CN112639160A - 溅射装置及成膜方法 - Google Patents
溅射装置及成膜方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112639160A CN112639160A CN201980056818.6A CN201980056818A CN112639160A CN 112639160 A CN112639160 A CN 112639160A CN 201980056818 A CN201980056818 A CN 201980056818A CN 112639160 A CN112639160 A CN 112639160A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- target
- substrate
- magnet unit
- magnetic field
- angular velocity
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 title claims abstract description 41
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 19
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 72
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims abstract description 40
- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 114
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 12
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 9
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 4
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 10
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 8
- 230000008859 change Effects 0.000 description 8
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 4
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 4
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 3
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical group [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N Magnesium oxide Chemical compound [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005546 reactive sputtering Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/34—Sputtering
- C23C14/3407—Cathode assembly for sputtering apparatus, e.g. Target
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/54—Controlling or regulating the coating process
- C23C14/542—Controlling the film thickness or evaporation rate
- C23C14/545—Controlling the film thickness or evaporation rate using measurement on deposited material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/34—Sputtering
- C23C14/35—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
- H01J37/3411—Constructional aspects of the reactor
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
- H01J37/3411—Constructional aspects of the reactor
- H01J37/345—Magnet arrangements in particular for cathodic sputtering apparatus
- H01J37/3455—Movable magnets
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
本发明提供一种在基板上形成薄膜时，可在其整个面上得到更为均匀的薄膜厚度分布的溅射装置。溅射装置(SM)具有：真空室(1)，其中相对配置有基板(W)和靶(3)；等离子体产生装置，其在真空室内产生等离子体；以及磁铁单元(4)，其配置在靶的上方；磁铁单元具有基板侧的极性不同的多个磁铁，在位于靶中心和其周边缘部之间的靶的下方空间中局部作用漏磁场，所述漏磁场中通过磁场的垂直分量为零的位置的线以两端相连状闭合，并且磁铁单元在从靶中心朝向其周边缘部的虚拟线上被分割成多个部分(40a、40b)，所述多个部分分别具有多个磁铁(42a、42b)，所述磁铁单元还具有：驱动装置(5、6)，其绕靶中心分别旋转驱动各部分；以及角速度控制装置(72)，其在维持漏磁场的两端相连状的范围内控制各部分的角速度。
Description
技术领域
本发明涉及一种溅射装置及成膜方法，所述溅射装置具有：真空室，其中相对配置有待处理基板和靶；等离子体产生装置，其在真空室内产生等离子体；以及磁铁单元，以真空室内从基板朝向靶的方向为上，所述磁铁单元配置在靶的上方。
背景技术
这类溅射装置例如在专利文献1中已知。在该溅射装置中，为了防止包括靶中心在内的中央区域被局部侵蚀，在位于靶中心和其周边缘部之间的靶的下方空间中局部作用漏磁场，所述漏磁场通过磁场的垂直分量为零的位置的线以两端相连状闭合。沿该两端相连状闭合的线产生高密度的等离子体，通过等离子体中的离子对靶进行溅射，通过溅射使从靶飞散出的溅射粒子附着堆积在基板表面上，以此来形成薄膜。在成膜过程中，通过绕靶中心旋转驱动磁铁单元改变靶的漏磁场所作用的区域，而使靶在其整个面上被均匀地侵蚀，提高靶的使用效率。
再有，当靶的材料和真空室内的压力等溅射条件不同时，溅射粒子的飞散分布改变，这导致例如有时基板外周部的周方向的薄膜厚度分布改变。像这样在周方向的薄膜厚度分布已改变时对其进行调整的方法例如在专利文献2中已知。在该方法中，将相对于靶使磁场局部作用的区域在同一轨道上从起点开始移动直到返回该起点设置为一个周期，将一个周期中磁铁单元的轨道划分为多个区，将这些多个区中的至少一个区作为以规定的基准速度移动的基准区，对基准区以外的每个区，基于薄膜厚度分布而决定旋转速度(在基准速度上的增速量或减速量)。
然而，在上述以往例子中，由于只是将磁铁单元一体地增减速，因此例如在调整基板外周部的周方向的薄膜厚度分布时，存在比其更靠内侧的基板内周部(特别是靠近基板中央的区域)的周方向的薄膜厚度分布反而会恶化的情况。
现有技术文献
专利文献
【专利文献1】日本专利公开2016-157820号公报
【专利文献2】日本专利公开2016-011445号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
鉴于以上内容，本发明的技术问题是提供一种在基板上形成规定的薄膜时，可在其整个面上得到更为均匀的薄膜厚度分布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，本发明的溅射装置，其具有：真空室，其中相对配置有待处理基板和靶；等离子体产生装置，其在真空室内产生等离子体；以及磁铁单元，以真空室内从基板朝向靶的方向为上，所述磁铁单元配置在靶的上方；所述溅射装置的特征在于：磁铁单元具有基板侧的极性不同的多个磁铁，在位于靶中心和其周边缘部之间的靶的下方空间中局部作用漏磁场，所述漏磁场中通过磁场的垂直分量为零的位置的线以两端相连状闭合，并且磁铁单元在从靶中心朝向其周边缘部的虚拟线上被分割成多个部分，所述多个部分分别具有多个磁铁，所述磁铁单元还具有：驱动装置，其绕靶中心分别旋转驱动各部分；以及角速度控制装置，其在维持漏磁场的两端相连状的范围内控制各部分的角速度。
