JPH11222673A - スパッタリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 成膜時の基板温度を測定、制御できるスパッ
タリング装置等を提供する。 【解決手段】 真空容器と、その内部に設置されたター
ゲット２と基板を載置する基板ステージ３とを少なくと
も有するスパッタリング装置であって、基板４の裏面側
に設けられた温度センサー５と、該温度センサー５と接
続され温度センサー５において検知した信号を伝送する
伝送ファイバー６と、該伝送ファイバー６と接続され伝
送された信号を検出する検出手段とからなる基板温度測
定手段と、前記基板ステージ３の内部に設置された基板
加熱手段７と、前記基板温度測定手段と前記基板加熱手
段７とに接続され基板温度測定手段から送られる信号に
基づき基板加熱手段７の制御を行う基板温度制御手段と
を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板上に薄膜を成
膜するためのスパッタリング装置に関し、詳しくは、成
膜中の基板温度を測定、制御することが可能なスパッタ
リング装置等に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のスパッタリング装置における基板
温度の測定は、基板表面にＣＡ（クロメル・アルメル）
熱電対を埋め込んだ被測定基板（多くの場合Ｓｉウエハ
ー）を用い、あらかじめ所定電流値に対してのＣＡ温度
を測定することによって行っている。

【０００３】また、従来のスパッタリング装置における
基板温度の制御は、上記のようにＣＡ熱電対を用いて基
板温度を測定することによって、その基板ステージの温
度特性の検量線を作成し、その後、スパッタ装置におい
て前記検量線に基づき基板温度を所定の設定値に管理で
きるようプログラムが設定されている機構（ＰＩＤ温度
制御システム）により所定の設定値に管理することによ
って、基板温度を管理している。

【０００４】図６に従来のスパッタリング装置における
基板温度の測定時の様子を示す。同図において、Ｓｉウ
エハーに取り付けられた熱電対はケーブルを介して温度
測定機に接続されている。基板ステージには基板加熱体
が埋設されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来法
には以下に示す問題がある。

【０００６】すなわち、第一に、従来法では熱電対をＳ
ｉウエハー表面に固定する必要があるため、測定点が限
定され、測定点が数点以上になると伝送部を中継するポ
ートを別途複数設ける必要があり、装置の構成が複雑か
つ大掛かりになる。

【０００７】第二に、熱電対による温度測定の原理は温
度差によって生じる起電力の利用であるため、スパッタ
成膜時のプラズマ中ではプラズマによるノイズの影響を
受け、スパッタ中は測定ができない。

【０００８】第三に、プラズマのない非成膜状態で事前
に作成した検量線を利用しているため、その後の装置の
経時劣化等に基づく実際の基板温度の変化を常時捉える
ことができず、成膜時の実際の基板温度の変化に対応す
ることが困難である。

【０００９】また、近年特に、薄膜作成において、基板
温度と薄膜の物性との関係が重要であると言われてお
り、例えば、Ｘ線マスクにおけるＸ線吸収体膜などのよ
うに、膜の応力が非常に重要視される場合、成膜時の温
度が非常に重要な要因となることがわかっている。しか
しながら、上記従来法による温度管理では、上述した問
題があることから、正確な基板温度管理をする上で不十
分であった。ましてや、Ｘ線マスクの分野においては、
膜の面内の応力分布についても制御する必要があり、そ
のために成膜時の温度分布を管理する必要があるが、そ
のような温度管理は従来のスパッタリング装置では不可
能であった。

【００１０】本発明は上述した背景の下になされたもの
であり、成膜時の基板温度を測定できるスパッタリング
装置等の提供を第一の目的とする。

【００１１】また、成膜時の基板温度を測定、制御でき
るスパッタリング装置等の提供を第二の目的とする。

【００１２】さらに、成膜時の基板温度を複数点で測
定、制御でき、したがって成膜時の温度分布を管理でき
るスパッタリング装置等の提供を第三の目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は以下に示す構成としてある。

【００１４】（構成１）真空容器と、その内部に設置さ
れたターゲットと、基板を載置する基板ステージとを少
なくとも有するスパッタリング装置であって、スパッタ
リング中の基板温度を測定可能な基板温度測定手段と、
スパッタリング中の基板温度を制御可能な基板温度制御
手段と、を備えたことを特徴とするスパッタリング装
置。

