TWI819206B - 成膜裝置及成膜方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種能夠兼顧膜厚分佈的均勻化和材料收穫率的提高的成膜裝置。蒸發源容器在與成膜對象物的旋轉軸正交的方向上進行從離開旋轉軸的分離位置向接近旋轉軸的接近位置移動、並再次返回分離位置的往復移動，石英振盪器以維持與進行往復移動的蒸發源容器的相向狀態的方式在腔室內移動，前述蒸發源容器在腔室內收納成膜材料，配置於成膜對象物的下方，具有向上方開口的噴射口，前述石英振盪器設置於成膜監視器，前述成膜監視器獲取從蒸發源容器蒸發的成膜材料相對於成膜對象物的成膜速率。

Description

成膜裝置及成膜方法
本發明關於藉由真空蒸鍍方式在成膜對象物上形成薄膜的成膜裝置及成膜方法。
作為在成膜對象物的基板上形成薄膜的成膜裝置，有真空蒸鍍方式的成膜裝置，前述真空蒸鍍方式的成膜裝置在真空腔室內加熱收納有成膜材料的容器(坩堝)，使成膜材料蒸發(昇華或氣化)並向容器外噴射，使其附著/堆積在基板的表面上。在使用成膜材料的噴射口向上方開口的坩堝作為蒸發源對將被成膜面朝向下方配置並旋轉的基板進行成膜的結構中，膜厚分佈根據蒸發源相對於基板的配置而變化。成膜材料相對於配置於蒸發源的上方的水平面的每單位時間的附著量(成膜速率)在噴射口的正上方成為峰值，形成從峰值中心向徑向外側梯度平緩地逐漸減少的山形分佈。 在現有的裝置設計中，重視膜厚分佈的均勻性，以基板的被成膜面位於從蒸發源(噴射口)的正上方的位置偏離的位置的方式配置蒸發源的結構是主流。即，是在上述山形的膜厚分佈中成膜速率的變化的梯度平緩的區域進行成膜的配置結構。但是，從噴射口噴出到正上方的成膜材料大多不用於成膜而造成浪費，因此成為材料收穫率不高的配置結構。 近年來，使用高性能材料(即，高成本)的蒸鍍材料，材料收穫率受到重視。即，存在採用在基板的正下方配置蒸發源(配置於在鉛垂方向上投影時蒸發源與基板重疊(被基板包含在內)的位置)的結構的傾向。然而，在成膜速率達到峰值的坩堝的噴射口的正上方附近，成膜速率的變化的梯度變得陡峭(相對於距峰值中心的距離的每單位時間的附著量的變化大)，因此成為難以形成均勻的膜厚分佈的區域。即，成為始終存在膜厚分佈容易惡化、使生產品質下降的擔憂的配置結構。 在專利文獻1、2中記載了藉由改變配置於基板的正下方的蒸發源的位置來實現膜厚的均勻化的裝置結構。然而，在專利文獻1所記載的裝置中，蒸發源相對於固定在腔室內的成膜速率監視器(石英振盪器)的相對位置發生變化，因此，每當使蒸發源移動時監視器條件就會被重置。另外，專利文獻2所記載的裝置對於成膜速率監視器沒有記載，並不是考慮了成膜速率的監視器環境的結構。 現有技術文獻 專利文獻 專利文獻1：日本特開2007-224354號公報 專利文獻2：日本特開2004-307880號公報
發明要解決的課題 本發明的目的在於提供一種能夠兼顧膜厚分佈的均勻化和材料收獲率的提高的成膜裝置。 用於解決課題的手段 為了實現上述目的，本發明的成膜裝置具備： 腔室； 旋轉支承部，其在前述腔室內，將成膜對象物以其被成膜面朝向下方的狀態支承為能夠繞與前述被成膜面垂直的旋轉軸旋轉； 蒸發源容器，其在前述腔室內收納成膜材料，配置於前述成膜對象物的下方，具有向上方開口的噴射口； 成膜監視器，其具有供從前述蒸發源容器蒸發的前述成膜材料附著的石英振盪器，獲取從前述蒸發源容器蒸發的前述成膜材料相對於前述成膜對象物的成膜速率；以及 加熱控制部，其具有對前述蒸發源容器進行加熱的加熱源，基於前述成膜監視器所獲取的前述成膜速率，控制向前述加熱源供給的電力， 其特徵在於， 前述蒸發源容器，係在與前述旋轉軸正交的方向上進行從離開前述旋轉軸的分離位置向接近前述旋轉軸的接近位置移動、並再次向前述分離位置返回的往復移動， 前述石英振盪器以維持與進行前述往復移動的前述蒸發源容器的相向狀態的方式移動。 