CN102312206B - 溅射方法 - Google Patents

Abstract

提供一种溅射方法，以简单的方法防止被处理基板外周部的膜层下垂，实现均匀的膜厚分布。在同一平面上并列设置至少三个靶对，在该靶的后方平行配置磁回路，由前述并列设置方向两端的靶对上连接的溅射电源根据规定的电力比供给电力，该电力大于被前述两端的靶对夹持的靶对上连接的溅射电源所供给的电力，并且，提高与前述磁回路并列设置方向垂直的方向上的两端部的磁场强度。

Description

溅射方法

技术领域

本发明涉及一种在被处理基板上形成薄膜的溅射方法，特别是涉及一种并列设置多个靶、在大面积的被处理基板上形成薄膜的多阴极溅射方法。

背景技术

近年来，以液晶等显示器领域为中心，在大面积基板上形成薄膜的溅射技术日显发展。通过溅射在大面积的被处理基板上形成薄膜时，采用了在真空腔内与被处理基板相对、在同一平面上并列设置多个靶的方法。

但是，靶的表面全部与前述被处理基板平行配置，当在具有大于前述并列设置的全部靶的外形尺寸的被处理基板上成膜时，与被处理基板中央部相比，到达被处理基板两端部的溅射粒子不足，即产生膜层下垂、膜厚不均匀的缺陷。

为了解决这种问题，过去曾有人提出下述解决方法：在安装了前述各靶的溅射源中，通过使相对被处理基板的两端部的溅射源向被处理基板侧倾斜补充到达基板表面两端部的溅射粒子的数量，使前述膜厚分布变得均匀(例如参照专利文献1)。

现有技术中存在为了使两端溅射源倾斜而使机构变得复杂的问题，且具有倾斜角度调整麻烦的缺陷。

前述现有技术中采用了由溅射电源外加直流电压的DC溅射方式。DC溅射方式中靶分别配置在阴极电极上，阳极电极配置在相邻阴极电极之间。因此，阳极电极正下方的被处理基板因为与靶和靶的间隙相对，而产生该部分的膜厚不均一的缺陷。

为使用简单的构造消除该缺陷，近年，多采用了对多对靶分别连接交流电源的AC溅射方式。AC溅射方式中，因为使前述靶对交替成为阴极电位和阳极电位，因此不需在靶间设置阳极电极，不会产生前述缺陷。

但是，DC溅射方式中由于存在前述阳极电极，在一定程度上，等离子体扩散到靶的外周边，而AC溅射方式如前所述，由于交替改变电位，在被处理基板两端部上，与中央部相比电场强度下降，等离子体扩散不均，与被处理基板中央部相比溅射粒子的供给不足。

因此，不采用前述现有技术中的机构复杂的溅射源的溅射方法时，与使用交流电源的AC溅射方式相比，被处理基板两端部发生膜层下垂比较明显。

但是近年，为了更好地维持被处理基板上的等离子体密度，形成与在靶和前述被处理基板之间形成的电场垂直的闭环磁场的磁控管溅射方式成为主流。一般磁控管溅射方式中，在靶的后方平行配置磁回路，该磁回路由中央磁铁与包围该中央磁铁的具有与中央磁铁相反磁极的外周磁铁构成，与各靶对应地并列设置。

使用交流电源的磁控管溅射中，与形成前述电场的方向垂直方向的磁回路两端部上磁场强度变弱，因此，与由于电场强度下降的前述产生膜层下垂的被处理基板两端部不同的是，其他两端部上也产生了膜层下垂，结果在被处理基板外周全体上都产生了膜层下垂的缺陷。

专利文献

专利文献1：特开2004-346388(第8页、图4)

发明内容

鉴于上述情况，本发明的目的在于提供一种以简单的方法防止被处理基板外周部的膜层下垂，使膜厚分布均匀的溅射方法。

为解决前述问题，本发明提供的溅射方法，在真空腔内，与被处理基板相对、在同一平面上并列设置至少三个靶，在该靶的后方平行配置磁回路，由连接在前述各靶上的溅射电源供给电力在靶和前述被处理基板之间形成电场产生等离子体的同时，在与前述电场垂直的方向上形成磁场，对前述各靶进行溅射，通过前述方法在前述被处理基板上形成薄膜，其特征在于，由并列设置方向两端的靶上连接的溅射电源根据规定的电力比来供给电力，供给的电力大于被前述两端的靶夹持的靶上连接的溅射电源。

