JP7066841B2 - スパッタリング方法、スパッタリング装置 - Google Patents
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Description
本願は、2018年6月19日に日本に出願された特願2018-116343号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
1.膜厚分布や膜質分布におけるムラの発生を劇的に低減すること。
本発明の第1態様に係るスパッタリング方法においては、前記ターゲットおよび前記マグネットの開始位置において、前記マグネットが前記走査方向において前記被成膜基板から遠い前記ターゲットの端部に位置する、または、前記マグネットが前記走査方向において前記被成膜基板から近い前記ターゲットの端部に位置するとともに、前記被成膜基板に対する前記ターゲットの1往復動作において、前記ターゲットに対する前記マグネットの往復動作における往路と復路との走査回数が奇数回に設定されるとともに、
前記マグネットの移動方向の移動方向と前記ターゲットの移動方向とが、前記ターゲットの往路と復路とにおいてそれぞれ互いに逆向きとなるように設定されてもよい。
本発明の第1態様に係るスパッタリング方法においては、前記ターゲットの往路動作終了位置において、前記マグネットが前記走査方向において前記ターゲットの中央部に位置してもよい。
本発明の第1態様に係るスパッタリング方法においては、前記ターゲットおよび前記マグネットの開始位置において、前記マグネットが前記走査方向において前記ターゲットの中央部に位置するとともに、前記被成膜基板に対する前記ターゲットの1往復動作において、前記ターゲットに対する前記マグネットの往復動作における往路と復路との走査回数が偶数回に設定されるとともに、前記マグネットの移動方向と前記ターゲットの移動方向とが、前記ターゲットの往路と復路とにおいてそれぞれ互いに逆向きとなるように前記マグネットの移動方向が設定されてもよい。
上記課題を解決するために、本発明の第2態様に係るスパッタリング装置であって、被成膜基板において膜が形成される形成領域に向けてスパッタ粒子を放出するカソードユニットと、前記カソードユニットと前記被成膜基板とを相対的に基板面内方向となる走査方向に往復動作可能な走査部と、エロージョン領域が形成されるターゲットと、前記ターゲットに対して前記被成膜基板とは反対側に配置されて前記ターゲットに前記エロージョン領域を形成するマグネットと、前記マグネットを前記ターゲットの前記走査方向における端部間で往復動作可能なマグネット走査部と、前記走査部と前記マグネット走査部とに接続されて、前記カソードユニットの往復動作及び前記マグネットの往復動作を制御する制御部と、を有し、前記制御部において、前記被成膜基板に対する前記ターゲットの往路動作における前記マグネットの往復動作と、前記被成膜基板に対する前記ターゲットの復路動作における前記マグネットの往復動作と、において、前記被成膜基板に対する前記ターゲットの速度と前記ターゲットに対する前記マグネットの速度との和である一定速度の和速度Vmaxとして、前記被成膜基板に対して前記マグネットの移動する領域が、前記形成領域の全域にわたって連続するように設定される。
上記課題を解決するために、本発明の第3態様に係るスパッタリング装置であって、被成膜基板において膜が形成される成膜領域に対向して、前記成膜領域に対して相対的に移動しながらスパッタ粒子を放出する細長形状のカソードユニットと、前記カソードユニットを、前記成膜領域の一端より外側の第一成膜外位置から、前記成膜領域の他端より外側の第二成膜外位置の間で往復移動するように、前記カソードユニットの長辺に交差する走査方向に移動させるカソード走査部と、を有し前記カソードユニットは、細長のターゲットと、前記ターゲットの裏面に配置されるマグネットと、前記マグネットを前記ターゲットの長辺に交差する方向に往復させるマグネット走査部と、を有し、前記成膜領域において、前記カソードユニットの往路動作における前記マグネットの往復動作と、前記カソードユニットの復路動作における前記マグネットの往復動作と、が前記被成膜基板と前記マグネットの相対速度において、前記マグネットの移動方向と前記ターゲットの移動方向とが、前記ターゲットの往路と復路とにおいてそれぞれ互いに逆向きとなるように前記マグネットの移動方向が制御される。
本発明の第3態様に係るスパッタリング装置においては、前記成膜領域において、前記カソードユニットの往路動作と前記マグネットの往復動作の合成速度の最小値となる領域と、前記カソードユニットの復路動作と前記マグネットの往復動作の合成速度の最小値となる領域と、が重ならなくてもよい。
これにより、マグネットの往復動作がターゲットの往復動作全体にわたって均一化される。従って、マグネットにより発生するプラズマが被処理基板に対して均一に走査されることになり、被処理基板に成膜される膜厚等の膜特性を基板面内の走査方向において均一化することが可能となる。
