CN109972102B

CN109972102B - 溅射成膜装置和溅射成膜方法

Info

Publication number: CN109972102B
Application number: CN201811070855.6A
Authority: CN
Inventors: 竹见崇; 青沼大介; 阿部大和; 渡部新
Original assignee: Canon Tokki Corp
Current assignee: Canon Tokki Corp
Priority date: 2017-12-27
Filing date: 2018-09-14
Publication date: 2022-10-28
Anticipated expiration: 2038-09-14
Also published as: CN109972102A; KR102628392B1; JP6673590B2; KR20190079471A; JP2019116662A

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，且能够提高生产效率。为了防止来自各靶的靶粒子的飞散区域重叠，一对靶单元在与上述被处理基板的相对移动方向上隔着规定间隔并列地配置，一对靶单元成为一体而同时移动，在利用位于相对移动方向的先头侧的靶单元形成在上述被处理基板上的第1层的膜上，利用位于后方的靶单元层叠第2层的膜。

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，专利文献1的溅射成膜装置是使用两个旋转阴极在基材上成膜相同的材料的溅射成膜装置，在成膜不同的材料的层叠膜的情况下，需要针对每种成膜材料在不同的腔室中使用各自的靶进行成膜，存在生产效率差这样的问题。

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，且能够提高生产效率的溅射成膜装置和溅射成膜方法。

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，

上述靶单元具备：靶；电极构件，从电源被供给电力；以及磁铁，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，

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，

为了防止来自各靶的靶粒子的飞散区域重叠，上述一对靶单元在与上述被处理基板的相对移动方向上隔着规定间隔并列地配置，

上述一对靶单元成为一体而同时移动，在利用位于相对移动方向的先头侧的靶单元形成在上述被处理基板上的第1层的膜上，利用位于后方的靶单元层叠第2层的膜。

此外，另一发明是溅射成膜方法，在腔室内具备能够与被处理基板相对移动地被配置的一对靶单元，

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，

上述一对靶单元成为一体而同时移动，在利用位于相对移动方向的先头侧的靶单元形成在上述被处理基板上的第1层的膜上，利用位于后方的靶单元层叠第2层的膜，

上述电源是双极电源，对上述一对靶单元的电极构件输出极性相反的波形，且控制占空比，并独立地控制第1层和第2层的膜厚。

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，且能够提高生产效率。

附图说明

图1(A)是表示本发明的实施方式的溅射成膜装置的示意图，(B)是表示电压施加状态的图。

图2(A)是表示磁铁的立体图，(B)是表示磁铁的配置结构例的图。

图3(A)～(C)是表示其它的磁铁的配置结构例的图。

图4是电源的电压控制的说明图。

图5(A)是表示图1(A)整体结构例的立体图，(B)是主视图。

图6(A)是图5(A)的装置的俯视图，(B)是侧视图。

图7是表示EL面板的一般的结构的图。

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7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：被供给氩等非活性气体的真空腔室10；以及与被供给到真空腔室10内的被处理基板5相向地配置的一对旋转靶单元20A、20B。

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。

为了防止靶粒子的飞散区域Ta、Tb重叠，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。并且，在利用位于旋转靶单元20A、20B的移动方向的先头侧的旋转靶单元20A形成在被处理基板5上的第1层的膜5a上，利用位于后方的旋转靶单元20B层叠第2层的膜5B。基于旋转靶单元20A、20B相对于被处理基板5的相对移动的层叠成膜在1个扫描行程中进行。

以下，关于各部的结构，参照图2(A)、图5和图6详细地说明。

图5(A)是表示内部构造的立体图，图5(B)是主视剖视图，图6(A)是俯视图，图6(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

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。如图2(A)所示，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、和连结直线部32a、32b的两端的旋转部32c、32c构成。

为了防止靶粒子混合，一对旋转靶单元20A、20B需要在被处理基板5的成膜面上，以靶粒子的飞散区域不重合的方式错开。

因此，在本实施方式中，如图2(B)放大所示，在旋转靶单元20A、20B中的一方的磁铁单元30中，在将周边磁铁32的相对于中心磁铁31与另一方的旋转靶单元相向的一侧的直线部设为附图标记32a，将另一方的直线部的附图标记设为32b时，彼此相向的直线部32a、32a的磁化方向相对于与被处理基板5的成膜面正交的垂直面V，向另一方的靶单元侧的相反侧倾斜。

磁化方向是穿过直线部32b内部的磁通的方向，在图示例中，直线部32b从磁轭板33呈直线状地立起，并记载了沿着其侧面表示磁化方向的基准线Ua、Ub。该基准线Ua、Ub朝向被处理基板5的成膜面，向间隔扩展的方向倾斜。

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正交的方向上互相平行地立起，中心磁铁31的立起方向也相对于与被处理基板5的成膜面正交的垂直面V，朝向被处理基板5的成膜面向扩展方向倾斜。另外，中心磁铁31被配置在通过旋转中心线的面上。

