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WO2017029771A1 - スパッタリング装置及びその状態判別方法 - Google Patents

スパッタリング装置及びその状態判別方法 Download PDF

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Publication number
WO2017029771A1
WO2017029771A1 PCT/JP2016/002814 JP2016002814W WO2017029771A1 WO 2017029771 A1 WO2017029771 A1 WO 2017029771A1 JP 2016002814 W JP2016002814 W JP 2016002814W WO 2017029771 A1 WO2017029771 A1 WO 2017029771A1
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WO
WIPO (PCT)
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isolation
pressure
vacuum chamber
space
sputtering apparatus
Prior art date
Application number
PCT/JP2016/002814
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
中村　真也
藤井　佳詞
Original Assignee
株式会社アルバック
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Priority to SG11201701880WA priority patent/SG11201701880WA/en
Priority to US15/507,920 priority patent/US10233536B2/en
Priority to KR1020177023791A priority patent/KR20170102368A/ko
Priority to CN201680003969.1A priority patent/CN107002230B/zh
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    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L13/00—Devices or apparatus for measuring differences of two or more fluid pressure values

Definitions

  • the present invention relates to a sputtering apparatus and a state determination method thereof.
  • a vacuum chamber in which a target is detachably attached, a stage that is disposed to face the target in the vacuum chamber and holds the substrate, and the target and the substrate face each other are isolated from the inside of the vacuum chamber.
  • the isolation means is generally configured by assembling an isolation block and a plurality of isolation plates in consideration of maintainability, transport of the substrate to the stage, etc., and through the gap between the isolation blocks and the isolation plates.
  • the inside of the vacuum chamber communicates with the inside of the isolation space, and the isolation space is evacuated as the vacuum inside the vacuum chamber is evacuated.
  • the isolation block and the isolation plate are assembled, the gap is set in a range of 2 to 3 mm so that plasma does not leak through the gap between the isolation plates when high frequency power is applied to the target.
  • the atmosphere in the vacuum chamber is suitable for film formation prior to film formation on the substrate.
  • an isolation space separated from the vacuum chamber is provided in the vacuum chamber so that the target and the substrate face by the isolation means. Using a vacuum chamber that is evacuated as it is pulled, the vacuum chamber is evacuated to a preset pressure, gas is introduced in this state, and the pressure in the isolated space at this time is acquired.
  • the pressure in the isolation space obtained in advance when the film is formed with a predetermined film thickness / film surface distribution is used as a reference pressure, and the reference pressure and the acquisition are obtained. It was by comparing the pressure in the isolated space, characterized in that it comprises a first determination step of determining the state of the sputtering apparatus.
  • the present invention it is possible to reliably determine whether or not the atmosphere in the vacuum chamber is suitable for film formation by acquiring the pressure in the isolation space and comparing the acquired pressure with a reference pressure. For example, when the isolation means is not assembled at a predetermined position and the pressure in the isolation space measured after the isolation means is changed significantly compared to before replacement (reference pressure), the film thickness or The in-plane distribution of film quality may change, and it is determined that the film quality is not suitable for film formation. In this case, it is possible to confirm the assembly position of the isolation means before performing dummy sputtering and film formation, which is advantageous in that the maintenance time of the sputtering apparatus can be shortened.
  • a second determination step of measuring a pressure outside the isolation space in the vacuum chamber and determining a state of the sputtering apparatus from a pressure difference between the measured pressure and the acquired pressure in the isolation space is preferable to include. According to this, before performing dummy sputtering and film formation, it is advantageous that an abnormal position of the isolation means can be confirmed from the pressure difference between the isolation space and the isolation space.
  • the method further includes a third determination step of measuring a change amount of the pressure in the isolated space per unit time when the gas is introduced, and determining a state of the sputtering apparatus from the measured change amount.
  • a third determination step of measuring a change amount of the pressure in the isolated space per unit time when the gas is introduced, and determining a state of the sputtering apparatus from the measured change amount.
  • the amount of change in pressure outside the isolation space in the vacuum chamber per unit time when the gas is introduced is measured, and the fourth determination for determining the state of the sputtering apparatus from the measured change It is preferable to further include a step. According to this, when the acquired pressure in the isolated space is equal to the reference pressure, and the amount of change in the pressure outside the isolated space in the vacuum chamber is large, the exhaust means of the sputtering apparatus is deteriorated. It is advantageous that the maintenance can be performed at an appropriate time.
  • a vacuum chamber in which a target is detachably attached, a stage that is placed opposite to the target in the vacuum chamber to hold the substrate, and the target and the substrate face each other are separated from the inside of the vacuum chamber.
  • the isolation means is disposed around the stage.
  • the ground isolation ground has an annular isolation block and an isolation plate that surrounds the isolation block and the target and surrounds the space between the target and the stage, and the isolation block is thick with the tip facing the isolation space.
  • At least one through-hole penetrating in the direction is provided, and a vacuum gauge for measuring the pressure in the isolated space is provided through the through-hole.
  • the pressure in the isolation space is measured through the through hole of the isolation block, it is possible to prevent the sputtered particles from being deposited on the gauge probe. Therefore, by using the sputtering apparatus of the present invention, the pressure in the isolated space can be measured, so that it can be reliably determined whether or not the atmosphere in the vacuum chamber is suitable for film formation.
  • the isolation block has a plurality of the through holes, a bent portion is formed in any of these through holes, and the vacuum gauge is provided through the bent portion. According to this, since it is possible to further prevent the sputtered particles having straightness from adhering to the probe of the vacuum gauge to form a film, it is possible to more reliably determine whether the atmosphere in the vacuum chamber is suitable for film formation. Can be determined.
  • SM is a sputtering apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the sputtering apparatus SM includes a vacuum chamber 1, and a cathode unit C is detachably attached to a ceiling portion of the vacuum chamber 1.
