CN1904132A - 溅射装置和溅射方法 - Google Patents

Abstract

本发明的课题是提供在靶上不留下非侵蚀区域而且在进行反应性溅射的情况下能形成均匀的膜质的膜的溅射装置。本发明的溅射装置(2)的特征在于：具备在真空室(21)内隔开一定的间隔并列地设置的至少4片的靶(241)和逐一地连接以便对并列地设置的靶中的2片靶交替地施加负电位和正电位或接地电位的交流电源(E)，将各交流电源(E)连接到互不相邻的2片靶(241)上。

Description

溅射装置和溅射方法

技术领域

本发明涉及溅射装置和溅射方法。

背景技术

在膜形成中，根据成膜速度快等的优点，广泛地利用了磁控溅射方式。在磁控溅射方式中，在靶的后方设置了由交替地改变了极性的多个磁铁构成的磁铁组装体，通过利用该磁铁组装体在靶的前方形成磁通以俘获电子，提高在靶的前方的电子密度，提高这些电子与真空室内导入了的气体的碰撞概率，提高等离子体密度来进行溅射。

但是，近年来，随着基板变大，磁控溅射装置也越来越趋于大型化。作为这样的装置，已知有通过并列地设置多个靶可对大面积的基板成膜的溅射装置(例如，专利文献1)。

在这样的溅射装置中，因为在靶相互间设置了用于俘获从靶飞出的2次电子的阳极或屏蔽罩等的构成部件，故不能接近地设置各靶，靶相互间的间隔变宽。因为不从这些靶的相互间放出溅射粒子，故在基板表面中与靶间对置的部分中成膜速度极慢，膜厚的面内均匀性变差。

为了解决这样的问题，考虑了图1中示出的那样的溅射装置。溅射装置1具有在该真空室11内部隔开一定的间隔并列地设置的多个靶12a～12d和连接互相相邻的靶(12a和12b，12c和12d)的2个交流电源E。由于该溅射装置1将连接了1个交流电源的靶的一方定为阴极、另一方定为阳极，交替地进行溅射，故在靶相互间没有必要设置阳极等的构成部件，可接近地配置靶。

【专利文献1】特表2002-508447号公报(例如，权利要求的范围的记载)。

但是，如果互相接近地并列地设置靶，则由于因在相邻的靶端部的上部空间121中从靶放出的电子流入阳极而不发生等离子体P，故不溅射靶的端部，该端部作为非侵蚀区域而留下。在该情况下，即使将磁通平行地移动到非侵蚀区域的前方，也不能侵蚀靶端部，由于不能侵蚀靶的整个面，故靶的利用效率差。此外，因留下非侵蚀区域，也成为溅射中的异常发电或粒子的原因。

此外，由于在连接了1个交流电源的互相相邻的靶间发生等离子体P，故产生等离子体密度比其它的空间低的空间122。在该情况下，如果在溅射装置1中导入反应气体以进行反应性溅射，则在等离子体密度低的部分中不促进反应，在基板S面内的膜质变得不均匀。

发明内容

因此，本发明的课题在于解决上述现有技术的问题，打算提供在靶上不留下非侵蚀区域而且在进行反应性溅射的情况下能形成均匀的膜质的膜的溅射装置。

本发明的溅射装置的特征在于：具备在真空室内隔开一定的间隔并列地设置的至少大于等于4片的靶和对并列地设置的靶中的2片靶交替地施加负电位和正电位或接地电位的交流电源，将各交流电源连接到互不相邻的2片靶上。

通过将各交流电源与互不相邻的2片靶连接在一起，使阳极与阴极之间的距离变宽，不使电子不流阳极中。由此，在靶的前方发生等离子体，可侵蚀靶的整个面。

此外，通过将至少隔开1片靶的2片靶连接在一起，使各等离子体互相重叠地发生，不发生等离子体密度低的空间，故在基板前方的等离子体密度变得大致均匀，在进行反应性溅射的情况下，可形成膜质均匀的膜。

本发明的溅射装置最好具备由在各靶的后方配置成在各靶的前方形成磁通的多个磁铁构成的磁铁组装体和驱动这些磁铁组装体以使磁通对于靶平行移动的驱动单元。通过在左右平行地移动磁铁组装体，可大致均匀地侵蚀靶的整个面。

