(57)【要約】【課題】成膜速度の推定精度を向上させる。【解決手段】成膜対象物及びターゲットが配置されたチャンバの内部に反応性ガス及び不活性ガスを供給し、電源によりターゲットに電力を供給してチャンバの内部にプラズマを発生させ、プラズマ中の不活性ガスのイオンをターゲットに衝突させて、成膜対象物に膜を形成する。ＣＰＵ２５１は、光の強度と成膜速度とが対応付けられた対応データＤ１を用いて、受光部１６０にて受けた光の強度Ｉに対応する推定の成膜速度Ｒを求め、推定の成膜速度Ｒが目標成膜速度Ｒ＊に近づくように、反応性ガスの流量、不活性ガスの流量及び電源の出力のうち少なくとも１つを制御する。対応データＤ１において光の強度と成膜速度とは比例関係とは異なる関係にある。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成膜対象物及びターゲットが配置されるチャンバと、
前記チャンバの内部に反応性ガスを供給する反応性ガス供給部と、
前記チャンバの内部に不活性ガスを供給する不活性ガス供給部と、
前記ターゲットに電力を供給して前記チャンバの内部にプラズマを発生させ、前記プラズマ中の前記不活性ガスのイオンを前記ターゲットに衝突させる電源と、
前記プラズマが発する光を受ける受光部と、
光の強度と成膜速度とが比例関係と異なる関係で対応付けられた対応データを用いて、前記受光部にて受けた光の強度に対応する推定の成膜速度を求め、前記推定の成膜速度が目標成膜速度に近づくように、前記反応性ガスの流量、前記不活性ガスの流量及び前記電源の出力のうち少なくとも１つを制御する制御部と、を備えることを特徴とするスパッタリング装置。
【請求項２】
前記対応データは、成膜速度を示す変数が光の速度を示す変数の１次以上の式で表される関数であることを特徴とする請求項１に記載のスパッタリング装置。
【請求項３】
前記関数は、ｒａｔｅを成膜速度を示す変数、Ｉｐを光の強度を示す変数、ａ０，ａ１，ａ２，ａ３，ａ４を定数とし、ａ４≠０としたとき、
ｒａｔｅ＝ａ０＋ａ１×Ｉｐ＋ａ２×Ｉｐ２＋ａ３×Ｉｐ３＋ａ４×Ｉｐ４
で表される４次関数であることを特徴とする請求項２に記載のスパッタリング装置。
【請求項４】
前記関数は、ｒａｔｅを成膜速度を示す変数、Ｉｐを光の強度を示す変数、ｂ０，ｂ１を定数とし、ｂ０≠０，ｂ１≠０としたとき、
ｒａｔｅ＝ｂ０＋ｂ１×Ｉｐ
で表される１次関数であることを特徴とする請求項２に記載のスパッタリング装置。
【請求項５】
前記対応データにおける光の強度は、前記ターゲットの材料が発する光の強度と前記不活性ガスが発する光の強度との強度比であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のスパッタリング装置。
【請求項６】
前記対応データを記憶する記憶部を更に備えたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のスパッタリング装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記推定の成膜速度を周期的に求め、前記推定の成膜速度から推定の膜厚を求め、前記推定の膜厚が目標膜厚に達するまで成膜を行うことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のスパッタリング装置。
【請求項８】
前記制御部は、前記推定の成膜速度が前記目標成膜速度に近づくように、前記反応性ガスの流量及び前記電源の出力を制御することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のスパッタリング装置。
【請求項９】
成膜対象物及びターゲットが配置されたチャンバの内部に反応性ガス及び不活性ガスを供給し、電源により前記ターゲットに電力を供給して前記チャンバの内部にプラズマを発生させ、前記プラズマ中の前記不活性ガスのイオンを前記ターゲットに衝突させて、前記成膜対象物に膜を形成する膜の製造方法であって、
光の強度と成膜速度とが比例関係と異なる関係で対応付けられた対応データを用いて、受光部にて受けた光の強度に対応する推定の成膜速度を求め、前記推定の成膜速度が目標成膜速度に近づくように、前記反応性ガスの流量、前記不活性ガスの流量及び前記電源の出力のうち少なくとも１つを制御することを特徴とする膜の製造方法。
【請求項１０】
前記対応データは、成膜速度を示す変数が光の速度を示す変数の１次以上の式で表される関数であることを特徴とする請求項９に記載の膜の製造方法。
【請求項１１】
前記対応データは、ｒａｔｅを成膜速度を示す変数、Ｉｐを光の強度を示す変数、ａ０，ａ１，ａ２，ａ３，ａ４を定数とし、ａ４≠０としたとき、
ｒａｔｅ＝ａ０＋ａ１×Ｉｐ＋ａ２×Ｉｐ２＋ａ３×Ｉｐ３＋ａ４×Ｉｐ４
で表される４次関数であることを特徴とする請求項１０に記載の膜の製造方法。
【請求項１２】
前記対応データは、ｒａｔｅを成膜速度を示す変数、Ｉｐを光の強度を示す変数、ｂ０，ｂ１を定数とし、ｂ０≠０，ｂ１≠０としたとき、
ｒａｔｅ＝ｂ０＋ｂ１×Ｉｐ
で表される１次関数であることを特徴とする請求項１１に記載の膜の製造方法。
【請求項１３】
前記対応データにおける光の強度は、前記ターゲットの材料が発する光の強度と前記不活性ガスが発する光の強度との強度比であることを特徴とする請求項９乃至１２のいずれか１項に記載の膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反応性スパッタリングにより成膜対象物に膜を形成するスパッタリング装置、及び膜の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
