JP7329913B2 - プラズマ成膜方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体基板などの基板にプラズマを照射して成膜を行うプラズマ成膜装置およびプラズマ成膜方法に関するものである。

電子サイクロトロン共鳴（Electron Cyclotron Resonance：ＥＣＲ）で発生したプラズマを利用し、そのプラズマの周囲に配置したＥＣＲターゲットに電圧を印加することにより、プラズマに含まれるイオンをターゲットに加速して入射させることでスパッタリング現象を発生させ、ターゲット粒子を基板上に付着させて薄膜を形成する技術が知られている。

このような技術に用いられる製造装置として、例えば、特開２００５－２８１７２６号公報にプラズマ成膜装置の構造が開示されている。

特開２００５－２８１７２６号公報

上記特許文献１には、回転可能な試料基板を収納した試料室と、プラズマ発生源を備え、かつ試料室につながるプラズマ生成室（プラズマ発生部）とを備えたプラズマ成膜装置の構造が開示されている。

上記プラズマ成膜装置では、プラズマ生成室内でマイクロ波と磁界の相互作用により電子サイクロトロン共鳴を利用してプラズマを生成し、さらにこの生成されたプラズマを、発散磁界を利用して試料室内で回転している試料基板上に傾斜方向から照射し、これにより、試料基板に成膜を行う。プラズマ生成室の大きさはマイクロ波（例えば、２．４５ＧＨｚ）の波長程度に制限され、大型化が困難である。したがって、上記プラズマ成膜装置では、その大型化を阻止するためにプラズマ生成室を傾斜配置させてプラズマを試料基板に対して斜め方向から照射している。

また、試料基板に対してプラズマを斜め方向から照射することで、試料基板に照射するプラズマの照射範囲を広げることもできる。なお、プラズマ生成室を傾斜配置することなく、試料基板を保持するホルダの角度を水平に対して傾斜させることも考えられるが、その場合には、試料基板の保持機構が複雑になり装置が大型化する。

近年、直径２００ｍｍを超える大口径の試料基板の需要も高まりつつある。ＥＣＲプラズマを利用するスパッタリング装置では、試料基板のサイズが大きくなればなるほど、スパッタリングによる膜厚の均一化に対する試料基板の載置位置などの調整の要因が大きく影響する。

本発明者は、プラズマ生成室を傾斜配置したＥＣＲプラズマ成膜装置において、直径２００ｍｍを超える大口径の試料基板に対してシミュレーションを実施した結果、直径２００ｍｍより大きな大口径の試料基板では、試料基板の位置に関して上下方向の調整だけでは十分な膜厚均一性が得られないという結果に至った。

すなわち、本発明者は、プラズマ生成室（プラズマ発生部）を傾斜配置したＥＣＲプラズマ成膜装置において、試料基板の位置が上下方向の調整だけだと制御範囲が狭く、膜厚の制御範囲が大口径の試料基板に対しては対応できないという課題を見出した。

本発明の目的は、プラズマ成膜処理において、大口径の基板に対しても膜厚の均一化を図ることができる技術を提供することにある。

本発明の前記の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される実施の形態のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。

また、一実施の形態におけるプラズマ成膜方法は、プラズマを照射して成膜処理を行う成膜方法であり、（ａ）真空容器内に設けられた回転可能な基板支持部により基板を支持する工程を有する。さらに、（ｂ）上記基板支持部を回転させた状態で上記基板支持部の回転軸に対する上記プラズマの照射角度が鋭角を成すように、上記基板に対して上記プラズマを照射して上記基板に成膜を行う工程と、（ｃ）上記真空容器内から上記基板を取り出し、上記基板に形成された膜の膜厚分布を測定する工程と、を有する。さらに、（ｄ）上記膜厚分布の測定結果に基づいて、上記回転軸と平行な第１方向と直交する第２方向もしくは上記第１方向と上記第２方向とに上記基板支持部を移動させる工程を有する。さらに、（ｅ）上記基板支持部を回転させた状態で上記基板支持部の上記回転軸に対する上記プラズマの照射角度が鋭角を成すように、上記真空容器内から取り出し膜厚分布を測定した上記基板に対して上記プラズマを照射して上記基板に成膜を行い、製品として前記基板を製造する工程を有する。

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。

プラズマ成膜処理において、基板に形成される膜の膜厚の制御範囲を広くすることができ、大口径の基板に対してもプラズマ成膜装置を大型化することなく膜厚の均一化を図ることができる。また、高品質の薄膜を形成することができる。

本発明の実施の形態におけるプラズマ成膜装置の概略構成を示す模式図である。 図１に示すプラズマ成膜装置における基板の座標軸上での移動概念を示す模式図である。 （ａ）は図１に示すプラズマ成膜装置におけるスパッタ時の粒子の分布の概念図、（ｂ）は基板に形成される膜の型を示す概念図である。 （ａ）は図１に示すプラズマ成膜装置におけるスパッタ時の粒子の分布の概念図、（ｂ）は基板に形成される膜の型を示す概念図である。 （ａ）は図１に示すプラズマ成膜装置におけるスパッタ時の粒子の分布の概念図、（ｂ）は基板に形成される膜の型を示す概念図である。 図１に示すプラズマ成膜装置を用いて成膜を行った基板上における膜厚の分布状態を示す膜厚分布図である。 図６の実測値に基づく基板上の膜厚の分布状態を示す模式図であり、（ａ）はＸｓ＝０ｍｍの場合、（ｂ）はＸｓ＝９０ｍｍの場合、（ｃ）はＸｓ＞９０ｍｍの場合である。

