TWI433951B - Sputtering device - Google Patents

Description

濺鍍裝置

本發明係關於在用來在藉由反應性濺鍍法進行處理之基板表面形成預定的薄膜之濺鍍裝置。

作為在玻璃、矽晶圓等的基板表面形成預定的薄膜的方法之一，具有濺鍍(以下稱為「濺鍍」)法。此濺鍍法係使電漿環境中的離子，朝因應欲形成於基板表面之薄膜的組成所製作之標靶加速並衝撃，來使濺鍍粒子(標靶原子)飛散，附著、堆積於基板表面來形成預定的薄膜者。此時，同時導入氧氣、氮氣等的反應氣體，藉由反應性濺鍍用以獲得該薄膜。

利用這種濺鍍法來形成薄膜之形成方法，近年亦被利用於，在使用TFT(薄膜電晶體)之液晶顯示器(FPD)的製造製程，在大面積的玻璃基板表面，形成IT0等的透明電導膜、作為閘極之電氣傳導特性佳的Cu等的金屬膜及提高與該金屬膜之密接性的氧化物膜。

以往，作為對大面積的基板有效地形成薄膜之濺鍍裝置，如專利文獻1為眾所皆知，該裝置係在真空室內，與處理基板相對向地並列設置有複數片的標靶，設置有交流電源，其在並列設置之標靶中，對每個成對之標靶，以預定的頻率交互地改變極性來施加電壓，將各標靶交互地切換成陽極電極、陰極電極，使得在陽極電極及陰極電極間 產生輝光放電，來形成電漿環境，對各標靶進行濺鍍。

在此，在使用前述結構的濺鍍裝置，藉由反應性濺鍍來進行薄膜形成之情況，不僅是能夠以均等的膜厚來成膜於基板全面範圍，且需要防止反應氣體偏移導入至濺鍍室，在基板面內之反應性上產生不均，造成在基板面內，比阻抗值等的膜質不均等。因此，下述專利文獻2這種的方式為眾所皆知，即，在所並列設置的各標靶相互間的各間隙，沿著標靶之長側面設置導入濺鍍氣體、反應氣體等之氣體管，藉由氣體管，從各標靶相互間的各間隙對基板噴出氣體。

如專利文獻1所記載般，在與基板相對向並列設置了複數片的標靶之情況，當進行薄膜形成時，由各標靶相互間的各間隙不會釋出濺鍍粒子。因此，為了獲得在遍及基板全面之均等的膜厚分佈，期望儘可能地將未釋出有濺鍍粒子之此空間縮小，但如專利文獻2這種設置氣體管者，在縮小此空間上會有界限。又，在此小的空間，配置具有預定的外徑之氣體管一事極為困難，且裝置結構變得複雜其組裝作業變得困難。

因此，藉由將延伸於各標靶之並列設置方向的至少1支的氣體供給管從各標靶之裏面分離並設置，再從形成於此氣體供給管之噴射口噴射反應氣體，能夠將反應氣體在與所並列設置的各標靶之濺鍍面背向之(背面側)的空間暫時擴散，然後透過標靶相互間的各間隙朝基板進行供給之結構，為本案申請人所提案(特願2007-120708號)。

[專利文獻1]日本特開2005-290550號公報

在此，在這種的濺鍍裝置，於標靶之背面側的空間，通常收納有，形成於各標靶之前方的隧道狀的磁通之磁鐵組裝體及以一體的方式使該各磁鐵組裝體往復移動的驅動手段、對接合於標靶之補償板供給冷媒之冷媒供給路等複數個零件，並且，連通於將濺鍍室進行真空排氣用之真空排氣手段的排氣口，在標靶背面側形成於真空室的壁面。

因此，前述般，即使藉由從形成於氣體供給管之噴射口噴射反應氣體，使反應氣體在標靶之背面側的空間暫時擴散，也會因裝置結構，造成局部產生氣體聚集，反應氣體通過各標靶相互間的間隙中任一間隙偏移導入而供給至基板之虞產生。

因此，本發明是為了解決前述問題點而開發完成的發明，其課題在於提供，可在基板全面範圍，大致均等地供給反應氣體，將膜厚分佈、比阻抗值等的膜質在基板全面大致作成為均等，且構造簡單的濺鍍裝置。

為了解決前述課題，第1發明的濺鍍裝置係具備有：隔著預定的間隔並列設置於濺鍍室內之複數片的標靶；對各標靶可投入電力之濺鍍電源；對濺鍍室可導入濺鍍氣體 及反應氣體之氣體導入手段，將前述反應氣體導入至濺鍍室之氣體導入手段具有至少1支的氣體供給管，此氣體供給管是在並列設置的各標靶之背面側，由各標靶分離地配置著，並且形成有用來噴射反應氣體之噴射口的濺鍍裝置，其特徵為：設有調整手段，其可調整通過前述標靶相互間的各間隙所流動之前述反應氣體之流量。

若根據本發明的話，當從形成於設置在各標靶背面側之至少1支的氣體供給管的噴射口噴射反應氣體時，此反應氣體在並列設置的各標靶之背面側的空間會擴散。然後，通過標靶相互間的各間隙朝處理基板供給。在此，依據配置於標靶之背面側的零件、排氣口的位置等的裝置結構，會有下述情況，即在標靶背面側的空間，局部產生氣體聚集，造成反應氣體通過各標靶相互間的間隙中任一間隙被偏移導入，而供給至基板之情況。但，在本發明，由於設有調整手段，故，藉由此調整手段，能夠遮斷來自於任一間隙之反應氣體的流動等，能夠適宜調整通過該間隙所流動之反應氣體的氣體流量。藉此，能夠確實地防止反應氣體被偏移導入至欲進行處理之基板，進而能夠防止因在基板面內之反應性上產生不均造成在基板面內之比阻抗值等的膜質便得不均等。

在本發明，若採用前述調整手段為具備有：配置於標靶之背面側，且具有凸形山角狀之前端部的傳導調整構件；及將該傳導調整構件對前述間隙可自由進退地予以驅動之驅動手段的結構的話，能夠以簡單的結構，因應傳導調 整構件的前述間隙之侵入量，能夠調整通過該間隙所流動之氣體的傳導。

在此情況，為了因應裝置結構，適宜調整通過間隙所流動之反應氣體的傳導，前述傳導調整構件係設置於前述間隙的全長範圍為佳。

又，為了因應裝置結構，能夠進行極細緻之膜質分佈的調節，能夠採用下述結構，即，前述傳導調整構件以沿著其長方向之預定的長度分割成複數個，在該所分割之部分分別連結有驅動手段。

且，在本發明，前述濺鍍電源為針對並列設置之複數片的標靶中每一對標靶，以預定的頻率交互地改變極性，來施加電壓之交流電源，將各標靶交互地切換成陽極電極、陰極電極，使得在陽極電極及陰極電極間產生輝光放電，形成電漿環境，來對各標靶進行濺鍍者，藉此，在各標靶相互間的空間不需要設置任何陽極、屏蔽等的構成零件，因此，能夠儘可能地縮小未釋出有濺鍍粒子之此空間。

為了提高各標靶利用效率，亦可採用下述構造，即，在前述並列設置的標靶與氣體管之間，於各標靶之前方設置形成有隧道狀的磁通之磁鐵組裝體，並且具備將該各磁鐵組裝體一體且沿著標靶裏面平行地往復移動之其他的驅動手段。

參照圖1說明關於本發明之濺鍍裝置。1為本發明的 磁控管方式的濺鍍裝置(以下稱為「濺鍍裝置」)。濺鍍裝置1為線內(inline)式者，具有能經由旋轉泵浦、渦輪分子泵浦等的真空排氣手段(未圖示)保持成為預定的真空度之真空室11。在真空室11的上部，設有基板搬送手段2。此基板搬送手段2具有習知的構造，具有裝設玻璃基板等的欲進行處理之基板S的載體21，間歇地驅動未圖示的驅動手段，能夠對與後述的標靶相對向之位置依次地搬送基板S。

