CN108977780A - 溅射装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种溅射装置，其能以均匀性更好的基板面内薄膜厚度分布形成规定的薄膜。所述溅射装置(SM)具有：筒状的真空室(1)，设置有溅射用的靶(2)；台架(4)，设置在真空室内与靶相对的位置上并可设置成膜对象物；以及挡板(5)，设置为距离真空室的内壁面(1a)留有间隙并围绕靶和台架之间的成膜空间，在真空室内设置排气空间部(11)，该排气空间部向与连接靶和台架的延长线(Cl)正交的方向局部突出，用真空泵(Vp)经由开设在排气空间部上的排气口(11a)对包括成膜空间(1b)的真空室内进行真空排气，设置盖板(7)，该盖板留出间隙地覆盖与排气空间部的排放气体流入口(11b)相对的挡板的外表面部分。

Description

溅射装置

技术领域

本发明涉及一种溅射装置，具体而言，涉及一种带有可提高薄膜厚度分布的结构的溅射装置。

背景技术

这种溅射装置例如在专利文献1中已知。在该溅射装置中，具有上部包括溅射用靶的筒状真空室，在真空室内的下部，与靶相对地设置有台架，所述台架上设置作为成膜对象物的硅晶片或玻璃基板等(以下简称“基板”)。再有，在通过溅射靶进行成膜时，为了防止薄膜附着在真空室的内壁面上，而在真空室内设置围绕靶和台架之间的成膜空间的挡板，所述挡板与真空室的内壁面留有间隙并靠近配置。

此处，在靶上侧设置有例如使漏磁场作用在靶的溅射面侧的磁铁单元等各种部件。另一方面，在台架下侧，设置有用于效率良好地加热冷却基板的加热冷却结构或静电卡盘结构等各种部件。因此，事实上，为了对包括成膜空间的真空室内进行真空排气，而在连接靶和台架的延长线上设置连接来自真空泵的排气管的排气口或与之相连的排气管是不可能的。因此，在这种溅射装置中，通常是将真空室设置为：在真空室的下部设置向与延长线正交的方形局部突出的排气空间部，使用真空泵经由开设在排气空间部上的排气口对包括成膜空间的真空室内进行真空排气。此时，排气空间部的与排放气体流入口相对的挡板的外表面部分呈不接近真空室的内壁面的结构。

然而，近年来，例如在非易失性存储器或闪存等半导体器件的制造工序中，逐渐要求在使用上述溅射装置在基板表面形成规定的薄膜时，将基板面内的薄膜厚度分布的均匀性限制在百分之几(例如±5％)以内的范围里。作为用于满足这种要求的方法之一，是考虑适当设置溅射气体进入成膜空间的气体导入路径，在通过溅射靶来进行成膜的过程中，使挡板所划分的整个成膜空间内的压力分布相同的。然而，事实证明即使设置为整个成膜空间内的压力分布相同的，也有在基板上位于排气空间部方位的部分(特别是基板的外周部分)的薄膜厚度容易比位于其他方位的部分薄的趋势。一旦像这样存在薄膜厚度局部容易变薄的部分，则会对得到均匀性更好的基板面内薄膜厚度分布造成障碍。

因此，本发明的发明人们经过锐意研究，有了下述的认识。即在上述溅射装置中，在成膜过程中，导入成膜空间的溅射气体的一部分变成了排放气体，从挡板的接缝、或挡板与靶或台架的间隙经由挡板的外表面和真空室的内壁面之间的间隙而从排放气体流入口流向排气空间部，通过排气口真空排气到真空泵。此时，到达排气空间部的排放气体流入口的排放气体的流速比流过挡板的外表面和真空室的内壁面之间的间隙时大幅下降。换言之，在划分成膜空间的挡板的周围局部地存在排放气体的流速缓慢的区域。因此，可想而知一旦像这样在挡板周围存在排放气体的流速缓慢的区域，则在基板上位于该区域的方位的部分的薄膜厚度容易变薄。

现有技术文件

专利文献

【专利文献1】专利公开2014－148703号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

本发明是基于上述认识而形成的，其课题是提供一种能以均匀性更好的基板面内的薄膜厚度分布形成规定的薄膜的溅射装置。

解决技术问题的手段

为解决上述课题，本发明的溅射装置，其特征在于，具有：筒状的真空室，设置有溅射用的靶；台架，设置在真空室内与靶相对的位置上并可设置成膜对象物；以及挡板，设置为距离真空室的内壁面留有间隙并围绕靶和台架之间的成膜空间，在真空室内设置排气空间部，所述排气空间部向与连接靶和台架的延长线正交的方向局部突出，用真空泵经由开设在排气空间部上的排气口对包括成膜空间的真空室内进行真空排气，在溅射装置设置盖板，所述盖板留出间隙地覆盖与排气空间部的排放气体流入口相对的挡板的外表面部分。

