KR20230104711A - Sputtering device, sputtering device control method, and sputtering device control device - Google Patents

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히로토시 나카오
요시야스 다나카
히토시 모치즈키
신야 히로타니
테츠히로 오노
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가부시키가이샤 아루박
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Abstract

본 발명의 1형태에 따른 스퍼터링 장치는, 기판에 대향해서 배치되고 막 형성 재료로 구성된 1 이상의 타깃과, 상기 타깃의 배면에 배치된 1 이상의 자석 유닛과, 상기 자석 유닛 각각의 위치, 상기 자석 유닛 각각의 이동 패턴, 및, 상기 자석 유닛 각각을 구성하는 전자석의 유입 전류 혹은 유입 전류 변동 패턴의 적어도 하나를 포함하는 설정조건과, 당해 스퍼터링 장치에 의해서 막 형성된 상기 기판 상의 막 형성 재료의 막질 측정값을 적어도 포함하는 입력정보에 의거하고, 상기 자석 유닛의 적어도 하나에 대한 상기 설정조건의 최적해를 산출하는 최적해 산출부를 가지는 제어장치와, 상기 최적해에 의거하여 상기 자석 유닛의 상기 설정조건을 개별적으로 조정하는 것이 가능한 조정 유닛을 구비한다.A sputtering apparatus according to one aspect of the present invention includes one or more targets disposed facing a substrate and made of a film-forming material, one or more magnet units disposed on the back surface of the targets, positions of each of the magnet units, and the magnet units. Setting conditions including at least one of each movement pattern and an inflow current or an inflow current variation pattern of an electromagnet constituting each of the magnet units, and a film quality measurement value of the film-forming material on the substrate just formed by the sputtering device a control device having an optimal solution calculation unit that calculates an optimal solution of the set condition for at least one of the magnet units based on input information including at least a, and individually adjusting the set condition of the magnet unit based on the optimal solution. It is provided with an adjustment unit capable of doing so.

Description

스퍼터링 장치, 스퍼터링 장치의 제어방법 및 스퍼터링 장치용 제어장치Sputtering device, sputtering device control method, and sputtering device control device

본 발명은 타깃의 배면에 1 이상의 자석 유닛이 배치된 캐소드를 1 이상 가지는 스퍼터링 장치, 그 제어방법 및 스퍼터링 장치용 제어장치에 관한 것이다.The present invention relates to a sputtering device having one or more cathodes in which one or more magnet units are disposed on the rear surface of a target, a control method thereof, and a control device for the sputtering device.

대면적의 기판용의 막 형성장치로서 1 이상의 자석 유닛을 타깃의 배면(비스퍼터링면)에 배열한 마그네트론 스퍼터링 장치가 알려져 있다. 마그네트론 스퍼터링 장치에서 막 형성하는 기판표면의 착막(着膜) 균질성(예를 들면, 막 두께나 시트저항)은 당해 기판이 중요한 성능 요인이고, 당해 균질성을 유지하는 것은 스퍼터링 장치에 요구되는 대단히 중요한 기능이다.A magnetron sputtering apparatus in which one or more magnet units are arranged on the back surface (non-sputtering surface) of a target is known as a film forming apparatus for a large-area substrate. The film deposition homogeneity (e.g., film thickness or sheet resistance) on the surface of a substrate formed in a magnetron sputtering device is an important performance factor for the substrate, and maintaining the homogeneity is a very important function required of a sputtering device. am.

마그네트론 스퍼터링 장치에서는 타깃 표면(스퍼터링면)의 수평 자속밀도(전기장에 직교하는 자속밀도)가 높을 수록 플라즈마에 의한 타깃 표면의 에로젼(Erosion) 속도가 높아지고, 그것에 따라 타깃 표면으로부터 보다 많은 막 형성 재료가 방출되기 때문에, 기판표면으로의 고속 막 형성이 가능하게 된다. 전형적으로는, 타깃 표면에서 수평 자속밀도가 높은 영역일 수록, 당해 영역에 대향하는 기판의 표면영역으로의 착막(着膜) 속도가 다른 표면영역보다도 상대적으로 높아지는 경향이 있다.In the magnetron sputtering device, the higher the horizontal magnetic flux density (magnetic flux density perpendicular to the electric field) of the target surface (sputtering surface), the higher the erosion rate of the target surface by plasma, and accordingly, more film-forming material from the target surface Since is released, high-speed film formation on the substrate surface becomes possible. Typically, the higher the horizontal magnetic flux density is in a region on the target surface, the higher the rate of film deposition to the surface region of the substrate facing the region tends to be relatively higher than that of other surface regions.

따라서 마그네트론 스퍼터링 장치를 사용한 대형기판의 막 형성에 즈음해서는 수평 자기장 밀도의 분포가 기판면 내에어서의 막질의 균질성에 미치는 영향이 크다. 막질이 균질한 막 형성을 실시하기 위해서는 자석 유닛의 위치 혹은 이동 패턴 및 자력강도 혹은 자력강도 변동 패턴을 적절하게 설정하는 것이 필요하다.Therefore, in the case of forming a film on a large substrate using a magnetron sputtering device, the distribution of the horizontal magnetic field density has a great influence on the homogeneity of the film quality within the surface of the substrate. In order to form a film with a homogeneous film quality, it is necessary to appropriately set the position or movement pattern of the magnet unit and the magnetic strength or magnetic strength variation pattern.

자석 유닛의 위치 또는 이동 패턴의 설정에 의해 막질의 균질화를 꾀하는 방법으로서, 자석 유닛을 타깃의 배면을 따라서 왕복 이동시키는 기술(예를 들면 특허문헌 1 참조)이나, 자석 유닛을 타깃의 배면에 대하여 근접 이간시키는 방향으로 이동시키는 기술(예를 들면 특허문헌 2 참조)이 알려져 있다. 또, 특허문헌 3에는 원통상상의 타깃과 그 내부에 배치된 복수의 자석 유닛을 구비하고, 타깃의 표면을 원주 방향으로 회전시킴으로써 자기장이 형성되는 부위를 타깃의 표면에서 원주 방향을 따라서 주사시키는 로터리 캐소드가 개시되어 있다.As a method of achieving homogenization of the film quality by setting the position or movement pattern of the magnet unit, a technique of reciprocating the magnet unit along the back surface of the target (for example, see Patent Document 1), or a magnet unit relative to the back surface of the target A technique for moving in the direction of close spacing is known (for example, refer to Patent Literature 2). Further, Patent Document 3 includes a cylindrical target and a plurality of magnet units arranged therein, and rotates the surface of the target in the circumferential direction to scan a region where a magnetic field is formed along the circumferential direction from the surface of the target. A cathode is disclosed.

일본 공개특허공보 2000-239841호Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-239841 일본 공개특허공보 2020-200525호Japanese Unexamined Patent Publication No. 2020-200525 일본 공개특허공보 2016-113646호Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-113646

타깃 표면의 형상은 에로젼의 진행에 동반해서 변화되기 때문에, 막질의 분포도 경시적으로 변화된다. 따라서 막질의 균질성을 유지하기 위해서는 시간 경과와 함께 항상 최적의 자석 유닛의 위치 혹은 이동 패턴 및 자력강도 혹은 자력강도 변동 패턴을 계속해서 설정할 필요가 있다.Since the shape of the target surface changes along with the progress of erosion, the distribution of film quality also changes with time. Therefore, in order to maintain the homogeneity of the film quality, it is necessary to continuously set the optimal position or movement pattern of the magnet unit and magnetic strength or magnetic strength variation pattern with the passage of time.

그러나, 에로젼의 진행속도는 압력, 인가 전압, 스퍼터링 가스 유입량, 타깃 구성재료, 타깃의 품질차이 등의 다양한 인자의 영향을 받기 때문에, 에로젼의 진행을 정확하게 예측하는 것은 곤란이다. 거기에다, 수평 자속 밀도가 높은 영역일수록 빠르게 에로젼이 진행되기 때문에, 예측과 현실의 에로젼의 진행의 차이는 시간경과와 함께 가속적으로 증폭하게 된다.However, since the progress speed of erosion is affected by various factors such as pressure, applied voltage, sputtering gas flow rate, target constituent material, and quality difference between targets, it is difficult to accurately predict the progress of erosion. In addition, since the erosion proceeds faster in the area where the horizontal magnetic flux density is higher, the difference between the progress of the prediction and the actual erosion accelerates with the passage of time.

따라서, 최적의 자석 유닛의 위치 혹은 이동 패턴 및 자력강도 혹은 자력강도 변동 패턴을 시간 함수로서 미리 설정하는 것은 어렵고, 현실적으로는 막 형성한 기판의 착막 상태를 확인하고, 장치를 정지시켜서, 자석 유닛의 위치 혹은 이동 패턴 및 자력강도 혹은 자력강도 변동 패턴을 조정하는 일련의 작업을 정기적으로 실시할 필요가 있다. 당해 작업의 실시가 장치 가동률 저하의 한 원인이 되고 있고, 이 문제는 기판이 대형화할 수록 현저하게 발생하기 쉽다.Therefore, it is difficult to set in advance the optimal position or movement pattern of the magnet unit and the magnetic force intensity or magnetic force intensity variation pattern as a function of time. It is necessary to regularly carry out a series of operations to adjust the position or movement pattern and the magnetic strength or magnetic strength variation pattern. Execution of the operation is one of the causes of a decrease in the operating rate of the device, and this problem is significantly more likely to occur as the size of the substrate increases.

또, 일반적으로, 동일설계로 생산된 공업제품이라도 개체 차이가 발생하는 것은 피할 수 없다. 따라서 복수의 스퍼터링 장치를 설치하는 경우에는, 인식 가능한 막 형성 조건을 모두 통일시켜도 동등한 막질의 분포를 얻을 수 없는 경우가 발생할 수 있다. 그러한 경우에는 장치마다 자석 유닛의 위치 혹은 이동 패턴 및 자력강도 혹은 자력강도 변동 패턴의 튜닝이 필요하게 되고, 장치운용 시에 해결해야 할 문제에 하나가 된다.Also, in general, individual differences cannot be avoided even among industrial products produced with the same design. Therefore, in the case of installing a plurality of sputtering devices, there may occur a case in which equal distribution of film quality cannot be obtained even if all recognizable film formation conditions are unified. In such a case, it is necessary to tune the position or movement pattern of the magnet unit for each device and the magnetic strength or change pattern of the magnetic force intensity, which is one of the problems to be solved during device operation.

이상과 같은 사정을 감안하여, 본 발명의 목적은 착막 균질성 및 장치 가동률의 향상을 도모할 수 있는 스퍼터링 장치, 그 제어방법 및 스퍼터링 장치용 제어장치를 제공하는 것에 있다.In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a sputtering device, a control method thereof, and a control device for a sputtering device capable of improving film deposition homogeneity and device operation rate.

본 발명의 1형태에 따른 스퍼터링 장치는,A sputtering device according to one aspect of the present invention,

기판에 대향해서 배치되어 막 형성 재료로 구성된 1 이상의 타깃과,at least one target made of a film-forming material disposed facing the substrate;

상기 타깃의 배면에 배치된 1 이상의 자석 유닛과,one or more magnet units disposed on the rear surface of the target;

상기 자석 유닛 각각의 위치, 상기 자석 유닛 각각의 이동 패턴, 및, 상기 자석 유닛 각각을 구성하는 전자석의 유입 전류 혹은 유입 전류 변동 패턴의 적어도 하나를 포함하는 설정조건과, 당해 스퍼터링 장치에 의해서 막 형성된 상기 기판 상의 막 형성 재료의 막질 측정값을 적어도 포함하는 입력정보에 의거하고, 상기 자석 유닛의 적어도 하나에 대한 상기 설정조건의 최적해를 산출하는 최적해 산출부를 가지는 제어장치와,setting conditions including at least one of a position of each of the magnet units, a movement pattern of each of the magnet units, and an inflow current or an inflow current variation pattern of an electromagnet constituting each of the magnet units; a control device having an optimum solution calculation unit that calculates an optimum solution of the set condition for at least one of the magnet units based on input information including at least a film quality measurement value of a film forming material on the substrate;

상기 최적해에 의거하여 상기 자석 유닛의 상기 설정조건을 개별적으로 조정하는 것이 가능한 조정 유닛을 구비한다.and an adjustment unit capable of individually adjusting the setting conditions of the magnet unit based on the optimal solution.

상기 스퍼터링 장치는 상기 기판 상의 막 형성 재료의 막질을 측정하는 장치에 접속되고, 자동적으로 상기 측정값의 취득, 상기 최적해의 산출, 상기 최적해에 의거하는 상기 설정조건의 조정이 이루어지도록할 수 있다.The sputtering device is connected to a device for measuring the film quality of the film forming material on the substrate, and can automatically acquire the measured value, calculate the optimal solution, and adjust the setting conditions based on the optimal solution.

상기 타깃은 플레이너(Planar) 캐소드 등에 제공되는 평판상의 타깃 또는 로터리 캐소드에 제공되는 원통상의 타깃일 수도 있다. 하나의 타깃에 대하여 하나 또는 복수의 자석 유닛이 대응하고 있을 수 있다.The target may be a planar target provided to a planar cathode or the like or a cylindrical target provided to a rotary cathode. One or a plurality of magnet units may correspond to one target.

상기 자석 유닛의 위치는, 자석 유닛에 대응하는 타깃과 당해 자석 유닛과의 상대적인 위치관계를 나타낸다. 즉, 평판상의 타깃에 대해서는, 타깃에 평행한 임의의 기준면에 대한 자석 유닛의 상대위치를 나타낸다. 원통상의 타깃에 대해서는, 타깃의 회전 중심 축에 대한 자석 유닛의 상대위치를 나타낸다.The position of the magnet unit indicates a relative positional relationship between a target corresponding to the magnet unit and the magnet unit. That is, for a flat target, the relative position of the magnet unit with respect to an arbitrary reference plane parallel to the target is indicated. For a cylindrical target, the relative position of the magnet unit with respect to the central axis of rotation of the target is indicated.

상기 자석 유닛의 이동 패턴이란 상기 자석 유닛의 위치를 변동시키면서 하나의 기판의 막 형성을 실시하는 경우의, 상기 자석 유닛의 위치의 시간변화의 패턴을 나타낸다.The movement pattern of the magnet unit indicates a pattern of temporal change of the position of the magnet unit when film formation of one substrate is performed while changing the position of the magnet unit.

상기 자석 유닛의 유입 전류는 자석 유닛을 구성하는 자석의 일부 또는 모두가 전자석인 경우에, 자력을 발생시키는 위해서 코일에 흐르는 전류를 나타낸다.The incoming current of the magnet unit represents a current flowing through a coil to generate magnetic force when some or all of the magnets constituting the magnet unit are electromagnets.

