JP2014125649A - Method for controlling sputtering device - Google Patents
Method for controlling sputtering device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2014125649A JP2014125649A JP2012282244A JP2012282244A JP2014125649A JP 2014125649 A JP2014125649 A JP 2014125649A JP 2012282244 A JP2012282244 A JP 2012282244A JP 2012282244 A JP2012282244 A JP 2012282244A JP 2014125649 A JP2014125649 A JP 2014125649A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pressure
- flow rate
- target
- value
- light amount
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 title claims abstract description 57
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 claims abstract description 31
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 18
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 38
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 32
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 5
- 239000000470 constituent Substances 0.000 claims description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 abstract description 3
- 239000010408 film Substances 0.000 description 65
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 33
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 23
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 23
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 23
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 15
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 11
- 238000005546 reactive sputtering Methods 0.000 description 11
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 9
- 230000008569 process Effects 0.000 description 8
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 5
- 239000013077 target material Substances 0.000 description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 3
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 150000002736 metal compounds Chemical class 0.000 description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000005478 sputtering type Methods 0.000 description 1
- 230000007723 transport mechanism Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
Abstract
Description
本発明は、スパッタリング装置の制御方法に関する。 The present invention relates to a method for controlling a sputtering apparatus.
真空チャンバ内に設けられた金属ターゲットを備えたスパッタ蒸発源と、スパッタ蒸発源を駆動するスパッタ電源と、スパッタ用の不活性ガスとスパッタされた金属と化合物を形成する反応ガスとを真空チャンバ内に導入する導入機構とを有する反応性スパッタリング装置を用いて、スパッタ電源の電圧を、目標とする電圧Vsに制御する定電圧制御を行うと共に、スパッタ蒸発源の前方に発生するプラズマ発光の分光スペクトルが目標値となるように、目標電圧Vsを操作する目標電圧制御を、定電圧制御より遅い制御速度で行う反応性スパッタリング方法が知られている(特許文献1)。 A sputtering evaporation source having a metal target provided in a vacuum chamber, a sputtering power source for driving the sputtering evaporation source, an inert gas for sputtering, and a reactive gas for forming a compound with the sputtered metal are contained in the vacuum chamber. And using a reactive sputtering apparatus having an introduction mechanism to introduce into the substrate, constant voltage control is performed to control the voltage of the sputtering power source to the target voltage Vs, and a spectral spectrum of plasma emission generated in front of the sputtering evaporation source There is known a reactive sputtering method in which target voltage control for manipulating the target voltage Vs is performed at a control speed slower than that of constant voltage control so that becomes a target value (Patent Document 1).
従来、このような反応性スパッタリング装置において、反応ガスの流量制御は、例えば、被成膜物の周縁部における光量を測定することにより行っていた。即ち、反応ガスの流量と、光量との対応関係を示すヒステリシスループを参照して、反応ガスの流量を制御していた。こうしたヒステリシスループは、ターゲットの種類に応じて特有のループを描き、ある特定の光量値に対して2つの流量値をとる領域が存在する。以下、こうした領域を遷移領域と称することがある。また、こうした遷移領域でスパッタ現象を制御する状態を遷移モードと称することがある。 Conventionally, in such a reactive sputtering apparatus, the flow rate of the reactive gas has been controlled, for example, by measuring the amount of light at the peripheral edge of the film. That is, the flow rate of the reaction gas is controlled with reference to a hysteresis loop indicating the correspondence between the flow rate of the reaction gas and the light amount. Such a hysteresis loop draws a peculiar loop depending on the type of target, and there is a region that takes two flow rate values for a specific light quantity value. Hereinafter, such a region may be referred to as a transition region. A state in which the sputtering phenomenon is controlled in such a transition region may be referred to as a transition mode.
従来の反応性スパッタリング装置のように、反応ガスの流量制御を被成膜物の周縁部の光量測定によって行う場合、ターゲットに応じたヒステリシスループのうち、1つの光量値に対して2つの流量値をとる領域では、実際にどちらの流量で反応ガスが流れているのか判別できないことがあった。このため、反応ガスが目的の流量よりも実際には少なく、設定した成膜時間内に所定の膜厚まで成膜が行われないという懸念があった。 When the flow rate of the reaction gas is controlled by measuring the light amount at the peripheral edge of the deposition object as in the conventional reactive sputtering apparatus, two flow rate values for one light amount value in the hysteresis loop corresponding to the target. In the region where the value is taken, it may be impossible to determine at which flow rate the reaction gas actually flows. For this reason, there is a concern that the reactive gas is actually less than the target flow rate, and the film formation is not performed up to a predetermined film thickness within the set film formation time.
本発明は、安定した膜厚の高速成膜が可能なスパッタリング装置の制御方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a method for controlling a sputtering apparatus capable of high-speed film formation with a stable film thickness.
