JPH0881773A

JPH0881773A - 高周波スパッタリング装置

Info

Publication number: JPH0881773A
Application number: JP6244878A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Nakamura; 浩中村; Masayuki Otani; 正之大谷; Shinichi Hiraki; 信一平木
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1994-09-14
Filing date: 1994-09-14
Publication date: 1996-03-26

Abstract

(57)【要約】【目的】バッチ間及びバッチ内ばらつきの小さい高精
度の薄膜を作製できる高周波スパッタリング装置を得
る。【構成】高周波スパッタリング装置において、モニタ
ー手段によって放電中の高周波電源の直流成分値をモニ
ターし、該モニター手段からの出力に基づいて、制御手
段により、高周波電源の直流成分がスパッタリング中予
め定められた設定値に維持されるように、高周波電源の
出力電位を制御することによって、バッチ間およびバッ
チ内のばらつきを抑えて高精度な薄膜の作製を可能とし
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高周波スパッタリング
法によって基板に薄膜を形成する高周波スパッタリング
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】高周波スパッタリング装置、所謂ｒｆ
（radio-frequency ）スパッタリング装置は、イオン衝
撃によってスパッタ源から物質が放出されるスパッタリ
ングを利用して、基板上に、放出された物質による薄膜
を形成するのに用いられている。例えば、反射防止や反
射増加等の機能を有する光学薄膜を基板上に形成すると
きに使用されている。

【０００３】このような光学薄膜の１つに、Ｘ線多層膜
反射鏡に用いられる薄膜がある。Ｘ線多層膜は、基板上
に２種類もしくはそれ以上の物質を１層を数ｎｍの膜厚
で交互に数十から数百層積層したものであり、スパッタ
リング装置で作製されている。

【０００４】Ｘ線多層膜反射鏡は、多層膜の各界面で反
射した光の干渉効果を利用したものである。即ち、Ｘ線
の波長をλ、多層膜の１周期の長さ（周期長）をｄ、Ｘ
線の斜入射角をθ、回折次数をｍとしたとき、以下の
(1)式で表されるブラッグの条件を満足させることによ
って高いＸ線反射率を持たせたものである。この条件か
らはずれたところではＸ線はほとんど反射しない。２ｄ・sinθ＝ｍλ … (1)式

【０００５】Ｘ線多層膜反射鏡は、まず光学設計により
波長及び斜入射角が決められる。この決められた波長と
斜入射角から (1)式のブラッグの条件を満たすように多
層膜の周期長が決められる。Ｘ線の波長はｎｍオーダー
であるため、 (1)式からもわかるように多層膜の周期長
も数ｎｍ程度になる。例えば、斜入射角θ＝３０°で波
長λ＝３. ４ｎｍのＸ線を反射させるＮｉ／Ｖ₂ Ｏ₅ 多
層膜の周期長はｄ＝３. ４ｎｍであり、理想的な多層膜
では１９％の反射率が期待される。

【０００６】しかし、この多層膜の周期長が０. １ｎｍ
ずれると反射率が１％に低下する。このように、Ｘ線多
層膜反射鏡用の多層膜は、設計値からの周期長のずれを
０.１ｎｍ以下の精度で製作しなければならない。この
ため、成膜装置の膜厚の制御性と再現性、即ちバッチ間
でのばらつきにもこの精度が要求される。

【０００７】さらに通常、ｒｆスパッタリング装置を使
用してＸ線多層膜反射鏡を製作する場合には、設計した
周期長を得るために予備成膜を数バッチ行い、得られた
成膜速度等のデータから周期長の調整を行う。この方法
で周期長を調整するためにも、装置のバッチ間のばらつ
き、再現性は０. １ｎｍ（周期長に対して２％）以下で
なければならない。

