JP2844213B2 - プラズマを使用する成膜装置の成膜速度制御装置 - Google Patents
プラズマを使用する成膜装置の成膜速度制御装置Info
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- JP2844213B2 JP2844213B2 JP1117192A JP11719289A JP2844213B2 JP 2844213 B2 JP2844213 B2 JP 2844213B2 JP 1117192 A JP1117192 A JP 1117192A JP 11719289 A JP11719289 A JP 11719289A JP 2844213 B2 JP2844213 B2 JP 2844213B2
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、イオンプレーティング装置、スパッタリン
グ装置、プラズマCVD装置等のプラズマを使用した成膜
装置の成膜速度制御装置に関する。
グ装置、プラズマCVD装置等のプラズマを使用した成膜
装置の成膜速度制御装置に関する。
（従来の技術） 従来、プラズマを使用した成膜装置、例えば第１図に
見られるようなホローカソード型のイオンプレーティン
グ装置に於ては、真空室ａ内の基板ホルダｂとハースｃ
との間に発生するプラズマ領域ｄの外部に水晶式モニタ
ーｅを設け、該モニターｅにより基板ｆを堆積する成膜
材の成膜速度を制御することが行なわれている。該イオ
ンプレーティング装置を更に説明すると、該真空室ａに
は真空排気口ｇとガス導入口ｈとが接続され、ハースｃ
内の成膜物質ｉを溶解或は昇華するためにホローカソー
ド型の電子銃ｊが設けられる。該電子銃ｊは外部の成膜
用電源ｋに接続され、水晶式モニターｅに接続したコン
トローラｌからの信号により該電源ｋの出力が制御され
る。ｍは基板ホルダーｂとハースｃ間にプラズマを発生
させるプラズマ電源である。この装置では、真空室ａ内
を10-3〜10-5Torrとした後、成膜用電源ｋを作動させ、
電子銃ｊに電力を供給すると、該電子銃ｊ内のカソード
が赤熱して熱電子がハースｃに向けて放射され、成膜物
質ｉが溶解或は昇華し、蒸気となってハースｃから基板
ｆに向かって飛び出す。該成膜物質ｉの蒸気が発生する
頃、プラズマ電源ｍに作動させて基板ホルダｂとハース
ｃとの間にプラズマを発生させておくと、蒸気となった
成膜物質はそのプラズマ領域ｄ内でイオン化、プラズマ
励起され、一部は飛び出したときの状態（中性物質）で
基板ｆに堆積する。
見られるようなホローカソード型のイオンプレーティン
グ装置に於ては、真空室ａ内の基板ホルダｂとハースｃ
との間に発生するプラズマ領域ｄの外部に水晶式モニタ
ーｅを設け、該モニターｅにより基板ｆを堆積する成膜
材の成膜速度を制御することが行なわれている。該イオ
ンプレーティング装置を更に説明すると、該真空室ａに
は真空排気口ｇとガス導入口ｈとが接続され、ハースｃ
内の成膜物質ｉを溶解或は昇華するためにホローカソー
ド型の電子銃ｊが設けられる。該電子銃ｊは外部の成膜
用電源ｋに接続され、水晶式モニターｅに接続したコン
トローラｌからの信号により該電源ｋの出力が制御され
る。ｍは基板ホルダーｂとハースｃ間にプラズマを発生
させるプラズマ電源である。この装置では、真空室ａ内
を10-3〜10-5Torrとした後、成膜用電源ｋを作動させ、
電子銃ｊに電力を供給すると、該電子銃ｊ内のカソード
が赤熱して熱電子がハースｃに向けて放射され、成膜物
質ｉが溶解或は昇華し、蒸気となってハースｃから基板
ｆに向かって飛び出す。該成膜物質ｉの蒸気が発生する
頃、プラズマ電源ｍに作動させて基板ホルダｂとハース
ｃとの間にプラズマを発生させておくと、蒸気となった
成膜物質はそのプラズマ領域ｄ内でイオン化、プラズマ
励起され、一部は飛び出したときの状態（中性物質）で
基板ｆに堆積する。
