JP2009287058A - Film-forming method by direct-current reactive facing target type sputtering, pure yttria corrosion-resistant film formed with the film-forming method, and corrosion-resistant quartz assembly - Google Patents

Film-forming method by direct-current reactive facing target type sputtering, pure yttria corrosion-resistant film formed with the film-forming method, and corrosion-resistant quartz assembly Download PDF

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豊明 平田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a film-forming method by direct-current reactive facing target type sputtering, which can form a pure yttria corrosion-resistant film on a substrate at a high film-forming rate, and has superior mass productivity. <P>SOLUTION: This film-forming method includes: arranging a pair of targets 5 and 5 made from yttrium metal so as to face to each other in a target arrangement region 2 in a vacuum chamber 1; arranging a substrate 7 in a film-forming region 3; applying direct-current voltage to the targets 5 and 5; constraining plasma P which has been generated in between the targets 5 and 5 within a space between the targets 5 and 5 by a magnetic field and also supplying an inert gas such as argon gas into the space of the magnetic field; on the other hand, setting a pressure of the inert gas in the vacuum chamber 1 to 0.01 to 1.0 Pa while supplying a reactive gas such as oxygen gas toward the substrate 7; and coupling an yttrium metal atom with a reactive gas on the surface of the substrate 7 without substantially introducing the reactive gas into the plasma P to form the pure yttria corrosion-resistant film on the substrate 7. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体処理装置及び電子部品製造装置内の構成部品等の表面に純イットリア耐食膜を形成するための直流反応性対向ターゲット方式スパッタリング成膜方法、その成膜方法によって形成される純イットリア耐食膜、及び耐食性石英構成体に関する。   The present invention relates to a DC reactive counter target sputtering film forming method for forming a pure yttria corrosion-resistant film on the surface of a component in a semiconductor processing apparatus and an electronic component manufacturing apparatus, and pure yttria formed by the film forming method. The present invention relates to a corrosion-resistant film and a corrosion-resistant quartz structure.

例えば半導体プロセスでは、成膜用またはエッチング用のガスを真空チャンバ内に供給し、高周波でガスをプラズマ化して活性化し、基材に対してエッチングや化学気相成長法(CVD)による薄膜の形成等が行われる。このようなプロセス中に存在する誘導結合プラズマ反応器や電子サイクロトロン共鳴反応器及びそれらの構成部品等は、フッ素系のプラズマチャンバガスに晒されるため、優れた耐食性が要求される。また、パーティクルや重金属汚染による半導体製品の品質低下を防止しなければならない。従って、その構成部品等の表面は、緻密で均質な耐食性に優れた被膜で覆われていることが重要な要件となる。また、シリコンウェハ等の半導体プロセス及びフラットパネルディスプレイ関連のプロセスでは、パーティクル等の異物をより一層厳しく除去した高純度の環境が求められるため、さらに高度な耐食特性を備えた構成部品が求められている。   For example, in a semiconductor process, a film forming or etching gas is supplied into a vacuum chamber, and the gas is turned into plasma at high frequency to be activated, and a thin film is formed on the substrate by etching or chemical vapor deposition (CVD). Etc. are performed. The inductively coupled plasma reactor, the electron cyclotron resonance reactor, and their components existing in such a process are exposed to a fluorine-based plasma chamber gas, so that excellent corrosion resistance is required. In addition, quality degradation of semiconductor products due to particle and heavy metal contamination must be prevented. Therefore, it is an important requirement that the surfaces of the component parts and the like are covered with a dense and uniform coating having excellent corrosion resistance. In addition, semiconductor processes such as silicon wafers and processes related to flat panel displays require a high-purity environment in which foreign substances such as particles are more severely removed. Therefore, components with higher corrosion resistance are required. Yes.

例えば、DCマグネトロンスパッタリング法により非晶性イットリアを含む薄膜を、基材上に形成するための導電性スパッタリングターゲット及びその製造法が提案されている(例えば特許文献1参照)。その導電性スパッタリングターゲットは、非晶性炭素及びターゲットの総体積基準で少なくとも35体積%のイットリアを含むとされている。このようなターゲットにより形成される薄膜は、良好な電気及び光学特性を備え、保護コーティング、耐薬品コーティングとして使用できるとされている。   For example, a conductive sputtering target for forming a thin film containing amorphous yttria on a substrate by a DC magnetron sputtering method and a method for manufacturing the same have been proposed (see, for example, Patent Document 1). The conductive sputtering target is said to contain amorphous carbon and at least 35% by volume yttria based on the total volume of the target. A thin film formed by such a target is said to have good electrical and optical properties and can be used as a protective coating and a chemical resistant coating.

また、窒化ホウ素又はイットリア複合材料を含む被膜を、表面に形成した半導体処理装置の構成部品及びその製造方法も提案されている(例えば特許文献2参照)。その被膜は、熱的な溶射、プラズマ溶射、化学気相成長法(CVD)、昇華、レーザ蒸着、スパッタリング(以下、省略)等々の任意の周知の被覆技術によって成膜されるとされている。   In addition, a component of a semiconductor processing apparatus in which a film containing boron nitride or a yttria composite material is formed on the surface and a manufacturing method thereof have been proposed (for example, see Patent Document 2). The coating is supposed to be formed by any well-known coating technique such as thermal spraying, plasma spraying, chemical vapor deposition (CVD), sublimation, laser deposition, sputtering (hereinafter abbreviated).

あるいは、装置内のプラズマに晒される構成部材に、イットリア(Y3)をコーティングするようにしたプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法も提案されている(例えば特許文献3参照)。このようなイットリアのコーティングをプラズマ処理装置内の構成部材に施すことにより、それらの部材が直接スパッタされてプラズマ処理装置で成膜される被膜にコンタミネーションが発生するのを防止できるとされている。そのコーティングは、プラズマ溶射、CVD、スパッタリング、イオングレーティング方法等で形成されるのが好ましいとされている。 Alternatively, a plasma processing apparatus and a plasma processing method have been proposed in which yttria (Y 2 O 3 ) is coated on a component exposed to plasma in the apparatus (see, for example, Patent Document 3). By applying such yttria coating to the constituent members in the plasma processing apparatus, it is said that contamination can be prevented from occurring in the film formed by the plasma processing apparatus by directly sputtering those members. . The coating is preferably formed by plasma spraying, CVD, sputtering, ion grating method or the like.

特開平7-180045号公報Japanese Patent Laid-Open No. 7-180045 特表2004-523649号公報Special Table 2004-523649 特開2005-268763号公報JP 2005-268763 A

このように、複数の文献に、イットリア被膜やイットリア含有被膜を形成する点についての記載はあるが、半導体プロセス等においてフッ素系のプラズマチャンバガスに晒されるような厳しい環境下での長期にわたる使用期間中に良好な耐食性を維持できるような使用目的に適うイットリア成膜部材は、未だに実用化されていない。   As described above, there is a description about the point of forming an yttria film or an yttria-containing film in a plurality of documents, but a long period of use in a severe environment such as being exposed to a fluorine-based plasma chamber gas in a semiconductor process or the like. An yttria film-forming member suitable for the purpose of use capable of maintaining good corrosion resistance has not been put into practical use yet.

