KR102008046B1

KR102008046B1 - 수정 발진식 막두께 모니터에 의한 막두께 제어 방법

Info

Publication number: KR102008046B1
Application number: KR1020150064419A
Authority: KR
Inventors: 야스노부 고바야시
Original assignee: 캐논 톡키 가부시키가이샤
Priority date: 2014-05-23
Filing date: 2015-05-08
Publication date: 2019-08-06
Also published as: JP2015222244A; CN105088171B; KR20150135082A; JP6263441B2; CN105088171A

Abstract

본 발명은, 오차 보정 정밀도가 매우 향상되어 막두께 측정 정밀도가 매우 향상되는 우수한 수정 발진식 막두께 모니터에 의한 막두께 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
성막 공정 전에 사전 측정용 수정 진동자를 이용하여, 상이한 발진 주파수마다에서의 측정용 기판의 박막의 막두께를 측정하고, 상기 사전 측정용 수정 진동자로 측정하는 목표 막두께와 상기 각 발진 주파수마다 측정한 측정용 기판의 박막의 실제 막두께의 비율을 보정 비율로서 산출하고, 성막 공정에 있어서는, 성막시의 상기 수정 진동자에 의해 측정되는 (성막용) 기판의 박막의 막두께 혹은 성막 속도에, 상기 보정 비율 중 발진 주파수에 따른 보정 비율을 곱하여 (성막용) 기판의 박막의 막두께 혹은 성막 속도를 보정하고 막두께를 제어하는 수정 발진식 막두께 모니터에 의한 막두께 제어 방법.

Description

수정 발진식 막두께 모니터에 의한 막두께 제어 방법{METHOD FOR CONTROLLING FILM THICKNESS BY CRYSTAL OSCILLATION TYPE FILM THICKNESS MONITOR}

본 발명은, 수정 발진식 막두께 모니터에 의한 막두께 제어 방법에 관한 것으로, 수정 진동자로 측정하는 막두께와, 기판 상의 실제 막두께의 오차를 보정하는 기술에 관한 것이다.

증착이나 스퍼터링 등에 의해, 성막 재료를 기판에 퇴적시켜 박막을 형성하는 성막 장치에 있어서, 막두께 및 성막 속도(레이트)를 제어(관리)하기 위해서, 막두께계(막두께 모니터)가 이용되지만, 이것에는 수정 진동자법을 이용한 수정 발진식 막두께 모니터가 널리 이용되고 있다.

이 수정 발진식 막두께 모니터는, 측정부가 되는 수정 진동자를 성막실 내에 설치하고, 이 수정 진동자에 성막 재료가 부착되면, 공진 진동이 그 질량의 변화에 따라 변화되는 것을 이용한 것으로, 예컨대 이 공진 진동(발진 주파수)의 변화를 측정함으로써, 막두께나 성막 속도(레이트)를 계측하고, 예컨대 성막 장치로서 진공 증착 장치를 이용하는 경우에는, 이 측정 결과를 증발원의 가열 제어 장치에 피드백하여, 기판에 대한 증착 박막의 레이트를 일정하게 제어하는 등으로 막두께를 관리하는 것이다.

또한, 한편 이러한 수정 진동자는, 측정에 따라 서서히 박막이 두꺼워져 가지만, 이 수정 진동자 표면의 박막이 두꺼워지면, 공진 진동이 서서히 저하되어 간다. 그 때, 예컨대 도 1에 도시된 바와 같이, 수정 진동자의 모니터 상의 성막 속도와, 기판 상의 실제의 성막 속도가 서서히 맞지 않게 되어, 수정 진동자의 사용 초기에는 정확한 막두께를 측정할 수 있었다고 해도, 시간 경과와 함께, 막두께 측정에 오차가 생기게 된다(사용 초기에 성막한 기판과, 시간이 경과한 후에 성막한 기판에서는, 막두께에 오차가 생기게 됨).

이와 같이 수정 진동자에 퇴적되는 박막의 막두께의 증대에 따라 발진 주파수는 서서히 저하되어 감에 따라, 실제 막두께와의 오차가 커져, 이것을 보정해야 한다.

