JP2013129901A - スパッタリング装置とスパッタリング方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】真空槽11内にスパッタリングガスと反応性ガスを流量制御しながら導入し、ターゲット15a、15bに電圧を印加してプラズマを生成し、遷移領域内でスパッタリングを行うために、生成されたプラズマの発光光の光強度を測定し、導入する反応性ガスの流量を増減させ、ターゲット15a、15bの表面の露出面積が、遷移領域内での露出面積を維持されるようにする。その際、発光光を集光する集光装置51a,51bを磁石装置30a,30bと一緒に移動させ、光強度測定が磁石移動の影響を受けないようにする。
【選択図】図1
Description
印加電圧の大小から、成膜速度は、絶縁性薄膜の方が遅く、導電性薄膜の方が速いという結果になる。
そこで、成膜条件を見直し、絶縁性薄膜の成膜速度を、導電性薄膜の成膜速度に近づける試みが成されている。この一例が特許文献1に記載されている。
この中間の条件でのスパッタリングは、一般に、遷移領域でのスパッタリングと呼ばれており、遷移領域のスパッタリングで形成される薄膜は、絶縁性薄膜になることが分かっている。
遷移領域では、反応領域よりもスパッタリング電圧が高くなることから、スパッタリング速度が反応領域よりも速く絶縁性薄膜を遷移領域のスパッタリングによって形成することが望まれている。
しかし、遷移領域の反応性ガスの分圧範囲は狭く、その範囲をはずれると、スパッタリング中に遷移領域から金属領域や反応領域に移行してしまう。
また、金属領域と反応領域とでは、反応性ガスが増加するとスパッタリング電圧は小さくなり、減少すると大きくなるが、遷移領域では逆に、反応性ガスが増加するとスパッタリング電圧は大きくなり、減少すると小さくなるので、金属領域と反応領域とで用いられる制御方法では、遷移領域で安定してスパッタリングすることができない。
従って、遷移領域でスパッタリングを行うためには、スパッタリング電圧と電流(又は電力)や、スパッタリング雰囲気中の反応性ガス分圧を精密に制御する必要がある。
しかしながら、工業生産では、ターゲットの使用効率を向上させるために、ターゲットとマグネトロン磁石とを相対的に移動させるスパッタリング方法が主流であり、マグネトロン磁石がターゲットの中央の真裏に位置するときと、ターゲットの縁付近に位置するときとでは、スパッタリング電圧が異なってしまい(縁に位置したときの方がスパッタリング電圧は大きい)、電圧を検出して反応性ガスの分圧を制御することはできない。
また、真空槽中に二個のターゲットを配置し、交互に電圧を印加してスパッタリングを行う方法では、電圧変動を伴うため、電圧検出による反応性ガス分圧の制御も困難である。
図4は、横軸をスパッタリング雰囲気中の反応性ガス分圧、縦軸を放電電圧(スパッタリング電圧)としたときの、反応性ガス分圧と放電電圧(スパッタリング電圧)との関係を示すグラフであり、符号L1、L2は、それぞれ金属領域での関係と反応領域での関係を示している。
金属領域のスパッタリングでは、限界を超えて反応性ガス分圧が大きくなると反応領域に移行し、反応領域のスパッタリングでも、限界を超えて反応性ガス分圧が小さくなると、金属領域に移行しており、移行するときの反応性ガス分圧と放電電圧(スパッタリング電圧)との関係は、遷移領域中の関係として、図4の符号Mに示されている。
本発明は、ターゲットの構成材料と反応性ガスとが反応した反応生成物の薄膜を遷移領域内で安定して形成するスパッタリング装置とスパッタリング方法である。
本発明は、前記真空槽の内部には、同じ物質の前記ターゲットが複数配置され、前記光ファイバの前記端面と、前記導入孔とが、対応した前記ターゲットに近く、他のターゲットからは遠い位置に、前記ターゲット毎にそれぞれ配置され、前記導入孔はそれぞれ前記流量制御装置に接続され、個別に流量制御された前記反応性ガスが各前記導入孔から導入されるように構成され、前記光ファイバの前記端面に前記発光光が入光されて、前記ターゲット毎に前記光強度が測定され、前記光強度から、前記光強度を測定した前記ターゲットに対応する前記導入孔から導入される前記反応性ガスが増減されるスパッタリング装置であって、前記光ファイバの前記端面は、対応する前記ターゲットの裏面に配置された前記磁石装置に対して相対的に静止した状態で、前記移動装置により、対応する前記ターゲットに対して相対的に移動されるように構成されたスパッタリング装置である。
