JP4364380B2

JP4364380B2 - Thin film production apparatus and thin film production method

Info

Publication number: JP4364380B2
Application number: JP37208899A
Authority: JP
Inventors: 健吾秋元
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 1999-12-28
Filing date: 1999-12-28
Publication date: 2009-11-18
Anticipated expiration: 2019-12-28
Also published as: JP2001181820A

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
真空チャンバーを有する薄膜作製装置に関する。特にチャンバーの真空度を改善する技術であり、スパッタ、ＣＶＤ、蒸着成膜など、反応室すなわちチャンバー内雰囲気に、膜質が左右される成膜技術に対して、寄与が大きいものである。また、時間短縮をはかる利用法は、量産性向上に寄与するものである。
【０００２】
【従来技術】
プロセス技術が高度になるにつれ、半導体装置の薄膜中の不純物、例えば大気成分濃度に対し管理が厳しくなっている。成膜プロセス、例えばスパッタ成膜を行う場合、装置に対する要求の一つに、成膜チャンバー内を高い真空度に保持する必要性が挙げられる。
【０００３】
ところが量産に使用するスパッタ装置は、メンテナンスを必要とし、その際にチャンバー内は大気解放されることが多い。チャンバー内を大気解放した後には、再び真空に戻す必要がある。しかし、上記のように、成膜プロセスを開始する直前の真空度において高真空を要する場合もあるということから、この高真空まで復旧するための排気に時間を要する場合がある。
【０００４】
また、1つのチャンバーで、複数の種類の膜を成膜する場合がある。異なる種類の成膜に対し、異なるガスを流す場合があるが、連続して積層成膜する場合、前の成膜のために流したガスを、次の成膜のため排気しなければならない場合がある。
【０００５】
このとき、チャンバー内を必要な真空度まで排気するために要する時間の短縮は、タクトを短縮しスループットを上げるための課題といえる。
【０００６】
排気性能を高める手段の一つに、チャンバーにポートを設け、排気ポンプを接続することが考えられる。ところが、チャンバーのポートに接続した真空ポンプによる排気のみでは、排気速度が遅い場合がある。例えば広面積を成膜する大きいチャンバーや複雑な構成のチャンバーでは、内部において、残留気体は排気ポートに到達するのに時間がかかる。また、ポンプを増設する際に、装置の構成等の理由から、これを設置するスペースの確保が難しい場合がある。
【０００７】
真空ポンプで真空排気する技術の他に、ゲッター効果を利用して真空度を高める方法が知られている。
【０００８】
ゲッター効果とは、熱などで活性化された金属分子、例えばＴｉ等が真空中の残留気体で大きな部分を占めるＨ₂Ｏ等をとりこみ、チャンバーの内壁などに固着することであり、例えば蒸発型ゲッター、バルクゲッターが知られている。
【０００９】
蒸発型ゲッターの場合について図１を用いて説明する。図１中、１０１は真空容器である。１０２は残留したＨ₂Ｏ分子であり、容器内は主にＨ₂Ｏ等により真空度が低いことを示している。
【００１０】
図１（Ｂ）の様に、蒸発源１０３であるＴｉを蒸発させると、蒸発したＴｉ分子がＨ₂Ｏと化学結合する。化学結合したＴｉとＨ₂Ｏはそのまま容器の内壁に固着する。再び、容器の内壁から脱離しなければ、容器内の真空度は高いまま保持される。
【００１１】
バルクゲッターの場合について図２を用いて説明する。図２中、２０１は真空容器である。２０２はＨ₂Ｏ分子である。Ｈ₂Ｏ分子２０２は、ゲッター材２０３であるＺｒ−Ａｌの表面に吸着し、内部に拡散する。再放出がなければ、真空度は高いまま保持される。なお、このＺｒ−Ａｌは非蒸発型としてＣＯ₂を良く捕獲することが知られており例示した。
【００１２】
蒸発型ゲッターを応用したものがチタンサブリメーションポンプである。チタンサブリメーションポンプを図３に示す。これは排気したいチャンバーを接続して利用するものである。
【００１３】
チタンサブリメーションポンプで真空引きする方法として以下に説明する。まずチタン源（ゲッター源）３０１を加熱してＴｉを蒸発させる。蒸発したＴｉは、真空度を下げているガス分子３０３とともにシュラウド３０２上に固着し、容器内の真空度は高くなり、接続されたチャンバーは排気される。ガス分子３０３が再びシュラウド３０２から脱離しないため、シュラウド３０２は中空とし、水や液体窒素で冷却する。３０４はバルブであり、３０５は粗引きポンプである。一般に、チタンサブリメーションポンプにおけるゲッター材の蒸発手段として、通電による通電加熱方法が採用されている（図３(Ａ)）。図３中のチタン源（ゲッター源）は一般にフィラメントである。
【００１４】
スパッタ装置では、スパッタでターゲットから放出したＴｉが残留気体を捕獲し、チャンバー内真空度を高めているが、これを多く繰り返すとターゲット消費量も大きくなる。
【００１５】
