KR20230072496A

KR20230072496A - 성막 제어 장치, 성막 장치 및 성막 방법

Info

Publication number: KR20230072496A
Application number: KR1020237013664A
Authority: KR
Inventors: 요시유키 오타키; 타카유키 마츠다이라; 타케시 야마구치; 미츠히로 미야우치
Original assignee: 신크론 컴퍼니 리미티드
Priority date: 2021-11-08
Filing date: 2022-02-04
Publication date: 2023-05-24
Also published as: JP7171092B1; JP2023069782A; WO2023079770A1; TW202400986A; CN116419986A

Abstract

회전체(25)에 배치된 기판(S)에 광을 조사하는 광원(42)과, 상기 광원으로부터 조사된 광에 대하여, 상기 기판에 성막된 박막의 층을 투과하는 투과광 또는 반사하는 반사광을 수광하는 수광부(46)와, 상기 회전체의 원주 방향의 위치에 대응한 위치 정보를 취득하는 위치 정보 취득부(48)와, 성막 조건을 제어하는 제어부(4)를 구비하고, 상기 제어부는, 상기 위치 정보 취득부에서 취득한 상기 회전체의 원주 방향의 위치 정보에 기초하여 목적으로 하는 기판의 위치를 특정하고, 당해 특정한 위치의 기판에 대하여 상기 광원으로부터 조사된 광의 투과광 또는 반사광을 수광하는 타이밍을 제어하는 타이밍 제어부와, 상기 수광부에서 수광한 투과광 또는 반사광에 기초하여, 복수의 층으로 이루어지는 박막의 각 층의 막두께를 산출하고, 상기 각 층의 막두께와, 원하는 분광 특성을 갖는 박막을 구성하는 각 층의 목표 막두께의 막두께차를 판정하는 막두께 판정부와, 상기 각 층의 막두께가 상기 목표 막두께에 대하여 소정값 이상의 막두께차가 있는 경우에는, 당해 막두께차가 있는 층의 막두께가 당해 층의 목표 막두께가 되도록 당해 층에 대한 성막 조건을 보정한 뒤에, 상기 성막 조건을 설정하는 성막 조건 설정부를 포함한다.

Description

성막 제어 장치, 성막 장치 및 성막 방법

본 발명은, 성막 제어 장치, 성막 장치 및 성막 방법에 관한 것이다.

유리, 플라스틱 또는 반도체 기판과 같은 기판의 표면에, 증착이나 스퍼터 등의 성막 방법을 이용하여 복수의 층으로 이루어지는 박막을 성막하는 것이 행하여지고 있다. 이런 종류의 다층 박막을 성막하는 경우, 박막을 구성하는 각 층의 분광 특성을, 성막 처리를 중단하지 않고 측정하는 광학 측정 장치가 알려져 있다(특허문헌 1).

일본 특허 제5938155호

그러나, 상기 종래 기술에서는, 성막 도중에 있는 각 층의 분광 특성의 측정 결과로부터, 예를 들어 굴절률, 반사율, 소쇠 계수를 산출할 수 있다고 되어 있으나, 분광 특성이 허용 범위를 벗어나 있는 경우에는 어떻게 대처해야 하는지의 언급은 되어 있지 않다. 따라서, 목적으로 하는 원하는 분광 특성을 갖는 다층 박막을 성막할 수 있는 성막 제어 장치, 성막 장치 및 성막 방법이 요구되고 있었다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 다층 박막을 성막하는 경우에, 목적으로 하는 분광 특성이 얻어지도록 다층 박막의 성막 조건을 제어할 수 있는 성막 제어 장치, 성막 장치 및 성막 방법을 제공하는 것이다.

본 발명은, 회전체에 배치된 기판에 광을 조사하는 광원과,

상기 광원으로부터 조사된 광에 대하여, 상기 기판에 성막된 박막의 층을 투과하는 투과광 또는 반사하는 반사광을 수광하는 수광부와,

상기 회전체의 원주 방향의 위치에 대응한 위치 정보를 취득하는 위치 정보 취득부와,

성막 조건을 제어하는 제어부를 구비하고,

상기 제어부는,

상기 위치 정보 취득부에서 취득한 상기 회전체의 원주 방향의 위치 정보에 기초하여 목적으로 하는 기판의 위치를 특정하고, 당해 특정한 위치의 기판에 대하여 상기 광원으로부터 조사된 광의 투과광 또는 반사광을 수광하는 타이밍을 제어하는 타이밍 제어부와,

상기 수광부에서 수광한 투과광 또는 반사광에 기초하여, 복수의 층으로 이루어지는 박막의 각 층의 막두께를 산출하고, 상기 각 층의 막두께와, 원하는 분광 특성을 갖는 박막을 구성하는 각 층의 목표 막두께의 막두께차를 판정하는 막두께 판정부와,

상기 각 층의 막두께가 상기 목표 막두께에 대하여 소정값 이상의 막두께차가 있는 경우에는, 당해 막두께차가 있는 층의 막두께가 당해 층의 목표 막두께가 되도록 당해 층에 대한 성막 조건을 보정한 뒤에, 상기 성막 조건을 설정하는 성막 조건 설정부를 포함함으로써, 상기 과제를 해결한다.

