СПОСОБ МАГНЕТРОННОГО РАСПЫЛЕНИЯ И АППАРАТ ДЛЯ МАГНЕТРОННОГО РАСПЫЛЕНИЯ
METHOD OF MAGNETRON SPUTTERING AND APPARATUS FOR MAGNETRON SPUTTERING

Область техники
Настоящее изобретение относится в целом к способам магнетронного распыления и аппаратам магнетронного распыления, и более конкретно, настоящее изобретение относится к способам магнетронного распыления и аппаратам магнетронного распыления, имеющим несколько мишеней в вакуумной камере.
Уровень техники
Как один из типов аппаратов магнетронного распыления широко известен аппарат магнетронного распыления, показанный на фиг.6.
Как показано на фиг.6, аппарат магнетронного распыления 101 имеет вакуумную камеру 102, которая соединена с предусмотренной откачной системой 103 и предусмотренной трубкой 104 для ввода газа, а подложка 106, на которой должны образовываться пленки, расположена в верхней части внутри вакуумной камеры 102.
В нижней части вакуумной камеры 102 расположено несколько мишеней 107, которые имеют соответствующий элемент 105, образующий магнитную схему. Каждая мишень 107 сформирована так, что к мишени 107 прикладывается заданное напряжение от источника электропитания 109 через базовую плиту 108.
Между мишенями 107 устанавливают экран 110, имеющий нулевой потенциал, чтобы стабильно создавать плазму на каждой из мишеней 107 для образования однородной пленки на подложке 106.
Раскрытие изобретения
Проблемы, которые должны быть разрешены изобретением
Однако при таких традиционных системе или способе во время формирования пленки плазма поглощается экраном 110, расположенным между мишенями 107, так что в зоне, расположенной вблизи экрана 110 каждой мишени 107, остается неразмытая область, которая не была эродирована.
Наличие этой неразмытой области вызывает аномальный электрический разряд на поверхности мишени 107 или способствует ухудшению качества пленки из-за осаждения материалов мишени в неразмытой области.
Настоящему изобретению удалось решить эти проблемы традиционной системы или способа, и настоящее изобретение направлено на способы магнетронного распыления и аппараты для магнетронного распыления, которые могут значительно уменьшить неразмытую область, чтобы предотвратить аномальный электрический разряд, вызванный наличием неразмытой области на поверхности мишени, и отложение материалов мишени, которое вызывает ухудшение качеств пленки.
Средства для решения проблем
Чтобы решить вышеописанные проблемы, настоящее изобретение предоставляет способ магнетронного распыления, включающий проведение распыления путем создания магнетронного разряда вблизи нескольких мишеней, причем мишени расположены так близко друг от друга, что находятся непосредственно против соседних мишеней, и каждая из мишеней является электрически не зависимой в вакууме, и приложение электрических напряжений с разностью фаз по отношению к соседним мишеням 180 градусов при заданном временном профиле.
В описанном выше способе магнетронного распыления напряжения с разностью фаз 180 градусов могут прикладываться к соседним мишеням периодически и поочередно.
В описанном выше способе магнетронного распыления напряжение, прикладываемое к соседним мишеням, может быть импульсным напряжением постоянного тока.
В описанном выше способе магнетронного распыления частоты напряжений, прикладываемых к соседним мишеням, могут быть одинаковыми.
В описанном выше способе магнетронного распыления напряжения, прикладываемые к соседним мишеням, всегда исключают друг друга.
Настоящим изобретением дается аппарат для магнетронного распыления, включающий несколько электрически не зависимых друг от друга мишеней, расположенных в вакуумной камере, причем соседние мишени расположены близко друг к другу, так что находятся прямо друг против друга, и, кроме того, имеется блок источника напряжения, который имеет источник электроэнергии, способный приложить к каждой мишени напряжение с разностью фаз 180 градусов, соответственно, при заранее установленном временном профиле.
В описанном выше аппарате магнетронного распыления расстояние между соседними мишенями может быть установлено так, чтобы между соседними мишенями не происходило аномального электрического разряда, и таким образом, чтобы между соседними мишенями не создавалась плазма.
В способе по настоящему изобретению приложение напряжений, имеющих разность фаз 180 градусов по отношению к соседним мишеням, расположенным близко друг к другу, с заранее установленным временным профилем при распылении позволяет стабильно создавать однородную плазму на каждой мишени даже в состоянии, когда между мишенями не установлен экран.
В результате, согласно настоящему изобретению, неразмытая область может быть значительно уменьшена и, следовательно, можно предотвратить аномальный электрический разряд на поверхности мишени, а также в максимально возможной степени предотвратить отложение материалов мишени в неразмытой области.