本発明は、前記真空槽内には、前記ターゲットを二個一組有するターゲット装置が複数設けられ、一の前記ターゲット装置内の二個の前記ターゲット間に電圧が印加されて交互にスパッタリングされるように構成されたスパッタリング装置であって、各前記ターゲット装置内では、二個一組のうち一方の前記ターゲットの近くに、前記光ファイバの前記端面と前記導入孔とが前記ターゲット装置毎にそれぞれ設けられ、各ターゲット装置内の前記光ファイバの前記端面は、近い方の前記ターゲットの裏面の前記磁石装置と相対的に静止して、前記移動装置により、近い方の前記ターゲットに対して相対的に移動するように構成されたスパッタリング装置である。
本発明はスパッタリング装置であって、前記光ファイバの前記端面には集光装置が設けられ、前記集光装置で集光された前記発光光が、前記端面から前記光ファイバ内に入光されるように構成され、前記集光装置は、前記移動装置により、前記ターゲットに対して、前記光ファイバの前記端面と前記磁石装置と共に一緒に相対移動するように構成されたスパッタリング装置である。
本発明はスパッタリング装置であって、前記制御装置は、前記光ファイバから送光された前記発光光のうち、予め設定された波長の光を抽出して、抽出された光の光強度を測定するように構成されたスパッタリング装置である。
本発明はスパッタリング装置であって、前記制御装置は、測定した前記発光光の光強度が小さくなると前記反応性ガスの前記流量を減少させて前記ターゲット表面の前記反応性ガスの分圧を小さくし、前記光強度を増加させ、測定した前記発光光の光強度が大きくなると前記流量を増加させて前記ターゲット表面の前記反応性ガスの分圧を大きくし、前記光強度を減少させるように構成されたスパッタリング装置である。
本発明はスパッタリング装置であって、前記ターゲットは、シリコンで構成され、前記反応性ガスは、酸素ガスを含有するスパッタリング装置である。
本発明は、真空槽内にスパッタリングガスと反応性ガスを導入し、ターゲットの裏面に配置された磁石装置を移動させながら前記ターゲットに電圧を印加して前記ターゲットをスパッタリングし、前記ターゲット表面に形成されるプラズマの発光光を集光装置によって集光し、光ファイバの端面から内部に入光させ、前記発光光に前記光ファイバの内部を通過させ、通過した前記発光光を前記真空槽の外部に配置された制御装置に入光させて複数回光強度を測定し、測定結果から導入する前記反応性ガスの流量を増減させる際に、前記反応性ガスの流量を増減させる複数回の前記光強度の値は、前記磁石装置の移動に伴って移動する前記プラズマに対して同じ距離で集光した前記発光光から求め、前記真空槽内に位置する成膜対象物の表面に前記ターゲットの構成材料と前記反応性ガスとが反応した反応生成物の薄膜を形成するスパッタリング方法である。
本発明はスパッタリング方法であって、前記集光装置と前記光ファイバの前記端面とを、前記磁石装置に対して相対的に静止させ、前記集光装置と前記光ファイバの前記端面と前記磁石装置とを、前記ターゲットに対して相対的に移動させながら前記光強度を測定するスパッタリング方法である。
本発明は、前記真空槽の内部には、同じ物質の前記ターゲットを複数配置し、前記光ファイバの前記端面と、導入孔とを、対応した前記ターゲットに近く、他のターゲットからは遠い位置に、前記ターゲット毎にそれぞれ配置し、前記導入孔はそれぞれ流量制御装置に接続し、個別に流量制御された前記反応性ガスが各前記導入孔から導入されるようにし、前記光ファイバの前記端面に前記発光光が入光されて、前記ターゲット毎に前記光強度を測定し、前記光強度から、前記光強度を測定した前記ターゲットに対応する前記導入孔から導入させる前記反応性ガスを増減させるスパッタリング方法であって、前記光ファイバの前記端面は、対応する前記ターゲットの裏面に配置された前記磁石装置に対して相対的に静止させ、対応する前記ターゲットに対して相対的に移動するように構成されたスパッタリング方法である。
