JPH0633455B2 - スパッタリング成膜装置の試料保持装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はイオンビームにより形成した薄膜の高機能化を
行って薄膜と基板のミキシング及び薄膜の表面改質を目
的とするイオンビームの照射装置に関する。

（従来の技術） 従来、イオンビームによる薄膜の高機能化とは、スパッ
タリング、真空蒸着、電子ビーム蒸着等の成膜技術によ
り、予め基板上に形成した薄膜をイオンビームで照射す
ることにより、薄膜と基板の付着力の強化、薄膜表面の
摩擦係数の改善等を行う技術である。

上述の付着力の強化は、上述の成膜技術では基板表面に
形成した薄膜にイオンビームを照射することにより、基
板表面とこの基板に接触している薄膜の原子との間でミ
キシングが行われ、薄膜の付着力が強化されるものであ
る。

又、薄膜表面の摩擦係数の改善は、例えばゴム製品の表
面に金属原子のスパッタリングを行い、ゴム材の表面は
金属の薄膜とし、金属の摩擦係数（ゴムの摩擦係数より
小さい）とすることにより、表面の摩擦係数の改善を行
うものである。

上述の処理を行う場合、従来は成膜と高機能化とは別々
の装置で行っていた。

又最近、上述の成膜工程の電子ビーム蒸着と高機能化工
程のイオンビーム照射とを同時に行ない、工程の短縮化
を図ることも実施されている。

（発明が達成しようとする課題） 上述の成膜技術、高機能技術では２種類以上のイオンビ
ーム発生装置が必要であり、装置が大型で複雑になり、
従って高価となってしまう。

又、前者の成膜後にミキシングを行う方法では、既に成
膜完了して厚くなった薄膜にイオンビームを照射せしめ
るので、イオンビームのエネルギーを増加させる必要が
ある。通常 200〜400keVのエネルギーのイオンビームが
必要である。

本発明は上述の問題を解決して、小型の装置で、低エネ
ルギーで必要な成膜及び高機能化を一工程で行う装置を
提供することを課題とする。

（課題を達成するための手段） 上述の課題を達成するために、イオンビームを用いたス
パッタリング成膜装置において、試料を保持するために
底面が開口された多角錐体のホルダー１であって、この
ホルダー１には各錐面の内面に試料を保持する保持具５
と、ホルダー１の頂点を通り底面に垂直な直線上で回転
せしめる回転軸２とを設け、上記ホルダー１の内部の一
錐面に保持された試料を照射するイオンビーム６を上記
ホルダー１の底面側から上記一錐面に照射するように構
成したものである。

（作用） 上述のように、イオンビームが上記ホルダーの一錐面に
保持されているターゲットに照射されるとターゲット原
子をスパッタし、このスパッタされたターゲット原子は
他の錐面に保持されている基板上に付着する。

一方、ホルダーは上記回転軸により必要時期に間歇的に
回転するので、次の過程では基板がイオンビームで照射
されることになり、基板上に付着しているターゲット原
子と基板の界面でミキシングを生じさせる。この過程が
ホルダーの回転と共に繰り返され、薄膜の生成初期から
ミキシングが行われている。

なお、イオンビームを複数の元素の混合ビームとして使
用することにより、イオンと薄膜を反応させ、新たな化
合物を薄膜として形成出来る。

更に、複数の異種のターゲット元素を装着させることに
より、基板上に多元素の薄膜を形成させることが出来
る。

又、複数の基板を装着させることにより、同一成分の薄
膜を同時に複数の基板に形成させることも出来る。

上述の薄膜の形成において、ホルダーの回転速度の調節
により、スパッタする時間とミキシングする時間を調節
して薄膜の成分比を制御することが出来る。

（実施例） 第１図は本発明のスパッタリング成膜装置の試料保持装
置の斜視図で、本実施例は四角錐の場合である。第２図
はこの装置の機能説明図で、（イ）はターゲットに照射
時、（ロ）は基板に照射時のものである。

多角錐体のホルダー１は、その底面は開口した状態とな
っている。このホルダー１の頂点を通り、開口している
底辺に垂直な回転軸２が外方に設けられており、図示し
ない回転制御装置によりホルダー１を間歇回転せしめて
いる。

ホルダー１の各錐面の内面にはターゲット３及び基板４
を保持する保持具５が設けられており、この保持具５に
ターゲット３若しくは基板４が保持されている。このタ
ーゲット３若しくは基板４に対して斜め上方からイオン
ビーム６が図示しないイオンビーム発生装置から照射し
ている。

次にこの装置の動作について説明する。

一実施例としてターゲット３にチタン(Ti)を、基板４に
アルミナ(Al₂O₃)を、イオンビーム６として Ar⁺、N₂ ^＋
の混合ビーム７を用いた場合、先ず、ホルダー１上のタ
ーゲット３が混合ビーム７の照射位置に来るようにホル
ダー１を停止せしめて混合ビーム７がターゲット３を照
射している時ターゲット原子８（Ti原子）をスパッタ
し、基板４に付着させる。このスパッタには質量の大き
い Ar⁺の寄与が大きい。

次にホルダー１を90゜回転させ、基板４が混合ビーム７
の照射位置に来ると、Tiで成膜された基板４を混合ビー
ム７が照射し、Tiと N₂ ⁺とが反応してTiN を形成すると
同時に、Ti薄膜と基板４の界面でミキシング層が形成さ
れ、Ti膜と Al₂O₃の基板の密着性を向上させることが出
来る。この反応はTiが付着している Al₂O₃にイオンビー
ムを照射すると、Al₂O₃ とTiの界面で反応が起こる。

上述のターゲット３への照射と基板４への照射を繰り返
すことにより、数10nmから数μｍの TiN膜を Al₂O₃との
密着性を高めながら、20〜30keV の低エネルギーのイオ
ンビームで成膜することが出来る。

（発明の効果） 上述のように、本発明ではターゲット３と基板４を１個
のホルダー１の内面に装着し、ホルダー１を回転させる
ことにより、成膜とミキシングを交互に行うので、成膜
の初期の状態、即ち膜が単原子層の状態の時からミキシ
ングを行いながら必要な厚さまで成膜して行くので、20
〜30keV の低いエネルギーのイオンビームで数10nmの薄
膜から数μｍの厚膜までを１種類の装置で成膜出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のスパッタリング成膜装置の試料保持装
置の斜視図、第２図はこの装置の機能説明図で、（イ）
はターゲットに照射時のもの、（ロ）は基板に照射時の
ものである。 １：ホルダー、２：回転軸、３：ターゲット、４：基
板、５：保持具、６：イオンビーム。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】イオンビームを用いたスパッタリング成膜
   装置において、ターゲット及び基板よりなる試料を保持
   するために底面が開口された多角錐体のホルダーであっ
   て、このホルダーには各錐面の内面に試料を保持する保
   持具と、ホルダーの頂点を通り底面に垂直な直線上で回
   転せしめる回転軸とが設けられており、上記ホルダーの
   内部の一錐面に保持された試料を照射するイオンビーム
   を上記ホルダーの底面側から上記一錐面に照射するよう
   に構成されたことを特徴とするスパッタリング成膜装置
   の試料保持装置。