TWI363808B - - Google Patents

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1363808 (1) 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於例如經由濺鍍源於被處理物的表面， 堆積著由金屬、絕緣物等所形成的反射膜、透過膜等的薄 膜的濺鍍裝置及方法，和濺鍍控制用程式。 【先前技術】

近年在半導體裝置、液晶顯示器或光碟片等各種製品 的製造工程方面，廣泛運用在晶圓、玻璃基板、聚碳酸酯 基板等之被處理物上，堆積各種薄膜的濺鍍型成膜裝置（ 以下稱「濺鍍裝置」）。此種濺鍍裝置，藉由事先將設於 真空容器內的特定堆積物的標靶偏壓於陰極，對此使氬（ Ar)等放電用氣體的離子衝突，構成標靶的材料，以原子 狀、分子狀或群集狀敲出，而形成堆積於被處理物。 在此種濺鍍裝置方面，爲了藉由標靶表面附近之空間 的輝光放電提高電漿密度並提昇濺鍍速度，廣泛運用所謂 的「磁控管方式」。磁控管方式，是在標靶的背面側（在 與被處理物相反之側）設磁石單元，藉由其所發生的磁場 ，將荷電粒子封閉於標靶表面近傍，得到更高的電漿密度 。像這樣藉此提高電漿密度，進行高速的濺鍍，就能增加 對被處理物的堆積速度。 可是磁控管方式的濺鍍裝置的標靶是膜材料’必然會 隨著處理被處理物的削減而進行。這雖然會發生在與被處 理物面對面的標靶表面，但在使用開始時較少，經過一段 -4- (2) 1363808 時間隨著被處理物的處理數增加而持續。因此，一旦標靶 的使用量即被處理物的處理數增加，標靶表面與被處理物 之間的距離變大，同時磁石單元與標靶表面的距離變小。

像這樣，在從標靶開始使用時到結束爲止的期間，一 旦標靶表面與被處理物及磁石單元的距離發生變化，因所 發生的磁場與標靶表面及被處理物的位置關係發生變化， 堆積於被處理物的膜厚均勻性也會變化。就是，假設在標 靶開始使用開時，就算膜厚的均勻性良好，在標靶結束使 用時，還是會發生所謂的膜厚均勻性惡化的問題。特別是 被處理物爲液晶顯示器、光碟片用之基板的場合，雖希望 膜厚在全部的製品方面都很均勻，但如果因標靶減少均勻 性降低，就會影響到製品的良品率。 各個基板達到膜厚均勻化的方法，例如於日本專利文 獻1提案一種因應於標靶材料及要求品質，根據事先設定 的最佳轉數使磁石旋轉，藉此形成均勻的膜的技術。而於 H 日本專利文獻2提案一種個別調整複數磁石之旋轉速度分 佈，藉此於矩形的基板等形成均勻的膜的技術，於日本專 利文獻3提案一種支撐標靶的支撐板材質爲最佳的材質， 藉此抑制因渦電流之轉數的變動而形成均勻的膜的技術。 但該些技術並未著眼於標靶經常被削減’在標靶開始使用 到結束爲止的期間，在被依序生產的製品方面，無法防止 逐漸減低膜厚的均勻性。 著眼於此種標靶被削減的習知技術’則有曰本專利文 獻4〜6。即曰本專利文獻4、5，將永久磁石單元的全部 -5- • (3) 1363808 或一部分遠離標靶，藉此使標靶表面的磁場分佈、強度， 甚至使存在著平行於標靶的磁場的位置變化，從標靶開始 使用到結束爲止，進行膜厚均勻性之確的技術。而日本專 利文獻6是因應標靶表面經常性受侵蝕的狀態，來調整對 所旋轉的電磁線圈的激磁電力，藉此維持一定之成膜條件 的技術。 專利文獻1 :特開平10- 1 95649號公報 βΐ 專利文獻2 :特開平08 - 1 4405 8號公報 專利文獻3 :特開200 1 - 3 293 62號公報 專利文獻4 :特許29 1 2 8 64號公報 專利文獻5 :特開平09 - 1 768 52號公報 專利文獻6 :特開平1 0 - 60640號公報 【發明內容】 〔發明欲解決的課題〕

