濺射設(shè)備、膜沉積方法和控制裝置的制造方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】
[0001] (本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2011年5月12日、申請(qǐng)?zhí)枮?01180041189.3、發(fā)明名稱為 "濺射設(shè)備、膜沉積方法和控制裝置"的申請(qǐng)的分案申請(qǐng)）
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及用于在半導(dǎo)體裝置、電子器件、磁性裝置或顯示裝置等的加工過(guò)程中 在具有表面浮雕結(jié)構(gòu)（下文中稱為浮雕結(jié)構(gòu)）的基板上沉積薄膜的濺射設(shè)備、膜沉積方法 和控制裝置。
【背景技術(shù)】
[0003] 在基板上使用化學(xué)反應(yīng)的方法，諸如化學(xué)氣相沉積方法（參考PTL1)和原子層沉 積方法（參考PTL2)是眾所周知的用于在具有浮雕結(jié)構(gòu)的基板上均勻地沉積薄膜的方法。 這些方法用于涂敷底部較深的溝或孔的底面和內(nèi)壁面。然而，由于處理期間的反應(yīng)氣體會(huì) 混進(jìn)膜中的事實(shí)，因此使用化學(xué)反應(yīng)的方法不適于要求高純度的金屬膜的應(yīng)用。此外，由 于尋找用作化學(xué)反應(yīng)源的源氣體需要研發(fā)時(shí)間，因此迄今僅有非常有限的材料應(yīng)用于金屬 膜。因此，該方法不適用于沉積具有多種金屬膜或合金膜的多層膜的目的。
[0004] 遠(yuǎn)程低壓濺射（參考PTL3)和偏置濺射（參考PTL4)等是眾所周知的通過(guò)物理 氣相沉積方法來(lái)涂敷溝或孔的底面和內(nèi)壁面的常規(guī)技術(shù)。然而，遠(yuǎn)程低壓濺射和偏置濺射 所固有的問(wèn)題是，由于目標(biāo)面布置成與基板表面大致平行和相對(duì)，因此基板表面上膜厚度 的均勻性差。
[0005] 此外，已知一種濺射方法的示例，其中通過(guò)在適當(dāng)?shù)馗淖冃D(zhuǎn)中的基板的角度的 同時(shí)而沉積膜來(lái)改善孔的底面和內(nèi)壁面的涂敷特性（參考PTL5)，然而該方法不適于改善 基板表面上的膜厚度分布。對(duì)于通過(guò)適當(dāng)?shù)馗淖冃D(zhuǎn)中的基板的角度來(lái)改善膜厚度分布以 及改善涂敷特性的方法，需要在基板之上直接設(shè)置稱為整形器的掩膜，以控制入射的濺射 顆粒量，如PTL6中所公開(kāi)的離子束濺射沉積方法的示例所示。然而，使用掩膜存在以下問(wèn) 題：因膜隨時(shí)間推移而沉積在掩膜上，因此從掩膜剝離的膜會(huì)生成顆粒。
[0006] 同時(shí)，PTL7中所公開(kāi)的結(jié)合斜入射和旋轉(zhuǎn)的沉積方法是已知的用于在平坦面上 均勻地沉積薄膜的方法。在該方法中，支撐靶材的陰極單元布置成偏離基板，即傾斜地布置 在基板的上方，并且在基板沿其處理目標(biāo)面旋轉(zhuǎn)的同時(shí)通過(guò)磁控管濺射來(lái)濺射靶材材料。
[0007] 此外，對(duì)于結(jié)合斜入射和旋轉(zhuǎn)的沉積方法，公開(kāi)了用于控制基板的旋轉(zhuǎn)速度以減 小形成在磁場(chǎng)中的磁性膜的膜厚度分布的不均勻性的方法（參考PTL8)。
[0008] 參考文獻(xiàn)列表
[0009] 專(zhuān)利文獻(xiàn)
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[0013] PTL4 :日本專(zhuān)利特開(kāi) 2004-107688
