专利名称：溅射装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及真空处理装置，特别是涉及对溅射装置的改进。
现有技术图8中的101表示现有技术中的溅射装置。这种真空处理装置101具有真空槽111。
真空槽111上设置有排气口118。排气口118的结构是连接到图中未示出的真空排气系统上，当驱动真空排气系统时，能对排气口118内部进行真空排出。
真空槽111上设置有气体导入口117，气体导入口117的结构是连接到图中未示出的导气系统上，并能从气体导入口117把空气导入真空槽111内部。
在真空槽111的天井上配置后板112，在后板112对着真空槽111内部的侧面上配置着由电介质材料构成的靶113。
在真空槽111内底面上与此靶113相对配置着载置台115。载置台115表面平坦且能在其表面上载置后述的基板。
在真空槽111外部设置有高频电源114，高频电源114连接到后板112上，当启动高频电源114时，能通过后板112把高频电流供给靶113。
在使用这种结构的溅射装置101采用溅射法在硅基板表面上形成电介质薄膜时，首先，把真空槽111内排气成真空后，在维持真空状态的同时把基板120送进真空槽111内，载置在载置台115表面。这时基板120的电压处于浮动状态。
其次，在一边从气体导入口117把氩气等溅射气体导入一定量一边供给靶113高频电流时，产生放电。使防护板119接地从而使真空槽111内产生的放电稳定。
产生放电时，使靶113溅射。这时，溅射的靶材料除了沿着基板120表面方向飞出外，也在真空槽111内侧面及内底面飞溅，在真空槽111内设有近半球型且底部具有圆形开口的防护板119。该防护板119底上的开口位置靠近载置台115处，由于靶113和真空槽111内侧面及内底面是用防护板119隔开着的，所以溅射的靶材料并不直接安装在真空槽111内底面和内侧面上。利用到达到基板120表面上的靶材料在基板120表面形成薄膜。
但是，根据上述结构的溅射装置，特别是在形成电介质薄膜时，当在连续的多个基板上进行成膜时，产生的问题是基板表面的膜厚度分布及成膜速度是变化的。连续成膜时，因存在有放电不稳定现象，不能维持放电。
针对上述问题，根据本发明的第1方面的发明特征在于，在溅射装置中设置有真空槽、配置在前述真空槽内的靶、对着前述靶配置在前述真空槽内且能保持基板的基板保持部、表面朝向靶配置在前述基板保持部周围并在表面上形成凹凸且接地的对置电极。
根据本发明的第2方面的发明特征在于，在上述第1方面的溅射装置中，前述对置电极设有通孔，前述基板保持部配置在前述通孔内。
根据本发明的第3方面的发明特征在于，在上述第1方面的溅射装置中，前述凹凸是在前述对置电极表面形成的多个孔。
根据本发明的第4方面的发明特征在于，在上述第3方面的溅射装置中，前述孔的深度比前述孔径大2倍以上。
根据本发明的第5方面的发明特征在于，在上述第1方面的溅射装置中，前述靶配置在前述真空槽内天井处，前述对置电极配置在前述真空槽内底侧；前述对置电极表面是以其外侧高度低于内侧高度的形式倾斜着的。
根据本发明的第6方面的发明特征在于，在上述第5方面的溅射装置中，前述对置电极表面相对水平面倾斜10°以上。
根据本发明的第7方面的发明特征在于，在上述第1方面的溅射装置中，前述靶是以Batio3、SrTio3、(BaSr)Tio3、Pb(ZrTi)O3或SrBi2Ta2O9任一种为主成分的电介质。
根据本发明的第8方面的发明特征在于，在上述第1方面的溅射装置中，在前述真空槽内前述对置电极本身是接地的。