こうした課題を解決するために、本発明のスパッタリング装置の制御方法は、被成膜物を収容するチャンバと、該チャンバ内に配されたターゲットと、該ターゲットの構成材料と反応させる反応ガスを前記チャンバ内に導入するガス導入手段と、前記チャンバ内の圧力を検出する圧力検出手段と、を備えたスパッタリング装置の制御方法であって、
前記圧力検出手段によって前記チャンバ内の圧力を検出する圧力検出工程と、前記圧力検出工程によって検出された前記圧力が、圧力と反応ガスの流量との関係を表す第一のヒステリシスループのうち、1つの圧力値に対して第一の流量値と第二の流量値をもつ範囲内に設定された第一の閾値を超えたときに、通知信号を出力する第一出力工程と、を備えたことを特徴とする。
In order to solve these problems, a method for controlling a sputtering apparatus according to the present invention includes: a chamber that accommodates an object to be deposited; a target disposed in the chamber; and a reaction gas that reacts with a constituent material of the target. A method for controlling a sputtering apparatus, comprising: gas introduction means for introducing into a chamber; and pressure detection means for detecting pressure in the chamber,
The pressure detection step of detecting the pressure in the chamber by the pressure detection means, and the pressure detected by the pressure detection step is 1 of the first hysteresis loop representing the relationship between the pressure and the flow rate of the reaction gas. A first output step for outputting a notification signal when a first threshold value set within a range having a first flow rate value and a second flow rate value for one pressure value is exceeded. It is characterized by.
前記スパッタリング装置には、前記被成膜物の近傍の光量を検出する光量検出手段を更に備え、前記光量検出手段によって前記被成膜物の近傍の光量を検出する光量検出工程と、前記光量検出工程によって検出された前記光量が、光量と反応ガスの流量との関係を表す第二のヒステリシスループのうち、前記第一の流量値と前記第二の流量値にそれぞれ対応する、互いに異なる第一の光量値と第二の光量値の範囲内に設定された第二の閾値を超えたときに、通知信号を出力する第二出力工程を更に備えたことを特徴とする。 The sputtering apparatus further includes a light amount detection unit that detects a light amount in the vicinity of the film formation object, and a light amount detection step in which the light amount detection unit detects a light amount in the vicinity of the film formation object, and the light amount detection. In the second hysteresis loop representing the relationship between the light amount and the flow rate of the reaction gas, the light amounts detected by the steps are different from each other corresponding to the first flow rate value and the second flow rate value, respectively. And a second output step of outputting a notification signal when a second threshold value set within a range between the light amount value and the second light amount value is exceeded.
前記ターゲットがNbを含むことを特徴とする。 The target includes Nb.
前記ターゲットがTiを含むことを特徴とする。 The target includes Ti.
前記ターゲットがSiを含むことを特徴とする。 The target includes Si.
本発明によれば、安定した膜厚の高速成膜が可能になる。 According to the present invention, high-speed film formation with a stable film thickness becomes possible.
次に図面を参照しながら、以下に実施形態及び実施例を挙げ、本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施形態及び実施例に限定されるものではない。
また、以下の図面を使用した説明において、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることに留意すべきであり、理解の容易のために説明に必要な部材以外の図示は適宜省略されている。
Next, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings with reference to embodiments and examples. However, the present invention is not limited to these embodiments and examples.
Also, in the description using the following drawings, it should be noted that the drawings are schematic and the ratio of each dimension and the like are different from the actual ones, and are necessary for the description for easy understanding. Illustrations other than the members are omitted as appropriate.
(1)スパッタリング装置の全体構成及び動作
図1はスパッタリング装置1の概略構成の一例を示す断面模式図である。
スパッタリング装置1は、縦型のインターバック式の装置であり、真空チャンバ11を有している。真空チャンバ11は、仕込み/取り出し室(以下L/UL室と記す。)12とゲートバルブ13を介して接続されている。L/UL室12は、被成膜物の一例としての処理基板Sを保持するトレイ14の仕込み、取り出しを行うように構成されており、L/UL室12内のトレイに処理基板Sを保持させ、ゲートバルブ13を開け、真空チャンバ11の内部に搬入する。
(1) Overall Configuration and Operation of Sputtering Apparatus FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a schematic configuration of the sputtering apparatus 1.
The sputtering apparatus 1 is a vertical inter-back apparatus and has a
真空チャンバ11の内部には、トレイ14を搬送するための搬送機構(不図示)が取り付けられ、処理基板Sを保持したトレイ14は真空チャンバ11の内部を搬送され(図1中 矢印参照)成膜処理がなされるように構成されている。
A transport mechanism (not shown) for transporting the
真空チャンバ11の内部には、処理基板Sの表面に成膜しようする膜の組成に応じて所定形状に作製された複数のターゲット15が配置され、真空チャンバ11内にはスパッタガスと反応ガスとを導入するガス導入手段としてのガス導入機構16が接続されている。
Inside the
スパッタリング装置1は、反応ガスの導入量を制御するコントローラ18からなるプラズマエミッションモニタ(PEM)17を備えている。
The sputtering apparatus 1 includes a plasma emission monitor (PEM) 17 including a
また、このプラズマエミッションモニタ(PEM)17には、ターゲット15と処理基板Sとの間でのグロー放電により形成されるプラズマの発光強度をモニターする光量センサ17bを更に備えている。光量センサ17bは、ターゲットごとに、特定波長の光強度をモニターし、ターゲットごとに光強度を出力する。
The plasma emission monitor (PEM) 17 further includes a
圧力センサ17aで読み取られた圧力情報はコントローラ18で処理され、後述する閾値を超えた際に、アラーム出力を行う。
The pressure information read by the
光量センサ17bで読み取られた光量情報は、ガス導入機構16にフィードバックされて、真空チャンバ11内に導入する反応ガスの流量を調整する。この時、前述した圧力情報と併用して反応ガスの流量を調整する構成であってもよい。
The light quantity information read by the
ターゲット15には直流(DC)電圧と高周波(RF)電圧が重畳されたスパッタ電圧を印加する電源(不図示)が接続されており、この電源によってターゲット15に電力が供給される。
ターゲット15に印加されるスパッタ電圧はコントローラ18で処理され、コントローラ18からガス導入機構16にフィードバックされる。そして、ターゲット15に供給される電力が所定の電力になるように、ガス導入機構16のマスフローコントローラ(MFC)19を介して真空チャンバ11内に導入する反応ガスの流量が調整される。
尚、電源としては、パルス電源、非対称パルス波を印加する電源、サイン波を印加する電源等を用いることができる。
A power source (not shown) for applying a sputtering voltage in which a direct current (DC) voltage and a radio frequency (RF) voltage are superimposed is connected to the
The sputtering voltage applied to the
As the power source, a pulse power source, a power source that applies an asymmetric pulse wave, a power source that applies a sine wave, or the like can be used.
