JPH01166525A - Controlling method for sputtering step and the like - Google Patents
Controlling method for sputtering step and the likeInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔概 要]
半導体の製造の際にプラズマを応用して金属の薄膜を形
成するのに使用されるスパッタリング装置等における工
程条件をコントロールする技術に関し、
スパッタリング装置等を精度よく、且つ再現性よく制御
することを目的とし、
プラズマを利用して、基板上に金属薄膜を形成したり又
はエツチングを行う工程において、プラズマ中の薄膜形
成用原子、ガス分子及び/又は原子の発光スペクトルの
うち、特定の波長域の離散スペクトルをファブリペロ干
渉分光計(7)に導入し、その超微細構造を解析して、
対応する励起状態の原子又は分子の速度を計測し、これ
を工程にフィードバックして工程条件を制御することを
特徴とする方法を構成する。[Detailed Description of the Invention] [Summary] This invention relates to a technology for controlling process conditions in sputtering equipment, etc. used to apply plasma to form metal thin films during semiconductor manufacturing. In the process of forming or etching a metal thin film on a substrate using plasma, the aim is to control the thin film formation atoms, gas molecules, and/or atoms in the plasma with good control and reproducibility. A discrete spectrum in a specific wavelength region of the emission spectrum is introduced into a Fabry-Perot interferometry spectrometer (7), and its ultrafine structure is analyzed.
The present invention constitutes a method characterized by measuring the speed of atoms or molecules in a corresponding excited state and feeding this back to the process to control process conditions.
本発明は、半導体の製造の際にプラズマを応用して金属
の薄膜を形成するのに使用されるスパッタリング装置に
関し、特に金属薄膜形成の際の工程条件をコントロール
する技術に関する。The present invention relates to a sputtering apparatus used to form a metal thin film by applying plasma during the manufacture of semiconductors, and more particularly to a technique for controlling process conditions when forming a metal thin film.
スパッタリング装置においては、ターゲットと基板との
間にアルゴン等の不活性ガスを導入し、これに高電圧を
かけてプラズマを形成し、該プラズマ中に発生した不活
性ガスの正イオンをターゲットに衝突させ、該ターゲッ
トから叩き出されたターゲット原子を基板上に堆積させ
て、金属薄膜を形成している。In sputtering equipment, an inert gas such as argon is introduced between the target and the substrate, a high voltage is applied to it to form a plasma, and the positive ions of the inert gas generated in the plasma collide with the target. The target atoms ejected from the target are deposited on the substrate to form a metal thin film.
従来、スパッタリング装置における薄膜形成の際の工程
条件の制御因子は、スパッタリングのパワー、基板温度
、並びにスパッタリング時に流入するガス(例えばアル
ゴンや酸素等)の圧力の三つが選ばれていた。これらの
因子の制御によって、薄膜の形成条件のかなりの部分が
うまくコントロール可能であるが、膜の磁気特性1機械
特性又は構造特性に関してはばらつきが多く、例えば小
さな実験装置から大型の生産設備にスケールアップする
場合には、すっかり製造条件が違ってしまい、再現性の
ないことがあった。Conventionally, three factors have been selected to control process conditions during thin film formation in a sputtering apparatus: sputtering power, substrate temperature, and pressure of gas (for example, argon, oxygen, etc.) flowing in during sputtering. By controlling these factors, a large part of the thin film formation conditions can be well controlled, but there are many variations in the magnetic properties, mechanical properties, or structural properties of the film, which can be difficult to scale from small experimental equipment to large production equipment, for example. When upgrading, the manufacturing conditions were completely different and there were cases where reproducibility was not possible.
この問題点を解決するために、スパッタリング時におい
て発生するプラズマ自身の特性の計測により、薄膜形成
条件の制御を行う試みもなされ、プラズマ温度、電子温
度、電子密度の測定、及びプラズマから発する発光スペ
クトルの分光分析による観測等が行われている。In order to solve this problem, attempts have been made to control the thin film formation conditions by measuring the characteristics of the plasma itself generated during sputtering. Observations are being made using spectroscopic analysis.
しかし、これらの方法によっても、因子と形成された薄
膜の特性との関係が判然とせず、工程の管理に使用する
には不充分であった。However, even with these methods, the relationship between the factors and the properties of the formed thin film was unclear, and the methods were insufficient for use in process control.
