CN102770578B - 成膜装置以及成膜方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种成膜装置，包括：腔室，在内部配置基板；靶，配置于腔室内，且包含用于形成覆膜的材料；基板支撑台，配置于腔室的内部；驱动单元，用于使基板支撑台旋转；溅射阴极，用于使溅射粒子从倾斜方向向基板入射；以及控制装置，用于规定旋转周期以使形成所希望膜厚的覆膜所需要的溅射成膜时间为基板支撑台的旋转周期的整数倍，并对驱动单元进行控制。

Description

成膜装置以及成膜方法
技术领域
本发明涉及用于在基板的表面形成覆膜的成膜装置以及成膜方法，特别是涉及设置有多个溅射阴极的成膜装置以及采用了该装置的成膜方法。
本申请针对2010年6月30日申请的特愿2010-149321号主张优先权，在此援用其内容。
背景技术
以往，在例如半导体器件制作过程中的成膜工序中，使用采用了溅射法的成膜装置（以下称为“溅射装置”）。而在这些溅射装置中，作为在同一装置内能够不打破真空而连续进行成膜及多靶溅射的溅射装置，又已知一种多靶溅射装置。多靶溅射装置是设置有多个溅射阴极的溅射装置，所述多个溅射阴极分别具有与处理基板相对置且根据欲在处理基板表面形成的薄膜的组成而制成的靶，所述处理基板配置于能够保持为规定的真空度的真空腔室内。
在多靶溅射装置中，由于是使溅射粒子从倾斜方向向基板方向入射，因而为了提高基板表面上的膜厚均匀性，已知一种在使基板及支撑基板的基板支撑台旋转的同时进行成膜的方法（参考例如专利文献1）。
另外，在近年来的溅射装置中，为了提高溅射性能而谋求增加溅射时的接通功率。由此，能够以更短时间成膜，从而能够实现生产能力的提高。
专利文献1：日本特开2007-321238号公报
但是，在这种用途的溅射装置中，在LED、光学膜等的成膜工序中，所要求的膜厚日益变薄，并且强烈要求能够以良好的膜厚均匀性来进行成膜。
在采用如上所述的使基板旋转的类型时，为了进一步提高膜厚均匀性，成膜时间优选为相对于基板的旋转周期足够长。但是，伴随着薄膜化以及接通功率的增加，成膜时间被缩短，因此存在成膜时间相对于基板的旋转周期日益变得不充分的问题。
例如，假设基板的旋转周期为1秒（60rpm），与此相对，溅射成膜时间为1.5秒，则在溅射成膜时间内，基板会旋转一圈半。此时，在1.5秒的溅射成膜时间之中，最后的0.5秒成为造成膜厚不均匀的主要原因，膜厚分布受到较大损害。换言之，由于在溅射成膜时间1.5秒内，基板旋转了540°，因此在相对于一圈360°的多余圈（180°）中，形成了不均匀的膜厚。
对于这个问题，考虑有通过进一步加快旋转速度来改善膜厚分布的方法。然而，存在因加快旋转速度而引起成膜装置功耗增加及旋转装置寿命缩短的问题。
另外，在与生产能力直接相联系的每一片基板的处理室停留时间中，不仅包含溅射成膜时间，而且包含在基板支撑台上放置基板后使基板的旋转速度加速至规定的旋转速度的时间以及使基板的旋转速度减速的时间。如果想要加快旋转速度，则加速时间和减速时间也会变长，因此存在生产能力恶化的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种成膜装置以及成膜方法，能够实现膜厚均匀化，在抑制溅射时的功耗的同时，实现用于使基板支撑台旋转的驱动单元的寿命增加，并且能够以更短时间进行溅射。
为了达到上述目的，本发明提供了以下手段。