本発明は、前記ターゲットを二個一組有するターゲット装置を複数設け、一の前記ターゲット装置内の二個の前記ターゲット間に電圧を印加して交互にスパッタリングするスパッタリング方法であって、各前記ターゲット装置内では、二個一組のうち一方の前記ターゲットの近くに、前記光ファイバの前記端面と前記導入孔とが前記ターゲット装置毎にそれぞれ配置され、各前記ターゲット装置内では、二個一組のうち一方の前記ターゲットの近くに、前記光ファイバの前記端面と前記導入孔とが前記ターゲット装置毎にそれぞれ設けられ、各ターゲット装置内の前記光ファイバの前記端面と前記導入孔とは、近い方の前記ターゲットの裏面の前記磁石装置と相対的に静止させながら、近い方の前記ターゲットに対して相対的に移動させるスパッタリング方法である。
本発明はスパッタリング方法であって、前記光ファイバの前記端面には集光装置が設けられ、前記集光装置で集光された前記発光光が、前記端面から前記光ファイバ内に入光されるように構成され、前記集光装置は、前記移動装置により、前記ターゲットに対して、前記光ファイバの前記端面と前記磁石装置と共に一緒に相対移動させるスパッタリング方法である。
本発明はスパッタリング方法であって、前記光ファイバから送光された前記発光光から、予め設定された波長の光を抽出して、抽出された光の光強度を測定するように構成されたスパッタリング方法である。
本発明はスパッタリング方法であって、測定した前記発光光の光強度が小さくなると前記反応性ガスの前記流量を減少させて前記ターゲット表面の前記反応性ガスの分圧を小さくし、前記光強度を増加させ、測定した前記発光光の光強度が大きくなると前記流量を増加させて前記ターゲット表面の前記反応性ガスの分圧を大きくし、前記光強度を減少させるスパッタリング方法である。
本発明はスパッタリング方法であって、前記ターゲットは、シリコンで構成され、前記反応性ガスは、酸素ガスを含有するスパッタリング方法である。
このスパッタリング装置2は、真空槽11と、真空槽11内に配置されたターゲット装置18とを有している。
第一、第二のターゲット15a、15bは、ここでは細長の板状に構成されており、第一、第二のターゲット15a、15bがターゲット装置18内の同一平面内に、第一、第二のターゲット15a、15bの長手方向を互いに平行にした状態で互いに離間して配置されている。
電源17は、ここでは交流電源であり、電源17を動作させると、第一、第二のバッキングプレート16a、16bを介して第一、第二のターゲット15a、15b間に交流電圧が印加され、第一、第二のターゲット15a、15bのうち、一方が正電位又は接地電位に置かれ、他方が負電位に置かれるようにされている。なお、真空槽11は接地されている。
第一、第二の磁石装置30a、30bは、二個の磁石31a、31b、32a、32bをそれぞれ有している。符号33a、33bはヨークである。
移動装置40を動作させると、第一、第二の磁石装置30a、30bは、第一、第二のターゲット15a、15bに対して一緒に、又は別々に相対的に移動する。
第一の導入部材25aには第一の導入孔26aが設けられ、第二の導入部材25bには第二の導入孔26bが設けられており、第一の導入孔26aは、真空槽11内の、第二のターゲット15bの表面よりも第一のターゲット15aの表面に近い位置に配置され、第二の導入孔26bは、真空槽11内の、第一のターゲット15aの表面よりも第二のターゲット15bの表面に近い位置に配置されていて、第一、第二の導入孔26a、26bは、近接配置された方の第一又第二のターゲット15a、15bの表面上にそれぞれ向けられている。
真空槽11の外部には、内部に反応性ガス(ここでは酸素ガス)が配置された反応性ガス源23が配置されており、反応性ガス源23は、第一、第二の配管27a、27bに接続されている。
第一、第二の光ファイバ57a、57bは、真空槽11の壁面に気密に挿通されている。
第一、第二の光ファイバ57a、57bの他端は真空槽11の外部に位置しており、後述する制御装置56に接続されている。
先ず、真空槽11に接続された真空排気系12を動作させ、真空槽11内部を真空排気し、真空槽11の内部に真空雰囲気を形成する。
第一、第二のターゲット15a、15b表面上への反応性ガスの導入量と、第一、第二のターゲット15a、15b表面上の反応性ガスの分圧とは1:1に対応する。第一、第二のターゲット15a、15b表面上の反応性ガスの導入量が増減すると、第一、第二のターゲット15a、15b表面上の反応性ガスの分圧も増減する。
従って、反応性ガスの分圧を制御することにより、ターゲット表面の露出面積を、遷移領域の範囲内に維持すれば、遷移領域でスパッタリングを行える条件の一つを満たすことになる。
