TWI386504B - Film forming apparatus and film forming method - Google Patents

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TWI386504B
TWI386504B TW096121088A TW96121088A TWI386504B TW I386504 B TWI386504 B TW I386504B TW 096121088 A TW096121088 A TW 096121088A TW 96121088 A TW96121088 A TW 96121088A TW I386504 B TWI386504 B TW I386504B
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Yoshio Kawamata
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Shibaura Mechatronics Corp
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Description

成膜裝置及成膜方法
本發明係關於成膜裝置及成膜方法，詳言之，係關於使成膜對象物一面移動通過與濺射用標靶對向之位置，一面被成膜之成膜裝置及使用此裝置之成膜方法。
在使成膜對象物一面移動通過與濺射用標靶對向之位置，一面被成膜之成膜裝置中，成膜對象物之尺寸大於標靶時，膜不能附著在外周側，會使膜厚分布變差。又，成膜對象物之尺寸小於標靶時，在真空室內，附著於成膜對象物以外之部分之膜量會增加，故成膜效率或降低，且真空室內之附著物剝離時會污染到成膜對象，為了進一步防止此現象，有必要清潔真空室內，非常麻煩。
在專利文獻1中，揭示下列技術：即，一面使保持標靶之濺射陰極對基板旋迴運動，一面施行濺射，或使濺射陰極停在特定位置，對基板施行濺射成膜特定時間後，迴動濺射陰極而變更位置，對基板再度施行濺射成膜。
但，在專利文獻1中，如其圖2所示，在濺射陰極保持1個圓形標靶，該標靶並未呈現可同時涵蓋所有成膜對象區域(2個基板之全面)之構成。欲一面使標靶在由中心偏心之軸周圍旋轉而使2個基板之所有面與標靶相對向，一面對基板施行濺射成膜之情形，在成膜中，會一直旋轉濺射陰極，電源線及對標靶之冷卻用冷媒供應線也必須旋轉，故需要防止此等之旋轉引起之扭轉及破損等用之特別之構 成。
專利文獻1：日本特開2005-187830號公報
本發明之目的在於提供可藉簡單之構成，配合成膜對象物之尺寸施行均勻而效率良好之成膜，且污染之可能性少，維護性也佳之成膜裝置及成膜方法。
依據本發明之一態樣所提供之成膜裝置之特徵在於包含：轉盤，其具有成膜對象物之保持部，並可旋轉地設在真空室內；及濺射源，其係可自轉地設在與因前述轉盤之旋轉而移動之前述保持部之移動路徑對向的位置，並保持有複數標靶；當前述成膜對象物較前述標靶相對較小時，以前述複數標靶排列於前述成膜對象物之移動方向的方式，設定前述濺射源之自轉角度；當前述成膜對象物較前述標靶相對較大時，以前述複數標靶排列於相對前述成膜對象物之移動方向交叉之方向的方式，設定前述濺射源之自轉角度。
又，依據本發明之另一態樣所提供之成膜裝置之特徵在於包含：轉盤，其具有成膜對象物之保持部，並可旋轉地設在真空室內；及濺射源，其係可自轉地設在與因前述轉盤之旋轉而移動之前述保持部之移動路徑對向的位置，並保持有長圓形狀或具有長度相異之邊之角形的標靶者；當前述成膜對象物較前述標靶相對較小時，以前述標靶之長 邊方向對前述成膜對象物之移動方向呈相對平行或接近平行狀態之方式，設定前述濺射源之自轉角度；當前述成膜對象物較前述標靶相對較大時，以前述標靶之長邊方向對前述成膜對象物之移動方向呈相對正交或接近正交狀態之方式，設定前述濺射源之自轉角度。
