TW202219298A - 濺鍍裝置 - Google Patents

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Abstract

[課題]本發明係提供一種成為能夠對於在被處理基板之外周緣部處的局部性之溫度上昇作抑制的濺鍍裝置。 [解決手段]本發明之濺鍍裝置(SM)，係具備有：被相對向地配置有靶材(2)與被處理基板(Sw)的真空腔(1)、和在真空腔內而圍繞靶材與被處理基板之間之成膜空間(1a)的遮蔽板(5)，且該濺鍍裝置(SM)，係被設置有將遮蔽板作冷卻的冷卻單元，遮蔽板，係具有：第1遮蔽板部(5a)，係具有讓被處理基板面臨成膜空間之與該被處理基板同等的輪廓之第1開口(51)，而被配置在被處理基板之周圍，冷卻單元，係具備有：第1冷媒通路(55)，係被設置於第1遮蔽板部處，並且具有一直延伸至位置於第1開口的周圍之第1遮蔽板部的部分處之通路部分(55a)。

Description

濺鍍裝置
本發明，係有關於一種濺鍍裝置，其係具備有：被相對向地配置有靶材與被處理基板的真空腔、和在真空腔內圍繞靶材與被處理基板之間之成膜空間的遮蔽板。
此種濺鍍裝置，例如係藉由專利文獻1而為周知。於此構成中，遮蔽板，係藉由第1遮蔽板部(下部部分)和第2遮蔽板部(上部部分)以及中間遮蔽板部(圓筒體本體)而被構成，該第1遮蔽板部(下部部分)，係具有讓被處理基板面臨成膜空間之與該被處理基板同等的輪廓之第1開口，而被配置在被處理基板之周圍；該第2遮蔽板部(上部部分)，係具有讓靶材面臨成膜空間之與該靶材同等的輪廓之第2開口，而被配置在靶材之周圍；該中間遮蔽板部(圓筒體本體)，係將第1遮蔽板部與第2遮蔽板部作連結。並且，在中間遮蔽板部內，係被形成有身為冷卻單元的構成要素之冷媒通路(導熱通道)，而被構成為，藉由在冷媒通路內流通冷卻水等之冷媒，而於以靶材之濺鍍所致的成膜中，使遮蔽板被冷卻。另外，冷媒的溫度，通常是因應於室溫(被設置有濺鍍裝置之無塵室內的溫度)，而被設定為能夠防止結露產生的特定溫度(例如，20～25℃之溫度)。
在此，已得知，若是將靶材設為例如鋁製，並且使用上述先前技術例之濺鍍裝置來在被處理基板表面上成膜鋁膜，則在被處理基板面內的鋁膜之膜質會成為不均勻。因此，本案之發明者們，係反覆進行苦心研究，而得到了下述知識。亦即是，係發現到，就算是如上述先前技術例一般地，於成膜中在中間遮蔽板部之冷媒通路上流通上述溫度之冷媒而藉由導熱來使遮蔽板全體冷卻，在第1遮蔽板部處，於成膜時來自在成膜空間中所產生的電漿之熱輸入也會成為優勢而一直昇溫至相對較高的溫度，尤其是，距離中間遮蔽板部最遠的第1開口之周緣部會成為高的溫度。如此一來，從第1遮蔽板部的表面，吸附於該處的水分子或是氧分子之類的氣體會被釋出，此被釋放出的氣體係變得容易被位置於第1開口之近旁的被處理基板之外周緣部所導入，進而，由於位置於第1開口之近旁的被處理基板之外周緣部會被局部性地加熱，因此在被處理基板之外周緣部處粒狀物尺寸會局部性地增大，起因於此，而造成鋁膜之膜質成為不均勻。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特表2018-519426號公報
[發明所欲解決之課題]
