成膜方法、成膜装置和程序与流程

1.本发明涉及成膜方法、成膜装置和程序。


背景技术：

2.例如，一直以来，已知有配备多个金属靶材，在被处理体上形成金属氧化膜的成膜装置。根据要成膜的金属氧化膜的种类，能够任意地选择金属靶材(例如，参照专利文献1)。
3.现有技术文献
4.专利文献
5.专利文献1：日本特开2016-33244号公报


技术实现要素：

6.发明想要解决的技术问题
7.本发明提供一种提高能够配备多个靶材的成膜装置的工作效率的技术。
8.用于解决技术问题的技术方案
9.本发明的一个方式，提供一种在具有能够配备多个靶材的阴极单元的成膜装置中执行的成膜方法，包括：
10.在安装在上述阴极单元的同一材料的第一靶材和第二靶材之中，按照上述第一靶材的方案，使用上述第一靶材进行成膜处理的步骤；
11.在管理上述第一靶材的寿命的值达到了预先设定的阈值后，从用户接收上述成膜处理中使用的上述第二靶材的选择的步骤；和
12.按照将上述第一靶材的方案的靶材关联控制项目的设定转换为所选择的上述第二靶材的方案，使用所选择的上述第二靶材进行上述成膜处理的步骤。
13.发明效果
14.根据本发明，能够提高能够配备多个靶材的成膜装置的工作效率。
附图说明
15.图1是本实施方式的半导体制造系统的一例的构成图。
16.图2是具有本实施方式的阴极单元的成膜装置的一例的截面图。
17.图3是具有本实施方式的阴极单元的成膜装置的一例的概略平面图。
18.图4是控制部的一例的硬件构成图。
19.图5是控制部的一例的功能块图。
20.图6是本实施方式的替代阴极画面的一例的示意图。
21.图7是本实施方式的替代阴极画面的一例的示意图。
22.图8是本实施方式的替代阴极画面的一例的示意图。
23.图9是用于说明靶材切换时的方案的靶材关联控制项目的设定的改变的图。
24.图10是本实施方式的替代阴极画面的一例的示意图。
25.图11是本实施方式的替代阴极画面的一例的示意图。
26.图12是表示本实施方式的成膜装置的动作的一例的流程图。
27.附图标记说明
28.1 半导体制造系统
29.2 主机
30.3 成膜装置
31.4 网络
32.30 阴极单元(cathode unit)
33.31 靶材(target)
34.33 电源
35.60 控制部
36.200 成膜处理控制部
37.202 显示控制部
38.204 靶材寿命管理部
39.206 操作接收部
40.208 方案存储部。
具体实施方式
41.以下，参照附图说明用于实施本发明的方式的说明。
42.《系统构成》
43.图1是本实施方式的半导体制造系统的一例的构成图。图1所示的半导体制造系统1通过主机2和一台以上的成膜装置3例如经由lan(local area network)等的能够数据通信的网络4连接而构成。
44.主机2是将关于成膜装置3的信息提供给作为用户的一个例子的操作者的人机界面(mmi)的一例。主机2从操作者接收系统参数设定等的参数设定。主机2从操作者接收处理方案、维护方案或者容许方案等的方案设定。主机2从操作者接收与产品管理(批次管理)、生产管理(批管理)有关的指示。主机2将参数设定、方案设定提供给成膜装置3。
45.成膜装置3按照来自主机2的任务执行要求，例如对进行mg的成膜的处理模块搬送处理对象的基片，对基片进行mg的成膜。基片例如是半导体晶片。在本实施方式中，搬送到处理模块的基片被进行批处理(lot production、批量处理)。
46.另外，图1的半导体制造系统1是一个例子，根据用途和目的具有各种的系统构成例，这自不待言。图1的主机2和成膜装置3的装置的区分是一个例子。
47.例如，半导体制造系统1能够具有主机2和成膜装置3一体化的构成、进一步被分割的构成等、各种构成。主机2如图1的半导体制造系统1所示将多台的成膜装置3统一处理，也可以与成膜装置3一对一地设置。
48.《成膜装置的构成》
49.图2是具有本实施方式的阴极单元的成膜装置的一例的截面图。图3是具有本实施方式的阴极单元的成膜装置的一例的概略平面图。本实施方式的成膜装置3通过对基片w上进行溅射而成膜金属、合金或者化合物的膜。基片w无特别限定，但是，例如能够列举具有si
等的半导体基体的半导体晶片。
