CN102822379A - 用于电子装置的制造方法和溅射方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于电子装置的制造方法,包括:第一步骤,使得基板保持器运动成接近第一屏蔽部件以使得形成于第一屏蔽部件上并具有环形形状的第一凸出部分和具有环形形状并形成于第二屏蔽部件上的第二凸出部分定位在以非接触状态相互接合的位置处,该第二屏蔽部件安装在基板保持器的表面上并在基板的外周边部分处;第二步骤,在第一步骤之后溅射靶,同时使得第一凸出部分和第二凸出部分保持在以非接触状态相互接合的位置处;以及第三步骤,在第二步骤之后使得第一屏蔽部件设定在打开状态,通过溅射该靶在基板上形成薄膜。

Description

用于电子装置的制造方法和溅射方法
技术领域
本发明涉及一种制造电子装置例如半导体装置或磁存储介质的方法以及一种溅射方法。
背景技术
在基板上沉积薄膜的溅射方法是使用抽空真空容器的沉积方法。保持沉积源(该沉积源称为靶,由要沉积在基板上的材料来制造)的靶保持器和具有要布置基板的表面的基板保持器安装在真空容器中。惰性气体例如Ar或者惰性气体例如氮或者由这些气体的混合物形成的处理气体引入真空容器中。等离子体通过向靶施加高电压而产生,从而利用由在放电等离子体中的带电荷粒子引起的靶的溅射现象而使得靶材料粘附在由基板保持器保持的基板上。
当等离子体中的正离子进入具有负电势的靶材料中时,靶材料的原子或分子从靶材料中释放。它们称为溅射粒子。溅射粒子粘附在基板上,并形成包含靶材料的薄膜。在溅射设备中,能够自由打开/关闭的屏蔽板(它称为闸板)通常提供于靶材料和基板之间。
闸板主要用于三个目的。第一目的是进行预溅射。在正常的溅射设备中,等离子体并不在施加高电压的同时产生,而是从电压施加开始有大约0.1秒的延迟时间。也可选择,即使当施加电压时也可能并不产生等离子体。即使产生,等离子体在刚刚开始放电之后可能不稳定。由于这些现象,不能沉积具有稳定厚度和质量的薄膜。为了避免这种问题,使用闸板来进行所谓的预溅射,其中,当保持闸板关闭时开始放电,且在放电稳定之后再打开闸板,以便在基板上沉积溅射颗粒。
第二目的是进行调节。调节意味着进行的放电并不是要在基板上沉积溅射颗粒,而是要使得沉积薄膜的特性稳定。
例如,在用于生产的连续沉积开始之前,在与连续沉积情况相同的情况下进行放电,以便稳定真空容器中的气体。特别是,在用于通过引入反应气体(例如氮或氧)或反应气体和Ar的气体混合物来沉积靶材料的氧化物或氮化物的反应溅射中,对于稳定沉积来说重要的是将真空容器的内表面设置在与连续沉积中相同的状态。这样的原因如下。当反应气体引入真空容器(该真空容器的内表面由靶材料形成的薄膜来覆盖)中时,在薄膜和反应气体之间发生结合反应。为此在真空容器中的气体并不稳定,且不能获得稳定的薄膜特性。
不过,溅射颗粒不仅粘附在真空容器的内表面上,而且还粘附在基板保持器的基板布置表面上。为了防止这样,使用布置于基板保持器附近的闸板。通过将惰性气体和反应气体引入真空容器内来进行放电,同时通过关闭闸板以便从靶的溅射表面看遮蔽基板保持器的基板布置表面(但并不遮蔽真空容器的内表面)而防止沉积在基板布置表面上。因此,氮化物或氧化物粘附在真空容器的内表面上。在氮化物或氧化物预先充分粘附于真空容器的内表面上之后,开始在基板上的沉积。这使得沉积在基板上的薄膜质量能够稳定。
在调节中,放电可以在与用于生产的、中途通过连续沉积的生产条件不同的条件下来进行。例如,当高应力薄膜通过反应溅射而连续沉积在基板上时,粘附在真空容器的内表面上的薄膜由于应力而剥落。剥落的薄膜粘附在基板上,并使得电子装置的特性退化。为了防止这样,通过非反应溅射可以周期地沉积低应力金属薄膜。例如当TiN薄膜连续沉积时,Ti沉积的调节周期性地进行。只有当连续沉积TiN薄膜时,粘附在真空容器中的防粘附屏蔽件等上的TiN薄膜才会剥落。周期性进行Ti沉积的调节能够防止这样。
第三目的是进行靶清洁。靶清洁在溅射污染或氧化靶表面时利用闸板来进行,以便在生产之前和连续沉积之前预先除去靶的污染或氧化部分。当制造靶时,该靶通过在最终步骤中使用车床等机械加工形成。这时,由磨削工具产生的污染物粘附在靶表面上。也可选择,靶表面在靶的输送过程中氧化。在沉积之前需要充分溅射靶表面,以便露出清洁的靶表面。在这种情况下,溅射在闸板保持关闭时进行,以使得污染或氧化的靶颗粒并不粘附在基板保持器的基板布置表面上。
对于更高装置性能需要的背景情况,已经粘附在半导体基板的下表面上的靶材料可能通过退火而扩散至半导体基板中从而降低装置的特性,或者可能在随后步骤中污染下一步骤的基板处理设备。即使当靶材料在基板下表面上的粘附量非常小时(例如大约1×1011atms/cm2),通过基板的下表面污染另外的设备也将有很大影响。因此,需要严格管理。
即使当闸板关闭时也产生上述问题,因为环绕闸板存在间隙,且很少量的溅射颗粒通过该间隙。也就是,溅射颗粒在调节或靶清洁过程中粘附在基板保持器的基板布置表面上。溅射颗粒粘附在基板的下表面上,从而污染该基板。此外,溅射颗粒输送至下一步骤,从而污染另外的制造设备。
作为避免溅射颗粒在靶清洁或预溅射时包绕的问题的技术,例如PTL1公开了一种环绕靶安装柱形阴极盖以及使得闸板相对于阴极盖的开口端部有很小间隙的技术。
PTL2和PTL3各自公开了一种在基板和靶之间或在基板和沉积源之间有两个闸板的设备。
引用列表
专利文献
PTL1:日本专利公开No.8-269705
PTL2:日本专利公开No.2002-302763
PTL3:日本专利公开No.8-78791
发明内容
技术问题
不过,在PTL1的设备中,没有公开关于在闸板和阴极盖开口部分之间的间隙的详细形状。另一方面,当电子装置获得更高性能时要求消除以原子级别粘附在基板布置表面上的薄膜,如上所述。不过,在原子级别的溅射颗粒包绕不能通过在闸板和阴极盖开口表面之间设置间隙的结构来防止。
在PTL2和PTL3中,沉积能够以稳定状态开始,并能够抑制颗粒的产生。不过,这些技术没有解决使得溅射颗粒很少量地包绕至基板保持器的基板布置表面的问题,如近来所需的那样。
解决问题的方案
考虑到相关技术的上述问题,本发明提供了一种电子装置的制造方法,当在制造半导体装置时用于通过溅射来在基板上沉积薄膜的设备中进行放电以便调节和靶清洁时,该方法防止溅射颗粒粘附在基板保持器的基板布置表面上,以便抑制基板或其它制造设备的污染,还保持稳定的薄膜质量和抑制颗粒产生。
根据本发明的电子装置的制造方法是使用溅射设备的电子装置制造方法,该溅射设备包括:
靶保持器,该靶保持器提供于真空容器中,并设置成保持要用于沉积在基板上的靶;
基板保持器,该基板保持器设置成保持基板;
第一屏蔽部件,该第一屏蔽部件布置在基板保持器附近,并设置成设定在关闭状态和打开状态中的一个状态,在该关闭状态中,基板保持器与靶保持器屏蔽,在该打开状态中,基板保持器开口于靶保持器;
第一打开/关闭驱动装置,用于打开/关闭驱动第一屏蔽部件至打开状态和关闭状态中的一个状态;
第二屏蔽部件,该第二屏蔽部件有环形形状,安装在基板保持器的表面上并在基板的外周边部分处;以及
用于使得基板保持器运动的驱动装置,以便使得基板保持器与安装的第二屏蔽部件一起运动成接近第一屏蔽部件成关闭状态或者远离第一屏蔽部件;
第一屏蔽部件具有至少一个第一凸出部分,该第一凸出部分沿第二屏蔽部件的方向延伸,并有环形形状;以及
第二屏蔽部件有至少一个第二凸出部分,该第二凸出部分沿第一屏蔽部件的方向延伸,并有环形形状,
该方法包括:
第一步骤,即使得驱动装置使基板保持器运动成接近第一屏蔽部件以及使得第一凸出部分和第二凸出部分定位在以非接触状态相互接合的位置处;
第二步骤,即在第一步骤之后溅射该靶,同时使得第一凸出部分和第二凸出部分保持在以非接触状态相互接合的位置处;以及
第三步骤,即在第二步骤之后使得第一打开/关闭驱动装置将第一屏蔽部件设定在打开状态,并溅射该靶以便在基板上进行沉积。
也可选择,根据本发明的电子装置的制造方法是使用溅射设备的电子装置的制造方法,该溅射设备包括:
