JPH11335818A

JPH11335818A - 成膜方法

Info

Publication number: JPH11335818A
Application number: JP14545298A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Okita; 裕之沖田; Minehiro Sotozaki; 峰広外崎
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1998-05-27
Filing date: 1998-05-27
Publication date: 1999-12-07

Abstract

(57)【要約】【課題】蒸着材料を酸化させず高純度な状態で保持さ
せ、良質で生産性の高い成膜方法を提供すること。【解決手段】真空雰囲気の誘導部１２内のアーク放電用
カソード１５及びＡｌカソード１６と、対向配置したア
ノード１７とでアーク放電を行い、Ａｌイオン１９を電
磁コイル１８で基体２１へ導き、この基体２１近傍で酸
素供給管１３から供給する酸素にＡｌイオン１９を反応
させて基体２１へ蒸着し、Ａｌ₂Ｏ₃膜を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、反応性薄膜、例え
ば酸化アルミニウム膜の成膜方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えばＡｌ₂Ｏ₃薄膜等は、酸素雰囲気
中でプラズマを発生させ、ＥＢ（電子ビーム）、ＲＨ
（抵抗加熱）等による、スパッタリング装置等を用いて
蒸発或いはスパッターさせたＡｌ（アルミニウム）と酸
素とを反応させて、基体上にＡｌ₂Ｏ₃を蒸着し堆積さ
せることによって成膜される。

【０００３】この蒸着材料としてのＡｌは金属であり、
プラズマを発生させる電極として機能するが、時間が経
つに伴れ雰囲気中の酸素と反応して表面は絶縁性のＡｌ
₂Ｏ₃となってくる。

【０００４】このように電極が絶縁性を帯びてくると異
常放電が発生し、薄膜にダメージを与えてしまうため、
例えばＡＥ社のスパークル等の装置を用いて異常放電を
モニターし、異常放電が発生した瞬間にプラズマを消滅
させなければならない。

【０００５】図３は、従来の代表的なＤＣスパッターに
よるＡｌ蒸着の１例を示す概略図であるが、酸素雰囲気
のチャンバ７の中に、アノード１とカソード４に挟着さ
れたＡｌカソード５との間に、軸３に支持されたシャッ
ター２が配置され、図示省略した換気扇によって上昇し
たチャンバ７内の空気が排出される。

【０００６】このように、一対の陰極（カソード４）と
陽極（アノード１）からなる２極冷陰極グロー放電構造
を持ち、電極間に直流電圧を印加してグロー放電を発生
させ、陰極上のターゲットであるＡｌカソード５でのス
パッタ現象を利用してアノード１に薄膜形成を行うスパ
ッタリング装置である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに酸素雰囲気中で蒸着する場合は、蒸着材料であるＡ
ｌカソード５の表面が酸化する。従って、蒸着材料の表
面が酸化してしまった場合は、図３に示すように成膜を
中断して、アノード１である基体へ蒸発物質が飛翔しな
いようにシャッター２を閉めて、例えばＥＢなどで加熱
し、蒸着材料の表面を再生しなければならず、このリー
ドタイムに伴う生産性の低下と共に、再生に伴い更に不
具合な事態を生じることがある。

【０００８】即ち、再生時に例えばＡｌ₂Ｏ₃などのパ
ーティクルが蒸着材料であるＡｌカソード５のバルク中
に取り込まれ、アルミニウムの純度が下がってしまい、
ひいては作製された薄膜の純度低下の原因となり易い。

【０００９】従って、このような状態で作成されたＡｌ
₂Ｏ₃膜は、紫外光において吸収および光散乱を諾起
し、特にレーザー光等に対する耐光性がない。

【００１０】そこで本発明の目的は、Ａｌなどの成膜金
属材料を酸化させず、高純度な状態で保持して良質で生
産性の高い成膜を行える方法を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、金属材
料を陰極として、高真空中でアーク放電を起こさせ、前
記金属材料から発生した金属イオンを負電位の基体表面
に導き、前記基体近傍に形成した酸素雰囲気下で、前記
金属イオンを前記基体表面に付着させて、前記基体表面
に実質的に前記金属材料の酸化物からなる膜を形成する
成膜方法に係るものである。

【００１２】本発明の成膜方法によれば、高真空中にお
ける陰極としての金属材料のアーク放電により発生する
金属イオンを基体表面に導き、この基体近傍に形成する
酸素雰囲気下で基体表面に付着させるので、金属材料自
体が酸素に触れることがないため、金属材料が酸化され
ず高純度な状態を保持することができる。

【００１３】従って、高純度の金属材料の金属イオンの
みが基体の近傍で酸化され、実質的にこの金属材料の酸
化物からなる膜を形成することができる。その結果、蒸
着材料の如き金属材料の酸化に伴う再生の必要がなく、
高生産性の下での良好な成膜方法を提供することができ
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】上記の成膜方法においては、前記
基体近傍において酸素を導入することが望ましい。これ
により金属材料の酸化を防止することができる。

【００１５】また、前記アーク放電時に前記金属材料の
放電面を変位させることが望ましい。これによりアーク
放電に伴う放電面の局部的な侵食を防止し、放電面をフ
ラットな状態に維持することができる。

【００１６】また、前記アーク放電時に前記金属材料を
経時的に対向陽極の側へ押し出すことができるようにす
ることが望ましい。これにより、放電に伴い侵食する放
電面とアノードとの距離を一定させ、高純度のままカソ
ードの耐用時間を持続させることができる。

【００１７】これにより、前記金属材料としてアルミニ
ウムを用いる成膜に好適に適用することができる。

【００１８】以下、本発明の好ましい実施の形態を図１
及び図２を参照しながら説明する。

【００１９】図１は、本発明を適用した真空蒸着装置
（フィルタードカソーディックアーク（以下、ＦＣＡと
称する。）の概略図であり、このＦＣＡ方式としてはＣ
ＯＭＭＯＮＷＥＡＬＴＨＳＣＩＥＮＴＩＦＩＣＣＯ
ＲＰ．のＣＡＦ−３８ＸＹ（ＵｎｉｔｅｄＳｔａｔｅ
ｓＰａｔｅｎｔ５，２７９，７２３）を用いたもの
である。

【００２０】まず、このＦＣＡ装置の概略的構成を示す
が、図１に示すように、チャンバ１１の下部に湾曲した
誘導部１２が結合され、更にチャンバ１の下部には排気
機構２４が配されて全体の外観を形成している。

【００２１】誘導部１２には、蒸着材料としてのＡｌカ
ソード１６を係合したアーク放電用カソード１５及びこ
れに対向するリング状のアノード１７が配され、この先
には電磁コイル１８が湾曲した径路を形成して設けられ
ている。チャンバ１１と誘導部１２との間には偏向コイ
ル２２が配され、誘導部１２の突当位置のチャンバ１１
内には基体２１が配されて膜２５が形成され、この近傍
に酸素供給管１３の先端が位置している。

【００２２】図２は、このＦＣＡ装置１０の内部機構の
詳細と共にその機能の説明図であるが、図２を参照しな
がらこの装置の機能を概略的に説明する。従って、外部
を形成するチャンバ１１及び誘導部１２は図示省略す
る。

【００２３】この、ＦＣＡ装置の放電用カソード１５の
外側にはＡｌカソード１６とアノード１７との間のアー
ク放電を安定化するとともに、Ａｌカソード１６から発
生したＡｌイオンを効率良くアノード１７の方向に導く
ための偏向コイル２５が配され、このアノード１７の先
に配されている電磁コイル１８は荷電したＡｌイオン１
９と非荷電の溶融材料２０とを分離するためのマクロフ
ィルターとして機能する。

【００２４】即ち、この電磁コイル１８は、アーク放電
中、常に電流が流されていて、例えば、核融合装置にお
けるトカマクと同様に、３００Ｇ程の環状（トーラス）
磁場を発生する。従って、荷電したＡｌイオン１９は、
このトーラス磁場に沿って湾曲した経路を基体２１の方
向に導かれ、一方、アーク放電初期に陰極材料の突沸に
より発生する非荷電の溶融材料２０は、このトーラス磁
場に影響されないので、アノード１７から飛び出した方
向にそのまま進行し、基体２１の方向には導かれない。

【００２５】電磁コイル１８とＡｌ₂Ｏ₃膜を形成する
基体２１との間に配されている偏向コイル２２には、基
体２１への成膜時、交流電流が供給され、これにより、
基体２１の表面に均一に成膜が行われる。なお、偏向コ
イル２２はリング状の中空ホルダー２３によって保持さ
れている。

【００２６】基体２１の近傍には、例えば、パルス電磁
バルブ付きマスフローコントローラーが接続された供給
管１３から酸素が供給される。従って、この供給管１３
から供給される酸素は、Ａｌイオン１９と反応して、基
体２１表面にＡｌ₂Ｏ₃膜を形成する。

【００２７】このＦＣＡ装置１０により、基体２１表面
にＡｌ₂Ｏ₃膜を形成する手順を説明すると、まず、装
置内を、例えば、１０^-5Torr程度の高真空にしてから、
イオンガン、プラズマソースなどで基体２１を洗浄した
後、ＦＣＡ装置を動作させる。

【００２８】まず、Ａｌカソード１６とリング状のアノ
ード１７との間に主アークが起きる。このアーク放電に
より、Ａｌカソード１６の放電面１６ａにおいて局部的
な発熱が起こり、Ａｌが蒸発する。しかし、このアーク
放電の初期には、Ａｌカソード１６が、いわゆる突沸を
起こし、充分に蒸発しない溶融状態の固まりが飛散す
る。この固まりが、基体２１面に到達すると、成膜され
る膜が凸凹になり、膜質が極端に悪くなるので、電磁コ
イル１８により、この非荷電の溶融材料２０が基体２１
の成膜面の方向に行かないようにしている。

【００２９】そして、アーク放電を続けると、Ａｌカソ
ード１６からの蒸発物質が電離して放電を維持するいわ
ゆる真空アークの状態になる。従って、この状態では、
Ａｌのイオン化率が非常に高くなり、イオン化したＡｌ
イオン１９が、電磁コイル１８のトーラス磁場に導かれ
て、基体２１の成膜面に到達し、その近傍において供給
管１３から供給される２ｓｃｃｍの酸素と反応して、負
電位の基体２１面にＡｌ₂Ｏ₃膜を形成する。そして、
チャンバ１１以外の真空を維持するために、供給された
酸素は排気機構２４によって排出される。

【００３０】Ａｌカソード１６には９９．９９の純度の
アルミニウムを使用し、まず図２に示すように、空気圧
で動作する可動式電極Ｘ１をトリガーとして用いてＡｌ
カソード１６に高電圧をかけ、Ａｌカソード１６に放電
を誘発させることによりアーク電圧５０Ｖで放電が連続
して起こり、アノード１７の３００ガウスのフィルター
でイオン化したＡｌイオン１９は基体２１に導かれる。
基体２１はｘ、ｙ走査により均一に成膜される。

【００３１】また、このＦＣＡ装置１０はＡｌカソード
１６を例えば回転させて放電面をスキャンニングさせ、
放電面をフラットなエロージョン形状に保持させる。更
にＡｌカソード１６を棒状に形成してスライド可能に
し、エロージョンが進むに伴れＡｌカソード１６を押し
出すことにより、高純度な状態でＡｌカソード１６の耐
用時間を長く持続させることができる。

【００３２】上記した如く、酸素の供給場所を基体２１
近傍のみに限定することにより、Ａｌカソード１６の周
りには酸素は存在せず、Ａｌカソード１６が酸化される
ことはない。従って、既述した従来方式における蒸着材
料の再生作業が不要となってリードタイムが短くなり、
また蒸着材料中への不純物の混入もなくなることから高
純度な薄膜の形成が可能となる。その結果、例えばＡｌ
₂Ｏ₃膜では、膜中にナノクリスタルも見ることができ
る。