[0014] PTL5 :日本專(zhuān)利特開(kāi) 2009-41040
[0015] PTL6 :美國(guó)專(zhuān)利No. 6, 716, 322
[0016] PTL7 :日本專(zhuān)利特開(kāi) 2000-265263
[0017] PTL8 :國(guó)際專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)No.W02010/038421

【發(fā)明內(nèi)容】

[0018] 當(dāng)通過(guò)結(jié)合傾斜入射和旋轉(zhuǎn)的常規(guī)沉積方法來(lái)在基板上以浮雕結(jié)構(gòu)沉積膜時(shí)，存 在以下問(wèn)題：沉積在凸部或凹部的壁面部分或斜坡面部分（下文中稱為側(cè)面）上的薄膜的 膜厚度在基板表面上存在偏差。更具體而言，存在以下問(wèn)題：基板和傾斜地布置在基板上方 的靶材的相對(duì)位置引起在面朝基板外部的側(cè)面（下文稱為第一面）和面朝基板中心的側(cè)面 (下文稱為第二面）之間的沉積的膜的膜厚度的偏差。
[0019] 換言之，結(jié)合斜入射和旋轉(zhuǎn)的沉積方法對(duì)于面上沒(méi)有浮雕結(jié)構(gòu)的平坦基板而言是 有效的技術(shù)。然而，當(dāng)將結(jié)合斜入射和旋轉(zhuǎn)的沉積方法應(yīng)用于在具有諸如臺(tái)式結(jié)構(gòu)、V槽 或溝等浮雕結(jié)構(gòu)的基板上濺射時(shí)，通過(guò)濺射所沉積的膜的膜厚度在浮雕結(jié)構(gòu)的兩個(gè)特定面 (具體而言，進(jìn)行濺射的處理目標(biāo)面（如，沿浮雕結(jié)構(gòu)的縱向延伸且彼此相對(duì)的兩個(gè)面））之 間存在偏差。
[0020] 將利用圖2、18和19來(lái)給出具體描述。圖2示出了具有矩形底面和頂面的所謂 臺(tái)式結(jié)構(gòu)211形成為基板21的處理目標(biāo)面上的浮雕結(jié)構(gòu)的狀態(tài)。在每一個(gè)臺(tái)式結(jié)構(gòu)211 中，面朝基板外部的第一面由附圖標(biāo)記211a標(biāo)示，并且面朝基板中心的第二面由附圖標(biāo)記 211b標(biāo)示。針對(duì)基板上的某一浮雕結(jié)構(gòu)，圖18和19示出了浮雕結(jié)構(gòu)和靶材的相對(duì)位置。 圖19示出了從圖18的位置開(kāi)始旋轉(zhuǎn)180°后的基板。在圖18的位置中，面211a面向靶 材400,并且通過(guò)濺射所形成的膜主要沉積在面211a上。在圖19的位置中，面211b面向靶 材400,并且通過(guò)濺射所形成的膜主要沉積在面211b上。此時(shí)，可以看出，圖18中靶材400 和面21Ia之間的距離與圖19中靶材400與面21Ib之間的距離不同。靶材與處理目標(biāo)面 之間的距離越大，則沉積量越小。因此，在圖18和19的情況中，面211a上的膜厚度大于面 211b上的膜厚度。從而，即使形成在基板上的浮雕結(jié)構(gòu)相同，膜厚度也會(huì)根據(jù)側(cè)面的方位而 在浮雕結(jié)構(gòu)的側(cè)面之間存在偏差。對(duì)于除大致位于基板中心的浮雕結(jié)構(gòu)以外的所有浮雕結(jié) 構(gòu)，均是如此。
[0021] 因此可以說(shuō)，即使靶材布置在任意位置處，只要靶材傾斜地布置在基板上方（或 者說(shuō)布置成與基板偏離），則仍可觀察到該趨勢(shì)。此外，可以說(shuō)即使傾斜地布置在基板上方 的靶材的數(shù)量大于1，則仍可觀察到該趨勢(shì)。原因是，即使靶材布置在相對(duì)于基板的中心軸 對(duì)稱的位置處，靶材、面21Ia和面21Ib的相對(duì)位置也沒(méi)有變化。換言之，對(duì)于任何靶材，面 211a與靶材之間的距離在彼此面時(shí)較短，而面211b與靶材之間的距離在彼此面對(duì)時(shí)較長(zhǎng)。
