CN100523282C - 溅射源、溅射装置和溅射方法 - Google Patents

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Abstract

在本发明中，当靶(15)被溅射时，由于各个靶(15)相对基板(10)移动，溅射时基板(10)的全部区域变为都与靶(15)相对，可在基板(10)的表面上形成膜质均匀的膜。另外，在溅射时，由于不仅靶(15)相对基板(10)移动，磁场形成装置(25)也相对靶(15)移动，因此靶(15)的很宽区域被溅射。进而，如果使磁场形成装置(25)也相对基板(10)移动，则靶(15)就变为大部分被溅射的区域相对基板(10)移动，以使基板(10)上形成的膜的膜厚分布更均匀。

Description

溅射源、溅射装置和溅射方法
技术领域
本发明涉及磁控溅射装置。
背景技术
近年来，随着作为成膜对象体的基板的大型化，溅射源也要求大型化，但由于靶的大型化很困难，如图6所示，所以考虑具有多个小型靶115的溅射源103。该溅射源103的靶115被并置在同一平面上，各靶115之间配置阳极电极113。
各靶115的表面与作为成膜对象体的基板对置，在背面侧分别配置磁场形成装置125，放置溅射源103的真空槽内导入溅射气体，在将各阳极电极113置于接地电位的状态下，同时向各靶115施加电压时，通过由磁场形成装置125形成的磁场，将电子聚集到靶表面附近，这样靶115被溅射。
但是，该溅射源103中，为了在靶115之间配置阳极电极113，因此，靶115之间的间隙增大了阳极电极113的大小，和基板的靶间的间隙相对的部分的膜质与和靶相对的部分的膜质不同。
例如，使用4个由长1380mm、宽230mm、厚6mm的ITO(氧化铟锡)构成的靶，在各靶之间配置阳极电极，在成膜温度为200℃、向各靶施加的直流功率分别为5.7kW，4.6kW，4.6kW，5.7kW、磁体部件的扫描次数为7次、成膜压力为0.67Pa、氩气的流量为100sccm的条件下，在长880mm、宽680mm、厚0.7mm的基板的表面上推定膜厚为100nm的ITO薄膜成膜的情况下，如图7所示，与靶的间隙相对的位置上，片电阻值高，片电阻值的分布为25±10Ω/
Figure C200410045720D0005094522QIETU
。这样，用已有技术的溅射源，形成的膜的膜质偏差大，难以在大型基板上形成膜质均匀的薄膜。参见专利文献美国专利第6,284,106号说明书，美国专利第6,093,293号说明书
发明内容
本发明是为了解决上述已有技术的不妥之处，其目的是提供一种在大型基板上形成膜质均匀的薄膜的技术。
为解决上述问题，本发明是一种多个靶被一起溅射的溅射源，该溅射源在靶安装板的表面配置多根细长阳极电极，在上述阳极电极和上述阳极电极之间的位置上配置阴极电极，上述各个靶配置在上述阴极电极上，在上述靶安装板的背面侧，在上述各靶的正背面位置上分别配置磁场形成装置，上述各阳极电极和上述各靶相对上述靶安装板固定，上述各磁场形成装置和上述靶安装板构成为可相对移动。
本发明是一种溅射装置，具有真空槽；配置在上述真空槽内、配置成膜对象的夹持器；配置在上述真空槽内的与上述夹持器相对的位置上、设置多个靶的溅射源，上述各靶被一起溅射，该溅射源在靶安装板的表面配置多根细长阳极电极，上述阳极电极和上述阳极电极之间的位置上分别配置阴极电极，上述靶配置在上述各个阴极电极上，在上述靶安装板的背面侧配置磁体保持部件，在上述磁体保持部件上的上述各靶的正背面位置上分别配置上述各靶的表面上形成磁场的磁场形成装置，上述靶安装板和上述磁体保持部件连接移动装置，上述移动装置构成为在与上述各靶的表面所在的平面平行的方向上使上述靶相对上述夹持器移动，同时使上述磁场形成装置相对上述靶移动。
