(57)【要約】【課題】  長期間に渡る連続成膜において、膜厚の再現性の良い成膜を行う。【解決手段】  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、化合物モードにおける前記電源の出力と、遷移モードにおける前記電源の出力と、成膜速度と、が対応付けられた所定の関数を用いて、光の強度が目標光強度に近づくように、前記反応性ガスの流量と前記不活性ガスの流量のうち少なくとも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。【選択図】  図４
2019094534.tif 000002
【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、
化合物モードにおける前記電源の出力と、遷移モードにおける前記電源の出力と、成膜速度と、が対応付けられた所定の関数を用いて、光の強度が目標光強度に近づくように、前記反応性ガスの流量と前記不活性ガスの流量のうち少なくとも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】
前記所定の関数は、前記化合物モードにおける前記電源の出力と、前記遷移モードにおける前記電源の出力と、前記化合物モードにおける前記電源の出力と前記遷移モードにおける前記電源の出力との比と、の２次以下の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】
前記スパッタリング装置は、演算部を更に有し、
前記制御部は、前記演算部で求めた推定の成膜速度を周期的に求めて、前記成膜速度に対応した前記目標光強度を設定することを特徴とする請求項１又は２に記載のスパッタリング装置。
【請求項４】
前記スパッタリング装置は、演算部を更に有し、
前記制御部は、前記演算部で求めた推定の成膜速度を周期的に求めて膜厚を推定して、前記膜厚が目標膜厚に達するまで遷移モードで成膜を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載のスパッタリング装置。
【請求項５】
化合物モードにおける前記電源の出力を取得する周期は、遷移モードにおける前記電源の出力を取得する周期に対して長いことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のスパッタリング装置。
【請求項６】
前記所定の関数は、予め実験又はシミュレーションを行って作成されたテーブルであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のスパッタリング装置。
【請求項７】
前記所定の関数は、予め実験又はシミュレーションを行って作成された数式であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のスパッタリング装置。
【請求項８】
成膜対象物及びターゲットが配置されるチャンバを用いて、前記チャンバの内部に反応性ガスおよび不活性ガスを供給する不活性ガスを供給し、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を用い、前記プラズマが発する光を受ける受光部を用い、光の強度が目標光強度に近づくように、前記反応性ガスの流量と前記不活性ガスの流量のうち少なくとも１つを制御するスパッタリングによる膜の製造方法であって、
化合物モードにおける前記電源の出力と、遷移モードにおける前記電源の出力と、成膜速度とが対応付けられた所定の関数を用いて前記目標光強度を設定することを特徴とする膜の製造方法。
【請求項９】
前記制御は、推定の成膜速度を周期的に求めて、前記成膜速度に対応した前記目標光強度を設定することを特徴とする請求項８に記載の膜の製造方法。
【請求項１０】
前記制御は、推定の成膜速度を周期的に求めて膜厚を推定して、前記膜厚が目標膜厚に達するまで遷移モードで成膜を行うことを特徴とする請求項８に記載の膜の製造方法。
【請求項１１】
化合物モードにおける前記電源の出力を取得する周期は、遷移モードにおける前記電源の出力を取得する周期に対して長いことを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか一項に記載の膜の製造方法。
【請求項１２】
前記所定の関数は、予め実験又はシミュレーションを行って作成されたテーブルであることを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか一項に記載の膜の製造方法。
【請求項１３】
前記所定の関数は、予め実験又はシミュレーションを行って作成された数式であることを特徴とする請求項７乃至１１のいずれか一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、スパッタリング装置およびスパッタリングによる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成膜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リング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、成膜速度や膜質の異なる３つの反応モードが存在することが知られている。３つの反応モードは、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。チャンバ内に導入する反応性ガスの流量などによって、ターゲットおよび成膜対象物の表面状態が変化し、反応モードも変化する。化合物の薄膜を成膜できる反応モードは、化合物モードおよび遷移モードである。化合物モードは安定な反応モードであるが、成膜速度が遅い。遷移モードは比較的成膜速度が大きいが、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化する、不安定な反応モードである。
【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し、モニタした値を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は、ニオブターゲットを用いてＰＥＭ制御により反応ガスを制御して、反応性スパッタリング法により酸化ニオブ薄膜を製造する方法を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２８６２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ＰＥＭ制御により遷移モードで成膜をする場合、成膜速度を正確にモニタリングすることが、所望の膜厚の薄膜を得るためには重要である。しかし、長期間に渡って多数の成膜対象物に成膜を続けたとき、ターゲットの消費やチャンバ内への着膜などの影響によって、プラズマ発光およびターゲットにかかる電圧と成膜速度との対応関係は、大きく変動することが判明した。従って、成膜中のプラズマ発光やターゲットに印加されている電圧だけでは、成膜速度を正確にモニタリングすることができない。
