CN106795625B - 高频溅射装置及溅射方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种可尽量抑制处理基板上的反溅射量并高效成膜的高频溅射装置。在真空中向靶(21)施加高频电力并对处理基板(W)的一面(Wa)进行成膜处理的本发明的高频溅射装置(SM)，其具有在处理基板的一面开放且电绝缘的状态下保持处理基板的台架(4)。台架具有位于该处理基板的保持面的凹部(42)，在以处理基板保持为处理基板的外周边部与台架的保持面(41)抵接时处理基板的另一面和凹部的轮廓所限定的空间(43)内，设置可在接近处理基板的方向或远离处理基板的方向上自由移动的与地线连接的可移动体(44)。

Description

高频溅射装置及溅射方法
技术领域
本发明涉及一种高频溅射装置及溅射方法。
背景技术
这种高频溅射装置例如在专利文献1中已知。该装置在真空室内具有在处理基板的一面开放且在电绝缘的状态下保持处理基板的台架。并且，向抽真空到规定压力的真空室内导入氩气等稀有气体，向靶施加高频电力并溅射靶，使由此产生的溅射粒子附着并堆积在处理基板的一面上，从而形成规定的薄膜。
此时，一旦施加高频电力并溅射靶，则向台架所保持的处理基板施加自偏置电位。因此，通常已知的是通过自偏置电位将等离子体中的稀有气体的离子等引入处理基板，发生堆积在处理基板上的物质被溅射的所谓反溅射的情况。此时，一旦反溅射量增加，则成膜率下降(成膜时间变长)，因此尽量抑制反溅射量是很重要的。
【现有技术文献】
【专利文献】
【专利文献1】专利公开2014－91861号公报
发明内容
发明要解决的问题
鉴于以上内容，本发明的课题是提供一种在成膜处理过程中可尽量抑制处理基板上的反溅射量并高效成膜的高频溅射装置及溅射方法。
解决技术问题的手段
为解决上述课题，在真空中向靶施加高频电力并对处理基板的一面进行成膜处理的本发明的高频溅射装置，其具有在处理基板的一面开放且在电绝缘的状态下保持处理基板的台架；所述高频溅射装置，其特征在于：台架具有位于该处理基板的保持面的凹部，在处理基板保持为处理基板的外周边部与台架的保持面抵接时处理基板的另一面和凹部的轮廓所限定的空间内，设置可在接近处理基板的方向或远离处理基板的方向上自由移动的与地线连接的可移动体。
采用本发明，一旦移动设置在台架上的可移动体使其从远离处理基板的位置开始接近，则由于处理基板的另一面和可移动体之间的距离缩短且处理基板和可移动体之间的静电容量增加，所以，与之相应地，可使在施加高频电力溅射靶时施加在处理基板上的自偏置电位下降。其结果是可尽量抑制处理基板上的反溅射量并高效地成膜。
在本发明中，优选在可移动体和地线之间，插设具有规定或可变电阻的电路。作为具有可变电阻的电路，可使用可调整电阻的匹配箱。
在本发明中，优选所述可移动体具有第一可移动部分，其带有与处理基板的中央区域相对的相对面。由此，通过使第一可移动部分在接近处理基板的方向或远离处理基板的方向上移动并控制第一可移动部分和处理基板之间的距离，可使施加在处理基板的中央区域的自偏置电位发生局部变化并控制反溅射量，因此在调整薄膜厚度面内分布时是有利的。此时，具有测量所述相对面和处理基板之间的静电容量的测量装置，如果基于其测量结果求出第一可移动部分的移動量，可精度良好地调整薄膜厚度面内分布。此外，相对面不仅包含由平面构成的相对面，也包含由曲面构成的相对面。
再有，在本发明中，优选还具有在所述第一可移动部分的周围同心配置，且带有与处理基板的中央区域以外的区域相对的规定面积的环形面的至少一个第二可移动部分，第一可移动部分和第二可移动部分分别由驱动装置驱动。由此，通过独立于第一可移动部分而使第二可移动部分在接近处理基板的方向或远离处理基板的方向上移动并分别控制各可移动部分和处理基板之间的距离，可更精细地控制薄膜厚度面内分布，是有利的。
使用上述高频溅射装置的本发明的溅射方法，其特征在于，包括：使所述可移动体朝接近处理基板的方向或朝远离处理基板的方向移动并调整可移动体的位置的调整工序；以及在调整了可移动体的位置后，向靶施加高频电力并溅射，使溅射粒子附着并堆积在处理基板的一面上形成薄膜的成膜工序。
在本发明中，优选所述调整工序具有测量在所述相对面和处理基板之间的静电容量的工序，基于其测量结果求出可移动体的移动量。
附图说明
图1是示出本发明的实施方式的高频溅射装置的剖面示意图。
图2是示出可移动体的变形例的剖面图。
图3(a)是示出可移动体的变形例的剖面图、(b)是示出可移动体的变形例的平面图。
图4是示出确认本发明的效果的实验结果的图表。
具体实施方式
