專(zhuān)利名稱(chēng)：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、特別是用形成片狀的等離子體進(jìn)行成膜的片狀 等離子體成膜裝置。
背景技術(shù)：
片狀等離子體成膜裝置，是利用夾著圓柱狀的等離子體東使同極之間相對(duì)地配 置的永磁體相互排斥的磁場(chǎng)，使圓柱狀等離子體變形為片狀，以該變形的片狀的等 離子體(以下稱(chēng)為片狀等離子體)作為離子源實(shí)施濺射進(jìn)行成膜的裝置。
作為這樣的片狀等離子體裝置，已經(jīng)公開(kāi)了具備生成片狀等離子體的片狀等離 子體變形室、以及與該等離子體變形室連接的表面處理室，使片狀等離子體變形室 與表面處理室相互電氣絕緣而且形成互不相同的電位的結(jié)構(gòu)的等離子體成膜裝置 (例如專(zhuān)利文獻(xiàn)1 ) 。
圖5是專(zhuān)利文獻(xiàn)l公開(kāi)的已有的等離子體成膜裝置的結(jié)構(gòu)的示意性剖面圖。 如圖5所示，這種已有的片狀等離子體成膜裝置具有作為壓力梯度型等離子體 源動(dòng)作的陰極部51、將圓柱狀等離子體成型為片狀的片狀等離子體成型室52、進(jìn) 行濺射的表面處理室(濺射室)53、配置于濺射室53內(nèi)側(cè)，接受片狀等離子體用 的陽(yáng)極部56、配置于片狀等離子體成型室52外側(cè)的一對(duì)永磁體54a、 54b、以及配 置于濺射室53的外側(cè)的一對(duì)線圈55。在該裝置中，形成在陰極部51發(fā)生的圓柱狀 等離子體在片狀等離子體成型室52借助于永磁體54a、 54b形成的磁場(chǎng)變形為片狀 等離子體，變形的片狀等離子體由線圈55的磁場(chǎng)引向?yàn)R射室53內(nèi)(正確地說(shuō)是陽(yáng) 極部56)的結(jié)構(gòu)。
而且專(zhuān)利文獻(xiàn)1公開(kāi)的片狀等離子體成膜裝置具有使片狀等離子體變形室52 與濺射室53相互電氣絕緣，形成互不相同的電位的結(jié)構(gòu)。因此電流不可避免地流 入片狀等離子體成型室52的情況不會(huì)發(fā)生，所以不會(huì)發(fā)生電力損失。而且由于不 發(fā)生電力損失，因此能夠在被引入濺射室53的片狀等離子體的密度不下降的情況 下成膜。
專(zhuān)利文獻(xiàn)1:日本特許第2952639號(hào)公報(bào) 發(fā)明內(nèi)容但是，專(zhuān)利文獻(xiàn)l公開(kāi)的片狀等離子體成膜裝置中，用玻璃等絕緣材料形成片 狀等離子體成型室52的情況下，由于永磁體54b的磁場(chǎng)的作用，成型的片狀等離 子體的一部分被吸引向片狀等離子體成型室52的內(nèi)壁方向展開(kāi)(該部分被稱(chēng)為角 71)，存在等離子體密度減小，濺射效率變差的問(wèn)題。而且如果角71附近的等離 子體沖擊片狀等離子體成型室52的內(nèi)壁，則會(huì)有等離子體具有的能量的熱影響損 傷片狀等離子體成型室52的問(wèn)題。本發(fā)明是為解決上述存在問(wèn)題而作出的，其目的在于，提供通過(guò)使等離子體不 發(fā)生角，使等離子體密度不減小的，濺射效率良好的等離子體成膜裝置。而且本發(fā) 明的目的在于，提供能夠通過(guò)使片狀等離子體不發(fā)生角實(shí)現(xiàn)安全運(yùn)行的等離子體成 膜裝置。