JPS63161168A - イオンビ−ムスパツタによる成膜方法 - 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】 〔概要〕 イオンビーム放射源に対向して設けられる被処理基板と
の間で、両者を結ぶ線より離れた位置にターゲットを設
け、イオンビームを偏向板により偏向させて該ターゲッ
トに衝突させて被処理基板上にスパッタさせる動作と、
イオンビームを直接に被処理基板にを衝突させる動作と
を繰り返すことにより安定な結晶構造の薄膜を形成する
方法。

〔産業上の利用分野〕

本発明は高度に安定化した膜形成が可能なイオンビーム
スパッタによる成膜方法に関する。

被処理基板上への物理的な成膜法としては真空蒸着法と
スパッタ法が知られているが、後者はグロー放電により
イオン化したガスイオンのターゲットへの衝突によりタ
ーゲット構成材料がスパッタされ、ターゲットに対向し
て設置されている被処理基板上に膜形成される現象であ
り、真空蒸着のように膜形成材料が高温にまで加熱され
て溶融蒸発するものと違って酸化されることが少なく、
また被処理基板へ゛の衝突エネルギーが大きいために密
着性の良い膜を得ることができる。

また、真空蒸着法は加熱源として使用される容器材料の
関係から蒸着金属の種類が限られ、また蒸着材料の蒸気
圧の関係から合金をその組成比を正確に保ちながら膜形
成するのが難しい。

一方、スパッタ法による場合は組成比が正確に保たれ、
また絶縁物についてもスパッタを行うことができる。

これらの利点からスパッタ法は各種の用途に使用されて
いると共に改良が進められており、三極スパッタ装置、
四極スパッタ装置、高周波スパッタ装置、マグネトロン
・スパッタ装置などが開発され実用化されているが、更
にイオンビーム・スパッタ装置が開発され、使用されて
いる。

本発明はこのイオンビーム・スパッタ法を効果的に使用
する成膜方法に関するものである。

〔従来の技術〕

イオンビーム・スパッタ法は膜形成を行うスパッタ室と
は別に、高真空に保持されたイオン源を備え、高温に加
熱してプラズマ化した陽イオンに電界を付与して取り出
すと共に、電界により加速させてスパッタ室に導き、タ
ーゲットに衝突せしめ、ターゲット構成材料をスパッタ
させるものであり、次のような特徴をもっている。

■　スパッタを行うイオンビームを集束でき、また制御
できるので極めて高能率のスパッタを行うことができる
。

■　従来の膜形成がプラズマ中で行われるので、放電状
態の影響を強く受けるのに対し、か＼る影響は排除され
ている。

■　従来の膜形成が１０−１〜１０　Ｐａと低真空で行
われていたのに対し、高真空で行うことができる。

これらのことから、膜の付着力が強く、高純度の膜を形
成することができる。

更に、イオンビームスバッタの特徴は装置に複数個のイ
オン源を備えることにより、反応スパッタを行うことが
でき、また基板上に高いエネルギーをもつ粒子を膜形成
でき、従って結晶構造的に安定な材料が得られることで
ある。

第２図は従来のイオンビームスパッタ装置１の構成図で
あって、装置内には第１のイオン源２と第２のイオン源
３があり、第１のイオン源２に対向してターゲット４が
あり、また、このターゲット４の対向位置には被処理基
板５が位置決めされている。

また、この装置には排気系６が備えられていて装置内は
高真空に排気されるようになっている。

か＼るイオンビームスパッタを実施例について説明する
と、 第１のガス供給管６を通って第１のイオン源に供給され
たアルゴン（Ａｒ）ガスはその中でプラズマ化した後、
イオンビームとして装置内に取り出され、この加速され
たイオンビーム７はチタン（Ｔｉ）からなるターゲット
４に衝突してＴｉ原子を被処理基板５にスパッタする。

一方、第２のイオン源３には第２のガス供給管８から窒
素ガス（Ｎ２）が供給されて、Ｎイオンビームは被処理
基板５に投射されている。

このような状態において、被処理基板５にスパッタされ
てくるＴｉ原子は高い運動エネルギーを持って飛翔して
くるので、両者は容易に反応して窒化チタン（ＴｉＪ＊
）からなる反応膜が形成される。

また、ターゲット４としてグラファイト（Ｃ）を用い、
また第２のガス供給管８から計と水素ガス（Ｎ２）を導
入してＡｒイオンとＨイオンとを投射すると、グラファ
イトより更に高密度のｉ−カーボン（Ｉｏｎ−ａｓｓｉ
ｓｔｅｄ　Ｃａｒｂｏｎの略）の形成が可能となる。

ここで、Ａｒイオンは被処理基板５の上に形成されるグ
ラファイト層を更に高エネルギー化するために加えるも
のであり、またＨイオンは低エネルギーのグラファイト
と反応してガス化することにより低エネルギー状態のグ
ラファイトを選択的に除去する役割を果たしている。

このように、複数のイオン源を用いてイオンビームスパ
ッタを行うと特異な反応が可能となる。

然し、構造が複雑となり、また被処理基板へのイオンビ
ームのスパッタ角および第２のイオン源からのイオンビ
ームの投射角を再現性よく設定することが難しいと云う
問題があった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上記したように複数のイオン源を使用して被処理基板
上に膜形成を行うと、反応スパッタが可能であり、また
安定な結晶構造をもつ膜形成が可能であるが、装置の構
造が複雑で、そのために再現性よく膜形成を行うことが
難しいことが問題であった。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の問題はスパッタ室に設けたイオン源に対向して被
処理基板を設けると共に、該被処理基板の近傍にターゲ
ットを設け、偏向板によりイオンビームを該ターゲ７）
に衝突せしめ、該被処理基板上に該ターゲット形成材料
をスパッタして膜形成を行う装置において、 前記偏向板への電圧印加を短周期で間歇して行うことに
より、前記ターゲットのスパッタ動作と前記被処理基板
へのイオン衝撃動作とが繰り返されるイオンビームスパ
ッタ法の使用により解決することができる。

〔作用〕

本発明はターゲットにイオンビームを投射してターゲッ
ト構成材料を被処理基板上にスパッタした後、別に設け
たイオン源から第２のイオンビームを照射することによ
って反応スパッタ膜を形成するか、或いは高安定な結晶
構造を持つ膜形成を行う従来の方法を改め、単一のイオ
ン源で両者の反応を行わせるものである。

すなわち、イオンビームを偏向板を用いて偏向させてタ
ーゲットに衝突させてスパッタを行い、被処理基板上に
ターゲット材料からなる薄膜を成長させる動作と、イオ
ンビームを偏向させずに被処理基板を直撃する作用とを
短周期で繰り返すことにより、結晶学的に安定な膜成長
を行うものである。

すなわち、スパッタにより被処理基板上に形成したター
ゲット構成材料をイオンビームで叩くことにより、相互
結合の弱い原子群は再スパツタされ、一方、結合の強い
原子群は更にエネルギーを取得する結果、結晶学的によ
り安定な状態へと遷移し、これを続けることにより結晶
学的により安定な膜成長を行うことができる。

〔実施例〕

第１図は本発明に係るイオンビーム・スパッタ装置の構
成図である。

すなわち、スパッタ室１０の一方には被処理基板５がモ
ータ１１により回転する基板ホルダ１２上に載置されて
いる。

一方、被処理基板５の対向位置にはＡｒイオンとＨイオ
ンからなるイオンビーム１４を投射するイオンａｌＸ１
３があり、また、このイオンビーム１４の投射線より外
れてた位置にターゲット１５があり、偏向板１６への電
圧印加により電子ビーム１４を偏向してターゲット１５
に衝突せしめ、ターゲット構成材料を被処理基板５の上
に膜形成できるよう構成されている。

また、スパッタ室１０は排気系６により高真空に排気す
ることができ、また室外には偏向板１６に電圧を印加す
る電源１７が設けられている。

本実施例においてターゲット１５はグラファイトの平板
で形成されており、またイオン源１３にはＡｒガスをＩ
　ＣＣＭ（Ｓｔａｎｄａｒｄ　Ｃｕｂｉｃ　Ｃｅｎｔｉ
ｍｅｔｅｒ　ｐｅｒ　Ｍｉｎｕｔｅ）とＨ８ガスを２　
ＣＣ？Ｉ導入しつ＼高真空排気を行い、加速電圧２０　
ＫＶ、ビーム電流０．５　ｍＡ／　ｃｇ”の条件でイオ
ンビーム１４を被処理基板５に投射するよう調整した。

なお、スパッタ室１０は排気系６により７Ｘ１０−Ｓｔ
ｏｒｒの真空度に排気されている。

そして、偏向板１６への電圧印加を短い周期で間歇的に
行うと、グラファイトは被処理基板５に膜形成するや否
やＡｒイオンビームとＨイオンビームにより衝撃される
結果、弱い結合のグラファイトは再スパツタされ、一方
強固な結合をとるグラファイトは更にエネルギーを付与
されて活性化し、より強い結合状態へと遷移させること
ができる。

このようにしてスパッタを行った結果、本実施例におい
ては被処理基板上に厚さ２μｍで、ビッカース硬度３０
００　Ｋｇ／１ｍ”のｉ−カーボン膜を得ることができ
た。

〔発明の効果〕

以上記したように本発明の実施により一個のイオン源を
用いてスパッタと活性化処理とを平行して行うことが可
能となり、これにより簡単な装置で再現性の良い膜形成
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るイオンビームスパッタ装置の構成
図、 第２図は従来のイオンビームスパッタ装置の構成図、 である。 図において、 ４．１５はターゲット、　　５は被処理基板、６は排気
系、　　　　　　　１０はスパッタ室、１４はイオンビ
ーム、　　　１６は偏向板、１７は電源、 である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 スパッタ室に設けたイオン源に対向して被処理基板を設
   けると共に、該被処理基板の近傍にターゲットを設け、
   偏向板によりイオンビームを該ターゲットに衝突せしめ
   、該被処理基板上に該ターゲット形成材料をスパッタし
   て膜形成を行う装置において、 前記偏向板への電圧印加を短周期で間歇して行い、前記
   ターゲットのスパッタ動作と前記被処理基板へのイオン
   衝撃動作とを繰り返すことを特徴とするイオンビームス
   パッタによる成膜方法。