JP2020007581A - 成膜レートの予測装置、成膜レートの予測方法、および成膜レートの予測プログラム - Google Patents
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R=α×∫T×S×[cosθ]dt×P/At…(1)
R:成膜レート(nm/min)、α:補正係数、t:ターゲットの面積(mm2)、T:ターゲットのスパッタ量(−)、S:ターゲットのスパッタ率(原子/イオン又は分子/イオン)、[cos]:コサイン則、P:ターゲットと基板との間に印可される電力の強さ(W)、At:ターゲット原子の直径(mm)
R=α×∫T×S×[cosθ]dt×P/At…(1)
R:成膜レート(nm/min)、α:補正係数、t:ターゲットの面積(mm2)、T:ターゲットのスパッタ量(−)、S:ターゲットのスパッタ率(原子/イオン又は分子/イオン)、[cos]:コサイン則、P:ターゲットと基板との間に印可される電力の強さ(W)、At:ターゲット原子の直径(mm)
R=α×∫T×S×[cosθ]dt×P/At…(1)
R:成膜レート(nm/min)、α:補正係数、t:ターゲットの面積(mm2)、T:ターゲットのスパッタ量(−)、S:ターゲットのスパッタ率(原子/イオン又は分子/イオン)、[cos]:コサイン則、P:ターゲットと基板との間に印可される電力の強さ(W)、At:ターゲット原子の直径(mm)
<構成>
本実施の形態に係る成膜レートの予測装置は、マグネトロンスパッタリングによりスパッタリングを行うマグネトロンスパッタ装置において、基板上に成膜された薄膜における単位時間当たりの膜厚、すなわち成膜レートを予測する。まず、成膜レートの予測装置を構成するマグネトロンスパッタ装置100について説明する。
なお、以降、本実施の形態において磁性体を総称する場合は、磁性体112と記載する。磁性体112の数量は、図面に記載された数量に限定されることなく、任意に変更可能である。また、磁性体112としては、ここでは、磁石を用いることとするが、磁場を発生するものであれば、磁石以外のもの(例えば、コイル)を用いることとしてもよい。
ターゲット131は、基板132上に薄膜を形成する素材である。ターゲット131には、例えば、アルミニウム、チタン、ニッケル、金など基板132上に成膜したい各種の金属を用いることができる。ターゲット131は、成膜前にターゲット取付部120に取り付けられる。ターゲット131は、成膜後にはターゲット取付部120から取り外すことができる。
ステージ140は、基板132を載置するための装置である。
不活性ガスは、真空装置190により、チャンバー150内が真空状態になってから注入される。
図2(e)に示すように、ターゲット131と衝突したアルゴンイオン432は、ターゲット131内に埋没するか、電子を受け取りアルゴン分子となる。その一方で、ターゲット131に対するアルゴンイオン432の衝突により、ターゲット原子、即ち、ニッケル原子435が放出される。放出されたニッケル原子435は、図2(f)に示すように基板132上に付着する。このようにして、基板132上にターゲット131の成分が成膜される。
通信部501は、外部の装置と通信を実行する機能を有する。通信部501は、ターゲット131のスパッタ量をマグネトロンスパッタ装置100から入手する受付部として機能する。通信部501は、ターゲット131の面積、ターゲット131と基板132との間に印可される電力の強さを受け付ける。
また、通信部501は、算出部504が算出した成膜レートを出力する出力部として機能する。
外部の装置としては、例えば、摩耗度情報や膜厚情報を表示するモニターや、それらの情報をプリントアウトするためのプリンター、成膜レートの予測装置500に情報を入力するためのマウスやキーボードなどの入力機器、配置情報や磁力強度情報を保持する記録媒体などが考えられる。
記憶部502は、成膜レートを算出するために用いる数値であり、後述する補正係数α、ターゲット131のスパッタ率、ターゲット131と基板132との間の距離情報、およびターゲット原子の直径(mm)、を記憶している。
