JP2656302B2 - Thin film formation method - Google Patents

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リング法による薄膜
の形成方法に関し、特にパターン化の可能なビーム蒸着
方法に関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method of forming a thin film by an ion beam sputtering method, and more particularly to a patternable beam evaporation method.

＜従来技術＞ 近年、薄膜化技術の進歩とともにビーム蒸着法が発展
してきている。この成膜技術にはイオン化蒸着法、クラ
スターイオンビーム法などがあり〔日本化学会誌NO.11
（1987）P1908参照〕、これらはプラズマや高速電子線
などのエネルギーにより蒸着させた成膜粒子をイオン化
して基板に電場加速して成膜する方法で、基板温度が比
較的低温で高純度の薄膜が得られる。そして、これらの
膜を実際に使用するときにはパターン化が必要な場合が
多く、その目的のために、成膜時に基板表面にパターン
マスクを設けてパターン化した薄膜を形成したり、成膜
後に不必要な部分をエッチング処理してパターン化が行
われている。<Prior Art> In recent years, a beam evaporation method has been developed with the progress of thinning technology. This film forming technology includes an ionization vapor deposition method and a cluster ion beam method [Chemical Society of Japan NO.11
(1987) P1908] These are methods of ionizing film-forming particles deposited by energy such as plasma or high-speed electron beam and accelerating the electric field on the substrate to form a film. A thin film is obtained. When these films are actually used, patterning is often required. For this purpose, a patterned mask is provided on the substrate surface at the time of film formation to form a patterned thin film, or an improper film is formed after film formation. A necessary portion is patterned by etching.

＜発明が解決しようとする課題＞ 上記従来のビーム成膜法においてパターン化薄膜を得
ようとする場合、マスク操作やエッチング処理の行程に
おける煩雑さに加え、操作上ゴミ、傷が発生し易くそれ
らに対する十分な管理も必要である。また、マスク材表
面に照射されるビームによって発生する不純物が膜中へ
混入するという問題点や、そしてまたエッチング行程に
おいても使用される処理液の影響によって膜の特性劣化
が発生する問題点があった。<Problems to be Solved by the Invention> When a patterned thin film is to be obtained by the above-mentioned conventional beam deposition method, in addition to the complexity of the mask operation and etching process, dust and scratches are likely to occur during the operation. Sufficient management is also required. In addition, there is a problem that impurities generated by the beam irradiated on the surface of the mask material are mixed into the film, and that a characteristic of the film is deteriorated due to the influence of the processing solution used in the etching process. Was.

本発明は不活性ガスのイオンビームを成膜粒子発生器
とし、このイオンビームをターゲットに照射させて成膜
粒子を発生させ、このターゲットにパターン化してビー
ム通過孔を設けることにより、基板（被成膜体）の必要
な部分に不純物の少ないパターン化薄膜を形成すること
を目的としている。The present invention provides a film-forming particle generator using an ion beam of an inert gas as a film-forming particle generator, irradiating the ion beam to a target to generate film-forming particles, and patterning the target to provide a beam passage hole, thereby forming a substrate (coated). The purpose of the present invention is to form a patterned thin film having a small amount of impurities on a necessary portion of the film formation body.

＜課題を解決するための手段＞ 上記目的を達成するために、本発明のビーム成膜法に
おいては、不活性イオンビームとそのビーム飛来経路に
パターン状のビーム通過孔を設けたターゲットを使用す
るビーム成膜方法をとる。すなわち、具体的には、不活
性ガスのイオンソースと被成膜体との間に、成膜粒子の
ビームをパターン状に発生しうるターゲットを配置し、
イオンビームスパッタリグ法により被成膜体にパターン
状の薄膜を成膜することを特徴とする薄膜の形成方法で
ある。<Means for Solving the Problems> In order to achieve the above object, in the beam deposition method of the present invention, an inert ion beam and a target provided with a patterned beam passage hole in its beam flight path are used. The beam deposition method is used. That is, specifically, a target capable of generating a beam of film-forming particles in a pattern is arranged between an ion source of an inert gas and a film-forming object,
This is a method for forming a thin film, characterized in that a patterned thin film is formed on a film-forming target by an ion beam sputter rig method.

