TW202020199A - 電漿成膜裝置及電漿成膜方法 - Google Patents

電漿成膜裝置及電漿成膜方法 Download PDF

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Abstract

在電漿成膜處理中，針對大口徑的基板，實現膜厚分佈的均勻化。一種電漿成膜裝置1，其係包含：真空容器2，於其內的基板4進行成膜處理；基板保持部3，其係沿著基板4的膜形成面4a可旋轉地設置；旋轉軸5，其係與基板保持部3連結；電漿產生部10，其係產生電漿6，且使電漿6的照射角度相對於旋轉軸5成為銳角的方式設置。再者，還包含：第一驅動部7，其係使基板保持部3在與旋轉軸5平行的上下方向11移動；第二驅動部8，其係使基板保持部3在與旋轉軸5垂直的水平方向12移動；第三驅動部9，其係使旋轉軸5旋轉；其中，基板保持部3係可分別獨立地在上下方向11與水平方向12移動。

Description

電漿成膜裝置及電漿成膜方法
本發明係關於在半導體基板等之基板照射電漿並進行成膜的電漿成膜裝置及電漿成膜方法。
下述形成薄膜的技術係已為人知的：藉由使用由電子迴旋共振(Electron Cyclotron Resonance：ECR)所產生的電漿，並藉由向配置在該電漿周圍的ECR靶材(target)施加電壓，使被含於電漿中的離子被加速並入射到該靶材上，藉此產生濺射現象並使靶材粒子附著在基板上來形成薄膜。
就用於此種技術之製造裝置而言，舉例來說，在日本特開2005-281726號公報所揭示之電漿成膜裝置的構造。
[先前技術文獻] [專利文獻] [專利文獻1]日本特開2005-281726號公報
[發明所欲解決的課題] 上述專利文獻1揭示一種電漿成膜裝置的構造，其係包含：試料室，其係收納可旋轉的試料基板；電漿生成室(電漿產生部)，其具有電漿產生源，並接續於試料室。
在上述電漿成膜裝置中，於電漿生成室內，藉由微波與磁場的相互作用，利用電子迴旋共振來產生電漿，再利用發散磁場，將生成之此電漿從傾斜方向照射在試料室內旋轉的試料基板上，藉此在試料基板成膜。電漿生成室的尺寸受限於微波的波長(例如2.45GHz)，故難以大型化。因此，在上述電漿成膜裝置中，為了克服其大型化，使電漿生成室傾斜地配置並從傾斜方向對試料基板照射電漿。
又，藉由從傾斜方向對試料基板照射電漿，能夠擴大照射至試料基板之電漿的照射範圍。又，雖然亦考慮了不將電漿生成室傾斜配置，而使保持試料基板之保持部(holder)的角度相對於水平方向來傾斜，但此時，試料基板的保持機構變得複雜且裝置變得大型化。
近年來，直徑大於200mm之大口徑試料基板的需求也在增加。在利用ECR電漿的濺射裝置中，若試料基板的尺寸越大，則試料基板的安裝位置等調整因素對於藉由濺射所形成之膜厚均勻性的影響越大。
本發明人，針對電漿生成室傾斜配置的ECR電漿成膜裝置中直徑大於200mm之大口徑試料基板實施模擬的結果，發現在直徑大於200mm的大口徑的試料基板中，僅調整試料基板在垂直方向上的位置，無法獲得足夠的膜厚均勻性之結果。
也就是說，本發明人發現以下課題：在電漿生成室(電漿產生部)傾斜配置的ECR電漿成膜裝置中，若僅在上下方向調整試料基板的位置則控制範圍變窄，膜厚的控制範圍無法應用於大口徑的試料基板。
本發明的目的係提供一種技術，其係在電漿成膜處理中，即使針對大口徑的基板，也能實現膜厚的均勻化。
從本說明書的敘述及附加圖式，能夠明白本發明之前述目的及新穎特徵。
[解決課題的手段] 若簡單地說明本申請所揭示之實施形態中具代表性的內容，則如下所述。
一實施形態的電漿成膜裝置，其係照射電漿且進行成膜處理的電漿成膜裝置，其係包含：真空容器，於其內的基板進行成膜處理；基板支撐部，其係在前述真空容器內支撐前述基板，且其係沿著前述基板的膜形成面可旋轉地設置。又，還包含：旋轉軸，其係與前述基板支撐部連結；電漿產生部，其係與前述真空容器連通並產生前述電漿，且其係以使前述電漿的照射角度相對於前述旋轉軸成為銳角的方式設置。再者，還包含：第一驅動部，其係使前述基板支撐部在與前述旋轉軸平行的第一方向移動；第二驅動部，其係使前述基板支撐部在與前述旋轉軸垂直的第二方向移動；第三驅動部，其係使前述旋轉軸旋轉；其中，前述基板支撐部係可分別獨立地在前述第一方向與前述第二方向移動。
