TW202017060A - 真空處理裝置 - Google Patents

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Abstract

提供一種當像是在真空腔內一面藉由熱板來將被設置在平台處的被處理基板控制於較室溫而更高之特定溫度一面施加真空處理一般的情況時，能夠對於例如導致膜質之劣化一般的相對於真空處理之不良影響盡可能地作抑制之真空處理裝置。 平台(4)係具備有基台(41)、和被設置在此基台上並能夠進行被處理基板(Sw)之加熱的熱板(43)，並更進而具備有存在有特定之間隙地而圍繞此熱板之金屬製之板環(7)和防附著板(8)。與熱板相對向的板環之表面部分，係藉由以對於其之母材金屬施加表面處理一事來使輻射率作了降低的低輻射率層(73)所構成。

Description

真空處理裝置
本發明，係有關於具備有能夠形成真空氛圍之真空腔並在真空腔內設置有被處理基板所被作設置之平台的真空處理裝置。
例如在半導體裝置之製造工程中，係存在有在能夠形成真空氛圍之真空腔內而對於矽晶圓等之被處理基板施加特定之真空處理之工程，在此種真空處理中，係利用有由真空蒸鍍法、離子噴濺法、濺鍍法或電漿CVD法所致的成膜裝置、乾蝕刻裝置或真空熱處理裝置等。例如，施加由濺鍍法所致之成膜的真空處理裝置(濺鍍裝置)，係具備有能夠形成真空氛圍之真空腔，在其之上部處，係被配置有濺鍍用靶材。在真空腔內之下部處，係與靶材相對向地而被配置有被處理基板所被作設置之平台。
平台，係具備有與被處理基板之輪廓相對應的例如具有筒狀之輪廓的金屬製之基台、和被設置在基台之上面的較基台以及基板之外尺寸而更小的吸盤板(例如，參照專利文獻1)。於成膜中，當將被處理基板控制為較室溫而更高之特定溫度範圍的情況時，係使例如氮化鋁製之熱板中介存在於基台與吸盤板之間，並且在基台內設置使冷媒循環之冷媒循環路徑，而以經由熱板而來之導熱來將被處理基板控制為特定溫度之範圍，此係為一般所周知。另外，熱板係可一體性地設置於吸盤板處。
在使用上述濺鍍裝置來對於被處理基板成膜特定之薄膜時，係在以吸盤板來將被處理基板作了靜電吸附的狀態下，對於真空氛圍之真空腔內導入稀有氣體(以及反應氣體)，並對於靶材而投入例如具有負的電位之電力。因應於需要，而將熱板加熱，或者是使冷媒在設置於基台內之路徑中循環，而以經由熱板而來之導熱來將被成膜物控制為較室溫而更高之特定溫度之範圍。藉由此，在真空腔內係被形成有電漿氛圍，在電漿中而電離了的稀有氣體之離子係與靶材相碰撞，靶材係被濺鍍，從靶材所飛散的濺鍍粒子(起因於在真空腔內之真空處理所產生之物)係附著、堆積於被處理基板表面上，與靶材種類相對應的特定之薄膜係被成膜。
若是對靶材作濺鍍，則濺鍍粒子係會從靶材表面而依循於特定之餘弦定理來飛散，但是濺鍍粒子之一部分係亦會朝向被成膜物以外之處而飛散。因此，在真空腔中，通常，為了防止對於其之內壁的濺鍍粒子(藉由真空處理所產生的物質)之附著，係被設置有金屬製之防附著板，在基台以及吸盤板之周圍處，係存在有間隙地而被設置有將在徑方向外側而露出的基台之上面部分作覆蓋之被稱作板環之環狀的密封板。
於此，係判明了：若是藉由上述之濺鍍裝置來在熱板之加熱下而對於被處理基板進行成膜，則會有無法成膜具有所期望之膜質之薄膜的情況。因此，本案發明者，係反覆努力進行研究，而得知了：依存於熱板之加熱溫度，起因於從熱板而來之輻射，與熱板相對向之板環的表面部分係會被加熱並放出各種的氣體(氧或水蒸氣等)，此放出氣體係被導入至薄膜中並導致膜質之劣化。可以推測到，此種放出氣體，例如在藉由乾蝕刻裝置來對於被處理基板進行乾蝕刻時，也會導致使蝕刻形狀改變等的不良影響。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2014-91861號公報
