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公開番号2025007632
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-17
出願番号2023109166
出願日2023-07-03
発明の名称真空成膜装置及び真空成膜方法
出願人株式会社アルバック
代理人弁理士法人青莪
主分類C23C 14/24 20060101AFI20250109BHJP(金属質材料への被覆;金属質材料による材料への被覆;化学的表面処理;金属質材料の拡散処理;真空蒸着,スパッタリング,イオン注入法,または化学蒸着による被覆一般;金属質材料の防食または鉱皮の抑制一般)
要約【課題】真空雰囲気の真空チャンバ1内で基板Sgに対して所定の薄膜を成膜する際に、当該薄膜が低密度薄膜でも、その膜厚を安定且つ連続してモニタできるようにした真空成膜装置を提供する。
【解決手段】真空チャンバ内に配置される2個の成膜源3₁,3₂と膜厚モニタ5₁,5₂とを設置する。各成膜源から所定の余弦則に従い夫々放出される成膜材料の飛散領域を正規飛散領域Re1,Re2とし、2個の蒸着源から所定の余弦則に従い放出される成膜材料の互いに重なる飛散領域を重複飛散領域Ceとして、一方の膜厚モニタ5₁を正規飛散領域に配置し、他方の膜厚モニタ5₂を重複飛散領域に配置し、第2の膜厚モニタが、第1の膜厚モニタで検出した膜厚との差分に基づいて膜厚を検出するように構成する。
【選択図】図1

特許請求の範囲【請求項１】
真空雰囲気の真空チャンバ内で被処理基板に対して所定の薄膜を成膜するための真空成膜装置であって、
真空チャンバ内に配置される少なくとも２個の成膜源と、薄膜の膜厚をモニタする少なくとも２個の膜厚モニタとを備え、
各膜厚モニタが、水晶基板の表裏両面に励振電極が形成される水晶振動子と、表側励振電極と裏側励振電極との間に電圧を印加してその電位差により水晶振動子を励振させ、水晶振動子の重量変化に伴う共振周波数の変化量を基に膜厚を検出する検出手段とを有するものにおいて、
各成膜源から所定の余弦則に従い夫々放出される成膜材料の飛散領域を正規飛散領域とし、また、いずれか２個の蒸着源から所定の余弦則に従い放出される成膜材料の互いに重なる飛散領域を重複飛散領域として、各膜厚モニタから選択される第１の膜厚モニタが正規飛散領域に配置されると共に、第２の膜厚モニタが重複飛散領域に配置され、第２の膜厚モニタが、第１の膜厚モニタで検出した膜厚との差分に基づいて膜厚を検出するように構成されることを特徴とする真空成膜装置。
続きを表示（約 350 文字）【請求項２】
真空雰囲気の真空チャンバ内で被処理基板に対して所定の薄膜を成膜するための真空成膜方法において、
真空チャンバ内に配置される少なくとも２個の成膜源と、水晶振動子の重量変化に伴う共振周波数の変化量を基に薄膜の膜厚を検知する少なくとも２個の膜厚モニタとを配置し、
各成膜源から所定の余弦則に従い夫々放出される成膜材料の飛散領域を正規飛散領域とし、また、いずれか２個の成膜源から所定の余弦則に従い放出される成膜材料の互いに重なる飛散領域を重複飛散領域として、正規飛散領域に配置される第１の膜厚モニタで薄膜の膜厚を検知し、重複飛散領域に配置される第２の膜厚モニタでは、第１の膜厚モニタで検出した膜厚との差分に基づいて薄膜の膜厚を検出することを特徴とする真空成膜方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空成膜装置及び真空成膜方法に関し、より詳しくは、成膜中に所謂低密度薄膜の膜厚を安定して検出できるようにしたものに関する。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
真空成膜装置としての真空蒸着装置には、通常、蒸着（成膜）中に被処理基板に成膜される薄膜の膜厚を検出し、または、単位時間当たりの蒸着量から蒸着源（例えば、ヒータによる加熱量）をフィードバック制御するために膜厚モニタが備えられている。このような膜厚モニタとしては、水晶振動子を利用したものが一般に利用される（例えば、特許文献１参照）。このものは、水晶基板の表裏両面に励振電極が形成される水晶振動子と、表側励振電極と裏側励振電極との間に所定周波数の交流電圧を印加してその電位差により水晶振動子を励振させる励振手段と、水晶振動子の重量変化に伴う共振周波数の変化量から膜厚を検出する検出手段とを備える。
【０００３】
上記膜厚モニタでは、所定の振動周波数で振動する水晶振動子に成膜源から所定の余弦則に従い放出される成膜材料が付着すると、その質量が増加して振動し難くなる。つまり、質量増加に応じて共振周波数が低下する。このときの共振周波数の変化と重量の変化との間には相関があることから、共振周波数の変化から、付着した成膜材料の質量が判る。そして、水晶振動子への成膜材料の付着面積や付着した成膜材料の密度等を基に、水晶振動子表面の膜厚（Å、ｎｍ）を算出し、この膜厚を基板上の膜厚に換算することで、薄膜の膜厚を連続して検出（モニタ）し、またはこの膜厚を基に成膜レートを検出することができる（Å／ｓｅｃ）。このとき、膜厚モニタには、成膜材料の違いに拘らず、安定して膜厚をモニタできるように、通常は、成膜材料に応じて予め実験的に求めた補正係数が準備されている。
【０００４】
ところで、成膜材料の中には、例えば低分子有機材料のように、被処理基板の表面に成膜したときにその薄膜の膜密度が比較的小さく、しかも、同等の膜厚で成膜しても結晶性（結晶成長方向）により膜密度が変化するもの（以下、これを「低密度薄膜」ともいう）もあることが知られている。このような成膜材料を１０Å以下、例えば１Åの膜厚で成膜する際に、膜厚モニタの水晶振動子にも付着させて膜厚をモニタしようとしても、実際の膜厚より薄く膜厚を検出し、または、実際の膜厚より厚く膜厚を検出するという誤検出が頻発する場合があり、これでは、安定して膜厚をモニタすることができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０１５－１１７３９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、以上の点に鑑み、低密度薄膜を成膜する場合でも、その膜厚を安定してモニタできるようにした真空成膜装置及び真空成膜方法を提供することをその課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、真空雰囲気の真空チャンバ内で被処理基板に対して所定の薄膜を成膜するための本発明の真空成膜装置は、真空チャンバ内に配置される少なくとも２個の成膜源と、薄膜の膜厚をモニタする少なくとも２個の膜厚モニタとを備え、各膜厚モニタが、水晶基板の表裏両面に励振電極が形成される水晶振動子と、表側励振電極と裏側励振電極との間に電圧を印加してその電位差により水晶振動子を励振させ、水晶振動子の重量変化に伴う共振周波数の変化量を基に膜厚を検出する検出手段とを有し、各成膜源から所定の余弦則に従い夫々放出される成膜材料の飛散領域を正規飛散領域とし、また、いずれか２個の蒸着源から所定の余弦則に従い放出される成膜材料の互いに重なる飛散領域を重複飛散領域として、各膜厚モニタから選択される第１の膜厚モニタが正規飛散領域に配置されると共に、第２の膜厚モニタが重複飛散領域に配置され、第２の膜厚モニタが、第１の膜厚モニタで検出した膜厚との差分に基づいて膜厚を検出するように構成されることを特徴とする。
【０００８】
また、上記課題を解決するために、真空雰囲気の真空チャンバ内で被処理基板に対して所定の薄膜を成膜するための本発明の真空成膜方法は、真空チャンバ内に配置される少なくとも２個の成膜源と、水晶振動子の重量変化に伴う共振周波数の変化量を基に薄膜の膜厚を検知する少なくとも２個の膜厚モニタとを配置し、各成膜源から所定の余弦則に従い夫々放出される成膜材料の飛散領域を正規飛散領域とし、また、いずれか２個の成膜源から所定の余弦則に従い放出される成膜材料の互いに重なる飛散領域を重複飛散領域として、正規飛散領域に配置される第１の膜厚モニタで薄膜の膜厚を検知し、重複飛散領域に配置される第２の膜厚モニタでは、第１の膜厚モニタで検出した膜厚との差分に基づいて薄膜の膜厚を検出することを特徴とする。
【０００９】
以上によれば、例えば、いずれかの蒸着源から正規飛散領域に放出される成膜材料（以下、「第１成膜材料」ともいう）を、付着した水晶振動子表面での膜密度の変化が小さく共振周波数の変化と重量の変化との間に相関があるものとし、これを重複飛散領域に配置される第２の水晶振動子にも共蒸着させる。これにより、仮に他の蒸着源から放出される成膜材料（以下、「第２成膜材料」ともいう）により低密度薄膜を成膜する場合であっても、共振周波数の変化から、付着した成膜材料の質量が判る。そして、第１の膜厚モニタで検出した第１成膜材料の質量との差分から第２の各成膜材料の質量が判る。その結果、その膜厚を安定してモニタすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本実施形態の真空蒸着装置を模式的に示す断面図。
膜厚モニタにて蒸着レートを測定したときのグラフ。
変形例に係る真空蒸着装置の要部を拡大して示す図。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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