JPH11100670A - 薄膜形成装置および薄膜形成方法 - Google Patents
薄膜形成装置および薄膜形成方法Info
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- JPH11100670A JPH11100670A JP26234597A JP26234597A JPH11100670A JP H11100670 A JPH11100670 A JP H11100670A JP 26234597 A JP26234597 A JP 26234597A JP 26234597 A JP26234597 A JP 26234597A JP H11100670 A JPH11100670 A JP H11100670A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 スパッタレートを安定化し、高精度に制御さ
れた任意の膜厚の薄膜を形成可能な薄膜形成装置を提供
する。 【解決手段】 ターゲット表面温度測定手段１６と、ス
パッタリング中のターゲット４の表面温度を一定に保つ
ターゲット表面温度制御手段１７、１８、１９と、被処
理物７とターゲット４との間に備えられたシャッター機
構１１とを有する薄膜形成装置とする。シャッター機構
１１は、放電開始後、ターゲット４の表面温度が一定に
なった段階で開き、所定の成膜時間が経過した後に閉じ
るように制御される。
れた任意の膜厚の薄膜を形成可能な薄膜形成装置を提供
する。 【解決手段】 ターゲット表面温度測定手段１６と、ス
パッタリング中のターゲット４の表面温度を一定に保つ
ターゲット表面温度制御手段１７、１８、１９と、被処
理物７とターゲット４との間に備えられたシャッター機
構１１とを有する薄膜形成装置とする。シャッター機構
１１は、放電開始後、ターゲット４の表面温度が一定に
なった段階で開き、所定の成膜時間が経過した後に閉じ
るように制御される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高精度の膜厚制御
を実現できる薄膜形成装置および薄膜形成方法に関す
る。
を実現できる薄膜形成装置および薄膜形成方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】スパッタリング装置、例えば、マグネト
ロンスパッタリング装置では、プラズマ放電中のアルゴ
ンガスイオン等がターゲットに衝突し、そこからスパッ
タされる粒子が対向配置された被処理物上に堆積する現
象を利用して成膜を行うものである。すなわち、所定の
高周波電圧もしくは直流高電圧が印加されると、雰囲気
中の電子が加速され、アルゴンガス等がイオン化し、プ
ラズマが形成される。ターゲットの上方に形成された磁
石による磁界の影響で、プラズマはトラップされ、ター
ゲットの上方でレーストラック状又は環状等に形成され
る。磁界を回転することによりターゲット表面に均一に
プラズマを形成することも可能である。放電により、タ
ーゲット表面にセルフバイアス電圧が誘起され、これに
より、プラズマ中の正イオンがターゲットに衝突して、
ターゲットからスパッタされる粒子が放出されて、被処
理物に堆積される。
ロンスパッタリング装置では、プラズマ放電中のアルゴ
ンガスイオン等がターゲットに衝突し、そこからスパッ
タされる粒子が対向配置された被処理物上に堆積する現
象を利用して成膜を行うものである。すなわち、所定の
高周波電圧もしくは直流高電圧が印加されると、雰囲気
中の電子が加速され、アルゴンガス等がイオン化し、プ
ラズマが形成される。ターゲットの上方に形成された磁
石による磁界の影響で、プラズマはトラップされ、ター
ゲットの上方でレーストラック状又は環状等に形成され
る。磁界を回転することによりターゲット表面に均一に
プラズマを形成することも可能である。放電により、タ
ーゲット表面にセルフバイアス電圧が誘起され、これに
より、プラズマ中の正イオンがターゲットに衝突して、
ターゲットからスパッタされる粒子が放出されて、被処
理物に堆積される。
【０００３】このような被処理物に形成される膜の成膜
速度は、ターゲットから放出されるスパッタ粒子の量
と、このスパッタ粒子が被処理物に到達し、付着する確
率で決定される。特に高精度の膜厚制御を実現するため
には、成膜レートを安定化し、成膜時間を制御すること
で膜厚を制御することが行われていた。
速度は、ターゲットから放出されるスパッタ粒子の量
と、このスパッタ粒子が被処理物に到達し、付着する確
率で決定される。特に高精度の膜厚制御を実現するため
には、成膜レートを安定化し、成膜時間を制御すること
で膜厚を制御することが行われていた。
【０００４】スパッタレートを安定化するために、導入
するガスの純度、流量、圧力、印加電力を一定に保持
し、また、ターゲットと被処理物の位置を同一にするな
どの対策が取られていた。
するガスの純度、流量、圧力、印加電力を一定に保持
し、また、ターゲットと被処理物の位置を同一にするな
どの対策が取られていた。
【０００５】特開平７−１５７８７３号公報では、ター
ゲットと被処理物の位置あわせを高精度に行うことで、
