JP2021107570A

JP2021107570A - 成膜装置

Info

Publication number: JP2021107570A
Application number: JP2019239293A
Authority: JP
Inventors: 尚久北見; Naohisa Kitami; 山本　哲也; Tetsuya Yamamoto; 哲也山本
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2019-12-27
Filing date: 2019-12-27
Publication date: 2021-07-29
Also published as: CN113046701A; CN113046701B; TW202124747A; KR20210084266A

Abstract

【課題】所望の膜を得るために更に適切な条件で成膜を行うことができる成膜装置を提供する。【解決手段】成膜装置１において、監視部５２は、所定の物質の膜を形成するための粒子のエネルギー分布の内の複数の特徴部ＦＰ１，ＦＰ２，ＦＰ３のエネルギーを監視することができる。監視部５２は、エネルギー分布の単一の特徴部（例えば特徴部ＦＰ３のみの監視など）ではなく、複数の特徴部ＦＰ１，ＦＰ２，ＦＰ３のエネルギーを監視することで、エネルギー分布の状況をより正確に把握することができる。従って、成膜制御部５４は、エネルギー分布の状況を正確に把握した上で、所望の膜を得るための成膜条件を調整することができる。以上より、所望の膜を得るために更に適切な条件で成膜を行うことができる【選択図】図１

Description

本発明は、成膜装置に関する。

対象物に成膜材料の粒子を付着させて膜を形成する成膜装置として、特許文献１に記載されたものが知られている。この成膜装置は、プラズマガンを用いてチャンバー内でプラズマを生成し、チャンバー内で成膜材料を蒸発させている。基板に成膜材料が付着することにより、当該基板上に膜が形成される。

特開２０１６−１４１８５６号公報

ここで、上述の成膜装置では、プラズマガンの陰極と、陽極との間の電圧を測定し、当該測定結果に基づいて成膜条件を調整していた。当該電圧の測定結果は、基板へ粒子が入射する際のエネルギー分布のうち、最大エネルギーの監視に用いることができる。しかし、最大エネルギーだけでは、エネルギー分布の全体的な状態を把握することができない。従って、所望の膜を得るために更に適切な条件で成膜を行うことができる成膜装置が求められていた。

そこで本発明は、所望の膜を得るために更に適切な条件で成膜を行うことができる成膜装置を提供することを課題とする。

本発明に係る成膜装置は、対象物に成膜材料の粒子を付着させて膜を形成する成膜装置であって、粒子を対象物へ供給することで膜を成膜する成膜部と、前記対象物に対する粒子のエネルギー分布の内の複数の特徴部のエネルギーを監視する監視部と、情報及び監視部による監視結果に基づいて、成膜条件を調整する調整部と、を備える。

本発明に係る成膜装置において、監視部は、所定の物質の膜を形成するための粒子のエネルギー分布の内の複数の特徴部のエネルギーを監視することができる。監視部は、エネルギー分布の単一の特徴部ではなく、複数の特徴部のエネルギーを監視することで、エネルギー分布の状況をより正確に把握することができる。従って、調整部は、エネルギー分布の状況を正確に把握した上で、所望の膜を得るための成膜条件を調整することができる。以上より、所望の膜を得るために更に適切な条件で成膜を行うことができる。

監視部は、特徴部として、エネルギー分布をエネルギーの低い側から見たときに形成される第１のピークのエネルギー、第１のピークよりも高エネルギー側で形成される第２のピークのエネルギー、及び、エネルギー分布における最大エネルギー、の少なくとも何れかを監視してよい。これにより、監視部は、エネルギー分布の状況を正確に把握することができる。

成膜部は、プラズマを出射するプラズマガン及び成膜材料を保持すると共にプラズマを成膜材料に導く陽極を備えることでイオンプレーティング法によって成膜を行い、監視部は、プラズマ電位を測定した測定結果、プラズマガンのプラズマを収束するため電磁石コイルを有する中間電極と、陽極との間の電圧を測定した測定結果、及び、プラズマガンの陰極と、陽極との間の電圧を測定した測定結果の少なくとも何れかに基づいて監視を行ってよい。これにより、監視部は、エネルギー分布の特徴部のエネルギーを適切に監視することができる。

本発明によれば、所望の膜を得るために更に適切な条件で成膜を行うことができる成膜装置を提供できる。

本発明の実施形態に係る成膜装置のブロック構成図である。成膜装置を示す構成を示す概略断面図である。粒子が基板の表面に入射されて膜が形成されるときの様子を示す模式図である。各元素に対応する表面拡散エネルギーを示すグラフである。膜の配向について説明するためのグラフ及び模式図である。エネルギー分布の一例を示すグラフである。制御部によって実行される処理内容を示すフローチャートである。変形例に係る成膜装置についての監視部について説明する図である。変形例に係る成膜装置についての監視部について説明する図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の一実施形態に係る成膜装置について説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

