CN101790598A - 溅镀装置 - Google Patents

Abstract

提供一种结构简单的溅镀装置，其可遍布全部基板表面、大致均等地供给反应气体，可以在全部基板表面形成大致均匀的膜厚分布和比电阻值等膜质。所述溅镀装置具有在溅射室(11a)内以规定间隔并列设置的多片靶材(41)、能够向各靶材输入电力的溅射电源(E)和能够向溅射室导入溅射气体和反应气体的气体导入手段(8)；将上述反应气体导入溅射室的气体导入手段具有至少1根供气管(84)，该供气管在并列设置的各靶材背面一侧与各靶材间隔设置的同时形成喷射反应气体的喷射口(84a)。设置有调节手段(9)，以调节通过上述靶材相互之间各间隙流动的上述反应气体的流量。

Description

溅镀装置

技术领域

本发明涉及一种在反应性溅镀法法中在需要处理的基板表面形成规定薄膜的溅镀装置。

背景技术

溅镀法(以下称为“溅射”)是在玻璃和硅单晶片等基板表面形成规定薄膜的方法之一，该方法根据要在基板表面形成的薄膜的组成，使等离子体氛围中的离子向制作的靶材加速冲击，使溅射粒子(靶材原子)飞散，在基板表面附着、堆积，形成规定薄膜，同时导入氧和氮等反应气体，通过反应性溅射得到该薄膜。

这种通过溅射法产生薄膜的方法，近年来被用于制造TFT(薄膜晶体管)液晶显示器(FPD)的工序中，也被用于在大面积玻璃基板表面形成ITO等透明导电膜，以及作为栅电极提高导电特性好的Cu等金属膜与该金属膜的粘合性的氧化物膜中。

以往，对于在大面积基板上高效形成薄膜的溅镀装置，在特许文献1中可知，在真空室内与处理基板相对并列设置多片靶材，在并列设置的靶材的各成对靶材中，设置交流电源以规定频率交替改变极性施加电压，将各靶材交替切换为阳电极、阴电极，使在阳电极和阴电极之间辉光放电、形成等离子体氛围，溅镀各靶材。

在这里，使用具有上述构成的溅镀装置，通过反应性溅射形成薄膜时，不仅可以在全部基板表面以均匀膜厚成膜，而且必须防止反应气体被偏向导入溅射室、在基板面内的反应中产生不均匀，在基板面内比电阻值等膜质变得不均匀。由此，在特许文献2中可知，在并列设置的各靶材相互之间的各间隙中，沿着靶材的长度侧面，设置导入溅射气体和反应气体的通气管，由通气管从各靶材相互之间的各间隙向基板喷出气体。

但是，如在特许文献1中的记载的，在使多片靶材相对基板并列设置、形成薄膜时，从各靶材相互之间的各间隙不能放出溅射粒子。因此，为了在全部基板表面得到均匀的膜厚分布，虽然希望将不能放出溅射粒子的该空间尽可能地缩小，但在如特许文献2的设置通气管时，缩小该空间是有限度的。另外，在如此小的空间中设置具有规定外径的通气管是困难的，装置构成变得复杂，其安装作业变得困难。

因此，本申请人(特愿2007-120708号)提出下述构成：从各靶材的背面间隔设置在各靶材的并列设置方向延伸的至少1根供气管，通过从在该供气管上形成的喷射口喷射反应气体，使反应气体扩散到与并列设置的各靶材的溅射面背向一侧(背面侧)的空间，然后通过靶材相互之间的各间隙向基板供给反应气体。

特许文献1：特开2005-290550号公报

特许文献2：特开2004-91927号公报

发明内容

在所述溅镀装置中，在靶材背面一侧的空间、在各靶材的前方通常收纳着形成隧道状磁束的磁铁组合体和使该磁铁组合体以整体往复移动的驱动手段，及向结合在靶材的背板供给冷媒的冷媒供给通路等多个零件，此外，在靶材背面一侧，在真空室壁面上形成有排气口，该排气口通向对溅射室真空排气的真空排气手段。

因此，如上所述，从在供气管上形成的喷射口喷射反应气体，即使使反应气体在靶材背面一侧的空间扩散，由于装置的构成使气体发生局部滞留，在各靶材相互之间的间隙中的任意一个间隙，反应气体有可能被偏向导入到基板。

因此，本发明的课题鉴于上述问题，提供一种结构简单的溅镀装置，其可遍布全部基板表面、大致均等地供给反应气体，可以在全部基板表面形成大致均匀的膜厚分布和比电阻值等膜质。