為了實現上述目的，本發明的成膜方法， 藉由加熱蒸發源容器並使收納於前述蒸發源容器的成膜材料蒸發，從而在成膜對象物上形成由前述成膜材料形成的膜，前述蒸發源容器在腔室內配置於前述成膜對象物的下方，具有向上方開口的噴射口，前述成膜對象物在前述腔室內以其被成膜面朝向下方的狀態繞與前述被成膜面垂直的旋轉軸旋轉，其特徵在於，包括： 第一步驟，使前述蒸發源容器位於在沿前述旋轉軸的方向觀察時前述蒸發源容器不與前述成膜對象物重疊的分離位置； 第二步驟，使前述蒸發源容器從前述分離位置向在與前述旋轉軸正交的方向上接近前述旋轉軸的接近位置移動；以及 第三步驟，使前述蒸發源容器從前述接近位置向前述分離位置移動， 以在前述第一步驟至前述第三步驟期間維持石英振盪器與前述蒸發源容器的相向狀態的方式使前述石英振盪器移動，前述石英振盪器設置於成膜監視器，前述成膜監視器用於獲取從前述蒸發源容器蒸發的前述成膜材料相對於前述成膜對象物的成膜速率。 發明的效果 根據本發明，能夠兼顧膜厚分佈的均勻化和材料收穫率的提高。
以下，參照附圖對本發明的優選的實施方式以及實施例進行說明。 但是，以下的實施方式及實施例僅例示性地表示本發明的優選結構，本發明的範圍並不限定於這些結構。另外，以下的說明中的裝置的硬件結構以及軟體結構、處理流程、製造條件、尺寸、材質、形狀等只要沒有特別特定的記載，就不旨在將本發明的範圍僅限定於這些記載。 [實施例1] 參照圖1～圖4，對本發明的實施例的成膜裝置進行說明。本實施例的成膜裝置是藉由真空蒸鍍在基板上形成薄膜的成膜裝置。 本實施例的成膜裝置用於在各種半導體設備、磁設備、電子元件等各種電子設備、光學元件等的製造中在基板(也包括在基板上形成有層疊體的基板)上堆積形成薄膜。更具體而言，本實施例的成膜裝置優選用於發光元件、光電轉換元件、觸摸面板等電子設備的製造。 其中，本實施例的成膜裝置尤其能夠特別優選應用於有機EL(ElectroLuminescence)元件等有機發光元件、有機薄膜太陽能電池等有機光電轉換元件的製造。此外，本發明中的電子設備還包括具備發光元件的顯示裝置(例如有機EL顯示裝置)、照明裝置(例如有機EL照明裝置)、具備光電轉換元件的感測器(例如有機CMOS圖像感測器)。本實施例的成膜裝置能夠用作包含濺射裝置等的成膜系統的一部分。 ＜成膜裝置的概略結構＞ 圖1是表示本發明的實施例的成膜裝置1的結構的示意圖。成膜裝置1具有藉由排氣裝置24、氣體供給裝置25而使內部維持為真空氣氛或氮氣等惰性氣體氣氛的真空腔室(成膜室、蒸鍍室)200。此外，在本說明書中，“真空”是指充滿比大氣壓低的壓力的氣體的空間內的狀態。 作為成膜對象物的基板100在由輸送機器人(未圖示)輸送到真空腔室200內部時，由設置在真空腔室200內的基板保持單元210保持。基板保持單元210將基板100保持為水平且使基板100的被處理面即被成膜面100a朝向下方。基板保持單元210以經由旋轉軸220而懸掛在真空腔室200的內部上方的形式被支承。旋轉軸220以大致垂直地貫通真空腔室200的頂部的方式設置，由軸承等軸支承於真空腔室200的頂部的軸孔，與軸孔的間隙被磁性流體密封件密封。旋轉軸220在設置於真空腔室200的外部的具備電機等的旋轉驅動部230的驅動力的作用下旋轉，從而使基板保持單元210旋轉。藉由使作為旋轉支承部的基板保持單元210旋轉，基板100在真空腔室200內部繞規定的旋轉中心軸(旋轉軸線Y1)旋轉。 此外，作為基於基板保持單元210的具體的基板100的保持結構，能夠適當採用藉由把持基板100的端部來進行保持的結構、藉由吸附基板100的背面來進行保持的結構等以往已知的結構。另外，有時也採用以利用具有與形成於被成膜面100a的薄膜圖案對應的開口圖案的掩模覆蓋基板100的被成膜面100a(在掩模的上表面載置基板100)的方式來保持基板100的結構。 在真空腔室200內部的基板100的下方設置有蒸發源裝置300。蒸發源裝置300大致具備收納成膜材料(蒸鍍材料)304的蒸發源容器(坩堝)301(以下稱為容器301)和作為對收納在容器301中的成膜材料304進行加熱的加熱機構(加熱源)的加熱器302。容器301內的成膜材料304藉由加熱器302的加熱而在容器301內蒸發，經由設置於容器301上部的形成成膜材料304的噴射口的噴嘴303向容器301外噴出。向容器301外噴射的成膜材料304在裝置300上方蒸鍍到以規定的旋轉速度旋轉的基板100的被成膜面100a。 此外，作為容器301的結構，噴嘴303不是必需的結構，也可以是沒有噴嘴303而僅開設有噴射口的結構。 加熱器302採用了將藉由通電而發熱的一根線狀(金屬絲狀)的發熱體在容器301的筒狀部外周捲繞多圈的結構。