50.成膜装置3包括处理容器10、基片保持部20、阴极单元30、气体供给部40、闸门50和控制部60。处理容器10例如为铝制，区划成进行基片w的处理的处理室。处理容器10与接地电位连接。处理容器10包括：上部开口的容器主体10a；和以封闭容器主体10a的上部开口的方式设置的盖体10b。盖体10b呈大致圆锥台形状。
51.在处理容器10的底部形成排气口11。排气口11与排气装置12连接。排气装置12包含压力控制阀和真空泵。排气装置12将处理容器10内真空排气至规定的真空度。在处理容器10的侧壁形成用于在与相邻的搬送室(未图示)之间送入送出基片w的送入送出口13。送入送出口13能够通过门阀14开闭。
52.基片保持部20呈大致圆板状，设置在处理容器10内的底部附近，将基片w保持为水平。基片保持部20包括基座部21和静电卡盘22。基座部21例如由铝构成。静电卡盘22由电介质体构成，在内部设置有电极23。电极23被从直流电源(未图示)施加直流电压，利用由此产生的静电力将基片w静电吸附在静电卡盘22的表面。另外，在基片保持部20的内部可以设置温度调节机构(未图示)。作为温度调节机构，例如能够使用使温度调节介质流过基片保持部20的机构或者加热器。
53.基片保持部20经由支轴26与设置在处理容器10的下方的驱动装置25连接。支轴26从驱动装置25贯通处理容器10的底壁地延伸，其前端与基片保持部20的底面中央连接。驱动装置25经由支轴26使基片保持部20旋转和升降。支轴26和处理容器10的底壁之间由封闭部件28封闭。支轴26通过设置封闭部件28，能够在使处理容器10内为真空状态的状态下进行旋转和升降动作。封闭部件28例如能够列举磁性流体密封件。
54.阴极单元30具有靶材31，设置在处理容器10的盖体10b的倾斜面。如图2和图3所示，在本实施方式中，4个阴极单元30等间隔地设置在相同高度位置。阴极单元的数量不限于此，可以为多个任意的个数。阴极单元30的详细在后文述说。
55.气体供给部40具有气体供给源41、气体供给配管42、流量控制器43、气体导入部件44。气体供给配管42从气体供给源41延伸至气体导入部件44。流量控制器43是设置在气体供给配管42是质量流量控制器等。
56.从气体供给源41，将作为在处理容器10内被激发的等离子体生成气体的非活性气体、例如ar、ne、kr等的稀有气体(图1表示ar气体的例)经由气体供给配管42和气体导入部件44供给到处理容器10内。通过对靶材31施加电压将供给到处理容器10内的气体激发。
57.闸门50具有遮蔽靶材31的功能。闸门50形成为沿着处理容器10的盖体10b的圆锥台状，具有覆盖4个靶材31的投影区域的大小。另外，闸门50形成有比靶材31稍大的尺寸的开口部51。成膜所使用的靶材31不被闸门50的开口部51遮蔽。另外，在成膜中不使用的另外的靶材31被闸门50遮蔽。闸门50经由设置在处理容器10的天井部的中心的旋转轴52可旋转地安装。旋转轴52与设置在处理容器10的上方的旋转机构53连接。闸门50通过旋转机构53进行旋转。
58.另外，阴极单元30具有靶材31、靶材冷却部32、电源33和磁铁组件34。靶材冷却部32保持靶材31，将靶材31冷却。电源33对由靶材冷却部32保持的靶材31供给电力。靶材31由构成要沉积的膜的金属、合金或者化合物构成，平面形状形成为矩形。构成靶材31的材料根据要成膜的膜而适当地选择。
59.作为构成靶材31的材料，可以使用热传导率比钴(co)低的低热传导性材料、例如钛(ti)、陶瓷(氧化铝等)。4个靶材31可以由不同的材料构成，也可以由相同的材料构成。此外，在利用本本实施方式的替代阴极功能的情况下，4个靶材31由相同的材料构成。溅射粒子因向靶材31施加电压而放出。在成膜时，对1个或2个以上的靶材31施加电压而放出溅射粒子。
60.靶材冷却部32经由绝缘性部件35安装在形成于处理容器10的盖体10b的倾斜面的孔部10c的内侧。靶材冷却部32设置在靶材31的背面侧。电源33经由靶材冷却部32对靶材31供电。电源33可以为直流电源，也可以为交流电源。例如在靶材31为导电性材料的情况下，在靶材31为绝缘材料的情况下，作为电源33使用交流电源。
61.磁铁组件34设置在靶材冷却部32的与靶材31相反一侧。磁铁组件34包括2个磁铁和磁铁驱动部。2个磁铁对靶材31施加泄露磁场，用于进行磁控溅射，该长边方向与靶材31的短边方向一致。2个磁铁可摇动地设置在靶材31的长边方向上，由磁铁驱动部驱动。2个磁铁隔开间隔地配置，在保持该间隔的状态下能够摇动。在溅射成膜时，通过使2个磁铁揺动而实现泄露磁场的均匀。
