JPH07207442A - 膜の内部応力制御方法 - Google Patents

膜の内部応力制御方法

Info

Publication number
JPH07207442A
JPH07207442A JP321494A JP321494A JPH07207442A JP H07207442 A JPH07207442 A JP H07207442A JP 321494 A JP321494 A JP 321494A JP 321494 A JP321494 A JP 321494A JP H07207442 A JPH07207442 A JP H07207442A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
atomic density
substrate
ion
stress
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP321494A
Other languages
English (en)
Inventor
Naoto Kuratani
直人 鞍谷
Osamu Imai
今井  修
Kiyoshi Ogata
潔 緒方
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissin Electric Co Ltd
Original Assignee
Nissin Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nissin Electric Co Ltd filed Critical Nissin Electric Co Ltd
Priority to JP321494A priority Critical patent/JPH07207442A/ja
Publication of JPH07207442A publication Critical patent/JPH07207442A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 基体上に各種膜を形成させる際に膜の内部に
生じる内部応力を制御する方法を提供する。 【構成】 基体上に膜を形成させるにあたり、形成され
る膜の原子密度を制御することで膜の内部応力を制御す
る膜の内部応力制御方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は基体上に形成される膜の
内部応力を制御する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】各種基体が有する諸特性、例えば機械的
特性、化学的特性、電気的特性、光学的特性、磁気的特
性等を改善させたり、又、新たな特性を付与したりする
目的で該基体上に各種膜を形成するために、様々な方法
が試みられている。かかる成膜方法としては、真空蒸着
法、スパッタ蒸着法、これら方法にイオン照射アシスト
を併用するイオン蒸着薄膜形成法等のPVD法やプラズ
マCVD法等を例示することができる。
【0003】これら成膜方法のうち真空蒸着法、スパッ
タ蒸着法等のようなPVD法はCVD法に比して低温下
で膜形成できるので、工業的に広く利用されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、PVD
法を用いて基体上に膜形成しても、該膜の内部には、引
張応力或いは圧縮応力という内部応力が生じる。該膜に
生じる内部応力により、前記膜の機械的強度等の特性が
低下したり、該膜と該基体との密着性及び耐破壊強度が
低下したり、該膜の光の反射、透過、吸収、及び発光等
の光学的特性や電気的特性が変化したりする。このため
該膜を実用に供した場合、その信頼性、耐久性等に問題
があった。一般に真空蒸着法等で形成された膜は引張応
力を有することが知られているが、膜の内部応力の発生
機構はまだ充分には解明されていない。
【0005】そこで本発明は、各種基体上に各種膜を形
成させる際に、該膜の内部に生じる内部応力を制御する
方法を提供することを課題とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者は前記課題を解
決すべく研究を重ね、以下に示す実験結果を得た。基体
上に形成された膜の原子密度と該膜の内部に発生する内
部応力との間に、一定の相関関係が認められた。即ち、
該膜の原子密度が大きいほど圧縮応力が強くなり、該膜
の原子密度が小さいほど引張応力が強くなった。
【0007】以上の知見に基づき本発明は、基体上に膜
を形成するにあたり、形成される膜の原子密度を制御す
ることで該膜の内部応力を制御することを特徴とする膜
の内部応力制御方法を提供するものである。この本発明
方法において、膜形成方法としては、種々考えられる
が、例えば電子ビーム、抵抗、レーザ、高周波等の手段
で、目的とする膜の構成元素を含む物質を蒸着させる真
空蒸着とイオン照射とを併用するイオン蒸着薄膜形成法
が考えられる。また、前記物質のスパッタ蒸着とイオン
照射とを併用するイオン蒸着薄膜形成法も考えられる。
この場合、スパッタさせる手法も特に限定されず、イオ
ンビーム、マグネトロン、高周波等の手段によりスパッ
タできる。
【0008】蒸着(或いはスパッタ)される原子の数及
び膜厚は膜厚モニタによりモニタする。膜厚モニタは例
えば水晶振動子を用いた膜厚モニタでよいが、特に限定
はない。イオン蒸着薄膜形成法においてイオン照射に用
いるイオン源の方式は特に限定はなく、例えばカウフマ
ン型、バケット型等のものが考えられる。
【0009】また、照射するイオン種は蒸着(或いはス
パッタ)された物質の原子に作用して目的とする膜を形
成するものであればよく、例えば目的とする膜の構成元
素を含む原子イオン又は分子イオンの他、ヘリウムイオ
ン(He+ )、ネオンイオン(Ne+ )、アルゴンイオ
ン(Ar+ )、クリプトンイオン(Kr+ )及びキセノ
ンイオン(Xe+ )等の不活性ガスイオン等が考えられ
る。また目的とする膜の構成元素を含む原子イオン又は
分子イオンと不活性ガスイオンを混合して照射してもよ
く、この場合、不活性ガスイオンにより前記原子イオン
又は分子イオンを一層高励起化することができ、膜の形
成に有利になる。
【0010】照射されるイオン数の制御は、イオン電流
測定器を用いて基体へのイオンの照射量をモニタするこ
とで行える。イオン電流測定器は例えばファラデーカッ
プ等でよいが、特に限定はない。そして、このイオン蒸
着薄膜形成法においては、照射するイオンのエネルギ又
は蒸着(或いはスパッタ)される原子種と照射されるイ
オン種の輸送比(基体に到達する各原子数及び各イオン
数の比率)を制御することで、形成される膜の原子密度
を制御することができる。
【0011】また、本発明方法においては、プラズマC
VD法を採用することも考えられ、この場合には例えば
印加する高周波電力の大きさを制御することで形成され
る膜の原子密度を制御することができる。形成された膜
の内部応力は、成膜前後の基体の反りの変化を、例えば
段差計等で測定することにより求めることができる。
【0012】さらに熱的なダメージを充分に避けなけれ
ばならない基体については、基体ホルダを水冷して基体
を冷却させながら成膜を行うのが好ましい。前記基体の
材質は特に限定されず、例えばセラミックス、金属、ガ
ラス、プラスチック等が考えられる。
【0013】
【作用】本発明方法によると、基体上に成膜するにあた
り、成膜方法に応じて膜の原子密度が制御され、これに
より該膜の内部応力が制御される。膜の原子密度が大き
いほど圧縮応力が強くなり、膜の原子密度が小さいほ
ど、引張応力が強くなる。
【0014】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図1は本発明方法を実施するために用いられる成
膜装置の1例の概略構成を示したものである。図1にお
いて、1は基体、2は基体1を支持するホルダ、3は目
的とする膜の構成元素を含む物質を蒸発させる蒸発源、
4はイオンを照射させるためのイオン源、5は基体1上
に蒸着される原子の個数及びその膜厚を計測するための
膜厚モニタ、6は基体1に照射されるイオンの個数を計
測するためのイオン電流測定器である。これらは真空容
器7内に収容されている。容器7内は排気装置8にて所
望の真空度とされ得る。
【0015】本発明によって内部応力が制御された基体
を作成するに当たっては、まず基体1をホルダ2に支持
させた後、真空容器7内を所定の真空度にする。その
後、基体1に蒸発源3を用いて、蒸発物質3aを真空蒸
着させる。なお、真空蒸着に代えて、蒸発物質3aをス
パッタ蒸着することで基体1上に膜形成してもよい。
【0016】この真空蒸着(或いはスパッタ蒸着)と同
時、又は交互に、又は真空蒸着(或いはスパッタ蒸着)
後に、イオン源4よりイオン4aを当該蒸着面に照射す
る。膜厚モニタ5は、ここでは水晶振動子を用いた膜厚
モニタであり、単位時間に基体上に到達する蒸発(或い
はスパッタ)原子の数、及び膜厚をモニタする。また、
イオン電流測定器6は、ここではファラデーカップであ
り、単位時間に基体に到達するイオンの数をモニタす
る。
【0017】前記成膜においては、形成される膜の内部
に発生する引張応力又は圧縮応力をコントロールするた
めに、次のような制御を行う。即ち、該膜の原子密度と
前記内部応力との間には、相関関係があり、原子密度が
大きいほど圧縮応力が強くなり、原子密度が小さいほど
引張応力が強くなる。該膜の原子密度は照射するイオン
の照射(加速)エネルギの大きさに依存して変化し、イ
オン照射エネルギを大きくするほど前記原子密度は小さ
くなり、該エネルギを小さくするほど原子密度は大きく
なる。従って、形成される膜の内部に発生する引張応力
又は圧縮応力が所望のものとなるような原子密度を有す
る膜を形成するよう、照射するイオンの加速エネルギを
制御する。
【0018】以上に述べた成膜操作により形成された膜
は、引張応力や圧縮応力が制御されており、例えばこれ
ら内部応力を最も小さくなるように制御すると、成膜す
ることにより基体に生じる内部応力や歪みは最小にな
る。これにより該膜の機械的強度等の特性を維持でき、
該膜と基体との密着性及び耐破壊強度が向上し、該膜が
有する反射、透過、吸収及び発光等の光学的特性や電気
的特性が保持される等の利点が得られる。
【0019】次に、図1に示す成膜装置による本発明方
法の具体例と、それによって得られる膜及び該膜で被覆
された基体について説明する。 例1 図1に示す装置を用いてシリコン(Si)から成る基体
1(直径50mm×厚さ500μm)を基体ホルダ2に
設置し、真空容器7内を3×10-7〜1×10 -6Tor
rの真空度とした。その後、純度3N(99.9%)の
ニッケル(Ni)ペレット3aを電子ビーム(EB)を
用いた蒸発源3を用いて蒸気化し、基体1上に成膜し
た。それと同時にバケット型のイオン源4に純度5N
(99.999%)のアルゴン(Ar)ガスを真空容器
7内が5×10-5Torrになるまで導入し、イオン化
させ、該イオン4aを基体1に立てた法線に対して0°
の角度で基体1に照射した。形成されたNi膜の膜厚は
何れも1μmであった。
【0020】前記成膜操作において、Arイオンの加速
エネルギを0.5keV、輸送比=(基体1上に到達す
るNi原子数/基体1上に到達するArイオン数)を1
0としたところ、形成されたNi膜の原子密度は8.1
5×1022atoms/cm3 であり、このとき該Ni膜に生じ
た内部応力は−2.2×109 dyn/cm2 (圧縮応力)で
あった。
【0021】形成されたNi膜の原子密度はRBSによ
り測定し、また内部応力は、成膜前後の基体の反りの変
化を段差計(米国TENCER INSTRUMENT
S社製、ALPHA−STEP200)を用いて測定す
ることにより求めた。 例2 例1において、Arイオンの加速エネルギを1keV、
輸送比を10としたところ、形成されたNi膜の原子密
度は7.79×1022atoms/cm3 であり、このとき該N
i膜に生じた内部応力は−5.9×108 dyn/cm2 (圧
縮応力)であった。 例3 例1において、Arイオンの加速エネルギを2keV、
輸送比を10としたところ、形成されたNi膜の原子密
度は7.30×1022atoms/cm3 であり、このとき該N
i膜に生じた内部応力は4.4×109 dyn/cm2 (引張
応力)であった。 例4 例1において、Arイオンの加速エネルギを5keV、
輸送比を10としたところ、形成されたNi膜の原子密
度は4.95×1022atoms/cm3 であり、このとき該N
i膜に生じた内部応力は5.9×109 dyn/cm2 (引張
応力)であった。 例5 例1において、Arイオンの加速エネルギを10ke
V、輸送比を10としたところ、形成されたNi膜の原
子密度は5.38×1022atoms/cm3 であり、このとき
該Ni膜に生じた内部応力は9.4×109 dyn/cm
2 (引張応力)であった。
【0022】図2に、前記例1、2、3、4及び5によ
る成膜について、Ni膜の原子密度の大きさに対してN
i膜の内部応力の大きさをプロットしたグラフを示す。
原子密度が小さくなるほど膜は大きな引張応力をもち、
原子密度が大きくなるに従ってその内部応力は引張応力
が小さくなり、さらに原子密度が大きくなると膜は圧縮
応力を示す。
【0023】以上の結果から、Ni膜の内部応力は該膜
の原子密度の大小に依存することが明らかになった。な
お、以上はイオン蒸着薄膜形成法による成膜における膜
の内部応力制御方法についての説明であるが、この他、
例えばプラズマCVD法による成膜においても、形成さ
れる膜の原子密度を制御することで膜の内部応力を制御
できる。このプラズマCVD法による場合は、前述のと
おり、例えば印加される高周波電力の大きさを制御する
ことで膜の原子密度を制御する。
【0024】
【発明の効果】本発明方法によると、各種基体上に各種
膜を形成させる際に、該膜の内部に生じる内部応力を制
御する方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明方法の実施に用いる成膜装置の1例の概
略構成を示す図である。
【図2】本発明方法の1実施例における膜の原子密度と
該膜の内部応力との関係を示す図である。
【符号の説明】
1 基体 2 基体ホルダ 3 蒸発源 3a 蒸発物質 4 イオン源 4a イオン 5 膜厚モニタ 6 イオン電流測定器 7 真空容器 8 排気装置

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基体上に膜を形成するにあたり、該膜の
    原子密度を制御することで該膜の内部応力を制御するこ
    とを特徴とする膜の内部応力制御方法。
JP321494A 1994-01-17 1994-01-17 膜の内部応力制御方法 Withdrawn JPH07207442A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP321494A JPH07207442A (ja) 1994-01-17 1994-01-17 膜の内部応力制御方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP321494A JPH07207442A (ja) 1994-01-17 1994-01-17 膜の内部応力制御方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH07207442A true JPH07207442A (ja) 1995-08-08

Family

ID=11551200

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP321494A Withdrawn JPH07207442A (ja) 1994-01-17 1994-01-17 膜の内部応力制御方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH07207442A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008277753A (ja) * 2007-04-06 2008-11-13 Panasonic Corp 半導体装置及びその製造方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008277753A (ja) * 2007-04-06 2008-11-13 Panasonic Corp 半導体装置及びその製造方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Mattox Physical vapor deposition (PVD) processes
US4886681A (en) Metal-polymer adhesion by low energy bombardment
JP2003158307A (ja) 超伝導材料の製造方法
JPH11504753A (ja) 窒化炭素冷陰極
EP1239056A1 (en) Improvement of a method and apparatus for thin film deposition, especially in reactive conditions
JPH07207442A (ja) 膜の内部応力制御方法
JP3389639B2 (ja) 膜の内部応力制御方法
JPH07207441A (ja) 膜の内部応力制御方法
JP2636577B2 (ja) 窒化チタン膜の形成方法
JPS58100672A (ja) 薄膜形成法及びその装置
JPH0762229B2 (ja) 炭素薄膜の作成方法
Pauleau Physical vapor deposition techniques I: Evaporation and sputtering
JPH0978226A (ja) 基体表面処理方法
US5523166A (en) Process for forming thin film having excellent insulating property and metallic substrate coated with insulating material formed by said process
JPH03115561A (ja) 膜を被覆する方法および被覆装置
JPS63213664A (ja) イオンプレ−テイング装置
JPH11199377A (ja) 結晶性薄膜形成方法
JPH0913166A (ja) 膜結晶性の制御方法
JPH01309957A (ja) 薄膜形成装置
JP4408505B2 (ja) ダイヤモンドライクカーボン膜の形成方法と装置
Xu et al. The preparation of self-supporting boron targets
JPH06306588A (ja) 成膜装置及びそれを用いた複数の物質からなる 膜の製造方法
JPS63303050A (ja) 窒化ジルコン薄膜の製造方法
JPH07252646A (ja) 光学薄膜の製造方法
JPS6289861A (ja) 薄膜衝撃蒸着方法とその装置

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: 20010403