CN1069931C - 真空溅镀装置 - Google Patents

Abstract

一种真空溅镀装置，使用由强磁性材料制成的矩形中间电极6进行溅镀。通过在中间电极6的表面侧沿其两侧边缘部的各侧边缘配置多个磁铁10，并使这些磁铁的相邻磁极的极性相反配置，同时夹着中间电极6相对的磁铁间的极性也相反配置，在靶板6的背面侧配置与中间电极6的表面侧所配置的磁铁具有同样极性关系的多个磁铁13，从而能在加工的基板表面形成均匀的薄膜。

Description

真空溅镀装置

本发明涉及将强磁性材料作为靶板(target)的磁控真空溅镀方式的真空溅镀装置。

所谓真空溅镀法是一种通过使冲撞而溅射的微粒附在基板上而形成薄膜的方法，一般是在低真空的气氛中通过气体放电产生等离子体，使等离子体的阳离子冲撞设置在称为阴极的负极上的靶板，由冲撞而溅射出微粒。由于此真空溅镀法的组分控制和设备操作都比较简单，所以广泛地应用于成膜过程。但是，传统的真空溅镀法与真空蒸镀法相比存在有薄膜生成速度慢的缺点，因此已有人提出了将永久磁铁或电磁铁用作磁性回路而在靶板附近形成磁场的磁控真空溅镀法的方案，可以提高薄膜的形成速度，使半导体元件和电子部件的制造工序中由真空溅镀法形成的薄膜可以大量生产。

在磁控真空溅镀法中，存在由于靶板的局部腐蚀而引起基板的膜厚和膜质不均匀的问题，为解决这个问题，提出了形成与电场垂直的同样的磁场装置的方案。

图11是表示传统的溅镀装置的组成结构。在图11中，1是溅镀室、2是通过真空泵排气的真空排气口、3是气体导入管、4是气体流量控制器、5是放电气体(一般使用氩气)、6是靶板、7是溅射电极、8是放电用电源、9是磁铁支架、10是磁铁、11是基板支座、12是在其上面形成薄膜用的基板。

在以上结构的前述溅镀装置中，对其工作作以下说明，首先，用真空泵从真空排气口对溅镀室1内进行排气，使其达到10-7乇程度。接着通过与前述溅镀室1的一端相连的导入管3向溅镀室1内导入放电气体5，以保持溅镀室1内的压力为10-3～10-2乇的程度。当在安装有靶板6的溅射电极7上加上由直流或交流的溅射用电源8所提供的负电压或高频电压时，由于前述电源8产生的电场和容纳在磁铁支架9内的磁铁10产生的磁场作用，在靶板6的表面附近因放电而产生等离子体，并利用因发生溅射现象而从靶板6上放出的微粒使设置在基板支座11上的基板12上形成薄膜。

但是，在前述溅镀装置中，靶板6为强磁性材料时从磁铁10产生的大部分磁通通过靶板6内，而有利于形成等离子体的磁通变得极少，其结果就存在成膜速度低下的问题。

因此在日本专利公开1986年第124567号公报上记载了除在靶板的表面配置磁铁之外，再加上在靶板的背面也配置磁铁的结构，这样，即使在由强磁性材料制成靶板的情况下也不会降低成膜速度。图12就是表示在靶板6的表面和背面配置磁铁10、13时溅镀电极的结构，13是配置在靶板6背面的磁铁。通过这样的结构使配置在靶板背面的磁铁13产生的磁通充满强磁性材料构成的靶板6内，可防止从配置在靶板表面的磁铁10所产生的磁通通过靶板内，由此具有能防止成膜速度降低的效果。

但是，上述传统的结构虽然能提高成膜速度，但由于在靶板整个面上通过的磁通为同一方向，所以等离子体中的电子在整个靶板面受到相同方向的力。因而，等离子体的电子密度在靶板面内呈不均匀状态。在图10所示的例子中，在16的方向施加的力使等离子体的电子向此方向汇集移动，因此在此方向的靶板的腐蚀加速进行，而在反方向上腐蚀变慢，随着腐蚀的进行，出现了不均匀地腐蚀的问题，其结果就发生了不能确保在基板面上生成的薄膜的膜厚均匀性的问题。

本发明是以解决上述问题、提供具有确保腐蚀能均匀进行的靶板的真空溅镀装置为其目的。

为了达到上述目的，本发明的真空溅镀装置，包括溅镀室、对该溅镀室进行排气的真空泵及排气装置、导入放电气体的进气装置以及放电用电源，使用由强磁性材料制成的矩形靶板进行溅镀，其特征在于，在靶板表面侧沿其两侧边缘的各侧边缘上配置多个磁铁，并且规定，使这些磁铁的相邻磁极的极性存在相反的关系，同时规定，使夹着靶板相对的磁铁间的极性也存在相反的关系，并在靶板的背面侧配置了与靶板表面侧配置的磁铁有同样极性关系的多个磁铁。

还有，最好具有如下的结构，即，在由设于靶板表面侧和背面侧磁铁所产生的磁通中，位于靶板两端边缘部的磁通方向被分别设定为，其能将飞向靶板的等离子体中的电子引向靶板的中央部。

