JPH0382763A - 薄膜形成方法およびエッチング方法 - 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】 〔概　要〕 本発明は、プラズマを用いた薄膜形成方法およびエツチ
ング方法に関し、 プラズマ中の必要な粒子速度の測定精度を著しく向上さ
せることによって、より適正な制御を行なえるようにし
た薄膜形成方法およびエツチング方法を提供することを
目的とし、 本発明の薄膜形成方法は、ガスを導入した減圧容器内で
、対向して配置された基板・ターゲット間に電圧を引加
して発生させた上記ガスのプラズマを用いて上記基板上
に薄膜を形成する方法において、上記プラズマ中の薄膜
形成元素の粒子からの発光線の内、基底状態に遷移しな
い発光線のドツプラー幅および／またはドツプラーシフ
トを測定し、得られた測定値に基づいて上記粒子のエネ
ルギーに影響する操作因子を制御するように構威し、 本発明のエツチング方法は、ガスを導入した減圧容器内
で、発生させたプラズマを用いて基板表面をエツチング
する方法において、エツチングされた粒子からの発光線
の内、基底状態に遷移しない発光線のドツプラー幅およ
び／またはドツプラーシフトを測定し、得られた測定値
に基づいて上記プラズマ粒子のエネルギーに影響する操
作因子を制御するように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、プラズマを用いた薄膜形成方法およびエツチ
ング方法に関し、より詳しくは、スパッタリングやＣＶ
Ｄのようなプラズマを用いた薄膜形成およびドライエツ
チングのようなプラズマを用いたエツチング技術におい
て、プラズマ中にある粒子が高いエネルギー状態から低
いエネルギー状態に遷移するときに起こる発光をモニタ
し、その結果をスパッタリング条件等の操作因子にフィ
ードバックして機能性の高い膜を形成する方法および高
精度のエツチングパターンを形成する方法に関する。

〔従来の技術〕 記録媒体、半導体装置等に用いる高機能の薄膜を形成す
るために、プラズマを用いた薄膜形成方法およびエツチ
ング方法（スパッタリング、イオンブレーティング、プ
ラズマＣＶＤ等）が特に有用である。

高機能膜を形成する典型例として、垂直磁化記録媒体と
して利用されるＣｏＣｒ膜のスパッタリングによる形成
がある。ＣｏＣｒ膜はｈｃｐ構造を有しており、Ｃ軸方
向に磁気異方性を示し、理想的な垂直磁化状態を得るた
めには結晶のＣ軸方向がそろっている膜、すなわちＣ軸
配向の高い膜が必要となっている。

従来のスパッタリング方法では、薄膜形成時のＤＣ（あ
るいはＲＦ）パワー、不活性ガス（たとえばＡｒ）圧力
および基板温度によって膜形成条件を制御している。こ
れら三つの操作因子によって膜特性のかなりの部分の制
御が可能であるが、配向性や微細構造といった特性につ
いては、十分な制御ができていない。

上記の問題を解決するために、スパッタリング時にプラ
ズマの計測（たとえばプラズマ温度、電子温度、電子密
度の計測〉や発光スペクトルの強度の観測が試みられて
いる。しかし、これらの方法によっても測定結果と作成
された膜の特性との関係がはっきりせず、膜形成条件の
制御には不十分な点がある。

このため、発明者はファブリベロー干渉分光計によって
粒子から発生する発光スペクトル線の微細構造の測定を
行い、その測定に基づいて膜形成の制御をすることを既
に提案した（特願昭６３−１６２８０号）。発光線スペ
トルのピークにはドツプラー効果による波長ずれ（ドツ
プラーシフト）や幅広がり（ドツプラー幅〉がみられる
。それらを解析することによって、発光している粒子の
速度や速度分布がわかる。前記のＣｏＣｒ膜の場合は、
基板に入射する粒子の速度（すなわちエネルギー）が膜
の特性を大きく左右することが知られており、上記提案
は、このような膜を作成する時に、発光線のドツプラー
シフトやドツプラー幅から粒子の速度を求め、それを膜
形成条件にフィードバックすることによって特性のそろ
った膜を作成しようとしたものである。

しかし、本発明者は、更に詳細に発光線の微細構造を分
析した結果、粒子からの発光線が、基底状態へ遷移する
際に起こる発光のときは自己吸収によって発光線が吸収
を受けて発光線の形状が変化するため、ドツプラーシフ
トやドツプラー幅の測定に大きな誤差を含んでしまう場
合があることを見出した。