(2)スパッタリング装置の成膜制御
(2.1)成膜制御
スパッタリング装置1は、ガス導入機構13によって真空チャンバ11内にガスを導入しながら、真空チャンバ11内の内部を減圧して真空状態にする。
次いで、ガス導入機構16を介してスパッタガスと反応ガスを導入し、ターゲット15に電源を介してスパッタ電圧を印加すると、ターゲット15の前方にプラズマ雰囲気が形成される。この状態で、処理基板Sが保持されたトレイ14を、L/UL室12から真空チャンバ11の内部に搬入して処理基板S表面に薄膜が形成される。
この成膜時に、光量センサ17bで読み取られた光量情報をプラズマエミッションモニタ(PEM)17で読み取り、その光量値が所定値となるように反応ガスの流量を制御する。
(2) Film formation control of sputtering apparatus (2.1) Film formation control While the
Next, when a sputtering gas and a reactive gas are introduced via the
At the time of film formation, light amount information read by the
詳細には、ターゲットごとの特定波長の光強度を検出する光量センサ17bで検出された光量情報をプラズマエミッションモニタ(PEM)17で読み取り、その読み取られた光量値からの情報をコントローラ18で処理し、コントローラ18からマスフローコントローラ(MFC)19にフィードバックする。
すなわち、光量値を読み取ったときのスパッタ現象が遷移領域からどれだけずれているかのずれ量を、光量からの情報としてコントローラ18で取得する。そして、そのずれ量から遷移領域のスパッタ現象となる反応ガスの流量を算出し、その算出結果を信号としてマスフローコントローラ(MFC)19にフィードバックする。
そして、マスフローコントローラ(MFC)19を介して反応ガスの流量を読み取られた光量情報に基づいて制御することにより、ターゲット15のスパッタ現象を遷移領域となるように制御する。
Specifically, light amount information detected by a
That is, the
Then, the sputtering phenomenon of the
このような制御を行ないながら、スパッタリングにより処理基板S上に反応性膜を成膜する。このようにスパッタ現象のなかで遷移領域の制御を行なうことにより、成膜速度を高速化している。尚、遷移領域については後述する。 While performing such control, a reactive film is formed on the processing substrate S by sputtering. In this way, the film formation speed is increased by controlling the transition region in the sputtering phenomenon. The transition area will be described later.
(2.2)遷移領域
図2は、代表的な材料としてのNbの反応性スパッタを行なうときに生じるヒステリシスカーブを示す図である。図2において、縦軸はNbの発光波長の強度としての光量を示し、横軸は反応ガスの流量を示している。
以下、図2を参照しながら遷移領域について説明する。
(2.2) Transition Region FIG. 2 is a diagram showing a hysteresis curve generated when reactive sputtering of Nb as a typical material is performed. In FIG. 2, the vertical axis indicates the amount of light as the intensity of the emission wavelength of Nb, and the horizontal axis indicates the flow rate of the reaction gas.
Hereinafter, the transition region will be described with reference to FIG.
金属酸化物の薄膜を形成する反応性スパッタリングにおいては、反応ガスの流量に依存して、二つの安定的なスパッタ状態(モード)が現れる。金属のターゲット材料がそのままスパッタされるメタルモードと、ターゲット金属表面が酸化された状態でスパッタされる酸化物モードがある。 In reactive sputtering for forming a metal oxide thin film, two stable sputtering states (modes) appear depending on the flow rate of the reaction gas. There are a metal mode in which the metal target material is sputtered as it is and an oxide mode in which the target metal surface is sputtered in an oxidized state.
反応ガスとしての酸素の分圧が低い状態、すなわちスパッタガスとしてアルゴンガスが多い状態では、ターゲット15の表面は金属(Nb)が露出した状態に保たれ、その材料がそのままスパッタされるのでNbのまま処理基板Sに成膜され、吸収膜となり最も早い積層速度となる(メタルモード)。
In a state where the partial pressure of oxygen as a reaction gas is low, that is, in a state where there is a large amount of argon gas as a sputtering gas, the surface of the
また反応ガスとしての酸素の分圧が処理基板S表面上に金属化合物(NbOx)の所定比の膜を形成するのに適当なレベルに達すると、同種の金属化合物(NbOx)がターゲット15の表面にも形成されはじめる。そのために、ターゲット15表面から蒸発する金属の量が減少し、成膜速度が低下する(酸化物モード)。
この状態は、酸素量の多少の変動が合っても、成膜速度が変わらないという利点はあるが、成膜速度が遅くなるという大きな欠点がある。
Further, when the partial pressure of oxygen as a reaction gas reaches a level suitable for forming a film of a predetermined ratio of the metal compound (NbO x ) on the surface of the processing substrate S, the same kind of metal compound (NbO x ) becomes the
This state has the advantage that the film formation rate does not change even if the oxygen amount is slightly changed, but has the great disadvantage that the film formation rate is slow.
