專利名稱：片狀等離子體成膜裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及等離子體成膜裝置。更詳細(xì)地說，涉及使用變形為片狀的等離子 體的片狀等離子體成膜裝置。
背景技術(shù)：
近年來，如圖6所示，使永磁體產(chǎn)生的磁場作用于等離子體源產(chǎn)生的圓柱狀 的等離子體(以下稱為圓柱狀等離子體)，使用變形為片狀的等離子體(以下稱 為片狀等離子體)的等離子體成膜裝置得到重視(參照專利文獻(xiàn)l)。具體地說， 揭示了利用永磁體3使來自陰極側(cè)5的圓柱狀等離子體流形成為片狀等離子體6， 將磁場線圈2使用于該片狀等離子體6并將其引導(dǎo)到陽極1的片狀等離子體成膜 裝置。該片狀等離子體成膜裝置，在片狀等離子體6的移動(dòng)過程中，由靶材7發(fā) 生濺射粒子，成膜于基板8。也就是說，在等離子體成膜裝置中，由等離子體源發(fā)出的圓柱狀等離子體首 先被引導(dǎo)到配設(shè)永磁體的片狀等離子體變形室，使永磁體產(chǎn)生的磁場發(fā)生作用， 形成片狀等離子體。然后，該片狀等離子體被導(dǎo)入例如進(jìn)行濺射加工的濺射室。 濺射室中，夾著導(dǎo)入的片狀等離子體，將靶材與基板對向配置。在濺射室內(nèi)設(shè)有 接收移動(dòng)過來的片狀等離子體用的陽極。片狀等離子體在通過靶材和基板之間 時(shí)，使靶材粒子從靶材濺射出來。在基板上，堆積由靶材濺射出舉，通過片狀等 離子體被離子化的靶材粒子形成膜。而且，將通過靶材和基板之間的片狀等離子 體引導(dǎo)到陽極。而且還提出了在上述片狀等離子體變形室和濺射室之間設(shè)置具備狹縫狀開 口部的中間電極的片狀等離子體成膜裝置(參照專利文獻(xiàn)2)。 專利文獻(xiàn)1:曰本特開2005 - 179767號公報(bào) 專利文獻(xiàn)2:日本特開平7-296988號公報(bào)發(fā)明內(nèi)容但是，在上述各片狀等離子體成膜裝置中，存在靶材和基板的表面被負(fù)電荷 覆蓋，不能施加偏壓的問題。本發(fā)明是為解決這樣的問題而作出的，其目的在于，提供一種能夠在乾材和 基板上穩(wěn)定施加偏壓的片狀等離子體成膜裝置。本發(fā)明的發(fā)明者們認(rèn)真研究了上述存在問題，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，被導(dǎo)入濺射室內(nèi)的 片狀等離子體實(shí)際上擴(kuò)展到可視部(高密度部分)的周圍，使乾材和基板的表面 曝露在這樣寬的等離子體(低密度部分)時(shí)，靶材表面以及基板表面上覆蓋著負(fù) 電荷。而且，出現(xiàn)靶材以及基板和等離子體發(fā)生電源通過片狀等離子體短路(電 路導(dǎo)通狀態(tài))，不能夠?qū)Π胁囊约盎迨┘悠珘?。因此，為了解決上述問題，本發(fā)明的片狀等離子體成膜裝置具備能夠使內(nèi)部 減壓的減壓容器、在所述減壓容器的內(nèi)部發(fā)生等離子體的等離子體槍、在所述減 壓容器的內(nèi)部接受所述等離子體的陽極、使由所述等離子體槍發(fā)生的等離子體形 成圓柱狀后向所述陽極側(cè)流動(dòng)的等離子體流動(dòng)手段、成所述減壓容器的一部分并 且形成為使所述圓柱狀等離子體能夠流動(dòng)的結(jié)抅的片狀等離子體變形室、在所述 片狀等離子體變形室的外側(cè)夾著所述流動(dòng)的等離子體同極相互對著設(shè)置，在所述 片狀等離子體變形室的內(nèi)部使所述圓柱狀等離子體變形為片狀等離子體的一對 永磁體、作為所述減壓容器的一部分形成，在其內(nèi)部，支持基板的基板托架與靶 材在其厚度方向夾著所述變形的片狀等離子體配置的成膜室；所述減壓容器具有 構(gòu)成所述成膜室的開口部的第一、第二瓶頸部，形成所述片狀等離子體能夠從所 述片狀等離子體變形室通過該第一瓶頸部流入所述成膜室，而且該流入的片狀等離子體能夠通過該第二瓶頸部向所述陽極流出的結(jié)構(gòu)；在所述片狀等離子體的厚度方向上，所述第一、第二瓶頸部的內(nèi)部尺寸小于所述成膜室的內(nèi)部尺寸，所述 第一瓶頸部的內(nèi)部尺寸小于所述片狀等離子體變形室的內(nèi)部尺寸。在形成這樣的結(jié)構(gòu)時(shí)，利用所述第一、第二瓶頸部限制片狀等離子體的低密 度部分的厚度，抑制成膜室的所述低密度部分的擴(kuò)大。