如上所述，在现有技术的溅射装置中，在形成电介质膜过程中，连续成膜时基板表面的厚度分布和成膜速度是变化的，一旦连续成膜，会产生放电不稳定的问题，本发明人认为其原因在于，靶及基板附近位置处配置的防护板表面上利用溅射电介质附着形成电介质膜并使该电介质膜表面附着正电荷后，防护板表面中分布的正电荷密度变大，从而不能确保防护板表面电压达到接地电压，从而使放电不稳定。
本发明的溅射装置是根据这种研究结果提出的，例如，通过在表面上形成有数个孔，使表面上形成凹凸，由于该凹凸设置在真空槽内位于载置台周围，接地电压中具有对置电极，所以，即使在使靶溅射的情况下，也能防止附着在防护板和对置电极上，在真空槽内底面上不会直接附着靶材料。
对置电极因表面上形成有多个孔，其表面积变大。因此，即使在把溅射的电介材料附着在对置电极表面及孔内部使其表面形成电介质膜且电介质膜上分布正电荷，由于对置电极表面的表面积大，与现有技术相比，分布的电荷密度变小，结果是对置电极表面的电压基本保持为接地电压。
因此，由于对置电极表面电压基本保持为接地电压，即使连续成膜形成电介质膜，因真空槽内放电比现有技术的稳定，不会产生现有技术中膜厚度分布及成膜速度变动或放电不稳定的问题。
在对置电极上形成有多个浅孔时，由于对置电极表面积比孔深时的表面积小，基板处理枚数增多时产生不能使对置电极表面电压保持为接地电压的现象，但本发明中，由于形成多个深孔的孔深是孔径的2倍以上，对置电极的表面积比没有形成孔时的变大。因此，对置电极表面电压长时间保护接地电压，能使放电长时间稳定。
本发明的对置电极其表面也可以以朝向真空槽内侧面倾斜式形成。
即使连续形成电介质膜也能使放电稳定，并确保一定的成膜速度及Sr/Ti组成比。
图1用于说明本发明一实施形式中溅射装置结构的剖面图；图2(a)用于说明本发明一实施形式中溅射装置上使用的一例对置电极的平面图；(b)用于说明本发明一实施形式中溅射装置上使用的一例对置电极的截面图；图3用于说明本发明一实施形式中用溅射装置进行连续成膜中处理枚数以及成膜速度和Sr/Ti组成比关系的曲线；图4用于说明现有技术中用溅射装置进行连续成膜中处理枚数以及成膜速度和Sr/Ti组成比关系的曲线；图5用于说明本发明另一实施形式中用溅射装置进行连续成膜中处理枚数以及成膜速度和Sr/Ti组成比关系的曲线；
图6(a)用于说明本发明一实施形式中溅射装置上使用的另一例对置电极的平面图；(b)用于说明本发明一实施形式中溅射装置上使用的另一例对置电极的剖面图；具体实施方式
图7(a)用于说明本发明一实施形式中溅射装置上使用的再一例对置电极的平面图；(b)用于说明本发明一实施形式中溅射装置上使用的再一例对置电极的剖面图。
下面，参照
本发明的实施形式。
图1中的符号1表示本发明实施形式中的溅射装置。这种溅射装置1带有真空槽11。
真空槽11上设置有排气口18。把排气口18连接到图中未示出的真空排气系统上，当驱动真空排气系统时，能对真空槽11内部进行真空排气。
真空槽11上设置有气体导入口17，气体导入口17连接到图中未示出的导气系统上，并能从气体导入口17把空气导入真空槽11内部。
在真空槽11的天井上以与真空槽11绝缘状态配置后板12，在后板12对着真空槽11内部的侧面上配置着由SrTio3烧结体构成的靶13。在真空槽11内侧以对着靶13表面周围的形式配置接地的接地屏蔽16。
在真空槽11内底面上与靶13相对配置着载置台15。载置台15表面平坦且能在其表面上载置后述的基板。
在真空槽11的内底面载置台15的周围位置上，配置着对置电极21。
对置电极21的详细结构表示在图2(a)、(b)。对置电极21带有中央为圆形通孔24的铝合金制圆板22，圆板22表面形成有数个圆孔23。在此，将圆板22的直径设为26cm，通孔直径设为20cm，在其表面上设计直径5mm、深10mm的孔23有72个。载置台15位于该通孔24内。