本発明者等は、上述の問題を解決するために、鋭意研究
した結果、ファブリペロ干渉分光計を用いて、プラズマ
から発生する発光スペクトル線の微細構造の計測を行い
、そこから得られた結果を薄膜形成の際の条件に反映さ
せれば、精度の高い工程制御が可能なことを見出して本
発明を完成した。In order to solve the above-mentioned problem, the present inventors conducted intensive research and measured the fine structure of the emission spectrum lines generated from plasma using a Fabry-Perot interferometry spectrometer, and the results obtained therefrom. The present invention was completed based on the discovery that highly accurate process control is possible if this is reflected in the conditions during thin film formation.
即ち、本発明は、プラズマを利用して、基板上に金属薄
膜を形成したり又はエツチングを行う工程において、プ
ラズマ中の薄膜形成用原子、ガス分子及び/又は原子の
発光スペクトルのうち、特定波長を有する離散スペクト
ルをファブリペロ干渉分光計に導入し、その超微細構造
を解析して、対応する励起状態の原子又は分子の速度を
計測し、これを工程にフィードバックして工程条件を制
御することを特徴とすることを特徴とする方法を提供す
るものである。That is, in the process of forming or etching a metal thin film on a substrate using plasma, the present invention provides a process for forming a metal thin film on a substrate by using a specific wavelength out of the emission spectrum of thin film forming atoms, gas molecules, and/or atoms in the plasma. Introducing a discrete spectrum with a value of The present invention provides a method characterized by:
前記特定の波長域の離散スペクトルとしては、その波長
域の近傍にこれとオーバラップする他の離散スペクトル
が存在しないものが選定されることが望ましい。As the discrete spectrum in the specific wavelength range, it is desirable to select one in which there is no other discrete spectrum that overlaps with the wavelength range in the vicinity of the specific wavelength range.
本発明は、半導体の製造に使用される金属薄膜を形成す
るための所謂スパッタリング装置や、金属表面に線を刻
むエツチング装置等の制御に好適に応用可能である。The present invention can be suitably applied to the control of so-called sputtering equipment for forming metal thin films used in the manufacture of semiconductors, etching equipment for etching lines on metal surfaces, and the like.
本発明の特徴とする所は、従来の発光スペクトルの分析
のように、第1図に示すようなスペクトル全体の観察に
よってどの波長域に励起状態の発光線が存在するかを観
察して判断するのと異なり、公知のファブリペロ干渉分
光計を利用して、発光スペクトル線の中の特定波長域の
一本、例えば図のAの発光線に着目して、その線の微細
形状から原子の速度等のパラメータの値を求める点にあ
る。The feature of the present invention is that, like conventional emission spectrum analysis, it is possible to observe and determine in which wavelength range the excited state emission line exists by observing the entire spectrum as shown in Figure 1. However, by using a well-known Fabry-Perot interferometry spectrometer, we focus on one of the emission spectrum lines in a specific wavelength range, for example, the emission line A in the figure, and from the fine shape of that line, we can determine the velocity of atoms, etc. The point is to find the value of the parameter.
このようなファブリペロ干渉分光計によってパラメータ
を求める原理は、例えばマックス・ホルン。The principle of determining parameters using such a Fabry-Perot interferometry spectrometer is based on, for example, Max Horn.
エミール・ウォルフ著、「光学の原理IIJ (草用
徹、横田英嗣訳、東海大学出版会)、455頁〜に記載
されている。It is described in "Principles of Optics IIJ" by Emil Wolff (translated by Toru Kusayo and Hidetsugu Yokota, Tokai University Press), p. 455.
第1図は、上述の本発明の詳細な説明するための図であ
り、コバルト・クローム垂直磁化記録媒体やコバルト・
ニッケル水平磁化記録媒体の製造に使用されるコバルト
からなるターゲットlと基板2との間に、不活性ガスと
してアルゴンを導入し、10−”〜l O−’Torr
の真空雰囲気中で両者1゜2の間に高周波電圧をかけて
プラズマを形成させ、該プラズマ中に発生した不活性ガ
スの正イオンをターゲット1に衝突させ、これから叩き
出されたターゲット原子(コバルト原子)を基板2に堆
積させてコバルトの薄膜を形成するスパッタリング装置
3を示す。放出されたターゲット原子のかなりの部分は
イオン化したり、又は励起状態となっており、その原子
特有の発光スペクトルを放出している。この装置を更に
具体的に示したものが第3図であり、プラズマの発する
光は装置の密閉されたハウジング5の所定個所に設けら
れた窓6A〜6Dを通じて外に取り出されてファブリペ
ロ干渉分光計に導入されるように構成されている。FIG. 1 is a diagram for explaining the above-mentioned present invention in detail.
Argon is introduced as an inert gas between the target l made of cobalt used for manufacturing a nickel horizontal magnetization recording medium and the substrate 2, and the temperature is 10-'' to 1 O-'Torr.
