JP2529031B2 - スパッタリング装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

［発明の目的］

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、スパッタリングの異
常を検出し、成膜の良否判定が可能なスパッタリング装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】デジタル化された音声情報や画像情報を
大量に記録するのにコンパクトディスク（以下、ＣＤと
略称する）や光ディスクが広く使用されるようになって
きた。ＣＤは、ポリカーボネート等の透明な合成樹脂性
基板の表面にスパッタ（リング）により光反射率の高い
アルミニューム(Al)薄膜層が形成されて構成され、
「１」か「０」のデジタル情報に合わせて、その基板に
ピット(pit) と称する小さな孔を開け、その孔の有無を
レーザ光の反射波の有無により検知しその記録情報を読
み出し得るものである。１枚の基板に対するＡｌの成膜
は、スパッタにより比較的短時間で可能なことから、そ
れを利用して多数基板への連続成膜が要望される。

【０００３】従来のスパッタリング装置は、図１２及び
図１３に示すように構成されている。即ち、成型機１の
プレス押圧成形により「１」「０」のデジタル情報が入
力された基板が生成されると、基板は図１３に示すよう
にハンドリングマシンと称する第１搬送機２によって成
膜機３に搬送される。成膜機３は図１３に示すように構
成され、搬送された基板４は真空容器である成膜室３１
内でスパッタ源３２により光反射膜が形成される。スパ
ッタ源３２にはターゲット３３が基板４に対向して配置
され、これ等両者間に例えば最大１５ＫＷ程度のパルス
状スパッタ電力が供給されるように直流（ＤＣ）電源３
４が接続されている。またこの電源３４及び成膜室３に
は共通して制御部５が接続され、一連のスパッタリング
制御が行なわれる。

【０００４】しかし、上記従来のスパッタリング装置で
は、成膜機３におけるスパッタが正常に行なわれ基板４
に対するＡｌ成膜が良好になされたか否かを直ちに判定
する手段がなかったから、例えば、図１２に示すよう
に、成膜機３を後続の第２搬送機６→保護膜機７→第３
搬送機８→検査機９からなる製造ラインに組込んだ場合
に、成膜基板４は、保護膜形成工程等を経て、最終の検
査段階（検査機９）に至ってはじめて成膜の良否判断を
受けることとなる。従って、その間、不良成膜基板４は
保護膜形成等の無駄な工程を重ねるだけでなく、検査機
９の負荷をも増大させ、また、検査では判定できない不
良品を多量に発生させる欠点があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来のスパッタリング
装置では、スパッタ成膜時の良否が直ぐには検知する手
段がなかったので、多量の不良品を後工程に流し、歩留
りの悪化やラインの効率低下の要因となっていた。

【０００６】この発明は、上記従来の欠点を解消し、ス
パッタリングの異常を直ちに検知し得て、効率的に製造
ラインを組立て運用するのに有効な異常検出手段を備え
たスパッタリング装置を提供することを目的とする。

【０００７】［発明の構成］

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、ターゲットと
基板とが対向配置された真空容器と、前記真空容器内に
放電電力を供給しスパッタリングによって前記基板面に
成膜する電源とを具備し、成膜時間内に一定の放電電力
量が確保されているかを基準値に対応させて比較する比
較手段と、この比較手段から得られた信号に基づき前記
基板の成膜状態の良否を判断する判定手段とを具備する
ことを特徴とするスパッタリング装置である。

【０００９】第２の発明に係るスパッタリング装置は、
電源の出力電力波形を検出する検出器と、この検出器の
出力を基準値に対応させて得られる信号を導出する比較
手段を有し、この比較手段の出力を前記判定手段に適用
することを特徴とする。

【００１０】第３の発明によるスパッタリング装置は、
前記電源の電力レベルに到達しない時間の累計を、基準
値に対応させて得られる信号を導出する比較手段を有
し，この比較手段の出力を前記判定手段に適用すること
を特徴とする。

【００１１】第４の発明によるスパッタリング装置は、
前記電源からの放電が途絶した時間の累計を基準値に対
応させて得られる信号を導出する比較手段を有し，この
比較手段の出力を前記判定手段に適用することを特徴と
する。

【００１２】第５の発明によるスパッタリング装置は、
前記電源により生ずる放電回数を基準値に対応させて得
られる信号を導出する比較手段を有し，この比較手段の
出力を前記判定手段に適用することを特徴とする。

【００１３】第６の発明によるスパッタリング装置は、
前記電源の電圧値又は電流値を基準値に対応させて得ら
れる信号を導出する比較手段を有し，この比較手段の出
力を前記判定手段に適用することを特徴とする。

