(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
化合物の層を反応性スパッタリング法により被着させることを制御する方法であって、
ターゲットを反応性雰囲気中でスパッタする工程と、
第１のプロセスパラメータをモニターする工程と、
第１の制御ループで第１のプロセスパラメータに応答して電源電流を制御する第１の入力修正工程と、
第２のプロセスパラメータをモニターする工程と、
第２の制御ループで第２のプロセスパラメータに応答して反応性ガス入力レベルを制御する第２の入力修正工程と、
を有し、前記第１の制御ループは、前記第２の制御ループよりも迅速であることを特徴とする方法。
【請求項２】
第１の入力修正工程では、第１のパラメータが光放出強度であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
第２の入力修正工程では、第２のパラメータが電源の平均電力に関連していることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記スパッタする工程では、酸素を含む環境中でチタンターゲットをスパッタして二酸化チタンを生じさせることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項５】
反応性スパッタリング装置であって、
チャンバと、
該チャンバ内に設けられたターゲットと、
ターゲットに作動的に接続された電源と、
チャンバに作動的に接続されたガス供給源と、
前記反応性スパッタリング装置の第１のモニターされたパラメータを用いて第１の制御ループで電源を自動的に制御し、前記反応性スパッタリング装置の第２のモニターされたパラメータを用いて第２の制御ループでガス供給源を自動的に制御するようになったプロセッサと、
を有し、前記第１の制御ループは、前記第２の制御ループよりも迅速であることを特徴とする反応性スパッタリング装置。
【請求項６】
光検出器を更に有し、前記プロセッサは、第１のパラメータが光放出強度であるようなものであることを特徴とする請求項５記載の反応性スパッタリング装置。
【請求項７】
制御ループの少なくとも一方は、比例積分微分制御ループであることを特徴とする請求項５記載の反応性スパッタリング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スパッタコーティング装置の制御システムに関する。特に、本発明は、反応性スパッタ堆積装置の制御系に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
反応性スパッタ蒸着は、例えば二酸化チタン、二酸化ケイ素、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム錫、窒化ケイ素、窒化チタンの層を形成するのに用いられている。これら層は、光学膜や半導体集積回路を含む種々の用途に有用である。反ターゲットは金属性になるからである。応性ガススパッタ蒸着装置では、反応性ガス中でターゲットをスパッタしてその材料を放出させる。反応性ガスは、酸化物を形成する酸素又は窒化物を形成する窒素である。これら化合物は、基板上に層を形成する。
【０００３】
反応性スパッタリングは、非反応性環境中でのスパッタリングと比較してスパッタ速度が低くなりがちである。反応性スパッタリングのスパッタ速度が低くなる原因は、ガスがターゲット表面上の原子と反応するとターゲットが生成化合物で被覆されるようになることにある。ターゲット上の酸化物膜又は窒化物膜のそれ自体及びターゲット材料に対する結合力は、ターゲット材料自体の結合力よりも強い。かくして、これら結合を破壊してターゲットをスパッタして誘電性材料をたたき出すにはより多くのエネルギが必要である。所与のプラズマ電力の場合、金属間結合よりも化合物間結合のほうが壊れる数は少なく、したがって、化合物のスパッタ速度は金属ターゲットのスパッタリング速度よりも低いであろう。
【０００４】