又，一實施形態的電漿成膜方法，其係照射電漿且進行成膜處理的電漿成膜方法，其係包含：(a)步驟，其係藉由設置於真空容器內的可旋轉的基板支撐部，來支撐基板。接著，還包含：(b)步驟，其係於前述(a)步驟後，在使前述基板支撐部旋轉的狀態下，以使前述電漿的照射角度相對於前述基板支撐部的旋轉軸成為銳角的方式，對前述基板照射前述電漿並於前述基板成膜；(c)步驟，其係於前述(b)步驟後，將前述基板從前述真空容器內取出，並測定形成於前述基板之膜的膜厚分佈。再者，還包含：(d)步驟，其係於前述(c)步驟後，基於前述膜厚分佈的測定結果，使前述基板支撐部在與前述旋轉軸平行之第一方向垂直的第二方向移動、或在前述第一方向及前述第二方向移動；(e)步驟，其係於前述(d)步驟後，在使前述基板支撐部旋轉的狀態下，以使前述電漿的照射角度相對於前述基板支撐部的前述旋轉軸成為銳角的方式，對前述基板照射前述電漿並於前述基板成膜。
[發明的效果] 在本申請所揭示的發明中，若根據代表性的發明簡單地說明其所獲得之效果，則如下所述。
在電漿成膜處理中，能夠擴大形成於基板之膜的膜厚控制範圍，且即使針對大口徑的基板，也能在不使電漿成膜裝置大型化的情況下，實現膜厚的均勻化。又，能夠形成高品質的薄膜。
使用圖式說明本發明的實施形態。
以下，使用圖式說明本發明的實施形態。圖1係顯示本發明實施形態中電漿成膜裝置之概略構成的示意圖；圖2係顯示在圖1所示之電漿成膜裝置中基板坐標軸上的移動概念之示意圖。
圖1所示之本實施形態的電漿成膜裝置1，係藉由微波16的電場與由設置在電漿產生部10周圍的線圈15所形成的磁場產生ECR，以形成電漿6，且電漿6與基板4上用於形成半導體晶片之試料，藉由濺射進行成膜處理。
又，本實施形態的電漿成膜裝置1之可成膜的基板4的尺寸係可例如為直徑300mm，其亦可對應在大口徑基板4進行成膜處理的成膜裝置。
針對圖1所示之電漿成膜裝置1進行說明。電漿成膜裝置1係包含：真空腔室(真空容器)2，其係作為配置有可進行成膜處理的基板4之處理室；電漿產生部10，其係與真空腔室2連通，且於真空腔室2內產生電漿6。
接著，於電漿產生部10與真空腔室2的連結處配置圓筒形的靶材13，即，於電漿產生部10的出口配置圓筒形的靶材13，且於靶材13的內壁設置濺射材料(成膜材料)。成膜時，於靶材13施加射頻(RF, Radio Frequency)電力14。
又，於電漿產生部10的周圍設置線圈15，且在電漿產生部10所產生的電漿中的電子沿著磁場梯度朝真空腔室2內移動。此時，離子也被由電子所形成的電位吸引，而被吸入至真空腔室2中。此時，於靶材13施加RF電力14，且電漿中的離子與靶材13接觸，能夠藉由濺射作用於基板4上進行成膜。於成膜時，從真空腔室2的氣體導入口2a導入製程氣體17。圖1中的箭頭P係同時顯示電漿6的流動及濺射粒子的流動。
又，因為電漿產生部10的尺寸係受限於2.45GHz的微波16的波長(12.2cm)，故難以大型化。
因此，在不將電漿源(電漿產生部10)大型化的情況下，為了對於直徑為300mm的大口徑基板4也能夠獲得高的膜厚均勻性，本實施形態的電漿成膜裝置1係包含一種機構，其中，電漿產生部10相對於基板4傾斜配置，且可使基板4旋轉。
此處，針對圖1所示之電漿成膜裝置1的詳細構造進行說明。電漿成膜裝置1係具備：基板保持部(基板支撐部)3，其係在真空腔室2內支撐基板4，且其係沿著基板4的膜形成面4a可旋轉地設置；旋轉軸5，其係與基板保持部3連結。基板保持部3係包含：保持部3a，其係保持基板4；連結部3b，其係與旋轉軸5連結。基板4僅被載置在基板保持部3的保持部3a上，而不被抽吸。此時，將基板4以其膜形成面4a面向靶材13的方式，載置於保持部3a上。
又，就基板4之在基板保持部3的載置及從基板保持部3的取出而言，係可經由從基板保持部3的水平方向至保持部3a與連結部3b之間的間隙來進行。
接著，電漿成膜裝置1係在與真空腔室2連通的同時，產生電漿6，並以使電漿6的照射角度相對於旋轉軸5成為銳角的方式，來設置電漿產生部10。也就是說，電漿產生部10並非配置於基板4的正下方，而是相對於基板4的膜形成面4a傾斜配置。藉此，電漿產生部10所生成之電漿6係能夠從斜下方對於基板4的膜形成面4a進行照射。此時，從斜下方照射之電漿6，其照射範圍變廣，且電漿6能夠遍佈整個基板4的膜形成面4a來照射。又，因為以使基板保持部3的基板載置面與旋轉軸5成為略為直角的方式，來連結(接續)基板保持部3與旋轉軸5，故相對於從斜下方對基板4的膜形成面4a進行照射之電漿6的相對於旋轉軸5的照射角度θ，係成為銳角(0＜θ＜90°)。
