JP7536551B2 - Film formation management method and film formation apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、成膜管理方法、および、成膜装置に関する。 The present invention relates to a film formation management method and a film formation apparatus.
記憶素子の一例である抵抗変化素子には、磁気不揮発性メモリ（ＭＲＡＭ）、相変化メモリ（ＰＲＡＭ）、および、導電性ブリッジメモリ（ＣＢＲＡＭ）などが知られている。これらの抵抗変化素子は、磁性を有した多層膜を備えている。多層膜が有する各膜は、スパッタ装置を用いて形成される。スパッタ装置は、ステージ、回転部、および、カソードを備えている。ステージは、スパッタ装置による処理の対象である成膜対象を支持する。回転部は、ステージに垂直な回転軸を中心にステージを回転させる。カソードは、ターゲットを備え、成膜対象に対して斜め方向からスパッタ粒子を入射させる。スパッタ装置は、互いに異なる材料から形成された複数のターゲットを備えることが可能である。こうしたスパッタ装置では、複数のターゲットを同時にスパッタすることによって、複数の元素を含む多元系薄膜を形成することが可能である（例えば、特許文献１を参照）。 Known examples of resistance change elements, which are examples of memory elements, include magnetic non-volatile memory (MRAM), phase change memory (PRAM), and conductive bridge memory (CBRAM). These resistance change elements include a multilayer film having magnetic properties. Each film in the multilayer film is formed using a sputtering device. The sputtering device includes a stage, a rotating unit, and a cathode. The stage supports a film-forming target that is the target of processing by the sputtering device. The rotating unit rotates the stage around a rotation axis perpendicular to the stage. The cathode includes a target, and sputter particles are incident on the film-forming target from an oblique direction. The sputtering device can include multiple targets made of different materials. In such a sputtering device, it is possible to form a multi-element thin film containing multiple elements by simultaneously sputtering multiple targets (see, for example, Patent Document 1).
ところで、抵抗変化素子には、抵抗変化素子の機能を改善することが可能な新たな組成を有した多元系薄膜の開発が求められている。多元系薄膜を形成する元素の組成比を確認するためには、多元系薄膜が形成された成膜対象をスパッタ装置から搬出した後に組成を分析する装置を用いる必要がある。こうした組成の分析は、スパッタ装置とは異なる装置を用いる手間がかかることに加え、多元系薄膜を大気に暴露することによって正確な組成を分析することができない場合もある。そこで、多元系薄膜の組成をより容易に特定することが可能な技術が求められている。 Meanwhile, for resistance change elements, there is a demand for the development of multi-element thin films with new compositions that can improve the functions of resistance change elements. In order to confirm the composition ratio of the elements that make up the multi-element thin film, it is necessary to use a device that analyzes the composition after the film formation target on which the multi-element thin film has been formed is removed from the sputtering device. In addition to the fact that such composition analysis requires the use of a device different from the sputtering device, it may be impossible to accurately analyze the composition by exposing the multi-element thin film to the atmosphere. Therefore, there is a demand for technology that can more easily identify the composition of a multi-element thin film.
本発明は、多元系薄膜の組成をより容易に特定することを可能とした成膜管理方法、および、成膜装置を提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a film formation management method and a film formation apparatus that make it easier to identify the composition of multi-element thin films.
上記課題を解決するための成膜管理方法は、構成元素が互いに異なる複数のターゲットを備えた第１チャンバーにおいて、前記ターゲットに対して回転可能なステージに成膜対象を配置し、当該ステージの回転を停止させて前記ターゲットに対する成膜対象の位置を固定した状態で、各ターゲットを用いたスパッタ成膜を別々の前記成膜対象に行うこと、前記スパッタ成膜後の各成膜対象を真空下において前記第１チャンバーから前記第２チャンバーに搬送すること、および、前記第２チャンバーにおいて、各成膜対象に形成された薄膜の厚さを前記成膜対象の所定位値において測定すること、を含む。 A method for managing film formation to solve the above problem includes: placing a film formation target on a stage that can rotate relative to a plurality of targets in a first chamber having different constituent elements; performing sputter film formation using each target on each of the film formation targets while fixing the position of the film formation target relative to the targets by stopping the rotation of the stage; transporting each film formation target after the sputter film formation from the first chamber to the second chamber under vacuum; and measuring the thickness of the thin film formed on each film formation target at a predetermined position of the film formation target in the second chamber.
上記課題を解決するための成膜装置は、構成元素が互いに異なる複数のターゲットと、前記ターゲットに対して回転可能なステージとを備えた第１チャンバーと、成膜対象に形成された薄膜の厚さを測定する測定部を備える第２チャンバーと、スパッタ成膜後の前記成膜対象を真空下において前記第１チャンバーから前記第２チャンバーに搬送する搬送部と、制御部と、を備える。前記制御部は、前記第１チャンバーに、前記ステージの回転を停止させて、前記ターゲットに対する成膜対象の位置を固定した状態で、各ターゲットを用いたスパッタ成膜を別々の成膜対象に対して実行させて、前記搬送部に、前記スパッタ成膜後の各成膜対象を前記第２チャンバーに搬送させて、前記第２チャンバーに、各成膜対象の所定位置での薄膜の厚さを測定させる。 A film formation apparatus for solving the above problem includes a first chamber including multiple targets having different constituent elements and a stage that can rotate relative to the targets, a second chamber including a measurement unit that measures the thickness of a thin film formed on a film formation target, a transport unit that transports the film formation target from the first chamber to the second chamber under vacuum after sputtering, and a control unit. The control unit causes the first chamber to perform sputtering film formation using each target on separate film formation targets while stopping the rotation of the stage and fixing the position of the film formation target relative to the targets, causes the transport unit to transport each film formation target after sputtering to the second chamber, and causes the second chamber to measure the thickness of the thin film at a predetermined position on each film formation target.
上記各構成によれば、各ターゲットを用いたスパッタ成膜によって形成された薄膜の厚さを測定することによって、各薄膜における測定箇所での厚さから、複数のターゲットを同時に成膜した場合について、多元系薄膜における元素の組成比を特定することが可能である。そのため、多元系薄膜を成膜した後に組成を分析するための装置を用いて組成比を特定する場合に比べて、多元系薄膜における組成をより容易に特定することが可能である。 According to each of the above configurations, by measuring the thickness of the thin film formed by sputtering using each target, it is possible to determine the composition ratio of elements in a multi-element thin film when multiple targets are simultaneously formed from the thickness of each thin film at the measurement point. Therefore, it is possible to more easily determine the composition of a multi-element thin film compared to determining the composition ratio using an apparatus for analyzing the composition after forming the multi-element thin film.
上記成膜管理方法において、前記薄膜の厚さを測定することは、エリプソメーターを用いて前記薄膜の厚さを測定することを含んでもよい。この構成によれば、エリプソメーターを用いることによって、真空下に配置された成膜対象が有する薄膜の厚さを測定することが可能である。 In the above-described film formation management method, measuring the thickness of the thin film may include measuring the thickness of the thin film using an ellipsometer. According to this configuration, by using the ellipsometer, it is possible to measure the thickness of a thin film on a film formation target placed under vacuum.
上記成膜管理方法において、前記各ターゲットを用いたスパッタ成膜を別々の前記成膜対象に行うことは、前記成膜対象の少なくとも１つに酸素に対して反応性を有した前記薄膜を形成することを含んでもよい。 In the above-mentioned film formation management method, performing sputtering film formation using each of the targets on separate film formation targets may include forming the thin film reactive to oxygen on at least one of the film formation targets.
上記構成によれば、真空下において薄膜の厚さを測定するから、大気中において酸化された薄膜を解析する場合に比べて、成膜時における薄膜の状態をより正確に把握することが可能である。 With the above configuration, the thickness of the thin film is measured in a vacuum, making it possible to obtain a more accurate understanding of the state of the thin film during deposition compared to analyzing a thin film that has been oxidized in air.
上記成膜管理方法において、前記ターゲットに対して前記成膜対象を回転させながら、前記各ターゲットを用いたスパッタ成膜を単一の成膜対象に対して同時に行い、当該成膜対象を真空下において前記第１チャンバーから前記第２チャンバーに搬送して、前記第２チャンバーにおいて、当該成膜対象に形成された薄膜の厚さを測定することをさらに含んでもよい。 The above-mentioned film formation management method may further include performing sputter deposition using each of the targets simultaneously on a single film formation target while rotating the film formation target relative to the targets, transporting the film formation target from the first chamber to the second chamber under vacuum, and measuring the thickness of the thin film formed on the film formation target in the second chamber.
