JPH0288772A - スパッタ装置の膜厚制御方法 - 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〕 本発明は金属、半導体、絶縁物などの材料から良質の薄
膜を生成するスパッタ装置の膜厚の制御方法である。

〔従来の技術〕

スパッタ装置においては、成膜速度はターゲツト材側の
電極である陰極への投入電力に比較的比例することは公
知の事実である。特開昭６２−２９４１７１には、陰極
への投入電力を一定にする方法として、放電電圧と放電
電流を一定にするスパッタ制御方法が記載されている。

このようなターゲットへの投入電力を一定にする制御方
法を用いて実際に薄膜を生成する際には、過去の経験的
なデータから成膜速度を推定し、目標とする膜厚と推定
した成膜速度からスパッタ時間を計算して、スパッタ開
始時にこのスパッタ時間をスパッタ装置に設定するのが
従来の膜厚制御方法である。

また、他の方法としてはスパッタ中にインラインで膜厚
を計測し、それを演算処理して膜厚を制御する方法が特
開昭６２−２４１０２に記載されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、投入電力を一定にする方法を用いてスパ
ッタを行っても１割から２割という比較的大きな目標膜
厚との誤差が生じる。その原因としては、ターゲット側
の電極である陰極への投入電力を仮に一定にできても電
送線路の損失となる反射波電力を一定にすることは困難
であること、ターゲットや基板の温度変化や、真空容器
中の真空度、ガスの流れ方などは成膜速度に大きく影響
するが、高真空という厳しい環境の中でこれらを一定に
制御することは困難であり、実現したとしても装置が大
がかりになってしまうという問題点がある。

また、スパッタ中に間接的に膜厚を計測し、そのデータ
をフィードハックする方法では、直接膜厚を計測せずに
、水晶発振法や反射干渉法などの方法のように他の物理
量から膜厚を換算するために膜厚測定誤差が大きいこと
、真空容器中に測定のためのプローブを入れることにな
り、装置が大がかりになると同時に均一な電解密度を作
ることが困難となり、生成する膜厚が不均一になるとい
った問題点がある。

本発明の目的は、大がかりな付帯装置を伴わない、高精
度なスパッタ装置の膜厚制御方法を提供することにある
。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、先ずスパッタ中の成膜速度の変動要因である
ターゲットへの投入電力、電送線路の電力損失となる反
射波電力、ターゲット形状と強い相関関係にあるターゲ
ットの累積使用時間、ターゲット温度、基板温度、真空
度、真空容器中へのガス流量などをスパッタ中に一定の
サンプリング時間で計測し、スパッタ終了後、実際に成
膜した膜厚を計測する。次に集めたデータのバッチごと
の平均値と実測した膜厚をもとに多変量解析の手法を用
いて成膜速度と上記変動要因との関係を求め、関係式を
制御装置に登録する。そしてスパッタ中ば第３図のアル
ゴリズムを用いて以下に述べるような膜厚制御を行なう
。スパッタ開始前に目標膜厚を制御装置に登録し、スパ
ッタ中は一定のサンプリング時間ごとに上記膜厚速度の
変動要因を制御装置に取り込み、記憶しである関係式を
もとに、その時点での成膜速度を推定し、同時に成膜速
度とサンプリング時間の積を累積した値を推定膜厚とす
る。一定のサンプリング時間ごとに推定した膜厚がスパ
ッタ開始前に制御装置に登録した目標膜厚に達するまで
繰返し、推定膜厚が目標膜厚に達したら電力投入を中止
してスパッタを終了する、といったスパッタ装置の膜厚
制御方法である。

〔実施例〕

第１図から第４図は本発明の一実施例に基づく、高周波
スパッタ装置を用いてＳｉＯ□の薄膜を生成する際の膜
厚制御方法を示す図面である。スパッタを引き起こすガ
スはアルゴンで、反応性ガスは酸素である。第１図にス
パッタのデータ収集段階の概念図を示す。同図のスパッ
タ装置１は投入電力２　（相当する電力の値をＩＴ　Ｘ
　Ｉ　ＩＴとする。以下の文中にて記号に対応する電力
の値を（）にて示す。）、反射波電力３　（Ｘ２）　、
基板温度４　（Ｘ３）、ターゲット温度５（Ｘ４）、真
空度６　（Ｘ５）、アルゴンガス流量７（Ｘ６）、酸素
ガス流量８　（Ｘ７）を制御して成る高周波スパッタ装
置である。このスパッタ装置１の出力端子２０から投入
電力２を取り出し、アナログ・ディジタル変換回路９ａ
を通じてコンピュータ１０に取り込む。

同様にして反射波電力３、基板温度４、ターゲット温度
５、真空度６、アルゴンガス流量７、酸素ガス流量８も
コンピュータ１０に取り込む。また正確なサンプリング
時間を得るための時計１１と、ターゲットの累積使用時
間１２（Ｘ８）を登録するための端末Ｉ３を備えるもの
とする。ターゲットの累積使用時間１２とは、ターゲッ
トを交換してから、そのターゲットを使用してスパッタ
を行った累積時間のことである。コンピュータ１０を用
いてこれらのデータを整理してフロッピーディスクやハ
ードディスクなどの外部記憶装置１４に格納する。これ
らの装置を用いてスパッタ時間中のデータを一定のサン
プリング時間（例えば１０秒）ごとに計測、収集し、ス
パッタ終了後にこれらのデータのハツチごとの平均値を
それぞれ求め、また実際の膜厚を成膜した場所と成膜し
ていない場所との段差を接触式の計器を用いる方法で計
測する。

次に、成膜速度を推定する式を求めるために、収集した
データのバッチごとの平均値と膜厚の実測値を用いて多
変量解析する。用いるデータは最低でも６０バッチ分あ
ることが望ましい。多変量解析の手法を用いることによ
り成膜速度と種々の変動要因の関係を求め以下のような
式を作成する。

Ｙ＝ａ・Ｘ１＋ｂ−Ｘ２＋ｃ−Ｘ３＋ｄ−Ｘ４十ｅ−Ｘ
５＋ｆ−Ｘ６＋ｇ−Ｘ７＋ｈ−Ｘ８・・・（１）式 ここで用いたＹは成膜速度であり、ａ、ｂ、ｃ。

ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈは多変量解析の結果求めることので
きる係数である。

第２図にスパッタ膜厚制御の概念図を、第３図にスパッ
タ膜厚制御アルゴルズムを示す。第２図に示すような装
置で膜厚の制御を行なう。端末１３から膜厚目標値１５
、および先に求めた成膜速度とその変動要因の関係式（
１）を入力して制御装置１６に登録する。スパック装置
から投入電力２を取り出し、アナログ・ディジタル変換
回路９ａを通じて制御装置１６に取り込み、同様に反射
波電力３、基板温度４、ターゲット温度５、真空度６、
アルゴンガス流量７、酸素ガス流量８も制御装置１６に
取り込むことが可能なものとする。

また、端末１３からターゲラ１−の累積使用時間１２を
登録する。第３図のアルゴルズムに示すように、制御装
置１６内部では、一定のサンプリング時間（例えば１０
秒）ごとに投入電力２、反射波電力３、基板温度４、タ
ーゲット温度５、真空度６、アルゴンガス流量７、酸素
ガス流量８の計測値を収集し、スパッタ中の成膜速度を
先に登録した式（１）を用いて推定し、成膜速度とサン
プリング時間の積をそのサンプリング時間に生成した膜
厚と考え、スパッタ開始から、成膜速度とサンプリング
時間の積を累積した値をその時点での推定膜厚とする。

第４図は、成膜速度、時間と推定膜厚の関係を示す図で
ある。同図におけるグラフの面積が推定膜厚となり、一
定のサンプリング時間１７ごとにこの推定膜厚を加算す
ることになる。以上の操作を推定膜厚が目標膜厚に達す
るまで繰返す。そして、推定膜厚が目標膜厚に達したら
スパック電源１８に対して電源停止の信号を出力してス
パックを終了するといった制御方法である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、スパッタ装置で成膜する場合に、スパ
ッタ装置の大幅な改造を伴わずに、従来困難であった高
精度の膜厚制御が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るスパッタのデータ収集段階の概念
図を、第２図は本発明に係るスパッタ膜厚制御の概念図
を、第３図は本発明に係るスパッタ膜厚制御アルゴリズ
ムを、第４図は本発明に係る成膜速度とサンプリング時
間と膜厚の関係を示す図である。 １ニスバツタ装置、２：投入電力、３：反射波電力、４
：基板温度、５：ターゲット温度、６：真空度、７：ア
ルゴンガス流量、１０：コンピュウータ、１６：制御装
置。 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. スパッタ装置において、予め成膜速度の変動要因である
   ターゲットに印加する投入電力、電送線路における電力
   損失となる反射波電力、基板とターゲットの温度、ター
   ゲットの累積使用時間、真空容器内のガス流量などのデ
   ータをスパッタ中に収集し、スパッタ終了後、上記デー
   タ平均値と膜厚実測値を多変量解析して成膜速度とその
   変動要因である上記データとの関係式を制御装置に登録
   し、次にスパッタを行う前に目標とする膜厚を制御装置
   に設定し、一定のサンプリング時間ごとにスパッタ中の
   上記変動要因を入力し、先に制御装置に登録した関係式
   を用いて刻々と変動する成膜速度を求め、その成膜速度
   とサンプリング時間との積で表すことができる膜厚を累
   積し、サンプリング時間ごとの膜厚を推定することを繰
   返して、設定した膜厚に達したらスパッタ電源を停止す
   ることを特徴とするスパッタ装置の膜厚制御方法。