JP2011168825A - Substrate treatment device and method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

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Daisuke Hara
大介 原
Norihiro Niimura
憲弘 新村
Masasue Murobayashi
正季 室林
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Hitachi Kokusai Electric Inc
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a substrate treatment device capable of reducing the frequency of maintenance and determining an appropriate time of maintenance. <P>SOLUTION: The substrate treatment device 10 includes: an ion source 40 for generating ions; a target 36 receiving an ion beam 45 from the ion source 40; a wafer holder 18 housed in a first vacuum chamber 11 and holding a wafer 1 that receives sputtered particles 46 from the target 36; an adhesion preventing plate 51 suppressing adhesion of sputtered particles 46 to a second vacuum chamber 22; and an adhesion amount predicting unit 61 predicting an adhesion amount of the particles 46 stuck to the adhesion preventing plate 51. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、基板処理装置および半導体装置の製造方法に関する。   The present invention relates to a substrate processing apparatus and a semiconductor device manufacturing method.

半導体装置の一例としてMRAM(Magnetic Random Access Memory )がある。MRAMはスピン注入磁化反転方式を利用したメモリーである。MRAMの製造方法においては、数原子層レベルの薄膜を積層して、MTJ(Magnetic tunnel Junction) 素子を作製する。絶縁膜(目標値で1nm以下のMgO膜(酸化マグネシウム膜))を電子の反転を利用するための磁性膜(CoFeB膜)によって挟んだ極薄膜が、膜の中心部分である。
MTJ素子の製造方法およびそれに使用する真空処理装置が述べられた例として、特許文献1がある。
An example of a semiconductor device is an MRAM (Magnetic Random Access Memory). The MRAM is a memory using a spin injection magnetization reversal method. In the manufacturing method of MRAM, a thin film of several atomic layers is stacked to produce an MTJ (Magnetic tunnel Junction) element. An ultra-thin film sandwiching an insulating film (MgO film (magnesium oxide film) having a target value of 1 nm or less) with a magnetic film (CoFeB film) for utilizing inversion of electrons is the central portion of the film.
As an example in which an MTJ element manufacturing method and a vacuum processing apparatus used therefor are described, there is Patent Document 1.

特開2006−124792号公報JP 2006-124792 A

MTJ素子を作製する真空処理装置においては、成膜室の到達圧力を超真空領域である10-7パスカル(Pa)台以下に下げて清浄に保つ必要がある。
このような成膜室において、イオンビームによってターゲットをスパッタすると、スパッタすることにより、成膜室内面にもターゲット成分が付着し、ある付着量を超えると、剥離が発生するため、清浄を維持することができない。成膜室内を常に維持するためには、メンテナンスする必要がある。
このメンテナンスの頻度が少ないと、清浄を維持することができず、頻度が多いと、生産性が低下する。
In a vacuum processing apparatus for producing an MTJ element, it is necessary to keep the ultimate pressure in the film forming chamber lower by 10-7 Pascal (Pa) or less, which is an ultra-vacuum region.
In such a film formation chamber, when a target is sputtered by an ion beam, the target component adheres to the surface of the film formation chamber by sputtering, and if a certain amount of adhesion is exceeded, peeling occurs, so that cleanliness is maintained. I can't. In order to always maintain the film forming chamber, it is necessary to perform maintenance.
If the frequency of this maintenance is low, cleanliness cannot be maintained, and if the frequency is high, productivity is lowered.

本発明の目的は、メンテナンス頻度を低減することができ、かつ、適切なメンテナンス時期を容易に見極めることができる基板処理装置およびそれを使用した半導体装置の製造方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a substrate processing apparatus that can reduce the frequency of maintenance and can easily determine an appropriate maintenance time, and a method of manufacturing a semiconductor device using the same.

前記課題を解決するための手段のうち代表的なものは、次の通りである。
(1)イオンを発生させるイオン発生部と、
収納容器に収容され、前記イオン発生部からのイオンを受けるターゲットと、
前記ターゲットからのターゲット成分を受ける基板を保持する基板保持部と、
前記収納容器への前記ターゲット成分の付着を抑制する付着抑制部と、
前記付着抑制部へ付着する前記ターゲット成分の付着量を予測する付着量予測部と、
を備える基板処理装置。
(2)収納容器に収容されたターゲットにイオン発生部からイオンを照射し、前記ターゲットから発生したターゲット成分が、前記収納容器への前記ターゲット成分の付着を抑制する付着抑制部および基板保持部に保持された基板へ付着する工程と、
付着量予測部が前記付着抑制部へ付着する前記ターゲット成分の付着量を予測する工程と、を有する半導体装置の製造方法。
Typical means for solving the above problems are as follows.
(1) an ion generator that generates ions;
A target housed in a storage container and receiving ions from the ion generator;
A substrate holder for holding a substrate that receives a target component from the target;
An adhesion suppression unit that suppresses the adhesion of the target component to the storage container;
An adhesion amount prediction unit for predicting the adhesion amount of the target component adhering to the adhesion suppression unit;
A substrate processing apparatus comprising:
(2) The target contained in the storage container is irradiated with ions from the ion generation unit, and the target component generated from the target is applied to the adhesion suppression unit and the substrate holding unit that suppress the adhesion of the target component to the storage container. Adhering to a held substrate;
And a step of predicting an adhesion amount of the target component adhering to the adhesion suppression unit by an adhesion amount prediction unit.

この手段によれば、メンテナンス頻度を低減することができ、かつ、適切なメンテナンス時期を容易に見極めることができる。   According to this means, the maintenance frequency can be reduced, and an appropriate maintenance time can be easily determined.

本発明の第一実施形態である基板処理装置を示す正面図である。It is a front view which shows the substrate processing apparatus which is 1st embodiment of this invention. その平面図である。FIG. (a)はその側面断面図、(b)は(a)のb部の拡大図である。(A) is the side surface sectional drawing, (b) is an enlarged view of the b section of (a). イオン源を示す側面断面図である。It is side surface sectional drawing which shows an ion source. イオン源の他の実施形態を示す側面断面図である。It is side surface sectional drawing which shows other embodiment of an ion source. SPRAMの成膜例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the film-forming example of SPRAM. スパッタ粒子の軌跡を示す側面断面図である。It is side surface sectional drawing which shows the locus | trajectory of a sputtered particle. 成膜レートを示すグラフである。It is a graph which shows a film-forming rate. 係数αとM2+M1の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between coefficient (alpha) and M2 + M1. 本発明の第二実施形態である基板処理装置のチルトブロックを示しており、(a)は正面図、(b)は(a)のb−b線に沿う断面図である。The tilt block of the substrate processing apparatus which is 2nd embodiment of this invention is shown, (a) is a front view, (b) is sectional drawing which follows the bb line of (a). 水晶振動子を示しており、(a)は正面図、(b)は側面図である。The quartz resonator is shown, (a) is a front view, (b) is a side view. 本発明の第三実施形態であるクラスタ型基板処理装置を示す平面図である。It is a top view which shows the cluster type substrate processing apparatus which is 3rd embodiment of this invention.

以下、本発明の一実施形態を図面に即して説明する。
図1〜図9は本発明の第一実施形態を示している。
本実施形態において、本発明に係る基板処理装置は、MRAMを製造するものとして構成されており、基板としてのシリコンウエハ(以下、ウエハという)に複数の薄膜を積層する。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 to 9 show a first embodiment of the present invention.
In this embodiment, a substrate processing apparatus according to the present invention is configured to manufacture an MRAM, and a plurality of thin films are stacked on a silicon wafer (hereinafter referred to as a wafer) as a substrate.

図1〜図3に示されているように、本実施形態に係る基板処理装置10は、直方体函形状に形成された第一収納容器としての第一真空容器11を備えており、第一真空容器11は処理室12を構成している。第一真空容器11の正面壁には、処理室12に基板としてのウエハ1を搬入したり搬出するための開口13が設けられている。開口13はゲートバルブ14によって開閉される。   As shown in FIGS. 1 to 3, the substrate processing apparatus 10 according to the present embodiment includes a first vacuum container 11 as a first storage container formed in a rectangular parallelepiped box shape. The container 11 constitutes a processing chamber 12. The front wall of the first vacuum vessel 11 is provided with an opening 13 for carrying the wafer 1 as a substrate into and out of the processing chamber 12. The opening 13 is opened and closed by a gate valve 14.

