TWI519663B - Sputtering method - Google Patents

Description

濺鍍方法

本發明，係有關於在被處理基板上形成薄膜之濺鍍方法，特別是，係有關於將標靶作複數並排設置並在大面積之處理基板上形成薄膜的多陰極之濺鍍方法。

近年來，以液晶等之顯示器領域為中心，在大面積基板上形成薄膜之濺鍍技術係變得重要。當經由濺鍍來在大面積之被處理基板上形成薄膜的情況時，係採用有在真空腔內而與被處理基板相對向地來將複數之標靶在同一平面上作並排設置的方法。

但是，當標靶之表面全部被與上述被處理基板作平行配置，並在相較於上述被作了並排設置之標靶全體的外形尺寸而更大之外形尺寸的被處理基板上進行成膜的情況時，到達於被處理基板兩端部之濺鍍粒子，相較於被處理基板中央部，由於係為不足，因此，會產生所謂的膜下垂，並產生膜厚成為不均一的問題。

於先前技術中，為了解決此種問題，係提案有下述之方法：亦即是，藉由使在將上述各標靶作安裝的濺鍍源中之與被處理基板之兩端部相對向的濺鍍源朝向被處理基板側而傾斜，並對於到達基板表面兩端部處之濺鍍粒子的量作補充，來使上述膜厚分布成為均一(例如，參考專利文獻1)。

在上述先前技術中，係有著下述的問題，亦即是，為了使兩端之濺鍍源傾斜，機構係成為複雜，並且對於傾斜角度之調整亦成為繁雜。

在上述先前技術中，係採用從濺鍍電源來施加直流電壓之DC濺鍍方式。在DC濺鍍方式中，係在陰極電極上將標靶分別作配置，並將陽極電極配置在相鄰的陰極電極之間。故而，陽極電極正下方之被處理基板，由於係與標靶和標靶之空隙間相對向，因此，會產生此部分之膜厚成為不均一的問題。

為了藉由簡單的構造來解決此問題，近年來，係多所採用有在複數之標靶對處而分別將交流電源作了連接的AC濺鍍方式。AC濺鍍方式，由於係使上述標靶相互地反覆成為陰極電位與陽極電位，因此，係並不需要在標靶間設置陽極電極，且亦不會產生上述一般之問題。

但是，在DC濺鍍方式中，會由於上述陽極電極之存在，而使得電漿一直朝向標靶之外周而作某種程度的擴張，相較於此，在AC濺鍍方式中，由於係如同上述一般地將電位交互作改變，因此，相較於中央部，在被處理基板之兩端部處的電場強度係降低，而電漿係不會均一地擴散，相較於被處理基板中央部，濺鍍粒子之供給係成為不足。

故而，當並不採用上述先前技術一般之使用有複雜的機構之濺鍍源的濺鍍方法的情況中，被處理基板兩端部之膜下垂，在使用有交流電源之AC濺鍍方式中，係會更顯著的發生。

另外，近年來，為了將被處理基板上之電漿密度維持為更高，而形成與在標靶與上述被處理基板之間所形成之電場相正交的閉迴圈狀之磁場的所謂磁控管濺鍍方式，係成為主流。一般而言，在磁控管濺鍍方式中，係將由中央磁石和將此中央磁石作包圍之具備有與中央磁石相反之極性的磁極之外周磁石所構成的磁性電路，在標靶之後方作平行配置，並與各標靶相對應地而作並排設置。

在使用有交流電源之磁控管濺鍍中，由於在與上述電場所被形成之方向相正交的方向上之磁性電路的兩端部處，磁場強度係為弱，因此，在與產生有起因於電場強度之下降而導致的上述膜下垂之被處理基板兩端部相異之另外兩端部處，亦會產生膜下垂，其結果，會發生在被處理基板外周全體處而產生有膜下垂之問題。

[先前技術文獻]

[專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2004-346388(第8頁、圖4)

本發明，係有鑑於上述各點，而以提供一種藉由簡易的方法來防止被處理基板外周部之膜下垂並將膜厚分布均一化的濺鍍方法一事作為課題。

為了解決上述課題，本發明之濺鍍方法，係為在真空腔內，將與被處理基板相對向之至少3個的標靶在同一平面上作並排設置，並在此標靶之後方而將磁性電路作平行配置，而從被與上述各標靶作了連接的濺鍍電源來供給電力並在標靶與上述被處理基板之間形成電場以使電漿產生，同時，在與上述電場相正交的方向上形成磁場，而對於上述各標靶作濺鍍，藉由此，來在上述被處理基板上形成薄膜，該濺鍍方法，其特徵為：係從被與並排設置方向兩端之標靶作了連接的濺鍍電源，來依據特定之電力比，而供給較與被上述兩端之標靶作挾持的標靶相連接之濺鍍電源更大之電力。

若依據此方法，則係能夠在維持於將標靶並排設置在同一平面上的狀態下，而將並排設置方向兩端部之標靶表面的電場強度提高。

又，較理想，係代替上述至少3個的標靶，而將至少3對的標靶對在同一平面上作並排設置，並與各標靶對相對應地而將上述磁性電路成對作平行配置，且作為上述濺鍍電源而在每一標靶對處連接交流電源，而從被與兩端之標靶對作連接的交流電源起，來依據特定之電力比，而供給較與被上述兩端之標靶對作挾持的標靶對相連接之交流電源更大之電力。

若是從各交流電源而施加交流電壓，則係能夠經由將構成各標靶對之2個的標靶交互切換為陽極電極與陰極電極，並在此陽極電極與陰極電極之間來使輝光放電產生，而產生上述電漿。於此情況，較理想，係依據上述特定之電力比，而以使被與並排設置方向兩端之標靶對作了連接的交流電源之電力成為較與被此兩端之標靶對作挾持的標靶對相連接之交流電源之電力更大的方式來作設定。另外，上述交流電源之特定的電力比，係以設定為不會產生被處理基板兩端部之膜下垂並且對於兩端部與中央部之不均一的膜厚作了校正的值為理想。

另外，在將上述電場強度作了提升的情況時，雖然電漿密度會在標靶之並排設置方向的兩端部處而提高，但是，在各標靶之另外一方的兩端部處，由於磁場強度係降低，因此，電漿密度相較於其他之場所係變得較低。故而，若是採用將上述另外一方之兩端部的磁場強度提高之構成，則亦能夠將上述另外一方之兩端部的電漿密度提高，被處理基板外周部全體之電漿密度係提升，而能夠對於其與中央部之電漿密度間的差異作校正。為了如此這般地而將磁場強度提升，例如，係只要在與上述磁場電路之並排設置方向相正交的方向之兩端部處而各別追加設置輔助磁石片即可。

如同以上所說明一般，本發明之濺鍍方法，由於就算是並不建構複雜之機構，亦能夠將與標靶之並排設置方向兩端部相對向的被處理基板之兩端部的電漿密度提升，因此，係能夠得到下述之效果：亦即是，能夠防止被處理基板之膜下垂，並且將膜厚分布均一化。

又，當使用交流電源的情況時，藉由在上述標靶之另外一方的兩端部處追加設置輔助磁石片，由於亦能夠將標靶之另外一方的兩端部之磁場強度提升，因此，係可得到下述之效果：亦即是，能夠對於被處理基板之外周部全體的膜下垂作防止。

參考圖1，1，係為使用有交流電源之多陰極方式的濺鍍裝置。濺鍍裝置1，係具備有使用真空排氣手段(未圖示)而被維持於特定之真空度的濺鍍室11。在濺鍍室11內之上部處，係被配置有被處理基板S。被處理基板S，係經由基板搬送手段(未圖示)，而被朝向與後述之複數的標靶對相對向之位置來依序作搬送。

在濺鍍室11處，係被設置有氣體導入系20。氣體導入系20，係構成為：能夠將氬等之濺鍍氣體或者是在反應性濺鍍時所被使用之氧等的反應性氣體，從氣體源20a來經由設置有質量流控制器20b的氣體管20c而以一定之流量來導入至濺鍍室11內。

在濺鍍室11內之下部處，係被配設有多陰極體30。多陰極體30，係具備有將被形成為略直方體等之同一形狀的標靶成對配置之3個的標靶對301、302以及303。構成標靶對301、302以及303的各標靶301a與301b、302a與302b、303a與303b，係均為因應於Al合金、Mo或者是ITO等之欲在被處理基板S上進行成膜的薄膜之組成，而分別藉由週知之方法來製作，並被接合在冷卻用擋板(未圖示)上。各標靶對301、302、303，係以當其之未使用時而使濺鍍面位置在與被處理基板S相平行之同一平面上的方式，而被作了並排設置。

