JPH0448870B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、イオン照射と真空蒸着を併用する
ことによつて基板上に薄膜を形成するイオン蒸着
薄膜形成装置に関する。

〔従来の技術〕

第４図は、従来のイオン蒸着薄膜形成装置の一
例を示す側面図である。この装置は、真空容器２
と、真空容器２内に下向きに収納されたデイスク
状のものであつてその表面に複数枚の基板６を保
持可能なホルダ４と、当該ホルダ４を真空容器２
外からフイールドスルー８を介して例えば矢印Ａ
のように回転させるモータ１０と、ホルダ４の下
方に設けられていてホルダ４上の基板６に向けて
下側からイオン（例えば窒素イオン）１４を照射
するイオン源１２と、ホルダ４の下方に設けられ
ていてホルダ４上の基板６に向けて下側から蒸発
粒子（例えばTi）２６を蒸発させる蒸発源１６
とを備えている。蒸発源１６は電子ビーム式の蒸
発源であり、電子銃１８からの電子ビーム２０に
よつてるつぼ２２内の蒸発材料２４を加熱・溶解
させて蒸発粒子２６を蒸発させる。

上記のような構成によつて、ホルダ４上の各基
板６に対して蒸発粒子２６の蒸着とイオン１４の
照射とが交互に行われ、それによつて基板６上に
イオン１４と蒸発粒子２６との化合物である薄膜
（例えばTiN薄膜）が被着形成される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが上記のようなイオン蒸着薄膜形成装置
においては、蒸発源１６内の蒸発材料２４が溶解
された時にそれがるつぼ２２からこぼれ出さない
ようにする必要があるため、下から上方に向けて
の蒸発しかできない、即ち基板６の下方にしか蒸
発源１６を配置することができないという問題が
ある。

従つてイオン源１２もそれに伴つて基板６の下
方に配置する必要があり、基板６の下方のスペー
スには自ずと制限があるため、蒸発源１６および
イオン源１２複数台設けるには大きな制約があ
る。そのため、基板６に対する成膜面積や成膜レ
ートが大きくとれず生産性が悪い。また、基板６
に対して異種膜から成る多層膜を形成することに
自ずから制限がある。更に、基板６に対して複数
方向からの蒸着やイオン照射が難しいため、基板
６への立体的な膜形成が難しい。

そこでこの発明は、上記のような問題点を解決
することを主たる目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明のイオン蒸着薄膜形成装置は、真空容
器と、真空容器内に収納された基板保持用のホル
ダと、真空容器に取付けられていてホルダ上の基
板に向けてイオンを照射する複数のイオン源と、
真空容器に取付けられていてアーク放電によつて
カソードを局部的に溶解させてホルダ上の基板に
向けて蒸発粒子を蒸発させる複数のアーク式の蒸
発源とを備えることを特徴とする。

〔作用〕

この発明における蒸発源は、アーク放電を利用
したものがあつて任意の向きに取り付けることが
できるため、上記のような蒸発源およびイオン源
の複数台配置が実現可能であり、それゆえ基板に
対する成膜面積や成長レートを大きくとることが
できると共に、立体的な膜形成や多層膜形成も可
能である。

〔実施例〕

第１図は、この発明の一実施例に係るイオン蒸
着薄膜形成装置を示す平面図であり、第２図は第
１図の線−に沿う縦断面図であり、第３図は
第１図の線−に沿う縦断面図である。第４図
と同一または同等部分には同一符号を付してい
る。この実施例の装置においては、真空容器２内
に四面体のホルダ２８が収納されており、当該ホ
ルダ２８は、その４側面に基板６をそれぞれ保持
可能であり、しかも真空容器２外のモータ１０に
よつてフイードスルー８を介して例えば矢印Ｂの
ように回転させられる。そしてホルダ２８の対向
する面上に取り付けられた二つの基板６に向け
て、側方からイオン（イオンビーム）１４をそれ
ぞれ照射するように二つのイオン源１２が配置さ
れており、かつ残りの対向する面上の二つの基板
６に向けて、側方から蒸発粒子３４をそれぞれ蒸
発させるように二つのアーク式の蒸発源３０が配
置されている。

