TWI381062B - A target assembly, and a sputtering apparatus provided with the target assembly - Google Patents

Description

標靶組裝體及具備有此標靶組裝體之濺鍍裝置

本發明，係有關於由標靶與背板接著所成之標靶組裝體，及具備有此標靶組裝體之濺鍍裝置。

於濺鍍法中，係將電漿中之離子加速，使其向對應於欲在處理基板之表面成膜的膜之組成而以特定形狀製作的標靶衝擊，使標靶之原子飛散而在處理基板之表面形成薄膜。此時，標靶由於受到離子衝擊而成為高溫，故會有標靶溶解，或是碎裂之虞。

因此，係採用有：將標靶經由以銦或錫等之熱傳導率高的材料所成之焊接材料，與例如銅製的背板接合，作成標靶組裝體，並以此狀態安裝在濺鍍陰極，在濺鍍中，藉由以冷卻水(冷媒)來冷卻背板，將標靶間接除熱的構造。

此時，於先前之標靶組裝體，在能提高標靶之冷卻效率的同時，考慮藉由螺絲等之固定手段來安裝於濺鍍陰極，將背板之外形設定為較標靶之外形為更大，並將較標靶之外周更為向外側突出之部分，固定於濺鍍陰極(專利文獻1)。

[專利文獻1]日本國特開平7-26375號公報(例如，參考圖1)

然而，在最近，對面積較大的基板，例如FPD製造用的玻璃基板，藉由濺鍍法來形成薄膜的情況變為較多。此時，對於大面積的基板，為了能使膜厚分布或進行反應性濺鍍時之膜質分布維持高均勻性而成膜，故提案有將濺鍍裝置以下述的方式來構成。，

亦即是，在與基板對向，而將直方體等以相同形狀形成之複數枚的標靶並排設置的同時，將相互鄰接之2個標靶分配給1個的交流電源並連接，經由此交流電源，在對任一方之標靶施加負的電位的同時，對另外一方之標靶施加接地電位又或是負的電位，則藉由此被施加接地電位又或是正的電位之標靶發揮陽極之作用，將被施加負的電位之標靶濺鍍，並因應交流電源之頻率，交互切換標靶之電位，將各標靶依序濺鍍(參考日本特願2004-69413號之說明書)。此時，由於係將標靶相互接近設置，故將背板之沿著並排設置方向之寬幅，使其與標靶之並排設置方向的寬幅一致。

若如上述所示來構成濺鍍裝置，則由於在標靶相互之間並不需要設置任何之陽極或是屏蔽等之構成構件，故能將不會放出濺鍍粒子之空間盡可能減小(能將標靶相互間之間隔減小)，而具有能保持膜厚分布、膜質分布之高均勻性來對大面積之基板成膜的優點。

然而，於上述濺鍍裝置中，若是為了提高各標靶之利 用效率，而在標靶之後方設置磁石組裝體，使磁石組裝體沿著標靶之並排設置方向往復運動，則在標靶前方所產生之電漿會繞入各標靶組裝體相互之間的空間，而會使標靶及背板之接合面暴露在電漿之下，焊接材料熔解而滲出之虞。若是焊接材料滲出，則會在濺鍍中誘發異常放電，而無法良好成膜。

因此，本發明，係有鑑於上述之點，而以提供一種就算在將各標靶組裝體並排設置狀態下濺鍍時，亦能不使標靶與背板間之接合面暴露在電漿之下，進而，能防止濺鍍中之異常放電的標靶組裝體，以及具備此標靶組裝體之濺鍍裝置為目的。

為了解決上述之課題，申請專利範圍第1項所記載之標靶組裝體，其特徵為，係具備有：具有特定之形狀的濺鍍用之標靶，和在此標靶之濺鍍面的背面側，經由焊接材料而接著之背板，前述背板之與前述標靶之接著面的面積，係設定為較標靶之最大橫斷面積為更小。

