TW200935989A - Plasma source mechanism and film forming apparatus - Google Patents

Description

200935989 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明’係有關於用以在真空中使用電漿來對於薄膜 而進行處理之電漿源、以及使用有此之成膜技術。 【先前技術】 於先前技術中，從之前便週知有使用有線圈之ICP Φ (感應結合電漿）放電，且被提案有各種之形狀的ICP (例如，參考專利文獻1、2 )。 近年來’雖係期待對於大面積區域而進行ICP放電， 但是，爲了確保大面積之ICP放電，係有著使天線之L (電感）成分變得過大而無法取得匹配並無法施加電力的 情況。 爲了對此種問題作對應，於先前技術中，作爲將ICP 放電之面積增大的方法，係爲了縮小L成分，而將線圈之 〇 形狀設爲複雜的構成，或是將所施加之高頻電力的値降 低，藉此而進行對應。 其結果，在先前技術中，係有著在電漿放電中之再現 性降低的問題，又’亦有著作爲電漿源而用途被限定的問 題。 [專利文獻1]日本特開2005-256024號公報 [專利文獻2 ]日本專利第3 1 8 8 3 5 3號公報 【發明內容】 -5- 200935989 [發明所欲解決之課題] 本發明，係爲爲了解決此種先前技術之課題而進行 者，其目的係在於：能夠將大面積之電漿以良好再現性來 產生，並藉由此而提供一種能夠適用於廣泛之用途中的使 用有低價之電漿源的電漿處理技術以及成膜技術。 [用以解決課題之手段] 爲了達成上述目的而進行之本發明，係爲一種可適用 @ 在具備有真空槽之真空裝置中的電漿源機構，其特徵爲， 具備有：環狀之天線部，係在前述真空槽之外側處隔著介 電質部而被配置，並具備有直線狀之天線本體部而可施加 高頻電力；和磁石部，係在前述真空槽之外側處隔著介電 質部而被配置在前述天線部之近旁，並具備有與前述天線 部相對應之形狀，前述天線部，係將複數之天線線圈鄰接 而近接配置，且將該當各天線線圈作並聯連接》 本發明，係爲在前述發明中，將前述天線部以及磁石 〇 部形成爲矩形狀者。 本發明，係爲在前述發明中，將前述天線部之各天線 線圈以一匝捲繞來構成者。 又，本發明，係爲一種成膜裝置，並具備有真空槽、 和被設置在前述真空槽內之成膜源，且在前述真空槽之外 部，被設置有前述之任一者的電漿源機構。 又，本發明，係爲一種成膜裝置，其特徵爲，具備 有：真空槽；和成膜區域，係被設置在前述真空槽內，並 -6- 200935989 經由磁控管濺鍍而用以在成膜對象物上形成複數之膜 電漿處理區域，係被設置在前述真空槽.內，並對於前 膜對象物上之膜而經由前述之任一者的電漿源機構來 電漿處理；和旋轉支持機構，係被設置在前述真空槽 並能夠以將前述成膜對象物作支持的狀態來旋轉，且 成爲伴隨該旋轉而使該當成膜對象物通過前述複數之 區域以及前述電漿處理區域，在前述真空槽中，一面 © 述旋轉支持機構作旋轉，一面在前述成膜區域處而於 成膜對象物上形成特定之膜，且在前述電漿處理區域 對於該當成膜對象物上之該當膜進行電漿處理。 在本發明之電漿源機構的情況中，由於天線部係 具備有直線狀之天線本體部的例如矩形環狀之天線線 數鄰接並作近接配置，因此，相較於先前技術，能夠 線部之L成分縮小，其結果，就算是通常所使用之] MHz的頻率之高頻電力，亦能夠確實地產生大面積之 ❿ 放電。 