CN112789366B - 真空处理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种真空处理装置，其在真空室内用热板将台架上设置的被处理基制在比室温高的规定温度的同时实施真空处理的情况下，可尽量抑制例如导致薄膜劣化这类对真空处理的不良影响。台架(4)具有基台(41)和设置在该基台上可加处理基板(Sw)的热板(43)，还包括留出规定间隙地围绕该热板的金属材质的盘(7)和防着板(8)。与热板相对的盘形环的表面部分采用通过在其基材金属上实面处理而降低了辐射率的低辐射率层(73)构成。
Description
技术领域
本发明涉及一种真空处理装置，其具有可形成真空气氛的真空室，在真空室内设置有台架，在所述台架上设置被处理基板。
背景技术
例如，在半导体器件的制造工序中，有在可形成真空气氛的真空室内在硅晶片等被处理基板上实施规定的真空处理的工序，在这样的真空处理中，使用的是采用真空蒸镀法、离子镀法、溅射法或者等离子体CVD法的成膜装置、干蚀刻装置及真空热处理装置等。例如，采用溅射法实施成膜的真空处理装置(溅射装置)具有可形成真空气氛的真空室，其上部配置有溅射用靶。在真空室内的下部，与靶相对地设置有台架，在所述台架上设置被处理基板。
台架具有：基台，其是金属材质的，具有与被处理基板的轮廓对应的例如筒状的轮廓；以及卡板，其设置在基台的上表面，比基台和基板的外形尺寸小(例如参照专利文献1)。通常已知在成膜过程中，当将被处理基板控制在比室温高的规定温度范围内时，基台和卡板之间间隔有例如氮化铝材质的热板，并且在基台内设置使冷媒循环的冷媒循环路径，通过经热板的导热，将被处理基板控制在规定温度范围内。此外，可将热板一体地设置在卡板上。
在使用上述溅射装置在被处理基板上形成规定的薄膜时，在用卡板静电吸附被处理基板的状态下，将稀有气体(以及反应气体)导入真空气氛的真空室内，向靶施加例如带负电位的电力。根据需要，对热板进行加热，或者使冷媒在基台内设置的路径中循环，通过经热板的导热，将被处理基板控制在比室温高的规定温度范围内。由此，在真空室内形成等离子体气氛，等离子体中电离的稀有气体的离子碰撞靶，使靶受到溅射，从靶飞散出的溅射粒子(通过在真空室内的真空处理而产生的物质)附着、堆积在被处理基板表面，形成与靶种类对应的规定的薄膜。
当对靶进行溅射时，虽然溅射粒子遵循规定的余弦定理从靶表面飞散，但是溅射粒子中的一部分也会朝被处理基板以外飞散。因此，在真空室中，通常为了防止其内壁上附着溅射粒子(经真空处理而产生的物质)，会设置金属材质的防着板，在基台和卡板周围，会留出间隔地设置有环状的挡板，其被称为盘形环(プラテンリング)，覆盖住在径向外侧露出的基台的上表面部分。
此处，已经发现当通过上述溅射装置在热板的加热下对被处理基板成膜时，有时不能形成具有所需薄膜质量的薄膜。因此，本申请的发明人经过深入研究，发现根据热板的加热温度，通过热板的辐射，与热板相对的盘形环的表面部分被加热，释放出各种气体(氧气或水蒸汽等)，该放出气体被带到薄膜中，导致薄膜质量劣化。这样的放出气体在例如通过干蚀刻装置对被处理基板进行干蚀刻时也可能会带来使蚀刻形状改变等不良影响。
现有技术文献
专利文献
【专利文献1】日本专利公开2014-91861号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
本发明是基于上述发现而产生的，其要解决的技术问题是提供一种真空处理装置，其在用热板将台架上设置的被处理基板控制在比室温高的规定温度的同时实施真空处理的情况下，可尽量抑制例如导致薄膜质量劣化这类对真空处理的不良影响。