＜作用＞ 本発明は、イオンソース、ターゲット、被成膜体をほ
ぼ一直線上に並べ、不活性ガスのイオンビームによるタ
ーゲットに対するスパッタリングの方向と、成膜粒子の
飛翔方法が同じであり、故にターゲットにパターン状の
ビーム通過孔をあけるというような工夫で、成膜される
薄膜のパターン化が為されるものである。<Function> The present invention arranges an ion source, a target, and a film-forming object substantially in a straight line, and uses the same sputtering direction for a target by an inert gas ion beam and a method of flying film-forming particles. The thin film to be formed is patterned by devising a pattern-shaped beam passage hole.

＜発明の詳述＞ 以下さらに詳細に説明すると、第１図は、上記本発明
の薄膜の形成方法に使用する装置の説明図である。窒素
やアルゴンなどの不活性ガスがボンベ（１）からイオン
ソース（２）に導入されイオンビーム（３）が発生す
る。このイオンビーム（３）は電場（10）で加速され、
パターン化されたビーム通過孔（７）を設けたターゲッ
ト（４）に照射される。イオンビーム（３）はターゲッ
ト（４）に衝突してスパッタ粒子（５）を発生させると
同時に、それらのスパッタ粒子（15）と衝突して被成膜
体（８）の方向に移動するエネルギーを与え、スパッタ
粒子（15）の一部がビーム通過孔（７）を通して直線性
の良い成膜粒子（６）のビームとなる。そしてターゲッ
ト（４）のパターン形状に被成膜体（８）に到達して薄
膜（９）が形成される。<Detailed Description of the Invention> To be described in further detail below, FIG. 1 is an explanatory view of an apparatus used for the method for forming a thin film of the present invention. An inert gas such as nitrogen or argon is introduced from a cylinder (1) into an ion source (2) to generate an ion beam (3). This ion beam (3) is accelerated by an electric field (10),
The target (4) provided with a patterned beam passage hole (7) is irradiated. The ion beam (3) collides with the target (4) to generate sputtered particles (5), and at the same time, collides with the sputtered particles (15) to transfer energy toward the film-forming body (8). Then, a part of the sputtered particles (15) becomes a beam of the film-forming particles (6) having good linearity through the beam passage hole (7). Then, the thin film (9) is formed by reaching the film-forming body (8) in the pattern shape of the target (4).

第２図は成膜粒子のビーム直線性を示したものであ
る。ターゲットに直径0.3mmの円形のビーム孔を設けた
ターゲットを使用し、ターゲット被成膜体間の距離を変
化させて成膜したときの成膜パターンの直径の変化を示
しており、10cm離した距離においても広がりが10ミクロ
ン以下であることがわかる。また、第３図ビーム孔の開
口率と得られる成膜量の関係を示す。成膜量は主にスパ
ッタ粒子の発生量と成膜粒子の通過率にほぼ比例して効
く。開口率が増加するとともにほぼ比例して成膜量が増
えていくが、開口率60から70パーセント以上になるとス
パッタ粒子の発生量が現象するため成膜量が激減する。
このように、かなり大きな開口率のパターンも成膜する
ことが出来るし、開口率の異なるビーム孔を同じターゲ
ットに設けておくことにより、同一のビーム照射条件で
２種以上の成膜量の異なる薄膜形成も可能である。FIG. 2 shows the beam linearity of the film-forming particles. Using a target with a circular beam hole with a diameter of 0.3 mm on the target, the change in the diameter of the film formation pattern when the film was formed by changing the distance between the target film-forming bodies, showing a change of 10 cm It can be seen that the spread is 10 microns or less even at a distance. FIG. 3 shows the relationship between the aperture ratio of the beam hole and the obtained film formation amount. The film formation amount is effective substantially in proportion to the generation amount of sputter particles and the passage rate of the film formation particles. As the aperture ratio increases, the film deposition amount increases almost in proportion. However, when the aperture ratio exceeds 60 to 70% or more, the amount of sputtered particles occurs, and the film deposition amount sharply decreases.
In this manner, a pattern having a considerably large aperture ratio can be formed, and by providing beam holes having different aperture ratios in the same target, two or more different film formation amounts can be obtained under the same beam irradiation condition. Thin film formation is also possible.