具体的には、反応性ガスの分圧値が大きくなると露出面積は減少し、プラズマの光強度は小さくなり、分圧値が小さくなると露出面積は増加し、プラズマの光強度は大きくなる。
上記例では、遷移領域内でスパッタリングを開始したが、遷移領域でない領域からスパッタリングを開始した後、発光強度を測定して流量を制御し、遷移領域に移行させた後、基板表面への薄膜形成を開始させてもよい。
11……真空槽
15a、15b……第一、第二のターゲット
18……ターゲット装置
24a、24b……第一、第二の流量制御装置
30a、30b……第一、第二の磁石装置
40a……磁石装置用移動装置
40b……集光装置用移動装置
51a、51b……第一、第二の集光装置
56……制御装置
57a、57b……第一、第二の光ファイバ
Claims (15)
- 真空槽と、
前記真空槽内に配置されるターゲットの表面に磁界を形成する磁石装置と、
反応性ガスの流量を制御する流量制御装置と、
前記流量制御装置によって流量が制御された前記反応性ガスを前記真空槽内に導入させる導入孔と、
前記ターゲットの表面に形成されたプラズマの発光光が端面に入光され、前記発光光を前記真空槽の外部に通過させる光ファイバと、
前記真空槽外に配置され、前記光ファイバから送光された前記発光光を受光し、前記発光光の光強度から前記流量制御装置を制御して前記反応性ガスの前記導入孔からの流量を増減させる制御装置と、
前記磁石装置と前記光ファイバの端面とを相対的に静止させた状態で、前記磁石装置と前記光ファイバの前記端面とを、前記ターゲットに対して相対的に移動させる移動装置とを有し、
前記真空槽内に位置する成膜対象物の表面に前記ターゲットの構成材料と前記反応性ガスとが反応した反応生成物の薄膜を形成するスパッタリング装置。 - 前記真空槽の内部には、同じ物質の前記ターゲットが複数配置され、
前記光ファイバの前記端面と、前記導入孔とが、対応した前記ターゲットに近く、他のターゲットからは遠い位置に、前記ターゲット毎にそれぞれ配置され、
前記導入孔はそれぞれ前記流量制御装置に接続され、個別に流量制御された前記反応性ガスが各前記導入孔から導入されるように構成され、
前記光ファイバの前記端面に前記発光光が入光されて、前記ターゲット毎に前記光強度が測定され、前記光強度から、前記光強度を測定した前記ターゲットに対応する前記導入孔から導入される前記反応性ガスが増減される請求項1記載のスパッタリング装置であって、
前記光ファイバの前記端面は、対応する前記ターゲットの裏面に配置された前記磁石装置に対して相対的に静止した状態で、前記移動装置により、対応する前記ターゲットに対して相対的に移動されるように構成されたスパッタリング装置。 - 前記真空槽内には、前記ターゲットを二個一組有するターゲット装置が複数設けられ、一の前記ターゲット装置内の二個の前記ターゲット間に電圧が印加されて交互にスパッタリングされるように構成された請求項1記載のスパッタリング装置であって、
各前記ターゲット装置内では、二個一組のうち一方の前記ターゲットの近くに、前記光ファイバの前記端面と前記導入孔とが前記ターゲット装置毎にそれぞれ設けられ、
各ターゲット装置内の前記光ファイバの前記端面は、近い方の前記ターゲットの裏面の前記磁石装置と相対的に静止して、前記移動装置により、近い方の前記ターゲットに対して相対的に移動するように構成されたスパッタリング装置。 - 前記光ファイバの前記端面には集光装置が設けられ、前記集光装置で集光された前記発光光が、前記端面から前記光ファイバ内に入光されるように構成され、前記集光装置は、前記移動装置により、前記ターゲットに対して、前記光ファイバの前記端面と前記磁石装置と共に一緒に相対移動するように構成された請求項1乃至請求項3のいずれか1項記載のスパッタリング装置。
- 前記制御装置は、前記光ファイバから送光された前記発光光のうち、予め設定された波長の光を抽出して、抽出された光の光強度を測定するように構成された請求項1乃至請求項4のいずれか1項記載のスパッタリング装置。
- 前記制御装置は、
測定した前記発光光の光強度が小さくなると前記反応性ガスの前記流量を減少させて前記ターゲット表面の前記反応性ガスの分圧を小さくし、前記光強度を増加させ、
測定した前記発光光の光強度が大きくなると前記流量を増加させて前記ターゲット表面の前記反応性ガスの分圧を大きくし、前記光強度を減少させるように構成された請求項1乃至請求項5のいずれか1項記載のスパッタリング装置。 - 前記ターゲットは、シリコンで構成され、
前記反応性ガスは、酸素ガスを含有する請求項1乃至請求項6のいずれか1項記載のスパッタリング装置。 - 真空槽内にスパッタリングガスと反応性ガスを導入し、ターゲットの裏面に配置された磁石装置を移動させながら前記ターゲットに電圧を印加して前記ターゲットをスパッタリングし、
前記ターゲット表面に形成されるプラズマの発光光を集光装置によって集光し、光ファイバの端面から内部に入光させ、前記発光光に前記光ファイバの内部を通過させ、通過した前記発光光を前記真空槽の外部に配置された制御装置に入光させて複数回光強度を測定し、測定結果から導入する前記反応性ガスの流量を増減させる際に、
前記反応性ガスの流量を増減させる複数回の前記光強度の値は、前記磁石装置の移動に伴って移動する前記プラズマに対して同じ距離で集光した前記発光光から求め、
前記真空槽内に位置する成膜対象物の表面に前記ターゲットの構成材料と前記反応性ガスとが反応した反応生成物の薄膜を形成するスパッタリング方法。 - 前記集光装置と前記光ファイバの前記端面とを、前記磁石装置に対して相対的に静止させ、前記集光装置と前記光ファイバの前記端面と前記磁石装置とを、前記ターゲットに対して相対的に移動させながら前記光強度を測定する請求項8記載のスパッタリング方法。
- 前記真空槽の内部には、同じ物質の前記ターゲットを複数配置し、
前記光ファイバの前記端面と、導入孔とを、対応した前記ターゲットに近く、他のターゲットからは遠い位置に、前記ターゲット毎にそれぞれ配置し、
前記導入孔はそれぞれ流量制御装置に接続し、個別に流量制御された前記反応性ガスが各前記導入孔から導入されるようにし、
前記光ファイバの前記端面に前記発光光が入光されて、前記ターゲット毎に前記光強度を測定し、前記光強度から、前記光強度を測定した前記ターゲットに対応する前記導入孔から導入させる前記反応性ガスを増減させる請求項8記載のスパッタリング方法であって、
前記光ファイバの前記端面は、対応する前記ターゲットの裏面に配置された前記磁石装置に対して相対的に静止させ、対応する前記ターゲットに対して相対的に移動するように構成されたスパッタリング方法。 - 前記ターゲットを二個一組有するターゲット装置を複数設け、一の前記ターゲット装置内の二個の前記ターゲット間に電圧を印加して交互にスパッタリングする請求項8記載のスパッタリング方法であって、
各前記ターゲット装置内では、二個一組のうち一方の前記ターゲットの近くに、前記光ファイバの前記端面と前記導入孔とが前記ターゲット装置毎にそれぞれ配置され、
各前記ターゲット装置内では、二個一組のうち一方の前記ターゲットの近くに、前記光ファイバの前記端面と前記導入孔とが前記ターゲット装置毎にそれぞれ設けられ、
各ターゲット装置内の前記光ファイバの前記端面と前記導入孔とは、近い方の前記ターゲットの裏面の前記磁石装置と相対的に静止させながら、近い方の前記ターゲットに対して相対的に移動させるスパッタリング方法。 - 前記光ファイバの前記端面には集光装置が設けられ、前記集光装置で集光された前記発光光が、前記端面から前記光ファイバ内に入光されるように構成され、前記集光装置は、前記移動装置により、前記ターゲットに対して、前記光ファイバの前記端面と前記磁石装置と共に一緒に相対移動させる請求項8乃至請求項11のいずれか1項記載のスパッタリング方法。
- 前記光ファイバから送光された前記発光光から、予め設定された波長の光を抽出して、抽出された光の光強度を測定するように構成された請求項8乃至請求項12のいずれか1項記載のスパッタリング方法。
- 測定した前記発光光の光強度が小さくなると前記反応性ガスの前記流量を減少させて前記ターゲット表面の前記反応性ガスの分圧を小さくし、前記光強度を増加させ、
測定した前記発光光の光強度が大きくなると前記流量を増加させて前記ターゲット表面の前記反応性ガスの分圧を大きくし、前記光強度を減少させる請求項8乃至請求項13のいずれか1項記載のスパッタリング方法。 - 前記ターゲットは、シリコンで構成され、
前記反応性ガスは、酸素ガスを含有する請求項8乃至請求項14のいずれか1項記載のスパッタリング方法。
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