JPH0565637A - イオンビームスパツタ装置 - Google Patents
イオンビームスパツタ装置Info
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- JPH0565637A JPH0565637A JP22565891A JP22565891A JPH0565637A JP H0565637 A JPH0565637 A JP H0565637A JP 22565891 A JP22565891 A JP 22565891A JP 22565891 A JP22565891 A JP 22565891A JP H0565637 A JPH0565637 A JP H0565637A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】立方晶窒化硼素（ｃ−ＢＮ）の薄膜を基体表面
に成膜するに際して、高真空で且つ低温プロセスによ
り、原材料の利用効率と合成プロセスの制御性の良い、
しかも、被膜の密着性が優れ、機能向上に役立つイオン
ビームスパッタ装置を提供することを目的とする。 【構成】真空容器１内にスパッタ用イオンビーム源５
と、アシスト照射用イオン源１２、及びｈ−ＢＮ焼結体
ターゲットとＡｌターゲットとを特定の表面積比率で設
けた二元素の複合ターゲット４とを配置し、前記スパッ
タ用イオンビーム源５からのイオンビームで前記複合タ
ーゲット４表面の物質をスパッタ蒸発させて基体９に向
かわせると共に、アシスト照射用イオン源１２から窒素
イオンを主とするアシストイオンで基体９表面を照射
し、ｃ−ＢＮ層とＡｌＮ層の傾斜組成を有する薄膜を基
体９に形成する。
に成膜するに際して、高真空で且つ低温プロセスによ
り、原材料の利用効率と合成プロセスの制御性の良い、
しかも、被膜の密着性が優れ、機能向上に役立つイオン
ビームスパッタ装置を提供することを目的とする。 【構成】真空容器１内にスパッタ用イオンビーム源５
と、アシスト照射用イオン源１２、及びｈ−ＢＮ焼結体
ターゲットとＡｌターゲットとを特定の表面積比率で設
けた二元素の複合ターゲット４とを配置し、前記スパッ
タ用イオンビーム源５からのイオンビームで前記複合タ
ーゲット４表面の物質をスパッタ蒸発させて基体９に向
かわせると共に、アシスト照射用イオン源１２から窒素
イオンを主とするアシストイオンで基体９表面を照射
し、ｃ−ＢＮ層とＡｌＮ層の傾斜組成を有する薄膜を基
体９に形成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、基体表面に超硬質保護
膜、高熱伝導性膜としての窒化硼素（ｃ−ＢＮ）膜，窒
化アルミニュウム（ＡｌＮ）膜等を形成する技術に関す
るものであり、特に、低圧気相合成法による窒化硼素膜
や、イオンビームを利用した機能性薄膜の形成技術に関
するものである。
膜、高熱伝導性膜としての窒化硼素（ｃ−ＢＮ）膜，窒
化アルミニュウム（ＡｌＮ）膜等を形成する技術に関す
るものであり、特に、低圧気相合成法による窒化硼素膜
や、イオンビームを利用した機能性薄膜の形成技術に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】ＴｉＣ膜やＴｉＮ膜等のいわゆる炭化
物、窒化物のニユーセラミックの被膜は超高硬度薄膜と
して機械部材や精密加工用切削工具のコーティングとし
て利用されている。特に、ボロンの窒化物である立方晶
窒化硼素（ｃ−ＢＮ）は、ダイヤモンドに次ぐ硬度や熱
伝導性を有し、超高硬度，耐摩耗性被膜として期待さ
れ、また電子材料としても注目を集めている材料であ
る。
物、窒化物のニユーセラミックの被膜は超高硬度薄膜と
して機械部材や精密加工用切削工具のコーティングとし
て利用されている。特に、ボロンの窒化物である立方晶
窒化硼素（ｃ−ＢＮ）は、ダイヤモンドに次ぐ硬度や熱
伝導性を有し、超高硬度，耐摩耗性被膜として期待さ
れ、また電子材料としても注目を集めている材料であ
る。
【０００３】窒化ボロン（ＢＮ）の結晶形態としては、
大別して３種類あり、そのうち、立方晶窒化硼素（ｃ−
ＢＮ）は高温高圧相であり、その製法技術は高温高圧下
で合成されており、従来において低圧気相合成は困難で
あるとされてきた。これまで高温高圧下で合成されてき
た立方晶窒化硼素（ｃ−ＢＮ）は、最近では、ＰＶＤ
（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏ
ｎ）や、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅ
ｐｏｓｉｔｉｏｎ）により、薄膜として合成する試みが
なされている。
大別して３種類あり、そのうち、立方晶窒化硼素（ｃ−
ＢＮ）は高温高圧相であり、その製法技術は高温高圧下
で合成されており、従来において低圧気相合成は困難で
あるとされてきた。これまで高温高圧下で合成されてき
た立方晶窒化硼素（ｃ−ＢＮ）は、最近では、ＰＶＤ
（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏ
ｎ）や、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅ
ｐｏｓｉｔｉｏｎ）により、薄膜として合成する試みが
なされている。
【０００４】ＰＶＤ法で代表的なものとして、電子ビー
ム蒸発源（ＥＢ蒸発源）を用いた活性化反応性蒸着法、
反応性イオンプレーティング法、スパッタリング法があ
る。これらのＰＶＤ法では、成膜中の圧力が１０-2〜１
０-4Ｔｏｒｒと比較的低真空で行うプロセスであり、反
応性ガスの制御や残留ガスの影響による膜質の悪化（特
に密着性に問題）に欠点を有する。加えて、プラズマの
作用を用いるため、プラズマイオンの物理的効果を引き