其結(jié)果是，通過適當(dāng)配置 耙材表面和基板表面，使靶材表面和基板表面不曝露于等離子體下，能夠防止靶 材表面和基板表面被負(fù)電荷覆蓋。從而能夠避免形成電路導(dǎo)通的狀態(tài)，在靶材和 基板上能夠穩(wěn)定施加偏壓。所述第一瓶頸部也可以形成為所述變形的片狀等離子體能夠維持其斷面形 狀不變地通過的斷面形狀。在所述片狀等離子體的厚度方向上，所述片狀等離子體的所述流動(dòng)形成的輸 送中心與所述靶材以及所述基板中的至少任意一個(gè)的表面的距離，最好大于所述 片狀等離子體的輸送中心與所述第一瓶頸部的內(nèi)壁的距離以及所述片狀等離子 體的輸送中心與所述第二瓶頸部的內(nèi)壁的距離。所述片狀等離子體的所述輸送中心與所述IE材以及所述基板中的至少任意一個(gè)的表面的距離最好在10mm以上200mm以下。在形成這樣的結(jié)構(gòu)時(shí)，使靶材表面和基板表面曝露于片狀等離子體下的情況 受到抑制。在所述片狀等離子體的厚度方向上，所述第一瓶頸部的內(nèi)部尺寸比所述片狀 等離子體的所述輸送中心與所述靶材表面以及所述基板表面的距離之和小，最好 在10mm以上100mm以下。最好具有使所述靶材以及所述基板的至少任意一個(gè)在所述片狀等離子體的 厚度方向上移動(dòng)的移動(dòng)機(jī)構(gòu)。在形成這樣的結(jié)構(gòu)時(shí)，能夠調(diào)整靶材和基板與片狀等離子體的距離。從而能 夠可靠地防止靶材表面以及基板表面曝露于等離子體下。因此能夠穩(wěn)定地在靶材 及基板上施加偏壓。本發(fā)明的上述目的、其他目的、特征以及優(yōu)點(diǎn)，從參照附圖對下面的理想的 實(shí)施形態(tài)的詳細(xì)說明能夠清楚了解。本發(fā)明的如上所述構(gòu)成的片狀等離子體成膜裝置中，靶材表面以及基板表面 被負(fù)電荷覆蓋的情況受到抑制，達(dá)到能夠穩(wěn)定地在靶材及基板上施加偏壓的效 果。


圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)的等離子體成膜裝置的結(jié)構(gòu)的概略圖。 圖2是表示本實(shí)施形態(tài)的片狀等離子體成膜裝置的成膜室的結(jié)構(gòu)的圖，圖2 (a)是成膜室的正視圖，圖2 (b)是表示沿IIB-1IB線切斷圖2 (a)的成膜室 的狀態(tài)的剖面圖。圖3是說明片狀等離子體的形成方法的大概情況的示意圖，圖3 (a)是平行 于永磁體的Z方向中央附近的XY平面的剖面的示意圖，圖3 (b)是平行于永磁 體的X方向中央附近的YZ平面的剖面的示意圖。圖4是表示利用圖1的片狀等離子體成膜裝置形成的片狀等離子體的平面圖。圖5是表示利用圖1的片狀等離子體成膜裝置形成的片狀等離子體的立體圖。圖6是表示已有的片狀等離子體成膜裝置的結(jié)構(gòu)的概略圖。符號說明10 等離子體槍11 凸緣12 陰極13 第一電磁線圈14 放電空間17 筒狀構(gòu)件 18、 32 排氣口20 片狀等離子體變形室21 輸送空間22 圓柱狀等離子體23 第二電磁線圈(等離子體流動(dòng)手段) 24A 、 24B 永磁體25、 38 真空泵26、 37 閥27(S) 片狀等離子體28 第三電磁線圏(等離子體流動(dòng)手段)29 第一瓶頸部30 成膜室31 成膜空間 33A 耙材 33B 托架33C、 34C 圓柱狀支軸(支軸) 34A 基板34B托架35、36 移動(dòng)機(jī)構(gòu)39第二瓶頸部40腔室42第一開口部43凸緣45第二開口部48第四電磁線圈(等離子體流動(dòng)手段)50陽極室51陽極52永磁體100片狀等離子體成膜裝置G,第一中間電極G2第二中間電極P輸送中心S主面主直流電源v2、V3 直流電源具體實(shí)施方式
