CN103320754A

CN103320754A - 成膜方法及溅射装置

Info

Publication number: CN103320754A
Application number: CN 201210074252
Authority: CN
Inventors: 川又由雄; 宇都宫信明; 伊藤昭彦
Original assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Current assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Priority date: 2012-03-20
Filing date: 2012-03-20
Publication date: 2013-09-25

Abstract

本发明可利用溅射法形成不连续被膜。一种在真空槽内使衬底和靶相对，通过溅射法在前述衬底上进行成膜处理的成膜方法，将前述靶的表面温度控制为与常温相比成为规定温度以上，与未使前述靶的表面温度成为规定温度时相比，在前述衬底上形成高电阻的被膜。

Description

成膜方法及溅射装置

技术领域

本发明涉及一种成膜方法，具体为涉及基于溅射法的成膜方法及溅射装置。

背景技术

作为在衬底上形成薄膜的成膜方法，有真空蒸镀法、溅射法。在真空蒸镀法中，向坩埚、蒸发舟等供给原料，通过在真空中使原料蒸发而在衬底上形成薄膜。另一方面，在溅射法中，通过对靶进行溅射而使从靶飞离的粒子沉积在衬底上，从而在衬底上形成薄膜。

在上述成膜法中，公知即使膜成分相同，膜质也不同。例如，对于金属薄膜，据称与溅射法相比真空蒸镀法较容易形成不连续被膜(例如参照专利文献1)。因此，为了有意地形成不连续被膜，通常与溅射法相比存在选择真空蒸镀法的倾向。

专利文献1：日本国特开2007-138270号公报

但是，真空蒸镀法与溅射法相比，很难对膜厚进行微妙的控制。而且，真空蒸镀装置的主流是间歇式，量产性不好。

发明内容

本发明的目的在于提供一种成膜方法及溅射装置，可利用溅射法容易地形成不连续被膜。

根据本发明的一个方式，提供一种成膜方法，是在真空槽内使衬底和靶相对，通过溅射法在前述衬底上成膜的成膜方法，其特征在于，将前述靶的表面温度控制为比常温高的规定温度，与未使前述靶的表面温度成为前述规定温度时相比，在前述衬底上形成高电阻的被膜。

而且，根据本发明的一个方式，提供一种溅射装置，可实现上述成膜方法。

根据本发明，可利用溅射法容易地形成不连续被膜。

附图说明

图1是成膜装置的主要部分剖视图。

图2是成膜装置的框图。

图3是说明膜质变化的图。

符号说明

10-真空槽；11-防溅板；20-支撑台；30-对置电极；30ch-介质流路；30c-冷却机构；30h-加热机构；30t-靶；31-绝缘构件；32-电源；33-冷却单元；34-加热单元；35-流量调节器；36-气体供给源；40-控制部；40a-计测部；40b-温度控制部；40c-放电控制部；40d-气体控制部；40e-存储部；40f-输入部；50-衬底；60-挡板。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。首先，在说明成膜方法之前，对本实施方式所涉及的成膜装置进行说明。

实施例1

图1是成膜装置的主要部分剖视图。图1(a)中示出成膜装置1的整体，图1(b)中示出安装于成膜装置1的对置电极30附近的放大图。首先，利用图1(a)，对成膜装置1的概要进行说明。

成膜装置1是溅射装置，具备真空槽10、支撑台20及对置电极30。而且，在除支撑台20及对置电极30的真空槽10的内壁上安装有防溅板11。除此以外，在成膜装置1中设置有用于向真空槽10内供给各种气体的供给管、用于排出真空槽10内的气氛的排气管(未图示)。在支撑台20上设置有挡板60。

真空槽10是保持减压状态的所谓真空容器。在真空槽10的底面上设置有支撑台20，在真空槽10的上面的正下方设置有对置电极30。使支撑台20与对置电极30相对配置。支撑台20可以对在真空槽10内被处理的衬底50进行保持。对置电极30是放电用的电极。

防溅板11例如是以平面板为原料制作的可拆装的交换部件，可以安装在真空槽10内，或从真空槽10取出。通过将这种防溅板11安装在真空槽10的内壁上，可以防止溅射粒子直接沉积在真空槽10的内壁上。

