溅射方法
阅读：970发布：2020-05-11
专利汇可以提供溅射方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供一种 溅射法 ，其在对靶进行溅射成膜时，可有效地抑制产生 薄膜 厚度分布和薄膜 质量 分布的起伏，其以各靶31～34的与 基板 W的相对面侧为上，通过配置在各靶下方的磁 铁 单元41～44在各靶的上方形成隧道状的漏 磁场 M1、M2，在溅射中，使各 磁铁 单元同步地在X方向上以规定的冲程对靶做相对的往复运动，并使基板在X方向以规定的冲程对靶做相对的往复运动，使各磁铁单元和基板向相反方向移动，设置从往复运动的起点到折返 位置 为止的时间相等。，下面是溅射方法专利的具体信息内容。
1.一种溅射方法，其特征在于：
在设置有靶的真空室内将基板与靶相对设置，向真空室内导入溅镀气体，向靶施加电力在真空室内形成等离子体并对靶进行溅射，在基板的与靶相对的面上成膜；
以靶的与基板的相对面侧为上，在靶下方在作为该靶的一个方向的X方向上以规定间隔并列设置多个磁铁单元，并通过各磁铁单元在靶的上方形成隧道状的漏磁场；
在溅射中使各磁铁单元整体在X方向以规定的冲程对靶作相对的往复运动，并使基板在X方向以规定的冲程对靶作相对的往复运动；
使各磁铁单元与基板向相反方向作相对移动，并使各磁铁单元和基板从往复运动的起点到达折返位置为止的时间相同。
2.根据权利要求1所述的溅射方法，其特征在于：
设置所述靶构成为在X方向以等间隔并列设置同一形状的多个靶材，设置磁铁单元与各靶材分别对应，
使相邻的靶的中心间距等于磁铁单元的冲程和基板的冲程的和。
溅射方法
技术领域
背景技术
[0002] 对于在玻璃等待处理基板表面形成规定薄膜的方法，有一种是溅射法（下称“溅镀”），尤其是磁控方式的溅镀法，是通过以从配置在靶后方（背对溅镀面一侧）的磁铁单元发出的隧道状磁通，捕获在靶的溅镀面前方电离的电子及通过溅射产生的二次电子，可增大其前方的电子密度，提高这些电子和由导入真空室内的稀有气体构成的溅镀气体的气体分子的碰撞概率，增大等离子体密度。因此，具有可提高成膜速度等优点，近年来，像FPD生产用的玻璃基板那样，也常用于对面积大的基板的成膜中。
[0003] 此处，作为对大面积基板薄膜厚度分布良好地成膜的溅镀装置，已知的是一种在真空室内将同一形状的靶多枚等间隔并列设置的装置。在该装置中，由于不从靶彼此间的区域释放溅镀粒子，所以一旦在基板表面形成规定的薄膜，则薄膜的厚度分布和反应性溅射时的薄膜质量分布起伏（例如薄膜厚度分布的情况为在同一周期内薄膜厚度厚的部分和薄的部分反复出现），容易变得不均匀。像这样薄膜厚度分布和薄膜质量分布出现起伏的话，则会产生一些问题，例如在玻璃基板上形成透明电极（ITO），封入液晶制作成FPD时，在显示面上产生凹凸。
[0004] 因此，已知的是在溅射过程中，通过使各靶整体且相对基板平行地按照规定冲程进行相对的往复运动而改变未释放溅镀粒子的区域，即通过跨基板整面与从靶释放溅镀粒子的区域相对，改善上述薄膜厚度分布和薄膜质量分布的不均匀。此时，为进一步提高薄膜厚度分布和薄膜质量分布的均匀性，各磁铁单元也以规定冲程相对于基板平行地做相对的往复运动，改变溅镀率变高的隧道状磁通的位置（例如参照专利文献1）。但是，已发现即便在该以往例子中，也无法充分改善基板整面的微小的薄膜厚度的分布和薄膜质量分布的起伏，换言之，判断出局部残留有微小的薄膜厚度分布和薄膜质量分布的起伏。因此，本发明的发明人经过反复的锐意研究，得出认识，只要使靶（或基板）的往复运动和磁铁单元的往复运动同步，就可有效地抑制薄膜厚度分布起伏和薄膜质量分布起伏的发生。
