JP2018083972A - スパッタリング装置及び膜の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】長期間に亘って安定して所望の膜厚の膜を形成する。
【解決手段】スパッタリング装置は、ターゲット及び成膜対象物が配置されるチャンバ、チャンバ内のプラズマ光を受けて光の強度値Ｉ_ｍを補正部２０１に出力する受光部１６０、及び反応性ガスＯ_２の流量を調整する流量調整器１３３を備えている。補正部２０１は、光の強度値Ｉ_ｍを補正係数ｋで補正し、ＰＩＤ制御部２０２は、補正後の光の強度値ｋ×Ｉ_ｍを用いて反応性ガスＯ_２の流量を制御する。校正部２０６は、反応性ガスＯ_２の流量の基準値Ｑ_Ｓに対する、成膜を行っているときに測定した反応性ガスＯ_２の流量の測定値Ｑ_Ｏ２の大小関係により、補正係数ｋを校正する。
【選択図】図４

Description

本発明は、反応性スパッタリングにより成膜対象物に膜を形成するスパッタリング装置、及び膜の製造方法に関する。

スパッタリングは、光学薄膜や半導体集積回路等の種々の成膜対象物に成膜する用途に活用されている。化合物の薄膜を成膜対象物に形成するスパッタリングとしては、化合物のターゲットを高周波放電でスパッタする高周波スパッタリングと、反応性ガスをチャンバ内に導入して金属のターゲットをスパッタする反応性スパッタリングとがある。近年、コストダウンや生産性の向上の要求から、反応性スパッタリングが用いられている。

反応性スパッタリングは、成膜速度や膜質の異なる３つの状態が存在することが知られている。３つの状態は、金属モード、遷移モード、化合物モードと呼ばれている。化合物モードは、反応性モードとも呼ばれている。反応性ガスがターゲット表面の原子と反応することで、ターゲットの表面が化合物で被覆される。化合物モードでは、ターゲットの表面の化合物化は十分であるが、成膜速度は遅い。金属モードでは、ターゲットの表面の化合物化は不十分であるが、成膜速度は速い。遷移モードでは、ターゲットの表面において化合物と金属とが混在し、化合物モードに比べて成膜速度は速いが、反応性ガスの流量などのプロセス条件が僅かに変動するだけで成膜速度が大きく変動する、不安定な状態である。これらの現象に関しては、反応性ガスの収支をモデル化したベルグモデルとして知られている（非特許文献１）。また、直流スパッタの平衡状態のマクロモデルとして、動的なベルグモデルが知られている（非特許文献２）。

成膜制御方法としては、プラズマエミッションモニタ制御、即ちＰＥＭ制御が知られている（特許文献１）。ＰＥＭ制御は、受光部を用いてプラズマ光をモニタリングし、ＰＩＤ制御などのフィードバック制御により安定した成膜を行う方法である。また、ＰＥＭ制御と並行して、プラズマ光の強度と成膜した膜厚との相関関係から膜厚を推定し、推定の膜厚値が目標膜厚値に達するまで成膜する制御を行うことも知られている。

特許第５９３２４４８号公報

Ｓ．Ｂｅｒｇ，Ｈ．Ｏ．Ｂｌｏｍ，Ｔ．Ｌａｒｓｓｏｎ，ａｎｄ Ｃ．Ｎｅｎｄｅｒ：Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ａ，５，（１９８７），２０２ Ｔ．Ｋｕｂａｒｔ， Ｏ．Ｋａｐｐｅｒｔｚ， Ｔ．Ｎｙｂｅｒｇ， Ｓ．Ｂｅｒｇ ／ Ｔｈｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｆｉｌｍｓ ５１５（２００６） Ｐ．４２１−４２４ "Ｄｙｎａｍｉｃ ｂｅｈａｖｉｏｕｒ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅａｃｔｉｖｅ ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ"

ＰＥＭ制御を行うスパッタリング装置では、受光部で受光されたプラズマ光の強度値、又は光の強度値から求まる推定の成膜速度値が目標値に近づくようにプロセス量、例えば反応性ガスの流量をフィードバック制御している。しかし、ＰＥＭ制御を行うスパッタリング装置を長期間に亘って使用すると、上述したフィードバック制御において、成膜後の膜厚が目標膜厚からずれることがあった。例えば、受光部を構成する部品のうち、チャンバの内部に配置される部品、例えば受光部のレンズにも着膜するため、受光部にて受光される光の強度が着膜量に応じて変化する。このため、光の強度値をフィードバックして成膜すると、成膜対象物に形成される膜の膜厚が目標膜厚に対してずれることがあった。また、ターゲットの消耗などによりターゲットと成膜対象物との距離などの装置固有のパラメータが変わる場合には、成膜対象物に到達する粒子の割合が変わるため、成膜対象物に形成される膜の膜厚が目標膜厚に対してずれることがあった。また、メンテナンスを行った場合にも、メンテナンス前後で部品の配置関係がずれることがあり、成膜対象物に形成される膜の膜厚が目標膜厚に対してずれることがあった。

そこで、本発明は、長期間に亘って安定して所望の膜厚の膜を形成することを目的とする。

本発明のスパッタリング装置は、成膜対象物及びターゲットが配置されるチャンバと、前記チャンバの内部に反応性ガスを供給する反応性ガス供給部と、前記チャンバの内部に不活性ガスを供給する不活性ガス供給部と、前記ターゲットに電力を供給して前記チャンバの内部にプラズマを発生させ、前記プラズマ中の前記不活性ガスのイオンを前記ターゲットに衝突させる電源と、前記プラズマが発する光を受ける受光部と、前記受光部にて受けた光の強度値を補正データで補正し、補正後の光の強度値を用いて、前記反応性ガスの流量、前記不活性ガスの流量及び前記電源の出力のうち少なくとも１つのプロセス量をフィードバック制御する制御処理を行う制御部と、を備え、前記制御部は、前記プロセス量の基準値に対する、前記制御処理にて成膜を行っているときに測定した前記プロセス量の測定値の大小関係により、前記補正データを校正する校正処理を行うことを特徴とする。

本発明によれば、長期間に亘って安定して所望の膜厚の膜を形成することができる。

第１実施形態に係るスパッタリング装置を示す説明図である。 （ａ）は、第１実施形態におけるコリメータを示す断面図である。（ｂ）は、第１実施形態におけるコントローラの構成を示すブロック図である。 （ａ）及び（ｂ）は、反応性ガスの流量に対する成膜速度の関係を示す図である。 第１実施形態に係るスパッタリング装置の制御系の機能ブロック図である。 第１実施形態においてスパッタリング装置を校正する際の手順を示すフローチャートである。 放電開始してからの時刻と、光強度との関係を示す図である。 （ａ）は、光学系が変動した場合の成膜速度の変化を示す説明図である。（ｂ）は、装置固有のパラメータが変動した場合の成膜速度の変化を示す説明図である。 判定テーブルを示す図である。 第２実施形態に係るスパッタリング装置の制御系の機能ブロック図である。 （ａ）〜（ｄ）は、実施例におけるシミュレーション結果を示す図である。 （ａ）及び（ｂ）は、実施例におけるシミュレーション結果を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係るスパッタリング装置を示す説明図である。スパッタリング装置１００は、第１実施形態ではＤＣマグネトロンスパッタリング装置である。スパッタリング装置１００は、反応性スパッタリングにより、成膜対象物であるレンズ基板Ｗの表面に反射防止膜等の薄膜を形成する。スパッタリング装置１００によってレンズ基板Ｗの表面に薄膜を形成することにより、最終品であるレンズ、又はレンズの中間品等の成膜品が製造される。

スパッタリング装置１００は、真空に減圧されるチャンバ、即ち真空チャンバ１０１と、コントローラ２００とを備えている。真空チャンバ１０１は、ポンプ１２０により排気され、真空チャンバ１０１内の圧力を示す圧力値Ｐ_Ｖが所定の圧力値となるように減圧保持される。真空チャンバ１０１内の圧力は、圧力計１７０にて測定される。圧力計１７０は、真空計である。圧力計１７０は、コントローラ２００に信号線で接続されている。

真空チャンバ１０１の内部には、ターゲット１４１及びレンズ基板Ｗが配置される。ターゲット１４１は、真空チャンバ１０１の内部に配置されたバッキングプレート１４２に保持される。ターゲット１４１は、金属等の膜材であり、例えばＳｉである。

レンズ基板Ｗは、ターゲット１４１に対向する位置に配置されたホルダ１５２に保持される。ホルダ１５２は、駆動装置１５１により回転軸を中心に回転駆動される。ホルダ１５２は、複数のレンズ基板Ｗを保持することができ、回転軸を中心に回転することにより、複数のレンズ基板Ｗを、回転軸を中心に公転させる。