但日本專利文獻4、5的技術，除了欲使永久磁石單 元旋轉的機構以外，還需要使永久磁石單元在軸向上下動 作，來調整與標靶之距離的機構’導致裝置的複雜化與高 成本化。而在日本專利文獻6的技術’所謂設置產生旋轉 的電磁線圈，依舊導致裝置的複雜化與高成本化，同時將 對電磁線圈供給的激磁電力調整到最佳的値非常的浪費時 間。 另一方面，日本專利文獻】〜3的技術，應用於標靶 經常性被削減的問題’有以下的困難性。即，在日本專利 -6 - (4)1363808 文獻1，不過是將磁石的轉數因應於標靶材料等利用一定 的轉數來控制的緣故，就算在同一材料的標靶也會因削減 ’而與磁石單元等的距離產生變化，就無法應付藉此所增 大的製品間的膜厚不均。

而在日本專利文獻2，不過需要設置個別產生旋轉的 複數磁石的緣故，導致裝置的複雜化與高成本化，同時因 應於矩形的基板等，藉由事先設定的複數旋轉磁石的速度 分佈來控制的緣故，因標靶的削減，與磁石單元等的距離 產生變化，就無法應付藉此所增大的製品間的膜厚不均》 進而，在日本專利文獻3，因藉由支撐板的材質選擇，來 抑制因渦電流的磁石的轉數變動，提高膜厚的均勻性，.所 以無法應付如上述之因標靶的削減，與磁石單元等的距離 產生變化。

本發明提案一種用以解決如上述之習知技術的問題， 其目的在於提供一種能以簡易的構成，確保從標靶開始使 用到結束爲止的膜厚的均勻性的濺鍍裝置及方法和濺鍍控 制用程式。 用以解決課題的手段 爲達成如上述之目的，本發明，係具有：面對被處理 物而配置的標靶，與可旋轉地設在前述標靶的背面側，藉 由與旋轉一同發生的磁場產生高密度電漿，使前述標靶的 材料膜狀堆積在被處理物的磁石單元，與使前述磁石單元 旋轉的旋轉機構的濺鍍裝置，於前述旋轉機構連接著於從 (5) (5)

1363808 前述標靶之使用開始至結束的期間，階段 單元的轉數的控制裝置爲其特徵。 最佳的形態，是將面對被處理物而配 材料，藉由利用旋轉機構產生旋轉的磁石 場，發生高密度電漿，有關膜狀堆積於被 法，在從前述標靶之使用開始至結束的期 換藉由前述旋轉機構的前述磁石單元的轉 如以上的形態，在從標靶之使用開始 就算改變標靶的表面與被處理物及磁石單 階段性變化磁石單元的轉數，藉此改變磁 勻地維持所生成的膜厚。 最佳的形態，前述控制裝置，係具有 機構的驅動部、檢測表示前述標靶之使用 測定値的檢測部、設定對應前述測定値之 部、對應前述檢測部所檢測的測定値來選 定部之轉數的選擇部，以及指示前述驅動 部所選擇的轉數的切換部爲其特徵。 如以上的形態中，雖然標靶會隨著使 使用量的增加而消耗’但因事先設定對應 以自動適切的計時切換轉數，從使用開始 地維持膜厚。 最佳的形態，於前述設定部，隨著前 間或使用量增加’設定較低的轉數爲其特 最佳的形態’將前述磁石單元的轉數 性變更前述磁石 置的標靶之構成 單元所發生的磁 處理物的濺鍍方 間，階段性地切 數爲其特徵。 至結束的期間， 元的距離，也是 場特性，就能均 :驅動前述旋轉 時間或使用量之 複數轉數的設定 擇設定於前述設 部切換前述選擇 用時間的經過或 於此的轉數，且 到結束都能均勻 述標靶之使用時 徵。 ，隨著前述標靶 -8- (6) 1363808 之使用時間或使用量增加，從較高的轉數切換到較低的轉 數爲其特徵。 如以上的形態，於標靶之使用開始時，將最佳的較高 轉數，至使用結束爲止不是一直維持一定，是階段性地切 換到較低的轉數，藉此形成一定之轉數的情形，可防止因 標靶之消耗所產生的膜厚均勻性降低。

