阴极单元及具有该阴极单元的溅射装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种阴极单元及具有该阴极单元的溅射装置，该阴极装置可在整个基板面上针对高纵横比的各个微孔被覆性良好地成膜，该阴极单元具有结构简单和制造成本低的特点。该阴极单元包括一托架（３），托架的一侧表面上形成有至少一个凹部（４）；具有底部为筒状的靶部件（５），该靶部件从其底部一侧装入与其分别对应的凹部中；以及，磁场发生装置（７），其组装为在该靶部件的内部空间中产生磁场。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及在处理基板表面上成膜时使用的阴极单元以及具有该阴极单元的溅射装置。
技术介绍
多年来，在制作半导体器件的成膜工序中一直使用溅射装置，在这种溅射装置之 中，随着近年来的布线图形的细微化，针对高纵横尺寸比的微孔，强烈要求在整个处理基板 的表面成膜具有良好的被覆性，即强烈要求提高敷层质量。在上述溅射装置中，通常采用在靶的后方(溅蚀面的反面一侧)设置交替改变极 性由多块磁铁构成的磁铁组件，利用该磁铁组件使之在靶的前方(溅蚀面一侧)产生隧道 形的磁场，捕捉靶前方电离的电子以及由溅射生成的次级电子，通过提高靶前方的电子密 度来提高等离子密度。众所周知，这种溅射装置存在以下问题在溅射靶上受到上述磁场影响的区域内 溅射靶优先溅射。因此，从放电的稳定性及提高靶的使用效率的角度考虑，若上述区域位于 靶中央附近，则溅射时的靶的被溅蚀量大多集中在中央附近。这种情况下，在基板的外缘， 从靶上溅射出的靶材颗粒(例如金属颗粒，下文称之为“溅射颗粒”)是以倾斜的角度入射 并附着的，其结果是当用于上述用途的成膜时，尤其是在基板的外缘出现了敷层的非对称 性。专利文献1中公开了一种可解决该问题的多阴极单元，其在真空室内放置基板的 载物台上方设置了与载物台表面基本平行的第1溅射靶，同时在载物台的斜上方，相对于 载物台表面倾斜设置了第2溅射靶。然而，若将上述专利文献1所述的多阴极单元设置于真空室内，必然导致装置结 构复杂化，此外，还需要设置与靶数量相对应的溅射电源以及磁铁组等，由于部件数量增 加，因而存在成本加大的问题。专利文献1 特开2008-47661号公报
技术实现思路
鉴于上述问题，本专利技术的目的是提供一种阴极单元以及设置有该阴极单元的溅射 装置，该溅射装置可在整个基板面上针对高纵横比的各个微孔被覆性良好地成膜，该装置 结构简单，且成本低。为了解决上述问题，本专利技术的阴极单元具有下述构成一托架，该托架的一侧表面 上形成有至少一个凹部；具有底部的筒状靶部件，该靶部件从其底部一侧装入与各自相对 应的凹部中；以及，磁场发生装置，其组装为在所述靶部件的内部空间中产生磁场。若采用本专利技术，把该阴极单元安装到溅射装置的真空室内，把该真空室抽真空后， 导入稀有气体等溅射气体，一给前述阴极单元外加例如规定的负电位，即在从阴极单元前 方空间到靶部件的内部空间内发生辉光放电，利用磁场发生装置产生的磁场可将等离子封3闭进靶部件的内部空间中(尤其容易封闭溅射产生的次级电子)，若在该状态下停止导入 溅射气体，就会在靶部件的内部空间内产生低压力条件下的自我放电。并且，等离子中的溅 射气体离子等撞击靶的内壁产生溅射，该溅射产生的溅射微粒及溅射微粒的离子从靶部件 的开口飞出，强有力地径直朝阴极单元前方的空间飞去。因此，如果在真空室内与靶相对的位置上设置基板，就能以极高的膜厚均勻性在 与靶部件的开口相对的部分及其周边区域上成膜。也就是说，以倾斜角度入射并附着在基 板表面的情况得到抑制。其结果是若在制作半导体器件的工序中使用本专利技术的溅射装置， 即便是高纵横比的微孔，仍可被覆性良好地成膜。而要想使靶部件内部有效地持续自我放 电，最好使之以500高斯以上的磁场强度产生磁场。此外，在本专利技术中，前述凹部在前述托架上呈同样的口径以及规定的间隔的形态 设置，前述磁场发生装置是在连接彼此相邻的各凹部的中心的线上沿该凹部的深度方向设 置的棒状磁铁，若采用在前述托架的与形成前述凹部的表面相反的表面上开设可收容前述 磁铁的收容孔的结构，就可在整个基板面上针对高纵横比的微孔被覆性良好地成膜，也就 是说，通过解决敷层的非对称性问题，即可提高面内的均勻性，而且仅仅靠把靶部件及磁铁 插设在托架的凹部及收容孔内就可简单地组装出阴极单元。另一方面，也可采用下述结构，前述凹部在前述托架的整个表面上呈同样的口径 和规定间隔的形态设置，前述磁场发生装置是围绕在各凹部周围的环形磁铁，在前述托架 的与形成前述凹部的表面相反的表面上开设形成可收容前述磁铁的环形的收容槽。而如果将前述各磁铁安装在一个整体的支持板上，就可在该支持板和托架的与形 成前述凹部的表面相反的表面接合时，使各磁铁插设在前述收容孔或收容槽内，使其设置 到前述凹部周围，就能更加简单地组装出阴极单元。还有，为了解决上述问题，本专利技术的溅射装置设置有权利要求1 4中的任一项所 述的阴极单元；内部设置有前述阴极单元的真空室；将规定的溅射气体导入前述真空室内 的气体导入装置；以及，给前述阴极单元提供电力的溅射电源。若采用本专利技术，由于不必像现用技术那样在溅射装置自身内设置多个阴极单元， 利用一个阴极单元就能以极好的膜厚均勻性成膜，与为了使用多个阴极单元而改变装置结 构时相比，结构简单，此外还可降低装置的制造成本。在此情况下，如果采用以下构成在连接前述阴极单元和基板的基准轴周围设置 绕在真空室壁面上的线圈，以及设置可给各线圈通电的电源装置，就可通过给线圈通电，使 等间隔且垂直的磁力线穿过阴极单元及整个基板，产生垂直磁场，如果在该状态下成膜，从 靶部件上溅射出的溅射微粒因上述垂直磁场而改变其方向，以相对于基板更加垂直的方向 入射并附着。其结果是若在制作半导体器件的成膜工序中使用本专利技术的溅射装置，即便是 针对高纵横比的微孔仍可在整个基板上更加被覆性良好地成膜。具体实施例方式下面参照附图说明根据本专利技术的一种实施方式的设置有阴极单元的溅射装置。正 如图1所示，该溅射装置1具有可在其内部形成真空气氛的真空室2，在真空室2的顶部安 装一阴极单元C。下文的说明中将真空室2的顶部一侧定义为“上”侧，将其底部一侧定义 为“下”侧。正如图2及图3所示，该阴极单元c具有圆盘形的托架3，其采用导电材料，例如采 用与后述的靶部件相同的材料制作。该托架3的底面上以相同的开口面积形成多个横截面 为圆形的向托架内部凹陷的凹部4。在本实施方式中，首先在托架3的中心Cp的位置上形 成一个与之同心的凹部4，再以该凹部4为基准，在其周围的一个假想圆周Vc上形成等间隔 设置的六个凹部4。接着再以该假想圆周Vc上的各个直径相同的凹部4为基准，在各自周 围的与假象圆周Vc具有相同直径的假想圆周上形成包括位于中心处的凹部在内的六个等 间隔配置的凹部4。以这种方式，直至托架径向外侧无法形成凹部4时为止，这样即可在托 架3的整个下面密集形成多个凹部4。各凹部4的开口面积可在直径为20 60mm的范围内设定，与之相对应，托架3的 底面面积可根据使在径向上位于托架3最外侧的凹部4的中心在径向上位于基板w的外周 边内侧的要求来确定尺寸。此外，各凹部4彼此间的径向间隔可设置为大于后述的圆筒形 磁铁的直径，且在托架3的强度可以保持整体结构的范围内设定。各凹部4内可插设靶部 件5。靶部件5可选择使用与将在待处理基板W上形成的薄膜成分相对应的材料制作， 例如Cu、Ti或者Ta等，该靶部件5呈具有底部的筒状外形，以使其内部存在放电用的空间 fe。该靶部件5可以从其底部一侧以灵活装卸的方式配合安装于各个凹部4中。此时，靶 部件5的长度使得其底面与托架3的底面平齐。此外，将靶配合到托架3的各个凹部4中 之后，可在托架3的底面上安装开口面积比靶部件5的开口面积小的罩盖(未图示)，以防 把阴极单元c安装到真空室2的顶部时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种阴极单元，其特征在于包括：　　一托架，所述托架的一侧表面上形成有至少一个凹部；具有底部的筒状靶部件，所述靶部件从其底部一侧装入与其分别对应的凹部中；以及，磁场发生装置，其组装为在所述靶部件的内部空间中产生磁场。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：森本直树，
申请(专利权)人：株式会社爱发科，
类型：发明
国别省市：JP