JPH0347964A - イオンビームスパッタ装置 - 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、例えばＸ線反射鏡に応用される極薄で大面積
の多層薄膜の形成に好適な、膜厚分布の制御機構を備え
たイオンビームスパッタ装置に関する。

［従来の技術］ イオンビームスパッタ装置ては、イオンビームによりタ
ーゲット表面の物質をスパッタしく飛散させ）、ターゲ
ットに対向させた基板表面に付着させて膜形成を行う。

第２図は、従来例のイオンビームスパッタ装Ｆｔ。

の概略な構成を示す。この従来例において真空チャンバ
ＩＪは高真空度に保たれ、膜付けされる基板６Ｊとター
ゲット４Ｊとは真空チャンバＩＪ内の所定位置に対向さ
せて固定されている。

一方、ターゲット４Ｊ方向に向けて真空チャンバ１Ｊ内
に固定されたイオン源２Ｊては、外部から導入されたア
ルゴンカス（以下Ａｒとする）かイオン化される。発生
したＡ、、イオンは、イオン源２Ｊに設けられた２枚の
引き出し電極（グリッド）の間に印加された高電圧によ
りイオン源２Ｊから引き出され、加速されてターゲット
４Ｊの中央部分に向う高い運動エネルギを有するイオン
ビーム３Ｊとなる。このイオンビーム３Ｊを照射される
部分のターゲツト４Ｊ表面では、衝突または注入される
Ａ、イオンの運動エネルギにより、ターゲット４Ｊを構
成する物質が瞬時に飛散または蒸発して周囲の空間にス
パッタ放出される。タゲット４Ｊから放出された成膜材
料５Ｊは真空チャンバ１内の空間を飛行し、その１部分
が基板６Ｊ上に付着積層して薄膜を形成する。

このとき、成膜材料５Ｊはターゲット４Ｊのイオンビー
ム３Ｊ照射点から全空間方向に均一にはスパッタ放出さ
れないで、−船釣には、第３図に示すような空間的な偏
りを持って放出されることが知られている。

第３図に示される、照射点を中心とした放出方向角度に
対する成膜材料５Ｊの密度分布は、ターゲット４Ｊに垂
直な法線方向からの傾き角度θにのみ依存し、角度θに
対してＣＯＳθにほぼ比例した分布を示す。すなわち、
イオンビーム３Ｊのターゲット４Ｊへの入射角とは無関
係に、常に法線方向で最大の放出量を持つ。従って、第
２図に示される位置関係でターゲット４Ｊと基板６Ｊと
が固定されたイオンビームスパッタ装置では、イオンビ
ーム３Ｊ照射点を通るターゲット４Ｊの法線が基板６Ｊ
面と交差する、基板６Ｊ中心が最大の成膜速度の点とな
る。また、イオンビーム３Ｊ照射点から放出される成膜
材料５Ｊの放出方向角度に対する密度分布が、形成され
た薄膜の基板６Ｊ上における膜厚分布にそのまま反映さ
れる。

このような膜付は用基板上における膜厚分布の均一性を
改善するために、イオンブレーティングやＭＢＥを含む
真空蒸着法では、薄膜材料の蒸発源と膜付は用基板との
距離を大きく採って成膜速度の小さな領域を基板上から
外したり、基板に惑星運動を行わせて基板上の各点にお
ける成膜速度を平均化したりする試みが行われている。

また、Ａ、ガス中でターゲットに直流または高周波電圧
を印加して放電を発生し、ターゲツト面をスパッタする
形式のスパッタ法では、ターゲツト面の広い部分からタ
ーゲット物質の放出が起こるから、ターゲット面積を犬
キ＜シて基板上における成膜速度の均一性を向上できる
。

また、イオンビームスパッタ法において基板上に形成さ
れる薄膜の膜厚分布を補正するため、ターゲットと基板
との間を横切って回転する補正用マスクを設けることが
試みられている。この補正用マスクには実際の膜厚分布
から逆算して成膜速度のより高い点をより長時間さえぎ
るような開口が形成されていて、基板上各点での成膜速
度平均値を揃える。

