溅射装置及成膜方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种在溅射烧结靶并成膜时，衬底面内薄膜厚度分布良好成膜的溅射装置。溅射装置(SM)具有：真空室(1)，其具有烧结原料粉末而成的靶(31)；磁铁单元(4)，靶不可旋转地安装在真空室中，所述磁铁单元具有配置在靶上方的同一平面内的磁铁(41，42)并使贯通靶的漏磁场多集中在溅射面上发挥作用；旋转轴(44)，其配置在穿过靶中心的中心线(CI)上并与磁铁单元连接；以及驱动电机(45)，其旋转驱动旋转轴，使磁铁单元旋转以便漏磁场对于溅射面的作用区域在以靶中心为中心的虚拟圆周上旋转；溅射装置还具有倾斜装置(5)，其使旋转轴相对于中心线倾斜以便根据原料粉末烧结时靶的密度分布使各磁铁相对于靶的上表面接近、远离。

Sputtering Device and Film Forming Method

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】溅射装置及成膜方法
本专利技术涉及一种溅射装置及成膜方法，具体而言，涉及一种适用于通过烧结靶的溅射而成膜的方法。
技术介绍
对于大容量的半导体器件，已知有纵向层积存储单元而成的3D(三维)-NAND闪存。在3D-NAND闪存的制造工序中，例如有形成氧化铝膜作为蚀刻阻挡层的工序(例如参照专利文献1)。通常，使用溅射装置形成这样的氧化铝膜，作为这样的溅射装置，使用的是使配置在朝向靶的溅射面一侧的磁铁单元以靶中心为旋转中心进行旋转的磁控管式装置。再有，一般使用烧结氧化铝粉末而成的靶作为溅射装置用靶。此处，如上所述，当使用具有将原料粉末烧结而成的靶的溅射装置溅射该靶并在衬底表面成膜时，发现会在衬底面内局部产生薄膜厚度变薄的区域。由于这种薄膜厚度薄的区域的存在会妨碍提高薄膜厚度分布的均匀性，因此需要尽量抑制产生这样的区域。因此，本申请的专利技术人等经过反复深入研究，得知在烧结原料粉末制造了靶时，由于制造上的某些原因导致在靶面内局部产生密度低的区域，由此，导致在溅射靶时，在密度较低的区域上的溅射率(每单位时间内从靶表面飞散的溅射粒子的量)局部降低。现有技术文献专利文献【专利文献1】专利公开2016－25141号公报
技术实现思路
专利技术要解决的技术问题本专利技术是基于上述认识而创造的专利技术，其目的是提供一种在使用烧结靶并溅射该烧结靶成膜时，衬底面内的薄膜厚度分布可良好地成膜的溅射装置及成膜方法。解决技术问题的手段为解决上述技术问题，本专利技术的溅射装置，其具有：真空室，其具有烧结原料粉末而成的靶；磁铁单元，以因溅射而被侵蚀的靶面作为溅射面，以靶的厚度方向作为上下方向，以溅射面朝向下方的姿态将靶不可旋转地安装在真空室中，所述磁铁单元具有配置在靶上方的同一平面内的多个磁铁并使贯通靶的漏磁场集中在溅射面上发挥作用；旋转轴，其配置在穿过靶中心的中心线上并与磁铁单元连接；以及驱动电机，其旋转驱动旋转轴使磁铁单元旋转，以便漏磁场对于溅射面的作用区域在以靶中心为中心的虚拟圆周上旋转；所述溅射装置的特征在于：还具有倾斜装置，其使旋转轴相对于中心线倾斜以便根据原料粉末烧结时靶的密度分布使各磁铁相对于靶的上表面接近、远离。采用本专利技术，即使由于制造上的某些原因在靶面内局部存在密度低的区域，也可通过使旋转轴相对于中心线倾斜，在磁铁通过密度低的区域上方时，使磁铁和靶之间的距离较短，在通过除此之外的区域上方时，使磁铁和靶之间的距离较长，根据靶的密度使作用在靶上的漏磁场的强度变化，从而使磁铁单元在虚拟圆周上旋转时，其在周方向整体上的溅射率大致均等。