[0005] 在先技术文献
[0006] 专利文献
[0008] 发明要解决的问题
[0009] 鉴于以上内容，本发明要解决的技术问题是提供一种溅射法，其在对靶进行溅射以成膜时，尤其是在溅射以规定间隔并列设置的多个靶时，可有效地抑制产生薄膜厚度分布和薄膜质量分布的起伏。
[0010] 解决技术问题的手段
[0011] 为解决上述技术问题，本发明的溅射方法其特征在于：在设置有靶的真空室内将基板与靶相对设置，向真空室内导入溅镀气体，向靶施加电力在真空室内形成等离子体并对靶进行溅射，在基板的与靶相对的面上形成薄膜，以靶的与基板的相对面一侧为上，在靶的下方，在作为该靶的一个方向的X方向上以规定间隔并列设置多个磁铁单元，并通过各磁铁单元在靶的上方形成隧道状的漏磁场，在溅射中使各磁铁单元同步地在X方向以规定的冲程对靶作相对的往复运动，并使基板在X方向以规定的冲程对靶作相对的往复运动，使各磁铁单元与基板向相反方向作相对移动，并使各磁铁单元和基板从往复运动的起点到达折返位置为止的时间相同。
[0012] 根据本发明，由于使各磁铁单元与基板向相反方向作相对移动，并使各磁铁单元和基板从往复运动的起点到达折返位置为止的时间相同，所以在基板整面上变成与从靶释放溅镀粒子的区域相对，其结果是不会在局部残留微小的薄膜厚度分布和薄膜质量分布的起伏，可有效地抑制薄膜厚度分布和薄膜质量分布的不均匀。
[0013] 在本发明中，设置所述靶构成为在X方向以等间隔并列设置同一形状的多个靶材，设置磁铁单元与各靶材分别对应，其中相邻靶的中心间距优选与磁铁单元的冲程和基板的冲程的和相等。由此，变为从靶释放溅镀粒子的区域在基板整个面上更均匀地相对，可进一步有效地抑制薄膜厚度分布和薄膜质量分布的不均匀。另外，在本发明中，所谓具有同一形状的靶是指在平面视图中靶形状是相同的，各靶的厚度也可彼此不同。附图说明
[0014] 图1是示出本发明的溅镀装置的结构的剖面示意图。
[0015] 图2是沿图1的II-II线的剖面图。
[0016] 图3（a）～（c）是示出向相反方向移动的基板W和磁铁单元的示意图。
[0017] 图4（a）是示出发明实验的测试结果、（b）是示出比较实验1的测试结果、（c）是示出比较实验2的测试结果的图表。
具体实施方式
[0018] 以下参照附图，以将具有同一形状的多个靶以规定间隔并列设置在溅镀室内，向该并列设置的靶中成对的靶施加交流电力对各靶进行溅镀并向溅镀室内导入氧气，在玻璃基板等待处理基板上形成由靶材构成的金属膜和由反应性溅镀形成的金属氧化物膜为例来说明本发明的实施方式的溅镀装置SM。
[0019] 如图1及图2所示，磁控方式的溅镀装置SM具有构成溅镀室1a的真空室1。真空室1的壁面上开设有排气口11，在该排气口11上连接与旋转泵、涡轮分子泵等真空排气装置P相通的排气管12，可将溅镀室1a内抽真空并保持在规定的真空度。在真空室1的壁面上，设置有气体导入装置2。气体导入装置2通过分别插设有质量流量控制器21a，21b的气体管22a，22b与图外的气体源连通，能以一定的流量导入氩气等稀有气体构成的溅镀气体或在反应性溅镀之际使用的反应气体。另外，作为反应气体，根据要在基板W上成膜的薄膜的成分，使用包含氧、氮、炭、氢的气体、臭氧、水或过氧化氢或者这些气体的混合气体等。在下述内容中，在溅镀室1a中下文的靶与基板W相对，以从靶朝向基板的方向为“上”，以从基板W朝向靶的方向为“下”，以靶及磁铁单元并列设置的方向为X方向（图1中为左右方向），与此正交的方向为Y方向进行说明。