本发明是一种溅射装置，上述移动装置构成为使上述磁场形成装置相对于上述夹持器相对地移动。
本发明是一种溅射装置，在使上述磁场形成装置移动的情况下，上述移动装置使上述磁场形成装置在上述阳极电极和上述阳极电极之间的范围内移动，使得上述磁场形成装置不位于上述阳极电极的正背面。
本发明是一种溅射装置，上述各阳极电极彼此平行地配置，上述移动装置构成为使上述各靶在与相对上述阳极电极的纵方向大致垂直的方向上往复移动。
本发明是一种溅射装置，上述移动装置构成为使上述靶的相对于上述阳极电极的纵方向的垂直方向的移动量在上述阳极电极的宽度以上。
本发明是一种溅射方法，使用如下的溅射源：多根细长的阳极电极配置在大致相同的平面上，在上述阳极电极和上述阳极电极之间的位置上配置阳极电极，上述各个靶配置在上述阴极电极上，在上述各靶的背面侧分别配置上述靶表面上形成磁场的磁场形成装置，并且，相对上述各靶的表面配置成膜对象体，溅射上述各靶，从上述各靶使溅射粒子一起释放出，在上述成膜对象体表面上形成薄膜，其中，在上述溅射中，不改变上述各靶表面所在的平面与上述成膜对象体的表面所在的平面之间的距离，使上述各靶相对上述成膜对象体相对地移动，同时不改变上述磁场形成装置与上述各靶的上述背面之间的距离，使上述磁场形成装置和上述靶相对地移动。
本发明是一种溅射方法，上述各阳极电极的宽度大致相等，上述各阳极电极彼此平行地配置，上述靶对上述成膜对象体的移动量中相对于上述阳极电极的纵方向的垂直成分比上述阳极电极的宽度大。
本发明是一种溅射方法，使上述各靶与上述各阳极电极一起在同一方向上移动。
本发明是一种溅射方法，使上述磁场形成装置与上述成膜对象体相对地移动。
本发明是一种溅射方法，使上述磁场形成装置在上述阳极电极和上述阳极电极之间的范围内移动，使得上述磁场形成装置不位于上述阳极电极的正背面。
本发明为如上构成，在阴极电极和阴极电极之间的位置上配置阳极电极。因此，阴极电极和阳极电极接近，各阴极电极上施加相对于阳极电极的负的高电压、或交流电压时，位于各阴极电极上的靶的表面上形成均匀的等离子体。
在各阴极电极上配置用相同材料构成的靶，向各阴极电极施加相同大小的电压时，各靶的溅射速度变相同。
与各靶相对，配置1块大直径基板、使各靶相对基板移动的情况下，使各靶移动阳极电极的宽度以上时，基板的任何位置上都没有了仍与阳极电极相对的部分，全部的部分与靶相对，因此基板表面上可形成膜厚、膜质分布均匀的薄膜。
具有宽度不同的阳极电极的情况下，各靶的移动量为最大宽度以上。各靶和阳极电极之间的距离大到不能忽视的情况下，各靶的移动量可在靶与靶之间的间隔以上。
而且，在各靶的背面侧配置的磁场形成装置，一边相对于各靶相对地移动一边进行溅射，其结果是靶的很宽区域被溅射，靶的使用效率提高。
并且，各磁场形成装置相对靶移动，且相对于成膜对象的基板作相对移动时，由各磁场形成装置形成的磁场也相对于基板作相对移动，其结果是基板表面上形成的薄膜的膜厚分布更均匀。
各磁场形成装置在阳极电极与阳极电极之间的范围中移动，使得其不位于阳极电极的正背面，因此不在阳极电极表面形成强磁场，不溅射阳极电极。
附图说明
图1是说明本发明的溅射装置的剖面图；
图2是说明阳极电极和靶的位置关系的平面图；
图3是说明靶相对基板移动时的位置关系的剖面图；
图4是说明第二溅射源的剖面图；
图5是说明第三溅射源的剖面图；
图6是说明已有技术的溅射源的剖面图；
图7是说明使用已有技术的溅射源的情况下的膜质分布的曲线。
具体实施方式