下面參照附圖對本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)進(jìn)行說明。 圖l是表示本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)的等離子體成膜裝置的結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子的概略圖。圖2是表示圖1的片狀等離子體成膜裝置的成膜室的結(jié)構(gòu)的圖，圖2(a)是 成膜室的正視圖，圖2 (b)是表示沿IIB-IIB線切斷圖2 (a)的成膜室的狀態(tài) 的剖面圖。以下參照圖1及圖2對本實(shí)施形態(tài)的片狀等離子體成膜裝置進(jìn)行說明。 又，在這里為了方便，如圖1所示，以等離子體的輸送方向?yàn)閆方向，以與該Z 方向垂直相交的，永磁體24A、 24B (下述)的磁化方向?yàn)閅方向，以垂直于這 Z方向以及Y方向兩個(gè)方向的方向?yàn)閄方向，對該片狀等離子體成膜裝置的結(jié)構(gòu) 進(jìn)行說明。本實(shí)施形態(tài)的片狀等離子體成膜裝置IOO具備能夠使內(nèi)部減壓的減壓容器。能夠使內(nèi)部減壓的減壓容器由下述片狀等離子體變形室20、成膜室30、陽極室50、第一瓶頸部29、以及第二瓶頸部39構(gòu)成。本實(shí)施形態(tài)的片狀等離子體成膜裝置100，如圖l所示，在YZ平面中大致 成十字形。本實(shí)施形態(tài)的片狀等離子體成膜裝置100構(gòu)成為，從等離子體輸送方 向(Z方向)按順序看，具備使等離子體高密度地形成的等離子體槍IO，以Z方 向的軸為中心的圓簡狀的片狀等離子體變形室20,以及以Y方向的軸為中心的 圓筒狀的成膜室30。又，各部10、 20、 30通過輸送等離子體的通路相互保持氣 密狀態(tài)連通。等離子體槍10具有能夠減壓的放電空間14，該等離子體槍10的Z方向的一 端配置凸緣11堵塞該放電空間14。在該凸緣11上配置發(fā)射誘發(fā)等離子體放電用 的熱電子的陰極12。而且，在凸緣11上設(shè)有將利用該放電電離的作為放電氣體 的氬氣引導(dǎo)到該放電空間14的氣體導(dǎo)入手段(未圖示)。上述陰極12通過電阻 Rv連接于主直流電源Vi的負(fù)極端子上，后述的陽極51連接于主直流電源V,的 正極端子上。等離子體槍10具備第一中間電極Gi和第二中間電極G2。第一中間 電極Gi通過電阻R4連接于上述主直流電源V!的正極端子上。第二中間電極G2 通過電阻R2連接于上述主直流電源^的正極端子上。而且為了在陰極12和陽極 51之間維持等離子體放電(輝光放電)，利用主直流電源Vi和適當(dāng)?shù)碾娮鑂v、 Rp R2的組合施加規(guī)定的正電壓。利用這樣的等離子體放電，在等離子體槍10 的放電空間14中形成作為帶電粒子(這里是Ar+和電子)的集合體的等離子體。 又，在這里采用利用基于主直流電源^的，低電壓并且是大電流的直流電弧放 電，使陰極12和后述的陽極51之間進(jìn)行高密度的等離子體放電成為可能的，公 知的壓力梯度型等離子體槍IO。在等離子體槍10的周圍，圍繞該等離子體槍10的側(cè)面周圍配設(shè)圓環(huán)狀的第 一電磁線圈13。通過在該第一電磁線圏13的繞組上通電流，在等離子體槍10的 放電空間形成基于線圏磁場磁通密度的Z方向的梯度。利用這樣的磁通密度的Z 方向的梯度，構(gòu)成等離子體的帶電粒子從該放電空間向Z方向(向陽極51的方 向)運(yùn)動(dòng)， 一邊圍繞磁力線旋轉(zhuǎn)一邊在Z方向上前進(jìn)，作為這些帶電粒子的集合 體的等離子體相對Z方向的輸送中心P (參照圖3)大致形成等密度分布的圓柱 狀的等離子體(以下稱為圓柱狀等離子體22),通過介于等離子體槍10的Z方 向的另一端和片狀等離子體變形室20的Z方向的一端之間的通路(未圖示)被引出到片狀等離子體變形室20。等離子體槍10的Z方向的另 一端上配設(shè)片狀等離子體變形室20。等離子體 槍10和片狀等離子體變形室20通過絕緣體15連接。片狀等離子體變形室20具 備簡狀構(gòu)件17。簡狀構(gòu)件17的內(nèi)部具有以Z方向的軸為中心的圓柱狀的輸送空 間21。簡狀構(gòu)件17由非磁性材料構(gòu)成，例如，用玻璃或不銹鋼構(gòu)成。平行于簡 狀構(gòu)件17的XY平面的斷面的形狀為例如圓形或四邊形，在本實(shí)施形態(tài)中構(gòu)成 圓形。簡狀構(gòu)件17的外側(cè)配設(shè)一對永磁體24A、 24B。 一對永磁體24A、 24B在 Y方向夾著簡狀構(gòu)件使各永磁體24A、 24B的N極對向地配設(shè)。在簡狀構(gòu)件17 的長度方向上，于永磁體24A、 24B的兩側(cè)配設(shè)第二電磁線圈(等離子體流動(dòng)手 段)23和第三電磁線圈(等離子體流動(dòng)手段)28。