CN109957773A

CN109957773A - 溅射成膜装置和溅射成膜方法

Info

Publication number: CN109957773A
Application number: CN201811070882.3A
Authority: CN
Inventors: 渡部新; 竹见崇
Original assignee: Tokki Corp
Current assignee: Canon Tokki Corp
Priority date: 2017-12-26
Filing date: 2018-09-14
Publication date: 2019-07-02
Anticipated expiration: 2038-09-14
Also published as: JP6657535B2; KR20190078468A; KR102330318B1; JP2019116644A; CN109957773B

Abstract

本发明提供溅射成膜装置和溅射成膜方法，能够不用分开不同腔室地成膜2层结构的层叠膜，而且，以均匀的膜厚成膜。一对靶单元在与被处理基板相对移动的方向上隔着规定间隔并列地配置，电源是能够将极性彼此相反的电压波形向一对靶单元输出的双极电源，在被处理基板上成膜的期间，向一方的靶单元的电极构件至少施加负的波形部分而使其作为阴极发挥功能，向另一方的靶单元的电极构件施加正的波形部分且遮断负的波形部分而使其作为阳极发挥功能。

Description

溅射成膜装置和溅射成膜方法

技术领域

本发明涉及溅射成膜装置，特别是涉及将磁铁配置在靶的背侧，且在靶表面附近形成环状的磁通而捕捉电子从而使等离子体集中的磁控管型的溅射成膜装置和溅射成膜方法。

背景技术

作为以往的这种溅射成膜装置，例如公知有如专利文献1记载那样的溅射成膜装置。

即，具备：与基材(被处理基板)相向地配置的一对旋转阴极(靶单元)；以及分别向各旋转阴极供给溅射电力的溅射用电源。旋转阴极具备：筒状的基座构件；覆盖基座构件的外周的筒状的靶；以及被配置在基座构件的内部，在靶的表面形成磁场的磁铁单元。

一对旋转阴极隔有一定距离地相向配置在处理空间内，通过从溅射用电源供给电力，在靶的表面附近生成等离子体，并使溅射粒子从两个旋转阴极的靶朝向基材的搬送路径上的被成膜部位飞散，以使基材沿着搬送面搬送并多次通过被成膜部位的方式使基材移动，在基材表面成膜。

先行技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2017－066427号公报

可是，在专利文献1的溅射成膜装置中，虽然公开了两个旋转阴极，但是靶是相同的，仅能够进行1层的成膜，在形成为2层结构的情况下，需要改变靶，在其它的腔室中进行。

此外，例示了作为溅射用电源而使用了DC电源的情况，根据扫描方向位置不同，阴极-阳极的状况产生变化。即，由于腔室的壁作为阳极发挥功能，在基材端部从阴极侧看得见阳极(腔室)，但是在基材中央附近，阳极会被基材遮挡。因此，等离子体集中于基材端部，基材端部的膜厚增加，根据扫描方向位置，膜厚会产生变化。

发明内容

本发明的目的在于，提供能够不用分开不同腔室地成膜2层结构的层叠膜，而且能够以均匀的膜厚成膜的溅射成膜装置和成膜方法。

用于解决课题的技术方案

为了实现上述目的，本发明是溅射成膜装置，

该溅射成膜装置具备：

腔室；以及

一对靶单元，在该腔室内能够与被处理基板相对移动地被配置，

上述靶单元具有靶和从电源被供给电力的电极构件，

上述溅射成膜装置使上述靶单元与被处理基板相对移动而进行成膜，

其特征在于，

上述一对靶单元在与上述被处理基板相对移动的方向上隔着规定间隔并列地配置，

上述电源是能够对一对靶单元输出极性彼此相反的电压波形的双极电源，该溅射成膜装置具备控制部件，该控制部件在上述被处理基板上成膜的期间，对一方的靶单元的电极构件至少施加负的波形部分而使该一方的靶单元的电极作为阴极发挥功能，对另一方的靶单元的电极构件施加正的波形部分，且遮断负的波形部分而使该另一方的靶单元的电极构件作为阳极发挥功能。

