JPH028024B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は薄膜形成に用いられるスパツタリング
装置に係り、特に膜厚を精密に制御することので
きるスパツタリング装置に関する。

スパツタリング装置は、従来の蒸着装置と比較
し、膜材料の選択範囲が広い、膜の接着強度が高
い、下地膜の凹凸に対してつき回りが良い、大量
の基板を同時に処理できるなどの特徴があり、近
年半導体及びその他の薄膜形成に採用されて来て
いる。しかしながら、スパツタリングにおけるグ
ロー放電の雑音があるため、水晶振動子に薄膜が
堆積して振動周波数が低下することを利用した膜
厚測定装置の使用が困難となつている。このため
一般にスパツタリング時間により膜厚を制御して
いるが、この場合、得られる膜厚は必ずしも安定
せず、最悪の場合にはばらつきが±50％に達する
ことがある。そのため、精密な膜厚を必要とする
場合には、途中で一度真空容器から取り出して膜
厚を測定し、再度スパツタリングするという手間
とコストのかかる方法を採用する必要がある。

水晶振動子の設置場所をグロー放電領域から外
し雑音を減少させる方法もあるが、スパツタリン
グ装置内のグロー放電は、真空容器内全体に広が
ることが多く、グロー放電の雑音を完全に除くこ
とは困難であり、誤動作することが多い。

本発明の目的はスパツタリング中において薄膜
の厚さを正確に測定できる膜厚測定系を備えたス
パツタリング装置を提供することにある。

発明者らは、スパツタリングにより発生する雑
音には平行平板間のグロー放電などの正常な放電
によるものと、基板の支持具の位置が移動するこ
とによりグロー放電が乱れることによるものとが
あり、かつ後者の雑音を除去することにより、膜
厚測定系を十分働かせることが可能であることを
見い出した。本発明はこの発見に基づいてなした
もので、その特徴とするところは基板の支持具の
位置を検出し、安定なグロー放電が起きるような
電極位置にある時に膜厚測定系の信号を取り込む
事にした点にある。

本発明の他の特徴は、以下の実施例の説明から
明らかとなろう。

以下、本発明スパツタリング装置を実施例とし
て示した図面によりくわしく説明する。

第１図において、１はスパツタリング装置のチ
ヤンバで、内部はダクト２を通じて真空ポンプで
吸引これ、真空を保つている。３はチヤンバ１内
に配置された試料ホルダで、軸を中心に例えば正
４角柱をなし、毎分１回転程度の回転をしている
５はチヤンバ１の内壁に取り付けられたターゲツ
トで、高周波電源RFに接続されると共に外部よ
り水にて冷却されている。チヤンバ１は接地さ
れ、試料ホルダ３もチヤンバ１と同電位となつて
いるため、ターゲツト５と試料ホルダ３との間に
高周波電力が供給されスパツタリング動作が生じ
る。高周波電源としては13.56MHzが使用されて
いる。６は試料ホルダ３の内側に置かれた膜厚検
出器で、試料ホルダの切欠き７より飛来するスパ
ツタ粒子を補足する。膜厚検出器６には水晶振動
子が内蔵されており、水晶振動子とチヤンバ１の
外にある膜厚測定系１１は接続子８を介してつな
がれている。一方、軸４には切欠き９１を持つ円
板９が取り付けられており、試料ホルダ３と同期
して回転している。円板９の切欠き部はリミツト
スイツチ１０により検出され、膜厚測定系に信号
が送られる。

従来のスパツタリング装置においては、膜厚検
出器６の無いものが多い。これは、膜厚測定が雑
音により精度良く、あるいは全く測定できないた
め、取付けても意味をなさないからである。本発
明装置の如く、円板９及びリミツトスイツチ１０
の位置検出による雑音除去をしない場合の膜厚測
定系の表示を第２図に示す。第２図において、試
料ホルダ位置は、第１図に示した試料ホルダとタ
ーゲツトとの位置関係の時を0゜とし、概位置から
の試料ホルダの回転角で示してある。第２図に示
す通り試料ホルダ位置が0゜、90゜、180゜、270゜の付
近では膜厚の表示は安定しており、スパツタリン
グの進行に従い徐々に増加している。そして膜厚
の表示は実測値と一致していた。しかしながら、
他の位置では表示はばらつきが大きい。

スパツタリング中の放電状態は、試料ホルダ位
置が0゜、90゜、180゜、270゜の時には安定しており、
プラズマはほとんど試料ホルダ３ととターゲツト
５との間で起きていることが観察された。チヤン
バ１中の他の部分にもプラズマは起きているが、
その濃度は薄い。試料ホルダ３の位置が上記の位
置からずれた点にある時にはプラズマは試料ホル
ダ３とターゲツト５の間に限定されず、他の放電
容易な所でも発生すること、さらに試料ホルダ３
が回転することにより瞬時放電することが多いこ
とも観察された。この時の膜厚モニタの表示は全
く実際の膜厚と異つた値を示すことが第２図より
理解できる。

発明者らはスパツタリング中の膜厚測定を困難
にしている原因は、上記の異常放電によるものと
いう考えから、第１図に示すように切り欠きを持
つ円板９とリミツトスイツチ１０により試料ホル
ダの位置を検出し、膜厚測定のタイミングを制御
する方法を発明するに至つた。この実施例では、
リミツトスイツチ１０を用いているが、この方法
は本発明を限定するものではなく、検出方法とし
は、通常用いられている他の方法が使用できるこ
とが明らかである。例を上げればフオトダイオー
ド等を用いた光によるもの、磁気記録によるも
の、などがある。

他の実施例としては、プラズマ状態をモニタ
し、濃度の高いプラズマが試料ホルダ３とターゲ
ツト５の間に閉じ込められている時に膜厚を測定
する方法がある。検出方法には、プラズマの光を
モニタする方法、プラズマの変化を電磁気的にモ
ニタする方法などがある。プラズマをモニタする
ための検出素子を正常な放電の際に濃度が高いプ
ラズマが発生しない位置に設置することにより異
常放電を検出することができる。この実施例で
は、試料ホルダ３の位置によらない異常放電によ
る雑音も除去する事ができる。異常放電の発生か
ら膜厚モニタの停止までの時間差による異常デー
タの発生に対しては、膜厚データを遅延回路その
他の方法で一時記憶させることによつて防げば良
い。

単純な測定防止法は検出素子から膜厚表示部の
間の信号系のどこかで信号線を断ち切ることであ
る。これには機械的接点を用いる以外に、論理回
路やコンピユータのソフトウエアを用いる方法が
ある。更に簡便な方法としては、膜厚の表示と共
に、放電の安定性を示す表示を加え、測定者に測
定するタイミングを知らせる方法がある。この方
法も、実質的に測定を停止させているので、本発
明と変わり無い。

振動子の周波数の変化により膜厚を測定する型
の測定系では、振動子の周波数の信号を単純に断
ち切ることはできない。また、他の測定を用いた
としても、特定のタイミングでしか測定値が示さ
れないことは、測定上からも、また測定値を制御
に用いるにしても不都合である。そこで上記の測
定停止法の改良として、膜厚測定値を測定停止中
メモリ等に蓄え固定しておく方法がある。このよ
うにすることで、測定が容易になるだけでなく、
測定値により機械を制御することも容易になる。

別の膜厚測定値の固定法としては、膜厚測定停
止中、素子からの信号の代わりに他の信号源から
の信号を膜厚測定系に送る方法がある。第３図は
本実施例のブロツク図である。膜厚測定用の振動
子と発振回路によつて発生した高周波は、周波
数測定解析回路によつて、膜厚の信号に変えられ
る。概信号の値として表示し、同時にスパツタリ
ングの制御用の情報として用いる。発振回路
は、入力された周波数と同じ周波数の高周波を作
り出すように設計されている。発振回路はさら
に高周波の入力が停止した時には、出力される高
周波が停止直前の周波数で固定されるようにす
る。試料ホルダの位置検出機構からの信号により
スイツチを切替えると発振回路から発振回路
への回路は遮断され、同時に周波数測定解析回路
には発振回路からの信号が送られる。そのた
め、周波数測定解析回路にはスイツチ切替直前の
周波数の高周波が切替後も送り込まれる。再びス
イツチを切替え、第３図に示された状態に戻す
と、周波数測定解析回路には発振回路からの信
号が入力し、発振回路は発振回路から新たに
入力される高い周波数で発振する。回路構成を上
記の様にすることにより、周波数測定解析回路に
は常に発振回路からの膜厚をモニタしている信
号、あるいは発振回路からの固定された信号が
送り込まれる。この時の膜厚表示値の一例を第４
図に示す。このように異常放電により膜厚の表示
が乱れる試料ホルダ位置で測定を停止し固定する
ことで、スパツタリング時の雑音に強い膜厚測定
ができる。

ここでは試料ホルダ位置検出機構を用いて説明
したが、異常放電検出機構を用いても何らさしつ
かえない。第３図に示した構成の場合には、上記
の異常放電検出機構を用いた場合、放電が正常に
なつてから一定の時間測定し、後は測定値を固定
する方法を採用することにより、異常放電を開始
した時の雑音の影響をも拾わないで済む。

また、第３図で示されている２ケ所のスイツチ
は、機械的なリレー等に限定するものでなく、論
理回路等の電子回路で構成するのが望ましい。さ
らに、２ケ所のスイツチは必ずしも同時に作動さ
せる必要は無く、雑音の影響の度合や回路作動の
状況によりどちらかを先に動かすことも可能であ
る。本実施例の変形として発振回路と、周波数
測定解析回路の間のスイツチを省き、発振回路
につながる配線を除くこともできる。このように
することで、スイツチの切替えに伴う高周波の乱
れを少なくすることができる。

本発明によれば異常放電によつて発生する雑音
を除去できるので、スパツタリング中の膜厚を正
確に測定でき、概膜厚を精密に制御できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のスパツタリング装置の一実施
例を示す概略図、第２図は本発明を適用しない時
の膜厚測定値の変化を示すグラフ、第３図は本発
明の一実施例の回路ブロツク図、第４図は本発明
の一実施例を適用した時の膜厚測定値の変化を示
すグラフである。 １……チヤンバ、３……試料ホルダ、４……
軸、５……ターゲツト、６……膜厚検出器、９…
…円板、１０……リミツトスイツチ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 真空チヤンバと、真空チヤンバ内にあつて回
   転軸に支持され回転軸を中心に多角形面を有し、
   多角形面に被膜を形成すべき試料を支持する試料
   ホルダと、真空チヤンバ内にあつて試料ホルダの
   多角形面の少なくとも一面に対向して設けられた
   ターゲツトと、ターゲツトと試料ホルダとの間に
   高周波電力を供給する電源と、チヤンバ内に配置
   された水晶振動子と、水晶振動子の振動周波数の
   変化により試料に堆積した被膜の厚さを検出する
   膜厚測定系とを具備し、水晶振動子からの信号
   を、ターゲツトと試料ホルダとの間に生じるグロ
   ー放電が安定している時点において膜厚測定系に
   入力するようにしたことを特徴とするスパツタリ
   ング装置。 ２ 特許請求の範囲第１項において、試料ホルダ
   の多角形面とターゲツトとが対向した時点で、水
   晶振動子からの信号を膜厚測定系に入力すること
   を特徴とするスパツタリング装置。