[0022] 鑒于上述背景，因此，本發(fā)明的目地是提供一種濺射裝置、膜沉積方法和控制裝 置，使得即使在形成有浮雕結(jié)構(gòu)的基板上，仍能夠確保沉積在浮雕結(jié)構(gòu)的側(cè)面部上的膜在 整個(gè)浮雕結(jié)構(gòu)上具有均勻的膜厚度。
[0023] 為了達(dá)到上述目的，根據(jù)本發(fā)明，提供一種濺射設(shè)備，其包括：基板保持件，所述基 板保持件配置成以能夠旋轉(zhuǎn)的方式保持基板；靶材保持件，所述靶材保持件布置在與所述 基板保持件斜向相對(duì)的位置處，并且配置成支撐至少一個(gè)濺射靶材；位置檢測(cè)構(gòu)件，所述位 置檢測(cè)構(gòu)件檢測(cè)保持在所述基板保持件上的所述基板的旋轉(zhuǎn)位置；以及旋轉(zhuǎn)控制構(gòu)件，所 述旋轉(zhuǎn)控制構(gòu)件根據(jù)由所述位置檢測(cè)構(gòu)件檢測(cè)到的旋轉(zhuǎn)位置來(lái)調(diào)整所述基板的旋轉(zhuǎn)速度， 其中，在將形成有至少一個(gè)浮雕結(jié)構(gòu)的基板放置在所述基板保持件上的情況下，所述旋轉(zhuǎn) 控制構(gòu)件控制所述基板的旋轉(zhuǎn)速度，以使得在待沉積的濺射靶材位于第一方向側(cè)的情況下 所述基板的旋轉(zhuǎn)速度小于在待沉積的濺射靶材位于第二方向側(cè)的情況下所述基板的旋轉(zhuǎn) 速度，所述第一方向與所述浮雕結(jié)構(gòu)的作為處理目標(biāo)面的側(cè)面平行并且與所述基板的面內(nèi) 方向平行，所述第二方向與所述第一方向垂直并且與所述基板的面內(nèi)方向平行。
[0024] 此外，根據(jù)本發(fā)明，提供一種濺射設(shè)備，其包括：基板保持件，所述基板保持件配置 成在間斷地旋轉(zhuǎn)基板的同時(shí)保持所述基板；靶材保持件，所述靶材保持件布置在與所述基 板保持件斜向相對(duì)的位置處，并且配置成支撐至少一個(gè)濺射靶材；位置檢測(cè)構(gòu)件，所述位 置檢測(cè)構(gòu)件檢測(cè)保持在所述基板保持件上的基板的旋轉(zhuǎn)位置；以及旋轉(zhuǎn)控制構(gòu)件，所述旋 轉(zhuǎn)控制構(gòu)件根據(jù)由所述位置檢測(cè)構(gòu)件檢測(cè)到的旋轉(zhuǎn)位置來(lái)調(diào)整所述基板的旋轉(zhuǎn)停止時(shí)間， 其中，在將形成有至少一個(gè)浮雕結(jié)構(gòu)的基板放置在所述基板保持件上的情況下，所述旋轉(zhuǎn) 控制構(gòu)件控制所述基板的旋轉(zhuǎn)停止時(shí)間，以使得在待沉積的濺射靶材位于第一方向側(cè)的情 況下所述基板的旋轉(zhuǎn)停止時(shí)間長(zhǎng)于在待沉積的濺射靶材位于第二方向側(cè)的情況下所述基 板的旋轉(zhuǎn)停止時(shí)間，所述第一方向與所述浮雕結(jié)構(gòu)的作為處理目標(biāo)面的側(cè)面平行并且與所 述基板的面內(nèi)方向平行，所述第二方向與所述第一方向垂直并且與所述基板的面內(nèi)方向平 行。