In a vacuum atmosphere of 1 shows a sputtering apparatus 3 for depositing cobalt (atoms) onto a substrate 2 to form a thin film of cobalt. A considerable portion of the emitted target atoms are ionized or in an excited state, and emit an emission spectrum unique to that atom. FIG. 3 shows this device in more detail, and the light emitted by the plasma is taken out through windows 6A to 6D provided at predetermined locations in the sealed housing 5 of the device, and is then taken out into a Fabry-Perot interferometry spectrometer. It is configured to be introduced in
本発明においては、観測されたコバルト原子の発光線(
波長域λ=360.208nm、351.83nm、3
45.35nm、341.234nm、−)の中の、特
定の波長域に存在する1本又は数本の離散スペクトル線
に着目し、フィルタ4を通すことによって、選択された
波長域のスペクトルのみをファブリペロ干渉分光計7に
導入する。この分光計7は、エタロン板8と称する平面
度の良好な(λ/300)2枚のガラス板を対向させた
配置した面に反射膜を設けたものであり、この2面間で
光を多重反射させて相互に反射光と透過光同士で干渉を
起こさせ、ドツプラ効果による干渉縞の線幅から、公知
の手法に従って該スペクトルを生じた原子の速度、即ち
運動エネルギを計測するものである。In the present invention, the observed emission line of cobalt atoms (
Wavelength range λ=360.208nm, 351.83nm, 3
By focusing on one or several discrete spectral lines existing in a specific wavelength range among 45.35 nm, 341.234 nm, -), and passing it through the filter 4, only the spectrum in the selected wavelength range is extracted. The sample is introduced into a Fabry-Perot interferometry spectrometer 7. This spectrometer 7 has a reflective film on the opposing surfaces of two glass plates with good flatness (λ/300) called etalon plates 8, and transmits light between these two surfaces. This method uses multiple reflections to cause mutual interference between the reflected light and the transmitted light, and measures the velocity, or kinetic energy, of the atoms that produced the spectrum according to a known method from the line width of the interference fringes due to the Doppler effect. .
この例の場合には、ターゲットlがら叩き出されたコバ
ルト原子の保持するエネルギの量は、該原子の基板2上
への堆積状態と明確な因果関係があり、これによってス
パッタリング装置における基板上への薄膜の形成状況、
に重大な影響を与えることが予測される。従って、この
求められた原子の速度を公知の制御手法によって工程に
フィードバックすれば、最適な製造条件を維持すること
ができる。勿論、計測される発光スペクトルは、コバル
ト原子を叩き出した原因となった不活性ガス原子又は分
子によるものであってもよい。これによる制御は、基板
上へのエツチング効果を利用するエツチング装置の工程
制御に利用可能である。In the case of this example, the amount of energy held by the cobalt atoms ejected from the target l has a clear causal relationship with the state of deposition of the atoms on the substrate 2. Formation status of thin film,
It is predicted that this will have a significant impact on Therefore, if the determined atomic speed is fed back to the process using a known control method, optimal manufacturing conditions can be maintained. Of course, the measured emission spectrum may be due to the inert gas atoms or molecules that caused the cobalt atoms to be ejected. This control can be used for process control of an etching device that utilizes the etching effect on the substrate.
計測の対象となるM敗スペクトルの選択規準としては、
その近傍に接して他の離散スペクトルが存在しないこと
である。このようなスペクトルが存在すると両方のスペ
クトルがオーバラップして干渉分光計に導入される確率
が高くなり、測定精度が低下する場合がある。The criteria for selecting the M loss spectrum to be measured are as follows:
There are no other discrete spectra in its vicinity. If such spectra exist, there is a high probability that both spectra will overlap and be introduced into the interferometry spectrometer, which may reduce measurement accuracy.
第4図には、本発明方法をエツチング装置に応用した場
合が示されている。エツチング装置10は、一方の電極
板11の上に、エツチング加工を行うべきアルミニウム
等の基板12を載置し、他方の電極板13との間にアル
ゴンガス等の不活性ガスを導入し、画電極板11.13
に高周波電圧をかけてアルゴンガスのプラズマを発生さ
せるもので、励起状態にあるガス原子又は分子を基板1
2に衝突させて、その表面に予めパターニングしである
線に沿って基板12の表面を削り取り、以て所望の画像
を得ようとするものである。この場合には、アルゴンガ
スの原子又は分子から発するスペクトルの中の特定の波
長域のものを前述のスパッタリング装置の場合と同様の
やり方で取り出し、ファブリペロ干渉分光計(図示しな
り)に導入して、干渉縞を生じさせ、不活性ガスの原子
又は分子の速度を計測する。エツチングの程度並びに速
度は励起状態にあるこれらのガス原子又は分子の有する
エネルギに直接対応することは明らかであるので、これ
をエツチング装置にフィードバックして、常に最適状態
に工程を制御することが可能である。FIG. 4 shows a case where the method of the present invention is applied to an etching apparatus. In the etching apparatus 10, a substrate 12 such as aluminum to be etched is placed on one electrode plate 11, and an inert gas such as argon gas is introduced between it and the other electrode plate 13. Electrode plate 11.13
This generates argon gas plasma by applying a high-frequency voltage to the substrate 1.
