CN110735122B - 成膜设备和使用该成膜设备的成膜方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种成膜设备，所述成膜设备在腔室中包括：基材支撑机构，所述基材支撑机构构造成使由所述基材支撑机构支撑的基材围绕第一轴线旋转；以及第一阴极部分，成圆柱形状的包含成膜材料的靶安装在所述第一阴极部分上，并且所述第一阴极部分构造成使所述靶围绕第二轴线旋转。所述第二轴线设置在相对于所述第一轴线偏斜的位置处。本公开还涉及一种成膜方法和制造镜头的方法。

Description

成膜设备和使用该成膜设备的成膜方法

技术领域

本发明涉及一种使用溅射方法的成膜设备，并且更具体地涉及一种适用于在具有带有大半开角的凹面或凸面的镜头上成膜的成膜设备。

背景技术

近年来，相机的镜头已具有更广的角度，并且具有带有大半开角(有效直径内由镜头的光轴以及镜头的凹面或凸面的法线形成的角度)的凹面或凸面的镜头被广泛用作作为相机的光学系统的部件的镜头。在这种广角镜头中，为了实现透光率的改进和重影闪光的减少，均匀地在镜头表面内形成抗反射膜的膜厚度。

日本专利特开No.2013-256707描述了一种成膜设备。成膜设备包括镜头保持器和平面靶。镜头保持器能够围绕其旋转轴旋转，并且能够保持多个镜头。平面靶以相对于镜头保持器的旋转轴倾斜的状态被支撑在腔室中。镜头保持器的旋转轴连接到具有枢转轴和伸缩轴的致动器单元，并且能够调节距离靶的距离以及相对于靶的相对角度。具有凹面的多个镜头被设置在镜头保持器中，用于调节附着到凹面的膜的膜厚度的盖构件覆盖镜头的凹面，并且在调节镜头保持器与靶之间的相对距离和相对角度时执行成膜。因此，使每个凹面中的膜厚度均匀。

发明内容

然而，对于日本专利特开No.2013-256707的成膜设备，不方便之处在于在其上形成具有均匀膜厚度的膜的镜头表面限于凹面。

根据本发明的一个方面，提供了一种成膜设备，所述成膜设备能够在具有大半开角的镜头表面内形成膜厚度变化较小的膜，而不管所述镜头表面是凹面还是凸面。

根据本发明的另一个方面，一种成膜设备在腔室中包括：基材支撑机构，所述基材支撑机构构造成使由所述基材支撑机构支撑的基材围绕第一旋转轴线旋转；以及第一阴极部分，所述第一阴极部分构造成使成第一圆柱形状的靶围绕第二旋转轴线旋转；以及第二阴极部分，所述第二阴极部分构造成使成第二圆柱形状的靶围绕第三旋转轴线旋转。第二旋转轴线和第三旋转轴线设置在相对于第一旋转轴线偏斜的位置处，满足Ma<Mb的关系，其中Ma是在第一旋转轴线延伸的方向上第二旋转轴线与基材支撑机构的基材支撑表面之间的距离，并且Mb是在第一旋转轴线延伸的方向上第三旋转轴线与基材支撑机构的基材支撑表面之间的距离，并且满足La>Lb的关系，其中La是当在第一旋转轴线延伸的方向上观察时第一旋转轴线与第二旋转轴线之间的距离，并且Lb是当在第一旋转轴线延伸的方向上观察时第一旋转轴线与第三旋转轴线之间的距离。

本发明的另外特征将从以下参考附图对示例性实施例的描述而变得显而易见。

附图说明

图1A是示出了根据第一实施例的成膜设备的示意性构造的示意性剖视图。

图1B是示出了当在沿着旋转轴线P的方向上观察时阴极部分和夹具的基材保持侧的视图。

图2是当在沿着旋转轴线P的方向上观察时由夹具支撑的基材保持器的视图。

图3是整个阴极部分的沿着旋转轴线O截取的示意性剖视图。

图4A是根据第二实施例的成膜设备的示意性结构的沿竖向方向截取的剖视图。

图4B是示出了当在沿着旋转轴线P的方向上观察时阴极部分和夹具的基材保持侧的视图。

图5是示出了当在沿着旋转轴线P的方向上观察根据第三实施例的成膜设备时阴极部分和夹具的基材保持侧的视图。

图6是根据第四实施例的整个阴极部分的沿着旋转轴线截取的示意性剖视图。

图7A是当在阴极部分的旋转操作的径向方向上观察时图6的磁体提升机构的一部分的平面图。

图7B是沿着图7A中的线VIIB-VIIB截取的剖视图。

图8A是根据第五实施例的阴极部分的沿着旋转轴线截取的示意性剖视图。

图8B是沿着图8A中的线VIIIB-VIIIB截取的剖视图。

图9是示出了在示例5中制造的镜头的表面内的膜厚度相对于半开角的分布的图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图描述本发明的示例性实施例。将在以下实施例中描述的部件的尺寸、材料、形状、相对布置等，各种控制操作的程序、控制参数、目标值等除非另有说明否则不旨在将本发明的范围仅限于此。

第一实施例

图1A是成膜设备的示意性构造的沿竖向方向的剖视图。成膜设备在腔室1内部包括阴极部分2和夹具(基材支撑机构)5。发射成膜材料的靶21安装在阴极部分2上。夹具5支撑成膜基材(下文中，称为基材)4。夹具5可以通过旋转机构10围绕旋转轴线P旋转。成膜设备还包括电源6、气体供应单元7、排气装置8和控制器9。电源6向阴极部分2供应电力。气体供应单元7供应处理气体。排气装置8连接到腔室1。控制器9控制成膜设备的操作。

腔室1可以为气密密封的，并且能够通过用排气装置8排出内部气体而使腔室1的内部保持在负压状态。可以通过控制从气体供应单元7供应的气体的量和由排气装置8排出的气体的量来调节腔室1中的压力。

在图1A中，气体供应单元7包括处理气体供应管线71a和反应气体供应管线71b。处理气体可以为能够提供用于溅射的离子的任何气体。氩(Ar)气被广泛用作处理气体。当执行所谓的反应溅射时(即以反应模式或过渡模式进行溅射时)，供应反应气体。例如，当在靶材料被氧化的同时执行成膜时，O₂气体被作为反应气体供应。对于不执行反应溅射的装置，可以省略反应气体供应管线71b。可替代地，当在基材4上形成膜并且随后膜经历反应(例如氧化反应)时，反应气体供应管线71b的供应端口可以设置在基材4附近，并且供应包含氧自由基的气体。通过用气体供应单元7的阀72a、72b控制流速来调节供应的气体的量。

