JPH0995773A - Production of window material for vacuum device - Google Patents

Production of window material for vacuum device

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JPH0995773A
JPH0995773A JP25658595A JP25658595A JPH0995773A JP H0995773 A JPH0995773 A JP H0995773A JP 25658595 A JP25658595 A JP 25658595A JP 25658595 A JP25658595 A JP 25658595A JP H0995773 A JPH0995773 A JP H0995773A
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JP
Japan
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film
window
resistance
corrosion resistance
window material
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP25658595A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
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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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent the generation of peeling and cracking by executing coating with Al2 O3 as a target material in a discharge gas contg. specified amounts of Ar and O2 by a high frequency magnetron sputtering method to produce a transparent window material made of ceramics. SOLUTION: A thin film is formed by a CDV method. A lump heater 3 is arranged on the lower direction of a vacuum chamber 1, and a susceptor 6 is heated through a window 2. This window 2 requires transparency, corrosion resistance, corrosion resistance to halogen series gases and corrosion resistance to halogen series plasma. With Al2 O3 as a target material, and an Al2 O3 film is formed on a transparent ceramics material in a discharge gas essentially consisting of Ar and contg. O2 by 5atom% into a window 2. The formed window is small in film stress and furthermore excellent in heat resistance and crack resistance. Since Al2 O3 is sufficient in corrosion resistance or the like, it can stably be used as the window 2.

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
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。そこ
で本発明はこの様な窓材の耐食性を改善し得るコーティ
ング膜の形成技術について研究し、より信頼性の高い被
覆膜を安定して形成し得る新規なコーティング技術を提
供しようとするものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION In a vacuum apparatus represented by a CVD apparatus or the like, a transparent window material for introducing microwaves, for example, is installed. Such a window material is corrosive, which is generated inside the vacuum apparatus. The gas may cause physical or chemical damage that makes long-term use difficult. Therefore, the present invention is intended to provide a new coating technique capable of stably forming a coating film having higher reliability, by researching a coating film forming technique capable of improving the corrosion resistance of such a window material. is there.

【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】上記の様な状況から、
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、より高い信
頼性をもって発揮すると共に、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
空装置用の窓材を提供することが要請され、本発明はこ
れに応えるべくなされたものである。
[Problems to be Solved by the Invention] From the above situation,
Highly reliable heat resistance, halogen gas corrosion resistance and halogen plasma corrosion resistance without impairing transparency, and protection that does not cause cracks or peeling due to the above-mentioned thermal effects. There is a need to provide a window material for a vacuum device provided with a membrane, and the present invention has been made to respond to this.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明者らが提供する新
規なコーティング技術は、該窓材におけるチャンバーの
内側となる面に、Arを主成分とし、O2 ガス混入量が
5atm%以下である放電ガス中でAl23 よりなる
ターゲット材を用い、高周波マグネトロンスッパタリン
グ法によってコーティング膜を形成することを要旨とす
るものである。
The novel coating technology provided by the present inventors is such that the surface of the window material, which is the inside of the chamber, contains Ar as a main component and the O 2 gas content is 5 atm% or less. It is a gist to form a coating film by a high frequency magnetron sputtering method using a target material made of Al 2 O 3 in a certain discharge gas.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】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
及び耐熱性,耐剥離性等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、且つ上記諸特性を向上させる為には、A
23 膜の膜質が重大な制御項目となることが分かっ
た。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS It has been publicly known that an Al 2 O 3 film is formed on a transparent window material made of transparent ceramics to improve the fluorine plasma resistance as described above.
Focusing on the film quality of the Al 2 O 3 film, various studies were conducted on the relationship between the film quality and the fluorine plasma resistance, heat resistance, peeling resistance, and the like. As a result, in order to exert strong corrosion resistance in highly corrosive fluorine plasma and to improve the above-mentioned various characteristics, A
It was found that the film quality of the l 2 O 3 film is an important control item.

【0015】本発明者らが重要な膜質特性として到達し
た制御項目は下記の通りである。 Al23 膜が実質的に均一な非晶質性を満足するこ
と Al23 膜中に、結晶質部分或は不純物成分からな
る介在物を含有しないこと Al23 膜中にピンホール等の膜欠陥が存在しない
こと Al23 膜中の応力(特に圧縮応力)が小さいこと
The control items that the present inventors have reached as important film quality characteristics are as follows. In the Al 2 O 3 film in the the Al 2 O 3 film satisfies a substantially uniform amorphous, pin the Al 2 O 3 film in that it does not contain inclusions of crystalline material portion or impurity components No film defects such as holes are present Small stress (especially compressive stress) in the Al 2 O 3 film

【0016】この様な制御項目を夫々満足させるために
は、Al23 膜形成のための成膜手法乃至成膜条件を
コントロールする必要があり、種々のPVD法,CVD
法等を検討した結果、成膜手法としては高周波(RF)
マグネトロンスパッタリング法の採用が最も有利である
ことが分かった。
In order to satisfy each of these control items, it is necessary to control the film forming method and the film forming conditions for forming the Al 2 O 3 film.
As a result of examining the method, etc., a high-frequency (RF) method is used as a film forming method.
It has been found that the adoption of magnetron sputtering method is most advantageous.

【0017】この方法を採用しない場合、例えばマグネ
ットを使用しないRFコンベンショナルスパッタリング
法、或は汎用されているイオンビーム蒸着法によってコ
ーティング膜を形成したときは、膜応力が著しく高くな
り、コーティング直後から、また窓材として使用中の基
板の加熱やプラズマによる温度上昇に伴って、コーティ
ング層の剥離や割れが発生する。また例えば金属Alを
ターゲットとする反応性スパッタリング法によってコー
ティングを行なったときは、スパッタリングの為の放電
ガス中に多量(分圧比で5%以上)のO2 を混入させる
必要があり、後述する如くAl23 膜の膜質はかなり
劣ったものとなる。
When this method is not adopted, for example, when the coating film is formed by the RF conventional sputtering method which does not use a magnet or the ion beam evaporation method which is generally used, the film stress becomes extremely high, and immediately after coating, In addition, the coating layer is peeled or cracked as the substrate used as a window material is heated or the temperature is increased by plasma. Further, for example, when coating is performed by a reactive sputtering method using a metal Al as a target, it is necessary to mix a large amount (5% or more in terms of partial pressure ratio) of O 2 in the discharge gas for sputtering. The film quality of the Al 2 O 3 film is considerably inferior.

【0018】これに対し本発明者らは、RFマグネトロ
ンスパッタリン法によってAl2 3 膜を形成するとき
は、膜応力の小さい、且つ耐熱性・耐クラック性の優れ
たAl23 膜が形成されることを見出したのである。
しかもこの方法によって生成したAl23 膜をX線回
折測定に付したところ、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
晶質であることが分かり、且つこのことが、優れた耐弗
素プラズマ性を発揮する上で重要な役割を果たしている
ことが解明されたのである。このAl23 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Al23 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、前記と同様コーテ
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
が極めて有利であることが確認された。尚結晶質Al2
3 の混入をより一層少なくする為の積極的手法とし
て、コーティング膜形成プロセス中、基材たる窓材を冷
却し続けることが挙げられる。冷却を省略したときはコ
ーティング中の基板温度の上昇によってAl23 の一
部が結晶化することがあるからである。
On the other hand, the present inventors
Al by the sputtering method2 O Three When forming a film
Has a low film stress and excellent heat resistance and crack resistance.
Al2 OThree It was found that a film was formed.
Moreover, Al produced by this method2 OThree X-ray film
When subjected to folding measurement, the half-value width of 5 ° or less due to the crystalline
It has no lower diffraction peak, in other words, it is substantially non-
It was found to be crystalline and this is an excellent resistance to fluorine.
Plays an important role in exhibiting elementary plasma properties
That was clarified. This Al2 OThree Membrane is crystalline
And when it is a polycrystal, or a crystalline part and an amorphous part
When is mixed, the grain boundary or the interface between crystalline and amorphous
Is inferior in fluorine plasma resistance, so selective from that part
Corrosion progresses and develops into cracks and pinholes.
You. Al2 OThree When the film is formed as a single crystal,
Although selective corrosion as described above can be avoided, the whole is amorphous.
Fluorine plasma resistance is generally inferior to that of
In addition, the residual film stress during film formation is large,
Immediately after opening and during use of window materials, peeling and cracking of the coating layer
It is easy to cause this. Therefore, make the whole substantially amorphous.
Was confirmed to be extremely advantageous. Crystalline Al2 
OThree As an aggressive method to further reduce the contamination of
Cool the window material, which is the base material, during the coating film formation process.
It can be cited as continuing to reject. If cooling is omitted,
As the substrate temperature rises during coating, Al2 OThree One
This is because the part may be crystallized.

【0019】またRFマグネトロンスパッタリング法を
採用したときの他の利点として、他の不純元素が混入す
ることによる介在物の形成が可及的に抑制される点が挙
げられ、このことにより前記非晶質膜が一層均質性の高
いものとなって耐弗素プラズマ性の向上に資することが
可能となる。
Another advantage of adopting the RF magnetron sputtering method is that the formation of inclusions due to the incorporation of other impurity elements is suppressed as much as possible. It becomes possible that the quality film becomes more homogeneous and contributes to the improvement of fluorine plasma resistance.

【0020】更にスパッタリング時の放電ガス組成につ
いて述べると、放電ガス中に多量、分圧比にして5%を
超えるO2 ガスが混入しているときは、Al23 膜中
に微細なピンホールが多数形成されることが分かった。
この様なピンホールが存在するままで窓材として使用す
ると、ピンホールを通して弗素プラズマが侵入し、基板
である窓材がエッチングされ、窓材の寿命は一気に短く
なる。従ってAl2 3 膜形成時の放電ガス中のO2
分圧比で5%以下、好ましくは3%以下とする。かかる
意味からしても、反応性スパッタリング法を採用するの
ではなく、Al 23 をターゲット材とする物理蒸着法
が推奨されるのである。
Furthermore, regarding the composition of the discharge gas during sputtering,
That is, a large amount in the discharge gas, a partial pressure ratio of 5%
O beyond2 When gas is mixed, Al2 OThree In the membrane
It was found that a large number of fine pinholes were formed.
It can be used as a window material with such pinholes still existing.
Then, fluorine plasma penetrates through the pinhole, and the substrate
The window material is etched and the life of the window material is shortened at a stretch.
Become. Therefore Al2 O Three O in discharge gas during film formation2 Is
The partial pressure ratio is 5% or less, preferably 3% or less. Take
In terms of meaning, adopting the reactive sputtering method
Not Al 2 OThree Vapor Deposition Method Using As Target Material
Is recommended.

【0021】形成される非晶質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。
The thickness of the formed amorphous Al 2 O 3 film does not limit the present invention, but if it is less than 0.1 μm, it is difficult to completely cover the window surface, and coating defects are inherent. Insufficient barrier properties may lead to partial corrosion of the substrate. Therefore, 0.1 μm or more is preferable. 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】[0022]

【実施例】実施例1 直径2インチのSiウエハー(100)面上に、 高周波マグネトロンスパッタリング法 高周波コンベンショナルスパッタリング法 イオンビーム蒸着法 の夫々の手法によりAl23 膜を夫々膜厚0.5μm
となるように形成したものを試料1〜3とした。上記試
料1〜3に対して、レーザー光をスキャンさせながら、
その変位程度に基づいて基板の反り量を測定し、更に反
り量の変化から薄膜に生じている応力を算出した。各種
コーティング手法により作成したAl2 3 膜の応力測
定結果を表1に示す。
【Example】Example 1 On the surface of a Si wafer (100) with a diameter of 2 inches, Al was formed by the following methods: high-frequency magnetron sputtering method, high-frequency conventional sputtering method, and ion beam evaporation method.2 OThree The thickness of each film is 0.5 μm
Samples 1 to 3 were formed so that The above trial
While scanning laser light for materials 1 to 3,
Measure the amount of warp of the board based on the degree of displacement,
The stress generated in the thin film was calculated from the change in the amount of the coating. Various
Al created by coating method2 O Three Membrane stress measurement
The results of the determination are shown in Table 1.

【0023】[0023]

【表1】 [Table 1]

【0024】高周波マグネトロンスパッタリング法でコ
ーティングしたAl23 膜(試料1)では、膜応力は
圧縮側で100MPa程度と小さいが、上記以外の手法
(高周波スパッタリング法およびイオンビーム蒸着法で
コーティングしたAl23膜(試料2,3)では、膜
応力はいずれも圧縮側で著しく高いことが分かる。
The Al 2 O 3 film (Sample 1) coated by the high frequency magnetron sputtering method has a small film stress of about 100 MPa on the compression side, but the method other than the above (Al coated by the high frequency sputtering method and the ion beam evaporation method). It can be seen that the 2 O 3 films (Samples 2 and 3) have significantly high film stress on the compression side.

【0025】実施例2 溶融石英ガラス製の基板(窓材母材)表面上に、実施例
1と同一の手法〜を用いてAl23 膜を夫々膜厚
5μmとなる様に形成した。得られた試料1’〜3’を
図1に示す熱・プラズマCVD装置の窓材2として同装
置にセットし、チャンバー内を485℃に加熱しながら
RF出力300WにてNF3 プラズマを放電させること
により、試料1’〜3’に対するプラズマ照射試験を延
べ500分実施し、試験後の外観から耐弗素プラズマ性
を評価した。
Example 2 On the surface of a substrate (window material base material) made of fused silica glass, an Al 2 O 3 film was formed to a thickness of 5 μm by using the same method as in Example 1. The obtained samples 1'to 3'are set in the same apparatus as the window material 2 of the thermal / plasma CVD apparatus shown in FIG. 1, and the NF 3 plasma is discharged at an RF output of 300 W while heating the inside of the chamber to 485 ° C. As a result, the plasma irradiation test for Samples 1 ′ to 3 ′ was performed for a total of 500 minutes, and the fluorine plasma resistance was evaluated from the appearance after the test.

【0026】また同じ様に調製した別の試料1’〜3’
に対して、50℃から550℃まで昇温速度50℃/分
で加熱し、550℃で10分間保持した後、冷却速度1
5℃/分で冷却し、50℃で10分間保持するという加
熱/冷却サイクルを10サイクル繰り返す熱サイクル試
験を実施し、試験後の外観(Al23 膜のクラック発
生状況)から耐熱性を評価した。評価結果を表2に示
す。
Another sample 1'to 3'prepared in the same manner
To 50 ° C. to 550 ° C. at a heating rate of 50 ° C./min, and holding at 550 ° C. for 10 minutes, then cooling rate 1
A heat cycle test was conducted in which a heating / cooling cycle of cooling at 5 ° C./min and holding at 50 ° C. for 10 minutes was repeated 10 times. From the appearance after the test (the state of cracking of Al 2 O 3 film), heat resistance evaluated. Table 2 shows the evaluation results.

【0027】[0027]

【表2】 [Table 2]

【0028】表2より、本発明の条件を満たしている試
料1’はプラズマ照射試験、熱サイクル試験とも結果は
良好であり、優れた弗素プラズマ耐性および耐熱性を有
していることが分かる。
From Table 2, it can be seen that Sample 1'satisfying the conditions of the present invention has good results in both the plasma irradiation test and the heat cycle test, and has excellent fluorine plasma resistance and heat resistance.

【0029】実施例3 溶融石英ガラス製の基板(窓材母材)表面上に、α−A
23 (純度99.99%以上)製焼結ターゲットを
使用し、高周波マグネトロンスパッタリング法により、
膜厚5μmのAl23 膜を形成し試料とした。なお形
成に際して、スパッタリングのための放電ガスとしてA
r(アルゴン)とO2 (酸素)を混合したガスを用い、
その混合比を変化させて試料1〜8を作成した。
Example 3 α-A was formed on the surface of a substrate (window material base material) made of fused silica glass.
By using a sintered target made of l 2 O 3 (purity of 99.99% or more) by a high frequency magnetron sputtering method,
An Al 2 O 3 film having a film thickness of 5 μm was formed and used as a sample. At the time of formation, A was used as a discharge gas for sputtering.
Using a gas in which r (argon) and O 2 (oxygen) are mixed,
Samples 1 to 8 were prepared by changing the mixing ratio.

【0030】上記試料1〜8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 膜表面をSEM
にて観察し、膜表面に対するピンホール部の孔面積率を
求め、ピンホールの発生状況を評価した。
For samples 1 to 8 above, phosphoric acid (purity 85
% Or more) as an etching solution at 80 ° C. for 1 minute, and the surface of the Al 2 O 3 film after the etching is SEM.
Then, the hole area ratio of the pinhole portion to the film surface was obtained, and the occurrence of pinholes was evaluated.

【0031】また上記試料に対して、実施例2に記載し
たのと同一の方法により、耐弗素プラズマ性を評価し
た。評価結果を表3に示す。
The above samples were evaluated for fluorine plasma resistance by the same method as described in Example 2. Table 3 shows the evaluation results.

【0032】[0032]

【表3】 [Table 3]

【0033】表3より、本発明の条件を満たしている試
料1〜3はピンホール部の面積率が1%未満と低く、ま
た耐弗素プラズマ性にも優れていることが分かる。
From Table 3, it can be seen that Samples 1 to 3 satisfying the conditions of the present invention have a low pinhole area ratio of less than 1% and are excellent in fluorine plasma resistance.

【0034】[0034]

【発明の効果】本発明の構成は上記の通りであるから、
真空装置用窓材としての透明性や耐熱性を損なうことな
く、優れたハロゲン系ガス腐食性及び対ハロゲン系プラ
ズマ腐食性を発揮し得るコーティング層の形成に成功し
た。こうして得られた窓材は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とす
ることができた。
Since the constitution of the present invention is as described above,
We have succeeded in forming a coating layer that can exhibit excellent halogen-based gas corrosiveness and halogen-based plasma corrosiveness without impairing the transparency and heat resistance of the window material for vacuum equipment. The window material thus obtained withstood thermal stress due to repeated heating / cooling during long-term use, and could be a stable window material free from peeling or cracking over a long period of time.

【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 (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 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ス製窓材を製造するに当
たり、Arを主成分とし、O2 ガス混入量が5atm%
以下である放電ガス中で、Al23 よりなるターゲッ
ト材を用い、高周波マグネトロンスパッタリング法によ
ってコーティングすることを特徴とする真空装置用窓材
の製造方法。
1. When manufacturing a transparent ceramic window material in a vacuum device in which a corrosive gas exists in a chamber, Ar is the main component and the O 2 gas content is 5 atm%.
A method for producing a window material for a vacuum device, comprising coating a target material made of Al 2 O 3 in the following discharge gas by a high frequency magnetron sputtering method.
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