CN117044403A - 磁控溅射装置用阴极单元及磁控溅射装置 - Google Patents
磁控溅射装置用阴极单元及磁控溅射装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117044403A CN117044403A CN202180090208.5A CN202180090208A CN117044403A CN 117044403 A CN117044403 A CN 117044403A CN 202180090208 A CN202180090208 A CN 202180090208A CN 117044403 A CN117044403 A CN 117044403A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- magnet
- target
- center
- peripheral
- magnetron sputtering
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 title claims abstract description 32
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims abstract description 54
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims abstract description 37
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 20
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 claims description 7
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 3
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 abstract description 4
- 230000008034 disappearance Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 44
- 239000010408 film Substances 0.000 description 19
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 3
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 230000005389 magnetism Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 229910001172 neodymium magnet Inorganic materials 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 1
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 description 1
- 230000007723 transport mechanism Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/34—Sputtering
- C23C14/35—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/34—Sputtering
- C23C14/3407—Cathode assembly for sputtering apparatus, e.g. Target
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/34—Sputtering
- C23C14/3485—Sputtering using pulsed power to the target
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
- H05H1/24—Generating plasma
- H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
本发明提供一种磁控溅射装置(SM)用阴极单元(CU)及磁控溅射装置，其不会导致等离子体的局部消失等，可使与溅射的进行相伴的靶侵蚀区域大致均匀，可提高靶的利用效率。设置在真空室(1)内配置的靶(41～44)的背对溅射面一侧上的磁铁单元(51～54)改变靶侧极性地具备线状中央磁铁(52)和包围中央磁铁周围的周边磁铁(53)，所述周边磁铁具有直线部(53a，53b)和跨接两直线部的两自由端的跨接部(53c)，以通过磁场的垂直成分为零的位置的线沿中央磁铁的长边方向延伸并闭合为跑道状的方式产生从溅射面泄漏的磁场(Mf)，在维持周边磁铁的姿态的状态下，根据中央磁铁的靶侧极性，使中央磁铁的两端部分分别移位到周边磁铁的彼此不同的直线部侧。
Description
技术领域
本发明涉及用于以磁控溅射方式在被处理基板上形成规定的薄膜的磁控溅射装置用阴极单元及磁控溅射装置。
背景技术
磁控溅射装置通常在真空室内在与被处理基板(相对)配置的靶的背对溅射面的一侧具备磁铁单元。然后，向真空气氛的真空室内导入氩气等稀有气体，对靶施加带负电位的直流电压或交流电压而溅射靶的溅射面时，捕捉在溅射面前方电离的电子及溅射产生的二次电子，提高电子密度，通过提高电子和稀有气体的气体分子之间的碰撞概率来提高等离子体密度。
当在玻璃基板等具有矩形轮廓的被处理基板(以下称为“基板”)上成膜的情况下，通常，会使用与基板具有相同轮廓的靶。此时通常会使用的磁铁单元具备靶侧极性改变的中央磁铁和周边磁铁，所述中央磁铁线状地配置在与靶平行设置的矩形的支撑板(磁轭)的一侧的面上；所述周边磁铁具有在该中央磁铁两侧等间隔且平行延伸的直线部及分别跨两直线部的两自由端的跨接部，并包围在中央磁铁的周围(以下，以从溅射面朝向基板的方向为Z轴方向上方，以中央磁铁的长边方向为X轴方向，以与X轴方向正交的中央磁铁的宽度方向为Y轴方向)。由此，从溅射面泄漏的磁场以通过磁场的垂直成分为零的位置的线在X轴方向上延伸并闭合为跑道状的方式作用，在溅射面与基板之间的空间(溅射面的上方空间)产生跑道状的等离子体。此时，等离子体中的电子在磁铁单元的X轴方向两端部被电磁场弯曲而改变朝向，根据中央磁铁及周边磁铁的上侧的磁性，沿着跑道在顺时针或逆时针的环绕轨道上运动。
此处，已知如果使用上述磁控溅射装置在基板上形成规定的薄膜，则在位于对角线上的基板的角部区域，膜厚和膜质的分布变差。这被认为是由于在等离子体中的电子被电磁场弯曲而改变朝向时残留惯性运动，特别是在磁铁单元的X轴方向两端部(即跑道的拐角部)处等离子体向Y轴方向外侧局部扩展导致的。因此，为了使与溅射的进行相伴的靶的侵蚀区域均匀，在使磁铁单元在Y轴方向以规定的行程长度往返运动时，如果考虑上述电子的惯性运动，则不得不将行程长度设置得较短，反而使得非侵蚀区域变大，靶的利用效率变差。因此，提出了构成为中央磁铁和周边磁铁的各直线部等间隔，且在磁铁单元的长边方向两端部处使直线部的一方和中央磁铁的两端部向另一方的直线部侧移动，使中央磁铁和各直线部的间隔比其中央区域的间隔窄的方案(例如参照专利文献1)。
但是，在像用于制造平板显示器的玻璃基板那样在大面积的基板上成膜的情况下，靶也不得不制作得较长，随之，磁铁单元的中央磁铁或周边磁铁的长度也变长。在这种情况下，如果使用上述专利文献1的磁铁单元，使磁铁单元在Y轴方向上往返运动并对溅射面进行溅射，会发现有时等离子体在分别与磁铁单元的长边方向两端部相邻并朝向其内侧的规定长度的范围内变得不稳定，或者有消失的情况。