靶保持器,该靶保持器提供于真空容器中,并设置成保持要用于沉积在基板上的靶;
基板保持器,该基板保持器设置成保持基板;
第一屏蔽部件,该第一屏蔽部件布置在基板保持器附近,并设置成设定在关闭状态和打开状态中的一个状态,在该关闭状态中,基板保持器与靶保持器屏蔽,在该打开状态中,基板保持器开口于靶保持器;
第一打开/关闭驱动装置,用于打开/关闭驱动第一屏蔽部件至打开状态和关闭状态中的一个状态;
第二屏蔽部件,该第二屏蔽部件有环形形状,安装在基板保持器的表面上并在基板的外周边部分处;以及
用于使得第一屏蔽部件运动的驱动装置,使得第一屏蔽部件运动成接近基板保持器成关闭状态或者远离基板保持器,该基板保持器安装有第二屏蔽部件;
第一屏蔽部件具有至少一个第一凸出部分,该第一凸出部分沿第二屏蔽部件的方向延伸,并有环形形状;以及
第二屏蔽部件有至少一个第二凸出部分,该第二凸出部分沿第一屏蔽部件的方向延伸,并有环形形状,
该方法包括:
第一步骤,即使得驱动装置将第一屏蔽部件定位成使得第一凸出部分和第二凸出部分以非接触状态相互接合;
第二步骤,即在第一步骤之后溅射该靶,同时使得第一凸出部分和第二凸出部分保持在以非接触状态相互接合的位置处;以及
第三步骤,即在第二步骤之后使得第一打开/关闭驱动装置将第一屏蔽部件设定在打开状态,并溅射该靶以便在基板上进行沉积。
也可选择,根据本发明的溅射方法是使用溅射设备的溅射方法,该溅射设备包括:
靶保持器,该靶保持器提供于真空容器中,并设置成保持要用于沉积在基板上的靶;
基板保持器,该基板保持器设置成保持该基板;
第一屏蔽部件,该第一屏蔽部件布置在基板保持器附近,并设置成设定在关闭状态和打开状态中的一个状态,在该关闭状态中,基板保持器与靶保持器屏蔽,在该打开状态中,基板保持器开口于靶保持器;
第一打开/关闭驱动装置,用于打开/关闭驱动第一屏蔽部件至打开状态和关闭状态中的一个;
第二屏蔽部件,该第二屏蔽部件有环形形状,安装在基板保持器的表面上并在基板的外周边部分处;以及
用于使得基板保持器运动的驱动装置,使得基板保持器与安装的第二屏蔽部件一起运动成接近第一屏蔽部件成关闭状态或者远离第一屏蔽部件;
第一屏蔽部件具有至少一个第一凸出部分,该第一凸出部分沿第二屏蔽部件的方向延伸,并有环形形状;以及
第二屏蔽部件有至少一个第二凸出部分,该第二凸出部分沿第一屏蔽部件的方向延伸,并有环形形状,
该方法包括:
第一步骤,即使得驱动装置将基板保持器运动成接近第一屏蔽部件以及将第一凸出部分和第二凸出部分定位在以非接触状态相互接合的位置处;以及
第二步骤,即在第一步骤之后溅射该靶,同时使得第一凸出部分和第二凸出部分保持在以非接触状态相互接合的位置处。
也可选择,根据本发明的溅射方法是使用溅射设备的溅射方法,该溅射设备包括:
靶保持器,该靶保持器提供于真空容器中,并设置成保持要用于沉积在基板上的靶;
基板保持器,该基板保持器设置成保持该基板;
第一屏蔽部件,该第一屏蔽部件布置在基板保持器附近,并设置成设定在关闭状态和打开状态中的一个状态,在该关闭状态中,基板保持器与靶保持器屏蔽,在该打开状态中,基板保持器开口于靶保持器;
第一打开/关闭驱动装置,用于打开/关闭驱动第一屏蔽部件至打开状态和关闭状态中的一个状态;
第二屏蔽部件,该第二屏蔽部件有环形形状,安装在基板保持器的表面上并在基板的外周边部分处;以及
用于使得第一屏蔽部件运动的驱动装置,以便使得第一屏蔽部件运动成接近基板保持器成关闭状态或者远离基板保持器,该基板保持器安装有第二屏蔽部件;
第一屏蔽部件具有至少一个第一凸出部分,该第一凸出部分沿第二屏蔽部件的方向延伸,并有环形形状;以及
第二屏蔽部件有至少一个第二凸出部分,该第二凸出部分沿第一屏蔽部件的方向延伸,并有环形形状,
该方法包括:
第一步骤,即使得驱动装置将第一屏蔽部件定位成使得第一凸出部分和第二凸出部分以非接触状态相互接合;以及
第二步骤,即在第一步骤之后溅射该靶,同时使得第一凸出部分和第二凸出部分保持在以非接触状态相互接合的位置处。
发明的有利效果
根据本发明,能够提供一种电子装置的制造方法和溅射方法,当在用于在制造电子装置时通过溅射在基板上沉积薄膜的设备中执行用于调节和靶清洁的放电时,该电子装置的制造方法和溅射方法防止溅射颗粒粘附在基板保持器的基板布置表面上,以便抑制基板或另外制造设备的污染。
通过下面结合附图的说明,将清楚本发明的其它特征和优点,在全部附图中,相同参考标号表示相同或类似的部件。
附图说明
包含在说明书中并构成说明书的一部分的附图表示了本发明的实施例,并与说明书一起用于解释本发明的原理。
图1A是根据本发明实施例的沉积设备的示意图;
图1B是设置成操作图1A中所示的沉积设备的主控制器的方框图;
图2是表示对着基板周边覆盖环21的基板闸板19的示意结构的视图;
图3是表示对着基板闸板19的基板周边覆盖环21的示意结构的视图;
图4A是用于解释在基板闸板19和基板周边覆盖环21之间的位置关系的视图;
图4B是用于解释在基板闸板19和基板周边覆盖环21之间的位置关系的视图;
图4C是用于解释在基板闸板19和基板周边覆盖环21之间的位置关系的视图;
图5A是用于解释沉积设备在调节时的操作过程的视图;
图5B是用于解释沉积设备在调节时的操作过程的视图;
图5C是用于解释沉积设备在调节时的操作过程的视图;
图5D是用于解释沉积设备在调节时的操作过程的视图;
图5E是用于解释沉积设备在调节时的操作过程的视图;
图5F是用于解释沉积设备在调节时的操作过程的视图;
图6A是用于解释沉积设备在进行预溅射操作和在基板上沉积时的操作的视图;
图6B是用于解释沉积设备在进行预溅射操作和在基板上沉积时的操作的视图;
图6C是用于解释沉积设备在进行预溅射操作和在基板上沉积时的操作的视图;
图6D是用于解释沉积设备在进行预溅射操作和在基板上沉积时的操作的视图;
图6E是用于解释沉积设备在进行预溅射操作和在基板上沉积时的操作的视图;
图6F是用于解释沉积设备在进行预溅射操作和在基板上沉积时的操作的视图;
图6G是用于解释沉积设备在进行预溅射操作和在基板上沉积时的操作的视图;
图6H是用于解释沉积设备在进行预溅射操作和在基板上沉积时的操作的视图;
图6I是用于解释沉积设备在进行预溅射操作和在基板上沉积时的操作的视图;
图7A是用于解释由基板闸板19和基板周边覆盖环21形成的迷宫式密封的变化形式的视图;
图7B是用于解释由基板闸板19和基板周边覆盖环21形成的迷宫式密封的另一变化形式的视图;
图7C是用于解释由基板闸板19和基板周边覆盖环21形成的迷宫式密封的还一变化形式的视图;
图7D是用于解释由基板闸板19和基板周边覆盖环21形成的迷宫式密封的还一变化形式的视图;
图7E是用于解释由基板闸板19和基板周边覆盖环21形成的迷宫式密封的还一变化形式的视图;
图7F是用于解释由基板闸板19和基板周边覆盖环21形成的迷宫式密封的还一变化形式的视图;
图7G是用于解释由基板闸板19和基板周边覆盖环21形成的迷宫式密封的还一变化形式的视图;
图8是表示根据本发明实施例的沉积设备的变化形式的示意图;
图9是表示用于闪存的叠置薄膜沉积设备的示意结构的视图,该叠置薄膜沉积设备是包括根据本发明实施例的沉积设备的真空薄沉积设备的实例;
图10是表示使用根据本发明实施例的沉积设备进行电子装置产品处理的过程的流程图;
图11是表示使用根据本发明实施例的沉积设备进行调节的处理过程的表格;
图12是用于示例解释调节开始条件的表格;以及
图13是表示当使用根据本发明实施例的沉积设备执行图10中所示的处理时通过一天一次测量粘附在基板上的颗粒数而获得的结果的曲线图。
具体实施方式
下面将参考附图介绍本发明的优选实施例。
下面将参考图1A、1B、2和3介绍根据本发明的溅射设备(下文中将称为“沉积设备”)的总体结构。图1A是根据本发明实施例的沉积设备1的示意图。沉积设备1包括:真空容器2;真空排气系统,该真空排气系统包括涡轮分子泵48和干燥泵49,并通过排气口8来使得真空容器2排气;惰性气体引入系统15,该惰性气体引入系统15能够将惰性气体引入真空容器2中;以及反应气体引入系统17,该反应气体引入系统17能够引入反应气体。
排气口8是具有例如矩形截面的导管,并使得真空容器2与涡轮分子泵48连接。设置成在维护时使得沉积设备1和涡轮分子泵48相互断开的主阀47提供于排气口8和涡轮分子泵48之间。
设置成供给惰性气体的惰性气体供给设备(气缸)16与惰性气体引入系统15连接。惰性气体引入系统15由设置成引入惰性气体的管、设置成控制惰性气体的流速的质量流量控制器、设置成停止和开始气体供给的阀、以及减压阀、过滤器等(在需要时)形成,并设置成使得气体能够以由控制器(未示出)限定的流速稳定地流动。从惰性气体供给设备16供给惰性气体,然后在它的流速由惰性气体引入系统15控制之后引向靶(目标物)4(后面将介绍)附近。
设置成供给反应气体的反应气体供给设备18与反应气体引入系统17连接。反应气体引入系统17由设置成引入反应气体的管、设置成控制反应气体的流速的质量流量控制器、设置成停止和开始气体流动的阀、以及减压阀、过滤器等(在需要时)形成,并设置成使得气体能够以由控制器(未示出)限定的流速稳定地流动。
反应气体由反应气体供给设备18来供给,然后在它的流速由反应气体引入系统17控制之后引向保持基板10的基板保持器7(后面将介绍)附近。在引入真空容器2之后,惰性气体和反应气体产生溅射颗粒,如后面所述,或者用于形成薄膜,然后通过排气口8,并通过涡轮分子泵48和干燥泵49排出。
真空容器2提供有:靶保持器6,该靶保持器6通过背板5保持具有暴露溅射表面的靶4;以及基板保持器7,该基板保持器7将基板10保持在预定位置,由靶4释放的溅射颗粒到达该位置处。真空容器2还提供有压力计41,该压力计41设置成测量真空容器2中的压力。真空容器2的内表面电接地。电接地的柱形屏蔽件40提供于真空容器2的内表面上并在靶保持器6和基板保持器7之间。屏蔽件40防止溅射颗粒直接粘附在真空容器2的内表面上,并有可更换结构。
用于实施磁控管溅射的磁体13布置在靶4的后面(从溅射表面看时)。磁体13由磁体保持器3保持,并可通过磁体保持器旋转机构(未示出)旋转。为了均匀腐蚀靶,磁体保持器3在放电过程中旋转。
靶4安装在基板10斜上方的位置(偏离位置)。也就是,靶4的溅射表面的中心点位于与基板10的中心点的法线偏离预定距离的位置处。施加溅射放电电力的电源12与靶保持器6连接。图1A中所示的沉积设备1包括DC电源。不过,本发明并不局限于此,沉积设备可以包括例如RF电源。当使用RF电源时,匹配装置安装在电源12和靶保持器6之间。
靶保持器6通过绝缘体34与真空容器2绝缘,并当施加DC或RF电力时用作电极,因为它由金属例如Cu制造。应当知道,靶保持器6有内部的水道(未示出),并设置成通过由水管(未示出)供给的冷却水来冷却。靶4由要沉积在基板上的材料组分来制造。该材料优选是具有高纯度,因为它关系到薄膜的纯度。安装在靶4和靶保持器6之间的背板5由金属例如Cu制造,并保持该靶4。也可选择,靶4可以直接固定在靶保持器6上,而并不使用背板5。在这种情况下,问题是靶的形状变复杂。另一方面,因为背板和靶不需要粘接,因此能够提高可靠性。
靶闸板14安装在靶保持器6附近,以便覆盖靶保持器6。靶闸板14用作屏蔽部件(第三屏蔽部件),它设置成设定关闭状态或打开状态,在该关闭状态中,靶保持器6与基板保持器7屏蔽,在该打开状态中,靶保持器6向基板保持器7开口。靶闸板14提供有靶闸板驱动机构33。
具有环形形状的第二屏蔽部件(在下文中也称为“基板周边覆盖环21”)提供于基板保持器7的基板布置表面侧并在基板10的外边缘(外周边部分)处。基板周边覆盖环21防止溅射颗粒粘附在除了基板10的沉积表面之外的位置。除了沉积表面之外的位置除了包括基板保持器7的、由基板周边覆盖环21覆盖的部分之外还包括基板10的侧表面和底表面。基板保持器7提供有基板保持器驱动机构31,该基板保持器驱动机构31设置成使得基板保持器7沿竖直方向运动,或者使得它以预定速度旋转。基板保持器驱动机构31能够使得基板保持器7沿竖直方向运动,以便使得基板保持器7朝着基板闸板19(第一屏蔽部件)向上运动至关闭状态,或者离开基板闸板19(第一屏蔽部件)向下运动。
基板闸板19布置在基板10附近并在基板保持器7和靶保持器6之间。基板闸板19由基板闸板支承部件20支承,以便覆盖基板10的表面。当基板闸板驱动机构32使得基板闸板支承部件20旋转时,基板闸板19插入在靶4和基板10之间(关闭状态)。这时,基板10与靶4屏蔽。类似的,当基板闸板驱动机构32操作成使得基板闸板19从在靶保持器6(靶4)和基板保持器7(基板10)之间后退时,基板保持器7(基板10)向靶保持器6(靶4)开口(打开状态)。因此,基板闸板驱动机构32打开/关闭基板闸板19,以便设定关闭状态或打开状态,在该关闭状态中,基板保持器7与靶保持器6屏蔽,在该打开状态中,基板保持器7向靶保持器6开口。
基板闸板19设置成能够后退至排气口8中。如图1A中所示,当基板闸板19后退并储存在排气通路的导管中直到用于高真空排气的涡轮分子泵48时,设备的面积能够减小。
基板闸板19由不锈钢或铝合金来制造。当需要热阻时,它可以由钛或钛合金来制造。基板闸板19的表面通过喷砂等而进行喷砂加工,以使得表面具有较小的不均匀性。因此,粘附在基板闸板19上的薄膜几乎不会剥落,能够减少剥落产生的颗粒。除了喷砂加工,薄金属薄膜可以通过金属喷溅等形成于基板闸板19的表面上。在这种情况下,进行喷溅比只进行喷砂加工更昂贵。不过,当拆卸基板闸板19并除去粘附的薄膜时,通过溅射而粘附的薄膜只需要与喷溅薄膜一起利用化学溶剂等来溶解。因此,闸板不会受到物理损坏。此外,因为柔性Al薄膜增加了与溅射薄膜的粘附,因此防止溅射薄膜由于它自身的应力而剥落。
下面将参考图2和3介绍基板周边覆盖环21和基板闸板19的形状。图3是表示对着基板闸板19的基板周边覆盖环21的示意结构的视图。基板周边覆盖环21包括凸出部分,各凸出部分有环形形状,并朝着基板闸板19延伸。也就是,基板周边覆盖环21有环形形状,并在它对着基板闸板19的表面上包括同心的凸出部分(凸起21a和21b)。
图2是表示对着基板周边覆盖环21的基板闸板19的示意结构的视图。基板闸板19包括凸出部分,该凸出部分有环形形状,并朝着基板周边覆盖环21延伸。基板闸板19在它对着基板周边覆盖环21的表面上包括凸出部分(凸起19a)。应当知道,周长以凸起21a、19a和21b的顺序变大。
在基板保持器通过基板保持器驱动机构31而向上运动的位置处,凸起19a和凸起21a、21b以非接触状态相互接合。也可选择,在基板闸板19通过基板闸板驱动机构32而向下运动的位置处,凸起19a和凸起21a、21b以非接触状态相互接合。在这种情况下,凸起19a与由凸起21a和21b形成的凹形部分以非接触状态接合。
图1B是设置成操作图1A中所示的沉积设备1的主控制器100的方框图。主控制器100与用于施加溅射放电电力的电源12、惰性气体引入系统15、反应气体引入系统17、基板保持器驱动机构31、基板闸板驱动机构32、靶闸板驱动机构33、压力计41和闸阀电连接,并设置成管理和控制沉积设备的操作(后面将介绍)。
应当知道,提供于主控制器100中的储存装置63储存控制程序,以便执行沉积方法等,包括根据本发明的调节和预溅射。例如,控制程序实现为掩模ROM。控制程序还能够通过外部记录介质或网络而安装在由硬盘驱动器(HDD)等形成的储存装置63中。
下面将参考图4A至4C来解释在基板闸板19和基板周边覆盖环21之间的位置关系。图4A表示了基板闸板19和基板周边覆盖环21相互接近的状态(下文中将称为“位置A”),在相对表面上的凸出部分进行组合以便形成迷宫式密封。应当知道,迷宫式密封是一种非接触密封件,其中,形成于相对表面上的凸出部分(由凸起21a和21b形成的凹形部分和由凸起19a形成的凸形部分)相互接合,以便形成非接触状态,也就是,在凹形部分和凸形部分之间形成预定间隙。由靶释放的溅射颗粒具有在溅射腔室中直线向前运行的特征,因此不能通过在该凸形部分和凹形部分之间的间隙。因此能够防止溅射颗粒粘附在基板保持器7等的表面上。
在图4A所示的状态(位置A)中(其中形成迷宫式密封),假定H1是从基板闸板19的平表面凸出的高度,H2是从基板周边覆盖环21的平表面凸出的高度,D1是在基板闸板19的平表面和基板周边覆盖环21的平表面之间的距离。这时,在形成迷宫式密封时的状态中(位置A),满足关系D1<H1+H2。
在形成迷宫式密封时的状态中(在位置A处),三个凸起,也就是,基板闸板19的凸起19a和基板周边覆盖环的凸起21a、21b相互接合。应当知道,因为在该状态中进行调节处理,因此能够防止溅射颗粒粘附在基板保持器7的表面上。
图4B表示了当保持最小距离以便使得基板闸板19和基板周边覆盖环21在打开/关闭基板闸板19时并不相互接触时的状态(下文中称为“位置B”)。在该位置B处,满足关系D1>H1+H2。
图4C表示了当在基板闸板19和基板保持器7之间的距离增加至最大时的状态(下文中称为“位置C”)。这时,基板能够从形成于基板闸板19和基板周边覆盖环21(该基板闸板19和基板周边覆盖环21在位置C处的状态)之间的间隙输送至基板保持器7的基板布置表面。在该实施例中,基板保持器7沿竖直方向运动,以便使得基板周边覆盖环21的位置运动,并调节在基板闸板19和基板周边覆盖环21之间的间隔。不过,本发明并不局限于该实例。例如,基板闸板驱动机构32可以设置成使得基板闸板19沿竖直方向运动。也就是,基板闸板驱动机构32能够使得基板闸板19(第一屏蔽部件)沿竖直方向运动,以便使得基板闸板19(第一屏蔽部件)朝着基板保持器7(基板周边覆盖环21(第二屏蔽部件)安装在该基板保持器7上)向下运动至关闭状态,或者离开基板保持器7向上运动。
也可选择,基板闸板驱动机构32和基板保持器驱动机构31可以分别使得基板闸板19和基板保持器7沿竖直方向运动,以便设置在位置C的状态。
在该实施例中,基板闸板支承部件20通过旋转操作而打开/关闭基板闸板19。不过,当能够在靶4和基板10之间打开/关闭时,基板闸板19可以例如使用线性导入机构来沿水平方向滑动。
(在调节时的操作)
下面将参考图5A至5F来介绍沉积设备1在调节时的操作。应当知道,调节处理意味着当保持基板闸板19关闭以便不会在基板上进行沉积时进行放电和使得溅射颗粒粘附在腔室的内表面等上的处理,以便稳定沉积特征。
首先,主控制器100命令基板闸板驱动机构32关闭基板闸板19。然后,主控制器100命令靶闸板驱动机构33关闭靶闸板14。靶闸板14和基板闸板19根据来自主控制器100的指令而关闭。在这种状态中,基板保持器7布置在位置C,该位置C是等待位置。
主控制器100随后命令基板保持器驱动机构31执行升高操作,以使得基板保持器7从位置C(图4C)(该位置C是等待位置)向上运动至位置A(图4A)(在该位置A处形成迷宫式密封)(图5A)。
主控制器100命令用于控制惰性气体引入系统15的控制器从惰性气体引入系统15引入惰性气体(除了Ar之外还有Ne、Kr或Xe)至靶附近,同时保持靶闸板14关闭,如图5B中所示。这时,惰性气体引入至靶附近,如图5B中所示。因此,在靶附近的压力比基板周围更高,并很容易产生放电。在这种状态下,电源12向靶供电,从而开始放电。因为迷宫式密封形成于基板闸板19和基板周边覆盖环21之间,因此能够防止溅射颗粒粘附在基板保持器7的基板布置表面上。
主控制器100命令驱动靶闸板驱动机构33和打开靶闸板14,如图5C中所示。从而开始对腔室内壁进行调节。从靶4释放的溅射颗粒粘附在腔室的内壁上,并沉积薄膜。应当知道,当屏蔽件4提供于内壁上时,溅射颗粒粘附在屏蔽件40的表面上,并沉积薄膜。不过,因为在基板闸板19和基板周边覆盖环21之间形成迷宫式密封,因此能够防止溅射颗粒包在基板保持器7的基板布置表面周围。在该状态中,将进行调节以便在腔室的内壁或构成部件(例如屏蔽件)上形成薄膜。这样进行调节能够在靶闸板的打开状态中使得在溅射颗粒和反应气体之间的反应稳定。应当知道,为了通过反应溅射放电来进行调节,反应气体从反应气体引入系统17引入至基板附近。
在进行放电预定时间之后,主控制器100使得电源12停止供电,从而停止放电(图5D)。这时,沉积薄膜51形成于屏蔽件40、靶闸板14、基板闸板19和朝向靶的其它表面上。
主控制器100命令用于控制惰性气体引入系统15的控制器来停止惰性气体的供给,如图5E中所示。当供给反应气体时,主控制器100还命令反应气体引入系统17停止反应气体的供给。然后,主控制器100命令靶闸板驱动机构33关闭靶闸板14。
主控制器100命令基板保持器驱动机构31使得基板保持器7从位置A运动至位置C,如图5F中所示,从而完成调节。
通过上述处理过程,能够进行调节,同时防止溅射颗粒包在基板保持器7的基板布置表面周围。
应当知道,当在沉积之前除去粘附在靶上的杂质或氧化物的靶清洁时的操作能够根据与在调节时进行的上述操作相同的处理过程来进行。
(预溅射操作和在基板上沉积)
下面将参考图6A至6I介绍当进行预溅射操作和在基板上沉积时沉积设备1的操作。预溅射是当保持闸板关闭以便并不在基板上进行沉积时进行溅射,以便稳定放电。预溅射总是在各基板上沉积之前进行。
首先,主控制器100命令基板闸板驱动机构32关闭基板闸板19(设置在位置A的状态)。然后,主控制器100命令靶闸板驱动机构33关闭靶闸板14。靶闸板14和基板闸板19因此关闭(图6A)。在该状态中,基板保持器7布置在位置C处,该位置C是等待位置。
主控制器100命令打开腔室壁上的闸阀42,如图6B中所示,并通过腔室外部的基板输送装置(未示出)而从闸阀42装载基板10。基板10配合地通过腔室外部的基板输送装置和基板保持器中的提升机构(未示出)而从基板闸板19和基板周边覆盖环21之间装载并布置在基板保持器7的基板布置表面上。
主控制器100关闭闸阀42,如图6C中所示,并使得基板保持器驱动机构31使基板保持器7从位置C(图4C)运动至位置B(图4B)。优选是,位置B是当从沉积分布等的观点来看在靶4和基板10之间的位置关系最佳时的点。
主控制器100驱动基板保持器驱动机构31,从而使得基板保持器7旋转,如图6D中所示。惰性气体(除了Ar外还有Ne、Kr或Xe)从布置于靶附近的惰性气体引入系统15引入。主控制器100使得电源12向靶供电,从而开始放电。这样,在保持基板闸板19关闭时开始溅射将能够防止溅射颗粒粘附在基板上。
在用于稳定放电的预定放电稳定时间(3至15秒)之后,主控制器100打开靶闸板14,并开始预溅射,如图6E中所示。应当知道,当这时在开始放电中产生异常(例如故障)时,主控制器100能够通过监测放电电压/电流来检测它,并停止沉积顺序。当没有问题时,靶闸板14打开,如上所述。因此,溅射颗粒粘附在屏蔽件的内壁上,并沉积薄膜。应当知道,为了通过反应溅射来进行沉积,反应气体从反应气体引入系统17引入。溅射颗粒粘附在内壁上的屏蔽件40的屏蔽表面上,并沉积薄膜。
在预溅射过程中在基板保持器的位置B处,并不形成迷宫式密封。不过,因为以后在打开基板闸板19的操作时并不需要使得基板保持器后退的操作,因此闸板打开操作能够快速执行。此外,因为基板10总是布置在基板保持器7的基板布置表面上,因此已经包绕的少量溅射颗粒在很多情况下都不会有问题。不过,当已经包绕的少量溅射颗粒有问题时,基板闸板19在预溅射过程中设定在位置A处,以便保证半导体装置的特征。这能够在预溅射过程中防止溅射颗粒包绕,并能够沉积具有更高质量的薄膜。
在进行预溅射所需时间之后,主控制器100使得基板闸板驱动机构32打开基板闸板19,并开始在基板10上沉积,如图6F中所示。
在进行放电预定时间之后,主控制器100停止供电以停止放电,还停止惰性气体的供给,如图6G中所示。当供给反应气体时,主控制器100也停止供给反应气体。主控制器100关闭基板闸板19和靶闸板14。主控制器100使得基板保持器7从位置B运动至位置C,如图6H中所示。
如图6I中所示,腔室的闸阀42打开,基板以与装载时的顺序相反的顺序卸载。因此完成预溅射和在基板上的沉积。
当根据上述处理过程来操作闸板机构时,能够防止溅射颗粒进入基板,并能够沉积高质量薄膜。
根据该实施例的溅射设备,能够提供一种溅射设备,该溅射设备在进行放电以便进行调节、预溅射和靶清洁时防止溅射颗粒粘附在基板保持器的基板布置表面上。
(第一变化形式)
下面将参考图7A至7G介绍由基板闸板19和基板周边覆盖环21形成的迷宫式密封的变化形式。
图7A是在图1A所示的设备中由基板闸板19和基板周边覆盖环21形成的迷宫式密封的放大示意图。迷宫式密封能够通过基板闸板的凸起19a而形成于基板周边覆盖环21和基板闸板19之间,该凸起19a布置成对着在基板周边覆盖环的凸起21a和21b之间的位置。当基板周边覆盖环21有两个凸起21a和21b时,形成于在凸起21a、21b和基板闸板19的凸起19a之间的迷宫式闸板中的密封空间有由虚线区域71至74表示的四个弯。
迷宫式密封的竖直间隔(例如图7A中的D2)能够通过控制基板保持器7的竖直运动而变化。在本例中,基板保持器7的竖直运动通过主控制器100来控制,这样,基板周边覆盖环21和基板闸板19并不接触。当基板周边覆盖环21和基板闸板19接触时,溅射颗粒不会包绕基板保持器7的基板布置位置。不过,在基板周边覆盖环21和基板闸板19之间的接触部分处不合适地产生颗粒。这是因为该颗粒降低沉积在处理基板(要进行输送和以后处理)上的薄膜质量,并降低装置的产量或特性。
当打开/关闭基板闸板19时,主控制器100操作基板保持器驱动机构31,以便使得基板保持器7向下运动直至使得基板周边覆盖环21的凸起21a和21b并不与基板闸板19的凸起19a接触的位置(位置B或C)。由主控制器100进行的这种控制(以使得基板闸板19的凸起和基板周边覆盖环21的凸起并不碰撞(接触))也用于后面将介绍的迷宫式密封的变化形式。
迷宫式密封通过组合布置于基板闸板19和基板周边覆盖环21上的凸起和凸起或槽而形成。基板闸板19和基板周边覆盖环21中的至少一个需要能够沿竖直方向运动。在该实施例中,当沿竖直方向驱动基板保持器7时,基板周边覆盖环21的位置能够沿竖直方向运动。
凸起的数目需要为在各基板闸板19和基板周边覆盖环21上的凸起数目中的至少一个。优选是,基板闸板19和基板周边覆盖环21中的一个具有两个或更多凸起(从防止溅射颗粒包绕的观点来看)。与图1A相对应的图7A表示了当基板闸板19有一个凸起,且基板周边覆盖环21有两个凸起时的实例。
图7B表示了当基板闸板19和基板周边覆盖环21各自有一个凸起时的实例。当基板周边覆盖环21有一个凸起21a时,形成于凸起21a和基板闸板19的凸起19a之间的迷宫式闸板中的密封空间有由虚线区域75和76表示的两个弯。
图7C表示了当基板闸板19有两个凸起19a和19b,且基板周边覆盖环21有一个凸起21a时的实例。图7D表示了当基板闸板19有两个凸起19a和19b,且基板周边覆盖环21有两个凸起21a和21b时的实例。
当例如存在多个凸起时,它们可以有不同的高度,如图7E中所示。当基板闸板19和基板周边覆盖环21并不接触时,凸起高度H1或H2也可以大于在基板闸板19的平表面和基板周边覆盖环21的平表面之间的距离D1。图7E表示了凸起高度H1大于距离D1时的实例。
图7E表示了当提供于基板闸板19上的凸起具有不同高度时的实例。不过,本发明并不局限于该实例,基板周边覆盖环21的凸起可以有不同高度。
基板闸板19和基板周边覆盖环21的凸起并不需要总是有直角拐角和基部。它们例如可以有圆角形状,目的是更容易工作和维护。
可以采用如图7F中所示的结构,其中,基板闸板19和基板周边覆盖环21中的一个有形成于其中的槽,且另一个有凸起,以使得凸起和槽彼此相对,以便形成迷宫式密封。
基板周边覆盖环21可以有掩模部件(遮蔽环)的功能,它在沉积过程中防止薄膜沉积在除了基板的沉积表面之外的部分(基板的边缘(外周边部分))上。为了防止基板的边缘(外周边部分)由溅射颗粒粘附,基板周边覆盖环21例如有与基板的边缘交叠的区域,如图7G中所示。基板周边覆盖环可以设置成使得交叠部分与基板接触,以便机械固定基板。也可选择,当不需要机械固定时,基板周边覆盖环21能够设置成并不接触基板10。
(第二变化形式)
在上述实施例中介绍了使用单个靶的实例。不过,也可以采用使用多个靶的溅射设备,如图8中所示。在该实例中,为了防止一个靶由于粘附来自其它靶的溅射颗粒而被污染,需要提供多个靶闸板14来用于相应靶。这能够进行操作以便防止靶相互污染。
将参考下面的例子介绍根据本发明的电子装置制造方法。
(实例1)
在一个实例中,本发明用于通过在TiN沉积时周期性地在腔室壁上沉积Ti薄膜而防止TiN从腔室壁上剥落。对于该设备,使用在上述实施例中介绍的设备(图1A)。Ti用作靶4。对于基板闸板19和基板周边覆盖环21的凸起,使用在图7A中所示的凸起。在用于该实施例的图7A的状态中,基板闸板19有一个凸起,基板周边覆盖环21有两个凸起。
在TiN沉积之前的调节放电(预溅射)在TiN沉积条件下(后面将介绍)进行1200秒。然后,通过在300mm直径的Si基板上形成SiO2(1.5nm)/HfSiO(1.5nm)叠置薄膜而制备的晶片输送至沉积腔室1中,并布置在基板保持器7上。沉积厚度为7nm的TiN薄膜。
这时的TiN沉积条件如下。
作为惰性气体的Ar气以20sccm(sccm是标准cc每分钟的简写,用作每分钟气体流量的单位,转换成在1个大气压和0℃下(作为标准状态)的cm3)来供给,作为反应气体的N2气以20sccm来供给,压力设定为0.04Pa,功率设定为700W,且时间设置为240秒。
卸载晶片。对于300晶片进行类似沉积。卸载晶片,且处理结束。
然后进行调节处理。在该实例中,基板闸板19有一个凸起,该凸起有10mm的凸起高度H1。基板周边覆盖环21有两个凸起,各凸起有10mm的凸起高度H2。在基板闸板19和基板周边覆盖环21的扁平部分之间的距离D(除了凸起)为15mm。基板保持器7布置成在上述图4A所示的位置A处的状态。Ar气体以50sccm来供给,压力设定为0.04Pa,且以1000W的功率开始放电。然后,打开靶闸板14,并在使得基板闸板19保持关闭的同时进行调节放电2400秒。
通常,在调节时基板并不置于基板保持器7上。不过,在该实例中,为了试验,300mm的Si裸基板置于基板保持器7的基板布置表面上,然后进行放电。
在放电结束后,取出置于基板保持器7上的300mm Si裸基板。当利用全反射X射线荧光分析器TXRF(全反射X射线荧光(可由Technos购得的TREX630IIIX))分析离基板边缘26至34mm的部分时,检测的Ti量等于或小于检测极限。
(实例2)
为了检查具有与实例1中不同的迷宫式通路形状的迷宫式密封的效果,使用与实例1中相同的设备和条件来进行试验,除了使用的基板周边覆盖环21具有不同数目的凸起,如图7B中所示。在该实例中使用的基板周边覆盖环21(图7B)有一个凸起,且基板闸板19有一个凸起。当在与实例1中相同的条件下进行试验时,检测的Ti量是2×1010atms/cm2
(对比实例1)
为了对比,在与上述相同的条件下进行调节放电的试验,除了使用基板保持器7的基板周边覆盖环21和基板闸板19都没有凸起的设备(并不形成迷宫式密封)。试验通过将在基板闸板19和基板周边覆盖环21的扁平部分之间的距离D设定成与实例1和2中相同的值来进行。作为结果,可视觉识别的Ti薄膜形成于基板的外周边部分上。形成的Ti薄膜较厚,不能通过TXRF来测量。通过由TEM(透射电子显微镜)观察该部分而测量的薄膜厚度为大约5nm。应当知道,通过将Ti的密度(concentration)设定为4.5,在厚度为5nm的Ti薄膜中的Ti量计算为大约3×1016atms/cm2。因此证明,包绕在基板布置表面周围的溅射颗粒的量在该对比实例(没有迷宫式密封)中比实例1或2(其中形成迷宫式密封)中大得多。
实例1和2以及对比实例在表1中概括。
应当知道,对比实例的Ti量(*)表示由薄膜厚度转换的值。
表1
Figure BDA00002179466200231
在存在迷宫式密封的实例1和2中,Ti量明显小于没有迷宫式密封的对比实例。在基板周边覆盖环21有两个凸起(密封空间有4个弯)的实例1中,检测的Ti量小于基板周边覆盖环21有一个凸起(密封空间有两个弯)的实例2。当在一侧有两个凸起时,也就是迷宫式密封空间有四个弯时,与在各侧有一个凸起的实例(也就是迷宫式密封空间只有两个弯)相比,在原子水平上获得更显著的防止包绕的效果。应当知道,对于图7C、7D、7E和7F也同样证明,检测的Ti量等于或小于检测极限,与实例1中相同。在图7C、7D、7E和7F中,迷宫式密封有4个或更多弯。也就是,当迷宫式密封空间有4个或更多弯时,获得与实例1相同或超过实例1的效果。
(实例3)
图9是表示用于闪存的叠置薄膜沉积设备(下文中也简称为“叠置薄膜沉积设备”)的示意结构的视图,该叠置薄膜沉积设备是包括根据本发明实施例的沉积设备1的真空薄膜沉积设备的实例。图9中所示的叠置薄膜沉积设备包括真空输送腔室910,该真空输送腔室910包括真空输送机器人912。装载锁定腔室911、基板加热腔室913、第一PVD(溅射)腔室914、第二PVD(溅射)腔室915和基板冷却腔室917通过闸阀920而与真空输送腔室910连接。
下面将介绍图9中所示的叠置薄膜沉积设备的操作。首先,靶处理基板(硅晶片)置于装载锁定腔室911中(该装载锁定腔室911设置成将靶处理基板装载至真空输送腔室910中/从真空输送腔室910中卸载靶处理基板),并抽真空至1×10-4Pa或更小的压力。然后,利用真空输送机器人912而将靶处理基板装载至真空输送腔室910内(在该真空输送腔室910中,真空度保持在1×10-6Pa或更小),然后输送至合适的真空处理腔室。
在该实施例中,靶处理基板首先输送至基板加热腔室913并加热至400℃。然后,靶处理基板输送给第一PVD(溅射)腔室914,且具有15nm厚度的薄Al2O3薄膜沉积在靶处理基板上。然后,靶处理基板输送给第二PVD(溅射)腔室915,且具有20nm厚度的TiN薄膜沉积在它上面。最后,靶处理基板输送给基板冷却腔室917,并冷却至室温。在全部处理结束后,靶处理基板返回装载锁定腔室911。引入干氮气直到大气压力,然后从装载锁定腔室911中取出靶处理基板。
在该实施例的叠置薄膜沉积设备中,在真空处理腔室中的真空度是1×10-6Pa或更小。在该实施例中,磁控管溅射用于沉积Al2O3薄膜和TiN薄膜。
图10是表示电子装置产品处理过程的流程图,该电子装置产品处理过程涉及使用根据本发明实施例的沉积设备1的电子装置的制造方法。应当知道,在这里介绍的实例中,Ti用作设定于沉积设备1中的靶4,氩气用作惰性气体,氮气用作反应气体。
在步骤S1中,在更换靶和屏蔽件之后,对真空容器2进行排气,并控制至预定压力。当获得预定压力时,在步骤S2中开始靶清洁,同时使得靶闸板14和基板闸板19保持关闭。靶清洁表示进行溅射以便除去粘附在靶表面上的杂质或氧化物。在靶清洁中,基板保持器设置为这样的高度,使得基板闸板19和基板周边覆盖环21形成迷宫式密封。这样的设置能够防止溅射颗粒粘附在基板保持器的基板布置表面上。应当知道,靶清洁可以在基板置于基板保持器上的状态下进行。
在步骤S3中,主控制器100根据由输入装置(未示出)输入至主控制器100的沉积开始指令来开始沉积操作。
当在步骤3中输入沉积开始指令时,在步骤S4中进行调节。调节表示进行放电、溅射靶和使得溅射颗粒粘附在腔室的内壁等上以便使得沉积特征稳定的处理。
下面将更详细地介绍调节。图11是表示使用溅射沉积设备1来进行调节的处理过程的表。更具体地说,图11表示了步骤号、各处理的时间(设定时间)、靶闸板的位置(打开/关闭)、基板闸板的位置(打开/关闭)、对靶施加电力、Ar气体流速和氮气体流速。这些处理过程储存在储存装置63中,并由主控制器100连续执行。
下面将参考图11介绍沉积处理过程。首先,执行气体尖峰(spike)(步骤S1101)。在该步骤中,在腔室中的压力升高,以便设定方便在下一个等离子体点火步骤中开始放电的状态。对于这些条件,靶闸板14和基板闸板19关闭,并不引入氮气,且氩气流速设定为400sccm。氩气流速优选是100sccm或更高,以便于在下面的等离子体点火步骤中点火。
执行等离子体点火步骤(步骤S1102)。当保持闸板位置和气体条件时,1000W的DC电施加给Ti靶,以便产生等离子体(等离子体点火)。采用该气体条件能够防止在低压下很容易出现的等离子体产生故障。
进行预溅射(步骤S1103)。在预溅射中,氩气条件变化至100sccm,同时保持向靶施加的功率(靶施加功率)。通过这种处理过程,能够在不失去等离子体的情况下保持放电。
进行调节1(步骤S1104)。在调节1中,靶闸板14打开,同时保持靶施加功率和气体流速条件和保持基板闸板19关闭。这能够使得溅射颗粒从Ti靶粘附在腔室内壁(包括屏蔽件内壁)上,因此使得屏蔽件内壁覆盖有低应力薄膜。因为能够防止溅射薄膜从屏蔽件上剥落,因此能够防止剥落的薄膜分散至腔室中和落在装置上而降低产品的特性。
再次进行气体尖峰(步骤S1105)。在气体尖峰步骤中,停止向靶供电,氩气流速设定为200sccm,且氮气流速设定为10sccm。优选是,氩气流速高于在后面将介绍的调节2步骤(步骤S1108)中的氩气流速(例如100sccm或更高),以便于在下一个等离子体点火步骤中点火。此外,因为在后面将介绍的调节2步骤(步骤S1108)中通过利用引入的氮气进行反应溅射而沉积氮化物薄膜,因此在气体尖峰步骤中已经引入的氮气具有防止气体流速突然变化的效果。
执行等离子体点火步骤(步骤S1106)。当保持闸板位置和气体流速条件时,750W的DC电施加给Ti靶以便产生等离子体(等离子体点火)。利用该气体条件能够防止在低压下很容易出现的等离子体产生故障。
进行预溅射(步骤S1107)。在预溅射中,氩气流速条件变化至10sccm,氮气流速条件变化至10sccm,同时保持靶施加功率。通过该处理过程,能够在不失去等离子体的情况下保持放电。
进行调节2(步骤S1108)。在调节2中,靶闸板14打开,同时保持靶施加功率和气体流速条件,并保持基板闸板19关闭。因为来自Ti靶的溅射颗粒和作为反应气体的氮进行反应,且氮化物薄膜粘附在包括屏蔽件内壁的腔室内壁上,因此当前进至下一个基板沉积步骤时能够抑制腔室中的气体状态的突然变化。当抑制了在腔室中的气体状态突然变化时,在下一个基板沉积步骤中的沉积能够从开始就以稳定状态进行。因此能够实现在装置制造中大大提高制造稳定性的效果。
用于各上述处理过程的所需时间设定为最佳值。在该实施例中,时间设定为:0.1秒用于第一气体尖峰(步骤S1101),2秒用于等离子体点火(步骤S1102),5秒用于预溅射(步骤S1103),240秒用于调节1(步骤S1104),5秒用于第二气体尖峰(步骤S1105),2秒用于第二等离子体点火(步骤S1106),5秒用于第二预溅射,且180秒用于调节2(步骤S1108)。
应当知道,第二气体尖峰步骤(步骤S1105)以及随后的等离子体点火步骤(步骤S1106)和预溅射步骤(步骤S1107)能够省略。从缩短调节时间的观点来看,这样省略为优选。不过,当通过添加氮气而进行的调节2步骤(步骤S1108)紧跟在氩气放电的调节1步骤(步骤S1104)之后进行时,等离子体特性将在连续放电时进行较大变化。颗粒的量可能由于过渡状态而增加。在这种情况下,包括暂时停止放电和更换气体的这些步骤(步骤S1105、S1106和S1107)插入在调节1步骤(步骤S1104)和调节2步骤(步骤S1108)之间,从而进一步抑制等离子体特性在调节过程中突然变化。这能够减小颗粒产生的危险。
应当知道,作为反应溅射的调节2(步骤S1108)优选是使用与后面将介绍的在基板上沉积的条件几乎相同的条件。当调节2(步骤S1108)的条件与在产品制造步骤中在基板上沉积的条件几乎相同时,在产品制造步骤中在基板上的沉积能够在高重复性下更稳定地进行。
往回参考图10,在调节(步骤S4)之后,执行包括在基板上沉积处理的步骤S5。下面将参考图10介绍包含在步骤S5中的沉积处理过程。
首先,装载基板(步骤S501)。在基板装载步骤(步骤S501)中,闸阀42打开。基板10通过基板输送机器人(未示出)和提升机构(未示出)而装入真空容器2中,并布置在基板保持器7的基板布置表面上。基板保持器7向上运动至沉积位置,同时保持布置于其上的基板。
进行气体尖峰(步骤S502)。在气体尖峰步骤(步骤S502)中,靶闸板14和基板闸板19关闭,氩气以例如200sccm引入,氮气以10sccm引入。从方便开始放电的观点来看,氩气的量优选是大于在后面将介绍的沉积步骤(步骤S506)中引入的氩气流量。气体尖峰步骤(步骤S502)所需的时间例如为大约0.1秒,因为只需要保证在下一个点火步骤(步骤S503)中所需的压力。
然后进行等离子体点火(步骤S503)。在等离子体点火步骤(步骤S503)中,当保持靶闸板14和基板闸板19关闭以及使得氩气和氮气流速保持与气体尖峰步骤(步骤S502)中相同的条件时,例如750W的直流(DC)电施加给靶4,以便在靶的溅射表面附近产生放电等离子体。用于等离子体点火步骤(步骤S503)所需的时间例如为2秒,因为它只需要用于给等离子体点火的时间。
进行预溅射(步骤S504)。在预溅射步骤(步骤S504)中,靶闸板14和基板闸板19保持关闭,氩气流速减小至例如10sccm,且氮气流速设定为10sccm。这时,施加给靶的直流(DC)电例如为750W,并保持放电。用于预溅射步骤(步骤S504)所需的时间例如为5秒,因为它只需要用于准备下一个短调节的时间。
进行短调节(步骤S505)。在短调节步骤(步骤S505)中,靶闸板14打开,以便设定打开状态。基板闸板19保持关闭状态,氩气流速保持在10sccm,且氮气流速保持在10sccm。这时,施加给靶的直流(DC)电例如为750W,并保持放电。在短调节中,氮化钛薄膜沉积在屏蔽件内壁等上,从而提供了用于在下一个基板沉积步骤(步骤S506)中在稳定的大气中沉积的效果。为了提高该效果,沉积优选是在该下一个基板沉积步骤(步骤S506)中在与放电条件几乎相同的条件下进行。用于短调节步骤(步骤S505)所需的时间能够比上述调节1(步骤S1104)和调节2(步骤S1108)的时间更短,例如为5至30秒,因为大气已经在前面的调节(步骤S4)中制备。
然后,保持放电,同时使得氩气、氮气和DC电保持与在短调节步骤(步骤S505)中相同的条件。当靶闸板14保持在关闭状态中时,基板闸板19打开,并开始在基板上沉积(步骤S506)。也就是,对于在基板10上沉积的条件,氩气流速为10sccm,氮气流速为10sccm,且施加给靶的DC电为750W。
在停止向靶4供电以便结束在基板上沉积S506之后,进行基板卸载507。在基板卸载507中,基板保持器7向下运动,闸阀42打开,且基板10通过基板输送机器人(未示出)和提升机构(未示出)而卸载。
然后,主控制器10判断是否需要调节(步骤S6)。在调节需要判断步骤(步骤S6)中,主控制器100根据储存在储存装置63中的判断条件来确定是否需要调节。当确定需要调节时,处理返回步骤S4,以便再次进行调节(步骤S4)。另一方面,当主控制器100在步骤S6中确定不需要调节时,处理前进以便在步骤S7中停止判断。在步骤S7中,主控制器100根据是否向它输入停止信号或是否存在要向设备供给处理基板来进行判断。当判断并不停止时(在步骤S7中为NO),处理返回步骤S501,以便进行基板装载(步骤S501)至基板卸载(步骤S507)(经过沉积(步骤S506))。因此在产品基板上的沉积处理继续进行,以便形成预定数目的薄膜,例如几百薄膜。
在下面将介绍的实例中,在调节需要判断步骤(步骤S6)中确定要开始调节。在连续处理之后,可能由于产品等待时间等而产生等待时间。当根据储存在储存装置63中的判断条件而产生进行所需调节的等待时间时,主控制器100确定需要进行调节,并再次进行步骤S4中的调节。通过这样调节,粘附在屏蔽件内表面上的、TiN等的高应力薄膜的上表面能够由Ti等的低应力薄膜覆盖。当TiN继续粘附在屏蔽件上时,将产生薄膜剥落,且由于TiN薄膜的高应力和较弱地粘附在屏蔽件上而产生颗粒。为了防止薄膜剥落,进行Ti溅射。
Ti薄膜较强地粘附在屏蔽件或TiN薄膜上,且具有防止TiN薄膜剥落的效果(壁粘贴效果)。在这种情况下,溅射在整个屏蔽件上能够利用基板闸板而有效进行。在根据本发明实施例的溅射沉积设备1中,迷宫式密封由基板闸板19和基板周边覆盖环21形成。因此能够进行调节,同时不会在基板保持器的基板布置表面上沉积溅射薄膜。在调节之后,在步骤S5中的沉积处理(步骤S501至S507)再次进行。
在以上述方式进行调节之后,重复产品处理过程,直到靶的寿命结束。然后进行维护。在更换屏蔽件和靶之后,从在初始阶段的靶清洁开始重复进行处理。
通过上述处理过程,电子装置能够在防止粘附于屏蔽件上的薄膜剥落的同时进行制造,而不会使得溅射薄膜粘附在基板保持器的基板布置表面上。在该实施例中,介绍了这样的实例,其中,维护在靶的寿命结束时进行。与上述相同的操作甚至用于屏蔽件更换的维护。在上面介绍的实例中,当产生等待时间时开始进行调节。不过,调节开始条件(调节需求判断的条件)并不局限于上述实例。
图12是用于示例解释调节开始条件(调节需求判断的条件)的表。对于开始调节的判断条件是处理基板的总数、处理批次的总数、沉积薄膜的总厚度、施加给靶的电能、施加给靶以便利用更换的屏蔽件进行沉积的电能、等待时间以及由例如作为处理目标的电子装置的变化而引起的沉积条件变化。
调节开始正时能够设定为在一批(方便用于制造处理管理的一包基板,且一批通常包括25个基板)的处理结束之后的时间点。当要处理多批(处理批次)时,判断条件是处理批次的总数。调节开始正时能够设定为在所有批次的处理都结束之后的时间点(调节开始条件1、3、5、7、9和11)。也可选择,即使在一批的处理过程中,当满足一个上述判断条件(不同于涉及一批的条件)时,能够在处理过程中产生中断,以便开始调节(调节开始条件2、4、6、8、10和12)。
根据处理基板的总数来进行判断的方法1201具有即使当包含在一批中的基板数目变化时也使得调节间隔恒定的优点。当根据批次数来管理处理时,根据处理批次的总数来进行判断的方法1202具有预计进行调节的时间的优点。
当薄膜从屏蔽件上剥落取决于薄膜厚度的增量时,根据由沉积设备沉积的薄膜厚度来进行判断的方法1203具有在合适正时执行调节的优点。当靶表面在沉积处理中变化时,根据施加给靶的积累功率来进行判断的方法1204有在合适正时进行调节的优点。根据每个屏蔽件的积累功率来进行判断的方法1205具有即使当屏蔽件更换周期和靶更换周期变化时也在合适正时执行调节的优点。当在等待时间中在沉积腔室中的残余气体浓度或温度可能变化而降低沉积特性时,根据等待时间来进行判断的方法1206具有在良好状态中稳定沉积特性的效果。利用在基板上沉积的条件变化(产品制造条件)作为判断条件的方法1207具有即使当沉积条件变化时也稳定地在基板上沉积薄膜的效果。当沉积条件变化时,屏蔽件内壁表面或靶表面的状态变化。这些变化导致在气体组分中的变化或在电特性中的变化(例如由屏蔽件内壁表面或靶表面的吸气(gettering)性能而引起)。这使得在一个批次中在基板上沉积特性变化。使用在基板上沉积的条件变化(产品制造条件)作为判断条件的方法1207具有抑制该缺陷的效果。
在批量处理后进行调节的方法具有防止批量处理中断的效果(调节开始条件1、3、5、7、9和11)。中断批量处理以便进行调节的方法具有在准确正时进行调节的优点(调节开始条件2、4、6、8、10和12)。当沉积条件的变化用作判断条件时,调节在批量处理之前进行(调节开始条件13)。
图13是表示当利用根据本发明实施例的溅射沉积设备1进行图10中所示的处理时通过每天一次测量粘附在基板上的颗粒数目而获得的结果的曲线图。横坐标表示测量日,纵坐标表示具有0.09μm或更大尺寸并在具有300mm直径的硅基板上观察到的颗粒数目。颗粒数目利用可由KLA-Tencor获得的表面检查设备“SP2”(商标名)来测量。该数据表示非常好的颗粒数目(也就是10颗粒每基板)可以保持16天的相对较长时间。
本发明并不局限于上述实施例,在本发明的精神和范围内能够进行多种变化和改变。因此,下面的权利要求将向公众报告本发明的范围。

Claims (8)

1.一种电子装置的制造方法,该方法使用溅射设备,该溅射设备包括:
靶保持器,该靶保持器提供于真空容器中,并设置成保持要用于沉积在基板上的靶;
基板保持器,该基板保持器设置成保持该基板;
第一屏蔽部件,该第一屏蔽部件布置在基板保持器附近,并设置成设定在关闭状态和打开状态中的一个状态,在该关闭状态中,基板保持器与靶保持器屏蔽,在该打开状态中,基板保持器开口于靶保持器;
第一打开/关闭驱动装置,用于打开/关闭驱动第一屏蔽部件至打开状态和关闭状态中的一个状态;
第二屏蔽部件,该第二屏蔽部件有环形形状,且安装在基板保持器的表面上并在基板的外周边部分处;以及
用于使得基板保持器运动的驱动装置,使得基板保持器与已经安装的第二屏蔽部件一起运动成接近第一屏蔽部件成关闭状态或者远离第一屏蔽部件;
第一屏蔽部件具有至少一个第一凸出部分,该第一凸出部分沿第二屏蔽部件的方向延伸,并有环形形状;以及
第二屏蔽部件有至少一个第二凸出部分,该第二凸出部分沿第一屏蔽部件的方向延伸,并有环形形状,
该方法包括:
第一步骤,即使得驱动装置使基板保持器运动成接近第一屏蔽部件以及使得第一凸出部分和第二凸出部分定位在以非接触状态相互接合的位置处;
第二步骤,即在第一步骤之后溅射该靶,同时使得第一凸出部分和第二凸出部分保持在以非接触状态相互接合的位置处;以及
第三步骤,即在第二步骤之后使得第一打开/关闭驱动装置将第一屏蔽部件设定在打开状态,并溅射该靶以便在基板上进行沉积。
2.根据权利要求1所述的电子装置的制造方法,其中:
溅射设备还包括:
靶闸板,该靶闸板布置在靶保持器附近,并设置成设定为关闭状态和打开状态中的一个状态,在该关闭状态中,基板保持器与靶保持器屏蔽,在该打开状态中,基板保持器开口于靶保持器;以及
靶闸板驱动装置,用于打开/关闭驱动靶闸板至打开状态和关闭状态中的一个状态;以及
第二步骤还包括使得靶闸板驱动装置将靶闸板设定在关闭状态和溅射该靶的靶清洁步骤。
3.根据权利要求1所述的电子装置的制造方法,其中:
溅射设备还包括:
靶闸板,该靶闸板布置在靶保持器附近,并设置成设定为关闭状态和打开状态中的一个状态,在该关闭状态中,基板保持器与靶保持器屏蔽,在该打开状态中,基板保持器开口于靶保持器;以及
靶闸板驱动装置,用于打开/关闭驱动靶闸板至打开状态和关闭状态中的一个状态;以及
第二步骤还包括使得靶闸板驱动装置将靶闸板设定在打开状态和溅射该靶的调节步骤。
4.一种电子装置的制造方法,该方法使用溅射设备,该溅射设备包括:
靶保持器,该靶保持器提供于真空容器中,并设置成保持要用于沉积在基板上的靶;
基板保持器,该基板保持器设置成保持该基板;
第一屏蔽部件,该第一屏蔽部件布置在基板保持器附近,并设置成设定在关闭状态和打开状态中的一个状态,在该关闭状态中,基板保持器与靶保持器屏蔽,在该打开状态中,基板保持器开口于靶保持器;
第一打开/关闭驱动装置,用于打开/关闭驱动第一屏蔽部件至打开状态和关闭状态中的一个状态;
第二屏蔽部件,该第二屏蔽部件有环形形状,安装在基板保持器的表面上并在基板的外周边部分处;以及
用于使得第一屏蔽部件运动的驱动装置,使得第一屏蔽部件运动成接近基板保持器成关闭状态或者远离基板保持器,该基板保持器安装有第二屏蔽部件;
第一屏蔽部件具有至少一个第一凸出部分,该第一凸出部分沿第二屏蔽部件的方向延伸,并有环形形状;以及
第二屏蔽部件有至少一个第二凸出部分,该第二凸出部分沿第一屏蔽部件的方向延伸,并有环形形状,
该方法包括:
第一步骤,即使得驱动装置将第一屏蔽部件定位成使得第一凸出部分和第二凸出部分以非接触状态相互接合;
第二步骤,即在第一步骤之后溅射该靶,同时使得第一凸出部分和第二凸出部分保持在以非接触状态相互接合的位置处;以及
第三步骤,即在第二步骤之后使得第一打开/关闭驱动装置将第一屏蔽部件设定在打开状态,并溅射该靶以便在基板上进行沉积。
5.根据权利要求4所述的电子装置的制造方法,其中:
溅射设备还包括:
靶闸板,该靶闸板布置在靶保持器附近,并设置成设定为关闭状态和打开状态中的一个状态,在该关闭状态中,基板保持器与靶保持器屏蔽,在该打开状态中,基板保持器开口于靶保持器;以及
靶闸板驱动装置,用于打开/关闭驱动靶闸板至打开状态和关闭状态中的一个状态;以及
第二步骤还包括使得靶闸板驱动装置将靶闸板设定在关闭状态和溅射该靶的靶清洁步骤。
6.根据权利要求4所述的电子装置的制造方法,其中:
溅射设备还包括:
靶闸板,该靶闸板布置在靶保持器附近,并设置成设定为关闭状态和打开状态中的一个状态,在该关闭状态中,基板保持器与靶保持器屏蔽,在该打开状态中,基板保持器开口于靶保持器;以及
靶闸板驱动装置,用于打开/关闭驱动靶闸板至打开状态和关闭状态中的一个状态;以及
第二步骤还包括使得靶闸板驱动装置将靶闸板设定在打开状态和溅射该靶的调节步骤。
7.一种溅射方法,该方法使用溅射设备,该溅射设备包括:
靶保持器,该靶保持器提供于真空容器中,并设置成保持要用于沉积在基板上的靶;
基板保持器,该基板保持器设置成保持基板;
第一屏蔽部件,该第一屏蔽部件布置在基板保持器附近,并设置成设定在关闭状态和打开状态中的一个状态,在该关闭状态中,基板保持器与靶保持器屏蔽,在该打开状态中,基板保持器开口于靶保持器;
第一打开/关闭驱动装置,用于打开/关闭驱动第一屏蔽部件至打开状态和关闭状态中的一个状态;
第二屏蔽部件,该第二屏蔽部件有环形形状,安装在基板保持器的表面上并在基板的外周边部分处;以及
用于使得基板保持器运动的驱动装置,使得基板保持器与已经安装的第二屏蔽部件一起运动成接近第一屏蔽部件成关闭状态或者远离第一屏蔽部件;
第一屏蔽部件具有至少一个第一凸出部分,该第一凸出部分沿第二屏蔽部件的方向延伸,并有环形形状;以及
第二屏蔽部件有至少一个第二凸出部分,该第二凸出部分沿第一屏蔽部件的方向延伸,并有环形形状,
该方法包括:
第一步骤,即使得驱动装置将基板保持器运动成接近第一屏蔽部件以及使得第一凸出部分和第二凸出部分定位在以非接触状态相互接合的位置处;以及
第二步骤,即在第一步骤之后溅射该靶,同时使得第一凸出部分和第二凸出部分保持在以非接触状态相互接合的位置处。
8.一种溅射方法,该方法使用溅射设备,该溅射设备包括:
靶保持器,该靶保持器提供于真空容器中,并设置成保持要用于沉积在基板上的靶;
基板保持器,该基板保持器设置成保持基板;
第一屏蔽部件,该第一屏蔽部件布置在基板保持器附近,并设置成设定在关闭状态和打开状态中的一个状态,在该关闭状态中,基板保持器与靶保持器屏蔽,在该打开状态中,基板保持器开口于靶保持器;
第一打开/关闭驱动装置,用于打开/关闭驱动第一屏蔽部件至打开状态和关闭状态中的一个状态;
第二屏蔽部件,该第二屏蔽部件有环形形状,安装在基板保持器的表面上并在基板的外周边部分处;以及
用于使得第一屏蔽部件运动的驱动装置,使得第一屏蔽部件运动成接近基板保持器成关闭状态或者远离基板保持器,该基板保持器安装有第二屏蔽部件;
第一屏蔽部件具有至少一个第一凸出部分,该第一凸出部分沿第二屏蔽部件的方向延伸,并有环形形状;以及
第二屏蔽部件有至少一个第二凸出部分,该第二凸出部分沿第一屏蔽部件的方向延伸,并有环形形状,
该方法包括:
第一步骤,即使得驱动装置将第一屏蔽部件定位成使得第一凸出部分和第二凸出部分以非接触状态相互接合;以及
第二步骤,即在第一步骤之后溅射该靶,同时使得第一凸出部分和第二凸出部分保持在以非接触状态相互接合的位置处。
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