【００１５】（構成２）真空容器と、その内部に設置さ
れたターゲットと、基板を載置する基板ステージとを少
なくとも有するスパッタリング装置であって、基板の裏
面側に設けられた温度センサーと、該温度センサーと接
続され該温度センサーにおいて検知した信号を伝送する
伝送ファイバーと、該伝送ファイバーと接続され伝送さ
れた信号を検出する検出手段とからなる基板温度測定手
段と、前記基板ステージの内部に設置された基板加熱手
段と、前記基板温度測定手段と前記基板加熱手段とに接
続され基板温度測定手段から送られる信号に基づき基板
加熱手段の制御を行う基板温度制御手段とを備えたこと
を特徴とするスパッタリング装置。

【００１６】（構成３）前記基板ステージの基板載置面
に開口部を有する貫通孔を基板ステージに設けるととも
に、前記貫通孔に挿入されかつ前記開口部から基板ステ
ージ上に載置された基板に接触するように蛍光体温度セ
ンサーを配設し、伝送ファイバーを蛍光体温度センサー
に接続しかつ伝送ファイバーを前記貫通孔を通して基板
ステージの外部まで延伸したことを特徴とする構成２記
載のスパッタリング装置。

【００１７】（構成４）前記温度センサーと、伝送ファ
イバーと、検出手段とからなる基板温度測定手段を複数
組設けたことを特徴とする構成２又は３記載のスパッタ
リング装置。

【００１８】（構成５）前記基板加熱手段とその基板温
度制御手段を複数組設けたことを特徴とする構成２乃至
４記載のスパッタリング装置。

【００１９】（構成６）前記基板加熱手段が、抵抗加熱
法、放射加熱法及びガス加熱法から選ばれる一以上の方
法を用いて加熱を行うものであることを特徴とする構成
２乃至５記載のスパッタリング装置。

【００２０】（構成７）前記基板ステージを同心円状の
複数の加熱ブロックに分割するとともに、各加熱ブロッ
クに加熱手段を配し、各加熱ブロック毎に個別に温度制
御できるようにしたことを特徴とする構成２乃至６記載
のスパッタリング装置。

【００２１】（構成８）構成１〜７に記載のスパッタリ
ング装置が、Ｘ線マスクブランクの製造に用いられるス
パッタリング装置であることを特徴とするＸ線マスクブ
ランクの製造装置。

【００２２】

【作用】本発明のスパッタリング装置によれば、基板の
裏面から基板温度を測定することができ、成膜時のプラ
ズマ中で基板温度を測定できるので、その測定結果に基
づき基板温度を管理することが可能となる。

【００２３】また、本発明のスパッタリング装置によれ
ば、基板温度を測定すると同時に基板温度を調整しなが
らスパッタ成膜を行うことができるので、成膜時の正確
な基板温度の管理が可能となる。特に、成膜時の基板温
度の制御が非常に重要な分野において、正確な温度制御
が可能である。

【００２４】さらに、本発明のスパッタリング装置によ
れば、成膜時の基板温度を複数点で測定、制御でき、し
たがって成膜時の膜の面内の温度分布を管理できる。こ
れにより、例えば膜応力の厳密な制御が可能となり、低
応力かつ面内の応力が均一であるスパッタ膜を得ること
ができる。具体的には、例えば、低応力かつ面内の応力
が均一であって、極めて高い位置精度を有するＸ線マス
クを製造できる。

【００２５】

【発明の実施の態様】以下、本発明の実施の態様を説明
する。

【００２６】図１は本発明の実施の態様におけるスパッ
タリング装置の一例を示す概略断面図である。同図に示
すように、真空排気される真空チャンバー１内に、ター
ゲット２、基板ステージ３、被成膜基板４が配設されて
いる。これらのうち、基板ステージ３及びその周辺を除
く部分については通常の真空スパッタ装置と同様であ
る。

【００２７】基板ステージ３は、図１及び図２に示すよ
うに、円形状の基板載置面を有しており、基板載置面の
８箇所に開口部３ａを有する貫通孔３ｂが形成され、そ
れぞれの開口部に蛍光体センサー５が設置されている。
また、図１に示すように、蛍光体センサー５には、貫通
孔３ｂに挿入された伝送ファイバー６の一端が接続さ
れ、この伝送ファイバー６はフランジを介して真空チャ
ンバー１の外部に引き出され、伝送ファイバー６の他端
は、蛍光体の燐光時間を応用した検出器機である検出手
段（図示せず）に接続されている。蛍光体センサー５は
基板４の裏面に接触しており、基板４を基板載置面に載
置したときに基板４の裏面に接触した蛍光体センサー５
によって信号を検知し、検知した信号は伝送ファイバー
６を伝わって検出手段に伝送され、検出手段によって温
度が検出されるようになっている。

【００２８】蛍光体センサー５が基板４の裏面に確実に
接触するようにするため、基板ステージ３の貫通孔３ｂ
に挿入した蛍光体センサー５を基板載置前は基板ステー
ジ３の基板載置面から突出するように設置し、基板４を
載せた時に基板の機械的位置に応じて蛍光体センサー５
の先端部を一定の力で貫通孔３ｂに押し戻す構造にして
ある。なお、通常、基板と基板ステージの基板載置面と
の間には基板ホルダーの厚さの分だけ間隔ができるが、
必要に応じ、基板を載せた時に基板が基板ステージの基
板載置面に接触するようにすることもできる。蛍光体セ
ンサーの先端部を一定の力で貫通孔に押し戻す構造につ
いては、特に制限されないが、例えば、センサーの保持
部にバネ等を介在させ、センサーの先端が一定の荷重で
伸縮する機構を用いればよい。または、伝送ファイバー
自体が弱い伸縮性を有するため、この伸縮性を利用して
センサーの先端部を貫通孔に押し戻す構造とすることも
できる。

【００２９】図２に示すように、基板ステージ３は、同
心円状の３つの加熱ブロック３ｃ，３ｄ，３ｅに分割さ
れており、各加熱ブロックには基板加熱手段７である螺
旋状に巻かれたニクロム線が配設され、各加熱ブロック
毎に個別に温度制御できるようになっている。この場
合、加熱ブロック及びニクロム線は同心円状に温度分布
が均一になるように配置されている。

【００３０】図３は、基板温度制御系の一例を示すブロ
ック図である。温度センサー、伝送ファイバー及び検出
手段８からなる基板温度測定手段と基板加熱手段７及び
その基板温度制御手段９とを一組とする制御系を複数組
設けている。これにより、各加熱ブロック毎に個別に温
度を測定し制御できるようになっている。

【００３１】なお、本発明のスパッタリング装置は上記
実施の態様に限定されない。

【００３２】例えば、基板温度測定手段及び基板加熱手
段とその基板温度制御手段は何組設けてもよく、その配
置についても任意に設定することができる。例えば、図
４に示すように基板ステージに温度センサー及び加熱体
を組み込んでもよい。

【００３３】また、基板の加熱手段としては、抵抗加熱
法の他に、ランプなどによる放射加熱法、ガス加熱法等
を用いることもできる。ガス加熱法の場合には、例え
ば、図５に示すように、複数のガス温度制御系を準備
し、複数のガス流出口から個別に温度制御されたガスを
基板に向けて流出させて、加熱されたガスを媒介として
基板温度の制御を行えばよい。この場合、基板温度より
低い温度のガスを基板に向けて流出させることで基板の
冷却も可能である。

【００３４】伝送ファイバーは、センサーで検知した信
号を伝送できるものであれば特に制限されないが、ＰＥ
Ｔ（ポリテレフタル酸エチレン）からなるものの他に、
テフロンチューブで被覆されたものや、高温測定用には
セラミック材料で被覆されたものを用いることもでき
る。

【００３５】蛍光体センサーにおける基板と接触しない
部分はプラズマの影響を避けるため被覆することができ
る。蛍光体センサーは、蛍光体の燐光現象を利用した温
度センサーであり、公知の各種蛍光体センサーを用いる
ことができる。

【００３６】温度センサーとしては、赤外線センサーを
応用したものを用いてもよい。この場合、センサー近傍
にプラズマによる影響を避けるため遮光用の遮蔽板を設
ける必要がある。

【００３７】基板温度測定手段において測定された温度
を基にフィードバック信号に変換して基板温度制御手段
に指示を出す構成とすることもできる。さらに、基板温
度測定手段から、自動的にフィードバック信号を基板温
度制御手段に伝送して温度管理を行うようにしてもよい
（ＰＩＤ温度制御システム）。また、基板温度測定手段
及び／又は基板温度制御手段には、センサーによる検出
信号や測定温度等に演算処理やプログラム処理を加える
機能を必要に応じ持たせることができる。

【００３８】基板ステージの材質やサイズ等は特に制限
されない。基板ステージの材質としては熱伝導性のよい
材料、例えば金属等が挙げられる。基板ステージのサイ
ズ、形状等は適宜設計変更できる。

【００３９】なお、本発明のスパッタリング装置におけ
る他の部分等に関しては、公知のスパッタリング装置に
関する技術を利用できる。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように本発明のスパッタリ
ング装置によれば、成膜時のプラズマ中で基板温度を測
定できるので、その測定結果に基づき基板温度を管理す
ることが可能となる。

【００４１】また、本発明のスパッタリング装置によれ
ば、基板温度を測定すると同時に基板温度を調整しなが
らスパッタ成膜を行うことができるので、成膜時の正確
な基板温度の管理が可能となる。特に、成膜時の基板温
度の制御が非常に重要な分野において、正確な温度制御
が可能である。

【００４２】さらに、本発明のスパッタリング装置によ
れば、成膜時の基板温度を複数点で測定、制御でき、し
たがって成膜時の膜の面内の温度分布を管理できる。こ
れにより、例えば膜応力の厳密な制御が可能となり、低
応力かつ面内の応力が均一であるスパッタ膜を得ること
ができる。具体的には、例えば、低応力かつ面内の応力
が均一であって、極めて高い位置精度を有するＸ線マス
クを製造できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のスパッタリング装置の一例を示す概略
断面図である。

【図２】本発明のスパッタリング装置における基板ステ
ージの一例を示す平面図である。

【図３】本発明のスパッタリング装置における基板温度
制御系の一例を示すブロック図である。

【図４】本発明のスパッタリング装置における基板ステ
ージの他の例を示す平面図である。

【図５】本発明のスパッタリング装置における基板ステ
ージの他の例を示す断面図である。

【図６】従来のスパッタリング装置における基板温度の
測定の様子を示す概略断面図である。

【符号の説明】

１ 真空チャンバー ２ ターゲット ３ 基板ステージ ３ａ 開口部 ３ｂ 貫通孔 ３ｃ，３ｄ，３ｅ 加熱ブロック ４ 基板 ５ 蛍光体センサー ６ 伝送ファイバー ７ 基板加熱手段 ８ 検出手段 ９ 基板温度制御手段

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空容器と、その内部に設置されたター
   ゲット、と基板を載置する基板ステージとを少なくとも
   有するスパッタリング装置であって、 スパッタリング中の基板温度を測定可能な基板温度測定
   手段と、 スパッタリング中の基板温度を制御可能な基板温度制御
   手段と、 を備えたことを特徴とするスパッタリング装置。
2. 【請求項２】 真空容器と、その内部に設置されたター
   ゲット、と基板を載置する基板ステージとを少なくとも
   有するスパッタリング装置であって、 基板の裏面側に設けられた温度センサーと、該温度セン
   サーと接続され該温度センサーにおいて検知した信号を
   伝送する伝送ファイバーと、該伝送ファイバーと接続さ
   れ伝送された信号を検出する検出手段とからなる基板温
   度測定手段と、 前記基板ステージの内部に設置された基板加熱手段と、 前記基板温度測定手段と前記基板加熱手段とに接続され
   基板温度測定手段から送られる信号に基づき基板加熱手
   段の制御を行う基板温度制御手段とを備えたことを特徴
   とするスパッタリング装置。
3. 【請求項３】 前記基板ステージの基板載置面に開口部
   を有する貫通孔を基板ステージに設けるとともに、前記
   貫通孔に挿入されかつ前記開口部から基板ステージ上に
   載置された基板に接触するように蛍光体温度センサーを
   配設し、伝送ファイバーを蛍光体温度センサーに接続し
   かつ伝送ファイバーを前記貫通孔を通して基板ステージ
   の外部まで延伸したことを特徴とする請求項２記載のス
   パッタリング装置。
4. 【請求項４】 前記温度センサーと、伝送ファイバー
   と、検出手段とからなる基板温度測定手段を複数組設け
   たことを特徴とする請求項２又は３記載のスパッタリン
   グ装置。
5. 【請求項５】 前記基板加熱手段とその基板温度制御手
   段を複数組設けたことを特徴とする請求項２乃至４記載
   のスパッタリング装置。
6. 【請求項６】 前記基板加熱手段が、抵抗加熱法、放射
   加熱法及びガス加熱法から選ばれる一以上の方法を用い
   て加熱を行うものであることを特徴とする請求項２乃至
   ５記載のスパッタリング装置。
7. 【請求項７】 前記基板ステージを同心円状の複数の加
   熱ブロックに分割するとともに、各加熱ブロックに加熱
   手段を配し、各加熱ブロック毎に個別に温度制御できる
   ようにしたことを特徴とする請求項２乃至６記載のスパ
   ッタリング装置。
8. 【請求項８】 請求項１〜７に記載のスパッタリング装
   置が、Ｘ線マスクブランクの製造に用いられるスパッタ
   リング装置であることを特徴とするＸ線マスクブランク
   の製造装置。