JP2000026967A - 反応性スパッタリング装置のカスケ―ド制御 - Google Patents
反応性スパッタリング装置のカスケ―ド制御Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 反応性スパッタリング法によるスパッタリン
グのためのカスケード制御系を提供する。 【解決手段】 第１の制御ループが、モニターした値を
ほぼ一定に保つために電源を修正する。この第１の制御
ループを比較的迅速に実施するのが良い。第２の制御ル
ープが、カスケード制御系への反応性ガス流量を制御す
るために第２の測定パラメータをモニターする。好まし
い実施形態では、それよりも低速の制御ループを用いて
比較的一定の電力を電源に維持する。
グのためのカスケード制御系を提供する。 【解決手段】 第１の制御ループが、モニターした値を
ほぼ一定に保つために電源を修正する。この第１の制御
ループを比較的迅速に実施するのが良い。第２の制御ル
ープが、カスケード制御系への反応性ガス流量を制御す
るために第２の測定パラメータをモニターする。好まし
い実施形態では、それよりも低速の制御ループを用いて
比較的一定の電力を電源に維持する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、スパッタコーティ
ング装置の制御システムに関する。特に、本発明は、反
応性スパッタ堆積装置の制御系に関する。
ング装置の制御システムに関する。特に、本発明は、反
応性スパッタ堆積装置の制御系に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】反応性
スパッタ蒸着は、例えば二酸化チタン、二酸化ケイ素、
酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム錫、窒化ケイ素、窒
化チタンの層を形成するのに用いられている。これら層
は、光学膜や半導体集積回路を含む種々の用途に有用で
ある。反ターゲットは金属性になるからである。応性ガ
ススパッタ蒸着装置では、反応性ガス中でターゲットを
スパッタしてその材料を放出させる。反応性ガスは、酸
化物を形成する酸素又は窒化物を形成する窒素である。
これら化合物は、基板上に層を形成する。
スパッタ蒸着は、例えば二酸化チタン、二酸化ケイ素、
酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム錫、窒化ケイ素、窒
化チタンの層を形成するのに用いられている。これら層
は、光学膜や半導体集積回路を含む種々の用途に有用で
ある。反ターゲットは金属性になるからである。応性ガ
ススパッタ蒸着装置では、反応性ガス中でターゲットを
スパッタしてその材料を放出させる。反応性ガスは、酸
化物を形成する酸素又は窒化物を形成する窒素である。
これら化合物は、基板上に層を形成する。
【０００３】反応性スパッタリングは、非反応性環境中
でのスパッタリングと比較してスパッタ速度が低くなり
がちである。反応性スパッタリングのスパッタ速度が低
くなる原因は、ガスがターゲット表面上の原子と反応す
るとターゲットが生成化合物で被覆されるようになるこ
とにある。ターゲット上の酸化物膜又は窒化物膜のそれ
自体及びターゲット材料に対する結合力は、ターゲット
材料自体の結合力よりも強い。かくして、これら結合を
破壊してターゲットをスパッタして誘電性材料をたたき
出すにはより多くのエネルギが必要である。所与のプラ
ズマ電力の場合、金属間結合よりも化合物間結合のほう
が壊れる数は少なく、したがって、化合物のスパッタ速
度は金属ターゲットのスパッタリング速度よりも低いで
あろう。
でのスパッタリングと比較してスパッタ速度が低くなり
がちである。反応性スパッタリングのスパッタ速度が低
くなる原因は、ガスがターゲット表面上の原子と反応す
るとターゲットが生成化合物で被覆されるようになるこ
とにある。ターゲット上の酸化物膜又は窒化物膜のそれ
自体及びターゲット材料に対する結合力は、ターゲット
材料自体の結合力よりも強い。かくして、これら結合を
破壊してターゲットをスパッタして誘電性材料をたたき
出すにはより多くのエネルギが必要である。所与のプラ
ズマ電力の場合、金属間結合よりも化合物間結合のほう
が壊れる数は少なく、したがって、化合物のスパッタ速
度は金属ターゲットのスパッタリング速度よりも低いで
あろう。
【０００４】さらに、大抵の酸化物の二次電子放出係数
は、これに対応した金属のものよりも大きい。これによ
っても酸化物のスパッタ速度は減少する。たとえば、純
チタンのスパッタ速度は、酸化チタンのスパッタ速度の
１０倍である。
は、これに対応した金属のものよりも大きい。これによ
っても酸化物のスパッタ速度は減少する。たとえば、純
チタンのスパッタ速度は、酸化チタンのスパッタ速度の
１０倍である。
【０００５】本明細書における説明の以下の部分は、二
酸化チタンのスパッタ蒸着に焦点を合わせて行うことに
するが、論点は、他の酸化物又は窒化物のスパッタ成膜
に関する論点と類似している。ターゲット表面に酸化物
被膜が無ければスパッタ速度は高い。理想的な方法とし
ては、基板上に所望の誘電性の膜を生じさせるのに丁度
の酸素ガスを供給し、ターゲットを汚染即ち「毒する」
酸素ガスが全く残らないようにする。この理想的な方法
に達するのは、「ヒステリシス」挙動が存在するために
難しい。
酸化チタンのスパッタ蒸着に焦点を合わせて行うことに
するが、論点は、他の酸化物又は窒化物のスパッタ成膜
に関する論点と類似している。ターゲット表面に酸化物
被膜が無ければスパッタ速度は高い。理想的な方法とし
ては、基板上に所望の誘電性の膜を生じさせるのに丁度
の酸素ガスを供給し、ターゲットを汚染即ち「毒する」
酸素ガスが全く残らないようにする。この理想的な方法
に達するのは、「ヒステリシス」挙動が存在するために
難しい。
【０００６】図１Ａは、スパッタ速度に対する反応性ガ
スの分圧の影響を示すプロット図である。この場合、反
応性ガスは酸素である。横軸は、ガス全圧の百分率とし
ての酸素分圧を表し、残りは不活性スパッタリングガ
ス、代表的にはアルゴンである。縦軸は、任意の単位で
表されたスパッタ収率である。純粋アルゴン環境中では
（即ち、酸素分圧が０％の場合には）、スパッタ収率は
高く、純金属膜が蒸着される。酸素分圧を増大させるに
つれ（そしてアルゴン分圧を減少させて装置内圧力が一
定のままであるようにすると）、スパッタリングしてい
るターゲットは酸化状態になり始める。酸素分圧が十分
に低い限り、スパッタプロセスでは、酸化物は生成する
と直ぐに除去される。スパッタプロセスは、酸素ガスの
ポンプとしての役目を果たし、膜に導入される利用可能
な酸素ガスの割合のうち大部分を消費する。スパッタ収
率は、このプロセス中、ほぼ一定のままである。このプ
ロセスは、図１Ａの点（Ｅ）と点（Ａ）との間で生じ
る。点（Ａ）では、酸素分圧は、ターゲット表面上への
酸化物の生成速度がプロセスによる酸化物の除去速度よ
りも早いほど高い。この時点では、ターゲットは酸化物
のスキン(表皮)を生じ、スパッタ収率は激減する。この
プロセスは図１Ａにおいて点（Ａ）から点（Ｄ）への移
行を示す破線によって示されている。スパッタ収率が減
少すると、プロセスは、スパッタ収率が非常に高い場合
に必要であった多量の酸素ガスをもはや使用しない。ス
パッタ収率が低いので、ターゲットの「ポンピング効
率」は大幅に減少する。過剰酸素は一部がターゲット表
面上の厚い酸化物層中に取り込まれ、残りは全系統圧力
が３０％以上の増加に寄与する。これらの条件下で生じ
た膜は、誘電性の光学的に明澄な性質を有する。
スの分圧の影響を示すプロット図である。この場合、反
応性ガスは酸素である。横軸は、ガス全圧の百分率とし
ての酸素分圧を表し、残りは不活性スパッタリングガ
ス、代表的にはアルゴンである。縦軸は、任意の単位で
表されたスパッタ収率である。純粋アルゴン環境中では
（即ち、酸素分圧が０％の場合には）、スパッタ収率は
高く、純金属膜が蒸着される。酸素分圧を増大させるに
つれ（そしてアルゴン分圧を減少させて装置内圧力が一
定のままであるようにすると）、スパッタリングしてい
るターゲットは酸化状態になり始める。酸素分圧が十分
に低い限り、スパッタプロセスでは、酸化物は生成する
と直ぐに除去される。スパッタプロセスは、酸素ガスの
ポンプとしての役目を果たし、膜に導入される利用可能
な酸素ガスの割合のうち大部分を消費する。スパッタ収
率は、このプロセス中、ほぼ一定のままである。このプ
ロセスは、図１Ａの点（Ｅ）と点（Ａ）との間で生じ
る。点（Ａ）では、酸素分圧は、ターゲット表面上への
酸化物の生成速度がプロセスによる酸化物の除去速度よ
りも早いほど高い。この時点では、ターゲットは酸化物
のスキン(表皮)を生じ、スパッタ収率は激減する。この
プロセスは図１Ａにおいて点（Ａ）から点（Ｄ）への移
行を示す破線によって示されている。スパッタ収率が減
少すると、プロセスは、スパッタ収率が非常に高い場合
に必要であった多量の酸素ガスをもはや使用しない。ス
パッタ収率が低いので、ターゲットの「ポンピング効
率」は大幅に減少する。過剰酸素は一部がターゲット表
面上の厚い酸化物層中に取り込まれ、残りは全系統圧力
が３０％以上の増加に寄与する。これらの条件下で生じ
た膜は、誘電性の光学的に明澄な性質を有する。
【０００７】もしターゲットを純粋酸素環境（即ち、酸
素分圧が１００％の場合）中でスパッタすることにより
プロセスを開始すると、ターゲットは酸化され、スパッ
タ収率は低く、膜は光学的に明澄で誘電性の性質を有す
る。酸素分圧が減少しても（そして、アルゴン分圧が増
大して装置内圧力が一定のままであるような場合）、プ
ロセスは依然として酸化状態にあり、ついにはターゲッ
トの酸化物膜を補充するには酸素ガスの量が足りなくな
り、この酸化物膜はスパッタリングプロセスでゆっくり
と除去される。このプロセスは図１Ａにおいて点（Ｄ）
と点（Ｃ）との間で生じる。（Ｃ）では、ターゲットは
裸金属が露出し、スパッタ収率は増大して金属プロセス
のレベルに戻る。このプロセスは、点（Ｃ）から点
（Ｅ）までの移行を示す破線で示されている。ターゲッ
トが酸素ガスを消費すると、システム内において酸素が
欠乏する。この欠乏により一層多くの裸金属がターゲッ
ト上で露出し、これによりターゲットのポンピング効率
が一段と高まる。その結果、装置内圧力は際立って減少
し、３０％以上低下する。
素分圧が１００％の場合）中でスパッタすることにより
プロセスを開始すると、ターゲットは酸化され、スパッ
タ収率は低く、膜は光学的に明澄で誘電性の性質を有す
る。酸素分圧が減少しても（そして、アルゴン分圧が増
大して装置内圧力が一定のままであるような場合）、プ
ロセスは依然として酸化状態にあり、ついにはターゲッ
トの酸化物膜を補充するには酸素ガスの量が足りなくな
り、この酸化物膜はスパッタリングプロセスでゆっくり
と除去される。このプロセスは図１Ａにおいて点（Ｄ）
と点（Ｃ）との間で生じる。（Ｃ）では、ターゲットは
裸金属が露出し、スパッタ収率は増大して金属プロセス
のレベルに戻る。このプロセスは、点（Ｃ）から点
（Ｅ）までの移行を示す破線で示されている。ターゲッ
トが酸素ガスを消費すると、システム内において酸素が
欠乏する。この欠乏により一層多くの裸金属がターゲッ
ト上で露出し、これによりターゲットのポンピング効率
が一段と高まる。その結果、装置内圧力は際立って減少
し、３０％以上低下する。
【０００８】図１Ａに破線で示された移行は１秒かから
ずに生じる場合があり、これはあまりにも速くてオペレ
ータとしての人間は酸素流量を調節できない。理想的に
は、プロセスは図１Ａにおいて点（Ｂ）で示された２つ
の移行の間の或る状態に維持されるべきである。この中
間点では、スパッタ速度は金属プロセスのスパッタ速度
とほぼ同じほど高く、膜の特性は純粋酸素中で得られる
膜の特性とほぼ同じである。問題は、点（Ｂ）のところ
のプロセスが非常に不安定であるということである。プ
ロセスは、摂動が最も小さな状態で点（Ｂ′）又は点
（Ｂ″）に移動することになる。たとえオペレータが変
化に応じるのに十分迅速であっても、プロセスがどのよ
うに進んでいたか、即ち酸化プロセスなのか金属プロセ
スなのかを知ったときは既に遅すぎることになってい
る。
ずに生じる場合があり、これはあまりにも速くてオペレ
ータとしての人間は酸素流量を調節できない。理想的に
は、プロセスは図１Ａにおいて点（Ｂ）で示された２つ
の移行の間の或る状態に維持されるべきである。この中
間点では、スパッタ速度は金属プロセスのスパッタ速度
とほぼ同じほど高く、膜の特性は純粋酸素中で得られる
膜の特性とほぼ同じである。問題は、点（Ｂ）のところ
のプロセスが非常に不安定であるということである。プ
ロセスは、摂動が最も小さな状態で点（Ｂ′）又は点
（Ｂ″）に移動することになる。たとえオペレータが変
化に応じるのに十分迅速であっても、プロセスがどのよ
うに進んでいたか、即ち酸化プロセスなのか金属プロセ
スなのかを知ったときは既に遅すぎることになってい
る。
【０００９】反応性スパッタリングプロセスをヒステリ
シス領域中の所望部分内に維持する最も簡単な方法は、
真空系統のポンピングを、ターゲット酸化状態の変化に
起因するガス消費量の摂動が真空ポンプにより消費され
るガス量と比較して小さくなる程度まで増大させること
である。これは、応答曲線を図１Ｂに示す応答曲線に変
化させるという結果をもたらす。ヒステリシスは、完全
に無くなり、プロセス制御は容易となる。この手法は、
小型の研究用成膜装置およびいくつかの生産設備に用い
られているが、一般的には、費用がかかりすぎて標準サ
イズの生産用成膜装置に使用できないと考えられる。
