JPH04268066A - イオンビ−ム照射方法 - Google Patents
イオンビ−ム照射方法Info
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Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は金属や半導体基板の表面
改質を行う方法に関するものである。
改質を行う方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ある基板の表面改質、及びその他のイオ
ンプロセスを施す場合には、従来イオンガンよりイオン
の連続照射を行っていた。しかしながらイオン自身の高
エネルギ化または高電流化に伴い、イオン照射部、及び
その近傍や、基板の温度が上昇し基板の損傷等、不都合
な事態が出現していた。
ンプロセスを施す場合には、従来イオンガンよりイオン
の連続照射を行っていた。しかしながらイオン自身の高
エネルギ化または高電流化に伴い、イオン照射部、及び
その近傍や、基板の温度が上昇し基板の損傷等、不都合
な事態が出現していた。
【０００３】ところで、レ−ザに代表されるエネルギビ
−ムを例に取れば該ビ−ムを短パルス化すればするほど
照射部の冷却速度が速まり、周囲への熱拡散が減少する
ことが知られている。従って、イオンビ−ムの場合にお
いても、短パルス化することにより不必要な熱影響を及
ぼすことなく、イオン注入、イオンミキシング、イオン
スパッタ、あるいはイオンデポジション等が可能になる
と予想される。
−ムを例に取れば該ビ−ムを短パルス化すればするほど
照射部の冷却速度が速まり、周囲への熱拡散が減少する
ことが知られている。従って、イオンビ−ムの場合にお
いても、短パルス化することにより不必要な熱影響を及
ぼすことなく、イオン注入、イオンミキシング、イオン
スパッタ、あるいはイオンデポジション等が可能になる
と予想される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記従来技術
の問題点に鑑みてなされたものであり、イオンビ−ムに
よる材料基板の表面改質を該基板の温度上昇を抑制しつ
つ行う方法を提供することである。
の問題点に鑑みてなされたものであり、イオンビ−ムに
よる材料基板の表面改質を該基板の温度上昇を抑制しつ
つ行う方法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は真空チャンバ内
に基板を配置し、パルスイオンビ−ムガンより１パルス
の幅が２０ｐｓｅｃ〜２０ｎｓｅｃのパルス状のビ−ム
を照射して前記基板を改質するものである。
に基板を配置し、パルスイオンビ−ムガンより１パルス
の幅が２０ｐｓｅｃ〜２０ｎｓｅｃのパルス状のビ−ム
を照射して前記基板を改質するものである。
【０００６】
【作用】パルス状のイオンビ−ムは基板の温度上昇を防
ぎ、低温のプロセスにて基板の表面改質が行える。
ぎ、低温のプロセスにて基板の表面改質が行える。
【０００７】
【実施例】以下本発明のイオンビ−ム照射方法を電気か
みそり刃に対する窒化ジルコニウム（ＺｒＮ）被膜の形
成方法について図面を用いて詳細に説明する。
みそり刃に対する窒化ジルコニウム（ＺｒＮ）被膜の形
成方法について図面を用いて詳細に説明する。
【０００８】図１は上記窒化ジルコニウムの薄膜を形成
するための真空蒸着及びイオン注入装置を示し、１は１
０−５〜１０−７Ｔｏｒｒに排気される真空チャンバ、
２は該真空チャンバ１内に配置され、図１の矢印方向に
１０〜２０ｒｐｍの速度で回転可能にされた基板ホルダ
、３はニッケル（Ｎｉ）の基板、４は電子ビ−ムによっ
てジルコニウム（Ｚｒ）原子を蒸発させ前記基板３に向