[0020] 将磁控溅镀电极C配置在溅镀室1a的底部。磁控溅镀电极C具有与溅镀室1a相对设置的大致呈长方体（平面视图为矩形）的4个靶31～34和分别设置在各靶靶31～34下方的磁铁单元41～44。另外，并列设置的靶的个数并不受上述限定，再有，作为靶，可采用根据Si、Al及其合金、Mo和ITO等要在基板W上成膜的薄膜的成分而以公知的方法制作出的产品。再有，各靶31～34只要是在平面视图中具有同一形状，而彼此厚度可以不同。
[0021] 在溅射成膜过程中各靶31～34通过铟和锡等粘合材料连接在冷却该靶31～34的铜制成的垫板31上。而且，将靶31～34连接在垫板31上，在以靶31～34为上侧的状态下经兼用于真空密封的绝缘体32而设置在溅镀室1a内。此时，靶31～34的上面构成成膜时由下文的溅镀气体的离子溅射的溅镀面3a。再有，各靶31～34配置为在溅镀室1a内向Y方向以等间隔配置，且未使用时的溅镀面3a位于与基板W平行的同一平面内（参照图2），各靶的形状设计为并列设置的各溅镀面3a的总面积大于基板W的外形尺寸。
[0022] 将靶31～34配置在溅镀室1a内后，在各靶31～34的周围，分别配置具有开口51的板状的屏蔽5，所述开口51与靶31～34相对。各屏蔽5例如为铝制成。再有，并列设置的靶31～34中彼此相邻的2个靶31和32及33和34分别成对，成对的靶31～34上分别连接有来自交流电源E的输出Eo。而且，在成膜时规定频率（例如1Hz～100kHz）的交流电力从交流电源E分别施加到成对的靶31～34上。
[0023] 分别配置在各垫板31下方（溅镀室1a外侧）的磁铁单元41～44具有同一形状，如以一个磁铁单元41为例进行说明，则磁铁单元41与垫板31平行设置，具有由增强磁铁吸附力的磁性材料制成的平板构成的支持板41（磁轭）。支持板41上设置有中央磁铁42和周边磁铁43改变靶侧的极性，所述中央磁铁42配置为位于在该支持板41的长度方向上延伸的中心线上，所述周边磁铁43配置为沿支持板41的上面外周环状配置，以包围该中央磁铁42的周围。此时，例如中央磁铁42换算为磁化时的体积设置为包围在其周围的周边磁铁43换算为磁化时的体积的和（周边磁铁:中心磁铁:周边磁铁＝1:2:1（参照图1））左右。由此，分别形成在各靶31～34的上方平衡的隧道状的漏磁场M1、M2。另外，中央磁铁42及周边磁铁43是钕磁铁等公知的产品，这些中央磁铁及周边磁铁可以是一体的，或者也可是多个规定体积的磁铁片排列设置。
[0024] 支持板41的构成为其外形尺寸比靶的轮廓小一圈，各磁铁单元41～44通过各支持板41与第一移动装置6相连接。第一移动装置6具有进给螺杆61，其螺纹连接在分别垂直悬挂在各支持板41下面的螺母部件41a上，以及马达62，其向正反方向驱动该进给螺杆61旋转。而且，一旦驱动进给螺杆61旋转，则对应其旋转方向各磁铁单元41～44整体在X方向以规定速度及固定的冲程S1在同一平面上做往复运动。另外，如图1所示，也可将进给螺杆61设置在底板63上，且滑动自如地啮合于在Y方向上横跨靶41的长边方向全长水平延长的左右一对的导轨部件64R、64L上，且由具有未图示的驱动马达的滑动条65R，65L保持。而且，也可使两滑动条65R、65L同步向Y方向移动，则使各磁铁单元41～44整体在Y方向以规定速度及固定的冲程在同一平面上做往复运动。由此，反复使各磁铁单元41～44从规定的起点向磁铁单元41～44对位于其紧上方的靶31～34做相对移动返回所述起点。