下面参考附图说明本发明的实施例。图1的符号1表示使用本发明的溅射源的溅射装置。该溅射装置1具有真空槽2、配置在真空槽2内部的天井侧的基板夹持器7、配置在真空槽2内部的与基板夹持器7的下方相对的位置上的溅射源3。
溅射源3具有靶安装板11。靶安装板11上彼此平行地分开配置多根细长的阳极电极31。如图2所示，各阳极电极31的两端配置细长的连接电极32。各阳极电极31和两端的连接电极32彼此连接，通过这些电极31，32形成开口39。
各开口39内部配置阴极电极13，使得其不与阳极电极31和连接电极32接触，因此各阴极电极13位于阳极电极31和阳极电极31之间。
各阴极电极13上配置靶15，使得其与阴极电极13同样，不与阳极电极31和连接电极32接触。靶15形成得比开口39直径小，靶15位于开口39的中央部分，因此，在靶15的表面，与阴极电极13相反侧的面在开口39内露出。
将各靶15的表面作到同一平面上，将后述的基板保持在基板夹持器7的状态下，基板与各靶15的表面平行地配置。在靶安装板11的背面位置上，在与阴极电极13相反侧的位置上将板状的磁体保持部件21与靶安装板11大致平行地配置。
在磁体保持部件21上，在靶安装板11与磁体保持部件21之间的位置上配置多个磁场形成装置25。各磁场形成装置25位于阴极电极13和靶15的正背面，结果，靶15和磁场形成装置25夹持靶安装板11与阴极电极13彼此相对。
磁场形成装置25的宽度比阴极电极13、靶15的宽度小，在磁场形成装置25静止的状态下，磁场形成装置25位于靶15的正背面。该溅射装置1具有在真空槽2外部配置的移动装置41。移动装置41具有第一、第二马达42a，42b。
靶安装板11与磁体保持部件21经动力传输部件43a，43b连接第一、第二马达42a，42b，使第一、第二马达42a，42b动作时，第一、第二马达42a，42b的动力通过动力传输部件43a，43b传递到靶安装板11与磁体保持部件21，靶安装板11与磁体保持部件21仍维持彼此平行的状态进行移动。
靶安装板11上的阳极电极31、阴极电极13和靶15分别相对靶安装板11被固定，如上所述，使第一马达42a动作、移动靶安装板11时，阳极电极31、阴极电极13和靶15一起在相同方向上动作。
磁场形成装置25由1或2个以上的永磁体构成，各磁体分别固定在磁体保持部件21上，因此如上所述，使第二马达42b动作、移动磁体保持部件21时，各磁场形成装置25一起在相同方向上动作。
真空槽2外配置真空排气系统9和溅射气体供给系统8，通过真空排气系统9将真空槽2的内部进行排真空，形成真空状态。仍维持真空槽2的内部的真空状态、将作为成膜对象体的基板10运送进真空槽2内，使之保持在基板夹持器7上。接着，从溅射气体供给系统8向真空槽2内部导入作为溅射气体的氩(Ar)气，形成规定压力的成膜状态。
该溅射装置1中，将阳极电极31和真空槽2置于接地电位，仍维持真空槽2内部的成膜状态、向各阴极电极13施加相同的负电压时，各靶15的表面分别被溅射，从各靶15释放出的溅射粒子到达一块基板10的表面。
靶15被溅射时，基板10在静止状态下保持于基板夹持器7上，但通过移动装置41，靶安装板11相对基板10移动。
图1的符号S表示放置基板10的与溅射源3相对侧的面的第一平面，符号T表示分别放置靶15的表面的第二平面。
如上所述，由于基板10与各靶15的表面平行地保持在基板夹持器7上，因此第一平面S和第二平面T彼此平行。
通过移动装置41，靶安装板11使各靶15的表面在相对第二平面T平行的方向上移动。各靶15与靶安装板11一起移动，各靶15的表面通过该移动而移动过第二平面T内部。
如上所述，由于第二平面T与第一平面S平行，因此各靶15在其平面相对基板4平行的状态下移动。因此，各靶15在不改变第一平面S和第二平面T之间的距离D1的状态下进行移动。
当阳极电极31的宽度为A时，在各靶15相对基板10平行的方向上，即在相对阳极电极31的纵向方向的垂直方向上，如果移动得大于宽度A，则基板10的表面全部与阳极电极31以外的部分，即与阳极电极和阳极电极之间的部分相对。
这里，阳极电极31和靶15之间的距离非常短，设靶15和靶15之间的间隔为A’时，间隔A’与阳极电极31的宽度A大致相等，因此如果使靶15移动阳极电极31的宽度A以上，则基板10的表面全部与靶15相对。
图3的符号(a)～(c)表示往复移动各靶15时的状态，图3中，靶15在图的纸面左右方向上往复时，(a)是靶向左方向移动的时候，(b)是靶15向右方向移动的时候，(c)表示其中间状态。
在靶15往复移动的情况下，靶15相对阳极电极31的宽度方向，由于向左方向和右方向的两方移动，所以靶15的移动量是以阳极电极的宽度方向的中心为原点，将靶15往复移动，使得在其宽度方向上为左A/2(+A/2)以上、右A/2(-A/2)以上，此时，靶15的阳极电极31的宽度方向的移动量为阳极电极31的宽度(A)以上，结果，基板10的表面全部与靶15相对。
靶15在相对阳极电极31的纵向方向的不垂直方向上移动时，其移动量分为相对阳极电极31的纵向平行的方向和相对其垂直的方向，如果相对阳极电极31的纵向方向的垂直方向的移动量在阳极电极31的宽度A以上，那么即便是靶15进行圆周运动的情况下，或相对阳极电极31倾斜移动的情况下，靶15都使得基板10的表面全部与阳极电极31以外的部分，即与溅射源3的基板10侧的面的阳极电极31以外的部分相对。
此时，相对阳极电极31的纵向方向的垂直方向的移动量，如果在靶15的间隔A’以上，则基板10的表面全部与靶15相对，因此而更好。
另外，靶15被溅射时，各磁场形成装置25也相对靶15往复移动。
图1的符号M是磁场形成装置25的表面，表示朝向靶15的面的第三平面。
如上所述，由于磁体保持部件21在仍维持相对靶安装板11平行的情况下移动，因此第三平面M相对靶15平行地移动。
因此，各磁场形成装置25的表面如果在同一平面，则磁场形成装置25在不改变到靶15背面的距离D2的状态下进行移动，因此随着磁场形成装置25的移动，靶15的表面处的泄漏磁场强度不改变，溅射速度一定。但是，靶15上的特定位置的磁场强度变化。
使各磁场形成装置25相对靶15移动时，如果使各磁场形成装置25在配置在一个靶两侧的阳极电极31之间的位置上移动，则磁场形成装置25不与阳极电极31相对，从而被磁场高效溅射的区域不会涉及到阳极电极31。
上述溅射装置1中，将4个ITO构成的靶15(长1380mm、宽230mm、厚6mm)配置在溅射源3，在成膜温度为200℃、对各靶15的投入功率分别为5.7kW，4.6kW，4.6kW，5.7kW、磁体形成装置25的扫描次数为7次、成膜压力为0.67Pa、氩气的流量为100sccm的条件下，在长880mm、宽680mm、厚0.7mm的基板的表面上将推定膜厚为100nm的ITO薄膜进行成膜，测定片电阻，其片电阻值的分布为25±3Ω/
Figure C200410045720D0005094522QIETU
的范围，与原来相比，确认了片电阻值的偏差很小。
另外，靶安装板11具有支持板12、支持板12的一面上安装的绝缘性的冷却板14，在冷却板14的安装于支持板12上的一侧的面上设置沟槽，在该沟槽的内周面和支持板12包围的空间中流过冷却媒体。由于阴极电极13与该冷却板14紧密安装，因此如果在沟槽的内周面和支持板12包围的空间中流过冷却媒体，则可冷却阴极电极13和靶15。