采用本发明，通过尽量减少划分成膜空间的挡板周围排放气体流速缓慢的区域，换言之，使挡板周围的排放气体的流速大致均等，可形成具有均匀性更好的基板面内的薄膜厚度分布(例如±3％)的薄膜。

在本发明中，优选所述盖板由固定板部和可动板部构成，所述固定板部竖直设置在划分排气空间部的底壁面上，所述可动板部通过升降机构而相对于固定板部在上下方向上自由进退，固定板部和可动板部弯曲为在真空室1的内壁面上具有相同曲率。由此，可按溅射装置将挡板周围的排放气体的流速调整为大致均等，是有利的。

附图说明

图1是示意地示出本发明的实施方式的溅射装置的剖视图。

图2是沿图1的II－II线的剖视图。

图3是与图2对应的以往例子的溅射装置的剖视图。

具体实施方式

下面参照附图以采用硅晶片作为成膜对象物(以下简称“基板W”)，在真空室的上部设置溅射用靶，在其下部设置台架，台架上设置基板W的情况为例，说明本发明的溅射装置的实施方式。

参照图1和图2，SM是本实施方式的磁控式的溅射装置。溅射装置SM具有真空室1，在真空室1的上部装卸自如地安装有阴极单元Cu。阴极单元Cu由溅射用靶2和配置在该靶2的上方的磁铁单元3构成。

靶2是根据基板W上待形成的薄膜而适当选择其组分，并根据基板W的轮廓而形成为俯视为圆形的靶。靶2在装设在背板上的状态下，使其溅射面22朝下方，经由设置在真空室1的上壁的绝缘材料Ib而安装在真空室1的上部。再有，靶2连接具有公知结构的溅射电源E，设置为在通过溅射进行成膜时，可施加带负电位的直流电力或在与大地之间施加规定频率(例如13.56MHz)的高频电力。配置在靶2的上方的磁铁单元3使靶2的溅射面22的下方空间中产生磁场，具有捕捉溅射时在溅射面22下方电离的电子等并有效地使从靶飞散的溅射粒子离子化的闭合磁场或者勾形磁场结构。作为磁铁单元3本身可使用公知结构的产品，因此省略进一步的说明。

在真空室1的底部中央，隔着另一绝缘材料Ib配置有与靶2相对的台架4。台架4虽未特别图示说明，但例如由基座和卡板构成，所述基座是金属材质，具有筒状轮廓，所述卡板连接在该基座的上表面上，所述台架4可在成膜过程中吸附并保持基板W。此外，关于静电卡盘的结构，可使用单极性或双极型等公知的产品，因此省略进一步的详细说明。再有，也可在基座中内置冷媒循环用通道或加热器，可在成膜过程中将基板W控制在规定温度。

再有，在真空室1内，具有距离其内壁面留出间隙设置的挡板5，所述挡板5围绕靶2和台架4之间的成膜空间1b。挡板5具有大致呈筒状的上板部51和大致呈筒状的下板部52，所述上板部51围绕在靶2的周围，并在真空室1的下方延伸，所述下板部52围绕在台架4的周围，并在真空室1的上方延伸，上板部51的下端和下板部52的上端在周方向上留出间隙地重叠。此外，上板部51和下板部52也可一体成型，再有，也可设置为在周方向上分成几部分组合而成。

进而，设置有向真空室1内导入规定气体的气体导入装置6。作为气体，不仅包括在成膜空间1b内形成等离子体时导入的氩气等稀有气体，也包括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的外周的气环61以及与气环61相连并贯通真空室1的侧壁的气管62，气管62经由质量流量控制器63与省略图示的气源相连通。此时，虽然省略了详细地图示，但气环61上连接有气体扩散部，来自气管62的溅射气体在气体扩散部扩散，气环61在周方向上等间隔穿通设置有气体喷射口61a，从所述气体喷射口61a以相同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喷射出的溅射气体从上板部51上形成的气孔(未图示)导入成膜空间1b内，可在成膜过程中使整个成膜空间1b内的压力分布均匀。此外，用于使整个成膜空间1b内的压力分布均匀的方法并不仅限于此，也可采取其他公知的方法。

再有，在真空室1内设置排气空间部11，所述排气空间部11在与连接靶2和台架4的中心线(延长线)Cl正交的方向上局部突出，在划分该排气空间部11的底壁面上开设有排气口11a。排气口11a上经由排气管连接有低温泵或涡轮分子泵等真空泵Vp。在成膜过程中，导入成膜空间1b的溅射气体的一部分成为排放气体，从挡板5的接缝或从挡板5和靶2或台架4之间的间隙经由挡板5的外表面和真空室1的内壁面1a之间的间隙由排放气体流入口11b流入排气空间部11，通过排气口11a真空排气到真空泵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，通过图外的真空输送机器人将基板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的上表面为成膜面)。并且，在使真空输送机器人退避的同时，从卡盘电源向静电卡盘用电极施加规定电压，使基板W静电吸附在卡板上表面。接着，一旦将真空室1内抽真空到规定压力(例如1×10^－5Pa)，则通过气体导入装置6以规定的流量导入作为溅射气体的氩气，随之从溅射电源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，用等离子体中氩气的离子来溅射靶，使来自靶2的溅射粒子附着堆积在基板W的上表面并形成规定的薄膜。已知像这样溅射靶2并成膜时，即使整个成膜空间1b内的压力分布均匀，在基板W上位于排气空间部11的方位的部分(特别是基板W的径向外端侧)的薄膜厚度与位于其他方位的部分上相比存在容易变薄的趋势。

