CN102965627A - 成膜装置及靶装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种成膜装置及靶装置，可提高对基板的成膜的生产率。成膜装置(1)具备作为成膜材料的靶(25)和与该靶(25)接触并进行冷却的板状冷却板(22)，靶(25)和冷却板(22)通过夹具(27)固定，冷却板(22)的第2面(22b)与第1面(22a)相比暴露于高压的气氛中，并且第1面(22b)的中央部(22c)向靶(25)侧位移而按压靶(25)，该第1面(22a)是与靶(25)对置的面，该第2面(22b)是第1面(22a)的相反侧的面。

Description

成膜装置及靶装置

技术领域

本发明涉及一种成膜装置及靶装置。

背景技术

已广泛地公开有，利用当使高速度的原子或离子冲撞靶表面时构成靶的原子被放出至空间的现象而在基板的表面上形成薄膜的溅射装置。溅射装置将由膜的原材料构成的靶作为阴极，将基板或真空容器壁作为阳极，在这两个电极之间施加电压来产生放电，由此使产生的等离子体中的离子朝向该靶加速。而且，使通过该离子冲撞靶而被弹出的靶构成原子等附着或堆积于基板上，由此形成薄膜。

在这种成膜装置中，靶由于在溅射时从离子受到冲击而变得高温，因此有可能会熔解或破损。并且，在溅射装置中，为了得到高生产率，加快成膜速度是不可缺少的，因此需要加大投入到靶中的功率。但是，若加大投入功率则靶会变得高温。因此，一般进行在靶的背面以与靶接触的方式配置冷却板而对靶进行冷却。例如，专利文献1中公开有如下有关成膜装置的技术：在冷却板(靶架)的上表面载置靶，冷却板和靶被弹性夹子式的固定工具固定。

专利文献1：日本特开2004-193083号公报

然而，在如专利文献1所示那样的通过制动工具固定冷却板和靶的方法中，在由制动工具固定的周边部能够确保粘附性而有效地对靶进行冷却，但在中央部很难确保粘附性，不能有效地对靶进行冷却。因此，投入到靶中的功率被限制，有可能降低在基板上成膜时的生产率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可提高在基板上成膜时的生产率的成膜装置及靶装置。

为了解决上述课题，本发明的成膜装置，其具备作为成膜材料的靶和与该靶接触并进行冷却的板状的冷却板，该成膜装置的特征在于，靶和冷却板通过夹具固定，冷却板的第2面与第1面相比暴露于高压的气氛中，并且第1面的中央部向靶侧位移而按压靶，该第1面是与靶对置的面，该第2面是第1面的相反侧的面，。

在这种成膜装置中，通过对作用于冷却板上的第1面及第2面中的每个面的压力赋予差，从而使冷却板向低压侧即第1面侧位移。进而，通过使第1面的中央部向靶侧位移，从而使冷却板按压靶的中央部。由此，即使在当通过夹具固定靶和冷却板时难以确保靶与冷却板的粘附性的靶的中央部中，也变得能够确保其粘附性，因此能够将靶中产生的热有效地传热至冷却板。其结果，能够提高投入到靶中的功率，并能够提高在基板上成膜时的生产率。

并且，冷却板可以在第1面及第2面中的至少一方具有槽部。由此，能够提高对靶的加压力，并且能够使对靶的加压力均匀化。

并且，冷却板可以具有环绕第1面的中央部及第2面的中央部中的至少一方的环状的槽部。由此，能够更有效地提高对靶的加压力，并且能够使对靶的加压力均匀化。

并且，可以是，冷却板的第2面暴露于大气压气氛中，第1面暴露于真空气氛中。由此，冷却板因真空气氛与大气压气氛的气压差而向气压较低的第1面侧位移。在基板上形成薄膜时，靶的一面通常配置于真空气氛中，因此通过将第1面的相反侧的面即第2面暴露于大气压中，由此能够在第1面与第2面之间产生压力差，该第1面是与靶对置的面。其结果，能够以简单的结构使冷却板向靶侧位移。

并且，在靶与冷却板之间，可以配置有与靶和冷却板的相互对置的面相接触的热传导性薄膜部件。在该靶装置中，即使在靶及冷却板相互对置的对置面上有凹凸时，导电性薄膜部件也会填埋由该凹凸形成的空隙，因此能够充分地确保靶与冷却板的接触面积。其结果，可获得良好的靶与冷却板之间的热传导性。

本发明的靶装置具备作为成膜材料的靶和与该靶接触并进行冷却的板状的冷却板，该靶装置的特征在于，靶和冷却板通过夹具固定，冷却板在与靶对置的面即第1面及第1面的相反侧的面即第2面的至少一方具有槽部。

在这种靶装置中，通过对作用于冷却板上的第1面及第2面中的每个面的压力赋予差，从而使冷却板向低压侧即第1面侧位移。进而，通过使第1面的中央部向靶侧位移，从而使冷却板按压靶的中央部。由此，即使在当通过夹具固定靶和冷却板时难以确保靶与冷却板的粘附性的靶的中央部，也变得能够确保其粘附性，因此能够将靶中产生的热有效地传热至冷却板。其结果，能够提高投入到靶中的功率，并能够提高在基板上成膜时的生产率。另外，在本发明的靶装置中，由于在第1面及第2面中的至少一方具有槽部，因此能够提高对靶的加压力，并且能够使对靶的加压力均匀化。

并且，冷却板可以具有环绕第1面的中央部及第2面的中央部的中的至少一方的环状的槽部。由此，能够更有效地提高对靶的加压力，并且能够使对靶的加压力均匀化。

发明效果

根据本发明的成膜装置及靶装置，能够提高在基板上成膜时的生产率。

附图说明

图1是表示本实施方式所涉及的成膜装置的结构的侧面剖视图。

图2是表示图1所示的靶装置的侧面剖视图。

图3是表示图2所示的冷却板的俯视图。

图4是表示图2所示的冷却板的侧面剖视图。

图5是表示图1所示的对真空容器内进行减压时的冷却板的形状的侧面剖视图。

图6是表示试验片1及试验片2的侧面剖视图。

图7是表示对试验片1进行加压时的在X轴方向及Y轴方向上的Z轴方向的翘曲量的图。

图8是表示对试验片2进行加压时的在X轴方向及Y轴方向上的Z轴方向的翘曲量的图。

图9是表示另一实施方式所涉及的冷却板的俯视图。

图10是表示另一实施方式所涉及的冷却板的侧面剖视图。

符号说明

1成膜装置，2靶装置，3基板架，10真空容器，11电源，12排气机构，13气体导入机构，21绝缘体，22冷却板，22b第2面，22a第1面，22c中央部，22d按压面，22e周边部，22f、41、42槽部，22g配管，23凸缘，24石墨片，25靶，27夹具，31基板，d位移量。

具体实施方式

参考附图对本发明所涉及的靶装置及成膜装置的优选实施方式进行说明。另外，在说明中对相同要件或具有相同功能的要件使用相同符号，并省略重复说明。

图1是表示本实施方式所涉及的成膜装置的结构的侧面剖视图。图2是表示图1所示的靶装置的侧面剖视图。图1～图5中示出XYZ直角坐标系，Z轴方向对应上下方向。

本实施方式所涉及的靶装置2能够应用于基于所谓的溅射法进行成膜的装置。如图1所示，这种成膜装置1主要具有真空容器10、电源11、排气机构12、气体导入机构13、基板架3及靶装置2。

真空容器10由导电性材料形成，通过后述的电源11被施加正电压。电源11对真空容器10施加正电压，并对靶25施加负电压。排气机构12包括未图示的真空泵和阀，并配置于真空容器10的外侧。排气机构12将真空容器10内减压至成膜所需的状态。气体导入机构13配置于真空容器10的外侧。气体导入机构13向真空容器10内部导入使用于溅射的气体(例如Ar)。基板架3安装于真空容器10的内壁，配置于在上下方向(图1所示的Z轴)上与后述的靶装置2对置的位置。基板架3为固定基板31的部件，在基板架3的上表面安装基板31。并且，由电源11经真空容器10及基板架3对基板31施加负电压。

靶装置2配置于真空容器10的内部，如图2所示，具有绝缘体21、凸缘23、冷却板22、石墨片(热传导性薄膜部件)24、靶25及夹具27。以下，利用图3～图5对靶装置2进行详述。图3是图2所示的冷却板的俯视图，图4是表示图2所示的冷却板的剖视图。图5是表示对真空容器内进行减压时的冷却板的形状的图。

