JPH04123254U - イオンビームスパツタリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ［目的］ １個のイオン銃で基板のクリーニングとター
ゲットのスパッタをできるようにし、安価にして基板と
薄膜との密着性を向上させる。 ［構成］ 基板ホルダ１３で保持した基板１４にイオン
銃からイオンビームを照射し、エッチング（クリーニン
グ）を行う。基板ホルダ１３を斜め上方へ退避させると
ともに、シャッタ１６を基板１４とターゲット１５との
間に挿入する。これにより、イオンビームから基板１４
を遮蔽する。この状態で、イオンビームをターゲット１
５に照射し、プレスパッタする。次にシャッタ１６を退
避させ、スパッタ粒子を基板１４に付着させ、成膜す
る。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、イオンビームスパッタリング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

一般に、イオンビームスパッタリング法は、成膜エネルギーが高いことと、高 真空での成膜が可能なために、優れた結晶性を有し、不純物の混入が少なく基板 との密着性に優れた薄膜を生成することができる方法として知られている。従来 のイオンビームスパッタリング装置は、例えば図７に示すようなもので、スパッ タ室１内には、基板２を保持する基板ホルダ３とターゲット４とが斜めに向かい 合う位置にそれぞれ固設されていた。また、スパッタ室１内には、ターゲット４ に対してイオンビームを照射できるように、イオン銃（イオン発生室）５が固設 されていた。６はスパッタ室を１内に排気する真空ポンプであり、７はイオン銃 ５に設けられたガス導入口である。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

しかし、上記構成の装置では、基板ホルダ３，ターゲット４およびイオン銃５ が全て固定して設けられており、イオンビームはターゲット４のみを照射し、基 板２の表面を照射することはできなかった。したがって、薄膜の密着性を向上さ せるために、基板２の表面をイオンビームエッチングして洗浄（クリーニング） した後、成膜する場合には、上記ターゲット４をスパッタするイオン銃５とは別 個の、クリーニング専用のイオン銃を用意して行わなければならず、コスト高に なってしまうという問題点があった。

【０００４】 本考案は，かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、１個のイオン銃で基 板のクリーニングとターゲットのスパッタとをでき、安価にして基板と薄膜との 密着性を向上させることができるイオンビームスパッタリング装置を提供するこ とを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するために、本考案は、イオン銃から発射されたイオンビーム により基板表面をエッチングした後、イオンビームをターゲットに照射して基板 表面に薄膜を形成するイオンビームスパッタリング装置において、１個のイオン 銃と、このイオンビームの照射方向へ進退自在で前記基板を保持する基板ホルダ と、前記イオン銃のイオンビームの照射方向に配置され、前記基板ホルダに保持 された基板がイオンビーム照射位置にあるときに基板の後方に位置するとともに 前記基板ホルダの退避動作に伴って基板がイオンビーム照射位置から退避したと きに基板と向かい合う位置に配置されたターゲットと、基板がイオンビーム照射 位置から退避した状態で基板とターゲットとの間へ進退自在に設けられ、イオン ビームによるターゲットのプレスパッタ時に少なくとも基板の表面をイオンビー ムから遮蔽するとともに薄膜形成時には基板とターゲットとの間から退避するシ ャッタとを具備したことを特徴とする。

【０００６】

【作用】

上記構成の本考案の装置においては、基板ホルダに保持された基板をクリーニ ングする際には、イオンビームの照射方向（ビームの光路中）に基板が対向する ように移動する。そして、基板のクリーニングが完了した後は、基板はイオンビ ームが照射しない位置に退避する。次いで、前記基板が退避したときに基板とタ ーゲット間にシャッタが挿入されるとともに、イオンビームの照射方向に位置す るターゲットにイオンビームが照射される。これによってターゲットのプレスパ ッタが行われ、次いで基板表面を遮蔽していたシャッタが退避し、基板上にター ゲットの原子がコーティングされる。

【０００７】

【実施例１】 本実施例のイオンビームスパッタリング装置は、図１および図２に示すように 、真空容器からなるスパッタ室８は概略箱型であって，その下側にはスパッタ室 ８内を１×１０^-4Ｔｏｒｒ以下の圧力に制御可能な真空ポンプ９が配設されてい る。また、スパッタ室８の左側壁には、イオン銃（イオン発生室）１０が固定さ れており、このイオン銃１０の本体はスパッタ室８の外部にあって、イオン銃１ ０からのイオンビームがスパッタ室８内に入るようになっている。このイオン銃 １０の本体には、ガス導入口１１が接続されている。