まず、図１を参照して、本発明の実施形態に係る成膜装置の構成について説明する。図１は、本実施形態に係る成膜装置のブロック構成図である。成膜装置１は、対象物に成膜材料の粒子を付着させて膜を形成する装置である。図１に示すように、成膜装置１は、成膜部１００と、第１の測定部１０１と、第２の測定部１０２と、第３の測定部１０３と、制御部５０と、を備える。成膜部１００は、対象物として、基板に対して成膜を行う。第１の測定部１０１、第２の測定部１０２、及び第３の測定部１０３は、成膜時において、基板に対して飛来する粒子のエネルギー監視するための測定を行う。制御部５０は、成膜装置１全体の制御を行う。

図２を参照して、成膜部１００と、第１の測定部１０１と、第２の測定部１０２と、第３の測定部１０３と、について説明する。図２は、成膜装置１の構成を示す概略断面図である。図２に示すように、本実施形態の成膜装置１は、いわゆるイオンプレーティング法に用いられるイオンプレーティング装置である。なお、説明の便宜上、図２には、ＸＹＺ座標系を示す。Ｙ軸方向は、後述する基板が搬送される方向である。Ｚ軸方向は、基板と後述するハース機構とが対向する位置である。Ｘ軸方向は、Ｙ軸方向とＺ軸方向とに直交する方向である。

成膜装置１は、基板１１の板厚方向が略鉛直方向となるように基板１１が真空チャンバー１０内に配置されて搬送されるいわゆる横型の成膜装置である。この場合には、Ｘ軸及びＹ軸方向は水平方向であり、Ｚ軸方向は鉛直方向且つ板厚方向となる。なお、成膜装置１は、基板１１の板厚方向が水平方向（図１及び図２ではＺ軸方向）となるように、基板１１を直立又は直立させた状態から傾斜した状態で、基板１１が真空チャンバー１０内に配置されて搬送される、いわゆる縦型の成膜装置であってもよい。この場合には、Ｚ軸方向は水平方向且つ基板１１の板厚方向であり、Ｙ軸方向は水平方向であり、Ｘ軸方向は鉛直方向となる。

成膜部１００は、成膜材料Ｍａの粒子Ｍｂを基板１１へ供給することで基板１１の表面に膜を形成する部分である。成膜部１００は、真空チャンバー１０、搬送機構３、成膜機構１４、ガス供給部４０、及び電流供給部８０を備えている。

真空チャンバー１０は、基板１１を収納し成膜処理を行うための部材である。真空チャンバー１０は、成膜材料Ｍａの膜が形成される基板１１を搬送するための搬送室１０ａと、成膜材料Ｍａを拡散させる成膜室１０ｂと、プラズマガン７からビーム状に照射されるプラズマＰを真空チャンバー１０に受け入れるプラズマ口１０ｃとを有している。搬送室１０ａ、成膜室１０ｂ、及びプラズマ口１０ｃは互いに連通している。搬送室１０ａは、所定の搬送方向（図中の矢印Ａ）に（Ｙ軸に）沿って設定されている。また、真空チャンバー１０は、導電性の材料からなり接地電位に接続されている。

成膜室１０ｂは、壁部１０Ｗとして、搬送方向（矢印Ａ）に沿った一対の側壁と、搬送方向（矢印Ａ）と交差する方向（Ｚ軸方向）に沿った一対の側壁１０ｈ，１０ｉと、Ｘ軸方向と交差して配置された底面壁１０ｊと、を有する。

搬送機構３は、成膜材料Ｍａと対向した状態で基板１１を保持する基板保持部材１６を搬送方向（矢印Ａ）に搬送する。例えば基板保持部材１６は、基板１１の外周縁を保持する枠体である。搬送機構３は、搬送室１０ａ内に設置された複数の搬送ローラ１５によって構成されている。搬送ローラ１５は、搬送方向（矢印Ａ）に沿って等間隔に配置され、基板保持部材１６を支持しつつ搬送方向（矢印Ａ）に搬送する。なお、基板１１は、例えばガラス基板やプラスチック基板などの板状部材が用いられる。

続いて、成膜機構１４の構成について詳細に説明する。成膜機構１４は、イオンプレーティング法により成膜材料Ｍａの粒子を基板１１に付着させる。成膜機構１４は、プラズマガン７と、ステアリングコイル５と、ハース機構２と、輪ハース６とを有している。