若藉由此發明，則係以將標靶與背板組合之標靶組裝體的狀態而安裝至濺鍍陰極，在濺鍍中，藉由以冷媒來冷卻背板，將標靶間接除熱，而防止標靶溶解、或是破裂。此時，由於將背板之與標靶的接合面之面積設定為較標靶之最大橫斷面為小，故標靶與背板之接合面的一部份，係較標靶之一端位置於更內側，經由延伸出去之標靶的側壁 ，防止在此處之電漿繞入至接合面的情形。

當在真空處理室內空出特定之間隔而並排設置複數枚的標靶時，藉由與相互鄰接之標靶相互間的距離作比較，將接著於此些標靶之背板相互間的距離設為較大，來使前述接合面之面積成為較標靶之最大橫斷面積為小即可。

又，當將前述標靶之外形作為多角形時，只要將相互對向的標靶之一邊涵蓋全體而將前述背板之相互間的距離設為較大，則就算在為了提高標靶之利用效率，而在標靶之後方設置磁石組裝體，並使其沿標靶之並排設置方向往復運動的情況，於標靶之前方所產生的電漿，亦不會從並排設置之標靶相互之間的空間，繞入至標靶與背板間的接合面，而能防止濺鍍中之異常放電的誘發，能作良好之成膜。

另外，從前述標靶之端面至背板端面之間的間隔，係以5mm以上為理想。若是較5mm更小，則在將標靶鄰接設置時，會有暴露於電漿之虞。另一方面，針對上限，係只要是在濺鍍中，能將標靶冷卻的範圍內即可。

又，申請專利範圍第5項所記載之濺鍍裝置，其特徵為：係將如申請專利範圍第1項乃至第4項中之任一項所記載之標靶組裝體空出特定之間隔而並排設置，並排設置置有以在各標靶之前方形成磁束之方式配置在各標靶之後方的由複數磁石所構成之磁石組裝體；和於各標靶交互施加負電位及接地電位又或是正電位之任一方的交流電源。

藉由此，對於面積較大的基板，就算是在藉由濺鍍來 成膜的情況，亦能保持膜厚分布或是於反應性濺鍍時之膜質分布的高均勻性而成膜，並進而防止在濺鍍中之異常放電，其結果，能作良好之成膜。

此時，若是設置有以使前述磁束對標靶能自由平行移動的方式將各磁石組裝體一體驅動之驅動手段，則能提高各標靶之利用效率，較為理想。

如同以上說明，本發明之標靶組裝體，以及具備有此標靶組裝體之濺鍍裝置，係在濺鍍中，能得到：不使標靶與背板之間的接合面暴露在電漿下，進而能防止濺鍍中之異常放電，可進行良好之成膜的功效。

若參考圖1~圖3來說明，則圖1，係為具有將本發明之陰極組裝體並排設置所成的陰極之磁控管方式之電鍍裝置(以下，稱為「電鍍裝置」)。濺鍍裝置1，係為連續(in-line)式，具有經由旋轉式幫浦、渦輪分子幫浦等之真空排氣手段(未圖示)而能保持特定之真空度的真空處理室11。於真空處理室11之上部空間，係設置有未圖示之基板搬送手段。此基板搬送手段，係具有週知的構造，舉例而言，具有裝著有處理基板S之載台，藉由間歇地驅動驅動手段，能依序將處理基板S搬送至後述之與並排設置的標靶對向的位置。

於真空處理室11內，設置有氣體導入手段2。氣體導入手段2，係經由介在設置於質量流控制器21之氣體管22而與氣體源23連通，將氬氣等之濺鍍氣體或是在進行反應性濺鍍時所用之氧氣等的反應氣體，以一定之流量導入濺鍍室11內。於真空處理室11之下側，係配置有陰極組裝體3。

陰極組裝體3，係具有形成為略長方形之同樣形狀的6枚的標靶31a~31f。各標靶31a~31f，係因應欲在處理基板S上成膜之薄膜的組成，從Al合金、Mo或ITO等以週知的方法分別製作，並經由焊接材料Bo與背板32a~32f接合形成標靶組裝體，並以此狀態分別安裝於陰極組裝體3。

