JP2007042919A - Sputtering system - Google Patents

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Kiyoshi Shibuya
潔 渋谷
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sputtering system which can form a film with a uniform composition, and prevents the state of a plasma from changing with time, thereby not reducing a productivity. <P>SOLUTION: In the sputtering system, chucking-proof plates 7a, 7b are installed by a plurality of metal members doubly and in a non-contact state therebetween, and also, an amount of a residual gas obtained from a residual gas detecting means 15 is analyzed and a DC negative potential is applied to the outside chucking-proof plate 7b. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、特にその真空容器の壁面に絶縁物などが付着することを防ぐ防着板を具備したスパッタリング装置に関するものである。   The present invention particularly relates to a sputtering apparatus provided with a deposition preventing plate that prevents an insulator or the like from adhering to the wall surface of the vacuum vessel.

半導体集積回路(IC)の製造工程では誘電体の成膜が種々行われている。その使用目的は、例えば層間絶縁膜、マスク形成、パッシベーションあるいはキャパシタの誘電体膜などのための成膜が多く、目的ごとに材質あるいはプラズマ処理方法などを選択して、種々のスパッタリング法が用いられている。   In the manufacturing process of a semiconductor integrated circuit (IC), various dielectric films are formed. The purpose of use is, for example, film formation for interlayer insulation films, mask formation, passivation or capacitor dielectric films, etc., and various sputtering methods are used by selecting materials or plasma processing methods for each purpose. ing.

近年、このICの小型化のためにキャパシタの誘電体膜にチタン酸バリウムストロンチウム(BST)、あるいはチタン酸ストロンチウム(STO)などの高誘電率を有する誘電体物質のプラズマ処理を行うスパッタリング法が検討されつつある。   In recent years, in order to reduce the size of this IC, a sputtering method has been studied in which a dielectric material having a high dielectric constant such as barium strontium titanate (BST) or strontium titanate (STO) is plasma-treated on the capacitor dielectric film. It is being done.

さらに、センサあるいはアクチュエータ、不揮発性メモリデバイス用にチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、ストロンチウムビスマスタンタレート(SBT)といった強誘電体物質のプラズマによるスパッタリング法も検討されている。   Further, a sputtering method using plasma of a ferroelectric material such as lead zirconate titanate (PZT) or strontium bismastantalate (SBT) has been studied for sensors, actuators, and nonvolatile memory devices.

前述した高誘電率を有する誘電体物質や強誘電体物質において、その性能および品質の安定性を実現するためには、誘電体物質あるいは強誘電体物質の材料組成を均一に成膜させることが必要である。   In order to achieve performance and quality stability in the dielectric materials and ferroelectric materials having a high dielectric constant described above, the material composition of the dielectric material or ferroelectric material should be uniformly formed. is necessary.

従って、プラズマ処理によるスパッタリング法においては成膜処理中におけるプラズマ条件の安定化が必要とされている。一方では、成膜レートを高くして生産性を向上することも強く要求されている。   Therefore, in the sputtering method using plasma processing, it is necessary to stabilize the plasma conditions during the film forming process. On the other hand, it is also strongly required to improve the productivity by increasing the film formation rate.

以下、従来のスパッタリング装置の構成について図面を用いて説明する。   Hereinafter, the configuration of a conventional sputtering apparatus will be described with reference to the drawings.

図2は従来のスパッタリング装置の概略の構成を示す概念図であり、このスパッタリング装置は吸引手段を用いて真空引き可能な真空容器101によりスパッタ室を形成している。   FIG. 2 is a conceptual diagram showing a schematic configuration of a conventional sputtering apparatus. In this sputtering apparatus, a sputtering chamber is formed by a vacuum vessel 101 that can be evacuated by using a suction means.

そして、このスパッタ室の下方にはターゲット102が電極103の上に固定保持される。この電極103は真空容器101とは電気的に絶縁されるとともに、ターゲット102の温度が上昇するのを防ぐために水冷機構(図示せず)を内蔵している。   A target 102 is fixedly held on the electrode 103 below the sputtering chamber. The electrode 103 is electrically insulated from the vacuum vessel 101 and incorporates a water cooling mechanism (not shown) in order to prevent the temperature of the target 102 from rising.

