TW202039895A - 成膜方法 - Google Patents

Abstract

本發明係以提供一種可將對應於目標膜厚之被處理基板的公轉角速度和自轉角速度之最適值作簡單地設定的成膜方法作為其之課題。 本發明之成膜方法，係在真空腔(1)內，一邊使被處理基板(Sw)在同一平面內於公轉軸(22)周圍進行公轉，一邊使被處理基板以被處理基板中心(Sc)作為旋轉中心來進行自轉，並從與被作自公轉的被處理基板相對向之被配置在真空腔內的特定位置處之成膜源(3₁ 、3₂ )供給成膜材料，而於被處理基板表面成膜特定的薄膜，該成膜方法係包含有：設定工程，係將成膜之薄膜的目標膜厚設為T，將在1公轉週期中被成膜於基板之薄膜的膜厚設為D，且基板之自轉角速度Ωrot相對於公轉角速度Ωrev之比α，係被設定為滿足下式(1)之值，但是，係排除成為整數倍及半整數倍的情況。 α≧6/log₁₀ (T/D)・・・(1)

Description

成膜方法

本發明，係有關於一種在真空腔內，一邊使被處理基板在同一平面內於公轉軸周圍進行公轉，一邊使被處理基板以被處理基板中心作為旋轉中心來進行自轉，並從與被作自公轉的被處理基板相對向之被配置在真空腔內的特定位置處之成膜源供給成膜材料，而於被處理基板表面成膜特定的薄膜之成膜方法。

作為可實施此種成膜方法者，例如於專利文獻1中已知有下述之濺鍍裝置。此裝置，係具備可形成真空氛圍的真空腔，於真空腔內，係設置有保持被處理基板的平台。平台，係具備：使被處理基板於被處理基板中心周圍進行旋轉(自轉)的自轉軸、和與此自轉軸平行的公轉軸，而構成為，能夠使平台於公轉軸周圍進行旋轉(乃至於使被處理基板進行公轉)。並且，在與被作自公轉的被處理基板相對向之真空腔內的特定位置處配置作為成膜源之靶材，並將此靶材進行濺鍍，藉由此，而構成為能夠在被作自公轉的被處理基板之表面以均勻的膜厚分布來成膜特定的薄膜。

另外，近年來，依據想要成膜的薄膜之用途(例如，被運用於光學機器或是光學零件的光學薄膜)，要求有以±1%以下之膜厚分布來成膜的情況為多，此時之薄膜的膜厚(以下，稱作「目標膜厚」)涉及數十nm~數千nm之廣範圍的情況亦為多。在這種情況，為了以目標膜厚得到所期望的膜厚分布，而適當求出被處理基板之公轉角速度和自轉角速度的最適值，但是，因應於每次的目標膜厚來求出此最適值一事在生產的預先準備方面需要很多的時間。因此，期望有能夠將對應於目標膜厚之被處理基板的公轉角速度和自轉角速度之最適值作簡單地設定的方法之開發。 [先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2013-147677號公報

[發明所欲解決之課題]

本發明，係鑑於以上之觀點，而以提供一種可將對應於目標膜厚之被處理基板的公轉角速度和自轉角速度之最適值作簡單地設定的成膜方法作為其之課題者。 [用以解決課題之手段]

為了解決上述課題，本發明之成膜方法，其特徵為，係在真空腔內，一邊使被處理基板在同一平面內於公轉軸周圍進行公轉，一邊使被處理基板以被處理基板中心作為旋轉中心來進行自轉，並從與被作自公轉的被處理基板相對向之被配置在真空腔內的特定位置處之成膜源供給成膜材料，而於被處理基板表面成膜特定的薄膜，該成膜方法，係包含有：設定工程，係將成膜之薄膜的目標膜厚設為T，將在1公轉週期中被成膜於被處理基板之薄膜的膜厚設為D，並使被處理基板之自轉角速度相對於公轉角速度之比α被設定為滿足下式(1)之值(但是，係排除成為整數倍及半整數倍的情況)。 α≧6/log₁₀ (T/D)・・・(1)