為了解決上述存在問(wèn)題，本發(fā)明的等離子體成膜裝置，具備能夠利用放電形 成相對(duì)于等離子體的輸送方向的中心大致等密度分布的等離子體源，向所述輸送方 向放出所述等離子體的等離子體槍、具有在所述輸送方向上延伸的輸送空間的片狀 等離子體變形室、使同極之間相對(duì)，夾著所述被放出的等離子體源的輸送中心配置 的磁場(chǎng)發(fā)生手段對(duì)、以及具有與所述輸送空間連通的成膜空間的成膜室；具有在所 述輸送方向上在所述磁場(chǎng)發(fā)生手段上游側(cè)貫通所述輸送中心地設(shè)置的成型電磁線 圈，所述磁場(chǎng)發(fā)生手段對(duì)以及所述成型電磁線圈在通過(guò)所述輸送中心的所述成型電 磁線圈和所述磁場(chǎng)發(fā)生手段對(duì)的部分及其近旁，發(fā)生在所述輸送方向上磁通密度大 致一定的磁場(chǎng)。這樣能夠避免在片狀等離子體上發(fā)生角，因此成型的片狀等離子體的等離子體 密度能夠維持高水平，濺射效率高，而且由于不會(huì)在片狀等離子體上發(fā)生角，片狀 等離子體變形室的內(nèi)壁不會(huì)受到過(guò)剩的等離子體的沖擊，所以能夠抑制對(duì)片狀等離 子體的損傷，能夠使等離子體成膜裝置安全運(yùn)行。最好是所述磁場(chǎng)發(fā)生手段對(duì)和所述成型電磁線圈靠近配置。 最好是所述磁場(chǎng)發(fā)生手段對(duì)和所述成型電磁線圈在通過(guò)所述輸送中心的所述 成型電磁線圈和所述磁場(chǎng)發(fā)生手段對(duì)的部分及其近旁發(fā)生所述輸送方向上的磁通 密度為訓(xùn) 600G的磁場(chǎng)。
如果采用本發(fā)明的等離子體成膜裝置，則能夠?qū)⑵瑺畹入x子體密度維持于高水 平，因此濺射效率高而且能夠減少片狀等離子體變形室受到的損傷，使等離子體成 膜裝置安全運(yùn)行。


圖l是本發(fā)明實(shí)施形態(tài)1的等離子體成膜裝置的結(jié)構(gòu)的示意性剖面圖。圖2是圖i所示的等離子體成膜裝置的ni-m線剖面圖。 圖3是測(cè)定圖i所示的等離子體成膜裝置的磁通密度得到的曲線。圖4是說(shuō)明片狀等離子體的形成法的大概情況的示意圖。 圖5是已有的等離子體成膜裝置的結(jié)構(gòu)的示意性剖面圖。符號(hào)說(shuō)明1等離子槍2片狀等離子體變形室3真空成膜室5第1電磁線圈6成型電磁線圈7第2電磁線圈8第3電磁線圈9永磁體10放電空間13乾14靶支架14a第1支架部14b第1支持部15基板16基板支架16a第2支架部16b第2支持部17主電源18偏置電源19 偏置電源21 第l筒部22 第2簡(jiǎn)部23 第3簡(jiǎn)部24 第4簡(jiǎn)部25 陰極26 瓶頸部27 瓶頸部28 電阻29 電阻30 電阻31 法蘭 32a 蓋部 32b 蓋部 33a 蓋部 33b 蓋部 34a 蓋部 34b 蓋部36 陽(yáng)極37 管子38 第l真空泵連接口39 第2真空泵連接口40 輸送空間42 貫通孔43 狹縫孔44 狹縫孔45 狹縫孔46 狹縫孔47 閥門(mén)48 閩門(mén)
49圓柱狀等離子體50片狀等離子體51成膜空間52永磁體61陰極部62片狀等離子體成型室63濺射室64a永磁體64b永磁體65線圈66陽(yáng)極部71角100輸送中心Gl第l柵極(第l中間電極) G2第2柵極(第2中間電極) S 主面具體實(shí)施方式
以下參照附圖對(duì)本發(fā)明的理想的實(shí)施形態(tài)進(jìn)行說(shuō)明。 實(shí)施形態(tài)1圖l是本發(fā)明實(shí)施形態(tài)1的等離子體成膜裝置的結(jié)構(gòu)的示意性剖面圖。圖2是 圖1所示的等離子體成膜裝置的III-III線剖面圖。還有，如圖l所示，X軸、Y 軸和Z軸為方便而設(shè)置，圖2上也同樣設(shè)置X軸、Y軸和Z軸。而且在圖2中部 分省略。首先參照?qǐng)D1對(duì)本發(fā)明實(shí)施形態(tài)1的等離子體成膜裝置的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。 