JPH0521382A

JPH0521382A - スパツタリング装置

Info

Publication number: JPH0521382A
Application number: JP19723991A
Authority: JP
Inventors: Yukiyasu Sugano; 幸保菅野; Mitsuru Taguchi; 充田口
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1991-07-10
Filing date: 1991-07-10
Publication date: 1993-01-29

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、複数枚の基板を連続的にスパッタ
リングで成膜した際に、基板毎に自動的に成膜条件を変
更することにより、基板間におけるスパッタ膜の膜質の
ばらつきを低減することを可能にする。【構成】スパッタ膜の膜質を制御するシステム３１を
設けたスパッタリング装置１である。上記システム３１
は、スパッタ膜の抵抗を測定する抵抗測定器３２と、測
定した抵抗値に基づいて反応ガス流量の制御信号を送信
するガス制御器３３と、送信した制御信号に基づいて反
応ガス量を調節する手段としてのマスフローコントロー
ラー２２，２３とによりなる。または上記抵抗測定器３
２の代わりに、スパッタ膜の反射率を測定する反射率測
定器（図示せず），ターゲット１２の温度を測定する温
度測定器（図示せず）あるいはスパッタリング室１１中
の酸素分圧を測定する分圧測定器（図示せず）を設けた
ものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の膜形成に
用いられるスパッタリング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置を構成する素子の微細化にと
もない、特に拡散層の厚さが薄くなっている。このた
め、拡散層上のコンタクト部のアルミニウム配線では、
拡散層とアルミニウム配線との間にバリヤメタルを形成
して、アルミニウム配線に発生するいわゆるアルミスパ
イクによる拡散層の破損を防いでいる。上記バリヤメタ
ルには、例えば酸化窒化チタン（ＴｉＯＮ）膜を用い
る。このＴｉＯＮ膜は、プロセスの簡便さゆえに、主に
枚葉式の反応性スパッタリング装置により成膜される。

【０００３】次に上記枚葉式の反応性スパッタリング装
置を図１０により説明する。図では、一例として、直流
型の枚葉式の反応性スパッタリング装置１００を示す。
図に示す如く、スパッタリング室１１の内部には、ター
ゲット１２が設けられている。ターゲット１２に対向す
る位置には、基板９１を保持する基板保持部１３が設け
られている。ターゲット１２と基板保持部１３との間に
は、シャッター１４が取付けられている。さらに基板保
持部１３の側周にはシールド板１５が形成されている。
上記ターゲット１２には電源１６が接続されている。ま
た上記スパッタリング室１１には、スパッタガス（例え
ばアルゴン）を導入する配管１７と、反応ガス（例えば
窒素，酸素等）を導入する配管１８，１９と、スパッタ
リング室１１内のガスを排出する排気管２０とが接続さ
れている。上記配管１７，１８，１９のそれぞれには、
マスフローコントローラー２１，２２，２３が取り付け
られている。上記排気管２０には、図示しない排気装置
が接続されている。さらに上記スパッタリング装置１０
０には、スパッタリング室１１にゲートバルブ（図示せ
ず）を介してロードロック室（図示せず）を設けたもの
もある。

【０００４】上記枚葉式の反応性スパッタリング装置１
００でＴｉＯＮ膜を成膜するは、チタン製のターゲット
１２を用い、ターゲット１２をスパッタするガスにアル
ゴン（Ａｒ）を用いる。さらに反応ガスとして窒素（Ｎ
₂）と酸素（Ｏ₂）とをスパッタリング室１１の内部に
導入する。このためターゲット１２表面で、酸素および
窒素とターゲット１２のチタンとが反応して酸化窒化チ
タン（ＴｉＯＮ）になり、アルゴンイオンのスパッタ作
用によりＴｉＯＮが弾き飛ばされる。そして生成された
ＴｉＯＮ粒子が基板９１に到達して付着し、ＴｉＯＮ膜
（図示せず）を成膜する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記枚
葉式の反応性スパッタリング装置で、複数枚の基板にか
つ連続的にＴｉＯＮ膜を成膜した場合には、各基板に成
膜されるＴｉＯＮ膜の膜厚がほぼ等しいものであって
も、処理枚数が増加するごとに成膜されるＴｉＯＮ膜の
抵抗値が高くなる。したがって、ＴｉＯＮ膜の抵抗は基
板毎にばらつく。

【０００６】この原因の一つには、Ａｒイオンの衝突に
よってターゲットの表面温度が上昇することがある。す
なわち、ターゲットの表面温度が上昇すると、ターゲッ
ト表面での酸化反応が活発になる。このため、ターゲッ
ト表面上のチタン原子の多くは酸化チタンになる。この
結果、基板に成膜されるスパッタ膜中の酸素の含有量が
過剰になって、ＴｉＯＮ膜の抵抗が高くなる。したがっ
て基板の処理枚数が増加する毎にターゲットの表面温度
はさらに上昇するので、成膜されるスパッタ膜の抵抗は
処理枚数が増加する毎に高くなる。

