CN103635603B - 成膜装置 - Google Patents

Abstract

成膜装置具有：设有安装有靶的安装面的多个靶电极、及使所述基板保持在相对于所述多个靶电极的位置的基板支架、可旋转地设在所述多个靶电极及所述基板支架之间且具有旋转时相对于所述安装面的多个开口的第1挡板构件、及所述第1挡板构件的2个面之中被配置于所述靶电极侧的一个面上的所述第1挡板构件的开口之间的第1分离部、及配置于所述第1挡板构件及所述靶电极之间的第2分离部。驱动第1挡板构件使所述第1分离部及所述第2分离部相互接近，以便在所述第1分离部及所述第2分离部之间形成非直路径的方式，驱动第1档板构件使所述第1分离部及所述第2分离部相互分离以便使所述第1挡板旋转。

Description

成膜装置

技术领域

本发明是有关于成膜装置，例如具体地有关于在单一室内具备材料不同的多个靶电极的、且利用旋转挡板装置通过喷溅形成多层膜的多靶喷溅成膜装置中污染的防止和减少。

背景技术

多靶喷溅成膜装置（例如专利文献1）中可以在一个成膜室内通过从基板上的底层至顶层不中断地连续进行喷溅形成所需的多层膜。

为了进行多层膜的喷溅成膜，在专利文献1的成膜装置中，在一个室内将复数不同材料的靶配置于室顶部，换句话说，即在膜形成于其上的基板的上方空间中，且设有供选择在喷溅成膜中使用的靶的挡板装置。此挡板装置具有彼此独立旋转的双层挡板的构造，2个挡板中的各个挡板具有形成于所需位置的所需数量的开口，以便可从基板侧看见所选择的靶。

通过旋转挡板装置遮蔽不成膜材料的靶，并使被喷溅成膜的材料的靶从基板可通过开口看见。旋转挡板装置具有从基板所见几乎圆形状的2个挡板，此2个挡板可以独立旋转。选择在喷溅成膜中使用的靶，由旋转挡板装置将各挡板旋转，使在成膜中需使用的材料的靶通过开口面对基板。

按照特定顺序选择在成膜中使用的不同材料的多个靶进行喷溅成膜时，如果在靶间发生污染成膜的性能有可能下降。需要用于将性能良好的多层膜堆积在基板上确实防止污染发生的技术。

在先技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2011-001597号公报

发明内容

本发明要解决的课题

按照特定的顺序选择在成膜中使用的不同材料的多个靶进行喷溅成膜时，如果靶间发生污染，成膜的性能可能下降。需要用于为了将性能良好的多层膜堆积在基板上而确实防止污染发生的技术。

鉴于上述的课题，本发明的目的是提供一种成膜装置，在1个室内具备多个靶且通过喷溅形成多层膜，且由旋转挡板装置选择靶，该成膜装置构造成可以减少在靶间污染的发生。

用以解决课题的手段

本发明的成膜装置具有：设有安装有靶的安装面的多个靶电极、及使所述基板保持在相对于所述多个靶电极的位置的基板支架、可旋转地设在所述多个靶电极及所述基板支架之间且具有旋转时相对于所述安装面的多个开口的第1挡板构件、所述第1挡板构件的2个面之中配置于所述靶电极侧的一个面中的所述第1挡板构件的开口及开口之间的第1分离部、及配置于所述第1挡板构件及所述靶电极之间的第2分离部，其中驱动所述第1挡板构件使前述第1分离部及前述第2分离部相互接近以便在所述第1分离部及所述第2分离部之间形成非直路径，驱动前述第1档板使前述第1分离部及前述第2分离部相互分离以便使所述第1挡板旋转。

