JP2007239031A - Ion beam sputtering apparatus, ion beam sputtering method, and ion gun - Google Patents

Ion beam sputtering apparatus, ion beam sputtering method, and ion gun Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enable an ion gun to be stably operated for a long period of time by preventing the occurrence of abnormal discharge. <P>SOLUTION: In the ion beam sputtering apparatus for depositing an insulating thin film on a substrate by irradiating a target with ion beams from an ion gun, a conductive target 31 is arranged at the position where a part of the ion beams are emitted, and a conductive film is deposited on a grid 22 of the ion gun 13 by particles sputtered out from the conductive target 31. Thick deposition of an insulating film on the grid 22 can be prevented, and charge-up of the insulating film can be suppressed. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

この発明はイオンビームスパッタに関し、特に絶縁性の薄膜を成膜するイオンビームスパッタ装置及び方法に関する。   The present invention relates to ion beam sputtering, and more particularly to an ion beam sputtering apparatus and method for forming an insulating thin film.

図５は従来のイオンビームスパッタ装置の構成概要を示したものであり、イオンビームスパッタ装置は真空チャンバ１１、真空ポンプ１２、スパッタリング用のイオンガン１３、膜材料となるターゲット１４、反応ガス導入ライン１５、基板を保持するための基板ホルダ１６で構成されている。
イオンガン１３より引き出されたイオンビームはターゲット１４に照射され、ターゲット１４よりたたき出されたスパッタ粒子が基板ホルダ１６に保持されている基板上に堆積することで成膜が行われる。 FIG. 5 shows an outline of the configuration of a conventional ion beam sputtering apparatus. The ion beam sputtering apparatus includes a vacuum chamber 11, a vacuum pump 12, an ion gun 13 for sputtering, a target 14 as a film material, and a reactive gas introduction line 15. The substrate holder 16 is used to hold the substrate.
The ion beam extracted from the ion gun 13 is irradiated onto the target 14, and the film is formed by depositing sputtered particles extracted from the target 14 on the substrate held by the substrate holder 16.

図６はイオンガン１３として一般に用いられているＲＦ励起タイプのイオンガンの概略構造を示したものであり、電子発生源より供給された電子でアルゴン等の希ガスを励起し、電離させるプラズマ発生チャンバ２１と、電離したプラズマを引き出し、さらに引き出したプラズマをビーム状に整形するためのグリッド２２を備えている。グリッド２２の構成材料にはカーボンやモリブデンが一般に使用され、導電性で熱変形が少なく、硬くてスパッタリング率が小さい材料が用いられている。図６中、２３は放電ガス導入ラインを示し、２４はＲＦコイルを示す。   FIG. 6 shows a schematic structure of an RF excitation type ion gun generally used as the ion gun 13, and a plasma generation chamber 21 for exciting and ionizing a rare gas such as argon with electrons supplied from an electron generation source. And a grid 22 for extracting the ionized plasma and further shaping the extracted plasma into a beam shape. Carbon or molybdenum is generally used as a constituent material of the grid 22, and a material that is conductive, has little thermal deformation, is hard, and has a low sputtering rate is used. In FIG. 6, 23 indicates a discharge gas introduction line, and 24 indicates an RF coil.

イオンガン１３の放射端に配置されるグリッド２２は通常、２枚もしくは３枚構成とされる。図６は３枚構成として示したものであり、内側のグリッド２２ａにはイオンビームのエネルギとなる正の高電圧（数百〜数千ボルト）が印加される。２枚目のグリッド２２ｂにはイオンビーム形状を電場整形する負の電圧が印加され、例えばマイナス１００ボルト程度の電圧が印加される。３枚目（外側）のグリッド２２ｃはアース電位とされる。なお、２枚構成の場合にはこの３枚目のグリッド２２ｃがないものとされる。
このようなイオンビームスパッタ装置において絶縁性の薄膜を成膜する場合、その絶縁性の薄膜の構成材料をターゲット材料として用いることが多い。例えば、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）膜を形成する場合には酸化ケイ素を、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）膜を形成する場合にはアルミナを、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）膜を形成する場合には酸化タンタルをそれぞれターゲット材料とする。 The grid 22 arranged at the radiation end of the ion gun 13 is usually configured to be two or three. FIG. 6 shows a three-plate configuration, and a positive high voltage (several hundred to several thousand volts) serving as the energy of the ion beam is applied to the inner grid 22a. A negative voltage for shaping the ion beam shape in the electric field is applied to the second grid 22b, for example, a voltage of about minus 100 volts is applied. The third (outside) grid 22c is set to ground potential. In the case of the two-sheet configuration, the third grid 22c is not provided.
When an insulating thin film is formed in such an ion beam sputtering apparatus, the constituent material of the insulating thin film is often used as a target material. For example, when a silicon oxide (SiO 2 ) film is formed, silicon oxide is formed, when an alumina (Al 2 O 3 ) film is formed, alumina is formed, and when a tantalum oxide (Ta 2 O 5 ) film is formed. Uses tantalum oxide as the target material.