スパッタリングは、光学薄膜や半導体集積回路等の種々の成膜対象物に成膜する用途に活用されている。化合物の薄膜を成膜対象物に形成するスパッタリングとしては、化合物のターゲットを高周波放電でスパッタする高周波スパッタリングと、反応性ガスをチャンバ内に導入して金属のターゲットをスパッタする反応性スパッタリングとがある。近年、コストダウンや生産性の向上の要求から、反応性スパッタリングが用いられている。
【０００３】
反応性スパッタリングは、例えば非特許文献１に開示されているように、成膜速度や膜質の異なる３つの状態が存在することが知られている。３つの状態は、金属モード、遷移モード、化合物モードと呼ばれている。化合物モードは、反応性モードとも呼ばれている。反応性ガスがターゲット表面の原子と反応することで、ターゲットの表面が化合物で被覆される。化合物モードでは、ターゲットの表面の化合物化は十分であるが、成膜速度は遅い。金属モードでは、ターゲットの表面の化合物化は不十分であるが、成膜速度は速い。遷移モードでは、ターゲットの表面において化合物と金属とが混在し、化合物モードに比べて成膜速度は速いが、反応性ガスの流量などのプロセス条件が僅かに変動するだけで成膜速度が大きく変動する、不安定な状態である。
【０００４】
遷移モードでの成膜制御方法としては、プラズマエミッションモニタ制御、即ちＰＥＭ制御が知られている。ＰＥＭ制御は、プラズマの発光をモニタリングし、ＰＩＤ制御などのフィードバック制御により安定した成膜を行う方法である。
【０００５】
特許文献１には、精度良く所望の膜厚の膜を形成する方法として、ＰＥＭ制御により光の強度、即ち成膜速度が一定値に安定した状態となったときに、仕切壁で仕切られた成膜室に成膜対象物を移動させて成膜を開始する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４８７６６１９号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｓ．Ｂｅｒｇ，Ｈ．Ｏ．Ｂｌｏｍ，Ｔ．Ｌａｒｓｓｏｎ，ａｎｄ  Ｃ．Ｎｅｎｄｅｒ：Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ａ，５，（１９８７），２０２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、従来は、放電を開始してから成膜速度が一定値に安定した状態となるまで待機する必要があったため、待機時間の分、成膜品の生産性が低下していた。この待機時間を短縮するために、成膜速度が安定する前、即ち成膜速度が大きく変動している状態において成膜を開始することが考えられる。ところが、成膜速度が大きく変動している場合、例えば化合物モードから遷移モードへ変化する場合、実際の成膜速度に対する推定の成膜速度の誤差が大きくなるという問題があった。
【０００９】
そこで、本発明は、成膜速度の推定精度を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のスパッタリング装置は、成膜対象物及びターゲットが配置されるチャンバと、前記チャンバの内部に反応性ガスを供給する反応性ガス供給部と、前記チャンバの内部に不活性ガスを供給する不活性ガス供給部と、前記ターゲットに電力を供給して前記チャンバの内部にプラズマを発生させ、前記プラズマ中の前記不活性ガスのイオンを前記ターゲットに衝突させる電源と、前記プラズマが発する光を受ける受光部と、光の強度と成膜速度とが比例関係と異なる関係で対応付けられた対応データを用いて、前記受光部にて受けた光の強度に対応する推定の成膜速度を求め、前記推定の成膜速度が目標成膜速度に近づくように、前記反応性ガスの流量、前記不活性ガスの流量及び前記電源の出力のうち少なくとも１つを制御する制御部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、化合物モードから遷移モードへ変化する場合など成膜速度が変動している場合であっても、成膜速度を高精度に推定することができ、放電を開始してから成膜を開始するまでの待機時間を短縮することができるため、成膜品の生産性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態に係るスパッタリング装置を示す説明図である。
【図２】（ａ）は第１実施形態におけるコントローラの構成を示すブロック図である。（ｂ）はコントローラのＣＰＵの機能を示すブロック図である。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は、反応性ガスの流量に対する成膜速度の関係を示す図である。
【図４】第１実施形態における膜の製造方法を示すフローチャートである。
【図５】（ａ）は、放電開始してからの時刻と光の強度比との関係を示す図である。（ｂ）は、第１実施形態で成膜速度の推定処理に用いられる関数と、比較例の関数とを示す図である。
【図６】（ａ）は第１実施形態における膜厚の測定値と膜厚の計算値との関係を示す図である。（ｂ）は比較例における膜厚の測定値と膜厚の計算値との関係を示す図である。
【図７】第２実施形態における光強度比と成膜速度との実験結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１４】
