CN109312450A - 靶材装置、溅射装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种靶材使用效率高的靶材装置和溅射装置。将导磁率高于垫板(21)的导磁率的环状的高导磁率板(27)的表面(33)配置于与外侧磁体(25)的上端和内侧磁体(26)的上端所处的磁体平面(31)一致、或者比磁体平面(31)更接近溅射靶材(22)的位置，将背面(32)配置于与磁体平面(31)一致、或者比磁体平面(31)更远离于溅射靶材(22)的位置。从外侧磁体(25)的上端或内侧磁体(26)的上端释放出的磁力线中的位于下方的一部分磁力线进入高导磁率板(27)，通过内部并进入内侧磁体(26)的上端或外侧磁体(25)的上端，因此位于上方的磁力线变为与溅射靶材(22)的溅射面(24)平行，靶材使用效率提高。

Description

靶材装置、溅射装置
技术领域
本发明涉及一种靶材装置和利用该靶材装置的溅射装置的技术领域，特别是涉及一种能够使溅射靶材均匀地产生溅射的靶材装置和溅射装置。
背景技术
磁控溅射装置是在设置于靶材装置的溅射靶材的表面形成磁力线、使电子沿着磁力线进行螺旋运动形成高密度的等离子体来使溅射靶材产生溅射的装置。而且，以往已知有如下情形：在溅射靶材的表面中与溅射靶材的表面平行的磁力线所处的部分大量地产生溅射。
因此，着重努力地扩大与靶材表面平行的磁力线所处部分的面积。例如在下述专利文献1中，通过在垫板中配置板状磁性构件来使得为形成溅射靶材的表面处的磁场的垂直分量变为零或者在零附近变得平坦的区域(该文献段落0011)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2006-16634号公报。
发明内容
发明要解决的问题
在磁控溅射装置中，虽然靶材随着产生溅射而使靶材表面发生洼陷且厚度减小，但是为了更换靶材，需要破坏溅射装置的真空环境而恢复为大气环境。因此，削减靶材的更换频度是用于提高溅射装置的生产效率的重要因素。
然而，如果为了削减靶材的更换频度而使溅射靶材的厚度变厚，则随着由于靶材的溅射所致的洼陷发展，而变得不能使溅射靶材均匀地产生溅射，靶材的使用效率恶化。因此，存在如下问题：即使想要使靶材的厚度变厚来削减靶材的更换频度，也由于变厚的靶材的使用效率恶化，因此作为结果不能获得更换靶材的频度的削减效果。
本发明是为了解决上述现有技术的问题而创作出的发明，其目的在于提供一种使用效率高的靶材装置。
用于解决问题的方案
为了解决上述问题，本发明是一种靶材装置，所述靶材装置具有：垫板；溅射靶材，其被配置于所述垫板的单面，使要受溅射的溅射面露出；以及磁体装置，其被配置于所述垫板的与配置有所述溅射靶材的一侧相反的一侧，所述磁体装置具有：外侧磁体，其上端位于与溅射之前的所述溅射靶材的所述溅射面平行的磁体平面，被设为环形形状；内侧磁体，其上端位于所述磁体平面，以与所述外侧磁体不接触的方式配置于所述外侧磁体的内侧；以及环形形状的高导磁率板，其具有比所述垫板的导磁率大的导磁率，所述高导磁率板包围所述内侧磁体，被配置于被所述外侧磁体包围的位置，以所述高导磁率板的表面与所述磁体平面一致或者位于比所述磁体平面更接近所述溅射靶材处、所述高导磁率板的背面与所述磁体平面一致或者位于比所述磁体平面更远离于所述溅射靶材处的方式进行配置，在所述溅射面上形成磁力线。
本发明是所述高导磁率板被使得为与所述外侧磁体和所述内侧磁体不接触的靶材装置。
本发明是所述高导磁率板由导磁率为0.9×10-3H/m以上的金属材料构成的靶材装置。