しかるに、スパッタリング時にターゲット材料は分子ではなく、原子状でスパッタアウトするために、形成された薄膜は通常、ストイキオメトリ（化学量論比）がとれていないものとなる。従って、これを補うために反応ガス（例えば酸化膜形成には酸素ガス）を真空チャンバ１１内に導入することが行われ、これによりストイキオメトリのとれた薄膜が形成されるものとなる。
一方、化合物薄膜を形成する場合、上記のようにその化合物をターゲット材料として用いなくても化合物薄膜の形成を容易に行うことができる。例えば、酸化ケイ素膜を形成する場合はケイ素（Ｓｉ）を、アルミナ膜を形成する場合はアルミニウム（Ａｌ）を、酸化タンタル膜を形成する場合はタンタル（Ｔａ）をそれぞれターゲット材料として使用し、成膜中に真空チャンバ１１内に酸素ガスを適量導入してやる。これにより、スパッタアウトしたターゲット材料（ここでは単元素）は薄膜形成時に真空チャンバ１１内に導入された反応ガス（ここでは酸素ガス）と化学結合し、化合物の薄膜が形成されるものとなる。 However, since the target material is sputtered out in the form of atoms rather than molecules during sputtering, the formed thin film usually does not have stoichiometry (stoichiometry ratio). Therefore, in order to compensate for this, a reactive gas (for example, oxygen gas for forming an oxide film) is introduced into the vacuum chamber 11, thereby forming a thin film with stoichiometry.
On the other hand, when forming a compound thin film, the compound thin film can be easily formed without using the compound as a target material as described above. For example, silicon (Si) is used as a target material when forming a silicon oxide film, aluminum (Al) is used when forming an alumina film, and tantalum (Ta) is used as a target material when forming a tantalum oxide film. An appropriate amount of oxygen gas is introduced into the vacuum chamber 11 into the film. As a result, the sputtered target material (here, single element) is chemically bonded to the reaction gas (here, oxygen gas) introduced into the vacuum chamber 11 when the thin film is formed, and a thin film of the compound is formed.

ところで、イオンガン１３よりイオンビームを引き出し、ターゲット１４に照射させると、スパッタ粒子はある分布を持ってたたき出される。図７はたたき出されたスパッタ粒子の飛散分布（飛散方向）を模式的に示したものであり、図中、２５はスパッタ粒子の飛散方向を示す。スパッタ粒子は基板方向だけでなく、イオンガン１３の方向にも多くたたき出される。従って、絶縁性の薄膜を成膜する場合に、その絶縁性の薄膜の構成材料をターゲット材料として用いていると、イオンガン１３やそのグリッド２２上にも絶縁性の薄膜が堆積してしまう。   By the way, when an ion beam is extracted from the ion gun 13 and irradiated onto the target 14, the sputtered particles are knocked out with a certain distribution. FIG. 7 schematically shows the scattering distribution (scattering direction) of spattered sputtered particles. In the figure, 25 indicates the scattering direction of sputtered particles. A lot of sputtered particles are knocked out not only in the direction of the substrate but also in the direction of the ion gun 13. Therefore, when forming an insulating thin film, if the constituent material of the insulating thin film is used as a target material, the insulating thin film is also deposited on the ion gun 13 and the grid 22 thereof.