本發明，係鑑於以上之知識而進行者，其課題，係為提供一種能夠對於在被處理基板之外周緣部處的局部性之溫度上昇作抑制的濺鍍裝置。 [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，其特徵為，係具備有：被相對向地配置有靶材與被處理基板的真空腔、和在真空腔內圍繞靶材與被處理基板之間之成膜空間的遮蔽板，該濺鍍裝置，係被設置有將遮蔽板作冷卻的冷卻單元，遮蔽板，係具有：第1遮蔽板部，係具有讓被處理基板面臨成膜空間之與該被處理基板同等的輪廓之第1開口，而被配置在被處理基板之周圍，冷卻單元，係具備有：第1冷媒通路，係被設置於第1遮蔽板部處，並且具有一直延伸至位置於第1開口的周圍之第1遮蔽板部的部分處之通路部分。
若依據本發明，則於以靶材之濺鍍所致之成膜中，藉由使冷媒一直流通至位置於第1開口之周圍的通路部分，就算是接受到來自電漿的熱輸入，第1遮蔽板部之昇溫也會被抑制。藉由此，不僅是從第1遮蔽板部的表面而吸附於此的水分子或是氧分子之類的氣體之釋出會被抑制，位置於第1開口之近旁的被處理基板的外周緣部之局部性的加熱也會被抑制。其結果，在如同是將靶材設為例如鋁製，並且在被處理基板表面上成膜鋁膜一般的情況時，係使成膜膜質為均勻的鋁膜一事成為可能。
另外，在遮蔽板係具有「具備讓前述靶材面臨成膜空間之與該靶材同等的輪廓之第2開口並被配置在靶材之周圍的第2遮蔽板部」之情況時，若是起因於來自於在成膜空間中所產生的電漿之熱輸入而使第2遮蔽板部被加熱，而進行熱變形致使第2開口形變，則有電漿放電成為不安定之虞。因此，前述冷卻單元，較理想係更進而具備有：第2冷媒通路，係被設置於第2遮蔽板部處，並且具有一直延伸至位置於第2開口的周圍之第2遮蔽板部的部分處之通路部分。藉由此，於以靶材之濺鍍所致之成膜中，藉由使冷媒一直流通至位置於第2開口之周圍的通路部分，就算是接受到來自電漿的熱輸入，第2遮蔽板部之昇溫也會確實地被抑制，而能夠對於伴隨著第2開口之熱變形而造成電將放電成為不安定的情形盡可能地作抑制。
於本發明中，亦可構成為，前述第1及第2之兩冷媒通路，係作為於通過靶材或者是被處理基板之中心的直徑方向而相對於靶材或者是被處理基板來接近、遠離的方向上而蛇行之單一的通路，而分別被形成。若依據此，則能夠實現「使分別位置於第1開口及第2開口之周圍處的第1及第2之兩遮蔽板部之部分的昇溫係確實地被抑制，並進而使被處理基板之外周緣部之局部性的加熱被抑制」的構成，而為有利。
以下，參照圖面，針對將被處理基板設為具有略圓形之輪廓的矽晶圓(以下，稱作「基板Sw」)，並在基板Sw的表面上成膜鋁膜的情況為例，來對於本發明之濺鍍裝置的實施形態作說明。以下，對於上、下之類的方向作標示之用語，係以第1圖所示之濺鍍裝置的設置姿勢作為基準。
參照第1圖，SM，係為濺鍍裝置，濺鍍裝置SM，係具備有真空腔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，而能夠將真空腔1內真空排氣至特定壓力(例如1×10 -5Pa)。在真空腔1之側壁10處，係被連接有中介設置有質量流控制器12的氣體管13，而能夠將被作了流量控制的稀有氣體(例如氬氣)導入至真空腔1內。在真空腔1之上部處，係被設置有使濺鍍面2a之輪廓與基板Sw之輪廓相對應而製作出的鋁製之靶材2。於此情況中，在靶材2之上面處，係被接合有背板21，並於背板21之外周緣部處隔著絕緣體Io1來以使濺鍍面2a朝向下方的姿勢而被裝卸自如地安裝在真空腔1之側壁10處。在靶材2處，係被連接有來自DC電源Ps之輸出而能夠對於靶材2投入具有負的電位之直流電力，又，在靶材2之上方處，係被設置有能夠在通過靶材中心之中心線Cl之周圍旋轉自如的磁鐵單元3。另外，作為DC電源Ps或是磁鐵單元3，係由於能夠使用周知者，因此係省略更詳細的說明。
在真空腔1之下部處，係與靶材2相對向地而被設置有平台4，而能夠將基板Sw以使其之成膜面朝向上方的姿勢來作保持。平台4，係具備有：金屬(例如SUS)製之基台41，係隔著絕緣體Io2而被設置在真空腔1的下壁處、和吸盤板42，係被設置在基台41上並內建有靜電吸盤用電極，藉由圖外之吸盤用電源來對電極通電，而能夠將基板Sw作吸附保持。另外，亦可構成為，於吸盤板42處組裝有加熱器，而使其具有將基板Sw加熱至特定溫度之熱板的功能。並且，在真空腔1內，係以圍繞靶材2與基板Sw之間之成膜空間1a的方式而被配置有遮蔽板5。
遮蔽板5，係為例如SUS製，並且是藉由能夠相互分離的第1遮蔽板部5a和第2遮蔽板部5b、以及被配置在第1遮蔽板部5a與第2遮蔽板部5b之間的中間遮蔽板部5c，而構成之。於第1遮蔽板部5a處，係被設置有具有與基板Sw同等之輪廓並且相較於基板Sw之外形而更大一圈的直徑之第1開口51。並且，係構成為以使第1開口51之內周緣部存在有特定之間隙地而位置於基板Sw之周圍的方式，來與基板Sw略平行且裝卸自如地被作配置，而使基板Sw面臨成膜空間1a。藉由此，而盡可能地防止濺鍍粒子之對於位置在較基板Sw之下面而更下方處之真空腔1內的壁面部分或是存在於該處之零件(未圖示)的附著。另外，於本實施形態中，雖然是以使第1開口51位置於基板Sw之上面的延長線上的方式來配置有第1遮蔽板部5a，但是，並不限定於此，亦可考慮濺鍍粒子之繞入或是電漿放電之安定性等而朝向上方或者是下方作偏移。
又，第1遮蔽板部5a，例如，係將具有特定之板厚的同一形態之2枚的板材50a、50b相接合而被構成。於板材50a(50b)之其中一面處，如第2圖所示般地，係被設置有在徑方向上反覆出現有凹凸之花瓣狀的溝部52a (52b)，且溝部52a(52b)之兩自由端係分別到達板材52a (52b)的外側，而構成冷媒之流入口53a(53b)與流出口54a (54b)。藉由此，若是以使各溝部52a、52b在上下方向上相合致的姿勢來將板材50a、50b相接合，則於第1遮蔽板部5a內，係被形成有「具有一直延伸至位置於第1開口51的周圍之第1遮蔽板部5a的部分處之通路部分55a，且在相對於基板Sw來接近、遠離之方向上而蛇行」的單一之冷媒通路(第1冷媒通路)55。另外，冷媒通路55之流路寬幅，或是在作接近、遠離之方向上而蛇行的次數等，係以在成膜時能夠使第1遮蔽板部5a維持在特定溫度以下的方式，來對於冷媒溫度或是流路阻抗等作考慮而被適當設定。又，雖然是以在兩板材50a、50b之其中一面處分別形成了溝部52a、52b者為例來作說明，但是，只要能夠在第1遮蔽板部5a內，形成具有通路部分55a之冷媒通路55者，則不被限定於此。例如，亦可僅在至少其中一方的板材50a (50b)處形成溝部52a(52b)，另一方面，亦可在將兩板材50a、50b相接合時，於該接合面處中介存在有複數之間隔物，而將藉由間隔物所被作了區隔的兩板材50a、50b之間的間隙作為冷媒通路。又，亦可在1枚之板材之與成膜空間1a背向之面處鋪設配管來作為冷媒通路。作為第1遮蔽板部5a之在真空腔1內的安裝方法，係由於可利用使用有卡止手段之構成等之周知方法，因此，在此係省略詳細說明。
於第2遮蔽板部5b處，係被設置有具有與靶材2同等之輪廓並且相較於靶材2之外形而更大一圈的直徑之第2開口56。並且，係構成為以使第2開口56之內周緣部存在有特定之間隙地位置於靶材2之周圍的方式來與靶材2略平行並裝卸自如地被作配置，而使靶材2面臨成膜空間1a。藉由此，而盡可能地防止濺鍍粒子之對於像是背板21之類的零件之附著。雖然並無特別圖示來作說明，但是，第2遮蔽板部5b，係亦與第1遮蔽板5a同樣的，例如將具有特定之板厚的同一形態之2枚的板材50c、50d相接合而被構成。於板材50c(50d)之其中一面處，係被設置有在徑方向上反覆出現有凹凸之花瓣狀的溝部57a(57b)，且溝部57a (57b)之兩自由端係分別到達板材50c(50d)的外側，而構成冷媒之流入口58a與流出口(未圖示)。藉由此，若是以使各溝部57a、57b相合致的姿勢來將板材50c、50d相接合，則於第2遮蔽板部5b內，係被形成有「具有一直延伸至位置於第2開口56的周圍之第2遮蔽板部5b的部分處之通路部分59a，且在相對於靶材2來接近、遠離之方向上而蛇行」的單一之冷媒通路(第2冷媒通路)59。又，第2冷媒通路59，係亦與上述同樣的，亦可藉由其他手法來形成，作為第2遮蔽板部5b之在真空腔1內的安裝方法，係可利用使用有卡止手段之構成等之周知方法。
在第1冷媒通路55之流入口53a及流出口54a與第2冷媒通路59之流入口58a及流出口(未圖示)處，係分別被連接有來自冷凝器6的配管61a、61b，而能夠使冷卻水等之冷媒在第1及第2之兩冷媒通路55、59中循環。此時，為了避免在第1及第2之各遮蔽板部5a、5b處產生結露，冷媒溫度係被設定在例如20～25℃之範圍內。於本實施形態中，此些之第1及第2之各冷媒通路55、59與冷凝器6，係構成申請專利範圍的冷卻單元。中間遮蔽板部5c，係將板材成形為筒狀而被構成，並以在第1遮蔽板部5a之上面被作支持的方式而被配置。藉由此，而可盡可能地防止濺鍍粒子之對於真空腔1內的側壁10內面或是存在於該處之零件(未圖示)的附著。另外，於本實施形態中，雖然並未在中間遮蔽板部5c處設置冷媒通路，但是，亦可構成為，如同第1及第2之各遮蔽板部5a、5b一般地而在其之內部處設置冷媒通路，而能夠於成膜時進行冷卻。
在藉由濺鍍裝置SM來在基板Sw表面上成膜鋁膜時，係在真空腔1內之平台4上設置基板Sw，若是真空腔1被真空排氣至特定壓力，則對真空腔1內以特定流量來導入氬氣，並從DC電源Ps來對靶材2投入具有負的電位之特定的直流電力。藉由此，在真空腔1內係會產生電漿，藉由在電漿中作了電離之氬離子，靶材2之濺鍍面2a係被濺鍍，從靶材面2a依據餘弦定理而飛散的濺鍍粒子會附著、堆積在基板Sw之表面，藉由此，鋁膜係被成膜。