JPS63282265A - イオンビ−ムスパッタリング方法 - 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】 発明の目的 （産業上の利用分野） この発明は、成膜強度や結晶性、配向性に優れた薄膜特
性を有するイオンビームスパッタリーング薄膜材料を得
る成膜方法において、その成膜効率を増加させる方法に
関する。

（従来技術） スパッタリング成膜方法は、高い薄膜形成エネルギーが
得られる為に、優れた薄膜を得る方法として知られてい
る。最近では、このスパッタリング成膜方法の一種であ
るイオンビームスパッタリング方法が、高真空に保たれ
た成膜試料室とスパッタ粒子発生装置とを別途に設置す
る特徴を持っているために、スパッタ粒子の制御し易さ
及び不純物の混入が少ないという利点を持ち、広く使用
されるようになってきている〔参考文献二日本学術振興
会第１３１委員会編、１９０−１９１　（１９８３）。

オーム社〕。そしてさらに、このスパッタリング薄膜の
特性を改良するため、新たな成膜条件としてイオンビー
ム照射効果を利用した、いわゆる、ＤＲＭ法〔参考文献
：Ｎ−Ａ−Ｇ−ＡＨＭｉ２．Ｊ−８−ＣＯＬＬ−ＩＧＯ
Ｎ　　ａｎｄ　Ａ、Ｅ−ＨＩＬＬ、Ｔｈ１ｎ　５ｏｌｉ
ｄ　Ｆｉｌｍｓ。

１２９（１９８５）２５５−２６２・〕とよばれている
薄膜形成方法が開発されている。この方法は、第２図の
説明図に示す様に、イオン発生源（１）からのイオンビ
ーム（３）でスパッタされた成膜粒子（５）が基板（力
に付着する薄膜形成時において、同時に基板上成膜面に
別のイオン発生源（２）からのイオンビーム（９）で照
射する方法であり、結晶性、配向性、均一性に優れた基
板付着性のよい薄膜を得ることが出来る。

このイオンビーム照射効果は、基板表面のクリーニング
作用、ビーム衝撃によるならし作用、イオンの存在によ
る成膜制御作用によるものと考えられており、光学材料
や磁性材料の分野での薄膜製造法として使用されるよう
になった。

しかしながら、この方法では、ターゲット材料のスパッ
タ粒子を発生するために必要なターゲット衝撃用ビーム
と基板を照射するに必要な成膜制御ビームが必要である
。このため、複数のイオンビームが必要になってくるた
めに、装置が複雑となる欠点があり、また、入射角度の
異なる成膜粒子ビームと成膜制御ビームの２つのビーム
が影響し合って、ビーム混合状態の不均一性による成膜
ムラが発生し易いという欠点があった。従って、杢発明
者は、スリット形状やピンホール形状の微小孔を有する
特異なターゲットを用いることを特徴（特願昭６２−１
７７６２号）。この成膜方法は、単一イオンビームで効
果があり有効なスパッタリング方法であるが、イオン発
生源０り、微小孔ターゲット（ＩＱおよび基板（１７）
の直線的配置となり、スパッタ用のイオンビーム（イ）
が微小孔ターゲットαｅを垂直方向から照射する構造と
なるためスパッタ効率が低い特性を示すことが多い。こ
のため特にスパッタ効率の低い材料として知られるカー
ボン、アルミナ、金、スズなどのターゲットを用いる場
合、長時間の成膜時間が必要であり、その成膜効率の増
加が望まれている。

（この発明が解決しようとする問題点）この発明は、微
小孔を有したターゲットを用いて成膜粒子ビームと成膜
制御ビームとの同時照射方法を可能とするイオンピーム
スパノタリ７グ成膜方法に於いて、入射ビームのスパッ
タ効率ニ対する角度依存特性を生かしたターゲット形状
にすることにより、膜特性、の優れた薄膜を効率よく得
得ようとするものである。

発明の構成 （問題点を解決するための手段） 本発明で開いるスパッタリング方法を第１図で説明する
。イオン発生源０階から発射された荷電粒子から成るイ
オンビーム（至）は加速器α９の電場で運動エネルギー
を得て微小孔ターゲット（ＩＱに衝突する。微小孔ター
ゲット（１１はスパッタされターゲット表面の粒子がス
パッタ粒子（５）となって真空内に飛び出す。さらにこ
のスパッタ粒子（５）は、入射ビームである荷電粒子と
衝突して基板αＤに向かっての運動エネルギーを得るこ
とになる。このターゲット（１（１９は微小孔を有する
構造であり、この微小孔を通過する成膜粒子（８）とな
って基板側に到蓮し、薄膜を形成する。そして同時に、
この微小孔を通過してきたイオンビーム曽が成膜制御ビ
ームとなって混合し、成膜粒子の飛流方向と同一方向か
らの照射作用を与え、膜特性の優れた薄膜形成を可能と
する成膜方法である。