スパッタレートを安定化し、膜厚を高精度に制御する装
置が開示されている。
ゲットと被処理物の位置あわせを高精度に行うことで、
スパッタレートを安定化し、膜厚を高精度に制御する装
置が開示されている。
【０００６】特開平５−１４８６２９号公報では、ター
ゲットの温度を一定に保ちつつ、スパッタリングし、プ
ラズマダメージのないスパッタリングを可能とする手法
について開示されている。
ゲットの温度を一定に保ちつつ、スパッタリングし、プ
ラズマダメージのないスパッタリングを可能とする手法
について開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、スパッ
タレートはターゲットから放出されるスパッタ粒子の量
と、このスパッタ粒子が被処理物に到達し、付着する確
率で決定されるものである。すなわち、特開平７−１５
７８７３号公報に開示された方法により、いかにターゲ
ットと被処理物の位置を高精度に制御して放出された粒
子の被処理物付着確率を制御しても、ターゲットから放
出されるスパッタ粒子の量が変化してしまえば、高精度
のレート安定化、ひいては高精度の膜厚制御は実現でき
ない。一方、特開平５−１４８６２９号公報に開示され
た方法によれば、ターゲットの温度を長時間の放電中に
ターゲットの温度を一定に保つことはできても、放電初
期の温度を一定に保つことは困難であり、この間の成膜
レートは後述するように図２のように変動してしまう。
またこの方法では、成膜中に基板温度が変化してしまう
ため、スパッタレートの高精度の制御には限界があっ
た。
タレートはターゲットから放出されるスパッタ粒子の量
と、このスパッタ粒子が被処理物に到達し、付着する確
率で決定されるものである。すなわち、特開平７−１５
７８７３号公報に開示された方法により、いかにターゲ
ットと被処理物の位置を高精度に制御して放出された粒
子の被処理物付着確率を制御しても、ターゲットから放
出されるスパッタ粒子の量が変化してしまえば、高精度
のレート安定化、ひいては高精度の膜厚制御は実現でき
ない。一方、特開平５−１４８６２９号公報に開示され
た方法によれば、ターゲットの温度を長時間の放電中に
ターゲットの温度を一定に保つことはできても、放電初
期の温度を一定に保つことは困難であり、この間の成膜
レートは後述するように図２のように変動してしまう。
またこの方法では、成膜中に基板温度が変化してしまう
ため、スパッタレートの高精度の制御には限界があっ
た。
【０００８】本発明は上述したような事情に鑑みてなさ
れたものであって、ターゲットからスパッタされるスパ
ッタ粒子の量および被処理物に付着する確率を高精度に
管理し、高精度の膜厚制御を実現できるスパッタリング
装置を提供することを目的とするものである。
れたものであって、ターゲットからスパッタされるスパ
ッタ粒子の量および被処理物に付着する確率を高精度に
管理し、高精度の膜厚制御を実現できるスパッタリング
装置を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明によれば、所定のガスが導入された真空容器内で、放
電中にイオンをターゲットに衝突させ、該ターゲットか
らスパッタされた粒子を該ターゲットに対向配置された
被処理物に堆積させて成膜する薄膜形成装置において、
ターゲット表面温度測定手段と、スパッタリング中の前
記ターゲットの表面温度を一定に保つターゲット表面温
度制御手段と、前記被処理物と前記ターゲットとの間に
備えられたシャッター機構とを有し、前記シャッター機
構は、放電開始後、前記ターゲットの表面温度が一定に
なった段階で開き、所定の成膜時間が経過した後に閉じ
るように制御されることを特徴とする薄膜形成装置が提
供される。
明によれば、所定のガスが導入された真空容器内で、放
電中にイオンをターゲットに衝突させ、該ターゲットか
らスパッタされた粒子を該ターゲットに対向配置された
被処理物に堆積させて成膜する薄膜形成装置において、
ターゲット表面温度測定手段と、スパッタリング中の前
記ターゲットの表面温度を一定に保つターゲット表面温
度制御手段と、前記被処理物と前記ターゲットとの間に
備えられたシャッター機構とを有し、前記シャッター機
構は、放電開始後、前記ターゲットの表面温度が一定に
なった段階で開き、所定の成膜時間が経過した後に閉じ
るように制御されることを特徴とする薄膜形成装置が提
供される。
【００１０】また、本発明によれば、真空容器内に所定
のガスを導入し、放電中にイオンをターゲットに衝突さ
せ、該ターゲットからスパッタされた粒子を該ターゲッ
トに対向配置された被処理物に堆積させて成膜する薄膜
形成方法において、前記ターゲットに高周波電力を印加
して放電した後、前記ターゲットの表面温度が一定とな
った段階で前記被処理物と前記ターゲットとの間に備え
られたシャッター機構を開けて成膜を開始し、成膜中は
前記ターゲットの表面温度を一定に保ち、所定の成膜時
間が経過した後に前記シャッター機構を閉じることを特
徴とする薄膜形成方法が提供される。
のガスを導入し、放電中にイオンをターゲットに衝突さ
せ、該ターゲットからスパッタされた粒子を該ターゲッ
トに対向配置された被処理物に堆積させて成膜する薄膜