特許文献1に記載のスパッタリングターゲットは、導電性を付与するためにイットリアに非晶性炭素を含ませているため、このようなターゲットによって形成される薄膜は、純イットリアではなく、炭素化合物等の不純物が混在したものになる。このような薄膜を、例えばプラズマに晒される半導体処理装置や電子部品製造装置内の構成部品等の表面被覆に適用した場合、その不純物の存在によって、その部分から腐食が進行することが懸念される。   Since the sputtering target described in Patent Document 1 contains amorphous carbon in yttria in order to impart conductivity, the thin film formed by such a target is not pure yttria, such as a carbon compound. Impurities are mixed. When such a thin film is applied to, for example, a surface coating of a component in a semiconductor processing apparatus or an electronic component manufacturing apparatus that is exposed to plasma, there is a concern that corrosion may proceed from that portion due to the presence of the impurities. .

また、特許文献2,3に記載のように、プラズマ溶射によってイットリア複合材料を含む被膜やイットリア被膜を形成する場合、その被膜は、基材に対する密着力が弱く剥がれ易い上に、ピンホールが多いものとなる。それらのピンホールには、プラズマチャンバガスが侵入して腐食が進行しやすくなる。従って、プラズマチャンバガスに対する耐食性に優れているというイットリア本来の特性を引き出すことができない。また、その膜厚が比較的に厚くなり、例えば1μm以下の膜厚に形成することができないという難点もある。   In addition, as described in Patent Documents 2 and 3, when a film containing an yttria composite material or an yttria film is formed by plasma spraying, the film has a weak adhesion to the substrate and easily peels off, and has many pinholes. It will be a thing. A plasma chamber gas enters the pinholes and corrosion easily proceeds. Therefore, it is not possible to bring out the original characteristic of yttria that is excellent in corrosion resistance against the plasma chamber gas. Moreover, the film thickness becomes comparatively thick, for example, there also exists a difficulty that it cannot form in the film thickness of 1 micrometer or less.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的の一つは、半導体処理装置及びその構成部品等の耐食性を向上させるために、各種基材上に緻密で均質な純イットリア耐食膜を形成できる直流反応性対向ターゲット方式スパッタリング成膜方法、その成膜方法によって形成される純イットリア耐食膜、及び耐食性石英構成体を提供することにある。   The present invention has been made in view of such circumstances, and one of its purposes is to provide a dense and homogeneous pure yttria on various substrates in order to improve the corrosion resistance of the semiconductor processing apparatus and its components. It is an object to provide a direct-current reactive target sputtering deposition method capable of forming a corrosion-resistant film, a pure yttria corrosion-resistant film formed by the film-forming method, and a corrosion-resistant quartz structure.

また、本発明の他の目的は、各種基材上に純イットリア耐食膜を速い成膜速度で形成できる直流反応性対向ターゲット方式スパッタリング成膜方法、その成膜方法によって形成される純イットリア耐食膜、及び耐食性石英構成体を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a direct-current reactive target sputtering method for forming a pure yttria anticorrosive film on various substrates at a high film formation rate, and a pure yttria anticorrosive film formed by the film forming method. And providing a corrosion resistant quartz construction.

本発明者は、イットリアの成膜方法を種々検討した結果、金属イットリウムをターゲットとした直流反応性ミラートロン方式のスパッタリング成膜方法によれば、実用的なイットリアの成膜が可能であるとの知見を得て、本発明を完成するに至った。   As a result of various studies on the yttria film forming method, the present inventor has found that a practical yttria film forming is possible according to the direct current reactive mirrortron type sputtering film forming method using metal yttrium as a target. Obtaining knowledge, the present invention has been completed.

本発明の直流反応性対向ターゲット方式スパッタリング成膜方法は、基材上に純イットリア耐食膜を形成するための直流反応性対向ターゲット方式スパッタリング成膜方法に関する。この直流反応性対向ターゲット方式スパッタリング成膜方法は、真空チャンバ内に、相互に区画されるターゲット配置領域と成膜領域を設けている。そのターゲット配置領域内には、一対のイットリウム金属からなるターゲットを互いに対向させて配置し、前記成膜領域内には前記基材を配置する。そして、前記ターゲットに直流電圧を印加して、前記ターゲット間にプラズマを発生させ、該ターゲット間に磁界によってプラズマを拘束し、その磁場空間にアルゴンガス等の不活性ガスを供給する。その一方、前記基材に向けて酸素ガス等の反応性ガスを供給しつつ、前記真空チャンバ内の不活性ガスの圧力を0.01〜1.0Paに設定し、該プラズマ中に実質的に反応性ガスを侵入させることなく、前記基材表面でイットリウム金属原子と反応性ガスを結合させて純イットリア耐食膜を前記基材上に形成する。   The direct-current reactive counter-target type sputtering film forming method of the present invention relates to a direct-current reactive counter-target type sputtering film forming method for forming a pure yttria corrosion-resistant film on a substrate. In this direct current reactive target sputtering method, a target placement region and a film formation region are provided in a vacuum chamber. In the target arrangement region, a pair of targets made of yttrium metal are arranged to face each other, and the base material is arranged in the film formation region. A DC voltage is applied to the target to generate plasma between the targets, the plasma is restrained between the targets by a magnetic field, and an inert gas such as argon gas is supplied to the magnetic field space. Meanwhile, while supplying a reactive gas such as oxygen gas toward the substrate, the pressure of the inert gas in the vacuum chamber is set to 0.01 to 1.0 Pa, and the reactive gas is substantially contained in the plasma. Without intruding, a yttrium metal atom and a reactive gas are bonded on the surface of the base material to form a pure yttria corrosion-resistant film on the base material.

このような方法では、互いに対向させて配置した一対のターゲット間にプラズマを発生させるため、プラズマ周辺磁場が強く、プラズマ境界付近の密度が高くなっている。従って、プラズマ中に、酸素ガス等の反応性ガスが侵入し難い状態が形成されており、かつ、成膜領域が、ターゲット配置領域と区画されているため、直接プラズマの影響を受けることなく、基材表面で実質的にイットリウム金属原子と反応性ガスのみを結合させて純度の高い純イットリア耐食膜を、速い成膜速度で形成することができる。その成膜速度(成膜レート)については、後述する実施例から明らかなように、例えば20nm〜200nm/min(投入電力Pw=1kW〜5kW)の設定が可能であり、Pw=2kWでは120nm/minを確保できる。これに対して、RF二極反応性スパッタ法では8nm/min、DCマグネトロン反応性スパッタ法では12nm/minを確保できるに過ぎない。   In such a method, since plasma is generated between a pair of targets arranged opposite to each other, the plasma peripheral magnetic field is strong and the density near the plasma boundary is high. Therefore, a state in which a reactive gas such as oxygen gas does not easily enter into the plasma is formed, and the film formation region is partitioned from the target placement region, so that it is not directly affected by the plasma, A pure yttria corrosion-resistant film having high purity can be formed at a high film formation rate by substantially bonding only yttrium metal atoms and reactive gas on the substrate surface. The film formation rate (film formation rate) can be set, for example, from 20 nm to 200 nm / min (input power Pw = 1 kW to 5 kW), as will be apparent from Examples described later. When Pw = 2 kW, 120 nm / Min can be secured. In contrast, the RF bipolar reactive sputtering method can ensure only 8 nm / min, and the DC magnetron reactive sputtering method can only ensure 12 nm / min.

