濺射裝置以及濺射方法

專利名稱：濺射裝置以及濺射方法
技術領域：
本發明涉及濺射裝置以及濺射方法。
背景技術：
濺射是指在真空中配置基板和靶(成為濺射膜的原材料的構件)，通過 在該真空中產生等離子而在基板上形成膜的技術。由利用了等離子的濺射, 使高能量的濺射粒子到達基板，因此濺射粒子與基板的附著力變高。由此， 利用等離子的濺射具有能夠形成致密的膜等優點，已經用于電子元件和光 學薄膜等許多產品的批量生產。
進而，濺射中的磁控濺射將磁路(magnetic circuit)設置在靶的背面而在 耙表面形成磁通道(magnetic tunnel )。通過該磁力線捕捉電子，能夠提高電 離幾率，產生高密度等離子，提高成膜速度。因此，磁控濺射的工業上的 利用急速成長。
但是，磁控濺射因為磁通道只局限在靶上的極少一部分上，所以等離 子局限產生，選擇性地侵蝕靶的極少一部分。實際上，靶只有大約10~20% 由濺射覆蓋。為了解決該問題，提出有以下方法例如通過旋轉配置在靶 的背面的磁體來提高耙的利用效率的方法、通過擺動配置在耙的背面的磁 體來使等離子生成領域時間性地移動的方法、以及通過電磁體等使等離子 移動的方法等。但是，這些方法都需要在濺射裝置上追加可動部件，因此 容易使裝置的結構復雜，設備成本也易增加。
另一方面，還提出了以下的方法作為將配置在靶的背面的磁體固定. 并在靶的表面大范圍地產生等離子的方法，在靶的背面配置"由相對于靶面 而言在垂直方向上磁化的磁體和在平行方向上磁化的磁體的組合而成的磁 路"(參照專利文獻1 3)。日本專利公開特表平7-507360號公報 [專利文獻2 ]日本專利公開特表平ll-500490號公報 [專利文獻3]美國專利第4964968號說明書

發明內容
如專利文獻1 ~3所述，若使用由相對于靶面而言在垂直方向上磁化的 磁體和在平行方向上磁化的磁體的組合而成的磁路，則有可能在耙的表面 大范圍地產生等離子。另一方面，為此需要縮小磁路與靶之間的間隔而使 它們互相接近。
例如，專利文獻3所公開的磁控濺射裝置雖然具有包含第一 第四磁體 的磁路，但是為了在靶表面大范圍地產生等離子，需要將由各個磁體產生
的磁輻射(magnetic lobe)實質地配置在濺射區域內。因此，必須縮短靶與 磁路之間的距離，并需將磁路設置在用于冷卻乾的冷卻水路的內部。由于 設置在水路的內部的磁路有可能被冷卻水腐蝕，因此在長時間的使用中會 使磁力和磁場形狀產生變動。該變動對成膜率和膜厚的面內均勻性等造成 影響，從而成為產品的質量下降和成品率惡化的原因。
另一方面，若將磁路設置在冷卻水路的外部，則從磁路到乾表面的間 隔變長，因此有以下傾向難于將磁輻射配置在濺射區域，并且靶表面附 近的磁力線的形狀成為近于由單純的雙環形(ring)磁體形成的磁輻射的較窄 的形狀，難以形成相對于靶面平行的磁力線。
因此，根據專利文獻1 3記載的技術，難以在靶表面大范圍地產生等 離子，材料利用效率無法充分地提高。而且，若靶的侵蝕(erosion)范圍 變窄，則被濺射的靶分子容易不附著在被制膜體而重新附著在靶上(膜重 新附著)，從而成為灰塵和異常放電的原因，有可能使所制造的濺射膜的質 量惡化。
解決問題的方案
本發明的目的在于提供具有磁控電極的磁控濺射裝置，所述磁控電極 通過設置在冷卻水路的外部的磁路可在靶表面大范圍地產生等離子。由此， 本發明的另一目的在于提供能夠提高靶材料的利用效率，抑制灰塵和異常 放電的濺射裝置以及濺射方法。
本發明的發明人對可利用磁場模擬以及等離子模擬在靶表面上大范圍 地形成等離子的磁路進行了研究。首先，如圖2所示，將配置在靶的背面的 磁路的基本形式為"在相對于靶表面垂直的垂直方向上被磁化的中心垂直磁體101及外周垂直磁體102 (垂直磁體組件)、和在相對于靶表面平行的平行 方向上被磁化的內側平行磁體103及外側平行磁體104 (平行磁體組件)"的 組合。繼而，對適當地調整磁體的配置位置等、可在乾表面大范圍地產生 等離子的磁路進行了研究。