在真空槽11外部设置有高频电源14，高频电源14连接到后板12上，当启动高频电源14时，能通过后板12把高频电流供给靶13。
使用这种结构的溅射装置，在直径为8英寸(约20cm)硅基板表面上形成作为电介质膜的SrTio3薄膜时，首先，把真空槽11内排气成真空后，在维持真空状态的同时把由硅构成的基板20送进真空槽11内，载置在载置台15表面上。
其次，从气体导入口117把作为溅射气体的氩(Ar)气10SCCM、氧气(o2)1SCCM分别导入真空槽11内，使真空槽11内的压力变为0.1Pa。随后启动高频电源14，当给靶13供给频率为13.56MHz、RF功率1kW的高频电流时，在真空槽11内产生放电。产生放电时，使靶13溅射。
这时，溅射的靶材料除了在配置于靶13正下方的基板20表面方向飞行外，也在真空槽11内侧面及内底面飞溅，由于在真空槽11内侧设置有防护板19且在真空槽11内底面中的载置台15周围配置着对置电极21，所以飞散的靶材料并不直接附着在真空槽11内底面和内侧面上。通过在基板20表面上使SrTio3溅射，在基板20表面形成SrTio3薄膜。
在基板20表布上形成规定膜厚的SrTio3后，停止导入作为溅射气体的Ar气、O2气以及高频电流的供给，终止溅射处理，在维持真空槽11内真空状态的同时把处理好的基板20从真空槽11中取出。
随后，在维持真空槽11内真空状态的同时，把新的基板送入真空槽11内，进行与上述成膜处理相同的成膜处理。通过多次来回进行这种成膜处理，就能在多个基板上连续形成SrTio3薄膜。
本发明的发明人在进行了这种多枚成膜处理的同时，对基板逐次测定其成膜速度和Sr/Ti组成比。把这种测定结果表示为图3的曲线(A)、(B)。曲线(A)表示处理枚数与成膜速度速度间的关系，曲线(B)表示处理枚数与Sr/Ti组成比之间的关系。
与曲线(A)相比，1枚基板中的成膜速度是10nm/min，10枚基板中成膜速度低为8nm/min。不过随后成膜速度不变，保持为一定值8nm/min。
如曲线(B)所示，1枚基板的Sr/Ti组成比是1.2，10枚基板的Sr/Ti组成比低为1.0，随后不在变化，保持为一定值1.0。本发明的发明人随后对100枚进行了测定，其间的成膜速度及Sr/Ti组成比也保持为一定值。
对10枚以后的基板测定了其表面上附着的溅射，1枚基板中直径在0.3um以上的溅射数平均是200个左右。
如上所述，根据本发明实施形式中的溅射装置1，由于在载置台15的周围配置有表面带孔23的对置电极21且使防护板19以近真空槽11内侧的状态配置，与现有技术相同，溅射的SrTio3不会直接附着在真空槽11内侧面和内底面。
另外，通过连续成膜在对置电极21表面形成作为电介质膜的SrTio3薄膜，即使SrTio3薄膜表面上分布正电荷，因对置电极21表面上形成有多个孔23使其表面积变大，SrTio3薄膜表面上分布正电荷的电荷密度相对变小，对置电极21表面电压基本保持为接地电压状态。因此，与现有技术相比，放电稳定，并且，即使在连续在多个基板表面成膜，各基板上的成膜速度及SrTio3薄膜的组成比也能保持在基本一定的状态。
本发明人使用图8所示现有技术中的装置与上述本发明实施形式中的溅射装置进行比较，在与上述实施形式相同条件下在多个基板表面连续进行SrTio3薄膜的的成膜处理，分析了处理枚数与成膜速度的关系以及处理枚数与Sr/Ti组成比间的关系。用图4曲线(C)表示处理枚数与成膜速度间关系，用曲线(D)表示处理枚数与Sr/Ti组成比间的关系。
如曲线(C)所示，1枚基板成膜速度为10nm/min，15枚基板成膜速度降至4.5nm/min，降至原速的65％。
