CN113056572B - 真空处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种通过简单的结构就可冷却真空室内设置的可动防尘板的真空处理置。具有真空室(1)并对该真空室中安装的被处理基板(Sw)实施规定的真空处理的发明的真空处理装置(SM)，其特征在于：在真空室内设置防尘板(8)，防尘板由真室中固定配置的固定防尘板(81)和在一个方向上自由移动的可动防尘板(82)构成还具有：竖直设立在真空室的内壁面(13)上的金属材质的块体(9)；以及冷却块体冷却装置(11)，在对被成膜基板实施规定的真空处理的可动防尘板的处理位置上，体的顶表面(91)与可动防尘板接近或抵接。

Description

真空处理装置
技术领域
本发明涉及一种具有真空室并对该真空室中安装的被处理基板实施规定的真空处理的真空处理装置。
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对硅晶片等被处理基板实施规定的真空处理的工序，在这样的真空处理中，会使用采用真空蒸镀法、离子镀法、溅射法或等离子体CVD法的成膜装置、干蚀刻装置或真空热处理装置等。例如，采用溅射法实施成膜的真空处理装置(溅射装置)例如在专利文献1中已知。该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。在真空室内的下部设置台架，其与靶相对地设置被处理基板。
在使用上述溅射装置形成规定的薄膜时，在台架上设置了一片被处理基板的状态下向真空气氛的真空室内导入稀有气体(以及反应气体)，向靶施加例如带有负电位的直流电力或规定频率的交流电力。由此，真空室内形成等离子体气氛，在等离子体中电离的稀有气体的离子撞击靶从而使靶被溅射，从靶飞散出的溅射粒子附着堆积在被处理基板表面上，形成与靶种类对应的规定的薄膜。当对靶进行溅射时，虽然溅射粒子从靶表面按规定的余弦定理飞散，但一部分溅射粒子也会朝被成膜物以外飞散。在真空室中，通常为了防止其内壁面上附着溅射粒子，距离真空室的内壁面留出间隔地设置金属材质的防尘板。
此处，当对多片被处理基板依次成膜时(所谓单片式真空处理装置)，需要将处理前的被处理基板运输到台架上，或者将处理完的被处理基板从台架运出。在上述以往例子的溅射装置中，防尘板由固定配置在真空室中的固定防尘板和可在一个方向上自由移动的可动防尘板构成。并且，在成膜时，通过使固定防尘板和可动防尘板部分重叠，可防止溅射粒子对真空室的内壁面的附着。另一方面，在基板运输时，通过使可动防尘板相对于固定防尘板进行相对移动并例如在固定防尘板和可动防尘板之间形成空间，允许真空运输机器人经该空间通过，可将被处理基板相对于台架运入运出。此外，通常当将未使用的防尘板安装到真空室内时，会在对被处理基板成膜前，在真空气氛中执行将防尘板加热到规定温度的所谓的烘烤处理，实施防尘板等的脱气。
再有，在采用溅射成膜时，防尘板受等离子体的热辐射等加热，随着需要成膜的被处理基板片数的增加，逐渐地高温越来越高。从而当防尘板升温超过烘烤处理时的温度时，特别是未从没有溅射粒子附着堆积的防尘板的背面真空排气而残留在其表面的各种气体(氧和水蒸汽等)会被排放出来。当这样的排放气体在成膜时被带入到薄膜中时，例如会导致薄膜质量的劣化，因此需要尽量抑制。这样的排放气体例如在使用干蚀刻装置对被处理基板进行干蚀刻时，也可能会带来蚀刻形状变化等不良影响。
以往，通常已知的是在防尘板的背面侧蜿蜒设置冷却管，或者在规定厚度的防尘板内形成冷媒的循环路径，使冷媒在冷却管或循环路径中循环而进行防尘板的冷却(例如参照专利文献2)。然而，这样的防尘板自身结构复杂且成本高昂。再有，将这样的结构应用到可动防尘板上时，由于需要设置为经由连接件等将来自真空室外设置的冷却单元管件连接到冷却管或循环路径，并且随着可动防尘板的移动管件本身也可在真空室内移动，因此会产生与真空处理装置的损坏相关的、真空室内发生漏水的危险性增加等问题。
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
【专利文献2】日本专利公开2000－73162号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
本发明是鉴于上述内容而产生的，其技术问题是提供一种通过简单的结构就可冷却真空室内设置的可动防尘板的真空处理装置。
解决技术问题的手段
为解决上述技术问题，具有真空室并对该真空室中安装的被处理基板实施规定的真空处理的本发明的真空处理装置，其特征在于：在真空室内设置防尘板，防尘板由真空室中固定配置的固定防尘板和在一个方向上自由移动的可动防尘板构成，还具有：竖直设立在真空室的内壁面上的金属材质的块体；以及冷却块体的冷却装置，在对被成膜基板实施规定的真空处理的可动防尘板的处理位置上，块体的顶表面与可动防尘板接近或抵接。
