濺鍍裝置的製作方法

2023-05-13 18:24:31 2

專利名稱：濺鍍裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種使用了通過高頻感應電磁場來產生等離子體的板狀感應耦合型天線的濺鍍裝置。
背景技術：
伴隨著太陽能電池、顯示器等的大型化，在 使用了等離子體的基板的表面處理中也要求大面積、均勻性優異、且處理速度快的低價等離子體處理裝置。當前，作為用於進行濺鍍處理的等離子體處理裝置，有利用DC放電的等離子體、平行平板型高頻等離子體、ECR等離子體、螺旋波等離子體等的等離子體處理裝置被開發並實用化。以往的濺鍍裝置通常是為增大濺鍍速度而使用了磁場的磁控濺鍍裝置。在基板較大的情形時，為增大濺鍍速度必須有強磁場，然而考慮到膜厚的均勻性，則必須減弱磁場強度，即必須滿足相反的兩個條件。另外，在以往的磁控濺鍍裝置中，難以在磁控管所形成的隧道狀磁場中使自靶的各部飛散的濺鍍粒子的量均勻。在專利文獻I中，公開了關於大面積磁控濺鍍裝置的發明。該發明的磁控濺鍍裝置具有以下構成內部配置有欲進行成膜的基板的真空容器、配置在與基板相對置位置上的靶板、安裝有靶板的底板、以可平行於基板及靶板移動的方式支持於該底板上且沿與其移動方向正交的方向分別分割形成的磁鐵部、及使各個磁鐵部移動的驅動機構。在這些磁控濺鍍裝置中，必須要有面積大於基板一圈的靶板，且價格將隨靶材料而變得極高。另外，為提高濺鍍速度，需要具有面積大於等於靶板的磁場產生單元，或者使磁場產生單元移動以謀求均勻化的移動單元等。另外，若使底板大面積化，則因大氣壓引起的應力也相應地增大，故而有為了減少變形量而必須使底板更厚、重量變得極大造成其操作變得困難的問題。另一方面，在專利文獻2中，公開了關於具備箱型對置式濺鍍部的對置靶式濺鍍裝置的技術。該濺鍍裝置具有在箱型構成體相對置的2側面安裝靶板的構成。該濺鍍裝置，通過對箱型構成體的底面部及安裝有靶的2側面之間施加該2側面側為負的直流電壓，而使得放電等離子體產生，由此濺鍍該靶，在設置於箱型構成體底面部的基板表面上成膜。在該濺鍍裝置中，也使用產生垂直於靶板的磁力線的磁場產生單元。為覆蓋大面積的基板而增大該對置間隔時，等離子體限制用的對置方向的磁場下降，而對置濺鍍無法發揮功能，故該間隔限定為最大20cm左右。因此，在基板靜止的狀態進行成膜的情形時，有基板的尺寸限定於此以下的問題。另外，若為一邊移動基板一邊成膜的連續(in line)方式，則通過向靶板的對置方向移動並增大與其成直角方向的靶長，來對應大面積基板。在該情形時，有如下問題靶為非常細長的形狀，而難以使靶均勻冷卻，且操作性較差等。進而，存在因被濺鍍的靶原子再附著或者堆積於包括靶板的箱型構成體的內壁面，故而有效地活用於基板表面成膜的濺鍍原子的比例只有1/3 1/4的問題。專利文獻I :日本特開平9-031646號專利文獻2 國際公開W02006/070623號
專利文獻3 :國際公開W02009/142016號

發明內容
(發明所要解決的課題)本發明所要解決的課題在於提供一種使高密度的等離子體高效地產生於濺鍍靶表面，濺鍍速度較快的濺鍍裝置。另外，提供一種構造簡單且濺鍍靶的裝卸及保養檢查等較為容易的大面積濺鍍裝置及等離子體處理裝置。(用於解決課題的手段)本申請發明者等曾開發了一種感應耦合型等離子體(ICP)產生裝置及等離子體處理裝置，其在具有兼作真空容器的一部分的開口部的凸緣(flange)，以覆蓋該開口部的方式設置平板狀的高頻天線導體，且使高頻電流流過該高頻天線導體，由此產生放電等離子體(參照專利文獻3)。本發明是在開發可產生高密度等離子體的上述感應耦合型等離子體產生裝置的過程中完成的。 