【０００８】また、Ｘ線多層膜は多数の界面の干渉を利
用してＸ線を反射させるために、多層膜の各層の膜厚の
ばらつき、即ちバッチ内ばらつきも反射率の低下の原因
になる。前述と同様の計算から、バッチ内ばらつきも
０. １ｎｍ、周期長に対して２％以下の精度にしなけれ
ばならないことがわかる。

【０００９】従来のｒｆスパッタリング装置では、上記
のようなバッチ間及びバッチ内でのばらつきを小さくす
るために次の２つの方法が用いられてきた。第１に、毎
回、バッチ毎にｒｆ電力、即ちｒｆ電源の出力電位を同
一に設定し、また成膜中もこの出力電位を一定に保つよ
うモニターしフィードバックして制御を行なう方法であ
る。この時、膜厚は成膜時間で制御する。

【００１０】第２に、膜厚モニターで成膜速度と膜厚を
モニターして、膜厚を制御する方法である。しかし、第
２の方法では、成膜速度及び膜厚のモニターは水晶振動
子を用いて行なっており、これは、ノイズに弱く、さら
に熱及び堆積物によりドリフトを起こしてしまうため
に、Ｘ線多層膜を作製するために必要な精度で膜厚のモ
ニター及び制御することができない。したがって、通常
は第１の方法が使用されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
如く、各バッチ毎にｒｆ電源の出力電位を同じに設定し
ても、バッチ間で多層膜の周期長が５％程度ばらつき、
多層膜反射鏡用の多層膜に必要な精度を満たすことがで
きないことが実験から明らかになった。これはスパッタ
リングが行なわれる真空チャンバー内の汚れ等により、
プラズマの状態が各バッチで異なっているために、成膜
速度が変化したと推定される。

【００１２】また、従来の装置で作製した多層膜のＸ線
回折図形（波長λ＝０. １５４ｎｍ）を測定したとこ
ろ、理想的な多層膜の場合の計算値に比べて回折ピーク
の半値幅が広く、反射率も低いことが明らかになった。
多層膜の回折ピークの半値幅は、多層膜の周期性、即ち
各層の膜厚のばらつきに対応しており、周期性が悪くば
らつきの大きいほど回折ピークの半値幅が広くなる。し
たがって、従来の装置で作製した多層膜は、周期性が悪
くバッチ内ばらつきが大きいことを示している。

【００１３】以上のように、従来のｒｆスパッタリング
装置の膜厚制御方法では、バッチ間及びバッチ内ばらつ
きをＸ線多層膜の要求精度内に抑えることができないと
いう問題点があった。本発明は、上記問題点を鑑み、バ
ッチ間およびバッチ内ばらつきがＸ線多層膜反射鏡の許
容誤差内であるｒｆスパッタリング装置を提供すること
を目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明に係る高周波スパッタリング
装置では、高周波電源からの高周波により、スパッタ源
にプラズマを発生させてスパッタリングをひき起こし、
基板上に前記スパッタ源から放出された物質の薄膜を形
成する高周波スパッタリング装置において、放電中の前
記高周波電源の直流成分値をモニターするモニター手段
と、該モニター手段からの出力に基づいて、前記高周波
電源の直流成分がスパッタリング中予め定められた設定
値に維持されるように、前記高周波電源の出力電位を制
御する制御手段と、を備えたものである。

【００１５】

【作用】本発明のｒｆスパッタリング装置は、基板上に
スパッタ源から放出された物質の薄膜を形成する際に、
モニター手段によって、放電中の高周波電源の直流成分
値をモニターし、該モニター手段からの出力に基づい
て、制御手段によって高周波電源の直流成分がスパッタ
リング中予め定められた設定値に維持されるように、高
周波電源の出力電位を制御するものである。