이 점, 예컨대 특허문헌 1(일본 특허 공개 제2008-122200호 공보)에는, 측정용 수정 진동자에 병설하여 교정용 수정 진동자를 설치하고, 측정용 수정 진동자의 막두께의 증대에 따라, 막두께가 증대되지 않는 교정용 수정 진동자의 셔터를 개방하여 이 교정용 수정 진동자에 의해 막두께를 측정하고, 이 측정값과 측정용 수정 진동자의 측정값의 비율을 보정 비율로서 곱하여 막두께 환산을 행하는 보정 수법이 개시되어 있다.

그러나, 수정 진동자와는 별도로 교정용 수정 진동자를 병설하지 않으면 안 되고, 측정 도중에 순차적으로 셔터를 개방하여 교정용 수정 진동자에 의한 측정을 행하여 환산 보정해야 하며, 또한, 이 환산 보정도 어디까지나 수정 진동자에 의한 측정에 기초한 것이고, 기판 박막의 실제 막두께에 기초한 것은 아니며, 게다가 이 교정용 수정 진동자에는 측정용 수정 진동자보다는 박막은 퇴적되지 않지만, 역시 성막 재료가 서서히 퇴적되고 막두께는 역시 서서히 증대되어 가기 때문에, 오차를 보정하는 보정 정밀도가 뒤떨어져, 기판의 막두께의 측정 정밀도는 충분히 개선된다고는 할 수 없다.

또한, 특허문헌 2(일본 특허 공개 평성 제8-82517호 공보)에는, 기판 박막의 막두께를 실측하여 보정하는 수법이 개시되어 있지만, 발진 주파수가 높은 상태와 낮은 상태의 실제 막두께를 측정하고, 최소 제곱법에 의해 최적의 보정 계수를 산출하는 수법에 불과하기 때문에, 이 2점 사이는 계산 결과에 따른 고정값에 의해 보정하고 있는 것에 불과하고, 역시 오차 보정 정밀도가 낮아, 기판의 막두께의 측정 정밀도는 충분하지 않다.

[특허문헌 1] 일본 특허 공개 제2008-122200호 공보 [특허문헌 2] 일본 특허 공개 평성 제8-82517호 공보

본 발명은, 이러한 문제를 해결한 것으로서, 성막 공정 전에 사전 측정용 수정 진동자를 이용하여, 이 사전 측정용 수정 진동자의 상이한 발진 주파수마다에서의 측정용 기판의 박막의 막두께를 측정하고, 상기 사전 측정용 수정 진동자로 측정하는 목표 막두께와 상기 각 발진 주파수마다 측정한 측정용 기판의 박막의 실제 막두께의 비율을 보정 비율로서 산출하고, 성막 공정에 있어서는, 성막시의 상기 수정 진동자에 의해 측정되는 (성막용) 기판의 박막의 막두께 혹은 성막 속도에, 상기 각 보정 비율 중 발진 주파수에 따른 보정 비율을 곱하여 (성막용) 기판의 박막의 막두께 혹은 성막 속도를 보정하고 막두께를 제어함으로써, 오차 보정 정밀도가 매우 향상되어 막두께 측정 정밀도가 매우 향상되고, 수정 진동자의 사용 시간(사용 주파수대)을 연장시킬 수 있게 되기도 하는 매우 우수한 수정 발진식 막두께 모니터에 의한 막두께 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

첨부 도면을 참조하여 본 발명의 요지를 설명한다.

기판(1) 표면에 성막 재료를 퇴적시켜 박막을 형성하는 성막 장치(3)의 성막실(4) 내에 수정 발진식 막두께 모니터의 측정부가 되는 수정 진동자(5)를 설치하고, 이 수정 진동자(5)에 상기 성막 재료를 퇴적시켜 상기 기판(1) 표면에 형성되는 박막의 막두께를 측정하는 성막 장치(3)에 설치하는 수정 발진식 막두께 모니터에 의한 막두께 제어 방법으로서, 상기 성막 공정 전에 사전 측정용 수정 진동자를 이용하여, 이 사전 측정용 수정 진동자의 상이한 발진 주파수마다에서의 측정용 기판의 박막의 막두께를 측정하고, 상기 사전 측정용 수정 진동자로 측정하는 목표 막두께와 상기 각 발진 주파수마다 측정한 측정용 기판의 박막의 실제 막두께의 비율을 보정 비율로서 산출하고, 성막 공정에 있어서는, 성막시의 상기 수정 진동자(5)에 의해 측정되는 상기 기판(1)의 박막의 막두께 혹은 성막 속도에, 상기 각 보정 비율 중 발진 주파수에 따른 보정 비율을 곱하여 기판(1)의 박막의 막두께 혹은 성막 속도를 보정하고 막두께를 제어하는 것을 특징으로 하는 수정 발진식 막두께 모니터에 의한 막두께 제어 방법에 관한 것이다.

