JP2000017436A - Deposition apparatus - Google Patents

Deposition apparatus

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JP2000017436A
JP2000017436A JP10186720A JP18672098A JP2000017436A JP 2000017436 A JP2000017436 A JP 2000017436A JP 10186720 A JP10186720 A JP 10186720A JP 18672098 A JP18672098 A JP 18672098A JP 2000017436 A JP2000017436 A JP 2000017436A
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JP
Japan
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film
value
parameter
film formation
characteristic
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JP10186720A
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Japanese (ja)
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Tetsuo Mikuriya
徹雄 御厨
Atsuru Sasane
アツル ササネ
Takashi Sato
孝 佐藤
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Proterial Ltd
Original Assignee
Hitachi Metals Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To stably execute prescribed deposition by extracting parameters which are keys and objectively selecting the controlled variable thereof with a deposition apparatus which executes prescribed deposition on a substrate by controlling the plural parameters. SOLUTION: This apparatus has a memory section which stores the parameter values at the time of deposition inputted at every sampling time and the characteristic values to be inputted after the deposition, a processing section 10 which searches the characteristic values and parameter values at the time of every deposition from the memory section with respect to the combinations of the selected characteristics and parameters, stores these values, analyzes the correlative relations for the combinations and calculates the parameter value range existing within the press characteristic management values and a monitor means 9 which has a display means 12 for displaying the correlative analysis state.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は成膜装置に係わり、
特に、二つの電極を有しこれに高周波電力を供給して成
膜を行なう高周波バイアススパッタに好適の成膜装置に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a film forming apparatus,
In particular, the present invention relates to a film forming apparatus suitable for high-frequency bias sputtering in which two electrodes are provided and high-frequency power is supplied thereto to form a film.

【0002】[0002]

【従来の技術】基板上に成膜する方法として、スパッ
タ、イオンプレーティングあるいは真空蒸着など種々の
ものがあるが、成膜対象に合わせた安定した成膜をする
ための各プロセスパラメータ(以降パラメータと略す)
の制御量の設定は、プロセス技術者の判断で決定される
ことが多い。SiO2やAl2O3等の絶縁膜を成膜することが
できる高周波(以下RFと略記する)バイアススパッタ
は、ステップカバレージ(段差被覆)が良好なこともあ
り、基板上に形成した配線を絶縁するための絶縁膜の成
膜等に多く用いられるようになっている。しかし、パラ
メータ数が多いことともあいまって、安定した成膜品質
を得ることは難しい。特公平7−47820に、RFバ
イアススパッタにおいて、放電を安定させ基板上に均一
な厚さの薄膜を形成する成膜装置として、ターゲット側
のRF電力と基板側のRF電力の位相差制御を行なうも
のが開示されている。これは、放電変動量を、ターゲッ
ト及び基板の電極に配置されたモニタセンサで電位の変
動量として検出し、この検出結果と予め定めた設定値と
から、両電極に供給されるRF電力の位相関係のずれを
検出し、このずれを小さくするようにRF発振器の出力
の位相を変位させるような手段を備えた成膜装置であ
る。
2. Description of the Related Art There are various methods for forming a film on a substrate, such as sputtering, ion plating and vacuum deposition. Abbreviated)
Is often determined by a process engineer. High frequency (hereinafter abbreviated as RF) bias sputtering, which can form an insulating film such as SiO 2 or Al 2 O 3, has good step coverage (step coverage). It is often used for forming an insulating film for insulation. However, it is difficult to obtain stable film formation quality in combination with the large number of parameters. In Japanese Patent Publication No. 7-47820, in RF bias sputtering, a phase difference between RF power on a target side and RF power on a substrate side is controlled as a film forming apparatus for stabilizing discharge and forming a thin film having a uniform thickness on a substrate. Things are disclosed. This is because the amount of change in the discharge is detected as the amount of change in the potential by a monitor sensor arranged on the electrodes of the target and the substrate. The film forming apparatus includes means for detecting a shift in the relationship and displacing the phase of the output of the RF oscillator so as to reduce the shift.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】短時間で薄膜を成膜す
る場合には大きな問題とならなくても、長時間で比較的
厚い膜を、特に段差を覆うように被覆するような場合に
は、パラメータ毎に的確に制御しなければ、品質上及び
生産効率上問題が生ずる。一般に、RFバイアススパッ
タ装置は、一定の放電エネルギーを与えてプラズマの発
生状態を一定とし、基板上への膜の堆積速度を一定にす
るためにターゲット側の電力を制御し、基板上の膜を逆
スパッタするためのイオン衝突速度を一定にするために
バイアス電圧を制御するようになっている。しかし、放
電回路のインピーダンスは、基板ホルダーやチャンバー
内壁への膜付着状態の変化、ターゲット材の消費程度、
又基板枚数の違い等により変化し、一定の放電状態を維
持することは難しい。このため、前記公知例にある二つ
の電源の位相の変動を検出して制御する方法が考えられ
ている。しかし、パラメータの制御量を決めるに当たっ
ては、プロセス技術者個人の技量に委ねられていること
には変わりなく、成膜後の検査を通じてプロセス技術者
の経験等をもとに設定されるため、設定基準が一定でな
く、所定の品質の膜を安定して成膜を行なうようにでき
るまでに長時間を要するという問題があった。特に、成
膜対象が変わったり、装置が変わるとこの問題は顕著で
あった。本発明は、所定の成膜を安定して行なうための
キーとなるパラメータの摘出とその制御量の設定をデー
タ解析により客観的に選定できるとともに、プロセス中
のパラメータ値の変化を表示できる成膜装置を提供する
ことを目的としている。
The problem is not serious when a thin film is formed in a short time. However, when a relatively thick film is coated to cover a step for a long time, particularly when the film is formed to cover a step. If the parameters are not properly controlled, problems arise in quality and production efficiency. In general, an RF bias sputtering apparatus gives a constant discharge energy to keep the plasma generation state constant, controls the power on the target side to keep the deposition rate of the film on the substrate constant, and removes the film on the substrate. The bias voltage is controlled to keep the ion collision speed for reverse sputtering constant. However, the impedance of the discharge circuit depends on the change in the state of film adhesion to the substrate holder and the inner wall of the chamber, the degree of consumption of target material,
Also, it changes due to the difference in the number of substrates, and it is difficult to maintain a constant discharge state. For this reason, a method of detecting and controlling phase fluctuations of the two power supplies in the above-mentioned known example has been considered. However, in determining the control amount of the parameter, it is still left to the individual skill of the process engineer, and it is set based on the experience of the process engineer through the inspection after film formation. There is a problem that the standard is not constant and it takes a long time before a film of a predetermined quality can be stably formed. In particular, this problem was remarkable when the film formation target was changed or the apparatus was changed. According to the present invention, it is possible to objectively select a parameter that is a key to stably perform a predetermined film formation and set a control amount thereof by data analysis, and to display a change in a parameter value during a process. It is intended to provide a device.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】本発明は、複数のパラメ
ータを制御して基板に所定の成膜を行なう成膜装置にお
いて、サンプリング時間毎に入力される成膜時のパラメ
ータ値と成膜後に入力される特性値を収納する記憶部
と、選定された特性とパラメータの組合わせに対し、前
記記憶部から成膜時毎の特性値とパラメータ値をサーチ
して蓄積し、該組合わせに対する相関関係を解析して、
予め設定した特性管理値内にあるパラメータ値範囲を算
出する処理部と、この相関解析状態を表示する表示手段
とを有するモニター手段を備えている。さらに、前記モ
ニター手段は、サンプリング時間毎に入力される成膜時
のパラメータ値と予め設定した該パラメータ値の管理範
囲を表示することができ、これをもとに、パラメータ値
が管理範囲内になるようにパラメータを制御することが
できる。この制御は、オペレータが手動で行なってもよ
いし、入力されるパラメータ値と予め設定したパラメー
タ管理値を自動的に比較し、予め設定した自動制御論理
にもとずいて行なってもよい。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a film forming apparatus for performing a predetermined film formation on a substrate by controlling a plurality of parameters. A storage unit for storing the input characteristic values, and for the combination of the selected characteristic and parameter, the storage unit searches and accumulates the characteristic value and parameter value for each film formation, and stores the correlation for the combination. Analyze the relationship,
There is provided a processing unit for calculating a parameter value range within a preset characteristic management value, and a monitor unit having a display unit for displaying the correlation analysis state. Further, the monitor means can display a parameter value at the time of film formation inputted every sampling time and a preset control range of the parameter value. Based on this, the parameter value falls within the control range. Parameters can be controlled as follows. This control may be performed manually by an operator, or may be performed automatically based on a preset automatic control logic by automatically comparing an input parameter value with a preset parameter management value.

