專利名稱：濺射方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種在處理基板的表面上形成規(guī)定的薄膜的濺射方法，尤其涉及使用導電性的靶作為靶材，通過在導入反應氣體的同時進行反應性濺射而形成薄膜的濺射方法。
背景技術：
濺射法是在玻璃或硅晶片等的處理基板的表面上形成規(guī)定的薄膜的方法之一。這 種濺射法使等離子體氣氛下的離子根據(jù)要在處理基板的表面上形成薄膜的成分向制作成 規(guī)定形狀的靶加速沖擊，使濺射粒子(靶原子)飛散，附著、堆積在處理基板的表面上，從而 形成規(guī)定的薄膜。在所述濺射中，與稀有氣體組成的濺射氣體一起，導入氧氣和氮氣等規(guī)定 的反應氣體，通過反應性濺射有時會形成濺射粒子與反應氣體的化合物薄膜。實施上述濺射法的濺射裝置，一般配置有屏蔽板，其配置在靶的周圍，起著接地陽 極的作用。如上所述在靶的周圍配置屏蔽板，在靶上外加直流電壓使靶的濺射面的前方產 生等離子體時，則等離子體中的電子及二次電子向屏蔽板漂移。其結果，靶的濺射面的邊緣 區(qū)域的等離子體密度降低，該邊緣區(qū)域得不到濺射，殘留有非侵蝕區(qū)域。在濺射面的邊緣區(qū)域殘留有非侵蝕區(qū)域的情況下，特別是使用鋁等導電性靶、導 入氧等反應性氣體通過反應性濺射形成氧化物的薄膜時，由于反應性濺射時的逆堆積，氧 化物在其邊緣區(qū)域附著、堆積。即濺射面的邊緣區(qū)域被絕緣膜覆蓋。此時，存在下述問題， 即在邊緣區(qū)域上等離子體中的電子及二次電子發(fā)生充電，由該充電引發(fā)異常放電，而妨礙 形成良好的薄膜。專利文獻1公開了如下的濺射方法在靶上施加負的直流電壓對靶進行濺射時， 使所述外加電壓以一定的周期變化為正電壓。在上述專利文獻1記載的濺射方法下，當在濺射中外加正電壓時，靶的邊緣區(qū)域 滯留的充電電荷被抵消。因此，即便靶的邊緣區(qū)域覆蓋有絕緣膜，由充電引起的異常放電 (弧光放電)也能受到抑制。然而，又存在每次靶上外加正電壓時等離子體就會暫時消失， 從而降低濺射速率的問題。由此，對單枚處理基板的成膜時間變長，生產率降低。此外，還 要附加為外加以規(guī)定周期變化極性的電壓所必需的濺射電源，導致成本增加。專利文獻1 特開平10-237640號公報

發(fā)明內容
發(fā)明要解決的問題鑒于上述問題，本發(fā)明提供一種可以不受靶的邊緣區(qū)域上形成的絕緣膜的影響、 維持高速率成膜，且不會增加成本的濺射方法。解決問題的手段為了解決上述問題，權利要求1記載的濺射方法，該方法在向濺射室內導入反應 氣體的同時，向濺射室內與處理基板相對設置的導電性靶施加電力，在濺射室內形成等離子體氣氛，對各個靶進行濺射，通過反應性濺射在處理基板的表面上形成規(guī)定薄膜，其特征 在于，一旦向所述靶施加的電力的累計值達到規(guī)定值，就停止所述反應氣體的導入，對靶進 行濺射。根據(jù)本發(fā)明，一旦向靶外加的電力的累計值達到規(guī)定值，則判斷為由于反應性濺 射時的逆堆積在靶的濺射面的邊緣區(qū)域堆積了絕緣物，停止反應氣體的導入，即暫時中斷 在處理基板上形成薄膜。而后，僅導入由稀有氣體組成的濺射氣體，對靶進行濺射。在該狀 態(tài)下，來自靶的導電性的濺射粒子可以和等離子體中的電子發(fā)生沖撞，附著、逆堆積在靶邊 緣區(qū)域上。此時，絕緣膜上的充電電荷有些被濺射粒子及電離的濺射氣體離子中和，有些由 于一直被濺射而呈導電性的靶濺射面與邊緣區(qū)域的再次導通而移動到靶材一側而消失。隨 后，邊緣區(qū)域的絕緣物再次被導電性的薄膜所覆蓋時，則重新開始導入反應氣體，重新開始 在處理基板上形成薄膜。
