JPH03271364A - マイクロ波プラズマ成膜装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電子サイクロトロン共鳴を利用して基板上に
薄膜を堆積させるマイク１波グツズｉ成膜装置に係り、
％に、膜厚の制御性に好適なマイクロ波プラズマ成膜装
置に関する。

〔従来の技術〕

この種のマイク１波グツズｉ成膜装置の従来のｆ７＆置
としては、特開昭５９−３０１８号公＠に示されたもの
が知られている。これによる場合、真空室には放電管が
設けられ、これにコイルを取り付けて磁場を印加し、さ
らに、導波管を介して電子サイクロトロン周波数と同一
の周波数のマイクロ波を導入し、放電を起こすことによ
って真空室内に導入された反応ガスを分解し、これＫよ
り真空室内に設置された基板上に化学蒸着が行われるよ
うになっている。

〔発明が解決しようとするｌｌ１題〕 上記従来技術では、七Ｏ膜厚の測定は成膜後に行われる
ため、リアルタイムで膜厚の制御をすることが不可能で
あった。まえ、多層膜の場合、各々ＯＩ＆厚を測定する
ためにはエツチング等の処理を行う必要がありたり、物
質の岨合わせによっては成膜４ｋＯ屓厚測定は不可能で
ある場合もあった。

本発明の目的は、膜厚を成膜中ないし多層膜の形成途中
で行うことによ）、膜厚０１１１Ｉ御性に優れたマイク
ロ波プラズマ処理装置を提供するととくある。

〔課題を解決する丸めの手段〕

上記目的は、マイクロ波プラズマ成Ｊ［ｉｆｃ置の真空
室内に、膜厚を測定する手段を設けることによって解決
する。即ち、成膜中ないし多層ｍＯ形成途中で膜厚を測
定する方法である。

ｉイクロ波電源は、周波数２．４５　ＧＨｚのものが安
価に入手できる。周波数Ｌ４５ＧＨｚ１ｇ対する電子サ
イクロトロン共鳴磁場強度はＣＬＯ８７５！でＴｏシ、
とれらの条件下で測定可能な膜厚測定器を選択する必要
がある。しかし、このことに関しては特別の考慮はいら
ず、一般に、市販されている水晶発振子を利用した膜厚
測定器等で十分測定可能である。また、多層膜の形成途
中で膜厚を測定する場合は、これらの条件を考慮せずに
膜厚測定器を選択することができる。

何等かの理由で真空室内に膜厚測定器が設置不可能な場
合は、前記膜厚測定器を真空室外部に設けてもよいが、
その場合は非接触で膜厚を測定することが必要となる。

これに対しては、放射線等の光学干渉を利用した膜厚測
定法等が有効である。

この場合１石英等を利用し丸窓を介して放射線を真空室
内に導入し、試料に尚てることが必要である。

試料はヒータ内菫の試料保持手段に取シ付け、放電管に
対向させて配置されているため、水晶発振子屋の場合、
センナ部の設置場所も考慮する必要がある。具体的には
、試料基板のできるだけ近傍に設置するのが望ましいが
、真空室内であれば殆んど全ての場所で膜厚が測定可能
である。ただし、試料基板から雇れるにつれて誤差が大
きくなる。

真空室内の真空排気は、ターボ分子ポンプで行い、成膜
時の常用圧力は１０〜１テｏｒｒである。

このことは膜厚の測定に支障をきたさない。

〔作用〕

従来スパッタリング成膜装置や真空蒸着成膜装置には設
置可能な膜厚測定器が、本発明のような化学気相蒸着装
置に設置不可能でありた。その理由は、化学気相蒸着法
がある程度の成膜温度を必要とするのに対し、水晶発振
子臘の膜厚測定器のセンサ部は周波数の安定性から冷却
する必ｌ！がありた九めである。即ち、センナ部稚度の
温度では化学反応がおこらず、センサ部には成膜されな
いから測定不可能であった。

一方１本発明のようなマイクロ波プラズマ成膜方法では
、電子サイクロトロン共鳴と指向性プラズマの発生によ
シ無加熱で成膜可能となシ、膜厚測定器の設置が可能と
なった。