夹具5放置在腔室1的顶部处，并且具有将基材4和基材保持器3一起平行于顶部支撑的结构。通过采用这种结构，基材4可以预先在外部设置在基材保持器3中，并且随后基材4与保持器3一起可以通过输送端口(未示出)放入腔室1中并设置在成膜位置中，因此可加工性较好。夹具5不限于具有经由基材保持器3支撑基材4的构造。夹具5可以具有直接支撑基材4的构造。在图中，夹具5支撑多个基材4，并且构造成使基材4围绕旋转轴线P绕转。可替代地，夹具5可以支撑单个基材4，并且可以构造成使基材4围绕旋转轴线P旋转或绕转。夹具5使多个基材4围绕旋转轴线P绕转的构造允许一次以高材料效率和高成膜效率在多个基材4上成膜，因此上述构造是特别理想的。

夹具5连接到旋转机构10并且可以围绕旋转轴线P(第一旋转轴线)旋转。为了辅助支撑基材保持器3的夹具5，可以向旋转机构10添加升高或降低夹具5或使夹具5枢转的机构。

阴极部分2连接到致动器机构(未示出)，并且可以围绕轴线O(第二旋转轴线)旋转，所述轴线O的位置在空间上相对于夹具5的旋转轴线P偏斜。阴极部分2是所谓的旋转阴极。靶21安装在阴极部分2上。靶21结合到圆筒形衬管22的表面。阴极部分2包括磁体壳体轴23，所述磁体壳体轴23被衬管22覆盖。磁体壳体轴23可以围绕轴线O旋转。磁体24放置在磁体壳体轴23的内部。当磁体壳体轴23转动时，磁体24与基材4之间的相对位置改变。磁体24包括具有相互不同极性的成对的磁体。磁体24在靶21的表面上产生磁场。等离子体25由磁场朝向靶21的表面吸引，并且在靶表面上形成侵蚀区域，在所述侵蚀区域中成膜材料发射最多。当设置具有相互不同极性的成对的磁体使得侵蚀区域被形成为环形时，用于电离溅射气体的电子保持在靶表面上，因此有效地执行成膜。当执行反应溅射时，执行PEM控制。在PEM控制中，调节反应气体的流速，同时用等离子体发射监测器(PEM)26监测在靶21附近产生的等离子体的发射强度。由PEM 26检测的发射强度被发送到控制器9。控制器9调节反应气体的流速，使得发射强度变为设定值。PEM26放置在尽可能接近等离子体的位置处，在所述位置处PEM 26能够检测等离子体的发射强度而不干扰成膜。例如，提供PEM 26，以便能够至少监测靶的中心区域中的等离子体。取决于在旋转轴线的方向上的靶的长度，期望提供多个PEM 26，使得即使在端部处也能监测等离子体。

衬管22和磁体壳体轴23可以围绕轴线O旋转。彼此独立地控制衬管22和磁体壳体轴23的旋转。

电源6连接到阴极部分2。阴极部分2能够向靶21供应用于产生等离子体放电的电力。DC电源或DC脉冲电源用作电源6。阴极部分2具有用于冷却靶21的冷却结构，以抑制由于在靶21的表面上产生的等离子体放电而引起的靶表面温度的升高。

图1B是示出了当从基材保持器3的成膜表面侧观察阴极部分2和夹具5的基材保持侧时夹具5与靶21安装在阴极部分2上的区域之间的位置关系的视图。图2是当从成膜表面侧观察时由夹具5支撑的基材保持器3的示例的视图。六个基材4围绕旋转轴线P在等角位置处安装在基材保持器3上。在图2的情况下，在由夹具5支撑的基材4的成膜表面内距离旋转轴线P最远的点绘制半径为R的圆，如虚线所示。

阴极部分2设置在靶安装区域的在旋转轴线O延伸的方向上的宽度的中心线Q穿过夹具5的旋转轴线P并且阴极部分2的旋转轴线O从夹具5的旋转轴线P偏移的位置处。当L表示阴极部分2的旋转轴线O从夹具5的旋转轴线P的偏移量时，偏移量L例如大于或等于在由夹具5支撑的基材4的成膜表面内距离旋转轴线P最远的点绘制的圆的半径R。更期望的是，偏移量L大于或等于在由夹具5支撑的基材4的成膜表面内距离旋转轴线P最远的点绘制的圆的半径R的1.4倍。

当偏移量L大于半径R时，在具有大半开角的每个基材4的表面上容易实现膜厚度的均匀性。然而，当旋转轴线O离旋转轴线P过远时，成膜速率降低，因此期望偏移量L小于或等于2R。

接下来，将描述阴极部分2的详细结构。图3是整个阴极部分2的沿着旋转轴线截取的示意性剖视图。

靶21被支撑为以便通过例如铟的结合材料201结合到衬管22。衬管22是杯形圆筒体，其一端封闭而另一端具有凸缘形状，使得衬管22可以通过螺栓(未示出)固定到靶旋转轴202。衬管22和靶旋转轴202通过插置在其间的O形环203彼此固定。衬管22内部的空间与腔室1中的环境隔离。当改变成膜材料时，靶21与衬管22一起被替换。

靶旋转轴202由磁性流体密封件206保持，所述磁性流体密封件经由电绝缘构件204附接到基板205。靶旋转轴202可以通过结合在磁性流体密封件206中的一个或多个轴承旋转。O形环203设置在腔室1、基板205、电绝缘构件204、磁性流体密封件206以及靶旋转轴202中的任何相邻两个之间。腔室1内部的真空环境和外部大气环境彼此隔离。

滑环27安装在靶旋转轴202上，并且经由靶旋转轴202和衬管22向靶21供应用于溅射的电力。在本实施例中，滑环27设置在大气环境中，并且向旋转靶21供应电力。可替代地，滑环可以在真空环境中安装在衬管22的远端处，并且供应电力。在这种情况下，电力经由电流引入端子被引入腔室1中。