此外，另一发明是溅射成膜方法，

具备：

腔室；以及

上述靶单元具有靶和从电源被供给电力的电极构件，

上述溅射成膜方法使上述靶单元与被处理基板相对移动而进行成膜，

其特征在于，

上述电源是能够对一对靶单元输出极性彼此相反的电压波形的双极电源，在上述被处理基板上成膜的期间，对一方的靶单元的电极构件至少施加负的波形部分而使该一方的靶单元的电极作为阴极发挥功能，对另一方的靶单元的电极构件施加正的波形部分，且遮断负的波形部分而使该另一方的靶单元的电极构件作为阳极发挥功能。

发明的效果

根据本发明，能够不用分开不同腔室地成膜2层结构的层叠膜，而且能够以均匀的膜厚成膜。

附图说明

图1是表示本发明的溅射成膜装置的二扫描成膜的示意图。

图2是示意性地表示电源的结构和基本的电压波形的图。

图3是表示电源的控制结构的一实施例的波形和电路结构的图。

图4是图3的第1层的扫描的电压波形和电路说明图。

图5是图3的第2层的扫描的电压波形和电路说明图。

图6是表示电源的控制结构的其它的实施例的波形和电路结构的图。

图7是图6的第1层的扫描的电压波形和电路说明图。

图8是图6的第2层的扫描的电压波形和电路说明图。

图9(A)是表示溅射成膜装置的整体结构的立体图，(B)是磁铁单元的立体图。

图10(A)是图9(A)的装置的俯视图，(B)是侧视图。

图11是表示EL面板的一般的层结构的图。

具体实施方式

以下，基于图示的实施方式详细地说明本发明。但是，以下的实施方式仅例示地表示本发明的优选的结构，本发明的范围不限定于这些结构。此外，以下的说明中的、装置的制造条件、尺寸、材质、形状等只要没有特别特定的记载，本发明的范围就不限定于这些说明。

首先，参照图1(A)，说明本发明的溅射成膜装置的基本的结构。

该溅射成膜装置1例如用于有机EL面板的制造。在有机EL面板的情况下，如图11所示，一般在基板上按照阳极、空穴注入层、空穴输送层、有机发光层(有机膜)、电子输送层、电子注入层、阴极的顺序成膜。在本实施例中，在有机膜上，通过溅射，成膜电子注入层、电极所用的金属、氧化物等的层叠被膜。此外，不限定于向有机膜上的成膜，只要是能够通过金属材料、氧化物材料等的溅射成膜的材料的组合，就能够在各种面上层叠成膜。

溅射成膜装置1具备：真空腔室10，被供给氩等非活性气体；以及作为一对靶单元的旋转靶单元20A、20B，与被供给到真空腔室10内的被处理基板5相向地配置。

旋转靶单元20A、20B分别具备：圆筒形状的旋转靶21；圆筒状的阴极22，从电源40被供给电力；以及磁铁单元30，在旋转靶21的与被处理基板5相向的一侧的表面形成磁场。

通过一对旋转靶单元20A、20B相对于被处理基板5相对移动，在该例中在使被处理基板5静止的状态下使旋转靶单元20A、20B移动，在被处理基板5上成膜靶粒子。一对旋转靶单元20A、20B在与被处理基板5的相对移动方向上隔着规定间隔并列地配置，成为一体而同时移动。

一对旋转靶单元20A、20B的靶分别是不同材料的靶，对于成膜而言，使一对旋转靶单元20A、20B和被处理基板5相对移动2次，成膜2层的层叠膜。

在第1层的扫描时(第1扫描)，如图1(A)所示，由一方的靶单元20A成膜，另一方的靶单元20B作为阳极发挥功能。

在第2层的扫描时(第2扫描)，如图1(B)所示，控制来自电源40的输出电压，以由另一方的靶单元20B成膜，一方的靶单元20A作为阳极发挥功能。

如此，在成膜时，在由一方的靶单元正在进行成膜的期间，另一方的靶单元作为阳极发挥功能，因此，无论与被处理基板的扫描位置如何，都维持稳定的电场，即使在与腔室10的壁面相向的被处理基板5的端部，也能够不增加膜厚地以均匀的膜厚成膜。

此外，第1层和第2层的成膜能够以不同材料进行，能够不分开不同腔室地进行2层结构的成膜。

以下，关于各部的结构，参照图9和图10详细地说明。

图9(A)是表示内部构造的立体图，图9(B)是磁铁单元的立体图，图10(A)是俯视图，图10(B)是侧视图。

在真空腔室10内的下表面侧，与水平方向平行地配置有引导旋转靶单元20A、20B的一对导轨11，旋转靶单元20A、20B经由支承其两端的端块12，移动自如地被支承于导轨11，从上游侧沿水平方向向下游侧被驱动搬送，搬送面由导轨11维持成水平面。

以下，图中，若以与导轨11平行的方向为Y轴，垂直的方向为Z轴，在水平面上与导轨11正交的方向为X轴，则搬送面为XY平面。

旋转靶单元20A、20B各自的旋转靶21的旋转轴在Y轴方向上隔着规定间隔平行地配置。

作为端块12的驱动机构，虽未特别图示，但也可以是线性马达，能够采用使用了将旋转马达的旋转运动变换为直线运动的滚珠丝杠等的机构等各种驱动机构。

另一方面，被处理基板5相对于上述旋转靶的搬送面平行、即水平地配置在真空腔室10的顶面侧，沿着搬送方向的两侧缘被基板保持件55保持。

被处理基板5例如从设于真空腔室10的侧壁的未图示的入口部被搬入，移动到成膜位置，在成膜中静止，成膜后，从未图示的出口部被排出。

磁铁单元的配置结构

如图9(B)所示，磁铁单元30具备沿相对于旋转靶单元20A、20B的移动方向正交的方向延伸的中心磁铁31、围绕中心磁铁31的周边磁铁32、和磁轭板33。周边磁铁32由与中心磁铁31平行地延伸的一对直线部32a、32b、连结直线部32a、32b的两端的旋转部32c、32c构成。

另外，在图示例中，一对直线部32a、32b和中心磁铁31在相对于磁轭板33正交的方向上彼此平行地立起。在图示例中，旋转靶单元20A、20B的各磁铁单元30的中心磁铁31的立起方向在旋转靶单元20A、20B的搬送方向的中间位置，既可以相对于与被处理基板5的成膜面正交的垂直面，朝向被处理基板5向空开间隔的方向倾斜，也可以配置在相对于被处理基板5正交的方向上。在使磁铁单元30朝向被处理基板5向空开间隔的方向倾斜的情况下，发挥旋转靶单元20A、20B的各自的材料难以混合这样的效果，因此，在本实施例中采用倾斜的结构。

旋转靶20的表面附近的磁场具有从中心磁铁31的磁极朝向周边磁铁32的直线部32a、32a呈环状返回的磁力线，电子被该磁场捕捉，使等离子体集中在旋转靶20的表面附近，提高溅射的效率。

[电源的控制结构的实施例]

接着，参照图2～图8，说明上述溅射成膜装置的电源的一实施例。

图2示意性地表示电源40的电路结构的一例。

即，如图2(A)所示，电源40是双极电源，具备：电源本体401，输出极性彼此相反的基本的电压波形；控制部402，作为控制部件，在被处理基板5上成膜的期间，对一方的旋转靶单元的电极构件至少施加负的波形部分而使该一方的旋转靶单元的电极构件作为阴极发挥功能，对另一方的靶单元的电极构件施加正的波形部分，且遮断负的波形部分而使该另一方的靶单元的电极构件作为阳极发挥功能。

如图2(B)、(C)所示，被输出的基本波形在来自输出线A的输出波形WA(图2(B))和来自输出线B的输出波形WB(图2(A))中是极性相反的波形。即，输出波形WA和输出波形WB的关系为，周期相同，且若输出A在1个周期内t1的期间为正、t2的期间为负，则输出B在t1的期间为负、t2的期间为正。

