JP2010065264A - 薄膜形成方法及び薄膜形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ターゲット29a,29bをスパッタして回転ドラム13に保持され回転する基板Sに、目標膜厚よりも薄い膜厚の第1薄膜を形成した後、前記目標膜厚に対して不足する不足分膜厚の第2薄膜を前記第1薄膜に形成する薄膜形成方法であって、第1薄膜の膜厚を測定する光学測定工程と、前記膜厚に基づいて前記第1薄膜を形成した実際の成膜レートを算出する成膜レート算出工程と、前記実際の成膜レートに基づいて前記第2薄膜を形成するのに必要な残成膜時間を算出して成膜時間を調整する成膜時間調整工程とを、有する薄膜形成方法。
【選択図】図1
Description
図1に示すように、薄膜形成装置の一例としての本実施形態のスパッタ装置1は、真空容器11と、基体ホルダとしての回転ドラム13と、モータ17と、仕切壁12,14と、マグネトロンスパッタ電極21a,21bと、交流電源23と、プラズマ発生手段60と、を主要な構成要素として備えている。
次に、基板Sの表面に薄膜を形成する薄膜形成プロセスゾーン20と、反応プロセスゾーン50について説明する。
薄膜形成プロセスゾーン20には、スパッタ手段が設置されている。スパッタ手段は、ターゲット29a,29bを保持する一対のマグネトロンスパッタ電極21a,21bと、マグネトロンスパッタ電極21a,21bに電力を供給する交流電源23と、電力制御手段としてのトランス24により構成される。真空容器11の壁面は外方に突出しており、この突出部の内壁にマグネトロンスパッタ電極21a,21bが側壁を貫通した状態で配設されている。このマグネトロンスパッタ電極21a,21bは、接地電位にある真空容器11に不図示の絶縁部材を介して固定されている。
反応プロセスゾーン50では、薄膜形成プロセスゾーン20で基板Sの表面に形成された膜原料物質を酸化して、完全酸化物からなる薄膜の形成を行っている。
本実施形態のスパッタ装置1は、回転ドラム13の回転位置情報を取得する手段(ドラム位置取得手段)の一例としてのロータリーエンコーダ100(図4参照)を含む。
本実施形態のスパッタ装置1は、回転ドラム13に保持される基板S上に形成された薄膜の光学物性を測定する光学測定手段をさらに含む。本実施形態では、光学測定手段として、例えば、図6に示す光透過式の膜厚計200を用いる場合を例示する。
スパッタ制御装置40は、スパッタの開始や停止、成膜時間や成膜レートの調整などの、スパッタ装置1の制御全般を行う装置である。
以下に、上述のスパッタ装置1を用いて薄膜を製造するスパッタ処理について、図1〜図8を用いて説明する。ここでは、酸化ニオブ(Nb2 O5 )を積層させた薄膜を製造する例を挙げて説明する。薄膜の形成は、薄膜形成の準備を行う工程、酸化ニオブの薄膜を形成する工程、薄膜形成を終了する工程の順に行われる。
図8のステップ1(S1)は、膜厚を測定する番地と、最終目標とする膜厚(D1)と、中間目標とする膜厚(D2。D1よりも小さい)を、設定するステップである。すなわち本実施形態では、最終目標膜厚より薄い中間目標膜厚を仮成膜し(第1薄膜)、光学測定手段を用いて第1薄膜の膜物性値(現在の膜厚)を検出し、この物性値に基づいて、第1薄膜を形成した実際の成膜レートを算出し、この実際の成膜レート(第2成膜レート)に基づいて、最終目標膜厚に対して不足する不足分膜厚の第2薄膜を形成するのに必要な残成膜時間を算出して成膜時間を調整し、この残成膜時間と現在の成膜レートで不足分の薄膜(第2薄膜)を追加成膜する。
図8のステップ2(S2)は、薄膜形成準備処理を開始するステップである。まず、ターゲット29a,29bをマグネトロンスパッタ電極21a,21bに保持させる。本実施形態では、ターゲット22a,22bの材料としてニオブ(Nb)を用いる。扉11bを閉じた状態で真空ポンプ15を作動させて排気を行い、薄膜形成室11Aを10−2Pa〜10Pa程度の真空状態にする。このとき、バルブV1,V2,V3が開放され、アンテナ収容室61Aも同時に排気される。
図8のステップ3(S3)は、回転ドラム13の回転を開始するステップである。回転ドラム13の回転は、オペレータがスパッタ装置1の図示しない操作パネルに設けられたドラム回転スイッチを押すことにより開始される。ドラム回転スイッチを押すと、モータ17が作動して回転ドラム13が回転する。薄膜形成処理制御装置110は、ロータリーエンコーダ100から回転ドラム13の回転位置情報(番地情報)を取得するとともに、取得した番地情報と内部クロックに基づいて回転ドラム13の回転速度を演算する。回転ドラム13の回転速度が一定になると、次のステップへ移行する。
ステップ4(S4)は、薄膜形成処理を開始するステップである。薄膜形成処理は、薄膜形成プロセスゾーン20および反応プロセスゾーン50で行われる。薄膜形成プロセスゾーン20では、ターゲット29a,29bに対してスパッタが行われて、基板Sの表面にニオブやニオブの不完全反応物からなる薄膜が形成される。続く反応プロセスゾーン50では、薄膜形成プロセスゾーン20で形成された薄膜に対して酸化処理を行うことにより、ニオブの完全反応物を主とした中間薄膜が形成される。
次のステップは、基板Sに形成された薄膜の実際の膜厚(実際膜厚)の測定を開始するステップである。実際膜厚の測定処理を開始するには、まず、回転ドラム13の回転を停止する。
図8のステップ6(S6)は、第1の投光を開始するステップである。本実施形態では連続光を照射するので、光源212aの図示しないスイッチをオペレータがオンにすることで投光が開始される。なお、第1の投光の開始をオペレータが手動で行うのでは無く、例えば光源212aを薄膜形成処理制御装置110と電気的に接続して、所定の条件になると薄膜形成処理制御装置110からの指示により自動的に投光を行うようにしてもよい。光源212aのスイッチがオンになると、電源から供給される電力により光源212aは白色光を発光する。光源212aからの光は光ファイバ212c内を伝送して、シャッタ機構222を開放することにより、投光用センサヘッド212d端部より、リファレンス測光用光路L1を通じて、受光用センサヘッド214dに対して平行に入射される。入射された測定光は、薄膜形成処理制御装置110にて所定の演算処理が行われることでリファレンス測定光量が検出され、このデータは、薄膜形成処理制御装置110からスパッタ制御装置40へ送出される。
次に、図8のステップ7(S7)にて、シャッタ機構222を閉じるとともに、再び、回転ドラム13を回転させる。そして、ロータリーエンコーダ100で検出した現在の番地をチェックし、200番地であるか否かを判断する。その結果、現在の番地が200番地である場合は、シャッタ機構222を再び開放し、第2の投光を開始する(ステップ8)。一方で、200番地でない場合は、200番地になるまで回転ドラム13の回転を継続する。
図8のステップ8(S8)は、第2の投光を開始するステップである。本実施形態では既に光源212aがオンされているので、シャッタ機構222を開放することで投光が開始される。光源212aからの光は光ファイバ212c内を伝送して、投光用センサヘッド212d端部より基板Sに照射され、この基板Sを透過した透過光は、サンプル測光用光路L2を通じて、受光用センサヘッド214dに対して平行に入射され、光学検出装置224に受光される。
図8のステップ9(S9)は、光学検出装置224で受光した透過光の光量(第1の光量、第2の光量)データをサンプリングするステップである。本実施形態では、測定光は基板Sの表面に照射されており、測定光が基板Sを透過した場合には、光学検出装置224で透過光を受光している。光学検出装置224の検出部225のフォトダイオードで検出される光量は検出部225のメモリに順次記憶され、続く膜厚演算ステップに移行する(ステップ10)。
図8のステップ10(S10)は、光学検出装置224で受光したサンプル測定光の光量に基づいて膜厚演算を行うステップである。本ステップでは、S6,S7で検出したリファレンス測定光量(第1の光量)と、S8,S9で検出したサンプル測定光量(第2の光量)とに基づいて、基板Sの表面に現在形成されている薄膜の膜厚(実際膜厚)を検出する。具体的には、スパッタ制御装置40は、例えば、リファレンス測定光量と、サンプル測定光量の比を演算することで、基板Sの表面に現在形成されている薄膜の膜厚(中間目標膜厚D2と必ずしも一致しない)を検出することができる。
図8のステップ11(S11)は、S10で検出された現在の薄膜の膜厚に基づいて、現在の薄膜(第1薄膜)を形成した実際の成膜レート(第2成膜レート)を算出する。実際の成膜レートの算出は、S10で検出された現在の薄膜の膜厚を、これまでの成膜時間で除することにより算出することができる。
100…ロータリーエンコーダ(ドラム位置取得手段)、101…ハウジング、102…ロータリーエンコーダ回転軸、103…回転スリット板、104…固定スリット板、105…発光素子、106…受光素子、110…薄膜形成処理制御手段、110a…CPU、110b…メモリ、111…絶対位置信号生成装置、111a…A−D変換部、111b…絶対位置信号生成部、
200…膜厚計(光学測定手段)、202…投光器、212…投光部、212a…光源、212b…集光レンズ、212c…光ファイバ、212d…投光用センサヘッド、204…受光器、214…受光部、214b…集光レンズ、214d…受光用センサヘッド、214c…光ファイバ、224…光学検出装置、224a…スリット、224b,224d…反射鏡、224c…回折格子、225…検出部、225a…検出素子、225b…検出素子駆動部、206…コントローラ、216…CPU、226…タイミング設定部、236…PGA、246…A/D変換器、256…インターフェース部、266…入出力装置、276…記憶部、276a…ROM、276b…RAM、286…表示装置。
Claims (6)
- ターゲットをスパッタして基体保持手段に保持され回転する基体に、目標膜厚よりも薄い膜厚の第1薄膜を形成した後、前記目標膜厚に対して不足する不足分膜厚の第2薄膜を前記第1薄膜に形成する薄膜形成方法であって、
前記第1薄膜の膜物性値を測定する光学測定工程と、
前記膜物性値に基づいて前記第1薄膜を形成した実際の成膜レートを算出する成膜レート算出工程と、
前記実際の成膜レートに基づいて前記第2薄膜を形成するのに必要な残成膜時間を算出して成膜時間を調整する成膜時間調整工程とを、有する薄膜形成方法。 - 請求項1記載の薄膜形成方法であって、
前記光学測定工程では、前記第1薄膜の光学測定基準値を検出する第1の測光用光路を通過する第1の光量と、前記第1の測光用光路と交錯するように形成された、前記第1薄膜の光学測定値を検出する第2の測光用光路を通過する第2の光量とに基づいて、前記膜物性値を測定する透過式の光学測定装置を用いることを特徴とする薄膜形成方法。 - 請求項2記載の薄膜形成方法であって、
前記基体保持手段として、
軸線を中心に回転可能に形成されているとともに;
側壁部分に、前記回転方向に沿って形成された一対の第1貫通孔と、前記一対の第1貫通孔とは異なる配置で前記回転方向に沿って形成された一対の第2貫通孔とを有し、前記一対の第1貫通孔を結ぶラインが前記第2の測光用光路の一部を構成し、前記一対の第2貫通孔を結ぶラインが前記第1の測光用光路の一部を構成する;筒状部と、
前記筒状部の両側端に対向して接続された一対の環状部とを、含む回転手段の回転方向側面に形成されたものを用いることを特徴とする薄膜形成方法。 - 基体に、目標膜厚よりも薄い膜厚の第1薄膜を形成した後、前記目標膜厚に対して不足する不足分膜厚の第2薄膜を前記第1薄膜に形成する薄膜形成装置であって、
真空容器の内部に設置され、軸線を中心に回転可能な回転手段の回転方向側面に形成された、前記基体を保持する基体保持手段と、
ターゲットをスパッタして前記基体に前記第1薄膜及び前記第2薄膜を形成するスパッタ手段と、
前記第1薄膜の膜物性値を測定する光学測定手段と、
前記膜物性値に基づいて前記第1薄膜を形成した実際の成膜レートを算出する成膜レート算出手段と、
前記実際の成膜レートに基づいて前記第2薄膜を形成するのに必要な残成膜時間を算出して成膜時間を調整する成膜時間調整手段とを、有する薄膜形成装置。 - 請求項4記載の薄膜形成装置であって、
前記光学測定手段は、前記第1薄膜の光学測定基準値を検出する第1の測光用光路を通過する第1の光量と、前記第1の測光用光路と交錯するように形成された、前記第1薄膜の光学測定値を検出する第2の測光用光路を通過する第2の光量とに基づいて、前記膜物性値を測定する透過式の光学測定装置で構成されていることを特徴とする薄膜形成装置。 - 請求項4又は5記載の薄膜形成装置において、
前記回転手段は、前記軸線を中心に回転可能な筒状部と、前記筒状部の両側端に対向して接続された一対の環状部とを含み、
前記筒状部は、側壁部分に、前記回転方向に沿って形成された一対の第1貫通孔と、前記一対の第1貫通孔とは異なる配置で前記回転方向に沿って形成された一対の第2貫通孔とを有し、前記一対の第1貫通孔を結ぶラインが前記第2の測光用光路の一部を構成し、前記一対の第2貫通孔を結ぶラインが前記第1の測光用光路の一部を構成することを特徴とする薄膜形成装置。
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