專利名稱：磁控濺射裝置以及濺射方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磁控濺射裝置、以及濺射方法。
背景技術(shù)：
作為在太陽能電池用基板、半導(dǎo)體晶片等上形成薄膜的方法，有濺射法。特別是， 在安裝有靶的陰極的背面?zhèn)扰渲昧舜盆F的磁控濺射裝置，膜形成的穩(wěn)定性優(yōu)良，并且靶的大型化容易，因而被廣泛使用。為了提高生產(chǎn)性能，嘗試了使靶的侵蝕深度盡可能均勻來增加能夠由一張靶生產(chǎn)的基板張數(shù)。另外，為了提高基板上的膜厚分布均勻性，還將侵蝕深度形狀控制為所期望的形狀。這樣，控制靶的侵蝕深度形狀與控制靶表面?zhèn)鹊姆烹娍臻g的等離子體密度分布幾乎相同。等離子體密度分布主要由放電空間的電場和磁場來決定，特別是，受到配置在靶背面?zhèn)鹊拇盆F在靶表面?zhèn)鹊姆烹娍臻g產(chǎn)生的磁場形狀很大影響。因此，為了控制侵蝕深度形狀，大多情況下設(shè)法改進(jìn)磁鐵形狀、或者使磁鐵旋轉(zhuǎn)或往復(fù)運(yùn)動。在磁控濺射中，作為通常的磁鐵結(jié)構(gòu)，具有如圖8A-8C所示的結(jié)構(gòu)。圖8A是磁鐵結(jié)構(gòu)的主視圖，圖8B是圖8A的磁鐵結(jié)構(gòu)的A-A截面圖，圖8C是圖8A的B-B截面圖。如圖 8A所示，例如，在S極成為表面的方向上，永磁鐵(下面稱作內(nèi)側(cè)磁鐵)11配置在磁軛14上的某個(gè)區(qū)域。而且，以包圍內(nèi)側(cè)磁鐵11的方式在相反極性的N極成為表面的方向上配置有永磁鐵(下面稱作外側(cè)磁鐵)12。內(nèi)側(cè)磁鐵11以及外側(cè)磁鐵12配置在通常的強(qiáng)磁體的磁軛14上。下面，將內(nèi)側(cè)磁鐵11、外側(cè)磁鐵12、磁軛14合在一起稱作磁鐵單元10。大多情況下，內(nèi)側(cè)磁鐵11和外側(cè)磁鐵12通過粘接劑固定于磁軛14。因此，為了容易操作，磁軛14使用平面板狀的磁軛。由于內(nèi)側(cè)磁鐵11和外側(cè)磁鐵12在吸附的方向上產(chǎn)生力，所以為了將它們牢牢地固定，在磁軛中還需要一定程度的強(qiáng)度。另外，磁軛14具有與沒有它時(shí)的磁鐵相比磁場強(qiáng)度提高的作用。因此，為了避免磁飽和，磁軛14通常使用高磁導(dǎo)率程度的厚度的磁軛。在大型濺射裝置中，多數(shù)情況下使用被濺射的面為矩形的矩形靶，在這種情況下，作為磁鐵單元使用如圖8A那樣的矩形磁鐵單元。針對一個(gè)矩形靶，排列一個(gè)或者多個(gè)這樣的磁鐵單元10來進(jìn)行磁控濺射。作為使用了這樣的磁鐵單元10的大型濺射裝置，例如有日本特開2001-140069號公報(bào)中所公開的裝置。然而，以往的磁鐵單元10具有以下問題。即，作為容易地變更靶表面?zhèn)鹊拇艌鲂螤?、磁場?qiáng)度的方法，有在磁鐵單元10的內(nèi)側(cè)磁鐵11和外側(cè)磁鐵12的靶側(cè)表面粘貼強(qiáng)磁體的薄板(下面稱作磁體板)的方法。通過由磁體板將內(nèi)側(cè)磁鐵11和外側(cè)磁鐵12的N極和S極在磁路上短路，能夠降低從粘貼了磁體板的區(qū)域的N極和S極產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度。