JPH03111559A - 化学的スパッタリング装置及び化学的スパッタリング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は電子材料を始めとする各種薄膜材料の化学的ス
パッタリング装置及びその装置を用いた薄膜形成過程の
制御に関する。なお、本発明でいうところの化学的スパ
ッタリングとは化学的スパッタ機構が関与するスパッタ
リングをすべて含むものである。

［従来の技術］ 化学的スパッタリング方法は通常の物理的スパッタリン
グ方法と比較した場合、薄膜形成過程が複雑で一般に制
御が難しい。それは通常の物理的スパッタリング方法に
おいてはそのターゲット表面でのエツチング過程が物理
的に行なわれるのに対し、化学的スパッタリング方法に
おいては化学的に行われることに起因する。化学的なス
パッタリング（エツチング）過程は種々の反応パラメー
タに依存し、物理的なスパッタリング過程に比べ反応が
複雑である。従って化学的スパッタリング方法において
薄膜形成過程を制御するにはこれらのことを考慮した反
応パラメータの最適化が必要である。しかしながら従来
の化学的スパッタリング方法では反応パラメータの最適
化が十分行われていないために所望の膜特性が得られな
かったり、反応パラメータの制御が不十分なために再現
性等に問題があった。制御或は最適化すべき反応パラメ
ータの中でもターゲット表面温度は重要で、ターゲット
の化学的スパッタリング及びその化学的スパッタリング
によって形成される薄膜の特性に強い影響をあたえる（
Ｓ、Ｖｅｐｒｅｋ：　Ｃｈｉｍｔａ　ｖｏｌ、３４（１
９８０）　ｐａｇｅ　４８９）。しかしながら従来の化
学的スパッタリング方法においては単にターゲットを室
温付近に冷却するのみで、これらの点を十分考慮してタ
ーゲット表面温度を広範囲且つ精密にコントロールする
ことは現在まで行われていない。

またＡｒプラズマでターゲットを物理的にスパッタリン
グし、そのスパッタリングされた粒子をプラズマ中で酸
素と反応させて化合物薄膜を基板上に形成する反応性ス
パッタリング方法において、ターゲットの冷却媒体を加
熱ないし冷却してターゲットの温度を一定に保つ装置が
特開昭６３−１６２８６４号に開示されているが、ター
ゲット表面温度と薄膜の品質との関係については全く開
示されていない。

［発明が解決しようとする課題］ 上記したように化学的スパッタリング方法により薄膜を
堆積しようとする場合、ターゲット表面での化学的スパ
ッタリング（エツチング）過程の制御が不十分なために
所望の膜特性が得られなかったり、再現性の欠如等の問
題が生じる。本発明は、このような問題に鑑み、ターゲ
ット表面での化学的スパッタリング（エツチング）過程
を制御し、薄膜形成過程（膜特性、再現性等）を制御す
る装置及び方法を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明はターゲットを反応性プラズマで化学的にエツチ
ングし、その生成物を基板に堆積させて薄膜を形成する
化学的スパッタリング装置及び方法において、ターゲッ
ト冷却機構に精密恒温循環器を接続した装置であり、タ
ーゲットの表面温度をこの精密恒温循環器を用いてター
ゲットの冷却液温度を一定に保つことにより所定の温度
にコントロールし、化学的スパッタリング過程を制御す
ることを特徴とする。

［作用］ 以下、本発明を図面を用いて詳細に説明する。

第１図は本発明の化学的スパッタリング装置の一実施態
様の構成を模式的に示す図である。この実施態様におい
て、真空室１内には、基板４を保持するための基板ホル
ダー（陽極）２と、この基板ホルダー２と対向しかつ基
板ホルダー２からクルックス暗部の距離以上能れた位置
に、ターゲット（原料）５を載置する陰極３が配されて
いる。また、この真空室１には、反応性プラズマ用ガス
を供給するガス供給機構として、反応性プラズマ用ガス
ボンベ８より延長された管路が、途中に反応性プラズマ
用ガス導入バルブ７を介して接続されている。さらに、
この実施態様においては、前記ターゲット５を冷却する
ためのターゲット冷却機構として、ターゲット５の近傍
を通過する冷却液管路６を有しているが、しかしてこの
冷却液管路６は精密恒温循環器７に接続されている。精
密恒温循環器７はマイクロコンピュータ内蔵のコントロ
ーラによりサーモモジュールを自動的に冷却・加熱する
ものであり、従って冷却液管路６内を循環する冷却液の
温度は高精度に制御される。なお、本発明において用い
られる精密恒温循環器７の構成としては、この実施態様
におけるように自動計算機を組込んだフィードバック制
御系をＨし、冷却液温度を設定値に高精度で保持できる
ものであれば、特に限定されるものではない。

化学的スパッタリング方法の代表的なものとして水素プ
ラズマによるシリコンターゲットの化学的スパッタリン
グがあるが、この場合を例にとり本発明を具体的に説明
する。まず真空室１内に反応性プラズマ用ガスボンベ８
より水素ガスを導入し、この水素ガスに高周波を印加し
て水素プラズマを発生させる。この反応性のプラズマで
ある水素プラズマによりシリコンターゲット５を化学的
にエツチングして、その生成物により基板４上にシリコ
ンと水素の化合物薄膜を堆積する。シリコンターゲット
表面で起こる水素プラズマによる化学的なエツチング反
応はターゲット表面温度に強く依存しくＳ、Ｖｅｐｒｃ
ｋ：Ｃｈｉｍｌａ　ｖｏｌ、３４（１９８０）　ｐａｇ
ｅ４８９）、ターゲット表面温度の最適化が十分に行わ
れていなかったり、堆積中にプラズマ中の高エネルギー
粒子の衝撃、ターゲット冷却液温度の変動等によりター
ゲット表面温度が変化すると所望の膜特性が得られなか
ったり、再現性の欠如といった問題が生じる。これらが
従来化学的スパッタリング方法を行う場合の問題点とな
っていた。しかしながら、本発明においては、ターゲッ
トの冷却液の温度を精密恒温循環器７を用いて一定に保
つことにより、ターゲット５表面温度を一５℃〜８０℃
間の所定の温度に精密にコントロールする。

なお、この温度範囲は、使用する反応性プラズマ用ガス
およびターゲットの種類などによって若干の相違があり
、この例の場合は、精密恒温循環器７によりターゲット
の冷却液の温度を０℃〜７０℃の範囲で±１℃の精度で
精密に制御することがより適当である。このことにより
ターゲット５表面温度をエツチング反応に最適な温度に
保持することが可能となり、また堆積中のプラズマ中の
高エネルギー粒子の衝撃、ターゲット冷却液温度の変動
等によるターゲット表面温度の変化が抑制される。その
結果、所望の膜特性が得られ、再現性の向上が実現され
る。

以上は、反応性プラズマ用ガスとして水素ガスを用いた
例について説明したが、弗素、塩素等のその他のガス種
のプラズマを用いた化学的スパッタリング方法において
も同様に有効であり、弗素を含むプラズマを用いる場合
は、精密恒温循環器により一５℃〜７０℃に、また、塩
素を含むプラズマを用いる場合は、−５℃〜８０℃に冷
却液の温度をコントロールすることにより、薄膜形成過
程（膜特性、再現性等）を制御することが可能となる。

また、上記実施態様においては、反応性プラズマ用ガス
の励起方法として高周波電力を印加する方法を用いてい
るが、このような励起方法に関しては本発明は何ら限定
されるものではなく、直流電源ないしは交流電源を用い
て直流電圧を印加する方法、あるいはさらに高周波また
は直流電圧を印加する際に直交電磁界を加える方法など
各種の方法を用いることができる。

［実施例］ 第１図に示した本発明のスパッタリング装置を用いて真
空室ｌ内で発生させた水素プラズマによりシリコンター
ゲット５を化学的にエツチングし、その生成物より基板
４上にシリコンと水素の化合物薄膜を堆積した。その際
のターゲット表面温度の制御はターゲット冷却液温度を
精密恒温循環器７により制御することにより冷却液の温
度を２０℃〜７０℃の間で±１℃の精度で各種温度に制
御して行った。他のスパッタリング条件は水素ガス流量
毎分５ｏｃｃ、放電ガス圧０　、４　Ｔｏｒｒ、放電電
力密度０．　２２６Ｗ／ｃｊ！、電極間隔４５ｍｍ、基
板温度２０℃である。第２図にシリコンをターゲットに
用い、本装置によりターゲット表面温度を変化させた場
合の薄膜の屈折率の変化を示す。ターゲット表面温度の
上昇と共に屈折率が急激に低下しているのがわかる。従
って、本発明により所望の膜特性を得るためにターゲッ
ト表面の最適化が可能となり、加えて、十分な再現性を
得ることが出来るようになった。

［発明の効果］ 本発明は、化学的スパッタリングにおいて、ターゲット
表面温度を広範囲且つ精密に制御する装置及び方法を適
用した結果、（１）所望の膜特性を得ることができる、
（２）薄膜形成過程の再現性が向上するなどの効果が得
らたものであり、電子材料を始めとする各種薄膜材料を
化学的スパッタリング方法により作製する技術に有用で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の化学的スパッタリング装置の一実施態
様の構成を示す概略図であり、また第２図は本発明の実
施例において作製したシリコン膜（水素を含む）の屈折
率とターゲット表面温度との関係を示す図である。 １・・・真空室、２・・・基板ホルダー（陽極）、３・
・・陰極、４・・・基板、５・・・ターゲット（原料）
６・・・冷却液管路、７・・・精密恒温循環器、８・・
・反応性プラズマ用ガスボンベ、９・・・反応性プラズ
マ用ガス導入バルブ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）真空室内に、基板を保持するための陽極となる基
   板ホルダと、前記基板に対向する位置にターゲット（原
   料）を設置する陰極とを有し、かつ前記真空室に反応性
   プラズマ用ガスを供給するガス供給機構と、前記ターゲ
   ットを冷却するターゲット冷却機構とを備えてなる化学
   的スパッタリング装置において、前記ターゲット冷却機
   構に精密恒温循環器を接続したことを特徴とする化学的
   スパッタリング装置。
2. （２）ターゲットを反応性のプラズマで化学的にエッチ
   ングし、その生成物を基板に堆積させて薄膜を形成する
   化学的スパッタリング方法において、ターゲットを冷却
   する冷却液の温度を一定に保つことにより、ターゲット
   表面温度を−５℃〜８０℃間の所定の温度にコントロー
   ルすることを特徴とする化学的スパッタリング方法。