JP2015151618A - 成膜装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ワークに対して高品質な成膜処理を低タクトタイム・高スループットで実行することが可能な成膜装置を提供する。
【解決手段】 成膜装置は、分圧測定器１８を備える。この分圧測定器１８は、成膜チャンバー１０内の酸素の分圧あるいは水分の分圧を測定する。また、成膜装置は、原子密度測定器１７を備える。この原子密度測定器１７は、成膜チャンバー１０内における成膜を行うべき金属であるアルミニウムの原子の量としてのアルミニウム原子密度を測定する。成膜チャンバー１０内の酸素あるいは水分分圧と金属薄膜を構成する原子の量との比が設定値以下となったときにスパッタリングが開始される。
【選択図】 図１

Description

この発明は、ワークに対して金属薄膜を、スパッタリング等のＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：物理気相成長）法により形成する成膜装置に関する。

例えば、自動車のヘッドランプのリフレクターや計器類は、射出成型された樹脂製品が使用される。そして、これらの樹脂製品に対しては、鏡面仕上げや金属質感を持たせる目的から、アルミニウム等の金属をターゲットとしたスパッタリングによる成膜がなされる。

また、スパッタリングによる成膜後には、金属膜の酸化防止や表面の傷付き等の保護のため、プラズマＣＶＤによる酸化シリコン保護膜等の成膜が実行される。すなわち、スパッタリングによる成膜後のワークは、別の成膜装置に搬送され、その成膜装置の成膜チャンバー内でＨＭＤＳＯ（ヘキサ−メチル−ジ−シロキサン）等のモノマーガスを利用したプラズマＣＶＤを行うことにより、スパッタリングによる成膜後の表面に保護膜の成膜を行っている。

スパッタリングによる成膜と複合成膜あるいは重合成膜とを同一の成膜チャンバー内で実行する装置も提案されている。特許文献１には、スパッタリング用電極と複合成膜あるいは重合成膜用電極とを所定距離だけ離隔した位置に配置した成膜装置が開示されている。この成膜装置においては、最初に、ワークとスパッタリング電極とを対向配置するとともに、成膜チャンバー内に不活性ガスを導入した後、スパッタリング電極に直流を印加してスパッタリングによる成膜を実行する。次に、ワークを移動させてワークと複合成膜あるいは重合成膜用電極とを対向配置するとともに、成膜チャンバー内にＨＭＤＳＯ等のモノマーガスを導入した後、複合成膜あるいは重合成膜用電極に高周波電圧を印加して、複合成膜あるいは重合成膜を実行している。この特許文献１に記載の成膜装置においては、使用しないターゲット上にシャッターを配置する構成を有している。

特開２０１１−５８０４８号公報

このような樹脂製のワークに対する成膜時には、射出成型機より一定の間隔で送り出されるワークを、射出成型機によるワークの生産サイクルと連動した形で成膜することが好ましい。しかしながら、従来の成膜装置においては、成膜開始前の成膜チャンバー内の圧力を１０^−３Ｐａ（パスカル）程度の高真空圧まで減圧を行わないと、スパッタリング後のワークの表面の反射率が低下したり、黄変と呼ばれる現象が発生したりするという問題が発生することが知られている。このため、減圧に長い時間を要するという問題があった。このような問題は、主として、成膜チャンバー内の酸素または水分の影響によるものである。

図９は、成膜チャンバー内のバックグラウンド圧力を０．５Ｐａ程度の低真空でスパッタリングによる成膜を実行したときのアルゴン（Ａｒ）と水分（Ｈ_２ Ｏ）の分圧を示すグラフであり、図１０は、それにより成膜されたアルミニウム薄膜の分光反射率を示すグラフである。また、図１１は、成膜チャンバー内のバックグラウンド圧力を１０^−３Ｐａ程度の高真空でスパッタリングによる成膜を実行したときのアルゴン（Ａｒ）の分圧と水分（Ｈ_２ Ｏ）を示すグラフであり、図１２は、それにより成膜されたアルミニウム薄膜の分光反射率を示すグラフである。ここで、図９および図１１の横軸は時間を示し、縦軸は成膜チャンバー内の分圧（Ｐａ）比を示している。また、図１０および図１２の横軸は波長（ｎｍ）を示し、縦軸は反射率（％）を示している。さらに、図９および図１１における符号Ｔは、スパッタリングによる成膜を実際に実行した時間を示している。

図９に示すように、成膜チャンバー内のバックグラウンド圧力を０．５Ｐａ程度の低真空としてスパッタリングによる成膜を実行した場合と、図１１に示すように、成膜チャンバー内のバックグラウンド圧力を１０^−３Ｐａ程度の高真空とした場合では、成膜時のチャンバーのアルゴンの分圧に大きな差異はないが、水分の分圧は、高真空時においては低真空時の十分の一程度となっている。これは、減圧の程度により水分の分圧が大きく変化することを示している。

ここで、０．５Ｐａ程度の低真空下でスパッタリングによる成膜を行った場合には、図１０に示すように、特に、アルミニウム薄膜に対する短波長側での反射率が低くなる。これにより、アルミニウム薄膜の表面が黄色がかって見える黄変という現象が発生する。一方、１０^−３Ｐａ程度の高真空下でスパッタリングによる成膜を行った場合には、アルミニウム薄膜に対して高い反射率を維持することが可能となる。このため、スパッタリングによる成膜時に高い反射率を得るためには、成膜チャンバー内の水分の分圧を小さくする必要があることが理解できる。スパッタリングによる成膜時に酸化作用を有する酸素の分圧についても、同様の考え方をとることができる。

そして、本願の発明者は、アルミニウム等の金属膜の反射率が、成膜チャンバー内の酸素または水分の影響だけではなく、金属薄膜を構成する原子、あるいは、この原子がイオン化されたものの影響を受け、金属薄膜の反射率は、成膜チャンバー内の酸素あるいは水分の量と成膜チャンバー内の金属薄膜を構成する原子の量との比により制御可能なことを見出した。すなわち、成膜チャンバーの真空度が比較的低く、酸素または水分の分圧が比較的高い状態でも、金属薄膜を構成する原子密度を増すことで、高い反射率を有する金属薄膜を成膜することが可能であることを確認した。

従って、この発明はこのような知見のもとでなされたものであり、ワークに対して高品質な成膜処理を低タクトタイム・高スループットで実行することが可能な成膜装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、ワークに対して金属薄膜をＰＶＤ成膜する成膜装置であって、成膜チャンバーと、前記成膜チャンバーを減圧する成膜チャンバー減圧部と、前記成膜チャンバー内の酸素あるいは水分の量を測定する第１測定部と、前記成膜チャンバー内の前記金属薄膜を構成する原子の量に対する、前記第１測定部により測定された前記成膜チャンバー内の酸素あるいは水分の量の比が設定値以下となったときにＰＶＤ成膜を開始させる制御部と、を備えることを特徴とする。

第２の発明は、前記成膜チャンバー内に配設されたターゲット材料を有するスパッタ電極と、前記成膜チャンバー内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給部とをさらに備え、前記制御部は、前記成膜チャンバー内の前記金属薄膜を構成する原子の量に対する、前記第１測定部により測定された前記成膜チャンバー内の酸素あるいは水分の量の比が設定値以下となったときに、前記スパッタ電極に対して電圧を印加する。

第３の発明は、前記第１測定部は、前記成膜チャンバー内の酸素あるいは水分の分圧を測定することにより前記成膜チャンバー内の酸素あるいは水分の量を測定する。

第４の発明は、前記成膜チャンバー内の前記金属薄膜を構成する原子の量を測定する第２測定部をさらに備え、前記制御部は、前記第２測定部により測定された前記成膜チャンバー内の前記金属薄膜を構成する原子の量に対する、前記第１測定部により測定された前記成膜チャンバー内の酸素あるいは水分の量の比が設定値以下となったときに、前記スパッタ電極に対して電圧を印加する。

第５の発明は、前記成膜チャンバー内の前記金属薄膜を構成する原子の量を測定する第２測定部と、成膜開始前に、前記スパッタ電極に対して電圧を印加して、前記第２測定部により測定した前記成膜チャンバー内の前記金属薄膜を構成する原子の量を記憶する記憶部とをさらに備え、前記制御部は、前記記憶部に記憶された前記成膜チャンバー内の前記金属薄膜を構成する原子の量に対する、前記第１測定部により測定された前記成膜チャンバー内の酸素あるいは水分の分圧の比が設定値以下となったときに、前記スパッタ電極に対して電圧を印加する。