若根據本發明，就能提供一可以簡易的構成，確保從 標靶之使用開始至結束的膜厚均勻性的濺鑛裝置及方法和 濺鍍控制用程式。 【實施方式】 〔用以實施發明的最佳形態〕 其次，針對本發明之實施形態（以下稱實施形態） 參照圖面做具體說明。 〔構成〕 首先，本實施形態之濺鍍裝置（以下稱本裝置）的構 成’參照第】圖做說明。即’本裝置，如第1圖所示，具 備：真空室】】、支撐台20、標靶】5、外殼1〇、永久磁石 單元Μ等。真空室11’藉由真空排氣系2]構成可維持減 壓環境。而在真空室11設置供導入濺鍍氣體的氣體·導入 口 18。支撐台20’係配設於真空室η內，載置著屬於成 -9- (7)1363808 膜對象之晶圓和基板等之被處理物19的台。

在真空室11內的支撐台20的上方，於面對著支撐台 20上的被處理物19的位置配設標靶15。此標靶15是以 膜材料所形成的構件，中介著冷卻機構14及支撐板B， 支撐固定在真空室11內。冷卻機構14爲設有可供冷卻標 靶15之冷卻水等流通之水路等（圖未表示）的機構，爲 了施加偏壓電壓中介著使標靶15絕緣的絕緣環13，而安 裝於真空室11。然後在絕緣環13與真空室11及冷卻機 構1 4之間，設有供維持真空室1 1之氣密的0形環1 2。 在冷卻機構14的下部，是藉由標靶承件16，安裝著 支撐板B，在此支撐板B固定著標靶15。支撐板B，是一 在標靶1 5或其周邊，保持像是經由磁場的變化產生渦電 流之流路的良好導電性的圓盤狀或環狀的構件。

而外殼10是被安裝在真空室11的上部’於其內部（ 標靶]5的背面側）配設永久磁石單元Μ。此永久磁石單 元Μ，是設成兩層環狀的內磁石單元Ml與外磁石單元 M2，被固定在磁石安裝板4，藉由被安裝於外殼1〇之上 部的馬達等之旋轉機構9，構成可在旋轉軸8的周邊偏心 旋轉。因而，永久磁石單元Μ被構成邊偏心旋轉邊在標 靶1 5之表面附近的空間產生磁場。 旋轉機構9是構成藉由轉數控制裝置7來控制其轉數 。轉數控制裝置7，是在從標靶1 5之使用開始至結束的 期間，以特定的計時改變旋轉機構9的轉數。此控制基本 上是在從使用開始時（〇 )的一定速度（轉數Ν1 )至結束 -10- (8) 1363808 時（t2 )的期間的某一時刻（11 )，變更到比那時還要慢 的一定速度（轉數N2)。轉數控制裝置7可藉由利用專 用的電子電路或特定程式而動作的電腦等所實現。 ' 因而，例如試著以第2圖之假想功能方塊所示的的構 成來形成轉數控制裝置7»即，轉數控制裝置7，具有： 計時器701、記憶體702、檢測部703、選擇部704、切換 部705、驅動部706。計時器701是計測時間的手段。記 ^ 億體702是記憶各種設定的手段，具有：設定速度之切換 時刻的切換時刻設定部702a，和設定初期之轉數及對應 各切換時刻之轉數的轉數設定部702b。檢測部703是種 經由計時器70 1所計測的時刻，來檢測被設定於切換時刻 設定部7〇2a之時刻的手段。選擇部704，在經由檢測部 703檢測到切換時刻時，選擇所對應之轉數的手段。切換 部70 5，是對經由選擇部704所選擇的轉數，指示切換的 手段。驅動部706，是根據被設定於轉數設定部702b的 ΦΒ 轉數，來驅動旋轉機構9的驅動器。而驅動部706，在經 由切換部705受到切換指示時，對所指示的轉數進行切換 〇 具體的切換時刻和轉數，可對應被處理物1 9自由地 設定，但於本裝置中，標靶1 5的使用開始時刻t 〇〔 s〕的 轉數爲適合初期之濺鍍的N】〔rPm〕’於至結束時刻t2〔 s〕爲止的期間的時刻〔 s〕’切換到轉數N2〔 rpm〕( N 1 > N2 )。切換時刻和轉數，是經由實驗等所得到的適 切値，但也可事先預設而設定’也可經由鍵盤、觸控板、 -11 - (9) 1363808 開關等的輸入部K，輸入使用者所希望的値。從事先準備 的介面的選項單做選擇，藉此輸入亦可。此時，也可選擇 典型的設定値的任一値，不是數値，僅選擇被處理物19 的種類和標靶】5的材料等特定的條件，自動設定適當的 數値亦可。再者’按以下說明的順序，供控制本裝置之動 作的電腦程式及記錄此程式的記錄媒體，也爲本發明之其 中一形態。