＜発明の実施例＞ RFスパッタ装置を使用し、ターゲットの素材としてグ
ラファイトの3mm板を用いて炭素薄膜の形成を行なった
実施例について図を用いて説明する。RFイオンソースを
用いて発生させたアルゴンイオンビーム（0.1mA/cm²,40
0V加速）をグラファイトターゲットに衝突させた。被成
膜体は石英板とし、イオンビームの入射方向にターゲッ
トから12cm離して設置した。装置内の真空度は10^-3パス
カルとし、成膜時間は２時間とした。<Embodiment of the Invention> An embodiment in which a carbon thin film is formed using a 3 mm plate of graphite as a target material using an RF sputtering apparatus will be described with reference to the drawings. Argon ion beam (0.1 mA / cm ² , 40
(0 V acceleration) collided with the graphite target. The object to be film-formed was a quartz plate, and was placed 12 cm away from the target in the direction of incidence of the ion beam. The degree of vacuum in the apparatus was 10 ^-3 Pa, and the film formation time was 2 hours.

以下さらに本発明のビーム成膜法により薄膜がパター
ン状に形成される点について詳述する。第４図は、本発
明の一実施例を示すものであり、成膜粒子発生材料であ
るターゲットは、スリット状のビーム通過孔（26）を垂
直および水平方向に有するターゲット（22）とターゲッ
ト（23）を並列させ、その背後にさらにパターン状のビ
ーム通過孔（27）を形成したパターンターゲット（24）
を配して三枚一組となっている。この状態で図の左側か
らアルゴン等の不活性ガスのイオンビーム（21）をイオ
ンソース（図示せず）より照射すれば、被成膜体（25）
には、図示するようなパターン状の薄膜（28）が被着さ
れる。すでに明らかなように、ドットマトリックス状の
薄膜（28）は、パターンターゲット（24）のビーム通過
孔（27）の形状に対応している。このパターンターゲッ
ト（24）が無い状態では、薄膜（28）は、欠けのないド
ットマトリックス状となる。もちろん、この場合も本発
明の実施例のひとつである。Hereinafter, the point that a thin film is formed in a pattern by the beam film forming method of the present invention will be described in detail. FIG. 4 shows an embodiment of the present invention, in which a target which is a film-forming particle generating material includes a target (22) having slit-shaped beam passage holes (26) in the vertical and horizontal directions, and a target ( A pattern target (24) in which 23) are arranged side by side, and a patterned beam passage hole (27) is further formed behind it
Are arranged in pairs. In this state, when an ion beam (21) of an inert gas such as argon is irradiated from an ion source (not shown) from the left side of the drawing, the film-forming body (25)
Is coated with a patterned thin film (28) as shown. As already clear, the dot matrix thin film (28) corresponds to the shape of the beam passage hole (27) of the pattern target (24). In the absence of the pattern target (24), the thin film (28) has a dot matrix shape with no chips. Of course, this case is also one of the embodiments of the present invention.

付言するに、パターンターゲット（24）は、その他の
ターゲット（22）（23）と同材質のものが良い。パター
ンターゲット（24）に対してもイオンビーム（21）が衝
突するので、パターンターゲット（24）もスパッタリン
グされて成膜粒子を生成することがあり、成膜される薄
膜（28）中に不純物が混入していないように、同材質の
ものを選ぶのが好ましい。第４図の例では、1mmピッチ
のスリット（26）を形成したグラファイトのスリットタ
ーゲット（22）および（23）、そしてパターン状の通過
孔（27）を形成したパターンターゲット（24）を使用し
て薄膜形成した。その結果、被成膜体（25）に1mm角の
小パターンを含んだ膜厚200オングストロームのパター
ン化炭素薄膜が得られた。In addition, the pattern target (24) is preferably made of the same material as the other targets (22) and (23). Since the ion beam (21) collides with the pattern target (24), the pattern target (24) may also be sputtered to form film-forming particles, and impurities may be contained in the thin film (28) to be formed. It is preferable to select the same material so that it is not mixed. In the example shown in FIG. 4, a graphite slit target (22) and (23) having a 1 mm pitch slit (26) and a pattern target (24) having a pattern-like passing hole (27) are used. A thin film was formed. As a result, a patterned carbon thin film having a thickness of 200 angstroms including a small pattern of 1 mm square was obtained on the film-formed body (25).