因此，本申请的发明人着眼于沿跑道进行环绕运动的等离子体中的电子或二次电子(以下称为“环绕电子”)的轨道或密度，反复进行了深入的研究，了解到以下情况。即，以具有在中央磁铁两侧等间隔且平行延伸的直线部和分别跨接两直线部的两自由端的跨接部的现有的磁铁单元作为初始磁铁单元，以如上述专利文献1所示，将使直线部的一方及中央磁铁的两端部向另一方的直线部侧移动而使中央磁铁与各直线部的间隔比该中央区域的间隔窄的磁铁单元作为校正磁铁单元。再有，以在溅射面与被处理基板之间的空间中产生的跑道状等离子体中的靠近中央磁铁的区域为中央区域，其相反方向的区域为周边区域。然后，模拟等离子体中的环绕电子的密度分布后，得知在初始磁铁单元中，在XY平面上，被电磁场弯曲而改变朝向前的周边区域中的环绕电子的密度局部升高，改变朝向后的周边区域中的环绕电子的密度局部降低。由此得知，当着眼于XZ平面内环绕电子的轨道时，在改变了朝向后的中央区域，环绕电子向被处理基板侧(Z轴方向上方)飞散。
确认了在校正磁铁单元中，在XY平面中，改变朝向前后的周边区域中的环绕电子的密度差不大，在XZ平面中，改变朝向后的中央区域的环绕电子向被处理基板侧的飞散与初始磁铁单元相比更被抑制(换言之，被漏磁场捕获)。另一方面，确认了在XY平面中，改变朝向后，在分别与磁铁单元长边方向两端部相邻并朝向其内侧的规定长度的范围(以使中央磁铁与各直线部之间的间隔回到与其中央区域的间隔相等的位置为起点的规定长度的范围)中，周边区域中的环绕电子的密度变大，并且在Y轴方向扩展。可以认为由此在使磁铁单元在Y轴方向以规定的行程长度进行往返运动时，导致等离子体的局部消失等。因此，得知如果能够抑制改变朝向后的中央区域中的环绕电子向被处理基板侧的飞散，并抑制改变朝向后的周边区域中的环绕电子的扩散的话，溅射时可以产生关于X轴大致对称的电子密度分布一致的跑道状等离子体。
现有技术文献
专利文献
【专利文献1】日本专利公开2008-127601号公报
方面内容
发明要解决的技术问题
本发明是以上述见解为基础而完成的，其要解决的技术问题在于提供一种磁控溅射装置用阴极单元及磁控溅射装置，其不会导致等离子体的局部消失等，可使与溅射的进行相伴的靶的侵蚀区域大致均匀，可提高靶的利用效率。
解决技术问题的手段
为了解决上述技术问题，本发明的磁控溅射装置用阴极单元具备磁铁单元，其设置在真空室内配置的靶的背对溅射面的一侧上，其特征在于：磁铁单元改变靶侧极性地具备线状配置的中央磁铁和包围该中央磁铁周围的周边磁铁，所述周边磁铁具有以该中央磁铁两侧等间隔且平行延伸的直线部和分别跨接两直线部的两自由端的跨接部，以通过磁场垂直成分为零的位置的线沿中央磁铁的长边方向延伸并闭合为跑道状的方式产生从溅射面泄漏的磁场，在维持所述周边磁铁的姿态的状态下，根据所述中央磁铁的靶侧的极性，使该中央磁铁的两端部分分别移位到周边磁铁的彼此不同的直线部侧。
由此，如果模拟等离子体中的环绕电子的密度分布，则除了抑制改变方向后的中央区域内的环绕电子向被处理基板侧的飞散之外，还可抑制改变方向后的周边区域内的环绕电子向Y轴方向的扩展。由此，当将本发明的阴极单元组装在磁控溅射装置上，如上所述产生等离子体时，呈在磁铁单元的大致全长上关于X轴大致对称的电子密度分布一致的跑道状的等离子体。在这种情况下，根据磁铁单元的X轴方向长度、溅射面与被处理基板之间的距离、溅射时向靶施加的电力等适当设置移位的中央磁铁两端部的长度，例如设置为两直线部之间的距离的一倍以上。此时，如果采用使所述中央磁铁的两端部分随着朝向中央磁铁的两端，与所述直线部之间的间隔阶梯式变小地移位的结构，则可进一步减小改变方向前后的周边区域中的环绕电子的密度差。另外，与上述相反，也可以考虑将中央磁铁固定，使周边磁铁的两直线部的两端部(以及跨接部)相对于该中央磁铁向相互不同的方向移位，但这样不能抑制改变方向后的周边区域内的环绕电子的扩展。
另外，为了解决上述问题，本发明的磁控溅射装置，具备：磁铁单元，以在真空室内与被处理基板相对配置的靶的溅射面侧为上，所述磁铁单元配置在该靶的下方；电源，其向靶施加电力；以及气体导入装置，其向真空气氛的真空室导入惰性气体；其特征在于：磁铁单元改变靶侧极性地具备配置成线状的中央磁铁和包围中央磁铁周围的周边磁铁，所述周边磁铁具有在该中央磁铁两侧等间隔且平行延伸的直线部和分别跨接两直线部的两自由端的跨接部；还设置有驱动装置，以中央磁铁的长边方向为X轴方向，以与X轴方向正交的从中央磁铁朝向周边磁铁的直线部的方向为Y轴方向，所述驱动装置使磁铁单元以规定的行程长度至少在Y轴方向上进行往返运动；设置电子发散抑制装置，当在通过向真空气氛的真空室内导入惰性气体然后对靶施加电力以在溅射面的上方空间产生跑道状的等离子体时，等离子体中的电子通过电磁场在跑道的拐角部改变方向时，所述电子发散抑制装置抑制电子向上方发散。
