JPH0774444B2 - Spatter device - Google Patents
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- JPH0774444B2 JPH0774444B2 JP61053022A JP5302286A JPH0774444B2 JP H0774444 B2 JPH0774444 B2 JP H0774444B2 JP 61053022 A JP61053022 A JP 61053022A JP 5302286 A JP5302286 A JP 5302286A JP H0774444 B2 JPH0774444 B2 JP H0774444B2
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、半導体分野や電子部品分野において頻繁に用
いられるスパッタリング法による薄膜形成装置（以下ス
パッタ装置と略称する）に関するものであり、特に発光
分光モニタとフィードバック系を具備してなるスパッタ
装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thin film forming apparatus (hereinafter abbreviated as a sputtering apparatus) by a sputtering method, which is frequently used in the fields of semiconductors and electronic components, and particularly to an emission spectrum monitor. And a feedback system.
従来の技術 スパッタ装置の膜厚制御あるいは反応性スパッタ装置の
膜厚および膜質制御において、従来より発光分光モニタ
とフィードバック系を用いる手法がとられている。特
に、生産ラインなどで用いられるインライン型スパッタ
装置の場合、バッチ式スパッタ装置とは異なり、水晶振
動子等を用いた膜厚モニタの使用は、無意味であるか
ら、上記のような発光分光によるフィードバック系はな
くてはならないものとなりつつある。2. Description of the Related Art Conventionally, an emission spectroscopy monitor and a feedback system have been used to control the film thickness of a sputtering apparatus or the film thickness and film quality of a reactive sputtering apparatus. In particular, in the case of an in-line type sputtering device used in a production line or the like, unlike a batch type sputtering device, it is meaningless to use a film thickness monitor using a crystal oscillator, etc. Feedback systems are becoming indispensable.
発光分光によるフィードバック系を具備したスパッタ装
置の代表的な例としては、透明電極であるSnO2やIn2O3
あるいはITO膜（Indium Tin Oxide）の形成に用いられ
るものである。反応性スパッタ法によりこれらの薄膜を
形成する場合、ターゲット表面の酸化の度合いによりス
パッタリング収率が異なるため、何らかのフィードバッ
クによる制御が不可欠である。例としてITO膜をとるな
らば、ターゲット材料は約10％のスズを含むインジウム
であり、放電気体は、アルゴンと酸素が用いられる。従
来、このような系において発光分光によるフィードバッ
クのための信号としては、インジウムの発光強度、アル
ゴンの発光強度および酸素の発光強度のうち、１種類あ
るいは２種類の値の比をとり、この値を一定とするよう
に酸素流量あるいは放電電力にフィードバックをかけて
いた。Typical examples of a sputtering apparatus equipped with a feedback system based on emission spectroscopy include SnO 2 and In 2 O 3 which are transparent electrodes.
Alternatively, it is used for forming an ITO film (Indium Tin Oxide). When these thin films are formed by the reactive sputtering method, the sputtering yield varies depending on the degree of oxidation of the target surface, and therefore some kind of feedback control is essential. Taking an ITO film as an example, the target material is indium containing about 10% tin, and the discharge gas is argon and oxygen. Conventionally, in such a system, as a signal for feedback by emission spectroscopy, a ratio of one or two values among the emission intensity of indium, the emission intensity of argon and the emission intensity of oxygen is taken, and this value is calculated. The oxygen flow rate or the discharge power was fed back so as to be constant.