上記各蒸発源３０は、トリガ（図示省略）とカ
ソード３２との間にアーク放電を起こさせて当該
カソード３２を局部的に溶解させて蒸発粒子３４
を蒸発させるものである。この場合、従来の電子
ビーム蒸発源と異なり、カソード３２は、電流密
度が例えば20A／mm²と大きいので、放電点のみが
局部的に溶解されるだけであるため、蒸発源３０
の向きがどのようなものであつても溶解金属が落
下等する恐れはない。従つて蒸発源３０はこの例
のような横向き以外に、下向き等の任意の向きに
取り付けることができる。また、カソード３２か
らの蒸発粒子３４には、従来の蒸発源と異なり、
アーク放電によつてイオン化されたものもある程
度含まれている。

各イオン源１２から引き出すイオン１４の種類
は、基板６上に形成しようとする薄膜の種類等に
応じて、例えば窒素イオン、炭素イオン、あるい
はアルゴンイオン等が選ばれる。また各蒸発源３
０のカソード３２の種類も、当該薄膜の種類に応
じて、例えばTi、Hf、Zr、Cr等が選ばれる。

上記のような装置における膜形成手順の一例を
説明する。

まず真空容器２内を図示しない真空ポンプに
よつて所定の真空度（例えば10^-6Torr程度）
にまで真空引きする。

そしてホルダ２８を回転させながら（以降も
同様）、ホルダ２８上の基板６にイオン源１２
からイオン１４を照射して、イオンボンバード
による加熱を行う。この時、基板６には負バイ
アスをかけても良いが、OVでもボンバードは
可能である。またイオン１４の種類としては、
例えばアルゴン等の不活性ガスイオンあるいは
成膜に用いる窒素イオン等が彩り得る。加熱温
度は例えば数百〜500℃程度とする。

その後蒸発源３０において例えば数十〜
100A程度の電流でアーク放電を起こさせて、
蒸発粒子３４を基板６上に被着（蒸着）させ
る。

上記と併せて、イオン源１２からのイオン
１４を基板６上に照射する。これによつて、回
転しているホルダ２８上の各基板６に対して、
蒸発粒子３４の蒸着とイオン１４の照射とが交
互に行われる。その場合の蒸着膜厚は、蒸着粒
子３４と注入イオン１４とが十分にミキシング
する程度のものとするのが好ましく、例えばイ
オン１４のエネルギーが40KeV程度であれば
１台当りの１回の蒸着薄膜は300Å程度にする
ことができる。以上の結果、各基板６上にイオ
ン１４と蒸着粒子３４との化合物である薄膜
（例えばTiN薄膜）が被着形成される。

尚、上記ホルダ２８の構造・配置やイオン源１
２および蒸発源３０の数量・配置等は一例であ
り、目的等に応じて以外に種々のものが彩り得
る。例えば、ホルダ２８の形状は多面体、円柱
（円筒）等で良く、その向きは（即ち回転軸は）
横向きでも良い。しかもイオン源１２および蒸発
源３０はホルダ２８の周囲に３台以上ずつ配置し
ても良く、また上下に複数段ずつ配置しても良
く、更にはこれらを組み合わせても良い。また、
イオン源１２と蒸発源３０を一対にして、基板６
に対して同一面になるように角度を付けてイオン
１４および蒸発粒子３４が来るようにして、交互
でなく同時にイオン照射および蒸着を行つても良
い。このときは、イオン源１２と蒸発源３０を対
にして、これを真空容器２の個々の面に取付け
る。また、基板６の数やイオン源１２、蒸発源３
０の配置等によつては、ホルダ２８を必ずしも回
転させなくても良い場合もある。

上述の実施例によれば次のような特徴がある。

複数のイオン源１２および蒸発源３０による
イオン照射および蒸着が可能になるので、基板
６に対する成膜面積や成膜レートが大きくとれ
る。成膜レートは例えば、従来の装置では
1μ／hr程度のものが、図示装置では２〜3μ／
hr程度も可能である。

複数のイオン源１２および蒸発源３０による
複数方向からイオン照射および蒸着が可能にな
るので、基板６に対する立体的な成膜が可能で
ある。

基板６の下方にイオン源１２や蒸発源３０を
配置する必要がないので、基板６からの剥離物
（コンタミ）がイオン源１２や蒸発源３０内に
落下混入して、例えばイオン源１２にアーキン
グ現象等の不具合を起こすというようなトラブ
ルを防止することができる。