プラズマガン７は、例えば圧力勾配型のプラズマガンであり、その本体部分が成膜室１０ｂの側壁に設けられたプラズマ口１０ｃを介して成膜室１０ｂに接続されている。プラズマガン７は、真空チャンバー１０内でプラズマＰを生成する。プラズマガン７において生成されたプラズマＰは、プラズマ口１０ｃから成膜室１０ｂ内へビーム状に出射される。これにより、成膜室１０ｂ内にプラズマＰが生成される。

プラズマガン７は、陰極６０により一端が閉塞されている。陰極６０とプラズマ口１０ｃとの間には、第１の中間電極（グリッド）６１と、第２の中間電極（グリッド）６２とが同心的に配置されている。第１の中間電極６１内にはプラズマＰを収束するための環状永久磁石６１ａが内蔵されている。第２の中間電極６２内にもプラズマＰを収束するため電磁石コイル６２ａが内蔵されている。

ステアリングコイル５は、プラズマガンが装着されたプラズマ口１０ｃの周囲に設けられている。ステアリングコイル５は、プラズマＰを成膜室１０ｂ内に導く。ステアリングコイル５は、ステアリングコイル用の電源（不図示）により励磁される。

ハース機構２は、成膜材料Ｍａを保持する。ハース機構２は、真空チャンバー１０の成膜室１０ｂ内に設けられ、搬送機構３から見てＺ軸方向の負方向に配置されている。ハース機構２は、プラズマガン７から出射されたプラズマＰを成膜材料Ｍａに導く主陽極又はプラズマガン７から出射されたプラズマＰが導かれる主陽極である主ハース１７を有している。

主ハース１７は、成膜材料Ｍａが充填されたＺ軸方向の正方向に延びた筒状の充填部１７ａと、充填部１７ａから突出したフランジ部１７ｂとを有している。主ハース１７は、真空チャンバー１０が有する接地電位に対して正電位に保たれているため、主ハース１７は放電における陽極となりプラズマＰを吸引する。このプラズマＰが入射する主ハース１７の充填部１７ａには、成膜材料Ｍａを充填するための貫通孔１７ｃが形成されている。そして、成膜材料Ｍａの先端部分が、この貫通孔１７ｃの一端において成膜室１０ｂに露出している。

成膜材料Ｍａには、特に限定されることなく、所望の膜に応じて適宜選択可能であるが、例えば、ＩＴＯ(Indium Tin Oxide)やＺｎＯなどの透明導電材料や、ＳｉＯＮなどの絶縁封止材料が例示される。成膜材料Ｍａが絶縁性物質からなる場合、主ハース１７にプラズマＰのビームが照射されると、プラズマＰのビームからの電流によって主ハース１７が加熱され、成膜材料Ｍａの先端部分が蒸発し、プラズマＰのビームによりイオン化された粒子Ｍｂが成膜室１０ｂ内に拡散する。また、成膜材料Ｍａが導電性物質からなる場合、主ハース１７にプラズマＰのビームが照射されると、プラズマＰのビームが成膜材料Ｍａに直接入射し、成膜材料Ｍａの先端部分が加熱されて蒸発し、プラズマＰのビームによりイオン化された粒子Ｍｂが成膜室１０ｂ内に拡散する。成膜室１０ｂ内に拡散した粒子Ｍｂは、成膜室１０ｂのＺ軸正方向へ移動し、搬送室１０ａ内において基板１１の表面に付着する。なお、成膜材料Ｍａは、所定長さの円柱形状に成形された固体物であり、一度に複数の成膜材料Ｍａがハース機構２に充填される。そして、最先端側の成膜材料Ｍａの先端部分が主ハース１７の上端との所定の位置関係を保つように、成膜材料Ｍａの消費に応じて、成膜材料Ｍａがハース機構２のＺ負方向側から順次押し出される。

輪ハース６は、プラズマＰを誘導するための電磁石を有する補助陽極である。輪ハース６は、成膜材料Ｍａを保持する主ハース１７の充填部１７ａの周囲に配置されている。輪ハース６は、環状のコイル９と環状の永久磁石部２０と環状の容器１２とを有し、コイル９及び永久磁石部２０は容器１２に収容されている。本実施形態では、搬送機構３から見てＺ負方向にコイル９、永久磁石部２０の順に設置されているが、Ｚ負方向に永久磁石部２０、コイル９の順に設置されていてもよい。輪ハース６は、コイル９に流れる電流の大きさに応じて、成膜材料Ｍａに入射するプラズマＰの向き、または、主ハース１７に入射するプラズマＰの向きを制御する。

ガス供給部４０は、真空チャンバー１０内にキャリアガス及び酸素ガスを供給する。キャリアガスに含まれる物質として、例えば、アルゴン、ヘリウムなどの希ガスが採用される。ガス供給部４０は、真空チャンバー１０の外部に配置されており、成膜室１０ｂの側壁（例えば、側壁１０ｈ）に設けられたガス供給口４１を通し、真空チャンバー１０内へ原料ガスを供給する。ガス供給部４０は、制御部５０からの制御信号に基づいた流量のキャリアガス及び酸素ガスを供給する。

