TWI434947B

TWI434947B - 磁控濺鍍裝置

Info

Publication number: TWI434947B
Application number: TW095137406A
Authority: TW
Inventors: Tadahiro Ohmi; Tetsuya Goto; Takaaki Matsuoka
Original assignee: Univ Tohoku; Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2005-10-07
Filing date: 2006-10-11
Publication date: 2014-04-21
Also published as: RU2008118147A; TW200730654A; US20100126848A1; CN101283114A; EP1953257A1; KR101217381B1; EP1953257A4; NO20082139L; JPWO2007043476A1; WO2007043476A1; AU2006300441A2; RU2385967C2; AU2006300441A1; JP5147000B2; CN101283114B; EP1953257B1; KR20080046285A

Description

磁控濺鍍裝置

本發明係關於一種磁控濺鍍裝置，其係一種用於對液晶顯示基板或半導體基板等被處理物體施以既定表面處理的處理裝置。

在液晶顯示元件或IC半導體元件等的製造中，於其基板上形成金屬或是絶緣物等薄膜的薄膜形成步驟是必要不可欠缺的。這些步驟係以薄膜形成用的原材料作為靶材，利用直流高電壓或是高頻率電力將氬等氣體電漿化，後以該電漿化氣體衝擊靶材使其活性化並融解飛散，再利用濺鍍裝置使其附著於被處理基板上的成膜方法。

濺鍍成膜法中，為了使成膜速度高速化，係以在靶材內側配置磁石，藉由使磁力線在靶材表面上平行佈走，將電漿閉鎖於靶材表面上，而獲得高密度電漿之磁控濺鍍裝置成膜法為主流。

圖10係用以說明利用習知技術之磁控濺鍍裝置的主要部份構造的圖示，101係靶材，102係欲形成薄膜的基板，103係複數的磁體，104係磁力線，105係靶材101融解剝離的範圍，亦即侵蝕範圍。

如圖10所示的，分別將靶材101內側複數磁石103的N極與S極朝向既定方向配置，並在靶材101與基板102之間施加高頻率電力(RF電力)106或是直流高壓電力107以在靶材101上激起電漿。

另一方面，靶材101背面所設置的複數磁石103會從相隣N極向S極產生磁力線104。靶材表面中垂直磁場(與靶材表面垂直的磁力線分量)係位於歸零的位置，局部的水平磁場(與靶材表面平行的磁力線分量)呈最大值。在水平磁場分量強的範圍，由於電子補位於靶材表面的附近並形成高密度電漿，故會以該位置為中心形成侵蝕範圍105。

由於比起其他範圍而言，侵蝕範圍105係曝露於高密度電漿之下，故靶材101會急劇的消耗。若持續成膜步驟而導致該範圍之靶材材料消耗不見，則非得替換靶材整體不可。其結果使靶材101利用效率變差，再者，與靶材101對向設置的被處理基板102的薄膜厚度，也會因為對向侵蝕範圍105之位置的膜厚變較厚，而使被處理基板整體的膜厚平均性惡化。

於是，有習知技術提出改進方法，其係以磁石棒作為產生磁場的磁體，使該磁石棒移動或是旋轉，讓侵蝕範圍隨時間移動，若時間平均則靶材不會產生局部消耗，進而提高被處理基板膜厚的平均性(參照專利文獻1~3)。

這些方法中，磁石棒其N極與S極係在其直徑方向的對向表面上且在與其長邊平行的方向上具有相同磁極的複數配列，或者在其直徑方向的對向表面上具有相對其長邊方向的螺旋狀相同磁極的複數配列。再者，為了在移動或旋轉的磁石棒周圍，形成將侵蝕範圍封閉限制於靶材內的回路，而配置了固定磁石棒。該固定磁石棒其N極與S極在其直徑方向的對向表面上且在與其長邊平行的方向上具有相同磁極的複數配列。

專利文獻1：特開平5－148642號公報專利文獻2：特開2000－309867號公報專利文獻3：特許3566327號公報

但是，上述習知方法中，為了使被處理基板的成膜速度上昇，若欲提高瞬間侵蝕密度，亦即增大侵蝕範圍相對整體靶材範圍的比例，則必須增強磁石棒強度，更必須使各磁石棒緊密靠近。然而，若採用這樣的構造，則有著因磁石間的互斥力或吸引力而使磁石或固定棒歪掉，或是因對抗該力量而使移動或旋轉變困難的問題點存在。

又，隨者與固定於周圍之磁石棒相隣接的旋轉磁石旋轉的關係，旋轉磁石與周圍固定之磁石棒無論如何一定會產生磁極相同位相的情況，此時即有無法形成封閉之侵蝕的問題點存在。

於是，本發明乃係鑑於上述習知問題點所完成之物，其目的之一在於提供一種能使在靶材上的瞬間侵蝕密度上昇並提高成膜速度的磁控濺鍍裝置。

再者，本發明的另一個目的在於提供一種藉由使侵蝕範圍隨時間移動並防止靶材局部磨耗而實現消耗平均進而使靶材使用壽命延長的磁控濺鍍裝置。

為了達成前述目的，本發明係一種磁控濺鍍裝置，包含：被成膜基板、對向被成膜基板設置的靶材，以及設置於靶材之與被處理基板相反側上的磁石，利用該磁石在靶材表面上形成磁場，藉此將電漿閉鎖限制於靶材表面上，其特徵在於，該磁石係包含沿柱狀旋轉軸設置了複數板狀磁石的旋轉磁石群，與在旋轉磁石群周邊與靶材面平行設置且沿著與靶材面垂直的方向磁化的固定外周板狀磁石，並以藉由使該旋轉磁石群隨該柱狀旋轉軸一起旋轉而令該靶材表面的磁場分布會隨時間一起移動的方式構成。