此外，也可以是將多根發熱體捲繞的結構。作為加熱器302，可以使用不銹鋼等金屬發熱電阻作為發熱體，也可以是碳加熱器等。 除此之外，雖然省略了圖示，但蒸發源裝置300有時具備用於提高加熱器302的加熱效率的反射器、傳熱構件、收納包含它們的蒸發源裝置300的各結構整體的框體、擋板等。 本實施例的成膜裝置1具備成膜速率監視裝置4，作為用於檢測從容器301噴出的成膜材料304的蒸氣量或者在基板100上成膜的薄膜的膜厚的機構。成膜速率監視裝置4使從容器301噴出的成膜材料304的一部分在作為旋轉體的遮蔽構件42間歇地反復遮蔽狀態和非遮蔽狀態的同時附著到石英監視頭41所具備的石英振盪器上。藉由檢測因成膜材料304堆積而導致的石英振盪器的諧振頻率(固有振動頻率)的變化量(減少量)，能夠獲取每單位時間的成膜材料304的附著量(堆積量)來作為與規定的控制目標溫度對應的成膜速率(蒸鍍速率)。藉由將該成膜速率回饋到加熱器302的加熱控制中的控制目標溫度的設定，能夠任意地控制成膜速率。因此，藉由成膜速率監視裝置4在成膜處理中始終對成膜材料304的排出量或基板100上的膜厚進行監視，從而能夠進行高精度的成膜。 本實施例的成膜裝置1的控制部(運算處理裝置)20具有監視器控制部21和加熱控制部22，前述監視器控制部21進行監視器單元40的動作的控制、成膜速率的測定、獲取，前述加熱控制部22進行蒸發源裝置300的加熱控制。另外，控制部20除了進行基於旋轉驅動部230的基板100的旋轉的控制以外，還進行後述的基於可動支承機構50的蒸發源裝置300的往復移動動作、擋板60的開閉移動動作等的控制。 ＜成膜速率監視裝置＞ 圖2是表示本實施例的成膜速率監視裝置4的概略結構的示意圖。如圖2所示，本實施例的成膜速率監視裝置4具備監視器單元40和監視器控制部21，前述監視器單元40具備監視頭41和遮蔽構件(遮光器)42等。監視器單元40具備監視頭41、遮蔽構件42、作為裝入監視頭41的石英支架(旋轉支承體)44的旋轉驅動源的伺服電機46、以及作為遮蔽構件42的旋轉驅動源的伺服電機45。監視控制部21具有控制遮蔽構件42的旋轉驅動的遮蔽構件控制部(旋轉控制部)212、進行石英振盪器43的諧振頻率(的變化量)的獲取的成膜速率獲取部213、以及控制石英支架44的旋轉驅動的支架控制部214。 圖3是表示沿著各自的旋轉軸線方向觀察監視頭41(石英支架44)和遮蔽構件42時的兩者的配置關係的示意圖。如圖3所示，在監視頭41的內部裝入有將多個石英振盪器43(43a、43b)在圓周方向上等間隔地配置並進行支承的石英支架44。在監視頭41設置有一個比石英振盪器43稍大的監視開口41a，石英支架44將所支承的石英振盪器43中的一個支承在經由監視開口41a而暴露於外部(蒸發源裝置300)的位置(旋轉相位)。 如圖2及圖3所示，石英支架44的中心與伺服電機46的電機軸46a連結，由伺服電機46旋轉驅動。由此，構成為能夠依次切換經由監視開口41a而暴露於外部的石英振盪器43。即，支承於石英支架44的多個石英振盪器43中的一個石英振盪器43a位於與監視開口41a相位重疊的位置，其他石英振盪器43b作為使用完畢或者更換用的石英振盪器而位於隱藏於監視頭41的內部的位置。當經由監視開口41a而暴露於外部的石英振盪器43的成膜材料304的附著量超過規定量而石英振盪器43達到壽命時，石英支架44旋轉，使新的石英振盪器43移動到與監視開口41a重疊的暴露位置。 由支架控制部214進行的伺服電機46的旋轉控制，係基於由檢測部48a和被檢測部48b構成的相位位置檢測機構48檢測的石英支架44的旋轉位置(旋轉相位)來進行。此外，作為位置(相位)檢測機構，也可以使用旋轉編碼器等已知的位置感測器。 如圖3所示，遮蔽構件42是大致圓盤狀的構件，其中心與伺服電機45的電機軸45a連結，由伺服電機45旋轉驅動。遮蔽構件42設置在扇型的開口狹縫(開口部、非遮蔽部)42a離開旋轉中心的位置，且設置在其旋轉軌道與監視頭41的監視開口41a重疊的位置。 如圖2及圖3所示，藉由遮蔽構件42旋轉，開口狹縫42a相對於監視開口41a的相對位置(相對相位)變化到與監視開口41a重疊的位置(開口位置、非遮蔽位置)和不重疊的位置(非開口位置、遮蔽位置)。由此，在遮蔽構件42中除了開口狹縫42a以外的區域部分成為遮蔽部42b，在其位於與監視開口41a重疊(覆蓋)的位置(相位)時，成為成膜材料304向石英振盪器43a的附著被阻礙的遮蔽狀態(非開口狀態)。另外，在開口狹縫42a位於與監視開口41a重疊的位置(相位)時，成為成膜材料304向石英振盪器43a的附著被容許的非遮蔽狀態(開口狀態)。 由遮蔽構件控制部212進行的伺服電機45的旋轉控制，係依據由檢測部47a和被檢測部47b構成的相位位置檢測機構47檢測的遮蔽構件42的旋轉位置(旋轉相位)來進行。此外，作為位置(相位)檢測機構，也可以使用旋轉編碼器等已知的位置感測器。 開口狹縫42a在本實施例中為閉合的孔，但也可以為在遮蔽構件42的周端開放的切口狀。另外，設置的個數也可以是兩個以上，狹縫形狀也不限定於本實施例所示的扇形，能夠採用各種形狀。在設置多個開口狹縫42a的情況下，也可以分別設為不同的形狀。 石英振盪器43a經由電極、同軸電纜等與外部諧振器49連接。藉由在堆積於石英振盪器43a表面的成膜材料304的薄膜與背面的電極之間施加電壓而生成的發送信號作為石英振盪器43的諧振頻率(的變化量)，從諧振器49傳遞到成膜速率獲取部213而被獲取。 雖然省略了圖示，但在監視器單元40中具備用於供冷卻水流動的流路，該冷卻水用於將成為熱源的電機45、46的熱冷卻。 此外，在此所示的成膜速率監視裝置的結構只不過是一例，並不限定於此，可以適當採用已知的各種結構。 ＜加熱器的電力供給控制＞ 加熱器302的發熱量藉由由包含電源電路的加熱控制部22對向加熱器302供給的電力量(電流值)進行控制而被控制。電力供給量藉由PID控制來調整，以使例如由未圖示的溫度檢測機構檢測出的溫度維持為適於得到所希望的成膜速率的規定的控制目標溫度。藉由將能夠維持規定的成膜速率的加熱器302的發熱量(向加熱器302的供給電力)維持規定的時間，能夠在基板100的被成膜面100a形成所希望的膜厚的薄膜(膜厚＝成膜速率[Å/S]×時間[t])。 作為加熱器302的加熱控制中的供給電力的控制方法，本實施例的成膜裝置1構成為能夠切換地執行速率控制和平均功率控制。此外，電力控制方法並不限定於此。 在速率控制中，適時變更控制目標溫度以使由成膜速率監視裝置4獲取的成膜速率的監視值(實測值)與所希望的目標速率(理論值)一致，根據設定的控制目標溫度來控制向加熱器302的供給電力量。 在本實施例中，作為不依賴由成膜速率監視裝置4獲取的成膜速率的監視值(實測值)而決定向加熱器302的供給電力量的電力控制，使用平均功率控制。平均功率控制是如下控制方法：將供給電力的過去數次採樣的移動平均值設為目標電力量，以維持該目標電力量的方式控制向加熱器302的電力供給。此外，也可以使用以維持預先設定的電力量(目標電力量)的方式對加熱器302進行電力供給的功率控制。在這些電力控制中，使用基於成膜材料的種類、基板與蒸發源的相對速度等成膜條件而設定的理論值來控制成膜速率，從而控制膜厚。 ＜本實施例的特徵＞ 本實施例的成膜裝置1的特徵在於，一邊使蒸發源裝置300相對於旋轉的基板100相對移動一邊進行成膜處理，此時，不使蒸發源裝置300與監視器單元40的相對位置變化。另外，在使蒸發源裝置300相對於基板100相對移動的方法中也具有特徵。蒸發源裝置300構成為在離開基板100的旋轉軸線的分離位置和接近旋轉軸線的接近位置之間往復移動。上述分離位置是在沿與基板100的被成膜面100a垂直的方向(基板100的旋轉軸線Y1的方向)觀察時，蒸發源裝置300(噴嘴303的開口)從基板100的正下方偏離的位置。上述接近位置是在沿同方向觀察時，蒸發源裝置300隱藏在基板100的正下方的位置且接近基板100的旋轉中心(旋轉軸線Y1)的位置。在成膜工序期間，蒸發源裝置300至少進行一次從分離位置向接近位置、從接近位置再次向分離位置的往復移動。在此期間，維持蒸發源裝置300與監視器單元40的相對位置(蒸發源裝置300與石英振盪器43的相向方向、相向距離等相向狀態)。 參照圖1、圖4、圖5、圖6，說明本實施例的成膜裝置1 的特徵性結構。 圖4是說明本實施例的成膜裝置1中的蒸發源裝置300的可動支承機構50的結構的示意圖，(a)是可動支承機構50的示意性立體圖，(b)是說明由可動支承機構50進行的蒸發源裝置300的位移的情形的示意性俯視圖，是沿著基板100的旋轉軸方向觀察時的圖。 本實施例的成膜裝置1具備可動支承機構50，該可動支承機構50具備支承蒸發源裝置300和監視器單元40的臂(臂部)51、支承臂51的旋轉軸52、以及使旋轉軸52旋轉的旋轉驅動部53。 如圖4(a)所示，臂51在真空腔室200內沿大致水平方向延伸，在一端側配置有蒸發源裝置300，在另一端側配置有監視器單元40。監視器單元40以石英振盪器43相對於蒸發源裝置300在規定的相對位置相向的方式支承於臂51。旋轉軸52以大致垂直地貫通真空腔室200的底部的方式設置，在真空腔室200內部的上端部對臂51進行支承，真空腔室200外部的下端部與旋轉驅動部53連結。旋轉軸52由軸承等軸支承於真空腔室200的底部軸孔，與軸孔之間的間隙被磁性流體密封件密封。配置於真空腔室200的外部的旋轉驅動部53藉由控制部20的控制而在從電機等動力源得到的旋轉驅動力的作用下使旋轉軸52旋轉。藉由旋轉軸52的旋轉，由臂51支承的蒸發源裝置300和監視器單元40在真空腔室200內部一體地旋轉。旋轉軸52的旋轉軸線(第二旋轉軸)Y2與基板100的旋轉軸線Y1平行。蒸發源裝置300藉由旋轉軸52的旋轉，畫出以旋轉軸線Y2為中心的圓弧狀的軌跡，進行相對於基板100的旋轉軸線Y1在水平方向上進退的移動(以旋轉軸線Y2為支點的擺動)。作為臂51的擺動支點亦即旋轉軸線Y2，係位於配置有蒸發源裝置300的一端與配置有監視器單元40的另一端之間。 圖4(b)的實線表示蒸發源裝置300位於接近基板100的旋轉軸線(旋轉軸)Y1的接近位置時的各部的配置結構。在沿旋轉軸線Y1的方向觀察時，蒸發源裝置300位於基板100的正下方，其整體被基板100遮住，成為接近旋轉軸線Y1的配置。 圖4(b)的虛線表示蒸發源裝置300位於離開基板100的旋轉軸線Y1的分離位置時的各部的配置結構。在沿旋轉軸線Y1的方向觀察時，蒸發源裝置300整體位於基板100外，成為較遠地離開旋轉軸線Y1的配置。 如圖4(b)所示，本實施例的成膜裝置1具備擋板60，該擋板60作為用於限制從蒸發源裝置300蒸發的成膜材料4向基板100的附著的遮蔽機構。擋板60安裝於在真空腔室200內部水平延伸的臂61的一端，能夠藉由與臂61的另一端連結的旋轉軸62的旋轉而在真空腔室200內在水平方向上變化位置。用於使旋轉軸62旋轉的機構與可動支承機構50相同，省略說明。擋板60構成為，藉由控制部20控制的旋轉軸62的旋轉，能夠相對於位於上述分離位置的蒸發源裝置300而移動到覆蓋(堵塞)噴嘴303的開口(噴射口)的遮蔽位置(關閉位置)和不覆蓋的非遮蔽位置(打開位置)。 在成膜處理開始前使成膜材料304的蒸發狀態穩定的準備加熱時、成膜處理結束後等想要限制從蒸發源裝置300蒸發的成膜材料304向基板100飛翔、附著時，使擋板60移動到遮蔽位置。為了將成膜材料304的蒸發狀態維持在適合於蒸鍍的狀態，一旦開始了的坩堝301的加熱優選繼續到例如需要補充成膜材料304時為止。即，有時正在更換基板100的過程中也繼續坩堝301的加熱。為了限制這樣的非成膜工序中的成膜材料304的飛散，使擋板60移動到遮蔽位置。 在擋板60設置有切口(切口部)60a，構成為即使擋板60位於遮蔽位置時，石英振盪器43相對於蒸發源裝置300的相向狀態也經由切口60a而被維持。即，構成為在非成膜工序中也能夠繼續藉由監視器單元40獲取蒸發源裝置300的成膜速率。 圖5是說明由基板100和蒸發源裝置300的配置的不同而導致的膜厚分佈和材料收穫率的不同的示意圖。圖5(a)是蒸發源裝置300位於離開基板100的旋轉軸線Y1的位置時的、與圖4(b)同樣的示意性俯視圖。圖5(b)是蒸發源裝置300位於接近基板100的旋轉軸線Y1的位置時的、與圖4(b)同樣的示意性俯視圖。圖5(c)是表示蒸發源裝置300位於離開基板100的旋轉軸線Y1的位置時的配置關係的示意立體圖。圖5(d)是表示蒸發源裝置300位於接近基板100的旋轉軸線Y1的位置時的配置關係的示意立體圖。 在本實施例的成膜裝置1中，從圖5(a)、圖5(c)所示的蒸發源裝置300與基板100的相對配置開始成膜處理。即，在蒸發源裝置300位於作為原點位置的分離位置且擋板60位於遮蔽位置的狀態下，藉由控制部20的控制，開始坩堝301的加熱，藉由成膜速率監視裝置4監視成膜材料304的加熱狀態(蒸發狀態)。