采用本发明，由于采用了当磁铁单元的各部分分别在绕靶的同一轨道上移动时，可通过角速度控制装置控制各部分每个的角速度，因此通过调整基板外周部的周方向的薄膜厚度分布，在比其更靠内侧的基板内周部的周方向的薄膜厚度分布恶化的情况下，一方面，使作用有助于该基板内周部成膜的漏磁场的磁铁单元的部分，对周方向上薄膜厚度较薄的区域，将角速度减速，增加溅射率，另一方面，对薄膜厚度较厚的区域，将角速度增速，减少溅射率，由此可再度调整薄膜厚度分布恶化的地方的薄膜厚度分布，从而可在其整个面上得到更为均匀的薄膜厚度分布。
再有，为解决上述技术问题，本发明的成膜方法，其将待处理基板和靶相对配置在真空室内，在真空室内产生等离子体，对靶进行溅射并在基板表面形成薄膜，所述成膜方法的特征在于：在真空室内以从基板朝向靶的方向为上，在成膜过程中，通过配置在靶的上方的磁铁单元，在位于靶中心和其周边缘部之间的靶的下方空间中局部作用漏磁场，所述漏磁场中通过磁场的垂直分量为零的位置的线两端相连状地闭合；所述成膜方法具有：其中作为磁铁单元而使用在从靶中心朝向其周边缘部的虚拟线上被分割成多个部分的装置且所述多个部分分别具有多个磁铁，绕靶中心同步地旋转驱动各部分并在基板表面形成薄膜，获取基板面内的薄膜厚度分布的相关信息；角速度决定工序，其中基于在信息获取工序获取的薄膜厚度分布的相关信息，在维持漏磁场的两端相连状的范围内分别决定各部分的角速度；以及成膜工序，其中按照在角速度决定工序中决定的角速度分别旋转驱动磁铁单元的各部分并在基板表面形成薄膜。
在本发明中，优选当在成膜过程中，将相对于靶使漏磁场局部作用的区域从起点开始在同一轨道上移动并返回该起点的周期至少进行一回以上时，在所述信息获取工序中，获取以规定的基准角速度分别旋转磁铁单元的各部分形成薄膜时的薄膜厚度分布的相关信息，在所述角速度决定工序中，将一个周期中磁铁单元的各部分的轨道分别划分为多个区，分别以至少一个区作为基准区，对基准区以外的每个区，基于所述信息获取工序中获取的薄膜厚度分布的相关信息分别决定在所述基准角速度上的增速量或减速量。
附图说明
图1是说明本发明的溅射装置的结构示意图。
图2是从下方观察图1示出的磁铁单元4的俯视图。
图3是示出使磁铁单元4的第一部分40a的角速度比第二部分40b的角速度慢的状态的俯视图。
图4(a)是磁铁单元的变形例的关键部分的放大俯视图，(b)是沿图4(a)示出的A-A线的剖视图。
图5(a)和(b)是示出磁铁单元的另一变形例的关键部分的放大俯视图。
图6是磁铁单元的另一变形例的关键部分的放大俯视图。
具体实施方式
以下参照附图，说明本发明的溅射装置的实施方式。以下表示“上”“下”等方向的术语以图1为基准。
参照图1，SM是本发明的溅射装置。溅射装置SM具有真空室1，其可通过旋转泵和涡轮分子泵等真空排气装置P抽真空到规定压力。在真空室1的侧壁上连接有插设了质量流量控制器10的气管11，可从省略图示的气源以规定的流量向真空室1内导入溅射气体。溅射气体中不但包括氩气等稀有气体，在进行反应性溅射时还包括含氧气体等反应性气体。
在真空室1的底部，间隔绝缘体I1配置有工作台2。工作台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上施加卡盘电压，可将基板W以其成膜面在上地吸附保持在工作台2上。
在真空室1的上壁上开设的开口处配置有阴极单元。阴极单元具有：靶3，其面对真空室1内配置，外形比基板W的外形大一圈；以及磁铁单元4，其配置在该靶3的上方。靶3以靶中心位于通过基板W的中心在上下方向上延伸的中心线上的方式，与工作台2进而基板W相对配置。作为靶3，根据要在基板W表面上形成的薄膜的组成适当设置，可由Cu、Ti、Co、Ni、Al、W或Ta的单体金属、或者从它们中选出的两种以上的合金、或者氧化铝、氧化镁等绝缘物材质的制品构成。并且，靶3在经铟和锡等粘接材料接合到成膜时对靶3进行冷却的铜材质的背板31上的状态下，经绝缘板I2安装到真空室1中。靶3上连接来自作为溅射电源E的具有公知结构的直流电源或交流电源的输出，溅射时施加带有负电位的电力。此外，溅射电源E和质量流量控制器10与权利要求书中的“等离子体产生装置”对应。
并且，有时基板外周部的周方向的薄膜厚度分布会改变，在这种情况下，如果像上述以往例子那样对磁铁单元一体地进行增减速并调整基板外周部的周方向的薄膜厚度分布的话，则基板内周部的薄膜厚度分布反而会恶化。