そして、真空容器101の上方にはウェハホルダ104が電極103に対向して平行に配置されており、このウェハホルダ104は真空容器101と電気的に絶縁されて浮遊電位になっている。ウェハホルダ104に基板、例えば半導体ウェハ(以下、ウェハと記す)105が載置される。そして、ウェハホルダ104は、ウェハ105をあらかじめ設定されている所定の温度に維持するための加熱機構(図示せず)を内蔵している。   Above the vacuum vessel 101, a wafer holder 104 is arranged in parallel to face the electrode 103. The wafer holder 104 is electrically insulated from the vacuum vessel 101 and has a floating potential. A substrate, for example, a semiconductor wafer (hereinafter referred to as a wafer) 105 is placed on the wafer holder 104. Wafer holder 104 incorporates a heating mechanism (not shown) for maintaining wafer 105 at a predetermined temperature set in advance.

そして、電極103と接地されている真空容器101との間に高周波電源106により、スパッタリング条件にて決められている所定の高周波電力を印加することによってプラズマを生成する。この高周波電力はインピーダンス整合器120によってマッチングをとって最大の電力が供給できるように調整される。また、この高周波電力は、所定の負のDCバイアスのもとに与えられる。   Then, plasma is generated by applying a predetermined high-frequency power determined by sputtering conditions from the high-frequency power source 106 between the electrode 103 and the grounded vacuum vessel 101. The high frequency power is adjusted by the impedance matching unit 120 so that the maximum power can be supplied by matching. The high frequency power is applied under a predetermined negative DC bias.

次に、このスパッタリング装置で成膜処理を行うには、ウェハホルダ104の上にウェハ105を載置し、排気口につながる真空ポンプ(図示せず)により真空に引き、さらにガス導入口から所定のガス(例えばArガス)を所定の流量で導入しつつ排気口と真空ポンプとの間に介在する可変コンダクタンスバルブを調節して所定の圧力に調節する。そして、高周波電力を印加してプラズマを発生させてターゲットをスパッタする。   Next, in order to perform the film forming process with this sputtering apparatus, the wafer 105 is placed on the wafer holder 104, and is evacuated by a vacuum pump (not shown) connected to the exhaust port. A variable conductance valve interposed between the exhaust port and the vacuum pump is adjusted to a predetermined pressure while introducing a gas (for example, Ar gas) at a predetermined flow rate. Then, high frequency power is applied to generate plasma to sputter the target.

このようにして、ターゲット102から飛散する成分はウェハ105の上に堆積することにより成膜される。そして、ターゲット102から飛散する成分はウェハ105に向かうものばかりではなく、他の方向に向かうものもある。そのウェハ105以外に向かうものが真空容器101の内壁、あるいは真空容器101の内部の構造物に付着すると、その清掃が難しくなるため、電極103とウェハホルダ104を取り囲むように防着板107a、その外側に防着板107bが配置されている。   In this way, components scattered from the target 102 are deposited on the wafer 105 to form a film. The components scattered from the target 102 are not only directed toward the wafer 105 but also directed toward other directions. If an object other than the wafer 105 adheres to the inner wall of the vacuum vessel 101 or a structure inside the vacuum vessel 101, the cleaning becomes difficult. Therefore, the adhesion preventing plate 107 a and the outer side of the electrode 103 and the wafer holder 104 are surrounded. A protective plate 107b is disposed on the surface.

これらの防着板107a、107bは金属からなり、真空容器101に電気的に接続されて接地電位となっており、着脱容易な構造にして表面に付着した付着物が厚くなると、取り外して清掃することができるようにしている。さらに、これらの防着板107a、107bはウェハ105の出し入れのために部分的に退避可能になっている。   These adhesion prevention plates 107a and 107b are made of metal, and are electrically connected to the vacuum vessel 101 to be at a ground potential. When the deposit attached to the surface becomes thick with an easily removable structure, they are removed and cleaned. To be able to. Further, these adhesion prevention plates 107 a and 107 b can be partially retracted for taking in and out of the wafer 105.