另外，將標靶對301、302、303作了並排設置之外形尺寸，係被設定為較被處理基板S之外形尺寸更大。

在各標靶301a～303b之背面處，係分別被安裝有被形成為與此些之各標靶相同外形的電極和絕緣板(未圖示)，並被配設為多陰極體30。

上述各電極，係與被配置在濺鍍室11之外部處之3個的交流電源E1、E2、E3作連接，並成為能夠將交流電壓分別施加至標靶對301、302、303處。亦即是，若是以標靶對301為例來作說明，則係對於標靶301a與標靶301b而將交流電源E1作連接，當對於其中一方之標靶301a而施加負的電位的情況時，在標靶301b處，係被施加有接地電位或者是正的電位，而達成陽極的功用。故而，被施加有負的電位之標靶301a係被作濺鍍，藉由因應於交流電源之頻率來對於標靶301a與標靶301b之電位交互作切換，標靶301a、301b係被作濺鍍。其他的標靶302a、302b、303a、303b，亦係與上述相同的而被作濺鍍。

在多陰極體30處，係於各標靶301a～303b之後方，而分別被設置有磁性電路301c以及301d、302c以及302d、303c以及303d。各磁性電路301c～303d，係均具備有被與各標靶301a～303b作了平行設置的支持部305。在支持部305之上，係將中央磁石306、和將該中央磁石306作包圍的具備有與中央磁石306相反之磁極的外周磁石307以及308，作了平行配置。中央磁石306、外周磁石307以及308，係為分別沿著與各標靶301a～303b之並排設置方向相正交的方向而配置的棒狀物。

經由各磁性電路301c～303d之中央磁石306與外周磁石307以及308，在標靶表面上係被形成有閉迴圈狀之磁場，經由此磁場，電子係被閉鎖於其中，並在此部分處產生高密度電漿。

而後，若是將被處理基板S搬送至與各標靶301a～303b相對向之位置處，並藉由氣體導入系20，而將濺鍍氣體導入至濺鍍室11內，並經由各交流電源E1～E3來對於各標靶301a～303b供給電力，則係被形成有與各標靶301a～303b相垂直之電場，並且，經由各磁性電路301c～303d，而被形成有與上述電場相正交之閉迴圈狀的磁場，並在被處理基板S上成膜。

此時，當從各交流電源E1～E3所供給而來之電力均為相同的情況時，由於電位係被作交互改變，因此，電漿係並不會一直均一地擴散至與被作了並排設置之標靶的兩端部(於本實施形態中，係為標靶301a與303b)相對向之被處理基板S的兩端部處，相較於被處理基板S之中央部，濺鍍粒子之供給係會不足。

若是濺鍍粒子之供給不足，則被處理基板S之上述兩端部，係並不會被充分地成膜，而產生所謂的膜下垂。

因此，在交流電源E1～E3中，將被與並排設置方向之兩端的標靶對301以及303作了連接之交流電源E1以及E3的電力設為較E2更大，而使上述兩端部之濺鍍粒子的供給成為與上述中央部均一。

若藉由此方法，則由於僅藉由交流電源E1～E3之所謂的功率比修正，便能夠將被處理基板S之上述膜下垂校正，因此，就算是並不使用特殊構造之濺鍍裝置，亦能夠藉由簡單的方法來進行信賴性為高之成膜。

另外，在圖1中，雖係將交流電源以具備有E1～E3之3個者來作了說明，但是，本發明係並不被限定於此。由於就算是在因應於被處理基板S之面積而將並排設置的標靶對之數量作了增加的情況時，會產生膜下垂的亦會是上述兩端部，因此，功率比之修正，只要經由被與並排設置方向之兩端的標靶對作了連接之2個的交流電源來進行即可。

又，在本實施形態中，雖係針對將交流電源作了連接的AC濺鍍方式來作了說明，但是，本發明係並不被限定於此，就算是在DC濺鍍方式的情況時，亦只要對於被與並排設置方向兩端之標靶相連接的DC電源之功率比作修正即可。

圖2，係為對於本發明之濺鍍方法的第2實施形態作展示之概略圖。以下，針對與圖1相對應之部分，係附加相同之符號，並省略詳細說明。

在圖1所說明了的第1實施形態中，當對於電源E1～E3之功率比作修正，並將上述兩端部之電場強度作了提升的情況時，雖然電漿密度會在標靶301a～303b之並排設置方向的兩端部處而提高，但是，在各標靶之另外一方的兩端部處，由於相較於中央部磁場強度係降低，因此，電漿密度係變低。