第５図と第４図は、本発明に使用するターゲットの断面
形状を示す説明図である。第３図はピンホールの微小孔
（社）を有するターゲットで、矢印（至）の入射イオン
ビームに面する側には角度θの傾斜面（２４）を設けた
ものである。また、第４図の微小孔（至）の貫通角度に
θの傾斜を設けたものである。

そして、この傾斜角度θの値は５０度以上が適している
。本発明のターゲットは、入射イオンビームに対する照
射面が斜め方向θの角度で衝撃を受ける構造上の特徴を
有したものであり、この第３因と第４図に示した２つの
構造に限定するものではない。また微小孔の口径や傾斜
角も一様一定に限定されず、入射イオンビームの強度分
布などの特性に合わせて、部分的な変化を持たせる構造
も考えられる。

（作　用） スパッタ効率は入射ビーム量に対するターゲット材料の
スパッタ粒子の発生量で表わされ、成膜速度の主たる要
因である。カーボンターゲットに関するスパッタ効率に
ついて、本発明者が測定した結果、第５図に示すように
、入射ビームのタ−ゲットに対する強い角度依存性を見
出すことができた。なお、測定法は、膜厚モニター〔日
本真空■製〕を用いてセンサーに付着する粒子量の時間
変化を測定することにより求めた。

このスパッタ効率の角度依存特性はカーボンに限らずそ
の他の材料についても同様で、本発明を利用することが
できる。即ち、ターゲットの垂直方向に対し入射ビーム
を１０度から３０度傾けることにより、傾けない場合の
５倍から１０倍ものスパッタ効率の大幅な向上が得られ
る。従って、特にスパッタ効率の低い材料として知られ
るカーボン、アルミナ、金、スズなどの薄膜形成には有
効である。

上記の構成を有する本発明のイオンビームスパッタリン
グ装置によりて作られる薄膜の特性を下記に述べる。こ
の発明により得られる薄膜は、成膜粒子が基板に到達し
て薄膜形成する時、荷電粒子のイオンビームによる同時
照射によって、成膜゛粒子以外の不純物を飛ばして基板
をりＩＪ　　＝−ングする作用や、ビーム衝撃により成
膜粒子にエネルギーを与えて結合性を助ける作用や、不
安定な位置に結合した成膜粒子を飛ばす作用により、膜
強度の強い、結晶性の優れた薄膜が、そしてまた成膜粒
子ビームと成膜制御ビームの２つのビームが同じ一つの
粒子群となって基板へ到達するために、ビームの混合ム
ラによる粒子特性のムラがない薄膜が得られる。

また、この発明のイオンビームスパッタ方法ハ、イオン
ビームのイオン発生源が１個のみで実行出来る特徴を持
りている為、装置の簡略化や、運転上の経済性、保守管
理の作業性に有効な方法である。

（実施例） 以下この発明の実施例を比較例を混じえて示す。

比較例１ 第２図の説明図に示すイオンビームスパッタリング装置
を用いてカーボン薄膜を作製した。イオン発生源として
高周波プラズマイオンンース「ワールドエンジニアリン
グ■襄」を用い、ボンベから導入したアルゴンガスなイ
オン化し、加速器により成膜１キロボルトで加速した運
動エネルギーを与えて、ビーム径１儂幅の１００μＡ／
ｃｒｌのイオンビームをスパッタ用の荷電粒子とした。

ターゲットは厚さα２Ｈのグラファイト板〔フルウチ化
学■製〕に放電加工器〔松下技研■製〕で５０μｍ径の
貫通孔を１５０μｍのピッチで一様に加工したものを用
いた。そして厚さ０．５　＊ｘのサファイアの基板をこ
のターゲットからＩＱｃｎｔ離し、ターゲット、基板と
もに入射イオンビームに対して垂直に設置した。成膜時
間１時間で厚さ４０ｎｍの一様な光沢を有する薄膜が形
成された。この膜は粘着テープによる剥離試験やステン
レスピンセットの引りかき試験に耐え、付着性の強い膜
であった。

