KR101890540B1

KR101890540B1 - 수정 진동자의 교환 방법 및 막후 모니터

Info

Publication number: KR101890540B1
Application number: KR1020177000979A
Authority: KR
Inventors: 아츠시 이토; 지로 엔도
Original assignee: 가부시키가이샤 아루박
Priority date: 2014-07-31
Filing date: 2015-07-21
Publication date: 2018-08-21
Also published as: JP6333386B2; JPWO2016017108A1; CN106574833A; KR20170018418A; CN106574833B; WO2016017108A1

Abstract

[과제] 수정 진동자의 적정한 수명 판정을 실시할 수 있는 막후 센서의 진단 방법 및 막후 모니터를 제공한다. [해결 수단] 본 발명의 한 형태와 관련되는 막후 센서의 진단 방법은, 수정 진동자(20)를 가지는 막후 센서(14)의 진단 방법이며, 센서 헤드에 장착된 수정 진동자(20)를 발진시켜, 수정 진동자(20)의 발진 주파수의 변화율의 변동폭을 측정해, 상기 변동폭이 소정치를 넘을 때는, 수정 진동자(20)를 사용할 수 없다고 판정한다.

Description

막후 센서의 진단 방법 및 막후 모니터{DIAGNOSTIC METHOD FOR FILM THICKNESS SENSOR, AND FILM THICKNESS MONITOR}

본 발명은 진동자를 가지는 막후(膜厚) 센서의 진단 방법 및 막후 모니터에 관한 것이다.

종래, 진공 증착 장치 등의 성막 장치에 있어서, 기판에 성막되는 막의 두께 및 성막 속도를 측정하기 위해서, 수정 진동자를 이용한 미량 질량 변화를 계측하는 방법(QCM：Quartz Crystal Microbalance)이라는 기술이 이용되고 있다. 이 방법은, 챔버 내에 배치되어 있는 수정 진동자의 발진 주파수가 증착물의 퇴적에 의한 질량의 증가에 의해서 감소하는 것을 이용한 것이다. 따라서, 수정 진동자의 발진 주파수의 변화를 측정함으로써, 막후 및 성막 속도를 측정하는 것이 가능해진다.

한편, QCM에 의한 막후 측정에서, 수정 진동자 상에 박막이 두껍게 성막되면, 막의 박리나 내부 응력의 축적에 의해서 수정 진동자의 발진이 불안정해지거나 주파수 측정 범위로부터 벗어나게 되기도 한다. 이 상태에서는, 이미 적정한 막후 측정을 실시하는 것이 불가능하기 때문에, 상기 현상이 생긴 시점에서 해당 수정 진동자는 수명(壽命)이라고 판단하고, 새로운 수정 진동자로 전환할 필요가 있다.

예를 들면 특허문헌 1에는, 복수의 수정 진동자를 지지하는 홀더를 회전 가능하도록 수용하여, 수정 진동자의 발진 주파수가 소정의 변동 허용 범위를 일탈했을 때는, 해당 수정 진동자가 수명을 맞이했다고 판단하고, 홀더를 회전시켜 새로운 수정 진동자로 전환되도록 구성된 센서 헤드가 기재되어 있다(특허문헌 1, 단락［0023］).

일본 특허 제3953301호 공보

이런 종류의 막후 센서에서는, 성막 재료가 금속 재료인 경우와 유기물 재료인 경우에, 수정 진동자의 발진 주파수의 변화가 현저하게 다르다.

예를 들면, 금속막의 경우에서는, 착막량의 증가에 수반해 수정 진동자의 발진 주파수가 서서히 저하되고, 소정의 주파수에 이르면 돌연, 발진 주파수가 크게 변화한다. 따라서, 발진 주파수의 급변을 확인할 때까지는 비교적 안정하게 막후를 측정할 수 있기 때문에, 발진 주파수의 급변이 생긴 단계에서 해당 수정 진동자를 사용할 수 없는 상태(즉 수명)라고 판단할 수 있다.

이에 비해서, 유기막의 경우에는, 착막량의 증가에 수반하여 수정 진동자의 발진 주파수가 저하됨과 동시에, 이미 안정된 막후 측정을 실시할 수 없을 만큼 주파수의 변동이 커진다. 따라서, 유기막을 성막하는 경우는, 금속막을 성막하는 경우와 비교하여, 측정 가능한 막후량이 매우 적다. 이 때문에, 안정한 성막 처리를 실시하는데 있어서는, 수정 진동자의 적정한 수명 판정이 불가결하다.

이상과 같은 사정에 감안하여, 본 발명의 목적은 수정 진동자의 적정한 수명 판정을 실시할 수 있는 막후 센서의 진단 방법 및 막후 모니터를 제공하는 것이다.

본 발명의 한 형태와 관련되는 막후 센서의 진단 방법은, 수정 진동자를 가지는 막후 센서의 진단 방법으로, 센서 헤드에 장착된 수정 진동자를 발진시키는 것을 포함한다.

상기 수정 진동자의 발진 주파수의 변화율의 변동폭이 측정된다.

상기 변동폭이 소정치를 넘을 때는, 상기 수정 진동자는 사용할 수 없는 것으로 판정된다.