如曲线(D)所示，Sr/Ti组成比在1枚基板时是1.2，而在15枚时变为0.82，降低较大。在16枚以后，即使给靶13供给FR功率也不产生放电，不能成膜。
本发明人在上述图1的溅射装置1中由于用绝缘玻璃把防护板19固定在真空槽11上，防护板19与接地屏蔽16的电压都处于浮动状态，使用使对置电极21本身接地的装置，在与上述成膜条件相同的条件下在多枚基板表面连续形成SrTio3薄膜，分别分析了处理枚数与成膜速度的关系以及处理枚数与Sr/Ti组成比间的关系。用图5曲线(E)表示处理枚数与成膜速度间关系，用曲线(F)表示处理枚数与Sr/Ti组成比间的关系。
如曲线(E)所示，1枚基板时成膜速度为9nm/min，2枚时成膜速度降至8nm/min，随后不变，保持一定值；如曲线(F)所示，Sr/Ti组成比在1枚基板时是1.1，虽在2枚时降为1.0，但随后不变保持为一定值。能够确认成膜速度及Sr/Ti组成比能保持一定。
本发明的发明人重复进行调查研究，在对置电极21上不设多个孔23的情况下，分析成膜速度及Sr/Ti组成比是否保持一定。
在图7(a)、(b)中用符号41表示对置电极结构。该对置电极41结构中设置有圆板42中央圆形通孔44这点与图2的对置电极21是相同的，但表面上完全没有设置孔这点与图2的对置电极21是不同的。不同点就这一点，圆板42直径及通孔44直径也都是与对置电极21的相同的。
把这种结构的对置电极41代替图1的对置电极21配置在载置台15的周围，在与上述相同的成膜条件下，在多枚基板表面连续形成SrTio3薄膜，分别分析了处理枚数与成膜速度的关系以及处理枚数与Sr/Ti组成比间的关系。
结果，成膜速度在1枚基板时为10nm/min而在15枚时为5nm/min，确认也降低了50％。同样也能确认，Sr/Ti组成比在1枚基板时是1.2而在15枚时降至0.8。并且在16枚时等离子体闪烁，不产生放电。
根据该结果，即使设置对置电极，但在其表面不形成孔的情况下，确认也不能得到所期望的效果。分析认为在表面不形成孔时对置电极的表面积不会变大。
本发明的发明人为了分析对置电极21表面形成孔的直径、深度、个数与成膜速度、Sr/Ti组成比间关系，分别有意使用了形状、大小相同而孔径、深度、个数不同的多枚对置电极。在此，各对置电极使用的是在直径为26cm圆板中央设置有直径为20cm圆形通孔的类型。把这些有意使用的各个对置电极配置在上述图1所示的溅射装置1中，对多枚基板连续地形成SrTio3薄膜，对使用各对置电极的成膜速度速度及Sr/Ti组成比的关系进行分析。其结果表示在表1中。
表1
对置电极表面积随表面形成孔径及孔深变大而变大，并且随孔数增多而变大，根据上述表1，在形成有与直径相比孔深小于2的浅孔的对置电极中，可以看出成膜速度与Sr/Ti组成比是不稳定的。
作为基板使用直径为20cm的基板，其表积为314cm2，但在对置电极的表面积比基板表面积314cm2更小的情况下，可以看出成膜速度与Sr/Ti组成比是不稳定的。
与此相比，在使用具有与直径相比孔深大于2的深孔且其表面积大于基板表面积的对置电极情况下，成膜开始后，在数枚至10枚中的成膜速度及Sr/Ti组成比变为一定值，即使随后往复进行成膜也能确认保持一定。这可能是孔变深时侧壁上不易附着电介质膜之故。因此，即使连续形成电介质膜，在成膜速度及Sr/Ti组成比达到一定值时，也可以使用这种表面上形成有深孔使表面积变大的对置电极。孔深可以是孔径的2倍以上，如最好是4倍。
本发明人重复了调查研究，在上述溅射装置1中替换了对置电极21，在具有中央圆形通孔34的铝合金制圆板32上，在形成有圆形孔33这点上，与图2所示的对置电极21相同，但圆板32表面对着通孔34开口面法线方向向外侧倾斜10这点与图2所示对置电极21是不同的。不同点只是这一点，而圆板32的直径、通孔34的直径、孔33的个数、直径、深度等都与图2所示的对置电极21是相同的。