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係るスパッタリング装置を示す説明図である。スパッタリング装置１００は、第１実施形態ではＤＣマグネトロンスパッタリング装置である。スパッタリング装置１００は、反応性スパッタリングにより、成膜対象物であるレンズ基板Ｗの表面に反射防止膜等の薄膜を形成する。スパッタリング装置１００によってレンズ基板Ｗの表面に薄膜を形成することにより、最終品であるレンズ、又はレンズの中間品等の成膜品が製造される。
【００１５】
スパッタリング装置１００は、真空に減圧されるチャンバ、即ち真空チャンバ１０１と、コントローラ２００とを備えている。真空チャンバ１０１は、ターボ分子ポンプ１２１と粗引きポンプ１２２からなる排気機構１２０により排気されて、所定の圧力に減圧保持される。真空チャンバ１０１内の到達圧力は、不図示のピラニ真空計及び電離真空計で計測され、成膜時の圧力は、不図示の隔膜真空計で計測される。
【００１６】
真空チャンバ１０１の内部には、ターゲット１４１及びレンズ基板Ｗが配置される。ターゲット１４１は、真空チャンバ１０１の内部に配置されたバッキングプレート１４２に保持される。ターゲット１４１は、金属等の膜材であり、例えばＳｉである。
【００１７】
レンズ基板Ｗは、ターゲット１４１に対向する位置に配置されたホルダ１５２に保持される。ホルダ１５２は、駆動装置１５１により回転軸を中心に回転駆動される。ホルダ１５２は、複数のレンズ基板Ｗを保持することができ、回転軸を中心に回転することにより、複数のレンズ基板Ｗを、回転軸を中心に公転させる。
【００１８】
真空チャンバ１０１には、反応性ガスの流量を調整する流量調整器１３３と、反応性ガスを真空チャンバ１０１内に導入するガス導入ライン１３４とを有する反応性ガス供給部１３１が接続されている。即ち、流量調整器１３３と真空チャンバ１０１とがガス導入ライン１３４で接続されている。流量調整器１３３には、反応性ガスの供給源であるガスボンベ１３９が接続されている。
【００１９】
流量調整器１３３は、マスフローコントローラであり、コントローラ２００から入力を受けた反応性ガスの目標流量ＱＯ２＊に従ってガス導入ライン１３４を通じて真空チャンバ１０１に供給する反応性ガスの流量を調整する。ガス導入ライン１３４は、レンズ基板Ｗとターゲット１４１の間であってターゲット１４１の近傍に配置されたリング状の管１３５を有しており、管１３５に等間隔で設けられた複数の孔から均一に反応性ガスが噴き出される。このような構成の反応性ガス供給部１３１により真空チャンバ１０１の内部に反応性ガスが供給される。反応性ガスは、レンズ基板Ｗに化合物の膜を形成するためのガスである。形成する膜が例えばＳｉＯ２などの酸化物膜の場合、反応性ガスはＯ２ガスである。
【００２０】
また、真空チャンバ１０１には、不活性ガスの流量を調整する流量調整器１３６と、流量が調整された不活性ガスを真空チャンバ１０１内に導入するガス導入ライン１３７とを有する不活性ガス供給部１３２が接続されている。即ち、流量調整器１３６と真空チャンバ１０１とがガス導入ライン１３７で接続されている。なお、流量調整器１３６には、不活性ガスの供給源であるガスボンベ１４０が接続されている。流量調整器１３６は、マスフローコントローラであり、コントローラ２００から入力を受けた不活性ガスの目標流量ＱＡｒ＊に従ってガス導入ライン１３７を通じて真空チャンバ１０１に供給する不活性ガスの流量を調整する。ガス導入ライン１３７は、レンズ基板Ｗとターゲット１４１との間であってターゲット１４１の近傍に配置されたリング状の管１３８を有しており、管１３８に等間隔で設けられた複数の孔から均一に不活性ガスが噴き出される。このような構成の不活性ガス供給部１３２により真空チャンバ１０１の内部に不活性ガスが供給される。不活性ガスは、真空チャンバ１０１内でプラズマを発生させるためのガスであり、例えばＡｒガスである。
【００２１】
ターゲット１４１、即ちバッキングプレート１４２には、スパッタ電源である電源１４５が接続されている。この電源１４５は、直流のパルス電源であり、ターゲット１４１、即ちバッキングプレート１４２をカソードとし、真空チャンバ１０１をアノードとするものである。よって、ターゲット１４１に負の電圧が印加されることで、ターゲット１４１の近傍にプラズマが発生する。
【００２２】
ターゲット１４１の温度上昇を抑制するためにバッキングプレート１４２の背面近傍には、冷却水によりターゲット１４１を冷却する冷却系１４３が配置されている。ターゲット１４１、即ちバッキングプレート１４２の背面近傍には、マグネット１４４が設置されており、低電圧、高密度のプラズマを生成することができる。
【００２３】
反応性ガスが流量調整器１３３により真空チャンバ１０１の内部に導入されると、反応性ガスがターゲット１４１の原子と反応してターゲット１４１の表面に化合物の膜が形成される。不活性ガスの導入中に、電源１４５の出力電力がターゲット１４１に供給されると、真空チャンバ１０１の内部、具体的にはターゲット１４１の前方に放電が発生する。発生した放電により不活性ガスがイオン化、即ちプラズマが発生する。プラズマ中の不活性ガスのイオンがターゲット１４１に衝突して、ターゲット１４１の表面をスパッタする。不活性ガスのイオンによってスパッタされた粒子は、ターゲット１４１の前方に放出され、レンズ基板Ｗに金属酸化膜を形成する。
【００２４】