[0025] 此外，根據(jù)本發(fā)明，提供一種濺射設(shè)備，其包括：基板保持件，所述基板保持件配置 成以能夠旋轉(zhuǎn)的方式保持基板；陰極單元，所述陰極單元配置成對(duì)布置在與所述基板保持 件斜向相對(duì)的位置處的至少一個(gè)濺射靶材進(jìn)行濺射；位置檢測(cè)構(gòu)件，所述位置檢測(cè)構(gòu)件檢 測(cè)保持在所述基板保持件上的基板的旋轉(zhuǎn)位置；以及電力控制構(gòu)件，所述電力控制構(gòu)件根 據(jù)由所述位置檢測(cè)構(gòu)件檢測(cè)到的旋轉(zhuǎn)位置來(lái)調(diào)整所述陰極單元的供給電力，其中，在將形 成有至少一個(gè)浮雕結(jié)構(gòu)的基板放置在所述基板保持件上的情況下，所述電力控制構(gòu)件調(diào)整 所述陰極單元的供給電力，以使得在待沉積的濺射靶材位于第一方向側(cè)的情況下所述陰極 單元的供給電力大于在待沉積的濺射靶材位于第二方向側(cè)的情況下所述陰極單元的供給 電力，所述第一方向與所述浮雕結(jié)構(gòu)的作為處理目標(biāo)面的側(cè)面平行并且與所述基板的面內(nèi) 方向平行，所述第二方向與所述第一方向垂直并且與所述基板的面內(nèi)方向平行。
[0026] 此外，根據(jù)本發(fā)明，提供一種利用濺射的膜沉積方法，包括以下步驟：放置步驟，將 形成有至少一個(gè)浮雕結(jié)構(gòu)的基板放置在能夠旋轉(zhuǎn)的基板保持件上；以及形成步驟，通過(guò)在 旋轉(zhuǎn)所述基板的同時(shí)對(duì)布置在與所述基板斜向相對(duì)的位置處的濺射靶材進(jìn)行濺射，來(lái)在所 述浮雕結(jié)構(gòu)的處理目標(biāo)面上形成膜，其中所述形成步驟包括：形成膜以使得在待沉積的濺 射靶材位于第一方向側(cè)的情況下作為所述處理目標(biāo)面的側(cè)面上的沉積量相對(duì)較大，并且在 待沉積的濺射靶材位于第二方向側(cè)的情況下作為所述處理目標(biāo)面的側(cè)面上的沉積量相對(duì) 較小，所述第一方向與所述基板上的浮雕結(jié)構(gòu)的作為處理目標(biāo)面的側(cè)面平行并且與所述基 板的面內(nèi)方向平行，所述第二方向與所述第一方向垂直并且與所述基板的面內(nèi)方向平行。
[0027] 此外，根據(jù)本發(fā)明，提供一種利用濺射的膜沉積方法，其包括以下步驟：放置步驟， 將形成有至少一個(gè)浮雕結(jié)構(gòu)的基板放置在能夠旋轉(zhuǎn)的基板保持件上；以及形成步驟，通過(guò) 在旋轉(zhuǎn)所述基板的同時(shí)對(duì)布置在與所述基板斜向相對(duì)的位置處的濺射靶材進(jìn)行濺射，來(lái)在 所述浮雕結(jié)構(gòu)的處理目標(biāo)面上形成膜，其中所述形成步驟包括以下步驟：檢測(cè)步驟，檢測(cè)所 述基板的旋轉(zhuǎn)位置；以及調(diào)整步驟，根據(jù)所檢測(cè)到的旋轉(zhuǎn)位置來(lái)調(diào)整所述基板的旋轉(zhuǎn)速度， 并且所述調(diào)整步驟包括：控制所述基板的旋轉(zhuǎn)速度以使得在待沉積的濺射靶材位于第一方 向側(cè)的情況下所述基板的旋轉(zhuǎn)速度小于在待沉積的濺射靶材位于第二方向側(cè)的情況下所 述基板的旋轉(zhuǎn)速度，所述第一方向與所述基板上的浮雕結(jié)構(gòu)的作為所述處理目標(biāo)面的側(cè)面 平行并且與所述基板的面內(nèi)方向平行，所述第二方向與所述第一方向垂直并且與所述基板 的面內(nèi)方向平行。
[0028] 此外，根據(jù)本發(fā)明，提供一種利用濺射的膜沉積方法，包括以下步驟：放置步驟，將 形成有至少一個(gè)浮雕結(jié)構(gòu)的基板放置在能夠旋轉(zhuǎn)的基板保持件上；以及形成步驟，通過(guò)在 間斷地旋轉(zhuǎn)所述基板的同時(shí)對(duì)布置在與所述基板斜向相對(duì)的位置處的濺射靶材進(jìn)行濺射， 來(lái)在所述浮雕結(jié)構(gòu)的處理目標(biāo)面上形成膜，其中所述形成步驟包括以下步驟：檢測(cè)步驟，檢 測(cè)所述基板的旋轉(zhuǎn)位置；以及調(diào)整步驟，根據(jù)所檢測(cè)到的旋轉(zhuǎn)位置來(lái)調(diào)整所述基板的旋轉(zhuǎn) 