상기 자석 유닛의 유입 전류 변동 패턴이란 상기 자석 유닛의 유입 전류를 변동시키면서 하나의 기판의 막 형성을 실시하는 경우의, 상기 자석 유닛의 유입전*?*의 시간변화의 패턴을 나타낸다.The inflow current variation pattern of the magnet unit represents a pattern of time change before the inflow of the magnet unit when forming a film on one substrate while varying the inflow current of the magnet unit.

상기 막질은 상기 스퍼터링 장치에서 막 형성된 막의 특성을 나타내는 물성값 가운데 하나 이상을 포함한다. 상기 막의 특성을 나타내는 물성값이란 예를 들면, 막 두께, 시트저항, 광선 투과율, 막 응력, 굴절율, 에칭 특성 및 막 밀도이다.The film quality includes at least one of physical property values representing characteristics of a film formed in the sputtering device. Physical property values representing the properties of the film are, for example, film thickness, sheet resistance, light transmittance, film stress, refractive index, etching characteristics, and film density.

상기 기판 상의 막 형성 재료의 막질 측정값은 상기 기판 상의 복수 측정점에서의 막 형성 재료의 막질에 관한 측정 데이터를 포함한다.The measured film quality of the film forming material on the substrate includes measurement data regarding the film quality of the film forming material at a plurality of measuring points on the substrate.

상기 입력정보는 막질의 분포에 영향을 끼칠 수 있는 인자의 1 이상에 관한 정보를 추가로 포함할 수 있다. 상기 막질의 분포에 영향을 끼칠 수 있는 인자란 예를 들면, 상기 막 형성 재료의 종류, 상기 타깃의 표면 형상, 상기 타깃에 인가하는 전압, 방전 시간, 스퍼터링 가스의 종류 및 막 형성시의 압력이다.The input information may further include information on one or more factors that may affect the distribution of membrane quality. The factors that can affect the distribution of the film quality are, for example, the type of film forming material, the surface shape of the target, the voltage applied to the target, the discharge time, the type of sputtering gas, and the pressure during film formation. .

상기 최적해 산출부는 상기 입력정보에 의거하고, 소정의 막질 분포의 관리값을 만족시킬 수 있는 상기 자석 유닛 각각의 위치, 상기 자석 유닛 각각의 이동 패턴, 상기 자석 유닛 각각을 구성하는 전자석의 유입 전류, 상기 자석 유닛 각각을 구성하는 전자석의 유입 전류 변동 패턴의 적어도 하나에 관한 최적해를 산출하게 구성된다.The optimal solution calculating unit determines the position of each of the magnet units, the movement pattern of each of the magnet units, the inflow current of the electromagnets constituting each of the magnet units, based on the input information, that can satisfy a predetermined management value of the membrane distribution. It is configured to calculate an optimal solution for at least one of inflow current variation patterns of electromagnets constituting each of the magnet units.

상기 최적해의 산출 방법으로서는 예를 들면, 실제의 막 형성 결과를 학습한 기계 학습기, 수리 모델에 의한 시뮬레이션, 상기 수리모델 가운데 계산 부하가 큰 부분을 기계 학습기로 재구축한 축퇴화 모델 등을 이용 가능하다.As a method for calculating the optimum solution, for example, a machine learner that learns actual film formation results, a simulation using a mathematical model, and a degenerate model obtained by reconstructing a part of the mathematical model with a large computational load with a machine learner can be used, for example. do.

또, 상기 최적해를 직접 출력하는 상기 기계 학습기나 상기 수리 모델이나 축퇴화 모델을 사용할 수도 있고, 임의의 상기 최적해의 후보에 대하여 예측 막질 분포를 출력하는 상기 기계 학습기나 상기 수리모델이나 축퇴화 모델과, 상기 예측 막질 분포가 최적이 되는 상기 최적해의 후보를 탐색하는 수리 최적화 프로그램을 조합시킨 것을 사용할 수도 있다.In addition, the machine learner, the mathematical model, or the degenerate model that directly outputs the optimal solution may be used, and the machine learner, the mathematical model, or the degenerate model that outputs the predicted film quality distribution for any candidate for the optimal solution , a mathematical optimization program for searching for a candidate of the optimal solution in which the predicted film quality distribution is optimal may be used.

본 발명에 1형태에 따른 스퍼터링 장치의 제어방법은 기판에 대향해서 배치되어 막 형성 재료로 구성된 1 이상의 타깃과, 상기 타깃의 배면에 배치된 1 이상의 자석 유닛을 구비한 스퍼터링 장치의 제어방법으로서,A method for controlling a sputtering device according to one aspect of the present invention is a control method for a sputtering device having at least one target made of a film-forming material and disposed facing a substrate, and at least one magnet unit disposed on the back surface of the target, comprising:

상기 자석 유닛 각각의 위치, 상기 자석 유닛 각각의 이동 패턴, 및, 상기 자석 유닛 각각을 구성하는 전자석의 유입 전류 혹은 유입 전류 변동 패턴의 적어도 하나를 포함하는 설정조건과, 당해 스퍼터링 장치에 의해서 막 형성된 상기 기판 상의 막 형성 재료의 막질 측정값을 적어도 포함하는 입력정보에 의거하고, 상기 자석 유닛의 적어도 하나에 대한 상기 설정조건의 최적해를 산출하고,setting conditions including at least one of a position of each of the magnet units, a movement pattern of each of the magnet units, and an inflow current or an inflow current variation pattern of an electromagnet constituting each of the magnet units; Calculating an optimal solution of the set condition for at least one of the magnet units based on input information including at least a film quality measurement value of a film forming material on the substrate;

상기 최적해에 의거하여 상기 자석 유닛의 상기 설정조건을 개별적으로 조정한다.Based on the optimal solution, the setting conditions of the magnet unit are individually adjusted.

본 발명에 1형태에 따른 스퍼터링 장치용 제어장치는, 기판에 대향해서 배치되어 막 형성 재료로 구성된 1 이상의 타깃과, 상기 타깃의 배면에 배치된 1 이상의 자석 유닛을 구비한 스퍼터링 장치를 제어하는 제어장치로서,A control device for a sputtering device according to one aspect of the present invention controls a sputtering device including at least one target made of a film-forming material and disposed facing a substrate, and at least one magnet unit disposed on the back surface of the target. As a device,

상기 자석 유닛 각각의 위치, 상기 자석 유닛 각각의 이동 패턴, 및, 상기 자석 유닛 각각을 구성하는 전자석의 유입 전류 혹은 유입 전류 변동 패턴의 적어도 하나를 포함하는 설정조건과, 당해 스퍼터링 장치에 의해서 막 형성된 상기 기판 상의 막 형성 재료의 막질 측정값을 적어도 포함하는 입력정보에 의거하고, 상기 자석 유닛의 적어도 하나에 대한 상기 설정조건의 최적해를 산출하는 최적해 산출부를 구비한다.setting conditions including at least one of a position of each of the magnet units, a movement pattern of each of the magnet units, and an inflow current or an inflow current variation pattern of an electromagnet constituting each of the magnet units; and an optimal solution calculation unit that calculates an optimal solution of the set condition for at least one of the magnet units based on input information including at least a film quality measurement value of a film forming material on the substrate.

본 발명에 의하면, 착막 균질성 및 장치 가동률의 향상을 도모할 수 있다.ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the improvement of film-attaching homogeneity and an operating rate of an apparatus can be aimed at.

도 1은 본 발명에 1실시형태에 따른 스퍼터링 장치의 개략 횡단면도이다.
도 2는 상기 스퍼터링 장치에서의 자석 유닛의 1구성예를 설명하는 확대도이다.
도 3은 타깃에 대한 자석 유닛의 상대위치와 막질 균질성과의 관계를 설명하는 모식도이다.
도 4는 자석 유닛의 요동 조정에 의한 막질 분포의 시간변화의 억제를 설명하는 모식도이다.
도 5는 자석 유닛의 배열형태를 나타내는 정면도이다.
도6은 상기 스퍼터링 장치에서의 조정 유닛의 개략적인 구성도이다.
도 7은 상기 스퍼터링 장치에서의 제어장치의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 8은 도 7에 나타내는 제어장치에서 실행되는 처리순서의 1예를 나타내는 플로우차트이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 스퍼터링 장치의 개략 횡단면도이다.
도 10은 도 9에 나타내는 스퍼터링 장치에서의 로터리 캐소드의 개략적인 구성도이다.
도 11은 자석 유닛의 요동 조정에 의한 막질 분포의 시간변화의 억제를 설명하는 모식도이다.
도 12는 타깃에 대한 자석 유닛의 요동 위치와 막질 균질성과의 관계를 설명하는 모식도이다.
도 13은 도 9에 나타내는 스퍼터링 장치에서의 제어장치의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 14는 도 13에 나타내는 제어장치에서 실행되는 처리순서에 1예를 나타내는 플로우차트이다.
도 15는 도 1에 나타내는 스퍼터링 장치의 구성 변형예를 설명하는 요부의 개략도이다.
1 is a schematic cross-sectional view of a sputtering device according to an embodiment of the present invention.
Fig. 2 is an enlarged view explaining one configuration example of a magnet unit in the sputtering device.
Fig. 3 is a schematic diagram explaining the relationship between the relative position of the magnet unit with respect to the target and the film quality homogeneity.
Fig. 4 is a schematic diagram explaining the suppression of the temporal change of the membrane distribution by adjusting the fluctuation of the magnet unit.
5 is a front view showing an arrangement of magnet units.
Fig. 6 is a schematic configuration diagram of an adjustment unit in the sputtering apparatus.
Fig. 7 is a block diagram showing the configuration of a control device in the sputtering device.
Fig. 8 is a flowchart showing an example of a processing procedure executed in the control device shown in Fig. 7;
9 is a schematic cross-sectional view of a sputtering device according to another embodiment of the present invention.
Fig. 10 is a schematic configuration diagram of a rotary cathode in the sputtering device shown in Fig. 9;
Fig. 11 is a schematic diagram explaining the suppression of the temporal change of the membrane distribution by adjusting the fluctuation of the magnet unit.
Fig. 12 is a schematic diagram explaining the relationship between the rocking position of the magnet unit relative to the target and the homogeneity of the film quality.
Fig. 13 is a block diagram showing the configuration of a control device in the sputtering device shown in Fig. 9;
Fig. 14 is a flowchart showing an example of a processing procedure executed in the control device shown in Fig. 13;
Fig. 15 is a schematic diagram of a main part explaining a structural modification of the sputtering device shown in Fig. 1;

이하, 도면을 참조하면서, 본 발명의 실시형태를 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, embodiment of this invention is described, referring drawings.

<제1 실시형태><First Embodiment>

[스퍼터링 장치의 기본구성][Basic configuration of sputtering device]

도 1은 본 발명에 1실시형태에 따른 스퍼터링 장치(100)의 개략 횡단면도이다. 도 1에서, X축, Y축 및 Z축은 서로 직교하는 3축 방향을 나타내고 있고, Z축은 상하 방향(높이 방향)에 상당한다.1 is a schematic cross-sectional view of a sputtering device 100 according to an embodiment of the present invention. In Fig. 1, the X-axis, Y-axis, and Z-axis indicate three axial directions orthogonal to each other, and the Z-axis corresponds to the vertical direction (height direction).

스퍼터링 장치(100)는 마그네트론 스퍼터링 장치이고, 진공 챔버(1)와, 기판 홀더(2)와, 타깃(3)과, 백킹 플레이트(4)와, 복수의 자석 유닛(5)과, 방착판(6)을 구비한다. 스퍼터링 장치(100)는 매엽식의 종형 스퍼터링 장치일 수도 있고, 인라인 방식의 종형 스퍼터링 장치일 수도 있다. 또, 기판의 사이즈가 소정 이하인 경우에는 스퍼터링 장치(100)는 수평형의 스퍼터링 장치일 수도 있다.The sputtering device 100 is a magnetron sputtering device, and includes a vacuum chamber 1, a substrate holder 2, a target 3, a backing plate 4, a plurality of magnet units 5, and an anti-chacking plate ( 6) is provided. The sputtering device 100 may be a single-wafer type vertical sputtering device or an inline type vertical sputtering device. In addition, when the size of the substrate is smaller than a predetermined size, the sputtering device 100 may be a horizontal type sputtering device.

진공 챔버(1)는 진공 펌프(7)에 접속되어 있고, 내부를 소정의 감압분위기로 배기 또는 유지 가능하게 구성된다. 기판 홀더(2)는 진공 챔버(1)의 내부에 배치되고, 기판(W)을 수직자세로 지지한다. 진공 챔버(1) 및 기판 홀더(2)는 전형적으로는 그라운드 전위에 접속된다. 기판(W)은 예를 들면, 가로 1850mm 이상, 세로 1500mm 이상의 직사각형의 글래스 기판이다.The vacuum chamber 1 is connected to a vacuum pump 7, and is configured to be capable of evacuating or maintaining a predetermined reduced pressure atmosphere therein. The substrate holder 2 is disposed inside the vacuum chamber 1 and supports the substrate W in a vertical position. The vacuum chamber 1 and the substrate holder 2 are typically connected to ground potential. The substrate W is, for example, a rectangular glass substrate with a width of 1850 mm or more and a length of 1500 mm or more.

도시하지 않더라도, 진공 챔버(1)에는 기판 홀더(2)의 반입구 및 그 반출구가 설치된다. 상기 반입구 및 반출구는 공통일 수도 있고, 따로 따로일 수 있다. 상기 반입구 및 반출구는 도면에 나타내지 않은 게이트 밸브 등을 통해서 개폐 가능하도록 구성된다.Although not shown, the vacuum chamber 1 is provided with a loading port of the substrate holder 2 and an exit port thereof. The inlet and outlet may be common or separate. The inlet and outlet are configured to be opened and closed through gate valves not shown in the drawings.

타깃(3)은 기판(W)을 막 형성하는 막 형성 재료로 구성된다. 막 형성 재료로서는 전형적으로는, 금속, 합금, 금속 산화물, 금속 질화물, 합성 수지 등을 들 수 있다. 본 실시형태에서는 도전성을 가지는 금속 혹은 합금 타깃이 사용된다.The target 3 is made of a film forming material for forming a film on the substrate W. Typical examples of the film-forming material include metals, alloys, metal oxides, metal nitrides, and synthetic resins. In this embodiment, a metal or alloy target having conductivity is used.

