(57)【要約】  【課題】  コーティング・チャンバを通る基板の運動方向に均一な厚さを有する基板をコーティングするための方法を提供する。  【解決手段】  本発明は、基板が少なくとも１つのコーティング・チャンバを通って移動し、その移動中にコーティングされるインライン装置内で基板をコーティングするための方法に関する。この方法の場合には、最初に、コーティング・チャンバを通る基板の移動によるチャンバ・パラメータの変化を考慮に入れるコーティング・チャンバのモデルが形成される。その後で、コーティング・チャンバ内の基板の特定の位置が入手される。その後で、チャンバ・パラメータが、コーティング・チャンバのモデルにより、基板の位置に基づいて設定される。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板が少なくとも１つのコーティング・チャンバを通って移動し、その移動中にコーティングされるインライン装置内で基板をコーティングするための方法であって、下記のステップ、すなわち、
ａ）前記コーティング・チャンバ（２）を通しての前記基板（５）の移動による、チャンバ・パラメータの変化を考慮に入れる前記コーティング・チャンバ（２）のモデル（４０）を形成するステップと、
ｂ）前記コーティング・チャンバ（２）内の前記基板（５）の位置を入手するステップと、
ｃ）前記チャンバ・パラメータが、前記モデル（４０）の前記基板（５）の位置に基づいて設定されるステップとを特徴とする方法。
【請求項２】
前記モデル（４０）が、１つまたは複数のチャンバ・パラメータに対する補正関数（７０）を前記基板（５）の前記位置の関数として決定することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記補正関数（７０）が、前記コーティング装置（１）の制御装置（２８）に送信されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記基板（５）の寸法が、前記モデル（４０）に入力されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
平均動的コーティング速度（７３）が前記モデル（４０）に基づいて決定され、前記決定したコーティング速度（７３）が、調整された変数として仮想調整器（７２）に入力され、前記仮想調整器が、放電電力（７４）のガス流の変化により、前記平均動的コーティング速度（７３）を一定に維持することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ガス流または前記放電電力（７４）の前記変化が、補正関数（７０）として前記制御装置（２８）に送信されることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
平均動的コーティング速度（７３）が前記モデル（４０）に基づいて決定され、前記決定したコーティング速度（７３）が、調整された変数として仮想調整器（８３）に入力され、前記仮想調整器が、前記動作点のその場での安定のためのもう１つの調整器の調整された変数（８２）の変化により、前記平均動的コーティング速度（７３）を一定に維持することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第２の調整器（７９）の調整された変数（８２）の前記決定した変化が、前記制御装置（２８）に補正関数（７０）として送信されることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記チャンバ・パラメータが、カソード電圧、ガス流、温度およびガス圧であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記基板（５）がガラス板であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記ガラス板（５）の前記入手した位置が前縁部（３５）であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記コーティング・チャンバ（２）の前記モデル（４０）を形成するためにモンテカルロ法を使用することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記基板（５）の前記コーティングが、スパッタリングにより行われることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記スパッタリング・プロセスが、Ｂｅｒｇのモデルにより表されることを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記コーティング・チャンバ（２）が、幾つかのサブ空間（４４〜４７）に分割され、Ｂｅｒｇのモデルが、これら各サブ空間（４４〜４７）内で適用されることを特徴とする、前記請求項のうちの１つまたは複数に記載の方法。
【請求項１６】
前記モンテカルロ法のモデル形成、およびＢｅｒｇによるモデル形成が数学的に結合され、時間に依存する微分方程式の結合システムが形成され、このシステムから、層の厚さの［変動］を最小限度に低減するための前記調整された変数を取り出すことができることを特徴とする、前記請求項のうちの１つまたは複数に記載の方法。