본 발명에서는, 다층 박막의 성막 처리를 중단하지 않고 성막 도중에 있어서 각 층의 투과율 또는 반사율 등의 분광 특성을 측정하고, 성막 종료 후에, 얻어진 분광 특성으로부터 각 층의 막두께를 산출한다. 그리고, 목표 막두께와의 막두께차가 큰 경우에는, 막두께차가 작아지는 성막 조건으로 보정한 뒤에 이후의 성막 처리를 실행한다. 따라서, 다층 박막을 성막하는 경우에, 목적으로 하는 분광 특성이 얻어지도록 다층 박막의 성막 조건을 제어할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 성막 장치의 일 실시형태를 나타내는 종단면도를 포함하는 블록도이다.
도 2a는 도 1의 레이저 센서 및 반사판의 요부를 나타내는 평면도이다.
도 2b는 도 2a의 기판 홀더가 정속으로 회전한 경우에 레이저 센서에서 검출되는 수광 강도를 나타내는 그래프이다.
도 3a는 도 1의 레이저 센서 및 반사판의 요부의 다른 예를 나타내는 정면도이다.
도 3b는 도 3a의 평면도이다.
도 3c는 도 3a의 회전축이 정속으로 회전한 경우에 레이저 센서에서 검출되는 수광 강도를 나타내는 그래프이다.
도 4는 도 1의 기판 홀더의 저면도로서, 기판이 장착되는 측의 면을 나타내는 도면이다.
도 5는 도 1에 나타내는 수정 발진식 막두께계 및 광학 막두께계가 설치된 회전축의 중심부를 나타내는 확대 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 성막 장치를 사용한 성막 처리의 순서의 일례를 나타내는 플로우차트이다.
도 7은 본 발명에 따른 성막 장치를 사용한 성막 처리의 일례로서, 제N회 성막시 및 제(N + 1)회 성막시 각각의 각 층의 성막 재료, 목표 막두께, 해석 막두께, 해석 결과, 현(現)피드백 계수, 신(新)피드백 계수를 나타내는 표이다.
도 8은 본 발명에 따른 성막 장치의 다른 실시형태를 나타내는 종단면도를 포함하는 블록도이다.

이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 기초하여 설명한다. 이하에 있어서, 도 1은, 본 발명에 따른 성막 제어 장치, 성막 장치 및 성막 방법을 적용한 성막 장치(1)의 일 실시형태를 나타내는 도면으로, 주요부의 종단면도를 포함하는 블록도이다. 본 발명의 성막 장치(1)는, 전형적으로는 진공 증착 장치 또는 진공 스퍼터 장치로서 구현화할 수 있으므로, 이하에 있어서는, 진공 증착법을 이용한 성막 장치(1)를 본 발명의 일 실시형태로서 설명하고, 진공 스퍼터법을 이용한 성막 장치(1)를 본 발명의 다른 실시형태로서 설명한다. 단, 본 발명의 성막 제어 장치, 성막 장치 및 성막 방법은, 진공 증착법을 이용한 진공 증착 장치나 진공 스퍼터법을 이용한 진공 스퍼터 장치에만 한정되는 취지는 아니며, 진공 증착 장치 및 진공 스퍼터 장치 이외의 성막 장치를 포함한 넓은 의미에서의 성막 장치에도 적용할 수 있다.

《진공 증착 장치》

본 실시형태의 성막 장치(1)는, 적어도 성막 재료(M)와 기판(S)이 설치되고, 소정의 성막 분위기, 구체적으로는 진공도 등으로 설정 가능한 성막 챔버(2)를 구비한다. 성막 챔버(2)에는, 게이트 밸브(22)를 통하여 배기 장치(21)가 설치되고, 게이트 밸브(22)를 열어 성막 챔버(2)의 내부의 기체를 배기함으로써, 성막 챔버(2)의 내부를, 예를 들어 증착 처리에 적합한 진공 분위기로 설정할 수 있다. 성막 챔버(2)의 내부의 진공도가 높아지면, 증발한 성막 재료(M)의 평균 자유 행정이 커지고, 또한 성막 재료의 증발 온도도 내려가므로, 증착 처리가 촉진된다. 한편, 배기 장치(21) 및 게이트 밸브(22)는, 제어기(3)로부터의 지령 신호에 의해 제어된다.

성막 챔버(2)의 천장에는, 반도체 웨이퍼, 유리 기판, 플라스틱 기판 등의 기판(S)을 지지하는 기판 홀더(25)가 늘어져 설치되어 있다. 특별히 한정하는 취지는 아니지만, 본 실시형태의 기판 홀더(25)는, 성막 재료(M)가 증발하는 허스 라이너(도가니)(23)와, 각각의 기판(S)의 거리가 되도록 균등해지도록, 오목상의 구면을 갖는 판상 부재로 구성되어 있다. 또한, 마찬가지로 특별히 한정하는 취지는 아니지만, 본 실시형태의 기판 홀더(25)는, 모터 등으로 구성된 홀더 구동부(26)에 의해 회전 가능하게 되고, 이에 의해서도, 각각의 기판(S)에 형성되는 막의 두께가 대략 균등해진다. 또한, 마찬가지로 특별히 한정하는 취지는 아니지만, 성막 챔버(2)의 허스 라이너(23)와 기판 홀더(25) 사이에는, 허스 라이너(23)로부터 증발한 성막 재료(M)를 방해하여 기판(S)에 퇴적하는 박막의 막두께를 조정하기 위한 가도식의 막두께 보정판(28)이 설치되어 있다. 막두께 보정판(28)은, 필요에 따라 도 1에 나타내는 바와 같이 도립시킴으로써, 1회전하는 동안의 소정 회전 각도 범위에 있어서의 기판(S)으로의 퇴적을 방해한다. 이에 의해서도, 각각의 기판(S)에 형성되는 막의 두께가 대략 균등해진다. 한편, 홀더 구동부(26)는, 제어기(3)로부터의 지령 신호에 의해 제어되며, 설정된 정속도로 기판 홀더(25)를 회전시킨다.

