JPH05148645A

JPH05148645A - イオンビームスパツタ装置

Info

Publication number: JPH05148645A
Application number: JP3101782A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Oshino; 哲也押野; Hiroshi Nakamura; 浩中村; Masayuki Otani; 正之大谷
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1991-04-08
Filing date: 1991-04-08
Publication date: 1993-06-15

Abstract

(57)【要約】【目的】不純物粒子の混入がほとんどない薄膜素材を
作製できるイオンビームスパッタ装置を提供する。【構成】ターゲット１をスパッタすることにより基板
２上に成膜するイオンビームスパッタ装置において、タ
ーゲット１と基板２との間に基板の垂線と平行な方向に
スリット間隙をもつスリットを配置する。【効果】ターゲット１のスパッタ粒子は基板２と垂直
な経路５のように進むので基板２に到達できる。一方、
基板２の周辺部がスパッタされた粒子（不純物粒子）
は、基板２に対して傾斜した経路４を通るので、スリッ
ト３の部分でトラップされ、基板２には到達しない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、イオンビームスパッタ
法による薄膜材料の成膜装置に関するものであり、中で
も特に軟Ｘ線領域で用いる多層膜反射鏡等、不純物の混
入をできるだけ小さくする必要のある薄膜部材の作製を
目的としたイオンビームスパッタ装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、多層膜反射鏡の作製法としては、
スパッタリング法、真空蒸着法、ＣＶＤ法などがある。
これらのうち、スパッタリング法では、マグネトロンス
パッタ法及びイオンビームスパッタ法により、多層膜の
作製が試みられている。イオンビームスパッタ法は、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、
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
行う方法であり、以下のような特徴を有する。

【０００３】(1) ターゲットに衝突するイオンの量とそ
のエネルギー量とを独立に制御できるため、スパッタリ
ング条件の最適化が図れる。

【０００４】(2) 基板とプラズマが分離されているた
め、プラズマ中のイオンなどによる膜の損傷が避けら
れ、品質の良い膜が得られる。

【０００５】(3) 成膜速度が安定しているため、成膜速
度の制御により、精密な膜厚制御が行える。

【０００６】従って、イオンビームスパッタ法は、界面
が平滑で、精密に制御された膜厚をもつことを要求され
る多層膜の作製に適しており、Ｘ線多層膜反射鏡の作製
法として特に優れている（村上ら、１９９０年秋季応用
物理学会学術講演会）。

【０００７】図５は、従来のイオンビームスパッタ装置
の概略的な構成を示す図である。この従来例において真
空チャンバ９は高真空度に保たれ、膜付けされる基板２
とターゲット１とは真空チャンバ９内の所定位置に対向
するように固定されている。

【０００８】一方、ターゲット１方向に向けて真空チャ
ンバ９内に固定されたイオン源７では、外部から導入さ
れたアルゴン（以下Ａｒとする）ガスがイオン化され
る。発生したＡｒイオンは、イオン源７に設けられた２
枚の引き出し電極（グリッド；不図示）の間に印加され
た高電圧によりイオン源７から引き出され、加速されて
ターゲット１の中央部分に向う高い運動エネルギーを有
するイオンビームＷとなる。このイオンビームＷが照射
される部分のターゲット１表面では、衝突または注入さ
れるＡｒイオンの運動エネルギーにより、ターゲット１
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。ターゲット１から放出された成
膜材料は真空チャンバ９内の空間を飛行し、その一部分
が基板２上に付着積層して薄膜を形成する。

【０００９】本方法が、一般のスパッタ法に比べ優れる
点の一つは、高真空中での成膜が可能であるため、Ａｒ
ガスなどの不純物ガスの混入量が少ない膜が得られるこ
とである。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】さて、多層膜のＸ線反
射率に大きな影響を及ぼす主要な因子として、多層膜を
構成する素材の光学定数がある。この光学定数は、一般
には素材を構成する物質の種類と、その密度により決る
もので、多層膜を作製する場合には既知の光学定数をも
つ素材を高反射率が得られる層構造となるように組合わ
せて使用している。

【００１１】しかしながら、実際に作製された多層膜中
には目的とした物質以外の不純物が含まれている場合が
多く、このために光学定数が変化し、その結果として反
射率の低下を招いていた。また、このような不純物は、
多層膜の微細構造にも悪影響を及ぼす場合が多く、この
ことも反射率低下の原因となっていた。

【００１２】多層膜に不純物が混入する原因としてター
ゲット中に元々存在していた不純物が取りこまれるとい
うことがある。このために、ターゲットに使用する素材
の純度を高めることが望まれてきたが、素材中の不純物
という点については、現在問題とならない程度のものが
入手可能となってきており、課題はほぼ解決されつつあ
る状態である。

【００１３】ところが、前述のようにイオンビームスパ
ッタ法は、多層膜反射鏡の作製法としては非常に優れて
いるが、従来の装置で多層膜を作製した場合には、膜中
に不純物が混入してしまうという問題があった。これ
は、イオンビームスパッタ法ではイオンビームを収束さ
せることが困難であるため、イオンビームの一部がター
ゲットの周辺部分（例えばターゲットホルダー）にも入
射してしまい、該周辺部分がターゲットと同様にスパッ
タされてしまうことが原因と考えられている。そして、
イオンビームスパッタ法は高真空中で成膜するため、前
述のようにスパッタされた周辺部分の粒子は、他の粒子
にほとんど散乱されることなく直線的に移動し、大部分
は図５に示すような径路４で基板２に到達してしまう。

【００１４】このために、従来のイオンビームスパッタ
装置を使って作製した反射鏡では理論反射率に対する比
が８０％を超えるものを作るのは困難であった。

【００１５】さらに、従来の装置では、上記の影響を除
くためにはイオンビーム照射領域をターゲット中央の狭
い領域に限定せざるをえない。しかし、このようにした
場合は、薄膜材料分子の放出に係るターゲット面積が小
さくなってしまい、大面積の基板への成膜は実現が困難
であった。この事は特にＸ線多層膜反射鏡の実用化に伴
い反射鏡面の大面積化が要望されていることから大きな
問題となるものである。

【００１６】従って、本発明は、この不純物粒子が基板
に到達することがなく、不純物の極力少ない多層膜を作
製できるイオンビームスパッタ装置を提供することを目
的とするものである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記の点に鑑み、本発明
に係るイオンビームスパッタ装置は、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真空条件下において膜形成を行
うイオンビームスパッタ装置において、前記ターゲット
と前記基板との間にスリット部材を具備させたることに
より課題を達成している。

【００１８】

【作用】本発明においてはターゲット１と基板２との間
にターゲット１の略垂線が貫通するような間隙（スリッ
ト孔）を有するスリット部材を備えている。

【００１９】従って、本イオンビームスパッタ装置に用
いるスリット孔は図５の直線ＡＢに、平行に位置するこ
とになる。図５に示したように、スパッタされた不純物
粒子は直線ＡＢと平行でない直線上を移動する。すなわ
ち、図１に示した経路４のように進むためスリット壁に
衝突し、衝突したスパッタ粒子はスリット壁にある確率
で付着し、トラップされる。

【００２０】一方、ターゲットのスパッタ粒子の大部分
は、経路５のように直線ＡＢと平行な軌道を移動するの
でスリットに付着することなく基板に到達する。

【００２１】本発明に係るイオンビームスパッタ装置に
用いるスリットの例を図２及び図３に示した。図２(a)
、図３(a) は、それぞれ図１におけるスリットのＡ−
Ａ線断面図であり、図２(b) 、図３(b) は、それぞれス
リットの平面図である。図２は円筒状のスリットで、ス
リットを構成する中板８が同心円状に、等間隔で配置さ
れているものである。図３は同じく円筒状のスリットで
あるが、この場合スリットを構成する中板８が格子状に
組まれている。

【００２２】本発明において、効率良く不純物粒子をト
ラップするためには、中板８の間隔をなるべく狭くし、
スリットの長さｄをできるだけ大きくする方が良い。ま
た、ターゲット１からのスパッタ粒子の経路５を妨げな
いためにはスリット孔の向きを図５の直線ＡＢに平行に
して、さらにそれぞれの中板を等間隔に設定する必要が
ある。

【００２３】なお、スリットに衝突した不純物粒子の付
着確率を高めるために、スリットを冷却水あるいは液体
窒素等で冷却してもよい。

【００２４】

【実施例】

（実施例１）図１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要部の概略的な構成を示すものであ
る。ここでは図示していないが、従来の装置と同じく真
空チャンバ（不図示）内にイオン源（不図示）、ターゲ
ット１及び基板２が固定されている。イオン源は通常よ
く用いられるカウフマン型イオン源を用いた。

