[发明专利]溅射装置

说明书

本发明涉及由小型溅射电极在大型基板上形成薄膜的磁控管溅射方式的溅射装置。

溅射法与真空蒸镀法相比，是高融点材料和化合物薄膜更容易形成的薄膜形成技术，在半导体和电子元件等的工业领域中，目前正得到广泛普及。尤其，把永久磁铁和电磁铁用作磁回路而在靶附近形成磁场的磁控管溅射法解决了其薄膜形成速度与真空蒸镀法相比慢10多倍的溅射法的缺点，有可能使溅射法的薄膜形成大批量生产。

下面，参照图9和图10，说明以往的磁控管溅射电极。图9(a)是以往具有矩形平板靶的磁控管溅射电极的平面图，图9(b)是图9(a)的A-A’向剖面图，图10是靶的斜视图。1是矩形平板靶，由铟等软钎剂粘结在垫板2上，并经真空密封用的O型环3设置在电极基座4上。在所述靶1的里侧配置磁控管放电用磁回路5，通过该磁回路形成闭合磁力线6。配置磁回路5使磁力线6的一部分平行于上述靶表面。由此，如图10所示，在上述靶1的表面形成螺旋管形闭合管道状的磁场7。

参照图10及图11对上述构成的磁控管溅射电极说明其动作原理。图11是设置上述溅射电极的溅射装置的略图。

图11是，溅射电极12通常经绝缘材料10设置在真空室9中。为了进行薄膜形成，利用真空泵13对真空室9的内部抽真空直至成为10^-7乇的高真空，然后，通过流量调整器15导入Ar(氩)等放电气体14，保持真空室内为10^-3～10^-2乇程度的压力。在该环境下，如果由直流或交流的溅射用电源11把负电压或高频电压施加至安装了靶1的溅射电极12，则在图10的靶1附近，电场与磁回路5的螺旋管形管道状磁场7的周围发生磁控管放电，等离子化的离子碰撞靶1，靶1被激发溅射。溅射的粒子堆积在基板架17上所放置的基板18上，形成薄膜。

但是，在以往的磁控管溅射电极中，在与靶面平行通过的磁力线最强的部分，等离子体密度高，因而在图10的区域8，溅射快速进行，而在其余区域，已溅射的粒子往往还会再附着，靶的侵蚀进行得不均匀。因此，为了确保与靶相对设置的基板上形成的薄膜的膜厚均匀性，需要充分调整靶的大小、磁回路或靶与基板的距离。一般，为了确保薄膜膜厚的均匀，靶的一边必须约为基板的2倍。

因此，为了解决这些问题，一直广泛进行使小型溅射电极对大型基板形成薄膜成为可能的努力。

作为一例，如图12所示，使多个平板磁控管溅射电极相对于基板18倾斜的方法在确保大型基板膜厚均匀方面也是有效的。

又，也设计出一种溅射电极，该电极将图13所示的平板的内周靶与具有倾斜角的外周靶相组合，能独立地控制两种靶进行溅射。在该装置内，具有内周靶19和外周靶20两种靶，由内周电磁铁线圈21和外周电磁铁线圈22在靶附近形成磁场。通过磁铁用电源23分别独立地控制流过这两个线圈的电流，由此使加至内周靶19和外周靶20的磁场最佳，再通过溅射用电源11能独立地控制输往各靶的溅射电力，因而能确保大型基板18上的膜厚均匀性。

但是，在图12和图13构成的溅射装置中，靶的侵蚀是不均匀的。图14是靶剖面所示图12构成的溅射装置的靶侵蚀状态，斜线部分是已侵蚀区域。图14(a)是侵蚀的初始阶段，图14(b)是靶即将不能再使用前的状态。如图所示，靶的侵蚀不均匀，随位置而有很大差异。由此，尽管在靶中尚未被溅射的部分不少，且多数其厚度足够，但因靶的一部分局部厚度变薄，靶变得无法使用，存在昂贵的靶的利用效率低的问题。

又，如图14所示，侵蚀形状不构成相似形，因此溅射粒子相对于基板的入射角变化大。由此，因为在初始阶段和终了阶段，靶附近的磁场及施加至电极的电力是相同的，所以存在基板上形成的薄膜的膜厚均匀程度受到很大影响的问题。

又，具有示于图13构成的装置的靶的侵蚀情况示于图15。与上述相同，斜线部分是已侵蚀的区域，图15(a)是侵蚀初始阶段，图15(b)是靶即将不能使用前的状态。

在具有示于图13的构成的装置中，靶侵蚀情况在初始阶段和终了阶段也显著不同，通过由磁铁用电源23调整流过线圈的电流能调整磁场，因而能保持膜厚的均匀性。但，存在该磁场调整要求微妙且复杂的控制的问题。

又，即使能确保相对于靶随时间变化的膜厚的均匀性，在化合物溅射和反应性溅射中，存在产生基板内和批量之间膜组成和构造等薄膜物理性质不均匀的问题。

本发明为解决上述问题，其目的在于提供一种用备有矩形平板靶的小型溅射电极，提高在大型基板上形成的薄膜的膜厚和膜质的均匀性，进而具有高的靶利用效率的溅射装置。