專利名稱：濺射裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具備自由旋轉(zhuǎn)地設(shè)置的圓筒狀標(biāo)靶的濺射裝置，其目的在于提高
上述圓筒狀標(biāo)靶的使用壽命。
背景技術(shù)：
濺射是物理蒸鍍法的一種。這種方法包括在導(dǎo)入真空腔室內(nèi)的濺射氣體(放電 氣體)中，向電氣上作為陰極的標(biāo)靶供給放電電力；在等離子體氛圍中將上述濺射氣體分 解，并使由此產(chǎn)生的離子與上述標(biāo)靶的表面碰撞；以及通過這種碰撞從標(biāo)靶上放出成膜粒 子并堆積在基材上，在基材表面上形成覆膜。 近年來，作為成膜粒子的堆積速度高，能夠高效率地使用構(gòu)成濺射蒸發(fā)源的標(biāo)靶 的濺射裝置，提出了圖10所示的具備所謂旋轉(zhuǎn)式磁控管濺射蒸發(fā)源31的濺射裝置(專利 文獻(xiàn)1)。這種旋轉(zhuǎn)式磁控管濺射蒸發(fā)源31具備圓筒狀部件32，圓筒狀標(biāo)靶33，以及磁場發(fā) 生部件34。 上述圓筒狀部件32繞其中心軸自由旋轉(zhuǎn)地設(shè)置，上述圓筒狀標(biāo)靶33附設(shè)在該圓 筒狀部件32的外周部。上述磁場發(fā)生部件34設(shè)置在上述圓筒狀部件32的內(nèi)側(cè)，具有極性 互不相同的中央磁鐵36和外周磁鐵37，以及將其磁連結(jié)在一起的磁連結(jié)部件38。上述中 央磁鐵36呈沿著上述圓筒狀部件32(以及圓筒狀標(biāo)靶33)的中心軸的方向延伸的直線狀， 上述外周磁鐵37配置成包圍在上述中央磁鐵36的周圍。 這種磁場發(fā)生部件34形成貫穿上述圓筒狀標(biāo)靶33而連接上述中央磁鐵36和上 述外周磁鐵37的磁力線，產(chǎn)生由與上述圓筒狀標(biāo)靶33的中心軸方向平行的兩條直線部和 連接其兩端的弧狀部構(gòu)成的所謂跑道狀磁場。 根據(jù)這種旋轉(zhuǎn)式磁控管濺射蒸發(fā)源31，通過放電而產(chǎn)生的電子被關(guān)閉在上述跑道 狀磁場內(nèi)，如圖ll所示，在圓筒狀標(biāo)靶33的長度方向上形成跑道狀的放電等離子體Pr。這 樣一來，在上述圓筒狀標(biāo)靶33的表面上形成跑道狀的腐蝕區(qū)域，成膜粒子從這種腐蝕區(qū)域 高效率地放出。另外，通過上述圓筒狀標(biāo)靶33與上述圓筒狀部件32 —起相對于上述跑道 狀放電等離子體Pr旋轉(zhuǎn)，上述腐蝕區(qū)域在該圓筒狀標(biāo)靶33的外周整個面上擴(kuò)張，從而提高 了標(biāo)靶的使用效率。 但是，在上述的形成跑道狀磁場的旋轉(zhuǎn)式磁控管濺射蒸發(fā)源31中，如圖12所示， 具有在圓筒狀標(biāo)靶33的腐蝕區(qū)域的端部形成消耗嚴(yán)重的局部消耗部41的問題。其理由是 由于在圓筒狀標(biāo)靶33旋轉(zhuǎn)時，跑道狀放電等離子體Pr中迂回180°的弧狀端部處的等離子 體的投影長度加長，因而與直線部相比加劇了腐蝕的緣故。因此，圓筒狀標(biāo)靶33的壽命取 決于端部處的局部消耗，存在盡管圓筒狀標(biāo)靶33的中央部尚有能夠使用的壁厚也不能夠 有效地利用的問題。 另外，雖然能夠通過在制作圓筒狀標(biāo)靶時增加端部的厚度來實現(xiàn)使用壽命的延 長，但這種特殊形狀的圓筒狀標(biāo)靶由于制作困難而難以實現(xiàn)。
專利文獻(xiàn)1 :特公平3-68113號公報

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述問題而開發(fā)的，其目的在于提供一種濺射裝置，通過抑制能夠
旋轉(zhuǎn)的圓筒狀標(biāo)靶的軸向端部的局部消耗，使該圓筒狀標(biāo)靶的腐蝕區(qū)域均勻化，能夠提高 其使用壽命。 作為實現(xiàn)上述目的的手段，本發(fā)明所涉及的第1濺射裝置具備一對濺射蒸發(fā)源和
濺射電源。各濺射蒸發(fā)源包括具有中心軸，能夠繞其中心軸旋轉(zhuǎn)地配置的圓筒狀標(biāo)靶，以及 沿著與該圓筒狀標(biāo)靶的中心軸平行的方向配置的磁場發(fā)生部件。各濺射蒸發(fā)源的圓筒狀標(biāo) 靶被配置成其中心軸彼此相互平行，上述濺射電源將這些圓筒狀標(biāo)靶作為陰極向該圓筒狀 標(biāo)靶供給供電電力。兩濺射蒸發(fā)源的磁場發(fā)生部件產(chǎn)生具有穿過各濺射蒸發(fā)源的圓筒狀標(biāo) 靶的表面而相互吸引的朝向的磁力線的磁場。 這樣一來，在構(gòu)成陰極的圓筒狀標(biāo)靶彼此之間形成的磁場在成膜時約束因濺射氣 體的分解而產(chǎn)生的電子，在上述磁場區(qū)域產(chǎn)生彭寧放電(Penning discharge)。這種彭寧放 電在上述磁場的存在區(qū)域強(qiáng)烈產(chǎn)生，在其外周部產(chǎn)生伴隨著電場的等離子體的漂移，所以 在放電的存在區(qū)域產(chǎn)生大致均勻的放電等離子體。