一方、上述したようにケイ素やアルミニウムといった導電性の材料をターゲット材料として用い、酸素ガスを導入することで絶縁性の薄膜（化合物薄膜）を成膜する場合においても同様のことが起こる。つまり、余分な反応ガス（酸素ガス）は真空チャンバ１１の壁などによって何回も反射してイオンガン１３にも到達する。そのため、導電性材料をターゲット材料として使用していても結果的にイオンガン１３上に堆積した膜は絶縁性を有する化合物となる。
このように絶縁膜がイオンガン１３のグリッド２２上に堆積し、つまりグリッド２２に絶縁膜が付着してしまうと、絶縁膜が帯電することによってグリッド２２の電圧が不安定となり、イオンビームを安定に引き出すことができなくなるといった問題があり、この問題を回避するための一構成が特許文献１に示されている。
特許第３２８１９２４号公報 On the other hand, the same thing occurs when an insulating thin film (compound thin film) is formed by introducing an oxygen gas using a conductive material such as silicon or aluminum as a target material as described above. That is, excess reactive gas (oxygen gas) is reflected many times by the wall of the vacuum chamber 11 and reaches the ion gun 13. Therefore, even when a conductive material is used as a target material, the film deposited on the ion gun 13 is eventually a compound having an insulating property.
As described above, when the insulating film is deposited on the grid 22 of the ion gun 13, that is, when the insulating film adheres to the grid 22, the voltage of the grid 22 becomes unstable due to charging of the insulating film, and the ion beam is stabilized. There is a problem that it cannot be pulled out, and one configuration for avoiding this problem is disclosed in Patent Document 1.
Japanese Patent No. 3281924

しかるに、特許文献１に記載されている構成はグリッドにおけるグリッド領域（開口部）の周囲をフェイスプレートによって被覆することにより、その周囲部への絶縁膜の付着を防止し、よってグリッドの帯電する面積を小さくするようにしたものであって、グリッド領域に対する絶縁膜の付着に対しては何ら考慮されていない。
図８はグリッドに絶縁膜が付着することによって発生するグリッド間の異常放電を模式的に示したものであり、グリッド２２（２２ａ〜２２ｃ）に絶縁膜２６が多く（厚く）付着すると、イオンビーム２７がグリッド２２を通過する時に付着した絶縁膜２６にぶつかり、絶縁膜２６がチャージアップし、異常放電を起こすに至る。図中、２８は異常放電の発生を示している。 However, the configuration described in Patent Document 1 covers the periphery of the grid area (opening) in the grid with a face plate, thereby preventing the insulating film from adhering to the periphery, and thus the area charged by the grid In this case, no consideration is given to the adhesion of the insulating film to the grid region.
FIG. 8 schematically shows abnormal discharge between the grids generated by the insulating film adhering to the grid. When the insulating film 26 adheres to the grid 22 (22a to 22c) much (thick), the ion beam When 27 passes through the grid 22, it hits the insulating film 26 attached thereto, and the insulating film 26 is charged up, leading to abnormal discharge. In the figure, 28 indicates the occurrence of abnormal discharge.

このような異常放電の発生はイオンガンの安定動作を阻害するものとなる。また、異常放電した時にグリッドに付着していた絶縁膜が数ミクロン程度の大きさの粒子として飛散し、この粒子が基板上の成膜中の膜に取り込まれることによって付着物（パーティクル）となってしまい、成膜品質を損うことになる。
特に、多層膜ミラーや光通信用フィルタといった光学素子の薄膜形成において、イオンビームスパッタ装置が一般に使用されるものの、このような多層膜光学素子を作製する場合、成膜時間は数時間から長いもので数１００時間程度要するものもあり、このような長時間の成膜においてイオンガンの安定動作は極めて重要な課題となっており、上述したような異常放電の発生を防止することが強く望まれている。 The occurrence of such abnormal discharge inhibits the stable operation of the ion gun. In addition, the insulating film attached to the grid during abnormal discharge scatters as particles of a few microns in size, and these particles are taken into the film being formed on the substrate, resulting in particles (particles). As a result, the film formation quality is impaired.
In particular, an ion beam sputtering apparatus is generally used for forming a thin film of an optical element such as a multilayer mirror or an optical communication filter. However, when producing such a multilayer optical element, the film formation time is from several hours to a long time. Some require several hundred hours, and the stable operation of the ion gun is an extremely important issue in such long-time film formation, and it is strongly desired to prevent the occurrence of abnormal discharge as described above. .