そして、成膜が進行すると、防着板107aとウェハ105に付着物が付着して接地面が見えなくなり、プラズマはウェハホルダ104と防着板107a、107bの隙間から外に広がろうとする。しかし、防着板107bの内面には付着物が付着しにくいために接地電位面であり、その間に向けて放電が起こるため、二重構造の防着板107a、107bの外にプラズマが広がることはない(例えば、特許文献1参照)。
特開2004−31493号公報
Then, as the film formation proceeds, deposits adhere to the deposition plate 107a and the wafer 105 and the grounding surface cannot be seen, and the plasma tends to spread out from the gap between the wafer holder 104 and the deposition plates 107a and 107b. However, since it is difficult for deposits to adhere to the inner surface of the protective plate 107b, it is a ground potential surface, and discharge occurs between them, so that plasma spreads outside the dual-layered protective plates 107a and 107b. (For example, refer to Patent Document 1).
JP 2004-31493 A

しかしながら、このような従来の防着板107a、107bを備えたスパッタリング装置において、誘電体あるいは圧電体材料などをターゲットとして用い、プラズマ処理中で成膜していくと、絶縁体でもある誘電体あるいは圧電体材料が、防着板107a、107bにおいても付着し、本来導電体であるべき防着板107a、107bの表面が絶縁化することによって、特に接地電極としての役割を果たしている防着板107bの接地電位面積が減少する。   However, in such a sputtering apparatus provided with the conventional adhesion preventing plates 107a and 107b, when a dielectric material or a piezoelectric material is used as a target and a film is formed during the plasma processing, the dielectric material that is also an insulator or The piezoelectric material adheres also to the adhesion preventing plates 107a and 107b, and the surfaces of the adhesion preventing plates 107a and 107b which should be conductors are insulated, so that the adhesion preventing plate 107b which plays a role as a ground electrode in particular. The ground potential area is reduced.

この接地電位面積が電極103の面積に対して十分に大きい場合は、電極103に印加する高周波電力のDCバイアスは負の大きい値となり、プラズマの平均電位も接地電位とほぼ等しい値をとる。しかしながら、前記のように絶縁体の付着によってプラズマの接地面積が減少していくと、DCバイアス電位が上昇し、プラズマの平均電位が接地電位よりも大きい値に上昇してしまうことになり、経時的にプラズマの状態が変化する。その結果、成膜した膜の組成が不均一になるという不具合を生じる。   When the ground potential area is sufficiently larger than the area of the electrode 103, the DC bias of the high frequency power applied to the electrode 103 is a negative large value, and the average potential of the plasma is also approximately equal to the ground potential. However, as described above, when the ground area of the plasma decreases due to the adhesion of the insulator, the DC bias potential increases, and the average potential of the plasma increases to a value larger than the ground potential. The plasma state changes. As a result, there arises a problem that the composition of the formed film becomes non-uniform.

本発明は、前記課題を解決しようとするものであり、均一な組成を有する所望の成膜ができるスパッタリング装置を提供することを目的とするものである。   The present invention is intended to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a sputtering apparatus capable of forming a desired film having a uniform composition.

さらに、経時的にプラズマの状態が変化することを防ぐことで、生産性が低下しないスパッタリング装置を提供するものである。   Furthermore, the present invention provides a sputtering apparatus in which productivity is not lowered by preventing the plasma state from changing over time.

前記課題を解決するために、本発明は以下の構成を有するものである。   In order to solve the above problems, the present invention has the following configuration.

本発明の請求項1に記載の発明は、特に、防着板を複数の金属材にて二重に且つ互いに非接触状態に設置するとともに、外側の防着板に、前記残留ガス検出手段から得られる残留ガス量を解析して決定する直流負電位を印加するように構成したものであり、これにより、防着板の接地面積を確保することができ、異物が混入しない所望の組成の成膜ができるという作用効果を有する。   The invention according to claim 1 of the present invention particularly provides the anti-adhesion plate in a non-contact state with a plurality of metal materials in a double and non-contact state with the residual gas detection means from the residual gas detecting means. It is configured to apply a DC negative potential that is determined by analyzing and determining the amount of residual gas to be obtained. This makes it possible to secure the ground contact area of the deposition preventive plate and achieve a desired composition that does not contain foreign matter. It has the effect of forming a film.