因此，與現(xiàn)有的濺射裝置中產(chǎn)生的磁控 管放電不同，由于不存在連接兩條線狀的等離子體的端部的弧狀的等離子體部，所以在通 過圓筒狀標(biāo)靶的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行成膜時，成膜粒子能夠從與等離子體區(qū)域相對應(yīng)的圓筒狀標(biāo)靶的 外周面迅速且均勻地蒸發(fā)。這就防止了上述圓筒狀標(biāo)靶的局部消耗，因而提高了圓筒狀標(biāo) 靶的利用率以及使用壽命。 而且，本發(fā)明所涉及的第2濺射裝置具備濺射蒸發(fā)源，濺射電源，以及輔助電極結(jié) 構(gòu)體。上述濺射蒸發(fā)源具有包括中心軸，能夠繞其中心軸旋轉(zhuǎn)地配置的圓筒狀標(biāo)靶，以及沿 著與該圓筒狀標(biāo)靶的中心軸平行的方向配置的磁場發(fā)生部件，上述濺射電源將上述圓筒狀 標(biāo)靶作為陰極向該圓筒狀標(biāo)靶供給放電電力。上述輔助電極結(jié)構(gòu)體具有與上述濺射蒸發(fā)源 的圓筒狀標(biāo)靶平行或基本上平行地配置的輔助電極部件，以及附設(shè)在該輔助電極部件上的 輔助磁場發(fā)生部件，該輔助放出發(fā)生部件和設(shè)置在上述濺射蒸發(fā)源上的輔助磁場發(fā)生部件 產(chǎn)生穿過上述圓筒狀標(biāo)靶的表面而相互吸引的朝向的磁力線的磁場。 這種第2濺射裝置由于具有輔助電極結(jié)構(gòu)體，所以即使在濺射蒸發(fā)源為單一的情 況下，也能夠期待與第l濺射裝置同樣的效果。上述輔助電極部件可以與上述濺射蒸發(fā)源 的圓筒狀標(biāo)靶一起作為陰極連接在濺射電源上，或者也可以是電浮動的。


圖1是本發(fā)明第1實施方式所涉及的濺射裝置的局部縱向剖視圖。 圖2是表示上述濺射裝置中成膜時的放電區(qū)域的圓筒狀標(biāo)靶的主視圖。 圖3是表示上述濺射裝置中圓筒狀標(biāo)靶的消耗狀態(tài)的同一標(biāo)靶的剖視圖。 圖4是本發(fā)明第2實施方式所涉及的濺射裝置的局部縱向剖視圖。 圖5是本發(fā)明第3實施方式所涉及的濺射裝置的局部縱向剖視圖。 圖6是本發(fā)明第4實施方式所涉及的濺射裝置的縱向剖視圖。 圖7是表示本發(fā)明第5實施方式所涉及的濺射裝置的主要部分的縱向剖視圖。 圖8是表示本發(fā)明第6實施方式所涉及的濺射裝置的主要部分的縱向剖視圖。
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圖9是表示本發(fā)明第7實施方式所涉及的濺射裝置的主要部分的局部剖面俯視 圖。 圖10是用于現(xiàn)有的濺射裝置中的旋轉(zhuǎn)式磁控管濺射蒸發(fā)源的橫向剖視圖。
圖11是表示現(xiàn)有的濺射裝置所涉及的成膜時的放電區(qū)域的圓筒狀標(biāo)靶的主視 圖。 圖12是表示現(xiàn)有的濺射裝置所涉及的圓筒狀標(biāo)靶的消耗狀態(tài)的同一標(biāo)靶的剖視 圖。
具體實施例方式
參照圖1-圖3對本發(fā)明第1實施方式所涉及的濺射裝置進(jìn)行說明。 如圖1所示，這種濺射裝置具備由導(dǎo)電材料形成的真空腔室l，并列設(shè)置在上述真
空腔室內(nèi)1的一對濺射蒸發(fā)源2、2，以及向這些濺射蒸發(fā)源2、2供給放電電力的濺射電源3。 在這種實施方式中，上述濺射電源3采用直流電源，其負(fù)極連接在包含于上述各 濺射蒸發(fā)源2、2中的后述圓筒狀標(biāo)靶13上，正極連接在上述真空腔室1上。在這種真空腔 室1上連接有用于將真空腔室1內(nèi)維持在規(guī)定的氣壓的減壓裝置，以及濺射氣體(放電氣 體)供給裝置。由于這些結(jié)構(gòu)是公知的，所以省略了其圖示。 上述一對濺射蒸發(fā)源2、2分別具備圓筒狀部件12，圓筒狀標(biāo)靶13，以及磁場發(fā)生 部件14。 各圓筒狀部件12具有中心軸，以能夠繞其中心軸自由旋轉(zhuǎn)的方式配置在上述真 空腔室1內(nèi)。各圓筒狀標(biāo)靶13分別以與該圓筒狀部件12同心的狀態(tài)附設(shè)在上述各圓筒狀 部件12的外周部。而且，將其配置成一側(cè)的濺射蒸發(fā)源2的圓筒狀部件12以及圓筒狀標(biāo) 靶13的中心軸與另一側(cè)的濺射蒸發(fā)源2的圓筒狀部件12以及圓筒狀標(biāo)靶13的中心軸平 行或者基本上平行的姿態(tài)相互對向。 在上述真空腔室1內(nèi)配置有成為成膜對象的基材W。這種基材W配置成在從上述 圓筒狀標(biāo)靶13、13彼此之間的空間部向與兩圓筒狀標(biāo)靶13的排列方向正交的方向離開的 位置與該空間部對向。具體地說，在上述真空腔室l內(nèi)配置省略圖示的基材保持器，上述基 材W裝卸自如地保持在該基材保持器上。 上述磁場發(fā)生部件14在該實施方式中是由橫截面為方形的棒狀磁鐵構(gòu)成的，在 上述濺射蒸發(fā)源2的圓筒狀部件12的內(nèi)側(cè)以順延于該圓筒狀部件12以及上述圓筒狀標(biāo)靶 13的中心軸的姿勢設(shè)置。這種磁鐵發(fā)生部件14的長度優(yōu)選地設(shè)定成比該標(biāo)靶13的長度稍 短，以使其長度方向(與圓筒狀標(biāo)靶13的軸向平行的方向)的兩端均位于上述圓筒狀標(biāo)靶 13的兩端的內(nèi)側(cè)。 