JPH0754146A

JPH0754146A - イオンビームスパッタ装置

Info

Publication number: JPH0754146A
Application number: JP19735393A
Authority: JP
Inventors: Yukio Nakagawa; 由岐夫中川; Yasushi Ishikawa; 靖石川
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-08-09
Filing date: 1993-08-09
Publication date: 1995-02-28

Abstract

(57)【要約】【目的】ビームリミッタがスパッタされて薄膜に混入
することにより該薄膜中に不純物が混入するのを防止す
る。【構成】真空チャンバ１は、ターゲットホルダー２と
基板ホルダー３とビームリミッタ４を内装する。イオン
源１０で生成したプラズマから引出し電極１４で引出し
たイオンビームをビームリミッタ４によって整形してタ
ーゲット７に照射することによりこれをスパッタする。
前記ビームリミッタ４は前記ターゲット７と同一材質の
部材で構成され、イオンビームによってスパッタされて
薄膜中に混入しても不純物とならないようにされる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、被加工部材である基板
に高純度の薄膜を形成するイオンビームスパッタ装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】被加工部材である基板に薄膜を形成する
スパッタ装置には、基板とターゲットの間にプラズマが
介在する装置と、イオン源からイオンビームを引出して
ターゲットに照射するイオンビームスパッタ装置があ
る。イオンビームスパッタ装置は高真空中での成膜が可
能であるので、高品質の成膜に適している。

【０００３】イオンビームスパッタは、イオン源から引
出したイオンビームをターゲットに照射してスパッタす
ることにより基板に薄膜を形成するものであるが、イオ
ンビームがターゲット以外の部分に照射されると該部も
スパッタされて薄膜中に不純物として混入する。従っ
て、イオンビームはターゲットのみに照射されるように
工夫される。「日立評論」Vol.72，No.7 第８３頁〜第
８８頁(1990)には、イオンビームを収束させる収束型の
イオンビーム引出し電極が提案されている。また、引出
し電極と基板の間の空間に環状のビームリミッタを設置
してイオンビームを整形する工夫もなされている。

【０００４】しかしながら、イオンビームがこのビーム
リミッタに衝突すると該部がスパッタされて薄膜中に混
入する恐れがある。磁性薄膜や光学薄膜等の高純度薄膜
には不純物の混入は禁物であり、高度の不純物混入防止
対策が必要である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従って本発明の目的
は、ビームリミッタを備えたイオンビームスパッタ装置
において、該ビームリミッタがスパッタされて薄膜に混
入することにより該薄膜中に不純物が混入するのを防止
することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、薄膜形成材料
であるターゲットを保持するターゲットホルダーと薄膜
を形成する被加工部材を保持する被加工部材ホルダーを
内装する真空チャンバーと、該真空チャンバーに連通す
るイオン源と、前記真空チャンバー及びイオン源内部空
間を排気する排気手段と、前記イオン源で生成したプラ
ズマから引出し電極で引出したイオンビームをビームリ
ミッタによって整形してターゲットに照射するイオンビ
ームスパッタ装置において、前記ビームリミッタを前記
ターゲットと同一材質の部材で構成したことを特徴と
し、あるいは、前記ビームリミッタにイオンビームと同
極性のバイアス電位を付与するバイアス電源を設けたこ
とを特徴とする。

【０００７】

【作用】イオンビームがビームリミッタに衝突すると該
ビームリミッタがスパッタされるが、該ビームリミッタ
はターゲットと同一材質であるので、薄膜中に混入して
も不純物とはならず、従って、高純度の成膜が可能とな
る。

【０００８】また、イオンビームはこれと同極性にバイ
アスされたビームリミッタに反発されて該ビームリミッ
タに衝突することがなくなり、従って、該ビームリミッ
タがスパッタされて薄膜中に混入することがない。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。

【００１０】図１は、本発明になるイオンビームスパッ
タ装置である。真空チャンバ１内には、ターゲットホル
ダー２，基板ホルダー３，ビームリミッタ４及びニュー
トラライザ５が設置される。

