CN101611164A

CN101611164A - 成膜设备和成膜方法

Info

Publication number: CN101611164A
Application number: CNA2007800230567A
Authority: CN
Inventors: 川又由雄
Original assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Current assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Priority date: 2006-06-22
Filing date: 2007-06-06
Publication date: 2009-12-23
Anticipated expiration: 2027-06-06
Also published as: KR20090020638A; WO2007148536A1; TW200815617A; US8137511B2; JP4321785B2; CN101611164B; US20100230273A1; JPWO2007148536A1; KR101019529B1; TWI386504B

Abstract

本发明提供了成膜设备和成膜方法，该成膜设备包括真空室；成膜对象保持部，该保持部可旋转地设在所述真空室中；和可保持多个靶的溅射源，其以可自转的方式设置，使得靶与成膜对象相对的区域可以变化。使用简单的构造根据成膜对象的尺寸可进行均匀和有效的成膜，污染可能性更小且容易维护。

Description

成膜设备和成膜方法

技术领域

本发明涉及成膜设备和成膜方法，更具体地涉及在成膜对象通过与溅射靶相对的位置时进行成膜的成膜设备，以及基于该设备的成膜方法。

背景技术

对于在成膜对象通过与溅射靶相对的位置时进行成膜的成膜设备，如果成膜对象的尺寸相对于靶较大，则膜不能在外边界侧形成，且膜厚度分布劣化。另一方面，如果成膜对象的尺寸相对于靶较小，在真空室中附着于成膜对象外的部分的膜量增大，因此成膜效率降低。此外，如果真空室中附着的物质剥落，则污染成膜对象，为了避免这种情况，需要进一步清理真空室的内部，这需要时间和精力。

专利文献1公开了在保持有靶的溅射阴极相对于基底旋转时进行溅射，或在溅射阴极停在指定的位置时在基底上进行溅射成膜指定的时间，然后旋转溅射阴极以改变其位置并再次在基底上进行溅射成膜。

然而，在专利文献1中，如其附图2所示，溅射阴极上保持一个圆形靶，但该靶的设置不能同时覆盖所有进行成膜的区域(两个基底的整个表面)。当沿着偏离其中心的轴旋转靶使得两个基底的整个表面与靶相对而在基底上进行溅射成膜，溅射阴极在成膜期间一直旋转。这还需要旋转供电线路，和用于冷却靶的冷却剂供应线路。因此，需要特殊的构造以防止这些旋转造成的绞结和断裂。

专利文献1：JP-A-2005-187830

发明内容

本发明要解决的问题

本发明提供成膜设备及成膜方法，可使用简单的构造根据成膜对象的尺寸进行均匀和有效的成膜，污染可能性较小且容易维护。

问题的解决方案

根据本发明的一方面，提供成膜设备，其包括：真空室；成膜对象保持部，该保持部可旋转地设在所述真空室中；及可保持多个靶的溅射源，其以可自转的方式设置，使得靶与成膜对象相对的区域可以变化。

根据本发明的另一方面，提供成膜设备，其包括：真空室；成膜对象保持部，该保持部可旋转地设在所述真空室中；及可保持椭圆形靶或边长不等的多边形靶的溅射源，其以可自转的方式设置，使得靶与成膜对象相对的区域可以变化。

根据本发明的另一方面，提供成膜方法，其包括：制备具有成膜对象保持部的旋转台，该旋转台可旋转地设在真空室中；制备溅射源，其可自转地设在与保持部的移动路径相对的位置，所述保持部由旋转台的旋转移动，所述溅射源保持至少两个靶；当安装在所述保持部上的成膜对象相对于靶较小时，使连接两个靶的中心的线相对于成膜对象的移动方向大致平行；当安装在所述保持部上的成膜对象相对于靶较大时，使连接两个靶的中心的线大致正交于成膜对象的移动方向；并在成膜对象上进行成膜。

根据本发明的另一方面，提供成膜方法，其包括：制备具有成膜对象保持部的旋转台，该旋转台可旋转地设在真空室中；制备溅射源，其可自转地设在与保持部的移动路径相对的位置，所述保持部由旋转台的旋转移动，所述溅射源保持椭圆形靶或边长不等的多边形靶；当安装在所述保持部上的成膜对象相对于靶较小时，使靶的纵向大致平行于成膜对象的移动方向；当安装在所述保持部上的成膜对象相对于靶较大时，使靶的纵向大致正交于成膜对象的移动方向；并在成膜对象上进行成膜。