シス領域中の所望部分内に維持する最も簡単な方法は、
真空系統のポンピングを、ターゲット酸化状態の変化に
起因するガス消費量の摂動が真空ポンプにより消費され
るガス量と比較して小さくなる程度まで増大させること
である。これは、応答曲線を図１Ｂに示す応答曲線に変
化させるという結果をもたらす。ヒステリシスは、完全
に無くなり、プロセス制御は容易となる。この手法は、
小型の研究用成膜装置およびいくつかの生産設備に用い
られているが、一般的には、費用がかかりすぎて標準サ
イズの生産用成膜装置に使用できないと考えられる。
【００１０】別の方法は、ターゲットのところの酸素分
圧をバッフルや特注のガス導入設備等の使用により減少
させることである。この方法の目的は、アルゴンが多め
の環境をターゲット表面のすぐ近傍に保ち、かくして高
いスパッタ速度が得られるようにすることである。酸素
を基板の近くに集中させて十分に酸化された膜が作製さ
れるようにする。時々、酸素を第２のプラズマ源で活性
化させてスパッタ金属で反応性を促進させる。Ｓ．マニ
ヴ等は、亜鉛及び酸化インジウム錫の蒸着に関してこの
技術を１９８０年に報告している。（これについては、
S. Maniv and W.D. Westwood, J. Vac. Sci. Technol.
17,743 (1980) を参照されたい。）第３の方法は、閉ル
ープ制御系を経てプロセスに導入される酸素の量を厳密
に調整することである。プロセスは、図１Ａの点（Ｂ）
で保持され、僅かな摂動が検出されるとすぐに、制御装
置はシステムに導入される酸素量を調節することにより
直ぐに応答する。ターゲット領域への酸素流量は、被測
定パラメータ、例えば光放出ターゲットカソード電圧に
基づいて調節される。このタイプのシステムの例が、
Ｓ．バーグの論文に記載されている。（これについて
は、S.Berg, H.O.Blom, M. Moradi, C. Nender and T.
Larson, Process Modeling of ReactiveSputtering, J.
Vac. Sci. Technol. A7(3), 1225 (1989)を参照された
い。）これらのタイプのシステムでは、プロセスの制御
のために代表的には反応性ガスの精密制御が必要であ
る。応答時間を最小限に抑えるために、ガス弁をターゲ
ットのできるだけ近くに配置し、弁とターゲットとの間
の配管を極力少なくする。弁の後の追加のガス配管はガ
ス輸送手段の遅れを生じさせることになる。必要な高速
応答時間を可能にするために代表的には、精巧な制御
弁、例えば圧電形弁が用いられる。
圧をバッフルや特注のガス導入設備等の使用により減少
させることである。この方法の目的は、アルゴンが多め
の環境をターゲット表面のすぐ近傍に保ち、かくして高
いスパッタ速度が得られるようにすることである。酸素
を基板の近くに集中させて十分に酸化された膜が作製さ
れるようにする。時々、酸素を第２のプラズマ源で活性
化させてスパッタ金属で反応性を促進させる。Ｓ．マニ
ヴ等は、亜鉛及び酸化インジウム錫の蒸着に関してこの
技術を１９８０年に報告している。（これについては、
S. Maniv and W.D. Westwood, J. Vac. Sci. Technol.
17,743 (1980) を参照されたい。）第３の方法は、閉ル
ープ制御系を経てプロセスに導入される酸素の量を厳密
に調整することである。プロセスは、図１Ａの点（Ｂ）
で保持され、僅かな摂動が検出されるとすぐに、制御装
置はシステムに導入される酸素量を調節することにより
直ぐに応答する。ターゲット領域への酸素流量は、被測
定パラメータ、例えば光放出ターゲットカソード電圧に
基づいて調節される。このタイプのシステムの例が、
Ｓ．バーグの論文に記載されている。（これについて
は、S.Berg, H.O.Blom, M. Moradi, C. Nender and T.
Larson, Process Modeling of ReactiveSputtering, J.
Vac. Sci. Technol. A7(3), 1225 (1989)を参照された
い。）これらのタイプのシステムでは、プロセスの制御
のために代表的には反応性ガスの精密制御が必要であ
る。応答時間を最小限に抑えるために、ガス弁をターゲ
ットのできるだけ近くに配置し、弁とターゲットとの間
の配管を極力少なくする。弁の後の追加のガス配管はガ
ス輸送手段の遅れを生じさせることになる。必要な高速
応答時間を可能にするために代表的には、精巧な制御
弁、例えば圧電形弁が用いられる。
【００１１】ヒステリシス領域を持つ反応性スパッタリ
ング法を制御する改良方法を提供することが望ましい。
ング法を制御する改良方法を提供することが望ましい。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明者の知見によれ
ば、各々がシステムの互いに異なる入力を変更する２つ
の制御ループを用いて反応性スパッタリングプロセスを
制御することにより、反応性スパッタリングプロセスの
性能が向上する。本発明の好ましい実施形態は、内側
（高速）ループと外側（低速）ループを用いる。
ば、各々がシステムの互いに異なる入力を変更する２つ
の制御ループを用いて反応性スパッタリングプロセスを
制御することにより、反応性スパッタリングプロセスの
性能が向上する。本発明の好ましい実施形態は、内側
（高速）ループと外側（低速）ループを用いる。
【００１３】高速ループは、ターゲット電流を制御す
る。反応性スパッタリングプロセス状態は、スパッタリ
ング対象であるターゲットを励起する電流を修正すると
共にシステムに加えられる反応性ガスの量を修正するこ
とにより制御できる。電源電流を増大させると、酸素量
を減少させた場合と全く同様に、ターゲットの酸化状態
が弱まる。
る。反応性スパッタリングプロセス状態は、スパッタリ
ング対象であるターゲットを励起する電流を修正すると
共にシステムに加えられる反応性ガスの量を修正するこ
とにより制御できる。電源電流を増大させると、酸素量
を減少させた場合と全く同様に、ターゲットの酸化状態
が弱まる。
【００１４】本発明では、指示定数を一定に保つため
に、システムパラメータをモニターしてターゲットの電
源電流レベルを操作する。これは、ガス流量を制御する
外側制御ループの速度に対して高速で動作する内側制御
ループを構成する。反応性ガスをプロセス中へ導入する
と、スパッタ速度は減少し、内側ループの被測定パラメ
ータに変化を生じさせる。電流レベル制御ループは、電
流密度を増大させることにより応動する。
に、システムパラメータをモニターしてターゲットの電
源電流レベルを操作する。これは、ガス流量を制御する
外側制御ループの速度に対して高速で動作する内側制御
ループを構成する。反応性ガスをプロセス中へ導入する
と、スパッタ速度は減少し、内側ループの被測定パラメ