これにより、ターゲットの往路におけるマグネットの走査状態と、ターゲットの復路におけるマグネットの走査状態とのバラツキが相殺される。結果的に、図12,図13に示すように、ターゲットの一端から他端まで偶数回走査するフルストロークでのスパッタリングに比べて、膜厚等の成膜特性におけるムラが半分程度以下に均一化することが可能となる。
これにより、ターゲットの一端から他端まで偶数回走査するフルストロークでのスパッタリングに比べて、膜厚等の成膜特性におけるムラが半分程度以下に均一化することが可能となる。
これにより、結果的に、膜厚等の成膜特性におけるムラが半分程度以下に均一化することができる。
これにより、マグネットの往復動作がターゲットの往復動作全体にわたって均一化される。従って、マグネットにより発生するプラズマが被処理基板に対して均一に走査されることになり、被処理基板に成膜される膜厚等の膜特性を基板面内の走査方向において均一化することが可能なスパッタリング装置を提供することが可能となる。
これにより、マグネットの往復動作がターゲットの往復動作全体にわたって均一化される。従って、マグネットにより発生するプラズマが被処理基板に対して均一に走査されることになり、被処理基板に成膜される膜厚等の膜特性を基板面内の走査方向において均一化することが可能なスパッタリング装置を提供することができる。
これにより、マグネットの往復動作により変動する被処理基板への成膜レートを均一化することになり、被処理基板に成膜される膜厚等の膜特性を基板面内の走査方向全長となる領域において均一化することが可能となる。
図1は、本実施形態に係るスパッタリング方法を行うスパッタリング装置の全体構成を示す構成図である。図2は、本実施形態におけるスパッタチャンバの構成を模式的に示す構成図である。図3は、本実施形態におけるカソードユニットの構成を模式的に示す構成図である。図1において、符号10は、スパッタリング装置である。
以下では、スパッタリング装置の全体構成、スパッタチャンバの構成、カソードユニットの構成、および、スパッタチャンバの作用を順に説明する。
本実施形態に係るスパッタリング装置10は、図1に示すように、搬出入チャンバ11、前処理チャンバ12、および、スパッタチャンバ13が、1つの方向である搬送方向に沿って配列されている。3つのチャンバの各々は、相互に隣り合う他のチャンバとゲートバルブ14によって連結されている。3つのチャンバの各々には、チャンバ内のガスを排気してチャンバ内を真空状態とする排気部15が連結され、3つのチャンバの各々は、排気部15の駆動によって個別に減圧される。3つのチャンバの各々の底面には、搬送方向に沿って延びる相互に平行な2つのレーンである成膜レーン16と回収レーン17とが敷かれている。
前処理チャンバ12は、搬出入チャンバ11から前処理チャンバ12へ搬出された基板Sをスパッタチャンバ13へ搬入する。また、前処理チャンバ12は、スパッタチャンバ13から前処理チャンバ12へ搬出された基板Sを搬出入チャンバ11へ搬出する。
スパッタチャンバ13は、レーン変更部19を用いて成膜後のトレイTを成膜レーン16から回収レーン17へ移動させる。
スパッタチャンバ13の成膜レーン16は、図2に示すように、前処理チャンバ12からスパッタチャンバ13へ搬入された基板Sを搬送方向に沿って搬送し、基板Sへの薄膜の形成が開始されてから終了されるまでの間は、成膜レーン16の途中でトレイTの位置を固定する。トレイTの位置がトレイTを支持する支持部材によって固定されるとき、基板Sにおける搬送方向の縁の位置も固定される。
ガス供給部21bは、カソードユニット22に接続されて、カソードユニット22とともに移動可能とされており、ガスの一部(例えば、反応性ガスの酸素)、あるいは全部を供給する。
また、ガス供給部21bを設けずに、ガス供給部21aのみとする構成も可能である。
なお、カソードユニット22が開始位置Stに配置されるとき、走査方向での第1端部Re1と、ターゲット23の第1端部23e1との間の走査方向に沿った距離D1は、0mm~300mmである。
走査部27がカソードユニット22を走査する回数は、IGZO膜の厚さに合わせて変更され、カソードユニット22の走査回数以外の条件が同じであれば、IGZO膜の厚さが大きいほど、走査部27がカソードユニット22を往復走査する回数が大きい値に設定される。
次に、カソードユニット22の構成をより詳しく説明する。なお、図3には、図2で説明された開始位置Stにカソードユニット22が配置された状態が示されている。
次に、スパッタチャンバ13におけるターゲット23とマグネット25との揺動について説明する。
