JP2004011012A

JP2004011012A - 成膜制御装置及び成膜制御方法

Info

Publication number: JP2004011012A
Application number: JP2002169686A
Authority: JP
Inventors: Masafumi Tanaka; 田中　雅文
Original assignee: Shin Meiva Industry Ltd
Current assignee: Shinmaywa Industries Ltd
Priority date: 2002-06-11
Filing date: 2002-06-11
Publication date: 2004-01-15

Abstract

【課題】成膜ソース５により真空槽１内で成膜材料を飛散させて基板Ｗ１に成膜させ、その基板Ｗ１に成膜される成膜材料の膜厚を光学式膜厚計８により測定するときに、基板Ｗ１に対する成膜レートを安定して制御できるようにし、低コストで成膜性能を向上させる。
【解決手段】予め、光学式膜厚計８により測定される反射率又は透過率につき、所定の成膜レートに対応した基準値Ｖｓを設定しておき、光学式膜厚計８が測定した実際の測定値Ｖｒと基準値Ｖｓとを比較して、測定値Ｖｒが基準値Ｖｓに一致するように成膜ソース５の成膜条件を制御する。成膜レートをモニタするための専用の膜厚計を不要としつつ、成膜レートを安定して制御できる。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空槽内で成膜材料を飛散させて基板に成膜させるときの成膜状態を制御する成膜制御装置及び成膜制御方法に関し、特に、基板への成膜材料の膜厚を光学式膜厚計で測定するようにしたものの技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、この種の成膜制御装置として、基板に成膜される成膜材料の膜厚を測定する光学式膜厚計を備え、この膜厚計の測定値が目標の膜厚になるまで成膜手段を作動させて成膜するようにしたものが知られている。
【０００３】
上記光学式膜厚計は、例えば製品用の基板と同じ条件で成膜される透明ガラスからなる測定用基板等に光を入射させて、その反射光又は透過光を受光し、そのときの反射率又は透過率を測定してそれらに基づき成膜材料の膜厚を求めるものである。
【０００４】
例えば特開平８―３１５４３２号公報には、受光した光の反射率や透過率と、成膜材料の膜厚との関係を設定しておき、その受光の反射率や透過率から膜厚を求めることが提案されている。
【０００５】
また、特開２００１―１２６３２４号公報に示されるものでは、所定数の基板が成膜される都度、評価用基板に成膜して、その膜厚データと正常膜厚データとを比較し、膜厚データが正常膜厚データになるように成膜条件を補正するようになされている。
【０００６】
一方、例えば特開昭６３―３８５７９号公報や特開平１―１３２７６７号公報に示されるように、上記の如き光学式膜厚計の他、水晶振動子モニタヘッド等の測定部を有する今１つの膜厚計を真空槽内に配置し、この膜厚計により基板に対する成膜レート（成膜速度）を制御するようにした成膜制御装置が知られている。このものでは、水晶振動子板の固有振動数が成膜材料の堆積によって変化することを利用し、成膜レートをモニタするようにしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、光学式膜厚計のみを備えた前者の従来例（特開平８―３１５４３２号公報や２００１―１２６３２４号公報に示されるもの）において、基板に対する成膜レートを制御する場合、光学式膜厚計により測定された受光の反射率や透過率をそのまま利用することはできず、その受光の反射率や透過率が成膜の進行に伴って正弦波形状に変化する特性において、その正弦波の一部を直線に近似し、その近似部分のみで成膜レートを制御するようにしている。
【０００８】
しかし、こうすると、成膜レートを安定して制御することが難しく、成膜性能を高めるには限度がある。
【０００９】
これに対し、後者の従来例（特開昭６３―３８５７９号公報や特開平１―１３２７６７号公報に示されるもの）のように、膜厚レートをモニタする膜厚計を備えていれば、上記前者の従来例のような問題は生じず、成膜レートを安定して制御して成膜性能を高めることができる。
【００１０】
しかしながら、その反面、膜厚レートモニタ用膜厚計の測定部に成膜材料が堆積すると、その測定部は汚染されて消耗されることになる。この測定部の汚染による消耗を避けるには、複数の膜厚計を配置しておく必要があり、その分、コストアップするという問題が生じる。
【００１１】
本発明の目的とするところは、上記した成膜制御装置に対し特別の工夫を加えることにより、光学式膜厚計のみを用いながら、基板に対する成膜レートを安定して制御できるようにして、低コストで成膜性能を向上させることにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、この発明では、光学式膜厚計の測定値に対して所定の成膜レートに関連した基準値を設定しておき、実際の測定値を基準値に一致するように成膜条件を変更することとした。
【００１３】
具体的には、請求項１〜３の発明は成膜制御装置に関するもので、請求項１の発明では、真空槽内で成膜材料を飛散させて基板に成膜する成膜手段と、基板に対する光の反射率又は透過率を測定して該基板に成膜される成膜材料の膜厚を求める光学式膜厚計と、予め、上記光学式膜厚計により測定される反射率又は透過率について、所定の成膜レートに対応した基準値を設定する基準値設定手段と、上記光学式膜厚計が測定した実際の測定値、及び上記基準値設定手段により設定された基準値を比較して、測定値が基準値に一致するように上記成膜手段の成膜条件を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１４】
上記の構成によると、真空槽内で成膜手段を作動させて基板に成膜するとき、光学式膜厚計により基板に対する光の反射率又は透過率が測定されて該基板に成膜される成膜材料の膜厚が求められる。そして、制御手段においては、この膜厚計により測定された反射率又は透過率の実際の測定値と、基準値設定手段により設定された基準値とが比較されて、測定値が基準値に一致するように上記成膜手段の成膜条件が制御される。このように光学式膜厚計の測定値が基準値に一致するように成膜条件が制御されることで、成膜レートを安定して制御することができ、基板に対する成膜性能を高めることができる。
【００１５】
また、光学式膜厚計のみで成膜レートを安定制御できるので、成膜レートをモニタするための専用の膜厚計は全く使用せずとも済み、その膜厚計を測定部の汚染（消耗）の対応のために多数設ける場合のようなコストアップは生じず、コストダウンを図ることができる。
【００１６】
請求項２の発明では、上記基準値設定手段は、実際に基板に成膜したときに光学式膜厚計により測定された反射率又は透過率の測定値を基準値として設定するものとする。また、請求項３の発明では、基準値設定手段は、基板に成膜するときに理論的に求められる反射率又は透過率の理論値を基準値として設定するものとする。このことで、基準値設定手段で設定されるのに好ましい基準値が容易に得られる。
【００１７】
請求項４〜６の発明は成膜制御方法に関する発明であり、請求項４の発明では、真空槽内で成膜材料を飛散させて基板に成膜させるときに、基板に対する光の反射率又は透過率を測定して該基板に成膜される成膜材料の膜厚を求める光学式膜厚計を用い、予め、上記光学式膜厚計により測定される反射率又は透過率につき、所定の成膜レートに対応した基準値を設定しておき、上記光学式膜厚計が測定した実際の測定値と上記基準値とを比較して、測定値が基準値に一致するように成膜条件を制御することを特徴とする。この構成によれば、上記請求項１の発明と同様の作用効果が得られる。
【００１８】
請求項５の発明では、請求項４の成膜制御方法において、実際に基板に成膜したときに光学式膜厚計により測定された反射率又は透過率の測定値を基準値として設定する。また、請求項６の発明では、基板に成膜するときに理論的に求められる反射率又は透過率の理論値を基準値として設定することを特徴とする。このことで、好ましい基準値が容易に得られる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図３は本発明の実施形態に係る成膜制御装置Ａの全体構成を示し、１は真空槽であって、この真空槽１の内部には少なくとも成膜時に真空状態に保たれる真空チャンバ２が形成されている。この真空チャンバ２の上部には、例えば製品となる少なくとも１枚の製品用基板Ｗ１と、例えば透明ガラスからなる測定用基板Ｗ２とが配置され、この測定用基板Ｗ２は製品用基板Ｗ１と同じ成膜条件で成膜されるようになっている。
【００２０】
一方、真空チャンバ２内の下部には、成膜材料を飛散させて上記製品用基板Ｗ１及び測定用基板Ｗ２に成膜する成膜手段としての成膜ソース５が設けられている。この成膜ソース５は、図示しないが、例えば、成膜材料を蓄える複数のるつぼと、この各るつぼ内の成膜材料に電子ビームを照射する電子銃と、各るつぼ内の成膜材料にイオンビームを照射するイオンガンとが組み合わせられてなるもので、電子銃からの電子ビーム又はイオンガンからのイオンビームの照射により所定のるつぼ内の成膜材料を加熱蒸発させて真空チャンバ２内を製品用基板Ｗ１及び測定用基板Ｗ２に向けて飛翔させ、その蒸発した成膜材料を製品用基板Ｗ１及び測定用基板Ｗ２の下面に被着させることにより、製品用基板Ｗ１及び測定用基板Ｗ２の下面に所定膜厚の成膜部を形成するようにしている。
【００２１】
そして、上記成膜ソース５における電子銃の電子ビーム強度やイオンガンのイオンビーム強度は変更可能となっており、これらの強度を変えることで、成膜ソース５の製品用基板Ｗ１及び測定用基板Ｗ２に対する成膜条件を変更可能とされている。
【００２２】
上記測定用基板Ｗ２（製品用基板Ｗ１）下面の膜厚を測定するための光学式膜厚計８が設けられ、この膜厚計８は投光ユニット９、受光ユニット１０及び測定部１１を備えている。すなわち、真空槽１の上壁において上記測定用基板Ｗ２の略真上位置には、透明のガラス１３が気密状に嵌め込まれた所定の大きさの窓１４が開けられ、この窓１４上側の真空槽１外に上記投光ユニット９及び受光ユニット１０が配置されており、投光ユニット９から光を窓１４を通して真空チャンバ２内に照射することで、この光を測定用基板Ｗ２に上側から入射させて成膜部で反射させ、この反射光を受光ユニット１０が受けるようになっている。
【００２３】
上記受光ユニット１０の出力部は測定部１１に接続されており、この測定部１１において、受光ユニット１０での受光量に基づき測定用基板Ｗ２の反射時の光の干渉による光量変化から測定用基板Ｗ２の反射率を測定し、この反射率に基づき基板Ｗ１，Ｗ２の成膜部の膜厚を求めるようにしている。
【００２４】
上記成膜ソース５における電子銃の電子ビーム強度やイオンガンのイオンビーム強度を変えて成膜条件を制御するための制御部１７（制御手段）が設けられ、この制御部１７には、上記光学式膜厚計８の測定部１１の出力信号の他、基準値設定部１８の出力信号が入力されている。この基準値設定部１８には、図２に示すように、基準となる所定の基準成膜レート、つまり基板Ｗ１，Ｗ２に対する成膜処理時間（膜厚）と、該成膜処理時間の経過に応じて変わる基板Ｗ１，Ｗ２での光の反射率との関係が記憶されている。この基準成膜レートは、実際に基板Ｗ１，Ｗ２に基準状態（正常な状態）で成膜したときに光学式膜厚計８で測定された反射率の正常測定値（実際の測定結果）が変化する特性、又は基板Ｗ１，Ｗ２に基準状態（正常な状態）で成膜するときに理論的に計算から求められる反射率の理論計算値が変化する特性により設定されており、基準値設定部１８において、予め、光学式膜厚計８により測定される反射率について、上記基準成膜レートに対応した基準値Ｖｓを設定するようになっている。よって、基準値設定部１８は、実際に基板Ｗ１，Ｗ２に成膜したときに光学式膜厚計８により測定された反射率、又は基板Ｗ１，Ｗ２に成膜するときに理論的に求められる反射率の理論値を基準値Ｖｓとして設定する。
【００２５】