この発明の目的はこのような状況に鑑み、異常放電の発生を防止し、イオンガンの長時間にわたる安定動作を可能とするイオンビームスパッタ装置、方法及びそれに用いるイオンガンを提供することにある。   In view of such circumstances, an object of the present invention is to provide an ion beam sputtering apparatus and method, and an ion gun used therefor, which can prevent the occurrence of abnormal discharge and enable stable operation of the ion gun for a long time.

請求項１の発明によれば、イオンガンよりイオンビームをターゲットに照射して絶縁性の薄膜を基板上に成膜するイオンビームスパッタ装置において、上記イオンビームの一部が照射される位置に導電材ターゲットが配置され、その導電材ターゲットよりスパッタアウトされた粒子によってイオンガンのグリッドに導電膜が堆積される構成とされる。
請求項２の発明では請求項１の発明において、導電材ターゲットがドーナツ形状をなし、グリッドがその中央部に位置する第１の開口部と、その第１の開口部の周囲に位置する第２の開口部とを有するものとされ、第１の開口部より放射されるイオンビームが上記ターゲットに照射され、第２の開口部より放射されるイオンビームが上記導電材ターゲットに照射される構成とされる。 According to the first aspect of the present invention, in the ion beam sputtering apparatus for irradiating the target with an ion beam from an ion gun to form an insulating thin film on the substrate, a conductive material is provided at a position where a part of the ion beam is irradiated. A target is arranged, and a conductive film is deposited on the grid of the ion gun by particles sputtered out from the conductive material target.
According to the invention of claim 2, in the invention of claim 1, the conductive material target has a donut shape, and the grid has a first opening located at the center thereof and a second opening located around the first opening. And the target is irradiated with the ion beam emitted from the first opening, and the conductive material target is irradiated with the ion beam emitted from the second opening. Is done.

請求項３の発明では請求項１又は２の発明において、上記導電材ターゲットはイオンガンに取り付けられたターゲットホルダに保持される構成とされる。
請求項４の発明によるイオンビームスパッタ方法によれば、イオンガンよりイオンビームをターゲットに照射して絶縁性の薄膜を基板上に成膜すると同時に、上記イオンビームの一部を導電材ターゲットに照射してイオンガンのグリッドに導電膜を堆積させる。
請求項５の発明によれば、イオンビームスパッタ用のイオンガンは、イオンビーム放射端に設置されたグリッドが、その中央部に位置する第１の開口部と、その第１の開口部の周囲に位置する第２の開口部とを有するものとされる。 According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the conductive material target is held by a target holder attached to an ion gun.
According to the ion beam sputtering method of the fourth aspect of the present invention, the target is irradiated with an ion beam from an ion gun to form an insulating thin film on the substrate, and at the same time, a part of the ion beam is irradiated onto the conductive material target. A conductive film is deposited on the grid of the ion gun.
According to the invention of claim 5, in the ion gun for ion beam sputtering, the grid installed at the ion beam radiation end has a first opening located at the center thereof and around the first opening. And a second opening located.

請求項６の発明では請求項５の発明において、第２の開口部より放射されるイオンビーム線上にターゲットを配置可能とするターゲットホルダを具備するものとされる。   According to a sixth aspect of the present invention, in the fifth aspect of the present invention, a target holder is provided that allows the target to be disposed on the ion beam line emitted from the second opening.