第５図（ａ）は、パターン状ビーム通過孔（34）の形
状に対応した薄膜（35）が、被成膜体（33）に形成され
るという例である。図の実施例では、ターゲット（32）
として表面加工したものを用いている。第５図（ｂ）に
その断面形状を示した様に、表面に凹凸状の傾斜面（3
6）を設けることによりスパッタ粒子の発生率を増加す
ることができる。2mmの直径の先端角度120度のドリルに
よりテーパ面加工した結果、未加工面ターゲットを使用
した膜よりも２倍以上の成膜量が得られた。FIG. 5 (a) shows an example in which a thin film (35) corresponding to the shape of the patterned beam passage hole (34) is formed on the object (33). In the illustrated embodiment, the target (32)
The surface-treated one is used. As shown in FIG. 5 (b), the cross-sectional shape is such that the surface has an uneven inclined surface (3
By providing 6), the generation rate of sputtered particles can be increased. As a result of processing the tapered surface with a drill having a diameter of 2 mm and a tip angle of 120 degrees, a film formation amount more than twice as large as that of a film using an unprocessed surface target was obtained.

第６図は、回転ターゲット（42）を用いた実施例の説
明図である。ターゲット（42）の外周にギヤ歯（45）を
加工して装置内で毎分10回転で回転させながら成膜し
た。3mm直径の８個のビーム透過孔（44）は回転軸にた
いして5mm直径の同円周上に設けた。FIG. 6 is an explanatory view of an embodiment using a rotating target (42). Gear teeth (45) were machined on the outer periphery of the target (42), and a film was formed while rotating at 10 revolutions per minute in the apparatus. Eight beam transmission holes (44) having a diameter of 3 mm were provided on the same circumference having a diameter of 5 mm with respect to the rotation axis.

その結果、リング状のパターン形状を有する膜（46）
が被成膜体（43）上に得られた。As a result, a film having a ring-shaped pattern shape (46)
Was obtained on the object to be film-formed (43).

第７図は、回転ターゲット（52）とパターンターゲッ
ト（53）を組み合わせた実施例の説明図である。回転タ
ーゲットのビーム孔に、開口率が60パーセントとなるよ
うなビーム透過孔領域（56）と40パーセントのビーム透
過孔領域（57）を設け、それぞれビームが通過して来る
一に二つの窓パターン孔（58）（58′）を有するパター
ンターゲットを重ねて配置した。膜厚が二種類の薄膜
（59）（60）が形成され、それぞれ700および450オング
ストロームであった。FIG. 7 is an explanatory view of an embodiment in which a rotary target (52) and a pattern target (53) are combined. The beam aperture of the rotating target is provided with a beam transmission aperture area (56) with an aperture ratio of 60% and a beam transmission aperture area (57) with a 40% aperture. The pattern targets having the holes (58) and (58 ') were arranged in an overlapping manner. Two types of thin films (59) and (60) were formed, with thicknesses of 700 and 450 Å, respectively.

＜発明の効果＞ 以上説明した様に、本発明のビーム成膜方法により、
従来取り扱いに注意が必要であったパターン化薄膜形成
が容易に実現できる。パターン形状も60パーセント以上
の大きな開口率のパターンも成膜することが出来、また
開口率の異なるビーム孔を同じターゲットに設けておく
ことにより、同一のンビーム照射条件で２種類以上の成
膜量の異なる薄膜形成も可能である。<Effect of the Invention> As described above, the beam deposition method of the present invention
The formation of a patterned thin film, which conventionally required careful handling, can be easily realized. A pattern with a large aperture ratio of 60% or more can be formed. By providing beam holes with different aperture ratios in the same target, two or more types of film formation amounts can be formed under the same beam irradiation conditions. It is also possible to form different thin films.

