TWI390065B - Sputtering device - Google Patents

Description

濺鍍裝置

本發明係關於可於處理基板表面實施成膜之濺鍍裝置，尤其是，與使用交流電源之濺鍍裝置相關。

濺鍍法係對應成膜於處理基板表面之膜之組成，使電漿環境中之離子朝製成特定形狀之標靶進行加速衝擊，使標靶原子飛散而於處理基板表面形成薄膜。此時，對陰極之標靶，介由直流電源或交流電源等之濺鍍電源施加電壓，使陰極、及陽極或接地極之間產生輝光放電而形成電漿環境，然而，尤其是利用交流電源時，施加與蓄積於陰極表面之電荷為相反之相位電壓可以進行抵銷，故可得到安定之放電。

基於上述理由，於真空腔室內配置1對標靶，介由交流電源對該1對標靶以特定頻率交互變換極性而施加電壓，將各標靶交互切換成陽極、陰極，陽極及陰極之間產生輝光放電而形成電漿環境，來實施各標靶之濺鍍係大家所熟知(例如，專利文獻1)。

[專利文獻1]國際公開WO2003/14410號公報(例如，參照申請專利範圍第1項)。

上述之技術時，係使用內建著以對1對標靶輸出交流 電力(開啟電力)為目的之振盪部之交流電源。一般而言，例如介由絞合多數條導線之公知之交流電源纜線來連結該交流電源及各標靶。此時，利用流過交流電流時之表面效果，可使交流電源之頻率之上昇，而且，可減少導體之有效截面來增加交流電阻，而增加導體損耗，故容易導致從交流電源對1對標靶投入電力之損失，此外，受到雜訊之影響，也容易導致對1對標靶之投入電力之電力波形之紊亂。此種情形在濺鍍裝置本體之設置場所及交流電源之設置場所之距離愈長時，會愈顯著，結果，有無法以良好精度對1對標靶投入電力之問題。

有鑑於上述情形，本發明之目的係在提供不受濺鍍裝置本體之設置場所及交流電源之設置場所之距離的影響，而可以良好精度實施電力投入之濺鍍裝置。

為了解決上述課題，本發明之濺鍍裝置之特徵係具備：配設於真空腔室內之1對標靶；及對該1對標靶以特定頻率交互變換極性來施加電壓之交流電源；且，該交流電源之構成上，區分成：可供應電力之電力供應部；及具有連結於來自該電力供應部之電力線之振盪用開關電路之振盪部；且，以匯流條連結該振盪部及各標靶。

依據本發明，因為構成上係區分成電力供應部及振盪部，故可以只將輸出交流電力之振盪部以使其與1對標靶之距離保持於一定之較短距離之方式來配置。此外，因為利用匯流條連結該振盪部及各標靶，交流電流流過之部份之表面積較大，可以不受表面效果之影響而流過較大電流 。結果，與公知之利用交流電源纜線之物相比，不易造成投入電力之損失，此外，不易受到雜訊之影響，其次，交流電源可以良好精度對1對標靶實施電力投入。

此時，若為於前述匯流條之表面覆蓋Au或Ag之薄膜之物，投入交流電力時，只要交流電流流過之部份採用高導電率之材料，故可降低成本。

此外，若前述匯流條可自如地伸縮，裝設該匯流條時，可以吸收振盪部及標靶間之間隔誤差，而使匯流條之裝設作業較為容易。

此外，因為使輸出交流電力之振盪部及各標靶之距離保持於一定之較短距離，只要將前述振盪部之框體裝設於真空腔室之外壁即可。

此外，於前述真空腔室內，並設複數之1對標靶，而且，於每1對標靶配設著交流電源，並以於各標靶之前方分別形成磁通之方式，被設置在於各標靶之後方，配置有交互變換極性而設的複數之磁鐵所構成之磁鐵組合體時，因為交流電源可以良好精度分別對各1對標靶實施電力投入，故可對各標靶實施均等之濺鍍而得到良好之成膜。

此時，若以前述磁通相對於標靶平行移動自如之方式，配設著一體驅動各磁鐵組合體之驅動手段時，則可均等侵蝕各標靶為佳。

如以上之說明所示，本發明之濺鍍裝置不易發生投入電力之損失及不易受到雜訊之影響，可以良好精度對標靶實施電力投入，此外，不需要高價之交流電源纜線，而具有可降低成本之效果。

