JPH0726204B2

JPH0726204B2 - スパツタによる成膜制御装置

Info

Publication number: JPH0726204B2
Application number: JP61086154A
Authority: JP
Inventors: 幸一郎高石; 公明大野; 忍平野
Original assignee: 日本真空技術株式会社
Priority date: 1986-04-16
Filing date: 1986-04-16
Publication date: 1995-03-22
Anticipated expiration: 2010-03-22
Also published as: JPS62243764A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、スパッタによる成膜制御装置に関する。

（従来の技術）従来、スパッタによる成膜装置として、ターゲットの近
傍に電磁石を配設してマグネトロン放電を起こさせ、タ
ーゲットの近傍に高密度のプラズマを作って大きなイオ
ン電流を流し、成膜速度を早くするようしたものが知ら
れている。

このものは、ターゲットが消耗すると、電磁石電流が一
定でもターゲット上の磁束密度が高くなり、電極間の放
電インピーダンスが小さくなる。したがってスパッタ電
流が大きくなり電源の定格出力を超過する。またプラズ
マがターゲットのエロージョンエリア最深部に集中する
ため膜厚分布が不良となると共にターゲット材も無駄が
生ずる。更にターゲットの消耗によってターゲットと基
板間の距離が長くなるため成膜速度（スパッタ速度）が
低下する。

そこで従来は、ターゲット電流、電磁石電流を人間が変
えるようにしていた。

（発明が解決しようとする問題点）しかし、従来のものは、スパッタ率、膜厚分布等の成膜
特性の管理が面倒であり、その安定性を常に保持するこ
とが困難であるという問題があった。

本発明は従来のこのような問題を解消するスパッタによ
る成膜制御装置を提供することをその目的とする。

（問題点を解決するための手段）本願発明は、第１図示のように、ターゲット（１）の近
傍に電磁石（２）を配設してマグネトロン放電を行なわ
せるようにしたスパッタ装置において、スパッタ電力及
びターゲット材料により定まる標準インピーダンスZoを
基準として設定された許容放電インピーダンス及び電磁
石電流の変化率がそれぞれ記憶された記憶手段（３）
と、スパッタ回路（11）から得られたプロセス中のスパ
ッタ電圧及びスパッタ電流から放電インピーダンスＺを
算出する演算手段（４）と、該放電インピーダンスＺが
記憶手段（３）に記憶された許容放電インピーダンスの
範囲内にあるかどうかを判定する判定手段（５）と、放
電インピーダンスＺが該範囲内にないとき、電磁石電源
（７）を調整して記憶手段（３）に記憶された変化率で
電磁石電流を減少させる第１の調整手段（6₁）と、基板
の成膜の厚さを測定する測定手段（９）と、該測定手段
（９）により測定された成膜の厚さに対応させたスパッ
タ電力を増大させる第２の調整手段（6₂）とを具備し、
該第１の調整手段（6₁）により放電インピーダンスＺを
該範囲内にあるようにしたことを特徴とする。

（作用）ターゲット（１）に基板（10）の成膜材料を使用し、本
発明装置を作動すると、スパッタ回路（11）のスパッタ
電圧及びスパッタ電流が演算手段（４）に入力し、ここ
で放電インピーダンスＺが算出される。この放電インピ
ーダンスＺは、第２図示のように、記憶手段（３）に記
憶された許容放電インピーダンスの範囲（上限値Zuと下
限値Z_Lの間）内のＡ点にある。スパッタが進行すると、
放電インピーダンスＺは徐々に低下し、下限値Z_L以下の
Ｂ点に低下する。この状態になると判定手段（５）は上
記範囲外にあると判定し、第１の調整手段（6₁）を作動
する。

第１の調整手段（6₁）は電磁石電源（７）を調整し、記
憶手段（３）に記憶された変化率に従って電磁石電流を
減少する。その結果、放電インピーダンスＺは再び上昇
し、上記範囲内のＣ点になる。

一方、装置の始動で測定手段（９）が作動を開始し、基
板（10）の成膜の厚さを測定する。第２の調整手段
（6₂）はこの成膜の厚さに応じてスパッタ電源（８）を
調整しスパッタ電力を増大する。かくてスパッタ速度は
ほゞ一定に保持される。

（実施例）以下本発明の実施例を図面につき説明する。

第３図は、本願発明の１実施例を示す。

同図において、ターゲット（１）は、膜をつける基板
（10）とそのホルダである陽極（12）に対向して配置さ
れ、このターゲット（１）と陽極（12）との間にスパッ
タ電源（８）が接続されている。

このターゲット（１）の裏面には、前記電磁石（２）と
して２重磁極電磁石（2A）が配設されている。この２重
磁極電磁石（2A）は内側及び外側にそれぞれ独立の内側
コイル（13₁）と外側コイル（13₂）とが巻装されてお
り、これ等のコイル(13₁)(13₂)には互いに逆方向の電流
を流すようにするもので、例えば、内側コイル（13₁）
に流れる電流を一定にして外側コイル（13₂）に流れる
電流を変化させると、プラズマ密度分布が移動し、ター
ゲットエロージョンエリアが広がってターゲットの使用
効率が向上する。

以上は従来のものと特に異ならない。

スパッタ電流（８）とターゲット（１）及びホルダ（1
2）とで構成されるスパッタ回路（11）の電圧及び電流
は、それぞれA/Dコンバータ(14₁)(14₂)によりデジタル
値に変換してインプットポート（15）を介してマイクロ
コンピュータ（16）に入力するようにする。

マイクロコンピュータ（16）は、前記演算手段（４）、
判定手段（５）及び第１の調整手段（6₁）を構成するも
ので、CPU（17）、ROM（18）及びRAM（19）から成る。

記憶手段（３）であるROM（18）には、スパッタ材料毎
に、スパッタ電力に対する標準放電インピーダンスZoが
記憶されている。

例えばアルミニウム−シリコンターゲットについてはまた、許容放電インピーダンスの上限値（Zu）及び下限
値（Z_L）と標準インピーダンス（Zo）との比（上限比と
下限比）、例えば上下比1.15、下限比0.85が記憶されて
いる。

更に、プロセス中のスパッタ電圧及びスパッタ電流から
インピーダンスＺを算出し、この放電インピーダンスが
許容放電インピーダンスの範囲内にあるかどうかを判定
し、放電インピーダンスがこの範囲内にないときは所定
の変化率で電磁石電流を減少させる一連の成膜制御のた
めのプログラムが記憶されている。

第３図において、（21₁）はアウトプットポート（20）
を介してマイクロコンピュータ（16）から出力する電磁
石電流調整信号のデジタル値をアナログに変換するD/A
コンバータで、このコンバータ（21₁）は電磁石電源
（７）のコントローラ（22₁）に接続されている。

また同図において、（23）は、前記測定手段（９）とし
ての、基板（10）の膜厚測定器で、この膜厚測定器（2
3）はプロセス中の基板（10）の膜厚を測定できるよう
に配設されており、この出力は制御回路（24）に入力
し、この回路（24）は膜厚に対応するスパッタ速度の低
下を補償するスパッタ電力の調整信号を出力する。スパ
ッタ電源（８）はこの調整信号が入力するコントローラ
（22₂）で制御され、スパッタ電力を調整する。

次に本実施例の作動を第４図を参照して説明する。

本装置を始動し、スパッタを開始する。数秒経過後、ス
パッタ回路（11）の電圧、電流をA/Dコンバータ(14₁)(1
4₂)を介してマイクロコンピュータ（16）に入力する
（ステップ）。この電流、電圧をマイクロコンピュー
タ（16）で電力、電流に変換し（ステップ）、この電
圧、電流のサンプリング及び電力及び電流への変換を５
回（サンプリング周期は１回/0.5sec）行ない（ステッ
プ）、電力及び電流の平均値を算出し、これから放電
インピーダンスＺを算出する。（ステップ）。次い
で、スパッタ電力に対する標準放電インピーダンスZoを
基準にした許容放電インピーダンスの上限値及び下限値
を算出し（ステップ）、放電インピーダンスＺが許容
放電インピーダンスの上限値Zuと下限値Z_Lの間にあるか
どうかを判定する（ステップ）。許容インピーダンス
の範囲内にあるときは、ステップに戻り前記ステップ
を繰返す。範囲内にないときはROM（18）に記憶された
変化率で変化された電磁石電流調整信号がマイクロコン
ピュータ（16）から出力し（ステップ）、この調整信
号はA/Dコンバータ（21₁）を介してコントローラ（2
2₁）に加わる。かくて電磁石電流を変化し、放電インピ
ーダンスＺは許容放電インピーダンスの範囲内に入る。

一方、膜厚測定器（23）はプロセス中の基板（10）の膜
厚に対応した信号を出力し、この信号によりスパッタ電
源（８）を制御し、スパッタ電力を膜厚に対応させて増
大する。かくてターゲット（１）が消耗してもスパッタ
速度はほゞ一定に保たれる。

（発明の効果）以上のように、本願発明によるときは、ターゲット材が
変わっても常に放電インピーダンスが許容放電インピー
ダンスの範囲内に自動的に保たれ、その結果、スパッタ
電流がスパッタ電源の定格出力を超過する恐れがなく、
基板に形成される成膜の膜厚分布が均一になり、まスパ
ッタ成膜速度の低下がより正確に補償される等、成膜特
性の管理が容易に行なわれる効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本願発明の構成を示すブロック図、第２図は作
動説明図、第３図は、本願発明の１実施例のブロック
図、第４図は、その成膜制御の流れ図である。（１）……ターゲット、（２）……電磁石（３）……記憶手段、（４）……演算手段（５）……判定手段、（6₁）……第１の調整手段（6₂）……第２の調整手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ターゲットの近傍に電磁石を配設してマグ
ネトロン放電を行なわせるようにしたスパッタ装置にお
いて、スパッタ電力及びターゲット材料により定まる標
準インピーダンスZoを基準として設定された許容放電イ
ンピーダンス及び電磁石電流の変化率がそれぞれ記憶さ
れた記憶手段と、プロセス中のスパッタ電圧及びスパッ
タ電流から放電インピーダンスＺを算出する演算手段
と、該放電インピーダンスＺが該記憶手段に記憶された
許容放電インピーダンスの範囲内にあるかどうかを判定
する判定手段と、放電インピーダンスＺが該範囲内にな
いとき記憶手段に記憶された変化率で電磁石電流を減少
させる第１の調整手段と、基板の成膜の厚さを測定する
測定手段と、該測定手段により測定された成膜の厚さに
対応させてスパッタ電力を増大させる第２の調整手段と
を具備し、該第１の調整手段により放電インピーダンス
Ｚを該範囲内にあるようにしたことを特徴とするスパッ
タによる成膜制御装置。