附图说明

图1是根据本发明的第一实施方案的成膜设备的截面简图。

图2是显示该成膜设备中旋转台和溅射源之间的平面位置关系的简图。

图3与图1对应，显示在成膜对象上进行成膜的情形，该成膜对象的尺寸(直径)比图1中的小。

图4与图2对应，显示在成膜对象上进行成膜的情形，该成膜对象的尺寸(直径)比图2中的小。

图5是显示当成膜对象的尺寸(平面尺寸)相对于靶的尺寸(平面尺寸)较大时的膜厚度分布(粗实线)的简图。

图6是显示当成膜对象的尺寸(平面尺寸)相对于靶的尺寸(平面尺寸)较小时的膜厚度分布(粗实线)的简图。

图7是显示一个具体的实施例的简图，其中，溅射源上保持的多个靶的放置使得与成膜对象的外边界侧相对的靶比与成膜对象的内边界侧相对的靶更靠近成膜对象。

图8显示了当使用矩形靶时旋转台和溅射源之间的平面位置关系。

图9与图8对应，显示在成膜对象上进行成膜的情形，该成膜对象的尺寸(直径)比图8中的小。

图10是根据本发明的第二实施方案的成膜设备中的主要部分的构造的简图。

图11与图10对应，显示在成膜对象上进行成膜的情形，该成膜对象的尺寸(直径)比图10中的小。

图12是显示根据第二实施方案的成膜设备中的另一种使用实施例的简图。

图13是显示根据第二实施方案的成膜设备中的另一种使用实施例的简图。

图14是显示根据本发明的另一个实施方案的成膜设备中靶和成膜对象的放置关系的简图。

图15是显示靶相对于成膜对象的放置关系的简图，成膜对象的尺寸与图14中的不同。

图16是显示根据第一实施方案的成膜设备中靶和成膜对象的放置关系的另一个具体实施例的简图。

附图标记

2 真空室

3 气密容器

4a-4c 成膜对象

6 成膜对象保持部

8 旋转台

9a-9d 靶

11 溅射源

18 旋转台

100 膜厚度分布

110 成膜区域

120 形成无用膜(wasteful film)的区域

200 抽真空

具体实施方式

下面将参考附图描述本发明的实施方案。在附图中，相同的组件用相同的附图标记表示。

第一实施方案

图1是根据本发明的第一实施方案的成膜设备的截面简图。

根据该实施方案的成膜设备包括气密容器3，其中形成真空室2。抽真空口17形成于气密容器3的底部中心。真空室2中的压力通过连接到该抽真空口17的抽真空系统(未显示)进行抽真空200而降低。

旋转台8通过真空室2底部的旋转轴承13可旋转。旋转台8举例来说形如炸面圈(doughnut)，其中心孔位于抽真空口17上方。旋转台8响应来自马达15的旋转驱动力围绕中心C1旋转。

旋转台8包括多个沿着圆周方向的成膜对象保持部6。成膜对象4a、4b(比如半导体晶片和玻璃基底)保持在保持部6上。保持在保持部6上的成膜对象4a、4b在真空室2中借助旋转台8的旋转而沿着圆形轨道移动。

溅射源11设置于气密容器3的顶壁(顶盖)。溅射源11设有用于保持多个靶9a、9b的垫板，和用于对靶9a、9b施加电能的电极，还根据需要适当地设有磁铁和冷却装置。靶9a、9b由将要在成膜对象4a、4b上形成膜的成膜材料制成，举例来说形如圆盘。

溅射源11在与成膜对象保持部6的移动路径相对的位置以可自转的方式设置，保持部6由旋转台8的旋转移动。即，溅射源11可沿着其中心轴C2旋转。靶9a、9b面对真空室2的内部，与保持部6的移动路径和在其上保持的成膜对象4a、4b相对。靶9a、9b横跨溅射源11的旋转中心C2。应当注意，溅射源11的旋转中心可偏离其自身的中心位置，不限于位于两个靶9a、9b之间的中心位置。

应当注意，多个溅射源可沿着成膜对象保持部6的移动路径而设置。设置于一个溅射源上的靶数量可以是三个或更多。作为可选构造，多个靶可由不同的材料制成，以在成膜对象上形成复合膜，或不同材料的多层膜。

当旋转台8旋转时，保持在保持部6上的成膜对象4a、4b沿着圆形轨道移动。当成膜对象通过与溅射源11相对的位置时，通过由靶9a、9b溅射的颗粒进行成膜并附着在成膜对象上。其膜厚度分布100如附图所述。

图5显示了当成膜对象4a的尺寸(平面尺寸)，或成膜区域110，相对于靶9的尺寸(平面尺寸)较大时，膜厚度分布(粗实线)100。

如果成膜对象4a的尺寸相对于靶9较大，则不能在不与靶9相对的成膜对象4a的外边界部分形成膜，且膜厚度的面内均匀性劣化。

图6显示了当成膜对象4b的尺寸(平面尺寸)，或成膜区域110，相对于靶9的尺寸(平面尺寸)较小时，膜厚度分布(粗实线)100。

如果成膜对象4b的尺寸相对于靶9较小，形成无用膜的区域120增大。也就是说，附着于成膜对象4b外的部分的无用膜的量增大，造成靶9的使用效率差。此外，如果附着在真空室2中的物质剥落，则污染成膜对象，为防止这种情况，真空室2的内部需要进一步清理，这需要时间和精力。

如果根据成膜对象的尺寸制备具有不同尺寸的靶并用于在具有不同尺寸的成膜对象上进行成膜，则需要很多时间和精力并引起生产效率降低和成本增加。

因此，在该实施方案中，面对成膜对象的靶区域可通过旋转(rotating)(自转(spinning))溅射源11而变化。

当在具有相对较大尺寸的成膜对象4a上进行成膜时，如图2所示，连接两个靶9a、9b的中心的线b和在溅射源11下通过的成膜对象4a的移动方向a相交(举例来说，在图2中，大致相正交)。

因此，靶9a、9b还与成膜对象4a的外边界部分相对。因此，获得在图1中以虚线显示的膜厚度分布100，且在成膜对象4a上的膜厚度的面内均匀性改善。

另一方面，当在具有相对较小的尺寸的成膜对象4b上进行成膜时，如图4所示，连接两个靶9a、9b的中心的线b大致平行于在溅射源11下通过的成膜对象4b的移动方向a。

因此，与成膜对象4b的外侧相对的靶区域可得以减小。因此，如图3中的虚线所示的膜厚度分布100，附着于成膜对象4b以外的部分的无用膜可得以减小，靶的利用效率提高。这还可以防止在真空室2中由于膜附着于成膜对象4b以外的部分而造成的污染，并降低维护的频率、时间和精力。此外，成膜对象4b在靶9a、9b下移动较长的距离，且可长期与靶9a、9b相对。因此，成膜速度可增大。

应当注意，本发明不限于在图2和4中显示的情形。更具体地说，如图16所示，连接两个靶9a、9b的中心的线既不大致垂直也不大致平行于成膜对象4a的移动方向，而与其倾斜的情形同样包含在本发明的范围内。成膜对象的移动方向与连接两个靶9a、9b的中心的线之间的角度可根据成膜对象的尺寸适当地确定。随着成膜对象的尺寸变大，成膜对象的移动方向和连接两个靶9a、9b的中心的线可变为更接近正交。另一方面，随着成膜对象的尺寸变小，成膜对象的移动方向和连接两个靶9a、9b的中心的线可变为更接近平行。也就是说，对于中等尺寸的成膜对象，成膜对象的移动方向和连接两个靶9a、9b的中心的线可以既不平行也不正交。

溅射源11的旋转可在大气压下进行或在真空室2中在减压下进行，无论成膜对象是否存在于真空室2内。此外，溅射源11的旋转可手工操作进行或自动进行。

如上所述，根据该实施方案，面对成膜对象的靶区域可通过使用简单构造而变化，所述简单构造根据成膜对象的尺寸旋转(自转)具有多个靶的溅射源11。因此，不必根据成膜对象的尺寸制备多个尺寸的靶，或交换这样的靶以在具有不同尺寸的成膜对象上进行成膜。因此，可以防止生产效率降低和成本增加。

另一方面，因为旋转台8的周长沿着外边界侧比沿着内边界侧长，成膜对象在外边界侧比在内边界侧通过溅射源11下更快，成膜速度在外边界侧比在内边界侧低。即，膜厚度在外边界侧往往较薄。

为了防止这种情况，如图7所示，有利地，放置溅射源11保持的多个靶，使得与成膜对象4a的外边界侧相对的靶9b比与成膜对象4b的内边界侧相对的靶9a更接近成膜对象4a。

这增大了从靶9b溅射出的颗粒达到成膜对象4a的外边界侧的速度，如图7中的虚线所示，可以使膜厚度分布100在整个内边界侧和外边界侧均匀。

可选地，可使施加在靶9a、9b上的电能对于各个靶是可控制的，使得施加在与成膜对象4a的外边界侧相对的靶9b上的电能高于施加在与成膜对象4a的内边界侧相对的靶9a上的电能，从而实现膜厚度的面内均匀性。

当使靶和成膜对象之间的距离在内边界侧和外边界侧上不同以实现膜厚度的面内均匀性时，施加在两个靶9a、9b上的电能不需要分别变化，但在施加在两个靶9a、9b上的电能保持相同的条件下，膜厚度的面内均匀性可以改善。因此，用于制造的方法设置可以统一，且耗尽靶的使用寿命的时间可得以均衡。因此，生产管理也可得以有利地简化。

下面，图8显示了当使用例如矩形靶9c时，旋转台8和溅射源11之间的平面位置关系。

在附图8和9中显示的实施例中，上述旋转溅射源11上保持的靶是例如具有矩形平面形状的靶9c。溅射源11上仅保持单个矩形靶9c。

同样在该实施例中，面对成膜对象的靶区域可通过旋转(自转)溅射源11而变化。

当在具有相对较大尺寸的成膜对象4a上进行成膜时，如图8所示，靶9c的纵向与通过溅射源11下的成膜对象4a的移动方向a大致正交。因此，靶9c还与成膜对象4a的外边界部分相对。因此，成膜对象4a上的膜厚度的面内均匀性改善。

当在具有相对较小的尺寸的成膜对象4b上进行成膜时，如图9所示，靶9c的纵向和通过溅射源11下的成膜对象4b的移动方向a大致平行。因此，和成膜对象4b的外侧相对的靶区域减少。因此，附着于成膜对象4b以外的部分的无用膜减少，靶的利用效率提高。这还可以防止在真空室2中由于膜附着于成膜对象4b以外的部分而造成的污染，并降低维护的频率、时间和精力。此外，成膜对象4b在靶9a、9b下移动较长的距离且可长期和靶9a、9b相对。因此，可增大成膜速度。

在该实施例中靶的平面形状不限于矩形。边长不等的多边形，或椭圆也可以使面对成膜对象的靶区域随着溅射源11的旋转(自转)而变化。

同样在该实施例中，靶9c的纵向不限于图8和9中显示的情形。更具体地说，靶9c的纵向与成膜对象4b的移动方向a既不大致垂直也不大致平行，而与其倾斜的情形同样包含在本发明的范围内。靶9c的纵向和线a之间的角度可根据成膜对象4b的尺寸适当地确定。随着成膜对象4b的尺寸变大，靶9c的纵向和线a可变为接近正交。另一方面，随着成膜对象4b的尺寸变小，靶9c的纵向和线a可变为更接近平行。也就是说，对于中等尺寸的成膜对象4b，靶9c的纵向和线a可以既不平行也不正交。此外，溅射源11的自转中心可偏离其自身的中心位置，而不限于位于靶9c的中心位置。

第二实施方案

图10和11是根据本发明的第二实施方案的成膜设备中的主要部分的构造的简图。

该实施方案使用设置为围绕中心轴C1旋转的鼓状旋转台18，而中心轴C1大致和竖直方向平行。成膜对象4、4c的保持部设置于该旋转台18的侧表面。同样在该实施方案中，当旋转台18旋转时，成膜对象4、4c沿着圆形轨道移动。举例来说具有矩形平面形状的靶9d和移动路径相对。和上述实施方案一样，靶9d保持在溅射源(未显示)上，而溅射源在与成膜对象的移动路径相对的位置上可旋转。应当注意，旋转台18的形状不限于多边形鼓，也可以是圆形鼓。

同样在该实施例中，面对成膜对象的靶区域可通过旋转(自转)溅射源而变化。

例如，如图10所示，当多个成膜对象4竖直地设置，并保持在旋转台18的侧表面上时，靶9d的纵向沿着竖直方向，成膜对象4设置在竖直方向上。因此，靶9d和所有垂直设置的多个成膜对象4相对。因此，当旋转台的侧表面(保持部)通过和靶相对的位置时，多个成膜对象4可同时进行成膜，则效率提高。

另一方面，如图11所示，例如，当在保持在旋转台的侧表面(保持部)上的矩形成膜对象4c(其纵向水平且宽度方向竖直)上进行成膜时，靶9d的纵向和宽度方向分别沿着成膜对象4c的纵向和宽度方向取向。因此，成膜对象4c的整个成膜区域可以和靶9d相对，以实现膜厚度的面内均匀性。此外，和成膜对象4c的外侧相对的靶区域可减小。因此，附着于成膜对象4c以外的部分的无用膜可以减少，靶的利用效率提高。

应当注意，在使用鼓状旋转台18的该实施方案中，多个溅射源可以和成膜对象的移动路径相对。此外，多个靶可保持在一个溅射源上。

此外，保持在鼓侧表面上的成膜对象的数量可以是一个。就具有相对较小的尺寸的成膜对象4b而言，如图12所示，矩形靶9d的纵向可大致平行于成膜对象4b的移动方向以提高成膜速度。就具有相对较大的尺寸的成膜对象4a而言，如图13所示，矩形靶9d的纵向可大致正交于成膜对象4b的移动方向，以改善膜的面内均匀性。

此外，成膜对象可以以可自转的方式设置于溅射源下方。如图14所示，就具有相对较大尺寸的成膜对象4d而言，两个靶9a、9b可沿着成膜对象4d的径向排列，并和其相对以改善膜的面内均匀性。如图15所示，就具有相对较小尺寸的成膜对象4e而言，两个靶9a、9b可沿着成膜对象4e的切线方向排列以提高成膜速度。应当注意，成膜对象4d、4e的自转中心可位于其自身中心，或位于偏离其自身中心的位置。

工业实用性

根据本发明，提供了成膜设备及其成膜方法，其可使用简单的构造根据成膜对象的尺寸进行均匀和有效的成膜，污染可能性更小且容易维护。

Claims

1.成膜设备，其包含：

真空室；

成膜对象保持部，该保持部可旋转地设在所述真空室中；和

可保持多个靶的溅射源，该溅射源以可自转的方式设置，使得所述靶与成膜对象相对的区域可以变化。

2.权利要求1的成膜设备，其中所述溅射源上保持的至少一个靶与所述保持部之间的距离可以变化。

3.权利要求1或2的成膜设备，其中施加于溅射源上保持的多个靶的电能对于各个靶是可控制的。

4.成膜设备，其包含：

真空室；

成膜对象保持部，该保持部可旋转地设在所述真空室中；和

可保持椭圆形靶或边长不等的多边形靶的溅射源，该溅射源以可自转的方式设置，使得靶与成膜对象相对的区域可以变化。

5.成膜方法，其包括：

制备具有成膜对象保持部的旋转台，该旋转台可旋转地设在真空室中；

制备溅射源，其可自转地设在与保持部的移动路径相对的位置，所述保持部由旋转台的旋转移动，所述溅射源保持至少两个靶；

当安装在所述保持部上的成膜对象相对于靶较小时，使连接两个靶的中心的线大致平行于成膜对象的移动方向；

当安装在所述保持部上的成膜对象相对于靶较大时，使连接两个靶的中心的线大致正交于成膜对象的移动方向；并

在成膜对象上进行成膜。

6.成膜方法，其包括：

制备溅射源，其可自转地设在与保持部的移动路径相对的位置，所述保持部由旋转台的旋转移动，所述溅射源保持椭圆形靶或边长不等的多边形靶；

当安装在所述保持部上的成膜对象相对于靶较小时，使靶的纵向大致平行于成膜对象的移动方向；

当安装在所述保持部上的成膜对象相对于靶较大时，使靶的纵向大致正交于成膜对象的移动方向；并

在成膜对象上进行成膜。