(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空槽と、
前記真空槽内に配置され、表面に基板が当接した状態で、前記基板を保持可能に構成された基板保持体と、
前記基板保持体の表面近傍に位置するように前記基板保持体内に配置された測定コイルと、
前記測定コイルに電流を供給して、前記基板内部に渦電流を生成させる電流供給手段と、
前記渦電流によって前記測定コイルに生じる信号を測定する測定手段とを有する真空処理装置。
【請求項２】
前記測定コイルに直列接続され、前記基板保持体が基板を保持した状態で、該基板に対して、前記測定コイルよりも遠い位置に配置された基準コイルと、
直列接続された測定コイル及び基準コイルと並列に接続された二個の基準抵抗とを有し、
前記測定手段は、前記測定コイル及び基準コイルが接続された部分と、前記二個の基準抵抗が互いに接続された部分との間の電位差を、前記測定コイルに生じる信号として測定するように構成された請求項１記載の真空処理装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の真空処理装置であって、
前記真空槽内には、前記基板保持体が前記基板を保持した状態で、前記基板の表面に薄膜を成膜させる処理手段が設けられたことを特徴とする真空処理装置。
【請求項４】
請求項１又は請求項２記載の真空処理装置であって、
前記真空槽内には、前記基板保持体が前記基板を保持した状態で、前記基板の表面に形成された薄膜をエッチングする処理手段が設けられたことを特徴とする真空処理装置。
【請求項５】
真空雰囲気中で基板表面を処理しながら、前記基板表面に形成されている導電性の薄膜の膜厚を測定するように構成された真空処理方法であって、
測定コイルを前記基板の裏面側に配置し、
前記測定コイルに電流を供給して、前記基板内部に渦電流を生成させ、
前記渦電流によって、前記測定コイルに生じる信号を検出し、前記信号から、前記基板表面に形成されている薄膜の膜厚を求めることを特徴とする真空処理方法。
【請求項６】
前記基板表面の処理として、前記基板表面に導電性の薄膜を成膜することを特徴とする請求項５記載の真空処理方法。
【請求項７】
前記基板表面の処理として、前記基板表面に成膜された導電性の薄膜をエッチングすることを特徴とする請求項５記載の真空処理方法。
【請求項８】
前記基板に対して前記測定コイルよりも遠い位置に基準コイルを配置し、前記測定コイル及び前記基準コイルを用いてマクスウェルのインダクタンスブリッジを構成しておき、
前記マクスウェルのインダクタンスブリッジを用いて、前記測定コイルのインダクタンス成分の変化を求めることで、前記測定コイルに生じる信号を検出することを特徴とする請求項５乃至請求項７のいずれか１項記載の真空処理方法。
【請求項９】
請求項５乃至請求項８のいずれか１項記載の真空処理方法によって前記基板表面に形成されている薄膜の膜厚を求め、求められた前記膜厚を予め設定された所定値と比較し、前記求められた膜厚が前記所定値と一致したら、前記薄膜の真空処理を終了させる真空処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は真空処理装置及び真空処理方法に関し、特に、基板上に薄膜を成膜する場合やエッチングする際に、その薄膜の膜厚を測定しながら成膜又はエッチングする技術の改善に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６の符号１１０に、従来のスパッタリング装置を示す。この真空処理装置１１０は、真空槽１１１を有している。この真空槽１１１には、図示しない真空排気系に接続された排気口１１８が設けられており、真空排気系を駆動すると、真空槽１１１内部を真空排気することができるように構成されている。
【０００３】
真空槽１１１には、図示しないガス導入系に接続されたガス導入口１１７が設けられており、このガス導入口１１７から真空槽１１１内にガスを導入することができるように構成されている。
【０００４】
真空槽１１１の天井には、バッキングプレート１１２が配置され、バッキングプレート１１２の真空槽１１１の内部に面する側には、金属材料からなるターゲット１１３が配置されている。
【０００５】
真空槽１１１の内部底面には、ターゲット１１３と対向して載置台１１５が配置されている。載置台１１５の表面は平坦にされており、その表面に後述する基板を載置できるように構成されている。
