KR20180115731A - Stress adjustment method - Google Patents

Stress adjustment method Download PDF

Info

Publication number
KR20180115731A
KR20180115731A KR1020187026465A KR20187026465A KR20180115731A KR 20180115731 A KR20180115731 A KR 20180115731A KR 1020187026465 A KR1020187026465 A KR 1020187026465A KR 20187026465 A KR20187026465 A KR 20187026465A KR 20180115731 A KR20180115731 A KR 20180115731A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
film
aluminum oxide
vacuum chamber
gas
oxide film
Prior art date
Application number
KR1020187026465A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
유스케 미즈노
타츠노리 이소베
타이헤이 미즈노
주니치 나가타
모토시 코바야시
야스오 오오쿠보
마코토 아라이
Original Assignee
가부시키가이샤 알박
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 가부시키가이샤 알박 filed Critical 가부시키가이샤 알박
Publication of KR20180115731A publication Critical patent/KR20180115731A/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/08Oxides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34Sputtering
    • C23C14/3492Variation of parameters during sputtering
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/0021Reactive sputtering or evaporation
    • C23C14/0036Reactive sputtering
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/08Oxides
    • C23C14/081Oxides of aluminium, magnesium or beryllium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/228Gas flow assisted PVD deposition
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34Sputtering

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)

Abstract

소정의 성막 레이트를 유지한 채로, 응력이 소정값 이내의 산화 알루미늄막을 효율적으로 성막할 수 있는 성막 방법을 제공한다. 본 발명에서는, 진공 챔버(1) 내에 피성막물(S)과, 알루미늄제 타겟(21, 22)을 대향 배치하고, 진공 분위기의 진공 챔버 내에 희가스 및 산소 가스를 도입하고, 타겟에 소정 전력을 투입하여 타겟을 스퍼터링하여 알루미늄 원자와 산소의 반응 생성물을 피성막물 표면에 부착, 퇴적시켜 산화 알루미늄막을 성막한다. 그 때, 진공 챔버 내에 수증기를 도입한다. 수증기의 분압은 1×10-3Pa~0.1Pa의 범위로 한다.Provided is a film forming method capable of efficiently forming an aluminum oxide film having a stress within a predetermined value while maintaining a predetermined film forming rate. In the present invention, the film-forming material S and the aluminum targets 2 1 and 2 2 are disposed in the vacuum chamber 1 so that the rare gas and oxygen gas are introduced into the vacuum chamber in the vacuum atmosphere, The target is sputtered by applying electric power to adhere and deposit the reaction product of aluminum atom and oxygen on the surface of the film to be filmed to form an aluminum oxide film. At this time, water vapor is introduced into the vacuum chamber. The partial pressure of water vapor is set in the range of 1 × 10 -3 Pa to 0.1 Pa.

Description

성막 방법How to deposit

본 발명은, 성막 방법에 관하여, 보다 자세하게는, 스퍼터링에 의해 피성막물 표면에 산화 알루미늄막을 성막하는 것에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a film forming method and, more particularly, to forming an aluminum oxide film on a surface of a film to be film-formed by sputtering.

산화 알루미늄막은, 표시장치나 반도체 장치에서 박막 트랜지스터 등 소자의 보호막(패시베이션막)이나 절연막으로서 종래부터 이용되는 경우가 있다. 이러한 산화 알루미늄막의 성막에는 스퍼터링법을 따르는 것이 일반적으로 알려져 있으며(예를 들면, 특허문헌 1, 2 참조), 그 중에서도, 소위 반응성 스퍼터링법을 이용하는 것이 일반적으로 이용된다. 이 경우, 타겟으로서 알루미늄제인 것을 이용하여, 해당 타겟과 피성막물을 진공 챔버 내에 배치해 진공 흡인하고, 소정 압력에 이르면, 방전용 희가스와 산소 등의 반응 가스를 도입하고, 타겟에 예를 들면 음의 전위를 가진 소정 전력을 투입하여 타겟을 스퍼터링한다. 이것에 의해, 타겟으로부터 비산한 알루미늄 원자와 산소의 반응 생성물이 피성막물에 부착, 퇴적되고 그 표면에 산화 알루미늄막이 성막된다.The aluminum oxide film is conventionally used as a protective film (passivation film) or an insulating film of a device such as a thin film transistor in a display device or a semiconductor device. It is generally known that the aluminum oxide film is formed by a sputtering method (see, for example, Patent Documents 1 and 2), and among them, a so-called reactive sputtering method is generally used. In this case, the target and the film-forming material are placed in a vacuum chamber by using aluminum as a target and vacuum suction is performed. When a predetermined pressure is reached, a reactive gas such as oxygen and rare gas is introduced into the target, And the target is sputtered by applying a predetermined electric power having a negative potential. As a result, the reaction product of aluminum atoms and oxygen scattered from the target adheres to and deposits on the film to be filmed, and an aluminum oxide film is formed on the surface of the film.

상기와 같이 하여 성막된 산화 알루미늄막은, 통상, 압축 방향의 응력을 가지지만, 그 압축 응력이 커지면, 기판의 휘어짐이 커지는 등의 문제를 초래한다. 이 경우, 타겟에 투입하는 전력을 높게 해가면, 이것에 따라 압축 응력이 증가하고, 또한, 스퍼터링에 의한 성막 시에 방전용 희가스의 유량을 감소시켜 진공 챔버 내의 압력을 낮게 해가면, 마찬가지로 압축 응력이 증가한다. 이 때문에, 타겟에 투입하는 전력을 낮게 하거나, 성막 시의 진공 챔버의 압력을 높게 하면, 응력이 소정값(예를 들면, ±500㎫) 이내의 산화 알루미늄막을 성막할 수 있지만, 이것으로는, 성막 레이트가 저하되어 버린다.The aluminum oxide film thus formed usually has a stress in the compression direction, but when the compressive stress is large, the warpage of the substrate is increased. In this case, when the power applied to the target is increased, the compressive stress is increased, and when the pressure in the vacuum chamber is lowered by reducing the flow rate of the discharge rare gas at the time of film formation by sputtering, . Therefore, when the power applied to the target is lowered or the pressure of the vacuum chamber at the time of film formation is increased, an aluminum oxide film having a stress within a predetermined value (for example, ± 500 MPa) can be formed. The film formation rate is lowered.

특허문헌 1: 특개 2003-3259호 공보Patent Document 1: JP-A-2003-3259 특허문헌 2: 특개 2010-114413호 공보Patent Document 2: JP-A-2010-114413

본 발명은, 이상의 점을 감안하여, 소정의 성막 레이트를 유지한 채로, 응력이 소정값 이내의 산화 알루미늄막을 효율적으로 성막할 수 있는 성막 방법을 제공하는 것을 그 과제로 하는 것이다.In view of the above, it is an object of the present invention to provide a film forming method capable of effectively forming an aluminum oxide film having a stress within a predetermined value while maintaining a predetermined film forming rate.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은, 진공 챔버 내에 피성막물과, 알루미늄제 또는 산화 알루미늄제 타겟을 배치하고, 진공 분위기의 진공 챔버 내에 희가스 및 산소 함유의 반응 가스 또는 희가스만을 도입하고, 타겟에 소정 전력을 투입하여 타겟을 스퍼터링함으로써 피성막물 표면에 산화 알루미늄막을 성막하는 성막 방법에 있어서, 진공 챔버 내에 수소 가스 또는 수증기를 도입하는 것을 특징으로 한다.In order to solve the above problems, the present invention is characterized in that a film-forming material and an aluminum or aluminum oxide target are arranged in a vacuum chamber, only a rare gas and an oxygen-containing reaction gas or rare gas are introduced into a vacuum chamber in a vacuum atmosphere, In which a target is sputtered to form an aluminum oxide film on the surface of a film to be formed, characterized in that hydrogen gas or steam is introduced into the vacuum chamber.

본 발명에 따르면, 타겟에의 투입 전력, 성막 시에 있어서의 진공 챔버 내의 희가스 및 반응 가스의 분압(스퍼터 가스의 도입량)을 바꾸지 않고 수소 가스 또는 수증기를 도입함으로써, 소정의 성막 레이트를 유지한 채로, 수소 가스 또는 수증기를 도입하지 않는 경우와 비교해 낮은 응력의 산화 알루미늄막을 성막할 수 있다.According to the present invention, hydrogen gas or steam is introduced without changing the applied electric power to the target, the rare gas in the vacuum chamber at the time of film formation, and the partial pressure of the reactive gas (introduction amount of the sputter gas) , An aluminum oxide film having a low stress can be formed as compared with the case where hydrogen gas or steam is not introduced.

본 발명에 있어서는, 진공 챔버 내에 수증기를 도입하는 경우, 상기 스퍼터링에 의한 성막 시, 진공 챔버 내의 상기 수증기의 분압을 1×10-3Pa~0.1Pa의 범위로 하는 것이 바람직하다. 이것에 따르면, 소정의 성막 레이트를 유지한 채로, 산화 알루미늄막의 응력을 확실히 저하시킬 수 있으며, 수증기의 분압이 1×10-2Pa일 때에는, 압축 응력을 약 -50㎫로 할 수 있는 것이 확인되었다. 또한, 수증기의 분압이 1×10-3Pa보다 낮아지면, 효과적으로 응력을 작게 한 상태로 산화 알루미늄막을 성막할 수 없고, 또한, 수증기의 분압이 0.1Pa보다 높아지면, 예를 들면 이상 방전이 유발되어 산화 알루미늄막을 성막할 수 없는 경우가 있다.In the present invention, when introducing steam into the vacuum chamber, it is preferable that the partial pressure of the steam in the vacuum chamber be set in the range of 1 × 10 -3 Pa to 0.1 Pa at the time of film formation by the sputtering. According to this, it is possible to reliably lower the stress of the aluminum oxide film while maintaining a predetermined deposition rate, and it is confirmed that the compressive stress can be set to about -50 MPa when the partial pressure of steam is 1 10 -2 Pa. . If the partial pressure of the water vapor is lower than 1 x 10 < -3 > Pa, the aluminum oxide film can not be formed in a state in which the stress is effectively reduced, and if the partial pressure of steam exceeds 0.1 Pa, So that the aluminum oxide film can not be formed.

도 1은 본 발명의 성막 방법을 실시할 수 있는 스퍼터링 장치의 모식 단면도이다.
도 2는 본 발명의 효과를 나타내는 실험예의 결과를 도시한 그래프이다.
1 is a schematic cross-sectional view of a sputtering apparatus capable of carrying out the deposition method of the present invention.
2 is a graph showing the results of an experimental example showing the effect of the present invention.

이하, 도면을 참조하여, 타겟을 알루미늄제, 피성막물을 직사각형의 유리 기판(이하, 기판(S)라고 한다)으로 하고, 반응성 스퍼터링에 따라 산화 알루미늄막을 성막하는 경우를 예로 본 발명의 실시형태의 성막 방법을 설명한다.Hereinafter, with reference to the drawings, a case where an aluminum oxide film is formed by reactive sputtering with a target made of aluminum and a film to be deposited as a rectangular glass substrate (hereinafter referred to as a substrate S) Will be described.

도 1을 참조하여, SM은, 본 발명의 성막 방법을 실시할 수 있는 마그네트론 방식의 스퍼터링 장치이다. 스퍼터링 장치(SM)는 성막실(11)을 구획하는 진공 챔버(1)를 구비한다. 이하에 있어서는, 「상」, 「하」의 방향을 나타내는 용어는, 도 1에 도시한 스퍼터링 장치(SM)의 자세를 기준으로 한다. 진공 챔버(1)의 측벽에는 배기구(12)가 개설되고, 배기구(12)에는, 로터리 펌프, 드라이 펌프, 터보 분자 펌프 등으로 구성되는 진공 배기 수단(P)으로부터의 배기관(13)이 접속되고, 성막실(11) 내를 진공 흡인하여 소정 압력(예를 들면, 1×10-5Pa)으로 유지할 수 있게 되어 있다.1, SM is a magnetron type sputtering apparatus capable of carrying out the deposition method of the present invention. The sputtering apparatus SM has a vacuum chamber 1 for partitioning a deposition chamber 11. Hereinafter, the terms "direction" and "direction" refer to the orientation of the sputtering apparatus SM shown in FIG. An exhaust port 12 is formed in a side wall of the vacuum chamber 1. An exhaust pipe 13 from a vacuum exhaust means P constituted by a rotary pump, a dry pump and a turbo molecular pump is connected to the exhaust port 12 , The inside of the deposition chamber 11 can be vacuum-sucked and maintained at a predetermined pressure (for example, 1 × 10 -5 Pa).

진공 챔버(1)의 하부에는, 알루미늄제(예를 들면, 순도 99.999%)의 타겟(21, 22)과 자석 유닛(31, 32)으로 구성되는 2개의 캐소드 유닛(Cu)이 설치된다. 각 타겟(21, 22)은, 동일한 거의 직육면체 형상으로 각각 형성된 것으로, 그 하면에는, 스퍼터링에 따른 성막 중, 해당 타겟(21, 22)을 냉각하는 구리제 냉각판(22)이 인듐 등의 본딩재(도시하지 않음)를 통해 각각 접합된다. 그리고, 냉각판(22)에 접합한 상태로 각 타겟(21, 22)이 진공 챔버(1)의 하부 내면에 진공씰 겸용 절연체(23)를 통해 설치된다. 이 경우, 각 타겟(21, 22)은, 성막실(11)의 좌우 방향으로 소정의 간격을 두고, 또한, 미사용 시의 타겟(21, 22)의 표면이, 후술한 기판(S)에 평행한 동일 평면 내에 위치하게 되어 있다. 각 타겟(21, 22)에는, 교류 전원(Ps)으로부터의 출력(Pk)이 각각 접속되고, 교류 전원(Ps)에 의해 각 타겟(21, 22) 간에 소정 주파수(예를 들면, 1kHz~100kHz)의 교류 전력이 투입되게 되어 있다.A lower portion of the vacuum chamber 1, aluminum (e. G., A purity of 99.999%) of the target (21, 22) and magnet unit (31, 32), two cathode unit (Cu) consisting of Respectively. Each of the targets 2 1 and 2 2 is formed in substantially the same rectangular parallelepiped shape and a copper cooling plate 22 for cooling the targets 2 1 and 2 2 during film formation by sputtering (Not shown) such as indium. The targets 2 1 and 2 2 are attached to the inner surface of the lower portion of the vacuum chamber 1 through the insulator 23 serving as a vacuum seal together with the cooling plate 22. In this case, each of the targets 2 1 and 2 2 has a predetermined gap in the left-right direction of the deposition chamber 11, and the surface of the target 2 1 , 2 2 at the time of un- S in the same plane. Each target (21, 22), the AC output (Pk) from the power source (Ps) are connected, respectively, between each target (21, 22) by the AC power (Ps), for a predetermined frequency (for example, , 1 kHz to 100 kHz) is to be applied.

각 냉각판(22)의 아래쪽(진공 챔버(1)의 외측)에 위치시켜 각각 배치된 자석 유닛(31, 32)은 동일한 형태를 가지며, 자석 유닛(31, 32)은, 냉각판(22)에 평행하게 설치되고, 자성 재료제 평판으로 구성되는 지지판(31)(요크)을 구비한다. 지지판(31) 상에는, 해당 지지판(31)의 중심 선상에 위치시켜 배치한 중앙 자석(32)과, 이 중앙 자석(32)의 주위를 둘러싸도록, 지지판(31)의 상면 외주를 따라 고리 형상으로 배치한 주변 자석(33)이 타겟(21, 22)측의 극성을 바꾸도록 설치된다. 이 경우, 예를 들면, 중앙 자석(32)의 동자화(同磁化)로 환산했을 때의 체적을 그 주위를 둘러싸는 주변 자석(33)의 동자화로 환산했을 때의 체적의 합(주변 자석:중앙 자석:주변 자석=1:2:1(도 1 참조)) 정도가 되도록 설계된다. 이것에 의해, 각 타겟(21, 22)의 위쪽에 균형이 잡힌 터널 형상의 누설 자장(도시하지 않음)이 각각 형성된다. 중앙 자석(32) 및 주변 자석(33)은, 네오디뮴 자석 등의 공지의 것이며, 이러한 중앙 자석 및 주변 자석은 일체인 것으로도, 또는, 소정 체적의 자석편을 복수열 설치하여 구성할 수도 있다. 또한, 예를 들면, 타겟(21, 22)의 이용 효율을 높이기 위해서, 자석 유닛(31, 32)에 구동 수단(도시하지 않음)을 접속하고, 스퍼터링에 따른 성막 중, 상하 방향 또는 좌우 방향 중 적어도 한 방향으로 소정의 스트로크로 왕복운동시키도록 할 수도 있다.The magnet units 3 1 and 3 2 disposed at the lower side of each cooling plate 22 (outside the vacuum chamber 1) have the same shape and the magnet units 3 1 and 3 2 are cooled And a support plate 31 (yoke) provided parallel to the plate 22 and composed of a flat plate made of a magnetic material. A central magnet 32 is disposed on the support plate 31 on the center line of the support plate 31. The center magnet 32 is annularly formed along the outer periphery of the upper surface of the support plate 31 so as to surround the periphery of the center magnet 32 The disposed peripheral magnets 33 are provided so as to change the polarity of the targets 2 1 and 2 2 . In this case, for example, when the volume of the central magnet 32 converted into the magnetization of the central magnet 32 is converted into the magnetization of the surrounding magnet 33 surrounding the periphery thereof (the peripheral magnet: Center magnet: peripheral magnet = 1: 2: 1 (see Fig. 1)). As a result, a balanced magnetic field (not shown) having a tunnel shape is formed above each of the targets 2 1 and 2 2 . The central magnet 32 and the peripheral magnet 33 are known ones such as a neodymium magnet. Such a central magnet and a surrounding magnet may be integrated or may be constituted by arranging a plurality of magnet pieces of a predetermined volume. Further, for example, driving means (not shown) may be connected to the magnet units 3 1 , 3 2 to increase the utilization efficiency of the targets 2 1 , 2 2 , and during the film formation by sputtering, Or reciprocating in a predetermined stroke in at least one of the left and right directions.

또한, 진공 챔버(1)의 측벽에는 가스 공급구(41a, 41b)가 개설되고, 가스 공급구(41a, 41b)에는 가스관(42a, 42b)이 각각 접속된다. 가스관(42a, 42b)은, 질량 유량 제어기(43a, 43b)를 통해, 도시 생략한 아르곤 등의 희가스의 가스원과, 산소 가스나 오존 등의 산소 함유 반응 가스의 가스원에 각각 연통하여, 성막실(11) 내에 유량 제어된 희가스와 반응 가스를 도입할 수 있도록 하고 있다.Gas supply ports 41a and 41b are formed in the side wall of the vacuum chamber 1 and gas pipes 42a and 42b are connected to the gas supply ports 41a and 41b, respectively. The gas pipes 42a and 42b are connected to a gas source of a rare gas such as argon (not shown) and a gas source of an oxygen-containing reaction gas such as oxygen gas or ozone (not shown) via mass flow controllers 43a and 43b, So that the rare gas and the reaction gas whose flow rate is controlled can be introduced into the chamber 11.

상기 스퍼터링 장치(SM)에 의해 각 타겟(21, 22)을 스퍼터링하여 기판(S) 표면에 반응성 스퍼터링에 따라 산화 알루미늄막을 성막하는 경우, 도면 바깥쪽의 진공 반송 로봇에 의해, 병설한 각 타겟(21, 22)에 대향하는 성막실(11) 상부의 소정 위치에 기판(S)을 셋팅하고, 성막실(11)을 소정 압력까지 진공 흡인한다. 성막실(11)이 소정 압력에 이르면, 질량 유량 제어기(43a, 43b)를 제어하여 희가스 및 반응 가스를 도입하고, 교류 전원(Ps)에 의해 각 타겟(21, 22) 사이에 교류 전력을 투입한다. 이것에 의해, 각 타겟(21, 22)의 위쪽에 레이스 트랙 형상에 고밀도의 플라즈마가 발생한다. 그리고, 플라즈마 중 희가스의 이온으로 타겟(21, 22)이 각각 스퍼터된다. 이것에 의해, 타겟(21, 22)으로부터 비산한 알루미늄 원자와 산소의 반응 생성물이 기판(S) 표면에 부착, 퇴적되고 산화 알루미늄막이 성막된다.When the aluminum oxide film is formed on the surface of the substrate S by reactive sputtering by sputtering the targets 2 1 and 2 2 by the sputtering apparatus SM, The substrate S is set at a predetermined position above the deposition chamber 11 opposed to the targets 2 1 and 2 2 and the deposition chamber 11 is evacuated to a predetermined pressure. When the film forming chamber 11 reaches a predetermined pressure, the mass flow controllers 43a and 43b are controlled to introduce the rare gas and the reactive gas, and alternating current power Ps is applied between the targets 2 1 and 2 2 , . As a result, a high-density plasma is generated in the form of a racetrack above each of the targets 2 1 and 2 2 . Then, the targets 2 1 and 2 2 are sputtered by the ions of the rare gas in the plasma. As a result, reaction products of aluminum atoms and oxygen scattered from the targets (2 1 , 2 2 ) adhere to and accumulate on the surface of the substrate (S), and an aluminum oxide film is formed.

여기서, 상기와 같이 하여 성막된 산화 알루미늄막은, 통상, 압축 방향의 응력을 가지지만, 그 압축 응력이 커지면, 기판의 휘어짐이 커지는 등의 문제를 초래한다. 이 때문에, 소정의 성막 레이트를 유지한 채로, 응력이 소정값(예를 들면, ±500㎫) 이내의 산화 알루미늄막을 성막할 수 있도록 할 필요가 있다. 본 실시형태에서는, 진공 챔버(1)의 측벽에 추가로 가스 공급구(41c)를 개설하고, 가스 공급구(41c)에, 질량 유량 제어기(43c)를 개재시킨 가스관(42c)을 접속하여, 성막실(11) 내에 유량 제어된 수증기를 도입할 수 있도록 했다. 그리고, 예를 들면 스퍼터링에 의한 성막 시, 질량 유량 제어기(43c)를 제어하여 성막실(11)에 수증기를 도입하는 것으로 했다. 이 경우, 성막 시의 성막실(11) 내의 수증기의 분압이 1×10-3Pa~0.1Pa의 범위가 되도록 질량 유량 제어기(43c)에 의해 수증기의 유량을 제어하는 것이 바람직하다.Here, the aluminum oxide film formed as described above generally has a stress in the compression direction, but when the compressive stress is large, a problem arises that the warp of the substrate becomes large. Therefore, it is necessary to be able to form an aluminum oxide film having a stress within a predetermined value (for example, ± 500 MPa) while maintaining a predetermined deposition rate. In this embodiment, a gas supply port 41c is additionally provided on the side wall of the vacuum chamber 1, a gas pipe 42c via a mass flow controller 43c is connected to the gas supply port 41c, So that the flow rate-controlled steam can be introduced into the deposition chamber 11. Then, for example, at the time of film formation by sputtering, the mass flow controller 43c is controlled to introduce water vapor into the film formation chamber 11. In this case, it is preferable to control the flow rate of the water vapor by the mass flow controller 43c so that the partial pressure of the water vapor in the film formation chamber 11 at the time of film formation is in the range of 1 × 10 -3 Pa to 0.1Pa.

이상에 따르면, 타겟(21, 22)으로의 투입 전력, 성막 시의 희가스와 산소 가스의 분압(즉, 질량 유량 제어기(43a, 43b)의 제어에 의한 희가스와 반응 가스의 도입량)을 바꾸지 않고 수증기를 도입함으로써, 소정의 성막 레이트를 유지한 채로, 수증기를 도입하지 않는 경우와 비교해 낮은 응력의 산화 알루미늄막을 성막할 수 있다. 이 때, 수증기의 분압을 1×10-3Pa~0.1Pa의 범위로 하면, 산화 알루미늄막의 응력을 확실히 저하시킬 수 있으며, 예를 들면, 수증기의 분압이 1×10-2Pa일 때에는, 압축 응력을 약 -50㎫로 할 수 있는 것이 확인되었다. 또한, 수증기의 분압이 1×10-3Pa보다 낮아지면, 효과적으로 응력을 작게 한 상태로 산화 알루미늄막을 성막할 수 없고, 또한, 수증기의 분압이 0.1Pa보다 높아지면, 예를 들면 이상 방전이 유발되어 산화 알루미늄막을 성막할 수 없는 경우가 있다.The input electric power to the targets 2 1 and 2 2 and the partial pressure of the rare gas and oxygen gas at the time of film formation (that is, the introduction amount of the rare gas and the reactive gas under the control of the mass flow controllers 43 a and 43 b) It is possible to form an aluminum oxide film having a lower stress as compared with the case where steam is not introduced while maintaining a predetermined deposition rate. At this time, when the partial pressure of steam is in the range of 1 × 10 -3 Pa to 0.1 Pa, the stress of the aluminum oxide film can be reliably lowered. For example, when the partial pressure of steam is 1 × 10 -2 Pa, It was confirmed that the stress can be set to about -50 MPa. If the partial pressure of the water vapor is lower than 1 x 10 < -3 > Pa, the aluminum oxide film can not be formed in a state in which the stress is effectively reduced, and if the partial pressure of steam exceeds 0.1 Pa, So that the aluminum oxide film can not be formed.

이상의 효과를 확인하기 위해서, 도 1에 도시한 스퍼터링 장치(SM)를 이용하여, 기판(S)의 표면에 산화 알루미늄막을 성막하는 실험을 실시했다. 우선, 비교 실험으로서, 각 타겟(21, 22)과 기판(S) 사이의 거리를 180mm, 교류 전원(Ps)에 의한 타겟(21, 22)간에의 투입 전력(교류 전력)을 40kW, 스퍼터 시간을 271초로 설정하고, 또한, 진공 배기되는 성막실(11) 내의 압력이 0.5Pa로 유지되도록, 질량 유량 제어기(43a, 43b)를 제어하여 희가스로서의 아르곤과 산소 가스를 8:2의 유량비로 도입했다. 그리고, 기판(S)의 중앙에 있어서, 기판(S) 표면에 성막된 산화 알루미늄막의 성막 레이트와 응력을 측정한 바, 성막 레이트는 10.56nm/min이며, 응력은 약 -1000㎫(압축 응력)였다. 또한, 막두께는, 엘립소미터(ellipsometer)를 이용하고, 또한, 응력은, 박막 응력 측정 장치를 이용하여, 각각 측정했다.In order to confirm the above effect, an experiment was conducted to form an aluminum oxide film on the surface of the substrate S by using the sputtering apparatus SM shown in Fig. First, as a comparative experiment, the distance between each of the targets 2 1 and 2 2 and the substrate S is 180 mm, and the input power (AC power) between the targets 2 1 and 2 2 by the AC power source Ps is The mass flow controllers 43a and 43b were controlled so that the pressure in the deposition chamber 11 to be evacuated was maintained at 0.5 Pa so that argon and oxygen gas as rare gases were supplied at a rate of 8: . The deposition rate and the stress of the aluminum oxide film formed on the surface of the substrate S at the center of the substrate S were measured. The deposition rate was 10.56 nm / min and the stress was about -1000 MPa (compressive stress) Respectively. The film thickness was measured with an ellipsometer, and the stress was measured with a thin film stress measuring apparatus.

이어서, 본 발명의 효과를 나타내는 실험으로서, 스퍼터 조건을 상기와 마찬가지로 하고, 성막 시, 질량 유량 제어기(43c)를 제어하여 수증기도 소정의 유량으로 도입했다. 이 경우, 수증기의 분압을 5×10-4Pa~1Pa의 범위에서 변화시키고, 그 때의 산화 알루미늄막의 응력(MPa)의 변화를 도 2에 도시한다. 이에 따르면, 수증기를 도입하면, 산화 알루미늄막의 응력이 저하되고, 수증기의 분압이 1×10-3Pa일 때, 산화 알루미늄막의 응력이 약 -500㎫ 근처까지 저하될 수 있는 것을 알았다. 이 때의 성막 레이트는 10.48nm/min이며, 성막 레이트가 거의 변화하지 않는 것이 확인되었다. 그리고, 수증기의 분압이 1×10-2Pa까지는, 해당 수증기의 분압에 역비례하여 산화 알루미늄막의 응력이 더 저하되고, 수증기의 분압이 1×10-2Pa일 때에, 산화 알루미늄막의 응력을 약 -50㎫로 할 수 있는 것이 확인되었다. 이 때의 성막 레이트는 11.00nm/min였다. 또한, 수증기의 분압을 증가시키면, 산화 알루미늄막은 인장 방향의 응력(인장 응력)을 가지게 되어, 수증기의 분압이 0.1Pa일 때에도, 산화 알루미늄막의 응력을 약 +100㎫로 할 수 있는 것이 확인되었다. 이 때의 성막 레이트는 11.20nm/min였다. 단, 분압이 0.1Pa보다 높아지면, 이상 방전이 유발되어, 산화 알루미늄막을 정상적으로 성막할 수 없었다.Next, as an experiment showing the effect of the present invention, the sputtering conditions were the same as the above, and the steam was also introduced at a predetermined flow rate by controlling the mass flow controller 43c at the time of film formation. In this case, the partial pressure of water vapor is changed in the range of 5 × 10 -4 Pa ~ 1Pa, also shown in the variation of the time the aluminum oxide film stress (MPa) of the. According to this, when steam is introduced, the stress of the aluminum oxide film is lowered, and when the partial pressure of steam is 1 10 -3 Pa, the stress of the aluminum oxide film can be lowered to about -500 MPa. The deposition rate at this time was 10.48 nm / min, and it was confirmed that the deposition rate hardly changed. And, until the partial pressure of water vapor 1 × 10 -2 Pa, and inversely proportional to the partial pressure of the water vapor the aluminum oxide film stress is further reduced, when the partial pressure of water vapor 1 × 10 -2 Pa, the aluminum oxide film stress of about - It was confirmed that the pressure was 50 MPa. The deposition rate at this time was 11.00 nm / min. Further, it was confirmed that when the partial pressure of water vapor was increased, the aluminum oxide film had a tensile stress (tensile stress) in the tensile direction, and the stress of the aluminum oxide film was about +100 MPa even when the partial pressure of steam was 0.1 Pa. The film formation rate at this time was 11.20 nm / min. However, if the partial pressure was higher than 0.1 Pa, an abnormal discharge was induced, and the aluminum oxide film could not be normally formed.

이상, 본 발명의 성막 방법의 실시형태에 대해 설명했지만, 본 발명은 상기의 것으로 한정되는 것은 아니다. 상기 실시형태에서는, 스퍼터링에 의한 성막 중, 수증기를 소정의 분압으로 도입하는 경우를 예로 설명했지만, 이것으로 한정되는 것은 아니고, 수소 가스를 소정의 분압으로 도입하는 경우에도, 산화 알루미늄막의 응력이 저하될 수 있는 것이 확인되었다. 또한, 상기 실시형태에서는, 진공 챔버(1)의 측벽에 개설한 가스 공급구(41a, 41b, 41c)로부터 희가스, 산소 가스 및 수증기를 도입하는 것을 예로 설명했지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다. 특히 도시하여 설명하지 않지만, 예를 들면 진공 챔버(1)의 저벽에 가스관을 관통시키고, 타겟(21, 22)의 주위에 위치하는 가스관의 선단으로부터, 희가스, 산소 가스나 수증기를 분출하도록 할 수도 있다.The embodiments of the film forming method of the present invention have been described above, but the present invention is not limited thereto. In the above embodiment, the case where water vapor is introduced at a predetermined partial pressure during film formation by sputtering has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and even when hydrogen gas is introduced at a predetermined partial pressure, It was confirmed that it could be. In the above embodiment, rare gas, oxygen gas and steam are introduced from the gas supply ports 41a, 41b and 41c provided in the side wall of the vacuum chamber 1. However, the present invention is not limited to this. Although not shown in the drawing, for example, gas pipes are passed through the bottom wall of the vacuum chamber 1 , and rare gas, oxygen gas or steam is jetted from the tip of the gas pipe located around the targets 2 1 , 2 2 You may.

또한, 상기 실시형태에서도, 타겟(21, 22)을 알루미늄제로 한 것을 예로 설명했지만, 타겟(21, 22)을 산화 알루미늄으로 만들고, 희가스만, 또는, 희가스에 추가로 산소를 도입하면서, 고주파 전력을 투입하여 타겟(21, 22)을 스퍼터링하여, 성막하는 경우에도 본 발명은 적용할 수 있다. 또한, 복수매의 타겟(21, 22)을 병설하고, 쌍을 이루는 것에 교류 전원(Ps)에 의해 교류 전력을 투입하는 것을 예로 설명했지만, 이것으로 한정되는 것은 아니고, 타겟을 한 장으로 하고, DC전원에서 직류 전력을 투입하는 경우에도 본 발명은 적용할 수 있다. 또한, 상기 실시형태에서는, 피성막물을 유리 기판으로 한 경우를 예로 설명했지만, 예를 들면 피성막물을 수지제 기재로 할 수도 있다. 이 경우, 시트 형상의 기재를 구동 롤러와 권취 롤러 사이에 일정한 속도로 이동시키면서 기재의 한 면에 스퍼터링에 의해 산화 알루미늄막을 성막하는 것에도 본 발명은 적용할 수 있다.Further, in the above-mentioned embodiments, the target (21, 22) a has been described that the aluminum zero example, create a target (21, 22) of aluminum oxide, introducing an oxygen in addition to the rare gas only, or a noble gas The present invention can also be applied to a case where the targets 2 1 and 2 2 are sputtered by applying high-frequency power to form a film. In the above description, a plurality of targets 2 1 and 2 2 are provided in parallel and alternating current power is supplied to the pair by an alternating current power source Ps. However, the present invention is not limited to this, And the present invention can be applied to the case where DC power is supplied from a DC power source. In the above embodiment, the case where the film-forming material is a glass substrate has been described. However, for example, the film-forming material may be made of a resin base material. In this case, the present invention can also be applied to forming an aluminum oxide film on one surface of a substrate by sputtering while moving the sheet-like base material between the driving roller and the winding roller at a constant speed.

SM: 스퍼터링 장치
1: 진공 챔버
21, 22: 타겟
42a: 가스관(희가스용)
43a: 질량 유량 제어기(희가스용)
42b: 가스관(반응 가스용)
43b: 질량 유량 제어기(반응 가스용)
42c: 가스관(수증기용)
43c: 질량 유량 제어기(수증기용)
S: 기판(피성막물)
SM: Sputtering device
1: Vacuum chamber
2 1 , 2 2 : target
42a: Gas pipe (for rare gas)
43a: Mass flow controller (for rare gas)
42b: gas pipe (for reaction gas)
43b: mass flow controller (for reaction gas)
42c: Gas pipe (for water vapor)
43c: Mass flow controller (for water vapor)
S: Substrate (film forming material)

Claims (2)

진공 챔버 내에 피성막물과, 알루미늄제 또는 산화 알루미늄제 타겟을 배치하고, 진공 분위기의 진공 챔버 내에 희가스 및 산소 함유의 반응 가스 또는 희가스만을 도입하고, 타겟에 소정 전력을 투입하여 타겟을 스퍼터링함으로써 피성막물 표면에 산화 알루미늄막을 성막하는 성막 방법에 있어서,
진공 챔버 내에 수소 가스 또는 수증기를 도입하는 것을 특징으로 하는, 성막 방법.
A target to be formed is placed in a vacuum chamber and a target made of aluminum or aluminum oxide is introduced into a vacuum chamber of a vacuum atmosphere to introduce only a rare gas and an oxygen containing reactive gas or a rare gas, A film forming method for forming an aluminum oxide film on a surface of a film-
Wherein hydrogen gas or water vapor is introduced into the vacuum chamber.
청구항 1에 있어서, 진공 챔버 내에 수증기를 도입하는 경우, 상기 스퍼터링에 의한 성막 시, 진공 챔버 내의 상기 수증기의 분압을 1×10-3Pa~0.1Pa의 범위로 하는 것을 특징으로 하는, 성막 방법.The film forming method according to claim 1, wherein when steam is introduced into the vacuum chamber, the partial pressure of the water vapor in the vacuum chamber is set to 1 × 10 -3 Pa to 0.1 Pa when the film is formed by sputtering.
KR1020187026465A 2016-06-23 2017-05-31 Stress adjustment method KR20180115731A (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016124478A JP6322669B2 (en) 2016-06-23 2016-06-23 Stress adjustment method
JPJP-P-2016-124478 2016-06-23
PCT/JP2017/020216 WO2017221650A1 (en) 2016-06-23 2017-05-31 Film formation method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20180115731A true KR20180115731A (en) 2018-10-23

Family

ID=60784678

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020187026465A KR20180115731A (en) 2016-06-23 2017-05-31 Stress adjustment method

Country Status (5)

Country Link
JP (1) JP6322669B2 (en)
KR (1) KR20180115731A (en)
CN (1) CN109328243A (en)
TW (1) TWI686489B (en)
WO (1) WO2017221650A1 (en)

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0364451A (en) * 1989-07-31 1991-03-19 Sharp Corp Production of insulation coating film
JPH06248420A (en) * 1993-02-25 1994-09-06 Kyocera Corp Hard film coated member
JPH0770749A (en) * 1993-09-03 1995-03-14 Canon Inc Formation of thin film and device therefor
US5911856A (en) * 1993-09-03 1999-06-15 Canon Kabushiki Kaisha Method for forming thin film
JP3391944B2 (en) * 1995-07-06 2003-03-31 キヤノン株式会社 Method of forming oxide thin film
JPH0995773A (en) * 1995-10-03 1997-04-08 Kobe Steel Ltd Production of window material for vacuum device
JP2002030432A (en) * 2000-07-19 2002-01-31 Hitachi Ltd System and method for sputtering
WO2004077519A2 (en) * 2003-02-27 2004-09-10 Mukundan Narasimhan Dielectric barrier layer films
JP2005138208A (en) * 2003-11-05 2005-06-02 Sumitomo Electric Hardmetal Corp Surface coated cutting tool and its manufacturing method
US20060165994A1 (en) * 2004-07-07 2006-07-27 General Electric Company Protective coating on a substrate and method of making thereof
JP2014141698A (en) * 2013-01-23 2014-08-07 Dainippon Screen Mfg Co Ltd Film deposition method for aluminium oxide
CN104480442A (en) * 2014-12-05 2015-04-01 中国科学院电工研究所 Method for preparing transparent conductive film containing aluminum zinc hydroxide

Also Published As

Publication number Publication date
TWI686489B (en) 2020-03-01
JP6322669B2 (en) 2018-05-09
CN109328243A (en) 2019-02-12
WO2017221650A1 (en) 2017-12-28
JP2017226887A (en) 2017-12-28
TW201816150A (en) 2018-05-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101747291B1 (en) Sputtering method
CN102187010A (en) Sputtering apparatus, method for forming thin film, and method for manufacturing field effect transistor
KR20080064125A (en) Spattering and film forming method
US20170004995A1 (en) Film Forming Apparatus and Film Forming Method
WO2011111712A1 (en) Sputtering device
JP5527894B2 (en) Sputtering equipment
WO2011152481A1 (en) Sputter film forming device
TWI433950B (en) Film forming method
JP2012102384A (en) Magnetron sputtering apparatus
KR102163937B1 (en) Film formation method
JP4912980B2 (en) Deposition method
KR20180115731A (en) Stress adjustment method
TWI444490B (en) Sputtering method
JP2010248576A (en) Magnetron sputtering apparatus
JP6887230B2 (en) Film formation method
JP2013001943A (en) Sputtering apparatus
JP4959175B2 (en) Magnetron sputtering electrode and sputtering apparatus provided with magnetron sputtering electrode
JP6734711B2 (en) Deposition method
KR102140914B1 (en) Forming method of internal stress control film
KR102376098B1 (en) film formation method
KR20190138670A (en) Deposition apparatus and deposition method
JP5025334B2 (en) Magnetron sputtering electrode and sputtering apparatus provided with magnetron sputtering electrode
JP7219140B2 (en) Deposition method
KR101683726B1 (en) apparatus for processing substrates
WO2019163439A1 (en) Film formation method

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
A302 Request for accelerated examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application