JPH0726198B2 - 薄膜形成方法及びその装置 - Google Patents
薄膜形成方法及びその装置Info
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- JPH0726198B2 JPH0726198B2 JP61017303A JP1730386A JPH0726198B2 JP H0726198 B2 JPH0726198 B2 JP H0726198B2 JP 61017303 A JP61017303 A JP 61017303A JP 1730386 A JP1730386 A JP 1730386A JP H0726198 B2 JPH0726198 B2 JP H0726198B2
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/24—Vacuum evaporation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は薄膜形成方法、及びその装置に係り、特に基体
に真空蒸着、スパッタリングにより発生させた蒸着用金
属と加速イオンとを照射し、当該基体表面に薄膜を形成
させる薄膜形成方法、及びその装置に関する。
に真空蒸着、スパッタリングにより発生させた蒸着用金
属と加速イオンとを照射し、当該基体表面に薄膜を形成
させる薄膜形成方法、及びその装置に関する。
従来のPVDとイオン照射とを併用して基体上に薄膜を形
成する方法は、真空容器内の基体に加速イオンの注入と
蒸着用金属イオンの照射を同時におこなっていた。この
ような従来の薄膜形成方法の一つに、加速したイオンの
中から、必要なイオン値のみを磁気的に選択してこれを
基体へ照射する従来例が存在する（特開昭58−2022
号）。この従来例では、基体の熱の発生を防ぎ、純度の
高い薄膜を形成するために照射イオンビーム量を少く
し、長時間の処理をおこなっていた。
成する方法は、真空容器内の基体に加速イオンの注入と
蒸着用金属イオンの照射を同時におこなっていた。この
ような従来の薄膜形成方法の一つに、加速したイオンの
中から、必要なイオン値のみを磁気的に選択してこれを
基体へ照射する従来例が存在する（特開昭58−2022
号）。この従来例では、基体の熱の発生を防ぎ、純度の
高い薄膜を形成するために照射イオンビーム量を少く
し、長時間の処理をおこなっていた。
しかし、上記従来例では、基体へ加速イオンの注入およ
び蒸着用金属イオンの照射をおこなっている間連続的に
不純物ガスが発生する。この結果、不純物ガスの巻き込
みが起り、膜の純度、精度が劣化する。長時間処理をお
こなっていることから、薄膜形成に際しては、長時間、
不純物の影響を無視できず、膜の精度、純度の低下を避
けることができないものであった。
び蒸着用金属イオンの照射をおこなっている間連続的に
不純物ガスが発生する。この結果、不純物ガスの巻き込
みが起り、膜の純度、精度が劣化する。長時間処理をお
こなっていることから、薄膜形成に際しては、長時間、
不純物の影響を無視できず、膜の精度、純度の低下を避
けることができないものであった。
本発明は係る問題点を解決するために、純度、精度の高
い薄膜を基体表面に形成可能な薄膜形成方法、及びその
装置を提供することを目的とする。
い薄膜を基体表面に形成可能な薄膜形成方法、及びその
装置を提供することを目的とする。
本発明に係る薄膜形成方法は、真空雰囲気にある基体に
蒸着用金属と加速イオンとを照射し、当該基体表面に薄
膜を形成する薄膜形成方法において、前記加速イオンの
照射をパルス状に行い、該加速イオンの照射により発生
した不純物ガスを、次の加速イオンの注入停止の間に排
気することを特徴とするものである。
蒸着用金属と加速イオンとを照射し、当該基体表面に薄
膜を形成する薄膜形成方法において、前記加速イオンの
照射をパルス状に行い、該加速イオンの照射により発生
した不純物ガスを、次の加速イオンの注入停止の間に排
気することを特徴とするものである。
また本願他の発明に係る薄膜形成方法は、前記基板温度
を検出して、当該基板温度が所定値以上になったとき前
記加速イオンの注入を停止し、当該基板温度が所定値よ
り小さくなったときには当該加速イオンの注入を開始す
ると共に、前記加速イオンの注入が停止されている間に
真空容器内の不純物ガスを排気することを特徴とするも
のである。
を検出して、当該基板温度が所定値以上になったとき前
