KR20200045392A - 하지막 형성 장치, 성막 장치, 하지막 형성 방법 및 성막 방법 - Google Patents

하지막 형성 장치, 성막 장치, 하지막 형성 방법 및 성막 방법 Download PDF

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KR20200045392A
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아키라 미즈노
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캐논 톡키 가부시키가이샤
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Abstract

[과제] 성막 레이트의 안정적인 검지를 가능하게 하는 기술을 제공한다.
[해결 수단] 챔버(200) 내에 배치되어, 증발원 용기(301)로부터 증발한 성막 재료(400)에 의해 하지막이 형성되는 제1 수정 진동자(13)와, 챔버(200) 내에 배치되어, 하지막의 성막 레이트를 취득하기 위해 사용되는 제2 수정 진동자(13c)와, 제2 수정 진동자(13c)의 공진 주파수의 변화에 기초하여, 하지막의 성막 레이트를 취득하는 취득부(233)와, 증발원 용기(301)를 가열하는 가열원(302)을 갖고, 가열원(302)에 공급하는 전력을 제어하는 가열 제어부(22)로서, 취득부(233)가 취득하는 하지막의 성막 레이트에 기초하여 가열원(302)에 공급하는 전력을 제어하는 가열 제어부(22)를 구비한다.

Description

하지막 형성 장치, 성막 장치, 하지막 형성 방법 및 성막 방법{UNDERLAYER FORMING APPARATUS, FILM FORMING APPARATUS, UNDERLAYER FORMING METHOD AND FILM FORMING METHOD}
본 발명은, 진공 증착 방식에 의해 성막 대상물에 박막을 형성하는 성막 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
성막 대상물로서의 기판 상에 박막을 형성하는 성막 장치로서, 진공 챔버 내에서, 성막 재료를 수용한 용기(도가니)를 가열하고, 성막 재료를 증발(승화 또는 기화)시켜 용기 밖으로 분사시켜, 기판의 표면에 부착·퇴적시키는 진공 증착 방식의 성막 장치가 있다. 이러한 성막 장치에 있어서, 소망하는 막 두께를 얻을 수 있도록, 진공 챔버 내에 배치한 모니터 유닛을 이용하여 성막 레이트(성막 속도)를 취득하고, 용기의 가열 제어에 피드백하는 장치 구성이 알려져 있다. 모니터 유닛에는 수정 진동자가 구비되어 있고, 성막 레이트는 성막 재료의 부착에 의한 수정 진동자의 고유 진동수의 변화에 기초하여 취득된다.
이와 같은 성막 레이트 모니터 장치에서는, 성막 레이트의 검지 정밀도를 높이기 위해, 미리 수정 진동자의 표면을 어느 정도의 두께의 성막 재료로 덮은 상태로 하여 두는, 하지 처리(프리 코팅)를 행하는 경우가 있다(특허문헌 1~3). 예를 들면, 수정 진동자와 성막 재료의 상응성에 따라서는, 부착량이 적은 사용 초기에는 성막 재료가 부착되기 어렵고, 어느 정도 부착시켜 재료끼리 부착되는 상태가 되지 않으면 성막 레이트가 안정되지 않는 경우가 있다. 따라서, 하지로서 수정 진동자 표면에 성막 재료를 미리 부착시켜 두고, 그 후의 부착량의 증가에 따른 고유 진동수의 변화에 기초하여 성막 레이트의 검지를 행함으로써, 보다 정확한 검지가 가능해진다.
여기서, 하지막의 형성은, 증발원을 가열하는 히터의 출력을 고정하여 일정 시간 가열함으로써 행해지는 경우가 있다. 그러나, 가열량을 일정하게 하더라도 성막 레이트는 항상 일정하지는 않고 변동하여, 같은 가열 시간에 형성되는 하지막의 막 두께에 편차가 생기는 일이 많다. 따라서, 수정 진동자가 복수 구비되고 사용하는 수정 진동자를 순차로 절환하는 모니터 유닛에서는, 복수의 수정 진동자에 대해 순차로 하지막을 형성하는 것으로 되기 때문에, 하지막의 막 두께가 복수의 수정 진동자마다 편차가 있을 가능성이 있다. 그 결과, 복수의 수정 진동자 사이에서 검지 특성의 차이가 커지고, 수정 진동자를 절환할 때마다 검지 내용이 차이가 나게 되며, 사용할 수 있는 기간(수명)도 수정 진동자마다 불규칙해지게 된다.