ータに変化を生じさせる。電流レベル制御ループは、電
流密度を増大させることにより応動する。
【００１５】被測定パラメータとスパッタ速度の関連は
単調であることが好ましい。二酸化チタンプロセスの場
合、チタン金属遷移の光放出又は発光が用いられる。好
ましい実施形態では、約５００ナノメートル（ｎｍ）の
光放出を伴う遷移を用いるのが良い。二酸化ケイ素の場
合、ターゲット電圧を用いるのが良い。被測定パラメー
タが実験的に求められた設定値からばらつきを生じる
と、制御装置が電源電流に対して非常に僅かな変更を加
える。たとえば、ターゲットが酸化状態になると、チタ
ンの発光レベルが減少し、スパッタ速度の減少を指示す
る。高速制御ループが電源電流を増大させ、それにより
ターゲットからの酸化物の除去量を増加させてスパッタ
速度を増大させる。もしターゲットが金属性になると、
チタンの発光は増大する。高速制御ループは電源電流を
減少させ、僅かな量の酸化物をターゲット表面上に堆積
させる。この内側（高速）制御ループを非常に素早く、
例えば５ミリ秒ごとに一回（２００Hz）実行するのが良
い。内側ループが電源電流を制御してターゲットの正し
い酸化状態を維持するので、電力が変化し、かくしてス
パッタ速度が変化する。外側（低速）制御ループはそれ
よりも長い時間、例えば１秒間にわたって平均電力をモ
ニターする。もし平均電力が予め定められた電力設定値
から逸脱すると、外側制御ループは酸素ガスの濃度を変
化させる。これによりチタンの発光が変化し、内側制御
ループによる応答が得られる。
単調であることが好ましい。二酸化チタンプロセスの場
合、チタン金属遷移の光放出又は発光が用いられる。好
ましい実施形態では、約５００ナノメートル（ｎｍ）の
光放出を伴う遷移を用いるのが良い。二酸化ケイ素の場
合、ターゲット電圧を用いるのが良い。被測定パラメー
タが実験的に求められた設定値からばらつきを生じる
と、制御装置が電源電流に対して非常に僅かな変更を加
える。たとえば、ターゲットが酸化状態になると、チタ
ンの発光レベルが減少し、スパッタ速度の減少を指示す
る。高速制御ループが電源電流を増大させ、それにより
ターゲットからの酸化物の除去量を増加させてスパッタ
速度を増大させる。もしターゲットが金属性になると、
チタンの発光は増大する。高速制御ループは電源電流を
減少させ、僅かな量の酸化物をターゲット表面上に堆積
させる。この内側（高速）制御ループを非常に素早く、
例えば５ミリ秒ごとに一回（２００Hz）実行するのが良
い。内側ループが電源電流を制御してターゲットの正し
い酸化状態を維持するので、電力が変化し、かくしてス
パッタ速度が変化する。外側（低速）制御ループはそれ
よりも長い時間、例えば１秒間にわたって平均電力をモ
ニターする。もし平均電力が予め定められた電力設定値
から逸脱すると、外側制御ループは酸素ガスの濃度を変
化させる。これによりチタンの発光が変化し、内側制御
ループによる応答が得られる。
【００１６】もし平均電力が内側制御ループに起因して
所望の電力設定値を下回ると、外側制御ループは、プロ
セスに導入される酸素ガスの量を増加させることにな
る。これによりチタンの発光が抑制されることになる。
内側制御ループはこの変化に応動して電源電流を増大さ
せてチタンの正しい発光レベルを回復させ、従ってター
ゲットの酸化状態を回復させる。これと同様に、もし平
均電力が所望の設定値を上回ると、外側制御ループは、
プロセスに供給される酸素ガスの量を減少させることに
なる。これにより、ターゲットは金属性になりチタンの
発光レベルが増大する。内側の高速制御ループはかかる
変化に迅速に応動して電流を減少させ、それにより平均
電力を減少させることになろう。
所望の電力設定値を下回ると、外側制御ループは、プロ
セスに導入される酸素ガスの量を増加させることにな
る。これによりチタンの発光が抑制されることになる。
内側制御ループはこの変化に応動して電源電流を増大さ
せてチタンの正しい発光レベルを回復させ、従ってター
ゲットの酸化状態を回復させる。これと同様に、もし平
均電力が所望の設定値を上回ると、外側制御ループは、
プロセスに供給される酸素ガスの量を減少させることに
なる。これにより、ターゲットは金属性になりチタンの
発光レベルが増大する。内側の高速制御ループはかかる
変化に迅速に応動して電流を減少させ、それにより平均
電力を減少させることになろう。
【００１７】好ましい実施形態では、内側と外側の両制
御ループは、比例積分微分制御アルゴリズムを利用して
いる。変形例として、他の制御アルゴリズム、例えば予
測理論型システム又はファジー理論型システムを用いて
も良い。
御ループは、比例積分微分制御アルゴリズムを利用して
いる。変形例として、他の制御アルゴリズム、例えば予
測理論型システム又はファジー理論型システムを用いて
も良い。
【００１８】本発明は、反応性スパッタリング及び蒸着
用の従来型単ループ制御装置と比較して多くの利点を有
している。反応性スパッタリング蒸着を行う従来型単ル
ープ制御装置は代表的にはガス流を用いてシステムを制
御する。大型成膜装置では、ターゲット表面のところの
反応性ガス流量を制御することは、一般的には低速プロ
セスである。たとえ流量制御弁をターゲット近傍に配置
しても、ガス輸送時間は、１秒以上程度である。流量制
御装置を中央に配置すると、ターゲットのところの反応
性ガス濃度を変化させるには数秒という長い時間がかか
る場合がある。この状況では、単ループ制御装置は、速
度を適当に早めるほどには迅速に動作できない。
用の従来型単ループ制御装置と比較して多くの利点を有
している。反応性スパッタリング蒸着を行う従来型単ル
ープ制御装置は代表的にはガス流を用いてシステムを制
御する。大型成膜装置では、ターゲット表面のところの
反応性ガス流量を制御することは、一般的には低速プロ
セスである。たとえ流量制御弁をターゲット近傍に配置
しても、ガス輸送時間は、１秒以上程度である。流量制
御装置を中央に配置すると、ターゲットのところの反応
性ガス濃度を変化させるには数秒という長い時間がかか
る場合がある。この状況では、単ループ制御装置は、速
度を適当に早めるほどには迅速に動作できない。
【００１９】これは、高スパッタ電力が用いられる場合
には特に問題である。スパッタ電力が増大すると、ヒス
テリシス効果の時定数は小さくなる。したがって、反応
性スパッタリング法は電力が高いと不安定性が大きくな
る。或る点においては、理想的な単ループ装置であって
も、ガス輸送の遅れはプロセス制御にとって影響が大き
すぎるようになる。
には特に問題である。スパッタ電力が増大すると、ヒス
テリシス効果の時定数は小さくなる。したがって、反応
性スパッタリング法は電力が高いと不安定性が大きくな
る。或る点においては、理想的な単ループ装置であって
も、ガス輸送の遅れはプロセス制御にとって影響が大き