从动带轮209设置在靶旋转轴202上。驱动带轮208被设置成用于用于靶的旋转马达207。从动带轮209经由定时带210连接到驱动带轮208。因此，旋转马达207的旋转被传递到靶旋转轴202，并且靶旋转轴202旋转。为了防止在溅射时流过靶旋转轴202的电流流入旋转马达207中，使用橡胶带作为定时带210，以使靶旋转轴202和旋转马达207彼此电绝缘。

磁体壳体轴23是圆筒形构件，在其内壁表面上放置磁体24。当通过转动磁体壳体轴23改变磁体24的位置时，调节基材4与在靶21的表面上产生的等离子体之间的相对位置关系。磁体壳体轴23由旋转轴承211支撑，使得维持与衬管22的距离。用于循环冷却剂的空间通过机械密封212限定在磁体壳体轴23与衬管22之间。通过设置在磁体壳体轴23的端部处的冷却剂引入端口213引入的冷却剂可以通过流动通道214供应到所述空间。供应到衬管22与磁体壳体轴23之间的空间的冷却剂通过设置在磁体壳体轴23的端部处的冷却剂排出端口215被排出。冷却剂由树脂管216引导至冷却剂引入端口213或冷却剂排出端口215。利用这种结构，结合材料201和靶21经由衬管22冷却，并且抑制了由于溅射能量引起的结合材料201的温度的升高。因此，防止由于结合材料201的熔化而导致靶21从衬管22脱落。具有温度调节功能的冷却器可以用作供应冷却剂的来源。

与靶旋转轴202不同的磁体壳体轴23不需要是可旋转的，但是在该实施例中优选地能够在预定角度范围内转动。例如，当磁体壳体轴23在180度的角度范围内可转动时，通过将树脂管216设置并布线在Cableveyor(注册商标)(未示出)内部来将冷却剂引入靶旋转轴202中。当靶旋转轴202旋转时，当在冷却剂引入部分处设置旋转接头时，可以引入或排出冷却剂。

当使用自来水或工业用水作为冷却剂时，电阻值不够高。因此，电流可能通过冷却剂泄漏，并且在靶21的表面处可能不能获得足够的电压，结果可能不能产生等离子体。在这种情况下，根据冷却剂的电阻来调节树脂管216的长度和直径。因此，应当调节流过树脂管216(即电流泄漏路径)的冷却剂的电阻，以便落入可允许的范围内。

从动带轮217设置在磁体壳体轴23上。驱动带轮219被设置成用于用于致动磁体的旋转马达220。从动带轮217经由定时带218连接到驱动带轮219。因此，旋转马达220的旋转被传递到磁体壳体轴23，并且磁体壳体轴23旋转。为了防止在溅射时流过磁体壳体轴23的电流流入旋转马达220中，使用橡胶带作为定时带218，以使磁体壳体轴23和旋转马达220彼此电绝缘。

期望的是，定时带218和定时带210相对于旋转轴线O对称地设置。利用这种设置，由于带的初始张力作用在支撑靶旋转轴202的磁性流体密封件206上所产生的过量的偏移负载减小。

接下来，将描述调节磁体的位置的过程。基于预先创建的数据库来计算磁体24在基材4上形成均匀膜的最佳位置，将磁体24移动到计算位置并锁定，并且随后执行成膜。因此，形成更均匀的膜。在其他实施例中类似地执行调节磁体位置的过程。

首先，利用与日本专利特开No.2002-220664类似的技术，获得从靶发射的溅射粒子的发射角度分布。具体地，在用于成膜的装置中，具有已知形状的测量基材和靶以预定的位置关系进行设置，实际上执行成膜，并且测量形成在测量基材上的膜的膜厚度的分布。因此，获得从靶发射的溅射粒子的发射角度分布。基于所获得的溅射粒子的发射角度分布，在用于成膜的基材4的成膜表面的形状和配置以及夹具5与阴极部分2之间的位置关系中对磁体24的倾斜角度和附着到基材4的膜的膜厚度分布进行模拟。通过改变磁体24的倾斜角度，获得适用于实现均匀膜厚度分布的磁体24的倾斜角度。

磁体24的倾斜角度被定义为角度θ，当在旋转轴线O延伸的方向上观察时，由磁体24在磁体24的转动方向上的中心线(在宽度方向上的中心线)和第一旋转轴线延伸的方向(基准方向)形成所述角度θ。

基材4的形状和配置与适用于实现均匀膜厚度分布的磁体24的倾斜角度之间的所获得的关系被保存在控制器9能够访问的记录装置中，并且当控制器9在实际成膜时选择磁体24的倾斜角度时控制器9查阅所述关系。当将各种装置构造和成膜条件下的模拟结果记录为数据库时，可以对具有各种成膜条件和各种形状的基材进行机器学习。在这种情况下，即使当成膜设备的构造或成膜条件改变时，也可以在没有任何预先准备的情况下获得提供了膜厚度变化较小的膜的磁体24的倾斜角度。

在基材4上成膜时，用于选择磁体24的倾斜角度的关于成膜表面的信息被输入到控制器9中。例如当基材4是镜头时，关于成膜表面的信息包括成膜表面是凹面还是凸面、成膜表面的半开角、镜头的直径(或半径)、以及镜头的配置。这些条信息应当由用户根据在控制器9的显示单元上显示的输入页面通过控制器9的输入部分来输入。

控制器9在接收到来自用户的输入时访问保存在记录装置中的数据库，并且从数据库中选择适用于具有输入形状的成膜表面的磁体24的倾斜角度。控制器9将所选择的倾斜角度转换为从磁体旋转马达220包括的编码器的原点开始的旋转角度，将旋转角度变换为用于驱动磁体旋转马达220的命令值，并且将命令值发送到磁体旋转马达220。磁体旋转马达220根据接收的指令值驱动马达，将磁体24调节到预定位置，并且锁定磁体24。可以预先将倾斜角度转换为马达220的指令值并且记录在数据库中。

当确定磁体24的位置时，如在现有技术的情况下那样设置基材4，并且通过在由于旋转阴极部分2而导致旋转靶的同时施加电压来执行成膜。

首先，将基材4安装在基材保持器3上，并且随后通过夹具5支撑基材保持器3。基材保持器3具有能够安装至少一个基材4的构造。当基材4是具有凹面或凸面的镜头并且安装单个镜头(基材)4时，镜头4的中心轴线可以与夹具5的旋转轴线P重合，或者可以设置成从旋转轴线P偏移。然而，如图2所示，当安装多个镜头4时，所有待安装的镜头4的中心轴线被设置成从旋转轴线P偏移。具体地，期望将待安装的所有镜头4的中心轴线设置在距离旋转轴线P相等的距离处。