背板32a~32f，係例如為銅製，於內部形成有水路，而被形成為直方體狀，於其中一側係設置有循環水之輸入部與輸出部(未圖示)。作為焊接材料Bo，係使用銦或錫等熱傳導率高之週知的材料。而後，在濺鍍中，藉由在背板32a~32f內使冷卻水循環而將背板32a~32f冷卻，來間接將標靶31a~31f除熱，防止因濺鍍時之離子衝擊所造成的標靶31a~31f之熔解或破裂。

標靶31a~31f，其未使用時之濺鍍面311，係以位置於與處理基板S平行之同一平面上的方式而並排設置，在各標靶31a~31f之相互相對的側面312之間，並未設置有陽極或是屏蔽等之任何的構成構件。各標靶31a~31f之外形尺寸，係以各標靶31a~31f並排設置時較處理基 板S之外形尺寸為更大的方式被設定。

於標靶31a~31f之後方，係分別設置有6個的磁石組裝體33a~33f。各磁石組裝體33a~33f係以相同構造而被形成，具有平行設置於標靶31a~31f之以磁性材料所製的平板狀之支持部331，在支持部331上，沿著標靶31a~31f的長度方向設置有棒狀之中央磁石332。和沿著支持部331之外周所設置的周邊磁石333。此時，以使中央磁石332換算為同磁化時之體積和將周邊磁石333之換算為同磁化時的體積之和(周邊磁石：中心磁石：周邊磁石=1：2：1)成為相同的方式來設計。

藉由此，在各標靶31a~31f之前方分別形成平衡之封閉路徑的隧道狀磁束，捕捉在標靶31a~31f之前方電離的電子及濺鍍所產生之二次電子，而能提高在標靶31a~31f的前方之電子密度，而提高電漿密度。

於各標靶31a~31f，係分別連接有施加交流電流之3個的交流電源E1~E3。此時，對相互鄰接之2個的標靶(舉例而言，31a、31b)，分配1個的交流電源E1，成為在對其中一方之標靶31a施加負的電位時，對另外一方的標靶31b施加接地電位又或是正的電位。

而後，將處理基板S，搬送至與並排設置之各標靶31a~31f對向之位置，並經由氣體導入手段2將特定之濺鍍氣體導入之後，舉例而言，經由各交流電源E1~E3，對其中一方之標靶31a、31c、31e施加負的電位，對另外一方之標靶31b、31d、31f施加接地電位又或是正的電位 。此時，另外一方之標靶發揮陽極31b、31d、31f之功能，在分別連接於1個之交流電源E1~E3之的標靶31a~31f相互之間，分別產生電漿，被施加負電位之標靶31a、31c、31e係被電鍍，而藉由因應交流電源E1~E3之頻率，切換標靶31a~31f之電位，而使另外一方之標靶31b、31d、31f被濺鍍，則各標靶31a~31f係交互被濺鍍，涵蓋處理基板S之表面全體而成膜。

藉由此，由於在不使濺鍍粒子放出之標靶31a~31f之間的空間，不需要設置陽極又或是屏蔽等之構成構件，因此能盡可能地使此不使濺鍍粒子放出之區域變小。其結果，能將處理基板S面內之膜厚分布作為略為均勻。

如上述所示構成各磁石組裝体33a~33f時，則在中央磁石332之上方的電漿密度降低，和其周邊比較，隨著電鍍的進行，標靶31a~31f之侵蝕量會變少。因此，支持部331之沿著標靶31a~31f之並排設置方向的寬幅，係設定為較各標靶31a~31f之並排設置方向的寬幅為小。而後，於陰極組裝體3設置空氣汽缸4，於其驅動軸41，安裝各磁石組裝體33a~33f，並在沿著各標靶31a~31f之並排設置方向的水平之兩處位置(L點，R點)之間，使磁石組裝體33a~33f一體化地平行作往復運動，改變隧道狀之磁束M的位置。此時，將周邊磁石333移動至較標靶31a~31f之並排設置方向的端部更為外側。