磁體板減薄到磁飽和的程度，穿過磁體板，而在靶表面?zhèn)刃纬梢欢ǔ潭鹊拇艌?。因此，能夠通過改變粘貼的磁體板的位置和厚度來控制磁鐵單元10整體的磁場強(qiáng)度。然而，大多情況下，磁鐵單元10通常與靶側(cè)的結(jié)構(gòu)物靠近地設(shè)置。具體地說，有時(shí)在靶與磁鐵單元10之間存在腔壁等。為了盡可能加強(qiáng)靶表面?zhèn)鹊拇艌鰪?qiáng)度，需要減小磁鐵單元10與靶之間的距離，大多情況下，磁鐵單元10相對于腔壁等以幾毫米左右的間隙設(shè)置。因此，為了將所述的磁體板粘貼在磁鐵單元10表面，需要將磁鐵單元10向靶的相反側(cè)大幅移動，而在磁鐵單元10的表面?zhèn)刃纬煽臻g。在最近的例如基板大小超過Im那樣的大型濺射裝置中，磁鐵單元10也大，重量也大，因此導(dǎo)致用于將磁鐵單元10向靶側(cè)大幅移動的機(jī)構(gòu)變得大型且復(fù)雜，存在裝置制造成本變高的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種技術(shù)，通過不用將磁鐵單元從靶側(cè)大幅移動而從磁鐵單元的背面?zhèn)茸兏跑椇穸?，能夠變更靶表面?zhèn)鹊拇艌鲂螤睢⒋艌鰪?qiáng)度，能夠降低裝置的制造成本。與本發(fā)明的一個(gè)方面有關(guān)的磁控濺射裝置，其特征在于，具備陰極，將靶的安裝面作為表面?zhèn)龋灰约按盆F單元，配置在所述陰極的背面?zhèn)?，其中?a)所述磁鐵單元具有由永磁鐵構(gòu)成的內(nèi)側(cè)磁鐵，將一個(gè)極性的磁極面朝向所述陰極側(cè)；由永磁鐵構(gòu)成的外側(cè)磁鐵，以包圍所述內(nèi)側(cè)磁鐵的方式矩形狀地排列，將與所述內(nèi)側(cè)磁鐵相反的極性的磁極面朝向所述陰極側(cè)；非磁體，將所述內(nèi)側(cè)磁鐵和所述外側(cè)磁鐵固定；以及由強(qiáng)磁體材料構(gòu)成的磁軛，位于朝向所述陰極的所述內(nèi)側(cè)磁鐵以及所述外側(cè)磁鐵的磁極面的相反側(cè)，將所述內(nèi)側(cè)磁鐵和所述外側(cè)磁鐵的磁極連接，(b)所述磁軛具有板狀的形狀，被與所述矩形狀地排列的外側(cè)磁鐵的長度方向正交的面分割為多個(gè)，且被分割的各個(gè)磁軛能夠更換，(c)所述磁鐵單元能夠在相對于所述陰極的背面平行的方向上移動。另外，與本發(fā)明的其它方面有關(guān)的濺射方法是使用磁控濺射裝置的濺射方法，其特征在于，具有膜形成工序，使用所述的磁控濺射裝置來形成膜；評價(jià)工序，評價(jià)由所述膜形成工序形成的膜厚；以及變更工序，根據(jù)所述評價(jià)工序的評價(jià)結(jié)果來變更所述磁控濺射裝置的所述磁軛的厚度。根據(jù)本發(fā)明，通過不用將磁鐵單元從靶側(cè)大幅移動而從磁鐵單元的背面?zhèn)茸兏跑椇穸?，能夠容易地變更靶表面?zhèn)鹊拇艌鲂螤?、磁場?qiáng)度，能夠降低裝置的制造成本。本發(fā)明的其它特征以及優(yōu)點(diǎn)可以通過參照附圖的以下說明來明確。


