TWI393797B - Sputtering electrodes and sputtering devices with sputtering electrodes - Google Patents

Description

濺鍍電極及具備濺鍍電極之濺鍍裝置

本發明，係有關於使用在對應於濺鍍法之對處理基板之成膜的濺鍍電極，及具備有此濺鍍電極之濺鍍裝置。

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之濺鍍電極本體，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。(專利文獻1)。

一般而言，標靶與背板之接著，舉例而言，係將以特定形狀所形成之標靶及背板載置於加熱板，並分別加熱至使上述焊接材料溶解之特定溫度，在將標靶及背板之各接著面塗布上焊接材料之後，相互貼合，並以此狀態進行將溫度自然冷卻至使焊接材料凝固之溫度。

[專利文獻1]日本國特開平7－26375號公報(例如，參考圖1)。

在如上述一般將標靶與背板接著時，起因於此標靶與背板相互之材質或面積之差異所造成之加熱時的熱膨脹，會有經由焊接材料所接著的標靶組裝體產生彎曲的問題。此時，彎曲之方向，係依作為成膜材料之標靶的組成而有所不同。若藉由將發生彎曲之標靶安裝於濺鍍電極本體之濺鍍來進行成膜，則由於標靶之中央區域與其周邊區域距離設置於標靶組裝體後方之磁石組裝體的距離係不相同，故處理基板面內之膜厚會成為不均勻。

而此事，會在為了對面積較大的基板，例如近年之FPD製造用的基板，藉由濺鍍法來形成薄膜時，將標靶之面積設為較大的情況時變得更為明顯。

於此，本發明之課題，係鑑於上述之點，而提供一種不受到接著時之標靶組裝體的彎曲所影響，而能涵蓋處理基板全面以略為均一的膜厚成膜之濺鍍電極。以及具備有此濺鍍電極之濺鍍裝置。

為了解決上述課題，申請專利範圍1所記載之濺鍍電極，係具備有：具有濺鍍用之標靶：和在此標靶之濺鍍面的背面側經由焊接材而接著之背板的標靶組裝體，並將此標靶組裝體，經由背板之朝較標靶更往外側延伸出的部分，而能自由安裝在濺鍍電極之本體，其特徵為：前述背板之對濺鍍電極本體的安裝處，係分別沿著相對於其所位置之水平面垂直的方向，設置有用以對標靶組裝體之中央區域施加拉張力又或是推壓力之其中一方的彎曲矯正手段。

若藉由此，則舉例而言，經由螺絲等之締結手段，而將標靶組裝體，經由背板之延伸出至較標靶之更為外側的部分，固定在濺鍍電極本體。接下來，將彎曲矯正手段連接於背板背面側之中央區域，因應於經由焊接材料接著時的標靶組裝體之彎曲方向，藉由彎曲矯正手段來對標靶組裝體之中央區域施加拉張力或是推壓力之任一方。藉由此’能使從標靶之濺鍍面到處理基板為止之距離涵蓋標靶全面成為略為一定，亦即是，能使未使用時之標靶的濺鍍面成為略為水平，故而能不受到標靶之彎曲的影響，而能以略為均勻之膜厚成膜。

此時，前述彎曲矯正手段，舉例而言，係由設置於位在標靶組裝體之後方的濺鍍電源本體之支持部，和與此支持部之其中一端螺合的軸部所構成，若將此軸部之另外一端，可自由裝脫地安裝在背板之中央區域，則可以用簡單之構造，對標靶組裝體之中央區域施加拉張力又或是推壓力而進行彎曲矯正。。

若設置複數之前述彎曲矯正手段，則藉由可施加前述拉張力又或是推壓力之任一方的地方變多，能進行用以使標靶之濺鍍面成為略為水平的微調整，特別是，當在標靶上有變形或是其面積較大時係為有效。

又，申請專利範圍第4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3項中之任一項所記載之濺鍍電極空出特定之間隔而並設，並設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。

若藉由此，則若是經由交流電源在其中一方之標靶施加負的電位，在另外一方之標靶施加接地電位又或是正的電位，則另外一方之標靶係發揮陽極之功能，在以1個交流電源分別連接之標靶相互之間分別產生電漿，而被施加負的電位之標靶被濺鍍。而後，若因應交流電源之頻率而切換標靶之電位，則另外一方之標靶被濺鍍，而能將各標靶交互順序濺鍍。