真空チャンバ１０１には、反応性ガスの流量を調整する流量調整器１３３と、反応性ガスを真空チャンバ１０１内に導入するガス導入ライン１３４とを有する反応性ガス供給部１３１が接続されている。即ち、流量調整器１３３と真空チャンバ１０１とがガス導入ライン１３４で接続されている。流量調整器１３３には、反応性ガスの供給源であるガスボンベ１３９が接続されている。

流量調整器１３３は、マスフローコントローラであり、コントローラ２００に信号線で接続されている。流量調整器１３３は、コントローラ２００から入力を受けた反応性ガスの目標流量値Ｑ_Ｏ２ ^＊に従ってガス導入ライン１３４を通過する反応性ガスの流量を調整する。また、流量調整器１３３は、反応性ガスの流量を示す流量値Ｑ_Ｏ２をコントローラ２００へ送信する。

ガス導入ライン１３４は、レンズ基板Ｗとターゲット１４１の間であってターゲット１４１の近傍に配置されたリング状の管１３５を有しており、管１３５に等間隔で設けられた複数の孔から均一に反応性ガスが噴き出される。このような構成の反応性ガス供給部１３１により真空チャンバ１０１の内部に反応性ガスが供給される。反応性ガスは、レンズ基板Ｗに化合物の膜を形成するためのガスである。形成する膜が例えばＳｉＯ_２などの酸化物膜の場合、反応性ガスはＯ_２ガスである。

また、真空チャンバ１０１には、不活性ガスの流量を調整する流量調整器１３６と、流量が調整された不活性ガスを真空チャンバ１０１内に導入するガス導入ライン１３７とを有する不活性ガス供給部１３２が接続されている。即ち、流量調整器１３６と真空チャンバ１０１とがガス導入ライン１３７で接続されている。なお、流量調整器１３６には、不活性ガスの供給源であるガスボンベ１４０が接続されている。

流量調整器１３６は、マスフローコントローラであり、コントローラ２００に信号線で接続されている。流量調整器１３６は、コントローラ２００から入力を受けた不活性ガスの目標流量値Ｑ_Ａｒ ^＊に従ってガス導入ライン１３７を通過する不活性ガスの流量を調整する。また、流量調整器１３６は、不活性ガスの流量を示す流量値Ｑ_Ａｒをコントローラ２００へ送信する。

ガス導入ライン１３７は、レンズ基板Ｗとターゲット１４１との間であってターゲット１４１の近傍に配置されたリング状の管１３８を有しており、管１３８に等間隔で設けられた複数の孔から均一に不活性ガスが噴き出される。このような構成の不活性ガス供給部１３２により真空チャンバ１０１の内部に不活性ガスが供給される。不活性ガスは、真空チャンバ１０１内でプラズマを発生させるためのガスであり、例えばＡｒガスである。

ターゲット１４１、即ちバッキングプレート１４２には、スパッタ電源である電源１４５が接続されている。電源１４５は、直流のパルス電源であり、ターゲット１４１、即ちバッキングプレート１４２をカソードとし、真空チャンバ１０１をアノードとするものである。ターゲット１４１に負の電圧が印加されることで、ターゲット１４１の近傍にプラズマが発生する。電源１４５は、コントローラ２００に信号線で接続されている。電源１４５は、コントローラ２００から入力を受けた目標出力電力値Ｐ_Ｗ ^＊に従って、ターゲット１４１に印加する出力電力を制御する。そして電源１４５は、出力電力を示す出力電力値Ｐ_Ｗをコントローラ２００へ送信する。

ターゲット１４１の温度上昇を抑制するためにバッキングプレート１４２の背面近傍には、冷却水によりターゲット１４１を冷却する冷却系１４３が配置されている。ターゲット１４１、即ちバッキングプレート１４２の背面近傍には、マグネット１４４が設置されており、低電圧、高密度のプラズマを生成することができる。

反応性ガスが流量調整器１３３により真空チャンバ１０１の内部に導入されると、反応性ガスがターゲット１４１の原子と反応してターゲット１４１の表面に化合物の膜が形成される。不活性ガスの導入中に、電源１４５の出力電力がターゲット１４１に供給されると、真空チャンバ１０１の内部、具体的にはターゲット１４１の前方に放電が発生する。発生した放電により不活性ガスがイオン化、即ちプラズマが発生する。プラズマ中の不活性ガスのイオンがターゲット１４１に衝突して、ターゲット１４１の表面をスパッタする。不活性ガスのイオンによってスパッタされた粒子は、ターゲット１４１の前方に放出され、レンズ基板Ｗに金属酸化膜を形成する。

スパッタリング装置１００は、プラズマが発する光を受ける受光部１６０を備えている。受光部１６０は、コリメータ１６１と、分光器１６２とを有する。コリメータ１６１と分光器１６２とは、光ファイバ１６３で接続されている。コリメータ１６１は、真空チャンバ１０１の内部であって、ターゲット１４１の表面近傍に、ターゲット１４１の表面と平行な向きに配置され、プラズマ光を集光する。

図２（ａ）は、第１実施形態における受光部１６０のコリメータ１６１を示す断面図である。コリメータ１６１は、真空チャンバ１０１内に設置され、光ファイバ１６３に光を集光させるコリメートレンズ３１と、コリメートレンズ３１を囲うカバー３０とを有する。光ファイバ１６３は、カバー３０側に配置されたコネクタ３２と、光ファイバ１６３に取りつけられたコネクタ３３との接続により、カバー３０に固定される。

分光器１６２は、回折格子及びＣＣＤセンサを有する。分光器１６２は、コリメータ１６１から光ファイバ１６３を介して取得したプラズマ光を分光分析して、所定波長毎の光のスペクトル強度、即ち光の強度を示す情報である光の強度値Ｉ_ｍを電気信号としてコントローラ２００へ送信する。以下、光の強度値Ｉ_ｍをモニタ値Ｉ_ｍともいう。なお、分光器１６２の代わりに、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）及び光電子増倍管（ＰＭＴ）で光強度を測定する構成にしてもよい。コントローラ２００は、受光部１６０の分光器１６２から、信号線を通じて、光の強度値Ｉ_ｍを電気信号で取得する。

また、コントローラ２００には、膜厚計１８０が信号線で接続されている。膜厚計１８０は、例えば光学式膜厚計であり、真空チャンバ１０１の外部に配置される。膜厚計１８０は、真空チャンバ１０１の内部から取り出されたレンズ基板Ｗの表面に形成された膜の膜厚を測定することができる。膜厚計１８０は、実測した膜厚値ＴＨ_ｍをコントローラ２００へ信号線を介して送信する。膜厚計１８０は成膜後に膜厚を実測することはできるが、成膜中に膜厚を実測することはできないため、成膜中はコントローラ２００において膜厚を推定することになる。

図２（ｂ）は、第１実施形態におけるコントローラ２００の構成を示すブロック図である。コントローラ２００は、制御部としてのＣＰＵ（Central Processing Unit）２５１を備えている。また、コントローラ２００は、ＲＯＭ（Read Only Memory）２５２、ＲＡＭ（Random Access Memory）２５３、及びＨＤＤ（Hard Disk Drive）２５４を備えている。また、コントローラ２００は、インタフェース２５５を備えている。

ＣＰＵ２５１には、ＲＯＭ２５２、ＲＡＭ２５３、ＨＤＤ２５４及びインタフェース２５５が、バスを介して接続されている。ＲＯＭ２５２には、ＣＰＵ２５１を動作させる基本プログラムが格納されている。ＲＡＭ２５３は、ＣＰＵ２５１の演算処理結果等、各種データを一時的に記憶する記憶装置である。ＨＤＤ２５４は、ＣＰＵ２５１の演算処理結果や外部から取得した設定データ等を記憶する記憶装置であると共に、ＣＰＵ２５１に、後述する各種演算処理、即ち膜の製造方法の各工程を実行させるためのプログラム２６０を記録するものである。また、ＨＤＤ２５４には、目標成膜速度値Ｄ^＊、不活性ガスの目標流量値Ｑ_Ａｒ ^＊及び目標膜厚値ＴＨ^＊等の各種のデータが記憶されている。

インタフェース２５５には、膜厚計１８０、受光部１６０、圧力計１７０、ポンプ１２０、電源１４５、流量調整器１３３，１３６が接続されている。インタフェース２５５は、膜厚値ＴＨ_ｍ、光強度値Ｉ_ｍ、圧力値Ｐ_Ｖ、出力電力値Ｐ_Ｗ、反応性ガスの流量値Ｑ_Ｏ２及び不活性ガスの流量値Ｑ_Ａｒなどの情報を電気信号として入力を受ける。インタフェース２５５は、入力を受けた電気信号を、必要に応じてＣＰＵ２５１にて処理可能な電気信号に変換する。