특별히 한정하는 취지는 아니지만, 기판 홀더(25)는, 홀더 구동부(26)의 회전축(27) 등에 대하여 착탈 가능하게 되어 있다. 그리고, 성막 처리를 행하는 경우에는, 성막 전의 복수의 기판(S)이 장착된 기판 홀더(25)를, 도시하지 않은 로봇 등을 사용하여 파지하고, 도시하지 않은 로드 락 챔버를 통하여 성막 챔버(2)에 반입하고, 홀더 구동부(26)의 회전축(27)에 장착한다. 또한, 성막 처리를 종료하였다면, 로드 락 챔버를 성막 챔버(2)와 동일한 진공 분위기로 설정한 뒤, 성막 후의 기판(S)이 장착된 기판 홀더(25)를, 도시하지 않은 로봇 등을 사용하여 파지하고, 성막 챔버(2)로부터 로드 락 챔버로 반출한다. 이와 같이, 성막 챔버(2)에 로드 락 챔버를 설치함으로써, 성막 챔버(2)의 진공 분위기를 유지한 채, 기판(S)을 성막 챔버(2)에 반입하거나, 성막 챔버(2)로부터 반출하거나 할 수 있다.

가열원(24)은, 성막 챔버(2)의 내부에 설치되고, 허스 라이너(23)에 수용된 성막 재료(M)를 가열하여 증발시킨다. 가열원(24)으로는, 전자총을 사용한 전자 빔 가열 외에, 저항 가열, 고주파 유도 가열, 레이저 빔 가열을 이용할 수 있다. 도 1에 나타내는 실시형태의 가열원(24)은, 전자총을 사용한 전자 빔 가열이며, 근접한 위치에 있는 허스 라이너(23)에 대하여, 전자 빔이 조사된다. 셔터(23a)의 개폐와 가열원(24)의 ON/OFF는, 제어기(3)로부터의 지령 신호에 의해 제어된다. 한편, 본 실시형태의 성막 장치(1)와 같이, 복수의 성막 재료(M)의 복수의 층으로 이루어지는 박막을 성막하는 경우, 성막 재료(M)마다 복수의 허스 라이너(23)를 설치하고, 각각의 허스 라이너(23)의 셔터(23a)의 개폐 타이밍을 제어한다.

본 실시형태의 성막 장치(1)는, 성막 조건 제어기(4)를 구비한다. 본 실시형태의 성막 조건 제어기(4)는, 회전하는 기판 홀더(25)에 고정된 기판(S)의 위치를 특정하고, 박막을 구성하는 각 층의 분광 특성을 성막 중에 연속해서 측정하고, 성막 종료 후에, 얻어진 박막의 분광 특성이 허용 범위를 벗어나 있는 경우에는, 그 분광 특성에서 기인하는 성막 조건(예를 들어 막두께)을 보정한 뒤에, 다음의 성막 처리를 실행한다.

그 때문에, 본 실시형태의 성막 조건 제어기(4)는, 기판 홀더(25)의 원주 방향의 위치에 대응한 위치 정보를 취득하는 레이저 센서(48)와 반사판(251)을 구비하고, 이들이 본 발명의 위치 정보 취득부에 상당한다. 도 2a는, 레이저 센서(48) 및 반사판(251)을 포함하는 기판 홀더(25)의 요부를 나타내는 평면도이고, 반사판(251)은, 기판 홀더(25)의 외주 단부에, 예를 들어 180°의 위상을 갖고 2개소에 설치되어 있다. 한편, 반사판(251)의 수는 2개소에 한정되지 않고, 기판 홀더(25)의 외주 단부에 1개소 또는 3개소 이상 설치해도 된다.

레이저 센서(48)는, 성막 챔버(2)의 외부에 고정되어, 투시창(29b)을 통하여 반사판(251)이 설치된 위치를 향해 레이저광을 조사하고, 그 반사광을 수광함으로써 수광 강도를 출력한다. 한편 레이저 센서(48)는, 성막 챔버(2)의 내부에 배치해도 된다. 도 2b는, 기판 홀더(25)가 정속으로 회전한 경우에 레이저 센서(48)에서 검출되는 수광 강도를 나타내는 그래프이고, 반사판(251)에서 레이저광이 반사되는 타이밍에서 소정의 수광 강도가 검출되고, 그 이외의 타이밍에서는 수광이 검출되지 않는다.

이와 같이, 레이저 센서(48)로부터 조사된 레이저광은, 기판 홀더(25)가 1회전하는 동안에 2회, 반사판(251)에서 반사되고, 그 반사 신호가 입력된다. 기판 홀더(25)에 있어서의 반사판(251)의 원주 방향의 위치와, 각 기판(S)의 원주 방향의 장착 위치는 기지이고, 또한 홀더 구동부(26)에 의한 기판 홀더(25)의 회전 속도도 정속의 기지값이라고 하면, 레이저 센서(48)가 반사판(251)을 검출한 타이밍으로부터, 특정한 기판(S)의 위치를 동정할 수 있다. 레이저 센서(48)의 검출 신호는, LED 전원(43)과 분광기(46)에 출력된다.