藉由此，能夠不受標靶與背板接著時之彎曲的影響一事，和能夠將不放出濺鍍粒子之標靶相互間的間隔設定為較小之一事相輔相成，而在就算是對面積大之基板藉由濺鍍法來成膜時，亦能以略為均勻之膜厚來成膜。

若以使前述磁束相對於標靶能平行自由移動的方式，來設置將各磁石組裝體一體驅動之驅動手段，則在濺鍍時，能得到涵蓋標靶全面之侵蝕區域，能提高標靶之利用效率，故為理想。

此時，前述磁石組裝體，只要具備有支持各磁石之支持板，在此支持板，設置有彎曲矯正手段之軸部可插入貫通之沿著各磁石組裝體之移動方向的長孔即可。

如以上所說明，本發明之濺鍍電極。以及具備有此濺鍍電極之濺鍍裝置，係在接著時不受到標靶組裝體所產生的彎曲所影響，而能得到涵蓋處理基板全面以略為均一的膜厚成膜之效果。

若參考圖1~圖3來說明，則圖1，係為裝著有本發明之濺鍍電極的磁控管方式之濺鍍裝置(以下，稱為「濺鍍裝置」)。濺鍍裝置1，係為連續式(in－line)，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濺鍍室11。於濺鍍室11之上部空間，設置有基板搬送手段2。此基板搬送手段2，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21，藉由間歇地驅動驅動手段，能依序將處理基板S搬送至後述之與標靶對向的位置。

於濺鍍室11內，設置有氣體導入手段3。氣體導入手段3，係經由介在設置於質量流控制器31之氣體管32而與氣體源33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反應氣體，以一定之流量導入濺鍍室11內。作為反應氣體，係使用有氧氣、氮氣、碳、氫、臭氧、水或是過氧化氫又或是此些之混合氣體。

又，在濺鍍室11之下側，設置有濺鍍電極本體4，與被搬送至成膜室11之處理基板S對向。濺鍍電極4，係具備有與處理基板S對向配置之略直方體(俯視時為長方形)之標靶41。標靶41，係因應於欲在處理基板S上成膜之薄膜的組成，由Al、Ti、Mo或ITO等以週知的方法所製造。標靶41，係在濺鍍中，藉由銦或是錫等之焊接材料，與作為冷卻標靶41之週知構造的背板42接著。

此時，標靶41與背板42之接著，舉例而言，係將以特定形狀所形成之標靶41及背板42載置於加熱板，並分別加熱至使上述焊接材料溶解之特定溫度，在將標靶41及背板42之各接著面塗布上焊接材料之後，相互貼合，並以此狀態進行將溫度自然冷卻至使焊接材料凝固之溫度。

將標靶41及背板42接著而製成標靶組裝體之後，經由絕緣板43而安裝至濺鍍電極本體4之框架44。此時，在背板42之較標靶41更延伸至外側的部分42a，設置有空出特定之間隔的複數開口(未圖示)，藉由通過此開口，以螺絲B螺著在於框架44上面以特定之間隔所形成的螺孔，而固定標靶組裝體41、42。

在標靶41的周圍，為了安定地產生電漿，設置有將標靶41之周圍圍繞的接地屏蔽(未圖示)。此時，藉由未圖示之O型環等的真空密封手段，使得僅有標靶41及接地屏蔽位置於濺鍍室11之內。

又，濺鍍電極本體4，係裝備有位於標靶41之後方的磁石組裝體5。磁石組裝體5，係具備有與標靶41平行設置之支持板51。此支持板51，係以較標靶41之橫幅為小，而沿標靶41之長度方向朝其兩側延伸出去的方式所形成之長方形狀的平板所構成，係為可將磁石之吸著力增幅的磁性材料製。在支持板51上，交互將磁性變換地，設置有沿著標靶41之長度方向之棒狀的中央磁石，和沿著支持板51之外周所設置的周邊磁石53。此時，以使中央磁石52換算為同磁化時之體積和將周邊磁石53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41之前方形成平衡之封閉路徑的隧道狀磁束M，捕捉在標靶41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41的前方之電子密度，而提高電漿密度。

