プラズマエミッションコントローラ RU-1000

制御技術

スパッタ法はターゲットに高電圧を印加することで真空チャンバー内に導入した不活性ガスアルゴン（Ar）を電離させてプラズマ状態をつくり、この中でArイオンが負電位であるターゲットに衝突し、ターゲット材料が飛散し、対象物に付着することで成膜されます。

＜反応性スパッタの制御技術＞

反応性スパッタ法は導入する反応性ガスの流量に応じて成膜速度が大きく異なる状態を示すことが知られています。この状態には3つの領域（モード）が存在します。これらのモードは、1）メタルモード、2）遷移モード、3）反応性モード、と呼ばれています。反応性ガス流量が少ない時は通常のスパッタ法に近い状態となり、成膜速度が早くターゲット材料が金属の状態で飛散するためメタルモードと呼ばれています。それに対して反応性ガス流量が多い時には、ターゲット材料がガスと反応しながら化合物として飛散するために成膜速度が遅く、反応性モードと呼ばれています。さらに、この領域の間にはヒステリシス特性を示す領域（遷移モード）が存在します。従来、この遷移モードでは反応の挙動が不安定であるため、成膜には用いられて来ませんでした。しかし、遷移モードでの制御が可能に成れば成膜速度を向上させることが出来ます。
遷移モードでの制御を可能にしたのがプラズマエミッションコントローラ RU-1000です。

＜遷移モードの制御技術＞

遷移モードによる成膜では、わずかな反応性ガス流量の変化ですぐにメタルモードあるいは反応性モードのどちらかに移行してしまいます。そのため、遷移モードで成膜を行うためには、反応性ガスの流量を高速に制御することで成膜速度を一定に保つ必要があります。そこで次のことが必要になります。

1. 現在の成膜速度の状況を示す信号を常にモニタリングする。
2. モニタリング信号が指令値に収束するように反応性ガス流量を高速で制御する。このとき成膜速度の信号は応答性良く検知することが求められるため、膜厚計の信号ではなくプラズマ発光強度あるいは放電電源のインピーダンスを用います。これらの信号は成膜速度と比例関係にあり、反応速度も速いことから、モードの変化を示す信号として最適と言えます。

1）に必要な機器がプラズマエミッションコントローラ RU-1000であり、2）に必要な機器が堀場エステック製マスフローコントローラ SEC-N100 Seriesです。