実施例１ 比較例１と同じイオンビームスパッタリング装置を用い
、カーボン薄膜を作製した。ターゲットには、実施例１
に用いた放電加工したグラファイト板の各貫通孔をマイ
クロドリルを使用して６０度のテーパ加工面をつゆ、第
５図に示した形状のものを設置した。成膜時間１時間で
厚さ３　Ｄ　Ｏｎｍの一様な光沢を有する薄膜が形成さ
れ、実施例１より約８倍の成膜速度が得られた。

実施例２ 倒 実ｉギと同じイオンビームスパッタリング装置を用い、
クロム電極薄膜を作製した。ターゲットには、厚さ０．
５ｎのクロム板を使用し、ピンホールを５龍間隔でエツ
チング加工して、ビーム入射面側直径２、Ｏ１！ｌＩ、
放出面側直径０．４　ＩＩの逆円錐台形型の貫通微小孔
とした。（θ＝５７°）そして基板には厚さ１龍の石英
ガラスを使用した。

この結果、ターゲットの微小孔のパターンに一致した形
状を有したクロムの付着膜が得られた。この膜は電極ハ
ンダ適性に優れており、この石英基板上に設けた電子部
品の電極端子線を基板上にハンダで強く固定することが
出来た。

実施例４ 実施例１のイオンビームスパッタリング装置ヲ用いてカ
ーボンのスパッタ薄膜を作製した。ターゲットは、厚さ
１００μｍの高分子フィルムであるポリオキサジアゾー
ル〔古河電気工業■〕フィルムを、２０ワツト炭酸ガス
レーザー〔日本科学エンジニアリング■〕の１　ｒｎ　
Ｓ　ｅ　（ハルスを用いて角度７０度から照射すること
により微小孔０．１　ｍ、の貫通孔を持つ第４図に示し
た形状のフィルム加工を行なった後、さらに真空中で１
０００度、１時間の加熱処理により炭素化して、カーボ
ンターゲットを炸裂した。基板は厚さ０．５　龍石英ガ
ラス板を使用した。モして成膜加工時に、イオンビーム
に対して垂直方向に設置したこの基板をその平面上で反
復駆動操作を行ない、ビーム照射面が一様になる工夫を
した。レーザーラマン分光器により得られた試料の解析
をした結果、ラマンシフ）１５８０（１ｍ”−’にピー
クを持つスペクトルが得られ、グラファイト構造の発達
した膜であることが分った。

（発明の効果） 上記のように本発明は、従来にない極めて簡単な装置構
成によって、膜特性の優れたスパッタリング薄膜を効率
よく形成することを可能とするものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に使用するイオンビーム同時照射法によ
るイオンビームスパッタ成膜方法の一例を示す説明図、
第２図はイオンビームスパッタ成膜方法における従来の
イオンビーム照射方法の一例を示す説明図、第３図およ
び第４図は本発明に使用するターゲット形状の実施例を
それぞれ示す説明図、第５図は本発明に利用するスパッ
タ効率の角度依存特性を示すグラフ図である。 １．２・・・・・・イオン発生源　　　６，９・・・・
・・・・・イオンビーム４・・・・・・・・・・・・タ
ーゲット　　　　　５・・・・・・・・・・・・スパッ
タ粒子６・・・・・・・・・・・・微小孔　　７・・・
・・・・・・・・・基　板８・・・・・・・・・・・・
成膜粒子　　　　１０　・・・・・・・・・イオン源用
ガスボンベ１１　・・・・・・・・・イオン引き出し電
源　１２　・・・・・・・・・イオン加速電源１３・・
・・・・・・・イオン発生源　　　１４　・・・・・・
・・・アルゴンガス１５・・・・・・・・・加　速　器
　　　　１６　・・・・・・・・・微小孔ターゲット１
７　・・・・・・・・・基　　　板　　　　１８．１９
・・・真空排気装置２０．２１・・・入射ビームの方向
を示す矢印２２．２５・・・ピンホール　　　　２４．
２５・・・傾　斜面２６．２７・・・イオンビーム ４′ 第２図 イｔ〉こ−ム１；対に！！、３４ｆ面０角度第５図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）イオンビームの入射可能な微小孔を持ち、ターゲ
   ットを照射するイオンビームに対して３０度以上の角度
   をなす照射面を有することを特徴とするイオンビームス
   パッタリング方法。
2. （２）基板に飛流する成膜粒子ビームと成膜粒子の飛流
   方向に一致させた成膜制御ビームとの同時照射方法を用
   いる特許請求の範囲第１項記載のイオンビームスパッタ
   リング方法。