スパッタリング装置１００は、プラズマが発する光を受ける受光部１６０を備えている。受光部１６０は、コリメータ１６１と、分光器１６２とを有する。コリメータ１６１と分光器１６２とは、光ファイバ１６３で接続されている。コリメータ１６１は、真空チャンバ１０１の内部であって、ターゲット１４１の表面近傍に、ターゲット１４１の表面と平行な向きに配置され、プラズマ光を集光する。
【００２５】
分光器１６２は、回折格子及びＣＣＤセンサを有し、コリメータ１６１から光ファイバ１６３を介して取得したプラズマ光を分光分析して、所定波長毎の光のスペクトル強度、即ち光の強度Ｉを示す情報を電気信号としてコントローラ２００へ送信する。なお、分光器１６２の代わりに、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）及び光電子増倍管（ＰＭＴ）で光の強度Ｉを測定する構成にしてもよい。コントローラ２００は、受光部１６０の分光器１６２から、信号線を通じて、光の強度Ｉを示す情報を電気信号で取得する。
【００２６】
図２（ａ）は、第１実施形態におけるコントローラ２００の構成を示すブロック図である。コントローラ２００は、制御部としてのＣＰＵ（Central  Processing  Unit）２５１を備えている。また、コントローラ２００は、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）２５２、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）２５３、及びＨＤＤ（Hard  Disk  Drive）２５４を備えている。また、コントローラ２００は、インタフェース（Ｉ／Ｆ）２５５を備えている。
【００２７】
ＣＰＵ２５１には、ＲＯＭ２５２、ＲＡＭ２５３、ＨＤＤ２５４及びインタフェース２５５が、バスを介して接続されている。ＲＯＭ２５２には、ＣＰＵ２５１を動作させる基本プログラムが格納されている。
【００２８】
ＲＡＭ２５３は、ＣＰＵ２５１の演算処理結果等、各種データを一時的に記憶する記憶装置である。ＨＤＤ２５４は、ＣＰＵ２５１の演算処理結果や外部から取得した設定データ等を記憶する記憶装置であると共に、ＣＰＵ２５１に、後述する各種演算処理、即ち膜の製造方法の各工程を実行させるためのプログラム２６０を記録するものである。また、ＨＤＤ２５４には、目標成膜速度Ｒ＊、不活性ガスの目標流量ＱＡｒ＊及び目標膜厚ＴＨ＊を示す情報が記憶されている。
【００２９】
図２（ｂ）は、コントローラ２００のＣＰＵ２５１の機能を示すブロック図である。ＣＰＵ２５１は、ＨＤＤ２５４に記録されたプログラム２６０に従って動作することにより、図２（ｂ）に示す、推定部２０１、ＰＩＤ制御部２０２、推定部２０３及び判定部２０４として機能する。
【００３０】
インタフェース２５５は、受光部１６０、排気機構１２０、電源１４５、流量調整器１３３，１３６が接続され、光強度Ｉを示す情報及び成膜条件を示す情報を電気信号として入力を受ける。成膜条件を示す情報とは、排気機構１２０による排気速度を示す情報、電源１４５の出力を示す情報、流量調整器１３３による反応性ガスの流量ＱＯ２を示す情報、流量調整器１３６による不活性ガスの流量ＱＡｒを示す情報である。電源１４５の出力を示す情報とは、電源１４５の出力電圧、出力電流及び出力電力のうち少なくとも１つの情報、第１実施形態では出力電力ＰＷを示す情報である。インタフェース２５５は、入力を受けた電気信号を、必要に応じてＣＰＵ２５１にて処理可能な電気信号に変換する。
【００３１】
図３（ａ）及び図３（ｂ）は、反応性ガスの流量に対する成膜速度の関係を示す図である。図３を用いて反応性スパッタリングにおける反応性ガスの流量と成膜速度との関係について説明する。反応性スパッタリングでは、ターゲット１４１の表面状態として、成膜速度や膜質の異なる３つの状態が存在する。３つの状態は、金属モード、化合物モード、及び金属モードと化合物モードとの間の遷移モードである。この３つの状態が存在する原因は、反応性ガスがターゲット１４１の表面の原子と反応し、ターゲット１４１の表面が化合物で被覆されることにある。
【００３２】
化合物モードは、図３（ａ）及び図３（ｂ）中のガス流量領域ＱＩＩＩであり、ターゲット１４１の表面の化合物を維持するのに十分な量の反応性ガスが存在する状態である。この化合物モードの場合、十分に反応が進み化学量論比を満足する化合物を得やすいが、他の２つの状態に比べ成膜速度が遅い。ターゲット１４１の表面の化合物膜の結合力やターゲット材料と化合物膜との結合力は、金属などのターゲット材料の結合力よりも強い。これらの結合を切り、ターゲット１４１をスパッタして化合物をたたき出すには、より多くのエネルギーが必要になるため、化合物のスパッタ率は金属のスパッタ率よりも低くなり、その結果、成膜速度が遅くなる。
【００３３】
金属モードは、図３（ａ）及び図３（ｂ）中のガス流量領域ＱＩであり、ターゲット１４１の表面を化合物化するのに十分な量の反応性ガスが存在せず、ターゲット１４１の表面が化合物よりも金属の割合が高い状態である。その結果、成膜速度は化合物モードよりも速くなるが、形成される薄膜は、反応が十分に進んでいない金属的なものとなる。したがって、必要な膜機能が実現できないことが多い。
【００３４】
遷移モードは、図３（ａ）及び図３（ｂ）中のガス流量領域ＱＩＩであり、化合物モードと金属モードとの中間にあたる量の反応性ガスが存在する状態である。ターゲット１４１の表面は部分的に化合物が形成され、化合物と金属とが混在する。そのため、成膜速度は化合物モードよりも速くなるが、不安定な状態である。