圖1示出與本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式有關(guān)的磁控濺射裝置的概要圖。圖2A示出與本發(fā)明有關(guān)的磁鐵單元的主視圖。圖2B示出與本發(fā)明有關(guān)的磁鐵單元的A-A截面圖。圖2C示出與本發(fā)明有關(guān)的磁鐵單元的B-B截面圖。
圖2D示出在圖2A中沒有磁軛的狀態(tài)。圖3是用于在與本發(fā)明有關(guān)的磁鐵單元中說明其磁場分析的圖。圖4是示出與本發(fā)明有關(guān)的磁鐵單元的磁場分析的結(jié)果的圖。圖5是說明用于在與本發(fā)明有關(guān)的磁鐵單元中使尖端部磁場強(qiáng)度弱于中央部的方法的圖。圖6是說明用于在與本發(fā)明有關(guān)的磁鐵單元中使尖端部磁場強(qiáng)度強(qiáng)于中央部的方法的圖。圖7A、圖7B是與本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式有關(guān)的磁鐵單元中使用了磁體時(shí)的概要圖。圖8A是說明以往的磁鐵單元的主視圖。圖8B是圖8A的A-A截面圖。圖8C是圖8A的B-B截面圖。
具體實(shí)施例方式(第1實(shí)施方式)下面，參照

與本發(fā)明的第1實(shí)施方式有關(guān)的磁控濺射裝置。圖1中示出與本實(shí)施方式有關(guān)的磁控濺射裝置的概要結(jié)構(gòu)。腔1中的基板架5上放置有基板2。腔1 通過未圖示的排氣泵排氣成真空，通過未圖示的氣體配管供給工藝氣體、例如Ar氣體，從而形成規(guī)定的壓力。與基板2相對置地在上方配置有靶3。陰極4能夠?qū)?安裝在安裝面，陰極4隔著絕緣物6設(shè)置在腔1中。在本實(shí)施方式中，示出能夠安裝靶3的陰極4的背面?zhèn)缺┞对诖髿庵械睦?。陰極 4連接在未圖示的DC電源上。在陰極4的背面?zhèn)?，隔著幾毫米間隙地設(shè)置有磁鐵單元10。 磁鐵單元10能夠通過未圖示的移動機(jī)構(gòu)在膜形成過程中不改變與陰極4之間的間隔地在平行于陰極4的方向上進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動。接著，參照圖2A-D來說明與本實(shí)施方式有關(guān)的磁控濺射裝置的磁鐵單元10。圖 2A是磁鐵單元10的主視圖，示出從靶3側(cè)看到的樣子。在從靶3側(cè)看時(shí)的跟前側(cè)表面配置有內(nèi)側(cè)磁鐵11，所述內(nèi)側(cè)磁鐵11是磁化成表示S極的細(xì)長矩形形狀的永磁鐵。在從靶3 側(cè)看時(shí)的跟前側(cè)表面以包圍內(nèi)側(cè)磁鐵11的方式配置有外側(cè)磁鐵12，所述外側(cè)磁鐵12是磁化成表示N極的永磁鐵。如作為圖2A的A-A截面圖的圖2B、作為圖2A的B-B截面圖的圖2C所示，內(nèi)側(cè)磁鐵11和外側(cè)磁鐵12之間用非磁體13來連接固定。非磁體13例如使用鋁、非磁體的不銹鋼等，通過粘接劑來將內(nèi)側(cè)磁鐵11和外側(cè)磁鐵12固定。沒有磁軛14的狀態(tài)的截面在圖2D 中示出，內(nèi)側(cè)磁鐵11和外側(cè)磁鐵12僅用非磁體13固定，不需要利用磁軛14固定。磁軛14是由強(qiáng)磁體構(gòu)成，例如是鐵、SUS430等。如圖2C所示，磁軛14將相對于靶3的相反側(cè)的內(nèi)側(cè)磁鐵11的磁極表面和外側(cè)磁鐵12的磁極表面連接，從而使磁路短路。 