スパッタリング薄膜における応力発生メカニズムと付着力の評価

スパッタリング法は、工業的に広く使われている薄膜作製法である。 　スパッタリング法の特徴として、基板温度を上げることなく、物性に優れた薄膜が得られるということが挙げられる。これは、スパッタリング法においてターゲットから発生した粒子が大きなエネルギーを持つためである。しかしながら、同時にこのスパッタ粒子の高いエネルギーが、薄膜に大きな応力を残留させるという短所をも生じさせることになる。スパッタリング法により堆積された薄膜において問題となる剥離の多くはこの残留応力によるものである。 　応力の残留と、それにともなう薄膜の基板からの剥離はプロセスやデバイスの信頼性を保証する上での大きな問題であり、スパッタリング生産において必ず遭遇する問題であるともいえる。 　本講演では、スパッタリング法の技術基盤において、薄膜堆積機構と応力残留および付着力の向上との関連を理解した上で、 生産あるいは技術開発の現場において遭遇する応力残留および薄膜の剥離を中心とするトラブルに対応する力を身につけていくことを目標とし、スパッタリングプロセスの特徴とスパッタリングプロセスにより得られる薄膜物性の特徴を解説する。 生産あるいは技術開発の現場で活躍するエンジニアに必須の講義である。

1. スパッタリング法基盤技術において 応力発生・付着力に影響を与える要因
   1. 真空と入射粒子束、平均自由行程
   2. プロセスプラズマの基礎と粒子エネルギー
   3. 薄膜成長機構の基礎
2. スパッタリング法の基礎技術において 応力発生・付着力に影響を与える要因
   1. スパッタリングとは
   2. スパッタリング率とスパッタリングされた粒子の持つエネルギー
   3. 基本的なスパッタリング法
   4. 種々のスパッタリング方法における粒子エネルギーとその役割
3. スパッタリング法により作製された薄膜の特徴
   1. スパッタリングされた粒子の持つエネルギーの膜構造への影響
   2. 基板温度・放電圧力の膜構造への影響
4. スパッタリング薄膜の内部応力
   1. 内部応力とは
   2. 内部応力の発生メカニズム
   3. 内部応力の評価方法
   4. 薄膜の構造と内部応力
   5. スパッタリング薄膜と内部応力の実例
   6. 応力の抑制手法
5. スパッタリング薄膜における付着と内部応力
   1. 薄膜の付着力とは
   2. 付着のメカニズム
   3. 力がかからなければ薄膜ははがれない
   4. 付着力と応力
6. スパッタリング薄膜における付着力の評価と向上
   1. 薄膜の付着力の評価方法
   2. 付着力の定量的評価方法
   3. 付着力の向上手法
   4. 基板硬さと付着力の関係
   5. 付着力向上への指針
7. まとめ
   1. スパッタリングプロセスにおける粒子エネルギー、応力、および付着力
   2. 参考となる書籍紹介
• 質疑応答