JPS62180070A - スパツタリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はプラズマの発光出力レベルの安定化を図ること
により、組成の安定した薄膜形成を実現するスパッタリ
ング装置に関するものである。

従来の技術 従来、薄膜を形成するスパッタリング装置において、薄
膜組成を安定にする手段として、例えば第６図のような
ものがある。

これは、薄膜形成時における反応ガス流量１８゜高周波
の発振出力１９．チャンバー内真空度２０等を一定にな
るよう検出器１７．制御器１６を用いて制御保持するも
のである。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、このような制御手段は、各制御要素の値
を一定に保つことにより、プラズマ発光スペクトルの出
力レベルを安定にすることはできフグ前のチャンバー内
雰囲気等の発光スペクトルに与える影響因子を考慮した
制御はできない。したがって、薄膜組成の安定化を図る
ためには満足なものとは言えず、特に薄膜の特性がわず
かな組成変動によって変化するような場合には、このよ
うな制御手段は不十分である。

また、スパッタリングによる薄膜形成を製造工程に用い
るとき、インライン型で長時間連続スパッタリングをす
ることが効率的である。このとき、同一スパッタ条件で
スパッタリングを行なっていても、上記要因もしくはタ
ーゲット組成等のドソフトによる組成変動は不可避であ
り、従来の制御手段では薄膜組成を安定に保つことは困
難である。

本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、プラズマの
発光スペクトルのレベルの安定化を図９、長時間の連続
スパッタにおいても安定した薄膜組成を得ることを可能
にするものである。

問題点を解決するための手段 上記問題点°を解決する本発明の技術的な手段は、プラ
ズマ発光スペクトルの出力レベルを検出する手段と、こ
の検出値を予め設定した基準値とを比較し、その比較結
果に基づいてスパッタリング条件をフィードバック制御
するコントロール手段を有する構成である。

作　　用 この技術的手段による作用は次のようになる。

すなわち、上記の構成において、スパッタリング中のプ
ラズマ発光スペクトルの出力レベルを検出し、チャンバ
ー内や電極の温度変化、あるいはスパッタリング前のチ
ャンバー内雰囲気の影響を受けた組成変動に対する発光
スペクトルの出力レベル変動を、予め設定した一定の許
容範囲内におさめるよう高周波出力、ガス流量、真空度
等にフィードバック制御をかけて出力レベルを安定に保
持するものである。

これはプラズマ発光スペクトルの出力レベルは、形成し
ようとする薄膜組成の原子数と対応したものであるため
、各組成の出力レベルが薄膜特性として影響のない許容
範囲内におさまっていれば、薄膜の組成比としても安定
なものを得ることができるものである。

実施例 以下、本発明の一実施例を添付図面にもとづいて説明す
る。第１図において、スパッタリング装置本体１がチャ
ンバー２の内部に一対の電極３゜４を備えておシ、それ
ぞれに薄膜形成用の基板６とスパッタリング用のターゲ
ット６が取り付けられている。このチャンバー２内にガ
ス流量調節器７を通して一定量のスパッタガス８が流入
し、真空ポンプによりメインパルプ９の調節で一定の真
空度に保たれている。一対の電極３．４間には高周波発
振器１ｏが接続され、高周波が印加されると、ターゲッ
ト６上にプラズマ１１が発生し、ターゲット組成がスパ
ッタされて基板上に薄膜が形成される。

一方、プラズマの発光状態はチャンバーに取りつけられ
た窓１２を通して、例えば回折格子分光器または受光素
子からなる発光出力検出器１３によりモニターされ、プ
ラズマの発光スペクトル出力レベルが検出できるように
なっている。この検出値は増幅器１４を経た後、予め設
定された出力レベルに対応する基準値との比較をする比
較器１６を通り、その出力信号に基づいて制御器１６に
よりスパッタガス流量がフィードバック制御される。

以上のような構成において、薄膜組成はＴｅ０ｘ（０＜
３Ｃ＜２）を主成分とし、添加剤として例えば、Ｐｄ、
Ａｕ、Ｇｏ、Ｓｎ、Ｓｅ、Ｓｂ、Ｂｉ等を単独もしくは
組合せて含むものとすれば、ターゲットとしてＴｏと添
加剤の複合もしくは合金ターゲットを用い、反応ガスと
してＡ　ｒ　＋　０２のりアクティブスパッタが使われ
る。このときの膜組成はＡｒと０２のガス流量比もしく
はガス分圧比によってＴｅＯ！のＩ値が変わるとと忙な
る。したがって、ガス流量比を変えれば薄膜の組成制御
を行うことができ、膜特性として影響の少ないガス流量
比の許容範囲を予め確認しておけば、所望の薄膜組成に
対して安定したものが得られる。

第２図は本実施例の制御手段を用いた場合の発光スペク
トルの出力レベルを示したもので、スペクトル波長とし
てＴｏ’、Ｏの出方強度を検出する。

スパッタリングの初期に見かけ上の真空度およびガス流
量を一定に保っていても、電極やチャンバー内の温度変
動あるいはスパッタリング前の雰囲気の影響によりそれ
に伴ってガス分圧が変動することは避けられず、必然的
に組成の変動も生じる。

このときの発光スペクトルの出力レベルを示したものが
曲線Ａであり、本実施例の制御手段により出力レベルを
一定の許容範囲内（破線）に収めたものが曲線Ｂである
。

この場合フィードバック制御の対象としてはＡｒと０２
のガス流量を用い、これに対応したＴｅＯと○の発光ス
ペクトルの出力レベル検出により制御を行っているが、
Ａｒ　のスペクトル強度との比を用いたり、必要に応じ
てＴｏ　イオンのスペクトル強度を用いて制御を行なう
ことも可能である。

次に本発明の第２の実施例について図面とともに説明す
る。第３図は製造工程において薄膜形成をする場合にイ
ンライン型で連続スパッタリングを行ないな・がら第１
の実施例の制御手段を用いて制御した発光スペクトルの
出力レベルを示したものである。長間間連続的にスパッ
タリングを行なう時は、単体金属や化合物ターゲットに
おいてスパッタ条件が一定であってもスパッタレートが
変動することは十分者えられ、反応性スパッタリングの
場合にはこれが原因で組成ドリフトを生ずることもある
。例えばＴｅＯｘを主成分とする薄膜の場合、Ｔｅター
ゲットのレートが次第に変動すれば、Ａｒと０２　のガ
ス流量は一定だから必然的にＸ値が変動することになり
、膜特性に影響を及ぼすことになる。第３図は、Ｔｏの
レートが次第に低くなり許容範囲をはずれた場合（曲線
Ａ）に、Ａｒの流量を増加してＴｅの流量を増加してＴ
ｅのレートを上げるフィードバック制御を施したのが曲
線Ｂである。このように本発明の制御手段を用いれば、
安定した組成を得ることができる。

次に本発明の第３の実施例について説明する。

以上の実施例については反応性スパッタリングの場合に
有効な手段であるが、単体金属あるいは化合物のターゲ
ットからなるマルチカソード（第４、図ｅａ、６ｂ、ｅ
ａ）によるスパッタリングでは非反応性が多く、Ａｒ、
Ｎｅ、Ｈｅ等の不活性ガスのみを用いることが多い。こ
の場合、各単体ターゲット組成の発光スペクトル出力強
度をモニター１３ａ、１３ｂ、１３ｃｌ、、そのレート
の変化に対する制御としては、Ａｒ等の不活性ガス流量
に限らす、高周波の発振出力（第１図一点鎖線）をフィ
ードバック制御することが有効である。

以上の実施例においては、いずれもフィードバック制御
を行なう対象としては、反応ガス流量。

高周波発振出力、真空度等のいずれでもよいが、スパッ
タリングの方法によってはより効果的な制御対象を選ぶ
のが好ましく、必要に応じて複数の組合せによるフィー
ドバック制御を用いても同様の効果が得られる。

なお、スパッタリング装置のターゲットとして、絶縁体
カソードを用いる場合には高周波発振によるスパッタ方
式が必要であるが、導体もしくは半導体からなるカソー
ドを用いる場合には、ＤＣ電源を用いたスパッタ方式も
可能であり、このとき電源出力を用いれば同様の効果が
得られることは言うまでもない。

本発明における光記録膜の材料は、レーザ光の照射によ
り光吸収係数あるいは光吸収係数と屈折率の両方が変化
するものとして、ＴｅＯｘを主成分とする薄膜を用いだ
が、この他に○を含まないＴ。

のみを主成分とする薄膜についても同様な制御方法を使
うことができる。

発明の効果 本発明は、薄膜形成用のスパッタリング装置においてプ
ラズマの発光スペクトル強度を検出し、その出力レベル
に応じて、反応ガス流量、高周波発振出力、真空度等の
少くとも１つにフィードバック制御を施すことにより、
各種の変動要因やスパッタ条件の変化にかかわらず、発
光スペクトルの出力レベルを常に安定に保つことができ
る。また薄膜組成の安定化を図ることにより、高品質で
歩留りの高い薄膜形成を容易にし、量産性を向上させる
ためにも大きな効果を有するものである。

第１図は本発明の第１の実施例におけるスパッタリング
装置の原理図、第２図は同装置の制御例を示す発光スペ
クトル強度の特性図、第３図ば±発明の第２の実施例に
おける制御例を示す発光スペクトルの強度の特性図、第
４図は本発明の第３の実施例におけるスパッタリング装
置の原理図、第５図は従来例におけるスパッタリング装
置のブロック図である。

７・・・・・ガス流量調節器、９・・・　メインパルプ
、１ｏ・・・・・・高周波発振器、１１・・・・・・プ
ラズマ、１３・・・・・・発光出力検出器、１４・・・
・・・増幅器、１５・・・・・・比較器、１６・・・・
・・制御器。

代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第２
図 埒　開　（りｉリノ 第３図 時間（Ｈド、） 第４図 第５図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）プラズマ発光スペクトルの出力レベルを検出する
   手段を有し、発光スペクトル強度と予め設定した基準強
   度との比較をし、その比較結果に基づいて、反応ガス流
   量、高周波発振出力、チャンバ内真空度等に対し、少く
   とも１つのフィードバック制御を行なう手段を備えたス
   パッタリング装置。
2. （２）レーザー光の照射により光吸収係数あるいは光吸
   収係数と屈折率の両方が変化するテルルを主体とした薄
   膜形成用に検出手段とフィードバック制御手段を備えた
   特許請求の範囲第１項記載のスパッタリング装置。
3. （３）ＴｅＯ＿ｘ（０＜ｘ＜２）を主体とする薄膜形成
   用に検出手段とフィードバック制御手段を備えた特許請
   求の範囲第１項記載のスパッタリング装置。
4. （４）プラズマ発光スペクトルとして、Ｔｅ＾ｏ、Ｔｅ
   イオン、ＯＡｒの波長の少くとも１つを使用してフィー
   ドバック制御を行なう特許請求の範囲第２項または第３
   項記載のスパッタリング装置。