【０００７】別の原因としては、スパッタ膜を成膜する
前に、通常複数枚のダミー基板に対してターゲットの空
打ちを行う。このため、スパッタリング室の内部に設け
られているシールド板やシャッター等にチタン膜が成膜
される。このチタン膜は酸素と反応し易いので、反応ガ
スに酸素を用いた場合には、成膜されたチタン膜に反応
ガスの酸素がゲッタリングされる。このため、ターゲッ
トより弾き飛ばされたチタン粒子と反応する酸素量が減
少するので、一枚目に成膜されるスパッタ膜中に含まれ
る酸素の含有量が少なくなる。この結果、成膜されるス
パッタ膜の抵抗は低くなる。その後シールド板やシャッ
ターにゲッタリングされる酸素量は減少するので、二枚
目以降に成膜されるスパッタ膜の抵抗は徐々に高くな
る。そして数枚め以降では、ほぼ一定の酸素を含むスパ
ッタ膜が成膜されるので、成膜されるスパッタ膜の抵抗
もほぼ所定値になる。上記の如くに、成膜されるスパッ
タ膜の抵抗が所定範囲の値にならない場合には、そのス
パッタ膜を成膜した基板は不良品になる。

【０００８】本発明は、膜質に優れたスパッタ膜を形成
するスパッタリング装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するためになされたスパッタリング装置である。すな
わち、基板に成膜されるスパッタ膜の膜質を制御するシ
ステムを設けたスパッタリング装置である。上記システ
ムとして、基板に成膜されるスパッタ膜の抵抗を測定す
る抵抗測定器と、この抵抗測定器で測定した抵抗値に基
づいてスパッタリング室に供給される反応ガス流量の制
御信号を送信するガス制御器と、この制御信号に基づい
て当該反応ガス流量を調節する手段とを設けたものであ
る。

【００１０】または別のシステムとして、基板に成膜さ
れるスパッタ膜の反射率を測定する反射率測定器と、こ
の反射率測定器で測定した反射率の値に基づいてスパッ
タリング室に供給される反応ガス流量の制御信号を送信
するガス制御器と、この制御信号に基づいて当該反応ガ
ス流量を調節する手段とを設けたものである。

【００１１】あるいは他のシステムとして、当該スパッ
タリング装置のターゲットの温度を測定する温度測定器
と、この温度測定器で測定した温度の値に基づいてスパ
ッタリング室に供給される反応ガス流量の制御信号を送
信するガス制御器と、この制御信号に基づいて当該反応
ガス流量を調節する手段とを設けたものである。

【００１２】もしくは上記以外のシステムとして、スパ
ッタリング室中の反応ガスの分圧（例えば酸素の分圧）
値を測定する分圧測定器と、この分圧測定器で測定した
反応ガスの分圧値に基づいてスパッタリング室に供給さ
れる反応ガス流量の制御信号を送信するガス制御器と、
この制御信号に基づいて当該反応ガス流量を調節する手
段とを設けたものである。

【００１３】

【作用】上記構成のスパッタリング装置では、測定した
スパッタ膜の抵抗値に基づいて反応ガス流量をフィード
バックし、反応ガス流量を調節する手段でその流量を制
御する。または測定したスパッタ膜の反射率に基づいて
反応ガス流量をフィードバックし、反応ガス流量を調節
する手段でその流量を制御する。あるいは測定したター
ゲットの温度の値に基づいて反応ガス流量をフィードバ
ックし、反応ガス流量を調節する手段でその流量を制御
する。もしくは測定したスパッタリング室中の反応ガス
の分圧値に基づいて反応ガス流量をフィードバックし、
反応ガス流量を調節する手段でその流量を制御する。こ
のため、次の基板にスパッタ膜を成膜するときの反応ガ
ス流量は、成膜されるスパッタ膜の抵抗値が所定値にな
る流量に設定される。

【００１４】

【実施例】本発明の第１の実施例を図１に示す概略構成
断面図により説明する。図では、一例として、直流型の
反応性スパッタリング装置１（以下スパッタリング装置
１とする）を示す。図に示すように、スパッタリング装
置１は、従来の技術で説明したスパッタリング装置（１
００）のスパッタリング室１１に、ゲートバルブ２４を
介してロードロック室２５を設け、かつロードロック室
２５の内部に基板９１を搬送するための搬送機２６を設
けるとともに、基板９１に成膜されるスパッタ膜（図示
せず）のシート抵抗を制御するシステム３１を当該スパ
ッタリング装置１に設けたものである。各構成部品のう
ちのスパッタリング室１１、ターゲット１２、基板保持
部１３、シャッター１４、シールド板１５、電源１６、
配管１７，１８，１９、排気管２０、反応ガス流量を調
節する手段としてのマスフローコントローラー２１，２
２，２３等の詳細な説明は、前述した従来の技術中で説
明したのと同様なので省略する。また従来の技術中で説
明した構成部品と同様の構成部品には、同一番号を付
す。

【００１５】上記システム３１は、基板９１に形成され
るスパッタ膜の抵抗、例えばシート抵抗を測定する抵抗
測定器３２と、測定したシート抵抗値に基づいて反応ガ
ス流量を決定しかつ決定したその流量値の制御信号を発
信するガス制御器３３と、ガス制御器３３より送信した
制御信号を受信して反応ガス流量を調節する手段として
のマスフローコントローラー２２，２３とによりなる。
上記抵抗測定器３２には、例えば、スパッタ膜に対して
非接触状態で当該スパッタ膜に渦電流を発生させ、発生
した渦電流にともなう磁力線を検出してシート抵抗を算
出する渦電流検出型のものを用いる。

