JP4474015B2 - Sputtering equipment for insulator production - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体や磁気ヘッドの電子部品等にスパッタリングにより絶縁物を作製する装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、絶縁物作製用に使用されているスパッタリング装置として、例えば図1に示したような真空ポンプaにより真空に排気される成膜室b内に、シリコンウエハなどの基板cとカソード電極d及び該電極d上の絶縁物形成用ターゲットeを設けた構成のものが知られている。該基板c上にRFスパッタによりアルミナの絶縁物を作製する場合、アルミニウムのターゲットeが用意され、該電極dを高周波電源に接続し、該成膜室bにはガス導入管j、fを介してアルゴンガスと酸素ガスが導入される。該電極dの前方に発生するプラズマからのイオンによりスパッタされたアルミ粒子は、酸素ガスと反応してアルミナとなって基板c上に堆積する。該成膜室b内の圧力は、電離真空計gにより測定される。該成膜室bの内壁にスパッタ粒子が付着することを防止するため、内壁の前方に防着板hが設けられ、該成膜室b及び防着板hはアースしてアノードに構成される。iは基板ステージである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなスパッタリングで絶縁物の作製を続けると、プラズマの発生状態が作製開始時と異なり始める。具体的には基板cに対して合計厚さで数μm以上の成膜を行った時点から異なり始める。これは、防着板h、カソード電極d、基板ステージiなどにも絶縁物が付着することにより、カソード電極dによる放電の発生・維持に必要なアノードの面が不足してくることが原因である。プラズマは、放電に必要なアノードを求めて成膜室b内の絶縁物が付着していない面へ向けて移動し、初期と異なる形態を取り始める。その結果、作製された絶縁物の特性が初期と異なってしまい、これは品質管理上好ましくない。
【0004】
従来は、このような場合、初期の状態を取り戻すために運転を中止し、防着板hを交換したり、成膜室の内壁の表面処理などのスパッタリング装置の保守を行っている。しかし、従来は、保守を行うべき明確な時期が明確でなく、時間管理により決定したり、作製した絶縁物の特性に異常が発生してから保守を行っており、保守時間が短すぎて装置の運転効率を低下させ、或いは製品不良を出すなどの不都合があった。
【0005】
本発明は、絶縁物を作製するスパッタリング装置の明確な保守時期が知れ、製品不良を発生させない装置を提供することを目的とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明では、真空排気された成膜室内に、基板とカソード電極及び絶縁物形成用ターゲットを設け、前記ターゲットからスパッタされた粒子を前記基板に堆積させて絶縁物を作製する装置に於いて、前記成膜室の内壁の前方に、前記絶縁物の飛散を防ぐ防着板を設け、前記成膜室の内壁と前記防着板との間の空間に拡散してくるプラズマ発生状況を電極によりモニタすることにより、上記目的を達成するようにした。該電極は電離計イオンコレクタで構成することができる。
【0007】
【発明の実施の形態】
図面に基づき本発明の実施の形態を説明すると、図2に於いて、符号1は真空ポンプ2により真空排気された成膜室を示し、該成膜室1内には、上方のRF電源などの電源に接続されたカソード電極3と、これに対向した下方にシリコンウエハなどの基板4を載置した基板ステージ5が設けられる。符号6は該カソード電極3に取り付けた絶縁物形成用ターゲット、7はアルゴンガスなどのスパッタガスを導入するガス導入管、8は酸素ガスなどの反応性ガスを導入するガス導入管である。該成膜室1には、スパッタリングを開始する前の成膜室1内の圧力を測定するために電離真空計などの圧力計9が設けられ、該成膜室1の内壁の前方には、スパッタ粒子などで内壁が汚染されることを防止する防着板10が着脱自在に設けられる。該基板4は、これに所定の厚さの絶縁物が形成されると適当な搬出入手段により成膜室1の内外に搬送される。
【0008】
こうした構成は従来のものと特に変わりがなく、アルミのターゲット6を用意し、該成膜室1内を真空に排気してガス導入管7、8からアルゴンガス及び酸素ガスを夫々導入すると共に該カソード電極3にスパッタ電力を投入し、該ターゲット6の前方にプラズマ11を発生させ、該ターゲット6に入射するイオンによりスパッタされたアルミ粒子が酸素ガスと反応して基板4上にアルミナの絶縁物として堆積することも従来と変わりがないが、前記したように該基板4に対して形成してきた絶縁物の合計厚さが1〜2μmを超えると、プラズマ発生状態が異常になり、膜厚分布や膜応力などの特性の再現性が劣化してしまう不都合を生じる。このプラズマ状態の異常は、アノードの防着板10や成膜室1の内壁に絶縁物が付着することによるもので、再現性の良い絶縁物を作製できる正規状態では図2のようにカソード電極3の前方にプラズマ11が局在しているが、再現性が劣化した絶縁物が作製される状態では、防着板10の裏面や排気ポートの方へ広がって例えば図3のようにアノードを求めて変形することが判明した。尚、この変形の状態は、絶縁物の材料や成膜室1の内部構造などで相違する。
【0009】
こうしたプラズマの異常を検出すべく、本発明では該成膜室1内に該プラズマ11の発生状況をモニタする電極12を設け、これで検出されるイオン電流の変化により該プラズマ11の異常な広がりを感知して成膜室1内の絶縁物を除去する保守を行なえるようにした。該電極12は公知の電離計のイオンコレクタなどのイオン電流を検出できるものであればよく、プラズマ11が移動して異常が検出される位置に設け、図示の例では、防着板10と成膜室1の内壁との間の空間に設けてそこへ拡散してくるプラズマによるイオン電流を検出するようにした。検出されるイオン電流値は、作製する絶縁物や基板の種類などによって異なるため一概に言えないが、図示の実施例では、再現性のよい絶縁物を作製できる時期ではイオン電流が1nA以下であり、イオン電流が1nAを超えてくるとプラズマの移動が始まって図3に示すような状態になり、このときから再現性の劣化が始まる。従って、実施例ではイオン電流が1nAを超えたときに装置の運転を停止し、防着板10の交換や内壁の清掃を行なえばよく、適正な時期に保守を行えて生産性が向上し不良品の発生を予防できる。
【0010】
図示の実施例に於いて、厚さ500Åのアルミナの薄膜を1000枚の基板4に形成したところ、各基板4の薄膜の合計厚さが50μm(基板1000枚)になったところで電離計のイオンコレクタで構成した電極12から1nAのイオン電流が検出された。更に残りの基板にアルミナの薄膜を形成し、各基板4に形成されたアルミナの膜厚分布と膜応力を調べたところ、1nAのイオン電流が検出されたときまでの絶縁物の特性は良好であったが、それ以降に作製されたものは膜厚分布が悪く膜応力に大きな変動がみられた。
【0011】
【発明の効果】
以上のように本発明によるときは、絶縁物を作製するスパッタリング装置の成膜室内にプラズマ発生状況をモニタする電離計イオンコレクタなどの電極を設けたので、絶縁物が成膜室内へ付着することによるプラズマ発生状態の異常を検出することができ、正確な保守時期を知れて生産性を向上させ得ると共に品質の均一な製品を作製できる等の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の絶縁物作製用スパッタリング装置の截断側面図
【図2】本発明の実施の形態を示す截断側面図
【図3】プラズマの異常発生状態の説明図
【符号の説明】
1 成膜室、3 カソード電極、4 基板、6 絶縁物形成用ターゲット、7・8 ガス導入管、10 防着板、11 プラズマ、12 電極、[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an apparatus for producing an insulator by sputtering on an electronic component or the like of a semiconductor or a magnetic head.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a sputtering apparatus used for manufacturing an insulator, for example, a substrate c such as a silicon wafer, a cathode electrode d, and a film deposition chamber b evacuated by a vacuum pump a as shown in FIG. The thing of the structure which provided the target e for insulator formation on this electrode d is known. When an alumina insulator is formed on the substrate c by RF sputtering, an aluminum target e is prepared, the electrode d is connected to a high frequency power source, and the film forming chamber b is connected to gas introduction pipes j and f. Argon gas and oxygen gas are introduced. The aluminum particles sputtered by ions from the plasma generated in front of the electrode d react with oxygen gas to become alumina and deposit on the substrate c. The pressure in the film forming chamber b is measured by an ionization vacuum gauge g. In order to prevent sputter particles from adhering to the inner wall of the film forming chamber b, an adhesion preventing plate h is provided in front of the inner wall, and the film forming chamber b and the adhesion preventing plate h are grounded and configured as an anode. . i is a substrate stage.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