发明的效果

本发明提供一种成膜装置，其在1个室内具备多个靶且通过喷溅形成多层膜，其中由旋转挡板装置进行靶的选择，该成膜装置构造成减少靶间污染的发生。

本发明的其他的特征及优点，通过参照附图的以下的说明会更明显。另外，在附图中，对于相同或同样的部件给予了相同的参照符号。

附图说明

附图是被包含在说明书中，并构成其一部分，且是为了显示本发明的实施例，并用于与其记载一起说明本发明的原理。

图1示出本发明的第1实施例的成膜装置的竖直剖面图。

图2示出构成本发明的第1实施例的挡板装置的各构件的立体图。

图3示出构成本发明的第1实施例的挡板装置的各构件从上方所见的示意图。

图4A示出图3的I-I剖面图。

图4B示出图3的II-II剖面图。

图5示出本发明的第1实施例的挡板装置的立体图。

图6示出形成于本发明的第1实施例的挡板装置的非直路径（indirectpath）部分的剖面图。

图7A示出本发明的第2实施例的挡板装置的剖面图。

图7B示出本发明的第2实施例的挡板装置的剖面图。

图8示出本发明的第2实施例的挡板装置的立体图。

图9A示出本发明的第3实施例的挡板装置的剖面图。

图9B示出本发明的第3实施例的挡板装置的剖面图。

具体实施方式

以下，依据附图说明本发明的最佳的实施例。以下说明的构件、配置等只是将发明具体化的一例并非限定本发明的范围，当然可以根据本发明的精神进行各种改变。本发明的成膜装置的适用不限定于溅射装置，本发明可适用于在真空容器内由挡板装置选择蒸镀材料的各种PVD装置。

（第1实施例）

依据图1～6说明本发明的第1实施例的成膜装置。图1是本发明的第1实施例的成膜装置的竖直剖面图。成膜装置1包括真空容器，在真空容器51的内部设有4个靶电极35～38（36、37未示出）的溅射成膜装置，还包括保持基板W的基板支架3和可以将给定的靶T暴露在基板W的挡板装置4。挡板装置4配置于靶T及基板W之间的位置处。

在图1中，用于将成膜装置1的内部成为所需的真空状态的真空排气单元、朝靶电极35～38供给电力的单元、通过闸门阀GV将基板支架3上的基板W交换的基板搬运装置、生成例如处理气体导入单元的等离子的单元未示出。

基板支架3可旋转地设在成膜装置1的底面部的中央，可以将基板W保持在水平状态下。朝基板W上喷溅成膜时，基板W是被保持在旋转状态下。4个靶电极35～38，是在倾斜状态下被安装在成膜装置1的真空容器51的顶部52。

靶电极支架61是被设在构成真空容器51的上部的顶部52。靶电极支架61，是具有4个用于将靶电极保持的安装部61a的构件。靶电极支架61也有作为真空容器51的盖的功能。在本实施例中，安装部61a虽是与顶部52一体地构成，但是也可以在真空容器51的一部分设置安装部61a。

由安装部61a保持的靶电极，可以将被黏着的用于成膜处理的给定成膜物质的靶T朝向基板W的方向保持。将保持靶电极的靶T的部分作为靶安装面。

图1只有图示位于剖面中的2个靶电极。在被倾斜设置的各靶电极35～38上，靶T被配置成可以相面对于被水平配置于靶电极下方的基板W的上面。靶T被黏着有成膜处理所使用的成膜材料。

在此，靶T及基板相面对的状态也包含：靶电极朝向基板周边定向的状态、和如图1所示使靶T的喷溅面倾斜朝向基板34的状态。且形成于基板的多层膜装置的例子包括LED、MRAM、TMR头、进阶（改良型）GMR等。根据所形成的多层膜装置的膜构成来改变被安装于成膜装置1的靶电极的靶的种类。

在此，依据图2～6说明挡板装置4的构造。图2示出构成挡板装置4的构件之中的上部遮蔽板13、第1挡板15和第2挡板17的立体图。图3示出构成挡板装置4的构件之中的上部遮蔽板13、第1挡板15和第2挡板17从上方所见的示意图。在图3中，为使从分离部（第2分离部）71及分离部（第1分离部）72的上方所见的位置关系明确，而将从上方看不见的分离部71用虚线表示。

挡板装置4包括作为主要的构成要素的上部遮蔽板（遮蔽构件）13、第1挡板（第1挡板构件）15、第2挡板（第2挡板构件）17。第1挡板15及第2挡板17构成双层旋转的挡板。由挡板装置4将各挡板（15、17）定位在预定位置，在被分别安装于4个靶电极35～38的多个靶T之一被用于飞溅成膜，该靶T可以面临基板W。

上部遮蔽板13是被安装于靶电极支架61的构件，防止膜附着于靶电极支架61。未配置上部遮蔽板13的情况下靶电极支架61的基板侧的表面与第1挡板15相面对。第1挡板15及第2挡板17构成双层旋转的挡板。应该明白上部遮蔽板13、第1挡板15和第2挡板17皆在上方具有凸的弯曲形状。

上部遮蔽板（遮蔽构件）13是设在靶电极支架61的基板支架3侧的防附着遮蔽板，可以防止从靶T喷溅的物质附着在靶电极支架61。如上所述，靶电极支架61中形成4个安装部61a。安装部61a各个保持有靶电极C。各靶电极C具有安装有靶T的面（安装面），上部遮蔽板13在相面对于靶电极的靶安装面的区域中分别形成有开口13a。在相面对于第1档板15的上部遮蔽板13的2个面之中的一个面上，在上部遮蔽板13的两个开口13a之间设有分离部71。分离部71，例如可以是凸部。

第1挡板（第1挡板构件）15是在上部遮蔽板13的基板支架3侧上可旋转设置的挡板，通过使旋转轴15b旋转可以控制第1挡板15的旋转角度。第1挡板15在相面对于2个靶电极的靶安装面的区域中形成有开口15a。第1挡板15的2个开口15a形成于关于旋转轴15b对称的位置。

通过第1驱动装置21驱动旋转轴15b。第1驱动装置21构成为使旋转轴15b相对于靶电极支架61旋转并上下移动，因此可以通过旋转轴15b使第1挡板15旋转并上下移动。第1驱动装置21例如可包含使旋转轴15b旋转及上下移动的马达及用于控制马达的控制器。第1驱动装置21能够通过使旋转轴15b朝上下方向移动而可以控制上部遮蔽板13及第1挡板15之间的距离。在第1挡板15的2个面之中相面对于上部遮蔽板13的一个面上，在第1挡板15的两个开口15a之间设有分离部72。分离部72例如可以是U形部。各U形部，如第6图所示，包含：被平行配置的2个凸部72a（双层的凸部72a）、及由2个凸部72a夹持的底部72b。

第2挡板（第2挡板构件）17是可旋转地设在第1挡板15的基板支架3侧的挡板，通过旋转旋转轴17b可以控制第2挡板17的旋转角度。可控制的旋转轴15b及旋转轴17b独立于彼此旋转。第2挡板17在相面对于3个靶电极的靶安装面的区域分别形成有开口17a。且，第2挡板17的3个开口17a之中形成于关于旋转轴17b对称的位置中的2个开口可以配置成与第1挡板15的2个开口15a相面对。

第2挡板17的开口17a的数量不限定于3个，但是优选具有等于或大于第1挡板15的开口15a的数量的开口。同样地，第1挡板15的开口15a的数量也可以是3个以上。

旋转轴17b由第2驱动装置22驱动。第2驱动装置22构成为使旋转轴17b相对于靶电极支架61旋转及上下移动，因而可以通过旋转轴17b使第2挡板17旋转及上下移动。第2驱动装置22例如可包含：使旋转轴17b旋转及上下移动的马达、及用于控制马达的控制器。当旋转轴17b及旋转轴15b以同一速度同时上下移动时，第1挡板15及第2挡板17之间的间隙不变。

在本实施例中，分离部71是朝向第1挡板15从上部遮蔽板15突出的4个线状部分。各分离部71配置于相邻接的开口13a之间的位置。换言之，设置多个分离部71以通过2个分离部71将各开口13a夹持。多个分离部71从上部遮蔽板13的中心径向延伸。在本实施例中，分离部71被安装于上部遮蔽板13，但是在不具有上部遮蔽板13的构造中，在容器51或靶电极支架61上附接有分离部71。而且，为了可以在开口13a的整个圆周形成非直路径，围绕各开口13a设置分离部71。