【００２５】基板２とターゲット１は円板状で、その直
径はそれぞれ５インチ及び６インチとした。また、図示
していないが本装置内は、二種類のターゲットを真空中
で交換できる機構が備えられている。これら２種類のタ
ーゲットを交互にスパッタすることにより多層膜を形成
できるようになっている。

【００２６】ターゲット１と基板２との間には、ステン
レス製の円筒状スリット３を、図１のように基板のすぐ
手前に設けた。このスリット３により、前述した如くタ
ーゲット１以外部分にイオンビームが照射されることに
より生じた不純物粒子をトラップする構成となってい
る。

【００２７】図２(a) は図１のスリットのＡ−Ａ断面図
で、(b) は同じく平面図である。本実施例で用いたスリ
ットは、ターゲット１と基板２との間に配置され、ター
ゲット１の略垂線が貫通するような間隙を有している。
また、図２に示したようにスリット３を構成する中板８
は同心円状に、等間隔で配置されている。

【００２８】また、スリット３は直径６インチとし、散
乱した粒子が基板２に付着しないように、基板２にでき
るだけ近づけて配置した。さらに、スリット３の長さｄ
は、トラップの確率を大きくするため、イオンビームが
当らない範囲で、できるだけ大きなものとした。

【００２９】次に第１実施例のイオンビームスパッタ装
置により、ターゲット１を基板２と平行に固定して成膜
を行い、タングステン（以下Ｗとする）と炭素（以下Ｃ
とする）とからなるＸ線多層膜反射鏡を作製した。

【００３０】多層膜の周期長は６０Å、周期数は１０ペ
アー、ＷとＣ層の膜厚の比は１：２とした。イオン源の
条件はＷが加速電圧１０００Ｖ，加速電流１５０ｍＡ、
Ａｒ流量２．５ｓｃｃｍとし、Ｃが加速電圧１０００
Ｖ、加速電流１００ｍＡ、Ａｒ流量２．５ｓｃｃｍとし
た。

【００３１】このようにして得た多層膜反射鏡の反射率
をＣｕＫα線（波長１．５４Å）を用いて測定したとこ
ろ、反射率は７１％であった。ここで、本実施例の反射
鏡の反射率の理論値は８６．８％であった。従って、理
論反射率に対する比は、８２％で、理論値の８０％を超
える高い値を得ることができた。

【００３２】一方、従来のイオンビームスパッタ装置を
用いて作製した多層膜反射鏡の反射率を同様にして測定
したところ、反射率は６６％で、理論反射率に対する比
は７６％と本実施例による多層膜反射鏡に比べて低い値
となった。

【００３３】また、成膜速度はＷ、Ｃとも、本実施例に
よる場合は、従来例による場合の約２分の１に減少し
た。しかしながら、Ｘ線多層膜反射鏡の作製に当って
は、成膜速度の維持・向上よりも、高い反射率をもつ反
射鏡を得ることの方が最先の課題であり、この程度の成
膜速度の減少は無視できるものである。

【００３４】次に、多層膜中の不純物の分析をオージェ
電子分光法により行ったところ、従来例では多層膜中に
Ｆｅが検出された。このＦｅは、ターゲットの周りのカ
バーがステンレス製であることから、この一部がスパッ
タされて混入したものと考えられた。一方、スリットを
用いて作製した多層膜には不純物が検出されず、Ｆｅの
含有量は分析器の検出限界以下に減少したことが明らか
となった。

【００３５】なお、図３で示すような格子状に中板を配
置したスリットを使用した場合にも図２のスリットの場
合と同じ効果が得られた。さらに、スリットの形状はこ
れらに限らずスリット孔の向きを図５の直線ＡＢに平行
にして、さらにそれぞれの中板を等間隔にしてあるもの
であればよい。

【００３６】（実施例２）本実施例によるイオンビーム
スパッタ装置の基本的な構成は、図５に示したように実
施例１の装置とほぼ同じである。

【００３７】本実施例においては、基板とターゲットの
サイズはそれぞれ直径８インチ及び６インチとした。す
なわち、ここではターゲットの直径の方を基板よりも小
さくしてある。

【００３８】また、ターゲットと基板との間に図４のよ
うにスパッタ粒子の入射する側のスリット幅を出口側よ
り狭くして、スリット幅に変化をもたせたスリットを配
置した。