停止時(shí)間，并且所述調(diào)整步驟包括：控制所述基板的旋轉(zhuǎn)停止時(shí)間以使得在待沉積的濺射 靶材位于第一方向側(cè)的情況下所述基板的旋轉(zhuǎn)停止時(shí)間長(zhǎng)于在待沉積的濺射靶材位于第 二方向側(cè)的情況下所述基板的旋轉(zhuǎn)停止時(shí)間，所述第一方向與所述基板上的浮雕結(jié)構(gòu)的作 為所述處理目標(biāo)面的側(cè)面平行并且與所述基板的面內(nèi)方向平行，所述第二方向與所述第一 方向垂直并且與所述基板的面內(nèi)方向平行。
[0029] 此外，根據(jù)本發(fā)明，提供一種利用濺射的膜沉積方法，包括以下步驟：放置步驟，將 形成有至少一個(gè)浮雕結(jié)構(gòu)的基板放置在能夠旋轉(zhuǎn)的基板保持件上；以及形成步驟，通過(guò)在 旋轉(zhuǎn)所述基板的同時(shí)，利用通過(guò)向陰極單元供給電力所產(chǎn)生的等離子體來(lái)對(duì)布置在與所述 基板斜向相對(duì)的位置處的濺射靶材進(jìn)行濺射，以在所述浮雕結(jié)構(gòu)的處理目標(biāo)面上形成膜， 其中所述形成步驟包括以下步驟：檢測(cè)步驟，檢測(cè)所述基板的旋轉(zhuǎn)位置；以及調(diào)整步驟，根 據(jù)所檢測(cè)到的旋轉(zhuǎn)位置來(lái)調(diào)整所述電力，并且所述調(diào)整步驟包括：調(diào)整所述陰極單元的供 給電力以使得在待沉積的濺射靶材位于第一方向側(cè)的情況下供給至所述陰極單元的電力 大于在待沉積的濺射靶材位于第二方向側(cè)的情況下供給至所述陰極單元的電力，所述第一 方向與所述基板上的浮雕結(jié)構(gòu)的作為所述處理目標(biāo)面的側(cè)面平行并且與所述基板的面內(nèi) 方向平行，所述第二方向與所述第一方向垂直并且與所述基板的面內(nèi)方向平行。
[0030] 此外，根據(jù)本發(fā)明，提供一種用于控制濺射設(shè)備的控制裝置，所述濺射設(shè)備包括： 基板保持件，所述基板保持件配置為以能夠旋轉(zhuǎn)的方式保持基板；靶材保持件，所述靶材保 持件布置在與所述基板保持件斜向相對(duì)的位置處，并且配置成支撐至少一個(gè)濺射靶材；位 置檢測(cè)構(gòu)件，所述位置檢測(cè)構(gòu)件用于檢測(cè)保持在所述基板保持件上的基板的旋轉(zhuǎn)位置；以 及旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)構(gòu)件，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)構(gòu)件用于控制所述基板保持件的旋轉(zhuǎn)，所述控制裝置包括： 用于從所述位置檢測(cè)構(gòu)件獲取關(guān)于所述旋轉(zhuǎn)位置的信息的構(gòu)件；用于生成控制信號(hào)以在將 形成有至少一個(gè)浮雕結(jié)構(gòu)的基板放置在所述基板保持件上的情況下根據(jù)所獲取的關(guān)于所 述旋轉(zhuǎn)位置的信息來(lái)以下述方式控制所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)構(gòu)件的構(gòu)件：使在待沉積的濺射靶材位 于第一方向側(cè)的情況下所述基板的旋轉(zhuǎn)速度小于在待沉積的濺射靶材位于第二方向側(cè)的 情況下所述基板的旋轉(zhuǎn)速度，所述第一方向與所述浮雕結(jié)構(gòu)的作為處理目標(biāo)面的側(cè)面平行 并且與所述基板的面內(nèi)方向平行，所述第二方向與所述第一方向垂直并且與所述基板的面 內(nèi)方向平行；以及用于將所生成的控制信號(hào)