図３（ａ）及び図３（ｂ）は、反応性ガスの流量に対する成膜速度の関係を示す図である。図３を用いて反応性スパッタリングにおける反応性ガスの流量と成膜速度との関係について説明する。反応性スパッタリングでは、ターゲット１４１の表面状態として、成膜速度や膜質の異なる３つのモードが存在する。３つのモードは、金属モード、化合物モード、及び金属モードと化合物モードとの間の遷移モードである。この３つのモードが存在する原因は、反応性ガスがターゲット１４１の表面の原子と反応し、ターゲット１４１の表面が化合物で被覆されることにある。

化合物モードは、図３（ａ）及び図３（ｂ）中のガス流量領域Ｑ_ＩＩＩであり、ターゲット１４１の表面の化合物を維持するのに十分な量の反応性ガスが存在する状態である。この化合物モードの場合、十分に反応が進み化学量論比を満足する化合物を得やすいが、他の２つのモードに比べ成膜速度が遅い。ターゲット１４１の表面の化合物膜の結合力やターゲット材料と化合物膜との結合力は、金属などのターゲット材料の結合力よりも強い。これらの結合を切り、ターゲット１４１をスパッタして化合物をたたき出すには、より多くのエネルギーが必要になるため、化合物のスパッタ率は金属のスパッタ率よりも低くなり、その結果、成膜速度が遅くなる。

金属モードは、図３（ａ）及び図３（ｂ）中のガス流量領域Ｑ_Ｉであり、ターゲット１４１の表面を化合物化するのに十分な量の反応性ガスが存在せず、ターゲット１４１の表面が化合物よりも金属の割合が高い状態である。その結果、成膜速度は化合物モードよりも速くなるが、形成される薄膜は、反応が十分に進んでいない金属的なものとなる。したがって、必要な膜機能が実現できないことが多い。

遷移モードは、図３（ａ）及び図３（ｂ）中のガス流量領域Ｑ_ＩＩであり、化合物モードと金属モードとの中間にあたる量の反応性ガスが存在する状態である。ターゲット１４１の表面は部分的に化合物が形成され、化合物と金属とが混在する。そのため、成膜速度は化合物モードよりも速くなるが、不安定な状態である。

図３（ａ）のＡ点にあたる化合物モードから反応性ガスの流量を減少させる場合を考える。Ｂ点までは、ターゲット１４１の表面は化合物で被覆されている。ガス流量領域Ｑ_ＩＩでは、ターゲット１４１の表面の化合物がスパッタされて金属表面が出現したとしても、金属表面はすぐに反応性ガスと反応して再び化合物で被覆される。Ｂ点よりさらに反応性ガス流量を減少させると、ターゲット１４１の表面に出現する金属表面を化合物化するのに必要な反応性ガス量が不足する。すると化合物スパッタだけではなく、金属表面から金属スパッタも始まる。金属スパッタにより生じた金属粒子は、導入している反応性ガスの一部と反応する。そのため、ターゲット１４１の金属表面の反応に使用される反応性ガスがさらに不足する。その結果、急激にターゲット１４１の表面の金属モードの割合が高くなり、破線のように化合物モードのＢ点から金属モードのＤ点に移行する。金属モードから反応性ガスの流量を増加させる場合にも同様に急激な状態変化が起こり、破線に沿って金属モードのＣ点から化合物モードのＡ点に移行する。結果として、図３（ａ）に示すように、反応性スパッタリングでは、反応性ガスの流量と成膜速度との関係がヒステリシス曲線となる。なお、条件によっては、図３（ｂ）に示すように、ヒステリシス曲線とならないこともある。第１実施形態では、化合物モードよりも成膜速度の速い遷移モードにおいて、プラズマエミッションモニタ制御、即ちＰＥＭ制御にて成膜を行う。

ＰＥＭ制御においてモニタする特定波長のピーク発光強度は、材料固有の情報を含んでおり、ターゲット１４１からスパッタされた金属原子や反応性ガスの原子又は分子などの励起状態にある物理量に対応付けることができる。したがって、ＰＥＭ制御にて取得した発光強度と、形成された膜の膜厚との相関関係を用い、発光強度から成膜した膜厚を推定するモデルを構築し、プロセス中の膜厚制御を行うことができる。

図４は、第１実施形態に係るスパッタリング装置の制御系の機能ブロック図である。図２（ｂ）に示すＣＰＵ２５１は、プログラム２６０を実行することにより、図４に示す補正部２０１、ＰＩＤ制御部２０２、推定部２０３、推定部２０４、判定部２０５及び校正部２０６として機能する。補正部２０１、ＰＩＤ制御部２０２、推定部２０３、推定部２０４及び判定部２０５は、実際にレンズ基板Ｗに成膜を行う制御工程、即ち制御処理を行い、校正部２０６は、制御処理にて用いるパラメータを校正する校正工程、即ち校正処理を行う。また、図２（ｂ）に示すＨＤＤ２５４は、記憶部２１１、記憶部２１２、記憶部２１３、記憶部２１４、記憶部２１５及び記憶部２１６として機能する。記憶部２１１には、後述する補正係数ｋが記憶され、記憶部２１２には、後述する変換係数Ｋが記憶されている。また、記憶部２１３には、光強度の目標である目標強度値Ｉ^＊が記憶され、記憶部２１４には、膜厚の目標である目標膜厚値ＴＨ^＊が記憶され、記憶部２１５には、後述する反応性ガスの流量の基準値Ｑ_Ｓが記憶されている。また、記憶部２１６には、後述する閾値Ｔ_ＴＨ、所定値δ及び判定テーブルＴＡが記憶されている。

まず、補正部２０１、ＰＩＤ制御部２０２、推定部２０３、推定部２０４及び判定部２０５において成膜制御を行う制御処理について説明する。受光部１６０から取り込まれる発光強度のモニタ値Ｉ_ｍは、プロセスを繰り返すことにより、種々の要因により、経時的に、又は清掃などのメンテナンスの際の特定のタイミングで変動する。これらの要因とは、コリメートレンズ３１への着膜による光の減衰、光ファイバ１６３を交換する場合の光ファイバ１６３の機差、コネクタ３３の着脱よるコリメートレンズ３１と光ファイバ１６３との相対位置の変化などである。そのため受光部１６０のモニタ値Ｉ_ｍの変動、すなわち光学系の変動を補正する補正係数ｋを導入する。

補正部２０１は、受光部１６０より取得された強度値Ｉ_ｍを補正データである補正係数ｋで補正する。具体的には、補正部２０１は、強度値Ｉ_ｍに補正係数ｋを乗算することで、強度値Ｉ_ｍを補正する。補正係数ｋは、０以上の値の定数である。補正係数ｋの初期値は、ｋ＝１と定義しておき、後述する校正処理の度に変更する。ここで、補正部２０１は、所定の周期、例えば１０［ｍｓｅｃ］の周期で強度値Ｉ_ｍを取得する度に補正計算を行う。

ＰＩＤ制御部２０２は、補正後の光の強度値ｋ×Ｉ_ｍを用いて、反応性ガスＯ_２の流量、不活性ガスＡｒの流量及び電源１４５の出力のうち少なくとも１つのプロセス量をフィードバック制御する。第１実施形態では、プロセス量は、反応性ガスＯ_２の流量である。

ＰＩＤ制御部２０２のフィードバック制御について具体的に説明すると、ＰＩＤ制御部２０２は、光の強度値ｋ×Ｉ_ｍが目標強度値Ｉ^＊に近づくように、反応性ガスＯ_２の流量の目標である目標流量値Ｑ_Ｏ２ ^＊を求める。そして、ＰＩＤ制御部２０２は、目標流量値Ｑ_Ｏ２ ^＊を示す電気信号を流量調整器１３３へ送信する。流量調整器１３３は、指令を受けた目標流量値Ｑ_Ｏ２ ^＊となるように反応性ガスＯ_２の流量を調整する。これにより、ＰＩＤ制御部２０２は、光の強度値ｋ×Ｉ_ｍが目標強度値Ｉ^＊に近づくように、反応性ガスＯ_２の流量を制御する。

また、推定部２０３、推定部２０４及び判定部２０５において、補正後の光の強度値ｋ×Ｉ_ｍを用いて推定の膜厚値ＴＨを求め、推定の膜厚値ＴＨが目標膜厚値ＴＨ^＊に達するまで成膜する制御を行う。

以下、発光強度から膜厚を推定するモデルの原理について説明する。プロセスプラズマは、通常、常時給電状態であり空間的粒子輸送が支配的な電離進行プラズマである。また低気圧放電を用いるプロセスプラズマの分野で高密度と呼ばれる電子密度は１０１７ｍ^−３のオーダにある。これらのことは文献「プラズマ診断の基礎と応用（プラズマ・核融合学会：ＩＳＢＮ ４−３３９−００７８２−Ｘ）」に記載されている。

プロセスプラズマの発光状態およびエネルギー準位の占有密度分布は、コロナ平衡と考えてよい。コロナ平衡の場合、準安定状態からの励起と解離性励起が無視できるため、基底状態からの励起と自然放出による励起状態の崩壊を考えればよい。基底状態のスパッタ粒子Ｘに電子ｅが衝突することによる電子衝突励起は（１）式のようになる。
Ｘ＋ｅ→Ｘ^＊＋ｅ … （１）

励起されたスパッタ粒子が自然放出によりｈ×νの光を放出する過程を（２）式に示す。
Ｘ^＊→Ｘ＋ｈ×ν … （２）

（２）式に示す、放出される光の波長νは、例えばＳｉの場合２５１［ｎｍ］前後の波長、Ｎｂであれば４１０［ｎｍ］前後の波長である。（１）式及び（２）式から放電空間内の粒子数により発光量が決まる。スパッタされた粒子がレンズ基板Ｗの方向へと飛ぶ場合のスパッタ粒子ＸのフラックスをＦ_Ｘ、観測される発光強度をＩ_Ｘとした場合、発光強度Ｉ_Ｘは、フラックスＦ_Ｘに比例する。
Ｉ_Ｘ∝Ｆ_Ｘ … （３）

レンズ基板Ｗに成膜される膜の成膜速度をＤとすると、成膜速度ＤはフラックスＦ_Ｘに比例する。（３）式からフラックスＦ_Ｘを発光強度Ｉ_Ｘの関数として表現すると、成膜速度Ｄは（４）式のように表される。
Ｄ＝Ｋ×Ｆ_Ｘ（Ｉ_Ｘ） … （４）

ここでＫは、フラックスＦ_Ｘの値、即ち発光強度Ｉ_Ｘに比例した値を成膜速度Ｄに変換する変換係数である。変換係数Ｋは、ターゲット１４１とレンズ基板Ｗとの距離やそれぞれの姿勢といったターゲット１４１とレンズ基板Ｗとに関わる装置固有のパラメータと、膜の密度などの成膜される膜種により決まる定数である。

推定部２０３は、光の強度と成膜速度との対応データを示すに基づき、補正後の光の強度値ｋ×Ｉ_ｍから推定の成膜速度値Ｄを求める。ここで、推定部２０３は、発光強度Ｉ_Ｘとして、補正後の光の強度値ｋ×Ｉ_ｍの入力を受ける。したがって、以下の（５）式の関係となるため、（４）式は以下の（６）式となる。光の強度と成膜速度との対応データとは、変換係数Ｋである。
Ｉ_Ｘ＝ｋ×Ｉ_ｍ … （５）
Ｄ＝Ｋ×Ｆ_Ｘ（ｋ×Ｉ_ｍ） … （６）

よって、推定部２０３は、入力値ｋ×Ｉ_ｍから、（６）式により、推定の成膜速度値Ｄを求める。具体的には、推定部２０３は、（６）式のように、補正後の光の強度値ｋ×Ｉ_ｍに比例する値Ｆ_Ｘ（ｋ×Ｉ_ｍ）を、変換係数Ｋを用いて変換する、即ち値Ｆ_Ｘ（ｋ×Ｉ_ｍ）に変換係数Ｋを乗算することにより、推定の成膜速度値Ｄを求める。なお、第１実施形態では、推定部２０３は、光の強度と成膜速度とが比例関係にあるものとして、光の強度値から成膜速度値を推定したが、推定の方法はこれに限定するものではない。

推定部２０４は、推定の成膜速度値Ｄを時間積算して推定の膜厚値ＴＨを求める。具体的には、推定部２０４は、補正後の光の強度値ｋ×Ｉ_ｍを上述した所定の周期で取得するため、光の強度値ｋ×Ｉ_ｍに所定の周期の時間を掛け算し、この演算結果を積算することにより、推定の膜厚値ＴＨを求める。このように、光の強度と膜厚との間には、相関性があるため、式（６）のようなモデルを構築することにより、膜厚を推定することができる。

判定部２０５は、推定の膜厚値ＴＨが目標膜厚値ＴＨ^＊に達したか否かを判定し、推定の膜厚値ＴＨが目標膜厚値ＴＨ^＊に達した時点で、成膜のプロセスを終了させる。多層膜を成膜する場合は上記のプロセスを指定層数分繰り返す。

ところで、補正係数ｋと変換係数Ｋは、スパッタリング装置１００を長期間に亘って使用すると、上述した制御処理によって形成した膜の膜厚が目標とする膜厚からずれることがあったため、あるタイミングで校正が必要である。例えば、長期間の成膜によりコリメートレンズ３１に着膜した場合、又はターゲット１４１の消耗などによりターゲット１４１とレンズ基板Ｗとの距離が変わった場合などに校正が必要である。また、例えばターゲット１４１やコリメートレンズ３１、光ファイバ１６３の交換作業、コリメートレンズ３１に付着した膜の除去作業、コネクタ３３の着脱作業等のメンテナンス作業を行った直後においても校正が必要である。即ち、光学系の経時的な変動により補正係数ｋを校正する必要がある場合と、ターゲット１４１とレンズ基板Ｗとの幾何学的配置といった装置固有のパラメータの変動により変換係数Ｋを校正する必要がある場合とがある。ここで、係数ｋ，Ｋを校正するとは、記憶部２１１，２１２に記憶されている係数ｋ，Ｋを更新することである。

第１実施形態では、スパッタリング装置１００の校正、即ち係数ｋ，Ｋの校正を行うために、校正用に用意したレンズ基板Ｗに、校正前の係数ｋ，Ｋを用いて成膜する制御処理を行う。そして、制御処理中に測定した測定結果と、膜厚の実測値とを用いて、係数ｋ，Ｋを校正する。以下、校正方法について詳細に説明する。図５は、第１実施形態においてスパッタリング装置を校正する際の手順を示すフローチャートである。

まず、校正用のレシピとして、ＰＩＤ制御部２０２は目標強度値Ｉ^＊を取得し、判定部２０５は目標膜厚値ＴＨ^＊を取得し、校正部２０６は反応性ガスの基準値Ｑ_Ｓ、閾値Ｔ_ＴＨ、所定値δ、判定テーブルＴＡを取得する（Ｓ１）。ホルダ１５２には、校正用に用意したレンズ基板Ｗをセットしておく。この状態で、成膜のプロセス、即ち制御処理を開始する（Ｓ２）。

校正部２０６は、制御処理にて成膜を行っているときに反応性ガスＯ_２の流量を測定した測定結果である測定値Ｑ_Ｏ２を流量調整器１３３から取得し、ＨＤＤ２５４等に記録する（Ｓ３）。この測定値Ｑ_Ｏ２は、光の強度値Ｉ_ｍが安定したときの値である。

図６は、放電開始してからの時刻と、光強度との関係を示す図である。放電開始した直後は、光強度値ｋ×Ｉ_ｍが低く、図３（ａ）又は図３（ｂ）に示す化合物モードである。この状態から反応性ガスＯ_２の流量を低下させていくと、化合物モードから遷移モードへと移行し、光強度値ｋ×Ｉ_ｍが図６に示すように上昇していく。そして、光強度値ｋ×Ｉ_ｍは、遷移モードにおいて目標強度値Ｉ^＊に近づいていき、時刻Ｔ１を過ぎると一定値に安定した定常状態となる。なお、この定常状態を静定状態ともいう。このように、校正部２０６は、光強度値ｋ×Ｉ_ｍが一定値に安定したときに測定した反応性ガスＯ_２の流量の測定値Ｑ_Ｏ２を取得する。判定部２０５は、推定の膜厚値ＴＨが目標膜厚値ＴＨ^＊に達したら、成膜のプロセス、即ち制御処理を終了する（Ｓ４）。

次に、成膜終了した成膜品について、膜厚計１８０により膜厚を測定する。校正部２０６は、膜厚計１８０により実測した膜厚値ＴＨ_ｍを取得する（Ｓ５）。そして、校正部２０６は、膜厚値ＴＨ_ｍと目標膜厚値ＴＨ^＊との偏差ΔＴＨ（＝｜ＴＨ_ｍ−ＴＨ^＊｜）を計算する（Ｓ６）。第１実施形態において偏差ΔＴＨは、膜厚値ＴＨ_ｍと目標膜厚値ＴＨ^＊との差の絶対値である。なお、成膜終了時において推定の膜厚値ＴＨは目標膜厚値ＴＨ^＊と同じ値となっている。したがって、校正部２０６は、ステップＳ６において膜厚値ＴＨ_ｍと目標膜厚値ＴＨ^＊との偏差の計算の代わりに、実測した膜厚値ＴＨ_ｍと成膜終了時の推定の膜厚値ＴＨとの偏差を計算してもよい。

次に、校正部２０６は、偏差ΔＴＨと閾値Ｔ_ＴＨとを比較する（Ｓ７）。例えば、校正部２０６は、偏差ΔＴＨが閾値Ｔ_ＴＨ以上であるか否かを判断する。偏差ΔＴＨが閾値未満の場合（Ｓ７：Ｎｏ）、即ち、実測した膜厚値ＴＨ_ｍが目標膜厚値ＴＨ^＊に近い場合は、係数ｋ，Ｋの校正の必要はない。したがって、そのまま校正処理を終了してもよいが、第１実施形態では、校正部２０６は、ステップＳ３で取得した反応性ガスＯ_２の流量の測定値Ｑ_Ｏ２を基準値Ｑ_Ｓに設定し（Ｓ１１）、処理を終了する。つまり、校正部２０６は、記憶部２１５に記憶されている基準値Ｑ_Ｓを更新する。このように、実測した膜厚値ＴＨ_ｍが目標膜厚値ＴＨ^＊に近い場合には、そのときに測定された測定値Ｑ_Ｏ２に基準値Ｑ_Ｓを更新する。

校正部２０６は、偏差ΔＴＨが閾値Ｔ_ＴＨを超える場合、第１実施形態では偏差ΔＴＨが閾値Ｔ_ＴＨ以上の場合（Ｓ７：Ｙｅｓ）、判定テーブルＴＡに従い、係数ｋ，Ｋのうちいずれを校正するのかを判定する（Ｓ８）。そして、校正部２０６は、判定の結果、係数ｋ又は係数Ｋを校正する校正処理を実行する（Ｓ９，Ｓ１０）。その後、ステップＳ２の処理に移行する。ホルダ１５２には、校正用に用意した、前回の校正に使用したレンズ基板とは別のレンズ基板Ｗをセットしておく。そして、再度、レンズ基板Ｗに対して成膜する。

以下、ステップＳ８の判定について詳細に説明する。図７（ａ）は、光学系が変動した場合の成膜速度の変化を示す説明図である。図７（ａ）中の点Ｐ_Ａは、ＰＩＤ制御部２０２により、光の強度値ｋ×Ｉ_ｍが目標強度値Ｉ^＊に制御されている定常状態を示し、点Ｐ_Ａの状態で推定された成膜速度と、実際の成膜速度とが一致しているものとする。

経時変化により光学系が変動し、受光部１６０におけるモニタ値Ｉ_ｍが減少した場合、プラズマの発光強度を増加させる、つまり光の強度値ｋ×Ｉ_ｍが目標強度値Ｉ^＊に増加するよう、反応性ガスＯ_２の流量をフィードバック制御する。すなわち反応性ガスＯ_２の流量を減少させ、ターゲット１４１の表面への反応性ガスＯ_２の供給量を減らし、金属モード寄りの成膜条件へとシフトさせる。これによりターゲット粒子のフラックスＦ_Ｘが増加し、実際の成膜速度は、図７（ａ）中の点Ｐ_Ｂの位置へと移る。即ち、反応性ガスＯ_２の測定値Ｑ_Ｏ２が基準値Ｑ_Ｓよりも小さくなり、かつ推定の成膜速度よりも実際の成膜速度が速い点Ｐ_Ｂの位置へ制御状態が変動する。その結果、実測される膜厚値ＴＨ_ｍは目標膜厚値ＴＨ^＊よりも増加する。この場合、モニタ値Ｉ_ｍの減少を補正するために、補正係数ｋが増加するよう補正係数ｋを校正する必要がある。

また、光学系が変動し、受光部１６０におけるモニタ値Ｉ_ｍが増加した場合、プラズマの発光強度を減少させる、つまり光の強度値ｋ×Ｉ_ｍが目標強度値Ｉ^＊に減少するよう、反応性ガスＯ_２の流量をフィードバック制御する。すなわち反応性ガスＯ_２の流量を増加させ、ターゲット１４１の表面への反応性ガスＯ_２の供給量を増やし、化合物モード寄りの成膜条件へとシフトさせる。これによりターゲット粒子のフラックスＦ_Ｘが減少し、実際の成膜速度は、図７（ａ）中の点Ｐ_Ｃの位置へと移る。即ち、反応性ガスＯ_２の測定値Ｑ_Ｏ２が基準値Ｑ_Ｓよりも大きくなり、かつ推定の成膜速度よりも実際の成膜速度が遅い点Ｐ_Ｃの位置へ制御状態が変動する。その結果、実測される膜厚値ＴＨ_ｍは目標膜厚値ＴＨ^＊よりも減少する。この場合、モニタ値Ｉ_ｍの増加を補正するために、補正係数ｋが減少するよう補正係数ｋを校正する必要がある。

図７（ｂ）は、ターゲット１４１とレンズ基板Ｗとに関わる装置固有のパラメータが変動した場合の成膜速度の変化を示す説明図である。図７（ｂ）中の点Ｐ_Ａは、ＰＩＤ制御部２０２により、光の強度値ｋ×Ｉ_ｍが目標強度値Ｉ^＊に制御されている状態を示し、点Ｐ_Ａの状態で推定された成膜速度と、実際の成膜速度とが一致しているものとする。

ターゲット１４１とレンズ基板Ｗとの間の距離が短くなった場合、光学系の変動はほとんどなく、ターゲット粒子のフラックスＦ_Ｘ、即ち受光部１６０の光の強度値Ｉ_ｍはほとんど変化しない。したがって、フィードバック制御による反応性ガスＯ_２の流量の測定値Ｑ_Ｏ２は、基準値Ｑ_Ｓに対してほとんど変化しない。しかし、ターゲット１４１とレンズ基板Ｗとの間の距離が短くなったので、レンズ基板Ｗに到達するターゲット粒子数が増加する。これにより、実際の成膜速度は推定の成膜速度よりも増加し、点Ｐ_Ｄの位置へとシフトする。その結果、実測される膜厚値ＴＨ_ｍは目標膜厚値ＴＨ^＊よりも増加する。この場合、変換係数Ｋが増加するよう変換係数Ｋを校正する必要がある。

また、ターゲット１４１とレンズ基板Ｗとの間の距離が長くなった場合、光学系の変動はほとんどなく、ターゲット粒子のフラックスＦ_Ｘ、即ち受光部１６０の光の強度値Ｉ_ｍはほとんど変化しない。したがって、フィードバック制御による反応性ガスＯ_２の流量の測定値Ｑ_Ｏ２は、基準値Ｑ_Ｓに対してほとんど変化しない。しかし、ターゲット１４１とレンズ基板Ｗとの間の距離が長くなったので、レンズ基板Ｗに到達するターゲット粒子数が減少する。これにより、実際の成膜速度は推定の成膜速度よりも減少し、点Ｐ_Ｅの位置へとシフトする。その結果、実測される膜厚値ＴＨ_ｍは目標膜厚値ＴＨ^＊よりも減少する。この場合、変換係数Ｋが減少するよう変換係数Ｋを校正する必要がある。

以上、点Ｐ_Ａから点Ｐ_Ｂへのシフトと、点Ｐ_Ａから点Ｐ_Ｄへのシフトは、共に成膜速度の増加として現れ、実測される膜厚値ＴＨ_ｍが増加する。点Ｐ_Ａから点Ｐ_Ｃへのシフトと、点Ｐ_Ａから点Ｐ_Ｅへのシフトは、共に成膜速度の減少として現れ、実測される膜厚値ＴＨ_ｍが減少する。よって、第１実施形態では、校正部２０６は、基準値Ｑ_Ｓに対する測定値Ｑ_Ｏ２の変位量｜Ｑ_Ｏ２−Ｑ_Ｓ｜が所定値δ以下であるか否かで係数ｋ，Ｋのいずれを校正するかを判定する。

ここで、測定値Ｑ_Ｏ２と基準値Ｑ_Ｓとが一致するか否かで係数ｋ，Ｋのいずれを校正するかを判定してもよいが、膜厚計１８０の精度にもよるが一致するのが稀な場合もある。したがって、所定値δは、測定値Ｑ_Ｏ２と基準値Ｑ_Ｓとが一致すると見做せる許容範囲に設定される。所定値δは０以上の定数である。したがって、例えば所定値δを０に設定してもよい。この場合、校正部２０６は、測定値Ｑ_Ｏ２と基準値Ｑ_Ｓとが一致するか否かを判定することになる。

