JPS6333564A - イオンビ−ムスパツタリング装置 - 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】 （産業上の利用分計） この発明は、イオンビーム源から引き出されたイオンあ
るいは中性原子によりターゲットをスパッタし基板上に
多層薄膜を形成するイオンビームスパッタリング装置に
関するものである。

（従来の技術） 光磁気記録あるいは垂直磁気記録用の薄膜形成は、従来
合金インゴットの蒸着法または合金を構成する金属の共
蒸着法あるいは合金ターゲットによるスパッタリング法
により行なわれていた。

最近、光磁気記録あるいは垂直磁気記録の性能を高める
ため、従来の合金薄膜に対し、合金を構成する単体金属
を交互に積層した多層薄膜が検討されている。この場合
、光磁気記録あるいは垂直磁気記録の性能向上のために
は、積層するそれぞれの単体金属一層あたりの厚さを数
オングストロームから数１０オングストローム程度に制
御しながら積層しなければならない。

従来、多層薄膜を形成するためのスパッタリング装置は
、例えばフィジカル・レビュー（Ｐｈｙｓ、Ｒｅｖ、Ｂ
。

３２（７）、４６６７（１９８５））にあるような基板
回転スパッタリング装置が知られている。基板回転スパ
ッタリング装置の概略図を第２図に示すが、基本的な構
成としては、２つのスパッタソース１９および１９′が
、互いのプラズマが混じらないようじやへい板２０で仕
切られるとともに２つのプラズマ中を回転するターンテ
ーブル２１の上に固定された基板２２がターンテーブル
回転とともに２つのプラズマの間を交互に通過するよう
になっている。スパッタソースとしては、マグネトロン
あるいは直流スパッタなどいずれであってもよい。各層
の膜厚はそれぞれのスパッタソースの蒸着スピードと１
つのソース上に基板がさらされる時間、すなわちターン
テーブルの回転速度によって決まる。

（発明が解決しようとする問題点） 基板回転スパッタ法は装置構成が簡単ではあるが、ター
ンテーブル回転数およびスパッタソースのコントロール
に限界があるために一層の厚みが例えば１０オングスト
ロームというような薄膜を形成するのがむずかしい、タ
ーンテーブルの回転速度は一定であるから各層の膜厚比
が大きく多層膜の形成はむずかしい、そして基板はスパ
ッタソースのプラズマにさらされることにより基板温度
は数１００°Ｃにもなり界面での原子の拡散が著しく進
行するため界面における組成の急峻な多層膜が形成しづ
らい、というような問題点のために一層毎の膜厚を精確
に制御した多層薄膜を形成するのが困難で光磁気記録や
垂直磁気記録多層膜の性能を下げる要因の一つとなって
いる。

本発明の目的は、一層毎の膜厚を精確に制御した多層薄
膜の製造装置を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、基板保持機構、２つ以上のターゲットが固定
でき、それぞれのターゲットをイオンビーム照射位置に
移動できるターゲット保持機構、イオンビーム源、およ
び基板上に堆積した蒸着物の膜厚をモニターする膜厚計
を備えたことを特徴とするイオンビームスパッタリング
装置である。

（作用） 基板回転スパッタリング装置では、基板が２つ以上のス
パッタソースの上を順々に移動しながら多層薄膜を形成
するようになっているが、基板は一定速度で回転するタ
ーンテーブル上に固定されているので各層の成膜を全く
独立に行なうことは、不可能であること、またスパッタ
ソースを一定条件に安定化させるのがむずかしいため、
各層の膜厚を任意の厚さに、また精確な厚さに制御する
のはむずかしい。これに対し本発明のイオンビームスパ
ッタリング装置は、多層膜を構成するそれぞれの層に対
し、イオンビームの加速電圧、ビーム密度、ターゲット
に対するイオンビームの入射角度を任意に変えることが
できるため各層の成膜が全く独立に行なうことができる
ばかりでなく膜厚計とイオンビーム源およびターゲット
保持機構がコンピュータにより制御されているため各層
の膜厚を精確に制御することができるものである。さら
に基板は基板面に垂直で基板の中心を貫ぬく軸を中心に
基板回転ができるので多層膜の面内の膜厚分布を小さく
できる。イオンビーム源の内部にプラズマは閉じ込めら
れここから引き出したイオンビームでターゲットをスパ
ッタするために、基板温度は任意に設定することが可能
で基板を加熱することによって多層膜の結晶性を高めた
り、基板冷却によって各層を非晶質化したりあるいは界
面における原子の拡散を防止し界面における組成の急峻
性を高めることができる。

