TWI383061B - Magnetron sputtering electrode and sputtering device using magnetron sputtering electrode - Google Patents

Description

磁控管濺鍍電極及使用磁控管濺鍍電極之濺鍍裝置

本發明係有關一種以磁控管濺鍍方式，於處理基板上形成特定的薄膜之磁控管濺鍍電極、及使用該磁控管濺鍍電極的濺鍍裝置。

在磁控管濺鍍方式的濺鍍裝置中，於標靶的後方(與濺鍍面背向之側)，在特定形狀的支持板上交互改變極性，而配置設置有複數個磁鐵的磁鐵安裝體，藉由該磁鐵安裝體，於標靶的前方(濺鍍面側)形成隧道狀的磁束，在標靶的前方捕捉因已電離的電子及濺鍍而產生的二次電子，提高標靶前方的電子密度，並提高此等的電子、和提高與導入至真空室內之稀有氣體的氣體分子的衝撞準確率，而可提高電漿密度。因此，具有可提升成膜速度等的優點，於處理基板上形成特定薄膜時，可有效的利用。

然而，當使用這種濺鍍裝置來成膜時，例如，起因於因為放電所產生之電漿中的電子漂移現象，電漿本身在標靶前方偏離。此時，在標靶全面上，無法獲得範圍較寬的侵蝕區域，又，有所謂容易導致處理基板面內的膜厚分佈惡化的問題。

因此，可知在標靶和磁鐵安裝體之間，於固定之處設定磁性體(磁性分路電阻)，而調解在磁鐵安裝體的磁鐵之間所產生的隧道狀的磁束之外形，藉著使標靶前方所產生的電漿均勻化，來解決上述問題(例如，專利文獻1)。

[專利文獻1]日本特開平9－20979號公報(例如，申請專利範圍所記載)。

然而，在上述中，由於在標靶和磁鐵安裝體之間固定配設位置，而設置磁性體，因此暫時於處理基板成膜時的膜厚分佈等，必須再調節隧道狀的磁束之外形，且必須再調節磁性分路電阻的配設位置時，暫時使濺鍍室返回至大氣，並取出標靶，或者是僅能於從濺鍍電極取出磁鐵安裝體之後進行該作業，將有導致該調節作業變為繁瑣之問題。

因此，有鑑於上述問題點，本發明之課題係提供一種：可容易調節在磁鐵安裝體的磁鐵相互間所產生的通道狀之磁束的外形之磁控管濺鍍電極、及使用磁控管濺鍍電極之濺鍍裝置。

為了達成上述目的，申請專利範圍第1項的磁控管濺鍍電極，係具備有：標靶、和設置於該標靶後方的磁鐵安裝體，於標靶的前方應該形成通道狀的磁束之支持板上，配置中央磁鐵和周邊磁鐵，而構成該磁鐵安裝體，其特徵為：分割與包含前述中央磁鐵和周邊磁鐵的支持板彼此相對向的兩側，將該已分割的中央部份固定於基板，並且介由與中央部份相對而朝向左右方向及上下方向設為移動自如的位置變更手段，將分割部分安裝於基板。

根據此，藉由位置變更手段，與中央部份相對而移動兩側的分割部份時，在磁鐵安裝體的磁鐵之間所產生的隧道狀的磁束之外形將變化，可適當調節該外形。此時，位置變更手段由於位在設置於標靶後方之支持板的背面，因此，例如不需取出包含標靶或基板的支持板，而可調節隧道狀的磁束之外形，可簡單化調節作業。又，通常，由於磁鐵安裝體配置在濺鍍室的外側，因此不需使濺鍍室暫時返回至大氣，根據情況可一邊成膜一邊調整磁束的外形。