本申請是為解決上述課題而完成的，因此提供下述發明。(I) 一種濺鍍裝置，其具備a)真空容器；b)高頻天線導體板(以下記作ICP天線導體)，是以封住設於上述真空容器頂板的開口部的方式而設置的導體板，能夠將濺鍍靶板安裝在上述真空容器內側的表面；c)基板支撐臺，設置於上述真空容器內；d)排氣單元，排出上述真空容器內的氣體；e)氣體導入單元,其向上述真空容器內導入工藝氣體(processgas)。(2)在上述(I)所述的濺鍍裝置中，上述ICP天線導體與上述濺鍍靶板一體化。此處，上述ICP天線導體與上述濺鍍靶板的一體化例如可使用螺絲或粘接劑而進行。上述螺絲宜為與上述濺鍍靶板相同的材料所構成的螺絲。另外，上述粘接劑宜為具有150°c以上的耐熱性的粘接劑。(3)在上述(I)或⑵所述的濺鍍裝置中，上述ICP天線導體的能夠安裝濺鍍靶板的面以外的表面，被導磁率高於該ICP天線導體的材料所構成的高導磁率膜包覆。(4)在上述(I)至(3)中任一項所述的濺鍍裝置中，在上述ICP天線導體的大氣側表面具備冷卻單元。(5)在上述(I)至(4)中任一項所述的濺鍍裝置中，上述ICP天線導體的縱長方向的長度在供給至該ICP天線導體的高頻電力的頻率所對應的波長的1/4以下。(6)在上述(I)至(5)中任一項所述的濺鍍裝置中，在上述頂板上以規定間隔設置有多個上述開口部，以封住該多個開口部的方式設置有上述ICP天線導體，將高頻電力供給至各ICP天線導體。(7)在上述(I)至￠)中任一項所述的濺鍍裝置，其構成為經由匹配器對上述ICP天線導體供給高頻電力，且經由線圈而施加偏壓。(8)在上述(7)所述的濺鍍裝置中，上述偏壓為頻率300kHz以下的交流電壓經半波整流或者全波整流後的負的脈動(pulsating current)電壓、負的三角波電壓、或負的矩形波電壓(包括脈衝電壓)。(9)在上述(7)或⑶所述的濺鍍裝置中，上述偏壓可控制。(10)在上述⑴至(9)中任一項所述的濺鍍裝置中，上述各ICP天線導體的供電側經由匹配器而連接至高頻電源，上述各ICP天線導體板的接地側經由電容器而接地。(11)在上述(I)至(10)中任一項所述的濺鍍裝置中，可控制供給至上述各ICP天線導體的高頻電力。(發明效果)根據本發明，能夠提供一種可使濺鍍靶板的表面高效率地產生高密度的等離子體且由此濺鍍速度快的濺鍍裝置。另外，構造簡單，濺鍍靶的裝卸及保養檢查等較為容易。進而，通過配置多個上述ICP天線導體，能提供一種大面積且可控制均勻性的濺鍍裝置及等離子體處理裝置。


圖I是表示本發明的濺鍍裝置的第I實施例的概略縱剖面圖。
圖2是表示在本發明的濺鍍裝置中所使用的ICP天線導體的一例的概略縱剖面圖。圖3是表示第I實施例的濺鍍裝置的功率效率特性的圖表。圖4是表示由第I實施例的濺鍍裝置生成的高頻電力與等離子體密度的關係的圖表。圖5是表示第I實施例中的偏壓與濺鍍膜的厚度的關係的圖表。圖6是表示配置有多個ICP天線導體的第2實施例的概略縱剖面圖。圖7是表示對多個ICP天線導體的供電方法及控制方法的概念圖。
具體實施例方式針對本發明的濺鍍裝置的一實施方式，在圖I中表示主要部分構成的概略縱剖面圖。本實施方式的濺鍍裝置I具備以下構成真空容器10，其形成放電等離子體；頂板11，其封住上述真空容器的上方部分ICP天線導體12，其以封住設於上述頂板上的開口部的方式而設置；基板支撐臺17，其設置於上述真空容器的內部空間23 ;排氣口(排氣單元)28，其用於通過真空泵(未圖示)而排出上述真空容器內的氣體；及氣體導入口(氣體導入單元)27,其向上述真空容器內部空間23導入工藝氣體(process gas)。