【００１１】ターゲットホルダー２は、バッキングプレ
ート６を介してターゲット７を支持する。ターゲット７
は薄膜形成材料で形成され、例えば、白金(Ｐｔ)，タン
グステン(Ｗ)，アルミニウム(Ａｌ)等の金属やその合金
あるいは酸化物や窒化物等の絶縁物が用いられる。バッ
キングプレート６には、通常、熱伝導の良い銅が用いら
れる。

【００１２】基板ホルダー３は、被加工部材である基板
８を支持する。この基板ホルダー３は支持した基板８を
加熱することができるようにヒータを内蔵し、駆動系９
によって回転可能にされる。

【００１３】真空チャンバー１には、イオン源１０が連
通して接続される。このイオン源１０はその内部にフィ
ラメント１１を備え、ガス流量計１２を介してガスボン
ベ１３が接続される。この実施例はアルゴン(Ａｒ)ガス
を用いるようにしたが、他のガスを用いるようにするこ
ともできる。

【００１４】２枚構成の引出し電極１４は、接地電位に
ある真空チャンバ１とイオン源１０の接続部に該真空チ
ャンバ１とは絶縁状態に設置される。この引出し電極１
４はイオン引出し部が多孔部材で形成される。この引出
し電極１４は３枚構成とすることもできる。前記ニュー
トラライザ５はこの引出し電極１４の下流側に位置して
設置され、更にその下流側に前記ビームリミッタ４が設
置される。

【００１５】ビームリミッタ４はターゲット７と同一材
質の部材でその中央部に開口４ａが形成された環状円板
で、真空チャンバー１の側壁に起立した数本のステー１
５の先端に交換可能に取付けられる。

【００１６】更に、前記真空チャンバ１にはゲート弁１
６を介して真空排気系１７が接続される。

【００１７】以上の構成において、成膜のために、先
ず、真空チャンバ１とイオン源１０の内部空間を真空排
気系１７によって１／１０~⁴Ｐａ程度の高真空度まで排
気し、その後、ガスボンベ１３からガス流量計１２を介
して５ＣＣＭ(５ｃｃ／分)のアルゴンガス供給を行い、
フィラメント１１に給電して熱電子を放出させつつイオ
ン源１０の壁との間にアーク放電用の電力を供給するこ
とでアルゴンガスを電離し、該イオン源１０内にプラス
のアルゴンイオンＡｒ+と電子ｅが共存したプラズマを
生成する。このイオン源１０は、隣接する極性が交互に
位置するように外壁部に複数個の永久磁石を配置したバ
ケット型のものであってもよい。

【００１８】イオン源１０内にプラズマが生成された状
態で引出し電極１４に４００〜１０００Ｖの加速電圧を
印加すると、前記プラズマのアルゴンイオンＡｒ+が真
空チャンバ１内に引出され、運動エネルギーをもつイオ
ンビームとしてターゲット７に照射される。ターゲット
７はこのイオンビームの衝突によってスパッタされ、○
印で示すように基板８の方向に飛出して該基板８に付着
堆積することにより薄膜を形成する。アルゴンイオンＡ
ｒ+を加速してイオンビームを生成する加速電圧は、数
百Ｖのときにスパッタ効率が高い。

【００１９】引出し電極１４によりイオン源１０からア
ルゴンイオンＡｒ+を引出して形成したイオンビームの
一部はビームリミッタ４に遮られるが、その一部が開口
４ａの内壁面に衝突することにより該面がスパッタされ
てターゲット７の方向に飛出し、該ターゲット７に付着
する。そしてこの付着物はターゲット７と共に再びスパ
ッタされて基板８に付着して薄膜中に混入する。しかし
ながらビームリミッタ４はターゲット７と同一の材質で
あるので、この混入物は不純物とはならず、基板８に高
純度の薄膜を形成することができる。