막후 및 성막 레이트는 수정 진동자의 발진 주파수의 변화율에 비례한다. 따라서, 성막 레이트를 안정하게 추이하는 것은, 수정 진동자의 발진 주파수의 변화율이 안정한 것을 의미한다. 한편, 수정 진동자가 수명에 가까워지면, 수정 진동자의 발진 주파수의 변화율의 변동폭이 커진다. 그래서, 상기 진단 방법에서는, 수정 진동자의 발진 주파수의 변화율의 변동폭(즉, 발진 주파수의 샘플링마다의 차분)에 근거해 수정 진동자의 수명인지 아닌지를 판정함으로써, 수정 진동자의 적정한 수명 판정을 실시할 수 있도록 하고 있다. 이것에 의해, 수정 진동자의 수명을 재빨리 검출할 수 있게 되어, 수정 진동자의 수명에 기인하는 막후 제어의 악화 등을 미연에 방지하는 것이 가능해진다.

상기 변동폭의 소정치는 수정 진동자의 수명 판정(사용 가부의 판정)의 기준치에 상당하는 것이고, 목적에 따라 적당히 설정하는 것이 가능하다. 상기 소정치는, 예를 들면, 수명에 이르렀다고 보이는 크기여도 좋고, 해당 수명에 이르렀다고 보이기 전의 소정의 크기여도 좋다. 혹은, 상기 소정치는, 변동폭의 크기에 따라 단계적으로 복수 설정되어도 좋다.

수정 진동자의 수명(사용 불가)을 판정했을 때는, 유저에게 진동자의 교환을 재촉하는 경보(예를 들면, 화면에의 표시, 버저의 명동, 램프의 발광)를 나타내도 좋고, 막후 센서가 복수의 수정 진동자를 구비하는 경우는, 자동적으로 새로운 수정 진동자로 전환하는 제어를 실행해도 좋다.

상기 변동폭의 측정은, 성막 시에 행해져도 좋고, 비성막 시에 행해져도 좋다. 정상 수정 진동자(수명에 이르지 않은 진동자, 이하 동일)의 발진 주파수의 변화율의 변동폭은 성막 중에도 비성막 중에도 안정되어 있다. 이 때문에, 성막 시 혹은 비성막 시에 측정된 상기 변동폭에 근거하여, 수정 진동자의 수명 판정을 실시할 수 있다.

상기 변동폭을 측정하는 공정에서는, 일정 기간에서의 상기 발진 주파수의 변화율의 변동폭의 표준편차가 측정된다. 이것에 의해, 연산 부하를 저감할 수 있음과 동시에, 판정 결과를 신속하게 취득할 수 있다. 샘플 점(点)은 특히 한정되지 않고, 임의로 설정 가능하다.

본 발명의 한 형태와 관련되는 막후 모니터는 센서 헤드와, 측정 유닛을 구비한다.

상기 센서 헤드는 제1 및 제2의 수정 진동자를 지지하는 홀더와, 상기 홀더를 회전 가능하게 수용하는 케이싱을 가진다.

상기 측정 유닛은 상기 제1 및 제2의 수정 진동자의 발진 주파수의 변화율의 변동폭을 각각 측정해, 상기 변동폭이 소정치를 넘는 수정 진동자를 사용할 수 없다고 판정하도록 구성된다.

상기 케이싱은 전형적으로는, 창부(窓部)를 가진다. 상기 창부는 상기 제1의 수정 진동자에 대향해 형성되고, 증착 물질이 통과 가능하도록 구성된다. 상기 측정 유닛은 상기 제1의 수정 진동자의 수명을 판정했을 때는, 상기 제2의 수정 진동자가 상기 창부에 대향하는 위치로 상기 홀더를 회전 시키도록 구성된다.

이것에 의해, 막후 측정용의 진동자를, 제1의 수정 진동자에서 제2의 수정 진동자로 자동적으로 바꿀 수 있다.

본 발명에 의하면, 수정 진동자의 적정한 수명 판정을 실시할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태와 관련되는 성막 장치를 나타내는 개략 단면도이다.
도 2는 상기 성막 장치에서의 측정 유닛의 1 구성예를 나타내는 개략 블럭도이다.
도 3은 성막 개시 후, 성막 레이트가 크게 변동해, 모니터링을 할 수 없게 되었을 때의 측정 데이터의 일례를 나타내는 실험 결과이다.
도 4는 성막 중 및 미성막 중(기판의 교환 중)에서의 수정 진동자의 발진 주파수의 변화율의 일례를 나타내는 실험 결과이다.
도 5는 도 4에서의 미성막 시의 측정 데이터의 일부 확대도이다.
도 6은 도 4에서의 성막 시의 측정 데이터의 일부 확대도이다.
도 7은 수명에 이르렀다고 판정된 수정 진동자의 발진 주파수의 변화율을 나타내는 1 실험 결과이다.
도 8은 본 발명의 일 실시형태와 관련되는 막후 모니터를 나타내는 개략 구성도이다
도 9는 상기 막후 모니터의 1 동작예를 포함한 성막 장치의 동작 순서를 나타내는 도이다.

이하, 도면을 참조하면서, 본 발명의 실시형태를 설명한다.

<제1의 실시형태>

도 1은 본 발명의 일 실시형태와 관련되는 성막 장치를 나타내는 개략 단면도이다. 본 실시형태의 성막 장치(10)는 진공 증착 장치로서 구성된다.

성막 장치(10)는 진공 챔버(11)와, 진공 챔버(11)의 내부에 배치된 증착원(蒸着源)(12)과, 증착원(12)과 대향하는 스테이지(13)와, 진공 챔버(11)의 내부에 배치된 막후 센서(14)를 가진다.

진공 챔버(11)는 진공 배기계(15)와 접속되어 있어, 내부를 소정의 감압 분위기로 유지하는 것이 가능하도록 구성된다.

증착원(12)은 증착 재료의 증기(입자)를 발생시키는 것이 가능하도록 구성된다. 본 실시형태에서, 증착원(12)은 전원 유닛(18)에 전기적으로 접속되어 있고, 유기 재료 (Alq3(트리스(8-퀴놀리놀레이토)알루미늄))를 가열 증발시켜 유기 재료 입자를 방출시키는 증발원을 구성한다. 증발원의 종류는 특히 한정되지 않고, 저항가열식, 유도가열식, 전자빔 가열식 등의 여러 가지의 방식이 적용 가능하다. 증발 재료는 상기 이외의 유기 재료이어도 좋고, 금속 재료, 금속 화합물 재료 등이어도 좋다.

스테이지(13)는 반도체 웨이퍼나 글래스 기판 등의 성막 대상인 기판 W를, 증착원(12)를 향해서 보지(保持)하는 것이 가능하도록 구성되어 있다.

막후 센서(14)(센서 헤드)는 소정의 기본 주파수(고유진동수)를 가지는 수정 진동자를 내장해, 후술하는 바와 같이, 기판 W에 퇴적한 유기막의 막후 및 성막 레이트를 측정하기 위한 센서 헤드를 구성한다. 상기 수정 진동자에는, 예를 들면, 비교적 온도 특성이 뛰어난 AT컷 수정 진동자가 이용되고, 상기 소정의 기본 주파수는 전형적으로는 5~6 MHz이며, 본 실시형태에서는 5 MHz이다. 막후 센서(14)는 진공 챔버(11)의 내부에서, 증착원(12)과 대향하는 위치에 배치된다. 막후 센서(14)는 전형적으로는 스테이지(13)의 근방에 배치된다.

막후 센서(14)의 출력은 측정 유닛(17)(막후 조절 장치)에 공급된다. 측정 유닛(17)은 수정 진동자의 발진 주파수의 변화에 근거하여 상기 막후 및 성막 레이트를 측정함과 동시에, 해당 성막 레이트가 소정치가 되도록 증착원(12)을 제어한다. 막후 센서(14) 및 측정 유닛(17)은 본 발명과 관련되는 「막후 모니터」를 구성한다.

QCM의 흡착에 의한 주파수 변화와 질량 부하의 관계는, 이하의 식(1)으로 나타내는 Sauerbrey의 식이 이용된다.

식(1)에서, ΔFs는 주파수 변화량, Δm는 질량 변화량, f₀은 기본 주파수, ρ_Q는 수정의 밀도, ρ_Q는 수정의 전단 응력, A는 전극 면적, N은 정수를 각각 나타내고 있다.

성막 장치(10)는 셔터(16)를 더 가진다. 셔터(16)는 증착원(12)과 스테이지(13)의 사이에 배치되어 있고, 증착원(12)으로부터 스테이지(13) 및 막후 센서(14)에 이르는 증착 입자의 입사 경로를 개방 혹은 차폐하는 것이 가능하도록 구성된다.

셔터(16)의 개폐는 도시하지 않는 제어 유닛에 의해서 제어된다. 전형적으로는, 셔터(16)는 증착 개시 시, 증착원(12)에서 증착 입자의 방출이 안정할 때까지 폐색된다. 그리고, 증착 입자의 방출이 안정했을 때, 셔터(16)는 개방된다. 이것에 의해, 증착원(12)으로부터의 증착 입자가 스테이지(13) 상의 기판 W에 도달해, 기판 W의 성막 처리가 개시된다. 동시에, 증착원(12)으로부터의 증착 입자는 막후 센서(14)에 도달해, 측정 유닛(17)에서 기판 W 상의 증착막의 막후 및 그 성막 레이트가 감시된다.

계속해서, 측정 유닛(17)에 대해 설명한다.

도 2는 측정 유닛(17)의 1 구성예를 나타내는 개략 블럭도이다. 측정 유닛(17)은 발진 회로(41)와, 측정 회로(42)와, 컨트롤러(43)를 가진다.

발진 회로(41)는 막후 센서(14)의 수정 진동자(20)를 발진시킨다. 측정 회로(42)는 발진 회로(41)로부터 출력되는 수정 진동자(20)의 발진 주파수를 측정하기 위한 것이다. 컨트롤러(43)는 측정 회로(42)를 통해 수정 진동자(20)의 발진 주파수를 단위 시간마다 취득하고, 기판 W 상에의 증착 재료 입자의 성막 레이트 및 기판 W에 퇴적한 증착막의 막후를 산출한다. 또한, 컨트롤러(43)는 성막 레이트가 소정치가 되도록 증착원(12)을 제어한다.