第二電磁線圈23用于將圓柱 狀等離子體22從等離子體槍10引到簡狀構(gòu)件17。第二電磁線圈23以及第三電 磁線圈28使用于調(diào)整后述的片狀等離子體27的寬度方向(X方向)的形狀。在 筒狀構(gòu)件17的適當(dāng)?shù)牡胤皆O(shè)有將該簡狀構(gòu)件17內(nèi)的輸送空間21抽真空用的排 氣口 18。排氣口 18利用閥26形成能夠開閉的結(jié)構(gòu)。在排氣口 18連接真空泵25。 真空泵25使輸送空間21內(nèi)部迅速減壓到能夠輸送圓柱狀等離子體22的水平。如圖l所示，從等離子體槍10放出的圓柱狀等離子體22在前進(jìn)到輸送空間 21的配設(shè)永磁體24A、 24B的位置時(shí)，借助于由永磁體24A、 24B形成的磁場變 形為片狀(片狀等離子體27)。片狀等離子體27利用第三電磁線圈28規(guī)劃其寬 度方向(X方向)的形狀。形成的片狀等離子體27被引導(dǎo)到后述的陽極51。形 成片狀等離子體27的方法將在后面進(jìn)行詳細(xì)說明。片狀等離子體變形室20的Z方向的前端與成膜室30連結(jié)。在這里，作為成 膜室30，釆用例如片狀等離子體27中的Ar+ (氬離子)的沖擊能量從靶材33A 叩擊出濺射粒子的真空濺射裝置。成膜室30如圖2(a)、 (b)所示，具備圓筒狀腔室40。腔室40以非磁性 材料，例如不銹鋼構(gòu)成。腔室40中在其高度方向(Y方向)的大約中間設(shè)有第 一開口部42。在第一開口部42配設(shè)與該開口接合的凸緣43。等離子體變形室20 和成膜室30通過形成于腔室40惻壁的第一開口部42以及凸緣43連結(jié)。即等離 子體變形室20和成膜室30通過第一開口部42和由凸緣43形成的瓶頸部(第一 瓶頸部)29連接。又，第一瓶頸部29的內(nèi)部空間形成為有X方向較長的矩形截 面，在Z方向上延伸的四方柱狀。第一瓶頸部29的內(nèi)部空間的高度(Y方向內(nèi)部尺寸Hs)以及寬度(X方向內(nèi)部尺寸)設(shè)計(jì)為能夠順利通過片狀等離子體27的尺寸。例如第一瓶頸部29的內(nèi)部空間的高度在本實(shí)施形態(tài)中形成為40mm。又， 第一瓶頸部29的內(nèi)部空間的寬度形成為比形成的片狀等離子體27的寬度大。即 第一瓶頸部29的內(nèi)部空間形成為使得所形成的片狀等離子體27能夠順利通過該 開口的大小。腔室40在其內(nèi)部具有成膜空間31。在這里，在下面，成膜空間31在其功能 上，在上下方向(Y方向)上以沿著對應(yīng)于第一瓶頸部29的內(nèi)部空間的水平面 (XZ平面)的中央空間為界，區(qū)分為利用貯存后述靶材33A的利用圍欄劃分的 靶材空間31A和利用IC存后述基板34A的圍欄劃分的基板空間31B進(jìn)行說明。 又，上述中央空間是在成膜室30中輸送片狀等離子體27的高密度部分的空間。在靶材空間31A上配設(shè)支持靶材33A的乾材架33。靶材架33具備圓板狀的 托架33B。該托架33B上連接在Y方向上延伸的圓柱狀支軸33C。而且，支軸 33C插通所述腔室40上設(shè)置的貫通孔(未圖示)。支軸33C連接于移動(dòng)機(jī)構(gòu)35, 以此使靶材架33能夠在Y方向上移動(dòng)。作為移動(dòng)機(jī)構(gòu)35,可以使用公知的裝置。 支軸33C相對于腔室40氣密配設(shè)，能夠保持成膜室30內(nèi)部的成膜空間31的真 空度。又，支軸33C相對于成膜室30 (腔室40)絕緣配設(shè)，使其與成膜室30不 短路。乾材架33上連接直流電源V2。利用該直流電源V2在靶材架33上施加負(fù) 偏壓。耙材33A在本實(shí)施形態(tài)中由銅構(gòu)成。在這里，作為靶材33A也可以相應(yīng) 于后述基板34A上形成的膜由其他材料構(gòu)成。又在基板空間31B上配設(shè)支持基板34A的基板架34?；寮?4具備圓板狀 的托架34B。該托架34B上連接在Y方向上延伸的圓柱狀的支軸34C。而且，支 軸34C插通設(shè)于所述腔室40的貫通孔(未圖示)。支軸34C連接于移動(dòng)機(jī)構(gòu)36, 因此基板架34能夠在Y方向上移動(dòng)。作為移動(dòng)機(jī)構(gòu)36,可以使用公知的裝置。 基板架34配設(shè)為夾著形成的片狀等離子體27與所述靶材架33對向配置(在這 里都水平配置)。