因此，在本实施方式中，也参照图2，将磁铁单元4在从靶中心3c朝向其周边缘部3e的虚拟线L1上，分割为多个部分(在本实施方式中是第一和第二这两个部分40a、40b)，所述多个部分分别具有多个磁铁。第一部分40a由磁轭41a和多个磁铁42a构成，所述磁轭41a由磁性材料制成且平面视图为圆形，所述多个磁铁42a在磁轭41a的下表面改变其下侧的极性地设置。在磁轭41a的上表面连结旋转轴43，通过作为驱动装置的电机5使旋转轴43旋转，从而能以靶中心3c为旋转中心旋转驱动第一部分40a。再有，第二部分40b由磁轭41b和多个磁铁42b构成，所述磁轭41b围绕磁轭41a地设置在同一平面上，由磁性材料制成且平面视图呈环形，所述多个磁铁42b在磁轭41b的下表面改变其下侧的极性地设置。这些多个磁铁42b和第一部分40a的多个磁铁42a以规定的图案配置，以使得在位于靶中心3c和其周边缘部3e之间的靶3的下方空间中局部作用漏磁场，所述漏磁场中通过磁场的垂直分量为零的位置的线(L0)以两端相连状闭合(参照图3)。关于这些磁铁42a、42b的配置，由于可根据靶3的形状和面积等使用具有各种形态的公知产品，故此处省略详细说明。在磁轭41b的上表面上连结配置在旋转轴43的径向外侧的筒状部件44的下端，通过用作为驱动装置的电机6旋转设置为与该筒状部件44的上端处设置的凸缘部44a相咬合的齿轮45，能以靶中心3c为旋转中心旋转驱动第二部分40b。此外，旋转驱动第一和第二的各部分40a、40b的机构并不限于此，可使用其他公知机构。
再有，在旋转轴43和筒状部件44上外套旋转板46a、46b，在该旋转板46a、46b上组装向径向外侧突出的突片47a、47b。并且，与突片47a、47b对应设置光学式传感器48a、48b，在光学式传感器48a、48b检测突片47a、47b时，可判断第一和第二的各部分40a、40b位于起点位置。此时，使起点位置和基板W的切口(ノッチ)的位置相关联，获取之后提到的薄膜厚度分布的相关信息。
上述溅射装置SM具有控制装置7，其包括公知的微型计算机和定序器等，统一控制溅射电源E的运转、质量流量控制器10的运转、电机5、6的运转、真空排气装置P的运转等。
控制装置7包括信息获取部71、角速度控制装置72。信息获取部71例如构成为可与薄膜厚度计通信，所述薄膜厚度计设置在图外的用于对溅射装置SM装载/卸载基板W的EFEM(设备前端模块(Equipment Front End Module))上，可获取以该薄膜厚度计测量到的基板面内的薄膜厚度分布的相关信息。角速度控制装置72具有角速度决定部72a，其基于获取信息来决定在各部分40a、40b的基准角速度ωs上的增速量和减速量，驱动电机5、6使得各部分40a、40b按所决定的角速度ωa、ωb来旋转。此外，作为薄膜厚度计，可使用具有公知结构的装置，例如在采用较厚的薄膜厚度形成电阻值低的金属膜时，可使用涡电流式的薄膜厚度计，再有，在采用较薄的薄膜厚度形成绝缘膜时，可使用光谱椭偏仪。作为其他的薄膜厚度计，可使用激光位移计。下面使用上述溅射装置SM，以在基板W表面形成铝膜的情况为例，说明本发明的成膜方法的实施方式。
首先，用真空排气装置P将真空室1内抽真空到规定压力(例如1×10-5Pa)，用图外的运输机器人将基板W运输到真空室1内，将基板W传递到工作台2上，给工作台2的卡板的电极施加电压，吸附保持基板W。接着，用质量流量控制器10以规定流量(例如100sccm)将作为溅射气体的氩气导入(此时的压力是0.1Pa)，从溅射电源E向铝材质的靶3例如施加30kW的直流电力，以此在真空室1内形成等离子体气氛，并从起点位置开始，使第一部分40a和第二部分40b同步地以规定的基准角速度ωs(例如360度/秒)绕靶中心至少旋转一个周期(转一圈)。由此，靶3受到溅射，从靶3飞散出的溅射粒子附着堆积在基板W表面上形成铝膜。将已成膜的基板W运出真空室，通过用图外的薄膜厚度计测量基板W面内多个地方的铝膜的薄膜厚度，得到基板面内的薄膜厚度分布的相关信息。将得到的信息发送给控制装置7的信息获取部71，信息获取部71获取该信息(信息获取工序)。
接着，基于在信息获取工序获取的薄膜厚度分布的相关信息，在维持漏磁场的两端相连状的范围内分别决定第一和第二的各部分40a、40b的角速度(角速度决定工序)。在该角速度决定工序中，对一个周期中第一和第二的各部分40a、40b的轨道(圆周)在周方向上均等地进行划分(例如将360°的旋转运动划分成24个每个15°)，以划分出的各块作为区，并且以光学式传感器48a、48b检测突片47a、47b的起点位置作为基准区。并且，在该基准区内的角速度设为基准角速度ωs，对基准区以外的各区，基于上述获取信息决定在基准角速度ωs上的增速量或减速量。此处，在薄膜厚度比基准区薄的区内，通过将各部分40a、40b的角速度ωa、ωb在基准角速度ωs上减速规定值，使得靶3受溅射的量(溅射率)增加。另一方面，在薄膜厚度比基准区厚的区内，通过将各部分40a、40b的角速度ωa、ωb在基准角速度ωs上增速规定值，使得溅射率减少。