解决技术问题的手段
为解决上述技术问题，本发明的真空处理装置，其具有可形成真空气氛的真空室，真空室内设置有台架，在所述台架上设置被处理基板，所述真空处理装置的特征在于：台架具有基台和设置在该基台上可加热被处理基板的热板，还包括留出规定间隙地围绕该热板的金属材质的盘形环和防着板，与热板相对的盘形环的表面部分采用通过在其基材金属(母材金属)上实施表面处理而降低辐射率的低辐射率层构成。
采用本发明，由于与热板相对的盘形环的表面部分采用低辐射率层构成，因此当在热板的加热下实施真空处理时，通过热板释放出的热线被反射，由此来抑制盘形环本身的升温。从而，可尽量抑制盘形环释放出气体，例如可防止放出气体被带到形成的薄膜中，导致薄膜质量劣化这类的问题发生。在本发明中，低辐射率层既可以是通过将盘形环的基材金属表面本身以镜面加工等公知方法进行表面处理而形成的层，也可以是在盘形环的基材金属表面上以喷镀等公知方法进行表面处理而单独形成的层。例如在盘形环是不锈钢材质这样的情况下，如果实施镜面加工使得算术平均粗糙度Ra在0.01～2.00的范围内的话，则可有效抑制盘形环升温。再有，盘形环留出间隔地围绕热板这类的情况，意指在热板和盘形环之间辐射导致的热传导呈主导，例如也包括热板或盘形环的变形或组装误差等引起的热板和盘形环局部接触这样的情况。
再有，在本发明中，在所述防着板具有留出间隙地与所述盘形环相对的部分这样的情况下，与所述防着板相对的所述盘形环的表面部分优选采用辐射率比低辐射率层高的高辐射率层构成。由此，可抑制盘形环的辐射使防着板被加热，进而尽量抑制伴随防着板的升温的气体释放，可进一步防止放出气体被带到薄膜中，例如导致薄膜质量劣化这类的问题发生。这种情况下，与所述盘形环相对的所述防着板部分的表面如果与所述盘形环的低辐射率层具有相同的辐射率的话，可更有效地抑制防着板被加热，是有利的。
此外，在本发明中，优选所述低反射率层的辐射率为0.3以下。例如，在盘形环、防着板是不锈钢材质这样的情况下，如果以公知方法实施镜面加工使得算术平均粗糙度Ra在0.01～2.00的范围内的话，则可使其表面的辐射率为0.3以下。此处，所谓表面的辐射率是指波长2～6μm的范围的平均辐射率。此时，当辐射率超过0.2时，例如将热板本身加热到300℃～500℃的范围的规定温度时，不能有效反射热板释放出的热线，有可能无法抑制盘形环本身的升温，因此更优选辐射率在0.2以下。再有，要使辐射率小于0.03，加工成本会增加，并不现实，因此可将所述低反射率层的辐射率的下限设置在0.03以上。另一方面，优选所述高辐射率层的辐射率为0.5以上。在盘形环、防着板是不锈钢材质这样的情况下，如果使用例如粒径是90～710μm范围的粒子实施喷砂处理的话，可将其表面的辐射率设置在0.5以上。
附图说明
图1是示出本发明的实施方式的溅射装置的剖视示意图。
图2是放大示出图1的一部分的剖视图。
具体实施方式
以下参照附图，以采用磁控管方式的溅射装置作为真空处理装置，采用硅晶片(下称“基板Sw”)为被处理基板，在基板Sw表面形成规定的薄膜的情况为例说明本发明的真空处理装置的实施方式。以下表示方向的用语以图1所示的作为真空处理装置的溅射装置SM的设置姿态为基准。
参照图1，SM是本实施方式的溅射装置。溅射装置SM包括真空室1。真空室1的上表面开口上装卸自由地安装有阴极单元2。阴极单元2采用靶21和配置在该靶21上方的磁铁单元22构成。作为靶21，根据要在基板Sw表面上形成的薄膜，使用铝、铜、钛、氧化铝等公知的产品。并且，在将靶21安装于背板21a上的状态下，靶21以其溅射面21b朝下方的姿态，间隔着设置在真空室1的上壁上并兼用作真空密封件的绝缘体31而安装在真空室1的上部。