如下类型的保持器可以用作基材保持器3，所述基材保持器的开口小于待安装的基材4并且待安装的基材4被装配到所述开口。期望开口的边缘部分是倒角的，因为由于基材保持器3的厚度而导致的靶材料的颗粒进入到成膜基材4的成膜表面上的中断会减小。

将基材保持器3设置在夹具5中，随后腔室1被气密密封，并且腔室1中的空气通过排气装置8排出。夹具5以适当的定时围绕旋转轴线P旋转。当腔室1中的空气已排出到期望的真空度时，从气体供应单元7引入处理气体，通过向阴极部分2施加电压在靶21的表面上产生等离子体，并且进行溅射直到在基材4的表面上形成具有期望膜厚度的膜为止。

第二实施例

图4A是根据第二实施例的成膜设备的示意性构造的沿竖向方向截取的剖视图。根据第一实施例的成膜设备仅包括一个阴极部分2；而根据本实施例的成膜设备包括多个阴极部分。具体地，成膜设备包括第一阴极部分2a和第二阴极部分2b。第一阴极部分2a围绕轴线Oa(第二旋转轴线)在相对于夹具5的旋转轴线P(第一旋转轴线)偏斜的位置处旋转。第二阴极部分2b围绕平行于轴线Oa的轴线Ob(第三旋转轴线)旋转。此外，在第一实施例中，向阴极部分2供应电力的电源6是直流电源；而在本实施例中，使用交流电源，并且交流电源交替地向阴极部分2a、2b供应电力。除了这些差异之外，腔室1、阴极部分2a、2b、气体供应单元7、排气装置8、控制器9、夹具5、夹具5的旋转机构10以及其他部件的构造与第一实施例的构造类似，因此省略其描述。PEM 26的构造类似于第一实施例的构造，并且提供一个PEM 26，其检测在至少两个靶之一处产生的等离子体的发射。可替代地，可以为每个靶提供PEM 26，并且所述PEM 26可以单独地检测在每个靶处产生的等离子体的发射，或者单个PEM 26可以检测在两个靶处产生的等离子体的总值。由于分别驱动靶21a、21b和磁体24a、24b的马达是单独设置的，因此靶21a、21b和磁体24a、24b可以彼此独立地旋转。因此，针对阴极部分2a、2b，可以分别调节磁体24a的倾斜角度θa和磁体24b的倾斜角度θb，并且可以单独地控制从靶21a、21b发射的溅射粒子的发射方向。因此，当对磁体24的倾斜角度与附着到基材4的膜的膜厚度分布之间的关系进行模拟时，针对每个靶设定溅射粒子的发射角度分布和磁体24的倾斜角度，并且计算膜厚度分布的总值。

分别安装在多个阴极部分上的靶的材料没有特别限制。当旨在在基材上形成均匀的膜时，将由相同材料制成的靶安装在阴极部分上。

阴极部分2a、2b和夹具5设置在满足关系Ma<Mb的位置处，其中Ma是阴极部分2a与基材保持器3的基材支撑表面之间在竖向方向上的距离，并且Mb是阴极部分2b与基材支撑表面之间在竖向方向上的距离。此外，阴极部分2a、2b和夹具5设置成使得满足关系La>Lb，其中La是阴极部分2a的旋转轴线Oa与夹具5的旋转轴线P之间在水平方向上的距离，并且Lb是阴极部分2b的旋转轴线Ob与旋转轴线P之间在水平方向上的距离。

图4B是示出了当在沿着旋转轴线P的方向上观察阴极部分2a、2b以及夹具5的基材支撑表面时，在靶21a、21b的安装区域与夹具5之间的位置关系的视图。在图4B中，靶21a的安装区域在沿着阴极部分2a的旋转轴线Oa的方向上的中心线Qa以及靶21b的安装区域在沿着阴极部分2b的旋转轴线Ob的方向上的中心线Qb中的任何一个被设置在穿过夹具5的中心的位置处。每个阴极部分2a、2b在靶21a或靶21b的安装区域的旋转轴线Oa(Ob)方向上的宽度大于由在基材4的成膜表面内距离旋转轴线P最远的点绘制的圆的直径2R。

上述构造特别适用于利用图2所示的基材保持器3进行成膜的情况。在图2中，由于夹具5的旋转，在由基材4的中心绘制的圆S外部的成膜表面上的成膜主要分配给靶21a，并且在圆S内部的成膜表面上的成膜主要分配给靶21b。当调节磁体24a的倾斜角度使得其小于磁体24b的倾斜角度时，获得更均匀的膜。

期望的是，偏移量La以及第一实施例的偏移量L大于或等于由在基材4的成膜表面内距离旋转轴线P最远的点绘制的圆的半径R。期望的是，偏移量Lb大于或等于1/2R并且小于或等于La。更期望的是，偏移量Lb大于或等于1/2R并且小于或等于R。

在本实施例中，阴极部分的数量是两个。可替代地，阴极部分的数量可以为三个或更多个。此外，阴极部分2a、2b设置在夹具5的旋转轴线P的同一侧上。可替代地，只要满足关系Ma<Mb和关系La>Lb，阴极部分2a、2b就可以相对于旋转轴线P设置在对称位置处。然而，从减小设备的占地面积的观点来看，如图4所示阴极部分2a、2b设置在旋转轴线P的同一侧上的构造是期望的。

第三实施例

在根据本实施例的成膜设备的示意性构造的竖向方向上的横截面与如在第二实施例的情况中的图4A的横截面类似；然而，当在沿着旋转轴线P的方向上观察阴极部分2a、2b和夹具5的基材保持侧时，所述配置不同于第二实施例的配置。

图5示出了当在沿着旋转轴线P的方向上观察阴极部分2a、2b和夹具5的基材保持侧时，在根据本实施例的成膜设备中靶21a、21b的安装区域和夹具5之间的位置关系。

在本实施例中，阴极部分2a、2b中的每一个在靶21a或靶21b的安装区域的旋转轴线Oa(Ob)方向上的宽度小于由在基材4的成膜表面内距离旋转轴线P最远的点绘制的圆的直径2R。靶21a的安装区域在沿着阴极部分2a的旋转轴线Oa的方向上的中心线Qa设置在从夹具5的中心沿旋转轴线Oa的方向偏移Na的位置处。靶21b的安装区域在沿着阴极部分2b的旋转轴线Ob的方向上的中心线Qb设置在从夹具5的中心沿旋转轴线Ob的方向偏移Nb的位置处。偏移Na、Nb的量可以彼此相等或者可以为不同的量。

第四实施例

本实施例与第一实施例的不同之处在于，磁体在阴极部分2的旋转操作的径向方向上的位置可以通过磁体提升机构调节。

图6示出了根据本实施例的整个阴极部分2的沿着旋转轴线截取的示意性剖视图。图7A是当在阴极部分2的旋转操作的径向方向X上观察时图6的磁体提升机构300的放置磁体24的一部分的平面图。图7B是沿着图7A中的线VIIB-VIIB截取的剖视图。

磁体提升机构300包括托架301，磁体24安装在所述托架上；凸轮槽支架302，所述凸轮槽支架连接到托架301；以及凸轮从动件303，所述凸轮从动件构造成在凸轮槽支架302的凹槽内部移动。磁体提升机构300还包括传动轴304，所述传动轴经由电绝缘轴构件306将致动力从直接作用致动器305传递到凸轮从动件303。

磁体24包含具有相互不同的极性的成对的磁体，使得在靶21的表面上形成捕获电子的磁场。磁体24设置成使得沿着阴极部分2的旋转轴线O划分成多个块(图6中为五个)。划分的磁体24通过结合剂固定到托架301上。

托架301安装在凸轮槽支架302上。凸轮槽支架302被固定到安装在磁体壳体轴23上的致动轴引导件307。利用致动轴引导件307，凸轮槽支架302的移动被限制在仅阴极部分2的旋转操作的径向方向X上。另外，防止由于在划分的磁体24之间产生的排斥力或吸引力而在每个磁体24的除致动方向之外的方向上的位移。在本实施例中，滑动轴承用作致动轴引导件307。可替代地，可以使用例如提供线性引导的滚珠轴承。

凸轮从动件303设置在凸轮槽支架302的凹槽中。当沿着阴极部分2的旋转轴线O的致动力通过传动轴304被传递到凸轮从动件303时，凸轮从动件303沿着凸轮槽支架302的凹槽移动，并且使得磁体24中的相对应的一个在阴极部分2的旋转操作的径向方向X上移动。

传动轴304由轴滑动轴承308支撑以便沿着阴极部分2的旋转轴线O移动。这防止凸轮从动件303从凸轮槽支架302的凹槽脱落。传动轴304的远端由防偏转引导件309支撑。这减小了由于在磁体24之间产生的排斥力或吸引力而导致的传动轴304在弯曲方向上的变形。当传动轴304的横截面具有矩形形状并且传动轴304的侧面由轴滑动轴承308或防偏转引导件309限制时，防止了传动轴304的扭曲。

直接作用致动器305经由电绝缘轴构件306致动传动轴304。其上安装有直接作用致动器305的支架310经由电绝缘支架构件311固定到磁体壳体轴23。利用这些电绝缘构件，防止了用于溅射的电流流向直接作用致动器305。

凸轮槽支架302、传动轴304、凸轮从动件303、防偏转引导件309以及直接作用致动器305针对每个磁体24进行设置，并且磁体24可以彼此独立地致动。设置在磁体24附近的部件的材料全部由非磁性材料制成，以便不干扰由磁体24形成的磁场。

当磁体24在阴极部分2的旋转操作的径向方向上的位置改变时，磁体24与靶21之间的距离变化，并且吸引到靶21的等离子体的强度变化。因此，从靶21发射的溅射粒子的发射量变化。当在沿着阴极部分2的旋转轴线分别设置的磁体24在阴极部分2的旋转操作的径向方向上的位置被单独调节时，可以调节溅射粒子在沿着阴极部分2的旋转轴线的方向上的发射量。

当在第一实施例中描述的在成膜之前执行的模拟时将磁体24在阴极部分2的旋转操作的径向方向上的位置添加为参数时，形成在基材4上的膜的膜厚度不均匀性减小。在模拟中计算出的与每个磁体24在阴极部分2的旋转操作的径向方向上的位置相关的信息从控制器9发送到直接作用致动器305，并且直接作用致动器305根据指令来控制磁体24的位置。

在本实施例中，除了调节磁体24在阴极部分2的旋转方向上的倾斜角度之外，还单独调节分别沿着阴极部分2的旋转轴线设置的磁体24在阴极部分2的旋转操作的径向方向上的位置。利用这种构造，可以在基材4上以更均匀的膜厚度进行成膜。

第五实施例

本实施例中的磁体提升机构与第四实施例的磁体提升机构的不同之处在于，磁体提升机构具有减小由磁体24之间产生的排斥力或吸引力所引起的影响的结构。

图8A是根据本实施例的阴极部分2的沿着旋转轴线截取的示意性剖视图，并且以放大视图展示了安装磁体24的部分。在图8A和图8B中，以从阴极部分2的远端侧的顺序，磁体24被称为磁体24a、24b、24c、24d、24e，并且后缀a至e被分配给与对应的磁体24的致动相关联的构件。图8B是沿着图8A中的线VIIIB-VIIIB截取的剖视图，即当从阴极部分2的远端侧观察时致动磁体24e的部分的视图。由于升高或降低每个磁体24的机构是相同的，所以除非描述一个或多个特定磁体的结构，否则省略后缀a至e。在下文中，将主要参考附图来描述与第四实施例的结构不同的结构，并且省略对相同的结构的描述。

磁体提升机构300包括磁体24、凸轮槽支架302、传动轴304、凸轮从动件303以及凸轮从动件支架312。划分成多个块(图8A中为五个)的每个磁体24被固定到托架301，并且安装在凸轮槽支架302上。

凸轮从动件303安装在凸轮从动件支架312上。由于凸轮从动件支架312的移动，凸轮从动件303使磁体24沿着凸轮槽支架302的凹槽在阴极部分2的旋转操作的径向方向X上移动。