そして、真空チャンバ内の不活性ガスの圧力を0.01〜1.0Paの低ガス圧に設定していることによって、基材表面でイットリウム金属原子の自由な移動が許容されるため、基材温度を低温に維持したままで、微細なグレーンサイズの緻密(dense-packed)で均質な鏡面状の被膜を形成することができる。尚、真空チャンバ内の不活性ガスの圧力が0.01Paより低くなると、放電電圧が高くなり過ぎる。また、不活性ガスの圧力が1.0Paより高くなると、スパッタリングされた粒子(イットリウム金属原子)がクラスター状(粉体状)になるため、膜の緻密性が低下し耐食性も低下する。さらに、ターゲット配置領域と成膜領域が区画されているため、ターゲット配置領域と成膜領域とを各独立に成膜条件(ターゲット配置領域では、直流印加電圧及び不活性ガスの流量、成膜領域では反応性ガスの流量等)を制御することができるので、成膜プロセスの簡素化と単純化が可能となり、かつ、膜組成の制御も容易となり、所望の膜特性を付与することが容易となる。その他、本直流反応性対向ターゲット方式スパッタリング成膜方法によれば、膜厚の薄い被膜を形成することもできる。特に、膜厚が1μm以下の薄膜も表面を荒らすことなく形成できる。これは、スパッタ圧力を低く設定できるからであると考えられる。   And by setting the pressure of the inert gas in the vacuum chamber to a low gas pressure of 0.01 to 1.0 Pa, free movement of yttrium metal atoms is allowed on the surface of the base material. In this way, a fine grain-sized dense-packed and uniform mirror-like film can be formed. Note that when the pressure of the inert gas in the vacuum chamber becomes lower than 0.01 Pa, the discharge voltage becomes too high. Further, when the pressure of the inert gas is higher than 1.0 Pa, the sputtered particles (yttrium metal atoms) are clustered (powdered), so that the denseness of the film is lowered and the corrosion resistance is also lowered. Furthermore, since the target arrangement region and the film formation region are partitioned, the target arrangement region and the film formation region are independently formed into film formation conditions (in the target arrangement region, the DC applied voltage and the flow rate of the inert gas, the film formation region Can control the flow rate of the reactive gas, etc., so that the film forming process can be simplified and simplified, the film composition can be easily controlled, and desired film characteristics can be easily imparted. Become. In addition, according to the direct current reactive counter target type sputtering film forming method, a thin film can be formed. In particular, a thin film having a thickness of 1 μm or less can be formed without roughening the surface. This is presumably because the sputtering pressure can be set low.

このような直流反応性対向ターゲット方式スパッタリング成膜方法にあっては、ターゲットの周囲を、プラズマの熱で溶融しない導電性材料で形成された開口部を有するシールドカバーで覆い、その開口部からターゲットをプラズマの拘束領域に臨ませ、かつ、そのシールドカバーをアース電位に接続するのが好ましい。このようなシールドカバーを設けることによって、ターゲット以外の部材をスパッタさせることなく、そのシールドカバーを介して、直流電源回路を閉じた状態に保持することができるため、容器内の放電電圧を上昇させることなく、異常放電(アーク)の発生を効果的に防ぐことができる。従って、成膜作業を長時間にわたり継続することができる。   In such a DC reactive facing target type sputtering film forming method, the periphery of the target is covered with a shield cover having an opening formed of a conductive material that is not melted by the heat of the plasma, and the target is opened from the opening. It is preferable that the shield cover is connected to the ground potential. By providing such a shield cover, the DC power supply circuit can be held in a closed state via the shield cover without spattering members other than the target, thereby increasing the discharge voltage in the container. Therefore, the occurrence of abnormal discharge (arc) can be effectively prevented. Therefore, the film forming operation can be continued for a long time.

本直流反応性対向ターゲット方式スパッタリング成膜方法では、前記基材が石英、金属又はセラミックスの何れかであり、前記基材の温度を600℃以下、特に400〜600℃に保持して、純イットリア耐食膜を形成することもできる。石英の耐熱温度は1,000℃以上であり、金属やセラミックスも耐熱温度が高い。従って、これらを基材とする場合、基材温度を400〜600℃に保持して、能率よく純イットリア耐食膜を成膜することができる。   In this direct current reactive facing target type sputtering film forming method, the base material is either quartz, metal or ceramics, and the temperature of the base material is maintained at 600 ° C. or less, particularly 400 to 600 ° C. A corrosion-resistant film can also be formed. Quartz has a heat-resistant temperature of 1,000 ° C or higher, and metals and ceramics have a high heat-resistant temperature. Therefore, when these are used as base materials, the base temperature can be maintained at 400 to 600 ° C., and a pure yttria corrosion-resistant film can be efficiently formed.

例えば、半導体プロセスで使用される各種石英パーツの表面に純イットリア耐食膜を形成する場合、投入電力2.0〜5.0kW、電流5〜10A、スパッタ圧力0.05〜0.1Pa、Ar流量30〜80sccm、02流量15〜50sccmで、基材表面の温度を、400〜600℃程度に保持して、均質な純イットリア耐食膜を形成することができる。 For example, when forming a pure yttria corrosion-resistant film on the surface of various quartz parts used in semiconductor processes, input power 2.0-5.0 kW, current 5-10 A, sputtering pressure 0.05-0.1 Pa, Ar flow rate 30-80 sccm, 0 2 A uniform pure yttria corrosion-resistant film can be formed at a flow rate of 15 to 50 sccm while maintaining the temperature of the substrate surface at about 400 to 600 ° C.

本直流反応性対向ターゲット方式スパッタリング成膜方法では、前記基材がプラスチック等の樹脂材であり、前記基材の温度を室温〜150℃に保持して、純イットリア耐食膜を形成することもできる。例えば、アクリルまたはポリエチレンテレフタレートを基材とした場合、投入電力2kW、スパッタ圧力0.05Pa、Ar流量50sccm、02流量50sccmで1時間成膜しても、基材表面の温度は100℃以下とすることができる。従って、耐熱温度が低い樹脂材にも均質な純イットリア耐食膜を形成することができる。例えば、軟化点が150℃程度以下のプラスチックを基材に利用できると考えられる。 In the direct current reactive target sputtering method, the base material is a resin material such as plastic, and the temperature of the base material is maintained at room temperature to 150 ° C. to form a pure yttria corrosion-resistant film. . For example, when the acrylic or polyethylene terephthalate base material, input power 2 kW, a sputtering pressure 0.05 Pa, even one hour deposition in Ar flow rate 50 sccm, 0 2 flow rate 50 sccm, temperature of the substrate surface to 100 ° C. or less be able to. Therefore, a homogeneous pure yttria corrosion-resistant film can be formed even on a resin material having a low heat-resistant temperature. For example, it is considered that a plastic having a softening point of about 150 ° C. or lower can be used as the base material.