即，本發明的第一方面關于以下所示的濺射裝置。 [l]該濺射裝置包括真空腔；靶，其被配置在所述真空腔內；磁路, 其被設置在所述靶的背面一側，包括垂直磁體組件和平行磁體組件；基板 保持件，其被配置在所述靶的表面一側，用于保持形成濺射膜的基板，該 濺射裝置具有以下的特征。
首先，所述垂直磁體組件由中心垂直磁體和外周垂直磁體構成，所述 垂直磁體組件的任意磁場方向都大致垂直于所述靶表面，并且所述中心垂 直磁體與所述外周垂直磁體的磁場方向彼此相反，所述中心垂直磁體被設
置在所述靶的背面的中央部分，所述外周垂直磁體被設置在所述靶的背面 的外周部分，并被設置成包圍所述中心垂直磁體的環狀。
接下來，所述平行磁體組件由內側平行磁體和外側平行磁體構成，所 述內側平行磁體和外側平行磁體的任意磁場方向都大致平行于所述靶表 面，并且所述內側平行磁體和所述外惻平行磁體的磁場方向相同，所述內 側平行磁體和外側平行磁體都被設置在所述中心垂直磁體和所述外周垂直
磁體之間，并被設置成包圍中心垂直磁體的環狀，而且所述內側平行磁體 比所述外側平行磁體更靠近所述靶的背面的中心一側配置。
進而，在設所述內側平行磁體與所述靶表面之間的間隔為D1、所述外 側平行磁體與所述靶表面之間的間隔為D2、所述外周垂直磁體與所述靶表 面之間的間隔為D3時，具有D1 〈D2^D3的關系。在[l]的裝置中，所述間隔Dl也可以為30mm以下。在[1]或者[2]的裝置，還具有水冷套，其被設置在所述靶與所述磁 路之間，所述磁路也可以配置在所述水冷套的外部。在[3]的裝置中，也可以在所述水冷套的所述磁路一側的一部分形成 凹陷的空間，所述內側平行磁體設置在所述凹陷的空間。在[4]的裝置中，在所述水冷套的所述磁路一側的一部分形成的空間 被狹縫分割為多個空間，所述內側平行磁體被設置在所述多個空間的各個 空間，所述狹縫的厚度比所述水冷套的形成有凹陷的部分的厚度大，并且所述狹縫為水冷套的水路的一部分。
本發明的第二方面關于以下所示的濺射裝置。該濺射裝置包括真空腔；靶，其被配置在所述真空腔內；磁路, 其被設置在所述靶的背面一側，包括垂直磁體組件和平行磁體組件；基板 保持件，其被配置在所述靶的表面一側，用于保持形成濺射膜的基板；水 冷套，其被設置在所述靶與所述磁路之間，該濺射裝置具有以下的特征。
首先，所述垂直磁體組件由中心垂直磁體和外周垂直磁體構成，所述 中心垂直磁體和外周垂直磁體的任意磁場方向都大致垂直于所述靶表面， 并且所述中心垂直磁體與所述外周垂直磁體的磁場方向彼此相反，所述中 心垂直磁體被設置在所述靶的背面的中央部分，所述外周垂直磁體被設置 在所述靶的背面的外周部分，并被設置成包圍所述中心垂直磁體的環狀。
接下來，所述平行磁體組件由內側平行磁體和外側平行磁體構成，所 述內側平行磁體和外側平行磁體的任意磁場方向都大致平行于所述靶表 面，并且所述內側平行磁體和所述外側平行磁體的磁場方向相同，所述內 側平行磁體和外側平行磁體都被設置在所述中心垂直磁體和所述外周垂直 磁體之間，并被設置成包圍所述中心垂直磁體的環狀，而且所述內側平行
磁體比所述外側平行磁體更靠近所述靶的背面的中心一側配置。
而且在與所述內側平行磁體對應的所述水冷套的內部設置磁性體，或
者將與所述內側平行磁體對應的所述水冷套的一部分設置為磁性體。 本發明的第三方面關于以下所示的濺射方法。為使用[1] [6]中任一個所述的濺射裝置的濺射方法，包括以下步 驟在所述基板保持件保持被成膜體；將濺射氣體導入所述濺射裝置的真 空腔內；對配置在所述真空腔內的靶施加電壓而產生等離子，在所述基板 上形成濺射膜。
根據本發明的濺射裝置以及濺射方法，能夠在靶表面大范圍地產生接 近與靶平行的磁力線，從而能夠大范圍地捕捉(trap)電子。因此，能夠在 乾表面大范圍地發生等離子，提高靶材料的利用效率。例如，以往技術的 乾的材料利用效率約為10~20%，而根據本發明則能夠提高到40%左右。
進而，因為能在靶大范圍地進行濺射，所以能夠防止膜重新附著，并 且抑制異常放電，由此能夠減少灰塵。


圖l是表示本發明的濺射裝置的例子(實施方式1)的概況的圖。