さらに真空槽１１１内部の、載置台１１５の上方には、水晶発振子１８０が配置されている。
【０００６】
他方、真空槽１１１外部には、直流電源１１４と測定装置１９０が設けられている。このうち、直流電源１１４はバッキングプレート１１２に接続されており、直流電源１１４を起動すると、バッキングプレート１１２を介してターゲット１１３に直流電圧を印加することができるように構成されている。
また、測定装置１９０は水晶発振子１８０に接続され、水晶発振子１８０を発振させ、その発振周波数を検出するように構成されている。
【０００７】
かかる構成のスパッタリング装置１１０を用いて、シリコン基板表面にスパッタリング法で金属薄膜を成膜するには、まず、真空槽１１１内部を真空排気し、真空状態を維持しながら基板１２０を真空槽１１１内に搬入し、載置台１１５表面に載置する。
【０００８】
次に、ガス導入口１１７からアルゴンガス等のスパッタガスを一定量導入しながらターゲット１１３に電力を供給すると、放電が生じる。上述した防着板１１９は接地されており、その結果、真空槽１１１内のターゲット近傍でのみ放電が生じる。
【０００９】
放電が生じると、ターゲット１１３がスパッタリングされる。このとき、スパッタリングされたターゲット材料は、基板１２０の表面方向に飛び出す他に、真空槽１１１の内部側面方向や内部底面方向にも飛散するが、真空槽１１１内部には、略半球形状で、底に円形の開口が形成された防着板１１９が設けられているため、スパッタリングされたターゲット材料は、真空槽１１１の載置台１１５周辺の内部底面や内部側面には直接付着せず、基板１２０の表面や水晶発振子１８０にのみ付着する。
【００１０】
こうして基板１２０の表面にターゲット材料が付着することで基板１２０の表面に薄膜が成膜される。また、ターゲット材料は水晶発振子１８０にも付着し、その表面にも薄膜が成膜される。
【００１１】
かかる水晶発振子１８０の発振周波数は、水晶発振子１８０の表面に付着する薄膜の膜厚に応じて変化する。測定装置１９０は、この発振周波数の変化を検出して、水晶発振子１８０に成膜された薄膜の膜厚を求めている。水晶発振子１８０に成膜された薄膜の膜厚は、基板１２０の表面に成膜される薄膜の膜厚と相関関係があるので、上述の装置では、この水晶発振子１８０に成膜された薄膜の膜厚から、基板１２０の表面に成膜された薄膜の膜厚を求めている。
【００１２】
上記装置では、上述したように成膜処理をしながら基板表面に成膜された薄膜の膜厚を求めており、求められた膜厚が所定値に達したら成膜処理を終了させることにより、薄膜の膜厚を成膜処理の時間で管理する場合に比して、実際に成膜された薄膜の膜厚が、所定値に近くなる。
【００１３】
しかしながら、上述の装置においては、水晶発振子が成膜の邪魔にならないように基板表面より離れた上方位置に位置せざるを得なかった。このため、水晶発振子とターゲットとの間の距離と、基板表面とターゲットとの間の距離が異なり、水晶発振子に付着した薄膜の膜厚と、基板表面に成膜される薄膜の膜厚との間には大きな差があった。従って、基板表面に成膜された薄膜の膜厚を正確に測定することはできなかった。
また、水晶発振子にある厚さ以上の膜が形成されると、水晶発振子を交換しなければならないという大きな問題もあった。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、その目的は、基板の表面に形成されている薄膜の膜厚を正確に求めることができる技術を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、真空処理装置であって、真空槽と、前記真空槽内に配置され、表面に基板が当接した状態で、前記基板を保持可能に構成された基板保持体と、前記基板保持体の表面近傍に位置するように前記基板保持体内に配置された測定コイルと、前記測定コイルに電流を供給して、前記基板内部に渦電流を生成させる電流供給手段と、前記渦電流によって前記測定コイルに生じる信号を測定する測定手段とを有する。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の真空処理装置であって、前記測定コイルに直列接続され、前記基板保持体が基板を保持した状態で、該基板に対して、前記測定コイルよりも遠い位置に配置された基準コイルと、直列接続された測定コイル及び基準コイルと並列に接続された二個の基準抵抗とを有し、前記測定手段は、前記測定コイル及び基準コイルが接続された部分と、前記二個の基準抵抗が互いに接続された部分との間の電位差を、前記測定コイルに生じる信号として測定するように構成されている。