形成方法において、前記ターゲットに高周波電力を印加
して放電した後、前記ターゲットの表面温度が一定とな
った段階で前記被処理物と前記ターゲットとの間に備え
られたシャッター機構を開けて成膜を開始し、成膜中は
前記ターゲットの表面温度を一定に保ち、所定の成膜時
間が経過した後に前記シャッター機構を閉じることを特
徴とする薄膜形成方法が提供される。
【００１１】また、本発明によれば、真空容器内に所定
のガスを導入し、放電中にイオンをターゲットに衝突さ
せ、該ターゲットからスパッタされた粒子を該ターゲッ
トに対向配置された被処理物に堆積させて成膜する薄膜
形成方法において、前記ターゲットに高周波電力を印加
して放電した後、前記ターゲットの表面温度が一定とな
った段階で前記被処理物と前記ターゲットとの間に備え
られたシャッター機構を開けて成膜を開始し、成膜中は
前記被処理物の表面温度を一定に保ち、所定の成膜時間
が経過した後に前記シャッター機構を閉じることを特徴
とする薄膜形成方法が提供される。
のガスを導入し、放電中にイオンをターゲットに衝突さ
せ、該ターゲットからスパッタされた粒子を該ターゲッ
トに対向配置された被処理物に堆積させて成膜する薄膜
形成方法において、前記ターゲットに高周波電力を印加
して放電した後、前記ターゲットの表面温度が一定とな
った段階で前記被処理物と前記ターゲットとの間に備え
られたシャッター機構を開けて成膜を開始し、成膜中は
前記被処理物の表面温度を一定に保ち、所定の成膜時間
が経過した後に前記シャッター機構を閉じることを特徴
とする薄膜形成方法が提供される。
【００１２】本発明によれば、ターゲット表面温度をモ
ニターし高精度に一定値に保持することで、ターゲット
からスパッタされる粒子の量を高精度に安定化すること
ができる。また、被処理物温度を制御すれば被処理物に
付着するスパッタ粒子の量を高精度に安定化することが
できる。これらにより高精度に膜厚が制御された薄膜の
形成が可能となる。また、放電開始後ターゲットの表面
温度が一定になった段階で開き、所定の成膜時間が経過
した後に閉じるように制御されたシャッター機構を用い
ているため、放電初期のターゲット温度のばらつきに起
因する膜厚の変動を回避することができ、膜厚の精度を
さらに高めることができる。
ニターし高精度に一定値に保持することで、ターゲット
からスパッタされる粒子の量を高精度に安定化すること
ができる。また、被処理物温度を制御すれば被処理物に
付着するスパッタ粒子の量を高精度に安定化することが
できる。これらにより高精度に膜厚が制御された薄膜の
形成が可能となる。また、放電開始後ターゲットの表面
温度が一定になった段階で開き、所定の成膜時間が経過
した後に閉じるように制御されたシャッター機構を用い
ているため、放電初期のターゲット温度のばらつきに起
因する膜厚の変動を回避することができ、膜厚の精度を
さらに高めることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明の第１の実施形態に係る薄
膜形成装置について図面を参照しつつ説明する。図１
は、本発明に係るマグネトロンスパッタリング装置の断
面図である。この図１に示すように、スパッタリング装
置には、内部を略真空状態に維持する真空容器１が設け
られている。この真空容器１の底部の中央部には、内部
に磁石を収め、外部から供給される冷却水を内部を流通
させてターゲットの冷却を行う冷却ボックス２が設けら
れている。この冷却ボックス２の上面には、カソード電
極としてのパッキングプレート３が配置されており、こ
のパッキングプレート３の上面に、種々の金属、もしく
はセラミックスからなるターゲット４が固定されてい
る。このターゲット４との間に所定の間隙をおいて外方
に配置されたアノード電極５が真空容器１に固定されて
いる。なお、アノード電極５とパッキングプレート３と
の間には、絶縁材６が設置されている。
膜形成装置について図面を参照しつつ説明する。図１
は、本発明に係るマグネトロンスパッタリング装置の断
面図である。この図１に示すように、スパッタリング装
置には、内部を略真空状態に維持する真空容器１が設け
られている。この真空容器１の底部の中央部には、内部
に磁石を収め、外部から供給される冷却水を内部を流通
させてターゲットの冷却を行う冷却ボックス２が設けら
れている。この冷却ボックス２の上面には、カソード電
極としてのパッキングプレート３が配置されており、こ
のパッキングプレート３の上面に、種々の金属、もしく
はセラミックスからなるターゲット４が固定されてい
る。このターゲット４との間に所定の間隙をおいて外方
に配置されたアノード電極５が真空容器１に固定されて
いる。なお、アノード電極５とパッキングプレート３と
の間には、絶縁材６が設置されている。
【００１４】さらに、真空容器１の上面には、被処理物
７が図示しない移動機構により被処理物支持機構８とロ
ードロック室１０との間をゲートバルブ９を介して移動
自在に設けられている。被処理物７とターゲット４の間
には、放電が安定するまで被処理物７に膜が付着しない
よう、シャッター１１が設けられている。このシャッタ
ーは図示しない移動機構により、高速で開閉可能となっ
ている。なお、特に、符号を付さないが、真空容器１内
の漏れを防止するため、適宜箇所には、シール部材が設
けられている。
７が図示しない移動機構により被処理物支持機構８とロ
ードロック室１０との間をゲートバルブ９を介して移動
自在に設けられている。被処理物７とターゲット４の間
には、放電が安定するまで被処理物７に膜が付着しない
よう、シャッター１１が設けられている。このシャッタ
ーは図示しない移動機構により、高速で開閉可能となっ
ている。なお、特に、符号を付さないが、真空容器１内
の漏れを防止するため、適宜箇所には、シール部材が設
けられている。
【００１５】ここで、真空容器１を所定の圧力にまで排
気ボート１２を介して排気系１３により真空に排気す
る。所定の圧力にまで排気が完了したところで、ガス導
入ポート１４より、図示しないマスフローコントローラ
ーを含むガス供給系より、Ａｒガスを導入する。ここ
で、導入するガスは、流量、純度、圧力は高精度に制御
され、一定値に保持されている。スパッタガスとしては
ここで示すＡｒ以外にＨｅ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅ等の不活
性ガスや、酸素、窒素、Ｈ2Ｏ、ＣＦ4等の反応性ガスを
導入してもよい。
気ボート１２を介して排気系１３により真空に排気す
る。所定の圧力にまで排気が完了したところで、ガス導
入ポート１４より、図示しないマスフローコントローラ
ーを含むガス供給系より、Ａｒガスを導入する。ここ
で、導入するガスは、流量、純度、圧力は高精度に制御
され、一定値に保持されている。スパッタガスとしては
ここで示すＡｒ以外にＨｅ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅ等の不活
性ガスや、酸素、窒素、Ｈ2Ｏ、ＣＦ4等の反応性ガスを
導入してもよい。
【００１６】このような状態でバンキングプレート３に
所定の高周波電源１５より高周波電圧が印加されると、
放電されてアルゴンガスがイオン化し、磁石３１による
磁界がターゲット４の上方に形成されているため、磁界
に電子がトラップされ、マグネトロンプラズマが発生す
る。これにより、プラズマ中のイオンがターゲット４に
衝突し、ターゲット４からスパッタされる粒子が放出さ
れて、被処理物７に堆積される。
所定の高周波電源１５より高周波電圧が印加されると、
放電されてアルゴンガスがイオン化し、磁石３１による
磁界がターゲット４の上方に形成されているため、磁界
に電子がトラップされ、マグネトロンプラズマが発生す
る。これにより、プラズマ中のイオンがターゲット４に
衝突し、ターゲット４からスパッタされる粒子が放出さ
れて、被処理物７に堆積される。
【００１７】さらに、本実施形態では、放電中のターゲ
ット温度を放射温度計１６で測定できる構成になってい
る。ここで用いる放射温度計１６はチャンバーからの放
射光や、放電発光等の外乱の影響を受けないためと、タ
ーゲットからの放射光を高感度に捕らえるため、使用波
長を適時選択する必要がある。本実施形態では２〜１２
μｍの範囲可変放射温度計を用い、使用ターゲットに対
応して最適な波長を選択した。ターゲット冷却水はチラ
ー１８で所望の温度に調整され、流量制御機構１９によ
り流量制御できる構成となっており、ターゲット表面温
度を一定に保つため、ターゲット４の冷却水の温度、流
量にフィードバックして調整するフィードバック機構１
７を設置している。ここで、ターゲット表面温度の制御
は、スパッタ条件にもよるが、通常、設定温度に対して
±５℃以内、好ましくは±１℃以内とする。このように
することにより、膜厚を高精度に制御することができ
る。
ット温度を放射温度計１６で測定できる構成になってい
る。ここで用いる放射温度計１６はチャンバーからの放
射光や、放電発光等の外乱の影響を受けないためと、タ
ーゲットからの放射光を高感度に捕らえるため、使用波
長を適時選択する必要がある。本実施形態では２〜１２
μｍの範囲可変放射温度計を用い、使用ターゲットに対
応して最適な波長を選択した。ターゲット冷却水はチラ
ー１８で所望の温度に調整され、流量制御機構１９によ
り流量制御できる構成となっており、ターゲット表面温
度を一定に保つため、ターゲット４の冷却水の温度、流
量にフィードバックして調整するフィードバック機構１
７を設置している。ここで、ターゲット表面温度の制御
は、スパッタ条件にもよるが、通常、設定温度に対して
±５℃以内、好ましくは±１℃以内とする。このように
することにより、膜厚を高精度に制御することができ
る。
【００１８】次に、本発明の第２の実施形態に係るスパ
ッタリング装置を図面を参照しつつ説明する。図４は、
本発明の第２の実施形態に係るマグネトロンスパッタリ
ング装置の断面図である。図４はターゲット表面温度測
定手段を熱電対２６に、また、スパッタ電力として、高
周波電源を直流電源２５に置き換えている以外は、図１
と同様である。
ッタリング装置を図面を参照しつつ説明する。図４は、
本発明の第２の実施形態に係るマグネトロンスパッタリ
ング装置の断面図である。図４はターゲット表面温度測
定手段を熱電対２６に、また、スパッタ電力として、高
周波電源を直流電源２５に置き換えている以外は、図１
と同様である。
【００１９】放射温度計は印加高周波や直流電力の影響
を受けず、ターゲット表面の任意の場所の温度測定が可
能なことから、非常に使いやすい。しかしながら、測定
波長を最適に制御し、真空容器１内の温度の影響を受け
ないように入射光線を削除する努力をしても、ターゲッ
トの種類によっては、外乱の影響を完全に排除しきれ
ず、測定精度が落ちることがある。
を受けず、ターゲット表面の任意の場所の温度測定が可
能なことから、非常に使いやすい。しかしながら、測定
波長を最適に制御し、真空容器１内の温度の影響を受け
ないように入射光線を削除する努力をしても、ターゲッ
トの種類によっては、外乱の影響を完全に排除しきれ
ず、測定精度が落ちることがある。
【００２０】たとえば、Ａｌ2Ｏ3酸化物薄膜を形成する
際、Ａｌ金属ターゲットを用いてリアクティブスパッタ
を行おうとした場合、成膜条件によってはターゲット表
面が金属になったり、酸化状態になったりと、物性が極
端に変化する場合がある。放射温度係数は物性によっ
て、変化するため、このような状況では正確な温度モニ
ターが難しくなる。
際、Ａｌ金属ターゲットを用いてリアクティブスパッタ
を行おうとした場合、成膜条件によってはターゲット表
面が金属になったり、酸化状態になったりと、物性が極
端に変化する場合がある。放射温度係数は物性によっ
て、変化するため、このような状況では正確な温度モニ
ターが難しくなる。
【００２１】本実施形態では、この対策として、ターゲ
ット表面に熱電対を設置し、熱電対により、ターゲット
表面温度を測定する手段を設けている。ターゲット４に
金属Ａｌを用い、スパッタガスにＡｒ、Ｏ2を導入し
て、直流電圧を印加し、反応性スパッタによって、被処
理物７上にＡｌ2Ｏ3薄膜を形成する方法について、説明
する。
ット表面に熱電対を設置し、熱電対により、ターゲット
表面温度を測定する手段を設けている。ターゲット４に
金属Ａｌを用い、スパッタガスにＡｒ、Ｏ2を導入し
て、直流電圧を印加し、反応性スパッタによって、被処
理物７上にＡｌ2Ｏ3薄膜を形成する方法について、説明
する。
【００２２】熱電対のターゲット表面への設置について
は、何点かの注意が必要である。熱電対２６は絶縁材料
でできた接着剤で、アノード電極５の影になる部分に固
定している。これは、ターゲット表面に印加される電圧
の影響を受けないためと、プラズマにさらされること
で、熱電対自身が加熱されるのを防ぐ目的がある。
は、何点かの注意が必要である。熱電対２６は絶縁材料
でできた接着剤で、アノード電極５の影になる部分に固
定している。これは、ターゲット表面に印加される電圧
の影響を受けないためと、プラズマにさらされること
で、熱電対自身が加熱されるのを防ぐ目的がある。
【００２３】ターゲットに印加する電力が高周波の場合
には、誘導起電力が生じることがあり、このような場合
には、熱電対にローパスフィルターを取り付けるなどの
対策が必要になる。
には、誘導起電力が生じることがあり、このような場合
には、熱電対にローパスフィルターを取り付けるなどの
対策が必要になる。
【００２４】ここで、ターゲット裏面に熱電対を設置し
てもよいが、ターゲット表面の温度が重要であり、精度
が落ちるため、高精度膜厚制御には表面に取り付けるこ
とが望ましい。
てもよいが、ターゲット表面の温度が重要であり、精度
が落ちるため、高精度膜厚制御には表面に取り付けるこ
とが望ましい。
【００２５】次に、本発明の第３の実施形態に係るスパ
ッタリング装置を図面を参照しつつ説明する。図５は、
本発明の第３の実施形態に係るマグネトロンスパッタリ
ング装置の断面図である。図５は被処理物表面温度測定
手段３１、被処理物温度、ターゲット温度フィードバッ
ク回路３２および、被処理物温度調整用ヒータ３３を設
置している以外は、図１と同様である。
ッタリング装置を図面を参照しつつ説明する。図５は、
本発明の第３の実施形態に係るマグネトロンスパッタリ
ング装置の断面図である。図５は被処理物表面温度測定
手段３１、被処理物温度、ターゲット温度フィードバッ
ク回路３２および、被処理物温度調整用ヒータ３３を設
置している以外は、図１と同様である。
【００２６】ターゲットから放出されるスパッタ粒子数
を高精度に制御しても、被処理物温度が変化すること
で、わずかに成膜レートが変化してしまう。本実施形態
では、成膜中の被処理物表面温度を制御することによ
り、さらに、成膜レートの安定化を実現する手法につい
て、例示している。
を高精度に制御しても、被処理物温度が変化すること
で、わずかに成膜レートが変化してしまう。本実施形態
では、成膜中の被処理物表面温度を制御することによ
り、さらに、成膜レートの安定化を実現する手法につい
て、例示している。
【００２７】本実施形態では、ターゲット温度が安定化
し、シャッターを開いて成膜を開始したのち、被処理物
表面温度を被処理物表面温度測定手段３１によりモニタ
ーし、フィードバック回路３２により、被処理物加熱ヒ
ーターにフィードバックして、被処理物温度を成膜中常
に一定に保つようにしている。こうすることで、成膜速
度の更なる安定化を図ることが可能となる。ここで、被
処理物表面温度の制御は、スパッタ条件にもよるが、通
常、設定温度に対して±１０℃以内、好ましくは±３℃
以内とする。このようにすることにより、膜厚を高精度
に制御することができる。
し、シャッターを開いて成膜を開始したのち、被処理物
表面温度を被処理物表面温度測定手段３１によりモニタ
ーし、フィードバック回路３２により、被処理物加熱ヒ
ーターにフィードバックして、被処理物温度を成膜中常
に一定に保つようにしている。こうすることで、成膜速
度の更なる安定化を図ることが可能となる。ここで、被
処理物表面温度の制御は、スパッタ条件にもよるが、通
常、設定温度に対して±１０℃以内、好ましくは±３℃
以内とする。このようにすることにより、膜厚を高精度
に制御することができる。
【００２８】本実施形態では被処理物表面温度測定手段
３１に、放射温度計を用いているが、被処理物表面に熱
電対を接触させて測定してももちろん良い。また、被処
理物温度調整手段としては、本実施形態ではヒータを用
いているが、被処理物冷却が必要な場合には、被処理物
支持機構８内に冷却水を流し、この水温、流量を制御し
て被処理物表面温度を一定に保持することもできる。
３１に、放射温度計を用いているが、被処理物表面に熱
電対を接触させて測定してももちろん良い。また、被処
理物温度調整手段としては、本実施形態ではヒータを用
いているが、被処理物冷却が必要な場合には、被処理物
支持機構８内に冷却水を流し、この水温、流量を制御し
て被処理物表面温度を一定に保持することもできる。
【００２９】また、ターゲット表面温度を制御したもう
一つのターゲットを設置し、被処理物を移動して交互に
成膜を行うこともできる。
一つのターゲットを設置し、被処理物を移動して交互に
成膜を行うこともできる。
【００３０】
【実施例】以下、図１の装置を用いてガラス基板上に高
精度に膜厚を制御されたＡｌ2Ｏ3膜を形成する方法の一
例について説明する。
精度に膜厚を制御されたＡｌ2Ｏ3膜を形成する方法の一
例について説明する。
【００３１】ターゲットにはＡｌ2Ｏ3セラミックを用
い、基板には石英基板を用いた。基板を被処理物支持機
構８に取り付け、真空容器１を２×１０-4Ｐａまで排気
する。その後、シャッターを閉じ、Ａｒガスを１００ｓ
ｃｃｍ、酸素ガスを２０ｓｃｃｍ導入して、ターゲット
４に高周波電力を３００Ｗ印加し放電する。放電中、タ
ーゲットの温度は放射温度計１６によりモニターされ制
御される。ターゲット温度が一定に保持されたところで
シャッターを開け、基板上にＡｌ2Ｏ3膜を３０ｍｉｎ成
膜した。成膜中は、ターゲットの温度は、冷却水の温度
をチラー１８で、冷却水の流量を流量制御機構１９で制
御することにより、一定に保たれる。成膜終了後、シャ
ッター機構を閉じ、放電を停止する。ここで、基板をロ
ードロック室を介して、大気に搬出する。
い、基板には石英基板を用いた。基板を被処理物支持機
構８に取り付け、真空容器１を２×１０-4Ｐａまで排気
する。その後、シャッターを閉じ、Ａｒガスを１００ｓ
ｃｃｍ、酸素ガスを２０ｓｃｃｍ導入して、ターゲット
４に高周波電力を３００Ｗ印加し放電する。放電中、タ
ーゲットの温度は放射温度計１６によりモニターされ制
御される。ターゲット温度が一定に保持されたところで
シャッターを開け、基板上にＡｌ2Ｏ3膜を３０ｍｉｎ成
膜した。成膜中は、ターゲットの温度は、冷却水の温度
をチラー１８で、冷却水の流量を流量制御機構１９で制
御することにより、一定に保たれる。成膜終了後、シャ
ッター機構を閉じ、放電を停止する。ここで、基板をロ
ードロック室を介して、大気に搬出する。
【００３２】以上のようにして同一条件でガラス基板上
に６回Ａｌ2Ｏ3膜を形成し、膜厚の再現性を確認した。
膜厚の測定は光学干渉法により行った。成膜回数と膜厚
の関係を表１および図６に示す。膜厚の目標値は１００
０オングストロームである。図から明らかなように、本
実施例に示した薄膜形成方法によれば膜厚のばらつきが
抑えられ、その変動幅は目標値に対して±１％以下とな
った。
に６回Ａｌ2Ｏ3膜を形成し、膜厚の再現性を確認した。
膜厚の測定は光学干渉法により行った。成膜回数と膜厚
の関係を表１および図６に示す。膜厚の目標値は１００
０オングストロームである。図から明らかなように、本
実施例に示した薄膜形成方法によれば膜厚のばらつきが
抑えられ、その変動幅は目標値に対して±１％以下とな
った。
【００３３】
【表１】 図２は、ターゲット温度を制御しつつ、シャッターを放
電初期から開放したまま、成膜時間を３０ｍｉｎ間と一
定にして成膜した際の膜厚の再現性を示している。この
方法では膜厚の再現性が悪く、ばらつきが大きいことが
わかる。これは、ターゲット温度制御に時間がかかるた
め、放電初期にターゲットの温度がばらついているため
である。
電初期から開放したまま、成膜時間を３０ｍｉｎ間と一
定にして成膜した際の膜厚の再現性を示している。この
方法では膜厚の再現性が悪く、ばらつきが大きいことが
わかる。これは、ターゲット温度制御に時間がかかるた
め、放電初期にターゲットの温度がばらついているため
である。
【００３４】図３はターゲット温度を制御せず、高周波
電力が設定値に達した時点でシャッターを開き、３０ｍ
ｉｎ成膜した際の膜厚再現性を示す。繰り返し、連続で
成膜していると、ターゲット冷却水温度が徐々に上昇
し、スパッタレートが減少するため、徐々に膜厚が減少
してしまう。すなわち、シャッターを開閉して同一時間
成膜してもガラス基板上に形成されるＡｌ2Ｏ3膜の膜厚
が変化してしまう。
電力が設定値に達した時点でシャッターを開き、３０ｍ
ｉｎ成膜した際の膜厚再現性を示す。繰り返し、連続で
成膜していると、ターゲット冷却水温度が徐々に上昇
し、スパッタレートが減少するため、徐々に膜厚が減少
してしまう。すなわち、シャッターを開閉して同一時間
成膜してもガラス基板上に形成されるＡｌ2Ｏ3膜の膜厚
が変化してしまう。
【００３５】以上示したように、所定の条件で放電し、
ターゲット表面温度を一定に保持するため調整し、一定
になったことを確認した上でシャッターを開き、被処理
物上に成膜される膜厚を制御することで、高精度の膜厚
制御を実現できる。また、制御できる膜厚はシャッター
開閉時間で決まるので、任意の膜厚の薄膜を形成でき
る。
ターゲット表面温度を一定に保持するため調整し、一定
になったことを確認した上でシャッターを開き、被処理
物上に成膜される膜厚を制御することで、高精度の膜厚
制御を実現できる。また、制御できる膜厚はシャッター
開閉時間で決まるので、任意の膜厚の薄膜を形成でき
る。
【００３６】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の薄膜形成装
置は、ターゲット表面温度測定手段とターゲット表面温
度調整手段、および高速移動可能なシャッター機構を備
え、さらには被処理物表面温度測定手段、被処理物表面
温度制御手段を備えることによって、常にターゲット表
面、被処理物表面を一定に保ちながら、一定温度の安定
している状態で所望の時間被処理物上に成膜することを
可能とするものである。このため、被処理物上に形成さ
れる膜厚を任意の厚さで高精度に制御することができ
る。
置は、ターゲット表面温度測定手段とターゲット表面温
度調整手段、および高速移動可能なシャッター機構を備
え、さらには被処理物表面温度測定手段、被処理物表面
温度制御手段を備えることによって、常にターゲット表
面、被処理物表面を一定に保ちながら、一定温度の安定
している状態で所望の時間被処理物上に成膜することを
可能とするものである。このため、被処理物上に形成さ
れる膜厚を任意の厚さで高精度に制御することができ
る。
【図１】本発明の第１の実施形態に係るマグネトロンス
パッタリング装置の断面図である。
パッタリング装置の断面図である。
【図２】シャッターを使わない場合の成膜レート安定性
を示すグラフである。
を示すグラフである。
【図３】ターゲット温度を制御しない場合の成膜レート
安定性を示すグラフである。
安定性を示すグラフである。
【図４】本発明の第２の実施形態に係るマグネトロンス
パッタリング装置の断面図である。
パッタリング装置の断面図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係るマグネトロンス
パッタリング装置の断面図である。
パッタリング装置の断面図である。
【図６】本発明の薄膜形成方法の成膜レート安定性を示
すグラフである。
すグラフである。
１ 真空容器 ２ 冷却ボックス ３ パッキングプレート ４ ターゲット ５ アノード電極 ６ 絶縁材 ７ 被処理物 ８ 被処理物支持機構 ９ ゲートバルブ １０ ロードロック室 １１ シャッター １２ 排気ポート １３ 排気系 １４ ガス導入ポート １５ 高周波電源 １６ 放射温度計 １７ フィードバック機構 １８ チラー １９ 冷却水流量調整機構
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 枇榔 竜二 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 金沢 秀宏 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内
Claims (13)
- 【請求項１】 所定のガスが導入された真空容器内で、
放電中にイオンをターゲットに衝突させ、該ターゲット
からスパッタされた粒子を該ターゲットに対向配置され
た被処理物に堆積させて成膜する薄膜形成装置におい
て、ターゲット表面温度測定手段と、スパッタリング中
の前記ターゲットの表面温度を一定に保つターゲット表
面温度制御手段と、前記被処理物と前記ターゲットとの
間に備えられたシャッター機構とを有し、前記シャッタ
ー機構は、放電開始後、前記ターゲットの表面温度が一
定になった段階で開き、所定の成膜時間が経過した後に
閉じるように制御されることを特徴とする薄膜形成装
置。 - 【請求項２】 前記ターゲット表面温度測定手段が放射
温度計であることを特徴とする請求項１記載の薄膜形成
装置。 - 【請求項３】 前記ターゲット表面温度測定手段が熱電
対であることを特徴とする請求項１記載の薄膜形成装
置。 - 【請求項４】 前記ターゲット表面温度制御手段が、前
記ターゲットの冷却水流量および／または冷却水温度を
調整することにより前記ターゲットの表面温度を一定に
保つ制御手段であることを特徴とする請求項１記載の薄
膜形成装置。 - 【請求項５】 被処理物表面温度測定手段と、スパッタ
リング中の前記被処理物の表面温度を一定に保つ被処理
物表面温度制御手段とをさらに有することを特徴とする
請求項１記載の薄膜形成装置。 - 【請求項６】 真空容器内に所定のガスを導入し、放電
中にイオンをターゲットに衝突させ、該ターゲットから
スパッタされた粒子を該ターゲットに対向配置された被
処理物に堆積させて成膜する薄膜形成方法において、前
記ターゲットに高周波電力を印加して放電した後、前記
ターゲットの表面温度が一定となった段階で前記被処理
物と前記ターゲットとの間に備えられたシャッター機構
を開けて成膜を開始し、成膜中は前記ターゲットの表面
温度を一定に保ち、所定の成膜時間が経過した後に前記
シャッター機構を閉じることを特徴とする薄膜形成方
法。 - 【請求項７】 前記ターゲット表面温度を放射温度計に
より測定することを特徴とする請求項６記載の薄膜形成
方法。 - 【請求項８】 前記ターゲット表面温度を熱電対により
測定することを特徴とする請求項６記載の薄膜形成方
法。 - 【請求項９】 前記ターゲット表面温度を、前記ターゲ
ットの冷却水流量および／または冷却水温度を調整する
ことにより制御することを特徴とする請求項６記載の薄
膜形成方法。 - 【請求項１０】 真空容器内に所定のガスを導入し、放
電中にイオンをターゲットに衝突させ、該ターゲットか
らスパッタされた粒子を該ターゲットに対向配置された
被処理物に堆積させて成膜する薄膜形成方法において、
前記ターゲットに高周波電力を印加して放電した後、前
記ターゲットの表面温度が一定となった段階で前記被処
理物と前記ターゲットとの間に備えられたシャッター機
構を開けて成膜を開始し、成膜中は前記被処理物の表面
温度を一定に保ち、所定の成膜時間が経過した後に前記
シャッター機構を閉じることを特徴とする薄膜形成方
法。 - 【請求項１１】 前記ターゲットおよび／または前記被
処理物の表面温度を放射温度計により測定することを特
徴とする請求項１０記載の薄膜形成方法。 - 【請求項１２】 前記ターゲットおよび／または前記被
処理物の表面温度を熱電対により測定することを特徴と
する請求項１０記載の薄膜形成方法。 - 【請求項１３】 前記被処理物表面温度を、前記被処理
物の冷却水流量および／または冷却水温度を調整するこ
とにより制御することを特徴とする請求項１０記載の薄
膜形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26234597A JPH11100670A (ja) | 1997-09-26 | 1997-09-26 | 薄膜形成装置および薄膜形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26234597A JPH11100670A (ja) | 1997-09-26 | 1997-09-26 | 薄膜形成装置および薄膜形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11100670A true JPH11100670A (ja) | 1999-04-13 |
Family
ID=17374464
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26234597A Pending JPH11100670A (ja) | 1997-09-26 | 1997-09-26 | 薄膜形成装置および薄膜形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11100670A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104746035A (zh) * | 2013-12-31 | 2015-07-01 | 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 | 可实时监控晶片温度的升降针***及磁控溅射设备 |
| JP2017025351A (ja) * | 2015-07-15 | 2017-02-02 | 株式会社アルバック | 温度測定方法及びスパッタリング装置 |
-
1997
- 1997-09-26 JP JP26234597A patent/JPH11100670A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104746035A (zh) * | 2013-12-31 | 2015-07-01 | 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 | 可实时监控晶片温度的升降针***及磁控溅射设备 |
| JP2017025351A (ja) * | 2015-07-15 | 2017-02-02 | 株式会社アルバック | 温度測定方法及びスパッタリング装置 |
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