采用本发明，只利用将块体竖直设立在真空室的内壁面上这一简单的结构，就可通过来自块体的辐射冷却或经与防尘板的接触面的热传导来冷却位于处理位置的可动防尘板，从而可防止在真空处理中可动防尘板被加热到规定温度以上。此时，由于块体被固定配置在真空室的内壁面上，因此可尽量减少导致真空处理装置损坏、真空室内发生漏水的危险性。
再有，例如，在真空室的壁面上，多设置有热媒循环用护套，其用于在真空室内规定的真空处理前实施的烘烤。因此，在本发明中，优选采用的结构是所述冷却装置由真空室的壁面上设置的护套构成，通过来自使冷媒在护套中循环时的真空室壁面的热传导来冷却所述块体。由此，使用现有的护套，只通过使冷媒在该护套中循环，就可通过来自真空室壁面的热传导来冷却块体。因此，可省略用于冷却块体的管件等部件，可排除真空室内发生漏水的危险性。此时，也可采用的结构是还具有间置于真空室内壁面和块体之间的导热片。
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。
图3的(a)和(b)是与图1对应的、变形例涉及的溅射装置的部分剖视图。
图4是与图1对应的、进而另一变形例涉及的溅射装置的部分剖视图。
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表面上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。以下表示方向的术语以图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具有真空室1。真空室1的侧壁和下壁上设置有通过管件与图外的热媒或冷媒用的循环单元连接的护套11，可适当地使热媒或冷媒循环从而对真空室1的侧壁和下壁进行加热或冷却。真空室1的上表面开口处装卸自如地安装有阴极单元2。
阴极单元2由靶21和配置在该靶21的上方的磁铁单元22构成。根据要在基板Sw表面上形成的薄膜，使用铝、铜、钛或氧化铝等公知的产品作为靶21。并且，靶21在安装在背板21a上的状态下，以靶21的溅射面21b朝下方的姿态，间隔真空室1的上壁上设置的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上连接来自根据靶种类而由直流电源和交流电源等构成的溅射电源21c的输出21d，根据靶种类例如可施加带负电位的规定电力或规定频率的高频电力。磁铁单元22具有公知的封闭磁场或会切磁场结构，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由基台41和卡板42构成，所述基台41间隔在真空室1下部设置的绝缘体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的加热以及采用向冷媒循环路径41a循环冷媒对基台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尘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，乃至热板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的，间隔设置在基台41上表面的绝缘体33设置。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尘板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。
防尘板8采用分别是氧化铝、不锈钢等公知材料制成的上防尘板81和下防尘板82构成，在本实施方式中，分别是上防尘板81构成固定防尘板，下防尘板82构成可动防尘板。上防尘板81具有筒状的轮廓，经设置在真空室1的上部的锁止部12悬吊设置。下防尘板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。在下防尘板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，下防尘板82在作为一个方向的真空室1的上下方向上自由移动。
在下防尘板82通过驱动装置83移动(向下移动)到最下侧的位置(处理位置)上，上防尘板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，以上防尘板81的下端部和立起壁部82a的上端部形成所谓的迷宫式密封，防止采用溅射来成膜时溅射粒子对真空室1的内壁面的附着。另一方面，在通过驱动装置83将下防尘板82从处理位置移动(向上移动)到规定的高度位置的位置(运输位置)上，在下防尘板82的下方形成规定的空间。此时，虽未特别图示说明，但在真空室1的侧壁上形成有朝向上述空间的传递开口，其具有闸阀，可通过传递开口采用图外的真空运输机器人向台架4传递基板Sw。