請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２記載の真空処理装置であって、前記真空槽内には、前記基板保持体が前記基板を保持した状態で、前記基板の表面に薄膜を成膜させる処理手段が設けられたことを特徴とする。
請求項４記載の発明は、請求項１又は請求項２記載の真空処理装置であって、前記真空槽内には、前記基板保持体が前記基板を保持した状態で、前記基板の表面に形成された薄膜をエッチングする処理手段が設けられたことを特徴とする。
請求項５記載の発明は、真空雰囲気中で基板表面を処理しながら、前記基板表面に形成されている導電性の薄膜の膜厚を測定するように構成された真空処理方法であって、測定コイルを前記基板の裏面側に配置し、前記測定コイルに電流を供給して、前記基板内部に渦電流を生成させ、前記渦電流によって、前記測定コイルに生じる信号を検出し、前記信号から、前記基板表面に形成されている薄膜の膜厚を求めることを特徴とする。
請求項６記載の発明は、請求項５記載の真空処理方法であって、前記基板表面の処理として、前記基板表面に導電性の薄膜を成膜することを特徴とする。
請求項７記載の発明は、請求項５記載の真空処理方法であって、前記基板表面の処理として、前記基板表面に成膜された導電性の薄膜をエッチングすることを特徴とする。
請求項８記載の発明は、請求項５乃至請求項７のいずれか１項記載の真空処理方法であって、前記基板に対して前記測定コイルよりも遠い位置に基準コイルを配置し、前記測定コイル及び前記基準コイルを用いてマクスウェルのインダクタンスブリッジを構成しておき、前記マクスウェルのインダクタンスブリッジを用いて、前記測定コイルのインダクタンス成分の変化を求めることで、前記測定コイルに生じる信号を検出することを特徴とする。
請求項９記載の発明は、真空処理方法であって、請求項５乃至請求項８のいずれか１項記載の真空処理方法によって前記基板表面に形成されている薄膜の膜厚を求め、求められた前記膜厚を予め設定された所定値と比較し、前記求められた膜厚が前記所定値と一致したら、前記薄膜の真空処理を終了させている。
【００１６】
本発明は上記のように構成されており、基板近傍に測定コイルを位置させ、測定コイルに交流電圧を印加して基板に渦電流を生じさせ、基板に生じた渦電流の影響を受けた測定コイルに生じる信号、例えばインダクタンス成分の変化量を求めることで、基板表面に形成されている薄膜の膜厚を求めている。
【００１７】
かかる測定コイルのインダクタンス成分の変化量は、インダクタンスブリッジを用いた高感度測定回路により求めている。
図４は、本発明の測定原理を説明するためのブロック図であり、符号７０は、マクスウェルのインダクタンスブリッジである。
【００１８】
このインダクタンスブリッジ７０は、直列接続された２個の基準抵抗７１、７２と、直列接続された基準コイル７３及び測定コイル３１が、並列接続されて構成されている。
【００１９】
インダクタンスブリッジ７０のバランスが取れている場合、入力端子７６、７７の間に交流電圧源７５を接続し、インダクタンスブリッジ７０に交流電圧ＶDを印加しても、出力端子７８、７９の間に電圧は現れない。
【００２０】
インダクタンスブリッジ７０のバランスが取れた状態で、測定コイル３１に基板２３を近づけると、基板２３に渦電流が生じ、その影響によって測定コイル３１のインダクタンス値が変化し、バランスがくずれて出力端子７８、７９間に電圧ＶSが現れる。
【００２１】
インダクタンスブリッジ７０に印加する交流電圧ＶDを、
ＶD ＝ ＶD0・ｅｘｐ(ｉωｔ)
で表した場合、出力端子７８、７９間に現れる電圧ＶSは、
【００２２】
ＶS ＝ ＶS0・ｅｘｐ(ｉωｔ＋φ) ＝ＶS0・ｅｘｐ(ｉωｔ)・ｃｏｓ(φ) ＋ ｉ・ＶS0・ｅｘｐ(ｉωｔ)・ｓｉｎ(φ)
となる。
【００２３】
この電圧ＶSの、入力電圧ＶDに同期した位相の電圧と、９０°ずれた位相の電圧とを測定し、その比から、測定コイル３１のインダクタンス成分の大きさの変化分が求められる。
【００２４】
インダクタンス成分の変化量は、基板２３中の渦電流損失を表しており、交流電圧ＶDの周波数は既知であるから、基板２３や基板２３表面の金属薄膜の比抵抗が既知であれば、その金属薄膜の膜厚が求められる。
【００２５】
図５のグラフは、インダクタンス成分の変化量と、基板表面の銅薄膜の膜厚の関係の一例を示すグラフである。印加した交流信号の周波数は２ＭＨｚである。
