膜沉积装置和膜沉积方法

膜沉积装置和膜沉积方法
【专利摘要】本公开内容涉及膜沉积装置和膜沉积方法。膜沉积装置包括：真空室；圆柱靶，该靶的圆周面与基板相对，并且该靶在真空室中被设置为与基板的传送方向相交；驱动单元，其被配置为旋转地驱动靶；磁场产生器，其设置在靶的内侧；反应性气体流出单元，其被配置为流出反应性气体，该反应性气体流出单元设置在靶的附近；光发射监视器，其被配置为监视在基板和靶之间的位置处且在靶附近的等离子体的光发射强度；以及控制单元，其被配置为控制由驱动单元驱动的靶的旋转速度，以使得由光发射监视器监视的光发射强度接近预设的目标光发射强度。
【专利说明】
膜沉积装置和膜沉积方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及执行反应性溅射的膜沉积装置和方法。
【背景技术】
[0002]常规上，在用于大面积基板(诸如平面显示器面板、太阳能电池面板、用于建筑材 料的玻璃、汽车玻璃等）的膜沉积(或膜制备)的领域中，使用平板矩形靶(target)的磁控溅 射被执行。
[0003]在磁控溅射中，磁场产生器设置(或安置)在靶的周边(主要在背面）以通过由磁场 产生器产生的磁场(B)和施加于靶的电场(E)来使电子执行被称为EXB漂移的运动。因此， 通过使用电子的EXB漂移增大电子密度来高效地执行溅射。
[0004] 另一方面，由于降低成本和提高生产率的要求，通过在反应性气体(例如，02)的引 入之下使用DC放电溅射金属靶等来将化合物薄膜沉积到基板的反应性溅射一直被广泛使 用。这里，化合物薄膜用于将绝缘功能和抗反射功能增加到例如玻璃基板或者沉积在玻璃 基板上的不同用途的膜。
[0005] 在反应性溅射中，已经知道的是，分别具有不同的膜沉积速度和不同的膜质量的 三种状态作为靶的表面状态存在。这三种状态包括金属状态、反应性状态(化合物状态）以 及金属状态和反应性状态之间的过渡状态。在反应性溅射中，滞后(hysteresis)存在于反 应性气体流速改变时的状态的改变中。关于这样的滞后现象，S.Berg等的对反应性气体平 衡进行建模的理论是已知的（参见S.Berg、H.O.Blom、T.Larssor^PC.Nender: J.Vac.Sci.Technol.A，5(1987)，202)。
[0006] 顺便提一下，在使用平板矩形靶的磁控溅射中，已经知道的是，等离子体密度在电 子的EXB漂移的附近位置中增大，膜沉积速度在等离子体密度增大的点处提高，因此基板 上的膜厚度分布变得不均匀（或不平坦）。为了解决这样的不便之处，日本专利申请公开 N〇.S61_037964(下称为专利文献1)提出了通过监视等离子体发射来执行反应性气体流速 的反馈控制的方法。该方法被称为等离子体发射监视、光发射监视等(在下文中，相关方法 被称为PEM)。为了控制基板上的膜厚度分布，重要的是，通过控制反应性气体的流速来控制 靶表面中的化合物的程度。即，重要的是，控制通过靶表面上的溅射的金属化和通过反应性 气体的化合物化之间的平衡。
[0007] 日本专利申请公开N〇.H05-504373(下称为专利文献2)提出了如下膜沉积装置，在 该膜沉积装置中，使用被称为旋转阴极的圆柱靶来代替平板矩形靶，以便改进工艺稳定性 和材料的使用效率。在专利文献2中，基板的传送方向和靶的旋转轴被正交化，并且薄膜通 过在传送基板的同时使靶旋转而被沉积在基板上。顺便提一下，除了旋转阴极之外，以上圆 柱靶还被各式各样地称为圆柱旋转磁控阴极、圆柱阴极等。此外，在通过使用圆柱靶的反应 性溅射使薄膜沉积在基板上的情况下，膜厚度分布取决于靶表面中的化合物(例如，金属氧 化物)的涂覆率。
[0008] 日本专利申请公开No.2012-530851(下称为专利文献3)提出了到目前为止在圆柱 靶中执行反应性溅射的情况下通过使用PEM来控制该靶的表面上的化合物的涂覆率的方 法。
[0009] 在专利文献1中，尽管使用平板矩形靶，但是在测量等离子体发射以使基板上的膜 厚度分布均匀的同时调整从每个气体引入端口供给的反应性气体量的方法已经被提出。可 设想通过将专利文献1的方法应用于专利文献2来在圆柱靶中通过PEM控制反应性气体流 速。
[0010] 然而，当反应性气体分别从多个气体引入端口供给靶时，从不同气体引入端口供 给的这些气体混合，因此干扰其他气体。由于这样的复杂的相互干扰，难以仅通过控制反应 性气体流速来使靶表面上的化合物的程度在旋转轴方向上均匀。而且，因为圆柱靶旋转，所 以存在如下问题，即，靶表面上的化合物的程度在旋转方向上也变得不均匀，并因此膜沉积 速度变得不均匀。结果，在基板的传送方向和与基板的传送方向相交的宽度方向上，基板上 的薄膜的膜厚度分布不均匀。即，为了实现基板上的膜厚度分布的均匀化，有必要在靶表面 上使化合物的程度在旋转方向（圆周方向）和旋转轴的方向上均匀化。
[0011] 另一方面，在专利文献3中，为了防止产生带条纹的膜，除了反应性气体的流速控 制之外，还提出了将靶电压改变的周期与靶的旋转匹配的方法。然而，尽管可以防止在基板 的传送方向上产生带条纹的膜，但是有必要提供用于在基板上使膜厚度分布在宽度方向上 均匀化的另一改进方法。

【发明内容】