  • the direction facing the ceiling portion side of the vacuum chamber 1 is referred to as “up” and the direction facing the bottom portion side is described as “down”.
  • the cathode unit C includes a target 2, a backing plate 3, and a magnet unit 4.
  • the target 2 is made of an insulator such as alumina that is appropriately selected according to the composition of the thin film to be formed on the substrate W, and is formed in a circular shape in plan view by a known method according to the contour of the substrate W. .
  • the backing plate 3 is bonded to the upper surface of the target 2 facing away from the sputtering surface 2a via a bonding material such as indium or tin (not shown), and is bonded to the target 2 via an insulator I1. Attached to the upper part of the vacuum chamber 1.
  • a refrigerant circulation passage (not shown) is opened inside the backing plate 3, and the target 2 can be cooled during film formation by circulating the refrigerant through the refrigerant circulation passage.
  • the target 2 is connected to a high-frequency power source E having a known structure, and high-frequency (alternating current) power of a predetermined frequency (for example, 13.56 MHz) is supplied between the target 2 and the ground during sputtering.
  • the magnet unit 4 generates a magnetic field in a space below the sputter surface 2a of the target 2, captures electrons etc. ionized below the sputter surface 2a during sputtering, and efficiently ionizes sputtered particles scattered from the target 2. Since it has a closed magnetic field or cusp magnetic field structure, detailed description is omitted here.
  • a stage 5 is arranged in the center of the bottom of the vacuum chamber 1 so as to face the target 2.
  • the stage 5 includes a metal base 51 having a cylindrical outline, for example, and a chuck plate 52 bonded to the upper surface of the base 51.
  • the chuck plate 52 has an outer diameter that is slightly smaller than the upper surface of the base 51, and is embedded with electrodes 52a and 52b for electrostatic chuck, so that a voltage is applied from a chuck power source (not shown).
  • the chuck plate 52 is detachably attached to the upper surface of the base 51 by a ring-shaped deposition plate 53.
  • the adhesion prevention board 53 is attached to the upper surface of the base 51 via the insulator I2.
  • the base 51 is held by an insulator I3 that is airtightly attached to an opening provided on the bottom surface of the vacuum chamber 1, and is separated from the grounded vacuum chamber 1 and is electrically floating.
  • insulator I3 There is no restriction
  • the sputtering apparatus SM includes an annular grounded isolation block 6, a plurality of isolation plates 71, as isolation means for defining an isolation space 1 a that is isolated from the vacuum chamber 1 where the target 2 and the substrate W face. 72, 73.
  • the isolation block 6 is disposed on the bottom surface of the vacuum chamber 1 around the stage 5 and is formed so as to incline downward radially outward from the inner peripheral edge thereof.
  • the isolation plates 71, 72, 73 are arranged vertically so as to surround the isolation block 6 and the target 2 and to surround the space between the target 2 and the stage 5.
  • the isolation block 6 and the isolation plates 71, 72, and 73 also serve as an adhesion prevention plate that prevents adhesion of sputtered particles to the inner wall surface of the vacuum chamber 1.
  • a drive shaft Cr of a cylinder Cy provided through the bottom surface of the vacuum chamber 1 is connected to the outer side surface of the isolation plate 72, and the cylinder Cy provides the downward movement position shown in FIG. 1 and the isolation plate 71 side. It can move between the up and down positions.
  • a gap is formed between the isolation plate 72 and the isolation plate 73, and the substrate to the stage 5 through the through hole To for opening and closing by a gate valve (not shown). W can be carried out and carried in.
  • the gap d is 2 to 2 so that plasma does not leak through the gap d between the isolation plates 71, 72, 73 when high frequency power is applied to the target 2.
  • the range is set to 3 mm.
  • a gas pipe 8 is connected to the side wall of the vacuum chamber 1 as gas introducing means for introducing sputtering gas into the isolation space 1a, and the gas pipe 8 communicates with a gas source (not shown) via the mass flow controller 8a.
  • the sputtering gas includes not only a rare gas such as argon gas introduced when forming plasma in the isolation space 1a but also a reactive gas such as oxygen gas or nitrogen gas.
  • an exhaust pipe 9 communicating with an exhaust means P constituted by a turbo molecular pump, a rotary pump, or the like is connected to the side surface of the vacuum chamber 1 and is isolated by evacuating the vacuum chamber 1 at a constant speed by the exhaust means P.
  • the space 1a can be evacuated.
  • the sputtering apparatus SM has a known control means Cu equipped with a microcomputer, a sequencer and the like, and not only performs the state determination method described later, but also operates the mass flow controller 8a, the exhaust means P, and the high frequency power supply E.
  • the operation of the cylinder, the operation of the cylinder Cy, and the like are controlled in an integrated manner.
  • a sputtering method using the sputtering apparatus SM will be described by taking an example in which an alumina film is formed.
  • the separation plate 72 is moved to the upward movement position by the cylinder Cy, and the substrate W is transferred onto the stage 5 through the through hole To using a transfer robot (not shown), and a predetermined voltage is applied to the electrodes 52a and 52b for the electrostatic chuck. This is applied to electrostatically attract the substrate W.
  • the isolation plate 72 is moved to the lower position by the cylinder Cy, and argon gas as a sputter gas is introduced into the isolation space 1a from the introduction port 8b of the gas pipe 8 at a predetermined flow rate.
  • a predetermined high-frequency power (for example, 13.56 MHz, 1 to 5 kW) is input from the high-frequency power source E.
  • plasma is formed in the isolated space 1a, and the sputtered particles 2a sputtered and scattered from the target 2 adhere to and deposit on the substrate W to form an insulating film such as an alumina film.
  • the isolation plates 71, 72, 73 are Replaced regularly.
  • the isolation plates 71, 72, 73 are not assembled so that the gap d is maintained, the pressure in the isolation space 1a during the film formation restarted after replacement, and thus the plasma density, changes, and the film thickness and The in-plane distribution of film quality will change.