校正部２０６は、変位量｜Ｑ_Ｏ２−Ｑ_Ｓ｜が所定値を超える、即ち｜Ｑ_Ｏ２−Ｑ_Ｓ｜＞δと判定した場合には、測定値Ｑ_Ｏ２と基準値Ｑ_Ｓとが一致しないので、補正係数ｋを校正する（Ｓ９）。このステップＳ９において、校正部２０６は、反応性ガスＯ_２の流量の基準値Ｑ_Ｓに対する測定値Ｑ_Ｏ２の大小関係により、補正係数ｋを校正する。また、校正部２０６は、変位量｜Ｑ_Ｏ２−Ｑ_Ｓ｜が所定値以下である、即ち｜Ｑ_Ｏ２−Ｑ_Ｓ｜≦δと判定した場合には、所定値の範囲内で測定値Ｑ_Ｏ２と基準値Ｑ_Ｓとが一致すると見做せるので、変換係数Ｋを校正する（Ｓ１０）。このステップＳ１０において、校正部２０６は、目標膜厚値ＴＨ^＊に対する膜厚値ＴＨ_ｍの大小関係により、変換係数Ｋを校正する。

以下、これら校正処理について具体的に説明する。図８は、係数の校正に用いる判定テーブルを示す図である。第１実施形態では、校正部２０６は、判定テーブルＴＡに従って補正係数ｋと変換係数Ｋについて個別に選択し、選択した係数を校正する。

校正部２０６は、ステップＳ５で実測した膜厚値Ｔ_Ｈｍから目標膜厚値ＴＨ^＊を減算した値が正であれば、判定テーブルＴＡ中の「増加」、負であれば判定テーブルＴＡ中の「減少」の列をそれぞれ参照する。

また校正部２０６は、ステップＳ３で測定した測定値Ｑ_Ｏ２から基準値Ｑ_Ｓを減算した値が正であって、絶対値｜Ｑ_Ｏ２−Ｑ_Ｓ｜が所定値δを超える場合は、判定テーブルＴＡ中の「増加」の行を参照する。校正部２０６は、ステップＳ３で測定した測定値Ｑ_Ｏ２から基準値Ｑ_Ｓを減算した値が負であって、絶対値｜Ｑ_Ｏ２−Ｑ_Ｓ｜が所定値δを超える場合は、判定テーブルＴＡ中の「減少」の行を参照する。校正部２０６は、絶対値｜Ｑ_Ｏ２−Ｑ_Ｓ｜が所定値δ以下であれば「変化なし」の行を参照する。

目標膜厚値ＴＨ^＊に対する膜厚値ＴＨ_ｍが「減少」であり、基準値Ｑ_Ｓに対する測定値Ｑ_Ｏ２の変化が「増加」の場合は、図７（ａ）における点Ｐ_Ａから点Ｐ_Ｂへのシフトであり、校正部２０６は、補正係数ｋを減少させる。

目標膜厚値ＴＨ^＊に対する膜厚値ＴＨ_ｍが「増加」であり、基準値Ｑ_Ｓに対する測定値Ｑ_Ｏ２の変化が「減少」の場合は、図７（ａ）における点Ｐ_Ａから点Ｐ_Ｃへのシフトであり、校正部２０６は、補正係数ｋを増加させる。

一方、目標膜厚値ＴＨ^＊に対する膜厚値ＴＨ_ｍが「増加」であり、基準値Ｑ_Ｓに対する測定値Ｑ_Ｏ２の変化が「増加」の場合は、光学系の変動と装置固有のパラメータの変動が同時に発生していると推定される。この場合は、図７（ａ）における点Ｐ_Ａから点Ｐ_Ｂへのシフトが想定され、ＰＥＭ制御による所望の膜質を実現する粒子のフラックスＦ_Ｘの状態を優先して校正するため、校正部２０６は、補正係数ｋを減少させる。

目標膜厚値ＴＨ^＊に対する膜厚値ＴＨ_ｍが「減少」であり、基準値Ｑ_Ｓに対する測定値Ｑ_Ｏ２の変化が「減少」の場合も同様に、図７（ａ）における点Ｐ_Ａから点Ｐ_Ｃへのシフトが想定される。したがって、校正部２０６は、補正係数ｋを増加させる。

以上、校正部２０６は、判定テーブルＴＡに従い、基準値Ｑ_Ｓに対する反応性ガスの流量の変化が「増加」の場合は、補正係数ｋを減少させ、基準値Ｑ_Ｓに対する反応性ガスの流量の変化が「減少」の場合は、補正係数ｋを増加させる。即ち、校正部２０６は、測定値Ｑ_Ｏ２が基準値Ｑ_Ｓよりも大きいときには補正係数ｋを減少させ、測定値Ｑ_Ｏ２が基準値Ｑ_Ｓよりも小さいときには補正係数ｋを増加させる。なお、第１実施形態において、基準値Ｑ_Ｓに対する測定値Ｑ_Ｏ２の大小の判断は、｜Ｑ_Ｏ２−Ｑ_Ｓ｜＞δを前提とする。したがって、δ＝０に設定されているときは、基準値Ｑ_Ｓと測定値Ｑ_Ｏ２とが異なる値であれば補正係数ｋを校正することになる。

判定テーブルＴＡにおいて基準値Ｑ_Ｓに対する反応性ガスの流量の変化が「変化なし」、即ち、｜Ｑ_Ｏ２−Ｑ_Ｓ｜≦δの場合は、図７（ｂ）における点Ｐ_Ａから点Ｐ_Ｄ又は点Ｐ_Ｅへのシフトと推定できる。このため、校正部２０６は、補正係数ｋは校正せず、変換係数Ｋを目標膜厚値ＴＨ^＊に対する膜厚値ＴＨ_ｍの変化から逆算して増加あるいは減少させる校正を行う。具体的には、校正部２０６は、目標膜厚値ＴＨ^＊に対して膜厚値ＴＨ_ｍが大きいときには、変換係数Ｋを増加させ、目標膜厚値ＴＨ^＊に対して膜厚値ＴＨ_ｍが小さいときには、変換係数Ｋを減少させる。

このように、ある期間に亘ってスパッタリング装置１００を使用した場合や、メンテナンスを行った場合などに係数ｋや係数Ｋを校正することにより、長期間に亘って安定して所望の膜厚の膜を形成することができる。

以上の校正処理は、目標膜厚値ＴＨ^＊と実測した膜厚値ＴＨ_ｍとの偏差ΔＴＨが閾値未満となるまで繰り返す。なお、図５に示す処理のフローチャートにおいて、ステップＳ２〜Ｓ１０を特定の回数処理、繰り返しても、偏差ΔＴＨが閾値未満とならない場合は、異常をオペレータに通知する構成としてもよい。

［第２実施形態］
第２実施形態に係るスパッタリング装置について説明する。図９は、第２実施形態に係るスパッタリング装置の制御系の機能ブロック図である。なお、第２実施形態のスパッタリング装置の機器構成については、第１実施形態のスパッタリング装置と同様であり、説明を省略する。第２実施形態では、図２（ｂ）に示すＣＰＵ２５１の機能が第１実施形態と異なり、その異なる機能について詳細に説明する。

図２（ｂ）に示すＣＰＵ２５１は、プログラム２６０を実行することにより、図９に示す補正部２０１、ＰＩＤ制御部２０２Ａ、推定部２０３、推定部２０４、判定部２０５及び校正部２０６として機能する。即ち、ＰＩＤ制御部２０２Ａの機能が第１実施形態のＰＩＤ制御部２０２と異なる。

補正部２０１、ＰＩＤ制御部２０２Ａ、推定部２０３、推定部２０４及び判定部２０５は、実際にレンズ基板Ｗに成膜を行う制御工程、即ち制御処理を行い、校正部２０６は、制御処理にて用いるパラメータを校正する校正工程、即ち校正処理を行う。また、図２（ｂ）に示すＨＤＤ２５４は、記憶部２１１、記憶部２１２、記憶部２１３Ａ、記憶部２１４、記憶部２１５及び記憶部２１６として機能する。記憶部２１３Ａには、目標の成膜速度である目標成膜速度値Ｄ^＊が記憶されている。

推定部２０３は、第１実施形態と同様、補正後の光の強度値ｋ×Ｉ_ｍから推定の成膜速度値Ｄを求める。ＰＩＤ制御部２０２Ａは、第１実施形態とは異なり、推定部２０３にて求めた推定の成膜速度値Ｄが目標成膜速度値Ｄ^＊に近づくように、プロセス量である反応性ガスＯ_２の流量を制御する。このように、推定部２０３及びＰＩＤ制御部２０２Ａの機能により、補正後の光の強度値ｋ×Ｉ_ｍを用いて、反応性ガスＯ_２の流量をフィードバック制御する制御処理を行う。補正係数ｋ及び変換係数Ｋの校正方法は第１実施形態と同様である。以上、第２実施形態によれば、ＰＩＤ制御部２０２Ａの制御入力が光の強度値ｋ×Ｉ_ｍではなく、光の強度値ｋ×Ｉ_ｍから求めた推定の成膜速度値Ｄであっても、第１実施形態と同様、長期間に亘って安定して所望の膜厚の膜を形成することができる。