如上所述的發(fā)明，因為不是僅在一枚處理基板上形成薄膜時改變外加電力，所以 可維持最適宜的濺射速率進行濺射，得到良好的生產率。并且，由于靶的邊緣區(qū)域被與該靶 相同組分的導電膜定期性覆蓋，可防止由于充電的異常放電，一直到靶的壽命期限為止都 可用靶形成良好的薄膜。另外，為消除充電對靶上形成的絕緣膜的影響，不需要其他的構成 部件，不會導致成本的增加。權利要求2記載的濺射方法，該方法把處理基板依次搬運到濺射室內，在向濺射 室內導入反應氣體的同時，向與所述處理基板相對設置的導電性靶施加電力，在濺射室內 形成等離子體氣氛，對各個靶進行濺射，通過反應性濺射在所述處理基板的表面上形成規(guī) 定薄膜，其特征在于，一旦向所述靶施加的電力的累計值達到規(guī)定值，就將模擬基板搬運到 與所述靶相對的位置上，停止所述反應氣體的導入，對靶進行濺射。本發(fā)明中，停止導入所述反應氣體時，如將向所述靶外加的電力設定為高于導入 反應氣體時的外加電力，即可縮短中斷薄膜形成的時間，可提高生產率。并且，為了在所述靶的濺射面前方形成隧道狀磁力線設置了磁鐵組合件，使該磁 鐵組合件延靶的背面平行往復運動，當停止導入所述反應氣體時，如將該磁鐵組合件的移 動幅度設定為小于導入反應氣體時的移動幅度，由于高磁力線密度的位置向靶的濺射面的 中央一側集中，邊緣區(qū)域上逆堆積的導電性薄膜延伸到其中央一側，結果是，可以確保與所 述靶相同組分的薄膜覆蓋靶的邊緣區(qū)域。發(fā)明效果如上所述，本發(fā)明的濺射方法具有以下效果可以不受靶的邊緣區(qū)域上形成的絕 緣膜的影響，維持高速率成膜，且不會增加成本。


圖1是本發(fā)明的濺射裝置的示意圖。圖2(a)及(b)是進行反應性濺射時靶的狀態(tài)示意圖。圖3是實施本發(fā)明后的靶的狀態(tài)示意圖。圖4是磁鐵組合件的移動示意圖。附圖標記說明
1、濺射裝置11、濺射室
2、基板搬運手段3、氣體導入手段41、靶5、磁鐵組合件El、交流電源S、處理基板E、濺射電源F、導電性薄膜I、絕緣膜
具體實施例方式參照圖1，1是實施本發(fā)明的反應性濺射方法的濺射裝置。濺射裝置1是流水式的， 具有通過旋轉泵、渦輪分子泵等真空排氣裝置(未圖示)保持在規(guī)定的真空壓力的濺射室 11。在濺射室11的上部空間設置有基板搬運手段2。該基板搬運手段2具有公知的結構， 具有例如保持處理基板S的托板21，使驅動裝置間歇驅動，將基板S依次搬運到與后述的靶 相對的位置上。在濺射室11上連接有氣體導入手段3。氣體導入手段3通過氣管32與氣源33連 通，氣管32上設置有質量流量控制器31，可將一定流量的Ar等濺射氣體以及反應性濺射時 使用的反應氣體導入濺射室11內。根據(jù)要在處理基板S的表面上形成的薄膜的成分，將適 當選擇的包含氧、氮、碳或氫的氣體，臭氧，水或過氧化氫以及以上的混合氣體作為反應氣 體。