在上述之電漿成膜裝置1中，電漿產生部10相對於基板4的膜形成面4a傾斜配置。換言之，如圖2所示，靶材13也相對於基板4的膜形成面4a傾斜配置。因為靶材13的尺寸受限，故藉由將靶材13相對於基板4的膜形成面4a傾斜配置，能夠使電漿6的照射範圍擴大，即使針對大型基板4，電漿6也能夠照射至整個膜形成面4a。藉此，能夠實現形成於基板4上之膜21(參照圖3)的均勻化。
又，電漿成膜裝置1包含：第一驅動部7，其係使基板保持部3在與旋轉軸5平行的上下方向(第一方向，即Z方向)11移動；第二驅動部8，其係使基板保持部3在與旋轉軸5垂直的水平方向(第二方向，即X方向)12移動；第三驅動部9，其係使旋轉軸5旋轉。第一驅動部7係基板升降用的馬達，第二驅動部8係基板水平移動用的馬達；第三驅動部9係基板旋轉用的馬達。
基此，在電漿成膜裝置1中，基板保持部3可分別獨立地在上下方向11與水平方向12移動。也就是說，在電漿成膜裝置1中，能夠使載置有基板4的基板保持部3，分別獨立地在上下方向11與水平方向12移動。
又，電漿成膜裝置1在其真空腔室2上還包含：第一作動軸7a，其係與第一驅動部7接合，且與上下方向11平行地設置；第二作動軸8a，其係與第二驅動部8接合，且與水平方向12平行地設置。第一作動軸7a及第二作動軸8a係可例如為滾珠絲槓。又，作為其他的滾珠絲槓之輔助作動軸7b係與第一作動軸7a平行地設置。第一作動軸7a與輔助作動軸7b係能夠藉由同步帶7d而同步地作動。又，作為其他的滾珠絲槓之輔助作動軸8b係與第二作動軸8a平行地設置。第二作動軸8a與輔助作動軸8b係能夠藉由同步帶8d而同步地作動。
又，沿水平方向12設置的可動基底板7c與第一作動軸7a接合。第一驅動部7設置在安裝於可動基底板7c的固定板7f上。可動基底板7c還與平行於第一作動軸7a來設置的導桿7e接合，並且被配置成可升降。可動基底板7c還與輔助作動軸7b及與輔助作動軸7b平行設置之輔助作動軸7b側的導桿7e接合。
又，於可動基底板7c的端部安裝有支撐板8e，且前述支撐板8e係接合第二作動軸8a與輔助作動軸8b；又，在安裝於支撐板8e之固定板8f設置有第二驅動部8。
又，於第二作動軸8a與輔助作動軸8b設有可動板8c，其係接合兩者的軸。接著，於可動板8c安裝有固定板9b，並於此固定板9b設有第三驅動部9。
又，於可動基底板7c上，設有第二驅動部8的作動機構(水平移動機構)及第三驅動部9的作動機構(基板旋轉機構)。具體而言，於可動基底板7c上，設有箱狀的第一可動部(可動部)20a，接著，於箱狀的第一可動部20a內部，設有轉換機構部18，且其係將沿著水平方向12設置之第三作動軸9a的旋轉，轉換成沿著上下方向11設置之旋轉軸5的旋轉。此轉換機構部18例如是設置在第三作動軸9a與旋轉軸5之各接合位置的錐齒輪，並配置在箱狀的第二可動部20b的內部。再者，第二可動部20b配置在箱狀的第一可動部20a的內部。即，第一可動部20a也經由第二可動部20b來覆蓋轉換機構部18，且其係被安裝在可動基底板7c上，並能夠在上下方向11移動。
又，第二作動軸8a係被設置成從箱狀的第一可動部20a的外部貫通至內部，且箱狀的第二可動部20b的上部在第一可動部20a內，並與第二作動軸8a接合。又，第二可動部20b經由連結軸8g與可動板8c連結。
以上構造中，藉由第一驅動部7的驅動，若第一作動軸7a旋轉，則輔助作動軸7b藉由同步帶7d也產生旋轉。接著，藉由第一作動軸7a及輔助作動軸7b的旋轉，可動基底板7c與設置於固定板7f之第一驅動部7一邊被導桿7e引導，並一邊上昇或下降(在Z方向移動)。
再者，藉由可動基底板7c的昇降(在Z方向移動)，藉由第三驅動部9的驅動，作為作動機構(基板旋轉機構)的一部分之旋轉軸5也上昇或下降。接著，藉由旋轉軸5的上昇或下降，基板保持部3也上昇或下降，藉此，基板4上昇或下降。也就是說，藉由可動基底板7c的上昇或下降，能夠將基板4之上下方向11的位置移動至所欲的位置。
又，藉由第二驅動部8的驅動，若第二作動軸8a旋轉，則輔助作動軸8b藉由同步帶8d也產生旋轉。接著，若第二作動軸8a及輔助作動軸8b旋轉，接合兩者的軸之可動板8c在水平方向12移動。換言之，可動板8c係藉由第二作動軸8a及輔助作動軸8b的旋轉，在水平方向12移動(在X方向移動)。接著，伴隨著可動板8c之在水平方向12的移動，經由可動板8c與連結軸8g而連結之第二可動部20b，係在箱狀的第一可動部20a內，一邊被第二作動軸8a引導一邊在水平方向12移動。藉此，旋轉軸5亦在水平方向12移動。接著，藉由使旋轉軸5在水平方向12移動，基板保持部3也在水平方向12移動，藉此基板4亦在水平方向12移動。換言之，藉由可動板8C在水平方向12的移動，能夠將基板4的水平方向的位置移動至所欲的位置。