【００１６】次に上記システム３１の動作を図２に示す
流れ図により説明する。なお、説明文中の各構成部品に
付した番号は、前述の図１に示した番号を用いた。まず
（イ）シート抵抗の測定では、抵抗測定器３２で、基板
９１に成膜されたスパッタ膜のシート抵抗を測定する。

【００１７】次いで（ロ）抵抗率の算出では、ガス制御
部３３において、測定したシート抵抗の値とあらかじめ
成膜条件として設定したスパッタ膜の膜厚とにより抵抗
率を算出する。続いて（ハ）反応ガス流量の指示では、
算出した抵抗率と反応ガス流量との相関関係により、次
の基板の成膜条件のうちの反応ガス流量を調節する制御
信号をマスフローコントローラー２２，２３に送信す
る。抵抗率の値と反応ガス流量との相関関係は、予め実
験により調べておいて、ガス制御器３３にインプットし
ておく。

【００１８】そして（ニ）反応ガス流量の調節では、ガ
ス制御器３３より送信された反応ガス流量の制御信号に
基づいて、マスフローコントローラー２２，２３により
配管１８，１９を流れる反応ガス流量を調節する。した
がって、その次の基板９１に成膜するスパッタ膜のシー
ト抵抗は最適化される。

【００１９】二枚目以降の基板９１（例えば９１ｂ，９
１ｃ，９１ｄ，・・・）に成膜したスパッタ膜に対して
も、上記同様に、シート抵抗の測定、反応ガス流量の指
示、反応ガス流量の調節を行って、その次の基板９１
（例えば９１ｃ，９１ｄ，９１ｅ，・・・）に成膜する
スパッタ膜のシート抵抗を最適化する。

【００２０】次に、上記スパッタリング装置１を用い
て、複数の基板９１（例えば９１ａ，９１ｂ，９１ｃ，
・・・）上に、連続して酸化窒化チタン（ＴｉＯＮ）膜
を形成する場合を説明する。まず一枚目の基板９１ａを
スパッタリング室１１に搬送し、配管１７にスパッタガ
スのアルゴンを所定量流し、配管１８，１９に反応ガス
の窒素，酸素を所定量流して、通常の反応性スパッタリ
ングを行う。そして、基板９１ａにＴｉＯＮ膜（例えば
厚さがおよそ１００ｎｍ）を成膜する。このときの成膜
条件は、例えば、投入電力を５ｋＷ，スパッタガスのア
ルゴン（Ａｒ）の流量を４０ｓｃｃｍ，反応ガスの窒素
（Ｎ₂）の流量を６５ｓｃｃｍ，別の反応ガスの酸素
（Ｏ₂）の流量を４ｓｃｃｍ，成膜時間を１分とする。

【００２１】その後、搬送機２６で、ＴｉＯＮ膜を成膜
した基板９１ａをスパッタリング室１１よりロードロッ
ク室２５に搬送する。そして抵抗測定器３２で、成膜し
たＴｉＯＮ膜のシート抵抗を測定する。測定したシート
抵抗の値が基準とするシート抵抗の値よりも大きい場合
には、二枚目にスパッタリングする基板９１ｂの成膜条
件のうちの酸素流量を、一枚目の基板９１ａにスパッタ
リングした時の酸素流量よりも低減する。また測定した
シート抵抗の値が基準とするシート抵抗の値よりも小さ
い場合には、二枚目にスパッタリングする基板９１ｂの
成膜条件のうちの酸素流量を増加する。酸素流量を増減
する量は、予め調べておいてガス制御器３３にインプッ
トしておいたシート抵抗と酸素流量との相関関係に基づ
いて、自動的に決定される。そして、ガス制御機３３の
指示にしたがって、マスフローコントローラー２３で配
管１９を流れる酸素量を調節する。その後、基板９１ｂ
には、新しい成膜条件でＴｉＯＮ膜が成膜される。

【００２２】ＴｉＯＮ膜の下地が導電性を有する場合に
は、ＴｉＯＮ膜に発生する渦電流が下地の影響を受け
る。このため、上記抵抗測定器３２で渦電流を測定する
場合には、ＴｉＯＮ膜の下地が非導電性の場合に限られ
る。

【００２３】次に第２の実施例を図３に示す概略構成断
面図により説明する。図に示すように、スパッタリング
装置２の構成は、スパッタ膜の膜質（例えば抵抗率また
はシート抵抗）を制御するシステム４１を除いて、他の
構成部品は第１の実施例で説明したものと同様なので、
ここではシステム４１について説明する。また第１の実
施例で説明したと同様の構成部品には、同一の番号を付
す。

【００２４】上記システム４１は、基板９１に形成され
るスパッタ膜の反射率を測定する反射率測定器４２と、
反射率測定器４２で測定したスパッタ膜の反射率に基づ
いて反応ガスの流量値を決定しかつ決定したその流量値
の制御信号を送信するガス制御器４３と、上記流量値の
制御信号を受信して当該反応ガス流量を調節する手段と
してのマスフローコントローラー２２，２３とによりな
る。上記反射率測定器４２は、例えば、ヘリウム−ネオ
ン（Ｈｅ−Ｎｅ）レーザ光照射器と、照射したＨｅ−Ｎ
ｅレーザ光４４の反射光４５を検出する反射光受光部
と、受光した反射光量値と照射光量値とを基にして反射
率を演算する演算部とによりなる。

【００２５】次に上記システム４１の動作を図４に示す
流れ図により説明する。なお、説明文中の各構成部品に
付した番号は、前述の図３に示した番号を用いた。まず
（イ）反射率の測定では、反射率測定器４２で、基板９
１（例えば９１ａ）に成膜されるスパッタ膜の反射率を
測定する。測定では、Ｈｅ−Ｎｅレーザ光４４をスパッ
タ膜に照射し、その反射光４５を反射光受光部で受光し
て、演算部で受光した反射光量値を照射光量値で除して
反射率を算出する。

【００２６】次いで（ロ）抵抗率の算出では、予め調べ
ておいてガス制御器４３にインプットしておいた反射率
と抵抗率（またはシート抵抗の値）との相関関係によ
り、反射率より該当する抵抗率（またはシート抵抗の
値）を算出する。続いて（ハ）反応ガス流量の指示で
は、予め調べておいてガス制御器４３にインプットして
おいた抵抗率（またはシート抵抗の値）と反応ガス流量
との相関関係により、算出した抵抗率の値（またはシー
ト抵抗の値）に基づいて、次の基板の成膜条件のうちの
反応ガス流量を調節する制御信号をマスフローコントロ
ーラー２２，２３に送信する。

【００２７】そして（ニ）反応ガス流量の調節では、ガ
ス制御器４３より送信された反応ガスの流量を調節する
制御信号に基づいて、マスフローコントローラー２２，
２３で配管１８，１９を流れる反応ガス量を調節する。
したがって、その次の基板９１（例えば９１ｂ）に成膜
するスパッタ膜の抵抗率（またはシート抵抗の値）は最
適化される。

【００２８】二枚目以降の基板９１（例えば９１ｂ，９
１ｃ，９１ｄ，・・・）に成膜したスパッタ膜に対して
も、上記同様に、反射率の測定、反応ガス流量の指示、
反応ガス流量の調節を行って、その次の基板９１（例え
ば９１ｃ，９１ｄ，９１ｅ，・・・）に成膜するスパッ
タ膜の抵抗率（またはシート抵抗の値）を最適化する。

【００２９】次に、上記スパッタリング装置２を用い
て、第１の実施例と同様に、複数の基板９１（９１ａ，
９１ｂ，９１ｃ，・・・）上に、連続して酸化窒化チタ
ン（ＴｉＯＮ）膜を形成する場合について説明する。ま
ず一枚目の基板９１ａをスパッタリング室１１に搬送し
て、前述した第１の実施例と同様にして、基板９１ａに
スパッタ膜として厚さがおよそ１００ｎｍのＴｉＯＮ膜
（図示せず）を成膜する。

【００３０】その後、搬送機２６で、スパッタリング室
１１よりロードロック室２５に成膜した基板９１ａを搬
送する。そして、反射率測定器４２でＴｉＯＮ膜の反射
率を測定する。測定した反射率の値に基づいて抵抗率
（またはシート抵抗の値）を算出する。算出した抵抗率
の値（またはシート抵抗の値）が基準とする抵抗率の値
（またはシート抵抗の値）よりも大きい場合には、次の
基板９１（例えば９１ｂ）に成膜する条件のうちの反応
ガスの酸素流量を、基板９１ａにスパッタした時の酸素
流量よりも増加する。また測定した抵抗率の値（または
シート抵抗の値）が基準とする抵抗率の値（またはシー
ト抵抗の値）よりも小さい場合には、次の基板９１（例
えば９１ｂ）に成膜する条件の酸素流量を低減する。酸
素流量を増減する量は、予め調べておいてガス制御器４
３にインプットしておいたシート抵抗と酸素流量との相
関関係に基づいて、自動的に決定される。

【００３１】そして三枚目以降のスパッタリングにおい
ても、上記同様にして、反射率を測定し、抵抗率（また
はシート抵抗）を算出して、反応ガスのうちの酸素流量
を指示し、反応ガスの酸素流量の調節を行って、その次
に成膜するスパッタ膜の抵抗率（またはシート抵抗の
値）の最適化を図る。

【００３２】次に第３の実施例を図５に示す概略構成断
面図により説明する。図に示すように、スパッタリング
装置３の構成は、スパッタ膜の膜質（例えば抵抗率また
はシート抵抗）を制御するシステム５１を除いて、他の
構成部品は第１の実施例で説明したものと同様なので、
ここでは上記システム５１を説明する。また第１の実施
例で説明したと同様の構成部品には同一番号を付す。

【００３３】上記システム５１は、当該スパッタリング
装置３のターゲット１２の裏面温度を測定する温度測定
器５２と、温度測定器５２で測定したターゲット１２の
裏面温度の値に基づいて反応ガス流量を決定しかつ決定
した流量値の制御信号を送信するガス制御器５３と、上
記流量値の制御信号を受信して配管１８，１９を流れる
反応ガス流量を調節する手段としてのマスフローコント
ローラー２２，２３とによりなる。

【００３４】上記温度測定器５２は、例えば、通常のク
ロメル−アルメル熱電対（または白金−白金・１３％ロ
ジウム熱電対等）５４と、熱電対で得た熱起電力を温度
として表示する基準接点５５とによりなる。上記熱電対
５４は、ターゲット１２の温度を測定する部分に接触さ
せた状態で、ターゲット１２の裏面に接着される。しか
もその接触部分は断熱材（図示せず）５６で覆われる。
また上記熱電対５４はターゲット１２の裏面の複数箇所
に接触させた状態で、ターゲット１２の裏面に接着して
もよい。この場合には、熱電対５４を接触させた部分に
おけるターゲット１２の裏面温度の平均温度を測定する
ことができる。

【００３５】次に上記システム５１の動作を図７に示す
流れ図により説明する。なお、説明文中の各構成部品に
付した番号は、前述の図５に示した番号を用いた。まず
（イ）ターゲット温度の測定では、温度測定器５２で、
基板９１（例えば９１ａ）をスパッタリング中のターゲ
ット１２の裏面温度を測定する。

【００３６】次いで（ロ）抵抗率の算出では、予め調べ
ておいてガス制御部５３にインプットしておいたターゲ
ット１２の裏面温度とスパッタ膜の抵抗率（またはシー
ト抵抗の値）との相関関係により、測定した裏面温度に
該当する抵抗率（またはシート抵抗の値）を算出する。
続いて（ハ）反応ガス流量の指示では、予め調べておい
てかつガス制御器５３にインプットしておいた抵抗率
（またはシート抵抗の値）と反応ガス流量との相関関係
により、上記算出した抵抗率（またはシート抵抗の値）
に基づいて、次の基板の成膜条件のうちの反応ガス流量
を調節する制御信号をマスフローコントローラー２２，
２３に送信する。

【００３７】そして（ニ）反応ガス流量の調節では、ガ
ス制御器５３より送信された流量を調節する制御信号を
マスフローコントローラー２２，２３で受信して、当該
マスフローコントローラー２２，２３で配管１８，１９
を流れる反応ガス流量を調節する。したがって、その次
の基板９１（例えば９１ｂ）に成膜するスパッタ膜の抵
抗率（またはシート抵抗の値）は最適化される。

【００３８】二枚目以降の基板９１（例えば９１ｂ，９
１ｃ，９１ｄ，・・・）に成膜するスパッタ膜に対して
も、上記同様に、ターゲット温度の測定、反応ガス流量
の指示、反応ガス流量の調節を行って、その次の基板９
１（例えば９１ｃ，９１ｄ，９１ｅ，・・・）に成膜す
るスパッタ膜の抵抗率（またはシート抵抗の値）を最適
化する。

【００３９】次に、上記スパッタリング装置３を用い
て、複数の基板９１（９１ａ，９１ｂ，９１ｃ，・・
・）上に、連続して酸化窒化チタン（ＴｉＯＮ）膜を形
成する場合について説明する。まず一枚目の基板９１ａ
をスパッタリング室１１に搬送して、前述した第１の実
施例と同様にして、基板９１ａにスパッタ膜として厚さ
がおよそ１００ｎｍのＴｉＯＮ膜（図示せず）を成膜す
る。成膜中に温度測定器５２で、ターゲット１２の裏面
温度を測定する。

【００４０】ガス制御器５３で、上記測定した裏面温度
を基にして、スパッタ膜の抵抗率（またはシート抵抗）
を算出する。さらに算出した抵抗率（またはシート抵
抗）の値を基にして、前述の第２実施例で説明したと同
様にして、二枚目の基板９１ｂにスパッタ膜を成膜する
条件のうちの反応ガス流量を自動的に決定する。

【００４１】そして三枚目以降のスパッタリングにおい
ても、上記同様にして、ターゲット１２の裏面温度を測
定して、抵抗率（またはシート抵抗）を算出、反応ガス
のうちの酸素流量の指示、反応ガスの酸素流量の調節を
行って、その次に成膜するスパッタ膜の抵抗率（または
シート抵抗の値）の最適化を図る。

【００４２】次に第４の実施例を図８に示す概略構成断
面図により説明する。図に示すように、スパッタリング
装置４の構成は、スパッタ膜の膜質（例えば抵抗率また
はシート抵抗）を制御するシステム６１を除いて、他の
構成部品は第１の実施例で説明したものと同様なので、
ここでは上記システム６１を説明する。

【００４３】システム６１では、当該スパッタリング装
置４のスパッタリング室１１中の反応ガス（例えば酸
素）の分圧を測定する分圧測定器６２が排気管２０に接
続されている。分圧測定器６２には、当該質量分析器６
２で測定したスパッタリング室１１中の酸素分圧の値に
基づいて酸素流量を決定しかつその酸素流量値の制御信
号を送信するガス制御器６３が接続されている。また上
記酸素流量値の制御信号を受信して酸素流量を制御する
手段としてのマスフローコントローラー２２，２３が配
管１８，１９に設けられている。上記分圧測定器６２
は、例えば電磁気的な相互作用を利用して原子，分子の
イオンを質量の違いによって分圧を測定する方式のもの
で、ガス成分の質量を分析する質量分析管と、分析した
ガス成分の質量より分圧を算出する分圧演算部とにより
なる。

【００４４】次に上記システム６１の動作を図９に示す
流れ図により説明する。なお、説明文中の各構成部品に
付した番号は、前述の図７に示した番号を用いた。まず
（イ）反応ガス成分の分圧測定では、分圧測定器６２
で、スパッタリング室１１の内部の反応ガス成分を分析
して分圧を算出する。