例えば、量産用として用いられているスパッタ装置において、３つのターゲットを装備した直径８０ｃｍ、深さ４０ｃｍ程度の１つのチャンバーを例にとると、チャンバー内真空度を２×１０^-4Ｐａから２×１０^-5Ｐａにするためには、２〜３日かかる。ところが真空度の低い段階からＴｉのスパッタを行うと約６時間ですみ、大幅に時間を短縮することができる。但しこのＴｉのスパッタの利用法は、Ｔｉのターゲットを消費し、その分基板に対して成膜できる分量が減ってしまうという欠点を有する。前述のスパッタ装置の例では、３つのターゲットのうち1つがＴｉであり、他のターゲットの交換、あるいはメンテナンスによるチャンバーの大気解放後における真空引きのためにこのターゲットを利用している。
【００１６】
このとき、真空度を高めるためにＴｉのスパッタに要した前記ターゲット使用電力量は、前記ターゲット使用電力量全体の１０％弱に達する。
【００１７】
また、上記例ではＴｉを挙げており、大気に対し有効であるが、例えばAl合金では効果が小さいことがわかっている。すなわち大気に対し有効なターゲットがついていないチャンバーでは、Ｔｉ等の成膜による目標の真空度までの到達時間の短縮を利用することができない。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
本願発明は、あらゆる成膜チャンバーにおいて、高真空度に到達するまでの時間を改善するとともに、到達真空度を向上させる。すなわち、前記チャンバーに新たな真空度を高める手段を追加する方法を提供し、装置のスループットを向上させることを課題とする。
【００１９】
【課題を解決する手段】
従来技術でゲッター効果について説明したが、スパッタ装置など真空成膜チャンバー内に、例えばＴｉ製のフィラメントを設け、蒸発が出来る手段を備え、フィラメント材が蒸発後、真空成膜チャンバーの内壁などに固着する構造にすれば、チャンバー自体が真空度を高める機能をもつことになる。フィラメントの蒸発手段に関しては、本願発明ではその手段が簡便なことから、通電加熱して蒸発する方法を特徴とする。すなわち、真空成膜チャンバー内にフィラメントを設け、真空度を高めようとする際には、フィラメントを通電加熱してフィラメント材を蒸発することで、成すことができることを特徴とする。
【００２０】
フィラメントには前記ではＴｉを例にとったが、これは蒸発温度、応力の点より使いやすい材料である。ゲッター効果では捕獲、回収される速度は気体分子によって異なるが、Ｔｉの場合、初期吸着確率とよばれる吸着のしやすさを表す指数は〜0.8（Ｏ₂）、〜0.4（ＣＯ₂, ＣＯ）、〜0.8（Ｈ₂）であり、Ｎ₂以外の大気成分に対し有効である。但し、純Ｔｉフィラメントを用いると、溶断してしまい十分な蒸発を行えないことが考えられる。Ｔｉより融点の高い金属、例えばＭｏを１５％などとの合金が用いると扱いやすい。
【００２１】
また、排気したい気体によりフィラメント材を選ぶことが出来る。フィラメント材には、前記のＴｉの他にＴａ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｂａ等を用いることが出来る。それぞれの材料のゲッター効果については、以下に特徴付けられる。
【００２２】
Ｔｉは安価で効果が大きく、蒸発しやすいが、蒸着時にＣＨ₄,Ｈ₂を放出する。また、Ｔｉは300-600KでＨ₂をよく捕獲するが、それ以上の温度でＨ₂を放出する。また、Ｔａは良好なゲッター効果を示すが、蒸発温度が高い。また、Ｍｏのゲッター効果はＴｉのゲッター効果と似ているが、Ｍｏは蒸発温度が高い。また、Ｎｂは77Ｋに冷却すれば、Ｔｉより遙かにＨ₂を捕獲する。また、ＢａはＯ₂に対してゲッター効果がある。
【００２３】
ゲッター効果は気体分子と金属原子の化学的結合に起因する。前述のように、残留気体を捕獲回収する速度は各種分子によって違うが、他にも気体分子の速度、吸着に対し活性な面の面積及びそこでの吸着確率に依存する。吸着される面積すなわち容器内壁が大きいほど良く残留気体を捕獲回収できることになるが、その分、内壁からのガス分子放出も大きくなるため、むしろ金属原子の蒸発量との釣り合いで残留気体を捕獲回収できる速度が決まると言える。
【００２４】
すなわち、フィラメントを加熱蒸発する電流電圧に関しては、チャンバーの形状、フィラメント材に依存するため、最適な条件を選ぶべきである。
【００２５】
また、従来技術に記したように、広面積を成膜する大きいチャンバーや複雑な構成のチャンバーでは、内部において、残留気体は排気ポートに到達するのに時間がかかるため、チャンバー内で残留気体を捕獲回収できる利点は大きい。さらに大きなチャンバーでは設置する場所を確保し易いため、複数のフィラメントを設ける使用方法が効果的である。
【００２６】
また、使用方法については、真空チャンバー内に上記金属の蒸発源すなわちフィラメントを設け、チャンバー真空引きの際には、他接続の真空ポンプによる排気で真空度がある程度高まった段階で、さらに高めようとする際に、フィラメントを蒸発させる。なぜなら、真空度の低い段階でＴｉを蒸発させた場合、チャンバーの内壁からのガス分子の脱離がすぐに起こり、真空度は回復しにくいからである。また、フィラメントが酸化されるのを防ぐためでもある。
【００２７】