  • the isolation block 6 is provided with a plurality of through-holes 61 whose end faces the isolation space 1a and penetrates in the thickness direction, and a bent portion 62 is formed in any one of these through-holes 61.
  • a through hole 1b communicating with the through hole 61 in which the bent portion 62 was formed was opened in the bottom wall of the vacuum chamber 1, and the flange 11b of the vacuum gauge 11 was attached to the through hole 1b in an airtight manner. With this vacuum gauge 11, the pressure in the isolated space 1 a can be measured via the bent portion 62.
  • the method for determining the state of the sputtering apparatus SM will be described by taking as an example a case where the method is performed after the separation plates 71, 72, 73 are replaced.
  • the vacuum chamber 1 is evacuated by the vacuum pump P to evacuate the isolation space 1 a.
  • a predetermined pressure (1 ⁇ 10 ⁇ 4 Torr) for example, 200 sccm of argon gas is introduced from the gas pipe 8.
  • a pressure difference corresponding to the gap (conductance) d is generated between the two. That is, the pressure in the isolated space 1a with respect to the argon gas flow rate varies depending on the gap d.
  • the gap d When the gap d is smaller than a predetermined value (design value) due to poor assembly of the isolation plates 71, 72, 73, the pressure in the isolation space 1a is increased, while the gap d is larger than the predetermined value. In this case, the pressure in the isolation space 1a becomes low.
  • the gap d changes in this way, the pressure in the isolation space 1a during film formation, and thus the plasma density, changes, and it becomes impossible to form a film with good in-plane distribution of film thickness and film quality.
  • the control means Cu acquires the pressure in the isolation space 1a (hereinafter also referred to as “measurement pressure”) measured by the vacuum gauge 11 after a predetermined time from the start of the introduction of the argon gas. Further, the pressure in the isolation space 1a when the film is formed with a predetermined (good) film thickness / film quality in-plane distribution is obtained in advance as a reference pressure. Then, the obtained measurement pressure is compared with the pressure (reference pressure) when the film can be formed with a good film thickness / in-plane distribution obtained in advance.
  • measurement pressure the pressure in the isolation space 1a
  • the measurement pressure is equal to the reference pressure (the difference between the two is within a predetermined range)
  • the atmosphere in the vacuum chamber 1 that is, the atmosphere in the isolation space 1a is in a state suitable for film formation (first). Discriminating step). In this case, after performing a known dummy sputtering, it returns to said film-forming.
  • the difference between the measurement pressure and the reference pressure exceeds a predetermined range, it is determined that the atmosphere in the isolation space 1a is not suitable for film formation. In this case, maintenance such as confirming assembly of the isolation plates 71, 72, 73 is performed without performing dummy sputtering.
  • an abnormality that the film can not be formed with good in-plane distribution of film thickness and film quality due to poor assembly of the isolation plates 71, 72, 73 is detected at the time of film formation after dummy sputtering, and it takes a long time to complete maintenance. It can be prevented. Therefore, since maintenance can be performed before dummy sputtering, the maintenance time can be shortened, which is advantageous.
  • the present invention is not limited to the above.
  • the case where the three separation plates 71, 72, 73 are provided has been described.
  • the number of the separation plates is not limited to this, and a plurality of separation plates may be provided so that there is a gap d between the separation plates.
  • a through hole 1c is provided in the side wall of the vacuum chamber 1, and a second vacuum gauge 12 leading to the through hole 1c is provided so that the pressure outside the isolation space 1a in the vacuum chamber 1 can be measured.
  • You may comprise.
  • the pressure outside the isolation space 1a in the vacuum chamber 1 with respect to the argon gas flow rate is also measured, and the state of the sputtering apparatus SM may be determined from the pressure difference between the measured pressure and the pressure in the isolation space 1a ( Second discrimination step).
  • the pressure in the isolation space 1a is equal to the pressure measured last time (that is, the measurement pressure and the reference pressure are equal)
  • the pressure outside the isolation space 1a in the vacuum chamber 1 is higher than the pressure measured last time. If it is high, the pressure difference becomes large. For example, it is determined that the exhaust means P of the sputtering apparatus SM has deteriorated, and maintenance can be performed at an appropriate time, which is advantageous.
  • the amount of change in pressure in the isolated space 1a per unit time during introduction of the sputtering gas and the amount of change in pressure outside the isolated space 1a in the vacuum chamber 1 are measured, and the sputtering apparatus is determined from the measured amount of change. May be determined (third and fourth determination steps).
  • the isolation plates 71, 72, 73 are not assembled so that the gap d is maintained, the conductance between the isolation space 1a and the isolation space 1a outside changes. For this reason, abnormality of the assembly position of the isolation plates 71, 72, 73 can be confirmed from these pressure changes.
  • the case where the pressure in the isolation space 1a is measured by the vacuum gauge 11 through the bent portion 62 has been described as an example.
  • the sputter particles adhere to the inner wall of the through hole 61 of the isolation block 6 and the vacuum gauge 11 When the sputtered particles do not reach, it is not necessary to form the bent portion 62 in the through hole 61.
  • the pressure in the isolated space 1a is measured through the through hole 61.
  • the isolation block 6 is provided with a plurality of through holes 61, but the plurality of through holes 61 are not necessarily provided, and one through hole 61 communicating with the vacuum gauge 11 is provided. That's fine.
  • the isolation plates 71, 72, 73 are assembled at appropriate positions (at this time, the gap d is 3 mm), and this state is defined as a first state.
  • the vacuum chamber 1 is evacuated to evacuate the isolation space 1a to 1 ⁇ 10 ⁇ 4 Torr, and then 200 sccm of argon gas is introduced. 1.
  • this state is set as the second state.