這里的磁軛14僅用磁鐵(內(nèi)側(cè)磁鐵11和外側(cè)磁鐵12)的吸附力(磁力)來吸附，磁鐵和磁軛14沒有通過如粘接那樣的方法進(jìn)行固定。如圖2B所示，磁軛14具有板狀的形狀，在與矩形狀地排列的外側(cè)磁鐵的長度方向(磁鐵單元10的長度方向)正交的面上被分割為多個(gè)、且被分割的各個(gè)磁軛能夠更換。被分割為多個(gè)的磁軛的各個(gè)能夠更換為不同厚度的磁軛。這里，在外側(cè)磁鐵的長度方向(磁鐵單元10的長度方向)上被分割為8個(gè)，中央部的6個(gè)磁軛為相同厚度，兩端部(尖端部)的2個(gè)配置有比中央部的6個(gè)磁軛的厚度薄的磁軛。此外，在本實(shí)施方式中， 作為磁軛14的分割數(shù)，例示了 8分割，但是本發(fā)明的精神不限于該例子。另外，分割為多個(gè)的磁軛的結(jié)構(gòu)例不限于圖1的情況，分割為多個(gè)的各個(gè)磁軛也能夠由不同厚度的磁軛來構(gòu)成。在磁軛14厚的區(qū)域中，相對應(yīng)的靶表面中的磁場強(qiáng)度變強(qiáng)，在磁軛14薄的區(qū)域中，相對應(yīng)的靶表面中的磁場強(qiáng)度變?nèi)?。關(guān)于磁場強(qiáng)度和磁軛厚度的關(guān)系，在后面詳細(xì)敘述。磁軛14通過利用磁鐵的磁力來吸附、具有分割為多個(gè)的結(jié)構(gòu)，能夠容易地取下被分割的各個(gè)磁軛14并進(jìn)行更換。因而，能夠容易地更換為厚度不同的磁軛14，由此容易控制靶表面中的磁場強(qiáng)度。另外，雖然未圖示，但是即使重疊薄的強(qiáng)磁體板來使用，被分割的各個(gè)磁軛14的效果也相同。在這種情況下，作用于薄的強(qiáng)磁體的磁軛14的磁力變小，能夠更容易地一張一張地將薄的強(qiáng)磁體的磁軛14從磁鐵單元10取下。通常，在磁控濺射裝置中，由于沒有必要使結(jié)構(gòu)物接近磁鐵單元10的背面?zhèn)?、即磁?4側(cè)，因此能夠確?？臻g。因此，能夠容易地人工實(shí)現(xiàn)磁軛的更換，由此能夠變更靶表面的磁場強(qiáng)度。因而，沒有必要如以往那樣將磁鐵單元相對于靶向相反方向大幅移動。接著，說明磁軛14的厚度和靶表面中的磁場強(qiáng)度的關(guān)系。通過磁場分析軟件ELF/ MAGIC來計(jì)算如圖3所示的磁鐵單元10的靶表面中的磁場強(qiáng)度。磁鐵單元10的磁軛14的厚度在中央部附近設(shè)為10mm，使尖端部IOOmm區(qū)域的磁軛厚度a在Omm IOmm內(nèi)變化。未圖示的靶表面是離磁鐵單元10的表面有40mm的位置，計(jì)算了磁通密度矢量幾乎與靶(未圖示)的表面成為平行的位置、即離磁鐵單元前端有 30mm內(nèi)側(cè)的位置的磁通密度的平行分量(標(biāo)記20)。此外，內(nèi)側(cè)磁鐵11和外側(cè)磁鐵12例如設(shè)為釹磁鐵，磁軛14設(shè)為SUS430。計(jì)算結(jié)果在圖4中示出。隨著尖端部磁軛厚度a變厚，靶表面中的磁通密度變大。 尖端部磁軛厚度a為6mm以上時(shí)，靶表面中的磁通密度幾乎不變化，這是由于尖端部的磁軛為6mm以上時(shí)沒有磁飽和。在靶表面中的磁場強(qiáng)度的控制中，磁軛厚度能夠在Omm 6mm的范圍內(nèi)選取。此外，尖端部磁軛厚度a為0mm，是指如圖5所示在該區(qū)域中不設(shè)置磁軛14。在圖5的例子中，作為用于使磁鐵單元的尖端部磁場強(qiáng)度弱于中央部的方法，示出在磁鐵單元10的尖端部的區(qū)域不設(shè)置磁軛14的例子。相反地，為了使中央部磁場強(qiáng)度弱于尖端部，只要如圖6所示那樣加厚尖端部的磁軛14、減薄中央部的磁軛14即可。一般，在靶表面中與靶表面平行的方向的磁通密度大的區(qū)域侵蝕深度深，在磁通密度小的區(qū)域侵蝕深度淺。在本實(shí)施方式的磁鐵單元中，加厚了磁軛厚度的區(qū)域的侵蝕深， 減薄了磁軛厚度的區(qū)域的侵蝕淺。這樣，通過部分地變更磁軛厚度，能夠容易地得到所期望的侵蝕深度形狀。接著，說明使用了與本發(fā)明有關(guān)的磁控濺射裝置的濺射方法。磁鐵單元10的磁軛
614設(shè)為如下結(jié)構(gòu)例如，中央部設(shè)為均勻的厚度，尖端部設(shè)為比中央部薄。在排氣成真空的腔1的基板架5上設(shè)置了基板2之后，將例如Ar氣體那樣的工藝氣體導(dǎo)入腔內(nèi)，從而形成規(guī)定的壓力(導(dǎo)入工序)。磁鐵單元10能夠通過未圖示的移動機(jī)構(gòu)不改變與陰極4之間的間隔地在相對于陰極4平行的方向上進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動。一邊通過未圖示的移動機(jī)構(gòu)使磁鐵單元10往復(fù)運(yùn)動， 一邊將DC電源設(shè)為0N，向靶施加DC電力來實(shí)施濺射成膜。在一定時(shí)間后，將DC電力設(shè)為 OFF來完成膜形成(膜形成工序)。通過未圖示的測量機(jī)構(gòu)來測量堆積在基板2上的膜的厚度，根據(jù)測量機(jī)構(gòu)的測量結(jié)果來確認(rèn)是否得到了所期望的膜厚分布(評價(jià)工序)。在想要減薄膜厚分布差的基板3 上某個(gè)區(qū)域的膜厚的情況下，通過將與要減薄膜厚的區(qū)域相對應(yīng)的磁鐵單元10的磁軛從厚的磁軛變更為薄的磁軛來降低磁場強(qiáng)度(變更工序)。另一方面，在想要加厚基板3上某個(gè)區(qū)域的膜厚的情況下，通過將與要加厚膜厚的區(qū)域相對應(yīng)的磁鐵單元的磁軛從薄的磁軛更換為厚的磁軛來增強(qiáng)磁場強(qiáng)度(變更工序)。以該狀態(tài)再次進(jìn)行同樣的膜形成，確認(rèn)膜厚分布。通過反復(fù)幾次這樣的操作，得到所期望的膜厚分布。(第2實(shí)施方式)接著，說明本發(fā)明的第2實(shí)施方式。在圖7A所示的磁鐵單元10的內(nèi)側(cè)磁鐵11和外側(cè)磁鐵12中，在與靶3相反側(cè)的磁極上通過粘接劑等分別連接有由鐵、SUS430等強(qiáng)磁體構(gòu)成的磁體15。與內(nèi)側(cè)磁鐵11和外側(cè)磁鐵12連接的磁體15經(jīng)由磁軛14連接到磁路中。磁軛14沒有由粘接劑等來固定，而僅用磁體(內(nèi)側(cè)磁鐵11、外側(cè)磁鐵12)的吸附力(磁力)來粘貼，因此能夠取下。在內(nèi)側(cè)磁鐵11和外側(cè)磁鐵12之間有非磁體13，磁體 15和非磁體13是由粘接劑或螺栓等來固定的。沒有磁軛14時(shí)的磁鐵單元10的結(jié)構(gòu)在圖7B中示出。