TWI481734B - A sputtering film forming method for a workpiece having a three-dimensional shape, and a device for use therefor - Google Patents

Description

對三次元形狀之工件進行的濺鍍成膜方法及使用於此之裝置

本發明係關於藉由濺鍍對複雜之三次元形狀之工件均勻成膜的方法以及裝置。

至今濺鍍在半導體、液晶、電漿顯示器、光碟等之領域中，係使用在金屬、塑膠等之2次元的平滑工件上均勻成膜濺鍍粒子的技術。

但是，近年來，不僅如上述般在二次元之平滑工件上，也要求在照相機、行動電話等之本體、外裝品等之複雜三次元形狀之工件上均勻成膜濺鍍粒子。

於使用先行之濺鍍裝置在複雜三次元形狀之工件予以成膜之時，由於自靶材被濺鍍之粒子，直線性強，不太散射，故有不與標靶對向之側面或上下面的均鍍能力差之問題。

因此，本發明之課題係提供即使對複雜之三次元之工件亦可以均勻成膜濺鍍粒子之濺鍍技術。

本發明者為了解決上述課題進行精心研究之結果，發 現於一面使安裝於轉盤式夾持具之三次元形狀之工件予以旋轉，一面濺鍍靶材而予以成膜之時，使自上述靶材飛散之濺鍍粒子之主飛散方向，在所有濺鍍時間中之至少一部分時間中，成為自上述轉盤式工件夾持具之旋轉中心方向偏心之方向，依此可以將濺鍍粒子均勻成膜在複雜三次元形狀之工件上，而完成本發明。

即是本發明為一種對三次元形狀之工件進行的濺鍍成膜方法，屬於藉由對靶材進行濺鍍，對被安裝於與靶材對向設置且進行旋轉之轉盤式工件夾持具的工件，執行成膜之方法，其特徵為：使上述三次元形狀之工件以位於同平面內之軸旋轉，該同平面係垂直於連結上述靶材和轉盤式工件夾持具之旋轉軸的表面，並且，在所有濺鍍時間中之至少一部分時間中，使自上述靶材飛散之濺鍍粒子之主飛散方向成為自上述轉盤式工件夾持具之旋轉軸中心方向偏心的方向。

再者，本發明為一種濺鍍裝置，該濺鍍裝置係在真空腔室內具備有靶材和設置成與靶材對向且具有旋轉軸的轉盤式工件夾持具，其特徵為：上述轉盤式工件夾持具具備工件夾持具支持部和多數工件保持部，上述工件保持部係被設置在上述工件夾持具支持部之外周部，上述轉盤式工件夾持具及/或工件保持部係被設置成能夠以位於同平面內之軸旋轉，該同平面係 垂直於連結靶材和轉盤式工件夾持具之旋轉軸的表面，上述靶材具有旋轉軸，設置成能夠朝左右方向轉動。

並且，本發明為一種濺鍍裝置，該濺鍍裝置係在真空腔室內具備有靶材、上述靶材用磁鐵和設置成與靶材對向且具有旋轉軸的轉盤式工件夾持具，其特徵為：上述轉盤式工件夾持具具備工件夾持具支持部和多數工件保持部，上述工件保持部係被設置在上述工件夾持具支持部之外周部，上述轉盤式工件夾持具及/或工件保持部係被設置成能夠以位於同平面內之軸旋轉，該同平面係垂直於連結靶材和轉盤式工件夾持具旋之轉軸的表面，上述靶材用磁鐵具有旋轉軸，設置成能夠朝左右方向轉動。

再者，本發明為一種濺鍍裝置，該濺鍍裝置係在真空腔室內具備有靶材和設置成與靶材對向且具有旋轉軸的轉盤式工件夾持具，其特徵為：上述轉盤式工件夾持具具備工件夾持具支持部和多數工件保持部，上述工件保持部係被設置在上述工件夾持具支持部之外周部，上述轉盤式工件夾持具及/或工件保持部係被設置成能夠以位於同平面內之軸旋轉，該同平面係垂直於連結靶材和轉盤式工件夾持具之旋轉軸的表面，將上述靶材設置成自靶材飛散之濺鍍粒子之主飛散方向成為自上述轉盤式工件夾持具之旋轉軸中心方向偏心之方向。