62.控制部60例如是如图4所示的构成的计算机，控制成膜装置3的各构成部。图4是控制部的一例的硬件构成图。控制部60包括：主控制部101、输入装置102、输出装置103、显示装置104、存储装置105、外部接口106和将上述部件彼此连接的母线107。输入装置102为键盘、鼠标、触摸面板等。输出装置103为打印机等。显示装置104为显示器等。
63.主控制部101包括cpu(central processing unit)111和、ram(random access memory)112和、rom(read only memory)113。存储装置105进行控制所必须的程序和信息的存储和读取。存储装置105具有hdd(hard disk drive)等的计算机可读存储介质。在存储介质存储从主机2提供的参数设定、方案设定等。
64.在控制部60中，cpu111使用ram112作为操作区域，基于从rom113或者存储装置105的存储介质读取的程序、参数设定、方案设定等，使成膜装置3执行所期望的成膜处理(成膜处理)。
65.图5是控制部的一例的功能块图。图5的控制部60包括成膜处理控制部200、显示控制部202、靶材寿命管理部204、操作接收部206和方案存储部208。此外，在此，省略关于在控制部60的本实施方式的说明中不使用的功能的图示和说明。
66.成膜处理控制部200进行与成膜处理有关的控制。成膜处理控制部200具有本实施方式的替代阴极功能。替代阴极功能具有方案暂时存储功能、方案管理功能和使用靶材管理功能。替代阴极功能进行与本实施方式的替代阴极有关的控制。方案暂时存储功能读取在成膜处理中使用的参数设定、方案设定暂时存储在ram112。
67.方案存储部208将从主机2提供的参数设定、方案设定等存储在存储装置105。方案管理功能从存储装置105读取方案存储部208所存储的参数设定、方案设定等，对方案暂时存储功能指示ram112的暂时存储。另外，方案管理功能将方案暂时存储功能存储在ram112的参数设定、方案设定等，按照使用的靶材31的切换如后述的方式重写用于成膜处理，由此，实现本实施方式的替代阴极功能。
68.使用靶材管理功能进行在成膜处理中使用的靶材的管理，考虑阴极单元30所具有的靶材31各自的寿命，使得对于在1个控制任务(cj)中设定的批的基片的成膜处理的途中
不达到靶材31的寿命(寿命终止)。控制任务例如是考虑成膜装置3中的批的加工单位的指示。
69.显示控制部202将后述的替代阴极画面显示在显示装置104。此外，替代阴极画面的详细在后文述说。靶材寿命管理部204通过供给到的靶材31的电力(kwh)来管理阴极单元30所具有的靶材31的寿命。供给到靶材31的电力是管理靶材31的寿命的值的一例。
70.操作接收部206将在后述的替代阴极画面显示的后述的替代阴极选择器等用作接收来自操作者的选择的显示部件的一例，从操作者接收在成膜处理中使用的靶材的选择。
71.《替代阴极功能》
72.本实施方式的替代阴极功能能够将由相同材料构成的多个靶材31安装在阴极单元30，不将处理容器10内大气开放来切换靶材31以继续进行成膜处理，从而延长维护周期，提高成膜装置3的工作效率。
73.图6是本实施方式的替代阴极画面的一例的示意图。图6所示的替代阴极画面包括：显示靶材的号码和名字的栏1000；显示供给到靶材31的电力的total(总量)；显示警告阈值的warning(警告)、和显示表示警报阈值的alarm(报警)的栏1002；显示替代阴极选择的栏1004。
74.图6的替代阴极画面是阴极单元30具有4个靶材31的情况的例子。另外，图6的替代阴极画面是靶材的号码“target(靶材)1”的靶材31为主要的阴极，靶材的号码“target2”～“target4”为备份的替代阴极的例。
75.因此，图6的替代阴极画面为使作为主要的阴极的靶材的号码“target1”的替代阴极选择有效化。此外，图6的替代阴极画面为使作为替代阴极的靶材的号码“target2～“target4”的替代阴极选择无效。
76.在本实施方式的替代阴极功能中，4个靶材31之中、最初使用的靶材31为主要的阴极，将主要的阴极以外的靶材31作为替代阴极。此外，主要的阴极不限于最初限定的靶材31，可以为与最初暂时存储在ram112的参数设定、方案设定对应的靶材31。
77.对于表示供给到栏1002的靶材31的电力的total，其是管理靶材31各自的寿命的值的一例，其数值通过使用而变大。对于栏1002的total的值，表示的是该值越小越具有达到寿命为止的余量，该值越大越不具有达到寿命为止的余量。
78.对于表示栏1002的警告阈值的warning，表示将靶材31的向寿命的到达这一情况向操作者警告的、供给到靶材31的电力的设定值。例如在图6的替代阴极画面中是total的值达到“140.000kwh”时而产生警告的设定例。
79.另外，对于表示栏1002的警报阈值的alarm，表示与设定为warning的警告阈值相比而不具有至寿命为止的余量的状态的、靶材31的向寿命的到达这一情况向操作者警告的、供给到靶材31的电力的设定值。例如在图6的替代阴极画面中是total的值达到“150.000kwh”时而产生警告的设定例。
80.操作者通过选择图6的替代阴极画面的有效化的靶材的号码“target1”的替代阴极选择，能够选择在成膜处理中使用的靶材31。图6是选择靶材的号码“target1”的靶材31的例子。
81.在成膜处理中使用的靶材31被供给电力，因此，替代阴极画面的tatal的值因成膜处理而增加。当替代阴极画面的tatal的值达到warning的设定值，替代阴极画面如图7所示
显示。图7是本实施方式的替代阴极画面的一例的示意图。
82.在图7的(a)的替代阴极画面中，因tatal的值“142.000kwh”达到warning的设定值，所以产生图7的(b)的警告。在产生图7的(b)的警告的状态下，禁止开始由操作者进行的新的控制任务的操作。如上所述，在产生图7的(b)的警告的状态下，替代阴极功能停止新的控制任务的开始。
83.另外，通过对图7的(a)的替代阴极画面的有效化的靶材的号码“target1”的替代阴极选择进行操作，例如操作者能够将使用的靶材31如图8所示切换为靶材的号码“target2”的替代阴极。
84.图8是本实施方式的替代阴极画面的一例的示意图。图8(a)的替代阴极画面是在有效化的靶材的号码“target1”的替代阴极选择中，选择靶材的号码“target2”的靶材31的例子。
85.图8的(a)的替代阴极画面中，tatal的值达到warning的设定值的靶材的号码“target1”的靶材31因操作者的操作而在使用中消失，因此，如图8的(b)所示，抑制或削除警告。此外，如图8的(a)所示，靶材的号码“target1”的靶材31的tatal的值被维持。
86.而且，本实施方式的替代阴极功能为，作为新使用的靶材31选择的靶材的号码“target2”的tatal的值未达到warning的设定值，因此，许可开始由操作者进行的新的控制任务。
87.此外，在本实施方式的替代阴极功能中，将切换前的靶材31使用的参数设定、方案设定等的方案的靶材关联控制项目的设定例如如图9所示转换为切换后的靶材31，作为切换后的靶材31的方案使用。
88.图9是用于说明靶材切换时的方案的靶材关联控制项目的设定的改变的图。图9的(b)是切换前的靶材31使用的参数设定、方案设定等的方案例，靶材关联控制项目的设定成为“target1”。图9的(c)是切换后的靶材31使用的参数设定、方案设定等的方案例，靶材关联控制项目的设定成为“target2”。
89.如上所述，在本实施方式的替代阴极功能中，通过切换使用的靶材31，方案暂时存储功能通过切换后的靶材31自动地重写存储在ram112的参数设定、方案设定等的方案。此外，在本实施方式的替代阴极功能中，因为不重写存储在方案存储部208的方案，方案暂时存储功能重写存储在ram112的方案进行使用，因此，能够将重写后的方案在成膜处理后舍弃。
90.在本实施方式的替代阴极功能中，不需要为了替代阴极功能而对管理严格的情况多、不容易重写的、主机2的参数设定、方案设定进行重写。另一方面，通过方案暂时存储功能重写存储在ram112的参数设定、方案设定等的方案的靶材关联控制项目的设定进行使用，在本实施方式的替代阴极功能中，能够切换进行放电、监视的靶材31。
91.当替代阴极画面的“target2”的tatal的值达到warning的设定值，替代阴极画面如图10的(a)所示显示。图10是本实施方式的替代阴极画面的一例的示意图。