If the production of the insulator is continued by sputtering as described above, the plasma generation state begins to be different from the production start time. Specifically, the difference starts from the point in time when a total thickness of several μm or more is formed on the substrate c. This is because the surface of the anode necessary for the generation and maintenance of discharge by the cathode electrode d becomes insufficient due to the adherence of the insulator to the deposition preventing plate h, the cathode electrode d, the substrate stage i, and the like. is there. The plasma moves toward a surface in the film formation chamber b where no insulator is attached in search of an anode necessary for discharge, and begins to take a form different from the initial form. As a result, the characteristics of the manufactured insulator are different from the initial one, which is not preferable for quality control.
[0004]
Conventionally, in such a case, in order to recover the initial state, the operation is stopped, the deposition preventing plate h is replaced, and maintenance of the sputtering apparatus such as the surface treatment of the inner wall of the film forming chamber is performed. However, in the past, the time when maintenance should be performed is not clear, and it is determined by time management, or maintenance is performed after an abnormality occurs in the characteristics of the manufactured insulator. There are inconveniences such as lowering the operation efficiency or causing product defects.
[0005]
It is an object of the present invention to provide an apparatus in which a clear maintenance time of a sputtering apparatus for producing an insulator is known and product defects are not generated.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In the present invention, an apparatus for preparing an insulator by providing a substrate, a cathode electrode, and an insulator forming target in a vacuum evacuated deposition chamber, and depositing particles sputtered from the target on the substrate. An adhesion preventing plate is provided in front of the inner wall of the film forming chamber to prevent scattering of the insulator, and the state of plasma generation that diffuses into the space between the inner wall of the film forming chamber and the adhesion preventing plate is determined by the electrode. The above purpose was achieved by monitoring. The electrode can be composed of an ionimeter ion collector.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Referring to the drawings, an embodiment of the present invention will be described. In FIG. 2,
[0008]
Such a configuration is not particularly different from the conventional one, and an aluminum target 6 is prepared, the inside of the
[0009]
In order to detect such a plasma abnormality, in the present invention, an
[0010]
In the embodiment shown in the figure, when an alumina thin film having a thickness of 500 mm is formed on 1000
[0011]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since an electrode such as an ionization ion collector for monitoring the plasma generation state is provided in the film formation chamber of the sputtering apparatus for producing the insulator, the insulator adheres to the film formation chamber. It is possible to detect an abnormality in the plasma generation state due to the above, and it is possible to improve the productivity by knowing the accurate maintenance time and to produce a product with uniform quality.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cutaway side view of a conventional sputtering apparatus for producing an insulator. FIG. 2 is a cutaway side view showing an embodiment of the present invention. FIG. 3 is an explanatory view of an abnormal state of plasma.
DESCRIPTION OF
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