JPS62267464A - イオン蒸着薄膜形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、イオン照射と真空蒸着を併用することによ
って基板上に薄膜を形成するイオン薄着薄膜形成装置に
関する。

〔従来の技術〕

第４図は、従来のイオン蒸着薄膜形成装置の一例を示す
側面図である。この装置は、真空容器２と、真空容器２
内に下向きに収納されたディスク状のものであってその
表面に複数枚の基板６を保持可能なホルダ４と、当該ホ
ルダ４を真空容器２外からフィードスルー８を介して例
えば矢印Ａのように回転させるモータ１０と、ホルダ４
の下方に設けられていてホルダ４上の基板６に向けて下
側からイオン（例えば窒素イオン）１４を照射するイオ
ン源１２と、ホルダ４の下方に設けられていてホルダ４
上の基板６に向けて下側から蒸発粒子（例えばＴｉ）２
６を蒸発させる蒸発源１６とを備えている。蒸発源１６
は電子ビーム蒸発（原であり、電子銃１８からの電子ビ
ーム２０によってるつぼ２２内の蒸発材料２４を加熱・
熔解させて蒸発粒子２６を蒸発させる。

上記のような構成によって、ホルダ４上の各基板６に対
して蒸発粒子２６の蒸着とイオン１４の照射とが交互に
行われ、それによって基板６上にイオン１４と蒸発粒子
２６との化合物である薄Ｉり（例えばＴｉＮ７Ａ膜）が
被着形成される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが上記のようなイオン薄着薄膜形成装置において
は、蒸発源１６内の蒸発材料２４が溶解された時にそれ
がるつぼ２２からこぼれ出さないようにする必要がある
ため、下から上方に向けての蒸発しかできない、即ち基
板６の下方にしか蒸発ｔＸ１６を配置することができな
いという問題がある。

従ってイオン源Ｉ２もそれに伴って基板６の下方に配置
する必要があり、基板６の下方のスペースには自ずと制
限があるため、蒸発源１６およびイオンａ１２を複数台
設けるには大きな制約がある。そのため、基＋）ｆｆｌ
　６に対する成膜面積や成膜レートが大きくとれず生産
性が悪い。また、基板６に対して異種膜から成る多層膜
を形成することに自ずから制限がある。更に、基板６に
対して複数方向からの蒸着やイオン照射が難しいため、
基板６への立体的な膜形成が難しく、それを行うために
は基板６を回転させたり傾けたり等する必要があり、ホ
ルダ４の駆動機構等が？３ｆ雑になる。

そこでこの発明は、上記のような問題点を解決すること
を主たる目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明のイオン薄着薄膜形成装置は、真空容器と、真
空容器内に収納された基板保持用のホルダと、ホルダ上
の基板に向けて互いに異なる方向からイオンを照射する
複数のイオン源と、アーク放電を利用したものであって
ホルダ上の基板に向けて互いに異なる方向から蒸発粒子
を蒸発させる複数の蒸発源とを備えることを特徴とする
。

〔作用〕

この発明における蒸発源は、アーク放電を利用したもの
であって任意の向きに取り付けることができるため、上
記のような蒸発源およびイオン源の複数台配置が実現可
能であり、それゆえ基板に対する成膜面積や成長レート
を大きくとることができると共に、立体的な膜形成や多
層膜形成も可能である。

（実施例〕 第１図は、この発明の一実施例に係るイオン薄着薄膜形
成装置を示す平面図であり、第２図は第１図の線ｎ−ｎ
に沿う縦断面図であり、第３図は第１図の線ト（に沿う
縦断面図である。第４図と同一または同等部分には同一
符号を付している。

この実施例の装置においては、真空容器２内に四面体の
ホルダ２８が収納されており、当該ホルダ２日は、その
４側面に基板６をそれぞれ保持可能であり、しかも真空
容器２外のモータ１０によってフィードスルー８を介し
て例えば矢印Ｂのように回転させられる。そしてホルダ
２８０対向する面上に取り付けられた二つの基板６に向
けて、側方からイオン（イオンビーム）１４をそれぞれ
照射するように二つのイオン源１２が配置されており、
かつ残りの対向する面上の二つの基板６に向けて、側方
から蒸発粒子３４をそれぞれ蒸発させるように二つの蒸
発ａ３０が配置されている。

上記各蒸発源３０は、トリガ（図示省略）とカソード３
２との間にアーク放電を起こさせて当該カソード３２を
局部的に熔解させて蒸発粒子３４を蒸発させるものであ
る。この場合、従来の電子ビーム蒸発源と異なり、カソ
ード３２は、電流密度が例えば２ＯＡ／ｎｕｎ”と大き
いので、放電点のみが局部的に溶解されるだけであるた
め、蒸発源３０の向きがどのようなものであっても溶解
金属が落下等する恐れはない。従って蒸発源３０はこの
例のような横向き以外に、下向き等の任意の向きに取り
付けることができる。また、カソード３２からの蒸発粒
子３４には、従来の蒸発源と異なり、アーク放電によっ
てイオン化されたものもある程度台まれている。

各イオンａ１２から引き出すイオン１４の種類は、基板
６上に形成しよとする薄膜の種類等に応じて、例えば窒
素イオン、炭素オン、あるいはアルゴンイオン等が選ば
れる。また各蒸発ａ３Ｏのカソード３２の種類も、当該
薄膜の種類に応じて、例えばＴ＋　、、Ｈｆ　、Ｚｒ　
、Ｃｒ等が選ばれる。