2, the surface of the substrate 12 is scraped off along lines that have been previously patterned on the surface, thereby obtaining a desired image. In this case, a specific wavelength range in the spectrum emitted from atoms or molecules of argon gas is extracted in the same manner as in the case of the sputtering device described above and introduced into a Fabry-Perot interferometry spectrometer (not shown). , produce interference fringes and measure the velocity of atoms or molecules of the inert gas. It is clear that the degree and speed of etching directly correspond to the energy possessed by these gas atoms or molecules in an excited state, so it is possible to feed this back to the etching equipment and control the process to the optimum state at all times. It is.
以上、詳述したように、本発明はプラズマ状態の原子又
は分子から発する光スペクトルのうち、特定の波長域に
あるものを選択してファブリペロ干渉分光計に導入し、
これの干渉縞の分析から励起状態にある原子(分子)の
速度(運動エネルギ)を計測し、これに基づいてプラズ
マを利用するスパッタリング装置やエツチング装置の工
程条件を制御するようになしたので、従来の手探りに等
しい工程条件の制御に比して、より精度の高い再現性に
優れたコントロールが可能となる。As detailed above, the present invention selects light in a specific wavelength range from the light spectrum emitted from atoms or molecules in a plasma state, and introduces it into a Fabry-Perot interferometry spectrometer.
By analyzing the interference fringes of this, the velocity (kinetic energy) of atoms (molecules) in an excited state can be measured, and based on this, the process conditions of sputtering and etching equipment that use plasma can be controlled. Compared to the conventional method of controlling process conditions, which is equivalent to fumbling around, it is possible to control the process conditions with higher accuracy and excellent reproducibility.
第1図は、本発明方法を適用したスパッタリング装置の
原理図、
第2図は、本発明の適用される発光スペクトルの一例、
第3図は、本発明方法を通用したスパッタリング装置の
具体例の概略側面図、
第4図は、同じ(エツチング装置の具体例の概略側面図
である。
1−・ターゲット
2一基板
3−スパッタリング装置
4・−フィルタ
5−ハウジング
6−窓
7−ファブリペロ干渉分光計
8〜・エタロン板
本発明を適用したスパッタリング装置の具体例の概略側
面図
第3図Figure 1 is a principle diagram of a sputtering apparatus to which the method of the present invention is applied. Figure 2 is an example of an emission spectrum to which the present invention is applied. Figure 3 is a specific example of a sputtering apparatus to which the method of the present invention is applied. Schematic side view, FIG. 4 is a schematic side view of a specific example of the same etching apparatus. 8~・Etalon plate Schematic side view of a specific example of a sputtering apparatus to which the present invention is applied FIG. 3
Claims (2)
薄膜を形成したり又はエッチングを行う工程において、
プラズマ中の薄膜形成用原子、ガス分子及び/又は原子
の発光スペクトルのうち、特定の波長域の離散スペクト
ルをファブリペロ干渉分光計(7)に導入し、その超微
細構造を解析して、対応する励起状態の原子又は分子の
速度を計測し、これを工程にフィードバックして工程条
件を制御することを特徴とする方法。(1) In the step of forming or etching a metal thin film on the substrate (2, 11) using plasma,
Discrete spectra in specific wavelength ranges of the emission spectra of thin film forming atoms, gas molecules, and/or atoms in plasma are introduced into a Fabry-Perot interferometry spectrometer (7), and their ultrafine structure is analyzed and dealt with. A method characterized by measuring the speed of atoms or molecules in an excited state and feeding this back to the process to control process conditions.
域の近傍にこれとオーバラップする他の離散スペクトル
が存在しないものが選定される特許請求の範囲第1項に
記載された方法。(2) The method according to claim 1, wherein the discrete spectrum in the specific wavelength range is selected such that there is no other discrete spectrum that overlaps with the discrete spectrum in the vicinity of the specific wavelength range.
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JPH01166525A true JPH01166525A (en) | 1989-06-30 |
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