측정 회로(42)는 믹서 회로(51)와, 로우 패스 필터(Low-pass filter)(52)와, 저주파 카운터(53)와, 고주파 카운터(54)와, 기준 신호 발생 회로(55)를 가진다. 발진 회로(41)로부터 출력된 신호는 고주파 카운터(54)에 입력되고, 먼저, 발진 회로(41)의 발진 주파수의 개략치가 측정된다. 고주파 카운터(54)에서 측정된 발진 회로(41)의 발진 주파수의 개략치는 컨트롤러(43)에 출력된다. 컨트롤러(43)는 측정된 개략치에 가까운 주파수의 기준 주파수(예를 들면 5 MHz)로 기준 신호 발생 회로(55)를 발진시킨다. 이 기준 주파수로 발진한 주파수의 신호와, 발진 회로(41)로부터 출력되는 신호는 믹서 회로(51)에 입력된다.

믹서 회로(51)는 입력된 2 종류의 신호를 혼합해, 로우 패스 필터(52)를 통해 저주파 카운터(53)에 출력한다. 여기서, 발진 회로(41)로부터 입력되는 신호를 cos((ω+α) t)로 하고, 기준 신호 발생 회로로부터 입력되는 신호를 cos(ωt)로 하면, 믹서 회로(51) 내에서 cos(ωt)·cos((ω+α) t)가 되는 식으로 나타내는 교류 신호가 생성된다. 이 식은 cos(ωt)와 cos((ω+α) t)를 곱셈한 형식이 되고, 이 식으로 나타내는 교류 신호는 cos((2·ω+α) t)로 나타내는 고주파 성분의 신호와, cos(αt)로 나타내는 저주파 성분의 신호의 합계와 동일하다.

믹서 회로(51)에서 생성된 신호는 로우 패스 필터(52)에 입력되고, 고주파 성분의 신호 cos((2·ω+α) t)가 제거되어 저주파 성분의 신호 cos(αt)만이 저주파 카운터(53)에 입력된다. 즉, 저주파 카운터(53)에는, 발진 회로(41)의 신호 cos((ω+α) t)와, 기준 신호 발생 회로(55)의 신호 cos(ωt)의 차이의 주파수의 절대치｜α｜인 저주파 성분의 신호가 입력된다.

저주파 카운터(53)는 이 저주파 성분의 신호의 주파수를 측정해, 그 측정치를 컨트롤러(43)에 출력한다. 컨트롤러(43)는 저주파 카운터(53)에서 측정된 주파수와 기준 신호 발생 회로(55)의 출력 신호의 주파수로부터, 발진 회로(41)가 출력하는 신호의 주파수를 산출한다. 구체적으로는, 기준 신호 발생 회로(55)의 출력 신호의 주파수가 발진 회로(41)의 출력 신호의 주파수보다 작은 경우에는, 발진 회로(41)의 출력 신호에 저주파 성분의 신호의 주파수를 가산하고, 그 반대의 경우에는 감산한다.

예를 들면, 고주파 카운터(54)에 의한 발진 회로(41)의 발진 주파수의 측정치가 5 MHz를 넘고, 기준 신호 발생 회로(55)를 5 MHz의 주파수로 발진시켰을 경우에는, 기준 신호 발생 회로(55)의 발진 주파수는 발진 회로(41)의 실제의 발진 주파수보다 낮아진다. 따라서, 실제의 발진 회로(41)의 발진 주파수를 구하기 위해서는, 저주파 카운터(53)에서 구한 저주파 성분의 신호의 주파수｜α｜를, 기준 신호 발생 회로(55)의 설정 주파수 5 MHz에 가산하면 좋다. 저주파 성분의 주파수｜α｜가 10 kHz이면, 발진 회로(41)의 정확한 발진 주파수는 5.01 MHz가 된다.

저주파 카운터(53)의 분해능에는 상한이 있지만, 그 분해능은 상기 차이의 주파수｜α｜를 측정하기 위해서 할당할 수 있기 때문에, 동일한 분해능으로 발진 회로(41)의 발진 주파수를 측정하는 경우에 비해, 정확한 주파수 측정을 실시할 수 있다.

또한, 기준 신호 발생 회로(55)의 발진 주파수는 컨트롤러(43)에 의해서 제어되고, 그 발진 주파수를 차이의 주파수｜α｜가 소정치보다 작아지도록 설정할 수 있기 때문에, 저주파 카운터(53)의 분해능을 유효하게 활용할 수 있다. 구해진 주파수의 값은, 컨트롤러(43)에 기억된다. 컨트롤러(43)는 구해진 주파수의 값으로부터, 상기 식(1)으로 나타내는 연산식을 이용하여 기판 W 상에 퇴적한 증착 재료의 막후 및 성막 레이트를 산출한다.

컨트롤러(43)는 전형적으로는 CPU(Central Processing Unit), RAM(Random Access Memory), ROM(Read Only Memory) 등의 컴퓨터에 이용되는 하드웨어 요소 및 필요한 소프트웨어에 의해 실현될 수 있다. CPU를 대신하여, 또는 이것에 더해, FPGA(Field Programmable Gate Array) 등의 PLD(Programmable Logic Device), 혹은, DSP(Digital Signal Processor) 등이 이용되어도 좋다.