記加速イオンの注入を停止し、当該基板温度が所定値よ
り小さくなったときには当該加速イオンの注入を開始す
ると共に、前記加速イオンの注入が停止されている間に
真空容器内の不純物ガスを排気することを特徴とするも
のである。
また本発明に係る薄膜形成装置は、内部に基体が配置さ
れている真空容器と、該真空容器内の基体へイオンを照
射するイオン源と、該イオン源から照射されるイオンと
併用して前記基体に蒸着用金属を照射する電子銃と、前
記真空容器内を真空排気する排気装置とを備えた薄膜形
成装置において、前記イオン源に、該イオン源から照射
されるイオンの照射タイミングを制御する高速スイッチ
付のイオン源電源を接続し、かつ、該高速スイッチで前
記イオン源からのイオン照射が停止するよう制御されて
いる間に前記排気装置で真空容器内の不純物を排気する
ことを特徴とするものである。
れている真空容器と、該真空容器内の基体へイオンを照
射するイオン源と、該イオン源から照射されるイオンと
併用して前記基体に蒸着用金属を照射する電子銃と、前
記真空容器内を真空排気する排気装置とを備えた薄膜形
成装置において、前記イオン源に、該イオン源から照射
されるイオンの照射タイミングを制御する高速スイッチ
付のイオン源電源を接続し、かつ、該高速スイッチで前
記イオン源からのイオン照射が停止するよう制御されて
いる間に前記排気装置で真空容器内の不純物を排気する
ことを特徴とするものである。
上記本発明によれば、基体に対する加速イオンの照射
を、断続しておこなえるために、加速イオンの照射によ
り発生した不純物ガスが次の加速イオンの注入停止の間
に排気され、その結果不純物ガスの巻き込みがない状態
で純度の高い薄膜を形成することができる。
を、断続しておこなえるために、加速イオンの照射によ
り発生した不純物ガスが次の加速イオンの注入停止の間
に排気され、その結果不純物ガスの巻き込みがない状態
で純度の高い薄膜を形成することができる。
次に本発明に係る薄膜形成方法を実施するための装置の
一実施例について説明する。
一実施例について説明する。
第１図はその構成図である。
第１図において、真空容器１内には試料（基体）２が配
置されている。この真空容器１には、プラズマ電極と引
き出し電極を備えたイオン源３が設けられている。この
イオン源３には、高速スイッチが設けられたイオン源電
源６が接続されている。
置されている。この真空容器１には、プラズマ電極と引
き出し電極を備えたイオン源３が設けられている。この
イオン源３には、高速スイッチが設けられたイオン源電
源６が接続されている。
真空容器１には、容器内を真空に保つための排気装置５
が接続されている。この真空容器１内には、蒸着用金属
を蒸発させるための電子銃（EBガン）４が設けられてい
る。EBガン４と試料２との間には蒸着装置シャッター９
が設けられている。EBガン４には、EBガン制御装置７が
接続され、このEBガン接続装置７は高速スイッチ付イオ
ン電源と接続されている。
が接続されている。この真空容器１内には、蒸着用金属
を蒸発させるための電子銃（EBガン）４が設けられてい
る。EBガン４と試料２との間には蒸着装置シャッター９
が設けられている。EBガン４には、EBガン制御装置７が
接続され、このEBガン接続装置７は高速スイッチ付イオ
ン電源と接続されている。
次に本実施例の動作について説明する。
真空容器１内の真空度は約10-3Paから10-2Paに保たれて
いる。試料２への加速イオン11の照射は、イオン源で発
生したプラズマからのイオンを引出し電極で引き出すこ
とにより試料２へ照射することにより行う。一方蒸着用
金属をEBガン４に備え、金属を蒸発させ、係る蒸発した
金属51を試料２へ照射している。
いる。試料２への加速イオン11の照射は、イオン源で発
生したプラズマからのイオンを引出し電極で引き出すこ
とにより試料２へ照射することにより行う。一方蒸着用
金属をEBガン４に備え、金属を蒸発させ、係る蒸発した
金属51を試料２へ照射している。
イオン源３からの加速イオンの照射のタイミング制御
は、高速スイッチ付イオン源電源６によっておこなわれ
る。
は、高速スイッチ付イオン源電源６によっておこなわれ
る。
すなわち、イオンの照射は、イオン源電源６からの制御
信号を受け、イオン源３でのプラズマ電極の電源のオ
ン、オフまたは引出し電極の電源のオンまたはオフによ
っておこなう。イオン源電源６の制御信号がハイレベル
のときは、加速イオンの照射をおこない、低レベルのと