本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。

以下、本発明の実施の形態を図を用いて説明する。図１は本発明の実施の形態におけるプラズマ成膜装置の概略構成を示す模式図、図２は図１に示すプラズマ成膜装置における基板の座標軸上での移動概念を示す模式図である。

図１に示す本実施の形態のプラズマ成膜装置１は、マイクロ波１６の電界とプラズマ発生部１０の周囲に設けたコイル１５により形成される磁界によりＥＣＲを生起してプラズマ６を形成し、このプラズマ６を用いて半導体ウエハなどの試料である基板４にスパッタリングによる成膜処理を行うものである。

また、本実施の形態のプラズマ成膜装置１は、成膜可能な基板４の大きさが、例えば、直径３００ｍｍであり、大口径の基板４への成膜処理にも対応する成膜装置である。

図１に示すプラズマ成膜装置１について説明する。プラズマ成膜装置１は、成膜処理が行われる基板４が配置される処理室である真空チャンバ（真空容器）２と、真空チャンバ２と連通し、かつ真空チャンバ２内にプラズマ６を発生させるプラズマ発生部１０とを有している。

そして、プラズマ発生部１０が真空チャンバ２に連通する箇所、すなわちプラズマ発生部１０の出口には円筒形のターゲット１３が配置されており、ターゲット１３の内壁にはスパッタ材（成膜材）が設けられている。成膜時、ターゲット１３にはＲＦ（Radio Frequency:高周波）電力１４が印加される。

また、プラズマ発生部１０の周囲にはコイル１５が設けられており、プラズマ発生部１０で発生したプラズマ中の電子は磁場勾配に沿って真空チャンバ２内に移動する。その際、イオンも電子が形成する電位に引きずられるようにして真空チャンバ２内に引き出される。この時、ターゲット１３にＲＦ電力１４を印加し、プラズマ中のイオンをターゲット１３に衝突させることで、スパッタリング作用により基板４上に成膜を行うことができる。成膜時には、真空チャンバ２のガス導入口２ａよりプロセスガス１７が導入される。図１中の矢印Ｐは、プラズマ６の流れとともにスパッタ粒子の流れも示している。

なお、プラズマ発生部１０の大きさは、２．４５ＧＨｚのマイクロ波１６の波長（１２．２ｃｍ）程度に制約されるため、大型化が困難である。

そこで、本実施の形態のプラズマ成膜装置１は、プラズマ源（プラズマ発生部１０）を大型化せず、直径３００ｍｍの大口径の基板４に対しても高い膜厚均一性を得るために、プラズマ発生部１０を基板４に対して傾斜配置しており、かつ基板４を回転させることが可能な機構を備えている。

ここで、図１に示すプラズマ成膜装置１の構造の詳細について説明する。プラズマ成膜装置１は、真空チャンバ２内で基板４を支持し、かつ基板４の膜形成面４ａに沿って回転可能に設けられた基板ホルダ（基板支持部）３と、基板ホルダ３と連結する回転軸５と、を備えている。基板ホルダ３は、基板４を保持する保持部３ａと、回転軸５と連結される連結部３ｂとを有している。基板４は、基板ホルダ３の保持部３ａに載置されるだけであり、吸着などは行っていない。その際、基板４は、その膜形成面４ａがターゲット１３と対向する向きで保持部３ａに載置されている。

なお、基板４の基板ホルダ３への載置および基板ホルダ３からの取り出しは、基板ホルダ３の水平方向から保持部３ａと連結部３ｂとの間の隙間を介して行われる。

そして、プラズマ成膜装置１は、真空チャンバ２と連通するとともに、プラズマ６を発生させ、かつ回転軸５に対するプラズマ６の照射角度θが鋭角を成すように設けられたプラズマ発生部１０を備えている。すなわち、プラズマ発生部１０が基板４の直下ではなく、基板４の膜形成面４ａに対して傾斜配置されている。これにより、プラズマ発生部１０で生成されたプラズマ６は、基板４の膜形成面４ａに対して斜め下方から照射される。この時、斜め下方から照射されたプラズマ６は、その照射範囲が広げられ、プラズマ６を基板４の膜形成面４ａ全体に亘って照射することができる。また、基板ホルダ３の基板載置面と回転軸５とが略直角を成すように基板ホルダ３と回転軸５とが連結（接続）されているため、基板４の膜形成面４ａに対して斜め下方から照射されるプラズマ６の回転軸５に対する照射角度θは、鋭角を成すようになっている（０＜θ＜９０°）。

