專利名稱：磁控管濺射裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有環(huán)狀平板靶的磁控管濺射裝置。
作為使薄膜堆積于基板的技術(shù)，現(xiàn)采用磁控管濺射技術(shù)。磁控管濺射技術(shù)可以低溫高速濺射，正成為目前采用濺射技術(shù)的成膜裝置的主流。磁控管濺射技術(shù)用如下方法形成薄膜通過放電等使靶附近產(chǎn)生等離子體，使該等離子體的離子撞擊靶從而使粒子濺射，讓濺射粒子附著在基板上。
采用圖9、

圖10和圖11說明現(xiàn)有技術(shù)的例子。
圖9是使用以往采用的環(huán)狀平板靶的磁控管濺射裝置的陰極部分的剖面圖。1是中心軸，陰極部分制成相對該軸為旋轉(zhuǎn)對稱的形狀。2是環(huán)狀平板靶，3是配置在靶里面的磁鐵，4是由磁鐵2形成的磁場。把具有上述構(gòu)成的陰極部配置在真空處理室內(nèi)，使基板與靶表面相對，濺射氣體導(dǎo)入后，如果由輝光放電用的高壓電流向靶2提供電力，則產(chǎn)生磁力線閉合的、濺射用的高密度等離子體。該等離子體中的離子如果碰撞靶表面，則靶的原子被濺射，附在基板與靶相對的表面上，形成薄膜。這時等離子體(密度)在5的區(qū)域內(nèi)變高。靶2被該等離子體侵蝕，在等離子體密度高的5的區(qū)域附近，靶的侵蝕速度加速，在6的附近，靶的侵蝕速度局部加速。
圖10在含有中心軸1的剖面內(nèi)，示出上述構(gòu)成中所采用的靶用至其利用極限時的侵蝕形狀。但，省略相對于中心軸對稱的部分。圖10中，9是濺射前的靶的形狀，10是已濺射部分，11是沒有被濺射的剩余部分。如圖10所見，D點(diǎn)附近被顯著侵蝕，產(chǎn)生V字狀的侵蝕面。該形狀的侵蝕產(chǎn)生時，存在靶的體積利用效率(即，靶用至其利用極限時的被濺射的體積占濺射前靶的體積(也包含內(nèi)周的內(nèi)側(cè)體積)的比例)為20％左右，不能充分利用昂貴的靶的問題。又，該形狀的侵蝕產(chǎn)生時，帶來成膜速度和膜厚分布隨時間變化，在技術(shù)上一直是個問題。
因此，為了解決這些問題，提出了如特開平5-209266號及特開平5-179440號公報中所記載的技術(shù)。特開平5-209266號公報中所記載的磁控管濺射用陰極，與圖9所示以往例子同樣地，在靶的里側(cè)配置磁鐵，同時，在靶的外周與內(nèi)周配置強(qiáng)磁性體，形成磁通越過靶表面加以延伸的結(jié)構(gòu)，因而等離子體密度分布較正常，靶的侵蝕狀態(tài)也較正常。圖11是表示特開平5-209266號公報中所記載的磁控管濺射用陰極中所采用的靶在利用極限時侵蝕的情況的剖面圖。與圖10同樣，9是濺射前的靶的形狀，10是被濺射部分，11是沒被濺射的剩余部分。圖11和圖10的情況進(jìn)行比較，則顯然圖11中侵蝕進(jìn)行得更為均勻。但是，E點(diǎn)附近局部的侵蝕速度加快。又，此時靶的包括其內(nèi)周的內(nèi)側(cè)體積的體積利用效率為約40％。
以往在靶的里面配置磁鐵的方法中，形成如圖10那樣的V字形的侵蝕。如果按該形狀進(jìn)行侵蝕，靶的厚度局部變薄，該處厚度達(dá)到預(yù)定值以下時，成為靶的利用極限，超出此極限，靶就不能用。但，靶中還存在大量可形成薄膜的材料，因而存在不能充分利用高價靶的問題。且，如果侵蝕局部加速進(jìn)行，濺射粒子分布隨時間變化，附著在基板上的比例變化，存在的問題是即使在侵蝕的初始階段基板上生成的膜的膜厚是均勻的，在侵蝕的終了階段膜厚也會變得不均勻。
即使用為解決該問題的上述特開平5-209266號公報所記載的技術(shù)，如圖11所示，也在E點(diǎn)附近發(fā)生局部的侵蝕，存在靶的利用效率下降，附著在基板上的薄膜的膜厚不均勻的問題。