또한, 상기 성막 공정 전에 행하는 사전 측정 공정에 있어서, 상기 측정용 기판 표면에 성막 재료를 퇴적시켜 박막을 형성하는 상기 성막 장치(3)의 상기 성막실(4) 내에 상기 사전 측정용 수정 진동자를 설치하고, 이 사전 측정용 수정 진동자에 성막 재료를 퇴적시켜 측정용 기판의 실제의 박막의 막두께를 측정하고, 이 측정용 기판의 박막의 실제 막두께의 상기 사전 측정용 수정 진동자에 의해 측정되는 목표 막두께에 대한 비율을 상기 보정 비율로서 산출하고, 이 보정 비율의 산출을, 상기 사전 측정용 수정 진동자에 퇴적되어 가는 상기 성막 재료의 막두께의 증대에 따라 변화되어 가는 발진 주파수의 변화 단계마다 n회 행하여, 상이한 발진 주파수마다의 상기 보정 비율을 각각 산출하고, 상기 성막 공정에 있어서는, 상기 수정 진동자(5)의 발진 주파수에 대응하는 상기 보정 비율을, 수정 진동자(5)에 의해 측정되는 막두께 혹은 성막 속도에 곱하여, 발진 주파수의 변화에 대응하여 보정하는 것을 특징으로 하는 제2항에 기재된 수정 발진식 막두께 모니터에 의한 막두께 제어 방법에 관한 것이다.

또한, 상기 성막 공정 전에 상기 상이한 발진 주파수마다 상기 측정용 기판에 퇴적되는 박막의 실제 막두께를 측정하는 상기 사전 측정 공정은, 상기 사전 측정용 수정 진동자에 퇴적되어 가는 상기 성막 재료의 막두께의 증대에 따라 변화되어 가는 발진 주파수의 변화 단계마다, 순차적으로 상이한 측정용 기판으로 바꾸어 이 측정용 기판에 퇴적되는 박막의 막두께를 측정하는 공정으로 하고, 상기 성막 공정에 사용하는 상기 수정 진동자(5)는, 상기 사전 측정용 수정 진동자로 바꾸어 새로운 별도의 수정 진동자(5)로 하고, 상기 성막실(4) 내에 설치하는 것을 특징으로 하는 제2항에 기재된 수정 발진식 막두께 모니터에 의한 막두께 제어 방법에 관한 것이다.

본 발명은 전술한 바와 같이 구성하였기 때문에, 오차 보정 정밀도가 매우 향상되어 막두께 측정 정밀도가 매우 향상되고, 수정 진동자의 사용 시간(사용 주파수대)을 연장시킬 수 있게 되기도 하는 매우 우수한 수정 발진식 막두께 모니터에 의한 막두께 제어 방법이 된다.

또한, 청구항 2, 청구항 3에 기재된 발명에 있어서는, 한층 더 막두께 측정 정밀도가 향상되고, 한층 더 실용성이 우수한 수정 발진식 막두께 모니터에 의한 막두께 제어 방법이 된다.

도 1은 보정 전의 수정 진동자에 의해 측정하는 성막 속도에 대한 기판 상의 실제의 성막 속도의 발진 주파수 상관도를 나타낸 그래프로서, 막두께가 증대하여 발진 주파수가 저하됨에 따라 오차가 커지는 것을 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 실시예의 보정 후의 성막 속도의 주파수 상관도를 나타낸 그래프로서, 오차 보정 정밀도가 높아지는 것을 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 실시예의 사전 측정 공정에 의해 취득한 보정 비율에 기초하여 보정하는 절차를 나타낸 흐름도이다.
도 4는 본 실시예의 개략 구성 설명도이다.