以上说明了全部的靶15的表面相对基板10平行配置的情况，本发明不限定于此。图4表示在具有相对基板10的表面倾斜的靶55的第二溅射源50之间，配置上述溅射源3的例子，各溅射源3，50被配置成阳极电极31、61在纵向上彼此平行。
仅使用靶15的表面全部与基板10平行设置的溅射源3，容易将基板10的端部的膜厚做的薄，但通过第二溅射源50由于能补充到达基板10表面端部的溅射粒子的量，从而基板10的表面上形成膜厚分布均匀的膜。
第二溅射源50使靶55、安装板51、阳极电极61和阴极电极53一起往复移动，使得靶55的朝向基板10的面在同一平面内移动。因此，靶55的表面仍维持相对基板倾斜的角度而移动。图4的符号69表示该往复移动的方向。
在第二溅射源50的靶55的背面侧的位置上配置磁场形成装置65，当靶55移动时，由于该磁场形成装置65也相对靶55往复移动，因此靶55的很宽区域被溅射。
不限于靶55往复移动的情况。图5的符号70表示第三溅射源，在该第三溅射源70中，靶75将通过其表面中心部分的垂线88所处的一点作为中心89，仅移动开±θ来一起旋转安装板71、阳极电极81、阴极电极73。
上述溅射源3被配置在2个第三溅射源70之间，各溅射源3，70被配置成阳极电极31、81在纵方向上彼此平行。
在第三溅射源70中，由于磁场形成装置85一边与靶75一起旋转，一边相对靶75的表面平行地往复移动，因此靶75的很宽区域被溅射。
以上说明了1个溅射源中配置的全部的靶15都一起移动的情况，但本发明不限定于此，只要靶15彼此不冲突，可将各个靶15固定在各自的安装板上，分别使之移动。
以上说明了使靶15相对基板10移动阳极电极31的宽度A以上的情况，但阳极电极31和靶15之间的距离大到不能忽视的情况下，靶15的相对阳极电极31的纵向方向的垂直方向的移动量，最好在靶15和靶15的间隔A’以上。
以上说明了在使基板10静止的状态下进行溅射的情况，但本发明不限定于此。例如，一边使基板10在水平面内旋转一边溅射的情况、或使基板10和靶15二者一起移动的情况也包含在本发明中。
在使基板10和靶15二者一起移动的情况下，结果，由于磁场形成装置25相对基板10和靶15二者相对地移动，因此也可使磁场形成装置25静止。另外，如果磁场形成装置25相对基板10、或靶15相对移动，则使基板10和靶15移动的同时，也可使磁场形成装置25移动。
溅射时，可向各阴极电极13施加各自不同的大小的电压。例如，如果向靠近基板10两端的位置的阴极电极13施加比其他阴极电极13大的电压，则基板10上形成的膜的膜厚分布更均匀。进一步，通过阳极电极的位置、形状、电位等适当变化也可调整膜厚分布。
溅射气体的种类不限定于氩气，可使用氙气(Xe)、氪气(Kr)等的种种气体。也可与溅射气体一起一边向真空槽2内供给像氧气(O2)的这类反应气体一边进行溅射。磁场形成装置25不限定于由永磁体构成的情况，可使用由1或2个电磁体构成的磁场形成装置25。
根据本发明，由于在溅射中靶相对基板移动，因此基板上形成的膜的膜厚分布和膜质分布变得均匀。在溅射中，由于磁场形成装置相对靶相对地移动，因此基板的很宽区域被溅射。进一步，如果使磁场形成装置相对基板也相对移动，则大部分被溅射的靶的区域相对基板移动，从而基板上形成的膜的膜厚更均匀。另外，由于磁场形成装置在配置于1个靶的两侧的阳极电极之间的位置上动作，因此不溅射阳极电极。

Claims (12)

1.一种多个靶一起被溅射的溅射源，其特征在于，
该溅射源在靶安装板的表面配置多根细长阳极电极，