  • 200 sccm of argon gas is introduced in the same manner as in the first state, and the pressure in the isolation space 1a and the pressure in the vacuum chamber 1 after a predetermined time (5 sec) from the start of introduction are measured with the vacuum gauge 11 , 12 were 2.4 ⁇ 10 ⁇ 2 Torr and 1.4 ⁇ 10 ⁇ 2 Torr (the pressure difference at this time was 1 ⁇ 10 ⁇ 2 Torr).
  • an alumina film was formed on the surface of the silicon substrate W, and the film thickness in-plane distribution was measured.
  • the pressure in the vacuum chamber 1 was the same in the first state and the second state, but the pressure in the isolation space 1a was different by about 3 mTorr. Further, it was confirmed that when the gap d changes, the pressure in the isolation space 1a changes and the in-plane distribution of the film thickness changes. Therefore, it was found that by measuring the pressure in the isolated space 1a with the vacuum gauge 11, it can be determined whether or not the atmosphere in the vacuum chamber 1 and the isolated space 1a is in a state suitable for film formation. It has also been found that the pressure can be determined from the pressure difference between the pressure in the isolated space 1 a and the pressure outside the isolated space 1 a in the vacuum chamber 1.
  • SM Sputtering apparatus, W ... Substrate, 1 ... Vacuum chamber, 1a ... Isolation space, 2 ... Target, 5 ... Stage, 6 ... Isolation block (isolation means), 61 ... Through-hole, 62 ... Bent part, 71, 72, 73 ... isolation plate (isolation means), 11 ... vacuum gauge.

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Abstract

真空チャンバ内の雰囲気が成膜に適した状態かを確実に判別できるスパッタリング装置及びその状態判別方法を提供する。　ターゲット２をスパッタリングしてこのターゲットに対向配置される基板Ｗに成膜するスパッタリング装置ＳＭにて、基板への成膜に先立って真空チャンバ内の雰囲気が成膜に適した状態かを判別する本発明のスパッタリング装置の状態判別方法は、スパッタリング装置として、隔絶手段６，７１～７３によってターゲットと基板とが臨む、真空チャンバ内と隔絶された隔絶空間を真空チャンバ内に設け、真空チャンバ内の真空引きに伴って隔絶空間が真空引きされるようにしたものを用い、真空チャンバ内を予め設定された圧力まで真空引きし、この状態でガスを導入し、このときの隔絶空間内の圧力を取得し、所定の膜厚・膜質面内分布で成膜したときに予め求めた前記隔絶空間内の圧力を基準圧力とし、この基準圧力と前記取得した隔絶空間内の圧力とを比較してスパッタリング装置の状態を判別する第１の判別工程を含む。

Description

スパッタリング装置及びその状態判別方法
　本発明は、スパッタリング装置及びその状態判別方法に関する。
　従来、例えばアルミナや窒化シリコン等の絶縁物をターゲットとし、これをスパッタリングして処理すべき基板のターゲットとの対向面に酸化物や窒化物等の絶縁膜を成膜する場合、スパッタリング装置を用いることが知られている（例えば、特許文献１参照）。
　このようなスパッタリング装置としては、ターゲットが着脱自在に取り付けられる真空チャンバと、真空チャンバ内でターゲットと対向配置されて基板を保持するステージと、ターゲットと基板とが臨む、真空チャンバ内から隔絶された隔絶空間を画成する隔絶手段と、真空チャンバ内を真空引きする排気手段とを備えるものがある。隔絶手段は、メンテナンス性やステージに対する基板の搬送等を考慮して、隔絶ブロックと複数枚の隔絶板とを組み付けて構成することが一般であり、隔絶ブロックや隔絶板相互の間の隙間を介して真空チャンバ内と隔絶空間内とが連通しており、真空チャンバ内の真空引きに伴って隔絶空間が真空引きされるようになっている。隔絶ブロックと隔絶板の組み付けに際しては、ターゲットに高周波電力を投入したときに隔絶板相互間の隙間を介してプラズマが漏れ出さないように、当該隙間が２～３ｍｍの範囲に設定される。