【００３５】
図３（ａ）のＡ点にあたる化合物モードから反応性ガスの流量を減少させる場合を考える。Ｂ点までは、ターゲット１４１の表面は化合物で被覆されている。ガス流量領域ＱＩＩでは、ターゲット１４１の表面の化合物がスパッタされて金属表面が出現したとしても、金属表面はすぐに反応性ガスと反応して再び化合物で被覆される。Ｂ点よりさらに反応性ガス流量を減少させると、ターゲット１４１の表面に出現する金属表面を化合物化するのに必要な反応性ガス量が不足する。すると化合物スパッタだけではなく、金属表面から金属スパッタも始まる。金属スパッタにより生じた金属粒子は、導入している反応性ガスの一部と反応する。そのため、ターゲット１４１の金属表面の反応に使用される反応性ガスがさらに不足する。その結果、急激にターゲット１４１の表面の金属モードの割合が高くなり、破線のように化合物モードのＢ点から金属モードのＤ点に移行する。金属モードから反応性ガスの流量を増加させる場合にも同様に急激な状態変化が起こり、破線に沿って金属モードのＣ点から化合物モードのＡ点に移行する。結果として、図３（ａ）に示すように、反応性スパッタリングでは、反応性ガスの流量と成膜速度との関係がヒステリシス曲線となる。なお、条件によっては、図３（ｂ）に示すように、ヒステリシス曲線とならないこともある。
【００３６】
第１実施形態では、化合物モードよりも成膜速度の速い遷移モードにおいて、プラズマエミッションモニタ制御、即ちＰＥＭ制御にて成膜を行う。以下、コントローラ２００、即ちＣＰＵ２５１によるＰＥＭ制御について具体的に説明する。図４は、第１実施形態におけるＰＥＭ制御による膜の製造方法を示すフローチャートである。
【００３７】
ＣＰＵ２５１は、流量調整器１３３，１３６に指令値ＱＯ２＊，ＱＡｒ＊を出力して、不活性ガスの流量及び反応性ガスの流量を制御するとともに、電源１４５に指令値ＰＷ＊を出力し、ターゲット１４１に供給する電力を制御して、放電を開始する（Ｓ１）。
【００３８】
ＣＰＵ２５１は、受光部１６０から周期的にプラズマ光のスペクトル強度を示す情報、即ち光の強度Ｉを示す情報を取得する（Ｓ２）。即ちＣＰＵ２５１は、光の強度Ｉを所定の周期で測定する。所定の周期は、例えば５０［ｍｓｅｃ］の周期である。
【００３９】
図２（ａ）に示すように、ＨＤＤ２５４には、光の強度と成膜速度とを対応付けた対応データＤ１として数式が記憶されている。数式である対応データＤ１は、予め実験やシミュレーションを行って作成されたものである。ＣＰＵ２５１は、図２（ｂ）に示す推定部２０１として機能し、ＨＤＤ２５４に記憶された対応データＤ１を用いて、受光部１６０にて受けた光の強度Ｉに対応する推定の成膜速度Ｒを求める（Ｓ３）。つまり、ＣＰＵ２５１は、成膜速度Ｒを推定する。
【００４０】
第１実施形態では、対応データＤ１における光の強度は、ターゲット１４１の材料が発する光の強度ＩＳｉと不活性ガスが発する光の強度ＩＡｒとの光の強度比ＩＳｉ／ＩＡｒ（＝Ｉｐ）である。ＣＰＵ２５１は、受光部１６０にて受けた光の強度Ｉから、ターゲット１４１の材料が発する光の強度ＩＳｉと不活性ガスが発する光の強度ＩＡｒとの光の強度比ＩＳｉ／ＩＡｒを求め、対応データＤ１を用いて、成膜速度Ｒを推定する。
【００４１】
次に、ＣＰＵ２５１は、図２（ｂ）に示すＰＩＤ制御部２０２として機能し、推定の成膜速度Ｒが、予めＨＤＤ２５４に記憶された目標成膜速度Ｒ＊に近づけるように、フィードバック量を計算し、制御信号に変換する。第１実施形態では、フィードバック量は、目標流量ＱＯ２＊及び目標出力電力ＰＷ＊である。ＣＰＵ２５１は、目標流量ＱＯ２＊を示す制御信号を流量調整器１３３に送信して反応性ガスの流量を制御し、目標出力電力ＰＷ＊を示す制御信号を電源１４５に送信して電源１４５の出力を制御する（Ｓ４）。ＣＰＵ２５１におけるフィードバック制御のアルゴリズムは、比例積分微分（ＰＩＤ）制御とする。このように、ＣＰＵ２５１は、推定の成膜速度Ｒが目標成膜速度Ｒ＊に近づく、即ち推定の成膜速度Ｒと目標成膜速度Ｒ＊との偏差が小さくなるように、不活性ガスの流量及び電源１４５の出力を制御する。第１実施形態では、ＣＰＵ２５１は、電源１４５の出力として、電源１４５の出力電力を制御する。なお、フィードバック制御としてＰＩＤ制御を行うのが好適であるが、Ｐ制御又はＰＩ制御を行うようにしてもよい。
【００４２】
また、ＣＰＵ２５１は、図２（ｂ）に示す推定部２０３として機能し、ステップＳ３で推定の成膜速度Ｒから推定の膜厚ＴＨを求める（Ｓ５）。即ち、ＣＰＵ２５１は、膜厚ＴＨを推定する。膜厚の推定方法について具体的に説明すると、ステップＳ３で推定の成膜速度Ｒと、前述した所定の周期、つまり光の強度Ｉを取得する時間間隔との積を演算し、演算結果を積算することで膜厚ＴＨを求める。換言すると、ＣＰＵ２０１は、放電を開始した時点から推定の成膜速度Ｒを時間積分することで、膜厚ＴＨを求める。
【００４３】
ＣＰＵ２５１は、判定部２０４として機能し、ステップＳ５で算出した推定の膜厚ＴＨと、ＨＤＤ２５４に記憶された目標膜厚ＴＨ＊とを比較し（Ｓ６）、比較の結果、推定の膜厚ＴＨが目標膜厚ＴＨ＊未満であれば（Ｓ６：Ｎｏ）、ステップＳ２の処理に戻る。ＣＰＵ２５１は、推定の膜厚ＴＨが目標膜厚ＴＨ＊以上であれば（Ｓ６：Ｙｅｓ）、流量調整器１３３，１３６及び電源１４５に指令値を送信し、放電を停止して成膜を終了させる。以上、ＣＰＵ２５１は、推定の膜厚ＴＨが目標膜厚ＴＨ＊に達するまで成膜を行う。