真空槽10及防溅板11的材质例如适合用铁、不锈钢、铝(Al)等的金属。而且，使真空槽10、防溅板11及支撑台20接地。

下面，利用图1(b)，说明对置电极30的结构。

对置电极30例如具有与支撑台20侧相对的靶30t、加热靶30t的加热机构30h及冷却靶30t的冷却机构30c。

在加热机构30h内例如设置有电热丝和温度传感器(未图示)。在冷却机构30c内例如形成有介质流路30ch。介质(例如水、有机溶剂、含有机物的水、导热气体)可以从箭头A流入，在介质流路30ch内流动，沿箭头B从介质流路30ch流出。由此，调节从加热机构30h发出的热量和向冷却机构30c的散热，从而调节靶30t的表面温度。

而且，靶30t的表面温度也可以不使用加热机构30h，而通过调节放电中自发的温度上升以及介质的温度来进行控制。例如介质温度可以通过外置的温度调节器而设定为比常温低的温度。而且，即使不使用加热机构30h，也可以通过将介质温度设定为比常温(例如22℃)高，而将靶30t的表面温度设定为比常温高。

加热机构30h被绝缘材料覆盖。由此，确保加热机构30h与靶30t的绝缘，或者加热机构30h与冷却机构30c的绝缘。而且，为了进行磁控溅射，也可以在对置电极30的背面侧设置磁铁(未图示)。

在对置电极30上介由绝缘构件31而连接有电源32。电源32既可以是直流电源，也可以是高频电源(RF电源)。而且，通过对置电极30的侧面和防溅板11的间隙，而在对置电极30的侧面和防溅板11之间形成有鞘层厚度。由此，抑制在该间隙产生等离子体。

另外，设置温度传感器的位置不限于加热机构30h内，也可以设置在冷却机构30c内。靶30t的表面温度也可以用辐射温度计来进行计测。

为了更加详细地说明具有上述靶30t的温度调节机构的成膜装置1，在图2中示出成膜装置的框图。

成膜装置1具有上述的电源32、相当于冷却机构30c的冷却单元33、相当于加热机构30h的加热单元34。而且，成膜装置1具有用于向真空槽10内供给气体的气体供给源36、流量调节器35。也可以设置多个气体供给源36。

上述的电源32、冷却单元33、加热单元34、流量调节器35通过设置于成膜装置1的控制部(控制器)40而被控制。

例如，计测部40a检测出真空槽10内的压力、施加电力(电压、电流、施加时间)、靶30t的表面温度、冷却单元33的设定温度、加热单元34的设定温度、气体流量及气体种类。而且，温度控制部40b控制冷却单元33及加热单元34。由此，将靶30t的表面温度设定为规定的温度。而且，放电控制部40c控制电源32。由此，对施加电力(电压、电流、施加时间)进行控制。而且，气体控制部40d例如通过反馈控制来控制真空槽10内的压力、气体流量。而且，设有多个种类的气体种类时，则对所需的气体种类进行选择控制。

靶30t的表面温度除通过控制冷却单元33及加热单元34的温度来进行调节以外，也可以通过成膜条件来进行调节，成膜条件包括真空槽10内的气体压力、气体种类、针对靶30t的施加电力、针对靶30t的电力施加时间。预先通过实验等求出冷却单元及加热单元的设定温度及上述成膜条件与靶30t的表面温度的相关关系。上述相关关系作为关系图表而存放在存储部40e中。

如此，本实施方式所涉及的成膜装置1预先求出靶30t的表面温度与冷却机构或加热机构的设定温度、包括真空槽10内的气体压力、气体种类、针对靶30t的施加电力、针对靶30t的电力施加时间的成膜条件、靶30t的材质及形状(直径、厚度、纵横比)的关系，根据该关系将靶30t的表面温度控制为所希望的温度。

而且，相关关系还通过衬底50的材质、形状而进行修正。例如，将与靶30t、衬底50的材质(半导体、玻璃、树脂等)相应的换算表存放在存储部40e中。

另外，可以根据需要从输入部40f向存储部40e输入数据。

根据这种成膜装置1，靶30t的表面温度与成膜中、非成膜中无关，可调节为所希望的温度。

另外，支撑台20和对置电极30所设置的位置不限于图1(a)所示的位置，也可以使支撑台20和对置电极30上下相反地配置。或者，也可以将支撑台20和对置电极30设置在真空槽10的侧面上，使它们相对。

靶30t的材质由形成在衬底50上的被膜的成分来决定。例如，形成在衬底50上的被膜是由锡(Sn)、铟(In)、银(Ag)、包含它们中至少任意一种的合金或氧化物等构成的被膜时，靶30t由包含上述金属成分、合金成分的金属构成。

下面，对使用成膜装置1的成膜方法进行说明。

首先，在进行成膜前，进行成膜装置1的预运行。在预运行中，关闭挡板60，在覆盖衬底的状态下，使介质流向冷却机构30c，驱动加热机构30h。而且，在规定的条件下进行等离子体放电。此时，通过上述的反馈控制，将靶30t的表面温度调节至规定的温度。该温度例如设定在从常温至靶30t的熔点的范围内。

在靶30t和加热机构30h的界面，或者加热机构30h和冷却机构30c的界面上设置有粘接构件(例如In(铟))时，也可以将靶30t的表面温度设定在从常温至粘接构件的熔点的范围内。

如果利用加热机构30h能够确保充分的热量，则也可以省略预运行。而且，即使不设置挡板60，也可以通过使用替代衬底来执行预运行。而且，对于温度设定，也可以在靶30t及粘接构件、其它的构件中，将熔点最低的构件的熔点作为上限。

靶30t的表面温度稳定后，结束预运行，打开挡板60。即，开始成膜。而且，在衬底50上沉积规定厚度的被膜后，结束成膜。

如此，在本实施方式中向设置在真空槽10内的对置电极30供给电力，在真空槽10内产生等离子体，在与对置电极30相对的衬底50上沉积靶成分。而且，可以将靶30t的表面加热至常温以上并进行溅射成膜。

下面，说明在将靶30t的表面加热至常温以上而进行溅射成膜时，以及在未将靶30t的表面加热至常温以上而进行溅射成膜时，膜质怎样变化。在以下的说明中，以锡(Sn)膜为例进行说明。但是，在本实施方式中，并未限定于形成锡膜的方法。

图3是说明膜质变化的图。

首先，图3的横轴是成膜处理的次序(次数)，纵轴是被膜的薄膜电阻(Ω/□)。成膜条件如下所示。

(成膜条件)

气氛气体：氩(Ar)

压力：0.5Pa

放电时间：160秒

靶：锡(Sn)靶，3英寸直径

放电功率：约300W

膜厚：250nm

冷却机构的介质温度：5℃、22℃(常温)、50℃

另外，在每个成膜处理中准备新的衬底，在该衬底上形成大致相同厚度的被膜。而且，在各成膜处理之间，例如设置10分钟的暂停时间。

最初，对被称为冷态起动的没有上述预运行便开始成膜处理时的结果进行说明。

首先，当未将靶30t的表面加热至常温以上时(介质温度：22℃)，在第1次～第4次成膜中，锡(Sn)膜的薄膜电阻止于1.0×10(Ω/□)以下。在第5次成膜中，锡膜的薄膜电阻为2.3×10²(Ω/□)左右。而且，在第6次成膜中，锡膜的薄膜电阻为1.6×10³(Ω/□)左右。如此，当未将靶30t的表面加热至常温以上时，锡膜的薄膜电阻处于较低的倾向。

与此相对，当加热靶30t的表面时(介质温度：50℃)，在第1次成膜中，锡膜的薄膜电阻已经变为2.6×10⁶(Ω/□)左右。而且，在第2次成膜中，锡膜的薄膜电阻增加至2.5×10¹¹(Ω/□)左右。

接下来，对被称为热态起动的有预运行而开始成膜处理的结果进行说明。预运行在上述的成膜条件下，例如进行30分钟的连续放电。而且，靶30t通过介质而被加热(介质温度：50℃)。

在热态起动的第1次成膜中，锡膜的薄膜电阻已经达到2.5×10¹¹(Ω/□)左右。而且，暂停第2次、第3次的成膜，尝试第4次成膜时，锡膜的薄膜电阻增加至5.0×10¹²(Ω/□)左右。在此，在热态起动中的“暂停”中，不进行放电，执行介质(50℃)的循环。而且，暂停第5次～第10次的成膜，尝试第11次成膜时，锡膜的薄膜电阻保持9.9×10¹⁰(Ω/□)左右。

如此，可知在冷态起动及热态起动的任意一个的情况下，靶30t的表面温度变得越高，则锡膜的薄膜电阻也变得越高。

而且，可知靶30t的表面温度变得越高，则锡(Sn)膜的电阻率越不容易受预运行后的暂停时间影响。

上述的理由可以认为是因为靶30t的表面温度变得越高，则沉积在衬底50上的被膜的内聚性越高，被膜在与衬底50的主面大致平行的方向上越容易变为不连续(岛状)。即，根据本实施方式，可以用溅射法容易地在衬底50上形成不连续被膜。换言之，利用靶30t的表面温度，可以控制形成在衬底50上的被膜的电特性(例如薄膜电阻、电阻率等)。

而且，溅射法与真空蒸镀法相比容易控制膜厚，可以形成更致密的被膜。而且，溅射装置可以组装于连续式装置，与真空蒸镀法相比量产性优异。

如此，通过加热靶30t，形成在衬底50上的被膜的电阻比未加热靶30t时上升。靶30t通过使流过对置电极30内的介质的温度上升而被加热。即，利用溅射法，能够以高生产效率容易地形成高电阻且高密度的被膜。

而且，这种不连续被膜的金属性减弱，而接近绝缘性。由此，不连续被膜变得容易透过电波(例如几MHz～几GHz)，可以使用于手机、车载用雷达等的装饰用被膜。

这种效果不仅仅在作为被膜的材料使用锡时，例如，作为被膜的材料使用铟(In)、银(Ag)、包含锡、铟及银的至少任意一种的合金、包含锡、铟及银的至少任意一种的氧化物的任意一种时也能同样地得到。

然而，公知有通过控制(上升)衬底温度也能形成不连续被膜(例如参照日本国特开2001-26071号公报、特开2003-289005号公报)。但是，在上述方法中，加热衬底的单元有时变得复杂。

例如，相对于衬底50的直径使用较小的靶30t时，为了改善膜厚的不均匀性，有时也使支撑台20旋转并进行成膜。此时，支撑台20除加热单元以外，需要具备旋转单元，其机构变得复杂。而且，为了使不连续被膜均匀地形成在衬底50上，还必须进行衬底面内的温度控制，其控制单元变得复杂。

但是，在本实施方式中，仅通过调节靶30t的表面温度，便能够简便地使不连续被膜形成在衬底50上。

以上，参照具体实施例对本发明的实施方式进行了说明。但是，本实施方式并不限定于上述具体实施例。即，本领域技术人员对以上具体实施例施加了适当设计变更的只要具备本发明的特征，则也属于本发明的范围。例如，关于靶30t的加热，也可以向靶30t照射从加热灯发出的光。而且，前述的各具体实施例所具备的各要素及其形成、材料、条件、形状、尺寸等并不限定于例示的内容，而可以进行适当变更。

而且，前述的各实施方式所具备的各要素只要在技术上可能就能够组合，对它们进行了组合的要素只要包含本发明的特征，则也属于本发明的范围。

另外，在本发明的思想范畴中还包括本领域技术人员所能想到的各种变更例及修正例。

Claims

1.一种成膜方法，是在真空槽内使衬底和靶相对，通过溅射法在前述衬底上成膜的成膜方法，其特征在于，

将前述靶的表面温度控制为比常温高的规定温度，

与未使前述靶的表面温度成为前述规定温度时相比，在前述衬底上形成高电阻的被膜。

2.根据权利要求1所述的成膜方法，其特征在于，在前述衬底上形成前述被膜之前，将前述靶的表面温度调节至前述规定温度。

3.根据权利要求1所述的成膜方法，其特征在于，前述被膜是不连续被膜。

4.根据权利要求1所述的成膜方法，其特征在于，通过使在包括前述靶的电极内流动的介质的温度比常温高的装置，或者利用加热体加热前述靶的装置来加热前述靶。

5.根据权利要求4所述的成膜方法，其特征在于，求出前述靶的表面温度与前述介质或前述加热体的设定温度、包括前述真空槽内的气体压力、气体种类、针对前述靶的施加电力、针对前述靶的电力施加时间的成膜条件、前述靶的材质及形状的关系，

根据前述关系进行控制，使前述靶的表面温度变为前述规定温度。

6.根据权利要求1所述的成膜方法，其特征在于，将前述靶的表面温度调节至常温以上且前述靶材料的熔点以下。

7.根据权利要求1所述的成膜方法，其特征在于，前述被膜由从由锡(Sn)、铟(In)、银(Ag)、包含它们中至少任意一种的合金或氧化物组成的组中选择的任意一种构成。

8.一种溅射装置，其特征在于，可实现前述权利要求1～7中任意一项所述的成膜方法。