JPH0417672A - イオンビームスパッタ装置および運転方法 - 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、イオンビームスパッタ技術の改良に関し、さ
らに詳しくいえば、絶縁材をターゲットにしたスパッタ
処理装置および方法に関する。

［従来の技術］ イオンをターゲットに照射し、ターゲット表面の構造原
子・分子と、弾性衝突または非弾性衝突させ、その結果
、ターゲット表面の原子・分子を飛散させたり、あるい
は、照射イオンをターゲット内に入れ込む技術をスパッ
タ技術と、一般にいう。

このスパッタ技術には、イオンビームスパッタ、直流ス
パッタ、高周波スパッタなどがある。

これらの技術のうち、イオンビームスパッタは、スパッ
タ装置として、イオンを生成させる場所となるイオン生
成室と、ターゲットにイオンビームを照射することによ
り．エッチングや成膜を行なう場所となる加工室とに分
けているイオンビームスパッタ装置を用いる。

イオン生成室は、１０−’Ｔｏｒｒ程度の低真空に保た
れ、イオンを引出すための複数の電極を、イオンビーム
引出側に設けている。また、加工室は、１０−’Ｔｏｒ
ｒ程度の高真空に保たれ、ターゲットや基板などが目的
に応じて配置されている。

イオンビーム装置は、上記したように、加工室が高真空
に保たれているので、高純度の薄膜が得られることや、
ターゲットには直流スパッタのような負バイアスがかか
っていないので、ターゲットとして絶縁材を用いること
ができるなどの特徴がある。

しかし、このような従来のイオンビーム装置を用いて、
絶縁材、もしくは、高真空中のガスと反応して絶縁材と
なる材料をターゲットとし、イオンビームスパッタを行
なう場合に、合計して１０〜２０時間程度のスパッタ処
理をしたときは、イオンビームによりはじきだされたス
パッタ粒子が、加工室の壁面やイオン生成室の電極の、
全面あるいはその一部に付着し、Ｎ縁性膜が形成される
。

そのために、この！１！縁性膜の表面に、イオンビーム
の一部が照射されることにより、イオンが付着する。絶
縁性表面であるため、イオンは移動しにくいので、絶縁
性膜の表面は局部的に帯電する。

また、イオン生成室の電極も、同様の現象から帯電する
。

従って、長時間上記のスパッタ処理を続けると、局部帯
電した部分と、局部帯電していない他の部分との電位差
は大きくなり、局部放電が生じるようになる。

この結果、イオンビームが曲がり、ターゲットに照射さ
れるイオンビーム強度は、一定にはならず処理条件は変
化する。

また、イオン生成室の電極付近においても、電極に絶縁
性膜が形成されるので、上記と同様Ｊつ現象が生じる。

上記問題を解決するため、合計して１０〜２０時間程度
のスパッタ処理をしたときは、高真空の加工室を大気開
放し、加工室の壁面を清掃し、さらには、イオン生成室
の電極を解体清掃し、次の処理に備えている。

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来技術を用いて、合計して１０時時間項以上の長
時間にわたり、Ｍ、ＩＩ性性質質スパッタを応用した処
理を行なうと、上記した原因のため、イオンビーム強度
などの処理条件が変化し、例えば．エッチングを行なう
ときは．エッチング深さが一定とならないなどの問題が
ある。

しかし、１０〜２０時間ごとに、高真空の加工室を大気
開放し、加工室の壁面を清掃し、さらには、イオン生成
室の電極を解体清掃することは、生産効率を低くし、加
工室を大気開放せずに連続処理する方法を不可能にする
という問題がある。

さらに、高真空の加工室が大気開放されると、壁に生成
された絶縁性膜に空気中の水分が吸収される。そして、
この水分は加工室を真空にしても、すぐには絶縁性膜か
ら脱離しないので、その後に、生成された膜に水分が混
入するおそれがあるという問題もある。

本発明の第１の目的は、長時間にわたり絶縁物のスパッ
タを応用した処理を行なっても、壁面の掃除のために、
頻繁に加工室を大気開放することなく、また、イオン生
成室の電極を解体、清掃することなく、安定した処理条
件が得られる、イオンビーム装置の運転方法を提供する
ことにある。

また、本発明の第２の目的は、長時間にわたり、絶縁物
のスパッタを繰り返して行なっても、処理条件が安定し
ているイオンビームスパッタ成膜装置を提供することに
ある。

また、本発明の第３の目的は、長時間にわたり、絶縁物
のエツチングを繰り返して行なっても、処理条件が安定
しているイオンビームミリング装置を提供することにあ
る。

［課題を解決するための手段］ 上記第１の目的は、イオンビームを用いてターゲットを
スパッタすることにより、イオンビームスパッタ装置内
に絶縁性膜が堆積したときは、導電体を該絶縁性膜の表
面上に被着させるイオンビームスパッタ装置の運転方法
により達成できる。