在本发明中，在维持所述周边磁铁的姿态的状态下，根据所述中央磁铁的靶侧的极性，使该中央磁铁的两端部分分别向周边磁铁的彼此不同的直线部侧移位，构成电子发散抑制装置即可。另一方面，例如也可以在真空室内的溅射粒子不飞散的位置或真空室外设置永久磁铁或电磁铁，使磁场作用，将改变朝向时要向上方(被处理基板侧)发散的电子捕获到本来的轨道上。
附图说明
图1是具有本实施方式的阴极单元的磁控溅射装置的局部剖视示意图。
图2(a)是省略了本实施方式的阴极单元中使用的磁铁单元的一部分的平面图，图2(b)是说明XY平面中的等离子体中的环绕电子的密度分布的图，图2(c)是说明XZ平面中的等离子体中的环绕电子的密度分布的图。
图3(a)是说明现有例子的磁铁单元的XY平面中的等离子体中的环绕电子的密度分布的图，图3(b)是说明XZ平面中的等离子体中的环绕电子的密度分布的图。
图4(a)是说明其他现有例子的磁铁单元的XY平面中的等离子体中的环绕电子的密度分布的图，图4(b)是说明XZ平面中的等离子体中的环绕电子的密度分布的图。
具体实施方式
以下参照附图，以用于平板显示器制造的大面积玻璃基板(以下称为“基板Sw”)作为被处理基板，以等间隔并列设置在一个方向上的具有矩形轮廓的多块靶的所谓多靶式磁控溅射装置为例，说明本发明的磁控溅射装置用阴极单元及磁控溅射装置的实施方式。以下，表示上、下这类方向的用语，以图1的磁控溅射装置SM的设置姿态为基准，以从靶的溅射面朝向基板Sw的方向为Z轴方向上方，以后面提到的中央磁铁的长边方向为X轴方向，以与X轴方向正交的中央磁铁的宽度方向为Y轴方向。
参照图1，本实施方式的磁控溅射装置SM具备限定成膜室11的真空室1。在真空室1的壁面上开设有排气口12，在排气口12上连接来自由旋转泵、干泵、涡轮分子泵等构成的真空排气单元Pu的排气管13，对成膜室11内进行真空排气并保持在规定压力(例如，1×10- 5Pa)。在真空室1的壁面上还开设气体供给口21a、21b，气体供给口21a、21b上分别连接设置有质量流量控制器22a、22b的气管23a、23b，可向成膜室11内导入流量受控制的氩气等稀有气体(惰性气体)和根据需要导入氧气等反应气体，它们构成本实施方式的气体导入装置。
在真空室1内的上部空间中设置基板运输装置3。基板运输装置3具备：载体31，其以基板Sw的下表面(成膜面)开放的方式保持基板Sw；以及图外的驱动源，其在Y轴方向上自由运输载体31。另外，可以利用公知的部件作为基板运输装置3，故此处省略详细的说明。而且，在真空室1内的下部设置本实施方式的阴极单元CU，其与由运输到成膜室11内的规定位置处的载体31上保持的基板Sw相对。阴极单元CU具有：以未使用时的上表面(溅射面)位于XY平面内的方式沿Y轴方向等间隔并列设置的4块靶41～44；以及分别配置在各靶41～44的(真空室外)下方空间的磁铁单元51～54。根据要在基板Sw下表面形成的膜的组成而制作的各靶41～44具有相同的大致长方体形状，在与基板Sw正对时，各靶41～44的尺寸(X轴方向的长度和Y轴方向的宽度)分别设置成并列设置的各靶41～44的轮廓比基板Sw大一圈。铜材质的背板41经由铟等接合材料(未图示)分别接合在各靶41～44的下表面，在溅射过程中以可分别冷却各靶41～44的状态经由绝缘体42设置在真空室1的底面上。以彼此相邻的靶41、42和43、44分别为一对，来自作为电源的交流电源6的输出61分别连接在各对靶41～44上，通过交流电源6可在分别成对的靶41、42和43、44之间施加规定频率(例如1kHz～100kHz)的交流电力。另外，根据靶种类的不同，例如也可按各靶41～44施加带负电位的直流电力。
