沉积设备和电子装置制造方法

专利名称：沉积设备和电子装置制造方法
技术领域：
本发明涉及一种用于在诸如磁存储介质、半导体装置或者显示装置之类的电子装 置的制造处理中沉积材料的沉积设备以及使用该沉积设备的电子装置制造方法。
背景技术：
半导体元件的先进的小型化要求越来越高的沉积特性标准。例如，栅极绝缘膜需 要是非常薄的。薄的电极膜或者类似物需要稳定地形成在非常薄的绝缘膜上。而且，因为 在膜中或者在薄膜之间的界面处的诸如碳的杂质影响元件性能，所以需要减小杂质水平。用作沉积方法之一的溅射方法可以实现高质量的沉积，这是因为原料不像CVD方 法那样含有诸如碳的杂质。因为溅射方法不像CVD方法那样使用有害的有机金属材料，所 以溅射方法是有用的，并且不必执行用于副产品和未使用原料的除害处理。例如，在由硅或类似物所制成的衬底(将称为“衬底”)上沉积薄膜的溅射沉积方 法中，抽空的真空室中的靶保持器保持气相沉积源，所述气相沉积源是由待沉积在衬底上 的材料制成的所谓的靶。真空室中的衬底保持器支撑衬底。诸如Ar的气体被引入到真空 室中，并且高电压被施加到靶，产生等离子体。根据溅射沉积方法，靶材料使用通过放电等 离子体中的带电粒子进行的靶的溅射现象而附着到由衬底保持器所支撑的衬底。通常，等 离子体中的阳离子进入带负电荷的靶，从靶溅射靶材料的原子和分子。这些原子和分子称 为溅射粒子。溅射粒子附着到衬底，在衬底上形成含有靶材料的膜。在溅射沉积设备中，被称为挡板的可自由打开的遮蔽板大体上设在靶与衬底之 间。借助该挡板，控制开始沉积的定时以直到真空室中的等离子体状态稳定才开始沉积处 理。更具体地，关闭挡板以直到通过对靶施加高电压所产生的等离子体稳定才在衬底上沉 积膜。在等离子体稳定之后，打开挡板以开始沉积。通过这样使用挡板控制沉积的开始，使 用稳定的等离子体可以以较好的可控性在衬底上沉积膜，所以可以沉积高质量的膜。专利文献1中所公开的等离子体处理设备在真空室中包括晶片保持器，其具有 用于支撑晶片的板和多个晶片提升销；运动挡板，其与晶片平行地运动；和挡板收纳单元， 其用于在使用等离子体处理衬底时收纳运动挡板。引用列表专利文献专利文献1 日本专利特开No. 2004-193360

发明内容
本发明要解决的问题然而，专利文献1中所公开的传统的等离子体处理设备由于通过挡板的打开/关 闭操作改变从真空室排出的气体的排气传导能力而在真空室中发生压力波动。压力波动导 致等离子体变化。如上所述，挡板在沉积开始时打开。因而，压力波动使等离子体在沉积开 始时不稳定。
解决问题的手段为了解决上述问题而作出本发明，并且本发明的目的是提供一种沉积技术，其能 够通过在挡板操作时抑制从真空室到排气室的排气传导能力的变化并且稳定真空室中的 压力而执行高质量的沉积。为了实现以上目的，根据本发明的一个方面，提供一种沉积设备，其包括处理室，其构造成执行沉积处理；排气室，其经由排气口连接到处理室；排气装置，其连接到排气室，并且经由排气室抽空处理室；衬底保持器，其布置在处理室中，并且支撑衬底；沉积单元，其布置在处理室中，并且在衬底上沉积膜；挡板，其构造成运动到遮蔽状态或者收回状态，在所述遮蔽状态中挡板将衬底保 持器和沉积单元彼此遮蔽，在所述收回状态中挡板从衬底保持器和沉积单元之间收回；驱动单元，其构造成驱动挡板以将挡板设定在遮蔽状态或者收回状态中；挡板收纳单元，其经由开口连接到处理室，并且将处于收回状态中的挡板收纳到 排气室中；以及遮蔽构件，其围绕挡板收纳单元的开口形成，并且构造成遮盖排气室的排气口，其中，遮蔽构件在挡板收纳单元的开口与沉积单元之间的预定高度的位置处具有 第一排气路径，所述第一排气路径与排气室的排气口连通。根据本发明的另一个方面，提供一种使用沉积设备的电子装置制造方法，所述沉 积设备包括处理室，其构造成执行沉积处理；排气室，其经由排气口连接到处理室；排气装置，其连接到排气室，并且经由排气室抽空处理室；衬底保持器，其布置在处理室中，并且支撑衬底；沉积单元，其布置在处理室中；挡板，其构造成运动到遮蔽状态或者收回状态，在所述遮蔽状态中挡板将衬底保 持器和沉积单元彼此遮蔽，在所述收回状态中挡板从衬底保持器和沉积单元之间收回；驱动单元，其构造成驱动挡板以将挡板设定在遮蔽状态或者收回状态中；挡板收纳单元，其经由开口连接到处理室，并且将处于收回状态中的挡板收纳到 排气室中；以及遮蔽构件，其围绕挡板收纳单元的开口形成，并且构造成遮盖排气室的排气口，遮蔽构件在挡板收纳单元的开口与沉积单元之间的预定高度的位置处具有第一 排气路径，所述第一排气路径与排气室的排气口连通，所述方法包括第一步骤，通过驱动单元将挡板设定在遮蔽状态中；第二步骤，在第一步骤之后在维持遮蔽状态的同时通过沉积单元沉积膜；以及第三步骤，在第二步骤之后通过驱动单元将挡板设定在收回状态中，并且通过沉 积单元在由衬底保持器所支撑的衬底上沉积膜。本发明的效果本发明可以提供一种沉积技术，其能够通过在挡板操作时抑制从真空室到排气室
5的排气传导能力的变化并且稳定真空室中的压力而执行高质量的沉积。本发明的其它特征将从以下参照附图的示例性实施例的说明而变得清楚。