在上述阳极电极和上述阳极电极之间的位置上配置阴极电极，
上述各个靶被配置在上述阴极电极上，
在上述靶安装板的背面侧，上述各靶的正背面位置上分别配置磁场形成装置，
上述各阳极电极和上述各靶相对于上述靶安装板被固定，
上述各磁场形成装置和上述靶安装板构成为能够与上述靶安装板的背面平行地、相对往复移动，
上述磁场形成装置构成为在上述阳极电极之间的范围内移动。
2.一种溅射装置，具有：
真空槽；
配置在上述真空槽内的、并配置成膜对象的夹持器；
配置在上述真空槽内的与上述夹持器相对的位置上的、设置有多个靶的溅射源，并且，
上述各靶一起被溅射，其特征在于，
该溅射源在靶安装板的表面配置多根细长阳极电极，
在上述阳极电极和上述阳极电极之间的位置上分别配置阴极电极，
上述靶配置在上述各个阴极电极上，
在上述靶安装板的背面侧配置磁体保持部件，
在上述磁体保持部件上的上述各靶的正背面位置上，分别配置上述各靶的表面上形成磁场的磁场形成装置，
上述靶安装板和上述磁体保持部件连接移动装置，
上述移动装置构成为在与上述各靶的表面所在的平面平行的方向上，使上述靶相对上述夹持器移动，同时使上述磁场形成装置相对上述靶安装板，与上述靶安装板的背面平行地、相对往复移动，
使上述磁场形成装置在上述阳极电极之间的范围内移动。
3.根据权利要求2所述的溅射装置，其特征在于，
上述移动装置构成为使上述磁场形成装置相对于上述夹持器相对地移动。
4.根据权利要求3所述的溅射装置，其特征在于，
在使上述磁场形成装置移动的情况下，上述移动装置使上述磁场形成装置移动，以使上述磁场形成装置不位于上述阳极电极的正背面。
5.根据权利要求2所述的溅射装置，其中上述各阳极电极彼此平行地配置，其特征在于，
上述移动装置构成为使上述各靶在相对于上述阳极电极的纵方向大致垂直的方向上往复移动。
6.根据权利要求5所述的溅射装置，其特征在于，
上述移动装置构成为使上述靶的相对于上述阳极电极的纵方向的垂直方向的移动量在上述阳极电极的宽度以上。
7.一种溅射方法，使用多根细长的阳极电极配置在大致相同的平面上的、在上述阳极电极和上述阳极电极之间的位置上配置阴极电极的、在上述阴极电极上分别配置靶的、在上述各靶的背面侧分别配置上述靶表面上形成磁场的磁场形成装置的溅射源，并且，
相对上述各靶的表面配置成膜对象体，
溅射上述各靶，从上述各靶使溅射粒子一起释放，在上述成膜对象体表面上形成薄膜，其特征在于，
在上述溅射中，在不改变上述各靶表面所在的平面与上述成膜对象体的表面所在的平面之间的距离的状态下，使上述各靶相对上述成膜对象体相对地移动，同时在不改变上述磁场形成装置与上述各靶的上述背面之间的距离的状态下，使上述磁场形成装置和上述靶相对地往复移动，
上述上述磁场形成装置的往复移动是使得在上述阳极电极之间的范围内移动。
8.根据权利要求7所述的溅射方法，其特征在于，
上述各阳极电极的宽度大致相等，上述各阳极电极彼此平行地配置，
上述靶对上述成膜对象体的移动量中，相对于上述阳极电极的纵方向的垂直成分比上述阳极电极的宽度大。
9.根据权利要求7所述的溅射方法，其特征在于，
使上述各靶与上述各阳极电极一起，在同一方向上移动。
10.根据权利要求8所述的溅射方法，其特征在于，
使上述各靶与上述各阳极电极一起，在同一方向上移动。
11.根据权利要求7所述的溅射方法，其特征在于，
使上述磁场形成装置与上述成膜对象体相对地移动。
12.根据权利要求11所述的溅射方法，其特征在于，
使上述磁场形成装置移动，以使上述磁场形成装置不位于上述阳极电极的正背面。
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