本发明是一种溅射装置，所述溅射装置具有：真空槽；以及靶材装置，其被配置于所述真空槽的内部，所述靶材装置具有：垫板；溅射靶材，其被配置于所述垫板的单面，使要受溅射的溅射面露出；以及磁体装置，其被配置于所述垫板的与配置有所述溅射靶材的一侧相反的一侧，所述磁体装置具有：外侧磁体，其上端位于与溅射之前的所述溅射靶材的所述溅射面平行的磁体平面，被设为环形形状；内侧磁体，其上端位于所述磁体平面，以与所述外侧磁体不接触的方式配置于所述外侧磁体的内侧；以及环形形状的高导磁率板，其具有比所述垫板的导磁率大的导磁率，所述高导磁率板包围所述内侧磁体，被配置于被所述外侧磁体包围的位置，以所述高导磁率板的外侧侧面和内侧侧面与所述磁体平面相交叉、或者所述外侧侧面的上端和所述内侧侧面的上端或所述外侧侧面的下端和所述内侧侧面的下端与所述磁体平面一致的方式进行配置，在所述溅射面上形成磁力线。
本发明是所述高导磁率板被使得为与所述外侧磁体和所述内侧磁体不接触的溅射装置。
本发明是所述高导磁率板由导磁率为0.9×10-3H/m以上的金属材料构成的溅射装置。
发明的效果
即使是厚的溅射靶材也能够均匀地产生溅射，因此靶材使用效率高。能够高效率且长时间地使用溅射靶材。
附图说明
图1是本发明的靶材装置和溅射装置。
图2是本发明的靶材装置。
图3是该靶材装置的A-A线截断截面图。
图4的(a)~(e)是用于说明高导磁率板与外侧磁体及内侧磁体的位置关系的图。
图5是用于说明不具有高导磁率板的磁体装置的图。
图6是示出图4的(a)~(e)的磁场强度和宽度的曲线图。
图7是示出靶材的位置与厚度的关系的曲线图。
具体实施方式
图1的溅射装置11是本发明的一个示例，具有真空槽12，在真空槽12的内部配置有本发明的靶材装置14。
在图2中示出该靶材装置14的平面图，在图3中示出该靶材装置14的A-A线截断截面图。靶材装置14具有板状的垫板21，在垫板21的单面配置有溅射靶材22。
在真空槽12的内部的与靶材装置14相反一侧的位置配置有基板保持架17。溅射靶材22的单面即溅射面24在真空槽12的内部露出，当将基板18配置于基板保持架17时，基板18的成膜面19与溅射面24平行地进行对置。
真空槽12连接有真空排气装置13和气体供给装置16，通过真空排气装置13对真空槽12的内部进行真空排气，在真空槽12的内部形成真空环境之后，从气体供给装置16向真空槽12的内部供给溅射气体，在真空槽12的内部形成含有溅射气体的真空状态即溅射气体环境。
在垫板21的与配置有溅射靶材22的面相反一侧的面附近配置有磁体装置23。
该磁体装置23位于溅射靶材22的与溅射面24相反的一侧即背面侧。
磁体装置23具有：磁轭28，其是使具有导磁性的导磁性材料成形为平板状而得到的；内侧磁体26，其被配置在磁轭28的单面上；以及环形形状的外侧磁体25，其被配置于配置有内侧磁体26的单面并包围内侧磁体26。
当将N极和S极中的任一个设为第一磁极、将另一个设为第二磁极时，内侧磁体26在朝向磁轭28的那一方的端部配置有第一磁极，在朝向与磁轭28相反一侧的端部配置有第二磁极，外侧磁体25与内侧磁体26正相反，在朝向磁轭28的那一方的端部配置有第二磁极，在朝向与磁轭28相反一侧的端部配置有第一磁极。关于磁极，存在第一磁极为N极且第二磁极为S极的情况和第一磁极为S极且第二磁极为N极的情况。
溅射靶材22经由垫板21位于内侧磁体26和外侧磁体25的朝向与磁轭28相反一侧的端部附近。
垫板21由导磁率为接近真空的值的铜构成，在此，溅射靶材22也使用接近于真空的值的材料。从磁体装置23的N极释放出的磁力线贯通垫板21和溅射靶材22，在溅射面24上漏出，在溅射面24上弯曲并贯通溅射靶材22和垫板21而进入磁体装置23的S极。
垫板21与溅射电源34连接，当在形成了溅射环境的状态下由溅射电源34对垫板21施加电压时，从阴极电极(在此为靶材22)的表面释放出电子。