[發明所欲解決之課題]
本發明，係為有鑑於以上之知識所進行者，其課題，係在於提供一種當像是一面藉由熱板來將被設置在平台處的被處理基板控制於較室溫而更高之特定溫度一面施加真空處理一般的情況時，能夠對於例如導致膜質之劣化一般的相對於真空處理之不良影響盡可能地作抑制之真空處理裝置。 [用以解決課題之手段]
為了解決上述課題，本發明之真空處理裝置，係具備有能夠形成真空氛圍之真空腔，並在真空腔內設置有被處理基板所被設置之平台，平台係具備有基台、和被設置在此基台上並能夠進行被處理基板之加熱的熱板，並更進而具備有存在有特定之間隙地而圍繞此熱板之金屬製之板環和防附著板，該真空處理裝置，其特徵為：與熱板相對向的板環之表面部分，係藉由以對於其之母材金屬施加表面處理一事來使輻射率作了降低的低輻射率層所構成。
若依據本發明，則由於係將與熱板相對向的板環之表面部分藉由低輻射率層來構成，因此當在熱板之加熱下而施加真空處理時，藉由使從熱板所放出的熱線被反射，板環自身之升溫係被作抑制。其結果，從板環而來之氣體的放出係被盡可能地作抑制，而能夠防止例如放出氣體被導入至所成膜之薄膜中並導致例如膜質之劣化之類的問題之發生。在本發明中，低輻射率層，係可為藉由對於板環之母材金屬表面本身而以鏡面加工等之公知之方法來進行表面處理所形成者，或者是，亦可為對於板環之母材金屬表面而藉由熔射等之公知之方法來進行表面處理並作為獨立個體所設置者。例如，在像是板環為不鏽鋼製一般的情況時，若是以會使算數平均粗度Ra成為0.01～2.00之範圍的方式來施加鏡面加工，則係能夠將板環之升溫有效地作抑制。又，在像是板環為存在有特定之間隙地而圍繞熱板一般的情況時，在熱板與板環之間，由輻射所致之熱傳導係成為具有支配性，而例如亦包含有像是起因於熱板或板環之變形或者是組裝誤差等而導致熱板與板環作局部性之接觸一般的情況。
又，在本發明中，較理想，係構成為：當前述防附著板係具備有與前述板環存在有間隙地而對向之部分的情況時，與前述防附著板相對向的前述板環之表面部分，係藉由具有較低輻射率層而更高的輻射率之高輻射率層所構成。若依據此，則係能夠對起因於從板環而來之輻射而導致防附著板被加熱的情形作抑制，乃至於對伴隨著防附著板之升溫所導致的氣體放出盡可能地作抑制，而能夠更進一步防止例如放出氣體被導入至薄膜中並導致例如膜質之劣化之類的問題之發生。於此情況，若是與前述板環之表面部分相對向的前述防附著板之部分之表面，係具有與前述熱板之低輻射率層同等的輻射率，則係能夠更有效地對於防附著板被加熱的情形作抑制，而為有利。
另外，在本發明中，前述低輻射率層之輻射率，較理想，係為0.3以下。例如，在像是板環或防附著板為不鏽鋼製一般的情況時，若是以會使算數平均粗度Ra成為0.01～2.00之範圍的方式來藉由公知之方法而施加鏡面加工，則係能夠將其之表面的輻射率設為0.3以下。於此，所謂表面的輻射率，係指波長2～6μm之範圍的平均輻射率。於此情況，若是輻射率超過0.2，則由於例如當將熱板自身加熱至300℃～500℃之範圍之特定溫度時，係並無法將從熱板所放出的熱線有效地作反射，而會有無法對於板環自身之升溫作抑制之虞，因此，更理想，輻射率係為0.2以下。又，由於為了將輻射率設為較0.03而更小，加工成本係會增大而並不實際，因此係可將低輻射率層之輻射率之下限設定為0.03以上。另一方面，前述高輻射率層，較理想，其之輻射率係為0.5以上。在像是板環或防附著板為不鏽鋼製一般的情況時，若是使用例如粒徑為90～710μm之範圍的粒子來施加噴砂處理，則係能夠將其之表面的輻射率設為0.5以上。