与上下方向正交并延伸的下防尘板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，形成有环状的突条82c。与突条82c对应地在盘形环7的上表面形成有环状的凹槽71。并且，在下防尘板82通过驱动装置83移动到处理位置的状态(此时，下防尘板82的平坦部82b呈在相对于真空室的内壁面、具体而言是在相对于其下壁内面接近远离的方向上移动)下，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尘板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和防尘板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。与之配合，进行所谓的烘烤处理，即在护套11中流通规定温度的热媒，在真空气氛中将真空室1的壁面、包括盘形环7的防尘板等部件加热到规定温度。并且，在下防尘板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，下防尘板82被移动到处理位置，防止溅射粒子向真空室1内壁的附着。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的加热和采用向冷媒循环路径41a循环冷媒的基台41的冷却，将基板Sw控制在室温以上的规定温度(例如350℃)上。
当真空室1内被抽真空到规定压力(例如10-5Pa)，并且基板Sw呈规定温度时，经气管5以固定的流量(例如氩分压是0.1Pa)导入作为溅射气体的氩气，与之配合从溅射电源21c向靶21施加来自溅射电源21c的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的离子来溅射靶的溅射面21b，来自靶21的溅射粒子附着堆积在基板Sw上形成铝膜。当成膜结束时，暂时停止导入气体和对靶施加电力，使下防尘板82移动到运输位置，通过图外的真空运输机器人从台架4运出处理完的基板Sw。重复以上的操作，对多片基板Sw实施成膜(真空处理)。
此处，在溅射成膜时，上防尘板81或下防尘板82被等离子体的辐射热等加热，随着被成膜的基板Sw的片数增加而温度逐渐越来越呈高温。在像本实施方式这样的结构中，下防尘板82的平坦部82b与被来自热板43的辐射所加热的盘形环7相对，因此下防尘板82特别容易被加热。并且，当上防尘板81或下防尘板82(特别是位于基板Sw附近的下防尘板82)升温超过了烘烤处理时的温度时，未从没有附着堆积溅射粒子的上防尘板81和下防尘板82的背面真空排气而残留在其表面的各种气体(氧或水蒸汽等)被排放出来。当这样的排放气体在成膜时被带到薄膜中时，例如会导致薄膜质量的劣化，因此需要尽量对其加以抑制。
在本实施方式中，如图2所示，在真空室1的下壁内面13上，与下防尘板82的平坦部82b相对地竖直设立有成形为筒状的块体9。块体9由铝或铜等热传导性良好的金属构成，块体9的到顶表面91的高度的尺寸设置为：在下防尘板82的处理位置处，块体9的顶表面91和下防尘板82(即平坦部82b)的下表面留出间隙地相对设置。上下方向的间隙设置为1mm以下，优选0.5mm以下。再有，在真空室1的下壁内面13和块体9之间，间置有硅片或铟片这样的提高热传导的导热片92。并且，在成膜过程中，使规定温度的冷媒在护套11中流通，通过来自真空室1的壁面经导热片92的热传导，块体9被冷却到规定温度。在本实施方式中，护套11构成冷却块体9的冷却装置。块体9的体积、顶面91的面积(与防尘板的相对面的面积)和块体9相对于防尘板82的相对位置等考虑要冷却的下防尘板82的温度等而适当设置。
采用以上实施方式，利用将块体9竖直设立在真空室1的下壁内面13上这一简单结构，就可通过来自于块体9的辐射冷却对位于处理位置的下防尘板82进行冷却，从而可防止在真空处理中下防尘板82被加热到规定温度以上，进而尽量抑制伴随下防尘板82的升温的气体排放，可防止排放气体被带到薄膜中例如导致薄膜质量劣化等问题发生。此时，由于块体9被固定配置在真空室1的内壁面上，可省略连接供给冷媒用的管件等工作，因此可尽量减少与溅射装置SM的损坏相关的、使真空室1内发生漏水的危险性。此外，使用真空室1中设置的现有的护套11，只通过使冷媒在该护套11中循环，就可通过来自真空室1的壁面的热传导来冷却块体9。
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。在本实施方式中，在溅射装置SM的结构上，以采用作为特别容易呈高温、并且在相对于真空室1的下壁内面接近远离方向上移动的可动防尘板的下防尘板82的平坦部82b为冷却对象部分，为了冷却平坦部82b而在真空室1的下壁内面13上竖直设立块体9的方式为例进行了说明，但并不仅限于此，例如也可在真空室1的侧壁内面上竖直设立块体9，以便可使沿上下方向移动的下防尘板82的立起壁部82a冷却，再有，本发明的使用块体9的冷却结构对固定防尘板81也有效。此外，在将块体9竖直设立在真空室1的壁面上时，可省略导热片92。