在此，該旋轉磁石群，係以沿該柱狀旋轉軸的軸向上互相毗鄰之各板狀磁石間呈相異磁極的方式，且以在垂直於該柱狀旋轉軸之軸向該面的外周上具有互相毗鄰之板狀磁石間呈相異磁極之部分的方式，在該柱狀旋轉軸的外周上設置複數板狀磁石所構成，且該固定外周板狀磁石於靶材側形成N極或者是S極之任一磁極。

又，該旋轉磁石群係螺旋板狀磁石群，其沿該柱狀旋轉軸將板狀磁石設置呈螺旋狀而形成複數螺旋，且沿該柱狀旋轉軸的軸向上互相毗鄰的各螺旋間在該柱狀旋轉軸的徑向外側上形成互相呈相異磁極的N極與S極，另外該固定外周板狀磁石呈現從靶材側看過來係包圍該旋轉磁石群的構造，且靶材側形成N極或S極。

再者，該旋轉磁石群，係以在該柱狀旋轉軸的外周上將板狀磁石設置呈環狀且將該環沿該柱狀旋轉軸的軸向上複數設置的方式構成，並以在該柱狀旋轉軸的軸向上互相毗鄰的各環間互相呈相異磁極的方式，且隨著該柱狀旋轉軸的徑向角度變化各環上的板狀磁石於該柱狀旋轉軸之軸向上的位置也隨之變化的方式構成，該固定外周板狀磁石呈現從靶材側看過來係包圍該旋轉磁石群的構造，且靶材側形成N極或S極。

該柱狀旋轉軸的至少一部份宜為順磁性體。

在該固定外周板狀磁石之與該靶材相反側的面上，亦可以隣接該固定外周板狀磁石設置固定外周順磁性體。

亦可設置一從該固定外周板狀磁石發出並朝向該靶材外側的磁束比從該固定外周板狀磁石發出並朝向該靶材內側的磁束更弱的機構。

上述機構宜包含在該固定外周板狀磁石表面中以連續包覆從該靶材側看過來的外側側面與該靶材側之面一部份的方式設置的順磁性體構件。

又，上述機構亦可包含以在該固定外周板狀磁石表面中該靶材側的表面係朝向該靶材內側突出的方式構成該固定外周板狀磁石的構造。

該磁控濺鍍裝置更具備以包覆該靶材端部的方式與該靶材間隔一段距離且相對該螺旋板狀磁石群設置於相反側並電性接地的遮蔽構件，該遮蔽構件係沿著與該柱狀旋轉軸的軸向相同方向上延伸設置並構成使該靶材對該被處理基板開口的開縫構造，且該開縫的寬度以及長度係以，使該板狀磁石群以一定頻率旋轉時，在靶材表面上所形成磁場中與靶材面平行之分量之磁場強度的時間平均分布中，將最大值75%以上的範圍，設定為從被處理基板看過來係開口狀的寬度以及長度的方式設定。

又，該磁控濺鍍裝置更具備以包覆該靶材端部的方式與該靶材間隔一段距離且相對該螺旋板狀磁石群設置於相反側並電性接地的遮蔽構件，該遮蔽構件係沿著與該柱狀旋轉軸的軸向相同方向上延伸設置並構成使該靶材對該被處理基板開口的開縫構造，且以固定被處理基板且使該板狀磁石群以一定頻率旋轉時，遮蔽在未遮蔽該靶材端部的情況下於被處理基板上單位時間內成膜的最大膜厚的80%以下的範圍的方式設定該開縫的寬度以及長度。

該固定外周順磁性體的一部份係構成連續壁面的構造，並構成將該柱狀旋轉軸以及板狀磁石群就該靶材側以外的部分包覆起來的構造，更延長到隣接該柱狀旋轉軸的部分，透過磁性流體隣接於該柱狀旋轉軸的磁性體部分，在該旋轉磁石群與該固定外周板狀磁石之間形成低磁阻之磁路。

該旋轉磁石群宜將板狀磁石以環狀貼附於該柱狀旋轉軸而形成複數環形板狀磁石群，且係在柱狀旋轉軸之軸向上互相毗鄰的各該環形板狀磁石群間在該柱狀旋轉軸徑向外側上形成互相不同磁極的N極與S極的環形板狀磁石群，且隨著該柱狀旋轉軸徑向角度變化而各環形板狀磁石群之軸向位置連續變化相同位移量為佳。

該環形板狀磁石群，形成在該柱狀旋轉軸徑向角度180度變化時，會朝隣接之環形板狀磁石軸向位置變化，再180度變化時則回歸原來軸向位置，且該固定外周板狀磁石從靶材側看過來呈包圍該旋轉磁石群的構造，且在該靶材側上形成N極或是S極的磁極。

該柱狀旋轉軸至少一部份宜為順磁性體。

在該固定外周板狀磁石之與該靶材相反側的面上宜隣接該固定外周板狀磁石設置固定外周順磁性體。

再者，該固定外周順磁性體的一部份構成連續壁面，且呈現將該柱狀旋轉軸以及旋轉板狀磁石群就該靶材側以外的部分包覆起來的構造，並更延長到隣接該柱狀旋轉軸的部分，另透過磁性流體隣接到該柱狀旋轉軸的磁性體部分，而在該旋轉磁石群與該固定外周板狀磁石之間形成低磁阻之磁路。

上述環形板狀磁石群，宜形成在該柱狀旋轉軸徑向角度180度變化時，會朝隣接之環形板狀磁石的軸向位置變化，再180度變化時則回歸原來軸向位置，且該固定外周板狀磁石形成後述之構造：從該靶材側觀察係隣接於該旋轉磁石群一側且在該靶材表面側上形成N極或是S極而設置的第1個板狀磁石，與從靶材側觀察係包圍著該環狀旋轉磁石群與該第1個板狀磁石的構造；且在該靶材側上設置具有與該第1個板狀磁石相反磁極的板狀磁石。

上述環形板狀磁石群，也可以形成在該柱狀旋轉軸徑向角度180度變化時，會朝隣接之環形板狀磁石的軸向位置變化，再180度變化時則回歸原來軸向位置，且該固定外周板狀磁石從該靶材側觀察係呈包圍該旋轉磁石群的構造，且在該靶材側上形成N極或是S極的磁極。

該柱狀旋轉軸的至少一部份宜係順磁性體。

又，係以在該固定外周板狀磁石之與該靶材相反側的面上隣接該固定外周板狀磁石設置固定外周順磁性體為特徴。

該固定外周順磁性體的一部份也可以構成連續壁面，且形成將該柱狀旋轉軸以及旋轉板狀磁石群就該靶材側以外的部分包覆起來的構造，並更延長到隣接該柱狀旋轉軸的部分，另透過磁性流體隣接該柱狀旋轉軸的磁性體部分，而在該旋轉磁石群與該固定外周板狀磁石之間形成低磁阻之磁路。

也可以具有使該柱狀旋轉軸，與貼附於柱狀旋轉軸上的該旋轉磁石群，以及該固定外周板狀磁石，能在與靶材表面垂直方向上移動的構造。

亦可將該柱狀旋轉軸，與貼附於柱狀旋轉軸上的該旋轉磁石群，以及該固定外周板狀磁石，設置在從靶材與貼附有靶材的支承板以及支承板周邊開始連續設置的壁面所包圍出來的空間內，且該空間具有可減壓構造。

在交叉於該柱狀旋轉軸之軸向的方向上具有使該被處理基板相對移動的機構亦無不可。

將上述磁控濺鍍裝置沿該柱狀旋轉軸之軸向上平行設置複數個，並在交叉於該柱狀旋轉軸之軸向的方向上設置使該被處理基板相對移動的機構也可以。

若依本發明可得一種濺鍍方法，其係使用上述磁控濺鍍裝置，並使該柱狀旋轉軸邊旋轉邊在被處理基板上以該靶材之材料進行成膜的方法。

再者，若依本發明，可得一種電子裝置(意指半導體裝置、平面顯示器裝置或者是其他電子裝置)的製造方法，其包含使用上述濺鍍方法在被處理基板上進行濺鍍成膜的步驟。

若依本發明，則除了提高成膜速度之外，亦可防止靶材局部磨耗而藉由實現平均消耗以延長靶材使用壽命。

以下，用圖面説明本發明的實施形態。

第1實施形態

參照圖面詳細説明本發明第1實施形態。

圖1係説明本發明之磁體旋轉濺鍍裝置的第1實施形態構造的剖面圖。

圖1中，1係靶材，2係柱狀旋轉軸，3係螺旋狀配置於旋轉軸2表面的複數螺旋板狀磁石群，4係配置於外周的固定外周板狀磁石，5係在固定外周板狀磁石4之與靶材相反側上對向配置的外周順磁性體，6係靶材1所黏合著的支承板，15係形成將柱狀旋轉軸2以及螺旋板狀磁石群3就該靶材側以外的部分包覆起來之包覆構造的順磁性體，8係冷媒通路，9係絶緣材料，10係被處理基板，11係處理室內空間，12係饋電線，13係與處理室通電的外殼，14係形成處理室的外壁，16係連接外壁14的接地板，17係耐電漿性優異的絶緣材料。

饋電線12與DC電源18、RF電源19、以及整合器20連接。該電源18以及RF電源19透過整合器20，更透過饋電線12線以及殼體7供應電漿激起電力給支承板6以及靶材1，以在靶材表面激起電漿。雖然僅靠DC電力或是僅靠RF電力也能激起電漿，但是基於膜質控制性或成膜速度控制性，仍以兩者一起施加為宜。又，RF電力的頻率通常選自數100kHz到數100MHz之間，惟考量電漿高密度低電子溫度化此特點則宜以高頻率為佳。本實施形態係100MHz。接地板16係對RF電力的接地用平板，只要有該接地板，即使被處理基板為電浮接狀態也能有效率的激起電漿。順磁性體15具有減少磁石所發生的磁場屏蔽效果以及減少因靶材附近干擾而造成磁場變動的效果。

為了更詳細的説明磁石部分，就柱狀旋轉軸2、複數磁石群3、板狀磁石4、順磁性體的俯視圖，以及從靶材1與支承板6該側檢視狀態的平面圖，以圖2表示之。

柱狀旋轉軸2使用一般不銹鋼等材質亦非不可，惟仍宜使用磁阻低的順磁性體，例如Ni－Fe系高磁導率合金等，以構成一部份或是全部的構造為佳。本實施形態係使用Ni－Fe系高磁導率合金構成柱狀旋轉軸2。柱狀旋轉軸2可由未經圖示的齒輪單元以及馬達旋轉之。

柱狀旋轉軸2剖面呈正八角形，一邊長度30mm。各個面上安裝著複數菱形板狀磁石3。該柱狀旋轉軸2係呈外周安裝著磁石的構造，要變粗也容易以構成對磁石所加磁力之抗彎力強的構造。為了使板狀磁石3穩定的產生強力磁場，宜使用殘餘磁通密度、保磁力、磁能積高的磁石為佳，例如以殘餘磁通密度1.1T左右的Sm－Co系燒結磁石為佳，殘餘磁通密度1.3T左右的Nd－Fe－B系燒結磁石等更適當。本實施形態係使用Nd－Fe－B系燒結磁石。板狀磁石3沿其板面垂直方向磁化，並螺旋狀的貼附於柱狀旋轉軸2上而形成複數螺旋，在柱狀旋轉軸的軸向上相互毗鄰的各螺旋其在該柱狀旋轉軸徑向的外側互相為不同的磁極，亦即形成N極對S極。

固定外周板狀磁石4若從靶材1觀察係呈圍繞該旋轉磁石群的構造，靶材1的那一側被磁化成S極。寬為12mm、厚度為10mm。固定外周板狀磁石4基於與板狀磁石3同樣的理由選用Nd－Fe－B系燒結磁石。

其次，用圖3説明本實施形態中侵蝕形成的詳細內容。

如上所述，在柱狀旋轉軸2上將複數板狀磁石3以螺旋狀配置時，若從靶材側看板狀磁石3，發現其配置近似板狀磁石3的S極包圍板狀磁石的N極的周圍。圖3(a)係其概念圖。在這樣的構造下，從板狀磁石3的N極發出的磁力線會射入周邊的S極。結果，會在離板狀磁石面一定程度的靶材面上形成複數個封閉的侵蝕範圍301。再來，藉由使柱狀旋轉軸2旋轉，多數個侵蝕範圍301亦隨著旋轉而移動。圖3(a)中侵蝕範圍301係朝箭頭所示方向移動。又，在旋轉磁石群3的端部中，侵蝕範圍301係從一邊端部依序產生，並在另一邊端部依序消滅。

圖3(b)係表示以本實施形態之實際構造所造成的離固定外周板狀磁石4表面21mm的靶材表面的侵蝕範圍301，由其可知形成了複數個侵蝕範圍301。同時，侵蝕範圍301的水平磁場，亦即與靶材面平行的磁場強度為310高斯，該強度足以將電漿閉鎖起來。

在此用圖12以及圖13就侵蝕範圍301的水平磁場強度分布説明之。圖12係表示板狀磁石群3的磁石其沿柱狀旋轉軸2軸向的長度為固定，而改變互相毗鄰之各螺旋間的間隔(磁石間隔)時，靶材面之侵蝕範圍301的水平磁場強度。茲就旋轉軸向以及與旋轉軸向垂直的旋轉方向表示之。若注意旋轉軸向那條曲線，則發現磁石間隔20mm左右時可達最大強度310高斯左右。磁石間隔太短則磁石間所產生的磁力線漏散而無法獲得夠強的磁場強度，又若離太遠則磁力線會產生空間性擴散，由此可知在某特定值下是最適當的。

又，由圖13可知，藉由改變固定外周板狀磁石4的寬度，便可在幾乎不影響旋轉軸向之水平磁場強度的情況下，達到僅調整旋轉方向之水平磁場強度的目的。如是可知，藉由調整板狀磁石群3以及固定外周板狀磁石4的尺寸或間隔，便可使侵蝕範圍301中的任何位置都能獲得相等的水平磁場。

其次，圖14係表示從固定外周板狀磁石4之靶材側該面到靶材面的垂直方向距離與水平磁場強度的關係。由該圖示可知，靶材面愈接近固定外周磁石4愈能獲得強力磁場。

又，本實施形態中，雖然讓柱狀旋轉軸2的剖面呈正八角形並在各個面上貼附板狀磁石，但是為了實現更圓滑的螺旋形狀，亦可讓該剖面呈數目更多的正多角形並貼附更細小的板狀磁石，且為了使形成螺旋而互相毗鄰的板狀磁石更靠近，亦可讓板狀磁石的剖面不是長方形而係呈在旋轉軸徑向之外側邊較大的梯形。

其次，用圖5説明將柱狀旋轉軸2改變為順磁性體的效果。

圖5係侵蝕範圍301其水平磁場強度之柱狀旋轉軸2的相對磁導率的相依性。以相對磁導率為1加以標準化。由圖5可知，隨著柱狀旋轉軸2的相對磁導率上昇，水平磁場強度亦增加，特別是當相對磁導率100以上時磁場強度可增強60%左右。這是因為將形成螺旋之板狀磁石其旋轉柱狀軸該側的磁阻降低，而能有效率的向靶材該側產生磁力線的關係。藉此，激起電漿時閉鎖效果提高，且隨著電漿之電子溫度下降而對被處理基板的損害減低的同時，也能藉昇高電漿密度而使成膜速度提高。

再者，如圖6所示可知，設置固定外周順磁性體的情況比起未設置的情況其水平磁場強度約增強10%，再將固定外周順磁性體的一部份延長到隣接柱狀旋轉軸2的部分，並透過磁性流體使其隣接柱狀旋轉軸2的磁性體部分，而在旋轉磁石群與固定外周板狀磁石之間形成低磁阻之磁路的情況下，其水平磁場強度約增強30%，吾人可知其成膜性能提高。

第2實施形態

茲參照以下圖面詳細説明本發明之第2實施形態。又，前述實施形態重複部分説明上斟酌省略之。

圖7係本實施形態之旋轉磁石的配置，比起第1實施形態，旋轉磁石中，柱狀旋轉軸2之徑向外側的磁極係S極，亦即僅縮短與固定外周板狀磁石之靶材側的磁極相等的磁石其軸向的長度。由此可知，因為從柱狀旋轉軸2的N極磁石發出的磁力線，受柱狀旋轉軸上之板狀磁石的S極影響，而向固定磁石S極射入的比例變高，故各侵蝕範圍701間會如圖所示的連繋在一起。由於侵蝕範圍701像這樣同時連繋在一起，電子便可藉漂移自由的到達各侵蝕範圍701。如是，在各個侵蝕範圍701的電漿密度不會不平均，便能製成平均性良好的薄膜。又，像這樣各侵蝕範圍701間連繋在一起的情況，亦可藉由降低S極磁石的殘餘磁通密度，或調節各旋轉板狀磁石間的距離而實現。

第3實施形態

茲參照以下圖面詳細説明本發明之第3實施形態。又，前述實施形態重複部分説明上斟酌省略之。

圖8(a)係表示柱狀旋轉軸2與安裝於柱狀旋轉軸2上的板狀磁石，以及固定外周板狀磁石的配置圖示。安裝於柱狀旋轉軸2上的板狀磁石群3，其板狀磁石貼附成環狀並形成複數環形板狀磁石群，且在柱狀旋轉軸2軸向上互相毗鄰的各環形板狀磁石群間，於柱狀旋轉軸2徑向外側係形成互為相異的磁極，亦即N極與S極。該等構造下，隨著柱狀旋轉軸2的徑向角度變化，則各環形板狀磁石群的軸向的位置亦連續變化。該變化比例宜平滑為佳。

圖8(b)係將柱狀旋轉軸2的表面以及所貼附的板狀磁石一起展開的圖示。由圖可知，環形板狀磁石群形成當柱狀旋轉軸的徑向角度180度變化時則朝隣接之環形板狀磁石的軸向位置變化，再180度變化時則回歸原來的軸向位置上。

又，如圖8(a)所示的，固定外周板狀磁石係形成後述之構造：從該靶材表面觀察係隣接於該旋轉磁石群一側且在該靶材表面側上形成N極磁極而設置的第1個板狀磁石，與包圍著環狀旋轉磁石群及第1個板狀磁石的構造，且在靶材表面那一側上設置了具有與該第1塊板狀磁石相反的S極磁極的板狀磁石。

若依本構造，則侵蝕範圍801呈單一的一個環圈，且因為巡回侵蝕範圍的飄移電子的效果而能在侵蝕範圍內形成平均電漿。又，由於使柱狀旋轉軸2旋轉，則圖中二點鎖線802所示的柱狀旋轉部之環形板狀磁石群與其周邊之固定磁石所形成的波狀侵蝕區域，會隨著旋轉一起沿軸向進行往返運動。藉此，可防止靶材發生局部性消耗，且由於侵蝕範圍801係呈波型，故侵蝕面積相對靶材面積的比例增加，實現快速成膜的速度。

第4實施形態

茲參照以下圖面詳細説明本發明之第4實施形態。又，前述實施形態重複部分説明上斟酌省略之。

圖9(a)係表示柱狀旋轉軸2與安裝於柱狀旋轉軸2上的板狀磁石，以及固定外周板狀磁石的配置圖示。安裝於柱狀旋轉軸2上的板狀磁石群3，其板狀磁石貼附成環狀並形成複數環形板狀磁石群，且在柱狀旋轉軸2軸向上互相毗鄰的各環形板狀磁石群間，於柱狀旋轉軸2徑向外側係形成互為相異的磁極，亦即N極與S極。隨著柱狀旋轉軸2其徑向的角度變化，則各環形板狀磁石群的軸向的位置亦連續變化。

圖9(b)係將柱狀旋轉軸2的表面以及所貼附的板狀磁石一起展開的圖示。由圖可知，環形板狀磁石群形成當柱狀旋轉軸的徑向角度180度變化時則會朝隣接之環形板狀磁石的軸向位置變化，再180度變化時則回歸原來的軸向位置上。固定外周板狀磁石從靶材表面觀察係呈現包圍旋轉磁石群的構造，且靶材表面該側形成S磁極。

若依本構造，則各侵蝕範圍901隨旋轉磁石的旋轉一起沿軸向進行往返運動，而使靶材平均消耗。又，與螺旋狀配置不同的，由於在旋轉磁石的端部沒有侵蝕範圍901的生成以及消滅，故電漿阻抗變動減少而能穩定供給電力。又，例如令環形板狀磁石群一方的磁極與第2實施形態類似，使S極磁石的軸向寬度比N極磁石的小，並藉由調整磁石間隔使各侵蝕範圍互相接觸，而能達到電漿平均化的目的者，自不待言。

第5實施形態

茲參照以下圖面詳細説明本發明之第5實施形態。又，前述實施形態重複部分説明上斟酌省略之。

圖11係説明本發明之磁體旋轉濺鍍裝置的第5實施形態構造的剖面圖。

圖11中，3係螺旋狀配置於柱狀旋轉軸2表面的複數螺旋板狀磁石群，4係配置於外周的固定外周板狀磁石，5係在固定外周板狀磁石4之與靶材相反側上對向配置的外周順磁性體，15係形成包覆構造的順磁性體，其將柱狀旋轉軸2以及螺旋板狀磁石群3之該靶材側以外部分包覆起來，18係DC電源，19係RF電源，20係整合器，21係從支承板周邊連續設置的壁面，22係壁面20與支承板所圍出來的空間，23係密封環。

由於設置有密封環23，故便能利用未經圖示的排氣泵浦減低空間22的壓力。將使柱狀旋轉軸2旋轉的齒輪單元以及馬達，設置在減壓空間內，或藉由設置軸封而從大氣側驅動都可以。利用本構造可使處理室內與空間22之間的壓力差變小，並可使支承板116變薄。亦即，可使靶材111變厚，以減少靶材替換頻率而提高生產性。

當靶材材料消耗，則靶材表面會接近磁石。由圖14亦可知，磁石接近則磁場強度上昇，電漿密度上昇成膜率也上昇。本實施形態中，柱狀旋轉軸2、固定外周板狀磁石4、螺旋板狀磁石群3、外周順磁性體5與順磁性體15，利用未經圖示的線性導軌，而可同時沿著與靶材表面垂直的方向移動(圖中粗線的部分)。於是，藉由配合靶材的消耗而自支承板離開消耗部分的距離，而能一直在平均消耗的靶材表面上形成相同的磁場強度。如是，即使靶材消耗，也能保持與初期相同的成膜速度，並得到經常穩定的成膜結果。

第6實施形態

茲參照以下圖面詳細説明本發明之第6實施形態。又，前述實施形態重複部分説明上斟酌省略之。本實施形態係企圖改善圖1所示構造之問題點者。亦即，本發明者已知當採用圖1所示構造時，不僅靶材1內側部分，連靶材外側也有幾乎相等強度之固定外周磁石4的磁束流出，而靶材外側所產生的電漿，不只是對濺鍍無貢獻而僅消耗多餘能量而已，還會有侵蝕靶材外構件的問題產生。為了防止該等問題的產生，圖15所示係對包覆固定外周磁石之形狀的固定外周順磁性體的構造上加工的實施態樣。

以下，參照圖15説明本發明第6實施形態，使用外徑74mm、內徑58mm，亦即肉厚8mm的Ni－Fe系高磁導率合金作為柱狀中空旋轉軸1502，其外周以厚度12mm的螺旋板狀磁石1503埋入2mm，形成如圖16所示的樣子。又，圖16亦圖示出固定外周磁石1504。螺旋部分的軸向長度為307mm。柱狀旋轉軸1502以中空構造欲達輕量化目的。又，如圖15所示的，固定外周板狀磁石1504係呈靶材1501側11mm、靶材相反側8mm、高15mm的梯形構造。再者，在固定外周板狀磁石1504之與靶材1501相反側的面上、從靶材側觀察係外側的側面上、以及從靶材側該面外側到內側7.3mm的範圍上，設置了與該固定外周磁石1504隣接的連續固定外周順磁性體1505。藉此，便可抑制從固定外周磁石1504發出的磁束跑到靶材外側去，並能僅在靶材面1501上有效率的形成水平磁場且以高效率激起電漿。此時靶材表面之電漿時間變化照片如圖17所示。電漿激起條件係毎分鐘導入氬氣體1000cc並輸入13.56MHz的RF電力800W。以1Hz旋轉柱狀旋轉軸。從圖17左側照片(從上到下顯示隨時間變化的情況)可知，穩定的電漿環圈1701(侵蝕環圈)自旋轉軸左端生成，並隨旋轉移動，從圖17右側照片(從上到下顯示隨時間變化的情況)可知，其自旋轉軸右端穩定的消滅。又圖18以照片表示長時間放電後靶材的消耗狀態。由圖可知，靶材表面並非局部而係平均的消耗。又，圖24係表示以蘭牟爾探針所測定之電漿的電子溫度．電子密度．電漿電位的壓力相依性。在係氬氣體電漿、RF功率800W、位置離靶材表面40mm的條件下測定之。就DC功率非施加時以及施加400W時表示之。由圖可知，當壓力在20mTorr程度以上時，電子溫度會在2eV以下並生成電子溫度非常低的電漿。照射處於電浮接狀態之被處理基板的離子其給予的照射能量為kTe/2×In(0.43×mi/me)。在此，k為波次曼常數，Te為電子溫度，m² 為電漿離子的質量，me為電子的質量。在氬氣體的情況下，若電子溫度在1.9eV以下的話，離子照射能量則為10eV以下，便可儘量抑制成膜初期時對下底基板的損害。因此成膜初期宜在高壓力範圍下開始成膜為佳。

第7實施形態

茲參照以下圖面詳細説明本發明之第7實施形態。又，前述實施形態重複部分説明上斟酌省略之。本實施例中，如圖19所示的，靶材1501的該螺旋板狀磁石群1503的相反側，亦即被處理基板所設置該側的面上，對向與螺旋板狀磁石群之軸向相同方向且沿伸並開口的電性接地構件1901，以包覆靶材1501端部且自靶材1501隔離一段距離的方式，連接處理室壁1902而設置著，形成向靶材1501開口的開縫1903。亦即，利用接地板1901形成開縫。開縫1903的寬度1904以及長度，以固定被處理基板且以一定頻率旋轉螺旋板狀磁石群時，遮蔽無開縫時在被處理基板上單位時間成膜之最大膜厚80%以下範圍的方式設定。本實施例中，靶材材質為純鋁。以圖20詳細説明之。圖20係對向靶材表面而在距離30mm的位置設置矽基板時，垂直於柱狀旋轉軸的方向的成膜率分布。就該開縫幅1904分別為114mm與60mm的情況表示，並以中央最大成膜率加以標準化。形成開縫1903的接地板1901係在距離靶材表面26mm的位置上由厚度2mm的不銹鋼板形成。因為靶材寬度為102mm，故當開縫寬度為114mm時，實際上無法以開縫板遮蔽飛散的靶材粒子到達矽基板形成薄膜。另一方面，當開縫寬度為60mm時，便會將最大成膜率80%以下的部分遮蔽起來。又，圖21中表示靶材表面之水平磁場分布的等高線圖。此係柱狀旋轉軸在某一位相的情況，實際上就全部位相取時間平均值時，最大平均水平磁場強度為392G，將開縫寬度設為60mm時，從被成膜基板觀察，會遮蔽掉最大平均水平磁場強度75%即295G以下的範圍。將開縫寬度設為60mm，在被處理基板上進行成膜時，由於照射電漿即同時迅速形成鋁原子金屬膜，故能防止被處理基板帶電。藉此，可避免充電損害。以圖22與圖23詳細説明之。圖22係表示在裝置有使天線比從10變化到100萬之天線MOS(metal－oxide semiconductor；金屬氧化物半導體)電容器(氧化膜厚4nm)且半徑長200mm的晶圓上形成鋁膜時其成品率的天線比相依性。天線比係MOS電容器的閘電極(天線電極)的面積與閘面積之比，由於天線電極愈大愈會積聚電漿的電荷，當在閘絶緣膜上施加電場強度過高時會發生漏電流增加或絶緣被破壞的情況。將矽基板設置於距離靶材表面30mm的位置上，並以沿開縫長邊方向與垂直方向依毎秒1cm的速度移動基板讓晶圓全部範圍通過開縫開口部下方的方式使其作1次的往返運動。藉由1次的往返，晶圓全部範圍即通過了開縫開口部2次。成膜條件設為壓力80mTorr、RF功率1000W、DC功率1000W。由圖可知，相對於開縫寬度設為114mm時從天線比10萬開始會產生充電損害並使成品率劣化的情況，開縫寬度設為60mm時即使天線比到100萬也不會發生損害。其次，圖23係表示對天線比為1萬，天線形狀呈櫛狀的天線MOS進行同樣的成膜步驟並測試成品率的結果。在櫛線寬度設為0.2um、0.4um的情況下，使線：空間的比率以1：1、1：2、1：3變化。由其可知，櫛狀天線也是一樣，相對於開縫寬度設為114mm時在所有條件下都會發生充電損害而成品率在80%左右前後的情況，開縫寬度設為60mm時在所有條件下都不會發生損害。

第8實施形態

茲參照以下圖面詳細説明本發明之第8實施形態。又，前述實施形態重複部分説明上斟酌省略之。本發明之旋轉磁體濺鍍裝置，如圖4所示的，特別適合作為往復移動型成膜裝置使用的情況。

圖4中，401係處理室，402係閘活門，403係被處理基板，404係第7實施例所示的旋轉磁體電漿激起部。只是，第7實施例中螺旋部分的軸向長度為307mm，而本實施例中變為2.7m。電漿激起電力的頻率為13.56MHz。雖然從電漿高密度化．低電子溫度化的觀點來看宜以高頻率例如100MHz左右為佳，但是電漿激起部為2.7m左右，而100MHz的波長為3m。若像這樣激起部與波長相同程度，則會激起駐波，恐怕會有電漿不平均的疑慮。若頻率為13.56MHz的話波長則為22.1m，因而電漿激起部的長度比波長短得多，故電漿不會受到駐波的影響而變不平均。本實施形態係使用4個旋轉磁體電漿激起部404。藉此，可提高實際成膜率。激起部的個數並不限於4個。被處理基板403為2.2m×2.5m的玻璃基板，本實施例中縱方向設置成2.5m，且基板係相對於旋轉磁體電漿激起部的柱狀旋轉軸在垂直方向上作往復運動，如是便能在被處理基板上平均成膜。為了平均成膜，不作往復運動而將被處理基板403以通過單一方向的方式設定也可以，或使用移動旋轉磁體電漿激起部404的方法也可以。本實施例中，藉由使被處理基板作往復運動，連續的將基板的一部份暴露於由旋轉磁體電漿激起部所激起的電漿範圍內，以平均形成薄膜。藉由將旋轉磁體的旋轉速度設定為單次旋轉時間比基板通過時間更快的方式，便能在不影響瞬間侵蝕圖案的情況下平均成膜。典型的設定為，基板通過速度係60秒/枚，旋轉磁體的旋轉速度係10Hz。又，本實施例中雖係使被處理基板作往復運動，然若使1個或者複數個的旋轉磁體電漿激起部僅通過被處理基板一次而形成薄膜，即構成通過成膜型裝置也可以。

第9實施形態

茲參照以下圖面詳細説明本發明之第9實施形態。又，前述實施形態重複部分説明上斟酌省略之。本發明之旋轉磁體濺鍍裝置表示於圖25。柱狀旋轉軸、旋轉磁石群以及固定外周板狀磁石係與實施例7相同尺寸與構造。被處理基板2502係半徑長200mm的半導體晶圓，其設置於對向靶材表面且可旋轉運動的平台上。使柱狀旋轉軸旋轉，並在靶材表面上按時間平均生成電漿的同時，藉由使該平台旋轉，在晶圓2502上形成薄膜。若將開縫開口部2501在晶圓中心附近的開縫寬度縮小的話，則更能在晶圓上平均成膜。又，如圖26所示的，將開縫開口部2601作成長方形，並藉由使被處理基板2602中心偏移離開該開縫開口部的中心，以達到成膜分布平均化的目的。

以上，雖係依本發明實施形態説明，惟磁石尺寸，基板尺寸等並不限於實施例所述內容而已。

<產業上利用性>

本發明之磁控濺鍍裝置，不僅只能使用於在半導體晶圓等物品上形成絶緣膜或導電性膜之用而已，亦適用於在平面顯示器裝置之玻璃等材質之基板上形成各種薄膜，亦可在記憶裝置或其他電子裝置的製造過程中作濺鍍成膜之用。

1．．．靶材

2．．．柱狀旋轉軸

3．．．板狀磁石群

4．．．固定外周板狀磁石

5．．．外周順磁性體

6．．．支承板

7．．．殼體

8．．．冷媒通路

9．．．絶緣材料

10．．．被處理基板

11．．．處理室內空間

12．．．饋電線

13．．．外殼

14．．．外壁

15．．．順磁性體

16．．．接地板

17．．．絶緣材料

18．．．DC電源

19．．．RF電源

20．．．整合器

21．．．壁面

22．．．空間

23．．．密封環

101．．．靶材

102．．．基板

103．．．複數磁體

104．．．磁力線

105．．．侵蝕範圍

106．．．高頻率電力

107．．．直流高壓電力

111．．．靶材

116．．．支承板

301．．．侵蝕範圍

401．．．處理室

402．．．閘活門

403．．．被處理基板

404．．．旋轉磁體電漿激起部

701．．．侵蝕範圍

801．．．侵蝕範圍

802．．．二點鎖線

901．．．侵蝕範圍

1501．．．靶材

1502．．．柱狀中空旋轉軸

1503．．．板狀磁石

1504．．．固定外周磁石

1505．．．固定外周順磁性體

1701．．．電漿環圈

1901．．．電性接地構件

1902．．．處理室壁

1903．．．開縫

1904．．．開縫寬度

2501．．．開縫開口部

2502．．．被處理基板

2601．．．開縫開口部

2602．．．被處理基板

圖1係本發明的磁控濺鍍裝置剖面圖。

圖2係就柱狀旋轉軸、複數磁石群、板狀磁石以及順磁性體其俯視圖與從靶材側觀察的端視圖。

圖3係侵蝕範圍表示圖。

圖4係本發明第8實施形態之往復移動型成膜裝置的表示圖。

圖5係水平磁場強度其柱狀旋轉軸材料之相對磁導率相依性的表示圖。

圖6係(1)無磁路形成、(2)在固定外周板狀磁石之下設置順磁性體(相對磁導率100)、(3)在固定外周板狀磁石之下的順磁性體與柱狀旋轉軸之間形成磁路時標準化水平磁場強度的表示圖。

圖7係旋轉板狀磁石中，柱狀旋轉軸之徑向外側的磁極係S極，亦即僅指與固定外周板狀磁石之靶材側的磁極相同的磁石，將軸向長度縮短時之侵蝕圖案的表示圖。

圖8係本發明第3實施形態之磁石配置的表示圖。

圖9係本發明第4實施形態之磁石配置的表示圖。

圖10係習知之磁控濺鍍裝置的表示圖。

圖11係本發明第5實施形態之裝置剖面圖。

圖12係水平磁場強度之磁石間隔相依性的表示圖。

圖13係水平磁場強度之固定外周磁石偏相依性的表示圖。

圖14係水平磁場強度之固定外周板狀磁石其從靶材側該面的垂直方向距離相依性的表示圖。

圖15係本發明第6實施形態之磁石配置的表示圖。

圖16係螺旋板狀磁石與固定外周磁石的圖示。

圖17係靶材表面之電漿照片的翻印圖。

圖18係長時間放電後靶材消耗狀態的照片的翻印圖。

圖19係本發明第7實施形態之磁石配置的表示圖。

圖20係對向靶材表面並離開30mm的位置上設置矽基板時，垂直於柱狀旋轉軸其軸之方向上的成膜率分布表示圖。

圖21係靶材表面上水平磁場分布的等高線圖。

圖22係天線MOS電容器之成品率的天線比相依性的表示圖。

圖23係櫛狀天線MOS電容器之成品率的表示圖。

圖24係以蘭牟爾探針測定之電漿的電子溫度．電子密度．電漿電位的壓力相依性的表示圖。

圖25係本發明第9實施形態之磁石配置的表示圖。

圖26係本發明第9實施形態另一磁石配置的表示圖。