【請求項１７】
幾つかのコーティング・チャンバ（２）が直列に配置され、すべてのコーティング・チャンバ（２）に対する前記プロセス・パラメータがモデルで表されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板が少なくとも１つのコーティング・チャンバを通って移動し、その移動中にコーティングが行われるインライン装置内で基板をコーティングする方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
このようなインライン装置は、幾つかのコーティング・チャンバが直列に配置されていて、そこで基板が好適にスパッタ・プロセスによりコーティングされる。
【０００３】
このプロセス中、基板はスパッタ装置を通って移動し、その間に特定の厚さの層が形成されるように連続的にコーティングされる。
【０００４】
スパッタ装置は、接続または搬送チャネルを通して隣接チャンバに接続しているコーティング・チャンバ内にそれぞれ設置される。通常、横方向を向いているコーティング・チャンバの真空伝導性と比較した場合、搬送チャネルの真空伝導性は低い。隣接チャンバは、もう１つのコーティング・チャンバであってもよいし、ポンプ・コンパートメントであってもよい。
【０００５】
ポンプ・コンパートメントは、コーティング・チャンバ間である種のガス分離が確実に行われるように、コーティング・チャンバ間に差動ポンピング段を形成する。しかし、このガス分離は完全なものではない。このアプローチは、経済的な動作プロセスにとって重要なものである。
【０００６】
コーティング・チャンバを通して基板を搬送している間に、特定のチャンバ・パラメータ、特に接続チャネルの真空コンダクタンスおよびポンプ・コンパートメントの実効排気容量が特有な変化を起こす。この変化は、装置の機械パラメータに基づいて、ガス分圧およびカソード電圧の特徴ある変動により示される。カソード電圧が特徴のある変化を起こすと、コーティング速度が時間の経過とともに変動する。これにより、移動方向の基板のコーティングが均一に行われない。特に、面積の広い建築用ガラスのコーティングの場合には、このことは困った問題になる。何故なら、これらのコーティングの光学的性質は、層の厚さに大きく依存するからである。
【０００７】
真空コンダクタンスおよび実効排気容量の変化を予測できるように、モンテカルロ法を使用することができる。この方法は、幾つかの数学的問題、特に理論的確率の問題の近似解法の数値決定のための確率論的計算方法である。例えば、圧力および温度のようなガス流のシミュレーションのために計算する巨視的な数値は、この場合、確率論的運動および衝突モデルの範囲内の多数の代表的な気体粒子から入手される粒子速度のような微視的変数からの平均値として入手される。この分野でのモンテカルロ法の効果的な適用は、高速処理コンピュータによってだけ行うことができた。
【０００８】
モデル分子に対する確率論的運動および衝突モデルによるガス流のモンテカルロ・シミュレーションはすでに周知である（Ｇ．Ａ．Ｂｉｒｄ：「ＤＳＭＣに対する最近の進歩および現在の難問」（Ｒｅｃｅｎｔ  ａｄｖａｎｃｅｓ  ａｎｄ  Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｃｈａｌｌｅｎｇｅｓ  ｆｏｒ  ＤＳＭＣ）、Ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ  Ｍａｔｈ．Ａｐｐｌｉｃ．第３５巻、１／２号、１９９８年、１〜１４ページ）。
【０００９】
例えば、アルゴンと窒素の混合気体内でのＴｉの反応性スパッタリング用の反応性スパッタリングに対する巨視的な理想化されたモデルの生成はさらに周知である（Ｓ．Ｂｅｒｇ、Ｈ．−Ｏ．Ｂｌｏｍ、Ｔ．ＬａｒｓｓｏｎおよびＣ．Ｎｅｎｄｅｒ：「複合材料の反応性スパッタリングのモデル化」（Ｍｏｄｅｌｉｎｇ  ｏｆ  ｒｅａｃｔｉｖｅ  ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ  ｏｆ  ｃｏｍｐｏｕｎｄ  ｍａｔｅｒｉａｌｓ）、Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ａ５（２）、１９８７年３月／４月、２０２〜２０７ページ）。
【００１０】
このモデルは、ターゲットおよび基板への反応ガス流による、純粋および酸化ターゲットによるスパッタ歩留まりによる、基板およびターゲットに対する反応性分子の接着係数による、およびターゲット面へのイオンの流れによる反応性スパッタリングについて記述する。この場合、ヒステリシス、ポンピング速度の影響等のような反応性スパッタリングの主な要因は考慮に入れるが、グロー放電のプラズマ物理学および化学は考慮に入れない。
【００１１】
対照的に、ＥｒｓｈｏｖおよびＰｅｋｋｅｒは、プラズマ化学を考慮に入れた（「アルゴンと酸素の混合気体内での直流マグネトロン反応性スパッタリングのモデル」（Ｍｏｄｅｌ  ｏｆ  ｄ．ｃ．ｍａｇｎｅｔｒｏｎ  ｒｅａｃｔｉｖｅ  ｓｐｕｔｔｅｒｎｉｎｇ  ｉｎ  Ａｒ−Ｏ２  ｇａｓ  ｍｉｘｔｕｒｅｓ）、Ｔｈｉｎ  Ｓｏｌｉｄ  Ｆｉｌｍｓ  ２８９、１９９６年、１４０〜１４６ページ）。
【００１２】