한편, 반사판(251)을 설치하는 위치는, 도 1 및 도 2a에 나타내는 바와 같은 기판 홀더(25)의 외주 단부에 한정되지 않고, 기판 홀더(25)와 함께 회전하는 부위이면 되므로, 회전축(27)에 설치해도 된다. 도 3a는, 회전축(27)에 고정되어 동반 회전하는 반사판(251)을 나타내는 정면도, 도 3b는 평면도이고, 본 예의 반사판(251)은, 그 외주부에 2개의 컷아웃부(252)가 형성되어 있다. 한편, 컷아웃부(252)의 수는 2개소에 한정되지 않고, 반사판(251)의 외주부에 1개소 또는 3개소 이상 형성해도 된다.

그리고, 레이저 센서(48)는, 도 3b에 나타내는 바와 같이 컷아웃부(252)가 형성된 위치를 향하여 레이저광을 조사하고, 그 반사광을 수광함으로써 수광 강도를 출력한다. 도 3b에 있어서, X 표시가 레이저 센서(48)에 의한 레이저광의 조사 위치를 나타내고, 회전축(27)의 회전에 따른 레이저광의 조사 궤적을 점선으로 나타낸다. 도 3c는, 회전축(27)(기판 홀더(25))이 정속으로 회전한 경우에 레이저 센서(48)에서 검출되는 수광 강도를 나타내는 그래프이고, 반사판(251)에서 레이저광이 반사되는 타이밍에서 소정의 수광 강도가 검출되는 반면, 레이저광이 컷아웃부(252)를 통과하는 타이밍에서는 수광이 검출되지 않는다.

도 1로 되돌아가, 본 실시형태의 성막 조건 제어기(4)는, 기판(S)에 형성된 층의 분광 특성을 성막 처리 중에 측정하기 위하여, 기판(S)에 LED광을 조사하는 LED 투광기(42)(본 발명의 광원에 상당)를 구비한다. LED 투광기(42)에서 발광한 LED광은, 광파이버(44)를 통하여 투광 렌즈 유닛(41)으로 유도되고, 기판 홀더(25)의 소정 위치에 장착된 기판(S)에 조사된다. LED 투광기(42)는, LED 전원(43)으로부터의 공급을 받으면 LED광을 발광하고, LED 전원(43)은, 상술한 레이저 센서(48)로부터의 검출 신호에 기초하는 소정의 타이밍에서 ON/OFF한다. 투광 렌즈 유닛(41)은, 성막 재료(M)의 퇴적을 피하기 위하여 막두께 보정판(28)의 상면에 고정되어 있다. 또한, 기판 홀더(25)와 기판(S)은, LED광이 투과 가능한 재료로 구성되어 있다.

본 실시형태의 성막 조건 제어기(4)는, LED 투광기(42)로부터 조사된 LED광에 대하여, 기판(S) 상에 성막된 층을 투과하는 투과광을 수광하는 분광기(46)(본 발명의 수광부에 상당)를 구비한다. 분광기(46)에서 수광하는 LED광은, 수광 렌즈 유닛(45)과 광파이버(47)에 의해 유도된다. 본 실시형태의 수광 렌즈 유닛(45)은, 성막 챔버(2)의 외부에 고정되어, 투시창(29a)을 통하여 LED광을 수광한다. 수광 렌즈 유닛(45)은, 성막 챔버(2)의 내부에 배치해도 된다. 분광기(46)에는, 레이저 센서(48)로부터의 검출 신호가 입력되므로, 상술한 LED 전원(43)의 발광 타이밍에 동기한 타이밍에서 수광 처리를 실행할 수 있다.

분광기(46)는, 수광한 투과광에 포함되는 각 파장의 강도(스펙트럼)를 출력하고, 이 스펙트럼에 기초하여, 광학적으로 막두께를 측정할 수 있다. 즉, 수광한 투과광의 강도와 참조광의 강도(참조 강도)의 비로부터 투과율(목적물을 투과한 비율)이 산출되고, 산출된 투과율과, 미리 구해 둔 투과율-막두께의 관계식으로부터, 막두께를 산출할 수 있다. 여기서 참조광이란, 측정해야 할 층이 형성되어 있지 않은 상태에 조사되는 LED광이다. 도 4는, 기판 홀더(25)의 기판(S)의 장착면을 나타내는 평면도(기판 홀더(25)의 저면도)이고, 도시하는 바와 같이 복수의 기판(S)이 방사상으로 규칙적으로 고정되어 있다. 당해 도면에 있어서 점선(L2)은, 기판 홀더(25)가 회전한 경우에, 투광 렌즈 유닛(41)을 통하여 조사되는 LED광의 조사점을 연결하는 궤적을 나타낸다. 본 실시형태에서는, 기판 홀더(25)의 점선(L2) 상의 위치에 LED광이 통과할 수 있을 정도의 직경을 갖는 통공(253)을 형성하고, 여기에는 기판(S)을 장착하지 않고 둔다. 이렇게 함으로써, 기판 홀더(25)가 회전하여 이 통공(253)이, 투광 렌즈 유닛(41)으로부터의 LED광의 조사 위치에 도달하면, 수광 렌즈 유닛(45)에는, 박막의 층도 기판(S)도 투과하지 않고, 성막 챔버(2)의 성막 공간만을 통과한 LED광이 수광된다. 이것을 참조광으로 하고, 그 강도를 참조 강도로 함으로써 투과율을 산출한다.

