JPH01240655A - 薄膜形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、半導体装置等を製造する、スバ。

クリング法を用いた薄膜形成装置に関し、特に薄膜の膜
厚をスパッタリング中にインプロセスで測定する薄膜形
成装置に関する。

冑 〔従来技術〕 この種の膜厚をインプロセスで測定する薄膜形成装置と
しては、従来より、水晶等の振動子の発信周波数変化を
利用するもの、薄膜の電気抵抗変化を利用するもの、薄
膜による光干渉を利用するものなどが知られている。中
でも薄膜による光干渉を利用するものは、高周波プラズ
マによる影響を受けず高周波スパッタリング中でも安定
した測定ができると言う特徴を持っている。

第３図に従来のスパッタリングによる薄膜形成装置の一
例を示す、真空容器１中に、冷却機構を有する水冷導体
２上に密着固定されたターゲット３と基板４を固定する
基板テーブル５とが対向して配置される。ターゲット３
と基板４の間にはそれぞれ水冷導体２と基板テーブル５
を介してプラズマ発生用電源６より高周波電力が印加さ
れる。

レーザー光は真空容器外（こ配置されたレーザー発掘器
７よりビー−ポート８を通して基板４に照射され、スパ
ッタリングにより基板４衣面に形成された薄膜光面と基
板４の表面それぞれにおいて反射し、薄膜表面において
相互干渉して反射光として反射光ビューボート９を通し
て反射光検出器１０に入射し、強度が検出される。この
反射光強度はレーザー光の波長をλ、薄膜の屈折率をｎ
とした時、薄膜の膜厚がλ／２　ｎの時に１周期変化す
る。

従って、この反射光強度の強弱の周期の数をデータ処理
器１１でカウント４−ることによって、スバ。

クリング中でも膜厚を測定できる。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来のこの種の薄膜形成装置における問題点は次のとお
りである。即ち、形成する薄膜が、膜厚が薄い場合でな
いとレーザー光を透過しないような金属膜であると、薄
膜表面と基板表面それぞれから反射してくる光の相互干
渉は、基板表面で反射した光の薄膜表面に戻った時の強
度が弱いために起こらない。そのため、光干渉を利用す
る測定は適用できないという問題があった。

この発明の目的は、前記従来の問題点を除去し、レーザ
ー光が透過する透明簿腓のみならずレーザー光がその膜
厚が薄い場合しか透過しない金属光沢のある簿膜につい
てもスパッタリング中にその膜厚を測定することが可能
な、薄膜形成装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、この発明によれず、真空容
器内に、基板と該基板上に形成する薄膜物質からなるタ
ーゲットとを所定の間隔で対向させて配置し、スパッタ
用ガスを導入し、前記基板と前記ターゲット間にプラズ
マ発生用電源から電圧を印加し、プラズマを発生させ、
前記ターゲットを該プラズマ中のイオンの衝撃によって
スパッタリングし前記基板上に薄膜を形成する薄膜形成
装置１こおいて、前記基板と同時に薄膜が形成され前記
基板に形成された薄膜の膜厚を推測するための光の透過
性に優れたダミー基板と、該ダミー基板にレーザー光を
照射するレーザー光照射手段と、前記ダミー基板を透過
したレーザー光を検出する透過光検出手段と、前記ダミ
ー基板表面あるいは該ダミー基板上に形成された薄膜光
面で反射したレーザー光を検出する反射光検出手段と、
前記透過光検出手段と反射光検出手段の出力に基づいて
前記ダミー基板上に形成された薄膜の膜厚を算出するデ
ータ処理・演算部とを備えることとする。

好ましくは前記ダミー基板は、開孔部を有するダミー基
板テーブル内に収納され、前記データ処理・演算部から
の信号で駆動されるダミー基板駆動部に連結されるもの
とする。

なおまた好ましくは、検出した反射光と透過光の出力か
ら求められる前記ダミー基板上に形成された薄膜の膜厚
を、前記基ｌぜ形成された薄膜の膜厚に変換する較正曲
線関数を、前記データ処理・演算部に備えるものとする
。

さらに好ましくは、プラズマ発生用電源は、データ処理
・演算部からの信号により、オン、オフされるものとす
る。

〔作用〕

前述のように、基板とは別に膜厚測定用の光の透過性に
優れたダミー基板を設けて、ダミー基板を透過するレー
ザー光強度を検出すれば、膜厚が薄い場合のみレーザー
光を透過する金属光沢のある薄膜の膜厚を、レーザー光
を透過する範囲の膜厚内で測定することが可能となる。

