TW202117043A

TW202117043A - 濺鍍裝置

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Publication number: TW202117043A
Application number: TW109124161A
Authority: TW
Inventors: 原田学; 荒谷卓磨; 藤長徹志; 細田郁雄; 合使由貴; 池田進; 岩井治憲
Original assignee: 日商愛發科股份有限公司
Priority date: 2019-10-16
Filing date: 2020-07-17
Publication date: 2021-05-01
Also published as: CN112663003A; TWI839548B; JP2021063279A; JP7326106B2; KR20210045340A

Abstract

本發明之課題為，提供一種在藉由靶材之濺鍍而成膜介電質膜的情況時，能夠長時間地對陽極消失作有效地抑制的濺鍍裝置。本發明之解決手段為，濺鍍裝置(SM)，係具備：真空腔(1)，係配置有靶材(2)、以及濺鍍電源(Ps)，係對靶材投入特定電力，藉由對靶材投入電力而於真空腔內形成電漿氛圍，並對於靶材進行濺鍍，而在存在於真空腔內的基板(Sw)表面成膜介電質膜，將在濺鍍時作為陽極而發揮功能的環狀構件(3)以包圍靶材之周圍的方式來設置，環狀構件，係以使其上面(30)位置於較靶材之濺鍍面(2a)更下方處的方式而被作配置，並且設置有被設置於靶材之周圍並局部性地覆蓋環狀構件之上面的浮動電位之防附著板(6)，進而，係具備有將環狀構件保持在正的電位之正電位保持手段。

Description

濺鍍裝置

本發明，係有關於一種濺鍍裝置，其係具備：真空腔，係配置有靶材、以及濺鍍電源，係對靶材投入特定電力，藉由對靶材投入電力而於真空腔內形成電漿氛圍，並對於靶材進行濺鍍，而在存在於真空腔內的基板表面成膜介電質膜。

於半導體裝置之製造工程中，係有在基板的表面成膜氧化鋁膜或氧化矽膜等之介電質膜的工程，於這種介電質膜之成膜中，係會有利用濺鍍裝置的情況(例如，參照專利文獻1)。於這種濺鍍裝置中，例如為了放電的安定性，一般而言，係以包圍靶材之周圍的方式來設置作為陽極而發揮功能的環狀構件(接地屏蔽)。在此，若對於靶材進行濺鍍，則從靶材飛散的濺鍍粒子或其與反應氣體的反應生成物，不僅是會附著、堆積在基板表面，也會附著、堆積在面對電漿氛圍之環狀構件的表面。而，若環狀構件的表面被介電質膜(絕緣性膜)所覆蓋，則會產生所謂的陽極消失而使放電變得不安定，如此一來，便無法成膜良好的介電質膜。

於上述以往例之構成中，係藉由在環狀構件的表面凹設溝槽，來盡可能地抑制濺鍍粒子或者是反應生成物對於溝槽內面(尤其是底面)的附著、堆積。然而，在環狀構件的表面被介電質膜(絕緣性膜)所覆蓋時，作為陽極而發揮功能的面積為小，結果，存在有無法長時間(例如，直至靶材壽命期限為止)有效地防止陽極消失的問題。 [先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2001-164360號公報

[發明所欲解決之問題]

本發明，係鑑於以上之點，以提供一種在藉由靶材之濺鍍而成膜介電質膜的情況時，能夠長時間有效地抑制陽極消失的濺鍍裝置作為其之課題。 [用以解決問題之手段]

為了解決上述課題，本發明之濺鍍裝置，係具備：真空腔，係配置有靶材、以及濺鍍電源，係對靶材投入特定電力，藉由對靶材投入電力而於真空腔內形成電漿氛圍，並對於靶材進行濺鍍，而在存在於真空腔內的基板表面成膜介電質膜，其特徵為，將在靶材之濺鍍時作為陽極而發揮功能的環狀構件以包圍靶材之周圍的方式來設置，將沿著靶材之厚度方向的靶材之濺鍍面側作為上方，環狀構件，係以使其上面位置於較靶材之濺鍍面更下方處的方式而被作配置，並且係設置有被設置於靶材之周圍並局部性地覆蓋環狀構件之上面的浮動電位之防附著板，並且，係更進而具備有將環狀構件保持在正的電位之正電位保持手段。

