JP2006117995A - Sputtering apparatus - Google Patents

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Koichi Fukuda
航一 福田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sputtering apparatus which does not cause the dielectric breakdown of a substrate due to the generation of abnormal arc discharge in reverse sputtering, without using an expensive high-frequency facility. <P>SOLUTION: This sputtering apparatus comprises: an electric power source that employs a pulsed direct current; a substrate holder that is composed of a metal such as Ti and Al, which is hardly sputtered and is hardly oxidized, and that makes the metal at least in a part which faces a plasma-generating space, exposed to the space; and a changeover switch for switching a load of pulsed voltage between a side of a substrate to be treated and a target side, to easily perform reverse sputtering and regular sputtering in the same apparatus. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、スパッタ装置、特に逆スパッタ機能を有するスパッタ装置に関するものである。   The present invention relates to a sputtering apparatus, and more particularly to a sputtering apparatus having a reverse sputtering function.

基板上に誘電体膜、光学膜、保護膜等の薄膜を成膜するスパッタリング技術は、現代ハイテク産業に欠かせないものとなっており、広汎な応用範囲を持ったドライプロセスとして広く知られている。このスパッタリング技術に用いられるスパッタ技術を、ターゲット電極に印加される電圧の種類から分類すると、直流(DC)スパッタ技術と高周波(RF)スパッタ技術とが多用されている。
直流電源を用いるDCスパッタリングは成膜速度は速いが、スパッタリングの経時と共に、ターゲット表面に電荷が堆積して絶縁物や高抵抗膜が付着するため、異常アーク放電を起こすという問題がある。
また、高周波電源を用いるRFスパッタリングは長時間異常放電なしに成膜することが可能であるが、成膜速度が遅いという問題がある。しかし絶縁物をスパッタするためにはRFスパッタ技術が不可欠とされている。
Sputtering technology for depositing thin films such as dielectric films, optical films, and protective films on substrates has become indispensable for the modern high-tech industry, and is widely known as a dry process with a wide range of applications. Yes. When the sputtering technique used in this sputtering technique is classified according to the type of voltage applied to the target electrode, a direct current (DC) sputtering technique and a radio frequency (RF) sputtering technique are frequently used.
Although DC sputtering using a direct current power source has a high film forming speed, there is a problem in that abnormal arc discharge occurs because charges accumulate on the target surface and an insulator or a high resistance film adheres with the lapse of time of sputtering.
In addition, although RF sputtering using a high frequency power source can form a film without abnormal discharge for a long time, there is a problem that the film forming speed is slow. However, RF sputtering technology is indispensable for sputtering an insulator.

ところで、薄膜を使用して電子回路を形成する場合、露出した下層導電膜の表面に上層導電膜を重層させる必要が多々生じるが、下層導電膜の表面に不可避的に生成した自然酸化膜や汚染物等を除去する清浄化工程が不可欠である。
シリコン基板表面にトランジスタ等の電子デバイスを形成したり、あるいは液晶表示素子を形成する際には、金属膜の表面に透明導電膜を形成する工程が多用されている。
その際に、酸素との親和力の大きな金属の表面には強固な酸化膜が形成されており、酸化膜の存在する金属膜の表面に酸化物膜をスパッタ成膜しようとすると、前述の異常放電現象が発生する。例えばクロム(Cr)から成る電極表面に、酸化インジウム錫( Indiumu Tin Oxide:ITO)等の酸化物膜をスパッタ成膜する場合、電極表面に酸化クロム膜が存在すると、Cr膜とITO膜の電気的接触抵抗が高くなり、良好なデバイス特性が得られない。よって、属膜の表面に存在する化物膜を除去する清浄化工程が必要になる。
By the way, when an electronic circuit is formed using a thin film, it is often necessary to overlay an upper conductive film on the surface of the exposed lower conductive film, but a natural oxide film or contamination inevitably generated on the surface of the lower conductive film occurs. A cleaning process to remove things is indispensable.
When an electronic device such as a transistor is formed on the surface of a silicon substrate or a liquid crystal display element is formed, a process of forming a transparent conductive film on the surface of a metal film is frequently used.
At that time, a strong oxide film is formed on the surface of the metal having a large affinity for oxygen, and when the oxide film is sputtered on the surface of the metal film on which the oxide film exists, the abnormal discharge described above occurs. The phenomenon occurs. For example, when an oxide film such as indium tin oxide (ITO) is sputter-deposited on the electrode surface made of chromium (Cr), if the chromium oxide film exists on the electrode surface, the electrical properties of the Cr film and the ITO film The contact resistance becomes high and good device characteristics cannot be obtained. Therefore, a cleaning process for removing the chemical film present on the surface of the metal film is required.