処理室12の右側壁にはチルト装置15が設置されている。チルト装置15はチルト軸16を所定角度旋回可能に構成されており、例えば、90度だけ往復回転させる。チルト軸16は処理室12内に挿入されている。チルト軸16はチルトブロック17を処理室12内において支持する。チルトブロック17には基板ホルダとしてのウエハホルダ18が配置されている。チルトブロック17内には回転装置19が設置されている。回転装置19はウエハホルダ18を回転させる。
チルト装置15はウエハホルダ18が保持したウエハ1を、水平姿勢と垂直姿勢との間でチルトさせる。
処理室12の底壁には昇降装置20が設置されている。昇降装置20は処理室12内に配置された邪魔板21を昇降させる。邪魔板21はチルトブロック17の背面側に配置されており、昇降装置20によって昇降される。
A tilt device 15 is installed on the right side wall of the processing chamber 12. The tilt device 15 is configured to be able to turn the tilt shaft 16 by a predetermined angle and, for example, reciprocates by 90 degrees. The tilt shaft 16 is inserted into the processing chamber 12. The tilt shaft 16 supports the tilt block 17 in the processing chamber 12. A wafer holder 18 as a substrate holder is disposed on the tilt block 17. A rotation device 19 is installed in the tilt block 17. The rotating device 19 rotates the wafer holder 18.
The tilt device 15 tilts the wafer 1 held by the wafer holder 18 between a horizontal posture and a vertical posture.
A lifting device 20 is installed on the bottom wall of the processing chamber 12. The elevating device 20 elevates and lowers the baffle plate 21 disposed in the processing chamber 12. The baffle plate 21 is disposed on the back side of the tilt block 17 and is lifted and lowered by the lifting device 20.

第一真空容器11の背面壁には、直方体函形状に形成された第二収納容器としての第二真空容器22が連結されている。第二真空容器22はターゲット室23を構成している。ターゲット室23の容積は処理室12の容積よりも大きい。すなわち、処理室12の容積はターゲット室23の容積よりも小さい。
第一真空容器11と第二真空容器22との合わせ壁は、処理室12とターゲット室23とを仕切る隔壁24を構成している。隔壁24には連通孔25が所定の位置に設けられている。所定の位置は、後述するターゲットに照射されて反射したイオンの一部が通過し、他部が隔壁24の壁面に衝突する位置、である。
第二真空容器22の背面壁下部には、第一真空ポンプとしてのターボ分子ポンプ26と、第二真空ポンプとしてのクライオポンプ27が設置されている。ターボ分子ポンプ26およびクライオポンプ27はターゲット室23、処理室12および後述するイオン源室を排気する。
A second vacuum container 22 serving as a second storage container formed in a rectangular parallelepiped box shape is connected to the back wall of the first vacuum container 11. The second vacuum container 22 constitutes a target chamber 23. The volume of the target chamber 23 is larger than the volume of the processing chamber 12. That is, the volume of the processing chamber 12 is smaller than the volume of the target chamber 23.
A mating wall between the first vacuum container 11 and the second vacuum container 22 constitutes a partition wall 24 that partitions the processing chamber 12 and the target chamber 23. The partition wall 24 is provided with a communication hole 25 at a predetermined position. The predetermined position is a position where a part of ions irradiated and reflected by a target described later passes and the other part collides with the wall surface of the partition wall 24.
A turbo molecular pump 26 as a first vacuum pump and a cryopump 27 as a second vacuum pump are installed at the lower part of the back wall of the second vacuum vessel 22. The turbo molecular pump 26 and the cryopump 27 exhaust the target chamber 23, the processing chamber 12, and an ion source chamber described later.

第二真空容器22の背面壁の上部には回転装置28が水平方向に設置されている。回転装置28の回転軸29はターゲット室23に前後方向に延在するように水平に挿入されている。回転軸29は磁気シールによって気密封止されている。回転軸29はターゲットホルダ30をターゲット室23内で支持している。
延在部としてのターゲットホルダ30は、回転軸29に対して垂直方向であって、異なる方向に複数延在している。具体的には、ターゲットホルダ30は、錐形状に構成されている。例えば、ターゲットホルダ30は八角錐(八方錐)台(切頭八角錐)形状に形成されている。錐の回転軸線(頂点の垂線)31に回転軸29がターゲットホルダ30を貫通して連結されている。図3に示されているように、錐の回転軸線31と錐面32とがなす夾角33は鋭角で設定され、例えば、45度に設定されている。すなわち、回転軸線31と直交する面31Aと錐面32とがなす夾角33Aは、45度である。
錐面32は台形形状の側壁面34を8枚備えている。8枚の側壁面34は周方向に等間隔にそれぞれ位置している。側壁面34は回転軸29に対して垂直方向であって、異なる方向に8枚延在する延在部を構成している。8枚の側壁面34にはターゲットチャック35が1台ずつ設置されている。ターゲットチャック35はターゲット36を側壁面34と平行に保持する。したがって、ターゲット36は回転軸29に対して45度分傾斜する。ターゲット36は平板形状の直方体で形成されている。また、隣り合うターゲット36、36の隣接する一端同士は、鋭角としての40度の夾角を構成する。したがって、隣り合うターゲット36、36同士は、充分な間隙を挟む。
ターゲットチャック35には冷却水路(図示せず)が回転軸29の中空部を経由して配管されている。冷却水はターゲット36のイオン照射による発熱を抑える。
A rotating device 28 is installed horizontally in the upper part of the back wall of the second vacuum vessel 22. A rotating shaft 29 of the rotating device 28 is horizontally inserted into the target chamber 23 so as to extend in the front-rear direction. The rotating shaft 29 is hermetically sealed with a magnetic seal. The rotating shaft 29 supports the target holder 30 in the target chamber 23.
A plurality of target holders 30 serving as extending portions are perpendicular to the rotation axis 29 and extend in different directions. Specifically, the target holder 30 is configured in a cone shape. For example, the target holder 30 is formed in an octagonal pyramid (octagonal pyramid) platform (truncated octagonal pyramid) shape. A rotation shaft 29 is connected to a cone rotation axis (vertical perpendicular) 31 through the target holder 30. As shown in FIG. 3, the included angle 33 formed by the rotation axis 31 of the cone and the cone surface 32 is set to an acute angle, for example, 45 degrees. That is, the included angle 33A formed by the surface 31A orthogonal to the rotation axis 31 and the conical surface 32 is 45 degrees.
The conical surface 32 includes eight trapezoidal side wall surfaces 34. The eight side wall surfaces 34 are located at equal intervals in the circumferential direction. The side wall surface 34 is in a direction perpendicular to the rotating shaft 29 and constitutes an extending portion extending in eight different directions. One target chuck 35 is installed on each of the eight side wall surfaces 34. The target chuck 35 holds the target 36 parallel to the side wall surface 34. Accordingly, the target 36 is inclined by 45 degrees with respect to the rotating shaft 29. The target 36 is formed as a flat rectangular parallelepiped. Further, adjacent ends of the adjacent targets 36 and 36 constitute a depression angle of 40 degrees as an acute angle. Therefore, the adjacent targets 36 and 36 sandwich a sufficient gap.
A cooling water channel (not shown) is piped to the target chuck 35 via the hollow portion of the rotating shaft 29. The cooling water suppresses heat generation due to ion irradiation of the target 36.

第二真空容器22の底壁には射出孔39が設けられている。第二真空容器22の底壁下面にはイオン源40が設置されている。射出孔39の上方にはターゲット36が位置する。45度傾斜したターゲット36は射出孔39と連通孔25とに対向する。   An injection hole 39 is provided in the bottom wall of the second vacuum vessel 22. An ion source 40 is installed on the lower surface of the bottom wall of the second vacuum vessel 22. A target 36 is located above the injection hole 39. The target 36 inclined at 45 degrees faces the injection hole 39 and the communication hole 25.

図4に示されているように、イオン源40はイオン源室41、フィラメント42、平板状の加速電極43、平板状の減速電極44を備えている。
イオン源室41内はターゲット室23に射出孔39によって連通している。フィラメント42はイオン源室41内に設けられる。加速電極43および減速電極44は射出孔39を横断するように設けられる。加速電極43および減速電極44はフィラメント42に対向する。フィラメント42にはフィラメント電源およびアーク電源から電力が供給され、加速電極43および減速電極44には加速電源および減速電源から電圧が印加される。
加速電極43および減速電極44は耐熱金属、例えば、モリブデン(Mo)によって形成される。加速電極43と減速電極44とは所定間隙dを置いて平行に配される。加速電極43は多数個の加速通過孔43aを有する。減速電極44は多数個の減速通過孔44aを有する。
減速通過孔44aは対向する加速通過孔43aに対して、軸心がずれる(偏心する)ようにそれぞれ配置される。この配置は、加速電極43からのイオンビーム45を偏向させるので、図4に示されているように、イオンビーム45はターゲット36上において収束する。イオンビーム45の収束は、イオンビーム密度(電流密度)を高め、成膜速度を増大させるので、不純物の発生を抑制し、ウエハ1の汚染を防止する。また、この配置は、ターゲット36を小型化し、イオン源40を小型化する。
As shown in FIG. 4, the ion source 40 includes an ion source chamber 41, a filament 42, a flat plate acceleration electrode 43, and a flat plate reduction electrode 44.
The ion source chamber 41 communicates with the target chamber 23 through the injection hole 39. The filament 42 is provided in the ion source chamber 41. The acceleration electrode 43 and the deceleration electrode 44 are provided so as to cross the injection hole 39. The acceleration electrode 43 and the deceleration electrode 44 face the filament 42. Electric power is supplied to the filament 42 from a filament power source and an arc power source, and voltages are applied to the acceleration electrode 43 and the deceleration electrode 44 from the acceleration power source and the deceleration power source.
The acceleration electrode 43 and the deceleration electrode 44 are formed of a heat-resistant metal, for example, molybdenum (Mo). The acceleration electrode 43 and the deceleration electrode 44 are arranged in parallel with a predetermined gap d. The acceleration electrode 43 has a plurality of acceleration passage holes 43a. The deceleration electrode 44 has a large number of deceleration passage holes 44a.
The deceleration passage hole 44a is arranged so that the axis is shifted (eccentric) with respect to the opposing acceleration passage hole 43a. This arrangement deflects the ion beam 45 from the acceleration electrode 43, so that the ion beam 45 converges on the target 36 as shown in FIG. Convergence of the ion beam 45 increases the ion beam density (current density) and increases the deposition rate, thereby suppressing the generation of impurities and preventing contamination of the wafer 1. This arrangement also makes the target 36 smaller and the ion source 40 smaller.

イオン源40にはガス供給源50が接続されている。ガス供給源50はイオン化されるガスをイオン源室41内に供給する。ガスとしては、通常、アルゴン(Ar)ガスが用いられる。
アルゴンガスがイオン源室41内に供給され、フィラメント42にアーク電力が供給されると、フィラメント42とイオン源室41の側壁との間においてアーク放電が起こる。このアーク放電により、アルゴンのプラスイオン(以下、アルゴンイオンという)と電子とが混在した状態(プラズマ状態)になる。加速電極43および減速電極44はアルゴンイオンに運動エネルギを与えることにより、アルゴンイオンを加速通過孔43aと減速通過孔44aとを通して、ターゲット室23内に引き出す。
ターゲット室23に引き出されたアルゴンイオンは、イオンビーム45となってターゲット36に照射する。ターゲット36に照射したイオンビーム45は、ターゲット36の構成材料を成分とする粒子(以下、スパッタ粒子という)46をターゲット36から叩き出す。スパッタ粒子46は大きな平均自由行程でターゲット室23および処理室12内を飛翔し、処理室12内のウエハ1上に付着する。ウエハ1上に付着したスパッタ粒子46は堆積することにより、ターゲット36の構成材料を成分とする薄膜を形成する。
A gas supply source 50 is connected to the ion source 40. The gas supply source 50 supplies a gas to be ionized into the ion source chamber 41. As the gas, argon (Ar) gas is usually used.
When argon gas is supplied into the ion source chamber 41 and arc power is supplied to the filament 42, arc discharge occurs between the filament 42 and the side wall of the ion source chamber 41. Due to this arc discharge, argon positive ions (hereinafter referred to as argon ions) and electrons are mixed (plasma state). The accelerating electrode 43 and the decelerating electrode 44 impart kinetic energy to the argon ions, thereby drawing the argon ions into the target chamber 23 through the accelerating passage hole 43a and the decelerating passage hole 44a.
Argon ions extracted into the target chamber 23 become an ion beam 45 and irradiate the target 36. The ion beam 45 irradiated to the target 36 knocks out particles 46 (hereinafter, referred to as sputtered particles) whose components are constituent materials of the target 36 from the target 36. The sputtered particles 46 fly in the target chamber 23 and the processing chamber 12 with a large mean free path, and adhere to the wafer 1 in the processing chamber 12. The sputtered particles 46 adhering on the wafer 1 are deposited to form a thin film containing the constituent material of the target 36 as a component.

図5はイオン源の他の実施形態を示している。
本実施形態に係るイオン源40Aにおける加速電極47および減速電極48は、ターゲット36に対向する面が凹面となるように弯曲した球面形状に形成されている。加速電極47および減速電極48にそれぞれ穿たれた多数個の加速通過孔47aと多数個の減速通過孔48aとは、一つずつが互いに対向している。対向した一対の加速通過孔47aと減速通過孔48aとは、同一軸心上に位置し、その軸心は球面の中心に向っている。
凹面に弯曲した加速電極47および減速電極48はイオンビーム45を収束する。したがって、本実施形態に係るイオン源40Aは前記実施形態に係るイオン源40と同様の作用および効果を奏する。
FIG. 5 shows another embodiment of the ion source.
The acceleration electrode 47 and the deceleration electrode 48 in the ion source 40A according to the present embodiment are formed in a spherical shape that is curved so that the surface facing the target 36 is a concave surface. The multiple acceleration passage holes 47a and the multiple deceleration passage holes 48a formed in the acceleration electrode 47 and the deceleration electrode 48 respectively face each other. The opposed pair of acceleration passage hole 47a and deceleration passage hole 48a are located on the same axis, and the axis is directed to the center of the spherical surface.
The accelerating electrode 47 and the decelerating electrode 48 that are curved on the concave surface converge the ion beam 45. Therefore, the ion source 40A according to the present embodiment has the same operations and effects as the ion source 40 according to the embodiment.

図3に示されているように、基板処理装置10はコントローラ60を備えており、コントローラ60はパーソナルコンピュータまたはパネルコンピュータ等によって構成されている。コントローラ60はチルト装置15、ウエハホルダ18、回転装置19、昇降装置20、ターボ分子ポンプ26、クライオポンプ27、回転装置28、イオン源40およびガス供給源50等々を制御する。   As shown in FIG. 3, the substrate processing apparatus 10 includes a controller 60, and the controller 60 includes a personal computer, a panel computer, or the like. The controller 60 controls the tilt device 15, the wafer holder 18, the rotation device 19, the lifting device 20, the turbo molecular pump 26, the cryopump 27, the rotation device 28, the ion source 40 and the gas supply source 50.

以下、本発明に係る半導体装置の製造方法の一実施形態を、前記構成に係る基板処理装置を使用したSPRAM(Spin Transfer Torque Magnetic Rondom Access Memory) の製造方法における薄膜形成工程について説明する。
SPRAMはMRAMの一種であり、スピン注入磁化反転するものである。
図6はSPRAMの成膜例を示す断面図である。
この成膜例では、SiO2 (二酸化珪素)もしくはSi(シリコン)材で構成されるウエハ上に、Ta(タングステン)膜、Ta膜上にPtMn膜、その上にCoFe膜、第一のRu(ルテニウム)膜、第一のCoFeB膜、MgO膜、第二のCoFeB膜、第二のTa膜、第二のRu膜の順に積層され、トータル6種類の膜種にて9層の金属膜が積層される。
Hereinafter, an embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described with respect to a thin film forming step in a method for manufacturing a SPRAM (Spin Transfer Torque Magnetic Rondom Access Memory) using the substrate processing apparatus having the above-described configuration.
SPRAM is a kind of MRAM and reverses spin injection magnetization.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing an example of SPRAM film formation.
In this film formation example, a Ta (tungsten) film is formed on a wafer made of SiO 2 (silicon dioxide) or Si (silicon) material, a PtMn film is formed on the Ta film, a CoFe film is formed thereon, and a first Ru ( Ruthenium) film, 1st CoFeB film, MgO film, 2nd CoFeB film, 2nd Ta film, 2nd Ru film are laminated in this order, and 9 layers of metal films are laminated in total 6 kinds of film types Is done.

以下の基板処理装置の作動はコントローラ60が制御する。
初期状態において、ゲートバルブ14は開口13を閉じている。チルト装置15はチルトブロック17を水平姿勢に維持し、ウエハホルダ18を解除している。回転装置19は停止している。昇降装置20は邪魔板21を下限に位置させている。
ターゲットホルダ30はホームポジションを維持している。すなわち、ターゲットホルダ30はTaのターゲット36を保持したターゲットチャック35をイオン源40に対向させている。
処理室12、ターゲット室23およびイオン源室41の内圧は、クライオポンプ27の排気により10-5Pa(パスカル)以上10-7Pa以下に維持されている。
The controller 60 controls the following operations of the substrate processing apparatus.
In the initial state, the gate valve 14 closes the opening 13. The tilt device 15 maintains the tilt block 17 in a horizontal posture and releases the wafer holder 18. The rotating device 19 is stopped. The lifting device 20 has the baffle plate 21 positioned at the lower limit.
The target holder 30 maintains the home position. That is, the target holder 30 makes the target chuck 35 holding the Ta target 36 face the ion source 40.
The internal pressures of the processing chamber 12, the target chamber 23, and the ion source chamber 41 are maintained at 10 −5 Pa (pascal) or more and 10 −7 Pa or less by exhausting the cryopump 27.

ウエハローディングステップにおいて、コントローラ60はクライオポンプ27からターボ分子ポンプ26に切り替え、処理室12、ターゲット室23およびイオン源室41の内圧を、10-3Pa以上10-4Pa以下に維持する。ゲートバルブ14は開口13を開く。ウエハ移載装置(図示せず)はウエハ1を処理室12内へ予備室(図示せず)から搬入し、ウエハホルダ18上に移載する。ウエハホルダ18はウエハ1を保持する。 In the wafer loading step, the controller 60 switches from the cryopump 27 to the turbo molecular pump 26 to maintain the internal pressures of the processing chamber 12, the target chamber 23, and the ion source chamber 41 at 10 −3 Pa or more and 10 −4 Pa or less. The gate valve 14 opens the opening 13. A wafer transfer device (not shown) carries the wafer 1 into the processing chamber 12 from a preliminary chamber (not shown) and transfers it onto the wafer holder 18. The wafer holder 18 holds the wafer 1.

減圧ステップにおいて、コントローラ60はゲートバルブ14によって開口13を閉じた後に、ターボ分子ポンプ26からクライオポンプ27に切り替え、処理室12、ターゲット室23およびイオン源室41を10-3Pa以上10-4Pa以下の内圧から10-6Paに真空引きする。
次いで、クライオポンプ27からターボ分子ポンプ26へ切り替え、処理室12、ターゲット室23およびイオン源室41の内圧を、10-7Paに維持する。
In the depressurization step, the controller 60 switches the turbo molecular pump 26 to the cryopump 27 after closing the opening 13 by the gate valve 14, and changes the processing chamber 12, the target chamber 23, and the ion source chamber 41 to 10 −3 Pa or more and 10 −4. Vacuum is pulled from an internal pressure of Pa or lower to 10 −6 Pa.
Subsequently, the cryopump 27 is switched to the turbo molecular pump 26, and the internal pressures of the processing chamber 12, the target chamber 23, and the ion source chamber 41 are maintained at 10 −7 Pa.

成膜(Ta)ステップにおいて、ガス供給源50はアルゴンガスをイオン源室41に供給する。フィラメント42には電力が供給され、加速電極43および減速電極44には電圧が印加される。必要に応じて、中和電源がONされる。
チルト装置15はチルトブロック17を処理位置である垂直姿勢に移行させる。回転装置19はウエハ1を回転させる。昇降装置20は邪魔板21を所定位置へ上昇させる。
アーク電力が供給されると、イオン源40はイオンビーム45をTaで構成されるターゲット36に照射する。ターゲット36に照射したイオンビーム45はTaで構成されるスパッタ粒子46をターゲット36から叩き出す。スパッタ粒子46は処理室12内に飛翔し、ウエハホルダ18に保持されたウエハ1上に付着する。ウエハ1上に付着したスパッタ粒子46は堆積することにより、Ta膜を形成する。この時の処理室12、ターゲット室23およびイオン源室41の内圧は、10-2Paに維持されている。
予め、設定された処理時間が経過すると、アーク電源がOFFされる。中和電源がONしている場合にはOFFさせる。この時の処理室12、ターゲット室23およびイオン源室41の内圧は、10-2Pa以上10-3Pa以下に維持される。
In the film forming (Ta) step, the gas supply source 50 supplies argon gas to the ion source chamber 41. Electric power is supplied to the filament 42, and a voltage is applied to the acceleration electrode 43 and the deceleration electrode 44. If necessary, the neutralization power source is turned on.
The tilt device 15 shifts the tilt block 17 to a vertical posture that is a processing position. The rotating device 19 rotates the wafer 1. The elevating device 20 raises the baffle plate 21 to a predetermined position.
When the arc power is supplied, the ion source 40 irradiates the target 36 composed of Ta with the ion beam 45. The ion beam 45 irradiated to the target 36 knocks out sputtered particles 46 made of Ta from the target 36. The sputtered particles 46 fly into the processing chamber 12 and adhere to the wafer 1 held by the wafer holder 18. The sputtered particles 46 adhered on the wafer 1 are deposited to form a Ta film. At this time, the internal pressures of the processing chamber 12, the target chamber 23, and the ion source chamber 41 are maintained at 10 −2 Pa.
When a preset processing time has elapsed, the arc power supply is turned off. If the neutralization power is on, turn it off. The internal pressures of the processing chamber 12, the target chamber 23, and the ion source chamber 41 at this time are maintained at 10 −2 Pa or more and 10 −3 Pa or less.

次の成膜(PtMn)ステップにおいて、回転装置28はターゲットホルダ30を回転して、PtMnのターゲット36をイオン源40およびウエハ1に対向させる。必要に応じて、フィラメント42の電力値を変更し、加速電極43および減速電極44の電圧値を変更する。
続いて、必要に応じて、供給量が調整されて、アルゴンガスがイオン源室41に供給され、フィラメント42には電力が供給され、加速電極43および減速電極44には電圧が印加され、必要に応じて、中和電源がONされる。回転装置19はウエハ1を回転させる。必要に応じて、昇降装置20は邪魔板21を所定位置へ上昇させる。
アーク電源がONされると、イオン源40はイオンビーム45をPtMnで構成されるターゲット36に照射する。ターゲット36に照射したイオンビーム45はPtMnで構成されるスパッタ粒子46をターゲット36から叩き出す。スパッタ粒子46は処理室12内に飛翔し、ウエハホルダ18に保持されたウエハ1のTa膜上に付着する。ウエハ1のTa膜上に付着したスパッタ粒子46は堆積することにより、PtMn膜を形成する。
予め、設定された処理時間が経過すると、アーク電源がOFFされる。中和電源がONしている場合にはOFFさせる。
In the next film formation (PtMn) step, the rotating device 28 rotates the target holder 30 so that the PtMn target 36 faces the ion source 40 and the wafer 1. If necessary, the power value of the filament 42 is changed, and the voltage values of the acceleration electrode 43 and the deceleration electrode 44 are changed.
Subsequently, if necessary, the supply amount is adjusted, argon gas is supplied to the ion source chamber 41, power is supplied to the filament 42, voltage is applied to the acceleration electrode 43 and the deceleration electrode 44, and necessary. Accordingly, the neutralization power source is turned on. The rotating device 19 rotates the wafer 1. If necessary, the lifting device 20 raises the baffle plate 21 to a predetermined position.
When the arc power source is turned on, the ion source 40 irradiates the target 36 composed of PtMn with the ion beam 45. The ion beam 45 irradiated to the target 36 knocks out sputtered particles 46 made of PtMn from the target 36. The sputtered particles 46 fly into the processing chamber 12 and adhere to the Ta film of the wafer 1 held by the wafer holder 18. The sputtered particles 46 adhered on the Ta film of the wafer 1 are deposited to form a PtMn film.
When a preset processing time has elapsed, the arc power supply is turned off. If the neutralization power is on, turn it off.

以降、コントローラ60は使用するターゲット36を前述した成膜ステップに準じて切り替えることにより、ウエハ1上に図6に示された各種の膜を順次成膜して積層する。   Thereafter, the controller 60 sequentially deposits and stacks various films shown in FIG. 6 on the wafer 1 by switching the target 36 to be used in accordance with the film forming step described above.

最後の成膜ステップとして、第二のRu膜成膜ステップが終了すると、コントローラ60はウエハアンローディグステップを実施する。
ウエハアンローディングステップにおいては、フィラメント42への電力供給が停止され、加速電極43および減速電極44への電圧印加が停止され、必要に応じて、中和電源がOFFされると、ターゲットホルダ30はTaのターゲット36をホームポジションに戻す。回転装置19が回転を停止し、昇降装置20が邪魔板21を下限位置に下降させると、チルト装置15はチルトブロック17を水平姿勢に移行させる。イオン源室41へのアルゴンガスの供給を停止する。この時、処理室12、ターゲット室23およびイオン源室41の内圧が10-5Pa以上10-7Pa以下に維持される。
処理室12、ターゲット室23およびイオン源室41の内圧が、10-3Pa以上10-4Pa以下に維持されると、ゲートバルブ14は開口13を開く。ウエハ移載装置は処理済のウエハ1をウエハホルダ18上からピックアップし、処理室12内から予備室へ搬出する(ウエハアンローディグする)。
As the last film formation step, when the second Ru film formation step is completed, the controller 60 performs a wafer unloading step.
In the wafer unloading step, the power supply to the filament 42 is stopped, the voltage application to the acceleration electrode 43 and the deceleration electrode 44 is stopped, and the neutralization power source is turned off as necessary. Return the Ta target 36 to the home position. When the rotation device 19 stops rotating and the elevating device 20 lowers the baffle plate 21 to the lower limit position, the tilt device 15 shifts the tilt block 17 to the horizontal posture. The supply of argon gas to the ion source chamber 41 is stopped. At this time, the internal pressures of the processing chamber 12, the target chamber 23, and the ion source chamber 41 are maintained at 10 −5 Pa or more and 10 −7 Pa or less.
When the internal pressures of the processing chamber 12, the target chamber 23, and the ion source chamber 41 are maintained at 10 −3 Pa or more and 10 −4 Pa or less, the gate valve 14 opens the opening 13. The wafer transfer device picks up the processed wafer 1 from above the wafer holder 18 and carries it out of the processing chamber 12 to the spare chamber (wafer unloading).

ところで、ターゲット成分であるスパッタ粒子46はターゲット36の収納容器である第二真空容器22が形成したターゲット室23の内面に飛翔して付着する。付着したスパッタ粒子46はある付着量を超えると、剥離してパーティクルの発生源となるので、ターゲット室23内面を洗浄するためのメンテナンスが必要になる。
そこで、本実施形態においては、収納容器へのターゲット成分の付着を抑制する付着抑制部としての防着板51がターゲット室23に、ターゲット室23の内面を被覆するように着脱可能に敷設されている。防着板51のターゲット36側を向く表面には剥離防止部52が形成されている。剥離防止部52はブラスト加工等によって表面を粗く加工することによって形成される。
本実施形態においては、ターゲット室23内面が防着板51によって被覆されていることにより、スパッタ粒子46はターゲット室23内面に付着することはないので、ターゲット室23自体は洗浄するためのメンテナンスが不必要になる。
By the way, the sputtered particles 46 that are target components fly and adhere to the inner surface of the target chamber 23 formed by the second vacuum container 22 that is a container for the target 36. When the adhering sputtered particles 46 exceed a certain adhering amount, they are separated and become a generation source of particles, so that maintenance for cleaning the inner surface of the target chamber 23 is required.
Therefore, in the present embodiment, a deposition preventing plate 51 as an adhesion suppressing unit that suppresses adhesion of the target component to the storage container is detachably laid in the target chamber 23 so as to cover the inner surface of the target chamber 23. Yes. A peeling prevention portion 52 is formed on the surface of the deposition preventing plate 51 facing the target 36 side. The peeling preventing part 52 is formed by roughing the surface by blasting or the like.
In the present embodiment, since the inner surface of the target chamber 23 is covered with the deposition preventing plate 51, the sputtered particles 46 do not adhere to the inner surface of the target chamber 23, so that the maintenance for cleaning the target chamber 23 itself is not performed. It becomes unnecessary.

他方、防着板51はスパッタ粒子46が付着するので、洗浄するためのメンテナンスが必要である。しかし、防着板51には剥離防止部52が形成されていることにより、付着したスパッタ粒子46の堆積膜の剥離を防止することができるので、堆積膜が剥離してパーティクルの発生源になることは抑制することができる。
剥離防止部52における剥離防止作用を超えた量のスパッタ粒子46が堆積すると、防着板51においても堆積膜の剥離が起きるので、防着板51はパーティクルの発生源となる。したがって、防着板51に対しても洗浄するためのメンテナンスが必要になる。
On the other hand, since the sputtered particles 46 adhere to the deposition preventing plate 51, maintenance for cleaning is necessary. However, since the peeling prevention part 52 is formed on the deposition preventing plate 51, it is possible to prevent the deposited film of the attached sputtered particles 46 from being peeled off. That can be suppressed.
When the amount of sputtered particles 46 exceeding the delamination preventing function in the delamination preventing unit 52 is deposited, the deposited film is also delaminated on the deposition preventing plate 51, and thus the deposition preventing plate 51 becomes a particle generation source. Therefore, maintenance for cleaning the deposition preventing plate 51 is also required.

そこで、本実施形態においては、付着抑制部へ付着するターゲット成分の付着量を予測する付着量予測部61が、コントローラ60に設けられている。本実施形態に係る付着量予測部61は、ターゲット36へのイオンビーム45の照射量を監視し、防着板51へのスパッタ粒子46の付着量を成膜レートから算出するプログラムである。   Therefore, in the present embodiment, the controller 60 is provided with an adhesion amount prediction unit 61 that predicts the adhesion amount of the target component that adheres to the adhesion suppression unit. The adhesion amount prediction unit 61 according to the present embodiment is a program that monitors the irradiation amount of the ion beam 45 onto the target 36 and calculates the adhesion amount of the sputtered particles 46 onto the deposition preventing plate 51 from the film formation rate.