再有，在上述实施方式中，以在下防尘板82的处理位置处下防尘板82的平坦部82b的下表面留出间隙地与块体9的顶表面91相对的方式为例进行了说明，但并不限于此，也可构成为通过采用面接触的热传导冷却下防尘板82，以使得在下防尘板82的处理位置处平坦部82b的下表面与块体9的顶表面91抵接。但是，采用在真空室1内实施的真空处理，例如有时溅射粒子会绕进并附着到平坦部82b的下表面，此时，当平坦部82b的下表面与块体9的顶表面91抵接时，可能会产生对良好的真空处理有妨碍的粒子。因此，有时优选带有定位机构，使得即便使下防尘板82反复上下移动，也会在下防尘板82的处理位置处在下防尘板82和块体9之间总是形成1mm以下的间隙。
图3(a)所示的变形例的实施方式具有上述那样的定位机构，具体而言，在各驱动轴83a的上端设置单个环形的引导环83b，并且在与块体9的顶表面91相对的引导环83b的下表面的规定位置处在周方向上留出间隔(例如120度间隔)地形成凹孔83c。另一方面，块体9的顶表面91形成为带有台阶，以便允许向下防尘板82的处理位置移动(即引导环83b不会产生干涉)，在顶表面91的低一级的上表面部分93上与凹孔83c相位配合地竖直设置定位销94。并且，在下防尘板82的处理位置上，通过将各定位销94嵌合在各凹孔83c中使得在下防尘板82的处理位置处，下防尘板82和块体9之间总是形成有1mm以下的间隙。
在上述变形例中，以在引导环83b的下表面的规定位置形成凹孔83c，在块体9的顶表面91形成定位销94的实施方式为例进行了说明，但并不限于此。在图3(b)所示的另一变形例中，也可以是在块体9的顶表面91的规定位置处，在周方向上留出间隔(例如120度间隔)地竖直设置定位销95，与定位销95相位配合地在下防尘板82的平坦部82b的下表面规定位置处形成凹孔83d。此时，当将各定位销95反复嵌合到各凹孔83d中时，会产生粒子，这可能会给基板Sw带来不良影响。因此，也可以设置为在平坦部82b的下表面规定位置形成比凹孔83d更靠内侧的突条83e，并且在块体9的顶表面91上形成接收突条83e的环形的接收凹槽96，在下防尘板82的处理位置处由突条83e和接收凹槽96形成迷宫结构。
再有，在上述实施方式中，以由设置在真空室1壁面上对冷媒进行循环的护套11构成冷却装置的实施方式为例进行了说明，但并不限于此，例如可在块体9内形成冷媒循环路径，使冷媒在冷媒循环路径中循环并直接冷却块体9。另一方面，也可在真空室1内与块体9相对地配置吸附真空室内气体的低温面板并冷却块体9。进而，如图4所示，也可在块体9内形成与其顶表面91相通的气体通路97，在下防尘板82的处理位置处，向下防尘板82和块体9之间的空间内导入由氩气、氦气等构成的规定的冷却气体，通过冷却气体的热传导冷却下防尘板82。此时，可用从径向内外围绕顶表面91的气体通路97的气体出口的方式在顶表面91和下防尘板82的平坦部82b的下表面上分别形成突条98或接收凹槽83f，通过突条98和接收凹槽83f形成迷宫结构并减小冷却气体的电导率，再有，也可设置密封部件(未图示)增加防尘板82和块体9之间的空间的压力。
再有，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可动防尘板的装置即可，没有特殊限制，例如本发明也可适用在干蚀刻装置中。
附图标记说明
SM.溅射装置(真空处理装置)、1.真空室、11.护套(冷却装置)、4.台架、41.基台、43.热板、8.防尘板、82.下防尘板、9.块体、92.导热片、Sw.基板(被处理基板)。

Claims (3)

1.一种真空处理装置，其是具有真空室并对该真空室中安装的被处理基板实施规定的真空处理的真空处理装置，其特征在于：
在真空室内设置防尘板，防尘板由真空室中固定配置的固定防尘板和在一个方向上自由移动的可动防尘板构成，
还具有：竖直设立在真空室内壁面上的金属材质的块体；以及冷却块体的冷却装置，
可动防尘板在对被成膜基板实施规定的真空处理的可动防尘板的处理位置和可运输被处理基板的运输位置之间移动，在处理位置处，块体顶表面与可动防尘板接近或抵接，在运输位置处，块体顶表面远离可动防尘板。
2.根据权利要求1所述的真空处理装置，其特征在于：
所述冷却装置由真空室的壁面上设置的护套构成，通过来自使冷媒在护套中循环时的真空室壁面的热传导来冷却所述块体。
3.根据权利要求2所述的真空处理装置，其特征在于：
还具有间置于真空室的内壁面和块体之间的导热片。
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