【0005】具体的な実施態様としては、ターゲット電
力とバイアス電圧を設定値になるように供給して基板に
成膜を行なう高周波バイアススパッタによる成膜装置に
おいて、成膜中のサンプリング時間毎に入力されるター
ゲット電圧とバイアス電力と、成膜後に計測したステッ
プカバレージ特性値を収納する記憶部と、前記蓄積デー
タの中から、成膜バッチ毎のステップカバレージ特性値
と、ターゲット電圧及びバイアス電力をサーチし、ター
ゲット電圧とバイアス電力との比を算出した指標を蓄積
し、ステップカバレージ特性値と指標の相関を解析し
て、特性値管理値内にある指標値範囲を求める処理部と
を有するモニター手段を備えた成膜装置である。
As a specific embodiment, in a film forming apparatus using high frequency bias sputtering for forming a film on a substrate by supplying a target power and a bias voltage to set values, an input signal is input for each sampling time during film formation. A storage unit for storing the target voltage and bias power to be measured, the step coverage characteristic value measured after the film formation, and searching the stored data for the step coverage characteristic value for each film formation batch, the target voltage and the bias power. And a processing unit for storing an index obtained by calculating a ratio between the target voltage and the bias power, analyzing a correlation between the step coverage characteristic value and the index, and obtaining an index value range within the characteristic value management value. It is a film forming apparatus provided with.