包含在本说明书中且构成本说明书的一部分的附图示出本发明的实施例，并且与 说明一起用于解释本发明的原理。其中图1是根据本发明一个实施例的溅射沉积设备的示意图；图2是用于详细地解释图1中的排气室的放大图；图3是沿着图2中的X-X得到的剖视图；图4是沿着图2中的Y-Y得到的剖视图；图5是示出衬底挡板19的示意性结构的视图；图6是示出衬底周边盖环21的示意性结构的视图；图7是用于操作溅射沉积设备的主控制单元的框图；图8是用于解释当卸载/装载衬底时溅射沉积设备的操作的示意图；图9是示出用于闪存的堆叠式膜形成设备的示意性布置的视图，所述堆叠式膜形 成设备作为包括根据本发明实施例的溅射沉积设备的真空薄膜形成设备的示例；图10是举例示出使用根据本发明实施例的溅射沉积设备处理电子装置产品的次 序的流程图；图11是示出当使用根据本发明实施例的溅射沉积设备执行调理(conditioning) 时的程序的表格；图12是用于解释示例性的调理开始条件的表格；以及图13是示出一天一次测量当使用根据本发明实施例的溅射沉积设备执行图10中 的处理时附着到衬底的粒子数的结果的图表。
具体实施例方式现在将参照附图详细地说明本发明的示例性优选实施例。应当注意到，以下实施 例中阐述的组成元件仅仅是示例，并且本发明的技术范围通过所附权利要求书的范围限 定，而不受以下各实施例的限制。将参照图1解释溅射沉积设备1的总体布置。图1是根据本发明的实施例的沉积 设备1的示意图。该实施例将以溅射沉积设备作为沉积设备的例子来进行说明。然而，本 发明的主旨不限于该示例，而也可应用到例如CVD设备和PVD设备。溅射沉积设备1包括能够被抽空的真空室2 ；排气室8，其经由排气口 301布置成 与真空室2相邻(参见图3)；和排气装置，其经由排气室8抽空真空室2。排气装置具有涡 轮分子泵48。排气装置的涡轮分子泵48还连接到干式真空泵49。排气装置布置在排气室 8下方，以便最小化整个设备的占地面积(由该设备所占据的面积)。真空室2包括靶保持器6，所述靶保持器6经由后板5保持靶4。在靶保持器6附 近布置有靶挡板14以遮蔽靶保持器6。靶挡板14具有转动挡板结构。靶挡板14用作遮蔽 构件，其用于设定关闭状态(遮蔽状态)或者打开状态(收回状态)，在所述关闭状态中靶 挡板14将衬底保持器7和靶保持器6彼此遮蔽，在所述打开状态中靶挡板14释放衬底保持器7和靶保持器6之间的空间。靶挡板14连接到用于打开/关闭靶挡板14的靶挡板驱 动机构33。真空室2包括衬底保持器7，其用于保持衬底；衬底挡板19，其设在衬底保持器7 和靶保持器6之间；和衬底挡板驱动机构32，其驱动衬底挡板19打开和关闭。衬底挡板19 布置在衬底保持器7附近。衬底挡板19用作遮蔽构件，以设定关闭状态或者打开状态，在 所述关闭状态中衬底挡板19将衬底保持器7和靶保持器6彼此遮蔽，在所述打开状态中衬 底挡板19释放衬底保持器7和靶保持器6之间的空间。真空室2还包括惰性气体引入系统15，其用于将惰性气体(例如，氩气)引入到 真空室2中；反应气体引入系统17，其用于引入反应气体(例如，氧气或氮气)；和压力计 (未示出)，其用于测量真空室2的压力。惰性气体引入系统15连接到用于供给惰性气体的惰性气体供应源(气缸)16。惰 性气体引入系统15由以下部件构成管道，其用于引入惰性气体；质量流控制器，其用于控 制惰性气体的流量；阀，其用于停止或者开始气体的流动；以及在需要时，减压阀、过滤器 等。惰性气体引入系统15可以以由控制装置(未示出)所指定的流量稳定地供给气体。惰 性气体从惰性气体供应源16供给，并且在通过惰性气体引入系统15控制其流量之后，在靶 4附近引入。反应气体引入系统17连接到用于供给反应气体的反应气体供应源(气缸)18。反 应气体引入系统17由以下部件构成管道，其用于引入反应气体；质量流控制器，其用于控 制反应气体的流量；阀，其用于停止或者开始气体的流动；以及在需要时，减压阀、过滤器 等。反应气体引入系统17可以以由控制装置(未示出)所指定的流量稳定地供给气体。反 应气体从反应气体供应源18供给，并且在通过反应气体引入系统17控制其流量之后，在保 持衬底10的衬底保持器7附近引入(后面将说明)。惰性气体和反应气体被引入到真空室2中，用于形成膜，并且继而经由排气室8通 过涡轮分子泵48和干式真空泵49排出。真空室2的内表面接地。在靶保持器6和衬底保持器7之间的真空室2的内表面 包括接地的圆柱形遮蔽构件(遮蔽件40a和40b)；和在顶板处的遮蔽件40c，其覆盖真空 室2的内表面的除了面对衬底保持器7的靶保持器部分以外的部分(遮蔽件40a、40b和 40c也将简称为“遮蔽件”)。遮蔽件是与真空室2分离地形成的构件，以防止溅射粒子直接 附着到真空室2的内表面并保护真空室2的内表面，并且所述构件是可周期性地更换的。排气室8将真空室2和涡轮分子泵48连接起来。在排气室8与涡轮分子泵48之 间设有主阀47以在维修中将溅射沉积设备1与涡轮分子泵48断开。将参照图2、3和4详细地解释作为本发明一个特征的挡板收纳单元的结构。图2 是用于详细地解释排气室8的放大图。图3是沿着图2中的X-X得到的剖视图。图4是沿 着图2中的Y-Y得到的剖视图。如图2中所示，排气室8包括挡板收纳单元23，所述挡板收 纳单元23当衬底挡板19从真空室2收回时收纳衬底挡板19。挡板收纳单元23具有用于 装载/卸载衬底挡板19的开口 303。除了开口 303以外，挡板收纳单元23被密封。如图3中所示，挡板收纳单元23布置在排气室8中，以便围绕挡板收纳单元23形 成排气区域，并且该排气区域经由主阀47与涡轮分子泵48连通。图4是举例示出挡板收纳单元23的开口 303的周边的视图。包括遮蔽件40al和40a2的遮蔽件40a、遮蔽件40b和遮蔽件22呈圆柱形地形成在真空室2中。