TWI489513B - An ion bombardment device and a substrate surface cleaning method using the device - Google Patents

An ion bombardment device and a substrate surface cleaning method using the device Download PDF

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TWI489513B
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Description

離子轟擊裝置及利用該裝置之基材表面潔淨方法
本發明係有關作為成膜的前處理而用來潔淨基材表面的離子轟擊(ion bombardment)裝置及利用該裝置之基材表面潔淨方法。
一般而言，為了提升切削工具的耐磨耗性、或提升機械零件的滑動面的滑動特性，會對基材(成膜對象物)表面以PVD法或CVD法進行硬質皮膜之成膜。像這樣的硬質皮膜之成膜所使用之裝置，有電弧離子鍍(arc ion plating)裝置或濺鍍裝置等物理性蒸鍍裝置、或是電漿CVD裝置等化學性蒸鍍裝置。
為了利用這樣的物理性蒸鍍裝置及化學性蒸鍍裝置來成膜出密合性高的硬質皮膜，習知會在進行成膜處理前將基材表面潔淨作為手段。該潔淨之方法，習知有以電子衝撞造成的加熱來進行潔淨之方法、或是離子轟擊法。離子轟擊法中，會藉由電漿放電而生成如氬離子般重的惰性氣體離子，並藉由該離子照射至基材而使該基材的表面受到加熱。藉由該加熱，來達成該表面之潔淨。
專利文獻1中揭示一種在具有上下方向中心軸的圓筒形狀之真空腔室內，潔淨基材表面之技術。該技術中，在前述真空腔室的前述中心軸的周圍配置著複數個基材。在該些基材的內周側或外周側，於與該基材的處理高度相同或為該處理高度以上而橫跨上下之空間內，形成電漿供給源亦即電弧放電。藉由該電弧放電而生成的氬離子，會照射至被賦予負偏壓的基材，藉此基材表面被潔淨。
利用前述專利文獻1記載之裝置來潔淨基材表面的情形下，可能會因為真空腔室內搭載的基材大小或配置不同，而無法對基材施以有效的潔淨。具體而言，是在惰性氣體下的真空腔室內當中，於放出電子的陰極(cathode)與接受其電子的陽極(anode)之間賦予電位差，藉此產生放電，該放電會使從陰極放出的電子朝陽極方向移動，但當真空腔室內搭載的基材較大的情形下或當複數個基材緊密配置的情形下，前述電子在前述陰極與前述陽極之間的移動可能會受到阻礙。因此，大多數被放出的電子，可能會從小尺寸的基材的鄰近偏向而通過、或是從基材稀疏配置之區域或未配置基材之區域偏向而通過。
換言之，由於真空腔室內中的基材大小或配置不同，而產生了電子多數存在之區域與少數存在之區域，則在電子多數存在之區域生成的電漿可能較濃，另一方面在電子少之區域生成的電漿可能變得稀薄。若像這樣在電漿濃度變得不均一的真空腔室內進行基材之潔淨，則基材表面的潔淨狀況，亦即離子衝撞所造成之基材表面的削減量(蝕 刻量)就會發生不一致。具體而言，若在電漿密度濃的區域對基材表面進行蝕刻，則基材表面可能會被過度削減。反之，若在電漿密度稀薄的區域進行基材蝕刻，則基材表面的蝕刻量可能無法滿足所要求之蝕刻量。
像這樣基材的蝕刻量的不一致，會阻礙基材表面的硬質皮膜的均一蒸鍍，而有對提升基材耐磨耗性等產生妨礙的疑慮。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利第4208258號公報
本發明之目的在於提供一種用來潔淨基材表面且不受前述基材大小或配置不一致之影響而可穩定地潔淨之離子轟擊裝置，以及利用該裝置之基材表面潔淨方法。