在此，為了成膜達所期望之膜厚為止所必要的被處理基板之公轉次數N，係可將目標膜厚T除以在1公轉週期中被成膜於被處理基板的薄膜之膜厚D而算出，但是，本案發明者，係著眼於此所算出之公轉次數N(=T/D)與被處理基板之自轉角速度相對於公轉角速度之比(自公轉比)α的關係，來苦心探究，結果發現到：當涵蓋基板全面地得到特定的膜厚分布(例如，±1%以下)時，係滿足上述關係式(1)。藉由此，只要將所期望之目標膜厚T與例如根據裝置規格之公轉角速度(基板之公轉旋轉數)或是自轉角速度(基板之自轉旋轉數)中之任一方作設定，則公轉角速度(基板之公轉旋轉數)或是自轉角速度(基板之自轉旋轉數)中之另一方便可依據上述關係式(1)來作簡單地設定。如此般地，本發明，係只要是可對應於目標膜厚來將基板的公轉角速度和自轉角速度之最適值作設定，則能夠涵蓋基板全面地以特定的膜厚分布(例如，±1%以下)來成膜特定的薄膜。另外，在比α成為整數倍及半整數倍(依據想要得到的膜厚分布，係包含整數倍及半整數倍的近旁之值)的情況，係成為僅有作自公轉之基板的一部分之區域會橫切過與靶材相對向之區域，而導致局部性地膜厚變厚之區域產生，因此，為了避免膜厚分布劣化，係只要將該等排除即可。

另外，在使用靶材作為成膜源，並於真空腔內導入濺鍍氣體，並且對於靶材投入電力來將靶材進行濺鍍，而使從靶材飛散的濺鍍粒子附著、堆積於被處理基板表面來成膜的情況，若上述比α超過特定值而變大，則會有電漿放電成為不安定(例如，引發異常放電)的情形。因此，本案發明者，努力專心探究的結果，發現到：若是作自公轉之被處理基板的最大速度Vs[m/s]較濺鍍氣體之平方平均速度Vg更快，則會使電漿放電容易變得不安定。因此，於本發明中，較理想為，將被處理基板之半徑設為Rr，將被處理基板之公轉半徑設為Rs，將被處理基板之公轉角速度設為Ωrev，將被處理基板之自轉角速度設為Ωrot，並將以(Rs+Rr)×(Ωrev+Ωrot)所求出的被處理基板之最大速度設為Vs，在前述設定工程中，將前述比α設定為進一步滿足下式(2)之值。 α＜(1/Ωrev)×(Vg/(Rs+Rr))-1・・・(2)

以下，參照圖面，以將被處理基板設為玻璃基板或矽晶圓(以下，稱作「基板Sw」)，並在基板Sw表面藉由濺鍍法成膜特定之薄膜的情況為例，來針對本發明之成膜方法之實施形態作說明。

參照第1圖及第2圖，SM係為可實施本發明之成膜方法的濺鍍裝置，濺鍍裝置SM係具備真空腔1。於以下內容中，表示「上」、「下」之方向的用語，係以展示出濺鍍裝置SM的位置姿勢之第1圖為基準。

於真空腔1，雖無特別圖示來作說明，但是，係連接有來自以渦輪分子幫浦或旋轉幫浦所構成之真空幫浦單元P的排氣管11，而構成為，可將真空腔1內進行真空抽氣直至特定壓力為止。於真空腔1，係連接有於真空腔1內導入濺鍍氣體的氣體導入管12，氣體導入管12係經由質量流控制器13而與省略圖示之氣體源相連通。作為濺鍍氣體，係除了氬等之稀有氣體以外，在進行反應性濺鍍的情況時，係包含氧氣或水蒸氣等之反應性氣體。構成為，在將真空腔1內真空抽氣至特定壓力之後，可將藉由質量流控制器13被作了流量控制的濺鍍氣體導入至真空腔1內。

於真空腔1內，係配置有使基板Sw進行自公轉的平台2。平台2係具有平面觀察為圓形的旋轉板21，於旋轉板21，係連結有貫通真空腔1的下壁1a來突設於其內部的公轉軸22。並且，藉由被設置於真空腔1外的馬達23來將公轉軸22旋轉驅動，藉由此，而構成為使旋轉板21乃至於基板Sw於通過旋轉板21的中心之軸線Cl1周圍而被作旋轉(公轉)。又，於旋轉板21上，係具備有金屬製且被設置於板狀之基台24a上的具有與基板Sw相同的輪廓之吸盤板24b。雖無特別圖示來作說明，但是，於吸盤板24b係埋設有靜電吸盤用之電極，對於此電極從吸盤電源以例如非接觸方式來供電，藉由此，而構成為，能夠將基板Sw靜電吸附於吸盤板24b上面。於基台24a，係連結有將旋轉板21貫通板厚方向的自轉軸25。並且，藉由使自轉軸25於通過吸盤板24b之中心的軸線Cl2周圍來旋轉驅動，而構成為，使基台24a及吸盤板24b，乃至於基板Sw以基板中心Sc作為旋轉中心來被作旋轉(自轉)。於此情況中，自轉軸25，例如，係經由具有帶式或鍊條式等之周知的構造之無段變速機26來與公轉軸22相連結，而構成為，當藉由馬達23來將公轉軸22作了旋轉驅動時，能夠以任意的角速度來將自轉軸25旋轉驅動。亦即是，能夠將基板Sw之自轉角速度Ωrot相對於公轉角速度Ωrev之比(以下亦稱作「自公轉比」)α作變更。