［発明が解決しようとする課題］ 以上述べたように、イオンビームスパッタ法では、スパ
ッタされた薄膜材料分子が空間的な偏りを持って放出さ
れることに起因して、形成された薄膜の膜厚分布に偏り
を生じるために大面積基板への膜厚均一性の高い成膜は
困難であった。

これを改善するための方法が種々試行されているが、イ
オンビームスパッタ法では一般的に真空蒸着法よりも蒸
発速度が低く、またチャンバ内の真空度もさほど高く採
れないため、ターゲットと基板間の距離を大きくすると
成膜速度が著しく低下し、また付着強度等の膜質も劣化
して実用性を欠いてしまう。

また、イオンビームスパッタ法では、ターゲット以外の
部分にイオンビームが衝突すると、そこからスパッタさ
れた物質が薄膜中に不純物として入ってしまうから、イ
オンビーム照射領域はターゲット中央の狭い領域に限定
することが必要である。従って、薄膜材料分子の放出に
係る面積も小さくなり、上述の他のスパッタ法のように
大面積の薄膜材料分子の放出に係るターゲツト面を得る
のは実現が困難である。

また、補正用マスクによる平均成膜速度の平均化では、
補正用マスクにさえぎられる薄膜材料は無駄となり成膜
速度も低下するのに加えて、タゲット材料や成膜条件等
に応じて多種類の補正用マスクを準備する必要があった
。従って、多層膜形成の場合、各膜材料ごとの繁雑な補
正用マスクの交換が必要であり非実用的だった。また、
実際には、薄膜材料の最大放出方向は、加速電圧やタケ
ッ］・材料や使用に伴なうターゲット表面のへこみ等に
より上述の法線方向からすれる場合かあるため、同一補
正用マスクを用いても同一な分布か得られない場合もあ
った。

本発明は、ターゲットと基板との相対位置関係に応じて
基板上に発生ずる成膜速度のばらつきを積極的に利用し
て望みの膜厚分布を得る膜厚分布制御機構を備えたイオ
ンビームスバ・ンタ装置を提供するものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明の請求項（１）に係るイオンビームスバ・ンタ装
置は、イオンビームを照射される膜材料のタケッｌ−と
、膜付り用の基板とを対向させてこの基板上に膜形成を
行うイオンビームスバ・ンタ装置において、 基板上における最大の膜形成速度を有する点か基板上を
移動するように、膜形成中に少なくとも１回はターゲッ
トと基板とを相対運動させる運動手段を有する。

本発明の請求項（２）に係るイオンビームスパ・ンタ装
置は、請求項（１）に係るイオンビームスバ・ンタ装置
において、最大の膜形成速度を有する点の基板上におり
る位置に応じてイオンビームのエネルギーを調整する調
整手段を有する。

［作　用コ 本発明の請求項（１）に係るイオンビームスパ・ンタ装
置ては、イオンビームか照射されたターゲ・ント表面か
ら成膜旧料（分子またはクラスター）か膜付は用の基板
の少なくとも一部を含む方向に向ってスパッタ放出され
る。このとき、スバ・ンタ放出された成膜材料は放出方
向によって異なる空間密度を持つから、成膜材料が基板
上に付着積層して薄膜を形成する際の基板上の各点にお
りる成膜速度も異なった値となる。従って、基板上には
最大の成膜速度を有する点か存在する。

本発明の運動手段は、膜形成中に少なくとも１回ターゲ
ットと基板とを相対運動させて両者の位置関係をずらず
ことにより、基板上におりる最大の膜形成速度を有する
点を移動させる。この移動により基板上の各点における
膜形成速度か調整されて成膜終了時の膜厚分布を希望す
る状態、例えは基板上で均一な膜厚に誘導する。