図4,図5は、本実施形態におけるスパッタリングにおけるターゲットとマグネットとの揺動を説明するための図であって、スパッタリングにおける作用を示す図である。図6は、本実施形態におけるターゲットとマグネットとの走査方向における位置と時間との関係を示すグラフである。図7は、本実施形態におけるターゲットとマグネットとの合成速度と基板内のマグネットの位置との関係を示すグラフである。
この際、カソードユニット22およびマグネット25が走査方向に沿って移動する走査速度は、次のように設定される。
同時に、マグネット25は、カソードユニット22のターゲット23に対してマグネット走査速度VMgで移動する。マグネット走査速度VMgは、図6におけるグラフ線Mgの傾きで示される。
カソードユニット22の走査距離をLCa、走査時間をVCaとし、マグネット25の走査距離をLMg、走査時間をVMgとした際に、
LCa/VCa > LMg/VMg
を満たす関係とされている。
つまり、カソードユニット22が走査開始する位置から反対側まで移動する前に、マグネット25が走査開始する位置と反対側へ到達する関係とされている。
そして、ターゲット23は、図6,図7に示すように、折り返し位置Enに到達すると即座に開始位置Stに向けて復路をスタートされる。同時に、マグネット25は、図6,図7に示すように、第1位置P1と第2位置P2との中央からの第2位置P2に向かう動きを継続する。
図17は、本実施形態におけるターゲットとマグネットとの合成速度と基板内のマグネットの位置との関係の他の例を示すグラフである。
これにより、成膜ムラを低減することができる。
図8,図9は、本実施形態におけるスパッタリングにおけるターゲットとマグネットとの揺動を説明するための図であって、スパッタリングにおける作用を示す図である。図10は、本実施形態におけるターゲットとマグネットとの走査方向における位置と時間との関係を示すグラフである。図11は、本実施形態におけるターゲットとマグネットとの合成速度と基板内のマグネットの位置との関係を示すグラフである。
マグネットの走査状態に関する点で、本実施形態は、上述した第1実施形態と異なる。これ以外の上述した第1実施形態と対応する構成には同一の符号を付してその説明を省略する。
同時に、マグネット25は、カソードユニット22のターゲット23に対してマグネット走査速度VMgで移動する。マグネット走査速度VMgは、図10におけるグラフ線Mgの傾きで示される。
LCa/VCa > LMg/VMg
を満たす関係とされている。
そして、ターゲット23は、図10,図11に示すように、折り返し位置Enに到達すると即座に開始位置Stに向けて復路をスタートされる。同時に、マグネット25は、図10,図11に示すように、中央位置Cから第1位置P1に向かう動きを継続する。
図18は、他の実施形態におけるスパッタリング装置の全体構成を示す構成図である。
ロード・アンロード室102には、また、この室内を粗真空引きするロータリーポンプ等の粗引き排気手段が設けられる。
図19は、他の実施形態におけるスパッタリング装置の全体構成を示す構成図である。
ここでは、図4~図7に示すように、開始位置Stにおけるターゲット23に対してマグネット25を第1位置P1からスタートさせるとともに、ターゲット23に対してマグネット25を奇数回走査するように往復動作させて、開始位置Stにおけるターゲット23に対して第2位置P2で停止するように、ターゲット23を基板Sに対して一往復させて、スパッタリングをおこなった。その際における諸元を示す。
基板:1500x1850
膜厚測定ポイント:224pt(基板端10mm除く)
Power:3.1kW
圧力:0.3Pa
ガス:Ar 720sccm
(Max-Min)/(Max+Min)×100
として膜厚%を算出した。
その結果を図16に示す。
その結果を図16に示す。
11…搬出入チャンバ
12…前処理チャンバ
13…スパッタチャンバ
14…ゲートバルブ
15…排気部
16…成膜レーン
17…回収レーン
18…カソード装置
19…レーン変更部
21…ガス供給部
22…カソードユニット
23…ターゲット
23a…表面
23e1…第1端部
23e2…第2端部
25…マグネット
26D…直流電源
27…走査部
29…マグネット走査部
P1…第1位置
P2…第2位置
C…中央位置
St…開始位置
En…折り返し位置
S…基板(被処理基板)
R1…形成領域
R2…対向領域
Re1…端部
Re2…端部
VCa…カソード走査速度
VMg…マグネット走査速度
Vmax…和速度
Vmin…差速度
Claims (7)
- スパッタリング方法であって、
被成膜基板において膜が形成される形成領域に向けてスパッタ粒子を放出可能なターゲットを有するカソードユニットと、基板面内方向となる走査方向において前記被成膜基板に対して前記カソードユニットを相対的に往復動作させる走査部と、前記カソードユニットにおける前記ターゲットにエロージョン領域を形成するマグネットと、前記走査方向に前記マグネットを往復動作させるマグネット走査部とを用い、
前記カソードユニットが前記走査部によって前記走査方向に前記被成膜基板に対して相対的に往復動作される間に、前記マグネットを前記マグネット走査部によって前記走査方向に往復動作させるとともに、
前記被成膜基板に対する前記ターゲットの往路動作における前記マグネットの往復動作と、
前記被成膜基板に対する前記ターゲットの復路動作における前記マグネットの往復動作と、において、
前記被成膜基板に対する前記ターゲットの速度と前記ターゲットに対する前記マグネットの速度との和である一定速度の和速度Vmaxとして、前記被成膜基板に対して前記マグネットの移動する領域が、前記被成膜基板の全域にわたって連続するように設定される、
スパッタリング方法。 - 前記ターゲットおよび前記マグネットの開始位置において、前記マグネットが前記走査方向において前記被成膜基板から遠い前記ターゲットの端部に位置する、または、前記マグネットが前記走査方向において前記被成膜基板から近い前記ターゲットの端部に位置するとともに、
前記被成膜基板に対する前記ターゲットの1往復動作において、前記ターゲットに対する前記マグネットの往復動作における往路と復路との走査回数が奇数回に設定されるとともに、
前記マグネットの移動方向と前記ターゲットの移動方向とが、前記ターゲットの往路と復路とにおいてそれぞれ互いに逆向きとなるように設定される、
請求項1記載のスパッタリング方法。 - 前記ターゲットの往路動作終了位置において、前記マグネットが前記走査方向において前記ターゲットの中央部に位置する、
請求項2記載のスパッタリング方法。 - 前記ターゲットおよび前記マグネットの開始位置において、前記マグネットが前記走査方向において前記ターゲットの中央部に位置するとともに、
前記被成膜基板に対する前記ターゲットの1往復動作において、前記ターゲットに対する前記マグネットの往復動作における往路と復路との走査回数が偶数回に設定されるとともに、
前記マグネットの移動方向と前記ターゲットの移動方向とが、前記ターゲットの往路と復路とにおいてそれぞれ互いに逆向きとなるように前記マグネットの移動方向が設定される、
請求項1記載のスパッタリング方法。 - スパッタリング装置であって、
被成膜基板において膜が形成される形成領域に向けてスパッタ粒子を放出するカソードユニットと、
前記カソードユニットと前記被成膜基板とを相対的に基板面内方向となる走査方向に往復動作可能な走査部と、
エロージョン領域が形成されるターゲットと、
前記ターゲットに対して前記被成膜基板とは反対側に配置されて前記ターゲットに前記エロージョン領域を形成するマグネットと、
前記マグネットを前記ターゲットの前記走査方向における端部間で往復動作可能なマグネット走査部と、
前記走査部と前記マグネット走査部とに接続されて、前記カソードユニットの往復動作及び前記マグネットの往復動作を制御する制御部と、
を有し、
前記制御部において、
前記被成膜基板に対する前記ターゲットの往路動作における前記マグネットの往復動作と、
前記被成膜基板に対する前記ターゲットの復路動作における前記マグネットの往復動作と、において、
前記被成膜基板に対する前記ターゲットの速度と前記ターゲットに対する前記マグネットの速度との和である一定速度の和速度Vmaxとして、前記被成膜基板に対して前記マグネットの移動する領域が、前記形成領域の全域にわたって連続するように設定される、
スパッタリング装置。 - スパッタリング装置であって、
被成膜基板において膜が形成される成膜領域に対向して、前記成膜領域に対して相対的に移動しながらスパッタ粒子を放出する細長形状のカソードユニットと、
前記カソードユニットを、前記成膜領域の一端より外側の第一成膜外位置から、前記成膜領域の他端より外側の第二成膜外位置の間で往復移動するように、前記カソードユニットの長辺に交差する走査方向に移動させるカソード走査部と、を有し、
前記カソードユニットは、
細長のターゲットと、
前記ターゲットの裏面に配置されるマグネットと、
前記マグネットを前記ターゲットの長辺に交差する方向に往復させるマグネット走査部と、
を有し、
前記成膜領域において、前記カソードユニットの往路動作における前記マグネットの往復動作と、前記カソードユニットの復路動作における前記マグネットの往復動作と、が前記被成膜基板と前記マグネットの相対速度において、
前記マグネットの移動方向と前記ターゲットの移動方向とが、前記ターゲットの往路と復路とにおいてそれぞれ互いに逆向きとなるように前記マグネットの移動方向が制御される、
スパッタリング装置。 - 前記成膜領域において、
前記カソードユニットの往路動作と前記マグネットの往復動作の合成速度の最小値となる領域と、
前記カソードユニットの復路動作と前記マグネットの往復動作の合成速度の最小値となる領域と、が重ならない、
請求項6に記載のスパッタリング装置。
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