　ところで、ターゲットのスパッタリングによる成膜中、隔絶板にもスパッタ粒子が付着し、これが汚染の原因となる。このため、隔絶板は定期的に交換されるが、隔絶板が上記隙間が保持されるように組み付けられないと、成膜時の隔絶空間内の圧力ひいてはプラズマ密度が変化し、膜厚や膜質の面内分布が変化してしまう。
　そこで、隔絶空間内に圧力センサの測定子を配置することが考えられるが、これでは、測定子の表面にも成膜されて圧力を精度よく測定できなくなる。このため、従来は、真空チャンバ内（つまり、隔絶板の外側の空間）の圧力を測定し、この測定した圧力から隔絶空間内の圧力を予測していた。
　然しながら、隔絶板相互間の隙間が変化して隔絶空間の圧力が変化した場合、上記従来例の如く予測した隔絶空間内の圧力と実際の隔絶空間内の圧力との間でずれが生じ、真空チャンバ内の雰囲気が成膜に適した状態か否かを判別することができないという問題がある。
特開２００２－４０４２号公報
　本発明は、以上の点に鑑み、真空チャンバ内の雰囲気が成膜に適した状態かを確実に判別できるスパッタリング装置及びその状態判別方法を提供することをその課題とするものである。
　上記課題を解決するために、ターゲットをスパッタリングしてこのターゲットに対向配置される基板に成膜するスパッタリング装置にて、基板への成膜に先立って真空チャンバ内の雰囲気が成膜に適した状態かを判別する本発明のスパッタリング装置の状態判別方法は、スパッタリング装置として、隔絶手段によってターゲットと基板とが臨む、真空チャンバ内と隔絶された隔絶空間を真空チャンバ内に設け、真空チャンバ内の真空引きに伴って隔絶空間が真空引きされるようにしたものを用い、真空チャンバ内を予め設定された圧力まで真空引きし、この状態でガスを導入し、このときの隔絶空間内の圧力を取得し、所定の膜厚・膜質面内分布で成膜したときに予め求めた前記隔絶空間内の圧力を基準圧力とし、この基準圧力と前記取得した隔絶空間内の圧力とを比較してスパッタリング装置の状態を判別する第１の判別工程を含むことを特徴とする。
　本発明によれば、隔絶空間内の圧力を取得し、この取得した圧力と基準圧力とを比較することで、真空チャンバ内の雰囲気が成膜に適した状態か否かを確実に判別できる。例えば、隔絶手段を交換する際に所定の位置に組み付けられず、隔絶手段の交換後に測定した隔絶空間内の圧力が交換前（基準圧力）と比較して大きく変化した場合には、膜厚や膜質の面内分布が変化する虞があり、成膜に適した状態ではないと判別される。この場合、ダミースパッタリング及び成膜を行う前に隔絶手段の組み付け位置を確認することができ、スパッタリング装置のメンテナンス時間を短縮できて有利である。
　本発明において、真空チャンバ内の前記隔絶空間の外側の圧力を測定し、この測定した圧力と前記取得した隔絶空間内の圧力との圧力差からスパッタリング装置の状態を判別する第２の判別工程を更に含むことが好ましい。これによれば、ダミースパッタリング及び成膜を行う前に、隔絶空間内と隔絶空間外側との圧力差から隔絶手段の組み付け位置の異常等を確認することができて有利である。
　本発明において、前記ガスを導入したときの単位時間当たりの前記隔絶空間内の圧力の変化量を測定し、この測定した変化量からスパッタリング装置の状態を判別する第３の判別工程を更に含むことが好ましい。これによれば、ダミースパッタリング及び成膜を行う前に、隔絶空間内の圧力の変化量から隔絶手段の組み付け位置の異常等を確認することができて有利である。
　本発明において、前記ガスを導入したときの単位時間当たりの真空チャンバ内の前記隔絶空間の外側の圧力の変化量を測定し、この測定した変化量からスパッタリング装置の状態を判別する第４の判別工程を更に含むことが好ましい。これによれば、取得した隔絶空間内の圧力が基準圧力と同等であり、真空チャンバ内の前記隔絶空間の外側の圧力の変化量が多い場合には、スパッタリング装置の排気手段が劣化していると判別してメンテナンスを適当な時期に行うことができて有利である。
　また、上記課題を解決するために、ターゲットが着脱自在に取り付けられる真空チャンバと、真空チャンバ内でターゲットと対向配置されて基板を保持するステージと、ターゲットと基板とが臨む、真空チャンバ内から隔絶された隔絶空間を画成する隔絶手段と、真空チャンバ内を真空引きすることで隔絶空間内を真空引きする排気手段とを備える本発明のスパッタリング装置は、隔絶手段が、ステージの周囲に配置されるアース接地で環状の隔絶ブロックと、隔絶ブロックとターゲットとの周囲を囲ってターゲットとステージとの間の空間を囲繞する隔絶板とを有し、隔絶ブロックに、先端が隔絶空間を臨み厚さ方向に貫通する少なくとも１つの貫通孔を設け、この貫通孔を通して隔絶空間内の圧力を測定する真空計を設けたことを特徴とする。
　本発明によれば、隔絶ブロックの貫通孔を通して隔絶空間内の圧力を測定するため、スパッタ粒子が真空計の測定子に付着して成膜されることを防止できる。従って、本発明のスパッタリング装置を用いることで、隔絶空間内の圧力を測定することができるため、真空チャンバの雰囲気が成膜に適した雰囲気か否かを確実に判別することができる。
　本発明において、前記隔絶ブロックは前記貫通孔を複数有し、これらの貫通孔のいずれかに屈曲部分を形成し、この屈曲部分を通して前記真空計を設けることが好ましい。これによれば、直進性を有するスパッタ粒子が真空計の測定子に付着して成膜されることをより一層防止できるため、真空チャンバの雰囲気が成膜に適した雰囲気か否かをより確実に判別することができる。
本発明の実施形態のスパッタリング装置の模式図。 本発明の効果を確認する実験結果を示すグラフ。