일본특허공개 특개 2015－219053호 공보 일본특허공개 특개 2005－325400호 공보 일본특허공개 특개 2008－122200호 공보
본 발명은, 성막 레이트의 안정적인 검지를 가능하게 하는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 하지막 형성 장치는,
챔버와,
상기 챔버 내에 배치되고, 성막 재료를 수용하는 증발원 용기와,
상기 챔버 내에 배치되고, 상기 증발원 용기로부터 증발한 상기 성막 재료에 의해 하지막이 형성되는 제1 수정 진동자와,
상기 챔버 내에 배치되고, 상기 하지막의 성막 레이트를 취득하기 위해 사용되는 제2 수정 진동자와,
상기 제2 수정 진동자의 공진 주파수의 변화에 기초하여, 상기 하지막의 성막 레이트를 취득하는 취득부와,
상기 증발원 용기를 가열하는 가열원을 갖고, 상기 가열원에 공급하는 전력을 제어하는 가열 제어부로서, 상기 취득부가 취득하는 상기 하지막의 성막 레이트에 기초하여 상기 가열원에 공급하는 전력을 제어하는 가열 제어부,
를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 성막 장치는,
성막 대상물을 수용하는 챔버와,
상기 챔버 내에 배치되고, 성막 재료를 수용하는 증발원 용기와,
상기 챔버 내에 배치되고, 상기 성막 대상물에 대한 상기 성막 재료의 성막 레이트인 제1 성막 레이트를 취득하기 위해 사용되는 제1 수정 진동자와,
상기 제1 수정 진동자의 공진 주파수의 변화에 기초하여 상기 제1 성막 레이트를 취득하는 취득부와,
상기 증발원 용기를 가열하는 가열원을 갖고, 상기 가열원에 공급하는 전력을 제어하는 가열 제어부로서, 상기 취득부가 취득하는 상기 제1 성막 레이트에 기초하여 상기 가열원에 공급하는 전력을 제어하는 가열 제어부,
를 구비하고
상기 성막 대상물에 상기 성막 재료에 의한 막을 성막하는 성막 공정과,
상기 성막 공정의 전에, 상기 제1 수정 진동자에 상기 성막 재료에 의한 하지막을 형성하는 하지막 형성 공정,
을 갖는 성막 장치에 있어서,
상기 챔버 내에 배치되고, 상기 하지막의 성막 레이트인 제2 성막 레이트를 취득하기 위해 사용되는 제2 수정 진동자를 구비하고,
상기 하지막 형성 공정에 있어서,
상기 취득부가, 상기 제2 수정 진동자의 공진 주파수의 변화에 기초하여, 상기 제2 성막 레이트를 취득하고,
상기 가열 제어부가, 상기 취득부가 취득하는 상기 제2 성막 레이트에 기초하여, 상기 가열원에 공급하는 전력을 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 하지막 형성 방법은,
챔버 내에 배치된 성막 대상물에 대한 성막 재료의 성막 레이트를 취득하기 위해 사용되는 제1 수정 진동자에, 미리 상기 성막 재료에 의한 하지막을 형성하는 하지막 형성 방법으로서,
상기 챔버 내에 상기 제1 수정 진동자가 배치된 상태에서, 상기 챔버 내에 배치된 상기 성막 재료를 수용하는 증발원 용기를 가열하여, 상기 증발원 용기로부터 증발한 상기 성막 재료에 의해 상기 하지막을 상기 제1 수정 진동자에 형성하는 것으로서,
상기 가열원에 공급하는 전력을, 상기 챔버 내에 배치된 제2 수정 진동자의 공진 주파수의 변화에 기초하여 취득되는 상기 하지막의 성막 레이트에 기초하여, 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 성막 방법은,
　챔버 내에 배치된 성막 재료를 수용하는 증발원 용기를 가열하여 상기 증발원 용기로부터 상기 성막 재료를 증발시킴으로써, 상기 챔버 내에 배치된 성막 대상물에 상기 성막 재료에 의한 막을 형성하는 성막 방법으로서,
본 발명의 하지막 형성 방법에 의해, 상기 성막 대상물에 대한 상기 성막 재료의 성막 레이트를 취득하기 위해 사용되는 제1 수정 진동자에, 상기 성막 재료에 의한 하지막을 형성하는 하지막 형성 공정과,
상기 하지막 형성 공정에 의해 상기 하지막이 형성된 상기 제1 수정 진동자의 공진 주파수의 변화에 기초하여 취득되는, 상기 성막 대상물에 대한 상기 성막 재료의 성막 레이트에 기초하여, 상기 가열원에 공급하는 전력을 제어하여, 상기 성막 대상물을 성막하는 성막 공정,
을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 성막 레이트의 안정적인 검지를 가능하게 할 수 있다.
[도 1] 본 발명의 실시예에 있어서의 성막 장치의 모식적 단면도.
[도 2] 본 발명의 실시예에 있어서의 성막 레이트 모니터 장치의 구성을 나타내는 모식도.
[도 3] 본 발명의 실시예에 있어서의 수정 모니터 헤드와 차폐 부재의 구성을 나타내는 모식도.
[도 4] 본 발명의 실시예에 있어서의 성막 제어의 플로우차트.
[도 5] 본 발명의 실시예에 있어서의 하지막 형성 처리의 플로우차트.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시형태 및 실시예를 설명한다. 다만, 이하의 실시형태 및 실시예는 본 발명의 바람직한 구성을 예시적으로 나타내는 것에 불과하고, 본 발명의 범위를 그러한 구성으로 한정하지 않는다. 또한, 이하의 설명에 있어서의, 장치의 하드웨어 구성 및 소프트웨어 구성, 처리 플로우, 제조 조건, 치수, 재질, 형상 등은, 특히 특정적인 기재가 없는 한, 본 발명의 범위를 이들만으로 한정하는 취지는 아니다.
［실시예 1］
도 1~도 4를 참조하여, 본 발명의 실시예와 관련되는 성막 장치에 대해 설명한다. 본 실시예와 관련되는 성막 장치는, 진공 증착에 의해 기판에 박막을 성막하는 성막 장치이다.
