JPH0995768A - Method for sputtering on silicon dioxide series base material - Google Patents

Method for sputtering on silicon dioxide series base material

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JPH0995768A
JPH0995768A JP25658695A JP25658695A JPH0995768A JP H0995768 A JPH0995768 A JP H0995768A JP 25658695 A JP25658695 A JP 25658695A JP 25658695 A JP25658695 A JP 25658695A JP H0995768 A JPH0995768 A JP H0995768A
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thin film
film
plasma
base material
sputtering
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JP25658695A
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Japanese (ja)
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Takashi Onishi
隆 大西
Masatake Yamamoto
正剛 山本
Katsuhiro Itayama
克広 板山
Tsugumoto Ikeda
貢基 池田
Atsushi Hisamoto
淳 久本
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Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To produce a stably window material free from the generation of peeling and cracking by shielding the surface of the base material other than the thin film forming face from the electric field by inert element plasma. SOLUTION: A metallic oxide thin film is formed on an SiO2 series base material by a sputtering method. At this time, sputtering is executed in such a manner that an inert element gas is used as a discharge gas, and the surface of the base material other than the face on which the thin film shall be formed is shielded from the electric field by inert gas plasma. It is applied to a transparent ceramics substrate as a window material to form a coating film excellent in fluorine plasma resistance. At this time, the sputtering is executed while the side face side and back face side of the substrate are shielded from the electric field by inert gas plasma, by which an Al2 O3 thin film is formed. This Al2 O3 thin film is preferably composed of amorphous one, and the film thickness is regulated to about 0.1 to 20μm. Thus, the Al2 O3 thin film showing excellent corrosion resistances to halogen gases and halogen plasma can uniformly be produced.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】CVD装置などで代表される
真空装置においては、例えばマイクロ波を導入する為の
SiO2 系透明窓材が設置されるが、この様な窓材は真
空装置内部で生成する腐食性ガスによって物理的・化学
的な損傷を受け、長期にわたる使用が困難になることが
ある。本発明はこの様な窓材で代表されるSiO2 系母
材上に、金属酸化物薄膜を形成して該母材の保護を図る
技術に関し、詳細には介在物のない均質な金属酸化物薄
膜を形成してその耐食性を改善しようとするものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION In a vacuum apparatus represented by a CVD apparatus, for example, a SiO 2 transparent window material for introducing microwaves is installed. Such a window material is generated inside the vacuum apparatus. The corrosive gas that is generated may cause physical or chemical damage and make long-term use difficult. The present invention relates to a technique for forming a metal oxide thin film on a SiO 2 base material typified by such a window material to protect the base material, and more specifically to a homogeneous metal oxide having no inclusions. It is intended to form a thin film to improve its corrosion resistance.

【0002】[0002]

【従来の技術】基板上に金属やセラミックス等の薄膜を
形成する手法のひとつとして、CVD法が知られてい
る。CVD法を実施する為の薄膜形成装置(CVD装
置)には、真空チャンバー内に導入したガスを分解もし
くは反応させる手法の違いによって、熱CVD装置、プ
ラズマCVD装置、光CVD装置、或はこれらの手法を
組合せて実施する装置、例えば熱・プラズマCVD装置
等が開発されている。
2. Description of the Related Art A CVD method is known as one of the methods for forming a thin film of metal, ceramics or the like on a substrate. A thin film forming apparatus (CVD apparatus) for carrying out the CVD method may be a thermal CVD apparatus, a plasma CVD apparatus, a photo CVD apparatus, or a thermal CVD apparatus, depending on the method of decomposing or reacting the gas introduced into the vacuum chamber. An apparatus that implements a combination of methods, such as a thermal / plasma CVD apparatus, has been developed.

【0003】代表例として熱・プラズマCVD装置につ
いて説明すると、図1に示す様に、チャンバー(反応
室)1の下方にランプヒータ3を配置し、透明石英ガラ
スまたは透明ガラス組成物等の透明セラミックスで形成
された窓2を通してサセプタ6を加熱する。サセプタ6
上には基板7が載置されており、サセプタ6からの伝熱
によって基板7が例えば300℃程度に加熱される。一
方排気口5を介してチャンバー1内の空気を排出するこ
とにより、チャンバー1内は真空乃至減圧状態とされる
と共に、導入口4からはWF6 等の材料ガスまたはエッ
チングガスが導入されている。この状態でサセプタ6と
チャンバー壁との間に高周波電圧を印加し、導入口4か
ら高周波を導入すると、前記材料ガス等がプラズマ化さ
れ、基板7上に希望組成の薄膜、例えばW膜が形成され
る。即ちランプヒータ3の加熱が窓2を介してチャンバ
ー1内に伝えられ、材料ガス等の分解や反応の開始・促
進、基板7上への薄膜堆積反応の促進、更には前記薄膜
の構造や基板7に対する密着性の改善等にとって重要な
役割を果たしている。
A thermal / plasma CVD apparatus will be described as a typical example. As shown in FIG. 1, a lamp heater 3 is arranged below a chamber (reaction chamber) 1 and transparent ceramics such as transparent quartz glass or a transparent glass composition. The susceptor 6 is heated through the window 2 formed in 1. Susceptor 6
A substrate 7 is placed on the substrate 7, and the substrate 7 is heated to about 300 ° C. by heat transfer from the susceptor 6. On the other hand, by exhausting the air in the chamber 1 through the exhaust port 5, the chamber 1 is evacuated or depressurized, and the material gas such as WF 6 or the etching gas is introduced from the inlet port 4. . When a high frequency voltage is applied between the susceptor 6 and the chamber wall in this state and a high frequency is introduced from the inlet 4, the material gas or the like is turned into plasma, and a thin film having a desired composition, for example, a W film is formed on the substrate 7. To be done. That is, the heating of the lamp heater 3 is transmitted to the inside of the chamber 1 through the window 2, the decomposition and the initiation and promotion of the reaction of the material gas, the promotion of the thin film deposition reaction on the substrate 7, the structure of the thin film and the substrate. It plays an important role in improving adhesion to 7.

【0004】従って窓2はランプヒータ3からの光線
(主に赤外線)を効率的に透過させるという主旨から、
透明であることが必須であり、前記の様な透明性の良い
素材が用いられている。一方窓の内面はチャンバー1の
高熱に露されるから、耐熱性であることも必要であり、
更に以下述べる理由から、耐腐食性、特に耐ハロゲン系
ガス腐食性及び耐ハロゲン系プラズマ腐食性に優れたも
のであることも必要であるとされている。
Therefore, the window 2 is designed to efficiently transmit light rays (mainly infrared rays) from the lamp heater 3,
It is essential that the material is transparent, and the material having good transparency as described above is used. On the other hand, since the inner surface of the window is exposed to the high heat of the chamber 1, it is also necessary that it has heat resistance.
Furthermore, for the reasons described below, it is also necessary to have excellent corrosion resistance, particularly halogen gas corrosion resistance and halogen plasma corrosion resistance.

【0005】即ち該CVD装置においては、ハロゲンガ
スやハロゲン化合物ガスを使用することが多く、代表的
なものとしてはF2 やWF6 が示される。また成膜終了
後にはNF3 等を含むエッチングガスがクリーニング用
としてチャンバー内に導入される。この様なハロゲン系
ガスを使用するときは、成膜中またはエッチング中にハ
ロゲン系ガスプラズマ(以下代表的に弗素プラズマ等と
言うことがある)が発生し、窓の内面がこれらに露され
る。しかるに前記した透明セラミックス、特にSiO2
単体で構成される石英ガラスは耐弗素ガス性及び耐弗素
プラズマ性が低く、著しい浸食損傷を受ける。
That is, in the CVD apparatus, a halogen gas or a halogen compound gas is often used, and typical ones are F 2 and WF 6 . After the film formation, an etching gas containing NF 3 or the like is introduced into the chamber for cleaning. When such a halogen-based gas is used, a halogen-based gas plasma (hereinafter typically referred to as fluorine plasma) is generated during film formation or etching, and the inner surface of the window is exposed to these. . However, the above-mentioned transparent ceramics, especially SiO 2
Quartz glass composed of a simple substance has low fluorine gas resistance and fluorine plasma resistance, and is significantly eroded and damaged.

【0006】窓の内面にこの様な浸食損傷が発生する
と、浸食損傷の程度が僅かであっても窓の透明性が低下
し、ランプヒータの窓材としての適格性を失う。また損
傷の程度が更に進むと、ピット状の局部的腐食が発生
し、これがクラック発生の起点になるという恐れがある
他、窓の厚みが全体的に減少し、真空装置としての安全
性という観点から、継続使用できなくなる。或は浸食に
よって窓面から剥離されたSiO2 が微粒子となってチ
ャンバー内に浮遊し基板に付着することがあり、この様
な場合は半導体装置用デバイスとして不良を招くという
致命的な問題もある。
When such erosion damage occurs on the inner surface of the window, the transparency of the window is lowered even if the extent of the erosion damage is slight, and the qualification of the lamp heater as a window material is lost. In addition, if the degree of damage progresses further, local corrosion in the form of pits may occur, which may be the starting point of cracks. Therefore, it cannot be used continuously. Alternatively, SiO 2 separated from the window surface due to erosion may become fine particles that float in the chamber and adhere to the substrate. In such a case, there is a fatal problem that a device for a semiconductor device is defective. .

【0007】そこで弗素プラズマ等による窓材浸食を防
止することが必要となり、その対策の第1としては、S
iO2 を含まない透明材料の使用が考えられる。しかし
ながら例えばプラスチックス材料では、透明性はあって
も耐熱性やガス放出の問題があり、熱・プラズマCVD
装置のチャンバー用窓材として不適切である。そこで耐
熱性及びガス放出特性の点で適切なものとして、SiO
2 を含まないセラミックス材料が考えられるが、多結晶
セラミックスでは透明性に問題があり、透明性を確保す
るためには単結晶または非晶質状としなければならず、
いずれも製造上の問題に遭遇する。即ち単結晶のものを
大口径且つ大肉厚に製造することは現在の製造技術レベ
ルでは非常に難しいことであり、特にCVD装置では直
径8インチ或はそれ以上の大口径ウエハーを使用するこ
とが主流となっており、当然にそれ以上の大口径窓材が
必要となるから、単結晶窓材の開発は現実性に欠けると
言わなければならない。一方非晶質材料の製造について
も、大きなバルク材を非晶質とすることは熱平衡の観点
から技術上の問題があり、特に大口径窓材を非晶質材料
で製造することは非常に困難である。
Therefore, it is necessary to prevent the erosion of the window material by fluorine plasma or the like, and the first countermeasure is S
The use of transparent material which does not include the iO 2 is considered. However, for example, plastics materials have the problems of heat resistance and gas release even though they are transparent, and thermal / plasma CVD
It is not suitable as a window material for chambers of equipment. Therefore, as appropriate in terms of heat resistance and gas release characteristics, SiO
A ceramic material not containing 2 is considered, but there is a problem with transparency in polycrystalline ceramics, and in order to ensure transparency, it must be in a single crystal or amorphous state,
Both encounter manufacturing problems. That is, it is very difficult to manufacture a single crystal with a large diameter and a large wall thickness at the current level of manufacturing technology. Especially, it is a mainstream to use a large diameter wafer having a diameter of 8 inches or more in a CVD apparatus. Therefore, it must be said that the development of a single crystal window material is unrealistic because a window material with a larger diameter than that is naturally required. On the other hand, also in the production of amorphous materials, making large bulk materials amorphous is a technical problem from the viewpoint of thermal equilibrium, and it is extremely difficult to produce large-diameter window materials with amorphous materials. Is.

【0008】一方上記CVS装置の運転はバッチ処理方
式が原則であるため、膜形成が終わった後のチャンバー
1は一旦開放され、次の運転に備えて諸準備が進められ
るまでの間に室温付近まで冷却される。従ってチャンバ
ー1内はバッチ処理の都度、室温と300℃程度の間の
温度域で加熱/冷却が繰り返されることになり、チャン
バー1の一部材である窓材も加熱/冷却のヒートショッ
クを受けることになる。
On the other hand, since the operation of the CVS device is basically a batch treatment method, the chamber 1 is once opened after the film formation is completed, and the temperature is around room temperature until various preparations are made in preparation for the next operation. Is cooled down. Therefore, heating / cooling is repeated in the temperature range between room temperature and 300 ° C. in the chamber 1 each time batch processing is performed, and the window material, which is a member of the chamber 1, is also subjected to heating / cooling heat shock. become.

【0009】ところで石英ガラスの熱膨張係数は約5×
10-7/℃であり、Al23 の熱膨張係数は約8×1
-6/℃であるから、両者の熱膨張係数には10倍以上
もの大差があることになる。従って加熱/冷却過程中に
は、この両者の熱膨張係数差によって生じる大きな熱応
力がAl23 膜にかかってくる。その為Al23
にクラックを生じたり、部分的な剥離を生じることもあ
る。クラックが発生すると、ハロゲンガスが膜深部から
窓材表面へ侵入するという事故が起こり、そのこと自体
が新たな剥離原因ともなる。そして剥離部では石英ガラ
スが弗素プラズマに曝されることとなる為、前記したS
iO2 微粒子の発生を招くという問題に発展する。
By the way, the coefficient of thermal expansion of quartz glass is about 5 ×.
10 -7 / a ° C., the thermal expansion coefficient of Al 2 O 3 is about 8 × 1
Since it is 0 −6 / ° C., there is a large difference in thermal expansion coefficient between the two of 10 times or more. Therefore, during the heating / cooling process, a large thermal stress caused by the difference in thermal expansion coefficient between the two is applied to the Al 2 O 3 film. Therefore, the Al 2 O 3 film may be cracked or partially peeled. When a crack occurs, an accident occurs in which halogen gas penetrates into the surface of the window material from the deep portion of the film, which itself becomes a new cause of peeling. Since the quartz glass is exposed to the fluorine plasma at the peeling portion, the above-mentioned S
This leads to the problem of generation of iO 2 fine particles.

【0010】そこで上記の様な熱応力による被膜のクラ
ック防止という観点から、石英ガラス基板上にAl膜と
Al23 膜を積層被覆する方法が提案されたが(実公
昭61−13555)、Al膜が不透明である為ランプ
ヒータの光を遮り加熱効果が損なわれるという不具合が
ある。
Therefore, from the viewpoint of preventing the coating film from cracking due to the thermal stress as described above, a method has been proposed in which a quartz glass substrate is laminated and coated with an Al film and an Al 2 O 3 film (Actual Publication No. 61-13555). Since the Al film is opaque, the light of the lamp heater is blocked and the heating effect is impaired.

【0011】この他ジルコニア,アルミナまたはその混
合酸化物を窓材の表面に被覆する方法が開発されたが
(特開昭53−146717,同54−3118)、上
記発明では被覆材の材質が結晶質であって物性的に硬く
且つ脆いものであるため、基板の加熱時あるいはプラズ
マ発生時の温度上昇によってクラックやピンホールを生
じ易く、弗素プラズマ等がクラックやピンホールから侵
入して基板(窓材)をエッチングするという事故が発生
する危険があった。
In addition, a method of coating the surface of the window material with zirconia, alumina or a mixed oxide thereof has been developed (Japanese Patent Laid-Open Nos. 53-146717 and 54-3118), but in the above invention, the material of the coating material is crystalline. Because of its quality and physical properties, it is hard and brittle, so cracks and pinholes are likely to occur due to the temperature rise when the substrate is heated or when plasma is generated. There was a risk that an accident of etching the material would occur.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】またこれらの薄膜形成
法における共通の課題として、SiO2 系母材上へ目的
とする金属酸化物(一般的にはSiO2 以外の金属酸化
物であるが、母材のSiO2 とは異なった膜質のSiO
2 を形成することもあるので、金属酸化物の種類は限定
されない)の薄膜をスパッタリング法で形成するに当た
り、母材の一部が金属酸化物薄膜中に混入して該薄膜の
均質性を損なうという問題がある。この点はCVD装置
用窓材に金属酸化物薄膜を形成する場合においても遭遇
する問題であり、何らかの解決手段を確立することが望
まれている。
A common challenge in THE INVENTION It is an object of the addition of these thin film forming method, the metal oxide of interest to the SiO 2 based base on (typically as a metal oxide other than SiO 2, SiO 2 with different film quality from the base material SiO 2
(There is no limitation on the type of metal oxide, since 2 may be formed.) When forming a thin film by sputtering, part of the base material mixes into the metal oxide thin film and impairs the homogeneity of the thin film. There is a problem. This point is also a problem encountered when forming a metal oxide thin film on a window material for a CVD apparatus, and it is desired to establish some solution.

【0013】本発明はこの様な事情に着目してなされた
ものであって、スパッタリング法の実施において母材成
分が薄膜中へ混入するのを可及的に抑制し得るスパッタ
リング方法の確立を基本的目的とするものである。また
前記CVD装置用の窓材にスパッタリングを行なうとい
う具体的展開の一例において、窓材成分からの混入を防
止することによって、窓材としての透明性を損なうこと
なしに、耐熱性、耐ハロゲン系ガス腐食性及び耐ハロゲ
ン系プラズマ腐食性を発揮すると共に、上記した熱的影
響によってクラックや剥離を生じることのない保護膜を
備えた真空装置用の窓材を確実に製造し得る方法の提供
を目的とするものである。
The present invention has been made in view of such circumstances, and basically establishes a sputtering method capable of suppressing mixing of a base material component into a thin film in carrying out the sputtering method as much as possible. It is intended. Further, in an example of a concrete development in which the window material for the CVD apparatus is sputtered, by preventing the mixture from the window material components, the heat resistance and the halogen resistant system can be achieved without impairing the transparency as the window material. Provided is a method capable of reliably producing a window material for a vacuum device having a protective film that exhibits gas corrosion resistance and halogen-based plasma corrosion resistance and does not cause cracks or peeling due to the above-mentioned thermal influence. It is intended.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明によって提供され
るスパッタリング方法とは、SiO2 を主体とする母材
上に、金属酸化物の薄膜を形成するに当たり、放電ガス
として不活性ガスを用い、薄膜を形成すべき面以外の母
材表面を、前記不活性ガスプラズマによる電場から遮蔽
してスパッタリングを行なうことを基本構成とするもの
である。そしてこの方法を前記窓材たる透明セラミック
ス基板に適用して耐弗素プラズマ性に優れたコーティン
グ膜を形成するに際しては、該基板の側面側および裏面
側を前記不活性ガスプラズマによる電場から遮蔽しつつ
スパッタリングを行なうことによって、基板の表面側
(窓材としての内面側)にAl23 薄膜を形成する。
尚このAl23 薄膜は後述する如く非晶質であること
が特に好ましく、またその膜厚については、0.1〜2
0μm程度に形成することが推奨される。
The sputtering method provided by the present invention is to use an inert gas as a discharge gas in forming a metal oxide thin film on a base material mainly composed of SiO 2 , The basic structure is that the surface of the base material other than the surface on which the thin film is to be formed is shielded from the electric field generated by the inert gas plasma to perform sputtering. Then, when this method is applied to the transparent ceramic substrate as the window material to form a coating film excellent in fluorine plasma resistance, the side surface and the back surface of the substrate are shielded from the electric field by the inert gas plasma. By performing sputtering, an Al 2 O 3 thin film is formed on the front surface side (inner surface side as the window material) of the substrate.
It is particularly preferable that the Al 2 O 3 thin film is amorphous as described later, and the film thickness is 0.1 to 2
It is recommended to form it to about 0 μm.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】CVD装置用窓材への適用例を中
心にして本発明を説明する。透明セラミックスからなる
透明窓材にAl23 膜を形成して耐弗素プラズマ性を
改善すること自体は既述の如く公知であるが、本発明者
らは、Al23 膜の膜質に注目し、膜質と耐弗素プラ
ズマ性の関係について種々検討を行った。その結果、腐
食性の強い弗素プラズマ中で強い耐食性を発揮させる為
には、Al23 膜の膜質が重大な制御項目となること
が分かった。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described with a focus on an application example to a window material for a CVD apparatus. It is known that the Al 2 O 3 film is formed on the transparent window material made of transparent ceramics to improve the fluorine plasma resistance, but the present inventors have found that the film quality of the Al 2 O 3 film should be improved. Attention was paid to various studies on the relationship between film quality and fluorine plasma resistance. As a result, it has been found that the film quality of the Al 2 O 3 film is an important control item in order to exert strong corrosion resistance in highly corrosive fluorine plasma.

【0016】即ちAl23 膜をX線回折測定に付した
とき、結晶質に由来する半値幅5°以下の回折ピークを
有しないこと、換言すれば実質的に非晶質であること
が、優れた耐弗素プラズマ性を発揮する上で有用である
ことが判明した。このAl2 3 膜が結晶質且つ多結晶
体であるとき、或は結晶質部分と非晶質部分が混在する
ときは、結晶粒界や結晶質と非晶質と界面部分が耐弗素
プラズマ性に劣るため、当該部分から選択的な腐食が進
行し、クラックやピンホールの形成に発展する。尚Al
23 膜を単結晶体として形成したときは上記の様な選
択的腐食は回避できるが、全体が非晶質であるものに比
べると、耐弗素プラズマ性が総体的に劣る他、成膜時の
残留膜応力が大きい為、窓材使用前(コーティング直
後)及び窓材使用中にコーティング層の剥離や割れを生
じ易い。従って全体を実質的に非晶質とすることがもっ
とも有利であることが確認された。
That is, Al2 OThree The film was subjected to X-ray diffraction measurement
At this time, a diffraction peak with a half-value width of 5 ° or less originating from the crystalline
Not having, in other words, being substantially amorphous
Is useful for exhibiting excellent fluorine plasma resistance
It has been found. This Al2 O Three The film is crystalline and polycrystalline
When you are a body, or crystalline and amorphous parts are mixed
At this time, the grain boundary and the interface between crystalline and amorphous are fluorine-resistant.
Since the plasma property is inferior, selective corrosion progresses from this part.
And develop into cracks and pinholes. Al
2 OThree When the film is formed as a single crystal, the above selection
Selective corrosion can be avoided, but
If it is, the fluorine plasma resistance is inferior overall,
Since the residual film stress is large, before using window material (direct coating
After) and peeling and cracking of the coating layer during use of window materials
It is easy to use. Therefore, it is possible to make the whole substantially amorphous.
Both were confirmed to be advantageous.

【0017】次に本発明者らは、非晶質Al23 膜の
膜質について種々研究したところ、非晶質Al23
による耐弗素プラズマ性の向上に関しては、この膜質の
均一性が非常に重要であること、特にAl23 以外の
成分からなる介在物の混入を極力避ける必要があるとの
知見を得た。この様な介在物が非晶質Al23 膜中に
混入してくると、介在物と非晶質Al23 部分との界
面が弗素プラズマの侵入を許し、基板たる窓材の表面が
弗素プラズマに曝されてエッチングされ、この局部的損
傷が起点となって非晶質Al23 膜のクラックや剥離
を生じるのである。しかも本発明者らが更に研究したと
ころ、この介在物が特にSiO2 等のSi化合物や金属
Siであるときは、この介在物が窓材構成物質と同一で
あるところから容易に理解される様に、この介在物自体
が酸素プラズマに対して著しく腐食され、前記クラック
や剥離が早期に発生するという不具合のあることが判明
した。
[0017] Next the present inventors have made various studies on the quality of the amorphous the Al 2 O 3 film, for amorphous the Al 2 O 3 film improve耐弗oxygen plasma by the uniformity of the film quality It has been found that is extremely important, and that it is particularly necessary to avoid inclusion of inclusions composed of components other than Al 2 O 3 as much as possible. When such inclusions are mixed in the amorphous Al 2 O 3 film, the interface between the inclusions and the amorphous Al 2 O 3 part allows the penetration of fluorine plasma, and the surface of the window material as the substrate. Is exposed to fluorine plasma and is etched, and this local damage causes cracks and peeling of the amorphous Al 2 O 3 film. Moreover, the inventors of the present invention further studied and found that when the inclusions are Si compounds such as SiO 2 or metallic Si, it is easily understood from the fact that the inclusions are the same as the window material constituting material. In addition, it was found that the inclusion itself was significantly corroded by oxygen plasma, and the cracks and peeling occurred early.

【0018】そこでこの様なSiO2 や金属Siが非晶
質Al23 膜中に混入する原因について種々検討した
ところ、母材であるSiO2 の自己バイアスによるもの
であることが分かった。即ちスパッタリングプロセスに
おいては、スパッタリンチャンバー内にArガス等のプ
ラズマが形成されるが、プラズマ中にAr+ 等が形成さ
れることによって、該プラズマ近傍に存在する絶縁物た
る基板が負に帯電する。そうするとAr+ 等の正イオン
が負帯電部分へ移行し、ここに自己バイアスが形成され
るのであるが、前記移行エネルギーによって基板表面が
正イオンに叩かれ、所謂逆スパッタリングを受けること
になる。ところで実際のプロセスにおいては、現に非晶
質Al23 膜の形成が進行しつつある基板表面ではこ
の様な自己バイアスは形成されない。しかし基板の側面
や裏面側には非晶質Al23 膜の形成が殆ど行なわれ
ていないからArガス等のプラズマに曝された状態にあ
り、上記自己バイアスが形成され易くなっている。その
ことの為に基板の側面や裏面がスパッタリングを受けて
基板のエッチングが起こり、エッチングによって飛び出
した金属SiやSiO2 等が非晶質Al23 膜中に混
入して膜の均質性を阻害するのである。
Then, various investigations were made on the cause of mixing such SiO 2 or metallic Si into the amorphous Al 2 O 3 film, and it was found that it was due to the self-bias of the base material SiO 2 . That is, in the sputtering process, plasma of Ar gas or the like is formed in the sputter phosphorus chamber, but when Ar + or the like is formed in the plasma, the substrate that is an insulator existing in the vicinity of the plasma is negatively charged. . Then, positive ions such as Ar + move to the negatively charged portion and a self-bias is formed there. However, the transfer energy causes the positive ions to hit the surface of the substrate, resulting in so-called reverse sputtering. By the way, in an actual process, such a self-bias is not formed on the surface of the substrate on which the formation of the amorphous Al 2 O 3 film is currently in progress. However, since the amorphous Al 2 O 3 film is scarcely formed on the side surface and the back surface side of the substrate, the substrate is exposed to plasma such as Ar gas, and the self-bias is easily formed. For that reason, the side surface and the back surface of the substrate are subjected to the sputtering to cause the etching of the substrate, and the metal Si, SiO 2, etc., which are ejected by the etching, are mixed into the amorphous Al 2 O 3 film to make the film uniform. It inhibits.

【0019】本発明はこの様に解明された技術的知見に
基づき、上記現象を防止する為には、前記基板の側面や
裏面を不活性元素プラズマの電場から遮蔽することが有
用であるとの結論に想到したのである。この様な電気的
遮蔽を達成する手段としては、例えばステンレス鋼やア
ルミニウム合金等の金属製ホルダーを使用して基板の側
面および裏面を覆う手法等が代表的に例示される。その
他の方法としては本実施例では、ステンレス鋼製リング
状ホルダーを使用することによるプラズマ遮蔽の一例を
述べたが、本実施例による方法以外にも 窓材の表面近傍に遮蔽グリッドを設置する 外部からの磁場印加により、プラズマをチャンバー内
の特定領域に集中させる 等の手法によりプラズマ遮蔽を行なうことも考えられ
る。これらの手法を用いた場合でも、本発明の目的が達
成される。
The present invention is based on the technical knowledge elucidated as described above, and in order to prevent the above phenomenon, it is useful to shield the side surface and the back surface of the substrate from the electric field of the inert element plasma. I came to the conclusion. As a means for achieving such electrical shielding, a method of covering the side surface and the back surface of the substrate with a holder made of metal such as stainless steel or aluminum alloy is typically exemplified. As another method, in this embodiment, an example of plasma shielding by using a stainless steel ring-shaped holder has been described. However, in addition to the method according to this embodiment, a shielding grid is installed near the surface of the window material. It is conceivable to shield the plasma by a method such as concentrating the plasma in a specific region in the chamber by applying a magnetic field from the. Even when these techniques are used, the object of the present invention can be achieved.

【0020】上記説明ではCVD装置用SiO2 系窓材
を基板とする場合を中心に述べてきたが、本発明の前記
手法はSiO2 を主体とする基板が対象となるスパッタ
リング法に広く適用可能であることは言うまでもない。
In the above description, the case where a SiO 2 window material for a CVD apparatus is used as a substrate has been mainly described, but the method of the present invention can be widely applied to a sputtering method in which a substrate mainly containing SiO 2 is a target. Needless to say.

【0021】尚CVD装置用窓材に関し、該窓材に被覆
される非晶質Al23 膜の厚さは本発明を制限しない
が、0.1μm未満であると窓表面を完全に被覆するこ
とが困難で、被覆欠陥を内在してバリア性が不十分であ
り、基板に部分的な腐食を招くことがある。よって0.
1μm以上が好ましい。より好ましくは0.5μm以上
である。一方上限については、膜厚の増大に伴って耐食
効果が向上する反面、膜にかかる絶対的な応力(熱応力
の他、形状や成膜条件による応力を含む:真応力)が増
加してコーティング層の剥離や割れを招き易くなるの
で、安全性という観点からは20μm以下とすることが
望まれる。
Regarding the window material for the CVD apparatus, the thickness of the amorphous Al 2 O 3 film coated on the window material does not limit the present invention, but if it is less than 0.1 μm, the window surface is completely covered. It is difficult to do so, and the barrier properties are insufficient due to the inherent coating defects, which may lead to partial corrosion of the substrate. Therefore, 0.
1 μm or more is preferred. More preferably, it is 0.5 μm or more. On the other hand, regarding the upper limit, the corrosion resistance effect improves as the film thickness increases, but the absolute stress applied to the film (including thermal stress, stress due to shape and film forming conditions: true stress) increases, and coating From the viewpoint of safety, it is desired that the thickness be 20 μm or less, since the layers are likely to peel and crack.

【0022】非晶質Al23 膜の形成方法としては、
特に制限される訳ではないが、スパッタリング法が特に
好ましく、この方法であれば、成膜の為の個々の粒子が
大きなエネルギーを有するため基板に対して強く付着す
ると共に、成膜条件を制御することにより、非晶質Al
23 膜を均一に形成して良好な耐弗素プラズマ性を享
受することができる。尚スパッタリング法としても特に
制限される訳ではないが、代表的にはRF(高周波)マ
グネトロンスパッタリング法を採用することが望まれ
る。この他真空蒸着法を用いることもできる。一方イオ
ンプレーティング法や化学蒸着法等を採用すると結晶性
Al23 膜が生成し易く、また組成ズレ等の問題を生
じる恐れがあって好ましくない。
As a method of forming an amorphous Al 2 O 3 film,
Although not particularly limited, a sputtering method is particularly preferable, and in this method, since individual particles for forming a film have large energy, they strongly adhere to the substrate and control the film forming conditions. As a result, amorphous Al
It is possible to form the 2 O 3 film uniformly and enjoy good fluorine plasma resistance. Although the sputtering method is not particularly limited, it is typically desired to adopt the RF (high frequency) magnetron sputtering method. Alternatively, a vacuum vapor deposition method can be used. On the other hand, if an ion plating method or a chemical vapor deposition method is adopted, a crystalline Al 2 O 3 film is likely to be formed, and there is a risk of composition deviation or the like, which is not preferable.

【0023】[0023]

【実施例】実施例1 バッチ式且つスパッタダウン方式のRFマグネトロンス
パッタリング装置において、ターゲット材としてα−A
23 (純度99.99%以上)製焼結ターゲット、
母材として溶融石英ガラス製基板[サイズ:232
(φ)×12.7(t)mm]を使用し、該母材表面上
にRFマグネトロンスパッタリング法により、膜厚5μ
mのAl23 膜を形成した。この際スパッタリングの
為の放電ガスとしては純Arガスを使用した。また母材
は該スパッタリング装置チャンバー内の下部にあるステ
ンレス鋼製ターンテーブル(基板ホルダー)上に設置
し、さらに母材の側面をArプラズマによる電場から遮
蔽する為に、該窓材母材の側面、および側面と表面間の
面取部を隙間なく完全に覆うことができる様に該窓材母
材の外形サイズに合わせたステンレス鋼製のリング状ホ
ルダーを製作し、該母材に該リング状ホルダーを嵌め、
該リング状ホルダーを接地した後スパッタリングを行な
った。
EXAMPLE 1 In a batch type and sputter down type RF magnetron sputtering apparatus, α-A was used as a target material.
a sintered target made of l 2 O 3 (purity of 99.99% or more),
Substrate made of fused silica glass [Size: 232]
(Φ) × 12.7 (t) mm], and a film thickness of 5 μm is formed on the surface of the base material by the RF magnetron sputtering method.
m Al 2 O 3 film was formed. At this time, pure Ar gas was used as a discharge gas for sputtering. The base material is placed on a stainless steel turntable (substrate holder) in the lower part of the sputtering apparatus chamber, and the side surface of the window material base material is further shielded from the electric field due to Ar plasma on the side surface of the base material. , And a ring-shaped holder made of stainless steel that matches the outer size of the window material base material so that the chamfered portion between the side surface and the surface can be completely covered without a gap, and the ring-shaped holder is formed on the base material. Fit the holder,
Sputtering was performed after the ring-shaped holder was grounded.

【0024】Al23 膜を形成した母材に対して、燐
酸(純度85%以上)をエッチング液として80℃で1
分間エッチングを行ない、エッチング後のAl23
表面に認められる介在物の有無をSEMにて観察し、膜
表面の任意の箇所における膜表面積に対する介在物の比
率(面積率)を求め、介在物の発生状況を評価した。
Phosphoric acid (purity of 85% or more) was used as an etching solution for the base material on which the Al 2 O 3 film was formed at 80 ° C.
After performing etching for a minute, the presence or absence of inclusions observed on the Al 2 O 3 film surface after etching is observed by SEM, and the ratio (area ratio) of inclusions to the film surface area at any location on the film surface is determined. The generation status of the product was evaluated.

【0025】比較例 実施例1と同じ方法により、同一構成母材上に膜厚5μ
mのAl23 膜を形成した。この際母材はスパッタリ
ング装置チャンバー内の下部にあるステンレス鋼製ター
ンテーブル(基板ホルダー)上に設置するだけとし、実
施例1で使用したリング状ホルダーは使用しなかった。
この様にしてAl23 膜を形成した母材に対して、実
施例1と同じ方法により、Al23 膜中の介在物の発
生状況を評価した。実施例1と比較例におけるAl2
3 膜中の介在物発生状況を合わせて表1に示す。
Comparative Example By the same method as in Example 1, a film thickness of 5 μm was formed on the same base material.
m Al 2 O 3 film was formed. At this time, the base material was simply placed on the stainless steel turntable (substrate holder) in the lower part of the chamber of the sputtering apparatus, and the ring-shaped holder used in Example 1 was not used.
With respect to the base material on which the Al 2 O 3 film was formed in this manner, the generation state of inclusions in the Al 2 O 3 film was evaluated by the same method as in Example 1. Al 2 O in Example 1 and Comparative Example
Table 1 also shows the generation of inclusions in the three films.

【0026】[0026]

【表1】 [Table 1]

【0027】表1はSEM装置付属のエネルギー分散型
X線検出器を用いてSi元素が検出された介在物部分の
膜全体に対する面積比率を示したものである。表1の結
果から明らかな様に、リング状ホルダーを使用した場合
(母材の側面及び底面をArプラズマによる電場から遮
蔽した場合)は、スパッタリングしたAl23 膜中に
SiまたはSiO2 等のSi化合物からなる介在物が殆
ど混入していない。これに対して、リング状ホルダーを
使用しない場合(母材の側面及び底面をArプラズマに
よる電場から遮蔽しない場合)は、スパッタリングした
Al23 膜中には、膜全面に亘って一様に、直径0.
3〜0.5μmサイズの介在物が多数認められた。以上
の結果から、母材の側面及び底面をArプラズマによる
電場から遮蔽することは、Al23 膜中への介在物混
入防止に有効であることが分かる。
Table 1 shows the area ratio of the inclusion portion in which the Si element was detected using the energy dispersive X-ray detector attached to the SEM device to the entire film. As is clear from the results of Table 1, when a ring-shaped holder is used (when the side surface and the bottom surface of the base material are shielded from the electric field due to Ar plasma), Si or SiO 2 etc. is contained in the sputtered Al 2 O 3 film. Almost no inclusions made of Si compound are mixed. On the other hand, when the ring-shaped holder is not used (when the side surface and the bottom surface of the base material are not shielded from the electric field due to Ar plasma), the sputtered Al 2 O 3 film is uniformly distributed over the entire surface of the film. , Diameter 0.
Many inclusions having a size of 3 to 0.5 μm were observed. From the above results, it can be seen that shielding the side surface and the bottom surface of the base material from the electric field due to Ar plasma is effective in preventing inclusion of inclusions in the Al 2 O 3 film.

【0028】[0028]

【発明の効果】本発明の構成は上記の通りであるから、
スパッタリング法によってSiO2 系母材上に金属酸化
物薄膜を形成するに際し、母材の側面や裏面の逆スパッ
タリングが防止される。従ってSi系介在物が上記薄膜
中に混入して薄膜の均質性が損なわれるといった不具合
がない。またこの方法を真空装置用窓材に適用した場合
は、該窓材としての基本性能である透明性や耐熱性を損
なうことなく、優れた耐ハロゲン系ガス腐食性及び耐ハ
ロゲン系プラズマ腐食性を発揮することのできるAl2
3 薄膜を均質に製造することができた。その結果長期
間使用中に受ける加熱/冷却の繰り返しによる熱応力に
も耐え、長期間に亘って剥離やクラックを生じることの
ない安定した窓材が提供された。
Since the constitution of the present invention is as described above,
When forming the metal oxide thin film on the SiO 2 base material by the sputtering method, reverse sputtering on the side surface and the back surface of the base material is prevented. Therefore, there is no problem that the Si-based inclusions are mixed in the thin film to impair the homogeneity of the thin film. When this method is applied to a window material for a vacuum device, excellent halogen-based gas corrosion resistance and halogen-based plasma corrosion resistance can be obtained without impairing transparency and heat resistance, which are basic performances of the window material. Al 2 that can be demonstrated
The O 3 thin film could be produced homogeneously. As a result, a stable window material that can withstand thermal stress caused by repeated heating / cooling during use for a long period of time and is free from peeling or cracking for a long period of time was provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】熱・プラズマCVD装置を示す説明図である。FIG. 1 is an explanatory view showing a thermal / plasma CVD apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 チャンバー(反応室) 2 窓 3 ランプヒータ 4 導入口 5 排気口 6 サセプタ 7 基板 1 chamber (reaction chamber) 2 window 3 lamp heater 4 inlet port 5 exhaust port 6 susceptor 7 substrate

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 池田 貢基 兵庫県神戸市西区高塚台1丁目5番5号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者 久本 淳 兵庫県神戸市西区高塚台1丁目5番5号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Kouki Ikeda 1-5-5 Takatsukadai, Nishi-ku, Kobe-shi, Hyogo Prefecture Kobe Steel Institute of Technology, Kobe Steel Co., Ltd. (72) Atsushi Hisamoto Nishi-ku, Kobe-shi, Hyogo Prefecture Takatsukadai 1-5-5 Kobe Steel Co., Ltd. Kobe Research Institute

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 SiO2 を主体とする母材上に、金属酸
化物薄膜をスパッタリング法によって形成するに当た
り、放電ガスとして不活性元素ガスを用い、前記薄膜形
成面以外の母材表面を前記不活性元素プラズマによる電
場から遮蔽することを特徴とするSiO2 系母材上への
スパッタリング方法。
1. When forming a metal oxide thin film on a base material mainly composed of SiO 2 by a sputtering method, an inert element gas is used as a discharge gas, and a base material surface other than the thin film forming surface is covered with the non-active material. A method of sputtering on a SiO 2 base material, which is characterized by shielding from an electric field by an active element plasma.
【請求項2】 母材が、チャンバー内に腐食性ガスが存
在する真空装置における透明セラミック製窓材であり、
その内面側にAl23 の薄膜を形成するに当たり、該
透明セラミック製窓材の側面側及び裏面側を、前記不活
性元素プラズマによる電場から遮蔽する請求項1に記載
の方法。
2. The base material is a transparent ceramic window material in a vacuum device in which a corrosive gas exists in the chamber,
The method according to claim 1, wherein when forming a thin film of Al 2 O 3 on the inner surface side, the side surface side and the back surface side of the transparent ceramic window material are shielded from the electric field by the inert element plasma.
JP25658695A 1995-10-03 1995-10-03 Method for sputtering on silicon dioxide series base material Withdrawn JPH0995768A (en)

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US08/849,123 US6027792A (en) 1995-10-03 1996-10-03 Coating film excellent in resistance to halogen-containing gas corrosion and halogen-containing plasma corrosion, laminated structure coated with the same, and method for producing the same

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH1189420A (en) * 1997-09-19 1999-04-06 Japan Highway Public Corp Greening with adhesion type climbing plant and greening member

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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