本発明の請求項（２）に係るイオンビームスパッタ装置
の調整手段は、最大の膜形成速度を有する点の基板上に
おりる位置に応じてイオンビームのエネルギーを調整す
る。例えは、運動手段と同期させてイオンの加速電圧や
イオン源でのイオン発生量を変化させてターゲットに流
入するエネルギを調整する。これにより、ターケラ１〜
からの成膜材料のスパッタ放出量か加減されて、基板上
の各点における成膜速度は、運動手段だけの場合よりも
精密に制御される。

［発明の実施例］ 本発明の実施例を図面を参照して説明する。未実施例で
はイオン源と膜付は用基板とを装置に固定し、ターゲッ
トを２つの直交軸に関して揺動させる運動手段を設けた
。これにより、イオンビム照射点からスパッタ放出され
る成膜材料の最大放出方向（例えば法線方向）か立体的
に走査される構成である。また、この揺動運動に同期さ
せてイオンビームのイオン電流と加速電圧とを加減する
イオン源コントローラを備えていてターゲ・ントに照射
されるイオンビームのエネルギーを調整できる。

第１図は、本発明に係る第１実施例のイオンビームスパ
ッタ装置の概略な構成を示ず。真空チャンバ１内にイオ
ン源２と基板ホルタ７とか固定され、ターゲット４はそ
の表面に平行な揺動軸Ａ、Ｂに揺動可能に保持されてい
る。

イオン源２はイオン源コントローラ８により制御される
グリットロ径３ｃｍのカウフマン型でＡｒイオンビーム
３を供給し、ターゲット４は直径１５ｃｍの円板状て、
その揺動はあらかしめ定められたプログラムに従って図
示しない制御装置により制御される。また、基板６を保
持する基板ホルダ７の中心を通る法線は、揺動軸Ａ、Ｂ
の交点も通る構成である。

第１実施例のイオンビームスパッタ装置てターゲット４
を基板６と平行に固定して成膜を行った場合の基板６上
の膜厚分布を第４図に示す。基板６の中央部で厚く、周
辺部に向ってなだらかに薄くなる山形の膜厚分布を示し
、膜厚偏差±５％以下の中央領域の直径はφ５０ｍｍで
ある。

次に、所定のプログラムに従ってターゲット４を揺動軸
Ａ、Ｂにより揺動して成膜を行なった場合の基板６上の
膜厚分布を第５図に示す。基板６上の中央部が平坦な膜
厚分布を示し、膜厚偏差上５％以下の中央領域の直径は
φ２００ｍｍに拡大している。

次に、ターゲット４の揺動と同期させてイオン源コント
ローラ８によりイオンビーム３のイオン電流と加速電圧
を変化させ、基板６の周辺部分に成膜材料の最大放出方
向が走査されたときにイオンビームのエネルギを高める
ようにした。このイオン電流と加速電圧の条件を種々変
更して調整することにより、最終的に基板６上の膜厚分
布は、直径φ２００ＩＩＷｌの中央領域の膜厚偏差±２
％以下とすることができた。

第７図は、本発明の第２実施例のイオンビームスパッタ
装置の概略な構成を示す。ここで第１実施例と同じ構成
と機能を有する部材には同一の符号を付しである。第２
実施例では揺動軸Ａ、Ｂに加えてイオンビーム３の進行
方向Ｃヘタ−ゲット４を平行移動する機構を追加したの
で、第１実施例よりも広い小膜厚偏差の領域を得ること
が可能となった。

第８図は、本発明の第３実施例のイオンビームスパッタ
装置の概略な構成を示す。ここで第１実施例と同じ構成
と機能を有する部材には同一の符号を付しである。第３
実施例でターゲット４は、揺動軸Ａ、Ｂに沿って移動可
能に取付けられ、揺動運動とともに水平方向の並進移動
を行わせる構成とした。

ターゲット４が、揺動運動に加えて、イオンビーム３が
ターゲット４を外れず不要な物質のスパッタ放出が起き
ない範囲の平面運動を行うことにより、上述のような膜
厚制御に加えて、ターゲット４上の成膜材料のスパッタ
放出に係る面積を拡大してターゲット４の使用効率を高
めることがで１ きる。このとき、ターゲット４以外からの不要物質のス
パッタ放出を抑制するために、ターゲット表面に対して
小さな角度でイオンビームが照射されている場合の照射
方向に関する移動幅は小さく採り、これと直角方向に主
に移動させる必要がある。