也参照图2，各磁铁单元51～54具备形态相同的与背板41平行设置并由磁性材料材质的平板构成的支撑板51(磁轭)。在支撑板51上表面中央，改变靶侧极性(例如，中央磁铁52为S极，周边磁铁53为N极)地设置有沿X轴方向线状配置的中央磁铁52和包围中央磁铁52周围的周边磁铁53，该周边磁铁53具有在该中央磁铁52两侧等间隔且平行延伸的直线部53a、53b和分别跨接两直线部53a、53b的两自由端的跨接部53c、53c。在这种情况下，中央磁铁52及周边磁铁53由钕磁铁等一体制作而成，或者排列设置钕磁铁等的磁铁片而构成，中央磁铁52与周边磁铁53被设计成换算成相同磁化时的体积为相同程度。由此，在各靶41～44的上表面(溅射面)与基板Sw的下表面之间的成膜室11内的空间中，分别产生通过磁场的垂直成分为零的位置的线沿X轴方向延伸并闭合为跑道状的从溅射面泄漏的磁场Mf。再有，在各磁铁单元51～54的支撑板51的下表面分别突出设置螺母部件54，在各螺母部件54上螺合有与电机Mt连结的进给丝杠Fs，在溅射时，可使各磁铁单元51～54以规定行程长度在Y轴方向上进行往返运动，这些构成本实施方式的驱动装置。另外，也可以使各磁铁单元51～54以规定行程长度在X轴方向上进行往返运动。
在使用上述磁控溅射装置SM在基板Sw的下表面成膜的情况下，通过基板运输机构3将基板Sw运输到正对各靶41～44的成膜室11内的规定位置，将成膜室11真空排气到规定压力。当成膜室11达到规定压力时，由质量流量控制器22a、22b进行流量控制并导入稀有气体(根据需要导入反应气体)，通过交流电源6在分别成对的各靶41～44之间施加交流电力。如此，在各靶41～44的溅射面上方分别产生跑道状的等离子体PL。此时，等离子体PL中的电子在各磁铁单元51～54的X轴方向两端部被电磁场弯曲而改变朝向，并且根据中央磁铁52及周边磁铁53的上侧的磁性，沿着跑道在顺时针或逆时针的环绕轨道上运动。然后，利用等离子体PL电离了的稀有气体的离子对溅射面进行溅射，按照规定的余弦定律从溅射面飞散的溅射粒子附着堆积在基板Sw的下表面上成膜。此时，通过使各磁铁单元51～54在Y轴方向以规定的行程长度一体进行往返运动，各靶41～44在Y轴方向被大致均等地侵蚀。
这里，如图3(a)所示，以具有在支撑板510上设置的中央磁铁520两侧等间隔且平行延伸的直线部530a、530b以及分别跨接两直线部530a、530b的两自由端的跨接部530c的现有的磁铁单元作为初始磁铁单元Mu1。另外，如图4(a)所示，以具有在支撑板511上设置的中央磁铁521两侧等间隔且平行延伸的直线部531a、531b和分别跨接两直线部531a、531b的两自由端的跨接部531c的磁铁单元为基准，如上述专利文献1所示，以使直线部531a一方和中央磁铁521的两端部向另一方的直线部531b侧移动，中央磁铁521和各直线部531a、531b之间的间隔比其中央区域的间隔窄的磁铁单元作为校正磁铁单元Mu2。再有，如图1中的点划线所示，以在溅射面与基板Sw之间的空间中产生的跑道状的等离子体PL中靠近中央磁铁521的区域为中央区域Pc，以其反方向的区域为周边区域Pp1、Pp2。然后，当模拟等离子体PL中环绕电子的轨道和密度分布时，在初始磁铁单元Mu1中，如图3(a)和3(b)所示，在XY平面上，(在初始磁铁单元Mu1的两端部)被电磁场弯曲而改变朝向之前的周边区域Pp1中的环绕电子的密度局部升高，另一方面，改变了朝向后的周边区域Pp2中的环绕电子的密度局部降低。再有，当在XZ平面上观察环绕电子的轨道时，在改变了朝向后的中央区域Pc中环绕电子向Z轴方向上方飞散。另外，在图2～图4中，用细曲线表示环绕电子的轨道，并且用浓淡表示该轨道中的环绕电子的密集度。
在校正磁铁单元Mu2中，如图4(a)及(b)所示，在XY平面中，改变朝向前后的周边区域Pp1、Pp2中的环绕电子的密度差不大，在XZ平面中，改变了朝向后的中央区域Pc中的环绕电子向基板Sw侧的飞散与初始磁铁单元Mu1相比更被抑制(换言之，被漏磁场Mf捕获)。另一方面，在改变了朝向后，在分别与长边方向两端部相邻并朝向其内侧的规定长度的范围Lp(以使中央磁铁521与各直线部531a、531b之间的间隔回到与该中央区域的间隔相等的位置为起点的规定长度的范围)中，周边区域Pp2中的环绕电子的密度增大并在Y轴方向扩展。可以认为因此在使校正磁铁单元Mu2在Y轴方向以规定的行程长度进行往返运动时，导致了等离子体的局部消失等。