例如於和標靶相對向配置的處理基板的外端部之下方，進行前述磁鐵安裝體的分割。

然而，因應欲於處理基板成膜的組成而製作的標靶，亦有將使用於磁鐵安裝體的中央磁鐵、周邊磁鐵，變更為磁場強度不同之情況。此時，若因應所使用的中央磁鐵及周邊磁鐵的磁場強度，變更前述磁鐵安裝體兩側的分割數，則例如當使用磁場強度較強的中央磁鐵、周邊磁鐵時，增加分割數時，可微調節磁束的外形。

此外，亦可於前述磁鐵安裝體設置使前述磁束與標靶相對而平行移動自如的驅動手段。

又，申請專利範圍第5項之濺鍍裝置，其特徵為：係保留特定的間隔，並設複數個申請專利範圍第1至4項中任一項之磁控管濺鍍電極，對於各標靶交互施加負電位、及接地電位、或正電位中任一電位之直流電源或交流電源。

根據此，藉著標靶彼此接近而並設，可縮小磁鐵安裝體之間的間隔，特別是在彼此相鄰接的周邊磁鐵間產生磁場干涉，而崩壞磁場的平衡，在各個磁控管濺鍍電極中，藉著調節磁束的外形，而可均勻化各標靶前方所產生的電漿。因此，即使在對於面積較大的基板成膜時，也可較高的保持膜厚分佈、或進行反應性濺鍍時之膜質分佈的均一性而成膜。

如上所說明，本發明之磁控管濺鍍電極，係有所謂達到可容易調節在磁鐵安裝體的磁鐵相互間所產生的通道狀之磁束的外形之效果。

參照第1圖，1係第1實施形態之磁控管方式的濺鍍裝置(以下，稱為「濺鍍裝置」)。濺鍍裝置1為線上方式，具有：介由乾泵浦、渦輪分子泵浦等真空排氣手段(未圖示)，而可保持在特定的真空度之濺鍍室11。在濺鍍室11的上部設置有基板搬運手段2。該基板搬運手段2係具有周知的構造，例如，具備裝設有處理基板S的載子21，而間歇驅動驅動手段，可將處理基板S依序搬運到與後述的磁控管濺鍍電極相對向的位置。

又，在濺鍍室11設置有氣體導入手段3。氣體導入手段3係介由介設質量流控制器31的氣體管32，與氣體源33連通，並可將Ar等濺鍍氣體或反應性濺鍍之際所使用的O₂ 、H₂ O、H₂ 、N₂ 等反應氣體，以一定的流量導入至濺鍍室11內。在濺鍍室11的下側配置有磁控管濺鍍電極C。

磁控管濺鍍電極C係具有與處理基板S相對向而配置之略長方體(從上面觀看為長方形)的標靶41。標靶41係因應Al、Ti、Mo或ITO等欲於處理基板S上成膜的薄膜之組成，以周知的方法加以製作。標靶41係介由銦或錫等焊接材，與濺鍍中用來冷卻標靶41的背板42接合，並介由絕緣板43被安裝於磁控管濺鍍電極C的框架44。又，為了穩定地產生電漿，在標靶41的周圍上以包圍標靶41周圍的方式設置有接地屏蔽(未圖示)。此時，藉由未圖示的O形環等真空密封手段，而僅使標靶41以及接地屏蔽位於濺鍍室11內。

又，磁控管濺鍍電極C係位於標靶41的後方，並裝備磁鐵安裝體5。磁鐵安裝體5係具有與標靶41平行設置的支持板51。該支持板51的橫寬比標靶41小，由沿著標靶41的長邊方向，且朝向其兩側延伸而形成的長方形狀之平板所構成，是使磁鐵的吸著力增加的磁性材料所製。在支持板51上設置有：沿著標靶41的長邊方向之棒狀的中央磁鐵52；及沿著支持板51的外周而設置的週邊磁鐵53。此時，使換算為中央磁鐵52的同磁化時的體積，例如與換算為中央磁鐵52的同磁化時的體積之和(周邊磁鐵：中心磁鐵：周邊磁鐵＝1：2：1)相等之方式而設置。

藉此，在各標靶41的前方分別形成有對稱封閉環狀的隧道狀之磁束，藉著捕捉在標靶41前方所電離的電子及濺鍍而產生的二次電子，可提高標靶41前方的電子密度，且提高電漿密度。

然後，藉由基板搬運手段2將處理基板S搬運到與標靶41相對的位置，介由氣體導入手段3導入特定的濺鍍氣體。介由與標靶41連接的濺鍍電源6，對於標靶41施加負的直流電壓或高頻電壓時，於處理基板S及標靶41形成垂直的電場，藉著於標靶41的前方產生電漿，並濺鍍標靶41，而於處理基板S上成膜。

此時，在磁鐵安裝體5設置未圖示的馬達等之驅動手段，藉由該驅動手段，在沿著標靶41之水平方向2處的位置之間，以平行且等速來回動作，並且在標靶41可全面獲得均勻的侵蝕區域。

在此，若參照第2圖至第4圖進行說明，如上所述，構成磁鐵安裝體5，在標靶41的前方產生電漿時，電漿中的電子沿著磁場軌道而順時鐘的運動。此時，當來到沿著標靶41的長邊方向之兩側時，被電場彎曲而改變方向，此時，由於殘留惰性的運動，因此，在標靶41的左側朝向上方飛出，另外，在標靶41的右側朝向下方向飛出(因此，當一邊移動磁鐵安裝體5，一邊濺鍍標靶41時，侵蝕區域E在標靶41的左側朝向上方向，在標靶41的右側朝向下方向局部的延伸(參照第2圖))。

此時，為了不在標靶41之外產生電漿，當考慮到電子飛出時，必須縮小磁鐵安裝體5的移動量，在此，使非侵蝕區域變大，又，為了提高標靶41的利用效率，必須要均勻的侵蝕至標靶的外周緣部。

因此，在本實施形態中，分割包含中央磁鐵52和週邊磁鐵53的支持板51之彼此相對向的兩側，也就是分割沿著支持板51的長邊方向之兩側，區分為：由支持板51、中央磁鐵52、及週邊磁鐵53之各別一部份所構成的1個中央部份5a；以及2個分割部份5b、5c。此時，分割位置係例如搬運到設置在載子21的處理基板S，與標靶41相對向的位置時，設定在沿著長邊方向的處理基板S的兩外端部之下方(參照第2圖)。

中央部份5a係被固定在基板54。此時，基板54例如由非磁性材料所製作，中央區域以沿著其長邊方向突出的方式，形成剖面凸狀，藉著使與該已突出的上面54a之外形一致的中央部份5a接合而固定。於從基板54的中央區域均勻的延出至兩側的延出部份54b，分別形成有朝向與基板54的長邊方向、及與該長邊方向交叉的方向之長孔54c(參照第3圖及第4圖)。

在長孔54c插通有於螺栓軸外嵌墊片W的螺栓B，該螺栓軸的前端係與形成在構成分割部份5b、5c的支持板51的背面側之螺絲孔(未圖示)螺合。又，在構成分割部份5b、5c的支持板51的背面側、和延出部份54b之間，配置有設置可插通螺栓軸的開口(未圖示)之非磁性材料所製的間隔件55，間隔件55在螺絲孔螺合螺栓B時，具有將延出部份54b至支持板51的背面為止的高度保持在一定的功能。

此時，形成於螺栓B、延出部份54b的長孔54c、及間隔件55，係構成位置變更手段，藉由該位置變更手段，可使中央部份5a、或是與標靶41相對的分割部份5b、5c朝向前後方向、左右方向、及上下方向移動而加以保持。藉此，當移動分割部份5b、5c時，使在中央磁鐵52、週邊磁鐵53之間所產生的隧道狀的磁束之外形變化，而可適當調節該外形。

換言之，暫時緩和螺栓B，而僅沿著長孔54c移動螺栓B，使與分割部份5b、5c的中央部份5a相對的前後方向及左右方向(沿著磁鐵安裝體5的長邊方向之第3圖的左右方向)的位置變化，又，僅改變間隔件55的高度，而使與中央部份5a相對的上下方向之位置變化。此時，位置變更手段由於位在設置於標靶41之後方的支持板51之背面側，因此不會取出包含標靶41或基板54的支持板51，而可調節隧道狀的磁束之外形，且可簡單化調節作業。又，由於配置在濺鍍室11的外側，因此不需要暫時使濺鍍室11返回大氣，藉此，可進行成膜且調節磁束的外形。

藉此，例如，起因於電漿中的電子之惰性運動的局部之侵蝕區域E的延伸，係使分割部份5b、5c朝向前後方向移動，而在略長圓形狀的侵蝕區域上，使分割部份5b、5c朝向左右方向移動，並且擴張侵蝕區域，至沿著磁鐵安裝體5的移動方向之標靶41的緣部為止，結果，可使磁鐵安裝體5的移動量變大，且可達成標靶的較高利用效率，又，可使處理基板面內的膜厚分佈大致均勻。

此外，在本實施形態中，雖然說明藉由螺栓B、形成於延出部份54b的長孔54c、及間隔件55，來構成位置變更手段，但並不限定於此，若可與中央部份5a相對，朝向前後方向、左右方向、及上下方向，移動並保持分割部份5b、5c，則其形態並無限制。

又，在本實施形態中，雖然說明三分割中央部份5a、其兩側的分割部份5b、5c，但是分割數並不限定於此。例如第5圖所示，亦可將分割部份5b、5c再分割為二，由5個部份構成磁鐵安裝體50亦可。此時，如ITO用的標靶，當使用磁場強度較高者時，做為使用在磁鐵安裝體50的中央磁鐵52和週邊磁鐵53，則可微調節磁束的外形。

又，在本實施形態中，雖然說明於濺鍍室11設置1個磁控管濺鍍電極C，但是在大面積的處理基板S進行成膜時，如第6圖所示，例如並設構成6個標靶41a至41f、和磁鐵安裝體50a至50f，來構成濺鍍裝置10的磁控管濺鍍電極C1亦可。

此時，標靶41a至41f之其未使用時的濺鍍面411，以位於與處理基板S平行的相同平面上的方式而並設，在朝向各標靶41a至41f的側面412彼此之間，沒有設置任何陽極或遮蔽等的構成零件。各標靶41a至41f的外形尺寸，係在並設各標靶41a至41f時，設定為大於處理基板S的外形尺寸。

在各標靶41a至41f係連接有施加交流電壓的3個交流電源61、62、63，在各標靶41a至41f的後方配置有：分別由1個中央部份5a、和2個分割部份5b、5c所構成的磁鐵安裝體50a至50f。此時，對於彼此相鄰接的2個標靶(例如41a、41b)分割1個交流電源61，對於一方的標靶41a施加負的電位時，對於另一個標靶41b施加接地電位或正的電位。此外，取代交流電源61、62、63，而使用直流電源亦可。

例如，介由各交流電源61、62、63，對於一方的標靶41a、41c、41e施加負的電位，對於另一方的標靶41b、41d、41f施加接地電位或正的電位時，另一方的標靶41b、41d、41f具有陽極的功能，在分別與1個交流電源61、62、63連接的標靶之間(例如41a和41b)，各別產生電漿，而濺鍍施加負的電位之標靶41a、41c、41e。然後，因應交流電源61、62、63的頻率，切換標靶41a至41f的電位時，藉著濺鍍另一方的標靶41b、41d、41f，而可交互依序濺鍍各標靶41a至41f，而在處理基板S表面全體進行成膜。

藉此，在沒有放出濺鍍粒子的標靶41a至41f的相互之間，由於不需設置任何的陽極或遮蔽等的構成零件，因此，可盡可能的縮小沒有放出該濺鍍粒子的區域；和藉由位置變更手段，於每一磁鐵安裝體50a至50f，與中央部份5a相對，使分割部份5b、5c朝向前後方向、左右方向、及上下方向之任一方向移動，而可各別調整各標靶41a至41f的前方所產生的隧道狀的磁束之外形，可達成各標靶41a至41f的較高利用效率，並且使處理基板S面內的膜厚分佈略均勻。