从阴极电极释放出的电子沿着溅射面24上的磁力线进行螺旋运动，通过与溅射气体的相互作用而在溅射面24附近产生等离子体，溅射面24受溅射。
此时，在溅射面24上漏出的磁力线中的垂直方向的磁分量为零的磁力线部分、即在溅射面24上漏出的磁力线中的沿与溅射面24平行的方向延伸的部分的正下方位置的等离子体成为高密度，溅射面24中的与该高密度等离子体接触的部分大量地受溅射。
因而，溅射面24中的位于与溅射面24平行地延伸的磁力线的正下方的部分的面积越广，则溅射靶材22的越广的区域受溅射，使用效率提高。
本发明的磁体装置23如图3所示那样在外侧磁体25与内侧磁体26之间配置有树脂29，外侧磁体25与内侧磁体26在通过树脂29而相互分离的状态下被固定。
在树脂29上配置有包围内侧磁体26的环形形状的高导磁率板27，如后述的那样，与溅射面24平行地延伸的磁力线多。
图5是没有配置高导磁率板27的磁体装置33d，由磁体装置33d形成的磁力线30以在外侧磁体25与内侧磁体26的大致中间位置成为最大值的方式弯曲，磁力线30中的与溅射面24平行地延伸的部分少。
图4的(a)~(e)的磁体装置23、33a、33b具有高导磁率板27，省略了树脂29的记载。在高导磁率板27的外周与外侧磁体25的内周之间以及高导磁率板27的内周与内侧磁体26的外周之间设置有间隙，使得高导磁率板27与外侧磁体25不接触，另外使得高导磁率板27与内侧磁体26也不接触，使得为没有过量的磁力线30通过高导磁率板27之中，另外没有使磁力线30的形状不均衡。
外侧磁体25的上端和内侧磁体26的上端与尚未受溅射的溅射靶材22的溅射面24平行且位于同一磁体平面31。
高导磁率板27由具有与垫板21相比更大的导磁率的材料构成，因为是与真空、空气的导磁率相比更大的导磁率，所以成为在外侧磁体25与内侧磁体26之间形成的磁力线30中的一部分磁力线30从高导磁率板27的外周附近或内周附近中的任一方进入高导磁率板27的内部，并通过高导磁率板27的内部而从另一方出至外部。
特别是，关于高导磁率板27，在图4的(b)的磁体装置23中，以高导磁率板27的表面33与磁体平面31一致且高导磁率板27的与表面33相反一侧的背面位于比磁体平面31更远离于溅射靶材22处的方式进行配置，在图4的(c)的磁体装置23中，以高导磁率板27的表面33位于比磁体平面31更接近溅射靶材22处且高导磁率板27的与表面33相反一侧的背面32位于比磁体平面31更远离于溅射靶材22处的方式进行配置。另外，在图4的(d)的磁体装置23中，高导磁率板27被配置为高导磁率板27的背面32与磁体平面31一致。
当把形成在外侧磁体25的上端与内侧磁体26的上端之间的磁力线30中的形成在内侧磁体26的中央附近与外侧磁体25的外周附近之间的磁力线30称为上方磁力线35、把形成在内侧磁体26的外缘附近与外侧磁体25的内周附近之间的磁力线30称为下方磁力线36时，在与外侧磁体25的上端和内侧磁体26的上端分离固定距离的溅射靶材22的溅射面24上，上方磁力线35呈半环状漏出并卷绕电子，另一方面，虽然下方磁力线36不在溅射面24上漏出，但是在没有设置高导磁率板27的图5的磁体装置33d中，由于下方磁力线36将上方磁力线35的中央部分向上推，因此在溅射面24上，上方磁力线35弯曲，与溅射面24平行地延伸的磁力线30的部分减少。
与此相对，具有高导磁率板27的图4的(a)~(e)的磁体装置23、33a、33b中的、使用于本发明的同一图的(b)、(c)、(d)的磁体装置23中，下方磁力线36的一部分从高导磁率板27的外周附近或内周附近中的一方的附近进入高导磁率板27之中，通过高导磁率板27之中而从另一方的附近漏出到高导磁率板27的外部。