圖2A、 2B是表示本發明的濺射裝置的磁路的例子的概況的俯視圖。 圖3是表示本發明的濺射裝置的磁路的例子的概況的剖面圖。 圖4是表示磁路的內側平行磁體和靶的表面之間的間隔D1與靶的侵蝕
形狀的模擬結果的關系的圖表。
圖5A 5F是表示磁路的外周垂直磁體和靶的表面之間的間隔D3與產
生的等離子的關系的圖。
圖6是用于說明作為進行優化用的評價指標的長度X的圖。 圖7為優化后的磁路的一例的圖。
圖8是表示本發明的濺射裝置的例子(實施方式2)的概況的圖。
圖9A、 9B是表示本發明的濺射裝置的例子中的、磁控電極(實施方式 3)的概況的圖。
圖IO是表示由本發明的磁路產生的等離子分布的圖。
圖ll是表示由以往的磁路產生的等離子分布的圖。
圖12是表示利用本發明的磁路以及以往的磁路進行濺射時的、靶侵蝕 形狀的圖。
圖13是表示由以往的磁路產生的磁力線的形狀的圖。 圖14是表示本發明的濺射裝置的例子中的、磁控電極(實施方式4) 的概況的圖。
附圖標記說明
1:真空腔；2:靶；3:高電壓施加電壓；4:基板；4':基板保持件； 5:氣體導入裝置；6:排氣裝置；7:排氣口； 8:閥；9:接地屏；10: 磁路；11:水冷套；12:空間；13:磁路部件(磁性體)；14:狹縫；20: 墊板；101:中心垂直磁體；102:外周垂直磁體；103:內側平行磁體；104: 外側平行磁體；105:磁軛
具體實施方式
l.本發明的濺射裝置
本發明的濺射裝置稱為磁控濺射裝置。磁控濺射裝置包括可對內部 減壓的真空腔；配置在真空腔內部的磁控電極；以及用于保持形成濺射膜的基板(被成膜體)的基板保持件(參照圖1)。
磁控電極包括成為陰極的靶；配置在耙的背面一側的磁路。而且磁 控電極也可以在靶與磁路之間具有用于冷卻靶等的水冷套(參照圖1)。在 靶的表面一側(與配置磁路的面相反一側的面)配置基板保持件。本發明 的濺射裝置的磁控電極的形狀并沒有特別的限定，既可以為圓板形，也可 以為方板形(參照圖2)。
本發明的磁控電極的磁路包括垂直磁體組件和平行磁體組件。圖2表 示磁路的例子，為從靶的背面的法線方向觀察的俯視圖。
垂直磁體組件由中心垂直磁體101和外周垂直磁體102構成。中心垂 直磁體101配置在靶2的背面的中央部分，外周垂直磁體102配置在靶2 的背面的外周部分。
配置在靶2的中央部分的中心垂直磁體101無需配置在嚴格意義上的 中心，只要由外周垂直磁體102、構成后述的平行磁體組件的磁體(磁體 103和磁體104)包圍而配置在乾2的中央部分即可。
配置在靶2的外周部分的外周垂直磁體102具有規定產生等離子的區 域的功能。如果盡可能地將外周垂直磁體102沿著靶的外周配置，則易于 在耙2表面的整個區域產生等離子，雖然這方面較好，但是另一方面等離 子有可能在靶2以外的區域產生。因此，外周垂直磁體102的配置位置需 要適當地配置在外周部分。
中心垂直磁體101和外周垂直磁體102都既可以分別由一個磁體構成 (圖2A)，也可以分別由兩個以上的磁體構成(圖2B)。如圖2B所示，如 果組合兩個以上的磁體而構成，則在制造成本方面有優勢，或者易于進行 磁路的調整，因此是理想的。
而且，各個磁體也可以插入到由非磁性材料構成的支架，或者固定于 非磁性材料。此時，能夠設置用于固定磁體的螺絲孔等，因此具有易于進 行磁路的調整的優點。
中心垂直磁體101和外周垂直磁體102的任意磁場方向都垂直于靶2 的面。"垂直"并不意味著交叉角度嚴格地為90°。
而且，中心垂直磁體101的磁場方向和外周垂直磁體102的磁場方向 彼此相反。也就是說，中心垂直磁體101的靶一側為S極時，外周垂直磁 體102的靶一側為N極；而中心垂直磁體101的靶一側為N極時，外周垂直磁體102的乾一側為S極。
即，連接中心垂直磁體101與外周垂直磁體102的磁力線優選覆蓋靶2 的表面而設置。
平行磁體組件由內側平行磁體103和外側平行磁體104構成。內側平 行磁體103和外側平行磁體104都包圍中心垂直磁體101而配置成環狀， 并且與外周垂直磁體102相比配置在中央一側。也就是說，平行磁體組件 夾在中心垂直磁體101與外周垂直磁體102之間而配置。