本発明の請求項2に記載の発明は、特に、直流負電位を印加する時間を、前記残留ガス検出手段から得られる残留ガス量を解析して決定するように構成したものであり、これにより、成膜が防着板の接地面積を確保することができ、異物が混入しない所望の組成の成膜ができるという作用効果を有する。さらに、経時的にプラズマの状態が変化することを防ぐことができ、成膜レートが一定になるため生産性が低下しないという作用効果を有する。   The invention according to claim 2 of the present invention is particularly configured to determine the time for applying the DC negative potential by analyzing the residual gas amount obtained from the residual gas detecting means. The film formation can secure the ground contact area of the deposition preventing plate, and has the effect of forming a film having a desired composition with no foreign matter mixed therein. Furthermore, it is possible to prevent the plasma state from changing over time, and since the film formation rate is constant, there is an effect that productivity does not decrease.

本発明のスパッタリング装置は、真空容器と、この真空容器に設置された残留ガス検出手段と、前記真空容器の内部に載置されるウェハホルダと、前記ウェハホルダに対向して配設された電極と、前記電極に接続されたインピーダンス整合器と、前記インピーダンス整合器に接続された高周波電源と、前記電極を囲むように配置された防着板からなるスパッタリング装置において、前記防着板を複数の金属材にて二重に且つ互いに非接触状態に設置するとともに、外側の防着板に、前記残留ガス検出手段から得られる残留ガス量を解析して決定する直流負電位を印加するよう構成したものであり、防着板の接地面積を確保することができ、異物が混入しない所望の組成の成膜ができるという効果を有する。   Sputtering apparatus of the present invention, a vacuum container, a residual gas detection means installed in the vacuum container, a wafer holder placed inside the vacuum container, an electrode disposed facing the wafer holder, A sputtering apparatus comprising: an impedance matching unit connected to the electrode; a high-frequency power source connected to the impedance matching unit; and an adhesion preventing plate disposed so as to surround the electrode. In addition to being installed in a non-contact state with each other, a DC negative potential determined by analyzing and determining the amount of residual gas obtained from the residual gas detection means is applied to the outer deposition plate. In addition, the ground contact area of the deposition preventing plate can be ensured, and a film having a desired composition can be formed without foreign matter being mixed therein.

(実施の形態1)
以下、本発明の実施の形態1におけるスパッタリング装置について、図面を参照しながら説明する。
(Embodiment 1)
Hereinafter, the sputtering apparatus in Embodiment 1 of this invention is demonstrated, referring drawings.

図1は本発明の実施の形態1におけるスパッタリング装置の構成を説明するための概念図である。   FIG. 1 is a conceptual diagram for explaining the configuration of a sputtering apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.

図1において、外側に配置した防着板7bには、この防着板7bの電位を接地電位と直流負電位の間で切り替えるスイッチ11が接続されている。   In FIG. 1, a switch 11 for switching the potential of the deposition prevention plate 7b between a ground potential and a negative DC potential is connected to the deposition prevention plate 7b arranged on the outside.

そして、真空を形成・維持することが可能な真空容器1の下部には、ターゲット2を載置した電極3が設置され、真空容器1の上部にはウェハホルダ4が電極3に対向して平行に配置されており、このウェハホルダ4は真空容器1に対して電気的に絶縁されて浮遊電位になっている。   An electrode 3 on which a target 2 is placed is installed at the lower part of the vacuum vessel 1 capable of forming and maintaining a vacuum, and a wafer holder 4 is opposed to the electrode 3 in parallel at the upper part of the vacuum vessel 1. The wafer holder 4 is electrically insulated from the vacuum vessel 1 and has a floating potential.

また、ウェハホルダ4の上にはシリコン基板などのウェハ5が載置されている。さらに、ターゲット2を囲むように、二重の金属製の筒状体からなる防着板7a、7bが設けられており、この内側に設置された防着板7aは浮遊電位としている。   A wafer 5 such as a silicon substrate is placed on the wafer holder 4. Furthermore, the adhesion prevention board 7a, 7b which consists of a double metal cylindrical body is provided so that the target 2 may be enclosed, and the adhesion prevention board 7a installed inside this is made into the floating electric potential.

そして、外側に設置された防着板7bには、この防着板7bの電位を接地電位と直流電源12による直流負電位との間で切り替えるスイッチ11が配設かつ接続されている。通常、成膜中にはスイッチ11を接地電位に接続しておき、スイッチ11を切り替えると、防着板7bの電位が直流負電位になるように構成している。   A switch 11 for switching the potential of the deposition plate 7b between a ground potential and a DC negative potential by the DC power source 12 is disposed and connected to the deposition plate 7b installed on the outside. Normally, the switch 11 is connected to the ground potential during film formation, and the switch 11 is configured such that when the switch 11 is switched, the potential of the deposition preventing plate 7b becomes a DC negative potential.

また、真空容器1には真空容器1の内部の残留ガスを検出測定するガスセンサなどの残留ガス検出手段15が載置されており、必要時に真空容器1の内部の残留ガス量を測定し、その結果を出力することができる。そして、前記残留ガス検出手段15から出力される残留ガスの測定値をモニター出力とし、その測定値を分析あるいは解析して、スイッチ11の切替および直流電源12の設定電圧を変更するための制御回路10を設けている。   The vacuum vessel 1 is equipped with a residual gas detection means 15 such as a gas sensor for detecting and measuring the residual gas inside the vacuum vessel 1, and measures the residual gas amount inside the vacuum vessel 1 when necessary. The result can be output. A control circuit for switching the switch 11 and changing the set voltage of the DC power source 12 by using the measured value of the residual gas output from the residual gas detection means 15 as a monitor output and analyzing or analyzing the measured value. 10 is provided.

以上のように構成されたスパッタ装置において、圧電体薄膜、例えばチタン酸ジルコン酸鉛(PZT:Pb(TixZr)O3)をSiウェハの上に成膜する例について説明する。 An example in which a piezoelectric thin film, for example, lead zirconate titanate (PZT: Pb (Ti x Zr) O 3 ) is formed on a Si wafer in the sputtering apparatus configured as described above will be described.

所定のPZT薄膜を圧電デバイスとして機能させるためには、PZT薄膜に電界を与えるためにPZT薄膜の上下層に電極を形成しておくことが必要であり、その下部電極として、金属膜(例えばTi膜が10nm、さらにPt膜が400nm)がウェハ5の一面にあらかじめ構成されている。   In order for a predetermined PZT thin film to function as a piezoelectric device, it is necessary to form electrodes on the upper and lower layers of the PZT thin film in order to apply an electric field to the PZT thin film, and a metal film (for example, Ti A film having a thickness of 10 nm and a Pt film having a thickness of 400 nm is preliminarily formed on one surface of the wafer 5.

このウェハ5をウェハホルダ4の上に載置し、真空ポンプにより真空容器1の内部を所定の真空状態にした後、ガス導入口から所定のガス(例えば不活性ガスとしてArガス、及び反応性ガスとしてO2ガス)を所定流量(例えばArガス流量;0.2sccm、O2ガス流量;20sccm)導入しつつ、排気口と真空ポンプとの間に介在する可変コンダクタンスバルブを調節して、真空容器1の内部を所定の圧力(例えば0.2Pa)に調節する。 The wafer 5 is placed on the wafer holder 4, and the inside of the vacuum vessel 1 is brought into a predetermined vacuum state by a vacuum pump, and then a predetermined gas (for example, Ar gas and reactive gas as an inert gas) is supplied from a gas inlet. O 2 gas) is introduced at a predetermined flow rate (for example, Ar gas flow rate: 0.2 sccm, O 2 gas flow rate: 20 sccm), and a variable conductance valve interposed between the exhaust port and the vacuum pump is adjusted to adjust the vacuum container The inside of 1 is adjusted to a predetermined pressure (for example, 0.2 Pa).

次に、電極3と真空容器1の間に高周波電源6により高周波電力(例えば1000W)を印加すると、ターゲット2の直上にプラズマが発生し、PZT薄膜の成膜が開始される。   Next, when a high frequency power (for example, 1000 W) is applied between the electrode 3 and the vacuum vessel 1 by the high frequency power source 6, plasma is generated immediately above the target 2 and the formation of a PZT thin film is started.

なお、高周波電力はインピーダンス整合器20によってマッチングをとって最大の電力が供給できるように調整される。   The high frequency power is adjusted by the impedance matching unit 20 so that the maximum power can be supplied by matching.

そして、この所望のPZT薄膜の厚さを得られる時間を経過した後、高周波電力の印加を停止し、PZT薄膜の成膜を終了する。   Then, after elapse of time for obtaining the desired thickness of the PZT thin film, the application of the high frequency power is stopped and the film formation of the PZT thin film is completed.

ここで、圧電体薄膜として求められる圧電特性と、PZTのPb、Zr、Ti、Oの組成比とは密接な関係があり、所望の圧電特性を得るためには、緻密な圧電薄膜の組成制御が重要である。   Here, there is a close relationship between the piezoelectric characteristics required for the piezoelectric thin film and the composition ratio of Pb, Zr, Ti, and O of PZT. In order to obtain the desired piezoelectric characteristics, the composition control of the dense piezoelectric thin film is required. is important.

特に、ウェハ5の上に成膜されるPZT薄膜のPb、Zr、Ti、Oの組成比は主にターゲット2の組成比およびウェハ5の基板温度によって支配され、さらに、所望の圧電体組成の酸化物を得るためにターゲット2からスパッタリングによってたたき出されるPb、Zr、Ti粒子量に相当するO2ガスを正確に供給する必要がある。 In particular, the composition ratio of Pb, Zr, Ti, and O of the PZT thin film formed on the wafer 5 is mainly governed by the composition ratio of the target 2 and the substrate temperature of the wafer 5, and further has a desired piezoelectric composition. In order to obtain an oxide, it is necessary to accurately supply O 2 gas corresponding to the amount of Pb, Zr, Ti particles sputtered from the target 2 by sputtering.

特に、初期の段階では防着板7bの内面は接地電位面であり、その間に向けて放電が起こるため、二重構造の防着板7a、7bの外にプラズマが広がることはない。しかしながら、圧電薄膜の成膜回数を重ねるに従い、第1の防着板7aとウェハ5に絶縁膜(ターゲット2から飛散してきた酸化物)が付着して接地面が見えなくなり、プラズマは電極3、ウェハホルダ4および防着板7a、7bの隙間から外に広がろうとする。   In particular, at the initial stage, the inner surface of the deposition preventive plate 7b is a ground potential surface, and discharge occurs between them, so that the plasma does not spread outside the dual-layered deposition preventive plates 7a and 7b. However, as the number of piezoelectric thin film formations increases, an insulating film (oxide scattered from the target 2) adheres to the first deposition plate 7a and the wafer 5, and the ground plane becomes invisible. An attempt is made to spread outside the gap between the wafer holder 4 and the adhesion preventing plates 7a and 7b.

しかし、圧電薄膜の成膜処理を重ねていくことで、防着板7bにも絶縁膜が付着していくため、プラズマの接地面積が減少することになる。プラズマの接地面積が減少していくに従ってDCバイアス電位が上昇していく。このDCバイアス電位が上昇していくに伴ってターゲット2をスパッタする効率も低下し、生産性が低下するという不具合も生じる。   However, since the insulating film is attached to the deposition preventing plate 7b by repeatedly performing the film forming process of the piezoelectric thin film, the ground contact area of the plasma is reduced. The DC bias potential rises as the plasma ground area decreases. As the DC bias potential increases, the efficiency of sputtering the target 2 also decreases, resulting in a problem that productivity decreases.

従って、圧電薄膜の成膜に必要な反応性ガス量も減少していくことから、一定のガス供給下では過剰な反応性ガス量となり、残留ガスとなる。この残留ガスは真空容器1の中で酸素中性粒子となってウェハ5にダメージを与え、ウェハ5を逆スパッタするなどの不具合を生じ、結果的に所望の圧電薄膜組成のPZT薄膜を作製することが困難となってくる。   Accordingly, the amount of reactive gas necessary for the formation of the piezoelectric thin film also decreases, so that the amount of reactive gas becomes excessive under a constant gas supply, resulting in residual gas. This residual gas becomes oxygen-neutral particles in the vacuum vessel 1 and damages the wafer 5, causing problems such as reverse sputtering of the wafer 5, resulting in the production of a PZT thin film having a desired piezoelectric thin film composition. It becomes difficult.

従って、真空容器1の中の過剰な酸素の残留ガス量をモニタすることで、PZT膜が所望の圧電薄膜組成で作製されているかを判断することができることから、圧電薄膜の成膜中に残留ガス検出手段15から出力される残留ガス量をモニタ信号として制御回路10に取り込み、残留ガス量を測定する。   Therefore, it is possible to determine whether the PZT film is formed with the desired piezoelectric thin film composition by monitoring the residual amount of excess oxygen gas in the vacuum vessel 1, so that it remains during the formation of the piezoelectric thin film. The residual gas amount output from the gas detection means 15 is taken into the control circuit 10 as a monitor signal, and the residual gas amount is measured.

なお、前記残留ガス検出手段15は例えば、四重極質量分析計や光学式ガス分析計などを使用することが好ましい。また残留ガス検出手段15を載置する場所は、真空容器1の中であればよいが、圧電薄膜の成膜が行われている場所に近い方がより望ましい。   The residual gas detection means 15 preferably uses, for example, a quadrupole mass spectrometer or an optical gas analyzer. Further, the place where the residual gas detecting means 15 is placed may be in the vacuum vessel 1, but it is more desirable that the place is close to the place where the piezoelectric thin film is formed.

次に、圧電薄膜の成膜終了後、ガス導入口からO2ガスの導入を停止する。 Next, after the formation of the piezoelectric thin film, the introduction of O 2 gas from the gas inlet is stopped.

その後、測定した残留ガス量によって、第2の防着板7bの表面をスパッタリングして第2の防着板7bの表面に付着した絶縁物を除去するか否かを判断する。この判断基準は圧電薄膜の成膜後のPZT薄膜の組成分析と残留ガス量との相関関係を別途確認することで決定する。   Thereafter, it is determined whether or not to remove the insulator adhered to the surface of the second deposition preventing plate 7b by sputtering the surface of the second deposition preventing plate 7b based on the measured residual gas amount. This criterion is determined by separately checking the correlation between the composition analysis of the PZT thin film after the piezoelectric thin film is formed and the residual gas amount.

そして、残留ガス量が規定の値より大きくなったときに、スイッチ11を直流電源12の側に切り替え、防着板7bの電位を直流負電位に設定する。これによって、防着板7bの表面でスパッタリング現象が起き、防着板7bの表面に付着した絶縁物などの物質を除去することができる。また、前記スイッチ11を直流電源12側に切り替える時間は防着板7bの表面に付着した物質を除去できた時点までとしているが、例えば除去している間に残留ガス検出手段15で真空容器1の中のO2ガス量を測定し、O2ガスが検出されなくなった時点で防着板7bの表面に付着した物質中の絶縁物などの酸化物がなくなったと判断する方法がある。 When the residual gas amount becomes larger than a specified value, the switch 11 is switched to the DC power supply 12 side, and the potential of the deposition preventing plate 7b is set to a DC negative potential. As a result, a sputtering phenomenon occurs on the surface of the deposition preventing plate 7b, and it is possible to remove substances such as insulators attached to the surface of the deposition preventing plate 7b. Further, the switch 11 is switched to the DC power source 12 until the time when the substance adhering to the surface of the deposition preventing plate 7b can be removed. There is a method in which the amount of O 2 gas is measured and it is determined that the oxide such as an insulator in the substance attached to the surface of the deposition preventing plate 7b has disappeared when the O 2 gas is no longer detected.

その結果、防着板7bの接地面積を確保することになり、DCバイアス電位が負の大きな値に維持できるので、ターゲット2をスパッタする効率も向上する。   As a result, the ground contact area of the deposition preventing plate 7b is secured, and the DC bias potential can be maintained at a large negative value, so that the efficiency of sputtering the target 2 is also improved.

従って、所定のガス供給下では、必要十分な反応性ガスが消費され、残留ガスも発生しなくなる。   Therefore, under a predetermined gas supply, necessary and sufficient reactive gas is consumed and no residual gas is generated.