優選將非磁性且導電性及導熱性優異的銅或鋁用於ICP天線導體12的材料。ICP天線導體12的形狀典型為長方形，然而也可使用圓形或橢圓形等其他形狀。在上述ICP天線導體12的真空容器內側表面安裝(接合)有濺鍍靶板13。上述ICP天線導體12的端部經由匹配器19而連接至高頻電源18，且對置的瑞部經由電容器20而接地。本實施方式的濺鍍裝置I活用了通過使高頻電流流過上述ICP天線導體12而產生的感應耦合型放電等離子體(ICP)及電容耦合型放電等離子體(CCP)的協同效果。由此，具有可在安裝於上述ICP天線導體12的濺鍍靶板13的表面附近產生5 X IO11CnT3左右的高密度等離子體的特點。上述ICP天線導體12的一側的端部經由匹配器19連接至高頻電源18，且另一側的端部經由電容器20接地，由此上述ICP天線導體12為電性浮動。因此，通過控制施加至上述ICP天線導體12的偏壓，可控制入射至濺鍍靶板13的離子電流及其能量，從而可使自濺鍍靶板13表面的各部分濺鍍的濺鍍量大致均勻。
另外，在濺鍍裝置I中可設置偏壓電源22，其經由線圈21對上述ICP天線導體12施加負的偏壓，例如將交流電壓經半波整流或全波整流後的負的脈動電壓、負的三角波電壓、或者負的脈衝電壓。這些負的偏壓的重複頻率為300kHz以下，優選為IOkHz 100kHz。通過控制負的偏壓，可控制入射至濺鍍靶板13的離子量及其能量，從而可控制濺鍍速度。更重要的是，通過施加上述重複頻率為IOkHz以上的脈動電壓、或者脈衝電壓，不僅可進行導電性靶材的濺鍍,也可進行電介質靶材的濺鍍。上述濺鍍靶板13可利用例如螺絲(小螺釘)等安裝，或使用粘接劑等接合至上述ICP天線導體12。由此，可使用同一 ICP天線導體，僅更換濺鍍靶板13來濺鍍任意材料，且靶的裝卸、保養檢查變得極為容易。在使用螺絲的情形時，宜使用與濺鍍靶板13相同的材料所構成的螺絲。另外，在使用粘接劑的情形時，宜使用具有150°C以上的耐熱性的粘接劑。另外，如圖2所示，通過由高導磁率膜24被覆ICP天線導體12的接合有濺鍍靶板13的面(靶板接合面)以外的表面，可增大靶板接合面以外的表面對於高頻的阻抗。通過 採用此種構成，可將高頻電流集中在靶板接合面側，且可使上述濺鍍靶板13的表面附近產生更高密度的放電等離子體，從而可提高濺鍍速度。可將例如鐵、鈷、鎳或這些的合金用於高導磁率膜24的材料。圖6表示本發明的濺鍍裝置的另一實施方式。本實施方式的濺鍍裝置2，在真空容器10的一部分，例如在頂板11以一定間隔設置有多個開口部，且將接合有濺鍍靶板13的ICP天線導體12安裝至各開口部。其他構成與上述的濺鍍裝置I相同。再者，圖6所示的縱剖面相當於沿著圖I的雙點劃線A-A』切斷的縱剖面，在與圖I相同方向的縱剖面中，本實施方式的濺鍍裝置2與上述的濺鍍裝置I的構成相同。本實施方式的濺鍍裝置2可通過將高頻電力供給至各ICP天線導體12，而在載置在上述基板支撐臺17的大面積基板16的表面形成濺鍍膜。另外，通過控制供給至各ICP天線導體12的偏壓或高頻電力，可進行均勻的濺鍍，從而可遍及大面積而均勻地成膜。在設置多個ICP天線的情形時，可通過在特定的ICP天線上接合材質不同的濺鍍靶板，從而任意地形成具有多種元素的混合薄膜、化合物薄膜、異質接合薄膜等。在本申請的板狀ICP天線導體的情形時，相比ICP天線導體的剖面中央部分，高頻電流由於集膚效應而更多地流至兩側面部分。因此，在一併設置有上述多個ICP天線導體的情形時，上述ICP天線導體的寬度(W)與相鄰的ICP天線導體的間隔(L)優選為大致相同的程度。另外，為了在基板表面形成均勻的濺鍍膜，上述濺鍍靶板與上述基板的間隔(H)、與相鄰的ICP天線導體的間隔(L)之比(H/L)宜為I 3。