本發明所提供者，係用來將基材的表面加以潔淨之離子轟擊裝置，具備：真空腔室，具有內壁面，該內壁面包圍容納前述基材之空間；至少一個電極，設於前述真空腔室的內壁面，且放出電子；複數個陽極，接受來自前述電極的電子，且各陽極配置成隔著前述基材而與前述電極相向；及複數個放電電源，對應於前述各陽極；前述各放電電源，係與前述真空腔室絕緣，對於與該放電電源對應之陽極供給可彼此獨立設定之電流或電壓，藉此使該陽極與 前述電極之間產生輝光放電。
本發明之基材表面潔淨方法，係利用上述離子轟擊裝置，將具有長邊方向且成膜前之基材的表面加以潔淨之方法，包含：在前述真空腔室內的空間配置前述基材，使得前述基材位於前述離子轟擊裝置中的前述至少一個電極與各陽極之間，在該基材被配置之狀態下，使前述陽極與前述電極之間產生輝光放電而生成電漿，控制前述各放電電源的放電電流及放電電壓之至少其中一者，使得生成的電漿之密度於前述基材的長邊方向均一化。
1‧‧‧離子轟擊裝置
2‧‧‧真空腔室
2a、2b、2c、2d‧‧‧真空腔室的內壁面
3‧‧‧電極
4‧‧‧陽極
5‧‧‧放電電源
6‧‧‧加熱電源
7‧‧‧絕緣變壓器
8‧‧‧1次線圈
9‧‧‧2次線圈
10‧‧‧偏壓電源
11‧‧‧工作台
12‧‧‧載置台
W‧‧‧基材
[圖1]本發明第1實施形態之離子轟擊裝置截面正面圖。
[圖2]前述第1實施形態之離子轟擊裝置截面平面圖。
[圖3]前述離子轟擊裝置中的放電電源動作區域示意圖。
[圖4A]前述離子轟擊裝置中的第1基材之搭載狀況，及與其對應之放電電流設定例示意圖。
[圖4B]前述離子轟擊裝置中的第2基材之搭載狀況，及與其對應之放電電流設定例示意圖。
[圖5]控制與不控制前述放電電流的情形下，基材的蝕刻量分布示意圖。
[圖6]本發明第2實施形態之離子轟擊裝置截面正面 圖。
[圖7]本發明第3實施形態之離子轟擊裝置截面平面圖。
[圖8]本發明第4實施形態之離子轟擊裝置截面平面圖。
以下依據圖面，說明本發明之實施形態。
圖1及圖2揭示本發明第1實施形態之離子轟擊裝置1。該離子轟擊裝置1，是用來對藉由物理性蒸鍍法(PVD法)或化學性蒸鍍法(CVD法)使皮膜成膜之前的基材W表面加以潔淨。該離子轟擊裝置1具備容納前述基材W之真空腔室2，且具有下述功能，即，對於該真空腔室2內搭載的前述基材W，以在該真空腔室2內產生之氣體離子加以照射，藉此進行前述潔淨。
在離子轟擊裝置1被潔淨的基材W，可設想為各式各樣之物，例如有切削工具或沖壓加工時所用之模具等。該些切削工具或模具，由於在其車磨加工時或沖壓加工時會承受很大的負荷，故需要高度的耐磨耗性或滑動特性。為了實現這樣的特性，會利用PVD法或CVD法，於基材W表面進行硬質皮膜(TiN、TiAlN等)之成膜。但，為了利用這樣的物理性蒸鍍法或化學性蒸鍍法來成膜出密合性高的硬質皮膜，必須在進行成膜處理前將基材W表面潔淨。離子轟擊裝置1中，會藉由電漿放電而生成如氬離子 般重的惰性氣體離子，並藉由該離子照射至基材W而使該基材W的表面受到加熱。藉由該加熱，該基材W的表面被潔淨。
以下，詳細說明第1實施形態之離子轟擊裝置1。 另，以降之說明中，以圖1中的上下方向作為說明中的上下方向、以圖1中的左右方向作為說明中的寬幅方向。
如圖1、圖2所示，第1實施形態之離子轟擊裝置1具備：放出電子之陰極即電極3、及從該電極3接受電子之複數個陽極4、及旋轉式之工作台11。工作台11相當於基材保持具，可供潔淨對象亦即複數個基材W搭載於其上。
前述離子轟擊裝置1又具備放電電源5、加熱電源6、偏壓電源10。前述放電電源5會在前述電極3與前述陽極4之間賦予電位差，使產生電漿放電。前述加熱電源6為用來加熱電極3之電源。前述偏壓電源10與前述工作台11連接，對搭載於該工作台11上的基材W施加負電壓。
如圖2所示，本實施形態之真空腔室2，係為俯視呈八角形形狀之空洞框體，具有複數個內壁面，圍繞容納前述複數個基材W的空間。前述真空腔室2的內部可減壓至真空狀態，前述真空腔室2具有將前述真空狀態的內部保持氣密之功能。該真空腔室2中雖未圖示，但設有用來將氬等惰性氣體導入至該真空腔室2內部之氣體導入口、及用來從真空腔室2內部將惰性氣體排出之氣體排氣口。
工作台11為俯視呈圓形的板狀台。該工作台11設於該真空腔室2的底部，使得設定在前述真空腔室2底部的略中心之上下軸心軸系可旋轉。在該工作台11上，前述複數個基材W以豎立狀態搭載著。具體而言，各基材W係具有具長邊方向之形狀，亦即具有朝特定方向延伸之形狀，而以其長邊方向朝向上下方向之姿勢搭載於前述工作台11上。前述電極3及前述陽極4，配置於前述工作台11的寬幅方向兩側。
前述電極3(cathode，陰電極)係放出電子，配置於真空腔室2的內壁面的一方之側的部分。具體而言，前述電極3係配置成隔著前述基材W而與前述各陽極4相向。前述電極3具有朝特定方向延伸之形狀，以其長邊方向與前述基材W的長邊方向一致之姿勢，亦即朝上下方向延伸姿勢配置。
第1實施形態之電極3為細長之燈絲體，詳言之為由鎢(W)等金屬所形成之線條形材料。第1實施形態之離子轟擊裝置1中，前述基材W是以朝上下方向延伸之姿勢搭載於工作台11上，故由前述細長之燈絲體所構成之電極3，是透過絕緣體安裝在真空腔室2的內壁面的一方之側的部分，使得其長邊方向朝向上下方向。前述電極3具有之長度，係與搭載於工作台11上的基材W的全高(亦即基材W的處理高度)相同，或比其稍大。
如圖1所示，前述電極3配設於側視時會與基材W重疊之位置。具體而言，電極3的上端部比基材W的上 端還朝上方突出，電極3的下端部比基材W的下端還朝下方突出。電極3於整個上下方向具有均一的粗度及組成。
如圖2所示，電極3係設置在俯視呈八角形之真空腔室2的內壁面當中與該八角形其中一邊對應之單位面，即圖2中與上側的邊對應之面2c。雖未圖示，但為防止反覆進行基材W之潔淨而電極3消耗用盡，亦可在真空腔室2設置備用之電極。
前述加熱電源6係與前述電極3的兩端部連接。加熱電源6對前述電極3供給電流而將電極3加熱，藉此該電極會放出電子。從電極3放出的電子，會對基材W橫跨處理高度方向近乎均一地照射。朝基材W側放出的電子量，能夠藉由電極3中的該地點的電位而控制。放出的電子會被導入至真空腔室2內部而與氬氣衝撞，生成氬離子。
本發明之電極的形態，並不限定於如前述電極3般的燈絲體。舉例來說，電極亦可為矩形狀或針狀之物。如此形狀的電極，並不如由前述燈絲體所構成之電極3般細長，故電子會朝廣範圍擴散，生成的電漿亦會橫跨廣範圍。此外，本發明之電極亦可為電子放出電漿源等電子源。這樣的電子源比由燈絲體所構成之前述電極3來得小，而可使電漿擴散佈滿。
前述各陽極4(陽電極)，會受到正電位(比電極3相對高的電位)施加。各陽極4設於前述真空腔室2的內 壁面當中另一方的單位面，即隔著前述工作台11而與前述電極3相向之面2a。前述各陽極4係配設成與搭載之基材W的長邊方向朝相同方向，亦即朝上下方向並列。第1實施形態之離子轟擊裝置1中，該基材W是以基材W的長邊方向朝向上下方向之姿勢搭載於工作台11上，故在朝上下方向並列之複數個(圖1中為3個)位置的各者，前述陽極4是以彼此遠離之狀態配設。
前述複數個陽極4配設之區域，於側視時，係比相當於配置於工作台11上的狀態的基材W的全高度(基材W的潔淨高度)之區域，從上端及下端分別朝上下方向稍微突出。詳言之，前述複數個陽極4當中，配設於前述真空腔室2的內壁面上部之陽極4，係比基材W的上端還朝上方稍微突出，而配設於真空腔室2的內壁面下部之陽極4，係比基材W的下端還朝下方稍微突出。配設於真空腔室2的內壁面中央之陽極4，係位在配設於真空腔室2的內壁面上部之陽極4與配設於真空腔室2的內壁面下部之陽極4之間，且沿著基材W方向以等間隔(等間距)配置。
像這樣，複數個陽極4係排列在與基材W長邊方向相同方向(本實施形態中為上下方向)上，從與各陽極4各自個別連接之放電電源5對該陽極供給電力，且其供給電流或供給電壓的至少其中一者係針對每個陽極4個別調整，藉此，可控制流入至各陽極4的電子，使得電漿的上下方向分布成為大致均一。另，在欲處理之基材W中， 依大小、形狀不同，有時亦有刻意增加或減少潔淨量(電漿造成之基材W的表面削減量，即蝕刻量)較佳之情況。在此情形下，只要控制放電電源5使得電漿成為不均一分布即可。
不過，有時會有使用PVD裝置來作為離子轟擊裝置1的情形，或是會在PVD裝置中於PVD處理前進行離子轟擊處理(PVD裝置與離子轟擊裝置1之兼用化)。此時，PVD裝置中的陰極，亦即將皮膜成膜時所使用之蒸發源，會兼用作為離子轟擊裝置1的陽極4。
此一兼用所具有之優點為，不必於真空腔室2內另行設置陽極4，如此一來可抑制製作成本，同時只要設置簡易的電路切換開關便可運轉。在此情形下，由於流入至陽極4的電子所造成之加熱，該陽極4會變得非常高溫，但在PVD裝置的蒸發源會設置冷卻機構，以作為使電漿產生時因應溫度上昇之措施。離子轟擊裝置1的情形下，同樣能夠有效利用此冷卻機構，故可不必另行擬定高溫因應措施。
又，當PVD裝置的蒸發源具備使磁場發生而控制放電的機構，亦即磁場發生裝置的情形下，可利用該磁場發生裝置來控制離子轟擊時從電極3放出的電子。換言之，藉由磁場發生裝置的磁場來有效率地捕陷(trap)流入至陽極4的電子，藉此便能使電極3與陽極4之間的放電穩定。當陽極4面積大的情形下，還可使電漿在腔室內均一地產生。
加熱電源6係為交流電源，用來對電極3流通電流並將該電極3加熱，藉此使電子照射至基材W。該加熱電源6與電極3並非直接連接，而是在電性絕緣的狀態下透過絕緣變壓器7連接。前述絕緣變壓器7，具有輸入側(加熱電源6側)的1次線圈8、及輸出側(電極3側)的2次線圈9，兩線圈8、9的匝數比為1比1。
藉由這樣的構成，從加熱電源6輸出的交流電流，會透過絕緣變壓器7而流至電極3。如此一來，電極3被加熱，電子從該電極3衝出。另，在絕緣變壓器7的1次線圈8側，組裝有電力調整器等(圖示省略)，控制來自加熱電源6的交流電流的相位。
如圖1所示，放電電源5為直流電源，在與該放電電極5對應之陽極4與電極3之間賦予電位差而使放電產生。放電電源5的正極與陽極4連接，放電電源5的負極透過絕緣變壓器7而與電極3連接。具體而言，放電電源5的負極係與設置於2次線圈9的卷芯方向中途部之中心抽頭(center tap)連接，通過2次線圈9而連接至電極3。
針對各放電電源5，電極3與各陽極4之間的放電電流、或是電極3與各陽極4之間的放電電壓，可依每個該放電電源5個別控制。因應基材W及其搭載狀態，來個別調整電極3與各陽極4之間的放電電流或放電電壓，藉此便能將分別在各陽極4與電極3之間生成的電漿密度調整成該密度會在基材W的長邊方向成為大致均一。如 此，能夠對基材W施以有效的潔淨。
前述各放電電源5，只要可控制其放電電流及放電電壓的至少一者即可。較佳是採用在額定輸出電力以內可以有廣範圍的電壓/電流設定組合之「自動過渡型直流穩定化電源」來作為放電電源5。藉由使用這樣具有廣域(一般電源的2~10倍的可變域)的放電電源5，便不需配合放電狀態而準備複數個電源。此外，就算因為基材W的量或配置變更而讓電極3與陽極4之間的輝光放電狀態變化，也能確實地因應該變化。
圖3揭示上述自動過渡型直流穩定化電源的動作區域。如本圖所示，例如當輸出電流被控制成5A以內的電流的情形下，輸出電壓會被控制在一定的80V。另一方面，當輸出電流被控制成超過5A的電流的情形下，輸出電壓會被控制成比80V還低的值。舉例來說，輸出電流為25A時，輸出電壓被控制成16V。像這樣，若控制放電電流則放電電壓會大幅變化。如此一來，便能因應電極3與陽極4之間的輝光放電變化。
偏壓電源10為直流電源，會將相對於真空腔室2為負的電荷施加至基材W，該偏壓電源10的正極與真空腔室2連接，負極透過工作台11而與前述基材W連接。此偏壓電源10被設定成能夠對前述基材W施加10~1000V的負電壓。
以下參照圖，說明利用第1實施形態之前述離子轟擊裝置1來將基材W表面潔淨之方法。
如圖1、圖2所示，首先，在配置於前述真空腔室2內的旋轉式的前述工作台11(例如，直徑130mm、高度600mm)上，搭載作為潔淨對象之複數個基材W，其後腔室2內部被排氣而形成近乎真空狀態。在該真空腔室2的內部會導入氬氣等惰性氣體。其導入速度例如為360ml/min左右。其後，配設於真空腔室2內部的未圖示之加熱器會作動，將基材W的表面加熱至適合其潔淨之溫度。前述氬氣之導入，亦可與前述真空腔室2內部之排氣同時進行。