また、上記第２の目的は、ターゲットホルダが、導電性
物質と絶縁性物質とを各別に保持できるとともに、これ
らのターゲットについて選択的にイオンビームを照射で
きる機構を有するイオンビームスパッタ成膜装置により
達成できる。

また、上記第３の目的は、ホルダ上の絶縁性ターゲット
の前面付近に、導電性ターゲットを出没自在に配置する
手段を備えて構成されるイオンビームミリング装置によ
り達成できる。

［作　用］ イオン生成室から引出されたイオンビームは、純縁材に
照射され、純縁材のスパッタ粒子を正弦側の分布により
、立体角２πで飛散させる。その結果、スパッタ粒子は
、加工室の壁面、および、イオン生成室の電極に付着し
、絶縁性膜の形成を開始する。

しかし、加工室の壁面やイオン生成室の電極上に、数ミ
クロンの、Ｉ！縁縁膜膜形成されると、この絶縁性膜表
面にイオンビームの一部が照射されることにより、イオ
ンが付着する。絶縁性表面であるため、イオンは移動し
にくいので、絶縁性膜表面は局部的に帯電し、局部放電
が生じるので、イオンビームが曲がったり、イオンビー
ムが出にくくなる。そのため、イオンビームの照射条件
が、処理時間とともに変化するので、処理時間とともに
処理条件が変化する。

そこで、例えば、数ミクロンの絶縁性膜が形成されるご
とに、数百オングストロームの導電性薄膜を、加工室の
壁面上およびイオン生成室の電極上の絶縁膜の上に形成
する。

これにより、イオンビームが照射されるイオンビーム装
置の内面は導電性となるので、装置内の帯電が防止され
２局部放電等が生じることなく。

再び安定した処理を行なうことができる。

［実施例コ 次に５図面により、本発明の実施例について説明する。

第１図は、本発明の第１実施例であるイオンビームスパ
ッタ成膜装置１００を説明するための説明図を示す。

本実施例のイオンビームスパッタ成膜装置１００は、イ
オンを生成させ、イオンビームを照射するイオン生成室
１と、イオンビーム４を用いてターゲットのスパッタを
行なうことにより、成膜を行なう場所となる加工室３と
に大別される。

イオン生成室１およびその電極２は、公知の技術を用い
ることができるので、説明は省略する。

加工室３内には、ターゲットホルダ８と基板５とが配置
されている。

基板５の配置される位置と構造は、従来技術のものとほ
ぼ同じなので説明は省略する。なお、基板は、図示して
いない周知の基板搬送装置により、加工室３を真空状態
に保ったまま、搬送できるような構造となっている。

本実施例の特徴は、ターゲットホルダ８の配置される位
置と構造にあるので、以下、これにつぃて説明する。

このターゲットホルダ８は、略立方体の形状を有し、タ
ーゲットホルダ８の４つの面には、それぞれターゲット
７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄがセットされる。このターゲッ
トホルダ８は、紙面に略垂直な回転軸１０を中心として
、例えば、第１図の矢印９で示す方向に、回転するよう
に取付けられている。

また、ターゲット７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄは、同時にス
パッタされることはなく、選択的にスパッタされる。

また、本実施例では、ターゲット７ｄを導電材とし、他
のターゲット７ａ、７ｂ、７ｃとしては絶縁材を用いた
。

なお、ターゲットホルダ８の形状は１本実施例では、略
立方体としたが、これに限定されず、他の多面体でもよ
い。

さらには、ターゲットホルダ８の形状は平面としてもよ
く、この場合は、この平面上に、導電材と絶縁材のター
ゲットをセットし、必要に応してスライドさせ、導電材
またはＩＩ！！縁材のいずれかがイオンビームに照射さ
れるようにする。

次に、本実施例のイオンビームスパッタ成膜装置１００
を用いて、絶縁材または導電材をターゲットとしスパッ
タすることにより、基板上に、絶縁性薄膜を形成する場
合の操作について説明する。

イオン生成室１から引出されたイオンビーム４は、絶縁
材ターゲット７ａに当り、ｔＩ！！、縁材のスパッタ粒
子６を正弦側の分布により立体角１８０゜で飛散させる
。その結果、スパッタ粒子は、基板５に付着し、薄膜を
形成する。

一方、基板に付着しなっかだスパッタ粒子６の一部は、
加工室３の壁面、および、イオン生成室の電極２に付着
し、基板５上と同様に絶縁性膜の形成する。

次に、所定時間経過後、基板５上に、目標の厚さの薄膜
が形成されたときは１次の新しい基板を搬送する。

このようにして、次々と、基板上に薄膜を形成する。

しかし、加工室３の壁面やイオン生成室１の電極２上に
、数ミクロン程度の絶縁性膜が形成されると、次に示す
現象が生じ、イオンビーム４が曲がったり、電極２から
イオンビーム４が出にくくなるので、処理条件が変化し
、生成された膜厚が異なってくる。