每个分离部72，如前所述，包含朝向上部遮蔽板13（靶电极侧）从第1挡板15突出的双层凸部72a。分离部72配置在各开口15a的圆周方向的相对侧。换言之，由2个分离部72夹持各开口15a。双层凸部72a例如被构造成将2个板状构件平行地配置，通过使一板状构件塑性变形以具有U形剖面，或由其他方法构成。

在本实施例中，附接多个分离部72以便从第1挡板15的旋转轴15b的中心径向延伸，但是提供分离部72以包围各开口15a以便围绕开口15a的整个四周形成非直路径。

通过将第1档板15上升使构成分离部71的凸部插入包含在分离部72中的双层凸部72a的间隙中，可以由分离部71及分离部72形成非直路径。图3中的符号80a、80b、80c是显示第1挡板15、第2挡板17的旋转角度的基准位置的标记。

依据图4A～6说明本实施例的特征构造。图4A是通过图3的I-I线的挡板装置4的剖面图，图4B是通过图3的II-II线的挡板装置4的剖面图。图5是包含通过II-II线的挡板装置4的剖面的立体图（斜视剖面图），图6是形成非直路径部分的剖面图。在图4、5中将靶电极35～38之中给定的靶电极由符号C表示，将给定的靶由符号T（T1～T4）表示。为了简略说明，靶电极支架61、上部遮蔽板13、第1挡板15、第2挡板17皆图示为彼此平行地构成。

图4A示出只有位于左侧的一靶T被进行喷溅成膜时第1挡板15及第2挡板17的配置。具体而言，第1档板15的开口15a在相面对的一靶T的位置中，第一档板15靠近相面对于另一靶T的位置。在分别相对于靶T的位置在第2挡板17上敞开开口17a。

由第2驱动装置22驱动的第1挡板15位于上下方向的位置包含可旋转位置（下方位置，即接近基板支架3的位置）及禁止旋转位置（上方位置，即接近遮蔽板63的位置）。第1挡板15在配置于可旋转位置（下方位置）的状态下，即使当第1挡板15旋转时，分离部71及分离部72也不会彼此接触，第1挡板15可以位于任意的旋转位置。另一方面，第1挡板15在配置于禁止旋转位置（上方位置）的状态下，当第1挡板15旋转时分离部与分离部71接触，所以无法使第1挡板15旋转。

图4A、4B、5显示第1挡板15及第2挡板17配置于可旋转的位置（接近基板支架位置）、分离部71及分离部72彼此成为预定距离以上的分离状态。该预定距离是分离部71及分离部72在上下方向（分离部71及分离部72彼此接近或分离的方向）分离，但不形成后述的通路73的位置关系。

但是如图6所示，在将第1挡板15朝禁止旋转位置（接近上部遮蔽板63的位置）移动的状态下，将构成分离部71的凸部的先端插入包含在分离部72中的双层凸部72a之间的间隙中，由分离部71及分离部72形成非直路径。即，由分离部71及分离部72形成非直路径，可以减少从1个靶T喷溅的原子通过上部遮蔽板13及第1挡板15的间隙到达其他的靶T的情况出现。

在此，依据图6说明非直路径。非直路径，是形成于分离部72及分离部71之间的具有至少1个弯曲部的间隙。例如，喷溅粒子当通过时除非朝与挡板的旋转轴平行的方向移动否则无法通过的通路73形成非直路径。换言之，当防止喷溅粒子直进地通过分离部72及分离部71之间的间隙时，该间隙构成非直路径。在一实例中，通路73的宽度73W是1mm。通路73的宽度73W变狭窄，或通路73的距离73L变长时，喷溅粒子的防止通过效果变高。