根据上述方法，可使当靶在同一平面上并列设置时，提高并列设置方向上两端部的靶表面的电场强度。

另外也可代替前述至少三个靶，在同一平面上并列设置至少三个靶对，对应各靶对成对地平行配置前述磁回路，对每个靶对连接交流电源作为前述溅射电源，由两端的靶对上连接的交流电源根据规定的电力来供给电力，该供给的电力大于被前述两端的靶对夹持的靶对上连接的交流电源。

由各交流电源外加交流电压时，构成各靶对的两个靶交替切换为阳极电极和阴极电极，通过在该阳极电极和阴极电极间产生辉光放电可产生前述等离子体。此时，根据前述规定的电力比，可设定为使并列设置方向两端的靶对上连接的交流电源的电力，大于被该两端的靶对夹持的靶对上连接的交流电源的电力。并且，可将前述交流电源的规定的电力比，设定为使被处理基板两端部不产生膜层下垂、两端部与中央部的不均膜厚得到矫正的值。

但是前述电场强度提高时，等离子体密度在靶的并列设置方向两端部上虽然得到提高，而在各靶的另一方的两端部上磁场强度产生了下降，因此等离子体密度与其他部分相比变低。所以，若采用使前述另一方的两端部的磁场强度提高的构成，可提高前述另一方的两端部的等离子体密度，使被处理基板整个外周部的等离子体密度提高，可矫正与中央部的等离子体密度的差异。为实现所述磁场强度的提高，例如可在与前述磁回路的并列设置方向垂直方向的两端部上，分别追加设置辅助磁铁。

如上所述，本发明的溅射方法具有如下效果：不必设置复杂的机构，即可提高与靶的并列设置方向的两端部相对的被处理基板的两端部的等离子体密度，从而防止被处理基板的膜层下垂，使膜厚分布均匀。

此外，使用交流电源时，通过在前述靶的另一方的两端部上追加设置辅助磁铁，也可以提高靶的另一方的两端部的磁场强度，从而起到防止被处理基板的整个外周部的膜层下垂的作用。

附图说明

图1是实施本发明的溅射方法的溅射装置示意图。

图2(a)是表示追加设置辅助磁铁状态的俯视图，(b)是表示追加设置了辅助磁铁状态的A向侧视图，(c)是表示追加设置了袖助磁铁状态的B向侧视图。

图3是表示是否修正电力比状态下的膜厚变化曲线图。

图4是表示是否追加设置袖助磁铁状态下的膜厚变化曲线图。

具体实施方式

参照图1，1是使用了交流电源的多阴极方式的溅射装置。溅射装置1具有使用真空排气装置(未图示)被保持在规定的真空度上的溅射室11。溅射室11内的上部配置有被处理基板S。被处理基板S通过基板搬运装置(未图示)被依次搬运到与后述的多个靶对相对的位置上。

溅射室11中设有气体导入系统20。气体导入系统20，通过从气体源20a经设置了质量流量控制器20b的气体管20c，以一定的流量向溅射室11内导入Ar等溅射气体或反应性溅射时使用的氧等反应性气体。

溅射室11内的下部配置有多阴极体30。多阴极体30具有呈大致长方体等的相同形状的靶对形成的3个靶对301、302及303。构成靶对301、302及303的各靶301a和301b、302a和302b、303a和303b任何一个都是根据Al合金、Mo或ITO等要在被处理基板S上成膜的薄膜的成分以各种公知的方法制作的、并接合在冷却用背板上(未图示)。各靶对301、302、303的未使用时的溅射面，并列设置在与被处理基板S平行的相同平面上。

此外，并列设置的靶对301、302、303的外形尺寸，设定为大于被处理基板S的外形尺寸。

在各靶301a～303b的背面上分别安装有与所述各靶呈相同外形的电极和绝缘板(未图示)，并设置在多阴极体30上。

前述各电极与配置在溅射室11外部的3个交流电源E1、E2、E3相连接，可分别向靶对301、302、303施加交流电压。即，如以靶对301为例进行说明，靶301a和靶301b连接交流电源E1，对一方的靶301a施加负电位时，靶301b上被施加接地电位或正电位，起到阳极的作用。因此，被施加负电位的靶301a被溅射，通过根据交流电源的频率交替切换靶301a和靶301b的电位，使靶301a、302b被溅射。其他的靶302a、302b、303a、303b也和前述同样被溅射。