在遮蔽件40al 与40b之间所限定的排气路径401 (第一排气路径)形成为在开口 303上方的位置(用于 形成沉积单元的靶保持器6的位置)处沿着圆柱形构件的圆周方向的间隙。在遮蔽件40a2 与22之间所限定的排气路径403 (第二排气路径)形成为在开口 303下方的位置处沿着圆 柱形构件的圆周方向的间隙。遮蔽件40a在与挡板收纳单元23的开口 303相对应的位置处具有开口(孔)，并 且遮蔽件40a用作遮盖排气口的第一遮蔽件。遮蔽件40b布置在挡板收纳单元23的开口 303上方，并且用作遮盖排气口的第二遮蔽件。遮蔽件22布置在挡板收纳单元23的开口 303下方，并且用作遮盖排气口的第三遮蔽件。排气路径403的排气传导能力可通过衬底保 持器驱动机构31随着衬底保持器7的运动一起改变。如图2和4中所示，遮蔽件40al围绕挡板收纳单元23的开口 303固定以遮盖排 气室8的排气口 301。遮蔽件40al和40b限定排气路径401。遮蔽件40al的远端具有U状凹部，并且I状的遮蔽件40b (凸起)以非接触的方 式配合在U状部分(凹部)中。结果，排气路径401形成为所谓的迷宫状排气路径。迷宫状的排气路径401也用作用于非接触密封的密封件。I状的遮蔽件40b (凸 起)配合在形成于遮蔽件40al的远端处的U状部分(凹部)中，形成非接触的状态，即，在 凹部与凸起之间有预定的间隙。通过将凸起配合在凹部中而遮蔽挡板收纳单元23的排气 口 301。这样可以防止从靶溅射的粒子在通过排气路径401之后进入排气室8。结果，可以 防止粒子附着到排气室8的内壁。类似地，遮蔽件40a2围绕挡板收纳单元23的开口 303固定以遮盖排气室8的排 气口 301。遮蔽件40a2和联接到衬底保持器7的遮蔽件22限定排气路径403。遮蔽件22 的远端具有U状凹部。I状的遮蔽件40a2(凸起)以非接触的方式配合在U状部分(凹部) 中，形成作为所谓的迷宫状排气路径的排气路径403。通过将遮蔽件40a2的凸起配合在遮 蔽件22的凹部中而遮蔽挡板收纳单元23的排气口 301。这样可以防止从靶溅射的粒子在 通过排气路径403之后进入排气室8。因此，可以防止粒子附着到排气室8的内壁。如图1中所示，在衬底保持器升高到的位置处，排气路径401的排气传导能力被设 定成显著大于排气路径403的排气传导能力。即，与排气路径403相比，流入排气室8中的 气体更容易流过排气路径401。当两种排气传导能力被并行连接时，合成的传导能力等于排 气传导能力之和。因此，如果一种排气传导能力显著大于另一种排气传导能力，则可以忽略 较小的排气传导能力。在排气路径401和403的结构中，可以通过排气路径的宽度和迷宫 形状的交迭距离(长度)调节排气传导能力。例如，如图2中所示，排气路径401和403的间隙具有几乎相同的宽度。排气路径 401的迷宫形状的交迭距离(长度)设计成小于排气路径403的迷宫形状的交迭距离(长 度)。因此，排气路径401的排气传导能力大于排气路径403的排气传导能力。从惰性气体 引入系统15或者反应气体引入系统17引入到处理空间(由遮蔽件和靶所限定的产生等离 子体的空间)中的气体主要经由排气路径401排出。从室2的处理空间到排气室8的排气 传导能力不受衬底挡板19的打开/关闭操作的影响。在不受挡板的打开/关闭所影响的 位置处形成从室2中的处理空间到排气室8的主要排气路径。因而，当衬底挡板19打开/ 关闭时，从室2中的处理空间到排气室8的排气传导能力不改变。当衬底挡板19打开/关闭时，可以稳定影响等离子体产生的真空室2内的处理空间中的气体压力。即使衬底挡板 19打开/关闭，可以抑制从真空室2到排气室8的排气传导能力的变化以稳定真空室2中 的压力并且实现高质量的沉积。返回参照图1，将再次说明溅射沉积设备1的总体布置。当从溅射面观察时，在靶 4的后侧上布置有用于实施磁控管溅射的磁体13。磁体13通过磁体保持器3保持并且可 以通过磁体保持器转动机构(未示出)转动。磁体13在放电期间转动，以便使靶的侵蚀均 勻。靶4设定在相对于衬底10倾斜的位置(偏移位置)处。靶4的溅射面上的中心 点处于从衬底10的中心点的法线移动预定距离的位置处。电源12连接到靶保持器6以施 加溅射放电功率。当电源12向靶保持器6施加电压时，放电开始，在衬底上沉积溅射粒子。在该实施例中，图1中所示的溅射沉积设备1包括DC电源，但是并不限于此，而例 如可以包括RF电源。当溅射沉积设备1采用RF电源时，需要在电源12和靶保持器6之间 设置匹配机构。绝缘体34将靶保持器6与接地的真空室2绝缘。由诸如Cu的金属制成的靶保持 器6用作接收DC或者RF功率时的电极。靶保持器6包括水槽(未示出)，并且可以通过 从水管(未示出)供给的冷却水而冷却。靶4由待沉积在衬底10上的材料成分形成。靶 4期望地具有高纯度，这是因为靶4的纯度与膜的纯度相关。在靶4和靶保持器6之间设置的后板5由诸如Cu的金属制成，并且保持靶4。在该实施例中，靶保持器6安装在处理室中并且用作用于在衬底上形成膜的沉积 单元。沉积单元是适于沉积沉积源以形成膜的单元，并且根据沉积方法可设想多种单元。例 如，沉积单元可以是用于使用CVD方法或者PVD方法形成膜的单元。作为CVD方法，例如，光 辅助CVD方法、等离子体CVD方法、热CVD方法以及加热元件CVD方法是可用的。作为PVD 方法，例如，溅射方法和热气相沉积方法是有用的。这些方法可以组合以根据多种方法执行 沉积。靶挡板14布置在靶保持器6附近以遮盖靶保持器6。靶挡板14用作遮蔽构件，其 用于设定关闭状态或者打开状态，在所述关闭状态中靶挡板14将衬底保持器7和靶保持器 6彼此遮蔽，在所述打开状态中靶挡板14释放衬底保持器7和靶保持器6之间的空间。靶挡板14连接到用于驱动靶挡板14的靶挡板驱动机构33。遮蔽件40c布置在靶 挡板14的衬底侧上。遮蔽件40c具有形成在面对靶保持器6的部分处的孔。在衬底保持器7的表面上的设定有衬底10的部分的外边缘处布置有环状的遮蔽 构件(以下将称为“衬底周边盖环21”)。衬底周边盖环21防止溅射粒子附着到除了设定 在衬底保持器7上的衬底10的膜沉积面以外的位置上。除了膜沉积面以外的位置包括通 过衬底周边盖环21遮盖的衬底保持器7的表面；以及衬底10的侧表面和后表面。衬底保 持器7连接到衬底保持器驱动机构31，所述衬底保持器驱动机构31用于使衬底保持器7竖 直地运动并且以预定的速度转动。衬底保持器驱动机构31可以使衬底保持器7竖直地运 动，以便使衬底保持器7朝向关闭的衬底挡板19向上运动或者背离衬底挡板19向下运动。衬底挡板19在衬底10附近设于衬底保持器7和靶保持器6之间。衬底挡板19 通过衬底挡板支撑构件20支撑，以便遮盖衬底10的上表面。衬底挡板驱动机构32转动和 平移衬底挡板支撑构件20，以在衬底表面附近的位置处将衬底挡板19插入靶4与衬底10
9之间(关闭状态)。通过将衬底挡板19插入靶4与衬底10之间而使靶4和衬底10彼此遮 蔽。当衬底挡板驱动机构32操作以从靶保持器6(靶4)与衬底保持器7(衬底10)之间收 回衬底挡板19时，靶保持器6(靶4)与衬底保持器7(衬底10)之间的空间被释放(打开 状态)。衬底挡板驱动机构32驱动衬底挡板19打开或者关闭，以便设定关闭状态或者打开 状态，在所述关闭状态中衬底挡板19将衬底保持器7和靶保持器6彼此遮蔽，在所述打开 状态中衬底挡板19释放衬底保持器7和靶保持器6之间的空间。在打开状态中，挡板收纳 单元23收纳衬底挡板19。当衬底挡板19的收回位置落入延伸到高真空涡轮分子泵48的 排气路径的导管内时，可以优选地减少设备面积，如图1中所示。衬底挡板19由不锈钢合金或者铝合金制成。当要求耐热性时，衬底挡板19有时 由钛或者钛合金形成。衬底挡板19的表面(至少面对靶4的表面)经受诸如喷砂的喷射， 并且具有较小的粗糙度。该结构可以使附着到衬底挡板19的膜难以脱落，减少了在脱落时 产生的粒子。应当注意到，除了喷射以外，金属薄膜可以通过金属喷镀或者类似方法而形成 在衬底挡板19的表面上。虽然热喷镀比喷射更加昂贵，但是热喷镀是有利的，这是因为当 拆卸衬底挡板19和去除所附着的膜时的维修期间，可以去除包括热喷镀膜的所附着的膜。 另外，热喷镀的薄膜释放溅射膜的应力，防止膜脱落。将参照图5和6详细地解释衬底周边盖环21和衬底挡板19的形状。图5是示出 面对衬底周边盖环21的衬底挡板19的示意性结构的视图。衬底挡板19具有朝向衬底周 边盖环21延伸的环状的凸出部分(凸起19a)。图6是示出面对衬底挡板19的衬底周边盖 环21的示意性结构的视图。衬底周边盖环21具有朝向衬底挡板19延伸的环状的凸出部 分。衬底周边盖环21具有环状，并且衬底周边盖环21的面对衬底挡板19的表面具有同心 的凸出部分(凸起21a和21b)。在衬底保持器驱动机构31使衬底保持7向上运动到的位置处，衬底挡板19以非 接触的方式配合在凸起21a和21b之间。或者，在衬底保持器驱动机构31使衬底保持7向 下运动到的位置处，衬底挡板19以非接触的方式配合在凸起21a和21b之间。在该情况下， 凸起19a以非接触的方式配合在由凸起21a和21b所形成的凹部中。图7是用于操作图1中所示的溅射沉积设备1的主控制单元100的框图。主控制 单元100电连接到用于施加溅射放电功率的电源12、惰性气体引入系统15、反应气体引入 系统17、衬底保持器驱动机构31、衬底挡板驱动机构32、靶挡板驱动机构33、压力计41和 闸阀42。主控制单元100可以管理和控制溅射沉积设备1的操作(后面将说明)。 主控制单元100中的存储装置63存储控制程序，所述控制程序用于执行例如根据 本发明的在衬底上沉积的方法，所述方法包括调理和溅射。例如，控制程序实现为掩模型 ROM。控制程序也可以经由外部记录介质或者网络而安装在由硬盘驱动器(HDD)或者类似 物形成的存储装置63中。 图8是用于解释当卸载/装载衬底时的溅射沉积设备1的操作的示意图。当闸阀 42打开时，衬底传输机械手(未示出)卸载/装载衬底10。具有U状远端的遮蔽件22连 接到衬底保持器7。衬底保持器驱动机构31驱动衬底保持器7向下运动。然后，释放由遮 蔽件22和40a2所形成的迷宫以增大排气路径403的传导能力。结果，与排气路径401相 比，气体更容易流过排气路径403。排气路径403可以用于卸载/装载衬底，并且甚至在卸 载/装载衬底期间的短时间内也可以有效地进行排气处理。
根据本发明实施例的溅射沉积设备1用于制造电子装置，例如半导体存储器、 DRAM、SRAM、非易失性存储器、MRAM、运算元件、CPU、DSP、图像输入元件、CMOS传感器、CCD、 视频输出元件、或者液晶显示装置。图9是示出用于闪存的堆叠式膜形成设备(也将简称为“堆叠式膜形成设备”)的 示意性布置的视图，所述堆叠式膜形成设备作为包括根据本发明实施例的溅射沉积设备1 的真空薄膜形成设备的示例。图9中所示的堆叠式膜形成设备包括真空传输室910，所述真 空传输室910包括真空传输机械手912。真空传输室910经由闸阀920联接到装载锁定室 911、衬底加热室913、第一 PVD (溅射)室914、第二 PVD (溅射)室915和衬底冷却室917。将解释图9中所示的堆叠式膜形成设备的操作。在用于从真空传输室910卸载待 处理的衬底/将待处理的衬底装载到真空传输室910中的装载锁定室911中设定有待处理 的衬底(硅晶片)。装载锁定室911被抽空，直到压力达到lX10_4Pa或者更小为止。通过 使用真空传输机械手912，待处理的衬底被装载到维持在1 X IO-6Pa或者更小的真空状态的 真空传输室910中，并且继而传输到期望的真空处理室。在该实施例中，首先，待处理的衬底被传输到衬底加热室913中以将其加热到 400°C。然后，待处理的衬底被传输到第一 PVD (溅射)室914以在待处理的衬底上将Al2O3 薄膜沉积到15nm的厚度。此后，待处理的衬底被传输到第二 PVD(溅射)室915以在衬底 上将TiN膜沉积到20nm的厚度。最后，待沉积的衬底被传输到衬底冷却室917以将其冷却 到室温。在所有处理结束之后，待处理的衬底返回到装载锁定室911。在干燥的氮气引入到 装载锁定室911中而达到大气压力之后，待处理的衬底从装载锁定室911卸载。在该实施例的堆叠式膜形成设备中，真空处理室的真空状态设定到IX KT6Pa或 者更小。该实施例采用磁控管溅射以沉积Al2O3膜和TiN膜。图10是举例示出基于使用根据本发明实施例的溅射沉积设备1的电子装置制造 方法的电子装置产品处理次序的流程图。在以下示例中，Ti用作设定在溅射沉积设备1中 的靶4，氩用作惰性气体，并且氮用作反应气体。在步骤Sl中，更换靶和遮蔽件，并且继而在预定的压力下抽空并控制真空室2。在 预定的压力下，在步骤S2中在靶挡板14和衬底挡板19关闭的同时开始靶清洁。靶清洁指 的是用于去除附着到靶面的杂质和氧化物的溅射。在靶清洁中，衬底保持器的高度设定成 使得衬底挡板19和衬底周边盖环21形成迷宫式密封件。该设定可以防止溅射粒子附着到 衬底保持器的衬底支撑面。可以在将衬底设定在衬底保持器上的同时执行靶清洁。在步骤S3中，主控制单元100根据经由输入装置(未示出)输入到主控制单元 100的沉积开始指令而开始沉积操作。在步骤S3中开始沉积之后，在步骤S4中执行调理。在调理中，产生放电以溅射靶 并且使溅射粒子附着到室和类似物的内壁。将更加详细地解释调理。图11是示出当使用溅射沉积设备1执行调理时的程序 的表格。更加具体地，表格示出步骤号、每个处理的时间(设定时间)、靶挡板位置(打开/ 关闭)、衬底挡板位置(打开/关闭)、靶施加功率、Ar气流量和氮气流量。这些程序存储 在存储装置63中，并且通过主控制单元100相继地执行。将参照图11说明沉积程序。首先，气体出现尖峰(spike) (SllOl)。在该步骤中， 增大室中的压力以方便接下来的等离子体点火步骤中的放电启动。作为该步骤中的条件，
11靶挡板14和衬底挡板19关闭，氮气流量是0，并且氩气流量是400sCCm。为了使接下来的 等离子体点火步骤中的点火容易，氩气流量优选地是lOOsccm或者更大。此后，执行等离子体点火步骤(S1102)。通过在维持挡板位置和气体条件的同时将 IOOOff DC功率施加到Ti靶而产生等离子体(等离子体点火)。在这些气体条件下，可以防 止在低压下容易出现的等离子体产生错误。继而执行预溅射(S1103)。在预溅射中，在维持施加到靶的功率(靶施加功率)的 同时，用于氩气的气体条件被改变到lOOsccm。通过该程序，可以在不损失等离子体的情况 下维持放电。接下来，执行调理1 (S1104)。在调理1中，在维持靶施加功率、气体流量条件和衬 底挡板19处于关闭位置的同时，打开靶挡板14。与此响应，从Ti靶溅射的粒子附着到包括 遮蔽件内壁的室内壁，用低应力的膜遮盖遮蔽件的内壁。由于可以防止溅射的膜从遮蔽件 脱落，所以能够防止产品特性由于脱落的膜在室中散射和落在装置上而导致劣化。气体再次出现尖峰(S1105)。在气体尖峰步骤中，功率停止施加到靶，氩气流量改 变到200SCCm，并且氮气流量改变到lOsccm。该氩气流量优选地高于在调理2步骤(S1108 后面将说明)中的氩气流量，例如为lOOsccm或者更高，以便帮助随后的等离子体点火步骤 中的点火。在调理2步骤(S1108:后面将说明)中，通过引入氮气根据反应溅射而沉积氮 化物膜。因此，在气体尖峰步骤中引入氮气可以有效地防止气体流量急剧变化。此后，执行等离子体点火步骤(S1106)。通过在维持挡板位置和气体流量条件的同 时将750W DC功率施加到Ti靶而产生等离子体(等离子体点火)。在这些气体条件下，可 以防止在低压下容易出现的等离子体产生错误。继而执行预溅射(S1107)。在预溅射中，在维持靶施加功率的同时，用于氩气的气 体流量条件被改变到lOsccm，并且用于氮气的气体流量条件被改变到lOsccm。通过该程 序，可以在不损失等离子体的情况下维持放电。随后，进行调理2(S1108)。在调理2中，在维持靶施加功率、气体流量条件和衬底 挡板19处于关闭位置的同时，打开靶挡板14。然后，从Ti靶溅射的粒子和氮反应气体彼此 反应。结果，氮膜附着到包括遮蔽件内壁的室内壁，抑制当处理移动到接下来的衬底沉积步 骤时室中气体状态的急剧变化。通过抑制室中气体状态的急剧变化，可以从开始就稳定地 进行接下来的衬底沉积步骤中的沉积。因此，可以显著地改进装置制造中的制造稳定性。每个程序所必需的时间被设定到最优值。在该实施例中，第一气体尖峰(SllOl) 中的时间设定到0. 1秒，等离子体点火(S1102)中的时间设定到2秒，预溅射(S1103)中的 时间设定到5秒，调理1(S1104)中的时间设定到240秒，第二气体尖峰(S1105)中的时间 设定到5秒，第二等离子体点火(S1106)中的时间设定到2秒，第二预溅射中的时间设定到 5秒，调理2(S1108)中的时间设定到180秒。可以省略第二气体尖峰步骤(S1105)、随后的等离子体点火步骤(S1106)和预溅 射步骤(S1107)。因为可以缩短调理时间，所以省略这些步骤是期望的。然而，当在产生氩 气放电的调理1步骤(S1104)之后立即执行添加氮气的调理2步骤(S1108)时，在继续放 电的同时等离子体的特性显著地改变。在瞬态中，粒子会增加。在该情况下，在调理1步骤 (S1104)与调理2步骤(S1108)之间插入包括放电和气体更换的暂时步骤的步骤(S1105、 S1106和S1107)。因此，可以进一步抑制调理期间的等离子体特性的急剧变化，减少了产生粒子的风险。应当注意到，在执行反应溅射的调理2步骤(S1108)中的条件可期望地与衬底上 的沉积的条件几乎相同(后面将说明)。通过调理2步骤(S1108)中的条件设定为与产品 制造步骤中的衬底上的沉积的条件几乎相同，可以在产品制造步骤中以较好的再现性稳定 地实现衬底上的沉积。返回参照图10，在调理(S4)之后执行包括衬底上的沉积处理的步骤S5。将参照 图10解释形成步骤S5的沉积处理的程序。首先，装载衬底(S501)。在衬底装载步骤(S501)中，闸阀42打开。衬底10通过 衬底传输机械手(未示出)和提升机构(未示出)装载到真空室2中并且放置在衬底保持 器7上的衬底支撑面上。衬底保持器7在支持衬底的同时向上运动到沉积位置。然后，气体出现尖峰(S502)。在气体尖峰步骤(S502)中，在靶挡板14和衬底挡 板19关闭的同时，分别以200sCCm和IOsccm引入氩气和氮气。在容易开始放电方面可期 望的是，此时的气体体积大于在沉积步骤(S506:后面将说明)中引入的氩气的体积。气体 尖峰步骤(S502)所耗费的时间足够长以足以确保在接下来的点火步骤(S503)中所必需的 压力，并且该时间例如是大约0. 1秒。此后，等离子体点火(S503)。在等离子体点火步骤(S503)中，通过在保持靶挡板 14和衬底挡板19关闭并且保持氩气的流量和氮气的流量未从气体尖峰步骤(S502)中的条 件发生变化的同时，将例如750W直流(DC)功率施加到靶4而在靶的溅射面附近产生放电 等离子体。等离子体点火步骤(S503)所耗费的时间足够长以足以对等离子体点火，并且该 时间例如是2秒。然后，执行预溅射(S504)。在预溅射步骤(S504)中，在保持靶挡板14和衬底挡 板19关闭的同时，氩气流量减小到例如lOsccm，并且氮气流量设定到lOsccm。此时，施加 到靶的直流(DC)功率是例如750W，并且维持放电。预溅射步骤(S504)所耗费的时间足够 长以足以为接下来的短调理做好准备，并且该时间例如是5秒。随后，执行短调理(S505)。在短调理步骤(S505)中，在保持衬底挡板19关闭、氩 气流量为IOsccm并且氮气流量为IOsccm的同时，打开靶挡板14。此时，施加到靶的直流 (DC)功率是例如750W，并且维持放电。在该短调理中，在遮蔽件或者类似物的内壁上沉积 氮化钛膜，所述氧化钛膜对于接下来在衬底上沉积的步骤(S506)中在稳定的气氛中沉积 是有效的。为了增强该效果，可期望地在与接下来的衬底上沉积的步骤(S506)中的放电条 件几乎相同的条件下，执行沉积。短调理步骤(S505)所耗费的时间比先前的调理1(S1104) 和调理2(S1108)所耗费的时间短就足够了，这是因为已经在先前的调理(S4)中调理了气 氛。短调理步骤(S505)所耗费的时间例如是约5秒至30秒。此后，通过保持氩气、氮气和直流功率从短调理步骤(S505)中的条件不发生变 化而来维持放电。在保持靶挡板14打开的同时，衬底挡板19打开以开始在衬底上沉积 (S506)。更具体地，衬底10上的沉积的条件是氩气流量为lOsccm，氮气流量为lOsccm，施 加到靶的直流功率为750W。此时，排气路径401的排气传导能力大于排气路径403的排气 传导能力，所以气体主要经由排气路径401排放。当气体主要经由排气路径401排放时，室 2中的处理空间(由遮蔽件和靶所限定的产生等离子体的空间)的排气传导能力几乎不受 衬底挡板19的打开/关闭操作的影响。因为当衬底挡板19从关闭状态改变到打开状态时挡板收纳单元23抑制从处理空间到排气装置的排气传导能力的变化，所以气体经由排气 路径401排放到排气室8。因此，通过在维持放电的同时打开衬底挡板19而在衬底上开始 沉积时，可以抑制处理空间中的压力波动时等离子体特性的变化。通过抑制压力波动时的 等离子体特性的变化，可以稳定地开始衬底上的沉积。甚至当如同在栅极堆叠的制造中在 栅极绝缘膜上形成栅电极的情况下界面特征很重要时，可以显著地改进装置制造中的装置 特性和制造稳定性。在通过停止向靶4供给功率而结束衬底上的沉积S506之后，执行衬底卸载S507。 在衬底卸载S507中，衬底保持器7向下运动，闸阀42打开，并且衬底传输机械手(未示出) 和提升机构(未示出)卸载衬底10。主控制单元100判定调理是否是必需的(S6)。在调理必需判定步骤(S6)中，主控 制单元100基于存储在存储装置63中的判定条件而判定调理是否是必需的。如果主控制 单元100判定调理是必需的，则处理返回到步骤S4以再次执行调理(S4)。如果主控制单元 100在步骤(S6)中判定调理不是必需的，则处理前进到步骤S7中的接下来的结束判定。在 步骤S7中，基于主控制单元100是否已经接收到结束信号和是否有衬底供给到用于处理的 设备，主控制单元100做出判定。如果主控制单元100判定不结束处理(S7中的“否”)，则 处理返回到步骤S501以再次执行从衬底装载(S501)经由沉积(S506)到衬底卸载(S507)。 照这样，产品衬底上的沉积处理持续用于预定的膜的数量，例如几百个膜。将解释其中在调理必需判定步骤(S6)中判定开始调理的示例。在持续地进行处 理之后，会由于例如等待产品的时间而产生待机时间。如果基于存储装置63中所存储的判 定条件而判定产生了需要调理的待机时间，则主控制单元100判定调理是必需的，并且在 步骤S4中再次执行调理。通过该调理，低应力的Ti膜或类似物可以覆盖附着到遮蔽件内 表面的高应力TiN膜或类似物的上表面。如果TiN持续地附着到遮蔽件，则因为TiN膜的 应力较高并且对遮蔽件的附着力较弱，所以膜脱落并且用作粒子。为了防止膜脱落，执行Ti 溅射。Ti膜具有对遮蔽件和TiN膜的较高的附着力，并且具有防止TiN膜脱落的效果 (壁涂料效果)。为了在整个遮蔽件上溅射，可以有效地使用衬底挡板。在根据本发明实施 例的溅射沉积设备1中，衬底挡板19和衬底周边盖环21形成迷宫式密封件。因而，可以在 未在衬底保持器的衬底支撑面上沉积溅射膜的情况下进行调理。在调理之后，再次执行沉 积处理 S5(S501 至 S507)。在用上述方式执行调理之后，重复产品处理程序，直到靶的使用寿命结束为止。进 行维修来更换遮蔽件和靶，然后处理从初始的靶清洁重复。根据这些程序，可以在防止附着到遮蔽件的膜脱落的同时，在溅射膜未附着到衬 底保持器的衬底支撑面上的情况下，制造电子装置。在该实施例中，在靶的使用寿命结束时 执行维修。甚至在用于更换遮蔽件的维修中，也进行同样的操作。在以上说明中，在产生待 机时间时开始调理。然而，调理开始条件(用于判定调理是否是必需的条件)不限于以上 示例。图12是用于解释示例性的调理开始条件(用于判定调理是否是必需的条件)的 表格。用于判定是否开始调理的条件是依据所处理衬底的总数量、所处理批次的总数量、沉 积膜的总厚度、施加到靶的电能、在更换遮蔽件之后施加到用于在遮蔽件上沉积的靶的电
14能、待机时间、以及待处理电子装置的变化的沉积条件的变化。调理开始定时可以设定到处理一批(为了方便管理制造处理所设定的一批衬底； 一批大致包括25个衬底)结束时。当待处理多批(处理批次)时，处理批次的总数量用作 判定条件。所有批次处理结束可以设定为调理开始定时(调理开始定时1、3、5、7、9和11)。 或者，当甚至在处理一批的期间满足除了与批相关的条件以外的上述判定条件之一时，处 理也可以中断以开始调理(调理开始定时2、4、6、8、10和12)。因为即使一批衬底的数量改变，调理间隔也保持相等，所以基于所处理衬底的总 数量做出判定的方法(1201)是有利的。因为当基于批次的数量进行生产控制时可以预测 调理时间，所以基于处理批次的总数量做出判定的方法(1202)是有利的。因为当膜从遮蔽件的脱落取决于膜厚度的增大时可以在适当的定时处执行调理， 所以基于由沉积设备所沉积的膜的厚度做出判定的方法(1203)是有利的。因为当靶面依 据沉积处理而改变时可以在适当的定时处执行调理，所以基于施加到靶的累积功率做出判 定的方法(1204)是有利的。因为甚至当遮蔽件更换和靶更换的周期彼此偏离时也可以在 适当的定时处执行调理，所以基于每个遮蔽件的累积功率做出判定的方法(1205)是有利 的。因为当在待机时间期间沉积室中残留气体浓度和温度改变并且会损害沉积特性时可以 在较好的状态中稳定沉积特性，所以基于待机时间做出判定的方法(1206)是有效的。因为 甚至在沉积条件改变时膜也可以稳定地沉积在衬底上，所以使用衬底上沉积的条件(产品 制造条件)的变化作为判定条件的方法(1207)是有效的。沉积条件的变化改变遮蔽件的 内壁面的状态和靶面的状态。这些变化导致取决于遮蔽件的内壁面和靶面的吸气性能的气 体成分的变化和电气性质的变化。结果，衬底上的沉积的特性在一批内改变。使用衬底上 沉积的条件(产品制造条件)的变化作为判定条件的方法(1207)具有抑制这种误差的效^ ο当对每个批次都控制生产(调理开始定时1、3、5、7、9和11)时，在批次处理之后 执行调理的方法具有防止批次处理中断的效果。中断批次处理以执行调理的方法具有在准 确的调理定时下执行调理的优点(调理开始定时2、4、6、8、10和12)。当沉积条件的变化用 作判定条件时，在批次处理之前执行调理(调理开始条件13)。图13是示出一天一次测量当使用根据本发明实施例的溅射沉积设备1执行图 10中的处理时附着到衬底的粒子数的结果的图表。横轴表示测量数据，并且纵轴表示在 300mm Φ的硅衬底中观察到的0. 09 μ m或者更大尺寸的粒子的数量。使用可从KLA-Tencor 得到的表面检查设备“SP2”(商品名称)测量粒子数。这些数据显示可以尖粒子数抑制到 非常小，小到在16天的较长时间每个衬底上有10个或者更少的粒子。虽然已经参照示例性实施例说明本发明，但应理解本发明不受所公开的示例性实 施例限制。以下权利要求的范围将与最广泛的解释一致，从而包含所有这些修改和等同结 构以及功能。该申请要求享有2008年11月28日提交的日本专利申请No. 2008-305567的优先 权，其全部内容由此通过参考包含于此。
权利要求
一种沉积设备，包括处理室，其构造成执行沉积处理；排气室，其经由排气口连接到所述处理室；排气装置，其连接到所述排气室，并且经由所述排气室抽空所述处理室；衬底保持器，其布置在所述处理室中，并且支撑衬底；沉积单元，其布置在所述处理室中，并且在衬底上沉积膜；挡板，其构造成运动到遮蔽状态或者收回状态，在所述遮蔽状态中所述挡板将所述衬底保持器和所述沉积单元彼此遮蔽，在所述收回状态中所述挡板从所述衬底保持器和所述沉积单元之间收回；驱动单元，其构造成驱动所述挡板以将所述挡板设定在所述遮蔽状态或者所述收回状态中；挡板收纳单元，其经由开口连接到所述处理室，并且将处于所述收回状态中的所述挡板收纳到所述排气室中；以及遮蔽构件，其围绕所述挡板收纳单元的开口形成，并且构造成遮盖所述排气室的排气口，其中，所述遮蔽构件在所述挡板收纳单元的开口与所述沉积单元之间的预定高度的位置处具有第一排气路径，所述第一排气路径与所述排气室的排气口连通。
2.根据权利要求1所述的沉积设备，其中，所述遮蔽构件包括第一遮蔽件和第二遮蔽 件，所述第一遮蔽件在与所述挡板收纳单元的开口相对应的位置处具有开口，并且所述第 一遮蔽件遮盖所述排气口，所述第二遮蔽件布置在所述沉积单元与所述挡板收纳单元的开 口之间的预定高度的位置处，并且所述第一遮蔽件和所述第二遮蔽件之间的间隙形成所述第一排气路径。
3.根据权利要求2所述的沉积设备，其中，所述遮蔽构件还包括第三遮蔽件，所述第三 遮蔽件布置在相对于所述挡板收纳单元的开口与所述沉积单元相对的侧上，并且所述第三 遮蔽件遮盖所述排气口，并且所述第一遮蔽件和所述第三遮蔽件之间的间隙形成第二排气路径，所述第二排气路径 与所述排气室的排气口连通。
4.根据权利要求3所述的沉积设备，其中，所述第一排气路径和所述第二排气路径具 有迷宫形状。
5.根据权利要求1所述的沉积设备，其中，所述第一遮蔽件和所述第二遮蔽件布置为 用于对所述处理室的内表面进行保护的遮蔽构件，并且所述第三遮蔽件联接到所述衬底保持器。
6.根据权利要求3或4所述的沉积设备，还包括衬底保持器驱动单元，所述衬底保持器 驱动单元使所述衬底保持器向上或者向下运动，其中，所述第二排气路径的排气传导能力能随着通过所述衬底保持器驱动单元使所述 衬底保持器进行的运动一起改变。
7.根据权利要求6所述的沉积设备，其中，在所述衬底保持器驱动单元使所述衬底保 持器向上运动到的位置处，所述第一排气路径的排气传导能力大于所述第二排气路径的排 气传导能力。
8.根据权利要求6所述的沉积设备，其中，当所述衬底保持器驱动单元使所述衬底保 持器向下运动到衬底装载到所述处理室中的位置或者运动到衬底从所述处理室卸载的位 置时，所述第二气路径的排气传导能力变得大于所述第一排气路径的排气传导能力。
9.一种使用沉积设备的电子装置制造方法，所述沉积设备包括 处理室，其构造成执行沉积处理；排气室，其经由排气口连接到所述处理室；排气装置，其连接到所述排气室，并且经由所述排气室抽空所述处理室； 衬底保持器，其布置在所述处理室中，并且支撑衬底； 沉积单元，其布置在所述处理室中；挡板，其构造成运动到遮蔽状态或者收回状态，在所述遮蔽状态中所述挡板将所述衬 底保持器和所述沉积单元彼此遮蔽，在所述收回状态中所述挡板从所述衬底保持器和所述 沉积单元之间收回；驱动单元，其构造成驱动所述挡板以将所述挡板设定在所述遮蔽状态或者所述收回状 态中；挡板收纳单元，其经由开口连接到所述处理室，并且将处于所述收回状态中的所述挡 板收纳到所述排气室中；以及遮蔽构件，其围绕所述挡板收纳单元的开口形成，并且构造成遮盖所述排气室的排气Π,所述遮蔽构件在所述挡板收纳单元的开口与所述沉积单元之间的预定高度的位置处 具有第一排气路径，所述第一排气路径与所述排气室的排气口连通，所述方法包括 第一步骤，通过所述驱动单元将所述挡板设定在所述遮蔽状态中； 第二步骤，在所述第一步骤之后在维持所述遮蔽状态的同时通过所述沉积单元沉积 膜；以及第三步骤，在所述第二步骤之后通过所述驱动单元将所述挡板设定在所述收回状态 中，并且通过所述沉积单元在由所述衬底保持器所支撑的衬底上沉积膜。
10.根据权利要求9所述的电子装置制造方法，其中，所述沉积单元包括保持靶的靶保持器。
11.根据权利要求9所述的电子装置制造方法，其中，所述沉积单元包括保持靶的靶保 持器，所述沉积设备还包括，靶挡板，所述靶挡板能够在所述靶与所述衬底之间打开/关闭，所述靶挡板的打开/关 闭位置比处于所述遮蔽状态中的所述挡板的位置更加靠近所述靶，和 靶挡板驱动单元，其驱动所述靶挡板，并且所述第二步骤包括通过所述靶挡板驱动单元打开所述靶挡板并且溅射所述靶的调理步骤。
全文摘要
一种沉积设备包括挡板收纳单元，其经由开口连接到处理室，并且将收回状态中的挡板收纳到排气室中；和遮蔽构件，其围绕挡板收纳单元的开口形成，并且遮盖排气室的排气口。遮蔽构件在挡板收纳单元的开口与沉积单元之间的预定高度的位置处具有第一排气路径，该第一排气路径与排气室的排气口连通。
文档编号H01L21/31GK101978093SQ20098010993
公开日2011年2月16日 申请日期2009年11月26日 优先权日2008年11月28日
发明者山口述夫, 真下公子, 长泽慎也 申请人:佳能安内华股份有限公司