CN113227445A - 真空处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种不会损害可冷却真空室内设置的防附着板这一功能，并可实施防附着板的烘烤处理的真空处理装置。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本发明的真空处理装置(SM)，在真空室内设置防附着板(82)，真空处理装置(SM)还具有：金属材质的块体(9)，其竖立设置在真空室的下壁内表面(13)上并与防附着板的一部分留出间隙地相对设置；冷却装置(11)，其冷却块体；加热装置(10)，其配置在防附着板的一部分和块体之间并可通过热辐射加热防附着板，彼此相对设置的块体和防附着板的表面部分分别由通过对这些块体和防附着板的母材金属分别实施表面处理而增加了辐射率的高辐射率层(93，84)构成。

Description

真空处理装置
技术领域
本发明涉及具有真空室并对安装在该真空室内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对硅晶片等被处理基板实施成膜处理或蚀刻处理这类真空处理的工序。作为这样的真空处理中使用的真空处理装置，例如在专利文献1中已知采用溅射法实施成膜的溅射装置。该装置具有可形成真空气氛的真空室，真空室的上部配置有溅射用靶，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，在台架上装设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或规定频率的交流电。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，一部分溅射粒子也会朝被处理基板以外飞散。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附着板。
此处，在采用溅射成膜时，防附着板受等离子体的热辐射等加热，随着被成膜的被处理基板的片数增加，逐渐越来越呈高温。从而当防附着板升温时，特别是未从没有溅射粒子附着堆积的防附着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。所以，以往一般会进行防附着板的冷却。
此外，通常当将未使用的防附着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附着板加热到规定温度的所谓的烘烤处理，实施防附着板等的脱气。可实施烘烤处理的溅射装置例如在专利文献2中已知。该装置具有通过热辐射加热防附着板的灯加热器(加热装置)；以及设置在灯加热器的背面的反射板，用反射板反射从灯加热器辐射的热线照射到防附着板。虽然可考虑将这些灯加热器和反射板配置在冷却防附着板的冷却装置和防附着板之间，设置为可实施防附着板的烘烤处理，但存在间隔着反射板，防附着板难以冷却的问题。
现有技术文献
专利文献
日本专利公开2014－91861号公报
日本专利公开2010－84169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，其目的是提供一种不会损害可冷却真空室内设置的防附着板的这一功能，并可实施防附着板的烘烤处理的真空处理装置。
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内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：在真空室内设置防附着板，还具有：金属材质的块体，其竖立设置在真空室的内壁面上并与防附着板的一部分留出间隙地相对设置；冷却装置，其冷却块体；以及加热装置，其配置在防附着板的一部分和块体之间并可通过热辐射加热防附着板，彼此相对设置的块体和防附着板的表面部分分别由通过对这些块体和防附着板的母材金属分别实施表面处理而增加了辐射率的高辐射率层构成。
采用本发明，由于用高辐射率层构成与块体相对设置的防附着板的表面部分，因此在进行防附着板的烘烤处理时来自加热装置的热线被防附着板的高辐射率层吸收，效率良好地传递到防附着板，从而防附着板的一部分和块体之间无需设置反射板。并且，由于与防附着板相对设置的块体的表面部分也用高辐射率层构成，与不间隔上述反射板相配合，不会损害可通过来自块体的辐射冷却在真空处理中冷却防附着板这一功能。此外，在彼此相对设置的块体和防附着板的表面部分不但包括块体和防附着板的表面部分彼此平行地相对设置的情况，例如也包括相对于防附着板的表面部分，块体的相对设置的面倾斜等两者有规定的角度地相对设置的情况。
在本发明中，与所述加热装置相对设置的所述块体的表面部分优选采用通过对块体的母材金属实施表面处理而降低了辐射率的低辐射率层构成。由此，烘烤处理时可用低辐射率层反射来自加热装置的热线照射防附着板，是有利的。
在本发明中，优选在与所述防附着板相对设置的所述块体的表面上形成第一凹部，在第一凹部的内侧空间中容置所述加热装置。由此，可缩短块体和防附着板之间的距离，因此可效率良好地冷却防附着板，是有利的。此时，如果第一凹部的内表面采用通过对块体的母材金属实施表面处理而降低了辐射率的低辐射率层构成的话，则烘烤处理时可用低辐射率层反射来自加热装置的热线照射防附着板，是有利的。
再有，在本发明中，优选在与所述块体相对设置的所述防附着板的表面部分形成第二凹部，在第二凹部的内侧空间中容置所述加热装置。由此，可缩短块体和防附着板之间的距离，因此可效率良好地冷却防附着板，是有利的。
附图说明
图1是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是放大示出本发明的变形例的剖视图。
图4是放大示出本发明的变形例的剖视图。
图5是放大示出本发明的变形例的剖视图。
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“上”“下”这类术语以图1所示的作为真空处理装置的溅射装置的设置姿态为基准。
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经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，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在下方的姿态，经由真空室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(例如是SUS材质)，所述卡板42设置在该基台41的上表面上。在基台41内还形成冷媒循环路径41a，其使由图外的制冷单元供给的冷媒循环，可选择性地进行冷却。卡板42具有比基台41的上表面小一圈的外径，内置有静电卡盘用的电极。当从图外的卡盘电源向该电极施加电压时，基板Sw被静电吸附在卡板42的上表面上。再有，在基台41和卡板42之间，例如间隔有氮化铝材质的热板43。热板43上例如组装有加热器等加热装置(省略图示)，通过从图外的电源给该加热装置通电可加热到规定温度(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(例如350℃)。
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。在溅射气体中，不只包括在形成等离子体时导入真空室1中的氩气等稀有气体，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，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附着板发挥作用的盘形环7，其通过覆盖住热板43上表面的外周部分43c防止由靶21的溅射产生的溅射粒子对相应部分43c的附着。盘形环7是氧化铝、不锈钢等公知材料制成的，经由绝缘体33设置在基台41上表面的外周部分。再有，在真空室1内设置防附着板8，其防止溅射粒子对真空室1的内壁面的附着。
防附着板8采用分别是氧化铝、不锈钢等公知材料制成的上防附着板81和下防附着板82构成。上防附着板81具有筒状的轮廓，经设置在真空室1的上部的锁止部12悬吊设置。下防附着板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。在下防附着板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。驱动轴83a的上端设置有导向环83b，导向环83b上设置有下防附着板82。通过驱动装置83，下防附着板82在成膜位置和运输位置之间上下移动，所述成膜位置是实施溅射成膜的位置，所述运输位置是比成膜位置高且通过图外的真空机器人向台架4实施基板Sw的传递的位置。在下防附着板82的成膜位置，上防附着板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附着板82的平坦部82b的尺寸设置为其径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，形成有一个环状的突条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，在成膜位置，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附着板82下方的真空室1内的空间。再有，溅射装置SM具有公知结构控制装置(省略图示)，其包括微机、存储元件和定序器等，该控制装置统一控制溅射电源21c、其他的电源、质量流量控制器51和真空泵61等溅射时的各部件的控制等。以下，以采用铝为靶21，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。
使真空泵61工作对真空室1进行真空排气后，在下防附着板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Sw载置于台架4的卡板42上。在真空运输机器人退开后，将下防附着板82移动到成膜位置，并对卡板42的电极施加来自图外的电源的规定电压，将基板Sw静电吸附到卡板42上。与之配合地，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。当基板Sw达到规定温度时，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，与之配合地从溅射电源21c向靶21施加带负电位的规定电力(例如3kW～50kW)。由此，在真空室1内形成等离子体气氛，以等离子体中的氩气的离子对第一靶21的溅射面21b进行溅射，来自靶21的溅射粒子附着堆积在基板Sw上，形成铝膜。
此处，在溅射成膜时，上防附着板81或下防附着板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，下防附着板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，因此下防附着板82特别容易被加热。并且，当上防附着板81或下防附着板82(特别是位于基板Sw附近的下防附着板82)升温超过了规定温度时，未从没有附着堆积溅射粒子的上防附着板81和下防附着板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。
因此，在本实施方式中，如图2所示，在真空室1的下壁内表面13上，与下防附着板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的到顶面91的高度的尺寸设置为：在下防附着板82的处理位置处，在块体9和下防附着板82之间配置后面提到的加热装置10。再有，硅片或铟片这样的提高热传导的导热片92介于真空室1的下壁内表面13和块体9之间，但导热片92也可省略。并且，在成膜过程中，使规定温度的冷媒在护套11中流通，从真空室1的壁面通过热传导，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(与防附着板的相对面的面积)和块体9相对于防附着板82的相对位置等考虑要冷却的下防附着板82的温度等而适当设置。
在本实施方式中，在块体9和下防附着板82之间设置可通过热辐射加热下防附着板82的加热装置10。作为加热装置10，例如可使用公知的环形的护套加热器或灯加热器等，但优选使用护套加热器。这些护套加热器或灯加热器等的结构是公知的，包括其设置方法在内，此处省略详细说明。并且，彼此相对设置的块体9的顶面91和下防附着板82的下表面分别由通过对这些块体9和下防附着板82的母材金属的表面实施例如使用粒径在90～710μm范围内的固体金属、矿物性或植物性的磨料(粒子)的喷砂处理(表面处理)而将辐射率增加到0.5以上的高辐射率层93、84构成。此处，辐射率是指波长2～6μm范围内的平均辐射率。此外，例如可使用蚀刻加工或压花加工作为高辐射率层93、84的形成方法，再有，也可以是通过对块体9和下防附着板82的母材金属的表面实施热喷涂或成膜等表面处理，形成由AlTiN、Al2O3等非金属膜或Ti热喷涂膜构成的高辐射率层93、84。此外，虽然省略图示，但优选不但在块体9的顶面91而且在侧面上设置高辐射率层93，能以此来吸收真空室1内漫反射的热线。再有，高辐射率层84既可以是不只设置在下防附着板82的下表面的一部分而且设置在下表面整面上，也可以是进而设置在与真空室1的内壁面相对的下防附着板82的侧面上。再有，虽然块体9的顶面91和下防附着板82的下表面彼此平行地相对设置，但例如也可以是相对于下防附着板82的下表面，块体9的相对设置的面倾斜等两者有规定角度地相对设置。
并且，在对基板Sw成膜前，通过采用上述加热装置10将下防附着板82加热到规定温度(例如380℃)的烘烤处理，实施从下防附着板82的脱气。此处，由于与块体9相对设置的下防附着板82的下表面用高辐射率层84构成，因此来自加热装置10的热线被高辐射率层84吸收并效率良好地传递给下防附着板82，从而下防附着板82和块体9之间(加热装置10的下方)无需像以往例子那样设置反射板。并且，由于与下防附着板82相对设置的块体9的上表面也用高辐射率层93构成，因此与不间隔上述反射板相配合，不会损害可通过来自块体9的辐射冷却在真空处理中冷却防附着板这一功能。
以上说明了本发明的实施方式，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。例如在上述实施方式中，以使用了溅射装置SM作为真空处理装置的情况为例进行了说明，但只要是真空室内中具有防附着板即可，没有特殊限制，例如本发明也可适用于干蚀刻或CVD装置等。
在上述实施方式中，虽然对用高辐射率层93构成块体9的顶面91整面的情况进行了说明，但如图3所示，也可用辐射率下降到0.3以下的低辐射率层95构成与加热装置10相对的块体顶面91的中央部分。该低辐射率层95通过实施下述处理得到：去除块体顶面91的中央部分的高辐射率层93露出块体9的母材金属表面，对该露出的母材金属表面实施镜面加工(表面处理)使得算术平均粗糙度Ra在0.01～2.00范围内。此外，形成了块体9的高辐射率层93的部分也可相对于下防附着板82倾斜规定的角度地相对设置。再有，通过在高辐射率层93表面的与加热装置10相对的中央部分上实施热喷涂或成膜等表面处理，也可形成由Al、Cu、Au、Pt构成的低辐射率层95。由此，能以低辐射率层95反射来自加热装置10的热线，照射下防附着板82，是有利的。
此外，在冷却下防附着板82时，优选块体9和下防附着板82之间的距离短。如图4所示，如果在与下防附着板82相对设置的块体9的表面形成第一凹部94，在第一凹部94的内侧空间内容置加热装置10的话，则可缩短上述距离。此时，第一凹部94的内表面如果与上述低辐射率层95同样地用通过对块体9的母材金属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的范围内从而使辐射率下降到0.3以下的低辐射率层95a构成的话，则能以低辐射率层95反射来自加热装置10的热线，照射下防附着板82，是有利的。再有，由于辐射率小于0.1则加工成本增加，不现实，因此可将辐射率层95a的辐射率的下限设置在0.1以上。再有，作为镜面加工的方法，除切削加工或打磨剖光等物理剖光外，可单独或组合使用电解剖光或化学剖光这类公知方法。此外，也可通过对块体9的母材金属的表面实施热喷涂或成膜等表面处理形成由Al、Cu、Au、Pt构成的低辐射率层95a。再有，当使用护套加热器作为加热装置10时，通过在护套加热器10的面向下防附着板82的部分(上半部分侧)上，与上述高辐射率层93、84同样地实施喷砂处理、AlTiN膜的成膜或热喷涂等表面处理设置高辐射率层，可提高加热效率。
此外，如图4所示，也可设置为在真空室1的下壁一体设置有朝下防附着板8突出的环形的方法兰15，在该方法兰15的内部也设置可使冷媒循环的护套11。此时，如果块体9连接在方法兰15上表面上的话，可缩小块体9的体积，可提高冷却效率。方法兰15和块体9的连接考虑热传导等可采用钼材质的螺栓。再有，也将方法兰15与真空室1下壁分体设置，此时只要设置为在方法兰的内部形成冷媒循环路径，能使冷媒循环即可。
再有，即使如图5所示，在与块体9相对设置的下防附着板82的表面部分形成第二凹部85，在第二凹部85的内侧空间中容置加热装置10，也可缩短上述距离。此时，第二凹部85的内表面如果与上述高辐射率层84同样地用通过对下防附着板82的母材金属实施表面处理而使辐射率提高到0.5以上的高辐射率层86构成的话，则可用高辐射率层86效率良好地吸收来自加热装置的热线并传递给下防附着板82，是有利的。再有，提高用高辐射率层构成导向环83b和下防附着板82的接触面或导向环83b的与块体9相对设置的面，可效率良好地传热。
在上述实施方式中，以冷却下防附着板82的情况为例进行了说明，但本发明也可适用于冷却上防附着板81的情况。
附图标记说明
SM.溅射装置(真空处理装置)、Sw.基板(被处理基板)、1.真空室、13.真空室1的下壁内表面(内壁面)、8.防附着板、82.下防附着板(防附着板)、84.高辐射率层、85.第二凹部、9.块体、93.高辐射率层、94.第一凹部、95、95a.低辐射率层、10.加热装置、11.护套(冷却装置)。

Claims (5)

1.一种真空处理装置，其具有真空室并对该真空室内安装的被处理基板实施规定的真空处理，在真空室内设置防附着板，所述真空处理装置的特征在于：
还具有：金属材质的块体，其竖立设置在真空室的内壁面上并与防附着板的一部分留出间隙地相对设置；冷却装置，其冷却块体；以及加热装置，其配置在防附着板的一部分和块体之间并可通过热辐射加热防附着板；
彼此相对设置的块体和防附着板的表面部分分别由通过对这些块体和防附着板的母材金属分别实施表面处理而增加辐射率的高辐射率层构成。
2.根据权利1记载的真空处理装置，其特征在于：
与所述加热装置相对设置的所述块体的表面部分采用通过对块体的母材金属实施表面处理而降低辐射率的低辐射率层构成。
3.根据权利1记载的真空处理装置，其特征在于：
在与所述防附着板相对设置的所述块体的表面上形成第一凹部，在第一凹部的内侧空间中容置所述加热装置。
4.根据权利3记载的真空处理装置，其特征在于：
所述第一凹部的内表面采用通过对块体的母材金属实施表面处理而降低辐射率的低辐射率层构成。
5.根据权利1记载的真空处理装置，其特征在于：
在与所述块体相对设置的所述防附着板的表面部分形成第二凹部，在第二凹部的内侧空间中容置所述加热装置。
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