発明が解決しようとする問題点 一般に、反応性スパッタ法においては、蒸着速度と放電
電力（電流）との関係は、第２図に示すようにヒステリ
シス特性を有する。すなわち前述の如く同一放電電力
（電流）下においてもターゲット表面状態の変化に伴な
って蒸着速度が大幅に異なるものとなり、通常金属等の
スパッタに用いられる放電電力または放電電流を一定に
する方法では、膜厚および膜質制御は不可能となる。し
かし発光分光モニタおよびフィードバック系を用いるな
ら、膜厚および膜質制御は大幅に改善される。ITO膜形
成の場合の一例を第３図に示す。この例はインジウムの
発光強度とアルゴンの発光強度の比をフィードバックの
ための信号とし、放電電流にフィードバックをかけたも
のである。第２図に比し、フィードバックをかけた効果
は明らかであるが、同一の蒸着バッチ内で得られた効果
であるにもかかわらず、再現性にやや乏しい。さらに、
バッチ間のばらつきを考慮すると、膜厚分布において±
15％、シート抵抗値において±100％程度が得られ、ま
だまだ再現性に問題があることが明らかでる。また、イ
ンライン型スパッタ装置において、薄膜をその上に形成
する基板を金属トレイ上に並べて蒸着する方式の場合に
おいて、特に、基板がガラス等の絶縁体である場合に
は、カソード上のターゲット上方にトレイの金属部分が
存在するときと基板の乗っている部分が存在するときと
では、同一の発光強度比でも放電状態が異なる。この結
果、トレイの進行方向の前後において膜厚の減少が生
じ、トレイ内膜厚分布特性が悪化する。このような膜厚
分布の悪い薄膜をフォトリソグラフィーによりパターニ
ングした場合、パターニング不良（除去すべき所の薄膜
が残ったりオーバーエッチによる寸法むら）を引き起こ
し、また膜質のむらは歩留りの低下を引き起こす。Problems to be Solved by the Invention Generally, in the reactive sputtering method, the relationship between the deposition rate and the discharge power (current) has a hysteresis characteristic as shown in FIG. That is, as described above, even under the same discharge power (current), the vapor deposition rate greatly changes with the change of the target surface state, and in the method of constant discharge power or discharge current that is usually used for sputtering metal or the like, It becomes impossible to control the film thickness and film quality. However, if an emission spectroscopic monitor and a feedback system are used, the film thickness and film quality control are greatly improved. An example of forming an ITO film is shown in FIG. In this example, the ratio of the emission intensity of indium to the emission intensity of argon is used as a signal for feedback, and the discharge current is fed back. Compared to FIG. 2, the effect of applying feedback is clear, but reproducibility is somewhat poor despite the effect obtained in the same vapor deposition batch. further,
Taking into account the variation between batches, the film thickness distribution ±
A sheet resistance of 15% and a sheet resistance of ± 100% were obtained, revealing that there is still a problem with reproducibility. Further, in the in-line type sputtering apparatus, when the substrate on which the thin film is to be formed is arranged on the metal tray to be vapor-deposited, particularly when the substrate is an insulator such as glass, it is located above the target on the cathode. Even when the metal portion of the tray is present and when the portion on which the substrate is placed is present, the discharge state is different even with the same emission intensity ratio. As a result, the film thickness decreases before and after the tray in the advancing direction, and the film thickness distribution characteristic in the tray deteriorates. When such a thin film having a poor film thickness distribution is patterned by photolithography, patterning failure (a thin film to be removed remains or dimensional unevenness due to overetching) occurs, and uneven film quality causes a reduction in yield.
本発明は上記問題を解決するもので、スパッタ装置、特
に従来再現性に乏しかった反応性スパッタ装置の膜厚お
よび膜質の再現性を向上させ、大巾な歩留り向上ができ
るスパッタ装置を提供することを目的とするものであ
る。The present invention solves the above problems, and provides a sputtering apparatus, which can improve the reproducibility of film thickness and film quality of a reactive sputtering apparatus, which has been poor in reproducibility in the past, and can greatly improve the yield. The purpose is.
問題点を解決するための手段 本発明は上記従来技術の問題点を解決するために、放電
気体種の発光強度とターゲット材料の発光強度と放電電
流あるいは放電電力もしくは放電圧力をフィードバック
のパラメータとして用い、放電状態を変化せしめる因子
にフィートバックをかける手段を設けたものである。Means for Solving the Problems In order to solve the above-mentioned problems of the prior art, the present invention uses the emission intensity of the discharge gas species, the emission intensity of the target material, the discharge current or the discharge power or discharge pressure as a feedback parameter. , Means for applying a footback to factors that change the discharge state.
作用 スパッタ装置の放電領域内において、放電電界をＥ、放
電気体種のイオン密度をＮ、電子密度をｎ、ターゲット
材料のスパッタリングイールドをYmとし、放電気体種の
発光強度をIgas、ターゲット材料の発光強度をImとする
と、次の近似がなり立つと考えられる。Action In the discharge area of the sputtering device, the discharge electric field is E, the ion density of the discharge gas species is N, the electron density is n, the sputtering yield of the target material is Ym, the emission intensity of the discharge gas species is Igas, and the emission of the target material is If the intensity is Im, the following approximation is considered to hold.
蒸着速度がスパッタリングイールドYmに比例するとする
と、スパッタリングイールドYmを一定に保つようなパラ
メータを選べば良いから、 また、放電領域中の放電気体種のイオン化率は数パーセ
ント以下であるから、放電電流はほとんど電子電流とみ
なせる。従って放電電流をｉとすると、 が成り立ち、フィードバックの信号としてはターゲット
材料の成分（化合物の場合は、その中の一成分）の発光
強度と放電気体種の発光強度との比を放電電流にて除算
した値を用いると良いことが明らかである。また、放電
電圧をあまり変化しない放電領域では放電電流のかわり
に放電電力を用いてもかまわない。 If the vapor deposition rate is proportional to the sputtering yield Ym, it suffices to select a parameter that keeps the sputtering yield Ym constant. Moreover, since the ionization rate of the discharge gas species in the discharge region is several percent or less, the discharge current can be regarded almost as an electron current. Therefore, if the discharge current is i, And a value obtained by dividing the ratio of the emission intensity of the component of the target material (one component in the case of a compound) and the emission intensity of the discharge gas species by the discharge current should be used as the feedback signal. Is clear. Also, in the discharge region where the discharge voltage does not change much, the discharge power may be used instead of the discharge current.
実施例 以下本発明の一実施例を図面を従って説明する。第１図
は本発明のスパッタ装置の模式図であり、インライン型
スパッタ装置を示したものである。１は真空槽であり、
その中に、カソード上のターゲット２とその上方に腹膜
を被着すべき基板３を乗せたトレイ４が設置されてい
る。第１図において、トレイ４は左方向に動くようにな
っている。駆動はローラあるいはギア（図示せず）にて
行なわれ、これらのローラあるいはギアにトレイ４接触
することによりトレイ４は電気的に接地される。５はDC
電源であり、カソードを通してターゲット２に負の電圧
を印加する。６は電流計あるいは電力計である。７は防
着板であり、その中に発光分光モニタのためのノズル８
が設置され、グラスファイバー９を通してモノクロメー
タ10に放電による発光を導入する。なお、グラスファバ
ーのかわりに鏡を使用しても差しつかえない。また、別
個の防着板７を通してマスフローメータ11から真空槽１
に放電気体種が導入される。12は発光強度と放電電流値
または放電電力値を演算し、初期設定値との差からフィ
ードバック量を決定する演算回路であり、切換えスイッ
チ13の選択により、DC電源５あるいはマスフローメータ
11あるいはその他放電状態を変化させるもの（例えば放
電圧力等）にフィードバックがかけられる。Embodiment An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram of a sputtering apparatus of the present invention, showing an in-line type sputtering apparatus. 1 is a vacuum tank,
A target 2 on the cathode and a tray 4 on which a substrate 3 on which a peritoneum is to be deposited are placed are installed therein. In FIG. 1, the tray 4 is adapted to move to the left. The driving is performed by rollers or gears (not shown), and the tray 4 is electrically grounded by contacting these rollers or gears with the tray 4. 5 is DC
It is a power supply and applies a negative voltage to the target 2 through the cathode. 6 is an ammeter or a power meter. 7 is a deposition preventive plate, in which a nozzle 8 for emission spectral monitor
Is installed, and light emission due to discharge is introduced into the monochromator 10 through the glass fiber 9. You can use a mirror instead of a glass faber. Also, through the separate deposition-inhibitory plate 7, the mass flow meter 11 to the vacuum chamber 1
A discharge gas species is introduced into. Reference numeral 12 is a calculation circuit that calculates the emission intensity and the discharge current value or the discharge power value, and determines the feedback amount from the difference between the initial setting value.
11 or other feedbacks are applied to those that change the discharge state (for example, discharge pressure).
上記のような装置を使用した一例として、液晶表示装置
や太陽電池および各種光センサにて透明電極として多用
されるITO膜の形成の例について述べる。ターゲット２
としては、10％のスズをインジウムを使用する。真空槽
１をフライオポンプ（図示せず）にて10-6torr以下に排
気後、マスフローメータ11からアルゴン200SCCMと酸素4
0SCCMを導入し、コンダクンスバルウ（図示せず）に
て、圧力を5mtorrとする。DC電源５がONすると、放電を
開始する。発光分光によるフィードバックのパラメータ
としては、インジウムの発光強度とアルゴンの発光強度
と電流値を使用し、放電電流にフィードバックをかけ
る。As an example of using the above device, an example of forming an ITO film, which is often used as a transparent electrode in a liquid crystal display device, a solar cell, and various optical sensors, will be described. Target 2
As for using indium with 10% tin. The vacuum tank 1 was evacuated to 10 -6 torr or less by a fryo pump (not shown), and then 200 SCCM of argon and 4 of oxygen were supplied from the mass flow meter 11.
0SCCM is introduced, and the pressure is set to 5 mtorr with a conductivity bar (not shown). When the DC power supply 5 is turned on, discharging starts. The emission intensity of indium, the emission intensity of argon, and the current value are used as the parameters of the feedback by emission spectroscopy, and the discharge current is fed back.
このようにして得られた結果を第４図に示す。横軸が設
定したパラメータ値であり、縦軸は蒸着速度である。従
来例を示す第２図と比較すれば明らかなように、膜厚再
現性が飛躍的に良化し、バッチ間の膜圧のばらつきは±
５％以下となる。また従来技術では発生していたトレイ
進行方向の膜厚分布も良化する。また、透明電極の特性
の一つであるシート抵抗のバッチ間分布も70Ω／□±10
Ω／□と良好なものが得られる。The results thus obtained are shown in FIG. The horizontal axis is the set parameter value, and the vertical axis is the vapor deposition rate. As is clear from comparison with FIG. 2 showing a conventional example, the film thickness reproducibility is dramatically improved, and the film pressure variation between batches is ±
It will be 5% or less. Further, the film thickness distribution in the tray advancing direction, which has occurred in the conventional technique, is improved. In addition, the batch-to-batch distribution of sheet resistance, which is one of the characteristics of transparent electrodes, is 70Ω / □ ± 10.
A good value of Ω / □ can be obtained.
以上、実施例として、インライン型のDCスパッタ装置に
ついて示したが、バッチ式スパッタ装置でも同様な効果
が得られる。また、高周波スパッタ装置においても同様
に用いることができる。さらに、本発明は例に示した如
く、ITO膜等の透明導電膜（ATO:sb−doped Tin Oxide,F
TO:F−doped Tin Oxide,ZO:Zinc OxideおよびCTO:Cadmi
um Tin Oxide等）や金属珪化物などの反応性スパッタに
おいて特に有効であるが、通常の金属等のスパッタに用
いても膜厚再現性は良化する。As described above, the in-line type DC sputtering apparatus has been shown as an example, but a similar effect can be obtained with a batch type sputtering apparatus. Further, it can be similarly used in a high frequency sputtering apparatus. Furthermore, the present invention, as shown in the example, uses a transparent conductive film (ATO: sb-doped Tin Oxide, FTO) such as an ITO film.
TO: F−doped Tin Oxide, ZO: Zinc Oxide and CTO: Cadmi
um Tin Oxide, etc.) and metal silicides are particularly effective in reactive sputtering, but the film thickness reproducibility is improved even when used in ordinary metal sputtering.
また、ターゲット材料としては、インジウム、スズ、ア
ンチモン、フッ素、亜鉛およびカドミウムのうち、少な
くとも１成分を含むものが使用される。As the target material, a material containing at least one component of indium, tin, antimony, fluorine, zinc and cadmium is used.
発明の効果 以上本発明によれば、スパッタ装置、特に従来再現性に
乏しかった反応性スパッタ装置の膜厚再現性および膜質
再現性が飛躍的に向上し、大巾な歩留り向上ができ、そ
の産業上の意義は極めて大である。As described above, according to the present invention, the film thickness reproducibility and the film quality reproducibility of the sputtering apparatus, particularly the reactive sputtering apparatus which has been poor in the conventional reproducibility, are dramatically improved, and the yield can be greatly improved. The above significance is extremely large.