在本实施方式的各磁铁单元51～54中，如图2(a)所示，采用在维持周边磁铁53的姿态的状态下，根据中央磁铁52的靶侧极性(换言之，根据电子环绕的方向)，使中央磁铁52的两端部分52a、52b分别移位到周边磁铁53的彼此不同的直线部53a、53b侧的结构。在这种情况下，根据磁铁单元51～54的X轴方向长度、溅射面与基板Sw之间的距离、溅射时对靶41～44施加的电力等适当设置移位的中央磁铁52的两端部分52a、52b的长度L1，例如设置为两直线部53a、53b之间的距离L2的一倍以上。此时，中央磁铁52的两端部分52a、52b随着朝向中央磁铁端部，与直线部53a、53b之间的间隔阶段性变小地(阶梯状)移位。另一方面，也可以中央磁铁52的两端部分52a、52b随着朝向中央磁铁端部，与直线部53a、53b之间的间隔连续变小地(例如，将中央磁铁52的两端部分52a、52b相对于X轴方向倾斜设置)来移位。
可确认，当使用本实施方式磁铁单元51～54模拟等离子体PL中的环绕电子的轨道及密度分布时，如图2(b)及(c)所示，在XY平面中，改变朝向前后的周边区域Pp1、Pp2中的环绕电子的密度差不大，再有，在XZ平面中，改变朝向后的中央区域Pc中的环绕电子向基板Sw侧的飞散与校正磁铁单元Mu2相比进一步被抑制(换言之，被漏磁场Mf捕获)。而且，确认了即使在改变朝向后，周边区域Pp2中的环绕电子的密度也与其他部位相同，不在Y轴方向扩展。由此可知，使中央磁铁52的两端部分52a、52b分别向周边磁铁53的彼此不同的直线部53a、53b侧移位的结构成为抑制环绕的电子向上方发散的电子发散抑制装置。
采用本实施方式，可在磁铁单元51～54的大致全长上形成大致关于X轴对称且电子密度分布一致的跑道状的等离子体PL。因此，如果使用设置有上述磁铁单元51～54的磁控溅射装置SM在基板Sw上形成规定的薄膜，则能够在其整个面上膜厚和膜质分布良好地成膜，而且，通过可将由驱动装置Mt、Fs带来的Y轴方向的往返运动的行程长度设置得较长，能够提高各靶41～44的利用效率。另外，虽未特别图示说明，但也可与上述相反，考虑将中央磁铁52固定，使周边磁铁53的两直线部53a、53b的两端部(及跨接部)相对于该中央磁铁52向彼此不同的方向移位，但确认了由此不能抑制在改变了朝向后的周边区域中的环绕电子的扩散。
以上对本发明的实施方式进行了说明，但只要不脱离本发明的技术思想的范围，就能够进行各种变形。在上述实施方式中，以使中央磁铁52的两端部分52a、52b分别向周边磁铁53的彼此不同的直线部53a、53b侧移位而构成电子发散抑制装置为例进行了说明，但不限于此，只要是能够抑制改变朝向后的中央区域Pc中的环绕电子向基板Sw侧的飞散即可。虽未特别图示说明，但例如也可以在真空室1内的溅射粒子不飞散的位置或真空室1外设置永久磁铁或电磁铁，使磁场作用，在改变朝向时将要向上方(被处理基板侧)发散的电子捕获到本来的轨道上。
再有，在上述实施方式中，以等间隔并列设置多个靶41～44的所谓多靶式磁控溅射装置SM为例进行了说明，但并不限定于此。本发明也可以应用于在一块靶上配置单一的磁铁单元的磁控溅射装置、或相对于一块靶以等间隔并列设置多个磁铁单元的所谓多磁铁式的磁控溅射装置。
附图标记说明
SM.磁控溅射装置、CU.阴极单元、1.真空室、21a，21b.气体供给口(气体导入装置的构成要素)、22a，22b.质量流量控制器(气体导入单元的构成要素)、23a，23b.气管(气体导入装置的构成要素)、41～44.靶、51～54.磁铁单元、52.中央磁铁、52a、52b.中央磁铁52的两端部分(电子发散抑制装置)、53.周边磁铁、53a，53b.直线部、53c.跨接部、Mf.磁场、6.交流电源(电源)、Mt.电机(驱动装置的构成要素)、Fs.进给丝杠(驱动装置的构成要素)、54.螺母部件(驱动装置的构成要素)。
Claims (4)
1.一种磁控溅射装置用阴极单元，具备磁铁单元，其设置在真空室内配置的靶的背对溅射面的一侧上，磁铁单元改变靶侧极性地具备线状配置的中央磁铁和包围该中央磁铁周围的周边磁铁，所述周边磁铁具有以该中央磁铁两侧等间隔且平行延伸的直线部和分别跨接两直线部的两自由端的跨接部，以通过磁场垂直成分为零的位置的线沿中央磁铁的长边方向延伸并闭合为跑道状的方式产生从溅射面泄漏的磁场，其特征在于：
在维持所述周边磁铁姿态的状态下，根据所述中央磁铁的靶侧极性，使该中央磁铁的两端部分分别移位到周边磁铁的彼此不同的直线部侧。
2.根据权利要求1所述的磁控溅射装置用阴极单元，其特征在于：