并且，由配置在靶板表面侧和背面侧的磁铁产生的磁通在相对于连接靶板两侧边缘中点的中心线呈对称的位置处，其磁通的方向分别相反，具有这样的结构为佳。

另外，由配置在靶板表面侧和背面侧的磁铁产生的磁通在与靶板侧面边缘平行的中心线上，其方向分别变化3次以上，具有这样的结构为佳。

本发明的作用可用图10进行说明。

对于矩形平板靶板6如图所示若配置了磁铁10，则如图所示形成磁场14。等离子体中的电子因受到由磁场14引起的力16，所以等离子体就向图中15的方向汇集，因而随着沿着15的方向腐蚀速度变大，而其相反方向上的腐蚀速度变小。因此，在传统例中产生中间电极的利用效率降低，并且膜厚不均匀的结果。

根据本发明，由于由配置在靶板背面侧的多个磁铁产生的磁通与由配置在靶板表面侧的多个磁铁产生的磁通被设置成具有同样的方向，因此可以主要由配置在靶板背面侧的多个磁铁使强磁性体的靶板内的磁通饱和。为此，由配置在靶板背面侧的多个磁铁所产生的磁通能对产生高密度的等离子体起有效的作用。

而且，在靶板表面侧配置的多个磁铁沿着靶板的两侧边缘进行配置，并且规定配置在各侧边缘的磁铁的极性存在相邻磁极极性相反的关系，同时规定夹着靶板相对的磁铁间的极性也为相反的关系，因此如图10所示磁场14的方向在靶板的整个表面上就成为包含有正反的两个方向。因此，由磁场作用于飞向靶板的等离子体中的电子的力也就不会是同一方向，前述电子对于靶板面大致均匀分布地起溅射作用。因此，腐蚀速度在靶板面上大致均匀化，靶板的腐蚀面成为与溅镀前的表面平行的平面近似的面，所以能消除在基板上所形成的膜的膜厚不均匀性的问题。

另外，利用位于靶板的两边缘部分的磁通，将飞向靶板的等离子体中的电子引向靶板的中央部，这样就能有效地利用等离子体，能提高靶板上的等离子体密度，因此能提高靶板的腐蚀速度。

还有，由于由靶板的表面侧和背面侧配置的磁铁所产生的磁通分别在相对于连接靶板两侧边缘中点的中心线呈对称位置上，其磁通方向相反，能使靶板的夹着前述中心线的两侧受到同样状态的腐蚀。

另外，通过在与靶板的两侧边缘平行的中心线上，使磁通方向改变3次以上，能使靶板面上腐蚀的均匀性得到提高。

以下对附图作简单说明。

图1是表示本发明第1实施例的真空溅镀装置的剖视图。

图2是表示同上实施例的溅镀电极附近结构的仰视图。

图3是图2的B-B’剖视图。

图4是表示同上实施例的靶板表面上的磁通密度分布的图。

图5是表示同上实施例成膜速度的图。

图6是表示本发明第2实施例的溅镀电极附近结构的仰视图。

图7是图6的D-D’剖面图。

图8是表示第2实施例的靶板表面上的磁通密度分布的图。

图9是表示第2实施例成膜速度的图。

图10是表示在磁场中离子的受力原理图。

图11是表示传统的溅镀装置的概略剖视图。

图12是表示传统的在靶板的表面和背面具有磁铁的溅镀装置的电极示意图。

以下对本发明的第1实施例参照附图进行说明。

图1是表示本发明第1实施例真空溅镀装置的结构。在图1中，1是溅镀室，2是与真空泵连通的真空排气口，3是气体导入管，4是气体流量控制器，5是放电气体(通常使用氩气)，6是用强磁性体材料制成的矩形的靶板，7是溅镀电极，8是放电用电源，9是磁铁支架，10是配置在靶板表面的磁铁，11是基板支座，12是在其上面形成薄膜用的基板，13是配置在靶板背面的磁铁。

图2是图1所示的溅镀装置中的溅射电极部分的仰视图。并且，图3是表示图2的B-B′剖面图。配置在靶板表面的磁铁10沿靶板6的两侧边缘的每一边缘配置2个磁铁。一边的磁铁间的极性规定配置成相互反向，并且夹着靶板相对的磁铁的极性也规定配置成相反。还有，在靶板背面配置的磁铁13也与磁铁10同样地进行配置。

图4示出在图2的A-A′线上距离表面2mm处的磁通密度分布状态。在此图中将在图2中从左向右的磁通取为正值。在图中表示了3种磁通密度的状态，其一是仅在靶板的表面配置了磁铁10的情况，其二是仅在靶板的背面配置了磁铁13的情况，还有是同时配置了磁铁10和磁铁13的情况。从此可以看到在靶板的表面和背面都配置了磁铁时，其磁通密度要比仅在靶板表面配置磁铁的情况下明显增大。并且，与仅在背面配置了磁铁的情况相比其磁通向靶板表面的泄漏几乎没有。也就是说，通过配置在靶板背面的磁铁13所产生的磁通使配置在靶板表面的磁铁10所产生的磁通在靶板6内的通过量减少，其结果就使靶板表面的磁通增加。