占空比是可变的，在本实施例中，能够在5％～95％程度的范围内进行控制。使用几百Hz～几十kHz的范围、在本实施例中为500Hz～50kHz能够可变的频率。

因为在施加负的电压的情况下产生溅射，所以若假定负侧的占空比，则输出A的占空比为t2/(t1+t2)＝t1/T，输出B的占空比为t1/(t1+t2)＝t1/T。因而，通过控制占空比，能够控制成膜的膜厚。此外，作为成膜的膜厚的控制，也能够通过在第1层的扫描和第2层的扫描中改变电压而使之变化。

图3表示控制部402的电路结构和输出波形。

如图3(A)所示，控制部402具备：第1整流器403，作为第1整流部件，遮断交替地重复极性相反的正的电压和负的电压的基本电压波形中的、正的波形部分而使负的波形部分输出；以及第2整流器404，作为第2整流部件，遮断负的波形部分而仅使正的波形部分输出。即，在各输出线A、B上分别设有并联地连接的第1整流器403和第2整流器404、利用开关405、406，有选择性地使来自电源本体401的输出通向第1整流器403和第2整流器404。

在图示例中，输出线A侧向旋转靶单元20A输出，输出B侧向旋转靶单元20B输出，在第一层的扫描时，控制输出，以使旋转靶单元20A成为成膜侧，且旋转靶单元20B成为阳极侧。在第二层的扫描时，控制输出，以使旋转靶单元20A成为阳极侧，且旋转靶单元20B成为成膜侧。

以下，关于第1层和第2层的扫描，参照图4、图5进行说明。

第1层扫描

在第2层中，如图4(A)所示，关于输出线A，开关405被切换到第1整流器403侧，关于输出线B，开关406被切换到第2整流器404侧。

由此，如图4(B)所示，从输出线A仅输出负的波形部分，相对于旋转靶单元A仅施加负的波形部分。另一方面，从输出线B仅输出正的波形部分，相对于旋转靶单元B仅施加正的波形部分，使旋转靶单元B作为阳极发挥功能。

第2层扫描

在第2层中，如图5(A)所示，关于输出线B，开关406被切换到第1整流器403侧，关于输出线A，开关405被切换到第2整流器404侧。

由此，如图5(B)所示，从输出线B仅输出负的波形部分，相对于旋转靶单元B仅施加负的波形部分。另一方面，从输出线A仅输出正的波形部分，相对于旋转靶单元A仅施加正的波形部分，使旋转靶单元A作为阳极发挥功能。

[其它的实施例]

接着，参照图6～图8，说明电源的控制结构的其它的实施例。在以下的说明中，主要对与上述实施例不同的部分进行说明，关于相同的构成部分，标注相同的附图标记而省略说明。

·电路结构

关于电路结构，在该实施例中，如图6(A)所示，电源40的控制部411未设有第1整流器，控制成通过第2整流器404而进行输出，该第2整流器404如图6(B)所示，除了负的波形部分之外还使正的波形部分向要成膜的一侧的靶单元输出，遮断负的波形部分而仅使正的波形部分向阳极侧的靶单元输出。

即，在各输出线A、B分别设有第2整流器404，利用开关405、406，有选择性地使来自电源本体401的输出通向第2整流器404。

如此一来，通过对要成膜的一侧的靶单元施加正的电压，具有能够排除靶表面的正的电荷(阳离子)且抑制电弧的效果。

以下，参照图7、图8说明第1层和第2层的扫描。

·第1层扫描

在第1层中，如图7(A)所示，关于输出线A，开关405被切换到导通侧，关于输出线B，开关406被切换到第2整流器404侧。

由此，如图7(B)所示，从输出线A除了输出负的波形部分之外还输出正的波形部分，相对于旋转靶单元A施加负的波形部分和正的波形部分。另一方面，从输出线B仅输出正的波形部分，相对于旋转靶单元B仅施加正的波形部分，使旋转靶单元B作为阳极发挥功能。

·第2层扫描

在第2层中，如图8(A)所示，关于输出线B，开关406被切换到导通侧，关于输出线A，开关405被切换到第2整流器404侧。

由此，如图8(B)所示，从输出线B除了输出负的波形部分之外还输出正的波形部分，相对于旋转靶单元B施加负的波形部分和正的电压部分。另一方面，从输出线A仅输出正的波形部分，相对于旋转靶单元A仅施加正的波形部分，使旋转靶单元A作为阳极发挥功能。