如圖1所示，本實(shí)施形態(tài)1的成膜裝置在YZ平面上大致形成十字形狀，從等 離子體的輸送方向(Z方向)看來(lái)形成依序具有高密度地生成等離子體的雙重型 (dual type)等離子體槍1、以Z方向的軸為中心的圓簡(jiǎn)狀的非磁性(例如不銹鋼 制或坡璃制)的片狀等離子體變形室2、以Y方向的軸為中心的圓簡(jiǎn)狀的非磁性(例 如不銹鋼制)的真空成膜室3的結(jié)構(gòu)。而且等離子體槍l、片狀等離子體變形室2、 真空成膜室3通過(guò)輸送等離子體的通道相互保持氣密狀態(tài)地連通。等離子體槍l具有圓簡(jiǎn)狀的第l簡(jiǎn)部21。利用第l簡(jiǎn)部21的內(nèi)部空間，形成 放電空間10。第1簡(jiǎn)部21的一端部配置法蘭31以堵塞放電空間10。在第1簡(jiǎn)部 21的內(nèi)部氣密地設(shè)置陰極25,使其貫通法蘭31的中心部沿著第l簡(jiǎn)部21的中心 軸(Z軸)延伸。陰極25釋放誘發(fā)等離子體放電用的熱電子，隔著電阻28與直流 電源構(gòu)成的主電源17的負(fù)極連接。而且在第l筒部21的內(nèi)部氣密地設(shè)置管子37， 使其貫通法蘭31的中心部沿著第1簡(jiǎn)部21的中心軸(Z軸)延伸。從該管子37 將氬(Ar)氣等不活潑氣體提供給等離子體槍1 (正確地說(shuō)是提供給放電空間10 )。 又，等離子體槍1具有第1柵極(第1中間電極)G1、第2柵極(第2中間電 極)G2。第1柵極G1、第2柵極G2在第l簡(jiǎn)部21的周?chē)鷼饷茉O(shè)置，為了維持與 陰極25之間的等離子體放電(輝光放電)，主電源17與合適的電阻29、 30電氣 連接，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l的放電空間 IO形成作為帶電粒子(在這里是Ar+與電子)的集合體的的等離子體。還有，在這里等離子體槍1釆用利用基于主電源17的低電壓、大電流的直流 電弧放電，使陰極25與下述陽(yáng)極36之間能夠?qū)崿F(xiàn)高密度的等離子體放電的，將公 知的壓力梯度型等離子體槍與復(fù)合陰極型等離子體槍兩者加以組合的雙重型(dual type)等離子體槍。在第1簡(jiǎn)部21的徑向的外側(cè)，包圍著第1簡(jiǎn)部21的側(cè)面周?chē)c第1簡(jiǎn)部21 形成同心圓地設(shè)置能夠控制磁力強(qiáng)度的環(huán)狀的第1電磁線圈5。通過(guò)在該第1電磁 線圈5的繞組中通以電流，在等離子體槍1的放電空間IO形成基于螺線管(coil) 磁場(chǎng)的磁通密度的Z方向上的梯度。利用這樣的磁通密度的Z方向上的梯度，構(gòu)成 等離子體的帶電粒子， 一邊圍繞磁力線旋轉(zhuǎn)一邊向Z方向前進(jìn)，從該放電空間向Z 方向(向陽(yáng)極36的方向)運(yùn)動(dòng)，作為這些帶電粒子的集合體的等離子體，作為相 對(duì)于Z方向的輸送中心100形成大致等密度分布的圓柱狀等離子體源(以下稱(chēng)為圓 柱狀等離子體49)，通過(guò)介于等離子體槍1的Z方向的另一端與片狀等離子體變 形室2的Z方向的一端之間的貫通孔42被向片狀等離子體變形室2引出。還有， 第1簡(jiǎn)部21、第1柵極G1、第2柵極G2、以及陰極25利用適當(dāng)?shù)氖侄蜗嗷ソ^緣。片狀等離子體變形室2具有以Z方向的軸為中心的圓簡(jiǎn)狀的第2簡(jiǎn)部22。由 第2簡(jiǎn)部22的內(nèi)部空間形成輸送空間40。第2簡(jiǎn)部22的 一個(gè)(靠第1筒部21 — 側(cè)的)端部由蓋32a封閉，另一端部由蓋32b封閉。在蓋32a的中心部設(shè)置貫通孔 42,利用該貫通孔42形成介于等離子體槍1與片狀等離子體變形室2之間的通道。 又在蓋32b的中心部形成在X軸方向上延伸的狹縫孔43。第2筒部22利用適當(dāng)?shù)?