［수정 진동자의 수명 판정］

그런데, 이 종류의 막후 센서는 유기막을 성막하는 경우, 착막량의 증가에 수반하여 수정 진동자의 발진 주파수가 서서히 저하됨과 동시에, 이미 안정한 막후 측정을 실시할 수 없을 만큼 주파수의 변동이 커진다. 따라서, 유기막을 성막하는 경우는, 금속막을 성막하는 경우와 비교하여 측정 가능한 막후량이 매우 적다. 이 때문에, 안정한 성막 처리를 실시하는데 있어서는, 수정 진동자의 적정한 수명 판정이 불가결하다.

한편, 수정 진동자의 수명(교환 시기)을 판정하는 방법으로서, 수정 진동자의 등가 저항을 측정하는 방법이 알려져 있다. 이 방법은, 등가 저항이 소정치를 넘었을 때에 수정 진동자가 수명에 이르렀다고 간주하는 것으로, 예를 들면, 기본 주파수 5 MHz의 수정 진동자에서의 상기 소정치는 20 Ω이 된다. 또한, 수정 진동자에 흐르는 전류를 측정하는 방법도 알려져 있지만, 이 방법은, 수정 진동자에 가해지는 전압은 일정하므로, 수정 진동자의 등가 저항을 측정하는 것과 동의이다.

그렇지만, 본 발명자의 실험에 의하면, 수정 진동자의 등가 저항은 수정 진동자의 불량이나 수명과는 상관이 없는 것이 확인되고 있다. 도 3은 성막 개시 후, 성막 레이트가 크게 변동해, 모니터링을 할 수 없게 되었을 때의 측정 데이터의 일례를 나타낸다. 이 때의 수정 진동자의 등가 저항을 측정하면 15.2 Ω이며, 정상(20 Ω이하)으로 간주되는 범위의 것이었다.

본 실시형태에서는, 수정 진동자의 수명(교환 시기)을 판정할 때, 수정 진동자의 등가 저항이 아니고, 그 발진 주파수의 변화율의 변동폭을 기준으로 하고 있다. 즉, 본 실시형태와 관련되는 막후 센서의 진단 방법은, 수정 진동자(20)를 발진시켜, 수정 진동자(20)의 발진 주파수의 변화율의 변동폭을 측정해, 상기 변동폭이 소정치를 넘을 때는, 수정 진동자(20)을 수명(사용할 수 없다)으로 판정하도록 하고 있다.

막후 및 성막 레이트는, 수정 진동자(20)의 발진 주파수의 변화율에 비례한다. 따라서, 성막 레이트를 안정하게 추이하는 것은, 수정 진동자(20)의 발진 주파수의 변화율이 안정한 것을 의미한다. 한편, 수정 진동자(20)가 수명에 가까워지면, 수정 진동자(20)의 발진 주파수의 변화율의 변동폭이 커진다. 그래서, 본 실시형태에서는, 수정 진동자(20)의 발진 주파수의 변화율의 변동폭(즉 발진 주파수의 샘플링 마다의 차분)에 근거해 수정 진동자(20)의 수명인지 아닌지를 판정함으로써, 수정 진동자(20)의 적정한 수명 판정을 실시할 수 있도록 하고 있다. 이것에 의해, 수정 진동자(20)의 수명을 재빨리 검출할 수 있게 되어, 수정 진동자(20)의 수명에 기인하는 막후 제어의 악화 등을 미연에 방지하는 것이 가능해진다.

상술한 수정 진동자(20)의 수명 판정은, 측정 유닛(17)에서의 컨트롤러(43)에 의해서 행해진다. 컨트롤러(43)는 측정 회로(42)에서 측정된 수정 진동자(20)의 발진 주파수(F)의 변화율(ΔF)의 변동폭(Δ2F)을 산출해, 그 변동폭(Δ2F)이 소정치를 넘는지 아닌지를 판정해, 그 변동폭(Δ2F)이 소정치를 넘을 때는, 해당 수정 진동자(20)를 수명으로 판정하도록 구성된다.

상기 소정치는 수정 진동자(20)의 수명 판정의 기준치에 상당하는 것이고, 목적에 따라 적당히 설정하는 것이 가능하다. 본 실시형태에서 상기 소정치는, 예를 들면 0.1 Hz로 설정된다. 상기 소정치는, 예를 들면, 수명에 이르렀다고 보이는 크기여도 좋고, 해당 수명에 이르렀다고 보이기 전의 소정의 크기여도 좋다. 혹은, 상기 소정치는 변동폭의 크기에 따라 단계적으로 복수 설정되어도 좋다.

수정 진동자(20)의 주파수 변화율의 변동폭(ΔF2)을 측정하는 공정에서는, 일정 기간에서의 발진 주파수의 변화율의 표준편차가 측정되어도 좋다. 이것에 의해, 연산 부하를 저감할 수 있음과 동시에, 판정 결과를 신속하게 취득할 수 있다. 샘플 점은 특히 한정되지 않고, 임의로 설정 가능하다. 이 경우, 상기 표준편차가 소정치를 넘는 경우에 수정 진동자(20)의 수명으로 판정된다. 상기 표준편차의 소정치로서는, 예를 들면 0.1 Hz가 된다.

컨트롤러(43)는 수정 진동자(20)의 수명을 판정했을 때는, 예를 들면, 유저에게 수정 진동자(20)의 교환을 재촉하는 경보(예를 들면, 화면에의 표시, 버저의 명동, 램프의 발광)를 나타내도록 구성된다. 혹은, 막후 센서(14)가 복수의 수정 진동자를 구비하는 경우는, 컨트롤러(43)는 후술하는 바와 같이, 자동적으로 새로운 수정 진동자로 전환하는 제어를 실행하도록 구성되어도 좋다.

수정 진동자(20)의 발진 주파수의 변동폭의 측정은 성막 시에 행해져도 좋고, 비성막 시에 행해져도 좋다. 도 4는 성막 중 및 미성막 중(기판 W의 교환 중)에서의 수정 진동자(20)의 발진 주파수의 변화율(ΔF)의 일례를 나타내는 실험 결과이다. 증착 재료에는, Alq3(트리스(8-퀴놀리놀레이토)알루미늄)을 이용했다.

도 4에 나타내는 바와 같이, 정상인 수정 진동자(20)에서의 주파수 변화율(ΔF)은 성막 중에서도 비성막 중에서도 거의 일정한 값으로 안정하게 추이되고 있다. 이 때문에, 성막 시 혹은 비성막 시에서의 주파수 변화율의 변동폭(Δ2F)에 근거하여 수정 진동자(20)의 수명 판정을 실시할 수 있다.

도 5는 도 4에서의 미성막 시의 측정 데이터의 일부 확대도, 도 6은 도 4에서의 성막 시의 측정 데이터의 일부 확대도이다. 도 5 및 도 6에 나타내는 바와 같이, 비성막 시 및 성막 시에, 발진 주파수의 변화율의 변동폭(Δ2F)은 각각 0.03 Hz 이내로 안정되어 있다. 도시된 예에서는, 비성막 시 및 성막 시 중 어느 것에서도 변동폭(Δ2F)의 표준편차는 0.005 Hz이었다.

한편, 도 7은 수명에 이르렀다고 판정된 수정 진동자(20)의 발진 주파수의 변화율(ΔF)을 나타내는 일 측정 데이터이다. 이 때의 변동폭(Δ2F)은 2 Hz이며, 그 표준편차는 0.5 Hz이었다.

이상과 같이 본 실시형태에 의하면, 예를 들면 성막 전 혹은 성막 중에, 발진 주파수 변화율의 변동폭(ΔF2) 혹은 그 표준편차를 산출함으로써, 수정 진동자(20)의 불량이나 수명(교환 시기)을 적정하고 용이하게 판정할 수 있다. 특히, 비교적 조기에 수정 진동자가 수명에 이르는 유기막의 성막 시에, 수정 진동자(20)의 수명을 재빨리 판정하는 것이 가능해진다.

또한, 수정 진동자(20)의 발진 주파수 변화율의 변동폭(Δ2F) 혹은 그 표준편차를 측정하는 대신에, 성막 레이트의 변동폭으로 수정 진동자(20)의 수명을 판단하는 것도 가능하다. 그러나, 성막 레이트는 주파수 변화와 증착 재료의 밀도로부터 막후로 환산한 것이고, 또한 기판에 대한 센서 위치에 관한 보정계수를 곱하는 것이 많기 때문에, 수정 진동자의 수명 판정이라고 하는 관점에서는, 수정 진동자의 주파수 변화율의 변동 자체를 보는 것이 보다 본질적이다.

<제2의 실시형태>

계속해서, 본 발명의 다른 실시형태에 대해 설명한다. 이하, 제1의 실시형태와 다른 구성에 대해 주로 설명하고, 상술한 실시형태와 마찬가지의 구성에 대해서는 마찬가지의 부호를 붙여 그 설명을 생략 또는 간략화한다.

도 8은 본 실시형태와 관련되는 막후 모니터(100)를 나타내는 개략 구성도이다. 막후 모니터(100)는 막후 센서(140)(센서 헤드)와, 측정 유닛(17)을 가진다.

막후 센서(140)는 복수의 수정 진동자(본 예에서는 12개)(201~212)를 지지하는 것이 가능한 홀더(141)와, 홀더(141)를 회전 가능하게 수용하는 케이싱(142)을 가진다.

홀더(141)는 원반 형상을 가지고, 복수의 수정 진동자(201~212)는 홀더(141)의 주변 근방에 등 각도 간격으로 장착된다. 홀더(141)는 케이싱(142)의 내부에서 도 중 화살표 방향으로 상기 등 각도 간격으로 간헐적으로 회전하는 것이 가능하도록 구성되어 있다.

케이싱(142)은 홀더(141)를 회전 가능하게 지지하는 회전축(142a)과, 홀더(141)를 회전축(142a)의 주위에 회전시키는 구동 기구(도시 생략)를 가진다. 구동 기구는 측정 유닛(17)으로부터 입력되는 제어 신호에 의해서, 홀더(141)를 도중 화살표 방향으로 소정 각도씩 회전시키도록 구성된다.