【００４４】
図５（ａ）は、放電開始してからの時刻と、光の強度比ＩＳｉ／ＩＡｒとの関係を示す図である。放電開始した直後は、成膜速度、即ち光の強度比ＩＳｉ／ＩＡｒが低く、図３（ａ）又は図３（ｂ）に示す化合物モードである。この状態から反応性ガスの流量を低下させていくと、化合物モードから遷移モードへと移行し、成膜速度、即ち光の強度比ＩＳｉ／ＩＡｒが図５（ａ）に示すように上昇していく。そして、成膜速度、即ち光の強度比ＩＳｉ／ＩＡｒは、遷移モードにおいて目標成膜速度Ｒ＊に近づいていき、時刻Ｔ１を過ぎると一定値に安定する。
【００４５】
図５（ｂ）は、第１実施形態で成膜速度の推定処理に用いられる関数と、比較例の関数とを示す図である。第１実施形態では、成膜速度、即ち光の強度比が安定する時刻Ｔ１よりも前に成膜を開始する。ここで、時刻Ｔ１以降に成膜を開始する場合には、対応データにおける光の強度と成膜速度との関係が線型、即ち図５（ｂ）の破線で示すように、比例関係とみなしても実際の成膜速度に対する推定の成膜速度の誤差は小さい。しかし、時刻Ｔ１よりも前に成膜を開始する場合には、比例関係とみなすと実際の成膜速度に対する推定の成膜速度の誤差が大きい。
【００４６】
そこで、第１実施形態では、成膜速度が変動する時刻Ｔ１よりも前に成膜を開始するため、ステップＳ３の推定処理に用いる対応データＤ１において光の強度比ＩＳｉ／ＩＡｒと成膜速度とが比例関係とは異なる関係としている。具体的には、対応データＤ１である数式は、光の強度比ＩＳｉ／ＩＡｒを示す変数と、成膜速度を示す変数とで表された、図５（ｂ）に実線で示す非線型関数である。
【００４７】
以下、ステップＳ３の推定処理に用いる関数について詳細に説明する。Ｉｐ［ａ．ｕ．］を、光の強度比ＩＳｉ／ＩＡｒを示す変数、ｒａｔｅ［ｎｍ／ｓｅｃ］を成膜速度を示す変数とする。また、ａ０，ａ１，ａ２，ａ３，ａ４を定数とする。定数ａ０，ａ１，ａ２，ａ３，ａ４は、予め実験により求められた値である。第１実施形態では対応データＤ１は、変数ｒａｔｅが変数Ｉｐの４次式で表される４次関数であり、以下の式（１）で表される。ただし、ａ４≠０である。
ｒａｔｅ＝ａ０＋ａ１×Ｉｐ＋ａ２×Ｉｐ２＋ａ３×Ｉｐ３＋ａ４×Ｉｐ４  （１）
【００４８】
式（１）は、ＨＤＤ２５４に記憶されている。ステップＳ３において、ＣＰＵ２５１は、ステップＳ２の測定結果から光の強度比ＩＳｉ／ＩＡｒを求め、ＨＤＤ２５４から読み出した式（１）のＩｐにＩＳｉ／ＩＡｒを代入し、推定の成膜速度を求める。そして、ＣＰＵ２５１は、ステップＳ５において推定の成膜速度Ｒから推定の膜厚ＴＨを求め、ステップＳ６において推定の膜厚ＴＨが目標膜厚ＴＨ＊に達したら成膜を終了する。
【００４９】
以下、ステップＳ３の成膜速度の推定に用いられる第１実施形態の非線型の関数と、比較例の線型の関数を求める方法について、実例により説明する。第１実施形態の関数と、比較例の関数は、実験により求めることができる。
【００５０】
実験により成膜した膜の膜厚は、評価装置を用いて行う。評価装置は、株式会社日立ハイテクノロジーズ製の分光光度計Ｕ−４１５０にて、入射角度５度、波長範囲２５０〜８００［ｎｍ］の反射率を測定し、計算ソフトを用いて上記の反射率の結果からフィッティングを行い算出する。計算ソフトとしては、例えばＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ社のＦｉｌｍ  Ｗｉｚａｒｄの他、各社市販されているソフトを用いて計算することができる。成膜速度は、上記の計算で得られた膜厚と実際に成膜に要した時間から算出する。
【００５１】
実験に用いたスパッタリング装置１００は、以下の条件とした。
真空チャンバ１０１の容積：幅６００ｍｍ×奥行き６００ｍｍ×高さ８００ｍｍ
排気機構１２０：ターボ分子ポンプ２００Ｌ／ｓｅｃ、ロータリーポンプ
電源１４５：ＤＣパルス電源
ターゲット１４１の形状：直径φ８ｉｎｃｈ×厚さ５ｍｍ
ターゲット１４１の材料：Ｓｉ
不活性ガス：Ａｒ
反応性ガス：Ｏ２
到達圧力：１×１０−４Ｐａ
レンズ基板Ｗ：合成石英φ３０×１ｍｍ厚
【００５２】
レンズ基板Ｗをホルダ１５２に設置して、レンズ基板Ｗの表面とターゲット１４１の表面との距離を約５０［ｍｍ］の位置で固定し、成膜を行った。表１に実際に成膜を行った第１実施形態の成膜条件と膜厚の測定結果を示す。
【００５３】
【表１】
2018076559.tif 000003
【００５４】
不活性ガスＡｒは、流量２０［ｓｃｃｍ］で全て共通の条件とした。電源１４５の条件は、電力５１０［Ｗ］の定電力、ＤＣパルス出力で全て共通の条件とした。成膜中は、受光部１６０にてプラズマ光の強度Ｉをモニタリングした。
【００５５】
受光部１６０の詳細について説明する。コリメータ１６１を経由して分光器１６２でプラズマ光をスペクトル分解して、光のスペクトル強度Ｉが取得される。分光器１６２は、波長範囲２００〜８５０［ｎｍ］、波長分解能１．０［ｎｍ］のものを使用した。光のスペクトル強度Ｉから、ターゲット１４１の材料Ｓｉの輝線である光強度ＩＳｉと、不活性ガスＡｒの輝線である光強度ＩＡｒの強度比ＩＳｉ／ＩＡｒを演算した。
【００５６】
表１において、条件１が化合物モードでの成膜した条件であり、条件１を除く全ての条件は、化合物モードから開始し、遷移モードまで連続的に成膜速度を変化させて成膜した条件である。膜厚は、上記した評価装置により測定、算出を行った。
【００５７】
以上の実験結果を用いて、式（１）における定数ａ０，ａ１，ａ２，ａ３，ａ４を求めることができる。まず式（１）を仮定し、式（１）を時間積分した以下の式（２）を用いる。ただし、Ｔは成膜時間［ｓｅｃ］、ｄが膜厚の計算値［ｎｍ］である。
【００５８】
【数１】
2018076559.tif 000004
【００５９】
式（２）を用いて計算した膜厚ｄと、測定値の膜厚の残差が最小になるように、定数ａ０，ａ１，ａ２，ａ３，ａ４を求める。
【００６０】
なお、比較例として線型関数を求める方法について説明する。成膜速度ｒａｔｅ［ｎｍ／ｓｅｃ］は、以下の式（３）で表される。
【００６１】
ｒａｔｅ＝ａ×Ｉｐ      （３）
【００６２】
ただし、ａは定数である。式（３）を成膜時間全体にわたり時間平均すると以下の式（４）となる。
【００６３】
【数２】
2018076559.tif 000005
【００６４】
式（４）を用いて、表１の条件のうち、１つの条件の成膜結果から定数ａの値を求めることができる。
【００６５】
図６（ａ）は、第１実施形態における膜厚の測定値と膜厚の計算値との関係を示す図である。図６（ｂ）は、比較例における膜厚の測定値と膜厚の計算値との関係を示す図である。なお、比較例では、条件３の成膜結果から定数ａを求め、以下の式（５）を用いて、全条件の膜厚の計算値を求めた。
【００６６】
【数３】
2018076559.tif 000006
【００６７】
図６（ａ）と図６（ｂ）との比較の結果、比較例の式（３）により成膜速度を算出する場合に比べ、第１実施形態による式（１）を用いれば、化合物モードを含む全ての条件で、高い精度で膜厚を算出することができる。
【００６８】
以上、第１実施形態によれば、化合物モードから遷移モードへ変化する場合など、成膜速度が変動している図５（ａ）に示す時刻０以上時刻Ｔ１未満であっても、高精度に成膜速度Ｒを推定することができる。また、積算処理により高精度に膜厚ＴＨを推定することができる。よって、時刻０以上時刻Ｔ１未満のタイミングで成膜を開始することができ、放電を開始してから成膜を開始するまでの待機時間を短縮することができるため、成膜品の生産性が向上する。
【００６９】
また、時刻０、即ち放電開始と共に成膜を開始すれば、待機時間を０に短縮することができるため、成膜品の生産性が更に向上する。また、放電開始と共に成膜を開始することで、別途、真空チャンバ１０１内にシャッター及びシャッターを駆動する駆動機構などを設ける必要がなく、コスト削減になる。
【００７０】
また、第１実施形態では、対応データＤ１における光の強度が、ターゲット１４１の材料Ｓｉが発する光の強度と不活性ガスＡｒが発する光の強度との光の強度比である。この場合、光の強度比と成膜速度との相関関係が安定している、即ち光の強度比の変化に対する成膜速度の変化が急勾配とならず安定しており、より高精度に成膜速度Ｒを推定できる。
【００７１】
第１実施形態では、成膜速度Ｒの推定に用いる関数は、変数ｒａｔｅが変数Ｉｐの４次式で表される４次関数である。次数を上げるほど、推定される成膜速度Ｒの精度が高くなるが、関数を求めるために必要な成膜の回数が増大する。そして、５次以上の式としても、成膜速度Ｒの精度は４次式の場合と比較してほとんど変わらない。このため、成膜速度Ｒの推定に用いる関数を４次関数とすることで、関数を求めるために必要な成膜の回数が抑制され、高精度に成膜速度Ｒを推定することができる。
【００７２】
［第２実施形態］
第１実施形態では、成膜速度Ｒの推定に用いる関数が４次関数である場合について説明した。演算負荷を比較例程度に抑え、比較例よりも高精度に成膜速度Ｒを推定するには、対応データＤ１における関数は、変数ｒａｔｅが変数Ｉｐの１次式で表される式（６）の１次関数とするのがよい。ただし、式（６）において、ｂ０，ｂ１は定数であり、ｂ０≠０，ｂ１≠０である。即ち、切片である定数ｂ０は０ではない。
ｒａｔｅ＝ｂ０＋ｂ１×Ｉｐ      （６）
【００７３】
この場合も、定数ｂ０，ｂ１は実験により求めればよい。図７は、第２実施形態における光強度比ＩＳｉ／ＩＡｒと成膜速度との実験結果を示すグラフである。破線は、式（６）の１次関数であり、破線の切片から定数ｂ０を求め、破線の傾きから定数ｂ１を求めればよい。図７の結果から、定数ｂ０は正の値として求まる。なお、図７において、各点における光強度比及び成膜速度は、表１の各条件における実験値に対応する。以上、成膜速度Ｒの推定に用いる関数を、定数ｂ０≠０である１次関数としたことで、簡単かつ高精度に成膜速度Ｒを推定することができる。
【００７４】
なお、本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で多くの変形が可能である。また、実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、実施形態に記載されたものに限定されない。
【００７５】
上記実施形態では、成膜速度Ｒの推定に用いる関数が、４次関数又は１次関数である場合について説明したが、これに限定するものではなく、例えば関数が２次関数、３次関数、又は５次以上の関数であってもよい。即ち、対応データＤ１を示す関数が、成膜速度を示す変数ｒａｔｅが光の速度を示す変数Ｉｐの１次以上の式で表される関数であるのが好ましい。また、対応データＤ１において光の強度と成膜速度とが比例関係とは異なる関係であれば、対応データＤ１における関数は、ｎ次関数（ｎは１以上の整数）に限らず、例えば指数関数や対数関数などを含む場合であってもよい。
【００７６】
また、上記実施形態では対応データＤ１における光の強度は、ターゲット１４１の材料が発する光の強度ＩＳｉと不活性ガスが発する光の強度ＩＡｒとの強度比ＩＳｉ／ＩＡｒで表される場合について説明したが、これに限定するものではない。
【００７７】
例えば、対応データＤ１における光の強度が、ターゲット１４１の材料が発する光の強度ＩＳｉのみ、不活性ガスが発する光の強度ＩＡｒのみ、反応性ガスが発する光の強度ＩＯ２のみの場合であってもよい。また、これら光の強度ＩＳｉ，ＩＡｒ，ＩＯ２のうち２つ以上の組み合わせ、例えば平均値としてもよい。即ち、対応データＤ１における光の強度が、光の強度ＩＳｉ，ＩＡｒ，ＩＯ２のうち１つ以上の光の強度であってもよい。
【００７８】
更に、不活性ガスが発する光の強度ＩＡｒと反応性ガスが発する光の強度ＩＯ２との強度比ＩＡｒ／ＩＯ２、ターゲット１４１の材料が発する光の強度ＩＳｉと反応性ガスが発する光の強度ＩＯ２との強度比ＩＳｉ／ＩＯ２であってもよい。更にまた、光の強度ＩＳｉ，ＩＡｒ，ＩＯ２の組み合わせによる強度比であってもよい。例えば、強度比ＩＳｉ／｛（ＩＡｒ＋ＩＯ２）／２｝であってもよい。即ち、対応データＤ１における光の強度が、光の強度ＩＳｉ，ＩＡｒ，ＩＯ２のうち２つ以上を含む光の強度比であってもよい。また、強度比においては、上述した分母と分子の関係を逆にしてもよい。
【００７９】
また、上記実施形態では、制御部のフィードバック制御として、ＣＰＵ２５１が反応性ガスの流量及び電源の出力を制御する場合について説明したが、このフィードバック制御に限定するものではない。例えば、制御部が不活性ガスの流量のみを制御する場合、反応性ガスの流量のみを制御する場合、又は電源の出力のみを制御する場合であってもよい。また、制御部が反応性ガスの流量と不活性ガスの流量を制御する場合、不活性ガスの流量と電源の出力を制御する場合、又は不活性ガスの流量と反応性ガスの流量と電源の出力を制御する場合であってもよい。即ち、制御部は、推定の成膜速度が目標成膜速度に近づくように、反応性ガスの流量、不活性ガスの流量及び電源の出力のうち少なくとも１つを制御すればよい。
【００８０】
また、上記実施形態では、電源の出力の制御として、電源の出力電力を制御する場合について説明したが、これに限定するものではない。例えば、電源の出力電圧を制御する場合、電源の出力電流を制御する場合、電源の出力電圧及び出力電流を制御する場合、電源の出力電圧及び出力電力を制御する場合、電源の出力電流及び出力電力を制御する場合であってもよい。また、電源の出力電圧、出力電流及び出力電力を制御する場合であってもよい。即ち、出力電圧、出力電流及び出力電力のうち、少なくとも１つを制御すればよい。
【００８１】
また、上記実施形態では、ターゲット１４１としてＳｉを用いた場合について説明したが、Ｓｉに限定するものではなく、種々の金属を用いることができる。例えば、ターゲットとして、Ｎｂ、Ｙ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｔｈ、Ｖ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｓｍ、Ｐｒ、Ｂｉなどを用いることができる。
【００８２】
また、上記実施形態では、反応性ガスとしてＯ２ガスを用いた場合について説明したが、Ｏ２ガスに限定するものではなく、種々の反応性ガスを用いることができる。例えば、反応性ガスとして、Ｎ２、Ｏ３、ＣＯ２ガスなどを用いることができる。
【００８３】
また、上記実施形態では、キャリアガスとしての不活性ガスとしてＡｒガスを用いた場合について説明したが、Ａｒガスに限定するものではなく、種々の不活性ガスを用いることができる。例えば、不活性ガスとして、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｒｎガスなどを用いることができる。
【００８４】
また、上記実施形態では、スパッタリング装置が、ＤＣマグネトロンスパッタリング装置である場合について説明したが、これに限定するものではない。例えばＤＣスパッタリング装置、ＲＦスパッタリング装置、ＲＦマグネトロンスパッタリング装置等、種々のスパッタリング装置に適用可能である。
【００８５】
また、上記実施形態では、記憶部がＨＤＤ２５４である場合について説明したが、これに限定するものではない。記憶部が例えばＵＳＢメモリやメモリカード、ＳＳＤなど、どのような記憶装置であってもよい。また、記憶部がコントローラに内蔵の記憶装置に限らず、コントローラに外付けされる記憶装置であってもよい。
【００８６】
また、上記実施形態では、対応データＤ１が数式である場合について説明したが、これに限定するものではなく、対応データＤ１がテーブルであってもよい。
【００８７】
本発明は、上記実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。
【符号の説明】
【００８８】
１００…スパッタリング装置、１０１…真空チャンバ（チャンバ）、１３１…反応性ガス供給部、１３２…不活性ガス供給部、１４１…ターゲット、１４５…電源、１６０…受光部、２５１…ＣＰＵ（制御部）、Ｄ１…対応データ、Ｗ…レンズ基板
【図１】
2018076559.tif 000007
【図２】
2018076559.tif 000008
【図３】
2018076559.tif 000009
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2018076559.tif 000013