故而，若藉由本發明，則能夠適用在進行大面積 漿處理的各種之真空處理裝置中，而能夠增廣汎用性 又，若藉由本發明，則由於具備有與天線部相對 形狀的磁石部，係在真空槽之外側處隔著介電質部而 置在天線部之近旁（例如真空槽側），因此，在真 內，能夠確實地激勵電漿，其結果，能夠將放電維持 確保爲與先前技術（例如ECR電漿源）同等之低壓 藉由此，能夠得到高密度之電漿。 :和 述成 進行 內， 被構 成膜 使前 前述 處， 爲將 圈複 將天 3.56 ICP 之電 應之 被配 空槽 壓力 力， 200935989 如此這般，若藉由本發明，則在當先前技術時會由於 有效面積的問題而難以作適用的各種之真空處理裝置（例 如，旋轉滾筒式之裝置、對大面積基板進行處理之真空裝 置等）中，能夠作爲在對於成膜對象物之氧化、氮化、灰 化、蝕刻、表面改質等之各種的製程中之電漿源來使用。 進而，本發明之電漿源機構，係可作爲反覆進行例如 經由濺鍍來在基板上形成金屬薄膜，並將此金屬薄膜作氧 化工程之下述所說明一般的所謂之數位濺鍍方式的成膜裝 © 置之電漿處理源（氧化源）來使用。 此成膜裝置，係具備有：被設置在真空槽內，並經由 磁控管濺鍍而用以在成膜對象物上形成複數之膜的成膜區 域；和對於成膜對象物上之膜而經由本發明的電漿源機構 來進行電漿處理的電漿處理區域；和能夠以將前述成膜對 象物作支持的狀態來旋轉，且被構成爲伴隨該旋轉而使該 當成膜對象物通過上述複數之成膜區域以及電漿處理區域 的旋轉支持機構，該成膜裝置，係被構成爲：一面使此旋 Ο 轉支持機構作旋轉，一面在成膜區域處而於成膜對象物上 形成特定之膜，且在電漿處理區域處，對於該當成膜對象 物上之該當膜進行電漿處理，若藉由該當成膜裝置，則能 夠將例如金屬與氧化物的混合膜以良好的膜質來有效率地 形成。 [發明之效果] 若藉由本發明，則能夠以高密度來將大面積之電漿以 -8 - 200935989 良好再現性來產生，並藉由此而提供一種能夠適用於廣泛 之用途中的低價之電漿源以及真空處理裝置。 【實施方式】 以下，參考圖面並詳細說明本發明之實施型態。 圖1 ( a )，係爲展示本發明之電漿源機構的實施形態 之外觀構成的平面圖，圖1(b)，係爲圖1(a)之A-A 〇 剖面圖，並爲展示被安裝於真空槽處之同電漿源機構的剖 面構成以及使用狀態之圖。 又，圖2，係爲展示本實施形態之電漿源機構之電路 構成之槪略圖。 如同圖1(a) 、 （b)中所示一般，本實施形態之電 漿源機構1，係爲被適用在具備有真空槽20之真空裝置 21中者，並成爲被裝著在此真空槽20之外壁面（例如頂 面）20a處。 © 於此，真空裝置21之真空槽20，係在被連接於未圖 示之真空排氣系的同時，亦被連接於未圖示之處理氣體 源。而，在真空槽20之內部處，經由電漿源機構1而被 進行電漿處理之處理對象物22，例如係成爲被配置在支持 器23上。 另外，在此真空槽20內，例如亦可設置可施加特定 之電壓的濺镀標靶等之成膜源（未圖示）。又，亦可對於 此真空槽20，而經由閘閥來以能夠將處理對象物22在真 空氛圍下作授受的方式而與進行濺鍍等之成膜槽作連接。 -9- 200935989 本實施形態之電漿源機構1，係具備有：被安裝在真 空槽20之外壁面20a上的介電質部10、和被設置在此介 電質部10上之磁石部11、和被設置在此磁石部11上之天 線部12。 介電質部1〇，例如，係爲由特定厚度之板狀石英所成 者，在本實施形態中，係被形成爲長方形形狀。 磁石部11，例如係使用多數之永久磁石13而構成， 並在介電質部之與真空槽相反側的面之周圍邊緣部 u 上，空出有特定之間隔地被配置爲環狀。 而，在本實施形態的情況中，於如此這般而被構成之 磁石部11上，係以與磁石部11之形狀相對應的方式，而 被設置有由第1以及第2天線線圈14、15所成的環狀之 天線部12。 於此，第1以及第2天線線圈14、15，係被形成爲具 備有相同長度之長邊本體部（天線本體部）14a、15a以及 短邊本體部（天線本體部）14a、15b的相同之矩形（長方 © 形）形狀，並以分別相互重合的方式而被作近接配置。 於此情況，第1以及第2天線線圈14、15，係以使各 部分位置於磁石部11之寬幅方向的中央部分處的方式而 被配置。 又’第1以及第2天線線圈14、15，係如同以下所說 明一般，以被連接於高頻電源16，並分別被施加有高頻電 力（例如頻率13.5 6MHz)的方式而被構成。 如同圖1 (a)以及圖2中所示一般，於本實施形態之 -10- 200935989 情況，第1以及第2天線線圈14、15，係爲由一匝捲繞的 線圈所成者，且各別之其中一方的端子側係被接地。又， 第1以及第2天線線圈14、15之另外一方的端子側’係 經由具備有匹配電路17a以及調整電路17b之匹配箱17, 而分別對於高頻電源16而被作並聯連接。 而後，在本實施形態中，係以若是從高頻電源1 6而 對於第1以及第2天線線圈14、15施加高頻電力’則經 © 由電力之施加而被激勵的電漿，係經由位置於真空槽20 處之磁石部11的磁場而偏移存在於真空槽20內部之處理 對象物22近旁處的方式，來設定磁石部11之磁極。 在以上所述之本實施形態的情況中’由於天線部U 係爲將具備有直線狀之天線本體部的例如矩形環狀之第1 以及第2天線線圈14、15鄰接並作近接配置，因此’相 較於先前技術，能夠將天線部12之L成分縮小，其結 果，就算是通常所使用之13.56 MHz的頻率之高頻電力’ © 亦能夠產生大面積之ICP放電。 故而，若藉由本實施形態’則能夠適用在進行大面積 之電漿處理的各種之真空處理裝置中，而能夠增廣汎用 性。 又，若藉由本實施形態，則由於係將具備有與天線部 12相對應之形狀的磁石部11，在真空槽20之外側處隔著 介電質部10而配置在天線部12之近旁的真空槽20側 處’而成爲能夠在真空槽20內確實地產生電漿，因此’ 能夠將放電維持壓力確保爲與先前技術（例如ECR電漿 -11 - 200935989 源）同等之低壓力’藉由此’能夠得到高密度之電漿。 另外，本發明係並不被限定爲上述實施形態，而可進 行各種之變更。 例如，在上述實施形態中，作爲天線部，雖係舉出設 置有2個的天線線圈之情況爲例而作了說明，但是，本發 明係並不被限定於此，例如，亦可如圖3中所示一般，將 3個以上的天線線圈14、15、18···並聯連接而作鄰接配 置。若藉由此種構成，則由於係具備有與在將天線部之L 成分維持在小的狀態下而增加匝數時同樣的效果，因此， 能夠形成更強之磁場。故而，就算是提升電漿密度，亦成 爲不會有無法取得匹配的事態，故而，能夠得到安定之放 電。 又，在上述之實施形態中，雖係列舉將第1以及第2 天線線圈1 4、1 5形成爲矩形形狀的情況爲例而作了說 明，但是，本發明係並不被限定於此，例如，亦可如圖4 中所示一般’在各天線線圏14、15處，在形成直線狀之 長邊本體部14a、15a以及短邊本體部14b、15b的同時， 將角部14c ( 15c)形成爲R形狀，而構成天線線圈。若 藉由此種構成’則在角部處，磁場亦成爲和緩，並與直線 部同樣的而被形成均一之電漿，而能夠對於大面積之基板 來進行均質之電漿處理（在導入有氧化氣體的情況時，係 爲氧化反應）。 圖5(a) 、( b )，係爲展示使用有本發明之電漿源 機構的成膜裝置之實施形態者，圖5(a)係爲正面圖，圖 -12- 200935989 5 ( b )係爲平面圖。 如同圖5(a) 、（b)中所示一般，本實施形態之成 膜裝置51，係具備有被連接於未圖示之真空排氣系的例如 多角形筒狀之真空處理槽52。 在真空處理槽52內之中心部分處，例如多角形筒狀 之旋轉支持滾筒（旋轉支持機構）53，係對於真空處理槽 52而以同心狀而被設置。此旋轉支持滾筒53，係被構成 φ 爲以其之旋轉軸〇爲中心並在例如順時針方向上作旋轉。 將身爲成膜對象物之基板55作保持的複數之基板支 持器54，係成爲在旋轉支持滾筒53之側面部處而被可自 由裝著脫離地作支持。 在真空處理槽52內，係被設置有4個的區隔板56a〜 56d，經由此些之區隔板56a〜56d，在真空處理槽52內之 旋轉支持滾筒53的周圍之空間，係被分割爲4個的區 域。 〇 於本實施形態的情況中，此些之4個的區域，係經由 第1成膜區域57、和預備區域58、和第2成膜區域59、 和氧化區域60而被構成，此些之區域57〜60，係以上述 順序而在順時針方向上被作鄰接配置，進而，第1成膜區 域5 7與氧化區域60，係相互鄰接地被作配置。 在真空處理槽52之第1成膜區域57內，於與被支持 於旋轉支持滾筒53之側面部處並通過的基板支持器54相 對向的位置處，係被設置有磁控管方式之濺鍍陰極62a、 62b ° -13- 200935989 在濺鍍陰極62a、62b處，係分別被安裝有例如Ta等 之金屬標靶63a、63b。 濺鍍陰極62a、62b，係被連接於第1交流電源64， 並被構成爲從此第1交流電源64而經由濺鍍陰極62a、 62b來對金屬標靶63a、63b施加交流電壓。

又，真空處理槽52之第1成膜區域57，係被連接於 惰性氣體導入系70，並成爲在濺鍍時將例如氬（A〇氣 體等之惰性氣體導入至第1成膜區域57內。 Q 另一方面，在真空處理槽52之第2成膜區域59內， 於與被支持於旋轉支持滾筒53之側面部處並通過的基板 支持器54相對向的位置處，係被設置有磁控管方式之濺 鍍陰極65a、65b。 在濺鍍陰極65a、65b處，係分別被安裝有例如Si等 之半導體標靶66a、66b。 濺鍍陰極65a、65b，係被連接於第2交流電源67， 並被構成爲從此第2交流電源67而經由濺鍍陰極65a、 ❹ 65b來對金屬標靶66a、6 6b施加交流電壓。 又，第2成膜區域59，係被連接於第2惰性氣體導入 系71，並成爲在濺鍍時將例如氬氣體等之惰性氣體導入至 第2成膜區域59內。 在真空處理槽52之氧化區域60的外部處，於與通過 之基板支持器54相對向之位置處，係被設置有上述之本 發明的電漿源機構所致之氧化源69。 又，此氧化區域60’係被連接於氧化氣體導入系 -14- 200935989 72’並成爲藉由在濺鍍時一面將例如氧（〇2)氣體導入至 氧化區域60內，一面使氧化源69動作，而在成膜時，於 氧化區域60內進行氧電漿放電。 以下，列舉出使用本實施形態之成膜裝置5 1來進行 在基板55上成膜Ta與Si02之混合膜的情況爲例來作說 明。 於此情況中，首先，進行真空排氣，直到真空處理槽 φ 52內成爲特定之壓力爲止，而後，從惰性氣體導入系70 而將氬氣導入至第1成膜區域57中，同時，從第2惰性 氣體導入系71而將氬氣導入至第2成膜區域59中，並進 而從氧化氣體導入系72而將氧氣導入至氧化區域60中。 接下來，使旋轉支持滾筒53在順時針方向上以特定 之速度旋轉，並在將未圖示之閘門關閉的狀態下，在金屬 (Ta)標靶63a、63b以及半導體（Si)標靶66a、66b處 施加交流電壓而進行預濺鍍，同時，使氧化源69動作， 〇 並在氧化區域60內進行氧電漿放電。 而後，在維持旋轉支持滾筒53之旋轉的狀態下，藉 由將閘門開放，而在通過第1成膜區域57之基板55上， 經由濺鍍而成膜1原子左右的Ta薄膜。 進而，在第2成膜區域59中，在通過之基板55上經 由濺鍍來成膜1原子左右的Si薄膜。 於本發明之情況，旋轉支持滾筒53之旋轉數’雖係 未被特別限定，但是，係以在每一旋轉中形成1原子左右 的薄膜，且從確保相當程度之生產性的觀點而言，以設爲 -15- 200935989 每分鐘50〜200旋轉爲理想。 又，從第2交流電源67所施加之交流電壓 雖係未被作特別限定，但是，從極性反轉所致之 補償的觀點而言，係以設爲20〜100kHz爲理想。 進而，在氧化區域60中，藉由氧電漿而將 板55上的Si薄膜氧化，並作爲Si02膜。 而後，藉由一面使旋轉支持滾筒53旋轉， 進行上述之各工程，而在基板55上成膜Ta與 合膜。 若藉由以上所述之各實施形態，則由於係一 支持滾筒53旋轉，一面在通過第1成膜區域57 磁控管濺鍍並在基板55上形成Ta膜，進而，在 區域59以及氧化區域60處，進行Si磁控管濺 化，而在基板55上形成Si02膜，並連續性地反 些之工程，而形成Ta與Si02之混合膜，因此， Ta與Si02之燒成體作爲標靶來使用，並進行不 管之高頻濺鍍的情況，係能夠將成膜時間縮短。 特別是，在本實施形態中，由於係使用有將 頻電力之複數的矩形狀之天線線圈、和與此天線 應之矩形狀的磁石部作了組合後之氧化源69，因 經由磁石部之磁場而將電漿封閉於該當矩形區 而，具備有能夠在矩形區域中得到均一之氧化 點。 又，在本實施形態之情況，由於係使用分別 的頻率， 電荷積蓄 通過之基 一面反覆 si〇2之混 面使旋轉 時，進行 第2成膜 鍍以及氧 覆進行此 相較於將 使用磁控 可施加高 線圈相對 此，能夠 域內，故 分布的優 獨立了的 -16- f 200935989 金屬（Ta)標耙63a、63b以及半導體（Si)標靶66a、 66b來進行濺鍍，因此，能夠對混合膜中之Ta與Si02的 組成比任意作控制，而成膜具備有所期望之電阻値分布的 混合膜》 進而，在本實施形態中，由於係先在第2成膜區域59 處，使用半導體（Si)標靶6 6a、6 6b來在基板55上形成 Si膜，之後再於氧化區域60處經由氧電漿所致之氧化反 Q 應來氧化Si膜並在基板55上形成Si02膜，因此，在濺鍍 時不會使氧化反應產生，而能夠使成膜速率提升。又，由 於係先在Ta膜上形成Si膜，而後再進行Si膜之氧化， 因此，Ta膜係難以被氧化，而能夠謀求膜質之提升。 另外，在本發明中，作爲旋轉支持機構，除了如同上 述實施形態一般之滾筒狀者以外，亦可使用圓板狀者》 【圖式簡單說明】 〇 [圖l](a):展示本發明之電漿源機構的實施形態之 外觀構成的平面圖，（b):爲圖1(a)之A-A剖面圖， 並爲展示被安裝於真空槽處之同電漿源機構的剖面構成以 及使用狀態之圖。 [圖2]展示同電漿源機構之電路構成的槪略圖。 [圖3]展示同電漿源機構之電路構成的變形例之槪略 圖。 [圖4]展示同電漿源機構之變形例的外觀構成之平面 圖。 17- 200935989 [圖5] (a):展示使用有本發明之電漿源機構的成膜 裝置之實施形態的正面圖，（b):同成膜裝置之平面 圖。 【主要元件符號說明】 1 :電漿源機構 10 :介電質部 1 1 :磁石部 1 2 :天線部 1 3 :永久磁石 1 4 :第1天線線圈 15 :第2天線線圈 14a、15a:長邊本體部（天線本體部） 14b、15b:短邊本體部（天線本體部） 1 6 :闻頻電源 20 :真空槽 21 :真空裝置 2 2 :處理對象物

Claims (1)

1. 200935989 十、申請專利範圍 1· 一種電漿源機構，係爲可適用在具備有真空槽之真 空裝置中的電漿源機構，其特徵爲，具備有： 環狀之天線部，係在前述真空槽之外側處隔著介電質 部而被配置，並具備有直線狀之天線本體部，而可施加高 頻電力；和 磁石部，係在前述真空槽之外側處隔著介電質部而被 〇 配置在前述天線部之近旁，並具備有與前述天線部相對應 之形狀， 前述天線部，係將複數之天線線圈鄰接而近接配置， 且將該當各天線線圈作並聯連接。 2 ·如申請專利範圍第1項所記載之電漿源機構，其 中，前述天線部以及磁石部，係被形成爲矩形狀。 3.如申請專利範圍第1項所記載之電漿源機構，其 中，前述天線部之各天線線圈，係以一匝捲繞而被構成。 © 4. 一種成膜裝置，其特徵爲，具備有： 真空槽；和 成膜源，係被設置在前述真空槽內， 且該成膜裝置係被設置有電漿源機構， 該電漿源機構，係具備有： 環狀之天線部，係在前述真空槽之外側處隔著介電質 部而被配置，並具備有直線狀之天線本體部，而可施加高 頻電力；和 磁石部’係在前述真空槽之外側處隔著介電質部而被 -19- 200935989 配置在前述天線部之近旁，並具備有與前述天線部相對應 之形狀， 前述天線部，係將複數之天線線圈鄰接而近接配置， 且將該當各天線線圈作並聯連接。 5.—種成膜裝置，其特徵爲，具備有： 真空槽；和 成膜區域，係被設置在前述真空槽內，並經由磁控管 濺鍍而用以在成膜對象物上形成複數之膜；和 © 電漿處理區域，係被設置在前述真空槽內，並對於前 述成膜對象物上之膜而經由電漿源機構來進行電漿處理： 和 旋轉支持機構，係被設置在前述真空槽內，並能夠以 將前述成膜對象物作支持的狀態來旋轉，且被構成爲伴隨 該旋轉而使該當成膜對象物通過前述複數之成膜區域以及 前述電漿處理區域， 前述電漿源機構，係具備有： © 環狀之天線部，係在前述真空槽之外側處隔著介電質 部而被配置，並具備有直線狀之天線本體部，而可施加高 頻電力；和 磁石部，係在前述真空槽之外側處隔著介電質部而被 配置在前述天線部之近旁，並具備有與前述天線部相對應 之形狀， 前述天線部，係將複數之天線線圈鄰接而近接配置， 且將該當各天線線圈作並聯連接， -20- 200935989 在前述真空槽中，一面使前述旋轉支持機構作旋轉， 一面在前述成膜區域處而於前述成膜對象物上形成特定之 膜，且在前述電漿處理區域處，對於該當成膜對象物上之 該當膜進行電漿處理。

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