TWI758514B

TWI758514B - 反應濺射的膜厚控制方法及裝置

Info

Publication number: TWI758514B
Application number: TW107125367A
Authority: TW
Inventors: 荒川俊明; 小寺恭介; 岡田遼
Original assignee: 日商昭和真空股份有限公司
Priority date: 2017-07-25
Filing date: 2018-07-23
Publication date: 2022-03-21
Also published as: JP7038394B2; TW201908502A; JP2019023335A

Abstract

本發明係提供一種能夠不受靶材的初始狀態影響而高精度地控制成膜之反應濺射的膜厚控制方法及裝置；該方法包括第一工序和第二工序，在第一工序中，對於反應濺射中所使用的靶材，預先取得透過恒定功率放電進行之成膜時的放電電壓與成膜速度之間的關係，在第二工序中，對於透過使用了靶材的反應濺射實施之成膜中的至少一部分期間，根據與放電電壓的測定值相對應之成膜速度透過計算求出已成膜的膜厚。

Description

反應濺射的膜厚控制方法及裝置

本發明係有關於反應濺射的膜厚控制方法及裝置。

在光學元件或電子器件、半導體器件等的製造工序中，作為形成化合物薄膜的方法，廣泛使用反應濺射裝置。反應濺射裝置係構成為：具備向配置有導電性靶材的反應槽內供給反應性氣體之裝置，並使透過導電性靶材的濺射粒子和反應性氣體的反應而產生之化合物堆積在基板上。

在批量生產工序中，從提高生產率之觀點出發，多採用如專利文獻1所揭露之轉盤(carousel)式濺射裝置。轉盤式濺射裝置係在周圍配置有濺射靶之旋轉滾筒上裝載有多個作為成膜對象的基板，並一邊使滾筒旋轉一邊進行濺射成膜，故能夠同時處理多塊基板。在大多數濺射裝置中，僅透過基於事先測定的成膜速度計算出之成膜時間的管理來進行膜厚的控制。

[先前技術文獻] [專利文獻]

專利文獻1：日本專利第3064301號

在反應濺射裝置中存在下述情況：即，當利用反應性氣體在導電性靶材表面形成化合物時，成膜速度下降，無法高精度地控制膜厚。例如，在利用能夠使用多種金屬靶材層壓多種材料之轉盤式濺射裝置(參照專利文獻1)成膜氧化膜之情況下，由於向處理槽內導入氧氣生成等離子體，因此，在成膜某一材料的期間，其他材料的靶材的表面會發生氧化。成膜開始之後不久，呈靶材表面已被氧化之狀態，相比金屬單體的狀態，氧化後的狀態下濺射率多會變低，因此成膜速度變慢，僅透過成膜時間的管理很難控制膜厚。另外，在成膜對象的基板為樹脂時，樹脂吸收水分，該水分在成膜期間以氣體的形態被從基板排出並在等離子體中分解，這也成為靶材表面發生氧化的原因。以前並不那麼要求膜厚精度，但是例如光學透鏡的防反射膜等逐漸要求高膜厚精度，稍微的偏差便會影響最終產品的特性。

為了提高膜厚精度，也考慮在靶材和基板之間設置閘門，使得在放電狀態穩定之前無法進行成膜。但是，靶材和基板之間相靠近，由於空間等問題，閘門和使其工作的機構的設置困難之情形居多。另外，由於閘門本身對放電狀態帶來影響，因此若沒有亦可的話最好就不要設置。進而，根據反應濺射裝置的不同，也存在無法設置閘門機構這樣的構造的類型，在這樣的構造的情況下無法應對。

本發明之目的係在於解決上述問題，提供一種能夠不受靶材的初始狀態影響而高精度地控制成膜之反應濺射的膜厚控制方法及裝置。

本發明之第一方面係一種反應濺射的膜厚控制方法，其特徵在於，包括第一工序和第二工序；在第一工序中，對於反應濺射中所使用的靶材，預先取得透過恒定功率放電進行之成膜時的放電電壓與成膜速度之間的關係；在第二工序中，對於透過使用了靶材的反應濺射實施之成膜中的至少一部分期間，根據與放電電壓的測定值相對應之成膜速度透過計算求出已成膜的膜厚。

