CN108977779B - 溅射装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种可尽量减少附着在成膜对象物表面的颗粒数量的溅射装置。本发明的溅射装置(SM)具有：真空室(1)，设置有碳材质的靶(2)；真空泵(Vp)，将真空室抽真空；以及台架(4)，在真空室内保持成膜对象物(W)，在真空泵将真空室内抽真空到规定压力后，通过溅射靶在成膜对象物表面形成碳膜，其特征在于，溅射装置还具有表面冷却到123K以下的温度的吸附体(7)，吸附体设置在防止对成膜对象物进行辐射的真空室内的规定位置。

Description

溅射装置
技术领域
本发明涉及一种溅射装置，具体而言涉及一种在待成膜物表面形成碳膜的装置。
背景技术
以往，这种溅射装置用于形成作为非易失性存储器等器件的电极膜的碳膜(例如参照专利文献1)。该装置具有：真空室，设置有碳材质的靶；将真空室抽真空的真空泵；以及在真空室内与靶相对配置并保持成膜对象物的台架。再有，在真空室中，设置有与其内壁留出间隙而设置并围绕靶和台架之间的成膜空间的挡板。并且，在通过真空泵将真空室内抽真空至规定压力后，通过溅射靶在成膜对象物表面形成碳膜。
此处，当溅射碳材质的靶并在成膜对象物表面进行了成膜时，在刚进行完成膜的成膜对象物表面会附着细颗粒。由于附着这样的颗粒会导致产品合格率下降，所以需要尽量抑制颗粒附着在成膜对象物的表面。因此，本申请的发明人通过反复的锐意研究，认识到真空室内漂浮的碳粒子作为细颗粒附着在刚进行完成膜的成膜对象物表面。即，理解其原因是当溅射碳材质的靶时，从靶飞散的碳粒子不但会附着堆积在成膜对象物上，还会附着堆积在位于靶周围的部件或挡板的表面，而像这样附着的碳粒子由于某种原因再次脱离，该再次脱离的碳粒子不被真空排气而在真空室内漂浮。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2015/1222159号
发明名称
发明要解决的技术问题
本发明基于上述认识，其课题是提供一种可尽量减少附着在成膜对象物表面的颗粒的数量的溅射装置。
解决技术问题的手段
为解决上述课题，本发明的溅射装置具有：真空室，设置有碳材质的靶；真空泵，将真空室抽真空；以及台架，在真空室内保持成膜对象物，在真空泵将真空室内抽真空到规定压力后，通过溅射靶在成膜对象物表面形成碳膜，其特征在于，所述溅射装置还具有表面冷却到123K以下的温度的吸附体，吸附体设置在防止对成膜对象物进行辐射的真空室内的规定位置。
采用本发明，真空室内漂浮的碳粒子一旦吸附到吸附体上，该吸附体的表面就会冷却到123K以下的温度，以此防止碳粒子再次脱离。结果是通过减少真空室内漂浮的碳粒子数量，可尽量减少附着在成膜对象物表面的颗粒的数量。此时，由于吸附体设置在防止对成膜对象物进行辐射的真空室内的规定位置，所以不会出现薄膜质量变化等对成膜对象物的成膜过程造成不良影响的问题。
在本发明中，当所述靶和所述台架相对配置并且设置有在与连接二者的延长线正交的方向上局部突出的排气空间部，开设在排气空间部上的排气口与所述真空泵相连接，具有与真空室内壁面留出间隙而设置并围绕靶和台架之间的成膜空间的挡板时，优选所述吸附体设置为与挡板的外表面部分留出间隙。由此，通过来自吸附体的辐射将挡板本身冷却到规定温度，从而挡板本身起到作为吸附体的作用，通过划分出成膜空间的挡板吸附并保持碳粒子，可进一步减少漂浮的碳粒子的量，是有利的。
此时，优选将所述挡板的外表面部分作为与所述排气空间部的排放气体流入口相对的范围。由此，通过在从真空室内的成膜空间通到排气空间部的排放气体的排气路径中存在吸附体，可更容易地吸附碳粒子，是有利的。
附图说明
图1示出本发明的实施方式的溅射装置的剖面示意图。
图2是图1的沿Ⅱ－Ⅱ线的剖面图。
图3是示出实施方式的变形例的图。
具体实施方式
下面参照附图，以用硅晶片作为成膜对象物(以下仅称为“基板W”)，并在真空室的上部设置溅射用的碳材质靶，在其下部设置配置基板W的台架的装置为例，对本发明的溅射装置的实施方式进行说明。
