CN114481058A - 溅射装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种可抑制在被处理基板的外边缘部处的局部升温的溅射装置。本发明的溅射装置(SM)具有：将靶(2)和被处理基板(Sw)相对配置的真空室；以及挡板(5)，其在真空室内围绕靶和被处理基板之间的成膜空间(1a)；所述溅射装置上设置有对挡板进行冷却的冷却单元，挡板具有配置在被处理基板周围的第一挡板部(5a)，其具有使被处理基板面向成膜空间的第一开口(51)，所述第一开口与该被处理基板具有同样的轮廓，冷却单元具有第一冷媒通道(55)，其设置在第一挡板部上，并具有延伸到位于第一开口周围的第一挡板部的部分的通道部分(55a)。

Description

溅射装置
技术领域
本发明涉及一种溅射装置，其具有：将靶和被处理基板相对配置的真空室；以及挡板，其在真空室内围绕靶和被处理基板之间的成膜空间。
背景技术
这种溅射装置例如在专利文献1中已知。该溅射装置通过第一挡板部(下部部分)、第二挡板部(上部部分)以及中间挡板部(圆筒体主体)构成，其中，所述第一挡板部(下部部分)配置在被处理基板的周围，并具有第一开口，所述第一开口使被处理基板面向成膜空间，并与该被处理基板具有同样的轮廓；所述第二挡板部(上部部分)配置在靶周围并具有第二开口，所述第二开口使靶面向成膜空间，并与该靶具有同样的轮廓；所述中间挡板部(圆筒体本体)将第一挡板部和第二挡板部连接。并且，在中间挡板部内，形成作为冷却单元的构成要素的冷媒通道(热传递路径)，通过使冷却水等冷媒在冷媒通道内流通，而在靶的溅射成膜过程中冷却挡板。此外，冷媒的温度通常根据室温(设置溅射装置的洁净室内的温度)，设置为可防止发生冷凝的规定温度(例如20～25℃的温度)。
此处，例如将靶设置为铝材质，当使用上述以往例子的溅射装置在被处理基板表面形成铝膜时，会发现被处理基板面内的铝膜的薄膜质量不均匀。因此，本申请在反复研究后了解到下述情况。即如上述以往例子所示，在成膜过程中，即使想在中间挡板部的冷媒通道中流通上述温度的冷媒，通过热传递来冷却挡板整体，但在第一挡板部上，来自成膜时成膜空间中产生的等离子体的热量输入占优势，第一挡板部会升温到较高的温度，特别是距离中间挡板部最远的第一开口的边缘部温度会很高。本申请发现如此一来，会从第一挡板部表面释放出其上吸附的水分子或氧分子这类气体，该释放出的气体容易被位于第一开口附近的被处理基板的外边缘部捕获，除此之外，由于位于第一开口附近的被处理基板的外边缘部被局部加热，因此被处理基板的外边缘部上粒度局部增加，这导致铝膜的薄膜质量不均匀。
现有技术文献
专利文献
【专利文献1】日报专利公表2018-519426号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
本发明是在上述认知的基础上产生的，其技术问题是提供一种可抑制在被处理基板的外边缘部处的局部升温的溅射装置。
解决技术问题的手段
为解决上述技术问题，本发明的溅射装置，其特征在于，具有：将靶和被处理基板相对配置的真空室；以及挡板，其在真空室内围绕靶和被处理基板之间的成膜空间，上述溅射装置上设置有对挡板进行冷却的冷却单元，挡板具有配置在被处理基板周围的第一挡板部，其具有使被处理基板面向成膜空间的第一开口，所述第一开口与该被处理基板具有同样的轮廓，冷却单元具有第一冷媒通道，其设置在第一挡板部上，并具有延伸到位于第一开口周围的第一挡板部的部分的通道部分。
采用本发明，在靶的溅射成膜过程中，通过使冷媒流到位于第一开口周围的通道部分，使得即便接收到来自等离子体的热量输入，也会抑制第一挡板部的升温。由此，不仅抑制从第一挡板部表面释放出其上吸附的水分子或氧分子这类气体，而且也会抑制对位于第一开口附近的被处理基板的外边缘部的局部加热。从而，例如将靶设置为铝材质，在被处理基板表面形成铝膜时，可形成薄膜质量均匀的铝膜。