【００２０】ターゲット７の材質が絶縁物であると、ア
ルゴンイオンＡｒ+が該ターゲット７の表面を帯電する
チャージアップ現象が発生する。このようなときには、
ニュートラライザ５に給電して熱電子を放出させること
によりアルゴンイオンＡｒ+を中和し、ターゲット７表
面のチャージアップ現象を抑制する。

【００２１】図２は、ビームリミッタを変形した他の実
施例を示している。ターゲットと同一材質の部材で形成
するビームリミッタは高価になる。この実施例は、ビー
ムリミッタに使用するターゲットと同一材質の部材を減
量するように工夫したものである。このビームリミッタ
４は、その周縁部から外側を遮蔽する補助板１８によっ
て支持される。ビームリミッタ４の開口４ａよりも大き
い開口１８ａを有する補助板１８はステー１５によって
支持され、ビームリミッタ４は両開口４ａ，１８ａが同
心となるように該補助板１８に着脱可能に取付けられ、
使用するターゲットと同一材質のものに交換して使用で
きるようにされる。

【００２２】このようなビームリミッタ４によれば、イ
オンビームでスパッタされてターゲット方向に飛出す物
質はターゲットと同一材質のものとなるので、前記実施
例と同様に不純物の混入を防止することができる。

【００２３】図３は、引出し電極１４を変形した他の実
施例を示している。この引出し電極１４は、収束性のイ
オンビームを発生してビームリミッタ４や補助板１８に
衝突する量が減少するように工夫されている。イオンビ
ームの方向性は引出し電極１４が発生する電界に従う。
収束性のイオンビームとするために、引出し電極１４は
湾曲した形状に構成される。図示したビームリミッタ４
は図２に示す構造のものであるが、図１に示す構造のも
のでも良い。

【００２４】図４は、ビームリミッタ４にバイアス電位
を与えてイオンビームの衝突を抑制するようにした実施
例を示している。導電性の補助板１８を支持する導電性
のステー１５は、絶縁体１９を介して真空チャンバ１の
側壁に取付けられ、バイアス電源２０からスイッチ２１
を介して正の電位を与えることができるように接続され
る。

【００２５】導電性の部材で構成したビームリミッタ４
を使用したスパッタにおいて、ステー１５から補助板１
８を介してビームリミッタ４に正のバイアス電位を印加
すると、該ビームリミッタ４の開口４ａの回りには等電
位線２２で示すような電界が発生する。従って、イオン
ビームのアルゴンイオンＡｒ+はこの電界により反発作
用を受けるのでビームリミッタ４への衝突量が減少し、
ビームリミッタ４のスパッタ量は極めて微量になる。こ
のようにビームリミッタ４にバイアス電位を与える構成
では、該ビームリミッタ４はターゲット７と異なる材質
の部材で構成しても不純物の混入を避けることが可能で
ある。

【００２６】ビームリミッタ４が絶縁部材である場合に
は該ビームリミッタ４にバイアス電位を与えて前記した
ような電界を発生させることができない。このような場
合には、補助板１８の開口１８ａをビームリミッタ４の
開口４ａに略等しい内径とすることにより、この補助板
１８で発生した電界によりイオンビームを反発して衝突
を抑制するようにすれば良い。

【００２７】図５は、更に他の実施例である。この実施
例は多元のイオンビームスパッタ装置で、スパッタ用の
４つのターゲットとイオン源とを備え、更に１つのアシ
スト用のイオン源とを備える。真空チャンバ１内には４
つのターゲット７１〜７４が設置され、該ターゲット７
１〜７４に対向させて４つのスパッタ用のイオン源１０
１〜１０４が設置される。各イオン源１０１〜１０４
は、それぞれが前記実施例と同様なビームリミッタ１８
１〜１８４を備える。アシスト用のイオン源２３は成膜
中の薄膜にアシスト用のイオンビームを作用させるもの
で、例えば酸素イオンビームや窒素イオンビーム等を放
出する。