[實施例I]使用圖I對本發明的濺鍍裝置的第I實施例的構成進行說明。在本實施例中使用的ICP天線導體12為寬度5cm、長度50cm的長方形鋁板。該ICP天線導體12，真空容器的內部空間(等離子體形成空間)23側的面為平面狀，且在該面以鎳制小螺釘接合有鎳制的濺鍍靶板13。在上述ICP天線導體12的大氣側的面上設置有凹狀的缺口部25，且在周邊部的厚壁的部分中設置有冷卻水路26。在真空容器的頂板11的開口部，隔著真空密封構件15、絕緣框體14而安裝有上述ICP天線導體12。上述絕緣框體14採用聚醚醚酮(PEEK Poly Ether Ether Ketone)材料。ICP天線導體12的縱長方向的一端使用銅平板經由匹配器而連接至高頻電源18。另一方面，縱長方向的另一端經由電容可變的電容器20而連接至位於接地電位的上述匹配器19的箱體。另外，上述ICP天線導體12經由線圈21而連接至偏壓電源22，並通過控制偏壓而控制濺鍍速度。使用第I實施例的濺鍍裝置進行以下實驗。首先，將真空容器內排氣至lX10_3Pa以下後，將氬氣導入至真空容器10內，且將氣壓調整至2 10Pa。將頻率13. 56MHz、輸出200 800W的高頻電力供給至ICP天線導體12而使真空容器10內產生等離子體。本實施例所使用的ICP天線導體12為板狀天線，阻抗極低，且具有可流過較大的聞頻電流的特點。如圖3所不,可獲得85%左右的功率效率,且可在ICP天線導體12的表面附近生成高密度的等離子體。使用設置在真空容器內的蘭米爾探針(Langmuir probe)(未圖示)對產生在等離子體形成空間23的等離子體的電子密度進行測定。測定結果如圖4所示。測定結果為距離ICP天線導體12的表面5. 4cm的等離子體形成空間23的電子密度。在高頻電力為800W 時，可獲得6X10n/cm3左右的較高的電子密度。與以往的電容耦合方式(CCP方式)相比，電子密度約高I位數。作為偏壓而施加了 50kHz的交流電壓經半波整流後的負的脈動電壓。在載置於距離鎳制濺鍍靶板13下方7cm的玻璃基板16上成膜的鎳膜厚度與偏壓的波高值的關係如圖5所示。根據該圖可知，成膜速度隨偏壓的增加而急劇增加，可通過控制偏壓而任意地控制成膜速度。且可知，若將偏壓提高至400V以上，則會重疊有偏壓引起的輝光放電，而等離子體密度上升，且濺鍍速度顯著增加。根據本發明，通過調整上述電容器20的電容，可使上述ICP天線導體12的兩端的高頻電壓大致相同，且可在ICP天線導體12縱長方向上生成大致均勻的等離子體。在本實施例中，雖使用了鎳制的濺鍍靶板，但並不限定於此。另外，通過使上述脈動電流偏壓電源的頻率為IOkHz以上，可進行電介質靶材料的濺鍍。[實施例2]使用圖6及圖7對本發明的濺鍍裝置的第2實施例的構成進行說明。本實施例是在圖6所示的上述濺鍍裝置2中，以12cm為間隔大致平行地配置有5個與第I實施例所使用的ICP天線導體相同尺寸的ICP天線導體12。設上述ICP天線導體12與基板16的間隔為 15cm。圖7是表示對5個ICP天線導體的供電方法及控制方法的概念圖。各ICP天線導體(Al A5)的供電側經由電容器(Cl C5)及匹配器191 195而連接至高頻電源18，且各ICP天線導體Al A5的接地側經由可變電容器(VCl VC5)而接地。另外，各ICP天線導體Al A5經由線圈(LI L5)而連接至偏壓電源(BI B5)。在本實施例中，通過I臺高頻電源且經由匹配器而供電至各天線導體Al A5，也可使用多臺高頻電源，並不限定於本實施例。通過採用這樣的構成，可調整及控制各ICP天線導體Al A5的阻抗及偏壓。