CN109844168A - 溅射装置用阴极单元 - Google Patents

Abstract

提供一种具有不使真空室对大气开放而可进行靶交换的构造的溅射装置用阴极单元。具有靶(Tg1，Tg2)并装设在真空室(Vc)内的本发明的溅射装置用阴极单元(CU)，其特征在于，包括：支撑框体(1)，其装设在真空室的外壁上；环形的可动座(2)，其受支撑框体支撑并可相对于真空室接近远离地进退；旋转轴体(3)，其受该可动座枢转支撑以便使可动座的内部空间(23)与靶的溅射面平行地延伸；至少一个靶支架(5₁，5₂)，以旋转轴体的轴线方向为X轴方向，以与X轴方向正交的可动座的进退方向为Z轴方向，所述靶支架朝旋转轴体的径向突出地设置在旋转轴体上，靶装卸自如地安装在所述靶支架的前端面上；准备室(Rc)，其设置在支撑框体的从Z轴方向上距离真空室的外壁面规定间隔的部分上，具有开关门(Rd)，且所述准备室独立于真空室并真空排气自如，并设置有使真空气氛的准备室回到大气压的排气阀Vv；以及一对真空波纹管(7₁，7₂)，其设置在可动座和准备室之间以及可动座和真空室之间并围绕靶支架；在靶支架上设置隔绝部(51a，51b)，在靶支架位于Z轴上且以靶朝向真空室侧的姿态使可动座在Z轴方向上相对于真空室进行接近移动到成膜位置上，隔绝部与形成在真空室上的第一开口(Vc1)的周边部紧密贴合，隔绝靶所在的真空室内部，并且以靶朝向准备室侧的姿态使可动座在Z轴方向上相对于真空室进行远离移动到更换位置上，隔绝部与形成在准备室上的第二开口(Rc2)的周边部紧密贴合，隔绝靶所在的准备室内部，隔绝部在远离第一开口和第二开口的可动座的中立位置上还具有使旋转轴体绕X轴旋转的旋转机构。

Description

溅射装置用阴极单元

技术领域

本发明涉及一种具有靶并安装在真空室上的溅射装置用阴极单元。

背景技术

作为在真空气氛中在待处理基板上形成规定薄膜的方法之一，以往已知的是使用溅射装置的设备。这种溅射装置通常具有真空室，在真空室的上部装设有装卸自如的阴极单元，所述阴极单元具有根据所要形成的薄膜的组分而制作的靶。再有，在真空室的下部，设置有与靶相对的台架，所述台架上设置有硅晶片或玻璃基板等的基板。并且，在装设了阴极单元的状态下将真空室真空排气到规定压力后，以规定的流量向真空室内导入溅射气体(氩气等)，通过向靶例如施加带负电位的规定电力来溅射靶，由此，从靶飞散的溅射粒子附着堆积在台架上的基板的表面，形成规定的薄膜(例如参照专利文献1)。

然而，如上所述，在溅射靶时，由于靶受到侵蚀，因此需要定期更换靶。在更换靶时，通常要暂时中断使用了溅射装置的成膜处理，使真空室回到大气压，然后将阴极单元从真空室取出，在该状态下进行靶的更换工作。此处，当真空室回到大气压时，在真空室的内壁面等上附着真空排气难以去除的水分子等。因此，在更换靶后，当将阴极单元再次装设到真空室内并对真空室内进行真空排气时，根据真空室的容积，将真空室内真空排气到规定压力，以便不影响对基板成膜，这需要花费大量时间，存在更换靶导致成膜处理的中断时间增加的问题。因此，需要开发一种不使真空室对大气开放而可进行靶交换的阴极单元。

现有技术文献

专利文献

【专利文献1】专利公开2014－91861号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

鉴于以上内容，本发明的目的是提供一种具有不使真空室对大气开放而可进行靶交换的构造的溅射装置用阴极单元。

解决技术问题的手段

为解决上述问题，具有靶并装设在真空室上的本发明的溅射装置用阴极单元，其特征在于，包括：支撑框体，其装设在真空室的外壁上；环形的可动座，其受支撑框体支撑并可相对于真空室接近远离地进退；旋转轴体，其受该可动座枢转支撑以便使可动座的内部空间与靶的溅射面平行地延伸；至少一个靶支架，以旋转轴体的轴线方向为X轴方向，以与X轴方向正交的可动座的进退方向为Z轴方向，所述靶支架朝旋转轴体的径向突出地设置在旋转轴体上，靶装卸自如地安装在所述靶支架的前端面上；准备室，其设置在支撑框体的从Z轴方向上距离真空室的外壁面规定间隔的部分上，具有开关门，且所述准备室独立于真空室并真空排气自如；以及一对真空波纹管，其设置在可动座和准备室之间以及可动座和真空室之间并围绕靶支架；在靶支架上设置隔绝部，在靶支架位于Z轴上且以靶朝向真空室侧的姿态使可动座在Z轴方向上相对于真空室进行接近移动到成膜位置上，所述隔绝部与形成在真空室上的第一开口的周边部紧密贴合，隔绝靶所在的真空室内部，并且以靶朝向准备室侧的姿态使可动座在Z轴方向上相对于真空室进行远离移动到更换位置上，所述隔绝部与形成在准备室上的第二开口的周边部紧密贴合，隔绝靶所在的准备室内部，隔绝部在远离第一开口和第二开口的可动座的中立位置上还具有使旋转轴体绕X轴旋转的旋转机构。

采用本发明，例如在将阴极单元安装在真空室的外壁上之前，将靶装设在靶支架的前端面上，靶支架位于Z轴上且靶呈朝向真空室侧的姿态。此时，可动座在中立位置，再有，大气压下的准备室的开关门呈关闭状态。并且，通过该支撑框体将阴极单元装设在真空室的规定位置上。在装设阴极单元后，启动真空泵对真空室和准备室进行真空排气。真空室和准备室可通过相同的真空泵或各自独立的真空泵进行真空排气，随着真空室和准备室的真空排气，通过第一开口和第二开口对包括可动座内部空间的、一对真空波纹管的内部空间同时进行真空排气。

在将真空室和准备室真空排气到规定压力时，使可动座在Z轴方向上相对于真空室进行接近移动，在可动座到达成膜位置时，通过靶支架的隔绝部以装设在靶支架上的靶处于真空室内的状态将该真空室内部隔绝，可通过靶的溅射进行成膜。并且,当靶的溅射使靶受到规定量的侵蚀时更换靶。

在更换靶时，可动座返回到中立位置，通过旋转机构使旋转轴体围绕X轴旋转180度。如此，装设在靶支架上的已使用完的靶变为朝向准备室侧的姿态。并且，使可动座在Z轴方向上相对于真空室进行远离移动，当可动座到达更换位置时，通过靶支架的隔绝部，以装设在靶支架上的靶处于准备室内的状态隔绝该准备室内部。之后，向准备室中导入氮气或空气等，回到大气压，将开关门打开，可进行已使用完的靶的更换。

更换靶后将开关门关闭，然后将准备室真空排气到规定压力，当准备室达到规定压力时，使可动座在Z轴方向上相对于真空室进行接近移动，当可动座到达中立位置时，再次使可动座围绕X轴旋转例如180度。如此，装设在靶支架上的未使用的靶变为朝向真空室侧的姿态，如果将可动座移动到成膜位置的话，则变为可通过靶的溅射进行成膜的状态。此后，重复上述操作，进行靶的更换。

如上所述，在本发明中，由于采用的结构是只要有更换靶所需的容积即可，预先设置不同于真空室的准备室，在更换靶时，可只将准备室对大气开放，将已使用完的靶更换为未使用的靶，因此,在更换靶时无需使真空室回到大气压，再有，由于只要在更换靶后将准备室进行真空排气即可，因此,可尽量减少因更换靶而中断的处理时间。

在本发明中，优选在所述旋转轴体上设置有在同一直线上且彼此朝相反方向延伸的两个所述靶支架。由此，在更换靶后，使开关门关闭，将准备室真空排气到规定压力，当达到规定压力时，通过使可动座进行接近移动，就可达到可通过靶的溅射而成膜的状态，并且，由于下一个使用的靶可随时保存在真空气氛中，因此是有利的。

再有，在本发明中，在所述靶支架内，可内置有：磁铁单元，其使漏磁场作用在靶表面；以及驱动装置，其绕Z轴旋转驱动该磁铁单元。

附图说明

图1是示出本发明的实施方式的、可动座在中立位置的阴极单元的剖视图。

图2是示出本发明的实施方式的、可动座在成膜位置的阴极单元的剖视图。

图3是示出本发明的实施方式的、可动座在更换位置的阴极单元的剖视图。

具体实施方式

下面参照附图，说明在使用在基板表面形成规定薄膜的溅射装置中使用的本发明的溅射装置用阴极单元的实施方式。以下，以图1所示的姿态为基准，下述的旋转轴体在与靶未使用时的溅射面平行的水平方向(图1中是左右方向)上延伸，以该旋转轴体的轴线方向为X轴方向，以与X轴方向正交的下述的可动座的进退方向(图1中是上下方向)为Z轴方向，再有，以围绕Z轴的方向为周方向进行说明。

参照图1，Vc是通过图外的真空泵进行真空排气可形成真空气氛的真空室，在其Z轴方向上表面上，形成有与下述的靶相对的第一开口Vc1。并且，在真空室Vc的外壁面上装设有本实施方式的阴极单元CU，位于第一开口Vc1的正上方。此外，溅射装置用真空室Vc的内部结构本身可使用公知的结构，因此，此处省略详细说明。

阴极单元CU具有支撑框体1，支撑框体1具有大致呈筒状的轮廓，在支撑框体1

内，设置有可相对于真空室Vc接近远离地(上下方向)进退的环形可动座2。可动座2上形成有在周方向上留出间隔并贯通上下方向的两个螺孔部(未图示)，在各螺孔部上分别螺合有进给丝杠21，所述进给丝杠21与设置在支撑框体1上部的第一电机Dm1连接(图1中只示出了单侧的受第一电机Dm1驱动的进给丝杠21)。再有，可动座2上形成有在周方向上留出间隔并贯通上下方向的四个导向孔(未图示)，导向孔中分别穿通有导向销22，所述导向销22设置在支撑框体1上。并且，当向一个方向旋转驱动第一电机Dm1时，可动座2受导向销22引导保持其姿态不变地朝向真空室Vc进行接近移动，当向反方向旋转驱动第一电机Dm1时，可动座2受导向销22引导保持其姿态不变地相对于真空室Vc进行远离移动。

可动座2上枢转支撑有旋转轴体3，所述旋转轴体3在X轴方向上贯通可动座2的内部空间23。此时，旋转轴体3的X轴方向的一端(图1中是左侧端)经兼用于真空密封的磁性轴承等轴承部件(未图示)向可动座2的外侧突出，该突出的旋转轴体3的一端与第二电机Dm2连接。再有，旋转轴体3的X轴方向的另一端(图1中是右侧端)设置有轴承部件4，其设置在可动座2的X轴方向的侧壁上，兼用于真空密封。在本实施方式中，采用第二电机Dm2和轴承部件4构成使旋转轴体3绕X轴旋转的旋转机构。并且，当旋转驱动第二电机Dm2时，旋转轴体3绕X轴旋转。在轴承部件4内形成有流体通道41，其用于使冷却水在下述的背板上循环，可在溅射过程中冷却下述的靶。图1中，42是用于连接来自图外水泵的水管的接头。此外，虽未特别图示说明，但旋转轴体3上连接了来自省略图示的溅射电源的输出线缆，溅射时可对靶施加例如带负电位的规定电力。

在位于可动座2的内部空间23中的旋转轴体3的外周部分上，竖直设立有在其径向上延伸的移开180度相位(即在同一直线上朝相反方向延伸)的两个筒状的靶支架5₁、5₂，并且，在具有圆形轮廓的靶支架5₁、5₂的前端面上，通过背板Bp1、Bp2装设有装卸自如的靶Tg1、Tg2，所述靶Tg1、Tg2具有圆形轮廓。根据要在基板上形成的薄膜的组分，使用以公知方法制成的靶作为靶Tg1、Tg2，在本实施方式中，使用相同组分的靶Tg1、Tg2。再有，在靶支架5₁、5₂的内部空间中，设置有：漏磁场分别作用在靶Tg1、Tg2表面上的磁铁单元6；以及绕Z轴旋转驱动磁铁单元6的第三电机Dm3。此外，磁铁单元6本身可使用公知的磁铁单元，因此此处省略详细说明。

在支撑框体1的从Z轴方向上相对于真空室Vc远离的部分上设置有上表面开口的准备室Rc。在准备室Rc的上表面设置有开合自如地封闭上表面开口Rc1的开关门Rd。再有，在准备室Rc的下表面形成朝向靶Tg1，Tg2的第二开口Rc2，设置为与真空室Vc的第一开口Vc1相对并具有相同的开口直径。此时，在第一开口Vc1和第二开口Rc2的周边部分别形成有在Z轴方向上凹陷的环形的嵌合凹部Vc11、Rc21，当使可动座2在接近远离方向上移动时，形成在靶支架5₁、5₂前端面的凸缘部51a、51b经O型环52a、52b与嵌合凹部Vc11、Rc21嵌合并紧密贴合，通过靶支架5₁、5₂隔绝真空室Vc或准备室Rc。此时，设置了O型环52a、52b的凸缘部51a、51b构成本实施方式的隔绝部。

考虑靶Tg1，Tg2的更换工作而将准备室Rc的容积设置得尽量小，再有，准备室Rc上连接有：与真空泵Pu连通的排气管Ep；以及与排气阀Vv相连通的排气管Vp。如图1所示，可使用可使准备室Rc独立进行真空排气的专用设备作为真空泵Pu，但也可以通过切换阀门连接对真空室Vc进行真空排气的真空泵(未图示)。再有，在可动座2和准备室Rc之间以及可动座2和真空室Vc之间，围绕设置了靶支架5₁、5₂的空间61，设置有上下一对真空波纹管7₁、7₂，在下述的可动座2的中立位置，通过包括可动座2的内部空间23的、上下一对真空波纹管7₁、7₂的内部空间71，准备室Rc和真空室Vc可在真空气氛中连通。以下也参照图2和图3，包括其靶的更换方法在内，具体说明上述阴极单元CU的使用例。

在对真空室Vc装设阴极单元CU前，在靶支架5₁、5₂的前端面分别装设与背板Bp接合的靶Tg1、Tg2。并且，两靶支架5₁、5₂位于Z轴上，呈一靶Tg1朝向准备室Rc侧，另一靶Tg2朝向真空室Vc的姿态，在该状态下通过支撑框体1将阴极单元CU装设在真空室Vc外壁面的规定的位置上(如图1所示的状态)。此时，设置可动座2的位置(将其称为可动座2的中立位置)，使得靶支架5₁、5₂的凸缘部51a、51b分别远离第一开口Vc1和第二开口Rc2。再有，在准备室Rc的开关门Rd关闭的同时，真空室Vc和准备室Rc处于大气状态。当装设了阴极单元CU时，使图外的真空泵和准备室Rc用真空泵Pu分别运转，对真空室Vc和准备室Rc进行真空排气。此时，包括可动座2的内部空间23的、上下一对真空波纹管7₁、7₂的内部空间71也被真空排气。

当真空室Vc和准备室Rc真空排气到规定压力(例如1×10^－5Pa)时，使可动座2相对于真空室Vc进行接近移动(图1中是向下方移动)。如此。另一靶支架5₂的前端面上形成的凸缘部51b通过O型环52b与嵌合凹部Vc11嵌合并紧密贴合。由此，如图2所示，另一装设在靶支架5₂上的靶Tg2呈与真空室Vc内部相对的状态，真空室Vc脱离真空波纹管7₁、7₂的内部空间71而被隔绝(将其称为可动座2的成膜位置)。在成膜位置，对与靶Tg2相对配置的图外的基板，通过靶Tg2的溅射进行成膜。此外，在溅射另一靶Tg2期间，装设在一靶支架5₁上的未使用的靶Tg1被保存在真空气氛的真空波纹管7₁、7₂的内部空间71中，例如可进行充分的脱气，是有利的。之后，当靶Tg2受到规定量的侵蚀时，更换该靶Tg2。

在更换靶时，使可动座2回到中立位置后，通过第二电机Dm2使旋转轴体3绕X轴旋转180度。如此，在另一靶支架5₂上装设的已使用完的靶Tg2变为与准备室Rc相对的姿态，在一靶支架5₁上装设的未使用的靶Tg1变为与真空室Rc相对的姿态。并且，使可动座2在Z轴方向上相对于真空室Vc进行远离移动(图1中是向上方移动)。如此，另一靶支架5₂的前端面上形成的凸缘部51b通过O型环52b与嵌合凹部Rc21嵌合并紧密贴合。由此，如图3所示，装设在另一靶支架5₂上的靶Tg2呈与准备室Rc内部相对的状态，准备室Rc脱离真空波纹管7₁、7₂的内部空间71而被隔绝(将其称为可动座2的更换位置)。

当准备室Rc被隔绝时，使排气阀Vv运转，向准备室Rc中导入氮气或空气等，回到大气压。当准备室Rc回到大气压时，将开关门Rd打开，进行另一靶支架5₂上装设的未使用的靶Tg2的更换工作。此外，在上述工作期间，在一靶支架5₁上装设的未使用的靶Tg1维持保存在真空气氛中不变。

更换靶后，将开关门Rd关闭，然后通过真空泵Pu将准备室Vc真空排气到规定压力(例如1×10^－5Pa)，当准备室Rc达到规定压力时，使可动座2相对于真空室Vc进行接近移动达到成膜位置。由此，在一靶支架5₁上装设的未使用的靶Tg1呈与真空室Vc内部相对的状态，真空室Vc脱离真空波纹管7₁、7₂的内部空间71而被隔绝。此后，重复上述操作，进行靶Tg1、Tg2的更换。