为了解决上述课题，权利要求1记载的溅镀装置具有在溅射室内以规定间隔并列设置的多片靶材、能够向各靶材输入电力的溅射电源和能够向溅射室导入溅射气体和反应气体的气体导入手段；将上述反应气体导入溅射室的气体导入手段具有至少1根供气管，该供气管在并列设置的各靶材背面一侧与各靶材间隔设置的同时形成喷射反应气体的喷射口，其特征在于：设置有调节手段，以调节通过上述靶材相互之间各间隙流动的上述反应气体的流量。

根据本发明，如果从在各靶材背面一侧设置的至少1根供气管上形成的喷射口喷射反应气体，该反应气体就扩散到并列设置的各靶材背面一侧的空间中。然后，通过靶材相互之间的各间隙向处理基板供给反应气体。此处，由于设置在靶材背面一侧的零件和排气口位置等装置结构，在靶材背面一侧的空间中气体发生局部滞留，有时通过各靶材相互之间的间隙中的任意一个间隙，反应气体被偏向导入给基板。但是，在本发明中，因为设置调节手段，由该调节手段阻断来自任意一个间隙的反应气体的流动等，可以适当调节通过该间隙流动的反应气体的流量。由此，对应要处理的基板，可以确实防止反应气体被偏向导入，可以防止在基板面内的反应中产生不均匀而使基板面内比电阻值等膜质变得不均匀。

在本发明中，上述调节手段如果采用具有设置在靶材背面一侧的、具有凸三角状前端部分的流量调节构件，和相对上述间隙进退自如地驱动该流量调节构件的驱动手段的结构，就可以根据流量调节构件在上述间隙的侵入量，以简单的结构调节通过该间隙流动的气体的流量。

此时，根据装置的结构，为了适当调节通过间隙流动的反应气体的流量，优选在上述间隙的全长上设置上述流量调节构件。

另外，根据装置构成，为进行非常细小的膜质分布调节，可以采用上述流量调节构件在沿着其长度方向被分割为规定长度的多段、在该被分割的部分上分别连接驱动手段的结构。

在本发明中，上述溅射电源是在并列设置的多片靶材中，在每1对靶材上以规定频率、交替改变极性施加电压的交流电源；如果将各靶材交替切换到阳电极、阴电极，使在阳电极和阴电极之间辉光放电，形成等离子体氛围溅镀各靶材，因为不需要在各靶材相互之间的空间中设置任何阳电极和屏蔽板等构成零件，所以，可以将不放出溅射粒子的该空间尽可能地缩小。

为了提高各靶材利用效率，在上述并列设置的靶材和通气管之间，在各靶材的前方设置形成隧道状磁束的磁铁组合体的同时，也可以采用具备使该各磁铁组合体整体且沿着靶材背面平行往复运动的其它驱动手段的构成。

具体实施方式

参照图1来说明，1是本发明的磁控管式溅镀装置(以下称为「溅镀装置」)。溅镀装置1是在线式的装置，具有通过旋转泵、涡轮分子泵等真空排气手段(未图示)和可以保持规定真空度的真空室11。在真空室11的上部设置着基板搬送手段2。该基板搬送手段2具有公知的结构，具有安放玻璃基板等处理基板S的托架21，使未图示的驱动手段间歇地驱动，可以将基板S依次搬送到后述的相对靶材的位置。

在真空室11内，在通过溅射对被搬送到相对靶材位置的基板S形成规定薄膜时，为了防止溅射粒子附着在托架21表面和真空室11侧壁等，在基板搬送手段2和靶材之间设置形成面向基板S的开口31a的第1屏蔽板31，第1屏蔽板31的下端延伸到后述的第2屏蔽板32的近旁。然后，在真空室11的下侧设置着阴电极C。

为了对大面积基板S可以有效地形成薄膜，阴电极C具有相对基板S以相等间隔设置的多片(在本实施方式中是8片)靶材41a至41h。各靶材41a至41h，根据要在基板S表面形成的Cu、Al、Ti、Mo或这些的合金和铟及锡的氧化物(ITO)等薄膜组成，以公知的方法制作，例如形成为大致长方体(在俯视中是长方形)等相同形状。在溅射中，各靶材41a至41h通过铟和锡等焊接材料被连接在冷却靶材41a至41h的背板42上。