當坩堝301的加熱狀態(成膜材料304的蒸發狀態)準備就緒時，控制部20使基板100以規定的旋轉速度旋轉，並且使擋板60從遮蔽位置向非遮蔽位置移動，在圖5(a)、圖5(c)所示的分離位置處開始成膜處理(第一步驟)。 然後，藉由控制部20的控制，可動支承機構50開始臂51的旋轉，開始從圖5(a)、圖5(c)所示的分離位置朝向圖5(b)、圖5(d)所示的接近位置的、蒸發源裝置300相對於基板100的相對移動(第二步驟)。在此期間，成膜材料304的成膜速率也由成膜速率監視裝置4監視。然後，蒸發源裝置300到達圖5(b)、圖5(d)所示的接近位置、相對於基板100的旋轉中心(旋轉軸線Y1)成為規定的接近距離的位置。 當蒸發源裝置300到達圖5(b)、圖5(d)所示的接近位置時，可動支承機構50使臂51的旋轉方向(擺動方向)向反方向反轉，使蒸發源裝置300的相對移動的方向向朝向圖5(a)、圖5(c)所示的分離位置的方向反轉(第三步驟)。在蒸發源裝置300向圖5(a)、圖5(c)所示的分離位置返回的移動中，成膜材料304的成膜速率也由成膜速率監視裝置4監視。然後，在蒸發源裝置300返回到圖5(a)、圖5(c)所示的分離位置後，使擋板60從非遮蔽位置向遮蔽位置移動，成膜處理結束。 如上前述成膜處理結束後，為了準備下次的成膜處理，繼續進行坩堝301的加熱和基於成膜速率監視裝置4的成膜速率的監視。 圖6是作為本實施例的成膜裝置1的成膜處理的膜厚分佈的一例而表示本申請的發明人的實驗結果的曲線圖。圖6的橫軸表示以旋轉軸線Y1通過的位置為原點的基板100的被成膜面100a的徑向位置，縱軸以峰值的膜厚為基準(“1”)，以與峰值的比來表示膜厚。 使ϕ300mm的Si晶圓基板100以10～30rpm旋轉，將從噴嘴303(噴射口)到基板100的高度h設為300mm，將分離位置處的噴嘴303與旋轉軸線Y1的水平方向上的距離d1設為300mm，將接近位置處的噴嘴303與旋轉軸線Y1的水平方向上的距離d2設為50mm。 示出了整體上隨著離開中心(旋轉軸線Y1)而向右下下降的分佈，但可知在從分離位置向接近位置的去路(單程)的成膜中形成的中心與外周端的膜厚之差由於施加從接近位置向分離位置的回路的成膜而降低。具體而言，膜厚分佈在單程時為±6.5%，但藉由往復而降低至±5.0%。另外，得到了基於往復的成膜的材料收穫率為2.5%這樣的結果。 在此，將本實施例的實驗結果與不如本實施例那樣使蒸發源裝置300相對於基板100移動而在規定的位置固定地進行成膜的情況下的比較例進行對比來說明。將蒸發源裝置300相對於基板100的相對位置在圖5(a)、圖5(c)所示的分離位置固定來進行成膜的情況設為比較例1，將在圖5(b)、圖5(d)所示的接近位置固定來進行成膜的情況設為比較例2。比較例1為與上述重視材料收穫率的現有技術文獻類似的裝置結構。另外，比較例2為與上述重視膜厚分佈的均勻性的現有技術類似的裝置結構。 在比較例1中，蒸發源裝置300的正上方比基板100的外周端靠外側，因此形成從中心到外周端平緩地到達峰值的分佈，得到了膜厚分佈為±3.7%這樣的比本實施例良好的結果。然而，由於成膜材料304的噴出量相對較多的蒸發源裝置300的正上方的區域偏離基板100的被成膜面100a偏離，因此無助於成膜而消耗的成膜材料304的量變多，成為材料收穫率為1.1%這樣的比本實施例低的結果。 在比較例2中，蒸發源裝置300位於接近旋轉軸線Y1的位置，成為被成膜面100a覆蓋蒸發源300的正上方的配置，因此基板100的旋轉中心成為峰值，形成了膜厚朝向外周端以陡峭的梯度下降的分布。由於無助於成膜的成膜材料304變少，因此得到了材料收穫率為4.2%這樣的比本實施例良好的結果，但成為膜厚分佈為±10.9%這樣的比本實施例低的結果。 ＜本實施例的優點＞ 根據本實施例，如在與比較例1、2的對比中說明的那樣，從膜厚分佈和材料收穫率的觀點出發能夠實現平衡良好的成膜。即，藉由分離位置與接近位置之間的往復移動，在成膜處理中蒸發源裝置300位於基板100的下方(從垂直方向觀察兩者重疊)的時間變長，與比較例1相比，能夠減少無助於成膜的成膜材料304的量。另一方面，在成膜處理中蒸發源裝置300停留在基板100的旋轉中心(旋轉軸線Y1附近)的時間變短，因此成膜材料304的局部的附著量的偏差降低，與比較例2相比，膜厚分佈的變動被抑制。