の近傍で原子吸光法により検出する計測手段
としては１周知の原子吸光分析システムを利用する。し
たがって、このシステムの検出部を構成する発光部とそ
れに対応する受光部は、薄膜成分を構成する各スパッタ
粒子の種類に相当する数の分だけ、ターゲットと基板と
の間に配設される。

［作用］ イオンビーム源からターゲットに対して照射されるイオ
ンビームは、所望とする薄膜の純度に適合するよう、そ
の約９９％程度以上が対象とするターゲット上に照射さ
れるように集束する。これによって、イオンビーム源の
加速電圧、電流とそれに対応するターゲット成分の蒸発
（スパッタ）量を対応付けることができ、組成制御性の
高いイオンビームスパッタ方法及び装置を実現すること
ができる。

また、スパッタされた粒子の組成比を監視するためには
、スパッタ粒子に電子衝撃等を加えない原子吸光法によ
る組成比モニタリングが好適であり、それによって得ら
れた情報に基づいて所望の組成となるようそれぞれのイ
オンビーム源の出力を動的に制御することによって、タ
ーゲットの消耗による経時変化の影響を受けにくく、組
成再現性の高い成膜を実現することができる。また、タ
ーゲットをスパッタするイオンビームまたはニュートラ
ルビームの組成とスパッタ粒子の組成を独立の成膜条件
として取り扱うことができる。

なお、イオンビーム源を、アシストイオンビーム源とし
て用い、酸素あるいは窒素等の低エネルギーイオンビー
ムまたはニュートラルビームを基板に対して照射するこ
とによって、酸化物、窒化物等の酸素あるいは窒素等の
欠損量を制御したり。

結晶成長の方向性に異方性のある結晶性薄膜を形成する
ことができる。

〔実施例〕

実施例１゜ ここでは、第１図、第２図及び第３図を用いて、４種の
ターゲットを装着した本発明装置の一実施例を説明する
。

先ず、各図の概要について説明すると、第１図は装置の
外観を示したもので、第１図（ａ）は正面図、第１図（
ｂ）は平面図、そして第１図（Ｑ）は側面図を示す、第
２図は、第１図（ａ）のＡ−へ′線断面図で、第１図（
ｃ）を拡大しその一部を切断した側縦断面図に相当、そ
して第３図は。

装置の全体系を模式的に示したブロック図である。

以下、図面にしたがって説明する。

第１図および第３図に示すように、４基のスパッタ用イ
オンビームまたはニュートラルビーム源１〜４は、それ
ぞれに対応する４枚のターゲット５〜８及びアシストイ
オンビーム源９を備えている。また、被成膜基板１０の
直前には第２図および第３図にそれぞれ示すように、こ
の例では４元素に対応する原子吸光分析システム１１が
設けられており、成膜中のスパッタ粒子の組成をモニタ
することができる構成になっている。

原子吸光法によって測定する光路１１ｃは、その発光部
１１ａ、受光部１１ｂのそれぞれ端部に遮光筒ｌｉｄを
取り付け、余分な迷光を排除し、被測定光路を基板近傍
に限定する６Ｍ子吸光分析システム１１によって得られ
たデータは第３図に示すようにデータ処理装置１７に送
られ、演算処理の後それぞれの成分に対応する４基のイ
オンビーム源１〜４の電源１２〜１５に対して制御デー
タを送り、予め定められた所定の組成にしたがってイオ
ンビーム源１〜４の出力を制御する。この際、アシスト
イオンビーム源９の出力と化学種によっては原子吸光法
による組成計測の誤差原因になることがあるので、その
際には原子吸光測定のタイミングに同期してアシストイ
オンビーム源９の電源１６に制御データを送り、アシス
トイオンビームの出力を調節する。

また、第１図、第２図に示すように得られた膜の結晶性
を評価するために、周知の高速電子線回折（略称ＲＨＥ
ＥＤ）ｌｉｆｔ察用にＲＨＥＥＤ用ボート１８及びＲＨ
ＥＥＤ用電子銃１９、真空排気系としてクライオポンプ
２０．ターゲットの回転及び回転軸からの傾斜によって
出射スパッタビームの方向を可変とするためのターゲッ
トマニピュレータ２１．結晶化促進のための基板加熱・
回転系２２を装備している。