また、装置への適用はスパッタ装置以外にも、ＣＶＤ装置の応用が可能である。ＣＶＤチャンバーにはスパッタに比べ高い真空度を必要としないことが多い。しかし、プラズマＣＶＤ装置には、パーティクルの発生等の理由でメンテナンスが頻繁になるものがある。チャンバーが大型化し、あるいは真空度の高い成膜が要求される場合、目的の高真空まで達する時間を短縮させることはスループットの向上につながる。また、一つのチャンバーで、成膜時に流すガス種が異なる膜を成膜する必要があるとき、残留ガスを捕獲回収する場合に有効である。
【００２８】
あるいは、蒸着装置への適用が可能である。蒸着装置では例えば薄膜トランジスタ行程では、配線としてのメタル成膜や、ガリウム砒素成膜などに用いられている。しかし、大面積対応性、ステップカバレッジ特性に劣るなどの理由から、スパッタ成膜あるいはＣＶＤ成膜に比べ量産に適しない。研究、試験目的で使用されることが多い。
【００２９】
蒸着成膜の利点として、膜の純度がスパッタ成膜、ＣＶＤ成膜に比べて高いことが挙げられる。これは成膜が高真空雰囲気で行われるからである。すなわち、チャンバーを高真空に保つことが蒸着装置の特性を生かすことになる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下に示す実施例で本発明の実施の形態を説明する。
【００３１】
【実施例】
［実施例１］
本願発明をスパッタチャンバーに用いる例を、図４、図５及び図６を用いて説明する。図４は、３つのターゲットを装備したスパッタチャンバーを上から見た図である。
【００３２】
４０１はチャンバーの内壁すなわち防着板である。４０２はターゲットシャッターであり、図４では、ターゲットが３カ所に設置されている。４０３はシャッターが動く範囲を示している。お互いのターゲット間には空間があり、通電加熱できるフィラメントは、４０３のように、シャッターなど可動機構に干渉しない位置に配置する。
【００３３】
ただし、成膜に対し、機能を損なわないためには、設置位置に工夫が必要である。図５はスパッタチャンバーの断面図である。すなわち、フィラメントを設ける場所としては、フィラメントが蒸発した際に、これがターゲットシャッターを回り込んでターゲット上につかない場所、例えば５１１の場所が望ましい。
【００３４】
ターゲットにフィラメントから飛散しＴｉが付着しなければ、このＴｉは再度スパッタされ基板に付着することは殆どない。なぜなら、通常のスパッタでは、ターゲットに対しスパッタされるような電位がかかるからである。
【００３５】
上記とは逆に、スパッタ成膜時に、このフィラメントにターゲット材が付着すれば、フィラメント材が覆われて蒸発されない場合がある。この付着したターゲット材の薄く付着し、なおかつ融点が低い場合には、フィラメント加熱の初期で蒸発できるが、厚く付着する、もしくは融点が高いターゲット材であれば、十分にフィラメントが蒸発しないことが予想される。この場合には、図６の様なフィラメントのシャッターを設置することが有効である。
【００３６】
図６（Ａ）の６０１はシャッターであり、６０２はフィラメントである。シャッター６０１は、６０３を支点として回転する。図６（Ｂ）はフィラメントを加熱する時のシャッターの状態であり、（Ｃ）はチャンバー内でスパッタをしているときのシャッターの状態である。
【００３７】
このフィラメントを蒸発させ、真空度を高める方法を以下の通り示す。
【００３８】
チャンバーをメンテナンスなどの必要から大気解放した後、装置に付属のポンプ（ロータリーポンプ、クライオポンプなど）で、４×１０^-4Pa程度まで真空に排気する。これ以上の圧力でＴｉを蒸発させた場合、チャンバーの内壁からのガス脱離がすぐに起こり、真空度の回復はしにくいからである。４×１０^-4Pa程度に達した段階で通電によりフィラメントを蒸発させる。これを適当な時間行うと、真空の回復が早まる。
【００３９】
上記の適当な時間については、本願発明を適用するチャンバーに最適な条件で行うことが望ましい。例えばフィラメントの通電加熱と、加熱を止める操作を１分ごとに繰り返す等である。加熱を止める理由は、その蒸発源付近のみ上記効果によって分子が捕獲されるため、加熱を止めてチャンバー内の残留気体分子が拡散により均一になるのを待って再開するほうが、フィラメント消費に対し効果的だからである。チタンサブリメーションポンプもこのような使い方をしているものがある。なお、フィラメントを加熱している間、チャンバーに接続してある他の手段の真空ポンプは止める必要がない。
【００４０】
また、1つのチャンバーで、複数の種類の膜を成膜する場合、次のプロセスのために流したガスをすばやく除去したい場合がある。例えば成膜時Ｈ₂Ｏを流す成膜と、Ｈ₂Ｏを流さない成膜を交互に行う場合である。Ｈ₂Ｏを流すと結晶化を阻害し、エッチング性が向上するなどの理由で、流す成膜が実施されている。ところが、Ｈ₂Ｏはターボ分子ポンプを使用して引く場合、真空度の回復に時間がかかる。
【００４１】
このときも上記同様フィラメントの蒸発を利用すれば、タクトの短縮に寄与する。また、その際一つの種類の材料のみでは捕獲回収できない、あるいは異なるガスを捕獲回収したい場合は、異なるフィラメント材をチャンバー内に設置し、同時あるいは選択して蒸発する利用法が望ましい。
【００４２】
上記のフィラメントの蒸発を長期間使用した場合には、チャンバーの内壁に膜が厚く付着し、この膜からＯ₂などの気体が再びチャンバー内に出てくる。そのため、チャンバー内の真空度が低くなる。しかし、通常、スパッタチャンバーの内壁は、膜付きを防ぐための防着板がついており、パーティクルが増えるなどメンテナンスが必要な場合、防着板の交換を行うため、成膜の機能を損なうことはない。
