(57)【要約】【課題】高精度の膜厚測定を実現し、かつ高精度の膜厚制御が実現できるスパッタリング方法および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。【解決手段】少なくともアルゴンガスを用いて基板２２の上に薄膜を形成するスパッタリング方法において、アルゴン発光強度と酸素発光強度との比を一定とし、成膜レートを一定に制御するスパッタリング方法であり、アルゴン発光強度と酸素発光強度との比を一定にすることにより、成膜レートを一定に制御することができ、高精度の膜厚制御が実現できる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともアルゴンガスを用いて基板上に薄膜を形成するスパッタリング方法において、アルゴン発光強度と酸素発光強度との比を一定とし、成膜レートを一定に制御するスパッタリング方法。
【請求項２】
少なくともアルゴンガスを用いて基板上に薄膜を形成するスパッタリング装置において、プラズマ発光分光法を用いて波長６９７ｎｍのアルゴン発光強度と波長７７７ｎｍの酸素発光強度との比をモニタリングする手段を設けたスパッタリング装置。
【請求項３】
成膜レートが一定になっていることを確認するための光学式膜厚モニタリング手段を設けた請求項２に記載のスパッタリング装置。
【請求項４】
アルゴン発光強度と酸素発光強度との比を成膜パラメータの制御により一定となるようにした請求項１に記載のスパッタリング方法。
【請求項５】
成膜パラメータをアルゴンガス流量または酸素ガス流量の少なくとも一方とする請求項４に記載のスパッタリング方法。
【請求項６】
成膜パラメータをガス圧力とする請求項３に記載のスパッタリング方法。
【請求項７】
成膜パラメータをシース電位またはプラズマ電位の少なくとも一方とする請求項４に記載のスパッタリング方法。
【請求項８】
成膜パラメータを高周波印加電圧または直流印加電圧の少なくとも一方とする請求項４に記載のスパッタリング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は主にガラス基板の表面に所定の多層膜光学薄膜、酸化物薄膜等の薄膜を再現性良く形成するスパッタリング方法およびスパッタリング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のスパッタリング方法およびスパッタリング装置としては、図７に示すものがある。
【０００３】
図７は従来のスパッタリング法による多層光学薄膜の形成装置を示すブロック図である。
【０００４】
１は薄膜の光学特性を測定する装置、２はロードロック室、３は成膜室、４はスパッタターゲット、５はスパッタターゲット４が複数取り付けられた回転部材、５ａは回転部材５を回転させてスパッタターゲット４を切り換えるターゲット切り換えモータ、９は基板、９ａは基板９の上に形成された薄膜、６はスパッタ位置において基板９を保持しその位置を制御する基板位置制御手段、７は演算処理、データ管理、装置の駆動制御等を行うコンピュータ、８は水晶式の薄膜モニター、１２は基板９と同一外形形状を有する基板ホルダー、１０は基板ホルダー１２にセットされた基板９を収納するカセット、１１はスパッタターゲット４に高周波電圧を印加する高周波電源である。
【０００５】
また、基材の表面に多層光学薄膜を形成する方法において、各層の膜厚設定値に基づいて多層光学薄膜を形成し、この形成された多層光学薄膜の光学特性を測定し、この測定された光学特性に基づいて多層光学薄膜が目標の光学特性となるような各層の膜厚を求め、この求められた各層の膜厚に基づいて膜厚設定値を補正し、この補正された膜厚設定値に基づいて次の多層膜光学薄膜を形成する。あるいはスパッタ法により薄膜を形成する方法において、真空室内のＨ２Ｏガス濃度または放電インピーダンスを測定し、この測定結果に応じてスパッタ電力、スパッタガス分圧、およびスパッタガス流量のうちの少なくとも１つ以上をスパッタレートが一定に保持されるように制御する。
【０００６】
なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば特許文献１が知られている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平７−７２３０７号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の構成では、装置内のプラズマ状態でないＨ２Ｏ分子を利用するという間接的方法を採用しているため、成膜レートが変化している可能性がある。それはその事象に関する十分な説明がなされていない。
【０００９】
つまり、Ｈ２Ｏ分子についての定量的情報は記載されているが、Ｈラジカル、Ｈ＋イオン、Ｈ−イオンあるいは酸素原子についての定量的情報、検証データ等において全く記載されていない。また間接的方法を用いるため高い精度を実現する上で問題があると考えられる。
【００１０】
本発明は高精度の膜厚測定を実現し、かつ高精度の膜厚制御が実現できるスパッタリング方法および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。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
これらの課題を解決するために、本発明の請求項１に記載の発明は、少なくともアルゴンガスを用いて基板上に薄膜を形成するスパッタリング方法において、アルゴン発光強度と酸素発光強度との比を一定とし、成膜レートを一定に制御するスパッタリング方法であり、アルゴン発光強度と酸素発光強度との比を一定にすることにより、成膜レートを一定に制御することができ、高精度の膜厚制御が実現できる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、少なくともアルゴンガスを用いて基板上に薄膜を形成するスパッタリング装置において、プラズマ発光分光法を用いて波長６９７ｎｍのアルゴン発光強度と波長７７７ｎｍの酸素発光強度との比をモニタリングする手段を設けたスパッタリング装置であり、波長６９７ｎｍのアルゴン発光強度と波長７７７ｎｍの酸素発光強度とを用いて両者の波長および発光強度を近い値とすることにより、波長スパンおよびレベル分解能を高めることができるため高精度で評価することができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、成膜レートが一定になっていることを確認するための光学式膜厚モニタリング手段を設けた請求項２に記載のスパッタリング装置であり、光学式膜厚モニタリング手段により、膜厚を常にモニターして成膜レートを一定にすることができ、高精度の膜厚制御が実現できる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、アルゴン発光強度と酸素発光強度との比を成膜パラメータの制御により一定となるようにした請求項１に記載のスパッタリング方法であり、成膜パラメータの制御によりアルゴン発光強度と酸素発光強度との比を一定とすることができるため成膜レートを一定に制御することができ、高精度の膜厚制御が実現できる。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、成膜パラメータをアルゴンガス流量または酸素ガス流量の少なくとも一方とする請求項４に記載のスパッタリング方法であり、アルゴンガス流量または酸素ガス流量はアルゴン発光強度と酸素発光強度との比と相関関係にあるため、成膜レートを一定に制御することができ、高精度の膜厚制御が実現できる。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、成膜パラメータをガス圧力とする請求項４に記載のスパッタリング方法であり、ガス圧力はアルゴン発光強度と酸素発光強度との比と相関関係にあるため、成膜レートを一定に制御することができ、高精度の膜厚制御が実現できる。
【００１７】
請求項７に記載の発明は、成膜パラメータをシース電位またはプラズマ電位の少なくとも一方とする請求項４に記載のスパッタリング方法であり、シース電位またはプラズマ電位はアルゴン発光強度と酸素発光強度との比と相関関係にあるため、成膜レートを一定に制御することができ、高精度の膜厚制御が実現できる。
【００１８】
請求項８に記載の発明は、成膜パラメータを高周波印加電圧または直流印加電圧の少なくとも一方とする請求項４に記載のスパッタリング方法であり、高周波印加電圧または直流印加電圧はアルゴン発光強度と酸素発光強度との比と相関関係にあるため、成膜レートを一定に制御することができ、高精度の膜厚制御が実現できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２０】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１におけるスパッタリング装置の概略を示す構成図である。
【００２１】
図１において、２１はスパッタターゲット、２２は基板、２３は高周波電源、２４は真空チャンバー、２５はプラズマモニター用の光ファイバー、２６は分光器、２７は圧力計、２８はアルゴンガス流量計、２９は酸素ガス流量計、３０は高周波マッチング回路、３１〜３４は帰還制御ラインである。
【００２２】
本発明のスパッタリング装置は、真空チャンバー２４の内部に成膜する材料で構成されるスパッタターゲット２１を下部電極としての陰極（図示せず）に高周波電源２３から高周波マッチング回路３０を介して電力が供給される。そして基板２２が設置される基板ホルダー（図示せず）を基板側電極２２ａに有し、スパッタターゲット２１と対向するように配置されている。
【００２３】
そして、真空チャンバー２４の内部には圧力を検知するための圧力計２７が配置されている。そして真空チャンバー２４の内部を大気から５×１０−１Ｐａ程度まで排気するため真空排気ポンプ（図示せず）が備えられ、さらにアルゴンガスや酸素などのスパッタガスを真空チャンバー２４の内部に供給できるように配管されている。そして真空チャンバー２４の内部にプラズマモニターを備え付け、分光器２６で波長６９７ｎｍのアルゴン発光強度と波長７７７ｎｍの酸素発光強度を常時モニタリングする。また成膜中の波長６９７ｎｍのアルゴン発光強度と波長７７７ｎｍの酸素発光強度の比を一定にするように、成膜中にアルゴンガス流量もしくは酸素ガス流量、真空チャンバー２４の内部圧力、シース電位またはプラズマ電位のうち少なくとも一つを変化させることができる構成となっている。
【００２４】
以下、薄膜形成方法について説明する。
【００２５】
基板２２を設置した支持体（図示せず）を基板ホルダー（図示せず）に取り付け、真空ポンプにより真空チャンバー２４の内部を約５×１０−１Ｐａ程度にまで真空排気する。そして基板２２を温度６００℃程度にまで加熱し、スパッタガスとしてのアルゴンガス、酸素を導入してスパッタターゲット２１に高周波電源２３から電力を印加し、スパッタターゲット２１からスパッタ粒子が対向する基板２２の上に付着して薄膜が形成される。
【００２６】
例えば、Ｔａ２Ｏ５の成膜条件を（表１）に示す。
【００２７】
【表１】
2004285431.tif 000003
【００２８】
また、図１に示すスパッタターゲット２１は厚さ６ｍｍ、純度９９．９％のＴａ２Ｏ５からなるスパッタターゲット２１を用いる。
【００２９】
（表１）より高周波電力が１０００Ｗ、アルゴンガス流量が１０ｓｃｃｍ、酸素ガス流量が０．４ｓｃｃｍ、真空チャンバー２４の内部圧力が５．０×１０−１Ｐａの条件で成膜を実施することにより、屈折率２．１５程度のＴａ２Ｏ５膜が得られる。
【００３０】
なお、このときの屈折率の測定波長は６３２．８ｎｍである。
【００３１】
図２（ａ），（ｂ）は本発明の実施の形態１におけるアルゴン発光強度と酸素発光強度との比と成膜レートの推移を示す特性図である。
【００３２】
図２（ａ）に示すように成膜中の波長６９７ｎｍのアルゴン発光強度と波長７７７ｎｍの酸素発光強度の比と成膜レートの推移よりアルゴン発光強度と酸素発光強度の比と成膜レートに相関性がある。
【００３３】
図２（ｂ）に示すように成膜中にアルゴンガス流量を変化させることによりアルゴン発光強度と酸素発光強度の比を一定とした場合、波長６９７ｎｍのアルゴン発光強度と波長７７７ｎｍの酸素発光強度の比と成膜レートの推移より成膜中のアルゴン発光強度と酸素発光強度の比を一定にすることにより、成膜レートが一定となる。
【００３４】
これは、図１に示すように、帰還制御ライン３１から発光分光データのアルゴンガス流量計もしくは酸素ガス流量計へのフィードバックにより実現されるものである。
【００３５】
以上のように、成膜中のアルゴンガス流量を変化させることによりアルゴン発光強度と酸素発光強度の比を一定にしたことにより、成膜レートが一定にできる。
【００３６】
なお、酸素ガス流量を変化させることによりアルゴン発光強度と酸素発光強度の比を一定にしたことにより、成膜レートが一定にできることはいうまでもない。
【００３７】
また、スパッタターゲット２１がＳｉ，ＳｉＯ２，Ｔｉ，ＴｉＯ２，Ｎｂ，Ｎｂ２Ｏ５，Ａｌ，Ａｌ２Ｏ５等の金属、あるいは金属酸化物を用いて、ＳｉＯ２，ＴｉＯ２，Ｎｂ２Ｏ５，Ａｌ２Ｏ５等の酸化物薄膜を形成する場合も同様である。
【００３８】
（実施の形態２）
実施の形態２について、図面を参照しながら説明する。
【００３９】
実施の形態２について、実施の形態１と異なる点について説明する。
【００４０】
図３（ａ），（ｂ）は本発明の実施の形態２におけるアルゴン発光強度と酸素発光強度との比と成膜レートの推移を示す特性図である。
【００４１】
図３（ａ）に示すように真空チャンバー２４の内部圧力を一定とした場合、波長６９７ｎｍのアルゴン発光強度と酸素発光強度との比と成膜レートとの間に相関性がある。
【００４２】
また、図３（ｂ）に示すように成膜中に真空チャンバー２４の内部圧力を変化させることによりアルゴン発光強度と酸素発光強度の比を一定とした場合、波長６９７ｎｍのアルゴン発光強度と波長７７７ｎｍの酸素発光強度の比と成膜レートの推移により成膜中のアルゴン発光強度と酸素発光強度の比を一定としたことにより、成膜レートが一定となっている。
【００４３】
これは、図１に示すように、帰還制御ライン３２から発光分光データの真空チャンバー２４の圧力計２７へのフィードバックにより実現されるものである。
【００４４】
以上のように、成膜中に真空チャンバー２４の圧力を変化させることによりアルゴン発光強度と酸素発光強度の比を一定にしたことにより、成膜レートが一定にできる。
【００４５】
（実施の形態３）
実施の形態３について、図面を参照しながら説明する。
【００４６】
実施の形態３において、実施の形態１と異なる点について説明する。
【００４７】
図４（ａ），（ｂ）は本発明の実施の形態３におけるアルゴン発光強度と酸素発光強度との比と成膜レートの推移を示す特性図である。
【００４８】
図４（ａ）に示すようにシース電位を一定とした場合、波長６９７ｎｍのアルゴン発光強度と酸素発光強度との比と成膜レートとの間に相関性がある。
【００４９】
また、図４（ｂ）に示すように成膜中にシース電位を変化させることによりアルゴン発光強度と酸素発光強度の比を一定とした場合、波長６９７ｎｍのアルゴン発光強度と波長７７７ｎｍの酸素発光強度の比と成膜レートの推移により成膜中のアルゴン発光強度と酸素発光強度の比を一定にしたことにより、成膜レートが一定になっている。
【００５０】
これは、図１に示すように、帰還制御ライン３３から発光分光データの高周波マッチング回路３０へのフィードバックにより実現されるものである。
【００５１】
以上のように、成膜中のシース電位を変化させることによりアルゴン発光強度と酸素発光強度の比を一定にしたことにより、成膜レートが一定にできる。
【００５２】
なお、プラズマ電位を変化させることによりアルゴン発光強度と酸素発光強度の比を一定にしたことにより、成膜レートが一定にできることはいうまでもない。
【００５３】
（実施の形態４）
実施の形態４について、図面を参照しながら説明する。
【００５４】
実施の形態４において、実施の形態１と異なる点について説明する。
【００５５】
図５（ａ），（ｂ）は本発明の実施の形態４におけるアルゴン発光強度と酸素発光強度との比と成膜レートの推移を示す特性図である。
【００５６】
図５（ａ）に示すように高周波電力を一定とした場合、波長６９７ｎｍのアルゴン発光強度と酸素発光強度との比と成膜レートとの間に相関性がある。
【００５７】
また、図５（ｂ）に示すように成膜中に高周波電力を変化させることによりアルゴン発光強度と酸素発光強度の比を一定とした場合、波長６９７ｎｍのアルゴン発光強度と波長７７７ｎｍの酸素発光強度の比と成膜レートの推移により成膜中のアルゴン発光強度と酸素発光強度の比を一定にしたことにより、成膜レートが一定となっている。
【００５８】
これは、図１に示すように、帰還制御ライン３４から発光分光データの高周波電源２３へのフィードバックにより実現されるものである。
【００５９】
以上のように、成膜中に高周波電力を変化させることによりアルゴン発光強度と酸素発光強度の比を一定にしたことにより、成膜レートが一定にできる。
【００６０】
なお、ＤＣスパッタリング装置を用いてスパッタリングを行う場合は、ＤＣ印加電圧を変化させてアルゴン発光強度と酸素発光強度の比を一定にすることで、成膜レートが一定にできる。
【００６１】
（実施の形態５）
実施の形態５について、図面を参照しながら説明する。
【００６２】
図６は本発明の実施の形態５におけるスパッタリング装置の概略を示す構成図である。
【００６３】
図６において、２１はスパッタターゲットであり、２２は基板、２３は高周波電源、２４は真空チャンバー、２５はプラズマモニター用の光ファイバー、２６は分光器、２７は圧力計、２８はアルゴンガス流量計、２９は酸素ガス流量計、３０は高周波マッチング回路、３５は光学式膜厚モニター用光ファイバー、３６は光学式膜厚モニタリング手段である。
【００６４】
実施の形態１で示したスパッタリング装置に光学式膜厚モニタリング手段３６を設けて成膜中の波長６９７ｎｍのアルゴン発光強度と波長７７７ｎｍの酸素発光強度の比を一定にすることにより、一定の成膜レートを確認しながら成膜でき、深さ方向に均一な膜質をもつ薄膜を容易に得ることができる。
【００６５】
なお、光学式膜厚モニタリング手段３６は反射式のものを示したが、透過式を用いても同様の効果が得られる。
【００６６】
【発明の効果】
以上のように本発明は、少なくともアルゴンガスを用いて基板上に薄膜を形成するスパッタリング方法において、アルゴン発光強度と酸素発光強度との比を一定とし、成膜レートを一定に制御するスパッタリング方法であり、アルゴン発光強度と酸素発光強度との比を一定にすることにより、成膜レートを一定に制御することができ、高精度の膜厚制御が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１におけるスパッタリング装置の断面図
【図２】（ａ），（ｂ）本発明の実施の形態１におけるアルゴン発光強度と酸素発光強度の比と成膜レートの推移を示す特性図
【図３】（ａ），（ｂ）本発明の実施の形態２におけるアルゴン発光強度と酸素発光強度の比と成膜レートの推移を示す特性図
【図４】（ａ），（ｂ）本発明の実施の形態３におけるアルゴン発光強度と酸素発光強度の比と成膜レートの推移を示す特性図
【図５】（ａ），（ｂ）本発明の実施の形態４におけるアルゴン発光強度と酸素発光強度の比と成膜レートの推移を示す特性図
【図６】本発明の実施の形態５におけるスパッタリング装置の概略を示す構成図
【図７】従来のスパッタリング装置の構成を示すブロック図
【符号の説明】
２１  スパッタターゲット
２２  基板
２３  高周波電源
２４  真空チャンバー
２５  光ファイバー
２６  分光器
２７  圧力計
２８  アルゴンガス流量計
２９  酸素ガス流量計
３０  高周波マッチング回路
３１  帰還制御ライン
３２  帰還制御ライン
３３  帰還制御ライン
３４  帰還制御ライン
３５  光ファイバー
３６  光学式膜厚モニタリング手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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