又，藉由第三驅動軸9的驅動，沿著水平方向12設置之第三作動軸9a產生旋轉，接著，此第三作動軸9a的旋轉，係透過由錐齒輪而成之轉換機構部18，而被轉換成沿著上下方向11設置之旋轉軸5的旋轉。接著，藉由旋轉軸5的旋轉，基板保持部3也旋轉，藉此基板4亦沿著水平方向12旋轉。換言之，藉由第三作動軸9a的旋轉，能夠使基板4在水平方向12旋轉。又，在電漿成膜裝置1中，沿著基板4之水平方向12的旋轉係可在成膜處理時進行。
又，在電漿成膜裝置1中，以使第一可動部20a與真空腔室2連通的方式，將第一波紋管部19a安裝於可動基底板7c，且第一波紋管部19a在包圍旋轉軸5之一部分的同時，將真空腔室2的內部保持在真空氛圍。因為第一波紋管部19a具有波紋管結構並且可以伸縮，故其跟隨著可動基底板7c在上下方向11的移動。藉此，即使可動基底板7c在上下方向11移動，藉由第一波紋管部19a也能夠維持第一可動部20a與真空腔室2之間的真空氛圍。
又，在電漿成膜裝置1中，第二波紋管部19b係安裝於可動板8c，且其經由第一波紋管部19a及第一可動部20a來與真空腔室2連通，且第二波紋管部19b係圍繞第三作動軸9a及連結軸8g各自的一部分。因為第二波紋管部19b亦具有波紋管結構並且可以伸縮，故其跟隨可動板8c在水平方向12的移動。藉此，即使可動板8c在水平方向12移動，藉由第二波紋管部19b也能夠維持第一可動部20a與真空腔室2之間的真空氛圍。
本實施形態的電漿成膜裝置1在真空腔室2中，能夠將基板4分別獨立地在上下方向11與水平方向12移動。也就是說，能夠將基板保持部3的位置分別獨立地在上下方向11與水平方向12移動。又，在進行濺射的成膜處理時，基板4僅進行旋轉動作，在上下方向11或水平方向12移動係在成膜處理開始前進行。
藉此，本實施形態的電漿成膜裝置1，即使在靶材13磨損或成膜的製程條件不同時，它也具有能夠維持形成於基板4上的膜21之膜厚均勻性的功能。
此處，使用圖2說明電漿成膜裝置1中基板4之位置調整的概念。如圖2所示，將靶材13與基板4的膜形成面4a的中心之間的距離設為T-S，並將靶材13的中心與基板4的膜形成面4a的中心之偏移量設為Xs。電漿成膜裝置1係具備：能夠將基板4在上下方向11(Z方向)移動的機構(上下移動機構)；以及能夠將基板4在水平方向12(X方向)移動的機構(水平移動機構)。舉例來說，能夠固定Xs並僅使T-S變化，亦能夠相反地，固定T-S並僅使Xs變化。
接著，在本實施形態的電漿成膜裝置1中，針對來自靶材13之濺射後的粒子分佈狀態進行說明。圖3(a)、(b)；圖4(a)、(b)以及圖5(a)、(b)係各自顯示圖1所示之電漿成膜裝置中濺射時的粒子分佈的概念圖以及形成於基板之膜的型態的概念圖。又，在圖3(a)、圖4(a)及圖5(a)中各自的R部分係顯示濺射粒子的分佈狀態，且在各R部分中，點陣(dot)的密度越高，則表示濺射粒子的分佈量越多。
圖3(a)係顯示基板4的中心與靶材13的中心幾乎一致的情況下濺射時粒子的分佈量，箭頭V的V1側(點陣密度高)顯示成膜速度快，箭頭V的V2側(點陣密度低)顯示成膜速度慢。接著，成膜時，基板4進行旋轉。此時，如圖3(b)所示，因為在基板4的中心附近的成膜速度較快，可成膜之膜21的量亦較多且膜厚分佈的形態成為凸型。
圖4(a)係顯示將基板4的中心沿著圖的右邊方向(遠離靶材13的水平方向)偏移之濺射時的粒子的分佈量。在這種情況下，如圖4(b)所示，因為在基板4的外周部附近的成膜速度快，故在外周部附近成膜的膜21的量增加。然而，雖然中央附近的成膜量減少，但是由於基板4旋轉，因此使膜厚均勻化。
圖5(a)係顯示將基板4的中心更沿向圖的右邊方向(更遠離靶材13的水平方向)偏移之濺射時的粒子的分佈量。在這種情況下，如圖5(b)所示，因為在基板4的外周部附近的成膜速度更快，故在外周部附近成膜的膜21的量更增加。接著，因為中央附近的成膜量更為減少且基板4旋轉，因此使膜厚分佈的形態在中央附近成為凹陷的凹型。