在多阴极体30上，在各靶301a～303b的后方分别设有磁回路301c及301d、302c及302d、303c及303d。各磁回路301c～303d都具有与各靶301a～303b平行设置的支持部305。支持部305上平行配置有中央磁铁306、以及与包围该中央磁铁306且与中央磁铁306磁极相反的外周磁铁307和308。中央磁铁306、外周磁铁307及308为垂直各靶301a～303b并列设置方向的棒状体。

由各磁回路301c～303d的中央磁铁306和外周磁铁307及308在靶表面形成闭环状的磁场，通过该磁场电子被封闭，在该部分上产生高密度等离子体。

随后，将被处理基板S搬运到与各靶301a～303b相对的位置上，经气体导入系统20向溅射室11导入溅射气体，当通过各交流电源E1～E3向各靶301a～303b供给电力时，在各靶301a～303b上形成垂直电场的同时，通过各磁回路301c～303d形成与前述电场垂直的闭环磁场，在被处理基板S上成膜。

此时，因为由各交流电源E1～E3供给的电力都相同时，电位相互转换，等离子体不均匀地扩散到与并列设置的靶的两端部(本实施方式为靶301a和303b)相对的被处理基板S的两端部上，与被处理基板S中央部相比溅射粒子的供给不足。

溅射粒子供给不足时，被处理基板S的前述两端部成膜不充分，即发生膜层下垂。

此时，在交流电源E1～E3中，将在并列设置方向两端的靶对301及303上连接的交流电源E1及E3的电力设定为大于E2，使前述两端部上溅射粒子的供给与前述中央部一致。

根据该方法，仅通过对交流电源E1～E3即电力比进行修正，就可以矫正被处理基板S的前述膜层下垂，因此即使不使用特殊构造的溅射装置，也可以通过简单的方法得到可靠性较高的成膜。

此外，图1中对交流电源包括E1～E3三个的情况进行了说明，但电源的情况不限于此。即使根据被处理基板S的面积增加并列设置的靶对数量时，产生膜层缺陷的也是前述两端部，因此也可通过在并列设置方向两端的靶对上连接两个交流电源进行电力比的修正。

另外本实施方式对连接了交流电源的AC溅射方式进行了说明，但并不限于此，即使在DC溅射方式时也可对并列设置方向两端的靶上连接的DC电源的电力比进行修正。

图2为表示本发明溅射方法第2实施方式的示意图。下面对与图1相相应的部分标注相同的符号并省略其详细说明。

在图1中说明的第1实施方式里，修正电源E1～电源E3的电力比、提高前述两端部的电场强度时，在靶301a～303b的并列设置方向的两端部上等离子体密度虽然得到提高，但各靶的另一方的两端部与中央部相比磁场强度发生下降，因此等离子体密度降低。

为提高前述另一方的两端部的等离子体密度，可提高与磁回路301c～303d的并列设置方向垂直方向的各两端部的磁场强度。

对于提高磁场强度的方法，例如可在前述另一方的两端部上追加设置辅助磁铁。

图2(a)为在各磁回路301c～303d的各中央磁铁306、外周磁铁307及308的前述另一方的两端部上，追加设置了辅助磁铁306a及306b、307a及307b、308a及308b的状态的溅射装置1的俯视图。还在图2(b)中表示了从A方向的侧视图，在2(c)中表示了从B方向的侧视图。

由图2(b)可知，通过追加设置辅助磁铁306a～308b，从A方向观察到的被处理基板S两端部的膜层下垂的倾斜变缓，由F1改善为F2。

由图2(c)可知，通过电力比的修正，从B方向观察到的被处理基板S两端部的膜层下垂的倾斜变缓，由F3改善为F4。

即，通过前述电力比的修正、追加设置辅助磁铁306a～308b增强磁场强度，与现有的溅射方法相比，溅射粒子能够均匀到达被处理基板S中央部和所有的周边部。

实施方式1

在本实施方式中，采用了图1中说明的修正交流电源电力比的方法。溅射条件为：将溅射室内真空排气到压力0.3Pa，并列设置七个Al靶对，在各靶对上连接交流电源。

并列设置方向两端的靶对上连接的交流电源的供给电力为80kW，被夹持在该两端交流电源中的五个交流电源的供给电力为75kW，在比较例中，在前述同一条件下，不修正电力比，将所有交流电源的供给电力设定为75kW。