この発明によるイオンビームスパッタ装置によれば、絶縁性の薄膜の成膜時に、イオンガンのグリッドに導電膜を堆積させることができる。従って、グリッドに付着した絶縁膜がチャージアップすることによって従来発生していた異常放電を防止することができ、イオンガンの長時間にわたる安定動作が可能となり、その点でイオンガンのメンテナンス時間を長くすることができ、長寿命化を図ることができる。また、異常放電により従来発生していた成膜中の膜に含まれるパーティクルも抑制することができる。
なお、この発明によるイオンガンによれば、上記のようなイオンビームスパッタ装置に用いて好適なイオンガンを提供することができる。 According to the ion beam sputtering apparatus of the present invention, the conductive film can be deposited on the grid of the ion gun when the insulating thin film is formed. Therefore, it is possible to prevent abnormal discharge that has occurred in the past by charging up the insulating film attached to the grid, enabling stable operation of the ion gun for a long time, and in that respect, lengthening the maintenance time of the ion gun. And a longer life can be achieved. In addition, particles contained in a film during film formation that has conventionally occurred due to abnormal discharge can also be suppressed.
According to the ion gun of the present invention, an ion gun suitable for use in the ion beam sputtering apparatus as described above can be provided.

この発明の実施形態を図面を参照して実施例により説明する。なお、イオンビームスパッタ装置の基本構成は図５と同様であり、図示を省略する。また、図５及び６に示した従来例と対応する部分には同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
図１はこの発明の一実施例の要部構成を示したものであり、この例では基板成膜用のターゲットとは別に、導電材ターゲット３１がイオンガン１３の前方に配置され、イオンビームの一部が導電材ターゲット３１に照射されるものとされる。図１中、２７ａは基板成膜用のターゲット１４（図５参照）に照射されるイオンビームを示し、２７ｂは導電材ターゲット３１に照射されるイオンビームを示す。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The basic configuration of the ion beam sputtering apparatus is the same as that shown in FIG. The parts corresponding to those of the conventional example shown in FIGS. 5 and 6 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
FIG. 1 shows an essential configuration of an embodiment of the present invention. In this example, a conductive material target 31 is disposed in front of an ion gun 13 separately from a substrate deposition target, and an ion beam is provided. The portion is irradiated on the conductive material target 31. In FIG. 1, 27 a indicates an ion beam irradiated on the substrate deposition target 14 (see FIG. 5), and 27 b indicates an ion beam irradiated on the conductive material target 31.

導電材ターゲット３１はこの例では中央にイオンビーム２７ａが通過する穴３１ａを有するドーナツ形状とされており、さらに入射するイオンビーム２７ｂに対して所定の傾斜角度θをもつようにさら形状をなすものとされている。なお、図１中、３２は導電材ターゲット３１を保持するターゲットホルダを示し、このターゲットホルダ３２も導電材ターゲット３１と同様、中央にイオンビーム２７ａが通過する穴３２ａを有するドーナツ形状とされ、かつさら形状をなすものとされている。
イオンビーム２７ｂが照射されることにより導電材ターゲット３１からたたき出された（スパッタアウト）された粒子はイオンガン１３のグリッド２２の方向に飛散し、グリッド２２上に堆積していく。図１中、３３は導電材ターゲット３１からスパッタアウトされた粒子の飛散方向を示す。 In this example, the conductive material target 31 has a donut shape having a hole 31a through which the ion beam 27a passes, and is further shaped to have a predetermined inclination angle θ with respect to the incident ion beam 27b. It is said that. In FIG. 1, reference numeral 32 denotes a target holder for holding the conductive material target 31, and the target holder 32 has a donut shape having a hole 32a through which the ion beam 27a passes in the center, similar to the conductive material target 31, and Furthermore, it is supposed to form a shape.
Particles sputtered (sputtered out) from the conductive material target 31 by being irradiated with the ion beam 27 b are scattered in the direction of the grid 22 of the ion gun 13 and are deposited on the grid 22. In FIG. 1, 33 indicates the scattering direction of particles sputtered out from the conductive material target 31.

グリッド２２上に導電材ターゲット３１からスパッタアウトされた粒子が堆積することにより、この例ではグリッド２２上に導電膜を形成することができるものとなっており、つまりイオンビームスパッタによって基板上に絶縁性の薄膜を成膜する際に、その成膜を行いながらグリッド２２上に導電膜を形成することができるものとなっている。従って、グリッド２２に従来のように絶縁膜が厚く付着するといったことを防止でき、付着した絶縁膜がチャージアップして異常放電が発生するといった従来の問題を解消することができる。   By depositing particles sputtered out from the conductive material target 31 on the grid 22, a conductive film can be formed on the grid 22 in this example, that is, insulating on the substrate by ion beam sputtering. When a conductive thin film is formed, a conductive film can be formed on the grid 22 while the film is formed. Accordingly, it is possible to prevent the insulating film from being thickly attached to the grid 22 as in the prior art, and to solve the conventional problem that the attached insulating film is charged up and abnormal discharge occurs.