【0006】[0006]

【発明の実施の形態】以下、本発明をMRヘッドの製造
において、基板上に素子を形成した後にSiO2やAl2O3
の絶縁材の保護膜(オーバーコート)をスパッタで被覆
するプロセスを例にして説明する。スパッタ装置として
は、基板表面の素子による凹凸段差部に沿って膜を良好
に付着させ、膜中に隙間や穴明きを生ずることなく堆積
するために、RFバイアススパッタ方式のものを用い
る。図2にRFバイアススパッタの成膜プロセスを模式
的に示すが、通常のスパッタ法ではグロー放電で発生し
たイオンの衝突でたたき出されたターゲット材料は、基
板に略垂直に投射されるため、ターゲット材料は段差側
面には付着し難いのに対し、基板に印加されたRFバイ
アス電圧により、基板に堆積したターゲット材料が逆ス
パッタされ、その一部が段差部分に回り込み成膜され
る。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention relates to a process for manufacturing an MR head by forming an element on a substrate and then coating a protective film (overcoat) of an insulating material such as SiO 2 or Al 2 O 3 by sputtering. Will be described as an example. As the sputtering apparatus, an RF bias sputtering method is used in order to adhere the film well along the uneven steps formed by the elements on the substrate surface and deposit the film without forming a gap or a hole in the film. FIG. 2 schematically shows a film formation process of RF bias sputtering. In a normal sputtering method, a target material hit by the collision of ions generated by glow discharge is projected almost vertically onto a substrate. While the material does not easily adhere to the step side surface, the target material deposited on the substrate is reverse-sputtered by the RF bias voltage applied to the substrate, and a part of the target material goes around the step to form a film.

【0007】本発明を説明するためのRFバイアススパ
ッタ装置の構成例を図1に示す。真空チャンバー1内に
は2つの対向する電極が設けられ、アルミナ製ターゲッ
ト2と基板3が取り付けられる。それぞれの電極にはマ
ッチングボックス4、5を介してRF電源6、7が接続
されている。また、不活性ガスであるアルゴンと反応性
ガスである酸素を導入した上で適切なガス圧を維持する
ために、ガス導入装置と排気装置が真空チャンバー1に
設置されている。ターゲット側に接続されているRF電
源6(以降、ターゲット電源と呼ぶ)は、電極間でグロ
ー放電を起こしてプラズマを生起し、ターゲット2をス
パッタする作用を有する。基板側に接続されているRF
電源7(以降、バイアス電源と呼ぶ)は、基板3に堆積
されたアルミナ膜(以降、膜と略す)を逆スパッタする
ためにバイアスをかける作用を有している。
FIG. 1 shows a configuration example of an RF bias sputtering apparatus for explaining the present invention. Two opposing electrodes are provided in the vacuum chamber 1, and an alumina target 2 and a substrate 3 are attached. RF power sources 6 and 7 are connected to the respective electrodes via matching boxes 4 and 5. Further, in order to maintain an appropriate gas pressure after introducing argon which is an inert gas and oxygen which is a reactive gas, a gas introduction device and an exhaust device are provided in the vacuum chamber 1. The RF power supply 6 (hereinafter, referred to as a target power supply) connected to the target has a function of generating glow discharge between the electrodes to generate plasma and sputter the target 2. RF connected to the board side
The power supply 7 (hereinafter, referred to as a bias power supply) has a function of applying a bias for reverse sputtering of an alumina film (hereinafter, abbreviated as a film) deposited on the substrate 3.

【0008】スパッタプロセスを行なうための制御装置
8を介して、本発明の成膜装置のポイントを成すモニタ
ー手段9が接続されている。モニター手段9は、CPU
を有する処理部とメモリーを有する記憶部を備えた中央
処理手段10、キーボード等の人による外部入力手段1
1、及び処理内容が出力されるディスプレイやプリンタ
ー等の表示手段12を有している。モニター手段9は、
制御装置8との間で各RF電源6、7の電力、電圧及び
真空チャンバー1内のガス圧、アルゴンガス流量及び酸
素流量等のパラメータの制御量を計測した値であるパラ
メータ値の入力信号と、前記パラメータに関する操作量
の指示をする出力信号が授受できるようになっている。
[0008] A monitor means 9 which is a point of the film forming apparatus of the present invention is connected via a control device 8 for performing a sputtering process. The monitor means 9 is a CPU
Central processing means 10 having a processing section having a memory and a storage section having a memory;
1 and display means 12 such as a display or a printer to which the processing content is output. The monitor means 9
An input signal of a parameter value, which is a value obtained by measuring a control amount of parameters such as power, voltage of each of the RF power sources 6 and 7, gas pressure in the vacuum chamber 1, argon gas flow rate and oxygen flow rate with the control device 8; An output signal for instructing an operation amount relating to the parameter can be transmitted and received.

【0009】以下、モニター手段9の機能及び作用につ
いて説明する。本モニター手段9は主として下記2点の
機能を有している。 パラメータ値の管理範囲の算出。 スパッタプロセス中の各パラメータのパラメータ値と、
スパッタ後の膜特性の計測値を収集編集してデータ処理
し、所定の特性が管理値範囲にあるようなパラメータ値
管理範囲を求める。 スパッタ中の各パラメータ値の表示とパラメータの制
御。 プロセス中のパラメータ値の変化と、前記で求めた管理
範囲とを同時表示して、スパッタ状態の良否を判定でき
るようにするとともに、必要に応じて人又は自動でパラ
メータを制御する。
The function and operation of the monitoring means 9 will be described below. The monitor means 9 mainly has the following two functions. Calculation of the control range of parameter values. Parameter values of each parameter during the sputtering process,
The measured values of the film characteristics after sputtering are collected, edited, and subjected to data processing to obtain a parameter value management range in which the predetermined characteristics are within the management value range. Display of parameter values and control of parameters during sputtering. The change of the parameter value during the process and the control range obtained as described above are simultaneously displayed so that the quality of the sputtering state can be determined, and the parameter is controlled manually or automatically as necessary.

【0010】まず、パラメータ値の管理範囲の算出につ
いて詳細に説明する。新規膜仕様のスパッタ条件を決め
るに際しては、多数のパラメータの中で所定の特性値を
得るために重要なパラメータが何で、その制御量をいく
らにしたら良いのかが不確定であるが、仮条件における
スパッタを通じて、いかに膜特性とパラメータの相関関
係を絞り込むことができるかが、生産効率上からも品質
管理上からも重要である。そのため、スパッタのプロセ
ス中に計測されたパラメータ値と、プロセス終了後に基
板上の膜を計測して求めた特性実績の2種類を基礎デー
タとして収集し、後述するパラメータファイルと特性実
績ファイルに格納していく。また、予め決められる膜の
特性管理値は、特性管理値ファイルに記録しておき、製
品の変更などにより膜特性を変更するときはこのファイ
ルの修正を行うとよい。
First, the calculation of the parameter value management range will be described in detail. In determining the sputtering conditions for the new film specification, it is uncertain what parameters are important for obtaining a predetermined characteristic value among a large number of parameters, and how much the control amount should be. It is important from the viewpoint of production efficiency and quality control how to narrow down the correlation between film characteristics and parameters through sputtering. Therefore, two types of parameter values, which are measured during the sputtering process and the characteristic results obtained by measuring the film on the substrate after the process, are collected as basic data and stored in a parameter file and a characteristic result file described later. To go. In addition, it is preferable to record a predetermined film property management value in a property management value file, and to modify the film property when changing the film property due to a change in a product or the like.

【0011】図3に示すように、スパッタプロセスの開
始から終了まで、パラメータ値を所定のサンプリング時
間毎、例えば1分間隔で計測する。パラメータとして
は、スパッタ装置によるが、例えばターゲット側の進行
波電力、反射波電力、電圧、及び基板側の進行波電力、
反射波電力、電圧、さらに真空チャンバー内のガス圧、
アルゴンガス流量、酸素ガス流量などであり、パラメー
タ値は制御装置8を介して、あるいは直接にモニター手
段9に入力され、中央処理手段10の記憶部に設定した
パラメータファイルに、図5に示すようにプロセス経過
時間毎に記録されていくとともに、表示手段としてのデ
ィスプレイ12に表示される。なお、このパラメータフ
ァイルは、成膜バッチ別に作成し管理するとよい。
As shown in FIG. 3, parameter values are measured at predetermined sampling times, for example, at one minute intervals, from the start to the end of the sputtering process. As parameters, depending on the sputtering apparatus, for example, traveling wave power on the target side, reflected wave power, voltage, and traveling wave power on the substrate side,
Reflected power, voltage, gas pressure in vacuum chamber,
Argon gas flow rate, oxygen gas flow rate, etc., and parameter values are input to the monitor means 9 via the control device 8 or directly, and are stored in a parameter file set in the storage unit of the central processing means 10 as shown in FIG. Are recorded for each process elapsed time, and are displayed on a display 12 as a display means. Note that this parameter file may be created and managed for each deposition batch.

【0012】プロセス終了後、膜の特性データを計測す
る。特性としては膜厚、成膜レート(スパッタレー
ト)、膜応力、ステップカバレージなどである。これら
の計測結果は、外部入力手段であるキーボード11を通
じて中央処理手段10に入力することにより、記憶部に
設定された特性実績ファイルにバッチ毎又は基板毎に記
録される。図6に特性実績ファイルの例を示す。図4に
示すように、上記により求めたパラメータファイルと特
性実績ファイルをもとに、各種特性とパラメータの中か
ら、キーボード11により組合わせが選定されると、処
理部は該データを検索収集し、その相関関係をグラフ化
する。さらに、この相関グラフに製品の仕様により予め
決められる特性管理値を盛り込むことにより、パラメー
タの影響度の判定及びその制御量を見出すことができ
る。なお、信頼性の高い解析結果を得るためには基礎デ
ータはできるだけ多く収集する方が好ましく、スパッタ
は10バッチ以上行なうことが望ましい。以下、特性と
してステップカバレージを例にして、パラメータとの相
関関係について説明する。
After the process is completed, characteristic data of the film is measured. Characteristics include film thickness, film formation rate (sputter rate), film stress, step coverage, and the like. By inputting these measurement results to the central processing unit 10 through the keyboard 11 which is an external input unit, the results are recorded in the characteristic result file set in the storage unit for each batch or each substrate. FIG. 6 shows an example of the characteristic result file. As shown in FIG. 4, when a combination is selected from various characteristics and parameters by the keyboard 11 based on the parameter file and the characteristic result file obtained as described above, the processing unit searches and collects the data. , And graph the correlation. Further, by incorporating a characteristic management value determined in advance by the specification of the product into the correlation graph, it is possible to determine the degree of influence of the parameter and find the control amount thereof. In order to obtain a highly reliable analysis result, it is preferable to collect as much basic data as possible, and it is desirable to perform 10 or more batches of sputtering. Hereinafter, the correlation with a parameter will be described using step coverage as an example of the characteristic.

【0013】対象の成膜プロセスにより異なるが、オー
バーコートとしての成膜においては、凹凸を埋めるとと
もに、堆積された膜中にピット等の空隙部がなく、かつ
成膜後の表面が平になるように被覆する必要がある。従
って、膜中に空隙が在るものを欠陥とし、ステップカバ
レージはこの欠陥発生状況で評価することにする。これ
には、顕微鏡等でピットの有無やその位置、大きさを観
察してもよいが、より明確で定量的に測定できる指標と
して、膜成長角を用いることにした。以下、膜成長角に
ついて説明する。
Although it depends on the target film formation process, in the film formation as an overcoat, the unevenness is filled, and the deposited film has no voids such as pits and the surface after the film formation becomes flat. Need to be coated. Therefore, a film having a void in the film is regarded as a defect, and the step coverage is evaluated based on the state of occurrence of the defect. For this purpose, the presence or absence of pits, their positions and sizes may be observed with a microscope or the like, but the film growth angle is used as an index that can be measured more clearly and quantitatively. Hereinafter, the film growth angle will be described.