上述のようにプラズマ成膜装置１では、プラズマ発生部１０が基板４の膜形成面４ａに対して傾斜配置されている。つまり、図２に示すように、ターゲット１３も基板４の膜形成面４ａに対して斜めに配置されている。ターゲット１３の大きさにも制約があるため、ターゲット１３を基板４の膜形成面４ａに対して斜めに配置することで、プラズマ６の照射範囲を広くして大きな基板４に対してもその全面にプラズマ６が照射されるようにしている。これにより、基板４上に形成される膜２１（図３参照）の均一化を図ることができる。

また、プラズマ成膜装置１は、基板ホルダ３を回転軸５と平行な上下方向（第１方向、Ｚ方向）１１に移動させる第１駆動部７と、基板ホルダ３を回転軸５と直交する水平方向（第２方向、Ｘ方向）１２に移動させる第２駆動部８と、回転軸５を回転させる第３駆動部９と、を有している。第１駆動部７は、基板昇降用のモータであり、第２駆動部８は、基板水平移動用のモータであり、第３駆動部９は、基板回転用のモータである。

したがって、プラズマ成膜装置１において、基板ホルダ３は、上下方向１１と水平方向１２とにそれぞれ独立して移動される。つまり、プラズマ成膜装置１では、基板４を載置した基板ホルダ３を、上下方向１１と水平方向１２とにそれぞれ独立して移動させることができる。

また、プラズマ成膜装置１は、その真空チャンバ２上に、第１駆動部７と係合し、かつ上下方向１１に平行に設けられた第１動作軸７ａと、第２駆動部８と係合し、かつ水平方向１２に平行に設けられた第２動作軸８ａと、をそれぞれ備えている。第１動作軸７ａおよび第２動作軸８ａは、例えば、ボールねじである。さらに、第１動作軸７ａと平行に他のボールねじである補助動作軸７ｂが設けられている。第１動作軸７ａと補助動作軸７ｂとは、同期用ベルト７ｄを介して同期して動くことができる。また、第２動作軸８ａと平行に他のボールねじである補助動作軸８ｂが設けられている。第２動作軸８ａと補助動作軸８ｂとは、同期用ベルト８ｄを介して同期して動くことができる。

また、第１動作軸７ａには水平方向１２に沿って設けられた可動ベース板７ｃが係合している。第１駆動部７は、可動ベース板７ｃに取り付けられた固定板７ｆに設けられている。可動ベース板７ｃは、第１動作軸７ａと平行に設置されたガイドポール７ｅとも係合しており、かつ昇降可能に配置されている。可動ベース板７ｃは、補助動作軸７ｂおよび補助動作軸７ｂと平行に設けられた補助動作軸７ｂ側のガイドポール７ｅとも係合している。

また、可動ベース板７ｃには、その端部に、第２動作軸８ａおよび補助動作軸８ｂと係合する支持板８ｅが取り付けられ、さらに支持板８ｅに取り付けられた固定板８ｆに第２駆動部８が設けられている。

また、第２動作軸８ａと補助動作軸８ｂとには、両方の軸に係合する可動板８ｃが設けられている。そして、可動板８ｃには、固定板９ｂが取り付けられ、この固定板９ｂに第３駆動部９が設けられている。

また、可動ベース板７ｃ上には、第２駆動部８による動作機構（水平移動機構）と第３駆動部９による動作機構（基板回転機構）が設けられている。具体的には、可動ベース板７ｃ上には、箱状の第１可動部（可動部）２０ａが設けられており、さらに、箱状の第１可動部２０ａの内部には、水平方向１２に沿って設けられた第３動作軸９ａの回転を上下方向１１に沿って設けられた回転軸５の回転に変換する変換機構部１８が設けられている。この変換機構部１８は、例えば、第３動作軸９ａと回転軸５のそれぞれの係合箇所に設けられたかさ歯車であり、箱状の第２可動部２０ｂの内部に配置されている。さらに、第２可動部２０ｂは、箱状の第１可動部２０ａの内部に配置されている。つまり、第１可動部２０ａも第２可動部２０ｂを介して変換機構部１８を覆っており、可動ベース板７ｃ上に取り付けられて上下方向１１に移動可能となっている。

なお、第２動作軸８ａは、箱状の第１可動部２０ａの外部から内部に亘って貫通して設けられており、箱状の第２可動部２０ｂは、その上部が第１可動部２０ａ内において、第２動作軸８ａと係合している。そして、第２可動部２０ｂは、連結シャフト８ｇを介して可動板８ｃと連結している。

以上の構造において、第１駆動部７の駆動により、第１動作軸７ａが回転すると同期用ベルト７ｄを介して補助動作軸７ｂも回転する。そして、第１動作軸７ａおよび補助動作軸７ｂの回転により、可動ベース板７ｃは、固定板７ｆに設けられた第１駆動部７とともにガイドポール７ｅに案内されながら上昇または下降する（Ｚ方向に移動する）。