導電材ターゲット３１の傾斜角度θはスパッタアウトされた粒子がグリッド２２方向へ多く飛散するように選定され、傾斜角度θを適切に選定することにより、グリッド２２表面にまんべんなくスパッタ粒子が飛散し、堆積するものとなる。傾斜角度θはグリッド２２の口径にもよるが、例えば３０°程度とされる。なお、このように傾斜角度θを選定することにより、基板ホルダ１６上の基板やターゲット１４（図５参照）方向へのスパッタ粒子の飛散は少ないものとなる。
導電材ターゲット３１の材料はカーボンが好ましい。カーボン原子は真空チャンバ１１（図５参照）内に酸素ガスが導入されても、酸素ガスとほとんど化学反応しないためにカーボン原子としてそのまま存在し、よってグリッド２２上に良好に導電膜を形成できるものとなる。 The inclination angle θ of the conductive material target 31 is selected such that many sputtered particles are scattered in the direction of the grid 22. By appropriately selecting the inclination angle θ, the sputtered particles are scattered evenly on the surface of the grid 22 and deposited. To be. Although the inclination angle θ depends on the diameter of the grid 22, it is set to about 30 °, for example. In addition, by selecting the inclination angle θ in this manner, scattering of sputtered particles in the direction of the substrate on the substrate holder 16 and the target 14 (see FIG. 5) is reduced.
The material of the conductive material target 31 is preferably carbon. Even if oxygen gas is introduced into the vacuum chamber 11 (see FIG. 5), the carbon atoms are present as carbon atoms because they hardly react with the oxygen gas, so that a conductive film can be satisfactorily formed on the grid 22 It becomes.

なお、導電材ターゲット３１の材料はカーボンに限らず、金属でもよい。この場合、真空チャンバ１１内への導入酸素ガスと化学反応し、導電性が損われるといった状況が生じうる。これを回避するためには例えば導電材ターゲット材料のグリッド２２上への成膜レートを早くし、ストイキオメトリのずれた、つまり酸素不足の膜が形成されるようにするとよい。この膜は純粋な金属膜に比べて導電率は落ちるものの、ある程度の導電性は有しており、よってチャージアップを抑制することができる。成膜レートを早めるためには例えばグリッド２２の、導電材ターゲット３１に照射されるイオンビーム２７ｂが引き出される部分の穴径や穴の数を増大し、つまり開口率を大きくすればよい。   The material of the conductive material target 31 is not limited to carbon but may be metal. In this case, a situation may occur in which the electrical conductivity is impaired due to a chemical reaction with the oxygen gas introduced into the vacuum chamber 11. In order to avoid this, for example, the film formation rate of the conductive material target material on the grid 22 may be increased so that a stoichiometric misalignment, that is, an oxygen-deficient film is formed. Although this film has a lower conductivity than a pure metal film, it has a certain degree of conductivity, so that charge-up can be suppressed. In order to increase the film formation rate, for example, the hole diameter or the number of holes in the portion of the grid 22 from which the ion beam 27b irradiated to the conductive material target 31 is extracted may be increased, that is, the aperture ratio may be increased.