モンテカルロ・シミュレーション方法を用いた、基板上に衝突した場合のスパッタ・チャンバ内のスパッタされた粒子の流れの空間内での分布、および運動エネルギーのその分布についての情報の入手も周知である（Ｋａｒｏｌ  Ｍａｃａｋ、Ｐｅｔｅｒ  Ｍａｃａｋ、Ｕｌｆ  Ｈｅｌｍｅｒｓｓｏｎ：「スパッタされた粒子の搬送のモンテカルロ・シミュレーション」（Ｍｏｎｔｅ  Ｃａｒｌｏ  ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｔｒａｎｓｐｏｒｔ  ｏｆ  ｓｐｕｔｔｅｒｅｄ  ｐａｒｔｉｃｌｅｓ）、Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  １２０、１９９９年、２３８〜２５４ページ）。
【００１３】
インライン・チャンバ内での反応性スパッタリングの動力学のシミュレーションも周知である（Ａ．Ｐｆｌｕｇ、Ｎ．Ｍａｌｋｏｍｅｓ、Ｖ．ＳｉｔｔｉｎｇｅｒおよびＢ．Ｓｚｙｓｚｋａ：「実際のインライン・プロセス・チャンバ内での反応性マグネトロン・スパッタリング動力学のシミュレーション」（Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｍａｇｎｅｔｒｏｎ  Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ  Ｋｉｎｅｔｉｃｓ  ｉｎ  Ｒｅａｌ  Ｉｎ−Ｌｉｎｅ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｃｈａｍｂｅｒｓ）、真空コーター学会（Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ｖａｃｕｕｍ  Ｃｏａｔｅｒｓ）、第４５回年次技術会議議事録、２００２年、１６〜２１ページ）。この場合、プロセス・チャンバの複雑な空間は簡単な空間セル、例えば、平行六面体に分割される。各セルにおいては、不活性ガスおよび反応ガスに対する均一な分圧、および表面毎の均一な酸化状態が仮定され、スパッタリングおよび堆積プロセスが、Ｂｅｒｇ他によるモデルに対応する簡単な反応速度式と一緒に記述される。体積要素の三次元架橋により、プロセス・ダイナミックスは、また、結合微分方程式を用いて複雑な幾何学形状で記述することができ、適応ルンゲ−クッタ時間ステップ法（ａｄａｐｔｉｖｅ  Ｒｕｎｇｅ／Ｋｕｔｔａ  ｔｉｍｅ  ｓｔｅｐ  ｍｅｔｈｏｄ）により計算することができる。
【００１４】
体積要素間のガスおよびスパッタされた粒子の搬送は、最初に並列モンテカルロ法により詳細に計算される。ここから得られた真空コンダクタンスおよび粒子分布マトリックスは、後で動力学巨視的モデル内に代入される。これにより、三次元装置内の詳細な点まで高い忠実度が、計算効率と一緒に入手され、これによりこのシステムをリアルタイム用途に使用できるようになる。
【００１５】
拡張Ｂｅｒｇモデルを用いて、スパッタ電力、ターゲット電圧およびイオン電流間の発見的依存性、金属モードでの堆積パラメータの関係についての現実的なモデルもすでに開発されている（Ａ．Ｐｆｌｕｇ、Ｂ．Ｓｚｙｓｚｋａ、Ｖ．Ｓｉｔｔｉｎｇｅｒ、およびＪ．Ｎｉｅｍａｎｎ：「高度大面積光学的コーティングのためのプロセス・シミュレーション」（Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｌａｒｇｅ  Ａｒｅａ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏａｔｉｎｇｓ）、２００３年、真空コーター学会（Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ｖａｃｕｕｍ  Ｃｏａｔｅｒｓ）、第４６回年次技術会議議事録、２００３年、２４１〜２４７ページ）。このモデルを使用すれば、シミュレーションを、ターゲット電圧およびスパッタ電力のような機械パラメータと結合することができ、さらに長いターゲットをセグメント分割することによる不均一スパッタ条件のシミュレーションと結合することができる。
【００１６】
上記シミュレーション方法の中の幾つかは、また、すでにシミュレーション・ソフトウェア内に組み込まれた（Ａ．Ｐｆｌｕｇ、Ｂ．Ｓｚｙｓｚｋａ、Ｊ．Ｎｉｅｍａｎｎ：Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ  ｄｅｓ  ｒｅａｋｔｉｖｅｎ  Ｍａｇｎｅｔｒｏｎ−Ｓｐｕｔｔｅｒｐｒｏｚｅｓｓｅｓ  ｉｎ  Ｉｎｌｉｎｅ−Ａｎｌａｇｅｎ「インライン装置内での反応性マグネトロン・スパッタ・プロセスのシミュレーション」（Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｒｅａｃｔｉｖｅ  ｍａｇｎｅｔｒｏｎ  ｓｐｕｔｔｅｒ  ｐｒｏｃｅｓｓ  ｉｎ  ｉｎｌｉｎｅ  ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎｓ）、ＪＯＴ１、２００３年、Ｘ〜ＸＩＩＩページ）。この場合、Ｌｉｎｕｘクラスタに関するモンテカルロ法により、ガス流動力学および内部チャンバ面上のスパッタされた粒子の分布が三次元で計算された。ガス流シミュレーションに対する上記Ｂｉｒｄの方法および粒子の軌跡のシミュレーションについての上記のＭａｃａｋ他の方法も、並列な環境「並列仮想機械」の下で、Ｃ＋＋による並列アルゴリズムとして実施された。