〔作用〕 針對如以上的本裝置之動作做說明。首先，如上述， 在切換時刻設定部702a及轉數設定部702b，事先設定切 換時刻及轉數。然後將被處理物19載置在支撐台20之上 ’對真空室11進行排氣。然後，從氣體導入口 18導入氬 (A〇等之特定濺鍍氣體。轉數控制裝置7的驅動部706 ，是藉由事先作爲初期的轉數而設定於轉數殷定部702 b 的轉數，來驅動旋轉機構9，以此轉數使永久磁石單元Μ 旋轉。 像這樣一邊使永久磁石單元Μ旋轉，一邊將特定負 電壓偏壓至標靶1 5。於是，經由利用永久磁石單元Μ形 成磁場17的磁氣隧道，在標靶15的表面附近，以較高的 密度產生電漿，在此於發生的荷電粒子衝突到偏壓於負電 壓的標靶15而植入標靶15的材料，形成薄膜堆積於被處 理物1 9上。 在如本裝置的濺鍍裝置，對應永久磁石單元Μ的轉 -12- (10)1363808 數，於標靶15或具有標靶15周邊之導電性的構件，於打 消磁場變化的方向產生渦電流。其結果，若改變永久磁石 單元Μ的轉數，就可控制標靶15的表面磁場分佈、強度 ，甚至存在平行於標靶15的磁場的位置。就是，改更永 久磁石單元Μ的轉數，使磁場特性改變，藉此改變在標 靶15表面之濺鍍速率的分佈，就能控制堆積在被處理物 19之膜厚的分佈。

例如，如第3圖所示，使標靶15以轉數Ν1旋轉時 與以轉數Ν2(Ν1>Ν2)旋轉時，在標靶15正上方垂直 於標靶1 5的磁場成份相異。因此種磁場成份的不同，流 入到冷卻機構1 4、標靶1 5、標靶承件1 6及其周邊的導體 的渦電流產生變化，結果，永久磁石單元Μ與渦電流所 形成的合成磁場變不同。

在此，如習知，從標靶15之使用開始至結束，以一 定的轉數Ν1進行濺鍍時，標靶使用開始與結束之堆積於 被處理物上的膜厚之分佈顯示於第4圖。此時，磁場對時 間而言爲一定，隨著標靶被削減，標靶15的表面與被處 理物19的距離及永久磁石單元Μ與標靶15的表面的距 離產生變化，堆積於被處理物19的膜厚，亦在標靶15之 開始與結束時有很大的差異。 另一方面，本裝置，經由計時器7 0 1所計測的時刻， 雖成爲設定於切換時刻設定部702a的時刻11，但若經由 檢測部703所檢測，選擇部704選擇轉數N2，切換部 7〇5即對驅動部706指示朝向轉數N2的切換。因而，如 -13- (11) (11)

