JPH07268628A - 薄膜形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 消衰係数の大きい薄膜の形成において、その
インプロセスで薄膜形成速度の検出を可能にし、高精度
の膜厚制御を実現する。 【構成】 基板１に薄膜を形成するためのスパッタ・ガ
ン３に対して、基板１と異なるモニタ用基板２を薄膜が
形成される部分に設置して、基板１と共にモニタ用基板
２の一部にも薄膜を形成し、薄膜とモニタ用基板２を含
む全体の反射率を検出信号として光ファイバ14を介して
検出器15で検出し、この検出信号が予め設定した基準値
を維持するようにモニタ用基板２を移動させることによ
って、モニタ用基板２上における薄膜形成部分を連続的
に移動させ、モニタ用基板２の移動速度に基づいて薄膜
の膜厚をインプロセスで検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、薄膜形成速度または膜
厚をインプロセスで検出可能な薄膜形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、スパッタリング法，ＣＶＤ法は、
薄膜形成の主たる方法として位置づけられ、半導体，光
メモリディスク，液晶ディスプレイ等のデバイスの薄膜
形成に必須の技術となっている。

【０００３】薄膜を基板に形成するに際して、予め設定
した膜厚で精度良く薄膜の形成を終了させることが前記
デバイスを高精度に形成する上で重要である。このた
め、インプロセスで膜厚を検出することが強く要求され
ており、この要求に沿うインプロセス測定方法として、
光の多重干渉を用いた膜厚検出法が現在多く用いられて
いる。

【０００４】光の多重干渉を用いた膜厚検出法は、形成
される薄膜と基板を含む全体の反射率をモニタリングす
ることにより、光の多重干渉によって得られる反射率と
膜厚との関係に基づいて基板上に形成された膜厚を検出
するものであり、光学薄膜の形成等における膜厚検出に
よく活用されている。また、反射率のみならず、透過率
のモニタリングによって膜厚を検出することができると
いう特徴を有している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】反射率または透過率を
モニタリングすることによる光の多重干渉を用いた膜厚
の検出方法は、図10の膜厚の反射率モニタ・チャート
(反射率検出信号と時間の関係)に示す特性曲線の極大ま
たは極小が、多重干渉理論により薄膜の屈折率をｎ、光
の波長をλとしたときに、λ／４nごとの膜厚において
示されることに基づき、膜厚をインプロセスで検出する
ものである。

【０００６】しかし、前記多重干渉による検出方法は、
消衰係数ｋが極めて小さい透明薄膜を形成する場合にお
いては、特性曲線に極大，極小が明確に現れ、極めて有
効であるが、アルミニウム(Ａl)のように消衰係数ｋが
大きい不透明膜の場合には、図11の反射率モニタ・チャ
ート(反射率検出信号と時間の関係)に示すように極大，
極小が現れず、膜厚を特定することはできない。

【０００７】本発明は、前記従来技術の課題を解決する
ため、消衰係数が大きい薄膜においてもインプロセスで
膜厚または薄膜形成速度の検出を可能にする薄膜形成方
法を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係る薄膜形成方法の第１の方法は、基板に
薄膜を形成する工程において、前記基板と異なるモニタ
用基板を薄膜が形成される部分に設置して、前記基板と
共にモニタ用基板の一部にも薄膜を形成し、薄膜とモニ
タ用基板を含む全体の反射率あるいは透過率の少なくと
も一方を検出し、この検出信号が予め設定した基準値を
維持するようにモニタ用基板を移動させることによって
モニタ用基板上における薄膜形成部分を連続的に移動さ
せ、モニタ用基板の移動速度に基づいて薄膜の膜厚をイ
ンプロセスで検出するものである。