きは加速イオンの照射を停止する。すなわち、イオン源
電源６では、第２図に示すようなパルス状の信号を前記
イオン源３に送り、信号レベルが高いときには、イオン
の照射をおこない、信号レベルが低いときは、イオンの
照射を停止するようにする。加速イオンの照射が停止さ
れている間、真空容器１内の不純物ガスを排気装置５で
真空容器外に排除することができる。
信号を受け、イオン源３でのプラズマ電極の電源のオ
ン、オフまたは引出し電極の電源のオンまたはオフによ
っておこなう。イオン源電源６の制御信号がハイレベル
のときは、加速イオンの照射をおこない、低レベルのと
きは加速イオンの照射を停止する。すなわち、イオン源
電源６では、第２図に示すようなパルス状の信号を前記
イオン源３に送り、信号レベルが高いときには、イオン
の照射をおこない、信号レベルが低いときは、イオンの
照射を停止するようにする。加速イオンの照射が停止さ
れている間、真空容器１内の不純物ガスを排気装置５で
真空容器外に排除することができる。
加速イオンの照射がおこなわれていない間は、本実施例
のように、EBガン制御装置７を設け、蒸発金属が試料２
に照射されないようにすることが望ましい。これは、加
速イオンの照射がおこなわれていない間に試料２表面に
金属のみの膜ができ、たとえば所望のセラミック層など
ができないためである。
のように、EBガン制御装置７を設け、蒸発金属が試料２
に照射されないようにすることが望ましい。これは、加
速イオンの照射がおこなわれていない間に試料２表面に
金属のみの膜ができ、たとえば所望のセラミック層など
ができないためである。
本実施例では、イオン源３の電流容量をたとえば従来の
1000倍程度大きい、たとえば数アンペアクラスのものを
用いることができる。この際、試料２の温度が上昇し、
膜組成が変化する恐れがあるが、本実施例のようにパル
ス状の加速イオンの注入をおこなうと、加速イオンの注
入していない間に、試料表面に発生する膜の熱の放出を
図ることができるため、試料そのものまたは試料表面の
膜の特性、形状、組成等の変化を防ぐことができる。
1000倍程度大きい、たとえば数アンペアクラスのものを
用いることができる。この際、試料２の温度が上昇し、
膜組成が変化する恐れがあるが、本実施例のようにパル
ス状の加速イオンの注入をおこなうと、加速イオンの注
入していない間に、試料表面に発生する膜の熱の放出を
図ることができるため、試料そのものまたは試料表面の
膜の特性、形状、組成等の変化を防ぐことができる。
この場合、イオン源３の電流容量を上げることができる
のであるから、イオン打込み量を多くでき、その結果膜
の形成速度が著しく大きくなる。結局本実施例によれ
ば、膜の特性を変化させることなく、大量処理が可能と
なるものである。
のであるから、イオン打込み量を多くでき、その結果膜
の形成速度が著しく大きくなる。結局本実施例によれ
ば、膜の特性を変化させることなく、大量処理が可能と
なるものである。
イオン打込みの間隔は、試料２の温度が上がらない範囲
内で、あらかじめイオン源電源６に設定されたプログラ
ムに応じておこなわれる。この際、本実施例ではイオン
打込みがなされていない間に制御信号がイオン源電源６
からEBガン制御装置７に送られる。この制御信号を受け
たEBガン制御装置７は、蒸着装置シャッター９を閉じる
とともに、EBガンのエミッション量を少くする。エミッ
ション量はイオンの打込みがなされていない間でも、０
にすることは望しくない。これはエミッション量を０に
すると、EBガンの銃口に蒸着用金属の結晶ができるた
め、これを防止するためである。
内で、あらかじめイオン源電源６に設定されたプログラ
ムに応じておこなわれる。この際、本実施例ではイオン
打込みがなされていない間に制御信号がイオン源電源６
からEBガン制御装置７に送られる。この制御信号を受け
たEBガン制御装置７は、蒸着装置シャッター９を閉じる
とともに、EBガンのエミッション量を少くする。エミッ
ション量はイオンの打込みがなされていない間でも、０
にすることは望しくない。これはエミッション量を０に
すると、EBガンの銃口に蒸着用金属の結晶ができるた
め、これを防止するためである。
第２図のようにイオン打込みの間隔は、たとえば50msec
程度にすることができる。この場合、イオンの照射の断
続時間が短いので、EBガン制御装置７により、蒸着装置
シャッター９の閉鎖およびEBガン４のエミッション量の
低減を図ることは必須ではない。これは、イオン源３か