【００１７】
Ｌｉｎｕｘクラスタは、Ｌｉｎｕｘオペレーティング・システムの下で動作する接続している数台のＰＣ（パーソナル・コンピュータ）からなる。「クラスタ」は、最初に、数台のプロセッサが問題を並列に計算することを意味する。実際には、クラスタは、多くの場合、コスト等の理由から市販のＰＣから組み立てられていて、最善のコスト／利益比は多くの場合、二重ボードＰＣを使用した場合に得られる。ＰＣは、計算中にサブプロセス間で必要な通信を処理することができるように、個々のネットワークを通して相互にネットワークで結ばれる。
【００１８】
三次元インライン装置で時間分解プロセスの動力学を計算するための上記巨視的動的モデルも、このソフトウェア・システムのフレームワーク内で実施した。このモデルは、リアルタイム用途に適していて、ガス流の動力学に対する流れのコンダクタンス、およびスパッタした粒子に対する分布マトリックスの形のモンテカルロ計算から入手したデータをインポートする。
【００１９】
スパッタリング・プロセスに対するもう１つのシミュレーション方法も周知である（米国特許第５，７５１，６０７号、米国特許第６，０７０，７３５号、ＫＲ２００００２３８５９号、ＪＰ１０２９４２９３  Ａ号、ＪＰ２００３２８２３８１  Ａ号、米国特許第６，５１２，９９８  Ｂ１号）。しかし、これらすべては、スパッタされた中性の粒子のシミュレーションに関する方法についてのものである。しかし、巨視的なスパッタ・プロセスの動力学上の中性粒子の分布の影響は極めて小さく、本発明にとっては二次的な重要性しかもたない。層の厚さの制御については、米国特許第６，４２５，９８８号、６，５２４，４４９号および６，６６８，２０７号に開示されている。
【特許文献１】米国特許第５，７５１，６０７号
【特許文献２】米国特許第６，０７０，７３５号
【特許文献３】ＫＲ２００００２３８５９号
【特許文献４】特開平１０−２９４２９３号
【特許文献５】特開２００３−２８２３８１号
【特許文献６】米国特許第６，５１２，９９８  Ｂ１号
【特許文献７】米国特許第６，４２５，９８８号
【特許文献８】米国特許第６，５２４，４４９号
【特許文献９】米国特許第６，６６８，２０７号
【非特許文献１】Ｇ．Ａ．Ｂｉｒｄ：「ＤＳＭＣに対する最近の進歩および現在の難問」（Ｒｅｃｅｎｔ  ａｄｖａｎｃｅｓ  ａｎｄ  Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｃｈａｌｌｅｎｇｅｓ  ｆｏｒ  ＤＳＭＣ）、Ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ  Ｍａｔｈ．Ａｐｐｌｉｃ．第３５巻、１／２号、１９９８年、１〜１４ページ
【非特許文献２】Ｓ．Ｂｅｒｇ、Ｈ．−Ｏ．Ｂｌｏｍ、Ｔ．ＬａｒｓｓｏｎおよびＣ．Ｎｅｎｄｅｒ：「複合材料の反応性スパッタリングのモデル化」（Ｍｏｄｅｌｉｎｇ  ｏｆ  ｒｅａｃｔｉｖｅ  ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ  ｏｆ  ｃｏｍｐｏｕｎｄ  ｍａｔｅｒｉａｌｓ）、Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ａ５（２）、１９８７年３月／４月、２０２〜２０７ページ
【非特許文献３】ＥｒｓｈｏｖおよびＰｅｋｋｅｒ、「アルゴンと酸素の混合気体内での直流マグネトロン反応性スパッタリングのモデル」（Ｍｏｄｅｌ  ｏｆ  ｄ．ｃ．ｍａｇｎｅｔｒｏｎ  ｒｅａｃｔｉｖｅ  ｓｐｕｔｔｅｒｎｉｎｇ  ｉｎ  Ａｒ−Ｏ２  ｇａｓ  ｍｉｘｔｕｒｅｓ）、Ｔｈｉｎ  Ｓｏｌｉｄ  Ｆｉｌｍｓ  ２８９、１９９６年、１４０〜１４６ページ
【非特許文献４】Ｋａｒｏｌ  Ｍａｃａｋ、Ｐｅｔｅｒ  Ｍａｃａｋ、Ｕｌｆ  Ｈｅｌｍｅｒｓｓｏｎ：「スパッタされた粒子の搬送のモンテカルロ・シミュレーション」（Ｍｏｎｔｅ  Ｃａｒｌｏ  ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｔｒａｎｓｐｏｒｔ  ｏｆ  ｓｐｕｔｔｅｒｅｄ  ｐａｒｔｉｃｌｅｓ）、Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  １２０、１９９９年、２３８〜２５４ページ
【非特許文献５】Ａ．Ｐｆｌｕｇ、Ｎ．Ｍａｌｋｏｍｅｓ、Ｖ．ＳｉｔｔｉｎｇｅｒおよびＢ．Ｓｚｙｓｚｋａ：「実際のインライン・プロセス・チャンバ内での反応性マグネトロン・スパッタリング動力学のシミュレーション」（Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｍａｇｎｅｔｒｏｎ  Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ  Ｋｉｎｅｔｉｃｓ  ｉｎ  Ｒｅａｌ  Ｉｎ−Ｌｉｎｅ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｃｈａｍｂｅｒｓ）、真空コーター学会（Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ｖａｃｕｕｍ  Ｃｏａｔｅｒｓ）、第４５回年次技術会議議事録、２００２年、１６〜２１ページ
【非特許文献６】Ａ．Ｐｆｌｕｇ、Ｂ．Ｓｚｙｓｚｋａ、Ｖ．Ｓｉｔｔｉｎｇｅｒ、およびＪ．Ｎｉｅｍａｎｎ：「高度大面積光学的コーティングのためのプロセス・シミュレーション」（Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｌａｒｇｅ  Ａｒｅａ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏａｔｉｎｇｓ）、２００３年、真空コーター学会（Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ｖａｃｕｕｍ  Ｃｏａｔｅｒｓ）、第４６回年次技術会議議事録、２００３年、２４１〜２４７ページ
【非特許文献７】Ａ．Ｐｆｌｕｇ、Ｂ．Ｓｚｙｓｚｋａ、Ｊ．Ｎｉｅｍａｎｎ：Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ  ｄｅｓ  ｒｅａｋｔｉｖｅｎ  Ｍａｇｎｅｔｒｏｎ−Ｓｐｕｔｔｅｒｐｒｏｚｅｓｓｅｓ  ｉｎ  Ｉｎｌｉｎｅ−Ａｎｌａｇｅｎ「インライン装置内での反応性マグネトロン・スパッタ・プロセスのシミュレーション」（Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｒｅａｃｔｉｖｅ  ｍａｇｎｅｔｒｏｎ  ｓｐｕｔｔｅｒ  ｐｒｏｃｅｓｓ  ｉｎ  ｉｎｌｉｎｅ  ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎｓ）、ＪＯＴ１、２００３年、Ｘ〜ＸＩＩＩページ
【非特許文献８】Ｋａｒｏｌ  Ｍａｃａｋ、Ｐｅｔｅｒ  Ｍａｃａｋ、Ｕｌｆ  Ｈｅｌｍｅｒｓｓｏｎ：「スパッタされた粒子の搬送のモンテカルロ・シミュレーション」（Ｍｏｎｔｅ  Ｃａｒｌｏ  ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｔｒａｎｓｐｏｒｔ  ｏｆ  ｓｐｕｔｔｅｒｅｄ  ｐａｒｔｉｃｌｅｓ）、Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  １２０、１９９９年、２３８〜２５４ページ
【非特許文献９】Ｓ．Ｂｅｒｇ、Ｈ．−Ｏ．Ｂｌｏｈｍ、Ｔ．Ｌａｒｓｓｏｎ、およびＣ．Ｎｅｎｄｅｒ：「複合材料の反応性スパッタリングのモデル化」（Ｍｅｄｅｌｉｎｇ  ｏｆ  ｒｅａｃｔｉｖｅ  ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ  ｏｆ  ｃｏｍｐｏｕｎｄ  ｍａｔｅｒｉａｌｓ）、Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ａ５（２）、１９８７年３月／４月、２０２〜２０７ページ
【非特許文献１０】Ｊ．Ｒ．Ｃａｓｈ、Ａ．Ｈ．Ｃａｒｐの、「数学的ソフトウェア１６によるＡＣＭ処理」（ＡＣＭ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ  Ｓｏｆｔｗａｒｅ  １６）、（１９９０年）２０１ページ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
本発明の目的は、コーティング・チャンバを通る基板の運動方向に均一な厚さを有する基板をコーティングする方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記目的は、請求項１に記載の特徴により達成される。
【００２２】
本発明の場合、コーティング装置のモデルが使用される。このモデルは、体積の形および面の形、並びにすべての三次元的に決めた分圧および部分的な流れを含む容器を正確に記述する。何故なら、これらのものは、空間的に、および電子およびイオンを含むすべての化学製品のソースおよびシンクに対応する時間内に発生するからである。さらに、スパッタおよび堆積プロセスのモデルが形成される。
【００２３】
本発明により達成される利点は、特に、コーティング・プロセス中に、例えば、コーティング・ターゲットのところのスパッタ速度、または基板上の平均堆積速度のようなコーティング・プロセス中に直接測定するためにアクセスできないパラメータも考慮に入れることができることである。層の厚さは、その場で分光学により測定することができるが、コーティング速度を測定するには、少なくとも２つの層の厚さを２つの時点で測定しなければならない。基板の運動により、光学システムも運動方向に沿って移動させない限り、このような測定を行うことはほとんど不可能である。それ故、シミュレートした仮想調整回路により、基板上のスパッタ速度または平均コーティング速度を一定に維持することができる。例えば、２つのターゲットのスパッタ速度が補正プロトコルによりうまく一定に維持された場合には、コーティング速度も一定になる。
【００２４】
仮想調整回路から実際のスパッタ・プロセスへ調整または補正プロトコルを適用する場合には、基板の運動方向のコーティングの厚さが改善され均一になる。このシミュレーションの場合には、基板上のコーティング速度は、調整回路により一定に維持される。これにより、例えば、ガス流に対する補正プロトコルができる。
【００２５】
基板上の層の厚さを均一にするには、コーティング・ターゲットおよび容器のすべての関連動作条件を時間に合わせて一定に維持するだけで十分である。「動作条件」という用語は、本明細書においては、ターゲットと基板との間のガス圧および外部から直接アクセスすることができないターゲットのスパッタ速度を意味するものと理解されたい。例えば、圧力はターゲットと基板との間で直接測定されないが、容器の壁部上の任意の場所で測定される。例えば、二重カソードのような幾つかのターゲットからなるコーティング・システムでの試験は、通常、すべてのターゲットの動作条件を時間に合わせて一定に維持しようとしても、簡単な調整プロトコルによっては達成できないことを示している。個々のターゲットのスパッタ速度は、特徴ある時間の経過を示していて、これは基板上での調整プロトコルの適用の際に、概して均一なコーティング速度に補償される。例えば、左右のガス入口に対する２つの独立している修正曲線のような、もっと複雑な補正プロトコルの場合には、２つのターゲットのところでのスパッタ条件を一定に維持することもできる。
【００２６】
基板の移動により変化するすべての排気性能および真空コンダクタンスの詳細な補償は、スパッタ・プロセスから独立していて、特定の装置の幾何学的形状に対して対応する調整または補正プロトコルが計算されると、ターゲット材料およびスパッタ・プロセスの動作点とは無関係に適用することができる。
【００２７】
しかし、例えば、上記二重カソードのような複雑な構造を有するコーティング・ソースの場合には、簡単な調整プロトコルは、むしろ特定のプロセス・パラメータでさらに追加の変動を起こし、それによりすべての粒子の流れの運動方向の基板上の最初の層の厚さの不均一がほぼ補償される。この場合、調整プロトコルも、材料およびスパッタ・プロセスの動作点に依存する。これらの場合のスパッタ・モデルは、ターゲット材料に対して、スパッタ・プロセスの特定のパラメータ範囲に校正することができ、短時間でこの範囲内の対応する必要な調整プロトコルを出力することができる。
【００２８】
本発明は、コーティング・チャンバ内のすべての動作状態の詳細な補償、および特定のプロセス・パラメータ内のもう１つの時間に依存する変動による層の厚さの不均一の間接的補償を含む。
【００２９】
図面に本発明の例示としての実施形態を示し、以下にさらに詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
図１は、コーティング・チャンバ２本体および２つのバッファ・チャンバ３、４を備えたスパッタ・チャンバ１を示す。このスパッタ・チャンバ１に隣接して、この図には示していないが、他のスパッタ・チャンバを右および／または左に設置することができる。基板５は、キャリヤ７内に支持されている搬送ローラ６により左から右に搬送される。各バッファ・チャンバ３、４上には、ポンプ・チャンバ８、９が設置されていて、各ポンプ・チャンバ８、９上にはポンプ１０、１１が配置されている。ポンプ１０、１１は、固定されている指定の公称回転速度を有するターボ・ポンプであり、この速度で固定排気容量を有する。ここで選択したモデルには、ポンプ１０、１１の固定排気容量が固定値として入る。ポンプ１０、１１間には、その下面上にターゲット１５を有するカソード１４を支持しているカソード・マウンティング１３が固定されている装置カバー１２が設置されている。ターゲット１５の下に位置するアノード１６は、冷却システム１８を内蔵するマウンティング１７上に固定されていて、絶縁体１９を通してコーティング・チャンバ２の壁部２０に接続している。アノード１６に隣接して、スパッタ・ガスの供給ライン２１が設置されている。カソード被覆フード２２内には、冷却水の前進流およびリターン流用のカソード冷却水チューブ２３、２４が設けられている。参照番号２５は、カソード端末を示す。スロット・ロック２６は、バッファ・チャンバ４を有するコーティング・チャンバ２に接続している。
【００３１】
図１は、それぞれ１つのカソード１４または１つのターゲット１５だけしか示していないが、本発明では、２つまたはそれ以上のターゲットを有する装置で使用することもできる。
【００３２】
参照番号３７は圧力センサを示す。圧力センサ３７は、ライン２７を通して制御装置２８に接続していて、スパッタ・チャンバ１のモデルを含む。コーティング・チャンバ２内のガス圧は、それに応じて、制御ライン２９、３０および弁３１、３２およびライン３３、３４の両端のカソード−アノード電圧により制御される。コーティング・チャンバ２内の平均圧力Ｐは、接続しているすべてのポンプの実効排気容量Ｓｅｆｆに対するガス流入［量］の比Ｆから計算される。
【００３３】
Ｐ［ｍｂａｒ］＝０．０１８１２×Ｆ［ｓｃｃｍ］／Ｓｅｆｆ［ｌ／ｓ］
ここで、ｓｃｃｍ＝１分当たりの標準立方センチメートルであり、
１ｓｃｃｍ＝０．０１８１２ｍｂａｒ  ｌ／ｓである。
【００３４】
基板５の前縁部３５の位置は、連続的に測定されるか計算される。計算した場合には、スパッタ・チャンバ１またはコーティング・チャンバ２内に基板を導入した時点を記録する必要がある。基板５の位置の値は、制御ライン３６を通して上記制御装置２８に報告される。
【００３５】
基板５の特定の入力位置に基づいて、またソフトウェア調整回路に接続しているスパッタ・チャンバ１のモデルから決定した補正関数を用いて、この時点で制御装置２８を基板５の運動方向に均一なコーティングが行えるように設定することができる。
【００３６】
図２は、スパッタ・チャンバの使用モデルの略図である。このモデルは、図１のモデルではなく、幾つかのターゲットを有するチャンバである。