上述磁場發(fā)生部件14配置成其磁極位于上述圓筒狀部件12的徑向的兩端，上述 磁極中一側(cè)的磁極(以下稱為"內(nèi)面?zhèn)却艠O")位于上述圓筒狀部件12的外周面附近、即圓 筒狀標(biāo)靶13的內(nèi)周面附近。 一側(cè)的濺射蒸發(fā)源2的磁場發(fā)生部件14的內(nèi)面?zhèn)却艠O和另一 側(cè)的濺射蒸發(fā)源2的磁場發(fā)生部件14的內(nèi)面?zhèn)却艠O具有互為相反的極性。因此，在這些磁 場發(fā)生部件14、14彼此之間的空間中形成有磁力線穿過圓筒狀標(biāo)耙13、13而相互吸引的磁 場。
5方式中，在上述圓筒狀部件12(圓筒狀標(biāo)靶13)的橫截面上配置 有該磁場發(fā)生部件，在將連結(jié)上述磁場發(fā)生部件14的磁極的直線稱為磁極中心線，將連結(jié) 圓筒狀標(biāo)耙13、 13彼此的中心軸的直線稱為基準(zhǔn)線時，磁場發(fā)生部件14、 14的磁極中心線 與基準(zhǔn)線相一致。這樣配置的磁場發(fā)生部件14如圖l所示，形成具有磁力線排列成以上述 基準(zhǔn)線為中心對稱的磁場。 作為構(gòu)成上述磁場發(fā)生部件14的磁鐵，雖然優(yōu)選的是衫鈷或銣磁體等殘留磁通 密度大的磁體，但也可以使用鐵氧體磁體或超導(dǎo)磁體等其它種類的磁體或者電磁鐵。而且， 還可以是將永久磁體與電磁鐵的組合等組合了多個磁發(fā)生源的磁鐵。
以下，對上述濺射裝置的成膜方法進(jìn)行說明。 首先，將真空腔室l內(nèi)排氣，并以O(shè). l-10Pa的壓力將Ar等濺射氣體導(dǎo)入圓筒狀標(biāo) 靶13彼此之間的空間。而且，在相互排列的兩根圓筒狀標(biāo)靶13、13上，將其作為陰極從濺 射電源3施加負(fù)的電壓。 上述電壓在圓筒狀標(biāo)靶13、13之間產(chǎn)生放電，這種放電對上述濺射氣體進(jìn)行電離 而產(chǎn)生電子。這些電子由于受到在圓筒狀標(biāo)靶13、13之間的空間部所形成的磁場約束，以 及作為負(fù)電極起作用的上述圓筒狀標(biāo)靶13、13的存在而關(guān)閉在該電極之間、即標(biāo)靶13、13 之間，產(chǎn)生所謂彭寧放電。 這種彭寧放電如圖1所示，由于在上述磁場的存在區(qū)域強(qiáng)烈產(chǎn)生，在其外周部產(chǎn) 生伴隨著電場的等離子體的漂移，所以在磁場的存在區(qū)域生成基本上均勻的放電。因此，如 圖2所示，在產(chǎn)生了彭寧放電的區(qū)域形成橢圓形的放電等離子體P，與其對向的圓筒狀標(biāo)靶 13的表面被濺射，因這種濺射而從標(biāo)靶的表面放出的成膜粒子堆積在與圓筒狀標(biāo)靶13、13 之間的空間部對向配置的基材W上而形成覆膜。 在這種成膜中，上述圓筒狀標(biāo)靶13的外周表面上與關(guān)閉在上述彭寧放電的放電 區(qū)域中的放電等離子體P對向的包圍消耗。但是，如果在上述磁場發(fā)生部件14、14的配置 關(guān)系繼續(xù)保持，即形成在圓筒狀標(biāo)靶13、13之間的磁場的狀態(tài)繼續(xù)保持的狀態(tài)下，圓筒狀 標(biāo)靶13、 13與圓筒狀部件12 —起旋轉(zhuǎn)并進(jìn)行成膜，則如圖3所示，圓筒狀標(biāo)靶13的外周面 在放電區(qū)域的整個長度上基本上均勻地消耗。 而且，在這種濺射裝置中，并不像上述圖10-圖12所示的現(xiàn)有的濺射裝置那樣形 成磁控管放電所產(chǎn)生的跑道狀等離子體。也就是說，由于沒有連接沿著圓筒狀標(biāo)靶13的中 心軸方向形成的兩條直線狀等離子體的端部的弧狀等離子體部，所以該圓筒狀標(biāo)靶13旋 轉(zhuǎn)時不存在局部等離子體照射長的部位。這將防止圓筒狀標(biāo)靶13的端部局部消耗。
如上所述，該實施方式所涉及的濺射裝置能夠提高標(biāo)靶材料的利用效率以及使用 壽命。 另外，上述濺射裝置在成膜方面具有以下的優(yōu)點。即，由于基材W配置在離開圓 筒狀標(biāo)靶13、13彼此之間的放電區(qū)域的部分，不會對成膜中的覆膜施加等離子體的強(qiáng)烈照 射，所以適于不耐離子沖擊等用途。而且，由于基材W不是直接與發(fā)生濺射的圓筒狀標(biāo)靶13 的表面相對向，所以抑制了由標(biāo)靶表面反射的離子或在標(biāo)靶表面生成的負(fù)離子強(qiáng)烈照射上 述基材W。這樣一來，例如能夠期待標(biāo)靶產(chǎn)生的高能離子的惡劣影響成為問題的IT0等透明 導(dǎo)電膜等的成膜中覆膜特性的改善。 另外，在現(xiàn)有的旋轉(zhuǎn)式磁控管濺射蒸發(fā)源中，隨著標(biāo)靶的消耗，標(biāo)靶表面的磁場強(qiáng)
6度的變化增大，而在上述實施方式所涉及的濺射裝置中，由于標(biāo)靶消耗時的磁場強(qiáng)度的變 化與磁控管磁場的情況相比不很明顯，所以也能夠利用壁厚較厚的標(biāo)靶、即壽命長的標(biāo)耙。