この測定は、膜厚が増すにつれ透過するレーザー光強度
が弱くなる原理を利用したものである。一方、レーザー
光を透過する透明な薄膜あ場合はこれと異なり、膜厚が
厚くなっても膜厚が薄い場合と同じ様にレーザー光が透
過するので、透過光の強度の差によって膜厚を測定する
ことはできない。従ってその膜厚の測定は、従来どおり
、ダミー基板表面で反射するレーザー光とダミー基板上
の薄膜表面で反射するレーザー光との干渉した反射光を
検出することｔこより行う。なお、金属光沢のある薄膜
の膜厚を測定する場合は、上記したように透過光の強度
を検出するだけでも良いが、反射光の強度をも同時ｌこ
検出すればより確実な測定が可能である。

これは次の理由による。即ち、スバ、タリング中には、
ダミー基板上に、所望の物質の薄膜が形成されるだけで
なく、何らかの汚染物質が付着する可能性がある。その
際、透過光強度を検出しているだけだと、透過光強度が
弱くなりた場合、果してそれが薄膜の膜厚が増したため
なのか汚染物質が付着したためなのか区別できないので
汚染物質の有無は判らない。しかし反射光強度も検出し
ていれば１本来薄膜の厚さが増して透過光強度が弱くな
った時には反射光強度が強くなるべきなのに、汚染物質
が存在すると汚染物質でレーザー光が散乱されてしまう
ため反射光強度も強くならないので、汚染物質の有無が
判明する。よって測定はより精度の高いものとなる。

また、好ましい構成である、ダミー基板を、開孔部を有
するダミー基板テーブル内に収納しかつダミー基板駆動
部に連結した場合には、ダミー基板駆動部を駆動するこ
とにより常にダミー基板の清浄部を開孔部から露出させ
てそこに薄膜を形成するので、膜厚を積算値として測定
でき、より厚いもはやレーザー光を透過しない厚さの金
属光沢のある薄膜の膜厚をも測定することが可能になる
。

なおまた好ましい構成である、検出した反射光と透過光
の出力から求められるダミー基板上の薄膜の膜厚を、基
板上の薄膜の膜厚に変換する較正曲線関数を、データ処
理−演算部に備えた場合には、そのデータ処理・演算部
の演算機能を用いて、基板上の膜厚を直接測定すること
が可能となる。

さらに好ましい構成である、プラズマ発生用電源がデー
タ処理自演算部からの信号によりオン。

オフされる場合には、薄膜の膜厚があらかじめ定められ
た値に達した時に、データ処理・演算部からプラズマ発
生用電源にオフ信号を送れば、その時点で直ちにスパッ
タリングを停止することが可能となる。

〔実施例〕

第１図に本発明の一実施例になる薄膜形成装置の構成を
示す。第３図と同一の部材には同一の符号を付し説明を
省略する。本実施例では金属光沢のある薄膜の膜厚の測
定は、透過光強度と反射光強度の両者を測定して行う。

基板４近傍にレーザー光のみ透過可能なフィルター１２
を備えた透過光用ビー−ボート１３を設置し、透過光用
ピユーボート１３の大気側には透過光検出器１４を設け
、真窒側にはダミー基板１５を収納したダミー基板テー
ブル・１６を配置する。ダミー基板テーブル１６の詳細
断面図を第２図（ａ）に、第２図（−１）のＰ矢視図を
第２図（ｂ）に示す、ダミー基板１５は、Ａｆｆｌのよ
うに金属光沢を待ち４元性の＃膜の膜厚を測定する場合
、透過光を用いるので、レーザー光を透過する光の透過
性に優れた材料から成るものでなければならない。

また、５ｉ０２のように透明な薄膜の膜厚を測定する場
合、従来と同様に干渉した反射光の強弱を利用するので
、形成する薄膜とは異なる屈折基を持つ材料から成るも
のでなけれ、ばならない。ダミー基板テーブル１６には
スパッタ粒子がダミー基板１５に堆積し、またレーザー
光がダミー基板１５を透過できるよう開孔部１７が設け
られており、ダミー基板駆動部１８によって、この開孔
部１７に露出されるダミー基板１５は常時清浄な部分に
交換することができる。透過光用ビューボート１３と正
対してターゲット３近傍にもレーザー光のみ透過可能な
フィルター１２を備えた入反射光用と、−ボート１９を
設置し、入反射光用ビューボート１９の大気側にはビー
ムスプリ、り加を配置し、ダミー基板１５表面からの反
射光を反射光検出器１０に取り込む構造にしである。こ
の状態でレーザー光を照射すると透過光検出器１４と反
射光検出器１０からの出力はデータ処理命演算部２１に
入力される。ダミー基板１５上の金属光沢を持つ遮光性
の薄膜の膜厚Ｊこ対する透過光と反射光の割合は、あら
かじめその薄膜を形成する材料を用いた実験により求め
、それをデータとしてデータ処理・演算部２１に入力し
ておく必要がある。この実施例においてスパッタリング
を行うと、プラズマの発生とともにターゲット３から叩
き出されたスパッタ粒子は、基板４上に堆積するととも
に開孔部１７より入ったスパッタ粒子は基板４上に堆積
する量と位置の関係から常に一定の割合をもってダミー
基板１５上（ども堆積してゆく。

この割合はあらかじめ薄膜の膜厚分布曲線を測定するこ
とによって得られ、これよりダミー基板１５に入力して
おく、薄膜がＡＡ等のように金属光沢を持ち遮光性の薄
膜である場合、前記したように、薄膜の堆積と共にダミ
ー基板１５を透過するレーザー光は減少し、逆に反射光
は増大する。この時、２つの光検出器１０　、１４から
の出力をデータ処理・演算部２１に人力すれば、前記し
たあらかじめ実験により求められ′Ｃいるダミー基板１
５上の薄膜の膜厚と透過光９反射光の割合との関係を示
すデータから、ダミー基板１５上の膜厚が求まる。さら
に、やはり前記した較正曲線による演算によって、ダミ
ー基板１５上の膜厚を実際の基板４上の膜厚に変換し、
これをモニタすることができる。但し堆積した薄膜が厚
くなり、透過光を完全に遮断するとそれ以上の膜厚は測
定不可能となる。よってデータ処理・演算部２］よりダ
ミー基板駆動部１８に信号を送り、ダミー基板１５を回
転させ、適時開孔部１７に清浄なダミー基板１５を露出
させるようにして、そこに新たに薄膜を堆積させ、積算
値として膜厚を測定する。このようにすれば、１５．．
２．、、上のかなり厚い膜でも測定することができる。

なお上記した測定不可能となる膜厚はＭの場合的０．１
μｍである。なお、５ｉ０２のように透明な薄膜の場合
は、前記したように従来と同様に干渉光の強弱を利用し
て膜厚を測定する。本実施例では、薄膜の膜厚があらか
じめ定められた所望の値になりたら、データ処理・演算
部２１より制御信号用ケーブルηを介してプラズマ発生
用電源６に信号を送り、プラズマ発生用電源６をオフに
し、スパッタリングを停止することとしている。なお、
プラズマ発生用電源６から臼加される電力は、直流でも
交流でも構わない。

〔発明の効果〕

以上に述べたように、本発明ｌこよれば、基板とは別の
ダミー基板、透過光検出手段１反射光検出手段等を備え
る構成としたので、５ｉｏ２等の透明薄膜だけではなく
、遮光性で金属光沢を持つＭ等の薄膜でありでも、その
膜厚をスパッタリング中にインプロセスで精度よく測定
することが可能となる。さらに、好ましい構成を用いた
場合には、１μｍ以上のかなり厚いＡ２等の薄膜でも同
様に膜厚を測定することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例１こなる薄膜形成装置の構成
図、第２図（ａ）は第１図のダミー基板テーブルの詳細
断面図、第２図（ｂ）は第２図（ａ）のＰ矢視図、！３
図は従来の薄膜形成装置の構成図である。 ３：ターゲット、４：基板、６：プラズマ発生用電源、
７：レーザー発撮器、ｌｏ：反射光検出器、１４：透過
光検出器、１５：ダミー基板、１６：ダミー基板テーブ
ル、１７：開Ａ哉癲、１８：ダミー基板駆動部、２１：
データ処理・演算部、２２二制御信号伝送（ｂ） 第　２　醜 ＄　　３　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）真空容器内に、基板と該基板上に形成する薄膜物
   質からなるターゲットとを所定の間隔で対向させて配置
   し、スパッタ用ガスを導入し、前記基板と前記ターゲッ
   ト間にプラズマ発生用電源から電圧を印加し、プラズマ
   を発生させ、前記ターゲットを該プラズマ中のイオンの
   衝撃によってスパッタリングし前記基板上に薄膜を形成
   する薄膜形成装置において、前記基板と同時に薄膜が形
   成され前記基板に形成された薄膜の膜厚を推測するため
   の光の透過性に優れたダミー基板と、該ダミー基板にレ
   ーザー光を照射するレーザー光照射手段と、前記ダミー
   基板を透過したレーザー光を検出する透過光検出手段と
   、前記ダミー基板表面あるいは該ダミー基板上に形成さ
   れた薄膜表面で反射したレーザー光を検出する反射光検
   出手段と、前記透過光検出手段と反射光検出手段の出力
   に基づいて前記ダミー基板上に形成された薄膜の膜厚を
   算出するデータ処理・演算部とを備えることを特徴とす
   る薄膜形成装置。