적합하다고 생각하는 본 발명의 실시형태를, 도면에 기초하여 본 발명의 작용을 도시하여 간단히 설명한다.

성막 장치(3)에 의해 (성막용) 기판(1) 표면에 성막 재료를 퇴적시켜 박막을 형성하는 성막 공정 전에, 사전 측정용 수정 진동자를 이용하여, 이 사전 측정용 수정 진동자의 상이한 발진 주파수마다에서의 측정용 기판의 박막의 막두께를 측정하고, 상기 사전 측정용 수정 진동자로 측정하는 목표 막두께와 상기 각 발진 주파수마다 측정한 측정용 기판의 박막의 실제 막두께의 비율을 보정 비율로서 산출해 둔다.

성막 공정에 있어서는, 성막시의 상기 수정 진동자(5)에 의해 측정되는 상기 (성막용) 기판(1)의 박막의 막두께 혹은 성막 속도에, 상기 취득해 둔 각 보정 비율 중의 측정시의 발진 주파수에 따른 보정 비율을 곱하여 (성막용) 기판(1)의 박막의 막두께 혹은 성막 속도를 보정한다.

즉, 수정 발진식 막두께 모니터의 상기 사전 측정용 수정 진동자에 퇴적되어 가는 상기 성막 재료의 막두께의 증대에 따라 변화되어 가는 발진 주파수의 변화 단계마다, 예컨대 도 2, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 사전 측정용 수정 진동자에 퇴적되어 가는 상기 성막 재료의 막두께의 증대에 따라 서서히 저하되어 가는 발진 주파수의 n단계마다, 순차적으로 상이한 측정용 기판으로 바꾸어 이 측정용 기판에 퇴적되는 박막의 막두께를 n회 측정하여, 상이한 발진 주파수마다의 상기 보정 비율을 각각 산출하여 취득해 두고, 성막 공정에 있어서는, 새로운 측정용의 수정 진동자(5)의 측정시의 발진 주파수에 대응하는 상기 보정 비율을, 이 수정 진동자(5)에 의해 측정되는 막두께 혹은 성막 속도에 곱하여, 발진 주파수의 변화에 대응한 보정을 행한다.

따라서, 수정 진동자(5)에 의한 측정값이 발진 주파수의 변화에 따라 실제 막두께와의 오차가 서서히 커진다고 해도, 고정값이 아니라, 미리 측정한 각 발진 주파수마다(n 단계마다)의 측정용 기판의 실제 막두께와의 비교에 의해 구한 각 발진 주파수마다의 보정 비율에 의해 수정 진동자(5)의 측정값을 보정하기 때문에, 오차 보정 정밀도가 매우 높아지게 된다.

또한, 이 성막 공정 전에 상기 상이한 발진 주파수마다 상기 측정용 기판에 퇴적되는 박막의 실제 막두께를 측정하는 상기 사전 측정 공정은, 이 사전 측정용 수정 진동자를 이용하여 서서히 변화되어 가는 각 발진 주파수마다, 구체적으로는 다수의 변화 단계마다(n 단계마다) 예컨대 순차적으로 측정용 기판을 바꾸면서 실제 막두께를 순차적으로 측정해 감으로써, 각 발진 주파수마다의 보정 비율을 다단계(n 단계)로 간단하게 취득할 수 있고, 이 보정 비율을 이용하여 수정 진동자(5)의 그 측정시의 발진 주파수에 대응하는 보정 비율에 의해 오차 보정을 행할 수 있기 때문에, 간단하게 효율적으로 다단계로 실제 막두께에 기초한 보정 비율을 취득할 수 있고, 또한 이것을 미리 예컨대, 수정 발진식 막두께 모니터의 오차 보정 처리부에 입력해 두고, 그 발진 주파수의 변화에 대응하여 보정 비율을 선택하여 이것을 측정값에 곱하여 오차 보정하는 것을 용이하게 행할 수 있게 되고, 오차 보정 정밀도가 매우 높고, 실용성이 우수한 수정 발진식 막두께 모니터에 의한 막두께 제어 방법이 되는 것이다.