타깃(3)은 잉곳 타깃일 수도 있고, 소결체 타깃일 수도 있다. 타깃(3)의 수, 크기, 배열 등은 특별하게 한정되지 않지만, 본 실시형태에서는 타깃(3)은 기판(W)보다도 큰 면적으로 구성된 단일의 직사각형의 판재로 구성되고, 진공 챔버(1) 내에 있어서 기판(W)에 소정의 거리(TS 거리)를 두고 X축 방향에 대향해서 배치되어 있다.The target 3 may be an ingot target or a sinter target. Although the number, size, arrangement, etc. of the targets 3 are not particularly limited, in the present embodiment, the targets 3 are constituted by a single rectangular plate material having a larger area than the substrate W, and the vacuum chamber 1 Inside, they are disposed facing the substrate W at a predetermined distance (TS distance) in the X-axis direction.

백킹 플레이트(4)는 타깃(3)의 배면을 지지하는 금속판이고, 진공 챔버(1)에 대하여 절연부재(11)를 통해서 고정된다. 백킹 플레이트(4)는 전형적으로는, 인듐 등의 납땜재를 통해서 타깃(3)에 접합된다. 백킹 플레이트(4)는 진공 챔버(1)의 외부에 설치된 RF 전원 혹은 직류전원을 가지는 전력 공급원(8)에 접속된다.The backing plate 4 is a metal plate that supports the rear surface of the target 3 and is fixed to the vacuum chamber 1 via an insulating member 11 . The backing plate 4 is typically bonded to the target 3 via a brazing material such as indium. The backing plate 4 is connected to a power supply 8 having an RF power source or a direct current power source installed outside the vacuum chamber 1 .

복수의 자석 유닛(5)은 백킹 플레이트(4)를 통해서 타깃(3)의 배면(비스퍼터링면)에 대향해서 배치된다. 복수의 자석 유닛(5)은 타깃(3)의 표면(스퍼터링면)에 자기장을 형성하는 자기회로를 구성한다.The plurality of magnet units 5 are disposed facing the back surface (non-sputtering surface) of the target 3 via the backing plate 4 . The plurality of magnet units 5 constitute a magnetic circuit that forms a magnetic field on the surface (sputtering surface) of the target 3 .

도 2는 자석 유닛(5)의 확대도이다. 자석 유닛(5)은 제1 자석(51)과, 제2 자석(52)과, 제1 자석(51) 및 제2 자석(52)을 지지하는 요크(53)를 가진다. 제1 자석(51)의 타깃(3)측의 단부와, 제2 자석(52)의 타깃(3)측의 단부는 각각 역의 자극이 되도록 자화(magnetization)된다. 제1 자석(51) 및 제2 자석(52)의 형상, 배열형태 등은 특별하게 한정되지 않지만, 본 실시형태에서는 제1 자석(51)은 Z축 방향으로 연장되는 직선적인 형상으로 형성되고, 제2 자석(52)은 제1 자석(51)의 주위를 둘러싸도록 직사각형 환상으로 형성된다. 자기회로를 구성하는 제1, 제2 자석(51, 52)의 형상이나 개수는 이 예에 한정되지 않고, 임의로 설정할 수 있다.2 is an enlarged view of the magnet unit 5 . The magnet unit 5 has a first magnet 51 , a second magnet 52 , and a yoke 53 supporting the first magnet 51 and the second magnet 52 . The end of the first magnet 51 on the target 3 side and the end of the second magnet 52 on the target 3 side are magnetized so as to have opposite magnetic poles. The shape, arrangement, etc. of the first magnet 51 and the second magnet 52 are not particularly limited, but in this embodiment, the first magnet 51 is formed in a straight shape extending in the Z-axis direction, The second magnet 52 is formed in a rectangular annular shape so as to surround the periphery of the first magnet 51 . The shape or number of the first and second magnets 51 and 52 constituting the magnetic circuit is not limited to this example and can be arbitrarily set.

방착판(6)은 기판 홀더(2)와 타깃(3) 사이에 배치되고, 타깃(3)으로부터 비래하는 스퍼터링 물질(막 형성 재료)이 진공 챔버(1)의 측벽 내면이나 기판(W)의 외주 영역(기판 홀더(2)의 주연부)에 부착되는 것을 방지하는 동시에, 타깃(3)과 기판 홀더(2) 사이에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 공간(P)을 구획한다. 진공 챔버(1)에는 가스원(9s)으로부터 플라즈마 공간(P)으로 Ar(아르곤) 등의 스퍼터링 가스를 도입하는 가스도입 라인(9)이 장착되어 있다.The anti-chacking plate 6 is disposed between the substrate holder 2 and the target 3, and the sputtering material (film forming material) flying from the target 3 is applied to the inner surface of the side wall of the vacuum chamber 1 or the substrate W. A plasma space P for generating plasma is defined between the target 3 and the substrate holder 2 while preventing adhesion to the outer peripheral region (periphery of the substrate holder 2). The vacuum chamber 1 is equipped with a gas introduction line 9 for introducing a sputtering gas such as Ar (argon) from a gas source 9s into the plasma space P.

스퍼터링 장치(100)에 의해 기판(W)에 막 형성을 실시할 때는, 가스도입 라인(9)으로부터 플라즈마 공간(P)으로 스퍼터링 가스가 도입되는 동시에, 전력 공급원(4)으로부터 백킹 플레이트(4)를 통해서 타깃(3)에 RF 전원 혹은 DC 전원이 입력 으로써, 플라즈마 공간(P)에 마그네트론 방전이 발생한다. 타깃(3)의 배면에 배치된 복수의 자석 유닛(5)은 타깃(3)의 표면에 전기장과 직교하는 자기장을 형성하고, 플라즈마 중의 전자를 타깃(3)의 표면부근에 구속한다. 이것에 의해, 작은 스퍼터링 전력으로도 전자밀도가 높아지고, 타깃으로의 이온 돌입량이 중가한다.When forming a film on the substrate W by the sputtering device 100, the sputtering gas is introduced into the plasma space P from the gas introduction line 9, and the backing plate 4 from the power supply source 4 As RF power or DC power is input to the target 3 through , magnetron discharge occurs in the plasma space P. A plurality of magnet units 5 arranged on the back surface of the target 3 form a magnetic field orthogonal to the electric field on the surface of the target 3, confining electrons in the plasma to the vicinity of the surface of the target 3. As a result, the electron density increases even with a small sputtering power, and the amount of ion rushing into the target increases.

마그네트론 스퍼터링 장치에서는, 타깃 표면(스퍼터링면)의 수평 자속 밀도(전기장에 직교하는 자속밀도)가 높을 수록 플라즈마에 의한 타깃 표면의 에로젼 속도가 높아지고, 그것에 따라 타깃 표면으로부터 보다 많은 막 형성 재료가 스퍼터링되기 때문, 기판표면으로의 고속 막 형성이 가능하게 된다. 전형적으로는, 타깃(3)의 표면에서 각 자석 유닛(5)의 수평 자기장(B)의 자속밀도가 높은 영역일 수록, 당해 영역에 대향하는 기판(W)의 표면영역으로의 착막속도가 다른 표면영역보다도 상대적으로 높아지는 경향이 있다. 이 때문에, 기판(W) 상의 막질 분포를 균일하게 하기 위해서는, 타깃(3)의 표면에서의 수평 자기장(B)의 자속밀도 분포를 엄밀하게 컨트롤할 필요가 있다.In the magnetron sputtering device, the higher the horizontal magnetic flux density (magnetic flux density perpendicular to the electric field) of the target surface (sputtering surface), the higher the erosion rate of the target surface by plasma, and accordingly, more film-forming material is sputtered from the target surface Because of this, high-speed film formation on the substrate surface becomes possible. Typically, the higher the magnetic flux density of the horizontal magnetic field B of each magnet unit 5 is in the area on the surface of the target 3, the film deposition speed to the surface area of the substrate W opposite to the area is different. It tends to be relatively higher than the surface area. For this reason, in order to make the film quality distribution on the substrate W uniform, it is necessary to strictly control the magnetic flux density distribution of the horizontal magnetic field B on the surface of the target 3 .

[자석 유닛의 X축 방향의 위치조정에 의해 막질 분포를 조정할 수 있는 것의 설명][Explanation of how film distribution can be adjusted by adjusting the position of the magnet unit in the X-axis direction]

예를 들면, 자석 유닛의 X축 방향의 위치가 고정되어 있는 경우, 타깃 표면의 에로젼 진행에 동반해서 타깃 표면으로부터 자석 유닛까지의 거리가 서서히 가까워지고, 결과적으로, 당해 타깃 표면에서의 수평 자속 밀도가 높아진다. 또, 도 3(A), (B)에 나타내는 바와 같이, 타깃 표면의 내, 수평 자속 밀도가 높은 영역일 수록 빠르게 에로젼(3e)이 진행되기 때문에, 타깃(3)의 표면에서의 수평 자속 밀도의 차이는 시간의 경과에 따라 보다 현저하게 나타난다. 그 때문에 처리 매수가 많아짐에 따라서 기판(W)의로의 착막 균질성이 악화되는 경향이 있다.For example, when the position of the magnet unit in the X-axis direction is fixed, the distance from the target surface to the magnet unit gradually decreases along with the progress of erosion on the target surface, and as a result, the horizontal magnetic flux on the target surface density increases. In addition, as shown in Fig. 3 (A) and (B), since the erosion 3e advances faster in the area where the horizontal magnetic flux density is higher in the target surface, the horizontal magnetic flux on the surface of the target 3 The difference in density appears more markedly with the lapse of time. For this reason, as the number of processed sheets increases, the uniformity of deposition on the furnace of the substrate W tends to deteriorate.

따라서, 도 3(C)에 나타내는 바와 같이 에로젼(3e)의 진행속도가 높은 타깃(3)의 표면영역에서의 수평 자속 밀도를 내리기 위해서, 그 자기회로를 구성하고 있는 자석 유닛(5)을 타깃(3)의 표면으로부터 멀어지는 방향으로 이동시키도록 하면, 당해 영역에서의 수평 자속 밀도의 가속도적인 증가를 억제하고, 착막량의 균질화를 도모할 수 있다.Therefore, as shown in FIG. 3(C), in order to lower the horizontal magnetic flux density in the surface area of the target 3 where the traveling speed of the erosion 3e is high, the magnet unit 5 constituting the magnetic circuit is If it is made to move in the direction away from the surface of the target 3, the acceleration-like increase of the horizontal magnetic flux density in the said area|region can be suppressed, and the film deposition amount can be homogenized.

또, 자기회로를 구성하는 제1 자석(51) 및 제2 자석(52)의 일부 또는 전부가 전자석인 경우, 자석 유닛(5)의 X축 방향의 위치 조정뿐만 아니라, 제1 자석(51) 및 제2 자석(52)을 구성하는 코일의 유입 전류의 크기나 방향의 조정에 의해서도 타깃(3)의 표면영역에서의 수평 자속 밀도를 조정하고, 착막량의 균질화를 도모할 수 있다.In addition, when some or all of the first magnet 51 and the second magnet 52 constituting the magnetic circuit are electromagnets, not only the position adjustment of the magnet unit 5 in the X-axis direction, but also the first magnet 51 Also, by adjusting the magnitude or direction of the inflow current of the coil constituting the second magnet 52, the horizontal magnetic flux density in the surface area of the target 3 can be adjusted, and the film deposition amount can be homogenized.

[자석 유닛의 Y축 방향의 요동 조정에 의해 막질 분포를 조정할 수 있는 것의 설명][Explanation of how the film distribution can be adjusted by adjusting the Y-axis fluctuation of the magnet unit]

타깃(3)이 한정된 영역만이 에로젼하는 상태에서는 타깃의 사용효율이 낮기 때문에, 자석 유닛(5)을 Y축 방향으로 요동시킴으로써 보다 넓은 범위를 에로젼시키는 기술이 알려져 있다(특허문헌 1 참조).Since the use efficiency of the target is low in a state in which only a limited area of the target 3 is eroded, a technique for eroding a wider range by swinging the magnet unit 5 in the Y-axis direction is known (see Patent Document 1 ).

일반적으로, 등속으로 Y축 방향으로 요동하는 단일의 자석 유닛(5)에 의한 에로젼은 요동의 중심이 가장 빠르기 때문에, 타깃의 표면 형상은 공기(그릇)형이 된다. 도 4(A), (B)는 타깃(3)의 스퍼터링 개시로부터 소정의 시간경과 후에서의 타깃(3)의 표면 형상의 변화와, 타깃(3)에 대한 자석 유닛(5)의 Y축 방향의 위치의 시간변화를 각각 나타내고 있다. 타깃(3)의 표면의 공기의 중앙부분에서는 타깃(3)의 표면과 자석 유닛(5)과의 거리가 가까워지는 속도가 빠르기 때문에, 도 4(B)에 나타내는 바와 같이 에로젼 중앙부(3e-center)와 에로젼 양측부(3e-side)의 진행속도의 차이는 시간경과와 함께 더욱 현저하게 된다. In general, since the erosion by a single magnet unit 5 swinging in the Y-axis direction at a constant speed has the fastest center of swing, the surface shape of the target becomes an air (bowl) shape. 4(A) and (B) show changes in the surface shape of the target 3 after a predetermined time elapses from the start of sputtering of the target 3, and the Y-axis of the magnet unit 5 relative to the target 3 The time change of the position of each direction is shown. Since the speed at which the distance between the surface of the target 3 and the magnet unit 5 approaches is fast in the central part of the air on the surface of the target 3, as shown in Fig. 4(B), the erosion central part 3e- The difference in the progress speed between the center) and the erosion both sides (3e-side) becomes more remarkable with the passage of time.

따라서, 등속으로 요동을 계속했을 경우, 에로젼 중앙부(3e-center)와 에로젼 양측부(3e-side)의 진행속도 밸런스가 변화되고, 에로젼이 진행하면 이것들의 속도의 차이는 더욱 현저해지는 결과, 막질 분포의 변화를 발생시키는 동시에, 타깃 사용 효율을 저하시키게 된다.Therefore, when the rocking is continued at a constant speed, the balance of the traveling speed of the erosion center part (3e-center) and the erosion side part (3e-side) changes, and as the erosion progresses, the difference in these speeds becomes more remarkable As a result, a change in film quality distribution occurs, and at the same time, target use efficiency is reduced.