在靶21上连接根据靶种类由直流电源或交流电源等构成的溅射电源21c的输出21d，可根据靶种类，例如施加带负电位的规定电力和规定频率的高频电力。磁铁单元22是具有公知的封闭磁场或会切磁场(カスプ磁場)结构的磁铁单元，其在靶21的溅射面21b的下方空间中产生磁场，捕捉溅射时在溅射面21b的下方电离的电子等，使从靶21飞散出的溅射粒子有效地离子化，此处省略磁铁单元22的详细说明。
在真空室1的下部与靶21相对地配置有台架4。台架4采用基台41和卡板42构成，所述基台41间隔设置在真空室1下部的绝缘体32而设置，具有筒状轮廓，是金属材质，所述卡板42粘合在该基台41的上表面上。卡板42例如是氮化铝材质，具有比基台41的上表面小一圈的外径，虽未特别图示说明，但内置有静电卡盘用的电极。并且，当从图外的卡盘电源向电极施加电压时，基板Sw被静电吸附在卡板42的上表面上。在基台41内还形成冷媒循环路径41a，其使来自图外的制冷单元的冷媒循环。在基台41和卡板42之间，例如间隔有氮化铝材质的热板43，可通过通电加热到规定温度(例如300℃～500℃)。此时，也可在卡板42中内置加热器，将卡板42和热板43一体形成。并且，通过采用热板43的加热以及采用冷媒向冷媒循环路径41a的循环的基台41的冷却，可将基板Sw控制在室温以上的规定温度范围内。
在真空室1的侧壁上连接有导入溅射气体的气管5，气管5经质量流量控制器51与图示省略的气体源相连通。溅射气体中，不只包括在真空室1中形成等离子体时导入的氩气等稀有气体，还包括氧气、氮气等反应气体。在真空室1的下壁上，还连接有排气管62，其与采用涡轮分子泵或旋转泵等构成的真空泵61相通，以一定的速度将真空室1内抽真空，在溅射时在导入了溅射气体的状态下可将真空室1保持在规定压力。
在真空室1内的台架4的周围，留出间隔地设置有作为防着板发挥作用的盘形环7，其覆盖住在径向外侧露出的基台41，进而覆盖热板43的上表面部分43a。盘形环7是氧化铝、不锈钢等公知材料制成，间隔绝缘体33设置在基台41上表面的外周部分。虽未特别图示说明，但在盘形环7的下表面上在周向上留出间隔地设置有多个结合突起，同时在绝缘体33的上表面上设置与结合突起结合的接收孔，当将结合突起分别结合到接收孔中时，盘形环7被固定在绝缘体33上。盘形环7的上表面设置为与卡板42的上表面大致齐平。再有，在真空室1内设置金属材质的防着板8，其防止作为因靶21的溅射而产生的物质的溅射粒子对真空室1的内壁面的附着。
防着板8采用分别是氧化铝、不锈钢等公知材料制成的上防着板81和下防着板82构成。上防着板81具有筒状的轮廓，经设置在真空室1的上部的锁止部11悬吊设置。下防着板82也具有筒状的轮廓，在其径向外侧的自由端上形成有朝上方立起的立起壁部82a。在下防着板82上连接有来自电机或气缸等驱动装置83的驱动轴83a，所述驱动轴83a贯通真空室1的下壁延伸。通过驱动装置83，下防着板82在成膜位置和运输位置之间上下移动，所述成膜位置是采用溅射实施成膜的位置，所述运输位置是使下防着板82从成膜位置到规定的高度位置为止向上移动，用图外的真空机器人实施基板Sw朝台架4的传递的位置。在成膜位置上，上防着板81的下端部和立起壁部82a的上端部在上下方向上彼此重叠设置。
