TWI673380B - 高頻濺鍍裝置及濺鍍方法 - Google Patents

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Abstract

本發明係提供一種能夠盡可能地抑制在處理基板處之逆濺鍍量而有效率地進行成膜的高頻濺鍍裝置。
在真空中對靶材(21)投入高頻電力，並對處理基板(W)之其中一面(Wa)進行成膜處理之本發明的高頻濺鍍裝置(SM)，係具備以將處理基板之其中一面開放且電絕緣的狀態來保持處理基板的平台(4)。平台，係於該處理基板之保持面具有凹陷部(42)，當以使處理基板之外周緣部抵接於平台之保持面(41)的方式來保持處理基板時，於以處理基板另外一面與凹陷部之輪廓所區劃的空間(43)內，設有相對於處理基板而於接近方向或離開方向上移動自如的被接地之可動體(44)。

Description

高頻濺鍍裝置及濺鍍方法
本發明係關於高頻濺鍍裝置及濺鍍方法。
此種高頻濺鍍裝置，係在例如專利文獻1中揭露。此裝置，係於真空腔內具備以將處理基板之其中一面開放且電絕緣的狀態來保持處理基板的平台。之後，於真空吸引達特定壓力後的真空腔內導入氬氣等之稀有氣體，對靶材投入高頻電力來將靶材進行濺鍍，使藉此所產生的濺鍍粒子附著、堆積於處理基板之其中一面，而進行特定之薄膜的成膜。
在此，若投入高頻電力來將靶材進行濺鍍，則於被平台所保持的處理基板會被施加自給偏壓電位。因此，一般已知電漿中之稀有氣體的離子等會藉由自給偏壓電位而被吸引到處理基板，而發生堆積在處理基板之物被濺鍍之所謂的逆濺鍍。在這樣的情況中，由於若逆濺鍍量變多，則成膜速率會降低(成膜時間變長)，因此盡可能地抑制逆濺鍍量一事係為重要。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2014-91861號公報
本發明，係基於以上內容，而以提供一種於成膜處理中，能夠盡可能地抑制在處理基板之逆濺鍍量而有效率地進行成膜的高頻濺鍍裝置及濺鍍方法作為課題。
為了解決上述課題，在真空中對靶材投入高頻電力，並對於處理基板之其中一面進行成膜處理的本發明之高頻濺鍍裝置，其特徵為，具備以將處理基板之其中一面開放且電絕緣的狀態來保持處理基板的平台，平台，係於該處理基板之保持面具有凹陷部，當以使處理基板之外周緣部抵接於平台之保持面的方式來保持處理基板時，於以處理基板的另外一面與凹陷部之輪廓所區劃的空間內，設有相對於處理基板而於接近方向或離開方向上移動自如的被接地之可動體。
依據本發明，由於若使設置於平台之可動體以從離開處理基板的位置起接近的方式進行移動，則處理基板之另外一面與可動體之間的距離會縮短，而增加處理基板與可動體之間的靜電容量，因此因應於此，係能夠使 當投入高頻電力來將靶材進行濺鍍時被施加於處理基板的自給偏壓電位降低。其結果，能夠盡可能地抑制在處理基板之逆濺鍍量而有效率地進行成膜。
於本發明中，較理想為，使具有特定或者可變之阻抗的電路中介於可動體與接地之間。作為具有可變之阻抗的電路，係可使用能夠調整阻抗的匹配箱。
於本發明中，較理想為，前述可動體，係具有第1可動部分，該第1可動部分係具有與處理基板之中央區域相對峙的對峙面。依據此，藉由使第1可動部分相對於處理基板而於接近方向或離開方向上進行移動，來控制第1可動部分與處理基板之間的距離，由於係能夠使被施加於處理基板之中央區域的自給偏壓電位產生局部性變化，而可控制逆濺鍍量，因此有利於調整膜厚面內分布。於此情況中，只要具備測定前述對峙面與處理基板之間之靜電容量的測定手段，並根據該測定結果而求出第1可動部分的移動量，則可精度佳地調整膜厚面內分布。另外，對峙面，不僅為以平面構成者，亦包含以彎曲面構成者。
又，於本發明中，較理想係進一步具有至少1個第2可動部分，該第2可動部分係以同心配置於前述第1可動部分的周圍，且具有與排除處理基板之中央區域的領域相對峙之特定面積的環狀面，第1及第2之兩個可動部分，係分別藉由驅動手段而被驅動。依據此，藉由與第1可動部分相獨立地使第2可動部分相對於處理基板而於接近方向或離開方向上進行移動，來個別控制各可動部分 與處理基板之間的距離，係可更進一步細緻地控制膜厚面內分布，而為有利。
使用有上述高頻濺鍍裝置的本發明之濺鍍方法，其特徵為，包含以下工程：調整工程，係使前述可動體相對於處理基板而於接近方向或離開方向上進行移動，而調整可動體的位置；成膜工程，係在調整可動體的位置之後，對靶材投入高頻電力來進行濺鍍，使濺鍍粒子附著、堆積於處理基板之其中一面來進行成膜。
於本發明中，較理想為，前述調整工程，係具有測定前述對峙面與處理基板之間之靜電容量的工程，根據其測定結果而求出可動體的移動量。
SM‧‧‧高頻濺鍍裝置
W‧‧‧處理基板
Wa‧‧‧處理基板W之其中一面
Wb‧‧‧處理基板W之另外一面
Rc‧‧‧處理基板W之中央區域
4‧‧‧平台
41‧‧‧保持面
42‧‧‧凹陷部
43‧‧‧空間
44‧‧‧可動體
44a‧‧‧第1可動部分
44b、44c‧‧‧第2可動部分
44f‧‧‧對峙面
45‧‧‧驅動手段
46‧‧‧電路
[第1圖]係展示本發明之實施形態之高頻濺鍍裝置的示意剖面圖。
[第2圖]係展示可動體之變形例的剖面圖。
[第3圖](a)係展示可動體之變形例的剖面圖，(b)係展示可動體之變形例的平面圖。
[第4圖]係展示對本發明的效果作確認之實驗結果的圖表。
以下，參照附圖，以被使用於將處理基板W 設為矽基板，並於此矽基板之表面成膜身為絕緣膜之氧化鋁膜的情況者作為例子，針對本發明之實施形態之高頻濺鍍裝置來進行說明。
參照第1圖，SM係磁控管方式之濺鍍裝置，此濺鍍裝置SM，係具備區劃處理室1a之真空腔1。於真空腔1之側壁係連接導入身為氬等之稀有氣體之濺鍍氣體的氣體管11，於氣體管11係介設質量流控制器12，並連通至圖示省略之氣體源。藉此，被流量控制的濺鍍氣體，係可藉由後述之真空排氣手段P，而導入至被以一定的排氣速度而作真空吸引的處理室1a內，而於成膜處理中，使處理室1a的壓力保持在大致一定。於真空腔1的底部，係連接有與由渦輪分子泵或旋轉泵等所構成之真空排氣手段P相通的排氣管12。於真空腔1之頂部係安裝有陰極單元C。於以下內容中，第1圖中，係將朝向真空腔1之頂部側的方向設為「上」，將朝向其底部側的方向設為「下」來進行說明。
陰極單元C，係由靶材組合體2、及配置於靶材組合體2之上方的磁鐵單元3所構成。靶材組合體2，係因應於基板W的輪廓，以利用周知的方法形成俯視觀察為圓形之板狀之氧化鋁製的靶材21、及經由銦等之黏結材料(圖示省略)來接合於靶材21之上面的背板22所構成，於以濺鍍所致之成膜中，藉由讓冷媒(冷卻水)在背板22之內部流動而可將靶材21進行冷卻。在安裝有靶材21的狀態，背板22下面之周緣部係隔著絕緣體I被安 裝於真空腔1的側壁上部。於靶材21係連接來自高頻電源E的輸出，於成膜處理時，對靶材21投入高頻電力。
磁鐵單元3，係具有在靶材21之身為濺鍍面的下面之下方空間產生磁場並於濺鍍時捕捉在濺鍍面的下方而電離的電子等來將從靶材21飛散的濺鍍粒子有效率地離子化之周知的構造者，在此係省略詳細的說明。
於真空腔1之底部，係與靶材21對向地配置例如金屬製之平台4，基板W係以使身為其成膜面之上面開放的狀態被定位保持。於此情況中，靶材21與基板W之間的間隔，係考慮生產性或散射次數等，而設定為25~80mm之範圍。另外，亦可以周知之靜電吸盤來構成平台4。
