TWI833166B

TWI833166B - 濺鍍裝置

Info

Publication number: TWI833166B
Application number: TW111106280A
Authority: TW
Inventors: 安東靖典
Original assignee: 日商日新電機股份有限公司
Priority date: 2021-12-14
Filing date: 2022-02-22
Publication date: 2024-02-21
Also published as: JPWO2023112155A1; TW202330969A; WO2023112155A1; KR20240101688A; CN118251754A

Abstract

一種濺鍍裝置，使用藉由向天線供給高頻電力而產生的電漿來對靶進行濺擊，所述濺鍍裝置包括：虛設電極，設置於所述靶的周圍，且與所述靶等電位；以及陽極電極，以覆蓋所述虛設電極中的朝向與所述靶的濺擊面相同的方向的表面的方式設置，且為接地電位。

Description

濺鍍裝置

本發明是有關於一種使用電漿來對靶進行濺擊而於基板上成膜的濺鍍裝置。

作為此種濺鍍裝置，如專利文獻1所示，已知有於靶的附近配置天線，並藉由使高頻電流流過該天線而於處理室內生成電漿的濺鍍裝置。該濺鍍裝置構成為分別進行向靶的電壓施加與用於生成電漿的向天線的電壓施加，於生成電漿的狀態下向靶施加偏置電壓，使電漿中的離子(Ar⁺)與靶碰撞，彈出構成靶的材料的粒子。藉此，可於放置於處理室內的基板的表面形成薄膜。

[現有技術文獻] [專利文獻]

專利文獻1：日本專利申請公開第2021-080533號公報

且說，於如上所述般的構成為分別進行向靶的電壓施加與用於生成電漿的向天線的電壓施加的濺鍍裝置中，所生成的電漿亦擴展至靶周邊，由於靶的端部處的電場的畸變而產生放電，其結果，有對保持靶的背板進行濺擊等而產生雜質之虞。此種課題於靶的表面形成用於捕捉電漿的磁場的不進行磁控管放電的濺鍍裝置整體上可以說同樣。

為了防止靶的端部處的放電，發明者等人研究了如圖6所示般以覆蓋背板3'保持的靶41'的濺擊面41s'的周緣部的方式設置接地電位的框(陽極電極43')。然而，於該結構中，雖然可抑制靶的端部處的放電，但是由於為覆蓋靶的周緣部的結構，因此無法將其覆蓋的區域用作濺鍍材料，故而存在利用率下降的問題。

本發明是為了一舉解決此種問題而成，其主要課題是於不進行磁控管放電的濺鍍裝置中，抑制靶的利用效率的下降，同時防止靶的端部處的放電，從而穩定地進行成膜。

即，本發明的濺鍍裝置使用藉由向天線供給高頻電力而產生的電漿來對靶進行濺擊，且所述濺鍍裝置的特徵在於，包括：虛設電極，設置於所述靶的周圍，且與所述靶等電位；以及陽極電極，以覆蓋所述虛設電極中的朝向與所述靶的濺擊面相同的方向的表面的方式設置，且為接地電位。

若為此種結構，則由於在靶的周圍設置與其等電位的虛設電極，並以覆蓋該虛設電極的方式設置有接地電位的陽極電極，因此可降低靶及虛設電極與陽極電極之間的電場的畸變，從而可使電漿難以於其間擴展。其結果，可防止靶及虛設電極與陽極電極之間的放電，從而可穩定地進行成膜。而且，由於利用陽極電極覆蓋配置於靶的周圍的虛設電極的表面，因此可抑制靶的利用效率的下降，進而由對虛設電極進行濺擊引起的雜質的產生亦得到抑制。

所述濺鍍裝置較佳為所述靶的濺擊面與所述虛設電極的表面大致形成於同一平面內。

若如此，則可使靶及虛設電極與陽極電極之間的等電位面接近平坦，因此可更有效地抑制放電的產生。

所述濺鍍裝置較佳為所述虛設電極以隔著間隙與所述靶的側周面相向的方式設置。

藉由在虛設電極與靶之間設置間隙，可使虛設電極與靶的側周面彼此的電性接觸不明確時產生的電弧難以發生。

當於虛設電極與靶之間設置間隙時，會產生進入該間隙內的畸變的等電位面。其結果，有帶電粒子藉由該電位面而進入間隙內，到達保持靶的背板為止並進行濺擊，因此產生雜質之虞。