そして、本実施の形態に係る算出部504は、下記数式(1)に基づいて、成膜レートを算出する。算出部504は、記憶部502に記憶された成膜レート算出プログラムを用いて、成膜レートを算出する。
補正係数αは、大きさの異なる複数の基板132における成膜レートの予測結果を、一律に評価するための係数であり、経験的に求められる値である。本実施形態では、基板132が、2インチに相当する大きさの場合には、α1=6832.67とし、基板132が、8インチに相当する大きさの場合には、α2=253.56とした。
ターゲット131のスパッタ量Tとは、実際にターゲット131から放出されたターゲット原子、即ち前述した説明では、ニッケル原子435の放出の程度を示す無次元量である。
スパッタ量Tは、マグネトロンスパッタ装置100から通信部501を介して算出部504に伝達される。
スパッタ率とは、元素の種類によって決まる定数であり、アルゴンイオン432の衝突により、ターゲット131から放出されるターゲット原子、即ち前述した説明では、アルゴンイオンに対するニッケル原子435の数量の比率を指している。
アルゴンイオン432の衝突エネルギーが500eVの場合、各元素におけるスパッタ率は、鉄:0.84、銅:2.55、鉛:2.08、銀:3.12、錫:1.40、金:2.40である。
すなわち、算出部504は、ターゲット131における薄膜の膜厚を、所謂コサイン則を用いて予測する。算出部504は、コサイン則に予測したターゲット131の摩耗度を適用して、基板132上に形成された薄膜の膜厚を予測する。コサイン則を用いた膜厚予測は広範に知られており、ターゲット131の蒸発分布に応じて、膜厚を予測する。
また、算出部504は、ターゲット131の蒸発分布がcos0.5θ分布に従う場合は、数式(2)においてn=3.5とする。本書面において、θは、蒸発源にたてた法線から基板132における膜厚予測点(図4の付着点602参照)までの開き角を示す(図4のθ参照)。
ここで、∫T×S×[cosθ]dtとは、前述したスパッタ量T、スパッタ率S、およびコサイン則[cosθ]の積を、ターゲット131の表面全体で積分することを表している。
ターゲット131と基板132との間に印可される電力の強さが強くなることで、ターゲット131と基板132との間に位置する電子411が、アルゴン分子431に激しく衝突することとなる。これにより、アルゴン分子431からのアルゴンイオン432の分離が促され、アルゴンイオン432のターゲット131への衝突が増加することで、ターゲット原子が基板132上に成膜される量が増加する。
以上に説明したように、本実施の形態に係る成膜レートの予測装置500は、ターゲット131のスパッタ率S、ターゲット131と基板132との間に印可される電力の強さP、およびターゲット原子の直径Atを用いて、算出部504が成膜レートを算出する。
このため、例えば前述したように、スパッタ粒子発生頻度係数と、スパッタ粒子の到達率と、を用いて膜厚を算出する従来の膜厚の予測方法と比較して、電子やターゲット原子の挙動に影響を与える因子を考慮することで、単位時間当たりに基板に堆積されるターゲット原子の膜厚を、正確に評価することができる。これにより、従来よりも膜厚の予測値の精度を向上することができる。
次に、本発明の効果を確認するための検証試験について説明する。
この検証試験では、実施例として本発明の一実施態様に係る成膜レートの予測装置を採用した。また比較例として、数式(1)からターゲットのスパッタ率S、ターゲットと基板との間に印可される電力の強さP、およびターゲット原子の直径Atを除いた数式により、成膜レートを算出した成膜レートの予測装置を採用した。
各予測装置において、ターゲット131の面積と、ターゲット原子の種類と、を変更して、一定数のサンプルを評価した。そして、算出した成膜レートの予測値と、実際の成膜レート(実測値)と、を比較した。その結果を図5に示す。
図5(b)に示す比較例での701aのサンプルでは、予測値が実測値に対して−20%よりも大幅に小さい値となっている。一方、図5(a)に示す実施例での701bのサンプルでは、予測値が実測値に対して+20%以内となっている。
以上のように、本発明の成膜レートの予測方法により、膜厚の予測値の精度を向上することができることが確認された。
本実施の形態に係る成膜レートの予測装置500を実現するための手法は、上記実施の形態に示した態様に限定されるものではない。以下、各種の変形例について説明する。
例えば、集積回路(IC(Integrated Circuit)チップ、LSI(Large Scale Integration))等に形成された論理回路(ハードウェア)や専用回路によって実現してもよい。また、これらの回路は、1または複数の集積回路により実現されてよく、上記実施の形態に示した複数の機能部の機能を1つの集積回路により実現されることとしてもよい。LSIは、集積度の違いにより、VLSI、スーパーLSI、ウルトラLSIなどと呼称されることもある。
131 ターゲット
132 基板
190 真空装置
500 成膜レートの予測装置
503 制御部
504 算出部
Claims (4)
- 基板上に成膜する素材である平板状のターゲットと、
前記ターゲットに対向させて配置された前記基板と、
前記ターゲットの裏面に配置され、前記ターゲット側に正極を対向させた磁性体及び負極を対向させた磁性体をそれぞれ複数配置されたマグネットユニットと、を備え、
前記ターゲットと前記基板との間に電圧を印加して、前記ターゲットの成分を前記基板に成膜するマグネトロンスパッタ装置における前記ターゲットの成膜レートの予測装置であって、
下記数式(1)に基づいて、成膜レートを算出する算出部を備えている成膜レートの予測装置。
R=α×∫T×S×[cosθ]dt×P/At…(1)
R:成膜レート(nm/min)、α:補正係数、t:ターゲットの面積(mm2)、T:ターゲットのスパッタ量(−)、S:ターゲットのスパッタ率(原子/イオン又は分子/イオン)、[cos]:コサイン則、P:ターゲットと基板との間に印可される電力の強さ(W)、At:ターゲット原子の直径(mm) - 前記算出部は、数式(1)に基づいて前記成膜レートを算出する際に、前記マグネトロンスパッタ装置から入手した前記ターゲットのスパッタ量Tを用いることを特徴とする請求項1に記載の成膜レートの予測装置。
- 基板上に成膜する素材である平板状のターゲットと、
前記ターゲットに対向させて配置された前記基板と、
前記ターゲットの裏面に配置され、前記ターゲット側に正極を対向させた磁性体及び負極を対向させた磁性体をそれぞれ複数配置されたマグネットユニットと、を備え、
前記ターゲットと前記基板との間に電圧を印加して、前記ターゲットの成分を前記基板に成膜するマグネトロンスパッタ装置における前記ターゲットの成膜レートの予測方法であって、
下記数式(1)に基づいて、成膜レートを算出する成膜レートの予測方法。
R=α×∫T×S×[cosθ]dt×P/At…(1)
R:成膜レート(nm/min)、α:補正係数、t:ターゲットの面積(mm2)、T:ターゲットのスパッタ量(−)、S:ターゲットのスパッタ率(原子/イオン又は分子/イオン)、[cos]:コサイン則、P:ターゲットと基板との間に印可される電力の強さ(W)、At:ターゲット原子の直径(mm) - 基板上に成膜する素材である平板状のターゲットと、
前記ターゲットに対向させて配置された前記基板と、
前記ターゲットの裏面に配置され、前記ターゲット側に正極を対向させた磁性体及び負極を対向させた磁性体をそれぞれ複数配置されたマグネットユニットと、を備え、
前記ターゲットと前記基板との間に電圧を印加して、前記ターゲットの成分を前記基板に成膜するマグネトロンスパッタ装置における前記ターゲットの成膜レートの予測方法プログラムであって、
コンピュータに、下記数式(1)に基づいて、成膜レートを算出させる算出機能を実現させる成膜レートの予測プログラム。
R=α×∫T×S×[cosθ]dt×P/At…(1)
R:成膜レート(nm/min)、α:補正係数、t:ターゲットの面積(mm2)、T:ターゲットのスパッタ量(−)、S:ターゲットのスパッタ率(原子/イオン又は分子/イオン)、[cos]:コサイン則、P:ターゲットと基板との間に印可される電力の強さ(W)、At:ターゲット原子の直径(mm)
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