실시예

본 발명의 구체적인 실시예에 대해서 도면에 기초하여 설명한다.

본 실시예는, 성막실(4)(진공 챔버(4)) 내에서 증발원(2)으로부터 성막 재료(증착 재료)를 증착시켜 기판 홀더에 고정한 (성막용) 기판(1) 표면에 퇴적시켜 박막을 형성하는 성막 장치(증착 장치)(3)에, 수정 발진식 막두께 모니터를 설치하여 이 기판(1)의 막두께를 제어(관리)하는 것으로, 이 수정 발진식 막두께 모니터의 측정부가 되는 수정 진동자(5)를 증착 장치(3)의 진공 챔버(4) 내에 설치하고, 이 증착 장치(3)에 의한 (성막용) 기판(1)의 막두께나 성막 속도(레이트)를 측정하여, 증발원(2)의 가열 제어 장치(7)에 피드백함으로써 이 레이트를 균일하게 제어하지만, 이 수정 진동자(5)의 측정값과 실제 막두께와의 오차를 상기 보정 비율을 곱하여 보정하고, 막두께를 관리하는 것이다.

또한, 본 실시예의 수정 발진식 막두께 모니터는, 예컨대 도 4에 도시된 바와 같이, 진공 챔버(4) 내에 설치하는 측정부로서의 수정 진동자(5)와, 이 수정 진동자(5)에 의한 측정값에 기초하여 레이트를 모니터 및 컨트롤하는 막두께 감시 장치(8)로 이루어지고, 이 막두께 감시 장치(8)는, 전술한 바와 같이 막두께 검사 장치(9)(엘립소미터(Ellipsometer)나 촉침식 표면 조도 측정기 등)에 의해 미리 각 발진 주파수마다 측정용 기판의 실제 막두께를 측정하고, 연산부에서 실측값으로부터 미리 각 발진 주파수마다의 보정 비율을 산출하여 상위 컨트롤러(10)에 기억시켜 둔다(상기 연산부는 별도의 기구로서 설치하고 있지만, 상위 컨트롤러(10)에 내장하여도 좋음). 그리고, 도 2, 도 3에 도시된 바와 같이 측정 포인트로 한 각 발진 주파수에서의 각 보정 포인트마다, 그 포인트에서 측정한 실제 막두께에 기초하여 산출하여 취득하고 있던 보정 비율을, 이 상위 컨트롤러(10)로부터 입력하여 수정 진동자(5)로 측정값을 보정하여, 증착원(2)의 가열을 행하는 전원의 출력 제어를 행하는 가열 제어 장치(7)에 피드백하는 등으로 레이트를 일정하게 유지하고, 기판(1)의 막두께를 제어(관리)하도록 구성하고 있다.

즉, 전술한 바와 같이, 본 실시예에서는, 성막 공정(증착 공정) 전에 행하는 사전 측정 공정에 있어서, 기판(1) 표면에 성막 재료(증착 재료)를 퇴적시켜 박막을 형성하는 상기 증착 장치(3)의 상기 진공 챔버(4) 내에 상기 수정 진동자(5)로 바꾸어 상기 사전 측정용 수정 진동자를 설치하고, 이 사전 측정용 수정 진동자에 증착 재료를 퇴적시켜 측정용 기판의 실제의 박막의 막두께를 상기 막두께 검사 장치(9)에 의해 측정하고, 이 측정용 기판의 박막의 실제 막두께의 상기 사전 측정용 수정 진동자에 의해 측정되는 목표 막두께에 대한 비율을 상기 보정 비율로서 산출하여 상위 컨트롤러(10)에 기억시켜 둔다.

또한, 이 보정 비율의 산출 취득을, 상기 사전 측정용 수정 진동자에 퇴적되어 가는 상기 증착 재료의 막두께의 증대에 따라 저하되어 가는 발진 주파수의 변화 단계마다(측정 포인트마다) n회 행하여, 상이한 발진 주파수마다의 보정 비율을 각각 산출하고, 증착 공정에서는, 상기 수정 진동자(5)의 발진 주파수에 대응하는 상기 보정 비율을, 그 측정 포인트에 대응한 보정 포인트마다 선택 취득하여 수정 진동자(5)에 의해 측정되는 막두께 혹은 성막 속도에 곱하는 연산 처리를 행하고, 발진 주파수의 변화에 대응하여 보정한다.