すぎるようになる。
【００２０】本発明では、電源を調節することにより、
成膜装置のサイズとは無関係に適当なプロセス制御に必
要とされる迅速な変更が可能になる。電気系統の僅かな
変更は、ガス入力の変化よりも一層迅速に実施できる。
成膜装置のサイズとは無関係に適当なプロセス制御に必
要とされる迅速な変更が可能になる。電気系統の僅かな
変更は、ガス入力の変化よりも一層迅速に実施できる。
【００２１】本発明は、一定の平均スパッタ電力を維持
するよう数秒台で応答するためにガス流量制御装置を利
用しながら高速制御を有する電源電子回路の応答性を利
用する。本発明のカスケード制御装置により、単ループ
反応性ガス制御装置を用いた場合に可能なスパッタ電力
よりも高いスパッタ電力でプロセス制御が可能になる。
するよう数秒台で応答するためにガス流量制御装置を利
用しながら高速制御を有する電源電子回路の応答性を利
用する。本発明のカスケード制御装置により、単ループ
反応性ガス制御装置を用いた場合に可能なスパッタ電力
よりも高いスパッタ電力でプロセス制御が可能になる。
【００２２】本発明を用いると、TiO2以外の化合物層を
形成でき、かかる化合物としては、窒化チタン、SiO2、
SnO2、ITO、Si3N4、HfO2、Nb2O5及びバナジウムの種々
の酸化物が挙げられる。
形成でき、かかる化合物としては、窒化チタン、SiO2、
SnO2、ITO、Si3N4、HfO2、Nb2O5及びバナジウムの種々
の酸化物が挙げられる。
【００２３】本発明の上記特徴及び利点並びに他の特徴
及び利点は、添付の図面と関連して以下の詳細な説明を
読むと明らかになろう。
及び利点は、添付の図面と関連して以下の詳細な説明を
読むと明らかになろう。
【好ましい実施形態の詳細な説明】図２は、本発明の反
応性スパッタリング装置１０の略図である。装置１０
は、排気可能なチャンバ１２、ポンプ１４、ターゲット
１６及びコンベヤ２０上の基板１８を有している。装置
１０内においてターゲット１６をスパッタしてその材料
を放出させる。酸化チタン及び窒化チタンの蒸着の場
合、ターゲット１０はチタン製である。二酸化ケイ素又
は窒化ケイ素の場合にはターゲット１６はシリコン製で
あり、これに他の材料、例えばアルミニウム又はホウ素
が少量ドープされる。以下、反応性スパッタリング法に
よる二酸化チタンの蒸着又は成膜について説明する。
応性スパッタリング装置１０の略図である。装置１０
は、排気可能なチャンバ１２、ポンプ１４、ターゲット
１６及びコンベヤ２０上の基板１８を有している。装置
１０内においてターゲット１６をスパッタしてその材料
を放出させる。酸化チタン及び窒化チタンの蒸着の場
合、ターゲット１０はチタン製である。二酸化ケイ素又
は窒化ケイ素の場合にはターゲット１６はシリコン製で
あり、これに他の材料、例えばアルミニウム又はホウ素
が少量ドープされる。以下、反応性スパッタリング法に
よる二酸化チタンの蒸着又は成膜について説明する。
【００２４】好ましい実施形態では、ＤＣ（直流）電源
２２が用いられる。電源２２の負極（カソード）側端部
はターゲット１６に接続されている。電源２２の正極
（アノード）側端部はチャンバ１２内の適当なアノード
に接続されている。アノードは例えば、ワイヤブラシア
ノード、チャンバ内アノード又は例えば１９９６年７月
１２日に出願された米国特許出願第０８／６７９，２８
８号明細書（発明の名称：ガスパージ電極）に記載され
ているような仮想ガスアノードであるのがよい。かかる
米国特許出願の内容を本明細書に採用する。
２２が用いられる。電源２２の負極（カソード）側端部
はターゲット１６に接続されている。電源２２の正極
（アノード）側端部はチャンバ１２内の適当なアノード
に接続されている。アノードは例えば、ワイヤブラシア
ノード、チャンバ内アノード又は例えば１９９６年７月
１２日に出願された米国特許出願第０８／６７９，２８
８号明細書（発明の名称：ガスパージ電極）に記載され
ているような仮想ガスアノードであるのがよい。かかる
米国特許出願の内容を本明細書に採用する。
【００２５】本発明に使用できる電源の一例は、ハロマ
ー（Halomar ）６０ｋｗ電源である。ハロマー電源は、
０〜５ボルトの入力信号によって制御される。必要なら
ば、この信号を濾波して伝送ノイズを減少させるのがよ
い。プロセッサ２８からの出力信号は、Ｄ／Ａコンバー
タ２６に送られて電源２２のアナログ入力制御を行う。
この装置の応答時間は、１０ミリ秒のオーダである。
ー（Halomar ）６０ｋｗ電源である。ハロマー電源は、
０〜５ボルトの入力信号によって制御される。必要なら
ば、この信号を濾波して伝送ノイズを減少させるのがよ
い。プロセッサ２８からの出力信号は、Ｄ／Ａコンバー
タ２６に送られて電源２２のアナログ入力制御を行う。
この装置の応答時間は、１０ミリ秒のオーダである。
【００２６】本発明の方法及び装置はＡＣ電源を用いて
も機能する。ＡＣ電源を用いる場合、制御信号は二乗平
均（ＲＭＳ）電流又はピーク電流を制御することができ
る。
も機能する。ＡＣ電源を用いる場合、制御信号は二乗平
均（ＲＭＳ）電流又はピーク電流を制御することができ
る。
【００２７】アルゴン源２８によってアルゴンを分配バ
ー３６経由でチャンバ１２に供給する。アルゴンは、質
量流量制御装置３８によって制御される。反応性ガスは
２つの経路でチャンバ１２に供給される。反応性ガスの
大部分は、分配バー３６を経て導入される。このガスの
流量は、質量流量制御装置４０によって制御され、この
質量流量制御装置４０は、電源電力の変動に応じてプロ
セスコンピュータによって制御される。変形例として、
分配バー３６を用いないで、多ガス流量制御装置及びポ
ートを用いてもよい。反応性ガスの残りは、流量制御装
置３２を経てチャンバに供給される。これら流量制御装
置３２は好ましくは、コンピュータ制御式質量流量制御
装置であり、かかるコンピュータ制御式質量流量制御装
置は、一定量を流すものであってもよく、或いは電源の
電力変動に応答するものであってもよい。入口３４の各
々を通る相対的なガス流を合わせるには、流量制御装置
３２を調節するのが良い。このようにすると、ターゲッ
トの幅全体にわたって膜の一様性を得ることができる。
一実施形態では、ポート３４は、ターゲット幅周りに一
様分布されている。代表的には、端に位置するポート
は、おそらくはポンピング効果があるので、中央のもの
よりも一層酸素を供給する必要がある。
ー３６経由でチャンバ１２に供給する。アルゴンは、質
量流量制御装置３８によって制御される。反応性ガスは
２つの経路でチャンバ１２に供給される。反応性ガスの
大部分は、分配バー３６を経て導入される。このガスの
流量は、質量流量制御装置４０によって制御され、この
質量流量制御装置４０は、電源電力の変動に応じてプロ
セスコンピュータによって制御される。変形例として、