なお、第３図に示す原子吸光分析システム１１のｌｉｅ
はデータ出力部を、ｌｌｆは増幅器を示し、さらに、デ
ータ処理装置１７は演算処理機能を有し、各スパッタ粒
子の予め定められた組成に応じた所定の設定濃度値から
のずれを算出して、過不足分があれば直ちにそれに応じ
た信号を発生して電［１２〜１６にフィードバックして
、イオンビーム源を適切なビーム強度に調整する制御機
能を有している。そして、２５はデータ処理装置１７内
の例えば、各成分組成の設定値、実際の各スパッタ粒子
の検出濃度、ビーム補正の出力等が刻々表示され、それ
を監視することの出来る表示装置である。

上記装置では、４基のイオンビーム源と、それに対応し
た４枚のターゲットと、４元素に対応する原子吸光分析
システムと１基のアシストイオンビーム源とを備えてい
るが、これらは成膜する薄膜の組成及び構造にしたがい
適宜増減変更が可能なものであることは言うまでもない
。

実施例２゜ この例は、上記実施例１のイオンビーム源ノ（ツタ装置
によって、実際に酸化物高温超電導薄膜の一つであるＢ
ａ、ＹＣｕ３０７−δを成膜したものである。イオンビ
ーム源とターゲットとの関係は。

次の通りである。即ち第３図を再度用ｂ）て説明すると
、イオンビーム源１に対するターゲラ１−５には、Ｂａ
成分としてＢ　ａ　−Ｃｕ　−０の複合３元焼結体ター
ゲットを、イオンビーム源２に対するターゲット６には
、Ｙ成分としてＹ２Ｏ，ターゲットを、そしてイオンビ
ーム源３および４に対するターゲット７および８には、
Ｃｕ成分としてＣｕＯまたはＣｕターゲットをそれぞれ
用いた。被成膜基板１０上にそれぞれの成分が均一に成
膜されるようにターゲットの取り付は角を調節し、最適
な膜厚分布を示すように設定した。これは、それぞれの
ターゲット物質によって熱伝導率やスパッタに要するビ
ームのエネルギーが異なるので、ターゲットから蒸発す
るスパッタ粒子の飛行角度分布が異なるためである。

酸化物超電導簿膜は、酸素欠損が生じ易いので、アシス
トイオンビームまたはニュートラルビーム源９を用いて
、成長中の薄膜面に２００ｅＶまでのエネルギーを持つ
酸素ビームを照射した。５０〜１００ｅＶ程度の酸素ビ
ームの照射が最も効果的であり、上記組成の目的とする
酸化物超電導薄膜が得られ、成膜直後の膜の超電導臨界
温度は、８５にであった。また、この成膜時の基板温度
は４５０℃であり、後熱処理なしで超電導性を示した１
分析の結果によると、この薄膜中で超電導物質以外の成
分が占める割合は、重量基準で１％以下であった。

なお、上記各イオンビーム源としては、いずれも酸素ビ
ームを用いたが、アルゴンビームを用いても同様の結果
が得られた。しかし、酸化物薄膜を成膜する場合には酸
素ビームが望ましい。

また、上記各イオンビーム源の加速電圧及び電流は、イ
オンビーム源１では１０１００ＯＶＸ１００、イオンビ
ーム源２では７００ＶＸ４５ｍＡ。

イオンビーム源３および４ではいずれも７００ＶＸ４５
ｍＡ、そしてアシストイオンビームまたはニュートラル
ビーム源９では１０１００ＶＸ３０とした。

実施例３゜ ４枚のターゲットに酸化ビスマス、酸化銅、酸化ストロ
ンチウム＋酸化銅の焼結体、および酸化カルシウム＋酸
化銅の焼結体を用い、それぞれのターゲットに対するイ
オンビーム源を備え、前記実施例２と同様にして以下に
記す複合酸化物の成膜を行った。

原子吸光系にはビスマス、ストロンチウム、カルシウム
、銅の元素に対応する検出系を有している。この装置を
用い、被成膜基板として酸化マグネシウムの単結晶基板
を４００℃加熱に加熱しなから成膜を行った。アシスト
イオンとしては酸素イオンビームを用いた。

実験例（その１）：　薄膜の組成がビスマス：ストロン
チウム：カルシウム：銅＝２：２：２：３となるように
原子吸光システムにより制御し、酸素イオンビームまた
は酸素二ュートラルビームを照射しなから成膜を行った
。

この方法で得られた薄膜は、設定通りの組成式Ｂ　ｉ２
Ｓ　ｒ、　Ｃａ２Ｃｕ３０　ｘ　（ただし、５≦Ｘ≦１
０）を満足するものであり、超電導臨界温度が９５にで
あった。

実験例（その２）：　薄膜の組成がストロンチウム：カ
ルシウム：銅＝２：２：３となるように原子吸光システ
ムにより制御し、１８人ごとに酸化ビスマスをスパッタ
し、全体の組成をビスマス：ストロンチウム：カルシウ
ム：銅＝２：２：２：３となるように制御し、酸素イオ
ンビームまたは酸素二ュートラルビームを照射しなから
成膜を行った。基板温度は４００℃であったが、高速電
子線回折（ＲＨＥＥＤ）で基板表面の結晶状態の観察を
行いながら実験例１に比べ１／１０の成膜速度で成膜し
た。

この方法で得られた薄膜は、設定通りの組成式５ｒ２Ｃ
ａ２Ｃｕ３０Ｘを満足するものであり、その薄膜上にＢ
　ｉｚ　Ｓ　ｒ、　Ｃａｍ　Ｃｕ３０　ｘ　（ただし、
５≦Ｘ≦１０）が周期的に成膜され、組成の異なる複合
酸化物を交互に積層した複合酸化物の多層膜構造の超電
導薄膜を得た。この薄膜の超電導特性を計測したところ
、臨界温度が１００Ｋであった。

なお、この薄膜の組成分布観察及び透過型電子顕微鏡ｌ
ｌｔ察では、１７〜１８人の周期性を保ちながら上記の
ようなりｉ含有層が形成されており、低温で安定な高温
超電導相が、成膜時に形成したことがわかった。

実施例４゜ この例は、実施例１の装置を用い、実施例２及び３と同
様な方法により、シリコン単結晶基板の上に、イオンビ
ームスパッタリングにより高強度アルミニウム舷配線を
形成したものである。

ターゲットには、金属チタン、アルミニウム、シリコン
、金の４種を用いた。

シリコン基板上に、まずチタンの成膜を約５０人行い、
その後にアシストイオン源９から窒素ガスを徐々に導入
し、チタン層から窒化チタン層に連続的に組成傾斜を形
成する。

更に、アルミニウムターゲットをスパッタするイオンビ
ーム源の出力を徐々に高め、チタン−アルミニウムー窒
素からなる中間層を形成する。

その後、チタンターゲットをスパッタするイオンビーム
源の出力を徐々に低下させ、絶縁性窒化アルミニウム層
を形成する。

更に、窒素ガスアシストを停止し、純アルミニウム層を
形成する。

更に、ワイヤボンディング性を保つため、アルミニウム
表面に同様のイオンビームスパッタにより金薄膜を形成
する。

これによって、密着強度が１０００ｇ重／　ｍ　ｍ以上
のアルミニウム配線を形成することができた。

従来の方法では１通常、異なる成分の薄膜と薄膜の積層
界面に組成の不連続が生じるため、剥離が生じ易いので
、後熱処理を施してそれぞれの界面で拡散を起こさせ、
高い密着強度を得るようにしている。しかし１本発明方
法によれば、連続した組成傾斜を形成することが容易な
ため、後熱処理を行うことなしに高い密着強度を得るこ
とが出来た。これによって、急俊な濃度プロファイルを
持った接合界面を損なうことなく、高強度のＡＱ配線を
形成することができた。

［発明の効果］ 本発明によれば、各ターゲットに対応したイオンビーム
源の出力を、スパッタ粒子組成のインサイチュ（ＩＮ−
８ＩＴＵ）モニタリングを行いながら動的に制御するこ
とにより、薄膜の組成を精度よく制御することができる
ので化合物薄膜の成膜においては、組成精度が高く、結
晶性の高い薄膜を成膜できる効果がある。

また、積層薄膜構成による配線形成等においては、後熱
処理が不要となるので、接合の急俊な濃度勾配を損なう
ことなく、高強度の配線形成が可能となる。

このように本発明によれば、各成分組成の濃度を正確に
制御できるため、特に精密な組成制御が必要な多元系化
合物１例えば、多元系酸化物、多元系窒化物２多元系金
属間化合物、合金、傾斜化合物、傾斜合金１人工超格子
等の成膜に好適な簿膜形成方法及びその装置を実現する
ことが出来るようになった。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、いずれも本発明
の一実施例となる装置外観を示す正面図。 平面図および側面図、第２図は第１図（ａ）のＡ−Ａ’
線断面図、そして第３図は１本発明装置の全体系を模式
的に示したブロック図である。 符号の説明 １〜４・・・スパッタ用イオンビーム源５〜８・・・イ
オンビーム源１〜４に対応したターゲット ９・・・アシスト用イオンビーム源 １０・・・被成膜基板（ＭｇＯ単結晶基板等）１１・・
・原子吸光測定系　　１１ａ・・・発光部１１ｂ・・・
受光部　　　　　１１ｃ・・・光路ｌｉｄ・・・遮光筒
　　　　　１１ａ・・・データ出力部１１ｆ・・・増Ｉ
ＩＩ器 １２〜１５・・・イオンビームｇ１〜４用電源１６・・
・アシスト用イオンビーム源用電源１７・・・データ処
理装置 １８・・・高速電子線回折（ＲＨＥＥＤ）用ポート１９
・・・ＲＨＥＥＤ用電子銃 ２０・・・クライオポンプ ２１・・・ターゲットマニピュレータ（回転、傾斜）２
２・・・基板加熱・回転系 ２３・・・スパッタ用イオンビーム ２４・・・アシスト用イオンビーム