因此，當於虛設電極與靶之間設置間隙時，較佳為所述靶的側周面和與其相向的所述虛設電極的內側周面相對於所述濺擊面傾斜。若如此，則藉由使靶與虛設電極之間的間隙相對於濺擊面傾斜，可減少進入間隙並到達其底部的背板的帶電粒子，因此可抑制背板的濺擊，抑制雜質的產生。另外，於此情況下，較佳為靶的側周面與虛設電極的內側周面傾斜至平面觀察濺擊面時無法自間隙看到背板的表面的程度。

較佳為所述靶的側周面與所述虛設電極的內側周面呈自所述濺擊面朝向背面側擴展的錐狀。

若如此，則即便藉由濺擊推進靶的消耗，呈凹形形狀的消耗部的側面到達靶側周面的可能性亦低，可繼續使用至靶底面附近。

若靶與虛設電極之間的間隙過寬，則藉由等電位面的畸變變大而進入間隙內的帶電粒子增加，而有由背板的濺擊引起的雜質增加之虞。因此，較佳為所述靶與所述虛設電極之間的間隙的尺寸為約0.5mm以上約2.0mm以下，更佳為約0.5mm以上約1.0mm以下。藉由將靶與虛設電極的間隙設為約2.0mm以下，可減小等電位面的畸變，從而有效減少進入間隙內的帶電粒子。

較佳為俯視所述濺擊面時，所述陽極電極的內周緣位於所述靶與所述虛設電極之間的間隙附近。

如此，藉由將陽極電極的內周緣(即自虛設電極朝向靶的前端)配置於間隙附近，可減少間隙附近的帶電粒子，而可抑制帶電粒子進入間隙內，從而有效抑制由背板的濺擊引起的雜質產生。

由於由向靶的施加電壓與所產生的電漿形成的等電位面於陽極電極的前端(俯視下的內周緣)附近變化，因此於將陽極電極的內周緣配置於靶的端部附近的情況下，根據陽極電極的形狀不同，進行濺擊的離子(氬等)難以進入靶的端部，從而有無法有效利用靶之虞。

因此，較佳為所述陽極電極呈自所述虛設電極朝向所述靶前端變細的形狀。如此即可使靶的端部處的等電位面的變化平緩，而可減小靶端部處的離子密度變化，從而抑制靶的利用率的下降。

另外，所述濺鍍裝置較佳為所述陽極電極以隔著間隙與所述虛設電極的表面相向的方式設置，所述陽極電極與所述虛設電極各自的相向面大致平行。

若如此，則可使靶及虛設電極與陽極電極之間的等電位面更進一步接近平坦，因此可更有效地抑制放電的發生。

若所述陽極電極與所述虛設電極之間的間隙的尺寸過大，則有根據壓力與氣體種類的不同而於該間隙中產生電漿之虞。另一方面，若所述陽極電極與所述虛設電極之間的間隙的尺寸過小，則電場強度變大，而有發生電弧放電之虞。任一情況均為意外的不必要的放電現象，而欠佳。

因此，較佳為所述陽極電極與所述虛設電極之間的間隙的尺寸為2.0mm以上3.5mm以下。

根據如此構成的本發明，於不進行磁控管放電的濺鍍裝置中，可抑制靶的利用效率的下降，同時防止靶的端部處的放電，從而穩定地進行成膜。

1:真空容器

1a:上側壁(側壁)

1b:絕緣部

2:基板保持部

3:靶保持部

3':背板

5:靶偏置電源

6:天線

7:天線電源

8:真空排氣裝置

9:磁場透過窗

100:濺鍍裝置

11:氣體導入口

41、41':靶

41s、41s':濺擊面

41t:外側周面

42:虛設電極

42s:表面(虛設濺擊面)

42t:內側周面

43、43':陽極電極

43s:罩面

43t:內周緣(前端)

43u:背面

43v:傾斜面

61:絕緣罩

71:匹配電路

431:被覆部

D1:第一間隙的尺寸

D2:第二間隙的尺寸

G:氣體

G1:間隙(第一間隙)

G2:間隙(第二間隙)