為了抑制異常放電，將磁石組裝體33a~33f保持在L點或是R點，例如在對處理基板S之成膜結束，停止對標 靶31a~31f施加交流電壓，將放電一時停止後，在將下一個處理基板S搬送到與標靶31a~31f對向的位置時，驅動空氣汽缸4，將磁石組裝體33a~33f，亦即是，將隧道狀的磁束，在L點與R點之間作移動為理想。藉由此，能包含標靶31a~31f之外周邊緣部，而將其涵蓋全面略為均等地侵蝕，提高利用效率。

然而，若如上述所示使磁石組裝體33a~33f往復運動，則會有電漿從標靶31a~31f之側面312相互之間的空間，繞入至標靶31a~31f與背板32a~32f之接合面的危險。因此，有必要使標靶31a~31f與背板32a~32f之接合面不會暴露在電漿之中而造成焊接材料熔解並滲出。

如圖3所示，本實施形態，係以背板32a~32f之與標靶31a~31f之接著面的面積，設定為較標靶之最大橫斷面積為更小的方式，相較於相互鄰接之標靶31a~31f相互間的距離D1(設定為2mm~10mm之範圍)，將背板相互間之距離D2、D3設為較大。此時，沿著與並排設置之標靶31a~31f中位於中央之4個標靶31b、31c、31d、31e接合之剖面為長方形的背板32b、32c、32d、32e的並排設置方向之寬幅Bwc，其尺寸係被訂定為較沿著標靶31b、31c、31d、31e之並排設置方向的寬幅Tw為小，使背板32b、32c、32d、32e之接合面的兩端，位置於距標靶31b、31c、31d、31e背面之沿著並排設置方向的兩端等間隔的位置，而將背板32b、32c、32d、32e相互間之距離D設為略為一定。

沿著與位於兩側之標靶31a、31f接合之背板32a、32f的並排設置方向之寬幅Bwe，係以成為使鄰接之背板32e、32e之間的距離D3和距離D2一致的同時，使背板32a、32f之外側的端面，成為與標靶31a、31f之外側端面合於同一面的方式而訂定尺寸。另一方面，在與各背板32a~32f之並排設置方向成為直角的方向(標靶31a~31f之長度方向)，係以較標靶31a~31f之端面更朝外側延伸的方式而被形成，並在此延伸出去的部分，經由螺絲等之締結手段T來固定於陰極組裝體3(參考圖2)。

藉由此，就算將磁石組裝體33a~33f如上述所示在L點及R點之間往復運動，標靶31a~31f與背板32a~32f之接合面亦會位於沿著標靶31a~31f之並排設置方向而較端部更內側的位置，能經由延伸出至外側的標靶31a~31f之側壁，防止電漿繞入接合面，進而能防止濺鍍中之異常放電的誘發，而能良好成膜。

距離D2、D3，係設置為10mm以上(使背板32a~32f之沿著並排設置方向之端部成為位於從沿標靶31a~31f之並排設置方向的端部空出5mm以上之間隔的位置)。若較5mm為更小，則會有接合面暴露在電漿下之虞。又，關於上限，只要是能防止標靶31a~31f之熔解和破裂，而在濺鍍中能冷卻標靶的範圍內即可。

又，在如上述所示將各標靶31a~31f相互鄰接而設置時，磁石組裝體33a~33f相互間之間隔將會變小。此時，若針對從各磁石組裝體33a~33f上之磁石332、333 的上方，空出有特定之間隔之位置中，沿著磁石組裝體33a~33f之並排設置方向的垂直方向之磁場強度及水平方向之磁場強度作測定，則在同方向同一極性之周邊磁石333將鄰接而產生磁場干涉，在其場所的磁束密度，相較於位置在兩端部之磁石組裝體33a、33f的周邊磁石333之上方的磁束密度係為較高，而磁場平衡會崩潰。