绝缘体21配置于真空容器10与后述的凸缘23之间，将真空容器10和用于固定靶25的凸缘23绝缘。由此，确保真空容器10与靶25的电位差。

凸缘23为用于支承后述的冷却板22的部件，隔着绝缘体21安装于真空容器10上。

冷却板22是形成为板状的部件，通过凸缘23固定于真空容器10上。冷却板22中的与凸缘23接触一侧的第2面22b朝向真空容器10的外部且暴露于大气压中。并且，冷却板22中的与第2面22b相反一侧的面，即与后述的靶25对置一侧的第1面22a朝向真空容器10的内部。并且，当通过排气机构12对真空容器10内进行排气而减压至成膜所需的状态时，第1面22a暴露于真空气氛中。因此，在分别作用于暴露在大气压中的第2面22b及暴露于减压至成膜所需的状态的气氛中的第1面22a的压力上产生差。

如图3及图4所示，在冷却板22的第2面22b侧的周边部22e附近形成有环状的槽部22f。该槽部22f为用于在冷却板22上形成薄壁部的构件，优选根据在上述的溅射时作用于第1面22a和第2面22b的压力差形成为如第1面22a向靶25侧变形(参考图5)的尺寸。由此，能够使包含第1面22a的中央部22c的局部的面22d，即槽部22f内侧的面22d(以下，示为按压面22d)向靶25侧均匀地位移，来按压靶25上的中央部及其周边区域。

另外，在此所述的位移是指，从如图4所示的作用于第1面22a和第2面22b的压力没有差从而第1面22a被维持成直线状的状态起到如图5所示的第1面22a根据作用于第1面22a和第2面22b的压力差而变形时的Z轴方向的位移。并且，均匀位移是指，按压面22d上的任意位置处的图5所示的Z轴方向的位移量d1～dn落在±20％的范围内的位移。

并且，在冷却板22的内部，配管22g相对于图2所示的XY平面被配置为二维状。在图2所示的Z轴方向上，配管22g配置于分别离第2面22b及第1面22a的距离大致相等的位置。由此，降低冷却液从配管22g漏出到冷却板22外部的风险。通过冷却液流入到配管22g内部，对冷却板22本身进行冷却。另外，若冷却板22为例如铜或铝之类的热传导性优异的金属材料，则能够提高冷却效率。并且，当冷却板22由铝构成时，更优选对其表面进行氧化铝膜处理(alumitetreatment)。并且，作为冷却板22中所使用的冷却液，若为凝固点低于水的液体(例如为Fluorinert(电子氟化液)或Galden(一种氟化热传导液)等)，则能够进一步提高冷却效率。并且，若配管22g为例如铜或铝之类的热传导性优异的金属材料，则能够进一步提高冷却效率。

靶25由薄膜的1种材料即ITO(Indium Tin Oxide：氧化铟锡)形成。另外，除ITO靶以外，靶25可使用由金属氧化物材料形成的靶，还可使用包含低氧化物材料而形成的靶。在成膜装置1中靶25被设定为阴极。而且，若在成膜装置1中对作为阳极设定的真空容器10与靶25之间施加电压，则产生的等离子体中的离子朝向靶25加速，该离子冲撞靶25。而且，通过使因该冲撞而被弹出的ITO构成原子等附着或堆积于基板31上，从而形成薄膜。

石墨片24为热传导性薄膜部件的1种，石墨片24配置于冷却板22与靶25之间。石墨片24直接夹在靶25与冷却板22的对置面间。在此，在冷却板22及靶25的对置面上有时存在凹凸，在该对置面彼此相互接触的部分有时因其凹凸形成空隙。石墨片24通过与相互对置面接触来填埋这种空隙。由此，充分地确保靶25与冷却板22的接触面积，提高从靶25至冷却板22的传热效率。

夹具27通过螺栓等(未图示)固定于冷却板22上。夹具27将靶25按压于冷却板22来将靶25固定于冷却板22上。并且，夹具27与靶25的周边部22e抵接而将靶25按压于冷却板22上。

接着，对本实施方式的成膜装置1的成膜方法进行说明。首先，排气机构12对真空容器10内进行减压。其次，气体导入机构13将惰性气体(主要为Ar)导入至真空容器10内。接着，使电源11工作，对真空容器10施加正电压，对靶25施加负电压，从而产生辉光放电。由此，惰性气体被等离子体化，使离子原子高速冲撞负电位的靶25的表面。

若靶25从离子原子受到冲撞，则靶材料的粒子(原子或分子)会从靶25的表面迸出。而且，从靶25迸出的成膜材料的粒子会以膜状附着于配置在与靶25对置的位置的基板31的被成膜面上。基板31暴露于这种成膜材料的粒子中预定时间，从而在基板31的表面形成预定厚度的膜。

接着，边参考图4、图5边说明对真空容器10内进行减压时的冷却板22的动作。

在对真空容器10内进行减压之前，即在第2面22b及第1面22a双方接触大气压的状态时，如图4所示，冷却板22沿X轴方向保持为直线状。

若真空容器10内通过排气机构12被减压而维持真空状态，则冷却板22的第2面22b会暴露于大气压气氛中，而第1面22a则会暴露于真空气氛中。由此，与第1面22a相比，第2面22b暴露于高压的气氛中，因此在作用于第2面22b的压力与作用于第1面22a的压力上产生差。冷却板22上的槽部22f根据上述的第2面22b与第1面22a的压力差形成为如向靶25侧变形的尺寸(厚度、宽度)。因此，如图5所示，冷却板22的比槽部22f更靠内侧的面22d向靶25侧均匀地位移。其结果，槽部22f的内侧的面22d会按压靶25，提高冷却板22与靶25的粘附性。

[实施例]

在此，在大气压气氛下，关于具有如图6(a)所示的形状的冷却板(试验片1)及具有如图6(b)所示的形状的冷却板(试验片2)，对将一方的面暴露于真空气氛(1Pa)中，而将另一方的面暴露于大气压气氛(10⁵Pa)中时的形状变化进行了仿真试验。图6(a)、(b)是表示试验片1及试验片2的侧面剖视图。图6中示出XYZ直角坐标系，Z轴方向对应上下方向。

试验片1及试验片2的条件如下。

(试验片1)

外形尺寸：300mm×1600mm×15mm(厚度)

材质：无氧铜

外周槽尺寸：未形成有外周槽

(试验片2)

外形尺寸：300mm×1600mm×15mm(厚度)

材质：无氧铜

外周槽尺寸：20mm(宽度)×12mm(深度)

外周槽位置：从外周端到槽中心的距离为30mm

进行该仿真试验的结果，关于试验片1及试验片2向Z轴方向的翘曲量，获得了如图7及图8所示的结果。图7(a)是表示在对试验片1进行上述加压时的在Y轴方向上的Z轴方向的翘曲量的图，图7(b)是表示在对试验片1进行上述加压时的在X轴方向上的Z轴方向的翘曲量的图。图8(a)是表示在对试验片2进行上述加压时的在Y轴方向上的Z轴方向的翘曲量的图，图8(b)是表示在对试验片2进行上述加压时的在X轴方向上的Z轴方向的翘曲量的图。

据此可知：试验片1的中央部的翘曲量如图7(a)及图7(b)所示为0.2mm，分别在X轴方向及Y轴方向上的Z轴方向的翘曲量的变化为，从外周端到离开外周端75mm的位置为止翘曲量均以大致直线状逐渐增大。

另一方面，可知：试验片2的中央部的翘曲量如图8(a)及图8(b)所示为0.4mm，分别在X轴方向及Y轴方向上的Z轴方向的翘曲量的变化为，从外周端到外周槽的中心位置(离外周端30mm)翘曲量急剧变大，从外周槽的中心位置到中央部翘曲量以大致直线性逐渐增大。

并且，包含由外周槽环绕的中央部的按压面向Z轴方向的翘曲量(包含中央部的按压面向靶侧的位移d)的平均为0.34mm，最小位移为0.28mm，最大位移为0.40mm，其偏差为±18％。因此，可知：试验片2中的按压面向Z轴方向的位移落入到作为上述的均匀位移范围的目标的±20％的范围内，按压面的位移可以说是均匀位移。

通过以上仿真试验的结果可知：由于设置有外周槽的冷却板(试验片2)比起没有外周槽的冷却板(试验片1)可加大冷却板的中央部中的位移，所以能够提高对靶的加压力。还可知：由于设置有外周槽的冷却板(试验片2)比起没有外周槽的冷却板(试验片1)可加大靠近外周端的部分的翘曲量即向靶侧的位移，因此即使在靠近外周端的部分也能够提高对靶的加压力。该结果证明了，能够通过在冷却板设置槽部来提高对靶的加压力，并且能够使对靶的加压力均匀化。