圖8是用累計電力表示在內(nèi)徑為40mm、外徑為120mm的基板上所生成的膜厚分布隨時間的變化?？v軸是把基板的內(nèi)周緣的膜厚設(shè)定為1時的相對的膜厚。橫軸表示自中心點(diǎn)起的距離。由該圖可見，在以往的例子中，存在膜厚的分布隨時間大幅度變化的問題。
本發(fā)明的目的在于解決上述問題，提供一種不產(chǎn)生局部侵蝕的磁控管濺射裝置。
本發(fā)明為了達(dá)到上述目的，在具有環(huán)狀平板靶的磁控管濺射裝置中，其特征在于，在沿所述靶的內(nèi)周緣部位置的所述靶的表側(cè)和里側(cè)上分別配置具有相同極性的磁鐵；在沿所述靶的外周緣部位置的所述靶的表側(cè)和里側(cè)上分別配置具有相同極性的磁鐵，沿所述靶內(nèi)周配置的所述磁鐵與沿所述靶的外周配置的所述磁鐵之間定為隔靶具有極性相反的關(guān)系。
又，最好調(diào)整各磁鐵的強(qiáng)度使其構(gòu)成為在靶的表面，磁場方向平行于靶面的點(diǎn)，在靶的半徑方向存在2個以上。
在濺射裝置中，粒子濺射方向依存于靶面方向。因而，如果由于侵蝕使靶面和基板面形成的角度隨時間變化，則基板面上形成的薄膜的膜厚也隨時間變化。在侵蝕的初始階段，靶是平面、相對于基板面平行配置，因而在基板面上形成的薄膜的膜厚大致是均勻的。但是，如果進(jìn)行侵蝕，靶面成為曲面，在基板面上形成的薄膜的膜厚成為不均勻。因而，為了保持基板上形成的薄膜的膜厚均勻，即使進(jìn)行靶的侵蝕，也必須保持侵蝕面接近于與侵蝕前的靶面相平行的平面。若進(jìn)行這種方式的侵蝕，則靶濺射的情況初期與使用至利用極限時幾乎不變，因而，即使進(jìn)行侵蝕，膜厚分布隨時間變化也不大。
又，如果存在局部侵蝕加速的部位，靶在該侵蝕加速部分的膜厚為預(yù)定值以下時，不能再用。因而，為了提高靶的利用率，有必要盡可能進(jìn)行均勻的侵蝕。
磁控管濺射技術(shù)具有如下特征通過由離子速度矢量和磁場矢量的矢量積而產(chǎn)生的電磁力，粒子作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，粒子碰撞靶的機(jī)會增大。離子碰撞靶的機(jī)會取決于離子的旋轉(zhuǎn)周期，旋轉(zhuǎn)周期越短，也即磁場強(qiáng)，離子運(yùn)動速度越快，撞擊靶的機(jī)會就越多。因而，最好讓磁場與使離子運(yùn)動的電場垂直，以便上述矢量積使侵蝕變成最大。通常，電場的形成垂直于靶面，因而希望磁場的形成平行于靶面。又，靶的侵蝕速度取決于等離子體密度，因而，為了盡可能使等離子體均勻分布，希望以均勻強(qiáng)度，且在靶的整個面上形成平行于靶面的磁場。
本發(fā)明的發(fā)明者，為了形成這種磁場，通過計算機(jī)模擬確認(rèn)，在靶的表面和里面沿靶內(nèi)周和外周配置磁鐵，且使隔靶相對的磁鐵極性相反，能形成相對靶面平行的、具有近似均勻強(qiáng)度的磁場。圖2中示出了由計算機(jī)模擬的靶剖面附近的磁力線分布。如圖所示，在靶表面上，形成近似平行于靶面的磁場，磁場強(qiáng)度(即磁力線的間隔)也沒有大的偏差。因而，在該磁場中，等離子體均勻分布，且由于離子旋轉(zhuǎn)周期均勻，靶的侵蝕均勻進(jìn)行。
再者，如果調(diào)整磁鐵強(qiáng)度使在半徑方向具有兩個以上磁場平行于靶面的點(diǎn)，則磁場方向相對于靶面更為平行，能提高本發(fā)明的效果。
下面，結(jié)合附圖敘述本發(fā)明的實(shí)施例。
圖1表示本發(fā)明的實(shí)施例。
圖2表示圖1實(shí)施例的磁場分布。