けて放射する蒸発源、５は前記基板３の方向に窒素イオ
ン（Ｎ＋）を放射するアシスト用のパルスイオンビ −
ムガン、６は前記蒸発源４をオン、オフするスリットを
設けた回転型シャッタである。
するための真空蒸着及びイオン注入装置を示し、１は１
０−５〜１０−７Ｔｏｒｒに排気される真空チャンバ、
２は該真空チャンバ１内に配置され、図１の矢印方向に
１０〜２０ｒｐｍの速度で回転可能にされた基板ホルダ
、３はニッケル（Ｎｉ）の基板、４は電子ビ−ムによっ
てジルコニウム（Ｚｒ）原子を蒸発させ前記基板３に向
けて放射する蒸発源、５は前記基板３の方向に窒素イオ
ン（Ｎ＋）を放射するアシスト用のパルスイオンビ −
ムガン、６は前記蒸発源４をオン、オフするスリットを
設けた回転型シャッタである。
【０００９】次に上記装置を用いてＮｉ素材の表面にＺ
ｒＮ被膜を形成する方法について説明する。
ｒＮ被膜を形成する方法について説明する。
【００１０】まず、真空チャンバ１内を１０−５〜１０
−７Ｔｏｒｒに排気し、パルスイオンビ−ムガン５にＮ
２ガスを供給し、Ｎ＋イオンを取り出して、これを基板
３の表面にパルス状に照射する。この時のＮ＋イオンの
加速電圧は７００ｅＶ、イオン電流 密度は０．３８ｍ
Ａ／ｃｍ２、パルス照射時間は５００ｍｓｅｃ、パルス
間隔は５００ｍｓｅｃに設定した。
−７Ｔｏｒｒに排気し、パルスイオンビ−ムガン５にＮ
２ガスを供給し、Ｎ＋イオンを取り出して、これを基板
３の表面にパルス状に照射する。この時のＮ＋イオンの
加速電圧は７００ｅＶ、イオン電流 密度は０．３８ｍ
Ａ／ｃｍ２、パルス照射時間は５００ｍｓｅｃ、パルス
間隔は５００ｍｓｅｃに設定した。
【００１１】一方、Ｎ＋イオンの照射と同時に蒸発源４
を駆動し、Ｚｒ原子を蒸発させると ともに回転シャッ
タ６の回転によってＺｒの基板３への到達をオン・オフ
して前記基板３の表面に前記イオンビ−ムと同期させて
放射する。この時のＺｒの蒸発速度は基板３上での成膜
速度に換算して６５０Å／ｍｉｎ．に設定した。
を駆動し、Ｚｒ原子を蒸発させると ともに回転シャッ
タ６の回転によってＺｒの基板３への到達をオン・オフ
して前記基板３の表面に前記イオンビ−ムと同期させて
放射する。この時のＺｒの蒸発速度は基板３上での成膜
速度に換算して６５０Å／ｍｉｎ．に設定した。
【００１２】以上の工程を８〜１２分程度行い、基板３
の表面に膜厚２０００〜３０００ÅのＺｒＮ膜を形成し
た。
の表面に膜厚２０００〜３０００ÅのＺｒＮ膜を形成し
た。
【００１３】ここで、連続照射のアシストイオン及び蒸
発源を用いたときには基板３での温度上昇が７℃／ｍｉ
ｎ．であることが知られている。図２に成膜時間に対応
する基板３の裏面温度を、特定のエネルギを持った連続
照射アシストイオンを用いて行う場合と、本発明の方法
を用いて行う場合とに分けてグラフ化した図を示す。同
図において、折線１はアシストイオンエネルギ９００ｅ
Ｖでガラス基板に成膜した場合を示し、折線２は本発明
のパルスイオンビ−ムを用いて成膜した場合を示す。こ
の図より連続照射アシストイオンを用いて形成する方法
と、本発明方法とを比較すると、５分のプロセスで基板
３の裏面で約３０度の温度差が生じる。従って本発明の
方法によれば基板３表面の温度を上昇させることなくイ
オンアシスト照射による成膜を行うことが可能となる。
発源を用いたときには基板３での温度上昇が７℃／ｍｉ
ｎ．であることが知られている。図２に成膜時間に対応
する基板３の裏面温度を、特定のエネルギを持った連続
照射アシストイオンを用いて行う場合と、本発明の方法
を用いて行う場合とに分けてグラフ化した図を示す。同
図において、折線１はアシストイオンエネルギ９００ｅ
Ｖでガラス基板に成膜した場合を示し、折線２は本発明