【0014】図7は段差部における膜成長を模式的に表
した図である。段差部分には明瞭なアルミナ膜の成長界
面が現れ、欠陥はこの成長界面に沿って生じることが多
い。図7に示した平坦膜a、bの部分は、平らな下地
A、Bから成長する膜である。この平坦膜部分はターゲ
ットからのスパッタ粒子が直接堆積したものである。こ
れに対して、斜面膜部分は、当初はターゲットからの直
接のスパッタ粒子ではなく、主に平坦膜からの逆スパッ
タ粒子が回り込んで段差を埋めるように形成されてい
き、斜面膜が成長するに従ってターゲットからのスパッ
タ粒子も堆積して形成されたものである。段差を埋める
膜成長初期段階で、逆スパッタ粒子の回り込みが効果的
に行われれば、斜面膜は矢印で示すようにより横に広が
る方向に成長していくため、成長界面と平らな下地Bと
の角度である膜成長角θは小さい値を示すことになる。
このように成膜された方が欠陥発生も少ないと考えら
れ、膜成長角と欠陥発生率の関係を調べたところ、図8
に示すように、膜成長角が小さい方が欠陥の発生は少な
いという相関があることがわかった。
FIG. 7 is a diagram schematically showing film growth at a step portion. Clear growth interfaces of the alumina film appear at the steps, and defects often occur along the growth interfaces. The portions of the flat films a and b shown in FIG. 7 are films grown from flat bases A and B. This flat film portion is one in which sputter particles from the target are directly deposited. On the other hand, the slope film portion is initially formed not to be sputtered particles directly from the target, but to be mainly filled with reverse sputtered particles from the flat film to fill the step, and the slope film grows. Accordingly, sputter particles from the target are also deposited and formed. If the reverse sputtered particles are effectively wrapped around at the initial stage of film growth that fills the step, the slope film grows in the direction that spreads more horizontally as indicated by the arrow, so that the growth interface and the flat base B The film growth angle θ, which is an angle, shows a small value.
It is considered that the occurrence of defects is smaller when the film is formed in this manner, and the relationship between the film growth angle and the defect occurrence rate was examined.
It was found that there was a correlation that the smaller the film growth angle was, the less the occurrence of defects was.

【0015】前述したように、RFバイアススパッタ装
置は、ターゲット側電源は電力を、バイアス側電源は電
圧を制御するようになっているものが一般的であり、今
回も、ターゲット電力とバイアス電圧は、まず経験的に
得られる所定の一定値に設定し、その他の真空度、アル
ゴン流量等も同様にして一定値に設定した。あるバッチ
におけるプロセス中のパラメータ値を計測したパラメー
タファイル例を図5に示すが、ターゲットの進行波電力
は一定値を保ったままであるが、電圧は変動しているこ
とがわかる。同様に、バイアス側の電圧は一定値を保っ
たままであるが、進行波電力は変動している。さらに、
バッチ内の変動を平均してバッチ間のばらつきを見てみ
ると、図9に示すようにバッチ間で大きく変動している
ことがわかる。これは、バッチ間では基板ホルダーやチ
ャンバー内壁への膜付着状態の変化、ターゲット材の消
費程度、又基板枚数等に違いがあり、放電回路のインピ
ーダンスが違ってくるためと考えられるからである。
As described above, the RF bias sputtering apparatus generally controls the power of the target side power supply and controls the voltage of the bias side power supply. First, it was set to a predetermined constant value obtained empirically, and the other degrees of vacuum, the flow rate of argon, etc. were similarly set to constant values. FIG. 5 shows an example of a parameter file in which parameter values during a process in a certain batch are measured. It can be seen that the traveling wave power of the target remains at a constant value, but the voltage fluctuates. Similarly, the bias-side voltage remains at a constant value, but the traveling-wave power varies. further,
Looking at the variation between batches by averaging the variation within a batch, it can be seen that there is a large variation between batches as shown in FIG. This is because the impedance of the discharge circuit is different between batches because there is a change in the state of film adhesion to the substrate holder or the inner wall of the chamber, the degree of consumption of the target material, the number of substrates, and the like.

【0016】スパッタ終了後の特性計測によりバッチ毎
の膜成長角を調べた結果を見ると、全バッチを通してタ
ーゲット電力とバイアス電圧、及び真空度等は当初設定
通り一定に制御されていたにもかかわらず、図6に示す
ように膜成長角は変動している。そこで、膜成長角の変
動が、他のどのパラメータに影響されているのかを把握
することが必要であり、パラメータの内、値が変動して
いるターゲット電圧とバイアス電力について関連を調べ
ることにする。
The results of examining the film growth angle for each batch by measuring the characteristics after the end of sputtering show that the target power, the bias voltage, the degree of vacuum, etc. were controlled to be constant throughout the entire batch as initially set. However, the film growth angle fluctuates as shown in FIG. Therefore, it is necessary to understand which parameter influences the change in the film growth angle, and among the parameters, we will examine the relationship between the target voltage and the bias power whose values are changing. .

