CN101978094B - 磁控溅射装置和磁控溅射方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种可以在长时间内生长具有均匀的膜厚分布的薄膜的磁控溅射技术。本发明的磁控溅射装置(1)具有：真空槽(2)；阴极部(6)，设置在真空槽2内，并且具有其正面侧支承标靶(7)、其背面侧支承多个磁体(12)的垫板(8)；和直流电源(30)，向阴极部(6)供给直流电。相对于垫板(8)，在标靶(7)侧的放电空间内设置有多个可以独立地进行电位控制的控制电极(21、22)。

Description

磁控溅射装置和磁控溅射方法

技术领域

本发明涉及在真空中通过溅射生长薄膜的技术，特别是涉及一种通过磁控溅射生长薄膜的技术。

背景技术

过去，在这种磁控溅射装置101中，例如，如图6(a)所示，在真空槽102内与基板104对置的标靶107的背面(垫板108)侧配设有多个棒状磁体112。

在这种现有技术中存在的问题是，标靶107经长时间使用后，标靶107的表面会被刨削，导致多个磁体112相互之间的阻抗产生差异，其结果是，放电空间中的等离子体的分布变得不均匀。

例如，在图6(a)所示的实例中存在的问题是，如图6(b)、(c)所示，侧部区域的刨削比与中央的磁体112相对应的标靶区域107a的刨削更严重，其结果是，基板104上的膜厚呈现出中央区域比边缘部位区域薄的状况。

以往的做法是通过改变磁体112相对于标靶107的距离并校正磁性电路来应对这种问题，但尚未获得充分的膜厚均匀性。

专利文献1：特开平11-200037号公报

专利文献2：特开平11-302843号公报

发明内容

本发明是为了解决这种现有的技术问题而提出的，其目的在于提供一种能够长时间生长具有均匀的膜厚分布的薄膜的磁控溅射技术。

为了实现上述目的而研制的本发明是这样一种磁控溅射装置，其具有：真空槽；阴极部，设置在所述真空槽内，并且具有其正面侧支承标靶、其背面侧支承多个磁体的支承机构；和电源，向所述阴极部供电，相对于所述支承机构，在所述标靶侧的放电空间内设置有多个可以独立地进行电位控制的控制电极。

另外，本发明构成为，在所述发明中，所述控制电极分别对应于所述多个磁体而设置。

另外，本发明构成为，在所述发明中，所述磁体形成为棒状，所述控制电极以包夹所述支承机构并与所述磁体的端部重叠的方式配置。

另外，本发明构成为，所述控制电极以相对于所述标靶的端缘部向内部突出的方式配置。

另一方面，本发明涉及一种在真空中产生磁控管放电以进行溅射的磁控溅射方法，其具有如下工序：当在标靶的放电空间内配置多个控制电极并在真空中向标靶供电从而产生等离子体时，使所述多个控制电极的电位相异。

另外，本发明构成为，在所述发明中，当在真空中向标靶供电从而产生等离子体时，使所述多个控制电极之中处于所述标靶的特定区域内的控制电极的电位高于所述标靶的所述特定区域以外的区域内的控制电极的电位。

另外，本发明构成为，在所述发明中，将所述标靶的特定区域设定为所述标靶的中央区域。

另外，本发明构成为，在所述发明中，将所述标靶的特定区域内的控制电极的电位设定为浮动电位，而将所述标靶的特定区域以外的区域内的控制电极的电位设定为接地电位。

在本发明的情况下，当在标靶的放电空间内配置多个控制电极并在真空中向标靶供电从而产生等离子体时，使多个控制电极的电位相异，由此，能够调整各磁体中的阻抗，其结果是，能够对放电空间中的等离子体的分布偏差作出校正，实现膜厚的均匀化。

在本发明中，如果使多个控制电极之中处于标靶的特定区域(例如中央区域)内的控制电极的电位(的绝对值)高于处于标靶的特定区域以外的区域(例如侧部区域)内的控制电极(的绝对值)的电位，就能够相对地增大该特定区域内的放电空间的等离子体密度。其结果是，根据本发明，在例如标靶经长时间使用后标靶表面的中央区域被刨削的情况下，能够实现膜厚的均匀化。