水晶式モニターｅは水晶を内蔵しており、蒸発した成
膜物質のうちの中性物質が該水晶に堆積すると、その堆
積重量によって水晶自体が持っている固有振動が変化す
る。この変化をコントローラｌが基板ｆの膜厚及び成膜
速度に換算してそれに応じた制御信号を成膜用電源ｋに
フィードバックし、ハースｃの成膜物質の蒸発を制御す
ることにより基板ｆの成膜速度が制御される。
膜物質のうちの中性物質が該水晶に堆積すると、その堆
積重量によって水晶自体が持っている固有振動が変化す
る。この変化をコントローラｌが基板ｆの膜厚及び成膜
速度に換算してそれに応じた制御信号を成膜用電源ｋに
フィードバックし、ハースｃの成膜物質の蒸発を制御す
ることにより基板ｆの成膜速度が制御される。
（発明が解決しようとする課題） 前記水晶式モニターｅは、中性物質をモニターするこ
とは出来るが、直接イオンや電子の量のモニターするこ
とは出来ない不都合がある。水晶式モニターｅをプラズ
マ中に置くと、プラズマが該モニターに進入したときチ
ャージアップが生じ、発振器が誤動作して正確な成膜速
度の制御は行なえない。特に、イオンプレーティング装
置やスパッタリング装置のようにプラズマ濃度の高い装
置では、プラズマが真空室全体に広がることがあるため
に、プラズマ領域外に水晶式モニターを取付けても特殊
なシールドを設けて水晶式モニターを保護しなければな
らない不便がある。
とは出来るが、直接イオンや電子の量のモニターするこ
とは出来ない不都合がある。水晶式モニターｅをプラズ
マ中に置くと、プラズマが該モニターに進入したときチ
ャージアップが生じ、発振器が誤動作して正確な成膜速
度の制御は行なえない。特に、イオンプレーティング装
置やスパッタリング装置のようにプラズマ濃度の高い装
置では、プラズマが真空室全体に広がることがあるため
に、プラズマ領域外に水晶式モニターを取付けても特殊
なシールドを設けて水晶式モニターを保護しなければな
らない不便がある。
また、水晶式モニターに使用される水晶板の寿命は比
較的短かく、約10〜20μｍに成膜物質が堆積すると交換
しなければならない煩らわしさがある。
較的短かく、約10〜20μｍに成膜物質が堆積すると交換
しなければならない煩らわしさがある。
更に、水晶式モニターは、これを水冷して一定温度
（約100℃）以下に維持しないと発振誤差が生じ、成膜
速度制御の再現性が得られない。
（約100℃）以下に維持しないと発振誤差が生じ、成膜
速度制御の再現性が得られない。
本発明は、上記のような従来の成膜速度制御装置の不
都合等を解決し、プラズマ中に於てモニターし得る耐久
性の良い簡単な構成の成膜速度制御装置を提供すること
を目的とするものである。
都合等を解決し、プラズマ中に於てモニターし得る耐久
性の良い簡単な構成の成膜速度制御装置を提供すること
を目的とするものである。
（課題を解決するための手段） 本発明では、真空室内にプラズマを発生させ乍ら該真
空室内に設けた基板に成膜処理を施す装置に於て、極性
切換用電源により正負に極性が可変される金属板からな
るモニターを前記プラズマ領域内に設け、該モニターの
金属板を、イオン及び電子量計測計を備え且つ該モニタ
ーに捕捉されるイオン又は電子量の増大又は減少に伴な
い成膜用電源のパワーを減少又は増大させるべく制御を
するコントローラーに接続することにより、前記目的を
達成するようにした。
空室内に設けた基板に成膜処理を施す装置に於て、極性
切換用電源により正負に極性が可変される金属板からな
るモニターを前記プラズマ領域内に設け、該モニターの
金属板を、イオン及び電子量計測計を備え且つ該モニタ
ーに捕捉されるイオン又は電子量の増大又は減少に伴な
い成膜用電源のパワーを減少又は増大させるべく制御を
するコントローラーに接続することにより、前記目的を
達成するようにした。
（作 用） 成膜用電源を作動させ、真空室内に設けた基板へプラ
ズマ領域を通って成膜物質を付着させることにより該基