電流供給部８０は、成膜材料のイオン化を行うための電流をプラズマガン７に供給する。電流供給部８０は、プラズマガン７の陰極６０に電流を供給する。これにより、プラズマガン７は、所定の値の放電電流にて放電を行う。電流供給部８０は、制御部５０からの制御信号に基づいた電流値の電流を供給する。

ここで、測定部１０１，１０２，１０３及び制御部５０の説明を行う前に、基板１１へ飛来して入射される粒子Ｍｂのエネルギーについて説明する。図３は、粒子Ｍｂが基板１１の表面に入射されて膜７０が形成されるときの様子を示す模式図である。飛来して入射される粒子Ｍｂは（状態Ａ）、既存の膜７０の表面７０ａ（初期状態では基板１１の表面１１ａ）に到達すると（状態Ｂ）、表面７０ａ上で拡散される（状態Ｂ〜Ｃ）。そして、粒子Ｍｂは、膜７０の内部に入り込み、当該膜７０内で拡散されて（状態Ｄ）所定の空隙に入り込む。テラス・ステップ・キンクモデルで言うと、表面７０ａに到達した粒子Ｍｂが、ステップ、キンクに到達し結合して膜を形成（状態Ｂ〜Ｃ）、または空隙に入り、拡散し周囲の原子と結合し膜を形成（状態Ｄ）とも表現できる。

本願発明者らは、上述の挙動を鑑みて、飛来してくる粒子Ｍｂ（状態Ａ）がどの程度のエネルギーを有するように制御する必要があるかについて、以下のような知見を得ている。具体的に、粒子Ｍｂが膜７０内で拡散する（状態Ｄ）のに必要なエネルギーであるバルク内拡散エネルギーは、低融点金属だと３ｅＶ程度、高融点金属だと９ｅＶ程度である。そして、粒子Ｍｂが表面７０ａで拡散する（状態Ｂ〜Ｃ）のに必要なエネルギーである表面拡散エネルギー（凝集エネルギーともいう）は、図４に示すように元素によって異なり、２〜９ｅＶの幅を有している。すなわち、入射された粒子Ｍｂ（状態Ｂの粒子Ｍｂ）は、最低でも拡散エネルギー（＝バルク内拡散エネルギー＋表面拡散エネルギー）として５〜１２ｅＶ程度を有している必要がある。更に、粒子Ｍｂが表面７０ａに衝突することでエネルギーの６〜８割が熱エネルギーになると仮定すると、残りのエネルギーの２〜４割が拡散エネルギーとなる。この点を考慮すると、飛来してくる粒子Ｍｂ（状態Ａ）のエネルギー（以降、入射エネルギーと称する場合がある）は、１２．５〜６０ｅＶの範囲で制御される必要がある。なお、７〜８割のエネルギーが熱エネルギーになると仮定した場合、入射エネルギーは、１６．６〜６０ｅＶの範囲で制御されるようにする。

また、発明者らは、粒子Ｍｂの入射エネルギーを調整することで、得られる膜７０の配向度を調整することができるという知見を得ている。図５（ａ）は、一例として、入射エネルギーを制御してＺｎＯの膜７０を成膜したときの、結果を示すグラフである。ＺｎＯの成膜において、成膜装置１では、Ｚｎは十分なイオンエネルギーとフラックスを有しており、Ｏ側が不十分であると結晶性に変化が生じる。図５（ａ）のグラフは、Ｏ^＋のエネルギーフラックスとＯのエネルギーフラックスの比を横軸とし、結晶性の指標である配向性の半値幅を縦軸としている。Ｏ^＋のエネルギーフラックスを増加させていくと、半値幅は小さくなってゆき、配向が整う傾向にある（グラフの左上から右下へ向かう）。すなわち、グラフの右下の領域は、図５（ｃ）のような配向が整った膜が得られる領域であり、グラフの左上の領域は、図５（ｂ）のような配向を崩した膜が得られる領域であり、グラフの中間の領域は、中間の配向度の膜が得られる領域である。上述の１２．５〜６０ｅＶ（または１６．６〜６０ｅＶ）という入射エネルギーは、図５（ｃ）に示すような配向が整った膜７０を得る場合に必要な元素（ここではＺｎやＯ）の粒子Ｍｂの入射エネルギーである。図５（ｂ）のように意図的に配向を崩した膜７０を得ようとする場合は、更に高い入射エネルギーとしてスパッタを起こしたり、逆にエネルギーを更に低くし表面拡散しないように制御すればよい。なお、以降の説明では、配向を意図的に崩すために、追加で必要とする入射エネルギーを「配向調整エネルギー」と称する場合がある。その配向調整エネルギーは正負ともにある。また、上述の１２．５〜６０ｅＶ（または１６．６〜６０ｅＶ）という入射エネルギーを配向調整エネルギーと区別するために「基本エネルギー」と称する。