上記の現象について説明する。

上記のスパッタ処理を長時間続けると、絶縁性膜は数ミ
クロンはど堆積し、また、加工室３の壁面の絶縁性膜表
面には、イオンビームの一部が照射されることにより、
イオンが付着する。絶縁性表面であるため、イオンは移
動しにくいので、絶縁性膜の表面は局部的に帯電する。

この結果、加工室３の壁面の多くの場所で局部放電を起
こす。

また、イオン生成室１の電極２上に堆積した絶縁性膜表
面も、上記と同様に、電位の異なる電極２の表面との間
で局部放電を起こす。

そこで、本実施例では１次に示す操作を行なう。

数ミクロンの絶縁性膜が形成される前に、ターゲットホ
ルダ８を回転し、導電材のターゲット７ｄをイオンビー
ム４の照射面にもってくる。

この数ミクロンの絶縁性膜が形成されたことは。

例えば、放電の発生などを目安とすることもでき、また
、膜厚計を用いてモニタしてもよい。

次に、導電材のターゲット７ｄにイオンビーム４を照射
してスパッタリングを行なって、数百オングストローム
の導電性薄膜を、加工室３の壁面上およびイオン生成室
１の電極２上の絶縁性膜の上に形成する。

この操作により、イオンビーム４が照射される面は導電
性となるので、イオンビームスパッタ成膜装置内の帯電
は防止され、再び安定した処理を行なうことができる。

このとき、基板５が加工室３内にあると、導電材の薄膜
が形成されるので、基板５は、加工室３内には搬入しな
い。

ただし、多層膜を形成することが目的であるならば、適
宜のイオン源とターゲットとを組として複数個準備し、
基板５を加工室３内には搬入し、絶縁性膜と導電性膜と
からなる混合膜を形成することも可能である。

本実施例によれば、絶縁性膜形成中に、３０分程度の導
電性膜形成処理をすれば、加工室３を大気に開放するこ
となく、長時間安定した絶縁性膜形成処理を行なうこと
ができるという効果がある。

また、加工室３およびイオン生成室１の電極２の清掃時
間の間隔は、従来技術では処理時間合計で１０〜２０時
間であるのに対し、本実施例では１００〜２００時間と
することができ、約１０倍に伸びることとなる。

従って、ロードロックにより基板を交換し、スパッタ処
理する装置構成も可能となるという効果がある。

次に、本発明の第２実施例について第２図を用いて説明
する。

第２図は、本発明の第２実施例であるイオンビームミリ
ング装置２００を説明するための説明図を示す。

本実施例のイオンビームミリング装置２００は、イオン
を生成させ、イオンビーム１４を照射するイオン生成室
１１と、ターゲット１９にイオンビーム１４を照射する
ことにより、ミリングを行なう場所となる加工室１３と
に大別される。

イオン生成室１１および電極１２は、周知の技術を用い
ることができるので、説明は省略する。

加工室１３内には、絶縁性のターゲット１９と、この絶
縁性ターゲットの前面付近に、導電性ターゲットを出没
自在に配置する手段１８とが配置されている。

この導電性ターゲットを出没自在に配置する手段１８は
、ターゲット１９をイオンビーム１４でミリング中は、
イオンビーム１４を遮らないように、ベローズ２０など
を用いた構造とし、一方、必要があるときは、第２図の
一点鎖線２ｏで示す位置に配置し、イオンビーム１４を
遮ることができる構造とする。

なお、ターゲット１９は、図示していない周知のターゲ
ット搬送装置により、加工室１３を真空状態に保ったま
ま、搬送できるような構造となっている。

次に、本実施例のイオンビームミリング装置２００を用
いて、絶縁性のターゲット１９をミリングするときの操
作について説明する。

イオン生成室１１から引出されたイオンビーム１４は、
絶縁性のターゲット１９に照射され、ターゲット１９の
エツチングが開始される。一方、絶縁性のスパッタ粒子
１６は、正弦側の分布により立体角１８０°で飛散し、
その結果、加工室１３の壁面、および、イオン生成室の
電極２にも付着し、絶縁性膜の形成を開始する。

次に、所定時間経過後、ターゲット１９が目標の量だけ
エツチングされたときは、次の新しいターゲットを搬送
する。

このようにして、次々と、ターゲットをエツチングして
いく。

しかし、加工室１３の壁面やイオン生成室１１の電極２
上に、数ミクロン程度の絶縁膜が形成されると、第１実
施例に記載したと同じ現象が生じ、イオンビーム１４が
曲がったり、イオンビーム１４がイオン生成室１１から
出にくくなるので、処理条件が変化し、ターゲット１９
のエツチング量が異なってくる。