再有，在挡板具有配置在靶周围的第二挡板部，所述第二挡板部具有第二开口，所述第二开口使所述靶面向成膜空间，并与该靶具有同样的轮廓时，第二挡板部被来自成膜空间中生成的等离子体的热量输入所加热，当第二开口热形变而扭曲时，等离子体放电可能会不稳定。因此，优选所述冷却单元设置在第二挡板部，并还具有第二冷媒通道，所述第二冷媒通道具有延伸到位于第二开口周围的第二挡板部的部分的通道部分。由此，在靶的溅射成膜过程中，通过使冷媒流到位于第二开口周围的通道部分，即使接收到来自等离子体的热量输入，也会可靠地抑制第二挡板部的升温，能够尽量抑制随着第二开口热形变而等离子体放电变得不稳定。
在本发明中，所述第一和第二两冷媒通道也可以是分别作为在通过靶或被处理基板的中心的径向上相对于靶或被处理基板接近远离的方向上蛇行弯折的单条通道而形成的结构。由此，可实现可靠地抑制分别位于第一开口和第二开口周围的第一和第二两挡板部的部分的升温，从而抑制对被处理基板的外边缘部的局部加热的结构，是有利的。
附图说明
图1是示出本发明的实施方式的溅射装置的结构的示意图。
图2是说明第一挡板部的剖视图。
图3是示出确认本发明效果的实验结果的图表。
具体实施方式
以下参照附图，以采用具有大致圆形轮廓的硅晶片(下称“基板Sw”)作为被处理基板，在基板Sw表面形成铝膜的情况为例，说明本发明的溅射装置的实施方式。以下表示上、下这类方向的术语以图1所示的溅射装置的设置姿态为基准。
参照图1，SM是溅射装置，溅射装置SM具有真空室1。在真空室1上连接有排气管11，将真空室1内真空排气到规定压力(例如1×10-5Pa)，所示排气管11与由涡轮分子泵或旋转泵等构成的真空泵单元Pu连通。真空室1的侧壁10连接间置有质量流量控制器12的气管13，可向真空室1内导入流量受到控制的稀有气体(例如氩气)。在真空室1的上部设置有铝材质的靶2，其溅射面2a的轮廓与基板Sw的轮廓对应地制成。此时，背板21接合在靶2的上表面，在背板21的外边缘部间隔绝缘体Io1以溅射面2a朝下方的姿态装卸自由地安装在真空室1的侧壁10上。来自DC电源Ps的输出与靶2连接并可对靶2施加带负电位的直流电力，再有，在靶2上方，设置有绕通过靶中心的中心线Cl自由旋转的磁铁单元3。此外，作为DC电源Ps和磁铁单元3，可使用公知产品，故此处省略进一步的详细说明。
工作台4设置在真空室1下部与靶2相对，能以基板Sw的成膜面朝上的姿态保持基板Sw。工作台4具有：金属(例如SUS)材质的基台41，其间隔绝缘体Io2而设置在真空室1的下壁上；以及卡板42，其设置在基台41上，内置有静电卡盘用电极；可通过以图外的卡盘用电源给电极通电，来吸附并保持基板Sw。此外，也可在卡板42上组装加热器，使其具有将基板Sw加热到规定温度的热板的功能。并且，在真空室1内，挡板5围绕靶2和基板Sw之间的成膜空间1a配置。
挡板5例如是SUS材质的，采用彼此可分离的第一挡板部5a、第二挡板部5b以及配置在第一挡板部5a和第二挡板部5b之间的中间挡板部5c构成。在第一挡板部5a上设置有第一开口51，其与基板Sw具有同样的轮廓，且直径比基板Sw的外形大一圈。并且，第一开口51的内边缘部留出规定间隙地位于基板Sw周围，相对于基板Sw大致平行而装卸自如地配置，使基板Sw面向成膜空间1a。由此，可尽量防止溅射粒子附着到基板Sw的下表面下方的真空室1内的壁面部分和位于此处的部件(未图示)上。此外，在本实施方式中，第一挡板部5a配置为第一开口51位于基板Sw上表面的延长线上，但并不限于此，也可考虑溅射粒子的绕入和等离子体放电的稳定性而向上方或下方偏置。
再有，第一挡板部5a例如接合具有规定的板厚度的同一形态的两块板材50a、50b而构成。在板材50a(50b)的一侧的表面上，如图2所示，设置有槽部52a(52b)，其呈在径向上反复凹凸的花瓣状，槽部52a(52b)的两自由端分别到达板材52a(52b)的外侧，构成冷媒的流入口53a(53b)和流出口54a(54b)。由此，当将板材50a、50b以使各槽部52a、52b在上下方向上相匹配的姿态进行接合时，在第一挡板部5a内形成相对于基板Sw在接近远离的方向上蛇行弯折的单条冷媒通道(第一冷媒通道)55，其具有延伸到位于第一开口51周围的第一挡板部5a的部分的通道部分55a。此外，冷媒通道55的流路宽度和在接近远离方向上蛇行弯折的次数等考虑冷媒温度和流路阻力等而适当设置，使得成膜时第一挡板部5a可维持在规定温度以下。