以上の知見より、本発明者らは、成膜装置の制御について、更に次のような知見を得ている。すなわち、どのような物質で、どのような配向の膜を成膜するかが分かっていれば、図４に示すグラフから目的の膜の物質の表面拡散エネルギーを取得し、図５（ａ）に示すようなグラフに基づいて目的の配向を得るためにどの程度の配向調整エネルギーが必要かを取得することで、粒子Ｍｂの入射エネルギーをどの程度に制御すれば良いかを把握できる。そして、そのような所望の膜を得るための入射エネルギーのエネルギー分布は、事前に実験によって把握しておくことができる。また、当該エネルギー分布を得るための成膜条件も予め取得できる。以上より、目的の膜の特性と、当該膜を得るための粒子のエネルギー分布、及び成膜条件は、予めデータベース化しておくことができる。例えば、図６には、ある物質において、ガスの圧力を変化させ、他の成膜条件を固定してエネルギー分布を測定したときの結果のグラフＧ１，Ｇ２，Ｇ３が示されている。横軸は粒子の入射エネルギーを示し、縦軸（例えば，対数スケール）は、対応する入射エネルギーを有する粒子のカウント数を示す。グラフＧ１，Ｇ２，Ｇ３のエネルギー分布で成膜を行うことで、特性の異なる膜を得ることができる。

従って、成膜装置を制御して所望の膜を得る時には、当該膜を得るための粒子のエネルギー分布をデータベースなどから読み出すと共に、当該エネルギー分布に紐付けられた成膜条件で成膜を行えばよい。しかしながら、成膜条件が同じ場合であっても、エネルギー分布がデータベースのものと全く同じにならない場合がある。従って、本発明者らは、粒子のエネルギー分布のうち、複数の特徴部のエネルギーを監視すると共に、監視していたエネルギーにずれが生じた場合は、成膜条件を調整することが有効であることを見出した。特に、本発明者らは、イオンプレーティング法により成膜を行う場合は、エネルギー分布の特徴部として、「（１）エネルギー分布をエネルギーの低い側から見たときに形成される第１のピーク（図６のＦＰ１）のエネルギー（プラズマシース由来のエネルギー）」、「（２）第１のピークよりも高エネルギー側で形成される第２のピーク（図６のＦＰ２）のエネルギー（成膜における主なエネルギー）」、「（３）エネルギー分布における最大エネルギー（図６のＦＰ３）」を監視することが好ましいことを見出している。例えば、特徴部ＦＰ１，ＦＰ３にずれが無い場合であっても、特徴部ＦＰ２にずれがある場合、当該ずれを無くすように成膜条件を調整する。そして、上記（１）〜（３）のエネルギーを監視するために、測定部１０１，１０２，１０３の測定結果を用いることができる。なお、上述のエネルギー分布の第１，第２のピークは、エネルギー分布の形状によっては明確にピークとして表れない場合もある（例えば、グラフＧ３における特徴部ＦＰ２）。この場合、エネルギー分布の平均値もしくは中央値をピークと見なしてよい。

図２に戻り、第１の測定部１０１は、上述の「（１）エネルギー分布をエネルギーの低い側から見たときに形成される第１のピーク（図６のＦＰ１）のエネルギー（プラズマシース由来のエネルギー）」を監視するための情報を測定する。ここでは、第１の測定部１０１は、基板１１の高さ位置付近に設置したラングミュアプローブ１０１ａでプラズマ電位を測定する。第１の測定部１０１は、測定結果を制御部５０へ送る。

第２の測定部１０２は、「（２）第１のピークよりも高エネルギー側で形成される第２のピーク（図６のＦＰ２）のエネルギー（成膜における主なエネルギー）」を監視するための情報を測定する。ここでは、第２の測定部１０２は、プラズマガン７のプラズマを収束するための電磁石コイルを有する中間電極と陽極との間の電圧を測定する。第２の測定部１０２は、プラズマガン７の第２の中間電極６２と、主ハース１７とに接続されており、両者の間の電圧を測定する。第２の測定部１０２は、測定結果を制御部５０へ送る。

第３の測定部１０３は、「（３）エネルギー分布における最大エネルギー（図６のＦＰ３）」を監視するための情報を測定する。ここでは、第３の測定部１０３は、プラズマガン７の陰極と陽極との間の電圧を測定する。第３の測定部１０３は、プラズマガン７の陰極６０と、主ハース１７とに接続されており、両者の間の電圧を測定する。第３の測定部１０３は、測定結果を制御部５０へ送る。