在本實施例中，施加了頻率13. 56MHz、輸出500 1500W的高頻電力及波高值300V 600V、頻率50kHz的負的脈動電壓。通過調整各ICP天線導體的偏壓，可在50cm見方的基板表面形成厚度精度±5%以下的鎳薄膜。根據本實施例可知，即便預先調整各ICP天線導體Al A5的阻抗，成膜速度也未必均勻，而必須通過調整偏壓以進行修正。通過個別地控制施加至ICP天線導體Al A5的偏壓，能夠在大面積內使成膜速度變得均勻。符號說明10真空容器11頂板12、A1 A5ICP 天線導體13濺鍍靶板14絕緣框體15真空密封構件 16基板17基板支撐臺18高頻電源19匹配器20電容器21線圈22偏壓電源23真空容器的內部空間(等離子體形成空間)24高導磁率膜26冷卻水路27氣體導入口28排氣口
權利要求
1.一種濺鍍裝置，其特徵在於，具備 a)真空容器； b)高頻天線導體板，其是以封住設於所述真空容器的頂板的開口部的方式而設置的導體板，能夠將濺鍍靶板安裝在所述真空容器內側的表面； c)基板支撐臺，其設置於所述真空容器內； d)排氣單元，其排出所述真空容器內的氣體； e)氣體導入單元，其向所述真空容器內導入工藝氣體。
2.根據權利要求I所述的濺鍍裝置，其特徵在於， 所述高頻天線導體板與所述濺鍍靶板一體化。
3.根據權利要求I或2所述的濺鍍裝置，其特徵在於， 所述高頻天線導體板的能夠安裝濺鍍靶板的面以外的表面被高導磁率膜包覆。
4.根據權利要求I 3的任一項所述的濺鍍裝置，其特徵在於， 在所述高頻天線導體板的大氣側表面具備冷卻單元。
5.根據權利要求I 4的任一項所述的濺鍍裝置，其特徵在於， 所述高頻天線導體板的縱長方向的長度在所供給的高頻電力的頻率所對應的波長的1/4以下。
6.根據權利要求I 5的任一項所述的濺鍍裝置，其特徵在於， 在所述頂板以規定間隔設置有多個所述開口部，並且以封住這多個開口部的方式設置所述高頻天線導體板，對各高頻天線導體板供給高頻電力及偏壓。
7.根據權利要求I 6的任一項所述的濺鍍裝置，其特徵在於， 該濺鍍裝置構成為經由匹配器對所述高頻天線導體板供給高頻電力，並且經由線圈對所述高頻天線導體板施加偏壓。
8.根據權利要求7所述的濺鍍裝置，其特徵在於， 所述偏壓是對頻率300kHz以下的交流電壓進行半波整流或全波整流後的負的脈動電壓、負的三角波電壓、或負的矩形波電壓，所述矩形波電壓包括脈衝電壓。
9.根據權利要求7或8所述的濺鍍裝置，其特徵在於， 能夠控制所述偏壓。
10.根據權利要求I 9的任一項所述的濺鍍裝置，其特徵在於， 各所述高頻天線導體板的供電側經由匹配器而連接至高頻電源，各所述高頻天線導體板的接地側經由電容器而接地。
11.根據權利要求I 10的任一項所述的濺鍍裝置，其特徵在於， 能夠控制供給至各所述高頻天線導體板的高頻電力。
全文摘要
本發明的目的在於提供一種濺鍍裝置，能夠使高密度的等離子體高效地產生於濺鍍靶表面，從而能夠高速度成膜。並且，本發明的目的在於提供一種構造簡單且濺鍍靶的裝卸及保養檢查等較為容易的大面積濺鍍裝置及等離子體處理裝置。本發明的濺鍍裝置是在真空容器的一部分安裝有感應耦合型天線導體板的濺鍍裝置，其中；將濺鍍靶板安裝於上述感應耦合型天線導體的等離子體形成空間側，將上述天線導體的一側的瑞部連接至高頻電源，且經由電容器而使相對置的另一側的端部接地。另外，一併設置多個天線導體而構成大面積濺鍍裝置。
文檔編號C23C14/34GK102812153SQ20118001152
公開日2012年12月5日 申請日期2011年3月8日 優先權日2010年3月9日
發明者江部明憲, 渡邊正則 申請人:Emd株式會社