JP2020196907A - Sputtering device and sputtering film deposition method - Google Patents
Sputtering device and sputtering film deposition method Download PDFInfo
- Publication number
- JP2020196907A JP2020196907A JP2019101745A JP2019101745A JP2020196907A JP 2020196907 A JP2020196907 A JP 2020196907A JP 2019101745 A JP2019101745 A JP 2019101745A JP 2019101745 A JP2019101745 A JP 2019101745A JP 2020196907 A JP2020196907 A JP 2020196907A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- substrate
- film
- target
- film forming
- rotation axis
- 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.)
- Pending
Links
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 238000000151 deposition Methods 0.000 title abstract description 8
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 176
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 44
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 11
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 3
- 230000008021 deposition Effects 0.000 abstract description 6
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 6
- 239000010408 film Substances 0.000 description 116
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 40
- 239000000463 material Substances 0.000 description 37
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 10
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 8
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 6
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 5
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 4
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 3
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 2
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
Description
本発明は、光学レンズに設ける光学薄膜等の成膜に用いることができるスパッタ成膜装置およびスパッタリング成膜方法に関するものである。 The present invention relates to a sputtering film forming apparatus and a sputtering film forming method that can be used for forming an optical thin film or the like provided on an optical lens.
一般に、レンズ等の光学部品に形成される光学薄膜は、真空蒸着装置やスパッタ装置などで成膜さる。光学薄膜の膜厚および膜厚分布は、レンズの光学特性に重要な役割を果たす。 Generally, an optical thin film formed on an optical component such as a lens is formed by a vacuum vapor deposition apparatus or a sputtering apparatus. The film thickness and film thickness distribution of the optical thin film play an important role in the optical characteristics of the lens.
スパッタ装置において、ターゲットと基板との距離を示すTS距離が変わると、成膜速度や膜厚分布が変化することが一般的に知られている。また、ターゲットのエロージョンが進行することによっても、TS距離および材料の放出角度が変化し、成膜速度や膜厚分布が変化することが知られている。そのため、これらの変化を反映して、所望の膜厚および膜厚分布を得ることができるスパッタ装置が求められている。 In a sputtering apparatus, it is generally known that the film formation rate and the film thickness distribution change when the TS distance indicating the distance between the target and the substrate changes. It is also known that as the erosion of the target progresses, the TS distance and the release angle of the material change, and the film formation rate and the film thickness distribution change. Therefore, there is a demand for a sputtering apparatus capable of obtaining a desired film thickness and film thickness distribution by reflecting these changes.
特許文献1は、回転ドラムの外周面上に基板が取り付けられ、ドラムを回転しながら基板に成膜するスパッタ装置で、回転ドラムの偏芯量を計測できるスパッタ装置を開示している。特許文献1に記載されたスパッタ装置は、計測した偏芯量に基づいてターゲット電力を修正することで、回転軸受けの微小な偏芯が膜厚特性のばらつきに与える影響を抑制することができる。 Patent Document 1 discloses a sputtering device in which a substrate is mounted on an outer peripheral surface of a rotating drum and a film is formed on the substrate while rotating the drum, and a sputtering device capable of measuring the amount of eccentricity of the rotating drum is disclosed. The sputtering apparatus described in Patent Document 1 can suppress the influence of minute eccentricity of the rotary bearing on the variation in film thickness characteristics by modifying the target power based on the measured eccentricity amount.
また、特許文献2は、スパッタリングによるターゲットの侵食部分(エロージョン)の形状測定をする機構を設けたスパッタ装置を開示している。特許文献2に記載されたスパッタ装置は、ターゲットの消耗状態に応じて、基板とターゲット間を最適距離に設定して所望する膜厚と均一な膜厚分布を得ることができる。
Further,
しかしながら、カメラやビデオ等に使用されるレンズの光学薄膜は、高い膜厚精度が要求され、成膜時のターゲットと基板の相対位置の変化によって光学特性が変化する。特許文献1および特許文献2記載のスパッタリング装置では、TS距離以外のターゲットと基板の相対位置が変化した場合、膜厚を高精度に制御することはできない。
However, the optical thin film of a lens used for a camera, a video, or the like is required to have high film thickness accuracy, and the optical characteristics change due to a change in the relative position between the target and the substrate during film formation. In the sputtering apparatus described in Patent Document 1 and
本発明のスパッタ成膜装置は、チャンバーの内部に基板を保持する基板保持部と、前記チャンバーの内部に配置されたターゲットと、前記基板の位置および傾きの測定手段を備えたスパッタ成膜装置において、測定した前記基板の位置および傾きに基づいて成膜速度を推定し、推定した成膜速度に基づいて目標膜厚まで成膜する制御部と、を有することを特徴とする。 The sputter film forming apparatus of the present invention is a sputter film forming apparatus provided with a substrate holding portion for holding a substrate inside a chamber, a target arranged inside the chamber, and means for measuring the position and inclination of the substrate. It is characterized by having a control unit that estimates a film forming rate based on the measured position and inclination of the substrate and forms a film to a target film thickness based on the estimated film forming rate.
