JPS63469A - 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 本発明は薄膜形成時のレートを測定することにより、組
成制御を行うと同時に薄膜組成の安定化を図るスパッタ
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は、例えば第４図て示す
ようなものがあるｄこれは薄膜形成時における反応ガス
流量１９、チャンバー内真空度２ｏあるいは高周波の発
振出力２１等を単独または組合せてそれぞれ一定になる
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、各告；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
の見かけ上の出力レベルを安定にすることはできるが、
チャンバー内温度、電翫温度。

スパッタリング前のチャンバー内雰囲気管の発光スペク
トルに与える影響因子を考慮した制御はできない。しだ
がって、薄膜組成の安定化を図るためては満足なものと
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ては、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、長時間連続スパッタリングをしたまま、薄膜形
成用の基板のみを順次搬送するインライン型で行うこと
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。

なお、長時間連続スパッタ中には各、組成のスパッタレ
ートが変動することも考えられ、これによる薄膜組成比
の変動に対して、安定した膜特性を維持することは容易
ではない。

本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、薄膜組成の
スパッタレートの安定化を回り、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、形成し
ようとする薄膜組成のスパッタ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、上記の構成におい七、スパッタリング中の薄
膜組成のスパッタレートを検出し、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スパッタレート
の変動を、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スパ
ッタレートを安定に保持するものである。

これは、形成しようとする薄膜組成のスパッタレートは
スパッタされる組成の原子数と対応したものであるため
、各組成のスパッタレートが一定でかつ安定であれば、
Ｖ膜組成比の安定したものを得ることができるものであ
る。したがって、各組成のスパッタレートが薄膜特性と
して影響のない許容範囲内におさまるようなフィードバ
ック制御を行なうことが重要である。

実施例 以下、不発明の一実施例を添付図面てもとづいて説明す
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を備えており、それ
ぞれに薄膜形成用の基板５、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。ここに、ターゲット６は
薄、膜組成の各組成の１つからなる複数個のターゲット
６ａ、６ｂ。

６Ｃに分割されている。このチャンバー２内にガス流量
ん′）筒器７を通して一定全のスパッタガス８が流入し
、真空ポンプによりメインバルブ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の間には高周波発
振器１０ａ、１０ｂ　、　１０　ｃが接続され、高周波
が印加されると、各組成のターゲット６ａ、ｅｂ、６ｃ
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、各ターゲットの上方にはそれぞれシャッター機構
１２ａ、１２ｂ、１２ｃを有した水晶振動子１３ａ、１
３ｂ、１３ｃが取りつけられており、各組成の一定時間
における１漠厚を測定することから、スパッタレートが
算出されるようになっている。これは、一定時間シャッ
ターを開くこと尾より、水晶振動子にスパッタされた膜
が被着すると固有振動数が変化することがら膜厚ｔ　ｆ
ｉｌＪ定するものである。したがって、一定時間にスパ
ッタされる膜厚がわかればスパッタレートも容易に求め
られる。

この（ｉｌｌ定値は増幅器１３４経た後予め設定された
スパッタレートに対応する基準値との比較をする比較器
１５を通り、その出力信号に基づいて制御器１６により
高周波発振出力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ＴｅＯ工（０＜
１＜２　）を主成分とし、添加剤として例えば、Ｐｄ、
Ａｕ、Ｇｏ、Ｓｎ、Ｓｓ、Ｓｂ、Ｂｉ　等を単独もしく
は組合せて含むものとすれば、ターゲットとしては、Ｔ
ｅ、ＴａＯ２と添加剤の複数個のターゲットを用い、ス
パッタガスとしてＡｒ、Ｎｅ、Ｈｅ等の不活性ガスが使
われる。このときの膜組成は、各ターゲットのスパッタ
レート比によって決まり、高周波発振出力を変えれば薄
膜の組成制御を行なうことができる。したがって、膜特
性として影響の少ないスパッタレートドリフトの許容範
囲を予め確認しておけば、所望の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スパッタレ
ートの出力レベル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６ｆ一定に保っていても、電極やチャンバー内の＠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。このときのスパッタレート
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におさめ
たものが曲線Ｂ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スパッタレートの
出力レベルを示したものである。長時間連続スパッタリ
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
動することは十分考えられる。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、
高周波発振出力を増加してＴｅ　のレートに上げるフィ
ードバック制ｔｉ施したのが曲ｐＡ”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。

以上の実施例においては、スパッタガおとして不活性ガ
スのみを用いた非反応性スパッタリングであるが、ター
ゲットとして例えばＴｅ、Ｐｄ　　の各単体金属？用い
、Ａ　ｒ　＋０２をスパッタガスとして用いた反応性ス
パッタリングの場合でも本発明の制御手段は同様な効果
が得られる。この時のＴｅのレートが変化することによ
るＴｅＯ工のＸ値の変動に対しては、高周波発振出力に
限らす０２ガス流量あるいはＡｒ　ガス流量′！１−Ｔ
ｅ　のスパッタレートに対応させて２イードバツク制御
することが可能である。

なお、フィードバック制御を行なう対象としては、高周
波発振出力２反応ガス流量、真空度等があるが、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。

また、スパッタリング装置のターゲットとして、絶縁体
力レート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、ＤＣＣ電源用用たスパッタ方式も
可能であり、このときは、制御対象として高周波発振出
力の代りに、ＤＣ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。

発明の効果 本発明は、薄膜形成用のスパッタリング装置ておいて各
ターゲット組成のスパッタレート全測定し、その出力レ
ベルに応じて、高周波発振出力。

反応ガス流量、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、スパッタレートの出力レベルを
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、量童住全向上させるた
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バッタリング
装置の原理図、第２図は同装置の制御例を示すスパッタ
レートの特性図、第３図は本発明の第２の実施例におけ
る制御例を示すスパッタレートの特性図、第４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、１０ａ　、　１　ｏｂ　、　１０ｃｍ・−−高周波
発振器、１３ａ。 １３ｂ　、１３Ｃ・・・・・・水晶振動子、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名菓　
２　図 第３図 時　　ト４　（Ｈと）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）水晶振動子を用いて薄膜組成のスパッタレートを
   測定する手段を有し、スパッタレートと予め設定した基
   準値との比較をし、その比較結果に基づいて、高周波発
   振出力、反応ガス流量、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、測定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、測定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）薄膜組成を形成する成分からなる複数個のターゲ
   ットを有し、各ターゲット組成のスパッタレートを測定
   する複数個の水晶振動子を備えてフィードバック制御を
   行なう特許請求の範囲第１項記載のスパッタリング装置
   。