此外，在濺射室11的下側設置有磁控管濺射電極C。磁控管濺射電極C具有朝向濺射室11而設置的略呈長方體(俯視為長方形)的 靶41，靶41連接在濺射電源E上，經濺射電源E可外加負的直流電壓。根據(jù)要在處理基板 S表面上形成的薄膜的成分，采用公知的方法分別以Al、Ti、Mo、Cu或ITO等制作靶41，將 濺射面411的面積設定為大于處理基板S的外形尺寸。靶41通過銦或錫等焊接材料接合 到在濺射中冷卻靶41的背板42上。在靶41接合在背板42的狀態(tài)下，通過絕緣板43將靶 41安裝在磁控管電極C的框架44上，使濺射面411與處理基板S相對。安裝了靶41后，在 靶41周圍設置有起接地陽極作用的屏蔽板45。此外，磁控管濺射電極C具有位于靶41后方的磁鐵組合體5。磁鐵組合體5具有 與靶41平行設置的支撐板(軛鐵)51，支撐板51由對磁鐵的吸附力進行放大的磁性材料制 成的平板構成。在支撐板51上，設置有在支撐板51沿長度方向的中心線上設置的中央磁 鐵52、和沿支撐板51的外周呈環(huán)狀設置的包圍該中央磁鐵52的周圍的邊緣磁鐵53，以改 變靶側的極性。設計成換算為中央磁鐵52的同磁化時的體積，與換算為包圍在中央磁鐵52周圍 的邊緣磁鐵53的同磁化時的體積的和(邊緣磁鐵中央磁鐵邊緣磁鐵=1 2 1(參 照圖1))相等。由此，在靶41的濺射面411的前方分別形成均勻閉環(huán)的隧道狀的磁力線M。 由此，通過捕捉在靶41的前方(濺射面411)電離的電子和濺射產生的二次電子，使靶41前方的電子密度變高以提高等離子體密度，從而能夠提高濺射速率。此外，所述支撐板51的寬度被定為小于靶41的寬度(參照圖1)，磁鐵組合體5的 支撐板51的背面設有螺母部件51a。絲杠61與螺母部件51a螺紋連接，絲杠61的一端設 有馬達62。當驅動馬達62，絲杠61旋轉時，磁鐵組合件5沿著靶41的背面在靶41橫向上 以規(guī)定的移動寬度Dl往復運動。以上通過使磁力線密度較高的位置在靶41的橫向上產生 變化，使靶41的濺射面411可得到大致均勻的侵蝕，從而可提高靶41的利用效率。此時， 磁鐵組合件5的移動寬度D1，可適當設定為在靶41的濺射面411中侵蝕區(qū)域延伸到其橫向 端部的位置。而后，由基板搬運手段2將處理基板S搬運到與靶41相對的位置上，通過氣體導 入手段3導入規(guī)定的濺射氣體和反應性氣體。接著，通過濺射電源5施加負的交流電壓，在 處理基板S和靶41上形成垂直的電場，在靶41的濺射面411前方形成等離子體，靶41被 濺射，從而在處理基板S的表面上形成由該濺射的濺射粒子與反應氣體的化合物構成的薄 膜。上述濺射裝置1中，由于靶41的周圍設置有屏蔽板45，因此在濺射面411的前方 形成等離子體時，等離子體中的電子和二次電子向屏蔽板45漂移。其結果是靶41的濺射 面411的邊緣區(qū)域412的上方位置等離子體密度降低，該邊緣區(qū)域412得不到濺射，剩有非 侵蝕區(qū)域(參照圖2(a))。例如，使用鋁的導電性靶作為靶41，導入氧氣構成的反應性氣體通過反應性濺射 形成氧化物的薄膜時，由于反應性濺射時的逆堆積，氧化物在其邊緣區(qū)域412附著、堆積， 其邊緣區(qū)域412被絕緣膜I覆蓋。