本発明のスパッタ成膜方法は、チャンバーの内部に基板を保持する基板保持部と、前記チャンバーの内部に配置されたターゲットと、前記基板の位置及び傾きを測定する測定手段と、を有するスパッタ成膜方法であって、測定した前記基板の位置及び傾きに基づいて成膜速度を推定し、推定した成膜速度に基づいて目標膜厚まで成膜することを特徴とする。 The sputter film forming method of the present invention comprises a substrate holding portion for holding a substrate inside a chamber, a target arranged inside the chamber, and a measuring means for measuring the position and inclination of the substrate. The film method is characterized in that a film forming rate is estimated based on the measured position and inclination of the substrate, and the film is formed to a target film thickness based on the estimated film forming rate.
本発明のスパッタ成膜装置によれば、ターゲットと基板の相対位置に起因する膜厚変化を補正して、膜厚を高精度に制御することができる。 According to the sputter film forming apparatus of the present invention, the film thickness can be controlled with high accuracy by correcting the film thickness change caused by the relative position between the target and the substrate.
以下に、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
本実施形態のスパッタリング成膜装置は、ターゲットの裏面に永久磁石を配置して磁界を発生させることで成膜速度を向上させたマグネトロンスパッタリング成膜装置(以下、「スパッタ成膜装置」という)を用いることができる。図1は、実施形態1のスパッタ成膜装置の概要を示す図である。
(First Embodiment)
The sputtering film forming apparatus of the present embodiment is a magnetron sputtering film forming apparatus (hereinafter referred to as "sputter film forming apparatus") in which a permanent magnet is arranged on the back surface of the target to generate a magnetic field to improve the film forming speed. Can be used. FIG. 1 is a diagram showing an outline of the sputtering film forming apparatus of the first embodiment.
図1で、スパッタ成膜装置100は、真空チャンバー1の内部に、成膜材料を放出するターゲット3と、レンズ等の基板12を保持する基板保持部13と、基板12を撮像するカメラ16を備えている。ターゲット3と基板12の間にシャッター9が設けられており、プレスパッタ中に基板12をカバーすることができる。
In FIG. 1, the sputtering
真空チャンバー1は、排気装置22が設けられていて、真空チャンバー1の内部は真空に排気することができる。真空チャンバー1には、スパッタガスボンベ9内に圧縮されているスパッタガス(アルゴンガス)と、反応性ガスボンベ6内に圧縮されている反応性ガス(酸素ガス)を供給可能となっている。スパッタガスは、スパッタガスバルブ10で流量を調整されて、ガス管11を通って真空チャンバー1内に供給される。反応性ガス(酸素ガス)は、マスフローコントローラ7でガス流量を制御され、ガス管8を通って真空チャンバー1内に供給される。スパッタガス(アルゴンガス)と反応性ガス(酸素ガス)の供給が不要な時は、電磁バルブ(不図示)によりガス供給を遮断することができる。
The vacuum chamber 1 is provided with an
真空チャンバー1内に充填されたスパッタガスと反応性ガスを真空チャンバー1に接続された排気装置22から排気させることで、真空チャンバー1内を所定の圧力に調節することができる。また、スパッタガスと、反応性ガスとを供給している時も真空チャンバー1内の圧力を調整可能となっている。
By exhausting the sputter gas and the reactive gas filled in the vacuum chamber 1 from the