上記構成によれば、各スパッタ成膜によって得られる薄膜の厚さが予め把握された状態で、多元系薄膜を成膜することが可能であって、当該多元系薄膜の厚さを真空下で確認することが可能ともなる。結果として、各薄膜の測定が真空下で行われないことによる外乱を排除して、各スパッタ成膜による混合物として多元系薄膜が得られているか否かを確認することが可能ともなる。 According to the above configuration, it is possible to form a multi-element thin film with the thickness of the thin film obtained by each sputtering deposition being known in advance, and it is also possible to confirm the thickness of the multi-element thin film under vacuum. As a result, it is possible to eliminate disturbances caused by the measurement of each thin film not being performed under vacuum, and to confirm whether or not a multi-element thin film has been obtained as a mixture of each sputtering deposition.
上記成膜管理方法において、前記複数のターゲットは、第１ターゲットを含み、前記第１ターゲットを当該第１ターゲットと同一の組成を有した新しい第１ターゲットに交換すること、交換後の前記第１ターゲットを用いて前記成膜対象に前記薄膜を形成すること、交換後の前記第１ターゲットを用いて形成した前記薄膜の厚さを測定すること、および、前記厚さを測定した結果を、参照データと比較すること、をさらに含んでもよい。 In the above-mentioned film formation management method, the multiple targets may include a first target, and the method may further include replacing the first target with a new first target having the same composition as the first target, forming the thin film on the film formation target using the replaced first target, measuring the thickness of the thin film formed using the replaced first target, and comparing the result of the thickness measurement with reference data.
上記構成によれば、交換後の第１ターゲットを用いて形成した薄膜の厚さを測定した結果を参照データと比較することによって、交換後の第１ターゲットが参照データに対して相違するか否か、ひいては、交換前の第１ターゲットに対して相違するか否かを確認することが可能である。 According to the above configuration, by comparing the measurement results of the thickness of the thin film formed using the replaced first target with the reference data, it is possible to confirm whether the replaced first target differs from the reference data, and therefore whether it differs from the first target before replacement.
［第１実施形態］
図１から図４を参照して、成膜管理方法、および、成膜装置の一実施形態を説明する。以下では、成膜装置、および、成膜管理方法を順に説明する。
[First embodiment]
An embodiment of a film formation management method and a film formation apparatus will be described with reference to Figures 1 to 4. The film formation apparatus and the film formation management method will be described below in order.
［成膜装置］
図１が示すように、成膜装置１０は、成膜チャンバー１１、測定チャンバー１２、および、搬送チャンバー１３を備えている。成膜チャンバー１１は第１チャンバーの一例であり、測定チャンバー１２は第２チャンバーの一例である。成膜チャンバー１１および測定チャンバー１２は、搬送チャンバー１３に接続されている。各チャンバー１１，１２，１３は、各チャンバー１１，１２，１３内を真空に維持することが可能に構成されている。
[Film forming equipment]
1, the film formation apparatus 10 includes a film formation chamber 11, a measurement chamber 12, and a transfer chamber 13. The film formation chamber 11 is an example of a first chamber, and the measurement chamber 12 is an example of a second chamber. The film formation chamber 11 and the measurement chamber 12 are connected to a transfer chamber 13. Each of the chambers 11, 12, and 13 is configured to be capable of maintaining a vacuum inside the chambers 11, 12, and 13.
成膜チャンバー１１は、構成元素が互いに異なる複数のターゲット１１Ｔを備えている。図１が示す例では、成膜チャンバー１１は４つのターゲット１１Ｔを備えているが、成膜チャンバー１１は２つ以上の任意の数のターゲット１１Ｔを備えることが可能である。成膜チャンバー１１は、ターゲット１１Ｔに対して回転可能なステージを備えている。 The deposition chamber 11 is equipped with multiple targets 11T having different constituent elements. In the example shown in FIG. 1, the deposition chamber 11 is equipped with four targets 11T, but the deposition chamber 11 can be equipped with any number of targets 11T greater than or equal to two. The deposition chamber 11 is equipped with a stage that can rotate relative to the targets 11T.
測定チャンバー１２は、成膜対象Ｓに形成された薄膜の厚さを測定する測定部１２Ａを備えている。図１が示す例では、測定チャンバー１２は搬送チャンバー１３を介して成膜チャンバー１１に連結されているが、測定チャンバー１２は成膜チャンバー１１に直接接続されてもよい。 The measurement chamber 12 is equipped with a measurement section 12A that measures the thickness of the thin film formed on the film formation target S. In the example shown in FIG. 1, the measurement chamber 12 is connected to the film formation chamber 11 via the transfer chamber 13, but the measurement chamber 12 may also be directly connected to the film formation chamber 11.
測定部１２Ａは、エリプソメーターであってよい。エリプソメーターを用いることによって、真空下に配置された成膜対象Ｓが有する薄膜の厚さを測定することが可能である。例えば、エリプソメーターは、測定チャンバー１２が備える真空槽の外部に位置している。エリプソメーターは、真空槽が備える窓を介して成膜対象Ｓに形成された薄膜の厚さを測定する。 The measurement unit 12A may be an ellipsometer. By using the ellipsometer, it is possible to measure the thickness of a thin film on the film-forming target S placed under vacuum. For example, the ellipsometer is located outside a vacuum chamber provided in the measurement chamber 12. The ellipsometer measures the thickness of the thin film formed on the film-forming target S through a window provided in the vacuum chamber.
搬送チャンバー１３は、搬送部１３Ａを備えている。搬送部１３Ａは、スパッタ成膜後の成膜対象Ｓを真空下において成膜チャンバー１１から測定チャンバー１２に搬送する。なお、測定チャンバー１２が成膜チャンバー１１に直接接続される場合には、搬送部１３Ａは、測定チャンバー１２および成膜チャンバー１１の少なくとも一方に配置されていればよい。 The transport chamber 13 is equipped with a transport unit 13A. The transport unit 13A transports the film formation target S after sputtering from the film formation chamber 11 to the measurement chamber 12 under vacuum. When the measurement chamber 12 is directly connected to the film formation chamber 11, the transport unit 13A only needs to be located in at least one of the measurement chamber 12 and the film formation chamber 11.
成膜装置１０は、搬出入チャンバー１４、処理チャンバー１５、および、ストッカー１６をさらに備えている。搬出入チャンバー１４は、成膜前の成膜対象Ｓを搬送チャンバー１３に搬入する。搬出入チャンバー１４は、成膜後の成膜対象Ｓを搬送チャンバー１３から搬出する。 The film forming apparatus 10 further includes a loading/unloading chamber 14, a processing chamber 15, and a stocker 16. The loading/unloading chamber 14 loads the film forming target S before film formation into the transport chamber 13. The loading/unloading chamber 14 unloads the film forming target S from the transport chamber 13 after film formation.
処理チャンバー１５は、例えば、成膜前の成膜対象Ｓに対して所定の処理を行う前処理チャンバーであってもよいし、成膜後の成膜対象Ｓに対して所定の処理を行う後処理チャンバーであってもよい。所定の処理は、例えば、成膜対象Ｓの加熱、および、成膜対象Ｓの冷却などである。なお、成膜装置１０が備える処理チャンバー１５の数は、１つ以上の任意の数であってよい。また、成膜装置１０は、処理チャンバー１５を備えなくてもよい。 The processing chamber 15 may be, for example, a pre-processing chamber in which a predetermined process is performed on the film-forming target S before the film is formed, or a post-processing chamber in which a predetermined process is performed on the film-forming target S after the film is formed. The predetermined process is, for example, heating the film-forming target S and cooling the film-forming target S. The number of processing chambers 15 provided in the film-forming apparatus 10 may be any number equal to or greater than one. Also, the film-forming apparatus 10 does not need to be provided with a processing chamber 15.
ストッカー１６は、複数の成膜対象Ｓを保管する。ストッカー１６は、成膜前の成膜対象Ｓおよび成膜後の成膜対象Ｓの両方を保管する。 The stocker 16 stores multiple film-forming targets S. The stocker 16 stores both the film-forming targets S before film formation and the film-forming targets S after film formation.
なお、成膜装置１０では、搬送チャンバー１３に対して各チャンバー１２，１４，１５が、ゲートバルブを介して接続されている。搬送チャンバー１３、成膜チャンバー１１、測定チャンバー１２、および、処理チャンバー１５の各々は、処理空間を減圧された状態に維持することが可能に構成されている。ストッカー１６は、大気圧下において成膜対象Ｓを保管する。搬出入チャンバー１４では、ストッカー１６と搬出入チャンバー１４との間における成膜対象Ｓの搬送時には、搬出入チャンバー１４が区画する空間が大気圧に維持される。一方で、搬送チャンバー１３と搬出入チャンバー１４との間における成膜対象Ｓの搬送時には、搬出入チャンバー１４が区画する空間が減圧された状態に維持される。 In the film formation apparatus 10, each of the chambers 12, 14, and 15 is connected to the transfer chamber 13 via a gate valve. Each of the transfer chamber 13, the film formation chamber 11, the measurement chamber 12, and the processing chamber 15 is configured to be able to maintain the processing space in a reduced pressure state. The stocker 16 stores the film formation target S under atmospheric pressure. In the load/unload chamber 14, when the film formation target S is transferred between the stocker 16 and the load/unload chamber 14, the space defined by the load/unload chamber 14 is maintained at atmospheric pressure. On the other hand, when the film formation target S is transferred between the transfer chamber 13 and the load/unload chamber 14, the space defined by the load/unload chamber 14 is maintained in a reduced pressure state.
成膜装置１０は、制御部１０Ｃを備えている。制御部１０Ｃは、制御部１０Ｃ、中央演算処理装置、および、メモリを備える。制御部１０Ｃは、各種の処理を全てソフトウェアで処理するものに限らない。例えば、制御部１０Ｃは、各種の処理のうちの少なくとも一部の処理を実行する専用のハードウェア（特定用途向け集積回路：ＡＳＩＣ）を備えてもよい。制御部１０Ｃは、ＡＳＩＣなどの１つ以上の専用のハードウェア回路、コンピュータプログラム（ソフトウェア）に従って動作する１つ以上のプロセッサ（マイクロコンピュータ）、あるいは、これらの組み合わせ、を含む回路としても構成される。 The deposition apparatus 10 includes a control unit 10C. The control unit 10C includes a control unit 10C, a central processing unit, and a memory. The control unit 10C is not limited to processing all of the various processes by software. For example, the control unit 10C may include dedicated hardware (application specific integrated circuit: ASIC) that executes at least some of the various processes. The control unit 10C may also be configured as a circuit that includes one or more dedicated hardware circuits such as an ASIC, one or more processors (microcomputers) that operate according to a computer program (software), or a combination of these.
制御部１０Ｃは、成膜チャンバー１１に、ステージの回転を停止させて、ターゲット１１Ｔに対する成膜対象Ｓの位置を固定した状態で、各ターゲット１１Ｔを用いたスパッタ成膜を別々の成膜対象Ｓに対して実行させる。制御部１０Ｃは、搬送部１３Ａに、スパッタ成膜後の各成膜対象Ｓを測定チャンバー１２に搬送させる。制御部１０Ｃは、測定チャンバー１２に、各成膜対象Ｓの所定位置での薄膜の厚さを測定させる。 The control unit 10C causes the deposition chamber 11 to stop the rotation of the stage and perform sputter deposition using each target 11T on each separate deposition target S while fixing the position of the deposition target S relative to the target 11T. The control unit 10C causes the transport unit 13A to transport each deposition target S after sputter deposition to the measurement chamber 12. The control unit 10C causes the measurement chamber 12 to measure the thin film thickness at a predetermined position on each deposition target S.
また、制御部１０Ｃは、成膜チャンバー１１および測定チャンバー１２以外の各チャンバー、および、ストッカー１６の動作を制御する。これによって制御部１０Ｃは、成膜チャンバー１１に成膜対象Ｓへの成膜を行わせ、また、測定チャンバー１２に成膜対象Ｓが有する薄膜の厚さを測定させる。 The control unit 10C also controls the operation of each chamber other than the deposition chamber 11 and the measurement chamber 12, and the stocker 16. As a result, the control unit 10C causes the deposition chamber 11 to deposit a film on the deposition target S, and causes the measurement chamber 12 to measure the thickness of the thin film on the deposition target S.
制御部１０Ｃは、記憶部１０ＣＭを備えている。記憶部１０ＣＭには、プロセスレシピが記憶されている。プロセスレシピには、プロセスレシピを構成する複数のプロセスステップが含まれる。プロセスレシピは、各プロセスステップにおける成膜チャンバー１１、測定チャンバー１２、および、搬送チャンバー１３の動作に関する設定値を含んでいる。制御部１０Ｃは、プロセスレシピを読み出した後、プロセスステップ毎にそのプロセスステップに定められた設定値を読み出して、読み出した設定値に応じた指令を生成する。 The control unit 10C includes a memory unit 10CM. The memory unit 10CM stores a process recipe. The process recipe includes a plurality of process steps that constitute the process recipe. The process recipe includes setting values related to the operation of the deposition chamber 11, the measurement chamber 12, and the transfer chamber 13 in each process step. After reading the process recipe, the control unit 10C reads the setting values defined for each process step and generates commands according to the read setting values.
図２は、成膜装置１０が備える成膜チャンバー１１の構造をより詳しく示している。なお、図２は、成膜チャンバー１１が備える４つのターゲット１１Ｔのうち、２つのターゲット１１Ｔを確認可能な視点から見た成膜チャンバー１１の構造を示している。 Figure 2 shows in more detail the structure of the deposition chamber 11 provided in the deposition apparatus 10. Note that Figure 2 shows the structure of the deposition chamber 11 as viewed from a viewpoint where two of the four targets 11T provided in the deposition chamber 11 can be seen.
図２が示すように、成膜チャンバー１１は、真空槽２１を備えている。真空槽２１には、排気部２２が接続されている。排気部２２は、真空槽２１内を所定の圧力に減圧する。真空槽２１内には、成膜対象Ｓを支持するステージ２３が配置されている。ステージ２３には、ステージ２３を回転させる回転部２４が接続されている。回転部２４は、ステージ２３における成膜対象Ｓの載置面に対して垂直な回転軸Ｒを中心にステージ２３を回転させる。 As shown in FIG. 2, the film formation chamber 11 includes a vacuum chamber 21. An exhaust unit 22 is connected to the vacuum chamber 21. The exhaust unit 22 reduces the pressure inside the vacuum chamber 21 to a predetermined pressure. A stage 23 that supports the film formation target S is disposed inside the vacuum chamber 21. A rotation unit 24 that rotates the stage 23 is connected to the stage 23. The rotation unit 24 rotates the stage 23 around a rotation axis R that is perpendicular to the surface on the stage 23 on which the film formation target S is placed.
上述したように、成膜チャンバー１１は、４つのターゲット１１Ｔを備えている。４つのターゲット１１Ｔは、第１ターゲット１１ＴＡおよび第２ターゲット１１ＴＢを含んでいる。４つのターゲット１１Ｔの少なくとも１つは、当該ターゲット１１Ｔのスパッタによって、酸素に対して反応性を有した薄膜を形成可能な材料から形成されてよい。この場合には、成膜装置１０によれば、真空下において薄膜の厚さを測定するから、大気中において酸化された薄膜を解析する場合に比べて、成膜時における薄膜の状態をより正確に把握することが可能である。例えば、ターゲット１１Ｔを形成する材料は、Ｉｎ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３、ＳｎＯ２、および、ＧｅＯ２などであってよい。 As described above, the film-forming chamber 11 includes four targets 11T. The four targets 11T include a first target 11TA and a second target 11TB. At least one of the four targets 11T may be made of a material capable of forming a thin film reactive to oxygen by sputtering the target 11T. In this case, the film-forming apparatus 10 measures the thickness of the thin film under vacuum, so that the state of the thin film during film formation can be grasped more accurately than when analyzing a thin film oxidized in the atmosphere. For example, the material forming the target 11T may be In 2 O 3 , Ga 2 O 3 , SnO 2 , GeO 2 , etc.
第１ターゲット１１ＴＡおよび第２ターゲット１１ＴＢの各々は、被スパッタ面を真空槽２１内に露出するように真空槽２１に取り付けられている。各ターゲット１１ＴＡ，１１ＴＢは、成膜対象Ｓに斜め方向からスパッタ粒子を入射させる角度で真空槽２１に取り付けられている。すなわち、ステージ２３の載置面に垂直な平面であり、かつ、第１ターゲット１１ＴＡおよび第２ターゲット１１ＴＢが含まれる平面に沿う断面において、ステージ２３の載置面の法線と、各ターゲット１１ＴＡ，１１ＴＢの被スパッタ面の法線とが平行でない。載置面の法線と被スパッタ面の法線とが形成する角度は、例えば、０°よりも大きく４５°よりも小さい。 Each of the first target 11TA and the second target 11TB is attached to the vacuum chamber 21 so that the sputtered surface is exposed inside the vacuum chamber 21. Each target 11TA, 11TB is attached to the vacuum chamber 21 at an angle that causes sputter particles to be incident on the film formation target S from an oblique direction. That is, in a cross section along a plane perpendicular to the mounting surface of the stage 23 and including the first target 11TA and the second target 11TB, the normal to the mounting surface of the stage 23 and the normal to the sputtered surface of each target 11TA, 11TB are not parallel. The angle formed by the normal to the mounting surface and the normal to the sputtered surface is, for example, greater than 0° and less than 45°.
第１ターゲット１１ＴＡは、第１バッキングプレート２５Ａに固定されている。第２ターゲット１１ＴＢは、第２バッキングプレート２５Ｂに固定されている。第１バッキングプレート２５Ａには、第１電源２６Ａが接続されている。第２バッキングプレート２５Ｂには、第２電源２６Ｂが接続されている。第１電源２６Ａおよび第２電源２６Ｂの各々は、直流電源であってもよいし、交流電源であってもよい。 The first target 11TA is fixed to the first backing plate 25A. The second target 11TB is fixed to the second backing plate 25B. A first power supply 26A is connected to the first backing plate 25A. A second power supply 26B is connected to the second backing plate 25B. Each of the first power supply 26A and the second power supply 26B may be a DC power supply or an AC power supply.
第１ターゲット１１ＴＡには、第１バッキングプレート２５Ａを介して電圧が印加される。第２ターゲット１１ＴＢには、第２バッキングプレート２５Ｂを介して電圧が印加される。第１ターゲット１１ＴＡと第２ターゲット１１ＴＢとには、互いに異なる電源から電圧が印加されるから、各ターゲット１１ＴＡ，１１ＴＢを個別にスパッタすることが可能である。すなわち、第１ターゲット１１ＴＡと、第２ターゲット１１ＴＢとは、互いに異なるタイミングでスパッタされることが可能である。一方で、第１ターゲット１１ＴＡおよび第２ターゲット１１ＴＢを同時にスパッタすることも可能である。 A voltage is applied to the first target 11TA via the first backing plate 25A. A voltage is applied to the second target 11TB via the second backing plate 25B. Since voltages are applied to the first target 11TA and the second target 11TB from different power sources, it is possible to sputter each target 11TA, 11TB individually. In other words, the first target 11TA and the second target 11TB can be sputtered at different times. On the other hand, it is also possible to sputter the first target 11TA and the second target 11TB simultaneously.
真空槽２１内には、第１シャッター２７Ａと第２シャッター２７Ｂとが位置している。第１シャッター２７Ａは、開状態と閉状態とを有している。第１シャッター２７Ａが閉状態である場合には、第１シャッター２７Ａは第１ターゲット１１ＴＡの被スパッタ面を覆う。第１シャッター２７Ａが開状態である場合には、第１シャッター２７Ａは第１ターゲット１１ＴＡの被スパッタ面を真空槽２１内に露出させる。第２シャッター２７Ｂは、開状態と閉状態とを有している。第２シャッター２７Ｂが閉状態である場合には、第２シャッター２７Ｂは第２ターゲット１１ＴＢの被スパッタ面を覆う。第２シャッター２７Ｂが開状態である場合には、第２シャッター２７Ｂは第２ターゲット１１ＴＢの被スパッタ面を真空槽２１内に露出させる。 A first shutter 27A and a second shutter 27B are located in the vacuum chamber 21. The first shutter 27A has an open state and a closed state. When the first shutter 27A is in the closed state, the first shutter 27A covers the sputtered surface of the first target 11TA. When the first shutter 27A is in the open state, the first shutter 27A exposes the sputtered surface of the first target 11TA to the vacuum chamber 21. The second shutter 27B has an open state and a closed state. When the second shutter 27B is in the closed state, the second shutter 27B covers the sputtered surface of the second target 11TB. When the second shutter 27B is in the open state, the second shutter 27B exposes the sputtered surface of the second target 11TB to the vacuum chamber 21.
真空槽２１には、スパッタガスを真空槽２１内に供給するガス供給部２８が接続されている。ガス供給部２８は、例えば希ガスをスパッタガスとして供給する。なお、ガス供給部２８は、スパッタガスに加えて、反応性ガスを供給してもよい。反応性ガスは、真空槽２１内においてターゲット１１ＴＡ，１１ＴＢから放出されたスパッタ粒子と反応する。反応性ガスは、例えば、酸素ガスおよび窒素ガスなどであってよい。 A gas supply unit 28 is connected to the vacuum chamber 21, which supplies a sputtering gas into the vacuum chamber 21. The gas supply unit 28 supplies, for example, a rare gas as the sputtering gas. The gas supply unit 28 may supply a reactive gas in addition to the sputtering gas. The reactive gas reacts with the sputtering particles released from the targets 11TA and 11TB in the vacuum chamber 21. The reactive gas may be, for example, oxygen gas or nitrogen gas.
成膜チャンバー１１によって成膜対象Ｓに対して薄膜が形成される際には、まず、成膜前の成膜対象Ｓが、搬送チャンバー１３を介して減圧された成膜チャンバー１１に搬入され、成膜対象Ｓがステージ２３に載置される。次いで、回転部２４によるステージ２３の回転が開始される。また、第１ターゲット１１ＴＡおよび第２ターゲット１１ＴＢのうち、スパッタの対象であるターゲット１１ＴＡ，１１ＴＢを覆うシャッター２７Ａ，２７Ｂが開かれる。さらに、ガス供給部２８から真空槽２１内にスパッタガスが供給される。そして、スパッタ対象のターゲット１１ＴＡ，１１ＴＢに電圧が印加されることによって、ターゲット１１ＴＡ，１１ＴＢの被スパッタ面がスパッタされる。これにより、ターゲット１１ＴＡ，１１ＴＢから放出されたスパッタ粒子が成膜対象Ｓに到達することによって、成膜対象Ｓに薄膜が形成される。 When a thin film is formed on the film-forming target S by the film-forming chamber 11, first, the film-forming target S before film formation is carried into the film-forming chamber 11, which has been depressurized, via the transport chamber 13, and the film-forming target S is placed on the stage 23. Next, the rotation unit 24 starts rotating the stage 23. In addition, the shutters 27A and 27B that cover the targets 11TA and 11TB, which are the targets to be sputtered, of the first target 11TA and the second target 11TB, are opened. Furthermore, sputtering gas is supplied from the gas supply unit 28 into the vacuum chamber 21. Then, a voltage is applied to the targets 11TA and 11TB to be sputtered, thereby sputtering the sputtered surfaces of the targets 11TA and 11TB. As a result, the sputtered particles emitted from the targets 11TA and 11TB reach the film-forming target S, forming a thin film on the film-forming target S.
このように、回転軸Ｒを中心に回転している成膜対象Ｓに対して薄膜が形成されることによって、成膜対象Ｓの面内において薄膜の厚さにおけるばらつきを抑えることが可能である。 In this way, by forming a thin film on the film-forming target S rotating around the rotation axis R, it is possible to reduce variation in the thickness of the thin film within the surface of the film-forming target S.
［成膜管理方法］
図３および図４を参照して、成膜管理方法を説明する。なお、以下に参照する図３および図４において、成膜対象Ｓの左右方向は、図２が示す成膜対象Ｓでの左右方向と同一である。
[Film formation control method]
The film formation management method will be described with reference to Fig. 3 and Fig. 4. Note that in Fig. 3 and Fig. 4, the left-right direction of the film-forming target S is the same as the left-right direction of the film-forming target S shown in Fig. 2.
成膜管理方法は、成膜すること、搬送すること、および、測定することを含む。成膜することでは、構成元素が互いに異なる複数のターゲット１１Ｔを備えた成膜チャンバー１１において、ターゲット１１Ｔに対して回転可能なステージ２３に成膜対象Ｓを配置する。そして、当該ステージ２３の回転を停止させてターゲット１１Ｔに対する成膜対象Ｓの位置を固定した状態で、各ターゲット１１Ｔを用いたスパッタ成膜を別々の成膜対象Ｓに行う。搬送することでは、スパッタ成膜後の各成膜対象Ｓを真空下において成膜チャンバー１１から測定チャンバー１２に搬送する。測定することでは、測定チャンバー１２において、各成膜対象Ｓに形成された薄膜の厚さを成膜対象Ｓの所定位値において測定する。以下図面を参照して、管理方法をより詳しく説明する。 The film formation management method includes film formation, transport, and measurement. In the film formation, a film formation target S is placed on a stage 23 that can rotate relative to the target 11T in a film formation chamber 11 equipped with multiple targets 11T having different constituent elements. Then, with the rotation of the stage 23 stopped and the position of the film formation target S fixed relative to the target 11T, sputter film formation is performed on each of the film formation targets S using each target 11T. In the transport, each film formation target S after sputter film formation is transported from the film formation chamber 11 to a measurement chamber 12 under vacuum. In the measurement, the thickness of the thin film formed on each film formation target S is measured at a predetermined position of the film formation target S in the measurement chamber 12. The management method will be described in more detail below with reference to the drawings.
図３は、図２が示す成膜チャンバー１１によって形成された薄膜の断面構造における一例を示している。図３では、第１ターゲット１１ＴＡのスパッタによって形成された第１薄膜が実線によって示される一方で、第２ターゲット１１ＴＢのスパッタによって形成された第２薄膜が破線によって示されている。なお、図３では、各薄膜の厚さが有する傾向を分かり易くする目的で、各薄膜における厚さの変化が誇張されている。 Figure 3 shows an example of the cross-sectional structure of a thin film formed by the deposition chamber 11 shown in Figure 2. In Figure 3, the first thin film formed by sputtering the first target 11TA is shown by a solid line, while the second thin film formed by sputtering the second target 11TB is shown by a dashed line. Note that in Figure 3, the thickness variation of each thin film is exaggerated in order to make it easier to understand the tendency of the thickness of each thin film.
本実施形態の成膜管理方法では、上述したようにターゲット１１ＴＡ，１１ＴＢに対する成膜対象Ｓの位置が固定された状態で、成膜対象Ｓに薄膜が形成される。すなわち、回転部２４によるステージ２３の回転が停止された状態で、成膜対象Ｓに対して薄膜が形成される。 In the film formation management method of this embodiment, a thin film is formed on the film formation target S while the position of the film formation target S relative to the targets 11TA and 11TB is fixed as described above. In other words, a thin film is formed on the film formation target S while the rotation of the stage 23 by the rotating unit 24 is stopped.
図３が示すように、成膜対象Ｓには、第１ターゲット１１ＴＡのスパッタ、または、第２ターゲット１１ＴＢのスパッタによって薄膜が形成される。第１ターゲット１１ＴＡがスパッタされる際には、第１ターゲット１１ＴＡを覆う第１シャッター２７Ａが開かれる一方で、第２ターゲット１１ＴＢを覆う第２シャッター２７Ｂが閉じられる。 As shown in FIG. 3, a thin film is formed on the film formation target S by sputtering the first target 11TA or the second target 11TB. When the first target 11TA is sputtered, the first shutter 27A covering the first target 11TA is opened, while the second shutter 27B covering the second target 11TB is closed.
第１ターゲット１１ＴＡがスパッタされることによって、成膜対象Ｓには第１薄膜ＴＦ１が形成される。上述したように、成膜対象Ｓでは、左端と第１ターゲット１１ＴＡとの間の距離が最も小さい一方で、右端と第１ターゲット１１ＴＡとの間の距離が最も大きい。そのため、成膜対象Ｓの左端に到達するスパッタ粒子の数が最も多い一方で、成膜対象Ｓの右端に到達するスパッタ粒子の数が最も少ない。また、成膜対象Ｓに到達するスパッタ粒子の数は、左端から右端に向かって少なくなる。これにより、成膜対象Ｓに形成された第１薄膜ＴＦ１は、左端において最も厚い厚さを有する一方で、右端において最も薄い厚さを有する。 The first target 11TA is sputtered to form a first thin film TF1 on the film formation target S. As described above, on the film formation target S, the distance between the left end and the first target 11TA is the smallest, while the distance between the right end and the first target 11TA is the largest. Therefore, the number of sputter particles that reach the left end of the film formation target S is the largest, while the number of sputter particles that reach the right end of the film formation target S is the smallest. In addition, the number of sputter particles that reach the film formation target S decreases from the left end to the right end. As a result, the first thin film TF1 formed on the film formation target S has the largest thickness at the left end and the smallest thickness at the right end.
第２ターゲット１１ＴＢがスパッタされることによって、成膜対象Ｓには第２薄膜ＴＦ２が形成される。上述したように、成膜対象Ｓでは、右端と第２ターゲット１１ＴＢとの間の距離が最も小さい一方で、左端と第２ターゲット１１ＴＢとの間の距離が最も大きい。そのため、成膜対象Ｓの右端に到達するスパッタ粒子の数が最も多い一方で、成膜対象Ｓの左端に到達するスパッタ粒子の数が最も少ない。また、成膜対象Ｓに到達するスパッタ粒子の数は、右端から左端に向かって少なくなる。これにより、成膜対象Ｓに形成された第２薄膜ＴＦ２は、右端において最も厚い厚さを有する一方で、左端において最も薄い厚さを有する。 By sputtering the second target 11TB, a second thin film TF2 is formed on the film formation target S. As described above, in the film formation target S, the distance between the right end and the second target 11TB is the smallest, while the distance between the left end and the second target 11TB is the largest. Therefore, the number of sputter particles that reach the right end of the film formation target S is the largest, while the number of sputter particles that reach the left end of the film formation target S is the smallest. In addition, the number of sputter particles that reach the film formation target S decreases from the right end to the left end. As a result, the second thin film TF2 formed on the film formation target S has the thickest thickness at the right end and the thinnest thickness at the left end.
図４は、成膜対象Ｓの表面と対向する視点から見た成膜対象の構造を示している。なお、成膜対象Ｓにおいて、薄膜ＴＦ１，ＴＦ２が形成される面が表面である。
図４が示すように、第１薄膜ＴＦ１の厚さ、および、第２薄膜ＴＦ２の厚さを測定する際には、成膜対象Ｓの面内における任意の位置において各薄膜ＴＦ１，ＴＦ２の厚さを測定することが可能である。図４が示す左測定位置ＰＬ、中央測定位置ＰＣ、および、右測定位置ＰＲは、各薄膜ＴＦ１，ＴＦ２の厚さを測定する所定位置の一例である。
4 shows the structure of the film-forming target S as viewed from a viewpoint opposite to the surface of the film-forming target S. Note that, in the film-forming target S, the surface on which the thin films TF1 and TF2 are formed is the front surface.
4, when measuring the thickness of the first thin film TF1 and the thickness of the second thin film TF2, it is possible to measure the thickness of each of the thin films TF1, TF2 at any position within the surface of the film-forming target S. The left measurement position PL, the central measurement position PC, and the right measurement position PR shown in FIG 4 are examples of predetermined positions at which the thickness of each of the thin films TF1, TF2 is measured.
中央測定位置ＰＣでの厚さを測定した場合には、第１薄膜ＴＦ１の厚さ、および、第２薄膜ＴＦ２の厚さにおけるおよその中央値を把握することが可能である。中央測定位置ＰＣには、回転部２４によるステージ２３の回転を停止した状態、および、回転部２４によってステージ２３を回転させた状態の両方において、ほぼ同量のスパッタ粒子が到達する。また、ステージ２３を回転させた状態で各薄膜ＴＦ１，ＴＦ２を形成した場合には、中央測定位置ＰＣに到達するスパッタ粒子とほぼ同量のスパッタ粒子が成膜対象Ｓの全体に到達する。そのため、中央測定位置ＰＣにおいて各薄膜ＴＦ１，ＴＦ２の厚さを測定すれば、ステージ２３を回転させて各薄膜ＴＦ１，ＴＦ２を量産する場合の成膜条件を決定するための情報を得ることが可能である。 When the thickness is measured at the central measurement position PC, it is possible to grasp the approximate median value of the thickness of the first thin film TF1 and the thickness of the second thin film TF2. Approximately the same amount of sputter particles reach the central measurement position PC both when the rotation of the stage 23 by the rotating unit 24 is stopped and when the stage 23 is rotated by the rotating unit 24. Also, when the thin films TF1 and TF2 are formed with the stage 23 rotated, approximately the same amount of sputter particles reach the entire film-forming target S as the sputter particles that reach the central measurement position PC. Therefore, if the thickness of each thin film TF1 and TF2 is measured at the central measurement position PC, it is possible to obtain information for determining the film-forming conditions when the stage 23 is rotated to mass-produce each thin film TF1 and TF2.
例えば、中央測定位置ＰＣでの測定を行った後に、ターゲット１１Ｔに対して成膜対象Ｓを回転させながら、各ターゲット１１ＴＡ，１１ＴＢを用いたスパッタ成膜を単一の成膜対象Ｓに対して同時に行うことができる。そして、当該成膜対象Ｓを真空下において成膜チャンバー１１から測定チャンバー１２に搬送して、測定チャンバー１２において、当該成膜対象Ｓに形成された薄膜の厚さを測定することができる。 For example, after performing a measurement at the central measurement position PC, sputter deposition using each target 11TA, 11TB can be performed simultaneously on a single deposition target S while rotating the deposition target S relative to the target 11T. Then, the deposition target S can be transported under vacuum from the deposition chamber 11 to the measurement chamber 12, and the thickness of the thin film formed on the deposition target S can be measured in the measurement chamber 12.
これにより、各スパッタ成膜によって得られる薄膜ＴＦ１，ＴＦ２の厚さが予め把握された状態で、多元系薄膜を成膜することが可能であって、当該多元系薄膜の厚さを真空下で確認することが可能ともなる。結果として、各薄膜の測定が真空下で行われないことによる外乱を排除して、各スパッタ成膜による混合物として多元系薄膜が得られているか否かを確認することが可能ともなる。 This makes it possible to form a multi-element thin film with the thicknesses of the thin films TF1 and TF2 obtained by each sputtering deposition being known in advance, and also makes it possible to confirm the thickness of the multi-element thin film under vacuum. As a result, it is possible to eliminate disturbances caused by the measurement of each thin film not being performed under vacuum, and to confirm whether or not a multi-element thin film has been obtained as a mixture of each sputtering deposition.
なお、所定の成膜条件、すなわち初期条件にて各薄膜ＴＦ１，ＴＦ２の厚さを測定した後には、当該測定結果に基づいて成膜条件を変更することによって、中央測定位置ＰＣにおいて得られる薄膜ＴＦ１，ＴＦ２の厚さを変更することが可能である。例えば、各電源２６Ａ，２６Ｂから各ターゲット１１ＴＡ，１１ＴＢに供給する電力を初期条件に対して大きくすることによって、各薄膜ＴＦ１，ＴＦ２の厚さを厚くすることが可能である。また例えば、各電源２６Ａ，２６Ｂから各ターゲット１１ＴＡ，１１ＴＢに供給する電力を初期条件に対して小さくすることによって、各薄膜ＴＦ１，ＴＦ２の厚さを薄くすることが可能である。これにより、例えば、第１ターゲット１１ＴＡと第２ターゲット１１ＴＢとを同時にスパッタした場合において得られる薄膜において、第１ターゲット１１ＴＡ由来の元素と、第２ターゲット１１ＴＢ由来の元素との比を所定の値に調整することが可能である。 After measuring the thickness of each thin film TF1, TF2 under a predetermined film formation condition, i.e., the initial condition, it is possible to change the thickness of the thin film TF1, TF2 obtained at the central measurement position PC by changing the film formation condition based on the measurement result. For example, it is possible to increase the thickness of each thin film TF1, TF2 by increasing the power supplied from each power source 26A, 26B to each target 11TA, 11TB compared to the initial condition. It is also possible to decrease the thickness of each thin film TF1, TF2 by decreasing the power supplied from each power source 26A, 26B to each target 11TA, 11TB compared to the initial condition. This makes it possible to adjust the ratio of elements derived from the first target 11TA to elements derived from the second target 11TB to a predetermined value in a thin film obtained when the first target 11TA and the second target 11TB are simultaneously sputtered.
右測定位置ＰＲでの厚さを測定した場合には、第１薄膜ＴＦ１について、厚さの最小値を把握することが可能である。一方で、第２薄膜ＴＦ２について、厚さの最大値を把握することが可能である。例えば、当該最小値および最大値が得られた成膜条件を初期条件に設定する場合には、初期条件によって各薄膜ＴＦ１，ＴＦ２を成膜した場合について、第１ターゲット１１ＴＡ由来の元素と、第２ターゲット１１ＴＢ由来の元素との比を、各薄膜ＴＦ１，ＴＦ２の厚さから得ることが可能である。 When the thickness is measured at the right measurement position PR, it is possible to determine the minimum thickness of the first thin film TF1. On the other hand, it is possible to determine the maximum thickness of the second thin film TF2. For example, if the deposition conditions under which the minimum and maximum values are obtained are set as the initial conditions, it is possible to obtain the ratio of elements derived from the first target 11TA to elements derived from the second target 11TB from the thicknesses of the thin films TF1 and TF2 when the thin films TF1 and TF2 are deposited under the initial conditions.
これに対して、左測定位置ＰＬの厚さを測定した場合には、第１薄膜ＴＦ１について、厚さの最大値を把握することが可能である。一方で、第２薄膜ＴＦ２について、厚さの最小値を把握することが可能である。例えば、当該最大値および最小値が得られた成膜条件を初期条件に設定する場合には、初期条件によって各薄膜ＴＦ１，ＴＦ２を成膜した場合について、第１ターゲット１１ＴＡ由来の元素と、第２ターゲット１１ＴＢ由来の元素との比を、各薄膜ＴＦ１，ＴＦ２の厚さから得ることが可能である。 In contrast, when the thickness at the left measurement position PL is measured, it is possible to determine the maximum thickness of the first thin film TF1. On the other hand, it is possible to determine the minimum thickness of the second thin film TF2. For example, when the deposition conditions under which the maximum and minimum values are obtained are set as the initial conditions, it is possible to obtain the ratio of elements derived from the first target 11TA to elements derived from the second target 11TB from the thicknesses of the thin films TF1 and TF2 when the thin films TF1 and TF2 are deposited under the initial conditions.
そのため、回転部２４によるステージ２３の回転を停止した状態で、各ターゲット１１ＴＡ，１１ＴＢを初期条件によって同時にスパッタした場合には、右測定位置ＰＲと左測定位置ＰＬとにおいて、各ターゲット１１ＴＡ，１１ＴＢを個別にスパッタすることによって得られた組成比を有した薄膜を形成することが可能である。こうして得られた薄膜の特性を分析することによって、所定の特性を得る上で当該薄膜において好適な組成比を特定することが可能である。 Therefore, when the targets 11TA, 11TB are simultaneously sputtered under initial conditions with the rotation of the stage 23 by the rotating unit 24 stopped, it is possible to form a thin film having a composition ratio obtained by individually sputtering the targets 11TA, 11TB at the right measurement position PR and the left measurement position PL. By analyzing the characteristics of the thin film thus obtained, it is possible to identify a composition ratio that is suitable for the thin film to obtain the specified characteristics.
このように、各ターゲット１１ＴＡ，１１ＴＢの成膜によって形成された薄膜ＴＦ１，ＴＦ２の厚さを測定することによって、各薄膜ＴＦ１，ＴＦ２における測定箇所での厚さから、複数のターゲット１１ＴＡ，１１ＴＢを同時に成膜した場合について、多元系薄膜における元素の組成比を特定することが可能である。そのため、多元系薄膜を成膜した後に組成を分析するための装置を用いて組成比を特定する場合に比べて、多元系薄膜における組成をより容易に特定することが可能である。 In this way, by measuring the thickness of the thin films TF1, TF2 formed by deposition of each target 11TA, 11TB, it is possible to determine the composition ratio of elements in a multi-element thin film when multiple targets 11TA, 11TB are simultaneously deposited from the thickness of each thin film TF1, TF2 at the measurement point. Therefore, it is possible to more easily determine the composition of the multi-element thin film compared to determining the composition ratio using an apparatus for analyzing the composition after deposition of the multi-element thin film.
以上説明したように、成膜管理方法、および、成膜装置の第１実施形態によれば、以下に記載の効果を得ることができる。
（１）各ターゲット１１ＴＡ，１１ＴＢの成膜によって形成された薄膜ＴＦ１，ＴＦ２の厚さを測定することによって、各薄膜ＴＦ１，ＴＦ２における測定箇所での厚さから、複数のターゲット１１ＴＡ，１１ＴＢを同時に成膜した場合について、多元系薄膜における元素の組成比を特定することが可能である。そのため、多元系薄膜における組成をより容易に特定することが可能である。
As described above, according to the first embodiment of the film formation management method and the film formation apparatus, the following effects can be obtained.
(1) By measuring the thickness of the thin films TF1 and TF2 formed by deposition of each target 11TA and 11TB, it is possible to determine the composition ratio of elements in a multi-element thin film when multiple targets 11TA and 11TB are simultaneously deposited from the thickness of each thin film TF1 and TF2 at a measurement point. Therefore, it is possible to more easily determine the composition of the multi-element thin film.
（２）エリプソメーターを用いることによって、真空下に配置された成膜対象Ｓが有する薄膜の厚さを測定することが可能である。 (2) By using an ellipsometer, it is possible to measure the thickness of a thin film on a film-forming target S placed under vacuum.
（３）真空下において薄膜の厚さを測定するから、大気中において酸化された薄膜を解析する場合に比べて、成膜時における薄膜の状態をより正確に把握することが可能である。 (3) Because the thickness of the thin film is measured in a vacuum, it is possible to obtain a more accurate understanding of the state of the thin film during deposition than when analyzing a thin film that has been oxidized in air.
（４）各薄膜ＴＦ１，ＴＦ２の測定が真空下で行われないことによる外乱を排除して、各スパッタ成膜による混合物として多元系薄膜が得られているか否かを確認することが可能ともなる。 (4) It is also possible to eliminate disturbances caused by the fact that the measurements of each thin film TF1, TF2 are not performed in a vacuum, and to confirm whether a multi-element thin film is obtained as a mixture of each sputtering film formation.
［第２実施形態］
図５を参照して、成膜管理方法、および、成膜装置の第２実施形態を説明する。第２実施形態は、上述した第１実施形態に加えて、成膜装置が備えるターゲットを交換した際に、交換後のターゲットに対して評価を行うことが可能であるように構成されている点が異なっている。そのため以下では、こうした相違点を詳しく説明する一方で、第２実施形態において第１実施形態と共通する点に関する詳しい説明を省略する。以下では、本実施形態の成膜装置、および、成膜管理方法を順に説明する。
[Second embodiment]
A second embodiment of the film formation management method and the film formation apparatus will be described with reference to FIG. 5. In addition to the first embodiment described above, the second embodiment is different in that when the target provided in the film formation apparatus is replaced, the replaced target can be evaluated. Therefore, while these differences will be described in detail below, a detailed description of the points common to the first embodiment and the second embodiment will be omitted. The film formation apparatus and the film formation management method of this embodiment will be described in order below.
［成膜装置］
本実施形態の成膜装置は、第１実施形態の成膜装置１０と同一の構成を有している。一方で、本実施形態の成膜装置では、制御部１０Ｃが備える記憶部１０ＣＭが、管理データを記憶している。管理データは、成膜装置１０が備えるターゲット１１ＴＡの少なくとも１つが新しいターゲット１１ＴＡに交換された際に、交換後のターゲット１１ＴＡが正常であるか否かを判定するためのデータである。
[Film forming equipment]
The film forming apparatus of this embodiment has the same configuration as the film forming apparatus 10 of the first embodiment. Meanwhile, in the film forming apparatus of this embodiment, the memory unit 10CM included in the control unit 10C stores management data. The management data is data for determining whether or not the target 11TA after replacement is normal when at least one of the targets 11TA included in the film forming apparatus 10 is replaced with a new target 11TA.
管理データは、例えば、所定の成膜条件である参照条件と、当該参照条件によって成膜された薄膜ＴＦ１，ＴＦ２の厚さに関する参照データを含んでいる。参照条件は、例えば、スパッタガスの流量、各ターゲット１１ＴＡ，１１ＴＢに供給される電力の大きさ、真空槽２１内の圧力、成膜時間、および、ステージ２３の回転数などを含む。参照データは、例えば、各薄膜ＴＦ１，ＴＦ２のうちで、成膜対象Ｓにおける所定位置に形成された部分の厚さであってよい。例えば、薄膜ＴＦ１，ＴＦ２の厚さに関するデータは、上述した中央測定位置ＰＣ、右測定位置ＰＲ、および、左測定位置ＰＬの少なくとも１箇所において測定した厚さであってよい。 The management data includes, for example, reference conditions, which are predetermined film formation conditions, and reference data regarding the thicknesses of the thin films TF1, TF2 formed under the reference conditions. The reference conditions include, for example, the flow rate of the sputtering gas, the magnitude of the power supplied to each target 11TA, 11TB, the pressure in the vacuum chamber 21, the film formation time, and the rotation speed of the stage 23. The reference data may be, for example, the thickness of a portion of each thin film TF1, TF2 formed at a predetermined position on the film formation target S. For example, the data regarding the thicknesses of the thin films TF1, TF2 may be the thicknesses measured at at least one of the above-mentioned central measurement position PC, right measurement position PR, and left measurement position PL.
本実施形態の制御部１０Ｃは、交換後のターゲット１１ＴＡ，１１ＴＢのスパッタによって形成された薄膜ＴＦ１，ＴＦ２における厚さの測定結果と参照データが含む薄膜の厚さに関するデータとの比較から、交換後のターゲット１１ＴＡ，１１ＴＢが正常であるか否かを判定することが可能である。 The control unit 10C of this embodiment can determine whether the replaced targets 11TA, 11TB are normal or not by comparing the measurement results of the thickness of the thin films TF1, TF2 formed by sputtering the replaced targets 11TA, 11TB with the data regarding the thickness of the thin films contained in the reference data.
［成膜管理方法］
図５は、成膜管理方法の処理の手順を示している。以下では、第１ターゲット１１ＴＡが交換の対象である場合における処理の手順を説明する。なお、交換の対象は、第２ターゲット１１ＴＢでもよいし、第１ターゲット１１ＴＡと第２ターゲット１１ＴＢとの両方であってもよい。
[Film formation control method]
5 shows a procedure of the film formation management method. The procedure of the process when the first target 11TA is to be replaced will be described below. The target to be replaced may be the second target 11TB, or both the first target 11TA and the second target 11TB.
本実施形態の成膜管理方法は、第１ターゲットを交換すること、薄膜の厚さを測定すること、および、参照データと比較することを含む。第１ターゲット１１ＴＡを交換することでは、第１ターゲット１１ＴＡを当該第１ターゲット１１ＴＡと同一の組成を有した新しい第１ターゲット１１ＴＡに交換する。薄膜を形成することでは、交換後の第１ターゲット１１ＴＡを用いて成膜対象Ｓに薄膜ＴＦ１を形成する。参照データと比較することは、交換後の第１ターゲット１１ＴＡを用いて形成した薄膜ＴＦ１の厚さを測定する。参照データと比較することでは、厚さを測定した結果を、参照データと比較する。 The film formation management method of this embodiment includes replacing the first target, measuring the thickness of the thin film, and comparing with reference data. In replacing the first target 11TA, the first target 11TA is replaced with a new first target 11TA having the same composition as the first target 11TA. In forming a thin film, a thin film TF1 is formed on the film formation target S using the replaced first target 11TA. In comparing with reference data, the thickness of the thin film TF1 formed using the replaced first target 11TA is measured. In comparing with reference data, the result of measuring the thickness is compared with the reference data.
以下、図面を参照して、成膜管理方法の一例を詳細に説明する。なお、以下に説明する処理は、制御部１０Ｃが記憶部１０ＣＭに記憶されているプロセスレシピを読み出すことによって実行される処理である。なお、以下に説明する一連の処理は、例えば、成膜装置１０の使用者が、成膜装置１０が備える入力部を通じて、第１ターゲット１１ＴＡの交換後における処理を実行する指令が制御部１０Ｃに入力されることによって開始される。あるいは、一連の処理は、成膜装置１０が第１ターゲット１１ＴＡの交換を検知する検知部を備え、当該検知部によって第１ターゲット１１ＴＡの交換が検知された場合に開始されてもよい。 An example of a film formation management method will be described in detail below with reference to the drawings. The process described below is executed by the control unit 10C reading out a process recipe stored in the memory unit 10CM. The series of processes described below is started, for example, when a user of the film formation apparatus 10 inputs a command to execute processing after replacement of the first target 11TA to the control unit 10C through an input unit provided in the film formation apparatus 10. Alternatively, the series of processes may be started when the film formation apparatus 10 includes a detection unit that detects replacement of the first target 11TA and the detection unit detects replacement of the first target 11TA.
図５が示すように、成膜管理方法では、まず、シャッター２７Ａ，２７Ｂ、および、電源２６Ａ，２６Ｂの設定を行う（ステップＳ２１）。本処理は第１ターゲット１１ＴＡが交換された後に行われる処理であるから、第１シャッター２７Ａが開かれる一方で、第２シャッター２７Ｂが閉じられる。また、第１電源２６Ａがターゲット１１Ｔに電圧を印加する電源に設定される。 As shown in FIG. 5, in the film formation management method, first, the shutters 27A and 27B and the power supplies 26A and 26B are set (step S21). Since this process is performed after the first target 11TA is replaced, the first shutter 27A is opened while the second shutter 27B is closed. In addition, the first power supply 26A is set as a power supply that applies a voltage to the target 11T.
次いで、第１ターゲット１１ＴＡのスパッタによって、成膜対象Ｓに第１薄膜ＴＦ１が形成される（ステップＳ２２）。そして、第１薄膜ＴＦ１が形成された成膜対象Ｓが、搬送チャンバー１３を介して成膜チャンバー１１から測定チャンバー１２に搬送される（ステップＳ２３）。測定チャンバー１２に搬送された成膜対象Ｓについて、第１薄膜ＴＦ１の厚さが測定される（ステップＳ２４）。 Next, the first thin film TF1 is formed on the film-forming target S by sputtering the first target 11TA (step S22). Then, the film-forming target S on which the first thin film TF1 has been formed is transported from the film-forming chamber 11 to the measurement chamber 12 via the transport chamber 13 (step S23). The thickness of the first thin film TF1 is measured for the film-forming target S transported to the measurement chamber 12 (step S24).
制御部１０Ｃは、第１薄膜ＴＦ１の厚さを測定した結果と参照データとを比較して、測定結果が参照データと一致するか否かを判定する（ステップＳ２５）。測定結果が参照データと一致する場合には（ステップＳ２５：ＹＥＳ）、制御部１０Ｃは交換後の第１ターゲット１１ＴＡが正常であると処理する（ステップＳ２６）。一方で、測定結果が参照データと一致しない場合には（ステップＳ２５：ＮＯ）、制御部１０Ｃは交換後の第１ターゲット１１ＴＡが異常であると処理する（ステップＳ２７）。ステップＳ２６またはステップＳ２７の処理が行われると、一連の処理が一旦終了される。 The control unit 10C compares the measurement result of the thickness of the first thin film TF1 with the reference data to determine whether the measurement result matches the reference data (step S25). If the measurement result matches the reference data (step S25: YES), the control unit 10C processes the replaced first target 11TA as normal (step S26). On the other hand, if the measurement result does not match the reference data (step S25: NO), the control unit 10C processes the replaced first target 11TA as abnormal (step S27). Once step S26 or step S27 has been performed, the series of processes is temporarily terminated.
このように、交換後の第１ターゲット１１ＴＡを用いて形成した薄膜ＴＦ１の厚さを測定した結果を参照データと比較することによって、交換後の第１ターゲット１１ＴＡによって形成した薄膜ＴＦ１が参照データに対して相違するか否かを確認することが可能である。ひいては、交換後の第１ターゲット１１ＴＡが交換前の第１ターゲット１１ＴＡに対して相違するか否かを確認することが可能である。 In this way, by comparing the measurement result of the thickness of the thin film TF1 formed using the replaced first target 11TA with the reference data, it is possible to confirm whether the thin film TF1 formed by the replaced first target 11TA differs from the reference data. In addition, it is possible to confirm whether the replaced first target 11TA differs from the first target 11TA before replacement.