第６の発明は、前記金属は、アルミニウム、アルミニウム合金、クロムあるいはＳＵＳである。

第１の発明によれば、成膜チャンバー内の金属薄膜を構成する原子の量に対する成膜チャンバー内の酸素あるいは水分の量の比が設定値以下となったときにＰＶＤ成膜を開始させることから、反射率の高い高品質な金属薄膜を成膜することが可能となる。

第２の発明によれば、必要最小限の真空度にてスパッタリングにより成膜を行うことから、真空引きに要する時間が短く、スパッタリングを早く開始することができ、高速成膜が可能となり、短いタクトタイムで高品質・高反射率の金属薄膜を成膜することが可能となる。

第３の発明によれば、成膜チャンバー内の酸素あるいは水分の分圧を測定することにより、成膜チャンバー内の酸素あるいは水分の量を容易に測定することが可能となる。

第４の発明によれば、第２測定部により、成膜チャンバー内の金属薄膜を構成する原子の量を、リアルタイムで測定することが可能となる。

第５の発明によれば、予め実験的に想定しておいた成膜チャンバー内の金属薄膜を構成する原子の量を利用して、スパッタリングの開始時期を判定することが可能となる。

第６の発明によれば、酸化されやすいアルミニウム、アルミニウム合金、クロムあるいはＳＵＳの薄膜を成膜する場合においても好適に成膜を実行することができ、高品質、高反射率の金属薄膜を成膜することが可能となる。

この発明に係る成膜装置の正面概要図である。 この発明に係る成膜装置の制御系を示すブロック図である。 第１成膜条件でスパッタリングを実行したときの成膜チャンバー１０内におけるプラズマ発光スペクトルである。 第２成膜条件でスパッタリングを実行したときの成膜チャンバー１０内におけるプラズマ発光スペクトルである。 第３成膜条件でスパッタリングを実行したときの成膜チャンバー１０内におけるプラズマ発光スペクトルである。 第４成膜条件でスパッタリングを実行したときの成膜チャンバー１０内におけるプラズマ発光スペクトルである。 各成膜条件における成膜チャンバー１０内の水分の分圧とアルミニウムのプラズマ密度との比を示す表である。 各成膜条件におけるアルミニウム薄膜の分光反射率を示すグラフである。 成膜チャンバー内の圧力を０．５Ｐａ程度の低真空としてスパッタリングによる成膜を実行したときのアルゴンと水分の分圧を示すグラフである。 アルミニウム薄膜の分光反射率を示すグラフである。 成膜チャンバー内の圧力を１０^−３Ｐａ程度の高真空としてスパッタリングによる成膜を実行したときのアルゴンと水分の分圧を示すグラフである。 アルミニウム薄膜の分光反射率を示すグラフである。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、この発明に係る成膜装置の正面概要図である。

この発明に係る成膜装置は、樹脂製のワークＷに対してスパッタリングによる成膜とプラズマＣＶＤによる成膜とを実行するものであり、本体１１と開閉部１２とから構成される成膜チャンバー１０を備える。開閉部１２は、射出成型された樹脂製のワークＷを搬入する搬入搬出位置と、本体１１との間でパッキング１４を介して密閉された成膜チャンバー１０を構成する閉鎖位置との間を移動可能となっている。開閉部１２が搬入搬出位置に移動した状態においては、成膜チャンバー１０の側面に、ワークＷを成膜チャンバー１０に対して搬入および搬出する開口部が形成されることになる。また、開閉部１２に形成された通過孔を通過するようにして、ワークＷを載置するためのワーク載置部１３が配設されている。このワーク載置部１３は、ワークＷを載置した状態で開閉部１２に対して相対的に移動可能となっている。

また、この成膜装置は、電極部２１とターゲット材料２２とからなるスパッタ電極２３を備える。ターゲット材料２２としては、アルミニウム（Ａｌ）が使用される。このスパッタ電極２３は、図示を省略した絶縁部材を介して、成膜チャンバー１０における本体１１に装着されている。なお、成膜チャンバー１０を構成する本体１１は、接地部１９によりアースされている。このスパッタ電極２３は、直流電源４１に接続されている。

この直流電源４１としては、ターゲット材料２２の表面積に対して、１平方センチ当たり２５ワット以上の投入電力となるように、スパッタ電極２３に直流電圧を印加し得るものが使用される。すなわち、この直流電源４１は、スパッタ電極２３への投入電力として、ターゲット材料２２の表面積に対して、１平方センチ当たり２５ワット以上を投入する。このスパッタ電極２３への投入電力が大きくなると成膜チャンバー１０内におけるアルミニウムの原子の量が多くなる。

なお、アルミニウムのかわりに、アルミニウム合金、クロムあるいはＳＵＳ等を使用してもよい。この発明に係る成膜装置によれば、酸化されやすいアルミニウム、アルミニウム合金、クロムあるいはＳＵＳの薄膜を成膜する場合においても、好適に成膜を実行することができ、高品質、高反射率の金属薄膜を成膜することが可能となる。

ここで、成膜チャンバー１０内においては、アルミニウムは原子として存在するだけではなくアルミニウムイオンとして存在する場合がある。この明細書においては、このように原子のまま存在するアルミニウムとイオンとして存在するアルミニウムとを、アルミニウム原子と呼称する。これは、他の原子についても同様である。

さらに、この成膜装置は、ＣＶＤ電極２４を備える。このＣＶＤ電極２４は、スパッタ電極２３と同様、図示を省略した絶縁部材を介して、成膜チャンバー１０における本体１１に装着されている。また、このＣＶＤ電極２４は、マッチングボックス４６および高周波電源４５と接続されている。

なお、上述した高周波電源４５としては、例えば、数十ＭＨｚ（メガヘルツ）程度の高周波を発生させるものを使用することができる。ここで、この明細書で述べる高周波とは、２０ｋＨｚ（キロヘルツ）以上の周波数を意味する。

成膜チャンバー１０を構成する本体１１は、開閉弁３１および流量調整弁３２を介して、アルゴン等の不活性ガスの供給部３３と接続されている。また、成膜チャンバー１０を構成する本体１１は、開閉弁３４および流量調整弁３５を介して、ＨＭＤＳＯやＨＭＤＳ（ヘキサ−メチル−ジ−シラザン）等の原料ガスの供給部３６と接続されている。また、成膜チャンバー１０を構成する本体１１は、開閉弁８１および流量調整弁８２を介して、酸素の供給部８３と接続されている。さらに、成膜チャンバー１０を構成する本体１１は、開閉弁３９を介して、ターボ分子ポンプ３７と接続されており、このターボ分子ポンプ３７は、開閉弁４８を介して補助ポンプ３８と接続されている。さらに、この補助ポンプ３８は、開閉弁４９を介して成膜チャンバー１０を構成する本体１１とも接続されている。

また、この成膜装置は、図１において仮想線で示すように、スパッタ電極２３と当接することによりターゲット材料２２を覆う当接位置と、図１において実線で示すように、成膜チャンバー１０の底部付近において支持部５２により支持される退避位置との間を、エアシリンダ５３の駆動で昇降可能なシャッター５１を備える。このシャッター５１は、金属等の伝導体で、かつ、非磁性体である材料から構成されている。シャッター５１の材質としては、例えば、アルミニウムを採用することができる。

また、この成膜装置は、第１測定手段としての分圧測定器１８を備える。この分圧測定器１８は、成膜チャンバー１０内の酸素の分圧あるいは水分の分圧を測定するものである。この分圧測定器１８としては、例えば、四重極型質量分析計（Ｑ−ｍａｓｓ分析器）や、赤外線吸収検知器、プラズマ発光分析器を使用することができる。このように、四重極型質量分析計や、赤外線吸収検知器、あるいは、プラズマ発光分析器を使用した場合には、成膜チャンバー１０内の酸素あるいは水分の分圧を精密かつ高精度に測定することが可能となる。

さらに、この成膜装置は、第２測定手段としての原子密度測定器１７を備える。この原子密度測定器１７は、成膜チャンバー１０内における成膜を行うべき金属であるアルミニウムの原子の量としてのアルミニウム原子密度を測定するものである。この原子密度測定器１７としては、例えば、四重極型質量分析計やプラズマ発光分析器を使用することができる。このように、四重極型質量分析計やプラズマ発光分析器を使用した場合には、成膜チャンバー１０内の金属薄膜を構成する原子の量を精密かつ高精度に測定することが可能となる。なお、上述したように、成膜チャンバー１０内においては、アルミニウムは原子として存在するだけではなくアルミニウムイオンとして存在する場合がある。この原子密度測定器１７は、原子状態のアルミニウムまたはイオン状態のアルミニウムの密度を測定する。

図２は、この発明に係る成膜装置の制御系を示すブロック図である。

この成膜装置は、論理演算を実行するＣＰＵ、装置の制御に必要な動作プログラムが格納されたＲＯＭ、制御時にデータ等が一時的にストアされるＲＡＭ等を備え、装置全体を制御する制御部７０を備える。この制御部７０は、成膜チャンバー１０に配設された分圧測定器１８および原子密度測定器１７と接続されている。また、制御部７０は、原子密度測定器１７により測定した原子密度を記憶する原子密度記憶部１６とも接続されている。また、制御部７０は、図１に示すワーク載置部１３を移動させる搬送機構を駆動制御する搬送機構駆動部７１と、開閉弁３１、３４、３９、４８、４９、８１等を開閉制御する開閉弁駆動部７２と、開閉部１２を開閉制御する開閉部駆動部７３と、スパッタ電極２３およびＣＶＤ電極２４を駆動制御する電極駆動部７４とも接続されている。

次に、以上のような構成を有する成膜装置による成膜動作について説明する。この成膜装置により成膜動作を実行するときには、スパッタリングによる成膜を実行するときに、成膜チャンバー１０内に存在するであろうアルミニウムの原子の量を、実験的に測定する。この場合においては、成膜チャンバー１０内にワークＷを搬入しない状態において、スパッタ電極２３に対して直流電源４１から直流電圧を付与する。これにより、スパッタリング時と同様の状態が成膜チャンバー１０内に発生する。そして、このときの成膜チャンバー１０内のアルミニウムの原子の量を、原子密度測定器１７により測定する。測定されたアルミニウムの原子の量は、図２に示す原子密度記憶部１６に記憶される。

なお、このときに直流電源４１からスパッタ電極２３に供給される電力は、実際のスパッタリング時にスパッタ電極２３に供給する電力と同じ値とする必要がある。これにより、実際のスパッタリング時における成膜チャンバー１０内のアルミニウムの原子の量を正確に測定することが可能となる。ここで、直流電源４１からスパッタ電極２３に供給する電力が大きいほど、成膜チャンバー１０内のアルミニウムの原子の量は大きくなる。

アルミニウムの原子の量の測定が完了すれば、射出成型されたワークＷを、射出成形機より搬送し、成膜チャンバー１０内に搬送する。このときには、開閉部１２を搬入搬出位置に移動させた上で、図１において仮想線で示すように、ワーク載置部１３に載置されたワークＷを、成膜チャンバー１０内のスパッタ電極２３と対向する位置に配置する。このときには、図１において実線で示すように、シャッター５１は、成膜チャンバー１０の底部付近の退避位置に配置されている。

次に、開閉部１２を閉鎖位置に配置し、成膜チャンバー１０内を０．１パスカルから１パスカル未満の低真空まで減圧する。ターボ分子ポンプ３７による減圧前に、ロータリーポンプ等の補助ポンプ３８を使用して、１００パスカル程度まで高速で減圧を行う。その後，その最大排気速度が１秒当たり３００リットル以上のターボ分子ポンプ３７を使用していることから、成膜チャンバー１０内を２０秒程度の時間で、０．１パスカルから１パスカル未満の低真空まで減圧することができる。

次に、開閉弁３１を開放することにより、不活性ガスの供給部３３から成膜チャンバー１０内にアルゴン等の不活性ガスを供給し、成膜チャンバー１０内の真空度が０．５〜３パスカルとなるように、成膜チャンバー１０内を不活性ガスで充満させる。

また、このときには、分圧測定器１８により、成膜チャンバー１０内の酸素または水分の分圧を測定する。

成膜チャンバー１０の減圧と、成膜チャンバー１０内への不活性ガスの供給とを継続することにより、分圧測定器１８により測定された成膜チャンバー１０内の酸素の分圧または水分の分圧が設定値以下となれば、制御部７０は、原子密度測定器１７により測定し、原子密度記憶部１６に記憶したアルミニウムの原子の量と、分圧測定器１８により測定した成膜チャンバー１０内の酸素の分圧または水分の分圧との比を演算する。すなわち、制御部７０は、成膜チャンバー１０内のアルミニウムの原子の量に対する、成膜チャンバー１０内の酸素の量または水分の量の比を演算する。そして、制御部７０は、原子密度記憶部１６に記憶したアルミニウムの原子の量に対する、分圧測定器１８により測定した成膜チャンバー１０内の酸素の分圧または水分の分圧（すなわち、酸素の量または水分の量）の比が設定値以下となったときに、スパッタ電極２３に対して直流電源４１から直流電圧を付与する。これにより、スパッタリング現象でターゲット材料２２の薄膜がワークＷの表面に形成される。なお、原子密度記憶部１６に記憶したアルミニウムの原子の量に対する、この成膜チャンバー１０内の酸素の分圧または水分の分圧の比については、後程、詳細に説明する。