因此，根據本實施例，能夠實現膜厚分佈的均勻化和材料收穫率的提高的兼顧。 另外，根據本實施例，成為如下結構：在蒸發源裝置300相對於基板100相對移動期間，監視器單元40也以維持與蒸發源裝置300的相對位置(石英振盪器43相對於蒸發源裝置300的相向狀態)的方式移動。由此，能夠將成膜速率的監視環境維持為恆定的狀態，能夠進行高精度的速率控制。並且，在本實施例中，構成為在擋板60設置切口60a，即使在非成膜處理中也能夠監視成膜速率。由此，在非成膜處理中也能夠繼續獲取成膜速率，能夠進行更高精度的速率控制。例如，能夠獲取與因坩堝301內的成膜材料304的收納量的變化等而導致的蒸發狀態隨時間的變化、因暴沸等的發生而導致的暫時性的蒸發狀態的變化等對應的高精度的成膜速率。 ＜其他＞ 在本實施例中，使分離位置與接近位置之間的往復移動的次數為一次往復，但往復次數沒有限定。例如，也可以以比一次往復的情況下的移動速度快的移動速度使蒸發源裝置300移動，進行兩次往復以上的往復移動。 另外，蒸發源裝置300的往復移動中的移動速度在去路和回路中分別可以為相同的速度，也可以是不同的速度。另外，在往復的期間，可以是恆定的速度，也可以在中途變化。即，可以適當編入到上述的速率控制、平均功率控制等中的成膜條件中，根據控制內容適當設定。 在本實施例中，可動支承機構50成為使蒸發源裝置300(以及監視器單元40)在圓弧軌道上往復移動的結構，但並不限定於該結構。例如，也可以是如下結構：在能夠進行伸縮動作的臂機構的前端以相向距離恆定的方式支承蒸發源裝置300和監視器單元40，藉由臂的伸縮動作使蒸發源裝置300相對於基板100的相對位置在直線軌道上變化。 在本實施例中，構成為蒸發源裝置300和監視器單元40能夠藉由單一的可動支承機構50一體地在真空腔室200內移動，但並不限定於該結構。即，也可以構成為使蒸發源裝置300移動的機構和使監視器單元40移動的機構是不同的機構，兩者聯動地維持蒸發源裝置300與監視器單元40的相對配置。 作為限制從蒸發源裝置300的成膜材料304的噴射的限制機構的結構，並不限定於本實施例所示的擋板60的結構。只要構成為至少能夠防止從坩堝301的噴射口噴射的成膜材料304附著於成膜對象物即可。即，可以不是完全堵塞噴射口的結構，也可以是例如僅在想要限制成膜材料的飛翔的方向上局部地形成妨礙成膜材料的飛翔的壁的結構。 如圖7所示，本發明也能夠應用於具備多個蒸發源裝置300的成膜裝置。圖7(a)表示三個蒸發源裝置300分別位於分離位置(原點位置)且三個擋板60分別位於遮蔽位置的狀態，即，未進行成膜處理的待機狀態。圖7(b)表示三個蒸發源裝置300分別位於分離位置(原點位置)且三個擋板60分別位於非遮蔽位置的狀態，即，開始成膜處理的狀態。圖7(b)表示三個蒸發源裝置300分別位於接近位置且位於成膜處理的往復移動中的折返地點的狀態。 此外，圖7所示的結構例是具備三個蒸發源裝置300的結構，但也可以是具備兩個蒸發源裝置300的結構、具備四個以上蒸發源裝置300的結構。
1:成膜裝置 100:基板 20:控制部 200:真空腔室(成膜室) 300:蒸發源裝置 301:蒸發源容器(坩堝) 302:加熱器(加熱源) 303:噴嘴 40:監視器單元 50:可動支承機構 51:臂 52:旋轉軸 53:旋轉驅動部 60:擋板 60a:切口
[圖1]是本發明的實施例的成膜裝置的示意性剖視圖。 [圖2]是表示本發明的實施例中的成膜速率監視裝置的結構的示意圖。 [圖3]是表示本發明的實施例中的石英監視頭和遮蔽構件的結構的示意圖。 [圖4]是本發明的實施例中的蒸發源裝置的可動支承機構的說明圖。 [圖5]是由基板和蒸發源裝置的配置的不同而導致的膜厚分佈和材料收穫率的不同的說明圖。 [圖6]是表示本發明的實施例的成膜裝置的成膜處理的膜厚分佈的圖。 [圖7]是在本發明的實施例中設置有多個蒸發源裝置的情況下的結構說明圖。
1:成膜裝置
100:基板
20:控制部
200:真空腔室(成膜室)
300:蒸發源裝置
301:蒸發源容器(坩堝)
302:加熱器(加熱源)
303:噴嘴
40:監視器單元
50:可動支承機構
51:臂
52:旋轉軸
53:旋轉驅動部