次に、本実施形態に係る付着量予測部61について説明する。
一般に、成膜レートはターゲット36からの距離比率の逆数の2乗に比例する。
また、ターゲット36からウエハ1に到達するスパッタ粒子46のスパッタ粒子密度分布は、cosΘ曲線分布に近似する。図7に示されているように、このΘはイオンビーム45のターゲット36に対する入射角である。スパッタ粒子46は、図7に破線斜線で示された末広がりの範囲内の何処かに存在する確率が高く、特に、破線斜線の中心線付近に最も多く存在する確率が高い。
図7に示されているように、スパッタ粒子46が防着板51に最も付着する防着板51の位置は、連通孔25の上縁付近であり、ターゲット36に対する距離はウエハ1よりも近いが、角度は違う(中心線から離れる)。
スパッタ粒子46が防着板51に最も付着する位置(連通孔25上縁付近)におけるスパッタ粒子46の付着量Qは、次式(1)によって算出することができる。
Q=V×(La/Lb)2 ×K×T・・・(1)
式(1)中、Vはウエハ1への成膜レート、Laはウエハ1とターゲット36との距離、Lbは防着板51とターゲット36との距離、Kは角度定数、Tはイオンビーム45の照射時間、である。
防着板51における剥離が起きない許容付着量は、おおよそ1000nmである。
したがって、式(1)において、Q=1000とすることにより、許容付着量に達するイオンビーム45の照射時間Tを求めることができる。付着量予測部61は算出した照射時間Tを防着板51における剥離が発生する時間と予測して、イオンビーム45の照射累積時間がこの予測時間Tに達した時点で、防着板51のメンテナンス時期を警報する。
なお、角度定数Kは、ターゲット36の放出角度によって異なるため、実験値によって求める。本実施形態においては、0.8程度である。
ウエハ1の成膜レートは、図8に示されているようになり、略比例式で表すことができ、イオン源40の出力を細かく変えても、成膜レートの推測が可能である。
Next, the adhesion amount prediction unit 61 according to the present embodiment will be described.
In general, the film formation rate is proportional to the square of the reciprocal of the distance ratio from the target 36.
Further, the sputtered particle density distribution of the sputtered particles 46 that reach the wafer 1 from the target 36 approximates the cos Θ curve distribution. As shown in FIG. 7, Θ is an incident angle of the ion beam 45 with respect to the target 36. There is a high probability that the sputtered particles 46 exist somewhere within the range of the end spread shown by the broken line in FIG. 7, and in particular, there is a high probability that the sputtered particles 46 are most frequently present near the center line of the broken line.
As shown in FIG. 7, the position of the deposition preventing plate 51 where the sputtered particles 46 adhere most to the deposition preventing plate 51 is near the upper edge of the communication hole 25, and the distance to the target 36 is closer than the wafer 1. But the angle is different (away from the centerline).
The adhesion amount Q of the sputtered particles 46 at the position where the sputtered particles 46 adhere most to the deposition preventing plate 51 (near the upper edge of the communication hole 25) can be calculated by the following equation (1).
Q = V × (La / Lb) 2 × K × T (1)
In the formula (1), V is a deposition rate on the wafer 1, La is a distance between the wafer 1 and the target 36, Lb is a distance between the deposition preventing plate 51 and the target 36, K is an angle constant, and T is an ion beam 45. Irradiation time.
The allowable adhesion amount at which peeling does not occur on the deposition preventing plate 51 is approximately 1000 nm.
Therefore, in the formula (1), by setting Q = 1000, the irradiation time T of the ion beam 45 reaching the allowable adhesion amount can be obtained. The adhesion amount predicting unit 61 predicts the calculated irradiation time T as a time when peeling occurs on the deposition preventing plate 51, and when the cumulative irradiation time of the ion beam 45 reaches the predicted time T, Alarm the maintenance time.
Note that the angle constant K varies depending on the emission angle of the target 36, and thus is obtained from experimental values. In this embodiment, it is about 0.8.
The film formation rate of the wafer 1 is as shown in FIG. 8 and can be represented by a substantially proportional expression. The film formation rate can be estimated even if the output of the ion source 40 is changed finely.

ところで、ターゲット36はスパッタにより消耗するため、ある程度の消耗量で新品と交換を行う必要がある。
そこで、本実施形態においては、ターゲット消耗予測部62がコントローラ60に設けられている。ターゲット消耗予測部62は、ターゲット36へのイオンビーム45の照射時間を監視し、ターゲット36の交換時期を算出するプログラムである。
By the way, since the target 36 is consumed by sputtering, it is necessary to replace it with a new one with a certain amount of consumption.
Therefore, in this embodiment, the target wear prediction unit 62 is provided in the controller 60. The target consumption prediction unit 62 is a program that monitors the irradiation time of the ion beam 45 to the target 36 and calculates the replacement time of the target 36.

次に、本実施形態に係るターゲット消耗予測部62について説明する。
ターゲットの消耗量については、様々な式が提案されている。シグムンド(Sigmund) の式によると、スパッタ率(1個のイオンで何個のスパッタ粒子をスパッタするかを表す)Yは、次式(2)、(3)で表される。
Y=0.076×α×Tm/U・・・(2)
Tm=4×M1×M2×E/(M1+M2)2 ・・・(3)
式(2)、(3)中、α:係数、U:ターゲットの結合エネルギ、M1:イオンの質量数、M2:ターゲットの質量数、E:イオンビームのエネルギ、である。
図9は係数αとM2+M1の関係を示している。
式(2)、(3)および図9により、スパッタ率Yを求めることができるので、ターゲットの消耗量を把握することができる。
Next, the target consumption prediction unit 62 according to the present embodiment will be described.
Various formulas have been proposed for target consumption. According to the Sigmund equation, the sputtering rate (representing how many sputtered particles are sputtered by one ion) Y is expressed by the following equations (2) and (3).
Y = 0.076 × α × Tm / U (2)
Tm = 4 × M1 × M2 × E / (M1 + M2) 2 (3)
In equations (2) and (3), α: coefficient, U: target binding energy, M1: ion mass number, M2: target mass number, E: ion beam energy.
FIG. 9 shows the relationship between the coefficient α and M2 + M1.
Since the sputtering rate Y can be obtained from the equations (2), (3), and FIG. 9, the consumption amount of the target can be grasped.

前記実施形態によれば、次の効果が得られる。   According to the embodiment, the following effects can be obtained.

(1)イオンビームの累積照射時間をコントローラにて監視し、閾値を越えた時点で、アラーム(警報)を発生することにより、現在進行中の成膜処理が終わった時点で、防着板の交換のようなメンテナンスを始めることができる。 (1) The accumulated irradiation time of the ion beam is monitored by a controller, and when the threshold value is exceeded, an alarm is generated, so that the deposition plate is Maintenance such as replacement can be started.

(2)適切なメンテナンスの実施により、スパッタ粒子に起因するパーティクルの発生を防止することができるので、常に、高清浄な雰囲気、安定した環境で成膜を維持することができる。 (2) Since the generation of particles due to sputtered particles can be prevented by performing appropriate maintenance, film formation can always be maintained in a highly clean atmosphere and a stable environment.

(3)イオンビームの累積照射時間のみで監視すると、各ターゲット毎にスパッタレートが異なるため、付着量および消耗量を正確に把握することは困難である。各ターゲット毎に対してのイオンビームの照射時間を把握し、ターゲット消耗予測部を使用することで、より正確な付着量および消耗量を把握することができる。 (3) If only the cumulative irradiation time of the ion beam is monitored, it is difficult to accurately grasp the amount of deposition and the amount of consumption because the sputtering rate differs for each target. By grasping the irradiation time of the ion beam for each target and using the target wear prediction unit, it is possible to grasp the more accurate adhesion amount and wear amount.

図10および図11は本発明の第二実施形態を示している。
本実施形態が、第一実施形態と異なる点は、成膜レートの求め方である。
本実施形態では、防着板51へのスパッタ粒子46の付着量をより正確に予測すべく、膜厚検出器としての水晶天秤(Quarts Crystal Microbalance。以下、QCMという)54を処理室12に設置し、QCM54の検出結果を用いて、成膜レートを予測する。
本実施形態においては、QCM54はウエハ1の角度を傾けるチルトブロック17に装着されている。配線57は中空に形成されたチルトブロック17の中空部を通して処理室12の外まで引き出されている。
図11に示されているように、QCM54は水晶振動子55の端面に一対の電極56、56を形成した構造を備えており、水晶振動子55の電極56表面に物質が付着すると、その質量に応じて共振周波数が変動する(下がる)性質を利用し極めて微量な質量変化を計測する質量センサ、である。
QCM54の測定した成膜レートVqに基づいて、防着板51への付着量Qを予測する場合には、次式(4)が使用される。
Q=Vq×(La/Lb)2 ×K×T・・・(4)
式(4)中、Laはウエハ1とターゲット36との距離、Lbは防着板51とターゲット36との距離、Kは角度定数、Tはイオンビーム45の照射時間、である。
なお、式(4)のうち、ウエハ1とターゲット36との距離LaをQCM54とターゲット36との距離としてもよい。但し、近似数であるため、いずれを用いても構わない。すなわち、Laはウエハ1とターゲット36との距離およびQCM54とターゲット36の距離の意味を含むものとする。
本実施形態における防着板のメンテナンス時期の求め方は、第一実施形態と同様である。本実施形態によれば、第一実施形態と同様の作用および効果を得ることができる。
10 and 11 show a second embodiment of the present invention.
The difference between this embodiment and the first embodiment is how to determine the film formation rate.
In the present embodiment, a quartz balance (Quarts Crystal Microbalance, hereinafter referred to as QCM) 54 as a film thickness detector is installed in the processing chamber 12 in order to more accurately predict the adhesion amount of the sputtered particles 46 to the deposition preventing plate 51. Then, the film formation rate is predicted using the detection result of the QCM 54.
In the present embodiment, the QCM 54 is mounted on a tilt block 17 that tilts the angle of the wafer 1. The wiring 57 is drawn out of the processing chamber 12 through the hollow portion of the tilt block 17 formed in a hollow shape.
As shown in FIG. 11, the QCM 54 has a structure in which a pair of electrodes 56, 56 are formed on the end face of the crystal unit 55, and when a substance adheres to the surface of the electrode 56 of the crystal unit 55, its mass This is a mass sensor that measures a very small amount of mass change by utilizing the property that the resonance frequency fluctuates (decreases) in response to.
When the adhesion amount Q to the deposition preventing plate 51 is predicted based on the film formation rate Vq measured by the QCM 54, the following equation (4) is used.
Q = Vq × (La / Lb) 2 × K × T (4)
In Expression (4), La is the distance between the wafer 1 and the target 36, Lb is the distance between the deposition preventing plate 51 and the target 36, K is an angle constant, and T is the irradiation time of the ion beam 45.
In equation (4), the distance La between the wafer 1 and the target 36 may be the distance between the QCM 54 and the target 36. However, since it is an approximate number, any may be used. That is, La includes the meaning of the distance between the wafer 1 and the target 36 and the distance between the QCM 54 and the target 36.
The method for obtaining the maintenance time of the deposition preventing plate in the present embodiment is the same as in the first embodiment. According to this embodiment, the same operation and effect as the first embodiment can be obtained.

QCM54を用いることで、以下のような制御も可能となる。
イオン源40内のフィラメント42およびターゲット36等は成膜を重ねる毎に消耗して行き、ウエハ1への成膜膜厚が変動して行く可能性がある。
例えば、イオン源40のフィラメント42は、電子を放出して行くと、段々細くなり電流が少なくなって行く。電流が少なくなるということは電子の放出量が少なくなるということであり、イオンビーム45を照射する際の加速電流が少なくなるということである。フィラメント42の交換時期を間違えれば、成膜中にフィラメント42が切れてしまい、成膜工程が途中で中断してしまう。その結果、成膜途中のウエハ1が無駄になるという事態も起こり得る。
また、ターゲット36はスパッタされるので、成膜を重ねて行くと、表面の状態も段々消耗して行き、スパッタされた粒子の放出状態も変わって行く。
また、基板処理装置のメンテナンスを行った後等に、到達圧力の変動が発生した場合には、イオン源40内のプラズマ密度、イオンビーム45のエネルギの変化から成膜レートが変動し、薄膜形成装置のような高い膜厚精度が必要な基板処理装置には重大な問題となってしまう。
処理室12内にQCM54が設置されている場合には、QCM54の検出結果として成膜レート値が正常状態での成膜レート値よりも小さい値であって、予め定めた値以下になっていれば、フィラメント42の消耗であると、判断することができる。
他方、ターゲット36はスパッタによってターゲット36表面が凹型になることにより、スパッタされる放出角度に変動が起きるので、スパッタレートに変動が起きる。
そこで、処理室12内にQCM54が設置されている場合には、スパッタレート(成膜レート)をQCM54によってインラインで監視し、成膜時間を変動させることで対応することができる。
以上のように、QCM54を設置することにより、基板処理装置のメンテナンス時期を見極めることが可能となり、効率良くメンテナンスすることができる。その結果、基板処理装置を効率良く稼動させることができる。
By using the QCM 54, the following control is possible.
The filament 42, the target 36, and the like in the ion source 40 are consumed every time the film is formed, and the film thickness on the wafer 1 may vary.
For example, the filament 42 of the ion source 40 becomes thinner and becomes less current as electrons are emitted. Reducing the current means that the amount of emitted electrons is reduced, and that the acceleration current when irradiating the ion beam 45 is reduced. If the replacement time of the filament 42 is wrong, the filament 42 is cut during film formation, and the film formation process is interrupted. As a result, the wafer 1 during film formation may be wasted.
Further, since the target 36 is sputtered, the state of the surface is gradually consumed as the film is deposited, and the emission state of the sputtered particles also changes.
If the ultimate pressure fluctuates after maintenance of the substrate processing apparatus or the like, the film formation rate fluctuates due to changes in the plasma density in the ion source 40 and the energy of the ion beam 45, thereby forming a thin film. It becomes a serious problem for a substrate processing apparatus such as an apparatus that requires high film thickness accuracy.
When the QCM 54 is installed in the processing chamber 12, the film formation rate value as a result of detection by the QCM 54 is smaller than the film formation rate value in the normal state and is not more than a predetermined value. In this case, it can be determined that the filament 42 is consumed.
On the other hand, since the surface of the target 36 becomes concave due to the sputtering, the emission angle to be sputtered fluctuates, so that the sputter rate fluctuates.
Therefore, when the QCM 54 is installed in the processing chamber 12, the sputtering rate (deposition rate) can be monitored in-line by the QCM 54, and the film formation time can be changed.
As described above, by installing the QCM 54, it becomes possible to determine the maintenance time of the substrate processing apparatus, and the maintenance can be performed efficiently. As a result, the substrate processing apparatus can be operated efficiently.

なお、QCM54は水晶振動子55が付着可能な量に限度がある。
そこで、処理室12内に設置する際には、図10に示されているように、シャッタ58等を設けて測定したい時にのみ水晶振動子55をスパッタ雰囲気に曝し測定を行うことが望ましい。ある程度の付着量まで到達した際には、水晶振動子55は新品と交換する。
The QCM 54 has a limit on the amount that the crystal resonator 55 can adhere to.
Therefore, when installing in the processing chamber 12, as shown in FIG. 10, it is desirable to perform measurement by exposing the quartz crystal resonator 55 to a sputtering atmosphere only when measurement is desired by providing a shutter 58 or the like. When a certain amount of adhesion is reached, the crystal unit 55 is replaced with a new one.

図12は本発明の第三実施形態を示している。
本実施形態が第一実施形態と異なる点は、QCM54がクラスタ型基板処理装置の複数のスパッタ装置の処理室12にそれぞれ設置されている点である。
本実施形態においても、QCM54を設置することにより、クラスタ型基板処理装置のメンテナンス時期を見極めることが可能となり、効率良くメンテナンスすることができるので、クラスタ型基板処理装置を効率良く稼動させることができる。
FIG. 12 shows a third embodiment of the present invention.
This embodiment is different from the first embodiment in that the QCM 54 is installed in each of the processing chambers 12 of a plurality of sputtering apparatuses of the cluster type substrate processing apparatus.
Also in the present embodiment, by installing the QCM 54, it becomes possible to determine the maintenance time of the cluster type substrate processing apparatus, and the maintenance can be performed efficiently, so that the cluster type substrate processing apparatus can be operated efficiently. .

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変更が可能であることはいうまでもない。   In addition, this invention is not limited to the said embodiment, It cannot be overemphasized that it can change variously in the range which does not deviate from the summary.

例えば、膜厚検出器としてはQCMを使用するに限らない。   For example, the QCM is not limited to the film thickness detector.

基板はウエハに限らず、プリント配線基板、液晶パネル、磁気ディスクやコンパクトディスク等であってもよい。   The substrate is not limited to a wafer, but may be a printed wiring board, a liquid crystal panel, a magnetic disk, a compact disk, or the like.

本発明の好ましい態様を付記する。
(1)イオンを発生させるイオン発生部と、
収納容器に収容され、前記イオン発生部からのイオンを受けるターゲットと、
前記ターゲットからのターゲット成分を受ける基板を保持する基板保持部と、
前記収納容器への前記ターゲット成分の付着を抑制する付着抑制部と、
前記付着抑制部へ付着する前記ターゲット成分の付着量を予測する付着量予測部と、
を備える基板処理装置。
(2)前記付着抑制部は、表面が粗い剥離防止部を有し、前記収納容器に該内面を被覆するように着脱可能に敷設された防着板によって構成されている(1)の基板処理装置。
(3)前記付着量予測部は、前記イオン発生部の前記ターゲットへの照射量を監視し、前記ターゲット成分の付着量を成膜レートから予測する(1)(2)の基板処理装置。
(4)前記付着量予測部は、前記ターゲット成分の付着量を膜厚検出器によって測定した成膜レートから予測する(1)(2)の基板処理装置。
(5)膜厚検出器がQCMである(4)の基板処理装置。
(6)前記イオン発生部の前記ターゲットへの照射時間を監視し、前記ターゲットの消耗を予測するターゲット消耗予測部が、設置されている(1)〜(5)の基板処理装置。
(7)収納容器に収容されたターゲットにイオン発生部からイオンを照射し、前記ターゲットから発生したターゲット成分が、前記収納容器への前記ターゲット成分の付着を抑制する付着抑制部および基板保持部に保持された基板へ付着する工程と、
付着量予測部が前記付着抑制部へ付着する前記ターゲット成分の付着量を予測する工程と、を有する半導体装置の製造方法。
Preferred embodiments of the present invention will be additionally described.
(1) an ion generator that generates ions;
A target housed in a storage container and receiving ions from the ion generator;
A substrate holder for holding a substrate that receives a target component from the target;
An adhesion suppression unit that suppresses the adhesion of the target component to the storage container;
An adhesion amount prediction unit for predicting the adhesion amount of the target component adhering to the adhesion suppression unit;
A substrate processing apparatus comprising:
(2) The substrate processing according to (1), wherein the adhesion suppression unit includes a peeling prevention unit having a rough surface and is detachably laid on the storage container so as to cover the inner surface. apparatus.
(3) The substrate processing apparatus according to (1) and (2), wherein the adhesion amount prediction unit monitors an irradiation amount of the ion generation unit to the target and predicts an adhesion amount of the target component from a film formation rate.
(4) The substrate processing apparatus according to (1) or (2), wherein the adhesion amount prediction unit predicts the adhesion amount of the target component from a film formation rate measured by a film thickness detector.
(5) The substrate processing apparatus according to (4), wherein the film thickness detector is a QCM.
(6) The substrate processing apparatus according to any one of (1) to (5), wherein a target consumption prediction unit that monitors irradiation time of the ion generation unit to the target and predicts consumption of the target is installed.
(7) The target contained in the storage container is irradiated with ions from the ion generation unit, and the target component generated from the target is applied to the adhesion suppression unit and the substrate holding unit that suppress the adhesion of the target component to the storage container. Adhering to a held substrate;
And a step of predicting an adhesion amount of the target component adhering to the adhesion suppression unit by an adhesion amount prediction unit.

1…ウエハ(基板)、
10…基板処理装置、11…第一真空容器、12…処理室、13…開口、14…ゲートバルブ、
15…チルト装置、16…チルト軸、17…チルトブロック、18…ウエハホルダ(基板ホルダ)、19…回転装置、
20…昇降装置、21…邪魔板、
22…第二真空容器(収納容器)、23…ターゲット室、24…隔壁、25…連通孔、26…ターボ分子ポンプ(第一真空ポンプ)、27…クライオポンプ(第二真空ポンプ)、28…回転装置、29…回転軸、30…ターゲットホルダ、31…回転軸線(頂点の垂線)、31A…回転軸線と直交する面、32…錐面、33…夾角、34…側壁面、35…ターゲットチャック、36…ターゲット、
39…射出孔、40…イオン源、41…イオン源室、42…フィラメント、43…加速電極、44…減速電極、43a…加速通過孔、44a…減速通過孔、45…イオンビーム、46…スパッタ粒子、47…加速電極、47a…加速通過孔、48…減速電極、48a…減速通過孔、50…ガス供給源、
51…防着板(付着抑制部)、52…剥離防止部、54…QCM(水晶天秤)、55…水晶振動子、56…電極、57…配線、58…シャッタ、
60…コントローラ、61…付着量予測部、62…ターゲット消耗予測部。
1 ... wafer (substrate),
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Substrate processing apparatus, 11 ... First vacuum container, 12 ... Processing chamber, 13 ... Opening, 14 ... Gate valve,
DESCRIPTION OF SYMBOLS 15 ... Tilt apparatus, 16 ... Tilt axis | shaft, 17 ... Tilt block, 18 ... Wafer holder (substrate holder), 19 ... Rotation apparatus,
20 ... Lifting device, 21 ... Baffle plate,
22 ... second vacuum container (storage container), 23 ... target chamber, 24 ... partition wall, 25 ... communication hole, 26 ... turbo molecular pump (first vacuum pump), 27 ... cryopump (second vacuum pump), 28 ... Rotating device, 29 ... rotating shaft, 30 ... target holder, 31 ... rotating axis (vertical perpendicular), 31A ... plane orthogonal to the rotating axis, 32 ... conical surface, 33 ... depression angle, 34 ... side wall surface, 35 ... target chuck , 36 ... Target,
DESCRIPTION OF SYMBOLS 39 ... Injection hole, 40 ... Ion source, 41 ... Ion source chamber, 42 ... Filament, 43 ... Acceleration electrode, 44 ... Deceleration electrode, 43a ... Acceleration passage hole, 44a ... Deceleration passage hole, 45 ... Ion beam, 46 ... Spatter Particles 47 ... Accelerating electrode 47a ... Acceleration passage hole 48 ... Deceleration electrode 48a ... Deceleration passage hole 50 ... Gas supply source
DESCRIPTION OF SYMBOLS 51 ... Adhesion board (adhesion suppression part), 52 ... Peeling prevention part, 54 ... QCM (quartz balance), 55 ... Quartz crystal oscillator, 56 ... Electrode, 57 ... Wiring, 58 ... Shutter,
60 ... Controller, 61 ... Adhesion amount prediction unit, 62 ... Target consumption prediction unit.

Claims (2)

イオンを発生させるイオン発生部と、
収納容器に収容され、前記イオン発生部からのイオンを受けるターゲットと、
前記ターゲットからのターゲット成分を受ける基板を保持する基板保持部と、
前記収納容器への前記ターゲット成分の付着を抑制する付着抑制部と、
前記付着抑制部へ付着する前記ターゲット成分の付着量を予測する付着量予測部と、
を備える基板処理装置。
An ion generator for generating ions;
A target housed in a storage container and receiving ions from the ion generator;
A substrate holder for holding a substrate that receives a target component from the target;
An adhesion suppression unit that suppresses the adhesion of the target component to the storage container;
An adhesion amount prediction unit for predicting the adhesion amount of the target component adhering to the adhesion suppression unit;
A substrate processing apparatus comprising:
収納容器に収容されたターゲットにイオン発生部からイオンを照射し、前記ターゲットから発生したターゲット成分が、前記収納容器への前記ターゲット成分の付着を抑制する付着抑制部および基板保持部に保持された基板へ付着する工程と、
付着量予測部が前記付着抑制部へ付着する前記ターゲット成分の付着量を予測する工程と、を有する半導体装置の製造方法。
The target contained in the storage container is irradiated with ions from the ion generation unit, and the target component generated from the target is held by the adhesion suppression unit and the substrate holding unit that suppress the adhesion of the target component to the storage container. Adhering to the substrate;
And a step of predicting an adhesion amount of the target component adhering to the adhesion suppression unit by an adhesion amount prediction unit.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016014174A (en) * 2014-07-02 2016-01-28 株式会社アルバック Film deposition apparatus, and maintenance method of film deposition apparatus
JP2020007581A (en) * 2018-07-03 2020-01-16 株式会社トヨタプロダクションエンジニアリング Device, method and program for predicting film deposition rate
US20210217579A1 (en) * 2017-03-07 2021-07-15 Asml Netherlands B.V. System for evacuating a chamber

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016014174A (en) * 2014-07-02 2016-01-28 株式会社アルバック Film deposition apparatus, and maintenance method of film deposition apparatus
US20210217579A1 (en) * 2017-03-07 2021-07-15 Asml Netherlands B.V. System for evacuating a chamber
US11830701B2 (en) * 2017-03-07 2023-11-28 Asml Netherlands B.V. System for evacuating a chamber
JP2020007581A (en) * 2018-07-03 2020-01-16 株式会社トヨタプロダクションエンジニアリング Device, method and program for predicting film deposition rate
JP7139167B2 (en) 2018-07-03 2022-09-20 株式会社トヨタプロダクションエンジニアリング Deposition rate prediction device, deposition rate prediction method, and deposition rate prediction program

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