而後，經由基板搬送手段2，將處理基板S搬送至與標靶41對向之位置，經由氣體導入手段3來導入特定之濺鍍氣體。經由與標靶41連接之濺鍍電源6，對標靶41施加負的直流電壓又或是高頻電壓，則形成與處理基板S及標靶41垂直的電場，在標靶41的前方產生電漿，標靶41被濺鍍，而在處理基板S上成膜。

然而，在如上述一般將標靶41與背板42接著時，起因於標靶41與背板42相互之材質或面積之差異所造成之加熱時的熱膨脹，會有經由焊接材料所接著的標靶組裝體41、42產生彎曲的情況。此時，當標靶41係為以Al等之融點低的材料所製造時，會以中央區域R隆起的方式產生彎曲，另一方面，在以Ti、Cr等融點高的材料所製成時，會以周邊區域隆起的方式產生彎曲。若將產生彎曲之標靶組裝體41、42裝著於濺鍍電極本體4，並藉由濺鍍來進行成膜，則會有在處理基板S面內之膜厚成為不均勻之虞。

於本實施形態，沿著對被安裝有背板42之框架44的水平面垂直的方向，設置對標靶組裝體41、42之中央區域施加拉張力又或是推壓力中之任一方的彎曲矯正手段7。

如圖2及圖3所示，彎曲矯正手段，係由配置於標靶組裝體41、42之後方的支持部71、72，和被支持部72所支持的軸部73所構成。平行設置於背板42之背面的支持板71，舉例而言，係為不銹鋼製，設定為即使施加有矯正彎曲之力時亦不會變形之厚度。

於支持板71，係在對向於當彎曲產生時彎曲量較多的背板42之中央區域R的位置，分別設置有4個的貫通孔71a，在支持板71的下面，設置有支持片72。支持片72，舉例而言，係為不銹鋼製，在其中央部設置有開口部72a。而後，在使支持片72之開口部72a，和形成於支持板71之貫通孔71a成為上下方向一致之狀態下，經由螺絲B1來將支持片72和支持板71固定。支持部，係由此支持板71，支持片72和後述之螺帽所構成。

軸部73，係由不鏽鋼製之棒材所構成，其尺寸係定為較背板42之背面與支持板71之上面間的間隔更長，於其兩端部，係形成有螺溝73a。軸部73之一端，係以較支持片72更向下方突出的方式配置，在其突出部分，係螺合有螺帽74。又，在軸部73之另外一端，係以與開口部72a及貫通孔71a上下方向一致的方式，與在背板42之背面所形成之螺孔螺著而固定。

於此，背板42，由於係和用以對標靶41施加負的直流電壓又或是高頻電壓之濺鍍電源42以電源線6a連接，改為了絕緣彎曲矯正手段7，在背板42背面之特定位置設定凹部，在此凹部，在分散設置有於內部設置有螺溝之硬質塑膠等之絕緣材料42b的同時，將軸部73之周圍以中空圓筒形狀之硬質塑膠等的絕緣材料73b來覆蓋。

又，在背板42與支持板71之間，由於磁石組裝體係位置於此，故如圖3所示，在磁石組裝體之支持板51上，形成有軸部73可插通之開口51a。

而後，在軸部73之另外一端，在螺合於絕緣材料42b之螺溝而固定之狀態，若一面保持螺帽74不回轉，一面將軸部73移動至支持板71側(於圖2中為下方)，則標靶組裝體41、42之中央區域R被施加拉張力，被拉向支持板71之方向(於圖2中為下側)，能使未使用時之標靶41的濺鍍面411成為略為水平。另一方面，若一面保持螺帽74不回轉一面使軸部73向處理基板S側(於圖2係為上方)移動，則標靶組裝體41、42之中央區域R被施加推壓力，而被壓向處理基板S側，其結果，能使未使用時之標靶41的濺鍍面411成為略為水平。藉由此，從標靶41之濺鍍面411到處理基板S之間的距離係涵蓋全面而成為略為一定，故能不受到標靶41之彎曲的影響，而能以略為均勻的膜厚將處理基板S成膜。

然而，若將磁石組裝體5之位置固定，則在中央磁石52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41之侵蝕量會變少。因此，在磁石組裝體5，經由未圖示之馬達等的驅動手段，在沿著標靶41之水平方向的兩處位置之間，使其平行且等速地往復運動即可。此時，將在磁石組裝體之支持板51所形成的開口51a，沿著磁石組裝體5之往復運動方向形成長孔即可。

於本實施形態中，由於係以簡單構造構成，故針對將彎曲矯正手段7以設置於標靶組裝體41、42之後方的支持部71、72，和軸部73所構成者作說明，但並不限定於此，只要是能對中央區域R施加拉張力又或是推壓力者，則不限定為任何形態。又，雖針對設置有4個彎曲矯正手段者作說明，但個數係不限定於此，例如可因應標靶41之面積而適當設定。

又，於本實施形態中，雖係針對在濺鍍室11內設置1個濺鍍電極4者作說明，但在對大面積之處理基板S成膜時，如圖4所示，舉例而言，亦可使用6個濺鍍電極本體4作為磁控管濺鍍電極C，來構成濺鍍裝置10。

此時，標靶41a~41f，其未使用時之濺鍍面411，係以位置於與處理基板S平行之同一平面上的方式而並設，在各標靶41a~41f之相互相對的側面412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41a~41f之外形尺寸，係以各標靶41a~41f並設時較處理基板S之外形尺寸為更大的方式被設定。

又，在各標靶41a~41f，係連接有施加交流電壓之3個的交流電源61、62、63，在各標靶41a~41f後方，配置有磁石組裝體5a~5f。此時，對相互鄰接之2個的標靶(舉例而言，41a、41b)，分配1個的交流電源61，成為在對其中一方之標靶41a施加負的電位時，對另外一方的標靶41b施加接地電位又或是正的電位。

舉例而言，經由交流電源61、62、63在其中一方之標靶41a、41c、41e施加負的電位，在另外一方之標靶41b、41d、41f施加接地電位又或是正的電位，則在另外一方之標靶41b、41d、41f發揮陽極之功能，在以1個交流電源61、62、63分別連接之標靶(舉例而言，41a與41b)相互之間分別產生電漿，而被施加負的電位之標靶41a、41c、41e被濺鍍。而後，因應交流電源61、62、63之頻率，切換標靶41a~41f之電位，則另外一方之標靶41b、41d、41f被濺鍍，因此各標靶41a~41f交互被依序濺鍍，涵蓋處理基板S表面之全體而成膜。

藉由此，由於在不使濺鍍粒子放出之標靶41a~41f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，與不受到標靶之彎曲影響一事相輔相成，能使在處理基板S面內之膜厚分布成為略為均勻。

此時，與上述實施形態相同，以能涵蓋標靶41a~41f全面而得到均等之侵蝕區域的方式，藉由空氣汽缸等之驅動手段D，在沿著標靶41a~41f的水平方向之兩處(L點、R點)的位置之間，使磁石組裝體5a~5f一體化且平行地往復運動。此時，在驅動手段D之驅動軸D1，安裝各磁石組裝體5a~5f即可。

又，在並設磁石組裝體5a~5f時，以能調節其兩側之磁場平衡的方式，將棒狀之輔助磁石8，與設置於兩端之磁石組裝體5a、5f周邊磁石53的極性分別成為一致而設置，將支持輔助磁石8的支持部81，安裝於空氣汽缸D之驅動軸D1，使其與磁石組裝體5一體移動。藉由此，能使磁石組裝體5a~5f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。

[實施例1]

於本實施例中，係使用圖1所示之濺鍍裝置1而在處理基板S成膜Al膜。此時，作為處理基板S，係在使用玻璃基板(1200mm×1000mm)的同時，使用Al作為標靶41，以週知的方法，使其具有1400mm×1200mm之外形尺寸而製作，接著於銅製之背板42。

此時，作為焊接材料，係使用In，將標靶41及背板42載置於加熱板，分別加熱至200℃，在標靶41及背板42之各接著面塗布焊接材料之後，相互貼合，並保持此狀態使其自然冷卻，製成標靶組裝體41，42。

而後，將標靶組裝體經由螺絲B而安裝於框架44，並將彎曲矯正手段7之軸部74安裝於背板42的背面之後，一面使用水平計，一面經由軸部74而向磁石組裝體5的方向拉張，使標靶41之濺鍍面411到處理基板S之間的距離涵蓋處理基板S之全面成為略為一定。

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，控制質量流控制器21而將作為濺鍍氣體之氬氣(Ar流量200sccm)導入。又，對標靶41投入之電力為40kW，濺鍍時間設定為30秒。於圖5，以虛線展示在此條件下於玻璃基板S上濺鍍時，沿著玻璃基板S之橫方向的膜厚之分布。

[比較例1]

作為比較例1，，使用圖1所示之濺鍍裝置1而在處理基板S成膜Al膜。此時，濺鍍條件等雖與上述實施例1相同，但在製作標靶組裝體41、42之後，在經由螺絲B而安裝到框架44上後，不進行彎曲矯正。於圖5，以實線展示在此條件下於玻璃基板S上濺鍍時，沿著玻璃基板S之橫方向的膜厚之分布。

若參考圖5來作說明，則於比較例1中，玻璃基板之兩側(在玻璃基板之外周邊緣部)之膜厚(約270nm)變為較厚，和其中央區域之膜厚最薄的部分(約230nm)相較，約產生有40nm之膜厚差，故得知膜厚係為不均勻。相對於此，於實施例1中，玻璃基板之中央區域與其周邊區域之膜厚差，可成為約10nm以下的範圍，故可得知能提高膜厚之均勻度。

1．．．磁控管濺鍍裝置

4．．．濺鍍電極

41．．．標靶

42．．．背板

7．．．彎曲矯正手段

S．．．處理基板

[圖1]本發明之濺鍍裝置的概略構成說明圖。

[圖2]說明彎曲矯正手段之配置的圖。

[圖3]圖2之沿著III－III的剖面圖。

[圖4]本發明之濺鍍裝置的其他變形例之說明圖。

[圖5]展示根據實施例1及比較例1之藉由濺鍍成膜時沿著處理基板之橫方向的膜厚分布圖。

5．．．磁石組裝體

7．．．彎曲矯正手段

41．．．標靶

411．．．濺鍍面

42．．．背板

42a．．．向標靶更外側延伸出之部分

42b．．．絕緣材料

51．．．支持板

51a．．．開口

52．．．中央磁石

53．．．周邊磁石

71．．．支持部

71a．．．貫通孔

72．．．支持部

72a．．．開口部

73．．．軸部

73a．．．螺溝

73b．．．絕緣材料

74．．．螺帽

B1．．．螺絲

Claims (5)

1. 一種濺鍍電極，係具備有：具有濺鍍用之標靶；和在此標靶之濺鍍面的背面側經由焊接材而接著之背板的標靶組裝體，並將此標靶組裝體，經由背板之朝較標靶更往外側延伸出的部分，而能自由安裝在濺鍍電極之本體，其特徵為：前述背板之對該濺鍍電極本體的安裝處，係分別沿著相對於其所位置之水平面垂直的方向，設置有用以對該標靶組裝體之中央區域施加拉張力又或是推壓力之其中一方的彎曲矯正手段，前述彎曲矯正手段，係由設置於位在該標靶組裝體之後方的濺鍍電源本體之支持部，和與此支持部之其中一端螺合的軸部所構成，將此軸部之另外一端，可自由裝脫地安裝在背板之中央區域。
2. 一種濺鍍電極，係具備有：具有濺鍍用之標靶；和在此標靶之濺鍍面的背面側經由焊接材而接著之背板的標靶組裝體，並將此標靶組裝體，經由背板之朝較標靶更往外側延伸出的部分，而能自由安裝在濺鍍電極之本體，其特徵為：前述背板之對該濺鍍電極本體的安裝處，係分別沿著相對於其所位置之水平面垂直的方向，設置有用以對該標靶組裝體之中央區域施加拉張力又或是推壓力之其中一方 的彎曲矯正手段，係設置有複數前述彎曲矯正手段。
3. 一種濺鍍裝置，其特徵為：係將如申請專利範圍第1項或第2項所記載之濺鍍電極空出特定之間隔而並設，並設置有以在各標靶之前方形成磁束之方式配置在每一該些標靶組裝體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。
4. 如申請專利範圍第3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每一該些磁石組裝體一體驅動之驅動手段。
5. 如申請專利範圍第4項所記載之濺鍍裝置，其中，前述磁石組裝體，係具備有支持各磁石之支持板，在該支持板，設置有彎曲矯正手段之軸部可插入貫通之沿著每一該些磁石組裝體之移動方向的長孔。