【００１６】ｒｆスパッタリング装置による薄膜形成で
は、スパッタ源、所謂ターゲットに高周波をかけて生じ
るプラズマの状態が成膜速度に大きく影響することが知
られている。ｒｆプラズマのバイアスは、プラズマ中の
イオンがターゲットに衝突する際のエネルギーに対応し
ている。イオンの衝突エネルギーの変化は、スパッタリ
ング収率（入射イオン１個に対して放出される原子の
数）の変化を引き起こす。したがって、バイアスが異な
ると、成膜速度が異なることになる。

【００１７】このように、ｒｆプラズマのバイアスに相
当するｒｆ電源の直流成分は成膜速度と密接な関係を持
っている。この直流成分は、投入するｒｆ電力、即ちｒ
ｆ電源の出力電位を同じに設定しても、チャンバーの汚
れ、雰囲気等によってバッチ間で異なることが実験から
確かめられた。前述のように、ｒｆ電源の出力電位を同
一に設定する従来のｒｆスパッタリング装置では、バッ
チ間で直流成分が異なり、従って成膜速度がバッチ間で
異なるために、時間で膜厚を制御する方法ではバッチ間
ばらつきが大きくなってまう。以上のことから、まず、
バッチ間で直流成分を同一に設定することによって、バ
ッチ間ばらつきを小さくすることができる。

【００１８】また、ｒｆ電源の出力電位を一定にして、
直流成分の時間的変化を測定したところ、時間と共に直
流成分が減少し、２時間程度で初期設定値から２％程度
小さくなることが判明した。Ｘ線の多層膜の作製には、
通常、２時間以上の時間が掛かるために、従来のスパッ
タリング装置で作製した多層膜では、基板側から最上層
に向かって次第に周期が小さくなっていると推測され
る。これで、従来の装置で作製した多層膜の周期性の悪
さ、バッチ内ばらつきが説明される。

【００１９】本発明は、以上のように、ｒｆ電源の出力
電位を同一に設定し、これを一定に保っても、常に、同
じ直流成分は得られないということを見出した結果、こ
の、成膜速度を左右するプラズマのバイアスに相当する
直流成分自体を制御することによってバッチ間、および
バッチ内のばらつきをなくそうとしたものである。

【００２０】即ち、本発明のｒｆスパッタリング装置
は、基板上にスパッタ源から放出された物質の薄膜を形
成する際に、モニター手段によって、放電中の高周波電
源の直流成分値をモニターし、該モニター手段からの出
力に基づいて、制御手段によって高周波電源の直流成分
がスパッタリング中予め定められた設定値に維持される
ように、高周波電源の出力電位を制御するものである。

【００２１】従って、本発明のｒｆスパッタリング装置
によれば、以上のことから、まず、バッチ毎に成膜開始
直前に直流成分を同一に設定し、成膜中、直流成分が一
定になるようにｒｆ電源の出力電位を制御することによ
って、成膜速度を一定に維持できるので、Ｘ線多層膜形
成などの薄膜形成において周期性を良くし、バッチ内の
ばらつきを従来に比べて非常に小さくできると同時に、
成膜の再現性が良好でバッチ間ばらつきも従来に比べ非
常に小さくすることができる。

【００２２】本発明のｒｆスパッタリング装置の作用を
図４に概略構成図を示した装置を例に以下に説明する。
本装置は、真空チャンバー１８内にスパッタ源であるタ
ーゲット１４と、薄膜が積層される基板を保持する基板
ホルダー１６と、ターゲット１４と基板との間に開閉可
能に設けられたシャッタ１５が備えられており、装置全
体がパソコン等の制御システム１０によって制御される
ものである。従って、ｒｆ電源１３は、制御システム１
０の指令に従って、モニター機構１１による直流成分Ｖ
_dcのモニター結果に基づき、コントローラ１２を通して
出力電位が制御される。

【００２３】このような構成において、制御システム１
０に、直流成分値Ｖ_dc、成膜時間、チャンバー内ガス
圧、基板回転機構１７による基板ホルダーの回転速度な
どの成膜条件を入力し、装置の作動を開始する。まず、
制御システム１０の指令に従い、コントローラ１２を通
してｒｆ電源１３を調整し放電を開始させ、モニター機
構１１によって直流成分値Ｖ_dcをモニターしつつ、シャ
ッタ１５を閉じて基板をカバーした状態でプレスパッタ
リングを行ない、ターゲット表面を清浄化してスパッタ
析出物が純粋なものになる状態にする。このとき、直流
成分値Ｖ_dcが設定値になるようモニター機構１１からの
結果に基づいてコントローラ１２を通してｒｆ電源の出
力電位を制御する。プレスパッタリングが終了すると共
に、直流成分値Ｖ_dcを含む成膜条件が全て整った時点
で、シャッタ１５を開けて、基板上への成膜を開始す
る。

【００２４】成膜中も、モニター機構１１による直流成
分値Ｖ_dcのモニターを続け、直流成分値Ｖ_dcが設定値よ
り予め定められた変位量以上に変化した場合、モニター
結果に基づいて、制御システム１０はコントローラ１２
に信号を出力し、ｒｆ電源の出力電位を変化させ、直流
成分値Ｖ_dcが設置値を維持するように制御する。この制
御を成膜終了まで繰返し、成膜時間に達した時点でシャ
ッタ１５を閉じて放電を終了させる。

【００２５】なお、複数種類の薄膜の積層を繰返して形
成し、積層膜の周期性に精度が要求される成膜の場合に
は、成膜中の直流成分値を設定値に維持し、成膜速度を
一定に保つことが重要であり、これにより、周期性を良
好にし、バッチ内でのばらつきが小さくできるので、作
成された多層膜は精度の高いものとなる。特に光学部材
用の多層膜に有効であり、例えばＸ線多層膜反射鏡用の
多層膜では、反射率の低下の原因となる周期長のばらつ
きを極力小さくし、反射率の低下を、従来では不可能で
あった許容範囲内（例えば１％以内）に抑えることが可
能となる。

【００２６】しかしながら、このような多層膜と異な
り、積層膜の周期性に精度を要求する必要がない薄層、
単層成膜など、バッチ間の再現性のみが問題となるよう
な薄膜形成の場合には、直流成分値のモニターしてこの
直流成分値を設定値に保つようにｒｆ電源の出力電位を
制御するのは、成膜開始直前までの上記プレスパッタリ
ングの間だけでよく、バッチ毎に、成膜開始直前に直流
成分値が設定値になるよう調整すれば良い。

【００２７】このように、本発明にかかるｒｆスパッタ
リング装置により精度良く成膜できる薄膜は、Ｘ線多層
膜反射鏡用の多層膜に限定されるものではなく、他の波
長域の光学薄膜や人工超格子等の、膜厚を精度良く制御
する必要のある全ての薄膜に適用できるものであること
は言うまでもない。

【００２８】なお、直流成分のモニターおよびその結果
に基づくｒｆ電源の出力電位の制御は、スパッタリング
中連続的に行なってもよいが、特に成膜中の制御の際、
直流成分の単位時間当りの変動が直線的で比較的緩やか
な場合など、直流成分の最大変動量を所望の範囲内にし
得る適当な時間間隔、例えば５秒間隔など、を設定して
定期的にモニターして出力電位を制御するようにしても
良い。

【００２９】また、ｒｆ電源の出力電位に対する制御が
作動する基準となる直流成分の設定値からの変動量の上
限は、形成される多層膜の周期性に求められる精度、即
ち許容される周期長のずれ量に応じて、例えば１％な
ど、適宜設定すれば良い。