【００４３】
またＴｉ以外にも使用ガス及びチャンバー内に残ると予想されるガスに応じた、前項で記述した適当な材料をフィラメントとして使用することが望ましい。
【００４４】
［実施例２］
本実施例では、本願発明をプラズマＣＶＤ装置へ応用する例を以下に示す。
【００４５】
図７はプラズマＣＶＤチャンバーの模式図である。スパッタチャンバーと比較したとき、基板トレイや電極はむき出しになっている。膜付きによるパーティクル発生等で成膜性能を損なわないためには、フィラメントを設置する場所を、前記基板トレイや電極より離れた位置にする。例えば、図７の斜線部のように、電極から離れなおかつ内壁に近い位置に設置することが望ましい。
【００４６】
このフィラメントを蒸発させ、真空度を回復する方法としては、実施例１同様、２つ考えられる。
【００４７】
まず一つにチャンバーのメンテナンス等の機会で、大気解放をした場合、装置に付属のポンプ（ロータリーポンプ、クライオポンプなど）で、４×１０^-4Pa程度まで真空に引き、通電によりフィラメントを蒸発させる。
【００４８】
もう一つは、一つのチャンバーで、成膜時に流すガス種が異なる膜を成膜する必要があるとき、残留ガスを捕獲回収する場合である。つまりＣＶＤ装置で基板を成膜、捕獲回収したのち上記のフィラメントを通電加熱等で蒸発させ、チャンバー内の残留ガスを捕獲回収し真空度を回復する利用法である。
【００４９】
この場合も、フィラメント材としてはＴｉに限らず、頻繁に使用するガスに対して有効な材料を利用する。
【００５０】
［実施例３］
本実施例では、本願発明を蒸着装置へ応用する例を以下に示す。
【００５１】
蒸着成膜の利点に、膜質の純度がスパッタ成膜、ＣＶＤ成膜に比べて高いことがあげられる。これは成膜が高真空雰囲気で行われるからである。すなわちチャンバーを高真空に保つことこそ、蒸着装置の成膜長所を生かすことにつながる。
【００５２】
蒸着装置の構造の概略を図８に示す。装置はチャンバー８０１と、その内部に配置された蒸発源８０２、膜厚モニタ８０３、成膜する基板がセットされたホルダー８０４からなる。
【００５３】
チャンバー内の底部８０５に図６のような一式を設置することで、実施例1あるいは実施例２同様、目的の真空度に到達する時間を短縮することができる。
【００５４】
蒸着は、薄膜でも非常に薄いもの、あるいは膜質の純度の高いものを成膜する事が多く、成膜する基板や蒸発源に対し、より高度な表面清浄が求められる。特にこのような用途の蒸着装置は、基板や蒸発源を真空引きの際にシャッターなどで覆うことができ、これらにフィラメントのからの蒸発物が付着することを防げるものに応用することが望ましい。
【００５５】
このフィラメントを蒸発させ、真空度を高める方法としては、実施例１同様であるが、ガスを利用しない特徴がある。すなわちメンテナンス等でチャンバーを大気解放した後に、チャンバーに接続した真空ポンプで、４×１０^-4Ｐａ程度まで真空に引き、通電によりフィラメントを蒸発させることである。
【００５６】
【発明の効果】
本願発明をスパッタ成膜装置に適用すれば、Ｔｉターゲットを消費することなく、目的の真空度より低い真空度から、目的の真空度まで到達する時間が短縮される。また、到達真空度を向上させることができる。
【００５７】
また、Ｔｉを成膜しないチャンバーについても本願発明を用いることによって真空度を短時間で高められる。
【００５８】
本願発明において最も単純な構成の場合、チャンバー内にフィラメントを引き渡し、電源に接続することで実施できる。新たにチャンバーポートからポンプを増設し、従来あるポンプを接続することで、本願発明と同様の到達真空度を得ることに比べ、安価である。
【図面の簡単な説明】
【図１】蒸発型ゲッターの仕組みを示す図。
【図２】バルク型ゲッターの仕組みを示す図。
【図３】チタンサブリメーションポンプの断面図。
【図４】スパッタチャンバーを上から見た図。
【図５】スパッタチャンバーの断面図。
【図６】フィラメントのシャッターの図。
【図７】プラズマＣＶＤの図。
【図８】蒸着装置の図。[0001]
[Technical field to which the invention belongs]
The present invention relates to a thin film manufacturing apparatus having a vacuum chamber. In particular, it is a technique for improving the degree of vacuum in the chamber, and greatly contributes to a film forming technique in which the film quality depends on the reaction chamber, that is, the atmosphere in the chamber, such as sputtering, CVD, and vapor deposition. Moreover, the utilization method which shortens time contributes to mass-productivity improvement.
