专利名称：溅镀装置及溅镀方法
技术领域：
本发明涉及一种用于在玻璃或硅晶片等基板上形成规定的薄膜的溅镀装置及溅镀方法。
背景技术：
在半导体制造エ艺中得到所需的器件结构时，有ー个对作为待处理基板的硅晶片(下称“晶片”)成膜的步骤，一直以来，在这种成膜步骤中使用的是溅镀装置。在该溅镀装置中，向真空气氛的真空室中导入氩气等非活性气体的溅镀气体，同时通过直流电源或高频电源，在形成对应要在基板表面形成薄膜的组成的靶上输入规定功率使之辉光放电形成等离子体。并通过使在等离子体中电离的氩气离子等非活性气体的离子撞击靶，而使靶的原子、分子从靶释放出来，通过这些溅镀粒子在基板表面附着沉积而成膜。此时，待处理基板靶被定位保持在与靶相向配置的基板保持装置上。 对于基板保持装置，已知其由以下各部分构成具有正负电极的卡盘本体；具有基板的外周边部可面接触的挡边部及以规定间隔垂直设立在所述挡边部所围绕的内部空间内的多个支持部的作为电介质的卡板；以及向两电极间施加直流电压的直流电源(例如參照专利文献I)。再有，对于以高底部覆盖率(对底面的成膜速度与对孔周围面成膜速度的比)对长宽比高的细孔形成规定薄膜的溅镀装置，已知的装置是使用由CiuTa或Ti等金属材料构成的靶，在等离子体中将通过溅镀产生的溅镀粒子离子化，并且向基板施加高频偏压将离子化的溅镀粒子导入基板使之入射(例如參照专利文献2)。此处，在具有上述基板保持装置的溅镀装置中，由于是在给正负电极通电状态下保持基板的，在等离子体中电离的电子使基板表面带电而使基板表面的电位移向负侧。再有，向基板施加高频偏压时，则和电子比较质量大的离子无法适应交流电场的快速变化，电子使基板表面带电而使基板表面的电位移向负侧。像这样基板电位移向负侧，则等离子体中非活性气体的离子也被导入基板侧，附着、沉积在基板表面的物质被溅镀，发生所谓的逆溅镀。该逆溅镀量可由溅镀时真空室内气氛或溅镀时间而引起变化。因此，将基板搬运到与靶相对的位置，进行成膜时，即便通过给靶的输入功率或溅镀时间等来管理溅镀条件在基板表面形成薄膜，例如被逆溅镀的量(下称“逆溅镀量”)增多，则无法以需要的薄膜厚度来成膜，存在各基板间薄膜厚度或者有时是薄膜质量參差不齐的问题。在先技术文献专利文献专利文献I:专利公开平I 一 321136号公报专利文献2:专利公开2002 — 80962号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
本发明鉴于以上内容，要解决的技术问题是提供一种溅镀装置及溅镀方法，能够抑制基板间薄膜厚度的參差不齐。解决技术问题的手段为解决上述技术问题，本发明的溅镀装置具有设置有靶的真空室；向该靶输入功率的电源；向真空室内导入规定的溅镀气体的气体导入装置；把真空室内真空排气的排气装置；将待处理基板保持在真空室内的基板保持装置，基板保持装置具有卡盘本体，所述卡盘本体具有正负电扱；作为电介质的卡板，所述卡板具有与基板的外周边部可面接触的挡边部及在所述挡边部所围绕的内部空间以规定间隔垂直设立的多个支持部；在两电极间施加直流电压的直流电源；以及流出经过卡板的静电电容的交流电流的交流电源及測量此时的交流电流的測量装置，还具有控制真空室内压カ的控制装置，以便在通过气体导入装置向真空室内导入规定的气体，向靶输入功率溅镀该靶，基板表面形成规定的薄膜时，将测量装置所测量的交流电流值保持为规定值。根据本发明，向基板保持装置的两电极间施加直流电压并保持基板后，将真空室 抽真空。真空室内的压カー达到规定值，则经气体导入装置导入规定的气体，同时向靶输入功率并溅镀靶，对保持在基板保持装置上的基板成膜。溅镀过程中，电子使基板表面充电，基板表面的电位移向负侧，与之对应地，等离子体中的溅镀气体的离子被导入基板侧，附着、沉积在基板表面的物质被逆溅镀。此处，本发明者的发明人经过反复研究，得知溅镀时的基板表面的电位依赖真空室内的压カ(非活性气体的分压)，再有，等离子体中的溅镀气体的离子被导入基板时的输入能量表现为通过卡板的静电电容的交流电流的变化、进而阻抗的变化，由此，得知该阻抗依赖真空室内的压カ，阻抗和基板表面的电位之间有相关性。此时，例如，随着阻抗降低，逆溅镀量増大。因此，在本发明中，用測量装置測量通过卡板的静电电容的交流电流值(阻抗值)，通过该测量值控制真空室内的压カ(非活性气体的分压)，以此可以控制逆溅镀量。由此，将基板搬运到与靶相对的位置，在进行成膜时，通过阻抗来控制真空室内的压カ(溅镀气体的导入量)，以此能抑制各基板间的薄膜厚度或有时是薄膜质量的參差不齐。另外，靶的输入功率固定而使溅镀气体的导入量(真空室内的压力)变化，则靶的溅镀量也能变动，但在基板表面的成膜率上逆溅镀量的变化有很大影响，因此，通过维持该逆溅镀量固定而能将各基板间的薄膜厚度或薄膜质量的參差不齐抑制在最小限度。另外，在本发明中，所述控制装置增减气体导入装置的气体导入量或排气装置的排气速度来控制真空室内的压力、进而非活性气体的分压即可。然而，有时在溅镀成膜过程中向基板输入偏置功率，离子化的溅镀粒子被导入基板并入射成膜。此时，发现増減输入的偏置功率，则逆溅镀量变化基板表面的成膜率变化，该偏置功率与阻抗值有相关性。即例如阻抗越小基板表面的成膜率越高。因此，在本发明中，还具有对所述基板保持装置所保持的基板输入偏置功率的电源，优选所述控制装置优先控制偏置功率，以便在通过气体导入装置向真空室内导入规定的气体，向靶输入功率溅镀该靶，向基板输入偏压的同时在基板表面形成规定的薄膜时，使通过测量装置测量的交流电流值保持为规定值。由此，能够抑制在各基板间薄膜厚度或有时是薄膜质量的參差不齐。
图I是说明本发明的实施方式的溅镀装置的图。图2是说明使用图I所示的溅镀基板的基板保持装置的放大图。图3 (a)及(b)是说明气体流量和阻抗及基板电位的关系的图表。图4 (a)及(b)是说明偏置功率和阻抗及成膜率的关系的图表。
具体实施例方式以下參照附图，以晶片W为待处理基板，说明最适合在晶片W表面形成Cu、Ti或Ta等薄膜的本发明的实施方式的溅镀装置。參照图1，溅镀装置M具有可形成真空气氛的 真空室1，真空室I的天花板部安装有阴极单元C。以下内容中，以向真空室I的天花板部侦_方向为“上”，以向其底部侧的方向为“下”来进行说明。阴极单元C由靶2和配置在该靶2上侧的磁铁单元3构成。靶2是对应要在待处理晶片W上形成的薄膜的组成而适当选择的材料，例如由Cu、Ti或Ta制成，以公知的方法形成俯视圆形或矩形。而且，靶2以安装在图示省略的支撑板上的状态经绝缘体I安装在
真空室I上。磁铁单元3，是使靶2的溅镀面2a的下方空间产生磁场，溅镀时捕捉在溅镀面2a的下方电离的电子等，将从靶2飞溅的溅镀粒子高效离子化的装置。另外，对于磁铁单元3，能够使用各种方式的公知装置，所以此处省略详细说明。靶2与作为溅镀电源的DC电源El连接，溅镀中给靶2施加负的直流电位。另外，溅镀电源并不受上述限定，也可使用高频电源等。真空室I内配置有具有导电性的阳极屏蔽4。阳极屏蔽4是覆盖在靶2的周围向下方延伸的筒状部件。此时，也可在阳极屏蔽4上连接另一 DC电源E2，以使在溅镀过程中，能施加正直流电位。由此，能够辅助由阳极屏蔽4离子化的溅镀粒子的离子被反射，带着强线性向基板W释放。在真空室I的底部，与阴极单元C相对配置有台架5。在台架上部安装有基板保持装置EC。如图2所示，基板保持装置EC是所谓的静电卡盘，由配置在台架5上的卡盘本体61，和安装在该卡盘本体61的上面的作为电介质的卡板62构成。卡盘本体61，例如由氮化铝制成，经图示省略的绝缘层组装有正负电极63a、63b，在两电极63a、63b间，由电源电路64内的直流电源64a施加直流电压。再有，在卡盘本体61上，形成有贯通上下方向的气体通道65，该气体通道65的下端经插设有APC (自动压カ控制器)65a的气管65b与收容由非活性气体构成的辅助气体的气体源65c连通。此时，在APC65a的下游侧插设公知的质量流量计65d，以便能够监控气体流量。在卡盘本体61上还内置有电阻加热式加热器66，以便能将晶片W加热并保持在规定温度。另外，也可以在卡盘本体61上形成冷却通道使冷媒循环能够冷却晶片W。另一方面，卡板62例如由氮化铝制成，具有晶片W背面的外周边可面接触的环状挡边部62a和在挡边部62a所围绕的内部空间62b内同心垂直设立的多个棒状的支持部62c。将晶片W载置于卡板62上之后，经直流电源64a在两电极63a、63b间施加直流电压而产生静电力，以此将晶片W吸附在卡板62的表面。此时，晶片W背面的外周边部与挡边部62a在其全周上面接触，以此来大致密封内部空间62b(此时，晶片W为与卡板62表面呈大致平行的状态)，在此状态下，经气体供给装置提供辅助气体，则在内部空间62b形成气体气氛。由此,在挡边部62a和晶片W背面隔出的内部空间62b中形成气体气氛，由此能够辅助对晶片W的热传导高效地进行加热或冷却。设置为在卡盘电源64内将交流电源64b并列连接在直流电源64a上，从交流电源64b流出通过静电卡盘的静电电容的交流电流，以便能通过电流计A测量出的电流值来监控阻抗值。此时，电流计A构成本实施方式的測量装置。而且，如上述那样以卡板62表面吸附晶片W吋，预先取得当晶片W与卡板62表面呈大致平行的状态时的阻抗值及气体流量，在重新吸附了晶片W时或溅镀成膜过程中，若阻抗值及气体流量的至少一方超过规定范围变动，则通过改变来自直流电源64a的吸附电压改变晶片W的吸附カ，控制晶片W与卡板62表面呈大致平行的状态，即控制卡盘本体61上面到晶片W背面的距离彼此一致。另外，在本实施方式中，虽然并未特别图示说明，但例如，可以设置为负载锁定经闸阀连接在真空室内，在真空气氛中能够相对台架5依次搬运基板。 再有，在真空室I的侧壁上，连接有导入氩气等非活性气体的溅镀气体气管7，该气管7经质量流量控制器7a与图示省略的气体源连通。而且，这些部件构成气体导入装置，控制了流量的溅镀气体能导入真空室I内。再有，在真空室I的底部连接有排气管8a，该排气管8a与由涡轮分子泵或旋转泵等构成的真空排气装置8相通。在台架5上连接有高频电源E3，在溅镀过程中，设置为向台架5，进而向基板W施加偏置电压，尤其是将溅镀粒子的离子积极地导入基板W。上述溅镀装置M，具有控制装置9，所述控制装置9具有微机、存储器或序列器等。控制装置9设置为统ー控制上述各电源El E3的启动、溅镀气体导入用的质量流量控制器7a的启动或真空排气装置8的启动等。再有，控制装置9还统ー控制基板保持装置EC的各电源64b的启动或APC65a的启动，再有，还存储了预先取得的、晶片W变为与卡板62表面呈大致平行的状态时的阻抗值及气体流量。但是，以上述溅镀装置M的基板保持装置EC来吸附晶片W，通过溅镀进行成膜，则在等离子体中电离的电子使基板表面带电，基板表面的电位移向负侧。再有，成膜过程中，经电源E3向晶片W施加高频偏压，则和电子比较质量大的离子不能适应交流电场的快速变化，电子给基板表面充电基板表面的电位移向负侧。此时，等离子体中的溅镀气体的离子也被吸入晶片W侧，在晶片W表面上附着、堆积的则被逆溅镀。该逆溅镀量，由于能在溅镀时的真空室内气氛或溅镀时间而引起变化，所以需要设置为对台架5顺次搬运晶片W，以便在成膜时在晶片W间不会出现薄膜质量有时是薄膜厚度參差不齐。