また、交流電圧ＶDの大きさは数Ｖ程度、交流磁界は１０ガウス程度である。
【００２６】
このグラフから分かるように、測定コイルのインダクタンス成分の変化量は、基板表面の銅薄膜の膜厚に応じて変化するため、予め、インダクタンス成分の変化量と膜厚との関係を測定しておき、実際に成膜する前に基板を測定コイルに近づけてインダクタンス成分の変化量を測定しておき、成膜途中の基板を測定コイルに近づけ、測定コイルのインダクタンス成分の変化量を求めると、求められたインダクタンス成分の変化量から、成膜された薄膜の膜厚を求めることができる。
【００２７】
このように本発明では、測定コイルで基板中に渦電流を生じさせ、この渦電流による測定コイルのインダクタンス成分の変化量に応じて、薄膜の膜厚を求めているので、基板と別個の部材である水晶発振子を基板から離れた上方に配置し、その発振周波数の変化を検出していた従来に比して、正確に実際の膜厚を求めることができる。
【００２８】
また本発明では、基板の裏面側に測定コイルが位置するように構成されている。成膜物質は基板の表面に到達するが、測定コイルは基板の陰になり、測定コイルには成膜物質等が到達しないので、成膜物質が測定コイルに付着することで、測定精度が低下することもないし、また、膜付着に起因した寿命の問題もない。
【００２９】
なお、基板表面に薄膜を成膜する際には、スパッタリング法を用いてもよいし、ＣＶＤ法を用いてもよいし、蒸着法を用いてもよい。
また、本発明において、基板表面に成膜しながら薄膜の膜厚を求め、求められた薄膜の膜厚を、予め設定された所定値と比較し、求められた膜厚が所定値と一致したら、薄膜の成膜を終了させている。
【００３０】
この際、例えば水晶発振子等を用いて膜厚を求めていた従来に比して、正確に膜厚を求めることができるので、成膜処理が終了した時点で、より所望の値に近い膜厚になるように、薄膜を成膜することができる。
【００３１】
また、基板表面の処理としては、成膜処理の他にエッチング処理を行ってもよく、その場合には、予め基板表面に成膜された薄膜をエッチングしながら、その薄膜の膜厚を正確に求めることができ、求められた膜厚が０になった時点でエッチングを終了させることができるので、例えば時間管理やエッチング生成物の検出等で終点検出をしていた従来に比して、正確に終点検出を行うことができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
図１の符号１０に、本発明の一実施形態のスパッタリング装置を示す。この真空処理装置１０は、真空槽１１を有している。
真空槽１１には排気口１８が設けられている。排気口１８は図示しない真空排気系に接続され、真空排気系を駆動すると、真空槽１１内部を真空排気することができるように構成されている。
【００３３】
真空槽１１にはガス導入口１７が設けられている。このガス導入口１７は図示しないガス導入系に接続されており、真空槽１１内にガス導入口１７からガスを導入することができるように構成されている。
【００３４】
真空槽１１の天井には、バッキングプレート１２が配置され、バッキングプレート１２の真空槽１１の内部に面する側には、金属材料からなるターゲット１３が配置されている。ここではターゲット１３は銅で構成されている。
【００３５】
真空槽１１外部には、直流電源１４が設けられている。この直流電源１４はバッキングプレート１２に接続されており、直流電源１４を起動すると、バッキングプレート１２を介してターゲット１３に直流電圧を供給することができるように構成されている。
【００３６】
真空槽１１の内部底面には、ターゲット１３と対向して載置台１５が配置されている。この載置台１５は基板保持体の一例であって絶縁体で構成されており、載置台１５の表面は平坦にされている。
【００３７】
載置台１５内には、不図示の直流電源に接続された静電吸着電極８２1、８２2が埋め込まれており、その表面に基板を載置した状態で、静電吸着電極８２1、８２2間に直流電圧を印加すると、基板を静電吸着できるように構成されている。また、載置台１５内には加熱装置８３が設けられており、基板を静電吸着した状態で基板を加熱することができるように構成されている。
【００３８】
さらに載置台１５の表面には、孔９３が設けられている。この孔９３内には、検出部８１が配置されている。
この検出部８１は、図１に示すように、支持体８０と、測定コイル３１と、基準コイル７３とを有している。このうち支持体８０は、上述した載置台１５の孔９３内に配置されている。支持体８０はその内部に孔９５を有しており、この孔９５内に、測定コイル３１及び基準コイル７３が設けられている。このように測定コイル３１と基準コイル７３が支持体８０に内包されていることで、両コイルの温度環境が同一となり、精度の良い測定が可能となる。
【００３９】
測定コイル３１は、載置台１５表面の孔９３内に支持体８０が配置された状態で、載置台１５の表面近傍に位置するように支持体８０の孔９５内に配置されており、他方、基準コイル７３は、載置台１５の表面に対して測定コイル３１よりも遠く位置するように支持体８０の孔９５内に配置されている。これらの測定コイル３１及び基準コイル７３は直列接続され、測定装置９０に接続されている。
【００４０】
測定装置９０は、真空槽１１の外部に配置され、直列接続された２個の基準抵抗７１、７２と、測定器９１と、交流電圧源７５とを有している。
直列接続された２個の基準抵抗７１、７２は、同じく直列接続された検出部８１内の測定コイル３１及び基準コイル７３と並列接続されており、これらの測定コイル３１及び基準コイル７３とともに、図５で説明したマクスウェルのインダクタンスブリッジ７０を構成している。
【００４１】
直列接続された基準抵抗７１、７２の両端は、それぞれがインダクタンスブリッジ７０の入力端子となっており、これらに交流電圧源７５が接続され、交流電圧源７５を起動すると、測定コイル３１に交流電流を供給することができるように構成されている。
【００４２】
かかるインダクタンスブリッジ７０では、測定コイル３１と基準コイル７３とが接続された部分と、二つの基準抵抗７１、７２が互いに接続された部分とが、それぞれインダクタンスブリッジ７０の出力端子となっている。図１には、その出力端子を符号７８、７９にそれぞれ示している。
【００４３】
かかるインダクタンスブリッジ７０の出力端子７８、７９の間には、測定器９１が接続されており、出力端子７８、７９間に現れる電圧を測定することで、測定コイル３１のインダクタンス成分の変化量を求めることができるように構成されている。
【００４４】
上述した構成のスパッタリング装置１０では、予め、載置台１５に基板を載置しない状態で、インダクタンスブリッジのバランスがとれ、インダクタンスブリッジの出力端子７８、７９間に現れる電圧が０の状態にしておく。
【００４５】
そして、測定対象の基板２３と同種類でかつ厚みが同じ基板を載置台１５上に載置させた状態で、交流電圧源７５を起動して測定コイル３１に交流電流を供給する。
【００４６】
すると、測定コイル３１の内部及びその付近の空間に交流磁界が形成される。
この交流磁界は、測定コイル３１の近傍に位置する基板２３にも達し、基板２３の内部に渦電流が発生する。この渦電流によってインダクタンスブリッジのバランスが崩れ、インダクタンスブリッジの出力端子７８、７９の間に電圧が生じる。この電圧を測定器９１が測定することにより、測定コイル３１のインダクタンス成分の変化量を求めることができる。
【００４７】
実際の成膜処理をする以前に、予め、測定対象の基板２３と同種類で同じ厚みの基板について、基板表面に形成された既知の薄膜の膜厚と測定コイル３１のインダクタンス成分の変化量とを対応づけておき、求められた対応関係を測定器９１に記憶させておく。
【００４８】
かかる構成のスパッタリング装置１０を用いて、シリコン等の半導体からなる基板２３の表面にスパッタリング法で金属薄膜を成膜するには、まず、真空槽１１内部を真空排気し、真空状態を維持しながらシリコン等からなる基板２３を真空槽１１内に搬入し、載置台１５表面に載置する。この状態で、静電吸着電極８２1、８２2間に直流電圧を印加し、基板２３を静電吸着させる。載置台１５は予め加熱装置８３により加熱されており、基板２３が昇温する。
【００４９】
基板２３が所定の温度まで昇温されたら、交流電圧源７５を起動して測定コイル３１に電流を供給し、薄膜が成膜されていない状態での測定コイル３１のインダクタンス成分の変化量を求めておく。
【００５０】
次に、ガス導入口１７からアルゴンガス等のスパッタガスを一定量導入しながらターゲット１３に電力を供給すると、放電が生じる。上述した防着板１９は接地されており、その結果、真空槽１１内のターゲット近傍でのみ放電が生じるようになっている。
【００５１】
放電が生じると、ターゲット１３がスパッタリングされる。このとき、スパッタリングされたターゲット材料は、基板２３の表面方向に飛び出す他に、真空槽１１の内部側面方向や内部底面方向にも飛散するが、真空槽１１内部には、略半球形状で、底に円形の開口が形成された防着板１９が設けられているため、スパッタリングされたターゲット材料は、真空槽１１の載置台１５周辺の内部底面や内部側面には直接付着しない。こうして基板２３の表面に到達したターゲット材料により、基板２３の表面に金属薄膜が成膜される。
【００５２】
測定器９１は、ターゲットをスパッタリングさせて基板２３の表面に薄膜を成膜しながら、上述した測定コイル３１のインダクタンス成分の変化量を常時求めている。薄膜の膜厚に応じて、測定コイル３１のインダクタンス成分の変化量は変化する。測定器９１には上述したように、測定対象の基板２３と同種類で同じ厚みの基板についてのインダクタンス成分の変化量と膜厚との対応関係が記憶されており、薄膜が成膜された状態でのインダクタンス成分の変化量と、薄膜が成膜されていない状態でのインダクタンス成分の変化量との差分をとり、この差分を、上述した対応関係と照合することで、薄膜の膜厚を求めることができる。
【００５３】
このようにして薄膜の膜厚を求めながら成膜処理を続け、求められたインダクタンス成分の変化量が所定値に達した時点、すなわち薄膜の膜厚が所定値に達した時点で、放電を止め、成膜処理を終了させる。
【００５４】
本実施形態では、上述したように、測定する基板２３に渦電流を流し、その渦電流に応じて変化する測定コイル３１のインダクタンス成分の変化量を検出することで薄膜の膜厚を求めているので、基板から離れた位置に水晶発振子を配置し、その水晶発振子に成膜される薄膜の膜厚に応じて基板表面に成膜された薄膜の膜厚を求めていた従来に比して、求められた膜厚が、実際に成膜された薄膜の膜厚に近い値となり、従来に比して正確に膜厚を求めることができる。
【００５５】
以上の工程を経て、１枚の基板２３の成膜処理が終了したら、成膜処理が終了した基板２３を真空槽１１外へと取り出し、新たな基板を真空槽１１内部に搬入して、載置台１５表面に載置する。
【００５６】
次いで、成膜処理前に、新たな基板が載置された状態で、測定コイル３１のインダクタンス成分の変化量を測定し、それ以降は、上述した工程と同様の工程を経て、新たな基板表面に薄膜を成膜させながら、インダクタンス成分の変化量を求めることで薄膜の膜厚を求める。こうして求められた膜厚が所定値に達したら、成膜処理を終了させることを繰り返すことで、複数枚の基板表面に薄膜を成膜させ、かつ正確な膜厚を測定することができる。
【００５７】
さらに、測定コイル３１は、載置台１５内に配置されており、基板２３の裏面側に位置するようになっている。従って、ターゲット材料は基板２３の表面には到達するものの、基板２３が陰になることで、測定コイル３１には成膜物質等が付着しない。従って、ターゲット材料が測定コイル３１に付着することで、測定精度が低下する等の問題も生じない。
【００５８】
なお、上述した実施形態では、本発明の真空処理装置としてスパッタリング装置について説明したが、本発明の真空処理装置はこれに限られるものではなく、例えば図２の符号３０にその構成を示すようなＣＶＤ装置であってもよい。
【００５９】
このＣＶＤ装置３０は、真空槽３２を有している。真空槽３２の外部には真空排気系４１が設けられており、真空排気系４１を起動すると、真空槽３２内部を真空排気することができるように構成されている。
【００６０】
真空槽３２の天井側には、真空槽３２と電気的に絶縁された状態で電極３８が設けられている。
他方、真空槽３２外には電圧源４０が配置されており、真空槽３２を接地電位に置いた状態で電極３８に高周波電圧を印加できるように構成されている。
【００６１】
真空槽３２内部の底壁上には絶縁体からなる載置台３７が配置されている。この載置台３７は基板保持体の一例であって、その表面は平坦にされ、その上に基板を載置できるように構成されている。載置台３７内には上述した静電吸着電極８２1、８２2と加熱装置８３とが埋め込まれており、表面に基板を静電吸着し、その状態で、基板を昇温させられるように構成されている。また、静電吸着でなく、真空チャック方式を用いてもよい。
【００６２】
載置台３７の表面には孔が設けられ、その孔中に、図１で説明した上述した検出部８１が配置されている。この検出部８１は、真空槽３２外に配置された測定装置９０に接続されている。
【００６３】
電極３８は、電極本体３３と、シャワープレート３６とを有している。電極本体３３は、容器状に成形されており、容器底面部分に、ガス導入パイプ３９の一端が接続されている。ガス導入パイプ３９の他端には、図示しないガスボンベが接続されており、電極本体３３の容器状の空間中にガスを導入できるように構成されている。