そこで、本実施例では、次に示す操作を行なう。

数ミクロンの絶縁性膜が、加工室１３の壁面上に形成さ
れる前に、導電性ターゲットをイオンビーム１４の通路
を遮断する位置に持ってくる。

次に、導電性ターゲットにイオンビーム１４を照射し、
数百オングストロームの導電性薄膜を、加工室１３の壁
面上およびイオン生成室１１の電極１２上の絶縁性膜の
上に形成する。

この操作により、イオンビーム１４が照射される面は導
電性となるので、イオンビームミリング装置２００内の
帯電は防止され、再び安定した処理を行なうことができ
る。

本実施例によれば、イオンビームミリング中に、３０分
程度の導電性薄膜形成処理をすれば、加工室１３を大気
に開放し、絶縁性膜を除去する必要がないので、常に、
同一条件にてイオンビームミリングを行なうことができ
る効果がある。

また、半導体装置の絶縁性薄膜パターンを形成する工程
に、上記のイオンビームミリングを用いると、同一条件
にてイオンビームミリングを行なうことができるので、
はぼ同一のパターンを連続して形成できる。

また、加工室１３およびイオン生成室１１の電極１２の
清掃時間の間隔は、従来技術では処理時間合計で１ｏ〜
２ｏ時間であるのに対し、本実施例では１００〜２００
時間とすることができ、約１０倍に伸びることになるの
は第１実施例と同じである。

また、上記の導電性ターゲットを出没自在に配置する手
段１８は、第１実施例においても、導電性ターゲットと
して使用できる。

［発明の効果コ 本発明によれば、真空中での簡単な処理により、絶縁物
のスパッタ処理を安定して続行できるので、加工室、イ
オン生成室の電極の清掃周期を長くでき、生産効率を向
上できるという効果がある。

さらに、大気開放を頻繁にしないので、加工室の真空条
件の変化が少なく、真空条件にあわせて処理条件を変え
なくてもよいという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１実施例のイオンビームスパッタ成膜装置を
示す説明図、第２図は第２実施例のイオンビームミリン
グ装置を示す説明図である。 １．１１・・・イオン生成室、２，１２・・・イオン生
成室の電極、３，１３・・加工室、４，１４・・イオン
ビーム、５・・・基板、６，１６・・・スパッタ粒子、
７ａ、７ｂ、７ｃ・・・絶縁性ターゲット、７ｄ・・・
導電性ターゲット、１８・・・導電性シャッタ、１９・
・・絶縁性基板。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. １．イオンビームを用いてターゲットをスパッタするこ
   とにより、イオンビームスパッタ装置内に絶縁性膜が堆
   積したときは、導電体を該絶縁性膜の表面上に被着させ
   ることを特徴とするイオンビームスパッタ装置の運転方
   法。
2. ２．イオンビームを用いて絶縁性ターゲットをスパッタ
   する工程を繰り返すイオンビーム装置の運転に際し、 導電性物質をターゲットとしてスパッタする工程を、絶
   縁性ターゲットをスパッタする１または２以上の工程ご
   とに行なうことを特徴とするイオンビームスパッタ装置
   の運転方法。
3. ３．イオンビームを用いて絶縁性ターゲットをスパッタ
   する工程を繰り返すイオンビーム装置の運転に際し、 絶縁性ターゲットをスパッタしないときに、導電性物質
   をターゲットとしてスパッタすることを特徴とするイオ
   ンビーム装置の運転方法。
4. ４．イオンビームを用いてターゲットをスパッタするこ
   とにより、イオンビームスパッタ装置内が帯電したとき
   は、導電体を該イオンビームスパッタ装置内面上に被着
   させることにより帯電を防止することを特徴とするイオ
   ンビームスパッタ装置の帯電防止方法。
5. ５．ターゲットホルダを備える加工室と、イオン生成室
   とを備えて構成されるイオンビームスパッタ成膜装置に
   おいて、 上記ターゲットホルダは、導電性物質と絶縁性物質とを
   各別に保持できるとともに、これらのターゲットについ
   て選択的にイオンビームを照射できる機構を有すること
   を特徴とするイオンビームスパッタ成膜装置。
6. ６．上記ターゲットホルダの形状は、略立方体であるこ
   とを特徴とする請求項５記載のイオンビームスパッタ成
   膜装置。
7. ７．エッチングされる絶縁性物質を保持するホルダを備
   える加工室と、イオン生成室とを備えて構成されるイオ
   ンビームミリング装置において、上記ホルダ上の絶縁性
   ターゲットの前面付近に、導電性ターゲットを出没自在
   に配置する手段を備えて構成されることを特徴とするイ
   オンビームミリング装置。