以上のことにより、圧電特性が優れた圧電体薄膜として機能する高精度に組成制御されたPZT薄膜を実現することができるという効果が得られる。   As described above, it is possible to realize a PZT thin film with a highly accurate composition that functions as a piezoelectric thin film having excellent piezoelectric characteristics.

さらに、前記残留ガス量のモニタ信号を制御回路10に取り込み、その電位が一定の値になるように、スイッチ11を直流電源12の側に切り替える時間を制御することにより、DCバイアス電位の安定化を実現することが望ましい。その結果、プラズマの状態が安定するとともに、常時、成膜レートを一定にすることができる。   Further, the monitoring signal of the residual gas amount is taken into the control circuit 10, and the time for switching the switch 11 to the DC power source 12 side is controlled so that the potential becomes a constant value, thereby stabilizing the DC bias potential. It is desirable to realize. As a result, the plasma state is stabilized and the film formation rate can be made constant at all times.

この場合は、組成の均一性に優れた圧電薄膜の成膜ができるばかりではなく、成膜レートが一定になるため生産性が低下しないという効果が得られる。   In this case, not only can a piezoelectric thin film having an excellent composition uniformity be formed, but also the effect that productivity is not lowered because the film forming rate is constant.

本発明にかかるスパッタリング装置は、防着板の接地面積を安定して確保することができることから、所定の均一な組成を有する薄膜を形成できるという効果を有し、各種機能性材料などを成膜できるスパッタリング装置として有用である。   Since the sputtering apparatus according to the present invention can stably secure the ground contact area of the deposition preventing plate, it has the effect of forming a thin film having a predetermined uniform composition, and forms various functional materials. It is useful as a sputtering apparatus that can be used.

本発明の実施の形態1におけるスパッタリング装置の構成を説明するための概念図The conceptual diagram for demonstrating the structure of the sputtering device in Embodiment 1 of this invention. 従来のスパッタリング装置の概念図Conceptual diagram of conventional sputtering equipment

符号の説明Explanation of symbols

1 真空容器
2 ターゲット
3 電極
4 ウェハホルダ
5 ウェハ
6 高周波電源
7a 防着板
7b 防着板
10 制御回路
11 スイッチ
12 直流電源
15 残留ガス検出手段
20 インピーダンス整合器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vacuum container 2 Target 3 Electrode 4 Wafer holder 5 Wafer 6 High frequency power supply 7a Depositing plate 7b Depositing plate 10 Control circuit 11 Switch 12 DC power supply 15 Residual gas detection means 20 Impedance matching device

Claims (2)

真空容器と、この真空容器に設置された残留ガス検出手段と、前記真空容器の内部に載置されるウェハホルダと、前記ウェハホルダに対向して配設された電極と、前記電極に接続されたインピーダンス整合器と、前記インピーダンス整合器に接続された高周波電源と、前記電極を囲むように配置された防着板からなるスパッタリング装置において、前記防着板を複数の金属材にて二重に且つ互いに非接触状態に設置するとともに、外側の防着板に、前記残留ガス検出手段から得られる残留ガス量を解析して直流負電位を印加することを特徴とするスパッタリング装置。 Vacuum container, residual gas detection means installed in the vacuum container, wafer holder placed inside the vacuum container, an electrode disposed opposite to the wafer holder, and impedance connected to the electrode In a sputtering apparatus comprising a matching unit, a high-frequency power source connected to the impedance matching unit, and an adhesion preventing plate disposed so as to surround the electrode, the adhesion preventing plate is made of a plurality of metal materials in a double manner and mutually. A sputtering apparatus, wherein the sputtering apparatus is installed in a non-contact state and applies a DC negative potential to the outer deposition plate by analyzing the residual gas amount obtained from the residual gas detecting means. 外側の防着板に印加する直流負電位を印加する時間を、前記残留ガス検出手段から得られる残留ガス量を解析して決定することを特徴とする請求項1に記載のスパッタリング装置。 2. The sputtering apparatus according to claim 1, wherein the time for applying the negative DC potential applied to the outer deposition preventing plate is determined by analyzing the residual gas amount obtained from the residual gas detecting means.
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