溅射装置及其状态的判断方法与流程

本发明涉及一种溅射装置及其状态的判断方法。

背景技术：

以往，已知在例如用氧化铝或氮化硅等绝缘材料作为靶，对其进行溅射并在待处理基板的与靶相对的面上形成氧化物或氮化物等绝缘膜时，使用溅射装置(例如参照专利文献1)。

这样的溅射装置具有：安装有装卸自如的靶的真空室；在真空室内与靶相对配置并保持基板的台架；限定靶和基板所面对的与真空室内隔离开的隔离空间的隔离装置；将真空室内抽真空的排气装置。考虑到便于维护和对台架运送基板等，隔离装置通常组装隔离块和由多张隔离板而构成，通过隔离块和隔离板相互间的间隙将真空室内和隔离空间内连通，随着对真空室内抽真空隔离空间也被抽真空。在组装隔离块和隔离板时，在向靶施加了高频电力时，将该间隙设置在2～3mm的范围内，以使等离子体不会经隔离板相互间的间隙泄漏。

然而，在通过靶的溅射而成膜的过程中，隔离板上也会附着溅射粒子，这就成了污染的原因。因此，虽然定期更换隔离板，但如果隔离板不能组装为保持上述间隙，则成膜时隔离空间内的压力乃至等离子体密度将改变，薄膜厚度和薄膜质量的面内分布将改变。

因此，虽然可以考虑在隔离空间内配置压力传感器的探头，但这些探头的表面也会形成薄膜而无法精度良好地测量压力。因此，以往是测量真空室内(即隔离板外侧的空间)的压力，并通过该测量到的压力来预测隔离空间内的压力。

然而，当隔离板相互间的间隙改变，隔离空间的压力改变时，存在像以往例那样预测出的隔离空间内的压力与实际的隔离空间内的压力之间产生偏差，从而无法判断出真空室内的气氛是否是适合成膜的状态的问题。

现有技术文献

专利文献

【专利文献1】专利公开2002－4042号公报。

技术实现要素：

发明要解决的技术问题

鉴于以上内容，本发明的课题是提供一种能可靠地判断出真空室内的气氛是否适合成膜的溅射装置及其状态判断方法。

解决技术问题的手段

为解决上述问题，本发明的溅射装置的状态判断方法，是通过溅射靶并在与该靶相对配置的基板上形成薄膜的溅射装置，在对基板形成薄膜之前判断真空室内的气氛是否是适合成膜的状态，所述溅射装置的状态判断方法，其特征在于：使用通过隔离装置而在真空室内设置靶和基板所面对的与真空室内隔离开的隔离空间，随着真空室内被抽真空使得隔离空间也被抽真空的装置作为溅射装置，包含将真空室内抽真空到预设的压力，在该状态下导入气体，获取此时隔离空间内的压力，以在以规定的薄膜厚度、薄膜质量面内分布形成薄膜时预先求出的所述隔离空间内的压力为基准压力，比较该基准压力和所述获取的隔离空间内的压力并判断溅射装置的状态的第一判断工序。

采用本发明，通过获取隔离空间内的压力并对该获取的压力和基准压力进行比较，可以可靠地判断真空室内的气氛是否是适合成膜的状态。例如，在当更换隔离装置时无法组装到规定位置，在更换隔离装置后测量出的隔离空间内的压力与更换前(基准压力)发生了很大变化的情况下，会出现薄膜厚度或薄膜质量的面内分布发生变化的问题，判断为不是适合成膜的状态。此时，可以在进行虚拟溅射和成膜前确认隔离装置的组装位置，可缩短溅射装置的维护时间，是有利的。

在本发明中，优选还包含测量真空室内的所述隔离空间外侧的压力，根据该测量出的压力和所述获取的隔离空间内压力的压力差来判断溅射装置的状态的第二判断工序。由此，可以在进行虚拟溅射和成膜前根据隔离空间内部和隔离空间外侧的压力差确认隔离装置的组装位置的异常等，是有利的。

在本发明中，优选还包含测量在导入所述气体时的每单位时间的所述隔离空间内的压力的变化量，根据该测量出的变化量来判断溅射装置的状态的第三判断工序。由此，可在进行虚拟溅射和成膜前根据隔离空间内压力的变化量来确认隔离装置的组装位置的异常等，是有利的。

在本发明中，优选还包含测量在导入所述气体时的每单位时间的真空室内的所述隔离空间外侧的压力的变化量，根据该测量出的变化量来判断溅射装置的状态的第四判断工序。由此，在获取的隔离空间内的压力与基准压力相等，真空室内的所述隔离空间外侧的压力的变化量大的情况下，可判断出溅射装置的排气装置老化并在适当的时间进行维护，是有利的。