【００３３】このようにして高純度石英の基体に基体加
熱なしで作成した膜に２６６ｎｍの紫外レーザーを集光
させて照射した結果、従来のイオンプレーティングやイ
オンビームスパッターなどで作製したものの場合連続で
１Ｗの光が耐光の限界であったが、本実施の形態の場合
は５Ｗのレーザー光（即ち、５倍の紫外耐光）に耐える
ことができる。

【００３４】このようにして作製した高純度なアルミニ
ウムからなるＡｌ₂Ｏ₃は、例えば連続発振第４高調波
発生式固体レーザーやエキシマレーザーの大光出力化の
目的で好適に使用することができる。

【００３５】上述の方法は、例えば、既存の真空アーク
蒸着装置の一部の仕様を変更するだけで特に大掛かりな
装置でなくても実施することができ、

【００３６】以上、本発明を好ましい実施の形態に従い
説明したが、上記した実施の形態は、本発明の技術的思
想に基づいて種々変形することができる。

【００３７】例えば、Ａｌカソード１６の形状やアーク
放電用カソード１５の構成等は、上述の例のもの限ら
ず、種々に変更が可能であり、カソード１６としては、
銅、金、銀、ニッケル等を使用することができる。

【００３８】また、上述の例では、アーク放電用のアノ
ードとして、リング状のアノード１７を用いたが、アー
ク放電用のアノードは、例えば、Ａｌカソード１６の周
囲を取り囲むようなチューブ状のものでもよい。

【００３９】

【発明の効果】上述した如く、本発明は、金属材料を陰
極として、高真空中でアーク放電を起こさせ、前記金属
材料から発生した金属イオンを負電位の基体表面に導
き、前記基体近傍に形成した酸素雰囲気下で、前記金属
イオンを前記基体表面に付着させて、前記基体表面に実
質的に前記金属材料の酸化物からなる膜を形成するの
で、金属材料の近傍には酸素が存在しないため、この金
属材料が酸化することがなく高純度な状態を保持し、高
純度の金属材料の金属イオンのみが基体の近傍で酸化さ
れ、実質的にこの金属材料の酸化物からなる膜を形成す
ることができる。その結果、蒸着材料の如き金属材料の
酸化に伴うこの金属材料（陰極）の再生の必要がなく、
高生産性の下で好適に成膜を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施に用いるＦＣＡ装置（フィルター
ドカソーディックアーク）を示す概略図である。

【図２】同、ＦＣＡ装置の内部機構を示す詳細図であ
る。

【図３】従来例によるＤＣスパッタリング装置を示す概
略図である。

【符号の説明】

１０…蒸着装置、１１…チャンバ、１２…誘導部、１３
…酸素供給管、１５…アーク放電用カソード、１６…Ａ
ｌカソード、１６ａ…放電面、１７…アノード、１８…
電磁コイル、１９…Ａｌイオン、２０…非荷電溶融材
料、２１…基体、２２…偏向コイル、２３…中空ホルダ
ー、２４…排気機構、２５…蒸着膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属材料を陰極として、高真空中でアー
ク放電を起こさせ、前記金属材料から発生した金属イオ
ンを負電位の基体表面に導き、前記基体近傍に形成した
酸素雰囲気下で、前記金属イオンを前記基体表面に付着
させて、前記基体表面に実質的に前記金属材料の酸化物
からなる膜を形成する成膜方法。
【請求項２】前記基体近傍において酸素を導入する、
請求項１に記載した成膜方法。
【請求項３】前記アーク放電時に前記金属材料の放電
面を変位させる、請求項１に記載した成膜方法。
【請求項４】前記アーク放電時に前記金属材料を経時
的に対向陽極の側へ押し出す、請求項３に記載した成膜
方法。
【請求項５】前記金属材料としてアルミニウムを用い
る、請求項１に記載した成膜方法。