【００１４】

【作用】この発明によるスパッタリング装置は、基板に
対する成膜状況の良否が、成膜室内の雰囲気の圧力状態
や放電電力あるいは放電電圧または電流波形の状態によ
って決定づけられることに着目してなされたものであ
る。そこでこの発明は、成膜後の真空容器内の圧力また
は放電電力あるいは放電電圧または電流の異常を検出
し、夫々予め定めた基準値と比較判定することにより、
スパッタ後直ちに成膜状況の良否を判定する判定手段を
設けたので、例えば連続製造ラインに採用することによ
って、後段の検査機等の負荷を軽減し、また不良基板が
成膜後の無駄な工程を経るという不具合が解消される。
更に、この発明装置によれば、検査機では検査不能な基
板をも検査可能とすることができる。

【００１５】

【実施例】以下、図１及び図１１を参照し、この発明に
よるスパッタリング装置の実施例を説明する。なお、図
１２及び図１３に示した従来の装置と同一構成には同一
符号を付して一部詳細な説明は省略する。

【００１６】図１はこの発明によるスパッタリング装置
の第１の実施例を示す構成図である。即ち、予め成型機
１によるプレス押圧成形により、「１」「０」のデジタ
ル情報が入力された合成樹脂製の基板４が、第１搬送機
２により成膜機３に搬送されると、成膜機３は従来と同
様にＡｌのターゲット３３と基板４とが真空容器内で対
向配置して構成され、電源３４から供給の放電電力によ
り基板４面にＡｌ光反射膜が形成される。成膜機３及び
電源３３には制御部５が接続され、制御部５内には具体
的には図２に示す判定手段５１が構成されている。

【００１７】即ち、成膜機３の真空槽内には圧力測定球
５１ａが取付けられ、成膜室３１内の圧力情報が真空計
５１ｂに供給され、圧力に対応した電圧信号Ｖｐに変換
される。変換された電圧信号Ｖｐはマイコンからなる制
御器５１ｃに供給され、前記圧力測定球５１ａで検出さ
れた成膜室３１内の圧力が正常な成膜に必要な圧力とな
っていたかどうかをプログラム制御により判定し、スパ
ッタ異常を検出する。

【００１８】制御器５１ｃはその検出結果に基ずき、正
常な圧力になっていないとき、その結果を第２搬送機６
に伝達して、該当の基板４を不良基板であるとして除去
操作させるとともに、表示機５２にその旨表示する。制
御器５１ｃに対し成膜時の圧力が正常とする場合の基準
値等を設定入力するのはキーボード入力部５１ｃであ
る。

【００１９】なお、第２搬送機６は、判定手段５１によ
る成膜不良基板４の除外制御信号Ｑの供給を受けるか
ら、該当する成膜不良基板４は除外され、Ａｌが正常に
スパッタ成膜された基板４のみ保護膜機７に供給され、
合成樹脂の保護膜が被覆される。 また、検査機９に至
る各製造工程の中で、成型機１では、プレス加工での押
圧成型による基板４が製造され、比較的均一化された品
質のものが得られ、形状等の不良品が製造されることは
少ない。また、保護膜機７も成膜された基板面に単に合
成樹脂を塗布し紫外線を照射して硬化させるものである
から、この製造工程でも不良品を生成する率は比較的少
ない。上記各工程に比較し、成膜機３における成膜工程
は、スパッタによる枚葉処理という量産サイクルの要で
あり、真空槽内への基板４の搬入→ターボ分子ポンプに
よる排気→放電（スパッタ）→搬出という複雑かつ高度
に制御された工程の繰返しであり、最も不良品が発生し
やすい。 この第１の実施例では、制御部５内に判定手
段５１を設け、予め成膜状況の良否を直ちに判定できる
ので、その結果を後続の搬送機６に供給すれば、不良基
板を除去することができ、後工程の検査機９の負荷が軽
減されるとともに、成膜不良基板４に保護膜が形成され
る無駄は解消される。

【００２０】成膜機３における成膜手順は、例えば図３
に示すように、６秒という短いサイクルの中で、排気→
成膜（スパッタ）→搬送が行われ、成膜室３１内での成
膜は、実線Ａで示す圧力が排気により十分低下した状態
行われてはじめて良好なＡｌ層が基板４上に形成され
る。従って、一般には成膜室３１内の圧力低下が確認さ
れてから、点線Ｂで示すＤＣ電力を印加しスパッタ成膜
することが考えられるが、成膜開始前の圧力検出では枚
葉処理時間に影響する場合は、製造サイクルのより短縮
化を実現せしめるために、この実施例では成膜後の搬送
時間内に真空槽内圧力を検知して、そのときの測定値が
予め定めた基準値以下であったとき、正常圧下で成膜が
行われたものと見なすものである。