其结果是在溅射烧结靶并在衬底表面成膜时，可进一步提高其衬底面内的薄膜厚度分布的均匀性。此外，在局部改变作用在靶上的漏磁场的强度时，也可考虑适当设置所谓的磁分流器，但无法简单地通过目视等判断出靶中哪个区域是密度低的区域，因此是不现实的。在本专利技术中，所述倾斜装置具有：底板，其具有所述旋转轴插通的中央开口；倾斜板，其支撑从底板向上方突出的旋转轴的上部；至少三个倾斜轴，其在周方向上留出间隔地竖直设置在倾斜板的下表面上；以及驱动单元，其经设置在底板上的各倾斜轴使倾斜板相对于中心线倾斜；驱动单元具有：带倾斜面的第一块，其设置在底板上并通过致动器沿底板自由移动；第二块，其随着第一块的移动而沿着其倾斜面移动从而在上下方上移位；以及接收部，其设置在第二块上并摆动自如地接收倾斜轴的下端；也可以采用这样的构造，即任意一个接收部通过伴随另一第二块在上下方向上移位的反作用力在一方向上移动，从而倾斜轴摆动。由此，当通过第一块的移动而使第二块在上方或下方移动时，通过倾斜轴摆动使倾斜板倾斜，相应地旋转轴也相对于中心线倾斜。如果在此状态下使磁铁单元围绕旋转轴旋转，则可实现例如在磁铁通过密度低的区域上方时，使磁铁和靶之间的距离较短，在磁铁通过除此之外的区域上方时，使磁铁和靶之间的距离较长的结构。再有，为解决上述问题，本专利技术的成膜方法，是一种在真空室内配置烧结原料粉末而成的靶和被处理衬底，向真空室内导入溅射气体，向靶施加电力并溅射靶，使从靶飞散的溅射粒子附着、堆积在被处理衬底表面形成薄膜的成膜方法，其特征在于，以因溅射而被侵蚀的靶的面作为溅射面，以靶的厚度方向作为上下方向，以溅射面朝向的方向为下，通过具有配置在靶上方的同一平面内的多个磁铁的磁铁单元使贯通靶的漏磁场集中在溅射面并发挥作用，在溅射成膜过程中，使磁铁单元以配置在通过靶中心的中心线上的旋转轴为中心旋转，以使漏磁场相对于溅射面的作用区域在以靶中心为中心的虚拟圆周上旋转；所述成膜方法的特征在于，包括：在成膜溅射前取得靶的密度分布的工序；使旋转轴相对于中心线倾斜以使得靶的密度低的区域与磁铁之间的距离较短，除此之外的区域与磁铁之间的距离较长。此时，所述靶的密度分布可基于在被处理衬底表面形成的薄膜的薄膜厚度分布计算。附图说明图1是示出本专利技术的实施方式的溅射装置的剖视示意图。图2是示出旋转轴相对于中心线倾斜的状态下的溅射装置的剖视示意图。图3是示出图2所示的倾斜装置的俯视剖视图。图4(a)是驱动单元的俯视图，(b)是驱动单元的正视图，(c)是驱动单元的后视图，以及(d)是沿图4(a)所示的A－A线的剖视图。图5是说明旋转轴相对于中心线倾斜动作的示意图。具体实施方式下面参照附图以被处理衬底W作为硅衬底(下称“衬底W”)，靶由原料粉末烧结而成的氧化铝制成，以在衬底W表面形成作为绝缘膜的氧化铝膜的情况为例，对本专利技术的实施方式的成膜方法及溅射装置进行说明。以下以图1所示的姿态进行成膜，上、下等表示方向的用语以图1为基准。参照图1，SM是磁控管式的溅射装置，该溅射装置SM具有划分处理室10的真空室1。真空室1的侧壁上连接导入溅射气体的气管11，气管11通过质量流量控制器12与气源13连通。作为溅射气体，除氩气等稀有气体之外，在进行反应性溅射时，包括氧气或水蒸汽等反应性气体。真空室1的侧壁上连接有排气管14，排气管14与由涡轮分子泵或旋转泵等构成的真空排气装置P连通，将处理室10抽真空到规定压力后，当向处理室10内导入通过质量流量控制器12控制流量的溅射气体时，处理室10的压力保持为大致恒定。在真空室1的下部间隔绝缘部件I1配置有台架2。台架2具有省略图示的公知的静电卡盘，通过从卡盘电源向静电卡盘的电极施加卡盘电压，可使衬底W以其成膜面朝上地吸附保持在台架2上。真空室1的上部安装有靶组件3。靶组件3由靶31和背板32构成，背板32通过铟等接合材料(省略图示)接合在靶31的上表面，以靶31的溅射面31a朝向下方的姿态，通过绝缘部件I2将背板32的周边部安装在真空室1的上部。此外，由于靶31的制造方法本身可采用公知技术，因此，此处省略详细说明。再有，可在背板32上形成冷媒循环通道32a，在溅射成膜过程中冷却靶31。靶31上经背板32连接有作为溅射电源E的高频电源的输出，可在靶31上施加高频电力。此外，溅射电源E根据靶31的种类适当选择，可使用直流电源或直流脉冲电压等。在靶组件3的上方配置磁铁单元4，使漏磁场局部作用在靶31的溅射面31a的下方，在溅射成膜过程中，捕捉在溅射面31a下方电离的电子等并可有效地使从靶31飞散的溅射粒子离子化。磁铁单元4具有：圆盘状的磁轭41；多个第一磁铁42，其环形排列设置在磁轭41的下本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种溅射装置，其具有：真空室，其具有烧结原料粉末而成的靶；磁铁单元，以因溅射而被侵蚀的靶面作为溅射面，以靶的厚度方向作为上下方向，以溅射面朝向下方的姿态将靶不可旋转地安装在真空室中，所述磁铁单元具有配置在靶上方的同一平面内的多个磁铁并使贯通靶的漏磁场集中在溅射面上发挥作用；旋转轴，其配置在穿过靶中心的中心线上并与磁铁单元连接；以及驱动电机，其旋转驱动旋转轴，使磁铁单元旋转以便漏磁场对于溅射面的作用区域在以靶中心为中心的虚拟圆周上旋转；所述溅射装置的特征在于：还具有倾斜装置，其使旋转轴相对于中心线倾斜以便根据原料粉末烧结时靶的密度分布使各磁铁相对于靶的上表面接近、远离。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.11.01 JP 2017-2121881.一种溅射装置，其具有：真空室，其具有烧结原料粉末而成的靶；磁铁单元，以因溅射而被侵蚀的靶面作为溅射面，以靶的厚度方向作为上下方向，以溅射面朝向下方的姿态将靶不可旋转地安装在真空室中，所述磁铁单元具有配置在靶上方的同一平面内的多个磁铁并使贯通靶的漏磁场集中在溅射面上发挥作用；旋转轴，其配置在穿过靶中心的中心线上并与磁铁单元连接；以及驱动电机，其旋转驱动旋转轴，使磁铁单元旋转以便漏磁场对于溅射面的作用区域在以靶中心为中心的虚拟圆周上旋转；所述溅射装置的特征在于：还具有倾斜装置，其使旋转轴相对于中心线倾斜以便根据原料粉末烧结时靶的密度分布使各磁铁相对于靶的上表面接近、远离。2.根据权利要求1所述的倾斜装置，其特征在于，具有：底板，其具有所述旋转轴插通的中央开口；倾斜板，其支撑从底板向上方突出的旋转轴的上部；至少三个倾斜轴，其在周方向上留出间隔地竖直设置在倾斜板的下表面上；以及驱动单元，其经设置在底板上的各倾斜轴使倾斜板相对于中心线倾斜；驱动单元具有：带倾斜面的第一块，其设置在底板上并通过致动器沿底板自...

【专利技术属性】
技术研发人员：中村真也，田代征仁，
申请(专利权)人：株式会社爱发科，
类型：发明
国别省市：日本,JP