導電材ターゲット３１の材料を金属とする場合には基板上に成膜する膜の構成元素である金属とするのが好ましい。このような金属を選択すれば導電材ターゲット３１からのスパッタ粒子が基板上に成膜中の膜に仮りに混入したとしても不純物とはならない。
イオンガン１３のグリッド２２（２２ａ〜２２ｃ）は一般的な中央部に多数の穴が配列形成されてなる開口部（開口領域）を有するものでもよいが、この場合、導電材ターゲット３１の内周側角部３１ｂでターゲット材の消耗が著しくなり、導電材ターゲット３１の交換頻度が上がるといった状況が生じる。これを回避するためにはターゲット１４に照射するイオンビーム２７ａと導電材ターゲット３１に照射するイオンビーム２７ｂとを分け、導電材ターゲット３１の角部３１ｂにイオンビームが入射しないようにするのが好ましい。 When the material of the conductive material target 31 is a metal, it is preferable to use a metal that is a constituent element of a film formed on the substrate. If such a metal is selected, even if sputter particles from the conductive material target 31 are mixed into the film being formed on the substrate, they will not become impurities.
The grid 22 (22a to 22c) of the ion gun 13 may have an opening (opening region) in which a large number of holes are arranged in a general central portion, but in this case, the inner peripheral side of the conductive material target 31 There is a situation in which the consumption of the target material becomes significant at the corner portion 31b and the replacement frequency of the conductive material target 31 increases. In order to avoid this, it is preferable to separate the ion beam 27 a irradiated to the target 14 and the ion beam 27 b irradiated to the conductive material target 31 so that the ion beam does not enter the corner portion 31 b of the conductive material target 31. .

図２はそのようにイオンビーム２７ａと２７ｂとを分けるようにしたグリッド２２（２２ａ〜２２ｃ）の構成を示したものであり、各グリッド２２ａ〜２２ｃは中央部に位置する第１の開口部Ａと、その第１の開口部Ａの周囲に位置するリング状の第２の開口部Ｂとを有するものとされている。そして、第１の開口部Ａより放射されるイオンビーム２７ａがターゲット１４に照射され、第２の開口部Ｂより放射されるイオンビーム２７ｂが導電材ターゲット３１に照射されるものとなっている。
グリッド２２ａ〜２２ｃをこのような構成とすることにより、導電材ターゲット３１の角部３１ｂへのイオンビームの入射を大幅に低減することができる。 FIG. 2 shows the configuration of the grid 22 (22a to 22c) in which the ion beams 27a and 27b are separated as described above, and each grid 22a to 22c is a first opening A located at the center. And a ring-shaped second opening B located around the first opening A. The target 14 is irradiated with an ion beam 27 a emitted from the first opening A, and the conductive material target 31 is irradiated with an ion beam 27 b emitted from the second opening B.
By configuring the grids 22a to 22c in such a configuration, it is possible to significantly reduce the incidence of the ion beam on the corner portion 31b of the conductive material target 31.

導電材ターゲット３１を保持するターゲットホルダ３２はイオンガン１３とは別に、イオンガン１３に近接させて配置してもよく、またイオンガン１３に取り付けて配置するようにしてもよい。図３はイオンガン１３にターゲットホルダ３２を取り付け、つまりイオンガン１３がターゲットホルダ３２を具備する構成とした例を示したものであり、この例では前述したように中央に穴３２ａを有するさら形状とされたターゲットホルダ３２に一体に円筒部３４が形成されており、この円筒部３４をイオンガン１３に嵌めることによってターゲットホルダ３２がイオンガン１３に取り付けられている。   The target holder 32 that holds the conductive material target 31 may be arranged close to the ion gun 13, separately from the ion gun 13, or may be arranged attached to the ion gun 13. FIG. 3 shows an example in which the target holder 32 is attached to the ion gun 13, that is, the ion gun 13 includes the target holder 32. In this example, as described above, a flat shape having the hole 32a in the center is formed. A cylindrical portion 34 is formed integrally with the target holder 32, and the target holder 32 is attached to the ion gun 13 by fitting the cylindrical portion 34 to the ion gun 13.

図４は導電材ターゲット３１にカーボンを用いた場合のイオンガンの運転状況を従来例と共に示したものであり、図４よりイオンガンのグリッドに絶縁膜が堆積してしまう従来例では異常放電が頻繁に発生していたのに対し、この例では長時間にわたって異常放電が発生しないことがわかる。   FIG. 4 shows the operation state of the ion gun when carbon is used as the conductive material target 31 together with the conventional example. In FIG. 4, the abnormal discharge frequently occurs in the conventional example in which an insulating film is deposited on the grid of the ion gun. In contrast to this, in this example, it can be seen that abnormal discharge does not occur for a long time.