케이싱(142)은 홀더(141)에 장착된 복수의 수정 진동자(201~212) 중, 1개의 수정 진동자만을 외부(증착원(12))에 노출시키는 창부(143)를 가진다. 도시의 예에서는, 창부(143)를 통해 수정 진동자(201)가 노출되어 있다.

또한, 케이싱(142)에는, 창부(143)의 회전 위치에 있는 수정 진동자를 측정 유닛(17)에 전기적으로 접속하기 위한 전극 유닛(144)이 설치되어 있다. 전극 유닛(144)은 창부(143)의 근방에 배치되어 있고, 홀더(141)의 회전에 의해 창부(143)에 대향하는 위치로 이동된 수정 진동자와 접촉하도록 구성되어 있다.

도 9는 막후 모니터(100)의 1 동작예를 포함하는 성막 장치의 동작 순서를 나타내고 있다.

우선 성막 전에, 막후 센서(140)의 홀더(141)에 12개의 수정 진동자(201~212)가 장착된다(스텝 101). 수정 진동자(201~212)에는, 전형적으로는 동종의 수정 진동자가 이용된다.

계속해서, 모든 수정 진동자(201~212)에서, 발진 동작의 양부가 판정된다(스텝 102). 이 공정은 홀더(141)를 간헐 회전시킴으로써 전 수정 진동자(201~212)를 차례차례 전극 유닛(144)에 접속하고, 측정 유닛(17)에 의해서 각 진동자를 소정 시간, 소정의 구동 전압으로 발진시킨다. 이 때 측정 유닛(17)은 수정 진동자의 발진 주파수의 변화율의 변동폭을 측정해, 이것이 소정치를 넘는 수정 진동자를 불량으로 판정한다. 불량으로 판정된 수정 진동자는, 다른 새로운 수정 진동자로 교환된다(스텝 103).

수정 진동자(201~212)의 양부 판정은, 수정 진동자(201~212)의 특성을 확인하는 예비적인 것이기 때문에, 필요에 따라서 생략할 수 있다. 본 실시형태에 의하면, 제1의 실시형태에서 설명한 것처럼 비성막 중의 수정 진동자의 발진 주파수의 변화율이 안정한 것을 이용한 것이고, 해당 변화율의 변동폭 혹은 그 표준편차에 근거하여 각 수정 진동자(201~212)의 발진 동작의 양부가 판정된다.

다음으로, 도 1을 참조하여, 스테이지(13)에 기판 W가 재치되어 증착원(12)에 증착 재료가 공급된 후, 진공 배기계(15)에 의해서 진공 챔버(11)가 소정의 감압 분위기로 배기된다. 그리고, 셔터(16)가 개방되고, 기판 W에의 증착 재료의 성막이 개시된다(스텝 104). 이 때, 막후 모니터(100)는 수정 진동자(201)를 이용해 기판 W의 표면에 퇴적되는 증착 재료의 막후 및 성막 레이트를 감시한다.

측정 유닛(17)의 컨트롤러(43)는 성막 중의 수정 진동자(201)의 발진 주파수의 변화율의 변동폭을 측정함으로써, 상술한 제1의 실시형태와 동일한 방법으로 해당 수정 진동자가 수명에 이른 것인지 아닌지를 판정한다(스텝 105). 컨트롤러(43)는 수정 진동자(201)가 수명에 이르지 않다고 판정했을 때는 그대로 발진을 계속시킨다.

한편, 컨트롤러(43)는 수정 진동자(201)가 수명에 이르렀다고 판정했을 때는, 수정 진동자(201)로부터 새로운 수정 진동자(202)로 교환할 수 있도록 막후 센서(140)에 제어 신호를 출력한다(스텝 106, 107). 이것에 의해, 홀더(141)가 도 8에서 화살표 방향으로 소정 각도 회전함으로써, 수정 진동자(201)를 대신하여 수정 진동자(202)가 창부(143)에 대향하는 위치로 배치됨과 동시에 전극 유닛(144)에 접속된다. 이후, 수정 진동자(202)를 이용한 레이트 측정 및 막후 측정을 한다.

수정 진동자(201)로부터 수정 진동자(202)에의 교환은, 전형적으로는, 기판 W에의 성막을 중단하지 않고 행해진다. 교환 중 막후 및 성막 레이트의 계측에는, 교환 직전의 수정 진동자(201)의 측정 데이터와 교환 직후의 수정 진동자(202)의 측정 데이터가 병용된다.

기판 W에의 소정 두께의 성막이 종료되면(스텝 108), 셔터(16)는 도 1에 나타내는 바와 같이 폐색되고, 스테이지(13)에서 기판 W를 바꾸어 싣는다. 이 때 측정 유닛(17)은 막후 센서(140)의 수정 진동자(202)의 발진 동작을 계속시켜, 이 때의 주파수 변화율의 변동폭에 근거해 해당 수정 진동자(202)의 수명 판정을 실시한다(스텝 109).