のパルスイオンビ−ムを用いて成膜した場合を示す。こ
の図より連続照射アシストイオンを用いて形成する方法
と、本発明方法とを比較すると、５分のプロセスで基板
３の裏面で約３０度の温度差が生じる。従って本発明の
方法によれば基板３表面の温度を上昇させることなくイ
オンアシスト照射による成膜を行うことが可能となる。
【００１４】ところで、一般に、イオンビ−ムを照射し
た場合基板３へのビ−ムによる単位時間の入熱より基板
３からの放熱量が大きければ基板３の温度上昇は殆ど見
られない。しかしながら基板３の放熱量よりビ−ムの入
熱が大きい場合はビ−ムをパルス化することが基板３の
温度上昇を抑制する上で有効となる。即ち、１パルスの
入熱により一時的な基板温度の上昇が生じるが、パルス
間隔を適当に設定することによって十分な冷却時間を与
えてやれば、最終的にはパルスを照射する以前の温度に
戻すことが可能となる。よって長時間のイオン照射プロ
セスを施した場合でも基板３温度の上昇を抑制すること
が可能となる。
た場合基板３へのビ−ムによる単位時間の入熱より基板
３からの放熱量が大きければ基板３の温度上昇は殆ど見
られない。しかしながら基板３の放熱量よりビ−ムの入
熱が大きい場合はビ−ムをパルス化することが基板３の
温度上昇を抑制する上で有効となる。即ち、１パルスの
入熱により一時的な基板温度の上昇が生じるが、パルス
間隔を適当に設定することによって十分な冷却時間を与
えてやれば、最終的にはパルスを照射する以前の温度に
戻すことが可能となる。よって長時間のイオン照射プロ
セスを施した場合でも基板３温度の上昇を抑制すること
が可能となる。
【００１５】上記の実施例は基板３温度全体の温度上昇
が問題となる場合のパルスイオンビ−ムによる解決例で
あった。これに対し図３は基板３上の多層膜構造体のあ
る特定の薄膜層、または界面をその他の部分に熱影響を
与えることなく改質したいという精密な制御を必要とす
る場合の実施例を示し、また図４は熱に弱い基板３に対
し表面から一定の深さまでイオン注入による改質を行い
たい場合の実施例を示したものである。図３において多
層膜は第１層７、第２層８、第３層９から構成され、こ
の場合特に第２層と第３層との界面を改質するための界
面改質用イオン１０が多層膜表面より打ち込まれる。ま
た図４では基板３の表面から基板３内へ注入したいイオ
ン１１を打ち込む。
が問題となる場合のパルスイオンビ−ムによる解決例で
あった。これに対し図３は基板３上の多層膜構造体のあ
る特定の薄膜層、または界面をその他の部分に熱影響を
与えることなく改質したいという精密な制御を必要とす
る場合の実施例を示し、また図４は熱に弱い基板３に対
し表面から一定の深さまでイオン注入による改質を行い
たい場合の実施例を示したものである。図３において多
層膜は第１層７、第２層８、第３層９から構成され、こ
の場合特に第２層と第３層との界面を改質するための界
面改質用イオン１０が多層膜表面より打ち込まれる。ま
た図４では基板３の表面から基板３内へ注入したいイオ
ン１１を打ち込む。
【００１６】上記図３及び図４の例においてイオンビ−
ムで材料内部の改質を行う場合は通常数十ＫｅＶ〜数Ｍ
ｅＶの高エネルギイオンの照射が必要であるが、この種
のイオンビ−ムを１×１０−６〜１×１０−１Ａ／ｃｍ
２の電流密度で従来のように連続 照射した場合は数℃
〜数百℃の表面温度の上昇を伴う。一例としてＳｉウェ
ハ−上のレジスト膜を通してＳｉ内にＰ（リン）イオン
を注入する場合の表面温度の上昇を図５の点線で示す。 同図において、イオンビ−ム電力が０．４Ｗ／ｃｍ２の
場合はレジスト膜表面が２００℃以上にも達し、耐熱性
のないレジスト膜にとっては好ましくない状況となる。
ムで材料内部の改質を行う場合は通常数十ＫｅＶ〜数Ｍ