본 실시예와 관련되는 성막 장치는, 각종 반도체 디바이스, 자기 디바이스, 전자 부품 등의 각종 전자 디바이스나, 광학 부품 등의 제조에 있어서, 기판(기판 상에 적층체가 형성되어 있는 것도 포함함) 상에 박막을 퇴적 형성하기 위해 사용된다. 보다 구체적으로는, 본 실시예와 관련되는 성막 장치는, 발광 소자나 광전 변환 소자, 터치 패널 등의 전자 디바이스의 제조에 있어서 바람직하게 사용된다. 그 중에서도, 본 실시예와 관련되는 성막 장치는, 유기 EL(Erectro　Luminescence) 소자 등의 유기 발광소자나, 유기 박막 태양전지 등의 유기 광전 변환 소자의 제조에 있어서 특히 바람직하게 적용 가능하다. 또한, 본 발명에 있어서의 전자 디바이스는, 발광 소자를 구비한 표시장치(예를 들면, 유기 EL 표시장치)나 조명 장치(예를 들면, 유기 EL 조명 장치), 광전 변환 소자를 구비한 센서(예를 들면, 유기 CMOS 이미지 센서)도 포함하는 것이다. 본 실시예와 관련되는 성막 장치는, 스퍼터링 장치 등을 포함하는 성막 시스템의 일부로서 이용할 수 있다.
＜성막 장치의 개략 구성＞
도 1은, 본 발명의 실시예와 관련되는 성막 장치(2)의 구성을 나타내는 모식도이다. 성막 장치(2)는, 배기 장치(24), 가스 공급 장치(25)에 의해, 내부가 진공 분위기나 질소 가스 등의 불활성 가스 분위기로 유지되는 진공 챔버(성막실, 증착실)(200)를 가진다. 또한, 본 명세서에 있어서 "진공"이란, 대기압보다 낮은 압력의 기체로 채워진 공간 내의 상태를 말한다.
성막 대상물인 기판(100)은, 반송 로봇(도시하지 않음)에 의해 진공 챔버(200) 내부로 반송되면 진공 챔버(200) 내에 설치된 기판 보유 지지 유닛(도시하지 않음)에 의해 보유 지지되어, 마스크(220) 상면에 재치된다. 마스크(220)는, 기판(100) 상에 형성하는 박막 패턴에 대응하는 개구 패턴(221)을 가지는 메탈 마스크이며, 진공 챔버(200) 내부에서 수평면에 평행하게 설치되어 있다. 기판(100)은, 기판 보유 지지 유닛에 의해 마스크(220)의 상면에 재치됨으로써, 진공 챔버(200) 내부에서, 수평면과 평행하게, 또한, 피처리면인 하면이 마스크(220)로 덮이는 형태로 설치된다.
진공 챔버(200) 내부에 있어서의 마스크(220)의 하방에는, 증발원 장치(300)가 설치되고 있다. 증발원 장치(300)는, 개략적으로, 성막 재료(증착 재료)(400)를 수용하는 증발원 용기(도가니)(301)(이하, 용기(301))와, 용기(301)에 수용된 성막 재료(400)를 가열하는 가열 수단(가열원)으로서의 히터(302)를 구비한다. 용기(301) 내의 성막 재료(400)는, 히터(302)의 가열에 의해 용기(301) 내에서 증발하고, 용기(301) 상부에 설치된 노즐(303)을 거쳐 용기(301) 밖으로 분출된다. 용기(301) 밖으로 분사된 성막 재료(400)는, 장치(300) 상방에 설치된 기판(100)의 표면에, 마스크(220)에 설치된 개구 패턴(221)에 대응하여, 증착된다.
히터(302)는, 통전에 의해 발열하는 하나의 선 형상(와이어 형상)의 발열체를 용기(301)의 통 형상부 외주에 복수회 감은 구성으로 되어 있다. 또한, 복수 개의 발열체를 감은 구성이어도 된다. 히터(302)로서는, 발열체로서 탄탈, 텅스텐, 몰리브덴 등의 금속 발열 저항체를 이용한 것이어도 되고, 카본 히터 등이어도 된다.
증발원 장치(300)는, 그 밖에 도시는 생략하고 있지만, 히터(302)에 의한 가열 효율을 높이기 위한 리플렉터나 전열 부재, 이들을 포함하는 증발원 장치(300)의 각 구성 전체를 수용하는 프레임, 셔터 등을 구비하는 경우가 있다. 또한, 증발원 장치(300)는, 성막을 기판(100) 전체에 균일하게 행하기 위해, 고정 재치된 기판(100)에 대해 상대 이동 가능하게 구성되는 경우가 있다.