在上述濺射氣體中，除了之前所例示的Ar氣體之外，與通常的濺射技術(shù)一樣，能 夠采用Ne、Kr、Xe等適當(dāng)?shù)亩栊詺怏w。而且，在進(jìn)行標(biāo)靶材料與導(dǎo)入的氣體的反應(yīng)所進(jìn)行的 反應(yīng)性濺射的情況下，能夠與上述濺射氣體一起導(dǎo)入02、 N2、 CH4、 H20、 NH3等反應(yīng)氣體，形成 由該反應(yīng)氣體與上述標(biāo)靶材料的化合物構(gòu)成的覆膜。而且，作為標(biāo)靶材料，只要是能夠作為 圓筒狀標(biāo)靶進(jìn)行制作，并能夠進(jìn)行以往的磁控管濺射放電的材料，則能夠適用任何材料。對 于以上的濺射氣體，反應(yīng)性濺射，標(biāo)靶材料，在后述的其它實施方式的濺射裝置中也一樣。
而且，本發(fā)明并不僅限于上述的實施方式那樣濺射電源3為直流電源，對兩圓筒 狀標(biāo)靶13、13外加負(fù)電壓的裝置，能夠適用公知的濺射用的各種電源。例如，這種濺射電源 可以是對構(gòu)成陰極的標(biāo)耙間歇地施加負(fù)電壓的脈沖直流電源，在間歇地施加負(fù)電壓的同時 在其間外加絕對值較小的正電壓的所謂雙極脈沖直流電源，或者是作為波形包含正弦波或 脈沖波形的高頻或中頻的交流電源。這些電源均能夠在一對圓筒狀標(biāo)靶同時為負(fù)電位時產(chǎn) 生彭寧放電。 在上述實施方式中，連接在濺射電源3的負(fù)極上的一對圓筒狀標(biāo)靶13構(gòu)成陰極部 件，連接在濺射電源3的正極上的真空腔室1構(gòu)成陽極部件，但上述濺射電源3的正極也可 以連接在與真空腔室1不同的其它專用的陽極部件上。關(guān)于這種濺射電源及其連接，只要 是應(yīng)使用的電源沒有特別說明，在后述的其它實施方式的濺射裝置中也一樣。
以下，參照圖4對本發(fā)明第2實施方式所涉及的濺射裝置進(jìn)行說明。第2實施方式 在圓筒狀標(biāo)靶彼此之間形成磁力線向基材一側(cè)鼓出的磁場這一點上與上述實施方式1不 同。因此，以下以這一點為中心進(jìn)行說明，對于與第1實施方式所涉及的濺射裝置通用的部 件賦予通用的附圖標(biāo)記，簡化或者省略其說明。 雖然第2實施方式所涉及的各濺射蒸發(fā)源2也分別具有圓筒狀部件12，圓筒狀標(biāo) 靶13，以及磁場發(fā)生部件14，但配置在各圓筒狀標(biāo)靶13的內(nèi)側(cè)的磁場發(fā)生部件14在垂直 于其圓筒狀標(biāo)靶13的中心軸的平面上相對于連結(jié)兩圓筒狀標(biāo)靶13、13的中心軸的基準(zhǔn)線 以及磁場發(fā)生部件14的磁極中心線向基材W的設(shè)置位置一側(cè)僅傾斜角度e 。
這種傾斜角度優(yōu)選設(shè)置在0。 < e <60° 、更優(yōu)選設(shè)置在10?！秂《45°的范 圍。在圖4中，一側(cè)的磁場發(fā)生部件14的傾斜角度e與另一側(cè)的磁場發(fā)生部件14的傾斜
角度e相等，但這些傾斜角度也可以互不相同，只要是至少一側(cè)的磁場發(fā)生部件14的傾斜 角度e在上述范圍內(nèi)即可。例如，另一側(cè)的磁場發(fā)生部件14的傾斜角度e為0°也可以。 上述第1實施方式相當(dāng)于雙方的磁場發(fā)生部件14、14的傾斜角度e為o。的情況。
具有上述傾斜角度9的磁場發(fā)生部件14、14能夠形成連結(jié)其一側(cè)的磁場發(fā)生部 件14的內(nèi)面?zhèn)却艠O和另一側(cè)的磁場發(fā)生部件14的內(nèi)面?zhèn)却艠O的磁力線向基材W—側(cè)鼓出 的磁場。這樣一來，通過在圓筒狀標(biāo)耙13、13之間偏向基材W—側(cè)的磁場區(qū)域形成上述彭 寧放電所產(chǎn)生的等離子體P，圓筒狀標(biāo)靶13的消耗位置也偏向于基材W—側(cè)，成膜蒸汽從該 位置向法線方向的飛散成為優(yōu)勢，所以成膜粒子偏向于基材W—側(cè)放出。這樣一來，相對于 基材W的成膜速度提高。 另外，上述磁場發(fā)生部件14也并非一定要固定在圖4所示的位置上。也可以設(shè)成 能夠繞上述圓筒狀標(biāo)靶13的中心軸移動(即能夠旋轉(zhuǎn))，并且設(shè)置成在其任意的位置固定，
7以使上述傾斜角度e變化。這樣可以通過磁場和等離子體的形態(tài)的控制進(jìn)行成膜速度的 調(diào)整。 以下，參照圖5對本發(fā)明第3實施方式所涉及的濺射裝置進(jìn)行說明。在上述第1 和第2實施方式中，構(gòu)成陰極的兩個電極部件均是由上述濺射蒸發(fā)源2的圓筒狀標(biāo)靶13構(gòu) 成的，但在第3實施例中，省略了其中一側(cè)的濺射蒸發(fā)源2，取而代之的是將輔助電極結(jié)構(gòu) 體21設(shè)置在真空腔室1上，構(gòu)成另一個陰極。因此，以下以這一點為中心進(jìn)行說明，對于與 上述第1和第2實施方式的濺射裝置通用的部件賦予通用的附圖標(biāo)記，簡化或者省略其說 明。 上述輔助電極結(jié)構(gòu)體21具備輔助電極部件23以及輔助磁場發(fā)生部件24。