本发明的成膜装置，其特征在于，包括：腔室，在内部配置基板，所述基板适于通过溅射成膜来形成覆膜；靶，配置于所述腔室内，且包含用于形成所述覆膜的材料；基板支撑台，配置于所述腔室的内部；驱动单元，用于使所述基板支撑台旋转；溅射阴极，安装有所述靶，且用于使溅射粒子从倾斜方向向所述基板支撑台上的基板入射；以及控制装置，用于规定旋转周期以使溅射成膜时间为所述基板支撑台的旋转周期的整数倍，并对所述驱动单元进行控制，所述溅射成膜时间为形成所希望膜厚的覆膜所需要的溅射成膜时间，且为所述支撑台以规定的旋转周期进行旋转的溅射成膜时间。
另外，所述控制装置优选为，在进行设定以使在直到所述基板支撑台的旋转周期成为规定的旋转周期为止的加速过程中与成膜结束后的减速过程中的加速时间与减速时间相等，且加速时间和减速时间为所述旋转周期的整数倍之后，控制所述驱动单元以使在所述加速过程中和减速过程中也进行溅射成膜。
本发明的成膜方法是采用成膜装置的成膜方法，所述成膜装置包括：腔室，在内部配置基板，所述基板适于通过溅射成膜来形成覆膜；靶，配置于所述腔室内，且包含用于形成所述覆膜的材料；基板支撑台，配置于所述腔室的内部；驱动单元，用于使所述基板支撑台旋转；以及溅射阴极，安装有所述靶，且用于使溅射粒子从倾斜方向向所述基板支撑台上的基板入射，其特征在于，规定旋转周期以使溅射成膜时间为所述基板支撑台的旋转周期的整数倍，并对所述驱动单元进行控制，所述溅射成膜时间为形成所希望膜厚的覆膜所需要的溅射成膜时间，且为所述支撑台以规定的旋转周期进行旋转的溅射成膜时间。
另外，所述成膜方法优选为，设定最长旋转周期，规定旋转周期以使所述旋转周期不长于所述最长旋转周期。
另外，所述成膜方法优选为，在进行设定以使在直到所述基板支撑台的旋转周期成为规定的旋转周期为止的加速过程中与成膜结束后的减速过程中的加速时间与减速时间相等，且加速时间和减速时间为所述旋转周期的整数倍之后，在所述加速过程中和减速过程中也进行溅射成膜。
根据本发明，通过设为在具有溅射阴极的成膜装置中包含控制装置的结构，从而能够使膜厚分布更加均匀，其中，所述溅射阴极安装有靶，且用于使溅射粒子从倾斜方向向基板支撑台上的基板入射，所述控制装置用于规定旋转周期以使形成所希望膜厚的覆膜所需要的溅射成膜时间为基板支撑台的旋转周期的整数倍，并对基板支撑台的驱动单元进行控制。
另外，由于基板支撑台的旋转速度将会降低，因此功耗得到抑制，从而能够延长装置的寿命。
另外，通过在直到基板支撑台的旋转周期成为规定的旋转周期为止的加速过程中以及成膜结束后的减速过程中也进行溅射成膜，从而能够进一步缩短成膜时间。
附图说明
图1是本发明的成膜装置的概要剖面图。
图2是成膜装置的概要俯视图。
图3是示出成膜时间与旋转速度的关系的图表。
图4是示出成膜时间与旋转速度的关系的图表。
具体实施方式
下面参考附图对本发明的实施方式进行详细说明。此外，本发明并不限定于以下实施方式，基于本发明的技术思想可以进行各种变形。
（溅射装置）
图1是本实施方式所涉及的成膜装置1的概要剖面图。在本实施方式中，成膜装置1被构成为磁控溅射装置。
成膜装置1包括：腔室2，可将内部气密密封；基板支撑台3，配置于该真空腔室2的内部；驱动单元7，用于使该基板支撑台3以旋转轴4为轴心进行旋转；以及多个（在本实施方式中为3组）溅射阴极5A、5B、5C等，配置于真空腔室2的内部。
真空腔室2在内部形成有处理室6，通过未图示的真空排气单元能够将处理室6减压至规定的真空度。另外，用于向处理室6的内部导入氩气等工艺气体或氧气、氮气等反应性气体的气体导入喷嘴（未图示）被安装于真空腔室2的规定位置。
基板支撑台3被构成为，能够采用未图示的温度调整单元将放置在基板支撑台3上的基板W加热至规定温度。另外，基板W通过例如静电吸盘被固定于基板支撑台3。