与上下方向正交并延伸的下防着板82的平坦部82b的尺寸设置为其径向(图1中是左右方向)的内侧部与盘形环7相对。在平坦部82b下表面的规定位置上，例如形成有一个环状的突条82c。与各突条82c对应地在盘形环7的上表面形成有环状的凹槽71。并且，在成膜位置上，通过平坦部82b的突条82c和盘形环7的凹槽71形成所谓的迷宫式密封，可在基板Sw周围防止溅射粒子绕进位于下防着板82下方的真空室1内的空间。以下，以采用铝为靶，通过上述溅射装置SM在基板Sw表面上形成铝膜的情况为例，说明成膜方法。
在真空室1内，在安装了靶21、盘形环7和防着板8等各种部件后，使真空泵61工作，对保持气密的真空室1真空排气。接着在下防着板82的运输位置，通过图外的真空运输机器人将基板Sw运输到台架4上，将基板W载置于台架4的卡板42上表面上。当真空运输机器人退开时，下防着板82被移动到成膜位置，防止溅射粒子向真空室1内壁附着。并且，从卡盘电源对静电卡盘用的电极施加规定电压，将基板Sw静电吸附到卡板42上。与之配合，通过采用热板43的加热和采用冷媒向冷媒循环路径41a的循环的基台41的冷却，将基板Sw控制在室温以上的规定温度(例如350℃)上。
真空室1内被抽真空到规定压力(例如10-5Pa)，同时当基板Sw成规定温度时，经气管5以规定的流量(例如氩分压是0.5Pa)导入作为溅射气体的氩气，与之配合从溅射电源21c向靶21施加带负电位的规定电力(例如3～50kW)。由此，在真空室1内形成等离子体，用等离子体中的氩气离子溅射靶的溅射面21b，来自靶21的溅射粒子附着、堆积在基板Sw上形成铝膜。
此处，像上述那样，当在热板43的加热下对基板Sw成膜时，通过热板43的辐射，与热板43相对的盘形环7的表面部分被加热。并且，当盘形环7的表面部分被加热时，与盘形环7相对的下防着板82的平坦部82b也被加热。此时，由于盘形环7的表面部分和平坦部82b的下表面上通常不会附着溅射粒子(铝)，换言之，也不会被铝膜覆盖，因此盘形环7的表面部分在升温超过规定温度(例如在真空室1内安装了盘形环7、防着板8后，在成膜前实施的脱气用的烘烤时的加热温度)时，未被真空排气而残留在其表面上的各种气体(氧气、水蒸汽等)被释放出来。如果这样的放出气体在采用溅射成膜时被带到薄膜中的话，则会导致薄膜质量劣化，因此需要对其尽量加以抑制。
在本实施方式中，如图2所示，与热板43相对的盘形环7的表面部分采用通过对其基材金属实施规定的表面处理使辐射率为0.3以下的低辐射率层72构成。具体而言，通过对盘形环7的表面实施打磨、切削等公知的镜面加工使算术平均粗糙度Ra在0.01～2.00的范围内，以此来形成低辐射率层72。此处，辐射率是指波长2～6μm的范围的平均辐射率。此时，更优选低辐射率层72的辐射率为0.2以下。如果辐射率超过0.2的话，例如在将热板43本身加热到300℃～500℃范围的规定温度时，存在不能有效地反射热板43释放出的热线，不能抑制盘形环7本身的升温的可能。再有，要使辐射率小于0.03，则加工成本增加，不现实，因此可将低辐射率层72的辐射率下限设置在0.03以上。低辐射率层72至少形成在与热板43相对的盘形环7的表面部分上即可，但也可以形成在盘形环7的下表面整面上。再有，与下防着板82的平坦部82b相对的盘形环7的上表面部分采用辐射率为0.5以上的高辐射率层73构成。具体而言，通过使用粒径是90～710μm范围的固体金属、矿物性或者植物性的研磨材料(粒子)，对盘形环7的上表面部分实施喷砂处理，来形成高辐射率层73。高辐射率层73至少形成在与下防着板82的平坦部82b相对的盘形环7的上表面部分上即可，但也可形成在盘形环7其上表面整面上。在此之外，平坦部82b的下表面也和上述同样地采用辐射率是0.3以下、更优选是0.2以下的低辐射率层82d构成。低辐射率层82d的辐射率的下限也可和上述同样地设置在0.03以上。