此外，在对一方的阴极施加负的电压的期间，对另一方的阴极施加正的电压，因此，具有排除靶表面的正的电荷(阳离子)且抑制电弧的效果。

另外，在上述实施方式中，通过改变占空比来控制成膜的膜厚，但是通过改变施加于各旋转靶单元的电压值，也能够进行控制。作为具体的电压值的变更方法，例如，能够通过输入电阻值而使其变化。

此外，在上述说明中，作为靶单元，以靶被驱动旋转的旋转靶为例进行了说明，但是不是旋转靶而是平板靶也能够同样地应用。

附图标记的说明

1、溅射成膜装置；5、被处理基板；10、真空腔室；20A、旋转靶单元；20B、旋转靶单元；21、靶；40、电源；401、电源本体；402、控制部；403、第1整流器；404、第2整流器。

Claims

1.一种溅射成膜装置，

该溅射成膜装置具备：

腔室；以及

上述靶单元具有靶和从电源被供给电力的电极构件，

其特征在于，

2.根据权利要求1所述的溅射成膜装置，其特征在于，

上述电源能够控制对第1靶单元和第2靶单元的电压施加时间。

3.根据权利要求1所述的溅射成膜装置，其特征在于，

上述一对靶单元的靶分别是不同材料的靶，

使上述一对靶单元与被处理基板相对移动2次而成膜2层的层叠膜，

控制上述电源的输出，以使第一层的成膜由一方的靶单元成膜，另一方的靶单元作为阳极发挥功能，第2次的成膜由另一方的靶单元成膜，一方的靶单元作为阳极发挥功能。

4.根据权利要求1所述的溅射成膜装置，其特征在于，

上述电源的控制部件具备：第1整流部件，遮断交替地重复正的电压和负的电压的电压波形中的、正的波形部分而使负的波形部分输出；以及第2整流部件，遮断负的波形部分而仅使正的波形部分输出。

5.根据权利要求4所述的溅射成膜装置，其特征在于，

上述电源的控制部件进行控制，以通过上述第1整流部件向要成膜的一侧的靶单元输出，通过上述第2整流部件向阳极侧的靶单元输出。

6.根据权利要求4所述的溅射成膜装置，其特征在于，

上述电源的控制部件进行控制，向要成膜的一侧的靶单元输出正的波形部分和负的波形部分，通过上述第2整流部件向阳极侧的靶单元输出。

7.根据权利要求1所述的溅射成膜装置，其特征在于，

上述一对靶单元的靶是被驱动而旋转的圆筒状构件。

8.根据权利要求1所述的溅射成膜装置，其特征在于，

上述靶是平板状构件。

9.根据权利要求1所述的溅射成膜装置，其特征在于，

上述靶单元具备在上述靶的与上述被处理基板相向的一侧的表面形成磁场的磁铁单元。

10.根据权利要求1所述的溅射成膜装置，其特征在于，

上述被处理基板形成EL器件的电极。

11.一种溅射成膜方法，

具备：

腔室；以及

上述靶单元具有靶和从电源被供给电力的电极构件，

其特征在于，

12.根据权利要求11所述的溅射成膜方法，其特征在于，

上述一对靶单元的靶分别是不同材料的靶，

第一层的成膜由一方的靶单元成膜，另一方的靶单元作为阳极发挥功能，第2次的成膜由另一方的靶单元成膜，一方的靶单元作为阳极发挥功能。

13.根据权利要求11所述的溅射成膜方法，其特征在于，

上述电源遮断交替地重复正的电压和负的电压的电压波形中的、正的波形部分而使负的波形部分向要成膜的一侧的靶单元输出，遮断负的波形部分而仅使正的波形部分向阳极侧的靶单元输出。

14.根据权利要求11所述的溅射成膜方法，其特征在于，

上述电源使交替地重复正的电压和负的电压的电压波形中的、负的波形部分和正的波形部分向要成膜的一侧的靶单元输出，遮断负的波形部分而仅使正的波形部分向阳极侧的靶单元输出。