另外，雖然內側平行磁體103和外側平行磁體104都配置成環狀，但 是內側平行磁體103配置在中心一側，即配置在中心垂直磁體101的附近。
內側平行磁體103和外側平行磁體104的任意磁場方向都平行于靶面。 "平行"并不意味著交叉角度嚴格地為0°。
而且，內側平行磁體103和外側平行磁體104的磁場方向相同。也就 是說，內側平行磁體103的外周一側為S極時，外側平行磁體104的外周 一側也為S極；而內側平行磁體103的外周一側為N極時，外側平行磁體 104的外周一側也為N極。
內側平行磁體103和外側平行磁體104與垂直磁體(101或102)同樣 地，既可以分別由一個磁體構成，也可以分別由兩個以上的磁體構成。各 個磁體也可以插入到由非磁性材料構成的支架，或者固定于非磁性材料。
圖3為圖2A的A-A剖面圖(圖3中的箭頭表示磁化方向(S—N))。 如圖3所示，中心垂直磁體101配置在靶2的中央部分，朝向靶2的外周 部分，依次配置有內側平行磁體103、外側平行磁體104以及外周垂直磁體 102。中心垂直磁體101與外周垂直磁體102優選連接在磁軛105而固定。 另一方面，內側平行磁體103與外側平行磁體104不與磁軛105連接。
磁路配置在靶2的背面一側。靶2也可以由墊板(packing plate ) 20保 持。優選在靶2與磁路10之間配置有水冷套11。水冷套11具有冷卻靶2 的功能。
本發明的一個重要的特征為適當地調整構成磁路10的各個磁體(磁體 101 ~ 104)與靶2的表面的間隔。也就是說，在設內側平行磁體103與靶2 的表面之間的間隔為Dl 、外側平行磁體104與靶2的表面之間的間隔為D2、 外周垂直磁體102與靶2的表面之間的間隔為D3時，優選滿足"DK D2^D3"的關系。但是如后述那樣，對于"內側平行磁體103與乾2的表面之間的間隔D1" 而言，(1)有時意味著磁體103本身與靶2的表面之間的間隔，(2)在具 有設置于磁體103的附近的、與磁體103 —體并構成磁路的磁性體時(參 照圖14的附圖標記13)，意味著該磁性體與靶2的表面之間的間隔。 與磁體103 —體并構成磁路的磁性體配置在水冷套11的內部，或為水冷套 ll的一部分的材料。
另一方面，對于中心垂直磁體IOI與耙2的表面之間的間隔D4的大小 沒有特別的限制。
如前所述，被設置在靶2的背面一側的磁路10在靶2的表面產生磁場。 在靶2的表面中、由磁路IO形成適當的磁場的區域被濺射而容易被消耗。 "適當的磁場"是指在革巴2的表面上形成的、盡可能與靶2的表面平行的方向 上的磁場。它是盡可能與靶2的表面平行的方向上的磁場，也就是與在濺 射裝置產生的電場方向正交的方向上的磁場。通過與電場方向正交的方向 上的磁場，引起磁控放電，易于產生等離子，從而提高靶材料的利用效率。
本發明人在控制磁路的構成，也即間隔D1、間隔D2、間隔D3、間隔 D4;磁軛的厚度t;以及各個磁體的寬度等的因素的同時，進行了磁場的模 擬(磁場的磁力線的矢量)、等離子的模擬(產生的等離子的分布)以及靶 的侵蝕形狀等的模擬。間隔D1 D4都設定為17mm以上。這是為了能夠將 構成磁路的各個磁體配置在水冷套的外部。
在控制各個因素的同時，根據正交表決定分析條件的組合，并通過對 結果進行分布分析而優化各個因素。
首先本發明人發現為了在靶表面大范圍地產生等離子，內側平行磁體 103與靶2的表面之間的間隔Dl很重要，也就是間隔Dl優選小于其它磁 體與靶2的表面之間的間隔(間隔D2 D4)。
圖4所示的圖表表示當將間隔D2=32mm、間隔D3=40mm、間隔 D4=35mm固定設定時，對間隔Dl=25mm、 22mm以及17mm時的靶的侵蝕 形狀進行模擬的結果。如圖4所示可知，間隔Dl越小 (25mm—22mm—17mm)，乾的最被侵蝕的區域(也稱為侵蝕中心)則越 擴大。
接下來，本發明人發現通過調整外周垂直磁體102與靶2表面之間的 間隔D3，能夠將產生了的等離子擴大到靶2表面的端部。也就是說，越增
li大D3，則等離子越產生到靶2表面的端部。因此，優選將間隔D3設為等 于或大于間隔D2。另一方面，若將間隔D3增加得過大，則等離子產生到 靶的外側的區域而有可能對裝置造成損傷。
圖5A表示設定間隔Dl叫司隔D4=25mm、間隔D2=40mm、間隔D=35mm 的磁路，圖5C表示使用該磁路在靶2的表面產生的等離子的狀態，而圖5E 為表示該等離子的強度的圖表。另一方面，圖5B表示設定了間隔Db間隔 D2叫'司隔D3叫司隔D4=25mm的磁路，圖5D表示使用該磁路在靶2的表面 發生的等離子的狀態，而圖5F為表示該等離子的強度的圖表。與圖5B(間 隔D3^25mm)比較可知，在圖5A (間隔D3=35mm )的情況下，等離子擴 大到耙2表面的端部。
這樣，若增大外周垂直磁體102與靶2的表面之間的間隔D3，則能夠 在靶2的表面擴大等離子；另一方面，若過大地增大間隔D3，在靶2的表 面形成的磁場減弱，由此電子的捕捉不充分而發生不良情況。因此，間隔 D3優選約為40mm以下。
進而本發明人在控制上述各個因素的同時，將"長度X (參照圖6 )"作 為指標，對磁路進行了評價。圖6表示作為指標的"長度X"。圖6是靶2與 墊板20的剖面圖。將從$巴2的表面突出的磁力線的磁場矢量與靶2的表面 的法線矢量構成的角度為60。以上的范圍的長度設為"長度X"。
該"長度X"越大，越能在靶的表面大范圍地形成與靶2表面大致平行的 磁力線。因此，可以認為能夠大范圍地產生等離子，提高靶材料的利用效 率。
其結果，發現了對于中心垂直磁體101與內側平行磁體103之間的間 隔、以及外周垂直磁體102與外側平行磁體104之間的間隔而言，優選的 是縮短到保持磁力耦合(magnetic coupling)的程度。例如，優選將它們分 別設為10mm以下。
進而，雖然磁體101~ 104也可以配置成從革巴面的法線方向觀察互相不 重疊，但是也不一定必須那樣。例如，磁體101和磁體103、或者磁體102 和磁體104也可以配置成從靶面的法線方向觀察互相重疊。
圖7表示從這些模擬的考察得到的適合的磁路的一例。將圖7所示的 磁路適用于實施方式1的濺射裝置。
在磁控濺射裝置中， 一般容易增大構成磁路的磁體與靶表面之間的間隔。
另一方面，在具有用于冷卻靶的水冷套的磁控濺射裝置中，有時難以 縮小構成磁路的磁體與靶表面之間的間隔。這是因為由于水冷套的厚度而 無法使磁路充分地接近靶。另外，雖然可以考慮在水冷套的內部配置磁體，
但是為了減輕磁體的老化和維護(maintenance)的負擔，需要在水冷套的 外部配置磁路。
但是，內側平行磁體103與靶2的表面之間的間隔Dl優選為30mm以 下。這是因為如圖4所示，若間隔D1為30mm以下，則在靶2的表面大范 圍地產生等離子，易于提高靶材料的利用效率。 一般而言，因為靶2的厚 度約為10mm,墊板20的厚度約為5mm,水冷套11的厚度約為10mm(合 計為25mm)，所以有時無法充分地縮小間隔Dl。
于是，本發明的磁控濺射裝置的水冷套11也可以在磁路10的一側具有 用于配置內側平行磁體103的凹陷的空間12 (參照圖8)。通過將內側平行 磁體103配置在凹陷的空間12，能夠縮小間隔D1 (例如為30mm以下)。
進而，也可以將用于配置內側平行磁體103的凹陷的空間12劃分成多 個空間(參照圖9)。也就是說，多個凹陷的空間12被狹縫(slit) 14劃分， 并且該狹縫14起到水路的作用為好。
2.本發明的濺射方法
利用本發明的濺射裝置，通過通常的濺射方法可在基板表面制作金屬 濺射膜。以下，參照圖l所示的濺射裝置，說明本發明的濺射方法。
首先，在基板保持件4'上保持作為欲形成濺射膜的被成膜體的基板4。 接下來，在通過排氣口 7使真空腔1的內部成為高真空后，通過氣體導入 裝置5,將控制為穩定流量的濺射氣體導入真空腔1的內部。濺射氣體一般 為Ar或X e等的稀有氣體(noble gas )(惰性氣體，inert gas )。
