JPH074943A - 成膜監視・制御装置 - Google Patents

成膜監視・制御装置

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JPH074943A
JPH074943A JP14176393A JP14176393A JPH074943A JP H074943 A JPH074943 A JP H074943A JP 14176393 A JP14176393 A JP 14176393A JP 14176393 A JP14176393 A JP 14176393A JP H074943 A JPH074943 A JP H074943A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 成膜装置で成膜される膜の膜厚及び成膜速度
を測定するのに圧電結晶マイクロバランスを利用した成
膜監視・制御装置において、成膜プロセス中における多
層膜の各膜の膜厚及び成膜速度を逐次正確かつ迅速に測
定できるようにすること。 【構成】 本発明による成膜監視・制御装置において
は、光学における入射光と反射光との関係を、一次元音
響共振器に適用して得られた多層膜用の応答周波数と膜
厚との関係式を用いて多層膜の各膜の成膜状態を、その
膜の音響インピーダンス比と密度との二つのパラメータ
から周波数に基いて検知する手段が設けられる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、成膜チャンバ内に設置
された圧電結晶上への膜の堆積を測定することにより基
板上における膜の膜厚及び成膜速度を監視、制御できる
ようにした成膜監視・制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、例えば真空蒸着またはスパッタリ
ングにおいて成膜される膜の膜厚及び成膜速度を測定す
るために、石英結晶マイクロバランスという技術が広く
用いられている。これは、蒸着またはスパッタリングに
おいてチャンバ内に配置されている石英結晶の表面に蒸
着物が堆積すると、結晶の質量が増加し逆にその応答周
波数が減少することを利用しており、従来この応答周波
数と結晶表面の膜厚との関係を表すのにルー・レービス
の式 tan(π・fc/fq)=−ztan(π・fc/ff) (1) が用いられていた。この式でfcは混合共鳴周波数であ
り、fq、ffはそれぞれ結晶と膜の機械的共鳴周波数であ
り、またzは結晶と膜との音響インピーダンスの比であ
る。上記ルー・レービスの式は、水晶と蒸着膜との組み
合わせを一次元の複合音響共振器として初めて取り扱っ
たMiller及びBolef による水晶に膜が単一層付いた場合
の式 を変形することによって得られる(J applied Phys. 3
9, 4589 (1968) 参照)。上記のルー・レービスの関係
式(1) から膜厚と周波数との関係を表す次式が導き出さ
れる。 しかしながら、膜厚と周波数とのこの関係式は、結晶に
同じ膜が付いた場合の単一層モデルであり、この目的に
おいては十分な精度が得られるが、異なる物質を多層に
形成する場合には精度が悪くなり、成り立たなくなるこ
とが認められている。
【0003】またMiller及びBolef による上記(2) 式は
水晶に一層の膜が付いた場合を一次元の音響共振器とし
て解析したモデルより導入されたのであり、この考え方
を応用して各層の音響インピーダンス比を用いて多層の
解析を行なうことは原理的には可能であるが、数学的分
析の複雑さが層の数が増えるに従って急激に増加し、困
難であると考えられていた(ルー、スザンデルナ共著、
ニューヨーク、エルセビィアー社出版の“圧電結晶マイ
クロバランスの応用”を参照)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来提案
されてきた技術では多層の膜付けにおける膜厚及び蒸着
速度の測定は十分な精度が得られないか、或いは多層の
分析が複雑となり、蒸着プロセス中に膜厚を追跡するこ
とは困難であった。そこで、本発明は、このような問題
点を解決して、多層の膜付けにおいて成膜プロセス中に
膜厚を精度良く測定、制御できるようにした成膜監視・
制御装置を提供することを目的としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明によれば、成膜チャンバ内に設置された圧
電結晶上への膜の堆積を測定することにより基板上にお
ける膜の膜厚及び成膜速度を制御できるようにした成膜
監視・制御装置において、圧電結晶の基本共鳴周波数fc
を測定する手段と、この測定手段で測定した圧電結晶の
基本共鳴周波数fcを用いて、tfiを圧電結晶上のi番目
の膜の膜厚、zi をi番目の膜の音響インピーダンス
比、ρfiをi番目の膜の密度、ρq を圧電結晶の密度、
vq を圧電結晶のすべり波の速度、tq を圧電結晶の厚
さ、kaiを波数ベクトルとする時、膜厚と周波数との関
係式、 及びこの式により計算される各層の膜厚の履歴を内部に
もつ手段とを有することを特徴としている。
【0006】
【作用】このように構成された本発明の装置において
は、各層の膜厚及び成膜速度を計算する手段により膜厚
と周波数との関係式に基いて多層膜蒸着時の膜厚を容易
に求めることができる。すなわち、成膜チャンバー内に
置かれた圧電結晶に第1層目の物質が蒸着されると、そ
の物質の音響インピーダンス比と密度とを与えれば共振
周波数をもとに第1層目の膜厚が計算される。続いて第
2層目の物質が圧電結晶に蒸着されると、先に計算され
た第1層目の膜厚及び第2層目の物質の音響インピーダ
ンス比と密度を与えることにより共振周波数をもとに第
2層目の膜厚が逐次計算される。この計算手順が繰り返
されて何層でも膜厚を正確に計算できるようになる。
【0007】
【実施例】以下本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。図1には本発明の実施例による成膜監視・制御装置
をブロック線図で示し、1は成膜チャンバを成す蒸着室
で、内部には蒸発源2及びATカットの圧電結晶から成る
マイクロバランスセンサ3が配置されている。なお、成
膜される基板は図面では省略されている。マイクロバラ
ンスセンサ3は発振回路4に接続され、この発振回路4
からの共振周波数はカウンタ回路5により測定される。
発振回路4及びカウンタ回路5はマイクロバランスセン
サ3の圧電結晶の基本共鳴周波数fcを測定する手段を構
成している。カウンタ回路5で測定された共振周波数
は、膜厚及び蒸着速度を計算する手段を構成しているマ
イクロプロセッサ6に送られ、マイクロプロセッサ6で
は送られてきた共振周波数に基きこれに別個に入力され
る各層の物質の音響インピーダンス比と密度とにより膜
厚と周波数との関係式からその層の膜厚及び蒸着速度が
計算される。こうして算出されたデータは周辺回路7に
送られ、蒸発源2の電源8を制御するのに用いられる。
マイクロプロセッサ6は16ビットCPと演算プロセッサと
の組合わせから成ることができ、例えば100 層時にミリ
秒オーダで、また1000層でも1秒程度で計算できるよう
にされて得る。それにより、層数の多い光学膜付けにお
いても十分に蒸着プロセス中での膜厚及び蒸着速度の制
御が可能となる。
【0008】次に本発明における多層膜の膜厚と周波数
との関係式について説明する。図2に示すように異なる
物質の境界面に光が入射したとき一般に用いられる入射
光と反射光の関係は、 これを一次元音響共振器に適用すると、多層膜モデルで
は図3に示すように、右端での反射はr=1すなわち波
が外にでないとし、右端から中間層を左端へ順次計算す
ると、粒子運動は このようにして得られた(6) 式は多層膜の応答周波数と
膜厚との式であり、ルー・レービスの式を多層膜に拡張
したものである。
【0009】図4は本発明による装置の動作説明図であ
り、本発明の装置を用いて成膜をモニタする際に、図4
のフローチャートに示すようにまずモニタする層が異な
るかいなかが判断され、そして例えば第2番目の層がモ
ニタの対象となっていると判断されると、発振回路4を
介してカウンタ回路5により周波数が測定される。そし
てこの測定結果に基き、マイクロプロセッサ6において
その層の物質の音響インピーダンス比と密度とにより膜
厚と周波数との関係式(6) から図5に示す計算のための
フローチャートに従ってその層の膜厚及び蒸着速度が計
算される。この操作を順次繰り返して、膜付けが終了し
た時には計算された最終膜厚を保存するようにされてい
る。
【0010】図6には、従来の用いられてきた膜厚の式
と本発明による多層膜の膜厚の式とを用いてアルミニウ
ムと銅とを交互に約6KAづつ40層膜付けした多層膜の
蒸着おける膜厚を実際に測定例した示し、太線は本発明
による測定データであり、また細線グラフは従来法によ
る測定データである。これらのグラフから判るように本
発明による測定では周波数がかなり低くなっても測定精
度には差がないが、従来法による測定ではアルミニウム
と銅とがそれぞれ反対方向に誤差が大きくなっていく。
【0011】ところで、図示実施例では、マイクロバラ
ンスセンサに用いる圧電結晶としてATカットされた平凸
石英結晶が用いられているが、当然他の圧電結晶を用い
ても同じ原理で適用することができる。
【0012】
【発明の効果】以上説明してきたように本発明の装置に
よれば、光学における入射光と反射光との関係を、一次
元音響共振器に適用して得られた多層膜用の応答周波数
と膜厚との関係式を用いて多層膜の各膜の成膜状態をモ
ニタできるように構成しているので、各層の膜厚及び成
膜速度を逐次正確かつ迅速に得ることができる。その結
果層数の比較的多い例えば光学膜付けプロセスにおいて
も成膜プロセス中に膜厚及び成膜速度を要求された精度
で監視し、制御することがてきるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例による装置の基本構成を示
すブロック線図。
【図2】 異なる物質の境界面における光の入射と反射
を示す概略線図。
【図3】 本発明の適用される多層膜モデルを示す概略
線図。
【図4】 本発明による装置の動作を説明するフローチ
ャート。
【図5】 本発明の装置における計算のためのフローチ
ャート。
【図6】 本発明による装置と従来の装置とによる膜厚
測定データの比較例を示すグラフ。
【符号の説明】
1:成膜チャンバ 2:蒸発源 3:マイクロバランスセンサ 4:発振回路 5:カウンタ回路 6:マイクロプロセッサ 7:周辺回路 8:電源
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成6年9月9日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0005
【補正方法】変更
【補正内容】
【0005】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明によれば、成膜チャンバ内に設置された圧
電結晶上への膜の堆積を測定することにより基板上にお
ける膜の膜厚及び成膜速度を制御できるようにした成膜
監視・制御装置において、圧電結晶の基本共鳴周波数fc
を測定する手段と、この測定手段で測定した圧電結晶の
基本共鳴周波数fcを用いて、tfiを圧電結晶上のi番目
の膜の膜厚、zi をi番目の膜の音響インピーダンス
比、ρfiをi番目の膜の密度、ρq を圧電結晶の密度、
vq を圧電結晶のすべり波の速度、tq を圧電結晶の厚
さ、kaiを波数ベクトルとする時、膜厚と周波数との関
係式、

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 成膜チャンバ内に設置された圧電結晶上
    への膜の堆積を測定することにより基板上における膜の
    膜厚及び成膜速度を制御できるようにした成膜監視・制
    御装置において、圧電結晶の基本共鳴周波数fcを測定す
    る手段と、この測定手段で測定した圧電結晶の基本共鳴
    周波数fcを用いて、tfiを圧電結晶上のi番目の膜の膜
    厚、zi をi番目の膜の音響インピーダンス比、ρfiを
    i番目の膜の密度、ρq を圧電結晶の密度、vq を圧電
    結晶のすべり波速度、tq を圧電結晶の厚さ、kaiを波
    数ベクトルとする時、膜厚と周波数との関係式、 及びこの式により計算される各層の膜厚の履歴を内部に
    もつ手段とを有することを特徴とする成膜監視・制御装
    置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140007401A (ko) * 2011-02-03 2014-01-17 인피콘, 인크. 압전 결정 상의 다층 박막 증착을 결정하기 위한 방법
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