JPS63195264A - イオンビ−ムスパツタ装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はイオンビームスパッタ装置に係り、より詳しく
はイオンビームに対するターゲットの支持手段に関する
。

〔従来の技術〕

例えば、金原榮著１°スパッタリング現象」、東京大学
出版会、１９８４年３月１５日発行、第１６３真〜第１
６５頁に記載されているように、スパックリングを発生
させるイオンをイオン源でつくり、そごから引き出され
たイオンビームを別の真空容器内に置かれたターゲット
に射突し、このターゲットから放出されたスパッタ粒子
を被膜されるべき基体上に堆積するようにしたイオンビ
ームスパッタ装置が知られている。

このイオンビームスパッタ装置では、■イオン源と真空
容器とが分離されており、成膜処理を真空度の高い清浄
な雰囲気中で行なうことができるので、スパッタ粒子が
雰囲気ガスによって散乱されたりガス分子が薄膜中に混
入されたりすることが少なく、高品位の薄膜を形成する
ことができる、■スパッタリング条件、例えばイオンビ
ームの電流と加速電圧を、ターゲットや基体の電位に関
係なく、イオン源内の電圧およびガス圧を制御すること
によって各別に厳密に制御することができる、■さらに
、ターゲラＩ・および基体をともに接地電位にすること
ができるので、ターゲットからの二次電子が基体に衝突
するということがな（、比較的低温で薄膜を形成するこ
とができる、等の利点がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしその反面、成膜速度が非常に遅いため、工業生産
には向かないという欠点があった。

とごろで、この種のイオンビームスパッタ装置において
、その成膜速度を早くするためには、イオン源の容量を
大きくすることと、イオンビームに対してターゲットか
ら効率よくスパッタ粒子を放出させ、これを基体に対し
て効率よく堆積することが重要である。

イオンビームの入射方向に対するターゲットの傾斜角、
すなわちイオンビームの入射方向とターゲットの法線方
向とのなす角度θと、スパッタ粒子の放出量との間には
、第３図に示す関係がある。

この第３図より、ターゲットから放出されるスパッタ粒
子の量はターゲットの傾斜角θと密接な関係があり、傾
斜角θをある特定の角度、第３図の例ではＡ点の６０度
付近にしたときに最も放出量が多くなることが判る。

４図に示す関係がある。この第４図において、Ｃ−Ｃ線
はイオンビームが射突されるターゲツト面を示し、図の
左側すなわち一９０度〜０度はイオンビームの入射側を
示しており、図の半径方向に各放出角度に対するスパッ
タ粒子の放出密度が表示されている。この第４図より、
イオンビームを図の左側から入射した場合、ターゲツト
面Ｃ−Ｃ線に対しである特定の放出角度、第４図の例で
はＢ点の４５度付近において放出密度が最も大きくなる
ことが判る。

したがって、成膜速度を早くするためには、ターゲット
の傾斜角を第３図のＡ点付近の角度としてターゲットか
ら効率よくスパッタ粒子を放出させるとともに、基体を
第４図のＢ点付近の放出角度に対応する位置に配置して
ターゲットから放出されたスパッタ粒子を効率よく基体
に堆積することが望ましい。

しかしながら、第３図および第４図に示す各特性はター
ゲット材料やスパッタリング条件等によって大幅に変動
する。それにもかかわらず、従来のイオンビームスパッ
タ装置においては、ターゲットや基体を真空容器に対し
て固定支持していたため、ターゲット材料やスパッタリ
ング条件等の変更に対応してターゲットの傾斜角やスパ
ッタ放出角度に対する基体の位置を適切に調整すること
ができないという問題があった。

本発明の目的は、ターゲット材料やスパッタリング条件
等の変更に対応してターゲットの傾斜角を適切に調整し
、成膜速度を早くすることのできるイオンビームスパッ
タ装置を提供することにある。

〔問題点を解決するだめの手段〕

上記した目的を達成するため、本発明は、イオンビーム
の入射方向に対するターゲットの傾斜角を調整できるよ
うにターゲットを回動可能に支持したことを特徴とする
。

〔作用〕

このように構成すると、ターゲット材料やスパッタリン
グ条件等の変更に対応してターゲットを回動し、イオン
ビームの入射方向に対するターゲットの傾斜角を常に適
切な角度に調整することができるので、ターゲットから
効率よくスパッタ粒子を放出させることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図および第２図について
説明する。

