CN101855383B - 溅镀装置及溅镀成膜方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种溅镀装置，其即使将塑料等耐热性低的材料作为工件而通过溅镀成膜时，也能够抑制热电子射入工件，因此不会发生因热量而导致工件变形等问题。所述溅镀装置在真空腔室内具备靶材、设置成与所述靶材对向且具有旋转轴的转盘式工件夹具，其特征在于，所述转盘式工件夹具具备工件夹具支撑部和多个工件保持部，所述工件保持部设置在所述工件夹具支撑部的外周部，所述转盘式工件夹具和/或工件保持部被设置成能够以位于连接靶材与转盘式工件夹具的旋转轴的平面的垂直面内的轴旋转，在所述转盘式工件夹具的内侧设置有热电子捕获部件。
Description
技术领域
本发明涉及溅镀装置，尤其涉及可以抑制溅镀中所产生的热电子射入到工件(被溅镀品)的溅镀装置以及溅镀成膜方法。
背景技术
目前所知的溅镀是将要求具有高品质的半导体、液晶、等离子显示器、光盘等的薄膜，成膜于金属、塑料等工件上的制造技术。
但是，在上述溅镀中所产生的热电子成为引起作为溅镀对象的工件温度上升的主要原因(非专利文献1)，特别是工件使用塑料等耐热性低的材料时，就会在溅镀中导致工件变形等问题。
目前已知，为了抑制热电子射入到工件，专利文献1公开了在真空槽的槽壁设置热电子吸引部件的电磁场压缩型磁控溅镀装置。
但是，在该装置中，因工件与热电子吸引部件的距离较大，抑制热电子射入到工件的效果比较差。
非专利文献1：以光电子学领域为中心的溅镀法的薄膜制作、控制技术，p58，技术信息协会
专利文献1：日本特开平10-96719号公报
发明内容
本发明是为了解决上述问题而提出的，其目的在于提供一种溅镀装置，由此即使对作为工件的耐热性低的塑料等材料进行溅镀成膜，也可以抑制热电子射入到工件，从而防止发生热量引起的工件变形的问题。
本发明人为了解决上述问题而锐意进取，其结果构思出通过在特定位置设置用于捕获在溅镀中所产生的热电子的部件，可以解决上述问题，从而完成了本发明。
即，本发明的溅镀装置，是在真空腔室内具备靶材和设置成与靶材对向且具有旋转轴的转盘式工件夹具的溅镀装置，其特征在于：所述转盘式工件夹具具有工件夹具支撑部和多个工件保持部，所述工件保持部设置于所述工件夹具支撑部的外周，所述转盘式工件夹具和/或工件保持部设置成能够围绕位于连接靶材与转盘式工件夹具的旋转轴的平面的垂直面之内的轴旋转，所述转盘式工件夹具的内侧设置有热电子捕获部件。
而且，本发明的工件上成膜的方法，是通过对靶材进行溅镀而在安装于与靶材对向设置且进行旋转的转盘式工件夹具的工件上成膜的方法，其特征在于：使所述工件围绕位于连接靶材与转盘式工件夹具的旋转轴的平面的垂直面之内的轴旋转，并且通过设置于所述转盘式工件夹具内侧的热电子捕获部件捕获热电子。
根据本发明，由于溅镀中所产生的热电子被热电子捕获部件捕获，因而可抑制热电子射入到工件。其结果，即使采用塑料等耐热性低的材料，也不会大幅增加工件的温度而通过溅镀进行成膜。
而且，现有的溅镀装置尤其在对三维形状的工件执行溅镀时，为了改善均镀(均匀镀膜)能力，多数使用采取非平衡磁场的磁控溅镀，但由于这样会导致工件附近的电子密度上升，因此多用于提升等离子密度的情形。在这个过程中，如上所述，工件附近的电子密度提升，由此热电子容易流向工件侧，导致工件温度进一步上升。但是，根据本发明，即使在采取该非平衡磁场的溅镀中，也可以抑制工件的升温。
而且，本发明还可以有效应用于具备对溅镀所产生的等离子照射无线电波或者微波，使等离子密度(电子密度)上升的机构的装置中。
附图说明
图1为本发明的同轴型磁控溅镀装置的主要部分示意图；
图2为图1的A-A’剖视图；
图3为磁铁结构示意图；
图4为从图2的B方向观察的磁铁结构示意图；
图5为转盘式工件夹具的结构示意图；
图6为用于捕获热电子的部件的结构示意图；