（実施例） 以下本発明の一実施例を図面を用いて説明する。第１図
は本発明の一実施例の概略図である。真空槽１．はゲー
トバルブ２を通し、クライオポンプあるいはターボ分子
ポンプのような真空排気ポンプ３により排気される。カ
ウフマン型のイオンビーム源４は、ボンベ５から減圧弁
６、マス７０−コントローラ７、電磁弁８を経て導びか
れたアルゴンなどの不活性ガスでプラズマをイオンビー
ム源４の内部に形成し、これよりイオンビーム９が引き
出される。イオンビームは、イオンビーム源４の前方に
張られたタングステンワイヤ１０に電流を流し、ここか
ら放射される熱電子によりイオンビーム源４から引き出
されたイオンビームを中性化し、中性ビーム９゛を形成
することもできる。イオンビーム９あるいは中性ビーム
９′のビーム密度、加速電圧はそれぞれイオンビーム源
４内のプラズマ密度および引き出し電圧により電気的に
可変できる。ビームの開始、停止は導入ガス電磁パルプ
８の開閉あるいはプラズマの発生、停止により行なえる
。ターゲット保持機構１１は、水冷されたブロックの表
と裏にターゲット１２および１２′が固定され、図面に
垂直で水冷ブロックの中心軸１３のまわりに、真空槽１
外の図示していないパルスモータおよび回転導入器によ
り回転できるようになっている。パルスモータの回転に
よりターゲット１２あるいは１２′をイオンビーム９あ
るいは中性ビーム９′の照射位置に移動するとともに、
ターゲットに対するビームの入射角をそれぞれのターゲ
ットで任意の角度に設定できる。ターゲット１２あるい
は１２′よりスパッタされた原子１４は基板保持機構１
５に固定された基板１６および基板１６の近傍に設置さ
れた水晶振動子を用いた膜厚計１７に蒸着される。基板
保持機構１５は、基板１６に垂直でかつ基板１６の中心
を通る軸１８のまわりに真空槽ｌ外の図示していないイ
ンダクションモーターおよび回転導入器により回転でき
るようになっている。また基板保持機構１５は、図示し
てないヒーターによる基板加熱ならびに図示してない液
体窒素による基板冷却ができる。イオンビーム源４、タ
ーゲット保持機構１１、膜厚計１７は図示してないコン
ピュータにより制御される。

次に動作について説明する。

真空槽１内が１Ｏ−７ＴＯｒｒ台の真空度になるまで真
空排気ポンプ３により排気した後、アルゴンガスを流し
、真空槽１内の真空度がＩ　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒにな
るようマスフローコントローラ７を調節する。イオンビ
ーム源内にプラズマを生じさせ、加速電圧を設定しイオ
ンビーム９を引き出す。絶縁体のターゲットをスパッタ
する場合は、チャージアップを防ぐため中性ビーム９′
を用いる。ビームの入射角の決められたターゲット１２
よりスパッタされた原子１４は基板１６と膜厚計１７に
堆積する。あらかじめ設定した膜厚に達すると膜厚計１
７の信号を受けたコンピュータは、イオンビーム源４に
信号を出力しイオンビーム９あるいは中性ビーム９′の
照射が停止される。同時にコンピュータはターゲラ）・
保持機構１１にも信号を出し、ターゲット保持機構１１
を回転させ別のターゲット１２′をビーム照射位置まで
移動させビーム入射角が設定値となるようにしてターゲ
ット保持機構１１を固定する。この後コンピュータの信
号により、ビーム密度、加速電圧を設定しビーム照射を
再開する。ターゲット１２”よりスパッタされた原子が
設定膜厚まで堆積するとコンピュータはイオンビーム源
４、ターゲット保持機構１１に信号を出力し、イオンビ
ームの停止、ターゲットの交換・角度設定、ビーム密度
・加速電圧の設定、ビーム照射が行なわれ以下同様な動
作が繰返えされ、設定された繰り返し回数が終了すると
ビーム照射は停止され電磁弁８を閉じアルゴンの流入を
停止する。

基板１６は、直接プラズマにさらされることがないため
に従来の基板回転スパッタリング装置で問題となってい
た基板温度の上昇がなく、冷却も含めて基板温度を任意
に設定制御しうる。したがって膜質の改善あるいは界面
における拡散の抑制が行なえる。基板１６は基板に垂直
でかつ基板の中心を通る軸１８のまわりに回転できるの
で一層ごとの膜厚分布が小さく界面の平坦な多層膜作製
が行なえる。それぞれのターゲットに対し入射イオンビ
ームあるいは中性ビームのビーム密度、加速電圧および
ターゲットに対するビームの入射角を独立に設定しうる
ため、各層に対し最適条件の下で成膜が行なえる。各層
の膜厚は、膜厚計１７によりモニターされながら成膜さ
れるため、たとえ入射ビームが不安定になったとしても
膜厚が精確に制御された多層膜を作製することができる
。

上記実施例では、ターゲット保持機構として２種類のタ
ーゲットが取りつけられるものを示したが、ターゲット
の数はいくつであってもよい。またターゲットの交換と
入射ビームに対する角度設定を同一の回転機構で行なう
ものを示したが、両者が互いに独立の機構で行なっても
よい。またイオンビーム）原から引き出されたイオンビ
ームの中性化手段としてタングステンワイヤの通電によ
る熱電子放出を利用したものを図示したが電子銃を別に
設はイオンビームに向けて電子線を照射してもよい。さ
らにイオンビーム種としてアルゴンを用いた例について
説明したが、キセノンなどの他の不活性ガスあるいはア
ルゴン−窒素などのような混合ガスであってもよい。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば、多層膜の形成にあたって
基板をプラズマから完全に分離し、各層の成膜に最適の
スパッタ条件でかつ膜厚をコンピュータにより制御しつ
つ、基板の回転および任意の基板温度での成膜が行なえ
るので、一層あたりの膜厚が１０オングストロームとい
うような薄膜形成はもちろん、各層の膜厚比が大きい多
層膜形成も、界面における組成の急峻な多層膜の形成も
可能であり、光磁気記録や垂直磁気記録多層膜の性能向
上がはかれるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるイオンビームスパッタ
リング装置の概略図、第２図は従来の基板回転スパッタ
リング装置の概略図である。 １・・・真空槽　　　　　　　２・・・ゲートパルプ３
・・・真空排気ポンプ　　　４・・・イオンビーム源５
・・・ガスボンベ　　　　　６・・・減圧弁７・・・マ
スフローコントローラ　８・・・ｔＨｌ　弁９・・・イ
オンビーム　　　　　９′・、・中性ビーム１０・・・
タングステンワイヤ １１・・・ターゲット保持機構　１２．１２’・・・タ
ーゲット１３・・・回転中心軸　　１４・・・スパッタ
された原子１５・・・基板保持機構　　　　１６・・・
基板１７・・・膜厚計　　　　　　　１８・・・基板回
転中心軸１９．１９’・・・スパッタソース　　２０・
・・しやへい板第１図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板の保持機構、基板に蒸着すべき物質から成る
   ターゲットを固定するターゲット保持機構、イオンビー
   ム源、および膜厚計を備えたイオンビームスパッタリン
   グ装置において、ターゲット保持機構は、２つ以上のタ
   ーゲットが固定でき、それぞれのターゲットをイオンビ
   ーム照射位置に移動することができることを特徴とする
   イオンビームスパッタリング装置。
2. （２）ターゲット保持機構は、それぞれのターゲットに
   対し照射イオンビームの入射角を任意の角度に設定でき
   ることを特徴とす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装置。
3. （３）基板の保持機構は、基板面に垂直な中心軸を回転
   軸とした基板の回転および基板の加熱・冷却ができるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記載
   のイオンビームスパッタリング装置。
4. （４）イオンビーム源は、電気的にイオンビームの照射
   を開始、停止ならびにイオンビーム密度、加速電圧を可
   変できることを特徴とする特許請求の範囲第１項、第２
   項または第３項記載のイオンビームスパッタリング装置
   。
5. （５）イオンビーム源は、該イオンビーム源のプラズマ
   から引き出されたイオンを中性化するための手段を備え
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項、第２項
   、第３項または第４項記載のイオンビームスパッタリン
   グ装置。