【０００８】
そこで、本発明は、反応性スパッタリングによる成膜において、長期間に渡る連続成膜においても成膜速度を正確に推定し、所望の膜厚の成膜を行う方法および装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の反応性スパッタ装置は、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、化合物モードにおける前記電源の出力と、遷移モードにおける前記電源の出力と、成膜速度と、が対応付けられた所定の関数を用いて、光の強度が目標光強度に近づくように、前記反応性ガスの流量と前記不活性ガスの流量のうち少なくとも１つを制御する制御部と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の膜の製造方法は、成膜対象物及びターゲットが配置されるチャンバを用いて、前記チャンバの内部に反応性ガスおよび不活性ガスを供給する不活性ガスを供給し、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を用い、前記プラズマが発する光を受ける受光部を用い、光の強度が目標光強度に近づくように、前記反応性ガスの流量と前記不活性ガスの流量のうち少なくとも１つを制御するスパッタリングによる膜の製造方法であって、
化合物モードにおける前記電源の出力と、遷移モードにおける前記電源の出力と、成膜速度とが対応付けられた所定の関数を用いて前記目標光強度を設定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ターゲットの消費量等に関わらず、所望の膜厚の膜を再現性良く製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本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）は本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】本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】本実施形態における数式Ｆの作成方法を示すフローチャートである。
【図６】（ａ）は実施例１の膜厚の再現性を示す図である。（ｂ）は比較例１の膜厚の再現性を示す図である。
【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実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１４】
（第１の実施形態）
図１は、第１の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、本実施形態では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に出力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の内側に等間隔で設けられた不図示の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に出力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の内側に等間隔で設けられた不図示の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にはバッキングプレート１４２を介して、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、冷却水によりターゲット１４１を冷却する冷却系１４３がバッキングプレート１４２の背面近傍に配置されている。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の近傍に放電が発生する。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から放出され、レンズ基板Ｗに化合物膜を形成する。
【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、本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、目標光強度Ｉ＊、電源の目標電力ＰＷ＊、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。さらに、ＨＤＤ２５４には、化合物モードにおける電源電圧Ｖｃと遷移モードにおける電源電圧Ｖｑと、成膜速度が対応付けられた所定の関数Ｄ１、および化合物モードにおける電源電圧の最新値Ｖｃ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、ＰＩＤ制御部２０１、演算部２０２、演算部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（ＭＦＣ）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、本実施形態では出力電圧Ｖ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、成膜速度や得られる膜質の異なる３つの反応モードが存在する。３つの反応モードは、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反応モードである。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、不安定な反応モードである。
【００３５】
第１の実施形態では、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、本実施形態における薄膜の製造方法を示すフローチャートである。
【００３６】
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）。
【００３７】
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、および電源１４５の出力電圧Ｖｑを取得する（Ｓ２）。ＣＰＵ２５１は、光の強度Ｉおよび電源１４５の出力電圧Ｖｑ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。
【００３８】
第１の実施形態では、光の強度Ｉ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を用いる。ＣＰＵ２５１は、受光部１６０にて受けたプラズマ光のスペクトル強度を示す情報から、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、すなわちＩを求める。
【００３９】
ＣＰＵ２５１は、ＰＩＤ制御部２０１として機能し、光の強度Ｉが、ＨＤＤ２５４に保存された目標光強度Ｉ＊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。本実施形態では、フィードバック量は、目標流量ＱＯ２＊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する（Ｓ３）。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。
【００４０】
図２（ａ）に示すように、ＨＤＤ２５４には、化合物モードにおける電源電圧Ｖｃと遷移モードにおける電源電圧Ｖｑと、成膜速度とが対応付けられた所定の関数Ｄ１が記憶されている。本実施形態では、所定の関数Ｄ１は、後述する関数Ｆで表される。所定の関数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）に示す演算部２０２として機能する。ＣＰＵ２５１は、ＨＤＤ２５４に記憶された数式Ｆを用いて、受光部１６０にて受けた光の強度Ｉ、電源１４５の出力電圧Ｖｑ、ＨＤＤ２５４に記憶された化合物モードにおける電源電圧の最新値Ｖｃに対応する推定の成膜速度Ｒを求める（Ｓ４）。つまり、ＣＰＵ２５１は、成膜速度Ｒを推定する。
【００４１】
次に、ＣＰＵ２５１は、図２（ｂ）に示す演算部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Ｓ４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および電源電圧Ｖｑ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、ＣＰＵ２５１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。
【００４２】
さらに、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＊とを比較する（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＊に達していれば（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。
【００４３】
第１の実施形態において、ＨＤＤ２５４に記憶されている化合物モードにおける電源電圧Ｖｃと遷移モードにおける電源電圧Ｖｑと、成膜速度と、が対応付けられた関数Ｆで表される所定の関数Ｄ１は、予め実験を行って作成されたものである。関数Ｆの求め方について、以下に説明する。
【００４４】
遷移モードにおける成膜速度ｒａｔｅｑ［ｎｍ／ｓｅｃ］は、下記の式（１）のように考えることができる。
【００４５】
【数１】
2019094534.tif 000003
【００４６】
ここで、Ｙはスパッタリング収率、Ｐｑは遷移モードにおいてターゲットに印加される電力であり、すなわち、式（１）は遷移モードにおいてターゲットに印加される電流とスパッタリング収率の積である。一般にスパッタリング収率は、ターゲットに印加される電圧が大きいほど大きく、また、反応モードが金属モードに近いほど大きくなる。反応モードは、ターゲット表面の酸化被覆率θで表すことができる。θは、反応モードが化合物モードのときに１、反応モードが金属モードのときに０となるような量である。従って、θはターゲットに印加される電圧と相関関係にある。この相関関係は、ターゲットに印加される電圧がＶｃに近いほどθが１に近づくようなものであると考えられる。
【００４７】
発明者らは、実験結果を解析して鋭意検討した結果、式（１）は次のように表現できることを見出した。
【００４８】
【数２】
2019094534.tif 000004
【００４９】
式（１）のスパッタリング収率Ｙは、Ｖｃ、Ｖｑ、およびＶｃ／Ｖｑの関数ｆで表すことができる。発明者らは、実験結果を解析して鋭意検討した結果、ｆは、Ｖｃ、ｑ、およびＶｃ／Ｖｑの２次以下の関数で近似できることを見出した。
【００５０】
図５は、本実施形態における数式Ｆの作成方法を示すフローチャートである。以下、図５に基づいて、数式Ｆの作成方法について詳細に説明する。
【００５１】
数式Ｆは、成膜装置を用いて長期間に渡る連続成膜を模した実験を行って作成される。まず、真空チャンバ１０１、ガス管１３５、１３８、レンズホルダ１５２をメンテナンスするとともにターゲット１４１をエロージョンされていない新品に交換し、成膜装置の状態を安定させる（Ｓ１０）。
【００５２】
次に、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。またＣＰＵ２５１は、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（Ｓ１１）。ステップＳ１１では、指令値ＱＯ２＊は、反応モードが化合物モードとなるように設定する。ＣＰＵ２５１は、化合物モードにおける電源電圧Ｖｃを測定する（Ｓ１２）。
【００５３】
続いて、レンズホルダ１５２にレンズ基板Ｗを設置し（Ｓ１３）、排気機構１２０によって真空チャンバ１０１内部を十分に減圧する。真空チャンバ１０１内部が所定の圧力以下になれば、ＣＰＵ２５１は、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（Ｓ１４）。ステップＳ１４では、ＰＥＭ制御によって反応モードは遷移モードとする。ＰＥＭ制御は、受光部１６０にて受けた光の強度Ｉを目標光強度Ｉ＊に近づけるように、目標流量ＱＯ２＊のフィードバック量を計算し、反応性ガスの流量を制御する。ＣＰＵ２５１は、遷移モードにおける電源電圧Ｖｑを測定する（Ｓ１５）。放電終了後、レンズ基板Ｗ表面に成膜された膜の厚さを後述する評価装置により評価し、ＣＰＵ２５１で計測した放電時間を用いて成膜速度を算出する（Ｓ１６）。
【００５４】
ＣＰＵ２５１は、ターゲット１４１の消費量を例えば積算投入電力から計算し、目標量と比較する（Ｓ１７）。比較の結果、ターゲット１４１の消費量が目標量以下であれば（Ｓ１７：Ｎｏ）、ステップＳ１１の処理に戻り、化合物モードにおける電源電圧Ｖｃ、遷移モードにおける電源電圧Ｖｑ、成膜速度の測定値の組み合わせを取得していく。ターゲット１４１の消費量が目標量以上であれば（Ｓ１７：Ｙｅｓ）、関数Ｆを計算で求め（Ｓ１８）、実験を終了する。
【００５５】
実験により成膜した膜厚の評価は、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。
【実施例】
【００５６】
（実施例１）
実験に用いたスパッタリング装置１００は、以下の条件で行った。
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
【００５７】
実施例１で、図５のフローチャートにしたがってＳ１０〜Ｓ１７を実際に行った。結果は、表１のようになった。表１において、ターゲットの消費量の指標として積算投入電力を使用した。表１は、ステップＳ１２で測定したＶｃと、ステップＳ１５で測定したＶｑ、およびステップＳ１６で測定したレンズ基板Ｗへの成膜速度を示す。
【００５８】
【表１】
2019094534.tif 000005
【００５９】
式（２）を用いて、これらの実験結果から、図５のフローチャートのＳ１８で関数Ｆを得ることができ、次の式（３）のようになった。
【００６０】
【数３】
2019094534.tif 000006
【００６１】
次に、この式（３）の数式Ｆを利用して、図４のフローチャートに従って、目標膜厚３２０ｎｍの二酸化珪素膜を成膜した。ターゲットの初期状態から、積算投入電力が大きくなってターゲットの消費量が多くなった時の目標膜厚と実際に成膜した膜厚の比は、図６（ａ）のようになった。
【００６２】
（比較例１）
比較例１は、実施例１の数式（１）を利用した膜厚推定を行わずに、ＰＥＭ制御を用いて二酸化珪素を成膜した。ターゲットの初期状態から、積算投入電力が大きくなってターゲットの消費量が多くなった時の目標膜厚と実際に成膜した膜厚の比は、図６（ｂ）のようになった。
【００６３】
（評価）
実施例１では、図６（ａ）に示すように、ターゲットの初期状態からターゲットの消費量が進んだ状態までの広い範囲にわたって、目標膜厚との誤差は１％以下であった。したがって、実施例１では、目標膜厚の誤差が小さく再現性の良い成膜をすることができることが分かった。
【００６４】
比較例１では、図６（ｂ）に示すように、目標膜厚との誤差は最大で約４％程度の誤差があり、再現性の良い成膜をすることができなかった。
【００６５】
実施例１及び比較例１によれば、事前に実験を行って化合物モードにおける前記電源の出力と、遷移モードにおける前記電源の出力と、成膜速度と、が対応付けられた所定の関数Ｄ１である数式Ｆを得ることができた。上記の式（１）の数式Ｆを利用すれば、長期間に渡って多数の成膜対象物に成膜を続けたときにも、遷移モードにおける成膜速度を正確に演算することができ、目標膜厚との誤差が小さく、膜厚の再現性の良い成膜を行うことができた。
【００６６】
（他の実施形態）
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。
【００６７】
第１の実施形態では、ＣＰＵ２５１によるＰＥＭ制御における光の強度Ｉ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。例えば、ターゲット１４１の材料が発する光の強度ＩＳｉだけを用いる場合、又は不活性ガスが発する光の強度ＩＡｒだけを用いる場合等でも構わない。
【００６８】
また、第１の実施形態では、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、不活性ガスの流量と反応性ガスの流量の両方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電源の出力を制御する場合、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、不活性ガスの流量のうち少なくとも１つを制御すればよい。
【００６９】
第１の実施形態では、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。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。
【００７０】
第１の実施形態では、所定の関数Ｄ１は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い。例えば、所定の関数Ｄ１はテーブルであってもよい。さらに上記実施形態では、所定の関数Ｄ１は化合物モードにおける電源の出力電圧と遷移モードにおける電源の出力電圧と遷移モードにおける成膜速度が対応付けられた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い。電源の出力として、電圧、電流、電力のうち、いずれを利用する場合であっても良く、成膜速度は、化合物モードにおける成膜速度であってもよい。
【００７１】
第１の実施形態では、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。
【００７２】
第１の実施形態では、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。
【００７３】
第１の実施形態では、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。
【００７４】
第１の実施形態では、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。
【００７５】
第１の実施形態では、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。
【００７６】
他の実施形態では、化合物モードにおける電源の出力を取得する周期は、遷移モードにおける電源の出力を取得する周期に対して長く設定することができる。これにより、化合物モードにおける電源の出力を取得する回数を少なくすることにより、生産効率を上げることができる。
【００７７】
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】
【００７８】
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  所定の関数
Ｗ  レンズ基板
【図１】
2019094534.tif 000007
【図２】
2019094534.tif 000008
【図３】
2019094534.tif 000009
【図４】
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【図５】
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【図６】
2019094534.tif 000012