본 실시예와 관련되는 성막 장치(2)는, 용기(301)로부터 분출하는 성막 재료(400)의 증기량, 또는 기판(100)에 성막되는 박막의 막 두께를 검지하기 위한 수단으로서, 성막 레이트 모니터 장치(1)를 구비하고 있다. 성막 레이트 모니터 장치(1)는, 용기(301)로부터 분출되는 성막 재료(400)의 일부를, 회전체로서의 차폐 부재(12)에 의해 간헐적으로 차폐 상태와 비차폐 상태를 반복하여, 수정 모니터 헤드(11)에 구비된 수정 진동자에 부착시키도록 구성되어 있다. 성막 재료(400)가 퇴적됨에 의한 수정 진동자의 공진 주파수(고유 진동수)의 변화량(감소량)을 검지함으로써, 소정의 제어 목표 온도에 대응한 성막 레이트(증착 레이트)로서, 단위시간 당의 성막 재료(400)의 부착량(퇴적량)을 취득할 수 있다. 이 성막 레이트를 히터(302)의 가열 제어에 있어서의 제어 목표 온도의 설정에 피드백함으로써, 성막 레이트를 임의로 제어하는 것이 가능해진다. 따라서, 성막 레이트 모니터 장치(1)에 의해 성막 처리 중에 상시로 성막 재료(400)의 토출량 또는 기판(100) 상의 막 두께를 모니터함으로써, 정밀도 높은 성막이 가능해진다. 본 실시예와 관련되는 성막 장치(2)의 제어부(연산처리장치)(20)는, 모니터 유닛(10)의 동작의 제어, 성막 레이트의 측정, 취득을 행하는 모니터 제어부(21)와, 증발원 장치(300)의 가열 제어를 행하는 가열 제어부(22)를 가진다. 제어부(20)는, 또한, 후술하는 하지막 모니터 유닛(50)의 동작의 제어, 성막 레이트의 측정, 취득을 행하는 하지막 모니터 제어부(23)를 가진다.
＜성막 레이트 모니터 장치＞
도 2는, 본 실시예와 관련되는 성막 레이트 모니터 장치(1)의 개략 구성을 나타내는 모식도이다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 본 실시예와 관련되는 성막 레이트 모니터 장치(1)는, 모니터 헤드(11)나 차폐 부재(초퍼)(12) 등을 구비하는 모니터 유닛(10)과, 모니터 제어부(21)를 구비한다. 모니터 유닛(10)은, 모니터 헤드(11)와, 차폐 부재(12)와, 수정 모니터 헤드(11)에 조립된 수정 홀더(회전 지지체)(14)의 회전 구동원으로서의 서보 모터(16)와, 차폐 부재(12)의 회전 구동원으로서의 서보 모터(15)를 구비한다. 모니터 제어부(21)는, 차폐 부재(12)의 회전 구동을 제어하는 차폐 부재 제어부(회전 제어부)(212)와, 수정 진동자(13)의 공진 주파수(의 변화량)의 취득을 행하는 성막 레이트 취득부(213)와, 수정 홀더(14)의 회전 구동을 제어하는 홀더 제어부(214)를 가진다.
도 3은, 모니터 헤드(11)(수정 홀더(14))와 차폐 부재(12)를 각각의 회전축선 방향을 따라 보았을 때의 양자의 배치 관계를 나타내는 모식도이다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 모니터 헤드(11)의 내부에는, 복수의 수정 진동자(13)(13a, 13b)를 원주 방향으로 등간격으로 배치하여 지지하는 수정 홀더(14)가 조립되어 있다. 모니터 헤드(11)에는, 수정 진동자(13)보다 조금 큰 모니터 개구(11a)가 하나 설치되어 있고, 수정 홀더(14)는, 지지하는 수정 진동자(13) 중 하나를 모니터 개구(11a)를 거쳐 외부(증발원 장치(300))로 노출되는 위치(회전 위상)에서 지지한다.
도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 수정 홀더(14)는, 그 중심이 서보 모터(16)의 모터축(16a)에 연결되어 있고, 서보 모터(16)에 의해 회전 구동된다. 이에 의해, 모니터 개구(11a)를 거쳐 외부로 노출되는 수정 진동자(13)를 순차로 절환할 수 있도록 구성되어 있다. 즉, 수정 홀더(14)에 지지된 복수의 수정 진동자(13) 중 하나의 수정 진동자(13a)가 모니터 개구(11a)와 위상이 겹치는 위치에 있고, 다른 수정 진동자(13b)는 사용 종료 또는 교환용의 수정 진동자로서 모니터 헤드(11)의 내부에 가려진 위치에 있다. 모니터 개구(11a)를 거쳐 외부로 노출되고 있는 수정 진동자(13)가, 성막 재료(400)의 부착량이 소정량을 넘어 수명에 도달하면, 수정 홀더(14)가 회전하여, 새로운 수정 진동자(13)를 모니터 개구(11a)와 겹치는 노출 위치로 이동시킨다.
홀더 제어부(214)에 의한 서보 모터(16)의 회전 제어는, 검출부(18a)와 피검출부(18b)로 이루어지는 위상 위치 검출 수단(18)이 검출하는 수정 홀더(14)의 회전 위치(회전 위상)에 기초하여 행해진다. 또한, 위치(위상) 검지 수단으로서는, 로터리 인코더 등의 공지된 위치 센서를 이용하여도 된다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 차폐 부재(12)는, 대략 원반 형상의 부재이며, 그 중심이 서보 모터(15)의 모터축(15a)에 연결되어 있어, 서보 모터(15)에 의해 회전 구동된다. 차폐 부재(12)는, 부채꼴 형상의 개구 슬릿(개구부, 비차폐부)(12a)이, 회전 중심으로부터 떨어진 위치로서, 그 회전 궤도가 모니터 헤드(11)의 모니터 개구(11a)와 겹치는 위치에 설치되어 있다.