出すため、基体に高周波電圧を印加して基体周辺に負バ
イアスを発生させていること、基体自身を３００℃〜７
００℃程度の高温に保持する必要があることなど、低圧
気相合成を実現させるための条件が、複雑かつ高コスト
であるという現状である。
ム蒸発源（ＥＢ蒸発源）を用いた活性化反応性蒸着法、
反応性イオンプレーティング法、スパッタリング法があ
る。これらのＰＶＤ法では、成膜中の圧力が１０-2〜１
０-4Ｔｏｒｒと比較的低真空で行うプロセスであり、反
応性ガスの制御や残留ガスの影響による膜質の悪化（特
に密着性に問題）に欠点を有する。加えて、プラズマの
作用を用いるため、プラズマイオンの物理的効果を引き
出すため、基体に高周波電圧を印加して基体周辺に負バ
イアスを発生させていること、基体自身を３００℃〜７
００℃程度の高温に保持する必要があることなど、低圧
気相合成を実現させるための条件が、複雑かつ高コスト
であるという現状である。
【０００５】一方、ＣＶＤ法では、主にプラズマＣＶＤ
による反応ガスの化学反応で、ｃ−ＢＮ膜を合成してい
るが、この場合においても基体を１０００℃程度の高温
に保つ必要があり、一般的にＰＶＤ法よりも速い成膜速
度を得ることができるが、プロセスガスの条件，管理等
のプロセスのコントロールや再現性に問題がある。
による反応ガスの化学反応で、ｃ−ＢＮ膜を合成してい
るが、この場合においても基体を１０００℃程度の高温
に保つ必要があり、一般的にＰＶＤ法よりも速い成膜速
度を得ることができるが、プロセスガスの条件，管理等
のプロセスのコントロールや再現性に問題がある。
【０００６】以上のように、ＰＶＤ，ＣＶＤの各法に根
本的な問題は、高い圧力（低真空度）、高温の合成プロ
セスであるため、ｃ−ＢＮ薄膜は強い内部応力を有して
おり、大気中での安定性に実用上の欠点を有し、基体と
の密着性も未解決の状態である。
本的な問題は、高い圧力（低真空度）、高温の合成プロ
セスであるため、ｃ−ＢＮ薄膜は強い内部応力を有して
おり、大気中での安定性に実用上の欠点を有し、基体と
の密着性も未解決の状態である。
【０００７】これらの問題を解決するために、電子サイ
クロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマを用いたＣＶＤ法
や、特開平２−２５９０５９号公報に記載されているよ
うに、イオンアシスト照射によるイオンビームの効果を
利用したＥＢ蒸発法によって、ｃ−ＢＮ薄膜の合成を試
みている例がある。
クロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマを用いたＣＶＤ法
や、特開平２−２５９０５９号公報に記載されているよ
うに、イオンアシスト照射によるイオンビームの効果を
利用したＥＢ蒸発法によって、ｃ−ＢＮ薄膜の合成を試
みている例がある。
【０００８】前者のＥＣＲプラズマＣＶＤ法では、低温
化プロセスの面からは利点があるものの、合成に用いる
原料ガスの制御や再現性、基体との密着性に問題があ
り、傾斜組成を施して成膜する場合には、プロセスの制
御が難しい。後者の方法では、金属硼素をＥＢ蒸発源に
よって蒸気化し、窒素イオンを主とするイオンビーム照
射効果によってｃ−ＢＮ薄膜を合成しているが、蒸気化
硼素の量のコントロールが難しく、照射イオンの量が制
御できても、原料硼素及び反応性イオンをそれぞれ独立
に制御して、所望の傾斜組成や薄膜の積層化による膜の
機能、膜質向上を期待することが難しく、原料のコスト
（使用効率）の面でも問題が残る。レーザを用いたＰＶ
Ｄ法も開発されているが、この場合も、前記二例と同様
の問題は解決されていない。
化プロセスの面からは利点があるものの、合成に用いる
原料ガスの制御や再現性、基体との密着性に問題があ
り、傾斜組成を施して成膜する場合には、プロセスの制
御が難しい。後者の方法では、金属硼素をＥＢ蒸発源に
よって蒸気化し、窒素イオンを主とするイオンビーム照
射効果によってｃ−ＢＮ薄膜を合成しているが、蒸気化
硼素の量のコントロールが難しく、照射イオンの量が制
御できても、原料硼素及び反応性イオンをそれぞれ独立
に制御して、所望の傾斜組成や薄膜の積層化による膜の
機能、膜質向上を期待することが難しく、原料のコスト
（使用効率）の面でも問題が残る。レーザを用いたＰＶ
Ｄ法も開発されているが、この場合も、前記二例と同様
の問題は解決されていない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、立方晶窒化
硼素（ｃ−ＢＮ）の薄膜を基体表面に成膜するに際し
て、高真空で且つ低温プロセスにより、原材料の利用効
率と合成プロセスの制御性の良い、しかも、被膜の密着
性が優れ、機能向上に役立つ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。
硼素（ｃ−ＢＮ）の薄膜を基体表面に成膜するに際し
て、高真空で且つ低温プロセスにより、原材料の利用効
率と合成プロセスの制御性の良い、しかも、被膜の密着
性が優れ、機能向上に役立つ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。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成するために、真空容器内の真空度を調節できる真空排
気系を設け、真空容器内にスパッタ用イオンビーム源
と、アシスト照射用イオン源、及びｈ−ＢＮ焼結体ター
ゲットとＡｌターゲットとを特定の表面積比率で設けた
二元素の複合ターゲットとを配置し、前記複合ターゲッ
トに対向する位置に処理される基体を設け、前記スパッ
タ用イオンビーム源からのイオンビームで前記複合ター
ゲット表面の物質をスパッタ蒸発させて基体に向かわせ
ると共に、アシスト照射用イオン源から窒素イオンを主
とするアシストイオンで基体表面を照射し、ｃ−ＢＮ層
とＡｌＮ層の傾斜組成を有する薄膜を基体に形成するこ
とを特徴とするものである。
成するために、真空容器内の真空度を調節できる真空排
気系を設け、真空容器内にスパッタ用イオンビーム源
と、アシスト照射用イオン源、及びｈ−ＢＮ焼結体ター
ゲットとＡｌターゲットとを特定の表面積比率で設けた
二元素の複合ターゲットとを配置し、前記複合ターゲッ
トに対向する位置に処理される基体を設け、前記スパッ
タ用イオンビーム源からのイオンビームで前記複合ター
ゲット表面の物質をスパッタ蒸発させて基体に向かわせ
ると共に、アシスト照射用イオン源から窒素イオンを主
とするアシストイオンで基体表面を照射し、ｃ−ＢＮ層
とＡｌＮ層の傾斜組成を有する薄膜を基体に形成するこ
とを特徴とするものである。
【００１１】また、本発明は、前記イオンビームスパッ
タ装置において、前記複合ターゲットはスパッタ用イオ
ンビーム源のイオンビームに対して真空容器内で移動す
る手段に支持され、ｃ−ＢＮ層とＡｌＮ層の傾斜組成を
有する薄膜を積層してなる多層スパッタ膜を基体に形成
することを特徴とするものである。
タ装置において、前記複合ターゲットはスパッタ用イオ
ンビーム源のイオンビームに対して真空容器内で移動す
る手段に支持され、ｃ−ＢＮ層とＡｌＮ層の傾斜組成を
有する薄膜を積層してなる多層スパッタ膜を基体に形成
することを特徴とするものである。
【００１２】更に、本発明は、前記イオンビームスパッ
タ装置において、前記複合ターゲットは細長い矩形状の
ターゲットからなり、該複合ターゲットのｈ−ＢＮ焼結
体ターゲットとＡｌターゲットの各面をスパッタ用イオ
ンビーム源のイオンビームに対向するような移動手段を
設け、該複合ターゲットに対向する基体は加熱手段を備
え、回転駆動手段で支持され、且つアシスト照射用イオ
ン源は真空容器の排気系とは別個の排気系を備え、軸中
心に対して角度を変化させる手段を備えていることを特
徴とするものである。
タ装置において、前記複合ターゲットは細長い矩形状の
ターゲットからなり、該複合ターゲットのｈ−ＢＮ焼結
体ターゲットとＡｌターゲットの各面をスパッタ用イオ
ンビーム源のイオンビームに対向するような移動手段を
設け、該複合ターゲットに対向する基体は加熱手段を備
え、回転駆動手段で支持され、且つアシスト照射用イオ
ン源は真空容器の排気系とは別個の排気系を備え、軸中
心に対して角度を変化させる手段を備えていることを特
徴とするものである。
【００１３】
【作用】本発明の構成により、スパッタ用イオンビーム
源からのイオンビームで、ｈ−ＢＮ焼結体ターゲットと
Ａｌターゲットとからなる複合ターゲット表面の物質を
スパッタ蒸発させたスパッタ粒子と、アシスト照射用イ
オン源から窒素イオンを主とするアシストイオンとによ
り、基体表面を照射するため、前記スパッタ粒子とアシ
ストイオンの反応によって、高真空（５×１０-5Ｔｏｒ
ｒ）且つ比較的低温（１００℃前後）の状態により、基
体上にはｃ−ＢＮ層とＡｌＮ層の傾斜組成を有する複合
被膜を形成することができる。
源からのイオンビームで、ｈ−ＢＮ焼結体ターゲットと
Ａｌターゲットとからなる複合ターゲット表面の物質を
スパッタ蒸発させたスパッタ粒子と、アシスト照射用イ
オン源から窒素イオンを主とするアシストイオンとによ
り、基体表面を照射するため、前記スパッタ粒子とアシ
ストイオンの反応によって、高真空（５×１０-5Ｔｏｒ
ｒ）且つ比較的低温（１００℃前後）の状態により、基
体上にはｃ−ＢＮ層とＡｌＮ層の傾斜組成を有する複合
被膜を形成することができる。
【００１４】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１には、本発明にかかわるイオンビームスパッ
タ装置の概要を示している。真空容器１には、高真空排
気系２が接続されており、真空容器１内は２×１０-7Ｔ
ｏｒｒ以下の圧力に制御できる。高真空排気系２として
は、例えば、クライオポンプあるいはターボ分子ポンプ
を主ポンプとし、真空容器１内に設置された四重極型質
量分析計１８によって、残留ガスのモニターを行い、水
分を主とする残留気体分子が非常に少ないことが確認さ
れる。
する。図１には、本発明にかかわるイオンビームスパッ
タ装置の概要を示している。真空容器１には、高真空排
気系２が接続されており、真空容器１内は２×１０-7Ｔ
ｏｒｒ以下の圧力に制御できる。高真空排気系２として
は、例えば、クライオポンプあるいはターボ分子ポンプ
を主ポンプとし、真空容器１内に設置された四重極型質
量分析計１８によって、残留ガスのモニターを行い、水
分を主とする残留気体分子が非常に少ないことが確認さ
れる。
【００１５】真空容器１内には、図２に示される如き、
細長の矩形ターゲット４がターゲットホルダ３に収納さ
れている。このターゲットホルダ３は図示されていない
駆動機構により、横方向（ｘ方向）と紙面に垂直方向
（ｙ方向）に移動可能に配置されている。この駆動機構
としては、例えば、マグネットカップリングを用いた真
空用試料移送機構で構成しても良い。
細長の矩形ターゲット４がターゲットホルダ３に収納さ
れている。このターゲットホルダ３は図示されていない
駆動機構により、横方向（ｘ方向）と紙面に垂直方向
（ｙ方向）に移動可能に配置されている。この駆動機構
としては、例えば、マグネットカップリングを用いた真
空用試料移送機構で構成しても良い。
【００１６】ターゲット４は純度９８％以上の六方晶窒
化ボロン焼結体（ｈ−ＢＮターゲット）４Ａと、純度９
９．９９９％の高純度アルミニュウム（Ａｌターゲッ
ト）４Ｂからなる複合ターゲットであり、図２に示され
るように、ｈ−ＢＮターゲット４ＡとＡｌターゲット４
Ｂとは境界線Ｌを介して設けられ、一定の表面積比率で
構成されている。
化ボロン焼結体（ｈ−ＢＮターゲット）４Ａと、純度９