【００６４】
シャワープレート３６は、電極本体３３の容器開口部を閉塞するように固定され、電極本体３３とシャワープレート３６とで、空間が形成されている。
シャワープレート３６には、多数の孔３５が形成されており、ガス導入パイプ３９から空間内にガスが導入されると、この空間はガス貯留室３４となって、導入ガスが一旦充満し、次いで、各孔３５から真空槽３２内へと吹き出すことができるように構成されている。
【００６５】
真空槽３２の外部には、図１で説明した測定装置９０が配置されている。この測定装置９０は、検出部８１に接続されており、検出部８１内部の測定コイル３１のインダクタンス成分の変化量を測定することができるように構成されている。
【００６６】
このような構成のＣＶＤ装置３０を用い、基板２３表面にＣＶＤ法で、例えば銅薄膜等の金属薄膜を成膜する場合、先ず、真空排気系４１によって真空槽３２内を真空排気するとともに、加熱装置８３を起動して載置台３７を昇温させておく。真空槽３２内の圧力が所定圧力になるとともに、載置台３７が所定温度まで昇温されたら、真空状態を維持しながら、真空槽３２内に基板２３を搬入し、載置台３７上に載置し、基板２３を載置台３７表面に静電吸着させる。
【００６７】
基板２３が所定温度まで昇温されたら、ガス貯留室３４内に原料ガスを導入し、シャワープレート３６から基板２３表面に対して吹き付ける。
その状態で電圧源４０を起動し、電極３８に高周波の交流電圧を印加すると放電が生じ、その放電によりプラズマが生じて原料ガスが分解され、基板２３の表面で気相成長することにより、基板２３の表面に銅薄膜が成膜される。もちろん、原料ガスによってはプラズマの援助を必要としないものもあるため、その場合は、電圧源４０は起動しないで熱分解のみで成膜することも可能である。
【００６８】
かかるＣＶＤ装置３０においても、図１のスパッタリング装置１０と同様に、成膜処理中、測定装置９０は、基板２３中の渦電流による測定コイル３１のインダクタンス成分の変化量を求めて、成膜された薄膜の膜厚を測定している。
このため、スパッタリング装置１０と同様に、従来に比して正確な膜厚を求めつつ、成膜処理をすることができる。
こうして成膜処理を行い、従来に比して正確に求められた膜厚が、所定値に達したら、原料ガスの供給及び交流電圧の印加を停止して、成膜処理を終了させる。
【００６９】
さらに、本発明の真空処理装置は、上述したスパッタリング装置１０や、ＣＶＤ装置３０に限らず、例えば、後述するような真空蒸着装置であってもよい。
図３の符号５０に、本発明のその他の実施形態である真空蒸着装置の一例を示す。この真空蒸着装置５０は、真空槽５１と、蒸発源５４と、基板ホルダー５５とを有している。
【００７０】
蒸発源５４は真空槽５１の内部底面に配置されており、その内部には金属材料５３が配置されている。蒸発源５４の側方には電子銃５６が配置されており、この電子銃５６から電子ビームを金属材料５３に照射すると、その金属材料５３が加熱されて蒸発し、その蒸気が真空槽５１内に放出させられるように構成されている。
蒸発源５４の上方には絶縁体からなる基板ホルダー５５が配置されている。この基板ホルダー５５は基板保持体の一例であり、その内部には上述した静電吸着電極８２1、８２2と加熱装置８３とが埋め込まれており、表面に基板の裏面を当接させた状態で、基板表面が下方に向いた状態で、基板を静電吸着して保持できるように構成されている。
さらに、基板ホルダー５５内には、その表面近傍に、図示しない孔が設けられ、その孔内に、図１で説明した検出部８１が配置されている。
【００７１】
かかる真空蒸着装置で、基板表面に蒸着法による薄膜を成膜させるには、予め基板ホルダー５５に基板２３を保持させて、基板２３の表面を蒸発源５４に対向させ、不図示の真空排気系で真空槽５１内を真空排気した状態で、蒸発源５４から蒸着材料を蒸発させる。すると、蒸発した蒸着材料は基板２３の表面に到達し、蒸着材料からなる薄膜が基板２３の表面に成膜される。
【００７２】
かかる真空蒸着装置５０においても、図１のスパッタリング装置１０や、図２３のＣＶＤ装置３０と同様に、成膜処理中、測定装置９０は、基板中に生じる渦電流による測定コイル３１のインダクタンス成分の変化量を求めて、成膜された薄膜の膜厚を測定しているので、従来に比して正確な膜厚を求めつつ、成膜処理をすることができる。
こうして基板２３の表面に成膜された金属薄膜の膜厚が所定値に達したら、電子ビームの照射を終了させ、成膜処理を終了させる。