板に薄膜が形成されるが、該プラズマ領域内に設けた正
負に極性が可変される金属板のモニターにより該プラズ
マ中のイオン及び電子を捕捉し、該モニターに接続した
コントローラーのイオン及び電子量計測計に於て捕捉し
たイオン量及び電子量に応じて該コントローラーが成膜
用電源のパワーを制御し、基板の成膜速度を一定に制御
する。具体的には、該コントローラーは、モニターに捕
捉されるイオン量、電子量が多いと、成膜用電源のパワ
ーを小さくし、イオン量等が少ないとパワーを上げ、成
膜速度を一定に制御する。
ズマ領域を通って成膜物質を付着させることにより該基
板に薄膜が形成されるが、該プラズマ領域内に設けた正
負に極性が可変される金属板のモニターにより該プラズ
マ中のイオン及び電子を捕捉し、該モニターに接続した
コントローラーのイオン及び電子量計測計に於て捕捉し
たイオン量及び電子量に応じて該コントローラーが成膜
用電源のパワーを制御し、基板の成膜速度を一定に制御
する。具体的には、該コントローラーは、モニターに捕
捉されるイオン量、電子量が多いと、成膜用電源のパワ
ーを小さくし、イオン量等が少ないとパワーを上げ、成
膜速度を一定に制御する。
該モニターは、正負に極性が変化する金属板で構成さ
れているので、その極性が正であるときはプラズマ中に
発生する電子の一部が突入し、捕捉される電子量が多い
とプラズマ密度が高く多くの成膜物質のイオン化が進行
していると判断され、またその極性が負であるときはプ
ラズマ中に発生する成膜物質のイオンの一部が該金属板
に突入し、捕捉されるイオンの量が多いと基板に付着す
る成膜物質が多く成膜速度が速いと判断することが出来
る。これとは逆に金属板に捕捉される電子量及びイオン
量が少ないと、成膜速度が遅いと判断することが出来
る。成膜速度が速いときは、成膜用電源のパワーを弱
め、成膜速度の遅いときは、該パワーを強めることによ
り、一定の成膜速度を得ることが出来る。電子量及びイ
オン量は金属板を流れる電流を計測することにより判断
出来る。
れているので、その極性が正であるときはプラズマ中に
発生する電子の一部が突入し、捕捉される電子量が多い
とプラズマ密度が高く多くの成膜物質のイオン化が進行
していると判断され、またその極性が負であるときはプ
ラズマ中に発生する成膜物質のイオンの一部が該金属板
に突入し、捕捉されるイオンの量が多いと基板に付着す
る成膜物質が多く成膜速度が速いと判断することが出来
る。これとは逆に金属板に捕捉される電子量及びイオン
量が少ないと、成膜速度が遅いと判断することが出来
る。成膜速度が速いときは、成膜用電源のパワーを弱
め、成膜速度の遅いときは、該パワーを強めることによ
り、一定の成膜速度を得ることが出来る。電子量及びイ
オン量は金属板を流れる電流を計測することにより判断
出来る。
該モニターの金属板には、イオン化された成膜物質が
堆積するが、かなりの厚さに堆積しても金属板に電流の
通電の異常が生じることがなく、長時間に亘るモニター
を続けることが出来、その冷却も不要である。
堆積するが、かなりの厚さに堆積しても金属板に電流の
通電の異常が生じることがなく、長時間に亘るモニター
を続けることが出来、その冷却も不要である。
（実施例） 本発明をイオンプレーティング装置に適用した場合の
実施例を図面第２図及び第３図に基づき説明すると、第
２図に於て、符号（１）は真空排気口（２）とArガス等
のガス導入口（３）を備えた真空室、（４）は該真空室
（１）の下方に設けられた成膜物質（５）を収容するハ
ース、（６）は該ハース（４）の上方の基板ホルダ
（７）に保持されて取付けられた基板を示す。該ハース
（４）及び基板ホルダ（７）には、該基板ホルダ（７）
を負電位とし、且つハース（４）との間にプラズマ
（８）を発生させるためのプラズマ電源（９）が接続さ
れる。（10）はハース（４）内の成膜物質（５）に熱電
子を供給して加熱し、これを溶解或は昇華させるホロカ