此外，如果在各靶的后方分别配置该磁铁组装体，则可认为各磁铁相互干涉，破坏磁场平衡。在这样的情况下，最好具备使由各磁铁组装体形成的磁通密度大致均匀的磁通密度修正单元。

此外，本发明的溅射方法的特征在于：将基板依次运送到与在真空室内隔开一定的间隔并列地设置的至少大于等于4片的靶对置的位置上，对并列地设置的靶中的互不相邻的2片靶交替地施加负电位和正电位或接地电位，在靶上使等离子体发生，在基板上形成膜。

按照本发明的溅射装置，可起到在靶上不留下非侵蚀区域而且在进行反应性溅射的情况下所形成的膜的膜质是均匀的那样的优良的效果。

附图说明

图1是以前的装置的示意图。

图2是本发明的溅射装置的概略结构图。

图3是本发明的溅射装置中的真空室的概略结构图。

图4是示出交流电源的另一连接例的图。

图5是示出了对于累计功率的异常发电的发生次数的曲线图。

图6(a)是表示使用以前的装置成膜的情况的O₂气体的流量与电阻率的关系的曲线图。(b)是表示使用本发明的溅射装置成膜的情况的O₂气体的流量与电阻率的关系的曲线图。

具体实施方式

按照图2，本发明的溅射装置2是叶片式的装置，具备：从大气气氛的晶片盒(未图示)运送、储存基板S的负载锁定室20；进行溅射的真空室21；以及在负载锁定室20与真空室21之间设置的传递室22。分别经间壁阀连接了负载锁定室20、传递室22和真空室21。虽未图示，但将真空泵连接到负载锁定室20、真空室21和传递室22上，同时配置了监视其真空度的真空计。

在负载锁定室20中设置了运送安装了基板S的基板托的运送臂。利用该运送臂从外部(晶片盒)将在基板托上安装了的基板S安放在负载锁定室20中。

在传递室22中设置了运送机械手(未图示)，在对负载锁定室20进行了真空排气直到规定的真空度后，打开间壁阀，将基板S运送到以相同的真空度进行了真空排气的传递室22中。其后，打开传递室22与真空室21之间的间壁阀，利用运送机械手将基板S运送到真空室21中。

在该真空室21中设置了气体导入单元23(参照图3)。经中途设置了质量流控制器231a、231b的气体导入管232将气体导入单元23分别连接到气体源233a、233b。在气体源233a、233b中封入了氩等的溅射气体或H₂O、O₂、N₂等的反应气体，利用质量流控制器231a、231b可按一定的流量将这些气体导入到真空室21中。

在与运送到真空室21内部的基板S对置的位置上配置靶组装体24。靶组装体24具有形成为大致长方体的6片靶241a～241f。这些靶241a～241f是根据ITO、Al合金、Mo等在基板上成膜的膜的组成用众所周知的方法制造的，接合了冷却用的后板(未图示)。

此外，隔开间隔D1并列地设置了靶241a～241f，使其位于与基板S平行的同一平面上。将间隔D1设定为在靶241a～241f的侧面相互之间的空间中发生等离子体而不溅射靶241a～241f的侧面那样的距离。该间隔D1是1～10mm，较为理想的是2～3mm。通过接近地配置靶241a～241f，使溅射粒子到达在与靶241a～241f对置的位置上配置的基板S的整个面，可使膜厚分布变得均匀。

在靶241a～241f的背面上依次安装了电极242a～242f和绝缘板243，在靶组装体24的规定的位置上分别安装了这些电极242a～242f和绝缘板243。将在真空室21外部配置的3个交流电源E1～E3分别连接到该电极242a～242f上。

将交流电源E1～E3连接成对互不相邻的2片靶交替地施加电压。例如，将交流电源E1的一个端子连接到靶241a后方的电极242a上，将另一个端子连接到靶241d后方的电极242d上。再有，交流电源所施加的电压可以是正弦波，也可以是矩形波。

通过以这种方式连接交流电源E1～E3，如果从交流电源E1～E3对一方的靶(241a、241b、241c)施加负的电压，则这些靶241a、241b、241c起到作为阴极的作用，另一方的靶241d、241e、241f起到作为阳极的作用。于是，在作为阴极的靶241a、241b、241c的前方形成等离子体，溅射靶241a、241b、241c。按照交流电源E1～E3的频率，对各靶241a～241f交替地施加电压，分别对其溅射，溅射粒子到达基板S的整个面，均匀地形成膜厚。

在靶组装体24中，设置了分别位于各靶241a～241f的后方的6个磁铁组装体244，将各磁铁组装体244形成为相同的结构，具有与靶241a～241f平行地设置的支撑部245，在支撑部245上以交替地改变极性的方式设置了沿靶的长边方向的棒状的中央磁铁246和包围中央磁铁246的周边的由多个磁铁构成的周边磁铁247。将各磁铁设计成使换算为中央磁铁246的相同的磁化时的体积与换算为周边磁铁247的相同的磁化时的体积的和相等。由此，在靶241a～241f的前方形成匀称的闭环的隧道状磁通，可俘获在靶的前方电离了的电子和因溅射产生的2次电子，从而提高在作为阴极的靶的前方形成了的等离子体的密度。

但是，因为磁铁组装体244也互相接近，故磁场相互干涉，有时由位于两端的靶241a、241f的后方的磁铁组装体244产生的磁场与由位于中央的靶241c、241d的后方的磁铁组装体244产生的磁场的平衡受到破坏。在该情况下，不能使基板S面内的膜厚分布大致均匀。因此，为了修正磁场平衡，在靶组装体24中设置了辅助磁铁248。该辅助磁铁248与相邻的磁铁组装体244的周边磁铁247的极性是相同的。而且，使该辅助磁铁248与周边磁铁247的间隔与各磁铁组装体244的间隔D2相同。通过在位于两端的靶241a、241f的外侧配置的防护板249的下方设置这样的辅助磁铁248以改善磁场平衡。

由于利用磁铁组装体244在靶241a～241f的前方形成隧道状磁通，故位于中央磁铁246和周边磁铁247的前方的等离子体的密度降低，于是，靶241a～241f的处于该等离子体的密度低的中央磁铁246的上方的部分作为非侵蚀区域留下。因此，有必要使隧道状的磁通的位置变化、均匀地侵蚀靶241a～241f以提高利用效率。

为了使隧道状磁通的位置变化，在驱动轴250的规定的位置上设置磁铁组装体244和辅助磁铁248，在该驱动轴250上设置滚珠丝杠251作为驱动单元可使各磁铁组装体244的位置能够在左右方向平行地移动。再有，作为驱动单元，不限定于滚珠丝杠251那样的机械的驱动单元，也可使用汽缸，但在使用了滚珠丝杠251的情况下，可更准确地控制磁铁组装体244的位置。只要能均匀地侵蚀靶241a～241f，该磁铁组装体244的移动距离不作特别限定。例如，可使磁铁组装体244分别以点A～点B的间隔平行地移动。再有，不仅可使磁铁组装体244在左右方向上平行地移动，而且可使磁铁组装体244在长边方向上平行地移动。通过这样以二维方式使磁铁组装体244平行地移动，可更均匀地侵蚀靶241a～241f。

可在成膜中进行磁铁组装体244的移动，也可在成膜后进行磁铁组装体244的移动。为了抑制伴随成膜中的磁通的移动的异常发电的发生，成膜后的移动是较为理想的。

在成膜中移动的情况下，在溅射中驱动滚珠丝杠251，以大于等于2.5mm/sec、较为理想的是4～15mm/sec的周期使磁铁组装体244、即磁通平行地移动，以便从点A到点B均匀地侵蚀靶241a～241f。

在成膜后移动的情况下，成膜结束后停止交流电源E1～E3，在放电一旦停止了后，在与靶241a～241f对置的位置上设置作为下一个成膜对象的基板S时，驱动滚珠丝杠251，使磁通分别从点A平行地移动到点B并加以保持。在该情况下，至少在开始下一次的成膜之前平行地移动磁铁组装体244即可。然后，在该被运送的基板S的成膜结束后，再次按照同一顺序，再次使磁通平行地移动。通过依次重复该操作，在基板上依次成膜，同时可均匀地侵蚀靶241a～241f。

在本实施形态中，叙述了利用辅助磁铁248可修正磁场平衡，但只要是能修正磁场平衡的方法，就不限定于上述方法。例如，通过只增大周边磁铁的尺寸或将周边磁铁247变更为从磁铁发生的磁通密度变大的材料，也可修正磁场平衡。

在本实施形态中，将溅射装置2作成了叶片式的装置，但也可以是一列式的装置。

此外，在本实施形态中，说明了并列地设置的靶的片数是6片的情况，但靶的片数不限定于6片，可根据基板的大小适当地选择。但是，靶的片数必须是至少4片。这是因为，在不到4片的情况下，不能连接互不相邻的靶。此外，因为交流电源E1～E3连接2片靶，故靶的片数必须是偶数。不论在哪一种情况下，只要是连接互不相邻的2片靶即可，各交流电源的连接方法不作特别限定。

在图4中示出变更了靶片数的情况的靶与交流电源的连接例。再有，在图4中，对于与图3相同的构成要素，附以相同的符号。

在靶241的数目是4的倍数、例如靶数是4的情况下，如图4(a)中所示，如果用各交流电源连接隔开一片靶241并列地设置的2片靶241，则可连接成使全部的靶中相邻的靶都不连接在一起。在该情况下，如果如图3那样隔开2片来连接靶，则必须连接相互相邻的靶，不能起到本发明的效果。

在并列地设置10片靶241的情况下，如图4(b)中所示，也可连接两端的靶，并且对剩下的靶则用交流电源E分别以隔开1片靶的方式将每2片靶连接在一起。

另一方面，如图4(c)中所示，也可分别以隔开1片靶的方式连接两端的靶、并且分别以隔开2片靶的方式连接剩下的靶。这样，即使并排10片靶，通过连接互不相邻的靶，也可在靶的前方发生等离子体，可侵蚀靶的整个面。

以下，说明使用本发明的溅射装置2在基板S表面上成膜的方法。

首先，将基板S从晶片盒经负载锁定室20和传递室22运送到与并列地设置了的靶241a～241f对置的位置上，利用真空排气单元对真空室21内部进行真空排气。其次，经气体导入单元23将Ar等的溅射气体导入到真空室21内，在真空室21内部形成规定的成膜气氛。再有，在进行反应性溅射的情况下，在导入溅射气体的的同时，作为反应气体，导入从H₂O气体、O₂气体、N₂气体中选出的至少1种气体。

其后，一边维持成膜气氛，一边利用交流电源E1～E3以几kHz～几百kHz对靶241a～241f分别施加正或负的电压。在作为阴极的靶上形成电场，在靶前方发生等离子体，溅射靶并放出溅射粒子。按照交流电源的频率交替地进行该工作，大致均匀地溅射各靶。其后，停止交流电源，成膜结束。

再有，可在成膜中驱动滚珠丝杠251以驱动磁铁组装体244，此外，也可在成膜结束停止交流电源E1～E3、一旦停止了放电后，在将作为下一个成膜对象的基板S运送到与靶241a～241f对置的位置上时，驱动滚珠丝杠251，使磁铁组装体244平行地移动、即，使磁通平行地移动并予以保持。

【实施例1】

在实施例1中，使用图2和图3中示出的溅射装置成膜，研究了成膜中的电弧放电的发生次数。

将由宽度200mm、长度1700mm、厚度10mm的In₂O₃-10wt％SnO₂(ITO)构成的靶设置成在离基板150mm的位置上与基板平行。靶宽分别是2mm。在各靶的后方设置了宽度170mm、长度1570mm、厚度40mm的磁铁组装体，使其与各靶的距离为47mm，利用滚珠丝杠251使驱动距离为50mm。作为基板S，准备了宽度1000mm、长度1200mm、厚度0.7mm的玻璃基板。

在基板运送后，进行真空排气，其后从气体导入单元以240sccm导入氩气作为溅射气体，形成了0.67Pa的成膜气氛。此外，以2.0sccm导入了H₂O气体、以1.5sccm导入了O₂气体作为反应气体。各交流电源的频率是25kHz，功率从0kW逐次提高，每次提高5kW(各投入时间为120秒)，最终上升到15kW，在投入120秒后一度停止交流电源，在运送下一个基板时，使磁铁组装体移动。一边以这种方式依次成膜，一边监视电压值和电流值，对每1分的异常发电(电弧放电)的发生次数进行了计数。在从溅射装置取出靶并用目视确认了其表面时，看到了侵蚀了各靶的整个面。

(比较例1)

在比较例1中，使用将交流电源连接到并列地设置的6片靶中相互相邻的2片靶上的装置，一边用相同的条件成膜，一边监视电压值和电流值，对异常发电的发生次数进行了计数。

在图5中示出结果。图5的横轴表示累计功率(kWh)，纵轴表示异常发电的次数(次/分)。在比较例1中，随着累计功率变大，异常发电的次数也增加了。与此不同，在实施例1中，即使累计功率变大，异常发电的次数也没有增加。

【实施例2】

在实施例2中，使用图2和图3中示出的溅射装置，评价了进行反应性溅射的情况的膜质的面内均匀性。

改变成膜时的反应气体的流量，调查在膜上的各点中电阻率下降最多的流量，用该流量的差进行了膜质的面内均匀性的评价。

使用与实施例1中使用的溅射装置相同的装置，改变实施例1的反应气体的流量，形成了多个膜。作为反应气体，将H₂O气体的流量定为2.0sccm，以0.5sccm的刻度使流量从0.0sccm变化为4.0sccm而导入了O₂气体。各交流电源E的频率是25kHz，从0kW起逐渐地提高了功率，最终上升到15kW来投入，在投入了25秒后停止交流电源，结束了成膜。所得到的各膜的膜厚是1000埃。其后，将各基板运送到退火炉，用200度进行了60分钟的大气退火。测定了所形成的各膜上的处于靶241c的上部的点X和处于靶241b与241c之间的上部的点Y的电阻率。

(比较例2)

使用将交流电源连接到并列地设置的6片靶中相互相邻的2片靶上的装置，用与实施例2相同的条件分别进行成膜和退火，在基板S上分别形成了膜。对于所形成的膜，在点X和点Y这2点上分别测定了电阻率。

图6的横轴表示O₂气体的流量(sccm)，纵轴表示各点中的电阻率(μΩcm)。

图6(a)示出了比较例2的测定结果。用实线示出的点X中的电阻率值在O₂气体的流量为0.5sccm时最低，是255μΩcm。在用虚线示出的点Y中，在O₂气体的流量为2.0sccm时电阻率最低，是253μΩcm。在点X、点Y中，电阻率最低的O₂气体的流量的差为1.5sccm，有较大的差别，可知在比较例2中在基板面内膜质是不均匀的。

与此不同，在图6(b)中示出的实施例2中，用实线示出的点X中电阻率为最低的250μΩcm是O₂气体的流量为1.0sccm的情况，用虚线示出的点Y中电阻率为最低的248μΩcm是O₂气体的流量为1.5sccm的情况。在实施例2中，点X、点Y中电阻率最低的O₂气体的流量的差为0.5sccm，小于等于以前的装置的流量的差的一半，可知改善了反应性溅射中的膜质的面内均匀性。

本发明的溅射装置通过变更交流电源的连接方法，在靶上不留下非侵蚀区域，进而改善了所形成的膜的膜质的均匀性。因而，本发明可利用于大画面的平板显示器的制造领域。

Claims (4)

1.一种溅射装置，具备：

至少4片的靶，在真空室内隔开一定的间隔并列地设置；和

交流电源，对并列地设置的靶中的2片靶交替地施加负电位和正电位或接地电位，其特征在于：

将各交流电源连接到互不相邻的2片靶上。

2.如权利要求1中所述的溅射装置，其特征在于，具备：

由多个磁铁构成的磁铁组装体，配置在各靶的后方，在各靶的前方形成磁通；和

驱动单元，驱动上述磁铁组装体，以使磁通对于靶平行移动。

3.如权利要求1或2中所述的溅射装置，其特征在于，具备：磁通密度修正单元，在各靶的后方分别配置了上述磁铁组装体的情况下使由各磁铁组装体形成的磁通密度大致均匀。

4.一种溅射方法，其特征在于：

将基板运送到与在真空室内隔开一定的间隔并列地设置的至少4片的靶对置的位置上，对并列地设置的靶中的互不相邻的2片靶交替地施加负电位和正电位或接地电位，使靶上发生等离子体，在基板上形成膜。

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