【００３０】

【実施例】以下に、本発明を実施例をもって詳細に説明
する。（実施例１）まず、本発明の第１の実施例として、図１
に概略構成図で示した２つのｒｆ電源、２つのスパッタ
源を備えたｒｆスパッタリング装置を用い、基板上にＭ
ｏとＳｉの２種類の薄膜を順次積層してなるＸ線多層膜
反射鏡用の多層膜の形成を５バッチ行なう場合を以下に
説明する。本実施例は、ｒｆ電源の直流成分値のモニタ
ーおよびモニター結果に基づく出力電位の制御をバッチ
毎に成膜開始直前まで（例えばプレスパッタリング中）
に行ない、成膜中は直流成分値およびｒｆ電力のモニタ
ーのみを行なって出力電位の制御を行なわないで主にバ
ッチ間のばらつきを検討したものである。

【００３１】図１の装置において、真空チャンバー９
（ここでは、気体：アルゴンガス導入系、および真空排
気系の表示は省略した）内には、第１のスパッタ源とし
てのＭｏターゲット５_Mo、第２のスパッタ源としてのＳ
ｉターゲット５_Siが設置されており、基板回転機構８に
より回転速度が調整される基板ホルダー７にＳｉウエハ
基板が保持されており、各ターゲットと基板との間に
は、それぞれ第１のシャッタ６ａ、第２のシャッタ６ｂ
が備えられている。

【００３２】また、Ｍｏターゲット５_Mo、Ｓｉターゲッ
ト５_Siにはそれぞれ独立した第１のｒｆ電源４ａおよび
第２のｒｆ電源４ｂが接続されている。第１のｒｆ電源
４ａには、直流成分値をモニターするモニター手段とし
ての第１のモニター機構２ａが設けられており、このモ
ニター結果に基づき、パソコンなどの制御システム１か
らの指令に従って、第１のｒｆ電源４ａの出力電位を変
化させる出力電位制御手段としての第１のコントローラ
３ａが備えられている。第２のｒｆ電源４ｂについても
同様に、第２のモニター機構２ｂおよび第２のコントロ
ーラ３ｂが設けられている。

【００３３】以上のような構成において、まず、制御シ
ステム１に成膜条件を入力する。本実施例では、多層膜
のＭｏ薄膜長ｄ_Mo＝５ｎｍ，Ｓｉ薄膜長ｄ_Si＝５ｎｍの
周期長ｄ＝１０ｎｍで積層数２０ペアとした。また、ア
ルゴンガス圧４ｍTorrとし、基板ホルダー７の回転速度
は、Ｍｏ成膜時は７回転／２０min 、Ｓｉ成膜時は１３
回転／２０min に設定した。なお、本実施例の制御動作
は図２（ａ）のフローチャート図に示した。

【００３４】成膜条件入力後、第１のシャッタ６ａおよ
び第２のシャッタ６ｂを閉じて基板をカバーした状態
で、制御システム１の指令に従い、第１のコントローラ
３ａおよび第２のコントローラ３ｂを通してそれぞれ第
１のｒｆ電源４ａおよび第２のｒｆ電源４ｂを調整し放
電を開始させ、第１のモニター機構２ａおよび第２のモ
ニター機構２ｂによって各直流成分値をモニターしつ
つ、プレスパッタリングを行ない、各ｒｆ電源の直流成
分値を設定値に調整する（１０１）。ここでは、第１の
ｒｆ電源４ａの直流成分値を２００Ｖ、第２のｒｆ電源
４ｂの直流成分値を２９０Ｖに設定した。この時、両ｒ
ｆ電源の電力は０．３ｋＷであった。

【００３５】各ｒｆ電源の直流成分値を含む成膜条件が
全て整った時点で、基板ホルダー７を回転させた状態で
の第１のシャッタ６ａと第２のシャッタ６ｂとを交互に
開け（１０２）、成膜を開始する（１０３）。即ち、Ｍ
ｏ成膜時には、制御システム１からの指令により第１の
シャッタ６ａを開け、第２のシャッタ６ｂを閉じると共
に、基板ホルダー７の回転速度をＭｏ成膜用に基板回転
機構８を制御する。また、Ｓｉ成膜時には、逆に第１の
シャッタ６ａを閉じ、第２のシャッタ６ｂを開ける共
に、基板ホルダー７の回転速度をＳｉ成膜用に切り換え
るよう基板回転機構８を制御する。