図１に示すように、制御部５０は、成膜装置１全体を制御する装置であり、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ及び入出力インターフェース等から構成されている。制御部５０は、真空チャンバー１０の外部に配置されている。また、制御部５０は、情報記憶部５１と、監視部５２と、情報取得部５３と、成膜制御部５４（調整部）と、を備えている。

情報記憶部５１は、成膜装置１の制御に用いられる各種情報を記憶している。情報記憶部５１は、所定の膜を得るための粒子Ｍｂの入射エネルギーのエネルギー分布、及び当該エネルギー分布とするための成膜条件のデータテーブルを記憶している。当該データテーブルは、予め実験などを行って得られる。情報記憶部５１は、膜の物質、配向性などの各条件に対応したデータテーブルを記憶している。

監視部５２は、基板１１に対する粒子Ｍｂのエネルギー分布のうち、複数の特徴部ＦＰ１，ＦＰ２，ＦＰ３のエネルギーを監視する。監視部５２は、第１の測定部１０１の測定結果に基づいて、特徴部として「（１）エネルギー分布をエネルギーの低い側から見たときに形成される第１のピーク（図６のＦＰ１）のエネルギー（プラズマシース由来のエネルギー）」を監視する。監視部５２は、第２の測定部１０２の測定結果に基づいて、特徴部として「（２）第１のピークよりも高エネルギー側で形成される第２のピーク（図６のＦＰ２）のエネルギー（成膜における主なエネルギー）」を監視する。監視部５２は、第３の測定部１０３の測定結果に基づいて、特徴部として「（３）エネルギー分布における最大エネルギー（図６のＦＰ３）」を監視する。

情報取得部５３は、ユーザーの所望の膜を得るためのエネルギー分布及び成膜条件に関する情報を情報記憶部５１のデータベースから取得する。情報取得部５３は、所望の膜の物質、及び配向性などをユーザの入力などによって取得し、当該入力情報をデータベースと照らし合わせることで、エネルギー分布及び成膜条件に関する情報を取得する。例えば、ユーザーの所望の膜を得るために図６に示すグラフＧ２のエネルギー分布が必要な場合、情報取得部５３は、データベースからグラフＧ２のエネルギー分布を取得すると共に、当該グラフＧ２に紐付けられた成膜条件を取得する。

成膜制御部５４は、情報取得部５３によって得られた成膜条件に基づいて、成膜部１００を制御する。成膜制御部５４は、ガス供給部４０によるガスの流量、及び電流供給部８０による電流を制御する。成膜制御部５４は、基本エネルギーである１２．５〜６０ｅＶの範囲（または１６．６〜６０ｅＶの範囲）での入射エネルギーが得られるように制御を行うと共に、配向を崩すために配向調整エネルギーが必要な場合は、「基本エネルギー＋配向調整エネルギー」とした入射エネルギーが得られるように制御を行う。

なお、成膜制御部５４は、情報取得部５３からエネルギー分布及び成膜条件を必ずしも取得しなくともよく、成膜制御部５４自身が、所望の膜の条件に基づいて演算を行い、エネルギー分布及び成膜条件を演算によって取得してもよい。

また、成膜制御部５４は、監視部５２による監視結果に基づいて、成膜条件を調整する。例えば、監視部５２によって特徴部ＦＰ２に対応するエネルギーがグラフＧ２の特徴部ＦＰ２からずれた場合、成膜制御部５４は、当該ずれを抑制するように成膜条件を調整して成膜制御を行う。例えば、成膜制御部５４は、電流及び圧力の少なくとも一方の条件を調整する。なお、ずれの判定は閾値との比較などで行われてよい。また、ずれ量の判定は、閾値を段階的に設定することで判定されてよい。

次に、図７を参照して、本実施形態に係る成膜装置１による成膜方法について説明する。図７は、制御部５０によって実行される処理内容を示すフローチャートである。

まず、制御部５０は、ユーザーの入力などに基づいて、所望の膜の情報を取得して、成膜条件を設定する（ステップＳ１０）。このとき、情報取得部５３は、所望の膜の物質、及び膜の配向性の情報を得る。次に、情報取得部５３は、所望の膜の情報と、情報記憶部５１に記憶されているデータテーブルを照らし合わせることで、当該膜を成膜するためのエネルギー分布及び成膜条件を取得する。そして、成膜制御部５４は、読み出した成膜条件を設定する。次に、成膜制御部５４は、ステップＳ１０で設定した成膜条件にて成膜を行う（ステップＳ２０）。このとき、測定部１０１，１０２，１０３は、測定を開始する。

次に、監視部５２は、測定部１０１，１０２，１０３の測定結果に基づいて、基板１１に対する粒子Ｍｂのエネルギー分布のうち、複数の特徴部ＦＰ１，ＦＰ２，ＦＰ３のエネルギーを監視する（ステップＳ３０）。そして、監視部５２は、各特徴部ＦＰ１，ＦＰ２，ＦＰ３のエネルギーが、ステップＳ１０で得られたエネルギー分布からずれていないかを監視し、成膜条件の調整が必要ないか否かを判定する（ステップＳ４０）。ステップＳ４０において、調整が必要ないと判定された場合、成膜制御部５４は、成膜が終了したか否かを判定する（ステップＳ５０）。ステップＳ５０において成膜が終了したと判定された場合、図７に示す処理が終了する。ステップＳ５０において成膜が終了していないと判定された場合、ステップＳ２０から処理が再開され、同じ成膜条件にて成膜が継続される。

一方、ステップＳ４０において、成膜条件の調整が必要であると判定された場合、ステップＳ１０へ戻り、成膜制御部５４は、成膜条件を調整する。例えば、監視している特徴部ＦＰ２のエネルギーが、図６のグラフＧ２の特徴部ＦＰ２のエネルギーからずれた場合、成膜制御部５４は、当該ずれを抑制するように成膜条件を調整する。ステップＳ１０にて成膜制御部５４が成膜条件を調整したら、当該調整後の成膜条件にて、ステップＳ２０以降の処理を繰り返す。

次に、本実施形態に係る成膜装置１の作用・効果について説明する。

本実施形態に係る成膜装置１において、監視部５２は、所定の物質の膜を形成するための粒子のエネルギー分布の内の複数の特徴部ＦＰ１，ＦＰ２，ＦＰ３のエネルギーを監視することができる。監視部５２は、エネルギー分布の単一の特徴部（例えば特徴部ＦＰ３のみの監視など）ではなく、複数の特徴部ＦＰ１，ＦＰ２，ＦＰ３のエネルギーを監視することで、エネルギー分布の状況をより正確に把握することができる。従って、成膜制御部５４は、エネルギー分布の状況を正確に把握した上で、所望の膜を得るための成膜条件を調整することができる。以上より、所望の膜を得るために更に適切な条件で成膜を行うことができる。

監視部５２は、特徴部として、エネルギー分布をエネルギーの低い側から見たときに形成される第１のピークのエネルギー（特徴部ＦＰ１）、第１のピークよりも高エネルギー側で形成される第２のピークのエネルギー（特徴部ＦＰ２）、及び、エネルギー分布における最大エネルギー（特徴部ＦＰ３）、の少なくとも何れかを監視してよい。これにより、監視部５２は、エネルギー分布の状況を正確に把握することができる。

成膜部１００は、プラズマを出射するプラズマガン７及び成膜材料Ｍａを保持すると共にプラズマを成膜材料Ｍａに導く主ハース１７（陽極）を備えることでイオンプレーティング法によって成膜を行い、監視部５２は、プラズマ電位を測定した測定結果（第１の測定部１０１の測定結果）、プラズマガン７のプラズマを収束するため電磁石コイルを有する第２の中間電極６２と、主ハース１７との間の電圧を測定した測定結果（第２の測定部１０２の測定結果）、及び、プラズマガン７の陰極６０と、主ハース１７との間の電圧を測定した測定結果（第３の測定部１０３の測定結果）の少なくとも何れかに基づいて監視を行ってよい。これにより、監視部５２は、エネルギー分布の特徴部ＦＰ１，ＦＰ２，ＦＰ３のエネルギーを適切に監視することができる。

本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。

上記実施形態では、成膜部として蒸発源とプラズマ源がプラズマで繋がったイオンプレーティング装置が用いられたが、成膜部の成膜方式は特に限定されるものではない。例えば、成膜部として、蒸発源（抵抗加熱や電子ビーム加熱など）と活性化のためのプラズマが離れたイオンプレーティング装置、スパッタ装置、プラズマＣＶＤなどの成膜方式が採用されてもよい。このように、成膜の方式が変わった場合は、エネルギー分布の特徴部の取り方や、当該特徴部を監視するための測定部の測定箇所を、各方式に合わせて変更すればよい。例えば、図８及び図９に示すように、プラズマＣＶＤによる成膜方法を採用した成膜装置に対して、本発明が適用されてもよい。