在上述狀態(tài)下通過濺射繼續(xù)成膜時，在被絕緣膜I覆蓋 的邊緣區(qū)域412上等離子體中的電子及二次電子發(fā)生充電(參照圖2(b))。因此需要防止 由該充電引發(fā)異常放電。在本實施方式中，濺射電源E上設有計算手段，計算對靶41投入的電力的累計值， 一旦該計算出的累計值達到規(guī)定值，在借助質量流量控制器31停止對濺射室11導入反應 氣體的同時，利用基板搬運手段2將模擬基板(未圖示)搬運到與靶41相對的位置上，僅 導入濺射氣體對靶41進行濺射。另外，對于應設定的累計時間和停止導入反應氣體狀態(tài)下 的靶41的濺射時間，可根據(jù)使用的靶41和導入的反應氣體的種類進行適當設定。因此，當向靶41投入的電力的累計值一旦達到規(guī)定值，則判斷為由于反應性濺射 時的逆堆積，在靶41的邊緣區(qū)域412上堆積有絕緣物I。而后，在停止導入反應氣體的狀態(tài) 下，濺射導電性的靶41時，來自靶41的導電性濺射粒子與例如等離子體中的氬離子發(fā)生沖 撞，附著、逆堆積在靶41邊緣區(qū)域412上。此時，絕緣膜I表面的充電電荷有些被濺射粒子及電離的濺射氣體離子中和，有 些由于一直被濺射而呈導電性的靶濺射面411與邊緣區(qū)域412的再次導通而移動到靶材 412 一側而消失。隨后，邊緣區(qū)域412的絕緣物I被與靶41相同組成的導電性薄膜F所覆 蓋(即，靶41的濺射面411包含其外邊緣部412電位相同)。此外，為縮短中斷薄膜形成的 時間提高生產率，優(yōu)選將停止導入反應氣體狀態(tài)下濺射時的濺射電源E的投入電力，設定 為高于導入反應氣體時的投入電力。當靶為Al材時，可將投入電力提高10%。絕緣物I 一旦被導電性薄膜F所覆蓋，則通過基板搬運手段2將處理基板S搬運 到與靶41相對的位置上，使質量流量控制器31動作再次開始導入反應氣體，再次開始通過反應性濺射在處理基板S上成膜。如上所述的本實施方式，因為不是僅在一枚處理基板上形成薄膜時改變來自濺射 電源E向靶41投入的電力，所以可維持最適宜的濺射速率濺射靶41，得到良好的生產率。 并且，由于靶41的邊緣區(qū)域412被與該靶41相同組分的導電膜定期性覆蓋，可防止由于充 電的異常放電，一直到靶41的壽命期限為止都可使用靶41形成良好的薄膜。另外，為消除 充電對靶41上形成的絕緣膜I的影響，不需要其他的構成部件，不會導致成本增加。另外，上述實施方式中，反應氣體停止時磁鐵組合件5的移動寬度D2，優(yōu)選為小于 反應氣體導入(薄膜形成)時的寬度Dl (參照圖4)。此時，移動寬度D2可根據(jù)使用的靶 41和導入反應氣體的種類適當設定。由于高磁力線密度的位置向靶41的濺射面411的中 央一側集中，邊緣區(qū)域412上逆堆積的薄膜F延伸到其中央一側，可以確保與靶41相同組 分的導電膜覆蓋邊緣區(qū)域412。實施例1 在實施例1中，使用以公知的方法制作的平面視圖略呈長方形的鋁制靶材作為靶 41，并將其接合到背板42上。使用玻璃基板作為處理基板S，設定濺射條件如下控制質量 流量控制器31使濺射氣體氬氣的流量為45Sccm，反應氣體氧氣的流量為150Sccm，向靶41 的投入電力為1.8kW。而后，通過基板搬運手段2將處理基板搬運到與靶41相對的位置上， 通過反應性濺射在處理基板S表面依次形成Al2O3膜。此時，單枚處理基板的濺射時間為 930秒。濺射中，計算了單位時間(每一分鐘)由濺射電源E產生的弧光放電。此時，通過 檢測出放電電壓低于基準值的現(xiàn)象可檢測出弧光放電的發(fā)生。此時，向靶的投入電力的累計值(kWh)達到20kWh時，一旦停止導入氧氣，將氬氣 的流量設定為45sCCm，向靶41的投入電力設定為2. OkW，堆積的膜厚達到50nm為止進行濺 射，使其邊緣區(qū)域412被薄膜F覆蓋。(比較例1)比較例1中，在與上述相同的條件下，通過反應性濺射在處理基板S表面連續(xù)依次 形成Al2O3膜。根據(jù)所述比較例1，當向靶41投入的電力的累計值(kWh)超過20kWh時，每分鐘確 認到多次弧光放電的發(fā)生，超過22kWh則弧光放電頻發(fā)反應性濺射成膜不能進行。對此，實 施方式1中，即使向靶41的累計投入電力超過35kWh，每分鐘發(fā)生的弧光放電的次數(shù)僅為 1 3次，通過反應性濺射形成了良好的薄膜。
權利要求
一種濺射方法，所述方法在向濺射室內導入反應氣體的同時，向該濺射室內與處理基板相對設置的導電性靶施加電力，通過反應性濺射在所述處理基板的表面上形成規(guī)定的薄膜，其特征在于，一旦向所述靶施加的電力的累計值達到規(guī)定值，就停止所述反應氣體的導入，對靶進行濺射。
2.一種濺射方法，所述方法把處理基板依次搬運到濺射室內，在向該濺射室內導入反 應氣體的同時，向與所述處理基板相對設置的導電性靶施加電力，在濺射室內形成等離子 體氣氛，對各個靶進行濺射，通過反應性濺射在所述處理基板的表面上形成規(guī)定的薄膜，其 特征在于，一旦向所述靶施加的電力的累計值達到規(guī)定值，就將模擬基板搬運到與所述靶 相對的位置上，停止所述反應氣體的導入，對靶進行濺射。
3.如權利要求1或2所述的濺射方法，其特征在于，停止導入所述反應氣體時，將向所 述靶施加的電力設定為高于導入反應氣體時的外加電力。
4.如權利要求1或2所述的濺射方法，其特征在于，為了在所述靶的濺射面前方形成隧 道狀磁力線設置了磁鐵組合件，使該磁鐵組合件沿靶的背面平行往復運動，當停止導入所 述反應氣體時，將該磁鐵組合件的移動幅度設定為小于導入反應氣體時的移動幅度。
全文摘要
本發(fā)明提供一種反應性濺射方法，可不受靶的邊緣區(qū)域上形成的絕緣膜的影響而維持高速率成膜。在向濺射室(11)內導入反應氣體的同時，向該濺射室內與處理基板S相對設置的導電性靶(41)施加電力，在濺射室內形成等離子體氣氛，對各個靶進行濺射，通過反應性濺射在所述處理基板表面形成規(guī)定的薄膜。在上述濺射方法中，通過向所述靶施加電力的濺射電源E監(jiān)視累計投入電力，當該累計值達到規(guī)定值時，停止反應氣體的導入，僅導入濺射氣體對靶進行規(guī)定時間的濺射。
文檔編號C23C14/34GK101871092SQ20101014987
公開日2010年10月27日 申請日期2010年4月19日 優(yōu)先權日2009年4月24日
發(fā)明者大石祐一, 小林大士, 新井真, 清田淳也, 石橋哲 申請人:株式會社愛發(fā)科