又，依據本發明之另一態樣所提供之成膜方法之特徵在於：將成膜對象物保持於可旋轉地設在真空室內之轉盤的保持部，使用可自轉地設在與藉前述轉盤之旋轉而移動之前述保持部之移動路徑對向之位置的濺射源對前述成膜對象物實施成膜；使複數標靶保持於前述濺射源，並使前述濺射源自轉，藉此變更前述成膜對象物之移動方向與前述複數標靶之排列方向的相對角度；當保持於前述保持部之成膜對象物比前述標靶相對較小時，使前述複數標靶排列於前述成膜對象物之移動方向；當保持於前述保持部之成膜對象物比前述標靶相對較大時，使前述複數標靶排列於相對前述成膜對象物之移動方向交叉的方向。
又，依據本發明之又另一態樣所提供之成膜方法之特徵在於：將成膜對象物保持於可旋轉地設在真空室內之轉盤的保持部，使用可自轉地設在與藉前述轉盤之旋轉而移動之前述保持部之移動路徑對向之位置的濺射源對前述成膜對象物實施成膜；使長圓形狀或具有長度相異之邊之角形的標靶保持於前述濺射源，並使濺射源自轉，藉此變更前述成膜對象物之移動方向與前述標靶之長邊方向的相對角度；當保持於前述保持部之成膜對象物比前述標靶相對較 小時，使前述標靶之長邊方向對前述成膜對象物之移動方向呈相對平行或接近平行之狀態；當保持於前述保持部之成膜對象物比前述標靶相對較大時，使前述標靶之長邊方向對前述成膜對象物之移動方向呈相對正交或接近正交之狀態。
以下，參照圖式說明有關本發明之實施型態。又，在各圖式中，對於相同之構成要素，附上同一之符號。
[第1實施型態]
圖1係本發明之第1實施型態之成膜裝置之模式剖面圖。
圖2係表示該成膜裝置之轉盤8與濺射源11之平面的關係位置之模式圖。
圖3係對尺寸(直徑)小於圖1之成膜對象物施行成膜之情形之對應於圖1之圖。
圖4係對尺寸(直徑)小於圖2之成膜對象物施行成膜之情形之對應於圖2之圖。
本實施型態之成膜裝置係在內部具有形成真空室2之氣密容器3。在氣密容器3之底部中央形成有排氣口17，可經由連接於此排氣口17之未圖示之真空排氣系統執行排氣200而將真空室2內減壓。
在真空室2內之底部，經由旋轉軸承13可旋轉地設有轉盤8。轉盤8例如係呈環狀，其中央孔位於排氣口17之上方。轉盤8係接受來自馬達15之旋轉驅動力，在中心軸C1之周圍旋轉。
轉盤8具有沿著圓周方向設置之複數成膜對象物之保持部6。在該保持部6，例如保持著半導體晶圓、玻璃基板等之成膜對象物4a、4b。被保持於保持部6之成膜對象物4a、4b可藉轉盤8之旋轉，以劃圓之軌跡在真空室2內移動。
在氣密容器3之上壁部(上蓋)設有濺射源11。在濺射源11，具備有保持複數標靶9a、9b之襯板、對標靶9a、9b施加電力之電極等，且必要時也適宜地具備磁鐵、冷卻機構等。標靶9a、9b係由對成膜對象物4a、4b之成膜材料所構成，例如呈圓板狀。
濺射源11係可自轉地設在與藉轉盤8之旋轉而移動之成膜對象物之保持部6之移動路徑對向之位置。即，濺射源11可在自己之中心軸C2之周圍旋轉。標靶9a、9b面臨真空室2內，與保持部6及其所保持之成膜對象物4a、4b之移動路徑對向。各標靶9a、9b係夾著濺射源11之中心軸C2被配置。又，濺射源11之自轉中心也可由自己之中心位置偏置，另外並不一定位於2個標靶9a、9b間之中心位置。
又，濺射源也可沿著成膜對象物之保持部6之移動路徑設有複數個。又，1個濺射源所具備之標靶數也可為3個以上。又，也可採用使複數標靶之材料各異，對成膜對象物形成複合膜或不同材料之多層膜之構成。
