TWI778032B

TWI778032B - 濺鍍裝置

Info

Publication number: TWI778032B
Application number: TW107108978A
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: 2022-09-21
Also published as: KR20180131497A; JP6871068B2; CN108977779A; KR102471178B1; JP2018204061A; TW201903180A; CN108977779B

Abstract

[課題]提供一種能夠盡可能地減少附著於成膜對象物之表面上的粒子之數量之濺鍍裝置。　　[解決手段]本發明之濺鍍裝置(SM)，係具備有：被設置有碳製之靶材(2)之真空腔(1)、和對真空腔進行真空抽氣之真空幫浦(Vp)、和在真空腔內保持成膜對象物(W)之平台(4)，並在藉由真空幫浦而將真空腔內真空抽氣為特定壓力之後，對於靶材進行濺鍍，藉由此，來在成膜對象物表面上成膜碳膜，該濺鍍裝置(SM)，係更進而具備有使表面被冷卻至123K以下之溫度的吸附體(7)，吸附體，係被配置在使相對於成膜對象物之輻射被作防止的真空腔內之特定位置處。

Description

濺鍍裝置

本發明，係有關於濺鍍裝置，更詳細而言，係有關於在被成膜物之表面上成膜碳膜者。

於先前技術中，此種濺鍍裝置，係被利用來進行作為非揮發性記憶體等之元件的電極膜而成膜碳膜(例如，參考專利文獻1)。此種濺鍍裝置，係具備被設置有碳製之靶材之真空腔、和對真空腔進行真空抽氣之真空幫浦、以及在真空腔內被與靶材作對向配置並保持成膜對象物之平台。又，在真空腔中，係被設置有遮蔽板，其係從真空腔之內壁起存在有空隙地而被設置，並圍繞靶材與平台之間之成膜空間。而，在藉由真空幫浦來將真空腔內真空抽氣為特定壓力之後，藉由對於靶材進行濺鍍，在成膜對象物表面上係被成膜有碳膜。

於此，在對於碳製之靶材進行濺鍍並在成膜對象物表面上進行了成膜時，係會有在剛被成膜後的成膜對象物表面上附著有微細之粒子的情形。此種粒子之附著，由於係會成為使製品良率降低的原因，因此係有必要盡可能地抑制對於成膜對象物之表面的粒子之附著。因此，本發明者們，係反覆進行努力研究，而發現到下述之知識：亦即是，在真空腔內而浮游之碳粒子，係作為微細之粒子而附著在剛成膜後之成膜對象物之表面上。亦即是，可以推測到，此事係起因於：若是對於碳製之靶材進行濺鍍，則從靶材而飛散的碳粒子，係並不僅是會附著在成膜對象物上，而亦會附著、堆積在存在於靶材周邊之零件和遮蔽板之表面上，但是，如此這般而作了附著的碳粒子，係會起因於某些之原因而再度脫離，此再度脫離之碳粒子，係並未被作真空排氣，而在真空腔內浮游。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]國際公開第2015/122159號

本發明，係為基於上述知識所進行者，其課題，係在於提供一種能夠盡可能地減少附著於成膜對象物之表面上的粒子之數量之濺鍍裝置。

為了解決上述課題，本發明之濺鍍裝置，係具備有：被設置有碳製之靶材之真空腔、和對真空腔進行真空抽氣之真空幫浦、和在真空腔內保持成膜對象物之平台，並在藉由真空幫浦而將真空腔內真空抽氣為特定壓力之後，對於靶材進行濺鍍，藉由此，來在成膜對象物表面上成膜碳膜，該濺鍍裝置，其特徵為：係更進而具備有使表面被冷卻至123K以下之溫度的吸附體，吸附體，係被配置在使對於成膜對象物之輻射被防止的真空腔內之特定位置處。

若依據本發明，則若是在真空腔內而浮游的碳粒子一旦被吸附於吸附體上，由於此吸附體之表面係被冷卻至123K以下之溫度，因此再度脫離的情形係被防止。其結果，藉由將在真空腔內而浮游的碳粒子之數量減少，係能夠盡可能地減少附著於成膜對象物之表面上的粒子之數量。於此情況，由於吸附體係被配置在使對於成膜對象物之輻射被作防止的真空腔內之特定位置處，因此係不會發生使膜質產生變化等的對於成膜對象物之成膜製程所造成之不良影響的問題。

在本發明中，當使前述靶材與前述平台被作對向配置，並且設置在相對於將兩者作連結之延長線而相正交之方向上而局部性地凸出之排氣空間部，於開設在排氣空間部處之排氣口處，係被連接有前述真空幫浦，並且，該濺鍍裝置，係具備有從真空腔之內壁面起存在有空隙地而被作設置並且將靶材與平台間之成膜空間作圍繞的遮蔽板的情況時，較理想，係構成為：前述吸附體，係在遮蔽板之外表面部分處，存在有空隙地而被作設置。若依據此，則藉由以從吸附體而來之輻射來使遮蔽板自身被冷卻至特定溫度，遮蔽板自身係成為發揮作為吸附體之功用，藉由以區劃出成膜空間之遮蔽板來吸附碳粒子並作保持，浮游之碳粒子之量係能夠更進一步減少，而為有利。

於此情況，較理想，係將前述遮蔽板之外表面部分，設為與前述排氣空間部之排氣氣體流入口相對的範圍。若依據此，則藉由使吸附體存在於從真空腔內之成膜空間起而通連至排氣空間部之排氣氣體的排氣路徑中，係能夠使碳粒子更容易被吸附，而為有利。

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

11:排氣空間部

11a:排氣口

2:靶材

4:平台

5:遮蔽板

7:吸附體

[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性剖面圖。

[圖2]係為沿著圖1之II-II線的剖面圖。

[圖3]係為對於本實施形態之變形例作展示之圖。

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之碳製靶材，並且在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，係由碳製之靶材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，係為因應於基板W之輪廓而形成為平面觀察呈圓形者。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。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器，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凸出的排氣空間部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，使真空搬送機器入退避，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^-5Pa)，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(碳粒子)係附著、堆積於基板W上面，碳膜係被成膜。在如此這般地對於靶材2進行濺鍍並成膜碳膜的情況時，係發現到：在真空腔1內而浮游之碳粒子，係作為微細之粒子而附著在剛成膜後之成膜對象物之表面上。可以推測到，此事係起因於：從靶材而飛散的碳粒子，係並不僅是會附著在基板W上，而亦會附著、堆積在存在於靶材2周邊之零件和遮蔽板5之表面上，但是，如此這般而作了附著的碳粒子，係會起因於某些之原因而再度脫離，此再度脫離之碳粒子，係並未被作真空排氣，而在真空腔1內浮游。

因此，在本實施形態中，係構成為於使對於成膜對象物W之輻射被作防止的真空腔1內之特定位置處，設置使表面被冷卻至123K以下之溫度的吸附體7。於此情況，吸附體7，係與遮蔽板5之下板部52之外表面部分52a之間存在有空隙地而被作設置，並藉由省略圖示之冷凍機等的冷卻機構而使表面被冷卻至上述溫度。作為冷卻機構，由於係可利用公知之構造者，因此，於此係省略詳細說明。吸附體7，係藉由馬達等之升降機構7a而被構成為能夠於上下方向自由移動，但是，係亦可豎立設置於真空腔1之底壁面上。

若依據上述構成，則若是在真空腔1內而浮游的碳粒子一旦被吸附於吸附體7上，由於此吸附體7之表面係被冷卻至123K以下之溫度，因此再度脫離的情形係被防止。其結果，藉由將在真空腔1內而浮游的碳粒子之數量減少，係能夠盡可能地減少附著於基板W之表面上的粒子之數量。於此情況，由於吸附體7係被配置在使對於基板W之輻射被作防止的真空腔內之特定位置處，因此係不會發生使膜質產生變化等的對於基板W之成膜製程所造成之不良影響的問題。又，藉由以從吸附體7而來之輻射來使遮蔽板5自身被冷卻至123K以下之溫度，遮蔽板5自身係成為發揮作為吸附體之功用，藉由以區劃出成膜空間1b之遮蔽板5來吸附碳粒子並作保持，浮游之碳粒子之量係能夠更進一步減少，而為有利。於此情況，若是以不會起因於從被作了冷卻的遮蔽板5而來之輻射而使基板W被作冷卻的方式，來使基板W與遮蔽板5作10mm以上之分離，則為理想。

接著，為了對於本發明之效果作確認，係進行了以下之發明實驗。亦即是，係將基板W設為直徑300mm之矽晶圓，並將靶材2設為

400mm之碳製之物，並且使用上述濺鍍裝置SM，來對於基板W成膜了碳膜。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而將吸附體7卸下，並以相同之條件來進行了成膜。

對於在成膜前與成膜後之附著在基板W上之0.1μm以上之粒子的數量進行測定，而求取出於成膜中所附著在基板W上之粒子數量。若依據此，則在發明實驗中，係為84個，相對於此，在比較實驗中，係為145個，可以得知，藉由設置吸附體7，係能夠將粒子數量減少。

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，雖係以將與排氣空間部11之排氣氣體流入口11b相對的範圍之遮蔽板5之下板部52之外表面部分52a存在有空隙地而作覆蓋的方式來設置吸附體7，但是，係亦可如同圖3中所示一般，以使吸附板7之兩端更進而延伸至真空腔1之內壁面1a與遮蔽板5之下板部52之間之空隙中的方式來作設置。另外，圖3中，箭頭係代表排氣氣體之流動。若依據此，則係能夠將遮蔽板5有效率地作冷卻，並且，係能夠將在排氣氣體中所包含的碳粒子有效率地吸附並作保持，藉由此，係能夠對於排氣氣體中之碳粒子流動至成膜空間1b中並付著在基板W上的情形作抑制，而為有利。

在上述實施形態中，雖係針對藉由吸附體7來冷卻遮蔽板5的情況為例來作了說明，但是，就算是在對於遮蔽板5以外之構成零件的碳粒子所附著之物進行冷卻的情況時，亦能夠適用本發明。

1‧‧‧真空腔

1a‧‧‧真空腔1之內壁面

1b‧‧‧成膜空間

2‧‧‧靶材

3‧‧‧磁石單元

4‧‧‧平台

5‧‧‧遮蔽板

6‧‧‧氣體導入手段

7‧‧‧吸附體

7a‧‧‧升降機構

11‧‧‧排氣空間部

11a‧‧‧排氣口

11b‧‧‧排氣氣體流入口

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

Ib‧‧‧絕緣體

E‧‧‧濺鍍電源

C1‧‧‧中心線

Cu‧‧‧陰極單元

SM‧‧‧濺鍍裝置

Vp‧‧‧真空幫浦

W‧‧‧基板(成膜對象物)

Claims

一種濺鍍裝置，係具備有：被設置有碳製之靶材之真空腔、和對真空腔進行真空抽氣之真空幫浦、和在真空腔內保持成膜對象物之平台、和從真空腔之內壁面起存在有空隙地而被作設置並且將靶材與平台間之成膜空間作圍繞的遮蔽板，並在藉由真空幫浦而將真空腔內真空抽氣為特定壓力之後，對於靶材進行濺鍍，藉由此，來在成膜對象物表面上成膜碳膜，該濺鍍裝置，係更進而具備有使表面被冷卻至123K以下之溫度的吸附體，吸附體，係在會使對於成膜對象物之熱輻射被防止的真空腔內之特定位置處，於前述遮蔽板之外表面部分處存在有空隙地而被作設置。
如申請專利範圍第1項所記載之濺鍍裝置，其中，係使前述靶材與前述平台被作對向配置，並且設置排氣空間部，該排氣空間部，係在相對於將前述靶材與前述平台作連結之延長線而相正交之方向上而局部性地凸出，於開設在排氣空間部處之排氣口處，係被連接有前述真空幫浦。
如申請專利範圍第2項所記載之濺鍍裝置，其中，係將前述遮蔽板之外表面部分，設成與前述排氣空間部之排氣氣體流入口相對的範圍。