【０００９】また、本発明に係る薄膜形成方法の第２の
方法は、基板に薄膜を形成する工程において、前記基板
と異なるモニタ用基板を薄膜がその一部に形成される部
分に設置し、モニタ用基板を回転させながらモニタ用基
板に薄膜を形成させ、膜厚の増加する薄膜とモニタ用基
板を含む全体の反射率あるいは透過率の少なくとも一方
を検出し、この時間の関数としての検出信号を、予め求
めた検出信号値と膜厚との相関に基づいて膜厚信号に変
換し、この時間の関数としての膜厚信号に基づき、薄膜
の膜厚または薄膜形成速度をインプロセスで検出するも
のである。

【００１０】また、本発明に係る薄膜形成方法の第３の
方法は、基板に薄膜を形成する工程において、前記基板
と異なるモニタ用基板を薄膜がその一部に形成されると
ともに、前記基板に対して角度を保持して設置し、前記
基板と共にモニタ用基板の一部にも薄膜形成粒子の飛翔
方向に対して傾斜させた状態で薄膜を形成し、薄膜とモ
ニタ用基板を含む全体の反射率あるいは透過率の少なく
とも一方を検出し、この時間の関数としての検出信号
を、予め求めた検出信号値と膜厚との相関に基づいて膜
厚信号に変換し、この時間の関数としての膜厚信号に基
づき、薄膜の膜厚または薄膜形成速度をインプロセスで
検出するものである。

【００１１】

【作用】消衰係数ｋが大きい不透明膜の場合、図11に示
すように、薄膜と基板を含む全体の反射率モニタ・チャ
ートには極大，極小は現れないが、薄膜形成の初期にお
いて反射率検出信号は大きく増加するように変化する。
すなわち、薄膜形成の初期において反射率は膜厚に対し
て感度が高い状態で対応している。

【００１２】そこで、本発明の前記第１の方法では、図
11の反射率検出信号が飽和するまでに至らない検出信号
値を予め基準値として設定し、反射率検出信号が基準値
を維持するようにモニタ用基板を連続的に移動させる制
御を行う。このような制御を行えば、モニタ用基板上の
反射率検出部位における膜厚が見かけ上、常に同じにな
るので、そのときのモニタ用基板の移動速度に基づい
て、基板に堆積する薄膜形成速度をインプロセスで検知
する。

【００１３】また、本発明の前記第２の方法では、回転
するモニタ用基板に、限定された開口部を経て薄膜を形
成し、モニタ用基板に形成される薄膜の厚さをある比率
で基板よりも薄くする。この薄膜とモニタ用基板を含む
全体の反射率を検出し、このモニタ用基板における反射
率の変化の大きい薄膜形成の初期の膜厚範囲において、
正確に管理したい基板の薄膜の厚さに対応するように開
口部の大きさを制御することにより、基板に形成される
薄膜の厚さ、または薄膜形成速度をインプロセスで検知
する。

【００１４】また、本発明の前記第３の方法では、モニ
タ用基板を基板に対して角度を保持して設置し、モニタ
用基板の一部にも薄膜形成粒子の飛翔方向に対して傾斜
させた状態で薄膜を形成して、モニタ用基板に形成され
る薄膜の厚さをある比率で基板よりも薄くする。この薄
膜とモニタ用基板を含む全体の反射率を検出し、このモ
ニタ用基板における反射率の変化の大きい薄膜形成の初
期の膜厚範囲において、正確に管理したい基板の薄膜の
厚さに対応するようにモニタ用基板の傾斜角度を制御す
る。薄膜とモニタ用基板を含む全体の反射率と透過率の
うち少なくとも一方を検出し、この時間の関数としての
検出信号を、予め求めた検出信号値と膜厚との相関に基
づいて膜厚信号に変換し、この時間の関数としての膜厚
信号に基づき、薄膜の膜厚または薄膜形成速度をインプ
ロセスで検出する。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００１６】図１は本発明の薄膜形成方法の第１実施例
を実施するためのスパッタ装置の一例を示す構成図であ
り、本実施例においてＡl薄膜をスパッタリング法で形
成する。