図2に、酸素流量とプラズマの発光強度としての光量との関係を示す。図2によれば、酸素流量が増加する過程と、減少する過程とで特性が異なるヒステリシスカーブを描く。 しかるに、メタルモードと酸化物モードの中間においては、成膜速度はメタルモードに近く、積層した膜は透明な酸化膜となるような領域となる(遷移領域)。つまり、遷移領域となるようにスパッタ現象を制御することにより、高い成膜速度で酸化物を成膜することが可能となる(遷移モード)。 FIG. 2 shows the relationship between the oxygen flow rate and the amount of light as plasma emission intensity. According to FIG. 2, hysteresis curves having different characteristics are drawn in the process of increasing the oxygen flow rate and in the process of decreasing the oxygen flow rate. However, in the middle of the metal mode and the oxide mode, the film formation rate is close to the metal mode, and the laminated film becomes a region that becomes a transparent oxide film (transition region). That is, by controlling the sputtering phenomenon so as to be in the transition region, it is possible to form an oxide film at a high film formation speed (transition mode).
図2に示すヒステリシスカーブによれば、酸素流量が増加すれば、発光が小さくなり、メタルモードに対して酸素流量を制御すれば、ヒステリシスカーブの中での位置を知ることができることがわかる。特に、微量酸素を精度よく制御できれば、高い成膜速度で酸化物を成膜することが可能な位置である遷移領域にプロセスを維持できることになる(図2中のA点)。 According to the hysteresis curve shown in FIG. 2, it can be seen that if the oxygen flow rate is increased, light emission is reduced, and if the oxygen flow rate is controlled for the metal mode, the position in the hysteresis curve can be known. In particular, if a very small amount of oxygen can be controlled with high accuracy, the process can be maintained in the transition region where the oxide can be deposited at a high deposition rate (point A in FIG. 2).
一方、遷移領域であるA点近傍においては、酸素流量の変化に対する発光量の変化が急峻であり、酸素流量のオーバーシュートが発生した場合、遷移モードから酸化物モードへ移行してしまい、成膜速度が低下する虞がある。一旦、酸化物モードに移行した状態から、酸素流量を制御して(減少させて)遷移モードへ移行する場合は、酸素流量の減少過程となり、ヒステリシスカーブ上の位置は同じの発光量であるB点(光量10%)となる。
On the other hand, in the vicinity of point A, which is a transition region, the change in the light emission amount with respect to the change in the oxygen flow rate is steep, and when an overshoot of the oxygen flow rate occurs, the transition mode changes to the oxide mode, and film formation occurs. There is a risk that the speed may decrease. Once the transition to the transition mode is performed by controlling (decreasing) the oxygen flow rate from the state that has shifted to the oxide mode, the oxygen flow rate decreases and the position on the hysteresis curve is the same amount of light emission B. It becomes a point (
従来のように、ターゲットから発生する発光に基づいて酸素流量を調整してターゲット15のスパッタ現象を遷移領域となるように制御する場合、成膜が開始される前に、図2におけるA点(光量10%)で成膜されるのか、B点(光量10%)で成膜されるのか判別できない虞があった。表1に、図2におけるA点(光量10%)とB点(光量10%)において、それぞれ遷移モードを維持して、成膜する処理基板Sのトレイ14の搬送速度等、膜厚変化に起因するパラメータを双方の条件で一致させて成膜したNb膜厚を示す。ターゲットはNbである。膜厚と光学特性は分光式エリプソメータ(測定波長633nm)にて測定した結果である。この結果から、A点(光量10%)に維持して成膜したNb膜厚は389.6nm、B点(光量10%)に維持して成膜したNb膜厚は193.49nmとなり、酸化物モードを経た遷移モードでは膜厚が略1/2となった。この膜厚差は、致命的な製品不良となってしまう。
When the oxygen flow rate is adjusted based on the light emission generated from the target and the sputtering phenomenon of the
このため、上述したように、本発明では真空チャンバ11内の圧力値を検出する圧力センサ17aで検出された圧力情報に基づいて、図2において同一光量であるA点(光量10%)とB点(光量10%)のいずれであるかを判別し、B点である場合にはアラーム出力を行う。
For this reason, as described above, in the present invention, based on the pressure information detected by the
(2.3)スパッタリング装置の制御
図3は、代表的な材料としてのNbの反応性スパッタを行なうときに生じるヒステリシスカーブを示す図である。図3において、縦軸は真空チャンバ内の圧力値を示し、横軸は反応ガスの流量を示している。
図4は本実施形態に係るスパッタリング装置1の成膜制御における処理の流れの一例を示すフローチャートである。
以下、本実施形態に係るスパッタリング装置の成膜制御について、図面を参照しながら説明する。
(2.3) Control of Sputtering Apparatus FIG. 3 is a diagram showing a hysteresis curve generated when reactive sputtering of Nb as a typical material is performed. In FIG. 3, the vertical axis represents the pressure value in the vacuum chamber, and the horizontal axis represents the flow rate of the reaction gas.
FIG. 4 is a flowchart showing an example of a processing flow in film formation control of the sputtering apparatus 1 according to the present embodiment.
Hereinafter, film formation control of the sputtering apparatus according to the present embodiment will be described with reference to the drawings.
図3に示すように、ターゲット15に供給される電力を一定に制御しながら、真空チャンバ11内に導入する反応ガスとしての酸素の流量を変化させた場合の、酸素流量とプラズマの発光強度としての圧力との関係は、酸素流量が増加する過程と、減少する過程とで特性が異なるヒステリシスカーブを描く。
図中A1点は、上述したプラズマの発光強度としての光量と酸素流量との関係を示した図2のヒステリシスカーブにおけるA点と対応している。図中B1点は、同様に図2のヒステリシスカーブにおけるB点と対応している。
As shown in FIG. 3, the flow rate of oxygen and the emission intensity of plasma when the flow rate of oxygen as a reaction gas introduced into the
The point A1 in the figure corresponds to the point A in the hysteresis curve of FIG. 2 showing the relationship between the amount of light as the plasma emission intensity and the oxygen flow rate. Similarly, point B1 in the figure corresponds to point B in the hysteresis curve of FIG.
図3に示すヒステリシスカーブの酸素流量とプラズマの発光強度としての圧力との関係においては、酸素流量が増加する過程と、減少する過程とで、プラズマの発光強度としての光量が同じになる遷移モードにおいても、A1点(圧力0.3pa)とB1点(圧力0.36pa)における圧力は明確に判別されることが示されている。これにより、真空チャンバ11内の圧力値を検出する圧力センサ17aで検出された圧力情報を参照することにより、酸化物モードに至る前の遷移モードであるか、酸化物モードを経た遷移モードであるかを区別できる。
In the relationship between the oxygen flow rate of the hysteresis curve shown in FIG. 3 and the pressure as the emission intensity of the plasma, a transition mode in which the amount of light as the emission intensity of the plasma is the same in the process of increasing and decreasing the oxygen flow rate. It is also shown that the pressure at point A1 (pressure 0.3 pa) and point B1 (pressure 0.36 pa) is clearly discriminated. Thereby, by referring to the pressure information detected by the
本実施形態に係るスパッタリング装置1の成膜制御を行うプラズマエミッションモニタ(PEM)17は、光量検出手段としての光量センサ17bを備え、更に、圧力センサ17aを備えていてもよい。
圧力センサ17aによって検出された圧力が、第一の流量値と第二の流量値にそれぞれ対応する、互いに異なる第一の圧力値と第二の圧力値の範囲内に設定された第一の閾値(R1)を超えたときには、アラームとしての通知信号を出力して、成膜前に安定的に高速成膜が可能な状態か否かの判別を促す。
The plasma emission monitor (PEM) 17 that performs film formation control of the sputtering apparatus 1 according to the present embodiment includes a
The first threshold value set in the range of the first pressure value and the second pressure value different from each other, corresponding to the first flow rate value and the second flow rate value, respectively, is the pressure detected by the
以下、図4に示すフローチャートを参照しながら、本実施形態に係るスパッタリング装置1の成膜制御における処理の流れを説明する。 Hereinafter, the flow of processing in film formation control of the sputtering apparatus 1 according to the present embodiment will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
プラズマエミッションモニタ(PEM)17のコントローラ18は、ターゲット15にスパッタ電圧を印加する電源がONされる(S10)と、電源の出力が安定したか否か判断する(S11)。
電源が安定したと判断された場合(S11;Yes)、ガス導入機構16のマスフローコントローラ(MFC)19を介して真空チャンバ11内に反応ガス(O2)を導入する(S12)。
The
When it is determined that the power supply is stable (S11; Yes), the reaction gas (O 2 ) is introduced into the
その後、光量値をプラズマエミッションモニタ(PEM)17で読み取り、その光量が所定値となるように反応ガス(O2)の流量を制御する(S13)。
具体的には、ターゲットごとの特定波長の光強度を光量センサ17bで読み取り、光量を読み取ったときのスパッタ現象が遷移領域からどれだけずれているかのずれ量を光量からの情報としてコントローラ18で取得し、そのずれ量から遷移領域のスパッタ現象となる反応ガスの流量を算出し、マスフローコントローラ(MFC)19にフィードバックする。
そして、マスフローコントローラ(MFC)19を介してターゲット15のスパッタ現象を遷移領域となるように反応ガス(O2)の流量を制御する(S13)。
Thereafter, the light amount value is read by the plasma emission monitor (PEM) 17, and the flow rate of the reaction gas (O 2 ) is controlled so that the light amount becomes a predetermined value (S13).
Specifically, the light intensity of a specific wavelength for each target is read by the
Then, the flow rate of the reactive gas (O 2 ) is controlled via the mass flow controller (MFC) 19 so that the sputtering phenomenon of the
次に、コントローラ18は、圧力センサ17aによって検出された圧力が、圧力と反応ガス(O2)の流量との関係を表す第一のヒステリシスカーブ(図3参照)のうち、1つの圧力値に対して反応ガス(O2)の第一の流量値と第二の流量値をもつ範囲内に設定された第一の閾値R1を超えるか否か判断する(S14)。
その結果、第一の閾値を超えている場合(S14;Yes)、処理基板Sの真空チャンバ11内部への搬入搬送は行われず、アラームを通知して(S15)、再度マスフローコントローラ(MFC)19を介してターゲット15のスパッタ現象を遷移領域となるように反応ガス(O2)の流量を制御する(S13)。
Next, the
As a result, when the first threshold value is exceeded (S14; Yes), the processing substrate S is not carried into the
第一の閾値を超えていない場合(S14;No)、処理基板Sを保持したトレイ14は真空チャンバ11の内部へ搬送され成膜処理が開始される(S16)。
When the first threshold value is not exceeded (S14; No), the
(3)作用・効果
本実施形態に係るスパッタリング装置1の制御方法によれば、遷移モードを安定して維持する場合に、圧力センサ17aによって検出された圧力が、圧力と反応ガス(O2)の流量との関係を表す第一のヒステリシスカーブのうち、反応ガス(O2)の第一の流量値と第二の流量値にそれぞれ対応する、互いに異なる第一の圧力値と第二の圧力値の範囲内に設定された第一の閾値を超えるか否か判断する。
そして、第一の閾値を超えている場合、処理基板Sの真空チャンバ11内部への搬入搬送は行われず、アラームを通知して、成膜前に安定的に高速成膜が可能な状態か否かの判別を促す。
(3) Action / Effect According to the control method of the sputtering apparatus 1 according to the present embodiment, when the transition mode is stably maintained, the pressure detected by the
If the first threshold value is exceeded, the processing substrate S is not carried into the
その結果、酸化物モードへ突入してしまった後に遷移モードで成膜した時に膜厚が薄くなってしまうという不具合が成膜前に判別され、安定した膜厚の高速成膜が可能になる。 As a result, the problem that the film thickness is reduced when the film is formed in the transition mode after entering the oxide mode is determined before the film formation, and a high-speed film formation with a stable film thickness is possible.
なお、上述した実施形態では、圧力センサ17aによって検出された圧力に基づいて、第一のヒステリシスカーブに設定された第一の閾値を超えるか否かで成膜前に安定的に高速成膜が可能な状態か否かの判別を促している。更に、光量検出手段、例えば、光量センサ17bで読み取られた光量が、光量と反応ガスの流量との関係を表す第二のヒステリシスループのうち、第一の流量値と前記第二の流量値にそれぞれ対応する、互いに異なる第一の光量値と第二の光量値の範囲内に設定された第二の閾値を超えたか否かの判別を、上述した圧力に基づく判別と併用することで、成膜前に安定的に高速成膜が可能な状態か否かの判別を促す構成であることも好ましい。
In the embodiment described above, high-speed film formation is stably performed before film formation based on whether or not the first threshold value set in the first hysteresis curve is exceeded based on the pressure detected by the
本実施例では、図1に示した構成の縦型のインターバック式のスパッタリング装置1において、ターゲット15としてSiターゲット及びTiターゲットを用い、それぞれのターゲットに対して、圧力と反応ガス(O2)の流量との関係を表す第一のヒステリシスカーブ及び光量と反応ガス(O2)の流量との関係を表す第二のヒステリシスカーブをもとめた(図5、図6参照)。
図5はSiターゲットを用いた場合の第一のヒステリシスカーブ及び第二のヒステリシスカーブ、図6はTiターゲットを用いた場合の第一のヒステリシスカーブ及び第二のヒステリシスカーブである。
In this embodiment, the sputtering apparatus 1 of the vertical inter-backed of the configuration shown in FIG. 1, using a Si target and the Ti target as the
FIG. 5 shows a first hysteresis curve and a second hysteresis curve when a Si target is used, and FIG. 6 shows a first hysteresis curve and a second hysteresis curve when a Ti target is used.
図5及び図6に示す第二のヒステリシスカーブにおいて、例えば、遷移領域の光量(20%)におけるA点とB点に対応する、第一のヒステリシスカーブである酸素流量と圧力との関係においては、酸素流量が増加する過程と、減少する過程とで、プラズマの発光強度としての光量が同じ(20%)になる遷移モードにおいても、A1点とB1点における圧力は明確に判別されることが示されている。 In the second hysteresis curve shown in FIGS. 5 and 6, for example, in the relationship between the oxygen flow rate and the pressure, which is the first hysteresis curve, corresponding to the points A and B in the light amount (20%) of the transition region. In the transition mode in which the amount of light as the plasma emission intensity is the same (20%) in the process of increasing and decreasing the oxygen flow rate, the pressure at the points A1 and B1 can be clearly distinguished. It is shown.
そして、圧力センサ17aによって検出された圧力が、圧力と反応ガスの流量との関係を表す第一のヒステリシスカーブのうち、第一の流量値と第二の流量値にそれぞれ対応する、互いに異なる第一の圧力値と第二の圧力値の範囲内に設定された第一の閾値(R1)を超えたときには、アラームとしての通知信号を出力して、成膜前に安定的に高速成膜が可能な状態か否かの判別を促す。
The pressures detected by the
その結果、ターゲット15としてSiターゲット及びTiターゲットを用いて処理基板S表面に成膜する場合においても、酸化物モードへ突入してしまった後に遷移モードで成膜した時に膜厚が薄くなってしまうという不具合が成膜前に判別され、安定した膜厚の高速成膜が可能になる。
As a result, even when forming a film on the surface of the processing substrate S using the Si target and the Ti target as the
以上、本発明に係る実施形態を詳述したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内で種々の変更を行うことが可能である。 As mentioned above, although embodiment concerning this invention was explained in full detail, this invention is not limited to the said embodiment, A various change is made within the range of the summary of this invention described in the claim. Is possible.
例えば、スパッタリング装置1としてはインターバック式に限られず、カルーセル式、インライン式、リターンバック式、平行平板式、対向式等、他の方式のスパッタリング装置にも適用できる。 For example, the sputtering apparatus 1 is not limited to the inter-back type, but can be applied to other types of sputtering apparatuses such as a carousel type, an in-line type, a return back type, a parallel plate type, and an opposed type.
1・・・スパッタリング置、11・・・真空チャンバ、12・・・仕込み/取り出し室、13・・・ゲートバルブ、14・・・トレイ、15・・・ターゲット、16・・・ガス導入機構、17・・・プラズマエミッションモニタ、17a・・・圧力センサ、17b・・・光量センサ、18・・・コントローラ、19・・・マスフローコントローラ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Sputtering apparatus, 11 ... Vacuum chamber, 12 ... Preparation / removal chamber, 13 ... Gate valve, 14 ... Tray, 15 ... Target, 16 ... Gas introduction mechanism, 17 ... Plasma emission monitor, 17a ... Pressure sensor, 17b ... Light quantity sensor, 18 ... Controller, 19 ... Mass flow controller
Claims (5)
該チャンバ内に配されたターゲットと、
該ターゲットの構成材料と反応させる反応ガスを前記チャンバ内に導入するガス導入手段と、前記チャンバ内の圧力を検出する圧力検出手段と、を備えたスパッタリング装置の制御方法であって、
前記圧力検出手段によって前記チャンバ内の圧力を検出する圧力検出工程と、
前記圧力検出工程によって検出された前記圧力が、圧力と反応ガスの流量との関係を表す第一のヒステリシスループのうち、1つの圧力値に対して第一の流量値と第二の流量値をもつ範囲内に設定された第一の閾値を超えたときに、通知信号を出力する第一出力工程と、を備えたことを特徴とするスパッタリング装置の制御方法。 A chamber for accommodating a film-forming object;
A target disposed in the chamber;
A sputtering apparatus control method comprising: gas introduction means for introducing a reaction gas to be reacted with a constituent material of the target into the chamber; and pressure detection means for detecting pressure in the chamber,
A pressure detecting step of detecting the pressure in the chamber by the pressure detecting means;
In the first hysteresis loop in which the pressure detected by the pressure detection step represents the relationship between the pressure and the flow rate of the reaction gas, the first flow rate value and the second flow rate value are set for one pressure value. And a first output step of outputting a notification signal when a first threshold value set within a range is exceeded.
前記光量検出手段によって前記被成膜物の近傍の光量を検出する光量検出工程と、
前記光量検出工程によって検出された前記光量が、光量と反応ガスの流量との関係を表す第二のヒステリシスループのうち、前記第一の流量値と前記第二の流量値にそれぞれ対応する、互いに異なる第一の光量値と第二の光量値の範囲内に設定された第二の閾値を超えたときに、通知信号を出力する第二出力工程を更に備えたことを特徴とする請求項1に記載のスパッタリング装置の制御方法。 The sputtering apparatus further includes a light amount detecting means for detecting a light amount in the vicinity of the film formation object,
A light amount detection step of detecting a light amount in the vicinity of the film formation object by the light amount detection means;
The light quantity detected by the light quantity detection step corresponds to the first flow rate value and the second flow rate value, respectively, in the second hysteresis loop representing the relationship between the light quantity and the flow rate of the reaction gas. 2. The method according to claim 1, further comprising a second output step of outputting a notification signal when a second threshold value set in a range between the different first light amount value and second light amount value is exceeded. A method for controlling the sputtering apparatus according to the above.
ことを特徴とする請求項1に記載のスパッタリング装置の制御方法。 The target includes Nb;
The method for controlling a sputtering apparatus according to claim 1.
ことを特徴とする請求項1に記載のスパッタリング装置の制御方法。 The target includes Ti;
The method for controlling a sputtering apparatus according to claim 1.