在这种情况下，如果将多个控制电极之中处于标靶的特定区域内的控制电极的电位设定为浮动电位，而将标靶的特定区域以外的区域内的控制电极的电位设定为接地电位，就能够加快标靶的特定区域内的薄膜生长速度，易于实现膜厚的均匀化。

根据本发明的装置，能够以简单的结构容易地实施上述本发明。

特别地，例如在控制电极分别对应于所述多个磁体而设置的情况下、以及磁体形成为棒状，控制电极以包夹支承机构并与磁体的端部重叠的方式配置的情况下、进而在控制电极以相对于标靶的端缘部向内部突出的方式配置的情况下，能够更有效地使处于标靶的特定区域内的控制电极的电位高于处于标靶的特定区域以外的区域内的控制电极的电位。

发明效果

根据本发明，能够提供一种可以在长时间内生长具有均匀的膜厚分布的薄膜的磁控溅射技术。

附图说明

图1是表示本发明的磁控溅射装置的实施方式的内部结构的剖视图。

图2是表示同一磁控溅射装置的阴极部的外观结构的平面图。

图3是表示控制电极中流动的电流的强度与薄膜生长速度的关系的图表。

图4是用于说明控制电极的突出长度与膜厚的关系的测定方法的图。

图5是表示控制电极的顶端部和测定点(B⊥O)之间的距离与膜厚的关系的图表。

图6(a)是表示现有的磁控溅射装置的内部结构的剖视图，(b)是用于说明现有技术的问题的图，(c)是用于说明现有技术的问题的图。

附图标记说明

1......溅射装置

2......真空槽

3......基板(薄膜生长对象物)

6......阴极部

7......标靶

8......垫板

9......内侧屏蔽构件

10......外侧屏蔽构件

21......控制电极

22......控制电极

23......可变电阻器

30......直流电源

具体实施方式

下面，参照附图详细说明本发明的理想的实施方式。

图1是表示本发明的磁控溅射装置的实施方式的内部结构的剖视图，图2是表示同一磁控溅射装置的阴极部的外观结构的俯视图。

如图1所示，本实施方式的溅射装置1具有与未图示的真空排气系统相连接的真空槽2。此外，该真空槽2的电位处于接地状态。

真空槽2内的结构是：平板状的基板(薄膜生长对象物)3被支承在基板支架4上，隔着遮罩5与阴极部6对置。

阴极部6具有用于支承标靶7的垫板(支承机构)8，由此使标靶7与基板3平行地对置。该垫板8连接到直流电源30。

在标靶7周围的区域内配设有例如由环状金属构成的内侧屏蔽构件9。

另外，在垫板8周围的区域内设置有例如由环状金属构成的外侧屏蔽构件10。

这里，内侧屏蔽构件9的电位被置于浮动状态。另一方面，外侧屏蔽构件10与内侧屏蔽构件9绝缘，其电位被置于接地状态。

如图2所示，在垫板8的背面设置有多个(在本实例中是5个)由被支承在支承部11上的永久磁铁构成的磁体12。

在本实施方式中，各磁体12a～12e使用棒状的磁体，并隔开预定的间隔平行配置。此外，各磁体12a～12e的大小和位置按照不至于超出标靶7的区域的方式确定。

进而，在本实施方式中，内侧屏蔽构件9的相对置的一对边缘部91、92上配设有控制电极21、22。

控制电极21、22由例如矩形的板状构件构成，使用例如不锈钢等金属材料构成。另外，控制电极21、22和内侧屏蔽构件9电气式绝缘。

此外，各控制电极21、22的大小和位置按照使内侧屏蔽构件9的各边缘部91、92向内部即标靶7侧突出的方式确定。

在本实施方式的情况下，控制电极21、22以分别与各磁体12a～12e相对应的方式分别由5个控制电极21a～21e、控制电极22a～22e构成。

控制电极21a～21e和控制电极22a～22e分别具有比磁体12a～12e稍大的宽度而形成，以标靶7侧的顶端部包夹垫板8和标靶7并与磁体12a～12e的各端部重叠的方式配置。

另外，控制电极21a～21e和控制电极22a～22e中，包夹各磁体12a～12e而对置的一对控制电极21a和22a、控制电极21b和22b、控制电极21c和22c、控制电极21d和22d、控制电极21e和22e彼此电连接，处于相同电位。

进而，控制电极21a～21e和控制电极22a～22e在真空槽2的外部分别经由可变电阻器23接地。

在以上所述的本实施方式中，当在标靶7的放电空间内配置多个控制电极21、22并在真空中向标靶7供给直流电从而产生等离子体时，将多个控制电极21、22之中处于标靶7的例如中央区域内的控制电极21c、22c的电位设定为例如浮动电位，由此，比处于标靶的例如侧部区域内的控制电极21a、21b、21d、21e以及控制电极22a、22b、22d、22e的电位高。

其结果是，能够相对地增大在标靶7的例如中央区域内的放电空间的等离子体密度，从而即使在例如标靶7经长时间使用后标靶7表面的例如中央区域被刨削的情况下，也能够实现膜厚的均匀化。

此外，根据本实施方式的磁控溅射装置1，能够以简单的结构容易地实施上述本发明。

此外，本发明并不限于上述实施方式，而是能够进行各种变更。

例如，在上述实施方式中，将多个控制电极21、22之中处于标靶7的例如中央区域内的控制电极21c、22c的电位设定为高于其他控制电极21a、21b、21d、21e以及控制电极22a、22b、22d、22e的电位，但本发明并不限于此，也可以调整其他控制电极21a、21b、21d、21e以及控制电极22a、22b、22d、22e中任意一个的电位。

另外，在本实施方式中，以分别与各磁体12a～12e相对应的方式分别设置了5个控制电极21a～21e、控制电极22a～22e，但本发明并不限于此，也可以仅对应于特定的磁体而设置控制电极。

进而，控制电极的形状、位置也并不限于上述实施方式所述的形状、位置，只要是在本发明的范围内，可以进行适当变更。

实施例

下面对本发明的实施例以及比较例进行详细说明。

使用图1和图2所示的磁控溅射装置，以铝(Al)作为标靶，在标靶与磁体间距为45mm、标靶与基板间距为125mm的条件下进行溅射。

在这种情况下，接入42.8kW电力，向真空槽内注入100sccm氩(Ar)，保持0.35Pa的压力。

另外，使用由不锈钢构成的平板状材料(宽度为140mm)作为控制电极，使控制电极从标靶的各端缘部向标靶内部突出20mm，并将控制电极与标靶的间隙设定为5mm。

继而，一边使各磁体产生100mm的摇动，一边进行56秒钟的溅射，在基板上生长薄膜。其结果如表1～表3所示。

这里，表1表示将全部控制电极设定为接地电位的情况下的膜厚(条件1)，表2表示仅将中央的控制电极(21c、22c)设定为浮动电位的情况下的膜厚(条件2)，表3表示条件2的膜厚与条件1的膜厚的差分计算结果。

其中，表1～表3中的数字是与各磁体的中央部分相对应的基板上的测定位置的膜厚(附加距离基板端部的距离作为参考)，单位是

另外，表1、表2外侧的横排和纵排的数字表示各表中的横排和纵排的膜厚的平均值。

[表1]

表1.全部控制电极均为接地电位(条件1：

)

[表2]

表2.中央的控制电极为浮动电位(条件2：

)

[表3]

表3.条件2与条件1的差分

根据表1～表3可知，与将全部控制电极设定为接地电位的情形相比，在将中央的控制电极(21c、22c)设定为浮动电位的情况下，以该中央的控制电极(21c、22c)为中心，其两侧区域内的膜厚增大(最大

)。

可以认为，这是因为在被设定为浮动电位的控制电极(21c、22c)附近，等离子体密度上升，因而，薄膜生长速度增大的缘故。

另外，表4表示仅将中央的控制电极(21c、22c)与100Ω的电阻器相连接的情况下的膜厚(条件3)，图5表示条件3的膜厚与上述条件1(将全部控制电极设定为接地电位的情形)的膜厚的差分计算结果。

在该条件3的情况下，中央的控制电极(21c、22c)中流动的电流为-0.7。

[表4]

表4.将中央的控制电极与100Ω的电阻器相连接(条件3：

)

[表5]

表5.条件3与条件1的差分

根据表1、表4、表5可知，与将全部控制电极设定为接地电位的情形相比，在将中央的控制电极与100Ω的电阻器相连接的情况下，以该中央的控制电极为中心，其两侧区域内的膜厚增大(最大

)。

可以认为，这是因为在连接了100Ω的电阻器的控制电极附近，等离子体密度上升，薄膜生长速度增大的缘故。

图3是表示在上述实例中控制电极中流动的电流的强度与薄膜生长速度的关系的图表。

根据图3可知，当控制电极中流动的电流的强度为0的情况下，亦即中央的控制电极处于浮动电位的情况下薄膜生长速度达到最大，随着控制电极中流动的电流强度增大，薄膜生长速度有减小的倾向。

在这种情况下，当控制电极中流动的电流为0A～2A时薄膜生长速度会发生变化，即使控制电极中流动的电流超过2A，薄膜生长速度也不再变化(下降)。

此外，根据表1、表2也可知，本发明人通过实验确认发现，在改变控制电极中流动的电流的强度的情况下，在磁体的长度方向上薄膜生长速度不会发生变化。

另外，本发明人通过实验确认发现，无论将内侧屏蔽构件的电位设定为接地电位还是浮动电位，薄膜生长速度都不会变化，能够通过上述控制电极的电位变更来调整薄膜生长速度。

图4是用于说明上述实例中的控制电极的突出长度与膜厚的关系的测定方法的图，图5是表示上述实例中的控制电极的顶端部和测定点(B⊥O)之间的距离(Δx)与膜厚的关系的图表。这里，测定点(B⊥O)是在标靶表面上由磁体形成的磁场向量相对于标靶的正交分量为0的点。

根据图4和图5可知，随着控制电极21、22的顶端部和测定点之间的距离Δx的减小，亦即随着控制电极21、22向标靶7内部的突出长度的增大，浮动电位膜厚相对于接地电位膜厚的比值有变大的倾向。

这表明，根据上述图3所示的结果可知，通过增大控制电极21、22的突出长度，薄膜生长速度得到提高。

Claims (5)

1.一种磁控溅射装置，具有：

真空槽；

阴极部，设置在所述真空槽内，并具有其正面侧支承标靶、其背面侧支承多个磁体的支承机构；和

电源，向所述阴极部供电，

相对于所述支承机构，在所述标靶侧的放电空间内设置有多个能够独立地进行电位控制的控制电极，

所述控制电极具有分别对应于所述磁体设置，并与所述磁体的各端部分别重叠，而且以相对于所述标靶的端缘部分别向内部突出的方式配置的一对电极，该一对电极被电连接，处于相同电位。

2.一种磁控溅射方法，采用权利要求1中记载的磁控溅射装置在真空中产生磁控管放电以进行溅射，其中

具有如下工序：

当在标靶的放电空间内配置多个控制电极并在真空中向标靶供电从而产生等离子体时，使所述多个控制电极的电位相异。

3.如权利要求2所述的磁控溅射方法，其中

当在真空中向标靶供电从而产生等离子体时，使所述多个控制电极之中处于所述标靶的特定区域内的控制电极的电位高于所述标靶的所述特定区域以外的区域内的控制电极的电位。

4.如权利要求3所述的磁控溅射方法，其中

所述标靶的特定区域是所述标靶的中央区域。

5.如权利要求3或4所述的磁控溅射方法，其中

将所述标靶的特定区域内的控制电极的电位设定为浮动电位，而将所述标靶的特定区域以外的区域内的控制电极的电位设定为接地电位。

Images