此時，就算是將遮蔽板5設為相對性而言熱傳導率為較低的SUS製，藉由使冷媒一直流通至位置於第1開口51之周圍的通路部分55a，即使受到來自電漿的熱輸入，第1遮蔽板部5a之昇溫也會被抑制，並且來自第1遮蔽板部5a之表面的水分子或氧分子之類的雜質氣體之釋出係被抑制，不僅如此，位置於第1開口51之近旁的基板Sw的外周緣部之局部性的加熱也會被抑制。其結果，使在基板Sw表面上成膜膜質為均勻的鋁膜一事成為可能。而且，藉由使冷媒一直流通至位置於第2開口56之周圍的通路部分59a，就算是接受到來自電漿的熱輸入，第2遮蔽板部5b之昇溫也會被抑制，藉由此，而能夠抑制第2開口56之熱變形而使電漿放電安定。
接著，為了對於上述效果作確認，係使用上述濺鍍裝置SM而進行了以下之實驗。於發明實驗1中，係將靶材2設為Φ440mm之鋁製者，並將遮蔽板5設為SUS製者，且將基板Sw設為Φ300mm之矽晶圓(TS距離為60mm)。並且，第1之冷媒通路55的通路部分55a與第1開口51之間的距離d係設定為3mm。在將真空腔1內真空排氣到了特定真空度之後，對真空腔1內以50sccm之流量導入氬氣(真空腔1內之全壓力為0.6Pa)，並從DC電源Ps對靶材2投入20kW之直流電力，且在特定時間(120sec)之期間，對靶材2進行濺鍍而在基板Sw表面上成膜鋁膜。接著，在對於一枚的基板Sw之成膜完成之後，將基板Sw作更換，對於下一枚基板Sw以上述條件來成膜鋁膜，將此步驟重複進行複數次。
於包含有基板Sw之更換的成膜中，藉由冷凝器6來使20℃的冷卻水以3.5L/min之流量在第1及第2之各冷媒通路55、59中循環，並且，藉由熱電偶來測定出第1遮蔽板部5a之第1開口51的周圍部分之溫度。另外，作為比較實驗，係在以與上述發明實驗1同樣的條件來成膜鋁膜時，進行了不使冷媒在第1及第2之各冷媒通路55、59中循環的實驗。若依據此，則於比較實驗中，係可確認到，隨著時間增長，第1開口51之周圍的部分會昇溫，最大係達到250℃為止，但是，於發明實驗1中，第1開口51之周圍的部分係被維持在40℃以下。又，於成膜中，係藉由質量分析計，而測定出雜質(氫分子、水分子、氮分子、氧分子)之分壓，其結果，係如第3圖所示般地，可確認到，於發明實驗1中，相較於比較實驗係可將雜質分壓減低，尤其是，可將氫分子之分壓減低至1/11，並將水分子之分壓減低至1/2.5。又，可確認到，於發明實驗1中，係可在基板Sw表面上成膜膜質為均勻的鋁膜。另外，作為發明實驗2，係僅使冷卻水在第1冷媒通路55中循環，又，作為發明實驗3，係僅使冷卻水在第2冷媒通路59中循環，而以與上述發明實驗1同樣的條件來成膜鋁膜，其結果，係可確認到，相較於比較實驗，仍可將雜質分壓減低(參照第3圖)。接著，作為其他的發明實驗，在使對靶材2之投入電力增加至30kW的結果，可確認到，第1開口51之周圍的部分係被維持在45℃以下。
以上，雖然是針對本發明之實施形態作了說明，但是，在不脫離本發明之技術思想的範圍內，係可作各種的變形。於上述實施形態中，雖然是以成膜鋁膜的情況為例來作了說明，但是，係並不被限定於此，例如，在成膜如鈦膜一般之其他的金屬膜或是如氮化鈦膜一般之金屬化合物膜的情況時也能夠適用本發明。於上述實施形態中，雖然是對於將第1及第2之各冷媒通路55、59分別以單一之通路來構成的情況為例而作了說明，但是，只要能夠將第1及第2之各遮蔽板部5a、5b之第1及第2之各開口51、56的周圍之部分冷卻，則通路的條數並不被限定，例如，亦可將各冷媒通路55、59分別以複數條(例如2條)之通路來構成。又，於上述實施形態中，遮蔽板5，雖然是以被分割成第1遮蔽板部5a與第2遮蔽板部5b以及中間遮蔽板部5c者為例來作了說明，但是，亦可一體性地形成，又，只要不會損及作為防著板的功能，則第1遮蔽板部5a與第2遮蔽板部5b之形狀係並不被限定於上述之形狀。
SM:濺鍍裝置 Sw:基板(被處理基板) 1:真空腔 1a:成膜空間 2:靶材 5:遮蔽板 5a:第1遮蔽板部 5b:第2遮蔽板部 51:第1開口 55:第1冷媒通路(冷卻單元的構成要素) 55a:位置於第1開口之周圍處的通路部分 56:第2開口 59:第2冷媒通路(冷卻單元的構成要素) 59a:位置於第2開口之周圍處的通路部分 6:冷凝器(冷卻單元的構成要素)
[第1圖]係為對於本發明之實施形態的濺鍍裝置之構成作展示之示意圖。 [第2圖]係為對於第1遮蔽板部作說明之橫剖面圖。 [第3圖]係為對於確認本發明之效果的實驗結果作展示之圖表。
1:真空腔
1a:成膜空間
2:靶材
2a:濺鍍面
3:磁鐵單元
4:平台
5:遮蔽板
5a:第1遮蔽板部
5b:第2遮蔽板部
5c:中間遮蔽板部
6:冷凝器(冷卻單元的構成要素)
10:側壁
11:排氣管
12:質量流控制器
13:氣體管
21:背板
41:基台
42:吸盤板
50a:板材
50b:板材
50c:板材
50d:板材
51:第1開口
52a:溝部
52b:溝部
53a:流入口
55:第1冷媒通路(冷卻單元的構成要素)
55a:位置於第1開口之周圍處的通路部分
56:第2開口
57a:溝部
57b:溝部
58a:流入口
59:第2冷媒通路(冷卻單元的構成要素)
59a:位置於第2開口之周圍處的通路部分
61a:配管
61b:配管
Io1:絕緣體
Io2:絕緣體
Ps:DC電源
Pu:真空幫浦單元
SM:濺鍍裝置
Sw:基板(被處理基板)

Claims (3)

  1. 一種濺鍍裝置，其特徵為，係具備有：被相對向地配置有靶材與被處理基板的真空腔、和在真空腔內而圍繞靶材與被處理基板之間之成膜空間的遮蔽板，該濺鍍裝置，係被設置有將遮蔽板作冷卻的冷卻單元， 遮蔽板，係具有：第1遮蔽板部，係具有讓被處理基板面臨成膜空間之與該被處理基板同等的輪廓之第1開口，而被配置在被處理基板之周圍， 冷卻單元，係具備有：第1冷媒通路，係被設置於第1遮蔽板部處，並且具有一直延伸至位置於第1開口的周圍之第1遮蔽板部的部分處之通路部分。
  2. 如請求項1所記載之濺鍍裝置，其中，前述遮蔽板，係具有：第2遮蔽板部，係具有讓前述靶材面臨成膜空間之與該靶材同等的輪廓之第2開口，而被配置在靶材之周圍，前述冷卻單元，係更進而具備有：第2冷媒通路，係被設置於第2遮蔽板部處，並且具有一直延伸至位置於第2開口的周圍之第2遮蔽板部的部分處之通路部分。
  3. 如請求項1或2所記載之濺鍍裝置，其中，前述第1及第2之兩冷媒通路，係作為於通過靶材或者是被處理基板之中心的直徑方向而相對於靶材或者是被處理基板來接近、遠離的方向上而蛇行之單一的通路，而分別被形成。
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