以下，參考圖面，針對將真空處理裝置設為磁控管方式之濺鍍裝置，並將被處理基板設為矽晶圓(以下，稱作「基板Sw」)，並在基板Sw表面上成膜特定之薄膜的情況為例，來針對本發明之真空處理裝置的實施形態作說明。以下，對於方向作標示的用語，係以圖1所示之作為真空處理裝置之濺鍍裝置SM的設置姿勢作為基準。
參考圖1，SM，係為本實施形態的濺鍍裝置。濺鍍裝置SM，係具備有真空腔1。在真空腔1之上面開口處，係被可自由裝卸地安裝有陰極單元2。陰極單元2，係由靶材21和被配置在此靶材21之上方處的磁石單元22所構成。作為靶材21，係因應於想要成膜在基板Sw表面上之薄膜，來利用鋁、銅、鈦或氧化鋁等之公知之物。而，靶材21，係在裝著於背板21a處的狀態下，以將其之濺鍍面21b設為下方的姿勢而隔著設置在真空腔1之上壁處的兼用為真空密封構件之絕緣體31來安裝在真空腔1之上部處。
在靶材21處，係因應於靶材種類而被連接有從由直流電源或交流電源等所構成之濺鍍電源21c而來的輸出21d，並因應於靶材種類，而成為能夠投入例如具有負的電位之特定電力或特定頻率之高頻電力。磁石單元22，係為在靶材21之濺鍍面21b的下方空間處使磁場產生，並在濺鍍時將在濺鍍面21b之下方所電離了的電子等作捕捉並將從靶材21所飛散出的濺鍍粒子有效率地離子化的具備有公知之閉鎖磁場或者是尖點磁場(Cusp Magnetic Field)構造者，於此，係省略詳細之說明。
在真空腔1之下部處，係與靶材21相對向地而被配置有平台4。平台4，係藉由隔著被設置在真空腔1之下部處之絕緣體32地而被設置之具有筒狀之輪廓的金屬製之基台41、和被接著於此基台41之上面處的吸盤板42，而構成之。吸盤板42，例如係為氮化鋁製，並具備有較基台41之上面而更小上一圈的外徑，雖並未特別圖示說明，但是，係被埋設有靜電吸盤用之電極。而，若是對於電極而從圖外之吸盤電源來施加電壓，則在吸盤板42之上面，基板Sw係成為被作靜電吸附。又，在基台41處，係被形成有使從圖外之冷卻單元而來之冷媒作循環的冷媒循環路徑41a。在基台41和吸盤板42之間，係中介存在有例如氮化鋁製之熱板43，並成為能夠藉由通電來加熱至特定溫度(例如，300℃～500℃)。於此情況，係亦能夠在吸盤板42中內藏加熱器而將吸盤板42和熱板43一體性地形成。之後，藉由以熱板43所致之加熱和以對於冷媒循環路徑41a之冷媒的循環所致之基台41之冷卻，來構成為能夠將基板Sw控制為室溫以上之特定溫度範圍。
在真空腔1之側壁處，係被連接有將濺鍍氣體作導入之氣體管5，氣體管5係經由質量流控制器51而與省略圖示之氣體源相通連。在濺鍍氣體中，係不僅是包含有當在真空腔1內形成電漿時所導入的氬氣等之稀有氣體，而亦包含有氧氣或氮氣等之反應氣體。又，在真空腔1之下壁處，係被連接有與藉由渦輪分子幫浦或是旋轉幫浦等所構成之真空幫浦61相通的排氣管62，並構成為能夠將真空腔1內以一定速度來作真空抽氣並在濺鍍時以將濺鍍氣體作了導入的狀態來將真空腔1保持為特定之壓力。