清浄化の方法には、エッチング液を用いたウエットエッチングプロセスも用いられるが、逆スパッタ現象を利用したドライエッチングプロセスが多用されている。
逆スパッタ現象は、プラズマ空間に存在するイオンが、負の電位に帯電した被処理基板側に引き寄せられて衝突し、被処理基板表面の構成物質を弾き出す現象である。この逆スパッタ現象を利用して、被処理基板表面の自然酸化膜や汚染物等を除去することができる(例えば、特許文献1参照。)。
As a cleaning method, a wet etching process using an etching solution is also used, but a dry etching process using a reverse sputtering phenomenon is frequently used.
The reverse sputtering phenomenon is a phenomenon in which ions existing in the plasma space are attracted to and collide with the substrate to be processed charged to a negative potential, and eject constituent materials on the surface of the substrate to be processed. By utilizing this reverse sputtering phenomenon, a natural oxide film, contaminants, etc. on the surface of the substrate to be processed can be removed (for example, see Patent Document 1).

ところで、図6に示すように高周波スパッタ装置は電力を効率よく印加するため電極周りの構造が複雑で、インピーダンス整合させるためのマッチングボックス(整合回路)が必要となる(例えば、特許文献2参照。)。
図6に示すスパッタ装置50は、真空用排気口に繋がる真空チャンバー1内にターゲットサセプター5に支持されたスパッタ用ターゲット3とこれに対向して基板ホルダー54に支持された被処理基板2が配置されている。また、真空チャンバー1の外方には高周波電源56が設けられており、これに切替スイッチSW1,SW2が接続されていて、固定接点aはマッチングボックス58を介して真空チャンバー1内の基板ホルダー54に接続され、ターゲットサセプター5側は接地してあり、固定接点bはマッチングボックス57を介して真空チャンバー1内のターゲットサセプター5に接続されるとともに、基板ホルダー54側は接地するように接続してある。この高周波スパッタ装置50を用いてスパッタ成膜する場合には高周波電力をターゲット3に印加し、逆スパッタする場合には高周波電力を被処理基板2に印加する。
マッチングボックス57,58は、例えば13.56MHzの高周波電力を効率よく印加するために回路のインピーダンスを調整するためのものであって、個々の設備毎の、さらには各回路毎のインピーダンスを計算して設計されている。
特開2000−164566号公報 特開平11−323544号公報
Incidentally, as shown in FIG. 6, the high-frequency sputtering apparatus has a complicated structure around the electrodes in order to efficiently apply power, and requires a matching box (matching circuit) for impedance matching (see, for example, Patent Document 2). ).
In the sputtering apparatus 50 shown in FIG. 6, a sputtering target 3 supported by a target susceptor 5 and a substrate 2 to be processed supported by a substrate holder 54 are arranged in a vacuum chamber 1 connected to a vacuum exhaust port. Has been. Further, a high frequency power source 56 is provided outside the vacuum chamber 1, and changeover switches SW 1 and SW 2 are connected to the high frequency power source 56, and the fixed contact a is connected to the substrate holder 54 in the vacuum chamber 1 via the matching box 58. The target susceptor 5 side is grounded, the fixed contact b is connected to the target susceptor 5 in the vacuum chamber 1 via the matching box 57, and the substrate holder 54 side is connected to ground. is there. When sputtering film formation is performed using the high-frequency sputtering apparatus 50, high-frequency power is applied to the target 3, and when reverse sputtering is performed, high-frequency power is applied to the substrate 2 to be processed.
The matching boxes 57 and 58 are for adjusting the impedance of the circuit in order to efficiently apply, for example, a high frequency power of 13.56 MHz. The matching boxes 57 and 58 calculate the impedance of each equipment and further for each circuit. Designed.
JP 2000-164666 A JP-A-11-323544