도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 차폐 부재(12)가 회전함으로써, 모니터 개구(11a)에 대한 개구 슬릿(12a)의 상대 위치(상대 위상)가, 모니터 개구(11a)와 겹치는 위치(개구 위치, 비차폐 위치)와, 겹치지 않는 위치(비개구 위치, 차폐 위치)로 변화한다. 이에 의해, 차폐 부재(12)에 있어서 개구 슬릿(12a)을 제외한 영역 부분이 차폐부(12b)가 되고, 이것이 모니터 개구(11a)와 겹치는(덮는) 위치(위상)에 있을 때, 수정 진동자(13a)로의 성막 재료(400)의 부착이 방해되는 차폐 상태(비개구 상태)가 된다. 또한, 개구 슬릿(12a)이 모니터 개구(11a)와 겹치는 위치(위상)에 있을 때, 수정 진동자(13a)로의 성막 재료(400)의 부착이 허용되는 비차폐 상태(개구 상태)가 된다.
차폐 부재 제어부(212)에 의한 서보 모터(15)의 회전 제어는, 검출부(17a)와 피검출부(17b)로 이루어지는 위상 위치 검출 수단(17)이 검출하는 차폐 부재(12)의 회전 위치(회전 위상)에 기초하여 행해진다. 또한, 위치(위상) 검지 수단으로서는, 로터리 인코더 등의 공지된 위치 센서를 이용하여도 된다.
개구 슬릿(12a)은, 본 실시예에서는, 닫힌 구멍으로 되어 있지만, 차폐 부재(12)의 둘레 단부에서 개방된 절결 형상으로 되어 있어도 된다. 또한, 설치하는 개수도 2개 이상이어도 되고, 슬릿 형상도 본 실시예에서 나타낸 부채꼴 형상으로 한정되지 않고 다양한 형상을 채용할 수 있다. 개구 슬릿(12a)을 복수 설치하는 경우에는, 각각 다른 형상으로 하여도 된다.
수정 진동자(13a)는, 전극, 동축 케이블 등을 거쳐 외부 공진기(19)에 접속되고 있다. 수정 진동자(13a) 표면에 퇴적한 성막 재료(400)의 박막과, 이면의 전극과의 사이에 전압을 인가함으로써 생성되는 발신 신호가, 수정 진동자(13)의 공진 주파수(의 변화량)로서, 공진기(19)로부터 성막 레이트 취득부(213)에 전달되어, 취득된다.
도시를 생략하지만, 모니터 유닛(10)에는, 열원이 되는 모터(15, 16)의 열을 냉각하기 위한 냉각수를 흘리기 위한 유로가 구비되어 있다.
또한, 여기서 나타낸 성막 레이트 모니터 장치의 구성은 어디까지나 일례이며, 이에 한정되는 것은 아니고, 이미 알려진 다양한 구성을 적절히 채용하여도 된다.
＜히터의 전력 공급 제어＞
히터(302)의 발열량은, 히터(302)로 공급되는 전력량(전류치)이 전원 회로를 포함하는 가열 제어부(22)에 의해 제어됨으로써 제어된다. 전력 공급량은, 예를 들면, 도시하지 않은 온도 검출 수단에 의해 검출되는 온도가, 소망하는 성막 레이트를 얻는데 적합한 소정의 제어 목표 온도로 유지되도록 PID 제어에 의해 조정된다. 소정의 성막 레이트를 유지할 수 있는 히터(302)의 발열량(히터(302)로의 공급 전력)을, 소정 시간 유지함으로써, 기판(100)의 피성막면에 소망하는 막 두께의 박막을 성막할 수 있다(막 두께 = 성막 레이트［Å／S］× 시간［t］).
본 실시예와 관련되는 성막 장치(2)는, 히터(302)의 가열 제어에 있어서의 공급 전력의 제어 방법으로서, 레이트 제어와 평균 파워 제어를 절환하여 실행 가능하게 구성되어 있다. 또한, 전력 제어 방법은 이에 한정되는 것은 아니다.
레이트 제어에서는, 성막 레이트 모니터 장치(1)에 의해 취득되는 성막 레이트의 모니터값(실측값)이 소망하는 목표 레이트(이론치)와 일치하도록 제어 목표 온도가 적시에 변경되고, 설정되는 제어 목표 온도에 따라 히터(302)로의 공급 전력량이 제어된다.
본 실시예에서는, 성막 레이트 모니터 장치(1)에 의해 취득되는 성막 레이트의 모니터값(실측값)에 의하지 않고 히터(302)로의 공급 전력량을 결정하는 전력 제어로서, 평균 파워 제어를 이용하고 있다. 평균 파워 제어에서는, 공급 전력의 과거 수 샘플링의 이동 평균을 목표 전력량으로 하여, 이러한 목표 전력량을 유지하도록 히터(302)로의 전력 공급을 제어하는 제어 방법이다. 또한, 미리 설정된 전력량(목표 전력량)을 유지하도록 히터(302)에 전력 공급하는 파워 제어를 이용해도 된다. 이러한 전력 제어에서는, 성막 레이트를, 성막 재료의 종류나 기판과 증발원의 상대 속도 등의 성막 조건에 기초하여 설정되는 이론값를 이용하여 막 두께를 제어한다.