그래서, 도 4(C)에 나타내는 바와 같이 에로젼 중앙부(3e-center)와 에로젼 양측부(3e-side)의 진행속도 밸런스를 유지하기 위해서, 자석 유닛(5)이 에로젼 양측부(3e-side)의 영역의 주위에 오래 머물고, 자석 유닛(5)의 Y축 방향의 요동 거리를 길게 하는, 및(또는), 요동의 양단에서의 이동속도를 느리게 함으로써, 막질 분포의 변화를 억제하고, 균질한 막질을 유지할 수 있다. 구체적으로는, 요동의 단부 주변에 자석 유닛(5)이 체재하는 시간을 길게 하는(도 4(C) 대책예 1 참조), 요동의 단부에서 자석 유닛(5)이 정지하는 시간을 설치하는(동 대책예 2 참조), 자석 유닛(5)의 요동 폭을 길게 하는(동 대책예 3참조), 혹은, 이것들 대책예 1∼3을 임의로 조합시키는 등의 방법이 채용 가능하다.So, as shown in FIG. 4(C), in order to maintain the balance of the traveling speed between the erosion center portion (3e-center) and the erosion both side portions (3e-side), the magnet unit 5 is erosion both side portions 3e -side), by lengthening the swing distance in the Y-axis direction of the magnet unit 5, and/or by slowing down the moving speed at both ends of the swing, the change in membrane distribution is suppressed, , it is possible to maintain a homogeneous membrane quality. Specifically, lengthening the time for the magnet unit 5 to stay around the end of the swing (see countermeasure example 1 in FIG. 4(C)), providing a time for the magnet unit 5 to stop at the end of the swing ( Methods such as increasing the swing width of the magnet unit 5 (see countermeasure example 3), or arbitrarily combining these countermeasure examples 1 to 3 can be adopted.

또, 자기회로를 구성하는 제1 자석(51) 및 제2 자석(52)의 일부 또는 전부가 전자석인 경우, 자석 유닛(5)의 요동 중의 위치에 따라서 변화되는 제1 자석(51) 및 제2 자석(52)을 구성하는 코일에 흐르는 전류(이하, 유입 전류 변동 패턴)를 조정함으로써, 자석 유닛(5)의 Y축 방향의 이동 패턴을 조정하는 것과 동일한 효과가 있다. 구체적으로는, 자석 유닛(5)이 요동의 단부 주변에 있을 때에 전류를 크게 하고, 요동의 중심 주변에 있을 때에 전류를 작게 함으로써 막질 분포의 변화를 억제할 수 있다.In addition, when some or all of the first magnet 51 and the second magnet 52 constituting the magnetic circuit are electromagnets, the first magnet 51 and the second magnet 51 change according to the position during the swing of the magnet unit 5 By adjusting the current flowing in the coil constituting the two magnets 52 (hereinafter referred to as inflow current fluctuation pattern), there is an effect similar to that of adjusting the movement pattern of the magnet unit 5 in the Y-axis direction. Specifically, the change in membrane distribution can be suppressed by increasing the current when the magnet unit 5 is near the end of the swing and decreasing the current when the magnet unit 5 is around the center of the swing.

상기에 나타내는 바와 같이, 자석 유닛(5)의 설정조건으로서, 자석 유닛(5)의 X축 방향의 위치, Y축 방향의 이동 패턴, 유입 전류 혹은 유입 전류 변동 패턴을 시간경과와 함께 변화시키는 것이 막질 균질성을 유지하기 위해서 중요하다.As described above, as a setting condition of the magnet unit 5, it is to change the position of the magnet unit 5 in the X-axis direction, the movement pattern in the Y-axis direction, and the inflow current or inflow current fluctuation pattern with the passage of time. It is important to maintain membrane quality homogeneity.

그러나, 에로젼의 진행속도는 압력, 인가 전압, 스퍼터링 가스 유입량, 타깃 구성재료, 타깃의 품질 등이의 다양한 인자의 영향을 받기 때문에, 에로젼의 진행을 정확하게 예측하는 것은 곤란이다. 거기에다, 수평 자속 밀도가 높은 영역일 수록 빠르게 에로젼이 진행하기 때문에, 현실과 예측의 에로젼의 진행의 차이는 시간경과와 함께 가속적으로 증폭하게 된다.However, since the progress speed of erosion is affected by various factors such as pressure, applied voltage, sputtering gas flow rate, target constituent material, target quality, etc., it is difficult to accurately predict the progress of erosion. In addition, since the erosion proceeds faster in the area where the horizontal magnetic flux density is higher, the difference between the progress of the erosion between the reality and the prediction accelerates with the passage of time.

따라서, 최적의 자석 유닛의 X축 방향의 위치, Y축 방향의 이동 패턴 및 유입전* 혹은 유입 전류 변동 패턴을 시간 함수로서 미리 설정하는 것은 어렵고, 현실적으로는, 막 형성된 기판의 착막 상태를 확인하고, 장치를 정지시켜서, 자석 유닛의 X축 방향의 위치, Y축 방향의 이동 패턴 및 유입 전류 혹은 유입 전류 변동 패턴을 조정하는 일련의 작업을 정기적으로 실시할 필요가 있다. 당해 작업의 실시가 장치 가동률 저하의 하나의 요인이 되고 있고, 이 문제는 기판이 대형화할 수록 현저하게 발생하기 쉽다.Therefore, it is difficult to preset the position of the optimum magnet unit in the X-axis direction, the movement pattern in the Y-axis direction, and the inflow front* or inflow current fluctuation pattern as a function of time. , It is necessary to stop the device and periodically perform a series of operations to adjust the position of the magnet unit in the X-axis direction, the movement pattern in the Y-axis direction, and the inflow current or inflow current fluctuation pattern. Execution of the operation has become one of the causes of a decrease in the operating rate of the device, and this problem tends to occur remarkably as the size of the substrate increases.

그래서, 본 실시형태에서는 착막 균질성 및 장치 가동률의 향상을 도모하도록 하기 위해서, 스퍼터링 장치(100)가 이하와 같이 구성된다.Then, in this embodiment, the sputtering apparatus 100 is comprised as follows in order to aim at the improvement of film deposition homogeneity and an apparatus operation rate.

[스퍼터링 장치의 상세][Details of sputtering device]

(자석 유닛)(magnet unit)

도 5는 복수의 자석 유닛(5)의 배열형태를 나타내는 X축 방향에서 본 정면도이다. 동 도면에 나타내는 예에서는, 각 자석 유닛(5)은 높이 방향(Z축 방향)으로 길이가 긴 제1 블록(5a)과, 이 제1 블록(5a)의 양단에 배치된 한 쌍의 제2 블록(5b)으로 구성되고, 이것들 각 블록(5a, 5b)에 각각 도 2에 나타낸 제1, 제2 자석(51, 52)이 배치된다. 그리고 제1 블록(5a) 및 한 쌍의 제2 블록(5b)의 세트로 이루어지는 자석 유닛(5)이 횡방향(Y축 방향)으로 복수(도시의 예에서는 9세트) 배열된다. 이 때문에, 타깃(3)의 배면에 배치되는 자기회로가 합계 27개로 분할된다.Fig. 5 is a front view of the arrangement of the plurality of magnet units 5, viewed from the X-axis direction. In the example shown in the figure, each magnet unit 5 has a first block 5a long in the height direction (Z-axis direction), and a pair of second blocks disposed at both ends of the first block 5a. It is constituted by a block 5b, and the first and second magnets 51 and 52 shown in FIG. 2 are disposed on each of these blocks 5a and 5b. A plurality of magnet units 5 including a first block 5a and a pair of second blocks 5b are arranged in a transverse direction (Y-axis direction) (nine sets in the illustrated example). For this reason, the magnetic circuit arranged on the back surface of the target 3 is divided into 27 pieces in total.

각 자석 유닛(5)에 있어서, 제1 블록(5a)의 Z축 방향을 따른 길이는, 제2 블록(5b)보다도 길게 형성되지만, 이것에 한정되지 않고, 각 블록(5a, 5b)이 동일한 길이로 형성될 수도 있다. 각 자석 유닛(5)을 구성하는 블록의 수도 3개로 한정되지 않고, 2개일 수도, 4개 이상일 수도 있다. 자석 유닛(5)의 배열수도 9로 한정되지 않고, 이것보다도 적거나 많을 수일 수도 있다. 즉, 복수의 자석 유닛(5)으로 구성되는 자기회로의 분할 수나 분할된 자기회로의 크기 등은 도시한 예에 한정되지 않고, 타깃(3) 혹은 기판(W)의 크기, 착막량을 조정해야 하는 기판(W) 상의 위치, 목표로 하는 기판(W) 상의 착막량의 면내 분포 등에 따라서 임의로 설정 가능하다.In each magnet unit 5, the length of the first block 5a along the Z-axis direction is formed to be longer than that of the second block 5b, but is not limited to this, and each block 5a, 5b is the same It can also be formed in length. The number of blocks constituting each magnet unit 5 is not limited to three, but may be two or four or more. The number of arrays of magnet units 5 is not limited to 9, but may be less or more than this. That is, the number of divisions of magnetic circuits composed of a plurality of magnet units 5 or the size of the divided magnetic circuits is not limited to the illustrated example, and the size and deposition amount of the target 3 or substrate W must be adjusted. It can be arbitrarily set according to the position on the substrate W to be targeted, the in-plane distribution of the deposition amount on the target substrate W, and the like.

스퍼터링 장치(100)는 각 자석 유닛(5)의 제1, 제2 블록(5a, 5b)의 타깃(3)에 대한 상대 거리를 개별적으로 조정 가능한 조정 유닛(10)과, 조정 유닛(10)을 제어하는 제어장치(20)를 추가로 구비한다.The sputtering device 100 includes an adjustment unit 10 capable of individually adjusting the relative distance of the first and second blocks 5a and 5b of each magnet unit 5 to the target 3, and the adjustment unit 10 It is further provided with a control device 20 for controlling.

(조정 유닛)(adjustment unit)

도 6은 조정 유닛(10)의 개략적인 구성을 나타내는 Z축 방향에서 본 평면도이다. 조정 유닛(10)은 진공 챔버(1)의 외부에 배치되고, 각 자석 유닛(5)의 제1, 제2 블록(5a, 5b)에 대응해서 배치된 복수의 구동부(11)를 가진다. 각 구동부(11)는 예를 들면, 제1, 제2 블록(5a, 5b)에 일단이 연결된 구동축(11a 및 11b)을 가지는 구동 실린더 혹은 구동모터로 구성된다. 구동축(11a)은 X축 방향으로 신축함으로써, 타깃(3)에 근접 혹은 이간시키는 방향으로 제1, 제2 블록(5a, 5b)을 이동시킨다. 구동축(11b)은 Y축 방향으로 신축함으로써, 타깃(3)에 수평한 방향으로 제1, 제2 블록(5a, 5b)을 이동시킨다.6 is a plan view showing a schematic configuration of the adjustment unit 10 as viewed in the Z-axis direction. The adjustment unit 10 is disposed outside the vacuum chamber 1 and has a plurality of driving units 11 disposed corresponding to the first and second blocks 5a and 5b of each magnet unit 5 . Each drive unit 11 is composed of a drive cylinder or a drive motor having drive shafts 11a and 11b, one end of which is connected to the first and second blocks 5a and 5b, for example. The drive shaft 11a moves the first and second blocks 5a and 5b in the direction of approaching or separating from the target 3 by expanding and contracting in the X-axis direction. The drive shaft 11b moves the first and second blocks 5a and 5b in a direction parallel to the target 3 by expanding and contracting in the Y-axis direction.

또, 각 자석 유닛(5)을 구성하는 자석의 일부 또는 전부가 전자석인 경우에는, 조정 유닛(10)은 각 전자석에 흐르는 전류를 조정하는 장치를 구비할 수 있다. 상기 전자석에 흐르는 전류를 조정하는 장치는 항상 일정한 전류가 흐르도록 조정할 수도 있고, 자석 유닛(5)의 Y축 방향의 요동에 연동해서 유입 전류가 변화되도록 조정할 수도 있다.Further, when some or all of the magnets constituting each magnet unit 5 are electromagnets, the adjustment unit 10 may include a device for adjusting the current flowing through each electromagnet. The device for adjusting the current flowing through the electromagnet may be adjusted so that a constant current always flows, or may be adjusted so that the incoming current changes in association with the fluctuation of the magnet unit 5 in the Y-axis direction.

조정 유닛(10)은 작업자에 의해서 각 자석 유닛(5)의 X축 방향의 위치, Y축 방향의 이동 패턴 및 유입 전류 혹은 유입 전류 변동 패턴을 수동으로 조정하도록 할 수 있다. 제어장치(20)로부터의 제어지령에 의거하여 X축 방향의 위치, Y축 방향의 이동 패턴 및 유입 전류 혹은 유입 전류 변동 패턴을 자동에서 조정하도록 할 수도 있다.The adjustment unit 10 allows an operator to manually adjust the position of each magnet unit 5 in the X-axis direction, the movement pattern in the Y-axis direction, and the inflow current or inflow current variation pattern. Based on a control command from the control device 20, the position in the X-axis direction, the movement pattern in the Y-axis direction, and the inflow current or inflow current variation pattern may be automatically adjusted.

(제어장치)(control device)

제어장치(20)는 CPU(Central Processing Unit)나 내부 메모리나 입출력 인터페이스 등을 포함하는 컴퓨터로 구성된다. 본 실시형태에서는 제어장치(20)는 조정 유닛(10), 진공 펌프(7), 전력 공급원(8), 가스도입 라인(9)을 포함하는 스퍼터링 장치(100) 전체의 동작을 제어한다.The control device 20 is composed of a computer including a CPU (Central Processing Unit), an internal memory, an input/output interface, and the like. In this embodiment, the controller 20 controls the operation of the entire sputtering device 100 including the adjustment unit 10, the vacuum pump 7, the power supply source 8, and the gas introduction line 9.

도 7은 제어장치(20)의 기능 가운데, 본 발명에 따른 부분의 구성을 나타내는 블럭도이다. 제어장치(20)는 입력부(21)와, 최적해 산출부(22)와, 출력부(23)를 가진다.7 is a block diagram showing the configuration of parts according to the present invention among the functions of the control device 20. The control device 20 has an input unit 21, an optimal solution calculation unit 22, and an output unit 23.

입력부(21)는 각 기판이 막 형성되었을 때의 각종 막 형성 조건과 각 기판 상에 막 형성된 막질의 측정값을 스퍼터링 장치(100)로부터 취득하는 기능을 가진다. 또, 상기 각 기판 상에 막 형성된 막질을 스퍼터링 장치(100)과는 다른 측정장치로 측정하고 있는 경우에는, 제어장치(20)는 상기 측정장치에 접속되고, 입력부(21)가 상기 각 기판 상에 막 형성된 막질의 측정값을 취득하는 기능도 가진다.The input unit 21 has a function of obtaining, from the sputtering device 100, measurement values of various film formation conditions when each substrate is formed and film quality formed on each substrate. In addition, when the quality of the film formed on each substrate is measured by a measuring device different from the sputtering device 100, the control device 20 is connected to the measuring device, and an input unit 21 is provided on each substrate. It also has a function of acquiring the measured value of the film quality just formed on the surface.

상기 기판이 막 형성되었을 때의 각종 막 형성 조건은, 각 자석 유닛(5)의 설정조건으로서, 각 자석 유닛(5)의 X축 방향의 위치, Y축 방향의 이동 패턴 및 유입전* 혹은 유입 전류 변동 패턴 중 어느 하나 이상을 반드시 포함하는 것 이외에, 타깃(3)을 구성하는 막 형성 재료의 종류, 타깃(3)의 소비량(타깃(3)의 표면 형상), 타깃(3)으로의 인가 전압(전력 공급원(8)으로부터의 투입 전압), 스퍼터링 가스의 유입량, 챔버 내 압력 등을 포함할 수 있다.Various film formation conditions when the substrate is formed are the setting conditions of each magnet unit 5, the position of each magnet unit 5 in the X-axis direction, the movement pattern in the Y-axis direction, and before inflow* or inflow. In addition to necessarily including any one or more of the current fluctuation patterns, the type of film forming material constituting the target 3, the consumption amount of the target 3 (the surface shape of the target 3), and the application to the target 3 voltage (input voltage from power supply 8), flow rate of sputtering gas, pressure in the chamber, and the like.

상기 각 기판 상에 막 형성된 막질의 측정값은 기판(W) 상의 복수의 특정한 위치에서의 측정점에서의 막질의 측정값이다. 측정점의 배치는 특별하게 한정되지 않지만, 상기 각 기판 상에 막 형성된 막질의 분포를 관리하는 관점에서는 기판(W) 상에 광범위하게 배치되고 있는 것이나 기판(W)의 면내에서 막질이 극대 또는 극소가 되는 위치가 포함되어 있는 것이 바람직하다. 이것들의 측정점은 막 형성 개시 전에 미리 결정되어 있을 수도 있고, 막 형성 후에 임의로 결정할 수도 있다.The measured value of the film quality formed on each of the substrates is the measured value of the film quality at the measuring points at a plurality of specific positions on the substrate W. The arrangement of the measurement points is not particularly limited, but from the viewpoint of managing the distribution of the film quality formed on each substrate, the measurement point is widely distributed on the substrate W or the maximum or minimum film quality within the plane of the substrate W is determined. It is desirable that the position to be included. These measuring points may be predetermined before film formation starts, or may be arbitrarily determined after film formation.

최적해 산출부(22)는 상기 설정조건과, 당해 스퍼터링 장치(100)에 의해서 막 형성된 상기 기판(W) 상의 막 형성 재료의 막질 측정값을 적어도 포함하는 입력정보에 의거하고, 상기 자석 유닛(5)의 적어도 하나에 관한 상기 설정조건의 최적해(혹은 최적값)를 산출한다.The optimal solution calculation unit 22 calculates the magnet unit 5 based on the set conditions and input information including at least the measured value of the film quality of the film forming material on the substrate W formed by the sputtering device 100. ) Calculate an optimal solution (or optimal value) of the setting condition for at least one of ).

최적해 산출부(22)는 입력부(21)가 취득한 각종 입력정보를 기초로, 막질의 균질성이 수득되는 각 자석 유닛(5)의 최적의 X축 방향의 위치, Y축 방향의 이동 패턴 및 유입 전류 혹은 유입 전류 변동 패턴을 산출하는 기능을 가진다. 이하, 최적해 산출부(22)의 상세에 대해서 설명한다.The optimal solution calculation unit 22 calculates, on the basis of various types of input information obtained by the input unit 21, the optimal position in the X-axis direction of each magnet unit 5 at which the homogeneity of the film quality is obtained, the movement pattern in the Y-axis direction, and the inflow current Alternatively, it has a function of calculating the inflow current variation pattern. Details of the optimal solution calculation unit 22 will be described below.

본 실시형태에서의 최적해 산출부(22)는 예측부(221)와 보정부(222)와 최적화부(223)에 의해 구성된다.The optimal solution calculation unit 22 in this embodiment is constituted by a prediction unit 221, a correction unit 222, and an optimization unit 223.

예측부(221)는 임의의 상기 자석 유닛 각각의 상기 설정조건에 대한 상기 막질의 균질성 예측값을 산출한다. 예측부(221)는 각종 막 형성 조건을 인수(argument)로 하고, 그 조건으로 막 형성이 수행되었다고 가정했을 경우의 막질 예측값을 반환값으로 하는 함수이다. 상기 막질의 예측값의 산출 방법은 특별하게 한정되지 않고, 본 실시형태에서는 각종 막 형성 조건과 막질과의 관계를 사전에 학습시킨 기계 학습기를 사용한다.The prediction unit 221 calculates a homogeneity prediction value of the membrane quality for each of the predetermined magnet units. The prediction unit 221 is a function that takes various film formation conditions as arguments and returns a film quality prediction value when it is assumed that film formation is performed under those conditions. The method for calculating the predicted value of the film quality is not particularly limited, and in the present embodiment, a machine learner that learns the relationship between various film formation conditions and film quality in advance is used.

기계 학습기의 알고리즘은 특별하게 한정되지 않고, 예를 들면, 중선형회귀, 뉴럴 네트워크, 결정 트리, 서포트 백터 머신 중 어느 하나 또는 그것들의 복수를 조합시킨 앙상블 학습모델이 적용 가능하다.The algorithm of the machine learner is not particularly limited, and for example, any one of neutral linear regression, neural network, decision tree, and support vector machine, or an ensemble learning model combining a plurality of them is applicable.

예측부(221)의 인수는 각 자석 유닛(5)의 X축 방향의 위치, Y축 방향의 이동 패턴 및 유입 전류 혹은 유입 전류 변동 패턴을 포함하는 것이 필수적이다. 또한, 예를 들면 막 형성 재료의 종류, 타깃의 표면 형상, 타깃에 인가하는 전압, 방전 시간, 스퍼터링 가스의 종류 및 막 형성시 압력 등의, 막질 분포에 영향을 미치는 막 형성 조건을 추가로 인수에 포함시킴으로써, 더 정밀도가 높은 기계 학습기를 구축하는 것이 가능하다.It is essential that the argument of the prediction unit 221 includes the position of each magnet unit 5 in the X-axis direction, the movement pattern in the Y-axis direction, and the inflow current or inflow current variation pattern. In addition, film formation conditions that affect the film quality distribution, such as, for example, the type of film formation material, the surface shape of the target, the voltage applied to the target, the discharge time, the type of sputtering gas and the pressure during film formation, are additionally acquired. By including in , it is possible to construct a machine learning machine with higher precision.

예측부(221)의 반환값인 막질의 예측값은 실제 기판(W) 상의 모든 측정점에서의 막질의 예측값이다. 실제 기판(W)과 동일한 측정점인 이유는 입력부(21)가 취득한 실제의 막질 측정값과 비교할 필요가 있기 때문이다.The estimated value of the film quality, which is the return value of the prediction unit 221, is the predicted value of the film quality at all measurement points on the actual substrate W. The reason for the measurement point being the same as that of the actual substrate W is that it needs to be compared with the actual film quality measurement value acquired by the input unit 21.

예측부(221)의 인수로 실제의 막 형성 조건을 입력함으로써, 실제의 막 형성에서의 막질의 예측값을 산출할 수 있다. 그러나, 막질은 각 자석 유닛(5)의 X축 방향의 위치, Y축 방향의 이동 패턴 및 유입 전류 혹은 유입 전류 변동 패턴, 압력, 인가 전압, 스퍼터링 가스 유입량, 타깃 구성재료, 타깃의 품질 차이 등의 다양한 인자의 영향을 받고, 그것들 인자의 전부를 측정하는 것은 어렵기 때문에, 실제의 막 형성에서의 막질의 예측값이 측정값과 일치하는 것은 드물다.By inputting actual film formation conditions as arguments of the prediction unit 221, it is possible to calculate a predicted film quality value in actual film formation. However, the film quality is the position of each magnet unit 5 in the X-axis direction, the movement pattern in the Y-axis direction, the inflow current or inflow current fluctuation pattern, pressure, applied voltage, sputtering gas inflow amount, target constituent material, difference in target quality, etc. Since it is affected by various factors and it is difficult to measure all of these factors, it is rare that predicted values of film quality in actual film formation coincide with measured values.

따라서 실제의 막 형성 막질 예측값을 측정값과 일치시키기 위해서 막질의 예측값에 보정을 할 필요가 있다. 보정부(222)는 실제의 막 형성에서의 막질의 예측값과 측정값을 비교하고, 보정 파라미터의 산출과 막질의 예측값의 보정을 실시한다. 예측부(221)에 의한 예측의 정밀도가 충분하게 높으면 보정의 영향은 작아지기 때문에, 보정부(222)에 의한 보정의 방법은 단순한 가산이나 곱셈일 수도 있다.Therefore, it is necessary to correct the predicted film quality in order to match the actual film-formed film quality predicted value with the measured value. The correcting unit 222 compares the predicted value of the film quality and the measured value in the actual film formation, and calculates the correction parameter and corrects the predicted value of the film quality. If the accuracy of the prediction by the predictor 221 is sufficiently high, the effect of the correction is small, so the method of correction by the corrector 222 may be a simple addition or multiplication.

예측부(221)가 산출하는 막질의 예측값에 보정부(222)에 의한 보정을 실시함으로써, 임의의 막 형성 조건에 대하여 막질의 예측을 실시하는 것이 가능하게 된다. 이하, 보정부(222)에 의해 보정된 막질의 예측값을, 막질의 보정완료된 예측값이라고 기술한다.By correcting the predicted film quality value calculated by the predictor 221 by the correction unit 222, it becomes possible to predict the film quality under arbitrary film formation conditions. Hereinafter, the predicted value of film quality corrected by the correction unit 222 will be described as a corrected predicted value of film quality.

최적화부(223)는 최적의 막질의 보정완료된 예측값이 수득되는 막 형성 조건을 탐색한다. 본 실시예에서는 막질의 보정완료된 예측값의 균질성을 나타내는 통계량이 최소가 되는 것과 같은 각 자석 유닛(5)의 X축 방향의 위치, Y축 방향의 이동 패턴 및 유입 전류 혹은 유입 전류 변동 패턴을, 수리 최적화 알고리즘을 사용해서 탐색한다. 상기 막질의 보정완료된 예측값의 균질성을 나타내는 통계량은, 스퍼터링 분야에서 일반적으로 사용되는 균질성의 지표(Max-Min)/(Max+Min)나 변동 계수를 사용한다. 상기 수리 최적화 알고리즘으로서는 예를 들면 경사 하강법, 그리드 서치, 브루트포스법, 베이즈 최적화 등을 사용할 수 있다.The optimization unit 223 searches for film formation conditions in which a corrected predicted value of an optimal film quality is obtained. In this embodiment, the position in the X-axis direction of each magnet unit 5, the movement pattern in the Y-axis direction, and the inflow current or inflow current fluctuation pattern such that the statistic representing the homogeneity of the predicted value of the film quality corrected is minimized. Search using an optimization algorithm. As the statistic representing the homogeneity of the corrected predicted value of the film quality, a homogeneity index (Max-Min)/(Max+Min) or a coefficient of variation generally used in the sputtering field is used. As the mathematical optimization algorithm, for example, a gradient descent method, grid search, brute force method, Bayesian optimization, etc. can be used.

본 실시형태에 의하면, 실제의 최근의 막 형성에 대해서, 최적의 막질의 균질성을 얻기 위해서는 각 자석 유닛(5)의 X축 방향의 위치, Y축 방향의 이동 패턴 및 유입 전류 혹은 유입 전류 변동 패턴이 어떻게 설정되어야 하는지에 대한 정보(최적 막 형성 조건)를 얻을 수 있다. 타깃(3)의 에로젼은 수 일에서 수 주일의 타임스팬(time span)으로 진행하기 때문에, 상기 최근의 막 형성이 실시되고 나서 상기 최적 막 형성 조건의 산출이 완료할 때까지의 시간이 상기 에로젼의 진행속도에 대하여 충분하게 짧으면, 상기 최적 막 형성 조건은 산출이 완료된 시점에서도 유효한 막 형성 조건이라고 생각된다.According to the present embodiment, in order to obtain the optimum film quality homogeneity for actual recent film formation, the position of each magnet unit 5 in the X-axis direction, the movement pattern in the Y-axis direction, and the inflow current or inflow current variation pattern Information on how should be set (optimal film formation conditions) can be obtained. Since the erosion of the target 3 progresses in a time span of several days to several weeks, the time from the latest film formation to the completion of the calculation of the optimum film formation conditions is If it is short enough with respect to the advancing speed of the erosion, it is considered that the optimum film formation condition is an effective film formation condition even at the point of completion of calculation.

출력부(23)는 최적해 산출부(22)가 산출한 각 자석 유닛(5)의 X축 방향의 위치, Y축 방향의 이동 패턴 및 유입 전류 혹은 유입 전류 변동 패턴을 조정 유닛(10)으로 송신하고, 조정을 실시시킨다.The output unit 23 transmits the position of each magnet unit 5 in the X-axis direction, the movement pattern in the Y-axis direction, and the inflow current or inflow current variation pattern of each magnet unit 5 calculated by the optimal solution calculation unit 22 to the adjustment unit 10. and make adjustments.

각 실제의 막 형성 데이터에 대해서, 자동적으로 제어장치(20)를 사용함으로써, 막질의 균질성이 크게 손상되기 전에 각 자석 유닛(5)의 X축 방향의 위치, Y축 방향의 이동 패턴 및 유입 전류 혹은 유입 전류 변동 패턴을 조정하고, 막질의 균질성을 유지하는 것이 가능하게 된다.For each actual film formation data, by automatically using the control device 20, the position in the X-axis direction of each magnet unit 5, the movement pattern in the Y-axis direction, and the inflow current before the homogeneity of the film quality is greatly damaged. Alternatively, it becomes possible to adjust the inflow current fluctuation pattern and maintain the homogeneity of the film quality.

또한, 상기 최적해를 산출할 때에 실제의 막 형성 결과를 참조함으로써, 시간경과에 따른 변화에 대응이 가능하게 될 뿐만 아니라, 복수의 장치 사이에 존재하는 개체 차이도 자동적으로 흡수하고, 각각의 장치에 대하여 최적의 조정을 실시하는 것이 가능하게 된다.In addition, by referring to the actual film formation result when calculating the optimal solution, it is possible not only to respond to changes over time, but also to automatically absorb individual differences existing among a plurality of devices, and to each device. It becomes possible to perform optimum adjustment for

도 8은 본 실시형태의 제어장치(20)에서 실행되는 처리순서의 1예를 나타내는 플로우차트이다.Fig. 8 is a flowchart showing one example of the processing procedure executed in the control device 20 of the present embodiment.

입력부(21)는 입력정보를 취득한다(스텝 101). 입력정보로서는 각 기판이 막 형성되었을 때의 각종 막 형성 조건과 각 기판 상에 막 형성된 막질의 측정값이 포함된다.The input unit 21 acquires input information (step 101). The input information includes various film formation conditions when each substrate is formed and measured values of film quality formed on each substrate.

계속해서, 최적해 산출부(22)(예측부(221))는 입력부(21)가 취득한 입력정보를 기초로, 기판(W) 상의 막 형성 재료의 막질 균질성 예측값을 산출하고, 산출한 예측값을 기초로, 막질의 균질성이 목표범위 내에 있는 지의 여부를 판정한다(스텝 102, 103).Subsequently, the optimum solution calculation unit 22 (prediction unit 221) calculates a film quality homogeneity prediction value of the film forming material on the substrate W based on the input information obtained by the input unit 21, and based on the calculated prediction value , it is determined whether or not the homogeneity of the film quality is within the target range (steps 102 and 103).

계속해서, 최적해 산출부(22)(보정부(222))는 막질의 균질성이 목표범위 내에 없는 경우, 입력부(21)에서 취득된 막질의 측정값과 예측부(221)에서 산출된 예측값을 비교하고, 예측값을 보정하기 위한 보정계수를 결정한다(스텝 104, 105).Subsequently, the optimal solution calculation unit 22 (calibration unit 222) compares the measured value of the film quality obtained from the input unit 21 and the predicted value calculated from the prediction unit 221 when the homogeneity of the film quality is not within the target range and a correction coefficient for correcting the predicted value is determined (steps 104 and 105).

계속해서, 최적해 산출부(22)(최적화부(223))는 보정된 막질 예측값이 최적이 되는 각 자석 유닛(5)의 위치 등의 설정조건에 대해서, 목표로 하는 막질의 균질성을 만족시킬 수 있는 최적해를 탐색한다(스텝 106).Subsequently, the optimal solution calculation unit 22 (optimization unit 223) can satisfy the target film quality homogeneity for setting conditions such as the position of each magnet unit 5 at which the corrected membrane quality prediction value is optimal. An optimal solution that exists is searched for (step 106).

계속해서, 출력부(23)는 최적해 산출부(22)에서 산출된 최적해에 의거하고, 현재의 각 자석 유닛(5)의 상기 최적해로의 조정량을 개별적으로 산출해서 도면에 나타나 있지 않은 표시부에 출력한다(스텝107). 혹은, 출력부(23)는 산출된 각 자석 유닛(5)의 최적해에 의거하여 제어지령을 생성하고, 당해 제어지령을 조정 유닛(10)으로 출력하고, 각 자석 유닛(5)의 설정조건을 상기 최적해로 설정한다.Subsequently, the output unit 23 individually calculates the amount of adjustment to the optimal solution of each current magnet unit 5 based on the optimal solution calculated by the optimal solution calculation unit 22, Output (step 107). Alternatively, the output unit 23 generates a control command based on the calculated optimal solution for each magnet unit 5, outputs the control command to the adjustment unit 10, and determines the setting conditions for each magnet unit 5. Set to the above optimal solution.

이상과 같이 본 실시형태에 의하면, 각 자석 유닛(5)의 설정조건이나 실제의 측정값 등의 입력정보를 기초로, 기판(W) 상에 막 형성되는 재료의 막질 균질성이 소정의 목표범위에 있는 지의 여부를 판정할 수 있다. 또, 최적해 산출부(22)는 이것들의 정보를 기초로, 막질의 균질성이 수득되는 각 자석 유닛(5)의 설정조건의 최적해를 산출할 수 있다.As described above, according to the present embodiment, the film quality homogeneity of the material formed on the substrate W is within a predetermined target range based on input information such as setting conditions of each magnet unit 5 and actual measured values. It can be determined whether there is In addition, the optimal solution calculating section 22 can calculate an optimal solution for the set conditions of each magnet unit 5, based on this information, to obtain film quality homogeneity.

종래의 스퍼터링 장치(비교예)에서는, 정기적으로 막 형성한 기판(W) 상의 막질 균질성을 평가하고, 그 평가결과가 목표범위 내(관리값 이하)라면 그대로 처리를 계속하고, 그 평가결과가 목표범위 외(관리값 초과)라면, 장치의 가동을 정지시켜서, 각 자석 유닛(5)의 위치 조정을 수작업으로 하고 있었다. 이 때문에, 자석 유닛(5)의 조정 시마다 장치를 정지시킬 필요가 있기 때문에, 장치 가동률 저하가 문제가 되고 있었다. 또, 각 자석 유닛(5)의 위치 조정작업에 숙련도가 요구되기 때문에, 장치 가동률의 개선에는 한계가 있었다. 또한, 장치 가동률 저하를 억제하기 위해서, 관리값을 엄격하게 설정할 수 없기 때문에, 로트 내 또는 로트 사이에서의 막질의 안정된 균질성이 수득되기 어려웠다.In the conventional sputtering apparatus (comparative example), the film quality homogeneity on the formed substrate W is periodically evaluated, and if the evaluation result is within the target range (below the control value), the process is continued as it is, and the evaluation result is the target If it is outside the range (exceeding the control value), operation of the device is stopped, and position adjustment of each magnet unit 5 is performed manually. For this reason, since it is necessary to stop the device every time the magnet unit 5 is adjusted, a decrease in the operating rate of the device has been a problem. In addition, since skill level is required for the positioning operation of each magnet unit 5, there is a limit to the improvement of the operation rate of the device. In addition, since a control value cannot be strictly set in order to suppress a decrease in the equipment operating rate, stable homogeneity of the film quality within a lot or between lots has been difficult to obtain.

이에 대하여 본 실시형태에 의하면, 스퍼터링 장치(100)의 가동을 정지시키지 않고 각 자석 유닛(5)의 위치 조정을 자동적으로 실시할 수 있기 때문에, 장치 가동률의 대폭적인 향상을 도모할 수 있다. 또, 스퍼터링 처리의 진행에 의한 막질의 산출 값을 기초로 균질성의 평가를 실시하고 있기 때문에, 막질의 균질성이 크게 손상되기 전에 자석 유닛(5)의 위치 조정이 가능하게 된다. 또한, 비교예보다도 관리값의 설정을 보다 엄격하게 할 수 있기 때문에, 로트 내 또는 로트 사이에서의 균질성의 불균일을 억제되고, 이것에 의해 균질한 막질로 안정된 막 형성을 계속시킬 수 있다.On the other hand, according to the present embodiment, since the position of each magnet unit 5 can be automatically adjusted without stopping the operation of the sputtering device 100, it is possible to significantly improve the operating rate of the device. In addition, since the homogeneity is evaluated based on the calculated value of the film quality by the progress of the sputtering process, the position of the magnet unit 5 can be adjusted before the homogeneity of the film quality is significantly damaged. In addition, since the control values can be set more strictly than in the comparative example, unevenness in homogeneity within a lot or between lots can be suppressed, whereby stable film formation with a homogeneous film quality can be continued.

<제2 실시형태><Second Embodiment>

계속해서 본 발명의 제2 실시형태에 대해서 설명한다. 도 9는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 스퍼터링 장치(200)의 개략 횡단면도이다. 도 9에서, X축, Y축 및 Z축은 서로 직교하는 3축 방향을 나타내고 있고, Z축은 상하방향(높이 방향)에 상당한다.Next, the second embodiment of the present invention will be described. 9 is a schematic cross-sectional view of a sputtering device 200 according to another embodiment of the present invention. In Fig. 9, the X-axis, Y-axis, and Z-axis represent three axial directions orthogonal to each other, and the Z-axis corresponds to the vertical direction (height direction).

스퍼터링 장치(200)는 진공 챔버(201)와, 기판 홀더(202)와, 복수의 로터리 캐소드(RC)와, 방착판(206)을 구비한다. 복수의 로터리 캐소드(RC)는 Y축 방향을 따라서 등간격으로 배치된다. 각 로터리 캐소드(RC)는 원통상의 타깃(203)과, 타깃(203)의 내주면을 지지하는 원통상의 백킹 튜브(204)와, 타깃(203)의 내부에 배치된 자석 유닛(205)을 가진다.The sputtering device 200 includes a vacuum chamber 201 , a substrate holder 202 , a plurality of rotary cathodes RC, and a blocking plate 206 . A plurality of rotary cathodes (RC) are arranged at equal intervals along the Y-axis direction. Each rotary cathode (RC) includes a cylindrical target 203, a cylindrical backing tube 204 supporting the inner circumferential surface of the target 203, and a magnet unit 205 disposed inside the target 203. have

진공 챔버(201)는 진공 펌프(207)에 접속되어 있고, 내부를 소정의 감압분위기로 배기 또는 유지 가능하게 구성된다. 기판 홀더(202)는 진공 챔버(201)의 내부에 배치되고, 기판(W)을 수직자세로 지지한다. 진공 챔버(201) 및 기판 홀더(202)는 전형적으로는 그라운드 전위에 접속된다. 기판(W)은 예를 들면, 가로 1850mm 이상, 세로 1500mm 이상의 직사각형의 글래스 기판이다.The vacuum chamber 201 is connected to the vacuum pump 207, and is configured to be capable of evacuating or maintaining a predetermined reduced pressure atmosphere therein. The substrate holder 202 is disposed inside the vacuum chamber 201 and supports the substrate W in a vertical position. The vacuum chamber 201 and substrate holder 202 are typically connected to ground potential. The substrate W is, for example, a rectangular glass substrate with a width of 1850 mm or more and a length of 1500 mm or more.

각 타깃(203)은 Z축 방향으로 평행한 축심의 주위(타깃(203)의 원주방향)에 회전 가능하게 구성된다. 타깃(203)은 기판(W)을 막 형성하는 막 형성 재료로 구성된다. 막 형성 재료로서는 전형적으로는, 금속, 합금, 금속 산화물, 금속 질화물, 합성 수지 등을 들 수 있다. 본 실시형태에서는 도전성을 가지는 금속 혹은 합금 타깃이 사용된다.Each target 203 is configured to be rotatable around an axis parallel to the Z-axis direction (in the circumferential direction of the target 203). The target 203 is made of a film forming material for forming a film on the substrate W. Typical examples of the film-forming material include metals, alloys, metal oxides, metal nitrides, and synthetic resins. In this embodiment, a metal or alloy target having conductivity is used.

각 백킹 튜브(204)는 타깃(203)의 배면을 지지하는 금속판으로, 진공 챔버(201)의 외부에 설치된 도면에 나타내지 않은 RF 전원 혹은 직류전원을 가지는 전력 공급원에 접속된다.Each backing tube 204 is a metal plate supporting the rear surface of the target 203 and is connected to a power supply having an RF power source or DC power source installed outside the vacuum chamber 201 and not shown in the figure.

자석 유닛(205)은 각 타깃(203)의 내측에, 각 타깃(203)의 축심 방향을 따라서 복수 배치된다. 기판(W)과 대향하는 타깃(203)의 표면(스퍼터링면)에 자기장을 형성하는 자기회로를 구성한다. 각 자석 유닛(205)은 도 2를 참조해서 설명한 바와 같이, 제1 자석(51)과, 제2 자석(52)과, 제1 자석(51) 및 제2 자석(52)을 지지하는 요크(53)를 가진다.A plurality of magnet units 205 are arranged inside each target 203 along the axial direction of each target 203 . A magnetic circuit for forming a magnetic field on the surface (sputtering surface) of the target 203 facing the substrate W is constituted. As described with reference to FIG. 2, each magnet unit 205 is a yoke ( 53).

방착판(206)은 로터리 캐소드(RC)의 주위에 배치되고, 타깃(3)으로부터 비래하는 스퍼터링 물질(막 형성 재료)이 진공 챔버(201)의 측벽 내면이나 기판(W)의 외주영역(기판 홀더(2)의 주연부)에 부착되는 것을 방지하는 동시에, 타깃(203)과 기판 홀더(202) 사이에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 공간(P)을 구획한다. 진공 챔버(201)에는 가스원(209s)으로부터 플라즈마 공간(P)로 Ar(아르곤)등의 스퍼터링 가스를 도입하는 가스도입 라인(209)이 장착되어 있다.The anti-chacking plate 206 is disposed around the rotary cathode RC, and the sputtering material (film forming material) flying from the target 3 is applied to the inner surface of the side wall of the vacuum chamber 201 or the outer peripheral area of the substrate W (substrate W). A plasma space P for generating plasma is partitioned between the target 203 and the substrate holder 202 while preventing attachment to the periphery of the holder 2 . The vacuum chamber 201 is equipped with a gas introduction line 209 for introducing a sputtering gas such as Ar (argon) from the gas source 209s into the plasma space P.

스퍼터링 장치(200)에 의해서 기판(W)에 막 형성을 실시할 때는, 가스도입 라인(209)으로부터 플라즈마 공간(P)으로 스퍼터링 가스를 도입하고, 각 타깃(3)을 축심 주위로 일정속도로 회전시키는 동시에, 전력 공급원으로부터 백킹 튜브(204)를 통해서 타깃(203)으로 RF 전원 혹은 DC 전원을 인가하는 것으로, 플라즈마 공간(P)에 마그네트론 방전을 발생시킨다.When forming a film on the substrate W by the sputtering device 200, a sputtering gas is introduced from the gas introduction line 209 into the plasma space P, and each target 3 is rotated around the axis at a constant speed. At the same time as rotating, by applying RF power or DC power from the power supply source to the target 203 through the backing tube 204, a magnetron discharge is generated in the plasma space P.

스퍼터링 장치(200)에서는 타깃(203)이 그 축심 주위로 회전함으로써, 타깃(203)의 원주방향으로 균등하게 에로젼이 진행된다. 이 때문에, 타깃(203)의 사용 효율을 높일 수 있다.In the sputtering apparatus 200, when the target 203 rotates around its axis, erosion proceeds evenly in the circumferential direction of the target 203. For this reason, the use efficiency of the target 203 can be improved.

본 실시형태에어서, 각 로터리 캐소드(RC)는 도 10에 나타내는 바와 같이 각 자석 유닛(205)을 타깃(203)의 반경방향으로 이동시키는 동시에, 각 자석 유닛(205)을 타깃(203)의 원주방향으로 요동시키는 것이 가능한 구동부(211)를 가진다. 각 자석 유닛(205)이 타깃(203)의 반경방향으로이동 가능하게 구성되는 것에 의해, 타깃(203)의 스퍼터링율을 제어할 수 있다. 또, 각 자석 유닛(205)이 타깃(203)의 원주방향으로 요동가 능에 구성되는 것에 의해, 막 형성되는 막의 형상을 어느 정도 조작할 수 있다. 구동부(211)는 자석 유닛(205)의 요동 폭 및 요동 속도를 조정하는 것이 가능하게 구성된다.In this embodiment, each rotary cathode RC moves each magnet unit 205 in the radial direction of the target 203, as shown in FIG. 10, and moves each magnet unit 205 to the target 203. It has a driving part 211 capable of swinging in the circumferential direction. Since each magnet unit 205 is configured to be movable in the radial direction of the target 203, the sputtering rate of the target 203 can be controlled. In addition, since each magnet unit 205 is configured to be able to swing in the circumferential direction of the target 203, the shape of the film to be formed can be manipulated to some extent. The drive unit 211 is configured to be able to adjust the swing width and swing speed of the magnet unit 205 .

[자석 유닛의 반경방향의 조정에 의해 막질 분포의 조정이 가능한 것의 설명][Explaining that film distribution can be adjusted by adjusting the radial direction of the magnet unit]

일반적으로, 복수 늘어선 회전하는 튜브상 캐소드(로터리 캐소드)의 침식속도는 동일한 것이 바람직하지만, 전자의 거동에 영향을 미치게 하는 인자(애노드나 다른 로터리 캐소드)와의 거리나, 타깃의 아주 작은 품질의 차이 등의 영향으로 동일한 침식속도를 얻을 수 없는 경우가 있다. 또, 희망하는 막질 분포를 얻기 위해서 억지로 다른 침식속도가 되도록 설정하는 경우도 있다.In general, it is preferable that the erosion rate of the plurality of rotating tube-shaped cathodes (rotary cathodes) is the same, but the distance to the factor (anode or other rotary cathode) affecting the behavior of electrons or the very small difference in quality of the target In some cases, the same erosion rate cannot be obtained due to factors such as In addition, in order to obtain a desired film quality distribution, there is a case where the erosion rate is forcibly set to be different.

어느 쪽의 타깃도 침식과 함께 직경이 축소되어 자석 유닛과의 거리가 가까워지기 때문에 침식속도는 가속화되지만, 복수의 로터리 캐소드로 침식속도에 차이가 있는 경우, 시간경과와 함께 그 차이는 현저하게 되고, 막질 분포의 변화를 일으킨다. The erosion speed is accelerated because the diameter of both targets is reduced along with erosion and the distance to the magnet unit is getting closer. , causing a change in membranous distribution.

따라서 목표로 하는 침식속도 밸런스를 유지하기 위해서는 에로젼의 진행에 동반해서 자석 유닛의 반경방향 위치를 조정할 필요가 있다.Therefore, in order to maintain the target erosion rate balance, it is necessary to adjust the radial position of the magnet unit along with the progress of erosion.

또, 자석 유닛에 사용되는 자석의 일부 또는 전부가 전자석인 경우에는, 유입전*를 조정함으로써도 동일한 효과가 있다.In addition, when some or all of the magnets used in the magnet unit are electromagnets, the same effect can be obtained by adjusting the inlet current*.

즉, 전자석의 코일에 흐르게 하는 전류의 크기나 방향에 의하여, 타깃 표면의 침식속도를 조정하는 것이 가능하다.That is, it is possible to adjust the erosion rate of the target surface according to the magnitude or direction of the current flowing in the coil of the electromagnet.

[자석 유닛의 원주방향의 요동 조정에 의해 막질 분포의 조정이 가능한 것의 설명][Explaining that the film distribution can be adjusted by adjusting the fluctuation in the circumferential direction of the magnet unit]

하나의 튜브상 타깃에 의해 막 형성되는 기판 상의 막 두께 분포는 자석 유닛의 원주방향의 위치에 영향을 받는다. 일반적으로, 자석 유닛이 기판에 대향하는 위치에 배치되어 있는 경우에는 좌우 대칭인 조종(범종)형의 분포가 되고, 자석 유닛이 기판에 대향하는 위치로부터 회전한 위치에 배치되어 있는 경우에는 피크 위치가 회전 방향으로 이동한 좌우 비대칭인 조종(범종)형의 분포가 된다. 이것은 타깃 입자가 방출되는 위치가 자석 유닛의 위치에 대응해서 변화되는 것에 기인한다(도 11(A), (B) 참조).The film thickness distribution on a substrate filmed by one tubular target is influenced by the position of the magnet unit in the circumferential direction. In general, when the magnet unit is disposed at a position facing the substrate, a left-right symmetric steering (bell) distribution is obtained, and when the magnet unit is disposed at a position rotated from the position facing the substrate, the peak position becomes a left-right asymmetrical steering (belt bell) distribution that moves in the direction of rotation. This is due to the fact that the position from which the target particles are emitted changes correspondingly to the position of the magnet unit (see FIGS. 11(A) and (B)).

이 성질을 이용하고, 막 형성 중에 자석 유닛을 원주방향으로 요동함으로써, 수득되는 막 두께 분포를 조작하는 기술이 알려져 있다(도 12(A)).A technique for manipulating the obtained film thickness distribution by utilizing this property and swinging the magnet unit in the circumferential direction during film formation is known (Fig. 12(A)).

타깃의 침식 진행과 함께 타깃의 직경은 축소하고, 그에 따라서 막 두께 분포도 변화된다. 일반적으로는, 입자 방출 위치가 기판으로부터 멀어지는 영향으로 막 두께 분포는 보다 부드러운 조종(범종)형으로 변화된다(도 12(B)). 이러한 변화에 대한 대책으로서, 자석 유닛의 원주방향의 요동 패턴을 조정하는 것이 유효하다(도 12(C)).As the erosion of the target progresses, the diameter of the target decreases, and the film thickness distribution changes accordingly. In general, the film thickness distribution is changed to a smoother steering (beam) type due to the effect that the particle emission position moves away from the substrate (FIG. 12(B)). As a countermeasure against such a change, it is effective to adjust the rocking pattern of the magnet unit in the circumferential direction (Fig. 12(C)).

에로젼의 진행됨에 따라서 자석 유닛의 요동 폭을 작게 하는 것이나 자석 유닛이 기판에 대향하는 위치에 오래동안 멈추도록 요동 속도를 조정함으로써 막 두께 분포를 유지하는 것이 가능하다.As erosion progresses, it is possible to keep the film thickness distribution by reducing the swinging width of the magnet unit or by adjusting the swinging speed so that the magnet unit stays at a position facing the substrate for a long time.

또, 자석 유닛에 사용되는 자석의 일부 또는 전부가 전자석인 경우에는, 요동 위치에 대응한 유입 전류의 패턴을 조정하는 것으로도 동일한 효과가 있다.In addition, when some or all of the magnets used in the magnet unit are electromagnets, the same effect can be obtained by adjusting the inflow current pattern corresponding to the rocking position.

상기의 자석 유닛의 반경방향 위치, 원주방향의 요동 패턴 및 유입 전류 혹은 유입 전류 변동 패턴은, 제1 실시형태에서 나타낸 각 자석 유닛(5)의 X축 방향의 위치, Y축 방향의 이동 패턴 및 유입 전류 혹은 유입 전류 변동 패턴과 대응하는 개념이다. 따라서, 제1 실시형태에 대한 기술에 대해서 상기를 교환해서 해석하면, 제1 실시형태는 로터리 캐소드에 대하여도 적용 가능??ㅏ는 것을 알 수 있다. 마찬가지로, 본 실시형태도 플레이너(Planar) 캐소드(제1 실시형태)에 대하여 적용할 수 있다.The position of the magnet unit in the radial direction, the swing pattern in the circumferential direction, and the inflow current or the inflow current fluctuation pattern are the position in the X-axis direction and the movement pattern in the Y-axis direction of each magnet unit 5 shown in the first embodiment. It is a concept corresponding to the inflow current or the inflow current variation pattern. Therefore, if the description of the first embodiment is interpreted interchangeably with the above, it can be seen that the first embodiment is also applicable to the rotary cathode. Similarly, this embodiment can also be applied to the Planar cathode (first embodiment).

[제어부][control part]

본 실시형태의 스퍼터링 장치(200)는 각 자석 유닛(5)의 위치 등을 제어하는 제어장치(220)를 추가로 구비한다. 도 13은 제어장치(220)의 기능 가운데, 본 발명에 따른 부분의 구성을 나타내는 블럭도이다. 제어장치(220)는 제1 실시형태와 마찬가지로, 입력부(21)와, 최적해 산출부(22)와, 출력부(23)를 가진다.The sputtering device 200 of this embodiment further includes a control device 220 that controls the position of each magnet unit 5 and the like. 13 is a block diagram showing the configuration of parts according to the present invention among the functions of the control device 220. The control device 220 has an input unit 21, an optimal solution calculation unit 22, and an output unit 23, similarly to the first embodiment.

본 실시형태에서는 최적해 산출부(22)의 구성이 상술한 제1 실시형태와 다르다. 본 실시형태에서의 최적해 산출부(22)는 예측부(221)와 상태 추정부(224)와 최적화부(223)에 의해 구성된다. 또, 예측부(221)의 기능도 제1 실시형태의 그것과는 다르다.In this embodiment, the configuration of the optimal solution calculation unit 22 is different from that of the first embodiment described above. The optimal solution calculation unit 22 in this embodiment is constituted by a prediction unit 221, a state estimation unit 224, and an optimization unit 223. In addition, the function of the prediction unit 221 is also different from that of the first embodiment.

본 실시형태의 예측부(221)는 막 형성 조건과 은닉 파라미터인 장치상태를 인수로 하고, 그 막 형성 조건 및 장치상태에서 막 형성이 수행되었다고 가정했을 경우의 막질 예측값을 반환값으로 하는 함수이다. 상기 막질의 예측값의 산출 방법은 스퍼터링에 관한 물리현상을 프로그램으로 재현한 수리 모델에 의거해서 수행된다.The prediction unit 221 of the present embodiment is a function that takes film formation conditions and device state as hidden parameters as arguments, and takes as a return value a film quality prediction value when it is assumed that film formation has been performed under the film formation conditions and device state. . The method of calculating the predictive value of the film quality is performed based on a mathematical model in which physical phenomena related to sputtering are reproduced by a program.

은닉 파라미터인 장치상태란, 예를 들면, 타깃의 에로젼 진행 상태 등의, 막 형성에 영향을 미치는 것을 알고 있지만 측정기기의 부재 때문에 값이 불분명한 물리량이나, 완전하게 미지(未知)이지만, 막 형성에 영향을 미치고 있는 요소를 화이트 노이즈로 모델화한 것을 벡터로 표현한 것이다.The device state, which is a hidden parameter, is a physical quantity that is known to have an effect on film formation, such as the target erosion progress state, but whose value is unknown due to the absence of a measuring device, or a completely unknown but film It is a vector representation of the modeling of the factors influencing the formation with white noise.

예측부(221)에 막 형성 조건과 적절한 장치상태를 입력하면, 임의의 막 형성 조건에 대하여 막질 분포를 예측할 수 있다. 통상, 상기 은닉 파라미터인 장치상태는 미지이기 때문에, 예측부(221)를 사용하기 위해서는 장치상태의 추정이 불가결하다.By inputting film formation conditions and an appropriate device state to the prediction unit 221, film quality distribution can be predicted for any film formation condition. In general, since the device state, which is the hidden parameter, is unknown, estimation of the device state is indispensable in order to use the prediction unit 221.

따라서 실제의 막 형성 결과를 이용해서 장치상태를 추정하는 역할을 담당하는 것이 상태 추정부(224)이다.Therefore, the state estimating unit 224 is responsible for estimating the device state using the actual film formation result.

상태 추정부(224)는 실제의 막 형성 조건과 막 형성 결과를 기초로, 최대 추정법이나 MAP 추정법을 사용해서 장치상태의 추정값을 계산한다. 계산은 경사 하강법 등의 각종 수리 최적화 알고리즘이나, 마르코프 연쇄 몬테 카를로법 등을 사용할 수 있다. The state estimation unit 224 calculates an estimated value of the device state using the maximum estimation method or the MAP estimation method based on the actual film formation conditions and the film formation result. For the calculation, various mathematical optimization algorithms such as gradient descent, Markov chain Monte Carlo method, or the like can be used.

제1 실시형태는 막질의 예측값과 측정값의 오차를 기계적으로 보충하고 있었던 것에 대해, 제2 실시형태에서는, 왜 오차가 발생한 것인라고 하는 문제에 대해서 장치상태의 추정에 의해서 이론적으로 설명할 수 있다. 따라서 예측의 신뢰성이 높고, 실제의 막 형성 결과가 장기간 수득되지 않았더라도 그 동안의 장치상태 추이를 예측함으로써 막질의 균질성을 계속해서 유지할 수 있다는 이점이 있다.In the first embodiment, the error between the predicted value and the measured value of the film quality was mechanically compensated, whereas in the second embodiment, the problem of why the error occurred could be theoretically explained by estimating the state of the device. there is. Therefore, there is an advantage in that the reliability of the prediction is high and that the homogeneity of the film quality can be continuously maintained by predicting the transition of the device state during the period even if the actual film formation result has not been obtained for a long period of time.

제1 실시형태의 보정부(221)와 제2 실시형태의 상태 추정부(224)는 함께, 예측 정밀도를 향상시키는 것을 목적으로 해서 도입된다. 따라서 상기 상태 추정부(224)는 보정부(221)의 1형태로 파악할 수 있다.Both the correction unit 221 of the first embodiment and the state estimation unit 224 of the second embodiment are introduced for the purpose of improving prediction accuracy. Therefore, the state estimating unit 224 can be regarded as one form of the correcting unit 221 .

도 14는 본 실시형태의 제어장치(220)에서 실행되는 처리순서의 1예를 나타내는 플로우차트이다.Fig. 14 is a flowchart showing one example of the processing procedure executed by the control device 220 of the present embodiment.

입력부(21)는 스퍼터링 장치(200)의 막 형성 조건 및 측정값을 포함하는 입력정보를 취득한다(스텝201). 계속해서, 최적해 산출부(22)(예측부(221))는 입력부(21)가 취득한 입력정보를 기초로, 기판(W) 상의 막 형성 재료의 막질 균질성 예측값을 산출하고, 산출한 예측값을 기초로, 막질의 균질성이 목표범위 내에 있는 지의 여부를 판정한다(스텝 202, 203).The input unit 21 acquires input information including film formation conditions and measurement values of the sputtering device 200 (step 201). Subsequently, the optimum solution calculation unit 22 (prediction unit 221) calculates a film quality homogeneity prediction value of the film forming material on the substrate W based on the input information obtained by the input unit 21, and based on the calculated prediction value , it is determined whether or not the homogeneity of the film quality is within the target range (steps 202 and 203).