[0012] 本发明旨在提供如下膜沉积装置和方法：当使用圆柱靶执行反应性溅射时，该膜 沉积装置和方法使膜厚度分布在沉积在基板上的膜的传送方向和垂直于传送方向的方向 上均匀化。
[0013] 根据本发明的一方面，提供了一种膜沉积装置，该膜沉积装置包括:真空室；圆柱 靶，该靶的圆周面与基板相对，并且该靶在真空室中被设置为与基板的传送方向相交;驱动 单元，其被配置为旋转地驱动靶;磁场产生器，其设置在靶的内侧；以及反应性气体流出单 元，其被配置为流出反应性气体，该反应性气体流出单元设置在靶的附近，其中，膜沉积装 置还包括光发射监视器和控制单元，光发射监视器被配置为监视在基板和靶之间的位置处 且在靶附近的等离子体的光发射强度(量），控制单元被配置为控制由驱动单元驱动的靶的 旋转速度，以使得光发射监视器监视的光发射强度接近预设的目标光发射强度。
[0014] 根据本发明的另一方面，提供了一种膜沉积方法，通过该膜沉积方法，由驱动单元 旋转地驱动的圆柱靶的圆周面与基板相对，靶在真空室中被设置为使得靶的旋转轴与基板 的传送方向相交，当通过磁控溅射将膜沉积在基板的表面上时，通过从设置在靶附近的反 应性气体流出单元流出反应性气体在靶的表面上形成化合物，并且光发射监视器监视在基 板和靶之间的位置处且在靶附近的等离子体的光发射强度，所述膜沉积方法包括:获得光 发射监视器监视的光发射强度;并且控制由驱动单元驱动的靶的旋转速度，以使得获得的 光发射强度接近预设的目标光发射强度。
[0015] 从以下参照附图对示例性实施例的描述，本发明的进一步的特征将变得清楚。
【附图说明】
[0016] 图1是用于描述根据本发明的实施例的膜沉积装置的示意性组成的示图。
[0017] 图2是用于描述膜沉积速度对反应性气体流速的曲线图。
[0018] 图3是用于描述阴极单元中的电子的移动和等离子体密度的示图。
[0019] 图4是用于描述从祀的旋转轴延伸的方向看到的祀对和反应性气体流出单元的示 图。
[0020] 图5是用于描述根据实施例的膜沉积方法的流程图。
[0021] 图6是用于描述例子1中的对于离基板的中心位置的宽度方向距离通过测量膜厚 度的相对值而获得的结果的曲线图。
[0022] 图7是用于描述例子2中的对于离基板的中心位置的宽度方向距离通过测量膜厚 度的相对值而获得的结果的曲线图。
[0023] 图8是用于描述例子3中的获得发射光谱的光发射监视器的安装场所的示图。
[0024] 图9是用于描述在例子2的膜沉积条件下通过用光发射监视器测量当增加和减少 从中心处的反应性气体流出单元供给的〇2气体时的光发射强度而获得的结果的曲线图。
[0025] 图10是用于描述在例子3的膜沉积条件下通过用光发射监视器测量当增加和减少 从中心处的反应性气体流出单元供给的〇2气体时的光发射强度而获得的结果的曲线图。
[0026] 图11是用于描述通过比较当在例子3的膜沉积条件下改变靶对的旋转方向时基板 的宽度方向上的膜厚度分布的相对值而获得的结果的曲线图。
【具体实施方式】
[0027] 在下文中，将根据附图来详细描述本发明的实施例。图1是用于描述根据本发明的 实施例的膜沉积装置的示意性组成的示图。图2是用于描述膜沉积速度对反应性气体流速 的曲线图。
[0028] 首先，将参照图2来描述反应性溅射中的反应性气体流速和膜沉积速度之间的关 系。在反应性溅射中，已经知道的是，分别具有不同的膜沉积速度和不同的膜质量的三种状 态作为靶的表面状态存在。这三种状态包括金属状态、反应性状态(化合物状态）以及金属 状态和反应性状态之间的过渡状态。这三种状态的存在原因在于反应性气体与靶的表面上 的原子反应并且靶的表面被涂覆化合物的事实。
[0029]在反应性状态中，其量足以在靶的表面上维持化合物的反应性气体存在（图2中的 气体流速区域III)。在该反应性状态的情况下，可以容易获得在满足足够推进反应的状态 下的化学计量比的化合物，然而，与其他两种状态相比，出现使膜沉积速度延迟这样的特 性。靶上的化合物膜的结合力或者靶材料和化合物膜之间的结合力大于靶材料(诸如金属 等)的结合力。为了在打破结合之后通过对靶执行溅射来获得化合物，更多的能量是有必要 的。因此，化合物的溅射速率变得低于金属的溅射速率，并且当沉积化合物的膜时的膜沉积 速度降低。此外，尽管为了维持溅射现象需要从靶供给二次电子，但是从化合物发射的二次 电子的量被视为作为物质特有的值的二次电子发射系数。一般地，化合物的二次电子发射 系数中的大多数大于金属的二次电子发射系数，并且放电电压由于该效应而降低。即，将照 射到靶的离子的加速能量减小，并且化合物的膜沉积速度降低。
[0030]在金属状态中，其量足以在靶的表面上形成化合物的反应性气体不存在（图2中的 气体流速区域I)，并且靶的表面处于金属的比率变得大于化合物的比率的状态。结果，尽管 膜沉积速度增加，但是将沉积的薄膜变为处于反应不被足够地推进的状态的金属薄膜。因 此，因为反应不足，通常发生未能实现必要的膜功能的结果。
[0031]在过渡状态中，其量与反应性状态和金属状态之间的这样的量对应的反应性气体 存在（图2中的气体流速区域II)。化合物部分地形成在靶的表面上，并且化合物溅射和金属 溅射处于混合状态。因此，与反应性状态的情况相比，膜沉积速度增加。存在这样的特征， 即，可以获得其反应根据条件被足够地推进的化合物。然而，过渡状态是极其不稳定的状 ??τ 〇
[0032 ]考虑从与图2中的点Α对应的反应性状态降低反应性气体流速的情况。靶的表面被 涂覆化合物，直到与点B对应的状态为止。在该区域(图2中的气体流速区域II)中，即使金属 表面由于靶的表面上的化合物被溅射的过程而出现，金属表面也立即与反应性气体反应， 并且该表面再次被涂覆化合物。当反应性气体流速进一步从与点B对应的状态降低时，在靶 的表面上出现的金属表面上形成化合物所需的反应气体量缺乏。然后，不仅化合物溅射、而 且金属溅射从金属表面开始。通过金属溅射形成的金属用作反应性气体的栗(吸除效应）， 并且被引入的反应性气体的一部分在该栗处被消耗，并且在对靶的金属表面执行的反应中 将使用的反应性气体进一步缺乏。结果，靶的表面上的金属状态的比率迅速增大，并且如虚 线所指示的，状态从化合状态的点B转变到金属状态的点D。此外，在从金属状态提高反应性 气体流速的情况下，迅速的状态改变类似地发生，并且状态沿着虚线从金属状态的点C转变 到反应性状态的点A。结果，在反应性溅射中，构成滞后。
[0033] 图1中所示的膜沉积装置100通过根据反应性溅射的磁控溅射将化合物薄膜（例 如，抗反射膜)沉积在基板106的其上将沉积膜的表面上。顺便提一下，图1中所指示的X-Y-Z 方向是相互正交的方向。
[0034] 膜沉积装置100具有真空室102、阴极单元103以及驱动单元104。此外，膜沉积装置 100具有反应性气体流出单元l〇5、AC电源107、惰性气体流出单元108、质量流量控制器109、 质量流量控制器110、光发射监视器111、分光镜112、传送设备113以及控制装置130。
[0035] 用于将基板106从外部搬入到内部的搬入端口 114以及用于将基板106从内部搬到 外部的搬出端口 115形成在真空室102处。未示出的负载锁定室(LL室)连接到搬入端口 114。
[0036] 传送设备113设置在真空室102的内部（以及外部）。传送设备113通过搬入端口 114 将基板106搬入到真空室102的内部，并且在膜正在真空室102内部的基板106的表面上沉积 的同时传送基板106,然后在沉积膜之后通过搬出端口 115将基板106搬到真空室102的外 部。传送设备113传送基板106的传送方向被假定为X方向。传送设备113由例如辊等构成。传 送设备113可以具有基板106被安装在其上的传送保持器。在该情况下，希望的是具有通过 使传送保持器电绝缘来在基板被搬入到内部时将等离子体改变抑制到最低水平的机构。 [0037]阴极单元103具有圆柱靶121和磁场产生器122,圆柱靶121是溅射源，设置在真空 室102的内部，磁场产生器122设置在靶121的内侧。靶121由金属(例如，Si)构成。在本实施 例中，每个阴极单元103 (靶121)是其纵向方向是旋转轴方向的长物体。
[0038]靶121以与基板106的传送方向（X方向）相交（正交地相交）的状态设置在真空室 102的内部，以使得每个靶121的圆周面与基板106相对。即，靶121设置在真空室102的内部， 以使得每个靶121的旋转轴变得平行于与X方向相交(正交地相交)的Y方向。
[0039]设置在真空室102的外部并且通过真空室102的壁部分与靶121连接的驱动单元 104旋转地驱动靶121。磁场产生器122通过未示出的支撑构件固定到真空室102。在本实施 例中，膜沉积装置100具有阴极单元103对和驱动单元104对。阴极单元103对以具有间隔的 状态设置在传送方向（X方向）上。每个驱动单元104可以独立地调整每个靶121的旋转速度 (包括旋转方向）。
[0040]反应性气体流出单元105设置在真空室102的内部。作为反应性气体源和流速控制 单元的质量流量控制器110设置在真空室102的外部。反应性气体流出单元105通过气管与 质量流量控制器110连接。质量流量控制器110在控制反应性气体流速的同时输出反应性气 体。反应性气体例如是氧气(〇 2)气体。
[0041 ]以延伸到每个靶121的旋转轴方向（Y方向）的状态形成的每个反应性气体流出单 元105具有使每个质量流量控制器110供给的反应性气体流到真空室102的内部的一个或多 个流出端口（在本实施例中，多个流出端口）。流出端口以开向基板106的方向（-Z方向）的状 态形成。反应性气体流出单元105设置在革E1121的附近。从每个反应性气体流出单元105流出 的反应性气体与每个靶121的表面上的金属组合，并且形成作为化合物的金属氧化物，例 如，Si〇2。
[0042] 多个反应性气体流出单元105以彼此具有间隔的状态设置在靶121的旋转轴方向 (Y方向）上。设置其数量与反应性气体流出单元105的数量相同的质量流量控制器110。在本 实施例中，反应性气体流出单元10 5的数量和质量流量控制器110的数量分别为三个。反应 性气体流出单元105与质量流量控制器110以一对一关系的方式通过管连接。因此，将从每 个反应性气体流出单元105流出的气体的量可以被每个质量流量控制器110独立地调整。
[0043] 作为反应性气体，不限于氧气(02)气体，而例如氮气(N2)气体也是可用的。
[0044] 惰性气体流出单元108设置在真空室102的内部。作为惰性气体源和惰性气体流速 控制单元的质量流量控制器109设置在真空室102的外部。惰性气体流出单元108通过气管 与质量流量控制器109连接。质量流量控制器109在控制惰性气体流速的同时输出惰性气 体。惰性气体例如是作为稀有气体的Ar(氩气)气体。
[0045] 惰性气体流出单元108具有使从质量流量控制器109供给的惰性气体流到真空室 102的内部的流出端口。惰性气体流出单元108设置在靶121的附近。从惰性气体流出单元 108流出的Ar气体通过放电而被离子化以变为惰性气体离子(例如，Ar离子）。溅射颗粒(例 如，Si0 2颗粒)通过这些惰性气体离子与靶121的表面碰撞的过程从靶121发射。然后，作为 氧化物膜的薄膜(例如，Si0 2膜)通过溅射颗粒粘附到基板106的表面的现象沉积在基板106 上。
[0046] 作为惰性气体，不限于Ar气体，如果它是具有能够在工业上执行溅射的质量的惰 性气体的话。即，由Ne气体、Ar气体、Xe气体、Kr气体和Rn气体之中的至少一种气体组成的这 样的惰性气体是可用的。具体地说，Ne气体、Ar气体、Xe气体、Kr气体和Rn气体中的一种气体 或者这些气体之中的两种或更多种气体组成的混合气体也是可用的。
[0047] 在本实施例中，当氧化物膜被沉积时，氧化物膜作为绝缘体充电。结果，容易产生 异常放电的这样的状态发生。因此，作为抑制异常放电的方法，用于通过AC电源107交替地 将AC电压施加于靶121对的AC系统通过将两件阴极单元103视为一个阴极单元对而被采用。 为了使将沉积在基板106上的薄膜的厚度达到总膜厚度，可以构成的是将多组阴极单元103 对设置在传送方向（X方向）上，如果必要的话。
[0048] 监视等离子体的光发射强度(量)的每个光发射监视器111是具有准直透镜的监视 器单元。多个光发射监视器111(在本实施例中，三个单元）以具有间隔的状态设置在靶121 的旋转轴方向（Y方向）上。设置在靶121附近的光发射监视器111监视靶121的表面附近、基 板106的表面和靶121的表面之间的等离子体的光发射强度。
[0049] 希望的是，至少三个光发射监视器111以如下方式设置:一个单元设置在靶121的 纵向方向（Y方向）的中心位置处而其他单元设置在中心位置的周边位置处。每个周边位置 可以在从确保将沉积在基板106上的膜的厚度所需的部分的正上方起的中心侧。关于设置 光发射监视器111的方法，光发射监视器111可以对于两个阴极单元103设置在至少一个阴 极单元103的周边位置处。在该情况下，光发射监视器111被设置为能够观察对于基板106的 水平方向（在图1中，-X方向）上的等离子体。
[0050] 分光镜112设置在真空室102的外部。各光发射监视器111通过例如光纤连接到分 光镜112。另外，分光镜112连接到控制装置130，控制装置130是控制单元。分光镜112使输入 的等离子体发射在光谱上分散，并且将光谱分散的发射转换为用于每个波长的电信号，然 后将转换的信号输出到控制装置130。
[0051] 控制装置130是由计算机构成的信息处理终端。控制装置130通过分光镜112获得 指示在光发射监视器111处监视的等离子体的光发射强度的信号。关于分光镜112所必需的 波长范围，可以是这样的范围，该范围能够获得包括测量中所必需的波长的范围的光谱。控 制装置130从在分光镜112处光谱分散的光发射光谱的数据选择性地获得包括紫外线、可见 光线和红外线的区域中的某一特定波长的光发射强度的数据。顺便提一下，尽管未示出，但 是可以构成的是通过使用带通滤光器和光电倍增管、而不是分光镜112来仅选择和获得特 定波长的光发射强度。
[0052] 图3是用于描述阴极单元103中的电子的移动和等离子体密度的示图。通过根据图 1中所示的磁场产生器122的电子的EXB漂移，电子在靶121上沿逆时针方向E1移动。在该移 动的过程中，产生等离子体P1，并且在该等离子体产生的地方发生溅射。此时，众所周知的 是，由于在其中电子的漂移方向改变的地方R1中的磁场等改变，电子的剩余时间增加。在该 地方R1中，等离子体密度增大，并且作为等离子体密度增大的结果，膜沉积速度趋向于变成 高速。
[0053] 假定革E1121的旋转速度固定在恒定速度以变为某一值的情况。除了由于磁场产生 器122导致的膜沉积速度的不均匀性之外，还由于每个靶121的表面上的化合物的程度根据 旋转方向的不均匀性，膜沉积速度的不均匀性(或不平坦性)在圆柱靶121处有时也在电子 的漂移方向改变的地方R1和R1之间发生。结果，基板106上的膜厚度分布的不均匀性（即，不 对称性)有时在平行于靶121的旋转轴的方向上(即，在宽度方向上)发生。
[0054] 在光发射监视器111处监视的光发射强度和靶121的表面上的化合物的状态（即， 膜沉积速度)成对应关系，并且靶121的表面上的化合物的状态可以通过控制靶121的旋转 速度来控制。
[0055] 因此，在本实施例中，控制装置130将获得的光发射强度(量）的值视为控制量。每 个靶121的旋转速度(包括旋转方向）通过反馈控制(诸如P ID (比例积分微分)控制)进行控 制，以使得该控制量被稳定地维持以变为先前设置的目标值（目标光发射强度）。即，控制装 置130控制由于驱动单元104的驱动而导致的靶121的旋转速度，以使得由相应的多个光发 射监视器111监视的相应的光发射强度接近先前设置的目标光发射强度。
[0056]尽管难以使多个光发射监视器111分别监视的所有的光发射强度都与目标光发射 强度一致（匹配），但是可以通过控制靶121的旋转速度来使光发射强度改变从而使得在光 发射监视器111处监视的光发射强度接近目标光发射强度。作为以上控制的结果，所有的光 发射强度都可以保持在目标光发射强度的容许范围内。顺便提一下，可以控制的是控制装 置130计算在多个光发射监视器111处监视的光发射强度的值的平均，以使得平均值接近目 标光发射强度。另外，光发射监视器111的数量可以是一个，在该情况下，控制装置130可以 执行控制以使得在该一个光发射监视器111处监视的光发射强度接近目标光发射强度。 [0057]以这种方式，通过控制靶121的旋转速度，可以使靶121的表面上的化合物的程度 均匀化为目标程度，并且基板106的宽度方向上的膜厚度分布可以均匀化。此外，基板106的 传送方向上的膜厚度分布也可以通过在传送基板106的过程中控制靶121的旋转速度而均 匀化。因此，根据本实施例，当通过使用圆柱靶121执行反应性溅射时，将沉积在基板106上 的膜的传送方向和垂直于该传送方向的方向上的膜厚度分布可以均匀化。
[0058] 图4是用于描述从靶121的旋转轴延伸的方向（Y方向）看到的靶121对和反应性气 体流出单元105的示图。如上所述，膜沉积装置100具有靶121对。尽管靶121对的旋转方向可 以被设置为彼此相同的方向，但是在本实施例中，靶121对的旋转方向被设置为彼此相反的 方向。即，控制装置130控制根据每个驱动单元104的驱动的每个靶121的旋转速度，每个驱 动单元104的驱动使得靶121对沿彼此相反的方向旋转。在图4中，在靶121对中，在基板106 的传送方向上的上游侧的靶121的旋转方向RA被设置为与基板106的传送方向相同，在基板 106的传送方向上的下游侧的靶121的旋转方向RB被设置为与基板106的传送方向相反的方 向。
[0059] 在靶121对的旋转方向被设置为相同方向的情况下，在一个靶121中在反应性气体 被供给之后执行溅射，在另一个靶121中在反应性气体被供给之前执行溅射。因此，根据一 个靶121的膜沉积速度变得低于根据另一个靶121的膜沉积速度，并且易于在膜质量中发生 分散。
[0060] 另一方面，在本实施例中，因为靶121对的旋转方向被设置为彼此相反的方向，所 以在两个靶121中，在反应性气体被供给之后或者在反应性气体被供给之前执行溅射。因 此，根据靶121对的各靶的膜沉积速度彼此接近，并且基板106中的膜质量可以均匀化。
[0061] 如图4所示，每个反应性气体流出单元105设置在由两件构成一对的阴极单元103 (靶单元121)之间的位置上，并且设置在离旋转轴121a比基板106的位置远的一侧。
[0062] 即，每个反应性气体流出单元105(具体地，每个流出端口）在+Z方向上设置在离基 板106比靶121的每个旋转轴121a的位置远的一侧，并且反应性气体流到基板106的一侧(-Z 方向）。此外，希望的是，反应性气体流出单元1〇5(具体地，流出端口）设置在Z方向上不超过 靶121的大小（圆周）的位置上。优选的是，反应性气体流出单元105在靶121的纵向方向（Y方 向）上设置在至少三个部分上，这三个部分是两个末端部分和中心部分。
[0063] 此外，在本实施例中，控制装置130根据分别由多个光发射监视器111监视的每个 光发射强度来控制根据每个质量流量控制器110的反应性气体的流速。因此，基板106的宽 度方向上的膜厚度可以更有效地均匀化。
[0064] 接着，将参照图5来描述通过使用本实施例的膜沉积装置100来沉积氧化物膜(抗 反射膜)的处理过程。图5是用于描述根据本发明的实施例的膜沉积方法的流程图。
[0065] 首先，在图1中所示的真空室102在大气中打开之后，将基板106从未示出的负载锁 定室(LL室)传递通过搬入端口 114，搬入到真空室102的内部(S1:基板搬入步骤）。
[0066] 接着，通过使用未示出的真空栗来将真空室102抽空以达到等于或小于IX 10-3 [Pa]的这样的水平(S2:抽真空处理）。
[0067] 接着，从惰性气体流出单元108供给稀有气体，诸如Ar气体等，同时从反应性气体 流出单元105供给作为反应性气体的氧气(0 2)气体(S3:气体供给步骤）。在该情况下，将AC 电压从AC电源107供给由两件构成一对的阴极单元103对，以开始放电。在附连到靶121的表 面的污染物或氧化物需要被移除的情况下，在将基板106传送到膜沉积的区域之前，执行预 溅射。
[0068]在真空室102的内部传送基板106(S4:传送步骤）。控制装置130获得在传送基板 106的过程中在光发射监视器111处监视的光发射强度的数据(S5:获得步骤）。
[0069]然后，如上所述，控制装置130控制根据驱动单元104的驱动的靶121的旋转速度， 以使得光发射强度接近先前设置的目标光发射强度(S6:速度控制步骤）。
[0070] 此外，如上所述，控制装置130根据相应的多个光发射监视器111监视的每个光发 射强度来控制根据质量流量控制器110的反应性气体流速(S7:流速控制步骤）。
[0071] 控制装置130判定基板106的膜沉积是否完成（S8:判定步骤），并且在膜沉积完成 (S8中的"是"）时，将基板106从真空室102搬出。在当前沉积膜(S8中的"否"）时，流程返回到 S4中的处理。
[0072] 以这种方式，通过基板106通过放电的靶121的附近的操作来在基板106的表面上 沉积薄膜(例如，光学薄膜）。
[0073] 如上所述，根据本实施例，可以通过控制靶121的氧涂覆比来在基板106中实现平 行于靶121的旋转轴的Y方向上的膜厚度分布的均匀化。
[0074] 【例子】
[0075] (例子 1)
[0076] 接着，在根据上述实施例的膜沉积装置100处在以下条件下在玻璃基板106上沉积 抗反射膜。
[0077]基板大小：宽度 1850[mm] X长度 1250[mm] X厚度2.0[mm]
[0078] 基板保持器:宽度1900[mm] X长度1400[mm]
[0079] 基板传送：1450[mm/分钟]
[0080]排气机构:涡轮分子栗、干式栗
[0081] 电源:AC 系统(40[kHz])
[0082] 靶的形状:直径(M90[mm]X厚度2200[mm]
[0083] 靶之间的距离:90[mm](靶的中心部分之间的距离:250[mm])
[0084] 靶的材料:Si
[0085] 惰性气体:Ar
[0086] 反应性气体:02
[0087] 反应性气体流出端口 ：三划分端口（两个末端部分490[mm]，中心部分1130[mm])
[0088]极限压力：1X10-4[Pa]
[0089] 作为惰性气体的Ar气体被设置为从惰性气体流出单元108引入到真空室102中，并 且反应性气体〇2被设置为从反应性气体流出单元105引入到真空室102中。
[0090] 关于Ar气体的流速控制，通过使用质量流量控制器109来使流速恒定在300 [sccm]。通过使用相应的质量流量控制器110从图1中所示的反应性气体流出单元105的三 个部分供给〇2气体。
[0091] 在例子1中的三个反应性气体流出单元105之中，设置在中心部分处的反应性气体 流出单元105的长度被设置为1130[mm]，设置在两个末端部分处的反应性气体流出单元105 的长度被设置为490[mm]。从设置在中心部分处的反应性气体流出单元105供给的0 2气体的 量被设置为32.5[SCCm]，从设置在两个末端部分处的反应性气体流出单元105供给的0 2气 体的量被设置为6 · 5[seem] 〇
[0092] 通过控制设置在涡轮分子栗和真空室102之间的连接部分处的用于调整压力的阀 打开/关闭量来使真空室102中的混合气体的总压力恒定在1.0[Pa]。
[0093] 通过将两件阴极单元103视为一对阴极单元来由AC电源107将AC电压施加于靶121 对，从而交替地将6000[W]的电力施加于靶121对来执行溅射。
[0094]靶121对在放电之前被驱动单元104以20[rpm]的旋转速度旋转。在靶121对中，一 个靶121的旋转方向RA被设置为与如图4中所示的基板106的传送方向相同的方向（向前的 方向），另一个靶121的旋转方向RB被设置为与基板106的传送方向相反的方向。
[0095]接着，将基板106设置在其宽度为1900[mm]的传送盘上，并且以1450[mm/分钟]的 速度传送基板106。基板106和革E121之间的最接近的距离被设置为80[mm]。在放电状态下基 板106通过真空室19次之后，在大气中打开真空室102。
[0096] 通过使用光学膜厚度计量器在宽度方向上总共16个点（即，关于传送方向从基板 106的中心位置朝向宽度方向上的两个末端，间隔为大约130 [mm ]的八个点）处测量沉积在 基板106上的光学薄膜的厚度。图6是用于描述例子1中的对于离基板106的中心位置的宽度 方向距离通过测量膜厚度的相对值而获得的结果的曲线图。在图6中，指示了测量的膜厚度 的最大值被认为是基准的情况下的各被测部分的相对值。
[0097] 在例子1中，当两个靶121在向前/相反方向上旋转时的膜厚度的最大值为103 [mm]。从该结果表明，在基板106的宽度方向上的一侧916[mm]的区域处，膜厚度分布等于或 小于±4[%]。
[0098] 对于旋转方向，确认的是，即使在两个靶121仅旋转方向关于向前/相反方向相反 地改变的条件下，趋势也与上述结果中的趋势相同。
[0099] (例子2)
[0100] 作为例子2,对于靶121对的旋转方向对于两个靶来说都被设置为与基板106的传 送方向相同的方向的情况、以及以上旋转方向对于两个靶来说都被设置为与以上传送方向 相反的方向的情况，沉积抗反射膜。图7是用于描述例子2中的对于离基板106的中心位置的 宽度方向距离通过测量膜厚度的相对值而获得的结果的曲线图。
[0101] 如图7中所指示的，基板106的宽度方向上的膜厚度分布约为±8[ % ]，而不取决于 靶121的旋转方向。从该事实理解，例子1具有这样的效果，该效果可以将膜厚度分布改进得 比例子2的效果更优异。即，关于靶121对的旋转方向表明，相对于基板106传送方向的相同 方向和相反方向或者相反方向和相同方向的组合的情况好于两个都是相同方向或两个都 是相反方向的组合。
[0102] (例子3)
[0103] 将指示当膜沉积速度均匀化时使用等离子体发射的情况。通过在放电时间段内使 用每个具有准直透镜的光发射监视器111来收集等离子体中的光发射，并且经由光纤通过 分光镜112获得光发射光谱。使用其波长范围为200至1100 [nm]、波长分辨率为1.4[nm]的分 光镜112。从放电时间段内的光发射光谱获得与金属材料Si相关的波长(288[nm])的光发射 强度。用计数表达的光发射强度是其值由光发射的处理、获得间隔和积分时间改变的相对 指标。
[0104] 数据收集由通过USB(通用串行总线)连接到分光镜112的控制装置130执行。这里， 光发射强度(光发射量)用作取决于膜沉积速度的量。
[0105] 图8是用于描述例子3中的获得光发射光谱的光发射监视器的安装地方的示图。如 图8所示，光发射监视器111B设置在靶121的中心位置的附近，光发射监视器111A和111C分 别设置在靶121的末端部分的附近。关于光发射监视器11A和11C的安装地方，希望的是将它 们设置在靶121的最末端部分的附近以用于沉积对于基板106必需的膜厚度。在例子3中，光 发射监视器111A和111C的安装地方被设置为这样的部分，该部分设置在离靶121的中心的 距离分别为900[mm]的两侧。驱动单元104可以控制靶121的旋转速度(包括旋转方向），以使 得通过分别设置在三个部分上的光发射监视器111A至111C获得的光发射强度变为预设的 目标强度。
[0106] 表1中指示了以下情况之间的与金属材料Si相关的波长(288[nm])的光发射强度 比：靶121的旋转方向处于两件靶121都以与基板106的传送方向相同的方向旋转的状态的 情况、以及靶121的旋转方向处于两件靶121以与基板106的传送方向相同的方向和相反的 方向的组合旋转的状态的情况。
[0107] 表1
[0108]
[0109] 表1中的数值(这些数值是各光发射监视器111A至111C的光发射强度比)是通过将 例子2中的光发射光谱与基准(将例子3中当膜厚度分布等于或小于±4[ % ]时的光发射光 谱视为基准）进行比较而获得的这样的数值。作为实验条件，Ar气体流速被设置为300 [sccm]。中心部分处的流出〇2气体的反应性气体流出单元105的长度被设置为1130[mm]，两 个末端部分处的反应性气体流出单元105的长度被设置为490[mm]。中心部分处的反应性气 体流出单元105的0 2气体供给量被设置为32.5[SCCm]，两个末端部分处的反应性气体流出 单元105的0 2气体供给量被设置为6.5 [seem]。
[0110] 使真空室102的总压力恒定在1.0[Pa]，AC电源107通过将两件靶121视为一个靶对 来将AC电压施加于靶121对，并且将6000[W]的电力施加于靶121对。对于两个靶，靶121对的 旋转速度固定在20[rpm]。
[0111] 在旋转方向是相同方向的例子2的情况下，从表1表明光发射光谱的强度比根据膜 厚度的水平而增大，并且膜沉积速度由于上述长靶独有的等离子体密度的偏离而增大。根 据该结果，使膜厚度分布均匀化的效果可以通过使用等离子体发射改变靶121的旋转速度 来确认。
[0112] 图9是用于描述在例子2的膜沉积条件下通过用光发射监视器111A、111B和111C测 量当增加和减少从中心处的反应性气体流出单元105供给的0 2气体时的光发射强度而获得 的结果的曲线图。图10是用于描述在例子3的膜沉积条件下通过用光发射监视器111A、111B 和111C测量当增加和减少从中心处的反应性气体流出单元105供给的〇2气体时的光发射强 度而获得的结果的曲线图。顺便提一下，从中心部分处的反应性气体流出单元105供给的0 2 气体以0至56[SCCm]的流速增加和减少。与金属材料Si相关的波长(288[nm])的光发射强度 用光发射监视器111A、111B和111C测量。
[0113] 图9和图10中的白色圆圈指示当02气体量改变以致减少时的光发射强度。图9和图 10中的黑色圆圈指示当〇 2气体量改变以致增加时的光发射强度。
[0114] 关于靶121对的旋转方向，在如例子2中那样靶121对旋转到向前/向前方向的情况 下，当流速为35[seem] (LA)以致降低〇2气体流速（白色圆圈）时，表明光发射强度取决于光 发射监视器111A、111B和111C而显著不同。关于该结果，观察到的是，氧涂覆比在靶121附近 是不同的，并且膜沉积速度如前所述那样改变。另一方面，如图10中那样，在例子3中，当流 速为35[ SCCm](LB)以致降低02气体流速（白色圆圈）时，靶121附近的光发射强度是一致的， 并且膜沉积速度取决于旋转方向变得均匀的效果被证明。
[0115] 图11是用于描述通过比较在例子3的膜沉积条件下改变靶121对的旋转方向时基 板106的宽度方向上的膜厚度分布的相对值而获得的结果的曲线图。在图11中，指示了当靶 121对在向前/向前方向上旋转并且旋转速度变为10[rpm]、20[rpm]和40[rpm]时基板106的 宽度方向上的膜厚度分布的相对值的结果，并且指示了当靶121对在向前/相反方向上旋转 并且旋转速度被设置为20[rpm]时基板106的宽度方向上的膜厚度分布的相对值的结果。从 图11表明，基板106的膜厚度分布通过控制靶121的旋转速度而改变。该事实表明靶121的表 面氧涂覆比也可以由旋转速度控制，并且表明可以实现基板106的宽度方向上的膜厚度分 布取决于旋转速度的均匀化。
[0116] 如上所述，根据反应性溅射中的大尺寸基板106的宽度方向上的膜沉积速度的均 匀化，变得可以沉积生产率优异并且质量高的光学膜或绝缘膜。
[0117] 根据本发明，当通过使用圆柱靶执行反应性溅射时，可以使沉积在基板上的膜的 传送方向和垂直于该传送方向的方向上的膜厚度分布均匀化。
[0118]虽然已经参照示例性实施例描述了本发明，但是要理解本发明不限于所公开的示 例性实施例。所附权利要求的范围应遵循最宽泛的解释，以便包含所有这样的修改以及等 同的结构和功能。
【主权项】
1. 一种膜沉积装置，其特征在于，包括： 真空室； 圆柱靶，所述靶的圆周面与基板相对，并且所述靶设置在真空室中以与基板的传送方 向相交； 驱动单元，所述驱动单元被配置为旋转地驱动所述靶； 磁场产生器，所述磁场产生器设置在所述靶的内侧；以及 反应性气体流出单元，所述反应性气体流出单元被配置为流出反应性气体，所述反应 性气体流出单元设置在所述靶的附近， 其中，所述膜沉积装置还包括： 光发射监视器，所述光发射监视器被配置为监视在基板和所述靶之间的位置处且在所 述靶附近的等离子体的光发射强度，以及 控制单元，所述控制单元被配置为控制由所述驱动单元驱动的所述靶的旋转速度，以 使得由所述光发射监视器监视的光发射强度接近预设的目标光发射强度。2. 根据权利要求1所述的膜沉积装置， 其中，存在靶对、磁场产生器对以及驱动单元对， 其中，所述靶对按间隔设置在所述传送方向上， 其中，所述反应性气体流出单元设置在所述靶对之间，以及 其中，所述控制单元被配置为控制由每个驱动单元驱动的每个靶的旋转速度，以使得 所述靶对中的靶相互相反地旋转。3. 根据权利要求2所述的膜沉积装置， 其中，所述反应性气体流出单元设置在离基板比靶的旋转轴远的位置处，并且被配置 为使反应性气体流到基板一侧。4. 根据权利要求1所述的膜沉积装置， 其中，多个反应性气体流出单元和多个光发射监视器分别按间隔设置在所述靶的旋转 轴的方向上， 其中，所述膜沉积装置还包括流速控制单元，所述流速控制单元被配置为调整从每个 反应性气体流出单元流出的反应性气体的流速，以及 其中，所述控制单元被配置为根据由所述多个光发射监视器中的每个光发射监视器监 视的每个光发射强度来控制将被流速控制单元调整的反应性气体的流速。5. -种膜沉积方法，其特征在于，通过所述膜沉积方法，由驱动单元旋转地驱动的圆柱 靶的圆周面与基板相对，所述靶设置在真空室中以使得所述靶的旋转轴与基板的传送方向 相交，当通过磁控溅射将膜沉积在基板的表面上时，通过从设置在所述靶附近的反应性气 体流出单元流出反应性气体在所述靶的表面上形成化合物，并且由光发射监视器监视在基 板和所述靶之间的位置处且在所述靶附近的等离子体的光发射强度，所述膜沉积方法包 括： 获得由所述光发射监视器监视的光发射强度；以及 控制由所述驱动单元驱动的所述靶的旋转速度，以使得获得的光发射强度接近预设的 目标光发射强度。6. 根据权利要求5所述的膜沉积方法， 其中，存在靶对、磁场产生器对以及驱动单元对， 其中，所述靶对按间隔设置在所述传送方向上， 其中，所述反应性气体流出单元设置在所述靶对之间，以及 其中，控制由每个驱动单元驱动的每个靶的旋转速度，以使得所述靶对中的靶相互相 反地旋转。7. 根据权利要求6所述的膜沉积方法， 其中，所述反应性气体流出单元设置在离基板比所述靶的旋转轴远的位置处，并且被 配置为使反应性气体流到基板一侧。8. 根据权利要求5所述的膜沉积方法， 其中，多个反应性气体流出单元和多个光发射监视器分别按间隔设置在所述靶的旋转 轴的方向上， 其中，还提供有流速控制单元，所述流速控制单元被配置为控制从每个反应性气体流 出单元流出的反应性气体的流速，以及 其中，根据由所述多个光发射监视器中的每个光发射监视器监视的每个光发射强度来 控制将被所述流速控制单元控制的反应性气体的流速。
【文档编号】C23C14/35GK106065464SQ201610245080
【公开日】2016年11月2日
【申请日】2016年4月19日 公开号201610245080.6, CN 106065464 A, CN 106065464A, CN 201610245080, CN-A-106065464, CN106065464 A, CN106065464A, CN201610245080, CN201610245080.6
【发明人】村上泰夫, 星野和弘, 佐藤亨, 竹见崇, 中村谕, 熊木智洋
【申请人】佳能特机株式会社, 佳能株式会社