本発明の純イットリア耐食膜は、前記何れかに記載の直流反応性対向ターゲット方式スパッタリング成膜方法によって形成される純イットリア耐食膜であって、膜厚が1μm以下であることを特徴とする。本直流反応性対向ターゲット方式スパッタリング成膜方法では、前述したように、膜厚の制御が容易であり、1μm以下の均質な純イットリア耐食膜を形成することができる。このような純イットリア耐食膜は、プラズマに晒される半導体処理装や電子部品製造装置内の構成部品等の表面の被覆だけでなく、例えば、薄い被覆が望まれる半導体微細加工プロセス分野における各種部品、製品等の被覆に適用すれば、耐久性の顕著な向上と共に、コンパクト化やコストの低減化も可能となり、ひいては省資源化に寄与することもできる。   The pure yttria corrosion-resistant film of the present invention is a pure yttria corrosion-resistant film formed by any one of the above-described direct-current reactive counter target sputtering film forming methods, and has a film thickness of 1 μm or less. In the direct current reactive facing target type sputtering film forming method, as described above, the film thickness can be easily controlled, and a homogeneous pure yttria corrosion resistant film having a thickness of 1 μm or less can be formed. Such a pure yttria anti-corrosion film is not only a coating on the surface of semiconductor processing equipment exposed to plasma and components in an electronic component manufacturing apparatus, but also various parts in the field of semiconductor microfabrication processes where a thin coating is desired, If it is applied to coatings such as products, it is possible to significantly improve durability, downsize and reduce costs, and thus contribute to resource saving.

本発明のさらに別の純イットリア耐食膜は、前記何れかに記載の直流反応性対向ターゲット方式スパッタリング成膜方法によって形成される純イットリア耐食膜であって、可視光線に対する光透過率が90%以上であることを特徴とする。純イットリア耐食膜は、薄くても表面が均質で高い耐食特性を備えるため、半導体処理装置の石英で形成される覗き窓の被覆や、半導体プロセスで使用される各種石英パーツの被覆にも好適である。また、光学特性も良好であり、膜厚を薄く表面を鏡面状に形成できるため、光学部品の保護コーティング用としても好適に採用することができる。この光透過率は、特に95%以上であることが好ましい。   Still another pure yttria corrosion-resistant film of the present invention is a pure yttria corrosion-resistant film formed by any one of the above-described direct-current reactive counter target type sputtering film forming methods, and has a light transmittance of 90% or more for visible light. It is characterized by being. Pure yttria anti-corrosion film has a uniform surface and high corrosion resistance even though it is thin, so it is also suitable for covering observation windows made of quartz in semiconductor processing equipment and various quartz parts used in semiconductor processes. is there. Moreover, since the optical properties are good and the film thickness is thin and the surface can be formed into a mirror surface, it can be suitably used as a protective coating for optical components. This light transmittance is particularly preferably 95% or more.

本発明の耐食性石英構成体は、前記何れかに記載の純イットリア耐食膜を、石英の表面に被覆してなることを特徴とする。半導体プロセスでは、様々な石英パーツ(容器、パイプ等)が工程別に使用されるが、従来、これらの部品は、プラズマガスに晒されて腐食・変形することが多く、変形したものには再生加工が施されて再使用に供されることが多かった。しかし、これらの石英パーツに純イットリア耐食膜を施すことによって、プラズマガスに対する耐久性を飛躍的に向上させることができるため、再生加工を施すことなく長期にわたり使用できるようになる。従って、半導体プロセスのランニングコストを大幅に低減することができる。   The corrosion-resistant quartz structure of the present invention is characterized in that the pure yttria corrosion-resistant film described above is coated on the surface of quartz. In the semiconductor process, various quartz parts (containers, pipes, etc.) are used for each process. Conventionally, these parts are often exposed to plasma gas and corroded and deformed. In many cases, it was used for reuse. However, by applying a pure yttria anti-corrosion film to these quartz parts, the durability against plasma gas can be drastically improved, so that it can be used for a long time without being subjected to reprocessing. Therefore, the running cost of the semiconductor process can be greatly reduced.

本発明の直流反応性対向ターゲット方式スパッタリング成膜方法は、真空チャンバ内の不活性ガスの圧力を0.01〜1.0Paの低ガス圧に設定していることによって、基材表面におけるイットリウム金属原子の自由な移動を許容し、基材温度を低温に維持したままで、緻密で均質な被膜を形成することができる。   In the direct-current reactive target sputtering method of the present invention, the pressure of the inert gas in the vacuum chamber is set to a low gas pressure of 0.01 to 1.0 Pa, so that the yttrium metal atoms on the surface of the substrate are free. It is possible to form a dense and uniform film while allowing a smooth movement and maintaining the substrate temperature at a low temperature.

本発明の純イットリア耐食膜は、プラズマに晒される半導体処理装置や電子部品製造装置内の構成部品等の表面に対する被覆だけでなく、例えば、薄い被覆が望まれる半導体微細加工プロセス分野における各種部品、製品等に用いれば、耐久性の顕著な向上と共に、コンパクト化やコストの低減化も可能となり、ひいては省資源化にも寄与することもできる。   The pure yttria corrosion-resistant film of the present invention is not only a coating on the surface of a semiconductor processing apparatus exposed to plasma or a component part in an electronic component manufacturing apparatus, but also various parts in the field of semiconductor microfabrication process where a thin coating is desired, If it is used for a product, etc., it is possible to significantly improve durability, downsize and reduce costs, and to contribute to resource saving.

以下に、本発明の直流反応性対向ターゲット(ミラートロン)方式スパッタリング成膜方法の実施の形態について説明する。図1は、直流反応性対向ターゲット方式スパッタリング装置(以下、スパッタリング装置という)の基本的な構成を示す説明図で、このスパッタリング装置は、真空チャンバ1内に、仕切り壁2によって、相互に区画されたターゲット配置領域3と成膜領域4を設け、ターゲット配置領域3内に一対のイットリウム金属からなるターゲット5,5を互いに対向させて配置し、該ターゲット5,5の裏面側にリング状の磁石6,6を配置している。一方、成膜領域4内には基材7を配置している。   Hereinafter, embodiments of the direct-current reactive counter target (mirrortron) type sputtering film forming method of the present invention will be described. FIG. 1 is an explanatory view showing a basic configuration of a direct-current reactive target sputtering system (hereinafter referred to as a sputtering apparatus). This sputtering apparatus is partitioned by a partition wall 2 in a vacuum chamber 1. The target arrangement region 3 and the film formation region 4 are provided, and a pair of targets 5 and 5 made of yttrium metal are arranged in the target arrangement region 3 so as to face each other, and a ring-shaped magnet is provided on the back side of the targets 5 and 5. 6,6 are arranged. On the other hand, a base material 7 is disposed in the film formation region 4.