使所述中央磁铁的两端部分随着朝向中央磁铁的两端，与所述直线部之间的间隔阶梯式变小地移位。
3.一种磁控溅射装置，具备：磁铁单元，以在真空室内与被处理基板相对配置的靶的溅射面侧为上，所述磁铁单元配置在该靶的下方；电源，其向靶施加电力；以及气体导入装置，其向真空气氛的真空室导入惰性气体；其特征在于：
磁铁单元改变靶侧极性地具备配置成线状的中央磁铁和包围该中央磁铁周围的周边磁铁，所述周边磁铁具有在该中央磁铁两侧等间隔且平行延伸的直线部和分别跨接两直线部的两自由端的跨接部；还设置有驱动装置，以中央磁铁的长边方向为X轴方向，以与X轴方向正交的中央磁铁的宽度方向为Y轴方向，所述驱动装置使磁铁单元以规定的行程长度至少在Y轴方向上进行往返运动；
设置电子发散抑制装置，当在通过向真空气氛的真空室导入惰性气体，对靶施加电力，在溅射面的上方空间产生跑道状的等离子体时，等离子体中的电子通过电磁场在跑道的拐角部改变方向时，所述电子发散抑制装置抑制电子向上方发散。
4.根据权利要求3所述的磁控溅射装置，其特征在于：
在维持所述周边磁铁的姿态的状态下，根据所述中央磁铁的靶侧极性，使该中央磁铁的两端部分分别向周边磁铁的彼此不同的直线部侧移位，构成电子发散抑制装置。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021-006574 | 2021-01-19 | ||
| JP2021006574 | 2021-01-19 | ||
| PCT/JP2021/033475 WO2022158034A1 (ja) | 2021-01-19 | 2021-09-13 | マグネトロンスパッタリング装置用のカソードユニット及びマグネトロンスパッタリング装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117044403A true CN117044403A (zh) | 2023-11-10 |
Family
ID=82549691
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202180090208.5A Pending CN117044403A (zh) | 2021-01-19 | 2021-09-13 | 磁控溅射装置用阴极单元及磁控溅射装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPWO2022158034A1 (zh) |
| KR (1) | KR20230104957A (zh) |
| CN (1) | CN117044403A (zh) |
| TW (1) | TWI839638B (zh) |
| WO (1) | WO2022158034A1 (zh) |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08325726A (ja) * | 1995-05-29 | 1996-12-10 | Hitachi Ltd | カソード電極 |
| JP2001164362A (ja) * | 1999-12-06 | 2001-06-19 | Ulvac Japan Ltd | プレーナーマグネトロンスパッタリング装置 |
| WO2008059814A1 (fr) * | 2006-11-17 | 2008-05-22 | Ulvac, Inc. | Electrode de pulvérisation de magnétron et dispositif de pulvérisation muni de l'électrode de pulvérisation de magnétron |
| JP5049561B2 (ja) * | 2006-11-17 | 2012-10-17 | 株式会社アルバック | マグネトロンスパッタ電極及びマグネトロンスパッタ電極を備えたスパッタリング装置 |
-
2021
- 2021-09-13 JP JP2022576965A patent/JPWO2022158034A1/ja active Pending