圖3表示上述實(shí)施例的靶利用極限的侵蝕面。
圖4是表示上述實(shí)施例的靶的侵蝕面隨時間的變化的圖。
圖5是表示上述實(shí)施例的靶的侵蝕深度隨時間變化的圖。
圖6是表示上述實(shí)施例的基板的成膜速度隨時間變化的圖。
圖7是表示上述實(shí)施例的基板膜厚分布隨時間變化的圖。
圖8是表示以往例子的基板膜厚分布隨時間變化的圖。
圖9表示現(xiàn)有技術(shù)例子的構(gòu)成。
圖10表示現(xiàn)有技術(shù)例子的靶的利用極限的侵蝕面。
圖11是表示現(xiàn)有技術(shù)例子的靶的利用極限的侵蝕面的圖。
圖中，1是中心軸，2是靶，31是配置在內(nèi)周里側(cè)的磁鐵，32是配置在外周里側(cè)的磁鐵，33是配置在內(nèi)周表側(cè)的磁鐵，34是配置在外周表側(cè)的磁鐵。
本發(fā)明實(shí)施例以采用內(nèi)徑為32mm、外徑為152mm、厚度為6mm的環(huán)狀靶的磁控管濺射裝置為例，參照圖1至圖7說明如下。
首先，說明圖1中本發(fā)明實(shí)施例的構(gòu)成。
這里采用的陰極部件的構(gòu)造相對于中心軸1為旋轉(zhuǎn)對稱，環(huán)狀靶2被外周接地屏蔽罩12所包圍，而環(huán)狀靶包圍環(huán)繞內(nèi)周的內(nèi)周接地屏蔽罩11。35是支持陰極部件的軛鐵，它以強(qiáng)磁性體的SS41合金為材料，具有內(nèi)徑為180mm、厚為9mm、高度為90mm的側(cè)板及厚為15mm的底板；還具有直徑為10mm、自底板起的高度為87.5mm的圓柱狀突起。
襯板21連接至靶2的背面，水在間隙22中流動，以此冷卻靶2。圖示省略水的導(dǎo)入排出裝置。
靶2及襯板21通過絕緣物41、42與接地屏蔽罩11、12絕緣。施加負(fù)電位于靶上的施加手段在圖中省略。
在內(nèi)周接地屏蔽罩11的內(nèi)部配置由剩磁通密度為12.1K高斯，剩磁為1.16K奧斯特的材料構(gòu)成的、內(nèi)徑為10mm，厚為5mm，高為10mm的一對環(huán)狀永久磁鐵31、33。一個永久磁鐵33位于靶2的表側(cè)，另一永久磁鐵31位于靶2的里側(cè)，兩者環(huán)狀外周均為N極。在外周接地屏蔽罩12的外部配置由與內(nèi)周側(cè)的磁鐵31，33相同的材料構(gòu)成的、內(nèi)徑為162mm，厚為9mm，高為5mm的一對環(huán)狀永久磁鐵32、34，其中一個永久磁鐵34位于靶2的表側(cè)，另一永久磁鐵32位于靶的里側(cè)，兩者環(huán)狀的內(nèi)周均為S極。
通過如上所述選定永久磁鐵31、32、33、34的磁性強(qiáng)度、磁環(huán)形狀、磁鐵間的距離和軛鐵的形狀，能夠構(gòu)成得使在靶表面上沿半徑方向存在2個磁力線方向平行于靶面的點(diǎn)。
圖2是在通過中心軸1的平面上描畫的圖1實(shí)施例磁鐵配置的磁力線。但，由于磁力線相對于中心軸對稱形成，省略另一側(cè)的圖示。若配置靶使靶表面到圖中A-A＇附近，則在B點(diǎn)和C點(diǎn)附近存在磁力線平行于靶表面的點(diǎn)。
上述構(gòu)成的陰極部件在磁控管濺射裝置內(nèi)動作如下。
具有上述構(gòu)成的陰極部件與以往例子同樣地設(shè)置在真空處理室內(nèi)，與內(nèi)徑40mm、外徑120mm的基板中心軸一致，并以35mm的距離使靶表面和基板相對。濺射氣體導(dǎo)入后，一旦由用于輝光放電的高壓電源向靶2提供電力，就產(chǎn)生磁力線閉合的、濺射用的高密度等離子體。如果該等離子體中的離子撞擊靶表面，則靶的原子被濺射，附著在基板的相對的表面上，形成薄膜。
圖3用含中心軸1的剖面畫出靶使用至其利用極限時的侵蝕形狀。但，省略圖示相對于中心軸為對稱的部分。51是濺射前的靶的形狀，52是已濺射部分，53是沒被濺射的剩余部分。這時，包含靶內(nèi)周側(cè)體積的體積利用效率為57％，與以往的體積利用率40％相比，有大幅度的改善。
圖4表示使用靶至其利用極限時的侵蝕形狀隨累計電力(即隨時間)的變化。橫軸是自中心軸的距離，縱軸是侵蝕深度，各曲線表示消耗各自的累計電力時的侵蝕面的情況。由圖可見，自成膜初期至靶的利用極限止，靶被全面侵蝕，侵蝕形狀幾乎不變。由此顯然，通過本實(shí)施例，可以穩(wěn)定地成膜。又，由圖可見，根據(jù)本實(shí)施例，由于不存在局部侵蝕加速進(jìn)行的點(diǎn)，靶的利用效率得以提高。
圖5表示侵蝕深度的最大值與累計電力的關(guān)系，即，侵蝕深度的最大值隨時間變化的情況。由圖可見，侵蝕的速度大體恒定，單位時間內(nèi)由靶濺射的粒子個數(shù)幾乎不隨時間變化。
圖6表示使用圖1的靶至其利用極限時的成膜速度與累計電力的關(guān)系，即，成膜速度隨時間變化的曲線。在該圖中，評價基板中心點(diǎn)的成膜速度。由該圖可知，成膜速度變化率為10％，與以往例子的變化率大致為20％相比，得到大幅度的改善。
圖7以累計電力表示使用圖1的靶至其利用極限時的膜厚分布隨時間變化的情況?？v軸是設(shè)基板的內(nèi)周緣的膜厚為1時的相對膜厚分布。由圖可見，成膜情況在整個基板幾乎不隨時間變化。再者，自靶啟用至用完，膜厚分布均勻，其波動在5％以內(nèi)。又，與表示以往例子膜厚分布的圖8相比，伴隨靶侵蝕引起的膜厚分布不均勻問題得到大幅度改善，能穩(wěn)定成膜。
根據(jù)上述發(fā)明，即使將靶用至其利用極限，也能在基板上生成穩(wěn)定均勻的薄膜。又，能提高昂貴的靶的利用效率，減少浪費(fèi)。
權(quán)利要求
1.一種磁控管濺射裝置，其特征在于，在具有環(huán)形平板狀靶的磁控管濺射裝置中，在沿所述靶內(nèi)周緣部位置的所述靶的表側(cè)和里側(cè)上分別配置具有相同極性的磁鐵；在沿所述靶的外周緣部位置的所述靶的表側(cè)和里側(cè)上分別配置具有相同極性的磁鐵；沿所述靶的內(nèi)周配置的所述磁鐵與沿所述靶外周配置的所述磁鐵之間定為隔靶具有相反的極性關(guān)系。
2.如權(quán)利要求1所述的磁控管濺射裝置，其特征在于，調(diào)整各磁鐵的強(qiáng)度使在靶表面上，磁場方向平行于靶面的點(diǎn)，在靶的半徑方向存在2個以上。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種采用環(huán)狀靶的磁控管濺射裝置，在具有環(huán)狀平板靶2的磁控管濺射裝置中，在沿所述靶2的內(nèi)周緣部位置的所述靶的表側(cè)和里側(cè)分別配置具有相同極性的磁鐵33、31；在沿所述靶的外周緣部位置的所述靶的表側(cè)和里側(cè)分別配置具有相同極性的磁鐵34、32；沿所述靶的內(nèi)周配置的所述磁鐵與沿所述靶外周配置的所述磁鐵之間定為隔靶具有相反的極性關(guān)系；本發(fā)明具有靶利用效率高，膜厚分布隨時間變化小的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號H01J37/34GK1120601SQ9510805
公開日1996年4月17日 申請日期1995年6月29日 優(yōu)先權(quán)日1994年7月8日
發(fā)明者橫山政秀, 早田博 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社