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。

在图1(A)中，在旋转靶20的表面近傍记载的椭圆的环示意地表示等离子体L集中的部分，溅射粒子从旋转靶20表面的法线方向的磁通密度分量为零的点集中地飞散，飞散区域在被处理基板5的成膜面上沿搬送方向范围扩展，但是通过使磁铁单元30倾斜，即使缩短旋转靶单元20A、20B的间隔，也能够在成膜面的位置使飞散区域Ta、Tb分离成不重叠。

此外，为了限制靶粒子的飞散范围，图1(A)中，如虚线所示，也能够配置遮蔽构件50。在图示例中，沿与成膜面正交的方向配置在飞散区域Ta、Tb之间。该遮蔽构件50的下端的位置也可以如图5(B)所示，延伸到旋转靶单元20A、20B之间。

作为该旋转靶单元20A、20B的配置结构，上述结构例中，使一对旋转靶单元20A、20B这两方的磁铁单元倾斜，但是也可以仅使一方倾斜，另一方垂直。

此外，直线部32b也可以不是从磁轭板33呈直角立起的结构，而是如图3(A)所示，从磁轭板33沿高度方向倾斜而向扩展方向倾斜。

此外，关于直线部32b的倾斜角，如图3(B)、(C)所示，只要是在相对于被处理基板5的成膜面正交的方向与相对于被处理基板5的成膜面平行的方向之间的、90°～0°之间即可，总之，只要在被处理基板5的成膜面上，来自旋转靶单元20A、20B的靶粒子的飞散区域以不重叠的方式错开即可。

此外，为了防止来自旋转靶单元20A、20B的靶粒子的飞散区域重叠，只要能够使旋转靶单元20A、20B的磁极单元40充分地分离，也可以如图3(B)所示，周边磁极的直线部的磁化方向是相对于被处理基板5的成膜面正交的方向。

接着，参照图4，说明上述溅射成膜装置的电源的控制。

电源40是双极电源，如图1(B)所示，通过使极性相反的波形向一对旋转靶单元20A、20B的阴极22、22输出，且控制占空比，能够独立地控制第1层和第2层的膜厚。

即，在输出A和输出B中，双极电源40输出极性相反的波形。在图4(A)中，记载了向输出A的施加电压，在图4(B)中，记载了向输出B的施加电压。输出A和输出B成为的关系为，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。图1(B)是将输出A和输出B叠加在一起的图。

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，能够决定第1层和第2层的膜厚的相对的比率，能够设定为一方厚而另一方薄，或者设定为相等。

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。

此外，说明了将电源设为双极电源的情况，但是也可以对一对旋转靶单元20A、20B分别设置独立的直流电源。

此外，在上述实施方式中，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；5a、膜(第1层)；5b、膜(第2层)；10、真空腔室；20A、旋转靶单元；20B、旋转靶单元；21、旋转靶；30、磁铁单元；31、中心磁铁；32、周边磁铁；32a、直线部；32b、直线部；32c、旋转部；40、电源。

Claims

1.一种溅射成膜装置，

该溅射成膜装置具备：

腔室；以及

其特征在于，

上述磁铁具备：中心磁铁，沿相对于上述相对移动方向正交的方向延伸；周边磁铁，围绕该中心磁铁；以及磁轭板，上述周边磁铁具有与中心磁铁平行地延伸的一对直线部，

至少一方的靶单元的磁铁中的周边磁铁的相对于中心磁铁位于另一方的靶单元侧的直线部的磁化方向同与上述被处理基板的成膜面垂直相比，向另一方的靶单元侧的相反侧倾斜，

上述直线部从磁轭板呈直线状地立起，上述一对靶单元中的上述直线部的侧面彼此朝向上述被处理基板的成膜面，向间隔扩展的方向倾斜，

上述电源是双极电源，通过使极性相反的波形向一对靶单元的阴极输出，且控制占空比，能够独立地控制第1层和第2层的膜厚。

2.根据权利要求1所述的溅射成膜装置，其特征在于，

在1个扫描行程中进行基于上述一对靶单元相对于上述被处理基板的相对移动的层叠成膜。

3.根据权利要求1或2所述的溅射成膜装置，其特征在于，

在上述一对靶单元之间，设有遮蔽溅射粒子的遮蔽构件。

4.根据权利要求1或2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。

5.根据权利要求1或2所述的溅射成膜装置，其特征在于，

上述靶是被驱动而旋转的圆筒状构件。

6.根据权利要求1或2所述的溅射成膜装置，其特征在于，

上述靶是平板状构件。

7.一种溅射成膜方法，在腔室内具备能够与被处理基板相对移动地被配置的一对靶单元，

其特征在于，

上述电源是双极电源，对上述一对靶单元的电极构件输出极性相反的波形，且控制占空比，独立地控制第1层和第2层的膜厚。