또한, 분광기(46)에 의해 수광한 LED광의 강도에 기초하여, 반사율, 굴절률, 소쇠 계수 등의 특성값도 구할 수 있다. 한편, 본 실시형태의 성막 장치(1)에서는, 성막 조건 제어기(4)에 의해 성막 중의 층의 막두께를 광학적으로 측정할 수 있는 것 외에, 기판 홀더(25)의 중앙 등에 설치한 수정 발진식 막두께계(5)나 광학 막두께계(6)에 의해서도 성막 중의 층의 막두께를 측정할 수 있다. 도 5는, 수정 발진식 막두께계(5) 및 광학 막두께계(6)가 설치된 회전축(27)을 확대하여 나타내는 단면도이다. 회전축(27)의 하단부에는, 수정 발진식 막두께계(5)의 측정 대상이 되는 수정 진동자(S1)와, 광학 막두께계(6)의 측정 대상이 되는 모니터 유리 기판(S2)이 장착되고, 성막시에는, 허스 라이너(23)로부터 증발한 성막 재료(M)가 이들 수정 진동자(S1), 모니터 유리 기판(S2)에 각각 퇴적한다.

수정 발진식 막두께계(5)는, 수정 진동자(S1)의 진동 주파수의 변화를 검출함으로써 수정 진동자(S1)에 퇴적한 박막의 질량을 측정하는 센서로, 측정된 퇴적 질량과 그 성막 재료(M)의 밀도로부터 막두께를 산출할 수 있다. 광학 막두께계(6)는, 반사율로부터 막두께를 구하는 것으로, 먼저 성막 전에 모니터 유리 기판(S2)에 조사한 백색광의 반사광의 강도를 참조 강도로서 측정해 둔다. 그리고, 박막이 퇴적한 모니터 유리 기판(S2)에 조사한 백색광의 반사광의 강도를 측정하고, 참조 강도와 측정한 반사광의 강도의 비로부터 상대 반사율을 산출하고, 산출된 상대 반사율과, 미리 설정해 둔 상대 반사율-막두께의 관계식으로부터, 막두께를 산출한다.

다시 도 1로 되돌아가, 본 실시형태의 성막 조건 제어기(4)는, 성막 조건 설정부(40)를 구비하고, 분광기(46)에서 수광한 투과광에 기초하여 박막을 구성하는 각 층의 막두께를 산출하고, 각 층의 막두께와, 원하는 분광 특성을 갖는 박막을 구성하는 각 층의 목표 막두께의 막두께차를 판정한다. 그리고, 성막 조건 설정부(40)는, 각 층의 막두께가 목표 막두께에 대하여 소정값 이상의 막두께차가 있는 경우에는, 당해 막두께차가 있는 층의 막두께가 당해 층의 목표 막두께가 되도록 당해 층에 대한 성막 조건을 보정한 뒤에, 성막 조건을 갱신한다. 한편, 성막 조건 설정부(40)는, 각 층의 막두께가 목표 막두께에 대하여 소정값 이상의 막두께차가 없는 경우에는, 당해 막두께차가 없는 층의 성막 조건을 보정하지 않고, 그때까지의 설정값을 유지한다. 또한, 성막 조건 설정부(40)는, 성막 처리에서 얻어진 최종적인 박막의 분광 특성(예를 들어 투과율이나 반사율)이, 원하는 분광 특성의 허용 범위에 있는지의 여부를 판정하고, 측정한 분광 특성이 허용 범위에 없다고 판정한 경우에, 성막 조건의 보정을 실행한다. 성막 조건 설정부(40)에서 갱신된 성막 조건은 제어기(3)에 출력되고, 당해 갱신된 성막 조건에 따라 다음의 성막 처리가 실행된다.

다음으로, 본 실시형태의 성막 장치(1)를 사용한 성막 처리의 순서를 설명한다. 도 6은, 본 발명에 따른 성막 장치(1)를 사용한 성막 처리의 순서의 일례를 나타내는 플로우차트이다. 여기서는, 2종류의 성막 재료(M)(SiO₂와 TiO₂)를 번갈아 7층을 성막하는 예를 들어 설명한다. 도 7은, 제N회 성막시 및 제(N + 1)회 성막시 각각의 각 층의 성막 재료, 목표 막두께, 해석 막두께, 해석 결과(해석 막두께/목표 막두께의 백분율), 현피드백 계수, 신피드백 계수를 나타내는 표이다.

도 6에 있어서, 성막 처리가 개시되면, 단계 S1에서 제1층(SiO₂)의 성막을 개시하는 동시에, 단계 S2에서 제1층의 막두께를 측정한다. 단계 S1에 있어서의 제1층의 성막 처리는, 제어기(3)로부터의 지령 신호에 의해 제1층의 SiO₂가 수납된 허스 라이너(23)의 셔터(23a)를 여는 동시에 가열원(24)에 의해 SiO₂를 가열하여 증발시킨다. 이와 함께 기판 홀더(25)를 정속도로 회전시킨다. 이에 의해, 각 기판(S)에 제1층의 SiO₂가 형성된다. 도 7의 상단(제N회 성막시)에 나타내는 바와 같이, 제1층의 목표 막두께는 180nm로 설정되어 있으므로, 수정 발진식 막두께계(5) 또는 광학 막두께계(6)에 의해 계측된 수정 진동자(S1) 또는 모니터 유리 기판(S2)의 막두께가 이 목표 막두께에 도달하면 셔터(23a)를 닫는다. 혹은 이 대신에, 이 목표 막두께 180nm에 상당하는 성막 시간이 경과하면 셔터(23a)를 닫는다.

그리고, 실제의 기판(S)에 대해서는, 제1층의 성막이 종료되었을 때의 기판(S)에 형성된 제1층의 막두께를, 분광기(46)에서 수광한 투과광으로부터 해석하여 구해 둔다. 도 7의 상단(제N회 성막시)에 나타내는 바와 같이, 제1층의 해석 막두께가 190nm였다고 하면 해석 결과(여기서는, 해석 막두께/목표 막두께의 백분율로 정의한다.)는 105.6%가 된다.