【０００８】 また、スパッタ室８の前記イオン銃１０に対向する壁面の斜め上方には、回転 自在かつ往復動自在（進退自在）に基板ホルダ回転軸１２を支持する駆動装置（ 図示省略）が配設されている。この基板ホルダ回転軸（以下、回転軸という）１ ２の下端部には、基板ホルダ１３が固定され、この基板ホルダ１３に基板（試料 ）１４が取り付けられる。従って、駆動装置の操作により、回転軸１２を介して 基板１４を回転でき、また基板１４は回転軸１２の進退により前記イオンビーム の光束照射領域と、退避位置（斜め上方位置）に移動できるようになっている。

【０００９】 また、イオンビームの光束照射領域の前方には、光束に対して傾斜したターゲ ット１５が配設されている。そして、このターゲット１５の上方には、ターゲッ ト１５と前記基板１４の退避位置との間に水平方向に移動自在な板状のシャッタ １６が配設（シャッタ１６の駆動装置は不図示）されている。このシャッタ１６ が後退したときには、前記基板１４がレーザビーム照射位置まで斜め方向から下 降することができる（図１）。また、基板１４が斜め方向に上昇してターゲット １５の上方に位置したとき、基板１４とターゲット１５との間にシャッタ１６が 位置することもできる（図２）。一方、シャッタ１６の水平方向の前方には、ス パッタ室８の内壁に突設して板１７が配されている。この板１７はイオンビーム の後退した位置での基板表面への広がりをなくすためのものである。

【００１０】 さらに、詳細に説明すると、図１に示すように、シャッタ１６の後退位置で基 板１４を下降させ、基板１４をイオンビーム照射位置に位置せしめる。次いで、 イオン銃１０に供給されたガスによってイオン化され加速されたイオンビームを 基板ホルダ１３に固定された基板１４の表面に照射し、スパッタリング（クリー ニング）する。その後、駆動装置の操作により回転軸１２を介して基板１４を後 退（上昇）させ、図２に示す位置にする。次いで、シャッタ１６を前進して基板 １４とターゲット１５との間に位置させ、基板１４とシャッタ１６との間におい てイオンビームから基板１４を遮断した状態で、イオンビームをターゲットに照 射し、ターゲット１５のプレスパッタを行う。プレスパッタの後にシャッタ１６ を後退して（図１に示した状態の位置）、ターゲット１５に照射したイオンビー ムによるスパッタ粒子を基板１４に付着させ、基板１４上にスパッタ粒子を成膜 させる。このとき、基板１４の表面はターゲット１５からの距離に分布が生じて いるので、基板１４上に均一な膜厚が形成されるように、駆動装置により回転軸 １２を介して基板１４を回転させている。

【００１１】 上記構成の装置を用いて、Ｃｒ−Ｎ膜を形成した。基板１４は、ＳｉＣ焼結体 にＣＶＤ法により、約４００μｍの厚さでＳｉＣ膜を形成し、ＳｉＣ膜の表面に 表面粗度Ｒｍａｘ＝０．０５μｍとなるように鏡面研磨を施した後、界面活性剤 により洗浄したものを使用した。まず、基板１４を図１に示す状態で、３×１０ ^-3 Ｔｏｒｒの圧力でイオン銃１０から加速電圧４００ＶとしてＡｒイオンビーム を基板１４表面に約１０秒照射し、エッチングを行った。その後、図２に示す状 態でプレスパッタした後、Ｃｒ₂ Ｎからなるターゲット１５を、６．０×１０^-4 Ｔｏｒｒの圧力下で、窒素イオンを加速電圧１ＫＶで加速してスパッタして、基 板１４上にＣｒ−Ｎ膜を形成した。これとは別に、図１の状態で行う基板１４表 面へのＡｒイオンビームの照射（エッチング）をせずに、上記と同様にしてＣｒ −Ｎ膜を形成した。

【００１２】 これら２つのサンプルの付着強度を比較したところ、Ａｒイオンビームを基板 １４に照射した方が、しないものに比べて、約２倍の付着強度を有していること がわかった。すなわち、薄膜形成前に基板１４表面をＡｒイオンビームでエッチ ングするため、基板１４表面に付着し、通常の洗浄では取り除けない汚れを除去 することができるので、基板１４と薄膜との界面に不純物が介在することがない 。従って、密着性に対する耐久性に優れた薄膜を得ることができる。