92.在图10的(a)中，与图7同样地，使用中的靶材31的tatal的值达到warning的设定值，产生警告。在图10的(b)中，与图8同样地，能够切换使用的靶材31。
93.如上所述，在本实施方式的替代阴极功能中，与从“target1”切换“target2”时同样地，能够切换至total的值不达到warning的设定值的另外的靶材31。所以，在本实施方式
的替代阴极功能中，利用4个靶材31的情况下，在保持为真空状態下能够切换4个靶材31执行成膜处理，因此，能够使维护循环成为4倍，能够提高成膜装置3的工作效率。
94.在阴极单元30所具有的全部的靶材31的tatal的值达到warning的设定值的情况下，操作者将阴极单元30所有的靶材31更换为新的靶材31，通过对维护计算进行清除(初期化)，如图11所示，能够使表示供给到靶材31的电力的total值回落至作为初始值的“0.000kwh”。图11是本实施方式的替代阴极画面的一例的示意图。此外，图11的替代阴极画面的替代阴极选择表示通过初始化表示返回到选择了“target1”的靶材31的状态该的状态。
95.《成膜装置的动作》
96.接着，简单说明成膜装置3的动作。图12是表示本实施方式的成膜装置的动作的一例的流程图。
97.成膜装置3通过从操作者接收成膜处理的开始操作，从步骤s10向步骤s12的处理前进。在步骤s12中成膜装置3判定上述的替代阴极画面中选择的使用的靶材31(选择中的靶材31)是否达到警告阈值。
98.当选择中的靶材31的tatal的值未达到警告阈值时，成膜装置3至在步骤s20中判定成膜处理结束为止，在步骤s22中进行成膜处理。
99.具体而言，成膜装置3在步骤s22中，打开门阀14，从与处理容器10相邻的搬送室(未图示)，通过搬送装置(未图示)将基片w送入处理容器10内，保持在基片保持部20。成膜装置3将处理容器10内抽真空，并将处理容器10内控制在预先设定的压力。
100.接着，成膜装置3通过闸门50遮蔽选择中的靶材31，进行放电使靶材的表面清洁化。之后，成膜装置3通过闸门50遮蔽不使用的靶材31，通过开口部51在不遮蔽选择中的靶材31的状态下开始成膜处理。
101.成膜装置3从气体供给部40向处理容器10内导入非活性气体、例如ar气体。接着，成膜装置3从电源33经由靶材冷却部32对靶材31施加电压将ar气体激发。此时，上述的2个磁铁的漏洩磁场波及靶材31的周围，由此，等离子体集中在靶材31的周围形成磁控等离子体。在该状态下，等离子体中的正离子与靶材31碰撞。通过正离子的碰撞，靶材31将其构成元素作为溅射粒子放出。溅射粒子通过磁控溅射而沉积在基片w上。
102.在成膜处理中，成膜装置3监视供给到选择中的靶材31的电力的增加，检测到供给到选择中的靶材31的电力达到了警告阈值时，向步骤s14的处理前进。在步骤s14中，成膜装置3例如产生图7的(b)所示的警告(寿命结束警告)，停止新的控制任务、即新的批或者新的半导体晶片(基片)的处理的开始。
103.向步骤s16的处理前进，成膜装置3例如如图8所示，从替代阴极选择来接收选择未达到警告阈值的靶材31的、向另外的靶材31的切换操作。
104.向步骤s18的处理前进，成膜装置3例如如图9所示，将切换前的靶材31使用的参数设定、方案设定等的方案的靶材关联控制项目的设定例如如图9切换为切换后的靶材31，作为切换后的靶材31的方案使用。向步骤s22的处理前进，成膜装置3检测在步骤s12中供给到选择中的靶材31的电力是否达到警告阈值(步骤s12中，“是(yes)”)，或者至判定为成膜处理结束(步骤s20中，“是(yes)”)为止，在步骤s22中进行成膜处理。
105.此外，在本实施方式的半导体制造系统1中，在使用替代阴极功能的成膜装置3中，
将与主机2管理的参数设定、方案设定不同的靶材31进行放电。监视成膜装置3的成膜处理的主机2，考虑本实施方式的替代阴极功能，可以监视(监控)成膜装置3的成膜处理。
106.以上，对本发明的优选的实施例详细地进行了说明，但是本发明不限于上述的实施例，只要不脱离本发明的范围，能够对上述的实施例增加各种的变形和置换。此外，主要的阴极的靶材31是本发明保护范围的第一靶材的一例。替代阴极的靶材31是本发明保护范围所记载的第二靶材的一例。