P:電漿

S:處理室

W:基板

圖1是示意性地表示本實施方式濺鍍裝置的結構的與天線的長度方向正交的剖面圖。

圖2是示意性地表示該實施方式的濺鍍裝置的靶附近的結構的剖面圖。

圖3是說明該實施方式的靶、虛設電極及陽極電極間的間隙的剖面圖。

圖4是示意性地表示另一實施方式的濺鍍裝置的靶附近的結構的剖面圖。

圖5是示意性地表示另一實施方式的濺鍍裝置的結構的與天線的長度方向正交的剖面圖。

圖6是示意性地表示申請人於達成本發明的過程中想出的靶附近的結構的剖面圖。

以下，參照圖式對本發明的濺鍍裝置100的一實施方式進行說明。

<裝置結構>

本實施方式的濺鍍裝置100用於使用藉由向天線6供給高頻電力而產生的電漿P來對靶41進行濺擊從而於基板W上成膜。基板W是例如液晶顯示器或有機電致發光(electroluminescent，EL)顯示器等平板顯示器(Flat Panel Display，FPD)用的基板W、可撓性顯示器用的可撓性基板W等。

具體而言，如圖1所示，濺鍍裝置100包括：真空容器1，被真空排氣且形成被導入氣體G的處理室S；基板保持部2，於處理室S內保持基板W；靶41，配置於處理室S內；靶保持部3，保持靶41；多個天線6，配置於處理室S內且呈直線狀；靶偏置電源5，向靶41施加偏置電壓；天線6，用於在處理室S內生成電漿P；以及天線電源7，向天線6供給用於生成電漿P的電壓。藉由自高頻電源向多個天線6施加高頻，於多個天線6中流動高頻電流IR，於處理室S內產生感應電場，從而生成感應耦合型的電漿P。

真空容器1例如是金屬製的容器，其內部藉由真空排氣裝置8被真空排氣。真空容器1於該例中電性接地。

濺鍍用氣體或反應性氣體經由例如流量調整器(省略圖示)及多個氣體導入口11被導入至由真空容器1的內壁形成的處理室S內。濺鍍用氣體及反應性氣體只要設為對應於對基板W實施的處理內容即可。作為濺鍍用氣體，例如是氬(Ar)等惰性氣體，作為反應性氣體，例如是氧(O₂)或氮(N₂)等。

基板保持部2是於處理室S內將呈平板狀的基板W以成為例如水平狀態的方式保持的固持器。

靶保持部3以與保持於基板保持部2的基板W相向的方式將靶41黏接並加以保持，具體而言是背板。該靶保持部3設置於形成真空容器1的側壁1a(例如上側壁)。另外，於靶保持部3與真空容器1的上側壁1a之間設置有具有真空密封功能的絕緣部1b。再者，靶保持部3藉由未圖示的冷卻機構被水浴冷卻，且構成為保持靶41並且對其進行冷卻。

靶41為於俯視下呈矩形形狀的平板狀，例如是InGaZnO等氧化物半導體材料。靶41中的朝向基板W側的平坦的表面作為使濺鍍粒子飛出的濺擊面41s發揮功能。

於靶41，於本例中經由靶保持部3連接有向該靶41施加靶偏置電壓的靶偏置電源5。靶偏置電壓是將電漿P中的離子引入靶41並進行濺擊的電壓。於本實施方式中，靶偏置電源5構成為向靶41施加一定的靶偏置電壓。

靶偏置電源5構成為可與藉由天線電源7施加至天線6的電壓獨立地調整施加至靶41的電壓。藉由靶偏置電源5施加至靶41的電壓設定為將電漿P中的離子引入靶41並進行濺擊的程度的低電壓即可，例如較佳為-200V~-1kV，但不限於此。

多個天線6於處理室S內的基板W的表面側，以沿著基板W的表面的方式(例如，與基板W的表面實質上平行)並列地配置於同一平面上。多個天線6以其長度方向相互平行的方式等間隔地配置。再者，各天線6於俯視下為直線狀且為相同結構，其長度為數十cm以上。

如圖1所示，本實施方式的天線6分別配置於各靶41的兩側。即，交替地配置天線6與靶41，且成為一個靶41被兩根天線6夾持的結構。此處，各天線6的長度方向與各靶41的長度方向為同一方向。再者，天線6的兩端部附近分別貫通真空容器1的相對向的側壁。

各天線6的材質例如為銅、鋁、它們的合金、不鏽鋼等，但並不限於此。亦可將天線6設為中空並使冷卻水等製冷劑流過其中，來對天線6進行冷卻。

進而，於各天線6中，位於處理室S內的部分由絕緣物製且直管狀的絕緣罩61覆蓋。該絕緣罩61的兩端部與真空容器1之間亦可不密封。其原因在於：即便氣體進入絕緣罩61內的空間，由於該空間小且電子的遷移距離短，因此通常不會於該空間產生電漿P。再者，絕緣罩61的材質例如為石英、氧化鋁、氟樹脂、氮化矽、碳化矽、矽等，但並不限於此。

於作為天線6的一端部的供電端部經由匹配電路71連接有天線電源7，作為另一端部的終端部直接接地。

天線電源7經由匹配電路71向天線6施加高頻的電力。藉此，於天線6中流動高頻電流IR，於處理室S內產生感應電場，從而生成感應耦合型的電漿P。該高頻的頻率例如較佳為13.56MHz~100MHz，但並不限於此。

如上所述，天線電源7構成為可與藉由靶偏置電源5施加至靶41的電壓獨立地調整施加至天線6的電壓。藉由天線電源7施加至天線6的電力只要設為可於處理室S內生成感應耦合型的電漿P的程度即可，例如較佳為5kW~100kW，但不限於此。

而且，如圖1及圖2所示，本實施方式的濺鍍裝置100更包括：虛設電極42，設置於靶41的周圍且與靶41等電位；以及陽極電極43，以覆蓋虛設電極42中的朝向與靶41的濺擊面41s相同的方向的基板側的表面42s(以下，亦稱為虛設濺擊面)的方式設置且為接地電位。

虛設電極42呈於俯視下以包圍靶41的周圍的方式黏接並保持於靶保持部3的平板狀。虛設電極42經由靶保持部3連接於靶偏置電源5，且藉由與靶41同樣地被施加一定的靶偏置電壓，而成為與靶41等電位。

如圖2所示，虛設電極42的板厚與靶41的板厚大致相同。虛設電極42的虛設濺擊面42s與靶41的濺擊面41s是相互平行的平坦面，且形成於大致同一平面內(即同一高度)。

如圖3所示，虛設電極42以其內側周面42t隔著間隙G1(以下，亦稱為第一間隙)與靶41的外側周面41t相向的方式設置。第一間隙G1的尺寸D1與靶41的板厚方向的位置無關而大致一定，例如較佳為約0.5mm以上、約2.0mm以下，更佳為約0.5mm以上、約1.0mm以下。

於本實施方式中，相互相向的靶41的外側周面41t與虛設電極42的內側周面42t形成為相對於包括濺擊面41s的平面傾斜。具體而言，靶41的外側周面41t與虛設電極42的內側周面42t形成為呈自靶41的濺擊面41s朝向背面側(靶保持部3側)擴展的錐狀。

靶41的外側周面41t與虛設電極42的內側周面42t各自的傾斜角度無特別限定，以自基板W側平面觀察靶41及虛設電極42時靶保持部3不自第一間隙G1露出的方式設定各面的傾斜角度。具體而言，如圖3所示，以剖面觀察靶41與虛設電極42時，於與濺擊面41s平行的面內方向上，靶41的外側周面41t的基板W側的端部位於較虛設電極42的內側周面42t的靶保持部3 側的端部更靠外側處的方式設定各面的傾斜角度。

本實施方式的虛設電極42包含與靶41相同的材料(InGaZnO等氧化物半導體材料)，但構成虛設電極42的材料不限於此，亦可包含例如鋁、不鏽鋼等金屬材料。另外，虛設電極42亦可利用與靶41相同的材料塗敷包含金屬材料的基材而構成。

陽極電極43以包圍靶41與虛設電極42的方式安裝於真空容器1的上側壁1a且電性接地。陽極電極43包括被覆部431，所述被覆部431形成有覆蓋虛設電極42的虛設濺擊面42s的罩面43s。該罩面43s於俯視下呈覆蓋包圍濺擊面41s的周圍的環狀的罩面43s的周邊部或全部的環狀。罩面43s形成為隔著間隙G2(以下亦稱為第二間隙)至少與虛設電極42的虛設濺擊面42s相向。罩面43s形成為與濺擊面41s及虛設濺擊面42s大致平行，第二間隙G2的尺寸D2與沿著濺擊面41s的面內方向上的位置無關而大致一定。第二間隙G2的尺寸D2例如約2.0mm以上3.5mm以下。