根据以上的实施方式，由于采用低辐射率层72构成与热板43相对的盘形环7的表面部分，因此在热板43的加热下成膜时，通过热板43释放出的热线被反射，盘形环7自身的升温受到抑制。从而可尽量抑制盘形环7释放出气体，例如可防止放出气体被带到形成的薄膜中导致薄膜质量劣化这类的问题发生。而且，通过与下防着板82相对的盘形环7的上表面部分采用高辐射率层73构成，同时平坦部82b的下表面采用低辐射率层82d构成，可抑制由于盘形环7的辐射导致下防着板82被加热，从而可尽量抑制随着下防着板82的升温而释放出气体，可进一步防止放出气体被带到薄膜中例如导致薄膜质量劣化这类的问题发生。此处，在使用上述溅射装置SM，将热板43的加热温度设置在300℃，进行对多块基板Sw形成铝膜的实验时，确认了可使盘形环7的温度下降约60℃，下防着板82的温度下降约30℃。
以上对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不限于上述实施方式，只要不脱离本发明的主旨，可进行各种变形。在上述实施方式中，以使用溅射装置SM作为真空处理装置的情况为例进行了说明，但并不仅限于此，只要是在真空室内设置装有热板的台架和安装在该台架周围的盘形环的真空处理装置即可，例如本发明也可适用在干蚀刻装置中。
再有，在上述实施方式中，以例如通过对盘形环7的表面实施镜面加工(表面处理)，使得算术平均粗糙度Ra在0.01～2.00的范围内，来形成低辐射率层72、82d的情况为例进行了说明，但并不限于此，例如也可通过对盘形环7的表面实施喷镀、成膜等表面处理，来形成由Al、Cu、Au、Pt构成的低辐射率层。再有，作为镜面加工的方法，除切削加工、抛光研磨等物理研磨外，可单独或组合采用电解研磨、化学研磨这类公知方法。另一方面，以通过实施使用了粒径是90～710μm范围的固体金属等的喷砂处理来形成高辐射率层73的情况为例进行了说明，但并不限于此，例如可使用蚀刻加工、压花加工，再有，例如通过对盘形环7的表面实施喷镀、成膜等表面处理，也可形成由AlTiN、Al2O3等非金属膜、Ti喷镀膜构成的高辐射率层。
附图标记说明
SM.溅射装置(真空处理装置)、1.真空室、4.台架、41.基台、43.热板、7.盘形环、72.低辐射率层、73.高辐射率层、8.防着板、82.下防着板、82d.低辐射率层、Sw.基板(被处理基板)。
Claims (4)
1.一种真空处理装置，其具有可形成真空气氛的真空室，真空室内设置有台架，在所述台架上设置被处理基板，所述真空处理装置的特征在于：
台架具有基台和设置在该基台上可加热被处理基板的热板，所述真空处理装置还包括留出规定间隙地围绕该热板的金属材质的盘形环和防着板，
与热板相对的盘形环的表面部分采用通过在其基材金属上实施表面处理而降低辐射率的低辐射率层构成；
所述防着板具有留出间隙地与所述盘形环相对的部分；
与所述防着板相对的所述盘形环的表面部分采用辐射率比低辐射率层高的高辐射率层构成。
2.根据权利要求1所述的真空处理装置，其特征在于：
与所述盘形环的表面部分相对的所述防着板的部分表面与所述盘形环的低辐射率层具有相同的辐射率。
3.根据权利要求1或2所述的真空处理装置，其特征在于：
所述低辐射率层的辐射率为0.3以下。
4.根据权利要求1或2所述的真空处理装置，其特征在于：
所述高辐射率层的辐射率为0.5以上。
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