＜본 실시예의 특징＞
＜하지 성막 레이트 모니터 장치＞
본 실시예와 관련되는 성막 장치(2)는, 이하에서 기술하는 하지 성막 레이트 모니터 장치를 구비하는 것을 특징으로 하고 있다. 하지 성막 레이트 모니터 장치는, 상술한 성막 처리 공정에 앞서 행해지는, 성막 레이트 모니터 장치(1)의 수정 진동자(13a, 13b)에 미리 성막 재료(400)에 의한 하지막을 형성하는 하지막 형성 처리에 있어서, 하지막의 성막 레이트를 모니터 하기 위해 사용된다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 하지 성막 레이트 모니터 장치는, 하지막 모니터 유닛(50)과, 하지막 모니터 제어부(23)를 구비한다. 하지막 모니터 유닛(50)은, 수정 진동자(13c)와, 셔터(51)를 구비하고, 진공 챔버(200) 내에서 수정 진동자(13c)가 증발원 장치(300)와 대향하도록 배치된다. 또한, 하지막 모니터 제어부(23)은, 셔터(51)의 개폐를 제어하는 셔터 제어부(231)와, 수정 진동자(13c)의 공진 주파수(의 변화량)의 취득을 행하는 하지 성막 레이트 취득부(233)를 구비한다.
제2 수정 진동자로서의 수정 진동자(13c)는, 하지막 형성에 있어서의 하지막 레이트의 취득에 사용되는 것으로, 제1 수정 진동자로서의 수정 진동자(13a, 13b)와 마찬가지로, 전극, 동축 케이블 등을 거쳐 도시하지 않은 외부 공진기에 접속되고 있다. 수정 진동자(13c) 표면에 퇴적한 성막 재료(400)의 박막과, 이면의 전극과의 사이에 전압을 인가함으로써 생성되는 발신 신호가, 수정 진동자(13c)의 공진 주파수(의 변화량)로서, 공진기로부터 하지 성막 레이트 취득부(233)에 전달되어, 취득된다. 또한, 수정 진동자(13c)의 표면에는 미리 성막 재료(400)에 의한 하지막이 형성되어 있다. 그 형성 방법은 특히 한정되지 않는다.
셔터(51)는, 수정 진동자(13c)와 증발원 장치(300)의 사이에 위치하는 폐쇄 위치(도 1의 실선 위치)와, 수정 진동자(13c)가 증발원 장치(300)에 대해 노출되는 개방 위치(도 1의 파선 위치)로, 이동 가능하게 구성되어 있다. 하지막 형성 처리를 행하는 경우에는, 수정 진동자(13c)에 대한 성막 재료(400)의 부착을 허용하도록 셔터 제어부(231)는 셔터(51)를 개방 위치로 이동시킨다. 상술한 기판(100)에 대한 성막 처리를 행하는 경우(또는 하지막 생성 처리를 행하지 않는 경우)에는, 수정 진동자(13c)에 대한 성막 재료(400)의 부착을 차단하도록 셔터 제어부(231)는 셔터(51)를 폐쇄 위치로 이동시킨다.
＜하지막 형성 처리＞
도 4에 나타내는 바와 같이, 하지막 형성 처리(하지막 형성 공정)는, 성막 처리(성막 공정)의 실시에 앞서 실시되는 처치이다. 본 실시예에서는, 하지막 형성 시에 성막 재료(400)가 기판(100)에 부착하는 것을 막도록, 하지막 형성 처리를, 기판(100)을 진공 챔버(200) 내로 반입하기 전에 실시하는 구성으로 하고 있다.
도 5는, 본 실시예에 있어서의 하지막 형성 처리의 플로우차트이다. 본 실시예에서는, 모니터 유닛(10)에 구비되는 복수의 수정 진동자(13)에 대해 순차로 성막 재료(400)에 의한 하지막을 형성하는 처리를 행한다. 이하에서 설명하는 하지막 형성 처리에 있어서의 제어 주체는, 상술한 제어부(20)이며, 하지막 모니터 유닛(50), 진공 챔버(200), 증발원 장치(300) 등을 포함하여, 본 발명의 하지막 형성 장치를 구성한다.
하지막 형성 처리에서는, 기판(100)이 반입되어 있지 않은 진공 챔버(200)의 내부를, 배기 장치(24), 가스 공급 장치(25)에 의해, 성막 처리와 마찬가지의 소정의 분위기 상태로 하고, 셔터(51)를 개방 위치로 이동시켜, 히터(302)의 가열이 개시된다. 하지막 형성 처리에 있어서의 히터(302)의 가열 제어는, 하지막 모니터 유닛(50)을 사용하여 하지 성막 레이트 취득부(233)에 의해 취득되는 하지막의 성막 레이트(제2 성막 레이트)를 기초로, 상술한 레이트 제어에 의해 행해진다(S101). 하지막 형성 처리에 있어서의 레이트 제어의 상세한 내용은, 상술한 성막 처리에 있어서의 레이트 제어와 마찬가지이므로, 설명을 생략한다. 이 가열 제어에 의해, 모니터 유닛(10)에 구비되는 복수의 수정 진동자(13) 중 모니터 개구(11a)를 거쳐 외부로 노출되고 있는 수정 진동자(13)로 증발한 성막 재료(400)를 부착·퇴적시켜, 성막 재료(400)에 의한 하지막을 형성한다. 수정 진동자(13)에 소망하는 막 두께의 하지막의 형성이 가능해지면(S102；YES, S103；NO), 모니터 개구(11a)를 거쳐 외부로 노출되는 수정 진동자(13)의 절환을 행한다(S104). 이하 마찬가지로 히터(302)의 가열 제어를 행하여, 모니터 유닛(10)에 구비되는 모든 수정 진동자(13)에 하지막을 형성한다. 모든 수정 진동자(13)의 하지막 형성이 완료되면(S103；YES), 하지막 생성 처리가 종료한다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 하지막 형성 처리가 종료하면, 기판(100)이 진공 챔버(200) 내에 반입되어, 상술한 성막 처리가 개시된다. 성막 처리에서는, 상술한 하지막 형성 처리에 의해 하지막이 형성된 수정 진동자(13)에 의해 취득되는 성막 레이트(제1 성막 레이트)에 기초하여, 히터(302)의 가열이 제어되게 된다.