輔助磁 場發(fā)生部件24呈與濺射蒸發(fā)源2的磁場發(fā)生部件14同樣的形態(tài)。S卩，這種輔助磁場發(fā)生 部件24由橫截面為方形的棒狀磁鐵構(gòu)成，以與對方一側(cè)的濺射蒸發(fā)源2的圓筒狀部件12 以及圓筒狀標(biāo)靶13的中心軸平行的姿勢設(shè)置。而且，該輔助磁場發(fā)生部件24配置成在上 述圓筒狀標(biāo)靶13的橫截面上，相對于穿過該圓筒狀標(biāo)靶13的中心軸并平行于基材W的基 準(zhǔn)線，濺射蒸發(fā)源2的磁場發(fā)生部件14的磁極中心線以及輔助磁場發(fā)生部件24的磁極中 心線均具有傾斜角度e 。 關(guān)于上述磁場發(fā)生部件14以及輔助磁場發(fā)生部件24的傾斜角度9 ，與第2實施 方式同樣，優(yōu)選設(shè)置在至少一個為O。 < e <60° 、更優(yōu)選設(shè)置在10?！秂《45°的范 圍，但也可以與第1實施方式用樣地為9=0°。 上述輔助磁場發(fā)生部件24具有與對方一側(cè)的濺射蒸發(fā)源2的磁場發(fā)生部件14的 內(nèi)面?zhèn)却艠O(也就是說如前所述該濺射蒸發(fā)源2的圓筒狀部件12的外周面附近、即圓筒狀 標(biāo)靶13的內(nèi)周面附近的磁極)相對向的磁極(以下稱為"對向磁極")，這種對向磁極具有 與上述內(nèi)面?zhèn)却艠O的極性相反的極性。 上述輔助電極部件23具有方形帶板狀的橫截面，與上述圓筒狀標(biāo)靶13對向配置， 附設(shè)在上述輔助磁場發(fā)生部件24的對向磁極的前側(cè)。 在第3實施方式所涉及的濺射裝置中，與上述第2實施方式相同，設(shè)置在上述圓筒 狀標(biāo)靶13的內(nèi)側(cè)的磁場發(fā)生部件14和設(shè)置在上述輔助電極部件23的背面?zhèn)鹊妮o助磁場 發(fā)生部件24在上述輔助電極部件23和上述圓筒狀標(biāo)靶13之間的空間部形成磁力線向基 板W—側(cè)鼓出的磁場。因此，通過Ar等濺射氣體供給到上述真空腔室l內(nèi)，并且向圓筒狀標(biāo) 靶13以及輔助電極部件23外加負(fù)極性的直流電壓，在上述磁場的區(qū)域產(chǎn)生彭寧放電。而 且，圓筒狀標(biāo)靶13的表面因產(chǎn)生在其放電區(qū)域的等離子體P而消耗，并且其消耗區(qū)域由于 該圓筒狀標(biāo)靶13的旋轉(zhuǎn)而均勻化。 外加在上述輔助電極部件23上的電壓可以是與外加在上述圓筒狀標(biāo)靶13上的電 壓相同的水平，但在這種情況下，輔助電極部件23也與該標(biāo)靶13同等程度地濺射。而如果 將相對于輔助電極部件23的外加電壓的絕對值設(shè)定成低于相對于圓筒狀標(biāo)靶13的外加電 壓的絕對值，則輔助電極部件23的濺射量能夠控制。而且，輔助電極部件23電浮動也是可 以的。 以下，參照圖6對本發(fā)明第4實施方式所涉及的濺射裝置進(jìn)行說明。 第4實施方式所涉及的濺射裝置具備第1蒸發(fā)源單元5A和第2蒸發(fā)源單元5B，各
蒸發(fā)源單元5A(5B)分別由上述第2實施方式所涉及的一對濺射蒸發(fā)源2、2構(gòu)成。兩蒸發(fā)
8源單元5A、5B所包含的所有圓筒狀標(biāo)靶13配置成以相同的直線狀排列，將成膜面積大的基 材W設(shè)置成相對于這些圓筒狀標(biāo)靶13與其排列方向以及軸向雙方正交的方向?qū)ο颉?
上述濺射電源3采用了具有第1電極和第2電極的交流電源。而且，其第1電極 連接在上述第1蒸發(fā)源單元5A所包含的兩圓筒狀標(biāo)靶13、 13上，第2電極連接在上述第2 蒸發(fā)源單元5B所包含的兩圓筒狀標(biāo)靶13、 13上。 構(gòu)成各蒸發(fā)源單元5A、5B的一對濺射蒸發(fā)源2并不僅限于上述第2實施方式所涉 及的濺射蒸發(fā)源2，例如也可以是上述第1實施方式所涉及的濺射蒸發(fā)源2、2?；蛘撸€可 以是通過第3實施方式所涉及的濺射蒸發(fā)源2與輔助電極結(jié)構(gòu)體21的組合構(gòu)成各蒸發(fā)源 單元5A、5B。 在第4實施方式所涉及的濺射裝置中，與所謂雙磁控管濺射裝置同樣，由于是兩
組電極交互成為正極、負(fù)極，所以能夠抑制標(biāo)靶的氧化而引起的中毒等影響。例如，在以Si
標(biāo)靶形成Si02這種絕緣性高的覆膜的情況下，能夠不產(chǎn)生所謂陽極消失地長時間穩(wěn)定放
電。而且，相對于成膜面積大的大型基材W也能夠高效率地進(jìn)行成膜。 在第1-第4實施方式中，是將一個平板狀的基材W設(shè)置成與一對濺射蒸發(fā)源2、2
之間的空間部、或者一個濺射蒸發(fā)源2與輔助電極結(jié)構(gòu)圖21之間的空間部相對向，但在第1
實施方式中，也可以如圖1中的雙點劃線所示，將基材W分別設(shè)置在上述空間部的兩側(cè)。而
且，既可以不將基材W固定在與上述空間部對向的位置上，也可以設(shè)置成能夠向該空間部
的前后移動。這種移動能夠提高覆膜的均勻性以及相對于長條的基材的成膜。基材W的移
動例如可以通過保持該基板W的基板保持器以能夠移動的方式設(shè)置在上述真空腔室1中而實現(xiàn)。 圖7表示本發(fā)明第5實施方式。在這種實施方式所涉及的裝置中，采用上述第1實 施方式所涉及的一對濺射蒸發(fā)源2，進(jìn)行在由薄膜或片材構(gòu)成的薄膜狀基材WF上的成膜。
在這種裝置中，隔著一對濺射蒸發(fā)源2在其兩側(cè)設(shè)有用于運(yùn)送上述薄膜狀基材WF 的一對基材運(yùn)送機(jī)構(gòu)20、20。各基材運(yùn)送機(jī)構(gòu)20分別具備用于送出上述薄膜狀基材WF的 送出輥27，用于將上述薄膜狀基材WF的中間部分支撐在成膜位置的成膜輥26，以及用于巻 取上述薄膜狀基材WF的巻取輥28。 上述兩成膜輥26、26以相對于一對濺射蒸發(fā)源2、2的圓筒狀標(biāo)靶13、 13彼此之間
的空間部與該圓筒狀標(biāo)靶13、13的中心軸正交的方向?qū)ο虻姆绞皆O(shè)置在該空間部的兩側(cè)。
而且，上述薄膜狀基材WF的中間部巻繞在這些成膜輥26的外周面上面對上述空間部一側(cè)
的面上。上述各送出輥27根據(jù)上述各成膜輥26的旋轉(zhuǎn)而送出薄膜狀基材WF的新的部分，
上述各巻取輥28根據(jù)上述各成膜輥26的旋轉(zhuǎn)而巻取成膜后的薄膜狀基材WF。 在這種裝置中，上述成膜輥26旋轉(zhuǎn)，將該成膜輥26上的基材WF依次向下游輸送，
同時進(jìn)行其基材WF中位于上述成膜輥26上的部分(即與上述空間部相對向的部分)上的
濺射成膜。在這種裝置中，也可以省略上述基材運(yùn)送機(jī)構(gòu)20、20中的一個。 圖8表示本發(fā)明第6實施方式所涉及的濺射裝置。這種裝置具備第1蒸發(fā)源單元
5A和第2蒸發(fā)源單元5B，以及在這些單元5A、5B之間運(yùn)送薄膜狀基材WF的基材運(yùn)送機(jī)構(gòu)
20?；倪\(yùn)送機(jī)構(gòu)20與上述第5實施方式所涉及的基材運(yùn)送機(jī)構(gòu)20同樣，具備成膜輥26，
送出輥27，以及巻取輥28，薄膜狀基材WF巻繞在該成膜輥26的外周面上。 上述第1蒸發(fā)源單元5A設(shè)置在上述成膜輥26的外周面中相對于巻繞在其旋轉(zhuǎn)方向上游一側(cè)的部位上的薄膜狀基材WF進(jìn)行成膜的位置上，同樣，上述第2蒸發(fā)源單元5B設(shè) 置在上述成膜輥26的外周面中相對于巻繞在其旋轉(zhuǎn)方向下游一側(cè)的部位上的薄膜狀基材 WF進(jìn)行成膜的位置上。各蒸發(fā)源單元5A、5B具備上述圖4所示的第2實施方式所涉及的一 對濺射蒸發(fā)源2、2，各蒸發(fā)源單元5A、5B配置成使形成在這些濺射蒸發(fā)源2之間的磁場的磁 力線向接近巻繞在上述成膜輥26上的薄膜狀基材WF的一側(cè)鼓出。 在第6實施方式中，也可以是上述成膜輥26旋轉(zhuǎn)，輸送薄膜狀基材WF，同時兩蒸發(fā) 源單元5A、5B在該薄膜狀基材WF上進(jìn)行成膜。 在這種實施方式中，各蒸發(fā)源單元5A、5B的圓筒狀標(biāo)靶13的材質(zhì)相互之間既可以 是相同的也可以是不同的。而且，還可以省略蒸發(fā)源單元5A、5B中的一個。如圖所示，具備 第1蒸發(fā)源單元5A以及第2蒸發(fā)源單元5B的裝置可以由上述第4實施方式所涉及的濺射 裝置的變形例獲得。例如，作為濺射電源采用具有第1電極以及第2電極的交流電源，第1 蒸發(fā)源單元5A的圓筒狀標(biāo)靶13、13連接在第1電極上，第2蒸發(fā)源單元5B的圓筒狀標(biāo)靶 13、13連接在第2電極上。 圖9表示本發(fā)明第7實施方式所涉及的濺射裝置。這種裝置由于適合于筒狀基材 WP的成膜，所以具備上述第1實施方式所涉及的一對濺射蒸發(fā)源2、2以及旋轉(zhuǎn)臺29。這種 旋轉(zhuǎn)臺29具有圓形的平面形狀，上述兩濺射蒸發(fā)源2、2配置在其旋轉(zhuǎn)中心位置的上方，筒 狀基材WP分別以直立狀態(tài)保持在外周部上沿著其圓周方向排列的多個位置上。這種旋轉(zhuǎn) 臺29 —邊使各筒狀基材WP繞其中心軸自轉(zhuǎn)， 一邊在上述濺射蒸發(fā)源2、2的周圍相對于該 濺射蒸發(fā)源2、2相對位移地公轉(zhuǎn)。 在這種裝置中，從上述濺射蒸發(fā)源2、2所包含的圓筒狀標(biāo)靶13、13彼此之間的空 間部的兩側(cè)放出的成膜粒子堆積在于旋轉(zhuǎn)臺29上一邊公轉(zhuǎn)一邊自轉(zhuǎn)的筒狀基材WP的外周 面上而形成覆膜。因此，同時高效率地進(jìn)行相對于多個筒狀基材WP的外周面的成膜。
這種裝置也能夠適用于在筒狀基材WP以外的基材上成膜。例如，可以在旋轉(zhuǎn)臺29 上取代上述筒狀基材WP而設(shè)置筒狀的基材保持器，將各種形狀的基材保持在該基材保持 器上。而且，設(shè)置在旋轉(zhuǎn)臺29的旋轉(zhuǎn)中心位置的蒸發(fā)源單元也可以是第2實施方式或第3 實施方式所涉及的裝置。 如上所述，本發(fā)明提供一種濺射裝置，通過抑制能夠旋轉(zhuǎn)的圓筒狀標(biāo)靶的軸向端