参照图1和图2，SM是本实施方式的磁控方式的溅射装置。溅射装置SM具有真空室1，在真空室1的上部组装有自由装卸的阴极单元Cu。阴极单元Cu由碳材质的靶2和装配在该靶2的上方的磁铁单元3构成。
靶2根据基板W的轮廓形成为俯视时圆形的靶。靶2以装配在背板21上的状态，且其溅射面22朝下地通过设置在真空室1上壁的绝缘体Ib安装在真空室1的上部。再有，在靶2上连接有具有公知结构的溅射电源E，在基于溅射的成膜时，可施加带负电位的直流电力。配置在靶2上方的磁铁单元3具有在靶2的溅射面22的下方空间内产生磁场，捕捉溅射时在溅射面22的下方电离的电子等并有效地使从靶2飞散的溅射粒子离子化的封闭磁场或勾形(カスプ)磁场结构。作为磁铁单元本身，由于可使用公知的产品，故省略进一步的详细说明。
台架4通过另一绝缘材料Ib与靶2相对地设置在真空室1的底部中央。台架4虽未特别图示说明，但例如通过具有筒状轮廓的金属材质的基台和连接在该基台的上表面的卡板构成，在成膜过程中，可吸附并保持基板W。此外，关于静电卡盘的结构，由于可使用单极型或双极型等公知的结构，故此处省略进一步的详细说明。再有，也可在基台中内置冷媒循环用的通道或加热器，在成膜过程中，可将基板W控制在规定温度。
再有，在真空室1内，具有与其内壁面1a留出间隙而设置并围绕靶2和台架4之间的成膜空间1b的挡板5。挡板5具有围绕在靶2周围并向真空室1下方延伸的大致呈筒状的上板部51；以及围绕在台架4周围并向真空室1上方延伸的大致呈筒状的下板部52；上板部51的下端与下板部52的上端在周方向上留出间隔地重叠。此外，上板部51和下板部52既可以是一体成型，也可以是在周方向上分成多个部分组合而成。
进而，真空室1上设置有导入规定的气体的气体导入装置6。作为气体，不但包含在成膜空间1b中形成等离子体时导入的氩气等稀有气体，也包含根据成膜而适当导入的氧气或氮气等反应气体。气体导入装置6具有设置在上板部51外周的气体环61以及与气体环61连接并贯通真空室1的侧壁的气体管62，气体管62通过质量流量控制器63与省略图示的气体源相连通。此时，虽省略了详细图示，但气体环61中设置有气体扩散部，来自气体管62的溅射气体在气体扩散部扩散，从在周方向上以等间隔穿通设置在气体环61上的气体喷射口61a以同样流量喷射出溅射气体。并且，以规定的流量将从气体喷射口61a喷射出的溅射气体由上板部51上形成的气孔(未图示)导入成膜空间1b内，在成膜过程中，可使成膜空间1b内的压力分布在其整体上相同。此外，用于使成膜空间1b内的压力分布在其整体上相同的方法并不限于此，也适当采用其他公知的方法。
再有，在真空室1中设置有在与连接靶2和台架4的中心线(延长线)CI正交的方向上局部突出的排气空间部11，排气口11a开设在划分该排气空间部11的底壁面上。排气口11a通过排气管与低温泵和涡轮分子泵等的真空泵Vp相连接。在成膜过程中，导入成膜空间1b的溅射气体的一部分作为排放气体，从挡板5的接缝、或挡板5和靶2或台架4之间的间隙开始经过挡板5的外表面和真空室1的内壁面1a之间的间隙从排放气体流入口11b流入排气空间部11内，经排气口11a而真空排气给真空泵Vp。此时，在成膜空间1b和排气空间部11之间产生几Pa左右的压力差。
当对基板W形成规定的薄膜时，通过图外的真空运输机器人将基板W送入到台架4上，将基板W设置在台架4的卡板上表面(此时，基板W的上表面是成膜面。)并且，在使真空运输机器人避让的同时，由卡盘电源向静电卡盘用的电机施加规定电圧，将基板W静电吸附在卡板上表面。接着，将真空室1内抽真空到规定压力(例如1×10－5Pa)时，通过气体导入装置6以一定的流量导入作为溅射气体的氩气，与之配合地由溅射电源E向靶2施加规定电力。由此，在成膜空间1b内形成等离子体，以等离子体中的氩气的离子来溅射靶，来自靶2的溅射粒子(碳粒子)堆积附着在基板W的上表面。可知当像这样溅射靶2并形成碳膜时，在真空室1内漂浮的碳粒子作为细颗粒附着在刚进行完成膜的成膜对象物的表面。理解其原因是从靶飞散的碳粒子不但会附着堆积在基板W上，还会附着堆积在位于靶2周围的部件或挡板5的表面，而像这样附着的碳粒子由于某种原因再次脱离，该再次脱离的碳粒子不被真空排气而漂浮在真空室1内。