在真空腔1之上部處，係以與基板Sw相對向的方式而被配置有至少1個作為成膜源之靶材3。於本實施形態中，係將在同一平面內相互正交的2方向設為X軸方向及Y軸方向，並使具有與基板Sw相同的輪廓且具有較基板Sw更小一圈的面積之2個靶材3₁ 、3₂ ，在X軸方向上隔著間隔地被作並排設置。作為靶材3₁ 、3₂ ，係可使用具有與基板Sw相同的輪廓，並對應於想要成膜於基板Sw表面的薄膜之組成而被選擇的金屬製或絕緣物製之物。從基板Sw至靶材3₁ 、3₂ 為止之上下方向的距離(T/S距離)d1，係被設定為例如150~250mm之範圍。另外，於靶材3₁ 、3₂ 之與濺鍍面背向之面(上面)係接合有背板31，而構成為，在靶材3₁ 、3₂ 之濺鍍時，能夠使冷媒於背板31循環而將靶材3₁ 、3₂ 冷卻。於靶材3₁ 、3₂ ，係連接有來自圖示省略之直流電源或交流電源等之濺鍍電源的輸出，而構成為能夠對應於靶材種類，來對於靶材3₁ 、3₂ 投入具有負的電位之直流電力或特定頻率之交流電力。上述濺鍍裝置SM，雖無特別圖示，但是，係具有：具備有微電腦或是序列器等之周知的控制手段，藉由此控制手段，來對真空幫浦單元P之運作、質量流控制器13之運作、以及濺鍍電源之運作等作統籌控制。又，詳細內容雖於後再述，但是，控制手段，係以成為對應於薄膜之目標膜厚T來被作設定之公轉角速度Ωrev及自轉角速度Ωrot的方式，來控制馬達23及無段變速機26之運作。以下，以使用上述濺鍍裝置SM於基板Sw表面成膜的情況為例，來對本實施形態之成膜方法作說明。

在使基板Sw靜電吸附於平台2的吸盤板24b之後，若是於被作了真空抽氣至特定壓力的真空腔1內將作為濺鍍氣體之氬氣以特定流量(此時，真空腔1內之壓力為1.5Pa)導入，並從濺鍍電源對靶材3₁ 、3₂ 投入電力，則會於靶材3₁ 、3₂ 與基板Sw之間產生電漿，藉由電漿中被電離的濺鍍氣體之離子而使靶材3₁ 、3₂ 被濺鍍。藉由濺鍍而從靶材3₁ 、3₂ 飛散的濺鍍粒子會附著、堆積於基板Sw表面，藉由此而成膜薄膜。成膜中，藉由驅動馬達23及無段變速機26，而使基板Sw被作自公轉。在此，為了以所期望之膜厚成膜所必要的基板Sw之公轉次數N，係將目標膜厚T除以在1公轉週期中被成膜於基板Sw之薄膜的膜厚D來預先算出，若是到達所算出之公轉次數N，則停止濺鍍氣體之導入與對靶材3₁ 、3₂ 之電力投入而結束成膜。

在此，作為成膜(生產)之預先準備，係為了得到所期望之膜厚分布(例如，±1%以下)，而適當求出基板Sw之公轉角速度Ωrev和自轉角速度Ωrot之最適值，但是，如前述般地，薄膜之目標膜厚T多係涵蓋有廣範圍，因此，對應於每次的目標膜厚T來求出最適值一事，係需要很多的時間。

因此，本案發明者，係使用上述濺鍍裝置SM來進行以下的實驗。於實驗1中，係將基板Sw設為Φ300mm之矽晶圓，將靶材3₁ 、3₂ 設為Φ290mm之矽製，分別將從基板Sw至靶材3₁ 、3₂ 為止的距離(T/S距離)d1設定為250mm，將從公轉軸22至靶材3₁ 、3₂ 為止的中心間距離d2、d3分別設定為450mm、800mm，將基板Sw之公轉半徑Rs設定為600mm(0.6m)，並在以下的成膜條件下來成膜矽膜。亦即是，分別將身為濺鍍氣體之氬氣的流量設為90sccm(此時之真空腔1內的壓力為1.5Pa)，將投入靶材3₁ 、3₂ 的直流電力分別設為3kW、9kW。在此成膜條件下，在1公轉週期中被成膜於基板Sw之薄膜的膜厚D係為0.35nm/公轉。因此，於本實驗1中，若是將目標膜厚T設定為3.5nm，則其之成膜所必要的公轉次數N(=T/D)，係被算出是10旋轉。將改變自公轉比α來求出膜厚分布(基板Sw面內之膜厚測定點為49點)的結果展示於第3圖(a)。如第3圖(a)所示般地，可確認到，若是排除會使膜厚分布劣化之自公轉比α成為整數倍及半整數倍的情況、以及成為該等之近旁之值的情況(滿足|α-round(α/0.5)×0.5|≦0.05的情況，在此，round(A)，係將A四捨五入並作整數化的處理(後述之實驗2及實驗3也相同))，則只要將自公轉比α設定成大於6，則可使膜厚分布成為±1%以下。

接著，於實驗2中，係將目標膜厚T設定為10nm，其之成膜所必要的公轉次數N(=T/D)係被算出為30旋轉，除此點之外，與上述實驗1同樣地，改變自公轉比α來求出膜厚分布。將其結果展示於第3圖(b)。若依據此，則可確認到，若是排除自公轉比α成為整數倍及半整數倍的情況以及成為該等之近旁之值的情況(滿足|α-round(α/0.5)×0.5|≦0.05的情況)，則只要將自公轉比α設定成大於4，則可使膜厚分布成為±1%以下。

接著，於實驗3中，係將目標膜厚T設定為31.5nm，其之成膜所必要的公轉次數N(=T/D)係被算出為90旋轉，除此點之外，與上述實驗1同樣地，改變自公轉比α來求出膜厚分布。將其結果展示於第3圖(c)。若依據此，則可確認到，若是排除自公轉比α成為整數倍及半整數倍的情況以及成為該等之近旁之值的情況(滿足|α-round(α/0.5)×0.5|≦0.05的情況)，則只要將自公轉比α設定成大於3，則可使膜厚分布成為±1%以下。

若依據以上之實驗1~3，則當涵蓋基板Sw全面地得到特定之膜厚分布(±1%以下)時，係如第4圖所示般地，得知滿足下述關係式(1)(但是，係排除自公轉比α成為整數倍及半整數倍的情況以及該等之近旁之值的情況(滿足|α-floor(α)|≦0.05的情況))。 α≧6/log₁₀ (T/D)・・・(1)

藉由此，只要將所期望之目標膜厚T與例如濺鍍裝置SM之根據裝置規格之公轉角速度Ωrev(基板Sw之公轉旋轉數)或是自轉角速度Ωrot(基板Sw之自轉旋轉數)中之任一方作設定，則公轉角速度Ωrev(基板Sw之公轉旋轉數)或是自轉角速度Ωrot(基板Sw之自轉旋轉數)中之另一方便可依據上述關係式(1)來作簡單地設定(設定工程)。如此般地，於本實施形態中，係只要是可將對應於目標膜厚T之基板Sw的公轉角速度Ωrev和自轉角速度Ωrot之最適值作設定，則能夠涵蓋基板Sw全面地以特定的膜厚分布(例如，±1%以下)來成膜特定的薄膜。另外，在自公轉比α成為整數倍及半整數倍(依據想要得到的膜厚分布，係包含整數倍及半整數倍之近旁之值)的情況，係構成為，僅作自公轉之基板Sw的一部分之區域會橫切過與靶材3₁ 、3₂ 相對向之區域，藉由此而導致局部性地膜厚變厚之區域產生而使膜厚分布劣化，因此，較理想係將該等排除。

另外，若是上述自公轉比α超過特定值而變大，則會有電漿放電成為不安定(例如，引發異常放電)的情況。因此，本案發明者，努力專心探究的結果，發現到：若是作自公轉之基板Sw的最大速度Vs[m/s]較濺鍍氣體之平方平均速度Vg更快，則會使電漿放電容易變得不安定。因此，於本實施形態中，較理想為，將基板Sw之半徑設為Rr，將基板Sw之公轉半徑設為Rs，將基板Sw之公轉角速度設為Ωrev，將基板Sw之自轉角速度設為Ωrot，並將以(Rs+Rr)×(Ωrev+Ωrot)所求出的基板Sw之最大速度設為Vs，在上述設定工程中，將自公轉比α設定為進一步滿足下式(2)之值。 α＜(1/Ωrev)×(Vg/(Rs+Rr))-1・・・(2)