　図１を参照して、ＳＭは、本発明の実施形態のスパッタリング装置である。このスパッタリング装置ＳＭは、真空チャンバ１を備え、真空チャンバ１の天井部にカソードユニットＣが着脱自在に取付けられている。以下においては、図１中、真空チャンバ１の天井部側を向く方向を「上」とし、その底部側を向く方向を「下」として説明する。
　カソードユニットＣは、ターゲット２と、バッキングプレート３と、磁石ユニット４とから構成されている。ターゲット２は、基板Ｗに成膜しようとする薄膜の組成に応じて適宜選択されるアルミナ等の絶縁物で構成され、基板Ｗの輪郭に応じて、公知の方法で平面視円形に形成される。バッキングプレート３は、ターゲット２のスパッタ面２ａと背向する上面に、図示省略のインジウムやスズ等のボンディング材を介して接合されており、このターゲット２に接合された状態で絶縁体I１を介して真空チャンバ１上部に取り付けられる。バッキングプレート３の内部には図示省略の冷媒循環通路が開設されており、この冷媒循環通路に冷媒を循環させることで、成膜中、ターゲット２を冷却できるようになっている。
　ターゲット２は、公知の構造を有する高周波電源Ｅに接続され、スパッタリング時、アースとの間で所定周波数（例えば、１３．５６ＭＨｚ）の高周波（交流）電力が投入されるようにしている。磁石ユニット４は、ターゲット２のスパッタ面２ａの下方空間に磁場を発生させ、スパッタリング時にスパッタ面２ａの下方で電離した電子等を捕捉してターゲット２から飛散したスパッタ粒子を効率よくイオン化する公知の閉鎖磁場若しくはカスプ磁場構造を有するものであり、ここでは詳細な説明を省略する。
　真空チャンバ１の底部中央には、ターゲット２に対向させてステージ５が配置されている。ステージ５は、例えば筒状の輪郭を持つ金属製の基台５１と、この基台５１の上面に接着したチャックプレート５２とで構成されている。チャックプレート５２は、基台５１の上面より一回り小さい外径を有し、静電チャック用の電極５２ａ，５２ｂが埋設され、図外のチャック電源から電圧が印加されるようになっている。チャックプレート５２は、リング状の防着板５３により基台５１の上面に着脱自在に取り付けられている。防着板５３は絶縁体Ｉ２を介して基台５１の上面に取り付けられている。なお、静電チャックの構造については、単極型や双極型等の公知のものが利用できるため、ここでは詳細な説明を省略する。基台５１は、真空チャンバ１の底面に設けた開口に気密に装着された絶縁体Ｉ３で保持され、アース接地の真空チャンバ１とは縁切りされ、電気的にフローティングにされている。各絶縁体Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３の材質としては特に制限はなく、ガラス入りのフッ素樹脂（ポリテトラフルオロエチレン）や、ガラス入りのエポキシ樹脂などを用いることができる。
　スパッタリング装置ＳＭは、ターゲット２と基板Ｗとが臨む、真空チャンバ１内から隔絶された隔絶空間１ａを画成する隔絶手段として、環状でアース接地の隔絶ブロック６と、複数枚の隔絶板７１，７２，７３とを備える。隔絶ブロック６は、ステージ５の周囲の真空チャンバ１の底面に配置され、その内周縁部から径方向外側に下方に傾斜するように形成されている。隔絶板７１，７２，７３は、隔絶ブロック６とターゲット２の周囲を囲ってターゲット２とステージ５との間の空間を囲繞するように上下に配置されている。これら隔絶ブロック６と隔絶板７１，７２，７３は、真空チャンバ１の内壁面へのスパッタ粒子の付着を防止する防着板としての役割も果たす。隔絶板７２の外側面には、真空チャンバ１の底面を貫通して設けたシリンダＣｙの駆動軸Ｃｒが夫々連結されており、シリンダＣｙにより、図１に示す下動位置と、隔絶板７１側の上動位置との間で移動自在となっている。隔絶板７２を上動位置に移動させることで、隔絶板７２と隔絶板７３との間に隙間を形成し、図外のゲートバルブで開閉される搬送用の透孔Ｔｏを通してステージ５への基板Ｗの搬出・搬入を行うことができる。隔絶板７１，７２，７３の組み付けに際しては、ターゲット２に高周波電力を投入したときに隔絶板７１，７２，７３相互の隙間ｄを介してプラズマが漏れ出さないように、当該隙間ｄは２～３ｍｍの範囲に設定される。
　真空チャンバ１の側壁には、隔絶空間１ａ内にスパッタガスを導入するガス導入手段としてのガス管８が接続され、このガス管８がマスフローコントローラ８ａを介して図示省略のガス源に連通する。スパッタガスには、隔絶空間１ａ内にプラズマを形成する際に導入されるアルゴンガス等の希ガスだけでなく、酸素ガスや窒素ガスなどの反応ガスが含まれる。真空チャンバ１の側面にはまた、ターボ分子ポンプやロータリポンプなどで構成される排気手段Ｐに通じる排気管９が接続され、排気手段Ｐにより真空チャンバ１内を一定速度で真空引きすることで隔絶空間１ａを真空引きできるようにしている。
　上記スパッタリング装置ＳＭは、マイクロコンピュータやシーケンサ等を備えた公知の制御手段Ｃｕを有し、後述する状態判別方法を実施するだけでなく、マスフローコントローラ８ａの稼働、排気手段Ｐの稼働、高周波電源Ｅの稼働、シリンダＣｙの稼働等を統括制御するようにしている。以下、上記スパッタリング装置ＳＭを用いたスパッタリング方法について、アルミナ膜を成膜する場合を例に説明する。
　シリンダＣｙにより隔絶板７２を上動位置に移動し、図示省略の搬送ロボットを用いて、透孔Ｔｏを通して基板Ｗをステージ５上へ搬送し、静電チャック用の電極５２ａ，５２ｂに所定電圧を印加して、基板Ｗを静電吸着する。搬送ロボットを退避させた後、シリンダＣｙにより隔絶板７２を下動位置に移動し、隔絶空間１ａ内にガス管８の導入口８ｂからスパッタガスとしてのアルゴンガスを所定流量で導入し、ターゲット２に高周波電源Ｅから所定の高周波電力（例えば、１３．５６ＭＨｚ、１～５ｋＷ）を投入する。これにより、隔絶空間１ａ内にプラズマが形成され、ターゲット２のスパッタ面２ａがスパッタリングされて飛散したスパッタ粒子が基板Ｗに付着、堆積してアルミナ膜などの絶縁膜が成膜される。