第１図は本発明の一実施例のスパッタ装置の概略図、第
２図は反応性スパッタ装置にて形成した膜のヒステリシ
ス現象を説明するための図、第３図は従来のフィードバ
ック方法にて形成した場合の再現性を示す図、第４図は
本発明を用いた場合の再現性を示す図である。 １……真空槽、２……ターゲット、３……基板、４……
トレイ、５……DC電源、６……電流計あるいは電力計、
10……モノクロメータ、11……マスフローメータ、12…
…演算回路、13……切換スイッチFIG. 1 is a schematic diagram of a sputtering apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram for explaining a hysteresis phenomenon of a film formed by a reactive sputtering apparatus, and FIG. 3 is a conventional feedback method. FIG. 4 is a diagram showing reproducibility when formed, and FIG. 4 is a diagram showing reproducibility when the present invention is used. 1 ... Vacuum tank, 2 ... Target, 3 ... Substrate, 4 ...
Tray, 5 ... DC power supply, 6 ... Ammeter or wattmeter,
10 …… Monochromator, 11 …… Mass flow meter, 12…
… Arithmetic circuit, 13 …… Changeover switch
Claims (7)
バックシステムを有するスパッタ装置において、一種類
以上の成分を有するターゲット材料のプラズマ放電中の
プラズマ発光強度とプラズマ放電気体種のプラズマ発光
強度とプラズマ放電の放電電流値あるいは放電電力値を
組みあわせて演算して、スパッタ装置のプラズマのフィ
ードバック制御のための信号を得るスパッタ装置。1. A sputtering apparatus having an emission spectroscopy monitoring system and a feedback system, wherein plasma emission intensity of a target material having one or more kinds of components during plasma discharge, plasma emission intensity of plasma discharge gas species, and discharge current of plasma discharge. A sputtering system that obtains a signal for plasma feedback control of the sputtering system by combining and calculating values or discharge power values.
は、ターゲット材料の１成分の発光強度と放電気体種の
発光強度の比を放電電流値あるいは放電電力値にて除算
する演算であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載のスパッタ装置。2. The calculation for obtaining the signal for feedback is a calculation for dividing the ratio of the emission intensity of one component of the target material and the emission intensity of the discharge gas species by the discharge current value or the discharge power value. The sputtering apparatus according to claim 1.
チモン、フッ素、亜鉛およびカドミウムのうち少なくと
も１成分を含み、放電気体としてアルゴンガスおよび酸
素を用いることを特徴とする特許請求の範囲第１項また
は第２項記載のスパッタ装置。3. The target material contains at least one component of indium, tin, antimony, fluorine, zinc and cadmium, and argon gas and oxygen are used as a discharge gas. The sputtering apparatus according to item 2.
含み、上記ターゲット材料成分の発光強度としてインジ
ウムを、放電気体種の発光強度としてアルゴンを用いる
ことを特徴とする特許請求の範囲第３項記載のスパッタ
装置。4. The sputtering apparatus according to claim 3, wherein the target material contains at least indium, and indium is used as the emission intensity of the target material component and argon is used as the emission intensity of the discharge gas species. .
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第４項の
いずれかに記載のスパッタ装置。5. The sputtering apparatus according to claim 1, wherein feedback is applied to the flow rate of the discharge gas species.
力にかけることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至
第４項のいずれかに記載のスパッタ装置。6. The sputtering apparatus according to claim 1, wherein feedback is applied to the discharge current or the discharge power.
特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第４項のいずれか
に記載のスパッタ装置。7. The sputtering apparatus according to claim 1, wherein feedback is applied to the discharge pressure.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61053022A JPH0774444B2 (en) | 1986-03-11 | 1986-03-11 | Spatter device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61053022A JPH0774444B2 (en) | 1986-03-11 | 1986-03-11 | Spatter device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62211378A JPS62211378A (en) | 1987-09-17 |
| JPH0774444B2 true JPH0774444B2 (en) | 1995-08-09 |
Family
ID=12931267
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61053022A Expired - Lifetime JPH0774444B2 (en) | 1986-03-11 | 1986-03-11 | Spatter device |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP (1) | JPH0774444B2 (en) |
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- 1986-03-11 JP JP61053022A patent/JPH0774444B2/en not_active Expired - Lifetime
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Also Published As
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |