JP2014091861A - Sputtering method and sputtering apparatus - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sputtering method capable of densifying a film formed by a simple method, when a film is formed by applying AC power (high-frequency power) to a target of an insulator.SOLUTION: A substrate W is installed on a metal stage 5 provided in a vacuum treatment chamber 1a, and sputter gas is introduced into the vacuum treatment chamber subjected to vacuum drawing, and AC power is inputted into a target 2 provided in the vacuum treatment chamber to sputter the target, and to thereby form a film on the substrate surface. During sputtering, the electric potential of the stage 5 is set in the floating state.

Description

本発明は、スパッタリング方法及びスパッタリング装置に関し、特に、絶縁物で構成されるターゲットを用い、ターゲットにアースとの間で交流電力(例えば、周波数が13.56MHz)を投入してこのターゲットをスパッタリングし、処理すべき基板のターゲットとの対向面に酸化物や窒化物等の絶縁膜を成膜するものに関する。   The present invention relates to a sputtering method and a sputtering apparatus, and in particular, a target composed of an insulator is used, and the target is sputtered by supplying AC power (for example, a frequency of 13.56 MHz) to and from the ground. Further, the present invention relates to a structure in which an insulating film such as an oxide or a nitride is formed on a surface of a substrate to be processed facing a target.

従来、例えばアルミナや酸化シリコン等の酸化物、または窒化シリコン等の窒化物で構成される絶縁物をターゲットとし、これをスパッタリングして処理すべき基板のターゲットとの対向面に酸化物や窒化物等の絶縁膜を成膜する場合、ターゲットに、アースとの間で高周波(交流)電力を投入する高周波電源を備える高周波スパッタリング装置を用いることが広く知られている(例えば、特許文献1参照)。この高周波スパッタリング装置で成膜する場合、基板を冷却したり、加熱したりすることがあり、このような場合には、成膜が実施される真空処理室内に、加熱手段や冷却手段が組み込まれた基板ステージを配置し、この基板ステージのターゲットとの対向面に所謂静電チャックを設けて基板を保持させることが一般的である(例えば、特許文献2参照)。   Conventionally, for example, an insulator composed of an oxide such as alumina or silicon oxide, or a nitride such as silicon nitride is used as a target, and the oxide or nitride is formed on the surface facing the target of the substrate to be processed by sputtering. In the case of forming an insulating film such as a high-frequency sputtering apparatus, it is widely known to use a high-frequency sputtering apparatus including a high-frequency power source for supplying high-frequency (alternating current) power to and from a ground (see, for example, Patent Document 1). . When a film is formed with this high-frequency sputtering apparatus, the substrate may be cooled or heated. In such a case, a heating means or a cooling means is incorporated in a vacuum processing chamber in which the film is formed. In general, a substrate stage is disposed, and a so-called electrostatic chuck is provided on the surface of the substrate stage facing the target to hold the substrate (see, for example, Patent Document 2).

ところで、半導体デバイスの製造工程においては、処理すべき基板たるシリコンウエハ表面に形成した酸化膜を局所的に除去し、または、表面に蒸着した金属膜を局所的に加工して電極や配線構造を得るためにエッチングが行われる。このようなエッチングの一つに、除去しようとする材料を化学物質で溶解させる所謂ウエットエッチングがある。例えば、二酸化ケイ素はフッ化水素酸に溶解するが、シリコンは殆ど溶解しないことを利用して、酸化膜の除去に酸化剤とフッ化水素酸とで構成されるエッチング液(薬液)が用いられる。   By the way, in the manufacturing process of a semiconductor device, an oxide film formed on the surface of a silicon wafer which is a substrate to be processed is locally removed, or a metal film deposited on the surface is locally processed to form an electrode and a wiring structure. Etching is performed to obtain. As one of such etchings, there is so-called wet etching in which a material to be removed is dissolved with a chemical substance. For example, by utilizing the fact that silicon dioxide dissolves in hydrofluoric acid but silicon hardly dissolves, an etching solution (chemical solution) composed of an oxidizing agent and hydrofluoric acid is used to remove the oxide film. .

ウエットエッチングに先立っては、エッチング範囲を制限するためにマスクが設けられ、このようなマスク材として、アルミナ膜や窒化シリコン膜が広く利用されている。そして、アルミナ膜や窒化シリコン膜の成膜にも上記高周波スパッタリング装置が用いられる。ここで、上記用途のアルミナ膜や窒化シリコン膜には、ウエットエッチング時に用いられる薬液で削られ難いという性能が求められる。言い換えると、アルミナ膜や窒化シリコン膜が高い耐薬液性を有していれば、その膜厚を薄くすることができて生産性を向上できる等の利点がある。然し、このような窒化膜や酸化膜を上記高周波スパッタリング装置により成膜すると、成膜された膜が十分に緻密なものではなく、例えば、上記用途では、充分な耐薬液性を有するものとは言えないことが判明した。   Prior to wet etching, a mask is provided to limit the etching range, and alumina films and silicon nitride films are widely used as such mask materials. The high frequency sputtering apparatus is also used for forming an alumina film or a silicon nitride film. Here, the alumina film and the silicon nitride film for the above-described use are required to have a performance that is difficult to be removed by a chemical solution used during wet etching. In other words, if the alumina film or the silicon nitride film has high chemical resistance, there is an advantage that the film thickness can be reduced and the productivity can be improved. However, when such a nitride film or oxide film is formed by the above-described high-frequency sputtering apparatus, the formed film is not sufficiently dense. For example, in the above application, it has sufficient chemical resistance. It turned out that I could not say.

そこで、本発明者らは、鋭意研究を重ね、高周波スパッタリング装置において基板を保持するステージがアース接地されていると、スパッタリング中、基板にバイアス電位がかかることで、本来ターゲットに衝突させるべきプラズマ中の正イオンが基板側に引き込まれ、この正イオンにより成膜された膜が所謂逆スパッタリングされるだけでなく、この正イオンが膜中に取り込まれることで、成膜された膜が十分に緻密なものとならないのとの知見を得た。   Therefore, the present inventors have made extensive studies and, when the stage holding the substrate in the high-frequency sputtering apparatus is grounded, a bias potential is applied to the substrate during sputtering, so that the plasma is supposed to collide with the target. The positive ions are attracted to the substrate side, and the film formed by the positive ions is not only reverse-sputtered, but the positive ions are taken into the film, so that the formed film is sufficiently dense. I got the knowledge that it wouldn't be.

特開2002−4042号公報JP 2002-4042 A 特開2010−21510号公報JP 2010-21510 A

本発明は、以上の点に鑑み、絶縁物のターゲットに交流電力(高周波電力)を印加して成膜する場合に、簡単な手法で成膜された膜を緻密なものすることができるスパッタリング方法と、このスパッタリング方法を実施することができる簡単な構成のスパッタリング装置を提供することをその課題とするものである。   In view of the above, the present invention provides a sputtering method capable of densifying a film formed by a simple technique when an AC power (high frequency power) is applied to an insulating target for film formation. It is an object of the present invention to provide a sputtering apparatus having a simple configuration capable of performing this sputtering method.

上記課題を解決するために、真空処理室内に設けた金属製のステージに基板を設置し、真空引きされたこの真空処理室内にスパッタガスを導入し、この真空処理室内に設けたターゲットに交流電力を投入してターゲットをスパッタリングして基板表面に成膜する本発明のスパッタリング方法は、スパッタリング中、ステージの電位をフローティングとすることを特徴とする。   In order to solve the above problems, a substrate is placed on a metal stage provided in a vacuum processing chamber, a sputtering gas is introduced into the vacuum processing chamber that has been evacuated, and an AC power is supplied to a target provided in the vacuum processing chamber. The sputtering method of the present invention in which a target is sputtered and a target is sputtered to form a film on the substrate surface is characterized in that the potential of the stage is made floating during sputtering.

上記によれば、スパッタリング中、ステージの電位をフローティングとしたため、簡単な手法でプラズマ中の正イオンが基板に引き込まれて膜中に取り込まれる量を大幅に低減することができ、成膜された膜を十分に緻密なものとすることができる。この場合、通常はアース接地されている、真空処理室を画成する真空チャンバに絶縁体を介在させてステージを設置すれば、スパッタリング中にステージの電位をフローティングとすることができる。   According to the above, since the potential of the stage was made floating during sputtering, the amount of positive ions in the plasma drawn into the substrate and taken into the film by a simple method could be greatly reduced, and the film was formed. The film can be made sufficiently dense. In this case, if the stage is installed with an insulator interposed in a vacuum chamber that defines the vacuum processing chamber, which is normally grounded, the potential of the stage can be made floating during sputtering.

本発明においては、前記スパッタリングの前後はステージの電位をアース電位とすることが好ましい。これによれば、スパッタリング時に基板を静電吸着し、真空処理室内で保持するような場合に、チャック用の電極への電圧印加を停止したとき、ステージの電位がアース電位であることで、基板表面に帯電する電荷がアースへと流れ、基板が静電チャック表面に貼り付いたままとなるような不具合が発生することがなく、基板をステージから容易に脱離することができてよい。   In the present invention, the stage potential is preferably set to the ground potential before and after the sputtering. According to this, when the substrate is electrostatically adsorbed during sputtering and held in the vacuum processing chamber, when the voltage application to the electrode for chucking is stopped, the potential of the stage is the ground potential. It is possible to easily detach the substrate from the stage without causing a problem that the charge charged on the surface flows to the ground and the substrate remains stuck on the surface of the electrostatic chuck.

また、本発明においては、例えば、ターゲットとしてアルミナ、シリコン炭化物またはシリコン窒化物を用いれば、基板に成膜した膜中に取り込まれるアルゴンイオン等の正イオンを限りなく抑制することができることが確認された。   Further, in the present invention, for example, when alumina, silicon carbide, or silicon nitride is used as a target, it is confirmed that positive ions such as argon ions taken into the film formed on the substrate can be suppressed as much as possible. It was.

ところで、スパッタリング中、効率よく基板を冷却または加熱するとき、ステージに所謂静電チャックを設けて基板を保持させることが望ましいが、当該ステージが絶縁体を介して真空チャンバに設置されていると、チャック用の電極への電圧印加を停止しても、残留電荷の影響を受けて基板が静電チャック表面に貼り付いたままとなり、これでは基板をステージから脱離することができない。このような場合、基板に進退自在なアース接地のピンをステージに組み込み、ステージからの脱離に先立って基板を除電することも考えられるが、これではステージの構造が複雑になる。   By the way, when efficiently cooling or heating the substrate during sputtering, it is desirable to provide a so-called electrostatic chuck on the stage to hold the substrate, but when the stage is installed in a vacuum chamber via an insulator, Even if the application of voltage to the chuck electrode is stopped, the substrate remains attached to the surface of the electrostatic chuck due to the influence of the residual charge, and this makes it impossible to remove the substrate from the stage. In such a case, it is conceivable to incorporate a grounding pin that can be moved forward and backward in the substrate and to remove the static electricity from the substrate prior to removal from the stage, but this complicates the structure of the stage.

そこで、本発明のスパッタリング装置は、ターゲットが着脱自在に取り付けられる真空処理室と、この真空処理室内にスパッタガスを導入するガス導入手段と、ターゲットに交流電力を投入するスパッタ電源と、真空処理室内で基板を保持する金属製のステージとを備え、ステージが絶縁材を介して真空処理室内に設置され、このステージをフローティングとアース電位との間で切り換える電位切換手段を更に備えることを特徴とする。   Accordingly, a sputtering apparatus of the present invention includes a vacuum processing chamber in which a target is detachably attached, a gas introduction means for introducing a sputtering gas into the vacuum processing chamber, a sputtering power source for supplying AC power to the target, and a vacuum processing chamber. And a metal stage for holding the substrate, wherein the stage is installed in a vacuum processing chamber via an insulating material, and further includes a potential switching means for switching the stage between floating and ground potential. .

上記によれば、アースからの配線のみをステージに接続しておけば、真空処理室外で配線に介設した電位切換手段を切り換えてステージをアース接地でき、その結果、簡単な構成で、成膜済みの基板をステージからの脱離に先立って、基板やステージを除電することができ、有利である。   According to the above, if only the wiring from the ground is connected to the stage, the stage can be grounded by switching the potential switching means provided in the wiring outside the vacuum processing chamber. As a result, the film can be formed with a simple configuration. It is advantageous that the substrate and the stage can be neutralized prior to detachment of the used substrate from the stage.

本発明においては、真空処理室内でステージの周囲を囲う環状のアース電極を更に備える構成を採用すれば、ステージの周囲にアースがあることで、ターゲットに交流電力を投入して真空処理室内に形成されるプラズマ放電を安定させることができてよい。   In the present invention, if a configuration further including an annular ground electrode that surrounds the periphery of the stage in the vacuum processing chamber is adopted, there is a ground around the stage, so that AC power is supplied to the target and the target is formed in the vacuum processing chamber. It may be possible to stabilize the plasma discharge.

本発明のスパッタリング装置の模式図。The schematic diagram of the sputtering device of this invention. 本発明の効果を示す実験結果のグラフ。The graph of the experimental result which shows the effect of this invention.

以下、図面を参照して、ターゲットを絶縁物とし、サファイア基板等の基板W表面に絶縁膜を成膜する場合を例として本発明の実施形態のスパッタリング方法及びスパッタリング装置を説明する。   Hereinafter, a sputtering method and a sputtering apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings, taking as an example a case where an insulating film is formed on the surface of a substrate W such as a sapphire substrate using an insulator.

図1を参照して、SMは、本実施形態のスパッタリング方法による成膜が可能な高周波スパッタリング装置である。この高周波スパッタリング装置SMは、真空処理室1aを画成する真空チャンバ1を備え、真空チャンバ1の天井部にカソードユニットCが着脱自在に取付けられている。以下においては、図1中、真空チャンバ1の天井部側を向く方向を「上」とし、その底部側を向く方向を「下」として説明する。   Referring to FIG. 1, SM is a high-frequency sputtering apparatus capable of forming a film by the sputtering method of this embodiment. The high-frequency sputtering device SM includes a vacuum chamber 1 that defines a vacuum processing chamber 1a, and a cathode unit C is detachably attached to a ceiling portion of the vacuum chamber 1. In the following description, in FIG. 1, the direction facing the ceiling portion side of the vacuum chamber 1 is referred to as “up” and the direction facing the bottom portion side is described as “down”.

カソードユニットCは、ターゲット2と、このターゲット2の上方に配置された磁石ユニット3とから構成されている。ターゲット2は、アルミナ、窒化シリコンまたは炭化シリコンなどの絶縁物で構成され、基板Wの輪郭に応じて、公知の方法で平面視円形や矩形に形成されたものである。ターゲット2は、バッキングプレート21に装着した状態で、そのスパッタ面22を下方にして、真空チャンバ1の上壁に設けた第1絶縁体41を介して真空チャンバ1の上部に取り付けられる。また、ターゲット2は、公知の構造を有する高周波電源Eに接続され、スパッタリング時、アースとの間で所定周波数(例えば、13.56MHz)の高周波(交流)電力が投入されるようにしている。ターゲット2の上方に配置される磁石ユニット3は、ターゲット2のスパッタ面22の下方空間に磁場を発生させ、スパッタ時にスパッタ面22の下方で電離した電子等を捕捉してターゲット2から飛散したスパッタ粒子を効率よくイオン化する公知の閉鎖磁場若しくはカスプ磁場構造を有するものであり、ここでは詳細な説明を省略する。   The cathode unit C includes a target 2 and a magnet unit 3 disposed above the target 2. The target 2 is made of an insulator such as alumina, silicon nitride, or silicon carbide, and is formed in a circular shape or a rectangular shape in plan view by a known method according to the contour of the substrate W. The target 2 is attached to the upper portion of the vacuum chamber 1 via the first insulator 41 provided on the upper wall of the vacuum chamber 1 with the sputtering surface 22 facing downward while being mounted on the backing plate 21. The target 2 is connected to a high-frequency power source E having a known structure, and high-frequency (alternating current) power having a predetermined frequency (for example, 13.56 MHz) is supplied between the target 2 and the ground during sputtering. The magnet unit 3 disposed above the target 2 generates a magnetic field in the space below the sputtering surface 22 of the target 2, captures electrons etc. ionized below the sputtering surface 22 during sputtering, and sputters from the target 2. It has a known closed magnetic field or cusp magnetic field structure for efficiently ionizing particles, and detailed description thereof is omitted here.

真空チャンバ1の底部中央には、ターゲット2に対向させてステージ5が配置されている。ステージ5は、例えば筒状の輪郭を持つ金属製の基台51と、この基台51の上面に接着されるチャックプレート52とで構成されている。チャックプレート52は、基台51の上面より一回り小さい外径を有し、静電チャック用の電極52a,52bが埋設され、図示省略のチャック電源から電圧が印加されるようになっている。この場合、チャックプレート52は、リング状の第1防着板53により基台51の上面に着脱自在に取り付けられている。この場合、第1防着板53は、スパッタリング中に基板に発生するバイアス電位を低減するために、第2絶縁体42を介して基台51の上面に取り付けられている。なお、静電チャックの構造については、単極型や双極型等の公知のものが利用できるため、ここでは詳細な説明を省略する。   A stage 5 is disposed in the center of the bottom of the vacuum chamber 1 so as to face the target 2. The stage 5 includes a metal base 51 having a cylindrical outline, for example, and a chuck plate 52 bonded to the upper surface of the base 51. The chuck plate 52 has an outer diameter that is slightly smaller than the upper surface of the base 51, embedded with electrostatic chuck electrodes 52a and 52b, and is applied with a voltage from a chuck power supply (not shown). In this case, the chuck plate 52 is detachably attached to the upper surface of the base 51 by a ring-shaped first attachment plate 53. In this case, the first deposition preventing plate 53 is attached to the upper surface of the base 51 via the second insulator 42 in order to reduce the bias potential generated in the substrate during sputtering. In addition, about the structure of an electrostatic chuck, since well-known things, such as a monopolar type and a bipolar type, can be utilized, detailed description is abbreviate | omitted here.

基台51は、真空チャンバ1の底面に設けた開口に気密に装着された第3絶縁体43で保持され、アース接地の真空チャンバ1とは縁切りされ、電気的にフローティングにされている。第1〜第3の各絶縁体41,42,43の材質としては特に制限はなく、ガラス入りのフッ素樹脂(ポリテトラフルオロエチレン)や、ガラス入りのエポキシ樹脂などを用いることができる。また、ステージ5には、この基台51をフローティングとアース電位との間で切り換える電位切換手段54が接続されている。電位切換手段54は、基台51に接続される配線54aを備え、この配線54aには、真空処理室1a外に位置させて、抵抗54bとスイッチング素子54cとが介在され、アース接地されている。この場合、抵抗54bは、チャック電源からの電圧印加を停止すると共にアースに短絡して基板Wの吸着を解除するとき、これに同期してスイッチング素子54cを切り換えてステージ5をアース接地する際に過電流が流れることを防止するもの(例えば、1MΩ)である。   The base 51 is held by a third insulator 43 that is airtightly attached to an opening provided on the bottom surface of the vacuum chamber 1, and is separated from the grounded vacuum chamber 1 and is electrically floating. There is no restriction | limiting in particular as a material of each 1st-3rd insulator 41,42,43, A glass-containing fluororesin (polytetrafluoroethylene), a glass-filled epoxy resin, etc. can be used. The stage 5 is connected to a potential switching means 54 for switching the base 51 between a floating state and a ground potential. The potential switching means 54 includes a wiring 54a connected to the base 51. The wiring 54a is positioned outside the vacuum processing chamber 1a, and a resistor 54b and a switching element 54c are interposed and grounded. . In this case, the resistor 54b stops the voltage application from the chuck power supply and shorts to the ground to release the adsorption of the substrate W. When the resistor 54b switches the switching element 54c in synchronization with this to ground the stage 5 to the ground. This is to prevent an overcurrent from flowing (for example, 1 MΩ).

スイッチング素子54cとしては公知のものが利用できるが、スイッチング素子54cの静電容量が大きいと、スパッタリング中に高周波電流が流れる虞があるため、静電容量が小さくて耐電圧の高いものが好ましい(例えば、静電容量:0.9pF)。また、基台51には、冷媒循環用の通路55aやヒータ55bが内蔵され、スパッタリング中、基板Wを所定温度に制御することができるようにしている。   A known element can be used as the switching element 54c. However, if the switching element 54c has a large capacitance, a high-frequency current may flow during sputtering. For example, capacitance: 0.9 pF). The base 51 includes a refrigerant circulation passage 55a and a heater 55b so that the substrate W can be controlled to a predetermined temperature during sputtering.

更に、真空チャンバ1の側壁には、スパッタガスを導入するガス導入手段としてのガス管6が接続され、このガス管6がマスフローコントローラ6aを介して図示省略のガス源に連通する。スパッタガスには、真空処理室1aにプラズマを形成する際に導入されるアルゴンガス等の希ガスだけでなく、酸素ガスや窒素ガスなどの反応ガスが含まれる。真空チャンバ1の側面にはまた、ターボ分子ポンプやロータリポンプなどで構成される真空ポンプPに通じる排気管7が接続され、真空処理室1aを一定速度で真空引きし、所定圧力に保持できるようにしている。   Further, a gas pipe 6 serving as a gas introducing means for introducing sputtering gas is connected to the side wall of the vacuum chamber 1, and this gas pipe 6 communicates with a gas source (not shown) via a mass flow controller 6a. The sputtering gas includes not only a rare gas such as an argon gas introduced when forming plasma in the vacuum processing chamber 1a but also a reactive gas such as an oxygen gas or a nitrogen gas. The side surface of the vacuum chamber 1 is also connected to an exhaust pipe 7 leading to a vacuum pump P constituted by a turbo molecular pump, a rotary pump, or the like so that the vacuum processing chamber 1a can be evacuated at a constant speed and maintained at a predetermined pressure. I have to.

真空チャンバ1内でステージ5の周囲には、アース電極としての環状の第2防着板8が設けられている。第2防着板8は、その内周縁部から径方向外側に下方に傾斜するように形成されたものである。なお、特に図示して説明しないが、第2防着板8に、上下方向に貫通する複数個の貫通孔を開設するようにしてもよい。そして、第2防着板8は、アース接地の真空チャンバ1の底面に設置され、スパッタリング時にアースとしての役割を果たすようにしている。真空チャンバ1内にはまた、この真空チャンバ1の内壁面へのスパッタ粒子の付着を防止するために、ターゲット2と基板Wとの間の空間を囲う第3防着板9が配置されている。   Around the stage 5 in the vacuum chamber 1, an annular second adhesion-preventing plate 8 is provided as a ground electrode. The second adhesion-preventing plate 8 is formed so as to incline downward radially outward from the inner peripheral edge thereof. Although not specifically illustrated and described, a plurality of through holes penetrating in the vertical direction may be formed in the second deposition preventing plate 8. And the 2nd adhesion prevention board 8 is installed in the bottom face of the vacuum chamber 1 of earth ground, and plays a role as earth at the time of sputtering. In the vacuum chamber 1, a third deposition plate 9 that surrounds the space between the target 2 and the substrate W is disposed in order to prevent adhesion of sputtered particles to the inner wall surface of the vacuum chamber 1. .

第3防着板9は、夫々がアルミナ、ステンレス等の公知の材料製である、真空チャンバ1の上壁に吊設した上防着板91と、真空チャンバ1の底面に立設した下防着板92と、上防着板91及び下防着板92の間で両防着板91,92より真空チャンバ1の内側に設けられて上防着板91及び下防着板92と上下方向でオーバーラップする可動防着板93とで構成されている。可動防着板93の外側面には、周方向に90°間隔で真空チャンバ1の底面を貫通して設けたシリンダCyの駆動軸Crが夫々連結され、各駆動軸Crにより支持されている。そして、シリンダCyにより、真空チャンバ1の内壁面へのスパッタ粒子の付着を防止する下動位置(図1に示す位置)と、上防着板91側に移動することで可動防着板93と下防着板92との間に隙間を形成し、図外のゲートバルブで開閉される搬送用の透孔Toを通してステージ5への基板Wの搬出・搬入を行い得る上動位置との間で可動防着板93が移動自在となる。以下に、上記高周波スパッタリング装置SMによるスパッタリング方法を説明する。   The third deposition preventive plate 9 is made of a known material such as alumina or stainless steel, and the upper deposition preventive plate 91 suspended from the upper wall of the vacuum chamber 1 and the lower protection plate erected on the bottom surface of the vacuum chamber 1. Between the attachment plate 92 and the upper prevention plate 91 and the lower prevention plate 92, both the attachment prevention plates 91 and 92 are provided inside the vacuum chamber 1 so that the upper and lower attachment plates 91 and 92 are in the vertical direction. And a movable protection plate 93 that overlaps with each other. The driving shaft Cr of the cylinder Cy provided through the bottom surface of the vacuum chamber 1 at 90 ° intervals in the circumferential direction is connected to the outer surface of the movable protection plate 93 and supported by each driving shaft Cr. Then, the cylinder Cy is used to move the lower adhesion position (position shown in FIG. 1) to prevent the sputter particles from adhering to the inner wall surface of the vacuum chamber 1 and the movable adhesion prevention plate 93 by moving to the upper adhesion prevention plate 91 side. A gap is formed between the lower protection plate 92 and the upper moving position where the substrate W can be carried out and carried into the stage 5 through a through hole To for opening and closing by a gate valve (not shown). The movable adhesion preventing plate 93 is movable. Below, the sputtering method by the said high frequency sputtering device SM is demonstrated.

図外の真空搬送ロボットにより、可動防着板93の上動位置にて、真空雰囲気下の真空処理室1aに搬送用の透孔Toを通して、ステージ5上へと基板Wを搬出し、ステージ5のチャックプレート52上面に基板Wを載置する。真空搬送ロボットが退避すると、可動防着板93を下動位置に移動し、真空チャンバ1内壁面へのスパッタ粒子の付着しないようにされる。電位切換手段54のスイッチング素子54cはオフであり、ステージ5はフローティングとされている。そして、静電チャック用の電極52a,52bに対してチャック電源から所定電圧を印加すると、基板Wが静電吸着される。   An unillustrated vacuum transfer robot unloads the substrate W onto the stage 5 through the transfer through hole To to the vacuum processing chamber 1a in the vacuum atmosphere at the upward movement position of the movable protection plate 93, and the stage 5 The substrate W is placed on the upper surface of the chuck plate 52. When the vacuum transfer robot is retracted, the movable deposition plate 93 is moved to the downward movement position so that the sputtered particles do not adhere to the inner wall surface of the vacuum chamber 1. The switching element 54c of the potential switching means 54 is off, and the stage 5 is in a floating state. When a predetermined voltage is applied from the chuck power source to the electrostatic chuck electrodes 52a and 52b, the substrate W is electrostatically attracted.

次に、真空処理室1a内が所定圧力(例えば、10−5Pa)まで真空引きされると、ガス導入手段を介してスパッタガスとしてのアルゴンガスが一定の流量(例えば、アルゴン分圧が2Paになる流量)、で導入し、これに併せて窒化シリコン製のターゲット2に高周波電源Eから所定の高周波電力(例えば、1〜5kW)を投入する。これにより、真空処理室1a内にプラズマが形成され、プラズマ中のアルゴンガスのイオンでターゲット2がスパッタリングされ、ターゲット2からのスパッタ粒子が基板Wに付着、堆積して窒化シリコン膜が成膜される。この場合、プラズマを介して高周波電流がアースへと流れるが、本実施形態では、ステージ5と、基板周囲の第1防着板53とが電気的にフローティングになっているため、基板Wに流れる高周波電流が制限され、基板Wにバイアス電位がかかることが抑制された状態で成膜される。 Next, when the inside of the vacuum processing chamber 1a is evacuated to a predetermined pressure (for example, 10 −5 Pa), the argon gas as the sputtering gas is supplied at a constant flow rate (for example, the argon partial pressure is 2 Pa through the gas introducing means). In accordance with this, predetermined high frequency power (for example, 1 to 5 kW) is supplied from the high frequency power source E to the silicon nitride target 2. Thereby, plasma is formed in the vacuum processing chamber 1a, the target 2 is sputtered by ions of argon gas in the plasma, and sputtered particles from the target 2 adhere to and deposit on the substrate W to form a silicon nitride film. The In this case, a high-frequency current flows to the ground through the plasma. However, in this embodiment, the stage 5 and the first deposition plate 53 around the substrate are in an electrically floating state, and therefore flow to the substrate W. The film is formed in a state where the high-frequency current is limited and the bias potential is not applied to the substrate W.

スパッタリングによる成膜終了後、ターゲット2への高周波電力の投入とガス導入とが停止され、チャック電源からの電圧印加を停止すると共にアースに短絡して基板Wの吸着を解除すると共に、スイッチング素子54cをオンに切り換えてステージ5をアース接地する。そして、図外の真空搬送ロボットにより、真空処理室1aに搬送用の透孔Toを通して、ステージ5上にある成膜済みの基板Wが搬出される。   After the film formation by sputtering is finished, the application of high-frequency power to the target 2 and the introduction of gas are stopped, the voltage application from the chuck power supply is stopped, and the short circuit to the ground is released to release the adsorption of the substrate W, and the switching element 54c Is switched on and the stage 5 is grounded. Then, the film-formed substrate W on the stage 5 is carried out to the vacuum processing chamber 1a through the through hole To for transfer by a vacuum transfer robot (not shown).

以上の実施形態によれば、スパッタリング中、ステージ5の電位をフローティングとしたため、簡単な手法でプラズマ中のアルゴンイオンが基板Wに引き込まれて膜中に取り込まれる量を大幅に低減することができ、成膜された膜を十分に緻密なものとすることができる。また、アースからの配線54aのみをステージ5に接続しておけば、真空処理室1a外で配線54aに介設したスイッチング素子54cを切り換えてステージ5をアース接地でき、その結果、簡単な構成で、成膜済みの基板Wをステージ5からの脱離に先立って、ステージ5を除電することができ、有利である。しかも、ステージ5の周囲を囲う環状のアース電極としての第2防着板8を更に備えたため、ターゲット2に高周波電力を投入して真空処理室1a内に形成されるプラズマ放電を安定させることができる。   According to the above embodiment, since the potential of the stage 5 is made floating during sputtering, the amount of argon ions in the plasma drawn into the substrate W and taken into the film by a simple method can be greatly reduced. The formed film can be made sufficiently dense. In addition, if only the wiring 54a from the ground is connected to the stage 5, the stage 5 can be grounded by switching the switching element 54c interposed in the wiring 54a outside the vacuum processing chamber 1a. It is advantageous that the stage 5 can be neutralized before the film-deposited substrate W is detached from the stage 5. In addition, since the second protective plate 8 serving as an annular ground electrode surrounding the stage 5 is further provided, it is possible to stabilize the plasma discharge formed in the vacuum processing chamber 1a by supplying high frequency power to the target 2. it can.

次に、以上の効果を確認するために、図1に示す高周波スパッタリング装置SMを用いて以下の実験を行った。本実験では、基板Wをシリコンウエハとした。そして、ターゲット2としてアルミナを用い、シリコンウエハ表面にアルミナ膜を成膜した。スパッタ条件として、ターゲット2と基板Wとの間の距離を60mm、高周波電源Eにより投入電力を1kW、スパッタ時間を70secに設定した。そして、本実験では、スパッタガスとしてアルゴンガスを用い、スパッタリング中、スパッタガスの分圧を約2Paとした。なお、比較実験として、上記高周波スパッタリング装置において、スイッチング素子54cをオンに切り換えてステージ5をアース接地した状態で成膜した(投入電力は、1,1.5,2kWに夫々設定した)。   Next, in order to confirm the above effects, the following experiment was performed using the high-frequency sputtering apparatus SM shown in FIG. In this experiment, the substrate W was a silicon wafer. Then, alumina was used as the target 2 and an alumina film was formed on the silicon wafer surface. As the sputtering conditions, the distance between the target 2 and the substrate W was set to 60 mm, the input power was set to 1 kW by the high frequency power source E, and the sputtering time was set to 70 sec. In this experiment, argon gas was used as the sputtering gas, and the partial pressure of the sputtering gas was set to about 2 Pa during sputtering. As a comparative experiment, in the high frequency sputtering apparatus, films were formed with the switching element 54c turned on and the stage 5 grounded (the input power was set to 1, 1.5 and 2 kW, respectively).

図2は、投入電力に対する基板表面に形成されたアルミナ膜に対し薬液(0.2%フッ酸)を用いてウエットエッチングしたときのエッチングレートを測定したグラフである。これによれば、比較実験では、エッチングレートが280Å/minであったのに対して、本実験では、200Å/minに低下していることが判る。また、成膜したアルミナ膜をXPSで解析したところ、比較実験とは異なり、本実験のアルミナ膜では、膜中にアルゴンイオンが取り込まれていないことが確認された。このことは、特に実験結果を示すものではないが、窒化シリコンや炭化シリコンにおいても同様であることが確認された。   FIG. 2 is a graph obtained by measuring the etching rate when wet etching is performed using a chemical solution (0.2% hydrofluoric acid) on an alumina film formed on the substrate surface with respect to input power. According to this, it can be seen that, in the comparative experiment, the etching rate was 280 Å / min, whereas in this experiment, it decreased to 200 Å / min. Further, when the formed alumina film was analyzed by XPS, it was confirmed that, unlike the comparative experiment, argon ions were not taken into the film in the alumina film of this experiment. This does not particularly indicate experimental results, but it was confirmed that the same was true for silicon nitride and silicon carbide.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記に限定されるものではない。上記実施形態では、アース接地の真空チャンバに絶縁体を介在させてステージを設けるものを例に説明したが、ステージが電気的にフローティングにできるのであれば、その方法は問わない。また、電気切換手段54の構成も上記に限定されるものではない。また、上記実施形態では、アルミナ、窒化シリコンや炭化シリコンについて言及しているが、これらに限定されるものではなく、高周波電源を投入して絶縁物ターゲットをスパッタリングするものであれば、本発明は広く適用し得る。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited above. In the above embodiment, an example in which a stage is provided with an insulator interposed in a grounded vacuum chamber has been described as an example, but any method may be used as long as the stage can be electrically floated. Further, the configuration of the electrical switching means 54 is not limited to the above. In the above embodiment, alumina, silicon nitride, and silicon carbide are mentioned. However, the present invention is not limited to these, and the present invention can be used as long as an insulator target is sputtered by applying a high-frequency power source. Can be widely applied.

SM…高周波スパッタリング装置、1…真空チャンバ、1a…真空処理室、2…ターゲット、5…ステージ、54…電位切換手段、6…ガス管(ガス導入手段)、8…第2防着板(アース電極)、C…カソードユニット、E…高周波電源、W…基板。
SM: high frequency sputtering apparatus, 1 ... vacuum chamber, 1a ... vacuum processing chamber, 2 ... target, 5 ... stage, 54 ... potential switching means, 6 ... gas pipe (gas introduction means), 8 ... second deposition plate (earth) Electrode), C ... cathode unit, E ... high frequency power supply, W ... substrate.

Claims (5)

真空処理室内に設けた金属製のステージに基板を設置し、真空引きされたこの真空処理室内にスパッタガスを導入し、この真空処理室内に設けたターゲットに交流電力を投入してターゲットをスパッタリングして基板表面に成膜するスパッタリング方法において、
スパッタリング中、ステージの電位をフローティングとすることを特徴とするスパッタリング方法。
A substrate is placed on a metal stage provided in the vacuum processing chamber, a sputtering gas is introduced into the vacuum processing chamber that has been evacuated, and AC power is supplied to the target provided in the vacuum processing chamber to sputter the target. In the sputtering method of forming a film on the substrate surface,
A sputtering method characterized by floating a potential of a stage during sputtering.
前記スパッタリングの前後においてステージの電位をアース電位とすることを特徴とする請求項1記載のスパッタリング方法。   2. The sputtering method according to claim 1, wherein the potential of the stage is set to the ground potential before and after the sputtering. 前記ターゲットとしてアルミナ、シリコン炭化物またはシリコン窒化物を用いることを特徴とする請求項1または請求項2記載のスパッタリング方法。   The sputtering method according to claim 1 or 2, wherein alumina, silicon carbide, or silicon nitride is used as the target. ターゲットが着脱自在に取り付けられる真空処理室と、この真空処理室内にスパッタガスを導入するガス導入手段と、ターゲットに交流電力を投入するスパッタ電源と、真空処理室内で基板を保持する金属製のステージとを備え、
ステージが絶縁材を介して真空処理室内に設置され、このステージをフローティングとアース電位との間で切り換える電位切換手段を更に備えることを特徴とするスパッタリング装置。
A vacuum processing chamber in which a target is detachably attached, a gas introducing means for introducing sputtering gas into the vacuum processing chamber, a sputtering power source for supplying AC power to the target, and a metal stage for holding a substrate in the vacuum processing chamber And
A sputtering apparatus characterized in that a stage is installed in a vacuum processing chamber via an insulating material, and further comprises a potential switching means for switching the stage between floating and ground potential.
前記真空処理室内でステージの周囲を囲う環状のアース電極を更に備えることを特徴とする請求項4記載のスパッタリング装置。   The sputtering apparatus according to claim 4, further comprising an annular ground electrode surrounding the stage in the vacuum processing chamber.
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