下面参照附图，以硅基板作为处理基板W，以在该硅基板的表面上形成作为绝缘膜的氧化铝膜时使用的装置为例，对本发明的实施方式的高频溅射装置进行说明。
参照图1，SM是磁控方式的溅射装置，该溅射装置SM具有限定处理室1a的真空室1。导入氩气等稀有气体即溅射气体的气体管11连接在真空室1的侧壁上，气体管11上插设有质量流量控制器12，并与省略图示的气体源相连通。由此，可向通过下文所述的真空排气装置P以固定的排气速度抽真空的处理室1a内导入控制了流量的溅射气体，在成膜处理过程中，将处理室1a的压力保持为大致固定。与由涡轮分子泵或旋转泵等构成的真空排气装置P相连通的排气管12连接在真空室1的底部。真空室1的内顶部上安装有は阴极单元C。在下文中，以图1中朝向真空室1的内顶部一侧的方向为“上”，以朝向其底部侧的方向为“下”进行说明。
阴极单元C由靶组件2、配置在靶组件2的上方的磁铁单元3构成。靶组件2与基板W的轮廓对应，由以公知方法形成的平面视图为圆形的板状的氧化铝制成的靶21和通过铟等粘接材料(省略图示)结合在靶21的上表面的背板22构成，在通过溅射成膜的过程中，可通过在背板22的内部流通冷媒(冷却水)来冷却靶21。在安装了靶21的状态下将背板22下表面的周边部通过绝缘体I安装在真空室1的侧壁上部。来自高频电源E的输出连接在靶21上，在成膜处理时，向靶21施加高频电力。
磁铁单元3是在靶21的作为溅射面的下表面的下方空间中产生磁场，捕捉溅射时在溅射面的下方电离的电子等并高效地使从靶21飞散出的溅射粒子离子化的具有公知结构的装置，此处省略详细说明。
在真空室1的底部与靶21相对配置例如金属制成的台架4，基板W定位并保持为作为其成膜面的上表面开放的状态。此时，靶21和基板W之间的间隔考虑生产率和散射的次数等设定在25～80mm的范围内。此外，台架4也可由公知的静电卡盘构成。
台架4具有位于处理基板W的保持面41上的凹部42，以在将处理基板W保持为处理基板W的外周边部与保持面41抵接时处理基板W的另一面Wb和凹部42的轮廓限定空间43。在该空间43内，设置与地线相连的可移动体44。在可移动体44上连接有公知的驱动装置45的驱动轴45a，通过使用下文所述的控制装置在上下方向上驱动驱动轴45a，使可移动体44相对于处理基板W可自由进退。在可移动体44和地线之间插设具有规定或可变的电阻的电路46。作为电路46，可使用省略图示的具有电阻、线圈、电容等元件的公知的电路。作为具有可变电阻的电路46，可使用能调整电阻的公知的匹配箱。此外，也可不插设电路46而将可移动体44连接在地线上(参照图2)。再有，为了保持处理室1a内的真空状态，设置有省略图示的真空波纹管等公知的真空密封装置。
虽未特别地进行图示，但上述溅射装置SM包括公知的控制装置，其具有微型计算机或定序器等，由控制装置统一管理高频电源E的运行、质量流量控制器12的运行、真空排气装置P的运行和驱动装置45的运行等。下面再参照图3，使用上述溅射装置SM，以在硅基板W的表面上形成氧化铝膜的情况为例对本实施方式的溅射方法进行说明。
首先，一旦对驱动装置45进行驱动使设置在台架4上的可移动体44从远离处理基板W的位置开始移动并接近处理基板W来调整可移动体44的位置，则处理基板W的另一面Wb和可移动体44之间的距离g缩短且处理基板W和可移动体44之间的静电容量增加(调整工序)。然后，控制质量流量控制器12以规定的流量(例如100sccm)导入氩气(此时，处理室1a的压力为1.3Pa)，与之配合，从高频电源E向靶21例如施加500～5000W的频率13.56MHz的高频电力并在真空室1内形成等离子体，溅射靶21。此时，通过增加上述静电容量，可降低施加在处理基板W上的自偏置电位(Vdc)，其结果是可尽量控制处理基板W上的反溅射量，高效地形成氧化铝膜(成膜工序)。
此处，由于作为可移动体44的第一可移动部分带有与理基板W的中央区域Rc相对的相对面44f，所以如果使该第一可移动部分44向与处理基板W接近的方向或与处理基板W远离的方向移动的话，则可使施加在处理基板W的中央区域Rc上的自偏置电位发生局部变化，可控制该中央区域Rc上的反溅射量，因此可调整薄膜厚度面内分布。
此外，可移动体44的相对面44f不仅如图1所示为平面结构，也如图2所示包含曲面结构。如果相对面44f由曲面构成，则可在处理基板W的中央区域Rc上与其弯曲相对应精细控制反溅射量，进而可精细控制薄膜厚度面内分布。
再有，如图3所示，优选可移动体44还具有：在第一可移动部分44a的周围同心配置，且带有与处理基板W的中央区域Rc以外的区域相对的规定面积的环形面的至少一个(图3所示的是2个)第二可移动部分44b，44c，第一可移动部分和第二可移动部分44a，44b，44c分别由驱动装置驱动。由于驱动装置是公知的，所以图3中省略了图示。由此，通过移动各可移动部分44a，44b，44c而分别控制与处理基板W之间的距离，反溅射量的调整位置径向增加，因此，可进一步精细控制薄膜厚度面内分布。此处，也可以是为了控制反溅射量的面内分布，使用省略图示的测量装置测量各可移动部分44a，44b，44c和与之相对的处理基板W的部分之间的静电容量，求出各可移动部分44a，44b，44c的移动量以使测量到的静电容量为所需的值(例如彼此一致)，根据求出的移动量驱动各驱动装置，控制各可移动部分44a，44b，44c和处理基板W之间的距离。测量装置例如可使用像激光位移计这样的根据与处理基板W之间的间隔求静电容量的设备、或根据向在接触1极的状态下测量的极施加交流电压(AC)而流通的电流而求静电容量的设备等公知的设备，因此此处省略详细说明。
以上对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不仅限于上述内容。在上述实施方式中，以使用氧化铝这样的绝缘材料制成的靶形成绝缘材料膜的情况为例进行了说明，但毫无疑问使用金属制成的靶形成金属膜的情况也适用本发明。
接下来，为确认上述效果，使用上述溅射装置SM进行了接下来的实验。在本实验中，使用Φ300mm的硅基板作为处理基板W，在真空室1内的台架4上安装了处理基板W后，向上移动可移动体44将处理基板W的另一面Wb和可移动体44之间的距离调整为0.4mm。然后，以流量100sccm将氩气导入处理室1a内(此时处理室1a内的压力约为1.3Pa)，向台架4施加600W的13.56MHz的高频电力。由此在处理室1内形成等离子体，溅射氧化铝制成的靶21，在处理基板W的一面Wa上形成氧化铝膜。测量此时的成膜率，其结果如图4中实线L1所示。横轴表示在处理基板W的径向上的位置。确认此时的成膜率的面内分布为2.04％。使可移动体44更接近处理基板W并将两者间的距离调整为0.1mm，在与上述相同的条件下进行溅射。测量此时的成膜率，其结果如图4中虚线L2所示。此时的成膜率的面内分布为1.27％，可知通过改变可移动体44和处理基板W之间的距离可调整薄膜厚度面内分布。从而推知其可调整施加在处理基板W上的自偏置电位，可调整反溅射量。再有，使可移动体44更向上移动与处理基板W抵接(两者间的距离为0.0mm)，在与上述相同的条件下进行溅射。测量此时的成膜率。如图4中线L3所示，确认成膜率的面内分布为1.39％。
附图标记说明
SM…高频溅射装置、W…处理基板、Wa…处理基板W的一面、Wb…处理基板W的另一面、Rc…处理基板W的中央区域、4…台架、41…保持面、42…凹部、43…空间、44…可移动体，44a…第一可移动部分、44b，44c…第二可移动部分、44f…相对面、45…驱动装置、46…电路。

Claims (7)

1.一种高频溅射装置，是在真空中向靶施加高频电力并对处理基板的一面进行成膜处理的高频溅射装置，其具有在处理基板的一面开放且电绝缘的状态下保持处理基板的台架；所述高频溅射装置，其特征在于：
台架具有位于该处理基板的保持面的凹部，在以处理基板保持为处理基板的外周边部与台架的保持面抵接时处理基板的另一面和凹部的轮廓所限定的空间内，设置可在接近处理基板的方向或远离处理基板的方向上自由移动的与地线连接的可移动体。
2.根据权利要求1所述的高频溅射装置，其特征在于：
在可移动体和地线之间，设置具有规定或可变电阻的电路。
3.根据权利要求1或2所述的高频溅射装置，其特征在于：
所述可移动体具有第一可移动部分，其带有与处理基板的中央区域相对的规定面积的相对面。
4.根据权利要求3所述的高频溅射装置，其特征在于：
具有测量所述相对面和处理基板之间的静电容量的测量装置。
5.根据权利要求3所述的高频溅射装置，其特征在于：
所述可移动体还具有在所述第一可移动部分的周围同心配置，且带有与处理基板的中央区域以外的区域相对的规定面积的环形面的至少一个第二可移动部分，第一可移动部分和第二可移动部分分别由驱动装置驱动。
6.一种使用权利要求1、2、4中任意一项所述的高频溅射装置的溅射方法，其特征在于，包含：
使所述可移动体朝接近处理基板的方向或朝远离处理基板的方向移动并调整可移动体的位置的调整工序；以及
在调整了可移动体的位置后，向靶施加高频电力并溅射，使溅射粒子附着并堆积在处理基板的一面上形成薄膜的成膜工序。
7.根据权利要求6所述的溅射方法，其特征在于：
所述调整工序具有测量所述相对面和处理基板之间的静电容量的工序，基于其测量结果求出可移动体的移动量。
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