Кроме того, с аппаратом по настоящему изобретению можно просто и с хорошей производительностью реализовать описанный выше способ по настоящему изобретению.
Технический результат изобретения
Согласно настоящему изобретению, можно стабильно создавать однородную плазму на каждой мишени даже в состоянии, когда между мишенями не установлен экран. Следовательно, можно предотвратить аномальный электрический разряд на поверхности мишени, а также в максимально возможной степени предотвратить отложение материалов мишени в неразмытой области.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 является поперечным разрезом, показывающим структуру аппарата магнетронного распыления согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.2 представляет собой временную диаграмму, показывающую пример форм колебания напряжений, прикладываемых к мишеням по настоящему изобретению.
Фиг.3 приводит временные диаграммы, показывающие соотношения между частотами и формами колебаний напряжений, приложенных к мишеням.
Фигуры 4(a) и 4(b) являются временными диаграммами, показывающими другой пример форм колебания напряжений, приложенных к мишеням.
Фиг.5(a) является пояснительной диаграммой, показывающей состояние мишеней для сравнительного примера.
Фиг.5(b) является пояснительной диаграммой, показывающей состояние мишеней для рабочего примера.
Фиг.6 является поперечным разрезом, показывающим структуру аппарата магнетронного распыления согласно обычным технологическим приемам.
Описание номеров позиций
1: аппарат магнетронного распыления, 2: вакуумная камера, 6: подложка, 8 (8A, 8B, 8C и 8D): мишень, 10: блок источника напряжения, 11A, 11B, 11C и 11D: источник электроэнергии, 12: узел регулировки напряжения
Осуществление изобретения
Ниже подробно описывается один вариант предпочтительного исполнения настоящего изобретения с обращением к приложенным чертежам.
Фиг.1 является поперечным разрезом, показывающим структуру аппарата магнетронного распыления согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
Как показано на фиг.1, аппарат 1 магнетронного распыления согласно настоящему варианту осуществления имеет вакуумную камеру 2, с которой соединены предусмотренная откачная система 3 и предусмотренная трубка 4 для ввода газа, к камере также присоединен вакуумметр 5.
В верхней части внутри вакуумной камеры 2 располагается подложка 6, которая соединена с источником электроэнергии (не показан), поддерживаемая держателем 7 подложки.
Хотя в настоящем изобретении подложку 6 можно жестко закрепить в вакуумной камере 2 в предусмотренной позиции, с точки зрения обеспечения однородной толщины пленки, предпочтительно принять конфигурацию, в которой подложка 6 перемещается посредством раскачивания, вращения или сдвига.
В нижней части вакуумной камеры 2 несколько мишеней 8 (в настоящем варианте осуществления 8A, 8B, 8C и 8D) помещены соответственно на базовые плиты 9A, 9B, 9C и 9D, будучи электрически не зависимыми друг от друга.
В настоящем изобретении число мишеней 8 особенно не ограничивается. Однако, имея в виду достижение более устойчивого электрического разряда, предпочтительно иметь четное число мишеней 8.
В настоящем варианте осуществления мишени 8A, 8B, 8C и 8D сделаны, например, прямоугольной формы и одновременно имеют высоту. С точки зрения обеспечения однородной толщины пленки (качества пленки), мишени 8A, 8B, 8C и 8D расположены близко друг к другу так, что части боковых поверхностей в продольном направлении соответствующих соседних мишеней 8A и 8B, 8B и 8C и 8C и 8D находятся прямо друг против друга.
В этом случае, с точки зрения обеспечения однородной толщины пленки (качества пленки), предпочтительно принять конфигурацию, в которой зона для расположения мишеней 8A, 8B, 8C и 8D больше, чем размер подложки 6.
В настоящем изобретении промежуток между соседними мишенями 8A и 8B, 8B и 8C, и 8C и 8D не ограничен конкретным расстоянием. Однако предпочтительно устанавливать мишени на таком расстоянии, при котором аномальный электрический разряд (дуговой разряд) между соседними мишенями не происходит, и кроме того, между соседними мишенями 8A и 8B, 8B и 8C, и 8C и 8D не создается плазма по закону Рашена.
2
В настоящем варианте осуществления авторами настоящего изобретения подтверждено, что когда расстояние между соседними мишенями 8A и 8B, 8B и 8C, и 8C и 8D меньше 1 мм, между соседними мишенями происходит аномальный электрический разряд (дуговой разряд), тогда как плазма генерируется, когда расстояние превосходит 60 мм (давление: 0,3 Па, потребляемая мощность: 10 Вт/см).
Таким образом, принимая во внимание тот недостаток, что пленка прилипает к части боковой поверхности или тому подобному в продольном направлении мишеней 8A-8D, более предпочтительно установить расстояние в 1 мм или более и 3 мм или менее.
С другой стороны, снаружи вакуумной камеры 2 установлен блок 10 источника напряжения для приложения предусмотренного напряжения к мишеням 8A, 8B, 8C и 8D.
Блок 10 источника напряжения согласно настоящему варианту осуществления имеет источники 11A, 11B, 11C и 11D питания, которые отвечают соответственно мишеням 8A, 8B, 8C и 8D. Эти источники 11A, 11B, 11C и 11D питания соединены с блоком 12 регулировки напряжения, так что регулируются величина и временной профиль выходного напряжения; таким образом, предусмотренные, описываемые ниже напряжения прикладываются соответственно к мишеням 8A, 8B, 8C и 8D через базовые плиты 9A, 9B, 9C и 9D.
Ниже базовых плит 9A, 9B, 9C и 9D, а именно, на стороне базовых плит 9A, 9B, 9C и 9D, противоположной мишеням 8A, 8B, 8C и 8D, установлены элементы 13A, 13B, 13C и 13D, образующие магнитную схему, включающую, например, постоянный электромагнит.
Хотя в настоящем изобретении можно жестко закрепить образующие магнитную схему элементы 13A, 13B, 13C и 13D в предусмотренных положениях, для достижения однородности образованных магнитных схем предпочтительно принять, например, конфигурацию, в которой элементы 13A, 13B, 13C и 13D, образующие магнитную схему, перемещаются совместно в горизонтальном направлении.
Следует отметить, что предпочтительно формировать магнитную схему так, чтобы поле рассеяния магнитного потока, создаваемое на поверхности каждой из мишеней 8A, 8B, 8C и 8D, было таким, чтобы горизонтальное магнитное поле составляло от 100 до 2000 Гаусс в положении с нулевым вертикальным магнитным полем.
Ниже описывается предпочтительная реализация способа магнетронного распыления согласно настоящему изобретению.
В настоящем варианте осуществления, когда распыление производится при предусмотренном давлении после того, как технологический газ введен внутрь вакуумной камеры 2, к соседним мишеням 8A и 8B, 8B и 8C, и 8C и 8D прикладываются напряжения с разностью фаз 180 градусов с предусмотренным временным распределением.
Фиг.2 представляет собой временную диаграмму, показывающую пример форм колебания напряжения, приложенного к мишеням по настоящему изобретению.
Как показано на фиг.2, в этом примере напряжения, имеющие разность фаз 180 градусов, как описано ниже, прикладываются например, периодически и поочередно к соседним мишеням 8A и 8B, 8B и 8C, и 8C и 8D.
Более конкретно, в этом примере к мишеням 8A-8D прикладывается импульсное напряжение постоянного тока.
В данном случае, имея в виду надежное создание плазмы на мишенях 8A-8D, предпочтительно, чтобы напряжения, прикладываемые к соседним мишеням 8A и 8B, 8B и 8C, и 8C и 8D, имели такие формы колебаний, которые исключали бы друг друга, которые не включали бы периодов, когда напряжения, приложенные к соседним мишеням, находятся при одинаковом потенциале, т.е. формы колебаний, которые не перекрывают друг друга.
В настоящем изобретении предпочтительно, чтобы частота напряжения, прикладываемого к мишеням 8A-8D, была как можно ниже в диапазоне, в котором утекают электрические заряды (в частности, например, 1 Гц или больше).
Верхний предел частоты напряжения, прикладываемого к мишеням 8A-8D, устанавливается так, как описывается ниже.
На фиг.3 приведены временные диаграммы, показывающие соотношения между частотами и формами колебаний напряжения, приложенного к мишеням.
Описан случай, в котором вышеописанные импульсные напряжения постоянного тока прикладываются к соседним мишеням A и B, имеющим описанную выше конфигурацию. Как показано на фиг.3, настоящим изобретением подтверждается, что до 10 кГц влияние емкостных сопротивлений мишеней A и B и их схем мало, и следовательно, форма колебаний (прямоугольная форма) не искажается. В результате, прикладывая напряжения исключительно к соседним мишеням A и B, можно надежно создать плазму на мишенях A и B.
С другой стороны, настоящим изобретением подтверждается, что, когда частота приложенного напряжения превосходит 10 кГц (12 кГц на фиг.3), эффектом емкостных сопротивлений мишеней A и B и их схем пренебрегать нельзя, и, следовательно, форма колебания искажается так, что становится похожей на синусоидальную волну. В результате в форме колебаний напряжений, прикладываемых к соседним мишеням A и B, появляется период, когда напряжения имеют одинаковый потенциал, и, таким образом, становится невозможным надежно создать плазму на мишенях A и B, как описано выше.
Соответственно, в настоящем варианте осуществления частота напряжений, прикладываемых к мишеням 8A-8D, предпочтительно составляет от 1 Гц до 10 кГц.
Хотя в настоящем изобретении к соседним мишеням 8A-8D могут прикладываться напряжения разной частоты, с точки зрения обеспечения однородной толщины пленки предпочтительно прикладывать к соседним мишеням 8A-8D напряжения одинаковой частоты.
Амплитуда напряжения (электрическая мощность), прикладываемого к соседним мишеням 8A-8D, особенно не ограничивается. Однако с точки зрения обеспечения однородной толщины пленки, предпочтительно прикладывать к соседним мишеням 8A-8D напряжения одинаковой амплитуды.
В этом случае для стабильного создания плазмы на мишенях 8A-8D предпочтительно устанавливать максимальное значение в положительном (+) направлении прикладываемого напряжения равным потенциалу земли.
Фиг.4(a) и 4(b) являются временными диаграммами, показывающими другой пример форм колебаний напряжения, приложенного к мишеням.
Как показано на фиг.4(a) и 4(b), в настоящем изобретении вместо описанного выше импульсного напряжения постоянного тока к соседним мишеням может периодически и поочередно прикладываться переменное (чередующееся) напряжение, имеющее разность фаз 180 градусов.
В данном примере для стабильного создания плазмы на мишенях 8A-8D предпочтительно также, чтобы напряжения, прикладываемые к соседним мишеням 8A и 8B, 8B и 8C и 8C и 8D, имели форму колебаний, исключающих друг друга, так чтобы не было периода, когда напряжения, прикладываемые к соседним мишеням, имеют одинаковый потенциал; т.е. формы колебаний не должны взаимно перекрываться.
Также предпочтительно, чтобы частота напряжений, прикладываемых к мишеням 8A-8D, была как можно более низкой в диапазоне, в котором утекают электрические заряды (конкретно, например, 1 Гц или более).
С другой стороны, что касается верхнего предела частоты напряжения, прикладываемого к мишеням 8A-8D, авторами настоящего изобретения подтверждено, что степень деформации формы колебания из-за увеличения частоты мала по сравнению со случаем описанного выше импульсного напряжения постоянного тока, таким образом, можно прикладывать напряжение, имеющее частоту до примерно 60 кГц.
Соответственно, в данном примере частота напряжений, приложенных к мишеням 8A-8D, предпочтительно составляет от 1 Гц до 40 кГц.
Согласно описанному выше настоящему варианту осуществления, прикладывая к соседним мишеням 8A и 8B, 8B и 8C, 8C и 8D, которые расположены близко друг к другу, напряжения с разностью фаз 180 градусов во время распыления, можно надежно создавать однородную плазму на мишенях 8A-8D даже в состоянии, когда между мишенями 8A-8D не установлены экраны. В результате неразмытая область в мишенях 8A-8D может быть значительно уменьшена, и, следовательно, можно предотвратить аномальный электрический разряд на поверхности мишеней 8A-8D, а также в максимальной степени предотвратить отложение материалов мишени в неразмытой области.
Таким образом, с аппаратом 1 для магнетронного распыления согласно настоящему варианту осуществления описанный выше способ по настоящему изобретению может быть реализован просто и с хорошей производительностью.
Настоящее изобретение может быть применено к произвольному числу разных типов мишеней, и ограничений на тип технологического газа не имеется.
Рабочий пример
Ниже описывается рабочий пример настоящего изобретения.
<Рабочий пример>
2
2
3
Используется аппарат магнетронного распыления, показанный на фиг.1, и шесть листов мишеней, полученных добавлением 10 вес.% SnО в InО, помещены в вакуумную камеру.
2
Затем внутрь вакуумной камеры был введен технологический газ, содержащий Ar и О. При давлении 0,7 Па для проведения распыления к мишеням прикладываются напряжения, имеющие импульсные прямоугольные волны с противоположными фазами (частота: 50 Гц, потребляемая мощность: 6,0 кВт), как показано на фиг.2.
<Сравнительный пример>
Распыление проводится в тех те условиях процесса, что и в рабочем примере, с использованием аппарата магнетронного распыления согласно обычным технологическим приемам, показанного на фиг.6.
Тогда как в сравнительном примере, как показано на фиг.5(a), имеется неразмытая область 80 шириной приблизительно 10 мм на краевой зоне мишени 8, в рабочем примере, как показано на фиг.5(b), неразмытая область на краевой зоне мишени 8 почти отсутствует.