再有，为解决上述技术问题，本发明的溅射装置具有安装有装卸自由的靶的真空室；在真空室内与靶相对配置并保持基板的台架；限定靶和基板所面对的与真空室内隔离开的隔离空间的隔离装置；以及通过将真空室内抽真空而将隔离空间内抽真空的排气装置，其特征在于：隔离装置具有配置在台架周围的接地的环形隔离块；以及围绕隔离块与靶的周围而环绕靶和台架之间的空间的隔离板；隔离块上设置有顶端面向隔离空间而贯通厚度方向的至少一个贯通孔，设置有通过该贯通孔测量隔离空间内的压力的真空计。

采用本发明，由于是通过隔离块的贯通孔测量隔离空间内的压力，所以可防止溅射粒子在真空计的探头上附着并形成薄膜。从而，由于通过使用本发明的溅射装置，可测量隔离空间内的压力，所以可可靠地判断真空室的气氛是否是适合成膜的气氛。

在本发明中，所述隔离块优选具有多个所述贯通孔，在这些贯通孔的任意一个上形成弯折部分，通过该弯折部分设置所述真空计。由此，由于可以进一步防止具有平直性(直進性)的溅射粒子在真空计的测头上附着并形成薄膜，所以可更加可靠地判断真空室的气氛是否是适合成膜的气氛。

附图说明

图1是本发明实施方式的溅射装置的示意图；

图2是示出确认本发明效果的实验结果图表。

具体实施方式

参照图1，sm是本发明实施方式的溅射装置。该溅射装置sm具有真空室1，阴极单元c装卸自如地安装在真空室1的内顶部。下面，以图1中朝真空室1的内顶部侧的方向为“上”，以朝其底部侧的方向为“下”来进行说明。

阴极单元c由靶2、背板3和磁铁单元4构成。靶2由根据要在基板w上形成的薄膜的组成而适当选择的氧化铝等绝缘材料构成，根据基板w的轮廓，以公知的方法形成为平面视图为圆形的形状。背板3通过省略图示的铟或锡等粘合材料接合在背对靶2的溅射面2a的上表面上，通过绝缘材料i1以接合在该靶2上的状态而安装到真空室1上部。在背板3内部开设有省略图示的冷媒循环通道，通过使冷媒在该冷媒循环通道中循环，可在成膜过程中冷却靶2。

靶2与具有公知结构的高频电源e相连接，在溅射时与地之间被施加规定频率(例如13.56mhz)的高频(交流)电力。磁铁单元4是使靶2的溅射面2a的下方空间中产生磁场，捕捉溅射时在溅射面2a的下方电离的电子等并有效地将从靶2飞散的溅射粒子离子化的具有公知的闭合磁场或会切磁场结构的磁铁单元。此处省略对其的详细说明。

在真空室1的底部中央与靶2相对配置台架5。台架5例如由具有筒状轮廓的金属制成的基台51、以及粘合在该基台51上表面的卡板52构成。卡板52具有比基台51上表面更小的外直径，埋设有静电卡盘用的电极52a、52b，从图外的卡盘电源施加电压到其上。卡板52通过环形的防附着板53而装卸自如地安装在基台51的上表面。防附着板53通过绝缘材料i2而安装在基台51的上表面。此外，关于静电卡盘的结构，由于可以使用单极型和双极型等公知的静电卡盘，所以此处省略对其的详细说明。基台51由绝缘材料i3保持，所述绝缘材料i3气密性地安装在真空室1的底面上设置的开口上，基台51与接地的真空室1分隔开而设置成电浮置。作为各绝缘材料i1、i2、i3的材质并没有特殊限制，但可使用含玻璃的含氟树脂(聚四氟乙烯)或含玻璃的环氧树脂等。

溅射装置sm具有接地的环形隔离块6以及多个隔离板71、72、73，作为限定靶2和基板w相对的与真空室1内隔离开的隔离空间1a的隔离装置。隔离块6配置在台架5周围的真空室1的底面上，形成为从其内周边部径向向外朝下方倾斜。隔离板71、72、73在上下方向上配置为围绕隔离块6与靶2的周围而环绕靶2和台架5之间的空间。这些隔离块6和隔离板71，72，73还起到作为防止溅射粒子附着在真空室1的内壁面上的防附着板的作用。贯通真空室1的底面设置的气缸cy的驱动轴cr分别连接在隔离板72的外侧面上，通过气缸cy，在图1所示的最低位置和隔离板71侧的最高位置之间自由移动。可通过将隔离板72移动到最高位置，在隔离板72和隔离板73之间形成间隙，通过由图外的闸阀开合的传送用的通孔to将基板w送出、送上台架5。在组装隔离板71、72、73时，将隔离板71、72、73彼此间的间隙d设置在2～3mm范围内，以便在向靶2施加高频电力时，等离子体不会经该间隙d而泄漏出去。