在上述角速度决定工序中决定了各部分40a、40b的每个区的角速度ωa、ωb后，将基板W运输到真空室1内并吸附保持在工作台2上，以决定了的角速度ωa、ωb分别旋转驱动各部分40a、40b，并以与上述相同的条件在基板W表面形成铝膜(成膜工序)。
采用上述方式，由于采用了在磁铁单元4的各部分40a、40b分别在绕靶的同一轨道上移动时，可用角速度控制装置72控制各部分40a、40b各自的角速度ωa、ωb的结构，因此通过调整基板外周部的周方向的薄膜厚度分布，在比其靠内侧的基板内周部的周方向的薄膜厚度分布恶化这样的情况下，使作用有助于该基板内周部成膜的漏磁场的磁铁单元的第一部分40a，对在周方向上薄膜厚度较薄的区域将角速度ωa减速，增加溅射率，另一方面，对在周方向上薄膜厚度较厚的区域将角速度ωa增速，降低溅射率，由此可再度调整薄膜厚度分布恶化的地方的薄膜厚度分布，从而可在其整个面上得到更为均匀的薄膜厚度分布。此外，为了增加基板内周部的溅射率，图3示出了使磁铁单元4的第一部分40a的角速度ωa比第二部分40b的角速度ωb慢的状态。
接着，使用上述溅射装置SM进行实验以确认本发明的效果。以
的硅晶片作为基板W，以100sccm向真空室1内导入氩气(此时的压力是0.1Pa)，对铝材质的靶3施加30kW的直流电力形成等离子体气氛，使磁铁单元4的第一部分40a和第二部分40b同步旋转驱动并在基板W表面上形成了铝膜。并且，用薄膜厚度计在基板W面内的多个地方测量薄膜厚度，得到了基板面内的薄膜厚度分布的相关信息。由此，基板外周部(半径147mm的虚拟圆)的周方向的薄膜厚度的最大值是40.79nm，最小值是38.9nm，最大值和最小值的差(下称“区间”)是1.89nm，另一方面，基板内周部(半径98mm的虚拟圆)的周方向的薄膜厚度的最大值是40.65nm，最小值是38.9nm，区间是1.55nm。
在对24个区每个决定磁铁单元4的第二部分40b的角速度ωb，调整了基板外周部的周方向的薄膜厚度分布时，虽然基板外周部的周方向的薄膜厚度的最大值是40.96nm，最小值是39.73nm，区间减小为1.23nm，但是基板内周部的周方向的薄膜厚度的最大值是42.56nm，最小值是39.73nm，区间恶化为2.83nm。因此，在对24个区每个决定磁铁单元4的第一部分40a的角速度ωa时，基板内周部的周方向的薄膜厚度的最大值是40.06nm，最小值是39.76nm，区间是0.87nm。基板外周部的周方向的薄膜厚度的最大值是40.09nm，最小值是39.76nm、区间也成了0.33nm。采用本实验，确认可再调整薄膜厚度分布恶化的基板内周部的薄膜厚度分布，从而，可在基板整个面上得到更为均匀的薄膜厚度分布。
以上说明了本发明的实施方式，但本发明并不限于此。在上述实施方式中，当各区的薄膜厚度比基准区的薄膜厚度薄(或者厚)时，说明了在基准角速度上减速(增速)规定值的情况，但也可以是求出周方向的全区的薄膜厚度的平均值(全平均薄膜厚度)，求出各区的薄膜厚度的平均值(区平均薄膜厚度)相对于该全平均薄膜厚度的比率，一方面在求出的比率低的区(即区平均薄膜厚度比全平均薄膜厚度薄的区)，将磁铁单元4的角速度设为在基准角速度上减速规定值，另一方面在求出的比率高的区(即区平均薄膜厚度比全平均薄膜厚度厚的区)，将磁铁单元4的角速度设为在基准角速度上增速规定值。各区的角速度例如可使用下式(1)来决定。
各区的角速度＝基准角速度+系数×(区平均薄膜厚度-全平均薄膜厚度)/全平均薄膜厚度……(1)
在上式(1)中，使用了一个系数，但也可在各区设置系数。此时，将磁铁单元4的基准角速度设置为2个条件以上(例如低速、中速、高速3个条件)，通过在各区中求出磁铁单元的角速度和薄膜厚度的相关值，可提高系数的精度。
虽然在上述实施方式中，以基于薄膜厚度决定各部分40a、40b的角速度的情况为例进行了说明，但也可基于与薄膜厚度有关的信息决定各部分40a、40b的角速度。例如，也可在向靶3施加固定的电力时，对每个区测量给靶3施加的靶电压，基于测量到的靶电压决定各部分40a、40b的角速度。此时，也可构成为获取与每个区对应的靶电压，求出包括基准区在内的全区的靶电压的平均值，求出相对于与每个区对应的靶电压的平均电压的比率。只要决定在基准角速度上的增速量或减速量，使得在比率高的区中，各部分40a、40b的角速度变慢，并且，在求出的比率低的区中，各部分40a、40b的角速度的速度变快即可(速度决定工序)。
再有，两端相连状的垂直磁场的磁场强度分布(3轴的磁场矢量的合成)可根据各部分40a、40b的角度差Δθ(即例如以第一部分40a为基准时，第二部分40b相对于该第一部分40a的周方向的偏差量)在各部分40a、40b附近变动。因此，也可预测角度差Δθ和与之对应的薄膜厚度分布形状，调整为可改善薄膜厚度分布的角度差Δθ。此时，还可配合靶的消耗量和给靶的投入电力量来调整角度差Δθ，可通过对一个基板以连续成膜或不连续成膜组合采用多个角度差条件的处理，来改善薄膜厚度分布。
再有，根据各部分40a、40b的磁轭41a、41b的透磁率和磁轭41a、41b之间的空间的透磁率的差，从磁铁的磁轭面产生的磁场通过磁轭而汇聚的，在磁轭41a、41b之间的距离扩展时会发散，因此当磁轭41a、41b间距离在周方向上不均匀时，薄膜厚度分布可能会改变。因此，为使磁轭41a、41b间距离在周方向上均匀，如图4所示，优选将磁轭41a、41b之间设置为轴承结构49。此时，轴承结构49的滚珠49a的材质优选设置为陶瓷等非磁性体。虽然滚珠49a的材质也可设置为磁性体，但该情况下优选构成为在磁轭41a、41b的相对的周面上凹陷设置并使保持滚珠49的空间的上下方向的寸法b(参照图4(b))缩短，或使滚珠49在周方向上密集设置。再有，如图5(a)所示，也可以使磁轭41a的外周面和磁轭41b的内周面彼此呈非接触的齿轮形状，由此，可在维持两端相连状的狭窄的调整范围内调整通过磁轭41a、41b间的空间的磁场的比例。此时，为了维持相同磁场地调整通过磁轭41a、41b间的空间的磁场的比例，也可如图5(a)所示地以40a、40b的角度差Δθ向±任一方向移动，磁场的变化都会呈对称的点作为中间地点(此时透过量呈最大透过量的50％)，如图5(b)所示地使磁轭41a、41b间的空间左右不对称，由此使通过该左右不对称的空间的磁场的比例左右不对称。或者，也可如图6所示地通过改变41a、41b间的齿数比率，可在各部分40a、40b的角度差Δθ带来的两端相连状的垂直磁场的磁场强度分布的变化少的范围内，以磁轭41a、41b的微小角度变化(例如采用只改变磁轭41a的一个齿数量的角度)来进行调整。
附图标记说明
E.溅射电源(等离子体产生装置)，W.基板，1.真空室，3.靶，3c.靶中心，3e.靶周边缘部，4.磁铁单元，10.质量流量控制器(等离子体产生装置)，40a.第一部分，40b.第二部分，42a、42b.磁铁，5、6.驱动装置，72.角速度控制装置。
Claims (3)
1.一种溅射装置，其具有：真空室，其中相对配置有待处理基板和靶；等离子体产生装置，其在真空室内产生等离子体；以及磁铁单元，以真空室内从基板朝向靶的方向为上，所述磁铁单元配置在靶的上方；所述溅射装置的特征在于：
磁铁单元具有基板侧的极性不同的多个磁铁，在位于靶中心和其周边缘部之间的靶的下方空间中局部作用漏磁场，所述漏磁场中通过磁场的垂直分量为零的位置的线以两端相连状闭合，
磁铁单元在从靶中心朝向其周边缘部的虚拟线上被分割成多个部分，所述多个部分分别具有多个磁铁，所述磁铁单元还具有：驱动装置，其绕靶中心分别旋转驱动各部分；以及角速度控制装置，其在维持漏磁场的两端相连状的范围内控制各部分的角速度。
2.一种成膜方法，其将待处理基板和靶相对配置在真空室内，在真空室内产生等离子体，对靶进行溅射并在基板表面形成薄膜，所述成膜方法的特征在于：
在真空室内以从基板朝向靶的方向为上，在成膜过程中，通过配置在靶的上方的磁铁单元，在位于靶中心和其周边缘部之间的靶的下方空间中局部作用漏磁场，所述漏磁场中通过磁场的垂直分量为零的位置的线两端相连状地闭合；
所述成膜方法具有：
信息获取工序，其中作为磁铁单元而使用在从靶中心朝向其周边缘部的虚拟线上被分割成多个部分的装置且所述多个部分分别具有多个磁铁，绕靶中心同步地旋转驱动各部分并在基板表面形成薄膜，获取基板面内的薄膜厚度分布的相关信息；
角速度决定工序，其中基于在信息获取工序获取的薄膜厚度分布的相关信息，在维持漏磁场的两端相连状的范围内分别决定各部分的角速度；以及
成膜工序，其中按照在角速度决定工序中决定的旋转速度分别旋转驱动磁铁单元的各部分并在基板表面形成薄膜。
3.根据权利要求2所述的成膜方法，其特征在于：
在成膜过程中，将相对于靶使漏磁场局部作用的区域从起点开始在同一轨道上移动并返回该起点的周期至少进行一回以上，
在所述信息获取工序中，获取以规定的基准角速度分别旋转磁铁单元的各部分形成薄膜时的薄膜厚度分布的相关信息，
在所述角速度决定工序中，将一个周期中磁铁单元的各部分的轨道分别划分为多个区，分别以至少一个区作为基准区，对基准区以外的每个区，基于所述信息获取工序中获取的薄膜厚度分布的相关信息分别决定在所述基准角速度上的增速量或减速量。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2018158803 | 2018-08-27 | ||
| JP2018-158803 | 2018-08-27 | ||
| PCT/JP2019/028777 WO2020044872A1 (ja) | 2018-08-27 | 2019-07-23 | スパッタリング装置及び成膜方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112639160A true CN112639160A (zh) | 2021-04-09 |
Family
ID=69644288
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201980056818.6A Pending CN112639160A (zh) | 2018-08-27 | 2019-07-23 | 溅射装置及成膜方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US11230760B2 (zh) |
| JP (1) | JP6997877B2 (zh) |
| KR (1) | KR102611646B1 (zh) |
| CN (1) | CN112639160A (zh) |
| WO (1) | WO2020044872A1 (zh) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013185254A (ja) * | 2012-03-12 | 2013-09-19 | Iza Corp | 磁石ユニット及びスパッタ装置 |
| CN103422066A (zh) * | 2012-05-21 | 2013-12-04 | 株式会社爱发科 | 溅射方法 |
| JP2016011445A (ja) * | 2014-06-30 | 2016-01-21 | 株式会社アルバック | スパッタリング方法 |
| JP2016157820A (ja) * | 2015-02-24 | 2016-09-01 | 株式会社アルバック | マグネトロンスパッタリング装置用の磁石ユニット及びこの磁石ユニットを用いたスパッタリング方法 |
| CN107614748A (zh) * | 2015-05-22 | 2018-01-19 | 株式会社爱发科 | 磁控溅射装置 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4750619B2 (ja) * | 2006-05-09 | 2011-08-17 | 株式会社昭和真空 | マグネトロンカソードとそれを搭載したスパッタ装置 |
| JP5417437B2 (ja) * | 2009-05-20 | 2014-02-12 | 株式会社アルバック | 成膜方法及び成膜装置 |
| US9708706B2 (en) * | 2011-11-30 | 2017-07-18 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | PVD apparatus and method with deposition chamber having multiple targets and magnets |
| WO2014122250A1 (en) * | 2013-02-08 | 2014-08-14 | Oerlikon Advanced Technologies Ag | Method of hipims sputtering and hipims sputter system |
| SG11201800667WA (en) * | 2016-05-23 | 2018-02-27 | Ulvac Inc | Film-forming method and sputtering apparatus |
-
2019
- 2019-07-23 WO PCT/JP2019/028777 patent/WO2020044872A1/ja active Application Filing
- 2019-07-23 JP JP2020540152A patent/JP6997877B2/ja active Active
- 2019-07-23 CN CN201980056818.6A patent/CN112639160A/zh active Pending
- 2019-07-23 US US15/733,976 patent/US11230760B2/en active Active
- 2019-07-23 KR KR1020217008393A patent/KR102611646B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013185254A (ja) * | 2012-03-12 | 2013-09-19 | Iza Corp | 磁石ユニット及びスパッタ装置 |
| CN103422066A (zh) * | 2012-05-21 | 2013-12-04 | 株式会社爱发科 | 溅射方法 |
| JP2016011445A (ja) * | 2014-06-30 | 2016-01-21 | 株式会社アルバック | スパッタリング方法 |
| JP2016157820A (ja) * | 2015-02-24 | 2016-09-01 | 株式会社アルバック | マグネトロンスパッタリング装置用の磁石ユニット及びこの磁石ユニットを用いたスパッタリング方法 |
| CN107614748A (zh) * | 2015-05-22 | 2018-01-19 | 株式会社爱发科 | 磁控溅射装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2020044872A1 (ja) | 2020-03-05 |
| JP6997877B2 (ja) | 2022-02-10 |
| US20210214841A1 (en) | 2021-07-15 |
| KR20210044867A (ko) | 2021-04-23 |
| KR102611646B1 (ko) | 2023-12-11 |
| US11230760B2 (en) | 2022-01-25 |
| JPWO2020044872A1 (ja) | 2021-06-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4246547B2 (ja) | スパッタリング装置、及びスパッタリング方法 | |
| JP5004931B2 (ja) | スパッタ源、スパッタリング装置、及びスパッタリング方法 | |
| KR20170131816A (ko) | 성막 장치 및 성막 워크 제조 방법 | |
| CN111826624A (zh) | Hipims溅射的方法和hipims溅射系统 | |
| JP6534390B2 (ja) | 薄膜コーティング方法およびその実施のための製造ライン | |
| CN110177898A (zh) | 溅射装置及成膜方法 | |
| JP2022179487A (ja) | 成膜装置及び電子デバイスの製造方法 | |
| JP6425431B2 (ja) | スパッタリング方法 | |
| CN109154076B (zh) | 成膜方法和溅射装置 | |
| CN112639160A (zh) | 溅射装置及成膜方法 | |
| JP4246546B2 (ja) | スパッタ源、スパッタリング装置、及びスパッタリング方法 | |
| JP4646066B2 (ja) | 真空処理装置 | |
| JP2020200525A (ja) | マグネトロンスパッタリング装置用のカソードユニット | |
| JP7057430B2 (ja) | マグネトロンスパッタリング装置用の磁石ユニット | |
| JPH0211761A (ja) | スパッタリング装置 | |
| JP4541014B2 (ja) | プラズマ支援スパッタ成膜装置 | |
| JP4396885B2 (ja) | マグネトロンスパッタ装置 | |
| JP3880249B2 (ja) | スパッタリング方法 | |
| JP2022172614A (ja) | 半導体製造装置および半導体製造方法 | |
| JP2000038663A (ja) | マグネトロンスパッタ装置 | |
| KR20210016036A (ko) | 성막 방법 | |
| JP2005054251A (ja) | スパッタリング方法 | |
| JP2019210517A (ja) | スパッタリング装置及び成膜方法 | |
| CN116783324A (zh) | 磁控溅射装置用阴极单元及磁控溅射装置 | |
| JPH0379760A (ja) | スパッタリング装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210409 |