WO2009157228A1 - Sputtering apparatus, sputtering method and light emitting element manufacturing method - Google Patents

Sputtering apparatus, sputtering method and light emitting element manufacturing method Download PDF

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啓次 石橋
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キヤノンアネルバ株式会社
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING 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
    • C23C—COATING 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
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/54—Controlling or regulating the coating process
    • C23C14/541—Heating or cooling of the substrates

Definitions

  • the substrate holding structure has a mechanism for holding or holding the substrate or the periphery of the tray on which the substrate is mounted with a plate, or holding any two or more locations on the periphery of the substrate with chuck pins.
  • a mechanism for fixing is used.
  • a structure in which an electrostatic chucking electrode is provided on the side of the substrate holder that holds the substrate and the substrate is held by electrostatic chucking is employed.
  • the film forming material adheres to the chuck plate and the chuck pin as the film is formed.
  • the stress of the film increases and peels off, and falls on the target located below to induce abnormal discharge.
  • the substrate holder 40 has a built-in heating mechanism 50 for heating the substrate surface.
  • an electric heater is employed as the heating mechanism 50, but the present invention is not limited to this.
  • the heating mechanism 50 may be configured as a heat medium flow path.
  • the heating mechanism 50 heats the substrate holder 40 at a set temperature of 1100 ° C., and maintains the surface temperature of the substrate 8 at 950 ° C.
  • the substrate holder 40 may be provided with a rotation mechanism (not shown).
  • the film formation of GaN has been described, but the gist of the present invention is that the surface of the substrate holders 40 to 43 where the substrate 8 does not exist (the surface facing the target 16) is the decomposition temperature or evaporation temperature of the film formation material. Heating to the above temperature prevents the deposition material from adhering. Therefore, the film forming material is not limited to GaN described in the above embodiment, and various materials such as metals, alloys, and AlN and InN which are nitrides similar to GaN can be used.
  • FIG. 9 showing a laminated structure of light-emitting elements obtained by the sputtering apparatus of the above-described embodiment.
  • a buffer layer 112 made of a group III nitride compound is laminated on a substrate 8, and an n-type semiconductor layer 114, a light emitting layer 115, and a p-type semiconductor layer 116 are sequentially formed on the buffer layer 112. Is formed.
  • the target 16 when forming the n-type contact layer 114b was a target in which silicon (Si) serving as an n-type dopant was mixed with Ga at 1 ⁇ 10 18 / cm 3 .
  • silicon Si
  • germanium (Ge), tin (Sn), or the like may be used in addition to Si, and the doping amount may be mixed at a concentration at which desired film characteristics can be obtained. What is necessary is just to be mixed so that it may become the range of 1 * 10 ⁇ 17 > / cm ⁇ 3 > -1 * 10 ⁇ 20 > / cm ⁇ 3 >.
  • the base layer 114a has better crystallinity when not doped, and therefore the Ga described in the first embodiment is used as a target.

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Abstract

A sputtering apparatus is provided with a vacuum container (1) which can be in a vacuum state by having air released therefrom; a substrate holder (40), which is arranged inside the vacuum container (1) and provided with holding mechanisms (30, 31) for holding a substrate (8) by making a surface to be treated face downward; a target supporting section (15), which is arranged directly below the substrate holder (40) to face the substrate (8) and supports a target (16); and heating mechanisms (60, 61) for heating at least a part of the surface of a region of the substrate holder (40) exposed to a film forming material generated from the target (16) to the decomposition temperature or the evaporation temperature of the film forming material or more.

Description

スパッタリング装置、スパッタリング方法及び発光素子の製造方法Sputtering apparatus, sputtering method, and light emitting device manufacturing method
　本発明は、ターゲット物質をスパッタして基板上に成膜するスパッタリング装置及びスパッタリング方法、並びに、前記スパッタリング装置を使用する発光素子の製造方法に関する。詳しくは、基板の処理されるべき面を下方に臨ませて基板を保持する基板ホルダを備えたフェイスダウン型のスパッタリング装置及びスパッタリング方法、並びに、前記フェイスダウン型のスパッタリング装置を使用する発光素子の製造方法に関する。 The present invention relates to a sputtering apparatus and a sputtering method for forming a film on a substrate by sputtering a target material, and a light emitting element manufacturing method using the sputtering apparatus. Specifically, a face-down type sputtering apparatus and a sputtering method provided with a substrate holder that holds a substrate with a surface to be processed facing down, and a light-emitting element using the face-down type sputtering apparatus It relates to a manufacturing method.
　スパッタリング装置は、基板とターゲットとの配置関係から、フェイスアップ型とフェイスダウン型とに大別される。 Sputtering devices are roughly classified into a face-up type and a face-down type according to the arrangement relationship between the substrate and the target.
　フェイスアップ型のスパッタリング装置は、真空容器内の下部に基板ホルダを備え、基板ホルダに基板をその処理されるべき面を鉛直方向上方へ臨ませて保持し、基板ホルダの直上に基板に対向させてターゲット支持部を配置し、ターゲット支持部の下面にターゲットを支持している。 The face-up type sputtering apparatus includes a substrate holder in the lower part of the vacuum vessel, holds the substrate with the surface to be processed facing upward in the vertical direction, and faces the substrate directly above the substrate holder. The target support portion is arranged, and the target is supported on the lower surface of the target support portion.
　他方、フェイスダウン型のスパッタリング装置は、真空容器内の上部に基板ホルダを備え、基板ホルダに基板をその処理されるべき面を鉛直方向下方へ臨ませて保持し、基板ホルダの直下に基板に対向させてターゲット支持部を配置し、ターゲット支持部の上面にターゲットを支持している（特許文献１参照）。このフェイスダウン型のスパッタリング装置は、フェイスアップ型のスパッタリング装置と比較して、基板の処理されるべき面に付着するパーティクルが少ない等の利点がある。 On the other hand, the face-down type sputtering apparatus includes a substrate holder in the upper part of the vacuum vessel, holds the substrate with the surface to be processed facing downward in the vertical direction, and holds the substrate directly below the substrate holder. A target support portion is disposed so as to face each other, and the target is supported on the upper surface of the target support portion (see Patent Document 1). This face-down type sputtering apparatus has advantages such as fewer particles adhering to the surface of the substrate to be processed as compared with the face-up type sputtering apparatus.
　しかし、フェイスダウン型のスパッタリング装置では、基板ホルダに基板を設置する場合に、基板あるいは基板を搭載したトレイが重力で落下しないように、基板ホルダの下面（設置面）に基板を固定または保持する必要がある。基板の保持構造には、基板あるいは基板を搭載したトレイの周辺部の全周をプレートで押さえて固定または保持する機構や、基板等の周辺部の２点以上の任意の箇所をチャックピンで押さえて固定する機構等が一般に用いられる。その他、基板ホルダの基板を保持する側に静電吸着用電極を配設し、静電吸着により基板を保持する構造が採用されている。 However, in the face-down type sputtering apparatus, when a substrate is installed on the substrate holder, the substrate is fixed or held on the lower surface (installation surface) of the substrate holder so that the substrate or the tray on which the substrate is mounted does not drop due to gravity. There is a need. The substrate holding structure has a mechanism for holding or holding the substrate or the periphery of the tray on which the substrate is mounted with a plate, or holding any two or more locations on the periphery of the substrate with chuck pins. In general, a mechanism for fixing is used. In addition, a structure in which an electrostatic chucking electrode is provided on the side of the substrate holder that holds the substrate and the substrate is held by electrostatic chucking is employed.
　特に、ターゲットとしてガリウム（Ｇａ）を用いた窒素（Ｎ2）リアクティブスパッタリング法による窒化ガリウム（ＧａＮ）の成膜では、Ｇａの融点が低い。したがって、Ｇａを固体のままでターゲットとして使用することが困難であり、液体ターゲットとして収容しなければならないため、フェイスダウン型のスパッタリング装置を用いて成膜を行う必要がある。この場合、チャックプレートあるいはチャックピンを用いて、基板あるいは基板を搭載したトレイを基板ホルダの下面に保持した状態で、スパッタリング成膜が行われている。 In particular, in the film formation of gallium nitride (GaN) by a nitrogen (N 2 ) reactive sputtering method using gallium (Ga) as a target, the melting point of Ga is low. Therefore, it is difficult to use Ga as a target in a solid state, and it is necessary to accommodate Ga as a liquid target. Therefore, it is necessary to form a film using a face-down type sputtering apparatus. In this case, the sputtering film formation is performed in a state where the substrate or the tray on which the substrate is mounted is held on the lower surface of the substrate holder using the chuck plate or the chuck pin.
　ところで、従来のスパッタリング装置では、成膜にともないチャックプレートやチャックピンにも成膜材料が付着する。この付着した膜は、厚みが増加するにつれて膜自身の応力が増大して剥離し、下方に位置するターゲット上に落下して、異常放電を誘発する。 By the way, in the conventional sputtering apparatus, the film forming material adheres to the chuck plate and the chuck pin as the film is formed. As the thickness of the deposited film increases, the stress of the film increases and peels off, and falls on the target located below to induce abnormal discharge.
　異常放電が発生すると、基板上に成膜される膜の品質が低下するため成膜工程が維持できなくなる。そのため、付着膜が剥離する前にチャックプレートやチャックピンを交換する等のメンテナンスを行う必要があった。この交換作業は、基板上への積算膜厚が数μｍ程度になる毎に頻繁に行う必要があり、生産性を低下させる要因となっていた。
特開２００３－１３２１９号公報 When abnormal discharge occurs, the quality of the film formed on the substrate deteriorates, and the film forming process cannot be maintained. Therefore, it has been necessary to perform maintenance such as replacing the chuck plate and the chuck pin before the adhered film is peeled off. This replacement operation needs to be frequently performed every time the integrated film thickness on the substrate reaches about several μm, which has been a factor of reducing productivity.
JP 2003-13219 A
　本発明は、基板ホルダの、基板が存在せず、ターゲットから生成される成膜材料に曝される領域の少なくとも一部の表面に成膜材料が付着するのを防止することができ、基板上に成膜される膜の品質及び生産性を向上させることができるスパッタリング装置、スパッタリング方法、及び、発光素子の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention can prevent the deposition material from adhering to at least a part of the surface of the substrate holder where the substrate does not exist and is exposed to the deposition material generated from the target. It is an object of the present invention to provide a sputtering apparatus, a sputtering method, and a method for manufacturing a light-emitting element that can improve the quality and productivity of a film formed on the substrate.
　本発明の第１の側面は、真空排気することが可能な真空容器と、前記真空容器の内部に配設され、その処理されるべき面を下方へ臨ませて基板を保持する保持機構を備えた基板ホルダと、前記基板ホルダの直下に前記基板に対向させて配置され、ターゲットを支持するターゲット支持部と、を備えたスパッタリング装置であって、前記基板ホルダの、前記ターゲットから生成される成膜材料に曝される領域の少なくとも一部の表面温度を前記成膜材料の分解温度または蒸発温度以上に加熱する加熱機構を有することを特徴とする。 A first aspect of the present invention includes a vacuum vessel that can be evacuated, and a holding mechanism that is disposed inside the vacuum vessel and holds the substrate with the surface to be processed facing downward. A sputtering apparatus comprising: a substrate holder; and a target support unit that is disposed directly below the substrate holder and is opposed to the substrate, and that supports the target. It has a heating mechanism for heating the surface temperature of at least a part of the region exposed to the film material to a temperature equal to or higher than the decomposition temperature or evaporation temperature of the film material.
　本発明の第２の側面は、その処理されるべき面を下方へ臨ませて基板を基板ホルダに保持する工程と、前記基板ホルダの直下に前記基板に対向させて配置されたターゲット支持部にターゲットを支持する工程と、イオン化された不活性ガスあるいは不活性ガスと窒素ガスを前記ターゲットに衝突させて前記ターゲット物質をスパッタし、前記基板上に成膜する工程と、を含むスパッタリング方法であって、前記成膜工程において、前記基板の表面温度は前記基板上に成膜する成膜材料の分解温度または蒸発温度未満に制御され、前記基板ホルダの前記ターゲットから生成される成膜材料に曝される領域の少なくとも一部の表面温度は前記成膜材料の分解温度または蒸発温度以上に制御されることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a step of holding the substrate on the substrate holder so that the surface to be processed faces downward, and a target support portion disposed immediately below the substrate holder and facing the substrate. A sputtering method comprising: supporting a target; and sputtering the target material by colliding ionized inert gas or inert gas and nitrogen gas with the target to form a film on the substrate. In the film forming step, the surface temperature of the substrate is controlled to be lower than the decomposition temperature or evaporation temperature of the film forming material to be formed on the substrate and exposed to the film forming material generated from the target of the substrate holder. The surface temperature of at least a part of the region to be formed is controlled to be higher than the decomposition temperature or evaporation temperature of the film forming material.
　本発明の第３の側面は、基板と、前記基板上に配置されたＩＩＩ族元素の窒化物半導体層とを含む発光素子の製造方法であって、その処理されるべき面を下方へ臨ませて基板を基板ホルダに保持する工程と、前記基板ホルダの直下に前記基板に対向させて配置されたターゲット支持部にＩＩＩ族元素を含むターゲットを支持する工程と、イオン化された不活性ガスあるいは不活性ガスと窒素ガスを前記ターゲットに衝突させて前記ターゲット物質をスパッタし、前記基板上にＩＩＩ族元素の窒化物半導体を成膜する工程と、を含み、前記成膜工程において、前記基板の表面温度はＩＩＩ族元素の窒化物半導体の分解温度または蒸発温度未満に制御され、前記基板ホルダの前記ターゲットから生成される成膜材料に曝される領域の少なくとも一部の表面温度はＩＩＩ族元素の窒化物半導体の分解温度または蒸発温度以上に制御されることを特徴とする。 A third aspect of the present invention is a method of manufacturing a light emitting device including a substrate and a group III element nitride semiconductor layer disposed on the substrate, the surface to be processed facing downward. Holding the substrate on the substrate holder, supporting the target containing a group III element on the target support portion disposed directly below the substrate holder and facing the substrate, and an ionized inert gas or inert gas. Forming a group III element nitride semiconductor on the substrate by causing an active gas and a nitrogen gas to collide with the target to sputter the target material, and in the film forming step, a surface of the substrate The temperature is controlled to be lower than the decomposition temperature or evaporation temperature of the group III element nitride semiconductor, and at least in a region exposed to the film forming material generated from the target of the substrate holder. The surface temperature of the part is being controlled to a temperature higher than the decomposition temperature or evaporation temperature of the nitride semiconductor of Group III element.
　本発明によれば、基板ホルダの、基板が存在せず、ターゲットから生成される成膜材料に曝される領域の少なくとも一部の表面温度を基板上に成膜する成膜材料の分解温度または蒸発温度以上に加熱するので、基板ホルダの基板が存在しない領域の表面に成膜材料が付着するのを防止することができる。したがって、基板上に成膜される膜の品質を向上させることができ、メンテナンスの頻度が減少するので、生産性を向上させることができる。 According to the present invention, the surface temperature of at least a part of the region of the substrate holder that is exposed to the film-forming material generated from the target without the substrate exists, or the decomposition temperature of the film-forming material that forms the film on the substrate or Since it heats more than evaporation temperature, it can prevent that the film-forming material adheres to the surface of the area | region where the board | substrate of a board | substrate holder does not exist. Therefore, the quality of the film formed on the substrate can be improved, and the frequency of maintenance is reduced, so that productivity can be improved.
　添付図面は明細書に含まれ、その一部を構成し、本発明の実施の形態を示し、その記述と共に本発明の原理を説明するために用いられる。
本発明に係るフェイスダウン型スパッタリング装置の第１の実施形態の構成を示す模式図である。 チャックプレートを下方から見た模式図である。 第２の実施形態のフェイスダウン型スパッタリング装置の構成を示す模式図である。 第３の実施形態のフェイスダウン型スパッタリング装置の構成を示す模式図である。 第４の実施形態のフェイスダウン型スパッタリング装置の構成を示す模式図である。 第５の実施形態のフェイスダウン型スパッタリング装置の構成を示す模式図である。 第６の実施形態のフェイスダウン型スパッタリング装置の構成を示す模式図である。 チャックピンを下方から見た模式図である。 発光素子の一例を示す模式図である。 The accompanying drawings are included in the specification, constitute a part thereof, show an embodiment of the present invention, and are used to explain the principle of the present invention together with the description.
It is a schematic diagram which shows the structure of 1st Embodiment of the face-down type | mold sputtering apparatus which concerns on this invention. It is the schematic diagram which looked at the chuck plate from the lower part. It is a schematic diagram which shows the structure of the face-down type | mold sputtering apparatus of 2nd Embodiment. It is a schematic diagram which shows the structure of the face-down type | mold sputtering apparatus of 3rd Embodiment. It is a schematic diagram which shows the structure of the face-down type | mold sputtering apparatus of 4th Embodiment. It is a schematic diagram which shows the structure of the face-down type | mold sputtering apparatus of 5th Embodiment. It is a schematic diagram which shows the structure of the face-down type | mold sputtering apparatus of 6th Embodiment. It is the schematic diagram which looked at the chuck pin from the lower part. It is a schematic diagram which shows an example of a light emitting element.
　以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、本発明の技術的範囲は、請求の範囲によって確定されるのであって、以下の個別の実施形態によって限定されるわけではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, the components described in this embodiment are merely examples, and the technical scope of the present invention is determined by the scope of the claims, and is not limited by the following individual embodiments. .
　〔第１の実施形態〕
　図１は、本発明に係るフェイスダウン型スパッタリング装置の第１の実施形態の構成を示す模式図である。 [First Embodiment]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a first embodiment of a face-down type sputtering apparatus according to the present invention.
　図１に示すように、第１の実施形態のスパッタリング装置は、処理室として真空排気することが可能な真空容器（チャンバ）１を備えている。この真空容器１には、不図示のコンダクタンスバルブを介して排気ポンプ等を備えた排気系２が接続されている。また、真空容器１には、スパッタリングガスの導入手段として、マスフローコントローラ等の自動流量制御器（不図示）を介して、ガスボンベ等のガス導入系３が接続され、このガス導入系３からスパッタリングガスが所定の流量で導入される。本実施形態では、スパッタリングガスとして、例えば、アルゴン（Ａｒ）、や窒素（Ｎ2）、あるいはこれらの混合ガス等を使用する。 As shown in FIG. 1, the sputtering apparatus of 1st Embodiment is equipped with the vacuum vessel (chamber) 1 which can be evacuated as a process chamber. An exhaust system 2 having an exhaust pump or the like is connected to the vacuum vessel 1 through a conductance valve (not shown). Further, a gas introducing system 3 such as a gas cylinder is connected to the vacuum vessel 1 as a sputtering gas introducing means via an automatic flow controller (not shown) such as a mass flow controller. Is introduced at a predetermined flow rate. In the present embodiment, for example, argon (Ar), nitrogen (N 2 ), or a mixed gas thereof is used as the sputtering gas.
　本実施形態のスパッタリング装置は、所謂フェイスダウン型のマグネトロンスパッタリング装置であって、真空容器１の上部に基板８を保持する基板ホルダ４０を配置し、その直下にカソード電極１０及びターゲット１６を配置している。 The sputtering apparatus of the present embodiment is a so-called face-down type magnetron sputtering apparatus, in which a substrate holder 40 that holds a substrate 8 is disposed above the vacuum vessel 1, and a cathode electrode 10 and a target 16 are disposed directly below the substrate holder 40. ing.
　基板ホルダ４０は、ターゲット１６の直上に位置し、ターゲット１６と互いに対向するように配設されている。基板ホルダ４０は、例えば、基板８を保持する円板状の保持機構を備えている。基板ホルダ４０は、その基板を保持する面を鉛直方向下方へ臨ませて配設されている。即ち、基板ホルダ４０は、保持機構により基板ホルダ４０の下面（表面）にその処理すべき面を鉛直方向下方へ臨ませて基板８を保持する。 The substrate holder 40 is located immediately above the target 16 and is disposed so as to face the target 16. The substrate holder 40 includes, for example, a disc-shaped holding mechanism that holds the substrate 8. The substrate holder 40 is disposed with the surface holding the substrate facing downward in the vertical direction. That is, the substrate holder 40 holds the substrate 8 with the surface to be processed facing downward in the vertical direction on the lower surface (front surface) of the substrate holder 40 by the holding mechanism.
　基板８としては、例えば、半導体ウエハが挙げられ、基板のみの状態もしくはトレイに搭載された状態で、基板ホルダ４０に保持される。 The substrate 8 is, for example, a semiconductor wafer, and is held by the substrate holder 40 in a state of only the substrate or mounted on a tray.
　本実施形態の基板ホルダ４０は、基板ホルダ４０の下面に基板８を保持するために、基板８の周辺部を下方から支持する機械的な保持機構を備えている。機械的な保持機構としては、例えば、チャックプレート３０、３１が採用されている。チャックプレート３０、３１により基板ホルダ４０の下面に保持された基板８は、その処理すべき面を直下（鉛直方向下方）のターゲット１６に臨ませて配置される。なお、チャックプレート３０、３１の詳細構造については、後述する。 The substrate holder 40 of the present embodiment includes a mechanical holding mechanism that supports the peripheral portion of the substrate 8 from below in order to hold the substrate 8 on the lower surface of the substrate holder 40. For example, chuck plates 30 and 31 are employed as the mechanical holding mechanism. The substrate 8 held on the lower surface of the substrate holder 40 by the chuck plates 30 and 31 is arranged with the surface to be processed facing the target 16 immediately below (vertically in the vertical direction). The detailed structure of the chuck plates 30 and 31 will be described later.
　また、基板ホルダ４０は、基板表面を加熱する加熱機構５０を内蔵している。本実施形態では、加熱機構５０として、電熱ヒータが採用されているが、これに限定されず、例えば、熱媒体の流通経路として構成してもよい。この加熱機構５０は、例えば、基板ホルダ４０を１１００℃の設定温度で加熱し、基板８の表面温度を９５０℃に維持する。なお、基板上に均一な成膜を行うため、基板ホルダ４０に不図示の回転機構を備えてもよい。 The substrate holder 40 has a built-in heating mechanism 50 for heating the substrate surface. In the present embodiment, an electric heater is employed as the heating mechanism 50, but the present invention is not limited to this. For example, the heating mechanism 50 may be configured as a heat medium flow path. For example, the heating mechanism 50 heats the substrate holder 40 at a set temperature of 1100 ° C., and maintains the surface temperature of the substrate 8 at 950 ° C. In order to perform uniform film formation on the substrate, the substrate holder 40 may be provided with a rotation mechanism (not shown).
　カソード電極１０には、直流電力または高周波電力を供給する不図示の放電用の電源が接続されている。カソード電極１０の表面側（上面側）には、裏板１５を介して、ターゲット１６が支持されている。本実施形態では、ターゲット１６としてガリウム（Ｇａ）を採用し、窒素（Ｎ2）リアクティブスパッタリング法による窒化ガリウム（ＧａＮ）を成膜する。前述したように、Ｇａは、融点が低く液体ターゲットとして収容しなければならないため、裏板１５を容器状に形成し、その内部に液体ターゲット１６を収容する。本実施形態では、カソード電極１０の容器状の裏板１５をターゲット支持部としたが、ターゲット支持部をカソード電極１０とは別に設けることも可能である。 The cathode electrode 10 is connected to a discharge power supply (not shown) for supplying direct current power or high frequency power. A target 16 is supported on the surface side (upper surface side) of the cathode electrode 10 via a back plate 15. In this embodiment, gallium (Ga) is employed as the target 16, and gallium nitride (GaN) is formed by a nitrogen (N 2 ) reactive sputtering method. As described above, since Ga has a low melting point and must be accommodated as a liquid target, the back plate 15 is formed in a container shape, and the liquid target 16 is accommodated therein. In the present embodiment, the container-like back plate 15 of the cathode electrode 10 is used as the target support portion. However, the target support portion may be provided separately from the cathode electrode 10.
　カソード電極１０の本体内には、マグネトロン放電用の磁石ユニット１１が配置されている。磁石ユニット１１は、例えば、ヨーク１２上にそれぞれ逆方向に磁化された中央磁石１３と外側磁石１４とが固定された構造を有している。磁石ユニット１１は、不図示の回転機構に接続され、カソード電極１０の面内方向に沿って回転可能と成っており、カソード表面にマグネトロン放電用の磁場を形成する。不活性ガスの導入下において、回転機構によって磁石ユニット１１を回転させながらカソード電極１０に放電用の電力を投入して高電圧を印可することで、基板ホルダ４０との間でマグネトロン放電が行われ、ターゲット物質がスパッタされる。 A magnet unit 11 for magnetron discharge is disposed in the main body of the cathode electrode 10. The magnet unit 11 has, for example, a structure in which a central magnet 13 and an outer magnet 14 that are respectively magnetized in opposite directions are fixed on a yoke 12. The magnet unit 11 is connected to a rotation mechanism (not shown) and is rotatable along the in-plane direction of the cathode electrode 10 to form a magnetic field for magnetron discharge on the cathode surface. Under the introduction of the inert gas, magnetron discharge is performed between the substrate holder 40 and the cathode unit 10 by applying electric power for discharging while rotating the magnet unit 11 by a rotating mechanism to apply a high voltage. The target material is sputtered.
　ターゲット１６の周囲は、ターゲット以外の部分がスパッタされるのを防止するため、絶縁材７を介して、真空容器１と同電位に接地されたカソードシールド６で覆われている。 The periphery of the target 16 is covered with a cathode shield 6 that is grounded to the same potential as that of the vacuum vessel 1 via an insulating material 7 in order to prevent portions other than the target from being sputtered.
　また、本実施形態のスパッタリング装置では、基板ホルダ４０とカソード１０との間の空間を取り囲むように、略筒体状の開閉可能な防着シールド２０、２１が配されている。防着シールド２０、２１は、基板ホルダ４０とカソード電極１０との間の空間を覆って、スパッタされた粒子が真空容器１の内壁に付着するのを防止する。固定側の防着シールド２０は、真空容器１の底部のカソード電極１０の周囲に固定されて、上方へと起立している。他方、可動側の防着シールド２１は、真空容器１の上部の不図示の駆動機構に接続された操作ロッド２４の下部に固定されている。この操作ロッド２４は、伸縮可能なベローズ２２内に挿通され、矢印２３に示す上下方向に操作されて、可動側の防着シールド２１を開閉させる。 Further, in the sputtering apparatus of the present embodiment, the substantially cylindrical tubular shields 20 and 21 that can be opened and closed are arranged so as to surround the space between the substrate holder 40 and the cathode 10. The deposition shields 20 and 21 cover the space between the substrate holder 40 and the cathode electrode 10 and prevent the sputtered particles from adhering to the inner wall of the vacuum vessel 1. The stationary-side deposition shield 20 is fixed around the cathode electrode 10 at the bottom of the vacuum vessel 1 and stands upward. On the other hand, the movable-side deposition shield 21 is fixed to the lower portion of the operation rod 24 connected to a driving mechanism (not shown) on the upper portion of the vacuum vessel 1. The operation rod 24 is inserted into the expandable / contractible bellows 22 and is operated in the vertical direction indicated by an arrow 23 to open and close the movable-side deposition shield 21.
　可動側の防着シールド２１の一側方の真空容器１の側壁にはゲートバルブ４が配設され、基板ホルダ４０に保持される基板８が矢印５に示す基板搬送経路で搬入または搬出される。 A gate valve 4 is disposed on the side wall of the vacuum vessel 1 on one side of the movable-side deposition shield 21, and the substrate 8 held by the substrate holder 40 is carried in or out along the substrate conveyance path indicated by the arrow 5. .
　次に、チャックプレート３０、３１の構造について説明する。図２は、チャックプレート３０，３１を下方から見た模式図である。 Next, the structure of the chuck plates 30 and 31 will be described. FIG. 2 is a schematic view of the chuck plates 30 and 31 as viewed from below.
　図２に示すように、基板（ウエハ）８を保持するチャックプレート３０、３１は、角度（円弧長さ）の異なる円弧状の帯板であって、不図示の駆動機構に接続された操作ロッド５１、５２の下部に固定されている。これらの操作ロッド５１、５２は、伸縮可能なベローズ３５、３７内に挿通され、矢印３６、３８に示す上下方向に操作されて、チャックプレート３０、３１を昇降動作させる。操作ロッド５１、５２によってチャックプレート３０、３１が上昇したときに、基板８の周辺部の全周を下方から支持（チャック）して基板ホルダ４０の下面に押し付けるようになっている。 As shown in FIG. 2, chuck plates 30 and 31 for holding a substrate (wafer) 8 are arc-shaped strips having different angles (arc lengths), and are operating rods connected to a drive mechanism (not shown). It is being fixed to the lower part of 51,52. These operating rods 51 and 52 are inserted into the expandable and contractible bellows 35 and 37 and are operated in the vertical direction indicated by arrows 36 and 38 to move the chuck plates 30 and 31 up and down. When the chuck plates 30 and 31 are raised by the operation rods 51 and 52, the entire periphery of the peripheral portion of the substrate 8 is supported (chucked) from below and pressed against the lower surface of the substrate holder 40.
　また、基板ホルダ４０は、基板８が存在せず、ターゲット１６から生成される成膜材料に曝される領域の少なくとも一部の表面温度を、基板８上に成膜する成膜材料の分解温度または蒸発温度以上に加熱する加熱機構６０、６１を有する。第１の実施形態では、加熱機構６０、６１は、機械的な保持機構であるチャックプレート３０、３１に沿って配設されている。具体的には、加熱機構６０、６１は、チャックプレート３０、３１の直下（前面側）に配置され、チャックプレート３０、３１に沿ってリング状に形成された電熱ヒータによって構成されている。したがって、基板ホルダ４０の基板８が存在しない領域の表面（ターゲット１６の対向面）が加熱される。 Further, the substrate holder 40 has a decomposition temperature of the film forming material to be formed on the substrate 8 by setting the surface temperature of at least a part of the region exposed to the film forming material generated from the target 16 in the absence of the substrate 8. Or it has the heating mechanisms 60 and 61 which heat more than evaporation temperature. In the first embodiment, the heating mechanisms 60 and 61 are disposed along the chuck plates 30 and 31 which are mechanical holding mechanisms. Specifically, the heating mechanisms 60 and 61 are arranged directly below (on the front side) of the chuck plates 30 and 31, and are configured by electric heaters formed in a ring shape along the chuck plates 30 and 31. Therefore, the surface of the substrate holder 40 where the substrate 8 does not exist (the surface facing the target 16) is heated.
　本実施形態では、ヒータ５０で基板８の表面を９５０℃に加熱し、ヒータ６０、６１で基板ホルダ４０の基板８が存在しない領域の表面を１０００℃以上に加熱する。なお、ここにいう基板ホルダ４０とは、機械的な保持機構であるチャックプレート３０、３１を含む概念である。ＧａＮが分解または蒸発する温度は、１Ｐａ程度の圧力では約１０００℃である。 In this embodiment, the heater 50 heats the surface of the substrate 8 to 950 ° C., and the heaters 60 and 61 heat the surface of the region of the substrate holder 40 where the substrate 8 does not exist to 1000 ° C. or more. Here, the substrate holder 40 is a concept including the chuck plates 30 and 31 which are mechanical holding mechanisms. The temperature at which GaN decomposes or evaporates is about 1000 ° C. at a pressure of about 1 Pa.
　したがって、基板８上にはＧａＮが成膜されるが、ヒータ６０、６１及びこれによって加熱された基板ホルダ４０の基板８が存在しない領域の表面には成膜されない。これにより、基板８上への成膜を繰り返し行っても、ヒータ６０、６１及び基板ホルダ４０からの膜剥れが発生することはない。よって、チャックプレート３０、３１やヒータ６０、６１の交換作業を行う必要がなく、メンテナンスの頻度が減少して、生産性を従来よりも大幅に向上させることができる。 Therefore, although GaN is deposited on the substrate 8, it is not deposited on the surface of the heaters 60 and 61 and the region of the substrate holder 40 heated by this where the substrate 8 does not exist. Thereby, even if the film formation on the substrate 8 is repeatedly performed, film peeling from the heaters 60 and 61 and the substrate holder 40 does not occur. Therefore, it is not necessary to replace the chuck plates 30 and 31 and the heaters 60 and 61, the maintenance frequency is reduced, and the productivity can be greatly improved as compared with the conventional case.
　さらに、本実施形態のスパッタリング装置には、上記した加熱機構５０の温度、加熱機構６０、６１の温度、排気ポンプ、磁石ユニット１１の回転機構、カソード１０の給電、防着シールド２１の駆動機構、チャックプレート３０、３１の駆動機構等の各構成要素の動作を制御する不図示の制御装置が備えられている。制御装置は、ＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶部等からなるコンピュータを備えて構成されている。ＣＰＵは、プログラムにしたがって上記各部の制御や各種の演算処理等を行う。記憶部は、予め各種プログラムやパラメータを格納しておくＲＯＭ、作業領域として一時的にプログラムやデータを記憶するＲＡＭ等からなる。この制御装置は、不図示の温度センサ、ダイアフラムゲージやＢ－Ａ（Ｂａｙａｒａｄ－Ａｌｐｅｒｔ）ゲージ等の各種センサに接続され、各センサの検出信号に基づいて、制御指令を出力する。特に、制御装置は、ヒータ５０に制御指令を出力して基板８の処理されるべき面の加熱温度を制御し、ヒータ６０、６１に制御指令を出力して基板ホルダ４０の基板が存在しない領域の表面（ターゲット１６の対向面）の加熱温度を制御する。 Further, in the sputtering apparatus of the present embodiment, the temperature of the heating mechanism 50, the temperature of the heating mechanisms 60 and 61, the exhaust pump, the rotation mechanism of the magnet unit 11, the power supply of the cathode 10, the drive mechanism of the deposition shield 21, A control device (not shown) for controlling the operation of each component such as a drive mechanism for the chuck plates 30 and 31 is provided. The control device includes a computer including a storage unit such as a CPU, a ROM, and a RAM. The CPU performs control of the above-described units, various arithmetic processes, and the like according to a program. The storage unit includes a ROM that stores various programs and parameters in advance, a RAM that temporarily stores programs and data as a work area, and the like. This control device is connected to various sensors such as a temperature sensor (not shown), a diaphragm gauge, and a BA (Bayarad-Alert) gauge, and outputs a control command based on a detection signal of each sensor. In particular, the control device outputs a control command to the heater 50 to control the heating temperature of the surface of the substrate 8 to be processed, and outputs a control command to the heaters 60 and 61 so that the substrate of the substrate holder 40 does not exist. The heating temperature of the surface (the surface facing the target 16) is controlled.
　次に、第１の実施形態のスパッタリング装置の作用と共に、本発明に係るスパッタリング方法について説明する。本実施形態のスパッタリング方法は、準備工程、基板の搬入工程、成膜工程及び基板の搬出工程の順に行われる。 Next, the sputtering method according to the present invention will be described together with the operation of the sputtering apparatus of the first embodiment. The sputtering method of this embodiment is performed in the order of a preparation step, a substrate carry-in step, a film forming step, and a substrate carry-out step.
　以下、各工程の順に説明するが、成膜条件は次の通りである。ターゲット１６はＧａであって、ターゲットサイズはφ９．３インチとする。基板８はサファイア基板であって、基板サイズはφ４インチとする。ヒータ５０による基板ホルダ４０の設定温度は約１１００℃であり、基板８の表面温度は９５０℃である。Ａｒ流量は２５ｓｃｃｍで、Ｎ2流量は１２ｓｃｃｍである。スパッタリング圧力は１Ｐａであり、放電用の電力はパルス（ＤＣ）２ｋＷ（周波数：３５ｋＨｚ，ｄｕｔｙ：８２．５％）とする。 Hereinafter, although it demonstrates in order of each process, the film-forming conditions are as follows. The target 16 is Ga, and the target size is φ9.3 inches. The substrate 8 is a sapphire substrate, and the substrate size is 4 inches. The set temperature of the substrate holder 40 by the heater 50 is about 1100 ° C., and the surface temperature of the substrate 8 is 950 ° C. The Ar flow rate is 25 sccm and the N 2 flow rate is 12 sccm. The sputtering pressure is 1 Pa, and the electric power for discharge is pulse (DC) 2 kW (frequency: 35 kHz, duty: 82.5%).
　＜準備工程＞
　真空容器１内を排気系２により所定の圧力まで排気する。基板ホルダ４０に内蔵されたヒータ５０に不図示の電源より電力を供給し、基板ホルダ４０を設定温度に加熱する。 <Preparation process>
The inside of the vacuum vessel 1 is exhausted to a predetermined pressure by the exhaust system 2. Electric power is supplied from a power source (not shown) to the heater 50 built in the substrate holder 40 to heat the substrate holder 40 to a set temperature.
　＜基板の搬入工程＞
　次に、真空容器１の側壁に配設されたゲートバルブ４を開ける。そして、不図示の駆動機構の操作ロッド２４により、可動側の防着シールド２１を矢印２３の上方向へ動作させ、矢印５に示す基板の搬送経路を開放する。 <Board loading process>
Next, the gate valve 4 disposed on the side wall of the vacuum vessel 1 is opened. Then, the movable-side deposition shield 21 is moved in the upward direction of the arrow 23 by the operation rod 24 of the drive mechanism (not shown) to open the substrate transport path indicated by the arrow 5.
　さらに、不図示の駆動機構の操作ロッド５１、５２を介して、チャックプレート３０、３１を矢印３６、３８の下方向へ動作させ、基板の搬送経路の下方（アンチャック位置）まで降下させる。 Further, the chuck plates 30 and 31 are moved in the downward direction of the arrows 36 and 38 via the operation rods 51 and 52 of the drive mechanism (not shown), and are lowered to the lower side of the substrate transport path (unchuck position).
　この状態で、ロボットアーム等の不図示の搬送アームを用いて、基板８を基板ホルダ４０の下面（前面）へと搬送する。そして、駆動機構の操作ロッド５２により、チャックプレート３１を図１に示した位置まで矢印３８の上方向へと動作させ、基板８の周辺部を保持する。さらに、上記搬送アームを後退させた後、駆動機構の操作ロッド５１により、チャックプレート３０を図１に示した位置まで矢印３６の上方向へ動作させ、基板８を保持する。 In this state, the substrate 8 is transferred to the lower surface (front surface) of the substrate holder 40 using a transfer arm (not shown) such as a robot arm. Then, the chuck rod 31 is moved in the upward direction of the arrow 38 to the position shown in FIG. 1 by the operation rod 52 of the drive mechanism, and the peripheral portion of the substrate 8 is held. Further, after the transport arm is retracted, the chuck plate 30 is moved upward to the position shown in FIG. 1 by the operation rod 51 of the drive mechanism, and the substrate 8 is held.
　そして、駆動機構の操作ロッド２４により、可動側の防着シールド２１を矢印２３の下方向へと動作させ、図１に示す位置に戻す。その後、ゲートバルブ４を閉じる。 Then, the movable side shield 21 is moved in the downward direction of the arrow 23 by the operation rod 24 of the drive mechanism, and returned to the position shown in FIG. Thereafter, the gate valve 4 is closed.
　＜成膜工程＞
　基板８の表面温度が所定の温度（９５０℃）に到達するまで加熱時間をおいた後、ガス導入系３より所定の流量のＡｒとＮ2を導入する。また、排気系２のコンダクタンスバルブにより真空容器１の内部を任意の圧力に調整する。 <Film formation process>
After heating time until the surface temperature of the substrate 8 reaches a predetermined temperature (950 ° C.), Ar and N 2 at a predetermined flow rate are introduced from the gas introduction system 3. Further, the inside of the vacuum vessel 1 is adjusted to an arbitrary pressure by the conductance valve of the exhaust system 2.
　この不活性ガスの導入下において、不図示の回転機構によって磁石ユニット１１を回転させながら、カソード電極１０に放電用の電力を投入する。カソード電極１０に高電圧を印可すると、カソード１０と基板ホルダ４０との間でマグネトロン放電が行われ、ターゲット物質がスパッタされ、ターゲット１６に対向配置された基板８の処理されるべき面に薄膜（ＧａＮ膜）が堆積される。 Under the introduction of the inert gas, electric power for discharge is applied to the cathode electrode 10 while rotating the magnet unit 11 by a rotation mechanism (not shown). When a high voltage is applied to the cathode electrode 10, a magnetron discharge is performed between the cathode 10 and the substrate holder 40, a target material is sputtered, and a thin film ( GaN film) is deposited.
　その際、ヒータ５０で基板８の表面温度は基板８上に成膜する成膜材料の分解温度または蒸発温度未満に制御され、ヒータ６０、６１で基板ホルダ４０の基板８が存在しない領域の表面温度は上記成膜材料の分解温度または蒸発温度以上に制御される。具体的には、ヒータ５０で基板表面を９５０℃に加熱し、ヒータ６０、６１で基板ホルダ４０の基板８が存在せず、ターゲット１６から生成される成膜材料に曝される領域の少なくとも一部の表面を１０００℃以上に加熱する。なお、ここにいう基板ホルダ４０とは、機械的な保持機構であるチャックプレート３０、３１を含む概念である。ＧａＮが分解または蒸発する温度は、１Ｐａ程度の圧力では約１０００℃である。 At that time, the surface temperature of the substrate 8 is controlled by the heater 50 to be lower than the decomposition temperature or evaporation temperature of the film forming material to be formed on the substrate 8, and the surface of the region of the substrate holder 40 where the substrate 8 does not exist by the heaters 60 and 61. The temperature is controlled to be higher than the decomposition temperature or evaporation temperature of the film forming material. Specifically, the substrate surface is heated to 950 ° C. by the heater 50, and the substrate 60 of the substrate holder 40 is not present by the heaters 60 and 61, and at least one of the regions exposed to the film forming material generated from the target 16. The surface of the part is heated to 1000 ° C. or higher. Here, the substrate holder 40 is a concept including the chuck plates 30 and 31 which are mechanical holding mechanisms. The temperature at which GaN decomposes or evaporates is about 1000 ° C. at a pressure of about 1 Pa.
　基板８上に所定の膜厚を堆積後、放電用の電源からの電力供給を停止する。さらに、ガス導入系３からのＡｒ及びＮ2の導入を停止し、排気系２のコンダクタンスバルブを開放して真空容器１の内部を排気する。 After depositing a predetermined film thickness on the substrate 8, the power supply from the power source for discharge is stopped. Further, the introduction of Ar and N 2 from the gas introduction system 3 is stopped, the conductance valve of the exhaust system 2 is opened, and the inside of the vacuum vessel 1 is exhausted.
　＜基板の搬出工程＞
　次に、ゲートバルブ４を開けた後、駆動機構の操作ロッド２４により、可動側の防着シールド２１を矢印２３の上方向へ動作させ、矢印５に示す基板の搬送経路を開放する。 <Board unloading process>
Next, after the gate valve 4 is opened, the movable-side deposition shield 21 is moved upward by the arrow 23 by the operation rod 24 of the drive mechanism, and the substrate transport path indicated by the arrow 5 is opened.
　さらに、駆動機構の操作ロッド５１により、チャックプレート３０を矢印３６の下方向へ動作させ、矢印５に示す基板の搬送経路の下（アンチャック位置）まで下降させる。
  不図示の搬送アームを挿入し、駆動機構の操作ロッド５２により、チャックプレート３１を矢印３８の下方向へと動作させ、上記アンチャック位置まで下降させて、搬送アームに基板８を載置する。 Further, the chuck plate 30 is moved in the downward direction of the arrow 36 by the operation rod 51 of the drive mechanism, and is lowered to the bottom of the substrate transport path (unchuck position) indicated by the arrow 5.
A transfer arm (not shown) is inserted, and the chuck plate 31 is moved in the downward direction of the arrow 38 by the operation rod 52 of the drive mechanism, is lowered to the unchuck position, and the substrate 8 is placed on the transfer arm.
　次に、搬送アームを後退させ、真空容器１から基板８を搬出する。また、駆動機構の操作ロッド２４により、可動側の防着シールド２１を矢印２３の下方向へ動作させ、図１の位置に戻す。さらに、駆動機構の操作ロッド５１、５２により、チャックプレート３０、３１を矢印３６、３８の上方向へ動作させ、チャック位置に戻す。最後に、ゲートバルブ４を閉じて、全工程を終了する。 Next, the transfer arm is retracted, and the substrate 8 is unloaded from the vacuum vessel 1. Further, the movable-side deposition shield 21 is moved in the downward direction of the arrow 23 by the operation rod 24 of the drive mechanism and returned to the position shown in FIG. Further, the chuck plates 30 and 31 are moved in the upward direction of the arrows 36 and 38 by the operation rods 51 and 52 of the drive mechanism to return to the chuck position. Finally, the gate valve 4 is closed to complete the entire process.
　本実施形態のスパッタリング装置を用いたスパッタリング方法の成膜工程では、ヒータ６０、６１によって、基板ホルダ４０の基板8が存在しない領域の表面を成膜材料の分解温度または蒸発温度以上の温度に加熱するので、ターゲット１６に対向する基板８が存在しない領域の表面（前面）に成膜材料が付着しなくなる。そのため、ターゲット１６上へ付着された膜が落下することがなく、この付着された膜の落下による異常放電の発生を抑制して、基板８上に堆積される膜の品質を向上させることができる。また、チャックプレート３０、３１やヒータ６０、６１の交換作業を行う必要がなく、メンテナンスの頻度が減少して、生産性を従来よりも大幅に向上させることができる。 In the film forming step of the sputtering method using the sputtering apparatus of this embodiment, the surface of the region of the substrate holder 40 where the substrate 8 does not exist is heated by the heaters 60 and 61 to a temperature equal to or higher than the decomposition temperature or evaporation temperature of the film forming material. Therefore, the film forming material does not adhere to the surface (front surface) of the region where the substrate 8 facing the target 16 does not exist. Therefore, the film attached on the target 16 does not fall, and the occurrence of abnormal discharge due to the fall of the attached film can be suppressed, and the quality of the film deposited on the substrate 8 can be improved. . Further, it is not necessary to replace the chuck plates 30 and 31 and the heaters 60 and 61, the frequency of maintenance is reduced, and the productivity can be greatly improved as compared with the prior art.
　〔第２の実施形態〕
　図３は、第２の実施形態のフェイスダウン型スパッタリング装置の構成を示す模式図である。なお、第１の実施形態と同一の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。 [Second Embodiment]
FIG. 3 is a schematic diagram showing a configuration of a face-down type sputtering apparatus according to the second embodiment. In addition, about the component same as 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
　第２の実施形態では、基板ホルダ４０に備えられた保持機構は機械的な保持機構であって、加熱機構６２、６３は機械的な保持機構に内蔵されている。具体的には、チャックプレートをチャックプレート形状（円弧状）のヒータ６２、６３で形成し、これらのヒータ６２、６３で基板ホルダ４０の基板８が存在しない領域の表面（ターゲット１６の対向面）を加熱するように構成されている。即ち、ヒータ５０で基板８の表面を９５０℃に加熱し、チャックプレート形状のヒータ６２、６３で基板ホルダ４０の基板８が存在しない領域の表面（ターゲット１６の対向面）を１０００℃以上に加熱する。これにより、基板ホルダ４０の基板８が存在しない領域の表面には成膜材料が付着しない。 In the second embodiment, the holding mechanism provided in the substrate holder 40 is a mechanical holding mechanism, and the heating mechanisms 62 and 63 are built in the mechanical holding mechanism. Specifically, the chuck plate is formed by chuck plate-shaped (arc-shaped) heaters 62 and 63, and the surface of the substrate holder 40 where the substrate 8 does not exist (the facing surface of the target 16) by these heaters 62 and 63. It is comprised so that it may heat. That is, the surface of the substrate 8 is heated to 950 ° C. by the heater 50, and the surface of the substrate holder 40 where the substrate 8 does not exist (opposite surface of the target 16) is heated to 1000 ° C. or more by the chuck plate-shaped heaters 62 and 63. To do. Thereby, the film-forming material does not adhere to the surface of the region of the substrate holder 40 where the substrate 8 does not exist.
　第２の実施形態のスパッタリング装置は、基本的に第１の実施形態のスパッタリング装置と同様の作用効果を奏する。特に第２の実施形態によれば、機械的な保持機構に加熱機構５０を内蔵しているので、部品点数が少なくして装置構造を簡略化できるという特有の効果を奏する。 The sputtering apparatus according to the second embodiment has basically the same effects as the sputtering apparatus according to the first embodiment. In particular, according to the second embodiment, since the heating mechanism 50 is built in the mechanical holding mechanism, there is a specific effect that the number of parts can be reduced and the apparatus structure can be simplified.
　〔第３の実施形態〕
　図４は、第３の実施形態のフェイスダウン型スパッタリング装置の構成を示す模式図である。なお、第１の実施形態と同一の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。 [Third Embodiment]
FIG. 4 is a schematic diagram showing a configuration of a face-down type sputtering apparatus according to the third embodiment. In addition, about the component same as 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
　第３の実施形態では、第１の実施形態と同様に、保持機構は機械的な保持機構であって、加熱機構６４、６５は機械的な保持機構に沿って配設されている。具体的には、機械的な保持機構であるチャックプレート３０、３１の上部（背面）にヒータ６４、６５を配置し、ヒータ６４、６５によって、チャックプレート３０、３１を加熱するように構成されている。これにより、基板ホルダ４０の基板８が存在しない領域の表面（ターゲット１６の対向面）が加熱される。即ち、ヒータ５０で基板８の表面を９５０℃に加熱し、ヒータ６４、６５で基板ホルダ４０の基板８が存在しない領域の表面を１０００℃以上に加熱する。これにより、基板ホルダ４０の基板８が存在しない領域の表面には成膜材料が付着しない。 In the third embodiment, as in the first embodiment, the holding mechanism is a mechanical holding mechanism, and the heating mechanisms 64 and 65 are disposed along the mechanical holding mechanism. Specifically, the heaters 64 and 65 are disposed on the upper (back) surfaces of the chuck plates 30 and 31 that are mechanical holding mechanisms, and the chuck plates 30 and 31 are heated by the heaters 64 and 65. Yes. As a result, the surface of the substrate holder 40 where the substrate 8 does not exist (the surface facing the target 16) is heated. That is, the surface of the substrate 8 is heated to 950 ° C. by the heater 50, and the surface of the region of the substrate holder 40 where the substrate 8 does not exist is heated to 1000 ° C. or more by the heaters 64 and 65. Thereby, the film-forming material does not adhere to the surface of the region of the substrate holder 40 where the substrate 8 does not exist.
　第３の実施形態のスパッタリング装置は、基本的に第１の実施形態のスパッタリング装置と同様の作用効果を奏する。 The sputtering apparatus of the third embodiment has basically the same effects as the sputtering apparatus of the first embodiment.
　〔第４の実施形態〕
　図５は、第４の実施形態のフェイスダウン型スパッタリング装置の構成を示す模式図である。なお、第１の実施形態と同一の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。 [Fourth Embodiment]
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a configuration of a face-down sputtering apparatus according to the fourth embodiment. In addition, about the component same as 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
　第４の実施形態では、基板ホルダ５１に基板８を保持する保持機構が、静電吸着により基板８を保持する静電吸着用電極（ＥＳＣ電極）７０、７１によって構成されている。静電吸着用電極７０、７１は、基板ホルダ４１の基板を保持する側（下面側）に配設されている。この基板ホルダ４１は、基板８の表面を加熱する加熱機構（電熱ヒータ）５１を内蔵している。 In the fourth embodiment, the holding mechanism for holding the substrate 8 on the substrate holder 51 is constituted by electrostatic adsorption electrodes (ESC electrodes) 70 and 71 for holding the substrate 8 by electrostatic adsorption. The electrostatic chucking electrodes 70 and 71 are disposed on the side (lower surface side) of the substrate holder 41 that holds the substrate. The substrate holder 41 includes a heating mechanism (electric heater) 51 that heats the surface of the substrate 8.
　且つ、基板ホルダ４１は、基板８が存在しない領域の表面温度を基板８上に成膜する成膜材料の分解温度または蒸発温度以上に加熱する加熱機構６６を有する。加熱機構６６は、基板ホルダ４１及び基板８を囲繞するリング状の電熱ヒータであり、基板８が存在しない領域の表面（ターゲット１６の対向面）を加熱する。即ち、ヒータ５１で基板８の表面を９５０℃に加熱し、ヒータ６６で基板８が存在しない領域の表面を１０００℃以上に加熱する。これにより、基板ホルダ４１の基板８が存在しない領域の表面には成膜材料が付着しない。 Further, the substrate holder 41 has a heating mechanism 66 that heats the surface temperature of the region where the substrate 8 does not exist to a temperature equal to or higher than the decomposition temperature or evaporation temperature of the film forming material to be formed on the substrate 8. The heating mechanism 66 is a ring-shaped electric heater that surrounds the substrate holder 41 and the substrate 8, and heats the surface of the region where the substrate 8 does not exist (the surface facing the target 16). That is, the surface of the substrate 8 is heated to 950 ° C. by the heater 51, and the surface of the region where the substrate 8 does not exist is heated to 1000 ° C. or more by the heater 66. Thereby, the film forming material does not adhere to the surface of the region of the substrate holder 41 where the substrate 8 does not exist.
　第４の実施形態のスパッタリング装置は、基本的に第１の実施形態のスパッタリング装置と同様の作用効果を奏する。特に第４の実施形態によれば、保持機構を静電吸着用電極７０、７１により構成しているので、機械的な保持機構を採用する場合に比して、装置構造を簡略化できるという特有の効果を奏する。 The sputtering apparatus of the fourth embodiment has basically the same effects as the sputtering apparatus of the first embodiment. In particular, according to the fourth embodiment, since the holding mechanism is constituted by the electrostatic chucking electrodes 70 and 71, the apparatus structure can be simplified as compared with the case where a mechanical holding mechanism is employed. The effect of.
　〔第５の実施形態〕
　図６は、第５の実施形態のフェイスダウン型スパッタリング装置の構成を示す模式図である。なお、第１の実施形態と同一の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。 [Fifth Embodiment]
FIG. 6 is a schematic diagram showing a configuration of a face-down type sputtering apparatus according to the fifth embodiment. In addition, about the component same as 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
　第５の実施形態では、基板ホルダ４１に基板８を保持する保持機構が、静電吸着により基板８を保持する静電吸着用電極（ＥＳＣ電極）７０、７１によって構成されている。静電吸着用電極７０、７１は、基板ホルダ４１の基板を保持する側（下面側）に配設されている。基板ホルダ４２のホルダ本体がターゲット１６の表面以上（上面以上）の大きさに形成され、基板ホルダ４２に内蔵された加熱機構５２は基板ホルダ４２の表面全体（下面全体）を加熱するように構成されている。これにより、基板ホルダ４２の基板８が存在しない領域の表面には成膜材料が付着し難くなる。 In the fifth embodiment, the holding mechanism for holding the substrate 8 on the substrate holder 41 is constituted by electrostatic adsorption electrodes (ESC electrodes) 70 and 71 for holding the substrate 8 by electrostatic adsorption. The electrostatic chucking electrodes 70 and 71 are disposed on the side (lower surface side) of the substrate holder 41 that holds the substrate. The holder body of the substrate holder 42 is formed to be larger than the surface of the target 16 (upper surface), and the heating mechanism 52 built in the substrate holder 42 is configured to heat the entire surface (lower surface) of the substrate holder 42. Has been. This makes it difficult for the film forming material to adhere to the surface of the region of the substrate holder 42 where the substrate 8 does not exist.
　なお、加熱機構５２は、例えば、電熱ヒータにより構成され、基板８の処理すべき面を加熱するヒータ部分に電力供給する不図示の閉回路と、基板８が存在しない領域の表面（ターゲット１６の対向面）を加熱するヒータ部分に電力供給する不図示の閉回路と、を備えていてもよい。この場合、各閉回路は不図示の制御装置に接続され、基板８の処理すべき面の加熱温度と、基板８が存在しない領域の表面の加熱温度と、を別個に制御可能に構成されている。即ち、基板８の表面（処理されるべき面）を９５０℃に加熱し、基板８が存在しない領域の表面を１０００℃以上に加熱制御する。これにより、基板ホルダ４２の基板８が存在しない領域の表面には成膜材料が付着しない。 The heating mechanism 52 is composed of, for example, an electric heater, and includes a closed circuit (not shown) that supplies power to a heater portion that heats the surface of the substrate 8 to be processed, and a surface of the region where the substrate 8 does not exist (the target 16 A closed circuit (not shown) that supplies power to the heater portion that heats the opposing surface. In this case, each closed circuit is connected to a control device (not shown) so that the heating temperature of the surface of the substrate 8 to be processed and the heating temperature of the surface of the region where the substrate 8 does not exist can be controlled separately. Yes. That is, the surface of the substrate 8 (surface to be processed) is heated to 950 ° C., and the surface of the region where the substrate 8 does not exist is controlled to be heated to 1000 ° C. or higher. Thereby, the film-forming material does not adhere to the surface of the region of the substrate holder 42 where the substrate 8 does not exist.
　第５の実施形態のスパッタリング装置は、基本的に第１の実施形態のスパッタリング装置と同様の作用効果を奏する。特に第５の実施形態によれば、保持機構を静電吸着用電極７０、７１で構成し、基板ホルダ４２のホルダ本体をターゲット１６の表面以上の大きさに形成しているので、装置構造を大幅に簡略化できるという特有の効果を奏する。 The sputtering apparatus according to the fifth embodiment has basically the same effects as the sputtering apparatus according to the first embodiment. In particular, according to the fifth embodiment, the holding mechanism is constituted by the electrostatic chucking electrodes 70 and 71, and the holder body of the substrate holder 42 is formed in a size larger than the surface of the target 16, so that the device structure is It has a unique effect that it can be greatly simplified.
　〔第６の実施形態〕
　図７は、第６の実施形態のフェイスダウン型スパッタリング装置の構成を示す模式図である。なお、第１の実施形態と同一の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。 [Sixth Embodiment]
FIG. 7 is a schematic view showing a configuration of a face-down type sputtering apparatus according to the sixth embodiment. In addition, about the component same as 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
　第６の実施形態では、基板ホルダ４３のホルダ本体がターゲット１６の表面以上の大きさに形成されている。この基板ホルダ４３には、基板８の処理すべき面を加熱する加熱機構５３と、基板ホルダ４３の基板８が存在しない領域の表面（ターゲット対向面）を加熱する加熱機構５４と、が内蔵されている。 In the sixth embodiment, the holder body of the substrate holder 43 is formed to be larger than the surface of the target 16. The substrate holder 43 includes a heating mechanism 53 that heats the surface to be processed of the substrate 8 and a heating mechanism 54 that heats the surface (target facing surface) of the region of the substrate holder 43 where the substrate 8 does not exist. ing.
　各加熱機構５３、５４は、例えば、電熱ヒータであって、各ヒータ５３、５４は別個に温度制御可能に構成されている。具体的には、各ヒータ５３、５４は、それぞれ基板８の処理すべき面の加熱温度と、基板８が存在しない領域の表面の加熱温度と、を別個に制御可能な不図示の制御装置に接続されている。上記基板８の処理すべき面を加熱する加熱機構５３は、基板８上に成膜する成膜材料の分解温度または蒸発温度未満の温度に加熱し、基板以８が存在しない領域の表面を加熱する加熱機構５４は上記成膜材料の分解温度または蒸発温度以上の温度に加熱する。即ち、基板８の表面（処理すべき面）を９５０℃に加熱し、基板８が存在しない領域の表面を１０００℃以上に加熱制御する。これにより、基板ホルダ４３の基板８が存在しない領域の表面には成膜材料が付着しない。 The heating mechanisms 53 and 54 are, for example, electric heaters, and the heaters 53 and 54 are configured to be individually temperature-controllable. Specifically, each of the heaters 53 and 54 is a control device (not shown) that can separately control the heating temperature of the surface to be processed of the substrate 8 and the heating temperature of the surface of the area where the substrate 8 does not exist. It is connected. The heating mechanism 53 for heating the surface to be processed of the substrate 8 heats the surface of the region where there is no other than the substrate 8 by heating to a temperature lower than the decomposition temperature or evaporation temperature of the film forming material formed on the substrate 8. The heating mechanism 54 heats the film forming material to a temperature equal to or higher than the decomposition temperature or evaporation temperature. That is, the surface of the substrate 8 (surface to be processed) is heated to 950 ° C., and the surface of the region where the substrate 8 does not exist is controlled to be heated to 1000 ° C. or higher. Thereby, the film forming material does not adhere to the surface of the region of the substrate holder 43 where the substrate 8 does not exist.
　第６の実施形態のスパッタリング装置は、基本的に第１の実施形態のスパッタリング装置と同様の作用効果を奏する。特に第６の実施形態によれば、保持機構を静電吸着用電極７０、７１で構成し、基板ホルダ４２のホルダ本体をターゲット１６の表面以上の大きさに形成し、基板ホルダ４２に各ヒータ５３、５４を内蔵する構造であるので、装置構造を簡略化できるという特有の効果を奏する。また、第５の実施形態に比べ、静電吸着型基板ホルダ４３の基板８が存在しない領域の表面温度を基板８の温度と別個に制御することができ、これらの温度の差をより大きくしたい場合に好適である。 The sputtering apparatus of the sixth embodiment has basically the same effects as the sputtering apparatus of the first embodiment. In particular, according to the sixth embodiment, the holding mechanism is configured by the electrostatic chucking electrodes 70 and 71, the holder body of the substrate holder 42 is formed to be larger than the surface of the target 16, and each heater is attached to the substrate holder 42. Since the structure has the built-in 53, 54, the device structure can be simplified. Further, compared to the fifth embodiment, the surface temperature of the region where the substrate 8 does not exist of the electrostatic adsorption type substrate holder 43 can be controlled separately from the temperature of the substrate 8, and the difference between these temperatures is desired to be larger. It is suitable for the case.
　〔第７の実施形態〕
　第７の実施形態のスパッタリング装置は、第１から第６の実施形態における基板ホルダ４０～４３の少なくとも基板８が存在しない領域の表面（ターゲット対向面）に窒化アルミニウム（ＡｌＮ）が被覆されている。 [Seventh Embodiment]
In the sputtering apparatus of the seventh embodiment, at least the surface (target facing surface) of the substrate holders 40 to 43 in the first to sixth embodiments where the substrate 8 is not present is coated with aluminum nitride (AlN). .
　スパッタリング装置では、スパッタリング圧力が一般に１Ｐａより低い場合、ターゲットの対向面で高エネルギー粒子の衝撃によるスパッタが生じる。そのため、ターゲットに対向する基板８が存在しない領域の表面がスパッタリングされ、その構成元素が不純物として基板上に堆積する膜中に直接混入したり、ターゲット上に付着してターゲット物質と共に再スパッタリングされて混入したりする。したがって、これらの不純物元素の混入により膜の特性が劣化してしまう。 In the sputtering apparatus, when the sputtering pressure is generally lower than 1 Pa, sputtering occurs due to the impact of high-energy particles on the surface facing the target. Therefore, the surface of the region where the substrate 8 facing the target does not exist is sputtered, and the constituent elements are directly mixed into the film deposited on the substrate as impurities, or adhered to the target and resputtered together with the target material. Or mix. Therefore, the characteristics of the film deteriorate due to the mixing of these impurity elements.
　ＧａＮの場合、Ａｌが混入しても膜の特性を劣化させる不純物とはならない。また、ＡｌＮの分解温度は、ＧａＮのそれよりも若干高い。これらのことから、例え低いスパッタリング圧力でスパッタリングして基板ホルダ４０～４３の基板８が存在しない表面がスパッタリングされ、その構成元素が基板８上に堆積される膜中に混入しても、その元素がＡｌ及びＮであるため膜の特性を劣化させる不純物とはならない。 In the case of GaN, even if Al is mixed, it does not become an impurity that deteriorates the film characteristics. Moreover, the decomposition temperature of AlN is slightly higher than that of GaN. Therefore, even if the surface of the substrate holders 40 to 43 on which the substrate 8 does not exist is sputtered by sputtering at a low sputtering pressure and the constituent elements are mixed in the film deposited on the substrate 8, the elements Since Al and N are not impurities which deteriorate the film characteristics.
　したがって、第７の実施形態によれば、基板８上に成膜される膜の品質特性を積極的に向上させることができるという特有の効果を要する。 Therefore, according to the seventh embodiment, a specific effect is required that the quality characteristics of the film formed on the substrate 8 can be positively improved.
　以上の実施形態では、ＧａＮの成膜について述べたが、本発明の要旨は、基板ホルダ４０～４３の基板８が存在しない表面（ターゲット１６の対向面）を成膜材料の分解温度または蒸発温度以上の温度に加熱して、成膜材料が付着しないようにすることである。したがって、成膜材料は上記の実施形態で述べたＧａＮに限るものではなく、金属や合金、ＧａＮと同様の窒化物であるＡｌＮやＩｎＮ等、色々な材料を使用可能である。 In the above embodiment, the film formation of GaN has been described, but the gist of the present invention is that the surface of the substrate holders 40 to 43 where the substrate 8 does not exist (the surface facing the target 16) is the decomposition temperature or evaporation temperature of the film formation material. Heating to the above temperature prevents the deposition material from adhering. Therefore, the film forming material is not limited to GaN described in the above embodiment, and various materials such as metals, alloys, and AlN and InN which are nitrides similar to GaN can be used.
　なお、ＧａＮ等の窒化物の分解温度は、Ｎ2の分圧に依存し、低圧ほど低温度で分解する。したがって、１０００℃という加熱温度は例示に過ぎず、１０００℃に限定されない。 Note that the decomposition temperature of nitrides such as GaN depends on the partial pressure of N 2 , and the lower the pressure, the lower the decomposition temperature. Therefore, the heating temperature of 1000 ° C. is merely an example, and is not limited to 1000 ° C.
　また、上記の実施形態では、機械的な保持機構としてチャックプレートを例示したが、これに限定されない。図８に示すように、機械的な保持機構として、例えば、基板８または基板８を搭載したトレイの周辺部を２点以上の任意の箇所で支持（チャック）するチャックピン３２を採用しても構わない。この図示例では、基板８を３本のチャックピン３２でチャックした状態が表されている。 In the above embodiment, the chuck plate is exemplified as the mechanical holding mechanism, but the present invention is not limited to this. As shown in FIG. 8, as a mechanical holding mechanism, for example, a chuck pin 32 that supports (chuck) the substrate 8 or the peripheral portion of the tray on which the substrate 8 is mounted at two or more arbitrary positions may be adopted. I do not care. In the illustrated example, a state in which the substrate 8 is chucked by three chuck pins 32 is shown.
　本発明は、スパッタリング装置のみならず、ドライエッチング装置、プラズマアッシャ装置、ＣＶＤ装置及び液晶ディスプレイ製造装置等の基板ホルダを備えた処理装置に応用して適用可能である。 The present invention is applicable not only to a sputtering apparatus but also to a processing apparatus having a substrate holder such as a dry etching apparatus, a plasma asher apparatus, a CVD apparatus, and a liquid crystal display manufacturing apparatus.
　［発光素子の製造方法］
　以下に、本発明に係る発光素子の製造方法の一実施形態について、上述した実施形態のスパッタリング装置によって得られる発光素子の積層構造を示す図９を用いて説明する。発光素子の積層半導体１００は、基板８上にＩＩＩ族窒化物化合物からなるバッファ層１１２が積層され、該バッファ層１１２上に、ｎ型半導体層１１４、発光層１１５及びｐ型半導体層１１６が順次形成されている。ｎ型半導体層１１４は、下地層１１４ａ、ｎ型コンタクト層１１４ｂ、ｎ型クラッド層１１４ｃから構成される。発光層１１５は、障壁層１１５ａ、井戸層１１５ｂとが交互に繰り返して積層され、ｐ型半導体層１１６は、ｐ型クラッド層１１６ａ、ｐ型コンタクト層１１６ｂから構成されている。なお、ｎ型コンタクト層１１４ｂはｎ型クラッド層１１４ｃを、ｐ型コンタクト層１１６ａはｐ型クラッド層１１６ｂを兼ねることが可能である。 [Method for Manufacturing Light-Emitting Element]
Hereinafter, an embodiment of a method for manufacturing a light-emitting element according to the present invention will be described with reference to FIG. 9 showing a laminated structure of light-emitting elements obtained by the sputtering apparatus of the above-described embodiment. In the laminated semiconductor 100 of the light emitting element, a buffer layer 112 made of a group III nitride compound is laminated on a substrate 8, and an n-type semiconductor layer 114, a light emitting layer 115, and a p-type semiconductor layer 116 are sequentially formed on the buffer layer 112. Is formed. The n-type semiconductor layer 114 includes a base layer 114a, an n-type contact layer 114b, and an n-type cladding layer 114c. The light emitting layer 115 is formed by alternately and alternately stacking barrier layers 115a and well layers 115b, and the p-type semiconductor layer 116 includes a p-type cladding layer 116a and a p-type contact layer 116b. The n-type contact layer 114b can also serve as the n-type cladding layer 114c, and the p-type contact layer 116a can serve as the p-type cladding layer 116b.
　本発明に係る発光素子の製造方法は、前述したスパッタリング装置を用い、例えば基板８上に積層半導体１００を構成する層を成膜する方法であり、本実施形態では、積層半導体１００の内、ｎ型半導体層１１４を構成する下地層１１４ａ及びｎ型クラッド層１１４ｃを兼ねるｎ型コンタクト層１１４ｂを成膜している。その他の層は、例えばバッファ層１１２はスパッタリング法によって成膜したＡｌＮであり、発光層１１５及びｐ型半導体層１１６は、現在量産工程で使用されているＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長法）により形成した。 The method for manufacturing a light-emitting element according to the present invention is a method for forming a layer constituting the laminated semiconductor 100 on the substrate 8, for example, using the sputtering apparatus described above. In this embodiment, n of the laminated semiconductor 100 is n. An n-type contact layer 114b that also serves as an underlayer 114a and an n-type cladding layer 114c constituting the type semiconductor layer 114 is formed. For example, the buffer layer 112 is AlN formed by sputtering, and the light-emitting layer 115 and the p-type semiconductor layer 116 are formed by MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) currently used in mass production processes. Formed.
　本実施形態の製造方法では、パルス的にパワーを印加するパルス式ＤＣスパッタリング法を用い、スパッタリングガスとしてＡｒにＮ2を添加するリアクティブスパッタリング法を用いている。 In the manufacturing method of this embodiment, a pulsed DC sputtering method in which power is applied in a pulse manner is used, and a reactive sputtering method in which N 2 is added to Ar as a sputtering gas is used.
　成膜条件は、前記第１の実施形態で述べた通りである。ただし、ｎ型コンタクト層１１４ｂを形成する際のターゲット１６は、ｎ型のドーパントとなるシリコン（Ｓｉ）をＧａに１×１０１８／ｃｍ３混合したターゲットを用いた。ｎ型のドーパントとしては、Ｓｉ以外にゲルマニウム（Ｇｅ）や錫（Ｓｎ）等を用いてもよく、ドープ量は所望の膜特性が得られる濃度に混合されていればよく、好ましくは膜中で１×１０１７／ｃｍ３～１×１０２０／ｃｍ３の範囲になるように混合されていればよい。下地層１１４ａは、基板８にサファイア基板を用いた場合、ドープしない方が結晶性が良好になるため、前記第１の実施形態で述べたＧａをターゲットとした。 The film forming conditions are as described in the first embodiment. However, the target 16 when forming the n-type contact layer 114b was a target in which silicon (Si) serving as an n-type dopant was mixed with Ga at 1 × 10 18 / cm 3 . As the n-type dopant, germanium (Ge), tin (Sn), or the like may be used in addition to Si, and the doping amount may be mixed at a concentration at which desired film characteristics can be obtained. What is necessary is just to be mixed so that it may become the range of 1 * 10 < 17 > / cm < 3 > -1 * 10 < 20 > / cm < 3 >. When the sapphire substrate is used as the substrate 8, the base layer 114a has better crystallinity when not doped, and therefore the Ga described in the first embodiment is used as a target.
　上述のｎ型半導体層１１４を構成する下地層１１４ａ及びｎ型コンタクト層１１４ｂの形成において、前述したスパッタリング装置を用い、その処理されるべき面を下方へ臨ませて基板８を基板ホルダ４０～４３に保持する工程と、前記基板ホルダ４０～４３の直下に基板８に対向させて配置されたターゲット支持部にＩＩＩ族元素を含むターゲット１６を支持する工程と、イオン化された不活性ガスあるいは不活性ガスと窒素ガスをターゲット１６に衝突させてターゲットをスパッタし、基板８上にＩＩＩ族窒化物を主体とする半導体を成膜する工程と、を含み、成膜工程において、基板８の表面温度はＩＩＩ族元素の窒化物半導体の分解温度または蒸発温度未満に制御され、基板ホルダ４０～４３のターゲットから生成される成膜材料に曝される領域の少なくとも一部の表面温度はＩＩＩ族元素の窒化物半導体の分解温度または蒸発温度以上に制御されることにより、ｎ型半導体層１１４を構成する下地層１１４ａ及びｎ型コンタクト層１１４ｂを成膜する際に、異常放電が起きることがなく、所定の条件のｎ型半導体層１１４を構成する下地層１１４ａ及びｎ型コンタクト層１１４ｂを形成することができ、結晶性の良い積層半導体１００を有する発光素子が形成可能となる。 In the formation of the base layer 114a and the n-type contact layer 114b constituting the n-type semiconductor layer 114 described above, the substrate 8 is placed on the substrate holders 40 to 43 by using the sputtering apparatus described above so that the surface to be processed faces downward. Holding the target 16 including the group III element on the target support portion arranged to face the substrate 8 directly below the substrate holders 40 to 43, and an ionized inert gas or inert gas. A step of causing a gas and nitrogen gas to collide with the target 16 to sputter the target, and forming a semiconductor mainly composed of group III nitride on the substrate 8. In the film forming step, the surface temperature of the substrate 8 is Film-forming material that is controlled below the decomposition temperature or evaporation temperature of the group III element nitride semiconductor and is generated from the targets of the substrate holders 40 to 43 The surface temperature of at least a part of the exposed region is controlled to be equal to or higher than the decomposition temperature or evaporation temperature of the group III element nitride semiconductor, whereby the base layer 114a and the n-type contact layer 114b constituting the n-type semiconductor layer 114 are formed. When the film is formed, the base layer 114a and the n-type contact layer 114b constituting the n-type semiconductor layer 114 under predetermined conditions can be formed without causing abnormal discharge, and the stacked semiconductor 100 with good crystallinity can be formed. It becomes possible to form a light emitting element having
　以上の発光素子の製造方法に係る実施形態では、前述したスパッタリング装置を用い、積層半導体１００の内、ｎ型半導体層１１４を構成する下地層１１４ａ及びｎ型コンタクト層１１４ｂを成膜した場合について述べたが、積層半導体１００のその他の層も、ターゲット１６に各層を構成する元素からなるターゲットを適用することにより形成することが可能である。例えば、発光層１１５の障壁層１１５ａの成膜には４０％以下のＩｎを含有したＧａ、井戸層１１５ｂの成膜には３０％以下のＡｌを含有したＧａ、ｐ型半導体層１１６のｐ型クラッド層１１６ａやｐ型コンタクト層１１６ｂの成膜にはマグネシウム（Ｍｇ）を含有したＧａをターゲット１６として用いればよい。本発明の要旨は、基板上に配置されたＩＩＩ族元素の窒化物半導体層とを含む発光素子を製造する方法であって、基板ホルダ４０～４３の基板８が存在しない表面（ターゲット１６の対向面）を成膜材料の分解温度または蒸発温度以上の温度に加熱して、成膜材料が付着しないようにすることであり、何れの層の成膜にも適用可能である。 In the embodiment of the light emitting element manufacturing method described above, the case where the base layer 114a and the n type contact layer 114b constituting the n type semiconductor layer 114 of the stacked semiconductor 100 are formed using the above-described sputtering apparatus is described. However, other layers of the laminated semiconductor 100 can also be formed by applying a target made of an element constituting each layer to the target 16. For example, Ga containing 40% or less of In is used for forming the barrier layer 115a of the light emitting layer 115, Ga containing 30% or less of Al is used for forming the well layer 115b, and p-type of the p-type semiconductor layer 116. Ga containing magnesium (Mg) may be used as the target 16 for forming the cladding layer 116a and the p-type contact layer 116b. The gist of the present invention is a method of manufacturing a light-emitting element including a group III element nitride semiconductor layer disposed on a substrate, the surface of the substrate holders 40 to 43 on which the substrate 8 is not present (opposite the target 16). Surface) is heated to a temperature equal to or higher than the decomposition temperature or evaporation temperature of the film forming material to prevent the film forming material from adhering, and can be applied to film formation of any layer.
　以上、本発明の好ましい実施形態を添付図面の参照により説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲の記載から把握される技術的範囲において種々な形態に変更可能である。 The preferred embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to such embodiments, and various modifications can be made within the technical scope grasped from the description of the scope of claims. Is possible.
　本願は、２００８年６月２６日提出の日本国特許出願特願２００８－１６６７５６を基礎として優先権を主張するものであり、その記載内容の全てを、ここに援用する。 This application claims priority on the basis of Japanese Patent Application No. 2008-166756 filed on June 26, 2008, the entire contents of which are incorporated herein by reference.

Claims (14)

  1. 　真空排気することが可能な真空容器と、前記真空容器の内部に配設され、その処理されるべき面を下方へ臨ませて基板を保持する保持機構を備えた基板ホルダと、前記基板ホルダの直下に前記基板に対向させて配置され、ターゲットを支持するターゲット支持部と、を備えたスパッタリング装置であって、
    　前記基板ホルダの、前記ターゲットから生成される成膜材料に曝される領域の少なくとも一部の表面温度を前記成膜材料の分解温度または蒸発温度以上に加熱する加熱機構を有することを特徴とするスパッタリング装置。     A vacuum vessel that can be evacuated; a substrate holder that is disposed inside the vacuum vessel and has a holding mechanism that holds a substrate with a surface to be processed facing downward; and A sputtering apparatus comprising: a target support portion that is disposed directly opposite to the substrate and supports the target;
    It has a heating mechanism for heating the surface temperature of at least a part of the region of the substrate holder exposed to the film forming material generated from the target to be higher than the decomposition temperature or the evaporation temperature of the film forming material. Sputtering equipment.
  2. 　前記保持機構は機械的な保持機構を含み、前記加熱機構は前記機械的な保持機構に沿って配設されていることを特徴とする請求項１に記載のスパッタリング装置。 The sputtering apparatus according to claim 1, wherein the holding mechanism includes a mechanical holding mechanism, and the heating mechanism is disposed along the mechanical holding mechanism.
  3. 　前記保持機構は機械的な保持機構を含み、前記加熱機構は前記機械的な保持機構に内蔵されていることを特徴とする請求項１に記載のスパッタリング装置。 The sputtering apparatus according to claim 1, wherein the holding mechanism includes a mechanical holding mechanism, and the heating mechanism is built in the mechanical holding mechanism.
  4. 　前記保持機構は、静電吸着用電極を含むことを特徴とする請求項１に記載のスパッタリング装置。 The sputtering apparatus according to claim 1, wherein the holding mechanism includes an electrode for electrostatic attraction.
  5. 　前記加熱装置は、前記基板ホルダ及び基板を囲むように配置されていることを特徴とする請求項４に記載のスパッタリング装置。 The sputtering apparatus according to claim 4, wherein the heating device is disposed so as to surround the substrate holder and the substrate.
  6. 　前記基板ホルダのホルダ本体は前記ターゲットの表面以上の大きさに形成され、前記加熱機構は前記基板ホルダの表面全体を加熱することを特徴とする請求項４に記載のスパッタリング装置。 The sputtering apparatus according to claim 4, wherein the holder body of the substrate holder is formed to have a size larger than the surface of the target, and the heating mechanism heats the entire surface of the substrate holder.
  7. 　前記基板ホルダに、前記基板の処理されるべき面を加熱する加熱機構と、前記ターゲットから生成される成膜材料に曝される領域の少なくとも一部の表面を加熱する加熱機構と、が内蔵され、各加熱機構は別個に温度制御可能であることを特徴とする請求項４または請求項６に記載のスパッタリング装置。 The substrate holder includes a heating mechanism that heats the surface to be processed of the substrate and a heating mechanism that heats at least a part of the surface of the region exposed to the film forming material generated from the target. The sputtering apparatus according to claim 4 or 6, wherein each heating mechanism can be temperature-controlled separately.
  8. 　前記基板の処理されるべき面を加熱する加熱機構は、前記基板上に成膜される成膜材料の分解温度または蒸発温度未満の温度に加熱し、前記ターゲットから生成される成膜材料に曝される領域の少なくとも一部の表面を加熱する加熱機構は、前記成膜材料の分解温度または蒸発温度以上の温度に加熱することを特徴とする請求項７に記載のスパッタリング装置。 The heating mechanism for heating the surface to be processed of the substrate heats the film forming material formed on the substrate to a temperature lower than the decomposition temperature or evaporation temperature, and exposes the film forming material generated from the target. The sputtering apparatus according to claim 7, wherein the heating mechanism that heats at least a part of the surface of the region to be heated heats to a temperature equal to or higher than a decomposition temperature or an evaporation temperature of the film forming material.
  9. 　前記基板の処理されるべき面の加熱温度と、前記ターゲットから生成される成膜材料に曝される領域の少なくとも一部の表面の加熱温度と、を別個に制御可能な制御装置を備えることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のスパッタリング装置。 A controller capable of separately controlling the heating temperature of the surface to be processed of the substrate and the heating temperature of at least a part of the surface exposed to the film forming material generated from the target; The sputtering apparatus according to any one of claims 1 to 8, wherein the sputtering apparatus is characterized.
  10. 　前記基板ホルダの前記ターゲットから生成される成膜材料に曝される領域の少なくとも一部の表面に窒化アルミニウムが被覆されていることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のスパッタリング装置。 The aluminum nitride is coated on at least a part of the surface of the region exposed to the film forming material generated from the target of the substrate holder. The sputtering apparatus as described.
  11. 　前記成膜材料は窒化ガリウムを含むことを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載のスパッタリング装置。 The sputtering apparatus according to claim 1, wherein the film forming material contains gallium nitride.
  12. 　その処理されるべき面を下方へ臨ませて基板を基板ホルダに保持する工程と、前記基板ホルダの直下に前記基板に対向させて配置されたターゲット支持部にターゲットを支持する工程と、イオン化された不活性ガスあるいは不活性ガスと窒素ガスを前記ターゲットに衝突させて前記ターゲット物質をスパッタし、前記基板上に成膜する工程と、を含むスパッタリング方法であって、
    　前記成膜工程において、前記基板の表面温度は前記基板上に成膜する成膜材料の分解温度または蒸発温度未満に制御され、前記基板ホルダの前記ターゲットから生成される成膜材料に曝される領域の少なくとも一部の表面温度は前記成膜材料の分解温度または蒸発温度以上に制御されることを特徴とするスパッタリング方法。     A step of holding the substrate on the substrate holder with the surface to be processed facing downward, a step of supporting the target on a target support portion disposed directly below the substrate holder and facing the substrate, and ionized Sputtering the target material by colliding the inert gas or inert gas and nitrogen gas with the target, and forming a film on the substrate,
    In the film forming step, the surface temperature of the substrate is controlled to be lower than the decomposition temperature or evaporation temperature of the film forming material to be formed on the substrate and exposed to the film forming material generated from the target of the substrate holder. A sputtering method, wherein a surface temperature of at least a part of the region is controlled to be equal to or higher than a decomposition temperature or an evaporation temperature of the film forming material.
  13. 　前記成膜材料は、窒化ガリウムを含むことを特徴とする請求項１２に記載のスパッタリング方法。 The sputtering method according to claim 12, wherein the film forming material includes gallium nitride.
  14. 　基板上と、前記基板上に配置されたＩＩＩ族元素の窒化物半導体層とを含む発光素子の製造方法であって、
    　その処理されるべき面を下方へ臨ませて基板を基板ホルダに保持する工程と、
    　前記基板ホルダの直下に前記基板に対向させて配置されたターゲット支持部にＩＩＩ族元素を含むターゲットを支持する工程と、
    　イオン化された不活性ガスあるいは不活性ガスと窒素ガスを前記ターゲットに衝突させて前記ターゲット物質をスパッタし、前記基板上にＩＩＩ族元素の窒化物半導体を成膜する工程と、を含み、
    　前記成膜工程において、前記基板の表面温度はＩＩＩ族元素の窒化物半導体の分解温度または蒸発温度未満に制御され、前記基板ホルダの前記ターゲットから生成される成膜材料に曝される領域の少なくとも一部の表面温度はＩＩＩ族元素の窒化物半導体の分解温度または蒸発温度以上に制御されることを特徴とする発光素子の製造方法。     A method for manufacturing a light emitting device comprising a substrate and a group III element nitride semiconductor layer disposed on the substrate,
    Holding the substrate on the substrate holder with the surface to be processed facing downward;
    Supporting a target containing a group III element on a target support portion disposed to face the substrate directly under the substrate holder;
    Sputtering the target material by causing ionized inert gas or inert gas and nitrogen gas to collide with the target, and forming a group III element nitride semiconductor on the substrate,
    In the film forming step, the surface temperature of the substrate is controlled to be lower than a decomposition temperature or an evaporation temperature of the group III element nitride semiconductor, and at least in a region exposed to the film forming material generated from the target of the substrate holder. A method for manufacturing a light-emitting element, wherein a part of the surface temperature is controlled to be equal to or higher than a decomposition temperature or an evaporation temperature of a group III element nitride semiconductor.
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