ことを特徴とする請求項1に記載のスパッタリング装置の制御方法。 The target includes Si;
The method for controlling a sputtering apparatus according to claim 1.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012282244A JP6117550B2 (en) | 2012-12-26 | 2012-12-26 | Control method of sputtering apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012282244A JP6117550B2 (en) | 2012-12-26 | 2012-12-26 | Control method of sputtering apparatus |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2014125649A true JP2014125649A (en) | 2014-07-07 |
JP6117550B2 JP6117550B2 (en) | 2017-04-19 |
Family
ID=51405402
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012282244A Active JP6117550B2 (en) | 2012-12-26 | 2012-12-26 | Control method of sputtering apparatus |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6117550B2 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20160038727A (en) * | 2014-09-30 | 2016-04-07 | 가부시키가이샤 스크린 홀딩스 | Plasma processing apparatus and plasma processing method |
KR20200081190A (en) * | 2018-12-27 | 2020-07-07 | 캐논 톡키 가부시키가이샤 | Film forming apparatus, film forming method and method of manufacturing electronic device |
CN113061857A (en) * | 2021-03-12 | 2021-07-02 | 浙江艾微普科技有限公司 | Method and equipment for depositing film by ion-assisted, inclined sputtering and reactive sputtering |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003133255A (en) * | 2001-08-28 | 2003-05-09 | Samsung Electronics Co Ltd | Laminating method of barrier metal layer |
JP2006009084A (en) * | 2004-06-25 | 2006-01-12 | Bridgestone Corp | p-TYPE TRANSPARENT OXIDE FILM DEPOSITING METHOD, AND SOLAR CELL |
JP2009529242A (en) * | 2006-03-07 | 2009-08-13 | マイクロン テクノロジー, インク. | Tensioned silicon nitride film sputtering system and method |
-
2012
- 2012-12-26 JP JP2012282244A patent/JP6117550B2/en active Active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003133255A (en) * | 2001-08-28 | 2003-05-09 | Samsung Electronics Co Ltd | Laminating method of barrier metal layer |
JP2006009084A (en) * | 2004-06-25 | 2006-01-12 | Bridgestone Corp | p-TYPE TRANSPARENT OXIDE FILM DEPOSITING METHOD, AND SOLAR CELL |
JP2009529242A (en) * | 2006-03-07 | 2009-08-13 | マイクロン テクノロジー, インク. | Tensioned silicon nitride film sputtering system and method |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
井上尚三 他: "プラズマ発光強度信号による高周波反応性スパッタリングプロセスの動的制御", 日本金属学会誌, vol. 第61巻 第10号, JPN7017000746, 1997, JP, pages 1108 - 1114, ISSN: 0003511631 * |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20160038727A (en) * | 2014-09-30 | 2016-04-07 | 가부시키가이샤 스크린 홀딩스 | Plasma processing apparatus and plasma processing method |
KR101719423B1 (en) * | 2014-09-30 | 2017-03-23 | 가부시키가이샤 스크린 홀딩스 | Plasma processing apparatus and plasma processing method |
KR20200081190A (en) * | 2018-12-27 | 2020-07-07 | 캐논 톡키 가부시키가이샤 | Film forming apparatus, film forming method and method of manufacturing electronic device |
JP2020105566A (en) * | 2018-12-27 | 2020-07-09 | キヤノントッキ株式会社 | Film deposition apparatus, film deposition method, and method of manufacturing electronic device |
JP7229014B2 (en) | 2018-12-27 | 2023-02-27 | キヤノントッキ株式会社 | Film forming apparatus, film forming method, and electronic device manufacturing method |
KR102700368B1 (en) | 2018-12-27 | 2024-08-28 | 캐논 톡키 가부시키가이샤 | Film forming apparatus, film forming method and method of manufacturing electronic device |
CN113061857A (en) * | 2021-03-12 | 2021-07-02 | 浙江艾微普科技有限公司 | Method and equipment for depositing film by ion-assisted, inclined sputtering and reactive sputtering |
CN113061857B (en) * | 2021-03-12 | 2023-01-13 | 浙江艾微普科技有限公司 | Method and equipment for depositing film by ion-assisted, inclined sputtering and reactive sputtering |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP6117550B2 (en) | 2017-04-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8163140B2 (en) | Reactive sputtering method and device | |
Audronis et al. | Control of reactive high power impulse magnetron sputtering processes | |
Aiempanakit et al. | Hysteresis and process stability in reactive high power impulse magnetron sputtering of metal oxides | |
US6537428B1 (en) | Stable high rate reactive sputtering | |
EP0957184A2 (en) | Sputtering control system | |
US20100282598A1 (en) | Method for controlling a reactive-high-power pulsed magnetron sputter process and corresponding device | |
JP6117550B2 (en) | Control method of sputtering apparatus | |
KR101976254B1 (en) | Film forming apparatus and film forming method | |
Gunnarsson et al. | Synthesis of titanium-oxide nanoparticles with size and stoichiometry control | |
KR20140027202A (en) | Improved method of controlling lithium uniformity | |
JP4876619B2 (en) | Reactive sputtering apparatus and film forming method | |
JP2006342371A (en) | Electroconductive compound thin film, and method for depositing the same | |
KR20180105070A (en) | Reactive sputtering apparatus and reactive sputtering method | |
JP2007063623A (en) | Method for manufacturing optical thin film | |
WO2005036607A2 (en) | System and method for feedforward control in thin film coating processes | |
Krówka et al. | Magnetron sputtering modes during pulsed deposition process determined by the analysis of power supply parameter | |
TWI485277B (en) | Multi-sputtering cathodes stabilized process control method for reactive-sputtering deposition | |
KR20190058294A (en) | Sputtering apparatus and method for manufacturing film | |
JPS58167767A (en) | Formation of thin film | |
JP5347542B2 (en) | Oxide dielectric film manufacturing method and dual cathode magnetron sputtering apparatus | |
JP2013237910A (en) | Method for manufacturing designed steel plate | |
JP2007031815A (en) | Planer magnetron sputtering apparatus and planer magnetron sputtering film deposition method | |
JP2011089213A (en) | Facing target sputtering apparatus and facing target sputtering method | |
JP5932448B2 (en) | Film forming method and film forming apparatus | |
JP2009287088A (en) | Film deposition apparatus, film deposition method and barrier film |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20151016 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20160622 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20160726 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20160805 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20170131 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20170214 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20170307 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20170323 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6117550 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |