專利名稱：靶組合體以及具有該靶組合體的濺射裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及接合靶和背板而成的靶組合體以及具有該靶組合體的濺射裝置。
背景技術：
在濺射法中，通過使等離子體中的離子向根據(jù)要在處理基板表面上成膜的膜的組成而制成規(guī)定形狀的靶加速并沖擊，使靶原子飛散，在處理基板表面上形成薄膜。此時，靶由于受到離子的沖擊而溫度變高，所以存在靶熔解、出現(xiàn)裂紋等問題。
因此，通過由銦或錫等熱傳導率高的材料構成的接合材料把靶接合到例如銅制的背板上而制成靶組合體，在此狀態(tài)下安裝到濺射陰極上，形成在濺射期間通過利用冷卻水(制冷劑)冷卻背板來對靶進行間接除熱的結構。
在此情況下，過去的靶組合體中，為了提高靶的冷卻效率、并利用螺栓等固定機構將其組裝到濺射陰極上，把背板的外形設定得比靶的外形大，利用從靶的外周向外側突出的部分固定在濺射陰極上(專利文件1)。
專利文件1特開平7-26375號公報(例如，參照圖1)。
但是，近年來，利用濺射法對FPD制造用的玻璃基板這樣的面積大的基板形成薄膜的情況越來越多。此時，為了能夠對于大面積的基板，在高度保持膜厚分布及進行反應性濺射時的膜質分布的均勻性的狀態(tài)下進行成膜，有任提出了如下所述地構成濺射裝置。
即，與基板相對地并列設置形成為直方體等的相同形狀的多個靶，并且對相鄰的2個靶分配1個交流電源進行連接，利用該交流電源，向任一方的靶施加負電位、并且向另一方的靶施加接地電位或者正電位，通過使施加了該接地電位或者正電位的靶起到陽極的作用，對施加了負電位的靶進行濺射，按照交流電源的頻率，交替切換靶的電位，依次對各靶進行濺射(參照特愿2004-69413號說明書)。此時，為了相互接近地設置靶，令背板沿并列設置方向的寬度與靶的并列設置方向的寬度一致。
如上構成濺射裝置時，由于沒有必要在靶相互之間設置任何陽極和陰極等結構部件，所以可以使不放出濺射粒子的空間盡可能小(靶之間的間隔可以變小)，具有可以在高度保持膜厚分布、膜質分布的均勻性的狀態(tài)下對大面積的基板進行成膜的優(yōu)點。
但是，在上述濺射裝置中，為了提高各靶的利用效率，在靶的后方設置磁鐵組合體，當磁鐵組合體沿靶的并列設置方向往返運動時，在靶前方所發(fā)生的等離子體蔓延到各靶組合體相互之間，存在靶和背板的接合面暴露于等離子體中而使接合材料熔解、滲出的問題。
若接合材料滲出，就會導致濺射期間產生異常放電，不能進行良好的成膜。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明鑒于以上各點，其目的在于提供即便在并列設置各靶組合體的狀態(tài)下進行濺射時，靶和背板的接合面也不會暴露于等離子體中，進而可以防止濺射時誘發(fā)異常放電的靶組合體以及具有該靶組合體的濺射裝置。
為了解決上述課題，本發(fā)明的第一方面的靶組合體的特征在于，具有有規(guī)定形狀的濺射用靶，以及通過接合材料接合到該靶的濺射面的背面?zhèn)鹊谋嘲?；所述背板的與所述靶的接合面的面積設定得比靶的最大橫截面積小。
根據(jù)本發(fā)明，以組裝了靶和背板的靶組合體的狀態(tài)安裝到濺射陰極上，在濺射期間，通過利用冷媒冷卻背板，間接地對靶進行除熱，防止靶熔解和出現(xiàn)裂縫。此時，由于背板的與靶的接合面的面積設定得比靶的最大橫截面積小，所以靶和背板的接合面的一部分位于靶的一端的內側，利用向外側伸出的靶的側壁，防止等離子體向此處的接合面的蔓延。
也可以在真空室內隔開規(guī)定的間隔并列設置多個靶時，通過把接合到這些靶的背板相互間的距離設定得比相鄰的靶相互間的距離大來使所述接合面的面積比靶的最大橫截面積小。
另外，上述靶的外形為多角形時，若在相互面對的靶的整個一邊上、把所述背板相互間的距離設定得較大，則即便在為了提高各靶的利用效率而在靶的后方設置磁鐵組合體、并使其沿靶的并列設置方向往返運動的情況下，靶前方所產生的等離子體也不會從并列設置的靶相互之間蔓延到靶和背板的接合面，進而可以防止濺射期間的異常放電的誘發(fā)、進行良好的成膜。
并且，也可以使從所述靶的端面到背板的端面的間隔大于等于5mm。如果比5mm小，則在相鄰設置靶時，有暴露于等離子體中的擔憂。另外，關于上限，只要是濺射時能夠冷卻靶的范圍即可。
另外，本發(fā)明的另一種濺射裝置的特征在于，隔開規(guī)定的間隔并列設置如前所述的靶組合體，以在各靶的前方分別形成磁通的方式在各靶的后方分別設置、由多個磁鐵構成的磁鐵組合體，以及向各靶交替施加負電位以及接地電位或正電位的任何一方的交流電源。
由此，對于面積大的基板，即便在通過濺射法成膜的情況下，也能夠在高度保持膜厚分布、進行反應性濺射時的膜質分布的均勻性的狀態(tài)下進行成膜，在此基礎上，可以防止濺射期間的異常放電的誘發(fā)，結果就能夠進行良好的成膜。
此時，若設置以使所述磁通對于靶自由地平行移動的方式一體地驅動各磁鐵組合體的驅動單元，就能夠提高各靶的利用效率。
發(fā)明的效果如上所說明的，在本發(fā)明的靶組合體以及具有該靶組合體的濺射裝置中，濺射期間，靶和背板的接合面不會暴露于等離子體中，進而，可以防止濺射時誘發(fā)異常放電，能夠進行良好的成膜。


圖1是概略地說明本發(fā)明的濺射裝置的結構的剖面圖。
圖2是說明靶組合體的結構的平面圖。
圖3是放大表示圖1中所示的靶組合體的一部分的剖面圖。
圖4是表示投入電力與電弧放電的次數(shù)的關系的圖。
具體實施例方式
參照圖1至圖3進行說明，1是具有并列設置了本發(fā)明的陰極組合體的陰極的磁控管式的濺射裝置(下面稱為“濺射裝置”)。濺射裝置1為直通式，具有通過旋轉泵、渦輪分子泵等真空排氣機構(未圖示)可以保持規(guī)定的真空度的真空室11。真空室11的上部空間中，設有未圖示的基板運送機構。該基板運送機構，具有公知的結構，例如，具有裝有處理基板S的托架，使驅動單元間歇驅動，向與后述的并列設置的靶相對的位置依次輸送處理基板S。
在真空室11中設有氣體導入單元2。氣體導入單元2，通過設有質量流控制器21的氣體管22，與氣體源23相通，可以向濺射室11內以一定的流量導入氬等濺射氣體和反應性濺射時使用的氧等反應氣體。在真空室11的下側配置有陰極組合體3。
陰極組合體3，具有大致呈直方體的、形成為同一形狀的6個靶31a～31f。各靶31a～31f，根據(jù)Al合金、Mo、ITO等要在處理基板S上成膜的薄膜的組成，用公知的方法分別制作而成，通過接合材料Bo接合到背板32a～32f上成為靶組合體，以該狀態(tài)分別安裝到陰極組合體3上。
背板32a～32f，例如為銅制，形成為內部設有水路的直方體，在其一側上設有循環(huán)水的輸入部和輸出部(未圖示)。作為接合材料Bo，使用銦或錫等熱傳導率高的公知材料。并且，濺射期間，通過使冷卻水在背板32a～32f內循環(huán)來冷卻背板32a～32f，間接地對靶31a～31f進行除熱，防止濺射時的離子沖擊導致的靶31a～31f的熔解和裂縫。
靶31a～31f，其未使用時的濺射面311并列設置成位于與處理基板S平行的同一平面上，在各靶31a～31f的相互面對的側面312相互之間，不設置陰極或屏蔽等結構部件。各靶31a～31f的外形尺寸，設定為并列設置各靶31a～31f之際比處理基板S的外形尺寸大。
在靶31a～31f的后方，分別設有6個磁鐵組合體33a～33f。各磁鐵組合體33a～33f形成為同一結構，具有與靶31a～31f平行地設置的、磁性材料制的平板狀的支持部331，在支持部331上設有沿靶31a～31f的長邊方向的棒狀的中央磁鐵332，和沿支持部331的外周設置的周邊磁鐵333。此時，中央磁鐵332的換算成同磁化時的體積，設計成與各周邊磁鐵333的換算成同磁化時的體積之和(周邊磁鐵∶中心磁鐵∶周邊磁鐵＝1∶2∶1)相等。
由此，在各靶31a～31f的前方，分別形成平衡的閉環(huán)隧道狀的磁通，通過在靶31a～31f的前方捕捉電離的電子以及由于濺射而產生的二次電子，可以使靶31a～31f的前方的電子密度提高、從而使等離子體密度提高。
在各靶31a～31f，連接有施加了交流電壓的3個交流電源E1～E3。此時，對相鄰的2個靶(例如31a和31b)分配1個交流電源E1，在對一個靶31a施加負電位時，對另一個靶31b施加接地電位或者正電位。
然后，把處理基板S搬送到與并列設置的各靶31a～31f相對的位置，通過氣體導入機構2導入規(guī)定的濺射氣體后，例如通過各交流電源E1～E3向一方的靶31a、31c、31e施加負電位，向另一方的靶31b、31d、31f施加接地電位或正電位。此時，另一方的靶起到陽極31b、31d、31f的作用，在分別連接到1個交流電源E1～E3上的靶31a～31d相互之間分別產生等離子體，施加了負電位的靶31a、31c、31e被濺射，然后根據(jù)交流電源E1～E3的頻率，切換靶31a～31f的電位，另一方的靶31b、31d、31f被濺射，由此各靶31a～31f交替被濺射，在處理基板S整個表面上成膜。
由此，由于沒有必要在不放出濺射粒子的靶31a～31f相互間設置任何陽極或屏蔽等構成部件，所以可以使不放出濺射粒子的區(qū)域盡可能小。結果，可以令處理基板S面內的膜厚分部大致均勻。
如上構成各磁鐵組合體33a～33f時，中央磁鐵332的上方的等離子體密度變低，與其周邊相比較，隨著濺射的進行而產生的靶31a～31f的侵蝕量變少。因此，把支持部331的沿靶31a～31f的并列設置方向的寬度，設定得比各靶31a～31f的并列設置方向的寬度小。而且，在陰極組合體3上設置氣缸4，在其驅動軸41上安裝各磁鐵組合體33a～33f，在沿著各靶31a～31f的并列設置方向的水平的2個位置(L點、R點)使磁鐵組合體33a～33f一體地平行往返運動，改變隧道狀的磁通M的位置。此時，周邊磁鐵333移動至靶31a～31f的并列設置方向的端部外側。
為了抑制異常放電的發(fā)生，優(yōu)選在L點或R點保持磁鐵組合體33a～33f，例如處理基板S的成膜結束、停止向靶31a～31f施加交流電壓，暫時停止放電后，向與靶31a～31f相對的位置搬運下一處理基板S之際，驅動氣缸4使磁鐵組合體33a～33f、即隧道狀的磁通在L點和R點之間移動。由此，可以大致均等地侵蝕包含靶31a～31f的外周緣部的整個面，利用效率提高。
但是，如上所述使得磁鐵組合體33a～33f往復運動時，存在等離子體從靶31a～31f的側面312相互之間的空間蔓延到靶31a～31f和背板32a～32f的接合面的問題。由此，有必要解決靶31a～31f和背板32a～32f的接合面暴露于等離子體中而使接合材料熔解、滲出的問題。
如圖3所示，在本實施方式中，與相鄰的靶31a～31f相互間的距離D1(設定在2mm～10mm的范圍)相比，把背板相互間的距離D2、D3設定得較大，使得背板32a～32f的與靶31a～31f的接合面的面積比靶的橫截面積小。此時，與并列設置的靶31a～31f中中央的4個靶31b、31c、31d、31e接合的、剖面為長方形的背板32b、32c、32d、32e，其沿并列設置方向的寬度Bwc，尺寸設定得比靶31b、31c、31d、31e的沿并列設置方向的寬度Tw小，背板32b、32c、32d、32e相互間的距離D2大致一定，并使得背板32b、32c、32d、32e的接合面的兩端位于靶31b、31c、31d、31e背面的、從沿并列設置方向的兩端開始、等間隔的位置上。
接合到位于兩側的靶31a、31f的背板32a、32f的沿并列設定方向的寬度Bwe，尺寸設定為使相鄰的背板32b、32e之間的距離D3與距離D2一致，并且背板32a、32f的外側的端面與靶31a、31f的外側的端面成一個面。另一方面，各背板32a～32f，在與并列設定方向成直角的方向上(靶31a～31f的長邊方向)，形成為延伸到靶31a～31f的端部的外側，在該延伸出的部位利用螺栓等固定機構T將其固定到陰極組合體3上(參照圖2)。
由此，即便磁鐵組合體33a～33f如上所述在L點以及R點之間往返運動，由于靶31a～31f和背板32a～32f的接合面位于靶31a～31f的沿并列設置方向的端部內側，通過延伸到外側的靶31a～31f的側壁312可以防止等離子體向接合面的蔓延，進而可以防止濺射中異常放電的誘發(fā)，進行良好的成膜。
距離D2、D3設定為大于等于10mm(從靶31a～31f的沿并列設置方向的端部隔開大于等于5mm的間隔，設置背板32a～32f的沿并列設置方向的端部)。如果比5mm小，則接合面有暴露于等離子體的擔憂。另外，關于上限，只要是濺射時能夠冷卻靶、可以防止靶31a～31f的熔解和裂縫的范圍即可。
另外，如上所述使各靶31a～31f相互接近地設置時，磁鐵組合體33a～33f相互的間隔變小。此時，測定各磁鐵組合體33a～33f的從各磁鐵332、333的上面起隔開規(guī)定的間隔的位置上的、沿磁鐵組合體33a、33f的并列設置方向的、垂直方向的磁場強度以及水平方向的磁場強度，可知在同方向上相同極性的周邊磁鐵333接近而產生磁場干擾，該處的磁通密度高于位于兩端部的磁鐵組合體33a、33f的周邊磁鐵333的上方處的磁通密度，磁場平衡就破壞了。
為此，在并列設置的磁鐵組合體33a～33f的兩側，以使相鄰的磁鐵組合體33a的周邊磁鐵333和磁鐵組合體33f的周邊磁鐵的極性分別一致的方式設置棒狀的輔助磁鐵5，將支持輔助磁鐵5的支持部51安裝在氣缸4的驅動軸41上，可與磁鐵組合體33a～33f一體移動。由此，磁鐵組合體33a～33f的兩端處的磁通密度也可以變高，磁場平衡得到改善，進而可以使處理基板S面內的膜厚分布和進行反應性濺射時的膜質分布大致均勻。
另外，在并列設置磁鐵組合體時要希望保證磁場平衡，并不限于設置輔助磁鐵。例如，也可以僅使位于并列設置的磁鐵組合體的兩外側的周邊磁鐵的寬度尺寸變大，或者更換成從磁鐵產生的磁通密度變大的材料作為磁通密度校正單元。
在本實施方式中，利用圖1所示的濺射裝置，采用玻璃基板(1000mm×1200mm)作為處理基板S，通過基板運送單元把該玻璃基板向與靶31a～31f相對的位置運送。利用Al作為靶31a～31f，用公知的方法，各靶31a～31f制作成具有200mm×1700mm的外形尺寸、厚度10mm的直方體，分別接合到背板32a～32f上作為靶組合體。
此時，利用In作為接合材料，在陰極組合體3上安裝各靶組合體31、32時，設定靶31a～31f相互間的距離D1為2mm，背板相互間的距離D2、D3為10mm。另外，設定靶31a～31f和玻璃基板之間的距離為160mm。
作為濺射條件，被真空排氣的真空室11內的壓力保持為0.3Pa，控制氣體導入單元2的質量流控制器21，把作為濺射氣體的氬導入真空室11內。另外，設定由交流電源E1向靶31a～31f的投入電力為40kW，頻率為50kHz。然后，以50kHz的頻率向各靶31a～31f交替施加負電位以及正電位或接地電位中任一方的方式投入電力，對一張玻璃基板通過濺射成膜。而且，在濺射期間在L點固定了磁鐵組合體33a～33f。
在圖4中，用線E1示出了在上述條件下進行濺射時隨著累計電力的增加而檢測出的異常放電次數(shù)的推移。此時，在規(guī)定時間(2分鐘)內濺射時的濺射電流和濺射電壓中的某一個的變動超出一定范圍時作為異常放電而被檢測出來。而且，當累計電力達到100kWH時暫停濺射，暫時向大氣開放真空室。
(比較例1)作為比較例1，將濺射條件設成與上述實施方式1相同，但使用在制作靶組合體之后、通過熔射加工用銅覆蓋沿著靶組合體的并列設置方向的靶以及背板的側面的靶組合體。
如圖4所示的圖表中，用線C1表示以上述條件進行濺射時的、隨著累計電力的增加而檢測到的異常放電(電弧)的次數(shù)的推移。此時，異常放電的檢測與實施方式1相同，而且當累計電力達到100kWH時暫停濺射，暫時向大氣開放真空室。
(比較例2)作為比較例2，將濺射條件設成與上述實施方式1相同，但使用背板沿并列設置方向的寬度與靶的沿并列設置方向的寬度相同的靶組合體。
如圖4所示的圖表中，用線C2表示以上述條件進行濺射時的、隨著累計電力的增加而檢測到的異常放電(電弧)的次數(shù)的推移。此時，異常放電的檢測與實施方式1相同，而且當累計電力達到100kWH時暫停濺射，暫時向大氣開放真空室。
參照圖4進行說明，在濺射開始之初，由于靶表面的氧化等原因，實施方式1、比較例1以及比較例2都是檢測出異常放電的次數(shù)較多。這種情況，在向大氣暫時開發(fā)真空室之后，再次開始濺射時也是一樣。在此，在比較例1中，隨著累計電力的增加異常放電的檢測次數(shù)變少并穩(wěn)定下來，在暫時向大氣開放真空室后，對用銅覆蓋的靶以及背板的側面用目視進行確認，也沒有發(fā)現(xiàn)電弧痕跡。
但是，向大氣暫時開放真空室后，更換玻璃基板再次開始濺射時，即使累計電力增加，異常放電的檢測次數(shù)也未抑制成累計電力達到100kWH時的那種程度，在累計電力達到約220kWH后，停止濺射，向大氣開放真空室，目視確認用銅覆蓋的靶以及背板的側面時，發(fā)現(xiàn)了多個電弧痕跡。
另外，在比較例2中，異常放電的檢測次數(shù)，即便累計電力增加也不穩(wěn)定，在累計電力達到100kWH后，停止濺射，向大氣開放真空室，目視確認靶以及背板的側面時，發(fā)現(xiàn)多個電弧痕跡，還發(fā)現(xiàn)接合材料的滲出。
對此，在實施方式1中，在濺射開始之初以及暫時大氣開放后，隨著累計電力的增加異常放電的檢測次數(shù)變少并穩(wěn)定，每次對真空室進行大氣開放時，目視確認靶以及背板的側面，未發(fā)現(xiàn)電弧痕跡，且未發(fā)現(xiàn)接合材料滲出。
權利要求
1.一種靶組合體，其特征在于，具有有規(guī)定形狀的濺射用靶，以及通過接合材料接合到該靶的濺射面的背面?zhèn)鹊谋嘲?；其中，所述背板與所述靶的接合面的面積設定得比靶的最大橫截面積小。
2.根據(jù)權利要求1所述的靶組合體，其特征在于，在真空室內隔開規(guī)定的間隔并列設置多個靶時，通過把接合到這些靶的背板相互間的距離設定得比相鄰的靶相互間的距離大來使所述接合面的面積比靶的最大橫截面積小。
3.根據(jù)權利要求2所述的靶組合體，其特征在于，在上述靶的外形為多角形時，在相互面對的靶的整個一邊上、把所述背板相互間的距離設定得較大。
4.根據(jù)權利要求2或至3任一項所述的靶組合體，其特征在于，從所述靶的端面到背板的端面的間隔大于等于5mm。
5.一種濺射裝置，其特征在于，隔開規(guī)定的間隔并列設置了權利要求1至權利要求4所述的靶組合體；并設置有以在各靶的前方分別形成磁通的方式分別設置在各靶的后方、由多個磁鐵構成的磁鐵組合體，以及向各靶交替施加負電位以及接地電位或正電位的任何一方的交流電源。
6.根據(jù)權利要求5所述的濺射裝置，其特征在于，海設置有以所述磁通相對于靶自由地平行移動的方式，一體地驅動各磁鐵組合體的驅動單元。
全文摘要
本發(fā)明提供一種靶組合體，在利用通過接合材料接合靶和背板而構成的靶組合體進行濺射時，靶和背板的接合面也不會暴露于等離子體中，進而，可以防止誘發(fā)濺射時的異常放電。在本發(fā)明的靶組合體中，把具有規(guī)定形狀的濺射用靶31a～31f與背板32a～32f的接合面的面積，設定得比靶的最大橫截面積小。
文檔編號C23C14/35GK1916232SQ200610115520
公開日2007年2月21日 申請日期2006年8月15日 優(yōu)先權日2005年8月15日
發(fā)明者大石祐一, 小松孝, 中村肇, 新井真, 清田淳也, 谷典明 申請人:株式會社愛發(fā)科