ソード型の電子銃、（11）は該電子銃（10）への給電す
る成膜用電源である。
実施例を図面第２図及び第３図に基づき説明すると、第
２図に於て、符号（１）は真空排気口（２）とArガス等
のガス導入口（３）を備えた真空室、（４）は該真空室
（１）の下方に設けられた成膜物質（５）を収容するハ
ース、（６）は該ハース（４）の上方の基板ホルダ
（７）に保持されて取付けられた基板を示す。該ハース
（４）及び基板ホルダ（７）には、該基板ホルダ（７）
を負電位とし、且つハース（４）との間にプラズマ
（８）を発生させるためのプラズマ電源（９）が接続さ
れる。（10）はハース（４）内の成膜物質（５）に熱電
子を供給して加熱し、これを溶解或は昇華させるホロカ
ソード型の電子銃、（11）は該電子銃（10）への給電す
る成膜用電源である。
こうした構成は、従来のイオンプレーティング装置と
同様であるが、本発明に於ては、該プラズマ（８）の領
域内に極性が正負に変わる金属板からなるモニター（1
2）を設け、該モニター（12）に接続したイオン及び電
子量計測計（13）を備え且つ該モニター（12）に捕捉さ
れるイオン又は電子の量の増大又は減少に伴ない成膜用
電源（11）のパワーを減少又は増大させるように制御す
るコントローラー（14）を接続するようにした。
同様であるが、本発明に於ては、該プラズマ（８）の領
域内に極性が正負に変わる金属板からなるモニター（1
2）を設け、該モニター（12）に接続したイオン及び電
子量計測計（13）を備え且つ該モニター（12）に捕捉さ
れるイオン又は電子の量の増大又は減少に伴ない成膜用
電源（11）のパワーを減少又は増大させるように制御す
るコントローラー（14）を接続するようにした。
該モニター（12）及びコントローラー（14）の構成は
第３図示の如くであり、該モニター（12）にはその前面
を除きシールド（15）を施し、該コントローラー（14）
には該モニター（12）の極性を正負に変換するための極
性切換用電源（16a）（16b）を設けるようにした。
第３図示の如くであり、該モニター（12）にはその前面
を除きシールド（15）を施し、該コントローラー（14）
には該モニター（12）の極性を正負に変換するための極
性切換用電源（16a）（16b）を設けるようにした。
第２図及び第３図に示した実施例の作動を説明する
と、真空排気口（２）からの排気とガス導入口（３）か
らのガス導入によって真空室（１）内を10-3〜10-5Torr
の圧力に調整したのち、成膜用電源（11）を作動させて
電子銃（10）に電力を供給する。これによって電子銃
（10）内のカソードが赤熱し、熱電子がハース（４）に
向かって放射され、該ハース（４）に用意した成膜物質
（５）が溶解又は昇華する。これと同時にプラズマ電源
（９）を作動させ、プラズマ（８）を発生させると、ハ
ース（４）から飛び出した物質は該プラズマ（８）によ
りイオン化され励起されて基板（６）に堆積し、一部の
物質は飛び出した状態のまま基板（６）に堆積する。
と、真空排気口（２）からの排気とガス導入口（３）か
らのガス導入によって真空室（１）内を10-3〜10-5Torr
の圧力に調整したのち、成膜用電源（11）を作動させて
電子銃（10）に電力を供給する。これによって電子銃
（10）内のカソードが赤熱し、熱電子がハース（４）に
向かって放射され、該ハース（４）に用意した成膜物質
（５）が溶解又は昇華する。これと同時にプラズマ電源
（９）を作動させ、プラズマ（８）を発生させると、ハ
ース（４）から飛び出した物質は該プラズマ（８）によ
りイオン化され励起されて基板（６）に堆積し、一部の
物質は飛び出した状態のまま基板（６）に堆積する。
該基板（６）に成膜物質が堆積する速度即ち成膜速度
は、ハース（４）内の成膜物質（５）の温度によって変
化し、その変化は多数枚の基板（６）に成膜を施す場
合、各基板の膜厚にばらつきを生じさせる原因となるの
で、成膜速度が一定になるようにモニター（12）を設け