以上説明したように、成膜管理方法、および、成膜装置の第２実施形態によれば、上述した（１）から（３）効果に加えて、以下に記載の効果を得ることができる。
（５）交換後の第１ターゲット１１ＴＡによって形成した薄膜ＴＦ１が参照データに対して相違するか否かを確認することが可能である。
As described above, according to the second embodiment of the film formation management method and the film formation apparatus, in addition to the above-mentioned effects (1) to (3), the following effects can be obtained.
(5) It is possible to check whether the thin film TF1 formed by the replaced first target 11TA differs from the reference data.
［変更例］
なお、上述した各実施形態は、以下のように変更して実施することができる。
［制御部］
・制御部１０Ｃは、測定結果を参照データと比較する処理（ステップＳ２５）を行う一方で、交換後のターゲット１１Ｔが正常であるか、あるいは、異常であるかのいずれかの処理を行わなくてもよい（ステップＳ２６、ステップＳ２７）。この場合には、例えば、制御部１０Ｃの比較結果を成膜装置１０が備える表示部に表示することによって、成膜装置１０の使用者に比較結果を把握させることはできる。
[Example of change]
Each of the above-described embodiments can be modified and implemented as follows.
[Control unit]
The control unit 10C may perform a process of comparing the measurement result with the reference data (step S25), but may not perform a process of determining whether the replaced target 11T is normal or abnormal (steps S26 and S27). In this case, for example, the comparison result of the control unit 10C can be displayed on a display unit of the film forming apparatus 10 to allow the user of the film forming apparatus 10 to understand the comparison result.
・制御部１０Ｃは、測定結果を参照データと比較する処理（ステップＳ２５）を行った後で、異常値を正常値に補正するフィードバック処理を実行することもできる。この場合には、例えば、制御部１０Ｃによって成膜時間を変更して、異常値を正常値に補正することもできる。また、成膜装置１０は、ターゲットと成膜対象Ｓとの間の距離を複数の値の間で変更することが可能な図示外の変更機構を備えてもよい。すなわち、成膜装置１０は、ターゲットと、ステージ２３における成膜対象Ｓの載置面との間の距離を複数の値の間で変更することが可能な図示外の変更機構を備えてもよい。この場合には、制御部１０Ｃによってターゲットと成膜対象Ｓとの間の距離を調整する変更機構を制御して、面内における膜厚の分布傾向を変更し、異常値を正常値に補正することもできる。 - After performing a process of comparing the measurement result with the reference data (step S25), the control unit 10C can also execute a feedback process to correct the abnormal value to a normal value. In this case, for example, the control unit 10C can change the film formation time to correct the abnormal value to a normal value. The film formation apparatus 10 may also be provided with a change mechanism (not shown) that can change the distance between the target and the film formation target S between multiple values. That is, the film formation apparatus 10 may be provided with a change mechanism (not shown) that can change the distance between the target and the mounting surface of the film formation target S on the stage 23 between multiple values. In this case, the control unit 10C can control the change mechanism that adjusts the distance between the target and the film formation target S to change the distribution tendency of the film thickness in the surface and correct the abnormal value to a normal value.
［ターゲット］
・ターゲット１１Ｔを形成する材料は、成膜対象Ｓが大気に暴露された際に酸化される薄膜を形成可能な材料でなくてもよい。この場合であっても、成膜対象Ｓが成膜チャンバー１１から測定チャンバー１２に向けて真空下を搬送され、かつ、測定チャンバー１２において薄膜の厚さが測定されることによって、上述した（１）に準じた効果を得ることはできる。
[target]
The material forming the target 11T does not have to be a material capable of forming a thin film that is oxidized when the film-forming target S is exposed to the atmosphere. Even in this case, the film-forming target S is transported under vacuum from the film-forming chamber 11 to the measurement chamber 12, and the thickness of the thin film is measured in the measurement chamber 12, so that an effect equivalent to that of (1) described above can be obtained.
［測定部］
・測定部１２Ａは、エリプソメーター以外の測定器によって具体化されてもよい。測定部１２Ａは、例えば、ＸＰＳ、ＸＲＲ、レーザ変位計、渦電流式膜厚計などであってもよい。この場合であっても、上述した（２）に準じた効果を得ることはできる。
[Measurement section]
The measuring unit 12A may be embodied by a measuring device other than an ellipsometer. For example, the measuring unit 12A may be an XPS, an XRR, a laser displacement meter, an eddy current film thickness meter, etc. Even in this case, the effect equivalent to the above-mentioned (2) can be obtained.
１０…成膜装置
１０Ｃ…制御部
１１…成膜チャンバー
１１ＴＡ…第１ターゲット
１１ＴＢ…第２ターゲット
１２…測定チャンバー
１３…搬送チャンバー
１３Ａ…搬送部
Ｓ…成膜対象
ＴＦ１…第１薄膜
ＴＦ２…第２薄膜
REFERENCE SIGNS LIST 10 Film forming apparatus 10C Control unit 11 Film forming chamber 11TA First target 11TB Second target 12 Measurement chamber 13 Transport chamber 13A Transport unit S Film forming target TF1 First thin film TF2 Second thin film
Claims (6)
前記スパッタ成膜後の各成膜対象を真空下において前記第１チャンバーから第２チャンバーに搬送すること、および、
前記第２チャンバーにおいて、各成膜対象に形成された薄膜の厚さを前記成膜対象の所定位置において測定すること、を含む
成膜管理方法。 In a first chamber having a plurality of targets each having a different constituent element, a film-forming target is placed on a stage that can rotate relative to the targets, and while stopping the rotation of the stage to fix the position of the film-forming target relative to the targets, sputtering film formation is performed using each target on each of the film-forming targets;
transporting each film-forming target after the sputtering film-forming from the first chamber to a second chamber under vacuum; and
measuring a thickness of a thin film formed on each film formation target at a predetermined position on the film formation target in the second chamber.
請求項１に記載の成膜管理方法。 The method of claim 1 , wherein measuring the thickness of the thin film includes measuring the thickness of the thin film using an ellipsometer.
請求項１または２に記載の成膜管理方法。 The film formation management method according to claim 1 or 2, wherein performing sputtering film formation using each of the targets on the separate film formation targets includes forming the thin film reactive to oxygen on at least one of the film formation targets.
請求項１から３のいずれか一項に記載の成膜管理方法。 4. The method for managing a film formation according to claim 1, further comprising: performing sputter deposition using each of the targets simultaneously on a single film formation target while rotating the film formation target relative to the targets; transporting the film formation target from the first chamber to the second chamber under vacuum; and measuring a thickness of a thin film formed on the film formation target in the second chamber.
前記第１ターゲットを当該第１ターゲットと同一の組成を有した新しい第１ターゲットに交換すること、
交換後の前記第１ターゲットを用いて前記成膜対象に前記薄膜を形成すること、
交換後の前記第１ターゲットを用いて形成した前記薄膜の厚さを測定すること、および、
前記厚さを測定した結果を、参照データと比較すること、をさらに含む
請求項１から４のいずれか一項に記載の成膜管理方法。 the plurality of targets includes a first target;
replacing the first target with a new first target having the same composition as the first target;
forming the thin film on the film formation target by using the replaced first target;
measuring a thickness of the thin film formed by using the replaced first target; and
The method of claim 1 , further comprising: comparing the thickness measurement result with reference data.
成膜対象に形成された薄膜の厚さを測定する測定部を備える第２チャンバーと、
スパッタ成膜後の前記成膜対象を真空下において前記第１チャンバーから前記第２チャンバーに搬送する搬送部と、
制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記第１チャンバーに、前記ステージの回転を停止させて、前記ターゲットに対する成膜対象の位置を固定した状態で、各ターゲットを用いたスパッタ成膜を別々の成膜対象に対して実行させて、
前記搬送部に、前記スパッタ成膜後の各成膜対象を前記第２チャンバーに搬送させて、
前記第２チャンバーに、各成膜対象の所定位置での薄膜の厚さを測定させる
成膜装置。 A first chamber including a plurality of targets each having different constituent elements and a stage rotatable relative to the targets;
A second chamber including a measurement unit for measuring a thickness of a thin film formed on a film-forming target;
a transport unit that transports the film-forming target after sputtering from the first chamber to the second chamber under vacuum;
A control unit,
The control unit is
In the first chamber, the rotation of the stage is stopped, and sputter deposition is performed on separate deposition targets using each target while the positions of the deposition targets relative to the targets are fixed,
The transport unit transports each film-forming target after the sputtering film-forming to the second chamber,
The film forming apparatus further comprises: a second chamber for measuring a thickness of a thin film at a predetermined position of each film forming target.
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