[0025] 再有，在真空室1内的上部，设置有台架7，其保持基板W与并列设置的靶31～34相对。在台架7上，设置有与基板W的轮廓对应凹入的凹部71，在凹部71的下面上，形成有在基板W的下面（成膜面）与靶31～34相对的中央开口72。再有，在台架7上，连接有第二移动装置8。第二移动装置8具有进给螺杆81，其与设置在台架7的下面的螺母部件73螺纹连接，贯通真空室1的侧壁，以及马达82，其驱动该进给螺杆81向正反方向旋转。而且，一旦驱动进给螺杆81旋转，则对应其旋转方向使台架7，进而使基板W在X方向以规定速度及固定的冲程S2在同一平面上做往复运动。此时，使相邻的靶31～34的中心间距（又称“阴极间距”）Dt等于各磁铁单元41～44的冲程S1与基板W的冲程S2的和。
[0026] 接着，参照图3进一步说明用上述溅镀装置SM的溅射法的成膜过程。首先，将基板W安装在台架7上后，将溅镀室1a内抽真空到规定圧力。此时，台架7如图1及图3（a）所示，位于往复运动的右端起点位置，再有，各磁铁单元41～44位于往复运动的左端起点位置。而且，通过气体导入装置2导入规定的溅镀气体及反应气体，通过交流电源E向成对的各靶31～34分别施加交流电力。由此，成对的2个靶31和32及33和34发挥阳极和阴极的作用，在各靶31～34的上方，形成隧道状的漏磁场，产生通过该漏磁场的垂直分量变为0的位置的跑道形的高密度的等离子体。在如图3（a）所示的起点位置上，由于漏磁场形成在靶31～34左侧部分的上方，所以靶31～34的左侧部分分别被溅射。而且各靶31～34释放的溅镀粒子堆积附着在相对的基板W表面上。
[0027] 在溅镀过程中，通过第一移动装置6使各磁铁单元41～44从左端的起点位置向右端的折返位置移动，在另一端，通过第二移动装置8使台架7进而使基板W从右端的起点位置向左端的折返位置移动。如图3（b）所示，当基板W位于左端和右端的中间位置时，各磁铁单元41～44也位于左端和右端的中间位置。像这样基板W及各磁铁单元41～44双方均位于中间位置时，由于在各靶31～34中央部分的上方形成漏磁场，所以靶31～34中央部分被溅镀，从该中央部分释放的溅镀粒子附着在相对的基板W表面上。而且，如图3（c）所示基板W位于往复通道的折返位置（左端位置）时，各磁铁单元41～44也位于往复运动的折返位置（右端位置）。
此时，由于在各靶31～34右侧部分的上方形成漏磁场，所以靶31～34右侧部分被溅镀，从该右侧部分释放的溅镀粒子附着在相对的基板W表面上。
此时，由于在各靶31～34右侧部分的上方形成漏磁场，所以靶31～34右侧部分被溅镀，从该右侧部分释放的溅镀粒子附着在相对的基板W表面上。
[0028] 此后，各磁铁单元41～44从右端的折返位置向左端的起点位置移动，在另一端，基板W从左端的折返位置向右端的起点位置移动。
[0029] 像这样使磁铁单元41～44和基板W向相反的方向移动，此时，设定移动速度使从往复运动的起点到达折返位置为止的时间相等。而且，重复该操作，并且来自靶31～34的溅镀粒子（与反应气体反应的同时）附着堆积在基板W表面上，形成规定的薄膜。
[0030] 根据上述内容，由于使磁铁单元41～44和基板W向相反方向移动，设置从往复运动的起点到达折返位置为止的时间相等，所以变为横跨基板W的整个表面与从靶31～34释放溅镀粒子的区域均匀地相对（即变为横跨基板W的整个表面照射等离子体），其结果是不会在局部残留微小的薄膜厚度分布和薄膜质量分布的起伏，可有效地抑制薄膜厚度分布和薄膜质量分布的不均匀。
[0031] 进而，通过如上述将靶中心间距Dt设置为等于磁铁单元的冲程S1和基板W的冲程S2的和，使从各靶31～34释放溅镀粒子的区域为横跨基板W的整个表面更均匀地相对，可进一步有效地抑制薄膜厚度分布和薄膜质量分布的不均匀。