對靶2以及墊板20施加負的偏置電壓。由此，產生與靶2的表面垂直 的方向上的電場。通過磁路IO，在靶2的表面產生與靶2的表面大致平行 的磁場。因此，在磁場與電場垂直相交的部分，發生磁控放電，產生等離 子。然后，乾2被濺射，經濺射的靶成分附著在基板上，從而形成濺射膜。
這樣，如果在靶2的表面上盡可能大范圍地形成欲靶2表面平行的磁 場(磁力線)，則能夠在靶2的表面大范圍地產成等離子。如果能夠在靶2 的表面大范圍地產成等離子，則能夠大范圍地對靶2的表面進行濺射，以此能夠提高材料利用效率。
以下，參照

本發明的實施方式。 [實施方式1 ]
圖1是本發明的實施方式1的濺射裝置的示意圖。圖1所示的濺射裝
置具備真空腔l;包括靶2、水冷套11和磁路10的磁控電極；以及基板 4。
在真空腔l設置有氣體導入裝置5、排氣裝置6、排氣口7以及閩8。 排氣裝置6能夠將真空腔1的內部形成為負壓。氣體導入裝置5能夠對真 空腔1的內部導入濺射氣體。濺射氣體一般為Ar氣體等惰性氣體。
磁控電極包括由膜的材料構成的靶2;與靶2連接的高電壓施加電源 3;以及配置在靶2的背面(與配置了基板4的面相反一側的面) 一側的磁 路10。在磁路10與耙2之間配置有水冷套11。而且，乾2被粘貼在墊板 20上。進而，接地屏(earth shield) 9配置在磁控電極的周圍。
靶的材料可以根據希望成膜的膜的成分而任意地選擇。
另外，基板4被基板保持件4'保持，并設置在與靶2相對的位置。 磁路IO包括由中心垂直磁體101和外周垂直磁體102構成的垂直磁 體組件；由內側平行磁體103和外側平行磁體104構成的平行磁體組件； 以及將中心垂直磁體101與外周垂直磁體102磁耦合的磁軛105。
將磁路10形成為圖7所示的磁路(本發明的磁路)。圖IO表示此時產 成的等離子分布的分析結果。等離子分布的分析在將Ar氣體以0.325Pa導 入磁場并且對靶2施加-400V的DC高電壓的條件下進行。進而，圖12表 示根據入射到靶2表面的Ar離子流(ion flux )預想的靶侵蝕形狀(曲線A; 橫軸r表示自靶中心的距離)。
另一方面，將磁路IO形成為以往的磁路(省略作為平行磁體組件的磁 體103和磁體104，只以作為垂直磁體組件的磁體101和磁體102構成)。 圖11表示此時產成的等離子分布的分析結果。等離子分布的分析在將Ar 氣體以0.325Pa導入磁場且對靶2施加-400V的DC高電壓的條件下進行。 進而，圖12表示根據入射到革E 2的表面的Ar離子流預想的靶侵蝕形狀(曲 線B)。另外，圖13表示形成為以往的磁路時形成的磁場的磁力線。
如圖11所示，在利用以往的磁路時，在磁路的垂直磁體組件的磁體間 的區域局部地生成等離子。相對于此，在利用本發明的磁路(圖7)時，等離子分布如圖io所示明顯地擴大。
另外，可知如圖12所示，利用以往的磁路時，靶侵蝕形狀發生偏差(曲
線B),相對于此，利用本發明的磁路時，靶侵蝕形狀擴大(曲線A)。具體 而言，由曲線B求出的靶材料的利用效率約為16%，而由曲線A求出的靶 材料的利用效率約為40%,可知提高了兩倍以上。
這樣，根據實施方式l，因為能夠形成大范圍地擴大了的等離子，所以 能夠提高靶材料的利用效率。 [實施方式2]
圖8是本發明的實施方式2的濺射裝置的示意圖。因為在圖8中，對
于與圖l相同的構成要素，使用相同的標號，因此省略說明。
圖8所示的濺射裝置與實施方式1同樣地在靶2與磁路10之間配置有
水冷套11。在該水冷套11的磁路一側設置有凹陷的空間12。內磁平行磁體
103進入凹陷的空間12內，縮小了磁體103與靶2的表面之間的間隔Dl。 因為水冷套11的空間12以外的部分比空間12的部分厚，所以易于確
保冷卻水的流動。
在實施方式2的濺射裝置中，例如將靶2的厚度設為5mm,并將墊板 20的厚度設為10mm。此時，使形成有凹陷的空間12的水冷套11的部分 的厚度為7mm，而使其它部分的厚度為14mm。根據該配置，能夠在將磁 體103與靶2的表面之間的間隔設為22mm的同時，將凹陷的空間12以外 的部分的水冷套ll的厚度設為足夠的厚度(14mm)。因此，能夠充分地確 保水冷套的水冷帶來的熱交換能力。
這樣，根據實施方式2的濺射裝置，即使對于靶施加高輸出，也能夠 維持水冷套產生的熱交換能力而不使其減損。當然，因為與實施方式1的 濺射裝置同樣地，能夠在靶2的表面大范圍地形成等離子，所以能夠提高 耙材料的利用效率。 [實施方式3 ]
圖9A以及圖9B為本發明的實施方式3的濺射裝置中的、磁控電極(只 表示磁路10和水冷套11 )的示意圖。圖9A為水冷套11的剖面圖，圖9B 為從靶背面的法線方向觀察時的水冷套11的上面立體圖。在圖9A以及圖 9B中，對于與圖l相同的構成要素使用相同的附圖標記，并省略說明。
實施方式3的濺射裝置與實施方式2的濺射裝置同樣地，為了縮短磁體103與耙2的表面之間的間隔D1,在水冷套11的一部分設置有凹陷的空 間12(參照圖9A)。進而，在水冷套ll形成的凹陷的空間12被狹縫14劃 分成多個空間(圖9B)。也就是說，磁體103也被劃分，配置在各個空間 12，并接近靶2的表面設置。
用來劃分凹陷的空間12的狹縫14起到冷卻水的流路的作用，使水冷 套的各個部分(ll-l、 11-2和11-3)互相連通。由于凹陷的空間12使得水 冷套ll的厚度變小，有可能導致對于冷卻水的傳導性(conductance)的降 低，盡管如此，實施方式3的濺射裝置的水冷套11易于確保冷卻水的流動， 從而冷卻性能不容易下降。
這樣，實施方式3的濺射裝置能夠維持水冷套的熱交換能力而不使其 減損。因此，能夠抑制由放電的ON/OFF引起的靶的伸縮，也能夠降低重 新附著于靶的物質的應力(stress)所造成的剝落。對于灰塵抑制也具有效 果。因此，實施方式3的濺射裝置能夠特別適用于施加高輸出的濺射裝置。
當然，與實施方式1的濺射裝置同樣地，能夠在靶的表面大范圍地形 成等離子，因此能夠提高靶材料的利用效率。 [實施方式4]
圖14是實施方式4的濺射裝置的磁控電極(只表示水冷套11和磁路 10)的示意圖。在圖14中，對于與圖l相同的構成要素使用相同的附圖標 記，并省略說明。
實施方式4的濺射裝置具有在水冷套11的內部設置的磁路部件13 (磁 性體)。磁路部件13與磁路10的磁體103磁耦合，作為一個磁構件而起作 用。因此，可期待與將磁體103本身接近靶2時同樣的效果。另外，還可 以只使水冷套11的、磁體103附近的材料為磁性體，來代替將磁路部件13 配置在水冷套11的內部的結構。
在實施方式4的濺射裝置中，例如將靶2的厚度設為5mm，并將墊板 20的厚度設為10mm (參照圖3)。此時，將磁路部件13設置在水冷套11 的內部。雖然由于磁路部件13 (磁性體)與冷卻水接觸而需要更換等的維 護，但是磁性體與磁體相比廉價而壽命較長，因此維護的負擔低。進而， 也可以將磁路部件13 (磁性體)作為不銹鋼類的材料，或者在鐵類材料的 表面進行樹脂涂層或鍍鎳等涂層，從而提高耐腐蝕性而延長壽命。
這樣，根據實施方式4，可以構成簡便廉價且成本低、易于保養的濺射
16裝置。當然，與實施方式l同樣地，能夠在靶的表面大范圍地形成等離子， 因此能夠提高靶材料的利用效率。 工業實用性
本發明的濺射裝置以及方法能夠提高靶材料的利用效率，能夠廉價地 制造濺射薄膜。而且，通過在靶表面大范圍地發生等離子，防止在靶表面 上發生膜重新附著且抑制異常放電的效果，由此能夠提供減少了灰塵的品 質優良的薄膜。因此，作為能夠廉價且高質量地在光學構件表面上形成反 射防止膜等、不限于光學薄膜而廣泛用于薄膜形成的裝置非常有用。
權利要求
1. 一種濺射裝置，包括真空腔；靶，其被配置在所述真空腔內；磁路，其被設置在所述靶的背面一側，包括垂直磁體組件和平行磁體組件；以及基板保持件，其被配置在所述靶的表面一側，用于保持基板，其中，所述垂直磁體組件由中心垂直磁體和外周垂直磁體構成，所述垂直磁體組件的任意磁場方向都大致垂直于所述靶表面，并且所述中心垂直磁體與所述外周垂直磁體的磁場方向彼此相反，所述中心垂直磁體設置在所述靶的背面的中央部分，所述外周垂直磁體被設置在所述靶的背面的外周部分，并被設置成包圍所述中心垂直磁體的環狀，所述平行磁體組件由內側平行磁體和外側平行磁體構成，所述平行磁體組件的任意磁場方向都大致平行于所述靶表面，并且所述內側平行磁體和所述外側平行磁體的磁場方向相同，所述平行磁體組件都被設置在所述中心垂直磁體和所述外周垂直磁體之間，并被設置成包圍所述中心垂直磁體的環狀，而且所述內側平行磁體比所述外側平行磁體更靠近所述靶的背面的中心一側配置，在設所述內側平行磁體與所述靶表面之間的間隔為D1、所述外側平行磁體與所述靶表面之間的間隔為D2、所述外周垂直磁體與所述靶表面之間的間隔為D3時，具有D1<D2≤D3的關系。
2. 如權利要求1所述的濺射裝置，其中，所述間隔D1為30mm以下。
3. 如權利要求l所述的濺射裝置，其中，還具有水冷套，其被設置在所 述靶與所述磁路之間，所述磁路被配置在所述水冷套的外部。
4. 如權利要求3所述的濺射裝置，其中，在所述水冷套的所述磁路一側 的 一部分形成凹陷的空間，所述內側平行磁體被設置在所述凹陷的空間。
5. 如權利要求4所述的濺射裝置，其中，在所述水冷套的所述磁路一側 的 一 部分形成的空間被狹縫分割成多個空間，所述內側平行磁體被設置在 所述多個空間的各個空間，所述狹縫的厚度比所述水冷套的形成有凹陷的 部分的厚度大，并且所述狹縫為水冷套的水路的一部分。
6. —種濺射裝置，包括真空腔；靶，其被配置在所述真空腔內；磁路，其被設置在所述靶的背面一側，包括垂直磁體組件和平行磁體組件；基板保持件，其被配置在所述靶的表面一側，用于保持基板；以及水冷套，其被設置在所述靶與所述磁路之間，其中，所述垂直磁體組件由中心垂直磁體和外周垂直磁體構成，所述垂直磁體 組件的任意磁場方向都大致垂直于所述靶表面，并且所述中心垂直磁體與 所述外周垂直磁體的磁場方向彼此相反，所述中心垂直磁體被設置在所述 靶的背面的中央部分，所述外周垂直磁體被設置在所述靶的背面的外周部 分，并被設置成包圍所述中心垂直磁體的環狀，所述平行磁體組件由內側平行磁體和外側平行磁體構成，所述平行磁體 組件的任意磁場方向都大致平行于所述靶表面，并且所述內側平行磁體和 所述外側平行磁體的磁場方向相同，所述平行磁體組件都被設置在所述中 心垂直磁體和所述外周垂直磁體之間，并被設置成包圍所述中心垂直磁體 的環狀，而且所述內側平行磁體比所述外側平行磁體更靠近所述靶的背面 的中心一側配置，在與所述內側平行磁體對應的所述水冷套的內部設置磁性體，或者將與 所述內側平行磁體對應的所述水冷套的一部分設置為磁性體。
7. —種濺射方法，為使用權利要求1所述的濺射裝置的濺射方法，其中， 包括以下步驟在所述基板保持件保持被成膜體；將濺射氣體導入所述濺射裝置的真空腔內；以及 對配置在所述真空腔內的靶施加電壓而產生等離子，在所述基板上形成 濺射膜。
8. —種濺射方法，為使用權利要求6所述的濺射裝置的濺射方法，其中， 包括以下步驟在所述基板保持件保持被成膜體； 將濺射氣體導入所述濺射裝置的真空腔內；以及 對配置在所述真空腔內的靶施加電壓而產生等離子，在所述基板上形成 濺射膜。
全文摘要
本發明提供濺射裝置以及濺射方法，具體而言提供具備能夠在靶表面大范圍地發生等離子的磁控電極的磁控濺射裝置以及使用該裝置的濺射方法。由此，能夠實現可在靶表面大范圍地發生等離子的磁場形狀，提高靶材料的利用效率，并且抑制灰塵和異常放電。磁控電極的磁路(10)從靶(2)的中央部分向外周部分配置有中心垂直磁體(101)、內側平行磁體(103)、外側平行磁體(104)以及外周垂直磁體(102)，使內側平行磁體(103)接近靶(2)。
文檔編號C23C14/35GK101445915SQ200810180530
公開日2009年6月3日 申請日期2008年11月28日 優先權日2007年11月30日
發明者小巖崎剛, 山本昌裕, 山西齊, 村岸勇夫 申請人:松下電器產業株式會社