そして、ターゲット5,5に直流電圧を印加して、ターゲット5,5間にプラズマPを発生させ、該ターゲット5,5間に磁界によってプラズマPを拘束すると共に、その磁場空間にアルゴンガス等の不活性ガスを供給する一方、基材7に向けて酸素ガス等の反応性ガスを供給しつつ、真空チャンバ1内の不活性ガスの圧力を0.01〜1.0Paに設定し、プラズマP中に反応性ガスを実質的に侵入させることなく、基材7の表面でイットリウム金属原子と反応性ガス(O2)を結合させて純イットリア耐食膜を基材7上に形成する。尚、ターゲット5,5の周囲を、プラズマPの熱で溶融しない導電性材料で形成したシールドカバー10,10でそれぞれ覆い、その開口部11,11からターゲット5,5をプラズマPの拘束領域に臨ませ、かつ、そのシールドカバー10,10をアース電位に接続している。 Then, a DC voltage is applied to the targets 5 and 5 to generate plasma P between the targets 5 and 5, and the plasma P is restrained by a magnetic field between the targets 5 and 5, and argon gas or the like is placed in the magnetic field space. While supplying an inert gas, while supplying a reactive gas such as oxygen gas toward the base material 7, the pressure of the inert gas in the vacuum chamber 1 is set to 0.01 to 1.0 Pa to react in the plasma P. A pure yttria corrosion-resistant film is formed on the base material 7 by bonding the yttrium metal atom and the reactive gas (O 2 ) on the surface of the base material 7 without substantially invading the reactive gas. The surroundings of the targets 5 and 5 are respectively covered with shield covers 10 and 10 formed of a conductive material that is not melted by the heat of the plasma P, and the targets 5 and 5 are made into the constraining region of the plasma P from the openings 11 and 11. The shield covers 10 and 10 are connected to the ground potential.

このように構成されるスパッタリング装置は、互いに対向させて配置した一対のターゲット5,5間に発生させるプラズマPをプラズマ周辺磁場が中央部よりも強い磁界によって拘束しているため、プラズマ境界付近の密度が高くなっている。従って、プラズマPの中に、酸素ガスが侵入し難い状態が形成されている。そして、成膜室4が、仕切り壁2によって、ターゲット室3と仕切られているため、直接プラズマPの影響を受けることなく、基材7の表面で実質的にイットリウム金属原子と反応性ガスのみを結合させて純度の高い純イットリア耐食膜を、速い成膜速度で形成することができる。また、ターゲット5,5が片減りすることなく満遍なく消費されるためターゲット利用効率が高い。   In the sputtering apparatus configured in this manner, the plasma P generated between a pair of targets 5 and 5 arranged facing each other is constrained by a magnetic field around the plasma that is stronger than the central part. The density is high. Therefore, a state in which oxygen gas is difficult to enter into the plasma P is formed. Since the film formation chamber 4 is partitioned from the target chamber 3 by the partition wall 2, substantially only yttrium metal atoms and reactive gas are not affected by the plasma P directly on the surface of the base material 7. Thus, a pure yttria corrosion-resistant film with high purity can be formed at a high film formation rate. Moreover, since the targets 5 and 5 are consumed evenly without being reduced, the target utilization efficiency is high.

そして、真空チャンバ1内の不活性ガスの圧力を0.01〜1.0Pa程度の低ガス圧に設定していることによって、基材7の表面でイットリウム金属原子の自由な移動が許容されるため、基材温度を低温に維持したままで、微細なグレーンサイズの緻密(dense-packed)で均質な被膜を形成することができる。また、ターゲット室3と成膜室4が仕切られているため、ターゲット室3と成膜室4とを各独立に制御(ターゲット配置領域では、直流印加電圧、不活性ガスの流量、成膜領域では反応性ガスの流量等)することができるので、成膜プロセスの簡素化と単純化が可能となり、かつ、膜組成の制御も容易となり、所望の膜特性を付与することができる利点も大きい。   Since the inert gas pressure in the vacuum chamber 1 is set to a low gas pressure of about 0.01 to 1.0 Pa, free movement of yttrium metal atoms on the surface of the substrate 7 is allowed. A fine grain-sized dense-packed and uniform film can be formed while maintaining the material temperature at a low temperature. Further, since the target chamber 3 and the film forming chamber 4 are partitioned, the target chamber 3 and the film forming chamber 4 are controlled independently (in the target arrangement region, a DC applied voltage, an inert gas flow rate, a film forming region). In this case, the flow rate of the reactive gas etc. can be simplified, so that the film forming process can be simplified and simplified, the film composition can be easily controlled, and the desired film characteristics can be imparted. .

さらに、ターゲット5,5の周囲を、プラズマPの熱で溶融しない例えばステンレス材等の導電性材料で形成されたシールドカバー10,10で覆い、その開口部11,11からターゲット5,5をプラズマPの拘束領域に臨ませ、かつ、そのシールドカバー10,10をアース電位に接続している。そのシールドカバー10,10には、プラズマPによって赤熱状態に加熱される薄肉部が形成されていることが望ましい。このようなシールドカバー10,10を設けることにより、その赤熱部分には、絶縁膜が形成されることがなく、また、ターゲット5,5以外の部材をスパッタさせることもなく、そのシールドカバー10,10を介して、直流電源回路を常に閉じた状態に保持することができる。従って、真空チャンバ1内の放電電圧を上昇させることなく、異常放電(アーク)の発生を効果的に防ぐことができる。これにより、スパッタリング作業(成膜作業)を長時間にわたり継続することができ、優れた量産性を確保することができる。   Further, the surroundings of the targets 5 and 5 are covered with shield covers 10 and 10 formed of a conductive material such as stainless steel that is not melted by the heat of the plasma P, and the targets 5 and 5 are plasma from the openings 11 and 11. The shield covers 10 and 10 are connected to the ground potential while facing the restricted region of P. The shield covers 10 and 10 are preferably formed with thin portions that are heated to a red hot state by the plasma P. By providing such shield covers 10, 10, no insulating film is formed on the red-hot portions, and members other than the targets 5, 5 are not sputtered, and the shield covers 10, 10 10, the DC power supply circuit can always be kept closed. Therefore, the occurrence of abnormal discharge (arc) can be effectively prevented without increasing the discharge voltage in the vacuum chamber 1. Thereby, sputtering operation (film formation operation) can be continued for a long time, and excellent mass productivity can be ensured.

上記の装置を用いて、本発明の直流反応性対向ターゲット方式スパッタリング成膜方法(反応性ミラートロンスパッタリング)により、表1に示す条件で石英の基材上に純イットリア膜を形成した。ここでは、真空チャンバ1内のスパッタ圧力を0.01〜1.0Paの範囲で変化させ、試料1〜試料5とした。   Using the above apparatus, a pure yttria film was formed on a quartz substrate under the conditions shown in Table 1 by the direct current reactive target sputtering deposition method (reactive mirrortron sputtering) of the present invention. Here, the sputtering pressure in the vacuum chamber 1 was changed in the range of 0.01 to 1.0 Pa to obtain Sample 1 to Sample 5.

また、試料6として、図2に示すようなDCマグネトロンスパッタリング装置で、石英の基材7上に純イットリア膜を形成した。このマグネトロンスパッタリング装置は、真空チャンバ1内に、イットリウム金属からなるターゲット5を配置し、ターゲット5に対向させて石英からなる基材7を配置し、ターゲット5の裏面側にプラズマPを拘束するための磁石6を配置している。この基材7は、シールドカバー10によって覆われ、その開口11からターゲット5をプラズマPの拘束領域に臨ませている。その真空チャンバ1は、真空ポンプ8によって真空引きされつつ、その磁場空間にアルゴンガス(Ar)と、酸素ガス(O2)が供給される。 Further, as a sample 6, a pure yttria film was formed on a quartz substrate 7 by a DC magnetron sputtering apparatus as shown in FIG. In this magnetron sputtering apparatus, a target 5 made of yttrium metal is placed in a vacuum chamber 1, a base material 7 made of quartz is placed facing the target 5, and the plasma P is restrained on the back side of the target 5. The magnet 6 is arranged. The base material 7 is covered with a shield cover 10, and the target 5 faces the constraining region of the plasma P from the opening 11. The vacuum chamber 1 is evacuated by a vacuum pump 8, and argon gas (Ar) and oxygen gas (O 2 ) are supplied to the magnetic field space.

さらに、試料7として、RFスパッタリング装置(RF二極反応性スパッタ法による)で、石英の基材上に純イットリア膜を形成した。この装置は、ターゲットに印加する電源が高周波電源である点、及び磁石を用いていない点が図2の装置との主な相違点である。   Further, as a sample 7, a pure yttria film was formed on a quartz substrate with an RF sputtering apparatus (using an RF bipolar reactive sputtering method). This apparatus is different from the apparatus of FIG. 2 in that the power source applied to the target is a high frequency power source and that no magnet is used.

Figure 2009287058
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各試料を製作する成膜条件に関し、成膜速度および成膜継続性を評価し、各条件により得られたイットリア膜に関し、膜の耐食性、ドロップレットの多少および透過率の評価を行った。そして、一部の試料については、光学顕微鏡で試料断面を観察し、膜構造について考察した。膜の評価結果を表2に示す。   Regarding the film forming conditions for producing each sample, the film forming speed and film forming continuity were evaluated, and the yttria film obtained under each condition was evaluated for the corrosion resistance of the film, the degree of droplets, and the transmittance. And about some samples, the sample cross section was observed with the optical microscope, and the film | membrane structure was considered. The evaluation results of the film are shown in Table 2.

成膜速度は、1分間当たりの成膜の厚みで評価した。成膜速度が10nm/min未満のものを×、10nm/min以上20nm/min未満のものを△、20nm/min以上40nm/min未満のものを○、40nm/min以上のものを◎とする。   The film formation rate was evaluated based on the film formation thickness per minute. The film formation rate is less than 10 nm / min, x, 10 nm / min or more and less than 20 nm / min is Δ, 20 nm / min or more and less than 40 nm / min is ◯, and 40 nm / min or more is ◎.

成膜継続性は、表1と同様の条件にて成膜を繰り返し、5日以上連続して成膜できる場合を◎、2日以上5日未満連続して成膜できる場合を○、2日未満の場合を×とした。   Deposition continuity is ◎ when the film can be formed continuously for 5 days or more under the same conditions as in Table 1, and when it can be formed continuously for 2 days or more but less than 5 days, ○, 2 days The case of less than was made x.

耐食性は、得られた試料を半導体処理装置のチャンバ内に用いるフッ素のプラズマガス中に晒して耐食試験を行い、イットリア膜に剥離等が生じる時間を比較検討した。耐食試験を開始してから剥離までの時間が1日未満のものを×、1日以上6日未満のものを○、6日以上のものを◎とする。   Corrosion resistance was evaluated by exposing the obtained sample to a fluorine plasma gas used in a chamber of a semiconductor processing apparatus and conducting a corrosion resistance test, and comparing the time during which peeling occurs on the yttria film. “X” indicates that the time from the start of the corrosion resistance test to peeling is less than 1 day, “◯” indicates that the time is from 1 day to less than 6 days, and “◎” indicates that the time is 6 days or more.

ドロップレットは、イットリア膜を光学顕微鏡で拡大して観察し、その所定面積当たりのドロップレットの個数を数えることで評価した。ここでは、直径4インチのイットリア膜のうち、中心部と外周部の2箇所について、1箇所当たり3mm角の観察領域内にドロップレットが認められるかどうかを調べる。そして、2箇所の観察領域におけるドロップレットの合計数を計測して評価する。ドロップレットの数が0個のものを◎、1個以上3個以下のものを○、4個以上のものを△とする。   The droplets were evaluated by magnifying and observing the yttria film with an optical microscope and counting the number of droplets per predetermined area. Here, it is examined whether droplets are observed in the observation area of 3 mm square per place in two places of the center part and the outer peripheral part of the yttria film having a diameter of 4 inches. Then, the total number of droplets in the two observation areas is measured and evaluated. The number of droplets is 0, ◎, the number of 1 to 3 is ◯, and the number of 4 or more is △.

光透過率は、各試料の光透過率を市販の可視光線透過率測定器により測定した。測定に用いる可視光の波長は550nmである。光透過率が95%以上のものを◎で、90%以上のものを○とする。   The light transmittance was determined by measuring the light transmittance of each sample with a commercially available visible light transmittance meter. The wavelength of visible light used for measurement is 550 nm. A light transmittance of 95% or more is marked with ◎, and a light transmittance of 90% or more is marked with ○.

そして、成膜方法とイットリア膜の特性について総合的に実用性の評価を行った。この評価は4段階で行い、◎及び〇は実用に供し得るものを示し、△は実用に供し得ないものを示す。   Then, the practicality of the film forming method and the characteristics of the yttria film was comprehensively evaluated. This evaluation is carried out in four stages, and 及 び and 〇 indicate those that can be used practically, and Δ indicates those that cannot be used practically.

Figure 2009287058
Figure 2009287058

この表1から明らかなように、真空チャンバ1内のスパッタ圧力を0.01〜1.0Paの範囲内の比較的低い値に設定した試料1〜5では、成膜速度が速く、短い成膜時間で、実用に供し得る緻密で良質なイットリア被膜を石英基材上に形成することができた。この成膜速度を成膜レートに換算すると、40nm/min以上であった。また、試料1のイットリア膜の断面を高感度電子顕微鏡で観察した結果、多数の細い短繊維が膜の厚み方向に沿って配され、この多数の短繊維が膜の厚み方向と直交する方向に並列された緻密な膜構造が認められた。   As is apparent from Table 1, Samples 1 to 5 in which the sputtering pressure in the vacuum chamber 1 is set to a relatively low value within the range of 0.01 to 1.0 Pa have a high film formation speed and a short film formation time. A dense and high-quality yttria coating that can be put to practical use could be formed on a quartz substrate. When this film formation rate was converted into a film formation rate, it was 40 nm / min or more. Moreover, as a result of observing the cross section of the yttria film of Sample 1 with a high-sensitivity electron microscope, a large number of thin short fibers are arranged along the thickness direction of the film, and the large number of short fibers are perpendicular to the thickness direction of the film. A dense parallel membrane structure was observed.

これに対し、スパッタ圧力が0.01Pa未満の場合、放電電圧が高くなり、緻密で良質なイットリア被膜を石英基板上に形成できないと考えられる。また、スパッタ圧力が1.0Pa超の場合、スパッタリングされた粒子(イットリウム金属原子)がクラスター状(粉体状)になり易く、膜の緻密性が低下し耐食性も低下すると考えられる。   On the other hand, when the sputtering pressure is less than 0.01 Pa, the discharge voltage becomes high, and it is considered that a dense and high-quality yttria coating cannot be formed on the quartz substrate. In addition, when the sputtering pressure is higher than 1.0 Pa, the sputtered particles (yttrium metal atoms) are likely to be clustered (powdered), and the denseness of the film is lowered and the corrosion resistance is also lowered.