［実施例］
本実施例においては直流スパッタの平衡状態のマクロモデルとして知られる非特許文献２に記載されているベルグモデルを適用し、光学系の変動や装置の経時変化によるスパッタリング装置１００の挙動をシミュレートした。なお、コントローラ２００における制御は、第１実施形態で説明した通りである。

ベルグモデルで使用したパラメータを以下に示す。
不活性ガス種：Ａｒ
反応性ガス種：Ｏ_２
ターゲット材料：Ｓｉ
圧力：０．１［Ｐａ］
温度：２９３［Ｋ］
反応性ガスの流量増加速度：４０［ｓｃｃｍ／ｍｉｎ］
真空ポンプの排気速度：１．６［ｍ^３／ｓｅｃ］
真空チャンバの体積：１．８［ｍ^３］
投入電力：５［ｋＷ］
ターゲット面積：０．０２［ｍ^２］
被処理基板面積：８．０［ｍ^２］

図１０（ａ）、図１０（ｂ）、図１０（ｃ）及び図１０（ｄ）は、実施例におけるシミュレーション結果を示す図である。図１０（ａ）及び図１０（ｃ）は、光学系の変動によりモニタ値Ｉ_ｍが減少した場合を想定してベルグモデルを用いてスパッタリング装置１００の成膜速度をシミュレーションした結果である。図１０（ｂ）及び図１０（ｄ）は、光学系の変動によりモニタ値Ｉ_ｍが減少した場合を想定してベルグモデルを用いてスパッタリング装置１００の酸素流量をシミュレーションした結果である。また、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）には、補正係数ｋを校正する前の状態、図１０（ｃ）及び図１０（ｄ）は、補正係数ｋを校正した後の状態を実線で図示している。また、図１０（ａ）、図１０（ｂ）、図１０（ｃ）及び図１０（ｄ）には、モニタ値Ｉ_ｍが減少する前の初期状態を破線で図示している。

図１０（ｂ）に示すように、モニタ値Ｉ_ｍが減少したことに対し、補正係数ｋが未校正であるため、値ｋ×Ｉ_ｍを目標強度値Ｉ^＊へと上昇させるために酸素流量を減少させることになる。その結果として、図１０（ａ）に示すように、光学系が変動する前の初期状態より成膜速度が増加しいていることがわかる。

図８に示す判定テーブルＴＡにおいて基準値Ｑ_Ｓに対する測定値Ｑ_Ｏ２の変化が「減少」であり、目標膜厚値ＴＨ^＊に対する膜厚値ＴＨ_ｍの変化が「増加」であるから、補正係数ｋを減少させる校正を行った。そして、校正済の補正係数ｋを用いてシミュレーションした結果が図１０（ｃ）及び図１０（ｄ）である。補正係数ｋを校正した後は、図１０（ｄ）に示すように、酸素流量が初期状態、即ちモニタ値Ｉ_ｍが減少する前と同じ値となる。そして、図１０（ｃ）に示すように、成膜速度が初期状態、即ちモニタ値Ｉ_ｍが減少する前と同じ値となるため、校正を行うことにより、長期間に亘って安定して所望の膜厚の膜を形成することができる。

図１１（ａ）及び図１１（ｂ）は、実施例におけるシミュレーション結果を示す図である。具体的には、酸素のターゲット１４１への吸着率がスパッタリング装置１００の経時変化により変化した場合のベルグモデルを用いたシミュレーション結果を示す図である。図１１（ａ）には、成膜速度をシミュレーションした結果、図１１（ｂ）には、酸素流量をシミュレーションした結果を示している。図１１（ａ）及び図１１（ｂ）において、実線はターゲット１４１への酸素の吸着率が大のとき、破線はターゲット１４１への酸素の吸着率が小のときである。なお、酸素の吸着率の大小は相対値である。

図１１（ａ）に示すように成膜速度がターゲット１４１における酸素の吸着率に関わらず一定とするには、図１１（ｂ）に示すように、酸素の流量、即ち反応性ガスの流量をターゲット１４１への酸素の吸着率に応じて変化させなければならない。したがって、図５のステップＳ１１において、ステップＳ３で測定した測定値Ｑ_Ｏ２を基準値Ｑ_Ｓに設定する。図１１（ａ）及び図１１（ｂ）の例では、図１１（ａ）に示すように定常状態、即ち静定状態において、成膜速度を目標の成膜速度に制御しているときに供給している酸素の流量に基準値Ｑ_Ｓを設定すればよい。

なお、本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で多くの変形が可能である。また、実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、実施形態に記載されたものに限定されない。

上記実施形態では、補正データが補正係数ｋである場合について説明したが、これに限定するものではなく、例えば補正データがテーブルであってもよい。この場合、補正データの校正は、テーブル中の値を校正することになる。

また、上記実施形態では、対応データが変換係数Ｋである場合について説明したが、これに限定するものではなく、例えば対応データがテーブルであってもよい。この場合、対応データの校正は、テーブル中の値を校正することになる。

また、上記実施形態では、Ｄ＝Ｋ×Ｆ_Ｘ（ｋ×Ｉ_ｍ）の関係において、Ｆ_Ｘ（ｋ×Ｉ_ｍ）は、補正後の光の強度値ｋ×Ｉ_ｍに比例する値であり、これに係数Ｋを乗算することにより成膜速度値Ｄを求める場合について説明したが、これに限定するものではない。フラックスＦ_Ｘは、モニタ値Ｉ_ｍに比例するので、Ｄ＝Ｋ×κ×（ｋ×Ｉ_ｍ）とすることもでき、Ｋ×κを一つの係数としてもよい。この場合、Ｋ×κが変換係数ということになり、推定の成膜速度値Ｄは、補正後の光の強度値ｋ×Ｉ_ｍに変換係数Ｋ×κを乗算することにより求めることができる。この場合、校正対象は、変換係数Ｋ×κということになる。

また、上記実施形態では、校正処理として、補正係数ｋを校正する処理と、変換係数Ｋを校正する処理とを選択して行う場合について説明したが、これに限定するものではない。補正係数ｋ又は変換係数Ｋを選択せずに、いずれか一方のみ又は両方を校正するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、ＣＰＵ２５１は判定テーブルＴＡを参照して、校正する係数と係数の増減を決定するようにしたが、これに限定するものではなく、判定テーブルＴＡを用いることなく、決定するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、基準値Ｑ_Ｓも校正する場合について説明したが、基準が変動しない、又は変動量が無視できる程度であれば、基準値Ｑ_Ｓを予め定めた一定値としてもよい。

また、上記実施形態では制御部のフィードバック制御として、ＣＰＵ２５１が反応性ガスの流量のみを制御する場合について説明した。しかし、本発明は、このフィードバック制御に限定するものではない。例えば、ＣＰＵ２５１が不活性ガスの流量のみを制御する場合、又は電源１４５の出力のみを制御する場合であってもよい。また、ＣＰＵ２５１が反応性ガスの流量と不活性ガスの流量を制御する場合、不活性ガスの流量と電源１４５の出力を制御する場合、又は不活性ガスの流量と反応性ガスの流量と電源１４５の出力を制御する場合であってもよい。即ち、ＣＰＵ２５１は、補正後の光の強度値を用いて、反応性ガスの流量、不活性ガスの流量及び電源１４５の出力のうち少なくとも１つのプロセス量をフィードバック制御すればよい。また、電源１４５の出力とは、電源１４５の出力電力であってもよいし、出力電圧であってもよいし、出力電流であってもよい。また、出力電圧及び出力電流であってもよいし、出力電力及び出力電圧であってもよいし、出力電力及び出力電流であってもよいし、出力電力、出力電圧及び出力電流であってもよい。即ち、ＣＰＵ２５１は、電源１４５の出力を制御する場合、電源１４５の出力電圧、出力電流及び出力電力のうち少なくとも１つを制御すればよい。いずれにしても、ＣＰＵ２５１は、校正処理として、プロセス量の基準値に対するプロセス量の測定値の大小関係により、補正データを校正することになる。

また、上記実施形態では、スパッタリング装置１００が、ＤＣマグネトロンスパッタリング装置である場合について説明したが、これに限定するものではない。例えばＤＣスパッタリング装置、ＲＦスパッタリング装置、ＲＦマグネトロンスパッタリング装置等、種々のスパッタリング装置に適用可能である。

また、上記実施形態では、ターゲット１４１としてＳｉを用いた場合について説明したが、Ｓｉに限定するものではなく、種々の金属を用いることができる。例えば、ターゲットとして、Ｎｂ、Ｙ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｔｈ、Ｖ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｓｍ、Ｐｒ、Ｂｉなどを用いることができる。

また、上記実施形態では、反応性ガスとしてＯ_２ガスを用いた場合について説明したが、Ｏ_２ガスに限定するものではなく、種々の反応性ガスを用いることができる。例えば、反応性ガスとして、Ｎ_２、Ｏ_３、ＣＯ_２ガスなどを用いることができる。