使用这种配置有对置电极31的溅射装置，连续在多个基板上进行成膜处理，并对基板逐次测定了其成膜速度及Sr/Ti组成比。结果得到与使用上述对置电极21的溅射装置1基本相同的结果，成膜速度及Sr/Ti组成比基本是一定的。
在这种情况下，在10枚以上基板表面上附着的溅射测定结果中基板上直径为0.3um以上的溅射个数平均为40个，与使用上述对置电极21的溅射装置1相比，可以看出减少了溅射个数。
在上述说明的实施形式中，作为对置电极21、31，虽然使用的是分别在圆板22、32上设有通孔24、34的结构，但本发明的对置电极及通孔形状并不限定于此，例如也可以是矩形的。
虽然分别设置于对置电极21、31表面上的孔23、33的平面形状是圆形的，但本发明的对置电极孔形状并不限定于此，例如，孔平面形状也可以是矩形的。
另外，作为靶虽然使用的是SrTio3烧结体，且在硅基板表面形成SrTio3薄膜，但本发明并不限定于此，作为靶也可以使用如Batio3、(BaSr)Tio3、Pb(ZrTi)O3或SrBi2Ta2O9等电介质的烧结体并用它们形成电介质膜。
在本实施形式中，靶13与载置台15是上下配置在真空槽11内的，但本发明并不限定于此，例如，也可以载置台15表面的法线方向为水平状配置载置台15，与此相对配置靶13。
在上述各实施形式中，对置电极21、31设计为在厚圆板表面形成多个深孔且表面为凹凸，但本发明并不限定于此，例如，也可以在薄板表面设计多个棒状突起并制成凹凸。
权利要求
1.一种溅射装置，其特征在于包括真空槽；配置在前述真空槽内的靶；对着前述靶配置在前述真空槽内且能保持基板的基板保持部；表面朝向靶配置在前述基板保持部周围并在表面上形成凹凸且接地的对置电极。
2.根据权利要求1所述的溅射装置，其特征在于前述对置电极具有通孔，前述基板保持部配置在前述通孔内部。
3.根据权利要求1所述的溅射装置，其特征在于前述凹凸是在前述对置电极表面形成的多个孔。
4.根据权利要求3所述的溅射装置，其特征在于前述孔的深度比前述孔径大2倍以上。
5.根据权利要求1所述的溅射装置，其特征在于前述靶配置在前述真空槽内天井处，前述对置电极配置在前述真空槽内底侧；前述对置电极表面是以其外侧高度低于内侧高度的形式倾斜着的。
6.根据权利要求5所述的溅射装置，其特征在于前述对置电极表面相对水平面倾斜10°以上。
7.根据权利要求1所述的溅射装置，其特征在于前述靶是以Batio3、SrTio3、(BaSr)Tio3、Pb(ZrTi)O3或SrBi2Ta2O9任一种为主成分的电介质。
8.根据权利要求1所述的溅射装置，其特征在于在前述真空槽内的前述对置电极本身是接地的。
全文摘要
本发明提供了即使利用溅射法在多个连续基板上形成电解质膜也能使成膜速度和Sr/Ti组成比一定的技术。本发明的溅射装置1在真空槽11内底上设计有位于载置台15周围的对置电极21。在对置电极21的表面上形成有多个孔23,从而使表面积变大。并且,溅射的电解质材料附着在对置电极21表面上,即使其表面上使电解质膜分布正电荷,对置电极21表面上分布的电荷密度也比现有技术中的小,结果对置电极表面电压基本保持接地电压。并且,由于对置电极21表面电压基本保持接地电压,使真空槽11内的放电稳定,不会产生现有技术中膜厚度分布及成膜速度变动及放电不稳定的问题。
文档编号C23C14/34GK1340634SQ01125390
公开日2002年3月20日 申请日期2001年7月24日 优先权日2000年7月25日
发明者谷典明, 斋藤和彦, 皱红罡 申请人:株式会社爱发科