因此，在本實施形態的電漿成膜裝置1中，膜厚分佈的形態較佳係成為如圖4(b)所示的型態。因此，在電漿成膜裝置1中，如圖2所示，使基板4的膜形成面4a的中心及靶材13的中心，偏移Xs的長度(偏移量)。換言之，將電漿照射的中心設定在從基板4的中心偏移的位置。接著，因為在成膜處理中基板4旋轉，結果發現，成膜時在基板4上形成之膜21的膜厚分佈的形態在外周部附近呈現凸型，且更因為基板4旋轉，所以增加了外周部附近的凸型部分並更進一步平均化。藉此，電漿成膜裝置1能夠實現膜厚的均勻化。
如上述般，在電漿成膜裝置1中，Xs與T-S的尺寸係影響膜厚的均勻化。接著，在進行成膜處理前，調整基板4的上下方向11或水平方向12的位置，使膜厚分佈的形態成為如圖4(b)所示般的形態。此時，在電漿成膜裝置1中，能夠將上下方向11及水平方向12中的各參數，例如各移動1mm。藉此，能夠自由地改變基板4中成膜的位置。
根據本實施形態的電漿成膜裝置1，因為具備能夠將基板4分別獨立地在上下方向11與水平方向12移動的機構，能夠擴大形成於基板4之膜21的膜厚的控制範圍。再者，可以彈性地移動基板4的位置，並能夠實現形成在基板4上之膜21的膜厚均勻化。舉例來說，即使在直徑為300mm的大口徑基板4的情況下，也可以獲得高的膜厚均勻性。並且，可以形成高品質的薄膜。
接著，針對本實施形態的電漿成膜方法進行說明。本實施形態的電漿成膜方法係例如使用圖1所示之電漿成膜裝置1，並藉由濺射來進行成膜處理者。
首先，將基板4搬送至如圖1所示之電漿成膜裝置1的真空腔室2內，並將基板4載置於設置在真空腔室2內的可旋轉的基板保持部3。此時，經由基板保持部3的保持部3a與連結部3b之間的間隙將基板4插入，且以使基板4的膜形成面4a朝下方(使基板4的膜形成面4a與靶材13成為對向)的方式將基板4載置於保持部3a。藉此，能夠藉由基板保持部3支撐基板4。舉例來說，作為設置在靶材13上的濺射材料，能夠利用例如鋁、矽及鉭等各種固體材料。
基板載置後，在真空腔室2內，藉由第三驅動部9，在基板保持部3沿著水平方向12旋轉的狀態下，使電漿6的照射角度θ相對於基板保持部3的旋轉軸5成為銳角的方式，從電漿產生部10將電漿6照射於基板4並於基板4進行成膜。
詳細而言，藉由微波16的電場與設置在電漿產生部10周圍的線圈15所形成之磁場，產生ECR並形成電漿6。同時，沿著藉由線圈15所產生之磁場梯度，電漿中的電子移動至真空腔室2內。
此時，離子也被由電子所形成的電位吸引，而被吸入至真空腔室2中。此時，於靶材13施加RF電力14，且電漿中的離子與靶材13接觸，能夠藉由濺射作用於基板4上進行成膜。接著，成膜時，從真空腔室2的氣體導入口2a導入製程氣體17。
又，在電漿成膜裝置1中，具有電漿產生部10，其係使電漿6的照射角度θ相對於基板4的旋轉軸5成為銳角。換言之，電漿產生部10係相對於基板4的膜形成面4a傾斜配置。藉此，電漿產生部10所生成之電漿6係能夠從斜下方對於基板4的膜形成面4a進行照射。此時，從斜下方照射之電漿6，其照射範圍變廣，且電漿6能夠遍佈整個基板4的膜形成面4a來照射。
藉此，能夠藉由濺射於基板4的膜形成面4a形成所欲的膜21。
膜形成後，將基板4從真空腔室2內取出，並測定形成於基板4之膜21的膜厚分佈。又，在從基板保持部3取出基板4時，經由保持部3a與連結部3b之間的間隙取出基板4，再將基板4搬送至真空腔室2的外部。
接著，將基板4從真空腔室2取出後，測定形成於基板4之膜21的膜厚分佈。接著，在進行上述膜厚分佈的測定後，基於上述膜厚分佈的測定結果，使基板保持部3在與旋轉軸5平行之上下方向11垂直的水平方向12移動、或在上下方向11及水平方向12移動。換言之，以使基板4上之膜厚分佈的形態成為如圖4(b)所示之形態的方式，調整基板4的位置。
在本實施形態中，作為一實例，使基板保持部3在水平方向12移動。換言之，於不改變靶材13與基板4的膜形成面4a的中心之間的距離T-S的情況下，僅調整靶材13的中心基板4的膜形成面4a的中心之間的偏移量Xs。
此處，圖6係顯示使用圖1所示之電漿成膜裝置於基板上進行成膜後之膜厚分佈狀態的膜厚分佈圖。圖7係基於圖6的實測值而顯示基板上的膜厚分佈狀態之概略圖；(a)係Xs = 0mm的情況、(b)係Xs = 90mm的情況、(c)係Xs > 90mm的情況。又，在圖6及圖7中，皆將T-S的值固定在T-S = 295mm來進行測定或模擬。又，圖7(a)的膜厚分佈中，膜厚均勻性為±17.5%；圖7(b)的膜厚分佈中，膜厚均勻性為±2.9%。
作為由成膜處理於基板4形成之膜21的膜厚分佈之測定結果，當膜厚分佈的形態接近於圖6中的Xs ＝ 0mm的形態時，即，當膜厚分佈的形態為凸型時(在圖7(a)的情況下)，在將靶材13及基板4的膜形成面4a的中心之距離T-S固定為295mm(不改變距離T-S)的狀態下，靶材13的中心與基板4的中心的偏移量Xs的大小產生變化。也就是說，將形成於基板4上的膜21的膜厚分佈的測定結果進行反饋，並在將距離T-S固定為295mm的狀態下，僅改變偏移量Xs的大小而調整基板4的位置。在這種情況下，使基板保持部3移動，以使偏移量Xs大於測量用之成膜時的偏移量Xs。舉例來說，將偏差量Xs的值調整為圖6(圖7(b))中的Xs ＝ 90mm。實際上，從要調整的偏移量Xs的大小，計算出輸入到電漿成膜裝置1的水平方向12上的移動距離X1，並輸入該X1值。
本實施形態的電漿成膜裝置1能夠使基板保持部3的位置分別獨立地在上下方向11及水平方向12移動。因此，能夠將基板保持部3(基板4)的位置調整至僅在水平方向12移動。
將基板4載置於真空腔室2內的基板保持部3，並使用上述X1值調整基板保持部3位置後，再次地，藉由第三驅動部9，在基板保持部3旋轉的狀態下，以使電漿6的照射角度θ相對於基板保持部3的旋轉軸5成為銳角的方式，從電漿產生部10將電漿6照射於基板4並於基板4進行成膜。
藉此，如圖7(b)所示，能夠實現形成於基板4上的膜21的膜厚均勻化。
又，作為形成於基板4上的膜21的膜厚分佈之測定結果，針對膜厚分佈的形態在近似於圖6的Xs＞90mm的形態之情況進行說明，即，針對膜厚分佈的形態於其中央部成為凹型的情況(圖7(c)的情況)進行說明。
形成於基板4之膜21的膜厚分佈的形態於其中央部成為凹型的情況下，在靶材13及基板4的膜形成面4a的中心之距離T-S固定為295mm(不改變距離T-S)的狀態下，靶材13的中心與基板4的中心的偏移量Xs的大小產生變化。此時，移動基板保持部3，以使偏移量Xs小於測定用之成膜時的偏移量Xs。舉例來說，將偏移量Xs的值調整成圖6(圖7(b))之Xs = 90mm的形態。實際上，從要調整的偏移量Xs的大小，計算出輸入到電漿成膜裝置1的水平方向12上的移動距離X2，並輸入該X2值。
因為本實施形態的電漿成膜裝置1能夠使基板保持部3的位置分別獨立地在上下方向11及水平方向12移動，故能夠將基板保持部3(基板4)的位置調整至僅在水平方向12移動。
將基板4載置於真空腔室2內的基板保持部3，並使用上述X2值調整基板保持部3位置後，再次地，藉由第三驅動部9，在基板保持部3旋轉的狀態下，以使電漿6的照射角度θ相對於基板保持部3的旋轉軸5成為銳角的方式，從電漿產生部10將電漿6照射於基板4並於基板4進行成膜。
藉此，如圖7(b)所示，能夠實現形成於基板4上的膜21的膜厚均勻化。
又，在上述的電漿成膜方法中，雖然針對固定距離T-S並僅調整偏移量Xs來使基板4在水平方向12移動的情況進行說明，但亦可固定偏移量Xs並僅調整距離T-S來使基板4在上下方向11移動，且進行再次成膜。又，亦可調整距離T-S及偏移量Xs兩者，並使基板4分別獨立地在上下方向11及水平方向12移動，且於此狀態下再次進行成膜。
根據本實施形態的電漿成膜方法，進行一次成膜後測定膜厚分佈，再基於其測定結果，將基板保持部3，在與基板保持部3的旋轉軸5垂直之水平方向12移動、或在上下方向11及水平方向12移動，以調整基板4的位置，於此狀態下，再次地對於基板4照射電漿6並於基板4進行成膜。
換言之，藉由將基板4的位置調整為與預先模擬或實測所求得之能夠實現膜厚分佈均勻化之基板4的位置接近的位置，並再次進行成膜，能夠擴大形成於基板4之膜21的膜厚控制範圍，並且不需要使電漿成膜裝置1的尺寸大型化，就可以實現膜厚的均勻化。而且，可以形成高品質的薄膜。
再者，藉由將電漿6照射於基板4的整個膜形成面4a，於基板4上形成的膜21不會成為層積狀態，並能夠實現膜厚的均勻化。
在本實施形態的電漿成膜裝置1中，將電漿6對於基板4傾斜照射的同時，不僅在上下方向11，也能夠在水平方向12調整基板4的位置。原先，在電漿成膜裝置中，相較於使基板4在上下方向11移動，使基板4在水平方向12移動在機構上較為困難，故若非必要，不會設置水平方向12的移動機構。然而，本發明人在進行直徑300mm等大口徑基板4的成膜處理時，發現有使基板4在水平方向12移動的必要性。
換言之，儘管可以想到藉由使基板4在垂直方向11及水平方向12上簡單地移動來照射電漿6，但若欲對應於大口徑基板4，則基板4在水平方向12上的移動量增加，而電漿成膜裝置變得大型化。又，在大口徑的基板4中，存在著電漿6無法接觸的區域。若在基板4上產生未照射電漿6的狀態及照射電漿6的狀態時，所形成的膜21可能會產生堆疊(具有在膜21形成界面的可能性)。
因此，如本實施形態的電漿成膜裝置1般，藉由從基板4的斜下方進行電漿6的照射，如上述般，能夠擴大電漿6的照射範圍，且電漿6能夠照射於基板4的整個膜形成面4a。藉此，形成於基板4的膜21不會成為層積狀態，能夠實現膜厚的均勻化。
若電漿6不是傾斜地照射而是從基板4的正下方垂直地照射，雖然不需在基板4的水平方向12設置移動機構，但是在這種情況下，成膜範圍變窄。因此，在直徑為300mm等的大口徑基板4之成膜處理中，如本實施形態的電漿成膜裝置1般，從基板4的斜下方照射電漿6係變得重要。另外，在本實施方式的電漿成膜裝置1中，因為基板4能夠在上下方向11及水平方向12上獨立地移動，故如上所述，能夠擴大形成於基板4之膜21的膜厚範圍，且可以在不使電漿成膜裝置1大型化之情況下，即使對應於大口徑基板4，也能對應基板4位置的控制範圍。又，即使是大口徑的基板4，也可以實現膜厚的均勻化。
以上，雖然基於本發明人所完成之發明的實施形態進行具體說明，但本發明並不限於上述實施形態，還包含各種變形例。舉例來說，為了更容易理解本發明，已經詳細地說明了上述實施例，但本發明並不限於具有所說明之所有構造的實施例。
在上述實施形態中，作為電漿成膜方法，已經說明以下情況：首先，進行成膜處理並測定膜厚分佈，並基於其測定結果來使基板4的位置在水平方向12移動、或在上下方向11及水平方向12的兩方向移動，之後，再次進行成膜處理。作為上述電漿成膜方法，在基於膜厚分佈的測定結果並調整基板4的位置後，於針對基板4進行複數次成膜處理的階段下，再次測定膜厚分佈的數據，且基於此測定結果，亦可再次使基板4的位置調整為在水平方向12移動、或在上下方向11及水平方向12的兩方向移動。
舉例來說，若進行多次成膜處理，則雖然靶材逐漸減少，但此時在基板4所形成之膜21的膜厚分佈也產生變化，因此需要再次調整基板4的高度。此時，若改變基板4的高度(在上下方向11上的位置)來使靶材13與基板4的膜形成面4a的中心的距離T-S增加時，成膜的速率改變。然而，在上述實施方式的電漿成膜裝置1中，因為能夠使基板4在水平方向12上移動，故能夠在實現膜厚均勻化的同時，不需要改變上述速率，膜的品質也能夠維持在同等的水準。
3:電漿成膜裝置 4:真空腔室(真空容器) 2a:氣體導入口 3:基板保持部(基板支撐部) 3a:保持部 3b:連結部 4:基板 4a:膜形成面 5:迴轉軸 6:電漿 7:第一驅動部 7a:第一作動軸 7b:輔助作動軸 7c:可動基底板 7d:同步帶 7e:導桿 7f:固定板 8:第二驅動部 8a:第二作動軸 8b:輔助作動軸 8c:可動板 8d:同步帶 8e:支撐板 8f:固定板 8g:連結軸 9:第三驅動部 9a:第三作動軸 9b:固定板 10:電漿產生部 11:上下方向(第一方向) 12:水平方向(第二方向) 13:靶材 14:RF電力 15:線圈 16:微波 17:製程氣體 18:轉換機構部 19a:第一波紋管部 19b:第二波紋管部 20a:第一可動部(可動部) 20b:第二可動部 21:膜 R:部分 P:箭頭 T-S:距離 V:箭頭 V1~V2:箭頭之一側 X:水平方向 Xs:偏移量 Z:上下方向 θ:照射角度
[圖1]圖1係顯示本發明實施形態中電漿成膜裝置之概略構成的示意圖。 [圖2]圖2係顯示在圖1所示之電漿成膜裝置中基板坐標軸上的移動概念之示意圖。 [圖3](a)係顯示圖1所示之電漿成膜裝置中濺射時粒子分佈的概念圖；(b)係顯示形成於基板之膜的型態的概念圖。 [圖4](a)係顯示圖1所示之電漿成膜裝置中濺射時粒子分佈的概念圖；(b)係顯示形成於基板之膜的型態的概念圖。 [圖5](a)係顯示圖1所示之電漿成膜裝置中濺射時粒子分佈的概念圖；(b)係顯示形成於基板之膜的型態的概念圖 [圖6]係顯示使用圖1所示之電漿成膜裝置於基板上進行成膜後之膜厚分佈狀態的膜厚分佈圖。 [圖7]係基於圖6的實測值而顯示基板上的膜厚分佈狀態之概略圖；(a)係Xs = 0mm的情況、(b)係Xs = 90mm的情況、(c)係Xs > 90mm的情況。
1:電漿成膜裝置
2:真空腔室(真空容器)
2a:氣體導入口
3:基板保持部(基板支撐部)
3a:保持部
3b:連結部
4:基板
4a:膜形成面
5:迴轉軸
6:電漿
7:第一驅動部
7a:第一作動軸
7b:輔助作動軸
7c:可動基底板
7d:同步帶
7e:導桿
7f:固定板
8:第二驅動部
8a:第二作動軸
8b:輔助作動軸
8c:可動板
8d:同步帶
8e:支撐板
8f:固定板
8g:連結軸
9:第三驅動部
9a:第三作動軸
9b:固定板
10:電漿產生部
11:上下方向(第一方向)
12:水平方向(第二方向)
13:靶材
14:RF電力
15:線圈
16:微波
17:製程氣體
18:轉換機構部
19a:第一波紋管部
19b:第二波紋管部
20a:第一可動部(可動部)
20b:第二可動部
P:箭頭
X:水平方向
Z:上下方向
θ:照射角度

Claims (8)

  1. 一種電漿成膜裝置，其係照射電漿且進行成膜處理的電漿成膜裝置，其係包含： 真空容器，於其內的基板進行成膜處理； 基板支撐部，其係在前述真空容器內支撐前述基板，且其係沿著前述基板的膜形成面可旋轉地設置； 旋轉軸，其係與前述基板支撐部連結； 電漿產生部，其係與前述真空容器連通並產生前述電漿，且其係以使前述電漿的照射角度相對於前述旋轉軸成為銳角的方式設置； 第一驅動部，其係使前述基板支撐部在與前述旋轉軸平行的第一方向移動； 第二驅動部，其係使前述基板支撐部在與前述旋轉軸垂直的第二方向移動； 第三驅動部，其係使前述旋轉軸旋轉；其中， 前述基板支撐部係可分別獨立地在前述第一方向與前述第二方向移動。
  2. 如請求項1所述之電漿成膜裝置，其中，還包含： 第一作動軸，其係與前述第一驅動部接合； 第二作動軸，其係與前述第二驅動部接合；其中， 藉由前述第一作動軸的旋轉，使前述旋轉軸在前述第一方向作動，並使前述基板支撐部在前述第一方向移動； 藉由前述第二作動軸的旋轉，使前述旋轉軸在前述第二方向作動，並使前述基板支撐部在前述第二方向移動。
  3. 如請求項2所述之電漿成膜裝置，其中，還包含： 第三作動軸，其係與前述第三驅動部接合； 轉換機構部，其係將前述第三作動軸的旋轉轉換成前述旋轉軸的旋轉；及 第一波紋管部，其係覆蓋前述轉換機構部並使沿著前述第一方向移動的可動部與前述真空容器連通，且前述第一波紋管部係圍繞前述旋轉軸的一部分，並將前述真空容器的內部保持在真空氛圍。
  4. 如請求項3所述之電漿成膜裝置，其中，還包含： 第二波紋管部，其係經由前述第一波紋管部及前述可動部來與前述真空容器連通，且前述第二波紋管部係圍繞前述第三作動軸的一部分。
  5. 一種電漿成膜方法，其係照射電漿且進行成膜處理的電漿成膜方法，其係包含： (a)步驟，其係藉由設置於真空容器內的可旋轉的基板支撐部，來支撐基板； (b)步驟，其係於前述(a)步驟後，在使前述基板支撐部旋轉的狀態下，以使前述電漿的照射角度相對於前述基板支撐部的旋轉軸成為銳角的方式，對前述基板照射前述電漿並於前述基板成膜； (c)步驟，其係於前述(b)步驟後，將前述基板從前述真空容器內取出，並測定形成於前述基板之膜的膜厚分佈； (d)步驟，其係於前述(c)步驟後，基於前述膜厚分佈的測定結果，使前述基板支撐部在與前述旋轉軸平行之第一方向垂直的第二方向移動、或在前述第一方向及前述第二方向移動； (e)步驟，其係於前述(d)步驟後，在使前述基板支撐部旋轉的狀態下，以使前述電漿的照射角度相對於前述基板支撐部的前述旋轉軸成為銳角的方式，對前述基板照射前述電漿並於前述基板成膜。
  6. 如請求項5所述之電漿成膜方法，其中，在前述(d)步驟中，將前述基板支撐部在前述第二方向移動、或在前述第一方向及前述第二方向移動，並調整靶材與前述基板的膜形成面的中心之間的距離、或前述靶材的中心與前述基板的前述膜形成面的中心之間的偏移量中的至少一者。
  7. 如請求項6所述之電漿成膜方法，其中，在前述(d)步驟中，於不改變前述靶材與前述基板的前述膜形成面的中心之間的前述距離的情況下，移動前述基板支撐部，使得前述靶材的中心與前述基板的中心之間的前述偏差量，大於或小於前述步驟(b)中成膜時的偏差量。
  8. 如請求項5所述之電漿成膜方法，其中，在前述(b)步驟及前述(e)步驟中，將前述電漿照射於前述基板之全部的膜形成面。
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