【００３７】
本発明がベースとしている反応性スパッタリングの動的巨視的モデル４０は、スパッタリング・プロセスと図１の実際のスパッタ・チャンバ１のサブ領域を表す仮想スパッタ装置内の容器のガラスの流れの動力学との間の相互作用を計算する。このサブ領域は、Ｍ個の仮想スパッタ・ターゲット４１〜４３、および４４、４５、４６、４７の形をしているシミュレーションで表示するスパッタ領域内の容器空間（セル）の一部を有する。図１の実際のスパッタ装置の図面においては、スパッタ・ターゲット１５が１つだけの特殊な場合を示す。しかし、モデル４０を使用することにより、それにより、また、例えば、二重カソード等の行動をシミュレートすることができるように、任意の数の仮想スパッタ・ターゲット４１〜４３を使用することができる。
【００３８】
参照番号５５〜５８はスパッタされる表面を示す。これらの表面は、基板であってもよいし、チャンバ壁部であってもよい。参照番号５９、６２、６５は、その後それぞれ分岐６０、６１および６３、６４上に分配されるスパッタリングにより放出された粒子を示す。
【００３９】
このサブ領域内のセル４４〜４７間のガス搬送は、流れコンダクタンス４８〜５０を特徴としていて、対照的に、ガスの流入およびガスの流出は、このサブ領域の境界のところの実効排気容量５１〜５４を特徴としている。実効排気容量とは対照的に、流れコンダクタンスＳ４４／４５は、２つのセル４４、４５間の正味ガス流量の比Ｆ４４／４５およびその圧力差ｐ４４−ｐ４５を示す。
【００４０】
Ｓ４４／４５［ｌ／ｓ］＝０．０１８１２×Ｆ４４／４５［ｓｃｃｍ］／（ｐ４４−ｐ４５）［ｍｂａｒ］
流れコンダクタンスの係数４８、４９、５０および実効排気容量の係数５１、５２、５３、５４は、いわゆる「直接シミュレーション・モンテカルロ」（ＤＳＭＣ）法により測定される。
【００４１】
Ｎ個のセル４４〜４７の場合には、すべての係数４８、４９、５０の全体が、対称のＮ×Ｎマトリックスを形成する。ＤＳＭＣ法のこの例の場合には、並列アルゴリズムとして実行され、Ｌｉｎｕｘクラスタ上で、実際の三次元圧力およびそこを通してガスが流れる容器の流れプロファイルを計算することができる、個々のソフトウェアを使用することができる。この方法は、係数４８〜５０および５１〜５４が、基板の位置の関数の形で動的モデル４０に搬送されるように、基板５の種々の位置に対して反復しなければならない。
【００４２】
仮想スパッタ・ターゲット４１〜４３に対しては、例えば、セル４４内のターゲット４１のターゲット面のゲッタリング面積の一部に対応する係数が割り当てられる。すべての係数の全体がＭ×Ｎマトリックスを形成する。さらに、各セル４４〜４７は、基板表面５５〜５８に関連する。ターゲット４１〜４３から基板表面５５〜５８上にスパッタされた材料の一部は、その全体をＭ×Ｎマトリックスとして表すこともできる係数６０、６１、６３、６４、６５により決定される。係数６０〜６５を決定するために、スパッタされた中性の粒子の軌跡をシミュレートするために、もう１つのモンテカルロ法が使用される（Ｋａｒｏｌ  Ｍａｃａｋ、Ｐｅｔｅｒ  Ｍａｃａｋ、Ｕｌｆ  Ｈｅｌｍｅｒｓｓｏｎ：「スパッタされた粒子の搬送のモンテカルロ・シミュレーション」（Ｍｏｎｔｅ  Ｃａｒｌｏ  ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｔｒａｎｓｐｏｒｔ  ｏｆ  ｓｐｕｔｔｅｒｅｄ  ｐａｒｔｉｃｌｅｓ）、Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  １２０、１９９９年、２３８〜２５４ページ）。このモデルも図２に示していない外部ソフトウェア・モデルとして入手することができる。
【００４３】
動的モデル４０の各セル４４〜４７内には、この時点で、Ｂｅｒｇ他（Ｓ．Ｂｅｒｇ、Ｈ．−Ｏ．Ｂｌｏｈｍ、Ｔ．Ｌａｒｓｓｏｎ、およびＣ．Ｎｅｎｄｅｒ：「複合材料の反応性スパッタリングのモデル化」（Ｍｅｄｅｌｉｎｇ  ｏｆ  ｒｅａｃｔｉｖｅ  ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ  ｏｆ  ｃｏｍｐｏｕｎｄ  ｍａｔｅｒｉａｌｓ）、Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ａ５（２）、１９８７年３月／４月、２０２〜２０７ページ）に類似の１つのスパッタ・モデルが使用される。セル４４〜４７のカップリングは、それに応じて、流れコンダクタンス４８〜５０およびその面積の一部およびスパッタの一部を含むターゲット４１〜４３により行われる。各セル４４〜４７は、ガス入口６６〜６９に接続することができる。係数５１〜５４により、直接接続しているポンプ、または動的モデル４０で直接計算されない隣接スパッタ・チャンバへの接続が表される。最後に、全モデル４０は、結合していて、非直線で、時間に依存する微分方程式のシステムとして包含することができ、それを解くために標準化数値方法を使用することができる（例えば、Ｊ．Ｒ．Ｃａｓｈ、Ａ．Ｈ．Ｃａｒｐの、「数学的ソフトウェア１６によるＡＣＭ処理」（ＡＣＭ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ  Ｓｏｆｔｗａｒｅ  １６）、（１９９０年）２０１ページ参照）。
【００４４】
本来のＢｅｒｇモデルは、ターゲット電圧を計算するための機構を含んでいない。ターゲット電圧は、電力が一定の場合には一定であると見なされる。本発明の場合には、ターゲット材料の発生した二次電子は、酸化状態の関数として導入され、それにより、ターゲット電圧を電力および他のプロセス・パラメータの関数として計算することができる。
【００４５】
プロセスの特性［ライン］の全圧力依存性を正しくモデル化することができるように、さらに、例えば、チャンバ壁部、ダイヤフラム等のようなターゲット近くの表面上のアルゴン・イオンの損失機構を導入した。それ故、特に低い全圧において、発生したアルゴン・イオンの一部は、スパッタ・プロセスには貢献しないで、他のターゲット近くの表面により吸収される。
【００４６】
プロセス特性をもっと正確に分析したところ、さらにモデルにスパッタ歩留まりの電圧またはエネルギー依存性を含めることは、正しいモデル化にとって不可避であることが分かった。このことは、今まで従来技術の場合には考慮に入れられなかった。
【００４７】
図３は、コーティング速度およびその場でプロセス調整を行わない場合の接続制御装置を安定させるための仮想調整回路の詳細図である。
【００４８】
層の厚さの変動を補正するために、最初に、スパッタ・プロセスの選択した動作点が、もう１つのその場でのプロセス安定化を全然必要としない場合がチェックされる。この場合、スパッタ装置の制御装置２８には、表の形のまたはパラメータ化した補償関数７０を内蔵しているが、この関数は、ガラス基板５の位置に依存し、ガラスの位置は制御ライン３６を横切って読み出される。補正関数７０により、スパッタ装置１内のスパッタ・プロセスが、基板位置の関数としてモデル化される。例示としての実施形態の場合には、このモデル化は、制御ライン２９、３０を横切って搬送される可変ガス流により、または全電力、電流またはライン３３、３４の両端の電圧として搬送される可変放電特性により行われる。
【００４９】
層の厚さの変動を最小限度に低減するのに適している補正または補償関数７０を入手するために、予備段階でスパッタ装置１のスパッタ・プロセスの動的モデル４０がコンパイルされ、このモデルが仮想調整回路７１内の仮想調整素子７２に接続される。調整素子７２は、基板上のモデル化した平均動的コーティング速度７３を、調整された変数としておよび、例えば、ガス流または放電電力のような設置パラメータ７４を補正変数として受信する。最初に、仮想調整素子７２は、シミュレーションで時間の経過中に変動しない平均コーティング速度７３を行う。
【００５０】
モデル４０と実際の装置１とが十分よく一致している場合には、補正変数７４の経過時間を、基板５上の実際のコーティングも均一な層の厚さのプロファイルを受信するように、実際のモデルに対して補正関数７０として使用することができる。
【００５１】
図４は、コーティング速度を安定させるための仮想調整回路、およびその場でプロセス調整を行う場合の接続制御装置の詳細図である。
【００５２】
場合によっては、実際のスパッタ装置１に、それにより圧力センサ３７により測定し、制御ライン２７を通して搬送した反応ガスの分圧が一定に維持する調整器７６を設置する必要がある場合がある。この場合、補正変数は、ライン３３、３４を通して搬送した放電電力、またはライン２９、３０を通して搬送した不活性または反応ガス流としての働きをする。動作点が、スパッタ・プロセス特性のいわゆる不安定な遷移範囲内に位置している場合には、動作点のこのようないわゆる安定化がいつでも必要になる。
【００５３】
この場合、層の厚さの変動を最小限度に低減するための補正関数７０が、設置パラメータに対してではなく、調整器７６の動作点７７に対して適用される。この場合も、基板位置ｘは、ライン３６を横切る制御装置から読み出される。この目的のための補正関数を入手するために、シミュレーション面上に、二重の仮想調整回路７８が形成され、スパッタ装置のシミュレーション・モデル４０に対して、その場でのプロセス安定のための仮想調整素子７９が接続される。仮想調整素子７９は、理想的には、実際の調整素子７６として同じ調整アルゴリズムを内蔵することが望ましい。これとともに、シミュレートされた反応ガス分圧８１が、例えば、放電電力またはガス流のようなプロセス・パラメータ６４の変動により仮想圧力センサから公称値８２に調整される。
【００５４】
この時点で、公称値８２は、基板上の平均動的コーティング速度７３が公称値７５に安定するように、もう１つの調整素子８３により調整される。調整器８３の補正変数は、調整器７９の公称値８２に対応する。シミュレーション以後の補正変数の時間経過は、表の形の補正関数７０として実際の装置の制御装置２８に再度送信される。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】スパッタ・チャンバの断面図。
【図２】スパッタ・チャンバの使用モデルの略図。
【図３】その場でのプロセス調整を行わないシミュレートした仮想制御装置の詳細図。
【図４】その場でのプロセス調整を行うシミュレートした仮想制御装置の詳細図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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