在上方磁力线35的中央的正下方位置，通过高导磁率板27的外部的下方磁力线36变少，因此上方磁力线35的中央部分未被从下方推压，相对于溅射面24平行地延伸的部分增加，受溅射的面积增大。
另一方面，在如图4的(a)那样使高导磁率板27的表面33比磁体平面31处于更下方的磁体装置33a的情况下，由于通过高导磁率板27的内部的磁力线30减少，上方磁力线35被下方磁力线36向上方推压，因此相对于溅射面24平行地延伸的部分减少。
在如图4的(e)那样高导磁率板27的背面32位于磁体平面31的上方的磁体装置33b中，成为大量的磁力线通过高导磁率板27之中，特别是成为上方磁力线35的一部分也通过高导磁率板27之中。此时，上方磁力线35不被下方磁力线36推压，相对于溅射面24平行地延伸的部分增加，因此虽然受溅射的面积增大，但是溅射面24上的磁力线30减少，导致溅射效率降低。
在此，在溅射面24之上，将磁场的垂直分量为零的点连结得到的线段与在溅射面24之上漏出的多个磁力线交叉，如图4的(b)和图4的(d)所示，在该线段包括有沿相对于高导磁率板27的表面大致垂直的方向延伸的第一线段41和从外侧磁体25的上端的内周向内侧磁体26的上端的外缘延伸或者从高导磁率板27的表面的一个端部向另一端部延伸的第二线段42。
当把第一线段41与第二线段42的交点称为垂直磁场为零的特异点43时，图4的(b)的磁体装置23的第二线段42从外侧磁体25的上端的内周向内侧磁体26的上端的外缘延伸，在图4的(b)和图4的(d)中可知，特异点43形成在上方磁力线35与下方磁力线36之间的附近。
图6的曲线图的左纵轴表示特异点处的水平方向的磁场强度，右纵轴表示具有特异点处的水平方向的磁场强度±5G的强度的磁力线的宽度(为与磁体平面31平行的平面内的直线方向且与表示外侧磁体25同内侧磁体26之间的距离的直线垂直的直线方向的长度)，图6的曲线图的横轴的(a)~(e)与图4的(a)~(e)的相同的字母的磁体装置23、33a、33b进行对应。
在实验中确认到，在特异点43处的水平方向的磁场强度为140G以上且230G以下的值的情况下，能得到稳定的放电，并且溅射面24宽广地受溅射。当特异点43处的水平方向的磁场强度小于140G时，在溅射靶材22的溅射面24附近产生的等离子体变得不稳定，观察到放电电压上升的倾向。
另一方面，当特异点43处的水平方向的磁场强度大于230G时，沿着磁力线进行螺旋运动的电子相对于磁力线的约束变强，因此高密度的等离子体区域变窄，导致在溅射靶材22的溅射面24上受溅射的区域变窄。
根据图6，图4的(b)、(c)、(d)的磁体装置23成为140G以上且230G以下的范围内的磁场强度。另外，具有磁场强度±5G的强度的磁力线的宽度在磁体装置23、33a、33b的任一个中都超过了10mm，成为能够获得宽广的溅射区域。即，图4的(b)、(c)、(d)的磁体装置23由于不会使溅射面24上的半环状的磁力线大幅减少，因此即使厚的溅射靶材22也能够均匀地进行溅射。
在此，在图7中示出了在利用图4的(b)的磁体装置23和图4的(e)的磁体装置33b分别对厚度14mm的靶材进行溅射时的、靶材的长边方向中央部的截面形状，即靶材表面的轮廓。
此时，在图4的(b)的磁体装置23中，特异点43处的水平方向的磁场强度为208G，具有磁场强度±5G的强度的磁力线的宽度为13mm。另外，在图4的(e)的磁体装置33b中，特异点处的水平方向的磁场强度为119G，具有磁场强度±5G的强度的磁力线的宽度为15mm。
当根据溅射靶材22的截面积计算各溅射靶材22的使用效率时，在图4的(e)中为42.8%时，在图4的(b)中成为53.5%，观察到10%以上的改善。