平行于阴极部分2的旋转轴线O的两个引导轴313共同地穿过致动磁体24中的对应的一个的每个凸轮从动件支架312，并且限制凸轮从动件支架312在除了沿着阴极部分2的旋转轴线O的方向之外的方向上的移动。如图8B所示，引导轴轴承314(例如滑动轴承或线性轴衬)设置在每个引导轴313与凸轮从动件支架312之间。因此，凸轮从动件支架312与每个引导轴313之间的摩擦力减小。引导轴313支撑凸轮从动件支架312，以防止由于在磁体24之间产生的排斥力或吸引力引起的凸轮从动件支架312的移位或位置改变。在本实施例中，在磁体的转动轴线的方向上作用在磁体24上的排斥力在任何相邻的磁体24之间沿相反方向作用，因此引导轴313的变形减小。

此外，在本实施例中，设置在间隔开的位置处的两个引导轴313支撑凸轮从动件支架312，并且限制凸轮从动件303的位置。因此，与第四实施例相比，由凸轮从动件303的位置改变所引起的磁体24的定位误差较小。

在图8B中，用于升高或降低磁体24e的传动轴304e连接到凸轮从动件支架312e，并且将由直接作用致动器305产生的致动力传递到凸轮从动件支架312e。凸轮从动件支架312e具有直径大于传动轴304a至304d的通孔，以便不妨碍用于升高或降低其他磁体24a至24d的传动轴304a至304d。传动轴304a至304d穿过通孔并且连接到预定的凸轮从动件支架312a至312d。

如上所述，根据本实施例，由于在磁体24之间产生的排斥力或吸引力产生的影响以及此外由于引导轴313的变形产生的影响被减小，因此能够以高精度执行磁体24的定位。因此，进一步降低了在基材上形成的膜的膜厚度的变化。

示例1

使用如图1A所示包括单个阴极部分2的成膜设备进行成膜。靶21的材料是Si，并且靶21的尺寸设置成使得外径为152mm，内径为140mm，并且在沿着旋转轴线O的方向上的长度为100mm。

使用直径为250mm并且可保持直径为230mm的单个镜头(基材)4的基材保持器3，并且所述基材保持器安装成使得夹具5的旋转轴线P与镜头4的中心轴线重合。

在图1A和图1B中，基材保持器3和单个阴极部分2的配置参数如下。M是从阴极部分2的旋转轴线O到包含基材保持器3的虚拟平面的最短距离。

M＝155mm

L＝245mm

最初，制备具有与表1所示的样本1相同的凸面形状的直径为230mm的单个测量基材(镜头)，实际执行成膜，测量膜厚度分布，并且获得从靶发射的溅射粒子的发射角度分布。

基于通过测量获得的溅射粒子的发射角度分布来对表1中所示的每个镜头形状进行模拟，计算适用于均匀成膜的磁体24的倾斜角度θ(参见表1)，并且调节磁体24的位置使得达到计算的倾斜角度。在成膜期间锁定倾斜角度。

对于表1中所示的每个镜头，镜头被设置在基材保持器3中并且逐个经受成膜。具体地，Ar作为溅射气体从气体供应单元7的处理气体供应管线71a供应，基材保持器3和靶21旋转，并且通过向Si靶21供应电力而以金属模式执行溅射。

在所述示例中，通过向形成在基材4上的Si膜供应氧化气体来引起反应，在基材4上形成SiO膜。具体地，反应气体供应管线72b的供应端口被设置在基材保持器3附近，并且含有氧自由基的少量气体被供应到基材4的表面。此时，通过供应含有氧自由基的气体使得氧自由基不到达靶21，维持金属模式溅射。

测量所获得的膜的膜厚度，并且使用以下数学表达式来评估膜厚度分布。

膜厚度分布＝±(最大膜厚度-最小膜厚度)/(最大膜厚度+最小膜厚度)

在基材4的中心以及以十字形状从中心径向偏移50mm或100mm的点(即总共九个点)处测量膜厚度。结果在表1中共同示出。

表1

从表1证实，无论镜头具有凸面还是凹面，在具有40°或更大的半开角的表面上形成了膜厚度分布落入±4％的范围内的均匀膜。

示例2

使用如图4所示的包括两个阴极部分2a、2b的成膜设备执行成膜。

靶21a、21b的材料是Si，并且靶21a、21b中的每一个的尺寸设置成使得外径为101mm，内径为89mm，并且在沿着旋转轴线O的方向上的长度为100mm。

使用直径为250mm并且可在圆周方向上以相等间隔保持八个镜头(基材)4的基材保持器3。在由夹具5支撑的基材4的成膜表面内距离第一旋转轴线最远的点绘制的圆的直径为180mm。在图4A和图4B中，基材保持器3和两个阴极部分2a、2b的配置参数如下。

Ma＝70mm，Mb＝232mm

La＝252mm，Lb＝173mm

制备表2所示的直径为50mm且具有三种类型的形状的八个镜头(基材)4。作为预先制备，在具有与样本3相同形状的测量基材上执行成膜，并且如示例1的情况那样获得从靶21a、21b发射的溅射粒子的发射角度分布。

基于所获得的溅射粒子的发射角度分布，当八个镜头中的每个均由基材保持器3保持时，对表2中所示的每个镜头形状执行模拟，并且计算获得均匀膜厚度时的磁体24a、24b的倾斜角度θa、θb(参见表2)。调节磁体24a、24b的位置使得达到计算的倾斜角度，并且随后锁定位置。

对于具有与表2中所示相同形状的每组(一个或多个)镜头，镜头设置在基材保持器3中并且经受成膜。首先，设置镜头4，使基材保持器3和靶21a、21b旋转，并且排出腔室1内的空气。Ar作为溅射气体从气体供应单元7的处理气体供应管线71a供应，并且通过交流放电交替地向Si靶21a、21b供应电力而以金属模式执行溅射。具有40kHz频率并且能够供应高达10kW的电力的交流电源被用作向靶21a、21b供应电力的电源。除了上述之外，应用与示例1相同的条件，执行成膜，并且评估所获得的膜的膜厚度分布。结果在表2中共同示出。

表2

从表2证实，无论镜头具有凸面还是凹面，在具有40°或更大的半开角的表面上形成了膜厚度分布落入±3％的范围内的均匀膜。还证实，与使用单个靶的示例1相比，形成了更均匀的膜。