參照第1圖，1係本發明之磁控管濺鍍裝置(以下，簡稱為「濺鍍裝置」)。為了如後面所述，施加與蓄積於標靶表面之電荷為相反之相位電壓來進行抵銷而得到安定之放電，故濺鍍裝置1係使用交流電源之線式之物。濺鍍裝置1具有介由旋轉泵、渦輪分子泵等之真空排氣手段(未圖示)而保持於特定真空度之真空腔室11。於真空腔室11之上部，配設著基板搬運手段。該基板搬運手段具有公知之構造，例如，具有用以載置處理基板S之載體2，間歇式地驅動驅動手段，依序將處理基板S搬運至與標靶相對之位置。

於真空腔室11，配設著氣體導入手段3。氣體導入手段3介由配設著質流控制器31之氣管32連通至氣體源33，以一定之流量將Ar等之濺鍍氣體及反應性濺鍍時所使用之O₂ 、H₂ O、H₂ 、N₂ 等之反應氣體導入真空腔室11內。於真空腔室11之下側，配置著陰極C。

陰極C具有相對配置於處理基板S之1對標靶41a、41b。各標靶41a、41b係利用Al、Ti、Mo及ITO等，以對應於在處理基板S上實施成膜之薄膜之組成而利用公知之方法來製作，形成大致長方體(從上面觀察時為長方形)。各標靶41a、41b介由銦或錫等之結合材接合於濺鍍中用以冷卻標靶41a、41b之支撐板42，並介由圖上未標示之絕緣材裝設於陰極C之框架，以懸浮狀態配置於真空腔室11內。

此時，標靶41a、41b係並設於平行於未使用時之濺鍍面411之處理基板S之同一平面上，於各標靶41a、41b之相對側面412之間，未配設任何陽極或遮蔽等之構成部品。各標靶41a、41b之外形尺寸係以並設之各標靶41a、41b大於處理基板S之外形尺寸之方式來進行設定。

此外，陰極C具備位於各標靶41a、41b之後方之磁鐵組合體5。磁鐵組合體5具有與各標靶41a、41b為平行配設之支持板51。該支持板51係由小於各標靶41a、41b之橫寬，兩側沿著標靶41a、41b之縱向延伸之長方形狀之平板所構成，以用以擴大磁鐵之吸附力之磁性材料製成。於支持板51上，以可交互變更極性方式配設著之沿著標靶41a、41b之縱向之棒狀中央磁鐵52、及沿著支持板51之外緣配設之周邊磁鐵53。此時，以使換算成中央磁鐵52之同磁化時之體積等於例如換算成周邊磁鐵52之同磁化時之體積之和(周邊磁鐵：中心磁鐵：周邊磁鐵＝1：2：1)之方式來進行設計。

藉此，於各標靶41a、41b之前方，分別形成相符之閉環之隧道狀之磁通，捕捉於標靶41a、41b之前方游離之電子及濺鍍所產生之二次電子，來提高各標靶41a、41b之前方之電子密度，而提高電漿密度。此外，以可對1對標靶41a、41b利用特定頻率(1~400KHz)以交互變換極性之方式施加電壓之方式來配設交流電源E。

然而，利用交流電源E對1對標靶41a、41b實施電力投入時，必須不會損失投入電力，此外，不易受到雜訊之影響，且能以良好精度投入設定之電力。本實施形態時，係將交流電源E之構成區分成：可供應電力之電力供應部6、及以特定頻率交互變換極性來對各標靶41a、41b輸出電壓之振盪部7，振盪部7之框體70裝設於真空腔室11之底壁，而且，如後面所述，利用具有特定長度尺寸之匯流條8連結振盪部7及各標靶41a、41b。此時，輸出電壓之波形為正弦波，然而，並未受限於此，亦可以為例如方形波。

如第2圖所示，電力供應部6具有箱狀之框體60，框體60內則具有：用以控制其動作之第1 CPU電路61、及輸入商用交流電力(3相AC200V或400V)之輸入部62、以及對所輸入之交流電力進行整流並變換成直流電力之6個二極體63，具有用以介由直流電力線64a、64b將直流電力輸出至振盪部7之機能。

此外，於直流電力線64a、64b之間，配設著開關切換電晶體65，可通信自如地連結於第1 CPU電路61，且配設著用以控制開關切換電晶體65之導通斷開之第1驅動器電路66a及第1 PMW控制電路66b。此時，具有電流檢測感測器及電壓檢測變壓器，並配設著用以檢測直流電力線64a、64b間之電流、電壓之檢測電路67a及AD變換電路67b，介由檢測電路67a及AD變換電路67b對CPU電路61進行輸入。