이어지는 단계 S3에서, 제7층까지의 성막이 종료되었는지의 여부를 판단하고, 종료되지 않은 경우에는, 제7층의 성막 처리가 종료될 때까지 단계 S1 및 S2를 순차적으로 반복한다. 도 7의 상단(제N회 성막시)에, 제2층부터 제7층까지의 목표 막두께, 해석 막두께, 해석 결과를 나타낸다. 도 6의 단계 S3에 있어서, 모든 층, 즉 제7층까지의 성막이 종료되면 본 예의 박막이 완성되므로, 단계 S4로 진행되어, 박막의 분광 특성(예를 들어 투과율이나 반사율)을 측정한다.

이어지는 단계 S5에서는, 성막을 종료한 박막의 분광 특성이 소정의 허용 범위에 있는지의 여부를 판정하고, 허용 범위 내에 있는 경우에는, 금회의 성막 조건을 보정하지 않고 유지한다. 이에 대하여, 박막의 분광 특성이 허용 범위를 벗어나 있는 경우에는, 단계 S6으로 진행되어, 제1층부터 제7층까지의 각 층의 해석 막두께와, 제1층부터 제7층까지의 각 층의 목표 막두께의 막두께차를 구하고, 소정의 임계값 이하인지의 여부를 판정한다. 여기서, 해석 막두께와 목표 막두께의 막두께차는, 도 7에 나타내는 바와 같은 비율(해석 막두께/목표 막두께의 백분율)이어도 되고, 해석 막두께로부터 목표 막두께를 감산한 차분이어도 된다.

단계 S6에 있어서, 구해진 각 층의 목표 막두께와의 막두께차가 소정의 임계값을 초과하는 경우에는, 단계 S7로 진행되어, 당해 층의 막두께차가 소정의 임계값 이하가 되도록 성막 조건을 보정한다. 이에 대하여, 구해진 각 층의 목표 막두께와의 막두께차가 소정의 임계값 이하인 경우에는, 각 층의 막두께에서 기인하는 성막 조건 이외의 요인이 관계되어 있다고 생각되기 때문에, 단계 S7의 처리는 실행하지 않고, 다른 조치를 강구한다.

도 7에 있어서의 구체예에서는, 단계 S6에 있어서의 해석 결과의 임계값을 0%로 하고, 100% 이외의 경우에는 피드백 계수를 산출하고, 산출한 신피드백 계수를 제(N + 1)회 성막시의 현피드백 계수로 설정한 뒤에 제(N + 1)회의 성막 처리를 실행한다. 단계 S7에 있어서, 보정된 성막 조건은 제어부(3)로 출력되어, 다음의 배치(batch)의 기판(S)에 대한 성막 처리에 반영된다.

《진공 스퍼터 장치》

본 발명에 따른 성막 장치(1)는, 도 1에 나타내는 증착 장치 이외에도 스퍼터 장치로서 구현화할 수 있다. 도 8은, 본 발명에 따른 성막 장치의 다른 실시형태를 나타내는 종단면도를 포함하는 블록도이고, 진공 스퍼터 장치에 적용한 예이다. 한편, 도 1에 나타내는 증착 장치로 구현화한 성막 장치(1)와 공통되는 부재에는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 여기에 원용한다.

본 실시형태의 성막 장치(1)는, 적어도 타깃이 장착된 스퍼터 전극(도시 생략)과 기판(S)이 설치되고, 소정의 성막 분위기, 구체적으로는 소정의 진공도 등으로 설정 가능한 성막 챔버(2)를 구비한다. 성막 챔버(2)에는, 게이트 밸브(22)를 통하여 배기 장치(21)가 설치되고, 게이트 밸브(22)를 열어 성막 챔버(2)의 내부의 기체를 배기함으로써, 성막 챔버(2)의 내부를, 예를 들어 스퍼터 처리에 적합한 진공 분위기로 설정할 수 있다. 도시는 생략하지만, 성막 챔버(2)에는, 불활성 가스 등의 각종 가스가 공급된다. 성막 챔버(2)의 내부의 진공도가 높아지면, 스퍼터된 타깃 원자의 평균 자유 행정이 커지므로, 스퍼터 처리가 촉진된다. 한편, 배기 장치(21) 및 게이트 밸브(22)는, 제어기(3)로부터의 지령 신호에 의해 제어된다.

도 8에 나타내는 바와 같이, 반도체 웨이퍼, 유리 기판, 플라스틱 기판 등의 기판(S)은, 드럼형으로 형성된 기판 홀더(25)의 측면에 장착되고, 이들 기판(S)에 대면하는 성막 챔버(2)의 측벽에 상술한 스퍼터 전극(도시 생략)이 설치되어 있다. 드럼형의 기판 홀더(25)는, 그 상단에 접속된 회전축(27)을 통하여 홀더 구동부(26)에 의해 소정의 정속으로 회전한다. 홀더 구동부(26)는, 제어기(3)로부터의 지령 신호에 의해 제어된다.

그 때문에, 본 실시형태의 성막 조건 제어기(4)는, 기판 홀더(25)의 원주 방향의 위치에 대응한 위치 정보를 취득하는 레이저 센서(48)와 반사판(251)을 구비하고, 이들이 본 발명의 위치 정보 취득부에 상당한다. 상세한 도시는 생략하지만, 반사판(251)은, 기판 홀더(25)의 외주 단부에, 예를 들어 180°의 위상을 갖고 2개소에 설치되어 있다.