【００４５】次いで（ロ）抵抗率の算出では、予め調べ
ておいてガス制御部６３にインプットしておいた反応ガ
ス成分の分圧とスパッタ膜の抵抗率（またはシート抵抗
の値）との相関関係により、算出した反応ガス成分の分
圧に該当する抵抗率（またはシート抵抗の値）を算出す
る。続いて（ハ）反応ガス流量の指示では、予め調べて
おいてかつガス制御器６３にインプットしておいた抵抗
率（またはシート抵抗の値）と反応ガスの流量との相関
関係により、算出した抵抗率（またはシート抵抗の値）
に基づいて、次の基板の成膜条件のうちの反応ガスの流
量条件の制御信号をマスフローコントローラー２２，２
３に送信して指示する。

【００４６】そして（ニ）反応ガス流量の調節では、ガ
ス制御器６３より送信された制御信号をマスフローコン
トローラー２２，２３で受信して、受信した制御信号に
基づいて当該マスフローコントローラー２２，２３で配
管１８，１９を流れる反応ガス量を調節する。したがっ
て、その次の基板９１（９１ｂ）に成膜するスパッタ膜
の抵抗率（またはシート抵抗の値）は最適化される。

【００４７】二枚目以降の基板９１ｂ（９１ｃ，９１
ｄ，９１ｅ，・・・）に成膜するスパッタ膜に対して
も、上記同様に、反応ガス成分の分圧測定、反応ガス流
量の指示、反応ガス流量の調節を行って、その次の基板
９１ｃ（９１ｄ，９１ｅ，９１ｆ，・・・）に成膜する
スパッタ膜の抵抗率（またはシート抵抗の値）を最適化
する。

【００４８】次に、上記スパッタリング装置４を用い
て、複数の基板９１（９１ａ，９１ｂ，９１ｃ，・・
・）上に、連続して酸化窒化チタン（ＴｉＯＮ）膜を形
成する場合について説明する。まず一枚目の基板９１ａ
をスパッタリング室１１に搬送して、前述した第１の実
施例と同様にして、基板９１ａにスパッタ膜として厚さ
がおよそ１００ｎｍのＴｉＯＮ膜（図示せず）を成膜す
る。成膜中に分圧測定器６２で、スパッタリング室１１
中の酸素分圧を測定する。

【００４９】ガス制御器６３で、測定した酸素分圧の値
を基にして、スパッタ膜の抵抗率（またはシート抵抗）
を算出する。算出した抵抗率（またはシート抵抗）の値
を基にして、前述の第２の実施例と同様にして、二枚目
の基板９１ｂに成膜する条件のうちの反応ガスの酸素流
量を自動的に決定する。

【００５０】そして三枚目以降のスパッタリングにおい
ても、上記同様にして、スパッタリング室１１の内部の
酸素分圧を測定して、抵抗率（またはシート抵抗）を算
出、反応ガスのうちの酸素流量の指示、反応ガスの酸素
流量の調節を行って、さらにその次に成膜するスパッタ
膜の抵抗率（またはシート抵抗の値）の最適化を図る。

【００５１】上記第４の実施例では、反応ガスの分圧を
測定して制御したが、排気管２０より排気する量を調節
して、スパッタリング室１１の内部の全圧を調節して
も、スパッタ膜の抵抗率（またはシート抵抗の値）の最
適化を図ることができる。また上記第１ないし第４の実
施例では、ＴｉＯＮ膜の成膜を例にして説明したが、他
の膜（例えばチタン膜，チタンタングステン膜等の金属
膜）の成膜においても、同様にして膜の抵抗率（または
シート抵抗）を最適化することが可能である。

【００５２】次に、ＴｉＯＮ膜よりなるバリヤメタル，
アルミニウム膜，ＴｉＯＮ膜よりなる反射防止膜を積層
してなる配線用の導体膜を形成する場合を説明する。上
記のように金属膜を積層する場合には、通常複数のスパ
ッタリング装置を接続した、いわゆるマルチチャンバ方
式のスパッタリング装置を用いる。

【００５３】マルチチャンバ方式のスパッタリング装置
の一例を図１０により説明する。図に示す如く、前述の
第１の実施例で説明したスパッタリング装置１のロード
ロック室２５と前述の第２の実施例で説明したスパッタ
リング装置２のロードロック室２５とを一体としてトラ
ンスファー室６とする。このトランスファー室６には、
ゲートバルブ７２を介して上記通常のスパッタリング装
置７のスパッタリング室７１を接続する。さらにトラン
スファー室６には、ゲートバルブ８２を介してエッチン
グ装置８のエッチング室８１を接続する。また別のゲー
トバルブ８３を介してロードロック室９を接続する。こ
れらのエッチング室８１，スパッタリング装置１のスパ
ッタリング室１１（１１ａ），スパッタリング室７１，
スパッタリング装置２のスパッタリング室１１（１１
ｂ）およびロードロック室９は、トランスファー室６の
側周にかつ順に配置される。各スパッタリング装置に
は、前述した第１ないし第４の実施例で説明したスパッ
タリング装置を用いることが可能である。

【００５４】上記スパッタリング装置５には、第１の実
施例，第２の実施例で説明したシステム３１，４１を設
ける。システム３１の抵抗測定器３２とシステム４１の
反射率測定器４２とは、上記トランスファー室６の内部
に設置される。またトランスファー室６の内部には、各
スパッタリング室１１（１１ａ），１１（１１ｂ），７
１またはエッチング室７２に基板９１を出し入れするた
めの搬送装置１０を設ける。

【００５５】次に上記スパッタリング装置５を用いて、
バリヤメタル用のＴｉＯＮ膜（厚さがおよそ１００ｎ
ｍ），アルミニウム膜（厚さがおよそ５００ｎｍ），反
射防止膜用のＴｉＯＮ膜（厚さがおよそ３０ｎｍ）を連
続的に形成する方法を説明する。なお各ゲートバルブ２
４（２４ａ），２４（２４ｂ），８１，８２，８３のそ
れぞれは、基板９１を各スパッタリング室１１ａ，１１
ｂ，７１，エッチング室７２またはロードロック室９に
基板９１を出し入れするごとに開閉する。

【００５６】まず、ロードロック室９に、複数の基板９
１（９１ａ，９１ｂ，９１ｃ，・・・）を収納したカセ
ット９２を設置する。次いで一枚目の基板９１（９１
ａ）をトランスファー室６を通してエッチング装置８の
エッチング室８１に搬送する。そして基板９１ａの表面
をライトエッチングして洗浄する。

【００５７】次いで搬送装置１０によって、洗浄後の基
板９１ａを、エッチング室７１よりスパッタリング装置
１のスパッタリング室１１ａに搬送する。そしてスパッ
タリング装置１で基板９１ａの表面に第１のＴｉＯＮ膜
を成膜する。基板９１ａをスパッタリング室１１ａに搬
送した後、基板９１ａの場合と同様に、二枚目の基板９
１ｂをエッチング装置７に搬送して、洗浄する。

【００５８】その後搬送装置１０で、第１のＴｉＯＮ膜
を成膜した後の基板９１ａを、スパッタリング室１１ａ
より抵抗測定器３２の位置に搬送する。そして抵抗測定
器３２で、第１のＴｉＯＮ膜のシート抵抗を測定する。
測定したシート抵抗の値に基づいて、第１の実施例で説
明したと同様に、ガス制御器３３で、次にスパッタリン
グする基板９１ｂの成膜条件のうちの酸素流量の信号を
送信する。その信号を受けたマスフローコントローラー
２３（２３ａ）で配管１９（１９ａ）を流れる酸素量を
調節する。

【００５９】次いで搬送装置１０で、第１のＴｉＯＮ膜
の抵抗を測定した後の基板９１ａを、スパッタリング装
置８のスパッタリング室８１に搬送する。そして、基板
９１ａの第１のＴｉＯＮ膜上にアルミニウム膜を成膜す
る。続いて基板９１ａをスパッタリング室８１に搬送
後、基板９１ａの場合と同様に、エッチング室７１より
スパッタリング室１１ａに洗浄した基板９１ｂを搬送し
て、第１のＴｉＯＮ膜を成膜する。また基板９１ｂをス
パッタリング室１１ａに搬送した後、基板９１ｂの場合
と同様に、三枚目の基板９１ｃをエッチング装置８に搬
送して、洗浄する。

【００６０】次いで搬送装置１０で、第１のＴｉＯＮ膜
を成膜した後の基板９１ｂを、基板９１ａの場合と同様
に、スパッタリング室１１ａより抵抗測定器３２の位置
に搬送する。そして前記同様にしてシート抵抗を測定
後、マスフローコントローラー２３ａで配管１９ａを流
れる酸素量を調節する。

【００６１】その後搬送装置１０で、アルミニウム膜を
成膜した後の基板９１ａを、スパッタリング室７１より
スパッタリング装置２のスパッタリング室１１ｂに搬送
し、第２のＴｉＯＮ膜を成膜する。続いて基板９１ａを
搬送後、搬送装置１０で、ＴｉＯＮ膜の抵抗測定後の基
板９１ｂをスパッタリング室７１に搬送し、アルミニウ
ム膜を成膜する。また基板９１ｂを搬送後、搬送装置１
０で、エッチング室７１よりスパッタリング室１１ａに
洗浄した基板９１ｃを搬送して、第１のＴｉＯＮ膜を成
膜する。続いて基板９１ｃを搬送した後、上記基板９１
ｃの場合と同様に、四枚目の基板９１ｄをエッチング装
置８で洗浄する。

【００６２】基板９１ｃを搬送後、搬送装置１０によっ
て、第２のＴｉＯＮ膜を成膜した基板９１ａを反射率測
定器４２の位置に搬送し、第２のＴｉＯＮ膜の反射率を
測定してシート抵抗を算出する。さらに第２の実施例で
説明したと同様に、ガス制御器４３で、上記算出したシ
ート抵抗の値に基づいて、次にスパッタリングする基板
９１ｂの成膜条件のうちの酸素量を求めて、マスフロー
コントローラー２３（２３ｂ）で配管１９（１９ｂ）を
流れる酸素量を調節する。続いて基板９１ａを搬送した
後、搬送装置１０で、第１のＴｉＯＮ膜を成膜した後の
基板９１ｃをスパッタリング室１１ａより抵抗測定器３
２の位置に搬送する。そして第１のＴｉＯＮ膜のシート
抵抗を測定後、次に成膜する基板９１ｄの成膜条件のう
ちの酸素量をマスフローコントローラー２３で調節す
る。