示例3

在该示例中，使用与示例2类似的设备，不同之处在于，在图4A和图4B中，基材保持器3和两个阴极部分2a、2b的配置参数被改变成以下值。

Ma＝75mm，Mb＝175mm

La＝180mm，Lb＝90mm

制备八个镜头4，所述镜头的直径为50mm并且凸面具有40°的半开角。作为预先制备，在具有相同形状的测量基材上执行成膜，并且如示例1的情况那样获得从靶发射的溅射粒子的发射角度分布。

基于所获得的溅射粒子的发射角度分布，当八个镜头4中的每个均由基材保持器3保持时执行模拟，并且计算获得均匀膜厚度时的磁体24a、24b的倾斜角度θa、θb(参见表3)。调节磁体24a、24b的位置，使得达到计算的倾斜角度，并且随后锁定位置。

将表3所示的镜头设置在基材保持器3中，使基材保持器3和靶21a、21b旋转，并且排出腔室1内的空气。Ar作为溅射气体以及O₂作为反应气体从气体供应单元7供应，在过渡模式中靶21a、21b经受溅射，并且在镜头4上形成SiO₂膜。通过PEM控制来控制过渡模式中的SiO₂成膜(透明膜的成膜)及其成膜速率。在该方法中，用阀71b调节Ar的气体流速，并且用阀72b调节O₂的气体流速。如在示例1的情况那样获得的膜厚度分布的评估结果如表3所示。

表3

从表3证实，在具有40°或更大的半开角的凸面上形成了膜厚度分布落入±4％的范围内的均匀膜。

示例4

在该示例中，使用与示例2类似的设备，不同之处在于，靶21a、21b中的每一个沿着旋转轴线O的宽度为300mm(大于实施例1的宽度)，并且在图4A和图4B中，基材保持器3和两个阴极部分2a、2b的配置参数被改变成以下值。

Ma＝70mm，Mb＝229mm

La＝252mm，Lb＝173mm

当制备表4中所示的具有两种类型的形状的八个镜头(基材)4时执行模拟，并且使镜头经受成膜，并且计算磁体24a、24b的倾斜角度θa、θb(参见表4)。通过在具有与表4的样本7相同的形状的测量基材(镜头)上实际执行成膜来获得从待用于模拟的靶发射的溅射粒子的发射角度分布。

将磁体24a、24b调节到计算的倾斜角度并锁定所述倾斜角度，并且执行与示例2的成膜类似的成膜。结果在表4中示出。

表4

从表4证实，无论镜头具有凸面还是凹面，在具有40°或更大的半开角的表面上形成了膜厚度分布落入±2％的范围内的均匀膜。

示例5

使用如图5所示的包括两个阴极部分2a、2b的成膜设备进行成膜。

如示例2的情况，靶21a、21b的材料是Si，并且靶21a、21b中的每一个的尺寸设置成使得外径为101mm，并且内径为89mm。

图5中的基材保持器3和两个阴极部分2a、2b的配置参数如下。

Ma＝70mm，Mb＝173mm

La＝252mm，Lb＝90mm

Na＝232mm,Nb＝70mm

在该示例中，阴极部分2a的靶安装区域在沿着旋转轴线Oa的方向的长度以及阴极部分2b的靶安装区域在沿着旋转轴线Ob的方向的长度小于在旋转轴线P与在由夹具5支撑的基材4的成膜表面可经过的范围内距离旋转轴线P最远的点之间的距离R的两倍。靶21a的安装区域在沿着阴极部分2a的旋转轴线Oa的方向上的中心线Qa被设置在从夹具5的中心沿旋转轴线Oa的方向偏移Na的位置处。靶21b的安装区域在沿着阴极部分2b的旋转轴线Ob的方向上的中心线Qb被设置在从夹具5的中心沿旋转轴线Ob的方向偏移Nb的位置处。

制备表5中所示的直径为50mm且具有两种类型的形状的八个镜头(基材)4，使镜头经受模拟，并且计算磁体24a、24b的倾斜角度θa、θb(参见表5)。通过在具有与表5的样本13相同的形状的测量基材(镜头)上实际执行成膜来获得从待用于模拟的靶发射的溅射粒子的发射角度分布。将磁体24a、24b调节到计算的倾斜角度，并且在成膜期间维持倾斜角度。如示例2的情况那样执行成膜。结果如表5所示，并且针对半开角，镜头4的表面的膜厚度分布如图9所示。

表5

对于具有带有40°的大半开角的凹面或凸面的镜头，膜厚度分布为约±3％。证实实现了均匀的膜厚度。对于具有带有30°或更小的半开角的凹面或凸面的镜头，膜厚度分布小于或等于±2％。证实实现了更均匀的膜厚度。

比较示例

作为比较示例，利用如下设备进行成膜，在所述设备中当在沿着夹具5的旋转轴线的方向上观察时，夹具5的中心与靶安装区域的中心重合。具体地，图1A中的基材保持器3和单个阴极部分2的配置参数设置成使得M＝175mm并且L＝0mm，并且待安装在阴极部分2上的靶的尺寸与示例1的尺寸相同。当如示例3的情况那样设置具有与样本3相同的40°的半开角的凸形的八个镜头4时执行模拟，并且随后获得0°作为磁体24的倾斜角度θ。通过在具有与样本3相同的形状的测量基材(镜头)上实际执行成膜来获得从待用于模拟的靶发射的溅射粒子的发射角度分布。

在与示例3的条件类似的条件下执行成膜，同时将磁体24的倾斜角度θ锁定在0°。因此，膜厚度表现出±66％的极大分布。

从示例和比较示例中证实，当使用根据本发明的成膜设备和成膜方法时，无论镜头表面是凹面还是凸面都形成在具有大半开角的镜头表面中具有较小的膜厚度不均匀性的均匀膜。描述了一些示例；然而，本发明不限于上述示例，并且可以根据需要进行修改而不脱离本发明的主旨。

虽然已经参考示例性实施例描述了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。以下权利要求的范围应被赋予最广泛的解释，以便涵盖所有此类修改以及等同的结构和功能。

Claims (12)