【００２８】このイオンビームスパッタ装置は、４つの
異なる材質のターゲット７１〜７４を同時にスパッタし
ながらアシスト用の酸素イオンビームを作用させること
により、基板８に高純度の酸化混合薄膜を形成すること
ができる。このような混合薄膜形成は、高温超電導膜の
形成に好適である。

【００２９】また、４つのイオン源１０１〜１０４を選
択的に作動させることにより多層の高純度薄膜を形成す
ることが可能になる。

【００３０】

【発明の効果】第１の発明は、ビームリミッタがターゲ
ットと同一材質であるので、該ビームリミッタがスパッ
タされて薄膜中に混入しても不純物とはならず、従っ
て、高純度の成膜が可能となる。

【００３１】また、第２の発明は、ビームリミッタをイ
オンビームと同極性の電位にバイアスしたので該イオン
ビームが反発されて該ビームリミッタへの衝突が抑制さ
れ、従って、該ビームリミッタがスパッタされて薄膜中
に混入することがなく、高純度の薄膜形成が可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明になるイオンビームスパッタ装置の縦断
側面図である。

【図２】ビームリミッタの変形例を示す縦断側面図であ
る。

【図３】引出し電極の変形例を示す縦断側面図である。

【図４】ビームリミッタの更に他の変形例を示す縦断側
面図である。

【図５】本発明になる多元のイオンビームスパッタ装置
の縦断側面図である。

【符号の説明】

１真空チャンバ２ターゲットホルダー３基板ホルダー４ビームリミッタ５ニュートラライザ７ターゲット８基板１０イオン源１４引出し電極１７真空排気系２０バイアス電源

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】薄膜形成材料であるターゲットを保持す
るターゲットホルダーと薄膜を形成する被加工部材を保
持する被加工部材ホルダーを内装する真空チャンバー
と、該真空チャンバーに連通するイオン源と、前記真空
チャンバー及びイオン源内部空間を排気する排気手段
と、前記イオン源で生成したプラズマから引出し電極で
引出したイオンビームをビームリミッタによって整形し
てターゲットに照射するイオンビームスパッタ装置にお
いて、前記ビームリミッタを前記ターゲットと同一材質の部材
で構成したことを特徴とするイオンビームスパッタ装
置。
【請求項２】請求項１において、前記ビームリミッタ
を交換可能に支持するビームリミッタ支持手段を設けた
ことを特徴とするイオンビームスパッタ装置。
【請求項３】請求項２において、前記ビームリミッタ
支持手段は前記ビームリミッタの開口よりも大きな開口
を備えたことを特徴とするイオンビームスパッタ装置。
【請求項４】請求項１において、前記引出し電極は、
該電極間を通過するイオンビームを前記ビームリミッタ
の開口に向けて収束するように湾曲させたことを特徴と
するイオンビームスパッタ装置。
【請求項５】薄膜形成材料であるターゲットを保持す
るターゲットホルダーと薄膜を形成する被加工部材を保
持する被加工部材ホルダーを内装する真空チャンバー
と、該真空チャンバーに連通するイオン源と、前記真空
チャンバー及びイオン源内部空間を排気する排気手段
と、前記イオン源で生成したプラズマから引出し電極で
引出したイオンビームをビームリミッタによって整形し
てターゲットに照射するイオンビームスパッタ装置にお
いて、前記ビームリミッタにイオンビームと同極性の電位を付
与するバイアス電源を設けたことを特徴とするイオンビ
ームスパッタ装置。
【請求項６】請求項５において、前記ビームリミッタ
を前記ターゲットと同一材質の部材で構成したことを特
徴とするイオンビームスパッタ装置。
【請求項７】請求項１または２において、前記イオン
源及びターゲットホルダーを複数個備え、１つの被加工
部材に混合膜または多層膜を形成可能にしたことを特徴
とするイオンビームスパッタ装置。