레이저 센서(48)는, 성막 챔버(2)의 외부에 고정되어, 투시창(29b)을 통하여 반사판(251)이 설치된 위치를 향해 레이저광을 조사하고, 그 반사광을 수광함으로써 수광 강도를 출력한다. 레이저 센서(48)로부터 조사된 레이저광은, 기판 홀더(25)가 1회전하는 동안에 2회, 반사판(251)에서 반사되고, 그 반사 신호가 입력된다. 기판 홀더(25)에 있어서의 반사판(251)의 원주 방향의 위치와, 각 기판(S)의 원주 방향의 장착 위치는 기지이고, 또한 홀더 구동부(26)에 의한 기판 홀더(25)의 회전 속도도 정속의 기지값이라고 하면, 레이저 센서(48)가 반사판(251)을 검출한 타이밍으로부터, 특정한 기판(S)의 위치를 동정할 수 있다. 레이저 센서(48)의 검출 신호는, LED 전원(43)과 분광기(46)에 출력된다.

본 실시형태의 성막 조건 제어기(4)는, 기판(S)에 형성된 층의 분광 특성을 성막 처리 중에 측정하기 위하여, 기판(S)에 LED광을 조사하는 LED 투광기(42)(본 발명의 광원에 상당)를 구비한다. LED 투광기(42)에서 발광한 LED광은, 광파이버(44)를 통하여 투광 렌즈 유닛(41)으로 유도되고, 기판 홀더(25)의 소정 위치에 장착된 기판(S)에 조사된다. LED 투광기(42)는, LED 전원(43)으로부터의 공급을 받으면 LED광을 발광하고, LED 전원(43)은, 상술한 레이저 센서(48)로부터의 검출 신호에 기초하는 소정의 타이밍에서 ON/OFF한다. 투광 렌즈 유닛(41)은, 성막 챔버(2)의 외부에 설치되어, 투시창(29c)을 통하여 LED광을 조사한다. 또한, 기판 홀더(25)와 기판(S)은, LED광이 투과 가능한 재료로 구성되어 있다.

본 실시형태의 성막 조건 제어기(4)는, LED 투광기(42)로부터 조사된 LED광에 대하여, 기판(S) 상에 성막된 층을 투과하는 투과광을 수광하는 분광기(46)(본 발명의 수광부에 상당)를 구비한다. 분광기(46)에서 수광하는 LED광은, 수광 렌즈 유닛(45)과 광파이버(47)에 의해 유도된다. 본 실시형태의 수광 렌즈 유닛(45)은, 성막 챔버(2)의 외부에 설치되어, 투시창(29a)을 통하여 LED광을 수광한다. 분광기(46)에는, 레이저 센서(48)로부터의 검출 신호가 입력되므로, 상술한 LED 전원(43)의 발광 타이밍에 동기한 타이밍에서 수광 처리를 실행할 수 있다.

분광기(46)는, 수광한 투과광에 포함되는 각 파장의 강도(스펙트럼)를 출력하고, 이 스펙트럼에 기초하여, 광학적으로 막두께를 측정할 수 있다. 즉, 수광한 투과광의 강도와 참조광의 강도(참조 강도)의 비로부터 투과율(목적물을 투과한 비율)이 산출되고, 산출된 투과율과, 미리 구해 둔 투과율-막두께의 관계식으로부터, 막두께를 산출할 수 있다. 여기서 참조광이란, 측정해야 할 층이 형성되어 있지 않은 상태에 조사되는 LED광으로, 상술한 도 4에 나타내는 실시형태와 마찬가지로, 기판 홀더(25)의 소정 위치에 LED광이 통과할 수 있을 정도의 직경을 갖는 통공(253)을 형성함으로써, 수광 렌즈 유닛(45)에서 수광할 수 있다. 이것을 참조광으로 하고, 그 강도를 참조 강도로 함으로써 투과율을 산출한다.

1…성막 장치
2…성막 챔버
21…배기 장치
22…게이트 밸브
23…허스 라이너
24…가열원
25…기판 홀더(회전체)
251…반사판(위치 정보 취득부)
252…컷아웃부
253…통공
26…홀더 구동부
27…회전축
28…막두께 보정판
29a, 29b, 29c…투시창
3…제어기(성막 처리부)
4…성막 조건 제어기(제어부)
40…성막 조건 설정부
41…투광 렌즈 유닛
42…LED 투광기(광원)
43…LED 전원
44…광파이버
45…수광 렌즈 유닛
46…분광기
47…광파이버
48…레이저 센서(위치 정보 취득부)
5…수정 발진식 막두께계
6…광학 막두께계
M…성막 재료
S…기판