21:監視器控制部
22:加熱控制部
24:排氣裝置
25:氣體供給裝置
100a:被成膜面
210:基板保持單元
220:旋轉軸
230:旋轉驅動部
304:成膜材料
Y1:旋轉軸線
Y2:旋轉軸線

Claims (6)

  1. 一種成膜裝置，具備：腔室；旋轉支承部，其在前述腔室內，將成膜對象物以其被成膜面朝向下方的狀態支承為能夠繞與前述被成膜面垂直的旋轉軸旋轉；蒸發源容器，其在前述腔室內收納成膜材料，配置於前述成膜對象物的下方，具有向上方開口的噴射口；成膜監視器，其具有供從前述蒸發源容器蒸發的前述成膜材料附著的石英振盪器，獲取從前述蒸發源容器蒸發的前述成膜材料相對於前述成膜對象物的成膜速率；以及加熱控制部，其具有對前述蒸發源容器進行加熱的加熱源，基於前述成膜監視器所獲取的前述成膜速率，控制向前述加熱源供給的電力，其特徵在於，前述成膜裝置還具備可動支承機構，前述可動支承機構一體地支承前述蒸發源容器和具備前述石英振盪器的監視器單元，且使前述蒸發源容器和前述監視器單元在前述腔室內移動，前述可動支承機構具有臂部，前述臂部能夠在前述腔室內以與前述成膜對象物的旋轉軸平行的第二旋轉軸為支點擺動，且在與前述第二旋轉軸正交的方向上延伸，在前述臂部的相對於前述第二旋轉軸的一側配置有前述蒸發源容器，在另一側配置有前述監視器單元， 前述蒸發源容器，係在與前述旋轉軸正交的方向上進行從離開前述旋轉軸的分離位置向接近前述旋轉軸的接近位置移動、並再次向前述分離位置返回的往復移動，前述石英振盪器以維持與進行前述往復移動的前述蒸發源容器的相向狀態的方式移動。
  2. 根據請求項1所述的成膜裝置，其中，前述分離位置是在沿前述旋轉軸的方向觀察時前述蒸發源容器不與前述成膜對象物重疊的位置。
  3. 根據請求項1或2所述的成膜裝置，其中，前述成膜裝置還具備擋板，前述擋板構成為在前述蒸發源容器位於前述分離位置時，前述擋板能夠移動到覆蓋前述噴射口的關閉位置和不覆蓋前述噴射口的打開位置。
  4. 根據請求項3所述的成膜裝置，其中，前述擋板具有切口部，在前述擋板位於前述關閉位置時，前述切口部容許從前述蒸發源容器蒸發的前述成膜材料向前述石英振盪器的附著。
  5. 根據請求項1或2項所述的成膜裝置，其中，分別具備多個前述蒸發源容器以及多個前述成膜監視器。
  6. 一種成膜方法，係藉由成膜裝置進行的成膜方法，該成膜裝置係具備：腔室；旋轉支承部，其在前述腔室內，將成膜對象物以其被成膜面朝向下方的狀態 支承為能夠繞與前述被成膜面垂直的旋轉軸旋轉；蒸發源容器，其在前述腔室內收納成膜材料，配置於前述成膜對象物的下方，具有向上方開口的噴射口；成膜監視器，其具有供從前述蒸發源容器蒸發的前述成膜材料附著的石英振盪器，獲取從前述蒸發源容器蒸發的前述成膜材料相對於前述成膜對象物的成膜速率；以及加熱控制部，其具有對前述蒸發源容器進行加熱的加熱源，基於前述成膜監視器所獲取的前述成膜速率，控制向前述加熱源供給的電力；其特徵在於：前述成膜裝置還具備可動支承機構，前述可動支承機構一體地支承前述蒸發源容器和具備前述石英振盪器的監視器單元，且使前述蒸發源容器和前述監視器單元在前述腔室內移動，前述可動支承機構具有臂部，前述臂部能夠在前述腔室內以與前述成膜對象物的旋轉軸平行的第二旋轉軸為支點擺動，且在與前述第二旋轉軸正交的方向上延伸，在前述臂部的相對於前述第二旋轉軸的一側配置有前述蒸發源容器，在另一側配置有前述監視器單元，前述成膜方法進行以下的步驟：第一步驟，使前述蒸發源容器位於在沿前述旋轉軸的方向觀察時前述蒸發源容器不與前述成膜對象物重疊的分離位置；第二步驟，使前述蒸發源容器從前述分離位置向在與前述旋轉軸正交的方向上接近前述旋轉軸的接近位置移 動；以及第三步驟，使前述蒸發源容器從前述接近位置向前述分離位置移動，以在前述第一步驟至前述第三步驟期間維持石英振盪器與前述蒸發源容器的相向狀態的方式使前述石英振盪器移動，前述石英振盪器設置於成膜監視器，前述成膜監視器用於獲取從前述蒸發源容器蒸發的前述成膜材料相對於前述成膜對象物的成膜速率。
TW109110195A 2019-03-29 2020-03-26 成膜裝置及成膜方法 TWI819206B (zh)

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