＜본 실시예의 우수점＞
본 실시예에 의하면, 성막 처리의 제어에 이용되는 수정 진동자(13)의 하지막 형성에 있어서, 성막 레이트(성막 속도)를 모니터하면서 히터(302)의 가열을 제어할 수 있다. 따라서, 성막 처리의 제어에 이용되는 복수의 수정 진동자(13)에 각각 형성되는 하지막을 소망하는 막 두께로 형성할 수 있다. 이에 의해, 복수의 수정 진동자(13)의 각각의 하지막의 막 두께의 균일화가 가능해지고, 복수의 수정 진동자(13) 사이에서의 검지 특성의 편차를 작게 할 수 있으며, 사용 가능한 기간(수명)의 균일화를 도모할 수 있다. 따라서, 성막 처리에 있어서의 성막 레이트의 안정적인 검지가 가능해진다.
＜기타＞
본 실시예에서는, 하지막 형성 처리를 기판(100)의 챔버 내의 반입 전에 실시하는 구성으로 하고 있었지만, 기판(100) 반입 후에 실시하는 구성으로 하여도 된다. 그 경우는, 임의의 차폐 부재(도시하지 않음)를 기판(100)과 증발원 장치(300)의 사이에 배치하는 등으로 하여, 하지막 형성 처치 중에 성막 재료(400)가 기판(100)에 부착되는 것을 막는 수단을 강구하면 된다. 이 구성에 의하면, 챔버(200) 내의 압력조정 공정의 회수를 줄일 수 있어, 제조 시간(택트(tact))의 단축을 도모할 수 있다.
본 실시예에서는, 하지막의 성막에, 기판(100)의 성막 재료(400)를 사용하고 있었지만, 이와 다른 성막 재료를 사용해도 된다. 수정 진동자(13)와의 밀착성이나 성막 재료(400)와의 상응성 등의 관점에서, 다양한 성막 재료를 사용할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는, 하지막 생성 처리를 행하지 않을 때의 수정 진동자(13c)로의 성막 재료의 부착을 막는 수단으로서, 셔터(51)를 이용하고 있었지만, 이러한 구성으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 셔터(51)를 설치하는 대신에, 하지막 모니터 유닛(50)을 진공 챔버(200) 내로부터 퇴실시킬 수 있는 기구 등을 설치하여, 하지막 생성 처리를 행하지 않을 때는 하지막 모니터 유닛(50)을 진공 챔버(200) 밖에 배치하여 두도록 하여도 된다.
1: 성막 레이트 모니터 장치
10: 모니터 유닛
11: 수정 모니터 헤드
11a: 모니터 개구
12: 차폐 부재(초퍼)
12a: 개구 슬릿(개구부, 비차폐부)
12b: 차폐부
13(13a, 13b): 수정 진동자(제1 수정 진동자)
14: 수정 홀더(회전 지지체)
15: 서보 모터(구동원)
15a: 모터축
16: 서보 모터(구동원)
16a: 모터축
17(17a, 17b): 위치(회전 위상) 검출 수단
18(18a, 18b): 위치(회전 위상) 검출 수단
19: 공진기
2: 성막 장치
100: 기판
20: 제어부(취득부, 가열 제어부)
200: 진공 챔버(성막실)
300: 증발원 장치
301: 증발원 용기(도가니)
302: 히터(가열원)
303: 노즐
50: 하지막 모니터 유닛
51: 셔터
13c: 수정 진동자(제2 수정 진동자)
23: 하지막 모니터 제어부
231: 셔터 제어부
233: 하지 성막 레이트 취득부

Claims (10)

  1. 챔버와,
    상기 챔버 내에 배치되고, 성막 재료를 수용하는 증발원 용기와,
    상기 챔버 내에 배치되고, 상기 증발원 용기로부터 증발한 상기 성막 재료에 의해 하지막이 형성되는 제1 수정 진동자와,
    상기 챔버 내에 배치되고, 상기 하지막의 성막 레이트를 취득하기 위해 사용되는 제2 수정 진동자와,
    상기 제2 수정 진동자의 공진 주파수의 변화에 기초하여, 상기 하지막의 성막 레이트를 취득하는 취득부와,
    상기 증발원 용기를 가열하는 가열원을 갖고, 상기 가열원에 공급하는 전력을 제어하는 가열 제어부로서, 상기 취득부가 취득하는 상기 하지막의 성막 레이트에 기초하여 상기 가열원에 공급하는 전력을 제어하는 가열 제어부,
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 하지막 형성 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 수정 진동자는, 상기 하지막이 성막된 후에, 상기 챔버 내에 배치된 성막 대상물에 대한 성막 재료의 성막 레이트를 취득하기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 하지막 형성 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 수정 진동자는, 상기 챔버 내에 배치된 성막 대상물에 대한 성막 재료의 성막 레이트를 모니터하기 위한 모니터 유닛에 복수 구비되어 있고,
    상기 모니터 유닛은, 복수의 상기 제1 수정 진동자에 대해 순차로 상기 하지막을 형성할 수 있도록, 상기 증발원 용기에 대한 복수의 상기 제1 수정 진동자의 노출 상태를 변화시키도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 하지막 형성 장치.