【００２１】判定手段５１内の制御器５１ｃはマイコン
制御によるものであり、スパッタ成膜終了後の搬送時間
内に、スパッタ終了信号Ｔｓが導出され、また、キーボ
ード入力部５１ｄからはこのときの許容最大圧力値Ｐｒ
［Ｐａ］が基準値として入力されている。そこで、成膜
の良否判定は図４に示す簡単な手順で実行される。ま
ず、ステップ（イ）において、真空計５１ｂから検出の
例えば０Ｖ〜１１Ｖまでの範囲の電圧信号Ｖｐを圧力値
Ｐｓ［Ｐａ］に変換する。ステップ（ロ）において、検
出圧力値Ｐｓが予め設定された基準値Ｐｒ［Ｐａ］以下
かどうかを、各サイクルの成膜終了信号Ｔｓのタイミン
グで比較し、Ｐｓ≦Ｐｒのときは正常に成膜されたと
し、もしもＰｓ＞Ｐｒのときには該当の基板４が成膜不
良であるとして異常信号を導出し、その旨表示器５２に
表示するとともに、必要に応じ第２搬送機６に除外制御
信号Ｑを供給制御し、該当基板４を除去することができ
る。

【００２２】以上のように、この実施例によるスパッタ
リング装置は、判定手段５１を設け成膜機における成膜
状況の良否を、成膜室内の圧力が成膜時に正常であった
かどうかを基準に判定するものであり、その結果をもと
に不良成膜基板をタイムリーに除去できるから、これを
製造ラインに組込んだ場合は後段の検査機９の負荷を軽
減せさ得るとともに、保護膜被覆などの無駄な製造工程
を経ることがなくなり、製造効率の改善が図れる。

【００２３】上記実施例では、不良成膜基板が生成され
る条件として、成膜時の圧力の異常状態に基づくものと
したが、成膜時にパルス状に印加される放電電力波形あ
るいは電圧または電流波形が正常でない場合も不良成膜
あるいはピットの破損等が発生するので、これら放電電
力及び放電電圧または電流波形の異常を検出することに
よって、スパッタ異常を検出することもできる。

【００２４】即ち、図５ないし図７はこの発明によるス
パッタリング装置の第２の実施例を説明するもので、放
電電力波形が正常でなく、全体として成膜時に正常な成
膜に必要な電力が印加されることなく不良基板が生成さ
れたとして、異常検出信号を導出するものである。これ
を採用した全体の製造ライン等の構成は、図１及び図２
に示したと同様で、特に電源３４は図５に示すように構
成されている。即ち、電源３４は３相交流電源を入力と
し、ＡＣ／ＤＣコンバータ３４ａにより、高圧ＤＣ電力
を出力し成膜機３に供給するものであるが、ＡＣ／ＤＣ
コンバータ３４ａは制御基板３４ｂからの信号により、
出力タイミング（成膜）が制御される。変換出力ＤＣ電
力値Ｐａ及び電圧値Ｐｖは、直列抵抗３４ｃ及び電圧検
出回路３４ｂａ，電流検出回路３４ｂｂ等の回路の組合
わせによって検出される。これ等の検出値を制御部５内
の判定手段５１に供給することによって、成膜時の良不
良の判定が可能となる。なお、図５において、Ｐｋはス
パーク信号を示す。

【００２５】そこで、まず制御器５内の判定手段５１か
ら電源３４に対して放電開始Ｈｋ及び停止制御信号Ｈｔ
が供給されるとともに、電源３４からは、出力ＤＣ電力
に対応したアナログ検出出力信号（Ｐａ）が判定手段５
１に供給される。いま、アナログ検出出力信号（Ｐａ）
は本来は正常な成膜を得るための信号波形が点線Ｂのよ
うに矩形波となるべきところ、図６に実線Ｃで示すよう
な波形であるとする。

【００２６】正常な成膜が得られる条件として、放電電
力が一回のスパッタ中に必要な最低出力電力値Ｐｔに到
達していない時間Ｔ１，Ｔ２の累計が、予め定めた一定
時間Ｌ以上の場合には、正常成膜に必要な電力が成膜機
３に供給されず、正常成膜が行われなかったとして、異
常検出信号Ｑを後続の第２搬送機６に供給し、該当基板
４を除外することができる。

