TWI773740B

TWI773740B - 濺鍍裝置

Info

Publication number: TWI773740B
Application number: TW107108979A
Authority: TW
Inventors: 藤井佳詞; 中村真也
Original assignee: 日商愛發科股份有限公司
Priority date: 2017-05-31
Filing date: 2018-03-16
Publication date: 2022-08-11
Also published as: CN108977780B; KR20180131498A; KR102526529B1; JP6871067B2; JP2018204060A; CN108977780A; TW201903891A

Abstract

[課題] 提供一種能夠以更加具備有均勻性的基板面內之膜厚分布來成膜特定之薄膜的濺鍍裝置。　　[解決手段] 本發明之濺鍍裝置(SM)，係具備有：被設置有濺鍍用的靶材(2)之筒狀之真空腔(1)、和在真空腔內而被設置在與靶材相對向之位置處並成為能夠進行成膜對象物之設置的平台(4)、以及從真空腔之內壁面(1a)起存在有空隙地而被作設置並且圍繞靶材與平台之間之成膜空間的遮蔽板(5)，該濺鍍裝置，其特徵為：在真空腔處，設置在相對於將靶材與平台作連結之延長線(Cl)而相正交之方向上而局部性地膨出之排氣空間部(11)，並經由開設在排氣空間部處之排氣口(11a)來藉由真空幫浦(Vp)而使包含有成膜空間(1b)之真空腔內被作真空排氣，係設置有將與排氣空間部之排氣氣體流入口(11b)相對峙的遮蔽板之外表面部分存在有空隙地來作覆蓋之覆板(7)。

Description

濺鍍裝置

本發明，係有關於濺鍍裝置，更詳細而言，係有關於具備有能夠謀求膜厚分布之提昇的構造者。

此種濺鍍裝置，例如係藉由專利文獻1而為周知。在此裝置中，係具備有於上部具備濺鍍用靶材之筒狀之真空腔，在真空腔內之下部處，係與靶材相對向地，而設置被設置有作為成膜對象物之矽晶圓或玻璃基板等(以下，單純稱作「基板」)之平台。又，在由靶材之濺鍍所致之成膜時，為了防止對於真空腔之內壁面的膜附著，係在真空腔內，設置有對於真空腔之內壁而存在有空隙地來作近接配置並圍繞靶材與平台之間之成膜空間的遮蔽板。

於此，在靶材之上側處，例如係設置有使漏洩磁場作用於靶材之濺鍍面側處的磁石單元等之各種的零件。另一方面，在平台之下側處，係被設置有用以將基板有效率地作加熱冷卻的加熱冷卻機構或靜電吸盤機構等之各種的零件。因此，事實上，係無法為了對於包含成膜空間之真空腔內進行真空排氣，而將被連接有從真空幫浦而來之排氣管的排氣口及被與此作連接的排氣管設置在將靶材與平台作連結之延長線上。故而，在此種濺鍍裝置中，一般而言，係進行有下述一般之真空腔之設計：亦即是，係在真空腔之下部處，設置朝向相對於延長線而相正交之方向來局部性地膨出之排氣空間部，並經由開設在排氣空間部處之排氣口來藉由真空幫浦而將包含成膜空間之真空腔內作真空排氣。於此情況，係成為真空腔之內壁面不會朝與排氣空間部之排氣氣體流入口相對峙的遮蔽板之外表部分作接近的構造。

另外，例如，在非揮發性記憶體或快閃記憶體等之半導體元件之製造工程中，於使用上述濺鍍裝置而在基板表面上成膜特定之薄膜時，近年來，係成為要求使在基板面內之膜厚分布的均勻性收斂於數%(例如±5%)以內之範圍內。作為用以滿足此種要求之其中一個手法，係可考慮對於濺鍍氣體之朝向成膜空間的氣體導入路徑作適宜設計，並在由靶材之濺鍍所致之成膜中，將藉由遮蔽板所區劃出的成膜空間內之壓力分布涵蓋其之全體地而設為同等。然而，係得知了：就算是將成膜空間內之壓力分布涵蓋其之全體地而設為同等，在位置於排氣空間部之方位處的基板之部分(特別是基板之外周部分)處，膜厚也有著相較於位置在其他方位之部分而容易變薄的傾向。若是如此這般地而局部性地存在有薄膜容易變薄的部分，則對於得到具備有更加之均勻性的基板面內之膜厚分布一事而言係會成為阻礙。

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，在上述濺鍍裝置中，於成膜中，被導入至成膜空間中的濺鍍氣體之一部分，係成為排氣氣體，並從遮蔽板之接合部和遮蔽板與靶材或者是平台之間之空隙，來通過遮蔽板之外表面與真空腔之內壁面之間的空隙而從排氣氣體流入口來流動至排氣空間部處，並經由排氣口而被朝向真空幫浦作真空排氣。此時，到達了排氣空間部之排氣氣體流入口近旁的排氣氣體之流速，係相較於在遮蔽板之外表面與真空腔之內壁面之間之空隙流動時而極度地降低。換言之，在區劃出成膜空間之遮蔽板的周圍處，係局部性地存在有排氣氣體之流速為慢的區域。而，若是如此這般地在遮蔽板的周圍處存在有排氣氣體之流速為慢的區域，則可以推測到，在位置於該區域之方位處的基板之部分處，膜厚係成為容易變薄。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2014-148703號公報

本發明，係為有鑑於以上之知識而進行者，其課題，係在於提供一種能夠以更加具備有均勻性的基板面內之膜厚分布來成膜特定之薄膜的濺鍍裝置。

為了解決上述課題，本發明之濺鍍裝置，係具備有：被設置有濺鍍用的靶材之筒狀之真空腔、和在真空腔內而被設置在與靶材相對向之位置處並成為能夠進行成膜對象物之設置的平台、以及從真空腔之內壁面起存在有空隙地而被作設置並且圍繞靶材與平台之間之成膜空間的遮蔽板，該濺鍍裝置，其特徵為：在真空腔處，設置在相對於將靶材與平台作連結之延長線而相正交之方向上而局部性地膨出之排氣空間部，並經由開設在排氣空間部處之排氣口來藉由真空幫浦而使真空腔內被作真空排氣，係設置有將與排氣空間部之排氣氣體流入口相對峙的遮蔽板之外表面部分存在有空隙地來作覆蓋之覆板，前述覆板，係藉由豎立設置於對於排氣空間部作區劃之底壁面上的固定板部、和藉由升降機構來相對於固定板部而於上下方向自由進退之可動板部，而構成之，固定板部和可動板部，係以具備有與真空腔之內壁面同等之曲率的方式而被作彎曲。

若依據本發明，則藉由在區劃出成膜空間之遮蔽板的周圍處將排氣氣體之流速為慢之區域盡可能地縮小，換言之，藉由使在遮蔽板之周圍處的排氣氣體之流速成為略均等，係能夠成膜具備有更佳之均勻性的基板面內之膜厚分布(例如，±3%)之薄膜。

又，為了解決上述課題，本發明之濺鍍裝置，係具備有：被設置有濺鍍用的靶材之筒狀之真空腔、和在真空腔內而被設置在與靶材相對向之位置處並成為能夠進行成膜對象物之設置的平台、以及從真空腔之內壁面起存在有空隙地而被作設置並且圍繞靶材與平台之間之成膜空間的遮蔽板，該濺鍍裝置，其特徵為：在真空腔處，設置在相對於將靶材與平台作連結之延長線而相正交之方向上而局部性地膨出之排氣空間部，並經由開設在排氣空間部處之排氣口來藉由真空幫浦而使真空腔內被作真空排氣，係設置有將與排氣空間部之排氣氣體流入口相對峙的遮蔽板之外表面部分存在有空隙地來作覆蓋之第1覆板，第1覆板，係以具有與真空腔之內壁面同等之曲率的方式而被作彎曲，並以會在通過真空腔之內壁面之假想圓周上而略一致的方式來被作配置。在本發明中，較理想，係更進而具備有：第2覆板，係被豎立設置於對於前述排氣空間部作區劃之底壁面上，並且將與前述排氣空間部之排氣氣體流入口相對峙的遮蔽板之外表面部分存在有空隙地來作覆蓋，前述第1覆板，係構成為能夠藉由升降機構來將對於前述第2覆板而於上下方向自由進退。若依據此，則係能夠針對各濺鍍裝置之每一者，而以使在遮蔽板之周圍處的排氣氣體之流速成為略均等的方式來進行調整，而為有利。

以下，參照圖面，針對將成膜對象物設為矽晶圓(以下，單純稱作「基板W」)，並在真空腔之上部設置濺鍍用靶材，並且在其下部設置被設置有基板W之平台者為例，來對於本發明之濺鍍裝置之實施形態作說明。

參考圖1以及圖2，SM，係為本發明之實施形態的磁控管方式之濺鍍裝置。濺鍍裝置SM，係具備有真空腔1，在真空腔1之上部處，係被可自由裝卸地安裝有陰極單元Cu。陰極單元Cu，係由濺鍍用靶材2和被配置在此靶材2之上方處的磁石單元3所構成。

靶材2，係為因應於欲在基板W上所成膜之薄膜而適宜選擇其組成，並因應於基板W之輪廓來形成為平面觀察時呈圓形者。靶材2，係在被裝著於擋板21上的狀態下，將其之濺鍍面22朝向下方，並隔著設置在真空腔1之上壁處的絕緣體Ib而被安裝於真空腔1之上部處。又，在靶材2處，係被連接有具備公知之構造的濺鍍電源E，並構成為在由濺鍍所致之成膜時，能夠投入具有負的電位之直流電力或者是在與接地之間為特定頻率(例如13.56MHz)之高頻電力。被配置在靶材2之上方處的磁石單元3，係為在靶材2之濺鍍面22的下方空間處使磁場產生，並在濺鍍時將在濺鍍面22之下方所電離了的電子等作捕捉並將從靶材2所飛散出的濺鍍粒子有效率地離子化的具備有閉鎖磁場或者是尖形(cusp)磁場構造者。作為磁石單元3自身，由於係可利用公知之構造者，因此，係將進一步的詳細之說明作省略。

在真空腔1之底部中央，係與靶材2相對向地，來隔著其他之絕緣體Ib而被配置有平台4。平台4，雖並未特別圖示並作說明，但是，係藉由例如具有筒狀之輪廓的金屬製之基台、和被接著於此基台之上面處的吸盤板，而構成之，於成膜中，係成為能夠將基板W作吸附保持。另外，關於靜電吸盤之構造，由於係可利用單極型或雙極型等之公知之構造，因此於此係省略進一步之詳細說明。又，在基台處，係亦可內藏冷媒循環用之通路或加熱氣，並構成為在成膜中能夠將基板W控制為特定溫度。

又，在真空腔1內，係具備有遮蔽板5，其係從真空腔1之內壁面1a起存在有空隙地而被設置，並圍繞靶材2與平台4之間之成膜空間1b。遮蔽板5，係具備有圍繞靶材2之周圍並且朝向真空腔1之下方而延伸的略筒狀之上板部51、和圍繞平台4之周圍並且朝向真空腔1之上方而延伸的略筒狀之下板部52，使上板部51之下端和下板部52之上端，於周方向上存在有空隙地而相重疊。另外，上板部51以及下板部52，係亦可被一體性地形成，又，係亦可構成為在周方向上分割成複數部分並作組合。

進而，在真空腔1處，係被設置有導入特定之氣體之氣體導入手段6。作為氣體，係不僅是包含有當在成膜空間1b內形成電漿時所導入的氬氣等之稀有氣體，而亦包含有因應於成膜而適宜導入的氧氣或氮氣等之反應氣體。氣體導入手段6，係具備有被設置在上板部51之外周處的氣體環61、和被與氣體環61作了連接的貫通真空腔1之側壁之氣體管62，氣體管62，係經由質量流控制器63而與省略圖示之氣體源相通連。於此情況，雖係省略詳細之圖示，但是，在氣體環61處，係附設有氣體擴散部，從氣體管62而來之濺鍍氣體係藉由氣體擴散部而被擴散，並成為從在氣體環61處而於周方向上等間隔地被貫穿設置的氣體噴射口61a來以同等流量而噴射濺鍍氣體。而，從氣體噴射口61a所噴射出的濺鍍氣體，係從形成於上板部51處之氣體孔(未圖示)來以特定之流量而被導入至成膜空間1b內，於成膜中，係成為能夠將成膜空間1b內之壓力分布涵蓋其之全體地而設為同等。另外，用以將成膜空間1b內之壓力分布涵蓋其之全體地而設為同等的手法，係並不被限定於此，而可適宜採用其他之公知之手法。

又，在真空腔1處，係被設置有在相對於將靶材2和平台4作連結的中心線(延長線)Cl而相正交之方向上作局部性膨出的排氣空間部11，在區劃出此排氣空間部11之底壁面上，係被開設有排氣口11a。在排氣口11a處，係經由排氣管而被連接有低溫泵或渦輪分子幫浦等之真空幫浦Vp。於成膜中，被導入至成膜空間1b中的濺鍍氣體之一部分，係成為排氣氣體，並從遮蔽板5之接合部和遮蔽板5與靶材2或者是平台4之間之空隙，來通過遮蔽板5之外表面與真空腔1之內壁面1a之間的空隙而從排氣氣體流入口11b來流動至排氣空間部11處，並經由排氣口11a而被朝向真空幫浦Vp作真空排氣。此時，在成膜空間1b與排氣空間部11之間，係成為產生有數Pa程度之壓力差。

在對於基板W而成膜特定之薄膜的情況時，係藉由圖外之真空搬送機器人來將基板W搬入至平台4上，並將基板W設置在平台4之吸盤平板的上面(於此情況，基板W之上面係成為成膜面)。之後，使真空搬送機器人退避，並且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W靜電吸附在吸盤平板之上面。接著，若是將真空腔1內真空抽氣至所定之壓力(例如， 1×10^－ ⁵ Pa)，則係經由氣體導入手段6來將作為濺鍍氣體之氬氣以一定之流量來導入，並且從濺鍍電源E來對於靶材2投入特定之電力。藉由此，在成膜空間1b內係被形成電漿，藉由電漿中之氬氣的離子，靶材係被濺鍍，從靶材2而來的濺鍍粒子係附著、堆積於基板W上，特定之薄膜係被成膜。係得知了：在如此這般地而對於靶材2作賤鍍並進行成膜的情況時，就算是將成膜空間1b內之壓力分布涵蓋其之全體地而設為同等，在位置於排氣空間部11之方位處的基板W之部分(特別是基板W之徑方向外端側)處，膜厚也有著相較於位置在其他方位之部分而容易變薄的傾向。

於此，如同圖3中所示一般，在先前技術例之濺鍍裝置中，係成為真空腔1之內壁面1a不會朝與排氣空間部11之排氣氣體流入口11b相對峙的遮蔽板5之下板部52之外表面部分52a作接近的構造。因此，在排氣氣體通過遮蔽板5之外表面與真空腔1之內壁面1a之間的空隙Gp而從排氣氣體流入口11b來朝向排氣空間部11流動時，到達了排氣氣體流入口11b近旁的排氣氣體之流速，係相較於在上述空隙Gp中流動時而極度地降低(圖3中，箭頭係代表排氣氣體之流速，若是箭頭變得越短，則代表流速為越慢)。換言之，在區劃出成膜空間1b之遮蔽板5的周圍處，係局部性地存在有排氣氣體之流速為慢的區域。而，若是如此這般地在遮蔽板5的周圍處存在有排氣氣體之流速為慢的區域，則可以推測到，在位置於該區域之方位處的基板W之部分處，膜厚係成為容易變薄。

因此，在本實施形態中，係如同圖1以及圖2中所示一般，構成為設置將與排氣空間部11之排氣氣體流入口11b相對峙的範圍之遮蔽板5之下板部52之外表面部分52a存在有空隙地而作覆蓋的覆板7。於此情況，覆板7，係藉由豎立設置於對於排氣空間部11作區劃之底壁面上的固定板部71、和藉由馬達等之升降機構72a來相對於固定板部71而於上下方向自由進退之可動板部72，而構成之。固定板部71和可動板部72，係以具備有與真空腔1之內壁面1a略一致之曲率的方式而被作彎曲，可動板部72，係以略位置在通過真空腔1之內壁面1a之假想圓周72b上的方式而被作配置。另一方面，可動板部72之高度，係以當藉由升降機構72a而將可動板部72相對於固定板部71來移動至了上動位置處時，可動板部72之下端會與固定板部71之上端在徑方向上相互重疊，並且可動板部72之上端能夠與區劃出排氣氣體流入口11b之真空腔之內壁面部分11c作抵接的方式，而被作設定。

若依據以上構成，則如同圖2中所示一般，能夠在區劃出成膜空間1b之遮蔽板5的周圍處將排氣氣體之流速為慢之區域盡可能地縮小，換言之，在遮蔽板5之周圍處的排氣氣體之流速係成為略均等。其結果，係能夠成膜具備有更佳之均勻性的基板面內之膜厚分布(例如，±3%)之薄膜。又，若是藉由固定板部71和可動板部72來預先構成覆板7，則係能夠針對各濺鍍裝置之每一者，而以使在遮蔽板5之周圍處的排氣氣體之流速成為略均等的方式來進行調整，而為有利。並且，藉由對相對於固定板部71之可動板部72之高度位置作調整，係亦能夠進行基板面內之膜厚分布的細微調整。

接著，為了對於本發明之效果作確認，係將基板W設為矽晶圓，並將濺鍍用靶材2設為Al₂ O₃ 製，並且使用上述濺鍍裝置SM，來對於基板W成膜了Al₂ O₃ 膜。作為濺鍍條件，係將靶材2與基板W之間之距離設為60mm，並將由濺鍍電源E所致之投入電力設為2kW，並且將濺鍍時間設定為120秒。又，作為濺鍍氣體，係使用氬氣，於濺鍍中，係將濺鍍氣體之分壓設為0.1Pa。又，作為比較實驗，係從上述濺鍍裝置SM而將覆板7卸下，並以相同之條件來進行了成膜。將Al₂ O₃ 膜之基板W之徑方向上的膜厚分布，使用公知之測定器具來分別作了測定。若依據此，則在相當於上述先前技術例之比較實驗中，其之膜厚分布係為1.8%，相對於此，在本實施形態中，其之膜厚分布係為0.8%。

以上，雖係針對本發明之實施形態作了說明，但是，本發明，係並不被限定於上述構成。在上述實施形態中，雖係以藉由固定板部71和可動板部72來構成覆板者為例而作了說明，但是，係亦可構成為將單一之覆板設置在排氣空間部處。

SM‧‧‧濺鍍裝置Vp‧‧‧真空幫浦W‧‧‧基板(成膜對象物)1‧‧‧真空腔1a‧‧‧真空腔1之內壁面1b‧‧‧成膜空間11‧‧‧排氣空間部11a‧‧‧排氣口11b‧‧‧排氣氣體流入口2‧‧‧濺鍍用靶材4‧‧‧平台5‧‧‧遮蔽板7‧‧‧覆板71‧‧‧固定板部72‧‧‧可動板部

[圖1]係為對於本發明之實施形態的濺鍍裝置作示意性展示之剖面圖。

[圖2]係為沿著圖1之II-II線的剖面圖。

[圖3]係為與圖2相對應的先前技術例之濺鍍裝置之剖面圖。

SM‧‧‧濺鍍裝置

Vp‧‧‧真空幫浦

W‧‧‧基板(成膜對象物)

1‧‧‧真空腔

1a‧‧‧真空腔1之內壁面

1b‧‧‧成膜空間

11‧‧‧排氣空間部

11a‧‧‧排氣口

11b‧‧‧排氣氣體流入口

11c‧‧‧內壁面部分

2‧‧‧濺鍍用靶材

3‧‧‧磁石單元

4‧‧‧平台

5‧‧‧遮蔽板

6‧‧‧氣體導入手段

7‧‧‧覆板

21‧‧‧擋板

22‧‧‧濺鍍面

51‧‧‧上板部

52‧‧‧下板部

52a‧‧‧外表面部分

61‧‧‧氣體環

61a‧‧‧氣體噴射口

62‧‧‧氣體管

63‧‧‧質量流控制器

71‧‧‧固定板部

72‧‧‧可動板部

72a‧‧‧升降機構

C1‧‧‧延長線

Cu‧‧‧陰極單元

E‧‧‧濺鍍電源

Ib‧‧‧絕緣體

Claims

一種濺鍍裝置，係具備有：被設置有濺鍍用的靶材之筒狀之真空腔、和在真空腔內而被設置在與靶材相對向之位置處並成為能夠進行成膜對象物之設置的平台、以及從真空腔之內壁面起存在有空隙地而被作設置並且圍繞靶材與平台之間之成膜空間的遮蔽板，該濺鍍裝置，其特徵為：在真空腔處，設置排氣空間部，該排氣空間部，係在相對於將靶材與平台作連結之延長線而相正交之方向上而局部性地膨出，經由開設在排氣空間部處之排氣口來藉由真空幫浦而使包含成膜空間的真空腔內被作真空排氣，係設置有將與排氣空間部之排氣氣體流入口相對峙的遮蔽板之外表面部分存在有空隙地來作覆蓋之覆板，前述覆板，係藉由豎立設置於對於排氣空間部作區劃之底壁面上的固定板部、和藉由升降機構來相對於固定板部而於上下方向自由進退之可動板部，而構成之，固定板部和可動板部，係以具備有與真空腔之內壁面同等之曲率的方式而被作彎曲。
一種濺鍍裝置，係具備有：被設置有濺鍍用的靶材之筒狀之真空腔、和在真空腔內而被設置在與靶材相對向之位置處並成為能夠進行成膜對象物之設置的平台、以及從真空腔之內壁面起存在有空隙地而被作設置並且圍繞靶材與平台之間之成膜空間的遮蔽板，該濺鍍裝置，其特徵為：在真空腔處，設置排氣空間部，該排氣空間部，係在相對於將靶材與平台作連結之延長線而相正交之方向上而局部性地膨出，經由開設在排氣空間部處之排氣口來藉由真空幫浦而使包含成膜空間的真空腔內被作真空排氣，係設置有將與排氣空間部之排氣氣體流入口相對峙的遮蔽板之外表面部分存在有空隙地來作覆蓋之第1覆板，前述第1覆板，係以具有與真空腔之內壁面同等之曲率的方式而被作彎曲，並以會在通過真空腔之內壁面之假想圓周上而略一致的方式來被作配置。
如申請專利範圍第2項所記載之濺鍍裝置，其中，係更進而具備有：第2覆板，係被豎立設置於對於前述排氣空間部作區劃之底壁面上，並且將與前述排氣空間部之排氣氣體流入口相對峙的遮蔽板之外表面部分存在有空隙地來作覆蓋，前述第1覆板，係構成為能夠藉由升降機構來將對於前述第2覆板而於上下方向自由進退。