[0032] 为确认上述效果，进行了图1所示的使用溅射装置SM的下一个实验。在本实验中，使用ITO制成的产品作为靶31～34，形成为相同的平面视图为大致长方形，与垫板31相连接。再有，使用具有130mm×1300mm的外形尺寸的产品作为磁铁单元41～44的支持板41，在各支持板41上设置有沿靶31～34的长边方向的棒状的中央磁铁42和沿支持板41的外周的周边磁铁43。
[0033] 而且，作为基板W，使用所谓的第8.5代平板显示器用的玻璃基板，再有，溅镀条件为，将已真空排气的溅镀室1a内的压力保持在0.3Pa，控制质量流量控制器21a、21b，将作为溅镀气体的氩气和水蒸汽气体导入到溅镀室1a内，向靶31～34施加15kW的施加电力（交流电压），以此进行溅镀。另外，设置基板W和靶31～34间的距离为216mm。
[0034] 在发明实验中，在上述溅镀中使磁铁单元41～44和台架7，进而和基板W向相反的方向移动，使从往复移动的起点到折返位置为止的时间相等。此时，使相邻的靶31～34的中心间距Dt（＝250mm）等于磁铁单元41～44的冲程S1（＝84mm）与基板W的冲程S2（＝166mm）的和，将磁铁单元41～44的移动速度设为14.8mm/sec，将台架7（基板W）的移动速度设为47.88mm/sec。对在发明实验中成膜的ITO薄膜，测量对300～800nm的波长区域的光的反射率，其测量结果如图4（a）所示。设基板W的左侧（上述往复运动的起点侧）的端部为零，测量位置设置为0mm、100mm、200mm、300mm、400mm的位置。测量的反射率的面内均匀性是0.61％，证实可有效地抑制薄膜厚度分布和薄膜质量分布起伏的发生。
[0035] 在相对上述本发明实验的比较实验1中，在上述溅镀中，固定基板W不使其移动，使磁铁单元41～44以14.8mm/sec的速度做往复运动。与上述发明实验相同，在本比较实验1中成膜的ITO薄膜的反射率的测量结果如图4（b）所示。反射率的面内均匀性低至1.12％，证实薄膜厚度分布和薄膜质量分布不均匀。
[0036] 在另一比较实验2中，在上述溅镀中，使基板W与磁铁单元41～44双方进行移动，但不使这些基板W和磁铁单元41～44同步。即不仅使两者向相反的方向也使两者向相同的方向移动。与上述本发明实验相同，本比较实验2得到的ITO薄膜的反射率的测试结果如图4（c）所示。可知反射率的面内均匀性是0.74％，与比较实验1相比面内均匀性虽然有所提高，但与本发明实验相比面内均匀性降低。此时也会产生薄膜厚度分布和薄膜质量分布的起伏。
[0037] 以上，对本发明的实施方式的磁控式溅镀装置SM进行了说明，但本发明并不仅限于上述方式。在上述实施方式中，以在真空室1内设置台架7往复运动基板W为例进行了说明，但例如在溅射装置SM是直插式的装置，使用载体将基板搬运到真空室的与靶相对的位置时，在溅射中也可使该载体作往复运动。
[0038] 再有，在上述实施方式中，以并排设置多个靶，通过交流电源向成对的靶施加交流电力为例进行了说明，但并不仅限于此，本发明也可适用于靶由1个构成的情况。靶是一个时，如上述实施方式所示靶间不存在间隙。为此，需防止垫板31被溅镀而发生异常放电，如图3（a）所示，虽然无需设置不使磁铁单元41～44移动的区域Dm，但出于某些理由存在该区域Dm时，本发明也可良好地适用于该情况。
[0039] 再有，本发明也可适用于通过DC电源施加直流电力的情况。再有，圆形靶且磁铁单元以靶的中心为旋转中心旋转的情况也适用本发明。
[0040] 附图标记说明
[0041] SM…溅射装置、1a…溅镀室、31～34…靶、41～44…磁铁单元、5…悬浮屏蔽、6…移动装置、E…交流电源、M1、M2…漏磁场、W…基板。
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