較佳係：在第一工序中，利用因靶材的表面狀態導致成膜時的放電電壓和成膜速度發生變動、且恒定功率放電下的放電電壓與成膜速度之間呈相關該一情況，並且，改變向實施反應濺射的反應槽內導入的反應性氣體導入量，在放電電壓變為一定值之狀態下以比實際成膜條件更長的時間進行成膜並測定膜厚，改變放電電壓的值重複進行該測定。在該第一工序中，除了導入反應性氣體之外，也能夠導入與成為成膜對象的材料相應量的水H₂O。

較佳係：在第二工序中，延長或縮短成膜時間，以補償第二工序中求出之在成膜中的至少一部分期間內成膜的膜厚與成膜中的至少一部分期間內預定形成的膜厚之差。亦能在反應濺射的放電開始至放電電壓穩定為止的期間透過計算求出已成膜的膜厚，在繼續成膜的同時，延長或縮短成膜時間，以補償求出的膜厚與至穩定為止的期間內預定形成的膜厚之差。

亦能在成膜開始初期的放電電壓穩定之前的期間將反應性氣體導入量減少為少於放電電壓穩定後應導入的量。另外，亦能設定為：在成膜時的放電電壓變為預先指定的值之前，對反應性氣體導入量進行回饋控制。

較佳係：對反應濺射裝置的濺射區域中所使用的靶材執行第一工序，在使用了該靶材進行成膜時執行第二工序，其中，上述反應濺射裝置係具有成膜對象的基板被安裝在旋轉滾筒上且依次通過濺射區域和等離子體區域該一構造。在該情況下，能夠在反應濺射裝置中具有層壓成膜不同材料的多個濺射區域，對於該多個濺射區域中各自所使用的不同材料的靶材中至少一個靶材執行第一工序，在使用已執行了第一工序的靶材進行成膜時，執行第二工序。

作為成膜對象的基板，能夠使用樹脂制的基板。

本發明之第二方面係一種反應濺射的膜厚控制裝置，其設置於對反應濺射裝置的動作進行控制之控制裝置中，對透過反應濺射裝置成膜的膜的厚度進行控制，該反應濺射的膜厚控制裝置的特徵在於，具備存儲部、輸入部、以及計算部；存儲部對於反應濺射裝置中所使用的靶材，存儲預先取得的透過恒定功率放電進行之成膜時的放電電壓與成膜速度之間的關係；輸入部輸入成膜時的放電電壓的測定值；計算部對於透過使用了靶材的反應濺射實施之成膜中的至少一部分期間，根據由輸入部輸入的放電電壓的測定值訪問存儲部，並根據對應的成膜速度透過計算求出已成膜的膜厚。

依本發明，能夠在利用反應濺射裝置成膜時不受靶材的初始狀態影響而高精度地控制成膜。

10:反應濺射裝置

11:反應槽

14:滾筒

15:基板

16:旋轉軸

26、27:濺射區域

28:等離子體區域

31、32、33:電源

34、35:電壓表

36:控制裝置

41:運算處理部

42:唯讀記憶體

43:隨機存取記憶體

44:數據存儲部

45:輸入介面

46:輸出介面

圖1係簡化顯示實施本發明反應濺射的膜厚控制方法之裝置之一例立體圖。

圖2係從上方觀察圖1所示裝置之一部分之圖。

圖3係透過使用了Ti靶材的恒功率放電進行成膜時的、放電電壓隨時間變化之一例示意圖。

圖4係在含有較多水分的樹脂基板上成膜了TiO₂薄膜時的、放電電壓隨時間變化之一例示意圖。

圖5係對取得放電電壓與成膜速度之間的關係之方法(第一工序)進行說明之流程圖。

圖6係成膜速度與放電電壓之間的關係之一例示意圖。

圖7係對利用圖1所示反應濺射裝置實施之成膜過程進行說明之流程圖。

圖8係在樹脂鏡片上形成了TiO₂和SiO₂的多層防反射膜時的防反射特性之測定例之示意圖，其中，(A)是在成膜TiO₂薄膜時未進行時間校正時的測定例，(B)是進行了時間校正時的測定例。