在以上说明的上述实施方式的成膜装置1中，通过将第1面22a暴露于真空气氛中，而将第2面22b暴露于大气压气氛中，由此使冷却板22向低压侧即第1面22a侧位移。进而，通过使包含第1面22a的中央部22c的按压面22d向靶25侧均匀地位移，从而使冷却板22按压包含靶25的中央部的区域。由此，即使在通过夹具27固定靶25和冷却板22时难以确保靶25与冷却板22的粘附性的靶25的中央部，也能够确保其粘附性，因此能够将靶25中产生的热有效地传热至冷却板22上。其结果，能够提高投入到靶25中的功率，并能够提高对基板31的成膜的生产率。

以上，根据上述实施方式对本发明进行了详细说明。但是，本发明并不限定于上述实施方式。本发明在不脱离其宗旨的范围内可进行如下各种变形。

在上述实施方式的成膜装置1中举出如下例子进行了说明，即如图5所示的，设置环绕冷却板22的中央部22c的槽部22f，使被槽部22f环绕的按压面22d向靶25侧均匀地位移，但并不限定于此。例如，也可以如图9所示，在第2面22b上沿长度方向形成2个槽部41。并且，槽部41可形成于第1面22b及第2面22c的至少一方。即使在该情况下，也能够使第1面22b中的中央部22c向靶25侧位移来按压靶25。

在上述实施方式中举出了形成于冷却板22上的槽部22f形成为矩形的例子进行了说明，但并不限定于此。例如，如图10所示，槽部42可形成为圆弧状。

在上述实施方式中举出如下例子进行了说明，即将第1面22a暴露于真空气氛中，而将第2面22b暴露于大气压气氛中，由此使冷却板22向低压侧即第1面22a侧位移，但并不限定于此。例如，可以设成可控制第1面22a及第2面22b各自暴露的气氛的结构，与第1面22a相比，使第2面22b暴露于高压的气氛中。

在上述实施方式中举出了冷却板22形成为如图3所示的矩形的例子进行了说明，但并不限定于此，例如可形成为圆形或椭圆形或多边形等。

在上述实施方式中举出了将靶装置2应用于利用通过辉光放电产生的等离子体的成膜装置1的例子进行了说明，但并不限定于此。例如，可应用于利用通过高频波产生的等离子体的成膜装置或在靶的里面配置磁铁的磁控溅射成膜装置等各种成膜装置。

Claims (7)

1.一种成膜装置，具备作为成膜材料的靶和与该靶接触并进行冷却的板状的冷却板，该成膜装置的特征在于，

所述靶和所述冷却板通过夹具固定，

所述冷却板的第2面与第1面相比暴露于高压的气氛中，并且所述第1面的中央部向所述靶侧位移而按压所述靶，该第1面是与所述靶对置的面，该第2面是所述第1面的相反侧的面。

2.如权利要求1所述的成膜装置，其特征在于，

所述冷却板在所述第1面及第2面中的至少一方具有槽部。

3.如权利要求1所述的成膜装置，其特征在于，

所述冷却板具有环绕所述第1面的中央部及所述第2面的中央部中的至少一方的环状的槽部。

4.如权利要求1～3中任一项所述的成膜装置，其特征在于，

所述冷却板的所述第2面暴露于大气压气氛中，所述第1面暴露于真空气氛中。

5.如权利要求1～4中任一项所述的成膜装置，其特征在于，

在所述靶与所述冷却板之间，配置有与所述靶和所述冷却板的相互对置的面相接触的热传导性薄膜部件。

6.一种靶装置，具备作为成膜材料的靶和与该靶接触并进行冷却的板状的冷却板，该靶装置的特征在于，

所述靶和所述冷却板通过夹具固定，

所述冷却板在第1面及第2面中的至少一方具有槽部，该第1面是与所述靶对置的面，该第2面是所述第1面的相反侧的面。

7.如权利要求6所述的靶装置，其特征在于，

所述冷却板具有环绕所述第1面的中央部及所述第2面的中央部中的至少一方的环状的槽部

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