さらに、可動ベース板７ｃの昇降（Ｚ方向の移動）により、第３駆動部９の駆動によって動作する機構（基板回転機構）の一部である回転軸５が上昇または下降する。そして、回転軸５の上昇または下降により、基板ホルダ３が上昇または下降し、これによって基板４も上昇または下降する。すなわち、可動ベース板７ｃの上昇または下降により、基板４の上下方向１１の位置を所望の位置に移動させることができる。

また、第２駆動部８の駆動により、第２動作軸８ａが回転すると同期用ベルト８ｄを介して補助動作軸８ｂも同期して回転する。そして、第２動作軸８ａと補助動作軸８ｂとが回転すると、両方の軸に係合する可動板８ｃが水平方向１２に移動する。つまり、可動板８ｃは、第２動作軸８ａおよび補助動作軸８ｂの回転により、水平方向１２に移動する（Ｘ方向に移動する）。そして、可動板８ｃの水平方向１２への移動に伴って、可動板８ｃと連結シャフト８ｇを介して連結する第２可動部２０ｂが、箱状の第１可動部２０ａ内において、第２動作軸８ａに案内されながら水平方向１２に移動する。これにより、回転軸５も水平方向１２に移動する。さらに、回転軸５の水平方向１２への移動により、基板ホルダ３が水平方向１２に移動し、これによって基板４も水平方向１２に移動する。すなわち、可動板８ｃの水平方向１２への移動により、基板４の水平方向１２の位置を所望の位置に移動させることができる。

また、第３駆動部９の駆動により、水平方向１２に沿って設けられた第３動作軸９ａが回転し、さらに、この第３動作軸９ａの回転は、かさ歯車からなる変換機構部１８によって上下方向１１に沿って設けられた回転軸５の回転に変換される。そして、回転軸５の回転によって基板ホルダ３が回転し、これによって基板４も水平方向１２に沿って回転する。すなわち、第３動作軸９ａの回転により、基板４を水平方向１２に回転させることができる。なお、プラズマ成膜装置１で、基板４の水平方向１２に沿った回転は、成膜処理時に行われる。

また、プラズマ成膜装置１は、第１可動部２０ａと真空チャンバ２とを連通させるように可動ベース板７ｃに取り付けられ、かつ回転軸５の一部を囲むとともに、真空チャンバ２内を真空雰囲気に保つ第１ベローズ部１９ａを備えている。第１ベローズ部１９ａは蛇腹構造となっており、伸縮可能なため、可動ベース板７ｃの上下方向１１への移動に追従する。これにより、可動ベース板７ｃが上下方向１１に移動しても第１ベローズ部１９ａによって第１可動部２０ａと真空チャンバ２との真空雰囲気は維持される。

また、プラズマ成膜装置１は、第１ベローズ部１９ａと第１可動部２０ａとを介して真空チャンバ２と連通し、かつ第３動作軸９ａおよび連結シャフト８ｇのそれぞれの一部を囲む第２ベローズ部１９ｂが可動板８ｃに取り付けられている。第２ベローズ部１９ｂも蛇腹構造となっており、伸縮可能なため、可動板８ｃの水平方向１２への移動に追従する。これにより、可動板８ｃが水平方向１２に移動しても第２ベローズ部１９ｂによって第１可動部２０ａと真空チャンバ２との真空雰囲気は維持される。

本実施の形態のプラズマ成膜装置１は、真空チャンバ２内において、基板４を上下方向１１と水平方向１２とにそれぞれ独立して移動させることが可能である。すなわち、基板ホルダ３の位置を上下方向１１と水平方向１２とにそれぞれ独立させて移動させることが可能である。なお、スパッタによる成膜処理時には、基板４は回転動作のみであり、上下方向１１もしくは水平方向１２への移動は、成膜処理を開始する前に行う。

これらにより、本実施の形態のプラズマ成膜装置１は、ターゲット１３が摩耗したり成膜のプロセス条件が異なっても、基板４上に形成される膜２１の膜厚の均一性を維持可能な機能を備えていると言える。

ここで、プラズマ成膜装置１における基板４の位置調整の概念を、図２を用いて説明する。図２に示すように、ターゲット１３と基板４の膜形成面４ａの中心との距離をＴ－Ｓとし、ターゲット１３の中心と基板４の膜形成面４ａの中心とのずれ量をＸｓとする。プラズマ成膜装置１は、上下方向１１（Ｚ方向）に基板４を移動可能な機構（上下移動機構）と、水平方向１２（Ｘ方向）に基板４を移動可能な機構（水平移動機構）と、を備えている。例えば、Ｘｓを固定し、Ｔ－Ｓだけを変化させることや、その逆にＴ－Ｓを固定し、Ｘｓだけを変化させることなどが可能である。

次に、本実施の形態のプラズマ成膜装置１において、ターゲット１３からスパッタされた粒子の分布状態について説明する。図３（ａ），（ｂ）、図４（ａ），（ｂ）および図５（ａ），（ｂ）は、それぞれ図１に示すプラズマ成膜装置におけるスパッタ時の粒子の分布の概念図および基板に形成される膜の型を示す概念図である。なお、図３（ａ）、図４（ａ）および図５（ａ）のそれぞれにおけるＲ部は、スパッタ粒子の分布状態を示しており、各Ｒ部において、ドットの密度が高いほどスパッタ粒子の分布量が多いことを示している。