磁體15和非磁體13被固定，因此即使沒有磁軛14時(shí)也能夠以該形狀進(jìn)行保持。在這種情況下，內(nèi)側(cè)磁鐵11和外側(cè)磁鐵12作為磁路沒有短路，成為與所述第1實(shí)施方式的沒有磁軛14的情況(圖2D)相同的磁場強(qiáng)度。這樣，由于經(jīng)由首先將磁體和非磁體連接而組裝、并在此基礎(chǔ)上將內(nèi)側(cè)磁鐵和外側(cè)磁鐵組裝起來的工序，所以，與以往的一體的在磁軛上組裝磁體的工序同樣地，磁鐵單元的組裝容易。由以上的實(shí)施方式所說明的結(jié)構(gòu)、形狀、大小以及配置關(guān)系，只不過是概要性地示出能夠理解實(shí)施本發(fā)明的程度的內(nèi)容。因而，本發(fā)明不限于說明過的實(shí)施方式，在不超出權(quán)利要求范圍所示的技術(shù)思想范圍的前提下，能夠變更為各種方式。
權(quán)利要求
1.一種磁控濺射裝置，其特征在于，具備 陰極，將靶的安裝面作為表面?zhèn)?；以及磁鐵單元，配置在所述陰極的背面?zhèn)龋?其中，(a)所述磁鐵單元具有由永磁鐵構(gòu)成的內(nèi)側(cè)磁鐵，將一個(gè)極性的磁極面朝向所述陰極側(cè)； 由永磁鐵構(gòu)成的外側(cè)磁鐵，以包圍所述內(nèi)側(cè)磁鐵的方式矩形狀地排列，將與所述內(nèi)側(cè)磁鐵相反的極性的磁極面朝向所述陰極側(cè)；非磁體，將所述內(nèi)側(cè)磁鐵和所述外側(cè)磁鐵固定；以及由強(qiáng)磁體材料構(gòu)成的磁軛，位于朝向所述陰極的所述內(nèi)側(cè)磁鐵以及所述外側(cè)磁鐵的磁極面的相反側(cè)，將所述內(nèi)側(cè)磁鐵和所述外側(cè)磁鐵的磁極連接，(b)所述磁軛具有板狀的形狀，被與所述矩形狀地排列的外側(cè)磁鐵的長度方向正交的面分割為多個(gè)，且被分割的各個(gè)磁軛能夠更換，(c)所述磁鐵單元能夠在相對于所述陰極的背面平行的方向上移動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁控濺射裝置，其特征在于，所述被分割為多個(gè)的磁軛的各個(gè)能夠更換為厚度不同的磁軛。
3.一種濺射方法，使用磁控濺射裝置，所述濺射方法的特征在于，具有 膜形成工序，使用權(quán)利要求1或者2所述的磁控濺射裝置來形成膜； 評價(jià)工序，評價(jià)由所述膜形成工序形成的膜厚；以及變更工序，根據(jù)所述評價(jià)工序的評價(jià)結(jié)果來變更所述磁控濺射裝置的所述磁軛的厚
全文摘要
本發(fā)明提供一種磁控濺射裝置以及濺射方法，該磁控濺射裝置的磁鐵單元具有內(nèi)側(cè)磁鐵、外側(cè)磁鐵、將這些固定的非磁體、以及將內(nèi)側(cè)磁鐵和外側(cè)磁鐵的磁極連接的磁軛。磁軛具有板狀的形狀，被與矩形狀地排列的外側(cè)磁鐵的長度方向正交的面分割為多個(gè)，且被分割的各個(gè)磁軛能夠更換。
文檔編號C23C14/35GK102199754SQ20111007275
公開日2011年9月28日 申請日期2011年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月25日
發(fā)明者佐佐木雅夫 申請人:佳能安內(nèi)華股份有限公司