그리고, 상기 변동폭이 소정치를 넘는 경우는 수정 진동자(202)를 수명으로 판정하고, 상술한 바와 같이 홀더(141)를 회전시켜 수정 진동자(202)를 다음의 수정 진동자(203)로 바꾼다(스텝 110, 107). 한편, 상기 변동폭이 소정치를 넘지 않고, 수정 진동자(202)가 아직도 수명에 이르지 않다고 판정했을 때는, 계속 해당 수정 진동자(202)를 이용한 성막이 개시된다(스텝 110, 104).

이후, 상술한 동작을 반복함으로써, 복수매의 기판 W에 대해서 성막 처리가 실시된다. 막후 센서(140)는 모든 수정 진동자(201~212)가 수명에 이를 때까지 계속해 사용된다. 이것에 의해, 성막 장치(10)의 스루 풋이 향상해, 생산성의 향상을 도모할 수 있게 된다.

이상, 본 실시형태에 의하면, 성막 전 또는 성막 중에 수정 진동자(201~212)의 발진 주파수의 변화율의 변동폭 또는 그 표준편차를 측정함으로써, 수정 진동자(201~212)의 불량 혹은 수명(교환 시기)을 판정할 수 있다.

이것에 의해, 수정 진동자의 수명을 재빨리 검출할 수 있게 되어, 수정 진동자의 수명에 기인하는 막후 제어의 악화 등을 미연에 방지하는 것이 가능해진다. 또한, 수정 진동자의 교환을 자동적으로 실시할 수 있기 때문에, 유기막의 성막 등과 같이 수정 진동자가 열화되기 쉬운 성막 처리를 안정하게 실시할 수 있다.

또한, 성막 전에 수정 진동자(201~212)의 양부를 판정함으로써, 불량한 수정 진동자를 이용한 성막을 회피할 수 있기 때문에, 안정한 레이트 제어 혹은 막후 측정을 확보할 수 있다.

이상, 본 발명의 실시형태에 대해 설명했지만, 본 발명은 상술한 실시형태에만 한정되는 것은 아니고, 여러 가지 변경을 더할 수 있는 것은 물론이다.

예를 들면 이상의 제2의 실시형태에서는, 성막 시 및 비성막 시의 양쪽 모두에 대해 수정 진동자의 수명 판정을 실시하도록 구성되었지만, 수정 진동자의 수명 판정은, 성막 시 및 비성막 시 중 어느 한쪽만으로 행해져도 좋다.

또한, 이상의 제2의 실시형태에서는, 막후 센서(140)에 12개의 수정 진동자가 탑재되었지만, 수정 진동자의 탑재수는 물론 이것에 한정되지 않는다.

또한, 이상의 제2의 실시형태에서는, 성막 전의 수정 진동자의 양부 판정에서, 불량으로 판정된 수정 진동자는 우량품으로 교환되었지만, 이것을 대신하여 해당 불량으로 판정된 수정 진동자는 그대로 장착해 두고, 컨트롤러(43)에서 우량품으로 판정된 수정 진동자만을 선택해 바꾸도록 해도 좋다.

또한, 이상의 실시형태에서는, 성막 장치로서 진공 증착 장치를 예로 들어 설명했지만, 이것에 한정되지 않고, 스퍼터 장치 등의 다른 성막 장치에도 본 발명은 적용 가능하다. 스퍼터 장치의 경우, 증착원은 타겟을 포함하는 스퍼터 음극으로 구성된다.

10…성막 장치
11…진공 챔버
12…증착원
13…스테이지
14, 140…막후 센서
17…측정 유닛
18…전원 유닛
20, 201~212…수정 진동자
43…컨트롤러
100…막후 모니터
141…홀더
142…케이싱
143…창부
144…전극 유닛

Claims

유기막용 막후 센서에 있어서의 수정 진동자의 교환 방법으로서,
센서 헤드에 장착된 복수의 수정 진동자 중 1개의 수정 진동자를 발진시켜,
상기 1개의 수정 진동자의 발진 주파수의 변화율의 변동폭을 측정하고,
상기 변동폭이 소정치를 넘었을 때는, 발진시키는 수정 진동자를 상기 1개의 수정 진동자로부터 다른 1개의 수정 진동자로 교환하는,
수정 진동자의 교환 방법.
제1항에 있어서,
상기 변동폭을, 성막 시에 측정하는,
수정 진동자의 교환 방법.
제1항에 있어서,
상기 변동폭을, 비성막 시에 측정하는,
수정 진동자의 교환 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 변동폭을 측정하는 공정에서는, 일정 기간에서의 상기 발진 주파수의 변화율의 변동폭의 표준편차가 측정되는,
수정 진동자의 교환 방법.
제1 및 제2의 수정 진동자를 지지하는 홀더, 상기 홀더를 회전 가능하게 수용하는 케이싱 및 상기 제1의 수정 진동자에 대향하여 형성되고 증착 물질이 통과가능한 창부를 가지는 센서 헤드;
상기 제1의 수정 진동자를 발진시켜, 상기 제1의 수정 진동자의 발진 주파수의 변화율의 변동폭을 측정하고, 상기 변동폭이 소정치를 넘었을 때는, 상기 제2의 수정 진동자가 상기 창부에 대향하는 위치에 상기 홀더를 회전시켜, 상기 제2의 수정 진동자를 발진시키는 측정 유닛; 및
컨트롤러;
를 구비하는 막후 모니터.
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