【００２７】判定手段５１内における上記動作のプログ
ラム制御手順を、図７に示したフローチャートにより更
に説明する。即ち、予めステップ（イ）及び（ロ）にお
いて、最大ＤＣ出力値Ｐｍ及び最低出力値Ｐｔが予め設
定されるとともに、電源３４からのアナログ検出信号Ｐ
ａが判定手段５１に供給されている（ステップ（ハ））
から、ステップ（ニ）においてデジタル信号に変換され
る。そこで、ステップ（ホ）では正常成膜を妨げる要因
であるＰｔ≧Ｐａとなる時間長の和を算出する。また、
判定手段５１には予め成膜時の放電時間長が設定されて
いる（ステップ（ヘ））から、ステップ（ト）におい
て、成膜時内にＰｔ≧Ｐａとなる実時間長の和が算出さ
れ、ステップ（チ）において予め設定された時間長さＬ
を越えたとき（ＹＥＳ）に、例えば第２搬送機５に異常
検出信号Ｑを供給し、また正常な成膜が得られないとし
て表示器５２に表示する。

【００２８】この結果、上記第１の実施例と同様に、一
連の製造ラインに適用した場合は、第２搬送機６におい
て、事前に不良成膜基板４は除去されるから、検査機９
の負荷は軽減され、不良品が以後無駄な製造工程を経る
のを回避することができる。

【００２９】また、成膜室への正常な電力供給によっ
て、正規の放電が行われたか否かを検出し、成膜の良否
判断を行うのに、放電時において、瞬間的な放電切れの
時間を累計して、ある所定時間以上となった場合も、不
良成膜が行われたと見なして、異常信号を導出すること
ができる。実際には、２秒程度という極めて短い時間内
での成膜が要望されるから、アーク放電等により放電が
瞬間的に切れた場合でも、良好な膜厚形成に影響するか
らである。

【００３０】即ち、図８及び図９はこの発明によるスパ
ッタリング装置の第３の実施例を説明するもので、夫々
放電電力波形及び判定手段５１におけるプログラム制御
手順を示したものである。図８において、放電切れ（Ｏ
ＦＦ）の時間Ｔ３，Ｔ４が２度あり、その時間長の和Ｔ
ｃ（＝Ｔ３＋Ｔ４）が、所定基準時間長Ｌ１と比較し、
Ｔｃ＞Ｌ１のときに、良好な成膜を得るのに必要な総電
力量が不足したとして、異常検出信号Ｑを導出する。図
９は図７に示した第２の実施例における判定手段５１の
制御手順とほぼ同様であるので簡単に説明する。基準時
間長Ｌ１を設定し（ステップ（リ））、放電スタート
（ステップ（ヌ））後に、放電ＯＦＦ時間長の和Ｔｃ
（＝Ｔ３＋Ｔ４）を計数する（ステップ（ル））。ステ
ップ（オ）においてＴｃ＞Ｌ１か否かを判定し、Ｔｃ＞
Ｌ１のときにアーク放電時間長が長く正常な成膜が得ら
れないとして異常検出信号Ｑを導出し、表示器５２に表
示しまた必要に応じ第２搬送機６に供給し制御すること
ができる。

【００３１】また、正常な電力による放電が行われない
条件として、瞬間的な放電切れの回数が多くなった場合
には、ターゲットや防着シールド等からアルミニューム
の塊状粒子が飛散り、正常な膜が形成されず、ピット破
壊の原因となるので、不良成膜が行われたと見なして、
異常信号を導出することができる。

【００３２】即ち、図１０及び図１１はこの発明による
スパッタリング装置の第４の実施例を説明する放電電力
波形及び判定手段５１でのプログラム制御手順を示した
もので、図１０は成膜期間中にスパークにより放電切れ
（ｔ１〜ｔ５）が５度発生した場合を示したものであ
る。そこで、放電切れの回数を計数し、その回数が基準
回数Ｌ２を越えたときには、仮に総電力量が必要な量に
達していたとしても、基板４面への損傷が無視できない
ので、異常検出信号Ｑを導出するものである。即ち、図
１１において、予め放電切れ基準回数Ｌ２を設定し（ス
テップ（ワ））、放電スタート後に電源３４からのスパ
ーク（放電切れ）信号Ｐｋが導入され、その回数ｎがカ
ウントされる（ステップ（カ））。計数された回数ｎが
基準回数Ｌ２以下か否かを判定し（ステップ（ヨ））、
ｎ≧Ｌ２のときに第２搬送機６を制御し表示器５２に表
示する。