この発明の一実施例の要部構成を説明するための図。The figure for demonstrating the principal part structure of one Example of this invention. イオンガングリッドの構成例を説明するための図。The figure for demonstrating the structural example of an ion gun grid. ターゲットホルダのイオンガンへの取り付け例を説明するための図。The figure for demonstrating the example of attachment to the ion gun of a target holder. この発明の実施例及び従来例におけるイオンガンの運転状況を比較して示したグラフ。The graph which showed the comparison of the operation condition of the ion gun in the Example of this invention, and a prior art example. 従来のイオンビームスパッタ装置の構成を説明するための図。The figure for demonstrating the structure of the conventional ion beam sputtering apparatus. ＲＦ励起タイプのイオンガンの構造を説明するための図。The figure for demonstrating the structure of an RF excitation type ion gun. ターゲットよりたたき出されたスパッタ粒子の飛散方向を説明するための図。The figure for demonstrating the scattering direction of the sputtered particle knocked out from the target. イオンガンのグリッドにおける異常放電の発生を説明するための図。The figure for demonstrating generation | occurrence | production of the abnormal discharge in the grid of an ion gun.

Claims (6)

イオンガンよりイオンビームをターゲットに照射して絶縁性の薄膜を基板上に成膜するイオンビームスパッタ装置において、
上記イオンビームの一部が照射される位置に導電材ターゲットが配置され、
その導電材ターゲットよりスパッタアウトされた粒子によって上記イオンガンのグリッドに導電膜が堆積される構成とされていることを特徴とするイオンビームスパッタ装置。 In an ion beam sputtering apparatus that irradiates a target with an ion beam from an ion gun to form an insulating thin film on a substrate,
A conductive material target is disposed at a position where a part of the ion beam is irradiated,
An ion beam sputtering apparatus characterized in that a conductive film is deposited on the grid of the ion gun by particles sputtered out from the conductive material target. 請求項１記載のイオンビームスパッタ装置において、
上記導電材ターゲットはドーナツ形状をなし、
上記グリッドはその中央部に位置する第１の開口部と、その第１の開口部の周囲に位置する第２の開口部とを有するものとされ、
上記第１の開口部より放射されるイオンビームが上記ターゲットに照射され、
上記第２の開口部より放射されるイオンビームが上記導電材ターゲットに照射される構成とされていることを特徴とするイオンビームスパッタ装置。 The ion beam sputtering apparatus according to claim 1.
The conductive material target has a donut shape,
The grid has a first opening located in the center thereof, and a second opening located around the first opening,
The target is irradiated with an ion beam emitted from the first opening,
An ion beam sputtering apparatus characterized in that the conductive material target is irradiated with an ion beam emitted from the second opening. 請求項１又は２記載のイオンビームスパッタ装置において、
上記導電材ターゲットは上記イオンガンに取り付けられたターゲットホルダに保持される構成とされていることを特徴とするイオンビームスパッタ装置。 In the ion beam sputtering apparatus according to claim 1 or 2,
The ion beam sputtering apparatus, wherein the conductive material target is held by a target holder attached to the ion gun. イオンガンよりイオンビームをターゲットに照射して絶縁性の薄膜を基板上に成膜すると同時に、上記イオンビームの一部を導電材ターゲットに照射して上記イオンガンのグリッドに導電膜を堆積させることを特徴とするイオンビームスパッタ方法。   Irradiating the target with an ion beam from an ion gun to form an insulating thin film on the substrate, and simultaneously irradiating a conductive material target with a portion of the ion beam to deposit a conductive film on the grid of the ion gun. Ion beam sputtering method. イオンビームスパッタ用のイオンガンであって、
イオンビーム放射端に設置されたグリッドが、その中央部に位置する第１の開口部と、その第１の開口部の周囲に位置する第２の開口部とを有するものとされていることを特徴とするイオンガン。 An ion gun for ion beam sputtering,
It is assumed that the grid installed at the ion beam radiation end has a first opening located at the center thereof and a second opening located around the first opening. A characteristic ion gun. 請求項５記載のイオンガンにおいて、
上記第２の開口部より放射されるイオンビーム線上にターゲットを配置可能とするターゲットホルダを具備することを特徴とするイオンガン。 The ion gun according to claim 5, wherein
An ion gun comprising: a target holder capable of arranging a target on an ion beam line emitted from the second opening.
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