此处，如图3所示，在以往例子的溅射装置中，采用与排气空间部11的排放气体流入口11b相对的挡板5的下板部52的外表面部分52a不与真空室1的内壁面1a接近的结构。因此，当排放气体经由挡板5的外表面和真空室1的内壁面1a之间的隙间Gp从排放气体流入口11b流入排气空间部11时，到达排放气体流入口11b附近的排放气体的流速与流经上述间隙Gp时相比大幅降低(图3中箭头示出排放气体的流速，箭头越短表示流速越慢)。换言之，在划分成膜空间1b的挡板5周围，局部地存在排放气体流速缓慢的区域。并且，一旦像这样在挡板5周围存在排放气体流速缓慢的区域，则可知在位于该区域的方位上的基板W的一部分上薄膜厚度容易变薄。

因此，在本实施方式中，如图1和图2所示，设置有盖板7，所述盖板7留出间隙地覆盖与排气空间部11的排放气体流入口11b相对的挡板5的下板部52的外表面部分52a。此时，盖板7由固定板部71和可动板部72构成，所述固定板部71竖直设立在划分排气空间部11的底壁面上，所述可动板部72通过电动机等升降机构72a相对于固定板部71在上下方向上自由进退。固定板部71和可动板部72弯曲为在真空室1的内壁面1a上具有大致相同的曲率，可动板部72设置为大致位于通过真空室1的内壁面1a的虚拟圆周72b上。另一方面，可动板部72的高度设置为：在通过升降机构72a使可动板部72相对于固定板部71移动到最高移动位置时，可动板部72的下端与固定板部71的上端在径向上重叠，可动板部72的上端可与划分排放气体流入口11b的真空室的内壁面部分11c抵接。

采用上述方式，如图2所示，在划分成膜空间1b的挡板5周围尽量减少排放气体流速缓慢的区域，使挡板5周围的排放气体的流速大致均等。其结果是可形成以均匀性更好的基板面内的薄膜厚度分布形成规定的薄膜。再有，如果采用固定板部71和可动板部72来构成盖板7，可按溅射装置将挡板周围的排放气体的流速调整为大致均等，是有利的。并且，通过调整可动板部72相对于固定板部71的高度位置，也可对基板面内的薄膜厚度分布进行微调。

接着，为了确认本发明的效果，设置基板W为硅晶片，溅射用靶2为Al₂O₃材质，使用上述溅射装置SM对基板W形成Al₂O₃膜。溅射条件设置为靶2和基板W之间的距离在60mm，由溅射电源E施加的电力为2kW，溅射时间设置为120sec。再有，使用氩气作为溅射气体，在溅射过程中，溅射气体的分压设为0.1Pa。再有，作为比较实验，从上述溅射装置SM移除盖板7，并以相同的条件成膜。使用公知的测量器具分别测量Al₂O₃膜的基板W径向的薄膜厚度分布。由此，在相当于上述以往例子的比较试验中，其薄膜厚度分布是1.8％，与之相对的，本实施方式中的薄膜厚度分布是0.8％。

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。在上述事实方式中，以采用固定板部71和可动板部72构成盖板的情况为例进行了说明，但也可以是在排气空间部设置单个盖板。

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、1b…成膜空间、11…排气空间部、11a…排气口、11b…排放气体流入口、2…溅射用靶、4…台架、5…挡板、7…盖板、71…固定板部、72…可动板部。

Claims (2)

1.一种溅射装置，其特征在于，具有：

筒状的真空室，设置有溅射用的靶；

台架，设置在真空室内与靶相对的位置上并能够设置成膜对象物；以及

挡板，设置为距离真空室的内壁面留有间隙并围绕靶和台架之间的成膜空间；

在真空室内设置排气空间部，所述排气空间部向与连接靶和台架的延长线正交的方向局部突出，用真空泵经由开设在排气空间部上的排气口对包括成膜空间的真空室内进行真空排气；

设置有盖板，所述盖板留出间隙地覆盖与排气空间部的排放气体流入口相对的挡板的外表面部分。

2.根据权利要求1所述的溅射装置，其特征在于：

所述盖板由固定板部和可动板部构成，所述固定板部竖直设置在划分排气空间部的底壁面上，所述可动板部通过升降机构而相对于固定板部在上下方向上自由进退，固定板部和可动板部弯曲为在真空室(1)的内壁面上具有相同曲率。