轉盤8旋轉時，保持部6所保持之成膜對象物4a、4b會以劃圓之軌跡移動，在通過與濺射源11對向之位置時，會附著由標靶9a、9b被濺射之粒子而被成膜。而，其膜厚分布 100如同例示。
圖5係表示成膜對象物4a之尺寸(平面尺寸)即成膜對象區域110大於標靶9之尺寸(平面尺寸)之情形之膜厚分布(實線之粗線)100之模式圖。
成膜對象物4a之尺寸大於標靶9時，在成膜對象物4a中，膜不會附在不與標靶9對向之外側部分，膜厚之面內均勻性會變差。
圖6係表示成膜對象物4b之尺寸(平面尺寸)即成膜對象區域110大於標靶9之尺寸(平面尺寸)之情形之膜厚分布(實線之粗線)100之模式圖。
成膜對象物4b之尺寸小於標靶9時，形成無謂之膜之區域120會增加。也就是說，附著於成膜對象物4b以外之部分之無謂之膜量會增加，故標靶9之利用效率變差。且真空室2內之附著物剝離時會污染到成膜對象物，為了進一步防止此現象，有必要清潔真空室2內，非常麻煩。
配合成膜對象物之尺寸而準備複數尺寸之標靶，依照不同尺寸之成膜對象物更換此等標靶而施行成膜時，相當費時，導致生產率降低及成本升高。
因此，在本實施型態中，可藉使濺射源11旋轉(自轉)而改變與成膜對象物對向之標靶面積。
對尺寸較大之成膜對象物4a施行成膜時，如圖2所示，使連結2個標靶9a、9b之中心之線b對通過濺射源11之下之成膜對象物4a之移動方向a交叉(例如在圖2中，大致交叉)。
藉此，標靶9a、9b也可與成膜對象物4a之外周側部分相對向，獲得圖1中點線所示之膜厚分布100，故可提高成膜對象物4a之膜厚之面內均勻性。
另一方面，對尺寸較小之成膜對象物4b施行成膜時，如圖4所示，使連結2個標靶9a、9b之中心之線b對通過濺射源11之下之成膜對象物4b之移動方向a大致平行。
藉此，可謀求縮小偏離成膜對象物4b而對向之標靶面積，如圖3中點線所示之膜厚分布100所示，可減少附著於成膜對象物4b以外之部分之無謂之膜，提高標靶之利用效率。且可抑制附著於成膜對象物4b以外之部分之膜對真空室2內之污染，減輕維護之頻度及花費之時間。另外，成膜對象物4b在標靶9a、9b之下移動之距離較長，可確保較長之成膜對象物4b與標靶9a、9b對向之時間，加速成膜速度。
又，本發明並非僅限定於如圖2及圖4所示之狀態。即如圖16所示，使連結2個標靶9a、9b之中心之線對成膜對象物4a移動之方向處於既非略垂直也非略平行之傾斜狀態之情形也包含於本發明之範圍。成膜對象物之移動方向與連結2個標靶9a、9b之中心之線之角度可依照成膜對象物之尺寸適當地加以決定，成膜對象物之尺寸愈大時，可使成膜對象物之移動方向與連結2個標靶9a、9b之中心之線愈接近於正交狀態，隨著成膜對象物之尺寸之變小，可使成膜對象物之移動方向與連結2個標靶9a、9b之中心之線逐漸接近於平行狀態。也就是說，在成膜對象物之尺寸為中 間程度之情形，有可能使成膜對象物之移動方向與連結2個標靶9a、9b之中心之線處於既非平行狀態也非正交狀態。
濺射源11之旋轉既可在真空室2內處於大氣壓下、減壓下之任一狀態下進行，也可在真空室2內有或無成膜對象物之狀態下進行。又，濺射源11之旋轉也可利用手動操作、自動操作之任一方式進行。
如以上所說明，依據本實施型態，只要依照成膜對象物之尺寸，使具備複數標靶之濺射源11旋轉(自轉)之簡單之構成改變與成膜對象物對向之標靶面積，故無必要配合成膜對象物之尺寸而準備複數尺寸之標靶，或依照不同尺寸之成膜對象物更換此等標靶而施行成膜，可抑制生產效率之降低及成本升高。
又，因轉盤8之外周側之周長比內周側長，故成膜對象物之外周側方面比內周側更快通過濺射源11之下，外周側方面之成膜率低於內周側。即，外周側方面之膜厚容易變薄。