また、ターゲットを一枚ではなく多数枚用いれば複雑
なパターンの成膜が可能である、また、ターゲットを回
転して用いれば、回転体のパターンが得られるばかりで
なく、均一な厚さの薄膜を得ることができる。さらに、
ターゲットの表面を加工してイオンビームの入射方向に
対して、傾斜面とすれば、スパッタ効率が向上し、成膜
速度を高めることもできる。In addition, if a large number of targets are used instead of one, it is possible to form a complicated pattern, and if the target is rotated, not only a pattern of a rotating body can be obtained, but also a thin film having a uniform thickness. Can be obtained. further,
If the surface of the target is machined so as to be inclined with respect to the direction of incidence of the ion beam, the sputtering efficiency is improved and the film formation speed can be increased.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第１図は本発明の薄膜の形成方法に使用する装置の説明
図であり、第２図はターゲットと基板間の距離を変えた
ときのパターン長さの測定値で成膜ビームの広がりを示
すグラフ図であり、第３図はターゲットに設けたビーム
通過孔の開口率と得られる成膜量の関係を示すグラフ図
である。第４図、第５図（ａ）（ｂ）、第６図および第
７図はそれぞれ本発明の実施例を示す説明図である。 （１）……ボンベ、（２）……イオンソース （３）……イオンビーム、（４）……ターゲット （５）……スパッタ粒子、（６）……成膜粒子 （７）……ビーム通過孔、（８）……被成膜体 （９）……薄膜、（10）……電場FIG. 1 is an explanatory view of an apparatus used for the method of forming a thin film according to the present invention, and FIG. 2 shows a spread of a film forming beam by a measured value of a pattern length when a distance between a target and a substrate is changed. FIG. 3 is a graph showing a relationship between an aperture ratio of a beam passage hole provided in a target and an obtained film formation amount. FIG. 4, FIG. 5 (a) (b), FIG. 6 and FIG. 7 are explanatory diagrams each showing an embodiment of the present invention. (1) ... cylinder, (2) ... ion source (3) ... ion beam, (4) ... target (5) ... sputtered particles, (6) ... film-formed particles (7) ... beam Through-hole, (8) ... film-forming object (9) ... thin film, (10) ... electric field

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】不活性ガスのイオンソースと被成膜体との
間に、成膜粒子のビームをパターン化しうるターゲット
を配置し、イオンビームスパッタリグ法により被成膜体
にパターン状の薄膜を成膜することを特徴とする薄膜の
形成方法。A target capable of patterning a beam of film-forming particles is disposed between an ion source of an inert gas and a film-forming object, and a pattern-like thin film is formed on the film-forming object by an ion beam sputter rig method. Forming a thin film. 【請求項２】ターゲットが、パターン状のビーム通過孔
を有する請求孔（１）に記載の薄膜の形成方法。2. The method for forming a thin film according to claim 1, wherein the target has a patterned beam passage hole. 【請求項３】ターゲットが、多数のビーム通過孔を有す
るターゲットと、所望パターン状のビーム通過孔を有す
るターゲットとを組合わせたものである請求項（１）に
記載の薄膜の形成方法。3. The method according to claim 1, wherein the target is a combination of a target having a large number of beam passage holes and a target having a desired pattern of beam passage holes. 【請求項４】ターゲットを回転して薄膜を成膜する請求
項（１）または（２）に記載の薄膜の形成方法。4. The method for forming a thin film according to claim 1, wherein the thin film is formed by rotating the target. 【請求項５】ターゲットが、開口率の異なるビーム通過
孔の領域を有する請求孔（１）（２）（３）または
（４）に記載の薄膜の形成方法。5. The method for forming a thin film according to claim 1, wherein the target has regions of beam passage holes having different aperture ratios. 【請求項６】ターゲットが、表面加工により傾斜面を設
けたものである請求項（１）に記載の薄膜の形成方法。6. The method for forming a thin film according to claim 1, wherein the target is provided with an inclined surface by surface processing.