ターゲット3にはプラズマ電源21が接続され、真空状態で所定の電力を供給することでプラズマを生成する。ターゲット3はケイ素、ニッケル、アルミニウム等を用いることができ、成膜する膜種によって自動で切り替え可能である。ターゲット3はターゲット保持部4によって保持されており、ターゲット保持部4は冷却水を供給する冷却器5が接続されている。冷却器5は、ターゲット3を冷却することで、ターゲット3およびその周辺がプラズマの熱で変形するのを防止している。ターゲット3の裏面に永久磁石2を備えており、材料放出面に磁場を形成している。また、ターゲット3近傍にはプラズマエミッションモニタ5を備えており、プラズマ発光をモニタ可能になっている。
A
基板12を保持する基板保持部13は、基板駆動部14によって回転およびTS距離を調整可能になっている。基板駆動部14は、基板保持部13に保持された基板12を所定の回転数で回転させ、所定のTS距離で成膜できるようになっている。また、成膜中にも回転数およびTS距離は任意に調整可能になっている。基板保持部13の回転軸は、任意の角度で設定可能で、回転停止状態で成膜することも可能である。
The
シャッター9は、ターゲット3と基板12の間に備えられており、シャッター駆動部15によってターゲット3と基板12の間に侵入および退避可能になっている。シャッター9は成膜中に退避し、所定の膜厚に達した時にシャッター9をターゲット3と基板12の間に侵入させることで、成膜を停止できるようになっている。また、シャッター駆動部15は、シャッター9を任意の位置に中間停止するように制御可能で、膜厚分布をコントロールするマスクとしても利用できる。
The
カメラ16は、大気チャンバー17内に配置されており、ガラスビューポート18越しに基板12を撮像可能になっている。カメラ16から見て基板12の背面側に平板照明19を備えており、基板12を撮像して撮像画像を画像処理することで基板12の位置を計測することが可能になっている。また、カメラ16は基板12だけでなく基板保持部13を撮影して、撮影画像を画像処理することでターゲット3と基板12の相対位置を高い精度で求めることができる。
The
本実施形態では、カメラで撮像した画像を画像処理し、基板12の位置および方向を計測しているが、カメラ以外の例えばレーザー変位系や、接触式の変位系等を使用して、基板12の位置を計測してもよい。
In the present embodiment, the image captured by the camera is image-processed to measure the position and direction of the
制御部23は、基板12の位置情報又は基板12と基板保持部13の位置情報に基づいて、成膜速度を推定して成膜速度を制御する。
The
次に、図1を用いて本実施形態のスパッタ成膜装置の成膜速度の推定方法について説明する。膜厚を高精度に制御するために、ターゲット3から放出される成膜材料の放出速度と、放出された成膜材料が基板12に着膜する着膜割合との積で成膜速度を推定する。推定した成膜速度を時間で積算した値を膜厚推定値とし、所定の膜厚に達した時にシャッター9を閉じて成膜を停止する。
Next, a method of estimating the film formation rate of the sputtering film deposition apparatus of the present embodiment will be described with reference to FIG. In order to control the film thickness with high accuracy, the film formation rate is estimated by the product of the release rate of the film-forming material discharged from the target 3 and the film-forming ratio at which the released film-forming material adheres to the
まず、成膜材料の放出速度の推定について説明する。プラズマエミッションモニタ5から取得したプラズマ発光の分光特性が所定の状態になるように、ターゲット3に印加する電力または反応性ガス(酸素ガス)のガス流量またはその両方を制御する。そして、(1)成膜中のプラズマ発光の分光特性、(2)ターゲット3への印加電圧および(3)反応性ガス(酸素ガス)のガス流量に基づいて、ターゲット3から放出される成膜材料の放出速度を推定する。(1)プラズマ発光の分光特性、(2)ターゲット3への印加電圧および(3)反応性ガス(酸素ガス)のガス流量と、(3)成膜材料の放出速度の関係を、シミュレーションまたは事前に測定した結果をデータベースに登録しておくことで、成膜材料の放出速度を推定する。なお、本実施形態の実施例として、(1)プラズマ発光の分光特性、(2)ターゲット3への印加電圧、および(3)反応性ガス(酸素ガス)のガス流量と、成膜材料の放出速度の関係を測定した結果をテーブル化しデータベース(不図示)に登録して使用した。
First, the estimation of the release rate of the film-forming material will be described. The power applied to the target 3 and / or the gas flow rate of the reactive gas (oxygen gas) are controlled so that the spectral characteristics of the plasma emission acquired from the
次に、放出された成膜材料が基板12に着膜する着膜割合の推定について説明する。着膜割合は、(5)基板位置及び傾きと(6)成膜材料の放出分布に基づいて推定する。(5)基板位置は、基板12のずれ量および基板12のずれ角度を用いる。また、(5)基板位置は、更に、基板保持部13の回転軸ずれ量を用いることでより正確に着膜割合を推定できる。
Next, the estimation of the film formation ratio at which the released film-forming material adheres to the
図2で、基板保持部13と回転軸との関係について説明する。図2(a)に示すように、通常、基板保持部13は回転軸RHで回転する。これに対して、図2(b)に示すように、基板保持部13の回転軸がずれている場合には回転軸ずれ量ΔXRを求める。また、図2(c)に示すように、基板保持部13の回転軸の角度が通常よりもずれている場合には、基板保持部13の回転軸ずれ角度θHを求める。
FIG. 2 describes the relationship between the
次に、図3で、基板12の位置と方向について説明する。図3(a)のように、基板保持部13の回転軸RHと基板12の中心軸RSは一致する。これに対して、図3(b)に示すように、基板保持部13の回転軸RHと基板12の中心軸RSがずれている場合には基板12のずれ量ΔXSを求める。図3(c)に示すように、基板保持部13の回転軸RHと基板の中心軸RSの角度がずれている場合には、基板12のずれ角度θSを求める。(5)基板12の位置及び傾きと、(6)成膜材料の放出分布と、着膜割合との関係をシミュレーションまたは事前に測定した結果をデータベースに登録しておくことで、成膜材料が基板12に着膜する着膜割合を推定する。ここで、成膜材料の放出分布Dとは、図4に示すように、単位時間にターゲット3から基板に向けて成膜材料が放出される量の分布を示すもので、TS距離、成膜材料、ターゲットの消耗状態等が変わると基板12に成膜される膜厚分布も変化する。本実施形態の実施例では、事前に基板の位置および傾きと、成膜材料の放出分布と、着膜割合との関係を測定した結果をテーブル化し、データベースに登録して使用した。
Next, the position and direction of the
成膜材料の放出分布は、プラズマ電源21がターゲット3への印加する電力量の積算値を記憶し、積算電力量に基づいてターゲット3の消耗状態(エロージョントラックの位置および消耗量)を推定することができる。プラズマ電源21がターゲット3への印加する電力量の積算値はターゲット3を新品に交換する毎にリセットする。成膜材料の放出分布とターゲット3への印加電力積算値の関係を、シミュレーションまたは事前に測定した結果をデータベースに登録しておくことで、ターゲット3から放出される成膜材料の放出分布を推定する。本実施形態の実施例では、事前に成膜材料の放出分布とターゲット3への印加電力積算値の関係を測定した結果をテーブル化し、データベース(不図示)に登録して使用した。
The emission distribution of the film-forming material stores the integrated value of the amount of power applied to the target 3 by the
第1の実施形態では、ターゲット3を十分に冷却しているため、成膜材料の放出分布とターゲット3への印加電力積算値の関係は再現性がある。もし、再現性が得られない場合は、ターゲット3の位置とスパッタリングによるターゲット3の侵食部分(エロージョン)の形状測定をする機構を設けてもよい。この時、ターゲット3の形状測定結果と成膜材料の放出分布の関係をテーブル化し、データベースに登録して使用した。 In the first embodiment, since the target 3 is sufficiently cooled, the relationship between the emission distribution of the film-forming material and the integrated power applied to the target 3 is reproducible. If reproducibility cannot be obtained, a mechanism for measuring the position of the target 3 and the shape of the eroded portion (erosion) of the target 3 by sputtering may be provided. At this time, the relationship between the shape measurement result of the target 3 and the release distribution of the film-forming material was tabulated and registered in the database for use.
次に、膜厚分布の推定について説明する。カメラ16によって撮影された画像を画像処理することにより基板12の位置および方向を求めて、成膜材料の放出分布に基づいて、基板に成膜される材料の膜厚分布を推定する。基板12の位置および方向と、成膜材料の放出分布と、膜厚分布の関係を、シミュレーションまたは事前に測定した結果をデータベースに登録しておくことで、成膜材料が基板12に着膜する膜厚分布を計算する。計算によって推定される膜厚分布が均一になるように、制御部23は、基板駆動部14に指令し、TS距離を調整する。なお、本実施形態の実施例は、前に基板の位置および傾きと、成膜材料の放出分布と、膜厚分布との関係を測定した結果をテーブル化し、データベースに登録して使用した。
Next, the estimation of the film thickness distribution will be described. The position and direction of the
基板12の位置および方向を求めるため撮像は、基板12が1回転する間に複数回行う。基板12の位置および方向を正確に求めるために、基板12が1回転する間に少なくとも8回以上撮像し、基板12の位置および方向を求めるのが好ましい。本実施形態の実施例では、基板12の回転数は60rpmで成膜し、カメラ16は60fpsで撮像して、基板12が1回転する間に60枚の撮像を行った。60枚の基板12の画像から基板12の位置および方向を求めた。基板12の位置および方向を精度良く計測するために、基板12が複数回転している間、画像を撮り続け、その画像に基づいて、基板12の位置および方向を求めた。
Imaging is performed a plurality of times while the
図5に、本発明の実施例に係わるスパッタ成膜装置の制御フローを示す。ステップS101〜S109は成膜開始までの準備フローを示し、ステップS201〜S204は成膜中フローを示し、ステップS301〜S302は成膜後の後処理フローを示している。なお、ターゲット保持部4へは常に冷却器5から冷却水が供給されており、ターゲット3およびその周辺がプラズマの熱で変形し難い状態にしてある。
FIG. 5 shows a control flow of the sputtering film forming apparatus according to the embodiment of the present invention. Steps S101 to S109 show the preparatory flow until the start of film formation, steps S201 to S204 show the flow during film formation, and steps S301 to S302 show the post-treatment flow after film formation. Cooling water is always supplied from the
図5のステップS101では、搬送ロボット装置(不図示)によって、基板12を真空チャンバー1へ投入する。基板保持部13によって基板12を保持し、真空チャンバー1を排気装置22で真空排気する。
In step S101 of FIG. 5, the
ステップS102では、成膜設計条件に基づいて、あらかじめ設定されたTS距離および回転数になるように基板駆動部14によって基板12を保持する基板保持部13を駆動する。本実施形態の実施例では、基板12の回転数を60rpmで成膜した。
In step S102, the
ステップS103では、カメラ16および平板照明19を制御し、60fpsで連続撮像された60枚の基板12の画像其々から基板12及び/又は基板保持部13の位置および方向の検出を行う。基板12の位置および方向は、基板12のずれ量ΔXSと、基板12のずれ角度θSを計算する。基板保持部13の位置および方向は、回転軸ずれ量ΔXRと、基板保持部13の回転軸ずれ角度θHを計算する。
In step S103, the
ステップS104では、前回の成膜までにプラズマ電源21からターゲット3への印加した電力積算値に基づいて、放出分布をデータベース23から取得する。
In step S104, the emission distribution is acquired from the
ステップS105では、ステップS103で求めた基板12のずれ量ΔXSと、ステップS104で求めた放出分布に基づいて、基板12に成膜される膜厚分布をデータベース24から取得する。データベース24を用いて膜厚分布が均一になるTS距離を求めて、基板駆動部14によってTS距離を補正する。
In step S105, the shift amount [Delta] X S of the
ステップS106では、ステップS103で求めた基板12の位置と、ステップS104で求めた成膜材料の放出分布と、に基づいて、着膜割合をデータベース22から取得する。
In step S106, the film formation ratio is acquired from the
ステップS107では、スパッタガス(アルゴンガス)、および、反応性ガス(酸素ガス)を真空チャンバー1に供給し、プラズマ電源21からターゲット3へ予め設定された電力を供給し放電する。
In step S107, a sputter gas (argon gas) and a reactive gas (oxygen gas) are supplied to the vacuum chamber 1, and a preset power is supplied from the
ステップS108では、プラズマエミッションモニタ5から取得したプラズマ発光の分光特性が所定の状態になるように、反応性ガス(酸素ガス)のガス流量をマスフローコントローラ7でフィードバック制御し、成膜が完了するまで制御を継続する。 In step S108, the gas flow rate of the reactive gas (oxygen gas) is feedback-controlled by the mass flow controller 7 so that the spectral characteristics of the plasma emission acquired from the plasma emission monitor 5 are in a predetermined state, until the film formation is completed. Continue control.
図5のステップS201では、シャッター駆動部15によってシャッター9を開き、成膜を開始する。
In step S201 of FIG. 5, the
ステップS202では、プラズマエミッションモニタ5から取得したプラズマ発光の分光特性、プラズマ電源21からターゲット3への印加した電力量およびマスフローコントローラ7で制御している反応性ガス(酸素ガス)のガス流量を取得する。そして、これらの値に基づいて、成膜材料の放出速度をデータベース25から取得する。
In step S202, the spectral characteristics of the plasma emission acquired from the
ステップS203では、ステップS106で求めた着膜割合と、ステップS202で求めた放出速度の積である成膜速度を時間で積分し膜厚を推定する。 In step S203, the film thickness is estimated by integrating the film formation rate, which is the product of the film formation ratio obtained in step S106 and the release rate obtained in step S202, over time.
ステップS204では、ステップS203で求めた膜厚推定値と、あらかじめ設定された目標膜厚値を比較し、膜厚推定値が目標膜厚値に到達していない場合は、ステップS202へ戻り、膜厚推定値が目標膜厚値に到達するまで繰り返す。本実施形態の実施例では、ステップS202からステップS204までを50msec周期でループされることで、高精度な膜厚再現性を実現した。 In step S204, the film thickness estimated value obtained in step S203 is compared with the preset target film thickness value, and if the film thickness estimated value does not reach the target film thickness value, the process returns to step S202 to return the film. Repeat until the estimated thickness reaches the target film thickness value. In the embodiment of the present embodiment, high-precision film thickness reproducibility is realized by looping from step S202 to step S204 in a cycle of 50 msec.
ステップS205では、シャッター駆動部15によってシャッター9を閉め、ターゲット3から放出された成膜材料が基板12へ着膜するのを遮断し、プラズマ電源21からターゲット3へ供給する電力を停止する。
In step S205, the
図5のステップS301では、真空チャンバー1へ供給しているスパッタガス(アルゴンガス)および反応性ガス(酸素ガス)の電磁バルブを閉め、ガス供給を遮断する。 In step S301 of FIG. 5, the solenoid valves of the sputter gas (argon gas) and the reactive gas (oxygen gas) supplied to the vacuum chamber 1 are closed to shut off the gas supply.
ステップS205では、排気装置22を停止し、真空チャンバー1を大気解放し、搬送ロボット装置(不図示)で基板12を真空チャンバー1から排出する。
In step S205, the
図6に、図3の基板12のずれ角度θSが膜厚精度与える影響を示す。図6(a)は基板12がターゲットに対して所望の位置および傾きである場合を示し、図6(b)は基板12がターゲットに対してずれ角度θSで傾いている場合を示している。矢印はターゲットから放出される成膜材料を示している。図6に示したように、基板12がターゲットに対して傾くことによって、基板12に到達する成膜材料が減少するため、材料がターゲットから放出されるレートが一定であったとしても、基板に材料が着膜する着膜割合が減少する。そのため、プラズマの熱などのよりTS距離のみならず、ターゲットと基板12の相対位置変化があった場合、実際に基板12の膜厚は所望の膜厚より薄くなってしまう。このような着膜割合の変化を防止するために、ずれ角度θS等を補正するような制御が必要になる。第1の実施形態によれば、ターゲットと基板12の相対位置と方向の変化を計測することによって、着膜割合の変化を推定することができ、成膜時間を補正することで膜厚を高精度に制御することができる。
FIG. 6 shows the effect of the deviation angle θ S of the
従来、スパッタ成膜装置を連続運転した時、真空と大気の圧力差による真空チャンバーの変形や、プラズマによる熱変形、基板保持位置誤差などによって、成膜した時に膜厚のずれが生じていた。ターゲットと基板の相対位置はTS距離で約0.8mm、水平方法で約0.5mm、角度で約0.5度のずれが発生していた。ターゲットと基板の相対位置の変化により、着膜レートが変化するため、膜厚は設定値より2.43%の誤差があったが、第1の実施形態の膜厚の推定を用いることにより、膜厚誤差は1.17%と改善された。 Conventionally, when the sputtering film forming apparatus is continuously operated, the film thickness is deviated when the film is formed due to the deformation of the vacuum chamber due to the pressure difference between the vacuum and the atmosphere, the thermal deformation due to the plasma, the substrate holding position error, and the like. The relative position between the target and the substrate was about 0.8 mm in the TS distance, about 0.5 mm in the horizontal method, and about 0.5 degrees in the angle. Since the film thickness changes due to the change in the relative position between the target and the substrate, the film thickness had an error of 2.43% from the set value, but by using the film thickness estimation of the first embodiment, The film thickness error was improved to 1.17%.
(第2の実施形態)
第2の実施形態は、第1の実施形態よりも大きな基板を用いるのに適した実施形態である。図7、第2の実施形態に係わるスパッタ成膜装置を示す。
(Second Embodiment)
The second embodiment is a suitable embodiment for using a substrate larger than the first embodiment. FIG. 7 shows a sputtering film forming apparatus according to the second embodiment.
第2の実施形態は大型ガラス基板112の成膜装置である。基板保持部113で大型ガラス基板112を保持し、基板搬送部114で大型ガラス基板112をスキャンしながら成膜する。大型ガラス基板112の下から形状計測するためのレーザー位置計測センサ116が備えられている。大型ガラス基板112のスキャン成膜する直前に、大型ガラス基板112のスキャンの形状をスキャン計測し、ターゲット103と大型ガラス基板112の着膜部の相対位置を計測する。基板が大型化した場合、自重で基板がたわみ、ターゲット103と大型ガラス基板112の着膜部の相対位置が変化することで、着膜割合が変化することがある。本実施例の場合、着膜割合の変化に応じて大型ガラス基板112のスキャン速度を補正することで、所望の膜厚分布が得られる。または、着膜割合の変化に応じて、ターゲット103に供給する電力を補正してもよい。
The second embodiment is a film forming apparatus for a
Claims (8)
前記チャンバーの内部に配置されたターゲットと、
前記基板の位置および傾きの測定手段を備えたスパッタ成膜装置において、
測定した前記基板の位置および傾きに基づいて成膜速度を推定し、推定した成膜速度に基づいて目標膜厚まで成膜する制御部と、を有することを特徴とするスパッタ成膜装置。 A board holding part that holds the board inside the chamber,
With the target placed inside the chamber,
In a sputtering film forming apparatus provided with means for measuring the position and inclination of the substrate,
A sputter film forming apparatus including a control unit that estimates a film forming rate based on the measured position and inclination of the substrate and forms a film to a target film thickness based on the estimated film forming rate.
前記制御部は、測定した前記基板の位置および前記基板のずれ角度に基づいて成膜速度を推定することを特徴とする請求項1に記載のスパッタ成膜装置。 The measuring means measures the amount of displacement of the substrate with respect to the rotation axis of the substrate and the displacement angle of the substrate.
The sputter film forming apparatus according to claim 1, wherein the control unit estimates the film forming rate based on the measured position of the substrate and the displacement angle of the substrate.
前記制御部は、測定した前記基板の位置、前記基板のずれ角度および前記基板保持部の回転軸ずれ量に基づいて成膜速度を推定することを特徴とする請求項1に記載のスパッタ成膜装置。 The measuring means measures the amount of displacement of the substrate with respect to the rotation axis of the substrate, the deviation angle of the substrate, and the amount of deviation of the rotation axis of the substrate holding portion.
The spatter film formation according to claim 1, wherein the control unit estimates the film formation rate based on the measured position of the substrate, the deviation angle of the substrate, and the amount of rotation axis deviation of the substrate holding unit. apparatus.
前記制御部は、前記基板の位置および傾きに基づいて成膜速度を推定し、推定した成膜速度に基づいて目標膜厚まで成膜することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載のスパッタ成膜装置。 The measuring means is a camera.
Any one of claims 1 to 3, wherein the control unit estimates the film formation rate based on the position and inclination of the substrate, and forms a film to the target film thickness based on the estimated film thickness. The sputter film forming apparatus according to the section.
測定した前記基板の位置及び傾きに基づいて成膜速度を推定し、推定した成膜速度に基づいて目標膜厚まで成膜することを特徴とするスパッタ成膜方法。 A sputter film formation method comprising a substrate holding portion for holding a substrate inside a chamber, a target arranged inside the chamber, and a measuring means for measuring the position and inclination of the substrate.
A sputtering film formation method characterized in that a film formation rate is estimated based on the measured position and inclination of the substrate, and a film is formed to a target film thickness based on the estimated film formation rate.
測定した前記基板の位置および前記基板のずれ角度に基づいて成膜速度を推定することを特徴とする請求項5に記載のスパッタ成膜方法。 The measuring means measures the amount of displacement of the substrate with respect to the rotation axis of the substrate and the displacement angle of the substrate.
The sputter film forming method according to claim 5, wherein the film forming rate is estimated based on the measured position of the substrate and the displacement angle of the substrate.
測定した前記基板の位置、前記基板のずれ角度および前記基板保持部の回転軸ずれ量に基づいて成膜速度を推定することを特徴とする請求項5に記載のスパッタ成膜方法。 The measuring means measures the amount of displacement of the substrate with respect to the rotation axis of the substrate, the deviation angle of the substrate, and the amount of deviation of the rotation axis of the substrate holding portion.
The spatter film forming method according to claim 5, wherein the film forming speed is estimated based on the measured position of the substrate, the displacement angle of the substrate, and the amount of rotation axis deviation of the substrate holding portion.
測定した前記基板の位置および前記基板のずれ角度は、カメラで測定した画像を画像処理して、前記基板の位置および傾きを計算することを特徴とする請求項5乃至7のいずれか一項に記載のスパッタ成膜装置。 The measuring means is a camera.
The measured position of the substrate and the deviation angle of the substrate are according to any one of claims 5 to 7, wherein the position and inclination of the substrate are calculated by image processing the image measured by the camera. The spatter film forming apparatus according to the above.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019101745A JP2020196907A (en) | 2019-05-30 | 2019-05-30 | Sputtering device and sputtering film deposition method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019101745A JP2020196907A (en) | 2019-05-30 | 2019-05-30 | Sputtering device and sputtering film deposition method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2020196907A true JP2020196907A (en) | 2020-12-10 |
JP2020196907A5 JP2020196907A5 (en) | 2022-06-06 |
Family
ID=73647755
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019101745A Pending JP2020196907A (en) | 2019-05-30 | 2019-05-30 | Sputtering device and sputtering film deposition method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2020196907A (en) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010160855A (en) * | 2009-01-08 | 2010-07-22 | Fujitsu Ltd | Position measuring apparatus, coating method, and coating program and coating apparatus |
WO2015121905A1 (en) * | 2014-02-14 | 2015-08-20 | キヤノンアネルバ株式会社 | Tunnel magnetoresistive effect element manufacturing method and sputtering apparatus |
-
2019
- 2019-05-30 JP JP2019101745A patent/JP2020196907A/en active Pending
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010160855A (en) * | 2009-01-08 | 2010-07-22 | Fujitsu Ltd | Position measuring apparatus, coating method, and coating program and coating apparatus |
WO2015121905A1 (en) * | 2014-02-14 | 2015-08-20 | キヤノンアネルバ株式会社 | Tunnel magnetoresistive effect element manufacturing method and sputtering apparatus |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4721878B2 (en) | Sputtering equipment | |
JP5539154B2 (en) | Alignment method, alignment apparatus, and organic EL element manufacturing apparatus | |
US7959971B2 (en) | Film formation method with deposition source position control | |
JP5461426B2 (en) | Prediction and correction of erosion characteristics of magnetron sputtering targets | |
US20060021870A1 (en) | Profile detection and refurbishment of deposition targets | |
WO2014144533A1 (en) | Position and temperature monitoring of ald platen susceptor | |
TW201024656A (en) | Deposition apparatus and deposition method using the same | |
JP2006052461A (en) | Magnetron sputtering device, cylindrical cathode, and method of coating thin multicomponent film on substrate | |
TWI433946B (en) | Film formation apparatus and film formation method | |
JP2002523623A (en) | Method and equipment for coating high temperature structural members by plasma spraying | |
US20060011470A1 (en) | Sputtering magnetron control devices | |
JP2020196907A (en) | Sputtering device and sputtering film deposition method | |
JP2016011445A (en) | Sputtering method | |
JP4521606B2 (en) | Method and apparatus for controlling film thickness distribution in thin film manufacturing apparatus | |
US20140183036A1 (en) | In Situ Sputtering Target Measurement | |
JP5663593B2 (en) | Apparatus and method for coating a substrate | |
KR20120122820A (en) | Coating apparatus for uniform coating | |
US11239064B2 (en) | Magnet unit for magnetron sputtering apparatus | |
JP3964355B2 (en) | Vapor growth apparatus and vapor growth method | |
JP2008095158A (en) | Sputtering film deposition device and sputtering film deposition method | |
JPH08239763A (en) | Sputtering device and method for regulating the same | |
US20210062324A1 (en) | Electron beam pvd endpoint detection and closed-loop process control systems | |
JP6997877B2 (en) | Sputtering equipment and film formation method | |
JP2008095147A (en) | Sputtering film deposition method | |
TW202129798A (en) | Apparatus for processing substrate |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20220527 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20220527 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20230214 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20230216 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20230411 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20230725 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20230919 |
|
RD01 | Notification of change of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421 Effective date: 20231213 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20231219 |