(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物の表面上に蒸着膜を形成するに際し、その蒸着膜の生成過程中で対象物に対象物加振部により、その対象物の表面と平行な方向への振動を加えることを特徴とする、蒸着膜面の平滑化方法。
【請求項２】
対象物の表面上に材料粒子の蒸着膜を形成する蒸着膜形成部と、
前記蒸着膜形成部による前記対象物の表面上への蒸着膜の生成中に前記対象物に、その対象物の表面と平行な方向への振動を加える対象物加振部と、
を具えてなる、蒸着膜面の平滑化装置。
【請求項３】
前記対象物加振部は、前記対象物をその対象物の表面と平行な方向へ加振し得るようにその対象物に結合されたピエゾ圧電素子と、前記ピエゾ圧電素子に電気信号を供給してそのピエゾ圧電素子を振動させる発振器と、を有するものである、請求項２記載の蒸着膜面の平滑化装置。
【請求項４】
前記蒸着膜形成部は、イオンスパッタリング装置を有するものである、請求項２または請求項３記載の蒸着膜面の平滑化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、イオンスパッタリング等によって対象物の表面上に蒸着膜を形成する際にその蒸着膜面を平滑化する方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
一般に蒸着過程では、蒸着膜を形成する対象物に蒸着膜の材料を真空中で対向させ、その蒸着膜の材料に電子線やイオン線を照射して当該材料の原子や分子粒子を飛散させ、それらの粒子を対象物の表面に付着させることによって蒸着膜を生成させている。
【０００３】
ところで、蒸着膜の生成は薄膜の単位の膜面が一様に対象物の表面に付いてゆくような現象ではなく、蒸着の際には、分子粒子が不規則に対象物の表面に付着してゆき、やがてこれらが全面を覆い、対象物の表面上に蒸着膜の膜面（表面）が形成される。
【０００４】
すなわち、蒸着による膜面の生成過程は一般に、図６（ａ）〜（ｃ）に示す三つの形態の何れかによって進行するとされており、その過程は薄膜面が一様に層を重ねるように生成されるのではなく、原子、或いは分子の粒子が対象物の表面に不規則に付着してゆき、それらの粒子が対象物表面を覆って膜面を生成するというものである。
【０００５】
図６（ａ）に示す第一の型は、先ずクラスタ（蒸着膜材料粒子の小さな塊）１が対象物２の表面に付着し、これが繋がって膜面を構成するもので、ヴォルマー−ウエーバー（Ｖｏｌｍｅｒ−Ｗｅｂｅｒ）型と呼ばれている。対象物の構成原子と膜の原子との間の原子間力よりも蒸着膜側の原子相互の原子間力が強い場合にこの型になるとされ、最も一般的である。
【０００６】
図６（ｂ）に示す第二の型は対象物２の表面上に単原子層３が生成され、これが完成するとその上にまた単原子層が作られ、結果として膜が成長するものであり、フランク−ヴァンデルメーベ（Ｆｒａｎｋ−ｖａｎ  ｄｅｒ  Ｍｅｒｗｅ）型と呼ばれている。対象物の原子と蒸着原子との間の原子間力が蒸着原子相互の原子間力と同程度の時にこの型になると理解される。
【０００７】
そして図６（ｃ）に示す第三の型は最初は単原子層３の膜が作られ、その後その膜上にクラスタ１が付着し、それが繋がり合って膜が形成されるものであり、ストランスキー−クラスタノフ（Ｓｔｒａｎｓｋｉ−Ｋｒａｓｔａｎｏｖ）型と呼ばれている。対象物原子と蒸着原子との間の原子間力が極めて強い場合にこの型になると考えられる。
【０００８】
従って膜面は、分子レベルの長さ単位の観察では決して一様ではなく、微細な凹凸をもって形成される。この状態についての観察は、分子レベルの長さ単位の観察が可能な原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）等によれば可能である。しかしながら、蒸着の過程は対象物表面の形状、温度等の要因によって変化し、これらの型がどのように進行しているかについて従来は明確にされているとは言い難かった。