再有，虽然以在两板材50a、50b的一侧的表面上分别形成了槽部52a、52b的情况为例进行了说明，但并不限于此，只要在第一挡板部5a内可形成具有通道部分55a的冷媒通道55即可。例如，既可以至少只在一个板材50a(50b)上形成槽部52a(52b)，另一方面，也可在接合两板材50a、50b时，在其接合面上间隔多个垫片，将通过垫片分隔的两板材50a、50b之间的间隙作为冷媒通道。再有，也可在一块板材的背对成膜空间1a的表面上设置管道作为冷媒通道。作为在第一挡板部5a在真空室1内的安装方法，可使用采用了锁定装置的方法等公知方法，因此，此处省略详细说明。
第二挡板部5b上设置有第二开口56，其与靶2具有同样的轮廓，且直径比靶2的外形大一圈。并且，第二开口56的内边缘部留出规定间隙地位于靶2周围，相对于靶2大致平行而装卸自如地配置，使靶2面向成膜空间1a。由此，可尽量防止溅射粒子附着到背板21这类的部件上。虽未特别图示说明，但第二挡板部5b也和第一挡板部5a同样，例如接合具有规定的板厚度的同一形态的两块板材50c、50d而构成。在板材50c(50d)的一侧的表面上，设置有槽部57a(57b)，其呈在径向上反复凹凸的花瓣状，槽部57a(57b)的两自由端分别到达板材50c(50d)的外侧，构成冷媒的流入口58a和流出口(未图示)。由此，当将板材50c、50d以使各槽部57a、57b相匹配的姿态进行接合时，在第二挡板部5b内，形成相对于靶2在接近远离的方向上蛇行弯折的单条冷媒通道(第二冷媒通道)59，其具有延伸到位于第二开口56周围的第二挡板部5a的部分的通道部分59a。第二冷媒通道59也可和上述一样地以其他方式形成，作为第二挡板部5b的真空室1内的安装方法，可使用采用了锁定装置的方法等公知方法。
在第一冷媒通道55的流入口53a和流出口54a上，以及在第二冷媒通道59的流入口58a和流出口(未图示)上，分别连接来自冷却机6的管道61a、61b，可使冷却水等冷媒在第一和第二两冷媒通道55、59中循环。此时，例如将冷媒温度设置在20～25℃的范围内，使得在第一和第二各挡板部5a、5b上不发生冷凝。在本实施方式中，这些第一和第二各冷媒通道55、59以及冷却机6构成权利要求书中的冷却单元。中间挡板部5c以板材成形呈筒状而构成，配置为以第一挡板部5a的上表面支撑。由此，可尽量防止溅射粒子附着到真空室1内的侧壁10内面和位于此处的部件(未图示)上。此外，在本实施方式中，虽然未在中间挡板部5c设置冷媒通道，但也可像第一和第二各挡板部5a、5b那样在其内部设置冷媒通道，在成膜时能进行冷却。
在要通过溅射装置SM在基板Sw表面形成铝膜时，在真空室1内的工作台4上设置基板Sw，当将真空室1真空排气到规定压力时，以规定流量向真空室1内导入氩气，从DC电源Ps向靶2施加带负电位的规定的直流电力。由此，在真空室1内产生等离子体，通过等离子体中电离的氩离子对靶2的溅射面2a进行溅射，通过从溅射面2a按余弦定理而飞散的溅射粒子附着堆积在基板Sw表面而形成铝膜。此时，即使挡板5设置为热传导率较低的SUS材质的产品，但通过使冷媒流到位于第一开口51周围的通道部分55a，使得即便接收到来自等离子体的热量输入，也会抑制第一挡板部5a的升温，不但能抑制从第一挡板部5a的表面释放水分子和氧分子等杂质气体的释放，而且会抑制对位于第一开口51附近的基板Sw的外边缘部的局部的加热。其结果是，可在基板Sw表面形成薄膜质量均匀的铝膜。并且，通过使冷媒流到位于第二开口56周围的通道部分59a，使得即便接收到来自等离子体的热量输入，第二挡板部5b的升温也会受到抑制，从而可抑制第二开口56的热形变，使等离子体放电稳定。
接着，为了确认上述效果，使用上述溅射装置SM，进行了以下实验。在发明实验1中，将靶2设置为Φ440mm铝材质的产品，挡板5设置为SUS材质的产品，基板Sw设置为Φ300mm的硅晶片(TS距离是60mm)。并且，将第一冷媒通道55的通道部分55a和第一开口51之间的距离d设置为3mm。在将真空室1内真空排气到规定真空度后，以50sccm的流量将氩气导入到真空室1内(真空室1内的全压是0.6Pa)，从DC电源Ps向靶2施加20kW的直流电力，在规定时间(120sec)期间，对靶2进行溅射，在基板Sw表面形成铝膜。并且，在对一块基板Sw成膜完毕后，更换基板Sw，以上述条件对下一块基板Sw形成铝膜，使其多次重复。