部的局部消耗，使該圓筒狀標(biāo)靶的腐蝕區(qū)域均勻化，從而能夠提高使用壽命。 具體地說，本發(fā)明所涉及的濺射裝置具備一對濺射蒸發(fā)源以及向該濺射蒸發(fā)源供
給放電電力的濺射電源。各濺射蒸發(fā)源包括具有中心軸、配置成能夠繞其中心軸旋轉(zhuǎn)的圓
筒狀標(biāo)靶，以及沿著與圓筒狀標(biāo)靶的中心軸平行的方向配置的磁場發(fā)生部件，并配置成這
些濺射蒸發(fā)源的圓筒狀標(biāo)靶的中心軸彼此平行，上述濺射電源將上述各圓筒狀標(biāo)靶作為陰
極向該各圓筒狀標(biāo)靶供給放電電力。兩濺射蒸發(fā)源的磁場發(fā)生部件產(chǎn)生具有穿過各濺射蒸
發(fā)源中圓筒狀標(biāo)靶的表面而相互吸引的朝向的磁力線的磁場。 這樣一來，在構(gòu)成陰極的圓筒狀標(biāo)靶彼此之間形成的磁場在成膜時約束因濺射氣 體的分解而產(chǎn)生的電子，在上述磁場的區(qū)域產(chǎn)生彭寧放電。這種彭寧放電在上述磁場的存 在區(qū)域強(qiáng)烈產(chǎn)生，在其外周部產(chǎn)生伴隨電場的等離子體的漂移，因此，在放電的存在區(qū)域產(chǎn) 生大致均勻的放電等離子體。因此，與現(xiàn)有的濺射裝置中產(chǎn)生的磁控管放電不同，由于不存 在連接兩條線狀等離子體的端部的弧狀的離子體部，所以在通過圓筒狀標(biāo)靶的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行成
10膜時，成膜粒子能夠從與等離子體區(qū)域相對應(yīng)的圓筒狀標(biāo)靶的外周面迅速且均勻地蒸發(fā)。 這就防止了上述圓筒狀標(biāo)靶的局部消耗，提高了圓筒狀標(biāo)靶的利用率以及使用壽命。
另外，這種濺射裝置在成膜方面具有如下的優(yōu)點。由于基材設(shè)置在離開放電區(qū)域 的位置上，不會對成膜中的覆膜施加等離子體的強(qiáng)烈照射，所以能夠避免離子沖擊等。而 且，也抑制了由標(biāo)靶表面反射的離子或在標(biāo)靶表面生成的負(fù)離子強(qiáng)烈照射基材。另外，在現(xiàn) 有的旋轉(zhuǎn)式磁控管濺射蒸發(fā)源中，隨著標(biāo)靶的消耗，標(biāo)靶表面的磁場強(qiáng)度的變化增大，而本 發(fā)明所涉及的濺射裝置中，由于標(biāo)靶消耗時的磁場強(qiáng)度的變化不明顯，所以也能夠采用例 如厚壁的圓筒狀標(biāo)靶。這就延長了一個標(biāo)靶能夠進(jìn)行成膜的時間，提高了生產(chǎn)率。
在上述濺射裝置中，也可以是至少一側(cè)的濺射蒸發(fā)源的磁場發(fā)生部件設(shè)置成例如 形成向基材一側(cè)鼓出的磁力線。另外，該濺射蒸發(fā)源的磁場發(fā)生部件也可以是能夠移動地 設(shè)置，以使上述磁力線的鼓出度變化。 上述這種磁力線向基材一側(cè)鼓出的磁場能夠使等離子體的產(chǎn)生區(qū)域從圓筒狀標(biāo) 靶之間向基材一側(cè)偏離。在該區(qū)域產(chǎn)生的等離子體能夠使從圓筒狀標(biāo)靶的表面蒸發(fā)的濺射 蒸汽偏向于某一方向地放出，能夠提高相對于沿著該放出方向配置的基材的成膜速度。另 外，如果能夠移動地設(shè)置上述磁場發(fā)生部件，以使上述磁力線的鼓出度變化，則能夠通過等 離子體發(fā)生區(qū)域的調(diào)整來調(diào)整在基材上的成膜速度。 上述濺射裝置的濺射電源能夠采用直流電源，反復(fù)包含電壓為零或相反極性的期 間的間歇直流電源，或者交流電源。任一種類型的電源均能夠在一對圓筒狀標(biāo)靶都為負(fù)電 位時產(chǎn)生彭寧放電。 上述濺射裝置也可以具備由分別具有上述圓筒狀標(biāo)靶和上述磁場發(fā)生部件的一 對濺射蒸發(fā)源構(gòu)成的第1蒸發(fā)源單元，以及由分別具有上述圓筒狀標(biāo)靶和上述磁場發(fā)生部 件的另一對濺射蒸發(fā)源構(gòu)成的第2蒸發(fā)源單元，上述濺射電源為具有第1輸出端和第2輸 出端的交流電源，其第1輸出端連接在上述第1蒸發(fā)源單元的一對圓筒狀標(biāo)靶上，上述第 2輸出端連接在上述第2蒸發(fā)源單元的一對圓筒狀標(biāo)靶上。這種并有第1蒸發(fā)源單元和第 2蒸發(fā)源單元的裝置與所謂雙磁控管濺射裝置同樣能夠抑制成膜出氧化物等絕緣性的覆膜 時的陽極消失現(xiàn)象。 另外，本發(fā)明所涉及的第2濺射裝置具備濺射蒸發(fā)源，濺射電源，以及輔助電極結(jié)
構(gòu)體。上述濺射蒸發(fā)源包括具有中心軸、配置成能夠繞其中心軸旋轉(zhuǎn)的圓筒狀標(biāo)靶，以及沿
著與其圓筒狀標(biāo)靶的中心軸平行的方向配置的磁場發(fā)生部件，上述濺射電源將上述圓筒狀
標(biāo)靶作為陰極向該圓筒狀標(biāo)靶供給放電電力。上述輔助電極結(jié)構(gòu)體具有與上述濺射蒸發(fā)源
的圓筒狀標(biāo)靶平行或者基本上平行地對向配置的輔助電極部件，以及附設(shè)在該輔助電極部
件上的外部輔助磁場發(fā)生部件，該輔助磁場發(fā)生部件和設(shè)置在上述濺射蒸發(fā)源上的磁場發(fā)