為防止此現象，如圖7所示，在保持於濺射源11之複數標靶中，使與成膜對象物4a之外周側對向之標靶9b比與成膜對象物4a之內周側對向之標靶9a更接近於成膜對象物4a相當有效。
藉此，由標靶9b被濺射之粒子到達成膜對象物4a之外周側之速率較快，如圖7中點線所示，可使膜厚分布100在內周側與外周側保持均勻。
或也可依照各標靶控制對各標靶9a、9b之施加電力，藉由使對與成膜對象物4a之外周側對向之標靶9b之施加電力大於對與成膜對象物4a之內周側對向之標靶9a之施加電力，謀求膜厚之面內均勻性。
又，在內周側與外周側改變標靶與成膜對象物之距離，以謀求膜厚之面內均勻性之情形，也可分別不改變對2個標靶9a、9b之施加電力，在對2個標靶9a、9b之施加電力相同之條件下，提高膜厚之面內均勻性，故可使製造上之製程設定統一化，使用至標靶壽命截止之時間也相同，故具有生產管理也較容易之優點。
其次，圖8係表示使用長方形狀之標靶9c之情形之轉盤8與濺射源11之平面的關係位置之模式圖。
圖9係對尺寸(直徑)小於圖8之成膜對象物施行成膜之情形之對應於圖8之圖。
在圖8、9所示之具體例中，作為保持於前述自轉之濺射源11之標靶，使用平面形狀例如為長方形狀之標靶9c。在濺射源11中，保持1個該長方形狀之標靶9c。
在本具體例中，也可藉使濺射源11旋轉(自轉)而改變與成膜對象物對向之標靶面積。
對尺寸較大之成膜對象物4a施行成膜時，如圖8所示，使標靶9c之長邊方向對通過濺射源11之下之成膜對象物4a之移動方向a成略正交。藉此，標靶9c也會與成膜對象物4a之外周側部分對向，以提高成膜對象物4a之膜厚之面內均勻性。
對尺寸較小之成膜對象物4b施行成膜時，如圖9所示，使標靶9c之長邊方向對通過濺射源11之下之成膜對象物4b之移動方向a成略平行。藉此，可謀求縮小偏離成膜對象物4b而對向之標靶面積，可減少附著於成膜對象物4b以外之部分之無謂之膜，提高標靶之利用效率。且可抑制附著於成膜對象物4b以外之部分之膜對真空室2內之污染，減輕維護之頻度及花費之時間。另外，成膜對象物4b在標靶9a、9b之下移動之距離較長，可確保較長之成膜對象物4b與標靶9a、9b對向之時間，加速成膜速度。
本具體例之標靶之平面形狀不限於長方形，即使是具有長度相異之邊之角形或長圓形，也可藉濺射源11之旋轉(自轉)而改變與成膜對象物對向之標靶面積。
又，在本具體例中，標靶9c之長邊方向並不僅限定於圖8及圖9所示之狀態。即，標靶9c之長邊方向對成膜對象物4b之移動方向a處於既非略垂直也非略平行之傾斜狀態之情形也包含於本發明之範圍。標靶9c之長邊方向與線a之角度可依照成膜對象物4b之尺寸適當地加以決定，成膜對象物4b之尺寸愈大時，可使標靶9c之長邊方向與線a愈接近於正交狀態，隨著成膜對象物4b之尺寸之變小，可使標靶9c之長邊方向與線a逐漸接近於平行狀態。也就是說，在成膜對象物4b之尺寸為中間程度之情形，有可能使標靶9c之長邊方向與線a處於既非平行狀態也非正交狀態。又，濺射源11之自轉中心也可由自己之中心位置偏置，另外並不一定位於2個標靶9c之中心位置。
[第2實施型態]
圖10、11係本發明之第2實施型態之成膜裝置之要部構成之模式圖。
在本實施型態中，使用配設成可在略平行於垂直方向之中心軸C1周圍旋轉之筒狀之轉盤18。在此轉盤18之側面設有成膜對象物4、4c之保持部。在本實施型態中，轉盤18旋轉時，成膜對象物4、4c也會以劃圓之軌跡移動，與其移動路徑對向，配置有平面形狀例如為長方形狀之標靶9d。標靶9d與上述第1實施型態同樣，保持著可自轉地設在成膜對象物之移動路徑對向之位置之濺射源(省略圖示)。又，轉盤18不限定於角形筒狀，也可為圓角形筒狀。