图3中显示了本实施方式的结果的曲线。横轴上将与靶对并列设置方向相同方向的被处理基板上的距离以被处理基板X轴方向(mm)表示，纵轴上表示膜厚测定位置为与被处理基板的前述X轴方向垂直的Y轴方向922mm上。

修正电力比时，膜厚的最大值在被处理基板882mm上为最小值在被处理基板2378mm上为而且，平均膜厚为膜厚分布为6.6％。

另一方面，不修正电力比时，膜厚最大值在被处理基板1918mm上为最小值在被处理基板2378mm上为并且，平均膜厚为膜厚分布为9.9％。

如果比较被处理基板X轴方向两端的膜厚，在一方的端部22mm上，当修正了电力比时，膜厚为不修正电力比时为如前所述，在另一方的端部2378mm上为各个最小值(修正电力比时：不修正电力比时：)。

从图3的图表可知，通过修正电力比，前述被处理基板X轴方向的两端部的膜层下垂得到改善，与不修正电力比时相比实现了均匀的膜厚分布。

实施方式2

在本实施方式中采用了图2中说明的追加设置了辅助磁铁以增强磁场强度的方法。溅射条件与实施方式1相同，将溅射室内真空排气到压力为0.3Pa，在七个Al靶对上分别连接交流电源。在与磁回路的并列设置方向垂直方向的两端部分别设置了辅助磁铁。比较例中未追加设置辅助磁铁。

图4显示了表示本实施方式的结果的图表。横轴表示膜厚纵轴上将与靶对的并列设置方向垂直的方向的被处理基板上的距离表示为被处理基板Y轴方向(mm)。测定位置为被处理基板的前述X轴方向922mm上。

追加设置了辅助磁铁时，膜厚的最大值在被处理基板的2000mm上为最小值在被处理基板的2180mm上为而且，平均膜厚膜厚分布为5.8％。

另一方面，不追加设置辅助磁铁时，膜厚的最大值在被处理基板的1900mm上为最小值在被处理基板的20mm上为并且，平均膜厚膜厚分布为9.9％。

如果比较被处理基板Y轴方向两端的膜厚，在一方的端部20mm上，追加设置辅助磁铁时，膜厚为不追加设置时，如前述为最小值另一方的端部2180mm上，追加设置辅助磁铁时，如前述为最小值不追加设置时为

从图4的图表可知，通过追加设置辅助磁铁，前述被处理基板Y轴方向的两端部的膜层下垂得到改善，与未追加设置辅助磁铁时相比实现了均匀的膜厚分布。

附图标记说明

1 溅射装置

11 溅射室

20 气体导入系统

30 多阴极体

301～303 靶对

E1～E3 交流电源

S 被处理基板

Claims (2)

1.一种溅射方法，在真空腔内，与被处理基板相对、在同一平面上并列设置至少三个靶，在各该靶的后方平行配置磁回路，所述磁回路具有在与靶的并列设置方向垂直的方向上延伸的中央磁铁；以及与中央磁铁的靶侧的磁极不同且围绕中央磁铁设置的外周磁铁；由连接在前述各靶上的溅射电源供给电力，在靶和前述被处理基板之间形成电场、产生等离子体的同时，在与前述电场垂直的方向上形成磁场，对前述各靶进行溅射，通过前述方法在前述被处理基板上形成薄膜，其特征在于，由在并列设置方向两端的靶上连接的溅射电源根据规定的电力比供给电力，该电力大于被前述两端的靶夹持的靶上连接的溅射电源所供给的电力，并在与前述磁回路的并列设置方向垂直的方向的两端部上，与中央磁铁及外周磁铁重叠而追加设置辅助磁铁，提高与前述磁回路并列设置方向垂直的方向上的两端部的磁场强度。

2.根据权利要求1所述的溅射方法，其特征在于，代替前述至少三个靶，在同一平面上并列设置至少三个靶对，对应各靶对成对地平行配置前述磁回路，对每个靶对连接交流电源作为前述溅射电源，由两端的靶对上连接的交流电源根据规定的电力比供给电力，该电力大于被前述两端的靶对夹持的靶对上连接的交流电源所供给的电力。