旋转轴4被构成为通过电机等驱动单元7能够进行旋转。由此构成使基板W围绕其中心进行自转的基板旋转机构。旋转轴4的轴封采用了磁性流体密封。
溅射阴极5A～5C如图2所示，在真空腔室2的上部，以等角度的间隔配置在以基板W为中心的同心圆上。这些溅射阴极5A～5C被设置为各自独立配备有高频电源或磁铁机构等用于在处理室6内形成等离子体的等离子体发生源。
溅射阴极5A～5C中的每一个分别保持有由在基板W上成膜的任意材料所构成的靶。溅射阴极5A～5C各自以规定角度倾斜地设置于腔室2，以使由等离子体中的氩离子从靶中击出的溅射粒子从相对于基板W的法线方向倾斜的方向入射。
驱动单元7由控制装置8进行控制。控制装置8被构成为能够使旋转轴4以规定的旋转速度进行旋转。即，使用者能够使基板W以所希望的旋转速度和旋转周期进行旋转。
控制装置8具有如下功能，即：根据由成膜装置1的规格等确定的溅射成膜速度与使用者所希望的成膜膜厚，计算出溅射成膜时间T（秒）。
进而，控制装置8还具有根据计算出的溅射时间T来确定旋转周期P（秒）的功能。其中，旋转周期P是基板支撑台3旋转一圈所需要的时间（秒），是将基板支撑台3的旋转速度设为Srpm（圈／分）时利用P＝60／S计算出的值。
控制装置8进行控制以使溅射成膜时间T为旋转周期P的整数倍。也就是说，若将溅射成膜时间设为T，则旋转周期P如下述公式（1）所示来计算。n表示整数。
T＝n×P……（1）
即，利用下述公式（2）来计算旋转周期P。
P＝（1／n）×T……（2）
通过进行使基板支撑台3以旋转速度S进行旋转的控制，其中旋转速度S使旋转周期成为采用上述方法计算出的旋转周期P，从而基板支撑台3（基板W）在溅射成膜时间T内准确地旋转n圈。
换言之，旋转周期P（旋转速度S）被确定，使得在溅射成膜时间T内，基板支撑台3以固定速度准确地旋转（360×n）°。当然，进行溅射成膜的时间（溅射成膜时间T）也被准确控制。
若考虑功耗或驱动单元7的寿命，则旋转速度S较慢（旋转周期P较长）为好。也就是说，n优选为较小的整数。
然而，当旋转周期P过长时，即旋转速度S过于变慢，会导致膜厚均匀度和驱动电机振动等问题产生，因而优选预先设定最长旋转周期Pmax（最低旋转速度）。当计算出的旋转周期P小于最长旋转周期Pmax时，通过将上述计算公式的n值逐渐增大来进行重新计算，使计算出的旋转周期P不超过最长旋转周期Pmax。
另一方面，优选根据驱动单元7的规格来设定最短旋转周期Pmin（最高旋转速度）。当即使在设为n＝1的情况下也计算出小于最短旋转周期Pmin的旋转周期P时，在未图示的显示装置上显示警告后，以最短旋转周期Pmin进行处理。
另外，若能在某种程度上预测出溅射成膜时间T，则也可以采用预先规定与溅射成膜时间T相对应的旋转次数（上述计算公式中的整数n）的方法。
例如，若能预测出溅射成膜时间T为60秒以下，则当溅射成膜时间为1秒以上且不到30秒时，规定进行控制以使基板支撑台3在溅射成膜时间T内旋转1圈。另外，当溅射成膜时间T为30秒以上且60秒以下时，规定进行控制以使基板支撑台3在溅射成膜时间T内旋转2圈。通过准备这样的数据表，能够更容易地计算出旋转周期P（旋转速度S）。
例如，在如上所述的数据表的情况下，当计算出溅射成膜时间T为50秒时，进行控制以使基板支撑台3旋转2圈。也就是说，旋转周期P被计算出为（50秒／2圈＝）25秒。
另外，当使基板支撑台3以规定的旋转速度S进行旋转时，在实际的处理室停留时间中，使基板支撑台3加速至规定的旋转速度S的时间（加速时间）以及使基板支撑台3减速的时间（减速时间）是必需的。
为了进一步缩短处理室停留时间，优选采用如下的方法在加速时间和减速时间也进行溅射成膜。也就是说，以使加速时间中的加速度固定，并使减速时间中的加速度也固定，且使加速时间的加速度与减速时间的加速度的绝对值相等的方式，来进行加速和减速，从而在加速时间和减速时间也进行溅射成膜。
虽然加速时的膜厚分布会变得不平衡，但减速时的膜厚分布的不平衡会对其进行补偿。通过如上所述的方法，能够在加速和减速过程中也进行溅射成膜，因此不会使膜厚分布恶化，而能够缩短处理室停留时间。只是加速时间和减速时间需要设为旋转速度S下的旋转周期P的整数倍。
实施例
下面示出实施例来更详细地对本发明进行说明，但本发明并不限定于这些实施例。
<实施例1>
在实施例1中，采用图1和图2所示的成膜装置1形成了Cu膜。采用了φ300mm的Si晶片作为基板W。另外，采用了Cu的组成比为99%且溅射面的直径为φ125mm的制成品作为靶。要形成的Cu膜的膜厚设成了1.5μm。
首先，根据成膜装置1的溅射速度与要形成的Cu膜的膜厚，计算出了溅射成膜时间。溅射成膜时间为1.5秒。如果设为在这1.5秒内使基板支撑台3旋转1圈，则根据P＝（1／n）×T，旋转周期P为（（1／1）×1.5＝）1.5秒（40rpm）。
在此条件下进行了成膜，由于在1.5秒的成膜时间内，基板支撑台3准确地旋转1圈，因此得以进行膜厚均匀度高的成膜。
<比较例1>
除了不控制旋转周期P（旋转速度）之外，采用与实施例1同样的方法进行了成膜。旋转周期P设成了1秒（旋转速度60rpm）。
由于成膜装置1是相同的，因而溅射成膜时间T为1.5秒。在此条件下进行了成膜，由于在1.5秒的成膜时间内，基板支撑台3旋转1.5圈，因此结果是膜厚分布受到较大损害。
如上所述，若将实施例1与比较例1进行比较，则尽管是相同的溅射成膜时间T，但实施例1更能够实现膜厚均匀度高的成膜。
<实施例2>
在实施例2中，采用图1所示的成膜装置1形成了Cu膜。采用了φ300mm的Si晶片作为基板W。另外，采用了Cu的组成比为99%且溅射面的直径为φ125mm的制成品作为靶。要形成的Cu膜的膜厚设成了180μm。也就是说，与实施例1相比，使Cu膜的膜厚变厚了。
另外，将最短旋转周期设定为1秒（60rpm）、最长旋转周期设定为60秒（1rpm）之后，准备了如下面所记载的数据表。
1≤T≤10（秒）：n＝1（圈）
10＜T≤20（秒）：n＝2（圈）
20＜T≤60（秒）：n＝3（圈）
60＜T≤120（秒）：n＝4（圈）
120＜T≤300（秒）：n＝5（圈）
首先，根据成膜装置1的溅射速度与要形成的Cu膜的膜厚，计算出了溅射成膜时间。溅射成膜时间为120秒。
根据上述的数据表，在溅射成膜时间T内进行旋转的基板支撑台3的旋转次数为4。根据前述公式P＝（1／n）×T，旋转周期P为（（1／4）×120＝）30秒。
若将旋转周期P＝30秒的旋转换算为旋转速度，则为2rpm（圈／分）。本实施例中使用的成膜装置，由于其加速至旋转速度2rpm所需要的时间以及从2rpm到使基板支撑台3停止为止所需要的时间分别为2秒，因此如图3所示，每一片的处理室停留时间为（120＋4＝）124秒。
<实施例3>
除了在基板支撑台3的加速过程中以及基板支撑台3的减速过程中也进行溅射成膜之外，采用与实施例2同样的方法进行了成膜。
将基板支撑台3加速至2rpm所需要的时间为2秒，而加速时间和减速时间需要设为至少2rpm下的旋转周期P＝30秒的整数倍，因此加速时间和减速时间分别设成了30秒。
另外，以使加速过程中的加速度与减速过程中的加速度固定且加速过程中的加速度与减速过程中的加速度的绝对值相等的方式，进行了加速和减速。
如图4所示，在加速和减速过程中所进行的溅射成膜相当于旋转速度2rpm下的溅射成膜之中的60秒的溅射成膜。因而，能够将计算出的溅射成膜时间从120秒缩短为60秒。因此，每一片的处理室停留时间变成了60＋60＝120秒。
<比较例2>
采用现有的方法进行了成膜。成膜时间与实施例同样为120秒。另一方面，支撑台旋转速度设成了60rpm（旋转周期为1秒）。另外，加速至60rpm所需要的时间为30秒，从60rpm使其停止所需要的时间也为30秒。
此时，由于支撑台旋转速度足够快，因此在膜厚均匀度上没有问题。每一片的处理室停留时间为（120＋30×2=）180秒。
若将实施例2与比较例2进行比较，则结果是在每一片的处理室停留时间上，比较例2更大幅度地需要时间，即（180秒－120秒＝）60秒。这是由在将基板支撑台3加速至规定的旋转速度的时间以及为了使基板支撑台3停止而减速的时间上的差异所引起的。另外，通过进行控制以使基板支撑台3在溅射时间T内准确地旋转2圈，从而尽管旋转速度与比较例2相比更慢，但在膜厚均匀度上却没有问题。
进而，通过如实施例3那样在加速过程中和减速过程中也进行溅射成膜，从而相对于实施例2能够进一步缩短4秒的处理时间。
符号说明
W  基板
T  溅射成膜时间
P  旋转周期
1  成膜装置
2  腔室
3  基板支撑台
4  旋转轴
5  溅射阴极
6  处理室
7  驱动单元

Claims (5)

1.一种成膜装置，其特征在于，包括：
腔室，在内部配置基板，所述基板适于通过溅射成膜来形成覆膜；
靶，配置于所述腔室内，且包含用于形成所述覆膜的材料；
基板支撑台，配置于所述腔室的内部；
驱动单元，用于使所述基板支撑台旋转；
溅射阴极，安装有所述靶，且用于使溅射粒子从倾斜方向向所述基板支撑台上的基板入射；以及
控制装置，用于规定旋转周期以使溅射成膜时间为所述基板支撑台的旋转周期的整数倍，并对所述驱动单元进行控制，所述溅射成膜时间为形成所希望膜厚的覆膜所需要的溅射成膜时间，且为所述支撑台以规定的旋转周期进行旋转的溅射成膜时间。
2.根据权利要求1所述的成膜装置，其特征在于，
所述控制装置在进行设定以使在直到所述基板支撑台的旋转周期成为规定的旋转周期为止的加速过程中的加速时间与成膜结束后的减速过程中的减速时间相等，且加速时间和减速时间为所述旋转周期的整数倍之后，控制所述驱动单元以使在所述加速过程中和减速过程中也进行溅射成膜。
3.一种成膜方法，采用成膜装置，所述成膜装置包括：
腔室，在内部配置基板，所述基板适于通过溅射成膜来形成覆膜；
靶，配置于所述腔室内，且包含用于形成所述覆膜的材料；
基板支撑台，配置于所述腔室的内部；
驱动单元，用于使所述基板支撑台旋转；以及
溅射阴极，安装有所述靶，且用于使溅射粒子从倾斜方向向所述基板支撑台上的基板入射，
其特征在于，规定旋转周期以使溅射成膜时间为所述基板支撑台的旋转周期的整数倍，并对所述驱动单元进行控制，所述溅射成膜时间为形成所希望膜厚的覆膜所需要的溅射成膜时间，且为所述支撑台以规定的旋转周期进行旋转的溅射成膜时间。
4.根据权利要求3所述的成膜方法，其特征在于，
设定最长旋转周期，规定旋转周期以使所述旋转周期不长于所述最长旋转周期。
5.根据权利要求3或4所述的成膜方法，其特征在于，
在进行设定以使在直到所述基板支撑台的旋转周期成为规定的旋转周期为止的加速过程中的加速时间与成膜结束后的减速过程中的减速时间相等，且加速时间和减速时间为所述旋转周期的整数倍之后，在所述加速过程中和减速过程中也进行溅射成膜。
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