- 2021-09-13 CN CN202180090208.5A patent/CN117044403A/zh active Pending
- 2021-09-13 KR KR1020237019750A patent/KR20230104957A/ko unknown
- 2021-09-13 WO PCT/JP2021/033475 patent/WO2022158034A1/ja active Application Filing
- 2021-09-16 TW TW110134521A patent/TWI839638B/zh active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TWI839638B (zh) | 2024-04-21 |
| WO2022158034A1 (ja) | 2022-07-28 |
| TW202229594A (zh) | 2022-08-01 |
| JPWO2022158034A1 (zh) | 2022-07-28 |
| KR20230104957A (ko) | 2023-07-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5162464B2 (ja) | 薄膜形成方法及び薄膜形成装置 | |
| JP4246547B2 (ja) | スパッタリング装置、及びスパッタリング方法 | |
| KR101083443B1 (ko) | 박막 형성 방법 및 박막 형성 장치 | |
| JP5004931B2 (ja) | スパッタ源、スパッタリング装置、及びスパッタリング方法 | |
| KR101050121B1 (ko) | 스퍼터링 장치 및 스퍼터링 방법 | |
| US9761423B2 (en) | Sputtering apparatus and magnet unit | |
| KR20130129859A (ko) | 스퍼터링 방법 | |
| JP5527894B2 (ja) | スパッタ装置 | |
| TWI470102B (zh) | Magnetron sputtering electrode and sputtering device with magnetron sputtering electrode | |
| KR20170064527A (ko) | 마그네트론 스퍼터 전극용의 자석 유닛 및 스퍼터링 장치 | |
| JP2617439B2 (ja) | スパッタリング装置 | |
| CN117044403A (zh) | 磁控溅射装置用阴极单元及磁控溅射装置 | |
| JP2021001382A (ja) | マグネトロンスパッタリング装置用のカソードユニット | |
| US7638022B2 (en) | Magnetron source for deposition on large substrates | |
| JP2001348663A (ja) | スパッタリング装置 | |
| JP7256645B2 (ja) | スパッタリング装置及び成膜方法 | |
| JPS6217175A (ja) | スパツタリング装置 | |
| JP3898318B2 (ja) | スパッタリング装置 | |
| JP2023057218A (ja) | マグネトロンスパッタリング装置用のカソードユニット及びマグネトロンスパッタリング装置 | |
| JP2020139212A (ja) | マグネトロンスパッタリング装置用のカソードユニット | |
| JP2020139213A (ja) | マグネトロンスパッタリング装置用のカソードユニットおよび成膜方法 | |
| JPH11323547A (ja) | スパッタ成膜方法およびその装置 | |
| JP2020176304A (ja) | スパッタリング装置 | |
| JPH11315378A (ja) | スパッタリング方法及び装置 | |
| JPH0641740A (ja) | スパッタリング装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |