ｽﾊﾟｯﾀﾘﾝｸﾞにおけるﾌﾟﾗｽﾞﾏ測定の応用/ Plasma in Sputtering

I.ｽﾊﾟｯﾀﾘﾝｸﾞの定義:

ｽﾊﾟｯﾀﾘﾝｸﾞは､材料の薄膜を表面に堆積させるために使用される真空蒸着技術です｡ｽﾊﾟｯﾀﾘﾝｸﾞの原理は､ﾀｰｹﾞｯﾄ(ｶｿｰﾄﾞ)の表面にあるﾌﾟﾗｽﾞﾏ(部分的にｲｵﾝ化されたｶﾞｽ)のｴﾈﾙｷﾞｰを使用して､材料の各原子を引き寄せ､それらを基材の表面に堆積させることです｡

• 材料は撃たれたﾀｰｹﾞｯﾄ(ｶｿｰﾄﾞ)から取り除かれます
• ｲｵﾝはﾀｰｹﾞｯﾄ材料に取り込まれ､おそらく化合物としてそれに入ります｡この効果はｲｵﾝ注入(反応)と呼ばれます｡
• 基材の表面に凝縮したｲｵﾝが､そこでﾚﾔｰを形成する:ｲｵﾝﾋﾞｰﾑ堆積｡

II.反応性ｽﾊﾟｯﾀﾘﾝｸﾞ

ｽﾊﾟｯﾀﾘﾝｸﾞの主な実際的なﾊﾞﾘｴｰｼｮﾝの1つは､反応性ｽﾊﾟｯﾀﾘﾝｸﾞです｡反応性ｽﾊﾟｯﾀﾘﾝｸﾞでは､金属(非金属)ﾀｰｹﾞｯﾄから､通常は不活性ｶﾞｽ(Ar)と混合される反応ｶﾞｽの存在下でｽﾊﾟｯﾀﾘﾝｸﾞすることにより､薄い化合物膜を基材上に堆積させます｡したがって､反応性ｽﾊﾟｯﾀﾘﾝｸﾞは､物理的､電気的､および化学的ﾌﾟﾛｾｽの組み合わせです｡反応性ｶﾞｽは活性化され､ﾀｰｹﾞｯﾄから出た原子と化学的に結合して新しい化合物を形成します｡一般的に反応性ｶﾞｽの使用量は不活性ｶﾞｽに比べて少ないですが､比率を変えることで､金属から半導体､絶縁体､抵抗器まで幅広い特性を持つ膜を作ることができます｡反応性ｽﾊﾟｯﾀﾘﾝｸﾞは､誘電体､抵抗器､および半導体の堆積のための貴重な商業的ﾌﾟﾛｾｽとなっています｡

反応性ｽﾊﾟｯﾀﾘﾝｸﾞの方法で堆積された一般的な化合物

• 酸化物(酸素):Al2O3､In2O3､SnO2､SiO2､Ta2O5｡
• 窒化物(窒素､ｱﾝﾓﾆｱ):TaN､TiN､AlN､Si3N4､CNx
• 炭化物(ﾒﾀﾝ､ｱｾﾁﾚﾝ､ﾌﾟﾛﾊﾟﾝ):TiC､WC､SiC｡
• 硫化物(H2S):CdS､CuS､ZnS｡
• Ti､Ta､AlおよびSiの酸炭化物および酸窒化物

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II. ｽﾊﾟｯﾀﾘﾝｸﾞ装置におけるﾌﾟﾗｽﾞﾏ測定の応用

反応性ｽﾊﾟｯﾀﾘﾝｸﾞは､反応ｶﾞｽから形成された低圧媒体を有する真空ﾁｬﾝﾊﾞ内で行われる｡特別なﾎﾟﾝﾌﾟは､他の微量元素と共に炭素､酸素､窒素で構成されている通常の大気を除去します｡反応性ｽﾊﾟｯﾀﾘﾝｸﾞ中に反応したｶﾞｽは正電荷を有する｡

負に帯電した材料は､磁場によって正に帯電したﾀｰｹﾞｯﾄ材料に引き付けられます｡次に､ﾀｰｹﾞｯﾄ材料はｶﾞｽとしてﾁｬﾝﾊﾞｰに放出され､高強度の磁場にさらされ､ﾏｲﾅｽｲｵﾝに変わります｡このようにして､薄膜は正ｲｵﾝと負ｲｵﾝの両方を含む化合物で構成することができます｡

反応性ｽﾊﾟｯﾀﾘﾝｸﾞは､化合物から薄膜を形成する速度を著しく増加させます｡これにより､化学物質が基材上に沈降する速度が速くなる薄膜作成ﾌﾟﾛｾｽの一部として､化学物質が強制的に結合します｡

すべてのﾌﾟﾗｽﾞﾏは､ｶﾞｽの構成とそのﾌﾟﾗｽﾞﾏﾊﾟﾗﾒｰﾀに応じて放射線を放出します｡ﾌﾟﾗｽﾞﾏを特徴付ける最も重要なﾊﾟﾗﾒｰﾀは電子密度です｡それはﾌﾟﾗｽﾞﾏの電気伝導率､光の励起と放出､ﾌﾘｰﾗｼﾞｶﾙの生成､そして化学的に反応する能力を決定します｡もう一つの重要なﾊﾟﾗﾒｰﾀは電子温度です｡

ﾌﾟﾗｽﾞﾏﾓﾆﾀｰﾘﾝｸﾞ測定ｼｽﾃﾑ(PMｼﾘｰｽﾞ)を使用することで､ﾌﾟﾗｽﾞﾏﾓﾆﾀｰﾘﾝｸﾞ､ｴｯﾁﾝｸﾞ､ｴﾝﾄﾞﾎﾟｲﾝﾄ検出等､広域ｽﾍﾟｸﾄﾙ､低散乱光のﾌﾟﾗｽﾞﾏ発光を検出できます｡さらに､ｻﾝﾌﾟﾙﾌﾟﾗｽﾞﾏの発光ｽﾍﾟｸﾄﾙをﾓﾆﾀｰﾘﾝｸﾞすることにより､ﾕｰｻﾞｰはﾌﾟﾗｽﾞﾏﾍﾞｰｽのﾌﾟﾛｾｽを制御するために必要な重要なﾌﾟﾗｽﾞﾏﾊﾟﾗﾒｰﾀを特定できます｡これらのﾌﾟﾗｽﾞﾏﾊﾟﾗﾒｰﾀから､ｲｵﾝが材料の表面に衝突する角度､それらが衝突するｴﾈﾙｷﾞｰ､それらの質量､ﾀｰｹﾞｯﾄ原子の質量､およびﾀｰｹﾞｯﾄ表面結合ｴﾈﾙｷﾞｰを校正することはより容易である｡このﾌﾟﾛｾｽでは､ｽﾊﾟｯﾀﾘﾝｸﾞを制御し､条件を正確に微調整して､光学ｱﾌﾟﾘｹｰｼｮﾝ､半導体ﾃﾞﾊﾞｲｽ､およびﾅﾉﾃｸﾉﾛｼﾞｰ製品用の薄膜ｺｰﾃｨﾝｸﾞを作成します｡ｽﾊﾟｯﾀﾘﾝｸﾞｺｰﾃｨﾝｸﾞ工程を精密に制御することで､微細な構造制御はもちろん､均一で高精度な膜厚を容易に実現できます｡