９．９９９％の高純度アルミニュウム（Ａｌターゲッ
ト）４Ｂからなる複合ターゲットであり、図２に示され
るように、ｈ−ＢＮターゲット４ＡとＡｌターゲット４
Ｂとは境界線Ｌを介して設けられ、一定の表面積比率で
構成されている。
【００１７】真空容器１内には、イオンビーム源５が前
記ターゲット４に対向して配置されている。該イオンビ
ーム源５からは約１．５ｋｖに加速及び収束されたＡｒ
+ イオンビームが発生し、ターゲット４に当たり、ター
ゲット物質をスパッタ蒸発させる。６はイオンビーム源
５の電源であり、７はＡｒガス導入系である。スパッタ
蒸発を行うときの真空容器１内の圧力は約５×１０-5Ｔ
ｏｒｒである。
記ターゲット４に対向して配置されている。該イオンビ
ーム源５からは約１．５ｋｖに加速及び収束されたＡｒ
+ イオンビームが発生し、ターゲット４に当たり、ター
ゲット物質をスパッタ蒸発させる。６はイオンビーム源
５の電源であり、７はＡｒガス導入系である。スパッタ
蒸発を行うときの真空容器１内の圧力は約５×１０-5Ｔ
ｏｒｒである。
【００１８】イオンビーム源５からターゲット４に向か
ってイオンビームが射出されると共に、ターゲット４を
支持したターゲットホルダ３は、イオンビームがターゲ
ット４の表面で、図２に示す軌跡を描くように連続移動
する。すなわち、イオンビームの軌跡ｋは、細長の矩形
ターゲット４のｈ−ＢＮターゲット４Ａの一端に最初当
てながら、ｙ方向に移動されるターゲットホルダ３によ
り、細長の矩形ターゲット４上をｙ方向に直線移動し、
隣接するＡｌターゲット４Ｂに当てられる。その後、細
長の矩形ターゲット４の他端でｘ方向に僅かに移動し、
ｙ方向に逆戻りして、Ａｌターゲット４Ｂからｈ−ＢＮ
ターゲット４Ａに向かい、この動作を順次繰り返す。こ
のようにして、イオンビームはターゲット４の全表面を
掃引する。
ってイオンビームが射出されると共に、ターゲット４を
支持したターゲットホルダ３は、イオンビームがターゲ
ット４の表面で、図２に示す軌跡を描くように連続移動
する。すなわち、イオンビームの軌跡ｋは、細長の矩形
ターゲット４のｈ−ＢＮターゲット４Ａの一端に最初当
てながら、ｙ方向に移動されるターゲットホルダ３によ
り、細長の矩形ターゲット４上をｙ方向に直線移動し、
隣接するＡｌターゲット４Ｂに当てられる。その後、細
長の矩形ターゲット４の他端でｘ方向に僅かに移動し、
ｙ方向に逆戻りして、Ａｌターゲット４Ｂからｈ−ＢＮ
ターゲット４Ａに向かい、この動作を順次繰り返す。こ
のようにして、イオンビームはターゲット４の全表面を
掃引する。
【００１９】基体ホルダ８には、基体９が着脱自在に取
付けることができ、基体９表面は細長の矩形ターゲット
４と対向するように配置されている。また、基体ホルダ
８には、基体９を加熱する加熱機構１１が設けられると
共に、真空容器１の外に設けられた回転駆動系１０によ
って、基体ホルダ８は回転させられることができる。基
体ホルダ８に取付けられる基体９の形状は、平板状でも
よく、平板状でなくてもよい。
付けることができ、基体９表面は細長の矩形ターゲット
４と対向するように配置されている。また、基体ホルダ
８には、基体９を加熱する加熱機構１１が設けられると
共に、真空容器１の外に設けられた回転駆動系１０によ
って、基体ホルダ８は回転させられることができる。基
体ホルダ８に取付けられる基体９の形状は、平板状でも
よく、平板状でなくてもよい。
【００２０】真空容器１内には、プラズマイオン源１２
が基体９の表面に対向するように配置されている。この
プラズマイオン源１２をアシスト照射用イオン源と呼ぶ
ことにする。アシスト照射用イオン源１２は、例えば、
電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）イオン源であり、生
成したプラズマ中のイオンを加速して基体９を照射する
ことができる。
が基体９の表面に対向するように配置されている。この
プラズマイオン源１２をアシスト照射用イオン源と呼ぶ
ことにする。アシスト照射用イオン源１２は、例えば、
電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）イオン源であり、生
成したプラズマ中のイオンを加速して基体９を照射する
ことができる。
【００２１】このアシスト照射用イオン源１２は、平板
状基体表面の場合に対して静止の状態でアシストイオン
を照射するが、不定形基体の表面に対してはその軸中心
を変位させる手段によって、アシストイオンの照射角度
を変化させて、該表面にｃ−ＢＮ層及びＡｌＮ層の積層
薄膜を形成することができる。アシスト照射用イオン源
１２の排気は、真空容器１とは別個の真空排気系１３に
よって真空排気される。
状基体表面の場合に対して静止の状態でアシストイオン
を照射するが、不定形基体の表面に対してはその軸中心
を変位させる手段によって、アシストイオンの照射角度
を変化させて、該表面にｃ−ＢＮ層及びＡｌＮ層の積層
薄膜を形成することができる。アシスト照射用イオン源
１２の排気は、真空容器１とは別個の真空排気系１３に
よって真空排気される。
【００２２】アシスト照射用イオン源１２には、窒素ガ
スとアルゴンガスがガス導入系１５によって導入され
る。ガス導入系１５から導入された窒素ガスとアルゴン
ガスは、マスフローコントローラ１６，１７によって、
夫々のガス流量が制御される。１４はアシスト照射用イ
オン源１２の電源であり、プラズマ発生用電源とイオン
引出加速系電源として機能する。窒素ガスとアルゴンガ
スとの混合比は、窒素ガスが好ましくは３０体積％であ
り、イオンの加速電圧は４００〜７００Ｖである。
スとアルゴンガスがガス導入系１５によって導入され
る。ガス導入系１５から導入された窒素ガスとアルゴン
ガスは、マスフローコントローラ１６，１７によって、
夫々のガス流量が制御される。１４はアシスト照射用イ
オン源１２の電源であり、プラズマ発生用電源とイオン
引出加速系電源として機能する。窒素ガスとアルゴンガ
スとの混合比は、窒素ガスが好ましくは３０体積％であ
り、イオンの加速電圧は４００〜７００Ｖである。
【００２３】基体９部分には、高周波電圧を印加するた
めの電源２０が設けられ、通常、２００Ｗ〜４００Ｗの
高周波電圧を印加して、基体９に負のセルフバイアスを
生ぜしめ、アシスト照射用イオン源１２からの窒素ガス
及びアルゴンガスの衝撃効果によって、窒素イオンでは
反応合成を促進し、アルゴンイオンでは立方晶窒化硼素
（ｃ−ＢＮ）と結晶系が異なり、硬度、密着性の劣る六
方晶窒化硼素（ｈ−ＢＮ）結晶粒を衝撃エネルギーによ
り離脱させ、結晶粒のみを成膜形成に作用するようにす
る。
めの電源２０が設けられ、通常、２００Ｗ〜４００Ｗの
高周波電圧を印加して、基体９に負のセルフバイアスを
生ぜしめ、アシスト照射用イオン源１２からの窒素ガス
及びアルゴンガスの衝撃効果によって、窒素イオンでは
反応合成を促進し、アルゴンイオンでは立方晶窒化硼素
（ｃ−ＢＮ）と結晶系が異なり、硬度、密着性の劣る六
方晶窒化硼素（ｈ−ＢＮ）結晶粒を衝撃エネルギーによ
り離脱させ、結晶粒のみを成膜形成に作用するようにす
る。
【００２４】したがって、アシスト照射用イオン源１２
から出される窒素イオンを主とするイオンビームが基体
９の表面に照射され、イオンビーム源５のイオンビーム
により、ターゲット４でスパッタ蒸発されたスパッタ粒
子と窒素イオンとの反応によって、基体９の表面には、
立方晶窒化硼素（ｃ−ＢＮ）の薄膜が形成される。
から出される窒素イオンを主とするイオンビームが基体
９の表面に照射され、イオンビーム源５のイオンビーム
により、ターゲット４でスパッタ蒸発されたスパッタ粒
子と窒素イオンとの反応によって、基体９の表面には、
立方晶窒化硼素（ｃ−ＢＮ）の薄膜が形成される。
【００２５】この際、基体９とｃ−ＢＮ薄膜との密着性
に関して、図３に示されるように、最初、基体９の表面
に硼素リッチな層Ｓ1 を形成する。このため、基体９は
１２０℃の温度に維持され、この状態で窒素イオンの照
射を行わずに、ｈ−ＢＮをスパッタする。このとき、揮
発性の高い窒素が早く抜けるため、ｈ−ＢＮターゲット
４Ａから蒸発する硼素が多い状態で、基体９には硼素リ
ッチな層Ｓ1 ができる。
に関して、図３に示されるように、最初、基体９の表面
に硼素リッチな層Ｓ1 を形成する。このため、基体９は
１２０℃の温度に維持され、この状態で窒素イオンの照
射を行わずに、ｈ−ＢＮをスパッタする。このとき、揮
発性の高い窒素が早く抜けるため、ｈ−ＢＮターゲット
４Ａから蒸発する硼素が多い状態で、基体９には硼素リ
ッチな層Ｓ1 ができる。
【００２６】イオンビーム源５からのイオンビームを照
射する際、図２に示されるようにターゲット４上のａ位
置からｂ位置まで窒素イオンのアシスト照射を行わず、
ｂ位置からアシスト照射を行い、傾斜組成構造にしたｃ
−ＢＮ層Ｓ2を形成する。このときの硼素と窒素の反応
状態は、四重極型質量分析計１８によって粒子種とその
量をモニターする。１９は四重極型質量分析計１８の計
測・制御系である。
射する際、図２に示されるようにターゲット４上のａ位
置からｂ位置まで窒素イオンのアシスト照射を行わず、
ｂ位置からアシスト照射を行い、傾斜組成構造にしたｃ
−ＢＮ層Ｓ2を形成する。このときの硼素と窒素の反応
状態は、四重極型質量分析計１８によって粒子種とその
量をモニターする。１９は四重極型質量分析計１８の計
測・制御系である。
【００２７】四重極型質量分析計１８によって、硼素と
窒素の粒子種をモニターする場合について説明する。イ
オンビーム源５のイオンビームの加速電圧とスパッタさ
れる中性粒子（ここではＢ，Ｎ）の量とは相関があるの
で、予め四重極型質量分析計１８により、硼素，窒素の
量を計測する。次に、ｃ−ＢＮの合成時に、アシスト照
射用イオン源１２から照射される窒素イオンについて、
イオン分析の手法で同じ四重極型質量分析計１８によ
り、イオン量をモニターしながら窒素ガスのマスフロー
コントローラ１６及びイオン引出加速系電源１４にフィ
ードバックし、窒素イオン量を可変にして照射し、傾斜
組成を作る。ｃ−ＢＮの傾斜組成構造によって、ｃ−Ｂ
Ｎ層Ｓ2 を形成した後は、Ａｌターゲット４Ｂをスパッ
タしながら、窒素イオンを照射して窒化アルミニウムの
層Ｓ3 を形成する。
窒素の粒子種をモニターする場合について説明する。イ
オンビーム源５のイオンビームの加速電圧とスパッタさ
れる中性粒子（ここではＢ，Ｎ）の量とは相関があるの
で、予め四重極型質量分析計１８により、硼素，窒素の
量を計測する。次に、ｃ−ＢＮの合成時に、アシスト照
射用イオン源１２から照射される窒素イオンについて、
イオン分析の手法で同じ四重極型質量分析計１８によ
り、イオン量をモニターしながら窒素ガスのマスフロー
コントローラ１６及びイオン引出加速系電源１４にフィ
ードバックし、窒素イオン量を可変にして照射し、傾斜
組成を作る。ｃ−ＢＮの傾斜組成構造によって、ｃ−Ｂ
Ｎ層Ｓ2 を形成した後は、Ａｌターゲット４Ｂをスパッ
タしながら、窒素イオンを照射して窒化アルミニウムの
層Ｓ3 を形成する。
【００２８】このようにして、ｃ−ＢＮの傾斜組成層Ｓ
2 と窒化アルミニウムの層Ｓ3 を積層しながら、最終層
に近づくにつれて、ｃ−ＢＮ層Ｓ2 を多く含むｃ−ＢＮ
被膜が完成する。窒化アルミニウム（ＡｌＮ）は高い熱
伝導性を示す透明膜であり、高硬度，耐摩耗性を示すｃ
−ＢＮ層の密着性と熱伝導性を補い、複合化した材料と
して著しい特性改善を図ることができる。図３には、そ
のｃ−ＢＮ被膜の構成の例を示している。
2 と窒化アルミニウムの層Ｓ3 を積層しながら、最終層
に近づくにつれて、ｃ−ＢＮ層Ｓ2 を多く含むｃ−ＢＮ
被膜が完成する。窒化アルミニウム（ＡｌＮ）は高い熱
伝導性を示す透明膜であり、高硬度，耐摩耗性を示すｃ
−ＢＮ層の密着性と熱伝導性を補い、複合化した材料と
して著しい特性改善を図ることができる。図３には、そ
のｃ−ＢＮ被膜の構成の例を示している。
【００２９】ＲＦプラズマＣＶＤ、ＲＦ反応性イオンプ
レーティング法では、基体に高周波電圧を加え、基体に
負のセルフバイアスを生ぜしめている。この方法では、
反応系にプラズマそのものが関与しており、反応系のコ
ントロールが難しい。これに対して、本発明では、プラ
ズマはイオン発生源として使われるのみであり、そのプ
ラズマによって正イオンを引出し、基体に印加された高
周波電圧のセルフバイアスによってイオン衝撃効果を得
るので、イオンのエネルギーや量の制御性が格段に良
く、高真空において低温形成するのに適している。ま
た、通常のスパッタ法（平行平板二極スパッタ）に比べ
て、イオンビームスパッタはスパッタ粒子の量やエネル
ギーの制御、ターゲットの利用効率が非常に良い。
レーティング法では、基体に高周波電圧を加え、基体に
負のセルフバイアスを生ぜしめている。この方法では、
反応系にプラズマそのものが関与しており、反応系のコ
ントロールが難しい。これに対して、本発明では、プラ
ズマはイオン発生源として使われるのみであり、そのプ
ラズマによって正イオンを引出し、基体に印加された高
周波電圧のセルフバイアスによってイオン衝撃効果を得
るので、イオンのエネルギーや量の制御性が格段に良
く、高真空において低温形成するのに適している。ま
た、通常のスパッタ法（平行平板二極スパッタ）に比べ
て、イオンビームスパッタはスパッタ粒子の量やエネル
ギーの制御、ターゲットの利用効率が非常に良い。
【００３０】本発明の構成において、イオンビームによ
るスパッタ粒子とアシスト照射用イオン源からのアシス
トイオンとの反応により、５×１０-5Ｔｏｒｒの高真空
で且つ１００℃前後の比較的低温で、基体上にｃ−ＢＮ
層とＡｌＮ層とからなる複合被膜を形成することができ
る。この反応では、スパッタ粒子の量とアシストイオン
の量、また、それらのエネルギー状態を独立に制御する
ことができ、結晶性、組成、密着性を任意に制御するこ
とができる。特に、アシストイオンの効果により、基体
上の成膜粒子に熱エネルギー効果を与え、低温プロセス
が実現できる。
るスパッタ粒子とアシスト照射用イオン源からのアシス
トイオンとの反応により、５×１０-5Ｔｏｒｒの高真空
で且つ１００℃前後の比較的低温で、基体上にｃ−ＢＮ
層とＡｌＮ層とからなる複合被膜を形成することができ
る。この反応では、スパッタ粒子の量とアシストイオン
の量、また、それらのエネルギー状態を独立に制御する
ことができ、結晶性、組成、密着性を任意に制御するこ
とができる。特に、アシストイオンの効果により、基体
上の成膜粒子に熱エネルギー効果を与え、低温プロセス
が実現できる。
【００３１】本発明では、硬度、耐摩耗性、熱伝導性に
おいて優れた材料を積層し、ｃ−ＢＮ層とＡｌＮ層は夫
々の特性により互いに相補的に補完し合い、窒化物系セ
ラミック薄膜を実用化して、超高硬度、高熱伝導性被膜
を形成することができる。更に、ｃ−ＢＮ層に傾斜組成
構造を付与することにより、基体との密着性が向上す
る。ＡｌＮ層は薄膜層であり、高い内部残留応力を持つ
ｃ−ＢＮ層に対して、内部応力を緩和するバッファ層と
して働く。
おいて優れた材料を積層し、ｃ−ＢＮ層とＡｌＮ層は夫
々の特性により互いに相補的に補完し合い、窒化物系セ
ラミック薄膜を実用化して、超高硬度、高熱伝導性被膜
を形成することができる。更に、ｃ−ＢＮ層に傾斜組成
構造を付与することにより、基体との密着性が向上す
る。ＡｌＮ層は薄膜層であり、高い内部残留応力を持つ
ｃ−ＢＮ層に対して、内部応力を緩和するバッファ層と
して働く。
【００３２】また、本発明において、薄膜合成を行う真
空容器とアシスト照射用イオン源とを夫々別個に真空排
気することによりなる高真空プロセスによって、基体表
面は平板に限定されることなく、複雑な形状を有する基
体表面に対して、所望の被膜を形成することができる。
ターゲットの利用効率は１００％に近いうえに、小面積
ターゲットに対して、大きな面積を有する基体に被膜を
形成することができることから、コスト上も有利であ
る。
空容器とアシスト照射用イオン源とを夫々別個に真空排
気することによりなる高真空プロセスによって、基体表
面は平板に限定されることなく、複雑な形状を有する基
体表面に対して、所望の被膜を形成することができる。
ターゲットの利用効率は１００％に近いうえに、小面積
ターゲットに対して、大きな面積を有する基体に被膜を
形成することができることから、コスト上も有利であ
る。
【００３３】本発明の構成によると、スパッタ粒子（中
性粒子）及びアシストイオン（荷電粒子）を四重極型質
量分析計によってモニターし、該質量分析計によりアシ
ストイオンの量をモニター且つ制御することによって、
容易に傾斜組成のコントロールができ、更に、該質量分
析計によりアシストイオンのイオンビームエネルギーの
プロファイルを得ることができるので、結晶性の制御も
可能である。
性粒子）及びアシストイオン（荷電粒子）を四重極型質
量分析計によってモニターし、該質量分析計によりアシ
ストイオンの量をモニター且つ制御することによって、
容易に傾斜組成のコントロールができ、更に、該質量分
析計によりアシストイオンのイオンビームエネルギーの
プロファイルを得ることができるので、結晶性の制御も
可能である。
【００３４】更に、本発明では、基体周辺に負のセルフ
バイアス電位を生ぜしめ、アシスト照射用イオン源から
照射される窒素イオン及びアルゴンイオンが、基体近傍
において急速にエネルギーを付勢されて加速され、その
イオン衝撃効果により膜の合成が促進されると共に、衝
撃時のエネルギーにより、結晶性が向上し、ｃ−ＢＮの
形成を促進する。そして、基体へのマイグレーション効
果により密着性が改善される。
バイアス電位を生ぜしめ、アシスト照射用イオン源から
照射される窒素イオン及びアルゴンイオンが、基体近傍
において急速にエネルギーを付勢されて加速され、その
イオン衝撃効果により膜の合成が促進されると共に、衝
撃時のエネルギーにより、結晶性が向上し、ｃ−ＢＮの
形成を促進する。そして、基体へのマイグレーション効
果により密着性が改善される。
【００３５】本発明において、窒素イオンによりｃ−Ｂ
Ｎ、ＡｌＮの低圧気相合成が行なえると共に、アルゴン
イオンの衝撃効果によりｈ−ＢＮ結晶粒を脱離させ、ｃ
−ＢＮのみを選択的に基体上に成膜形成することができ
る。ＡｌＮ層形成時にも、下地となるｃ−ＢＮ層への密
着性が良くなる。
Ｎ、ＡｌＮの低圧気相合成が行なえると共に、アルゴン
イオンの衝撃効果によりｈ−ＢＮ結晶粒を脱離させ、ｃ
−ＢＮのみを選択的に基体上に成膜形成することができ
る。ＡｌＮ層形成時にも、下地となるｃ−ＢＮ層への密
着性が良くなる。
【００３６】
【発明の効果】本発明の構成により、スパッタ粒子とア
シストイオンの反応によって、高真空且つ比較的低温の
プロセスにより、基体上にはｃ−ＢＮとＡｌＮの傾斜組
成を有する複合被膜を形成することができる効果を有
し、この際、被膜の基板に対する密着性に優れ、機能向
上を図った利点を有し、合成プロセスの制御性に適し、
原材料に利用率に優れる装置である。
シストイオンの反応によって、高真空且つ比較的低温の
プロセスにより、基体上にはｃ−ＢＮとＡｌＮの傾斜組
成を有する複合被膜を形成することができる効果を有
し、この際、被膜の基板に対する密着性に優れ、機能向
上を図った利点を有し、合成プロセスの制御性に適し、
原材料に利用率に優れる装置である。
【図１】本発明にかかわるイオンビームスパッタ装置の
概要を示す断面図である。
概要を示す断面図である。
【図２】本発明に用いられる複合ターゲットの平面図で
ある。
ある。
【図３】本発明のイオンビームスパッタ装置によって基
体表面に形成されたｃ−ＢＮとＡｌＮの各薄膜の積層状
態を示す拡大断面図である。
体表面に形成されたｃ−ＢＮとＡｌＮの各薄膜の積層状
態を示す拡大断面図である。
１ 真空容器 ２ 高真空排気系 ３ ターゲットホルダ ４ ターゲット ４Ａ ｈ−ＢＮターゲット ４Ｂ Ａｌターゲット ５ イオンビーム源 ６ イオンビーム源の電源 ７ Ａｒガス導入系 ８ 基体ホルダ ９ 基体 １０ 回転駆動系 １１ 加熱機構 １２ アシスト照射用イオン源 １３ アシスト照射用イオン源の真空排気系 １４ アシスト照射用イオン源の電源 １５ ガス導入系 １６，１７ マスフローコントローラ １８ 四重極型質量分析計 １９ 四重極型質量分析計の計測・制御系 ２０ 高周波電圧印加用電源
Claims (6)
- 【請求項１】 真空容器内の真空度を調節できる真空排
気系を設け、真空容器内にスパッタ用イオンビーム源
と、アシスト照射用イオン源、及びｈ−ＢＮ焼結体ター
ゲットとＡｌターゲットとを特定の表面積比率で設けた
二元素の複合ターゲットとを配置し、前記複合ターゲッ
トに対向する位置に処理される基体を設け、前記スパッ
タ用イオンビーム源からのイオンビームで前記複合ター
ゲット表面の物質をスパッタ蒸発させて基体に向かわせ
ると共に、アシスト照射用イオン源から窒素イオンを主
とするアシストイオンで基体表面を照射し、ｃ−ＢＮ層
とＡｌＮ層の傾斜組成を有する薄膜を基体に形成するこ
とを特徴とするイオンビームスパッタ装置。 - 【請求項２】 前記複合ターゲットはスパッタ用イオン
ビーム源のイオンビームに対して真空容器内で移動する
手段に支持され、ｃ−ＢＮ層とＡｌＮ層の傾斜組成を有
する薄膜を積層してなる多層スパッタ膜を基体に形成す
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。 - 【請求項３】 前記複合ターゲットは細長い矩形状のタ
ーゲットからなり、該複合ターゲットのｈ−ＢＮ焼結体
ターゲットとＡｌターゲットの各面をスパッタ用イオン
ビーム源のイオンビームに対向するような移動手段を設
け、該複合ターゲットに対向する基体は加熱手段を備
え、回転駆動手段で支持され、且つアシスト照射用イオ
ン源は真空容器の排気系とは別個の排気系を備え、軸中
心に対して角度を変化させる手段を備えていることを特
徴とする請求項１記載のイオンビームスパッタ装置。 - 【請求項４】 真空容器内に配置された基体近傍に、質
量分析計を設置し、複合ターゲットから飛来するスパッ
タ中性粒子、アシスト照射用イオン源から照射されるイ
オンの量をモニターし、該質量分析計によってスパッタ
中性粒子の量に対し、アシスト照射用イオン源から照射
されるアシストイオンの量を制御する手段を備えている
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。 - 【請求項５】 基体には、２００〜４００Ｗの高周波電
圧が印加され、基体周辺に負バイアス電位を発生させ、
該アシスト照射用イオン源から放出されるプラズマイオ
ンの衝撃効果によりｃ−ＢＮの膜質向上を図ることを特
徴とする請求項１記載のイオンビームスパッタ装置。 - 【請求項６】 前記アシスト照射用イオン源として、Ｅ
ＣＲプラズマイオン源が用いられ、該ＥＣＲプラズマイ
オン源により窒素ガスと希ガスのイオンを発生せしめ、
希ガスとしてアルゴンが用いられ、その混合比率は、窒