在真空腔1內，於平台4之周圍，係以將於徑方向外側而露出的基台41乃至於熱板43之上面部分43a作覆蓋的方式，來存在有間隔地而設置作為防附著板而起作用的板環(Platen ring)7。板環7，係為氧化鋁、不鏽鋼等之公知之材料製，並於基台41上面之外周部分處，隔著絕緣體33地而被作設置。雖並未特別作圖示說明，但是，在板環7之下面處，係於周方向上空出有間隔地而被設置有複數之卡合突起，並且，在絕緣體33之上面處，係被設置有使卡合突起作卡合之受孔，若是使卡合突起分別與受孔作卡合，則板環7係成為被固定在絕緣體33處。板環7之上面，係構成為會與吸盤板42之上面成為略同一平面高度。又，在真空腔1內，係被設置有防止作為起因於靶材21之濺鍍所產生的物質之濺鍍粒子附著在真空腔1之內壁面上的金屬製之防附著板8。
防附著板8，係藉由分別為氧化鋁、不鏽鋼等之公知之材料製的上防附著板81和下防附著板82所構成。上防附著板81，係具有筒狀之輪廓，並經由設置在真空腔1之上部處的卡止部11而被作懸吊設置。又，下防附著板82，亦係具有筒狀之輪廓，在其之徑方向外側的自由端處，係被形成有朝向上方而作了豎立的豎立壁部82a。在下防附著板82處，係被連結有貫通真空腔1之下壁而延伸的從馬達或空氣汽缸等之驅動手段83而來之驅動軸83a。藉由驅動手段83，下防附著板82，係在成膜位置與搬送位置之間作上下移動，該成膜位置，係為由濺鍍所致之成膜被實施的位置，該搬送位置，係為使下防附著板82從成膜位置而一直上移至特定之高度位置處並實施由圖外之真空機器人所致之對於平台4的基板Sw之授受的位置。在成膜位置處，係設計為會使上防附著板81之下端部和豎立壁部82a之上端部相互在上下方向而重疊。
與上下方向相正交而延伸的下防附著板82之平坦部82b，係以使其之徑方向(圖1中之左右方向)之內側部與板環7相對向的方式而被制定尺寸。在平坦部82b下面之特定位置處，係被形成有例如1個的環狀之突條82c。與各突條82c相對應，在板環7之上面，係被形成有環狀之凹溝71。而，在成膜位置處，係藉由平坦部82b之突條82c和板環7之凹溝71而形成所謂的迷宮密封(Labyrinth seal)，而構成為能夠防止在基板Sw之周圍處的濺鍍粒子之對於位置在下防附著板82之下方處的真空腔1內之空間之繞入。 以下，以將靶材設為鋁並藉由上述濺鍍裝置SM來對於基板Sw表面成膜鋁膜的情況為例，來對於成膜方法作說明。
於在真空腔1內而將靶材21、板環7和防附著板8等之各種的零件作了設置之後，使真空幫浦61動作，而將被作了氣密保持的真空腔1作真空排氣。接著，在下防附著板82之搬送位置處，藉由圖外之真空搬送機器人來將基板Sw搬送至平台4上，並將基板Sw載置在平台4之吸盤板42之上面。若是真空搬送機器人作退避，則下防附著板82係被移動至成膜位置處，對於真空腔1內壁之濺鍍粒子的附著係被防止。之後，對於靜電吸盤用之電極而從吸盤電源來施加特定電壓，以將基板Sw靜電吸附在吸盤板42之上面。一併的，藉由以熱板43所致之加熱和以對於冷媒循環路徑41a之冷媒的循環所致之基台41之冷卻，基板Sw係被控制為室溫以上之特定溫度(例如，350℃)。
若是真空腔1內被真空抽氣至特定之壓力(例如，10-5 Pa)，並且基板Sw成為特定之溫度，則係經由氣體管5來將作為濺鍍氣體之氬氣以一定之流量(例如氬分壓為0.5Pa)來導入，並且一併對於靶材21而從濺鍍電源21c來投入具有負的電位之特定之電力(例如，3～50kW)。藉由此，在真空腔1內係被形成電漿，藉由電漿中之氬氣的離子，靶材之濺鍍面21b係被濺鍍，從靶材21而來的濺鍍粒子係附著、堆積於基板Sw上，鋁膜係被成膜。
