JPS63128172A - 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 本発明は水晶振動子を用いて、薄膜形成時のレートを精
度よくモニターすることにより、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渡世１９、高周波
発振出力２０．チャンバー内真空度２１等を一定になる
よう検出器１７、制御器１８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、各制御要素の見
かけ上の値を一定に保つことにより、組成制御を行なう
ことはできるが、チャンバー内温度、電極温度、スパッ
タリング前のチャンバー内雰囲気等の影響因子を考慮し
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リ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。

このため最近では、薄膜形成時のプラズマの発光スペク
トルの出力レベルを特定波長についてモニターし、組成
制御を行なう技術が進められてはいるが、装置が高価で
ある上、上述のようなわずかな組成変動に対する安定な
制御については技術的に確立されてはいない現状にある
。

本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、水晶振動子
による薄膜形成のレートをモニターすることにより、所
望の薄膜の組成制御や、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、水晶振
動子による薄膜形成のレートを検出する手段と、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薄
膜の形成レートを水晶振動子を用いて検出し、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薄膜
形成レートの変動を、予め設定した一定の許容範囲内に
収めるよう、ガス流量、高周波出力、真空度等にフィー
ドバック制御をかけて安定に保持するものである。

これは、薄膜形成のレート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り、ガス流量や高周波出力
等の各制御要素の変動に対して形成レートの変動も対応
するからである。このことは、スパッタリングがムｒ、
Ｈｅ等の不活性ガスのみで行なわれる場合はもちろんの
こと、０２゜Ｎ２１ｃＨ，・ＮＨ３等との混合ガスを用
いた反応性スパッタリングの場合においても有効である
ことが言える。

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、全備えており、
それぞれに薄膜形成用の基板５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１０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、薄膜の形成レートは例えば水晶振動子１２を用い
た膜形成レート検出器１３によりモニターできるように
なっており、チャンバー内の基板位置近傍に取り付けら
れている。この検出値は増幅器１４を経た後、予め設定
されたレートに対応する基準値との比較をする比較器１
５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Ｔｅ　０ｘ（０
＜Ｘ＜２　）を主成分とし、添加剤として例えば、Ｐｄ
　　、　Ｃｕ　　、ムｕ　　、Ｇｅ、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Ｔｅ　と添加剤の複合もしくは合金ターゲ
ットを用い、反応ガスとしてムｒ十０２の混合ガスによ
る反応性スパッタリング法が使われる。このときの膜組
成はムｒ　と０□　のガス流量比もしくはガス分圧比に
よってＴｅ０ｘＯＸ値が変わることになる。したがって
、ガス流量比を変えれば薄膜の組成制御を行なうことが
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０２　のガス流量に対する膜形成レートの関係
を示したものである。混合ガスとしてのムｒの流量を一
定に保った時の膜形成レートは０２　　ガス流量の増加
に従って減少する傾向にあることがわかる。したがって
、このレートとガス流量との関係を予め実験によって求
めておき、比較器の中に記憶させておけば、基準値から
のずれによってガス流量の増減量が求められる。これよ
り、膜特性として影響のない許容範囲内で制御器を通し
て、図の矢印のようなフィードバック制御が可能である
。

第３図は本実施例の制御手段を用いた場合の薄膜形成レ
ートを示したものである。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、必然的に膜組成の変動も生じる
。このときの膜形成レートを示したものが曲線ムであり
、本実施例の制御手段により形成レートを一定の許容範
囲内（波線）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０
２　　のガス流量を用い、これに対応した膜形成レート
の基準値との比較により制御を行なっている。

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４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膜形成レートを
示したものである。

長時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はこれが原因で組成ドリフ
トを生じることもある。

例えば、Ｔｅ０ｘｉ主成分とする薄膜の場合、τｅメタ
−ットのレートが次第に変動すれば、ムｒ　と０２　の
ガス流量は一定であるため、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４図は
、Ｔｅ　のレートが次第に低くなり許容範囲をはずれた
場合（曲線ム）に、ムｒの流量を増加あるいは０２　の
流量を減少してＴｅ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
御手段を用いれば長時間にわたって安定した組成を得る
ことができる。

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
可能である。このときは、制御対象として高周波発振出
力の代りに、Ｄ（ｊ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、Ｔｅ　Ｏｘを主成分とする薄膜を用い
たが、この他に０を含まないＴｅ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、
薄膜形成レー）１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、薄膜組成を常に
安定に保つことができる。

また、安価な構成で所望の薄膜組成を得ることができ、
高品質で歩留りの高い薄膜形成を容易にするとともに、
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。

【図面の簡単な説明】

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図は制御動作の基本原理を示すガス
流量と膜形成レートの特性図、第３図は同装置の制御例
を示す膜形成レートの特性図、第４図は本発明の第２の
実施例における制御例を示す膜形成レートの特性図、第
６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
バルブ、１０・・・・・・高周波発振器、１２・・・・
・・水晶振動子、１３・・・・・・膜形成レート検出器
、１４・・・・・・増幅器、１６・・・・・・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 ０２流量（ＳＣＣｎ） 第３図 第４図 ０　　１０　　　ａ）　　　Ｊ’０ 特聞（）ｌｒ）

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）薄膜の形成レートを検出する手段を有し、この手
   段の形成レートの出力レベルと予め設定した基準値との
   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、Ｔｅ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）ＴｅＯｘ（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）薄膜の形成レートの検出手段として、水晶振動子
   を用いた特許請求の範囲第１項記載のスパッタリング装
   置。
5. （５）不活性ガスとＯ＿２・Ｎ＿２等の混合ガスを用い
   た反応性スパッタリングによる薄膜形成用に、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。