また、上記実施形態では、キャリアガスとしての不活性ガスとしてＡｒガスを用いた場合について説明したが、Ａｒガスに限定するものではなく、種々の不活性ガスを用いることができる。例えば、不活性ガスとして、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｒｎガスなどを用いることができる。

また、上記実施形態では、各記憶部がＨＤＤ２５４である場合について説明したが、これに限定するものではない。各記憶部が例えばＵＳＢメモリやメモリカード、ＳＳＤなど、どのような記憶装置であってもよい。また、記憶部がコントローラに内蔵の記憶装置に限らず、コントローラに外付けされる記憶装置であってもよい。

本発明は、上記実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

また、上記実施形態では、成膜の制御を行うコントローラ２００のＣＰＵ２５１において校正を行う場合について説明したが、これに限定するものではなく、コントローラ２００とは別のコンピュータ又は回路において校正処理を行ってもよい。

また、上記実施形態では、膜厚計１８０をコントローラ２００に信号線で接続してデータの有線通信を行う場合について説明したが、これに限定するものではなく、無線通信により行ってもよい。また、有線通信又は無線通信に限らず、膜厚計１８０の測定データのみを、不図示の入力装置例えばキーボードなどを用いて操作者がコントローラ２００に手入力する、又はメモリを用いてコントローラ２００に入力する場合であってもよい。

１００…スパッタリング装置、１０１…真空チャンバ（チャンバ）、１３１…反応性ガス供給部、１３２…不活性ガス供給部、１４１…ターゲット、１４５…電源、１６０…受光部、２５１…ＣＰＵ（制御部）

Claims (13)

1. 成膜対象物及びターゲットが配置されるチャンバと、
   前記チャンバの内部に反応性ガスを供給する反応性ガス供給部と、
   前記チャンバの内部に不活性ガスを供給する不活性ガス供給部と、
   前記ターゲットに電力を供給して前記チャンバの内部にプラズマを発生させ、前記プラズマ中の前記不活性ガスのイオンを前記ターゲットに衝突させる電源と、
   前記プラズマが発する光を受ける受光部と、
   前記受光部にて受けた光の強度値を補正データで補正し、補正後の光の強度値を用いて、前記反応性ガスの流量、前記不活性ガスの流量及び前記電源の出力のうち少なくとも１つのプロセス量をフィードバック制御する制御処理を行う制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記プロセス量の基準値に対する、前記制御処理にて成膜を行っているときに測定した前記プロセス量の測定値の大小関係により、前記補正データを校正する校正処理を行うことを特徴とするスパッタリング装置。
2. 前記制御部は、前記基準値に対する前記測定値の変位量が所定値を超える場合に前記補正データを校正することを特徴とする請求項１に記載のスパッタリング装置。
3. 前記補正データは、前記受光部にて受けた光の強度値に乗算する補正係数であることを特徴とする請求項１又は２に記載のスパッタリング装置。
4. 前記プロセス量が前記反応性ガスの流量であり、
   前記制御部は、前記校正処理において、前記測定値が前記基準値よりも大きいときには前記補正係数を減少させ、前記測定値が前記基準値よりも小さいときには前記補正係数を増加させることを特徴とする請求項３に記載のスパッタリング装置。
5. 前記制御部は、前記制御処理において、前記補正後の光の強度値を用いて推定の膜厚値を求め、前記推定の膜厚値が目標膜厚値に達するまで成膜することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のスパッタリング装置。
6. 前記制御部は、成膜終了したときに実測した膜厚値と、前記目標膜厚値又は成膜終了時の前記推定の膜厚値との偏差が閾値を超える場合、前記校正処理を行うことを特徴とする請求項５に記載のスパッタリング装置。
7. 前記制御部は、前記偏差が前記閾値未満の場合に測定された前記測定値を、前記基準値に設定することを特徴とする請求項６に記載のスパッタリング装置。
8. 前記制御部は、前記制御処理において、光の強度と成膜速度との対応データに基づき、前記補正後の光の強度値から推定の成膜速度値を求め、前記推定の成膜速度値を時間積算して前記推定の膜厚値を求め、
   前記校正処理において、前記基準値に対する前記測定値の変位量が所定値以下の場合、前記目標膜厚値又は成膜終了時の前記推定の膜厚値に対する、成膜終了したときに実測した膜厚値の大小関係により、前記対応データを校正することを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載のスパッタリング装置。
9. 前記対応データが変換係数であり、
   前記制御部は、前記制御処理において、前記補正後の光の強度値、又は前記補正後の光の強度値に比例する値を、前記変換係数を用いて変換することにより前記推定の成膜速度値を求め、
   前記校正処理において、前記目標膜厚値又は成膜終了時の前記推定の膜厚値に対して前記実測した膜厚値が大きいときには、前記変換係数を増加させ、前記目標膜厚値又は成膜終了時の前記推定の膜厚値に対して前記実測した膜厚値が小さいときには、前記変換係数を減少させることを特徴とする請求項８に記載のスパッタリング装置。
10. 成膜対象物及びターゲットが配置されるチャンバと、
    前記チャンバの内部に反応性ガスを供給する反応性ガス供給部と、
    前記チャンバの内部に不活性ガスを供給する不活性ガス供給部と、
    前記ターゲットに電力を供給して前記チャンバの内部にプラズマを発生させ、前記プラズマ中の前記不活性ガスのイオンを前記ターゲットに衝突させる電源と、
    前記プラズマが発する光を受ける受光部と、
    前記受光部にて受けた光の強度値を補正データで補正し、補正後の光の強度値を用いて、前記反応性ガスの流量、前記不活性ガスの流量及び前記電源の出力のうち少なくとも１つのプロセス量をフィードバック制御し、かつ、
    光の強度と成膜速度値との対応データに基づき、前記補正後の光の強度値から推定の成膜速度値を求め、前記推定の成膜速度値を時間積算して推定の膜厚値を求め、前記推定の膜厚値が目標膜厚値に達するまで成膜する制御処理を行う制御部と、を備え、
    前記制御部は、
    前記目標膜厚値又は成膜終了時の前記推定の膜厚値に対する、実測した膜厚値の大小関係により、前記対応データを校正する校正処理を行うことを特徴とするスパッタリング装置。
11. 前記対応データが変換係数であり、
    前記制御部は、前記制御処理において、前記補正後の光の強度値、又は前記補正後の光の強度値に比例する値を、前記変換係数を用いて変換することにより前記推定の成膜速度値を求め、
    前記校正処理において、前記目標膜厚値又は成膜終了時の前記推定の膜厚値に対して前記実測した膜厚値が大きいときには、前記変換係数を増加させ、前記目標膜厚値又は成膜終了時の前記推定の膜厚値に対して前記実測した膜厚値が小さいときには、前記変換係数を減少させることを特徴とする請求項１０に記載のスパッタリング装置。
12. 成膜対象物及びターゲットが配置されたチャンバの内部に反応性ガス及び不活性ガスを供給し、電源により前記ターゲットに電力を供給して前記チャンバの内部にプラズマを発生させ、前記プラズマ中の前記不活性ガスのイオンを前記ターゲットに衝突させて、前記成膜対象物に膜を形成する膜の製造方法であって、
    受光部にて受けた光の強度値を補正データで補正し、補正後の光の強度値を用いて、前記反応性ガスの流量、前記不活性ガスの流量及び前記電源の出力のうち少なくとも１つのプロセス量をフィードバック制御する制御工程と、
    前記プロセス量の基準値に対する、前記制御工程にて成膜を行っているときに測定した前記プロセス量の測定値の大小関係により、前記補正データを校正する校正工程と、を備えたことを特徴とする膜の製造方法。
13. 成膜対象物及びターゲットが配置されたチャンバの内部に反応性ガス及び不活性ガスを供給し、電源により前記ターゲットに電力を供給して前記チャンバの内部にプラズマを発生させ、前記プラズマ中の前記不活性ガスのイオンを前記ターゲットに衝突させて、前記成膜対象物に膜を形成する膜の製造方法であって、
    受光部にて受けた光の強度値を補正データで補正し、補正後の光の強度値を用いて、前記反応性ガスの流量、前記不活性ガスの流量及び前記電源の出力のうち少なくとも１つのプロセス量をフィードバック制御し、かつ、光の強度と成膜速度値との対応データに基づき、前記補正後の光の強度値から推定の成膜速度値を求め、前記推定の成膜速度値を時間積算して推定の膜厚値を求め、前記推定の膜厚値が目標膜厚値に達するまで成膜する制御工程と、
    前記目標膜厚値又は成膜終了時の前記推定の膜厚値に対する、実測した膜厚値の大小関係により、前記対応データを校正する校正工程と、を備えたことを特徴とする膜の製造方法。

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