【００６３】基板９１ｃの反射率を測定した後、搬送装
置１０によって、反射率を測定した基板９１ａをロード
ロック室８１の内部に設けたアンローダカセット９３に
収納する。続いて上記基板９１ａの場合と同様に、スパ
ッタリング装置２で、基板９１ｂのアルミニウム膜上に
第２のＴｉＯＮ膜を成膜する。また上記基板９１ｂの場
合と同様に、スパッタリング装置８で、基板９１ｃの第
１のＴｉＯＮ膜上にアルミニウム膜を成膜する。さらに
上記基板９１ｃの場合と同様に、スパッタリング装置１
で、基板９１ｄの表面に第１のＴｉＯＮ膜を成膜する。
基板９１ｄを搬送後、基板９１ｄの場合と同様に、五枚
目の基板９１ｅをエッチング装置７で洗浄する。

【００６４】上記の如くに、一枚目の基板９１ａに対し
て、洗浄，第１のＴｉＯＮ膜の成膜，抵抗の測定，アル
ミニウム膜の成膜，第２のＴｉＯＮ膜の成膜，反射率の
測定を順に行って、基板９１ａ上に配線用の導体膜を形
成する。二枚目以降の基板９１（９１ｂ，９１ｃ，９１
ｄ，９１ｅ，・・・）に対しても同様にして、配線用の
導体膜を形成する。したがって、少なくとも二枚目以降
の基板９１ｂ（９１ｃ，９１ｄ，９１ｅ，・・・）に形
成される第１のＴｉＯＮ膜，第２のＴｉＯＮ膜は、シー
ト抵抗が補正された膜になるので、各ＴｉＯＮ膜のシー
ト抵抗は所定の値になる。

【００６５】

【発明の効果】以上、説明したように請求項１の発明に
よれば、成膜後のスパッタ膜の膜質として例えばシート
抵抗を測定して反応ガス流量を補正するシステムを設け
たので、連続して複数枚の基板にスパッタ膜を成膜する
際に、二枚目以降に成膜されるスパッタ膜のシート抵抗
の値を所定の値にすることができる。また請求項２の発
明によれば、スパッタ膜の反射率を測定して反応ガス流
量を補正するシステムを設けた。請求項３の発明によれ
ば、ターゲット温度を測定して反応ガス流量を補正する
システムを設けた。請求項４の発明によれば、反応ガス
の分圧を測定して反応ガス流量を補正するシステムを設
けた。これらいずれの場合も、請求項１の発明と同様
に、二枚目以降に成膜されるスパッタ膜の膜質として例
えばシート抵抗の値を所定の値にすることができる。し
たがって、基板を連続的にスパッタリングする際に、不
良品になる基板数を多くても初めにスパッタリングする
１枚のみにすることができるので、不良品の数を大幅に
減少することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例の概略構成断面図である。

【図２】第１の実施例のシステムの動作説明図である。

【図３】第２の実施例の概略構成断面図である。

【図４】第２の実施例のシステムの動作説明図である。

【図５】第３の実施例の概略構成断面図である。

【図６】第３の実施例のシステムの動作説明図である。

【図７】第４の実施例の概略構成断面図である。

【図８】第４の実施例のシステムの動作説明図である。

【図９】マルチチャンバ方式のスパッタリング装置の説
明図である。

【図１０】従来のスパッタリング装置の概略構成断面図
である。

【符号の説明】

１スパッタリング装置２スパッタリング装置３スパッタリング装置４スパッタリング装置１１スパッタリング室１２ターゲット２２マスフローコントローラー２３マスフローコントローラー３１システム３２抵抗測定器３３ガス制御器４１システム４２反射率測定器４３ガス制御器５１システム５２温度測定器５３ガス制御器６１システム６２分圧測定器６３ガス制御器９１基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 21/66 Ｐ 7013−4Ｍ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板に成膜されるスパッタ膜の膜質を制
御するシステムを設けたスパッタリング装置であって、前記システムとして、前記基板に成膜されるスパッタ膜の抵抗値を測定する抵
抗測定器と、前記抵抗測定器で測定した抵抗値に基づいて、スパッタ
リング室に供給される反応ガス流量の制御信号を送信す
るガス制御器と、前記制御信号に基づいて当該反応ガス流量を調節する手
段とを設けたことを特徴とするスパッタリング装置。
【請求項２】基板に成膜されるスパッタ膜の膜質を制
御するシステムを設けたスパッタリング装置であって、前記システムとして、前記基板に成膜されるスパッタ膜の反射率を測定する反
射率測定器と、前記反射率測定器で測定した反射率の値に基づいて、ス
パッタリング室に供給される反応ガス流量の制御信号を
送信するガス制御器と、前記制御信号に基づいて当該反応ガス流量を調節する手
段とを設けたことを特徴とするスパッタリング装置。
【請求項３】基板に成膜されるスパッタ膜の膜質を制
御するシステムを設けたスパッタリング装置であって、前記システムとして、当該スパッタリング装置のターゲットの温度を測定する
温度測定器と、前記温度測定器で測定した温度の値に基づいて、スパッ
タリング室に供給される反応ガス流量の制御信号を送信
するガス制御器と、前記制御信号に基づいて当該反応ガスの流量を調節する
手段とを設けたことを特徴とするスパッタリング装置。
【請求項４】基板に成膜されるスパッタ膜の膜質を制
御するシステムを設けたスパッタリング装置であって、前記システムとして、スパッタリング室中の反応ガスの分圧を測定する分圧測
定器と、前記分圧測定器で測定した反応ガスの分圧値に基づい
て、スパッタリング室に供給される反応ガス流量の制御
信号を送信するガス制御器と、前記制御信号に基づいて当該反応ガス流量を調節する手
段とを設けたことを特徴とするスパッタリング装置。