為了將上述另外一方之兩端部的電漿密度提升，係只要將與磁性電路301c～303d之並排設置方向相正交的方向上之各兩端部的磁場強度提高即可。

作為將磁場強度提高的方法，例如，係只要在上述另外一方之兩端部處而追加設置輔助磁石片即可。

圖2(a)，係為對於在各磁性電路301c～303d之各中央磁石306、外周磁石307以及308的上述另外一方之兩端部處而追加設置了輔助磁石片306a以及306b、307a以及307b、308a以及308b的狀態下，而從上面來對於濺鍍裝置1作了觀察的圖。進而，於圖2(b)中展示從A方向所致之側面觀察的狀態，於圖2(c)中展示從B方向所致之側面觀察的狀態。

於圖2(b)中，係展示有：藉由輔助磁石片306a～308b之追加設置，從A方向所觀察到之被處理基板S的兩端部之膜下垂的傾斜係變得平緩，並從F1而改善成了F2之狀態。

於圖2(c)中，係展示有：藉由功率比之修正，從B方向所觀察到之被處理基板S的兩端部之膜下垂的傾斜係變得平緩，並從F3而改善成了F4之狀態。

亦即是，藉由由上述功率比之修正以及輔助磁石片306a～308b之追加設置所導致的磁場強度之補強，在被處理基板S之中央部與所有的周邊部處，相較於先前技術之濺鍍方法，均成為能夠使濺鍍粒子均一性地到達。

[實施例1]

在本實施例中，係進行了圖1中所說明之對於交流電源的功率比作修正之方法。濺鍍條件，係將被作了真空排氣之濺鍍室內的壓力設為0.3Pa，並將7個的Al標靶對作了並排設置，且在各個的標靶對上連接了交流電源。

將被與並排設置方向兩端之標靶對作了連接的交流電源之供給電力設為80kW，並將被此兩端的交流電源所挾持之5個的交流電源之供給電力設為75kW，作為比較例，在與上述相同之條件下，並不對功率比作修正，而將所有的交流電源之供給電力均設為了75kW。

於圖3中，展示本實施例之結果。橫軸，係將與標靶對之並排設置方向同一方向上的被處理基板上之距離，以被處理基板X軸方向(mm)來作表示，縱軸，係代表膜厚()。測定位置，係設為在與被處理基板之上述X軸方向相正交的Y軸方向上之922mm處。

當進行了功率比之修正的情況時，膜厚之最大值，係在被處理基板之882mm處而成為3062，最小值，係在被處理基板之2378mm處而成為2683。另外，膜厚之平均，係為2883，膜厚分布，係為6.6%。

另一方面，當並不進行功率比之修正的情況時，膜厚之最大值，係在被處理基板之1918mm處而成為3084，最小值，係在被處理基板之2378mm處而成為2526。另外，膜厚之平均，係為2878，膜厚分布，係為9.9%。

若是對於被處理基板X軸方向之兩端的膜厚作比較，則在其中一方之端部22mm處，當進行了功率比之修正的情況時，膜厚係為2708，當並不進行功率比之修正的情況時，則係為2614。在其中一方之端部2378mm處，如同上述一般，係為各別的最小值(當進行了功率比之修正的情況時，2683，當並不進行功率比之修正的情況時，2526)。

如同由圖3之圖表亦可明顯得知一般，藉由進行功率比之修正，上述被處理基板之X軸方向的兩端部之膜下垂係被改善，相較於並不進行功率比之修正的情況，係成為能夠謀求膜厚分布之均一化。

[實施例2]

在本實施例中，係進行了圖2中所說明之追加設置輔助磁石片並對於磁場強度作補強之方法。濺鍍條件，係與實施例1相同的，將被作了真空排氣之濺鍍室內的壓力設為0.3Pa，並將7個的A1標靶對各別連接了交流電源。輔助磁石片，係在與並排設置磁性電路之方向相正交的方向上之兩端部處而分別作了設置。比較例，係為並不追加設置輔助磁石片者。

於圖4中，對於代表本實施例之結果的圖表作展示。橫軸，係代表膜厚()，縱軸，係將與標靶對之並排設置方向相正交的方向上之被處理基板上的距離，以被處理基板Y軸方向(mm)來作表示。測定位置，係設為在被處理基板之上述X軸方向的922mm處。

當將輔助磁石片作了追加設置的情況時，膜厚之最大值，係在被處理基板之2000mm處而成為3205，最小值，係在被處理基板之2180mm處而成為2852。另外，膜厚之平均，係為3045.7，膜厚分布，係為5.8%。

另一方面，當並不追加設置輔助磁石片的情況時，膜厚之最大值，係在被處理基板之1900mm處而成為3195，最小值，係在被處理基板之20mm處而成為2617。另外，膜厚之平均，係為3004.3，膜厚分布，係為9.9%。

若是對於被處理基板Y軸方向之兩端的膜厚作比較，則在其中一方之端部20mm處，當將輔助磁石片作了追加設置的情況時，膜厚係為2864，當並不進行追加設置的情況時，則係如同上述一般而為最小值(2617)。在另外一方之端部2180mm處，當追加設置了輔助磁石片的情況時，如同上述一般，係成為最小值(2852)，當並不作追加設置的情況時，則係為2672。

如同由圖4之圖表亦可明顯得知一般，藉由將輔助磁石片作追加設置，上述被處理基板之Y軸方向的兩端部之膜下垂係被改善，相較於並不將輔助磁石片作追加設置的情況，係成為能夠謀求膜厚分布之均一化。

1．．．濺鍍裝置

11．．．濺鍍室

20．．．氣體導入系

30．．．多陰極體

301～303．．．標靶對

E1～E3．．．交流電源

S．．．被處理基板

[圖1]實施本發明之濺鍍方法的濺鍍裝置之構成圖。

[圖2](a)係為對於將輔助磁石片作了追加設置的狀態作展示之上面圖，(b)係為對於將輔助磁石片作了追加設置的狀態作展示之從A方向所觀察的側面圖，(c)係為對於將輔助磁石片作了追加設置的狀態作展示之從B方向所觀察的側面圖。

[圖3]對於由功率比之修正的有無所導致之膜厚的變化作展示之圖表。

[圖4]對於由輔助磁石片之追加設置的有無所導致之膜厚的變化作展示之圖表。

301a、301b、302a、302b、303a、303b．．．標靶

305．．．支持部

306．．．中央磁石

306a．．．輔助磁石片

306b．．．輔助磁石片

307．．．外周磁石

307a．．．輔助磁石片

307b．．．輔助磁石片

308．．．外周磁石

308a．．．輔助磁石片

308b．．．輔助磁石片

E1～E3．．．交流電源

S．．．被處理基板

Claims (2)

1. 一種濺鍍方法，係為在真空腔內，將與被處理基板相對向之至少3個的標靶在同一平面上作並排設置，並在各標靶之後方，將具備有以朝向與標靶之並排設置方向相正交之方向而延伸的方式所配置之中央磁石和以與此中央磁石之標靶側之磁極相異的方式來包圍中央磁石地而配置之周邊磁石的磁性電路作平行配置，而從被與上述各標靶作了連接的濺鍍電源來供給電力並在標靶與上述被處理基板之間形成電場以使電漿產生，同時，在與上述電場相正交的方向上形成磁場，而對於上述各標靶作濺鍍，藉由此，而在上述被處理基板上形成薄膜，該濺鍍方法，其特徵為：係從與並排設置方向兩端之標靶相連接的濺鍍電源，來依據特定之電力比，而供給較與被上述兩端之標靶作挾持的標靶相連接之濺鍍電源更大之電力，並且係在與上述磁性電路之並排設置方向相正交的方向上之兩端部處，而與中央磁石以及周邊磁石相互重疊地來追加設置輔助磁石片，而將與上述磁性電路之並排設置方向相正交的方向上之兩端部的磁場強度提高。
2. 如申請專利範圍第1項所記載之濺鍍方法，其中，代替上述至少3個的標靶，而將至少3對的標靶對在同一平面上作並排設置，並使各標靶對相對應地而將上述磁性電路成對作平行配置，且作為上述濺鍍電源而在每一標靶對處連接交流電源，而從被與兩端之標靶對作連接的交流電 源起，來依據特定之電力比，而供給較與被上述兩端之標靶對作挾持的標靶對相連接之交流電源更大之電力。