在非直路径的部分中，因为粒子可以通过的空间狭窄，所以喷溅的粒子超越非直路径的部分的移动是困难的。且，非直路径不必具有错综复杂的构造。且可以理解的是，当分离部71及分离部72皆是具有单纯的凸状或板状构件并将这些构件接近地配置时，形成于这些构件间的间隙构成防止喷溅粒子通过的部分，这种情况也可称为“形成非直路径”。

为了由分离部71及分离部72形成非直路径，应控制将第1挡板15上升时（闭锁位置）的旋转位置。在本实施例中，为了检出第1挡板15的旋转位置，检出标记80a、80b（参照图3）彼此一致的位置的第1挡板15的旋转角度，且作为基准位置在将第1挡板15驱动的第1驱动装置21的控制器中存贮该检出位置。例如，通过使用具有检出旋转角度功能的马达作为驱动第1挡板15的第1驱动装置21的马达可以检出第1挡板15的旋转角度。

为了形成非直路径，需要分离部71及分离部72处于彼此不接触的位置关系较佳。这是因为分离部71及分离部72彼此接触的后果是可能会产生颗粒。在本实施例中，形成分离部72的双层凸部72a之间的间隙以具有比分离部71的凸部的厚度更大的尺寸。且，在形成非直路径时，设定第1挡板15的上下方向的位置使构成分离部71的凸部的先端不接触包含在分离部72中的双层凸部72a之间的底部72b。

依据本实施例，可以由分离部71及分离部72在上部遮蔽板13及第1挡板15之间的间隙中形成非直路径。因此，可以有效地防止从1个靶T喷溅的原子通过上部遮蔽板13及第1挡板15之间的间隙并到达其他的靶T（污染）。

由所述分离部71及分离部72所形成的上述非直路径形成于上部遮蔽板13及第1挡板15之间，借助于从挡板装置4将第2挡板17去除的构造，可以防止出现相邻接的靶间的污染。

分离部71及分离部72只要可以防止粒子的移动，不限于本实施例所记载的构造。例如，当然也可以将分离部72及分离部71的配置相反。且，在将第1挡板15上升时可以用它们的开口彼此嵌合地形成的2个U形构件置换分离部72及分离部71。

进一步，当第1挡板15上升时可以用形成作为非直路径的间隙的2个凸部置换分离部72及分离部71。在由2个凸部置换分离部72及分离部71的情况下，需要在第1挡板15上升时形成沿着与第1挡板15的旋转轴平行的方向延伸的间隙。

第2实施例

依据图7A、7B、8说明本发明的第2实施例的成膜装置。图7A是相当于通过图3的I-I线的挡板装置54的剖面图，图7B是相当于通过图3的II-II线的挡板装置54的剖面图。图8是包含通过相当于II-II线的剖面的挡板装置54的立体图（斜视剖面图）。对于与第1实施例同样的构件、配置等给予同一符号并省略其详细的说明。

在本实施例的挡板装置54中，包含凸部的分离部82设在第1挡板（第1挡板构件）65，包含U形部的分离部81（第2凸部）设在靶电极支架61侧。包含凸部的分离部82也朝第2挡板（第2挡板构件）67侧延伸。具体而言，在本实施例中，在包围靶电极C的靶T的部分形成有包含U形部的分离部81。在本实施例中，可以使第2挡板67相对于第1挡板65上升。

当第1挡板65上升时，包含设在第1挡板65上的凸部的分离部82，插入包含U形部的相应分离部81的间隙中。且，当第2挡板67相对于第1挡板65上升时，包含朝第1挡板65的第2挡板67延伸的凸部的分离部82的下端部插入第2挡板67的开口17a中。因此，可以减少从靶T喷溅的粒子进入第1挡板65及第2挡板67之间的空间。

分离部81可以形成在安装于阴极电极T的遮蔽板。这减少可能引起污染的粒子进入第1挡板65的上部侧的情况，即使将上部遮蔽板63去除仍可以有效地防止污染。且朝下方延长的分离部82减少粒子进入第1挡板65及第2挡板67之间的间隙的情况出现。进一步，粒子扩大的范围变狭窄所以维修容易。