支軸34C相對于腔室40氣密配設(shè)，能夠保持成膜室30內(nèi)部的 成膜空間31的真空度。又，支軸34C相對于成膜室30 (腔室40)絕緣配設(shè)'使 其與成膜室30不短路。在基板架34上連接直流電源V3。利用該直流電源V3在 基板架34上施加負(fù)偏壓。在腔室40的適當(dāng)?shù)胤皆O(shè)置將該腔室40內(nèi)的成膜空間31抽真空用的排氣口 32。該排氣口 32形成可利用閥37開閉的結(jié)構(gòu)。排氣口 32上連接真空泵38。真空泵38能夠使成膜空間31內(nèi)迅速減壓到能夠輸送片狀等離子體27的水平。在成膜室30的腔室40的后端(Z方向)上形成第二開口部45 (參照圖2)。 在第二開口部45上配設(shè)與該開口部接合的凸緣43。成膜室30和后述的陽極室 50通過第二開口部45及凸緣43連結(jié)。即成膜室30和陽極室50通過第二開口部 45和由凸緣43形成的瓶頸部(第二瓶頸部)39進(jìn)行連接。又，第二瓶頸部39 的內(nèi)部空間的高度(Y方向的內(nèi)部尺寸H9)及寬度(X方向內(nèi)部尺寸)設(shè)計(jì)得能 夠使片狀等離子體27順利通過。例如，第二瓶頸部39的內(nèi)部空間的高度在本實(shí) 施形態(tài)中形成為40mm。又，第二瓶頸部39的內(nèi)部空間的寬度形成為比所形成的 片狀等離子體27的寬度大。即第二瓶頸部39的內(nèi)部空間形成為能夠使形成的片 狀等離子體27通過該開口的大小。在第二瓶頸部39的周圍配設(shè)第四電磁線圈(等 離子體流動(dòng)手段)48。該第四電磁線圈48用于調(diào)整形成的片狀等離子體27的寬 度方向的形狀。陽極室50具備簡狀體。陽極室50在上述凸緣43上連接簡狀體的一端，該 簡狀體的另一端由陽極51封閉形成。簡狀體和陽極51通過絕緣物(未圖示)連 接。在陽極51的背面配設(shè)永磁體52。永磁體52配設(shè)為其S極與陽極51接觸。 永磁體52調(diào)整片狀等離子體27的Z方向的末端的形狀。又，本實(shí)施形態(tài)的片狀等離子體成膜裝置100具備控制裝置(未圖示)?？?制裝置控制真空泵25、 38、主直流電源Vi、直流電源V2、 V3等的動(dòng)作。下面對使本發(fā)明具有特征的所述第一瓶頸部29及第二瓶頸部39的Y方向的 內(nèi)部尺寸與所述片狀等離子體變形室20及所述成膜室30的Y方向的內(nèi)部尺寸的 關(guān)系進(jìn)行說明。如圖l所示，在本實(shí)施形態(tài)中，第一瓶頸部29的Y方向的內(nèi)部尺寸Hs構(gòu)成 為比片狀等離子體變形室20的Y方向的內(nèi)部尺寸Hn)小的結(jié)構(gòu)。還構(gòu)成為第一 瓶頸部29的Y方向的內(nèi)部尺寸H5比成膜室30的Y方向的內(nèi)部尺寸H6小的結(jié)構(gòu)。 在采用這樣的結(jié)構(gòu)時(shí)，輸送到成膜室30內(nèi)的片狀等離子體27的低密度部分的厚 度由第一瓶頸部29來決定，以此限制成膜室30內(nèi)的所述低密度部分在Y方向的 擴(kuò)展。又，第一瓶頸部29的Y方向的內(nèi)部尺寸H5與片狀等離子體變形室20的 Y方向的內(nèi)部尺寸Hh)及成膜室30的Y方向的內(nèi)部尺寸H6的差越大，該效果越 大，因此最好是該差大。具體地說，第一瓶頸部29的Y方向的內(nèi)部尺寸Hs小于 所述片狀等離子體27的所述輸送中心P與所述靶材33A的表面及所述基板表面的距離之和(H,+H2),而且最好是在10mm以上100mm以下。又如圖l所示，在本實(shí)施形態(tài)中，形成為第二瓶頸部39的Y方向的內(nèi)部尺 寸H9小于成膜室30的Y方向的內(nèi)部尺寸H6的結(jié)構(gòu)。又，最好是第二瓶頸部39 的Y方向的內(nèi)部尺寸H9與成膜室30的Y方向的內(nèi)部尺寸He的差大。在形成這 樣的結(jié)構(gòu)時(shí)，限制成膜室30內(nèi)的片狀等離子體27的低密度部分的Y方向上的擴(kuò) 展。而且，上述第一瓶頸部29與第二瓶頸部39的效果相結(jié)合，還限制了片狀等 離子體27的低密度部分在Y方向上的擴(kuò)展。