【００１７】図１において、１は基板、２はモニタ用基
板、３はスパッタ・ガンであり、このスパッタ・ガン３
は、主にＡlからなるスパッタ・ターゲット４と、スパ
ッタ・ターゲット４が接着された支持板５と、支持板５
の下に収納されたマグネット６とにより構成され、支持
板５にはスパッタ電源７からＤＣ電力が供給される。

【００１８】排気系８によって減圧状態に保持されたチ
ャンバ９内にガス導入管10を通してＡrが導入され、ス
パッタ・ターゲット４からスパッタされたＡlは基板１
に付着してＡl薄膜を形成する。なお、スパッタ・ガン
３と基板１との間にはシャッタ11が設けられており、そ
の開閉によって基板１への薄膜の堆積開始，終了が規制
される。

【００１９】薄膜形成速度を検出するため、モニタ用基
板２を薄膜が形成される部位に設置し、基板１と共にモ
ニタ用基板２にも薄膜を形成する。モニタ用基板２の上
方には投受光型光ファイバ12が設置されており、光源13
からの光を光ファイバ14を通してモニタ用基板２に照射
し、その反射光を検出器15に導くことにより、反射率検
出信号を検出する構成とする。

【００２０】モニタ用基板２の薄膜形成領域はマスク部
18の開口部17によって限定されるとともに、モニタ用基
板２に移送機溝部19を接続させ、開口部(薄膜形成領域)
17に対して、モニタ用基板２を連続的に移動させるよう
な構成とする。

【００２１】そして反射率検出信号が飽和するまでに至
らない検出信号値を予め基準値として設定し、この基準
値が図２に示した特性を維持できるようにモニタ用基板
２を直線移動させる制御を行うことによって、モニタ用
基板２上における薄膜形成部位を連続的に移動させる。
このような制御により、反射率検出部位における膜厚は
見かけ上、常に同じになり、モニタ用基板２の開口部
(薄膜形成領域)17に対する相対移動速度に基づいてモニ
タ用基板２における薄膜形成速度を算出することができ
る。

【００２２】すなわち、図３に示すように、マスク部18
の開口部(薄膜形成領域)17の間隔をｌとし、モニタ用基
板２を速度ｖで移動させ、モニタ用基板２への薄膜形成
速度をρ、モニタ用基板２への形成膜厚をｄとすると、
薄膜形成速度ρは、

【００２３】

【数１】ρ＝ｖd／ｌ で表され、ρを検知することができる。

【００２４】前記検知結果に基づき、基板１とモニタ用
基板２における堆積膜厚の関係を予め求めておくことに
より、基板１における薄膜形成速度をインプロセスで検
知することが可能になり、基板１上に堆積した薄膜の膜
厚をモニタすることができる。

【００２５】また、図４に示すように、モニタ用基板２
の薄膜形成領域を、マスク部18の開口部17によって限定
し、モニタ用基板２に回転機構部20を設けて、回転軸21
を中心にモニタ用基板２を回転させ、薄膜形成領域に対
して連続的に移動する構成にしてもよい。なお、以下、
図１に基づいて説明した部材と同一の部材については同
一の符号を付して詳しい説明は省略する。

【００２６】図４において、図１の第１実施例と同様
に、図11の反射率検出信号が飽和するまでに至らない検
出信号値を予め基準値として設定し、この基準値を維持
するようにモニタ用基板２を、回転軸21を中心に回転移
動させる制御を行うことによって、その移動速度からモ
ニタ用基板２における薄膜形成速度を検知し、基板１に
おける薄膜形成速度をインプロセスで検出することが可
能となり、基板１上に堆積した薄膜の膜厚をモニタする
ことができる。

【００２７】図５は本発明の第２実施例を実施するため
のスパッタ装置の一例を示す構成図であり、Ａl薄膜を
スパッタリング法で形成する。この第２実施例では、薄
膜形成速度を検出するために、モニタ用基板２を薄膜が
形成される部分に設置し、基板１と共にモニタ用基板２
にも薄膜を形成する。なお、その際、モニタ用基板２の
下部には開口部17を有するマスク部18を設け、モニタ用
基板２における薄膜形成領域が限定されるようにしてあ
る。

