JPH04370A - 成膜装置 - 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〕 この発明は、イオン源および成膜装置に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

第４図は従来の高周波スパッタリング装置を示す概念図
である。

第４図に示すように、陽極となる水冷基体ホルダ８には
基体７が設置され、陰極となる水冷ターゲットホルダｌ
Ｏにはターゲット９が設置される。

そしてこの水冷基体ホルダ８．基体７．水冷ターゲット
ホルダ１０およびターゲット９は、真空チャンバ１８゛
内に収められ、この真空チャンバ１８°は、成膜に適し
た真空度に保たれる。

このような装置は、ガス導入口５°よりガスを真空チャ
ンバ１８′内に導入し、高周波電源１２により、高周波
電圧を印加し、基体７およびターゲット９間にグロー放
電を発生させ、その中から正イオンを、負にバイアスし
たターゲット９へ加速、衝突させる。これにより、ター
ゲット９をスパッタさせ、このスパッタした粒子（スパ
ッタ元素）を基体７上に堆積させ、成膜を行うものであ
る。このようなスパッタ元素は、抵抗加熱や電子ビーム
加熱蒸着法による蒸着原子と比較すると、大きな運動エ
ネルギーをもつため、基体７に対して高い密着力を有す
る薄膜を形成することができる。またさらにマグネット
（図示せず）を用いてイオン化効率を高め、高密度のプ
ラズマを発生させることによって、高速成ｌｌ！（数千
人／ｍｉｎ）も可能である。

なお上記ガスとしては、スパッタ率の高いアルゴンガス
等の不活性ガスが用いられる。

また高周波を導入するため、チャージアップを起こしや
すい絶縁物のターゲットもスパッタすることができ、そ
のため絶縁膜の形成にも有効である。

このような高周波スパッタリング装置は、所望の薄膜を
基体上に形成するものである。

一方薄膜の一つである窒化ホウ素には、六方晶系（以下
ｒｈ−ＢＮＪという、）、立方晶系（以下ｒｃ−ＢＮＪ
という、）および六方最密系（以下ｒｗ−ＢＮＪという
、）等の結晶構造があり、その中でもｃ−ＢＮは、高熱
伝導性、高絶縁性および高硬度等の優れた性質を有し、
半導体分野および工具分野等の広い分野での応用が期待
されている。

また上記窒化ホウ素の成膜方法としては、物理蒸着法Ｃ
ＰＶＤ法）および化学蒸着法（ＣＶＤ法）等がある。Ｐ
ＶＤ法には、窒化ホウ素をターゲットとし、このターゲ
ットにイオンビームを照射して、基板上に窒化ホウ素を
成膜するイオンビームスパッタリング法の他、上述の高
周波スパッタリング装置を用いた高周波スパッタリング
法がある。

またＣＶＤ法は、基体を反応室に入れて原料ガスを供給
し、加熱させた基体上で原料ガスを反応させて窒化ホウ
素膜を形成する方法である。

しかしながら、このようなＰＶＤ法およびＣＶＤ法によ
って形成された窒化ホウ素膜は、ｃ　−ＢＨの他、軟質
なｈ−ＢＮの成長を避けることができず、高性能のｃ−
ＢＮのみの成膜は困難であるという問題があった。さら
にＣＶＤ法により、ｃ−ＢＮを成膜するには、基体の温
度を高温（５００°Ｃ以上）に保つ必要があるため、基
体の材質によって適応範囲がかなり制限され、実用化に
は到っていない。

そこで、スパッタリングによる堆積と同時にイオン照射
を行うことが提案された。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、従来のイオン源は、イオン照射方向が一
方向であるため、照射対象の表面が凹凸面であるときは
、均一なイオン照射ができず、したがって均一な成膜も
不可能であった。

この発明の目的は、照射対象の表面が凹凸面であっても
、均一にイオン照射でき、したがって均一な成膜を可能
とするイオン源および成膜装置を提供するものである。

【課題を解決するための手段〕

請求項（１）記載のイオン源は、大径側が前方に突出し
、小径側が後退したコーン状の電極を有するものである
。

請求項（２）記載の成膜装置は、大径側が前方に突出し
、小径側が後退したコーン状の電極を有するイオン源を
設け、このイオン源の前方に被成膜基体を装着するホル
ダを設け、このホルダに装着した被成膜基体に膜を堆積
する膜堆積手段を設けたものである。

〔作用〕

この発明の構成によれば、イオン源の電極の大径側が前
方に突出し、電極の小径側が後退したコーン状をしてお
り、この各電極幅および傾斜を考慮することによって、
被照射体の表面が凹凸面であっても、均一にイオン照射
をすることができる。

したがって、このイオン源および膜堆積手段を備えた成
膜装置は、被成膜体の表面が凹凸面であっても、均一に
成膜することができる。

〔実施例〕

この発明の一実施例を第１図ないし第２図に基づいて説
明する。

第１図はこの発明の一実施例のイオン源Ｘを示す斜視図
である。第２図はイオン源Ｘを用いた成膜装置Ｙを示す
概念図である。

第１図に示すように、イオン源Ｘの１を掻は、接地電極
１および引出（加速）１を極１５（第２図）からなり、
この二極の電極は、被照射体に均一にイオン照射ができ
るように、各電極幅および傾斜とを考慮したものであり
、その形状は大径側が前方に突出し、小径側が後退した
コーン状のものである。

なお接地電極１は、イオン源Ｘの外部から加速イオン、
プラズマおよび電子等がイオン源チャンバ２内に侵入す
るのを防ぎ、イオン源チャンバ２内の電位（加速電位）
を安定させる働きをする。

また引出電極１５は、スパッタ率の低いＭｏ　（モリブ
デン）等の素材を用い、引出電源１６（第２図）により
印加された正電位によって、イオン源チャンバ２内のプ
ラズマからイオンを引出し、イオンを加速する。

またイオン源チャンバ２の外周に保持したマグネット３
は、カスブ磁場を発生させ、イオン源チャンバ２゛内で
のプラズマ発生を促進し、かつ安定に維持するためのも
のである。

またイオン源チャンバ２は、その外周に溶接した銅製の
水冷パイプ４により、水冷されている。

このように構成したイオン源χは、ガス導入口５よりイ
オン源チャンバ２内にスパッタ用ガスおよび反応ガス等
を供給し、イオン源プラズマ電極６に高周波電圧を印加
することによって、イオン源チャンバ２内に均一なプラ
ズマを発生させ、電極幅および傾斜を考慮した引出電極
１５および接地電極１の働きにより、被照射体の全面に
均一にイオン照射を行うものである。

また第２図に示すように、成膜装置Ｙは、水冷基体ホル
ダ系、膜堆積手段となるスパッタターゲット系および照
射用のイオン源系から構成したものである。

水冷基体ホルダ系は、成膜すべき基体７および水冷基体
ホルダ８からなる。水冷基体ホルダ８は回転可能（矢印
Ａ）であり、この水冷基体ホルダ８に保持した基体７を
室温に保てるように、水冷構造を有するものである。

またスパッタターゲット系は、ターゲット９水冷ターゲ
ツトホルダ１０．スパッタ用マツチングボックス１１お
よびスパッタ用高周波電源１２からなる。無酸素銅製の
水冷構造を有する水冷ターゲットホルダ１０上にｈ−Ｂ
Ｎからなるターゲット９を保持し、スパッタ用高周波電
源１２からスパッタ用マツチングボックス１１を介して
、高周波電圧をターゲット９に印加し、このターゲット
９をガス導入口５より、供給したスパッタ用ガスによる
イオンによってスパッタさせる。

また照射用のイオン源系は、第１図に示すイオン源Ｘ、
イオン源用マツチングボックス１３およびイオン源高周
波電源１４からなる。イオン源Ｘの電極は、接地電極１
および引出（加速）電極１５からなり、この二極の電極
１．１５は、被照射体に均一にイオン照射ができるよう
に、各電極幅および傾斜を考慮したものであり、その形
状は大径側が前方に突出し、小径側が後退したコーン状
のものである。

なお１６は引出電源であり、引出電極１５に正電位を印
加する。

またスパッタ用高周波電源１２およびイオン源用高周波
電源１４の二様の高周波電源は、同時駆動および制御が
可能となるように、同期運転用同期信号ライン１７によ
り接続されている。

なお基体７．水冷基体ホルダ８．イオン源Ｘ。

ターゲット９および水冷ターゲットホルダ１０は、真空
チャンバ内１８に収められており、この真空チャンバ１
７内は、成膜に適した真空度に保たれス また１９はシャッタ、２０はマグネットである。

このような成膜装置Ｙにより、低温で、高速かつ基体７
の表面に均一なイオンの照射を行い、均一な成膜を行う
。

以下この成膜装置Ｙの使用例を説明する。

高純度（５Ｎ）のアルゴンガスおよび窒素ガスの混合ガ
ス（Ａｒ／Ｎ、混合比は２０％〜８０％とする。）をイ
オン源チャンバ２内に導入し、真空チャンバ１８内圧を
ｌＸｌ０−’〜５Ｘ１０−３Ｔｏｒｒとする。この際、
イオン源チャンバ２内圧は、１０−”Ｔｏ　ｒ　ｒのオ
ーダとなり、プラズマ発生が可能となる。

なお真空チャンバ１８内圧を１０−４〜１Ｏ−３Ｔｏｒ
ｒのオーダの真空度とするのは、イオンの平均自由行程
を考慮すれば、イオン源Ｘからのイオンビームを基体７
上に十分照射可能な真空度であり、かつスパッタ条件を
満足する真空度であるためである。

次にイオン源用高周波電源１４により、イオン源プラズ
マ電極６に高周波を電力５００Ｗ以下で印加し、イオン
源マツチングボックス１３により、イオン源チャンバ２
内のプラズマ発生が最大となるように、マツチングをと
る。さらに引出電源１６により、引出電極１５に正電位
（５００Ｖ〜５ｋＶ　）を加えて、イオンを引出して加
速し、照射する。この照射されたイオンによるイオン電
流を、基体７の前面に設けたシャッタ１９によりモニタ
し、かつ印加した高周波電力を変化させることにより、
最適イオン電流値を調整する。

またターゲット９のスパッタは、スパッタ用高周波電源
１２により、水冷ターゲットホルダ１０に高周波を電力
１ｋＷ以下を印加し、スパッタ条件を満足させる。

以上このような操作により、窒化ホウ素（ｈＢＮ）から
なるターゲット９をスパッタして、基体７に密着性良く
蒸着し、スパッタリングの際、起こりうる窒素欠乏を窒
素プラズマにより補うことによって、化学論的にＢ／Ｎ
＝１となる窒化ホウ素の蒸着ができる。さらに高周波ス
パッタリングによる蒸着のみでは、ｈ−ＢＮの成長が起
こるが、イオン源Ｘによる窒素イオンおよびアルゴンガ
スイオンのイオン照射により、ｈ−ＢＮからｃ−ＢＮの
成長を優先的に成長させることができ、かつ基体７の表
面が凹凸状態であっても均一にイオン照射でき、したが
って均一な窒化ホウ素膜を形成することができる。

なお不活性ガスとしては、アルゴンガスのみに限らず、
１種以上の不活性ガス（Ｈｅ、Ｎｅ、ＫｒまたはＸｅ等
）を用いることができる。

また上述イオン源Ｘのガス導入口５に供給するガスは、
この実施例では、スパッタ用ガスとして不活性ガス（ア
ルゴンガス）を供給し、反応ガスとして窒素ガスを供給
しているが、窒素ガスのみをスパッタ用ガスおよび反応
ガスとして、ガス導入口５に供給し、窒素イオンにより
ターゲット９をスパッタし、かつイオン照射をする場合
もある。

但し、窒素イオンのみでも、ターゲット９のスパッタは
可能であるが、不活性ガスイオン（Ａｒ。

ＫｒおよびＸｅ等）に比較すると、スパッタ率が小さい
ため、成膜速度が遅くなる可能性がある。

またこのイオン源Ｘは、上述成膜装置Ｙに限らず、第３
図（ａ）に示す膜堆積手段を抵抗加熱蒸着法とした成膜
装置および第３図（ｂ）に示す膜堆積手段をＣＶＤ法と
した成膜装置にも適用できる。すなわち膜堆積手段は、
上述高周波スパッタリングに限らず、抵抗加熱蒸着法お
よびＣＶＤ法等おいても、同様の効果が得られ、このイ
オン源χおよび膜堆積手段を備えた成膜装置は、被照射
体（基体７）の表面が凹凸面であっても、全面に均一に
イオン照射でき、したがって均一な成膜をすることがで
きる。

なお第３図（ａ）において、２１は基体ホルダ、２２は
抵抗体、２３は蒸着物質を示す。またガス供給口５に供
給するガスは、窒素ガスおよび不活性ガス等である。ま
た第３図（ｂ）において、２４は高周波電源、２５はヒ
ータを示す、またガス供給口に供給するガスは、ＢｉＨ
＆、窒素ガス、ＮＨ２ガスおよび不活性ガス等である。

〔発明の効果〕

この発明の構成によれば、イオン源の電極の大径側か前
方に突出し、電極の小径側が後退したコーン状をしてお
り、この各電極幅および傾斜を考慮することによって、
被照射体の表面が凹凸面であっても、均一にイオン照射
をすることができる。

したがって、このイオン源および膜堆積手段を備えた成
膜装置は、被成膜体の表面が凹凸面であっても、均一に
成膜することができる。その結果、例えば膜堆積手段と
して、高周波スパッタリングを適用した成膜装置を用い
て、基体上に密着性の優れた立方晶窒化ホウ素を成膜す
る場合、その基体の表面に凹凸面があっても、低温で、
高速かつ均一に成膜することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例のイオン源Ｘを示す斜視図
、第２図はイオン源Ｘを用いた成膜装置Ｙを示す概念図
、第３図（ａ）は膜堆積手段を抵抗加熱蒸着法とした成
膜装置の概念図、第３図（ｂ）は膜堆積手段をＣＶＤ法
とした成膜装置の概念図、第４図は従来の高周波スパッ
タリング装置を示す概念図である。 Ｘ・・・イオン源、 Ｙ・・・成膜装置、 ７・・・基体 第 図 第 図 第 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）大径側が前方に突出し、小径側が後退したコーン
   状の電極を有するイオン源。
2. （２）大径側が前方に突出し、小径側が後退したコーン
   状の電極を有するイオン源を設け、このイオン源の前方
   に被成膜基体を装着するホルダを設け、このホルダに装
   着した被成膜基体に膜を堆積する膜堆積手段を設けた成
   膜装置。