　ところで、スパッタリングによる成膜中、ターゲット２からのスパッタ粒子は、基板Ｗ表面だけでなく隔絶板７１，７２，７３にも付着し、これが汚染の原因となるため、隔絶板７１，７２，７３は定期的に交換される。このとき、隔絶板７１，７２，７３が上記隙間ｄが保持されるように組み付けられないと、交換後に再開される成膜時の隔絶空間１ａ内の圧力ひいてはプラズマ密度が変化し、膜厚や膜質の面内分布が変化してしまう。
　本実施形態では、隔絶ブロック６に、先端が隔絶空間１ａを臨み厚さ方向に貫通する複数の貫通孔６１を設け、これらの貫通孔６１のいずれかに屈曲部分６２を形成した。この屈曲部分６２を形成した貫通孔６１に連通する透孔１ｂを真空チャンバ１の底壁に開設し、この透孔１ｂに気密に真空計１１のフランジ１１ｂを取り付けた。この真空計１１により、屈曲部分６２を介して隔絶空間１ａ内の圧力を測定できる。ここで、成膜時にターゲット２から飛散するスパッタ粒子は直進性を有するため、スパッタ粒子が貫通孔６１に入射しても屈曲部分６２より先には進入できない。このため、真空計１１の測定子１１ａにスパッタ粒子が付着して成膜されることはない。以下、上記スパッタリング装置ＳＭの状態判別方法について、隔絶板７１，７２，７３の交換後に実施する場合を例に説明する。
　洗浄済の隔絶板７１，７２，７３を組み付けた後、真空ポンプＰにより真空チャンバ１内を真空引きすることで隔絶空間１ａ内を真空引きする。隔絶空間１ａが所定圧力（１×１０－４Ｔｏｒｒ）に達すると、ガス管８から例えばアルゴンガスを２００ｓｃｃｍ導入する。このとき、隔絶空間１ａ内と真空チャンバ１内とは、隔絶板７１，７２，７３の隙間ｄを介して通じるため、両者の間には上記隙間（コンダクタンス）ｄに応じた圧力差が生じる。つまり、上記隙間ｄに応じて、アルゴンガス流量に対する隔絶空間１ａ内の圧力が異なることとなる。隔絶板７１，７２，７３の組み付け不良によって、隙間ｄが所定値（設計値）よりも小さくなった場合、隔絶空間１ａ内の圧力が高くなる一方で、隙間ｄが所定値よりも大きくなった場合、隔絶空間１ａ内の圧力が低くなる。このように隙間ｄが変化すると、成膜時の隔絶空間１ａ内の圧力ひいてはプラズマ密度が変化し、膜厚や膜質の面内分布よく成膜できなくなる。
　本実施形態では、アルゴンガスの導入開始から所定時間後に、真空計１１により測定される隔絶空間１ａ内の圧力（以下「測定圧力」ともいう）を上記制御手段Ｃｕが取得する。また、所定の（良好な）膜厚・膜質面内分布で成膜したときの隔絶空間１ａ内の圧力を基準圧力として予め求めておく。そして、取得した測定圧力と、予め求めた良好な膜厚・膜質面内分布で成膜できたときの圧力（基準圧力）とを比較する。測定圧力が基準圧力と同等（両者の差が所定範囲内）であれば、真空チャンバ１内の雰囲気、即ち、隔絶空間１ａ内の雰囲気が成膜に適した状態であると判別する（第１の判別工程）。この場合、公知のダミースパッタリングを行った後、上記の成膜に復帰する。一方、測定圧力と基準圧力との差が所定範囲を超えると、隔絶空間１ａ内の雰囲気が成膜に適さない状態であると判別する。この場合、ダミースパッタリングを行うことなく、隔絶板７１，７２，７３の組み付けを確認する等のメンテナンスを行う。これによれば、隔絶板７１，７２，７３の組み付け不良により膜厚や膜質の面内分布よく成膜できなくなるという異常が、ダミースパッタリング後の成膜時に発覚してメンテナンス完了までに長時間を要することを防止できる。従って、ダミースパッタリング前にメンテナンスを行うことができるため、メンテナンス時間を短縮することができて有利である。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記に限定されるものではない。上記実施形態では、３枚の隔絶板７１，７２，７３を備える場合について説明したが、枚数はこれに限定されず、隔絶板相互の間に隙間ｄを存するように複数枚備えればよい。
　また、図１に示すように、真空チャンバ１側壁に透孔１ｃを設け、この透孔１ｃに通じる第２の真空計１２を設け、真空チャンバ１内の隔絶空間１ａ外側の圧力を測定できるように構成してもよい。そして、アルゴンガス流量に対する真空チャンバ１内の隔絶空間１ａ外側の圧力をも測定し、この測定した圧力と隔絶空間１ａ内の圧力との圧力差からスパッタリング装置ＳＭの状態を判別してもよい（第２の判別工程）。この場合、隔絶空間１ａ内の圧力が前回測定した圧力と同等（つまり、測定圧力と基準圧力とが同等）であるものの、真空チャンバ１内の隔絶空間１ａ外側の圧力が前回測定した圧力よりも高いと、圧力差が大きくなるため、例えば、スパッタリング装置ＳＭの排気手段Ｐが劣化していると判別し、メンテナンスを適当な時期に行うことができて有利である。
　また、スパッタガスを導入中の単位時間当たりの隔絶空間１ａ内の圧力の変化量や、真空チャンバ１内の隔絶空間１ａの外側の圧力の変化量を測定し、この測定した変化量からスパッタリング装置の状態を判別してもよい（第３、第４の判別工程）。ここで、隔絶板７１，７２，７３が上記隙間ｄが保持されるように組み付けられないと、隔絶空間１ａ内と隔絶空間１ａ外部とのコンダクタンスが変化する。このため、これらの圧力変化量から隔絶板７１，７２，７３の組み付け位置の異常等を確認することができる。
　上記実施形態では、隔絶空間１ａ内の圧力を屈曲部分６２を通して真空計１１により測定する場合を例に説明したが、隔絶ブロック６の貫通孔６１の内壁にスパッタ粒子が付着して真空計１１にスパッタ粒子が到達しないような場合には、貫通孔６１に屈曲部分６２を形成しなくてもよく、この場合、貫通孔６１を通して隔絶空間１ａ内の圧力が測定される。また、上記実施形態では、隔絶ブロック６に複数の貫通孔６１が設けられているが、貫通孔６１を必ずしも複数設ける必要はなく、真空計１１に連通する貫通孔６１が１つ設けられていればよい。