圖9係顯示圖7所示成膜過程之變形例之流程圖。

圖10係顯示圖9所示成膜過程之進一步變形例之流程圖。

圖11係顯示圖7所示成膜過程之變形例之流程圖。

圖12係顯示圖1所示控制裝置之一例之結構框圖。

圖1係簡化顯示實施本發明反應濺射的膜厚控制方法之裝置之一例立體圖，圖2係從上方觀察該裝置的圖。在此，以利用專利文獻1所示之轉盤式反應濺射裝置實施本發明之情況為例進行顯示。

該反應濺射裝置(濺射系統)10在反應槽(殼體)11內具有籠式滾筒14，在該滾筒14上安裝有成膜對象的基板15。亦可具備對基板15進行加熱的未圖示的基板加熱機構。滾筒14設置為能夠圍繞旋轉軸16旋轉。在反應槽11內且沿著滾筒14的外周面，配置有濺射區域(濺射站：sputtering station)26、27以及等離子體區域(反應站)28。在濺射區域26、27中分別設置有濺射電極，等離子體區域28中被導入反應性氣體，且設置有用於產生與濺射等離子體不同的其他等離子體並使其與基板15上的薄膜反應之等離子體源。在實施例中將線圈天線連接於高頻電源，生成電感耦合等離子體，但亦可使用微波等離子體或直流放電等離子體等其他方案。對於用於生成等離子體的氣體導入機構，省略圖示。

圖1中還顯示了分別對濺射區域26、27以及等離子體區域28供給放電用的電力之電源31、32、33、測定電源31、32的輸出電壓值之電壓表34、35、以及控制這些部件之控制裝置36。

在此，以基板15為樹脂鏡片、且在該樹脂鏡片上形成由二氧化鈦TiO₂和二氧化矽SiO₂的多層膜構成之防反射膜之情況為例進行說明。在該情況下，在濺射區域26、27中分別將鈦Ti、矽Si作為靶材進行濺射，在等離子體區域28中進行利用氧等離子體之氧化。即，伴隨著滾筒14的旋轉，使Ti堆積在面對濺射區域26的基板15上，並在等離子體區域28中使堆積的Ti氧化。此時，在濺射區域27中不做任何處理。接著，使濺射區域26中的處理停止，使Si堆積在面對濺射區域27的基板15上，並在等離子體區域28中使堆積的Si氧化。透過重複上述操作，在基板15上形成TiO₂和SiO₂的多層膜。在實施例中向等離子體區域28中導入氧氣O₂作為反應性氣體，但亦可導入臭氧O₃或水H₂O、二氧化碳CO₂。

在此成為問題的是：由於使濺射區域26、27交替動作，在處於停止中的濺射站處，靶材的表面與反應性氣體或其他分子反應而形成化合物薄膜。例如，在基板15上形成SiO₂薄膜之工序中，等離子體區域28中導入的氧氣或產生的氧等離子體到達處於處理停止中的濺射區域26，而使Ti靶材的表面氧化。另外，基板15的樹脂吸收水分，該水分在成膜期間以氣體的形態被排出，而將靶材的表面氧化。這種靶材的表面狀態的變化影響成膜時的膜厚控制。

圖3係透過使用了Ti靶材的恒功率放電進行成膜時的、放電電壓隨時間變化之一例示意圖。從該圖可知，放電開始後的50秒左右，放電狀態呈現不穩定。這是由於靶材的表面狀態發生變化(氧化)引起的。

圖4係在含有較多水分的樹脂基板上成膜了TiO₂薄膜時的、放電電壓隨時間變化之一例示意圖。可知：成膜開始後不久靶材表面的氧化膜被除去，放電電壓下降，但是20秒之後在被從樹脂基板排出的水的影響下，靶材被氧化，放電電壓上昇。一旦靶材表面被氧化，則成膜速度變慢。通常情況下，膜厚的控制是透過管理成膜時間而實施的，因此一旦因氧化狀態導致成膜速度發生變化，則僅透過成膜時間的管理是無法高精度地控制膜厚的。

作為高精度地控制膜厚的方法，也考慮在成膜時測量膜厚，通常用於蒸鍍裝置中。即，在蒸鍍裝置的情況下，能夠在安裝基板的拱頂(dome)的中心(旋轉中心)配置膜厚感測器並在成膜期間測量膜厚。相對於此，在反應濺射裝置中，需要在濺射區域和等離子體區域之間移動，利用膜厚感測器進行測量存在困難。因此，反應濺射中的膜厚控制透過成膜時間的管理來實施。

為了補償因靶材的表面狀態導致的成膜速度的變化，在此實施以下的方法。即，對於反應濺射中所使用的靶材，預先取得透過恒定功率放電進行之成膜時的放電電壓與成膜速度之間的關係(第一工序)。然後，對於透過使用了該靶材(不限定於同一靶材，包括同樣規格的靶材)的反應濺射實施之成膜中的至少一部分期間，根據與放電電壓的測定值相對應之成膜速度透過計算求出已成膜的膜厚(第二工序)。

圖5係對取得放電電壓與成膜速度之間的關係之方法(第一工序)進行說明之流程圖。在此，以安裝在濺射區域26的Ti靶材為例，使用氧氣O₂作為反應性氣體進行說明。

該方法利用下述情況：即，因靶材表面的氧化狀態導致成膜時的放電電壓和成膜速度發生變動、且恒定功率放電下的放電電壓與成膜速度之間呈相關(相互關聯)該一情況。首先，控制裝置36進行下述控制：在濺射區域26中，在放電電壓變為一定值之狀態下使Ti濺射堆積在基板15上，在等離子體區域28中使Ti氧化(步驟S11)。以比實際的成膜條件更長的時間實施該處理。對得到的膜厚進行測量，根據該測量值和成膜時間得出成膜速度(步驟S12)。在不同的放電電壓的條件下重複上述操作(步驟S13)。將獲得的放電電壓與成膜速度之間的關係以表的形式記錄、保存於控制裝置36中(步驟S14)。被記錄保存的數據較佳係非實測值，而是利用多項式作近似計算，以去除雜訊的影響。成膜速度與放電電壓之間的關係之一例表示於圖6。

作為被導入反應槽11內的反應性氣體的氧氣O₂，是為了利用於等離子體區域28中，但實際上向反應槽11內擴散，而使濺射區域26的Ti靶材表面發生氧化。透過調整O₂導入量，濺射區域26中的靶材表面的氧化條件發生變化。此時，雖然成膜開始時放電電壓不穩定，但是透過進行長時間的成膜，放電電壓變為與O₂導入量相對應的一定值，從而能夠將成膜開始後不久的速率變動的影響控制在誤差範圍內。另外，透過改變O₂導入量，能夠使放電電壓為其他的一定值。

另外，在假設作為基板15使用樹脂等排出水的基板之情況下，除了向反應槽內導入O₂之外，還導入H₂O作為基礎。導入H₂O的理由是考慮在氧氣和水的情況下對於靶材的氧化之影響不同。當產品(尤其是樹脂)的種類改變時，水的排出量也發生很大變化。因此，關於H₂O的導入量，按照產品種類考慮其材料後選擇最恰當的固定值。在導入了該被選擇的固定值的H₂O之狀態下，改變O₂導入量並控制放電電壓，取得數據。例如，設定為：產品A：H₂O：10[sccm]、改變O₂導入量控制電壓而取得數據

產品B：H₂O：20[sccm]、同上

產品C：H₂O：30[sccm]、同上。

透過預先取得如上的數據，能夠提高實際成膜時的膜厚控制精度。另外，由於水的排出量依賴於基板溫度，因此亦可根據基板加熱機構的設定溫度對H₂O導入量的固定值進行調整。考慮產品種類和反應槽內溫度後選定最恰當的H₂O導入量並取得數據即可。例如，在以使水從樹脂基板排出為目的而藉由基板加熱機構積極地加熱基板之情況下，透過在第一工序中導入基於基板加熱機構的設定溫度的H₂O，由此能夠高精度地取得H₂O氛圍下的放電電壓與成膜速度的關聯數據。

圖7係對利用圖1所示反應濺射裝置10實施之成膜過程進行說明之流程圖，顯示了由控制裝置36實施的控制的流程。該成膜過程係在已經製成成膜速度與放電電壓之間的關係的表且已以表的形式保存於控制裝置36中之後實施之過程。

控制裝置36首先輸入製方(recipe、處理步驟)(步驟S21)，按照製方設定各層(將製方的膜層數設為n，各層以第i層(1

i

n)進行表示。)的最終目標膜厚di和成膜所需的時間ti，並執行成膜過程。首先，設i=1(步驟S22)，設定第i(i=1)層的最終目標膜厚d_i(步驟S23)，並在定時器中設定成膜所需的時間t_i(步驟S24)。接著，對反應濺射裝置10的各部進行控制，開始成膜(步驟S25)。此時，實施上述的第二工序。

例如，在濺射區域26中正進行處理的情況下，控制裝置36輸入利用電壓表34計測的電源31的輸出電壓值(步驟S26)，並確認電壓值是否穩定於規定值，亦即，確認放電電壓是否穩定(步驟S27)。在電壓值不穩定(步驟S27中“否”)的情況下，參照第一工序中得到的表，根據與該電壓值相當的成膜速度計算被推定為已堆積的膜厚(步驟S28)。進而，根據計算出的膜厚，計算累積膜厚d(步驟S29)。在該累積膜厚d未達到定時值下的膜厚的目標值d(t)之情況下(步驟S30中“否”)，根據不足的膜厚，繼續進行成膜，同時，以補償所求出的膜厚與至穩定為止的期間預定形成的膜厚之差之方式對定時器進行校正(步驟S31)，延長成膜時間。具體而言，對累積膜厚d與定時值下的膜厚的目標值d(t)進行比較，延長不足膜厚成膜部分的定時時間。在累積膜厚d達到定時值下的膜厚的目標值之前，亦可暫時停止定時器計時。

在步驟S29中計算出的累積膜厚d達到定時值下的膜厚的目標值d(t)時(步驟S30中“是”)，判斷該累積膜厚d是否達到步驟S23中所設定的第i層的最終目標膜厚di(步驟S32)。在累積膜厚d達到di時(步驟S32中“是”)，結束第i層的成膜(步驟S33)，並進入步驟S35。在累積膜厚d未達到di時(步驟S32中“否”)，返回步驟S26，照原樣繼續成膜處理。

在步驟S26中電壓值穩定於規定值時、亦即放電電壓呈穩定之情況下，繼續成膜直至定時器計時結束(步驟S34)。重複進行步驟S23~步驟S34的處理，直至步驟S21中輸入的製方所指定的所有層的成膜均結束為止，亦即，直至將i增量並且i=n的處理完成為止(步驟S35、S36)。

在以上的流程中，設定為僅在累積膜厚d小於目標值d(t)的情況下校正定時時間，但是，亦能設定為在累積膜厚d大於目標值d(t)的情況下縮短定時時間以調整超出的膜厚該一流程。亦即，亦可設定為下述流程：在步驟S30為“是”、步驟S32為“否”時，將定時器校正與d-d(t)相當的時間。

圖7之流程圖中是對層壓的所有層執行第二工序，亦即執行步驟S26~步驟S31的處理。但是，在使用不怎麼會因氧化導致成膜速率變化的靶材之情況下，既不需要預先取得放電電壓與成膜速度之間的關係(第一工序)，也不需要根據該關係透過計算求出已成膜的膜厚(第二工序)。在該情況下，能夠從步驟S25直接執行步驟S34。另外，在圖7之流程圖中，在步驟S27中放電電壓穩定的情況下向透過時間控制而實施之成膜轉移(步驟S34)，但亦可省略步驟S34，重複進行放電電壓的測定和累積膜厚d的計算直至達到步驟S23所設定的最終目標膜厚di(步驟S26~步驟S33的重複處理)。

圖8係顯示在樹脂鏡片上形成了TiO₂和SiO₂的多層防反射膜時的防反射特性之測定例。(A)是在成膜TiO2薄膜時未進行時間校正時的測定例，(B)是進行了時間校正時的測定例。兩者均是10批次連續處理後的結果。座標圖的橫軸為波長，縱軸為反射率[%]。在圖8的(A)中，由於靶材的氧化、基板溫度上昇導致的從基板及其他部分排出氣體、來自儲存室(圖1、2中省略)的氣體帶入等主要原因，光譜特性的再現性差。另一方面，在實施了成膜時的時間校正之情況下，如圖8中(B)所示，可知即使是連續批量處理，再現性也佳，能夠獲得所期望的光學特性。與使用了Si靶材的SiO₂的成膜相比較，使用了Ti靶材的TiO₂的成膜由於因靶材表面氧化導致的成膜速率變動的幅度明顯大，因此，透過在TiO₂的成膜時實施本發明，尤其能夠獲得大的效果。

圖9係顯示圖7所示成膜過程之變形例之流程圖。在該變形例中，在成膜開始(步驟S25)之前，將氧氣導入量設定為少於成膜所需的規定量(步驟S41)。然後，在電源輸出電壓值變為規定值時，將氧氣導入量設定為規定量(步驟S42)。在此，為了易於說明，是將設定氧氣導入量為規定量時作為放電電壓穩定時。實際上，由於在放電電壓穩定的狀態下已需要足夠的氧氣量，因此，較佳係在稍前的階段使氧氣導入量為規定量。例如，較佳係在經過與輸入電壓值的環路獨立地預先設定的一定時間之後使氧氣導入量為規定量。透過在成膜初期減少氧氣導入量，能夠在放電電壓穩定之前不會向反應槽內導入超過需要的氧氣，而使放電電壓迅速地穩定。另外，有可能在放電電壓不穩定之狀態下得到的薄膜與在放電電壓穩定之狀態下得到的薄膜之間存在差異，但是，透過使放電電壓迅速地穩定，能夠提高所得到的薄膜的均勻性。

圖10係顯示圖9所示成膜過程之進一步變形例之流程圖。在該變形例中，在電源輸出電壓值變為規定值之前(步驟S27中為“否”時)、亦即成膜開始初期的放電電壓不穩定時，根據電源輸出電壓值對氧氣導入量進行回饋控制(步驟S51)。從基板15的樹脂排出的水分在反應槽內的條件下發生變化，且在成膜開始後的熱的作用下隨著時間經過而慢慢增加。透過進行回饋控制，亦能除去該影響。

在圖9所示之成膜過程中，根據成膜的層，在使用不怎麼會因氧化導致成膜速率變化的靶材之情況下，步驟S41、S42並不一定是必需的。另外，在圖10所示之成膜過程中也同樣，根據成膜的層，步驟S42和步驟S51並不一定是必需的。

圖11係顯示圖7所示之成膜過程之變形例之流程圖。該變形例不是每輸入電源輸出電壓就實施定時器的校正，而是在電壓值穩定於規定值之後實施定時器的校正，這一點與圖7所示之成膜過程不同。亦即，在直至放電電壓穩定為止(步驟S65、相當於圖7的步驟S27、且直至變為“是”為止)，重複進行電源31的輸出電壓值之輸入(步驟S61、相當於圖7的步驟S26)、基於第一工序所得到的表之堆積膜厚之計算(步驟S62、相當於圖7的步驟S28)、以及累積膜厚d之計算(步驟S63、相當於圖7的步驟S29)。在該重複處理中，當累積膜厚d達到最終目標膜厚di時(步驟S64、相當於圖7的步驟S32、且為“是”)，結束第i層的成膜(步驟S68、相當於圖7的步驟S33)。在放電電壓穩定時(步驟S65中“是”)，對累積膜厚d和定時值下的膜厚的目標值進行比較，校正定時器以補償不足的膜厚(步驟S66、相當於圖7的步驟S31)，延長時間，繼續成膜直至定時器計時結束(步驟S67)。在步驟S66中，當累積膜厚d大於定時值下的膜厚的目標值時，縮短定時時間以調整超出的膜厚。重複以上的處理直至所有層的成膜均完成(步驟S35、S36)。

圖12係顯示圖1所示控制裝置36之一例之結構框圖，表示使用電腦系統構成的例子。

亦即，控制裝置36具備運算處理部41、連接於該運算處理部41的唯讀記憶體(ROM)42、隨機存取記憶體(RAM)43、數據存儲部44、輸入介面45以及輸出介面46。在此記載為諸如各部與運算處理部41直接連接，但一般情況下上述各部為匯流排連接。唯讀記憶體42存儲使該控制裝置36工作的程式、和用於執行該程式的固定的參數等數據。隨機存取記憶體43存儲處理中的數據等臨時數據。數據存儲部44存儲成膜過程的製方、過程數據、表示放電電壓與成膜速度之間關係的數據等。輸入介面45輸入電壓表34、35的輸出值和各種感測器的輸出。運算處理部41根據唯讀記憶體42、隨機存取記憶體43以及數據存儲部44的記錄內容，並按照來自輸入介面45的輸入，向反應濺射裝置10的各部、諸如真空系統裝置、電源、氣體導入裝置等輸出控制信號。

該控制裝置36是控制反應濺射裝置10之動作之裝置，作為其一部分，實現對透過反應濺射裝置10成膜的膜的厚度進行控制之膜厚控制裝置。亦即，數據存儲部44作為下述存儲單元進行工作：對於反應濺射裝置10中所使用的靶材，存儲預先取得的透過恒定功率放電進行之成膜時的放電電壓與成膜速度之間的關係；輸入介面45作為輸入成膜時的放電電壓的測定值之單元進行工作；運算處理部41作為計算單元進行工作，該計算單元是：對於透過使用了靶材的反應濺射實施之成膜中的至少一部分期間，根據由輸入介面45輸入的放電電壓的測定值訪問數據存儲部44，並根據對應的成膜速度透過計算求出已成膜的膜厚。

在以上的說明中，以作為靶材使用Ti之情況為例進行了說明，但是將其他材料作為靶材使用之情況下亦能同樣地實施本發明。另外，作為靶材使用Si之情況下，成膜開始時的放電電壓的變動少，在進一步追求膜厚精度之情況下、或者成膜時間短而無法忽視成膜開始時的放電電壓的變動所產生之影響之情況等下，能夠同樣地實施本發明。進而，在成膜氧化物以外的膜之情況下，亦即向等離子體區域28中導入氧氣以外的氣體進行處理之情況下，亦能同樣地實施本發明。例如，在靶材使用Ti、作為反應性氣體使用氮氣而形成TiN薄膜之情況下，透過監視放電電壓，亦能檢測出由靶材表面形成的氮化物導致的成膜速度的變動，從而高精度地控制膜厚。相比氧化物，靶材表面的氮化物的濺射率小，因此由於氮化物的影響導致的成膜速度的變動大，透過本發明實現的控制的效果大。不限於TiN薄膜，在SiNx薄膜、TiOxNy薄膜、TaOx薄膜、TiSiOxNy薄膜、AlOx薄膜、ZrOx薄膜等靶材和反應性氣體的組合中進行適當選擇即可。本發明在形成化合物薄膜的任意的反應濺射裝置中均有效。

S21~S36:步驟

Claims

一種反應濺射的膜厚控制方法，其特徵在於，包括第一工序和第二工序，在第一工序中，對於反應濺射中所使用的靶材，預先取得透過恒定功率放電進行之成膜時的放電電壓與成膜速度之間的關係；在第二工序中，對於透過使用了所述靶材的反應濺射實施之成膜中的至少一部分期間，根據與放電電壓的測定值相對應之成膜速度透過計算求出已成膜的膜厚；在所述第一工序中，利用因所述靶材的表面狀態導致成膜時的放電電壓和成膜速度發生變動、且恒定功率放電下的放電電壓與成膜速度之間呈相關該一情況，改變向實施反應濺射的反應槽內導入的反應性氣體導入量，在放電電壓變為一定值之狀態下以比實際成膜條件更長的時間進行成膜並測定膜厚，改變放電電壓的值重複進行該測定。
如申請專利範圍第1項所述之膜厚控制方法，其中，在所述第一工序中，除了導入反應性氣體之外，還根據基板加熱機構的設定溫度導入與成為成膜對象的材料相應量的水H₂O。
如申請專利範圍第1或2項所述之膜厚控制方法，其中，延長或縮短成膜時間，以補償所述第二工序中求出之在成膜中的至少一部分期間內成膜的膜厚與所述成膜中的至少一部分期間內預定形成的膜厚之差。
如申請專利範圍第1或2項所述之膜厚控制方法，其中，在所述第二工序中，在反應濺射的放電開始至放電電壓穩定為止的期間透過計算求出已成膜的膜厚，在繼續成膜的同時，延長或縮短成膜時間，以補償所述第二工序中求出的膜厚與所述至穩定為止的期間內預定形成的膜厚之差。
如申請專利範圍第1或2項所述之膜厚控制方法，其中，在成膜開始初期的放電電壓穩定之前的期間，將反應性氣體導入量減少為少於放電電壓穩定後應導入的量。
如申請專利範圍第1或2項所述之膜厚控制方法，其中，在成膜時的放電電壓變為預先指定的值之前，對反應性氣體導入量進行回饋控制。
如申請專利範圍第1或2項所述之膜厚控制方法，其中，對反應濺射裝置的濺射區域中所使用的靶材執行所述第一工序，在使用了該靶材進行成膜時執行所述第二工序，其中，所述反應濺射裝置係具有成膜對象的基板被安裝在旋轉滾筒上且依次通過所述濺射區域和等離子體區域該一構造。
如申請專利範圍第1或2項所述之膜厚控制方法，其中，所述反應濺射裝置中具有層壓成膜不同材料的多個濺射區域，對於該多個濺射區域中各自所使用的不同材料的靶材中至少一個靶材執行所述第一工序，在使用已執行了所述第一工序的靶材進行成膜時，執行所述第二工序。
如申請專利範圍第1或2項所述之膜厚控制方法，其中，成膜對象的基板為樹脂制。
一種反應濺射的膜厚控制裝置，其設置於對反應濺射裝置的動作進行控制之控制裝置中，對透過所述反應濺射裝置成膜的膜的厚度進行控制，所述反應濺射的膜厚控制裝置的特徵在於，具備存儲部、輸入部、以及計算部；所述存儲部對於所述反應濺射裝置中所使用的靶材，存儲預先取得的透過恒定功率放電進行之成膜時的放電電壓與成膜速度之間的關係；所述輸入部輸入成膜時的放電電壓的測定值；所述計算部對於透過使用了所述靶材的反應濺射實施之成膜中的至少一部分期間，根據由所述輸入部輸入的放電電壓的測定值訪問所述存儲部，並根據對應的成膜速度透過計算求出已成膜的膜厚；並且所述膜厚控制裝置利用因所述靶材的表面狀態導致成膜時的放電電壓和成膜速度發生變動、且恒定功率放電下的放電電壓與成膜速度之間呈相關該一情況，改變向實施反應濺射的反應槽內導入的反應性氣體導入量，在放電電壓變為一定值之狀態下以比實際成膜條件更長的時間進行成膜並測定膜厚，改變放電電壓的值重複進行該測定。