1.一种成膜设备，所述成膜设备包括：

基材支撑机构，所述基材支撑机构构造成使由所述基材支撑机构支撑的基材围绕第一旋转轴线旋转；

第一阴极部分，所述第一阴极部分构造成使成第一圆柱形状的靶围绕第二旋转轴线旋转，所述第一阴极部分包括第一磁体，所述第一磁体构造成围绕第二旋转轴线旋转；以及

第二阴极部分，所述第二阴极部分构造成使成第二圆柱形状的靶围绕第三旋转轴线旋转，所述第二阴极部分包括第二磁体，所述第二磁体构造成围绕第三旋转轴线旋转，

其中

所述第二旋转轴线和所述第三旋转轴线设置在相对于所述第一旋转轴线偏斜的位置处，

满足Ma<Mb的关系，其中Ma是在所述第一旋转轴线延伸的方向上所述第二旋转轴线与所述基材支撑机构的基材支撑表面之间的距离，并且Mb是在所述第一旋转轴线延伸的方向上所述第三旋转轴线与所述基材支撑机构的所述基材支撑表面之间的距离，并且

满足La>Lb的关系，其中La是当在所述第一旋转轴线延伸的方向上观察时所述第一旋转轴线与所述第二旋转轴线之间的距离，并且Lb是当在所述第一旋转轴线延伸的方向上观察时所述第一旋转轴线与所述第三旋转轴线之间的距离，并且

其中当在所述第一旋转轴线延伸的方向上观察时，R是由在所述基材支撑机构支撑的所述基材的成膜表面内距离所述第一旋转轴线最远的点绘制的圆的半径，所述第一旋转轴线与所述第二旋转轴线之间的距离La大于或等于R，并且

所述第一磁体的位置和所述第二磁体的位置被调节成使得从所述第二圆柱形状的靶发射的溅射粒子主要附着在由所述基材支撑机构支撑的基材的第一旋转轴线附近的区域，并且使得从所述第一圆柱形状的靶发射的溅射粒子主要附着在由所述基材支撑机构支撑的基材的外周附近的区域。

2.根据权利要求1所述的成膜设备，其中

所述第一旋转轴线与所述第三旋转轴线之间的距离Lb大于或等于1/2R。

3.根据权利要求1所述的成膜设备，其中

所述第一阴极部分的靶安装区域的在所述第二旋转轴线的方向上的宽度以及所述第二阴极部分的靶安装区域的在所述第三旋转轴线的方向上的宽度中的每一个均大于2R。

4.根据权利要求1所述的成膜设备，其中

所述第一阴极部分的靶安装区域的在所述第二旋转轴线的方向上的宽度以及所述第二阴极部分的靶安装区域的在所述第三旋转轴线的方向上的宽度中的每一个均小于2R。

5.根据权利要求1所述的成膜设备，其中

所述第一阴极部分包括沿着所述第二旋转轴线的磁体，并且所述第二阴极部分包括沿着所述第三旋转轴线的磁体。

6.根据权利要求1所述的成膜设备，其中

所述第一磁体相对于所述第一旋转轴线延伸的方向的倾斜角度大于所述第二磁体相对于所述第一旋转轴线延伸的方向的倾斜角度。

7.根据权利要求1所述的成膜设备，其还包括：

腔室，所述腔室中设置有所述基材支撑机构、所述第一阴极部分和所述第二阴极部分中的至少一个。

8.根据权利要求1所述的成膜设备，其还包括：

控制器，其中

所述控制器构造成根据待安装在所述基材支撑机构上的所述基材的配置和形状来分别调节所述第一阴极部分的磁体和所述第二阴极部分的磁体相对于所述第一旋转轴线延伸的方向的倾斜角度。

9.根据权利要求1所述的成膜设备，其中

所述第一阴极部分的磁体和所述第二阴极部分的磁体中的每一个被划分成多个磁体块，并且分别沿着所述第一阴极部分的所述第二旋转轴线和所述第二阴极部分的所述第三旋转轴线设置，并且

所述成膜设备还包括构造成在垂直于所述第二旋转轴线和所述第三旋转轴线的方向上调节划分的磁体块中的每一个的位置的机构。

10.根据权利要求9所述的成膜设备，其还包括：

控制器，其中

所述控制器构造成根据待安装在所述基材支撑机构上的所述基材的配置和形状来在垂直于所述第二旋转轴线和所述第三旋转轴线的方向上调节所述划分的磁体块中的每一个的位置。

11.一种成膜方法，所述成膜方法使用根据权利要求8所述的成膜设备，所述成膜方法包括：

由所述控制器获取待安装在所述基材支撑机构上的所述基材的形状和配置；

由所述控制器获取所述第一阴极部分的磁体和所述第二阴极部分的磁体中的每一个相对于所述第一旋转轴线延伸的方向的倾斜角度；并且

由所述控制器根据所获得的倾斜角度来调节所述第一阴极部分的磁体和所述第二阴极部分的磁体中的每一个的位置。

12.一种制造镜头的方法，所述方法包括：

制备基材；

将所述基材安装在基材支撑机构上并且使所述基材围绕第一旋转轴线旋转；

使第一阴极部分围绕第二旋转轴线旋转，并且使第二阴极部分围绕平行于所述第二旋转轴线的第三旋转轴线旋转，所述第二旋转轴线设置在相对于所述第一旋转轴线偏斜的位置处；

通过向所述第一阴极部分和所述第二阴极部分施加电压来在所述基材上形成由第一靶的材料和第二靶的材料制成的膜，

其中

满足Ma<Mb的关系，其中Ma是在所述第一旋转轴线延伸的方向上所述第二旋转轴线与所述基材支撑机构的基材支撑表面之间的距离，并且Mb是在所述第一旋转轴线延伸的方向上所述第三旋转轴线与所述基材支撑机构的所述基材支撑表面之间的距离，并且

满足La>Lb的关系，其中La是当在所述第一旋转轴线延伸的方向上观察时所述第一旋转轴线与所述第二旋转轴线之间的距离，并且Lb是当在所述第一旋转轴线延伸的方向上观察时所述第一旋转轴线与所述第三旋转轴线之间的距离，

并且其中当在所述第一旋转轴线延伸的方向上观察时，R是由在所述基材支撑机构支撑的所述基材的成膜表面内距离所述第一旋转轴线最远的点绘制的圆的半径，所述第一旋转轴线与所述第二旋转轴线之间的距离La大于或等于R，

进行调节使得从圆柱形状的第二靶发射的溅射粒子主要附着在由所述基材支撑机构支撑的基材的第一旋转轴线附近的区域，并且使得从圆柱形状的第一靶发射的溅射粒子主要附着在由所述基材支撑机构支撑的基材的外周附近的区域。

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