如上所述，采用本实施方式，由于采用的结构是：只要具有更换靶所需的容积即可，预先设置不同于真空室Vc的准备室Rc，可在更换靶时，只使准备室Rc回到大气压，将已使用完的靶Tg2更换为未使用的靶Tg1，因此，在更换靶时无需将真空室Vc对大气开放，再有，在更换靶后只对准备室Rc进行真空排气即可，因此，可尽量减少因更换靶而中断的处理时间。并且，由于旋转轴体3上突出设置有两个靶支架5₁、5₂，且两个靶支架5₁、5₂在同一直线上朝相反方向延伸，因此，在更换靶后，将开关门Rd关闭，当将准备室Rc真空排气到规定压力时，只使可动座2进行接近移动，就可呈可通过靶Tg1(Tg2)的溅射进行成膜的状态，并且，下一个使用的靶Tg2(Tg1)可随时保存在真空气氛中，是有利的。

以上对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不限于上述方式，可在不脱离本发明技术思想的范围内进行适当变形。在上述实施方式中，以使用两块靶Tg1、Tg2为例进行了说明，但并不仅限于此，本发明也可用于在旋转轴体3上设置单个靶支架，并在其上装设靶的方式。

再有，在上述实施方式中，以在靶支架5₁、5₂的前端面上装设相同组分的靶Tg1、Tg2的情况为例进行了说明，但并不仅限于此，也可设置不同组分的靶。这种情况下，也可通过适当进行中立位置和成膜位置之间的可动座2的移动以及旋转轴体3的旋转，在基板表面上交替层压不同薄膜。再有，在旋转轴体3上设置三个以上的靶支架，也可采用不同组分的靶作为装设在各靶支架上的靶，在基板表面上形成多层膜。

附图标记说明

CU…阴极单元、Dm2…第二电机(旋转机构)、Dm3…第三电机(驱动装置)、Rc…准备室、Rc2…第二开口、Rd…开关门、Vc…真空室、Vc1…第一开口、Vv…排气阀、1…支撑框体、2…可动座、3…旋转轴体、5₁，5₂…靶支架、51a，51b…凸缘部(隔绝部)、52a，52b…O型环(隔绝部)、6…磁铁单元、7₁，7₂…真空波纹管。

Claims (3)

1.一种溅射装置用阴极单元，是具有靶并装设在真空室上的溅射装置用阴极单元，其特征在于，包括：

支撑框体，其装设在真空室的外壁上；

环形的可动座，其受支撑框体支撑并可相对于真空室接近远离地进退；

旋转轴体，其受该可动座枢转支撑以便使可动座的内部空间与靶的溅射面平行地延伸；

至少一个靶支架，以旋转轴体的轴线方向为X轴方向，以与X轴方向正交的可动座的进退方向为Z轴方向，所述靶支架朝旋转轴体的径向突出地设置在旋转轴体上，靶装卸自如地安装在所述靶支架的前端面上；

准备室，其设置在支撑框体的从Z轴方向上距离真空室的外壁面规定间隔的部分上，具有开关门，且所述准备室独立于真空室并真空排气自如；以及

一对真空波纹管，其设置在可动座和准备室之间以及可动座和真空室之间并围绕靶支架；

在靶支架上设置隔绝部，在靶支架位于Z轴上且以靶朝向真空室侧的姿态使可动座在Z轴方向上相对于真空室进行接近移动到成膜位置上，所述隔绝部与形成在真空室上的第一开口的周边部紧密贴合，隔绝靶所在的真空室内部，并且以靶朝向准备室侧的姿态使可动座在Z轴方向上相对于真空室进行远离移动到更换位置上，所述隔绝部与形成在准备室上的第二开口的周边部紧密贴合，隔绝靶所在的准备室内部，隔绝部在远离第一开口和第二开口的可动座的中立位置上还具有使旋转轴体绕X轴旋转的旋转机构。

2.根据权利要求1所述的溅射装置用阴极单元，其特征在于：

在所述旋转轴体上设置有在同一直线上且彼此朝相反方向延伸的两个所述靶支架。

3.根据权利要求1或2所述的溅射装置用阴极单元，其特征在于：

在所述靶支架内，内置有：磁铁单元，其使漏磁场作用在靶表面；以及驱动装置，其绕Z轴旋转驱动该磁铁单元。