手段與第1筒部21同軸狀(共有中心軸地)連接，而且保持氣密和電氣絕緣。第2 簡(jiǎn)部22考慮到使永磁體9等的磁力容易影響到圓柱狀等離子體，釆用玻璃或SUS 等非磁性材料構(gòu)成。在第2筒部22的適當(dāng)?shù)胤皆O(shè)置能夠利用閥門(mén)47開(kāi)閉的第1真空泵接口 38。在 第1真空泵接口 38上連接未圖示的真空泵(例如渦輪泵)。利用裝置真空泵抽真 空，輸送空間40能夠迅速減壓到可輸送圓柱狀等離子體49的真空度水平。在第2簡(jiǎn)部22的外側(cè)，夾著第2簡(jiǎn)部22 (正確的是輸送空間40),相互之間 同極(在這里是N極)相對(duì)地，設(shè)置在Y方向上磁化，而且在X方向上延伸的一 對(duì)方形的永磁體9(磁場(chǎng)發(fā)生手段對(duì))。又在永磁體9的輸送方向的上游側(cè)(接近陰極25的一側(cè))圍著第2簡(jiǎn)部22的 圓柱面(貫通輸送中心100)配設(shè)環(huán)狀的成型電磁線圈6 (空心線圈)。還有，在 成型電磁線圈6的繞組通以能夠使陰極25 —側(cè)為S極，陽(yáng)極36 —側(cè)為N極的流 向的電流。然后，在成型電磁線圈6的繞組中通電流在片狀等離子體變形室2的輸送空間 40形成的螺線管磁場(chǎng)與永磁體9在該輸送空間40形成的磁場(chǎng)的相互作用，使得圓 柱狀等離子體49通過(guò)片狀等離子體變形室2的輸送空間40向輸送方向(Z方向) 移動(dòng)。其間，圓柱狀等離子體49變形為沿著包含該輸送方向的輸送中心IOO的XZ 平面(以下稱(chēng)為"主面S")擴(kuò)展的均勻的片狀等離子體(以下稱(chēng)為片狀等離子體 50)。這樣變形的片狀等離子體50通過(guò)介于第2簡(jiǎn)部22的蓋32b與真空成膜室3的 惻壁之間的狹縫狀的瓶頸部26流入真空成膜室3。真空成膜室3具備在Y軸方向上具有中心軸的圓簡(jiǎn)狀的第3簡(jiǎn)部23、以及通 過(guò)瓶頸部27與第3簡(jiǎn)部23連通的Z軸方向上具有中心軸的第4簡(jiǎn)部24。由第3 簡(jiǎn)部23的內(nèi)部空間形成成膜空間51。第3簡(jiǎn)部23的一個(gè)端部利用蓋"a封閉，另 一端部利用蓋33b封閉。在第3筒部23的靠第2簡(jiǎn)部22近旁的一側(cè)的圓柱面中央部形成在X軸方向上 延伸的狹縫孔44。在該狹縫孔44上設(shè)置斷面為四方形的氣密封的簡(jiǎn)狀的瓶頸部26, 將第3簡(jiǎn)部23與第2簡(jiǎn)部22的內(nèi)部空間加以連接。瓶頸部26與蓋上設(shè)置的
狹縫孔43氣密連接。還有，瓶頸部26的高度(Y方向上的尺寸)、長(zhǎng)度(Z方向 上的尺寸)、以及寬度(X方向上的尺寸)設(shè)置為適于片狀等離子體50通過(guò)的尺 寸。而且狹縫孔43、44的寬度只要形成為大于成型的片狀等離子體50的寬度即可， 設(shè)置為合適的大小。這樣可以防止不構(gòu)成片狀等離子體的多余的氬離子Ar +和電子 被引入真空成膜室3，能夠?qū)⑵瑺畹入x子體50保持于高密度狀態(tài)。在第3簡(jiǎn)部23的內(nèi)部，夾著片狀等離子體50相對(duì)地配設(shè)靶13與基板支架16。 靶13支持于靶支架14上，該靶支架14具有第1支架部14a和第1支持部14b。第 1支持部14b氣密而且滑動(dòng)自如地貫通蓋33a,與未圖示的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接，形成能 夠在Y軸方向上移動(dòng)的結(jié)構(gòu)。而且在乾支架14上電氣連接偏置電源18。偏置電源 18對(duì)第1支架部14a施加相對(duì)于片狀等離子體50為負(fù)的偏壓。還有，乾支架14 的第1支持部14b與蓋33a絕緣。