図８（ａ）は、ＤＣ放電タイプのプラズマＣＶＤの成膜装置１５０を示す。成膜装置１５０は、ＤＣ電源１５２に接続された電極１５１間でプラズマＰを発生させる。基板１１は、電極１５１の対向方向と直交する方向に配置され、バイアス電源１５３に接続されている。また、基板１１は一方の電極１５１に配置されても良い。チャンバ内に供給された原料ガスは、プラズマＰでイオン化して粒子Ｍｂとして基板１１に照射される。このとき、粒子Ｍｂの入射エネルギーは、図８（ｂ）に示すようにプラズマ電位Ｖｓが入射エネルギーの基準となりピークを形成する。従って、当該ピークを特徴部ＦＰ４として監視可能である。当該特徴部ＦＰ４を監視するために、プラズマＰの基板１１付近の箇所にプローブ１５６を設けて電圧を測定してよい。また、放電電圧相当のエネルギーがエネルギー分布における最大エネルギーとなる。従って、エネルギー分布における最大エネルギーを特徴部ＦＰ５として監視可能である。当該特徴部ＦＰ５を監視するために、ＤＣ電源１５２の電圧を測定する測定部１５７を設けてよい。

図９（ａ）は、ＲＦ放電タイプのプラズマＣＶＤの成膜装置１６０を示す。成膜装置１６０は、高周波電源１６２に整合器１６５を介して接続された電極１６１間でプラズマＰを発生させる。基板１１は、一方の電極１６１に配置され、当該電極１６１はバイアス電源１６３に接続されている。チャンバ内に供給された原料ガスは、プラズマＰでイオン化して粒子Ｍｂとして基板１１に照射される。このとき、粒子Ｍｂの入射エネルギーは、図９（ｂ）に示すようにバイアス電圧相当の電圧Ｖ_ＤＣを基準として左右対称であってそれぞれピークを形成するような形状となる。このグラフは、高周波電圧を高めるほど扁平に広がるようなエネルギー分布となる（破線に示すグラフを参照）。また、その周波数を変更することでも広がりを制御することができる。このようなエネルギー分布では、基準の箇所にて下向きにピークとなる箇所を特徴部ＦＰ６として監視可能である。当該特徴部ＦＰ６を監視するために、バイアス電源１６３の電圧を測定する測定部１６８を設けてよい。また、分布は、高周波による最低値と最大値の箇所にピークを有するため、最低値側のピークを特徴部ＦＰ７ａとし、最大値側のピークを特徴部ＦＰ７ｂとして監視可能である。これらの特徴部ＦＰ７ａ，ＦＰ７ｂを監視するために、高周波電源１６２の高周波電圧を測定する測定部１６７を設けてよい。また、プラズマＰの基板１１付近の箇所にプローブ１６６を設けて電圧を測定してよい。これにより、エネルギーの平均値を監視してもよい。

その他、ＥＣＲプラズマＣＶＤ、誘導結合型プラズマＣＶＤ、表面波プラズマＣＶＤ、及びヘリコン波プラズマＣＶＤなどのプラズマＣＶＤの成膜装置が用いられてよい。この場合、各々の方式によって得られるエネルギー分布に対して任意に特徴部を設定し、当該特徴部を監視するための測定部を設ければよい。

１，１５０，１６０…成膜装置、７…プラズマガン、１７…主ハース（陽極）、１１…基板（対象物）、５４…成膜制御部（調整部）、６０…陰極、６２…第２の中間電極、７０…膜、１００…成膜部、１０１，１０２，１０３…測定部、ＦＰ１，ＦＰ２，ＦＰ３，ＦＰ４，ＦＰ５，ＦＰ６，ＦＰ７ａ，ＦＰ７ｂ…特徴部、Ｍａ…成膜材料、Ｍｂ…粒子。

Claims

対象物に成膜材料の粒子を付着させて膜を形成する成膜装置であって、
前記粒子を前記対象物へ供給することで前記膜を形成する成膜部と、
前記対象物に対する前記粒子のエネルギー分布のうち、複数の特徴部のエネルギーを監視する監視部と、
前記監視部による監視結果に基づいて、成膜条件を調整する調整部と、を備える、成膜装置。
前記監視部は、前記特徴部として、
前記エネルギー分布をエネルギーの低い側から見たときに形成される第１のピークのエネルギー、
前記第１のピークよりも高エネルギー側で形成される第２のピークのエネルギー、
及び、前記エネルギー分布における最大エネルギー、の少なくとも何れかを監視する、請求項１に記載の成膜装置。
前記成膜部は、プラズマを出射するプラズマガン及び前記成膜材料を保持すると共に前記プラズマを前記成膜材料に導く陽極を備えることでイオンプレーティング法によって成膜を行い、
前記監視部は、
プラズマ電位を測定した測定結果、
前記プラズマガンの前記プラズマを収束するため電磁石コイルを有する中間電極と、前記陽極との間の電圧を測定した測定結果、
及び、前記プラズマガンの陰極と、前記陽極との間の電圧を測定した測定結果の少なくとも何れかに基づいて監視を行う、請求項１又は２に記載の成膜装置。