Claims

회전체에 배치된 기판에 광을 조사하는 광원과,
상기 광원으로부터 조사된 광에 대하여, 상기 기판에 성막된 박막의 층을 투과하는 투과광 또는 반사하는 반사광을 수광하는 수광부와,
상기 회전체의 원주 방향의 위치에 대응한 위치 정보를 취득하는 위치 정보 취득부와,
성막 조건을 제어하는 제어부를 구비하고,
상기 제어부는,
상기 위치 정보 취득부에서 취득한 상기 회전체의 원주 방향의 위치 정보에 기초하여 목적으로 하는 기판의 위치를 특정하고, 당해 특정한 위치의 기판에 대하여 상기 광원으로부터 조사된 광의 투과광 또는 반사광을 수광하는 타이밍을 제어하는 타이밍 제어부와,
상기 수광부에서 수광한 투과광 또는 반사광에 기초하여, 복수의 층으로 이루어지는 박막의 각 층의 막두께를 산출하고, 상기 각 층의 막두께와, 원하는 분광 특성을 갖는 박막을 구성하는 각 층의 목표 막두께의 막두께차를 판정하는 막두께 판정부와,
상기 각 층의 막두께가 상기 목표 막두께에 대하여 소정값 이상의 막두께차가 있는 경우에는, 당해 막두께차가 있는 층의 막두께가 당해 층의 목표 막두께가 되도록 당해 층에 대한 성막 조건을 보정한 뒤에, 상기 성막 조건을 설정하는 성막 조건 설정부를 포함하는 성막 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 성막 조건 설정부는, 상기 각 층의 막두께가 상기 목표 막두께에 대하여 소정값 이상의 막두께차가 없는 경우에는, 당해 막두께차가 없는 층의 성막 조건을 보정하지 않는 성막 제어 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제어부는, 성막 처리에서 얻어진 박막의 분광 특성이 상기 원하는 분광 특성의 허용 범위에 있는지의 여부를 판정하는 분광 특성 판정부를 포함하고,
상기 막두께 판정부는, 상기 수광부가 수광한 투과광 또는 반사광에 기초하여 박막을 구성하는 각 층의 막두께를 산출하고, 상기 각 층의 막두께와, 원하는 분광 특성을 갖는 박막을 구성하는 각 층의 목표 막두께의 막두께차를 판정하는 성막 제어 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 막두께 판정부는, 상기 수광부에서 수광한 투과광의 강도로부터 투과율을 산출하거나, 또는 반사광의 강도로부터 반사율을 산출하고, 산출된 투과율 또는 반사율로부터 상기 각 층의 막두께를 산출하는 성막 제어 장치.
제4항에 있어서,
상기 막두께 판정부는,
상기 광원으로부터 조사된 광이, 상기 기판 및 박막을 구성하는 각 층을 투과하지 않고 성막 공간만을 통하여 상기 수광부에 수광된 경우의 강도, 또는
상기 광원으로부터 조사된 광이, 상기 기판에만 반사되어 상기 수광부에 수광된 경우의 강도를 참조 강도로 하고,
당해 참조 강도와, 박막을 구성하는 각 층을 투과한 투과광 또는 반사한 반사광의 강도를 비교하여 상기 각 층의 막두께를 산출하는 성막 제어 장치.
제5항에 있어서,
상기 기판이 배치된 상기 회전체의 동일 원주 상의 위치에 통공이 형성되고,
상기 광원으로부터 조사된 광이, 상기 통공을 통과하여 수광부에 수광되었을 때의 강도를 상기 참조 강도로 설정하는 성막 제어 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 위치 정보 취득부는,
상기 회전체에 배치된 반사판과,
상기 반사판에 레이저광을 조사하고, 상기 반사판으로부터 반사된 반사 레이저광을 수광하는 레이저 장치를 포함하고,
상기 타이밍 제어부는,
상기 레이저 장치가 수광한 반사 레이저광의 강도 분포로부터, 상기 회전체의 위치 정보를 취득하고, 취득한 위치 정보에 기초하여, 상기 광원이 펄스광을 발광하는 제1 타이밍과, 상기 수광부가 펄스광을 수광하는 제2 타이밍을 제어하는 성막 제어 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 위치 정보 취득부는,
상기 회전체와 함께 회전하는 회전축과, 상기 회전축에 배치된 2개의 컷아웃부를 포함하는 반사판과, 상기 반사판을 향하여 광을 투광하는 투광부와, 상기 투광부로부터의 광을 수광하는 투광 수광부를 포함하고,
상기 타이밍 제어부는, 상기 투광 수광부가 수광한 광의 강도 분포로부터, 상기 회전체의 위치 정보를 취득하고, 취득한 위치 정보에 기초하여, 상기 광원이 펄스광을 발광하는 제1 타이밍과, 상기 수광부가 펄스광을 수광하는 제2 타이밍을 제어하는 성막 제어 장치.
소정 압력으로 설정되고, 기판이 배치된 회전체를 포함하는 성막 챔버와,
소정의 성막 조건에 따라 복수의 층으로 이루어지는 박막의 성막 처리를 실행하는 성막 처리부와,
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 성막 제어 장치를 구비하는 성막 장치에 있어서,
상기 성막 제어 장치는, 상기 성막 처리부의 상기 소정의 막두께 조건을 설정하는 성막 장치.
회전체에 배치된 기판에, 복수의 층으로 이루어지는 박막을 성막하는 성막 방법에 있어서,
상기 회전체의 원주 방향의 위치 정보에 기초하여 목적으로 하는 기판의 위치를 특정하고,
당해 특정한 위치의 기판에 대하여, 광원으로부터 상기 기판에 광을 조사하는 동시에, 상기 광원으로부터 조사된 광에 대하여, 상기 기판에 성막된 층을 투과하는 투과광 또는 반사하는 반사광을 수광하고,
상기 수광한 투과광 또는 반사광에 기초하여 박막을 구성하는 각 층의 막두께를 산출하고, 상기 각 층의 막두께와, 원하는 분광 특성을 갖는 박막을 구성하는 각 층의 목표 막두께의 막두께차를 판정하고,
상기 각 층의 막두께가 상기 목표 막두께에 대하여 소정값 이상의 막두께차가 있는 경우에는, 당해 막두께차가 있는 층의 막두께가 당해 층의 목표 막두께가 되도록 당해 층에 대한 성막 조건을 보정한 뒤에, 소정의 성막 조건을 설정하고,
상기 소정의 성막 조건에 따라 성막 처리를 실행하는 성막 방법.