另一方面，基板支架16是支持基板的15的支架。 該基板支架16具有第2支架部16a和第2支持部16b。第2支持部16b氣密而且滑 動(dòng)自如地貫通蓋33b，與未圖示的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接，形成能夠在Y軸方向上移動(dòng)的結(jié) 構(gòu)。而且基板支架16電氣連接于偏置電源19。偏置電源19對(duì)第2支架部16b施加 相對(duì)于片狀等離子體50為負(fù)的偏壓。還有，基板支架16的第2支持部16b與蓋33b 絕緣地連接。而且在這里，與靶支架14連接的偏置電源18和與基板支架16連接 的偏置電源分開(kāi)設(shè)置，但是也可以用一個(gè)共同的偏置電源構(gòu)成。而且也可以形成在 主電源17上分別連接靶支架14與基板支架16的結(jié)構(gòu)。但是如上所述，通過(guò)在靶 支架14和基板支架16上分別設(shè)置偏置電源，能夠自由地設(shè)定靶14與基板16之間 的距離，而且能夠在乾14和基板16雙方施加負(fù)偏壓，其結(jié)果是提高了濺射的效率。又，在蓋33b的適當(dāng)?shù)胤皆O(shè)置能夠利用閥48開(kāi)閉的第2真空泵接口 39。在第 2真空泵接口 39上連接未圖示的真空泵。利用該真空泵(例如渦輪泵)抽真空，借 助于此，能夠使成膜空間51迅速減壓到能夠?qū)嵤R射工藝'的真空度水平。在第3筒部23的外部設(shè)置能夠控制磁力的強(qiáng)度的第2電磁線圈7和第3電磁 線圈8,使其相互形成對(duì)貫通輸送中心100。第2電磁線圈7和第3電磁線圈8設(shè) 置為異極相向(在這里，第2電磁線圈7為N極，第3電磁線圈8為S極)。如果利用對(duì)該第2電磁線圈7和第3電磁線圈8的繞組中通以電流形成的螺線 管磁場(chǎng)(例如10G-300G左右)，則對(duì)片狀等離子體50的寬度方向(X方向)， 片狀等離子體50跨越真空成膜室3的成膜空間51向Z方向移動(dòng)時(shí)，作為鏡像磁場(chǎng)， 其寬度方向的擴(kuò)散收到適當(dāng)抑制，形狀得以整形。
又，真空成膜室3具有通過(guò)瓶頸部27與第3簡(jiǎn)部23連通的，在Z軸方向具有 中心軸的第4簡(jiǎn)部24。第4簡(jiǎn)部24的一個(gè)(第3簡(jiǎn)部23 —側(cè)的)端部由蓋34a 封閉，另一側(cè)面由蓋34b封閉。蓋34a的中心部形成在X軸方向上延伸的狹縫孔 46。在該狹縫孔46上，氣密設(shè)置剖面為四方形的簡(jiǎn)狀瓶頸部27,以便使第4簡(jiǎn)部 24與第3簡(jiǎn)部23的內(nèi)部空間連接。瓶頸部27與第3簡(jiǎn)部23的圓周面的中央部上 形成而且向X軸方向延伸的狹縫孔45氣密連接。還有，瓶頸部27的高度(Y方向 尺寸)、長(zhǎng)度(Z方向尺寸)、以及寬度(X方向尺寸)與瓶頸部26—樣設(shè)置為 使片狀等離子體50能夠恰當(dāng)通過(guò)。又，狹縫孔45、 46的高度和尺寸與上述狹縫孔 43、 44形成同樣結(jié)構(gòu)。蓋34b的內(nèi)表面上設(shè)置陽(yáng)極36,陽(yáng)極36與主電源17的正極電氣連接。陽(yáng)極 36在與陰極25之間被施加適當(dāng)?shù)恼妷?例如100V)，這樣能夠擔(dān)負(fù)回收陰極 25和陽(yáng)極36之間的直流電弧放電引起的片狀等離子體50中的帶電粒子(特別是電 子)的作用。陽(yáng)極36的里面(與陰極25相對(duì)的對(duì)向面的反面)上配置以靠陽(yáng)極36 —側(cè)為S 極，靠大氣一側(cè)為N極的永磁體52。以此利用從永磁體52的N極發(fā)出進(jìn)入S極的 沿著XZ平面的磁力線，使片狀等離子體50在寬度方向上受到約束，以抑制向著 陽(yáng)極36的片狀等離子體50在寬度方向(X方向)上的擴(kuò)散，能夠在陽(yáng)極36上可 靠地回收片狀等離子體50的帶電粒子。還有，第1簡(jiǎn)部21、第2簡(jiǎn)部22、以及第4簡(jiǎn)部24的X軸方向的剖面在這里 是圓形，但是并不限于此，也可以是多邊形等。又，第3簡(jiǎn)部23的Z軸方向的剖 面在這里是圓形，但是并不限于此，也可以是多邊形等。下面參照?qǐng)D3和圖4對(duì)本實(shí)施形態(tài)1的永磁體9與成型電磁線圈6的磁場(chǎng)與從 圓柱狀等離子體49變形為片狀等離子體50的方法一起進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。圖3是表示從圖1所示的本實(shí)施形態(tài)1的等離子體成膜裝置的第2柵極起在Z 軸方向上檢測(cè)通過(guò)等離子體槍1與片狀等離子體變形室2輸送的等離子體的輸送中 心IOO的磁通密度得到的結(jié)果的曲線。圖4是說(shuō)明片狀等離子體的形成法的大概情 況的示意圖。圖4(a)是與棒狀磁體的Z方向大致中央附近的XY平面平行的剖面 的示意圖，圖4 (b)是與棒狀磁體的X方向大致中央附近的YZ平面平行的剖面 的示意圖。還有，在圖3中，橫軸表示與第2柵極G2的距離(mm),縱軸表示磁通密 度(G)。又，圖4中的符號(hào)Bx、 By以及Bz分別表示圖1中的X方向、Y方向、 以及Z方向的磁通密度矢量分量。如圖4(b)所示，由成型電磁線圈6的磁場(chǎng)，形成到達(dá)永磁體9之前的圓柱型 等離子體49的Z軸方向上作用的初始的磁通密度分量BzO。這時(shí)，設(shè)定成型電磁 線圈6的配置和成型電磁線圈6的繞組中流過(guò)的電流量，使初始的磁通密度分量 BzO與一對(duì)永磁體9形成的Z軸方向的磁通密度分量Bz之間的大小關(guān)系為圖3所 示的磁體密度。也就是說(shuō)，成型電磁線圈6與永磁體9形成的在輸送中心100的Z 軸方向上的磁通密度隨著從第2柵極G2向Z軸方向前進(jìn)，首先是減少，其后增加。 而且在輸送中心100的通過(guò)成型電磁線圈6和永磁體9的部分以及其近旁，配置成 型電磁線圈6和永磁體9而且調(diào)整各自的磁力，使其大致為一定(在這里是350G)。通過(guò)這樣調(diào)整成型電磁線圈6和永磁體9 (特別是磁體密度在輸送中心100的 通過(guò)成型電磁線圈6與永磁體9的部分及其近旁被調(diào)整為大致一定)，永磁體9發(fā) 生的磁力中返回等離子體槍l的方向的磁力被成型電磁線圈6發(fā)生的磁力抵消。因 此片狀等離子體的一部分不在構(gòu)成片狀等離子體變形室2的第2簡(jiǎn)部22的內(nèi)壁方 向上擴(kuò)展，不會(huì)發(fā)生角。還有，從永磁體9發(fā)生的磁力中返回等離子體槍1的方向的磁力被成型電磁線 圈6發(fā)生的磁力抵消的觀點(diǎn)出發(fā)，成型電磁線圈6與永磁體9因等離子體槍1的輸 出、等離子體變形室2的大小和成型電磁線圈6的大小等而異，最好是離第2柵極 G2的距離為300-400mm。又，從同樣的觀點(diǎn)出發(fā)，最好是成型電磁線圈6與永 磁體9靠近配置，相互接觸著配置則更理想。而且在這里，對(duì)成型電磁線圈6與永 磁體9進(jìn)行調(diào)整，以使得在輸送中心IOO的通過(guò)成型電磁線圈6以及永磁體9的部 分以及其近旁由成型電磁線圈6和永磁體9形成的磁通密度為350G，但是并不限 于此，但是因成型電磁線圈6和永磁體9的大小等因素而不同，比較理想的是例如 其所形成的磁通密度為100-600G,更理想的是200~ 500G。接著，如圖4(a)所示，在XY平面上形成一對(duì)從永磁體9的N極面相互向 輸送中心100靠近的，磁通密度的Y方向分量By的對(duì)，同時(shí)形成與這些永磁體9 的N極平行地相互遠(yuǎn)離輸送中心100的磁通密度的X方向的分量Bx的對(duì)。對(duì)于磁通密度的Y方向分量By的對(duì)，由于將永磁體9的N極面相互對(duì)向配置， 隨著從這些N極面向輸送中心IOO靠近，其Y方向分量相互抵消，可以使這些磁 通密度的Y分量具有合適的負(fù)梯度。