除了上述實驗1之條件以外，若是將公轉角速度Ωrev=100rpm(=10.5rad/s)及平方平均速度Vg=300m/s帶入上式(2)，則成為α＜37.2。可確認到，若是將自公轉比α設定為此範圍，則可防止電漿放電成為不安定。

以上，雖針對本發明之實施形態作了說明，但在不脫離本發明之技術思想的範圍內，可進行各種之變形。於上述實施形態中，雖係以藉由濺鍍法來成膜的情況為例來作了說明，但是，就算是在藉由真空蒸鍍法來成膜的情況時，亦能夠適用本發明。於此情況中，作為成膜源，係可使用收容如有機材料般之蒸鍍物質的坩堝與將此坩堝加熱的加熱手段，將收容有有機材料的坩堝藉由加熱手段來加熱，藉由此，而使作了蒸發或是作了氣化的有機材料從坩堝附著於基板表面來成膜薄膜。

又，於上述實施形態中，雖是以使2枚靶材3₁ 、3₂ 隔著間隔被作並排配置的情況為例來作了說明，但是，亦可僅配置1枚具有面積較基板Sw更大的靶材3。又，於上述實施形態中，雖是使用無段變速機26以任意的自轉角速度Ωrot來將自轉軸25旋轉驅動，但是，亦可構成為，除了使公轉軸22進行旋轉的馬達23以外，使用另外的馬達來將自轉軸25以任意的自轉角速度Ωrot來旋轉驅動。

α:自公轉比(基板之相對於公轉角速度的自轉角速度之比) D:在1公轉週期中被成膜於基板之薄膜的膜厚 Rr:基板之半徑 Rs:基板之公轉半徑 Ωrev:基板之公轉角速度 Ωrot:基板之自轉角速度 SM:濺鍍裝置 Sw:基板(被處理基板) T:成膜之薄膜的目標膜厚 1:真空腔 22:公轉軸 3₁,3₂:靶材(成膜源)

[第1圖]係對實施本發明之實施形態的成膜方法之濺鍍裝置作展示之示意剖面圖。 [第2圖]係為第1圖所示之濺鍍裝置之示意平面圖。 [第3圖](a)~(c)係對本發明之實驗結果作各別展示之圖表。 [第4圖]係對由本發明之實驗所求出之自公轉比α的範圍作展示之圖表。

C11:軸線

C12:軸線

1:真空腔

1a:下壁

2:平台

11:排氣管

12:氣體導入管

13:質量流控制器

21:旋轉板

22:公轉軸

23:馬達

24a:基台

24b:吸盤板

25:自轉軸

26:無段變速機

3₁,3₂:靶材(成膜源)

31:背板

d1:距離(T/S距離)

Rs:基板之公轉半徑

Sc:基板中心

SM:濺鍍裝置

Sw:基板(被處理基板)

Ωrev:基板之公轉角速度

Ωrot:基板之自轉角速度

Claims (2)

1. 一種成膜方法，其特徵為，在真空腔內，一邊使被處理基板在同一平面內於公轉軸周圍進行公轉，一邊使被處理基板以基板中心作為旋轉中心來進行自轉，並從與被作自公轉的被處理基板相對向之被配置在真空腔內的特定位置處之成膜源供給成膜材料，而於被處理基板表面成膜特定的薄膜， 該成膜方法，係包含有：設定工程，係將成膜之薄膜的目標膜厚設為T，將在1公轉週期中被成膜於被處理基板之薄膜的膜厚設為D，且被處理基板之自轉角速度相對於公轉角速度之比α，係被設定為滿足下式(1)之值，但是，係排除成為整數倍及半整數倍的情況， α≧6/log₁₀ (T/D)・・・(1)。
2. 如請求項1所記載之成膜方法，其中，係使用靶材作為成膜源，並於真空腔內導入濺鍍氣體，並且對於靶材投入電力來將靶材進行濺鍍，而使從靶材飛散的濺鍍粒子附著、堆積於被處理基板表面來成膜， 將被處理基板之半徑設為Rr，將被處理基板之公轉半徑設為Rs，將被處理基板之公轉角速度設為Ωrev，將被處理基板之自轉角速度設為Ωrot，並將以(Rs+Rr) ×(Ωrev+Ωrot)所求出的被處理基板之最大速度設為Vs，在前述設定工程中，前述比α，係被設定為進一步滿足下式(2)之值， α＜(1/Ωrev)×(Vg/(Rs+Rr))-1・・・(2)。

Images