スパッタリング工程においては、スパッタ電極２３におけるターゲット材料２２の表面積に対して、１平方センチ当たり２５ワット以上の投入電力となるように、直流電源４１からスパッタ電極２３に直流電圧が印加される。これにより、成膜チャンバー１０内のアルミニウムの原子の量を必要な値とすることができ、成膜チャンバー１０内が低真空である場合であっても、成膜チャンバー１０内のアルミニウムの原子の量を十分なものとすることができ、樹脂製のワークＷの表面にターゲット材料２２による薄膜が好適に成膜される。例えば、樹脂製のワークＷに対してアルミによる成膜を実行する場合等において、高反射率を有し、かつ、高密着性を有する薄膜を好適に成膜することが可能となる。

なお、スパッタリングによる成膜を実行中には、原子密度測定器１７による成膜チャンバー１０内のアルミニウムの原子の量の測定と、分圧測定器１８による成膜チャンバー１０内の酸素または水分の分圧の測定とを継続する。そして、制御部７０は、成膜チャンバー１０内のアルミニウムの原子の量に対する酸素の分圧または水分の分圧の比が設定値以上となれば、警告表示を行う。なお、この場合に、スパッタ電極２３に供給する電力を増加させるようにしてもよい。

以上の工程によりスパッタリングによる成膜が完了すれば、必要に応じて引き続き、プラズマ重合による成膜を実行する。

プラズマ重合による成膜が完了すれば、成膜チャンバー１０内をベントする。そして、開閉部１２を搬入搬出位置に配置した上でワーク載置部１３を移動させ、ワーク載置部１３上に載置された成膜完了後のワークＷを成膜チャンバー１０内から搬出して１サイクルの処理を終了する。

図３から図６は、互いに異なる第１から第４の成膜条件でスパッタリングを実行したときの成膜チャンバー１０内におけるプラズマ発光スペクトルである。ここで、図３から図６における横軸は波長［ｎｍ］を示し、縦軸は発光強度（任意単位／Ａｒｂｉｔｒａｒｙ Ｕｎｉｔ）を示している。なお、図３から図６においては、縦軸のスケールは、各々、異なるものとなっている。

図３は、第１成膜条件でスパッタリングを実行したときの成膜チャンバー１０内におけるプラズマ発光スペクトルを示している。このときの成膜条件は、成膜ャンバー１０内を０．９Ｐａまで減圧した後、成膜チャンバー１０内にアルゴンガスを供給して成膜チャンバー１０内を２Ｐａとした状態で、スパッタ電極２３におけるターゲット材料２２の表面積に対して１平方センチ当たり１０ワットの投入電力でスパッタリングを実行したものである。この図に示すように、第１成膜条件においては、水分に起因するＨが比較的多く検出されている。

図４は、第２成膜条件でスパッタリングを実行したときの成膜チャンバー１０内におけるプラズマ発光スペクトルを示している。このときの成膜条件は、成膜ャンバー１０内を１０^−３Ｐａまで減圧した後、成膜チャンバー１０内にアルゴンガスを供給して成膜チャンバー１０内を０．５Ｐａとした状態で、スパッタ電極２３におけるターゲット材料２２の表面積に対して１平方センチ当たり１０ワットの投入電力でスパッタリングを実行したものである。この第２成膜条件においては、水分に起因するＨは、ほとんど検出されていない。

なお、第１成膜条件を示す図３と第２成膜条件を示す図４との関係は、低真空でのスパッタリングを示す図９と、高真空でのスパッタリングを示す図１１との関係に類似している。

図５は、第３成膜条件でスパッタリングを実行したときの成膜チャンバー１０内におけるプラズマ発光スペクトルを示している。このときの成膜条件は、成膜ャンバー１０内を０．９Ｐａまで減圧した後、成膜チャンバー１０内にアルゴンガスを供給して成膜チャンバー１０内を２Ｐａとした状態で、スパッタ電極２３におけるターゲット材料２２の表面積に対して１平方センチ当たり３５ワットの投入電力でスパッタリングを実行したものである。

図５においては縦軸のスケールが大きいことから図面上明確ではないが、この第３成膜条件においては、図３に示す第１成膜条件と同程度の水分に起因するＨが検出されている。しかしながら、この第３成膜条件においては、スパッタ電極２３に大きな電力を供給していることから、成膜チャンバー１０内のＡｌの量が極めて多量となる。このため、図４に示す第２成膜条件と図５に示す第３成膜条件とにおいては、ＨとＡｌに関してプラズマ発光スペクトルは相似形となる。

図６は、第４成膜条件でスパッタリングを実行したときの成膜チャンバー１０内におけるプラズマ発光スペクトルを示している。このときの成膜条件は、成膜ャンバー１０内を１０^−３Ｐａまで減圧した後、成膜チャンバー１０内にアルゴンガスを供給して成膜チャンバー１０内を０．５Ｐａとした状態で、スパッタ電極２３におけるターゲット材料２２の表面積に対して１平方センチ当たり３５ワットの投入電力でスパッタリングを実行したものである。この第４成膜条件においては、図４に示す第２成膜条件と同様、水分に起因するＨはほとんど検出されていない。

図７は、各成膜条件における成膜チャンバー１０内の水分の分圧とアルミニウムのプラズマ密度との比を示す表である。

この図においては、水分とアルミニウムの相対比を求めるために、アルミニウムとアルゴンとのカウント数の比と、水分とアルゴンの相対分圧とを利用している。なお、図３から図６に示すプラズマ発光スペクトルから水分に起因するＨとアルミとの相対比を求めるようにしてもよい。この図に示すように、低真空低電力で成膜を実行する第１成膜条件では、アルミニウムに対する水分の相対比が大きくなっている。一方、高真空低電力で成膜を実行する第２成膜条件と低真空高電力で成膜を実行する第３成膜条件では、アルミニウムに対する水分の相対比は同等であり、高真空高電力で成膜を実行する第４成膜条件では、アルミニウムに対する水分の相対比が最も小さくなっている。

図８は、図３から図６に示す各成膜条件におけるアルミニウム薄膜の分光反射率を示すグラフである。横軸は波長［ｎｍ］、縦軸は反射率［％］を示す。この図において、二点鎖線は第１成膜条件により成膜されたアルミニウム薄膜の分光反射率を示し、一点鎖線は第２成膜条件により成膜されたアルミニウム薄膜の分光反射率を示し、破線鎖線は第３成膜条件により成膜されたアルミニウム薄膜の分光反射率を示し、実線は第４成膜条件により成膜されたアルミニウム薄膜の分光反射率を示している。

この図に示すように、高真空下でスパッタリングによる成膜を行った場合には、アルミニウム薄膜に対して高い反射率を維持することが可能となる。一方、低真空下でスパッタリングによる成膜を行った場合は、スパッタ電極２３に供給する電力が小さいと、アルミニウム薄膜の反射率は、特に、短波長側で著しく低くなる。しかしながら、低真空下でスパッタリングによる成膜を行う場合であっても、スパッタ電極２３に供給する電力が高く、成膜チャンバー１０内のアルミニウム原子の量に対する水分の量の比を小さくした場合には、短波長側での反射率の低下を比較的軽微に抑えることが可能となる。

以上の実験結果より、アルミニウム等の金属膜の反射率が、成膜チャンバー１０内の水分の量と、金属薄膜を構成する原子の量との比に依存することが明確となる。このため、スパッタリングによる成膜時に金属薄膜の高い反射率を得るためには、成膜チャンバー１０内が低真空であっても、スパッタ電極２３に大きな電力を供給して、水分の量に対してアルミニウム原子の量を増加させることにより、高い反射率を得ることができる。そして、成膜チャンバー１０内の金属薄膜を構成するアルミニウムの原子の量に対する水分の量の比が設定値以下となったときにスパッタリングを開始する構成を採用することで、常に高い反射率の金属薄膜を得ることが可能となる。

この点については、水分の分圧だけではなく、スパッタリングによる成膜時に酸化作用を有する酸素の分圧についても、同様の考え方をとることができる。

なお、上述した実施形態においては、アルミニウムの原子の量を予め実験的に測定しておき、原子密度記憶部１６に記憶したアルミニウムの原子の量に対する、分圧測定器１８により測定した成膜チャンバー１０内の酸素の分圧または水分の分圧の比が設定値以下となったときに、スパッタリングによる成膜を開始するようにしている。しかしながら、実際に原子密度測定器１７により測定したアルミニウムの原子の量を使用し、原子密度測定器１７により測定したアルミニウムの原子の量に対する分圧測定器１８により測定した成膜チャンバー１０内の酸素の分圧または水分の分圧の比が設定値以下となったときに、スパッタリングによる成膜を実行するようにしてもよい。この場合には、スパッタリングによる成膜の開始前には、ワークＷをシャッター等により覆うようにすればよい。

また、上述した実施形態においては、スパッタリングによる成膜とプラズマＣＶＤによる成膜とを、同一成膜チャンバー１０内で連続して実行する成膜装置にこの発明を適用した場合について説明したが、スパッタリングによる成膜のみを実行する成膜装置にこの発明を適用してもよい。

１０ 成膜チャンバー
１１ 本体
１２ 開閉部
１３ ワーク載置部
１６ 原子密度記憶部
１７ 原子密度測定器
１８ 分圧測定器
１９ 接地部
２１ 電極部
２２ ターゲット材料
２３ スパッタ電極
３１ 開閉弁
３２ 流量調整弁
３３ 不活性ガスの供給部
３４ 開閉弁
３５ 流量調整弁
３６ 原料ガスの供給源
３７ ターボ分子ポンプ
３８ 補助ポンプ
３９ 開閉弁
４１ 直流電源
４５ 高周波電源
４６ マッチングボックス
４８ 開閉弁
４９ 開閉弁
５１ シャッター
７０ 制御部
７１ 搬送機構駆動部
７２ 開閉弁駆動部
７３ 開閉部駆動部
７４ 電極駆動部
８１ 開閉弁
８２ 流量調整弁
８３ 酸素の供給部
Ｗ ワーク

Claims (6)

1. ワークに対して金属薄膜をＰＶＤ成膜する成膜装置であって、
   成膜チャンバーと、
   前記成膜チャンバーを減圧する成膜チャンバー減圧部と、
   前記成膜チャンバー内の酸素あるいは水分の量を測定する第１測定部と、
   前記成膜チャンバー内の前記金属薄膜を構成する原子の量に対する、前記第１測定部により測定された前記成膜チャンバー内の酸素あるいは水分の量の比が設定値以下となったときにＰＶＤ成膜を開始させる制御部と、
   を備えることを特徴とする成膜装置。
2. 請求項１に記載の成膜装置において、
   前記成膜チャンバー内に配設されたターゲット材料を有するスパッタ電極と、
   前記成膜チャンバー内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給部とをさらに備え、
   前記制御部は、前記成膜チャンバー内の前記金属薄膜を構成する原子の量に対する、前記第１測定部により測定された前記成膜チャンバー内の酸素あるいは水分の量の比が設定値以下となったときに、前記スパッタ電極に対して電圧を印加する成膜装置。
3. 請求項２に記載の成膜装置において、
   前記第１測定部は、前記成膜チャンバー内の酸素あるいは水分の分圧を測定することにより前記成膜チャンバー内の酸素あるいは水分の量を測定する成膜装置。
4. 請求項２又は請求項３に記載の成膜装置において、
   前記成膜チャンバー内の前記金属薄膜を構成する原子の量を測定する第２測定部をさらに備え、
   前記制御部は、前記第２測定部により測定された前記成膜チャンバー内の前記金属薄膜を構成する原子の量に対する、前記第１測定部により測定された前記成膜チャンバー内の酸素あるいは水分の量の比が設定値以下となったときに、前記スパッタ電極に対して電圧を印加する成膜装置。
5. 請求項２に記載の成膜装置において、
   前記成膜チャンバー内の前記金属薄膜を構成する原子の量を測定する第２測定部と、
   成膜開始前に、前記スパッタ電極に対して電圧を印加して、前記第２測定部により測定した前記成膜チャンバー内の前記金属薄膜を構成する原子の量を記憶する記憶部とをさらに備え、
   前記制御部は、前記記憶部に記憶された前記成膜チャンバー内の前記金属薄膜を構成する原子の量に対する、前記第１測定部により測定された前記成膜チャンバー内の酸素あるいは水分の分圧の比が設定値以下となったときに、前記スパッタ電極に対して電圧を印加する成膜装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載の成膜装置において、
   前記金属は、アルミニウム、アルミニウム合金、クロムあるいはＳＵＳである成膜装置。
   
   

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