高周波スパッタ装置では、高周波電力を効率よく印加するために回路のインピーダンスを整合させることが不可欠である。それには高価な整合回路を含むマッチングボックスが必要になり、電極廻りも形状による浮遊容量を計算して個々に設計しなければならず、装置自体が非常に高価になる欠点がある。また、高周波電源自体も直流電源に比較して高価なものとなる。前述の通りマッチングボックスは各設備毎に、さらに各回路毎にインピーダンスを計算して個々の設備に対して設計されている。特に逆スパッタ機能を有するスパッタ装置では、図6に示すようにマッチングボックスが2個必要になり、設備コスト高騰の大きな要因となっている。   In a high-frequency sputtering apparatus, it is essential to match the impedance of a circuit in order to efficiently apply high-frequency power. For this purpose, a matching box including an expensive matching circuit is required, and it is necessary to individually design the stray capacitance around the electrodes by calculating the stray capacitance, which makes the apparatus itself very expensive. In addition, the high frequency power supply itself is more expensive than the DC power supply. As described above, the matching box is designed for each facility by calculating the impedance for each facility and each circuit. Particularly, in a sputtering apparatus having a reverse sputtering function, two matching boxes are required as shown in FIG.

また、直流スパッタ装置では、スパッタ電力を高めていくとターゲット材表面、ターゲットサセプター表面、またはこれらとアースシールドとの間や被処理基板表面、あるいは基板ホルダーの表面等に異常放電現象が発生してしまう。このような異常放電は、真空チャンバー内のあらゆる場所で観察でき、異常放電が発生すると膜質不良を引き起こしたり、被処理基板が絶縁破壊する等製品不良が発生する原因となる。
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであって、高価な高周波設備を使用せずに、逆スパッタ時に異常なアーク放電の発生による基板の絶縁破壊が起こらないスパッタ装置を提供することを目的とする。
In addition, in DC sputtering equipment, when the sputtering power is increased, abnormal discharge occurs on the surface of the target material, the surface of the target susceptor, or between these and the ground shield, the surface of the substrate to be processed, or the surface of the substrate holder. End up. Such an abnormal discharge can be observed everywhere in the vacuum chamber, and when the abnormal discharge occurs, it causes a film quality defect or a product defect such as a dielectric breakdown of the substrate to be processed.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a sputtering apparatus that does not cause dielectric breakdown of a substrate due to occurrence of abnormal arc discharge during reverse sputtering without using expensive high-frequency equipment. Objective.

上記課題を解決するため、本発明のスパッタ装置は、排気系設備を備えたチャンバーと、該チャンバー内に被スパッタ面を露出させて設置されたターゲットと、前記チャンバー内の所定位置に基板を保持した基板ホルダーを前記ターゲットに対向させて備え、前記基板と前記ターゲット間にプラズマを発生させるためのスパッタ電源を有するスパッタ装置であって、前記基板ホルダーは金属製であって、少なくとも前記ターゲットに対向する面は金属面が前記プラズマが発生する空間に対して露出しており、かつ前記スパッタ電源がDCパルス電源であって、前記基板ホルダーにDCパルス電圧を印加することにより逆スパッタが可能となるように構成したスパッタ装置とした。
スパッタ装置を上記にように構成することにより、高価な高周波電源を使用することなく、アーク放電を起こさずに逆スパッタの行えるスパッタ装置とすることができる。
In order to solve the above problems, a sputtering apparatus according to the present invention holds a substrate at a predetermined position in a chamber provided with an exhaust system facility, a target placed with the surface to be sputtered exposed in the chamber. A sputtering apparatus having a sputtering power source for generating plasma between the substrate and the target, the substrate holder being made of metal and facing at least the target The metal surface is exposed to the space where the plasma is generated, and the sputtering power source is a DC pulse power source, and reverse sputtering is possible by applying a DC pulse voltage to the substrate holder. A sputtering apparatus configured as described above was obtained.
By configuring the sputtering apparatus as described above, it is possible to provide a sputtering apparatus that can perform reverse sputtering without causing arc discharge without using an expensive high-frequency power source.

本発明のスパッタ装置では、前記DCパルス電圧を前記ターゲットに印加するか、あるいは前記基板ホルダーに印加するかを切り替え可能な切り替えスイッチを有し、正スパッタと逆スパッタを同一のDCパルス電源を使用して行えるように構成することができる。
スパッタ装置を上記にように構成することにより、高価な高周波電源を使用することなく、スパッタ成膜と逆スパッタとを同一の装置によりスイッチを切り替えるだけで簡単に行うことができる。
The sputtering apparatus of the present invention has a changeover switch that can switch whether the DC pulse voltage is applied to the target or the substrate holder, and uses the same DC pulse power source for normal sputtering and reverse sputtering. It can be configured so that it can be done.
By configuring the sputtering apparatus as described above, sputtering film formation and reverse sputtering can be performed simply by switching the switch using the same apparatus without using an expensive high-frequency power source.

