CN1965101B - 磁控管溅射方法以及磁控管溅射装置 - Google Patents

Abstract

提供一种磁控管溅射方法以及磁控管溅射装置，可以大幅减少导致靶表面发生异常放电以及靶材料的沉积的非腐蚀区域。本发明涉及以电气独立的状态在真空中配置多个靶8A、8B、8C、8D，在靶8A、8B、8C、8D附近产生磁控管放电，并进行溅射的磁控管溅射方法。在本发明中，当溅射时，对相邻的靶8A、8B、8C、8D以预定的时序交替地施加相位相差180°的不同电压。

Description

磁控管溅射方法以及磁控管溅射装置

技术领域

本发明涉及磁控管溅射方法以及磁控管溅射装置，特别涉及在真空槽内具有多个靶的磁控管溅射方法以及磁控管溅射装置。

背景技术

以往，作为这种磁控管溅射装置，例如公知的图6所示的磁控管溅射装置。

如图6所示，该磁控管溅射装置101具有预定的真空排气系统103以及与气体导入管104相连接的真空槽102，在该真空槽102内的上部配置作为成膜对象物的衬底106。

在真空槽102内的下部配置分别具有磁路形成部105的多个靶107，各靶107通过背板108从电源109施加预定的电压。

并且，在各靶107之间，在各靶107上稳定地生成等离子体，并且为了在衬底105上形成均匀的膜，而配置了设定于接地电位的屏蔽110。

但是，上述现有技术中，通过配置在各靶107之间的屏蔽110，当成膜时吸收等离子体，导致在各靶107的屏蔽110附近的区域残留有未被腐蚀的非腐蚀区域。

并且，由于该非腐蚀区域的存在，在靶107表面产生异常放电，或者在该非腐蚀区域沉积靶材料而导致膜质恶化。

发明内容

本发明是为解决上述现有技术的课题而进行的，其目的在于提供一种磁控管溅射方法以及磁控管溅射装置，为了防止导致存在于靶表面的非腐蚀区域所引起的异常放电以及膜质恶化的靶材料的沉积、而能够大幅度地减少非腐蚀区域。

为了达到上述目的，本发明涉及一种磁控管溅射方法，在真空中，在使多个靶电独立的状态下，并且以相邻的靶直接对置的方式接近配置，在上述靶的附近产生磁控管放电，并进行溅射，其中，在该溅射时，对上述相邻的靶以预定的时序施加相位相差180°的不同电压。

本发明是：在上述发明中，周期性地交替地对上述相邻的靶施加相位相差180°的不同电压。

本发明是：在上述发明中，对上述相邻的靶施加的电压是脉冲状的直流电压。

本发明是：在上述发明中，使施加到上述相邻靶的电压的频率相等。

本发明是：在上述发明中，通常排他性地对上述相邻的靶施加电压。

本发明涉及一种磁控管溅射装置，在真空槽内配置多个电气独立的靶，其中，以直接对置的方式接近配置相邻的靶，并具有电压供给部，该电压供给部具有能够以预定的时序分别对上述靶施加相位相差180°的不同电压。

本发明是：在上述发明中，上述相邻靶的间隔亦可以是在该相邻的靶间不产生异常放电并且在该相邻的靶间不产生等离子体的距离。

在本发明的情况下，在进行溅射时，通过对接近配置的相邻的靶以预定的时序施加相位相差180°的不同电压，由此，即使在靶间未设置屏蔽的状态下，也能够在各靶上稳定地产生没有偏移的等离子体。

其结果是，按照本发明，可大幅度地减小非腐蚀区域，由此，可防止靶表面的异常放电，同时能够尽可能地防止非腐蚀区域的靶材料的沉积。

此外，按照本发明装置，可有效、容易地实施上述本发明的方法。

按照本发明，即使没有在靶间设置屏蔽的状态下，亦可在各靶上稳定地生成无偏移的等离子体，由此，可防止靶表面的异常放电，同时能够尽可能地防止非腐蚀区域的靶材料的沉积。

附图说明

图1是表示本发明的磁控管溅射装置的实施方式的结构之剖面图。

图2是表示施加给本发明的靶的一例电压波形的时序图。

图3是表示施加给靶的电压的频率和波形之间的关系的时序图。

图4(a)(b)是表示施加给靶的电压的其他例子的波形的时序图。

图5(a)表示比较例的靶的状态的说明图，(b)是实施例的靶状态的说明图。

图6是表示现有技术的磁控管溅射装置结构的剖面图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的优选实施方式进行详细说明。

图1是表示本发明的磁控管溅射装置的实施方式的结构之剖面图。

如图1所示，本实施方式的磁控管溅射装置1具有预定的真空排气系统3以及与气体导入管4相连接并且安装有真空计5的真空槽2。

在真空槽2内的上部，与未图示的电源相连接的衬底6以保持在衬底夹具7上的状态进行配置。

并且，在本发明的情况下，衬底6可固定在真空槽2内的预定位置上，但是，从确保膜厚均匀的观点看，利用摇动、旋转或者通过来使衬底6发生移动。

并且，在真空槽2内的下部，多个靶8(本实施方式的情况下是8A、8B、8C、8D)配置在背板9A、9B、9C、9D上，并以分别电气独立的状态进行配置。

本发明的情况下，靶8的个数并未特别限定，但是，从更加稳定地进行放电的观点看，优选设置偶数个靶8。

本实施方式的情况下，靶8A、8B、8C、8D例如形成为长方体形状，并设置在相同高度的位置。并且，从确保膜厚(膜质)的均匀性的观点来看，相邻的靶8A与8B、8B与8C、8C与8D的长轴方向的侧面部分别直接对置地接近配置。

此时，从确保膜厚(膜质)的均匀性的观点看，靶8A、8B、8C、8D的配置区域优选构成为比衬底6大。

在本发明的情况下，相邻的靶8A与8B、8B与8C、8C与8D的间隔没有特别限制，但是，优选相邻的靶间不产生异常(弧光)放电、并且基于帕刑(パツシエン)定律不在该相邻的靶8A与8B、8B与8C、8C与8D间产生等离子体的距离。

在本发明的情况下，相邻的靶8A与8B、8B与8C、8C与8D间隔小于1mm时，在它们之间产生异常(弧光)放电，另一方面，本发明者们确认是否若超过60mm，就会产生等离子体(压力为0.3Pa，接通功率为10W/cm²)。

此外，若考虑到向靶8A～8D的长轴方向的侧面部等粘贴膜，则优选的范围是1mm以上3mm以下。

另一方面，在真空槽2的外部，设置了用于对各靶8A、8B、8C、8D施加预定电压的电压供给部10。

本实施方式的电压供给部10具有对应于各靶8A、8B、8C、8D的电源11A、11B、11C、11D。这些电源11A、11B、11C、11D构成为与电压控制部12连接并控制输出电压的大小以及时序，由此，分别通过背板9A、9B、9C、9D对靶8A、8B、8C、8D施加后述的预定的电压。

在背板9A、9B、9C、9D的下侧，即与在背板9A、9B、9C、9D的靶8A、8B、8C、8D相反侧，设置了例如由永磁石构成的磁路形成部13A、13B、13C、13D。

在本发明的情况下，各磁路形成部13A、13B、13C、13D可以固定在预定位置，但是，从谋求所形成的磁路的均匀化的观点看，优选构成为例如沿水平方向上进行往复运动。

并且，以各靶8A、8B、8C、8D表面的泄漏磁场中垂直磁场0的位置为100～2000G的水平磁场的方式来构成磁路。

以下，对本发明的磁控管溅射方法的优选实施方式进行说明。

在本实施方式中，在真空槽2中引入溅射气体并在预定的压力下进行溅射时，对相邻的靶8A与8B、8B与8C、8C与8D以预定的时序施加相位相差180°的不同电压。

图2是表示对本发明的靶施加电压的一例波形的时序图。

如图2所示，在该例中，例如对相邻的靶8A与8B、8B与8C、8C与8D周期性交替地施加以下说明的相位相差180°的不同电压。

特别地，在本例中，对各靶8A～8D施加脉冲状的直流电压。

此时，从在各靶8A～8D上可靠地生成等离子体的观点来看，对相邻的靶8A与8B、8B与8C、8C与8D施加的电压优选没有变成等电位的期间的、即不重复的排他性的波形。

在本发明的情况下，对各靶8A～8D施加的电压的频率优选在发生碰撞的电荷逃逸的范围内尽量小，具体地说，例如是1Hz以上。

此外，对各靶8A～8D所施加电压的频率的上限按照如下所说明的那样进行设定。

图3是表示施加在靶上的电压的频率与波形的关系的时序图。

就向上述结构的相邻靶A、B施加上述脉冲状的直流电压的情形进行说明，如图3所示，10kHz之前，靶A、B及其电路自身所具有的电容的影响较小，本发明者们确认是否波形(矩形)未破坏。其结果是，对相邻的靶A、B排他性地施加电压，由此，可在各靶A、B上可靠地产生等离子体。

另一方面，若施加电压的频率超过10kHz(图中为12kHz)，则靶A、B及其电路自身具有的电容的影响不能忽略，本发明者们确认是否波形破坏成接近正弦波。其结果是，对于相邻的各靶A、B，产生成为相同电位的期间，如上所述，不能可靠地在各靶A、B上产生等离子体。

因此，在本实施方式的情况下，优选对各靶8A～8D施加电压的频率为1Hz～10kHz。

并且，在本发明的情况下，对相邻的各靶8A～8D施加的电压的频率可以不同，但是，从确保膜厚均匀的观点来看，优选分别施加频率相等的电压。

此外，对相邻的各靶8A～8D所施加电压的大小(功率)没有特别限定，但是，从确保膜厚均匀的观点看，优选分别施加大小相等的电压。

此时，从在各靶8A～8D上稳定地产生等离子体的观点看，优选设定为所施加电压的正(+)方向的最大值与接地电位相等。

图4(a)(b)是表示施加在靶上的电压的其他例子的波形的时序图。

如图4(a)(b)所示，在本发明中，代替上述脉冲状的直流电压，对相邻的靶周期性地交替施加相位相差180°的不同的交流(交变)电压。

在本例中，从在各靶8A～8D上可靠地产生等离子体的观点看，施加到相邻的靶8A与8B、8B与8C、8C与8D上的电压优选没有相同电位的期间的、即不重复的排他性的波形。

此外，对各靶8A～8D所施加的电压的频率优选在碰撞的电荷逃逸范围内尽可能小，具体地说，例如是1Hz以上。

另一方面，对于施加到各靶8A～8D的电压的频率上限，随着频率的增大的波形破坏比上述脉冲状的直流电压小，本发明者们确认可施加到60kHz左右。

因此，本例的情况下，对各靶8A～8D所施加电压的优选频率为1Hz～40kHz。

按照如上所述的本实施方式，在溅射时，对接近配置的相邻靶8A与8B、8B与8C、8C与8D施加相位相差180°的不同电压，由此，即使在靶8A～8D间未设置屏蔽的状态下，也能够在各靶8A～8D上稳定地产生无偏移的等离子体。其结果是，可大幅度地减少各靶8A～8D的非腐蚀区域，故可防止靶8A～8D表面的异常放电，同时能够尽可能地防止非腐蚀区域的靶材料的沉积。

此外，按照本实施方式的磁控管溅射装置1，可有效且容易地实施上述本发明的方法。

并且，本发明可应用于各种任意数目的靶，此外，也与所引入的溅射气体的种类无关。

实施例

以下，对本发明的实施例进行说明。

实施例

使用图1所示的磁控管溅射装置，在真空槽中配置6枚在In₂O₃中添加有10重量％的SnO₂的靶。

并且，在真空槽中引入由Ar与O₂构成的溅射气体，在压力为0.7Pa的条件下，向各靶施加图2所示的反相的脉冲状的矩形波(频率为50Hz，接通功率为6.0kW)，并进行溅射。

比较例

使用图6所示的现有技术的磁控管溅射装置在与实施例相同的工艺条件下进行溅射。

如图5(a)所示，比较例的情况下，在靶8的边缘部存在宽度为10mm左右的非腐蚀区域80，与此相对，如图5(b)所示，在实施例的情况下，在靶8的边缘部几乎不存在非腐蚀区域。

Claims (6)

1.一种磁控管溅射方法，在真空中，使长方体形状的多个靶在电气独立的状态下、并且以所述多个相邻的靶的长轴方向的侧面部分别直接对置的方式接近配置为一列，在所述多个靶的附近产生磁控管放电并进行溅射，其中，

在该溅射时，对所述相邻的靶周期性地交替地施加相位相差180°的不同并且频率为1Hz以上且10kHz以下且正方向的最大值与接地电位相等的脉冲状的直流电压，

所述相邻的靶的间隔在1mm以上3mm以下并且是在所述相邻的靶之间不产生弧光放电且基于帕刑定律不在所述相邻的靶之间产生等离子体的距离。

2.一种磁控管溅射方法，在真空中，使长方体形状的多个靶在电气独立的状态下、并且以所述多个相邻的靶的长轴方向的侧面部分别直接对置的方式接近配置为一列，在所述多个靶的附近产生磁控管放电并进行溅射，其中，

在该溅射时，对所述相邻的靶周期性地交替地施加相位相差180°的不同并且频率为1Hz以上且40kHz以下的交流电压，

所述相邻的靶的间隔在1mm以上3mm以下并且是在所述相邻的靶之间不产生弧光放电且基于帕刑定律不在所述相邻的靶之间产生等离子体的距离。

3.如权利要求1或2记载的磁控管溅射方法，其特征在于：

对所述相邻的靶施加的电压的频率相等。

4.一种磁控管溅射装置，在真空槽内配置多个电气独立的长方体形状的靶，其中

以所述多个相邻的靶的长轴方向的侧面部分别直接对置的方式接近配置，

具有电压供给部，该电压供给部具有能够对所述相邻的靶周期性地交替地施加相位相差180°的不同并且频率为1Hz以上且10kHz以下且正方向的最大值与接地电位相等的脉冲状的直流电压的电源，

所述相邻的靶的间隔在1mm以上3mm以下并且是在所述相邻的靶之间不产生弧光放电且基于帕刑定律不在所述相邻的靶之间产生等离子体的距离。

5.一种磁控管溅射装置，在真空槽内配置多个电气独立的长方体形状的靶，其中

以所述多个相邻的靶的长轴方向的侧面部分别直接对置的方式接近配置，

具有电压供给部，该电压供给部具有能够对所述相邻的靶周期性地交替地施加相位相差180°的不同并且频率为1Hz以上且40kHz以下的交流电压的电源，

所述相邻的靶的间隔在1mm以上3mm以下并且是在所述相邻的靶之间不产生弧光放电且基于帕刑定律不在所述相邻的靶之间产生等离子体的距离。

6.如权利要求4或5记载的磁控管溅射方法，其特征在于：

对所述相邻的靶施加的电压的频率相等。

Images