【００３３】上記第１ないし第４の各実施例において、
電源３４はＤＣ電源として説明したが、本発明スパッタ
リング装置においては、高周波電源に切替え採用して構
成しても同様な効果が得られる。また、上記第２ないし
第４の各実施例においては、電源３４からの出力電力波
形Ｐａを検出して、成膜の良否を判断するように説明し
たが、出力電圧波形Ｐｒを検出しても同様に実施でき
る。更に、異常検出信号Ｑは第３搬送機８に供給するよ
うに構成しても良い。

【００３４】以上のように、この発明によるスパッタリ
ング装置は、成膜終了後に直ちにその成膜の良否を判定
し、信号を導出するので、例えば量産製造ラインに組込
み、スパッタリング異常による膜厚不良や外観上の不良
等、通常の検査機では検出不可能な不良成膜基板をもタ
イムリーに除去するのに効果的であり、製造効率向上等
に寄与するところ大である。また、この発明はスパッタ
リング単体のみで使用できるし、被成膜品はガラス板、
ウエハ−、金属板、プラスチック等あらゆるものに適用
可能である。

【００３５】

【発明の効果】この発明によるスパッタリング装置は、
簡単な構成で、タイムリーにかつ適確にその成膜状況の
異常を検出できるものであり、実用上の効果大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明によるスパッタリング装置の第１の実
施例を基板製造ラインに適用した状態を示す構成図であ
る。

【図２】図１に示す装置の要部を示す回路図である。

【図３】図１に示す装置の一回のスパッタリング時の圧
力及び電力特性図である。

【図４】図１に示す装置の動作手順を示すフローチャー
トである。

【図５】この発明によるスパッタリング装置の第２の実
施例を示す要部構成図である。

【図６】図５に示した第２の実施例における一回のスパ
ッタリング時の電力特性図である。

【図７】図５に示した第２の実施例における動作手順を
示すフローチャートである。

【図８】この発明によるスパッタリング装置の第３の実
施例における電力特性図である。

【図９】図８に示した実施例における動作手順を示すフ
ローチャートである。

【図１０】この発明によるスパッタリング装置の第４の
実施例における電力特性図である。

【図１１】図１０に示した第４の実施例における動作手
順を示すフローチャートである。

【図１２】従来の基板製造ラインを示す構成図である。

【図１３】図１２に示した成膜機の拡大断面図である。

【符号の説明】

１…成型機 ２，６，８…搬送機 ３…成膜機 ３１…成膜室 ３２…スパッタ源 ３３…ターゲット ３４…電源 ４…基板 ５…制御部 ５１…判定手段 ５２…表示器 ７…保護膜機 ９…検査機

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ターゲットと基板とが対向配置された真
   空容器と、前記真空容器内に放電電力を供給しスパッタ
   リングによって前記基板面に成膜する電源とを具備し、
   成膜時間内に一定の放電電力量が確保されているかを基
   準値に対応させて比較する比較手段と、この比較手段か
   ら得られた信号に基づき前記基板の成膜状態の良否を判
   断する判定手段とを具備することを特徴とするスパッタ
   リング装置。
2. 【請求項２】 電源の出力電力波形を検出する検出器
   と、この検出器の出力を基準値に対応させて得られる信
   号を導出する比較手段を有し、この比較手段の出力を前
   記判定手段に適用することを特徴とする請求項１記載の
   スパッタリング装置
3. 【請求項３】 前記電源の電力レベルに到達しない時間
   の累計を、基準値に対応させて得られる信号を導出する
   比較手段を有し、この比較手段の出力を前記判定手段に
   適用することを特徴とする請求項１記載のスパッタリン
   グ装置
4. 【請求項４】 前記電源からの放電が途絶した時間の累
   計を基準に対応させて得られる信号を導出する比較手段
   を有し、この比較手段の出力を前記判定手段に適用する
   ことを特徴とする請求項１記載のスパッタリング装置
5. 【請求項５】 前記電源により生ずるアーク放電回数を
   基準値に対応させて得られる信号を導出する比較手段を
   有し、この比較手段の出力を前記判定手段に適用するこ
   とを特徴とする請求項１記載のスパッタリング装置
6. 【請求項６】 前記電源の電圧値又は電流値を基準値に
   対応させて得られる信号を導出する比較手段を有し、こ
   の比較手段の出力を前記判定手段に適用することを特徴
   とする請求項１記載のスパッタリング装置