JP4830260B2 - Film thickness detection method - Google Patents
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Description
本発明は、プラズマを用いた薄膜形成において膜厚を測定／検出する膜厚検出方法に関するものである。 The present invention relates to a film thickness detection how to measure / detect the film thickness in the thin film formation using plasma.
従来、成膜プロセスにおいて膜厚の検出に水晶振動子式の膜厚モニタを使用するものがある（例えば特許文献１参照）。 2. Description of the Related Art Conventionally, there is a film forming process that uses a crystal oscillator type film thickness monitor to detect a film thickness (see, for example, Patent Document 1).
図３は特許文献１に記載された従来の膜厚検出方法および装置を説明するための構成図であり、真空排気可能なチャンバ１内に設置された蒸着源２と基板３の間に、振動子からなる振動子式膜厚モニタ４が配置されている。チャンバ１はポンプ（図示せず）によって真空排気される。スパッタ方式による蒸着あるいは酸化物など化合物を成膜する際はガス供給系（図示せず）によりガスを導入する。 FIG. 3 is a configuration diagram for explaining a conventional film thickness detection method and apparatus described in Patent Document 1, and vibration is generated between a deposition source 2 and a substrate 3 installed in a chamber 1 that can be evacuated. A vibrator-type film thickness monitor 4 made of a child is disposed. The chamber 1 is evacuated by a pump (not shown). Gas is introduced by a gas supply system (not shown) when vapor deposition by sputtering or a film of a compound such as an oxide is formed.
蒸着源２に電源５を投入して電力を加えると、蒸着源２またはチャンバ１内に発生したプラズマ６によるスパッタリングによって、蒸着源２の中にセットされた材料が蒸発して対向する基板３へ付着し薄膜７が成膜される。蒸発した材料は基板３以外の場所にも付着する。
When the power source 5 is turned on and power is applied to the vapor deposition source 2, the material set in the vapor deposition source 2 is evaporated by sputtering due to the
振動子式膜厚モニタ４の振動子に蒸着源２から蒸発した膜材料が付着すると、該振動子の振動周波数が変化するため、この変化を測定することにより膜厚を検出することができる。 When the film material evaporated from the vapor deposition source 2 adheres to the vibrator of the vibrator type film thickness monitor 4, the vibration frequency of the vibrator changes, and the film thickness can be detected by measuring this change.
また他の従来例として、光源からの光の透過光量を用いて膜厚を検出する方法がある（例えば特許文献２参照）。 As another conventional example, there is a method of detecting the film thickness using the amount of transmitted light from a light source (see, for example, Patent Document 2).
図４は特許文献２に記載された従来の膜厚検出方法および装置を説明する構成図である。なお、図３にて説明した構成要素と同じものについては同じ符号を用いて詳しい説明は省略する。 FIG. 4 is a block diagram illustrating a conventional film thickness detection method and apparatus described in Patent Document 2. In FIG. In addition, about the same component as FIG. 3, the same code | symbol is used and detailed description is abbreviate | omitted.
図４において、真空排気可能なチャンバ１内に設置された基板３における蒸着源２側にレーザなどからなる光源１０が配置され、基板３の裏面（蒸着源２とは反対側）に光度計１１が設置されている。 In FIG. 4, a light source 10 made of a laser or the like is disposed on the deposition source 2 side of a substrate 3 installed in a chamber 1 that can be evacuated, and a photometer 11 is disposed on the back surface of the substrate 3 (the side opposite to the deposition source 2). Is installed.
基板３に成膜を行う動作は、図３に示す装置にて説明した動作と同様であるので省略するが、光源１０から発せられたレーザ光Ｌは膜を通過して、その光量が光度計１１で測定される。この光量と膜厚の関係は、予め実証テストなどにより測定されており、測定された光量の変化に係るデータに基づき膜厚を検出することができる。
しかしながら、図３に示す従来の装置の構成では、振動子式膜厚モニタ４が基板３における膜７の成膜部と離れているため、成膜部分を直接測定することができず測定精度あるいは再現性に乏しい。また、モニタ部にも膜が付着するため、振動子式膜厚モニタ４のメンテナンスが頻繁に必要であるという問題があった。
However, in the configuration of the conventional apparatus shown in FIG. 3, since the vibrator-type film thickness monitor 4 is separated from the film forming portion of the
特許文献１においては、メンテナンス頻度を少なくするため、モニタ部に切り欠きを有するシャッタを設け、モニタ部を間欠的に測定可能にする技術が開示されているが、膜厚を高精度でモニタするためには該シャッタを開けている時間を長くしなければならず、メンテナンス頻度を十分に低減することはできない。 Patent Document 1 discloses a technique for providing a shutter having a notch in the monitor unit in order to reduce the maintenance frequency so that the monitor unit can be measured intermittently. However, the film thickness is monitored with high accuracy. In order to achieve this, the time during which the shutter is opened must be lengthened, and the maintenance frequency cannot be reduced sufficiently.
また、図４に示す従来の装置の構成では、基板３における膜７が成膜される面側に配設された光源１０から光投射せねばならず、蒸発した材料が回り込んで光源１０の表面に付着するため、膜厚測定の精度を悪くするという問題があった。これを解決するためにはメンテナンスを増やすしかなく、生産設備においては装置の稼働率を落とすという問題があった。
In the configuration of the conventional apparatus shown in FIG. 4, light must be projected from the light source 10 disposed on the surface of the substrate 3 on which the
この問題に対応するために、前記のような切り欠きのあるシャッタを光源１０部分に設ける方法が考えられるが、膜厚測定精度を低下させるという問題がある。 In order to cope with this problem, a method of providing the shutter with the notch as described above in the light source 10 can be considered, but there is a problem that the film thickness measurement accuracy is lowered.
本発明は、前記従来の課題を解決するものであり、ほとんどメンテナンスが必要ない構成で、成膜部分を直接精度よく測定／検出することができる膜厚検出方法を提供することを目的とする。 The present invention, the is intended to solve the conventional problems, most maintenance is not required configuration, and an object thereof is to provide a film thickness detecting how that can be directly accurately measured / detected the deposition portion .
前記目的を達成するために、請求項１に記載の膜厚検出方法は、基板上の薄膜の膜厚を測定／検出する膜厚検出方法であって、前記基板の成膜面とは反対側であって膜分子が到達しない位置にフィルタと光度計を配置し、前記フィルタを介して前記光度計により、プラズマ光の発光における特定波長の膜による吸収または透過率を測定して、該膜の膜厚を検出する膜厚検出方法において、前記フィルタは選択する波長が異なる複数のフィルタで構成され、前記フィルタを切り替えることにより、前記基板に堆積する材料の励起波長の光量、及び、前記基板に堆積する材料以外のガスの励起波長の光量を測定し、当該双方の測定結果を用いて、プラズマ状態の経時変化による前記基板に堆積する材料の経時変化を補正しながら、前記膜厚を検出することを特徴とする。
In order to achieve the object, the film thickness detection method according to claim 1 is a film thickness detection method for measuring / detecting a film thickness of a thin film on a substrate, which is opposite to a film formation surface of the substrate. And a filter and a photometer are arranged at positions where the film molecules do not reach, and the absorption or transmittance of the plasma light emission by the film of a specific wavelength is measured by the photometer through the filter, In the film thickness detection method for detecting a film thickness, the filter is composed of a plurality of filters having different wavelengths to be selected, and by switching the filter, the light amount of the excitation wavelength of the material deposited on the substrate, and the substrate the amount of excitation wavelengths other than the deposited material gas was measured, using the measurement results of the both, while correcting the time course of the material to be deposited on the substrate due to aging of the plasma state, detecting the thickness And wherein the Rukoto.
本方法によると、成膜面とは反対側に光度計があるため、光度計への膜の付着は最小限のものとなり、メンテナンスの必要はほとんどなくなる。またフィルタを介して光度計により膜厚を測定し、かつフィルタを切り替えることにより、基板に堆積する材料の励起波長の光量、及び、基板に堆積する材料以外のガスの光強度を測定し、当該双方の測定結果を用いて、プラズマ状態の経時変化による基板に堆積する材料の経時変化を補正しているため、膜厚を直接精度よく測ることができる。このとき、材料の励起波長は薄膜が吸収しやすい波長であるため、精度よく膜厚を検出することができる。 According to this method, since the photometer is located on the side opposite to the film forming surface, the adhesion of the film to the photometer is minimized, and maintenance is hardly required. Further, the film thickness is measured with a photometer through a filter, and the light intensity of the excitation wavelength of the material deposited on the substrate and the light intensity of the gas other than the material deposited on the substrate are measured by switching the filter. Using both measurement results, the change over time of the material deposited on the substrate due to the change over time in the plasma state is corrected, so that the film thickness can be measured directly and accurately. At this time, since the excitation wavelength of the material is a wavelength that is easily absorbed by the thin film, the film thickness can be detected with high accuracy.
本発明の膜厚検出方法によれば、ほとんどメンテナンスが必要ない構成で、成膜部分を直接精度よく測定／検出することができ、しかもプラズマ光の経時変化あるいは基板依存性を補正できるため、膜厚の測定精度がよくなる。 According to the film thickness detecting how the present invention, most maintenance is not required configuration, since the film formation portion directly can be accurately measured / detected, yet can be corrected aging or substrate dependence of plasma light, The film thickness measurement accuracy is improved.
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１を説明するための膜厚検出装置の構成図である。なお、実施の形態１の説明において、図３，図４にて説明した構成要素と同じものについては同じ符号を用いて詳しい説明は省略する。本実施の形態では、Ｍｇ系の蒸着源２をスパッタして透明なガラスからなる基板３に対して成膜する装置を例にして説明する。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a configuration diagram of a film thickness detection apparatus for explaining the first embodiment of the present invention. In the description of the first embodiment, the same components as those described in FIGS. 3 and 4 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. In the present embodiment, an explanation will be given by taking as an example an apparatus for forming a film on a substrate 3 made of transparent glass by sputtering an Mg-based vapor deposition source 2.
図１において、１１は光度計であり、フィルタ１２によりプラズマ光における特定波長の強度を測定する。光度計１１とフィルタ１２は、基板３におけるプラズマ６の発生側とは反対側に配置される。フィルタ１２は、プラズマ光の成分の内、薄膜となる元素の発光による波長を選択する。本例ではフィルタ１２の選択波長は３８３ｎｍである。
In FIG. 1, 11 is a photometer, and the filter 12 measures the intensity of a specific wavelength in the plasma light. The photometer 11 and the filter 12 are arranged on the opposite side of the substrate 3 from the
チャンバ１はポンプ（図示せず）によって、５Ｅ−４Ｐａ程度に真空排気される。その後、ポンプにより排気しながらガス供給系（図示せず）により、Ａｒガスを導入する。Ａｒガスはマスフローコントローラを通じて、一定の流量（５０ｓｃｃｍ）に保たれる。 The chamber 1 is evacuated to about 5E-4 Pa by a pump (not shown). Thereafter, Ar gas is introduced by a gas supply system (not shown) while exhausting with a pump. Ar gas is maintained at a constant flow rate (50 sccm) through the mass flow controller.
この状態で電源５から蒸着源２に−１０００Ｖ程度の電圧を加える。本例では、蒸着源２はＭｇ化合物からなるスパッタターゲットである。前記電圧の印加によりチャンバ１内にプラズマ６が発生する。プラズマ６中のＡｒイオンはターゲットの負電位により加速され、ターゲットに衝突する。その際、ターゲット材料が叩き出され（スパッタリング）、対向する基板３へ付着して、薄膜７が成膜される。
In this state, a voltage of about −1000 V is applied from the power source 5 to the vapor deposition source 2. In this example, the vapor deposition source 2 is a sputter target made of an Mg compound.
スパッタされた薄膜材料は、プラズマ６中で電子，イオンと衝突して励起され、特定波長の光を発光する。その発光を膜および基板を透過させフィルタ１２で選択し、光強度を光度計１１で測定する。成膜が進み膜厚が厚くなるに従い、光度計１１で測定される光強度は変化する。この膜厚と光強度の変化の関係は、予め実証テストなどにて検知されており、このデータに基づき、測定された光強度変化から膜厚を検出する。
The sputtered thin film material collides with electrons and ions in the
本実施の形態１によれば、基板３における成膜面とは反対側に光度計１１を配設したため、光度計１１に対する膜の付着は最小限のものとなり、メンテナンスの必要はほとんどなくなる、また膜を透過した光を測定しているため、膜厚を直接測ることができる。 According to the first embodiment, since the photometer 11 is disposed on the opposite side of the substrate 3 from the film formation surface, the adhesion of the film to the photometer 11 is minimized, and there is almost no need for maintenance. Since the light transmitted through the film is measured, the film thickness can be measured directly.
さらに、薄膜となる元素の発光波長を用いて前記のように測定を行うため吸収がよく、高精度に膜厚を測定することができる。このとき、ターゲット材料の励起波長を用いれば薄膜が吸収しやすい波長であるため、精度よく膜厚を検出することができる。 Furthermore, since the measurement is performed as described above using the emission wavelength of the element to be a thin film, the absorption is good and the film thickness can be measured with high accuracy. At this time, if the excitation wavelength of the target material is used, the film thickness can be detected with high precision because the thin film is easily absorbed.
また実施の形態１において、フィルタ１２を切り替える切替機構を備えることにより、薄膜７として基板３に堆積する材料の励起波長３８３ｎｍの他に、薄膜７として基板３に堆積する材料以外のＡｒガスの励起波長４１９ｎｍの光強度を測定可能にし、その測定結果を用いてプラズマにおける状態の経時変化を補正し、膜厚を算出することが望ましい。これによって、基板３あるいは薄膜７に吸収されにくい波長により、材料の減少あるいはチャンバ１の壁面における膜堆積によるプラズマ状態の経時変化を補正することができ、精度よく膜厚を検出することができる。
Further, in the first embodiment, by providing a switching mechanism for switching the filter 12, in addition to the excitation wavelength 383 nm of the material deposited on the substrate 3 as the
（実施の形態２）
図２は本発明の実施の形態２を説明するための膜厚検出装置の構成図である。なお、実施の形態２の説明において、図１，図３，図４にて説明した構成要素と同じものについては同じ符号を用いて詳しい説明は省略する。
(Embodiment 2)
FIG. 2 is a configuration diagram of a film thickness detection apparatus for explaining the second embodiment of the present invention. In the description of the second embodiment, the same components as those described in FIG. 1, FIG. 3, and FIG.
実施の形態２において、実施の形態１の光度計１１に加えて、第２の光度計１３と、この第２の光度計１３を適宜開放して測定可能にするシャッタ１４とにより、プラズマ光を直接測定するシステムを構成している。予め実証テストなどにより検知されているデータを基に、直接測定したプラズマ光で補正を加えれば、蒸着源２あるいはチャンバ１内の雰囲気の変化に伴うプラズマ発光の変化によらず、精度よく膜厚を測定することができる。 In the second embodiment, in addition to the photometer 11 of the first embodiment, the second photometer 13 and the shutter 14 that allows the second photometer 13 to be opened and measured to appropriately measure the plasma light. Configures a direct measurement system. If correction is made with directly measured plasma light based on data detected in advance through demonstration tests, etc., the film thickness can be accurately measured regardless of changes in plasma emission due to changes in the atmosphere in the deposition source 2 or the chamber 1. Can be measured.
なお、本実施の形態において、プラズマ６の経時変化に対する補正データとしてプラズマ６を直接測定したデータを用いたが、プラズマ６を発生させする装置を構成する部品（例えば電極）の電位または部品を流れる電流を測定し、そのデータを基にプラズマ６の状態の経時変化を補正し、膜厚を検出するようにしてもよい。その際、部品に電気的に接続される電力導入部品１５などの電位あるいは電流を測定するのが望ましい。
In this embodiment, data obtained by directly measuring the
また、当該装置に基板３を投入される前の膜のない状態の基板３における透過率を測定し、該基板３による透過率の差を補正することにより、より精度よく膜厚を検出することができる。 Further, the transmittance of the substrate 3 without a film before the substrate 3 is put into the apparatus is measured, and the difference in transmittance due to the substrate 3 is corrected to detect the film thickness more accurately. Can do.
また、前記実施の形態による薄膜検出方法および装置は、基板上に薄膜を形成する場合のみならず、基板上から薄膜を除去する場合にも実施することができる。 Moreover, the thin film detection method and apparatus according to the above embodiment can be implemented not only when a thin film is formed on a substrate but also when the thin film is removed from the substrate.
本発明は、ほとんどメンテナンスが必要ない構成で成膜部分直接を測定／検出することができるという特徴を有し、プラズマを発生させて基板上に薄膜を形成する装置、またはプラズマを発生させて基板上から薄膜を除去する装置、およびその方法として適用することができる。 The present invention has a feature that a film forming portion can be directly measured / detected with a configuration requiring almost no maintenance, and an apparatus for generating a thin film on a substrate by generating plasma, or a substrate by generating plasma. The present invention can be applied as an apparatus and method for removing a thin film from above.
１ チャンバ
２ 蒸着源
３ 基板
５ 電源
６ プラズマ
７ 膜（薄膜）
１１ 光度計
１２ フィルタ
１３ 第２の光度計
１４ シャッタ
１５ 電力導入部
1 Chamber 2 Deposition Source 3 Substrate 5
11 Photometer 12 Filter 13 Second Photometer 14 Shutter 15 Power Introduction Unit
Claims (1)
前記フィルタは選択する波長が異なる複数のフィルタで構成され、前記フィルタを切り替えることにより、前記基板に堆積する材料の励起波長の光量、及び、前記基板に堆積する材料以外のガスの励起波長の光量を測定し、当該双方の測定結果を用いて、プラズマ状態の経時変化による前記基板に堆積する材料の経時変化を補正しながら、前記膜厚を検出することを特徴とする膜厚検出方法。 A film thickness detection method for measuring / detecting a film thickness of a thin film on a substrate, wherein a filter and a photometer are arranged at a position opposite to a film formation surface of the substrate and where a film molecule does not reach, In the film thickness detection method for detecting the film thickness of the film by measuring the absorption or transmittance by the film of a specific wavelength in the emission of plasma light by the photometer via
The filter is composed of a plurality of filters with different wavelengths to be selected, and by switching the filter, the amount of excitation wavelength of the material deposited on the substrate and the amount of excitation wavelength of a gas other than the material deposited on the substrate was measured, using the measurement results of the both, while correcting the time course of the material to be deposited on the substrate due to aging in the plasma state, the film thickness detecting method and detecting the thickness.
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