在本具體例中，也可藉使濺射源之旋轉(自轉)而改變與成膜對象物對向之標靶面積。
例如，如圖10所示，將複數成膜對象物4縱方向排列保持於轉盤18之側面之情形，使標靶9d之長邊方向成為排列成膜對象物4之縱方向。藉此，使標靶9d與排列於縱方向之複數成膜對象物4之全部相對向，在轉盤側面(保持部)通過與標靶對向之位置時，可同時對複數成膜對象物4施行成膜，故效率良好。
又，如圖11所示，例如對以長邊方向為橫方向，短邊方向為縱方向而被保持於轉盤側面(保持部)之長方形狀之成膜對象物4c施行成膜之情形，可使標靶9d之長邊方向、短邊方向分別與成膜對象物4c之長邊方向、短邊方向一致。 藉此，可使成膜對象物4c之所有成膜對象區域與標靶9d對向，可謀求膜厚之面內均勻性，並可謀求縮小偏離成膜對象物4c而對向之標靶面積，可減少附著於成膜對象物4c以外之部分之無謂之膜，提高標靶之利用效率。
又，在使用筒狀轉盤18之本實施型態中，也可與成膜對象物之移動路徑對向而配置複數濺射源，且可在1個濺射源保持複數個標靶。
又保持於筒側面之成膜對象物也可為1個，在尺寸較小之成膜對象物4b之情形，如圖12所示，可使矩形狀標靶9d之長邊方向略平行於成膜對象物4b之移動方向，以謀求提高成膜速度，在尺寸較大之成膜對象物4a之情形，如圖13所示，可使矩形狀標靶9d之長邊方向略正交於成膜對象物4b之移動方向，以謀求膜厚之面內均勻性之提高。
又，在濺射源之下，也可自轉地配設成膜對象物，如圖14所示，在尺寸較大之成膜對象物4d之情形，可使2個標靶9a、9b排列與成膜對象物4d之半徑方向對向，以謀求膜厚之面內均勻性之提高，如圖15所示，在尺寸較小之成膜對象物4e之情形，可使2個標靶9a、9b排列於成膜對象物4e之切線方向，以謀求成膜速度之提高。又，成膜對象物4d、4e之自轉中心既可為自己之中心，也可位於由自己之中心位置偏置之位置。
產業上之可利用性
依據本發明，可藉簡單之構成，提供配合成膜對象物之尺寸施行均勻而效率良好之成膜，且污染之可能性少，維 護性也佳之成膜裝置及成膜方法。
2‧‧‧真空室
3‧‧‧氣密容器
4a~4c‧‧‧成膜對象物
6‧‧‧成膜對象物之保持部
8‧‧‧轉盤
9a~9d‧‧‧標靶
11‧‧‧濺射源
18‧‧‧轉盤
100‧‧‧膜厚分布
110‧‧‧成膜對象區域
120‧‧‧形成無謂之膜之區域
200‧‧‧排氣
圖1係本發明之第1實施型態之成膜裝置之模式剖面圖。
圖2係表示該成膜裝置之轉盤與濺射源之平面的關係位置之模式圖。
圖3係對尺寸(直徑)小於圖1之成膜對象物施行成膜之情形之對應於圖1之圖。
圖4係對尺寸(直徑)小於圖2之成膜對象物施行成膜之情形之對應於圖2之圖。
圖5係表示成膜對象物之尺寸(平面尺寸)大於標靶之尺寸(平面尺寸)之情形之膜厚分布(實線之粗線)之模式圖。
圖6係表示成膜對象物之尺寸(平面尺寸)小於標靶之尺寸(平面尺寸)之情形之膜厚分布(實線之粗線)之模式圖。
圖7係表示保持於濺射源之複數標靶中，使與成膜對象物之外周側對向之標靶比與成膜對象物之內周側對向之標靶更接近於成膜對象物之具體例之模式圖。
圖8係表示使用長方形狀之標靶之情形之轉盤與濺射源之平面的關係位置之模式圖。
圖9係對尺寸(直徑)小於圖8之成膜對象物施行成膜之情形之對應於圖8之圖。
圖10係本發明之第2實施型態之成膜裝置之要部構成之模式圖。
圖11係對尺寸(直徑)小於圖10之成膜對象物施行成膜之情形之對應於圖10之圖。
圖12係在本發明之第2實施型態之成膜裝置中表示其他使用例之模式圖。
圖13係在本發明之第2實施型態之成膜裝置中表示另一其他使用例之模式圖。
