特許 7536551 成膜管理方法、および、成膜装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-09

(45)【発行日】2024-08-20

(54)【発明の名称】成膜管理方法、および、成膜装置

(51)【国際特許分類】

   C23C 14/34 20060101AFI20240813BHJP

   C23C 14/54 20060101ALI20240813BHJP

【ＦＩ】

C23C14/34 U

C23C14/34 C

C23C14/54 E

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2020137845

(22)【出願日】2020-08-18

(65)【公開番号】P2022034176

(43)【公開日】2022-03-03

【審査請求日】2023-06-09

(73)【特許権者】

【識別番号】000231464

【氏名又は名称】株式会社アルバック

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(72)【発明者】

【氏名】中村 真也

(72)【発明者】

【氏名】藤井 佳詞

(72)【発明者】

【氏名】三浦 英之

【審査官】▲高▼橋 真由

(56)【参考文献】

【文献】特開２００７－３２１２３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－２１６７３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－０５０８１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１５／１１９１０１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１５－１５５５７７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ２３Ｃ １４／００－１４／５８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

構成元素が互いに異なる複数のターゲットを備えた第１チャンバーにおいて、前記ターゲットに対して回転可能なステージに成膜対象を配置し、当該ステージの回転を停止させて前記ターゲットに対する成膜対象の位置を固定した状態で、各ターゲットを用いたスパッタ成膜を別々の前記成膜対象に行うこと、
前記スパッタ成膜後の各成膜対象を真空下において前記第１チャンバーから第２チャンバーに搬送すること、および、
前記第２チャンバーにおいて、各成膜対象に形成された薄膜の厚さを前記成膜対象の所定位置において測定すること、を含む
成膜管理方法。

【請求項2】

前記薄膜の厚さを測定することは、エリプソメーターを用いて前記薄膜の厚さを測定することを含む
請求項１に記載の成膜管理方法。

【請求項3】

前記各ターゲットを用いたスパッタ成膜を別々の前記成膜対象に行うことは、前記成膜対象の少なくとも１つに酸素に対して反応性を有した前記薄膜を形成することを含む
請求項１または２に記載の成膜管理方法。

【請求項4】

前記ターゲットに対して前記成膜対象を回転させながら、前記各ターゲットを用いたスパッタ成膜を単一の成膜対象に対して同時に行い、当該成膜対象を真空下において前記第１チャンバーから前記第２チャンバーに搬送して、前記第２チャンバーにおいて、当該成膜対象に形成された薄膜の厚さを測定することをさらに含む
請求項１から３のいずれか一項に記載の成膜管理方法。

【請求項5】

前記複数のターゲットは、第１ターゲットを含み、
前記第１ターゲットを当該第１ターゲットと同一の組成を有した新しい第１ターゲットに交換すること、
交換後の前記第１ターゲットを用いて前記成膜対象に前記薄膜を形成すること、
交換後の前記第１ターゲットを用いて形成した前記薄膜の厚さを測定すること、および、
前記厚さを測定した結果を、参照データと比較すること、をさらに含む
請求項１から４のいずれか一項に記載の成膜管理方法。

【請求項6】

構成元素が互いに異なる複数のターゲットと、前記ターゲットに対して回転可能なステージとを備えた第１チャンバーと、
成膜対象に形成された薄膜の厚さを測定する測定部を備える第２チャンバーと、
スパッタ成膜後の前記成膜対象を真空下において前記第１チャンバーから前記第２チャンバーに搬送する搬送部と、
制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記第１チャンバーに、前記ステージの回転を停止させて、前記ターゲットに対する成膜対象の位置を固定した状態で、各ターゲットを用いたスパッタ成膜を別々の成膜対象に対して実行させて、
前記搬送部に、前記スパッタ成膜後の各成膜対象を前記第２チャンバーに搬送させて、
前記第２チャンバーに、各成膜対象の所定位置での薄膜の厚さを測定させる
成膜装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、成膜管理方法、および、成膜装置に関する。

【背景技術】

【0002】

記憶素子の一例である抵抗変化素子には、磁気不揮発性メモリ（ＭＲＡＭ）、相変化メモリ（ＰＲＡＭ）、および、導電性ブリッジメモリ（ＣＢＲＡＭ）などが知られている。これらの抵抗変化素子は、磁性を有した多層膜を備えている。多層膜が有する各膜は、スパッタ装置を用いて形成される。スパッタ装置は、ステージ、回転部、および、カソードを備えている。ステージは、スパッタ装置による処理の対象である成膜対象を支持する。回転部は、ステージに垂直な回転軸を中心にステージを回転させる。カソードは、ターゲットを備え、成膜対象に対して斜め方向からスパッタ粒子を入射させる。スパッタ装置は、互いに異なる材料から形成された複数のターゲットを備えることが可能である。こうしたスパッタ装置では、複数のターゲットを同時にスパッタすることによって、複数の元素を含む多元系薄膜を形成することが可能である（例えば、特許文献１を参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】国際公開第２００７／０６６５１１号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、抵抗変化素子には、抵抗変化素子の機能を改善することが可能な新たな組成を有した多元系薄膜の開発が求められている。多元系薄膜を形成する元素の組成比を確認するためには、多元系薄膜が形成された成膜対象をスパッタ装置から搬出した後に組成を分析する装置を用いる必要がある。こうした組成の分析は、スパッタ装置とは異なる装置を用いる手間がかかることに加え、多元系薄膜を大気に暴露することによって正確な組成を分析することができない場合もある。そこで、多元系薄膜の組成をより容易に特定することが可能な技術が求められている。

【0005】

本発明は、多元系薄膜の組成をより容易に特定することを可能とした成膜管理方法、および、成膜装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するための成膜管理方法は、構成元素が互いに異なる複数のターゲットを備えた第１チャンバーにおいて、前記ターゲットに対して回転可能なステージに成膜対象を配置し、当該ステージの回転を停止させて前記ターゲットに対する成膜対象の位置を固定した状態で、各ターゲットを用いたスパッタ成膜を別々の前記成膜対象に行うこと、前記スパッタ成膜後の各成膜対象を真空下において前記第１チャンバーから前記第２チャンバーに搬送すること、および、前記第２チャンバーにおいて、各成膜対象に形成された薄膜の厚さを前記成膜対象の所定位値において測定すること、を含む。

【0007】

上記課題を解決するための成膜装置は、構成元素が互いに異なる複数のターゲットと、前記ターゲットに対して回転可能なステージとを備えた第１チャンバーと、成膜対象に形成された薄膜の厚さを測定する測定部を備える第２チャンバーと、スパッタ成膜後の前記成膜対象を真空下において前記第１チャンバーから前記第２チャンバーに搬送する搬送部と、制御部と、を備える。前記制御部は、前記第１チャンバーに、前記ステージの回転を停止させて、前記ターゲットに対する成膜対象の位置を固定した状態で、各ターゲットを用いたスパッタ成膜を別々の成膜対象に対して実行させて、前記搬送部に、前記スパッタ成膜後の各成膜対象を前記第２チャンバーに搬送させて、前記第２チャンバーに、各成膜対象の所定位置での薄膜の厚さを測定させる。

【0008】

上記各構成によれば、各ターゲットを用いたスパッタ成膜によって形成された薄膜の厚さを測定することによって、各薄膜における測定箇所での厚さから、複数のターゲットを同時に成膜した場合について、多元系薄膜における元素の組成比を特定することが可能である。そのため、多元系薄膜を成膜した後に組成を分析するための装置を用いて組成比を特定する場合に比べて、多元系薄膜における組成をより容易に特定することが可能である。

【0009】

上記成膜管理方法において、前記薄膜の厚さを測定することは、エリプソメーターを用いて前記薄膜の厚さを測定することを含んでもよい。この構成によれば、エリプソメーターを用いることによって、真空下に配置された成膜対象が有する薄膜の厚さを測定することが可能である。

【0010】

上記成膜管理方法において、前記各ターゲットを用いたスパッタ成膜を別々の前記成膜対象に行うことは、前記成膜対象の少なくとも１つに酸素に対して反応性を有した前記薄膜を形成することを含んでもよい。

【0011】

上記構成によれば、真空下において薄膜の厚さを測定するから、大気中において酸化された薄膜を解析する場合に比べて、成膜時における薄膜の状態をより正確に把握することが可能である。

【0012】

上記成膜管理方法において、前記ターゲットに対して前記成膜対象を回転させながら、前記各ターゲットを用いたスパッタ成膜を単一の成膜対象に対して同時に行い、当該成膜対象を真空下において前記第１チャンバーから前記第２チャンバーに搬送して、前記第２チャンバーにおいて、当該成膜対象に形成された薄膜の厚さを測定することをさらに含んでもよい。

【0013】

上記構成によれば、各スパッタ成膜によって得られる薄膜の厚さが予め把握された状態で、多元系薄膜を成膜することが可能であって、当該多元系薄膜の厚さを真空下で確認することが可能ともなる。結果として、各薄膜の測定が真空下で行われないことによる外乱を排除して、各スパッタ成膜による混合物として多元系薄膜が得られているか否かを確認することが可能ともなる。

【0014】

上記成膜管理方法において、前記複数のターゲットは、第１ターゲットを含み、前記第１ターゲットを当該第１ターゲットと同一の組成を有した新しい第１ターゲットに交換すること、交換後の前記第１ターゲットを用いて前記成膜対象に前記薄膜を形成すること、交換後の前記第１ターゲットを用いて形成した前記薄膜の厚さを測定すること、および、前記厚さを測定した結果を、参照データと比較すること、をさらに含んでもよい。

【0015】

上記構成によれば、交換後の第１ターゲットを用いて形成した薄膜の厚さを測定した結果を参照データと比較することによって、交換後の第１ターゲットが参照データに対して相違するか否か、ひいては、交換前の第１ターゲットに対して相違するか否かを確認することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】第１実施形態における成膜管理方法が実施される成膜装置の一例における構成を示す装置構成図。

【図2】成膜装置が備えるスパッタチャンバーの構成を示す構成図。

【図3】成膜対象、第１薄膜、および、第２薄膜の断面構造を模式的に示す断面図。

【図4】成膜対象の表面と対向する視点から見た成膜対象の構造を示す平面図。

【図5】第２実施形態における成膜管理方法の処理の手順を示すフローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0017】

［第１実施形態］
図１から図４を参照して、成膜管理方法、および、成膜装置の一実施形態を説明する。以下では、成膜装置、および、成膜管理方法を順に説明する。

【0018】

［成膜装置］
図１が示すように、成膜装置１０は、成膜チャンバー１１、測定チャンバー１２、および、搬送チャンバー１３を備えている。成膜チャンバー１１は第１チャンバーの一例であり、測定チャンバー１２は第２チャンバーの一例である。成膜チャンバー１１および測定チャンバー１２は、搬送チャンバー１３に接続されている。各チャンバー１１，１２，１３は、各チャンバー１１，１２，１３内を真空に維持することが可能に構成されている。

【0019】

成膜チャンバー１１は、構成元素が互いに異なる複数のターゲット１１Ｔを備えている。図１が示す例では、成膜チャンバー１１は４つのターゲット１１Ｔを備えているが、成膜チャンバー１１は２つ以上の任意の数のターゲット１１Ｔを備えることが可能である。成膜チャンバー１１は、ターゲット１１Ｔに対して回転可能なステージを備えている。

【0020】

測定チャンバー１２は、成膜対象Ｓに形成された薄膜の厚さを測定する測定部１２Ａを備えている。図１が示す例では、測定チャンバー１２は搬送チャンバー１３を介して成膜チャンバー１１に連結されているが、測定チャンバー１２は成膜チャンバー１１に直接接続されてもよい。

【0021】

測定部１２Ａは、エリプソメーターであってよい。エリプソメーターを用いることによって、真空下に配置された成膜対象Ｓが有する薄膜の厚さを測定することが可能である。例えば、エリプソメーターは、測定チャンバー１２が備える真空槽の外部に位置している。エリプソメーターは、真空槽が備える窓を介して成膜対象Ｓに形成された薄膜の厚さを測定する。

【0022】

搬送チャンバー１３は、搬送部１３Ａを備えている。搬送部１３Ａは、スパッタ成膜後の成膜対象Ｓを真空下において成膜チャンバー１１から測定チャンバー１２に搬送する。なお、測定チャンバー１２が成膜チャンバー１１に直接接続される場合には、搬送部１３Ａは、測定チャンバー１２および成膜チャンバー１１の少なくとも一方に配置されていればよい。

【0023】

成膜装置１０は、搬出入チャンバー１４、処理チャンバー１５、および、ストッカー１６をさらに備えている。搬出入チャンバー１４は、成膜前の成膜対象Ｓを搬送チャンバー１３に搬入する。搬出入チャンバー１４は、成膜後の成膜対象Ｓを搬送チャンバー１３から搬出する。

【0024】

処理チャンバー１５は、例えば、成膜前の成膜対象Ｓに対して所定の処理を行う前処理チャンバーであってもよいし、成膜後の成膜対象Ｓに対して所定の処理を行う後処理チャンバーであってもよい。所定の処理は、例えば、成膜対象Ｓの加熱、および、成膜対象Ｓの冷却などである。なお、成膜装置１０が備える処理チャンバー１５の数は、１つ以上の任意の数であってよい。また、成膜装置１０は、処理チャンバー１５を備えなくてもよい。

【0025】

ストッカー１６は、複数の成膜対象Ｓを保管する。ストッカー１６は、成膜前の成膜対象Ｓおよび成膜後の成膜対象Ｓの両方を保管する。

【0026】

なお、成膜装置１０では、搬送チャンバー１３に対して各チャンバー１２，１４，１５が、ゲートバルブを介して接続されている。搬送チャンバー１３、成膜チャンバー１１、測定チャンバー１２、および、処理チャンバー１５の各々は、処理空間を減圧された状態に維持することが可能に構成されている。ストッカー１６は、大気圧下において成膜対象Ｓを保管する。搬出入チャンバー１４では、ストッカー１６と搬出入チャンバー１４との間における成膜対象Ｓの搬送時には、搬出入チャンバー１４が区画する空間が大気圧に維持される。一方で、搬送チャンバー１３と搬出入チャンバー１４との間における成膜対象Ｓの搬送時には、搬出入チャンバー１４が区画する空間が減圧された状態に維持される。

【0027】

成膜装置１０は、制御部１０Ｃを備えている。制御部１０Ｃは、制御部１０Ｃ、中央演算処理装置、および、メモリを備える。制御部１０Ｃは、各種の処理を全てソフトウェアで処理するものに限らない。例えば、制御部１０Ｃは、各種の処理のうちの少なくとも一部の処理を実行する専用のハードウェア（特定用途向け集積回路：ＡＳＩＣ）を備えてもよい。制御部１０Ｃは、ＡＳＩＣなどの１つ以上の専用のハードウェア回路、コンピュータプログラム（ソフトウェア）に従って動作する１つ以上のプロセッサ（マイクロコンピュータ）、あるいは、これらの組み合わせ、を含む回路としても構成される。

【0028】

制御部１０Ｃは、成膜チャンバー１１に、ステージの回転を停止させて、ターゲット１１Ｔに対する成膜対象Ｓの位置を固定した状態で、各ターゲット１１Ｔを用いたスパッタ成膜を別々の成膜対象Ｓに対して実行させる。制御部１０Ｃは、搬送部１３Ａに、スパッタ成膜後の各成膜対象Ｓを測定チャンバー１２に搬送させる。制御部１０Ｃは、測定チャンバー１２に、各成膜対象Ｓの所定位置での薄膜の厚さを測定させる。

【0029】

また、制御部１０Ｃは、成膜チャンバー１１および測定チャンバー１２以外の各チャンバー、および、ストッカー１６の動作を制御する。これによって制御部１０Ｃは、成膜チャンバー１１に成膜対象Ｓへの成膜を行わせ、また、測定チャンバー１２に成膜対象Ｓが有する薄膜の厚さを測定させる。

【0030】

制御部１０Ｃは、記憶部１０ＣＭを備えている。記憶部１０ＣＭには、プロセスレシピが記憶されている。プロセスレシピには、プロセスレシピを構成する複数のプロセスステップが含まれる。プロセスレシピは、各プロセスステップにおける成膜チャンバー１１、測定チャンバー１２、および、搬送チャンバー１３の動作に関する設定値を含んでいる。制御部１０Ｃは、プロセスレシピを読み出した後、プロセスステップ毎にそのプロセスステップに定められた設定値を読み出して、読み出した設定値に応じた指令を生成する。

【0031】

図２は、成膜装置１０が備える成膜チャンバー１１の構造をより詳しく示している。なお、図２は、成膜チャンバー１１が備える４つのターゲット１１Ｔのうち、２つのターゲット１１Ｔを確認可能な視点から見た成膜チャンバー１１の構造を示している。

【0032】

図２が示すように、成膜チャンバー１１は、真空槽２１を備えている。真空槽２１には、排気部２２が接続されている。排気部２２は、真空槽２１内を所定の圧力に減圧する。真空槽２１内には、成膜対象Ｓを支持するステージ２３が配置されている。ステージ２３には、ステージ２３を回転させる回転部２４が接続されている。回転部２４は、ステージ２３における成膜対象Ｓの載置面に対して垂直な回転軸Ｒを中心にステージ２３を回転させる。

【0033】

上述したように、成膜チャンバー１１は、４つのターゲット１１Ｔを備えている。４つのターゲット１１Ｔは、第１ターゲット１１ＴＡおよび第２ターゲット１１ＴＢを含んでいる。４つのターゲット１１Ｔの少なくとも１つは、当該ターゲット１１Ｔのスパッタによって、酸素に対して反応性を有した薄膜を形成可能な材料から形成されてよい。この場合には、成膜装置１０によれば、真空下において薄膜の厚さを測定するから、大気中において酸化された薄膜を解析する場合に比べて、成膜時における薄膜の状態をより正確に把握することが可能である。例えば、ターゲット１１Ｔを形成する材料は、Ｉｎ_２Ｏ_３、Ｇａ_２Ｏ_３、ＳｎＯ_２、および、ＧｅＯ_２などであってよい。

【0034】

第１ターゲット１１ＴＡおよび第２ターゲット１１ＴＢの各々は、被スパッタ面を真空槽２１内に露出するように真空槽２１に取り付けられている。各ターゲット１１ＴＡ，１１ＴＢは、成膜対象Ｓに斜め方向からスパッタ粒子を入射させる角度で真空槽２１に取り付けられている。すなわち、ステージ２３の載置面に垂直な平面であり、かつ、第１ターゲット１１ＴＡおよび第２ターゲット１１ＴＢが含まれる平面に沿う断面において、ステージ２３の載置面の法線と、各ターゲット１１ＴＡ，１１ＴＢの被スパッタ面の法線とが平行でない。載置面の法線と被スパッタ面の法線とが形成する角度は、例えば、０°よりも大きく４５°よりも小さい。

【0035】

第１ターゲット１１ＴＡは、第１バッキングプレート２５Ａに固定されている。第２ターゲット１１ＴＢは、第２バッキングプレート２５Ｂに固定されている。第１バッキングプレート２５Ａには、第１電源２６Ａが接続されている。第２バッキングプレート２５Ｂには、第２電源２６Ｂが接続されている。第１電源２６Ａおよび第２電源２６Ｂの各々は、直流電源であってもよいし、交流電源であってもよい。

【0036】

第１ターゲット１１ＴＡには、第１バッキングプレート２５Ａを介して電圧が印加される。第２ターゲット１１ＴＢには、第２バッキングプレート２５Ｂを介して電圧が印加される。第１ターゲット１１ＴＡと第２ターゲット１１ＴＢとには、互いに異なる電源から電圧が印加されるから、各ターゲット１１ＴＡ，１１ＴＢを個別にスパッタすることが可能である。すなわち、第１ターゲット１１ＴＡと、第２ターゲット１１ＴＢとは、互いに異なるタイミングでスパッタされることが可能である。一方で、第１ターゲット１１ＴＡおよび第２ターゲット１１ＴＢを同時にスパッタすることも可能である。

【0037】

真空槽２１内には、第１シャッター２７Ａと第２シャッター２７Ｂとが位置している。第１シャッター２７Ａは、開状態と閉状態とを有している。第１シャッター２７Ａが閉状態である場合には、第１シャッター２７Ａは第１ターゲット１１ＴＡの被スパッタ面を覆う。第１シャッター２７Ａが開状態である場合には、第１シャッター２７Ａは第１ターゲット１１ＴＡの被スパッタ面を真空槽２１内に露出させる。第２シャッター２７Ｂは、開状態と閉状態とを有している。第２シャッター２７Ｂが閉状態である場合には、第２シャッター２７Ｂは第２ターゲット１１ＴＢの被スパッタ面を覆う。第２シャッター２７Ｂが開状態である場合には、第２シャッター２７Ｂは第２ターゲット１１ＴＢの被スパッタ面を真空槽２１内に露出させる。

【0038】

真空槽２１には、スパッタガスを真空槽２１内に供給するガス供給部２８が接続されている。ガス供給部２８は、例えば希ガスをスパッタガスとして供給する。なお、ガス供給部２８は、スパッタガスに加えて、反応性ガスを供給してもよい。反応性ガスは、真空槽２１内においてターゲット１１ＴＡ，１１ＴＢから放出されたスパッタ粒子と反応する。反応性ガスは、例えば、酸素ガスおよび窒素ガスなどであってよい。

【0039】

成膜チャンバー１１によって成膜対象Ｓに対して薄膜が形成される際には、まず、成膜前の成膜対象Ｓが、搬送チャンバー１３を介して減圧された成膜チャンバー１１に搬入され、成膜対象Ｓがステージ２３に載置される。次いで、回転部２４によるステージ２３の回転が開始される。また、第１ターゲット１１ＴＡおよび第２ターゲット１１ＴＢのうち、スパッタの対象であるターゲット１１ＴＡ，１１ＴＢを覆うシャッター２７Ａ，２７Ｂが開かれる。さらに、ガス供給部２８から真空槽２１内にスパッタガスが供給される。そして、スパッタ対象のターゲット１１ＴＡ，１１ＴＢに電圧が印加されることによって、ターゲット１１ＴＡ，１１ＴＢの被スパッタ面がスパッタされる。これにより、ターゲット１１ＴＡ，１１ＴＢから放出されたスパッタ粒子が成膜対象Ｓに到達することによって、成膜対象Ｓに薄膜が形成される。

【0040】

このように、回転軸Ｒを中心に回転している成膜対象Ｓに対して薄膜が形成されることによって、成膜対象Ｓの面内において薄膜の厚さにおけるばらつきを抑えることが可能である。

【0041】

［成膜管理方法］
図３および図４を参照して、成膜管理方法を説明する。なお、以下に参照する図３および図４において、成膜対象Ｓの左右方向は、図２が示す成膜対象Ｓでの左右方向と同一である。

【0042】

成膜管理方法は、成膜すること、搬送すること、および、測定することを含む。成膜することでは、構成元素が互いに異なる複数のターゲット１１Ｔを備えた成膜チャンバー１１において、ターゲット１１Ｔに対して回転可能なステージ２３に成膜対象Ｓを配置する。そして、当該ステージ２３の回転を停止させてターゲット１１Ｔに対する成膜対象Ｓの位置を固定した状態で、各ターゲット１１Ｔを用いたスパッタ成膜を別々の成膜対象Ｓに行う。搬送することでは、スパッタ成膜後の各成膜対象Ｓを真空下において成膜チャンバー１１から測定チャンバー１２に搬送する。測定することでは、測定チャンバー１２において、各成膜対象Ｓに形成された薄膜の厚さを成膜対象Ｓの所定位値において測定する。以下図面を参照して、管理方法をより詳しく説明する。

【0043】

図３は、図２が示す成膜チャンバー１１によって形成された薄膜の断面構造における一例を示している。図３では、第１ターゲット１１ＴＡのスパッタによって形成された第１薄膜が実線によって示される一方で、第２ターゲット１１ＴＢのスパッタによって形成された第２薄膜が破線によって示されている。なお、図３では、各薄膜の厚さが有する傾向を分かり易くする目的で、各薄膜における厚さの変化が誇張されている。

【0044】

本実施形態の成膜管理方法では、上述したようにターゲット１１ＴＡ，１１ＴＢに対する成膜対象Ｓの位置が固定された状態で、成膜対象Ｓに薄膜が形成される。すなわち、回転部２４によるステージ２３の回転が停止された状態で、成膜対象Ｓに対して薄膜が形成される。

【0045】

図３が示すように、成膜対象Ｓには、第１ターゲット１１ＴＡのスパッタ、または、第２ターゲット１１ＴＢのスパッタによって薄膜が形成される。第１ターゲット１１ＴＡがスパッタされる際には、第１ターゲット１１ＴＡを覆う第１シャッター２７Ａが開かれる一方で、第２ターゲット１１ＴＢを覆う第２シャッター２７Ｂが閉じられる。

【0046】

第１ターゲット１１ＴＡがスパッタされることによって、成膜対象Ｓには第１薄膜ＴＦ１が形成される。上述したように、成膜対象Ｓでは、左端と第１ターゲット１１ＴＡとの間の距離が最も小さい一方で、右端と第１ターゲット１１ＴＡとの間の距離が最も大きい。そのため、成膜対象Ｓの左端に到達するスパッタ粒子の数が最も多い一方で、成膜対象Ｓの右端に到達するスパッタ粒子の数が最も少ない。また、成膜対象Ｓに到達するスパッタ粒子の数は、左端から右端に向かって少なくなる。これにより、成膜対象Ｓに形成された第１薄膜ＴＦ１は、左端において最も厚い厚さを有する一方で、右端において最も薄い厚さを有する。

【0047】

第２ターゲット１１ＴＢがスパッタされることによって、成膜対象Ｓには第２薄膜ＴＦ２が形成される。上述したように、成膜対象Ｓでは、右端と第２ターゲット１１ＴＢとの間の距離が最も小さい一方で、左端と第２ターゲット１１ＴＢとの間の距離が最も大きい。そのため、成膜対象Ｓの右端に到達するスパッタ粒子の数が最も多い一方で、成膜対象Ｓの左端に到達するスパッタ粒子の数が最も少ない。また、成膜対象Ｓに到達するスパッタ粒子の数は、右端から左端に向かって少なくなる。これにより、成膜対象Ｓに形成された第２薄膜ＴＦ２は、右端において最も厚い厚さを有する一方で、左端において最も薄い厚さを有する。

【0048】

図４は、成膜対象Ｓの表面と対向する視点から見た成膜対象の構造を示している。なお、成膜対象Ｓにおいて、薄膜ＴＦ１，ＴＦ２が形成される面が表面である。
図４が示すように、第１薄膜ＴＦ１の厚さ、および、第２薄膜ＴＦ２の厚さを測定する際には、成膜対象Ｓの面内における任意の位置において各薄膜ＴＦ１，ＴＦ２の厚さを測定することが可能である。図４が示す左測定位置ＰＬ、中央測定位置ＰＣ、および、右測定位置ＰＲは、各薄膜ＴＦ１，ＴＦ２の厚さを測定する所定位置の一例である。

【0049】

中央測定位置ＰＣでの厚さを測定した場合には、第１薄膜ＴＦ１の厚さ、および、第２薄膜ＴＦ２の厚さにおけるおよその中央値を把握することが可能である。中央測定位置ＰＣには、回転部２４によるステージ２３の回転を停止した状態、および、回転部２４によってステージ２３を回転させた状態の両方において、ほぼ同量のスパッタ粒子が到達する。また、ステージ２３を回転させた状態で各薄膜ＴＦ１，ＴＦ２を形成した場合には、中央測定位置ＰＣに到達するスパッタ粒子とほぼ同量のスパッタ粒子が成膜対象Ｓの全体に到達する。そのため、中央測定位置ＰＣにおいて各薄膜ＴＦ１，ＴＦ２の厚さを測定すれば、ステージ２３を回転させて各薄膜ＴＦ１，ＴＦ２を量産する場合の成膜条件を決定するための情報を得ることが可能である。

【0050】

例えば、中央測定位置ＰＣでの測定を行った後に、ターゲット１１Ｔに対して成膜対象Ｓを回転させながら、各ターゲット１１ＴＡ，１１ＴＢを用いたスパッタ成膜を単一の成膜対象Ｓに対して同時に行うことができる。そして、当該成膜対象Ｓを真空下において成膜チャンバー１１から測定チャンバー１２に搬送して、測定チャンバー１２において、当該成膜対象Ｓに形成された薄膜の厚さを測定することができる。

【0051】

これにより、各スパッタ成膜によって得られる薄膜ＴＦ１，ＴＦ２の厚さが予め把握された状態で、多元系薄膜を成膜することが可能であって、当該多元系薄膜の厚さを真空下で確認することが可能ともなる。結果として、各薄膜の測定が真空下で行われないことによる外乱を排除して、各スパッタ成膜による混合物として多元系薄膜が得られているか否かを確認することが可能ともなる。

【0052】

なお、所定の成膜条件、すなわち初期条件にて各薄膜ＴＦ１，ＴＦ２の厚さを測定した後には、当該測定結果に基づいて成膜条件を変更することによって、中央測定位置ＰＣにおいて得られる薄膜ＴＦ１，ＴＦ２の厚さを変更することが可能である。例えば、各電源２６Ａ，２６Ｂから各ターゲット１１ＴＡ，１１ＴＢに供給する電力を初期条件に対して大きくすることによって、各薄膜ＴＦ１，ＴＦ２の厚さを厚くすることが可能である。また例えば、各電源２６Ａ，２６Ｂから各ターゲット１１ＴＡ，１１ＴＢに供給する電力を初期条件に対して小さくすることによって、各薄膜ＴＦ１，ＴＦ２の厚さを薄くすることが可能である。これにより、例えば、第１ターゲット１１ＴＡと第２ターゲット１１ＴＢとを同時にスパッタした場合において得られる薄膜において、第１ターゲット１１ＴＡ由来の元素と、第２ターゲット１１ＴＢ由来の元素との比を所定の値に調整することが可能である。

【0053】

右測定位置ＰＲでの厚さを測定した場合には、第１薄膜ＴＦ１について、厚さの最小値を把握することが可能である。一方で、第２薄膜ＴＦ２について、厚さの最大値を把握することが可能である。例えば、当該最小値および最大値が得られた成膜条件を初期条件に設定する場合には、初期条件によって各薄膜ＴＦ１，ＴＦ２を成膜した場合について、第１ターゲット１１ＴＡ由来の元素と、第２ターゲット１１ＴＢ由来の元素との比を、各薄膜ＴＦ１，ＴＦ２の厚さから得ることが可能である。

【0054】

これに対して、左測定位置ＰＬの厚さを測定した場合には、第１薄膜ＴＦ１について、厚さの最大値を把握することが可能である。一方で、第２薄膜ＴＦ２について、厚さの最小値を把握することが可能である。例えば、当該最大値および最小値が得られた成膜条件を初期条件に設定する場合には、初期条件によって各薄膜ＴＦ１，ＴＦ２を成膜した場合について、第１ターゲット１１ＴＡ由来の元素と、第２ターゲット１１ＴＢ由来の元素との比を、各薄膜ＴＦ１，ＴＦ２の厚さから得ることが可能である。

【0055】

そのため、回転部２４によるステージ２３の回転を停止した状態で、各ターゲット１１ＴＡ，１１ＴＢを初期条件によって同時にスパッタした場合には、右測定位置ＰＲと左測定位置ＰＬとにおいて、各ターゲット１１ＴＡ，１１ＴＢを個別にスパッタすることによって得られた組成比を有した薄膜を形成することが可能である。こうして得られた薄膜の特性を分析することによって、所定の特性を得る上で当該薄膜において好適な組成比を特定することが可能である。

【0056】

このように、各ターゲット１１ＴＡ，１１ＴＢの成膜によって形成された薄膜ＴＦ１，ＴＦ２の厚さを測定することによって、各薄膜ＴＦ１，ＴＦ２における測定箇所での厚さから、複数のターゲット１１ＴＡ，１１ＴＢを同時に成膜した場合について、多元系薄膜における元素の組成比を特定することが可能である。そのため、多元系薄膜を成膜した後に組成を分析するための装置を用いて組成比を特定する場合に比べて、多元系薄膜における組成をより容易に特定することが可能である。

【0057】

以上説明したように、成膜管理方法、および、成膜装置の第１実施形態によれば、以下に記載の効果を得ることができる。
（１）各ターゲット１１ＴＡ，１１ＴＢの成膜によって形成された薄膜ＴＦ１，ＴＦ２の厚さを測定することによって、各薄膜ＴＦ１，ＴＦ２における測定箇所での厚さから、複数のターゲット１１ＴＡ，１１ＴＢを同時に成膜した場合について、多元系薄膜における元素の組成比を特定することが可能である。そのため、多元系薄膜における組成をより容易に特定することが可能である。

【0058】

（２）エリプソメーターを用いることによって、真空下に配置された成膜対象Ｓが有する薄膜の厚さを測定することが可能である。

【0059】

（３）真空下において薄膜の厚さを測定するから、大気中において酸化された薄膜を解析する場合に比べて、成膜時における薄膜の状態をより正確に把握することが可能である。

【0060】

（４）各薄膜ＴＦ１，ＴＦ２の測定が真空下で行われないことによる外乱を排除して、各スパッタ成膜による混合物として多元系薄膜が得られているか否かを確認することが可能ともなる。

【0061】

［第２実施形態］
図５を参照して、成膜管理方法、および、成膜装置の第２実施形態を説明する。第２実施形態は、上述した第１実施形態に加えて、成膜装置が備えるターゲットを交換した際に、交換後のターゲットに対して評価を行うことが可能であるように構成されている点が異なっている。そのため以下では、こうした相違点を詳しく説明する一方で、第２実施形態において第１実施形態と共通する点に関する詳しい説明を省略する。以下では、本実施形態の成膜装置、および、成膜管理方法を順に説明する。

【0062】

［成膜装置］
本実施形態の成膜装置は、第１実施形態の成膜装置１０と同一の構成を有している。一方で、本実施形態の成膜装置では、制御部１０Ｃが備える記憶部１０ＣＭが、管理データを記憶している。管理データは、成膜装置１０が備えるターゲット１１ＴＡの少なくとも１つが新しいターゲット１１ＴＡに交換された際に、交換後のターゲット１１ＴＡが正常であるか否かを判定するためのデータである。

【0063】

管理データは、例えば、所定の成膜条件である参照条件と、当該参照条件によって成膜された薄膜ＴＦ１，ＴＦ２の厚さに関する参照データを含んでいる。参照条件は、例えば、スパッタガスの流量、各ターゲット１１ＴＡ，１１ＴＢに供給される電力の大きさ、真空槽２１内の圧力、成膜時間、および、ステージ２３の回転数などを含む。参照データは、例えば、各薄膜ＴＦ１，ＴＦ２のうちで、成膜対象Ｓにおける所定位置に形成された部分の厚さであってよい。例えば、薄膜ＴＦ１，ＴＦ２の厚さに関するデータは、上述した中央測定位置ＰＣ、右測定位置ＰＲ、および、左測定位置ＰＬの少なくとも１箇所において測定した厚さであってよい。

【0064】

本実施形態の制御部１０Ｃは、交換後のターゲット１１ＴＡ，１１ＴＢのスパッタによって形成された薄膜ＴＦ１，ＴＦ２における厚さの測定結果と参照データが含む薄膜の厚さに関するデータとの比較から、交換後のターゲット１１ＴＡ，１１ＴＢが正常であるか否かを判定することが可能である。

【0065】

［成膜管理方法］
図５は、成膜管理方法の処理の手順を示している。以下では、第１ターゲット１１ＴＡが交換の対象である場合における処理の手順を説明する。なお、交換の対象は、第２ターゲット１１ＴＢでもよいし、第１ターゲット１１ＴＡと第２ターゲット１１ＴＢとの両方であってもよい。

【0066】

本実施形態の成膜管理方法は、第１ターゲットを交換すること、薄膜の厚さを測定すること、および、参照データと比較することを含む。第１ターゲット１１ＴＡを交換することでは、第１ターゲット１１ＴＡを当該第１ターゲット１１ＴＡと同一の組成を有した新しい第１ターゲット１１ＴＡに交換する。薄膜を形成することでは、交換後の第１ターゲット１１ＴＡを用いて成膜対象Ｓに薄膜ＴＦ１を形成する。参照データと比較することは、交換後の第１ターゲット１１ＴＡを用いて形成した薄膜ＴＦ１の厚さを測定する。参照データと比較することでは、厚さを測定した結果を、参照データと比較する。

【0067】

以下、図面を参照して、成膜管理方法の一例を詳細に説明する。なお、以下に説明する処理は、制御部１０Ｃが記憶部１０ＣＭに記憶されているプロセスレシピを読み出すことによって実行される処理である。なお、以下に説明する一連の処理は、例えば、成膜装置１０の使用者が、成膜装置１０が備える入力部を通じて、第１ターゲット１１ＴＡの交換後における処理を実行する指令が制御部１０Ｃに入力されることによって開始される。あるいは、一連の処理は、成膜装置１０が第１ターゲット１１ＴＡの交換を検知する検知部を備え、当該検知部によって第１ターゲット１１ＴＡの交換が検知された場合に開始されてもよい。

【0068】

図５が示すように、成膜管理方法では、まず、シャッター２７Ａ，２７Ｂ、および、電源２６Ａ，２６Ｂの設定を行う（ステップＳ２１）。本処理は第１ターゲット１１ＴＡが交換された後に行われる処理であるから、第１シャッター２７Ａが開かれる一方で、第２シャッター２７Ｂが閉じられる。また、第１電源２６Ａがターゲット１１Ｔに電圧を印加する電源に設定される。

【0069】

次いで、第１ターゲット１１ＴＡのスパッタによって、成膜対象Ｓに第１薄膜ＴＦ１が形成される（ステップＳ２２）。そして、第１薄膜ＴＦ１が形成された成膜対象Ｓが、搬送チャンバー１３を介して成膜チャンバー１１から測定チャンバー１２に搬送される（ステップＳ２３）。測定チャンバー１２に搬送された成膜対象Ｓについて、第１薄膜ＴＦ１の厚さが測定される（ステップＳ２４）。

【0070】

制御部１０Ｃは、第１薄膜ＴＦ１の厚さを測定した結果と参照データとを比較して、測定結果が参照データと一致するか否かを判定する（ステップＳ２５）。測定結果が参照データと一致する場合には（ステップＳ２５：ＹＥＳ）、制御部１０Ｃは交換後の第１ターゲット１１ＴＡが正常であると処理する（ステップＳ２６）。一方で、測定結果が参照データと一致しない場合には（ステップＳ２５：ＮＯ）、制御部１０Ｃは交換後の第１ターゲット１１ＴＡが異常であると処理する（ステップＳ２７）。ステップＳ２６またはステップＳ２７の処理が行われると、一連の処理が一旦終了される。

【0071】

このように、交換後の第１ターゲット１１ＴＡを用いて形成した薄膜ＴＦ１の厚さを測定した結果を参照データと比較することによって、交換後の第１ターゲット１１ＴＡによって形成した薄膜ＴＦ１が参照データに対して相違するか否かを確認することが可能である。ひいては、交換後の第１ターゲット１１ＴＡが交換前の第１ターゲット１１ＴＡに対して相違するか否かを確認することが可能である。

【0072】

以上説明したように、成膜管理方法、および、成膜装置の第２実施形態によれば、上述した（１）から（３）効果に加えて、以下に記載の効果を得ることができる。
（５）交換後の第１ターゲット１１ＴＡによって形成した薄膜ＴＦ１が参照データに対して相違するか否かを確認することが可能である。

【0073】

［変更例］
なお、上述した各実施形態は、以下のように変更して実施することができる。
［制御部］
・制御部１０Ｃは、測定結果を参照データと比較する処理（ステップＳ２５）を行う一方で、交換後のターゲット１１Ｔが正常であるか、あるいは、異常であるかのいずれかの処理を行わなくてもよい（ステップＳ２６、ステップＳ２７）。この場合には、例えば、制御部１０Ｃの比較結果を成膜装置１０が備える表示部に表示することによって、成膜装置１０の使用者に比較結果を把握させることはできる。

【0074】

・制御部１０Ｃは、測定結果を参照データと比較する処理（ステップＳ２５）を行った後で、異常値を正常値に補正するフィードバック処理を実行することもできる。この場合には、例えば、制御部１０Ｃによって成膜時間を変更して、異常値を正常値に補正することもできる。また、成膜装置１０は、ターゲットと成膜対象Ｓとの間の距離を複数の値の間で変更することが可能な図示外の変更機構を備えてもよい。すなわち、成膜装置１０は、ターゲットと、ステージ２３における成膜対象Ｓの載置面との間の距離を複数の値の間で変更することが可能な図示外の変更機構を備えてもよい。この場合には、制御部１０Ｃによってターゲットと成膜対象Ｓとの間の距離を調整する変更機構を制御して、面内における膜厚の分布傾向を変更し、異常値を正常値に補正することもできる。

【0075】

［ターゲット］
・ターゲット１１Ｔを形成する材料は、成膜対象Ｓが大気に暴露された際に酸化される薄膜を形成可能な材料でなくてもよい。この場合であっても、成膜対象Ｓが成膜チャンバー１１から測定チャンバー１２に向けて真空下を搬送され、かつ、測定チャンバー１２において薄膜の厚さが測定されることによって、上述した（１）に準じた効果を得ることはできる。

【0076】

［測定部］
・測定部１２Ａは、エリプソメーター以外の測定器によって具体化されてもよい。測定部１２Ａは、例えば、ＸＰＳ、ＸＲＲ、レーザ変位計、渦電流式膜厚計などであってもよい。この場合であっても、上述した（２）に準じた効果を得ることはできる。

【符号の説明】

【0077】

１０…成膜装置
１０Ｃ…制御部
１１…成膜チャンバー
１１ＴＡ…第１ターゲット
１１ＴＢ…第２ターゲット
１２…測定チャンバー
１３…搬送チャンバー
１３Ａ…搬送部
Ｓ…成膜対象
ＴＦ１…第１薄膜
ＴＦ２…第２薄膜

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】