そして、上記制御部１７においては、上記測定用基板Ｗ２での光の反射率に関し、成膜処理時刻ｔで光学式膜厚計８が測定した実際の測定値Ｖｒと、上記基準値設定部１８により設定された同時刻ｔでの基準値Ｖｓとを比較して、測定値Ｖｒが基準値Ｖｓに一致するように上記成膜ソース５の成膜条件を制御し、図２に示すように測定値Ｖｒが基準値Ｖｓよりも小さいときには、成膜ソース５における電子銃の電子ビームやイオンガンのイオンビームの各強度を増大させて、基板Ｗ１，Ｗ２に飛翔する成膜材料の量を増加させる一方、逆に、測定値Ｖｒが基準値Ｖｓよりも大きいときには、成膜ソース５における各ビーム強度を低下させて、基板Ｗ１，Ｗ２に飛翔する成膜材料の量を減少させるようにしている。
【００２６】
ここで、上記制御部１７において、光学式膜厚計８の出力信号に基づいて成膜ソース５を制御する動作（本発明でいう成膜制御方法）について図１により説明すると、最初のステップＳ１において、膜厚計８により測定された反射率の測定値Ｖｒを読み込み、次のステップＳ２では、基準値設定部１８で設定記憶されている反射率の基準値Ｖｓ、つまり基板Ｗ１，Ｗ２に成膜するときの理論値又は実際に基板Ｗ１，Ｗ２に成膜したときの光学式膜厚計８の正常測定値を読み込む。
【００２７】
この後、ステップＳ３において、上記読み込んだ測定値Ｖｒと基準値Ｖｓ（理論値又は正常測定値）とを比較し、ステップＳ４では、測定値Ｖｒが基準値Ｖｓに一致するように成膜ソース５の成膜条件を制御し、しかる後にステップＳ１に戻り、ステップＳ２〜Ｓ４を成膜の終了まで繰り返す。
【００２８】
次に、上記実施形態の作用について説明する。真空槽１内の真空チャンバ２に製品用基板Ｗ１及び測定用基板Ｗ２が搬入されると、その真空チャンバ２が真空にされた状態で成膜ソース５が作動し、その電子銃の電子ビーム又はイオンガンのイオンビームによりるつぼ内の成膜材料が加熱されて蒸発し、この蒸発した成膜材料は真空チャンバ２内を飛翔して上記製品用基板Ｗ１及び測定用基板Ｗ２の下面に被着し、このことで基板Ｗ１（Ｗ２）の成膜が開始される。
【００２９】
このような成膜の開始と同時に光学式膜厚計８が作動し、その投光ユニット９から光が測定用基板Ｗ２に入射されて、その反射光の受光により測定用基板Ｗ２の反射率が測定される。そして、この光学式膜厚計８により測定された反射率の測定値Ｖｒは、逐次、制御部１７において基準値設定部１８に設定記憶されている基準値Ｖｓと比較され、その測定値Ｖｒが基準値Ｖｓに一致するように成膜ソース５の成膜条件が制御される。例えば、図２に示すように測定値Ｖｒが基準値Ｖｓよりも小さいときには、成膜ソース５における電子銃の電子ビーム強度やイオンガンのイオンビーム強度が増大して、基板Ｗ１，Ｗ２に飛翔する成膜材料の量が増加する。一方、測定値Ｖｒが基準値Ｖｓよりも大きいときには、電子銃の電子ビーム強度やイオンガンのイオンビーム強度が低下して、基板Ｗ１，Ｗ２に飛翔する成膜材料の量が減少する。
【００３０】
したがって、この場合、光学式膜厚計８による反射率の測定値Ｖｒが基準値Ｖｓに一致するように成膜ソース５による成膜条件が制御されるので、成膜レートを安定して制御することができ、基板Ｗ１（Ｗ２）に対する成膜性能を高めることができる。
【００３１】
また、このように光学式膜厚計８のみで成膜レートを安定制御できるので、成膜レートをモニタするための専用の膜厚計は全く不要となり、その膜厚計を測定部の汚染（消耗）の対応のために多数設けた場合の如きコストアップが生じる余地はなく、コストダウンを図ることができる。
【００３２】
（他の実施形態）
尚、上記実施形態では、光学式膜厚計８の測定値Ｖｒは基板Ｗ１（Ｗ２）に対する光の反射率とし、基準値設定部１８において反射率についての基準値Ｖｓを設定し、制御部１７では反射率の測定値Ｖｒと基準値Ｖｓとを比較するようにしているが、この反射率に変え、基板Ｗ１（Ｗ２）に対する光の透過率を用いるようにしてもよく、上記実施形態と同様の作用効果が得られる。
【００３３】
また、上記実施形態では、製品用基板Ｗ１の他に測定用基板Ｗ２を配置して、この測定用基板Ｗ２に対する光の反射率（透過率）を測定するようにしているが、製品用基板Ｗ１がガラス基板である場合、測定用基板Ｗ２を設けずに、製品用基板Ｗ１自体で光の反射率（透過率）を測定するようにしてもよい。
【００３４】
さらに、成膜ソースの別の蒸発方法として、抵抗加熱で成膜材料を加熱蒸発させて、製品用基板Ｗ１及び測定用基板Ｗ２の下面に所定膜厚の成膜部を形成するようにしてもよい。この場合は、抵抗加熱の強度を変えることで成膜条件を変更可能にすることになる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１又は４の発明によると、成膜手段により真空槽内で成膜材料を飛散させて基板に成膜し、光学式膜厚計により基板に対する光の反射率又は透過率を測定して基板への成膜材料の膜厚を測定するときに、予め、光学式膜厚計により測定される反射率又は透過率に関し、所定の成膜レートに対応した基準値を設定しておき、上記光学式膜厚計が測定した実際の測定値と上記基準値とを比較して、測定値が基準値に一致するように成膜手段の成膜条件を制御するようにしたことにより、成膜レートをモニタするための専用の膜厚計は全く使用せずに、成膜レートを安定して制御することができ、コストダウンを図りながら、基板に対する成膜性能の向上を図ることができる。
【００３６】
請求項２又は５の発明では、実際に基板に成膜したときに光学式膜厚計により測定された反射率又は透過率の測定値を基準値として設定するようにした。また、請求項３又は６の発明では、基板に成膜するときに理論的に求められる反射率又は透過率の理論値を基準値として設定するようにした。従って、これらの発明によると、好ましい基準値が容易に得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】制御部で行われる成膜制御動作を示すフローチャート図である。
【図２】基準成膜レートに対応した反射率の基準値と実際の測定値との関係を示す特性図である。
【図３】本発明の実施形態に係る成膜制御装置の全体構成を示す図である。
【符号の説明】
Ａ　成膜制御装置
Ｗ１　製品用基板
Ｗ２　測定用基板
１　真空槽
５　成膜ソース（成膜手段）
８　光学式膜厚計
１７　制御部（制御手段）
１８　基準値設定部（基準値設定手段）
Ｖｓ　基準値
Ｖｒ　測定値

Claims

真空槽内で成膜材料を飛散させて基板に成膜する成膜手段と、
基板に対する光の反射率又は透過率を測定して該基板に成膜される成膜材料の膜厚を求める光学式膜厚計と、
予め、上記光学式膜厚計により測定される反射率又は透過率について、所定の成膜レートに対応した基準値を設定する基準値設定手段と、
上記光学式膜厚計が測定した実際の測定値と、上記基準値設定手段により設定された基準値とを比較して、測定値が基準値に一致するように上記成膜手段の成膜条件を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする成膜制御装置。
請求項１の成膜制御装置において、
基準値設定手段は、実際に基板に成膜したときに光学式膜厚計により測定された反射率又は透過率の測定値を基準値として設定するものであることを特徴とする成膜制御装置。
請求項１の成膜制御装置において、
基準値設定手段は、基板に成膜するときに理論的に求められる反射率又は透過率の理論値を基準値として設定するものであることを特徴とする成膜制御装置。
真空槽内で成膜材料を飛散させて基板に成膜するときに、基板に対する光の反射率又は透過率を測定して該基板に成膜される成膜材料の膜厚を求める光学式膜厚計を用い、
予め、上記光学式膜厚計により測定される反射率又は透過率につき、所定の成膜レートに対応した基準値を設定しておき、
上記光学式膜厚計が測定した実際の測定値と上記基準値とを比較して、測定値が基準値に一致するように成膜条件を制御することを特徴とする成膜制御方法。
請求項４の成膜制御方法において、
実際に基板に成膜したときに光学式膜厚計により測定された反射率又は透過率の測定値を基準値として設定することを特徴とする成膜制御方法。
請求項４の成膜制御方法において、
基板に成膜するときに理論的に求められる反射率又は透過率の理論値を基準値として設定することを特徴とする成膜制御方法。