在图4的(e)的磁体装置33b中，磁场强度为119G，小于140G，因此放电不稳定，磁力线集中，放电集中于比较而言磁场较强的中央侧，因此认为由于进行溅射而受到溅射的量产生了不均衡。
关于这一点，在图4的(b)的磁体装置23中，磁场强度为208G，落入从140G到230G的范围内，磁力线的宽度也宽广为13mm，因此认为即使在靶材22的深的位置、即在进行了溅射之后，也能够获得宽广的溅射区域。
此外，高导磁率板27的厚度为数mm左右，能够使用将不锈钢、铁、坡莫合金加工成平板状之后的板、其它的透磁材料的板。
构成垫板的铜的导磁率μ(H/m)为1.26×10-6，构成本发明的高导磁率板27的材料能够使用马氏体不锈钢(退火：9.42×10-4、1.19×10-3)、铁素体不锈钢(退火：1.26×10-3、2.26×10-3)、坡莫合金(1.2×10-2)、铁(99.8%纯铁：6.3×10-3)硅钢(5.0×10-3)、铁钴合金(2.3×10-2)等导磁率μ为0.9×10-3以上的金属材料。
附图标记说明
11：溅射装置；14：靶材装置；21：垫板；22：溅射靶材；23：磁体装置；24：溅射面；25：外侧磁体；26：内侧磁体；27：高导磁率板；30：磁力线；31：磁体平面。

Claims (6)

1.一种靶材装置，具有：
垫板；
溅射靶材，其被配置于所述垫板的单面，使要受溅射的溅射面露出；以及
磁体装置，其被配置于所述垫板的与配置有所述溅射靶材的一侧相反的一侧，
所述磁体装置具有：
外侧磁体，其上端位于与溅射之前的所述溅射靶材的所述溅射面平行的磁体平面，被设为环形形状；
内侧磁体，其上端位于所述磁体平面，以与所述外侧磁体不接触的方式配置于所述外侧磁体的内侧；以及
环形形状的高导磁率板，其具有比所述垫板的导磁率大的导磁率，
所述高导磁率板包围所述内侧磁体，被配置于被所述外侧磁体包围的位置，
以所述高导磁率板的表面与所述磁体平面一致或者位于比所述磁体平面更接近所述溅射靶材处、所述高导磁率板的背面与所述磁体平面一致或者位于比所述磁体平面更远离于所述溅射靶材处的方式进行配置，在所述溅射面上形成磁力线。
2.根据权利要求1所述的靶材装置，其中，
使得所述高导磁率板与所述外侧磁体和所述内侧磁体不接触。
3.根据权利要求1所述的靶材装置，其中，
所述高导磁率板由导磁率为0.9×10-3H/m以上的金属材料构成。
4.一种溅射装置，具有：
真空槽；以及
靶材装置，其被配置于所述真空槽的内部，
所述靶材装置具有：
垫板；
溅射靶材，其被配置于所述垫板的单面，使要受溅射的溅射面露出；以及
磁体装置，其被配置于所述垫板的与配置有所述溅射靶材的一侧相反的一侧，
所述磁体装置具有：
外侧磁体，其上端位于与溅射之前的所述溅射靶材的所述溅射面平行的磁体平面，被设为环形形状；
内侧磁体，其上端位于所述磁体平面，以与所述外侧磁体不接触的方式配置于所述外侧磁体的内侧；以及
环形形状的高导磁率板，其具有比所述垫板的导磁率大的导磁率，
所述高导磁率板包围所述内侧磁体，被配置于被所述外侧磁体包围的位置，
以所述高导磁率板的外侧侧面和内侧侧面与所述磁体平面相交叉、或者所述外侧侧面的上端和所述内侧侧面的上端或所述外侧侧面的下端和所述内侧侧面的下端与所述磁体平面一致的方式进行配置，
在所述溅射面上形成磁力线。
5.根据权利要求4所述的溅射装置，其中，
使得所述高导磁率板与所述外侧磁体和所述内侧磁体不接触。
6.根据权利要求4所述的溅射装置，其中，
所述高导磁率板由导磁率为0.9×10-3H/m以上的金属材料构成。
CN201780038787.2A 2016-06-21 2017-06-16 靶材装置、溅射装置 Active CN109312450B (zh)

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