ｅＶの高エネルギイオンの照射が必要であるが、この種
のイオンビ−ムを１×１０−６〜１×１０−１Ａ／ｃｍ
２の電流密度で従来のように連続 照射した場合は数℃
〜数百℃の表面温度の上昇を伴う。一例としてＳｉウェ
ハ−上のレジスト膜を通してＳｉ内にＰ（リン）イオン
を注入する場合の表面温度の上昇を図５の点線で示す。 同図において、イオンビ−ム電力が０．４Ｗ／ｃｍ２の
場合はレジスト膜表面が２００℃以上にも達し、耐熱性
のないレジスト膜にとっては好ましくない状況となる。
【００１７】これに対して本発明方法を用いてビ−ムを
パルス幅２０μｓｅｃ、パルス間隔で１００μｓｅｃに
設定した場合を図５の実線１、パルス幅２０ｎｓｅｃ、
パルス間隔１００ｎｓｅｃに設定した場合を実線２、パ
ルス幅２０ｐｓｅｃ、パルス間隔１００ｐｓｅｃに設定
した場合を実線３に示す。これより実線２，３の条件で
はレジスト膜表面の温度が１００℃以下に抑えられてお
り実用上表面層に対する熱的な影響を無視できるレベル
となる。
パルス幅２０μｓｅｃ、パルス間隔で１００μｓｅｃに
設定した場合を図５の実線１、パルス幅２０ｎｓｅｃ、
パルス間隔１００ｎｓｅｃに設定した場合を実線２、パ
ルス幅２０ｐｓｅｃ、パルス間隔１００ｐｓｅｃに設定
した場合を実線３に示す。これより実線２，３の条件で
はレジスト膜表面の温度が１００℃以下に抑えられてお
り実用上表面層に対する熱的な影響を無視できるレベル
となる。
【００１８】また、パルスイオンビ−ムはそのパルス幅
がｎｓオ−ダ等の短パルスに近づくにつれてビ−ムの照
射部以外の温度上昇が極めて少なくなるため、周囲への
熱影響の軽減が為され、極めて高い精度を要求されるイ
オン注入プロセスに対する有効な手法となる。
がｎｓオ−ダ等の短パルスに近づくにつれてビ−ムの照
射部以外の温度上昇が極めて少なくなるため、周囲への
熱影響の軽減が為され、極めて高い精度を要求されるイ
オン注入プロセスに対する有効な手法となる。
【００１９】図６はこれらパルスイオンビ−ムの他の応
用例としての装置を示し、真空チャンバ１内上面に基板
ホルダ２に保持された基板３を配置し、該基板３に対向
する前記チャンバ１内の底面に支持板１２に保持された
スパッタタ−ゲット１３，１４を配 置し、このタ−ゲ
ット１３，１４に第１及び第２のスパッタ用パルスイオ
ンガン１５，１６からのビ−ムを照射して、スパッタさ
れたタ−ゲット材料を基板３に成膜するものである。こ
の例において第１イオンガン１５のイオン電流の経時変
化を図７に示し、第２イオンガン１６のイオン電流の経
時変化を図８に示す。図７及び図８により第１及び第２
イオンガンは交互にビ−ムをタ−ゲット１３，１４に夫
々供給するこ とになる。このようにスパッタリングプ
ロセスにおいてもパルス状のビームは有効であり、各イ
オンガン１５，１６のパルス幅やパルス間隔を変化させ
ることにより 、任意の異種材料多層膜や超格子膜等を
精密且つ制御性よく作製することも可能となる。
用例としての装置を示し、真空チャンバ１内上面に基板
ホルダ２に保持された基板３を配置し、該基板３に対向
する前記チャンバ１内の底面に支持板１２に保持された
スパッタタ−ゲット１３，１４を配 置し、このタ−ゲ
ット１３，１４に第１及び第２のスパッタ用パルスイオ
ンガン１５，１６からのビ−ムを照射して、スパッタさ
れたタ−ゲット材料を基板３に成膜するものである。こ
の例において第１イオンガン１５のイオン電流の経時変
化を図７に示し、第２イオンガン１６のイオン電流の経
時変化を図８に示す。図７及び図８により第１及び第２
イオンガンは交互にビ−ムをタ−ゲット１３，１４に夫
々供給するこ とになる。このようにスパッタリングプ
ロセスにおいてもパルス状のビームは有効であり、各イ
オンガン１５，１６のパルス幅やパルス間隔を変化させ
ることにより 、任意の異種材料多層膜や超格子膜等を
精密且つ制御性よく作製することも可能となる。
【００２０】
【発明の効果】本発明は真空チャンバ内に基板を配置し
、パルスイオンビ−ムガンより１パルス幅が２０ｐｓｅ
ｃ〜２０ｎｓｅｃのパルス状のビ−ムを照射して前記基
板を改質するものであるから従来の連続照射方式に比べ
て、低い温度での基板の改質が行え、且つこの方法はイ
オン注入、イオンミキシング、イオンスパッタ、あるい
はイオンデポジション法への応用が利き、基板の表面改
質の有力な手法となる効果を有する。
、パルスイオンビ−ムガンより１パルス幅が２０ｐｓｅ
ｃ〜２０ｎｓｅｃのパルス状のビ−ムを照射して前記基
板を改質するものであるから従来の連続照射方式に比べ
て、低い温度での基板の改質が行え、且つこの方法はイ
オン注入、イオンミキシング、イオンスパッタ、あるい
はイオンデポジション法への応用が利き、基板の表面改
質の有力な手法となる効果を有する。
【図１】本発明方法を実施する装置の一実施例を示す図
である。
である。
【図２】かみそり刃の表面改質における成膜時間と基板
表面温度との関係を示す図である。
表面温度との関係を示す図である。
【図３】多層膜構造の薄膜層の界面改質を行う工程を示
す概念図である。
す概念図である。
【図４】熱に弱い基板にイオン注入を行う工程を示す概
念図である。
念図である。
【図５】図３及び図４の例におけるイオンビ−ム電力と
基板表面温度との関係を示す図である。
基板表面温度との関係を示す図である。
【図６】本発明方法を実施する他の装置の一実施例を示
す図である。
す図である。
【図７】図６の第１イオンガンのイオン電流の波形を示
す図である。
す図である。
【図８】図６の第２イオンガンのイオン電流の波形を示
す図である。
す図である。
１ 真空チャンバ
２ 基板ホルダ
３ 基板
５，１５，１６ イオンガン
１０，１１ イオン
Claims (1)
- 【請求項１】 真空チャンバ内に基板を配置し、パル
スイオンビ−ムガンより１パルス幅が２０ｐｓｅｃ〜２
０ｎｓｅｃのパルス状のビ−ムを照射して前記基板を改
質することを特徴とするイオンビ−ム照射方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2637091A JPH04268066A (ja) | 1991-02-20 | 1991-02-20 | イオンビ−ム照射方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2637091A JPH04268066A (ja) | 1991-02-20 | 1991-02-20 | イオンビ−ム照射方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04268066A true JPH04268066A (ja) | 1992-09-24 |
Family
ID=12191620
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2637091A Pending JPH04268066A (ja) | 1991-02-20 | 1991-02-20 | イオンビ−ム照射方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04268066A (ja) |
-
1991
- 1991-02-20 JP JP2637091A patent/JPH04268066A/ja active Pending
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