[0002]
[Prior art]
As process technology becomes more sophisticated, management of impurities in thin films of semiconductor devices, such as atmospheric component concentrations, has become stricter. In the case of performing a film formation process, for example, sputter film formation, one of the requirements for the apparatus is the necessity of maintaining a high degree of vacuum in the film formation chamber.
[0003]
However, a sputtering apparatus used for mass production requires maintenance, and the chamber is often released to the atmosphere at that time. After the chamber is released to the atmosphere, it is necessary to return to the vacuum again. However, as described above, a high vacuum may be required at the degree of vacuum immediately before the start of the film forming process. Therefore, it may take time to exhaust the gas to recover the high vacuum.
[0004]
In addition, a plurality of types of films may be formed in one chamber. Different gases may be flowed for different types of film formation, but in the case of continuous stacked film formation, the gas flowed for the previous film formation must be exhausted for the next film formation. There is.
[0005]
At this time, shortening the time required to evacuate the chamber to the required degree of vacuum can be said to be a problem for shortening tact and increasing throughput.
[0006]
As one means for enhancing the exhaust performance, it is conceivable to provide a port in the chamber and connect an exhaust pump. However, the exhaust speed may be slow only by exhausting with a vacuum pump connected to the port of the chamber. For example, in a large chamber for forming a large area or a chamber having a complicated configuration, it takes time for the residual gas to reach the exhaust port inside. In addition, when a pump is added, it may be difficult to secure a space for installing the pump due to the configuration of the apparatus.
[0007]
In addition to the technique of evacuating with a vacuum pump, a method of increasing the degree of vacuum using the getter effect is known.
[0008]
The getter effect is that metal molecules activated by heat or the like, such as Ti, take in H ₂ O or the like that occupies a large portion with residual gas in vacuum and adhere to the inner wall of the chamber, for example, evaporative type Getters and bulk getters are known.
[0009]
The case of an evaporative getter will be described with reference to FIG. In FIG. 1, 101 is a vacuum vessel. Reference numeral 102 denotes residual H ₂ O molecules, which indicate that the inside of the container has a low degree of vacuum mainly due to H ₂ O or the like.
[0010]
As shown in FIG. 1B, when Ti as the evaporation source 103 is evaporated, the evaporated Ti molecules are chemically bonded to H ₂ O. The chemically bonded Ti and H ₂ O adhere to the inner wall of the container as they are. Again, if it does not detach from the inner wall of the container, the degree of vacuum in the container is kept high.
[0011]
The case of a bulk getter will be described with reference to FIG. In FIG. 2, 201 is a vacuum vessel. 202 is an H ₂ O molecule. The H ₂ O molecules 202 are adsorbed on the surface of Zr—Al that is the getter material 203 and diffused inside. If there is no re-emission, the degree of vacuum remains high. This Zr—Al is known as a non-evaporable type and well captures CO ₂ and is exemplified.
[0012]
A titanium sublimation pump is an application of the evaporative getter. A titanium sublimation pump is shown in FIG. This is used by connecting a chamber to be evacuated.
[0013]
A method for evacuating with a titanium sublimation pump will be described below. First, the titanium source (getter source) 301 is heated to evaporate Ti. The evaporated Ti is fixed on the shroud 302 together with the gas molecules 303 whose degree of vacuum is lowered, the degree of vacuum in the container is increased, and the connected chamber is exhausted. Since the gas molecules 303 are not desorbed from the shroud 302 again, the shroud 302 is hollow and cooled with water or liquid nitrogen. 304 is a valve and 305 is a roughing pump. In general, an energization heating method by energization is employed as a getter material evaporation means in a titanium sublimation pump (FIG. 3A). The titanium source (getter source) in FIG. 3 is generally a filament.
[0014]
In the sputtering apparatus, Ti released from the target by sputtering captures the residual gas and raises the degree of vacuum in the chamber. However, if this is repeated many times, the amount of target consumption increases.
[0015]
For example, in a sputtering apparatus used for mass production, if one chamber having a diameter of about 80 cm and a depth of about 40 cm equipped with three targets is taken as an example, the degree of vacuum in the chamber is from 2 × 10 ⁻⁴ Pa to 2 × It takes 2-3 days to reach 10 ^-5 Pa. However, if Ti is sputtered from a stage where the degree of vacuum is low, it takes about 6 hours, and the time can be greatly shortened. However, this method of using Ti sputtering has the disadvantage that the Ti target is consumed and the amount of film that can be deposited on the substrate is reduced accordingly. In the above-described sputtering apparatus, one of the three targets is Ti, and this target is used for evacuation after the other target is replaced or the chamber is released to the atmosphere by maintenance.
[0016]
At this time, the target power consumption required for sputtering of Ti to increase the degree of vacuum reaches a little less than 10% of the total target power consumption.
[0017]
In the above example, Ti is cited, which is effective against the atmosphere. However, for example, it is known that the effect is small in an Al alloy. That is, in a chamber that does not have an effective target for the atmosphere, it is not possible to use the shortening of the arrival time to the target vacuum degree by forming a film of Ti or the like.
[0018]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention improves the time required to reach a high degree of vacuum and increases the ultimate degree of vacuum in any film forming chamber. That is, an object of the present invention is to provide a method for adding a new means for increasing the degree of vacuum to the chamber, and to improve the throughput of the apparatus.
[0019]
[Means for solving the problems]
The getter effect has been described in the prior art. For example, a Ti filament is provided in a vacuum deposition chamber such as a sputtering device, and a means capable of evaporating is provided. After the filament material is evaporated, it is fixed to the inner wall of the vacuum deposition chamber. With such a structure, the chamber itself has a function of increasing the degree of vacuum. Regarding the means for evaporating the filament, the present invention is characterized by a method of evaporating by energization heating because the means is simple. That is, when a filament is provided in a vacuum film formation chamber to increase the degree of vacuum, the filament material can be evaporated by heating the filament by energization.
[0020]
In the above, Ti is taken as an example for the filament, but this is a material that is easier to use than the evaporation temperature and stress. Capture the getter effect, the speed to be recovered varies depending gas molecules, in the case of Ti, index representing the ease of suction called initial adsorption probability _{~0.8 (O 2), ~0.4 (} CO 2, CO) ˜0.8 (H ₂ ) and effective against atmospheric components other than N ₂ . However, if pure Ti filaments are used, it is considered that they will melt and cannot be evaporated sufficiently. When a metal having a melting point higher than Ti, for example, an alloy of 15% Mo or the like is used, it is easy to handle.
[0021]
Further, the filament material can be selected according to the gas to be exhausted. As the filament material, Ta, Mo, Nb, Ba or the like can be used in addition to the Ti. The getter effect of each material is characterized as follows.
[0022]
Ti is inexpensive and highly effective, and easily evaporates, but releases CH ₄ and H ₂ during vapor deposition. Ti captures H ₂ well at 300-600K, but releases H ₂ at higher temperatures. Ta shows a good getter effect but has a high evaporation temperature. The getter effect of Mo is similar to that of Ti, but Mo has a high evaporation temperature. Further, when Nb is cooled to 77K, it captures H ₂ much more than Ti. Ba has a getter effect with respect to O ₂ .
[0023]
The getter effect is due to chemical bonding between gas molecules and metal atoms. As described above, the rate of capturing and recovering the residual gas differs depending on various molecules, but depends on the speed of the gas molecule, the area of the active surface for adsorption, and the adsorption probability there. The larger the area to be adsorbed, that is, the larger the inner wall of the container, the better the residual gas can be captured and recovered.However, the gas molecule emission from the inner wall also increases accordingly, so the residual gas is captured and recovered in proportion to the evaporation amount of metal atoms. It can be said that the speed that can be determined.
[0024]
In other words, the current and voltage for heating and evaporating the filament depend on the shape of the chamber and the filament material, so the optimum conditions should be selected.
[0025]
In addition, as described in the prior art, in a large chamber for forming a large area or a chamber having a complicated structure, it takes time for the residual gas to reach the exhaust port. The advantage of capture and recovery is great. In a larger chamber, it is easy to secure a place for installation, and thus a method of using a plurality of filaments is effective.
[0026]
As for the method of use, the above metal evaporation source or filament is provided in the vacuum chamber, and when the chamber is evacuated, the degree of vacuum is increased to some extent by evacuation by a vacuum pump connected to another chamber. In doing so, the filament is evaporated. This is because when Ti is evaporated at a low vacuum level, gas molecules are desorbed immediately from the inner wall of the chamber, and the vacuum level is difficult to recover. It is also for preventing the filament from being oxidized.
[0027]
In addition to the sputtering apparatus, a CVD apparatus can be applied to the apparatus. CVD chambers often do not require a higher degree of vacuum than sputtering. However, some plasma CVD apparatuses require frequent maintenance due to generation of particles and the like. When the chamber is enlarged or a film having a high degree of vacuum is required, shortening the time to reach the target high vacuum leads to an improvement in throughput. Further, it is effective for capturing and collecting residual gas when it is necessary to form a film with different gas species flowing during film formation in one chamber.
[0028]
Alternatively, application to a vapor deposition apparatus is possible. In a vapor deposition apparatus, for example, in a thin film transistor process, it is used for metal film formation as a wiring, gallium arsenide film formation, or the like. However, it is not suitable for mass production as compared with sputtering film formation or CVD film formation because of its large area compatibility and inferior step coverage characteristics. Often used for research and testing purposes.
[0029]
An advantage of vapor deposition is that the purity of the film is higher than that of sputtering or CVD. This is because the film formation is performed in a high vacuum atmosphere. That is, keeping the chamber at a high vacuum makes use of the characteristics of the vapor deposition apparatus.
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described with reference to the following examples.
[0031]
【Example】
[Example 1]
An example in which the present invention is used in a sputtering chamber will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a top view of a sputtering chamber equipped with three targets.
[0032]
Reference numeral 401 denotes an inner wall of the chamber, that is, an adhesion preventing plate. Reference numeral 402 denotes a target shutter. In FIG. 4, the target is installed at three locations. Reference numeral 403 denotes a range in which the shutter moves. There is a space between the targets, and the filament that can be energized and heated is arranged at a position such as 403 that does not interfere with a movable mechanism such as a shutter.
[0033]
However, in order to keep the function from being impaired, it is necessary to devise the installation position. FIG. 5 is a cross-sectional view of the sputtering chamber. That is, the place where the filament is provided is preferably a place where, for example, 511, the filament goes around the target shutter and does not get on the target when the filament evaporates.
[0034]
If Ti does not scatter from the filament and adhere to the target, this Ti is sputtered again and hardly adheres to the substrate. This is because, in normal sputtering, a potential at which sputtering is performed on the target is applied.
[0035]
Contrary to the above, if the target material adheres to the filament during sputtering film formation, the filament material may be covered and not evaporated. If the attached target material is thin and has a low melting point, it can evaporate at the beginning of filament heating, but if the target material is thick or has a high melting point, the filament will not evaporate sufficiently. Is done. In this case, it is effective to install a filament shutter as shown in FIG.
[0036]
In FIG. 6A, reference numeral 601 denotes a shutter, and reference numeral 602 denotes a filament. The shutter 601 rotates with 603 as a fulcrum. FIG. 6B shows the state of the shutter when heating the filament, and FIG. 6C shows the state of the shutter when sputtering is performed in the chamber.
[0037]
A method for evaporating the filament and increasing the degree of vacuum will be described as follows.
[0038]
After the chamber is released to the atmosphere for maintenance, etc., it is evacuated to about 4 × 10 ⁻⁴ Pa with a pump (rotary pump, cryopump, etc.) attached to the apparatus. This is because when Ti is evaporated at a pressure higher than this, gas desorption from the inner wall of the chamber occurs immediately, and it is difficult to recover the degree of vacuum. When the temperature reaches about 4 × 10 ⁻⁴ Pa, the filament is evaporated by energization. If this is done for an appropriate time, the vacuum recovery is accelerated.
[0039]
About said suitable time, it is desirable to carry out on the conditions optimal for the chamber to which this invention is applied. For example, the heating of the filament and the operation for stopping the heating are repeated every minute. The reason for stopping the heating is that molecules are trapped by the above effect only in the vicinity of the evaporation source, so it is more effective for the filament consumption to stop heating and wait for the remaining gas molecules in the chamber to become uniform due to diffusion. Because it is. Some titanium sublimation pumps are used in this way. It is not necessary to stop the vacuum pump of other means connected to the chamber while heating the filament.
[0040]
In addition, when a plurality of types of films are formed in one chamber, there are cases where it is desired to quickly remove the gas flowed for the next process. For example, the film formation in which H ₂ O is flown during film formation and the film formation in which H ₂ O is not flown are alternately performed. When H ₂ O is flowed, film formation is performed for reasons such as inhibiting crystallization and improving etching properties. However, when H ₂ O is drawn using a turbo molecular pump, it takes time to recover the degree of vacuum.
[0041]
At this time as well, if the evaporation of the filament is used, it contributes to shortening the tact time. In this case, when it is impossible to capture and recover only with one kind of material, or when it is desired to capture and recover different gases, it is desirable to install different filament materials in the chamber and evaporate simultaneously or selectively.
[0042]
When the above-described evaporation of the filament is used for a long time, a film adheres to the inner wall of the chamber, and a gas such as O ₂ comes out from the film into the chamber again. Therefore, the degree of vacuum in the chamber is lowered. However, the inner wall of the sputter chamber is usually equipped with an adhesion prevention plate to prevent the film from sticking to it, and if maintenance is required such as an increase in particles, the adhesion prevention plate must be replaced. Absent.
[0043]
In addition to Ti, it is desirable to use the appropriate material described in the previous section as the filament according to the gas used and the gas expected to remain in the chamber.
[0044]
[Example 2]
In this embodiment, an example in which the present invention is applied to a plasma CVD apparatus will be described below.
[0045]
FIG. 7 is a schematic view of a plasma CVD chamber. When compared with the sputtering chamber, the substrate tray and electrodes are exposed. In order not to impair the film formation performance due to the generation of particles due to film attachment, the place where the filament is installed is located away from the substrate tray or electrode. For example, it is desirable to install it at a position away from the electrode and close to the inner wall, as indicated by the hatched portion in FIG.
[0046]
There are two possible methods for evaporating the filament and restoring the degree of vacuum, as in Example 1.
[0047]
First of all, when the atmosphere is released during the maintenance of the chamber, etc., the pump is attached to the equipment (rotary pump, cryopump, etc.), and the filament is evaporated to about 4 × 10 ^-4 Pa. Let
[0048]
The other is a case where residual gas is captured and recovered when it is necessary to form films with different gas types flowing during film formation in one chamber. In other words, after the substrate is formed, captured and recovered by a CVD apparatus, the filament is evaporated by energization heating or the like, and the residual gas in the chamber is captured and recovered to recover the degree of vacuum.
[0049]
Also in this case, the filament material is not limited to Ti, but a material effective for the frequently used gas is used.
[0050]
[Example 3]
In this embodiment, an example in which the present invention is applied to a vapor deposition apparatus will be described below.
[0051]
The advantage of vapor deposition is that the purity of the film quality is higher than that of sputtering or CVD. This is because the film formation is performed in a high vacuum atmosphere. In other words, maintaining the chamber in a high vacuum leads to taking advantage of the film formation advantage of the vapor deposition apparatus.
[0052]
An outline of the structure of the vapor deposition apparatus is shown in FIG. The apparatus includes a chamber 801, an evaporation source 802 disposed inside the chamber 801, a film thickness monitor 803, and a holder 804 in which a substrate for film formation is set.
[0053]
By installing a set as shown in FIG. 6 at the bottom 805 in the chamber, the time to reach the target degree of vacuum can be shortened as in the first or second embodiment.
[0054]
Vapor deposition often forms a very thin film or a film with high purity, and a higher degree of surface cleaning is required for the substrate and the evaporation source. In particular, it is desirable that the vapor deposition apparatus for such applications can be applied to a substrate or an evaporation source that can cover a substrate or an evaporation source with a shutter or the like when evacuating and prevent evaporation from the filament.
[0055]
The method for evaporating the filament and increasing the degree of vacuum is the same as in Example 1, but there is a feature that no gas is used. That is, after releasing the chamber to the atmosphere for maintenance or the like, a vacuum pump connected to the chamber is evacuated to about 4 × 10 ⁻⁴ Pa, and the filament is evaporated by energization.
[0056]
【The invention's effect】
If the present invention is applied to the sputter deposition apparatus, the time to reach the target vacuum degree from the vacuum degree lower than the target vacuum degree is reduced without consuming the Ti target. Moreover, the ultimate vacuum can be improved.
[0057]
In addition, the degree of vacuum can be increased in a short time by using the present invention for a chamber in which no Ti film is formed.
[0058]
In the case of the simplest configuration in the present invention, the filament can be delivered into the chamber and connected to a power source. Compared with obtaining the ultimate degree of vacuum similar to the present invention by newly adding a pump from the chamber port and connecting a conventional pump, it is inexpensive.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a mechanism of an evaporative getter.
FIG. 2 is a diagram showing a mechanism of a bulk type getter.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a titanium sublimation pump.
FIG. 4 is a top view of a sputtering chamber.
FIG. 5 is a cross-sectional view of a sputtering chamber.
FIG. 6 is a diagram of a filament shutter.
FIG. 7 is a diagram of plasma CVD.
FIG. 8 is a diagram of a vapor deposition apparatus.

Claims

A reaction chamber capable of reducing the pressure inside, and
An exhaust means provided outside the reaction chamber and connected to the reaction chamber;
A getter means provided inside the reaction chamber,
The getter means has a filament composed of one or more elements selected from Ti, Ta, Mo, Nb, Ba, and heating means for the filament,
A thin film manufacturing apparatus, wherein a shutter covering the filament is installed, and the shutter can be opened and closed.

2. The reaction chamber according to claim 1 , wherein the reaction chamber includes means for performing sputter film formation, and the filament is provided at a position shielded from a target or a holder by an adhesion preventing plate in the reaction chamber when the filament is evaporated. A thin film manufacturing apparatus.

3. The reaction chamber according to claim 1 , wherein the reaction chamber includes means for performing sputter film formation, and the filament is provided at a position where evaporation from the filament can be prevented from adhering to the target in the reaction chamber when the filament is evaporated. A thin film manufacturing apparatus characterized by the above.

3. The reaction chamber according to claim 1 , wherein the reaction chamber includes means for performing CVD film formation, and the filament is provided at a position shielded from a holder or an electrode plate by a deposition plate in the reaction chamber when the filament is evaporated. Thin film manufacturing equipment.

2. The reaction chamber according to claim 1 , wherein the reaction chamber includes means for performing vacuum vapor deposition, and the filament is provided at a position shielded by a deposition plate from a holder, a vapor deposition source, or a film thickness monitor in the reaction chamber when the filament is evaporated. A thin film manufacturing apparatus.

In getter means of any one of claims 1 to 5, consisting of different composition, respectively, a thin film manufacturing apparatus, wherein a plurality of filaments are installed.

Provided anti応室outside of the thin film production apparatus, while vacuuming the connected exhaust means in said reaction chamber,
A filament made of one or more elements selected from Ti, Ta, Mo, Nb and Ba provided in the reaction chamber is energized and heated, and the filament is evaporated in a state where a shutter covering the filament is opened. There once or repeated line,
In the closed state of the shutter covering the filament, thin work made how, characterized in that a film is formed of a thin film.