若依據本發明，則若是對於靶材進行濺鍍，則雖然濺鍍粒子或其與反應氣體之反應生成物會朝向面對電漿氛圍的環狀構件飛散，但是，由於藉由防附著板而使環狀構件的上面局部性地被覆蓋，因此可盡可能地抑制濺鍍粒子或反應生成物對於被此防附著板所覆蓋的環狀構件之上面部分的附著、堆積。除此之外，藉由正電位保持手段，環狀構件(進而，被防附著板所覆蓋而無濺鍍粒子或反應生成物的附著、堆積之環狀構件的上面部分)會被保持在正的電位，因此，即便是以會在環狀構件成膜介電質膜一般之條件而在真空腔內藉由濺鍍來實施成膜之類的情況，也可長時間(例如，直至靶材壽命期限為止)有效地防止陽極消失。此時，藉由將防附著板設為浮動電位，也能夠改善陽極之選擇性。另外，作為防附著板，係可採用具有環狀的遮蔽板部之構成，此時，在該設置狀態下，係成為在環狀構件的上面面對電漿氛圍的環狀之區域會被露出。

於本發明中，較理想係構成為，前述濺鍍電源以脈衝DC電源所構成，使其之負的輸出被連接於前述靶材，並使其之正的輸出被連接於前述環狀構件，而使前述濺鍍電源兼用作正電位保持手段。若依據此，則能夠減少零件項數而謀求低成本化。

於本發明中，較理想係為了防止環狀構件之熱變形而進一步具備將前述環狀構件冷卻之冷卻手段。又，亦可採用在除了前述環狀構件之上面以外的部分處，附設有能夠導入濺鍍氣體的氣體導入手段之構成，而成為能夠對靶材附近均勻地供給濺鍍氣體。另外，對於附設氣體導入手段一事而言，係設為包含有於環狀構件的內部穿設有氣體通路者。

以下，參照附圖，以將基板設為具有圓形之輪廓的矽晶圓(以下，稱作「基板Sw」)，並將靶材設為鋁製，並在基板Sw的表面上藉由導入有氧氣的反應性濺鍍法成膜氧化鋁膜(以下，稱作「氧化鋁膜」)的情況為例，來針對本發明之實施形態的濺鍍裝置作說明。以下，對於「上」、「下」之類之方向作標示的用語，係以第1圖所展示之濺鍍裝置SM的設置姿勢為基準來作說明。

參照第1圖，SM，係為本實施形態之濺鍍裝置，濺鍍裝置SM，係具備真空腔1。在真空腔1，係被連接有與由渦輪分子幫浦或是旋轉幫浦等所構成之真空幫浦單元Pu相通的排氣管11，而構成為能夠將真空腔1內真空排氣至特定壓力(例如1×10^-5 Pa)為止。

在真空腔1處，係被設置有靶材2。在靶材2的下面處，係經由圖示省略之黏結材料而接合有例如Cu製之背板21，並經由絕緣體Io₁ 而被配置在真空腔1的下壁處。又，在靶材2處，係被連接有作為濺鍍電源Ps之來自脈衝DC電源之負的輸出，而構成為可對於靶材2以特定頻率投入具有負的電位之特定電力。作為脈衝DC電源Ps，由於係可利用周知之構造，因此，進一步之詳細的說明係省略。

在真空腔1內，係以包圍靶材2之周圍的方式來配置有環狀構件3。環狀構件3，係以環狀的陽極板部31與圓筒狀的腳部32所構成，並經由腳部32而被配置在真空腔1的下壁處，該陽極板部31，係與靶材2之濺鍍面2a平行地被作配置；該腳部32，係被與陽極板部31的下面一體地被作設置。於此情況中，在腳部32與真空腔1之間係設置有絕緣體Io₂ ，而使環狀構件3與真空腔1電氣性地絕緣。從真空腔1之下壁處起之腳部32的高度h1，係考慮後述之第1防附著板6的位置，以在該設置狀態下使陽極板部31的上面30位置於較靶材2之濺鍍面2a更下方的方式來被作尺寸控制。

又，環狀構件3，係具備環狀的冷卻塊4，該冷卻塊4，係以涵蓋其之全面地分別抵接於陽極板部31之下面處與腳部32之內周面處的方式來設置，而構成為能夠藉由圖外的冷卻單元而使冷卻水在冷卻塊4內的通路中循環。此冷卻塊4，係構成本發明之冷卻手段的實施形態。又，在冷卻塊4處，係附設有以特定間隔形成有氣體噴出口51的氣體導入管5，在氣體導入管5處，係連接有與濺鍍氣體之氣體源相通之中介設置有質量流控制器52等之流量控制閥的氣體管53，而構成為能夠經由後述之第1防附著板6與第2防附著板7之間的間隙來將濺鍍氣體以特定的流量均勻地導入至靶材2附近。此些氣體導入管5及質量流控制器52，係構成本發明之氣體導入手段的實施形態。於濺鍍氣體中，係包含有作為放電用的稀有氣體之氬氣、以及作為反應氣體之氧氣。另外，亦可在腳部32內穿設能夠讓冷卻水循環的通路或濺鍍氣體的通路。

在環狀構件3處，係進一步連接有脈衝DC電源Ps之正的輸出，藉由以特定頻率被施加正的電位，而成為恆常地將環狀構件3保持在正的電位。於本實施形態中，雖然是使脈衝DC電源Ps兼用作正電位保持手段，但是並不被限定於此，亦可構成為藉由另設的DC電源，而於濺鍍中，恆常地對環狀構件3施加正的電位。

在真空腔1內，係以包圍靶材2之周圍的方式設置有第1防附著板6。第1防附著板6，係以遮蔽板部61與圓筒狀的腳部62所構成，並經由通過背板21與環狀構件3之間的空間作延伸的腳部62而被配置在真空腔1的下壁處，該遮蔽板部61，係局部性地覆蓋環狀構件3的陽極板部31；該腳部62，係被一體性地設置於遮蔽板部61的下面。於此情況中，在腳部62與真空腔1之間係設置有絕緣體Io₃ ，而使第1防附著板6與真空腔1電氣性地絕緣並成為浮動電位。從真空腔1之下壁處起之腳部62的高度h2，係以使具有特定的板厚之遮蔽板部61的上面6a位置於與未使用時之濺鍍面2a略同一平面上，並且在遮蔽板部61的下面與陽極板部31的上面30之間形成有特定的間隙的方式，來被作尺寸控制。此間隙，係以電漿不會繞入的方式來作適當設定。藉由此，當在位置於基板Sw與靶材2之間的真空腔1內的空間形成電漿氛圍時，於環狀構件3的上面30處面對電漿氛圍的環狀之區域30a會被露出，而較區域30a更內側之環狀區域30b，係藉由遮蔽板部61而被覆蓋，以遮蔽電漿氛圍。在第1防附著板6之周圍處，係隔著間隔而設置有例如金屬製之第2防附著板7，而構成為防止對於真空腔1之內壁面的著膜。第2防附著板7，係以環狀的平板部71與圓筒狀的腳部72以及筒狀的立起部73所構成，並經由腳部72而被配置在真空腔1的下壁處，該腳部72，係被一體性地設置於平板部71的下面；該立起部73，係從平板部71的外緣起朝上方立起。於此情況中，第2防附著板7，雖然是與真空腔1相同而成為接地電位，但是，亦可構成為在腳部72與真空腔1之間係設置有絕緣體，而使第2防附著板7與真空腔1電氣性地絕緣並成為浮動電位。

在真空腔1內之上部處，係設置有能夠將基板Sw搬送至與靶材2相對向的位置之基板搬送手段8。作為基板搬送手段8，例如，係由於可利用具有軌道構件81與滑件82以及支持器83之周知構成者，因此省略詳細的說明，該軌道構件81，係朝基板Sw之搬送方向(第1圖中，左右方向)延伸；該滑件82，係可自由滑動地卡合於此軌道構件81；該支持器83，係被設置在此滑件82來將基板Sw使其之成膜面朝向下方地作保持。另外，上述濺鍍裝置SM，係雖然並無特別圖示，但是，係具有具備著微電腦或是序列器等之周知的控制手段，並成為藉由此控制手段，來對於真空幫浦單元Pu之動作、質量流控制器52之動作、脈衝DC電源Ps之動作等作統籌控制。以下，針對使用上述濺鍍裝置SM，於基板Sw表面藉由反應性濺鍍來成膜氧化鋁膜的成膜方法來作說明。

首先，在使用基板搬送手段8來將基板Sw搬送至與靶材2相對向的位置之後，使真空幫浦單元Pu作動而將真空腔1內真空排氣至特定壓力(例如，1×10^-5 Pa)為止，其後，以特定流量導入作為濺鍍氣體之氬氣與氧氣，並且從脈衝DC電源Ps對靶材2投入電力，而形成電漿氛圍。若藉由電漿氛圍中之氬離子而使靶材2被濺鍍，則從靶材2飛散的濺鍍粒子會與氧氣反應，而使其之反應生成物附著、堆積於基板Sw表面，而成膜氧化鋁膜。

此時，雖然反應生成物也會朝向面對電漿氛圍的環狀構件3飛散，但是，由於藉由第1防附著板6之遮蔽板部61而使環狀構件3的上面30局部性地被覆蓋，因此反應生成物會附著、堆積在未被遮蔽板部61所覆蓋的區域30a(被氧化鋁膜所覆蓋)，另一方面，可盡可能地抑制反應生成物對於被遮蔽板部61所覆蓋之環狀構件3的區域30b之附著、堆積。因此，與如上述以往例般地形成溝槽的情況相比較，能夠大幅度地增加發揮作為陽極的功能之面積。除此之外，藉由將環狀構件3乃至於被第1防附著板6所覆蓋而無反應生成物的附著、堆積之環狀構件3的區域30b保持在正的電位，即便是以會在環狀構件3的區域30a成膜氧化鋁膜一般之條件而在真空腔1內藉由濺鍍來實施成膜之類的情況，也可長時間(例如，直至靶材壽命期限為止)有效地防止陽極消失。此時，藉由將第1防附著板6設為浮動電位，也能夠改善陽極之選擇性。另外，藉由將第2防附著板7亦設為浮動電位，而能夠進一步改善陽極之選擇性。

又，於本實施形態中，由於係構成為，以脈衝DC電源來構成濺鍍電源Ps，使其之負的輸出被連接於靶材2，並使其之正的輸出被連接於環狀構件3，而使濺鍍電源Ps兼用作正電位保持手段，因此可減少零件項數而謀求低成本化。

又，成膜中，使環狀構件3藉由冷卻塊4而被冷卻，藉由此也能夠防止環狀構件3的熱變形。

以上，雖係針對本發明之實施形態作了說明，但是，本發明係不被限定於上述實施形態，在不脫離本發明之要旨的範圍內，係可作各種之變形。例如，在上述實施形態中，雖係以使用鋁製之靶材2藉由反應性濺鍍而成膜氧化鋁膜的情況為例來作了說明，但是，係並不被限定於此，在使用氧化鋁製之靶材而成膜氧化鋁膜的情況時也能夠適用本發明。於此情況中，係可盡可能地抑制濺鍍粒子對於被第1防附著板6之遮蔽板部61所覆蓋的環狀構件3的區域30b之附著、堆積。又，介電質膜，係並不被限定於氧化鋁膜，在成膜例如矽氧化膜等之其他介電質膜的情況時也能夠適用本發明。

在上述實施形態中，雖係以使氣體導入管5被附設在冷卻塊4之內周面的情況為例來作了說明，但是，氣體導入管5，係只要被設置在除了環狀構件3之上面30以外的部分處即可，例如，係亦可附設於環狀構件3之腳部32的外周面。於此情況中，係亦可通過第1防附著板6與第2防附著板7之間的間隙來將濺鍍氣體導入至靶材2附近。

在上述實施形態中，雖係以靶材2被設置在真空腔1內的下部之所謂的向上沉積式的濺鍍裝置SM為例而作了說明，但是，於所謂的向下沉積式者亦可適用本發明。於此情況中，係可構成為在真空腔內的下部處設置平台，將基板保持在平台上面。

Ps:脈衝DC電源(濺鍍電源、正電位保持手段) SM:濺鍍裝置 Sw:基板 1:真空腔 2:靶材 2a:濺鍍面 3:環狀構件 30:環狀構件的上面 4:冷卻塊(冷卻手段) 5:氣體導入管(氣體導入手段) 52:質量流控制器(氣體導入手段) 6:第1防附著板(防附著板)

[第1圖]係為對於本發明之實施形態的濺鍍裝置作展示之示意圖。

1:真空腔

2:靶材

2a:濺鍍面

3:環狀構件

4:冷卻塊(冷卻手段)

5:氣體導入管(氣體導入手段)

6:第1防附著板(防附著板)

6a:上面

7:第2防附著板

8:基板搬送手段

11:排氣管

21:背板

30:環狀構件的上面

30a:區域

30b:區域

31:陽極板部

32:腳部

51:氣體噴出口

52:質量流控制器(氣體導入手段)

53:氣體管

61:遮蔽板部

62:腳部

71:平板部

72:腳部

73:立起部

81:軌道構件

82:滑件

83:支持器

Ps:脈衝DC電源(濺鍍電源、正電位保持手段)

Pu:真空幫浦單元

h1,h2:高度

Io₁,Io₂,Io₃:絕緣體

SM:濺鍍裝置

Sw:基板

Claims

一種濺鍍裝置，其係具備：真空腔，係配置有靶材、以及濺鍍電源，係對靶材投入特定電力，藉由對靶材投入電力而於真空腔內形成電漿氛圍，並對於靶材進行濺鍍，而在存在於真空腔內的基板表面成膜介電質膜，其特徵為，將在靶材之濺鍍時作為陽極而發揮功能的環狀構件以包圍靶材之周圍的方式來設置，將沿著靶材之厚度方向的靶材之濺鍍面側作為上方，環狀構件，係以使其上面位置於較靶材之濺鍍面更下方處的方式而被作配置，並且係設置有被設置於靶材之周圍並局部性地覆蓋環狀構件之上面的浮動電位之防附著板，並且，係更進而具備有將環狀構件保持在正的電位之正電位保持手段。
如請求項1所記載之濺鍍裝置，其中，係構成為，前述濺鍍電源以脈衝DC電源所構成，使其之負的輸出被連接於前述靶材，並使其之正的輸出被連接於前述環狀構件，而使前述濺鍍電源兼用作正電位保持手段。
如請求項1或2所記載之濺鍍裝置，其中，係進一步具備將前述環狀構件冷卻之冷卻手段。
如請求項1～3中任一項所記載之濺鍍裝置，其中，係在除了前述環狀構件之上面以外的部分處，附設有能夠導入濺鍍氣體的氣體導入手段。