(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空槽内に設けられた基板の表面に粒子を付着させてスパッタリング法による成膜を行う薄膜製造装置に於いて、
ターゲットの消耗状態であるエロージョン深さを測定する形状測定装置と、
目的とする膜厚を得る為の成膜時間に合わせて、予め基板ステージに取付けられた該基板を制御しながら回転させるための基板ステージ回転駆動装置と、
該エロージョン深さ、該ターゲットと基板間の距離、放電電流及び放電電圧から算出された予測成膜速度と、該目的とする膜厚と、から予測成膜時間を算出し、該予測成膜時間内に基板が整数回転するように回転速度を調整する制御装置と、
該ターゲットと基板間の距離を設定するための可変機構とを備えることを特徴とする薄膜製造装置。
【請求項２】
該形状測定装置はレーザー変位計を備える、請求項１記載の薄膜製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜製造装置により基板に成膜される薄膜の膜厚分布を制御する方法及びその装置に関し、特に、所望する薄膜を均一な膜厚分布で得る為の方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
薄膜製造方法として用いられるスパッタリング法や蒸着法等では、蒸発物は一般的に蒸発角度分布を持ち、対向する基板面では膜厚分布を持つ。又、スパッタリング法ではターゲット面内の成膜レート不均一性が、蒸着法では蒸発源からの蒸発方向偏り等が発生し、基板上の膜厚分布を再現良く均一にすることが困難であった。
【０００３】
そこで、これまでの薄膜製造装置では、特開平２−１１７５７号に示される如く、ターゲットと対向して基板を配置する際に、それらを偏芯して配置し、この偏芯量を最適化した上で基板を高速回転することにより、基板上の薄膜分布を改善することが一般的に行われてきた。
【０００４】
この時基板は一定速度で回転し、成膜時間内に基板を高速に、なるべく多数回回転することにより基板内面分布の向上を行っていた。
【０００５】
又、本件発明者は、特願平１０−２３８３３８号に於いて、ターゲットの消耗状態、すなわちマグネトロンスパッタリングによるターゲットの侵食部分（エロージョン）をモニターする形状測定機構を設け、該ターゲットの消耗状態に応じて、ＴＳ距離を可変する制御装置により、基板ステージを駆動して、基板とターゲット間を最適距離に設定し、成膜速度を算出して、決められた時間スパッタすることにより、所望する膜厚と均一な膜厚分布を得ようとする、スパッタ装置に於ける膜厚分布制御方法とその装置を提案した。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年の電子デバイスで要求される堆積膜厚は数十nm以下と薄く、タクトタイムの短縮要求から成膜時間は短く、更に基板面内分布の要求精度はますます厳しくなってきている。この為、基板高速回転による膜厚分布の改善には回転速度の観点から限界が生じてきている。
【０００７】
又、高速回転化に伴い、真空中に導入するシャフトシールの耐久性や信頼性が大きく低下すると共に、近年実用化されつつあるφ３００mm径の基板サイズに対応する基板チャッキング等の付加機構が複雑且つ重量化し、回転の高速化を困難にしている。
【０００８】
更に、前述のように、特願平１０−２３８３３８号「スパッタ装置に於ける膜厚分布制御方法とその装置」として本件発明者が提案した方法を実施した場合でも、ますます厳しくなってきた基板面内分布の要求精度を、生産性良く安定してクリヤーする為に、更なる改良が要求されてきている。
【０００９】
本発明は上記のような従来持つ問題を解決するものであり、成膜レートのターゲット面内不均一性及び、蒸発方向の偏りに起因する基板膜厚分布を最小限にする方法及びその装置を提供すると共に、薄膜製造装置の信頼性を向上することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決する為の手段】
