JP2007231303A - 薄膜形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】真空容器11の内部に回転自在に設置され基板Sを保持可能な回転ドラム13と、この回転ドラム13の一部の領域Lに向けて膜原料物質を供給して基板Sの表面に薄膜を形成するスパッタ手段20と、このスパッタ手段20から供給される膜原料物質が常時付着する位置に固定された水晶膜厚センサ43a,43bと、この水晶膜厚センサ43a,43bに付着する膜原料物質の付着量と基板Sの表面に間欠的に付着する膜原料物質の付着量との間の比率に基づいて、基板Sの表面に形成される薄膜の膜厚を演算する膜厚演算コンピュータ42と、を備えた。水晶膜厚センサ43a,43bに付着した膜原料物質の付着量から実際の基体に形成された薄膜の膜厚を、この比率の分だけ高い感度で測定することが可能となる。
【選択図】図3
Description
また、特許文献1及び特許文献2のいずれの装置においても、基板表面に形成される薄膜を直接測定するため、基板の表面に実際に形成される薄膜を測定できるという利点があるが、基板表面に形成される薄膜の膜厚がごく薄い場合には膜厚測定用センサの出力値が小さくなるため、正確な膜厚測定を行うことが困難になるという不都合があった。
を具備することにより解決される。
特にこの場合、前記比率は、基体保持手段の半径をR、前記基体保持手段の膜原料物質が付着する領域の外周長をLとしたとき、略L/2πRの割合であると好適である。
従って、この相関関係(比率)に基づいて、膜厚測定部に付着した膜原料物質の付着量から基体に実際に形成された薄膜の膜厚を間接的に取得することが可能となる。すなわち、実際に基体に形成される薄膜の膜厚をこの比率の分だけ高い感度で測定することが可能となる。
従って、ごく薄い薄膜を形成する場合にあっても、高い精度で膜厚を測定することが可能な薄膜形成装置を提供することができる。
以下に、本発明の成膜プロセス領域20Aについて説明する。この成膜プロセス領域20Aは本発明の膜原料物質供給手段に相当する。図3は図1の成膜プロセス領域20Aを拡大して示した説明図、図4は図1の成膜プロセス領域20Aを基板側から見た状態を示す説明図である。なお、図3では、回転ドラム13については一部のみ示してその他の部分については省略して記載してある。また、図4では、シールド上での水晶膜厚センサ43a,43bの位置をわかりやすく表示するため、本来は見えない位置にある各水晶膜厚センサ43a,43bの位置を点線で示してある。
そこで、水晶膜厚センサ43a,43bの値と基板Sの膜厚との間の比率を相関関係データとして事前に実際に成膜した結果に基づいて経験的に決定しておき、その相関関係を膜厚相関関係データとして膜厚演算コンピュータ42のハードディスク等に記憶している。また、水晶膜厚センサ43a,43bから入力された付着量とこの膜厚相関関係データから基板Sに形成される薄膜の膜厚を演算する膜厚演算プログラムを記憶している。
続いて、図7を用いて反応プロセス領域60Aについて説明する。上述したように、反応プロセス領域60Aでは、成膜プロセス領域20Aで基板Sの表面に付着した膜原料物質をプラズマ発生手段60でプラズマ処理して、膜原料物質の完全反応物や不完全反応物からなる中間薄膜を形成している。
次に、本発明の薄膜形成装置を用いて実際に成膜試験を行った実施例について説明する。
図16は成膜試験で用いた薄膜形成装置を横方向から見た状態を示す説明図である。この実施例で使用した薄膜形成装置の全体図は、図1に示すとおりである。基板として石英ガラスを用い、基板Sの表面にニオブ(Nb)を成膜した場合と(実施例1)、五酸化ニオブ(Nb2O5)を成膜した場合(実施例2)の2種類の条件で成膜試験を行った。
図16に示すように、水晶膜厚センサ43aを、回転ドラム13の上方に位置する真空容器11の壁面に固定した。ターゲット22a,22bと基板Sの間の距離は90mm、ターゲット22a,22bと水晶膜厚センサ43aの間の距離は74mmである。
その他の成膜条件は以下の通りである。
実施例1(ニオブ)の成膜条件は以下のとおりである。成膜レートは0.4nm/sであった。なお、実施例2とは異なり、実施例1では反応プロセス領域60Aでプラズマ処理を行っていない。
<成膜プロセス領域>
ターゲット:ニオブ
スパッタ電力:4.0kW
交流電源の周波数:40kHz
アルゴンガスの流量:100sccm
実施例2(五酸化ニオブを成膜)の成膜条件は以下のとおりである。成膜レートは0.4nm/sであった。この実施例2では、成膜プロセス領域20Aで基板上にニオブを成膜し、反応プロセス領域でニオブと酸素を反応させて五酸化ニオブを成膜している。
<成膜プロセス領域>
ターゲット:ニオブ
スパッタ電力:4.0kW
交流電源の周波数:40kHz
アルゴンガス流量:100sccm
<反応プロセス領域>
アンテナに印加される電力:4kW
高周波電源の周波数:13.56MHz
酸素ガスの流量:120sccm
図17は実施例1(ニオブ)および実施例2(五酸化ニオブ)を基板上に成膜した成膜試験の結果を示すグラフである。
グラフの縦軸は、実際に基板表面に形成された薄膜の膜厚(基板膜厚)と、水晶膜厚センサで検出された膜厚の値との比である。グラフの横軸は成膜時間である。
このことから、水晶膜厚センサで検出された膜厚は実際に形成された膜厚の約1.6倍の感度で膜厚測定が可能であることがわかる。この1.6という数値は、水晶膜厚センサに付着した膜原料物質の付着量と基板に実際に形成された薄膜の膜厚との比率である。
なお、実施例2の感度(約1.6倍)が、実施例1の感度(約3.3倍)よりも低いのは、実施例2では成膜プロセス領域20Aで基板表面にニオブを成膜した後に、反応プロセス領域60Aでニオブを酸化して五酸化ニオブに変換するが、この変換の際に薄膜が膨張して膜厚が増加するためである。
11 真空容器
11a 開口
11A 薄膜形成室
11B ロードロック室
11C 扉
11D 扉
12 仕切壁
13 回転ドラム(基体保持手段)
13a 基板保持板
13b フレーム
13c 締結具
14 仕切壁
15a 真空ポンプ
15b 真空ポンプ
16a−1 配管
16a−2 配管
16b 配管
17 回転ドラム駆動モータ
18a モータ回転軸
18b ドラム回転軸
20 スパッタ手段(膜原料物質供給手段)
20A 成膜プロセス領域
21a マグネトロンスパッタ電極
21b マグネトロンスパッタ電極
22a ターゲット
22b ターゲット
23 トランス
24 交流電源
30 スパッタガス供給手段
31 マスフローコントローラ
32 スパッタガスボンベ
33 マスフローコントローラ
34 反応性ガスボンベ
35 配管
35a 導入口
41a シールド
41b シールド
42 膜厚演算コンピュータ(膜厚演算部)
43a 水晶膜厚センサ(膜厚測定部)
43b 水晶膜厚センサ(膜厚測定部)
44 ケース
45 センサ素子
46 シャッタ
46a 透孔
47 シャッタ駆動モータ
48 A/D変換回路
51a 膜厚補正板
51b 膜厚補正板
51c 膜厚補正板
52a 螺旋棒(補正板移動手段)
52b 螺旋棒(補正板移動手段)
53a 原動軸(補正板移動手段)
53b 原動軸(補正板移動手段)
54a 補正板駆動モータ(補正板移動手段)
54b 補正板駆動モータ(補正板移動手段)
60 プラズマ発生手段
60A 反応プロセス領域
61 ケース体
61A アンテナ収容室
62 誘電体板
63 アンテナ
64 マッチングボックス
65 高周波電源
70 反応性ガス供給手段
71 酸素ガスボンベ
72 マスフローコントローラ
73 アルゴンガスボンベ
74 マスフローコントローラ
75 配管
75a 導入口
90 膜厚制御装置(膜厚調整手段・膜厚分布調整手段)
142 膜厚分布演算コンピュータ(膜厚分布演算部)
143a−1〜143a−5 水晶膜厚センサ(膜厚測定部)
143b−1〜143b−5 水晶膜厚センサ(膜厚測定部)
143c−1〜143c−5 水晶膜厚センサ(膜厚測定部)
143d−1〜143d−5 水晶膜厚センサ(膜厚測定部)
151a−1〜151a−5 補正小片
151b−1〜151b−5 補正小片
152a−1〜152a−5 螺旋棒(補正板移動手段)
152b−1〜152b−5 螺旋棒(補正板移動手段)
153a−1〜153a−5 原動軸(補正板移動手段)
153b−1〜153b−5 原動軸(補正板移動手段)
154a−1〜154a−5 補正板駆動モータ(補正板移動手段)
154b−1〜154b−5 補正板駆動モータ(補正板移動手段)
S 基板(基体)
V1 バルブ
V2 バルブ
V3 バルブ
Claims (11)
- 内部を真空状態に維持する真空容器と、
該真空容器の内部に回転自在に設置され基体を保持可能な基体保持手段と、
該基体保持手段の一部の領域に向けて膜原料物質を供給することで、前記基体保持手段の回転毎に間欠的に基体の表面に膜原料物質を付着させる膜原料物質供給手段と、
基体の表面に形成された薄膜の膜厚を測定する膜厚測定手段と、を備えた薄膜形成装置であって、
前記膜厚測定手段は、
前記膜原料物質供給手段から供給される膜原料物質が常時付着する位置に固定された膜厚測定部と、
該膜厚測定部に付着する膜原料物質の付着量と前記基体の表面に間欠的に付着する膜原料物質の付着量との間の相関関係に基づいて、前記基体の表面に形成される薄膜の膜厚を演算する膜厚演算部と、
を備えたことを特徴とする薄膜形成装置。 - 前記膜厚演算部は、
膜厚測定部に付着する膜原料物質の付着量と実際に基体の表面に形成される薄膜の膜厚との間の比率を相関関係として予め記憶した膜厚相関関係データを備え、
前記膜厚測定部に付着した膜原料物質の付着量と前記膜厚相関関係データに記憶された前記相関関係に基づいて、前記基体に形成される薄膜の膜厚を演算することを特徴とする請求項1記載の薄膜形成装置。 - 前記比率は、基体保持手段の半径をR、前記基体保持手段の膜原料物質が付着する領域の外周長をLとしたとき、略L/2πRの割合であることを特徴とする請求項2記載の薄膜形成装置。
- 前記膜原料物質供給手段と前記基体保持手段との間には、前記基体保持手段のうち前記一部の領域以外の領域に向けて移動する膜原料物質を遮断するシールドが配設され、
前記膜厚測定部は、前記シールドに固定されていることを特徴とする請求項1記載の薄膜形成装置。 - 前記膜原料物質供給手段と前記基体保持手段との間には、前記膜原料物質供給手段から前記基体保持手段に向けて供給される膜原料物質の一部を遮断して前記基体に形成される薄膜の膜厚を補正する膜厚補正板が配設され、
前記膜厚測定部は、前記膜厚補正板に固定されていることを特徴とする請求項1記載の薄膜形成装置。 - 前記薄膜形成装置は、前記膜厚測定手段により測定された膜厚に基づいて前記基体に形成される薄膜の膜厚を調整する膜厚調整手段を更に備えたことを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1項に記載の薄膜形成装置。
- 前記薄膜形成装置は、
前記膜原料物質供給手段と前記基体保持手段との間に配設される膜厚補正板と、
前記膜原料物質供給手段から前記基体保持手段へ供給される膜原料物質の一部を遮断する第一の位置と、前記第一の位置よりも膜原料物質の遮断量が少ない第二の位置との間で前記膜厚補正板を移動可能な補正板移動手段と、を更に備え、
前記膜厚調整手段は、前記膜厚測定手段により測定された膜厚に基づいて前記補正板移動手段による前記膜厚補正板の位置を調整することを特徴とする請求項6記載の薄膜形成装置。 - 前記膜厚測定手段は、
前記膜原料物質供給手段と前記基体保持手段との間であって且つ前記膜原料物質供給手段から供給される膜原料物質が付着可能な位置に固定された複数の膜厚測定部と、
該複数の膜厚測定部のそれぞれに付着した膜原料物質の付着量に基づいて前記基体に形成された薄膜の膜厚分布を演算する膜厚分布演算部と、
を具備することを特徴とする請求項1記載の薄膜形成装置。 - 前記薄膜形成装置は、前記膜厚測定手段により測定された膜厚分布に基づいて前記基体に形成される薄膜の膜厚分布を調整する膜厚分布調整手段を更に備えたことを特徴とする請求項8記載の薄膜形成装置。
- 前記薄膜形成装置は、
前記膜原料物質供給手段と前記基体との間であって前記複数の膜厚測定部に対応する位置に配設された複数の補正小片と、
前記膜原料物質供給手段から前記基体保持手段へ供給される膜原料物質の一部を遮断する第一の位置と、前記第一の位置よりも膜原料物質の遮断量が少ない第二の位置との間で前記複数の補正小片をそれぞれ独立して移動可能な補正小片移動手段と、を更に備え、
前記膜厚分布調整手段は、前記膜厚測定手段により測定された膜厚分布に基づいて前記補正小片移動手段による前記複数の補正小片の位置をそれぞれ独立して調整することを特徴とする請求項9記載の薄膜形成装置。 - 前記膜厚測定手段は、
前記膜厚測定部と前記膜原料物質供給手段との間に配設されたシャッタと、
前記膜厚測定部に前記膜原料物質が付着可能な第一の位置と、前記膜原料物質が実質的に付着しない第二の位置との間で前記シャッタを移動させるシャッタ移動手段と、
を更に備えたことを特徴とする請求項1ないし10のいずれか1項に記載の薄膜形成装置。
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