生部件產(chǎn)生具有穿過上述圓筒狀標(biāo)耙的表面而相互吸引的磁力線的磁場。 這種第2濺射裝置中，上述濺射蒸發(fā)源的磁場發(fā)生部件和上述輔助磁場發(fā)生部件
中至少一方的部件也能夠設(shè)置成使上述磁力線向基材一側(cè)鼓出。另外，該部件也可以能夠
移動地設(shè)置，以使上述磁力線的鼓出度變化。 這種第2濺射裝置由于具有輔助電極結(jié)構(gòu)體，所以即使在濺射蒸發(fā)源為單一的情 況下也能夠期待與第l濺射裝置同樣的效果。上述輔助電極部件可以與上述濺射蒸發(fā)源的 圓筒狀標(biāo)靶一起作為陰極連接在濺射電極上，或者也可以是電浮動的。
1權(quán)利要求
一種濺射裝置，在導(dǎo)入真空腔室內(nèi)的濺射氣體中，使從標(biāo)靶表面濺射蒸發(fā)的成膜粒子堆積在基材的表面上而形成覆膜，其特征在于，具備一對濺射蒸發(fā)源，分別包括具有中心軸、配置成能夠繞其中心軸旋轉(zhuǎn)的圓筒狀標(biāo)靶，和設(shè)置在該圓筒狀標(biāo)靶的內(nèi)側(cè)、沿著與上述圓筒狀標(biāo)靶的中心軸平行的方向配置的磁場發(fā)生部件；濺射電源，將上述各濺射蒸發(fā)源的圓筒狀標(biāo)靶分別作為陰極，向該圓筒狀標(biāo)靶供給放電電力；上述各濺射蒸發(fā)源的圓筒狀標(biāo)靶被配置成相互平行或者基本上平行地對向，上述各磁場發(fā)生部件產(chǎn)生具有穿過上述一對圓筒狀標(biāo)靶的表面而相互吸引的朝向的磁力線的磁場。
2. 如權(quán)利要求l所述的濺射裝置，其特征在于，上述各濺射蒸發(fā)源的磁場發(fā)生部件設(shè)置成使上述磁力線向基材一側(cè)鼓出。
3. 如權(quán)利要求l所述的濺射裝置，其特征在于，上述一對濺射蒸發(fā)源中至少一側(cè)的濺射蒸發(fā)源的磁場發(fā)生部件能夠移動地設(shè)置，以使 上述磁力線的鼓出度變化。
4. 如權(quán)利要求l所述的濺射裝置，其特征在于，上述濺射電源為直流電源，重復(fù)包含電壓為零或者相反極性的期間的間歇直流電源， 以及交流電源中的某一種。
5. 如權(quán)利要求l所述的濺射裝置，其特征在于，具備由分別具有上述圓筒狀標(biāo)靶和上述磁場發(fā)生部件的一對濺射蒸發(fā)源構(gòu)成的第1 蒸發(fā)源單元，以及由分別具有上述圓筒狀標(biāo)靶和上述磁場發(fā)生部件的另外一對濺射蒸發(fā)源 構(gòu)成的第2蒸發(fā)源單元，上述濺射電源為具有第l輸出端和第2輸出端的交流電源，其第l輸出端連接在上述 第1蒸發(fā)源單元的一對圓筒狀標(biāo)靶上，上述第2輸出端連接在上述第2蒸發(fā)源單元的一對 圓筒狀標(biāo)耙上。
6. —種濺射裝置，在導(dǎo)入真空腔室內(nèi)的濺射氣體中，使從標(biāo)靶表面濺射蒸發(fā)的成膜粒 子堆積在基材的表面上而形成覆膜，其特征在于，具備濺射蒸發(fā)源，包括具有中心軸、配置成能夠繞其中心軸旋轉(zhuǎn)的圓筒狀標(biāo)靶，和設(shè) 置在該圓筒狀標(biāo)靶的內(nèi)側(cè)、沿著與該圓筒狀標(biāo)靶的中心軸平行的方向配置的磁場發(fā)生部 件；輔助電極結(jié)構(gòu)體，包括與上述濺射蒸發(fā)源的圓筒狀標(biāo)靶平行或基本上平行地對向配置 的輔助電極部件，和附設(shè)在該輔助電極部件上的輔助磁場發(fā)生部件；濺射電源，至少將上述 濺射蒸發(fā)源的圓筒狀標(biāo)靶分別作為陰極，向其供給放電電力；設(shè)置在上述濺射蒸發(fā)源上的磁場發(fā)生部件和上述輔助磁場發(fā)生部件產(chǎn)生具有穿過上 述圓筒狀標(biāo)靶的表面而相互吸引的朝向的磁力線的磁場。
7. 如權(quán)利要求6所述的濺射裝置，其特征在于，上述濺射蒸發(fā)源的磁場發(fā)生部件和上述輔助磁場發(fā)生部件設(shè)置成使上述磁力線向基 材一側(cè)鼓出。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種濺射裝置，通過抑制能夠旋轉(zhuǎn)的圓筒狀標(biāo)靶的軸向端部的局部消耗，使該圓筒狀標(biāo)靶的腐蝕區(qū)域均勻化，能夠提高其使用壽命。該裝置具備分別包括能夠旋轉(zhuǎn)的圓筒狀標(biāo)靶(13)和配置在其內(nèi)側(cè)的磁場發(fā)生部件(14)的一對濺射蒸發(fā)源(2)，以及將圓筒狀標(biāo)靶(13)作為陰極向其供給放電電力的濺射電源(3)。兩圓筒狀標(biāo)靶(13)配置成其中心軸彼此相互平行，各磁場發(fā)生部件(14)產(chǎn)生具有穿過圓筒狀標(biāo)靶(13)的表面而相互吸引的磁力線的磁場。
文檔編號C23C14/35GK101755071SQ200880025385
公開日2010年6月23日 申請日期2008年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月20日
發(fā)明者玉垣浩 申請人:株式會社神戶制鋼所