【００３９】これは、ターゲットよりも大きな直径を有
する基板の全面に対して成膜を行うためにスリット孔を
放射状としたもので、特にスリットの両端部においてス
リット孔の傾斜角が大きくなるようにしてある。このよ
うにしたとき、ターゲットからのスパッタ粒子は経路５
を通り、図において基板の左右の端部（周縁部）も中央
部と同様均一に成膜されるようになる。

【００４０】次に、このイオンビームスパッタ装置を用
いてタングステン（Ｗ）と炭素（Ｃ）とからなるＸ線多
層膜反射鏡を作製した。

【００４１】多層膜の周期長は６０Å、周期数は１０ペ
アー、ＷとＣ層の膜厚の比は１：２とした。イオン源の
条件はＷが加速電圧１０００Ｖ，加速電流１５０ｍＡ、
Ａｒ流量２．５ｓｃｃｍとし、Ｃが加速電圧１０００
Ｖ、加速電流１００ｍＡ、Ａｒ流量２．５ｓｃｃｍとし
た。

【００４２】このようにして得た多層膜反射鏡の反射率
をＣｕＫα線（波長１．５４Å）を用いて測定したとこ
ろ、反射率は７０％であった。ここで、本実施例の反射
鏡の反射率の理論値は８６．８％であった。従って、理
論反射率に対する比は、８１％で、理論値の８０％を超
える高い値を得ることができた。また、基板の周縁部付
近における反射率も中心部とほぼ同様の反射率であっ
た。

【００４３】一方、従来のイオンビームスパッタ装置を
用いて作製した多層膜反射鏡の反射率を同様にして測定
したところ、反射率は６５％で、理論反射率に対する比
は７５％と本実施例による多層膜反射鏡に比べて低い値
となった。また、基板の外周部付近における反射率は５
０％とかなり低い値であった。

【００４４】また、成膜速度はＷ、Ｃとも、本実施例に
よる場合は、従来例による場合の約２分の１に減少し
た。これは、実施例１と同様の理由で、特に問題となら
ない。

【００４５】次に、多層膜中の不純物の分析をオージェ
電子分光法により行ったところ、従来例では多層膜中に
Ｆｅが検出された。このＦｅは、実施例１と同様にター
ゲットの周りのカバーの一部がスパッタされて混入した
ものと考えられた。一方、スリットを用いた実施例２に
係る多層膜には不純物が僅かに検出されたものの、その
含有量は従来のものの十分の一以下であった。

【００４６】以上のように、本実施例においては、ター
ゲットが基板よりも小さな場合にも不純物をほとんど含
まない多層膜を形成することができた。これにより、大
面積の多層膜反射鏡を作製する場合でも、この反射鏡よ
りも大きなターゲットを準備する必要がなくなる。すな
わち、大面積でしかも高純度のターゲットを得ることは
技術的にもコスト的にも難しいが、本実施例の方法を適
用することにより、この問題を解決できる。

【００４７】

【発明の効果】以上のように本発明は、イオンビームス
パッタ法において、ターゲットと基板との間にスリット
を配置することによって不純物の少ない多層膜を作製で
きることから、従来に比較して高い反射率を有する多層
膜が得られるという優れた効果がある。

【００４８】さらに本発明に係るイオンビームスパッタ
装置は、多層膜反射鏡ばかりでなく、他の用途の高純度
が要求される薄膜の作製にも適用できるものであり、多
層膜反射鏡の作製だけに限定されるものではない。

【００４９】また、実施例２のように、小さなターゲッ
トを用いても大きな基板への成膜が、不純物の混入なく
行うことができるということからターゲット材料を有効
に利用できるという利点を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るイオンビームスパッタ装置の一実
施例を示す概略図である。

【図２】同心円状スリットの形状を示す概略図である。

【図３】格子状スリットの形状を示す概略図である。

【図４】スリット幅に変化をもたせた同心円状スリット
を配置したイオンビームスパッタ装置の概略図である。

【図５】従来のイオンビームスパッタ装置の概略図であ
る。

【符号の説明】

１ターゲット２基板３スリット４ターゲット以外のスパッタ粒子の経路５ターゲットのスパッタ粒子の経路６ターゲット以外の場所に照射されたイオンビーム７イオン源８スリットの中板９真空チャンバＷイオンビーム

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項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
に真空条件下で膜形成を行うイオンビームスパッタ装置
において、前記ターゲットと前記基板との間にスリット
部材を備えたことを特徴とするイオンビームスパッタ装
置。