上記のような装置における膜形成手順の一例を説明する
。

■　まず真空容器２内を図示しない真空ポンプによって
所定の真空度（例えば１（Ｉ６Ｔｏｒｒ程度）にまで真
空引きする。

■　そしてホルダ２８を回転させながら（以降も同様）
、ホルダ２８上の基板６にイオン源１２からイオン１４
を照射して、イオンボンバードによる加熱を行う。この
時、基板６には負バイアスをかけても良いが、０■でも
ボンバードは可能である。またイオン１４の種類として
は、例えばアルゴン等の不活性ガスイオンあるいは成膜
に用いる窒素イオン等が採り得る。加熱温度は例えば数
百〜５００°Ｃ程度とする。

■　その後蒸発源３０において例えば数十〜１００Ａ程
度の電流でアーク放電を起こさせて、蒸発粒子３４を基
板６上に被着（蒸着）させる。

■　上記■と併せて、イオン＃１２からのイオン１４を
基板６上に照射する。これによって、回転しているホル
ダ２８上の各基板６に対して、蒸発粒子３４の蒸着とイ
オン１４の照射とが交互に行われる。その場合の蒸着膜
厚は、蒸着粒子３４と注入イオン１４とが十分にミキシ
ングする程度のものとするのが好ましく、例えばイオン
１４のエネルギーが４０ＫｅＶ程度であれば１台当りの
１回の蒸着膜厚は３００＾程度にすることができる。以
上の結果、各基板６上にイオン１４と蒸着粒子３４との
化合物である薄ｒｖ！（例えばＴｉＮ薄膜）が被着形成
される。

尚、上記ホルダ２８の構造・配置やイオン源１２および
蒸発＃３０の数量・配置等は一例であり、目的等に応し
てこれ以外に種々のものが採り得る。

例えば、ホルダ２８の形状は多面体、円柱（円筒）等で
も良く、その向きは（即ち回転軸は）横向きでも良い。

しかもイオンｔ１．１２および蒸発源３０はホルダ２８
の周囲に３台以上ずつ配置しても良く、また上下に複数
段ずつ配置しても良く、更にはこれらを組み合わせても
良い。また、イオン源１２と蒸発源３０を一対にして、
基板６に対して同一面になるように角度を付けてイオン
１４および蒸発粒子３４が来るようにして、交互でなく
同時にイオン注入および蒸着を行っても良い。

このときは、イオン源１２と蒸発源３０を対にして、こ
れを真空容器２の個々の面に取付ける。また基板６の数
やイオン源１２、蒸発源３０の配置等によっては、ホル
ダ２８を必ずしも回転させなくても良い場合もある。

上記のようなイオン蒸着薄膜形成装置の特徴を列挙すれ
ば次のとおりである。

■　複数方向からイオン照射および蒸着が行われるので
、基板６に対する成膜面積や成膜レートが大きくとれる
。成膜レートは例えば、従来の装置では１μ／ｈｒ程度
のものが、図示装置では２〜３μ／ｈｒ程度も可能であ
る。

■　イオン源１２や蒸発ｒＡ３０を立体的に配置すれば
、基板６を固定したままでもそれに対する立体的な成膜
が可能である。

■　基板６の下方にイオン源１２や蒸発源３０を配置す
る必要がないので、基板６からのヱＩＩ離物（コンタミ
）がイオンａ１２や蒸発源３０内に落下混入して、例え
ばイオン源１２にアーキング現象等の不具合を引き起こ
すというようなトラブルを排除することができる。

■　複数のイオン源１２を備えているので、それぞれの
イオン源１２を制御することによりボンバード時の基板
６の加熱（温度上昇）制御が容易であり、例えば基板６
の形状等に応じて各場所毎の加熱制御をしたりすること
もできる。また膜形成中においても、基板６はイオン１
４による加熱に加えてイオン化した蒸発粒子３４による
加熱が可能であるため、イオン源１２や蒸発＃３０のパ
ワー、あるいは基板６のバイアス電圧を制御することに
より、成膜中の基板６の温度制御も容易である。

■　複数のイオン源１２におけるイオン種や複数の蒸発
源３０におけるカソード３２の種類を色々と選定するこ
とができ、従って基板６上に各種の多層膜を形成するこ
ともできる。

■　蒸発粒子３４にはイオン化されたものも含まれてい
るため、イオン１４との反応が促進され、従来の場合よ
りも低温で膜形成が可能である。しかもイオン化した蒸
発粒子３４の押し込み（ノックオン）作用も期待できる
ため、薄膜の基板６に対する密着性も高まる。その場合
、基板６のバイアスはＯＶでも良いけれども、負のバイ
アス（例えば−１０００Ｖ程度）をかけると上記効果は
−層大きくなる。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば、基板に対する成膜面積
や成膜レートを大きくとることができると共に、立体的
な膜形成や多層膜形成も可能である。また、イオン源や
蒸発源中へのヱ１１諦物の落下を排除することができ、
基板の加熱制御も容易であり、しかも比較的低温で密着
性の高い薄膜を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例に係るイオン７着薄膜形
成装置を示す平面図である。第２図は、第１図の線ｎ−
ｎに沿う縦断面図である。第３図は、第１図の線ＤＩ−
［に沿う縦断面図である。第４図は、従来のイオン蒸着
薄膜形成装置の一例を示す側面図である。 ２・・・真空容器、６・・・基板、１２・・・イオン源
、１４・・・イオン（イオンビーム）、２８・・・ホル
ダ、３０・・・蒸発源、３４・・・蒸発粒子。 第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）真空容器と、真空容器内に収納された基板保持用
   のホルダと、ホルダ上の基板に向けて互いに異なる方向
   からイオンを照射する複数のイオン源と、アーク放電を
   利用したものであってホルダ上の基板に向けて互いに異
   なる方向から蒸発粒子を蒸発させる複数の蒸発源とを備
   えることを特徴とするイオン蒸着薄膜形成装置。