さらに、大抵の酸化物の二次電子放出係数は、これに対応した金属のものよりも大きい。これによっても酸化物のスパッタ速度は減少する。たとえば、純チタンのスパッタ速度は、酸化チタンのスパッタ速度の１０倍である。
【０００５】
本明細書における説明の以下の部分は、二酸化チタンのスパッタ蒸着に焦点を合わせて行うことにするが、論点は、他の酸化物又は窒化物のスパッタ成膜に関する論点と類似している。ターゲット表面に酸化物被膜が無ければスパッタ速度は高い。理想的な方法としては、基板上に所望の誘電性の膜を生じさせるのに丁度の酸素ガスを供給し、ターゲットを汚染即ち「毒する」酸素ガスが全く残らないようにする。この理想的な方法に達するのは、「ヒステリシス」挙動が存在するために難しい。
【０００６】
図１Ａは、スパッタ速度に対する反応性ガスの分圧の影響を示すプロット図である。この場合、反応性ガスは酸素である。横軸は、ガス全圧の百分率としての酸素分圧を表し、残りは不活性スパッタリングガス、代表的にはアルゴンである。縦軸は、任意の単位で表されたスパッタ収率である。純粋アルゴン環境中では（即ち、酸素分圧が０％の場合には）、スパッタ収率は高く、純金属膜が蒸着される。酸素分圧を増大させるにつれ（そしてアルゴン分圧を減少させて装置内圧力が一定のままであるようにすると）、スパッタリングしているターゲットは酸化状態になり始める。酸素分圧が十分に低い限り、スパッタプロセスでは、酸化物は生成すると直ぐに除去される。スパッタプロセスは、酸素ガスのポンプとしての役目を果たし、膜に導入される利用可能な酸素ガスの割合のうち大部分を消費する。スパッタ収率は、このプロセス中、ほぼ一定のままである。このプロセスは、図１Ａの点（Ｅ）と点（Ａ）との間で生じる。点（Ａ）では、酸素分圧は、ターゲット表面上への酸化物の生成速度がプロセスによる酸化物の除去速度よりも早いほど高い。この時点では、ターゲットは酸化物のスキン(表皮)を生じ、スパッタ収率は激減する。このプロセスは図１Ａにおいて点（Ａ）から点（Ｄ）への移行を示す破線によって示されている。スパッタ収率が減少すると、プロセスは、スパッタ収率が非常に高い場合に必要であった多量の酸素ガスをもはや使用しない。スパッタ収率が低いので、ターゲットの「ポンピング効率」は大幅に減少する。過剰酸素は一部がターゲット表面上の厚い酸化物層中に取り込まれ、残りは全系統圧力が３０％以上の増加に寄与する。これらの条件下で生じた膜は、誘電性の光学的に明澄な性質を有する。
【０００７】
もしターゲットを純粋酸素環境（即ち、酸素分圧が１００％の場合）中でスパッタすることによりプロセスを開始すると、ターゲットは酸化され、スパッタ収率は低く、膜は光学的に明澄で誘電性の性質を有する。酸素分圧が減少しても（そして、アルゴン分圧が増大して装置内圧力が一定のままであるような場合）、プロセスは依然として酸化状態にあり、ついにはターゲットの酸化物膜を補充するには酸素ガスの量が足りなくなり、この酸化物膜はスパッタリングプロセスでゆっくりと除去される。このプロセスは図１Ａにおいて点（Ｄ）と点（Ｃ）との間で生じる。（Ｃ）では、ターゲットは裸金属が露出し、スパッタ収率は増大して金属プロセスのレベルに戻る。このプロセスは、点（Ｃ）から点（Ｅ）までの移行を示す破線で示されている。ターゲットが酸素ガスを消費すると、システム内において酸素が欠乏する。この欠乏により一層多くの裸金属がターゲット上で露出し、これによりターゲットのポンピング効率が一段と高まる。その結果、装置内圧力は際立って減少し、３０％以上低下する。
【０００８】
図１Ａに破線で示された移行は１秒かからずに生じる場合があり、これはあまりにも速くてオペレータとしての人間は酸素流量を調節できない。理想的には、プロセスは図１Ａにおいて点（Ｂ）で示された２つの移行の間の或る状態に維持されるべきである。この中間点では、スパッタ速度は金属プロセスのスパッタ速度とほぼ同じほど高く、膜の特性は純粋酸素中で得られる膜の特性とほぼ同じである。問題は、点（Ｂ）のところのプロセスが非常に不安定であるということである。プロセスは、摂動が最も小さな状態で点（Ｂ′）又は点（Ｂ″）に移動することになる。たとえオペレータが変化に応じるのに十分迅速であっても、プロセスがどのように進んでいたか、即ち酸化プロセスなのか金属プロセスなのかを知ったときは既に遅すぎることになっている。
【０００９】
反応性スパッタリングプロセスをヒステリシス領域中の所望部分内に維持する最も簡単な方法は、真空系統のポンピングを、ターゲット酸化状態の変化に起因するガス消費量の摂動が真空ポンプにより消費されるガス量と比較して小さくなる程度まで増大させることである。これは、応答曲線を図１Ｂに示す応答曲線に変化させるという結果をもたらす。ヒステリシスは、完全に無くなり、プロセス制御は容易となる。この手法は、小型の研究用成膜装置およびいくつかの生産設備に用いられているが、一般的には、費用がかかりすぎて標準サイズの生産用成膜装置に使用できないと考えられる。
【００１０】
別の方法は、ターゲットのところの酸素分圧をバッフルや特注のガス導入設備等の使用により減少させることである。この方法の目的は、アルゴンが多めの環境をターゲット表面のすぐ近傍に保ち、かくして高いスパッタ速度が得られるようにすることである。酸素を基板の近くに集中させて十分に酸化された膜が作製されるようにする。時々、酸素を第２のプラズマ源で活性化させてスパッタ金属で反応性を促進させる。Ｓ．マニヴ等は、亜鉛及び酸化インジウム錫の蒸着に関してこの技術を１９８０年に報告している。（これについては、S. Maniv and W.D. Westwood, J. Vac. Sci. Technol. 17,743 (1980) を参照されたい。）第３の方法は、閉ループ制御系を経てプロセスに導入される酸素の量を厳密に調整することである。プロセスは、図１Ａの点（Ｂ）で保持され、僅かな摂動が検出されるとすぐに、制御装置はシステムに導入される酸素量を調節することにより直ぐに応答する。ターゲット領域への酸素流量は、被測定パラメータ、例えば光放出ターゲットカソード電圧に基づいて調節される。このタイプのシステムの例が、Ｓ．バーグの論文に記載されている。（これについては、S.Berg, H.O. Blom, M. Moradi, C. Nender and T. Larson, Process Modeling of Reactive Sputtering, J. Vac. Sci. Technol. A7(3), 1225 (1989)を参照されたい。）これらのタイプのシステムでは、プロセスの制御のために代表的には反応性ガスの精密制御が必要である。応答時間を最小限に抑えるために、ガス弁をターゲットのできるだけ近くに配置し、弁とターゲットとの間の配管を極力少なくする。弁の後の追加のガス配管はガス輸送手段の遅れを生じさせることになる。必要な高速応答時間を可能にするために代表的には、精巧な制御弁、例えば圧電形弁が用いられる。
【００１１】
ヒステリシス領域を持つ反応性スパッタリング法を制御する改良方法を提供することが望ましい。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者の知見によれば、各々がシステムの互いに異なる入力を変更する２つの制御ループを用いて反応性スパッタリングプロセスを制御することにより、反応性スパッタリングプロセスの性能が向上する。本発明の好ましい実施形態は、内側（高速）ループと外側（低速）ループを用いる。
【００１３】
高速ループは、ターゲット電流を制御する。反応性スパッタリングプロセス状態は、スパッタリング対象であるターゲットを励起する電流を修正すると共にシステムに加えられる反応性ガスの量を修正することにより制御できる。電源電流を増大させると、酸素量を減少させた場合と全く同様に、ターゲットの酸化状態が弱まる。
【００１４】
本発明では、指示定数を一定に保つために、システムパラメータをモニターしてターゲットの電源電流レベルを操作する。これは、ガス流量を制御する外側制御ループの速度に対して高速で動作する内側制御ループを構成する。反応性ガスをプロセス中へ導入すると、スパッタ速度は減少し、内側ループの被測定パラメータに変化を生じさせる。電流レベル制御ループは、電流密度を増大させることにより応動する。
【００１５】
被測定パラメータとスパッタ速度の関連は単調であることが好ましい。二酸化チタンプロセスの場合、チタン金属遷移の光放出又は発光が用いられる。好ましい実施形態では、約５００ナノメートル（ｎｍ）の光放出を伴う遷移を用いるのが良い。二酸化ケイ素の場合、ターゲット電圧を用いるのが良い。被測定パラメータが実験的に求められた設定値からばらつきを生じると、制御装置が電源電流に対して非常に僅かな変更を加える。たとえば、ターゲットが酸化状態になると、チタンの発光レベルが減少し、スパッタ速度の減少を指示する。高速制御ループが電源電流を増大させ、それによりターゲットからの酸化物の除去量を増加させてスパッタ速度を増大させる。もしターゲットが金属性になると、チタンの発光は増大する。高速制御ループは電源電流を減少させ、僅かな量の酸化物をターゲット表面上に堆積させる。この内側（高速）制御ループを非常に素早く、例えば５ミリ秒ごとに一回（２００Hz）実行するのが良い。内側ループが電源電流を制御してターゲットの正しい酸化状態を維持するので、電力が変化し、かくしてスパッタ速度が変化する。外側（低速）制御ループはそれよりも長い時間、例えば１秒間にわたって平均電力をモニターする。もし平均電力が予め定められた電力設定値から逸脱すると、外側制御ループは酸素ガスの濃度を変化させる。これによりチタンの発光が変化し、内側制御ループによる応答が得られる。
【００１６】
もし平均電力が内側制御ループに起因して所望の電力設定値を下回ると、外側制御ループは、プロセスに導入される酸素ガスの量を増加させることになる。これによりチタンの発光が抑制されることになる。内側制御ループはこの変化に応動して電源電流を増大させてチタンの正しい発光レベルを回復させ、従ってターゲットの酸化状態を回復させる。これと同様に、もし平均電力が所望の設定値を上回ると、外側制御ループは、プロセスに供給される酸素ガスの量を減少させることになる。これにより、ターゲットは金属性になりチタンの発光レベルが増大する。内側の高速制御ループはかかる変化に迅速に応動して電流を減少させ、それにより平均電力を減少させることになろう。
【００１７】
好ましい実施形態では、内側と外側の両制御ループは、比例積分微分制御アルゴリズムを利用している。変形例として、他の制御アルゴリズム、例えば予測理論型システム又はファジー理論型システムを用いても良い。
【００１８】
本発明は、反応性スパッタリング及び蒸着用の従来型単ループ制御装置と比較して多くの利点を有している。反応性スパッタリング蒸着を行う従来型単ループ制御装置は代表的にはガス流を用いてシステムを制御する。大型成膜装置では、ターゲット表面のところの反応性ガス流量を制御することは、一般的には低速プロセスである。たとえ流量制御弁をターゲット近傍に配置しても、ガス輸送時間は、１秒以上程度である。流量制御装置を中央に配置すると、ターゲットのところの反応性ガス濃度を変化させるには数秒という長い時間がかかる場合がある。この状況では、単ループ制御装置は、速度を適当に早めるほどには迅速に動作できない。
【００１９】
これは、高スパッタ電力が用いられる場合には特に問題である。スパッタ電力が増大すると、ヒステリシス効果の時定数は小さくなる。したがって、反応性スパッタリング法は電力が高いと不安定性が大きくなる。或る点においては、理想的な単ループ装置であっても、ガス輸送の遅れはプロセス制御にとって影響が大きすぎるようになる。
【００２０】
本発明では、電源を調節することにより、成膜装置のサイズとは無関係に適当なプロセス制御に必要とされる迅速な変更が可能になる。電気系統の僅かな変更は、ガス入力の変化よりも一層迅速に実施できる。
【００２１】
本発明は、一定の平均スパッタ電力を維持するよう数秒台で応答するためにガス流量制御装置を利用しながら高速制御を有する電源電子回路の応答性を利用する。本発明のカスケード制御装置により、単ループ反応性ガス制御装置を用いた場合に可能なスパッタ電力よりも高いスパッタ電力でプロセス制御が可能になる。
【００２２】
本発明を用いると、TiO2以外の化合物層を形成でき、かかる化合物としては、窒化チタン、SiO2、SnO2、ITO、Si3N4、HfO2、Nb2O5及びバナジウムの種々の酸化物が挙げられる。
【００２３】
本発明の上記特徴及び利点並びに他の特徴及び利点は、添付の図面と関連して以下の詳細な説明を読むと明らかになろう。
【好ましい実施形態の詳細な説明】
図２は、本発明の反応性スパッタリング装置１０の略図である。装置１０は、排気可能なチャンバ１２、ポンプ１４、ターゲット１６及びコンベヤ２０上の基板１８を有している。装置１０内においてターゲット１６をスパッタしてその材料を放出させる。酸化チタン及び窒化チタンの蒸着の場合、ターゲット１０はチタン製である。二酸化ケイ素又は窒化ケイ素の場合にはターゲット１６はシリコン製であり、これに他の材料、例えばアルミニウム又はホウ素が少量ドープされる。以下、反応性スパッタリング法による二酸化チタンの蒸着又は成膜について説明する。
【００２４】
好ましい実施形態では、ＤＣ（直流）電源２２が用いられる。電源２２の負極（カソード）側端部はターゲット１６に接続されている。電源２２の正極（アノード）側端部はチャンバ１２内の適当なアノードに接続されている。アノードは例えば、ワイヤブラシアノード、チャンバ内アノード又は例えば１９９６年７月１２日に出願された米国特許出願第０８／６７９，２８８号明細書（発明の名称：ガスパージ電極）に記載されているような仮想ガスアノードであるのがよい。
かかる米国特許出願の内容を本明細書に採用する。
【００２５】
本発明に使用できる電源の一例は、ハロマー（Halomar ）６０ｋｗ電源である。ハロマー電源は、０〜５ボルトの入力信号によって制御される。必要ならば、この信号を濾波して伝送ノイズを減少させるのがよい。プロセッサ２８からの出力信号は、Ｄ／Ａコンバータ２６に送られて電源２２のアナログ入力制御を行う。この装置の応答時間は、１０ミリ秒のオーダである。
【００２６】
本発明の方法及び装置はＡＣ電源を用いても機能する。ＡＣ電源を用いる場合、制御信号は二乗平均（ＲＭＳ）電流又はピーク電流を制御することができる。
【００２７】
アルゴン源２８によってアルゴンを分配バー３６経由でチャンバ１２に供給する。アルゴンは、質量流量制御装置３８によって制御される。反応性ガスは２つの経路でチャンバ１２に供給される。反応性ガスの大部分は、分配バー３６を経て導入される。このガスの流量は、質量流量制御装置４０によって制御され、この質量流量制御装置４０は、電源電力の変動に応じてプロセスコンピュータによって制御される。変形例として、分配バー３６を用いないで、多ガス流量制御装置及びポートを用いてもよい。反応性ガスの残りは、流量制御装置３２を経てチャンバに供給される。これら流量制御装置３２は好ましくは、コンピュータ制御式質量流量制御装置であり、かかるコンピュータ制御式質量流量制御装置は、一定量を流すものであってもよく、或いは電源の電力変動に応答するものであってもよい。入口３４の各々を通る相対的なガス流を合わせるには、流量制御装置３２を調節するのが良い。このようにすると、ターゲットの幅全体にわたって膜の一様性を得ることができる。一実施形態では、ポート３４は、ターゲット幅周りに一様分布されている。代表的には、端に位置するポートは、おそらくはポンピング効果があるので、中央のものよりも一層酸素を供給する必要がある。
【００２８】
本発明は好ましくは、スパッタリング効率に関連する元素の幾分かの光放出を検出する光検出器３０を用いる。光放出とスパッタリング効率を、モニターした元素に応じて正比例又は反比例させることができる。一実施形態では、二酸化チタン成膜用制御装置の場合、光検出器３０は、チタンの放出線特性を検出するのに用いられる。好ましい実施形態では、約５００ｎｍの光放出が検出される。好ましい実施形態では、光検出器３０は、ターゲットの各端のプラズマからの光を集めてこれを光電子増倍管に送る望遠鏡組立体を有している。望遠鏡組立体は、集光器として設計されていて、検出器の表面に像を生じさせない。パージガスは、チャンバの窓の前で望遠鏡組立体内を流れる。