另一方面，振盪部7具有箱狀之框體70，裝設於真空腔室11下側之外壁。於框體70內，配設著：通信自如地連結於第1 CPU電路61之第2 CPU電路71；用以構成配設於直流電力線64a、64b之間之振盪用開關電路72之4個第1至第4開關切換電晶體72a、72b、72c、72d；以及通信自如地連結於第2 CPU電路71之用以控制各開關切換電晶體72a、72b、72c、72d之導通斷開之第2驅動器電路73a及第2 PMW控制電路73b。

其次，利用第2驅動器電路73a及第2 PMW控制電路73b，以使例如第1及第4開關切換電晶體72a、72d、及第2及第3之開關切換電晶體72b、72c之導通斷開之時序反轉之方式控制各開關切換電晶體72a、72b、72c、72d之動作，介由來自振盪用開關電路72之交流電力線74a、74b輸出正弦波之交流電力。此時，配設著用以檢測振盪電壓及振盪電流之檢測電路75a及AD變換電路75b，介由檢測電路75a及AD變換電路75b對第2 CPU電路71進行輸入。

交流電力線74a、74b經由串聯或併聯或其組合之共振用LC電路連結於具有公知之構造之輸出變壓器76，來自輸出變壓器76之輸出端子76a、76b及1對標靶41a、41b之間利用匯流條8進行連結。此時，具有電流檢測感測器及電壓檢測變壓器，配設著用以檢測對1對標靶41a、41b之輸出電壓、輸出電流之檢測電路77a及AD變換電路77b，介由檢測電路77a及AD變換電路77b對第2 CPU電路71進行輸入。藉此，可濺鍍中可介由交流電源E以一定之頻率並交互變換極性地對1對標靶41a、41b施加一定之電壓。

此外，來自檢測電路77a之輸出係連結於用以檢測輸出電壓及輸出電流之輸出相位及頻率之檢測電路78a，介由可通信自如地連結於該檢測電路78a之輸出相位頻率控制電路78b，將輸出電壓及輸出電流之相位及頻率輸入至第2 CPU電路71。藉此，利用來自第2 CPU電路71之控制信號以第2驅動器電路73a來控制振盪用開關電路72之各開關切換電晶體72a、72b、72c、73d之導通斷開，而以輸出電壓及輸出電流之相位大致相同之方式進行控制。

如第3圖所示，匯流條8之構成上，於板狀之中央部81之兩側，分別介由由螺栓B及螺帽N所構成之連結手段裝設著裝設部81、82。中央部81及各裝設部82、83應由高導電率之相同材料所構成，例如，Cu、Au、Ag或鋁合金製。

此時，中央部81之表面積及板厚之設定，應考慮構成該中央部81之板材之材質及使用濺鍍裝置1實施成膜處理時對標靶41a、41b之投入電力、交流電力之頻率等(例如，中央部81之長度為約300mm、寬度為40mm時，其板厚設定成6mm)。另一方面，裝設部82、83之構成上，應考慮對配設於振盪部7之輸出變壓器76之輸出側之輸出端子76a、76b及各標靶41a、41b之裝設，以寬度大於中央部81之板材之板材將剖面形成彎曲成略呈Z字形狀，介由配設於其一端之裝設孔82a、83a分別利用螺栓等之連結手段(未圖示)固定於輸出端子76a、76b及各標靶41a、41b。

此外，於中央部81之兩端、及各裝設部82、83之另一端，分別形成2個貫通孔81a、82b、83b，使各貫通孔81a、82b、83b於上下方向成為一致並使中央部81之兩端與各裝設部82、83之一端相互重疊，將螺栓B之軸部插通於各貫通孔81a、82b、83b後，於其另一端，鎖緊螺帽N來進行相互連結。此時，一方之裝設部82之貫通孔82b為長孔，可對應輸出端子76a、76b及各標靶41a、41b之距離來調節匯流條8本身之長度，亦即，匯流條8可自如地伸縮。藉此，可吸收振盪部7及標靶41a、41b間之間隔誤差，而使匯流條8之裝設作業更為容易。

將匯流條8裝設於輸出端子76a、76b及各標靶41a、41b之間時，因為貫通支持板51之中央部81會露出，故以陶瓷等之公知之絕緣材料9覆蓋該中央部81。

藉此，交流電流流過之部份之表面積會較大，可不受表面效果之影響而流過大電流。結果，與利用公知之交流電源纜線時相比，不易造成投入電力之損失，而且，不易受到雜訊之影響，其次，交流電源E可以良好精度對1對標靶41a、41b進行電力投入。