再者，本發明為一種濺鍍裝置，該濺鍍裝置係在真空 腔室內具備有靶材、上述靶材用磁鐵和設置成與靶材對向且具有旋轉軸的轉盤式工件夾持具，其特徵為：上述轉盤式工件夾持具具備工件夾持具支持部和多數工件保持部，上述工件保持部係被設置在上述工件夾持具支持部之外周部，上述轉盤式工件夾持具及/或工件保持部係被設置成能夠以位於同平面內之軸旋轉，該同平面係垂直於連結靶材和轉盤式工件夾持具之旋轉軸的表面，將上述靶材用磁鐵設置成自上述靶材飛散之濺鍍粒子之主飛散方向成為自上述轉盤式工件夾持具之旋轉軸中心方向偏心之方向。

若藉由本發明，即使對三次元形狀之工件濺鍍之時，不與靶材對向之側面或上下面之均鍍也為良好。

因此，即使在照相機、行動電話等之本體、外裝品等之複雜三次元形狀之工件，亦可以均勻成膜濺鍍粒子。

以下，繼續說明本發明，以及作為本發明之一態樣的表示靶材使用圓筒型之磁控濺鍍裝置(以下，稱為「同軸型磁控濺鍍裝置」)的圖面。

第1圖為模式性表示同軸型磁控濺鍍裝置之主要部份的圖面。圖中，1為表示同軸型磁控濺鍍裝置，2為表示真空腔室，3為表示圓筒型靶材，4為表示磁鐵收納部，5 為表示靶材磁鐵，6為表示轉盤式工件夾持具，7為表示三次元形狀之工件，8為表示排氣口，以及9為表示氣體導入口。

再者，第2圖為第1圖之A-A’的剖面圖。圖中，1~9表示與上述相同者，10為表示電漿用高壓電源，11為表示接地。

真空腔室2若為可以在其內部設置靶材3及轉盤式工件夾持具6者，大小以及形狀則不特別限定。再者，在真空腔室2設置有排氣口8。在該排氣口8，連接有旋轉泵、渦輪分子泵等之真空用泵(無圖式)。並且，在真空腔室2設置有用以導入濺渡所使用之氣體的氣體導入口9。作為濺渡所使用之氣體並不特別限定，例如可舉出氬、氮、氧等。

圓筒型靶材3係在將上端及/或下端當作支持部之圓筒狀的管路，藉由熔射等將靶材以特定厚度附著於除上述支持部以外之外表面上。作為靶材，可以舉出矽、鈦、鋯、金、銀、銅、銦、錫、鉻、鋁、碳等之金屬以及該些氧化物或是氮化物等。再者，作為管路之材質，可以舉出不鏽鋼、銅、鋁等。該圓筒型靶材3相對於真空腔室2之長邊方向(第1圖之紙面直角方向)係被配置成相當長。該圓筒型靶材3係自真空腔室2被電性絕緣，被連接於高壓電源之一端。再者，高壓電源之另外一端係被連接於真空腔室2和接地11(參照第2圖)。

在圓筒型靶材3之內部設置有磁鐵收納部4，並且在 其內部設置有相對於圓筒型靶材3具有相當長度之靶材用磁鐵5。在圓筒型靶材3和磁鐵收納部4之間供給著用以冷卻圓筒型靶材3之冷卻水。靶材用磁鐵5係由被固定於磁鐵支持棒5a之3個磁鐵5b、5c以及5d所構成。磁鐵5b及5d係將磁鐵支持棒側設為N極，將靶材側設為S極，磁鐵5c則以其相反之磁極被設置(參照第3圖)。再者，該磁鐵5b及5d係在靶材用磁鐵5之上下端連接，形成環圈(參照第4圖)。為了使上述磁鐵5產生平衡之磁場，若使用磁鐵5c的磁力，和由磁鐵5b及5d所構成之磁鐵的磁力為等效者即可，為了產生非平衡之磁場，若使用磁鐵5c之磁力比由磁鐵5b及5d所構成之磁鐵的磁力弱者即可。

使用上述之圓筒型標靶3和標靶用磁鐵5，在所有濺鍍時間中之至少一部分時間中，將自上述圓筒型靶材3飛散之濺鍍粒子之主飛散方向，設為後述轉盤式工件夾持具6之旋轉軸偏心之方向(以下，稱為「偏心方向」)。在此，濺鍍粒子之主飛散方向係指連結被設置在內部之靶材用磁鐵5之磁場最強之兩處的中心，和圓筒型靶材3之中心的方向。

將濺鍍粒子之主飛散方向設為偏心方向，係例如第1圖所示般，將圓筒型靶材3對向於後述轉盤式工件夾持具6而加以設置，並且將上被設置於上述圓筒型靶材3之內部之靶材用磁鐵5設置成能夠以與圓筒型靶材3相同之軸朝左右方向轉動。靶材用磁鐵5之轉動範圍若為可以對三 次元形狀之工件7均勻成膜濺鍍粒子之範圍時則不特別限定。再者，上述轉動係以控制成對於三次元形狀之工件7，偏心方向之濺鍍較中心方向之濺鍍長為佳。

再者，作為將濺鍍粒子之主飛散方向設為偏心方向之另外手段，係例如第5圖所示般，將圓筒型靶材3對向於後述轉盤式工件夾持具6而加以設置，並且將靶材用磁鐵5設置成自圓筒型靶材3飛散之濺鍍粒子之主飛散方向成為自轉盤式工件夾持具6之旋轉軸偏心之方向。此時，靶材用磁鐵5不轉動，固定位置，在所有濺鍍時間中，將自圓筒型靶材3飛散之濺鍍粒子之主飛散方向設為偏心方向為佳。再者，此時圓筒型靶材3以設置多個最佳為兩個為較佳。

轉盤式工件夾持具6係被配置成與圓筒型靶材3對向。該轉盤式之工件夾持具6係如第6圖所示般，以工件夾持具支持部6a以及多數工件保持部6b構成略圓筒狀，工件保持部6b具備用以固定工件之多數勾部6c。工件保持部6b係被設置在上述工件夾持具支持部6a之外周部。上述轉盤式工件夾持具6及/或工件保持部6b，被設置成能夠以位於同平面內之軸旋轉，該同平面係垂直於連結圓筒型靶材3之軸和轉盤式工件夾持具6之旋轉軸的表面，最佳為被設置成能夠以圓筒型之靶材3與軸成為平行的軸旋轉，各獨立或同步旋轉(公轉、自轉)。該轉盤式工件夾持具6係從真空腔室2被電性絕緣。

並且，在本發明中，因藉由三次元之工件7而均勻成 膜，故如第7圖至第9圖所示般，與被設置成與轉盤式夾持具6對向之圓筒型靶材3不同，以在轉盤式夾持具6之上方及下方，設置圓筒型靶材3(在其內部設置磁鐵收納部4以及靶材用磁鐵5)為佳。再者，此時，被設置在圓筒型靶材3內部之靶材用磁鐵5即使與上述相同予以轉動，可調整三次元形狀之工件7上下的均鍍能力。

在以上所說明之裝置中，為了執行濺鍍，首先於將真空腔室2排氣之後，供給濺鍍氣體。接著，自連接於靶材3和真空腔室2之高壓電源10，供給電力(於直流電源之時，將靶材3設為陰極)，依此開始輝光放電，可以開始執行濺鍍。

在上述裝置中，在所有濺鍍時間中之至少一部分時間中，使自上述靶材飛散之濺鍍粒子之主飛散方向，成為自上述轉盤式工件夾持具之旋轉軸偏心的方向，依此可以將濺鍍粒子均勻成膜安裝於轉盤式夾持具之三次元形狀之工件上。

再者，藉由自上述三次元形狀之工件上方及/或下方執行濺鍍，可以均鍍能力佳地形成膜厚均勻之膜。

使用以上說明之本發明之同軸型磁控濺鍍裝置，以下述條件在三次元形狀之工件成膜，則可以均勻予以成膜。

「成膜條件」

工件(形狀)：ABS樹脂(行動電話之外殼)

濺鍍氣體：氬

靶材：鈦

靶材之配置：(1)第1圖之配置

(2)第5圖之配置

(3)第6圖之配置

(4)第7圖之配置

(5)第8圖之配置

磁場：非平衡型

腔室內真空度：10^-3 ～10^-4 Torr

輸入電力：10kW

電源方式：直流

時間；20～30分鐘

並且，在上述中，雖然針對使用圓筒型之靶材當作靶材的同軸型之磁控濺鍍裝置予以說明，但是本發明即使針對使用平板型靶材當作靶材的磁控濺鍍裝置、不使用靶材用磁鐵之濺鍍裝置等亦當然可以實施。

即是，於使用平板型之靶材當作靶材的濺鍍裝置之時，若使三次元之工件，以位於執行平板型靶材之濺鍍之同平面內的軸，和位於與連結轉盤式工件夾持具之旋轉軸之表面呈垂直之同平面內的軸旋轉即可。再者，於不使用靶材用磁鐵之濺鍍裝置時，若將靶材設置成可朝左右方向轉動，自靶材飛散之濺鍍粒子之主飛散方向成為自上述轉盤式工件夾持具之旋轉中心方向偏心之方向即可。

[產業上之利用可行性]

本發明係從各種方向對複雜之形狀之工件施予濺鍍，依此可以均勻予以成膜。因此，不僅在二次元之平滑工件上，即使在照相機、行動電話等之本體、外裝品等之複雜三次元形狀之工件上均勻成膜濺鍍粒子之時，有可以有效利用。

1．．．同軸型磁控濺鍍裝置

2．．．真空腔室

3．．．靶材

4．．．磁鐵收納部

5．．．靶材用磁鐵

5a．．．磁鐵支持棒

5b．．．磁鐵

5c．．．磁鐵

5b．．．磁鐵

6．．．轉盤式之工件夾持具

6a．．．工件夾持具支持部

6b．．．工件保持部

6c．．．鉤部

7．．．工件

8．．．排氣口

9．．．氣體導入口

10．．．電漿用高壓電源

11．．．接地

第1圖為表示本發明之同軸型磁控濺鍍裝置之主要部份的圖面(圖中，空心箭號係表示靶材用磁鐵5之轉動方向)。

第2圖為第1圖之A-A’的剖面圖。

第3圖為表示磁鐵之構造的圖面(圖中，空心箭號係表示靶材用磁鐵5之轉動方向)。

第4圖為表示自第3圖之B方向觀看的磁鐵之構造的圖面。

第5圖為表示本發明之另外態樣之同軸型磁控濺鍍裝置之主要部份的圖面(圖中，空心箭號係表示濺鍍粒子之主飛散方向)。

第6圖為表示轉盤式之工件夾持具之構造的圖面。

第7圖為表示本發明之另外態樣之同軸型磁控濺鍍裝置之主要部份的圖面(圖中，空心箭號係表示靶材用磁鐵5之轉動方向)。

第8圖為表示本發明之另外態樣之同軸型磁控濺鍍裝置之主要部份的圖面。

第9圖為表示本發明之另外態樣之同軸型磁控濺鍍裝置之主要部份的圖面。

1．．．同軸型磁控濺鍍裝置

2．．．真空腔室

3．．．靶材

4．．．磁鐵收納部

5．．．靶材用磁鐵

6．．．轉盤式之工件夾持具

7．．．工件

8．．．排氣口

9．．．氣體導入口

Claims (9)

1. 一種對三次元形狀之工件進行的濺鍍成膜方法，為藉由對靶材進行濺鍍，對被安裝於與靶材對向設置且進行旋轉之轉盤式工件夾持具的三次元形狀之工件執行成膜的方法，其特徵為：使上述三次元形狀之工件以位於同平面內之軸旋轉，該同平面垂直於連結上述靶材和轉盤式工件夾持具之旋轉軸的表面，並且，在所有濺鍍時間中之至少一部分時間中，使自上述靶材飛散之濺鍍粒子之主飛散方向成為自上述轉盤式工件夾持具之旋轉軸中心方向偏心的方向。
2. 如申請專利範圍第1項所記載之對三次元形狀之工件進行的濺鍍成膜方法，其中，並且，從三次元形狀之工件的上方及/或下方執行濺鍍。
3. 如申請專利範圍第1或2項所記載之對三次元形狀之工件進行的濺鍍成膜方法，其中，以磁控濺鍍執行靶材之濺鍍。
4. 一種濺鍍裝置，在真空腔室內具備有靶材和設置成與靶材對向且具有旋轉軸的轉盤式工件夾持具，其特徵為：上述轉盤式工件夾持具具備工件夾持具支持部和多數工件保持部，上述工件保持部係被設置在上述工件夾持具 支持部之外周部，上述轉盤式工件夾持具及/或工件保持部係被設置成能夠以位於同平面內之軸旋轉，該同平面係垂直於連結靶材和轉盤式工件夾持具之旋轉軸的表面，上述靶材具有旋轉軸，設置成能夠朝左右方向轉動。
5. 一種濺鍍裝置，在真空腔室內具備有靶材、上述靶材用磁鐵和設置成與靶材對向且具有旋轉軸的轉盤式工件夾持具，其特徵為：上述轉盤式工件夾持具具備工件夾持具支持部和多數工件保持部，上述工件保持部係被設置在上述工件夾持具支持部之外周部，上述轉盤式工件夾持具及/或工件保持部係被設置成能夠以位於同平面內之軸旋轉，該同平面係垂直於連結靶材和轉盤式工件夾持具之旋轉軸的表面。上述靶材用磁鐵具有旋轉軸，設置成能夠朝左右方向轉動。
6. 一種濺鍍裝置，在真空腔室內具備有靶材和設置成與靶材對向且具有旋轉軸的轉盤式工件夾持具，其特徵為：上述轉盤式工件夾持具具備工件夾持具支持部和多數工件保持部，上述工件保持部係被設置在上述工件夾持具支持部之外周部，上述轉盤式工件夾持具及/或工件保持部係被設置成能夠以位於同平面內之軸旋轉，該同平面係垂直於連結靶材和轉盤式工件夾持具之旋轉軸的表面，將上述靶材設置成自靶材飛散之濺鍍粒子之主飛散方向成為自上述轉盤式工件夾持具之旋轉軸中心方向偏心之 方向。
7. 一種濺鍍裝置，在真空腔室內具備有靶材、上述靶材用磁鐵和設置成與靶材對向且具有旋轉軸的轉盤式工件夾持具，其特徵為：上述轉盤式工件夾持具具備工件夾持具支持部和多數工件保持部，上述工件保持部係被設置在上述工件夾持具支持部之外周部，上述轉盤式工件夾持具及/或工件保持部係被設置成能夠以位於同平面內之軸旋轉，該同平面係垂直於連結靶材和轉盤式工件夾持具之旋轉軸的表面，將上述靶材用磁鐵設置成自上述靶材飛散之濺鍍粒子之主飛散方向成為自上述轉盤式工件夾持具之旋轉軸中心方向偏心之方向。
8. 如申請專利範圍第4至7項中之任一項所記載之濺鍍裝置，其中，並且，將靶材設置在上述轉盤式工件夾持具之上方及/或下方。
9. 如申請專利範圍第4至7項中之任一項所記載之濺鍍裝置，其中，靶材為圓筒型，靶材用磁鐵被設置在上述靶材內部。