上記の誤差は、たとえばドツプラー幅を見掛上数倍に拡
大するため、真の値よりも数倍大きく過大評価した粒子
速度をフィードバックしてしまうことになり、これに基
づいて行なう各種操作要因の制御を誤った方向に導く可
能性がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、プラズマ中の必要な粒子速度の測定精度を著
しく向上させることによって、より適正な制御を行なえ
るようにした薄膜形成方法およびエツチング方法を提供
することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的は、本発明によれば、ガスを導入した減圧容
器内で、対向して配置された基板・ターゲット間に電圧
を引加して発生させた上記ガスのプラズマを用いて上記
基板上に薄膜を形成する方法において、上記プラズマ中
の薄膜形成元素の粒子からの発光線の内、基底状態に遷
移しない発光線のドツプラー幅および／またはドツプラ
ーシフトを測定し、得られた測定値に基づいて上記粒子
のエネルギーに影響する操作因子を制御することを特徴
とする薄膜形成方法によって達成される。

また、上記の目的は、ガスを導入した減圧容器内で、発
生させたプラズマを用いて基板表面をエツチングする方
法において、エツチングされた粒子からの発光線の内、
基底状態に遷移しない発光線のドツプラー幅および／ま
たはドツプラーシフトを測定し、得られた測定値に基づ
いて上記プラズマ粒子のエネルギーに影響する操作因子
を制御することを特徴とするエツチング方法によって達
成される。

ドツプラー幅、ドツプラーシフトの測定には、ファブリ
ペロ−干渉分光計を用いることが望ましい。

操作因子は、−船釣に■スパッタ電源出力■ターゲット
表面に発生させる磁場コントロール用磁石に流す電流■
スパツタ時のガス圧力■スパッタ時のガス種類およびそ
の混合比等であるが、その他特定の薄膜形成方法または
エツチング方法において必要に応じて適宜選択付加でき
る。通常、上記１または２以上の操作因子を制御する。

〔作　用〕

本発明においては、基底状態に遷移しない発光線を用い
るので、自己吸収による測定誤差が完全に解消されるた
め、極めて正確な制御を行なうことができる。

以下に、添付図面を参照し、実施例によって本発明を更
に詳細に説明する。

〔実施例〕

第１図の装置を用い、本発明に従ってＣｏＣｒ薄膜を形
成した。

第１図のスパッタリング装置は、減圧容器１内の上部の
基板ホルダー２に基板３が取り付けられており、下部に
は基板３と対向してターゲットホルダー４上にターゲッ
ト５が取り付けられている。

減圧容器１中にはガスボンベ６．７からそれぞれガス供
給管８．９によってプラズマ形成用のガスが供給される
。各ガス供給量は、供給管８，９の途中に設けられた流
量調整弁１０．１１と一体化したガスフローコントロー
ラ１２．１３によって調整される。基板３とターゲット
５との間には、コントローラ付電源１４によって電圧が
引加され、上記ガスのプラズマを発生させる。ターゲッ
ト５の下には、コントローラ付電源１５に接続された電
磁石１６が設けられており、プラズマに叩かれてターゲ
ットから飛び出す粒子のエネルギーを調整する磁場を発
生させる。減圧容器１の右上部には受光素子１７が組み
込まれており、ターゲット５上方のプラズマ内の発光を
受光する。受光された光は光ファイバー１８によってフ
ァブリベロー干渉分光計１９へ導かれる。分光されたス
ペクトル線は光学経路２０によって光検出器２１へ導か
れ、そこで電気信号に変換され、入力回路２２によって
計算機２３に入力される。

人力された電気信号は計算機２３内で演算処理され、フ
ィードバック回路２４．２５．２６．２７によってそれ
ぞれガスフローコントローラ１２および１３、電磁石１
６のコントローラ付電源１５、およびスパッタ電圧のコ
ントローラ付電源１４に入力される。

ターゲットとして垂直磁化記録媒体用として用いられて
いるＣｏＣｒ合金を用い、Ａｒガス雰囲気中でガス圧Ｉ
　Ｘ　１．０−’　〜４　Ｘ　１０−’ＴｏｒｒでＤＣ
スパッタを行った。紫外域から可視域にかけて、Ｃｒお
よびＣｏ原子からの発光線が観察された。３５０〜４５
０ｎｍの付近に特に強い発光線が観察された。

これらの発光線のうち、Ｃｒｌの発光線をファブリベロ
ー干渉分光計によって測定した結果を第２図に示す。こ
のスペクトルはエタロンを入れた気密槽内にＮ２ガスを
導入することによってエタロン間の屈折率を変えエタロ
ン間の光路長を変えて、干渉状態を変化させて測定した
ものである。第２図（ａ）は４２５．４ｎｒｎの発光線
、（ｂ）は４３５．２ｎｍの発光線である。第３図（ａ
）、　　（ｂ）に示すように、４２５．４ｎ＋ｎ発光線
は基底状態へ遷移する場合のもの（ａ）で、４３５．２
ｎ＋ｒ＋の発光線は基底状態へ遷移しない場合のもの（
ｂ）である。（ａ）の場合には自己吸収によるくぼみが
生じているのがわかる。このようなくぼみが生じると正
確なドツプラー幅の測定が困難になる。また、自己吸収
が第２図（ａ）のときのように大きい場合は、自己吸収
によるくぼみがはっきりわかるが、自己吸収が小さい場
合には、くぼみは生じないが発光線のピーク値は減少し
ているような現象がおこる。このような発光線からドツ
プラー幅を測定すると、実際の数倍の大きさにもなるこ
とがある。

一方、第２図（ｂ）の基底状態へ遷移しない発光線（４
３５，２ｎｍ）では、自己吸収が生じていないため、正
確なドツプラー幅の測定が可能である。

発生線から測定されるドツプラー幅は、スパンタ電力、
スパッタ時のガス圧力およびガスの種類、ターゲットの
下に設けた電磁石に流す電流等によって変化しているこ
とが確認された。

したがって、ファブリペロ−干渉分光計によって発光線
のドツプラー幅を薄膜形成に最適なところに設定し、常
に一定となるように■スパッタ電源の出力■ターデフ４
表面に発生する磁場をコントロールする電磁石に流す電
流■スパッタ時のガス圧力■スパッタ時のガスの種類お
よびその混合比のうちの少なくとも一つを制御すること
によって、基板の上に形成される薄膜の磁気的および構
造的特性が最適かつ一定のものを安定して得られること
がＩｉｌされた。これにより形成された薄膜の歩留りは
格段と向上するようになった。

本実施例では、薄膜形成方法の例を説明したが、エツチ
ング方法においても同様の効果が得られる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、プラズマを用い
た薄膜形成およびエツチングにおいて、プラズマ中の必
要な粒子速度の測定精度を著しく向上させることによっ
て、より適正な制御を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従って薄膜を形成するための装置の例
を示す配置図、 第２図は、発光ス′ベクトル線の微細構造の例を示すグ
ラフ、および 第３図は、第２図のスペクトルに対応するクロム原子の
エネルギー遷移を示すグラフである。 １：減圧容器、　　　２：基板ホルダー３二基板、　　
　　　４：ターゲットホルダー５：ターゲット、　　６
．７＝ガスボンベ８．９：ガス供給管、ｉｏ、ｉｉ二流
量調整弁、１２・１３ニガスフローコントローラー１４
ニスバツタ電圧引加用のコントローラ付電源、１５：電
磁石用のコントローラ付電源、１６：電磁石、　　　　
１７：受光素子、１８：光ファイバー １９：ファブリペロ−干渉分光計、 ２０：光学経路、　　　２１：光検出器、２２：入力回
路、　　　２３：計算機、２４．２５．２６・２７：フ
ィードバック回路。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．ガスを導入した減圧容器内で、対向して配置された
   基板・ターゲット間に電圧を引加して発生させた上記ガ
   スのプラズマを用いて上記基板上に薄膜を形成する方法
   において、上記プラズマ中の薄膜形成元素の粒子からの
   発光線の内、基底状態に遷移しない発光線のドップラー
   幅および／またはドップラーシフトを測定し、得られた
   測定値に基づいて上記粒子のエネルギーに影響する操作
   因子を制御することを特徴とする薄膜形成方法。
2. ２．ガスを導入した減圧容器内で、発生させたプラズマ
   を用いて基板表面をエッチングする方法において、エッ
   チングされた粒子からの発光線の内、基底状態に遷移し
   ない発光線のドップラー幅および／またはドップラーシ
   フトを測定し、得られた測定値に基づいて上記プラズマ
   粒子のエネルギーに影響する操作因子を制御することを
   特徴とするエッチング方法。