又，本實(shí)施形態(tài)的片狀等離子體成膜裝置100中，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)法則，通過使片 狀等離子體27的高密度部分(可視部)與靶材33A及基板34A的距離為20mm, 判明片狀等離子體27與靶材33A及基板34A在電路上不導(dǎo)通。從而，片狀等離 子體27的輸送中心P與所述靶材33A的表面的距離比片狀等離子體27的輸 送中心P與第一瓶頸部29的內(nèi)壁的距離H3大，而且最好是在10mm以上200mm 以下。又，片狀等離子體27的輸送中心P與所述基板34A的表面的距離H2比片 狀等離子體27的輸送中心P與第一瓶頸部29的內(nèi)壁的距離H4大，而且最好是 在10mm以上200mm以下。又，最好是片狀等離子體27的輸送中心P與所述靶 材33A的表面的距離H！比片狀等離子體27的輸送中心P與第二瓶頸部39的內(nèi) 壁的距離H7大。還有，最好是片狀等離子體27的輸送中心P與所述基板34A的 表面的距離H2比片狀等離子體27的輸送中心P與第二瓶頸部39的內(nèi)壁的距離 Hs大。以下參照圖3對基于由第二電磁線圈23及一對永磁體24A、24B產(chǎn)生的磁場 相互作用的，由圓柱狀等離子體22變形為片狀等離子體27的方法進(jìn)行詳細(xì)說明。圖3是大概說明由圖1所示的片狀等離子體成膜裝置100形成的片狀等離子 體27的形成方法的示意圖，圖3 (a)是平行于永磁體24A、 2斗B的Z方向中央 附近的XY平面的剖面的示意圖，圖3 (b)是平行于永磁體24A、 24B的X方向 中央附近的YZ平面的剖面的示意圖。又，圖3中的符號Bx、 By以及Bz分別表示圖1中的X方向、Y方向及Z 方向的磁通密度矢量分量。如圖3 (b)所示，利用第二電磁線圈23的磁場形成作用于到達(dá)永磁體24A、 24B前的圓柱狀等離子體22的Z方向的初始磁通密度分量BzO。這時(shí)，有必要設(shè) 定第二電磁線圈23的配置和流入第二電磁線圈23的繞組的電流量，以合適地保持初始磁通密度分量Bz0與一對永磁體24A、 24B建立的Z方向的磁通密度分量 Bz之間的大小關(guān)系?？紤]到如果保持兩者間合適的關(guān)系，則在使圓柱狀等離子體 22變形為片狀等離子體27時(shí)等離子體形態(tài)混亂(例如發(fā)生所謂角)，因此難于 沿主面S使圓柱狀等離子體22均勻展開。接著，如圖3(a)所示，在XY平面上形成磁通密度的Y方向分量By的對， 并且使其從一對永磁體24A、 24B的N極面相互向輸送中心P靠近。又，形成磁 通密度的X方向分量Bx的對，使其與這些永磁體24A、 24B的N極平行地由輸 送中心P相互遠(yuǎn)離。對于磁通密度的Y方向分量By的對，使永磁體24A、 24B的N極面相互對 向地配置，因此隨著從他們的N極面向輸送中心P靠近，其Y方向分量相互抵 消，使這些磁通密度的Y分量能夠具有合適的負(fù)梯度。通過這樣的磁通密度的Y方向分量By的梯度，如圖3(a)的箭頭所示，向 輸送中心P的Y方向使帶電粒子壓縮圓柱狀等離子體22運(yùn)動(dòng)。借助于此，圓柱 狀等離子體22中的帶電粒子一邊圍繞磁力線的周圍旋轉(zhuǎn)一邊向輸送中心P的方 向前進(jìn)。另一方面，對于磁通密度的X方向分量Bx的對，利用永磁體24A、 24B的 配置和其磁場強(qiáng)度的合適設(shè)計(jì)，可以調(diào)整為隨著從輸送中心P向X方向偏離，使 這些磁通密度的X分量具有合適的負(fù)梯度。這樣的磁通密度的X方向分量Bx的梯度如圖3 (a)的箭頭所示，使帶電粒 子在使圓柱狀等離子體22沿著主面S(XZ平面)擴(kuò)展的方向上運(yùn)動(dòng)。借助于此， 圓柱狀等離子體22中的帶電粒子一邊圍繞磁力線的周圍旋轉(zhuǎn)一邊向離開輸送中 心P的方向前進(jìn)。于是，圓柱狀等離子體22在使等離子體變形室20向Z方向移動(dòng)期間，基于 由第二電磁線圈23及永磁體24A、 24B產(chǎn)生的磁場相互作用，均勻地變形為沿著 主面S的片狀等離子體27。又，片狀等離子體27的寬度、厚度及帶電粒子密度 分布等可通過適當(dāng)變更這些磁通密度Bx、 By、 Bz、 BzO進(jìn)行調(diào)整。這樣使其變形的片狀等離子體27如圖l所示，通過介于片狀等離子體變形 室20的Z方向的另 一端與成膜室30的側(cè)壁之間的，片狀等離子體27通過用的 狹縫狀的第一瓶頸部29,被導(dǎo)入到成膜室30。下面從視覺上說明如上所述形成的片狀等離子體27。圖4是圖1的片狀等離子體成膜裝置100中形成的片狀等離子體27的平面圖。圖5是圖1的片狀等離 子體成膜裝置100中形成的片狀等離子體27的立體圖。如圖4及圖5所示，從等離子體槍10向Z方向放出圓柱狀等離子體22。該 圓柱狀等離子體22利用第一電磁線圈13及第二電磁線圈23輸送到配設(shè)永磁體 24A、 24B的位置。在這里，如上所述，利用永磁體24A、 24B發(fā)生的磁場，圓 柱狀等離子體22沿著XZ平面變形為擴(kuò)展的片狀等離子體27。該片狀等離子體 27利用第三電磁線圈28及第四電磁線圈48輸送到陽極51。接著，對本實(shí)施形態(tài)的片狀等離子體成膜裝置100的動(dòng)作進(jìn)行說明。又，片 狀等離子體成膜裝置IOO如上所述具備控制裝置,利用該控制裝置施行下述動(dòng)作。首先，在本實(shí)施形態(tài)的片狀等離子體成膜裝置100中，使真空泵25動(dòng)作， 將等離子體變形室20的內(nèi)部抽真空。再使真空泵38動(dòng)作，將成膜室30的內(nèi)部 抽真空。接著，將氬氣導(dǎo)入陰極12,使陰極12放出含有氬氣的圓柱狀等離子體22。 放出的圓柱狀等離子體22被導(dǎo)入等離子體變形室20。這樣導(dǎo)入的圓柱狀等離子 體22借助于第二電磁線圈23輸送到等離子體變形室20的配設(shè)永磁體24A、 24B 的位置。這樣輸送的圓柱狀等離子體22被從一方的永磁體24A的N極和另一方 的永磁體24B的N極發(fā)生的磁場壓扁，變形為片狀等離子體27。這樣變形的片 狀等離子體27從片狀等離子體變形室20通過第一瓶頸部29被輸送到成膜室30。在成膜室30的內(nèi)部由直流電源V2通過靶材架33將負(fù)偏壓施加到靶材33A 上。另一方面，由直流電源V3通過基板架34將負(fù)偏壓施加于基板34A。而且， 利用靶材33A帶負(fù)偏壓，將片狀等離子體27中的氬離子引導(dǎo)到靶材33A。被引 導(dǎo)到靶材33A的氬離子濺射靶材33A中的銅原子。濺射的銅原子在該厚度方向 通過片狀等離子體27中，在這時(shí)變換為銅離子。銅離子通過在基板34A的表面 堆積形成膜。下面對本實(shí)施形態(tài)的片狀等離子體成膜裝置100的特征性動(dòng)作進(jìn)行說明。 本實(shí)施形態(tài)的片狀等離子體成膜裝置100通過第一瓶頸部29連接片狀等離 子體變形室20與成膜室30，通過第二瓶頸部39連接成膜室30與陽極室50。因 而，通過第一瓶頸部29及第二瓶頸部39限制片狀等離子體27的低密度部分的 厚度。因而，成膜室30內(nèi)的低密度部分的擴(kuò)展得到抑制，使靶材33A表面及基 板34A表面不形成片狀等離子體27的低密度部分，靶材33A表面及基板34A表面不被負(fù)電荷覆蓋。因而，能夠避免形成電路導(dǎo)通的狀態(tài)，可以對靶材33A和基 板34A穩(wěn)定施加偏壓。又，本實(shí)施形態(tài)的片狀等離子體成膜裝置100,由于具有使靶材架33及基板 架34能夠上下移動(dòng)的移動(dòng)機(jī)構(gòu)35、 36,因此能夠改變片狀等離子體27與靶材 33A及基板34A的距離。因而在片狀等離子體27與靶材33A及基板34A的距離 過近的情況下，可使其離開，以此使靶材33A及基板34A合適地處于片狀等離 子體27的低密度部分的范圍外，因此靶材33A及基板34A不被曝露于片狀等離 子體27的低密度部分下。從而能夠可靠地避免電路導(dǎo)通的狀態(tài)，可以在靶材33A 及基板34A上穩(wěn)定施加偏壓。根據(jù)上述說明，本行業(yè)的普通技術(shù)人員可以知道本發(fā)明的許多改良和其他實(shí) 施形態(tài)。因此，上述說明應(yīng)該僅作為例示解釋，而作為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的最佳實(shí)施形 態(tài)被提供給本行業(yè)的普通技術(shù)人員進(jìn)行示范學(xué)習(xí)的。在不脫離本發(fā)明精神的情況 下，也能夠?qū)嵸|(zhì)性變更其結(jié)構(gòu)及/或功能的細(xì)節(jié)。工業(yè)應(yīng)用性本發(fā)明的片狀等離子體成膜裝置能夠抑制靶材表面及基板表面被負(fù)電荷覆 蓋的情況，作為能夠在靶材及基板上穩(wěn)定施加偏壓的片狀等離子體成膜裝置是有 用的。
權(quán)利要求
1.一種片狀等離子體成膜裝置，具備能夠使內(nèi)部減壓的減壓容器、使所述減壓容器的內(nèi)部發(fā)生等離子體的等離子體槍、在所述減壓容器的內(nèi)部接受所述等離子體的陽極、使由所述等離子體槍發(fā)生的等離子體形成圓柱狀向所述陽極側(cè)流動(dòng)的等離子體流動(dòng)手段、成為所述減壓容器的一部分并且形成為使所述圓柱狀等離子體能夠流動(dòng)的結(jié)構(gòu)的片狀等離子體變形室、在所述片狀等離子體變形室的外側(cè)夾著所述流動(dòng)的等離子體同極相互對著設(shè)置，在所述片狀等離子體變形室的內(nèi)部使所述圓柱狀等離子體變形為片狀等離子體的一對永磁體、以及作為所述減壓容器的一部分形成，在其內(nèi)部，支持基板的基板托架與靶材在其厚度方向夾著所述變形的片狀等離子體配置的成膜室；所述減壓容器具有構(gòu)成所述成膜室的開口部的第一、第二瓶頸部，形成所述片狀等離子體能夠從所述片狀等離子體變形室通過該第一瓶頸部流入所述成膜室，而且該流入的片狀等離子體能夠通過該第二瓶頸部向所述陽極流出的結(jié)構(gòu)；在所述片狀等離子體的厚度方向上，所述第一、第二瓶頸部的內(nèi)部尺寸小于所述成膜室的內(nèi)部尺寸，所述第一瓶頸部的內(nèi)部尺寸小于所述片狀等離子體變形室的內(nèi)部尺寸。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的片狀等離子體成膜裝置，其特征在于，所述第一 瓶頸部形成為具有所述變形的片狀等離子體能夠維持其截面形狀不變地通過的 截面形狀。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的片狀等離子體成膜裝置，其特征在于，在所述片 狀等離子體的厚度方向上，所述片狀等離子體的所述流動(dòng)形成的輸送中心與所述 靶材以及所述基板中的至少任意一個(gè)的表面的距離，大于所述片狀等離子體的輸 送中心與所述第一瓶頸部的內(nèi)壁的距離以及所述片狀等離子體的輸送中心與所 述第二瓶頸部的內(nèi)壁的距離。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的片狀等離子體成膜裝置，其特征在于，所述片狀 等離子體的所述輸送中心與所述靶材以及所述基板中的至少任意一個(gè)的表面的距離在10mm以上200mm以下。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的片狀等離子體成膜裝置，其特征在于，在所述片 狀等離子體的厚度方向上，所述第一瓶頸部的內(nèi)部尺寸比所述片狀等離子體的所 述輸送中心與所述靶材表面以及所述基板表面的距離之和小，在10mm以上 100mm以下。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的片狀等離子體成膜裝置，其特征在于，具有使所 述靶材以及所述基板中的至少任意一個(gè)在所述片狀等離子體的厚度方向上移動(dòng) 的移動(dòng)機(jī)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明的片狀等離子體成膜裝置(100)具有減壓容器、等離子體槍(10)、陽極(51)、等離子體流動(dòng)手段、成為所述減壓容器一部分的片狀等離子體變形室(20)、變形為片狀等離子體的一對永磁體(24A、24B)、以及成為所述減壓容器的一部分的成膜室(30)；所述減壓容器具有構(gòu)成所述成膜室(30)的開口部的第1、第2瓶頸部(29、39)，形成所述片狀等離子體從所述片狀等離子體變形室(20)通過該第1瓶頸部(29)流入所述成膜室(30)，而且該流入的片狀等離子體通過第2瓶頸部(39)向所述陽極(51)流出的結(jié)構(gòu)，在所述片狀等離子體的厚度方向上，使所述第1、第2瓶頸部(29、39)的內(nèi)部尺寸小于所述成膜室(30)的內(nèi)徑尺寸。
文檔編號C23C14/34GK101228291SQ200680026619
公開日2008年7月23日 申請日期2006年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月6日
發(fā)明者丸中正雄, 土屋貴之, 寺倉厚廣, 武內(nèi)清 申請人:新明和工業(yè)株式會社