因此，在本实施方式中，假设在防止对成膜对象物W进行辐射的真空室1内的规定位置上设置表面被冷却到123K以下的温度的吸附体7。此时，吸附体7设置为与挡板5的下板部52的外表面部分52a留出间隙，通过省略图示的冷冻机等冷却装置将表面冷却到上述温度。冷却装置可采用公知的装置，故此处省略详细说明。吸附体7通过电机等升降装置7a在上下方向上自由移动，但也可以竖直设立在真空室1的底壁面上。
采用上述方式，真空室1内漂浮的碳粒子一旦吸附到吸附体7上，该吸附体7的表面就会冷却到123K以下的温度，以此防止碳粒子再次脱离。结果是通过减少真空室1内漂浮的碳粒子数量，可尽量减少附着在基板W表面的颗粒的数量。此时，由于吸附体7设置在防止对基板W进行辐射的真空室内的规定位置，所以不会出现薄膜质量变化等对基板W的成膜过程造成不良影响的问题。再有，通过来自吸附体7的辐射将挡板5本身冷却到123K以下的温度，从而挡板5本身起到作为吸附体的作用，通过划分出成膜空间1b的挡板5吸附并保持碳粒子，可进一步减少漂浮的碳粒子的量，是有利的。此时，基板W和挡板5相距10mm以上即可，使得避免通过来自冷却的挡板5的辐射冷却基板W。
接着，为了确认本发明的效果，进行下述发明实验。即，以直径300mm的硅晶片作为基板W，以
Figure BDA0001674907330000051
的碳材质的靶为靶2，使用上述溅射装置SM对基板W形成碳膜。溅射条件设置为靶2和基板W之间的距离是60mm，溅射电源E的施加电力是2kW，溅射时间是120sec。再有，使用氩气作为溅射气体，在溅射中，溅射气体的分压为0.1Pa。再有，作为比较实验，从上述溅射装置SM上取下吸附体7，以相同条件成膜。
在成膜前和成膜后测量附着在基板W上的0.1μm以上的颗粒的数量，求出成膜过程中附着在基板W上的颗粒数。由此，与发明实验中的84个相比，比较实验中是145个，可见通过设置吸附体7可减少颗粒数。
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此。在上述实施方式中，设置了吸附体7以便与和排气空间部11的排放气体流入口11b相对的范围内的挡板5的下板部52的外表面部分52a留出间隙并将其覆盖，但也可如图3所示，设置为吸附体7的两端进一步延伸到真空室1的内壁面1a和挡板5的下板部52之间的间隙中。再有，图3中箭头示出排放气体的流动。由此，可有效地冷却挡板5，并有效地吸附并保持排放气体中所含有的碳粒子，从而可抑制排放气体中的碳粒子流动到成膜空间1b中并附着到基板W上，是有利的。
在上述实施方式中，以通过吸附体7冷却挡板5的情况为例进行了说明，但通过挡板5以外的构成部件冷却碳粒子所附着的部件时的情况也可适用本发明。
附图标记说明
SM…溅射装置、Vp…真空泵、W…基板(成膜对象物)、1…真空室、1a…真空室1的内壁面、11…排气空间部、11a…排气口、2…靶、4…台架、5…挡板、7…吸附体。

Claims (3)

1.一种溅射装置，具有：真空室，设置有碳材质的靶；真空泵，将真空室抽真空；台架，在真空室内保持成膜对象物；以及挡板，其与真空室内壁面留出间隙而设置并围绕靶和台架之间的成膜空间，
在真空泵将真空室内抽真空到规定压力后，通过溅射靶在成膜对象物表面形成碳膜，所述溅射装置的特征在于：
所述溅射装置还具有表面冷却到123K以下温度的吸附体，吸附体与挡板的外表面部分留出间隙地设置在防止对成膜对象物进行辐射的真空室内的规定位置上。
2.根据权利要求1所述的溅射装置，其特征在于：
所述靶和所述台架相对配置并且设置有在与连接二者的延长线正交的方向上局部突出的排气空间部，开设在排气空间部上的排气口与所述真空泵相连接。
3.根据权利要求2所述的溅射装置，其特征在于：
将所述挡板的外表面部分作为与所述排气空间部的排放气体流入口相对的范围。
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