這樣的磁體密度的Y方向分量By的梯度，如圖4(a)的箭頭所示，帶電粒子 向輸送中心IOO在向Y方向壓縮圓柱狀等離子體49的方向運(yùn)動(dòng)，借助于此，使圓 柱狀等離子體49中的帶電粒子一邊環(huán)繞磁力線旋轉(zhuǎn)， 一邊向輸送中心100前進(jìn)。另一方面，對(duì)于磁通密度的X方向分量Bx的對(duì)，借助于永磁體9的配置和其 磁場(chǎng)強(qiáng)度的適當(dāng)設(shè)計(jì)，可以調(diào)整為隨著從輸送中心100向X方向遠(yuǎn)離，使這些磁通 密度的X分量具有適當(dāng)?shù)呢?fù)梯度。這樣的磁通密度的X方向分量Bx的梯度，如圖4(a)的箭頭所示，使帶電粒 子在使圓柱狀等離子體49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49中的帶電粒子一邊環(huán)繞磁力線旋轉(zhuǎn)一邊向離開(kāi)輸送中心100的 方向前進(jìn)。于是，圓柱狀等離子體49在通過(guò)片狀等離子體變形室2在Z方向上移動(dòng)期間， 由于成型電磁線圈6和永磁體9的磁場(chǎng)相互作用而均勻變形為沿著主面S的片狀等 離子體50。還有，片狀等離子體50的寬度、厚度、以及帶電粒子密度分布等可以 通過(guò)適當(dāng)改變這些磁通密度Bx、 By、 Bz、 BzO進(jìn)行調(diào)整。下面對(duì)本實(shí)施形態(tài)1的等離子體成膜裝置進(jìn)行動(dòng)作說(shuō)明。首先，利用未圖示的真空泵抽真空，使等離子體成膜裝置內(nèi)為真空狀態(tài)。這時(shí)， 在兩個(gè)地方設(shè)置真空泵接口，因此能夠迅速使等離子體成膜裝置內(nèi)部減壓。然后， 從等離子體槍1上設(shè)置的管子37向放電空間10內(nèi)提供氬氣，從陰極25釋放出誘 發(fā)等離子體放電用的熱電子，生成等離子體。該等離子體借助于第1柵極G1、第2 柵極G2形成的電場(chǎng)和第1電磁線圈5形成的磁場(chǎng)，被從陰極25拉向陽(yáng)極36—側(cè), 形成圓柱狀。形成的圓柱狀等離子體49通過(guò)貫通孔42被引向片狀等離子體變形室 2。被引向片狀等離子體變形室2的圓柱狀等離子體49在一對(duì)永磁體9和成型電 磁線圈6發(fā)生的磁場(chǎng)的作用下擴(kuò)展為片狀(在ZY平面上延伸)，形成片狀等離子 體50。該片狀等離子體50通過(guò)狹縫孔43、瓶頸部26、以及狹縫孔44被引向真空 成膜室3。被引入真空成膜室3的片狀等離子體50由于第2電磁線圈7和第3電磁線圈8 形成的磁場(chǎng)的作用，寬度方向的形狀得到調(diào)整，其后被引向靶13和基板15之間的 空間。在靶13上，通過(guò)靶支架14施加相對(duì)于片狀等離子體50為負(fù)的偏壓。又， 在基板15上也通過(guò)基板支架16施加對(duì)片狀等離子體50為負(fù)的偏壓。通過(guò)在靶13
上施加負(fù)偏壓，Ar+離子能夠更高效率地使靶濺射。構(gòu)成被濺射的靶13的原子在垂 直方向上通過(guò)片狀等離子體50中，這時(shí)被離子化為陽(yáng)離子。該陽(yáng)離子被堆積在施 加負(fù)偏壓的基板15上，接受電子使基板15成膜。而且，片狀等離子體50由于永磁體52的磁力線的作用，在寬度方向上收縮， 片狀等離子體50的帶電粒子被合適地回收到陽(yáng)極36上。還有，在這里，使等離子體成膜裝置內(nèi)形成真空狀態(tài)后進(jìn)行成膜，但是也可以 將反應(yīng)性氣體引入真空成膜室3,形成用該氣體與靶的反應(yīng)物使基板15成膜的結(jié) 構(gòu)。采用這樣的結(jié)構(gòu)，在片狀等離子體變形室內(nèi)片狀等離子體不發(fā)生角，因此片狀 等離子體的等離子體密度高，濺射效率良好。而且因?yàn)樵谄瑺畹入x子體變形室內(nèi)不 發(fā)生角，能夠抑制片狀等離子體變形室的損傷情況的發(fā)生，因此能夠使等離子體成 膜裝置安全地運(yùn)行。工業(yè)應(yīng)用性本發(fā)明的等離子體成膜裝置，由于片狀等離子體的等離子體密度高，濺射效率 良好，因此是有用的，而且由于能夠抑制片狀等離子體變形室的損傷情況的發(fā)生， 因此作為能夠安全運(yùn)行的等離子體成膜裝置是有用的。
權(quán)利要求
1. 一種等離子體成膜裝置，其特征在于， 具備能夠利用放電形成相對(duì)于等離子體的輸送方向的中心大致等密度分布的等離子體源，向所述輸送方向放出所述等離子體的等離子體槍、具有在所述輸送方向上延伸的輸送空間的片狀等離子體變形室、 使同極之間相對(duì)，夾著所述被放出的等離子體源的輸送中心配置的磁場(chǎng)發(fā)生手段對(duì)、具有與所述輸送空間連通的成膜空間的成膜室；具有在所述輸送方向上在所述磁場(chǎng)發(fā)生手段對(duì)上游側(cè)貫通所述輸送中心地設(shè) 置的成型電磁線圈，所述磁場(chǎng)發(fā)生手段對(duì)以及所述成型電磁線圈在通過(guò)所述輸送中心的所述成型 電磁線圈和所述磁場(chǎng)發(fā)生手段對(duì)的部分及其近旁發(fā)生在所述輸送方向上磁通密度 大致一定的磁場(chǎng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體成膜裝置，其特征在于，所述磁場(chǎng)發(fā)生手段 對(duì)和所述成型電磁線圈靠近配置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體成膜裝置，其特征在于，所述磁場(chǎng)發(fā)生手段對(duì)和所述成型電磁線圈在通過(guò)所述輸送中心的所述成型電磁線圈和所述磁場(chǎng)發(fā)生手段對(duì)的部分及其近旁發(fā)生所述輸送方向上的磁通密度為1Q0 600G的磁場(chǎng)。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于，提供使片狀等離子體上不發(fā)生角，以提高等離子體密度，改善濺射效率，又使片狀等離子體上不發(fā)生角，從而能夠安全運(yùn)行的等離子體成膜裝置。本發(fā)明的等離子體成膜裝置具備能夠向所述輸送方向放出等離子體的等離子體槍(1)、片狀等離子體變形室(2)、使同極之間相對(duì)配置的磁場(chǎng)發(fā)生手段(9)的對(duì)、以及成膜室(3)；具有在輸送方向上在磁場(chǎng)發(fā)生手段(9)的對(duì)的上游側(cè)設(shè)置的成型電磁線圈(6)，磁場(chǎng)發(fā)生手段(9)的對(duì)以及成型電磁線圈(6)在通過(guò)輸送中心(100)的成型電磁線圈(6)和磁場(chǎng)發(fā)生手段(9)的對(duì)的部分及其近旁，發(fā)生在輸送方向上的磁通密度大致一定的磁場(chǎng)。
文檔編號(hào)H05H1/48GK101124349SQ200680005498
公開(kāi)日2008年2月13日 申請(qǐng)日期2006年12月4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(cāng)厚廣, 武內(nèi)清 申請(qǐng)人:新明和工業(yè)株式會(huì)社