【０００９】
一方、蒸着等によって生成される膜面は、半導体産業は言うに及ばず、光学技術、工具技術等においても広く産業界で用いられるものとなっている。これに関し、例えば工具刃先先端径の計測を例として見るに、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）による形状観察に際しては、ダイヤモンド工具等では絶縁性が高く、その工具表面に金の蒸着膜を形成することが必要となる。従って、その蒸着膜は必要最小限の膜厚で、かつ平坦であることが、目的達成のために必要となる。
【００１０】
それゆえ従来は、かかる蒸着の実務、計測試料における利用等に際し、主として物理化学的、熱的、電気的条件を整えるとともに、対象物を固定して静止させた環境の下で蒸着過程が進められてきたが、このような従来の方法では、膜表面を平滑化して膜形成の機能改善を図ったり、膜面の生成速度を制御して蒸着膜の形成を最適化したりすることは極めて困難であった。
【００１１】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
この発明は、上記課題を有利に解決した蒸着膜面の平滑化方法および装置を提供することを目的とするものであり、この発明の蒸着膜面の平滑化方法は、対象物の表面上に蒸着膜を形成するに際し、その蒸着膜の生成過程中で対象物に対象物加振部により、その対象物の表面と平行な方向への振動を加えることを特徴とするものである。
【００１２】
本願発明者の実験によれば、上記のように蒸着膜の生成過程において対象物にその対象物の表面と平行な方向への振動を加えると、振動を加えない場合と比較して、明らかにクラスタ（蒸着膜材料粒子の小さな塊）が小さくなり、それにより膜面の微細な表面粗さが細かくなって、膜面が平滑化された蒸着膜が得られた。そして上記のように蒸着膜の生成過程において対象物にその対象物の表面と平行な方向への振動を加えると、振動を加えない場合と比較して、明らかに膜面の生成速度も遅くなり、従って、膜面の生成速度を制御して蒸着膜の形成を最適化することができるということが判明した。
【００１３】
また、この発明の蒸着膜面の平滑化装置は、対象物の表面上に材料粒子の蒸着膜を形成する蒸着膜形成部と、前記蒸着膜形成部による前記対象物の表面上への蒸着膜の生成中に前記対象物に、その対象物の表面と平行な方向への振動を加える対象物加振部と、を具えてなるものである。
【００１４】
かかる装置によれば、蒸着膜の生成過程において対象物にその対象物の表面と平行な方向への振動を加えることができるので、振動を加えない場合と比較して、クラスタ（蒸着膜材料粒子の小さな塊）を小さくし得て、膜面の微細な表面粗さを細かくすることができ、ひいては、膜面が平滑化された蒸着膜を得ることができ、しかも膜面の生成速度も遅くすることができる。
【００１５】
なお、この発明の装置における前記対象物加振部は、前記対象物をその対象物の表面と平行な方向への加振し得るようにその対象物に結合されたピエゾ圧電素子と、前記ピエゾ圧電素子に電気信号を供給してそのピエゾ圧電素子を振動させる発振器と、を有するものであっても良く、かかるピエゾ圧電素子および発振器を用いれば、加振部を容易に、真空容器中に収められるようにコンパクトに、かつ真空中で動作し得るように、そして蒸着過程に電気的な影響を与えないように構成することができる。
【００１６】
また、この発明の装置における前記蒸着膜形成部は、イオンスパッタリング装置を有するものであっても良く、かかるイオンスパッタリング装置を用いれば、比較的低温度で簡単に対象物に対する蒸着膜の形成を行うことができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明の実施の形態を実施例によって、図面に基づき詳細に説明する。ここに、図１（ａ）は、この発明の蒸着膜面の平滑化方法の一実施例の実施のための、この発明の蒸着膜面の平滑化装置の一実施例における、蒸着膜形成部としてのイオンスパッタリング装置による蒸着過程を模式的に示す説明図、また図１（ｂ）は、上記実施例の装置におけるイオンスパッタリング装置の概略構成を示す構成図、そして図２は、上記実施例の装置における対象物加振部の概略構成を示す構成図である。