膜厚の測定に際しては、試料基板上とセンナ上には必ず
しも同じ厚さの膜が形成されてｉる必要は々く、膜厚測
定器の較正により対処でき゛る。ただし２、あｔｎにも
値が異なる場合には誤差も太きくなシ、制御性が悪くな
る。これを解決するためにはセンナ５ｏｊｉ！厚を試料
基板上展写に近くする必要がＴｏ！り、具体的には出来
るだけセンサ部を試料基板の近傍に設置することが望ま
し一０多層膜の場合も、各々の層の成膜前後での固有振
動数変化から各膜厚を測定することが可能である。ただ
し成膜物質に合り九密度等を膜厚測定器にその都度人力
する必要がある。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例をＪｉ１図ないし第４図によ）親
羽する。

（実施例１） 第１＃Ａは本発明の一実施例であるマイク四波プラズマ
成膜装置の縦断面図である。本装置では、真空室１と、
試料保持手段としての基板台２と。

反応ガス導入手“段としての反応ガス導入管４と。

放電ガス導入手段としての放電ガス導入管５と。

磁場形成手段としての主コイル６と、制御コイル７と、
マイク党波導入手段としての放電管８、導波管９と、マ
イクロ波電Ｊ１１０と、ガス供給系１１と、膜厚測定手
段としての水晶発逼子型膜厚測定器１２、センサ部１３
と、高真空排気系とを備えて構成されている。

水晶発振子は５ＭＨｚのものを用いて、成膜前後Ｏ固有
振動数Ｏ変化から膜厚を測定する。

真空室１内は、高真空排気系によシ高真空に排気するよ
うになっている。この高真空排気系は、第１図に示すよ
うに、ターボ分子ポンプ１４と、ロータリボング１５と
、ゲートバルブ１６と、襠助バルブ１７と、粗引パルプ
１１とを備えている。

基板台２は、第１図に示すように、高真空室１内に設置
されてお）、こＯ基板台２の上面には試料としての基板
３が載置されている。また、基板台２の内部には、基板
３を加熱するためＯヒータ１！が内蔵されている。この
と−タ１９には、ヒータ電源２０によ）通電するように
なっている。

反応ガス導入管４と放電ガス導入管５は、真空ｉ１１内
に設置され、かつ、ガス供給系１１に接続されている。

反応ガスと放電ガスを別々に導入する場合は、第１図に
示すように、反応ガスを基板台２１ｍに噴射し、放電ガ
スを放電管８１１ｉＣ噴射するように反応ガス導入管４
と放電ガス導入管５が配置される。

主コイル６は、真空Ｎ１内の放電管８と基板５と０Ｍ１
ｏ任意の場所に、電子ナイクロ）ｏン共鳴点を形成出来
るようになっている。

制御コイル７は、真空室１０外側に配置され、主コイル
６０磁力線の形を制御するようになっている。

放電管６は、ｉイクロ波Ｏ透過する石英等の＃電体で形
成され、とれを通して導波管９を伝帳してきたマイクロ
波が真空室１内に導入される。

膜厚測定器１２０セ／す部１３は、基板台２０横に設置
され、基板５上のＳａＳ〜５ａＳｏ膜厚Ｏ膜が形成され
る。

基板３は％１００鳳×１００騙のガラス基板を用い、こ
のガラス基板上にシリコンナイトライド膜を化学気相蒸
着法で形成する場合にりいて述べる。

第−Ｋ、ガラス基板を基板台２に攻）付けた状態で、真
空室１内を高真空（１０Ｔｏｒｒ）Ｋ排気した。

第二に、放電ガスとしてＷ１素ガスを２５ｓａｏａ（標
準状態換算で毎分２５１１ｍ”）＠度、放電ガス導入管
５よ）流し、反応ガスとして５ｓｏｏｎ＋のモノシラン
ガスを反応ガス導入管４よ〕流して、真空室１内をＩ　
Ｘ　１０　　Ｔｏｒｒに保った。

第三に、基板台２に内蔵されたヒータ１ｔＫ電源２０よ
シ通電し、ガラス基板を１００℃に加熱した。

第四に、温度が安定したところで、主コイル６に約１０
ムの電流を流し、制御コイル７に約５Ａの電流を流し丸
。

第五に、マイクロ波電源１０よ）導波管９、放電管８を
通じて真空１１内に１００ＷＯマイクロ波を導入し、放
電をＭＡＬ九。

その結果、８分間で膜厚的５００　ｎｓのシリコンナイ
トライド膜が、前記１０　ＧＩｉｌＬＸ　１００１１Ｌ
のガラス基板上に形成された。また、センナ部１３上に
は約４００ｎ１のシリコンナイトライド膜が形成された
。そこで膜厚換算式を（１）式とした。