계속해서, 최적해 산출부(22)(상태 추정부(224))는 막질의 균질성이 목표범위 내에 없는 경우, 입력부(21)가 취득한 입력정보를 기초로, 현재의 장치상태의 가능도(Likelihood)가 최대가 되도록 하는 막 형성 조건을 계산(추정)한다(스텝 204).Subsequently, the optimal solution calculating unit 22 (state estimating unit 224) calculates the likelihood of the current device state based on the input information obtained by the input unit 21 when the homogeneity of the film quality is not within the target range. The film formation condition that makes the maximum is calculated (estimated) (step 204).

계속해서, 최적해 산출부(22)(최적화부223)은, 장치상태의 가능도가 최대가 되는 각 자석 유닛(205)의 위치 등의 설정조건에 대해서, 목표로 하는 막질의 균질성을 만족시킬 수 있는 최적해를 탐색한다(스텝 205).Subsequently, the optimum solution calculation unit 22 (optimization unit 223) can satisfy the target film quality homogeneity for setting conditions such as the position of each magnet unit 205 at which the possibility of the device state is maximized. An optimal solution that exists is searched for (step 205).

계속해서, 출력부(23)는 최적해 산출부(22)에서 산출된 최적해에 의거하고, 현재의 각 자석 유닛(205)의 상기 최적해으로의 조정량을 개별적으로 산출해서 도면에 나타내지 않은 표시부에 출력한다(스텝 206). 혹은, 출력부(23)는 산출된 각 자석 유닛(205)의 최적해에 의거하여 제어지령을 생성하고, 도면에 나타내지 않은 조정 유닛을 통해서 각 자석 유닛(205)의 설정조건을 상기 최적해로 설정한다.Subsequently, the output unit 23 individually calculates the amount of adjustment to the optimal solution of each current magnet unit 205 based on the optimal solution calculated by the optimal solution calculation unit 22, and outputs it to a display unit not shown (step 206). Alternatively, the output unit 23 generates a control command based on the calculated optimal solution of each magnet unit 205, and sets the setting condition of each magnet unit 205 to the optimal solution through an adjustment unit not shown. .

이상, 본 발명의 실시형태에 대해서 설명했지만, 본 발명은 상술한 실시형태로만 한정되는 것은 아니고, 여러 가지 변경을 가할 수 있는 것은 물론이다.As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited only to the above-mentioned embodiment, It goes without saying that various changes can be added.

예를 들면, 이상의 실시형태에서는, 제어장치(20, 220)로부터의 제어지령에 의거하여 조정 유닛(10)에 의해 자동적으로 자석 유닛(5, 205)의 위치 조정을 수행하도록 했지만, 이것에 한정되지 않고, 자석 유닛(5, 205)의 위치 조정을 작업자가 할 수도 있다. 이 경우, 제어유닛(20, 220)에서 지정된 자석 유닛(5, 205)에 대해서, 제어유닛(20, 220)에 의해서 산출된 조정량에 의거하여 위치의 조정작업을 실시할 수 있으므로, 작업자의 숙련도에 관계없이 신속하게 자석 유닛(5, 205)의 위치 조정을 실시할 수 있다.For example, in the above embodiment, the adjustment unit 10 automatically adjusts the position of the magnet units 5 and 205 based on a control command from the control devices 20 and 220, but this is limited to Instead, the position of the magnet units 5 and 205 can be adjusted by the operator. In this case, since the control unit 20, 220 can perform the position adjustment operation for the designated magnet unit 5, 205 based on the adjustment amount calculated by the control unit 20, 220, the operator's The position of the magnet unit 5, 205 can be quickly adjusted regardless of skill level.

또, 이상의 실시형태에서는, 제어장치(20, 220)가 스퍼터링 장치(100)의 일부로 구성되었지만, 이것에 한정되지 않고, 스퍼터링 장치(100, 200)와는 독립하여 구성될 수도 있다. 예를 들면, 제어장치(20, 220)를 복수 대의 스퍼터링 장치와 네트워크를 통해서 접속된 관리장치의 일부로서 구성될 수도 있다. 이 경우, 복수 대의 스퍼터링 장치에서의 막질의 균질성 평가, 자석 유닛의 위치 등의 최적해의 산출, 자석 유닛의 위치를 조정하는 제어지령의 생성 등을 1대의 제어장치(20, 220)로 실행할 수 있다.Moreover, in the above embodiment, although the control apparatuses 20 and 220 were comprised as a part of sputtering apparatus 100, it is not limited to this and may be comprised independently of sputtering apparatuses 100 and 200. For example, the control devices 20 and 220 may be configured as a part of a management device connected to a plurality of sputtering devices through a network. In this case, evaluation of homogeneity of film quality in a plurality of sputtering devices, calculation of an optimal solution such as the position of a magnet unit, generation of a control command for adjusting the position of a magnet unit, etc. can be performed with one control device 20, 220. .

또한, 이상의 제1 실시형태에서는 단일 타깃(3)에 대하여 복수의 자석 유닛(5)을 배치한 예에 대해서 설명했지만, 복수의 타깃(3)이 동일 평면 내에 배열된 멀티캐소드 타입의 마그네트론 스퍼터링 장치에도 본 발명은 적용 가능하다. 이 경우에서도 도 15(A), (B)에 개략적으로 나타내는 바와 같이 각 타깃(3)의 에로젼의 진행에 대응해서 소망으로 하는 막질의 균질성이 수득되도록, 각 타깃(3)의 배면에 배치된 각 자석 유닛(5)이 X축 방향으로 이동하고, Y축 방향으로 요동하는 것이 가능하게 구성됨으로써, 제1 실시형태와 동일한 작용효과를 얻을 수 있다.In addition, in the above first embodiment, an example in which a plurality of magnet units 5 are arranged with respect to a single target 3 has been described, but a multi-cathode type magnetron sputtering device in which a plurality of targets 3 are arranged in the same plane. Also, the present invention is applicable. In this case as well, as schematically shown in FIGS. 15(A) and (B), the desired homogeneity of the film quality is obtained corresponding to the progress of the erosion of each target 3. Arranged on the back surface of each target 3 Since each of the magnet units 5 thus formed can move in the X-axis direction and swing in the Y-axis direction, the same effect as in the first embodiment can be obtained.

또한 이상의 각 실시형태에서는, 복수의 타깃에 각각 복수의 자석 유닛을 배치한 마그네트론 스퍼터링 장치로의 적용예에 대해서 설명했지만, 단일 타깃에 단일의 자석 유닛이 배치된 마그네트론 스퍼터링 장치에도 본 발명은 적용 가능하다.Further, in each of the above embodiments, an example of application to a magnetron sputtering apparatus in which a plurality of magnet units are respectively disposed on a plurality of targets has been described, but the present invention can also be applied to a magnetron sputtering apparatus in which a single magnet unit is disposed in a single target. do.

1, 201: 진공 챔버
3, 203: 타깃
5, 205: 자석 유닛
10: 조정 유닛
20, 220: 제어장치
21: 입력부
22: 최적해 산출부
23: 출력부
100, 200: 스퍼터링 장치
221: 예측부
222: 보정부
223: 최적화부
224: 상태 추정부
W: 기판
1, 201: vacuum chamber
3, 203: target
5, 205: magnet unit
10: adjustment unit
20, 220: control device
21: input unit
22: Optimal solution calculation unit
23: output unit
100, 200: sputtering device
221: prediction unit
222: correction unit
223: optimization unit
224: state estimation unit
W: substrate

Claims (10)

기판에 대향해서 배치되고 막 형성 재료로 구성된 1 이상의 타깃과,
상기 타깃의 배면에 배치된 1 이상의 자석 유닛과,
상기 자석 유닛 각각의 위치, 상기 자석 유닛 각각의 이동 패턴, 및, 상기 자석 유닛 각각을 구성하는 전자석의 유입 전류 혹은 유입 전류 변동 패턴의 적어도 하나를 포함하는 설정조건과, 당해 스퍼터링 장치에 의해서 막 형성된 상기 기판 상의 막 형성 재료의 막질 측정값을 적어도 포함하는 입력정보에 의거하고, 상기 자석 유닛의 적어도 하나에 대한 상기 설정조건의 최적해를 산출하는 최적해 산출부를 가지는 제어장치와,
상기 최적해에 의거하여 상기 자석 유닛의 상기 설정조건을 개별적으로 조정하는 것이 가능한 조정 유닛을 구비하는 스퍼터링 장치.
one or more targets disposed facing the substrate and made of a film-forming material;
one or more magnet units disposed on the rear surface of the target;
setting conditions including at least one of a position of each of the magnet units, a movement pattern of each of the magnet units, and an inflow current or an inflow current variation pattern of an electromagnet constituting each of the magnet units; a control device having an optimum solution calculation unit that calculates an optimum solution of the set condition for at least one of the magnet units based on input information including at least a film quality measurement value of a film forming material on the substrate;
A sputtering device comprising an adjustment unit capable of individually adjusting the setting conditions of the magnet unit based on the optimal solution.
제1 항에 있어서,
상기 최적해 산출부는 임의의 상기 자석 유닛 각각의 상기 설정조건에 대한 상기 막질의 균질성 예측값을 산출하고, 상기 예측값에 의거하고, 미리 설정된 소정의 막질 균질성을 만족시킬 수 있는 상기 자석 유닛 각각의 상기 설정조건을 도출하는 스퍼터링 장치.
According to claim 1,
The optimal solution calculation unit calculates the membrane quality homogeneity prediction value for the set condition of each of the magnet units, and based on the predicted value, the set condition of each magnet unit that can satisfy a predetermined membrane quality homogeneity set in advance A sputtering device that derives.
제2 항에 있어서,
상기 최적해 산출부는 상기 입력정보에 의거하고, 상기 예측값을 보정하는 보정부를 추가로 가지는 스퍼터링 장치.
According to claim 2,
The sputtering device of claim 1 , wherein the optimal solution calculation unit further has a correcting unit correcting the predicted value based on the input information.
제3 항에 있어서,
상기 보정부는 상기 입력정보에 의거하고, 상기 스퍼터링 장치의 상태의 추정에 의해서 보정을 실시하는 스퍼터링 장치.
According to claim 3,
The sputtering device according to claim 1 , wherein the correcting unit performs correction by estimating the state of the sputtering device based on the input information.
제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 한에 있어서,
상기 기판 상의 막 형성 재료의 막질 측정값은 상기 기판 상의 미리 설정된 복수의 측정점에서의 막 형성 재료의 막질에 관한 측정 데이터를 포함하는 스퍼터링 장치.
According to any one of claims 1 to 4,
The film quality measurement value of the film-forming material on the substrate includes measurement data about the film quality of the film-forming material at a plurality of preset measurement points on the substrate.
제5 항에 있어서,
상기 막질은 막 두께, 시트저항, 광선 투과율, 막 응력, 굴절율, 에칭 특성, 막 밀도의 적어도 하나를 포함하는 스퍼터링 장치.
According to claim 5,
The film quality includes at least one of film thickness, sheet resistance, light transmittance, film stress, refractive index, etching property, and film density.
제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 한에 있어서,
상기 최적해 산출부는 사전에 막 형성 조건과 막질과의 관계를 학습시킨 기계 학습기를 사용해서 상기 최적해를 산출하는 스퍼터링 장치.
According to any one of claims 1 to 6,
The sputtering device according to claim 1, wherein the optimal solution calculating unit calculates the optimal solution using a machine learning machine that has previously learned the relationship between film formation conditions and film quality.
제1 항 내지 제7 항 중 어느 한 한에 있어서,
상기 입력정보는 상기 막 형성 재료의 종류, 상기 타깃의 표면 형상, 상기 타깃에 인가하는 전압, 방전 시간, 스퍼터링 가스의 종류, 막 형성시 압력의 적어도 하나를 추가로 포함하는 스퍼터링 장치.
According to any one of claims 1 to 7,
The input information further includes at least one of a type of film forming material, a surface shape of the target, a voltage applied to the target, a discharge time, a type of sputtering gas, and a pressure during film formation.
기판에 대향해서 배치되고 막 형성 재료로 구성된 1 이상의 타깃과, 상기 타깃의 배면에 배치된 1 이상의 자석 유닛을 구비한 스퍼터링 장치의 제어방법으로서,
상기 자석 유닛 각각의 위치, 상기 자석 유닛 각각의 이동 패턴, 및, 상기 자석 유닛 각각을 구성하는 전자석의 유입 전류 혹은 유입 전류 변동 패턴의 적어도 하나를 포함하는 설정조건과, 당해 스퍼터링 장치에 의해서 막 형성된 상기 기판 상의 막 형성 재료의 막질 측정값을 적어도 포함하는 입력정보에 의거하고, 상기 자석 유닛의 적어도 하나에 대한 상기 설정조건의 최적해를 산출하고,
상기 최적해에 의거하여 상기 자석 유닛의 상기 설정조건을 개별적으로 조정하는 스퍼터링 장치의 제어방법.
A control method for a sputtering apparatus having one or more targets disposed facing a substrate and made of a film-forming material, and one or more magnet units disposed on a back surface of the target, comprising:
setting conditions including at least one of a position of each of the magnet units, a movement pattern of each of the magnet units, and an inflow current or an inflow current variation pattern of an electromagnet constituting each of the magnet units; Calculating an optimal solution of the set condition for at least one of the magnet units based on input information including at least a film quality measurement value of a film forming material on the substrate;
A control method of a sputtering device for individually adjusting the setting conditions of the magnet unit based on the optimal solution.
기판에 대향해서 배치되고 막 형성 재료로 구성된 1 이상의 타깃과, 상기 타깃의 배면에 배치된 1 이상의 자석 유닛을 구비한 스퍼터링 장치를 제어하는 제어장치로서,
상기 자석 유닛 각각의 위치, 상기 자석 유닛 각각의 이동 패턴, 및, 상기 자석 유닛 각각을 구성하는 전자석의 유입 전류 혹은 유입 전류 변동 패턴의 적어도 하나를 포함하는 설정조건과, 당해 스퍼터링 장치에 의해서 막 형성된 상기 기판 상의 막 형성 재료의 막질 측정값을 적어도 포함하는 입력정보에 의거하고, 상기 자석 유닛의 적어도 하나에 대한 상기 설정조건의 최적해를 산출하는 최적해 산출부를 구비하는 스퍼터링 장치용 제어장치.
A control device for controlling a sputtering device having at least one target disposed opposite to a substrate and made of a film-forming material, and at least one magnet unit disposed on a rear surface of the target, comprising:
setting conditions including at least one of a position of each of the magnet units, a movement pattern of each of the magnet units, and an inflow current or an inflow current variation pattern of an electromagnet constituting each of the magnet units; and an optimum solution calculation unit that calculates an optimum solution of the set condition for at least one of the magnet units based on input information including at least a film quality measurement value of a film forming material on the substrate.
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