【００１８】
イオンスパッタリングは比較的低温で簡単に蒸着できる特徴があり、幅広く使われている。上記実施例の装置では、図１（ｂ）に示すように、上記イオンスパッタリング装置の容器４内が図示しない真空ポンプによってほぼ真空とされ、蒸着膜を形成する対象物２を有する陽極５と、ターゲット６ａを有する陰極６との間に電源７によって直流電圧が掛けられると、それらの電極間５，６間でグロー放電が生じ、それらの間にある気体が陽イオンと電子に電離してプラズマ８の状態となる。なお、上記気体としてはアルゴンガスを用いても良いが、この実施例の装置では、空気の残留ガスが用いられている。
【００１９】
しかして、図１（ａ）に示すように、上記プラズマ８中の陽イオンが陰極６側に引き寄せられ、その陰極６側の蒸着膜の材料からなるターゲット６ａに衝突することにより、当該材料の原子がはじき出される。これがスパッタと呼ばれる現象であり、はじき出された材料の原子は飛び続け、そのうちのあるものは、陽極５側にある対象物５ａの表面に衝突してそこに付着する。なお、この実施例の装置では、ターゲット６ａに金（Ａｕ）を用いるとともに、対象物２に半導体基板として一般に用いられているシリコン（Ｓｉ）基板の細片を用いている。
【００２０】
また上記実施例の装置では、図１では図示しないが、図２に示す対象物加振部９が上記容器４内に設けられており、この対象物加振部９は、陽極５に設けられて一端部を容器４側に固定されるとともに他端部を対象物２に接着剤で接合固定された積層型ピエゾ圧電素子９ａと、これも容器４内に配置されてそのピエゾ圧電素子９ａに交流電圧を供給する発振器９ｂ（具体的には、蓄電池で作動する小型の関数発生回路基板）と、その発振器９ｂの出力周波数および出力波形を確認するために容器４外に配置されたオシログラフ９ｃとを有している。なお、ここにおける発振器９ｂは、１００Ｈｚ〜３００ｋＨｚの間の任意の周波数で最大出力（ｐ−ｐ値）２Ｖの交流電圧をピエゾ圧電素子９ａに出力することができ、その交流電圧で駆動されたピエゾ圧電素子９ａは長手方向に伸縮して、陽極５側に載置された対象物２を図１では水平方向へ振動させることができる。
【００２１】
上記実施例の方法は、かかる実施例の装置を用いて、対象物２への蒸着材料の膜面の生成中に振動を加えるものであり、本願発明者は、その方法における膜面生成過程を観察するために、対象物２としての基板細片（１０ｍｍ角）を多数準備し、基板細片毎に、５秒、１０秒、２０秒、６０秒にそれぞれ時間を限った蒸着を行い、それらの基板細片の表面状態を原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で観察した。その際、振動の影響を明らかにするために、同じ蒸着時間に対して基板細片に振動を加えていない場合と振動を加えた場合とを比較した。またピエゾ圧電素子９ａに接合された状態から基板細片を切り離すことについては、接着剤の溶融剤を用いれば可能であることを確認した。
【００２２】
図３（ａ）は、上記実施例の装置によって振動を加えず２０秒間蒸着した場合の基板細片表面のＡＦＭによる観察画像、また図３（ｂ）は、上記実施例の装置によって上記実施例の方法で１００ｋＨｚで加振しつつ２０秒間蒸着した場合の基板細片表面のＡＦＭによる観察画像であり、倍率は何れも１０万倍である。これらの画像に特徴的に観察される単位形状（クラスタ）の直径（楕円形状の場合には長径）、微細表面の十点平均粗さＲｚをそれぞれ縦軸に、また蒸着時間を横軸に、そしてパラメータとして加振周波数をとって上記の蒸着による膜面の状態を示したものが図４および図５のグラフである。