自基板W側平面觀察靶41的濺擊面41s時，陽極電極43形成為其內周緣43t位於第一間隙G1附近，具體而言，形成為其內周緣43t位於較虛設濺擊面42s的內周緣更靠內側處，且為較濺擊面41s的外周緣更靠外側處。當自另一視點觀察時，如圖3所示，剖面觀察時，於與濺擊面41s平行的面內方向上，被覆部431的向內(自虛設電極42朝向靶41的方向)的前端43t位於第一間隙G1的附近，具體而言，位於較虛設濺擊面42s的內側的端部更靠內側處，且為較濺擊面41s的外側的端部更靠外側處。

另外，如圖3所示，陽極電極43的被覆部431形成為自虛設電極42朝向靶41前端變細(板厚變小)。具體而言，於被覆部431中的罩面43s的背面43u(基板W側的表面)上的向內的前端部，形成有朝向靶41的濺擊面41s傾斜的傾斜面43v。該傾斜面較佳為相對於濺擊面41s以超過0°、約30°以下的角度傾斜，但不特別限於此。另外，陽極電極43的被覆部431的前端43t處的厚度較佳為約1mm以上、約5mm以下，但不限於此。

<本實施方式的效果>

根據如此構成的本實施方式的濺鍍裝置100，由於在靶41的周圍設置與其等電位的虛設電極42，並以覆蓋該虛設電極42的方式設置有接地電位的陽極電極43，因此可降低靶41及虛設電極42與陽極電極43之間的電場的畸變，從而可使電漿P難以於其間擴展。其結果，可防止靶41及虛設電極42與陽極電極43之間的放電，從而可穩定地進行成膜。而且，由於利用陽極電極43覆蓋配置於靶41的周圍的虛設電極42的表面，因此可抑制靶41的利用效率的下降，進而由對虛設電極42進行濺擊引起的雜質的產生亦得到抑制。

<其他變形實施方式>

再者，本發明並不限於所述實施方式。

例如另一實施方式的濺鍍裝置100亦可形成為如圖4所示般靶41的外側周面41t與虛設電極42的內側周面42t呈自靶41的濺擊面41s朝向背面側(靶保持部3側)縮窄的錐狀。

另外，於所述實施方式中，相互相向的靶41的外側周面41t與虛設電極42的內側周面42t相對於包括濺擊面41s的平面傾斜，但不限於此。於另一實施方式中，靶41的外側周面41t與虛設電極42的內側周面42t可不相對於包括濺擊面41s的平面傾斜，亦可形成為例如相對於包括濺擊面41s的面正交。

另外，於所述實施方式中，陽極電極43的被覆部431形成為自虛設電極42朝向靶41前端變細，但不限於此。於另一實施方式中，陽極電極43的被覆部431亦可具有一定的厚度。

另外，所述實施方式的濺鍍裝置100為天線6配置於處理室S內的所謂內部天線6式者，但不限於此。另一實施方式的濺鍍裝置100亦可為天線6配置於處理室S外的所謂外部天線6式者。例如濺鍍裝置100如圖5所示般於真空容器1的側壁(例如上側壁)1a，形成有使自天線6產生的高頻磁場透過處理室S內的磁場透過窗9，且天線6可以與該磁場透過窗9相向的方式配置於處理室S外。磁場透過窗9自天線6側觀察時為矩形形狀，且可形成為其長度方向成為與各靶41的長度方向相同的方向。磁場透過窗9可包括以堵塞真空容器1的側壁1a上所形成的開口的方式設置的介電體板。構成介電體板的材料可為氧化鋁、碳化矽、氮化矽等陶瓷、石英玻璃、無鹼玻璃等無機材料、氟樹脂(例如鐵氟龍)等樹脂材料等已知的材料。

此外，本發明不限於所述實施方式，當然能夠於不脫離其主旨的範圍內進行各種變形。

[產業上的可利用性]

根據所述本發明，於不進行磁控管放電的濺鍍裝置100中，可抑制靶的利用效率的下降，同時防止靶的端部處的放電，從而穩定地進行成膜。