1363808 第5圖所示，驅動部7 06，將旋轉機構9的驅動， N 1切換到轉數N 2。 像這樣，使轉數由N1變爲N2的情形下，膜 佈，即如第6圖所示。即，從初期之時刻0至某一 ，轉數N1來作動永久磁石單元Μ。而且一旦達到 ’如第6圖之左欄所示，堆積於被處理物19的膜 佈，受到標靶15之表面與被處理物19的距離及永 單元Μ與標靶15之表面的距離的變化影響，產生 度惡化。 於是，以此計時（均勻性整合於任意許容範圍 )，藉由轉數控制裝置7，將永久磁石單元Μ的轉 到Ν2。於是，在標靶15之正上方平行於標靶15 成份產生變化（參照第3圖），結果，膜厚之分佈 圖之右欄所示產生變化，制止均勻性惡化。進而， 達時刻t2，堆積於被處理物19的膜厚之分佈，在 圍平衡，達到良好的均勻性。藉由此一連的控制， 15之使用初期至結束爲止，堆積於被處理物19之 均勻性，爲±U (任意的許容範圍）〔％〕以內，與 變化的情形相比，良品率提昇。 〔實施例〕 依據如以上之本發明的實驗結果表示於第7圖 驗，例如在單面兩層的DVD之材料基板’形成半 ，針對以隨著基板之處理枚數增加的耗電量所示的 自轉數 厚的分 時刻tl 時刻11 厚之分 久磁石 某種程 的期間 數變更 的磁場 如第6 一旦到 評估範 從標靶 膜厚的 轉數未 。本實 透明膜 標靶壽 -14- (12) 1363808 命（WH)，測定形成於各基板之半透明膜的均勻性（ MAX-MIN/MAX+MIN) χ100(°/〇)。

首先，不應用本發明，標靶15的轉數，於使用初期 維持在成爲最適當之値所設定的180 [ rpm〕之一定的情 形下，標靶壽命15000〔WH〕在邊境表現出分佈惡化的 傾向，在35000〔WH〕附近，擴大±3〔％〕以上。另一方 面，標靶15的轉數，於標靶壽命19000〔WH〕附近，掉 落到1 20〔 rpm〕，進而於3 1 000〔 WH〕附近，掉落到60 〔1'1)|11〕時，均勻性整合至±1〜2〔％〕》 〔效果〕 若根據如以上的本實施形態，標靶1 5的表面與永久 磁石單元Μ及被處理物19的距離，在標靶15之使用開 始時與結束時產生變化的狀況下，適當控制永久磁石單元 Μ的轉數，藉此膜厚的均勻性可接近一定，可提昇被處理 物1 9的良品率。特別是本實施形態，由於只要將某一定 之旋轉速度階段地往其他一定的旋轉速度切換，就不需要 使磁石上下調整的機構，和調整多數磁石之旋轉速度分佈 ，或調整電磁線圈之激磁電力的複雜構成或調整，就能實 現裝置之簡單化及低成本化。 〔其他實施形態〕 本發明，並不限於如上述的實施形態。例如從標靶之 使用開始至結束的期間之使用時間或使用量的測定，在上 -15- (13) 1363808 述之實施形態，測定從使用開始起的時刻，藉此而在實施 例測定耗電量而進行。但並不限於此，亦可藉由標靶的重 量測定和利用紅外線的距離測定等來測定標靶的使用量， 根據其程度來測定切換計時。進而，亦可計數被處理物的 處理數，藉此來測定標靶的使用量。就是，標靶的使用時 間和使用量的測定，包括廣泛的直接或間接測定標靶之消 耗至某一程度比例的所有數値的情形。

切換轉數的次數和切換的轉數的種類，如上述的實施 形態所示，雖然只是最低一次切換到不同的轉數即可，但 如上述的實施例，也可複數次切換到不同的轉數。具體的 轉數之値，也不限於上述舉例所示。一般雖是如上所述， 階段性地使轉數降低爲佳，但也可藉由被處理物和標靶， 使轉數階段性上昇，或是組合降低和上昇》 而濺鍍裝置的各構成部，並不限於上述之實施形態所 示的’對應屬於對象之被處理物的種類，就可應用各種構 成部。例如，如第8圖所示，也適用於在屬於被處理物 19的碟片用的基板中央，設置用以遮蔽濺鍍所用的中心 遮罩22等的濺鍍裝置。就是，屬於本發明之對象的被處 理物的種類，並未特別限定，可適用於利用濺鍍之成膜對 象的所有處理物。 而本發明，雖適用於日本特開2002-294446號公報 、特開200 1 — 2623 37號公報所揭示的濺鍍裝置，但未不 限於此’所使用的標靶、磁石、支撐板、冷卻機構等的形 狀 '材質、構造等也很自由。例如標靶只要是能藉由磁控 -16- (14)1363808 管濺鍍對被處理物成膜的，都可適用於現在或將來的所有 材質。支撐板雖然也是使用典型的銅或銅合金，但只要是 導電性的材料無論哪一種的材質、形狀都可形成。磁石由 裝置之簡單化和低成本化的觀點來看，雖希望是永久磁石 ’但也可採用電磁石，冷卻機構也可採用各種的冷卻媒體 、散熱形狀。

【圖式簡單說明】 〔第1圖〕表示本發明之一實施形態的簡略構成圖。 〔第2圖〕表示第1圖之實施形態的轉數控制裝置的 功能方塊圖。 〔第3圖〕表示垂直於對應不同轉數之標靶的磁場成 份不同的說明圖。 〔第4圖〕表示轉數爲一定時的標靶開始初期時與結 束時的膜厚均勻性不同的說明圖。 ΦΒ 〔第5圖〕表示隨著第1圖之實施形態之時刻經過的 轉數切換的說明圖。 〔第6.圖〕表示第1圖之實施形態的轉數切換前與切 換後的膜厚均勻性維持狀態的說明圖》 〔第7圖〕表示計測藉由應用本發明之濺鍍裝置的膜 厚，與藉由未應用本發明之濺鍍裝置的膜厚之均勻性的實 驗結果的說明圖。 〔第8圖〕表示可應用本發明之其他濺鍍裝置之一例 的簡略構成圖。 -17- (15) 1363808 【主要元件符號說明】

4…磁石安裝板 7…轉數控制裝置 8…旋轉軸 9…旋轉機構 10…外殼 1 1…真空室 12…Ο形環 I 3…絕緣環 14…冷卻機構 1 5…標IE 16…標靶承件 1 7…磁場 18…氣體導入口

1 9…被處理物 20…支撐台 2 1…排氣系 2 2…中心遮罩 7 0 1…計時器 702…記憶體 702 a···切換時刻設定部 702b···轉數設定部 703…檢測部 (16) 1363808 704…選擇部 705…切換部 706…驅動部 B…支撐板 K…輸入部 Μ…永久磁石單兀 Μ 1…內磁石單兀 Μ 2…外磁石單兀

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Claims (1)

1. 第094 1 1 9663號專利申請案中文申請專利範圍修正本 民國100年12月28日修正 十、申請專利範圍 1. 一種濺鍍裝置，具有：面對被處理物而配置的標靶 ，與可旋轉地設在前述標靶的背面側，藉由與旋轉一同發 生的磁場產生高密度電漿，使前述標靶的材料膜狀堆積在

   被處理物的磁石單元，與使前述磁石單元旋轉的旋轉機構 :其特徵爲： 於前述旋轉機構連接著於從前述標靶之使用開始至結 束的期間’階段性變更前述磁石單元的轉數的控制裝置； 前述控制裝置，具有： 驅動前述旋轉機構的驅動部、 檢測表示前述標靶之使用時間或使用量的測定値的檢 測部、 設定對應前述測定値之複數轉數的設定部、

   對應前述檢測部所檢測的測定値來選擇設定於前述設 定部之轉數的選擇部，以及 指示前述驅動部切換前述選擇部所選擇的轉數的切換 部； 述設定部，隨著前述標靶之使用時間的經過或使 用量的增加，設定較低的轉數。 2·—種濺鍍方法，乃是將面對被處理物而配置的標靶 @«$#料，藉由旋轉機構而旋轉的磁石單元所發生的磁 高密度電漿，以膜狀堆積於被處理物；其特徵爲 1363808 在從前述標靶之使用開始至結束的期間，將藉由前述 旋轉機構之前述磁石單元的轉數，隨著前述標靶之使用時 間的經過或使用量的增加，從較高的轉數切換到較低的轉 數。

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