TWI424079B

TWI424079B - Film forming apparatus and target device

Info

Publication number: TWI424079B
Application number: TW100131119A
Authority: TW
Inventors: Hiroshi Iwata
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries
Priority date: 2011-08-30
Filing date: 2011-08-30
Publication date: 2014-01-21
Also published as: TW201309827A

Description

成膜裝置及靶裝置

本發明係有關一種成膜裝置及靶裝置。

利用當高速的原子或離子衝撞靶表面時構成靶之原子朝空間釋出之現象而在基板的表面上形成薄膜之濺鍍裝置，已被廣泛地揭示。濺鍍裝置，是將由膜的原材料構成之靶作為陰極，將基板或真空容器壁作為陽極，在該兩個電極之間施加電壓來產生放電，藉此使產生之電漿中的離子朝向該靶加速。而且，使藉由該離子衝撞靶而被擊出之靶構成原子等附著或堆積於基板上，藉此形成薄膜。

在這種成膜裝置中，靶由於在濺鍍時從離子受到沖擊而成為高溫，因此有可能會熔解或破損。再者，在濺鍍裝置中，為了得到高生產率，加快成膜速度是不可缺少的，因此需要加大投入到靶中之電力。但是，若加大投入電力則靶會成為高溫。因此，一般是在靶的背面以與靶接觸之方式配置冷卻板而對靶進行冷卻。例如，專利文獻1揭示有如下有關成膜裝置之技術：在冷卻板(靶保持具)的上面載置靶，冷卻板和靶被彈性夾式的固定具固定。

(先前技術文獻) (專利文獻)

專利文獻1：日本特開2004-193083號公報

然而，在如專利文獻1所示那樣的藉由固定具固定冷卻板和靶之方法中，在由固定具固定之周緣部能夠確保密合性而有效地對靶進行冷卻，但在中央部很難確保密合性，無法有效地對靶進行冷卻。因此，投入到靶中之電力受到限制，有可能降低在基板上成膜時的生產率。

本發明的目的在於提供一種可提高在基板上成膜時的生產率之成膜裝置及靶裝置。

為了解決上述課題，本發明的成膜裝置，其具備作為成膜材料之靶和與該靶接觸而進行冷卻之板狀冷卻板，其特徵為，靶和冷卻板藉由夾具固定，冷卻板中，作為與靶對置之面之第1面的相反側面即第2面暴露於壓力高於第1面的氣氛中，並且使第1面之中央部向靶側移位而按壓靶。

在這種成膜裝置中，藉由在分別作用於冷卻板之第1面及第2面的壓力間賦予差異，使冷卻板向低壓側即第1面側移位。進而，藉由使第1面之中央部向靶側移位，從而使冷卻板按壓靶的中央部。藉此，當藉由夾具固定靶和冷卻板時，即使在很難確保靶與冷卻板的密合性之靶的中央部，亦變得能夠確保其密合性，因此能夠將靶中產生之熱有效地傳熱至冷卻板。其結果，能夠提高投入到靶中之電力，並能夠提高在基板上成膜時的生產率。

再者，冷卻板可以在第1面及第2面的至少其中一方具有槽部。藉此，能夠提高對靶之加壓力，並且能夠使對靶之加壓力均勻化。

再者，冷卻板可以具有圍繞第1面之中央部及第2面之中央部的至少其中一方之環狀槽部。藉此，能夠更有效地提高對靶之加壓力，並且能夠使對靶之加壓力均勻化。

再者，冷卻板中，第2面可以暴露於大氣壓氣氛中，而第1面則可以暴露於真空氣氛中。藉此，冷卻板因真空氣氛與大氣壓氣氛的氣壓差而向氣壓較低的第1面側移位。在基板上形成薄膜時，由於靶的其中一面通常配置於真空氣氛中，因此將作為與靶對置之面之第1面的相反側面即第2面暴露於大氣壓中，藉此能夠在第1面與第2面之間產生壓力差。其結果，能夠以簡單之結構使冷卻板向靶側移位。

再者，在靶與冷卻板之間，可以配置有與靶和冷卻板的相互對置面接觸之熱傳導性薄膜構件。在該靶裝置中，即使在靶及冷卻板相互對置之對置面有凹凸時，導電性薄膜構件可填補由該凹凸所形成之空隙，因此能夠充分地確保靶與冷卻板的接觸面積。其結果，可獲得良好之靶與冷卻板之間的熱傳導性。

本發明的靶裝置，其具備作為成膜材料之靶和與該靶接觸而進行冷卻之板狀冷卻板，其特徵為，靶和冷卻板藉由夾具固定，冷卻板在作為與靶對置之面之第1面及第1面的相反側面即第2面的至少其中一方具有槽部。

在這種靶裝置中，藉由在分別作用於冷卻板之第1面及第2面的壓力間賦予差異，從而使冷卻板向低壓側即第1面側移位。進而，藉由使第1面中之中央部向靶側移位，從而使冷卻板按壓靶的中央部。藉此，當藉由夾具固定靶和冷卻板時，即使在很難確保靶與冷卻板的密合性之靶的中央部，亦變得能夠確保其密合性，因此能夠將靶中產生之熱有效地傳熱至冷卻板。其結果，能夠提高投入到靶中之電力，並能夠提高在基板上成膜時的生產率。另外，在本發明的靶裝置中，由於在第1面及第2面的至少其中一方具有槽部，因此能夠提高對靶之加壓力，並且能夠使對靶之加壓力均勻化。

依本發明的成膜裝置及靶裝置，能夠提高在基板上成膜時的生產率。

參考附圖對本發明之靶裝置及成膜裝置的最佳實施方式進行說明。另外，在說明中對具有相同要件或相同功能之要件使用相同元件符號，並省略重複說明。

第1圖係表示本實施方式之成膜裝置的結構之側面截面圖。第2圖係表示第1圖所示之靶裝置之側面截面圖。第1圖～第5圖中示出XYZ正交坐標系，Z軸方向對應上下方向。

本實施方式之靶裝置2能夠應用於藉由所謂濺鍍法進行成膜之裝置。如第1圖所示，這種成膜裝置1主要具備有真空容器10、電源11、排氣機構12、氣體導入機構13、基板保持具3及靶裝置2。

真空容器10由導電性材料形成，藉由後述電源11被施加正電壓。電源11對真空容器10施加正電壓，並對靶25施加負電壓。排氣機構12包括未圖示之真空泵和閥，並配置於真空容器10的外側。排氣機構12將真空容器10內減壓至成膜所需之狀態。氣體導入機構13配置於真空容器10的外側。氣體導入機構13向真空容器10內部導入使用於濺鍍之氣體(例如Ar)。基板保持具3安裝於真空容器10的內壁，配置於在上下方向(第1圖所示之Z軸)上與後述靶裝置2對置之位置。基板保持具3為固定基板31之構件，在基板保持具3的上面安裝基板31。再者，基板31透過真空容器10及基板保持具3藉由電源11施加負電壓。

靶裝置2配置於真空容器10的內部，如第2圖所示，具備有絕緣體21、凸緣23、冷卻板22、石墨薄片(熱傳導性薄膜構件)24、靶25及夾具27。以下，利用第3圖～第5圖對靶裝置2進行詳述。第3圖係第2圖所示之冷卻板的俯視圖，第4圖係表示第2圖所示之冷卻板之截面圖。第5圖係表示對真空容器內進行減壓時的冷卻板的形狀之圖。

絕緣體21配置於真空容器10與後述凸緣23之間，將真空容器10和用於固定靶25之凸緣23絕緣。藉此，確保真空容器10與靶25的電位差。

凸緣23為用於支承後述冷卻板22之構件，透過絕緣體21安裝於真空容器10上。

冷卻板22係形成為板狀之構件，藉由凸緣23固定於真空容器10上。冷卻板22之與凸緣23接觸之一側的第2面22b，面向真空容器10的外部且暴露於大氣壓中。再者，冷卻板22之第2面22b的相反側面，亦即與後述靶25對置之一側的第1面22a面向真空容器10的內部。再者，當藉由排氣機構12對真空容器10內進行排氣而減壓至成膜所需之狀態時，第1面22a暴露於真空氣氛中。因此，在分別作用於暴露在大氣壓中之第2面22b及暴露於減壓至成膜所需之狀態之氣氛中之第1面22a的壓力間產生差異。

如第3圖及第4圖所示，在冷卻板22之第2面22b側的周緣部22e附近形成有環狀槽部22f。該槽部22f為用於在冷卻板22上形成薄壁部之手段，其尺寸較佳為，能藉由在上述濺鍍時作用於第1面22a和第2面22b之壓力差使第1面22a向靶25側變形(參考第5圖)。藉此，能夠使包含第1面22a的中央部22c之一部分的面22d，亦即槽部22f的內側的面22d(以下稱為按壓面22d)向靶25側均勻地移位來按壓靶25中之中央部和其周邊區域。

另外，在此所述之移位是指，從如第4圖所示之作用於第1面22a和第2面22b之壓力間沒有差異而第1面22a維持直線狀的狀態，到如第5圖所示之藉由作用於第1面22a和第2面22b間之壓力差而使第1面22a變形時的Z軸方向的移位。再者，均勻移位是指，按壓面22d上之任意位置上之第5圖所示之Z軸方向的移位量d₁ ～d_n 在±20%的範圍內之移位。

再者，在冷卻板22的內部，於第2圖所示之XY平面上，將配管22g配置成2維狀。在第2圖所示之Z軸方向上，配管22g配置於分別離第2面22b及第1面22a的距離大致相等之位置。藉此，降低冷卻液有可能從配管22g漏出到冷卻板22外部之可能性。藉由讓冷卻液流過配管22g內部，從而對冷卻板22本身進行冷卻。另外，若冷卻板22例如使用銅或鋁等之熱傳導性優異之金屬材料，則能夠提高冷卻效率。再者，當冷卻板22由鋁構成時，對其表面進行鋁陽極氧化處理更佳。再者，作為冷卻板22中所使用之冷卻液，若為凝固點低於水之液體(例如為Fluorinert或Galden等)，則能夠進一步提高冷卻效率。再者，若配管22g例如使用銅或鋁等之熱傳導性優異之金屬材料，則能夠進一步提高冷卻效率。

靶25由薄膜的1種材料即ITO(Indium Tin Oxide)形成。另外，除ITO靶以外，靶25可使用由金屬氧化物材料形成之靶，還可使用包含次氧化物材料而形成之靶。在成膜裝置1中靶25被設定為陰極。而且，若電壓施加於成膜裝置1中設定成陽極之真空容器10與靶25之間，則產生之電漿中的離子朝向靶25加速，使該離子衝撞靶25。而且，藉由使因該衝撞而被擊出之ITO構成原子等附著或堆積於基板31上，從而形成薄膜。

石墨薄片24為熱傳導性薄膜構件的1種，石墨薄片24配置於冷卻板22與靶25之間。石墨薄片24直接夾在靶25與冷卻板22的對置面中。在此，在冷卻板22及靶25的對置面上會有存在凹凸的情況，在該對置面彼此相互接觸之部分會有因該凹凸而形成空隙的情況。石墨薄片24藉由與相互對置面接觸來填補這種空隙。藉此，充分地確保靶25與冷卻板22的接觸面積而提高從靶25至冷卻板22的傳熱效率。

夾具27藉由螺栓等(未圖示)固定於冷卻板22上。夾具27將靶25按壓於冷卻板22來將靶25固定於冷卻板22上。再者，夾具27與靶25的周緣部22e抵接而將靶25按壓於冷卻板22上。

接著，對本實施方式的成膜裝置1所進行之成膜方法做說明。首先，排氣機構12對真空容器10內進行減壓。其次，氣體導入機構13將惰性氣體(主要為Ar)導入至真空容器10內。接著，使電源11動作而對真空容器10施加正電壓，對靶25施加負電壓，從而產生輝光放電。藉此，惰性氣體被電漿化，使離子原子高速衝撞負電位的靶25的表面。

若靶25受到離子原子的衝撞，則靶材料的粒子(原子、分子)會從靶25的表面脫離。而且，從靶25脫離之成膜材料的粒子會以膜狀附著於配置在與靶25對置之位置之基板31的被成膜面上。藉由讓基板31以既定時間暴露於這種成膜材料的粒子中，從而在基板31的表面形成既定厚度的膜。

接著，邊參考第4圖、第5圖邊對在對真空容器10內進行減壓時的冷卻板22的動作進行說明。

在對真空容器10內進行減壓之前，亦即第2面22b及第1面22a雙方為接觸大氣壓之狀態時，如第4圖所示，冷卻板22沿X軸方向保持為直線狀。

若藉由排氣機構12減壓真空容器10內而維持成真空狀態，則冷卻板22之第2面22b會暴露於大氣壓氣氛中，而第1面22a則會暴露於真空氣氛中。藉此，第2面22b暴露於壓力高於第1面22a的氣氛中，因此在作用於第2面22b之壓力與作用於第1面22a之壓力間產生差異。冷卻板22之槽部22f尺寸(厚度、寬度)是形成，可藉由上述第2面22b與第1面22a的壓力差而向靶25側變形。因此，如第5圖所示，冷卻板22之比槽部22f更靠內側的面22d向靶25側均勻地移位。其結果，槽部22f的內側的面22d會按壓靶25而提高冷卻板22與靶25的密合性。

[實施例]

在此，關於具有如第6圖(a)所示之形狀之冷卻板(試驗片1)及具有如第6圖(b)所示之形狀之冷卻板(試驗片2)，在大氣壓氣氛下，對將其中一面暴露於真空氣氛(1Pa)中，而將另一面暴露於大氣壓氣氛(10⁵ Pa)中時的形狀變化進行模擬試驗。第6圖(a)、(b)係表示試驗片1及試驗片2之側面截面圖。第6圖中示出XYZ正交坐標系，Z軸方向對應上下方向。

試驗片1及試驗片2的條件如下。

(試驗片1)

外形尺寸：300mm×1600mm×15mm(厚度)

材質：無氧銅

外周槽尺寸：未形成有外周槽

(試驗片2)

外形尺寸：300mm×1600mm×15mm(厚度)

材質：無氧銅

外周槽尺寸：20mm(寬度)×12mm(深度)

外周槽位置：從外周端到槽中心的距離為30mm

進行該模擬試驗之結果，關於試驗片1及試驗片2向Z軸方向的翹曲量，獲得了如第7圖及第8圖所示之結果。第7圖(a)係表示在對試驗片1進行上述加壓時的Y軸方向上之Z軸方向的翹曲量之圖，第7圖(b)係表示在對試驗片1進行上述加壓時的X軸方向上之Z軸方向的翹曲量之圖。第8圖(a)係表示在對試驗片2進行上述加壓時的Y軸方向上之Z軸方向的翹曲量之圖，第8圖(b)係表示在對試驗片2進行上述加壓時的X軸方向上之Z軸方向的翹曲量之圖。

據此可知，試驗片1的中央部之翹曲量如第7圖(a)及第7圖(b)所示為0.2mm，分別在X軸方向及Y軸方向上之Z軸方向的翹曲量的變化，都是從外周端到離75mm的位置為止大致以直線狀逐漸增大。

另一方面可知，試驗片2的中央部之翹曲量如第8圖(a)及第8圖(b)所示為0.4mm，分別在X軸方向及Y軸方向上之Z軸方向的翹曲量的變化，都是從外周端到外周槽的中心位置(離外周端30mm)急劇變大，從外周槽的中心位置到中央部大致以直線狀逐漸增大。

再者，包含由外周槽圍繞之中央部之按壓面向Z軸方向的翹曲量(包含中央部之按壓面向靶側的移位d)的平均為0.34mm，最小移位為0.28mm，最大移位為0.40mm，其偏差為±18%。因此可知，試驗片2之按壓面向Z軸方向的移位在上述均勻移位的目標範圍即±20%之範圍內，按壓面的移位可以說是均勻移位。

依據以上模擬試驗的結果可知，設置有外周槽的冷卻板(試驗片2)比起沒有外周槽的冷卻板(試驗片1)可進一步加大冷卻板的中央部之移位，所以能夠提高對靶之加壓力。還可知，由於設置有外周槽的冷卻板(試驗片2)比起沒有外周槽的冷卻板(試驗片1)可加大靠近外周端之部份的翹曲量，亦即向靶側的移位，因此即使在靠近外周端之部份亦能夠提高對靶之加壓力。其結果證明了，能夠藉由在冷卻板設置槽部來提高對靶之加壓力，並且能夠使對靶之加壓力均勻化。

以上說明之上述實施方式的成膜裝置1中，將第1面22a暴露於真空氣氛中，而將第2面22b暴露於大氣壓氣氛中，藉此使冷卻板22向低壓側即第1面22a側移位。另外，藉由使包含第1面22a的中央部22c之按壓面22d向靶25側均勻地移位，從而讓冷卻板22按壓包含靶25的中央部之區域。藉此，即使在藉由夾具27固定靶25和冷卻板22時很難確保靶25與冷卻板22的密合性之靶25的中央部，亦能夠確保其密合性，因此能夠將靶25中產生之熱有效地傳熱至冷卻板22上。其結果，能夠提高投入到靶25中之電力，並能夠提高對基板31之成膜的生產率。

以上，依據上述實施方式對本發明進行了詳細說明。但是，本發明係並不限定於上述實施方式者。本發明在不脫離其要旨之範圍內可進行如下各種變形。

在上述實施方式的成膜裝置1中舉出如下例子進行了說明，即如第5圖所示的，設置圍繞冷卻板22的中央部22c之槽部22f，使被槽部22f圍繞之按壓面22d向靶25側均勻地移位，但並不限定於此。例如，如第9圖所示，可在第2面22b上沿長邊方向形成2個槽部41。再者，槽部41可形成於第1面22b及第2面22c的至少其中一方。即使在該情況下，亦能夠使第1面22b之中央部22c向靶25側移位來按壓靶25。

在上述實施方式中舉出了形成於冷卻板22上之槽部22f形成為矩形之例子進行了說明，但並不限定於此。例如，如第10圖所示，槽部42可形成為圓弧狀。

在上述實施方式中舉出如下例子進行了說明，即將第1面22a暴露於真空氣氛中，而將第2面22b暴露於大氣壓氣氛中，藉此使冷卻板22向低壓側即第1面22a側移位，但並不限定於此。例如，可採用能控制第1面22a及第2面22b所個別暴露之氣氛之結構，使第2面22b暴露於壓力高於第1面22a之氣氛中。

在上述實施方式中舉出了冷卻板22形成為如第3圖所示之矩形之例子進行了說明，但並不限定於此，例如可形成為圓形或橢圓形或多邊形等。

在上述實施方式中舉出了將靶裝置2應用於利用輝光放電所產生之電漿之成膜裝置1之例子進行了說明，但並不限定於此。例如，可應用於利用高頻所產生之電漿之成膜裝置、或在靶背面配置磁鐵之磁控濺鍍成膜裝置等的各種成膜裝置。

1．．．成膜裝置

2．．．靶裝置

3．．．基板保持具

10．．．真空容器

11．．．電源

12．．．排氣機構

13．．．氣體導入機構

21．．．絕緣體

22．．．冷卻板

22b．．．第2面

22a．．．第1面

22c．．．中央部

22d．．．按壓面

22e．．．周緣部

22f、41、42．．．槽部

22g．．．配管

23．．．凸緣

24．．．石墨薄片

25．．．靶

27．．．夾具

31．．．基板

d．．．移位量

第1圖係表示本實施方式之成膜裝置的結構之側面截面圖。

第2圖係表示第1圖所示之靶裝置之側面截面圖。

第3圖係表示第2圖所示之冷卻板之俯視圖。

第4圖係表示第2圖所示之冷卻板之側面截面圖。

第5圖係表示第1圖所示之對真空容器內進行減壓時的冷卻板的形狀之側面截面圖。

第6(a)(b)圖係表示試驗片1及試驗片2之側面截面圖。

第7(a)(b)圖係表示對試驗片1進行加壓時的X軸方向及Y軸方向上之Z軸方向的翹曲量之圖。

第8圖(a)(b)係表示對試驗片2進行加壓時的X軸方向及Y軸方向上之Z軸方向的翹曲量之圖。

第9圖係表示其他實施方式之冷卻板之俯視圖。

第10圖係表示其他實施方式之冷卻板之側面截面圖。