作为向隔离空间1a内导入溅射气体的气体导入装置的气管8连接在真空室1的侧壁上，该气管8经质量流量控制器8a与省略图示的气源相连。在溅射气体中，除在隔离空间1a内形成等离子体时导入的氩气等稀有气体外，还含有氧气或氮气等反应气体。与由涡轮分子泵或旋转泵等构成的排气装置p相通的排气管9也连接在真空室1的侧面上，可通过用排气装置p以一定速度将真空室1内抽真空而将隔离空间1a抽真空。

上述溅射装置sm具有包含个人电脑或定序器等的公知控制装置cu，不仅执行下文所述的状态判断方法，并且统一控制质量流量控制器8a的运行、排气装置p的运行、高频电源e的运行、气缸cy的运行等。下面以形成氧化铝膜为例，对使用上述溅射装置sm的溅射方法进行说明。

通过气缸cy将隔离板72移动到最高位置，使用省略图示的搬运机器人经通孔to将基板w送到台架5上，向静电卡盘用的电极52a、52b施加规定电压，静电吸附基板w。搬运机器人退开后，通过气缸cy将隔离板72移动到最低位置，从气管8的导入口8b以规定流量向隔离空间1a内导入作为溅射气体的氩气，从高频电源e向靶2施加规定的高频电力(例如13.56mhz、1～5kw)。由此，在隔离空间1a内形成等离子体，靶2的溅射面2a被溅射而飞散的溅射粒子附着、堆积在基板w上形成氧化铝膜等绝缘膜。

然而，溅射成膜过程中，由于来自靶2的溅射粒子除在基板w表面外，还会附着在隔离板71、72、73上，这成为污染的原因，所以会定期更换隔离板71、72、73。此时，如果不将隔离板71、72、73组装为保持上述间隙d，则当更换后再次开始形成薄膜时的隔离空间1a内的压力乃至等离子体密度会发生变化，薄膜厚度和薄膜质量的面内分布发生会变化。

在本实施方式中，隔离块6上设置有顶端朝向隔离空间1a并贯通厚度方向的多个贯通孔61，在这些贯通孔61的任意一个上形成弯折部分62。在真空室1的底壁上开设与形成了该弯折部分62的贯通孔61相连通的通孔1b，该通孔1b上气密地安装了真空计11的法兰11b。通过该真空计11，经弯折部分62可测量隔离空间1a内的压力。此处，由于在成膜时从靶2飞散的溅射粒子具有直线性，所以即便溅射粒子入射到贯通孔61中，也无法进入到比弯折部分62更远的位置。因此，溅射粒子不会在真空计11的测头11a上付着并成膜。以下，以更换隔离板71、72、73后实施的情况为例，对上述溅射装置sm的状态判断方法进行说明。

组装了清洗完的隔离板71、72、73后，通过由真空泵p将真空室1内抽真空而将隔离空间1a内抽真空。一旦隔离空间1a达到规定压力(1×10^－4托)，就从气管8例如导入200sccm的氩气。此时，由于隔离空间1a内部和真空室1内部经由隔离板71、72、73的间隙d而彼此相通，所以在两者之间产生与上述间隙(电导)d对应的压力差。即对于氩气流量的隔离空间1a内的压力随着上述间隙d而不同。由于隔离板71、72、73的组装故障，一方面，在间隙d小于规定值(设计值)时，隔离空间1a内的压力升高，另一方面，在间隙d大于规定值时，隔离空间1a内的压力降低。一旦间隙d像这样变化，则成膜时的隔离空间1a内的压力、乃至等离子体密度就会改变，无法薄膜厚度和薄膜质量的面内分布良好地成膜。

在本实施方式中，在从开始导入氩气经过规定时间后，上述控制装置cu获取由真空计11测量的隔离空间1a内的压力(以下也称为“测量压力”)。再有，预先求出以规定的(良好的)薄膜厚度、薄膜质量面内分布进行成膜时的隔离空间1a内的压力作为基准压力。并且，将获取的测量压力和预先求出的能以良好的薄膜厚度、薄膜质量面内分布进行成膜时的压力(基准压力)进行比较。如果测量压力与基准压力相等(两者的差在规定范围内)的话，就判断真空室1内的气氛、即隔离空间1a内的气氛是适合成膜的状态(第一判断工序)。此时，在进行了公知的虚拟溅射后，返回到上述的成膜。另一方面，如果测量压力和基准压力的差超过规定范围，则判断隔离空间1a内的气氛是不适合成膜的状态。此时，不进行虚拟溅射，而进行确认隔离板71、72、73的组装等的维护。由此，可防止在虚拟溅射后进行成膜时才发觉由隔离板71、72、73的组装故障导致的无法薄膜厚度或薄膜质量的面内分布良好地成膜的异常，到维护完毕需要很长时间的情况。从而，由于可以在虚拟溅射前进行维护，所以可缩短维护时间，是有利的。