在真空室11內，設有第1屏蔽31，其係為了當藉由濺鍍，對已被搬送到與標靶相對向的位置之基板S形成預定的薄膜之際，防止濺鍍粒子附著到載體21表面、真空室11側壁等，位於基板搬送手段2與標靶之間的位置，並形成有供基板S面臨的開口31a。第1屏蔽31的下端係延伸至後述的第2屏蔽附近。又，在真空室11的下側，配置有陰極電極C。

陰極電極C具有以等間隔，與基板S相對向地配置之複數片(在本實施形態為8片)的標靶41a至41h，使得可對大面積的基板S有效率地進行薄膜形成。各標靶41a至41h係因應Cu、Al、Ti、Mo或這些的合金、銦及錫的氧化物(ITO)等欲形成於基板S表面之薄膜的組成，以習知的方法所製作，形成為例如略長方體(在上面視角呈長方形)等同形狀。各標靶41a至41h係經由銦、錫等的連接材，接合於在濺鍍中用以冷卻標靶41a至41h之補償板42。

各標靶41a至41h係經由絕緣構件安裝於陰極電極C的框架(未圖示)，使得未使用時的濺鍍面411位於與基板S平行的同一平面上。又，在並列設置的標靶41a至41h的周圍，配置有第2屏蔽32，在真空室11內，受到第1及第2屏蔽31、32所包圍之空間構成為濺鍍室11a。

又，陰極電極C係分別位於標靶41a至41h的後方(與濺鍍面411背向之側)而具磁鐵組裝體5。相同構造的各磁鐵組裝體5具有與各標靶41a至41h平行地設置之支承板(軛)51。當在正面視角，標靶41a至41h呈長方形時，支承板51係由較各標靶41a至41h的横寬小、沿著標靶41a至41h的長方向朝其兩側延伸地所形成的長方形平板所構成，用以增大磁鐵的吸附力之磁性材料製。在支承板51上，在其中央部沿著長方向呈線狀配置之中央磁鐵52、與以包圍中央磁鐵52的周圍之方式沿著支承板51的外周配置之週邊磁鐵53是改變濺鍍面411側的極性而被設置的。

換算成中央磁鐵52的同磁化時之體積係設置成為例如與換算成週邊磁鐵53的同磁化時之體積和(週邊磁鐵：中心磁鐵：週邊磁鐵=1：2：1)相等，於各標靶41a至41h的濺鍍面411的前方，分別形成有相互吻合之封閉環狀的隧道狀磁通。藉此，可在各標靶41a至41h的前方(濺鍍面411)側捕捉因電離的電子及濺鍍所產生之二次電子，可提高在各標靶41a至41h前方之電子密度，使得電漿密度便高，而能提高濺鍍速率。

各磁鐵組裝體5分別被安裝於連結在由馬達、汽缸等所構成的驅動手段D之驅動板D1，可在沿著標靶41a至41h的並列設置方向之2部位的位置間，平行且等速並一體地進行往復移動。藉此，改變濺鍍速率變高之區域，在各標靶41a至41h的全面範圍均等地獲得侵蝕區域。

各標靶41a至41h係以相鄰的2片構成一對標靶(41a與41b、41c與41d、41e與41f、41g與41h)，在分成每一對標靶設置有交流電源E1至E4。又，來自於交流電源E1至E4之輸出電纜K1、K2被連接於一對標靶41a、41b(41c及41d、41e及41f、41g及41h)，藉由交流電源E1至E4，對各一對標靶41a至41h交互地改變極性，以任意的波形(例如，略正弦波)施加交流電壓。

交流電源E1至E4，使用具有由可進行電力供給之電力供給部、與以預定的頻率交互地改變極性，將交流電壓輸出至一對標靶41a、41b(41c及41d、41e及41f、41g及41h)之振盪部所構成的習知構造之相同者。再者，各交流電源E1至E4係可相互自由通訊地被連接著，以來自於任一個交流電源E1之輸出訊號，各交流電源E1至E4能同步運轉。

又，在真空室11，設有氣體導入手段8，其將由Ar等的稀有氣體所構成的濺鍍氣體、與因應欲形成在基板S表面之薄膜的組成加以適宜選擇之氧、氮氣等的反應氣體導入至濺鍍室內(參照圖1)。用於濺鍍氣體的供給之氣體導入手段8係具有安裝於真空室11的側壁之氣體管81a ，氣體管81a經由質量(能)流量控制器82a連通於濺鍍氣體的氣體源83a。

又，用於反應氣體的供給之氣體導入手段8具有氣體管81b，氣體管81b的一端經由質量(能)流量控制器82b連通於反應氣體的氣體源83b。另外，其另一端連接於通過標靶41a至41h的並列設置方向之各標靶之中心所延伸的1條氣體供給管84。氣體供給管84為具有例如φ 3~10mm的徑之不銹鋼製，設定成為較並列設置的標靶41a至41h的全寬之大約1/3更長，在該標靶41a至41h側的面，位於例如各標靶41a至41h相互間的間隙的下方形成有複數個噴射口84a。

又，當使質量(能)流量控制器82a、82b作動時，濺鍍氣體通過第1及第2各屏蔽31、32間以及第1屏蔽13及基板搬送手段2之間的間隙，被導入至濺鍍室11a。反應氣體在各標靶41a至41h的背面側(與標靶之濺鍍面411背向之側)的空間擴散，再通過各標靶41a至41h相互間的各間隙412朝基板S被供給。

在此，在本實施形態的濺鍍裝置1，在各標靶41a至41h的背面側的空間，設有使冷媒循環於磁鐵組裝體5及驅動板D1、補償板之冷媒循環路等的零件，又，連通於真空排氣手段之排氣口11b也由真空室11的中心偏移而形成於該真空室11的底面(參照圖1)。因此，如前述般，當使反應氣體在各標靶41a至41h的背面側的空間擴散時，會有局部產生氣體聚集，通過各標靶相互間的間隙中任 一的間隙，反應氣體被偏移導入至基板之虞。

在本實施形態，設有調整手段9，可分別調整通過標靶41a至41h相互間的各間隙412所流動之反應氣體的流量。調整手段9係由：配置於標靶41a至41h的背面側，具有位於各間隙412的正下方位置呈凸的山角狀(斷面大致呈三角形)的前端部之傳導調整構件91、及經由操作軸92連結於傳導調整構件91之馬達、汽缸等的驅動手段93所構成。傳導調整構件91為例如氟樹脂製，使驅動手段93作動，使得傳導調整構件91對各間隙412可自由進退(參照圖2及圖3)。

如圖3所示，當藉由驅動手段93使傳導調整構件91下降，其前端位於較相互隣接之補償板42的下面更下方的位置(下降位置)時，氣體的流動不會被阻礙，氣體流量成為最大。又，當控制驅動手段93的作動使傳導調整構件91上升時，因應傳導調整構件91的前端部之間隙412的侵入量，適宜調整通過該間隙所流動之氣體的傳導。另一方面，當藉由驅動手段93使傳導調整構件91上升，該傳導調整構件91的前端部的斜面分別抵接於相互隣接之補償板42(上昇位置)時，氣體的流動被遮斷，氣體流量成為零。再者，傳導調整構件91係設置於間隙412的全長範圍，並且以均等的長度分割成三等分，使得能夠進行極細緻之反應氣體流量的調節，在該所分割之部分分別連結有驅動手段93。

藉此，利用適宜調整對各間隙412可自由進退之傳導 調整構件91的各部分之位置，調節通過各間隙412朝基板S所流動之反應氣體流量，因而能夠防止反應氣體偏向供給至基板S。因此，在基板S的標靶41a至41h側的空間，反應氣體大致均等地存在，此反應氣體朝基板S，由標靶41a至41h飛散，與受到電漿所活性化之濺鍍粒子產生反應，附著、堆積至基板表面。其結果，能夠防止：在基板面S內之反應性上產生不均，造成在基板S面內，比阻抗值等的膜質不得不均等的問題產生。

再者，在本實施形態，作為傳導調整構件91，以具有凸之山角狀的前端部、將各傳導調整構件91分割成三等分者為例進行了說明，但，若為可因應裝置結構來調節通過各間隙412朝基板S所流動之反應氣體流量者的話，其形態、分割數量不限於此。又，針對由傳導調整構件91所構成之調整手段9進行了說明，但不限於此，亦可為架設在相互隣接之補償板42間的方式，安裝預定厚度的樹脂薄膜或板狀的構件，遮斷經由各間隙412所流動之反應氣體的流動。此時，亦可在該薄膜、板狀構件設置開口用以調節氣體流量來構成調整手段。

又，在本實施形態，以設有通過標靶41a至41h的中心延伸的1條氣體供給管84者為例進行了說明，但在裝置的結構上(具有磁鐵組裝體之驅動手段等，)，會有無法如前述般配置氣體供給管84之情況。在這樣的情況時，亦可朝與標靶41a至41h的並列設置方向正交之方向偏移配置。另一方面，亦可在與標靶41a至41h的並列設置 方向正交的方向，隔著預定的間隔配置複數條的氣體供給管84，來調節通過並列設置的各標靶41a至41h相互間的各間隙412朝基板S所供給之反應氣體的量。

且，在本實施形態，說明了關於並列設置複數片的標靶41a至41h，對各標靶41a至41h，經由交流電源E1至E4投入電力者，但，不限於此，亦可對並列設置的各標靶，藉由直流電源投入電力。在藉由直流電源投入電力之情況，在各標靶41a、41b相互間配置接地屏蔽100。在這種情況，亦可構成將接地屏蔽100的斷面形狀作成為倒T字狀，設置有分別密接於其水平部與補償板42裏面且具預定厚度的樹脂板101，用以遮斷通過接地屏蔽100與標靶41a或41b之間所流動之反應氣體的流動之調整手段。 此時，藉由在樹脂板101之與補償板42之間的密接面，隔著預定的間隔形成凹狀的溝101a，能夠調節通過接地屏蔽100與標靶41a或41b之間朝基板S被供給之反應氣體的量。又，亦可將前述結構的樹脂板在其長方向分割成為複數個，以存在有預定的間隔的方式設置於水平部與補償板42裏面之間的間隙全長範圍。

[實施例1]

在本實施例1，使用圖1所示的濺鍍裝置1，使用作為反應氣體之氧氣，藉由反應性濺鍍來在玻璃基板S形成CuMgO膜。在此情況，作為標靶，使用組成為0.7wt%的CuMg，以習知的方法成形並接合於補償板。又，為了對 2400×2000mm的玻璃基板形成CuMgO膜，並列設置14片的標靶。且，在與標靶之並列設置方向正交的方向，以存在有預定的間隔的方式配置2條氣體供給管84，僅由該氣體供給管84的兩端朝標靶噴射反應氣體。

作為反應性濺鍍之條件，控制質量(能)流量控制器，將Ar氣體的氣體流量設定成890sccm、氧氣的流量設定成240sccm，導入至真空室內。又，將高電力時的投入電力設定成5kW，且設定濺鍍時間(大約30秒)，用以獲得300Å之膜厚。

在此，在試料# 1，在位於並列設置的標靶中中央之標靶相互間的間隙412g；其兩側的間隙412f、412h及該間隙兩側的間隙412e、412i；和分別位於基板S的外周緣部下側之間隙412b、4121及位於其兩外側之間隙412a、412m的全長範圍，傳導調整構件91前端部的斜面上升至抵接到相互鄰接之補償板42，遮斷了氣體的流動之狀態下，形成CuMgO膜。

又，試料# 2係在除去並列設置的標靶中之中央的標靶相互間的間隙412g、其兩側的間隙412f、412h及該間隙的兩側的間隙412e、412i中之中央部的部位；和分別位於基板S的外周緣部下側之間隙412a、412m全長範圍的部位，傳導調整構件91前端部的斜面上升至抵接到相互隣接之補償板42，遮斷了氣體的流動之狀態下，形成CuMgO膜。

且，在試料# 3，使所有的傳導調整構件91下降，在 使其前端位於較相互隣接之補償板42的下面更下方的位置之狀態下，形成CuMgO膜。

圖5至圖7係顯示如前述所製作之試料# 1至# 3的CuMgO膜之比阻抗值的分佈之圖表。根據此圖表可得知，在試料# 3，在基板之中央部中的與標靶之長方向兩端部相對向之部位及沿著標靶之並列設置方向的基板之兩側的部位，比阻抗值局部變高，該比阻抗值之面內分佈為±99.7%。由此得知，反應氣體之氧氣被偏移供給。

相對於此，在試料# 1及試料# 2，利用以調整手段9適宜遮斷通過各間隙412所流動之反應氣體，比阻抗值的面內分佈為±86.1%(試料# 1)及80.6(試料# 2)，得知改善了氧氣被偏移供給一事。

1‧‧‧濺鍍裝置

11a‧‧‧濺鍍室

31、32‧‧‧屏蔽

41a至41h‧‧‧標靶

8‧‧‧氣體導入手段

84‧‧‧氣體供給管

9‧‧‧調整手段

91‧‧‧傳導調整構件

93‧‧‧驅動手段

E1至E4‧‧‧交流電源

S‧‧‧基板

圖1是本發明的濺鍍裝置之模式斷面圖。

圖2是說明本發明的傳導調整手段的配置之平面圖。

圖3是對本發明的傳導調整手段之配置進行放大說明的斷面圖。

圖4(a)是說明變形例之調整手段的配置之部分斷面圖，(b)是沿著B-B線之部分斷面圖。

圖5是說明在實施例1所製作的試料# 1的比阻抗值的膜質分佈之圖表。

圖6是說明在實施例1所製作的試料# 2的比阻抗值的膜質分佈之圖表。

圖7是說明在實施例1所製作的試料# 3的比阻抗值的膜質分佈之圖表。

9‧‧‧調整手段

41a、41b‧‧‧標靶

42‧‧‧補償板

91‧‧‧傳導調整構件

92‧‧‧操作軸

93‧‧‧驅動手段

Claims (7)

1. 一種濺鍍裝置，是具備有：隔著預定的間隔並列設置於濺鍍室內之複數片的標靶；對各標靶可投入電力之濺鍍電源；及對濺鍍室可導入濺鍍氣體及反應氣體之氣體導入手段，將前述反應氣體導入至濺鍍室之氣體導入手段，具有至少1支的氣體供給管，此氣體供給管係在並列設置的各標靶之背面側，由各標靶分離地配置著，並且形成有噴射反應氣體之噴射口的濺鍍裝置，其特徵為：設有調整手段，該調整手段可調整通過前述標靶相互間的各間隙所流動之前述反應氣體流量。
2. 如申請專利範圍第1項之濺鍍裝置，其中，前述調整手段設置於前述間隙的全長範圍。
3. 如申請專利範圍第1項之濺鍍裝置，其中，前述調整手段具備有：配置於前述標靶之背面側的傳導調整構件；及使傳導調整構件對前述間隙可自由進退地予以驅動之驅動手段。
4. 如申請專利範圍第3項之濺鍍裝置，其中，前述傳導調整構件係以沿著其長方向之預定的長度分割成複數個，在該所分割之部分，分別設有前述驅動手段。
5. 如申請專利範圍第3或4項之濺鍍裝置，其中，前述傳導調整構件具有凸之山角狀的前端部。
6. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之濺鍍裝置，其中，前述濺鍍電源為對並列設置的複數片的標靶中之每一對標靶，以預定的頻率交互地改變極性，來施加電壓之交流電源，將各標靶交互地切換成陽極電極、陰極電極，使得在陽極電極及陰極電極間產生輝光放電，形成電漿環境，來對各標靶進行濺鍍。
7. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之濺鍍裝置，其中，在前述並列設置的標靶與氣體管之間，於各標靶之前方設有形成隧道狀的磁通之磁鐵組裝體，並且具備有：將該各磁鐵組裝體以一體、且沿著標靶裏面平行地平行往復移動之其他的驅動手段。