JP2001240965A - 薄膜製造装置に於ける膜厚分布制御方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、薄膜製造装置により基板に形成さ
れる薄膜の膜厚を制御する方法、及び、その装置を提供
する。 【解決手段】 成膜装置内部に取り付けてある膜厚モニ
ターや、外部にて測定可能なパラメータの測定などによ
り、成膜レートの実測値あるいは予測値を求め、これら
の値と目標とする膜厚値から予測成膜時間を演算し、こ
の予測成膜時間に予め設定した整数回だけ基板を回転す
るようモーターの回転速度をコントロールする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、薄膜製造装置によ
り基板に成膜される薄膜の膜厚分布を制御する方法及び
その装置に関し、特に、所望する薄膜を均一な膜厚分布で
得る為の方法及び装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】薄膜製造方法として用いられるスパッタ
リング法や蒸着法等では、蒸発物は一般的に蒸発角度分
布を持ち、対向する基板面では膜厚分布を持つ。又、スパ
ッタリング法ではターゲット面内の成膜レート不均一性
が、蒸着法では蒸発源からの蒸発方向偏り等が発生し、基
板上の膜厚分布を再現良く均一にすることが困難であっ
た。

【０００３】そこで、これまでの薄膜製造装置では、特
開平２−１１７５７号に示される如く、ターゲットと対
向して基板を配置する際に、それらを偏芯して配置し、
この偏芯量を最適化した上で基板を高速回転することに
より、基板上の薄膜分布を改善することが一般的に行わ
れてきた。

【０００４】この時基板は一定速度で回転し、成膜時間
内に基板を高速に、なるべく多数回回転することにより
基板内面分布の向上を行っていた。

【０００５】又、本件発明者は、特願平１０−２３８３
３８号に於いて、ターゲットの消耗状態、すなわちマグ
ネトロンスパッタリングによるターゲットの侵食部分
（エロージョン）をモニターする形状測定機構を設け、
該ターゲットの消耗状態に応じて、ＴＳ距離を可変する
制御装置により、基板ステージを駆動して、基板とター
ゲット間を最適距離に設定し、成膜速度を算出して、決
められた時間スパッタすることにより、所望する膜厚と
均一な膜厚分布を得ようとする、スパッタ装置に於ける
膜厚分布制御方法とその装置を提案した。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年の
電子デバイスで要求される堆積膜厚は数十nm以下と薄
く、タクトタイムの短縮要求から成膜時間は短く、更に
基板面内分布の要求精度はますます厳しくなってきてい
る。この為、基板高速回転による膜厚分布の改善には回
転速度の観点から限界が生じてきている。

【０００７】又、高速回転化に伴い、真空中に導入する
シャフトシールの耐久性や信頼性が大きく低下すると共
に、近年実用化されつつあるφ３００mm径の基板サイズ
に対応する基板チャッキング等の付加機構が複雑且つ重
量化し、回転の高速化を困難にしている。

【０００８】更に、前述のように、特願平１０−２３８
３３８号「スパッタ装置に於ける膜厚分布制御方法とそ
の装置」として本件発明者が提案した方法を実施した場
合でも、ますます厳しくなってきた基板面内分布の要求
精度を、生産性良く安定してクリヤーする為に、更なる
改良が要求されてきている。

【０００９】本発明は上記のような従来持つ問題を解決
するものであり、成膜レートのターゲット面内不均一性
及び、蒸発方向の偏りに起因する基板膜厚分布を最小限
にする方法及びその装置を提供すると共に、薄膜製造装
置の信頼性を向上することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決する為の手段】本発明では、成膜装置内部
に取付けてある膜厚モニターや、外部にて測定可能なパ
ラメータの測定などにより、成膜レートの実測値もしく
は予測値を求め、これら値及び、目標とする膜厚値か
ら、予測成膜時間を演算し、この予測成膜時間にあらか
じめ設定した整数回基板を回転するようモーターの回転
速度をコントロールする。又、基板回転開始時刻と停止
時刻は、それぞれ成膜開始時刻と成膜終了時刻に連動し
ている。

【００１１】整数回の基板回転により成膜レートのター
ゲット面内蒸発速度の不均一性及び、蒸発方向の偏りを
相殺し、基板上の膜厚分布を改善することが出来る。

【００１２】

【発明の実施の形態】（１）実施例の構成の説明 以下この発明の実施例の一つとして、スパッタリング成
膜に於ける実施例を図面に基づいて説明する。図１のス
パッタ装置は、真空槽（１）を１ｘ１０^-3Ｐａ程度の高
真空領域までガス排気弁（１１）によって排気後、ガス
導入弁（７）からボンベ（９）内のＡｒ等の放電用ガス
を圧力で、０．０８〜３Ｐａ程度導入し、基板（１２）
の上部でターゲット（４）にスパッタ電力を印可して放
電を開始させ、磁石（２）で発生するマグネトロン放電
によってターゲット材をスパッタして、基板（１２）上
でターゲット材の膜を堆積させるように構成されてい
る。