分配バー３６を用いないで、多ガス流量制御装置及びポ
ートを用いてもよい。反応性ガスの残りは、流量制御装
置３２を経てチャンバに供給される。これら流量制御装
置３２は好ましくは、コンピュータ制御式質量流量制御
装置であり、かかるコンピュータ制御式質量流量制御装
置は、一定量を流すものであってもよく、或いは電源の
電力変動に応答するものであってもよい。入口３４の各
々を通る相対的なガス流を合わせるには、流量制御装置
３２を調節するのが良い。このようにすると、ターゲッ
トの幅全体にわたって膜の一様性を得ることができる。
一実施形態では、ポート３４は、ターゲット幅周りに一
様分布されている。代表的には、端に位置するポート
は、おそらくはポンピング効果があるので、中央のもの
よりも一層酸素を供給する必要がある。
【００２８】本発明は好ましくは、スパッタリング効率
に関連する元素の幾分かの光放出を検出する光検出器３
０を用いる。光放出とスパッタリング効率を、モニター
した元素に応じて正比例又は反比例させることができ
る。一実施形態では、二酸化チタン成膜用制御装置の場
合、光検出器３０は、チタンの放出線特性を検出するの
に用いられる。好ましい実施形態では、約５００ｎｍの
光放出が検出される。好ましい実施形態では、光検出器
３０は、ターゲットの各端のプラズマからの光を集めて
これを光電子増倍管に送る望遠鏡組立体を有している。
望遠鏡組立体は、集光器として設計されていて、検出器
の表面に像を生じさせない。パージガスは、チャンバの
窓の前で望遠鏡組立体内を流れる。パージガスは、望遠
鏡組立体及び窓がコーティングされるのを防止する。パ
ージガスは、アルゴン、酸素又はこれらの組合せである
のが良い。好ましい実施形態では、パージガスは、スパ
ッタチャンバ内の混合物とほぼ同じアルゴンと酸素の混
合物である。また、望遠鏡組立体は、光バンドパスフィ
ルタに接続されている。好ましい実施形態では、光バン
ドパスフィルタの中心波長は５００ｎｍ、ハーフハイト
（half-height)は５ｎｍである。光電子増倍モジュール
が、望遠鏡組立体から光を受けるよう取り付けられてい
る。このモジュールは、光電子増倍管、高電圧電源及び
アノード付勢ネットワークから成っている。光電子増倍
管を、純粋アルゴン中のチタンターゲットを、ある既知
の電力レベルで、少なくとも１４分間、或いは光放出信
号が安定するまでスパッタすることによって校正するの
がよい。出力トリムポットは、５００ｎｍ光バンドパス
フィルタを通る光放出カウントが所定レベルの状態にな
るまで調節される。一例を挙げると、出力は、制御コン
ピュータ２８に送られた状態で８００カウントを読み取
ることができる。このやり方を用いると、４０ｋｗの状
態でアルゴン及び酸素中の二酸化チタンの反応性蒸着を
行うための所望の設定値は、７６０回の光放出カウント
である。データ収集及びプロセス制御は、プロセッサ２
８によって実行される。プロセッサ２８は、デスクトッ
プコンピュータの一部であるのが良い。コンピュータへ
の入力信号は好ましくは、低域フィルタにかけられる。
好ましい実施形態では、入力信号は、５Ｂ３０シリーズ
モジュールフィルタで濾波され、このフィルタはデータ
収集システムから信号を分離し、コンピュータ制御ゲイ
ンをもたらし、そして４Ｈｚ低域フィルタとして役立
つ。この種のモジュールは、アナログ・デバイス社、オ
メガ・エンジニアリング社及びナショナル・インスツル
メンツ社を含む多数の製造業者から入手できる。濾波
は、プラズマ、電源及び周囲機器からのノイズレベルが
高いので重要である。信号は信号処理モジュールからデ
ータ収集ボード、例えばナショナル・インスツルメンツ
社製のＡＴ−ＤＡＱ−１６に送られる。このデータは収
集されて記録され、かかるデータは、光検出器３０から
の光放出信号、電源からの電圧及び電流、キャパシタン
ス・マノメータによって記録された室内圧力を含む。光
検出器３０からの信号をＢＮＣコネクタ付き同軸ケーブ
ルで運ぶことができる。電源への信号及び電源からの信
号は、好ましくは２０又は２２ゲージの遮蔽撚線によっ
て伝送できる。好ましい実施形態では、データ収集及び
制御は、工業用プログラマブル・ロジック・コントロー
ラ、例えばアレン−ブラドリー（Allen-Bradley)ＳＬＣ
−５００によって実行される。
に関連する元素の幾分かの光放出を検出する光検出器３
０を用いる。光放出とスパッタリング効率を、モニター
した元素に応じて正比例又は反比例させることができ
る。一実施形態では、二酸化チタン成膜用制御装置の場
合、光検出器３０は、チタンの放出線特性を検出するの
に用いられる。好ましい実施形態では、約５００ｎｍの
光放出が検出される。好ましい実施形態では、光検出器
３０は、ターゲットの各端のプラズマからの光を集めて
これを光電子増倍管に送る望遠鏡組立体を有している。
望遠鏡組立体は、集光器として設計されていて、検出器
の表面に像を生じさせない。パージガスは、チャンバの
窓の前で望遠鏡組立体内を流れる。パージガスは、望遠
鏡組立体及び窓がコーティングされるのを防止する。パ
ージガスは、アルゴン、酸素又はこれらの組合せである
のが良い。好ましい実施形態では、パージガスは、スパ
ッタチャンバ内の混合物とほぼ同じアルゴンと酸素の混
合物である。また、望遠鏡組立体は、光バンドパスフィ
ルタに接続されている。好ましい実施形態では、光バン
ドパスフィルタの中心波長は５００ｎｍ、ハーフハイト
（half-height)は５ｎｍである。光電子増倍モジュール
が、望遠鏡組立体から光を受けるよう取り付けられてい
る。このモジュールは、光電子増倍管、高電圧電源及び
アノード付勢ネットワークから成っている。光電子増倍
管を、純粋アルゴン中のチタンターゲットを、ある既知
の電力レベルで、少なくとも１４分間、或いは光放出信
号が安定するまでスパッタすることによって校正するの
がよい。出力トリムポットは、５００ｎｍ光バンドパス
フィルタを通る光放出カウントが所定レベルの状態にな
るまで調節される。一例を挙げると、出力は、制御コン
ピュータ２８に送られた状態で８００カウントを読み取
ることができる。このやり方を用いると、４０ｋｗの状
態でアルゴン及び酸素中の二酸化チタンの反応性蒸着を
行うための所望の設定値は、７６０回の光放出カウント
である。データ収集及びプロセス制御は、プロセッサ２
８によって実行される。プロセッサ２８は、デスクトッ
プコンピュータの一部であるのが良い。コンピュータへ
の入力信号は好ましくは、低域フィルタにかけられる。
好ましい実施形態では、入力信号は、５Ｂ３０シリーズ
モジュールフィルタで濾波され、このフィルタはデータ
収集システムから信号を分離し、コンピュータ制御ゲイ
ンをもたらし、そして４Ｈｚ低域フィルタとして役立
つ。この種のモジュールは、アナログ・デバイス社、オ
メガ・エンジニアリング社及びナショナル・インスツル
メンツ社を含む多数の製造業者から入手できる。濾波
