JPH11100670A - Thin coating forming device and formation of thin coating - Google Patents
Thin coating forming device and formation of thin coatingInfo
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- JPH11100670A JPH11100670A JP26234597A JP26234597A JPH11100670A JP H11100670 A JPH11100670 A JP H11100670A JP 26234597 A JP26234597 A JP 26234597A JP 26234597 A JP26234597 A JP 26234597A JP H11100670 A JPH11100670 A JP H11100670A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、高精度の膜厚制御
を実現できる薄膜形成装置および薄膜形成方法に関す
る。The present invention relates to a thin film forming apparatus and a thin film forming method capable of realizing highly accurate film thickness control.
【０００２】[0002]
【従来の技術】スパッタリング装置、例えば、マグネト
ロンスパッタリング装置では、プラズマ放電中のアルゴ
ンガスイオン等がターゲットに衝突し、そこからスパッ
タされる粒子が対向配置された被処理物上に堆積する現
象を利用して成膜を行うものである。すなわち、所定の
高周波電圧もしくは直流高電圧が印加されると、雰囲気
中の電子が加速され、アルゴンガス等がイオン化し、プ
ラズマが形成される。ターゲットの上方に形成された磁
石による磁界の影響で、プラズマはトラップされ、ター
ゲットの上方でレーストラック状又は環状等に形成され
る。磁界を回転することによりターゲット表面に均一に
プラズマを形成することも可能である。放電により、タ
ーゲット表面にセルフバイアス電圧が誘起され、これに
より、プラズマ中の正イオンがターゲットに衝突して、
ターゲットからスパッタされる粒子が放出されて、被処
理物に堆積される。2. Description of the Related Art In a sputtering apparatus, for example, a magnetron sputtering apparatus, a phenomenon in which argon gas ions or the like during plasma discharge collides with a target and particles sputtered therefrom are deposited on an object to be treated opposed to the target. To form a film. That is, when a predetermined high-frequency voltage or direct-current high voltage is applied, electrons in the atmosphere are accelerated, and argon gas or the like is ionized to form plasma. The plasma is trapped under the influence of the magnetic field generated by the magnet formed above the target, and is formed above the target in a racetrack or ring shape. By rotating the magnetic field, it is also possible to form plasma uniformly on the target surface. The discharge induces a self-bias voltage on the target surface, which causes positive ions in the plasma to collide with the target,
Particles sputtered from the target are emitted and deposited on the object.
【０００３】このような被処理物に形成される膜の成膜
速度は、ターゲットから放出されるスパッタ粒子の量
と、このスパッタ粒子が被処理物に到達し、付着する確
率で決定される。特に高精度の膜厚制御を実現するため
には、成膜レートを安定化し、成膜時間を制御すること
で膜厚を制御することが行われていた。[0003] The deposition rate of a film formed on such an object to be processed is determined by the amount of sputtered particles emitted from the target and the probability that the sputtered particles reach and adhere to the object to be processed. In particular, in order to realize highly accurate film thickness control, the film thickness has been controlled by stabilizing the film formation rate and controlling the film formation time.
【０００４】スパッタレートを安定化するために、導入
するガスの純度、流量、圧力、印加電力を一定に保持
し、また、ターゲットと被処理物の位置を同一にするな
どの対策が取られていた。[0004] In order to stabilize the sputter rate, measures have been taken such as keeping the purity, flow rate, pressure and applied power of the introduced gas constant, and making the position of the target and the object to be treated the same. Was.
【０００５】特開平７−１５７８７３号公報では、ター
ゲットと被処理物の位置あわせを高精度に行うことで、
スパッタレートを安定化し、膜厚を高精度に制御する装
置が開示されている。In Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-157873, the alignment between a target and an object to be processed is performed with high precision,
An apparatus for stabilizing a sputter rate and controlling a film thickness with high accuracy is disclosed.
【０００６】特開平５−１４８６２９号公報では、ター
ゲットの温度を一定に保ちつつ、スパッタリングし、プ
ラズマダメージのないスパッタリングを可能とする手法
について開示されている。[0006] Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-148629 discloses a technique for performing sputtering while keeping the temperature of a target constant, thereby enabling sputtering without plasma damage.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、スパッ
タレートはターゲットから放出されるスパッタ粒子の量
と、このスパッタ粒子が被処理物に到達し、付着する確
率で決定されるものである。すなわち、特開平７−１５
７８７３号公報に開示された方法により、いかにターゲ
ットと被処理物の位置を高精度に制御して放出された粒
子の被処理物付着確率を制御しても、ターゲットから放
出されるスパッタ粒子の量が変化してしまえば、高精度
のレート安定化、ひいては高精度の膜厚制御は実現でき
ない。一方、特開平５−１４８６２９号公報に開示され
た方法によれば、ターゲットの温度を長時間の放電中に
ターゲットの温度を一定に保つことはできても、放電初
期の温度を一定に保つことは困難であり、この間の成膜
レートは後述するように図２のように変動してしまう。
またこの方法では、成膜中に基板温度が変化してしまう
ため、スパッタレートの高精度の制御には限界があっ
た。However, the sputter rate is determined by the amount of sputtered particles emitted from the target and the probability that the sputtered particles reach and adhere to the workpiece. That is, JP-A-7-15
According to the method disclosed in Japanese Patent No. 7873, the amount of sputtered particles emitted from the target can be controlled no matter how the position of the target and the object to be processed is controlled with high accuracy and the probability of the particles adhering to the object to be processed is controlled. If the value changes, high-precision rate stabilization and, consequently, high-precision film thickness control cannot be realized. On the other hand, according to the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-148629, even if the target temperature can be kept constant during a long-time discharge, the temperature at the beginning of discharge can be kept constant. Is difficult, and the film formation rate during this period fluctuates as shown in FIG.
Further, in this method, since the substrate temperature changes during the film formation, there is a limit in controlling the sputtering rate with high accuracy.
【０００８】本発明は上述したような事情に鑑みてなさ
れたものであって、ターゲットからスパッタされるスパ
ッタ粒子の量および被処理物に付着する確率を高精度に
管理し、高精度の膜厚制御を実現できるスパッタリング
装置を提供することを目的とするものである。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and it is possible to control the amount of sputter particles sputtered from a target and the probability of adhering to a processing object with high accuracy, and to achieve a high-precision film thickness. It is an object of the present invention to provide a sputtering apparatus capable of realizing control.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明によれば、所定のガスが導入された真空容器内で、放
電中にイオンをターゲットに衝突させ、該ターゲットか
らスパッタされた粒子を該ターゲットに対向配置された
被処理物に堆積させて成膜する薄膜形成装置において、
ターゲット表面温度測定手段と、スパッタリング中の前
記ターゲットの表面温度を一定に保つターゲット表面温
度制御手段と、前記被処理物と前記ターゲットとの間に
備えられたシャッター機構とを有し、前記シャッター機
構は、放電開始後、前記ターゲットの表面温度が一定に
なった段階で開き、所定の成膜時間が経過した後に閉じ
るように制御されることを特徴とする薄膜形成装置が提
供される。According to the present invention for solving the above-mentioned problems, ions are made to collide with a target during discharge in a vacuum vessel into which a predetermined gas is introduced, and particles sputtered from the target are discharged. In a thin film forming apparatus that deposits and forms a film on an object to be processed that is arranged to face the target,
A target surface temperature measurement unit, a target surface temperature control unit that keeps the surface temperature of the target constant during sputtering, and a shutter mechanism provided between the object to be processed and the target, wherein the shutter mechanism The thin film forming apparatus is characterized in that it is controlled to open when the surface temperature of the target becomes constant after the start of discharge and to close after a predetermined film formation time has elapsed.
【００１０】また、本発明によれば、真空容器内に所定
のガスを導入し、放電中にイオンをターゲットに衝突さ
せ、該ターゲットからスパッタされた粒子を該ターゲッ
トに対向配置された被処理物に堆積させて成膜する薄膜
形成方法において、前記ターゲットに高周波電力を印加
して放電した後、前記ターゲットの表面温度が一定とな
った段階で前記被処理物と前記ターゲットとの間に備え
られたシャッター機構を開けて成膜を開始し、成膜中は
前記ターゲットの表面温度を一定に保ち、所定の成膜時
間が経過した後に前記シャッター機構を閉じることを特
徴とする薄膜形成方法が提供される。Further, according to the present invention, a predetermined gas is introduced into a vacuum vessel, ions are made to collide with a target during discharge, and particles sputtered from the target are processed to be treated opposite to the target. In the thin film forming method of depositing and forming a film on the target, after applying high frequency power to the target and discharging, the target is provided between the target and the target at a stage where the surface temperature of the target becomes constant. Opening the shutter mechanism to start film formation, maintaining the surface temperature of the target constant during film formation, and closing the shutter mechanism after a predetermined film formation time has elapsed. Is done.
【００１１】また、本発明によれば、真空容器内に所定
のガスを導入し、放電中にイオンをターゲットに衝突さ
せ、該ターゲットからスパッタされた粒子を該ターゲッ
トに対向配置された被処理物に堆積させて成膜する薄膜
形成方法において、前記ターゲットに高周波電力を印加
して放電した後、前記ターゲットの表面温度が一定とな
った段階で前記被処理物と前記ターゲットとの間に備え
られたシャッター機構を開けて成膜を開始し、成膜中は
前記被処理物の表面温度を一定に保ち、所定の成膜時間
が経過した後に前記シャッター機構を閉じることを特徴
とする薄膜形成方法が提供される。Further, according to the present invention, a predetermined gas is introduced into a vacuum vessel, ions are made to collide with a target during a discharge, and particles sputtered from the target are processed to be treated opposite to the target. In the thin film forming method of depositing and forming a film on the target, after applying high frequency power to the target and discharging, the target is provided between the target and the target at a stage where the surface temperature of the target becomes constant. Forming a thin film by opening the shutter mechanism, starting the film formation, maintaining a constant surface temperature of the object to be processed during the film formation, and closing the shutter mechanism after a predetermined film formation time has elapsed. Is provided.
【００１２】本発明によれば、ターゲット表面温度をモ
ニターし高精度に一定値に保持することで、ターゲット
からスパッタされる粒子の量を高精度に安定化すること
ができる。また、被処理物温度を制御すれば被処理物に
付着するスパッタ粒子の量を高精度に安定化することが
できる。これらにより高精度に膜厚が制御された薄膜の
形成が可能となる。また、放電開始後ターゲットの表面
温度が一定になった段階で開き、所定の成膜時間が経過
した後に閉じるように制御されたシャッター機構を用い
ているため、放電初期のターゲット温度のばらつきに起
因する膜厚の変動を回避することができ、膜厚の精度を
さらに高めることができる。According to the present invention, the amount of particles sputtered from the target can be stabilized with high precision by monitoring the surface temperature of the target and maintaining it at a constant value with high precision. Further, by controlling the temperature of the object to be processed, the amount of sputtered particles adhering to the object to be processed can be stabilized with high accuracy. These make it possible to form a thin film whose thickness is controlled with high precision. In addition, since the shutter mechanism is controlled so that the target opens when the surface temperature of the target becomes constant after the start of discharge and closes after the elapse of a predetermined film formation time, it may be caused by variations in the target temperature at the beginning of discharge. The variation in the film thickness can be avoided, and the accuracy of the film thickness can be further improved.
【００１３】[0013]
【発明の実施の形態】本発明の第１の実施形態に係る薄
膜形成装置について図面を参照しつつ説明する。図１
は、本発明に係るマグネトロンスパッタリング装置の断
面図である。この図１に示すように、スパッタリング装
置には、内部を略真空状態に維持する真空容器１が設け
られている。この真空容器１の底部の中央部には、内部
に磁石を収め、外部から供給される冷却水を内部を流通
させてターゲットの冷却を行う冷却ボックス２が設けら
れている。この冷却ボックス２の上面には、カソード電
極としてのパッキングプレート３が配置されており、こ
のパッキングプレート３の上面に、種々の金属、もしく
はセラミックスからなるターゲット４が固定されてい
る。このターゲット４との間に所定の間隙をおいて外方
に配置されたアノード電極５が真空容器１に固定されて
いる。なお、アノード電極５とパッキングプレート３と
の間には、絶縁材６が設置されている。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A thin film forming apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG.
1 is a sectional view of a magnetron sputtering apparatus according to the present invention. As shown in FIG. 1, the sputtering apparatus is provided with a vacuum vessel 1 for maintaining the inside of the sputtering apparatus in a substantially vacuum state. At the center of the bottom of the vacuum vessel 1, there is provided a cooling box 2 for accommodating a magnet inside and cooling a target by flowing cooling water supplied from the outside through the inside. A packing plate 3 as a cathode electrode is arranged on the upper surface of the cooling box 2, and a target 4 made of various metals or ceramics is fixed on the upper surface of the packing plate 3. An anode electrode 5 disposed outside with a predetermined gap between the target 4 and the target 4 is fixed to the vacuum vessel 1. Note that an insulating material 6 is provided between the anode electrode 5 and the packing plate 3.
【００１４】さらに、真空容器１の上面には、被処理物
７が図示しない移動機構により被処理物支持機構８とロ
ードロック室１０との間をゲートバルブ９を介して移動
自在に設けられている。被処理物７とターゲット４の間
には、放電が安定するまで被処理物７に膜が付着しない
よう、シャッター１１が設けられている。このシャッタ
ーは図示しない移動機構により、高速で開閉可能となっ
ている。なお、特に、符号を付さないが、真空容器１内
の漏れを防止するため、適宜箇所には、シール部材が設
けられている。Further, on the upper surface of the vacuum vessel 1, a workpiece 7 is provided movably between a workpiece support mechanism 8 and a load lock chamber 10 via a gate valve 9 by a moving mechanism (not shown). I have. A shutter 11 is provided between the object 7 and the target 4 so that a film does not adhere to the object 7 until the discharge is stabilized. This shutter can be opened and closed at a high speed by a moving mechanism (not shown). Although not particularly denoted by a reference numeral, a seal member is provided at an appropriate place to prevent leakage in the vacuum vessel 1.
【００１５】ここで、真空容器１を所定の圧力にまで排
気ボート１２を介して排気系１３により真空に排気す
る。所定の圧力にまで排気が完了したところで、ガス導
入ポート１４より、図示しないマスフローコントローラ
ーを含むガス供給系より、Ａｒガスを導入する。ここ
で、導入するガスは、流量、純度、圧力は高精度に制御
され、一定値に保持されている。スパッタガスとしては
ここで示すＡｒ以外にＨｅ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅ等の不活
性ガスや、酸素、窒素、Ｈ2Ｏ、ＣＦ4等の反応性ガスを
導入してもよい。Here, the vacuum vessel 1 is evacuated to a predetermined pressure by an exhaust system 13 through an exhaust boat 12 to a vacuum. When the evacuation to a predetermined pressure is completed, Ar gas is introduced from a gas supply system including a mass flow controller (not shown) through the gas introduction port 14. Here, the flow rate, purity, and pressure of the gas to be introduced are controlled with high precision and are kept at constant values. As the sputtering gas, an inert gas such as He, Ne, Kr, or Xe, or a reactive gas such as oxygen, nitrogen, H 2 O, or CF 4 may be introduced in addition to Ar shown here.
【００１６】このような状態でバンキングプレート３に
所定の高周波電源１５より高周波電圧が印加されると、
放電されてアルゴンガスがイオン化し、磁石３１による
磁界がターゲット４の上方に形成されているため、磁界
に電子がトラップされ、マグネトロンプラズマが発生す
る。これにより、プラズマ中のイオンがターゲット４に
衝突し、ターゲット４からスパッタされる粒子が放出さ
れて、被処理物７に堆積される。When a high frequency voltage is applied to the banking plate 3 from a predetermined high frequency power supply 15 in such a state,
Since the argon gas is discharged and ionized, and the magnetic field generated by the magnet 31 is formed above the target 4, electrons are trapped in the magnetic field, and magnetron plasma is generated. As a result, ions in the plasma collide with the target 4, and particles sputtered from the target 4 are emitted and deposited on the workpiece 7.
【００１７】さらに、本実施形態では、放電中のターゲ
ット温度を放射温度計１６で測定できる構成になってい
る。ここで用いる放射温度計１６はチャンバーからの放
射光や、放電発光等の外乱の影響を受けないためと、タ
ーゲットからの放射光を高感度に捕らえるため、使用波
長を適時選択する必要がある。本実施形態では２〜１２
μｍの範囲可変放射温度計を用い、使用ターゲットに対
応して最適な波長を選択した。ターゲット冷却水はチラ
ー１８で所望の温度に調整され、流量制御機構１９によ
り流量制御できる構成となっており、ターゲット表面温
度を一定に保つため、ターゲット４の冷却水の温度、流
量にフィードバックして調整するフィードバック機構１
７を設置している。ここで、ターゲット表面温度の制御
は、スパッタ条件にもよるが、通常、設定温度に対して
±５℃以内、好ましくは±１℃以内とする。このように
することにより、膜厚を高精度に制御することができ
る。Further, in the present embodiment, the target temperature during discharge can be measured by the radiation thermometer 16. The radiation thermometer 16 used here needs to select a wavelength to be used in a timely manner because it is not affected by disturbances such as radiation from the chamber and discharge light emission, and in order to capture radiation from the target with high sensitivity. In the present embodiment, 2 to 12
Using a radiation thermometer with a variable range of μm, the optimum wavelength was selected according to the target used. The target cooling water is adjusted to a desired temperature by the chiller 18 and the flow rate can be controlled by the flow rate control mechanism 19. In order to keep the target surface temperature constant, the target cooling water is fed back to the temperature and flow rate of the cooling water of the target 4. Adjustment feedback mechanism 1
7 are installed. Here, the control of the target surface temperature is usually within ± 5 ° C., preferably ± 1 ° C., with respect to the set temperature, although it depends on the sputtering conditions. By doing so, the film thickness can be controlled with high accuracy.
【００１８】次に、本発明の第２の実施形態に係るスパ
ッタリング装置を図面を参照しつつ説明する。図４は、
本発明の第２の実施形態に係るマグネトロンスパッタリ
ング装置の断面図である。図４はターゲット表面温度測
定手段を熱電対２６に、また、スパッタ電力として、高
周波電源を直流電源２５に置き換えている以外は、図１
と同様である。Next, a sputtering apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG.
It is a sectional view of a magnetron sputtering device concerning a 2nd embodiment of the present invention. 4 except that the target surface temperature measuring means is replaced by a thermocouple 26 and the sputter power is replaced by a DC power supply 25 instead of a high-frequency power supply.
Is the same as
【００１９】放射温度計は印加高周波や直流電力の影響
を受けず、ターゲット表面の任意の場所の温度測定が可
能なことから、非常に使いやすい。しかしながら、測定
波長を最適に制御し、真空容器１内の温度の影響を受け
ないように入射光線を削除する努力をしても、ターゲッ
トの種類によっては、外乱の影響を完全に排除しきれ
ず、測定精度が落ちることがある。The radiation thermometer is very easy to use because it is not affected by the applied high frequency or DC power and can measure the temperature at any location on the target surface. However, even if efforts are made to optimally control the measurement wavelength and eliminate incident light so as not to be affected by the temperature inside the vacuum vessel 1, the effect of disturbance cannot be completely eliminated depending on the type of target, Measurement accuracy may decrease.
【００２０】たとえば、Ａｌ2Ｏ3酸化物薄膜を形成する
際、Ａｌ金属ターゲットを用いてリアクティブスパッタ
を行おうとした場合、成膜条件によってはターゲット表
面が金属になったり、酸化状態になったりと、物性が極
端に変化する場合がある。放射温度係数は物性によっ
て、変化するため、このような状況では正確な温度モニ
ターが難しくなる。For example, when forming an Al 2 O 3 oxide thin film, if the reactive sputtering is performed using an Al metal target, the target surface may become metal or oxidized depending on the film forming conditions. In some cases, physical properties may change extremely. Since the radiation temperature coefficient changes depending on physical properties, accurate temperature monitoring becomes difficult in such a situation.
【００２１】本実施形態では、この対策として、ターゲ
ット表面に熱電対を設置し、熱電対により、ターゲット
表面温度を測定する手段を設けている。ターゲット４に
金属Ａｌを用い、スパッタガスにＡｒ、Ｏ2を導入し
て、直流電圧を印加し、反応性スパッタによって、被処
理物７上にＡｌ2Ｏ3薄膜を形成する方法について、説明
する。In this embodiment, as a countermeasure, a thermocouple is provided on the target surface, and means for measuring the target surface temperature by the thermocouple is provided. A method for forming an Al 2 O 3 thin film on the workpiece 7 by reactive sputtering using a metal Al as the target 4, introducing Ar and O 2 into the sputtering gas, applying a DC voltage, and reactive sputtering will be described. .
【００２２】熱電対のターゲット表面への設置について
は、何点かの注意が必要である。熱電対２６は絶縁材料
でできた接着剤で、アノード電極５の影になる部分に固
定している。これは、ターゲット表面に印加される電圧
の影響を受けないためと、プラズマにさらされること
で、熱電対自身が加熱されるのを防ぐ目的がある。Some precautions are required when placing the thermocouple on the target surface. The thermocouple 26 is an adhesive made of an insulating material, and is fixed to a shadowed portion of the anode electrode 5. This is for the purpose of being unaffected by the voltage applied to the target surface and of preventing the thermocouple itself from being heated by being exposed to plasma.
【００２３】ターゲットに印加する電力が高周波の場合
には、誘導起電力が生じることがあり、このような場合
には、熱電対にローパスフィルターを取り付けるなどの
対策が必要になる。When the power applied to the target is at a high frequency, an induced electromotive force may be generated. In such a case, it is necessary to take measures such as attaching a low-pass filter to the thermocouple.
【００２４】ここで、ターゲット裏面に熱電対を設置し
てもよいが、ターゲット表面の温度が重要であり、精度
が落ちるため、高精度膜厚制御には表面に取り付けるこ
とが望ましい。Here, a thermocouple may be provided on the back surface of the target, but since the temperature on the front surface of the target is important and accuracy is reduced, it is desirable to attach the thermocouple to the front surface for high-precision film thickness control.
【００２５】次に、本発明の第３の実施形態に係るスパ
ッタリング装置を図面を参照しつつ説明する。図５は、
本発明の第３の実施形態に係るマグネトロンスパッタリ
ング装置の断面図である。図５は被処理物表面温度測定
手段３１、被処理物温度、ターゲット温度フィードバッ
ク回路３２および、被処理物温度調整用ヒータ３３を設
置している以外は、図１と同様である。Next, a sputtering apparatus according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG.
It is a sectional view of a magnetron sputtering device concerning a 3rd embodiment of the present invention. FIG. 5 is the same as FIG. 1 except that a workpiece surface temperature measuring means 31, a workpiece temperature, a target temperature feedback circuit 32, and a workpiece temperature adjusting heater 33 are provided.
【００２６】ターゲットから放出されるスパッタ粒子数
を高精度に制御しても、被処理物温度が変化すること
で、わずかに成膜レートが変化してしまう。本実施形態
では、成膜中の被処理物表面温度を制御することによ
り、さらに、成膜レートの安定化を実現する手法につい
て、例示している。Even if the number of sputtered particles emitted from the target is controlled with high precision, the film formation rate slightly changes due to a change in the temperature of the workpiece. In the present embodiment, a method of controlling the surface temperature of an object to be processed during film formation to further stabilize the film formation rate is exemplified.
【００２７】本実施形態では、ターゲット温度が安定化
し、シャッターを開いて成膜を開始したのち、被処理物
表面温度を被処理物表面温度測定手段３１によりモニタ
ーし、フィードバック回路３２により、被処理物加熱ヒ
ーターにフィードバックして、被処理物温度を成膜中常
に一定に保つようにしている。こうすることで、成膜速
度の更なる安定化を図ることが可能となる。ここで、被
処理物表面温度の制御は、スパッタ条件にもよるが、通
常、設定温度に対して±１０℃以内、好ましくは±３℃
以内とする。このようにすることにより、膜厚を高精度
に制御することができる。In this embodiment, after the target temperature is stabilized and the shutter is opened to start film formation, the surface temperature of the workpiece is monitored by the workpiece surface temperature measuring means 31 and the feedback circuit 32 is used to monitor the temperature of the workpiece. The temperature of the object to be processed is always kept constant during film formation by feeding back to the object heater. This makes it possible to further stabilize the film forming speed. Here, the control of the surface temperature of the object to be processed depends on sputtering conditions, but is usually within ± 10 ° C. with respect to the set temperature, preferably ± 3 ° C.
Within. By doing so, the film thickness can be controlled with high accuracy.
【００２８】本実施形態では被処理物表面温度測定手段
３１に、放射温度計を用いているが、被処理物表面に熱
電対を接触させて測定してももちろん良い。また、被処
理物温度調整手段としては、本実施形態ではヒータを用
いているが、被処理物冷却が必要な場合には、被処理物
支持機構８内に冷却水を流し、この水温、流量を制御し
て被処理物表面温度を一定に保持することもできる。In this embodiment, a radiation thermometer is used as the object surface temperature measuring means 31. However, it is a matter of course that measurement may be performed by bringing a thermocouple into contact with the surface of the object. In the present embodiment, a heater is used as the processing object temperature adjusting means. However, when cooling of the processing object is required, a cooling water is flowed into the processing object support mechanism 8 and the water temperature and the flow rate are controlled. Can be controlled to keep the surface temperature of the object to be treated constant.
【００２９】また、ターゲット表面温度を制御したもう
一つのターゲットを設置し、被処理物を移動して交互に
成膜を行うこともできる。Alternatively, another target having a controlled target surface temperature may be provided, and the object may be moved to form a film alternately.
【００３０】[0030]
【実施例】以下、図１の装置を用いてガラス基板上に高
精度に膜厚を制御されたＡｌ2Ｏ3膜を形成する方法の一
例について説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an example of a method for forming an Al 2 O 3 film having a controlled thickness with high precision on a glass substrate using the apparatus shown in FIG. 1 will be described.
【００３１】ターゲットにはＡｌ2Ｏ3セラミックを用
い、基板には石英基板を用いた。基板を被処理物支持機
構８に取り付け、真空容器１を２×１０-4Ｐａまで排気
する。その後、シャッターを閉じ、Ａｒガスを１００ｓ
ｃｃｍ、酸素ガスを２０ｓｃｃｍ導入して、ターゲット
４に高周波電力を３００Ｗ印加し放電する。放電中、タ
ーゲットの温度は放射温度計１６によりモニターされ制
御される。ターゲット温度が一定に保持されたところで
シャッターを開け、基板上にＡｌ2Ｏ3膜を３０ｍｉｎ成
膜した。成膜中は、ターゲットの温度は、冷却水の温度
をチラー１８で、冷却水の流量を流量制御機構１９で制
御することにより、一定に保たれる。成膜終了後、シャ
ッター機構を閉じ、放電を停止する。ここで、基板をロ
ードロック室を介して、大気に搬出する。An Al 2 O 3 ceramic was used as a target, and a quartz substrate was used as a substrate. The substrate is mounted on the workpiece support mechanism 8, and the vacuum vessel 1 is evacuated to 2 × 10 −4 Pa. Then, the shutter is closed and Ar gas is supplied for 100 seconds.
Ccm and oxygen gas are introduced at 20 sccm, and high-frequency power of 300 W is applied to the target 4 to discharge. During discharge, the temperature of the target is monitored and controlled by the radiation thermometer 16. When the target temperature was kept constant, the shutter was opened, and an Al 2 O 3 film was formed on the substrate for 30 minutes. During film formation, the temperature of the target is kept constant by controlling the temperature of the cooling water with the chiller 18 and the flow rate of the cooling water with the flow rate control mechanism 19. After the film formation is completed, the shutter mechanism is closed to stop the discharge. Here, the substrate is carried out to the atmosphere via the load lock chamber.
【００３２】以上のようにして同一条件でガラス基板上
に６回Ａｌ2Ｏ3膜を形成し、膜厚の再現性を確認した。
膜厚の測定は光学干渉法により行った。成膜回数と膜厚
の関係を表１および図６に示す。膜厚の目標値は１００
０オングストロームである。図から明らかなように、本
実施例に示した薄膜形成方法によれば膜厚のばらつきが
抑えられ、その変動幅は目標値に対して±１％以下とな
った。As described above, the Al 2 O 3 film was formed six times on the glass substrate under the same conditions, and the reproducibility of the film thickness was confirmed.
The film thickness was measured by an optical interference method. Table 1 and FIG. 6 show the relationship between the number of film formations and the film thickness. The target value of the film thickness is 100
0 Angstrom. As is clear from the drawing, the variation in the film thickness was suppressed according to the thin film forming method shown in the present embodiment, and the variation width was ± 1% or less with respect to the target value.
【００３３】[0033]
【表１】 図２は、ターゲット温度を制御しつつ、シャッターを放
電初期から開放したまま、成膜時間を３０ｍｉｎ間と一
定にして成膜した際の膜厚の再現性を示している。この
方法では膜厚の再現性が悪く、ばらつきが大きいことが
わかる。これは、ターゲット温度制御に時間がかかるた
め、放電初期にターゲットの温度がばらついているため
である。[Table 1] FIG. 2 shows the reproducibility of the film thickness when a film is formed with the film forming time kept constant for 30 minutes while controlling the target temperature and keeping the shutter open from the beginning of discharge. It can be seen that this method has poor film thickness reproducibility and large variations. This is because the target temperature control takes time, and the temperature of the target fluctuates in the early stage of discharge.
【００３４】図３はターゲット温度を制御せず、高周波
電力が設定値に達した時点でシャッターを開き、３０ｍ
ｉｎ成膜した際の膜厚再現性を示す。繰り返し、連続で
成膜していると、ターゲット冷却水温度が徐々に上昇
し、スパッタレートが減少するため、徐々に膜厚が減少
してしまう。すなわち、シャッターを開閉して同一時間
成膜してもガラス基板上に形成されるＡｌ2Ｏ3膜の膜厚
が変化してしまう。FIG. 3 shows that the target temperature is not controlled and the shutter is opened when the high-frequency power reaches the set value, and the target temperature is set at 30 m.
The film thickness reproducibility at the time of in-film formation is shown. If the film is repeatedly formed continuously, the temperature of the target cooling water gradually increases, and the sputtering rate decreases, so that the film thickness gradually decreases. That is, the film thickness of the Al 2 O 3 film formed on the glass substrate changes even if the film is formed for the same time by opening and closing the shutter.
【００３５】以上示したように、所定の条件で放電し、
ターゲット表面温度を一定に保持するため調整し、一定
になったことを確認した上でシャッターを開き、被処理
物上に成膜される膜厚を制御することで、高精度の膜厚
制御を実現できる。また、制御できる膜厚はシャッター
開閉時間で決まるので、任意の膜厚の薄膜を形成でき
る。As described above, discharge is performed under predetermined conditions.
The target surface temperature is adjusted to maintain a constant value, and after confirming that the target surface temperature has become constant, the shutter is opened and the film thickness formed on the workpiece is controlled, thereby achieving high-precision film thickness control. realizable. Further, since the controllable film thickness is determined by the shutter opening / closing time, a thin film having an arbitrary film thickness can be formed.
【００３６】[0036]
【発明の効果】以上述べたように、本発明の薄膜形成装
置は、ターゲット表面温度測定手段とターゲット表面温
度調整手段、および高速移動可能なシャッター機構を備
え、さらには被処理物表面温度測定手段、被処理物表面
温度制御手段を備えることによって、常にターゲット表
面、被処理物表面を一定に保ちながら、一定温度の安定
している状態で所望の時間被処理物上に成膜することを
可能とするものである。このため、被処理物上に形成さ
れる膜厚を任意の厚さで高精度に制御することができ
る。As described above, the thin film forming apparatus according to the present invention is provided with the target surface temperature measuring means, the target surface temperature adjusting means, and the shutter mechanism which can move at a high speed. By providing the workpiece surface temperature control means, it is possible to form a film on the workpiece in a stable state at a constant temperature for a desired time while always keeping the target surface and the workpiece surface constant. It is assumed that. For this reason, the film thickness formed on the object to be processed can be controlled with an arbitrary thickness with high accuracy.
【図１】本発明の第１の実施形態に係るマグネトロンス
パッタリング装置の断面図である。FIG. 1 is a sectional view of a magnetron sputtering apparatus according to a first embodiment of the present invention.
【図２】シャッターを使わない場合の成膜レート安定性
を示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing film forming rate stability when a shutter is not used.
【図３】ターゲット温度を制御しない場合の成膜レート
安定性を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing film forming rate stability when a target temperature is not controlled.
【図４】本発明の第２の実施形態に係るマグネトロンス
パッタリング装置の断面図である。FIG. 4 is a sectional view of a magnetron sputtering apparatus according to a second embodiment of the present invention.
【図５】本発明の第３の実施形態に係るマグネトロンス
パッタリング装置の断面図である。FIG. 5 is a sectional view of a magnetron sputtering apparatus according to a third embodiment of the present invention.
【図６】本発明の薄膜形成方法の成膜レート安定性を示
すグラフである。FIG. 6 is a graph showing the film forming rate stability of the thin film forming method of the present invention.
１ 真空容器 ２ 冷却ボックス ３ パッキングプレート ４ ターゲット ５ アノード電極 ６ 絶縁材 ７ 被処理物 ８ 被処理物支持機構 ９ ゲートバルブ １０ ロードロック室 １１ シャッター １２ 排気ポート １３ 排気系 １４ ガス導入ポート １５ 高周波電源 １６ 放射温度計 １７ フィードバック機構 １８ チラー １９ 冷却水流量調整機構 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vacuum container 2 Cooling box 3 Packing plate 4 Target 5 Anode electrode 6 Insulating material 7 Workpiece 8 Workpiece support mechanism 9 Gate valve 10 Load lock chamber 11 Shutter 12 Exhaust port 13 Exhaust system 14 Gas introduction port 15 High frequency power supply 16 Radiation thermometer 17 Feedback mechanism 18 Chiller 19 Cooling water flow adjustment mechanism
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 枇榔 竜二 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 金沢 秀宏 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Ryuji Bilo 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Inside Canon Inc. (72) Inventor Hidehiro Kanazawa 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Non Corporation
Claims (13)
放電中にイオンをターゲットに衝突させ、該ターゲット
からスパッタされた粒子を該ターゲットに対向配置され
た被処理物に堆積させて成膜する薄膜形成装置におい
て、ターゲット表面温度測定手段と、スパッタリング中
の前記ターゲットの表面温度を一定に保つターゲット表
面温度制御手段と、前記被処理物と前記ターゲットとの
間に備えられたシャッター機構とを有し、前記シャッタ
ー機構は、放電開始後、前記ターゲットの表面温度が一
定になった段階で開き、所定の成膜時間が経過した後に
閉じるように制御されることを特徴とする薄膜形成装
置。In a vacuum vessel into which a predetermined gas has been introduced,
In a thin film forming apparatus for bombarding ions with a target during discharge and depositing particles sputtered from the target on an object to be treated opposed to the target to form a film, a target surface temperature measuring means; A target surface temperature control unit that keeps the surface temperature of the target constant, and a shutter mechanism provided between the object to be processed and the target, wherein the shutter mechanism starts discharging after the start of discharge. A thin film forming apparatus characterized in that it is controlled to open at a stage when the temperature becomes constant and to close after a predetermined film forming time has elapsed.
温度計であることを特徴とする請求項１記載の薄膜形成
装置。2. The thin film forming apparatus according to claim 1, wherein said target surface temperature measuring means is a radiation thermometer.
対であることを特徴とする請求項１記載の薄膜形成装
置。3. The thin film forming apparatus according to claim 1, wherein said target surface temperature measuring means is a thermocouple.
記ターゲットの冷却水流量および／または冷却水温度を
調整することにより前記ターゲットの表面温度を一定に
保つ制御手段であることを特徴とする請求項１記載の薄
膜形成装置。4. The target surface temperature control means is a control means for adjusting a cooling water flow rate and / or a cooling water temperature of the target so as to keep a surface temperature of the target constant. 2. The thin film forming apparatus according to claim 1.
リング中の前記被処理物の表面温度を一定に保つ被処理
物表面温度制御手段とをさらに有することを特徴とする
請求項１記載の薄膜形成装置。5. The thin film according to claim 1, further comprising an object surface temperature measuring means, and an object surface temperature control means for keeping a surface temperature of the object constant during sputtering. Forming equipment.
中にイオンをターゲットに衝突させ、該ターゲットから
スパッタされた粒子を該ターゲットに対向配置された被
処理物に堆積させて成膜する薄膜形成方法において、前
記ターゲットに高周波電力を印加して放電した後、前記
ターゲットの表面温度が一定となった段階で前記被処理
物と前記ターゲットとの間に備えられたシャッター機構
を開けて成膜を開始し、成膜中は前記ターゲットの表面
温度を一定に保ち、所定の成膜時間が経過した後に前記
シャッター機構を閉じることを特徴とする薄膜形成方
法。6. A predetermined gas is introduced into a vacuum vessel, ions are made to collide with a target during discharge, and particles sputtered from the target are deposited on an object to be treated opposed to the target to form a film. In the method of forming a thin film, after applying high-frequency power to the target and discharging, a shutter mechanism provided between the object to be processed and the target is opened when the surface temperature of the target becomes constant. A method for forming a thin film, comprising: starting film formation, maintaining a surface temperature of the target constant during film formation, and closing the shutter mechanism after a predetermined film formation time has elapsed.
より測定することを特徴とする請求項６記載の薄膜形成
方法。7. The method according to claim 6, wherein the target surface temperature is measured by a radiation thermometer.
測定することを特徴とする請求項６記載の薄膜形成方
法。8. The method according to claim 6, wherein the target surface temperature is measured by a thermocouple.
ットの冷却水流量および／または冷却水温度を調整する
ことにより制御することを特徴とする請求項６記載の薄
膜形成方法。9. The thin film forming method according to claim 6, wherein the target surface temperature is controlled by adjusting a cooling water flow rate and / or a cooling water temperature of the target.
電中にイオンをターゲットに衝突させ、該ターゲットか
らスパッタされた粒子を該ターゲットに対向配置された
被処理物に堆積させて成膜する薄膜形成方法において、
前記ターゲットに高周波電力を印加して放電した後、前
記ターゲットの表面温度が一定となった段階で前記被処
理物と前記ターゲットとの間に備えられたシャッター機
構を開けて成膜を開始し、成膜中は前記被処理物の表面
温度を一定に保ち、所定の成膜時間が経過した後に前記
シャッター機構を閉じることを特徴とする薄膜形成方
法。10. A predetermined gas is introduced into a vacuum vessel, ions are made to collide with a target during discharge, and particles sputtered from the target are deposited on an object to be treated opposed to the target to form a film. In the method of forming a thin film,
After applying high-frequency power to the target and discharging, open a shutter mechanism provided between the object to be processed and the target when the surface temperature of the target becomes constant, and start film formation. A method for forming a thin film, comprising: maintaining a surface temperature of the object to be processed during film formation, and closing the shutter mechanism after a predetermined film formation time has elapsed.
処理物の表面温度を放射温度計により測定することを特
徴とする請求項１０記載の薄膜形成方法。11. The thin film forming method according to claim 10, wherein a surface temperature of the target and / or the object to be processed is measured by a radiation thermometer.
処理物の表面温度を熱電対により測定することを特徴と
する請求項１０記載の薄膜形成方法。12. The thin film forming method according to claim 10, wherein a surface temperature of the target and / or the object to be processed is measured by a thermocouple.
物の冷却水流量および／または冷却水温度を調整するこ
とにより制御することを特徴とする請求項１０記載の薄
膜形成方法。13. The thin film forming method according to claim 10, wherein the surface temperature of the object is controlled by adjusting a cooling water flow rate and / or a cooling water temperature of the object.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26234597A JPH11100670A (en) | 1997-09-26 | 1997-09-26 | Thin coating forming device and formation of thin coating |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26234597A JPH11100670A (en) | 1997-09-26 | 1997-09-26 | Thin coating forming device and formation of thin coating |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11100670A true JPH11100670A (en) | 1999-04-13 |
Family
ID=17374464
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26234597A Pending JPH11100670A (en) | 1997-09-26 | 1997-09-26 | Thin coating forming device and formation of thin coating |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11100670A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104746035A (en) * | 2013-12-31 | 2015-07-01 | 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 | Lifting needle system capable of monitoring wafer temperature in real time and magnetron sputtering equipment |
| JP2017025351A (en) * | 2015-07-15 | 2017-02-02 | 株式会社アルバック | Temperature measuring method and sputtering apparatus |
-
1997
- 1997-09-26 JP JP26234597A patent/JPH11100670A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN104746035A (en) * | 2013-12-31 | 2015-07-01 | 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 | Lifting needle system capable of monitoring wafer temperature in real time and magnetron sputtering equipment |
| JP2017025351A (en) * | 2015-07-15 | 2017-02-02 | 株式会社アルバック | Temperature measuring method and sputtering apparatus |
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