图5表示仅在靶板表面，以及在表面和背面同时配置磁铁时的使用强磁性材料的靶板时基板上的成膜速度，从图中可明显看出由于磁通密度增加，使成膜速度大幅度地上升。

还有，在图2中，在靶板6一侧的端部边缘(图2的上侧端部边缘)附近的磁通朝向图2的右方，从图2的纸面附近向靶板靠近的电子受到向图2下侧方向的力。另外，因靶板6另一侧的端部边缘(图2的下侧端部边缘)附近的磁通朝向图2的左方，所以从纸面附近向靶板靠近的电子受到向图2上侧方向的力。因此，可将中间电极面上的等离子体关闭在靶板面的范围内，从而提高等离子体密度、加快腐蚀速度，使基板的薄膜生成速度上升。

以下对本发明的第2实施例参照附图进行说明。

图6与图2同样，是图1所示溅镀装置中的溅射电极部分的仰视图。另外，图7是图6的D-D′剖视图。配置在靶板6表面侧的磁铁10沿靶板6的两侧边缘每边各配置8个。而且这些磁铁10的极性翻转变化7次，并且相对的磁铁其极性分别相反。配置在靶板6的背面侧的磁铁13也沿着靶板6的两侧边缘每边各配置6个。而且这些磁铁13的极性翻转变化5次，并且相对的磁铁，其极性分别为相反。还有，配置在靶板表面的磁铁10除去位于两端部的磁铁以外，其他磁铁10都分别与配置在靶板背面的磁铁13的极性相同地进行配置。

图8示出在图6的C-C′线上距离表面2mm处的磁通密度分布的状态。在此图中也和图4同样，将图6中从左向右的磁通取为正值。在图中示出了3种磁通密度的状态，其一是仅在靶板的表面配置了磁铁10的情况，其二是仅在靶板的背面配置了磁铁13的情况，还有是同时配置了磁铁10和磁铁13的情况。从此图可以看到在中间电极的表面和背面都配置了磁铁时，其磁通密度要比仅在靶板表面配置磁铁的情况下明显增大，同时还可知道，通过增加磁通方向的翻转变化次数能求得靶板上的磁通密度大小的均匀化。

图9示出了仅在靶板表面配置了磁铁时，以及如本实施例那样在表面和背面都配置了磁铁时、在使用强磁性材料的靶板情况下基板上的成膜速度。从图中可明显看出，由于磁通密度的增加，使成膜速度大幅度地上升，并可知当增加磁力线的反复次数时膜厚分布尤其是两端部分的膜厚可得到提高。这是由于等离子体的分布更均匀化的缘故。

综上所述，若按本实施例，通过在靶板的表面和背面配置磁铁并使磁铁的极性多次翻转，可提高在基板上形成的强磁性薄膜的生成速度，并能获得良好的膜厚均匀性。

另外，通过采用将磁力线多次翻转的本实施例的结构，对于任意的靶板尺寸都能获得良好的膜厚均匀性。还有，构成磁性回路的磁铁数即使采用本实施例以外的数也没有什么问题。

根据以上所述的本发明，由于能使靶板附近的等离子体均匀化、也能使靶板的腐蚀均衡化，故在基板上形成薄膜时能形成均匀的薄膜。并且，在靶板的周边也由于在靶板背面配置有磁铁并使相邻磁铁具有相反磁性，所以可使靶板内部的磁性饱和，而在靶板表面形成十分强的磁场，所以磁控的效果能显著地表现，薄膜的生成速度得到提高。

Claims (4)

1．一种真空溅镀装置，包括溅镀室、对该溅镀室进行排气的真空泵及排气装置、导入放电气体的进气装置以及放电用电源，此装置使用由强磁性材料制成的矩形靶板进行溅镀，其特征在于，在靶板的表面侧沿着其两侧边缘的各侧边缘上配置多个磁铁，并规定使这些磁铁的相邻磁极的极性配置成互相相反的关系，同时规定使夹着靶板相对的磁铁间的极性也配置成相反的关系；在靶板的背面侧配置有与靶板的表面侧所配置的磁铁具有同样极性关系的多个磁铁。

2．权利要求1所述的真空溅镀装置，其特征在于，由设于靶板表面侧和背面侧的磁铁所产生的磁通中，位于靶板两端边缘部的磁通的方向被分别设定为，其能将飞向靶板的等离子体中的电子引向靶板的中央部。

3．如权利要求1或2所述的真空溅镀装置，其特征在于，由配置在靶板表面侧和背面侧的磁铁所产生磁通在相对连接靶板两侧边缘中点的中心线相对称的位置处，其磁通的方向分别相反。

4．如权利要求1、2或3所述的真空溅镀装置，其特征在于，由配置在靶板表面侧和背面侧的磁铁所产生的磁通在与靶板侧边缘平行的中心线上，其方向分别变化3次以上。

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