は、プラズマ、電源及び周囲機器からのノイズレベルが
高いので重要である。信号は信号処理モジュールからデ
ータ収集ボード、例えばナショナル・インスツルメンツ
社製のＡＴ−ＤＡＱ−１６に送られる。このデータは収
集されて記録され、かかるデータは、光検出器３０から
の光放出信号、電源からの電圧及び電流、キャパシタン
ス・マノメータによって記録された室内圧力を含む。光
検出器３０からの信号をＢＮＣコネクタ付き同軸ケーブ
ルで運ぶことができる。電源への信号及び電源からの信
号は、好ましくは２０又は２２ゲージの遮蔽撚線によっ
て伝送できる。好ましい実施形態では、データ収集及び
制御は、工業用プログラマブル・ロジック・コントロー
ラ、例えばアレン−ブラドリー（Allen-Bradley)ＳＬＣ
−５００によって実行される。
【００２９】図３は、本発明のカスケード制御ロジック
を示すブロック図である。この高速制御ループは、検出
器３９からの光放出信号を制御アルゴリズム５０を用い
た放出設定値と比較する。制御アルゴリムズ５０は、電
源２２の調節を行う。光放出設定値は、多数のサンプル
を種々の設定値で生成し、これらの光学特性を分析する
ことによって実験的に決定される。光放出値が高ければ
高いほどそれだけ一層処理が早くなるが、被膜は一層金
属性となる。実験により、ユーザは、高い蒸着速度で光
放出設定値を決定できるが、これは依然として所望の光
学品質を維持する。好ましい一実施形態では、光放出設
定値は、チタンターゲットを動作電力レベルの状態で純
粋アルゴン中でスパッタした場合、光放出強度の約２５
％である。
を示すブロック図である。この高速制御ループは、検出
器３９からの光放出信号を制御アルゴリズム５０を用い
た放出設定値と比較する。制御アルゴリムズ５０は、電
源２２の調節を行う。光放出設定値は、多数のサンプル
を種々の設定値で生成し、これらの光学特性を分析する
ことによって実験的に決定される。光放出値が高ければ
高いほどそれだけ一層処理が早くなるが、被膜は一層金
属性となる。実験により、ユーザは、高い蒸着速度で光
放出設定値を決定できるが、これは依然として所望の光
学品質を維持する。好ましい一実施形態では、光放出設
定値は、チタンターゲットを動作電力レベルの状態で純
粋アルゴン中でスパッタした場合、光放出強度の約２５
％である。
【００３０】高速ループのサイクル時間は好ましくは、
１〜５０ミリ秒であり、好ましい実施形態では、２５ミ
リ秒である。各サイクル中、光検出器３０′からのチタ
ンの光放出レベルが測定され、コンピュータからの出力
信号が電源に送られて電流を調節し、それにより光放出
信号を光放出設定値に一層近づける。一般に、この高速
ループは、電源が４０ｋｗで動作している場合、光放出
信号を設定値の約１％以内に維持するであろう。外側低
速ループは、電源制御装置からの電流、電圧及び／又は
電力を測定し、プロセス中の酸素流量を操作して電力を
所望の設定値にすることにより電力を所望レベルに維持
する。一例として、測定電力が所望設定値よりも僅かに
小さい場合を考える。制御装置は、全てのガス制御装置
への酸素流量を増加させるであろう。酸素流量が増加す
ると、チタンの光放出は抑制される。内側制御ループ
は、電源電流を増大させて光放出レベルを設定値に戻す
ことによりこの放出の変化に非常に迅速に応答する。内
側ループは、外側ループの各サイクルの間に多数のサイ
クルを完了する。正味の結果は電流であり、それゆえ電
力は酸素流量が増大すると増大する。また外側ループは
類似の効果が得られるようにアルゴン流量を減少させる
ことができる。
１〜５０ミリ秒であり、好ましい実施形態では、２５ミ
リ秒である。各サイクル中、光検出器３０′からのチタ
ンの光放出レベルが測定され、コンピュータからの出力
信号が電源に送られて電流を調節し、それにより光放出
信号を光放出設定値に一層近づける。一般に、この高速
ループは、電源が４０ｋｗで動作している場合、光放出
信号を設定値の約１％以内に維持するであろう。外側低
速ループは、電源制御装置からの電流、電圧及び／又は
電力を測定し、プロセス中の酸素流量を操作して電力を
所望の設定値にすることにより電力を所望レベルに維持
する。一例として、測定電力が所望設定値よりも僅かに
小さい場合を考える。制御装置は、全てのガス制御装置
への酸素流量を増加させるであろう。酸素流量が増加す
ると、チタンの光放出は抑制される。内側制御ループ
は、電源電流を増大させて光放出レベルを設定値に戻す
ことによりこの放出の変化に非常に迅速に応答する。内
側ループは、外側ループの各サイクルの間に多数のサイ
クルを完了する。正味の結果は電流であり、それゆえ電
力は酸素流量が増大すると増大する。また外側ループは
類似の効果が得られるようにアルゴン流量を減少させる
ことができる。
【００３１】始動の際、両方の制御ループのゲインは、
始動プロセスをよりスムーズにするように作られてい
る。プロセスが動作条件に近付くまで低プロセスゲイン
が始動の際に用いられてオーバーシュートを減少させ
る。プロセスがいったん全出力で動作条件に達し、且つ
設定力からのずれが小さくなると、一層高いゲインを用
いてオーバーシュートを最小限に抑えた状態で一層緻密
なプロセス制御を維持する。
始動プロセスをよりスムーズにするように作られてい
る。プロセスが動作条件に近付くまで低プロセスゲイン
が始動の際に用いられてオーバーシュートを減少させ
る。プロセスがいったん全出力で動作条件に達し、且つ
設定力からのずれが小さくなると、一層高いゲインを用
いてオーバーシュートを最小限に抑えた状態で一層緻密
なプロセス制御を維持する。
【００３２】図４は、本発明の制御アルゴリズムを実行
するのに用いられるコンピュータプログラムのフローチ
ャート図である。一実施形態では、制御アルゴリズム
は、比例積分微分（ＰＩＤ）制御アルゴリズムとして実
行される。このシステムは以下のように動作する。現在
誤差値を生成する。現在誤差は、被制御変数から所望の
値（設定値）を引いた現在の値である。誤差の変化値
は、現在誤差からその前の誤差を引いたものである。誤
差の変化速度は、サンプル相互間の時間間隔にわたる誤
差の変化である。現在誤差とその前の誤差合計を組み合
わせると現在の誤差の合計即ち誤差の積分となる。現在
誤差に比例定数を掛ける。誤差積分には積分定数を掛け
る。誤差の変化速度に微分定数を掛ける。次に、これら
３つの値を加えたものにゲイン定数を掛けると出力値の
変化が得られる。積分定数、比例定数及び微分定数は、
全体に対する制御の各タイプの寄与の尺度又は目安であ
る。総合ゲイン定数は、制御系の総合侵略度（overall
aggressiveness）の目安である。比例定数、積分定数及
び微分定数並びにゲイン定数の選択は、良好なシステム
動作を得ることを目的として行われる。ＰＩＤアルゴリ
ズムの基本的な説明は、ケー・アストローム氏等著『Ｐ
ＩＤ制御装置：理論・設計・調整（チューニング）』
（第２版）インストラメント・ソサイアティ・オブ・ア
メリカ（１９９５）（“PID Controllers: Theory, Des
ign, and Tuning ”Second Edition, Instrument Socie
ty of America (1995)）という文献に記載されている。
変形例では、他形式の制御系を用いてもよい。
するのに用いられるコンピュータプログラムのフローチ
ャート図である。一実施形態では、制御アルゴリズム
は、比例積分微分（ＰＩＤ）制御アルゴリズムとして実
行される。このシステムは以下のように動作する。現在
誤差値を生成する。現在誤差は、被制御変数から所望の
値（設定値）を引いた現在の値である。誤差の変化値
は、現在誤差からその前の誤差を引いたものである。誤
差の変化速度は、サンプル相互間の時間間隔にわたる誤
差の変化である。現在誤差とその前の誤差合計を組み合
わせると現在の誤差の合計即ち誤差の積分となる。現在
誤差に比例定数を掛ける。誤差積分には積分定数を掛け
る。誤差の変化速度に微分定数を掛ける。次に、これら
３つの値を加えたものにゲイン定数を掛けると出力値の
変化が得られる。積分定数、比例定数及び微分定数は、
全体に対する制御の各タイプの寄与の尺度又は目安であ
る。総合ゲイン定数は、制御系の総合侵略度（overall
aggressiveness）の目安である。比例定数、積分定数及
び微分定数並びにゲイン定数の選択は、良好なシステム
動作を得ることを目的として行われる。ＰＩＤアルゴリ
ズムの基本的な説明は、ケー・アストローム氏等著『Ｐ
ＩＤ制御装置：理論・設計・調整（チューニング）』
（第２版）インストラメント・ソサイアティ・オブ・ア
メリカ（１９９５）（“PID Controllers: Theory, Des
ign, and Tuning ”Second Edition, Instrument Socie
ty of America (1995)）という文献に記載されている。
変形例では、他形式の制御系を用いてもよい。
【００３３】上記の装置及び方法の種々の詳細事項は本
発明の例示に過ぎない。かかる詳細事項る関する種々の
設計変更は、特許請求の範囲によってのみ定められる本
発明の範囲内にあることは理解されよう。例えば、測定
された第２のパラメータを、ターゲット電力ではなく、
蒸着層の平均膜厚さに関連させることができる。この場
合、基板キャリヤの線速度を調節すると、一定の蒸着率
を維持できる。
発明の例示に過ぎない。かかる詳細事項る関する種々の
設計変更は、特許請求の範囲によってのみ定められる本
発明の範囲内にあることは理解されよう。例えば、測定
された第２のパラメータを、ターゲット電力ではなく、
蒸着層の平均膜厚さに関連させることができる。この場
合、基板キャリヤの線速度を調節すると、一定の蒸着率
を維持できる。
【図１Ａ】従来技術における酸素分圧とスパッタ収率と
の関係を表すグラフ図である。
の関係を表すグラフ図である。
【図１Ｂ】真空チャンバが高度に排気されている場合の
従来技術における酸素分圧とスパッタ収率との関係を表
すグラフ図である。
従来技術における酸素分圧とスパッタ収率との関係を表
すグラフ図である。
【図２】本発明の反応性スパッタリング装置の略図であ
る。
る。
【図３】本発明のカスケード制御装置の好ましい実施形
態を示すブロック図である。
態を示すブロック図である。
【図４】本発明のカスケード制御装置を使用するのに用
いられるコンピュータプログラムのフローチャート図で
ある。
いられるコンピュータプログラムのフローチャート図で
ある。
【符号の説明】 １０ 反応性スパッタリング装置 １２ 排気可能な室 １６ ターゲット １８ 基板 ２０ コンベヤ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ケヴィン ギボンズ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94510 ベニシア パノラマ ドライヴ 230 (72)発明者 ソラブ ザラビアン アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95409 サンタ ローザ マドロン コー ト 646
Claims (10)
- 【請求項１】 化合物の層を反応性スパッタリング法に
より被着させる方法であって、ターゲットを反応性雰囲
気中でスパッタする工程と、第１のプロセスパラメータ
をモニターする工程と、第１の制御ループで第１のプロ
セスパラメータに応答してシステム入力を修正する工程
と、第２のプロセスパラメータをモニターする工程と、
第２の制御ループで第２のプロセスパラメータに応答し
て第２のシステム入力を修正する工程とを有することを
特徴とする方法。 - 【請求項２】 第１の入力修正工程では、電源電流を修
正することを特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項３】 第２の入力修正工程では、反応性ガス入
力レベルを修正することを特徴とする請求項１記載の方
法。 - 【請求項４】 第１の入力修正工程では、第１のパラメ
ータが光放出強度であることを特徴とする請求項１記載
の方法。 - 【請求項５】 第２の入力修正工程では、第２のパラメ
ータが電源の平均電力に関連していることを特徴とする
請求項１記載の方法。 - 【請求項６】 第１の制御ループは、第２の制御ループ
よりも迅速であることを特徴とする請求項１記載の方
法。 - 【請求項７】 スパッタターゲットは金属性になるから
である。工程では、酸素を含む環境中でチタンターゲッ
トをスパッタして二酸化チタンを生じさせることを特徴
とする請求項１記載の方法。 - 【請求項８】 反応性スパッタリング装置であって、チ
ャンバと、該チャンバ内に設けられたターゲットと、タ
ーゲットに作動的に接続された電源と、チャンバに作動
的に接続されたガス供給源と、前記反応性スパッタリン
グ装置の第１のモニターされたパラメータを用いて第１
の制御ループで電源を自動的に制御し、前記反応性スパ
ッタリング装置の第２のモニターされたパラメータを用
いて第２の制御ループでガス供給源を自動的に制御する
ようになったプロセッサとから成ることを特徴とする反
応性スパッタリング装置。 - 【請求項９】 光検出器を更に有し、前記プロセッサ
は、第１のパラメータが光放出強度であるようなもので
あることを特徴とする請求項８記載の反応性スパッタリ
ング装置。 - 【請求項１０】 制御ループの少なくとも一方は、比例
積分微分制御ループであることを特徴とする請求項８記
載の反応性スパッタリング装置。
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