【００２８】モニタ用基板２に回転機構部20を設けて、
回転軸21を中心としてモニタ用基板２を回転させる。モ
ニタ用基板２の上方には、投受光型光ファイバ12を設置
し、反射率検出信号を検出することができるようにして
ある。

【００２９】モニタ用基板２を回転軸21を中心に回転さ
せ、マスク部18によって限定された開口部17からモニタ
用基板２に薄膜を形成するようにする。図６はシャッタ
11が開いて薄膜が形成される際、時間の経過(横軸)に対
する基板１とモニタ用基板２に形成される薄膜の膜厚
(縦軸)を示している。図６に示されるようにモニタ用基
板２に形成される薄膜の膜厚Ｂは、基板１における膜厚
Ａよりもある比率で薄くすることができる。

【００３０】すなわち、モニタ用基板２に形成された薄
膜を含む全体の反射率検出信号を検出し、このモニタ用
基板２における反射率検出信号の変化の大きい薄膜形成
の初期の膜厚範囲(図７に示す範囲)において、正確に管
理したい基板１の薄膜の厚さに対応するような比率にな
るように開口部17の大きさを制御する。

【００３１】したがって、反射率検出信号の変化の大き
な薄膜形成の初期のモニタ用基板２における反射率検出
信号と膜厚との相関関係を予め求めておけば、モニタ用
基板２と基板１の堆積膜厚の比率に基づいて、基板１に
形成される薄膜の厚さ、さらには薄膜形成速度をインプ
ロセスで検知することができる。

【００３２】なお、第２実施例の場合、図５に示すよう
に投受光型光ファイバ12を開口部17上ではなく、回転軸
21に対して開口部17と等距離の位置に設置することによ
り、開口部17からのプラズマ・ノイズの影響を受けるこ
となく、精度良くモニタすることができる。

【００３３】図８は本発明の第３実施例を実施するため
のスパッタ装置の一例を示す構成図であり、Ａl薄膜を
スパッタリング法で形成する。この第３実施例では、薄
膜形成速度を検出するために、モニタ用基板２を薄膜が
形成される部分に設置し、基板１と共にモニタ用基板２
にも薄膜を形成する。

【００３４】モニタ用基板２を基板１に対して角度を保
持して設置し、モニタ用基板２の一部にも薄膜形成粒子
の飛翔方向に対して傾斜させた状態で薄膜を形成するよ
うにしてある。図６に基づいて説明したように、モニタ
用基板２に形成される薄膜の膜厚Ｂは、基板１における
膜厚Ａよりもある比率で薄くすることができる。

【００３５】この薄膜とモニタ用基板２を含む全体の反
射率を、モニタ用基板２に光が垂直に入射するように傾
けて設置した投受光型光ファイバ12によって検出し、こ
のモニタ用基板２における反射率の変化の大きい薄膜形
成の初期の膜厚範囲(図７参照)において、正確に管理し
たい基板１の薄膜の厚さに対応するようにモニタ用基板
２の傾斜角度を制御する。

【００３６】この時間の関数としての検出信号を、予め
求めた検出信号値と膜厚との相関に基づいて膜厚信号に
変換し、この時間の関数としての膜厚信号に基づき、薄
膜の膜厚または薄膜形成速度をインプロセスで検出する
ことができる。

【００３７】なお、前記各実施例においては、検出信号
を反射率として説明しているが、必ずしもこれに限定さ
れるものではなく、図９に示すように、基板１またはモ
ニタ用基板２の上方に投光型光ファイバ25を、下方に受
光型光ファイバ22を設置し、光源13からの光を光ファイ
バ23を通じて基板１に照射し、その透過光を検出器24に
導いて透過率を検出して検出信号としても、反射率の場
合と同様に膜厚または薄膜形成速度をインプロセスで検
知することができる。

【００３８】また、前記各実施例においては、薄膜形成
法をスパッタリング法として説明しているが、必ずしも
これに限定されるものではなく、ＣＶＤ法，真空蒸着法
においても有効である。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１〜３記載
の本発明の薄膜形成方法によれば、消衰係数が大きい薄
膜を形成する場合においても、インプロセスで膜厚また
は薄膜形成速度の検出が可能となるので、所定の膜厚で
薄膜を高精度に形成することができ、工業的価値は極め
て高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る薄膜形成方法の第１実施例を実施
するためのスパッタ装置の一例を示す概略構成図であ
る。

【図２】反射率の特性図である。

【図３】薄膜形成速度を説明するための図である。

【図４】図１のスパッタ装置の変形例における概略構成
図である。

【図５】本発明の第２実施例を実施するためのスパッタ
装置の一例を示す概略構成図である。

【図６】形成膜厚と時間との関係を示す図である。

【図７】反射率の特性図である。

【図８】本発明の第３実施例を実施するためのスパッタ
装置の一例を示す概略構成図である。

【図９】透過光から検出信号が得られるようにしたスパ
ッタ装置の要部の概略構成図である。

【図１０】従来の薄膜形成方法の課題を説明するための
特性図である。

【図１１】従来の薄膜形成方法における課題および本発
明の作用を説明するための特性図である。

【符号の説明】

１…基板、 ２…モニタ用基板、 ３…スパッタ・ガ
ン、 ４…スパッタ・ターゲット、 ５…支持板、 ６
…マグネット、 ７…スパッタ電源、 ８…排気系、
９…チャンバ、 10…ガス導入管、 11…シャッタ、
12…投受光型光ファイバ、 13…光源、 14，23…光フ
ァイバ、 15，24…検出器、 17…開口部、18…マスク
部、 19…移送機構部、 20…回転機構部、 21…回転
軸、 22…受光型光ファイバ、 25…投光型光ファイ
バ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 塩川 晃 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 小西 康文 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 内田 正雄 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 田中 博由 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板に薄膜を形成する工程において、前
   記基板と異なるモニタ用基板を薄膜が形成される部分に
   設置して、前記基板と共にモニタ用基板の一部にも薄膜
   を形成し、薄膜とモニタ用基板を含む全体の反射率ある
   いは透過率の少なくとも一方を検出し、この検出信号が
   予め設定した基準値を維持するようにモニタ用基板を移
   動させることによってモニタ用基板上における薄膜形成
   部分を連続的に移動させ、モニタ用基板の移動速度に基
   づいて薄膜の膜厚をインプロセスで検出する薄膜形成方
   法。
2. 【請求項２】 基板に薄膜を形成する工程において、前
   記基板と異なるモニタ用基板を薄膜がその一部に形成さ
   れる部分に設置し、モニタ用基板を回転させながらモニ
   タ用基板に薄膜を形成させ、膜厚の増加する薄膜とモニ
   タ用基板を含む全体の反射率あるいは透過率の少なくと
   も一方を検出し、この時間の関数としての検出信号を、
   予め求めた検出信号値と膜厚との相関に基づいて膜厚信
   号に変換し、この時間の関数としての膜厚信号に基づ
   き、薄膜の膜厚または薄膜形成速度をインプロセスで検
   出する薄膜形成方法。
3. 【請求項３】 基板に薄膜を形成する工程において、前
   記基板と異なるモニタ用基板を薄膜がその一部に形成さ
   れるとともに、前記基板に対して角度を保持して設置
   し、前記基板と共にモニタ用基板の一部にも薄膜形成粒
   子の飛翔方向に対して傾斜させた状態で薄膜を形成し、
   薄膜とモニタ用基板を含む全体の反射率あるいは透過率
   の少なくとも一方を検出し、この時間の関数としての検
   出信号を、予め求めた検出信号値と膜厚との相関に基づ
   いて膜厚信号に変換し、この時間の関数としての膜厚信
   号に基づき、薄膜の膜厚または薄膜形成速度をインプロ
   セスで検出する薄膜形成方法。