　次に、以上の効果を確認するために、図１に示す高周波スパッタリング装置ＳＭを用いて以下の実験を行った。本実験では、隔絶板７１，７２，７３を適正な位置（このとき、隙間ｄが３ｍｍ）に組み付け、この状態を第１状態とする。この第１状態で、真空チャンバ１内を真空引きすることで隔絶空間１ａ内を１×１０－４Ｔｏｒｒまで真空引きした後、アルゴンガスを２００ｓｃｃｍ導入する。このアルゴンガス導入開始から所定時間（５ｓｅｃ）経過後の隔絶空間１ａ内の圧力（「基準圧力」に相当する）及び真空チャンバ１内の圧力を真空計１１，１２により夫々測定した結果、２．１×１０－２Ｔｏｒｒ，１．４×１０－２Ｔｏｒｒであった（このときの圧力差は０．７×１０－２Ｔｏｒｒ）。また、この第１状態で、ターゲット２に１３．５６ＭＨｚの高周波電源Ｅを３ｋＷ投入して、ステージ５で保持したシリコン基板Ｗの表面にアルミナ膜を成膜し、膜厚面内分布を測定した結果、１．４６％であった。
　次に、隙間ｄが１．５ｍｍと小さくなるように故意に隔絶板７１，７２，７３の位置をずらし、この状態を第２状態とする。この第２状態で、上記第１状態のときと同様にアルゴンガスを２００ｓｃｃｍ導入し、導入開始から所定時間（５ｓｅｃ）経過後の隔絶空間１ａ内の圧力及び真空チャンバ１内の圧力を真空計１１，１２により夫々測定した結果、２．４×１０－２Ｔｏｒｒ，１．４×１０－２Ｔｏｒｒであった（このときの圧力差は１×１０－２Ｔｏｒｒ）。また、上記第１状態のときと同様にシリコン基板Ｗ表面にアルミナ膜を成膜し、膜厚面内分布を測定した結果、１．８１％であった。さらに、第１状態と第２状態のそれぞれにおいて、アルゴンガス流量を５０～３００ｓｃｃｍの間で変化させ、上記と同様に各圧力を夫々測定した結果、図２に示すような関係が得られた。
　以上より、第１状態と第２状態とで真空チャンバ１内の圧力は同等であるが、隔絶空間１ａ内の圧力は３ｍＴｏｒｒ程度異なることが確認された。また、隙間ｄが変化すると、隔絶空間１ａの圧力が変化して膜厚面内分布が変化することが確認された。従って、真空計１１で隔絶空間１ａの圧力を測定することにより、真空チャンバ１内及び隔絶空間１ａ内の雰囲気が成膜に適した状態か否かを判別できることが判った。また、隔絶空間１ａの圧力と、真空チャンバ１内の隔絶空間１ａ外側の圧力との差圧から判別できることも判った。
　ＳＭ…スパッタリング装置、Ｗ…基板、１…真空チャンバ、１ａ…隔絶空間、２…ターゲット、５…ステージ、６…隔絶ブロック（隔絶手段）、６１…貫通孔、６２…屈曲部分、７１，７２，７３…隔絶板（隔絶手段）、１１…真空計。

Claims (6)

  1. 　ターゲットをスパッタリングしてこのターゲットに対向配置される基板に成膜するスパッタリング装置にて、基板への成膜に先立って真空チャンバ内の雰囲気が成膜に適した状態かを判別するスパッタリング装置の状態判別方法であって、
    　スパッタリング装置として、隔絶手段によってターゲットと基板とが臨む、真空チャンバ内と隔絶された隔絶空間を真空チャンバ内に設け、真空チャンバ内の真空引きに伴って隔絶空間が真空引きされるようにしたものを用い、
    　真空チャンバ内を予め設定された圧力まで真空引きし、この状態でガスを導入し、このときの隔絶空間内の圧力を取得し、所定の膜厚・膜質面内分布で成膜したときに予め求めた前記隔絶空間内の圧力を基準圧力とし、この基準圧力と前記取得した隔絶空間内の圧力とを比較してスパッタリング装置の状態を判別する第１の判別工程を含むことを特徴とするスパッタリング装置の状態判別方法。
  2. 　真空チャンバ内の前記隔絶空間の外側の圧力を測定し、この測定した圧力と前記取得した隔絶空間内の圧力との圧力差からスパッタリング装置の状態を判別する第２の判別工程を更に含むことを特徴とする請求項１記載のスパッタリング装置の状態判別方法。
  3. 　前記ガスを導入したときの単位時間当たりの前記隔絶空間内の圧力の変化量を測定し、この測定した変化量からスパッタリング装置の状態を判別する第３の判別工程を更に含むことを特徴とする請求項１または請求項２記載のスパッタリング装置の状態判別方法。
  4. 　前記ガスを導入したときの単位時間当たりの真空チャンバ内の前記隔絶空間の外側の圧力の変化量を測定し、この測定した変化量からスパッタリング装置の状態を判別する第４の判別工程を更に含むことを特徴とする請求項１～３の何れか１項記載のスパッタリング装置の状態判別方法。
  5. 　ターゲットが着脱自在に取り付けられる真空チャンバと、真空チャンバ内でターゲットと対向配置されて基板を保持するステージと、ターゲットと基板とが臨む、真空チャンバ内から隔絶された隔絶空間を画成する隔絶手段と、真空チャンバ内を真空引きすることで隔絶空間内を真空引きする排気手段とを備えるスパッタリング装置であって、
    　隔絶手段は、ステージの周囲に配置されるアース接地で環状の隔絶ブロックと、隔絶ブロックとターゲットとの周囲を囲ってターゲットとステージとの間の空間を囲繞する隔絶板とを有するものにおいて、
    　隔絶ブロックに、先端が隔絶空間を臨み厚さ方向に貫通する少なくとも１つの貫通孔を設け、この貫通孔を通して隔絶空間内の圧力を測定する真空計を設けたことを特徴とするスパッタリング装置。
  6. 　前記隔絶ブロックは前記貫通孔を複数有し、これらの貫通孔のいずれかに屈曲部分を形成し、この屈曲部分を通して前記真空計を設けたことを特徴とする請求項５記載のスパッタリング装置。
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