【００１３】又、レーザー変位計（１５）を形状センサ
ー用モーター（１６）にギヤー等で連動するようにした
駆動装置により、ターゲット（４）の消耗状態をモニタ
ーする形状測定装置（１７）が設けられている。該測定
装置（１７）による該ターゲット（４）の形状測定結果
から、制御装置（１９）により、該基板ステージ駆動装
置（１８）の基板ステージ用モーター（１４）にギヤー
等で連動された基板ステージ（１３）を駆動して最適Ｔ
Ｓ間距離に設定するよう構成されている。

【００１４】更に、制御装置（１９）により、基板ステ
ージ回転駆動装置（２１）の基板ステージ回転駆動用モ
ーター（２０）にギヤー等で連動された基板ステージ
（１３）を、成膜時間に合わせて整数回回転駆動するよ
う構成されている。

【００１５】（２）実施例の作用・動作の説明 以下、図１の構成装置に於いて、（４）ターゲットに、
直径２５０mm、厚さ６mmのアルミニウム製ターゲットを
用いて、直径１００mmの丸形基板（１２）上にアルミニ
ウム膜を堆積させた実施例を示す。ガス導入口（７）か
ら放電用ガスとしてアルゴンガスを０．４Ｐａなる分圧
まで導入し、スパッタリング用電源（６）により３．３
ｋＷの電力をターゲット（４）に印可し、成膜を行っ
た。

【００１６】尚、成膜直前にエロージョン深さ（ｄ）を
測定、膜厚分布が最も良くなるようにターゲットと基板
間の距離（Ｔ／Ｓ距離）を微調整し、直前の成膜時に測
定された放電電圧（Ｖｄ）、放電電流（Ｉｄ）、等から
予め推測される成膜速度（Ｒ）を、制御用コンピュータ
を用いて経験式（１）から算出し、更に式（２）から目
的とする膜厚（Ｄ）を得る成膜時間（Ｔ）を求め、基板
ステージがＴ時間で１回転するように基板ステージ回転
速度（ｒ）を式（３）から導出し、回転速度可変モータ
ー（２０）により基板（１２）及び、基板ステージ（１
３）を回転させ、同時に成膜を開始した。

【数１】 Ｒ＝｛2.64×10^-5×ｄ−8.95×10^-6×ｄ²＋2.43×10^-3−1.09×10^-5×ＴＳ｝ ×Ｉ_d×Ｖ_d ^1.4 …… 式（１）

【数２】 Ｔ ＝ Ｄ／Ｒ …… 式（２）

【数３】 ｒ ＝ ｎ／Ｔ …… 式（３） 但し、ｎ：１，２，３，……（自然数）であり、成膜Ｔ
時間内にｎ回回転することを示す。

【００１７】又、高い精度で膜厚を測定できるように、
直径１００mmの基板内に、直径１２．６mmの水晶振動子
を、縦横直交するように９個配置し、成膜前後の周波数
変化の膜厚換算により求めた。

【００１８】基板上に厚さ約４２０ｎｍのアルミニウム
膜を堆積させた場合の、基板内の膜厚分布測定結果を図
２及び、図３に示す。尚、図中の横軸は、基板中心から
Ｘ、Ｙ各方向の位置を示し、縦軸は膜厚を示している。

【００１９】図２は、基板ステージ（１３）を回転せず
に成膜を行った結果であり、この場合の基板面内分布は
±１．２５％であった。

【００２０】又、図３は、式（３）のｎ＝１にて、成膜
時間に合わせて基板ステージ（１３）を１回転し、回転
無しの場合と同様のアルミニウム膜を堆積させた場合
の、基板内の膜厚分布測定結果である。この時の基板面
内分布は、±０．４８％であった。

【００２１】この結果から、基板を回転させない場合に
みられたターゲット不均質から生じるとみられる分布の
傾きは、基板回転数整数制御を行うことによりほとんど
見られなくなった。

【００２２】（３）他の実施例の説明、他の用途への転
用例の説明 尚、上記実施例では、薄膜製造装置としてスパッタリン
グ装置を用いたが、エレクトロンビームや抵抗加熱によ
る蒸着装置に用いても良い。蒸着装置に転用した例を図
４に示す。真空槽（１）を１×１０^-3Ｐａ程度の高真空
領域まで、ガス排気弁（１１）によって排気後、蒸発源
（２５）に蒸発原電源（２６）から電力を供給し、シャ
ッター（２７）を開いて蒸着を開始する。

【００２３】蒸着源（２５）から蒸発した粒子は、対向
して配置された基板ドーム（２２）に取付けられた基板
（１２）に蒸着して薄膜を形成する。

【００２４】薄膜モニター（２４）で、該基板（１２）
に蒸着した薄膜を監視し、制御装置（１９）によって所
望する膜厚が得られたところで該シャッター（２７）を
閉じ、成膜を終了する。

【００２５】この時、基板ドーム回転用モーター（２
３）にギヤー等で連動された該基板ドーム（２２）を、
成膜時間に合わせて、整数回回転駆動するよう構成した
ことによって、良好な基板面内膜厚分布を得ることが出
来る。

【００２６】又、蒸着開始時刻及び、終了時刻を、該基
板ドーム（２２）に取付けられた該基板（１２）の回転
開始時刻及び、回転終了時刻に同期を取って回転駆動す
ることは言うまでも無い。

【００２７】

【発明の効果】以上の様に本発明は、基板に飛来する粒
子が面内で均一でない場合でも、基板を成膜時間内に正
確に整数回の回転をすることにより、不均質性を相殺で
きるため、基板面内の膜厚分布を改善することが可能に
なる。

【００２８】特に成膜中に成膜時間と同期を取りながら
基板を１回転から数回転制御するのみで、良好な基板面
内の膜厚分布を得る事が出来る為、従来の様に基板を多
数回転する必要が無く従って、基板ステージ回転軸、モ
ーター及び、ギアなどの負荷を最小限にすることが可能
であり、構造の簡素化、装置の軽量化、メンテナンス性
の向上、更に耐久性の向上につながる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を、スパッタリング装置に適用した場合
の実施例の説明図である。

【図２】本発明を、適用する前の基板上の位置と膜厚分
布の関係を示す説明図である。

【図３】本発明を、適用した場合の基板上の位置と膜厚
分布の関係を示す説明図である。

【図４】本発明を、蒸着装置に適用した場合の実施例の
説明図である。

【符号の説明】

１ 真空槽 ２ 磁石 ３ バッキングプレート ４ ターゲット ５ エロージョン ６ スパッタリング用電源 ７ ガス導入弁 ８ メモリー ９ ガスボンベ １０ キーパネル １１ 排気弁 １２ 基板 １３ 基板ステージ １４ 基板ステージ用モーター １５ 形状測定センサー １６ 形状センサー用モーター １７ 形状測定装置 １８ 基板ステージ駆動装置 １９ 制御装置 ２０ 基板ステージ回転モーター ２１ 基板ステージ回転駆動装置 ２２ 基板ドーム ２３ 基板ドーム回転モーター ２４ 膜厚モニター ２５ 蒸発源 ２６ 蒸発源電源 ２７ シャッター

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 青木 一郎 神奈川県相模原市大野台２−27−２ 株式 会社昭和真空内 Ｆターム(参考） 4K029 BA03 CA01 CA05 EA01 JA02 4K030 BA02 GA05 JA01 JA11 KA41 4M104 DD34 DD39 HH20

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空槽内に設けられた基板の表面に粒子
   を付着させて成膜を行う薄膜製造装置の制御方法に於い
   て、目的とする膜厚を得る為の成膜時間に合わせて、予
   め基板ステージに取付けられた該基板を制御しながら回
   転させることを特徴とする薄膜製造装置に於ける膜厚分
   布制御方法。
2. 【請求項２】 該基板への成膜開始時刻及び、成膜終了
   時刻を、予め基板ステージに取付けられた該基板の回転
   開始時刻及び、回転終了時刻に各々同期を取って、該基板
   を整数回回転させることを特徴とする請求項１記載の薄
   膜製造装置に於ける膜厚分布制御方法。
3. 【請求項３】 真空槽内に設けられた基板の表面に粒子
   を付着させて成膜を行う薄膜製造装置に於いて、目的と
   する膜厚を得る為の成膜時間に合わせて、予め基板ステ
   ージに取付けられた該基板を制御しながら回転させるた
   めの基板ステージ回転駆動装置を備えたことを特徴とす
   る薄膜製造装置。
4. 【請求項４】 該基板ステージ回転駆動装置は、基板ス
   テージ用モーターにギヤー等で連動された基板ステージ
   を、該基板への成膜開始時刻及び、成膜終了時刻と、予め
   基板ステージに取付けられた該基板の回転開始時刻及
   び、回転終了時刻を各々同期を取って回転駆動し、該基板
   を整数回回転させる構成としたことを特徴とする請求項
   ３記載の薄膜製造装置。