本発明のスパッタ装置では、前記基板ホルダーの前記ターゲットに対向する面以外の面を絶縁体によって覆った基板ホルダーとすることが好ましい。また、前記絶縁体は酸化アルミを使用することができる。また、前記基板ホルダーはチタン製とすることが好ましい。
スパッタ装置を上記のように構成することにより、逆スパッタ時にアーク放電が発生せず、電力を効率よく印加することができるようになる。
In the sputtering apparatus of the present invention, the substrate holder is preferably a substrate holder in which a surface other than the surface facing the target of the substrate holder is covered with an insulator. The insulator may be aluminum oxide. The substrate holder is preferably made of titanium.
By configuring the sputtering apparatus as described above, arc discharge does not occur during reverse sputtering, and power can be applied efficiently.

また、本発明のスパッタ装置では、前記基板ホルダーを前記ターゲットの上方に配置することが好ましい。
逆スパッタ時に万一ダストが発生しても基板表面に落下することを防ぐためである。
さらに、前記DCパルス電圧のオン−オフ周期は50〜250kHzとすることが好ましい。
印加された電力を有効に使用して逆スパッタを効率よく行うためである。
In the sputtering apparatus of the present invention, it is preferable that the substrate holder is disposed above the target.
This is to prevent the dust from falling on the substrate surface even if dust is generated during reverse sputtering.
Furthermore, the on / off cycle of the DC pulse voltage is preferably 50 to 250 kHz.
This is because the reverse sputtering is efficiently performed by effectively using the applied power.

本発明によれば、高価なマッチングボックスを使用しなくても直流パルス電源を使用することによって基板上の素子を破壊することなく素子表面を逆スパッタすることができ、同一の設備でスパッタ成膜も行うことができるので、高性能の素子を歩留まり良く製造することができ、しかも安価な設備コストで製造することか可能となる。   According to the present invention, the element surface can be reverse-sputtered without destroying the element on the substrate by using a DC pulse power supply without using an expensive matching box, and sputter deposition is performed with the same equipment. Therefore, it is possible to manufacture a high-performance element with a high yield and to manufacture at a low equipment cost.

(第1の実施形態)
図1に本発明のスパッタ装置の概略構造を示す。本発明のスパッタ装置10は真空系に繋がる真空チャンバー1内にターゲットサセプター5に支持されたスパッタ用ターゲット3と、これに対向して基板ホルダー4に支持された被処理基板2が配置されている。また、真空チャンバー1の外方には直流パルス電源6が設けられており、これに切替スイッチSW1,SW2が接続されていて、固定接点aは直流パルス電圧を真空チャンバー1内の基板ホルダー5に印加し、ターゲットサセプター5側を接地するように接続されている。固定接点bは直流パルス電圧を真空チャンバー1内のターゲットサセプター5に接続し、基板ホルダー4側を接地するように接続してある。被処理基板2とターゲット3との間にはシャッター9が配置されていて、逆スパッタ時に発生したパーティクルがターゲット3上に沈着するのを防いでいる。
(First embodiment)
FIG. 1 shows a schematic structure of the sputtering apparatus of the present invention. In a sputtering apparatus 10 of the present invention, a sputtering target 3 supported by a target susceptor 5 and a substrate 2 to be processed supported by a substrate holder 4 are disposed in a vacuum chamber 1 connected to a vacuum system. . Further, a DC pulse power source 6 is provided outside the vacuum chamber 1, and changeover switches SW 1 and SW 2 are connected to the DC pulse power source 6, and the fixed contact a sends the DC pulse voltage to the substrate holder 5 in the vacuum chamber 1. It is applied so that the target susceptor 5 side is grounded. The fixed contact b is connected so that a DC pulse voltage is connected to the target susceptor 5 in the vacuum chamber 1 and the substrate holder 4 side is grounded. A shutter 9 is disposed between the target substrate 2 and the target 3 to prevent particles generated during reverse sputtering from depositing on the target 3.