基板上膜厚＝センサ上膜厚Ｘｔ２５・・・　（１）第２
図は、成膜時間と（１）式に基づいて測定した膜厚との
関係である。これからこの膜厚測定法が有効であること
がわかる。なお、成膜条件は同一である。

（実施例２） 第二の実施例は、成膜時間を変化させて作成したシリコ
ンナイトライド膜に関するもので、第５図に本発明によ
る膜厚測定器での膜厚と、エツチングによシ段差を形成
し薄膜段差計によりて実測した膜厚との関係を示す。こ
の結果から、膜厚Ｏ制御性にすぐれた成膜が行われてい
ることがわかる。なお、成膜条件は実施例１と同一であ
る。

（実施例５） 第三の実施例は、種々の条件下でシリコンナイトライド
膜を本発明によシ厚さ５０Ｏｎｓ＋となるように成膜し
、七の膜厚を薄膜段差計によって実測したものである。

第４図にそＯ結果を示す。プラズマの形状を変化させな
いかぎシ、各々の条件で較正することまくかな夛精度良
く膜厚が制御できる。さらに、各々の条件で換算式を作
成すれば、この精度は向上する。

（実施例４） 第四の実施例は、多層膜の各膜厚を測定する場合である
。用いた試料は、下層よ）シリコンナイトライド、アモ
ルファスシリコン、シリコンオキナイドの三層膜であ）
、真空を破ることなく連続形成したものである。

以下に１本発明で制御した目標膜厚と、ドライエツチン
グ、ウェットエツチングで段差を形成し、薄膜段差針で
実測した値を示す。これから、本発明が多層膜Ｏ膜厚制
御に対しても有効なことがわかる。

このように１本実施例によれば膜厚制御性の嵐好な成膜
が可能となる。また、多層膜の膜厚の測定も可能である
。

〔発明の効果〕

本発明は、成膜中ないし多層膜の成膜途中で膜厚の測定
を行うため、容易に、かつ、精度良く膜厚制御を行うと
とが可能となる。

また、従来測定が困難でありた）、物質によっては測定
不可能であった多層膜の膜厚測定も可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す縦断面図、第２図は成
膜時間と膜厚との関係を示す図、第３図は本発明ＯＸ厚
測定器で測定した膜厚とエツチングにより段差を形成し
、薄膜段差針で測定した膜厚との関係を示す図、ｆＩｉ
４図は本発明の膜厚測定器で膜厚５００　ｎＪＩＩＫ制
御して成膜した試料の度数分布図である。 符号の説明 １・・・１真空室、２・・・基板台、Ｓ・・・基板、４
・・・反応ガス導入管、ト・・放電ガス導入管、６・・
・主コイル、１・・・制御コイル、８・・・放電管、９
・・・導波管。 １０・・・マイクロ波電源、１１・・・ガス供給系、１
２・・・膜厚測定器、１ト・・竜ンを部、１４・・・タ
ーボ分子ボング、１Ｓ・・・ロータリポング、１６・・
・ゲートバルブ、１７−・・補助バルブ、１ト・・粗引
バルブ、１９・・・ヒータ、２Ｇ−・・ヒータ電源。 Ｍ　１　口 代塩入　弁理士　小川勝男 第 ２ 戚 視 糾 Ａ’１ ｃヶ） 第 ００ ００ ６θ０ ａＯ ｔａｔｔ。 ８健１蓼〉θ・１定器による繰Ｉｔ （ｎｍ）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. １．真空室に、試料保持手段と、反応ガスおよび放電ガ
   ス導入手段と、電子サイクロトロン共鳴を起こすための
   磁場形成手段、および、マイクロ波電力供給手段とを備
   えたマイクロ波プラズマ成膜装置であつて、前記真空室
   内に膜厚を測定する手段を設けたことを特徴とするマイ
   クロ波プラズマ成膜装置。
2. ２．請求項１の膜厚を測定する手段として、水晶発振子
   を利用した膜厚測定器を用いたマイクロ波プラズマ成膜
   装置。
3. ３．請求項１のマイクロ波プラズマ成膜装置を用いて、
   成膜中ないし成膜後に膜厚を測定するマイクロ波プラズ
   マ成膜方法。
4. ４．請求項１のマイクロ波プラズマ成膜装置を用いて、
   各膜厚を測定しながら連続的に多層膜を形成するマイク
   ロ波プラズマ成膜方法。