本発明では、成膜装置内部に取付けてある膜厚モニターや、外部にて測定可能なパラメータの測定などにより、成膜レートの実測値もしくは予測値を求め、これら値及び、目標とする膜厚値から、予測成膜時間を演算し、この予測成膜時間にあらかじめ設定した整数回基板を回転するようモーターの回転速度をコントロールする。又、基板回転開始時刻と停止時刻は、それぞれ成膜開始時刻と成膜終了時刻に連動している。
【００１１】
整数回の基板回転により成膜レートのターゲット面内蒸発速度の不均一性及び、蒸発方向の偏りを相殺し、基板上の膜厚分布を改善することが出来る。
【００１２】
【発明の実施の形態】
（１）実施例の構成の説明
以下この発明の実施例の一つとして、スパッタリング成膜に於ける実施例を図面に基づいて説明する。
図１のスパッタ装置は、真空槽（１）を１ｘ１０-3Ｐａ程度の高真空領域までガス排気弁（１１）によって排気後、ガス導入弁（７）からボンベ（９）内のＡｒ等の放電用ガスを圧力で、０．０８〜３Ｐａ程度導入し、基板（１２）の上部でターゲット（４）にスパッタ電力を印可して放電を開始させ、磁石（２）で発生するマグネトロン放電によってターゲット材をスパッタして、基板（１２）上でターゲット材の膜を堆積させるように構成されている。
【００１３】
又、レーザー変位計（１５）を形状センサー用モーター（１６）にギヤー等で連動するようにした駆動装置により、ターゲット（４）の消耗状態をモニターする形状測定装置（１７）が設けられている。該測定装置（１７）による該ターゲット（４）の形状測定結果から、制御装置（１９）により、該基板ステージ駆動装置（１８）の基板ステージ用モーター（１４）にギヤー等で連動された基板ステージ（１３）を駆動して最適ＴＳ間距離に設定するよう構成されている。
【００１４】
更に、制御装置（１９）により、基板ステージ回転駆動装置（２１）の基板ステージ回転駆動用モーター（２０）にギヤー等で連動された基板ステージ（１３）を、成膜時間に合わせて整数回回転駆動するよう構成されている。
【００１５】
（２）実施例の作用・動作の説明
以下、図１の構成装置に於いて、（４）ターゲットに、直径２５０mm、厚さ６mmのアルミニウム製ターゲットを用いて、直径１００mmの丸形基板（１２）上にアルミニウム膜を堆積させた実施例を示す。
ガス導入口（７）から放電用ガスとしてアルゴンガスを０．４Ｐａなる分圧まで導入し、スパッタリング用電源（６）により３．３ｋＷの電力をターゲット（４）に印可し、成膜を行った。
【００１６】
尚、成膜直前にエロージョン深さ（ｄ）を測定、膜厚分布が最も良くなるようにターゲットと基板間の距離（Ｔ／Ｓ距離）を微調整し、直前の成膜時に測定された放電電圧（Ｖｄ）、放電電流（Ｉｄ）、等から予め推測される成膜速度（Ｒ）を、制御用コンピュータを用いて経験式（１）から算出し、更に式（２）から目的とする膜厚（Ｄ）を得る成膜時間（Ｔ）を求め、基板ステージがＴ時間で１回転するように基板ステージ回転速度（ｒ）を式（３）から導出し、回転速度可変モーター（２０）により基板（１２）及び、基板ステージ（１３）を回転させ、同時に成膜を開始した。
【数１】
Ｒ＝｛2.64×10-5×ｄ−8.95×10-6×ｄ2＋2.43×10-3−1.09×10-5×ＴＳ｝
×Ｉd×Ｖd1.4                                    ……  式（１）
【数２】
Ｔ ＝ Ｄ／Ｒ                          ……  式（２）
【数３】
ｒ ＝ ｎ／Ｔ                          ……  式（３）
但し、ｎ：１，２，３，……（自然数）であり、成膜Ｔ時間内にｎ回回転することを示す。
【００１７】
又、高い精度で膜厚を測定できるように、直径１００mmの基板内に、直径１２．６mmの水晶振動子を、縦横直交するように９個配置し、成膜前後の周波数変化の膜厚換算により求めた。
【００１８】
基板上に厚さ約４２０ｎｍのアルミニウム膜を堆積させた場合の、基板内の膜厚分布測定結果を図２及び、図３に示す。尚、図中の横軸は、基板中心からＸ、Ｙ各方向の位置を示し、縦軸は膜厚を示している。
【００１９】
図２は、基板ステージ（１３）を回転せずに成膜を行った結果であり、この場合の基板面内分布は±１．２５％であった。
【００２０】
又、図３は、式（３）のｎ＝１にて、成膜時間に合わせて基板ステージ（１３）を１回転し、回転無しの場合と同様のアルミニウム膜を堆積させた場合の、基板内の膜厚分布測定結果である。この時の基板面内分布は、±０．４８％であった。
【００２１】
この結果から、基板を回転させない場合にみられたターゲット不均質から生じるとみられる分布の傾きは、基板回転数整数制御を行うことによりほとんど見られなくなった。
【００２２】
（３）他の実施例の説明、他の用途への転用例の説明
尚、上記実施例では、薄膜製造装置としてスパッタリング装置を用いたが、エレクトロンビームや抵抗加熱による蒸着装置に用いても良い。蒸着装置に転用した例を図４に示す。
真空槽（１）を１×１０-3Ｐａ程度の高真空領域まで、ガス排気弁（１１）によって排気後、蒸発源（２５）に蒸発原電源（２６）から電力を供給し、シャッター（２７）を開いて蒸着を開始する。
【００２３】
蒸着源（２５）から蒸発した粒子は、対向して配置された基板ドーム（２２）に取付けられた基板（１２）に蒸着して薄膜を形成する。
【００２４】
薄膜モニター（２４）で、該基板（１２）に蒸着した薄膜を監視し、制御装置（１９）によって所望する膜厚が得られたところで該シャッター（２７）を閉じ、成膜を終了する。
【００２５】
この時、基板ドーム回転用モーター（２３）にギヤー等で連動された該基板ドーム（２２）を、成膜時間に合わせて、整数回回転駆動するよう構成したことによって、良好な基板面内膜厚分布を得ることが出来る。
【００２６】
又、蒸着開始時刻及び、終了時刻を、該基板ドーム（２２）に取付けられた該基板（１２）の回転開始時刻及び、回転終了時刻に同期を取って回転駆動することは言うまでも無い。
【００２７】
【発明の効果】
以上の様に本発明は、基板に飛来する粒子が面内で均一でない場合でも、基板を成膜時間内に正確に整数回の回転をすることにより、不均質性を相殺できるため、基板面内の膜厚分布を改善することが可能になる。
【００２８】
特に成膜中に成膜時間と同期を取りながら基板を１回転から数回転制御するのみで、良好な基板面内の膜厚分布を得る事が出来る為、従来の様に基板を多数回転する必要が無く従って、基板ステージ回転軸、モーター及び、ギアなどの負荷を最小限にすることが可能であり、構造の簡素化、装置の軽量化、メンテナンス性の向上、更に耐久性の向上につながる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を、スパッタリング装置に適用した場合の実施例の説明図である。
【図２】本発明を、適用する前の基板上の位置と膜厚分布の関係を示す説明図である。
【図３】本発明を、適用した場合の基板上の位置と膜厚分布の関係を示す説明図である。
【図４】本発明を、蒸着装置に適用した場合の実施例の説明図である。
【符号の説明】
１  真空槽
２  磁石
３  バッキングプレート
４  ターゲット
５  エロージョン
６  スパッタリング用電源
７  ガス導入弁
８  メモリー
９  ガスボンベ
１０  キーパネル
１１  排気弁
１２  基板
１３  基板ステージ
１４  基板ステージ用モーター
１５  形状測定センサー
１６  形状センサー用モーター
１７  形状測定装置
１８  基板ステージ駆動装置
１９  制御装置
２０  基板ステージ回転モーター
２１  基板ステージ回転駆動装置
２２  基板ドーム
２３  基板ドーム回転モーター
２４  膜厚モニター
２５  蒸発源
２６  蒸発源電源
２７  シャッター
【図１】
0004521606.tif 000002
【図２】
0004521606.tif 000003
【図３】
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【図４】
0004521606.tif 000005