接著，在充滿導入之氬氣環境的真空腔室2中，受到各放電電源5控制的電流會分別供給至對應之陽極4。然後，在電極3與前述各陽極4之間分別被賦予電位差的狀態下，從加熱電源6透過絕緣變壓器7對電極3供給交流電流。此交流電流之供給，會使電子從電極3放出。如此放出的電子，會朝向相對為正電位的各陽極4移動，在電極3與各陽極4之間形成輝光放電狀態。如此一來，會使基材W鄰近的氬氣電離而成為電漿狀態，在基材W的鄰近生成帶正電荷之氬離子。
前述輝光放電發生時，供給至電極3的加熱電流增加。如此一來，真空腔室2內的氬氣會昇壓。此昇壓會讓電極3與各陽極4之間的輝光放電容易產生。一旦輝光放電開始，真空腔室2內的氣體壓會被降至可維持輝光放電的設定值，且調整用來加熱構成電極3的燈絲之電流，以使放電電壓成為適當的值。
與前述電漿狀態的真空腔室2透過工作台11而連接之偏壓電源10被切換成ON，藉此，會將相對於真空腔室2為負的偏壓施加至前述工作台11上搭載的各基材W。
一旦各基材W被施加負偏壓，則氬離子會照射至各基材W的表面，藉此基材W的表面被潔淨。該潔淨持續，直到判斷基材W表面已進行了規定蝕刻，便將離子轟擊裝置1的各電源切換成OFF，以結束基材W表面之潔淨。
上述處理，是藉由設於離子轟擊裝置1之控制部(未圖示)內的程式來執行。該控制部會遵照預先備妥的程式來控制各電源及氬氣壓。
如上所述，藉由採用第1實施形態之離子轟擊裝置1，便能對基材W於高度方向均一地照射電子，可達成基材W的均一潔淨。
接著舉出具體例，說明利用上述第1實施形態之離子轟擊裝置1來將基材W表面潔淨之方法。
圖4A及圖4B揭示在第1實施形態之離子轟擊裝置1中，控制放電電源5以使基材W的蝕刻量大致均一之例子。
圖4A所示例子中，在配設於真空腔室2內的工作台11上搭載具有複數個細長脚之載置台12，而在該載置台12上搭載作為潔淨對象之基材W。該基材W搭載於前述具有長脚的載置台12上，藉此，能夠位於真空腔室2的上下方向的大致中央高度。
也就是說，圖4A所示之真空腔室2內的基材W的搭 載狀況當中，基材W於上下方向存在的量及搭載位置不同。在對應於工作台11周邊之真空腔室2下部，僅存在有載置台12的脚，而不存在其餘物體。在真空腔室2的上下方向中央的區域，存在有搭載於載置台12上的基材W，該基材W係與前述複數個陽極4當中配設於前述真空腔室2內壁面的上下方向的中央部位之陽極4相向。在基材W的上方區域，亦即真空腔室2的上部區域，不存在物體，也沒有基材W。換言之，在該區域並未搭載基材W。
在上述之基材W的搭載狀況中，當將基材W的表面潔淨時，藉由控制本發明之離子轟擊裝置的各放電電源5，能夠使基材W表面的蝕刻量成為大致一定。舉例來說，較佳是將上方側放電電源5的放電電流控制成2A、將中央的放電電源5的放電電流控制成4A、將下方側的放電電源5的放電電流控制成2A。換言之，可將對應於有物體(基材W)存在的區域之電流增強、將對應於沒有物體存在的區域之電流減弱。
像這樣因應基材W的搭載狀況來控制放電電源5的放電電流，真空腔室2內的電漿濃度會成為大致均一，便能對基材W表面大致一定地照射離子氣體。在圖4A的左右方向的中央部位，揭示了基材W表面的蝕刻量分布模型示意曲線，該曲線近似於上下方向的直線，故可確認基材W表面的蝕刻量於該方向大致一定。
另一方面，圖4B所示例子中，在配設於前述真空腔 室2內的前述工作台11上，搭載具有複數個細長脚之載置台12。該載置台12相較於圖4A所示之載置台12具有更長的脚。因此，搭載於該載置台12的基材W，例如切削工具這樣的小型基材，便可配置在真空腔室2的上方。 在位於該載置台12下端側的工作台11上搭載別種基材W，例如模具這樣的大型基材。該基材W係以被載置台12的各脚包圍的方式搭載於工作台11上。
該圖4B所示之真空腔室2內的基材W的搭載狀況當中，同樣地，基材W於上下方向存在的量及搭載位置不同。在相當於工作台11周邊的真空腔室2下部，存在有大型的基材W，該基材W緊密地存在。在真空腔室2的中央區域，僅存在有載置台12的脚，而基材W不存在。在真空腔室2的上部，稀疏地配置有搭載於載置台12上之小型的基材W。
在上述之基材W的搭載狀況中，當將基材W的表面潔淨時，藉由控制本發明之離子轟擊裝置的放電電源5，能夠使基材W表面的蝕刻量成為大致一定。舉例來說，可將上側的放電電源5的放電電流控制成3A、將中央的放電電源5的放電電流控制成2A、將下側的放電電源5的放電電流控制成4A；換言之，進行控制而將對應於有物體(基材W)存在的區域之電流增強，將對應於沒有物體存在的區域之電流減弱。在物體以稀疏狀態存在的區域，可訂為中間程度之電流。像這樣因應基材W的搭載狀況來控制放電電源5的放電電流，藉此，真空腔室2內 有基材W(成膜對象物)存在的區域，電漿濃度會成為大致均一，便能對基材W表面大致一定地照射離子氣體。 此外，在圖4B的左右方向的中央部位，揭示了基材W表面的蝕刻量分布模型示意曲線，該曲線近似於上下方向的直線，故可確認基材W表面的蝕刻量於該方向大致一定。
圖5揭示在真空腔室2上部不存在基材W這樣的配置狀態下之蝕刻量分布。由圖5所示黑色正方形印記之群體可認定，當進行放電電流控制來進行基材W潔淨的情形下，成膜區域的基材W物量在大致所有區域(基材W的搭載方向，約120mm~約530mm)中，基材W表面的蝕刻量於該基材W的長邊方向為大致一定(近乎0.20μm)。
這表示，放出的電子在電極3與陽極4之間不會受到基材W的形狀或配置等所影響，而大致均一地存在。換言之，這表示不論真空腔室2內的基材W大小或配置為何，電子存在的區域均為一定，在真空腔室2內生成的電漿密度會大致均一，基材表面的蝕刻量會大致一定。由圖5所示黑色正方形印記之群體可看出，蝕刻量的不均度縮減在σ±23%以內(σ為標準差)。
另一方面，圖5中還以黑色三角形印記揭示當如習知潔淨方法般不對各放電電源5進行個別控制的情形下之蝕刻量分布。舉例來說，假設前述複數個放電電源5當中的一者之放電電壓設定成80V，而其他複數個放電電源5的 放電電壓則追隨前述放電電壓之80V這種主從(master-slave)狀態。在這樣的狀態下，對基材W表面進行潔淨。
由圖5所示黑色三角印記之群體可認定，若未進行放電電流控制便進行基材W之潔淨，則在基材W的上方區域(於基材W的長邊方向350mm~500mm之區域)，基材W表面的蝕刻量相較於其他區域的蝕刻量顯著變大。舉例來說，在對應於基材W下部的高度200mm之位置，基材W的表面蝕刻量(深度)為0.20μm；相對於此，在對應於基材W上部的高度500mm之位置，基材W的表面蝕刻量(深度)則成為0.45μm。
這是因為大多數放出的電子，會直接通過基材W稀疏配置之區域或未配置基材W之區域，或是直接通過受基材W影響較少的區域之緣故。如前所述，由於真空腔室2內的基材W大小或配置不同，會產生電子多數存在之區域與少數存在之區域。如此一來，在真空腔室2內生成的電漿密度會不均一，基材W的表面蝕刻量會發生不均。按照圖5所示黑三角印記之群體，蝕刻量的不均度會增大至σ±42%的程度。
測定上述結果之手法，本實驗例的情形下，為測定基材W的表面蝕刻量，係從搭載於工作台11上的複數個基材W中選出1根基材W，於該基材W表面並排不鏽鋼製之板以進行遮罩。然後，於基材W潔淨結束後除去基材W表面的遮罩，則會形成基材W表面被削減之蝕刻部以 及基材W表面未被削減之非蝕刻部。由於形成蝕刻部與非蝕刻部，基材W表面會產生高低差。計測此高低差，便能確認基材W的表面蝕刻量。
如上所述，藉由使用第1實施形態之離子轟擊裝置1，即使真空腔室2內搭載的基材W大小或配置不一致，仍可使真空腔室2內的電漿密度大致均一，使基材W的表面蝕刻量大致一定。
接著參照圖6，說明本發明之第2實施形態。
圖6揭示前述第2實施形態之離子轟擊裝置1。該第2實施形態之離子轟擊裝置1，如同第1實施形態之裝置般，具備：電極手段，放出電子；及複數個陽極4，接受從該電極手段放出之電子；及工作台11，為旋轉式的基材保持具，能夠搭載欲施以潔淨之對象物即複數個基材W；及複數個放電電源5，在前述電極手段與前述各陽極4之間分別賦予電位差，使產生電漿放電；及加熱電源6，用來加熱前述電極手段；及偏壓電源10，對搭載於前述工作台11上的基材W施加負電壓。
然而，第2實施形態之裝置中不同之處在於，前述電極手段並非如前述第1實施形態是由細長的燈絲體所構成之單一的電極3，而是包含複數個電極3。該些電極3係配設成，在沿著搭載之前述基材W的長邊方向即上下方向並排的複數個(3個)位置，朝同方向彼此相連。前述各電極3配置於真空腔室2的一方側之內壁面，設置在分別與設於真空腔室2的另一方側之內壁面的3個陽極4面 對面之位置。前述加熱電源6與前述各電極3的兩端部連接，對該電極3供給電流將該電極3加熱，藉此使該電極3放出電子。
像這樣將複數個電極3配設成朝上下方向相連，藉此，相對於基材W表面能夠增廣處理高度的範圍，能使基材W表面之潔淨於其整個長邊方向趨近一定。此外，本實施形態中各個電極3，係比第1實施形態之1根細長的前述電極3還具有更小的電性電阻，故不易斷線，可供長時間使用。即使其中一個電極3斷線，其更換作業亦容易。
另，第2實施形態中的其他構成、其他作用效果與第1實施形態大致相同，故省略說明。
接著參照圖7，說明本發明之第3實施形態。
圖7揭示前述第3實施形態之離子轟擊裝置1。該裝置1如同前述第1實施形態之裝置般具備複數個陽極4，但該些陽極4的配置與第1實施形態大不相同。具體而言，圖7所示之前述各陽極4，係各自配備在構成俯視呈八角形的真空腔室2的內壁面之複數個單位面當中的2個面(圖7中的左下之面2a與右下之面2b)上。換言之，在沿著搭載之基材W的寬幅方向而並排的複數個位置，分別配設前述各陽極4。此第3實施形態之裝置亦具備電極3，但該電極3係配備在構成前述真空腔室2的內壁面之複數個單位面當中的一個，具體而言是配備在和配設前述各陽極4的面2a、2b隔著工作台11而相向之面2c(圖 中上側之內壁面)。換言之，本實施形態之電極3及2個陽極4，係配設在俯視時分別對應於三角形的頂點之位置。
像這樣將前述複數個陽極4分別配設在沿著基材W的寬幅方向並排之複數個位置，藉此，能夠增廣真空腔室2內的電漿範圍，而能將基材W的表面潔淨。
另，第3實施形態中的其他構成、發揮之作用效果與第1實施形態大致相同，故省略說明。
參照圖8，說明本發明之第4實施形態。
圖8揭示前述第4實施形態之離子轟擊裝置1。此裝置1亦具備真空腔室2、電極3、複數個陽極4。但，前述各陽極4係分別配設在構成前述真空腔室2的內壁面之複數個單位面當中和前述電極3隔著工作台11而相向的複數個面，即沿著該真空腔室2的圓周方向並排之3個面2a、2d、2b。且，前述各陽極4係配置成該些陽極4不會成為橫向一列，換言之是在基材W的長邊方向即上下方向彼此錯開位置。舉例來說，在和設置電極3的面2c相反側之面2d的上下方向中央，配設前述複數個陽極4當中的一個，而分別在和其左側鄰接之面2a的上部及和其右側鄰接之面2b的下部，配設另外2個陽極4。換言之，本例中，前述複數個陽極4是沿著真空腔室2的圓周方向配置成螺旋狀。該些陽極4也可以配置成交錯排列。也就是說可採用下述構成，即，在真空腔室2中，在構成其內壁面之複數個單位面當中彼此鄰接的第1、第2及第 3面當中，於第1面的上下方向中央、第2面的上部、及第3面的下部，分別配備前述陽極4。
像這樣對於一個單位面配置一個陽極4，便可使用側視時較大之陽極4。前述各陽極4透過絕緣體而安裝於前述各面，藉此相對於前述真空腔室2可電性獨立。然後，在這樣電性獨立的各陽極4上分別連接放電電源5的陽極。
以上揭示之實施形態，應認為所有要點均為例示，而非限制。特別是，本次揭示之實施形態中未明白揭示之事項，例如動作條件或測定條件、各種參數、構成物的尺寸、重量、體積等，並未脫離所屬技術領域者一般實施之範圍，而是採用一般所屬技術領域者得輕易思及之可能值。
如上所述，按照本發明，將提供一種用來潔淨基材表面之離子轟擊裝置，且為不受前述基材大小或配置不一致之影響而可穩定地潔淨之離子轟擊裝置及利用該裝置之基材表面潔淨方法。
前述離子轟擊裝置，具備：真空腔室，具有內壁面，該內壁面包圍容納基材之空間；至少一個電極，設於前述真空腔室的內壁面，且放出電子；複數個陽極，接受來自前述電極的電子，且各陽極配置成隔著前述基材而與前述電極相向；及複數個放電電源，對應於前述各陽極。前述各放電電源，係與前述真空腔室絕緣，對於與該放電電源對應之陽極供給可彼此獨立設定之電流或電壓，藉此使該 陽極與前述電極之間產生輝光放電。
按照該裝置，依每個該放電電源調整前述各放電電源所造成之放電電流、放電電壓的至少其中一者，藉此便能對基材施以穩定的潔淨。
較佳是，前述至少一個電極，包含設置於分別與前述各陽極對應的位置之複數個電極。像這樣的複數個電極之配設，相對於基材表面能夠增廣處理範圍，更穩定地潔淨基材W表面。
前述至少一個電極，例如可由細長之燈絲體構成。
較佳是，前述各陽極，包含用來在前述基材的表面以物理性蒸鍍法或化學性蒸鍍法使皮膜成膜之蒸發源，前述蒸發源具備使磁場產生而控制放電之機構。按照該蒸發源，利用其中包含的前述機構，便可在離子轟擊時控制從前述電極放出之電子。
更佳是，前述各陰極，設置於前述真空腔室的內壁面當中與前述電極相向之面，且分別配設在沿著搭載於前述真空腔室中的前述基材的長邊方向之複數個位置。這樣的陰極配置，能夠於前述基材的長邊方向更容易地使該基材之潔淨均一化。
此外，本發明之基材表面潔淨方法，係利用上述離子轟擊裝置，將具有長邊方向且成膜前之基材的表面加以潔淨之方法，包含：在前述真空腔室內的空間配置前述基材，使得前述基材位於前述離子轟擊裝置中的前述至少一個電極與各陽極之間，在該基材被配置之狀態下，使前述 陽極與前述電極之間產生輝光放電而生成電漿，控制前述各放電電源的放電電流及放電電壓之至少其中一者，使得生成的電漿之密度於前述基材的長邊方向均一化。
1‧‧‧離子轟擊裝置
2‧‧‧真空腔室
3‧‧‧電極
4‧‧‧陽極
5‧‧‧放電電源
6‧‧‧加熱電源
7‧‧‧絕緣變壓器
8‧‧‧1次線圈
9‧‧‧2次線圈
10‧‧‧偏壓電源
11‧‧‧工作台
W‧‧‧基材

Claims (6)

  1. 一種離子轟擊裝置，其特徵為，係用來將基材的表面加以潔淨之離子轟擊裝置，具備：真空腔室，具有內壁面，該內壁面包圍容納前述基材之空間；至少一個電極，設於前述真空腔室的內壁面，且放出電子；複數個陽極，接受來自前述電極的電子，且各陽極配置成隔著前述基材而與前述電極相向；及複數個放電電源，對應於前述各陽極；前述各放電電源，係與前述真空腔室絕緣，對於與該放電電源對應之陽極供給可彼此獨立設定之電流或電壓，藉此使該陽極與前述電極之間產生輝光放電。
  2. 如申請專利範圍第1項之離子轟擊裝置，其中，前述至少一個電極，包含設置於分別與前述各陽極對應的位置之複數個電極。
  3. 如申請專利範圍第1項之離子轟擊裝置，其中，前述至少一個電極，由細長之燈絲體所構成。
  4. 如申請專利範圍第1項之離子轟擊裝置，其中，前述各陽極，包含用來在前述基材的表面以物理性蒸鍍法或化學性蒸鍍法使皮膜成膜之蒸發源，前述蒸發源具備使磁場產生而控制放電之機構。
  5. 如申請專利範圍第1項之離子轟擊裝置，其中，前述各陽極，設置於前述真空腔室的內壁面當中與前述電極 相向之面，且分別配設在沿著搭載於前述真空腔室中的前述基材的長邊方向之複數個位置。
  6. 一種基材表面潔淨方法，其特徵為，係利用申請專利範圍第1至5項任一項之離子轟擊裝置，將具有長邊方向且成膜前之基材的表面加以潔淨之方法，包含：在前述真空腔室內的空間配置前述基材，使得前述基材位於前述離子轟擊裝置中的前述至少一個電極與各陽極之間，在該基材被配置之狀態下，使前述陽極與前述電極之間產生輝光放電而生成電漿，控制前述各放電電源的放電電流及放電電壓之至少其中一者，使得生成的電漿之密度於前述基材的長邊方向均一化。
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