パージガスは、望遠鏡組立体及び窓がコーティングされるのを防止する。パージガスは、アルゴン、酸素又はこれらの組合せであるのが良い。好ましい実施形態では、パージガスは、スパッタチャンバ内の混合物とほぼ同じアルゴンと酸素の混合物である。また、望遠鏡組立体は、光バンドパスフィルタに接続されている。好ましい実施形態では、光バンドパスフィルタの中心波長は５００ｎｍ、ハーフハイト（half-height)は５ｎｍである。光電子増倍モジュールが、望遠鏡組立体から光を受けるよう取り付けられている。このモジュールは、光電子増倍管、高電圧電源及びアノード付勢ネットワークから成っている。光電子増倍管を、純粋アルゴン中のチタンターゲットを、ある既知の電力レベルで、少なくとも１４分間、或いは光放出信号が安定するまでスパッタすることによって校正するのがよい。出力トリムポットは、５００ｎｍ光バンドパスフィルタを通る光放出カウントが所定レベルの状態になるまで調節される。一例を挙げると、出力は、制御コンピュータ２８に送られた状態で８００カウントを読み取ることができる。このやり方を用いると、４０ｋｗの状態でアルゴン及び酸素中の二酸化チタンの反応性蒸着を行うための所望の設定値は、７６０回の光放出カウントである。データ収集及びプロセス制御は、プロセッサ２８によって実行される。プロセッサ２８は、デスクトップコンピュータの一部であるのが良い。コンピュータへの入力信号は好ましくは、低域フィルタにかけられる。好ましい実施形態では、入力信号は、５Ｂ３０シリーズモジュールフィルタで濾波され、このフィルタはデータ収集システムから信号を分離し、コンピュータ制御ゲインをもたらし、そして４Ｈｚ低域フィルタとして役立つ。この種のモジュールは、アナログ・デバイス社、オメガ・エンジニアリング社及びナショナル・インスツルメンツ社を含む多数の製造業者から入手できる。濾波は、プラズマ、電源及び周囲機器からのノイズレベルが高いので重要である。信号は信号処理モジュールからデータ収集ボード、例えばナショナル・インスツルメンツ社製のＡＴ−ＤＡＱ−１６に送られる。このデータは収集されて記録され、かかるデータは、光検出器３０からの光放出信号、電源からの電圧及び電流、キャパシタンス・マノメータによって記録された室内圧力を含む。光検出器３０からの信号をＢＮＣコネクタ付き同軸ケーブルで運ぶことができる。電源への信号及び電源からの信号は、好ましくは２０又は２２ゲージの遮蔽撚線によって伝送できる。好ましい実施形態では、データ収集及び制御は、工業用プログラマブル・ロジック・コントローラ、例えばアレン−ブラドリー（Allen-Bradley)ＳＬＣ−５００によって実行される。
【００２９】
図３は、本発明のカスケード制御ロジックを示すブロック図である。この高速制御ループは、検出器３９からの光放出信号を制御アルゴリズム５０を用いた放出設定値と比較する。制御アルゴリムズ５０は、電源２２の調節を行う。光放出設定値は、多数のサンプルを種々の設定値で生成し、これらの光学特性を分析することによって実験的に決定される。光放出値が高ければ高いほどそれだけ一層処理が早くなるが、被膜は一層金属性となる。実験により、ユーザは、高い蒸着速度で光放出設定値を決定できるが、これは依然として所望の光学品質を維持する。好ましい一実施形態では、光放出設定値は、チタンターゲットを動作電力レベルの状態で純粋アルゴン中でスパッタした場合、光放出強度の約２５％である。
【００３０】
高速ループのサイクル時間は好ましくは、１〜５０ミリ秒であり、好ましい実施形態では、２５ミリ秒である。各サイクル中、光検出器３０′からのチタンの光放出レベルが測定され、コンピュータからの出力信号が電源に送られて電流を調節し、それにより光放出信号を光放出設定値に一層近づける。一般に、この高速ループは、電源が４０ｋｗで動作している場合、光放出信号を設定値の約１％以内に維持するであろう。外側低速ループは、電源制御装置からの電流、電圧及び／又は電力を測定し、プロセス中の酸素流量を操作して電力を所望の設定値にすることにより電力を所望レベルに維持する。一例として、測定電力が所望設定値よりも僅かに小さい場合を考える。制御装置は、全てのガス制御装置への酸素流量を増加させるであろう。酸素流量が増加すると、チタンの光放出は抑制される。内側制御ループは、電源電流を増大させて光放出レベルを設定値に戻すことによりこの放出の変化に非常に迅速に応答する。内側ループは、外側ループの各サイクルの間に多数のサイクルを完了する。正味の結果は電流であり、それゆえ電力は酸素流量が増大すると増大する。また外側ループは類似の効果が得られるようにアルゴン流量を減少させることができる。
【００３１】
始動の際、両方の制御ループのゲインは、始動プロセスをよりスムーズにするように作られている。プロセスが動作条件に近付くまで低プロセスゲインが始動の際に用いられてオーバーシュートを減少させる。プロセスがいったん全出力で動作条件に達し、且つ設定力からのずれが小さくなると、一層高いゲインを用いてオーバーシュートを最小限に抑えた状態で一層緻密なプロセス制御を維持する。
【００３２】
図４は、本発明の制御アルゴリズムを実行するのに用いられるコンピュータプログラムのフローチャート図である。一実施形態では、制御アルゴリズムは、比例積分微分（ＰＩＤ）制御アルゴリズムとして実行される。このシステムは以下のように動作する。現在誤差値を生成する。現在誤差は、被制御変数から所望の値（設定値）を引いた現在の値である。誤差の変化値は、現在誤差からその前の誤差を引いたものである。誤差の変化速度は、サンプル相互間の時間間隔にわたる誤差の変化である。現在誤差とその前の誤差合計を組み合わせると現在の誤差の合計即ち誤差の積分となる。現在誤差に比例定数を掛ける。誤差積分には積分定数を掛ける。誤差の変化速度に微分定数を掛ける。次に、これら３つの値を加えたものにゲイン定数を掛けると出力値の変化が得られる。積分定数、比例定数及び微分定数は、全体に対する制御の各タイプの寄与の尺度又は目安である。総合ゲイン定数は、制御系の総合侵略度（overall aggressiveness）の目安である。比例定数、積分定数及び微分定数並びにゲイン定数の選択は、良好なシステム動作を得ることを目的として行われる。ＰＩＤアルゴリズムの基本的な説明は、ケー・アストローム氏等著『ＰＩＤ制御装置：理論・設計・調整（チューニング）』（第２版）インストラメント・ソサイアティ・オブ・アメリカ（１９９５）（“PID Controllers: Theory, Design, and Tuning ”Second Edition, Instrument Society of America (1995)）という文献に記載されている。変形例では、他形式の制御系を用いてもよい。
【００３３】
上記の装置及び方法の種々の詳細事項は本発明の例示に過ぎない。かかる詳細事項る関する種々の設計変更は、特許請求の範囲によってのみ定められる本発明の範囲内にあることは理解されよう。例えば、測定された第２のパラメータを、ターゲット電力ではなく、蒸着層の平均膜厚さに関連させることができる。この場合、基板キャリヤの線速度を調節すると、一定の蒸着率を維持できる。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】従来技術における酸素分圧とスパッタ収率との関係を表すグラフ図である。
【図１Ｂ】真空チャンバが高度に排気されている場合の従来技術における酸素分圧とスパッタ収率との関係を表すグラフ図である。
【図２】本発明の反応性スパッタリング装置の略図である。
【図３】本発明のカスケード制御装置の好ましい実施形態を示すブロック図である。
【図４】本発明のカスケード制御装置を使用するのに用いられるコンピュータプログラムのフローチャート図である。
【符号の説明】
１０  反応性スパッタリング装置
１２  排気可能な室
１６  ターゲット
１８  基板
２０  コンベヤ
【図１Ａ】
0004560151.tif 000002
【図１Ｂ】
0004560151.tif 000003
【図２】
0004560151.tif 000004
【図３】
0004560151.tif 000005
【図４】
0004560151.tif 000006