做為各磁鐵安裝體50a至50f的支持板51，例如，使用具有130mm×1460mm的外形尺寸，在支持板51上設置：沿著標靶41a至41f的長邊方向之棒狀的中央磁鐵52；以及沿著標靶41的外周之週邊磁鐵53的磁鐵安裝體5a至5b上，藉由位置變更手段，與中央部份5a相對為50mm以下、更以在10至20mm的範圍為佳，使分割部份5b、5c朝向前後及左右方向，又，若與中央部份5a相對為20mm以下，更以0至15mm的範圍為佳，使之朝向上下方向分別移動而調整，則可將各標靶41a至41f的前方所產生的隧道狀的磁束之外形調整為最適當。

又，與上述實施形態相同，在各標靶41a至41f全面可獲得均勻的侵蝕區域，而可達成標靶41a至41f的較高利用效率，藉由汽缸等的驅動手段D，而在標靶41a至41f的水平方向之2處(L點、R點)的位置之間，平行的來回動作。此時，在驅動手段D的驅動軸D1安裝各磁鐵安裝體50a至50f，可使磁鐵安裝體50a至50f整體平行的來回移動。

然而，如上所述而構成時，各磁鐵安裝體50a至50f係彼此接近而設置，在沿著磁鐵安裝體50a至50f的並設方向的兩側上，磁場平衡有崩壞之顧慮。因此，分別使棒狀的輔助磁鐵7，與位在兩端的磁鐵安裝體50a、50f的週邊磁鐵53之極性一致而設置，將支持輔助磁鐵7的支持部71安裝在汽缸D的驅動軸D1上，與成為和磁鐵安裝體50a至50f一體移動。藉此，也可提高磁鐵安裝體50a至50f兩端的磁束密度，而改善磁場平衡，或者可使處理基板S面內的膜厚分佈、或進行反應性濺鍍時之膜質分佈均勻。

[實施例1]

在本實施例中，使用第6圖所示的濺鍍裝置10，在處理基板S成膜ITO膜。此時，當使用玻璃基板(1200mm×1000mm)做為處理基板S時，使用在In₂ O₃ 添加10%重量百分比的SnO₂ ，做為標靶41a至41f，在周知的方法中，製作出具有230mm×1460mm的外形尺寸，並與背板42接合。然後，藉由反應性濺鍍，於玻璃基板S上成膜ITO膜。

又，使用具有130mm×1460mm的外形尺寸，做為使用於各磁鐵安裝體50a至50f的支持板51，在各支持板51上設置：沿著標靶41a至41f的長邊方向之棒狀的中央磁鐵52；以及沿著支持板51的外周之週邊磁鐵53之後，從標靶41a至41f的長邊方向的端部約40mm的位置上，各別進行分割。然後，藉由位置變更手段，使各磁鐵安裝體50a至50f的分割部份5b、5c與中央部份相對，而移動到15mm外側。

將真空排氣的濺鍍室11內的壓力保持在0.67Pa，做為濺鍍的條件，控制質量流控制器21，並將濺鍍氣體的氬氣(Ar流量200sccm)、和反應氣體的H₂ O(H₂ O流量0.5sccm)導入到濺鍍室11內。又，將各標靶41a至41f的投入電力設定為60KW，將濺鍍時間設定為15秒。在該條件下，於玻璃基板S上，反應性濺鍍時的玻璃基板S面內之膜厚、及比電阻值的分佈，表示於第7(a)及(b)圖。

(比較例1)

雖然使用第6圖之濺鍍裝置10做為比較例1，但是使用沒有分割者做為磁鐵安裝體。然後，將濺鍍條件設為與上述實施例1相同，在與實施例1相同的玻璃基板S上，藉由反應性濺鍍，成膜ITO膜。在該條件下，於玻璃基板S上，進行反應性濺鍍時的玻璃基板S面內之膜厚及片狀電阻值(Ω/□)的分佈，表示在第8(a)及(b)圖。

若參照第7圖及第8圖進行說明，則在比較例1中，沿著玻璃基板的長邊方向之兩側的膜厚()，與該中央區域比較局部性變薄，而薄厚部份超過±10%的範圍，將導致膜厚部份的偏差分佈變大。又，對於片狀電阻值，同樣的在沿著玻璃基板長邊方向的兩側上，與其中央區域比較，局部性提高，而使片狀電阻值的分佈不佳(±約24%)，亦即，導致膜質的不均勻。

相對於此，在實施例1中，於沿著玻璃基板長邊方向兩側的膜厚，成為大致與該中央區域之膜厚相等，而使處理基板面內的膜厚分佈保持在±約5%的範圍，判斷可改善膜厚分佈的偏差分佈。又，對於片狀電阻值而言，片狀電阻值的分佈約為±17%，判斷可改善膜質的均一性。

1．．．磁控管濺鍍裝置

41．．．標靶

5．．．陰極安裝體

51．．．支持板

52．．．中央磁鐵

53．．．周邊磁鐵

54．．．基板

55．．．間隔件

B．．．保持具

C．．．磁鐵安裝體

E．．．侵蝕區域

S．．．處理基板

W．．．墊片

第1圖模式說明本發明之濺鍍裝置的圖。

第2圖係說明磁鐵安裝體的分割之剖面圖。

第3圖係說明磁鐵安裝體的分割之剖面圖。

第4圖係一部份放大第2圖之磁鐵安裝體的剖面圖。

第5圖係磁鐵安裝體的變形例之圖。

第6圖模式說明本發明之濺鍍裝置的變形例之圖。

第7(a)圖係說明藉由本發明成膜ITO膜時的膜厚分佈時的膜厚分佈之圖，第7(b)圖係說明此時的薄片阻抗值之分布的圖。

第8(a)圖係說明使用以往技術的磁鐵安裝體之ITO膜時的膜厚分佈時的膜厚分佈之圖，第8(b)圖係說明此時的薄片阻抗值之分布的圖。

41．．．標靶

5a．．．中央部份

5b、5c．．．分割部份

51．．．支持板

52．．．中央磁鐵

54．．．基板

55．．．間隔件

E．．．侵蝕區域

Claims (5)

1. 一種磁控管濺鍍電極，係具備有：標靶、和設置於該標靶後方的磁鐵安裝體，於標靶的前方應該形成通道狀的磁束之支持板上，配置中央磁鐵和周邊磁鐵，而構成該磁鐵安裝體，其特徵為：分割與包含前述中央磁鐵和周邊磁鐵的支持板彼此相對向的兩側，將該已分割的中央部份固定於基板，並且介由與中央部份相對而朝向前後方向、左右方向及上下方向設為移動自如的位置變更手段，將分割部分安裝於基板。
2. 如申請專利範圍第1項之磁控管濺鍍電極，其中，於和標靶相對向配置的處理基板的外端部之下方，進行前述磁鐵安裝體的分割。
3. 如申請專利範圍第1項之磁控管濺鍍電極，其中，因應所使用的中央磁鐵及周邊磁鐵的磁場強度，變更前述磁鐵安裝體兩側的分割數。
4. 如申請專利範圍第1項之磁控管濺鍍電極，其中，於前述磁鐵安裝體設置使前述磁束與標靶相對而平行移動自如的驅動手段。
5. 一種濺鍍裝置，其特徵為：係保留特定的間隔，且並設複數個申請專利範圍第1至4項中任一項之磁控管濺 鍍電極，設置對於各標靶交互施加負電位、及接地電位、或正電位中任一電位之直流電源或交流電源。