此处，本发明的发明者们进行了如下试验。即在上述溅镀装置M中使用Cu制的靶，使用氩气作为溅镀气体，在硅基板上形成了 Cu膜。溅镀条件设定为靶的输入功率为5kW，溅镀时间为60秒。再有，通过直流电源64a向两电极3a、3b间施加的直流电压设定为O. 8kV。通过来自电流计A的交流电流值測量此时的阻抗值，约为17. 5k Ω。而且，适当控制质量流量控制器7a使溅镀成膜时的溅镀气体的导入量在8 40scc m的范围内变化，測量此时的阻抗值的变化和基板表面的电位(通过插入真空室的探測器来測量)。图3 (a)和图3 (b)是显示溅镀气体导入量和阻抗值及基板表面电位的关系的图表。据此，可知使溅镀时的气体导入量増加，则基板电位持续上升(參照图3(a))，阻抗值也上升。而且，可知对应气体导入量(在成膜时的真空室内压力)的增减而变化的基板电位和阻抗值之间有相关性。此时，測量在基板表面形成的Cu膜的薄膜厚度，证实随着阻抗值变低，Cu膜的薄膜厚度变薄，逆溅镀量増加。接着，在上述溅镀装置M中以7scc m向真空室I内导入溅镀气体，其后，停止溅镀气体的导入通过自持放电在晶片W上形成Cu膜。溅镀条件设定为靶的输入功率是ISkWJi镀时间是60秒。而且进行了下述实验在溅镀成膜过程中，通过电源E3对晶片W施加规定的偏置功率。图4 (a)及图4 (b)是示出使偏置功率在到800W为止的范围变化时的该偏置功率和在基板表面形成的Cu膜的成膜率(从Cu膜的薄膜厚度计算得出)及阻抗值的变化的图表。据此可知，使偏压增加，则成膜率持续降低(參照图4 (a))，阻抗值也降低(參照图4(b))。而且，可知对应偏置功率的増減而变化的成膜率和阻抗值之间有相关性。此时，证实随着阻抗值变低，逆溅镀量増加而成膜率降低。 因此，在本实施方式中，通过控制装置9经质量流量控制器7a控制气体导入量，控制真空室内的压カ(溅镀气体的分压)，以便在通过气体导入装置7、7a导入溅镀气体，不向晶片W输入偏置功率，仅向靶2输入功率进行溅镀成膜时(包含成膜过程中)，使阻抗保持在规定值。以下，对本实施方式的溅镀成膜进行说明。即将待成膜晶片W搬运到真空气氛的真空室I的基板保持装置EC上，载置为位置固定状态。而且，在两电极63a、63b间，经直流电源64a施加直流电压而产生静电力，以该静电カ将晶片W吸附在卡板62的表面上。以此状态，从交流电源64b流出经过静电卡盘的静电电容的交流电流，以此时的电流计A测量的交流电流值被输出给控制装置9，通过控制装置9取得阻抗值。而且，与预先存储在控制装置9中的、晶片W与卡板62表面呈大致平行的状态时的设定阻抗值相比较，设定直流电源64a的吸附电压以使取得的阻抗值存在于规定的范围内。由此，晶片W保持与卡板62表面呈大致平行的状态。接着，通过气体导入装置7、7a导入溅镀气体，不向晶片W输入偏置功率，只向靶2输入功率。此时，经电流计A持续取得阻抗值。此处，在控制装置9中，存储了对靶2的输入电压固定的条件下阻抗值和溅镀气体导入量之间的关系，若取得的阻抗值超过规定的范围，则通过控制质量流量控制器7a改变气体流量。即例如取得的阻抗超出规定范围而变小的情况下，则判定晶片W的电位低(向负侧适量移动)，逆溅镀量增多，此时通过增加气体导入量减低逆溅镀量。由此，通过将该逆溅镀量維持固定能在各晶片W间将薄膜厚度有时是薄膜质量的參差不齐控制在最小限度内。此时，若通过将阻抗值保持固定而大致水平地吸附基板，由于来自靶2的溅镀粒子到达在晶片W整个面上都大致均等，所以，各晶片W表面上的薄膜的膜厚分布面内均匀性也很好，也能减小基板彼此间的膜厚分布面内均匀性的參差不齐。另ー方面，在溅镀成膜时，经电源E3向晶片W输入高频功率时，预先在控制装置9中存储阻抗值和偏压的关系，取得的阻抗值超过规定的范围，则控制装置9优先控制偏置功率。即由于阻抗值降低，则逆溅镀量増加成膜率降低，所以相应地使偏压降低。由此，与上述相同，能在各基板间将薄膜厚度有时是薄膜质量的參差不齐控制在最小限度。以上对本发明的实施方式的溅镀装置M进行了说明，但本发明并不受上述限定。只要是将基板保持在作为所谓静电卡盘的基板保持装置，并同时进行溅镀成膜的装置，不论溅镀装置的形态。再有，在上述实施方式中，为通过阻抗值控制真空室内的压力，以使气体导入量发生变化的装置为例进行了说明，但并不仅限于此。例如，也能通过在与真空排气装置8连通的排气管8a中设置导阀，控制该导阀来控制真空室内的压力。再有，在本发明中，能将按气体导入量(在成膜时的真空室内压力)的増減而变化的基板电位和阻抗值之间的相关性或按偏置功率的増減而变化的成膜率和阻抗值之间的相关性用于利用蚀刻装置控制蚀刻率。
附图标记说明M…溅镀装置、I…真空室、2…靶、7、7a···气体导入装置、8…真空排气装置、EC…基板保持装置(静电卡盘)、61—^盘本体、62—板、62a…挡边部、62b…内部空间、62c…支持部、63a、63b…(正负)电极、C…控制装置、El E3…电源、64—_盘用电源电路、64a···直流电源、64b…交流电源、A…电流计、W…晶片(基板)。
权利要求
1.一种溅镀装置，具有配置了靶的真空室；向该靶输入功率的电源；向真空室内导入规定的溅镀气体的气体导入装置；将真空室内真空排气的排气装置；在真空室内保持待处理基板的基板保持装置； 基板保持装置包括卡盘本体，所述卡盘本体具有正负电极；作为电介质的卡板，所述卡板具有与基板的外周边部能面接触的挡边部及在所述挡边部围绕的内部空间里以规定的间隔垂直设立的多个支持部；直流电源，所述直流电源在两电极间施加直流电压；流出通过卡板的静电电容的交流电流的交流电源及测量此时的交流电流的测量装置； 其中所述溅镀装置还具有控制装置，以便在气体导入装置向真空室内导入规定的气体，向靶输入功率溅镀该靶，在基板表面形成规定的薄膜时，控制真空室内的压力，使测量装置测量的交流电流值保持在规定值。
2.根据权利要求I所述的溅镀装置，其特征在于 所述控制装置，增减气体导入装置的气体导入量或排气装置的排气速度而控制真空室内的压力。
3.一种溅镀装置，其特征在于 还具备给保持在所述基板保持装置上的基板输入偏置功率的电源，所述控制装置优先控制偏置功率，以便在通过气体导入装置向真空室内导入规定的气体，向靶输入功率溅镀该靶，向基板输入偏压并在基板表面形成规定的薄膜时，使测量装置测量出的交流电流值保持在规定值。
全文摘要
提供一种溅镀装置，来抑制基板间薄膜厚度的参差不齐，所述溅镀装置具有配置了靶的真空室；向靶输入功率的电源；气体导入装置；排气装置；保持待处理基板的基板保持装置，基板保持装置具有卡盘本体，所述卡盘本体有正负电极；卡板，所述卡板具有与基板的外周边部能面接触的挡边部及在挡边部所围绕的内部空间里以规定间隔垂直设立的多个支持部；直流电源，所述直流电源向两电极间施加直流电压。所述控制装置具有流出通过卡板(62)的静电电容的交流电流的交流电源(64b)及测量该交流电流的测量装置(A)，具有控制装置，控制真空室内的压力，以便在真空室(1)内导入规定气体，向靶(2)输入功率并溅镀靶，在基板表面形成规定薄膜时，保持测量装置测量出的交流电流值是规定值。
文档编号C23C14/34GK102822380SQ20118001692
公开日2012年12月12日 申请日期2011年3月16日 优先权日2010年4月2日
发明者森本直树, 石田正彦 申请人:株式会社爱发科