구체적으로는, 증착 공정 전에 상기 상이한 발진 주파수마다 실제의 상기 측정용 기판에 퇴적되는 박막의 막두께를 측정하는 상기 사전 측정 공정은, 이 각 발진 주파수마다 상이한 측정용 기판으로 바꾸어 이 측정용 기판에 퇴적되는 박막의 막두께를 측정하는 공정으로 하고, 이 사전 측정을 끝내면, 상기 사전 측정용 수정 진동자로 바꾸어 별도의 새로운 수정 진동자(5)를 상기 성막실(4) 내에 설치한다.

또한, 본 발명은, 본 실시예에 한정되지 않고, 각 구성 요건의 구체적 구성은 적절하게 설계할 수 있는 것이다.

1 : 기판
3 : 성막 장치
4 : 성막실
5 : 수정 진동자

Claims

기판 표면에 성막 재료를 퇴적시켜 박막을 형성하는 성막 장치의 성막실 내에 수정 발진식 막두께 모니터의 측정부가 되는 수정 진동자를 설치하고, 이 수정 진동자에 상기 성막 재료를 퇴적시켜 상기 기판 표면에 형성되는 박막의 막두께를 측정하는 성막 장치에 설치하는 수정 발진식 막두께 모니터에 의한 막두께 제어 방법으로서, 성막 공정 전에 사전 측정용 수정 진동자를 이용하여, 이 사전 측정용 수정 진동자의 상이한 발진 주파수마다에서의 측정용 기판의 박막의 막두께를 측정하고, 상기 사전 측정용 수정 진동자로 측정하는 목표 막두께와 상기 발진 주파수마다 측정한 측정용 기판의 박막의 실제 막두께의 비율을 보정 비율로서 산출하고, 성막 공정에 있어서는, 성막시의 상기 수정 진동자에 의해 측정되는 상기 기판의 박막의 막두께 혹은 성막 속도에, 상기 보정 비율 각각 중 발진 주파수에 따른 보정 비율을 곱하여 기판의 박막의 막두께 혹은 성막 속도를 보정하고 막두께를 제어하는 방법에 있어서,
상기 성막 공정 전에 행하는 사전 측정 공정에서는, 상기 측정용 기판 표면에 성막 재료를 퇴적시켜 박막을 형성하는 상기 성막 장치의 상기 성막실 내에 사전 측정용 수정 진동자를 설치하고, 이 사전 측정용 수정 진동자에 성막 재료를 퇴적시켜 측정용 기판의 실제 박막의 막두께를 측정하고, 이 측정용 기판의 박막의 실제 막두께의 상기 사전 측정용 수정 진동자에 의해 측정되는 목표 막두께에 대한 비율을 상기 보정 비율로서 산출하고, 이 보정 비율의 산출은, 상기 사전 측정용 수정 진동자에 퇴적되어 가는 상기 성막 재료의 막두께의 증대에 따라 변화되어 가는 발진 주파수의 변화 단계마다, 순차적으로 상이한 측정용 기판으로 바꾸어 이 측정용 기판에 퇴적되는 박막의 막두께를 n회 측정하여, 상이한 발진 주파수마다의 상기 보정 비율을 각각 산출하고, 상기 산출된 보정 비율을 수정 발진식 막두께 모니터의 오차 보정 처리부에 입력해 두는 것으로 하고,
상기 성막 공정에서는, 상기 사전 측정용 수정 진동자 대신에 새로운 별도의 수정 진동자를 상기 성막실 내에 설치하고, 상기 수정 진동자의 발진 주파수에 대응하는 상기 보정 비율을 상기 발진 주파수의 변화 단계에 대응한 보정 포인트마다 취득하고, 상기 취득된 보정 비율을 수정 진동자에 의해 측정되는 막두께 혹은 성막 속도에 곱하여, 발진 주파수의 변화에 대응하여 보정하는 것을 특징으로 하는 수정 발진식 막두께 모니터에 의한 막두께 제어 방법.
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