在包括更换基板Sw在内的成膜过程中，通过冷却机6以3.5L/min的流量使20℃的冷却水分别在第一和第二各冷媒通道55、59中循环，并通过热电偶测量第一挡板部5a的第一开口51周围的部分的温度。此外，作为比较实验，进行了在以与上述发明实验1同样的条件形成铝膜时，不使冷媒在第一和第二各冷媒通道55、59中循环的实验。由此，确认了在比较实验中，随着时间变长，第一开口51周围的部分升温到了最大250℃，但是在发明实验1中，第一开口51周围的部分则维持在40℃以下。再有，在成膜过程中，通过质谱仪测量了杂质(氢分子、水分子、氮分子、氧分子)的分压，如图3所示，确认了在发明实验1中，和比较实验相比可降低杂质分压，尤其是可将氢分子的分压降低到1/11，将水分子的分压降低到1/2.5。再有，确认了在发明实验1中，可在基板Sw表面形成薄膜质量均匀的铝膜。此外，作为发明实验2，使冷却水只在第一冷媒通道55中循环，再有，作为发明实验3，使冷却水只在第二冷媒通道59中循环，以与上述发明实验1同样的条件形成了铝膜，确认了和比较实验相比可降低杂质的分压(参照图3)。接着，作为另一发明实验，将给靶2的施加电力设置为30kW，确认了第一开口51周围的部分维持在45℃以下。
以上对本发明的实施方式进行了说明，但只要是不脱离本发明的技术思想范围，可做各种变形。在上述实施方式中，以形成铝膜的情况为例进行了说明，但不限于此，例如形成钛膜这样的其他金属膜或氮化钛膜这样的金属化合物膜的情况也可适用本发明。在上述实施方式中，以采用单条通道分别构成第一和第二各冷媒通道55、59的情况为例进行了说明，但通道的条数并不限于此，只要能冷却第一和第二各挡板部5a、5b的第一和第二各开口51、56周围的部分即可，例如也可分别用多条(例如两条)通道构成各冷媒通道55、59。再有，在上述实施方式中，以挡板5分割成第一挡板部5a、第二挡板部5b和中间挡板部5c的方式为例进行了说明，但也可以一体形成，再有，第一挡板部5a和第二挡板部5b的形状不限于上述形状，只要不会损害作为防尘板的功能即可。
附图标记说明
SM.溅射装置、Sw.基板(被处理基板)、1.真空室、1a.成膜空间、2.靶、5.挡板、5a.第一挡板部、5b.第二挡板部、51.第一开口、55.第一冷媒通道(冷却单元的构成要素)、55a.位于第一开口周围的通道部分、56.第二开口、59.第二冷媒通道(冷却单元的构成要素)、59a.位于第二开口周围的通道部分、6.冷却机(冷却单元的构成要素)。

Claims (4)

1.一种溅射装置，其具有：靶和被处理基板相对配置的真空室；以及挡板，其在真空室内围绕靶和被处理基板之间的成膜空间；其特征在于：
所述溅射装置上设置有对挡板进行冷却的冷却单元；
挡板具有配置在被处理基板周围的第一挡板部，其具有使被处理基板面向成膜空间的第一开口，所述第一开口与该被处理基板具有同样的轮廓；
冷却单元设置在第一挡板部上，并具有第一冷媒通道，所述第一冷媒通道具有延伸到位于第一开口周围的第一挡板部的部分的通道部分。
2.根据权利要求1记载的溅射装置，其特征在于：
所述挡板具有配置在靶周围的第二挡板部，所述第二挡板部具有使所述靶面向成膜空间的第二开口，所述第二开口与该靶具有同样的轮廓，所述冷却单元还具有第二冷媒通道，所述第二冷媒通道设置在第二挡板部上，并具有延伸到位于第二开口周围的第二挡板部的部分的通道部分。
3.根据权利要求1记载的溅射装置，其特征在于：
所述第一冷媒通道作为在通过靶或被处理基板的中心的径向上相对于靶或被处理基板接近远离的方向上蛇行弯折的单条通道而形成。
4.根据权利要求2记载的溅射装置，其特征在于：
所述第二两冷媒通道作为在通过靶或被处理基板的中心的径向上相对于靶或被处理基板接近远离的方向上蛇行弯折的单条通道而形成。
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