JPH01255669A - ビームスパッタ法による多成分物質膜の形成方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ビームスパッタ法により２成分以上の多成分
からなる合金、化合物等の多成分物質被膜を基体上に形
成する方法の改良に関するものであって、特に多成分物
質の基体上への析出に際して、各成分の化学量論比を安
定して、高情度にコントロールし、高性能、高品質の多
成分物質被膜を形成する方法に関するものである。

〔従来の技術〕

最近材料表面の機能化或いは改質を目的として、細線、
フィラメント、テープ等の基体表面にＰＶＤ（物理的蒸
着）法等の気相析出反応により所望の物質の被膜を形成
する事が行なわれており、特に基体上に磁性体（Ｆｅ、
Ｃｏ合金等）やセラミックス等の合金や化合物即ち多成
分物質の被膜を形成する事が工業的に注目されている。

前記ＰＶＤ法としては、−ａにスパッタ法、真空蒸着法
等が用いられており、多成分物質からなる被膜組成の精
密なコントロール法としては、特殊な真空蒸着法である
ＭＢＥ（分子線エピタキシー）法が提案されているが、
この方法は成膜スピ−ドが０．１〜１人／　ｓ　ｅ　ｃ
又はそれ以下であって非常に遅く、特殊な場合を除き工
業的でない。

一方一般のＰＶＤ法においては、ターゲットの組成と基
板上に形成される被膜の組成とが通常異なっており、多
成分物質の被膜を形成する際には例えば以下の様な方法
が取られている。

（１）ターゲットの組成と基板上に形成される被膜の組
成との関係を予め実験的に求めておき、所望の被膜組成
が得られる様な組成のターゲットを用いる。

（２）被膜を構成する各成分毎に異なったターゲットを
用い、各々のターゲットを所定のスピードでスパッタま
たは蒸発せしめて、基板上に析出被膜を形成させる。

〔発明が解決しようとする課題〕

然しながら、前記（１）の方法においては、ＰＶＤの進
行と共に、スパッタされにく゛い成分が蓄積して、ター
ゲット表面の組成が変化し、又得られる被膜組成はＰＶ
Ｄ条件の影響を受けやすく、各成分の化学量論比を安定
してコントロールする事が困難であった。又前記（２）
の方法においては、成分数と同じ数のターゲットが必要
であり、設備が著しく大型化するという問題があった。

特にプラズマスパッタにおいては、プラスマ間の干渉を
抑える為の特殊な工夫が必要であり、装置の構造が複雑
化して実用的でなかった。

即ち解決すべき技術課題として、 （１）長期にわたり安定して、且つその組成を精密にコ
ントロールして、多成分物質の被膜を成膜する事。

（２）被膜形成装置が経済的な装置である事。

（３）成膜スピードが大きい事。

等があり、これらを満足する多成分物質からなる被膜の
形成方法の開発が工業的に強く求められて本発明は上記
の点に鑑み鋭意研究の結果なされたものであり、その目
的とするところは、基体上に多成分物質の被膜を形成す
るに際して、その形成被膜組成を安定して、且つ高精度
にコントロール出来る方法を提供する事である。

即ち本発明は、高エネルギービームをターゲットに照射
し、該ターゲットを構成する原子を飛散せしめて、対置
された基体上に析出せしめる方法（以下ビームスパッタ
法と称す）において、前記ターゲットとして、その長さ
方向（Ｘ方向）又は幅方向（Ｙ方向）に平行な方向に直
列に配置されている少なくとも２種の異なる物質の部分
ターゲットから構成されており、その構成比率は基体上
に析出する析出物の組成比に合わせて調整されている矩
形板状ターゲットを用い、前記ターゲット表面を高エネ
ルギービームに対して、Ｘ方向及びＹ方向に相対的に運
動させつつ、該矩形板状ターゲットの表面に高エネルギ
ービームを照射して。

原子を飛散せしめる事を特徴とするビームスパッタ法に
よる多成分物質膜の形成方法である。

次に本発明方法を図面を用いて具体的に説明する。第１
図は本発明方法における高エネルギービームとしてレー
ザー光を用いた場合の一実施例を示す概略説明図であっ
て、１は真空チャンバー、２はＸ−Ｙ運動が可能な矩形
板状ターゲット、３は析出基板、４はホルダー、５は窓
、６はレーザー光、７は光源、８は集光レンズである。

真空チャンバー１　（ＹＪ￥気系は図示せず）内にＸ−
Ｙ運動が可能な矩形板状ターゲット２と、該ターゲット
２に対置された析出基体３が配置されており、該析出基
体３はホルダー４上に支持されていて、必要に応じてＸ
−Ｙ運動又は回転運動を行なう、又前記Ｘ−Ｙ運動が可
能な矩形板状ターゲット２は、その長さ方向（Ｘ方向）
及び幅方向（Ｙ方向）に、それぞれ任意の膜室スピード
で往復運動を行なう。

而して、光源７、集光レンズ８等の光学系（パワーメー
ター系等は図示せず）より供給されたレーザー光６は、
真空チャンバー１に設けられた窓５を通して、Ｘ−Ｙ運
動する矩形板状ターゲット２の全表面上に照射される。