（第3实施例）

依据图9A、9B说明本发明的第3实施例的成膜装置。图9A是相当于通过图3的I-I线的挡板装置64的剖面图，图9B是相当于通过图3的II-II线的挡板装置64的剖面图。对于与第1实施例同样的构件、配置等给予同一符号并省略其详细的说明。在本实施例的挡板装置64中，在第2挡板67的多个开口之中的一部分的开口安装有盖体75。

当将第2挡板67相对于第1挡板65上升时，可以由盖体75塞住不使用的靶T2的基板支架侧上的开口。因此，可以减少从基板支架侧的空间飞来的粒子附着在靶T2上。依据本实施例，不只可减少粒子进入第1挡板65的上部侧或第1挡板65及第2挡板67之间的间隙，也可以防止来自基板支架侧的粒子附着在靶T2上。因此，防止污染的效果非常明显。

本发明并非限制于上述实施例，在不脱离本发明的精神及范围内，可进行各式各样的变更及变形。因此，本发明的范围，是如以下的申请专利范围。

本发明要求日本专利申请号No.2011-196790、申请日2011年9月9日的优先权，该申请整个被本文参引。

【主要组件符号说明】

T，T2：靶

GV：闸门阀

W：基板

1：成膜装置

3：基板支架

4、54、64：挡板装置

13、63：上部遮蔽板（遮蔽构件）

15、65：第1挡板（第1挡板构件）

17、67：第2挡板（第2挡板构件）

21：第1驱动装置

22：第2驱动装置

35～38：C靶电极

51：容器

52：顶部

61：靶电极支架

63a、65a、67a：开口

71、81：分离部

72、82：分离部

75：盖体

Claims (6)

1.一种成膜装置，其特征为，具有：

设有安装有靶的安装面的多个靶电极；

构造成将基板保持在与所述多个靶电极相对的位置的基板支架；

可旋转地设在所述多个靶电极及所述基板支架之间且具有旋转时相面对于所述安装面的多个开口的第1挡板构件；

所述第1挡板构件的2个面之中的一个面上被配置于所述靶电极侧的面上的第1分离部，第1分离部被布置在所述第1挡板构件的开口之间以便从第1挡板构件的中心径向延伸；及

被配置于一构件上的第2分离部，该构件具有面对所述第1挡板构件的2个面之中的一个面的表面，第2分离部布置成径向延伸，

其中，驱动所述第1挡板构件使所述第1分离部及所述第2分离部相互接近，以便通过所述第1分离部及所述第2分离部形成非直路径，驱动所述第1挡板构件使所述第1分离部及所述第2分离部相互分离，以便使所述第1挡板旋转。

2.如权利要求第1项的成膜装置，其中，

具有面对所述第1挡板构件的2个面之中的一个面的表面的该构件是设在所述多个靶电极及所述第1挡板构件之间的遮蔽构件，

其中所述遮蔽构件具有与所述靶电极的数量等同数量的开口，

所述第2分离部配置于所述遮蔽构件的开口之间。

3.如权利要求第1项的成膜装置，其中，

进一步具有可旋转地设在所述第1挡板构件及所述基板支架之间的第2挡板构件，

其中所述第2挡板构件具有开口，当所述第1挡板构件或所述第2挡板构件旋转时这些开口与所述第1挡板构件的开口相对。

4.如权利要求第3项的成膜装置，其中，

进一步具有可安装在所述第2挡板构件的开口的盖体。

5.如权利要求第1-4之任意一项的成膜装置，其中，

所述第1分离部及所述第2分离部皆包含凸部，在形成所述非直路径的状态下，所述第1分离部的凸部及所述第2分离部的凸部沿着与所述第1挡板的旋转轴平行的方向形成通道。

6.如权利要求第1-4之任意一项的成膜装置，其中，

所述第1分离部及所述第2分离部中的一个包含2个凸部及由所述2个凸部夹持的底部，以及

所述第1分离部及所述第2分离部中的另一个包含凸部，在所述非直路径形成时该凸部插入所述2个凸部之间。