【００１３】

【実施例２】 本実施例のイオンビームスパッタリング装置は、図３および図４に示すように 、スパッタ室８の上部には、回転軸１２が鉛直方向に導入されている。また、ス パッタ室８の下部には、回転軸１２と同軸上にターゲット１５が上下動自在にし て導入されている。基板ホルダ１３は、スパッタ室８のイオン銃１０側内壁に固 設されたブラケット１８に支軸１９を介して回動自在に取り付けられている。基 板ホルダ１３は、リング状のホルダ外周部２０と、このホルダ外周部２０に回転 自在に取り付けられたホルダ本体２１とからなっている。ホルダ本体２１は、基 板１４を保持する。一方、スパッタ室８の反対側（図３において右側）には、シ ャッタ１６が水平移動自在に設けられおり、このシャッタ１６の上方には、水平 移動自在のストッパ２２が設けられている。

【００１４】 上記構成の装置により成膜を行うには，スパッタ室８内を１×１０^-4Ｔｏｒｒ 以下の圧力に保ち、イオン銃１０でイオン化され加速されたイオンビームを、ホ ルダ本体２１に保持された基板１４表面に照射し、エッチングを行う。この時、 図３に示すように、支軸１９を回転中心とする基板ホルダ１３の回転半径の外側 までターゲット１５を下降させておくとともに、シャッタ１６およびストッパ２ ２を右側に退避させておく。基板１４表面にイオンビームを照射し終わったとこ ろで、照射を停止し、基板ホルダ１３を図４に示すような水平状態となるまで回 転させ、ストッパ２２を左側へ移動させてストッパ２２により基板ホルダ１３を 固定する。

【００１５】 次に、図４に示すように、ターゲット１５をイオンビーム照射できる位置まで 上昇させるとともに、シャッタ１６を基板１４とターゲット１５との間に移動さ せ、ターゲット１５をイオンビームでプレスパッタした時にスパッタ粒子が基板 １４に到達しないように、イオンビームからの遮蔽を行う。次に、回転軸１２の 下端を基板ホルダ１３のホルダ本体２１に噛み合わせ、ホルダ本体２１を介して 基板１４を回転させる。この状態でイオン銃１０からイオンビームを発射させて ターゲット１５に対してプレスパッタを行い、その後、シャッタ１６を右側へ退 避させてスパッタ粒子が基板１４表面に付着するように成膜を行う。

【００１６】 上記構成の装置を用いて、実施例１と同様にしてＳｉＣの基板１４表面を図３ の状態としてＡｒイオンビームを照射した後、Ｃｒ−Ｎ膜を成膜したサンプルと 、図３に示すＡｒイオンビームの照射を行わずにＣｒ−Ｎ膜を成膜したサンプル の付着強度の比較を行ったところ、実施例１と同様の結果が得られた。

【００１７】 本実施例のイオンビームスパッタリング装置は、図５および図６に示すように 、回転軸１２の下端部には、平歯車２３が固設されている。また、ターゲット１ ５は、複数枚で構成され、ターゲット１５を回転させることにより複数種のター ゲット１５にイオンビームを照射できるようになっている。一方、基板ホルダ１ ３を支持する支軸１９は、ブラケット１８に形成された案内構１８ａ内を水平方 向移動自在に設けられている。また、基板ホルダ１３のホルダ本体２１には、前 記回転軸１２に設けた平歯車２３と噛合する平歯車２４が固設されている。さら に、ストッパ２２は、スパッタ室８に固設されている。

【００１８】 上記構成の装置により成膜を行うには、スパッタ室８内を１×１０^-4Ｔｏｒｒ 以下の圧力に保ち、図５に示すように、イオン銃１０でイオン化され加速された イオンビームを、ホルダ本体２１に保持された基板１４に表面に照射し、エッチ ングを行う。イオンビームを照射し終わったところで、照射を停止し、基板ホル ダ１３を水平状態となるまで回転させ、支軸１９をブラケット１８の案内溝１８ ａに沿って右方向へ移動させ、図６に示すように、基板ホルダ１３のホルダ外周 部２０をストッパ２２の先端部に係合させるとともに、ホルダ本体２１に設けた 平歯車２４と回転軸１２下端の平歯車２３とを噛合させる。これにより、本実施 例では、実施例２において行ったターゲット１５の移動が不要となる。その後、 前記各実施例と同様にしてプレスパッタを行った後、シャッタ１６を右側へ退避 させて成膜を行う。

【００１９】 上記構成の装置を用いて、Ｃｒ膜およびＣｒ−Ｎ膜を形成した。基板１４は、 ＴｉＣサーメットの表面をＲｍａｘ＝０．０５μｍになるまで鏡面研磨を施し、 界面活性剤で洗浄したものを使用し、これを基板ホルダ１３にセットした。この 時、基板１４表面の深さ方向の組成分析を行ったところ、約５０Åの深さまで酸 素が侵入していた。そこで、図５に示す状態で、圧力３×１０^-3Ｔｏｒｒ，加速 分圧４００ＶでＡｒイオンビームを基板１４表面に約１００秒照射した。その後 、ターゲット１５をＣｒにし、圧力２．０×１０^-4Ｔｏｒｒ，加速電圧１ＫＶの Ａｒイオンビームでスパッタし、基板１４表面に１０００Åの厚さでＣｒ膜を成 膜した後、ターゲット１５を回転させ、イオンビームが照射される位置にＣｒ₂ Ｎのターゲット１５がくるようにした。この状態で、圧力６．０×１０^-4Ｔｏｒ ｒ，加速電圧１ＫＶで窒素イオンビームを発生させ、Ｃｒ₂ Ｎのターゲット１５ をスパッタし、膜厚３０００Åの厚さのＣｒ−Ｎ膜を基板１４表面上に形成した 。

【００２０】 また、実施例１および実施例２と同様にして、基板表面１４へのイオンビーム 照射を行わずに、Ｃｒ膜およびＣｒ−Ｎ膜を上記と同一条件で成膜した。これら ２つのサンプルの付着強度を比較したところ、基板１４表面へイオンビームを照 射した方が、しなかったサンプルに比べ、約２倍の付着強度を有していることが わかった。すなわち、薄膜形成前に基板１４表面の酸素が侵入した層をエッチン グし、除去したため、基板１４と薄膜との密着性を向上させることができた。

【００２１】

【考案の効果】

以上のように、本考案の装置によれば、１個のイオン銃だけで基板表面のエッ チングによるクリーニングと成膜が可能なため、装置全体の価格が安くなり、密 着性の高い膜を低コストで得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の実施例１のエッチング状態の装置を示
す縦断面図である。

【図２】本考案の実施例１のプレスパッタ状態の装置を
示す縦断面図である。

【図３】本考案の実施例２のエッチング状態の装置を示
す縦断面図である。

【図４】本考案の実施例２のプレスパッタ状態の装置を
示す縦断面図である。

【図５】本考案の実施例３のエッチング状態の装置を示
す縦断面図である。

【図６】本考案の実施例３のプレスパッタ状態の装置を
示す縦断面図である。

【図７】従来のイオンビームスパッタリング装置を示す
縦断面図である。

【符号の説明】

８ スパッタ室 ９ 真空ポンプ １０ イオン銃 １３ 基板ホルダ １４ 基板 １５ ターゲット １６ シャッタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 市川 一 東京都渋谷区幡ケ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 イオン銃から発射されたイオンビームに
   より基板表面をエッチングした後、イオンビームをター
   ゲットに照射して基板表面に薄膜を形成するイオンビー
   ムスパッタリング装置において、１個のイオン銃と、こ
   のイオンビームの照射方向へ進退自在で前記基板を保持
   する基板ホルダと、前記イオン銃のイオンビームの照射
   方向に配置され、前記基板ホルダに保持された基板がイ
   オンビーム照射位置にあるときに基板の後方に位置する
   とともに前記基板ホルダの退避動作に伴って基板がイオ
   ンビーム照射位置から退避したときに基板と向かい合う
   位置に配置されたターゲットと、基板がイオンビーム照
   射位置から退避した状態で基板とターゲットとの間へ進
   退自在に設けられ、イオンビームによるターゲットのプ
   レスパッタ時に少なくとも基板の表面をイオンビームか
   ら遮蔽するとともに薄膜形成時には基板とターゲットと
   の間から退避するシャッタとを具備したことを特徴とす
   るイオンビームスパッタリング装置。