図３（ａ）は、基板４の中心とターゲット１３の中心とがほぼ一致している場合のスパッタ時の粒子の分布量を示しており、矢印ＶのＶ１側（ドット密度が高い）の方が成膜速度が速く、矢印ＶのＶ２側（ドット密度が低い）の方が成膜速度が遅いことを示している。そして、成膜時、基板４は回転している。この場合、図３（ｂ）に示すように、基板４の中心付近は、成膜速度が速いため成膜される膜２１の量も多く膜厚分布の形態は凸型となる。

図４（ａ）は、基板４の中心を図の向かって右方向（ターゲット１３から遠ざかる水平方向）にシフトさせた場合のスパッタ時の粒子の分布量を示している。この場合、図４（ｂ）に示すように、基板４の外周部付近の成膜速度が速くなるため、外周部付近に成膜される膜２１の量が多くなる。しかし、中央付近の成膜量が少なくなるが基板４が回転しているため、膜厚は均一化される。

図５（ａ）は、基板４の中心をさらに図の向かって右方向（ターゲット１３からさらに遠ざかる水平方向）にシフトさせた場合のスパッタ時の粒子の分布量を示している。この場合、図５（ｂ）に示すように、基板４の外周部付近の成膜速度がさらに速くなるため、外周部付近に成膜される膜２１の量がさらに多くなる。そして、中央付近の成膜量がさらに少なくなり基板４が回転しているため、膜厚分布の形態はその中央付近が凹んだ凹型となる。

したがって、本実施の形態のプラズマ成膜装置１では、膜厚の分布の形態が、図４（ｂ）に示すような型になることが好ましい。そこで、プラズマ成膜装置１では、図２に示すように、基板４の膜形成面４ａの中心とターゲット１３の中心とをＸｓ（ずれ量）の長さ分ずらしている。つまり、基板４の中心からずれた位置にプラズマ照射の中心をセットする。そして、成膜処理には、基板４が回転するため、その結果、成膜時に基板４上に形成される膜２１の膜厚分布の形態が外周部付近において、凸型となり、さらに基板４が回転しているため、外周部付近の凸型の部分が足されてさらに平均化される。これにより、プラズマ成膜装置１は膜厚の均一化を図ることができる。

以上のように、プラズマ成膜装置１では、ＸｓとＴ－Ｓの大きさが膜厚の均一化に影響を及ぼす。そして、成膜処理を行う前に基板４の上下方向１１もしくは水平方向１２の位置を調整して、膜厚の分布の形態が、図４（ｂ）に示すような形態になるようにする。その際、プラズマ成膜装置１では、上下方向１１および水平方向１２における各パラメータを、例えば、１ｍｍずつ移動させることができる。これにより、基板４における成膜の位置を自由に変えることができる。

本実施の形態のプラズマ成膜装置１によれば、基板４を上下方向１１と水平方向１２とにそれぞれ独立して移動させることが可能な機構を備えたことで、基板４に形成される膜２１の膜厚の制御範囲を広くすることができる。さらに、基板４の位置をフレキシブルに移動させることができ、基板４に形成される膜２１の膜厚の均一化を実現することができる。例えば、直径３００ｍｍの大口径の基板４に対しても高い膜厚均一性を得ることができる。また、高品質の薄膜を形成することができる。

次に、本実施の形態のプラズマ成膜方法について説明する。本実施の形態のプラズマ成膜方法は、図１に示すプラズマ成膜装置１を用いてスパッタリングによる成膜処理を行うものである。

まず、図１に示すプラズマ成膜装置１の真空チャンバ２内に基板４を搬送し、真空チャンバ２内に設けられた回転可能な基板ホルダ３に基板４を載置する。その際、基板ホルダ３の保持部３ａと連結部３ｂとの間の隙間を介して基板４を挿入し、基板４の膜形成面４ａが下方を向くように（基板４の膜形成面４ａがターゲット１３と対向するように）保持部３ａに基板４を載置する。これにより、基板ホルダ３によって基板４が支持される。ターゲット１３に設けられたスパッタ材は、例えば、アルミニウムをはじめとしてシリコンやタンタルなどあらゆる固体材料を利用することができる。

基板載置後、真空チャンバ２内において、第３駆動部９により基板ホルダ３を水平方向１２に沿って回転させた状態で基板ホルダ３の回転軸５に対するプラズマ６の照射角度θが鋭角を成すように、プラズマ発生部１０から基板４に対してプラズマ６を照射して基板４に成膜を行う。

詳細には、マイクロ波１６の電界とプラズマ発生部１０の周囲に設けたコイル１５により形成される磁界によりＥＣＲを生起してプラズマ６を形成する。同時にコイル１５により発生した磁場勾配に沿ってプラズマ中の電子は真空チャンバ２内に移動する。

その際、イオンも電子が形成する電位に引きずられるようにして真空チャンバ２内に引き出される。この時、ターゲット１３にＲＦ電力１４を印加し、プラズマ中のイオンをターゲット１３に衝突させることで、スパッタリング作用により基板４上に成膜を行う。そして、成膜時には、真空チャンバ２のガス導入口２ａよりプロセスガス１７が導入される。

また、プラズマ成膜装置１では、基板４の回転軸５に対するプラズマ６の照射角度θが鋭角を成すように設けられたプラズマ発生部１０を備えている。つまり、プラズマ発生部１０は基板４の膜形成面４ａに対して傾斜配置されている。これにより、プラズマ発生部１０で生成されたプラズマ６を、基板４の膜形成面４ａに対して斜め下方から照射する。この時、斜め下方から照射されたプラズマ６は、その照射範囲が広げられ、基板４の膜形成面４ａ全体に亘って照射される。

これにより、基板４の膜形成面４ａにスパッタによる所望の膜２１が形成される。

膜形成後、真空チャンバ２内から基板４を取り出し、基板４に形成された膜２１の膜厚分布を測定する。なお、基板ホルダ３から基板４を取り出す際にも、保持部３ａと連結部３ｂとの間の隙間を介して基板４を取り出し、さらに、真空チャンバ２の外部に基板４を搬送する。

そして、真空チャンバ２から基板４を取り出した後、基板４に形成された膜２１の膜厚 分布を測定する。次に、上記膜厚分布の測定後、上記膜厚分布の測定結果に基づいて回転軸５と平行な上下方向１１と直交する水平方向１２、もしくは上下方向１１と水平方向１２とに基板ホルダ３を移動させる。すなわち、基板４上の膜厚の分布の形態が、図４（ｂ）に示すような形態になるように基板４の位置を調整する。

本実施の形態では、一例として、基板ホルダ３を水平方向１２に移動させる。すなわち、ターゲット１３と基板４の膜形成面４ａの中心との距離Ｔ－Ｓは変えずに、ターゲット１３の中心と基板４の膜形成面４ａの中心とのずれ量Ｘｓのみを調整する。

ここで、図６は図１に示すプラズマ成膜装置を用いて成膜を行った基板上における膜厚の分布状態を示す膜厚分布図、図７は図６の実測値に基づく基板上の膜厚の分布状態を示す模式図であり、（ａ）はＸｓ＝０ｍｍの場合、（ｂ）はＸｓ＝９０ｍｍの場合、（ｃ）はＸｓ＞９０ｍｍの場合である。なお、図６、図７は何れもＴ－Ｓの値をＴ－Ｓ＝２９５ｍｍに固定して測定またはシミュレーションしたものである。また、図７（ａ）の膜厚分布における膜厚均一性は±１７．５％であり、図７（ｂ）の膜厚分布における膜厚均一性は±２．９％である。

成膜処理によって基板４に形成された膜２１の膜厚分布を測定した結果、膜厚分布の形態が、図６のＸｓ＝０ｍｍの形態に近い場合、すなわち、膜厚分布の形態が凸型の場合（図７（ａ）の場合）には、ターゲット１３と基板４の膜形成面４ａの中心との距離Ｔ－Ｓを２９５ｍｍに固定した状態で（距離Ｔ－Ｓを変えずに）、ターゲット１３の中心と基板４の中心とのずれ量Ｘｓの大きさを変える。すなわち、基板４に形成された膜２１の膜厚分布の測定結果をフィードバックし、距離Ｔ－Ｓを２９５ｍｍに固定した状態で、ずれ量Ｘｓの大きさのみを変えて基板４の位置を調整する。この場合には、ずれ量Ｘｓが、測定用の成膜時のずれ量Ｘｓより大きくなるように基板ホルダ３を移動させる。例えば、ずれ量Ｘｓの値を図６のＸｓ＝９０ｍｍ（図７（ｂ））に調整する。実際には、調整するずれ量Ｘｓの大きさからプラズマ成膜装置１に入力する水平方向１２の移動距離Ｘ１を計算してこのＸ１値を入力する。

本実施の形態のプラズマ成膜装置１は、基板ホルダ３の位置を上下方向１１と水平方向１２とにそれぞれ独立させて移動させることが可能である。したがって、基板ホルダ３（基板４）の位置を水平方向１２のみに移動させて調整することができる。

真空チャンバ２内の基板ホルダ３に基板４を載置し、基板ホルダ３の位置を上記Ｘ１値を用いて調整した後、再度、第３駆動部９により基板ホルダ３を回転させた状態で基板ホルダ３の回転軸５に対するプラズマ６の照射角度θが鋭角を成すように、プラズマ発生部１０から基板４に対してプラズマ６を照射して基板４に成膜を行う。

これにより、図７（ｂ）に示すように、基板４上に形成された膜２１の膜厚の均一化を図ることができる。

なお、基板４に形成された膜２１の膜厚分布を測定した結果、膜厚分布の形態が、図６のＸｓ＞９０ｍｍの形態に近い場合、すなわち、膜厚分布の形態がその中央部が凹型の場合（図７（ｃ）の場合）について説明する。

基板４に形成された膜２１の膜厚分布の形態が、その中央部が凹型の場合には、ターゲット１３と基板４の膜形成面４ａの中心との距離Ｔ－Ｓを２９５ｍｍに固定した状態で（距離Ｔ－Ｓを変えずに）、ターゲット１３の中心と基板４の中心とのずれ量Ｘｓの大きさを変える。この場合には、ずれ量Ｘｓが、測定用の成膜時のずれ量Ｘｓより小さくなるように基板ホルダ３を移動させる。例えば、ずれ量Ｘｓの値を図６のＸｓ＝９０ｍｍ（図７（ｂ））に調整する。実際には、調整するずれ量Ｘｓの大きさからプラズマ成膜装置１に入力する水平方向１２の移動距離Ｘ２を計算してこのＸ２値を入力する。

本実施の形態のプラズマ成膜装置１は、基板ホルダ３の位置を上下方向１１と水平方向１２とにそれぞれ独立させて移動させることが可能であるため、基板ホルダ３（基板４）の位置を水平方向１２のみに移動させて調整することができる。

真空チャンバ２内の基板ホルダ３に基板４を載置し、基板ホルダ３の位置を上記Ｘ２値を用いて調整した後、再度、第３駆動部９により基板ホルダ３を回転させた状態で基板ホルダ３の回転軸５に対するプラズマ６の照射角度θが鋭角を成すように、プラズマ発生部１０から基板４に対してプラズマ６を照射して基板４に成膜を行う。

これにより、図７（ｂ）に示すように、基板４上に形成された膜２１の膜厚の均一化を図ることができる。

なお、上記のプラズマ成膜方法では、距離Ｔ－Ｓを固定してずれ量Ｘｓのみを調整して基板４を水平方向１２に移動させる場合を説明したが、ずれ量Ｘｓを固定して距離Ｔ－Ｓのみを調整して基板４を上下方向１１に移動させて再度成膜を行っても良い。また、距離Ｔ－Ｓとずれ量Ｘｓとの両方を調整して基板４を上下方向１１と水平方向１２とにそれぞれ独立して移動させ、この状態で再度成膜を行ってもよい。

本実施の形態のプラズマ成膜方法によれば、一度成膜を行って膜厚分布を測定し、その測定結果に基づいて、基板ホルダ３の回転軸５と直交する水平方向１２、もしくは上下方向１１と水平方向１２とに基板ホルダ３を移動させて基板４の位置を調整し、この状態で、再度、基板４に対してプラズマ６を照射して基板４に成膜を行う。

つまり、予めシミュレーションや実測などで求めていた膜厚分布の均一化を図れる基板４の位置と近いの位置に基板４の位置を調整し、再度、成膜を行うことで、基板４に形成される膜２１の膜厚の制御範囲を広くすることができ、大口径の基板４に対してもプラズマ成膜装置１を大型化することなく膜厚の均一化を図ることができる。また、高品質の薄膜を形成することができる。

さらに、基板４の膜形成面４ａ全体に亘ってプラズマ６を照射することにより、基板４上に形成される膜２１が積層状態となることなく、膜厚の均一化を図ることができる。

本実施の形態のプラズマ成膜装置１では、プラズマ６を基板４に対して斜め照射するとともに、上下方向１１だけでなく水平方向１２にも基板４の位置を調整することができる。本来、プラズマ成膜装置において、基板４を上下方向１１に移動させるのに比べて水平方向１２に移動させるのは、機構的に困難であり、必要性が無ければ水平方向１２の移動機構は設けない。しかしながら、本発明者は、直径３００ｍｍなどの大口径の基板４に成膜処理を行う際に、基板４を水平方向１２に移動させることの必要性に気付いた。

すなわち、基板４を単に上下方向１１と水平方向１２にずらしてプラズマ６を照射することも考えられるが、大口径の基板４に対応させようとすると、基板４の水平方向１２への移動量を大きくすることになり、プラズマ成膜装置が大型化する。さらには、大口径の基板４においてプラズマ６が当たらない領域も出てくる。プラズマ６が照射されない状態と照射される状態とが基板４上で起こると、形成される膜２１が積層されてしまう可能性がある（膜２１に界面が形成される可能性がある）。

そこで、本実施の形態のプラズマ成膜装置１のように、プラズマ６の照射を基板４の斜め下方から行うことで、上述のように、プラズマ６の照射範囲を広げることができ、基板４の膜形成面４ａ全体に亘ってプラズマ６を照射することができる。これにより、基板４上に形成される膜２１が積層状態となることなく、膜厚の均一化を図ることができる。

仮にプラズマ６を斜め照射でなく、基板４の直下からの垂直照射とすると、基板４の水平方向１２の移動機構を設ける必要は無くなるが、その場合には、成膜範囲が狭くなる。したがって、直径３００ｍｍなどの大口径の基板４への成膜処理では、本実施の形態のプラズマ成膜装置１のように、プラズマ６の照射を基板４の斜め下方から行うことが重要になる。加えて、本実施の形態のプラズマ成膜装置１では、上下方向１１と水平方向１２とに基板４を独立して移動させることができるため、上述のような、基板４に形成される膜２１の膜厚の制御範囲を広くすることができ、プラズマ成膜装置１を大型化することなく、大口径の基板４に対しても基板４の位置の制御範囲を対応させることができる。さらに、大口径の基板４であっても膜厚の均一化を図ることができる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

上記実施の形態では、プラズマ成膜方法として、まず、成膜処理を行って膜厚分布を測定し、その測定結果に基づいて基板４の位置を水平方向１２もしくは上下方向１１と水平方向１２の両方向に移動させて調整し、その後、再度成膜処理を行う場合を説明した。上記プラズマ成膜方法としては、膜厚分布の測定結果に基づいて基板４の位置を調整した後、複数回基板４に対して成膜処理を行った段階で再び膜厚分布のデータを測定し、この測定結果に基づいて基板４の位置を再度水平方向１２もしくは上下方向１１と水平方向１２の両方向に移動させて調整してもよい。

例えば、成膜処理を複数回行うとターゲット材が徐々に減っていくが、その際、基板４に形成される膜２１の膜厚分布も変化するため、基板４の高さを再度調整する必要が生じる。この時、基板４の高さ（上下方向１１の位置）を変えてターゲット１３と基板４の膜形成面４ａの中心との距離Ｔ－Ｓを大きくすると、成膜のレートが変わってしまう。しかしながら、上記実施の形態のプラズマ成膜装置１では、基板４を水平方向１２に移動させることが可能なため、膜厚の均一化を図ることができるとともに、上記レートも変えなくて済み、膜質も同等なレベルで維持することができる。

１ プラズマ成膜装置
２ 真空チャンバ（真空容器）
２ａ ガス導入口
３ 基板ホルダ（基板支持部）
３ａ 保持部
３ｂ 連結部
４ 基板
４ａ 膜形成面
５ 回転軸
６ プラズマ
７ 第１駆動部
７ａ 第１動作軸
７ｂ 補助動作軸
７ｃ 可動ベース板
７ｄ 同期用ベルト
７ｅ ガイドポール
７ｆ 固定板
８ 第２駆動部
８ａ 第２動作軸
８ｂ 補助動作軸
８ｃ 可動板
８ｄ 同期用ベルト
８ｅ 支持板
８ｆ 固定板
８ｇ 連結シャフト
９ 第３駆動部
９ａ 第３動作軸
９ｂ 固定板
１０ プラズマ発生部
１１ 上下方向（第１方向）
１２ 水平方向（第２方向）
１３ ターゲット
１４ ＲＦ電力
１５ コイル
１６ マイクロ波
１７ プロセスガス
１８ 変換機構部
１９ａ 第１ベローズ部
１９ｂ 第２ベローズ部
２０ａ 第１可動部（可動部）
２０ｂ 第２可動部
２１ 膜

Claims (4)

1. プラズマを照射して成膜処理を行うプラズマ成膜方法であって、
   （ａ）真空容器内に設けられた回転可能な基板支持部により基板を支持する工程と、
   （ｂ）前記（ａ）工程の後、前記基板支持部を回転させた状態で前記基板支持部の回転軸に対する前記プラズマの照射角度が鋭角を成すように、前記基板に対して前記プラズマを照射して前記基板に成膜を行う工程と、
   （ｃ）前記（ｂ）工程の後、前記真空容器内から前記基板を取り出し、前記基板に形成された膜の膜厚分布を測定する工程と、
   （ｄ）前記（ｃ）工程の後、前記膜厚分布の測定結果に基づいて、前記回転軸と平行な第１方向と直交する第２方向もしくは前記第１方向と前記第２方向とに前記基板支持部を移動させる工程と、
   （ｅ）前記（ｄ）工程の後、前記基板支持部を回転させた状態で前記基板支持部の前記回転軸に対する前記プラズマの照射角度が鋭角を成すように、前記真空容器内から取り出し膜厚分布を測定した前記基板に対して前記プラズマを照射して前記基板に成膜を行い、製品として前記基板を製造する工程と、
   を有する、プラズマ成膜方法。
2. 請求項１に記載のプラズマ成膜方法において、
   前記（ｄ）工程で、前記基板支持部を前記第２方向もしくは前記第１方向と前記第２方向とに移動させて、ターゲットと前記基板の膜形成面の中心との距離、または前記ターゲットの中心と前記基板の前記膜形成面の中心とのずれ量のうちの少なくとも何れかを調整する、プラズマ成膜方法。
3. 請求項２に記載のプラズマ成膜方法において、
   前記（ｄ）工程で、前記ターゲットと前記基板の前記膜形成面の中心との前記距離を変えずに、前記ターゲットの中心と前記基板の中心との前記ずれ量が、前記（ｂ）工程での成膜時の前記ずれ量より大きくまたは小さくなるように前記基板支持部を移動させる、プラズマ成膜方法。
4. 請求項３に記載のプラズマ成膜方法において、
   前記（ｂ）工程および前記（ｅ）工程では、前記プラズマを前記基板の膜形成面の全面に照射する、プラズマ成膜方法。

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