(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバに、電圧が印加されるグリッドを放射端に具備したイオンガンを備え、その真空チャンバ内にターゲットと基板とを収容して、その基板上に絶縁性の薄膜を成膜するイオンビームスパッタ装置において、
上記真空チャンバ内に、導電性材料を加熱蒸発させる蒸発手段と、その蒸発手段からの蒸発粒子に対してその飛散方向を限定して上記イオンガンの放射端に向く指向性を与える遮蔽手段とが設けられていることを特徴とするイオンビームスパッタ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はイオンビームスパッタ装置に関し、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に関する。
【背景技術】
【０００２】
図３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。
【０００３】
図４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４中、２３は放電ガス導入ラインを示し、２４はＲＦコイルを示す。
【０００４】
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４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。
【０００５】
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。
【０００６】
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５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。
【０００７】
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。
【特許文献１】特許第３２８１９２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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（グリッド形成領域）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６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。
【０００９】
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。
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を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明によれば、真空チャンバに電圧が印加されるグリッドを放射端に具備したイオンガンを備え、その真空チャンバ内にターゲットと基板とを収容して、その基板上に絶縁性の薄膜を成膜するイオンビームスパッタ装置において、真空チャンバ内に、導電性材料を加熱蒸発させる蒸発手段と、その蒸発手段からの蒸発粒子に対してその飛散方向を限定してイオンガンの放射端に向く指向性を与える遮蔽手段とが設けられる。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、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形成することができ、よ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を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
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。
図１はこの発明によるイオンビームスパッタ装置の一実施例の構成概要を示したものであり、図３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。なお、この図１は図３と装置を見る向きが９０°異なっており、即ち図３における真空チャンバ１１の基板ホルダ１６が位置する側から見た図として示しており、基板ホルダ１６及び反応ガス導入ライン１５の図示は省略している。
この例では真空チャンバ１１内に、導電性材料を加熱蒸発させる蒸発手段として、抵抗加熱方式の蒸発源３１を具備するものとなっている。蒸発源３１は図１に示したようにイオンガン１３に向いて配置され、この蒸発源３１に対して覆い３２が設置されている。覆い３２にはイオンガン１３の放射端に向く方向に穴３２ａが形成されている。
【００１３】
真空蒸着においては蒸発源３１より蒸発した蒸発粒子（蒸発分子）は真空中を直線的に飛散する。穴３２ａを設けた覆い３２はその穴３２ａにより蒸発粒子の飛散方向を限定してイオンガン１３の放射端に向く指向性を与える遮蔽手段として機能するもので、蒸発源３１に対し、このような覆い３２を設けることにより蒸発粒子をイオンガン１３の放射端に位置するグリッド（図４参照）上に選択的に堆積させることができるものとなる。
つまり、この例ではイオンガン１３のグリッド上に蒸発源３１より蒸発した導電粒子を堆積させ、グリッド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、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このような蒸着によってグリッド上へ導電膜形成を行うことにより、グリッドに絶縁膜が厚く付着することを防止することができ、付着した絶縁膜がチャージアップしてグリッド間に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。
【００１４】
ところで、グリッド上に形成された導電膜はイオンガン１３からのイオンビーム引き出し時に多少なりともスパッタされ、これが基板上に成膜中の薄膜に混入すると不純物となり得る。従って、蒸発源３１で使用する導電性材料は不純物とならないよう、基板上に成膜する絶縁性薄膜の構成元素と同じ元素とするのが好ましい。例えば、アルミナ膜を成膜する際には蒸発源３１に用いる材料はアルミニウムとする。
なお、成膜時に真空チャンバ１１内に酸素ガスを導入する場合、イオンガン１３にも酸素ガスが到達し、導電膜が酸化されることになるが、例えば蒸着源３１を制御し、蒸着レートを高くすることで酸素不足の膜とすることができ、これにより多少の酸化により導電性は若干低下するものの、チャージアップを抑制することができ、異常放電を防止できるものとなる。
【００１５】
このように、この例によればグリッド間の異常放電の発生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、言い換えればイオンガンのメンテナンス間隔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パーティクルも抑制することができる。
図２は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２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。
【００１６】
なお、上述した例では抵抗加熱方式の蒸発源を用いているが、例えばケイ素やタンタルを蒸発材料とする場合には蒸発温度が高いために、アルミニウムと異なり、高温の加熱が必要となり、よってこの場合には抵抗加熱方式ではなく、電子ビーム加熱方式を用いるのが好ましい。蒸発源として、これら抵抗加熱方式及び電子ビーム加熱方式のいずれの方式を用いる場合においても図１に示したような覆い３２を設けることによって蒸発粒子の指向性を簡易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】この発明によるイオンビームスパッタ装置の一実施例の構成を説明するための図。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】ＲＦ励起タイプのイオンガンの構造を説明するための図。
【図５】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。
【図６】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。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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