以上，虽然对本发明实施方式进行了说明，但本发明不限于上述内容。在上述实施方式中，虽然对具有三块隔离板71、72、73的情况进行了说明，但块数并不仅限于此，只要有多块隔离板，彼此间存在间隙d即可。

再有，如图1所示，也可以在真空室1侧壁上设置通孔1c，设置与该通孔1c相连通的第二真空计12，以便可以测量真空室1内的隔离空间1a外侧的压力。并且，也可以还测量相对于氩气流量的真空室1内的隔离空间1a外侧的压力，根据该测量到的压力和隔离空间1a内压力的压力差来判断溅射装置sm的状态(第二判断工序)。此时，虽然隔离空间1a内的压力与上次测量的压力相等(即测量压力和基准压力相等)，但由于一旦真空室1内的隔离空间1a外侧的压力高于上次测量的压力，压力差就会增大，所以例如判断为溅射装置sm的排气装置p老化，可在适当的时间进行维护，是有利的。

再有，也可测量在导入溅射气体的过程中每单位时间的隔离空间1a内的压力的变化量、或真空室1内的隔离空间1a外侧的压力的变化量，根据该测量的变化量判断溅射装置的状态(第三、第四判断工序)。此处，一旦隔离板71、72、73不组装为保持上述间隙d，则隔离空间1a内部和隔离空间1a外部的电导发生变化。因此，可根据这些压力变化量确认隔离板71、72、73的组装位置的异常等。

在上述实施方式中，以用真空计11经弯折部分62来测量隔离空间1a内的压力的情况为例进行了说明，但在溅射粒子附着在隔离块6的贯通孔61的内壁上且溅射粒子不会到达真空计11的情况下，也可不在贯通孔61上形成弯折部分62，此时，通过贯通孔61来测量隔离空间1a内的压力。再有，上述实施方式中，在隔离块6上设置了多个贯通孔61，但并不一定要设置多个贯通孔61，只要设置1个与真空计11相连通的贯通孔61即可。

接着，为确认以上的效果，使用图1所示的高频溅射装置sm进行了以下实验。在本实验中，将隔离板71、72、73组装在适当的位置(此时，间隙d是3mm)上，以此状态为第一状态。在该第一状态下，在通过将真空室1内抽真空而将隔离空间1a内抽真空到1×10^－4托后，导入200sccm的氩气。通过真空计11、12分别测量在从该开始导入氩气经过规定时间(5秒)后的隔离空间1a内的压力(相当于“基准压力”)以及真空室1内的压力，结果为2.1×10^－2托、1.4×10^－2托(此时的压力差是0.7×10^－2托)。再有，在该第一状态下，向靶2施加3kw的13.56mhz的高频电源e，在台架5所保持的硅基板w的表面上形成氧化铝膜，测量薄膜厚度面内分布，结果为1.46％。

接着，有意地将隔离板71、72、73的位置错开以使间隙d小于1.5mm，以此状态为第二状态。在该第二状态下，与上述第一状态时相同地导入200sccm的氩气，通过真空计11、12分别测量在从该开始导入氩气经过规定时间(5秒)后的隔离空间1a内的压力以及真空室1内的压力，结果为2.4×10^－2托、1.4×10^－2托(此时的压力差是1×10^－2托)。再有，与上述第一状态时相同地在硅基板w表面上形成氧化铝膜，测量薄膜厚度面内分布，结果为1.81％。进而，分别在第一状态和第二状态下，使氩气流量在50～300sccm之间变化，与上述相同地分别测量出各压力，结果得到图2所示的关系。

由此，确认在第一状态和第二状态下真空室1内的压力是等同的，但隔离空间1a内的压力有3m托程度的差别。再有，确认一旦间隙d发生变化，则隔离空间1a的压力发生变化且薄膜厚度面内分布发生变化。从而，可知可通过用真空计11来测量隔离空间1a的压力来判断真空室1内和隔离空间1a内的气氛是否是适合成膜的状态。再有，可知可通过隔离空间1a的压力和真空室1内的隔离空间1a外侧的压力的差圧来进行判断。

附图标记说明

sm…溅射装置、w…基板、1…真空室、1a…隔离空间、2…靶、5…台架、6…隔离块(隔离装置)、61…贯通孔、62…弯折部分、71，72，73…隔离板(隔离装置)、11…真空计。