於此，如同上述一般，若是在熱板43之加熱下而對於基板Sw進行成膜，則起因於從熱板43而來之輻射，與熱板43相對向之板環7的表面部分係會被加熱。而，若是板環7之表面部分被加熱，則與板環7相對向的下防附著板82之平坦部82b也會被加熱。此時，在板環7之表面部分或平坦部82b之下面處，由於通常係並不會附著濺鍍粒子(鋁)，換言之，係並不會被鋁膜所覆蓋，因此，若是板環7之表面部分超過特定溫度(例如，於在真空腔1內而將板環7和防附著板8作了設置之後，先於成膜之前而被實施的脫氣用之烘烤時之加熱溫度)地而被升溫，則並未被真空排氣而殘留於其之表面的各種之氣體(氧或水蒸氣等)係會被放出。若是此種放出氣體在由濺鍍所致之成膜時被導入至薄膜中，則由於會導致膜質之劣化，因此係有必要對此盡可能地作抑制。
在本實施形態中，如同圖2中所示一般，與熱板43相對向的板環7之表面部分，係藉由以對於其之母材金屬施加特定之表面處理一事來使輻射率成為0.3以下的低輻射率層72所構成。具體而言，係藉由對於板環7之表面而以會使算數平均粗度Ra成為0.01～2.00之範圍的方式來施加研削或切削等之公知之鏡面加工，來形成低輻射率層72。於此，所謂輻射率，係指波長2～6μm之範圍的平均輻射率。於此情況，低輻射率層72之輻射率，更理想，係為0.2以下。若是輻射率超過0.2，則例如當將熱板43自身加熱至300℃～500℃之範圍之特定溫度時，係並無法將從熱板43所放出的熱線有效地作反射，而會有無法對於板環7自身之升溫作抑制之虞。又，若是將輻射率設為較0.03而更小，則由於加工成本係會增大而並不實際，因此係可將低輻射率層72之輻射率之下限設定為0.03以上。低輻射率層72，雖然係只要至少被形成於與熱板43相對向的板環7之表面部分處即可，但是，係亦可涵蓋板環7之下面全面地來形成之。又，與下防附著板82之平坦部82b相對向的板環7之上面部分，係藉由輻射率成為0.5以上的高輻射率層73所構成。具體而言，係藉由使用粒徑為90～710μm之範圍的固體金屬、礦物性或植物性之研磨材(粒子)來對於板環7之上面部分施加噴砂處理，而形成高輻射率層73。高輻射率層73，雖然係只要至少被形成於與下防附著板82之平坦部82b相對向的板環7之上面部分處即可，但是，係亦可涵蓋板環7之上面全面地來形成之。進而，平坦部82b之下面，亦係與上述相同的而藉由輻射率為0.3以下、更理想為0.2以下之低輻射率層82d來構成。低輻射率層82d之輻射率之下限，亦係與上述相同的，能夠設定為0.03以上。
若依據以上之實施形態，則由於係將與熱板43相對向的板環7之表面部分藉由低輻射率層72來構成，因此當在熱板43之加熱下而進行成膜時，藉由使從熱板43所放出的熱線被反射，板環7自身之升溫係被作抑制。其結果，從板環7而來之氣體的放出係被盡可能地作抑制，而能夠防止例如放出氣體被導入至所成膜之薄膜中並導致例如膜質之劣化之類的問題之發生。並且，藉由將與下防附著板82相對向之板環7的上面部分藉由高輻射率層73來構成，並將平坦部82b之下面藉由低輻射率層82d來構成，係能夠對起因於從板環7而來之輻射而導致下防附著板82被加熱的情形作抑制，乃至於對伴隨著下防附著板82之升溫所導致的氣體放出盡可能地作抑制，而能夠更進一步防止例如放出氣體被導入至薄膜中並導致例如膜質之劣化之類的問題之發生。於此，在使用上述之濺鍍裝置SW，並將熱板43之加熱溫度設定為300℃，並且對於複數枚之基板Sw進行鋁膜之成膜而進行了實驗之後，其結果，係確認到，係能夠使板環7之溫度作約60℃之降低，並使下防附著板82之溫度作約30℃之降低。
以上，雖係針對本發明之實施形態作了說明，但是，本發明係不被上述實施形態所限定，在不脫離本發明之要旨的範圍內，係可作各種之變形。在上述實施形態中，雖係以將真空處理裝置設為濺鍍裝置SM的情況為例而作了說明，但是，只要是在真空腔內設置有被設置有熱板之平台並且在此平台之周圍處設置有板環之真空處理裝置，則係並不被限定於此，例如，係亦可對於乾蝕刻裝置而適用本發明。
又，在上述實施形態中，雖係以例如藉由對於板環7之表面而以會使算數平均粗度Ra成為0.01～2.00之範圍的方式來施加鏡面加工(表面處理)一事來形成低輻射率層72、82d者為例，來作了說明，但是，係並不被限定於此，例如係亦可藉由對於板環7之表面而施加熔射或成膜等之表面處理，來形成由Al、Cu、Au、Pt所構成的低輻射率層。又，作為鏡面加工之方法，除了切削加工和拋光加工等之物理研磨以外，係亦可將電解研磨和化學研磨一般之公知之方法作單獨或者是組合採用。另一方面，雖係以藉由施加使用有粒徑為90～710μm之範圍的固體金屬等之噴砂處理來形成高輻射率層73者為例，來作了說明，但是，係並不被限定於此，例如係亦可使用蝕刻加工或壓花加工等，又，例如係亦可藉由對於板環7之表面而施加熔射或成膜等之表面處理，來形成由AlTiN，Al2 O3 等之非金屬膜或者是Ti熔射膜所構成之高輻射率層。
SM:濺鍍裝置(真空處理裝置) 1:真空腔 4:平台 41:基台 43:熱板 7:板環 72:低輻射率層 73:高輻射率層 8:防附著板 82:下防附著板 82d:低輻射率層 Sw:基板(被處理基板)
[圖1]係為對於本發明之實施形態的濺鍍裝置作展示之示意剖面圖。 [圖2]係為將圖1之一部分作擴大展示的剖面圖。
4:平台
32、33:絕緣體
41:基台
42:吸盤板
43:熱板
43a:上面部分
7:板環
71:凹溝
72:低輻射率層
73:高輻射率層
8:防附著板
82:下防附著板
82b:平坦部
82c:突條
82d:低輻射率層
Sw:基板(被處理基板)

Claims (5)

  1. 一種真空處理裝置，係具備有能夠形成真空氛圍之真空腔，並在真空腔內設置有被處理基板所被設置之平台， 該真空處理裝置，其特徵為： 平台係具備有基台、和被設置在此基台上並能夠進行被處理基板之加熱的熱板，並更進而具備有存在有特定之間隙地而圍繞此熱板之金屬製之板環和防附著板， 與熱板相對向的板環之表面部分，係藉由以對於其之母材金屬施加表面處理一事來使輻射率作了降低的低輻射率層所構成。
  2. 如申請專利範圍第1項所記載之真空處理裝置，其中， 前述防附著板係具備有與前述板環存在有間隙地而對向之部分， 與前述防附著板相對向的前述板環之表面部分，係藉由具有較低輻射率層而更高的輻射率之高輻射率層所構成。
  3. 如申請專利範圍第2項所記載之真空處理裝置，其中， 與前述板環之表面部分相對向的前述防附著板之部分表面，係具有與前述板環之低輻射率層同等的輻射率。
  4. 如申請專利範圍第1～3項中之任一項所記載之真空處理裝置，其中， 前述低輻射率層之輻射率，係為0.3以下。
  5. 如申請專利範圍第2～4項中之任一項所記載之真空處理裝置，其中， 前述高輻射率層之輻射率，係為0.5以上。
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