溅射装置、薄膜制造方法与流程

专利2022-05-09  102



1.本发明涉及溅射装置和薄膜制造方法。


背景技术:

2.磁控溅射方法是在溅射靶表面形成磁场并且使电子在磁场中移动而效率良好地将溅射气体等离子体化的装置,被广泛地用于薄膜的形成。
3.图8(a)、(b)的附图标记130是在磁控溅射装置中使用的靶装置,在阴极电极121的单面配置有溅射靶114,在相反的一侧的面配置有多个磁铁装置131。
4.各磁铁装置131具有环状的外侧磁铁136以及在由外侧磁铁136包围的区域配置的直线状的内侧磁铁134,各磁铁装置131的外侧磁铁136的两个磁极之中的相同极性的磁极朝向阴极电极121,内侧磁铁134的两个磁极之中的与朝向阴极电极121的外侧磁铁136的磁极极性相反的磁极朝向阴极电极121。
5.向阴极电极121施加溅射电压,从溅射靶114表面放出的电子被由外侧磁铁136和内侧磁铁134在溅射靶114的表面形成的磁场捕捉,在溅射靶114的表面形成溅射气体的高密度的等离子体,溅射靶114的表面被溅射。
6.以高密度形成等离子体的场所是外侧磁铁136与内侧磁铁134之间的上方的区域,为了更宽广地对溅射靶114的表面进行溅射,使设置有各磁铁装置131的移动板145在与磁铁装置131的长尺寸方向垂直的方向移动而使高密度的等离子体在溅射靶114的表面移动。
7.可是,在磁铁装置131的两端的位置之上,磁场强度容易变强,在该场所形成的等离体子特别地变为高密度,溅射靶114被大量溅射。
8.而且,当在磁铁装置131的两端位置形成于靶的腐蚀的深度比其他的区域深时,溅射靶114的表面与磁铁装置131之间的距离比其他场所短,溅射靶114进一步被大量溅射。
9.现有技术文献专利文献专利文献1:日本特开平5

214527号公报;专利文献2:日本特开平8

81769号公报;专利文献3:日本特开2012

241250号公报;专利文献4:日本特开2004

115841号公报;专利文献5:日本特开2015

1734号公报;专利文献6:kr101885123;专利文献7:kr101924143。


技术实现要素:

10.发明要解决的课题本申请发明是为了解决上述现有技术的课题而创作的,使将永磁铁和电磁铁组合后的可变磁铁的磁场强度减少来使溅射面上的磁场强度不发生变化,能够在溅射面上均匀
地溅射。
11.用于解决课题的方案为了达成上述目的而完成的本发明是一种溅射装置,具有靶装置,所述靶装置设置有:阴极电极;溅射靶,配置在所述阴极电极的单面,在真空槽内露出的溅射面被溅射;以及磁铁装置,配置在所述阴极电极的面之中的与所述单面相反的一侧的面,在所述溅射面上形成磁场,当所述溅射靶被溅射时,在位于所述真空槽内的成膜对象物的成膜面形成薄膜,其中,所述磁铁装置细长且具有长尺寸方向,在所述长尺寸方向的两端分别配置有可变磁力部,在所述可变磁力部之间配置有固定磁力部,所述固定磁力部具有:沿着所述长尺寸方向配置的由细长的永磁铁构成的第一、第二中央外侧部以及在所述第一、第二中央外侧部之间沿着所述长尺寸方向配置的由细长的永磁铁构成的中央内侧部,所述可变磁力部具有:沿着所述长尺寸方向配置的由细长的永磁铁构成的第一、第二端外侧部、在所述第一、第二端外侧部之间沿着所述长尺寸方向配置的由多个可变磁铁构成的端内侧部以及位于所述磁铁装置的所述长尺寸方向的两端并且将所述第一、第二端外侧部的端部彼此连接的由细长且弯曲的永磁铁构成的连接部,当将n极和s极之中的任一个极性的磁极设为第一极并且将另一个极性的磁极设为第二极时,所述第一、第二中央外侧部、所述第一、第二端外侧部以及所述连接部的所述第一极的磁极朝向所述阴极电极,所述中央内侧部和所述端内侧部的所述第二极的磁极朝向所述阴极电极,所述可变磁铁具有磁芯部以及电磁铁部,所述电磁铁部具有绕所述磁芯部缠绕的线圈并且当励磁电流流动时形成磁场,所述可变磁铁形成的磁场的朝向和强度被构成为能够根据所述励磁电流流动的方向和大小进行变更。
12.本发明是一种溅射装置,其中,所述可变磁铁之中的至少一个所述可变磁铁的所述磁芯部具有由永磁铁构成的基础磁力部,所述可变磁铁形成的磁场的强度为所述基础磁力部的磁场和所述电磁铁部的磁场被合成后的磁场的强度。
13.本发明是一种溅射装置,其中,所述基础磁力部的所述第一极的磁极朝向所述阴极电极。
14.本发明是一种溅射装置,其中,所述基础磁力部的所述第二极的磁极朝向所述阴极电极。
15.本发明是一种溅射装置,其中,能够在所述溅射靶被溅射的期间变更所述可变磁铁形成的磁场的强度。
16.本发明是一种溅射装置,其中,所述溅射靶和所述磁铁装置被构成为相对地进行往复移动。
17.本发明是一种溅射装置,其中,所述靶装置具有:一个所述阴极电极、配置于一个所述阴极电极的所述溅射靶、彼此平行地配置的多个所述磁铁装置。
18.本发明是一种溅射装置,其中,所述溅射装置具有多个所述磁铁装置,多个所述磁铁装置彼此平行地配置而排列成一列,排列的所述磁铁装置之中的位于两端的所述磁铁装置的所述可变磁铁的个数比位于其他处的所述磁铁装置的所述可变磁铁的个数多。
19.本发明是一种溅射装置,其中,具有多个所述靶装置。
20.本发明是一种溅射装置,其中,所述靶装置具有:做成圆筒形形状的所述阴极电极、在所述阴极电极的外周配置的圆筒形形状的所述溅射靶、在由所述阴极电极包围的区域配置的所述磁铁装置。
21.本发明是一种溅射装置,其中,所述可变磁铁配置在壳体内,在设置于所述壳体的制冷剂路径中流动冷却介质来冷却所述可变磁铁。
22.本发明是一种对溅射装置进行控制来在成膜对象物上形成薄膜的薄膜制造方法,其中,所述溅射装置具有靶装置,所述靶装置设置有:阴极电极;溅射靶,配置在所述阴极电极的单面,在真空槽内露出的溅射面被溅射;以及磁铁装置,配置在所述阴极电极的面之中的与所述单面相反的一侧的面,在所述溅射面上形成磁场,当所述溅射靶被溅射时,在位于所述真空槽内的成膜对象物的成膜面形成薄膜,所述磁铁装置细长且具有长尺寸方向,在所述长尺寸方向的两端分别配置有可变磁力部,在所述可变磁力部之间配置有固定磁力部,所述固定磁力部具有:沿着所述长尺寸方向配置的由细长的永磁铁构成的第一、第二中央外侧部、在所述第一、第二中央外侧部之间沿着所述长尺寸方向配置的由细长的永磁铁构成的中央内侧部,所述可变磁力部具有:沿着所述长尺寸方向配置的由细长的永磁铁构成的第一、第二端外侧部、在所述第一、第二端外侧部之间沿着所述长尺寸方向配置的由多个可变磁铁构成的端内侧部、位于所述磁铁装置的所述长尺寸方向的两端并且将所述第一、第二端外侧部的端部彼此连接的由细长且弯曲的永磁铁构成的连接部,当将n极和s极之中的任一个极性的磁极设为第一极并且将另一个极性的磁极设为第二极时,所述第一、第二中央外侧部、所述第一、第二端外侧部以及所述连接部的所述第一极的磁极朝向所述阴极电极,所述中央内侧部和所述端内侧部的所述第二极的磁极朝向所述阴极电极,所述可变磁铁具有磁芯部以及电磁铁部,所述电磁铁部具有绕所述磁芯部缠绕的线圈并且当励磁电流流动时形成磁场,所述可变磁铁形成的磁场的朝向和强度被构成为能够根据所述励磁电流流动的方向和大小进行变更,当形成有所述薄膜的所述成膜对象物的个数增加时,使所述可变磁铁形成的磁场的强度减少。
23.本发明是一种对溅射装置进行控制来在成膜对象物上形成薄膜的薄膜制造方法,其中,所述溅射装置具有靶装置,所述靶装置设置有:阴极电极;溅射靶,配置在所述阴极电极的单面,在真空槽内露出的溅射面被溅射;以及磁铁装置,配置在所述阴极电极的面之中的与所述单面相反的一侧的面,在所述溅射面上形成磁场,当所述溅射靶被溅射时,在位于所述真空槽内的成膜对象物的成膜面形成薄膜,所述磁铁装置细长且具有长尺寸方向,在所述长尺寸方向的两端分别配置有可变磁力部,在所述可变磁力部之间配置有固定磁力部,所述固定磁力部具有:沿着所述长尺寸方向配置的由细长的永磁铁构成的第一、第二中央外侧部、在所述第一、第二中央外侧部之间沿着所述长尺寸方向配置的由细长的永磁铁构成的中央内侧部,所述可变磁力部具有:沿着所述长尺寸方向配置的由细长的永磁铁构成的第一、第二端外侧部、在所述第一、第二端外侧部之间沿着所述长尺寸方向配置的由多个可变磁铁构成的端内侧部、位于所述磁铁装置的所述长尺寸方向的两端并且将所述第一、第二端外侧部的端部彼此连接的由细长且弯曲的永磁铁构成的连接部,当将n极和s极之中的任一个极性的磁极设为第一极并且将另一个极性的磁极设为第二极时,所述第一、第二中央外侧部、所述第一、第二端外侧部以及所述连接部的所述第一极的磁极朝向所述阴极电极,所述中央内侧部和所述端内侧部的所述第二极的磁极朝向所述阴极电极,所述可变磁铁具有磁芯部以及电磁铁部,所述电磁铁部具有绕所述磁芯部缠绕的线圈并且当励磁电流流动时形成磁场,所述可变磁铁形成的磁场的朝向和强度被构成为能够根据所述励磁电流流动的方向和大小进行变更,当形成有所述薄膜的所述成膜对象物的个数增加时,
使所述可变磁铁形成的磁场的强度增加。
24.本发明是一种使用靶装置对溅射靶进行溅射来在位于真空槽内的成膜对象物的成膜面形成薄膜的薄膜制造方法,所述靶装置设置有:阴极电极;所述溅射靶,配置在所述阴极电极的单面,在所述真空槽内露出的溅射面被溅射;以及多个细长的磁铁装置,配置在所述阴极电极的面之中的与所述单面相反的一侧的面,在所述溅射面上形成磁场,在所述薄膜制造方法中,在各所述磁铁装置的两端部配置可变磁铁,所述可变磁铁具有永磁铁和电磁铁,形成将所述永磁铁形成的磁场和励磁电流流动而所述电磁铁形成的磁场合成后的磁场,对在所述电磁铁中流动的所述励磁电流的方向和大小进行控制,使所述可变磁铁形成的磁场强度由于形成有所述薄膜的所述成膜对象物的个数的增加而变小。
25.发明效果溅射靶或者个别靶的成膜面内的场所造成的溅射量的差变小。
26.在可变磁铁具有电磁铁部和基础磁力部的情况下,即使在电磁铁部中不流动励磁电流的情况下,也能够继续进行溅射。
附图说明
27.图1是用于说明本发明的溅射装置的附图。
28.图2(a)、(b)是用于说明本发明的可变磁铁的附图。
29.图3(a)~(c)是用于说明本发明的一例的靶装置的附图。
30.图4(a)~(c)是用于说明本发明的另一例的靶装置的附图。
31.图5(a)是用于说明本发明的另一例的靶装置的附图,图5(b)、(c)是用于说明在该靶装置中使用的磁铁装置的附图。
32.图6(a)、(b)是本发明的另一例的靶装置的截面图。
33.图7是用于说明用于将可变磁铁冷却的壳体的附图。
34.图8(a)、(b)是用于说明在现有技术的溅射装置中使用的靶装置的附图。
具体实施方式
35.<溅射装置>参照图1、2,图1的附图标记2示出了本发明的溅射装置。
36.该溅射装置2具有真空槽25和靶装置5。
37.靶装置5具有:板状的一个阴极电极21、在阴极电极21的单面配置的一个溅射靶14、在阴极电极21的与溅射靶14相反的一侧的面配置的一个或多个磁铁装置301、311~314、302(图3(a)~(c))。
38.在真空槽25的内部配置有成膜对象物13,溅射靶14的被溅射的溅射面24与成膜对象物13的形成薄膜的成膜面22相面对。
39.在此,成膜对象物13被配置在载置台23上,相对于溅射靶14静止,但是,成膜对象物13或者溅射靶14的任意一方或双方也可以在真空槽25的内部进行移动。
40.气体源26和真空排气装置29连接于真空槽25,在使真空排气装置29工作来对真空槽25的内部进行真空排气而在真空槽25的内部形成真空环境之后,从气体源26向真空槽25的内部导入溅射气体。
41.阴极电极21连接于溅射电源28,从溅射电源28施加溅射电压。溅射靶14以紧贴于阴极电极21的方式配置。后述的其他的阴极电极161~166也连接于溅射电源28,被施加溅射电压。
42.如图3(a)所示,在一个阴极电极21的两个面之中的与配置有溅射靶14的面相反的一侧的面配置有一个或多个磁铁装置301、311~314、302。图3(b)是该图(a)的a1‑
a1线截断截面图,图3(c)是该图(a)的b1‑
b1线截断截面图。
43.图3(a)~(c)的溅射靶14为长方形形状或者正方形形状的直角四边形形状。
44.后述的图6(a)、(b)的靶装置60具有圆筒形形状的阴极电极61以及在圆筒形形状的阴极电极61的外周面配置的圆筒形形状的溅射靶64,圆筒形形状的阴极电极61位于圆筒形形状的溅射靶64的内周侧的区域内,在圆筒形形状的阴极电极61的内周侧即由圆筒形形状的阴极电极61包围的区域配置有图5(b)、(c)所示的磁铁装置32。
45.在此,配置于上述的直角四边形形状的溅射靶14的磁铁装置301、311~314、302与在圆筒形形状的阴极电极61内配置的磁铁装置32分别细长且具有长尺寸方向,当将各磁铁装置301、311~314、302、32的长尺寸方向称为主方向时,各磁铁装置301、311~314、302、32被配置为主方向与平板形形状的溅射靶14的两个边或者圆筒形形状的溅射靶64的中心轴线平行。
46.因此,在具有多个磁铁装置301、311~314、302的情况下,各磁铁装置301、311~314、302彼此平行地配置。平板形形状的溅射靶14的与主方向平行的边的长度比与其成直角的边的长度长。
47.<磁铁装置>各磁铁装置301、311~314、302、32分别具有长尺寸方向沿着主方向配置的细长的薄板即轭39、40。轭39、40由高透磁率材料形成。在具有多个磁铁装置301、311~314、302的情况下,各轭39能够配置于同一平面,此外能够配置于不同的平面上。
48.各磁铁装置301、311~314、302、32分别具备具有长尺寸方向的可变磁力部53a、53b、54a、54b以及固定磁力部51、52。
49.可变磁力部53a、53b、54a、54b细长且具有长尺寸方向,以其长尺寸方向沿着主方向的方式配置在各磁铁装置301、311~314、302、32的两端。
50.固定磁力部51、52以其长尺寸方向沿着主方向的方式配置在两端的两个可变磁力部53a、53b、54a、54b之间。可变磁力部53a、53b、54a、54b与固定磁力部51、52被配置在一条直线上。
51.固定磁力部51、52分别具有由细长的永磁铁构成的第一中央外侧部35a、36a、第二中央外部侧35b、36b以及中央内侧部33、34。
52.第一中央外侧部35a、36a与第二中央外侧部35b、36b以其长尺寸方向沿着主方向的方式配置,第一中央外侧部35a、36a与第二中央外侧部35b、36b的两端以一方不比另一方突出的方式对齐。
53.中央内侧部33、34以其长尺寸方向沿着主方向的方式配置在第一中央外侧部35a、36a与第二中央外侧部35b、36b之间。
54.可变磁力部53a、53b、54a、54b分别具有:由细长的永磁铁构成的第一端外侧部37a、38a和第二端外侧部37b、38b、由细长且弯曲形形状或折线形形状的永磁铁构成的连接部37c、38c、由在一条直线上配置的多个可变磁铁47构成的端内侧部43、44。
55.第一端外侧部37a、38a和第二端外侧部37b、38b以其长尺寸方向沿着主方向的方式配置,一个端部一致朝向固定磁力部51、52,在另一个端部分别连接有连接部37c、38c的端部。因此,第一端外侧部37a、38a与第二端外侧部37b、38b被连接部37c、38c连接,形成u字形形状的永磁铁构件37、38。
56.端内侧部43、44以其长尺寸方向沿着主方向的方式配置在第一端外侧部37a、38a与第二端外侧部37b、38b之间。
57.<可变磁铁>参照图2(a)、(b),可变磁铁47具有由永磁铁构成的基础磁力部71以及由绝缘包覆布线被卷绕成螺旋状的线圈构成的电磁铁部73。
58.在真空槽25的外部配置有励磁电源18,电磁铁部73利用布线75被连接于励磁电源18,励磁电源18输出的励磁电流流动而在电磁铁部73的两端产生极性彼此相反的磁极。
59.图2(a)的可变磁铁47被配置为基础磁力部71被插通到电磁铁部73的内部并且电磁铁部73卷绕基础磁力部71,被配置成将基础磁力部71的极性彼此相反的磁极的中心连结的直线与将电磁铁部73产生的极性彼此相反的磁极的中心连结的直线一致。其结果是,基础磁力部71形成的磁场与电磁铁部73形成的磁场重叠。附图标记70是将极性彼此相反的磁极的中心连结的直线。
60.电磁铁部73的磁极的极性根据在电磁铁部73中流动的励磁电流的朝向而改变。
61.再有,在具有多个轭39的情况下,各轭39以按照各磁铁装置301、311~314、302的每一个个别地彼此分离的方式配置,轭39的长尺寸方向被配置为沿着主方向且长尺寸方向两端对齐。
62.各磁铁装置301、311~314、302、32的永磁铁和电磁铁被配置在轭39、40与阴极电极21、61之间。
63.可变磁铁47被固定在轭39、40上,当将可变磁铁47的固定于轭39、40的面作为底面、将与底面相反的一侧的面作为上端面时,对于基础磁力部71的磁极来说,n极和s极这两个极性之中的一个极性的磁极位于底面侧,另一个极性的磁极位于上端面侧。
64.关于电磁铁部73产生的磁极,一个极性的磁极被形成在轭39、40侧,另一个极性的磁极被形成在阴极电极21、61侧。
65.阴极电极21、61位于与轭39、40的位置相反的一侧。
66.因此,将基础磁力部71形成的磁场和电磁铁部73产生的磁场合成后的磁场的朝向和强度成为可变磁铁47形成的磁场的朝向和强度。
67.励磁电源18连接于控制装置12,励磁电源18向电磁铁部73供给的励磁电流的流动的朝向和大小由控制装置12控制。
68.励磁电流的朝向有两个方向,但是,在沿哪一个方向流动的情况下都流动电磁铁部73形成的磁场强度不比基础磁力部71形成的磁场强度强那样的大小的励磁电流。
69.在电磁铁部73中流动一个方向的朝向的励磁电流而在电磁铁部73产生的磁极之中的朝向轭39、40的磁极的极性与基础磁力部71的朝向轭39、40的磁极的极性一致的情况下,在电磁铁部73产生的磁极之中的朝向与轭39、40的位置相反的一侧的阴极电极21、61的磁极的极性与基础磁力部71的朝向与轭39、40的位置相反的一侧的阴极电极21、61的磁极的极性一致。
70.在该情况下,基础磁力部71形成的磁场强度与电磁铁部73形成的磁场强度被相加,可变磁场47的磁场强度比基础磁力部71的磁场强度大。
71.与此相反地,在电磁铁部73中流动相反方向的朝向的励磁电流而在电磁铁部73产生的磁极之中的朝向轭39、40的磁极的极性与基础磁力部71的朝向轭39、40的磁极的极性为相反极性的情况下,在电磁铁部73产生的磁极之中的朝向与轭39、40的位置相反的一侧的磁极的极性也与基础磁力部71的朝向与轭39、40的位置相反的一侧的磁极的极性为相反极性。
72.在该情况下,从基础磁力部71形成的磁场强度减去电磁铁部73形成的磁场强度,可变磁场47的磁场强度比基础磁力部71的磁场强度小。
73.再有,作为可变磁铁47的磁芯,能够使用高透磁率的材料来代替永磁铁。此外,在基础磁力部71使用永磁铁的情况下,使永磁铁的哪个磁极朝向靶方向都可以。进而,通过控制励磁电流的朝向或电流值,从而能够使基础磁力部71的磁场强度加强,也能够使基础磁力部71的磁场强度减弱。
74.在图2(b)中,在电磁铁部73之中插入由高透磁率且难以成为永磁铁的材料形成的磁芯72并利用电磁铁部73的布线卷绕磁芯72,在电磁铁部73的外部配置基础磁力部71而形成可变磁铁47。
75.在图2(a)、(b)的任一个的情况下,都以将电磁铁部73形成的磁极的中心彼此连结的直线70通过基础磁力部71的两个磁极的中心的方式配置电磁铁部73和基础磁力部71。
76.也能够使在可变磁力部53a、53b、54a、54b配置的多个可变磁铁47之中的若干个磁芯为永磁铁并且使其他的磁芯为高透磁率的材料。进而,可变磁力部53a、53b、54a、54b具有至少一个可变磁铁47即可,也可以为可变磁铁47和永磁铁的组合。进而,不限定于最端部为可变磁铁47的情况。
77.<永磁铁>各磁铁装置301、311~314、302、32包含的永磁铁分别固定在按照各磁铁装置301、311~314、302、32的每一个设置的轭39、40上,当将永磁铁的固定于轭39、40的面作为底面并将位于底面的相反的一侧的面作为上端面时,磁极分别位于底面和上端面。
78.当将s极和n极之中的任一个极性设为第一极并将另一个极性设为第二极时,关于各磁铁装置301、311~314、302、32之中的第一中央外侧部35a、36a和第二中央外部侧35b、36b、第一端外侧部37a、38a、第二端外侧部37b、38b、连接部37c、38c之中的永磁铁,作为相同的极性的第一极的磁极朝向轭39、40侧,与该第一极极性相反的第二极的磁极朝向阴极电极21、61。
79.关于端内侧部43、44的可变磁铁47、中央内侧部33、34、端内侧部43、44之中的永磁铁,在第一中央外侧部35a、36a和第二中央外部侧35b、36b、第一端外侧部37a、38a、第二端外侧部37b、38b、连接部37c、38c中,极性相反的磁极分别朝向轭39、40和阴极电极21。
80.因此,第一极的磁极和第二极的磁极朝向阴极电极21、61,在溅射靶14、64的溅射面24、66上形成拱形形状的磁力线,捕捉电子。
81.在真空槽25的内部被真空排气装置29真空排气而形成真空环境之后,从气体源26向真空槽25的内部导入溅射气体,向阴极电极21、61施加电压而从溅射面24、66放出电子。
82.磁铁装置301、311~314、302、32利用形成在溅射面24、66上的磁场捕捉电子而在溅
射面24、66的附近高效率地形成溅射气体的等离子体。
83.假设第一中央外侧部35a、36a和第二中央外部侧35b、36b、第一端外侧部37a、38a、第二端外侧部37b、38b、连接部37c、38c被配置成环状而利用第一中央外侧部35a、36a和第二中央外部侧35b、36b、第一端外侧部37a、38a、第二端外侧部37b、38b、连接部37c、38c形成环状的磁铁部,此外,当假设中央内侧部33、34与端内侧部43、44被配置在同一直线上来形成直线状的磁铁部时,直线状的磁铁部被配置在环状的磁铁部的内侧。
84.<腐蚀区域>溅射面24、66上的等离子体在环状的磁铁部与直线状的磁铁部之间的环状的区域中强度变大,在溅射面24上被大量溅射的部分是在各磁铁装置301、311~314、302、32的每一个中等离子体强度大的环状的区域。该区域被称为腐蚀区域。
85.特别地,平板形形状的溅射靶14的外周附近的区域容易被大量溅射,在圆筒形形状的溅射靶64中长尺寸方向两端的区域容易被大量溅射。
86.溅射面24的区域之中的被大量溅射的区域与磁铁装置301、311~314、302、32之间的距离比只被少量溅射的区域与磁铁装置301、311~314、302、32之间的距离短,被大量溅射的区域的溅射面24上的磁场强度变强,因此,进一步被大量溅射。
87.在平板形形状的溅射靶14中,可变磁铁47被配置在磁极朝向溅射靶14的外周附近的场所,在圆筒形形状的溅射靶64中,可变磁铁47被配置在磁极朝向溅射靶64的两端附近的场所。
88.因此,与溅射靶14、64的中央附近相比,外周附近或两端附近的腐蚀区域更深。
89.形成有薄膜的成膜对象物13的个数被控制装置12计数,当形成有薄膜的成膜对象物13的个数增加时,控制装置12控制励磁电流的朝向和大小而使可变磁铁47形成的磁场强度变小,即使腐蚀区域的深度比中央深,可变磁铁47在溅射面24形成的磁场强度也固定,外周附近的溅射量不会变多。
90.在该情况下,例如在可变磁铁47之中,使电磁铁部73的磁极和基础磁力部71的磁极之中的朝向阴极电极21的磁极为相同极性来加强可变磁铁47形成的磁场强度,使励磁电流根据在溅射装置2中形成薄膜的成膜对象物13的个数的增加而减少,使可变磁铁47形成的磁场强度根据个数的增加而减少。
91.在励磁电流的大小变为零之后,将励磁电流流动的方向反转,使电磁铁部73和基础磁力部71的朝向阴极电极21的磁极为相反极性,根据个数的增加,利用电磁铁部73形成的磁场强度使基础磁力部71形成的磁场强度减弱,当可变磁铁47形成的磁场强度根据个数的增加而减少时,被大量溅射的部分的磁场强度随着接近磁铁装置301、311~314、302、32而变小,因此,接近溅射面24的外周的区域和其内侧的区域之间的溅射量均匀。
92.因此,关于基础磁力部71形成的磁场强度,电磁铁部73不形成就可,因此,励磁电流小就可,可变磁铁47的发热减少。其结果是,电流消耗量减少,发热减少。此外,即使在发生了励磁电流不流动的事故的情况下,基础磁力部71形成的磁场也不消失,因此,能够继续进行溅射,因而装置的可靠性提高。
93.但是,从最初时起在使基础磁力部71的磁场减少的朝向形成电磁铁部73的磁场,在不变化朝向的情况下使励磁电流增加,使电磁铁部73的磁场强度根据薄膜形成的个数增加而变大,由此,使可变磁铁47的磁场强度变小也可。
94.本发明并不限定于使全部的可变磁铁47的磁场强度变小的情况,在考虑在溅射面内的腐蚀区域的分布的情况下等,在多个可变磁铁47之中设置有使磁场强度减少的可变磁铁47和使磁场强度增加的可变磁铁47这二者的情况也包含在本发明中。
95.各磁铁装置301、311~314、302、32彼此平行地排列成一列。在平面上配置的各磁铁装置301、311~314、302的两端以分别排列在一条直线上的方式对齐。另一方面,在圆筒的阴极电极61内配置的磁铁装置32沿着与阴极电极61截面的圆同心且半径比该圆小的圆排列。
96.在多个磁铁装置301、311~314、302彼此平行地排列成一列时,排列成一列的磁铁装置301、311~314、302之中的位于两端的两个磁铁装置301、302的可变磁力部53a、53b的可变磁铁47的个数比位于其他的场所的磁铁装置311~314的可变磁力部54a、54b的可变磁铁47的个数多,溅射面24之中的与主方向平行的边附近的区域中的溅射量被调整。
97.<磁铁装置的移动>再有,多个磁铁装置301、311~314、302被固定于移动板45。在真空槽25的外部配置有电动机等驱动装置19,当利用驱动装置19将移动板45移动时,各磁铁装置301、311~314、302彼此一起移动。
98.对于在圆筒形形状的阴极电极61之中配置的磁铁装置32的移动在后面进行叙述。
99.在平板形形状的溅射靶14的情况下,当将与主方向垂直即与溅射面24平行的方向设为垂直方向时(该情况下的溅射面24为未被溅射而未形成腐蚀区域的状态的情况),如图3(a)~(c)所示那样配置的溅射面14的垂直方向的长度比排列有磁铁装置301、311~314、302的区域的垂直方向的长度长,利用驱动装置19使移动板45在沿着垂直方向的方向往复移动,使等离子体强的区域在溅射面24上移动。
100.<另一例>图3(a)的溅射靶14是由成膜材料构成的一个板,阴极电极21是一个电极板,但是,本发明的溅射装置2的另一例如图4(a)那样具有多个靶装置101、111~114、102。各靶装置101、111~114、102分别具有个别的细长的阴极电极161~166,在各阴极电极161~166的单面分别配置有溅射靶151~156,在相反的一侧的面分别配置有上述的磁铁装置301、311~314、302。
101.多个各阴极电极161~166以彼此平行地分离的方式配置在相同的平面上。
102.图4(b)是该图(a)的a2‑
a2线截断截面图,图4(c)是该图(a)的b2‑
b2线截断截面图。在图3(a)和图4(a)中,省略了移动板45、阴极电极21、161~166、轭39。
103.<圆筒形形状>图5(a)的附图标记60是其他的构造的靶装置,在图6(a)中示出其a3‑
a3线截断截面图,在该图(b)中示出b3‑
b3线截断截面图。
104.该靶装置60如上述那样具有圆筒形形状的阴极电极61以及在阴极电极61的外周面配置的圆筒形形状的溅射靶64,阴极电极61位于溅射靶64的内周侧的区域内。
105.在圆筒形形状的阴极电极61的内周侧即由阴极电极61包围的区域配置有图5(b)所示的磁铁装置32。该图(c)是该图(b)的c

c线截断截面图。
106.该磁铁装置32具有轭40,在轭40上配置有上述的固定磁力部52和可变磁力部54a、54b。固定磁力部52和可变磁力部54a、54b如上述那样构成,但是,磁铁装置32内的磁极以与阴极电极61的内周面相面对的方式在轭40设置有倾斜面或连接面。
107.轭40被设置于台座58,台座58被安装于在旋转轴57安装的支承轴56。
108.圆筒形形状的阴极电极61的中心轴线与圆筒形形状的溅射靶64的中心轴线一致,图5(a)的附图标记74示出该中心轴线,中心轴线74延伸的方向成为主方向。
109.旋转轴57的旋转轴线与阴极电极61的中心轴线74及溅射靶64的中心轴线74一致,当利用驱动装置使旋转轴57旋转时,磁铁装置32以中心轴线74为中心进行旋转。
110.此时,磁铁装置32内的磁极与阴极电极61之间的距离不发生变化,在磁场强度固定的情况下,可变磁力部54a、54b上的溅射量增加。在本发明中控制可变磁铁47形成的磁场强度,使可变磁力部54a、54b形成的磁场强度根据处理对象物的处理个数而减少,由此,利用磁场强度的变更来补偿溅射靶64的溅射面66与磁铁装置32之间的距离的不均匀,使溅射靶64的表面均匀地溅射。
111.上述可变磁铁47被配置在图7所示的设置有制冷剂路径69a、69b的壳体67的内部而做成单元68,从供给管63a、63b向制冷剂路径69a、69b供给冷却介质而使冷却介质在制冷剂路径69a、69b之中流动,使吸收热后的冷却介质从排出管65a、65b排出到壳体67的外部并由配置于真空槽25的外部的冷却装置20进行冷却,从供给管63a、63b返回到壳体67的制冷剂路径69a、69b,从而使冷却介质循环时,能够使励磁电流增加。
112.可以按照每个可变磁铁47配置于不同的壳体67,但是,将多个可变磁铁47配置在相同的壳体67的内部能够使供给管63a、63b或排出管65a、65b变少。
113.附图标记的说明2
……
溅射装置5、101、111~114、102、60
……
靶装置13
……
成膜对象物14、151~156、64
……
溅射靶161~166、21、61
……
阴极电极18
……
励磁电源22
……
成膜面24、66
……
溅射面25
……
真空槽301、311~314、302、32
……
磁铁装置33、34
……
中央内侧部35a、36a
……
第一中央外侧部35b、36b
……
第二中央外侧部37a、38a
……
第一端外侧部37b、38b
……
第二端外侧部37c、38c
……
连接部43、44
……
端内侧部47
……
可变磁铁51、52
……
固定磁力部53a、53b、54a、54b
……
可变磁力部67
……
壳体71
……
基础磁力部
73
……
电磁铁部。

技术特征:
1.一种溅射装置,具有靶装置,所述靶装置设置有:阴极电极;溅射靶,配置在所述阴极电极的单面,在真空槽内露出的溅射面被溅射;以及磁铁装置,配置在所述阴极电极的面之中的与所述单面相反的一侧的面,在所述溅射面上形成磁场,当所述溅射靶被溅射时,在位于所述真空槽内的成膜对象物的成膜面形成薄膜,其中,所述磁铁装置细长且具有长尺寸方向,在所述长尺寸方向的两端分别配置有可变磁力部,在所述可变磁力部之间配置有固定磁力部,所述固定磁力部具有:沿着所述长尺寸方向配置的由细长的永磁铁构成的第一、第二中央外侧部以及在所述第一、第二中央外侧部之间沿着所述长尺寸方向配置的由细长的永磁铁构成的中央内侧部,所述可变磁力部具有:沿着所述长尺寸方向配置的由细长的永磁铁构成的第一、第二端外侧部、在所述第一、第二端外侧部之间沿着所述长尺寸方向配置的由多个可变磁铁构成的端内侧部以及位于所述磁铁装置的所述长尺寸方向的两端并且将所述第一、第二端外侧部的端部彼此连接的由细长且弯曲的永磁铁构成的连接部,当将n极和s极之中的任一个极性的磁极设为第一极并且将另一个极性的磁极设为第二极时,所述第一、第二中央外侧部、所述第一、第二端外侧部以及所述连接部的所述第一极的磁极朝向所述阴极电极,所述中央内侧部和所述端内侧部的所述第二极的磁极朝向所述阴极电极,所述可变磁铁具有磁芯部以及电磁铁部,所述电磁铁部具有绕所述磁芯部缠绕的线圈并且当励磁电流流动时形成磁场,所述可变磁铁形成的磁场的朝向和强度被构成为能够根据所述励磁电流流动的方向和大小进行变更。2.根据权利要求1所述的溅射装置,其中,所述可变磁铁之中的至少一个所述可变磁铁的所述磁芯部具有由永磁铁构成的基础磁力部,所述可变磁铁形成的磁场的强度为所述基础磁力部的磁场和所述电磁铁部的磁场被合成后的磁场的强度。3.根据权利要求2所述的溅射装置,其中,所述基础磁力部的所述第一极的磁极朝向所述阴极电极。4.根据权利要求2所述的溅射装置,其中,所述基础磁力部的所述第二极的磁极朝向所述阴极电极。5.根据权利要求1至权利要求4的任一项所述的溅射装置,其中,能够在所述溅射靶被溅射的期间变更所述可变磁铁形成的磁场的强度。6.根据权利要求1至权利要求4的任一项所述的溅射装置,其中,所述溅射靶和所述磁铁装置被构成为相对地进行往复移动。7.根据权利要求1至权利要求4的任一项所述的溅射装置,其中,
所述靶装置具有:一个所述阴极电极、配置于一个所述阴极电极的所述溅射靶、彼此平行地配置的多个所述磁铁装置。8.根据权利要求1至权利要求4的任一项所述的溅射装置,其中,所述溅射装置具有多个所述磁铁装置,多个所述磁铁装置彼此平行地配置而排列成一列,排列的所述磁铁装置之中的位于两端的所述磁铁装置的所述可变磁铁的个数比位于其他处的所述磁铁装置的所述可变磁铁的个数多。9.根据权利要求1至权利要求4的任一项所述的溅射装置,其中,具有多个所述靶装置。10.根据权利要求1至权利要求4的任一项所述的溅射装置,其中,所述靶装置具有:做成圆筒形形状的所述阴极电极、在所述阴极电极的外周配置的圆筒形形状的所述溅射靶、在由所述阴极电极包围的区域配置的所述磁铁装置。11.根据权利要求1至权利要求4的任一项所述的溅射装置,其中,所述可变磁铁配置在壳体内,在设置于所述壳体的制冷剂路径中流动冷却介质来冷却所述可变磁铁。12.一种对溅射装置进行控制来在成膜对象物上形成薄膜的薄膜制造方法,其中,所述溅射装置具有靶装置,所述靶装置设置有:阴极电极;溅射靶,配置在所述阴极电极的单面,在真空槽内露出的溅射面被溅射;以及磁铁装置,配置在所述阴极电极的面之中的与所述单面相反的一侧的面,在所述溅射面上形成磁场,当所述溅射靶被溅射时,在位于所述真空槽内的成膜对象物的成膜面形成薄膜,所述磁铁装置细长且具有长尺寸方向,在所述长尺寸方向的两端分别配置有可变磁力部,在所述可变磁力部之间配置有固定磁力部,所述固定磁力部具有:沿着所述长尺寸方向配置的由细长的永磁铁构成的第一、第二中央外侧部、在所述第一、第二中央外侧部之间沿着所述长尺寸方向配置的由细长的永磁铁构成的中央内侧部,所述可变磁力部具有:沿着所述长尺寸方向配置的由细长的永磁铁构成的第一、第二端外侧部、在所述第一、第二端外侧部之间沿着所述长尺寸方向配置的由多个可变磁铁构成的端内侧部、位于所述磁铁装置的所述长尺寸方向的两端并且将所述第一、第二端外侧部的端部彼此连接的由细长且弯曲的永磁铁构成的连接部,当将n极和s极之中的任一个极性的磁极设为第一极并且将另一个极性的磁极设为第二极时,所述第一、第二中央外侧部、所述第一、第二端外侧部以及所述连接部的所述第一极的磁极朝向所述阴极电极,所述中央内侧部和所述端内侧部的所述第二极的磁极朝向所述阴极电极,所述可变磁铁具有磁芯部以及电磁铁部,所述电磁铁部具有绕所述磁芯部缠绕的线圈并且当励磁电流流动时形成磁场,所述可变磁铁形成的磁场的朝向和强度被构成为能够根据所述励磁电流流动的方向
和大小进行变更,当形成有所述薄膜的所述成膜对象物的个数增加时,使所述可变磁铁形成的磁场的强度减少。13.一种对溅射装置进行控制来在成膜对象物上形成薄膜的薄膜制造方法,其中,所述溅射装置具有靶装置,所述靶装置设置有:阴极电极;溅射靶,配置在所述阴极电极的单面,在真空槽内露出的溅射面被溅射;以及磁铁装置,配置在所述阴极电极的面之中的与所述单面相反的一侧的面,在所述溅射面上形成磁场,当所述溅射靶被溅射时,在位于所述真空槽内的成膜对象物的成膜面形成薄膜,所述磁铁装置细长且具有长尺寸方向,在所述长尺寸方向的两端分别配置有可变磁力部,在所述可变磁力部之间配置有固定磁力部,所述固定磁力部具有:沿着所述长尺寸方向配置的由细长的永磁铁构成的第一、第二中央外侧部、在所述第一、第二中央外侧部之间沿着所述长尺寸方向配置的由细长的永磁铁构成的中央内侧部,所述可变磁力部具有:沿着所述长尺寸方向配置的由细长的永磁铁构成的第一、第二端外侧部、在所述第一、第二端外侧部之间沿着所述长尺寸方向配置的由多个可变磁铁构成的端内侧部、位于所述磁铁装置的所述长尺寸方向的两端并且将所述第一、第二端外侧部的端部彼此连接的由细长且弯曲的永磁铁构成的连接部,当将n极和s极之中的任一个极性的磁极设为第一极并且将另一个极性的磁极设为第二极时,所述第一、第二中央外侧部、所述第一、第二端外侧部以及所述连接部的所述第一极的磁极朝向所述阴极电极,所述中央内侧部和所述端内侧部的所述第二极的磁极朝向所述阴极电极,所述可变磁铁具有磁芯部以及电磁铁部,所述电磁铁部具有绕所述磁芯部缠绕的线圈并且当励磁电流流动时形成磁场,所述可变磁铁形成的磁场的朝向和强度被构成为能够根据所述励磁电流流动的方向和大小进行变更,当形成有所述薄膜的所述成膜对象物的个数增加时,使所述可变磁铁形成的磁场的强度增加。14.一种使用靶装置对溅射靶进行溅射来在位于真空槽内的成膜对象物的成膜面形成薄膜的薄膜制造方法,所述靶装置设置有:阴极电极;所述溅射靶,配置在所述阴极电极的单面,在真空槽内露出的溅射面被溅射;以及多个细长的磁铁装置,配置在所述阴极电极的面之中的与所述单面相反的一侧的面,在所述溅射面上形成磁场,在所述薄膜制造方法中,在各所述磁铁装置的两端部配置可变磁铁,所述可变磁铁具有永磁铁和电磁铁,形成将所述永磁铁形成的磁场和励磁电流流动而所述电磁铁形成的磁场合成后的磁场,
对在所述电磁铁中流动的所述励磁电流的方向和大小进行控制,使所述可变磁铁形成的磁场强度由于形成有所述薄膜的所述成膜对象物的个数的增加而变小。
技术总结
均匀地对溅射靶(14)进行溅射。在阴极电极(21)的单面配置有溅射靶(14),在相反的一侧的面平行地配置有多个磁铁装置(301、311~314、302)。在磁铁装置(301、311~314、302)的两端配置有可变磁场(47),所述可变磁场(47)具有将基础磁力部(71)形成的磁场和电磁铁部(73)形成的磁场合成后的磁场,通过控制在电磁铁部(73)中流动的励磁电流的朝向和大小,从而控制在电磁铁部(73)形成的磁极的极性和磁场强度,使可变磁铁(47)形成的磁场强度由于进行了溅射的成膜对象物(13)的增加而变小,从而使溅射面(24)上的磁场强度固定。上的磁场强度固定。上的磁场强度固定。


技术研发人员:阪上弘敏 大野哲宏
受保护的技术使用者:株式会社爱发科
技术研发日:2020.03.24
技术公布日:2021/6/29

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