【００２３】
これらのグラフに示されているように、上記実施例の装置によって対象物２としての基板細片の表面上への蒸着材料の膜面生成過程中で基板細片に振動を加えた場合には、特に蒸着開始から２０秒までの蒸着初期の段階で、振動を加えない場合よりもクラスタの直径が明らかに小さくなるとともに、その結果として微細表面粗さの値が小さくなり、しかも周波数の選択性が見られて、周波数が高い程クラスタの直径が小さくなるとともに微細表面粗さの値が小さくなる傾向があり、特に１０ｋＨｚの場合に、クラスタが小さく、関連して微細表面粗さが小さくなって、平滑な膜面形状が得られ、振動を加えたことの効果が確認された。
【００２４】
なお、上記実施例の装置におけるピエゾ圧電素子９ａの固有振動数が７ｋＨｚを少し超えた付近にあるので、１０ｋＨｚの場合には他の周波数の場合よりも基板細片の振幅が大きくなっていると推定され、この結果、対象物の振幅が大きい程クラスタの直径が小さくなるとともに微細表面粗さの値が小さくなる傾向があることが推定される。
【００２５】
さらに上記図４のグラフでは、非加振時よりも加振時の方がクラスタの直径が小さくなり、しかも加振周波数が高い程クラスタの直径が小さくなることから、加振時の方が、そして加振周波数が高い程、膜面の生成速度が遅くなることが確認された。従って上記実施例の方法および装置によれば、膜面の生成速度を制御して蒸着膜の形成を最適化することができる。
【００２６】
以上、図示例に基づき説明したが、この発明は上述の例に限定されるものでなく、例えば、蒸着膜形成部には、イオンスパッタリング装置の代わりに電子線スパッタリング装置を用いても良く、また対象物加振部には、ピエゾ圧電素子の代わりに他の加振手段、例えばスパッタリング容器外から伝動部材を介して対象物に振動を伝達する振動源等を用いても良い。
【００２７】
さらにピエゾ圧電素子等の加振手段と対象物との間の結合方法も、接着剤での接合の代わりに挟持等の他の方法を用いても良く、そして蒸着材料や対象物も、上記材質に限られず、適宜変更しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】  （ａ）は、この発明の蒸着膜面の平滑化方法の一実施例の実施のためのこの発明の蒸着膜面の平滑化装置の一実施例における蒸着膜形成部としてのイオンスパッタリング装置による蒸着過程を模式的に示す説明図、また（ｂ）は、その実施例の装置におけるイオンスパッタリング装置の概略構成を示す構成図である。
【図２】  上記実施例の装置における対象物加振部の概略構成を示す構成図である。
【図３】  （ａ）は、上記実施例の装置によって振動を加えず２０秒間蒸着した場合の基板細片表面のＡＦＭによる観察画像、また（ｂ）は、上記実施例の装置によって上記実施例の方法で１００ｋＨｚで加振しつつ２０秒間蒸着した場合の基板細片表面のＡＦＭによる観察画像である。
【図４】  上記実施例の方法での蒸着による膜面のクラスタ直径を、蒸着時間および加振周波数との関係で示すグラフである。
【図５】  上記実施例の方法での蒸着による膜面の微細表面粗さを、蒸着時間および加振周波数との関係で示すグラフである。
【図６】  （ａ）〜（ｃ）は、蒸着による膜面の生成過程の三種類の形態を示す説明図である。
【符号の説明】
１  クラスタ
２  対象物
３  単原子層
４  容器
５  陽極
６  陰極
６ａ  ターゲット
７  電源
８  プラズマ
９  対象物加振部
９ａ  積層型ピエゾ圧電素子
９ｂ  発振器
９ｃ  オシログラフ
【図１】
0003808653.tif 000002
【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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