图7为转盘式工件夹具的另一种结构的示意图。
符号说明：1为同轴型磁控溅镀装置，2为真空腔室，3为靶材，4为磁铁容置部，5为靶材磁铁，5a为磁铁支撑棒，5b、5c、5b为磁铁，6为转盘式工件夹具，6a为工件夹具支撑部，6b为工件保持部，6c为挂钩部，7为工件，8为排气口，9为气体导入口，10为等离子用高压电源，11为偏压电源，12为接地，15为小型转盘式工件夹具，20为热电子捕获部件，20a为热电子捕获部，20b为支撑部。
具体实施方式
以下，结合附图，继续对本发明进行说明，其中，附图表示作为本发明的一种实施方式的使用圆筒形靶材的磁控溅镀装置(以下称作同轴型磁控溅镀装置)。
图1为模式性地表示同轴型磁控溅镀装置的主要部分的示意图。图中，1表示同轴型磁控溅镀装置，2表示真空腔室，3表示圆筒形靶材，4表示磁铁容置部，5表示靶材磁铁，6表示转盘式工件夹具，7表示工件，8表示排气口，9表示气体导入口，20表示热电子捕获部件。
而且，图2为图1的A-A’剖视图。图中，符号1～9以及20所表示的部件与上述说明相同，符号10表示等离子用高压电源，符号11表示偏压电源，符号12表示接地。
真空腔室2只要能够在其内部设置靶材3及转盘式工件夹具6，则对其大小以及形状没有特别的限制。并且，在真空腔室2设置有排气口8。该排气口8连接有旋转泵、涡轮分子泵等的真空泵(未图示)。而且，在真空腔室2设置有用于导入溅镀所使用的气体的气体导入口9。对于用于溅镀的气体并没有特别的限定，可以使用例如氩气、氮气、氧气等。
圆筒形靶材3是针对向以下端为支撑部的圆筒状的导管，根据喷镀等将靶材以特定厚度附着于除所述支撑部之外的所述导管的外表面上。靶材的材质可以采用例如硅、钛、锆、金、银、铜、铟、锡、铬、铝、碳等金属以及这些金属的氧化物或者氮化物等。而且，导管的材质可以选择例如不锈钢、铜、铝等。所述圆筒形靶材3配置成与真空腔室2的长边方向(图1的垂直于纸面的方向)相同程度的长度。所述圆筒形靶材3与真空腔室2电绝缘，且连接于高压电源的一端。而且，高压电源的另一端与真空腔室2连接(参照图2)。
圆筒形靶材3的内部设置有磁铁容置部4，而且在其内部设置有相对于圆筒形靶材3具有足够长度的靶材磁铁5。在圆筒形靶材3和磁铁容置部4之间供应有用于冷却圆筒形靶材3的冷却水。靶材磁铁5由被固定于磁铁支撑棒5a的三个磁铁5b、5c以及5d构成。将磁铁5b及5d的磁铁支撑棒侧设为N极，而将靶材侧设为S极，磁铁5c则被设置成与磁铁5b及5d磁极相反(参照图3)。而且，所述磁铁5b及5d在靶材磁铁5的上下端连接，形成环状结构(参照图4)。若要使所述磁铁5产生平衡的磁场，可使磁铁5c的磁力等效于由磁铁5b及5d所构成的磁铁的磁力，而若要使磁铁5产生非平衡的磁场，可使磁铁5c的磁力弱于由磁铁5b及5d所构成的磁铁的磁力。
转盘式工件夹具6被设置成与靶材对向。如图5所示，所述转盘式工件夹具6由工件夹具支撑部6a以及多个工件保持部6b构成略圆筒状，且工件保持部6b具备用以固定工件的多个挂钩6c。工件保持部6b被设置在所述工件夹具支撑部6a的外周部。所述转盘式工件夹具6和/或工件保持部6b被设置成能够以位于连接圆筒形靶材3的轴与转盘式工件夹具6的旋转轴的平面的垂直面内的平行轴旋转，优选为设置成能够以与圆筒形靶材3的轴相平行的轴旋转，由此各自独立地或同步地旋转(公转、自转)。所述转盘式工件夹具6与真空腔室2电绝缘。
在转盘式工件夹具6的内侧设置有用于捕获在溅镀中产生的热电子的热电子捕获部件20。所述热电子捕获部件20具有与转盘式工件夹具6的工件保持部6b相同程度的长度，如图6所示，由圆筒状的热电子捕获部20a及其支撑部20b所构成。所述热电子捕获部20a及支撑部20b采用可以捕获热电子的材料，优选采用例如铜、铝等金属，不锈钢等合金材料。而且，特别是热电子捕获部20a以具有使气体或溅镀粒子通过的孔的形态制作为宜，优选采用例如金网、网眼、冲孔金属板等。并且，热电子捕获部件20优选为可以施加偏压，此时优选为使热电子捕获部件20与真空腔室2以及转盘式工件夹具6绝缘，并将其连接于偏压电源11的一端，且将偏压电源11的另一端设置为接地。向热电子捕获部件20施加偏压时，优选的电压范围为0～+200V，但是当电压过高时，会对成膜造成不良影响，因此以+50V左右为最佳。
而且，本发明所使用的转盘式工件夹具的另一形态如图7所示，可以举出在所述转盘式的工件夹具支撑部6a设置小型转盘式工件夹具15的示例。小型转盘式工件夹具15与转盘式工件夹具6相同，由工件夹具支撑部及工件保持部所构成，工件保持部具备多个挂钩。小型的转盘式工件夹具15及其工件夹具支撑部设置成能够以位于连接圆筒形靶材3的轴与转盘式工件夹具6的旋转轴的平面的垂直面内的平行轴旋转，优选为被设置成能够以与圆筒形靶材3的转轴平行的轴旋转，由此各自独立或同步旋转(公转、自转)。此时，将热电子捕获部件20设置在转盘式工件夹具6和/或小型转盘式工件夹具15的内侧。
在以上说明的装置中，在执行溅镀时，首先在真空腔室2进行排气之后，供应溅镀气体。然后，由连接于靶材3和真空腔室2的高压电源10提供电力(在直流电源的情况下，将靶材3设为阴极)，依此开始辉光放电，可以开始执行溅镀。
在上述装置中，虽然溅镀开始的同时产生热电子，但是该热电子被设置在转盘式工件夹具6内侧的热电子捕获部件20吸收，并到达接地。其结果，抑制热电子射入工件。而且，通过对热电子捕获部件20施加正偏压，可进一步提高热电子的捕获率。
使用以上说明的本发明的同轴型磁控溅镀装置，并以下述条件在工件上成膜时，因抑制了热电子射入到工件，由此成膜之后的工件没有发生变形等情形。
<成膜条件>
工件：ABS树脂
溅镀气体：氩
靶材：钛
磁场：非平衡型
腔室内真空度：10-3～10-4Torr
输入功率：10kW
电源类型：直流
捕获热电子的部件：铜网
对捕获热电子的部件施加的偏压：+50V
时间：20～30分钟
并且，在上述说明中，虽然对将圆筒形的靶材作为靶材使用的同轴型磁控溅镀装置进行了说明，但本发明的特征在于在转盘式工件夹具内侧设置热电子捕获部件，不会对靶材的种类等形成影响，因此即便是对例如将平板形靶材作为靶材使用的磁控溅镀装置、不使用靶材用磁铁的溅镀装置等，仍可以实施本发明。
产业上的可利用性
本发明因有效抑制由溅镀所产生的热电子，因此可以适用于对塑料等耐热性低的材料实施溅镀。由此，可以有效地用于在将要求高品质薄膜的半导体、液晶、等离子显示器、光盘等的薄膜，成膜于金属、塑料等工件上的情形。
Claims (7)
1.一种溅镀装置，在真空腔室内具备圆筒形靶材、以及设置成与所述圆筒形靶材对向且具有旋转轴的转盘式工件夹具，其特征在于，
所述转盘式工件夹具具备工件夹具支撑部和多个工件保持部，所述工件保持部设置在所述工件夹具支撑部的外周部，所述转盘式工件夹具和/或工件保持部被设置成能够以与圆筒形靶材的轴相平行的轴旋转，
在所述转盘式工件夹具的内侧设置有施加偏压的热电子捕获部件。
2.根据权利要求1所述的溅镀装置，其特征在于，所述热电子捕获部件具有使气体或溅镀粒子通过的孔。
3.根据权利要求1所述的溅镀装置，其特征在于，还具备靶材磁铁。
4.根据权利要求3所述的溅镀装置，其特征在于，靶材磁铁产生非平衡磁场。
5.根据权利要求3或4所述的溅镀装置，其特征在于，所述靶材磁铁设置于所述圆筒形靶材内部。
6.一种溅镀成膜方法，通过对圆筒形靶材进行溅镀，在安装于设置成与所述圆筒形靶材对向且旋转的转盘式工件夹具的工件上进行成膜，其特征在于，
使所述工件以与圆筒形靶材的轴相平行的轴旋转，
并且，通过设置在所述转盘式工件夹具内侧的施加偏压的热电子捕获部件捕获热电子。
7.根据权利要求6所述的溅镀成膜方法，其特征在于，以磁控溅镀执行圆筒形靶材的溅镀。
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