平台4，係於處理基板W之保持面41具有凹陷部42，當以使處理基板W之外周緣部抵接於保持面41的方式來保持處理基板W時，以處理基板W之另外一面Wb與凹陷部42之輪廓來區劃出空間43。於此空間43，係設置有被連接於接地的可動體44。於可動體44，係連接周知之驅動手段45的驅動軸45a，藉由使用後述之控制手段來將驅動軸45a沿上下方向進行驅動，而使可動體44構成為可相對於處理基板W進退自如。於可動體44與接地之間，係中介有具有特定或者可變之阻抗的電路46。作為電路46，係可使用具有圖示省略之電阻、線圈、電容器等之元件之周知者。作為具有可變之阻抗的電路46，係可使用能夠調整阻抗之周知的匹配箱。另外， 亦可不中介有電路46，而將可動體44連接於接地(參照第2圖)。又，為了保持處理室1a內之真空狀態，而設置有圖示省略之真空蛇腹管等之周知的真空密封手段。
上述濺鍍裝置SM，雖無特別圖示，但係具有具備微電腦或序列器等之周知的控制手段，並成為藉由控制手段來統籌管理高頻電源E之運作、質量流控制器12之運作、真空排氣手段P之運作和驅動手段45之運作等。以下，亦參照第3圖，以使用上述濺鍍裝置SM，並於矽基板W之表面成膜氧化鋁膜的情況作為例子，針對本實施形態之濺鍍方法來進行說明。
首先，若將驅動手段45進行驅動，使設置於平台4的可動體44以從處理基板W離開的位置起接近的方式進行移動來調整可動體44的位置，則處理基板W之另外一面Wb與可動體44之間的距離g會縮短，而增加處理基板W與可動體44之間的靜電容量(調整工程)。接著，控制質量流控制器12，以特定的流量(例如，100sccm)導入氬氣(此時，處理室1a之壓力成為1.3Pa)，與此相配合，從高頻電源E對靶材21投入例如頻率13.56MHz之高頻電力500~5000W，於真空腔1內形成電漿，而將靶材21進行濺鍍。此時，藉由增加上述靜電容量，而可降低被施加於處理基板W之自給偏壓電位(Vdc)，其結果，能夠盡可能地抑制在處理基板W之逆濺鍍量而將氧化鋁膜有效率地成膜(成膜工程)。
在此，身為可動體44之第1可動部分，係由 於具有與處理基板W之中央區域Rc相對峙的對峙面44f，因此若使此第1可動部分44相對於處理基板W而於接近方向或離開方向上進行移動，則可使被施加於處理基板W之中央區域Rc的自給偏壓電位產生局部性變化，而可控制在該中央區域Rc之逆濺鍍量，因此可調整膜厚面內分布。
另外，可動體44之對峙面44f，並非僅如第1圖所示般地以平面構成者，亦包含如第2圖所示般地以彎曲面構成者。若以彎曲面構成對峙面44f，則可因應於該彎曲而細緻地控制在處理基板W之中央區域Rc之逆濺鍍量，乃至於可細緻地控制膜厚面內分布。
又，如第3圖所示般，可動體44，較理想係進一步具有至少1個(第3圖所示者為2個)之第2可動部分44b、44c，該第2可動部分44b、44c係以同心配置於第1可動部分44a的周圍，且具有與除了處理基板W之中央區域Rc以外的領域相對峙之特定面積的環狀面，第1及第2之兩個可動部分44a、44b、44c，係分別藉由驅動手段而被驅動。由於驅動手段係為周知，因此於第3圖中係省略圖示。依據此，由於可藉由使各可動部分44a、44b、44c進行移動而個別控制其與處理基板W之間的距離，而在徑方向上增加逆濺鍍量之調整部位，因此可更進一步細緻地控制膜厚面內分布。在此，亦可為了控制逆濺鍍量之面內分布，使用圖示省略之測定手段來測定各可動部分44a、44b、44c和與其對峙之處理基板W的部 分之間的靜電容量，並以使所測定之靜電容量成為所期望之值的方式(例如，彼此一致)，來求出各可動部分44a、44b、44c的移動量，再因應於所求出的移動量來驅動各驅動手段，而控制各可動部分44a、44b、44c與處理基板W之間的距離。測定手段，由於可使用例如雷射變位計一般之依據與處理基板W之間的間隔來求出靜電容量者或者是對以接觸1極的狀態來進行測定之極施加交流電壓(AC)並根據所流動的電流來求出靜電容量者等之周知者，因此在此省略詳細的說明。
以上，雖針對本發明之實施形態進行說明，但本發明並不限定於上述內容。於上述實施形態中，雖以使用如氧化鋁般之絕緣物製的靶材來將絕緣物膜進行成膜的情況為例進行說明，但在使用金屬製之靶材來將金屬膜進行成膜的情況中，當然可適用本發明。
接著，為了確認上述效果，使用上述濺鍍裝置SM來進行以下的實驗。於本實驗中，係使用 300mm之矽基板作為處理基板W，將處理基板W設置於真空腔1內的平台4之後，使可動體44往上移動來將處理基板W之另外一面Wb與可動體44之間的距離調整成0.4mm。並且，將氬氣以流量100sccm導入處理室1a內(此時之處理室1a內的壓力為約1.3Pa)，對平台4投入13.56MHz的高頻電力600W。藉此，於處理室1a內形成電漿，將氧化鋁製靶材21進行濺鍍，而於處理基板W之其中一面Wa成膜氧化鋁膜。測定此時之成膜速率，將其 結果以實線L1展示於第4圖。橫軸，係表示在處理基板W之徑方向的位置。可確認此時之成膜速率的面內分布為2.04%。使可動體44更加接近處理基板W來將兩者間的距離調整成0.1mm，以與上述相同的條件進行濺鍍。測定此時之成膜速率，將其結果以虛線L2展示於第4圖。此時之成膜速率的面內分布為1.27%，可以得知，藉由使可動體44與處理基板W之間的距離產生變化，係可調整膜厚面內分布。可推測到，此係起因於可調整被施加於處理基板W之自給偏壓電位而可調整逆濺鍍量一事所導致者。又，使可動體44更加往上移動而抵接於處理基板W(兩者間的距離為0.0mm)，以與上述相同的條件進行濺鍍，並測定此時之成膜速率。如第4圖中以線L3所示般，可確認成膜速率之面內分布為1.39%。

Claims (5)

  1. 一種高頻濺鍍裝置，其係在真空中對靶材投入高頻電力，並對於處理基板之其中一面施加成膜處理的高頻濺鍍裝置，其特徵為，具備以將處理基板之其中一面開放且電絕緣的狀態來保持處理基板的平台，平台，係於該處理基板之保持面具有凹陷部，當以使處理基板之外周緣部抵接於平台之保持面的方式來保持處理基板時，於以處理基板另外一面與凹陷部之輪廓所區劃的空間內，設有可相對於處理基板而於接近方向或離開方向上移動自如的被接地之可動體，使具有特定或者可變之阻抗的電路中介於可動體與接地之間。
  2. 一種高頻濺鍍裝置，其係在真空中對靶材投入高頻電力，並對於處理基板之其中一面施加成膜處理的高頻濺鍍裝置，其特徵為，具備以將處理基板之其中一面開放且電絕緣的狀態來保持處理基板的平台，平台，係於該處理基板之保持面具有凹陷部，當以使處理基板之外周緣部抵接於平台之保持面的方式來保持處理基板時，於以處理基板另外一面與凹陷部之輪廓所區劃的空間內，設有可相對於處理基板而於接近方向或離開方向上移動自如的被接地之可動體，前述可動體，係具有第1可動部分，該第1可動部分係具有與處理基板之中央區域相對峙之特定面積的對峙面。
  3. 如申請專利範圍第2項所記載之高頻濺鍍裝置，其中，係具備測定前述對峙面與處理基板之間之靜電容量的測定手段。
  4. 如申請專利範圍第2項或第3項所記載之高頻濺鍍裝置，其中，前述可動體，係進一步具有至少1個第2可動部分，該第2可動部分係以同心配置於前述第1可動部分的周圍，且具有與排除處理基板之中央區域的領域對峙之特定面積的環狀面，第1及第2之兩個可動部分，係分別藉由驅動手段而被驅動。
  5. 一種濺鍍方法，其係使用有如申請專利範圍第2~4項中之任一項所記載之高頻濺鍍裝置，其特徵為，包含以下工程：調整工程，使前述可動體相對於處理基板而於接近方向或離開方向上進行移動，而調整可動體的位置；成膜工程，在調整了可動體的位置之後，對靶材投入高頻電力來進行濺鍍，使濺鍍粒子附著、堆積於處理基板之其中一面來進行成膜，前述調整工程，係具有測定前述對峙面與處理基板之間之靜電容量的工程，根據其測定結果而求出可動體的移動量。
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