第１章 諸言
2.3 マグネトロンスパッタリング
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・MATCHを4.7にする。
・2つのrf出力計の差が1になるように、OUTPUT LEVELを調整する。
⑤チャンバー内のシャッターを開き、成膜を開始する。
⑥所望の膜厚までa-Si:H層を成長させたら、高周波電源を切り、プラズマ発生を停止する。
・終了作業
①試料ヒーターの電源を切り、設定温度を0度にする。
②指導教員にSiH4ガスを止めて頂く。
③チャンバー内をArガスでパージする。
④2時間後にN2ガスを閉める。
⑤ヒーター温度が100度以下になったら、冷却水を止める。
⑥試料の取り出しを行う。
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次に成膜原理について説明する。真空下の反応容器内にArなどの希ガスを導入し、高電 圧を印加してイオン化させる。するとカソードに設置したターゲットへイオンが衝突し、
ターゲット表面からはじき出された元素がアノード側に設置した試料表面に堆積し、所望 の薄膜が形成される。なお本研究では、ZnO:Al層のスパッタリングターゲットにAl2O3を2
wt.%含んだZnOを用いた。この様に導電性の低いターゲットに対しては、高周波電源が必
要である。スパッタリング工程ではカソードに負の電圧が印加され、プラズマが発生する。
しかし直流電源を用いると、正の電荷を持つArイオンがターゲットに衝突することで、絶 縁性ターゲットの表面が正電荷で覆われてしまうため、スパッタが停止する。従って高周 波を用いることにより、ターゲットが絶縁材料の場合でもスパッタリングを行うことが可 能になる。さらに本研究では、カソード側に永久磁石を備えたマグネトロンスパッタ装置 を採用している。図 2-29(b)に示すように、永久磁石によって磁力線はターゲット背面から 出て再びターゲット側へ戻る。これによりイオンを磁力線の内部に閉じ込めることで、高 密度プラズマをカソード近傍に効率良く形成することが出来る。
2.3.2 成膜手順
本研究では、Arガス流量10 SCCM、rf出力20 W、圧力0.25 Pa、室温の条件でZnO(Al2O3
2 wt.%)とAgをターゲットとし、ZnO:Al層とAg層の成膜を行った。以下に成膜手順を示す。
図2-30 マグネトロンスパッタリング装置の概観図
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・装置の起動
①装置の主電源を入れる。
②ロータリーポンプの電源を入れる。
③ターボ分子ポンプのバルブを開ける。
④ターボ分子ポンプを起動させる。回転数が48000 rpmになり、AccelerationがNormalにな るまで待つ。
⑤リークバルブを少しずつ開けてチャンバーのリークを行う。真空計が1.0 × 105 Paになっ ていることを確認し、リークバルブを閉める。
・試料の設置
①トップフランジ上部のねじをゆるめ、トップフランジを開ける。
②チャンバー内の試料シャッターを開ける。
③試料を設置し、試料シャッターを閉じてねじを固定する。
④ターゲットを取り付ける。
⑤Oリングとトップフランジをエタノールで洗浄する。
⑥トップフランジを閉じてねじを固定する。
・成膜
①ターボ分子ポンプのバルブを閉める。真空計の数値を確認しながら、ロータリーポンプ のバルブを少しずつ開ける。圧力が5 Pa以下になればロータリーポンプのバルブを閉める。
②ターボ分子ポンプのバルブを開け、ゲートバルブ制御盤のOPENを押す。
③真空計のバルブを開け、所定の真空度になるまで待つ。
④Arガスボンベとガス配管を開ける。
⑤Arガス制御盤で流量を設定する。
⑥ゲートバルブ制御盤のPressure modeを押し、所望の圧力に調整する。
⑦試料台を回転させる。
⑧装置裏側にある冷却水のレバーを全て開ける。
⑨高周波電源を入れて、Power levelが0であることを確認し、RF keyを押す。
⑩Power levelを上げてrf出力を調整する。プラズマが発生しない場合は、一旦Power level を下げ、圧力を0.5 Pa以上と高くしてからプラズマを発生させ、rf出力と圧力を調整する。
⑪ターゲットのクリーニングのため5分待ってから、試料シャッターを開けて成膜を行う。
・終了作業
①高周波電源のRF keyを押しプラズマを停止させ、Power levelを下げ、高周波電源を切る。
②試料台の回転を止める。
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③ゲートバルブ制御盤のOpenを押す。
④Arガス制御盤のCloseを押し、Arガス配管とArガスボンベを閉じる。
⑤真空計のバルブを閉じる。
⑥rf停止後10分間、冷却水を流す。
⑦ゲートバルブ制御盤のCloseを押す。
⑧リークバルブを少しずつ開けてチャンバーのリークを行う。真空計が1.0 × 105 Paになっ ていることを確認し、リークバルブを閉める。
⑨トップフランジを開けて試料を取り出す。
⑩Oリングとトップフランジをエタノールで洗浄し、トップフランジを閉じる。
⑪ターボ分子ポンプのバルブを閉める。
⑫ロータリーポンプのバルブを開け、5 Pa以下になったら閉める。
⑬ターボ分子ポンプのバルブを開け、ポンプを停止させて約4分間待つ。
⑭ターボ分子ポンプのバルブを閉め、ロータリーポンプと装置主電源を切る