第１図は本発明の一実施例に係るイオンビームスパッタ
装置の縦断側面図、第２図は同装置の縦断正面図である
。

これらの図において、ｌはイオン源、２は真空容器、３
．４．５は真空容器２内に配置されたターゲット支持装
置、基板支持装置および防着板である。

イオン源１は、陽極としてのイオン源容器６と、ごれに
絶縁支持された陰極としてのフィラメント７からなり、
ｋｆｕ　Ｋ＆物８を介して真空容器２に取りイ・ｊげら
れている。イオン源容器６のフィラメント取付部近傍に
はガス給気口９が設けられるとともに、フィラメント７
には外部電源１０が、またイオン源容器６とフィラメン
ト７との間には外部型ｓｉｔが、さらに真空容器２とイ
オン源容器６との間には外部電源１２がそれぞれ接続さ
れている。

真空容器２には排気口１３が設けられ、真空容器２とイ
オン源容器６との連通境界には、互いに１■ね合わされ
た多孔性の加速電極１４と接地電極１５からなる引出電
極が張架されている。

ターゲット支持装置３は、ターゲット１６を着脱自在に
取り付ける断面コ字状のホルダ１７と、取付金具１８を
介してホルダ１７を真空容器２の側壁に対して回動可能
に支持する回転ロッド１９とからなっている。この回転
ロッド１９は、ターゲット１６の中心点Ｐが常にイオン
ビーム２０の中心位置と合致したままで、イオンビーム
２０の入射方向に対するターゲット１６の傾斜角θを調
整できるように、回動可能に支持されており、その真空
容器２を貫通する部分は回転シールド２１によって気密
になされ、かつ真空容器２の外部に突出した端部には操
作ハンドル２２が取り付けられている。また、ホルダ１
７とこれに保持された２５が設けられている。

基板支持装置４は、止め金具２６を介して基板２７を着
脱自在に保持する中空状のホルダ２８と、ホルダ２８を
取付金具２９およびアーム３０を介して真空容器２の側
壁に対して回動可能に支持する回転ロッド３１からなっ
ている。この回転ロッド３１は、ターゲット支持装置３
における回転ロッド１９の回動軸線Ｒ−Ｒ上に配置され
、かつ取付金具２９の長さＬ　、は、ターゲット１６と
基板２７の左右方向、つまりイオンビーム２０入射方向
に対して直交する水平方向の中心位置が合致するように
設定されている。したがって、基板２７はその中心点Ｑ
が常にターゲット１６の中心点Ｐを向いたままで、ター
ゲット１６の周りを回動することができる。また、アー
ム３０の長さし、は、ターゲラＩ・１６と基板２７との
間の距離を決めるものである。この距βｉｆｆを短かく
すると、成膜速度は早くなるが膜厚の均一性が劣化し、
長くすると、膜厚の均一性は良くなるが成膜速度は遅く
なる。

したがって、アーム３０の長さＬ２はこれらのことを考
慮して適切な値に設定される。回転ロッド３１の真空容
器２を貫通ずる部分は回転シールド３２によって気密に
なされ、かつ真空容器２の外部に突出した端部には操作
ハンドル３３が取り伺慮して設りたが、これらを設ける
代りに、サーボ機１１Ｎを１メ１１えたモータ駆動等に
より回転ロッド１９゜３１の回動を遠隔操作することも
可能である。さらに、ホルダ２８の中空部には基板２７
を適切な温度に加熱するためのヒータ３４が設りられζ
いる。なお、基板２７を冷却する必要がある場合には、
ヒータ３４に代えて、上記したターゲット支持装置３の
冷却構造と同様な冷却構造を採用することも可能である
。

防着板５は、スパッタ開始初期にターゲット表面から放
出される酸化物や汚染物が載板２７に付着するのを防ぐ
ために設けられたものである。すなわち、スパッタ開始
初期には基板支持装置４を防着板５の裏側の２点鎖線に
示すプレスパツタ位置に回動して基板２７に上記した酸
化物等が付着するのを防ぐことができる。

このように構成されたイオンビームスパッタ装置におい
て、排気口１３より真空容器２およびイオン源容器６内
を１０−６〜ｌＯ″″’　Ｔｏｒｒの高真空に排気した
後、ガス給気口９よりアルゴン等の不活性ガスを心入し
ながら上記排気の速度を調整して、常にイオン源容器６
内が１０−２〜１０”’　Ｔｏｒｒ　。

真空容器２内がＩ　Ｏ−’　Ｔｏｒｒ前後になるように
する。この状態で、外部電源１０によりフィラメント７
に数百ワット程度の電力を供給し、フィラメント７を点
灯して熱電子を放出させると同時に、外部電源１１によ
りイオン−海容器６を陽極、フィラメント７を陰極にす
るように電力を供給すると、放電プラズマがイオン源容
器６内に発生する。なお、この際、プラズマの発生効率
を向上するため、放電プラズマには外部磁界が印加され
るが、ここでは外部磁界発生装置の図示は省略されてい
る。

ここで、外部電源１２により真空容器２を接地としてイ
オン源容器６に正の電位を付与すると、イオン源容器６
に接続された加速電極１４と真空容器２に接続された接
地電極Ｉ５との間に筋電界が生じ、前記プラズマ中の正
イオンが加速されて、イオン源容器６内から真空容器２
内へイオンビーム２０となって引き出される。

真空容器２内に引き出されたイオンビーム２０はターゲ
ット１６に射突し、ターゲット１６からスパッタ粒子が
放出され、これが基板２７上に堆積されて被膜される。

なお、この成膜処理を行なう場合、ターゲット支持装置
３はその操作ハンドル２２により、イオンビーム２０の
入射方向に対するターゲット１６の傾斜角θが最適な角
度となるように回動されるとともに、スパッタ開始初期
におけるターゲット表面清浄後、基板支持装置４はその
操作ハンドル３３により、２点鎖線で示すプレスパツタ
位置からスパッタ粒子の最適な放出角度に対応する実線
位置に回動されていることは勿論である。

この実施例によれば、ターゲット材料やスパッタリング
条件等の変更に対応して、ターゲット１６を回動し、イ
オンビーム２０の入射方向に対するターゲット１６の傾
斜角θを常に最適な角度に調整できるので、ターゲット
１６から効率よくスパッタ粒子を放出させることができ
るとともに、同様に基′Ｆｉ２７をターゲット１６の周
りに回動し、常にターゲット１６からのスパッタ粒子の
最適な放出角度に対応する位置に配置できるので、ター
ゲット１６から放出されるスパッタ粒子を効率よく基板
２７上に堆積することができ、その結果、成膜速度を早
くすることができる。しかも、基板２７はその中心点Ｑ
が常にターゲット１６の中心点Ｐを向いた状態でターゲ
ットの周りを回動するので、基板２７上には中心点Ｑか
ら周辺に向かって均一な厚さにスパッタ粒子が堆積され
ることになり、上記の如き基板の位”１１　ｍｌ整にも
かかわらす膜厚の均一性が損なわれることはない。

第５図および第６図は本発明の他の実施例に係るイオン
ビームスパッタ装置の要部縦断側面図、および同装置の
ターゲットと基板の支持装置部分を示す正面図である。

これらの図において、第１図および第２図と同一符号は
同一物および相当物を示す。

この実施例では、真空容器２内がゲート弁３５によって
スパッタ室３６と、基板２７の仕込みと取出しを行なう
仕込み室３７に区切られている。

ゲート弁３５と当接する弁座３８にはＯリング３９が設
けられ、これによって画室は気密に区切られる。ゲート
弁３５の下部には操作ロッド４０が固着されており、こ
れを図示しない操作機構で上下駆動することによってゲ
ート弁３５が開閉されるようになっている。

画室３６．３７間に跨がって、ローラガイド４１゜これ
に回転可能に保持されたローラ４２からなる搬送機構が
布設されており、その上に右端部にテーバ４４を有する
搬送台４３が載置されζいる。

なお、ローラ４２はチェーン又は歯車により駆動される
がその図示は省略されている。

基板支持装置４において、アーム３０とホルダ２８側は
着脱可能に構成されている。すなわら、左右の各アーム
３０の先端部にはそれぞれ２個の係合溝４５が設けられ
ており、またホルダ２８の左右両側には支持金具４６が
設けられ、この支持金具４６に、前記係合溝４５にそれ
ぞれ係合する保合ビン４７が外方に向かって突設されて
いる。

このように構成されたイオンビームスパッタ装置におい
て、基板２７の仕込みに際しては、スパッタ室３６の真
空を保持した状態でゲート弁３５を閉鎖し、仕込み室３
７を大気に開放してその扉（図示せず）を開き、アーム
３０と離脱されて仕込み室３７内にある搬送台４３上の
ホルダ２８に基板２７を仕込んだ後、扉を閉じて仕込み
室３７を真空に引く。この状態でゲート弁３５を開いて
搬送台４３の通路を確保し、搬送機構を駆動して搬送台
４３と共にホルダ２８に取付けられた基板２７をスパッ
タ室３６内の実線位置に搬送し、停止させる。その後、
操作ハンドルを操作してアーム３０を実線位置から２点
鎖線位置まで時計方向に回動し、その係合溝４５をホル
ダ２８側の係合ビン４７にそれぞれ係合させる。第６図
はこの位置における保合状態を示している。なお、係合
溝４５および係合ビン４７を左右それぞれ２個ずつ設け
ているのは、ホルダ２８がアーム３０に対し係合ビン４
７を中心として回動するのを防ぐためである。このよう
に係合した後、アーム３０をさらに時計方向に回動する
と、ホルダ２８はアーム３０と一体となって搬送台４３
を左方へ押しながら回動し、この搬送台４３から上方へ
離れて上記した最適なスパッタ放出角度に対応する所定
の位置まで進み停止する。ここで、前記実施例と同様に
スパッタ処理が行なわれる。

スパッタ処理が終了したら、アーム３０を反時計方向に
２点鎖線位置まで回動し、ホルダ２８を搬送機構との間
に間隙をあけた状態で実線位置に停止させ、搬送機構を
駆動し゛ζ左方に位置している搬送台４３を右方へ移動
し、そのテーバ４４でホルダ２８を押し上げながら上記
したホルダ２８と搬送機構との間の間隙内に挿入する。

この状態では保合？ｖｆ４５と係合ビン４７の間の遊び
しろの範囲内でホルダ２８が押し上げられて搬送台４３
上に載置され、係合溝４５と係合ビン４７の係合はルー
ズである。したがって、アーム３０をさらに反時計方向
に回動ずれば、係合溝４５と係合ビンの係合が外れ、ホ
ルダ２８側をそのままにしてアーム３０のみが実線位置
まで回動し停止する。

その後、搬送機構を駆動してホルダ２８が載置された搬
送台４３を仕込み室３７１−）１に移動し、ゲート弁３
５を閉じ、仕込み室３７を大気に開放し、その扉を開い
てホルダ２８から被膜された基板２７を増外す。

真空室内を大気に開放すると、大気中の水蒸気が室壁に
付着するので、再度高真空にするには長時間を必要とす
る。本実施例では、真空容器２内をスパッタ室３６と仕
込み室３７に分け、一方のスパッタ室３６を常に真空状
態に保ち、基板２７の仕込み等に際しては他方の仕込み
室３７のみを大気に開放するので、これを再度真空状態
にする場合、仕込み室３７のみを真空引きすればよく、
スパッタ室３６と仕込み室３７の両方を真空引きする場
合に比べて、その作業時間を短縮することができ、処理
能力を向上することができる。

また、処理室を仕込み室、予備加熱室、スパッタ室、冷
却室、取出し室等に分け、これらの各室をシリーズに構
成することにより、複数の作業を同時に進めて、処理能
力をさらに向上させるようにすることもできる。

なお、第６図に示した構成では、ターゲット支持装置３
の回転ロッド１９と基板支持装置４の回転ロッド３１が
二重構造とされ、かつ左右のアーム３０が各別に２つの
操作系で回動するようになっているが、第７図に示すよ
うに、左右のアーム３０を接続アーム４８により一体に
結合し、１つの操作系で回動するようにすることもでき
る。

さらに、加速電極１４や接地電極１５に設けられる多数
の孔４９の包絡パターンは、イオンビーム２０のエネル
ギやターゲット１６の材料を有効に利用するため、包絡
パターン内の孔４９を通してターゲット１Ｇ上に照射さ
れるイオンビームの照射パターンと、ターゲットの形状
と大きさがほぼ同じになるように形成することが望まし
い。第８図はこのような包絡パターンを有する電極１４
または１５を示ず。ターゲット１６は、第１０図に示す
ように、イオンビーム２０の入射方向に対して傾斜角θ
で配置されるので、第９図に示すように、その横幅がＷ
、縦幅がＬの縦長の長方形とした場合、電極１４または
１５の孔４９の包絡パターンは、その横幅Ｗがターゲッ
ト１６の横幅Ｗよりイオンビームの広がり角度分だけ小
さく、またその縦幅ｌがターゲット１６の縦幅りにｃｏ
ｓ　θをかけた値（ＬＸｃｏｓ　θ）よりイオンビーム
の広がり角度分と傾斜角θの調整弁を加えた値だけ小さ
い、第８図に示すような横長の長方形に形成すればよい
。

なお、電極１４または１５の孔４９の包絡パターンを横
長の楕円形状とし、ターゲット１６をほぼ円形とすれば
、より効率を高めることができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、イオンビームの
入射方向に対するターゲットの傾斜角を調整できるよう
にターゲットを回動可能に支持したので、ターゲット祠
料やスパッタリング条件の変更に対応してターゲットを
回動し、イオンビームの入射方向に対するターゲットの
傾斜角を常にスパッタ粒子の放出量が多くなる適切な角
度に容易に調整することができ、その結果、ターゲット
から効率よくスパッタ粒子を放出して成膜速度を早くす
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の一実施例に係るイオンビ
ームスパッタ装置の縦断側面図および縮断圧面図、第３
図はターゲットの傾斜角とスパッタ粒子の放出量の関係
を示す特性図、第４図ばターゲットからのスパッタ粒子
の放出角度と放出密度の関係を示す特性図、第５図およ
び第６図は本発明の他の実施例に係るイオンビームスパ
ッタ装置の要部縦断側面図および゛ターゲットと基板の
支持装置部分を示す正面図、第７図は第６図の変形例を
示す正面図、第８図〜第１０図は引出し電極、ターゲッ
ト、およびこれらの配置状態の形状、１１法関係の一例
を示す説明図である。 ■−・・・・−イオン源、２・−−−−−真空容器、３
−−−一ターゲット支持装置、４−・・・基板支持装置
、１６−一−−−−ターゲット、１９・−・一回転ロッ
ド、２０−−−−一一イオンビーム、２７〜・・・一基
板、３１・−＝−回転ロッド、θ−・−・−イオン顛斜
角。 第１図 １−−ｍ−イオン源　　　　　　＋９−−−一回転ロッ
ド２−一−−真空Ｒｎ　　　　　　　２０−−−−イオ
ンビー４３−一一一クーヂンＶ支４１１ｇ、装置　２７
−−−−基板４−−−−綽衷待装ｆｆｃ　　　　　３／
−−−一ロ転ロンドＩ６−−−〜クーゲ′ント　　　　
　　θ−−−−オオン傾糾角第２１ｉ１ 第３図 クーケーｌＦ婦柔ヰ角□ 第４ｖＡ Ｏ・ 第５図 第７図 第６図 ｐ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、成膜材料からなるターゲットおよび被膜されるべき
   基体が内装された真空容器と、イオンビームを発生する
   イオン源とを備え、このイオン源から引き出されたイオ
   ンビームを前記ターゲットに射突し、ターゲットから放
   出されたスパッタ粒子を前記基体上に堆積するイオンビ
   ームスパッタ装置において、前記イオンビームの入射方
   向に対する前記ターゲットの傾斜角を調整できるように
   ターゲットを回動可能に支持したことを特徴とするイオ
   ンビームスパッタ装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記基体を前記タ
   ーゲットの回動軸線を中心としてターゲットの周りに回
   動可能に支持したことを特徴とするイオンビームスパッ
   タ装置。