一方、DCマグネトロンスパッタリング法により成膜した試料6では、電子顕微鏡観察の結果、イットリア被膜が柱状の粗い膜構造となっていた。また、この試料6では、スパッタ圧力が高く、アークが発生し易くなり、試料1〜5に比べてドロップレットが多く見られた。このようなドロップレットの発生を少なくするためには、投入電力を、例えば100W程度に下げればよいが、このような対応をとれば、さらに成膜速度が遅くなるため、量産性を全く期待できなくなる。そして、耐食試験の結果でも、試料6は試料1〜5に比べて大きく劣る結果となっていた。   On the other hand, in the sample 6 formed by the DC magnetron sputtering method, as a result of observation with an electron microscope, the yttria coating had a columnar rough film structure. Moreover, in this sample 6, the sputtering pressure was high, and it became easy to generate | occur | produce an arc, and many droplets were seen compared with the samples 1-5. In order to reduce the occurrence of such droplets, the input power may be reduced to, for example, about 100 W. However, if such a measure is taken, the film formation speed will be further reduced, so that mass productivity can be expected at all. Disappear. And also in the result of the corrosion resistance test, the sample 6 was significantly inferior to the samples 1 to 5.

これは、次のような理由によると考えられる。マグネトロンスパッタリング装置により純イットリア耐食膜を形成する場合、装置の構成上、プラズマP中に基材5が存在するため、基材5が高エネルギー粒子から衝撃を受ける。即ち、ターゲット印加電圧程度の運動エネルギーを持ち、磁力線に沿って衝突する二次電子のガンマ電子により基材5が強い衝撃を受けるため、その運動エネルギーが熱化して基材温度が200℃以上になる。また、ガンマ電子の衝撃により負の電荷がチャージアップするため基材5のセルフバイアスが負となり、今度は、正のアルゴンイオンが基材5に衝突してくる。そのアルゴンイオンの質量は膜原子と同等であるため、膜に欠損を生じさせたり、再スパッタリングにより格子欠陥が生じる。従って、膜表面が荒らされて、このような膜がフッ素プラズマガスに晒されると腐食が進行しやすくなる。また、反応性スパッタリングを適用する場合には、特に、酸素が負イオンになり易く、電子と同じように、基材5に衝突して大きな膜損傷を与えてしまう等々により、実用に供し得る純イットリア耐食膜を形成することができなかった。その膜構造は、柱状粒が林立した形態をなし、かつ表面は平滑でない。そのため、柱状粒間の隙間にプラズマガスが侵入しやすく、腐食され易いことが推定される。   This is considered to be due to the following reasons. When a pure yttria corrosion-resistant film is formed by a magnetron sputtering apparatus, the base material 5 is impacted by high-energy particles because the base material 5 exists in the plasma P due to the structure of the apparatus. That is, the base material 5 has a kinetic energy equivalent to the target applied voltage, and the gamma electrons of the secondary electrons colliding along the magnetic field lines, so that the kinetic energy is heated and the base material temperature becomes 200 ° C. or higher. Become. Further, since negative charges are charged up by the impact of gamma electrons, the self-bias of the base material 5 becomes negative, and this time, positive argon ions collide with the base material 5. Since the mass of the argon ions is the same as that of the film atoms, defects are generated in the film or lattice defects are generated by resputtering. Therefore, when the film surface is roughened and such a film is exposed to a fluorine plasma gas, corrosion tends to proceed. In addition, when reactive sputtering is applied, in particular, oxygen tends to be negative ions, and, like electrons, impinges on the base material 5 to cause a large film damage. An yttria corrosion-resistant film could not be formed. The film structure is in the form of forested columnar grains, and the surface is not smooth. Therefore, it is estimated that the plasma gas easily enters the gaps between the columnar grains and is easily corroded.

さらに、試料7は、成膜継続性、膜構造、ドロップレットの多少については試料1〜試料5と同等であったが、成膜速度が大幅に遅かった。この成膜速度を成膜レートに換算すると、10nm/min未満であった。従って、試料7の成膜方法は、到底実用的な成膜方法とはいい難い。   Furthermore, Sample 7 was the same as Sample 1 to Sample 5 in terms of film continuity, film structure, and some of the droplets, but the film formation rate was significantly slow. When this film formation rate was converted into a film formation rate, it was less than 10 nm / min. Therefore, the film forming method of Sample 7 is hardly a practical film forming method.

次いで、図1に示す装置を用い、本発明の直流反応性対向ターゲット方式スパッタリング成膜方法により、ポリエチレンテレフタレート(PET)の表面に純イットリア耐食膜を形成した場合について説明する。表3に示すように、真空チャンバ1内のスパッタ圧力を0.01〜1.0Paの範囲で変化させ、試料11〜試料14とした。   Next, a case where a pure yttria corrosion-resistant film is formed on the surface of polyethylene terephthalate (PET) by the direct-current reactive facing target type sputtering film forming method of the present invention will be described using the apparatus shown in FIG. As shown in Table 3, the sputtering pressure in the vacuum chamber 1 was changed in the range of 0.01 to 1.0 Pa to obtain Sample 11 to Sample 14.

Figure 2009287058
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各試料の評価を、表4に示す。成膜速度、成膜継続性の評価基準は、上記実施例1と同様とした。また、実用性の総合評価も、実施例1の場合に準じて、4段階で行い、〇は実用に供し得るものを示し、◎は特に評価に優れるものを示す。   Table 4 shows the evaluation of each sample. The evaluation criteria for film formation speed and film formation continuity were the same as those in Example 1. Further, comprehensive evaluation of practicality is also performed in four stages according to the case of Example 1, ◯ indicates that it can be used practically, and ◎ indicates that it is particularly excellent in evaluation.

Figure 2009287058
Figure 2009287058

尚、DCマグネトロンスパッタリング法及びRF二極スパッタリング法では、Ar:60sccm、O2:30sccm、ガス圧:1Pa、投入電力:2〜3kWの条件では、何れも基材温度が200℃以上になり、樹脂材を基材にする場合には適用できないことが判ったので成膜を行っていない。 In the DC magnetron sputtering method and the RF bipolar sputtering method, the substrate temperature becomes 200 ° C. or more in all conditions under the conditions of Ar: 60 sccm, O 2 : 30 sccm, gas pressure: 1 Pa, input power: 2 to 3 kW, Since it has been found that this is not applicable when a resin material is used as a base material, no film is formed.

試料11〜14では、スパッタ圧力を0.01〜1.0Paの範囲内の低い値に設定したため、成膜速度が速く、短い成膜時間で、実用に供し得る緻密で良質なイットリア被膜を樹脂基材上に形成することができた。これに対して、スパッタ圧力が、上記の範囲より高い場合、スパッタリングされた粒子(イットリウム金属原子)がクラスター状(粉体状)になり、膜の緻密性が低下し耐食性も低下すると考えられる。この試料11〜14は、例えば光学薄膜等として使用することができる。また、基材には、アクリル、PET等を適用することもできる。また、その用途として、封止部材、フィルム等に用いることができる。このような純イットリア耐食膜を樹脂材の表面に形成した場合には、成膜時に膜欠陥の少ない高品位な膜を成膜でき、使用時には膜の剥離などの損傷が少なく、耐久性に優れた被覆部材とすることができる。   In Samples 11 to 14, the sputtering pressure was set to a low value in the range of 0.01 to 1.0 Pa, so that a high-quality yttria coating that can be used practically with a high film formation speed and a short film formation time was formed on the resin substrate. Could be formed. On the other hand, when the sputtering pressure is higher than the above range, the sputtered particles (yttrium metal atoms) are clustered (powdered), and the denseness of the film is lowered and the corrosion resistance is also lowered. The samples 11 to 14 can be used as an optical thin film, for example. Further, acrylic, PET, or the like can be applied to the substrate. Moreover, it can use for a sealing member, a film, etc. as the use. When such a pure yttria corrosion-resistant film is formed on the surface of a resin material, a high-quality film with few film defects can be formed at the time of film formation, and there is little damage such as film peeling at the time of use, and it has excellent durability. It can be set as the covering member.

尚、本発明は、実施の形態に限定されることなく、発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、適宜、必要に応じて改良、変更等は自由である。   It should be noted that the present invention is not limited to the embodiment, and can be freely improved, changed, etc. as necessary without departing from the gist of the invention.

本発明の直流反応性対向ターゲット方式スパッタリング成膜方法は、半導体処理装置及び電子部品製造装置内の構成部品等の表面成膜に好適に適用することができる。   The direct current reactive target sputtering film forming method of the present invention can be suitably applied to surface film formation of components and the like in semiconductor processing apparatuses and electronic component manufacturing apparatuses.

本発明の純イットリア耐食膜および耐食性石英構成体は、半導体微細加工プロセス分野における各種部品、製品等に好適に適用することができる。   The pure yttria corrosion-resistant film and the corrosion-resistant quartz structure of the present invention can be suitably applied to various parts and products in the field of semiconductor microfabrication processes.

本発明の直流反応性対向ターゲット方式スパッタリング成膜方法を実施するためのスパッタリング装置の構成説明図である。It is composition explanatory drawing of the sputtering device for enforcing the direct current | flow reactive counter type sputtering film-forming method of this invention. 試料6に適用したマグネトロンスパッタリング装置の構成説明図である。FIG. 3 is a configuration explanatory diagram of a magnetron sputtering apparatus applied to a sample 6.

符号の説明Explanation of symbols

1 真空チャンバ 2 仕切り壁 3 ターゲット室 4 成膜室
5 ターゲット 6 磁石 7 基材 8 真空ポンプ
9 純イットリア耐食膜 10 シールドカバー 11 開口部
P プラズマ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vacuum chamber 2 Partition wall 3 Target room 4 Film-forming room 5 Target 6 Magnet 7 Base material 8 Vacuum pump 9 Pure yttria corrosion-resistant film 10 Shield cover 11 Opening P Plasma

Claims (6)

基材上に純イットリア耐食膜を形成するための直流反応性対向ターゲット方式スパッタリング成膜方法であって、
真空チャンバ内に、相互に区画されるターゲット配置領域と成膜領域を設け、前記ターゲット配置領域内に一対のイットリウム金属からなるターゲットを互いに対向させて配置すると共に、前記成膜領域内に前記基材を配置し、前記ターゲットに直流電圧を印加して、前記ターゲット間にプラズマを発生させ、該ターゲット間に磁界によってプラズマを拘束すると共に、その磁場空間にアルゴンガス等の不活性ガスを供給する一方、前記基材に向けて酸素ガス等の反応性ガスを供給しつつ、前記真空チャンバ内の不活性ガスの圧力を0.01〜1.0Paに設定し、該プラズマ中に反応性ガスを実質的に侵入させることなく、前記基材表面でイットリウム金属原子と反応性ガスを結合させて純イットリア耐食膜を前記基材上に形成することを特徴とする直流反応性対向ターゲット方式スパッタリング成膜方法。
A direct-current reactive counter-target sputtering method for forming a pure yttria corrosion-resistant film on a substrate,
In the vacuum chamber, a target arrangement region and a film formation region which are partitioned from each other are provided, and a target made of a pair of yttrium metals is arranged in the target arrangement region so as to face each other, and the substrate is arranged in the film formation region. A material is arranged, a DC voltage is applied to the target, plasma is generated between the targets, the plasma is constrained by a magnetic field between the targets, and an inert gas such as argon gas is supplied to the magnetic field space. Meanwhile, while supplying a reactive gas such as oxygen gas toward the substrate, the pressure of the inert gas in the vacuum chamber is set to 0.01 to 1.0 Pa, and the reactive gas is substantially contained in the plasma. A pure yttria corrosion-resistant film is formed on the substrate by bonding yttrium metal atoms and a reactive gas on the substrate surface without intrusion. Reactive facing target system sputtering deposition method.
前記基材が、石英、金属又はセラミックスの何れかであり、前記基材の温度を室温〜600℃に保持して、純イットリア耐食膜を形成することを特徴とする請求項1に記載の直流反応性対向ターゲット方式スパッタリング成膜方法。 2. The direct current according to claim 1, wherein the base material is any one of quartz, metal, and ceramics, and the temperature of the base material is maintained at room temperature to 600 ° C. to form a pure yttria corrosion-resistant film. Reactive facing target type sputtering film forming method. 前記基材がプラスチック等の樹脂材であり、前記基材の温度を室温〜150℃に保持して、純イットリア耐食膜を形成することを特徴とする請求項1に記載の直流反応性対向ターゲット方式スパッタリング成膜方法。 2. The direct-current reactive counter target according to claim 1, wherein the base material is a resin material such as plastic and the temperature of the base material is maintained at room temperature to 150 ° C. to form a pure yttria corrosion-resistant film. Sputtering deposition method. 請求項1乃至3の何れか1項に記載の直流反応性対向ターゲット方式スパッタリング成膜方法によって形成される純イットリア耐食膜であって、膜厚が10μm以下であることを特徴とする純イットリア耐食膜。 A pure yttria corrosion-resistant film formed by the direct-current reactive facing target-type sputtering film-forming method according to any one of claims 1 to 3, wherein the film thickness is 10 µm or less. film. 請求項1乃至3の何れか1項に記載の直流反応性対向ターゲット方式スパッタリング成膜方法によって形成される純イットリア耐食膜であって、可視光線に対する光透過率が90%以上であり、前記基材が、光透過性素材からなることを特徴とする純イットリア耐食膜。 A pure yttria corrosion-resistant film formed by the direct-current reactive target-type sputtering film-forming method according to any one of claims 1 to 3, wherein the light transmittance for visible light is 90% or more, A pure yttria corrosion-resistant film characterized in that the material is made of a light-transmitting material. 請求項4又は5に記載の純イットリア耐食膜を、石英の表面に被覆してなることを特徴とする耐食性石英構成体。 6. A corrosion-resistant quartz structure comprising the quartz surface coated with the pure yttria corrosion-resistant film according to claim 4 or 5.
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