複数のイオン源１２を備えているので、それ
ぞれのイオン源１２を制御することによりボン
バード時の基板６の加熱（温度上昇）制御が容
易であり、例えば基板６の形状等に応じて各場
所毎の加熱制御をしたりすることもできる。ま
た膜形成中においても、基板６はイオン１４に
よる加熱に加えてイオン化した蒸発粒子３４に
よる加熱が可能であるため、イオン源１２や蒸
発源３０のパワー、あるいは基板６のバイアス
電圧を制御することにより、成膜中の基板６の
温度制御も容易である。

複数のイオン源１２におけるイオン種や複数
の蒸発源３０におけるカソード３２の種類を
色々と選定することができ、従つて基板６上に
異なつた種類の膜から成る各種の多層膜を形成
することもできる。

蒸発源３０がアーク式のものであつてそれか
らの蒸発粒子の３４にはイオン化されたものも
含まれているため、これをイオン照射と併用し
て例えば化合物膜を形成する場合、比較的低温
で膜質が良くかつ密着性の高い膜を形成するこ
とができるようになる（その場合、基板６のバ
イアスはOVでも良いけれども、負のバイアス
（例えば−1000V程度）をかけても良い。）。こ
れは、次のような理由によるものと考えられ
る。

例えば基板６上に窒化チタン（TiN）を形
成する場合、(a)蒸発チタン粒子と照射窒素イオ
ンとの反応によつて窒化チタンが形成されるだ
けでなく、(b)イオン源１２から真空容器２内に
漏れ出た窒素ガスとイオン化したチタン粒子と
が基板６表面で反応することによつても窒化チ
タンが形成される。

そして、従来例の装置では蒸発粒子にイオン
化されたものが含まれていないため上記(a)の反
応だけであり、これによる成膜には組成比を理
論値に近づける制御が難しくそのため膜質に劣
る点がある。一方、上記(b)の反応の場合は、イ
オン化した蒸発粒子と雰囲気中のガスが基板表
面で反応して化合物を作り、かつ照射イオンに
よる注入によつて組成比が理論値に近い膜が容
易に得られる反面、この反応単独では照射イオ
ンの押し込みが期待できないので膜の密着性
（膜と基板間および膜の結晶同士間の密着性）
が(a)の反応によるものほどは高くない。

これに対して、この実施例の装置によれば、
上記(b)の反応に対してもイオン照射を併用でき
るので、照射イオンの押し込み作用によるミキ
シング層の形成によつて膜と基板間および膜の
結晶同士間の密着性が向上すると共に、照射イ
オンのエネルギー利用による反応温度の低温化
が可能になり、それによつて比較的低温で膜質
が良くかつ密着性の高い膜を形成することがで
きるようになる。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば、基板に対する
成膜面積や成膜レートを大きくとることができる
と共に、立体的な膜形成や多層形成も可能であ
る。また、イオン源や蒸発源中への剥離物の落下
混入を防止することができ、基板の加熱制御も容
易であり、しかも比較的低温で膜質が良くかつ密
着性の高い薄膜を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例に係るイオン蒸
着薄膜形成装置を示す平面図である。第２図は、
第１図の線−に沿う縦断面図である。第３図
は、第１図の線−に沿う縦断面図である。第
４図は、従来のイオン蒸着薄膜形成装置の一例を
示す側面図である。 ２……真空容器、６……基板、１２……イオン
源、１４……イオン（イオンビーム）、２８……
ホルダ、３０……アーク式の蒸発源、３４……蒸
発粒子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 真空容器と、真空容器内に収納された基板保
   持用のホルダと、真空容器に取付けられていてホ
   ルダ上の基板に向けてイオンを照射する複数のイ
   オン源と、真空容器に取付けられていてアーク放
   電によつてカソードを局部的に溶解させてホルダ
   上の基板に向けて蒸発粒子を蒸発させる複数のア
   ーク式の蒸発源とを備えることを特徴とするイオ
   ン蒸着薄膜形成装置。