前記矩形板状ターゲット２に吸収されたレーザー光の熱
的又は熱的十光化学的作用により、部分ターゲットを構
成する原子は薄発、スパッタされて、対置された基板３
上に析出する。尚基板３は、ホルダー４内に内蔵されて
いる加熱冷却機構により、所望の温度に調整が可能であ
る。又真空チャンバー１の真空度は、必要な平均自由行
路長により選定されるものであり、多くの場合１０−３
〜１０−’Ｔ　ｏ　ｒ　ｒ又はそれ以下である。更に酸
化物等を析出させる場合は、残留ガスとしての酸素を用
いて酸化させる事、即ち反応性スパッタを行なう事が有
用である。

向上起倒では、レーザー光は固定しておいて、矩形板状
ターゲットをＸ−Ｙ運動させたが、逆に矩形板状ターゲ
ットは固定しておいて、レーザー光をＸ−Ｘ方向に走査
させてもよ（、或いは例えば該矩形板状ターゲットをＸ
方向に往復運動させつつ、レーザー光をＸ方向に走査さ
せる等の方法によっても差し支えない。

以上のレーザー光スパッタにおける矩形板状ターゲット
２の構成例を第２図に例示する。

該矩形板状ターゲット２は、３種の異なる物質の部分タ
ーゲット（２Ａ、２Ｂ及び２Ｇ）が、長さ方向（Ｘ方向
）に直列に配置されて構成され℃いる。これらの各部分
ターゲットは、ロー付１す、接着等任意の手段により互
いに接合する事が可能であり、或いは所望の支持体上に
これらの各部分ターゲットを接合して、矩形板状ターゲ
ットを構成しても差し支えない。

以上の説明は、高エネルギービームとしてレーザー光を
用いた場合のものであるが、イオンビーム、電子ビーム
等の高エネルギービームを用いる事も可能であり、これ
らのビームを用いた場合は、レーザー光の場合と異なり
、電磁気的にこれらのビームを制御して、集束、ガイド
する事が出来る。

（作用〕 本発明方法によれば、単一のビーム源で、矩形板状ター
ゲットを構成する複数の成分をそれぞれ独立にスパッタ
する事が出来る為、長期間にわたってターゲット表面の
組成変化がなく、形成された多成分物質被膜の組成が安
定している。

又本発明方法においては、光源パワー又はスパッタ速度
と矩形板状ターゲットの高エネルギービームに対する相
対的な運動速度との組み合わせにより、１スキヤン当た
りの（又は１周期当たりの）各成分の析出量を経験的に
選択する事が出来る。この方法で入オーダーの多層膜を
得る事も出来るが、スパッタ中の基板温度条件によって
は、前記多層膜中の各析出物を互いに反応させて、合金
又は化合物を形成させる事も可能である。又スパッタ終
了後に、必要に応じて熱処理を行ない、所望の合金化又
は化合物化を完結させる事が実用的である。

更に本発明方法は、ＣＯ，Ｌ／−ザー、Ｎｄ：ＹＡＧレ
ーザ−、ＫｒＦ又はＡｒＦレーザー等各種波長やパワー
のレーザー光源を用いる事により、最も有効に利用出来
るものである。レーザー光は、イオンビームや電子ビー
ムに比べて、パワー密度が高く、従って被膜の析出速度
をより大きくする事が出来る。即ちイオンビームスパッ
タや電子ビーム蒸着法が１〜１０人／　ｓ　ｅ　ｃ位の
析出速度であるのに対して、レーザー光を用いた場合は
１０〜１０００人／　ｓ　ｅ　ｃの析出速度が可能であ
り、この点で従来ＰＶＤ法の工業的不利点を大幅に改善
出来る。向上記の短波長レーザー光により、光化学反応
効果も期待出来る事は言うまでもない。

〔実施例１〕 次に本発明を実施例により更に具体的に説明する。第１
図において、光源７としてＮｄ　：　ＹＡＧレーザ−（
λ−１．０６人、０．５ｋｗ）を用い、真空チャンバー
１内の真空度を１０−’Ｔｏ　ｒ　ｒとした。ターゲッ
ト２としては、第２図におけるＸ方向に直列にＡｕ、Ｐ
ｄ、Ａｇを体積比で５＝５＝１の比率で組み合わせて、
長さ（Ｘ）：　１０ｍｍ、幅（Ｙ）：　５ｍｍ、厚さ：
３ｍｍとした矩形板状ターゲットを用い、該矩形板状タ
ーゲットをＸ方向に３６０回／分、１０ｍ／ｍｉｎの速
度で往復運動させた。

前記レーザー光は、０．１ｍｍφのスポットとして、前
記矩形板状ターゲット２の表面上に照射した。この際集
光レンズ８を作動させて、該レーザー光を矩形板状ター
ゲット２の幅方向（Ｘ方向）に走査させた。又析出基板
３としては、ＮｉメツキしたＢｅ−Ｃｕバネ板を６００
　”Ｃに加熱して使用した。

