JP4474015B2 - 絶縁物作製用スパッタリング装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体や磁気ヘッドの電子部品等にスパッタリングにより絶縁物を作製する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、絶縁物作製用に使用されているスパッタリング装置として、例えば図１に示したような真空ポンプａにより真空に排気される成膜室ｂ内に、シリコンウエハなどの基板ｃとカソード電極ｄ及び該電極ｄ上の絶縁物形成用ターゲットｅを設けた構成のものが知られている。該基板ｃ上にＲＦスパッタによりアルミナの絶縁物を作製する場合、アルミニウムのターゲットｅが用意され、該電極ｄを高周波電源に接続し、該成膜室ｂにはガス導入管ｊ、ｆを介してアルゴンガスと酸素ガスが導入される。該電極ｄの前方に発生するプラズマからのイオンによりスパッタされたアルミ粒子は、酸素ガスと反応してアルミナとなって基板ｃ上に堆積する。該成膜室ｂ内の圧力は、電離真空計ｇにより測定される。該成膜室ｂの内壁にスパッタ粒子が付着することを防止するため、内壁の前方に防着板ｈが設けられ、該成膜室ｂ及び防着板ｈはアースしてアノードに構成される。ｉは基板ステージである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなスパッタリングで絶縁物の作製を続けると、プラズマの発生状態が作製開始時と異なり始める。具体的には基板ｃに対して合計厚さで数μｍ以上の成膜を行った時点から異なり始める。これは、防着板ｈ、カソード電極ｄ、基板ステージｉなどにも絶縁物が付着することにより、カソード電極ｄによる放電の発生・維持に必要なアノードの面が不足してくることが原因である。プラズマは、放電に必要なアノードを求めて成膜室ｂ内の絶縁物が付着していない面へ向けて移動し、初期と異なる形態を取り始める。その結果、作製された絶縁物の特性が初期と異なってしまい、これは品質管理上好ましくない。
【０００４】
従来は、このような場合、初期の状態を取り戻すために運転を中止し、防着板ｈを交換したり、成膜室の内壁の表面処理などのスパッタリング装置の保守を行っている。しかし、従来は、保守を行うべき明確な時期が明確でなく、時間管理により決定したり、作製した絶縁物の特性に異常が発生してから保守を行っており、保守時間が短すぎて装置の運転効率を低下させ、或いは製品不良を出すなどの不都合があった。
【０００５】
本発明は、絶縁物を作製するスパッタリング装置の明確な保守時期が知れ、製品不良を発生させない装置を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明では、真空排気された成膜室内に、基板とカソード電極及び絶縁物形成用ターゲットを設け、前記ターゲットからスパッタされた粒子を前記基板に堆積させて絶縁物を作製する装置に於いて、前記成膜室の内壁の前方に、前記絶縁物の飛散を防ぐ防着板を設け、前記成膜室の内壁と前記防着板との間の空間に拡散してくるプラズマ発生状況を電極によりモニタすることにより、上記目的を達成するようにした。該電極は電離計イオンコレクタで構成することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図面に基づき本発明の実施の形態を説明すると、図２に於いて、符号１は真空ポンプ２により真空排気された成膜室を示し、該成膜室１内には、上方のＲＦ電源などの電源に接続されたカソード電極３と、これに対向した下方にシリコンウエハなどの基板４を載置した基板ステージ５が設けられる。符号６は該カソード電極３に取り付けた絶縁物形成用ターゲット、７はアルゴンガスなどのスパッタガスを導入するガス導入管、８は酸素ガスなどの反応性ガスを導入するガス導入管である。該成膜室１には、スパッタリングを開始する前の成膜室１内の圧力を測定するために電離真空計などの圧力計９が設けられ、該成膜室１の内壁の前方には、スパッタ粒子などで内壁が汚染されることを防止する防着板１０が着脱自在に設けられる。該基板４は、これに所定の厚さの絶縁物が形成されると適当な搬出入手段により成膜室１の内外に搬送される。
【０００８】
こうした構成は従来のものと特に変わりがなく、アルミのターゲット６を用意し、該成膜室１内を真空に排気してガス導入管７、８からアルゴンガス及び酸素ガスを夫々導入すると共に該カソード電極３にスパッタ電力を投入し、該ターゲット６の前方にプラズマ１１を発生させ、該ターゲット６に入射するイオンによりスパッタされたアルミ粒子が酸素ガスと反応して基板４上にアルミナの絶縁物として堆積することも従来と変わりがないが、前記したように該基板４に対して形成してきた絶縁物の合計厚さが１〜２μｍを超えると、プラズマ発生状態が異常になり、膜厚分布や膜応力などの特性の再現性が劣化してしまう不都合を生じる。このプラズマ状態の異常は、アノードの防着板１０や成膜室１の内壁に絶縁物が付着することによるもので、再現性の良い絶縁物を作製できる正規状態では図２のようにカソード電極３の前方にプラズマ１１が局在しているが、再現性が劣化した絶縁物が作製される状態では、防着板１０の裏面や排気ポートの方へ広がって例えば図３のようにアノードを求めて変形することが判明した。尚、この変形の状態は、絶縁物の材料や成膜室１の内部構造などで相違する。
【０００９】
こうしたプラズマの異常を検出すべく、本発明では該成膜室１内に該プラズマ１１の発生状況をモニタする電極１２を設け、これで検出されるイオン電流の変化により該プラズマ１１の異常な広がりを感知して成膜室１内の絶縁物を除去する保守を行なえるようにした。該電極１２は公知の電離計のイオンコレクタなどのイオン電流を検出できるものであればよく、プラズマ１１が移動して異常が検出される位置に設け、図示の例では、防着板１０と成膜室１の内壁との間の空間に設けてそこへ拡散してくるプラズマによるイオン電流を検出するようにした。検出されるイオン電流値は、作製する絶縁物や基板の種類などによって異なるため一概に言えないが、図示の実施例では、再現性のよい絶縁物を作製できる時期ではイオン電流が１ｎＡ以下であり、イオン電流が１ｎＡを超えてくるとプラズマの移動が始まって図３に示すような状態になり、このときから再現性の劣化が始まる。従って、実施例ではイオン電流が１ｎＡを超えたときに装置の運転を停止し、防着板１０の交換や内壁の清掃を行なえばよく、適正な時期に保守を行えて生産性が向上し不良品の発生を予防できる。
【００１０】
図示の実施例に於いて、厚さ５００Åのアルミナの薄膜を１０００枚の基板４に形成したところ、各基板４の薄膜の合計厚さが５０μｍ（基板１０００枚）になったところで電離計のイオンコレクタで構成した電極１２から１ｎＡのイオン電流が検出された。更に残りの基板にアルミナの薄膜を形成し、各基板４に形成されたアルミナの膜厚分布と膜応力を調べたところ、１ｎＡのイオン電流が検出されたときまでの絶縁物の特性は良好であったが、それ以降に作製されたものは膜厚分布が悪く膜応力に大きな変動がみられた。
【００１１】
【発明の効果】
以上のように本発明によるときは、絶縁物を作製するスパッタリング装置の成膜室内にプラズマ発生状況をモニタする電離計イオンコレクタなどの電極を設けたので、絶縁物が成膜室内へ付着することによるプラズマ発生状態の異常を検出することができ、正確な保守時期を知れて生産性を向上させ得ると共に品質の均一な製品を作製できる等の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の絶縁物作製用スパッタリング装置の截断側面図
【図２】本発明の実施の形態を示す截断側面図
【図３】プラズマの異常発生状態の説明図
【符号の説明】
１ 成膜室、３ カソード電極、４ 基板、６ 絶縁物形成用ターゲット、７・８ ガス導入管、１０ 防着板、１１ プラズマ、１２ 電極、
Claims (2)
- 真空排気された成膜室内に、基板とカソード電極及び絶縁物形成用ターゲットを設け、前記ターゲットからスパッタされた粒子を前記基板に堆積させて絶縁物を作製する装置に於いて、前記成膜室の内壁の前方に、前記絶縁物の飛散を防ぐ防着板を設け、前記成膜室の内壁と前記防着板との間の空間に拡散してくるプラズマ発生状況を電極によりモニタすることを特徴とする絶縁物作製用スパッタリング装置。
- 上記電極を電離計イオンコレクタで構成したことを特徴とする請求項１に記載の絶縁物作製用スパッタリング装置。
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