【００３６】Ｍｏ，Ｓｉ成膜を交互に行ない、成膜中は
制御システム１において、所定の成膜時間に達したかど
うかが判断され（１０４）、所定成膜時間に達した時点
で、成膜時間に達した時点で第１のシャッタ６ａおよび
第２のシャッタ６ｂを閉じて（１０５）、第１のコント
ローラ３ａおよび第２のコントローラ３ｂを通して各ｒ
ｆ電源に放電を終了させ、成膜を終了する（１０６）。

【００３７】以上の１バッチ目が終了した後、Ｓｉウエ
ハ基板を取り換えて同じ成膜条件で２バッチ目の成膜を
行なった。１バッチ目の成膜終了時点で第１のｒｆ電源
４ａの直流成分値は１９５Ｖに低下していた（ｒｆ電力
は０．３ｋＷのまま）。従って、２バッチ目の成膜開始
直前に、第１のｒｆ電源４ａおよび第２のｒｆ電源４ｂ
の出力電位をそれぞれ第１のコントローラ３ａおよび第
２のコントローラ３ｂを通して変化させ、各直流成分値
を設定値に調整し、１バッチ目と同じ成膜条件が整った
後に成膜を開始し、Ｍｏ・Ｓｉの２０ペア多層膜を作製
する。

【００３８】以下同様に、成膜開始前毎に直流成分値を
含む成膜条件を全て、３、４、５バッチと整えた後、Ｍ
ｏ・Ｓｉの２０ペア多層膜を作製した。作製した５つ多
層膜について、Ｘ線回折装置を使用して各多層膜の周期
長を測定し、平均周期長を得た。測定した結果、５つの
多層膜の周期長の平均値は１０. １ｎｍ±０. ０５ｎｍ
であり各バッチ間のばらつきは１％以内に入っていた。

【００３９】ここで比較のために、上記５バッチと同じ
仕様の多層膜を、従来のｒｆ電力を一定に保って成膜す
る方法により図１のｒｆスパッタリング装置を用いて作
製した。即ち、１バッチ目で周期長１０ｎｍになるよう
に成膜条件を調整しておき、２バッチ目以降は、全く１
バッチ目で設定したｒｆ電力（出力電位）を変化させる
ことなく５バッチの多層膜作製を行った。この従来方法
で作製した５つの多層膜について、Ｘ線回折装置を使用
して各多層膜の周期長を測定し、平均周期長を求めたと
ころ、周期長は９. ５±０. ３ｎｍであり、バッチ間で
６％のばらつきを持っていた。さらに、各多層膜の周期
長はバッチ回数の増加に対して逆比例して小さくなり、
平均値も設計値より０. ５ｎｍ小さくなっていた。

【００４０】このように、従来方法で作製した多層膜
は、Ｘ線多層膜に要求される精度をはるかに越えている
のに対して、本実施例の装置では要求精度内の精度でＸ
線多層膜反射鏡用の多層膜を作製できることが明らかと
なった。

【００４１】（実施例２）次に、本発明の第２の実施例
として、実施例１と同じ図１に示したｒｆスパッタリン
グ装置を用いて、成膜開始直前のプレスパッタリングに
おいてだけでなく、成膜中にも、ｒｆ電源の直流成分値
をモニターし、モニター結果に基いて出力電位を制御
し、成膜終了まで直流成分値が設定値を維持した状態
で、基板上にＭｏとＳｉの薄膜を順次積層してなるＸ線
多層膜反射鏡用の多層膜の形成を行なった場合を以下に
説明する。本実施例では、主にバッチ内のばらつき、即
ち周期長のばらつきを検討したものである。

【００４２】まず、制御システム１に成膜条件を入力す
る。本実施例では、多層膜のＭｏ薄膜長ｄ_Mo＝２．５ｎ
ｍ，Ｓｉ薄膜長ｄ_Si＝５ｎｍの周期長ｄ＝７ｎｍで積層
数２０ペアとした。また、アルゴンガス圧４ｍTorrと
し、基板ホルダー７の回転速度は、Ｍｏ成膜時は５回転
／２０min 、Ｓｉ成膜時は１３回転／２０min に設定し
た。また、各直流成分値が成膜開始前に調整された設定
値を維持するように、ｒｆ電源の出力電位を変化させる
基準となる直流成分値の変動許容範囲の上限を１％に設
定した。本実施例の制御動作は図２（ｂ）のフローチャ
ート図に示した。

【００４３】成膜条件入力後、第１のシャッタ６ａおよ
び第２のシャッタ６ｂを閉じて基板をカバーした状態
で、制御システム１の指令に従い、第１のコントローラ
３ａおよび第２のコントローラ３ｂを通してそれぞれ第
１のｒｆ電源４ａおよび第２のｒｆ電源４ｂを調整し放
電を開始させ、第１のモニター機構２ａおよび第２のモ
ニター機構２ｂによって各直流成分値をモニターしつ
つ、プレスパッタリングを行ない、各ｒｆ電源の直流成
分値を設定値に調整する（１１１）。ここでは、第１の
ｒｆ電源４ａの直流成分値を２００Ｖ、第２のｒｆ電源
４ｂの直流成分値を２９０Ｖに設定した。この時、両ｒ
ｆ電源の電力は０．３ｋＷであった。

【００４４】各ｒｆ電源の直流成分値を含む成膜条件が
全て整った時点で、制御システム１からの指令により基
板ホルダー７の回転速度を適宜切り換えながら回転させ
た状態での第１のシャッタ６ａと第２のシャッタ６ｂと
を交互に開け（１１２）、成膜を開始する（１１３）。

【００４５】Ｍｏ，Ｓｉ成膜を交互に行ない、成膜中
は、第１のモニター機構２ａおよび第２のモニター機構
２ｂによりそれぞれ第１のｒｆ電源４ａおよび第２のｒ
ｆ電源４ｂの各直流成分値をモニターし、制御システム
１において、所定の成膜時間に達したかどうかが判断さ
れ（１１５）、所定成膜時間に達していなければ、さら
に各直流成分値の変動量が１％に達しているどうかを判
断する（１１６）。１％に達していなければそのままの
状態で成膜を続行し、達していた場合は、そのｒｆ電源
の出力電位を変化させるようにコントローラに指令を出
力し、変動量が１％に達していた直流成分値を設定値に
なるよう調整する（１１７）。

【００４６】成膜時間内において、上記の制御を繰り返
し、常に直流成分値がほぼ設定値を保つように、即ち変
動量が１％以内を維持するようにする。所定の成膜時間
に達し時点で、第１のシャッタ６ａおよび第２のシャッ
タ６ｂを閉じて（１１８）、第１のコントローラ３ａお
よび第２のコントローラ３ｂを通して各ｒｆ電源に放電
を終了させ、成膜を終了する（１１９）。

【００４７】以上の操作によって作製した多層膜につい
て、Ｘ線回折装置を使用して周期長と回折図形を測定し
た。測定した多層膜の周期長は７. ５ｎｍで設計値と一
致していた。また、Ｘ線回折図形を図３（ａ）に示す。

【００４８】比較のために、従来のｒｆ電力（ｒｆ電源
の出力電位）を一定に保って成膜する方法により、本実
施例のｒｆスパッタリング装置を用いて本実施例と同じ
仕様の多層膜を作製した。即ち、成膜開成前に周期長
７．５ｎｍになるように成膜条件を調整しておき、成膜
開始以降、全くｒｆ電力（出力電位）を変化させること
なく多層膜作製を行った。この従来法で作製した多層膜
について、Ｘ線回折装置を使用して周期長と回折図形を
測定した。多層膜の周期は６. ９ｎｍであった。さら
に、Ｘ線回折図形を図３（ｂ）に示す。

【００４９】図３の（ａ）と（ｂ）に示したのＸ線回折
図形の回折ピークに注目すると、本第２の実施例で作製
した多層膜（ａ）の方が、比較のために従来方法で作製
した多層膜（ｂ）よりもピークの半値幅が狭いことがわ
かる。したがって、本実施例で作製した多層膜の方が多
層膜の周期性が優れており、バッチ内ばらつきが改善さ
れていることがわかる。

【００５０】また、これらの２つの多層膜を波長１３ｎ
ｍのＸ線で反射率を測定したところ、本実施例で作製し
た多層膜は６７％の反射率が得られたのに対して、従来
方法で作製した多層膜の場合には６０％の反射率しか得
られなかった。このように、周期性を改善することによ
って多層膜の反射率も高くなった。

【００５１】なお、以上の実施例では、異なる膜厚のも
のを積層するに当って、基板ホルダー７の回転速度を変
化させることによって成膜種毎の成膜速度の調整を行な
っている。ｒｆ電力を変化させることによっても膜種毎
に成膜速度をそれ用に切り換えることは可能であるが、
この方法では、ｒｆ電力、即ち出力電位を大きく変化さ
せることになるため、出力電位の微妙な制御によって成
膜中の直流成分、成膜速度を一定に制御する本願発明の
スパッタリングでは、出力電位の大きな変化を避けた方
が好ましい。

【００５２】また、以上の実施例では、２種類の薄膜を
積層する場合を示したが、本願発明によるｒｆスパッタ
リング装置では、３種類以上、あるいは単層の薄膜形成
の場合にも有効であることは言うまでもない。

【００５３】

【発明の効果】以上のように、本発明の高周波スパッタ
リング装置によれば、バッチ間及びバッチ内ばらつきの
小さい高精度の薄膜を作製することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例によるｒｆスパッタリン
グ装置の概略構成図である。

【図２】ｒｆスパッタリング装置の制御動作を示すフロ
ーチャート図であり、（ａ）は第１の実施例による多層
膜形成時のフローチャート図、（ｂ）は第２の実施例に
よる多層膜形成時のフローチャート図である。

【図３】Ｘ線多層膜反射鏡のＸ線回折図形で、縦軸に反
射率％（但し、対数関数表示）、横軸にかすめ入射角
（ｄｅｇ．）を示したものであり、（ａ）は第２の実施
例で作製した多層膜のＸ線回折図形で、（ｂ）は比較の
ために従来法で作製した多層膜のＸ線回折図形である。

【図４】本発明によるｒｆスパッタリング装置の作用機
構を説明するための概略構成図である。

【符号の説明】

１，１０：制御システム（パソコン）２ａ，２ｂ，１１：モニター機構３ａ，３ｂ，１２：（ｒｆ出力電位制御）コントローラ４ａ，４ｂ，１３：ｒｆ電源５_Mo，５_Si，１４：ターゲット（スパッタ源）６ａ，６ｂ，１５：シャッタ７，１６：基板ホルダー８，１７：基板回転機構９，１８：真空チャンバー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高周波電源からの高周波により、スパッ
タ源にプラズマを発生させてスパッタリングをひき起こ
し、基板上に前記スパッタ源から放出された物質の薄膜
を形成する高周波スパッタリング装置において、放電中の前記高周波電源の直流成分値をモニターするモ
ニター手段と、該モニター手段からの出力に基づいて、前記高周波電源
の直流成分がスパッタリング中予め定められた設定値に
維持されるように、前記高周波電源の出力電位を制御す
る制御手段と、を備えたことを特徴とする高周波スパッ
タリング装置。