以上の実施例では、ターゲットの揺動軸を２木としたが
、１本または３本以上としても実用上十分な性能を発揮
できる。また、イオン源は真空チャンバに固定とせず、
イオンビーム照射点が球面運動するように、イオン源と
ターゲットとの位置関係を保ったまま両者を一体に運動
させることも可能である。また、表面に立体的な凹凸を
形成したターゲットを回転または平行移動して、この凹
凸な表面がイオンビームで走査されるような構成として
も良い。いずれの場合にも成膜材料はタゲットの運動に
より空間的により広く分散されるようになる。

［発明の効果］ 本発明の請求項（１）に係るイオンビームスバラ　２ 夕装置では、成膜期間中、膜付は用基板上の各点におけ
る成膜速度を加減調整することにより、基板上に望み通
りの膜厚分布、例えば均一膜厚領域の拡大等を実現でき
る。

また、本発明の請求項（２）に係るイオンビームスパッ
タ装置では、ターゲットと関連させてイオンビームのエ
ネルギーの調整を行うから、ターゲットからスパッタ放
出される成膜材料の量が制御され、基板上の膜厚分布の
管理をより精密に行うことが可能となり、実現可能な膜
厚分布も増えて成膜条件の自由度も増す。

本発明の請求項（１）　、（２）に係るイオンビームス
パッタ装置では、膜厚分布は単に平坦なもの以外にも種
々選択することが可能となり、例えば第６図のような中
央をくぼませることも容易であるから、これを利用して
従来困難とされた球面や凹面等の曲率をもった基板上に
均一厚さの薄膜成形を行うことも可能である。

また、従来必要とされた補正用マスクは不要となり、多
層膜形成の場合にも、それぞれの成膜材料に応したター
ケラ１−の運動条件やイオンビームのエネルギー条件を
選択することにより、真空チャンバの真空を維持したま
まで連続して成膜することか可能である。また、各層毎
に膜厚分布を変化さぜることも容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１実施例に係るイオンビムスパッ
タ装置の概略な構成を示す模式図である。 第２図は、従来のイオンビームスパッタ装置の概略な構
成を示す模式図である。 第３図は、−船釣なイオンビームスパッタ装置におりる
、ターケラ１〜からスパッタ放出される分子の密度分布
を示す線図である。 第４図は、本発明の第１実施例に係るイオンビームスパ
ッタ装置により得られる膜厚分布の１例を示す線図であ
る。 第５図は、本発明の第１実施例に係るイオンビームスパ
ッタ装置により得られる膜厚分布の別の例を示す線図で
ある。 第６図は、本発明のイオンビームスパッタ装置により得
られる膜厚分布のさらに別の例を示す線図である。 第７図は、本発明の第２実施例に係るイオンビームスパ
ッタ装置の概略な構成を示す模式図である。 第８図は、本発明の第３実施例に係るイオンビムスパッ
タ装置の概略な構成を示す模式図である。 ［主要部分の符号の説明コ ３・・・イオンビーム　　　４・・・ターゲット６・・
・基板 ８・・・イオン源コンｌ−ローラ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）イオンビームを照射される膜材料のターゲットと
   、膜付けされる基板とを対向させて前記基板上に膜形成
   を行うイオンビームスパッタ装置において、 前記基板上における最大の膜形成速度を有する点が前記
   基板上を移動するように、前記膜形成中に少なくとも１
   回は前記ターゲットと前記基板とを相対運動させる運動
   手段を有することを特徴とするイオンビームスパッタ装
   置。
2. （２）前記膜形成中、最大の膜形成速度を有する前記点
   の前記基板上における位置に応じて前記イオンビームの
   エネルギーを調整する調整手段を有することを特徴とす
   る請求項（１）記載のイオンビームスパッタ装置。