其次，利用基板搬運手段將處理基板S搬送至與1對標靶41a、41b相對之位置，介由氣體導入手段3導入特定濺鍍氣體。介由交流電源E對1對標靶41a、41b施加交流電壓，將各標靶41a、41b交互切換成陽極、陰極，於陽極及陰極之間產生輝光放電而形成電漿環境。藉此，電漿環境中之離子朝陰極一方之標靶41a、41b進行加速衝擊，使標靶原子飛散，而於處理基板S表面形成薄膜。

此時，於磁鐵組合體5，配設著圖上未標示之馬達等之驅動手段，利用該驅動手段，使其於沿著標靶41a、41b之水平方向之2個位置之間進行平行等速往返移動，以便在標靶41a、41b全面得到均等之侵蝕領域。

本實施形態時，係針對於中央部81之兩側連結著2個裝設部82、83之匯流條8之構成進行說明，然而，並未受限於此，亦可以為一體製作。此外，係針對高導電率之材料製造時進行說明，然而，投入交流電力時，只要流過交流電流之部份採用Au或Ag等之高導電率材料即可，亦即，以Au或Ag之薄膜覆蓋匯流條8表面之構成，可以降低成本。

此外，本實施形態時，係針對於真空腔室11內配設1對標靶41a、41b來進行說明，然而，並未受限於此，如第4圖所示，於真空腔室11a內，並設複數之標靶41a~41f，並針對各相鄰之標靶41a~41f，指定具有同構造之交流電源E1~E3，介由各交流電源E1、E2、E3對複數之1對標靶41a~41f進行電力投入之濺鍍裝置之構成亦可應用本發明。此時，係利用不同交流電源E1~E3對各標靶41a~41f投入交流電力，因為交流電源E1~E3可以良好精度分別對各1對標靶41a~41f進行電力投入(可使各交流電源之投入電力大致成為一致)，可以對各標靶41a~41f實施均等之濺鍍而得到良好之成膜。

1．．．濺鍍裝置

11．．．真空腔室

41a、41b．．．標靶

6．．．電力供應部

7．．．振盪部

8．．．匯流條

E．．．交流電源

第1圖係本發明之濺鍍裝置之概略說明圖。

第2圖係交流電源之構成說明圖。

第3圖係匯流條之構成說明之分解斜視圖。

第4圖係本發明之濺鍍裝置之變形例之概略說明圖。

1．．．濺鍍裝置

2．．．載體

3．．．氣體導入手段

5．．．磁鐵組合體

6．．．電力供應部

7．．．振盪部

8．．．匯流條

11．．．真空腔室

31．．．質流控制器

32．．．氣管

33．．．氣體源

41a．．．標靶

41b．．．標靶

42．．．支撐板

51．．．支持板

52．．．中央磁鐵

53．．．周邊磁鐵

64a．．．直流電力線

64b．．．直流電力線

411．．．濺鍍面

412．．．側面

E．．．交流電源

Claims (6)

1. 一種濺鍍裝置，其特徵為具備：配設於真空腔室內之1對標靶；及對該1對標靶以特定頻率交互變換極性來施加電壓之交流電源；且，該交流電源之構成上，區分成：可供應電力之電力供應部；及具有連結於來自該電力供應部之電力線之振盪用開關電路之振盪部；且，以匯流條連結該振盪部及各標靶。
2. 如申請專利範圍第1項所記載之濺鍍裝置，其中前述匯流條是以Au或Ag之薄膜覆蓋其表面。
3. 如申請專利範圍第1或2項所記載之濺鍍裝置，其中前述匯流條可自由地伸縮。
4. 如申請專利範圍第1或2項之其中任一項所記載之濺鍍裝置，其中前述振盪部之框體裝設於真空腔室之外壁。
5. 如申請專利範圍第1或2項之其中任一項所記載之濺鍍裝置，其中於前述真空腔室內，並設著複數之1對標靶，於每1對標靶，配設著交流電源，且，以在各標靶之前方分別形成磁通之方式，被設置在各標靶之後方，配置有由交互變換極性而設的複數之磁鐵所構成之磁鐵組合體。
6. 如申請專利範圍第5項所記載之濺鍍裝置，其中設有一體驅動各磁鐵組合體之驅動手段，使前述磁通相對於標靶自由地平行移動。