圖14係表示本發明之另一實施型態之成膜裝置中之標靶與成膜對象物之配置關係之模式圖。
圖15係表示對異於圖14之尺寸之成膜對象物之標靶之配置關係之模式圖。
圖16係在第1實施型態之成膜裝置中，表示標靶與成膜對象物之配置關係之另一具體例之模式圖。
2‧‧‧真空室
3‧‧‧氣密容器
4a‧‧‧成膜對象物
6‧‧‧成膜對象物之保持部
8‧‧‧轉盤
9a、9b‧‧‧標靶
11‧‧‧濺射源
13‧‧‧旋轉軸承
15‧‧‧馬達
17‧‧‧排氣口
100‧‧‧膜厚分布
200‧‧‧排氣
C1、C2‧‧‧中心軸

Claims (6)

  1. 一種成膜裝置，其特徵在於包含：轉盤，其具有成膜對象物之保持部，並可旋轉地設在真空室內；及濺射源，其係可自轉地設在與因前述轉盤之旋轉而移動之前述保持部之移動路徑對向的位置，並保持有複數標靶；在前述成膜對象物的尺寸為第1尺寸的情況時，以前述複數標靶排列於前述成膜對象物之移動方向的方式，設定前述濺射源之自轉角度；在前述成膜對象物的尺寸為比前述第1尺寸更大的第2尺寸的情況時，以前述複數標靶排列於相對前述成膜對象物之移動方向交叉之方向的方式，設定前述濺射源之自轉角度。
  2. 如請求項1之成膜裝置，其中被保持於前述濺射源之至少1個標靶之對前述保持部之距離為可變者。
  3. 如請求項1或2之成膜裝置，其中可依各標靶控制對被保持於前述濺射源之複數標靶之施加電力者。
  4. 一種成膜裝置，其特徵在於包含：轉盤，其具有成膜對象物之保持部，並可旋轉地設在真空室內；及濺射源，其係可自轉地設在與因前述轉盤之旋轉而移動之前述保持部之移動路徑對向的位置，並保持有長圓形狀或具有長度相異之邊之角形的標靶者； 在前述成膜對象物的尺寸為第1尺寸的情況時，以前述標靶之長邊方向對前述成膜對象物之移動方向呈相對平行或接近平行狀態之方式，設定前述濺射源之自轉角度；在前述成膜對象物的尺寸為比前述第1尺寸更大的第2尺寸的情況時，以前述標靶之長邊方向對前述成膜對象物之移動方向呈相對正交或接近正交狀態之方式，設定前述濺射源之自轉角度。
  5. 一種成膜方法，其特徵在於：其係將成膜對象物保持於可旋轉地設在真空室內之轉盤的保持部，使用可自轉地設在與藉前述轉盤之旋轉而移動之前述保持部之移動路徑對向之位置的濺射源對前述成膜對象物實施成膜者；且該成膜方法包含：使複數標靶保持於前述濺射源，並使前述濺射源自轉，藉此變更前述成膜對象物之移動方向與前述複數標靶之排列方向的相對角度的步驟；在保持於前述保持部之成膜對象物的尺寸為第1尺寸的情況時，使前述複數標靶排列於前述成膜對象物之移動方向的步驟；及在保持於前述保持部之成膜對象物的尺寸為比前述第1尺寸更大的第2尺寸的情況時，使前述複數標靶排列於相對前述成膜對象物之移動方向交叉的方向的步驟。
  6. 一種成膜方法，其特徵在於：其係將成膜對象物保持於可旋轉地設在真空室內之轉盤的保持部，使用可自轉地 設在與藉前述轉盤之旋轉而移動之前述保持部之移動路徑對向之位置的濺射源對前述成膜對象物實施成膜者；且該成膜方法包含：使長圓形狀或具有長度相異之邊之角形的標靶保持於前述濺射源，並使濺射源自轉，藉此變更前述成膜對象物之移動方向與前述標靶之長邊方向的相對角度的步驟；在保持於前述保持部之成膜對象物的尺寸為第1尺寸的情況時，使前述標靶之長邊方向對前述成膜對象物之移動方向呈相對平行或接近平行之狀態的步驟；及在保持於前述保持部之成膜對象物的尺寸為比前述第1尺寸更大的第2尺寸的情況時，使前述標靶之長邊方向對前述成膜對象物之移動方向呈相對正交或接近正交之狀態的步驟。
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