ら打込まれる加速イオンのエネルギーが、本実施例では
大きいものを使うことができるため、短い時間に試料表
面に形成された薄い金属膜であっても、この金属膜中に
加速イオンが拡散できるためである。
程度にすることができる。この場合、イオンの照射の断
続時間が短いので、EBガン制御装置７により、蒸着装置
シャッター９の閉鎖およびEBガン４のエミッション量の
低減を図ることは必須ではない。これは、イオン源３か
ら打込まれる加速イオンのエネルギーが、本実施例では
大きいものを使うことができるため、短い時間に試料表
面に形成された薄い金属膜であっても、この金属膜中に
加速イオンが拡散できるためである。
一方、断続の間隔が長い場合には、金属膜が厚くなるた
め、蒸着装置シャッター９の閉鎖を必要とするものであ
る。
め、蒸着装置シャッター９の閉鎖を必要とするものであ
る。
上記イオン源電源６内に設けられた高速スイッチとし
て、半導体スイッチあるいは真空管による高速スイッチ
を用いることができる。
て、半導体スイッチあるいは真空管による高速スイッチ
を用いることができる。
本実施例では、イオン照射の停止時、EBガン４のエミッ
ション量が低減されているため、蒸着用金属量の節約を
も図ることができる。
ション量が低減されているため、蒸着用金属量の節約を
も図ることができる。
次に本発明に係る薄膜形成方法を実施するための装置の
第２の実施例について説明する。第３図はその構成を示
したものである。
第２の実施例について説明する。第３図はその構成を示
したものである。
本実施例では、上記第１の実施例に、試料２の温度を計
測する温度計測器８を設け、この温度計測器８からの信
号がイオン源電源６に入力されるようになっているもの
である。
測する温度計測器８を設け、この温度計測器８からの信
号がイオン源電源６に入力されるようになっているもの
である。
本実施例では、上記第１の実施例の動作に加えて、試料
２の温度を温度計測器８で計測することができる。この
際、温度計測器８に、試料温度の上限、下限が設定でき
る。加速イオンの打込みによって試料２の温度が上昇
し、あらかじめ温度設定器８に設定されている上限温度
に達したとき、温度計測器８からの制御信号が６に入力
される。この結果、イオン源３は、イオン源電源６の制
御を受け、加速イオンの照射を停止する。この動作を第
３に基づいて詳説する。
２の温度を温度計測器８で計測することができる。この
際、温度計測器８に、試料温度の上限、下限が設定でき
る。加速イオンの打込みによって試料２の温度が上昇
し、あらかじめ温度設定器８に設定されている上限温度
に達したとき、温度計測器８からの制御信号が６に入力
される。この結果、イオン源３は、イオン源電源６の制
御を受け、加速イオンの照射を停止する。この動作を第
３に基づいて詳説する。
第４図（Ａ）に、イオン照射によって変化する試料２の
温度変化のグラフを示す。第４図（Ｂ）は温度の変化に
よってイオンの照射の断続をおこなう場合のグラフであ
る。イオンの照射によって基板温度が上昇し、温度計測
器８内にあらかじめ設定して上限温度値（A1）になる
と、イオン源３からのイオンの照射が停止される
（B1）。
温度変化のグラフを示す。第４図（Ｂ）は温度の変化に
よってイオンの照射の断続をおこなう場合のグラフであ
る。イオンの照射によって基板温度が上昇し、温度計測
器８内にあらかじめ設定して上限温度値（A1）になる
と、イオン源３からのイオンの照射が停止される
（B1）。
停止後、基板の温度が低下し、あらかじめ設定されてあ
る下限温度値（A2）になった場合は、イオンの照射が開
始される（B2）。イオンの照射がなされている間、第４
図（Ｃ）に示すように、蒸着装置シャッターが開放の状
態（C1）になり、イオンの照射が停止されている場合
は、蒸着装置シャッター９が閉鎖の状態（C2）になる。
一方、イオンの照射がおこなわれている間、蒸着装置エ
ミッション量は第４図（Ｄ）に示すように、エミッショ
ン量が多い状態（D1）となり、イオンの照射がおこなわ
れていない間は、蒸着装置エミッション量が少い状態
（D2）となる。
る下限温度値（A2）になった場合は、イオンの照射が開
始される（B2）。イオンの照射がなされている間、第４
図（Ｃ）に示すように、蒸着装置シャッターが開放の状
態（C1）になり、イオンの照射が停止されている場合
は、蒸着装置シャッター９が閉鎖の状態（C2）になる。
一方、イオンの照射がおこなわれている間、蒸着装置エ
ミッション量は第４図（Ｄ）に示すように、エミッショ
ン量が多い状態（D1）となり、イオンの照射がおこなわ
れていない間は、蒸着装置エミッション量が少い状態
（D2）となる。
加速イオンの照射は、上記第４図（Ｂ）のように連続的
におこなう他に、第４図（Ｅ）の如くパルス状におこな
うこともできる。
におこなう他に、第４図（Ｅ）の如くパルス状におこな
うこともできる。
本実施例では、試料２の温度を検知し、温度が高い状態
は、加速イオンの照射を停止することができるため、試
料表面に純度、精度、成分組成が良質の薄膜を形成する
ことができる。この際、イオン源の容量を大きくするこ
とができるため、処理速度を大きくしつつ、純度の高い
膜を試料表面に形成することができる。
は、加速イオンの照射を停止することができるため、試
料表面に純度、精度、成分組成が良質の薄膜を形成する
ことができる。この際、イオン源の容量を大きくするこ
とができるため、処理速度を大きくしつつ、純度の高い
膜を試料表面に形成することができる。
以上説明したように本発明に係る薄膜形成方法、及びそ
の装置によれば、薄膜形成時に不純物ガスの巻き込みを
防止することができるため、純度、精度の高い薄膜を基
体表面に形成することができる。
の装置によれば、薄膜形成時に不純物ガスの巻き込みを
防止することができるため、純度、精度の高い薄膜を基
体表面に形成することができる。
第１図は本発明に係る薄膜形成方法を実施するための装
置の一実施例を示す構成図、第２図は第１図の装置の加
速イオンの照射をおこなうイオン源の動作を示す波形
図、第３図は本発明に係る薄膜形成方法を実施するため
の装置の第２の実施例を示す構成図、第４図は第３図の
実施例のイオン源、蒸着装置シャッター、蒸着装置エミ
ッション量の動作の変化を示す波形図である。 １……真空容器、２……試料、３……イオン源、４……
EBガン、５……排気装置、６……イオン源電源、７……
EBガン制御部、８……温度計測器、９……蒸着装置シャ
ッター。
置の一実施例を示す構成図、第２図は第１図の装置の加
速イオンの照射をおこなうイオン源の動作を示す波形
図、第３図は本発明に係る薄膜形成方法を実施するため
の装置の第２の実施例を示す構成図、第４図は第３図の
実施例のイオン源、蒸着装置シャッター、蒸着装置エミ
ッション量の動作の変化を示す波形図である。 １……真空容器、２……試料、３……イオン源、４……
EBガン、５……排気装置、６……イオン源電源、７……
EBガン制御部、８……温度計測器、９……蒸着装置シャ
ッター。
Claims (3)
- 【請求項１】真空雰囲気にある基体に蒸着用金属と加速
イオンとを照射し、当該基体表面に薄膜を形成する薄膜
形成方法において、前記加速イオンの照射をパルス状に
行い、該加速イオンの照射により発生した不純物ガス
を、次の加速イオンの注入停止の間に排気することを特
徴とする薄膜形成方法。 - 【請求項２】真空雰囲気にある基体に蒸着用金属と加速
イオンとを照射し、該基体表面に薄膜を形成する薄膜形
成方法において、前記基板温度を検出して、当該基板温
度が所定値以上になったとき前記加速イオンの注入を停
止し、当該基板温度が所定値より小さくなったときには
当該加速イオンの注入を開始すると共に、前記加速イオ
ンの注入が停止されている間に真空容器内の不純物ガス
を排気することを特徴とする薄膜形成方法。 - 【請求項３】内部に基体が配置されている真空容器と、
該真空容器内の基体へイオンを照射するイオン源と、該
イオン源から照射されるイオンと併用して前記基体に蒸
着用金属を照射する電子銃と、前記真空容器内を真空排
気する排気装置とを備えた薄膜形成装置において、前記
イオン源に、該イオン源から照射されるイオンの照射タ
イミングを制御する高速スイッチ付のイオン源電源を接
続し、かつ、該高速スイッチで前記イオン源からのイオ
ン照射が停止するよう制御されている間に前記排気装置
で真空容器内の不純物を排気することを特徴とする薄膜
形成装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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| JP61017303A JPH0726198B2 (ja) | 1986-01-29 | 1986-01-29 | 薄膜形成方法及びその装置 |
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