図1のようなスパッタ装置10において、真空系に接続して真空チャンバー1内を所定の減圧下に排気した後、例えばアルゴンガス等の雰囲気ガスを導入し所定の圧力にしておく。
しかる後、被処理基板2とターゲット3との間にあるシャッター9を閉じて、逆スパッタ時に発生したパーティクルがターゲット3上に沈着するのを防止する。次いで、切替スイッチSW1,SW2を固定接点a側に接続し、直流パルス電源6からの直流電圧を真空チャンバー1内の基板ホルダー4に印加するとともに、ターゲットサセプター5側を接地する。直流パルス電圧によりアルゴンガス等の雰囲気ガスがプラズマ化され、電子、イオン及び雰囲気ガスのラジカルが発生してプラズマ領域Pが形成される。そして真空チャンバー1内のイオンは負の直流電圧が印加された被処理基板2側に吸引されて、その運動エネルギーで被処理基板2に衝突し、被処理基板2の表面に形成されている金属酸化物膜22を構成する原子又は分子を弾き出す。この逆スパッタ作用により金属酸化物膜を除去して、表面を清浄化することができる。このとき被処理基板2には周期的に負電位と正電位が印加されるので電荷が蓄積されることはなく、異常なアーク放電は起こらないので、被処理基板2表面に形成されている電子回路21が絶縁破壊することはない。
In the sputtering apparatus 10 as shown in FIG. 1, after connecting the vacuum system and evacuating the vacuum chamber 1 under a predetermined reduced pressure, an atmospheric gas such as argon gas is introduced to a predetermined pressure.
Thereafter, the shutter 9 between the substrate 2 to be processed and the target 3 is closed to prevent particles generated during reverse sputtering from depositing on the target 3. Next, the changeover switches SW1 and SW2 are connected to the fixed contact a side, a DC voltage from the DC pulse power supply 6 is applied to the substrate holder 4 in the vacuum chamber 1, and the target susceptor 5 side is grounded. Atmospheric gas such as argon gas is turned into plasma by the direct-current pulse voltage, and radicals of electrons, ions and atmospheric gas are generated to form a plasma region P. Then, the ions in the vacuum chamber 1 are attracted to the substrate 2 to which the negative DC voltage is applied, collide with the substrate 2 by the kinetic energy, and are formed on the surface of the substrate 2. The atoms or molecules constituting the oxide film 22 are ejected. The metal oxide film can be removed by this reverse sputtering action to clean the surface. At this time, since negative and positive potentials are periodically applied to the substrate 2 to be processed, charges are not accumulated, and abnormal arc discharge does not occur. Therefore, electrons formed on the surface of the substrate 2 to be processed The circuit 21 does not break down.

電子回路21表面を清浄化した後、被処理基板2とターゲット3との間にあるシャッター9を開き、切替スイッチSW1,SW2を固定接点b側に接続し、直流パルス電源6からの直流パルス電圧をターゲット3に印加するとともに、基板ホルダー4側を接地する。直流パルス電圧によりアルゴンガス等の雰囲気ガスがプラズマ化され、電子、イオン及び雰囲気ガスのラジカルが発生してプラズマ領域Pが形成される。そして真空チャンバー1内のイオンは負の直流パルス電圧によりターゲット3側に吸引されて、その運動エネルギーでターゲット3に衝突し、ターゲットを構成する原子又は分子を弾き出す。これがターゲット3に対向する被処理基板2に飛来して付着し、被処理基板2の表面にこのターゲット3の材質からなる皮膜(図示省略)がスパッタ成膜される。
本発明のスパッタ装置を使用すれば、切替スイッチSW1,SW2で電位の印加方向を切り替えるだけで、同一の装置を使用して逆スパッタと正スパッタ(スパッタ成膜)を行うことができる。
After the surface of the electronic circuit 21 is cleaned, the shutter 9 between the substrate 2 to be processed and the target 3 is opened, the changeover switches SW1 and SW2 are connected to the fixed contact b side, and the DC pulse voltage from the DC pulse power supply 6 is connected. Is applied to the target 3 and the substrate holder 4 side is grounded. Atmospheric gas such as argon gas is turned into plasma by the direct-current pulse voltage, and radicals of electrons, ions and atmospheric gas are generated to form a plasma region P. The ions in the vacuum chamber 1 are attracted to the target 3 side by a negative DC pulse voltage, collide with the target 3 with the kinetic energy, and eject atoms or molecules constituting the target. This jumps and adheres to the substrate 2 to be processed facing the target 3, and a film (not shown) made of the material of the target 3 is formed on the surface of the substrate 2 by sputtering.
If the sputtering apparatus of the present invention is used, reverse sputtering and normal sputtering (sputter deposition) can be performed using the same apparatus by simply switching the application direction of the potential with the changeover switches SW1 and SW2.

例えば被処理基板2の表面にクロム等の酸素との親和力の大きな金属からなる電子回路21が有る場合、この電子回路21の表面には高抵抗の金属酸化物膜22が生成している。ITO膜等を成膜する場合、金属酸化物膜膜とITO膜の電気的接触抵抗が高くなり、良好なデバイス特性が得られない。このような場合に、この有害な金属酸化物膜22を直流パルス電圧を印加した逆スパッタにより除去すれば、電子回路21の表面に健全なITO等の透明導電膜をスパッタ形成することができる。   For example, when the electronic circuit 21 made of a metal having a high affinity for oxygen such as chromium is present on the surface of the substrate 2 to be processed, a high-resistance metal oxide film 22 is formed on the surface of the electronic circuit 21. When an ITO film or the like is formed, the electrical contact resistance between the metal oxide film and the ITO film increases, and good device characteristics cannot be obtained. In such a case, if the harmful metal oxide film 22 is removed by reverse sputtering to which a DC pulse voltage is applied, a sound transparent conductive film such as ITO can be formed on the surface of the electronic circuit 21 by sputtering.

図2に本発明のスパッタ装置の基板ホルダーの一部断面を示す。本発明のスパッタ装置では、被処理基板2をターゲットよりも上部に配置し、被処理基板2とターゲットを対向させて配置するのが好ましい。真空チャンバー内で発生したパーティクルが、基板表面に沈着するのを防ぐためである。従って本発明のスパッタ装置の基板ホルダー4は断面L字型として被処理基板2を受けて載置するように構成する。
本発明のスパッタ装置の基板ホルダー4はチタンやアルミニウム等のスパッタ率の低い金属で構成するのが好ましい。特にチタンはスパッタされにくく、酸化されにくいので好ましい。
そして基板ホルダー4の少なくともプラズマ発生領域Pに接する面4aと被処理基板2に対面する面4fは金属面を露出させておく。直流電圧を印加した場合に対向するターゲットとの間でプラズマ放電を起こさせるためである。
無駄なプラズマ放電を防止するために、他の面4b、4cは絶縁物14で被覆しておくのが好ましい。絶縁物14としては、たとえば厚さ1mm程度のアルミナ(Al)で被覆しておけば充分である。
被処理基板2は基板ホルダー4の表面4e上に載置しておくだけでよい。本発明のスパッタ装置ではプラズマ電位を介して被処理基板2に電位が負荷されるので、インピーダンスを重視する高周波スパッタ装置のように、基板と基板ホルダーとを密着させることはあまり重要ではない。
FIG. 2 shows a partial cross section of the substrate holder of the sputtering apparatus of the present invention. In the sputtering apparatus of the present invention, it is preferable that the substrate 2 to be processed is disposed above the target, and the substrate 2 to be processed and the target are opposed to each other. This is to prevent particles generated in the vacuum chamber from being deposited on the substrate surface. Accordingly, the substrate holder 4 of the sputtering apparatus of the present invention is configured to receive and place the substrate 2 to be processed in an L-shaped cross section.
The substrate holder 4 of the sputtering apparatus of the present invention is preferably made of a metal having a low sputtering rate such as titanium or aluminum. In particular, titanium is preferable because it is difficult to be sputtered and oxidized.
The surface 4a of the substrate holder 4 that is in contact with the plasma generation region P and the surface 4f that faces the substrate 2 are exposed. This is because plasma discharge is caused between the facing target when a DC voltage is applied.
In order to prevent useless plasma discharge, the other surfaces 4 b and 4 c are preferably covered with an insulator 14. As the insulator 14, for example, it is sufficient to cover it with alumina (Al 2 O 3 ) having a thickness of about 1 mm.
The substrate 2 to be processed need only be placed on the surface 4 e of the substrate holder 4. In the sputtering apparatus of the present invention, a potential is applied to the substrate 2 to be processed through a plasma potential, and therefore it is not so important to bring the substrate and the substrate holder into close contact as in a high-frequency sputtering apparatus that places importance on impedance.

図3に本発明のスパッタ装置で被処理基板に印加される電位を示す。本発明における基板電位は、通常は−(マイナス)Eとなっているが、周期的に+(プラス)eとなる。この周期的なプラス電位によって基板表面に滞留する電荷を除去するのである。パルス電位のオン−オフ周期Fは50〜400kHz、+(プラス)電位を印加する時間fはオンーオフ周期Fの30〜40%、−(マイナス)電位Eは−200〜−400V、+(プラス)電位eは+30〜+40V程度とするのが適当である。   FIG. 3 shows the potential applied to the substrate to be processed by the sputtering apparatus of the present invention. The substrate potential in the present invention is normally-(minus) E, but periodically becomes + (plus) e. This periodic positive potential removes the electric charge staying on the substrate surface. The on-off period F of the pulse potential is 50 to 400 kHz, the time f for applying the + (plus) potential is 30 to 40% of the on-off period F, the − (minus) potential E is −200 to −400 V, + (plus) The potential e is suitably about +30 to + 40V.

(第2の実施形態)
図4に本発明の第2の実施形態のスパッタ装置の概略構造を示す。
本実施形態のスパッタ装置が第1の実施形態のスパッタ装置と異なる点は、基板ホルダーのプラズマ発生領域Pに面する以外の表面を絶縁物で被覆するのに加えて、被処理基板2のプラズマ発生領域Pと反対側の表面全面を絶縁物で被覆して遮蔽した点である。基板ホルダー近傍を拡大して図5に示す。被処理基板2のプラズマ発生領域Pと反対側の厚さ1mmのアルミナからなる絶縁板15を配置して、被処理基板2の背面を遮蔽した。
スパッタ装置をこのように構成することにより、余分なプラズマ発生を防ぐことができ、投入電力エネルギーを有効に利用できるようになる利点が生じる。
(Second Embodiment)
FIG. 4 shows a schematic structure of a sputtering apparatus according to the second embodiment of the present invention.
The sputtering apparatus of the present embodiment is different from the sputtering apparatus of the first embodiment in that the surface of the substrate holder 2 other than the surface that faces the plasma generation region P is covered with an insulating material, and the plasma of the substrate 2 to be processed. This is that the entire surface opposite to the generation region P is covered with an insulating material and shielded. FIG. 5 shows an enlarged view of the vicinity of the substrate holder. An insulating plate 15 made of alumina having a thickness of 1 mm opposite to the plasma generation region P of the substrate 2 to be processed was disposed to shield the back surface of the substrate 2 to be processed.
By configuring the sputtering apparatus in this way, it is possible to prevent generation of excessive plasma and to have an advantage that input power energy can be used effectively.

(実施例1)
図2に示した基板ホルダーを使用した図1に示すスパッタ装置を使用して、ガラス基板上にクロムを使用して形成したTFT素子の表面にITO透明導電膜を形成した。先ず、ガラス基板を逆スパッタしてクロム回路表面の酸化クロム膜を除去した後、ITO膜をスパッタ成膜した。逆スパッタ条件は以下の通りとした。
チャンバー内圧力 : 1.5pa、
スパッタガス : アルゴン700sccm、
基板寸法 : 6インチ角、
パルスディユーティー比: 40%、
パルス周期 : 100kHz、
パルス最高電位 : +35V、
パルス最低電位 : −300V
投入電力 : 200W
逆スパッタ時間 : 5分間
正スパッタ成膜時間 : 3分間
上記条件で逆スパッタをしたところ、各作業中ともに異常アーク放電は起こらず、密着性が良くて電導性の良いITO膜を形成することができた。
Example 1
Using the sputtering apparatus shown in FIG. 1 using the substrate holder shown in FIG. 2, an ITO transparent conductive film was formed on the surface of the TFT element formed using chromium on the glass substrate. First, the glass substrate was reverse sputtered to remove the chromium oxide film on the chromium circuit surface, and then an ITO film was formed by sputtering. The reverse sputtering conditions were as follows.
Chamber pressure: 1.5 pa,
Sputtering gas: Argon 700 sccm,
Substrate dimensions: 6 inch square,
Pulse duty ratio: 40%
Pulse period: 100 kHz,
Maximum pulse potential: + 35V,
Pulse minimum potential: -300V
Input power: 200W
Reverse sputtering time: 5 minutes Normal sputtering film formation time: 3 minutes When reverse sputtering is performed under the above conditions, abnormal arc discharge does not occur during each operation, and an ITO film with good adhesion and good conductivity can be formed. did it.

(実施例2)
図5に示したアルミナ製の絶縁板を使用した図4に示すスパッタ装置を使用して、200WのDCパルス電力を印加してアルゴンスパッタを発生させ、ガラス基板上に形成されたアルミニウム素子回路の表面の酸化アルミを逆スパッタして清浄化した後、金属チタン薄膜をスパッタ成膜したところ、良好なオーミック接合をしていることが確認された。
(Example 2)
The sputtering apparatus shown in FIG. 4 using the insulating plate made of alumina shown in FIG. 5 is used to generate 200% DC pulse power to generate argon sputtering, and the aluminum element circuit formed on the glass substrate. After the surface aluminum oxide was cleaned by reverse sputtering, a metal titanium thin film was formed by sputtering, and it was confirmed that a good ohmic junction was formed.

本発明のスパッタ装置の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the sputtering device of this invention. 基板ホルダーの一部断面を示す図である。It is a figure which shows the partial cross section of a substrate holder. 基板に印加される電位を示すである。It shows the potential applied to the substrate. 本発明のスパッタ装置の他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of the sputtering device of this invention. 図4に示すスパッタ装置の基板ホルダーの一部断面を示す図である。It is a figure which shows the partial cross section of the substrate holder of the sputtering device shown in FIG. 従来の高周波スパッタ装置の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the conventional high frequency sputtering device.

符号の説明Explanation of symbols

1・・・・・真空チャンバー、2・・・・・被処理基板、3・・・・・ターゲット、4、54・・・・・基板ホルダー、5・・・・・ターゲットサセプター、6・・・・・直流パルス電源、9・・・・・シャッター、10、20、50・・・・・スパッタ装置、21・・・・・電子回路、22・・・・・金属酸化物膜、14・・・・・絶縁物、15・・・・・絶縁板、56・・・・・高周波電源、57、58・・・・・マッチングボックス   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Vacuum chamber, 2 ... Substrate to be processed, 3 ... Target, 4, 54 ... Substrate holder, 5 ... Target susceptor, 6 ... ... DC pulse power supply, 9 ... Shutter, 10, 20, 50 ... Sputtering device, 21 ... Electronic circuit, 22 ... Metal oxide film, 14. .... Insulator, 15 ... Insulating plate, 56 ... High frequency power supply, 57, 58 ... Matching box

Claims (7)

排気系設備を備えたチャンバーと、該チャンバー内に被スパッタ面を露出させて設置されたターゲットと、前記チャンバー内の所定位置に基板を保持した基板ホルダーを前記ターゲットに対向させて備え、前記基板と前記ターゲット間にプラズマを発生させるためのスパッタ電源を有するスパッタ装置であって、前記基板ホルダーは金属製であって、少なくとも前記ターゲットに対向する面は金属面が前記プラズマが発生する空間に対して露出しており、かつ前記スパッタ電源がDCパルス電源であって、前記基板ホルダーにDCパルス電圧を印加することにより逆スパッタが可能となるように構成したことを特徴とするスパッタ装置。   A chamber provided with an exhaust system facility; a target installed with a surface to be sputtered exposed in the chamber; and a substrate holder holding a substrate at a predetermined position in the chamber facing the target, the substrate A sputtering apparatus having a sputtering power source for generating plasma between the target and the substrate, wherein the substrate holder is made of metal, and at least a surface facing the target has a metal surface with respect to a space where the plasma is generated A sputtering apparatus, wherein the sputtering power source is a DC pulse power source, and reverse sputtering is possible by applying a DC pulse voltage to the substrate holder. 前記DCパルス電圧を前記ターゲットに印加するか、あるいは前記基板ホルダーに印加するかを切り替え可能な切り替えスイッチを有し、正スパッタと逆スパッタを同一のDCパルス電源を使用して行えるように構成してなることを特徴とする請求項1に記載のスパッタ装置。   It has a changeover switch that can switch whether the DC pulse voltage is applied to the target or the substrate holder, and is configured to perform forward sputtering and reverse sputtering using the same DC pulse power supply. The sputtering apparatus according to claim 1, wherein 前記基板ホルダーの前記ターゲットに対向する面以外の面が絶縁体によって覆われていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のスパッタ装置。   The sputtering apparatus according to claim 1, wherein a surface of the substrate holder other than a surface facing the target is covered with an insulator. 前記絶縁体が酸化アルミであることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のスパッタ装置。   The sputtering apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the insulator is aluminum oxide. 前記基板ホルダーがチタン製であることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のスパッタ装置。   The sputtering apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the substrate holder is made of titanium. 前記基板ホルダーが前記ターゲットの上方に配置されていることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のスパッタ装置。   The sputtering apparatus according to claim 1, wherein the substrate holder is disposed above the target. 前記DCパルス電圧のオン−オフ周期が50〜250kHzであることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載のスパッタ装置。
The sputtering apparatus according to claim 1, wherein an on-off period of the DC pulse voltage is 50 to 250 kHz.
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