因此，在並排設置之磁石組裝體33a~33f的兩側，將棒狀之輔助磁石5，以極性與分別和鄰接之磁石組裝體33a的周邊磁石333、和33f的周邊磁石333的極性分別成為一致的方式而設置，將支持輔助磁石5的支持部51，安裝於空氣汽缸4之驅動軸41，使其與磁石組裝體33a~33f成為一體移動。藉由此，能使磁石組裝體33a~33f之兩端的磁束密度提高，磁場平衡被改善，而能使處理基板S面內之膜厚分布，或是進行反應性濺鍍時之膜質分布成為略為均勻。

另外，只要是在並排設置磁石組裝體時，能達到磁場之平衡者，則並不限定為設置輔助磁石。舉例而言，作為磁束密度修正手段，亦可採用僅將位置於並排設置之磁石組裝體的兩外側之周邊磁石的寬幅尺寸增大，或是變更為將從磁石所產生之磁束密度加大的材料等方式。

[實施例1]

於本實施例，係使用如圖1所示之濺鍍裝置1，作為處理基板S，係使用玻璃基板(1000mm×1200mm)，將此 玻璃基板，經由基板搬送手段，搬送至與標靶31a~31f互相對向的位置。作為標靶31a~31f，係使用Al，以週知的方法，將各標靶31a~31f製作為具有200mm×1700mm的外形尺寸且具有10mm之厚度的直方體，分別接合於背板32a~32f，做成標靶組裝體。

此時，作為焊接材料，使用In，當將各標靶組裝體31、32安裝至陰極組裝體3時，將標靶31a~31f相互間之距離D1設定為2mm，將背板相互間之距離D2，D3設定為10mm。又，標靶31a~31f與玻璃基板間之距離係設定為160mm。

作為濺鍍條件，以將被真空排氣之成膜室11的壓力保持為0.3Pa的方式，控制作為氣體導入手段2之質量流控制器21而將作為濺鍍氣體之氬氣導入真空處理室11內。又，藉由交流電源E1對標靶31a~31f投入之電力為40kW，頻率設定為50kHz。而後，以使用50kHz之頻率對並排設置之各標靶31a~31f交互施加負電位及正電位又或是接地電位之任一方的方式來將電力投入，對1枚之玻璃基板藉由濺鍍來成膜。又，於濺鍍中，磁石組裝體33a~33f，係固定在L點的位置。

於圖4所示之圖表中，以線E1展示有當以上述條件進行濺鍍時，伴隨著積算電力之增加的異常放電(弧狀放電數)之檢測次數的推移。此時，在特定時間(2分鐘)內，當濺鍍時之濺鍍電流、濺鍍電壓中任一方超過一定之範圍而變動時，作為異常放電而檢測出。又，當積算電力 到達100kWH時，暫時停止濺鍍，將真空處理室暫時開放於大氣中。

[比較例1]

作為比較例1，濺鍍條件雖與上述實施例1相同，但是在製作標靶組裝體後，使用經由噴鍍加工而覆蓋有銅者，作為沿著標靶組裝體之並排設置方向的標靶及背板之側面。

於圖4所示之圖表中，以線C1展示有當以上述條件進行濺鍍時，伴隨著積算電力之增加的異常放電(弧狀放電數)之檢測次數的推移。此時，異常放電之檢測係和實施例1相同，又，當積算電力到達100kWH時，暫時停止濺鍍，將真空處理室暫時開放於大氣中。

[比較例2]

作為比較例2，濺鍍條件雖和上述實施例1相同，但是係使用沿著背板之並排設置方向的寬幅與沿著標靶之並排設置方向的寬幅相同者。

於圖4所示之圖表中，以線C2展示有當以上述條件進行濺鍍時，伴隨著積算電力之增加的異常放電(弧狀放電數)之檢測次數的推移。此時，異常放電之檢測亦和實施例1相同，又，當積算電力到達100kWH時，暫時停止濺鍍，將真空處理室暫時開放於大氣中。

若參考圖4來說明，則當剛開始濺鍍時，由於標靶表 面之氧化等理由，實施例1、比較例1和比較例2中，檢測出異常放電之次數均為較多。此事，係在將真空處理室暫時開放於大氣中，而後再度開始濺鍍時亦為相同。在此，於比較例1中，檢測出異常放電的次數係伴隨著積算電力之增加漸漸減少成為安定，在暫時將處理室開放於大氣中，以目視來確認覆蓋有銅之標靶及背板之側面時，亦無法發現弧狀放電的痕跡。

然而，在將真空處理室暫時開放於大氣中，並更換玻璃基板而再度開始濺鍍時，就算積算電力增加，檢測出異常放電的次數，亦無法像積算電力到達100kWH為止時一般地被抑制，而在積算電力到達約200kWH後，停止濺鍍，將真空處理室開放於大氣中，以目視來確認覆蓋有銅之標靶及背板之側面時，發現有複數之弧狀放電的痕跡。

又，於比較例2中，檢測出異常放電的次數係就算伴隨著積算電力之增加，亦不會成為安定，在積算電力到達100kWH後，停止濺鍍，暫時將處理室開放於大氣中，以目視來確認標靶及背板之側面時，發現有複數弧狀放電的痕跡，且發現有焊接材料的滲出。

相對於此，於實施例1中，在剛開始濺鍍時，以及暫時開放於大氣中後，檢測出異常放電的次數係伴隨著積算電力之增加漸漸減少成為安定，在每次將處理室開放於大氣中，以目視來確認標靶及背板之側面時，亦無法發現弧狀放電的痕跡，且未發現焊接材料的滲出。

1‧‧‧磁控管濺鍍裝置

31a~31f‧‧‧標靶

32a~32f‧‧‧背板

33a~33f‧‧‧磁石組裝體

E1~E3‧‧‧交流電源

S‧‧‧處理基板

[圖1]本發明之濺鍍裝置的概略構成說明剖面圖

[圖2]說明標靶組裝體之構成的平面圖

[圖3]擴大展示圖1所示之標靶組裝體的一部份之剖面圖

[圖4]展示投入電力和弧狀放電次數之關係的圖表

31a‧‧‧標靶

31b‧‧‧標靶

31c‧‧‧標靶

32a‧‧‧背板

32b‧‧‧背板

32c‧‧‧背板

Bo‧‧‧焊接材料

Bwe‧‧‧寬幅

Bwc‧‧‧寬幅

D1‧‧‧標靶間之距離

D2‧‧‧背板間之距離

Tw‧‧‧寬幅

Claims (6)

1. 一種標靶組裝體，其特徵為，係具備有：具有特定之形狀的濺鍍用之標靶，和在此標靶之濺鍍面的背面側，經由焊接材料而接著之背板，前述背板之與前述標靶之接著面的面積，係設定為較標靶之最大橫斷面積為更小。
2. 如申請專利範圍第1項所記載之標靶組裝體，其中，當在真空處理室內空出特定之間隔而並排設置複數枚的標靶時，藉由與相互鄰接之標靶相互間的距離作比較，將接著於此些標靶之背板相互間的距離設為較大，來使前述接合面之面積成為較標靶之最大橫斷面積為小。
3. 如申請專利範圍第2項所記載之標靶組裝體，其中，當將前述標靶之外形設為多角形時，涵蓋相互對向的標靶之一邊全體，將前述背板相互間之距離設為較大。
4. 如申請專利範圍第2項又或是第3項所記載之標靶組裝體，其中，從前述標靶之端面到背板之端面為止的間隔，係為5mm以上。
5. 一種濺鍍裝置，其特徵為：係將如申請專利範圍第1項乃至第4項中之任一項所記載之標靶組裝體空出特定之間隔而並排設置，並排設置置有以在各標靶之前方分別形成磁束之方式而各別配置在各標靶之後方的由複數磁石所構成之磁石組裝體；和於各標靶交互施加負電位及接地電位又或是正電位之任一方的交流電源。
6. 如申請專利範圍第5項所記載之濺鍍裝置，其中，係設置有以使前述磁束對標靶能自由平行移動的方式將各 磁石組裝體一體驅動之驅動手段。