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. １．複数のイオンビーム源から引き出したイオンビーム
   もしくはそれを中性化したニュートラルビームを、各イ
   オンビーム源に対応して設けられた複数のスパッタ用タ
   ーゲットに照射し、前記各ターゲットから放出されるス
   パッタ粒子を所定基板上に入射堆積させて多成分系簿膜
   を形成するイオンビームスパッタによる薄膜成方法であ
   って、前記基板表面近傍を通過する前記各スパッタ粒子
   の組成比を原子吸光法により計測し、この計測出力を予
   め定められた基準となる各スパッタ粒子の組成比と対比
   してそのずれを検出し、その検出出力に基づいて所定の
   適切なスパッタ粒子組成比となるようその出力データを
   演算処理し、その演算出力に基づいて前記イオンビーム
   源に供給する電源を制御し、その加速電圧およびイオン
   電流密度を調節することにより、前記基板上に入射堆積
   するスパッタ粒子の組成比を直接的にモニタしながら成
   膜して成るイオンビームスパッタによる多元系薄膜形成
   方法。
2. ２．上記ターゲットを金属、金属酸化物及び金属窒化物
   の少なくとも１種で構成すると共に、上記イオンビーム
   およびそれを中性化したニュートラルビームの少なくと
   も１種をアシストイオンビーム源として酸素及び窒素の
   少なくとも１種のビームで構成し、上記基板上に複合金
   属酸化物および窒化物の少なくとも１種から成る複合金
   属化合物薄膜を形成して成る請求項１記載のイオンビー
   ムスパッタによる多元系薄膜形成方法。
3. ３．上記ターゲットを単体金属および合金の少なくとも
   １種で構成すると共に、上記イオンビーム源を希ガス元
   素のイオンビームで構成し、上記基板上に合金および金
   属間化合物の少なくとも１種からなる薄膜を形成して成
   る請求項１記載のイオンビームスパッタによる多元系薄
   膜形成方法。
4. ４．上記ターゲットを金属、金属酸化物及び金属窒化物
   の少なくとも１種で構成すると共に、上記イオンビーム
   およびそれを中性化したニュートラルビームの少なくと
   も１種をアシストイオンビーム源として酸素及び窒素の
   少なくとも１種のビームで構成し、上記基板上に金属酸
   化物および窒化物の少なくとも１種から成る金属化合物
   薄膜と金属薄膜から成る多層膜配線構造体を形成して成
   る請求項１記載のイオンビームスパッタによる多元系薄
   膜形成方法。
5. ５．複数の独立制御可能なイオンビーム源もしくはニュ
   ートラルビーム源と、前記各ビーム源に対応して設けら
   れたそれぞれの薄膜成分の蒸発源としての複数のターゲ
   ットと、前記ビームをターゲットに照射することにより
   、前記各ターゲットから放出されるスパッタ粒子を所定
   基板上に入射堆積せしめる手段と、前記各ターゲットか
   ら放出され基板上に入射してくる各スパッタ粒子の濃度
   を前記基板の近傍で原子吸光法により検出する計測手段
   と、この計測出力を予め定められた基準となる各スパッ
   タ粒子の組成比と対比してそのずれを検出し、その検出
   出力に基づいて所定の適切なスパッタ粒子組成比となる
   ようその出力データを演算処理する手段と、その演算出
   力に基づいて前記イオンビーム源もしくはニュートラル
   ビーム源に供給する電源を制御し、これらビームの加速
   電圧およびその電流密度を調節して、スパッタ粒子の組
   成比を制御する手段とを有し、これにより前記基板上に
   入射堆積するスパッタ粒子の組成比を直接的にモニタし
   ながら成膜し得るようにして成る多元系イオンビームス
   パッタ薄膜形成装置。
6. ６．上記ターゲットを照射するイオンビーム源に加えて
   、直接基板に照射するアシストイオンビーム源を配設し
   て成る請求項５記載の多元系イオンビームスパッタ薄膜
   形成装置。