素ガスが１８〜４５体積％であ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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22565891A JPH0565637A (ja) | 1991-09-05 | 1991-09-05 | イオンビームスパツタ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22565891A JPH0565637A (ja) | 1991-09-05 | 1991-09-05 | イオンビームスパツタ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0565637A true JPH0565637A (ja) | 1993-03-19 |
Family
ID=16832749
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22565891A Withdrawn JPH0565637A (ja) | 1991-09-05 | 1991-09-05 | イオンビームスパツタ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0565637A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000043564A1 (en) * | 1999-01-20 | 2000-07-27 | Marconi Caswell Limited | Method of, and apparatus for, depositing materials |
| KR100537014B1 (ko) * | 2002-10-04 | 2006-01-20 | 권영욱 | 이온 플래이팅 방식에 의한 유해전자파 방지용 및 투명아크릴 폴리 카보네이트의 금속 칼라 박막 형성 시스템 |
| JP2009538980A (ja) * | 2006-05-27 | 2009-11-12 | コリア アトミック エナジー リサーチ インスティテュート | 高温耐腐食性向上のためのセラミックコーティング及びイオンビームミキシング装置及びそれを使用したコーティング層と母材の界面を改質する方法 |
| US7700167B2 (en) | 2006-08-31 | 2010-04-20 | Honeywell International Inc. | Erosion-protective coatings on polymer-matrix composites and components incorporating such coated composites |
| WO2013035325A1 (ja) * | 2011-09-05 | 2013-03-14 | 日本電信電話株式会社 | 窒化物半導体構造及びその作製方法 |
-
1991
- 1991-09-05 JP JP22565891A patent/JPH0565637A/ja not_active Withdrawn
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000043564A1 (en) * | 1999-01-20 | 2000-07-27 | Marconi Caswell Limited | Method of, and apparatus for, depositing materials |
| KR100537014B1 (ko) * | 2002-10-04 | 2006-01-20 | 권영욱 | 이온 플래이팅 방식에 의한 유해전자파 방지용 및 투명아크릴 폴리 카보네이트의 금속 칼라 박막 형성 시스템 |
| JP2009538980A (ja) * | 2006-05-27 | 2009-11-12 | コリア アトミック エナジー リサーチ インスティテュート | 高温耐腐食性向上のためのセラミックコーティング及びイオンビームミキシング装置及びそれを使用したコーティング層と母材の界面を改質する方法 |
| US9028923B2 (en) | 2006-05-27 | 2015-05-12 | Korea Atomic Energy Research Institute | Coating and ion beam mixing apparatus and method to enhance the corrosion resistance of the materials at the elevated temperature using the same |
| US7700167B2 (en) | 2006-08-31 | 2010-04-20 | Honeywell International Inc. | Erosion-protective coatings on polymer-matrix composites and components incorporating such coated composites |
| WO2013035325A1 (ja) * | 2011-09-05 | 2013-03-14 | 日本電信電話株式会社 | 窒化物半導体構造及びその作製方法 |
| JP5679494B2 (ja) * | 2011-09-05 | 2015-03-04 | 日本電信電話株式会社 | 窒化物半導体構造及びその作製方法 |
| US9219111B2 (en) | 2011-09-05 | 2015-12-22 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Nitride semiconductor structure and method of preparing the same |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19981203 |