  4. 성막 대상물을 수용하는 챔버와,
    상기 챔버 내에 배치되고, 성막 재료를 수용하는 증발원 용기와,
    상기 챔버 내에 배치되고, 상기 성막 대상물에 대한 상기 성막 재료의 성막 레이트인 제1 성막 레이트를 취득하기 위해 사용되는 제1 수정 진동자와,
    상기 제1 수정 진동자의 공진 주파수의 변화에 기초하여 상기 제1 성막 레이트를 취득하는 취득부와,
    상기 증발원 용기를 가열하는 가열원을 갖고, 상기 가열원에 공급하는 전력을 제어하는 가열 제어부로서, 상기 취득부가 취득하는 상기 제1 성막 레이트에 기초하여 상기 가열원에 공급하는 전력을 제어하는 가열 제어부,
    를 구비하고
    상기 성막 대상물에 상기 성막 재료에 의한 막을 성막하는 성막 공정과,
    상기 성막 공정의 전에, 상기 제1 수정 진동자에 상기 성막 재료에 의한 하지막을 형성하는 하지막 형성 공정을 갖는 성막 장치에 있어서,
    상기 챔버 내에 배치되고, 상기 하지막의 성막 레이트인 제2 성막 레이트를 취득하기 위해 사용되는 제2 수정 진동자를 구비하고,
    상기 하지막 형성 공정에 있어서,
    상기 취득부가, 상기 제2 수정 진동자의 공진 주파수의 변화에 기초하여, 상기 제2 성막 레이트를 취득하고,
    상기 가열 제어부가, 상기 취득부가 취득하는 상기 제2 성막 레이트에 기초하여, 상기 가열원에 공급하는 전력을 제어하는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    복수의 상기 제1 수정 진동자를 지지하고, 상기 성막 공정에 있어서 상기 복수의 제1 수정 진동자 중 하나를 사용하여 상기 제1 성막 레이트를 모니터하는 모니터 유닛으로서, 상기 제1 성막 레이트의 모니터에 사용하는 상기 제1 수정 진동자를 절환할 수 있도록, 상기 증발원 용기에 대한 복수의 상기 제1 수정 진동자의 노출 상태를 변화시키도록 구성된 모니터 유닛을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 모니터 유닛은, 상기 하지막 형성 공정에 있어서, 복수의 상기 제1 수정 진동자에 대해 순차로 상기 하지막을 형성할 수 있도록, 상기 증발원 용기에 대한 복수의 상기 제1 수정 진동자의 노출 상태를 변화시키는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
  7. 챔버 내에 배치된 성막 대상물에 대한 성막 재료의 성막 레이트를 취득하기 위해 사용되는 제1 수정 진동자에, 미리 상기 성막 재료에 의한 하지막을 형성하는 하지막 형성 방법으로서,
    상기 챔버 내에 상기 제1 수정 진동자가 배치된 상태에서, 상기 챔버 내에 배치된 상기 성막 재료를 수용하는 증발원 용기를 가열원에 의해 가열하여, 상기 증발원 용기로부터 증발한 상기 성막 재료에 의해 상기 하지막을 상기 제1 수정 진동자에 형성하는 것으로서,
    상기 가열원에 공급하는 전력을, 상기 챔버 내에 배치된 제2 수정 진동자의 공진 주파수의 변화에 기초하여 취득되는 상기 하지막의 성막 레이트에 기초하여, 제어하는 것을 특징으로 하는 하지막 형성 방법.
  8. 챔버 내에 배치된 성막 재료를 수용하는 증발원 용기를 가열원에 의해 가열하여 상기 증발원 용기로부터 상기 성막 재료를 증발시킴으로써, 상기 챔버 내에 배치된 성막 대상물에 상기 성막 재료에 의한 막을 형성하는 성막 방법으로서,
    제7항에 기재된 하지막 형성 방법에 의해, 상기 성막 대상물에 대한 상기 성막 재료의 성막 레이트를 취득하기 위해 사용되는 제1 수정 진동자에, 상기 성막 재료에 의한 하지막을 형성하는 하지막 형성 공정과,
    상기 하지막 형성 공정에 의해 상기 하지막이 형성된 상기 제1 수정 진동자의 공진 주파수의 변화에 기초하여 취득되는, 상기 성막 대상물에 대한 상기 성막 재료의 성막 레이트에 기초하여, 상기 가열원에 공급하는 전력을 제어하여, 상기 성막 대상물을 성막하는 성막 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 성막 공정에 있어서, 복수의 상기 제1 수정 진동자 중 하나를 사용하여, 상기 성막 대상물에 대한 상기 성막 재료의 성막 레이트를 취득하고,
    상기 하지막 형성 공정에 있어서, 복수의 상기 제1 수정 진동자에 대해 순차로 상기 하지막을 형성하는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 하지막 형성 공정은, 상기 성막 대상물이 상기 챔버 내에 수용되기 전에 행해지는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
KR1020190057183A 2018-10-22 2019-05-15 하지막 형성 장치, 성막 장치, 하지막 형성 방법 및 성막 방법 KR20200045392A (ko)

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