【００７３】
なお、上述した各実施形態では、いずれも基板２３の表面に薄膜を成膜させながら、その薄膜の膜厚を測定する装置について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、既に基板表面に成膜された薄膜をエッチングしながら、その薄膜の膜厚を測定するように構成してもよい。
【００７４】
その一例を以下で説明する。エッチング装置としては、図２で説明したＣＶＤ装置３０と同じ構成の装置を用い、まず真空槽３２内に、予め金属薄膜が成膜された基板を搬入して、載置台３７表面に載置させて静電吸着させた状態で、測定コイル３１に電流を供給し、基板中に渦電流を生じさせ、この渦電流によるエッチング開始前のインダクタンス成分の変化量を求めておく。
【００７５】
次に、ガス導入口３９から、フッ素系のエッチングガスを導入してシャワープレート３６から基板２３表面に対して吹き付け、その状態で電圧源４０を起動し、電極３８に高周波の交流電圧を印加すると放電が生じ、その放電によりプラズマが生じてエッチングガスが分解されることにより、基板表面の薄膜がエッチングされる。
【００７６】
このエッチング処理の間も、測定装置９０は常時動作し、基板２３中の渦電流による測定コイル３１のインダクタンス成分の変化量を求めている。こうして求められた変化量と、エッチング開始前のインダクタンス成分の変化量との差分を求めることで、上述の実施形態と同様に、基板表面の薄膜の膜厚を正確に求めることができる。
【００７７】
こうして、エッチングしながら薄膜の膜厚を求め、薄膜の膜厚が０になったらエッチングを終了させることにより、時間管理や反応生成物を検出することで終点検出をしていた従来に比して、正確に終点検出をすることができる。
【００７８】
なお、上述した各実施形態では、インダクタンスブリッジ７０を構成する基準抵抗７１、７２は測定装置９０内部に設けられているものとしているが、本発明はこれに限られるものではなく、これらの基準抵抗７１、７２を、検出部８１内部に配置するように構成してもよい。
【００７９】
また、上述した各実施形態では、測定器９１が、測定コイル３１のインダクタンス成分の変化量を常時測定するように構成しているが、本発明はこれに限らず、所定時間間隔で断続的に複数回測定するように構成してもよい。
【００８０】
さらに、上述した各実施形態では、測定コイル３１のインダクタンス成分の変化量を、マクスウェルのインダクタンスブリッジを用いて測定しているが、本発明はこれに限らず、測定コイル３１のインダクタンス成分の変化量を測定できる高精度の測定装置であれば、いかなる装置でもよい。
【００８１】
また、上述した各実施形態では、基板保持体たる載置台１５、３７及び基板ホルダー５５は、ともに静電吸着電極８２1、８２2を備え、基板を静電吸着した状態で保持できるように構成されているが、本発明の基板保持体はこれに限られるものではなく、真空チャックのように基板を保持できるように構成されていればよい。しかしながら、基板を静電吸着すると、基板全面が基板保持体に密着するため良好な測定再現性が得られるので、本実施形態のように、静電吸着できる構成の基板保持体が好ましい。
さらに、載置台１５表面に本発明の検出部８１を複数個配置し、膜厚分布を測定することも可能である。
【００８２】
【発明の効果】
基板表面に薄膜を成膜させながら、その薄膜の膜厚を正確に求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一例の真空処理装置を説明する図
【図２】本発明の第二例の真空処理装置を説明する図
【図３】本発明の第三例の真空処理装置を説明する図
【図４】本発明の測定原理を説明するための図
【図５】膜厚とインダクタンス成分の変化量との関係の一例を示すグラフ
【図６】従来の真空処理装置を説明するための図
【符号の説明】
１０……スパッタリング装置(真空処理装置)
１１、３２、５１……真空槽
１３……スパッタリングターゲット(処理手段)
１５、３７……載置台(基板保持体)
３１……測定コイル
３８……電極(処理手段)
５５……基板ホルダー(基板保持体)
５４……蒸着源(処理手段)
７３……基準コイル
７５……交流電圧源(電流供給手段)
９０……測定装置
【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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