て成膜用電源（11）を制御する。
は、ハース（４）内の成膜物質（５）の温度によって変
化し、その変化は多数枚の基板（６）に成膜を施す場
合、各基板の膜厚にばらつきを生じさせる原因となるの
で、成膜速度が一定になるようにモニター（12）を設け
て成膜用電源（11）を制御する。
プラズマ（８）の領域内に設けた金属板のモニター
（12）には、コントローラー（14）の極性変換用電源
（16a）（16b）により正又は負の極性が与えられ、その
極性が正であるときは、プラズマ（８）中の電子の一部
がモニター（12）に捕捉され、その極性が負であるとき
はプラズマ（８）中のイオンの一部が捕捉される。該モ
ニター（12）には電子又はイオンを捕捉することによっ
て電流が流れ、その強弱がイオン又は電子量計測計（1
3）により測定される。成膜速度が速いときは、プラズ
マ（８）中の電子及びイオンの量が多く、コントローラ
ー（14）に於て測定される電流も大きくなり、この場
合、成膜速度を設定速度に下げるように該コントローラ
ー（14）が成膜用電源（11）のパワーを落とす。逆に成
膜速度が遅いときは、コントローラー（14）に於て測定
される電流が小さく、この場合にはコントローラー（1
4）が成膜用電源（11）のパワーを上げ、成膜速度を設
定速度まで上げる。
（12）には、コントローラー（14）の極性変換用電源
（16a）（16b）により正又は負の極性が与えられ、その
極性が正であるときは、プラズマ（８）中の電子の一部
がモニター（12）に捕捉され、その極性が負であるとき
はプラズマ（８）中のイオンの一部が捕捉される。該モ
ニター（12）には電子又はイオンを捕捉することによっ
て電流が流れ、その強弱がイオン又は電子量計測計（1
3）により測定される。成膜速度が速いときは、プラズ
マ（８）中の電子及びイオンの量が多く、コントローラ
ー（14）に於て測定される電流も大きくなり、この場
合、成膜速度を設定速度に下げるように該コントローラ
ー（14）が成膜用電源（11）のパワーを落とす。逆に成
膜速度が遅いときは、コントローラー（14）に於て測定
される電流が小さく、この場合にはコントローラー（1
4）が成膜用電源（11）のパワーを上げ、成膜速度を設
定速度まで上げる。
該モニター（12）は、プラズマ中の電子やイオンの突
入に伴ない電流が発生する金属板で構成されており、そ
の表面に成膜物質が堆積してもモニター機能が損なわれ
ることなく、耐熱性も良好である。
入に伴ない電流が発生する金属板で構成されており、そ
の表面に成膜物質が堆積してもモニター機能が損なわれ
ることなく、耐熱性も良好である。
プラズマを使用する成膜装置として、イオンプレーテ
ィング装置やプラズマCVD装置等があるが、これらの装
置にも本発明の装置を適用し、成膜速度の制御を行なう
ことが出来る。尚、スパッタリング装置の場合には、コ
ントローラー（14）はスパッタ電源のパワーを制御する
ように接続され、プラズマCVD装置の場合には、コント
ローラー（14）はプラズマ電源に接続される。
ィング装置やプラズマCVD装置等があるが、これらの装
置にも本発明の装置を適用し、成膜速度の制御を行なう
ことが出来る。尚、スパッタリング装置の場合には、コ
ントローラー（14）はスパッタ電源のパワーを制御する
ように接続され、プラズマCVD装置の場合には、コント
ローラー（14）はプラズマ電源に接続される。
（発明の効果） 以上のように、本発明によるときは、プラズマ中に正
負に極性が可変される金属板からなるモニターを設け、
該モニターにイオン及び電子量計測計を備え且つ成膜用
電源のパワーを制御するコントローラーを接続したの
で、プラズマによる損傷を受けずにモニターの金属板の
極性を任意に変更してイオン又は電子で比較的正確に長
期間に亘りモニターを続けることが出来、その構成も比
較的簡単で安価に製作出来る等の効果がある。
負に極性が可変される金属板からなるモニターを設け、
該モニターにイオン及び電子量計測計を備え且つ成膜用
電源のパワーを制御するコントローラーを接続したの
で、プラズマによる損傷を受けずにモニターの金属板の
極性を任意に変更してイオン又は電子で比較的正確に長
期間に亘りモニターを続けることが出来、その構成も比
較的簡単で安価に製作出来る等の効果がある。
第１図は従来例の截断側面図、第２図は本発明の実施例
の截断側面図、第３図はコントローラーの線図である。 （１）……真空室、（６）……基板 （８）……プラズマ、（11）……成膜用電源 （12）……金属板からなるモニター （13）……イオン及び電子量計測計 （14）……コントローラー （16a）（16b）……極性切換用電源
の截断側面図、第３図はコントローラーの線図である。 （１）……真空室、（６）……基板 （８）……プラズマ、（11）……成膜用電源 （12）……金属板からなるモニター （13）……イオン及び電子量計測計 （14）……コントローラー （16a）（16b）……極性切換用電源
Claims (2)
- 【請求項１】真空室内にプラズマを発生させ乍ら該真空
室内に設けた基板に成膜処理を施す装置に於て、極性切
換用電源により正負に極性が可変される金属板からなる
モニターを前記プラズマ領域内に設け、該モニターの金
属板を、イオン及び電子量計測計を備え且つ該モニター
に捕捉されるイオン又は電子量の増大又は減少に伴ない
成膜用電源のパワーを減少又は増大させるべく制御をす
るコントローラーに接続したことを特徴とするプラズマ
を使用する成膜装置の成膜速度制御装置。 - 【請求項２】前記コントローラーは、モニターの金属板
の極性を切換える極性切換用電源を備えることを特徴と
する請求項１に記載のプラズマを使用する成膜装置の成
膜速度制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1117192A JP2844213B2 (ja) | 1989-05-12 | 1989-05-12 | プラズマを使用する成膜装置の成膜速度制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1117192A JP2844213B2 (ja) | 1989-05-12 | 1989-05-12 | プラズマを使用する成膜装置の成膜速度制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02298269A JPH02298269A (ja) | 1990-12-10 |
| JP2844213B2 true JP2844213B2 (ja) | 1999-01-06 |
Family
ID=14705681
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1117192A Expired - Lifetime JP2844213B2 (ja) | 1989-05-12 | 1989-05-12 | プラズマを使用する成膜装置の成膜速度制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2844213B2 (ja) |
-
1989
- 1989-05-12 JP JP1117192A patent/JP2844213B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02298269A (ja) | 1990-12-10 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R250 | Receipt of annual fees |
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|
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