各靶材41a至41h通过绝缘构件被安装在阴电极C的框架(未图示)上，使未使用时的溅射面411位于平行于基板S的同一平面上。另外，在并列设置的靶材41a至41h周围设置着第2屏蔽板32，在真空室11内，被第1和第2屏蔽板31、32围绕的空间构成溅射室11a。

另外，阴电极C具有分别位于靶材41a至41h的后方(和溅射面411背向一侧)的磁铁组合体5。同一结构的各磁铁组合体5具有平行于各靶材41a至41h设置的支持板(环口)51。靶材41a至41h在正面看是长方形时，支持板51比各靶材41a至41h的横幅小，沿着靶材41a至41h的长度方向由从其两侧延伸出的长方形平板构成，由可增大磁铁吸附力的磁性材料制成。在支持板51上，设置着在其中央部分、沿长度方向设置为线状的中央磁铁52，和包围在中央磁铁52周围的沿着支持板51的外周面设置的周边磁铁53，以改变溅射面411一侧的极性。

换算为中央磁铁52的同磁化时的体积，例如被设计成等于换算为周边磁铁53同磁化时的体积之和(周边磁铁∶中央磁铁∶周边磁铁＝1∶2∶1)，在各靶材41a至41h的溅射面411的前方分别形成平衡的闭合环匝隧道状磁束。由此，捕捉在各靶材41a至41h的前方(溅射面411)一侧电离的电子和由溅射生成的二次电子，提高在各靶材41a至41h前方的电子密度，等离子体密度升高，可以提高溅射率。

各磁铁组合体5被分别安装在由电动机和气缸等构成的驱动手段D所连接的驱动板D1上，可以在位于沿着靶材41a至41h的并列设置方向的两个位置之间平行且等速地整体往复运动。由此，改变溅射率变高的区域，可以在各靶材41a至41h的全部表面得到均匀侵蚀的区域。

各靶材41a至41h以相邻2片构成一对靶材(41a和41b、41c和41d、41e和41f、41g和41h)，每一对靶材分配设置交流电源E1至E4。然后，来自交流电源E1至E4的输出电缆K1、K2被连接在一对靶材41a、41b(41c和41d、41e和41f、41g和41h)上，由交流电源E1至E4对各一对的靶材41a至41h交替改变极性、以任意波形(例如正弦波)外加交流电压。

交流电源E1至E4为具有公知结构的相同交流电源，由能够供给电力的电力供给部，以及以规定频率交替改变极性、向一对靶材41a、41b(41c和41d、41e和41f、41g和41h)上输出交流电压的振荡部构成。另外，各交流电源E1至E4被相互通信自如地连接，以来自任意一个交流电源E1的输出信号可以同期运转各交流电源E1至E4。

另外，在真空室11中设置着在溅射室内导入由Ar等稀有气体组成的溅射气体、和根据要在基板S表面形成的薄膜的组成适当选择的氧和氮等反应气体的气体导入手段8(参照图1)。可以在溅射气体的供给中使用的气体导入手段8具有被安装在真空室11侧壁的通气管81a，通气管81a通过质量流量调节器82a分别连通溅射气体和反应气体的气源83a。

另外，可以在反应气体的供给中使用的气体导入手段8具有通气管81b，通气管81b的一端通过质量流量调节器82b分别连通溅射气体和反应气体的气源83b。另一方面，其另一端连接在靶材41a至41h并列设置方向上、通过各靶材中心延伸的1根供气管84上。供气管84，例如是具有Φ3～10mm直径的不锈钢制造的钢管，尺寸设定为比并列设置的靶材41a至41h全部幅度长大约1/3，在该靶材41a至41h一侧的面上，例如位于各靶材41a至41h相互之间的间隙下方形成多个喷射口84a。

然后，如果使质量流量调节器82a、82b运转，溅射气体就通过第1和第2的各屏蔽板13、43之间及第1屏蔽板13和基板搬送手段2之间的间隙被导入溅射室11a。反应气体在各靶材41a至41h的背面一侧(和靶材的溅射面411背向一侧)的空间被扩散，通过各靶材41a至41h相互之间的各间隙412供给基板S。

在本实施方式的溅镀装置1中，在各靶材41a至41h的背面一侧的空间中设置使冷媒在磁铁组合体5与驱动板D1及背板中循环的冷媒循环回路等部件，另外，通向真空排气手段的排气口11b也在从真空室11的中心偏置、形成于该真空室11的底面(参照图1)。因此，如上所述在各靶材41a至41h的背面一侧的空间使反应气体扩散时，局部产生气体滞留，有通过各靶材相互之间间隙中的任意一个间隙反应气体被偏向导入基板的可能。

在本实施方式中，设置着可以分别调节通过靶材41a至41h相互之间的各间隙412流动的反应气体流量的调节手段9。调节手段9在靶材41a至41h的背面一侧，由流量调节构件91和驱动手段93构成。该流量调节构件91的前端部分为凸三角状(截面大致为三角形)，位于各间隙412正下方；该驱动手段93为通过操作轴92连接在流量调节构件91上的电动机和气缸等。流量调节构件91例如为氟树脂制，使驱动手段93运转，则流量调节构件91相对各间隙412进退自如(参照图2和图3)。

如在图3所示，由驱动手段93使流量调节构件91下降，其前端如果位于相互邻接的背板42下面的下方(下降位置)，气体流动就不被阻碍，气体流量变得最大。然后，在控制驱动手段93运转使流量调节构件91上升时，根据流量调节构件91的前端部对间隙412的侵入量，适当调节通过该间隙流动的气体的流量。另一方面，由驱动手段93使流量调节构件91上升、该流量调节构件91的前端部分的斜面如果分别接触相互邻接的背板42(上升位置)，气体的流动被阻断，气体流量为零。另外，在将流量调节构件91设置为遍及间隙412的全长的同时，以均等长度分割为三份，每一部分分别连接于驱动手段93上，可以极细微地调节反应气体流量。

由此，通过适当调节相对各间隙412可进退自如的流量调节构件91的各部分位置，可调节通过各间隙412流向基板S的反应气体流量，防止反应气体对基板S偏置供给。因此，在基板S的靶材41a至41h一侧的空间，反应气体大致均等存在，该反应气体从靶材41a至41h向基板S飞散，和被等离子体活性化的溅射粒子反应，在基板表面附着、堆积。其结果，可以防止在基板S面内产生反应性不均匀、可以防止在基板S面内比电阻值等膜质变得不均匀。

另外，在本实施方式中，流量调节构件91具有凸三角状的前端部分，将各流量调节构件91三等分分割的情况作为例子进行了说明，通过各间隙412流向基板S的反应气体流量，只要是根据装置构成可以调节的构成，其形态和分割数就不受限定。另外，说明了由流量调节构件91组成的调节手段9，但不限定于此，也可以在相互邻接的背板42之间架设、安装规定厚度的树脂膜或板状构件，以阻断通过各间隙412的反应气体流动，此时，也可以在该薄膜和板状构件中设置开口调节气体流量，构成调节手段。

另外，在本实施方式中，以通过靶材41a至41h的中心延伸的1根供气管84为例进行了说明，但在装置构成上(因为有磁铁组合体的驱动手段)，有不能像上述那样设置供气管84的情况。这时，也可以在与靶材41a至41h的并列方向垂直相交的方向偏置地设置。另一方面，在和靶材41a至41h的并列方向垂直相交的方向以规定的间隔设置多根供气管84，也可以调节通过并列设置的各靶材41a至41h相互之间的各间隙412向基板S供给的反应气体量。

在本实施方式中，还说明了并列设置多片靶材41a至41h，在各靶材41a至41h上通过交流电源E1至E4投入电力，但不限定于此，对并列设置的各靶材，也可以由直流电源进行电力投入。由直流电源投入电力时，在各靶材41a、41b相互之间设置接地屏蔽板100。此时，将接地屏蔽板100的截面形状制成为倒T字形，分别使其水平部分和背板42背面粘合，设置规定厚度的树脂板100，也可以构成阻断通过接地屏蔽板100和靶材41a或42b之间流动的反应气体的调节手段。此时，在树脂板100的和背板42之间的粘合面上以规定的间隔形成凹状的沟101a，可以调节通过接地屏蔽板100和靶材1a或42b之间向基板S供给的反应气体量。另外，将上述构成的树脂板在其长度方向分割为多段，也可以保持规定间隔在水平部分和背板42背面之间的间隙全长上设置。

实施例1

在本实施例1中，使用在图1中表示的溅镀装置1，反应气体使用氧气，由反应性溅射在玻璃基板S上形成CuMgO膜。此时，靶材使用组成含0.7wt％的CuMg材料，以公知的方法成形，接合在背板上。另外，为了对2400mm×2000mm的玻璃基板形成CuMgO膜，并列设置14片靶材。再在与靶材并列设置方向垂直相交方向保持规定间隔地设置2根供气管84，成为只从该供气管84的两端向靶材喷射反应气体。

对于反应性溅射的条件，控制质量流量调节器，设定Ar气体的气体流量为890sccm、氧气流量为240sccm，导入真空室内。然后，将高电力时的投入电力设定为5kW、为得到膜厚设定溅射时间(约30秒)。

此处，在试样#1中，遍布位于中央的并列靶材之间的间隙412g，其两侧间隙412f、412h及进一步其两侧的间隙412e、412i，和分别位于基板S的外周边缘部下侧的间隙412b、412l及位于其两外侧的间隙412a、412m的全长，使流量调节构件91前端部分的斜面分别上升接触相互邻接的背板42，以阻断气体流动的状态形成CuMgO膜。

另外，试样#2在除去位于并列设置的靶材中央的靶材相互之间的间隙412g、其两侧间隙412f、412h及进一步其两侧的间隙412e、412i中中央部分的部位，以及遍布分别位于基板S的外周边缘部分下侧的间隙412a、412m的全长上，使流量调节构件91前端部分的斜面分别上升接触相互邻接的背板42，以阻断气体流动的状态形成CuMgO膜。

在试样#3中，使流量调节构件91全部下降，使其前端以低于相互邻接的背板42下面的状态形成CuMgO膜。

图5至图7是表示由上述制作的试样#1至#3的CuMgO膜的比电阻值的分布图表。如果根据该图表，在试样#3中，在基板的中央部分的相对靶材长度方向两端部的部位和沿着靶材并列设置方向的基板两侧的部位，比电阻值局部变高，该比电阻值的面内分布是±99.7％。由此判断，反应气体氧气被偏向供给。

相对于此，在试样#1和#2中，由调节手段9适当阻断通过各间隙412流动的反应气体，比电阻值的面内分布变为±86.1％(试样#1)和±80.6％(试样#2)，可判断氧气偏置供给得到改善。

附图说明

图1是本发明的溅镀装置的模式剖面图。

图2是说明本发明的流量调节手段设置的平面图。

图3是说明本发明的流量调节手段设置的放大剖面图。

图4(a)是说明变形例相关的调节手段设置的局部剖面图。

图4(b)是沿着B-B线的局部剖面图。

图5是说明在实施例1中制成的试样#1的比电阻值的膜质分布图。

图6是说明在实施例1中制成的试样#2的比电阻值的膜质分布图。

图7是说明在实施例1中制成的试样#3的比电阻值的膜质分布图。

附图标记说明

1…溅镀装置

11a…溅射室

31、32…屏蔽板

41a～41h…靶材

8…气体导入手段

84…供气管

9…调节手段

91…流量调节构件

93…驱动手段

E1～E4…交流电源

S…基板

Claims (6)

1.一种溅镀装置，具有在溅射室内以规定间隔并列设置的多片靶材、能够向靶材输入电力的溅射电源、和能够向溅射室导入溅射气体和反应气体的气体导入手段；

将所述反应气体导入溅射室的气体导入手段具有至少1根供气管，该供气管在并列设置的各靶材背面一侧与各靶材间隔设置的同时形成喷射反应气体的喷射口，其特征在于，

设置有调节手段，能够调节通过所述靶材相互之间各间隙流动的所述反应气体流量。

2.如权利要求1所述的溅镀装置，其特征在于，所述调节手段具有设置在靶材背面一侧的、具有凸三角状前端部分的流量调节构件，和相对所述间隙进退自如地驱动该流量调节构件的驱动手段。

3.如权利要求1或2所述的溅镀装置，其特征在于，所述流量调节构件设置在所述间隙的全部长度上。

4.如权利要求2或3所述的溅镀装置，其特征在于，所述流量调节构件在沿着其长度方向以规定长度被分割为多段，在该被分割的部分上分别连接着驱动手段。

5.如权利要求1～4任一项所述的溅镀装置，所述溅射电源是在并列设置的多片靶材中，在每对靶材上以规定频率、交替改变极性外加电压的交流电源；其特征在于，将各靶材交替切换到阳电极、阴电极，使在阳电极和阴电极之间辉光放电形成等离子体氛围，溅射各靶材。

6.如权利要求1～5任一项所述的溅镀装置，其特征在于，在所述并列设置的靶材和通气管之间，在各靶材的前方设置形成隧道状磁束的磁铁组合体的同时，具有使该各磁铁组合体整体且沿着靶材背面平行往复运动的另一驱动手段。

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