【0017】膜成長角とターゲット電圧との関係につい
て説明する。まず、特性実績ファイルに収納されている
膜成長角データ中から、バッチ1のものの値を取出すと
ともに、バッチ1のパラメータファイル中のターゲット
電圧データの全サンプリング値の平均値を算出し、膜成
長角とターゲット電圧を座標軸とするグラフ上にプロッ
トする。これを順次バッチ2以降全バッチに対して行な
う。次に、プロットされた点を近似直線化するととも
に、特性管理値ファイルに収納されている膜成長角の管
理値とを重ね合せ図10に示すような相関グラフを作成
する。本図においては、膜成長角とターゲット電圧には
相関があると言え、設定した膜成長角の管理値に対し、
望ましいターゲット電圧値を知ることができる。このタ
ーゲット電圧は、前述した平均値でプロットしてもよい
し、全データをプロットして解析してもよい。また、プ
ロセス経過時間の内の、任意な時点のものだけを選定し
てを表示することもできる。この場合は、対象の成膜仕
様で決まるプロセス中の重要な経過時刻における固有の
ターゲット電圧管理範囲を把握することができる。
The relationship between the film growth angle and the target voltage will be described. First, from the film growth angle data stored in the characteristic performance file, the value of batch 1 is extracted, and the average value of all the sampling values of the target voltage data in the batch 1 parameter file is calculated. Is plotted on a graph with the target voltage as a coordinate axis. This is sequentially performed on all the batches after batch 2. Next, the plotted points are approximated to an approximate straight line, and superimposed on the film growth angle management values stored in the characteristic management value file to create a correlation graph as shown in FIG. In this figure, it can be said that there is a correlation between the film growth angle and the target voltage.
It is possible to know a desired target voltage value. This target voltage may be plotted with the above-described average value, or all data may be plotted and analyzed. In addition, it is also possible to select and display only an arbitrary point in the process elapsed time. In this case, a unique target voltage management range at an important elapsed time in the process determined by the target film formation specification can be grasped.

【0018】同様にして、膜成長角とバイアス電力との
相関グラフを表したものを図11に示す。同じく相関が
あることがわかり、適切なバイアス電力範囲を把握する
ことができる。また、ステップカバレージはバイアス効
果が大きいほど良好と考えられるため、バイアス効果を
ターゲット電圧をバイアス電力で除した指標で表し、膜
成長角と前記指標の関係を調べてみると、図12にその
一例を示すように、明らかに相関があることがわかる。
これは、膜成長角を所定値に制御する場合、必ずしもタ
ーゲット電源やバイアス電源を単独に操作しなくても両
方を適切に操作することができること、また直接電源を
対象にしなくても、指標に影響を与える他のパラメータ
があれば、それを制御してもよいということを表してい
る。
Similarly, FIG. 11 shows a correlation graph between the film growth angle and the bias power. Similarly, it can be seen that there is a correlation, and an appropriate bias power range can be grasped. Further, since the step coverage is considered to be better as the bias effect is larger, the bias effect is represented by an index obtained by dividing the target voltage by the bias power, and the relationship between the film growth angle and the index is examined. It can be seen that there is a clear correlation as shown in FIG.
This means that when controlling the film growth angle to a predetermined value, it is possible to properly operate both the target power supply and the bias power supply without necessarily operating the target power supply and the bias power supply independently. This indicates that any other parameters that may affect it may be controlled.

【0019】また、変動するパラメータに対してだけで
なく、一定値に設定したパラメータ、例えばターゲット
電力についても、その設定値が適切であるかどうかを確
認することができる。この場合、ターゲット電力の設定
値を数種類振った条件でのスパッタから基礎データを収
集し、同様に膜成長角とターゲット電力の相関グラフを
表示する。図13に一例を示す。6000Wで設定した
場合、5000Wや7000Wの場合より特性管理値幅
に入っているものが多いことより、6000Wに設定し
た方が良いと判断することができる。また、ステップカ
バレージ以外の特性、例えば膜厚や膜応力等について
も、各パラメータとの間に同様な相関グラフを作成する
ことができる。同様に、この時の任意のパラメータ値と
の相関状態を見れば、その特性に対して該パラメータが
重要であるどうかを判断することができる。以上、新規
プロセスを立ち上げる時のパラメータ値の管理範囲設定
方法について説明した。
In addition, it is possible to confirm whether or not the set value is appropriate not only for the fluctuating parameter but also for a parameter set to a constant value, for example, the target power. In this case, basic data is collected from the sputter under the condition that the target power set value is varied by several types, and a correlation graph between the film growth angle and the target power is displayed in the same manner. FIG. 13 shows an example. In the case of setting at 6000 W, it can be determined that setting to 6000 W is better because there are many that fall within the characteristic management value range as compared to the case of 5000 W or 7000 W. In addition, a similar correlation graph can be created between parameters and other characteristics other than the step coverage, such as the film thickness and the film stress. Similarly, by looking at the correlation state with an arbitrary parameter value at this time, it can be determined whether the parameter is important for the characteristic. The method of setting the control range of the parameter value when starting a new process has been described above.

【0020】次に、スパッタプロセス中の各パラメータ
値の表示と、パラメータの制御について説明する。図1
4にその処理を示すが、スパッタプロセス開始後、所定
時間毎に各パラメータ値を収集し、パラメータファイル
に収納して行く。それとともに、プロセス進行に伴うパ
ラメータ値の変化を画面に表示する。この時、複数のパ
ラメータを同一画面に表示してもよいし、特定のパラメ
ータを選択して表示させてもよい。この時、前述したよ
うにして設定したパラメータ値管理範囲を同時に表示す
る。オペレータは、このような画面をみれば、経験的に
各特性に対するスパッタ状態の良否を判定することがで
き、必要に応じて所定のパラメータを制御することがで
きる。なお、測定値が管理範囲を外れた場合、警報や異
常メッセージを表示するようにするとさらによい。ま
た、測定値と管理範囲を自動的に比較して、予め設定し
たPID制御等の自動制御論理にもとずき自動的にパラ
メータを制御することもできる。例えば、前述したよう
なターゲット電圧が変動する場合、適宜ターゲット電源
を操作してもよいし、他のパラメータを操作してもよ
い。何を操作したら良いかは、装置及びプロセス条件に
より異なり、適宜適切なものを選定して操作すればよ
い。
Next, display of each parameter value during the sputtering process and control of the parameters will be described. FIG.
The process is shown in FIG. 4. After the start of the sputtering process, each parameter value is collected at predetermined time intervals and stored in a parameter file. At the same time, a change in the parameter value accompanying the progress of the process is displayed on the screen. At this time, a plurality of parameters may be displayed on the same screen, or a specific parameter may be selected and displayed. At this time, the parameter value management range set as described above is simultaneously displayed. By looking at such a screen, the operator can empirically determine the quality of the sputter state for each characteristic, and can control predetermined parameters as necessary. It is more preferable to display an alarm or an abnormal message when the measured value is out of the management range. Further, the measured value and the management range can be automatically compared, and the parameters can be automatically controlled based on a preset automatic control logic such as PID control. For example, when the target voltage fluctuates as described above, the target power supply may be appropriately operated, or another parameter may be operated. What to operate depends on the apparatus and process conditions, and may be appropriately selected and operated.

【0021】このように、バッチ内のスパッタプロセス
に対しても、各パラメータ値の変化を表示する等により
パラメータを制御して良好な成膜を行なうことができ
る。また、ランニング時のパラメータ値を次々に蓄積
し、適宜前述した特性とパラメータの相関グラフを作成
することにより、次第に仮条件のデータをもとにして求
めた当初のパラメータ値管理範囲より、より精度の高い
パラメータ値管理範囲を求めることができ、適宜更新し
て設定することにより、一層安定した成膜を行なうこと
ができる。なお、特性の計測は全てのバッチに対して行
なう必要はないが、適時行い、データ数を多くするよう
にすると良い。
As described above, even for a sputtering process in a batch, a good film formation can be performed by controlling the parameters by displaying the change of each parameter value. In addition, by accumulating the parameter values during running one after another and creating a correlation graph of the characteristics and parameters as described above, the accuracy of the parameter value management range obtained based on the provisional condition data gradually becomes more accurate. A parameter value management range with a high value can be obtained, and a more stable film formation can be performed by appropriately updating and setting. It is not necessary to measure the characteristics for all the batches, but it is preferable to perform the measurement at appropriate times to increase the number of data.

【0022】[0022]

【発明の効果】以上、本発明によれば次の効果がある。 1)プロセス中に計測したパラメータ値と成膜後の特性
の相関を自由な組合わせで解析できるので、所定特性に
対する強い相関のあるパラメータが客観的に判別できる
とともに、その管理範囲を合理的に知ることができる。 2)新規仕様の成膜プロセス条件の早期確立ができ、生
産効率及び品質の安定化に有効である。 3)スパッタプロセス中の多数のパラメータ値の経時変
化を表示できるので、オペレータがプロセスや装置の異
常を視覚的に把握し、すばやく対応することができる。 4)ランニング中のデータを収集して相関関係の改善を
行なうので、バッチを重ねるに従いパラメータ管理値の
精度が高まり、より安定した成膜を行なうことができ
る。
As described above, the present invention has the following effects. 1) Since the correlation between the parameter value measured during the process and the characteristic after film formation can be analyzed in a free combination, parameters having a strong correlation with the predetermined characteristic can be objectively determined, and the control range can be rationally determined. You can know. 2) It is possible to quickly establish film forming process conditions with new specifications, which is effective in stabilizing production efficiency and quality. 3) Since the time-dependent changes of a large number of parameter values during the sputtering process can be displayed, the operator can visually grasp the abnormality of the process or the apparatus and can quickly respond. 4) Since the correlation is improved by collecting data during the running, the accuracy of the parameter management value increases as the batch is repeated, and a more stable film formation can be performed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の成膜装置の一例としてのRFバイアス
スパッタ装置
FIG. 1 is an RF bias sputtering apparatus as an example of a film forming apparatus of the present invention.

【図2】RFバイアススパッタの成膜プロセスを説明す
るための図
FIG. 2 is a diagram for explaining a film forming process of RF bias sputtering.

【図3】基礎データ収集の手順を示す図FIG. 3 is a diagram showing a procedure for collecting basic data.

【図4】パラメータ値と特性の相関グラフを作成する時
の説明図
FIG. 4 is an explanatory diagram when a correlation graph of parameter values and characteristics is created.

【図5】パラメータファイル例FIG. 5 is an example of a parameter file.

【図6】特性実績ファイル例FIG. 6 is an example of a characteristic result file.

【図7】段差部における膜成長状況を示す模式図FIG. 7 is a schematic view showing a film growth state at a step portion.

【図8】膜成長角と欠陥発生率の関係の例を示す図FIG. 8 is a diagram showing an example of a relationship between a film growth angle and a defect occurrence rate.

【図9】バッチ間のターゲット電圧とバイアス電力の変
動の例を示す図
FIG. 9 is a diagram showing an example of fluctuations in target voltage and bias power between batches.

【図10】膜成長角とターゲット電圧の関係の例を示す
FIG. 10 is a diagram showing an example of a relationship between a film growth angle and a target voltage.

【図11】膜成長角とバイアス電力の関係の例を示す図FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a relationship between a film growth angle and bias power.

【図12】膜成長角とターゲット電圧/バイアス電力の
関係の例を示す図
FIG. 12 is a diagram showing an example of a relationship between a film growth angle and a target voltage / bias power.

【図13】膜成長角とターゲット電力の関係の例を示す
FIG. 13 is a diagram showing an example of a relationship between a film growth angle and target power.

【図14】成膜プロセス中のデータ収集とパラメータ値
表示の手順を示す図
FIG. 14 is a diagram showing a procedure for collecting data and displaying parameter values during a film forming process.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…真空チャンバー、 2…ターゲット、 3…基板、
4、5…マッチングボックス、 6、7…RF電源、
8…制御装置、9…モニター手段、 10…中央処理手
段、 11…外部入力手段、12…表示手段
1 ... vacuum chamber, 2 ... target, 3 ... substrate,
4, 5 ... matching box, 6, 7 ... RF power supply,
8 control device, 9 monitor means, 10 central processing means, 11 external input means, 12 display means

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4K029 BA44 BA46 BD01 CA05 DC32 DC35 EA09 5F103 AA08 BB54 BB56 DD27 LL20 NN10 RR01 RR04 RR06 RR10 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 4K029 BA44 BA46 BD01 CA05 DC32 DC35 EA09 5F103 AA08 BB54 BB56 DD27 LL20 NN10 RR01 RR04 RR06 RR10

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 複数のパラメータを制御して基板に所定
の成膜を行なう成膜装置において、サンプリング時間毎
に入力される成膜時のパラメータ値と成膜後に入力され
る特性値を収納する記憶部と、選定された特性とパラメ
ータの組合わせに対し、前記記憶部から成膜時毎の特性
値とパラメータ値をサーチして蓄積し、該組合わせに対
する相関関係を解析して、予め設定した特性管理値内に
あるパラメータ値範囲を算出する処理部と、この相関解
析状態を表示する表示手段とを有するモニター手段を備
えたことを特徴とする成膜装置。
In a film forming apparatus for performing a predetermined film formation on a substrate by controlling a plurality of parameters, a parameter value at the time of film formation inputted every sampling time and a characteristic value inputted after the film formation are stored. For the combination of the characteristic and the parameter selected in the storage unit, the characteristic value and the parameter value for each film formation are searched and stored from the storage unit, and the correlation for the combination is analyzed and set in advance. A film forming apparatus, comprising: a processing unit that calculates a parameter value range within the set characteristic management value; and a monitor that has a display that displays the correlation analysis state.
【請求項2】 前記モニター手段は、サンプリング時間
毎に入力される成膜時のパラメータ値と予め設定した該
パラメータ値の管理範囲を表示することができる請求項
1に記載の成膜装置。
2. The film forming apparatus according to claim 1, wherein the monitor means can display a parameter value at the time of film formation inputted every sampling time and a preset control range of the parameter value.
【請求項3】 前記モニター手段は、サンプリング時間
毎に入力される成膜時のパラメータ値と予め設定したパ
ラメータ管理値を比較し、予め設定した自動制御論理に
もとずき該パラメータ値が一定範囲にあるようにパラメ
ータを制御するための信号を出力する請求項1又は2に
記載の成膜装置。
3. The monitor means compares a parameter value at the time of film formation inputted at each sampling time with a preset parameter management value, and based on a preset automatic control logic, the parameter value is kept constant. The film forming apparatus according to claim 1, wherein a signal for controlling a parameter to be in a range is output.
【請求項4】 ターゲット電力とバイアス電圧を設定値
になるように供給して基板に成膜を行なう高周波バイア
ススパッタによる成膜装置において、成膜中のサンプリ
ング時間毎に入力されるターゲット電圧とバイアス電力
と、成膜後に計測したステップカバレージ特性値を収納
する記憶部と、前記蓄積データの中から、成膜バッチ毎
のステップカバレージ特性値と、ターゲット電圧及びバ
イアス電力をサーチし、ターゲット電圧とバイアス電力
との比を算出した指標を蓄積し、ステップカバレージ特
性値と指標の相関を解析して、特性値管理値内にある指
標値範囲を求める処理部とを有するモニター手段を備え
たことを特徴とする成膜装置。
4. In a film forming apparatus by high frequency bias sputtering for forming a film on a substrate by supplying a target power and a bias voltage to set values, a target voltage and a bias input every sampling time during film formation. Power, a storage unit for storing step coverage characteristic values measured after film formation, and a step coverage characteristic value for each film formation batch, a target voltage and a bias power, and a target voltage and bias power. A monitor that has a processing unit that accumulates an index for calculating a ratio with respect to power, analyzes a correlation between the step coverage characteristic value and the index, and obtains an index value range within the characteristic value management value. Film forming apparatus.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006041589A (en) * 2004-07-22 2006-02-09 Matsushita Electric Ind Co Ltd Surface acoustic wave device and manufacturing method thereof
WO2009044474A1 (en) * 2007-10-04 2009-04-09 Canon Anelva Corporation Vacuum thin film forming apparatus

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