この様にしてビームスパッタを行なって、１分間で厚さ
約１μｍの６０ｗｔ％Ａｕ−３０ｗｔ％Ｐｄ−１０ｗｔ
％Ａｇ合金膜を得た。

同様な操作を１０回及び１００回繰り返して行ない、得
られた合金被膜のそれぞれについて組成分析を行なった
が、第２表に示した様にその組成に本質的変化は認めら
れなかった。

而して得た製品を電子機器のコネクター接続片として用
いる為、第１表に示した条件で加速劣化試験を行ない、
試験前後の接触抵抗を測定して、その結果を第２表に示
した。

尚比較の為、Ａｕ、Ｐｄ、Ａｇを前記５：５：１の組成
になる様に合金化した単一矩形板状ターゲットを用いて
、同様にビームスパッタを行なった場合についても、得
られた合金被膜の組成分析及び加速劣化試験を行ない、
その結果を第２表に併記した。

第　　１　　表 第２表から明らかな様に、本発明方法によれば所望の組
成の多成分物質被膜を安定して得る事が出来、加速劣化
試験を行なっても、接触抵抗の増重は殆ど認められなか
った。一方従来法による多成分物質被膜を形成した比較
例品は、被膜の組成変動が激しく、且つ加速劣化試験に
より著しく劣化していた。

〔実施例２〕 第１図において、光源７としてＣＷ　　Ｃ０ｗレーザー
（２ｋｗ）を用い、真空チャンバー１内を１０−’Ｔｏ
　ｒ　ｒの酸素雰囲気として、Ｓ　ｒ　Ｔ　ｉ　０３誘
電体膜の生成を行なった。矩形板状ターゲット２として
は、第２図におけるＸ方向に直列にＳｒＯの焼結体とＴ
ｉｅ、の焼゛結体とを体積比で３５：６５の比率で組み
合わせて、長さ（Ｘ）：１りｍｍ、幅（Ｙ）：５ｍｍ、
厚さ：３ｍｍとした十形板状ターゲットを用いた。

前記レーザー光は、０．４ｍｍφのスポットとして、前
記矩形板状ターゲット２０表面上に照射した。この際集
光レンズ８を作動させて、咳レーザ−光を矩形板状ター
ゲットの長さ方向（Ｘ方向）及び幅方向（Ｙ方向）に走
査させた。又析出基板３としては、５５０℃に加熱した
ＡＩ！、、Ｏ！を使用した。

この様にしてビームスパッタを行なって、５分間で厚さ
約１．５μｍの多成分物質被膜を得た。而して得られた
製品を酸素気流中で、４５０℃×１０分間熱処理して仕
上げた。

これについて、Ｘ線回折を行ない、５ｒＴｉＯｓである
事を確認した。又ＩＣＰ分析を行なたところ、Ｓｒ　：
Ｔｉのモル比は１：１．０５であった。

尚比較の為、５ｒＴｉＯｚをターゲットとして、同様な
ビームスパッタを行なったが、Ｘ線回折により５ｒＴｉ
Ｏ，の生成を確認する事が出来なかった。

又５ｒＴｉＯ，ターゲツトを用いて、ＲＦマグネトロン
スパッタを行なったところ、厚さ１．５μｍの被膜を得
るのに約２時間を要し、Ｓｒ：Ｔｉのモル比は１：０．
６７であって、化学量論比より大きくずれたものであっ
た。

〔発明の効果〕

本発明方法によれば、基体上に組成を安定して、且つ高
精度にコントロールされた多成分物質被膜を形成する事
が出来、しかも前記多成分物質被膜の形成を迅速に行な
う事が出来る等、工業上顕著な効果を奏するものである
。

本発明方法は、エネルギー密度が大きくて、且つハンド
リグが容易なレーザー光を用いる時、その効果を最も工
業的に実現出来るが、イオンビーム等地のビームを用い
た場合も、その特徴を活かして、工業的に有用なスパッ
タ成膜法が実現出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法によるスパッタ成膜法の一実施例を
示す概略説明図、第２図は、本発明方法に使用するター
ゲットの構成例を示す斜視図である。 １・・−真空チャンパー、２・−・矩形板状ターゲット
、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ・一部分ターゲット、３−・・析出
基板、４・・・ホルダー、５−窓、６・・・レーザー光
、７・・−光源、８−・・集光レンズ。 特許出願人　古河電気工業株式会社 第１図 ／ Ｙ 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 高エネルギービームをターゲットに照射し、該ターゲッ
   トを構成する原子を飛散せしめて、対置された基体上に
   析出せしめる方法において、前記ターゲットとして、そ
   の長さ方向（Ｘ方向）又は幅方向（Ｙ方向）に平行な方
   向に直列に配置されている少なくとも２種の異なる物質
   の部分ターゲットから構成されており、その構成比率は
   基体上に析出する析出物の組成比に合わせて調整されて
   いる矩形板状ターゲットを用い、前記ターゲット表面を
   高エネルギービームに対して、Ｘ方向及びＹ方向に相対
   的に運動させつつ、該矩形板状ターゲットの表面に高エ
   ネルギービームを照射して、原子を飛散せしめる事を特
   徴とするビームスパッタ法による多成分物質膜の形成方
   法。