专利名称：片状等离子体成膜装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及等离子体成膜装置。更详细地说，涉及使用变形为片状的等离子 体的片状等离子体成膜装置。
背景技术：
近年来，如图6所示，使永磁体产生的磁场作用于等离子体源产生的圆柱状 的等离子体(以下称为圆柱状等离子体)，使用变形为片状的等离子体(以下称 为片状等离子体)的等离子体成膜装置得到重视(参照专利文献l)。具体地说， 揭示了利用永磁体3使来自阴极侧5的圆柱状等离子体流形成为片状等离子体6， 将磁场线圈2使用于该片状等离子体6并将其引导到阳极1的片状等离子体成膜 装置。该片状等离子体成膜装置，在片状等离子体6的移动过程中，由靶材7发 生溅射粒子，成膜于基板8。也就是说，在等离子体成膜装置中，由等离子体源发出的圆柱状等离子体首 先被引导到配设永磁体的片状等离子体变形室，使永磁体产生的磁场发生作用， 形成片状等离子体。然后，该片状等离子体被导入例如进行溅射加工的溅射室。 溅射室中，夹着导入的片状等离子体，将靶材与基板对向配置。在溅射室内设有 接收移动过来的片状等离子体用的阳极。片状等离子体在通过靶材和基板之间 时，使靶材粒子从靶材溅射出来。在基板上，堆积由靶材溅射出舉，通过片状等 离子体被离子化的靶材粒子形成膜。而且，将通过靶材和基板之间的片状等离子 体引导到阳极。而且还提出了在上述片状等离子体变形室和溅射室之间设置具备狭缝状开 口部的中间电极的片状等离子体成膜装置(参照专利文献2)。 专利文献1:曰本特开2005 - 179767号公报 专利文献2:日本特开平7-296988号公报发明内容但是，在上述各片状等离子体成膜装置中，存在靶材和基板的表面被负电荷 覆盖，不能施加偏压的问题。本发明是为解决这样的问题而作出的，其目的在于，提供一种能够在乾材和 基板上稳定施加偏压的片状等离子体成膜装置。本发明的发明者们认真研究了上述存在问题，结果发现，被导入溅射室内的 片状等离子体实际上扩展到可视部(高密度部分)的周围，使乾材和基板的表面 曝露在这样宽的等离子体(低密度部分)时，靶材表面以及基板表面上覆盖着负 电荷。而且，出现靶材以及基板和等离子体发生电源通过片状等离子体短路(电 路导通状态)，不能够对靶材以及基板施加偏压。因此，为了解决上述问题，本发明的片状等离子体成膜装置具备能够使内部 减压的减压容器、在所述减压容器的内部发生等离子体的等离子体枪、在所述减 压容器的内部接受所述等离子体的阳极、使由所述等离子体枪发生的等离子体形 成圆柱状后向所述阳极侧流动的等离子体流动手段、成所述减压容器的一部分并 且形成为使所述圆柱状等离子体能够流动的结抅的片状等离子体变形室、在所述 片状等离子体变形室的外侧夹着所述流动的等离子体同极相互对着设置，在所述 片状等离子体变形室的内部使所述圆柱状等离子体变形为片状等离子体的一对 永磁体、作为所述减压容器的一部分形成，在其内部，支持基板的基板托架与靶 材在其厚度方向夹着所述变形的片状等离子体配置的成膜室；所述减压容器具有 构成所述成膜室的开口部的第一、第二瓶颈部，形成所述片状等离子体能够从所 述片状等离子体变形室通过该第一瓶颈部流入所述成膜室，而且该流入的片状等离子体能够通过该第二瓶颈部向所述阳极流出的结构；在所述片状等离子体的厚度方向上，所述第一、第二瓶颈部的内部尺寸小于所述成膜室的内部尺寸，所述 第一瓶颈部的内部尺寸小于所述片状等离子体变形室的内部尺寸。在形成这样的结构时，利用所述第一、第二瓶颈部限制片状等离子体的低密 度部分的厚度，抑制成膜室的所述低密度部分的扩大。其结果是，通过适当配置 耙材表面和基板表面，使靶材表面和基板表面不曝露于等离子体下，能够防止靶 材表面和基板表面被负电荷覆盖。从而能够避免形成电路导通的状态，在靶材和 基板上能够稳定施加偏压。所述第一瓶颈部也可以形成为所述变形的片状等离子体能够维持其断面形 状不变地通过的断面形状。在所述片状等离子体的厚度方向上，所述片状等离子体的所述流动形成的输 送中心与所述靶材以及所述基板中的至少任意一个的表面的距离，最好大于所述 片状等离子体的输送中心与所述第一瓶颈部的内壁的距离以及所述片状等离子 体的输送中心与所述第二瓶颈部的内壁的距离。所述片状等离子体的所述输送中心与所述IE材以及所述基板中的至少任意一个的表面的距离最好在10mm以上200mm以下。在形成这样的结构时，使靶材表面和基板表面曝露于片状等离子体下的情况 受到抑制。在所述片状等离子体的厚度方向上，所述第一瓶颈部的内部尺寸比所述片状 等离子体的所述输送中心与所述靶材表面以及所述基板表面的距离之和小，最好 在10mm以上100mm以下。最好具有使所述靶材以及所述基板的至少任意一个在所述片状等离子体的 厚度方向上移动的移动机构。在形成这样的结构时，能够调整靶材和基板与片状等离子体的距离。从而能 够可靠地防止靶材表面以及基板表面曝露于等离子体下。因此能够稳定地在靶材 及基板上施加偏压。本发明的上述目的、其他目的、特征以及优点，从参照附图对下面的理想的 实施形态的详细说明能够清楚了解。本发明的如上所述构成的片状等离子体成膜装置中，靶材表面以及基板表面 被负电荷覆盖的情况受到抑制，达到能够稳定地在靶材及基板上施加偏压的效 果。
图1是表示本发明的实施形态的等离子体成膜装置的结构的概略图。 图2是表示本实施形态的片状等离子体成膜装置的成膜室的结构的图，图2 (a)是成膜室的正视图，图2 (b)是表示沿IIB-1IB线切断图2 (a)的成膜室 的状态的剖面图。图3是说明片状等离子体的形成方法的大概情况的示意图，图3 (a)是平行 于永磁体的Z方向中央附近的XY平面的剖面的示意图，图3 (b)是平行于永磁 体的X方向中央附近的YZ平面的剖面的示意图。图4是表示利用图1的片状等离子体成膜装置形成的片状等离子体的平面图。图5是表示利用图1的片状等离子体成膜装置形成的片状等离子体的立体图。图6是表示已有的片状等离子体成膜装置的结构的概略图。符号说明10 等离子体枪11 凸缘12 阴极13 第一电磁线圈14 放电空间17 筒状构件 18、 32 排气口20 片状等离子体变形室21 输送空间22 圆柱状等离子体23 第二电磁线圈(等离子体流动手段) 24A 、 24B 永磁体25、 38 真空泵26、 37 阀27(S) 片状等离子体28 第三电磁线圏(等离子体流动手段)29 第一瓶颈部30 成膜室31 成膜空间 33A 耙材 33B 托架33C、 34C 圆柱状支轴(支轴) 34A 基板34B托架35、36 移动机构39第二瓶颈部40腔室42第一开口部43凸缘45第二开口部48第四电磁线圈(等离子体流动手段)50阳极室51阳极52永磁体100片状等离子体成膜装置G,第一中间电极G2第二中间电极P输送中心S主面主直流电源v2、V3 直流电源具体实施方式
下面参照附图对本发明的实施形态进行说明。 图l是表示本发明的实施形态的等离子体成膜装置的结构的一个例子的概略图。图2是表示图1的片状等离子体成膜装置的成膜室的结构的图，图2(a)是 成膜室的正视图，图2 (b)是表示沿IIB-IIB线切断图2 (a)的成膜室的状态 的剖面图。以下参照图1及图2对本实施形态的片状等离子体成膜装置进行说明。 又，在这里为了方便，如图1所示，以等离子体的输送方向为Z方向，以与该Z 方向垂直相交的，永磁体24A、 24B (下述)的磁化方向为Y方向，以垂直于这 Z方向以及Y方向两个方向的方向为X方向，对该片状等离子体成膜装置的结构 进行说明。本实施形态的片状等离子体成膜装置IOO具备能够使内部减压的减压容器。能够使内部减压的减压容器由下述片状等离子体变形室20、成膜室30、阳极室50、第一瓶颈部29、以及第二瓶颈部39构成。本实施形态的片状等离子体成膜装置100，如图l所示，在YZ平面中大致 成十字形。本实施形态的片状等离子体成膜装置100构成为，从等离子体输送方 向(Z方向)按顺序看，具备使等离子体高密度地形成的等离子体枪IO，以Z方 向的轴为中心的圆简状的片状等离子体变形室20,以及以Y方向的轴为中心的 圆筒状的成膜室30。又，各部10、 20、 30通过输送等离子体的通路相互保持气 密状态连通。等离子体枪10具有能够减压的放电空间14，该等离子体枪10的Z方向的一 端配置凸缘11堵塞该放电空间14。在该凸缘11上配置发射诱发等离子体放电用 的热电子的阴极12。而且，在凸缘11上设有将利用该放电电离的作为放电气体 的氩气引导到该放电空间14的气体导入手段(未图示)。上述阴极12通过电阻 Rv连接于主直流电源Vi的负极端子上，后述的阳极51连接于主直流电源V,的 正极端子上。等离子体枪10具备第一中间电极Gi和第二中间电极G2。第一中间 电极Gi通过电阻R4连接于上述主直流电源V!的正极端子上。第二中间电极G2 通过电阻R2连接于上述主直流电源^的正极端子上。而且为了在阴极12和阳极 51之间维持等离子体放电(辉光放电)，利用主直流电源Vi和适当的电阻Rv、 Rp R2的组合施加规定的正电压。利用这样的等离子体放电，在等离子体枪10 的放电空间14中形成作为带电粒子(这里是Ar+和电子)的集合体的等离子体。 又，在这里采用利用基于主直流电源^的，低电压并且是大电流的直流电弧放 电，使阴极12和后述的阳极51之间进行高密度的等离子体放电成为可能的，公 知的压力梯度型等离子体枪IO。在等离子体枪10的周围，围绕该等离子体枪10的侧面周围配设圆环状的第 一电磁线圈13。通过在该第一电磁线圏13的绕组上通电流，在等离子体枪10的 放电空间形成基于线圏磁场磁通密度的Z方向的梯度。利用这样的磁通密度的Z 方向的梯度，构成等离子体的带电粒子从该放电空间向Z方向(向阳极51的方 向)运动， 一边围绕磁力线旋转一边在Z方向上前进，作为这些带电粒子的集合 体的等离子体相对Z方向的输送中心P (参照图3)大致形成等密度分布的圆柱 状的等离子体(以下称为圆柱状等离子体22),通过介于等离子体枪10的Z方 向的另一端和片状等离子体变形室20的Z方向的一端之间的通路(未图示)被引出到片状等离子体变形室20。等离子体枪10的Z方向的另 一端上配设片状等离子体变形室20。等离子体 枪10和片状等离子体变形室20通过绝缘体15连接。片状等离子体变形室20具 备简状构件17。简状构件17的内部具有以Z方向的轴为中心的圆柱状的输送空 间21。简状构件17由非磁性材料构成，例如，用玻璃或不锈钢构成。平行于简 状构件17的XY平面的断面的形状为例如圆形或四边形，在本实施形态中构成 圆形。简状构件17的外侧配设一对永磁体24A、 24B。 一对永磁体24A、 24B在 Y方向夹着简状构件使各永磁体24A、 24B的N极对向地配设。在简状构件17 的长度方向上，于永磁体24A、 24B的两侧配设第二电磁线圈(等离子体流动手 段)23和第三电磁线圈(等离子体流动手段)28。第二电磁线圈23用于将圆柱 状等离子体22从等离子体枪10引到简状构件17。第二电磁线圈23以及第三电 磁线圈28使用于调整后述的片状等离子体27的宽度方向(X方向)的形状。在 筒状构件17的适当的地方设有将该简状构件17内的输送空间21抽真空用的排 气口 18。排气口 18利用阀26形成能够开闭的结构。在排气口 18连接真空泵25。 真空泵25使输送空间21内部迅速减压到能够输送圆柱状等离子体22的水平。如图l所示，从等离子体枪10放出的圆柱状等离子体22在前进到输送空间 21的配设永磁体24A、 24B的位置时，借助于由永磁体24A、 24B形成的磁场变 形为片状(片状等离子体27)。片状等离子体27利用第三电磁线圈28规划其宽 度方向(X方向)的形状。形成的片状等离子体27被引导到后述的阳极51。形 成片状等离子体27的方法将在后面进行详细说明。片状等离子体变形室20的Z方向的前端与成膜室30连结。在这里，作为成 膜室30，釆用例如片状等离子体27中的Ar+ (氩离子)的冲击能量从靶材33A 叩击出溅射粒子的真空溅射装置。成膜室30如图2(a)、 (b)所示，具备圆筒状腔室40。腔室40以非磁性 材料，例如不锈钢构成。腔室40中在其高度方向(Y方向)的大约中间设有第 一开口部42。在第一开口部42配设与该开口接合的凸缘43。等离子体变形室20 和成膜室30通过形成于腔室40恻壁的第一开口部42以及凸缘43连结。即等离 子体变形室20和成膜室30通过第一开口部42和由凸缘43形成的瓶颈部(第一 瓶颈部)29连接。又，第一瓶颈部29的内部空间形成为有X方向较长的矩形截 面，在Z方向上延伸的四方柱状。第一瓶颈部29的内部空间的高度(Y方向内部尺寸Hs)以及宽度(X方向内部尺寸)设计为能够顺利通过片状等离子体27的尺寸。例如第一瓶颈部29的内部空间的高度在本实施形态中形成为40mm。又， 第一瓶颈部29的内部空间的宽度形成为比形成的片状等离子体27的宽度大。即 第一瓶颈部29的内部空间形成为使得所形成的片状等离子体27能够顺利通过该 开口的大小。腔室40在其内部具有成膜空间31。在这里，在下面，成膜空间31在其功能 上，在上下方向(Y方向)上以沿着对应于第一瓶颈部29的内部空间的水平面 (XZ平面)的中央空间为界，区分为利用贮存后述靶材33A的利用围栏划分的 靶材空间31A和利用IC存后述基板34A的围栏划分的基板空间31B进行说明。 又，上述中央空间是在成膜室30中输送片状等离子体27的高密度部分的空间。在靶材空间31A上配设支持靶材33A的乾材架33。靶材架33具备圆板状的 托架33B。该托架33B上连接在Y方向上延伸的圆柱状支轴33C。而且，支轴 33C插通所述腔室40上设置的贯通孔(未图示)。支轴33C连接于移动机构35, 以此使靶材架33能够在Y方向上移动。作为移动机构35,可以使用公知的装置。 支轴33C相对于腔室40气密配设，能够保持成膜室30内部的成膜空间31的真 空度。又，支轴33C相对于成膜室30 (腔室40)绝缘配设，使其与成膜室30不 短路。乾材架33上连接直流电源V2。利用该直流电源V2在靶材架33上施加负 偏压。耙材33A在本实施形态中由铜构成。在这里，作为靶材33A也可以相应 于后述基板34A上形成的膜由其他材料构成。又在基板空间31B上配设支持基板34A的基板架34。基板架34具备圆板状 的托架34B。该托架34B上连接在Y方向上延伸的圆柱状的支轴34C。而且，支 轴34C插通设于所述腔室40的贯通孔(未图示)。支轴34C连接于移动机构36, 因此基板架34能够在Y方向上移动。作为移动机构36,可以使用公知的装置。 基板架34配设为夹着形成的片状等离子体27与所述靶材架33对向配置(在这 里都水平配置)。支轴34C相对于腔室40气密配设，能够保持成膜室30内部的 成膜空间31的真空度。又，支轴34C相对于成膜室30 (腔室40)绝缘配设'使 其与成膜室30不短路。在基板架34上连接直流电源V3。利用该直流电源V3在 基板架34上施加负偏压。在腔室40的适当地方设置将该腔室40内的成膜空间31抽真空用的排气口 32。该排气口 32形成可利用阀37开闭的结构。排气口 32上连接真空泵38。真空泵38能够使成膜空间31内迅速减压到能够输送片状等离子体27的水平。在成膜室30的腔室40的后端(Z方向)上形成第二开口部45 (参照图2)。 在第二开口部45上配设与该开口部接合的凸缘43。成膜室30和后述的阳极室 50通过第二开口部45及凸缘43连结。即成膜室30和阳极室50通过第二开口部 45和由凸缘43形成的瓶颈部(第二瓶颈部)39进行连接。又，第二瓶颈部39 的内部空间的高度(Y方向的内部尺寸H9)及宽度(X方向内部尺寸)设计得能 够使片状等离子体27顺利通过。例如，第二瓶颈部39的内部空间的高度在本实 施形态中形成为40mm。又，第二瓶颈部39的内部空间的宽度形成为比所形成的 片状等离子体27的宽度大。即第二瓶颈部39的内部空间形成为能够使形成的片 状等离子体27通过该开口的大小。在第二瓶颈部39的周围配设第四电磁线圈(等 离子体流动手段)48。该第四电磁线圈48用于调整形成的片状等离子体27的宽 度方向的形状。阳极室50具备简状体。阳极室50在上述凸缘43上连接简状体的一端，该 简状体的另一端由阳极51封闭形成。简状体和阳极51通过绝缘物(未图示)连 接。在阳极51的背面配设永磁体52。永磁体52配设为其S极与阳极51接触。 永磁体52调整片状等离子体27的Z方向的末端的形状。又，本实施形态的片状等离子体成膜装置100具备控制装置(未图示)。控 制装置控制真空泵25、 38、主直流电源Vi、直流电源V2、 V3等的动作。下面对使本发明具有特征的所述第一瓶颈部29及第二瓶颈部39的Y方向的 内部尺寸与所述片状等离子体变形室20及所述成膜室30的Y方向的内部尺寸的 关系进行说明。如图l所示，在本实施形态中，第一瓶颈部29的Y方向的内部尺寸Hs构成 为比片状等离子体变形室20的Y方向的内部尺寸Hn)小的结构。还构成为第一 瓶颈部29的Y方向的内部尺寸H5比成膜室30的Y方向的内部尺寸H6小的结构。 在采用这样的结构时，输送到成膜室30内的片状等离子体27的低密度部分的厚 度由第一瓶颈部29来决定，以此限制成膜室30内的所述低密度部分在Y方向的 扩展。又，第一瓶颈部29的Y方向的内部尺寸H5与片状等离子体变形室20的 Y方向的内部尺寸Hh)及成膜室30的Y方向的内部尺寸H6的差越大，该效果越 大，因此最好是该差大。具体地说，第一瓶颈部29的Y方向的内部尺寸Hs小于 所述片状等离子体27的所述输送中心P与所述靶材33A的表面及所述基板表面的距离之和(H,+H2),而且最好是在10mm以上100mm以下。又如图l所示，在本实施形态中，形成为第二瓶颈部39的Y方向的内部尺 寸H9小于成膜室30的Y方向的内部尺寸H6的结构。又，最好是第二瓶颈部39 的Y方向的内部尺寸H9与成膜室30的Y方向的内部尺寸He的差大。在形成这 样的结构时，限制成膜室30内的片状等离子体27的低密度部分的Y方向上的扩 展。而且，上述第一瓶颈部29与第二瓶颈部39的效果相结合，还限制了片状等 离子体27的低密度部分在Y方向上的扩展。又，本实施形态的片状等离子体成膜装置100中，根据经验法则，通过使片 状等离子体27的高密度部分(可视部)与靶材33A及基板34A的距离为20mm, 判明片状等离子体27与靶材33A及基板34A在电路上不导通。从而，片状等离 子体27的输送中心P与所述靶材33A的表面的距离比片状等离子体27的输 送中心P与第一瓶颈部29的内壁的距离H3大，而且最好是在10mm以上200mm 以下。又，片状等离子体27的输送中心P与所述基板34A的表面的距离H2比片 状等离子体27的输送中心P与第一瓶颈部29的内壁的距离H4大，而且最好是 在10mm以上200mm以下。又，最好是片状等离子体27的输送中心P与所述靶 材33A的表面的距离H！比片状等离子体27的输送中心P与第二瓶颈部39的内 壁的距离H7大。还有，最好是片状等离子体27的输送中心P与所述基板34A的 表面的距离H2比片状等离子体27的输送中心P与第二瓶颈部39的内壁的距离 Hs大。以下参照图3对基于由第二电磁线圈23及一对永磁体24A、24B产生的磁场 相互作用的，由圆柱状等离子体22变形为片状等离子体27的方法进行详细说明。图3是大概说明由图1所示的片状等离子体成膜装置100形成的片状等离子 体27的形成方法的示意图，图3 (a)是平行于永磁体24A、 2斗B的Z方向中央 附近的XY平面的剖面的示意图，图3 (b)是平行于永磁体24A、 24B的X方向 中央附近的YZ平面的剖面的示意图。又，图3中的符号Bx、 By以及Bz分别表示图1中的X方向、Y方向及Z 方向的磁通密度矢量分量。如图3 (b)所示，利用第二电磁线圈23的磁场形成作用于到达永磁体24A、 24B前的圆柱状等离子体22的Z方向的初始磁通密度分量BzO。这时，有必要设 定第二电磁线圈23的配置和流入第二电磁线圈23的绕组的电流量，以合适地保持初始磁通密度分量Bz0与一对永磁体24A、 24B建立的Z方向的磁通密度分量 Bz之间的大小关系。考虑到如果保持两者间合适的关系，则在使圆柱状等离子体 22变形为片状等离子体27时等离子体形态混乱(例如发生所谓角)，因此难于 沿主面S使圆柱状等离子体22均匀展开。接着，如图3(a)所示，在XY平面上形成磁通密度的Y方向分量By的对， 并且使其从一对永磁体24A、 24B的N极面相互向输送中心P靠近。又，形成磁 通密度的X方向分量Bx的对，使其与这些永磁体24A、 24B的N极平行地由输 送中心P相互远离。对于磁通密度的Y方向分量By的对，使永磁体24A、 24B的N极面相互对 向地配置，因此随着从他们的N极面向输送中心P靠近，其Y方向分量相互抵 消，使这些磁通密度的Y分量能够具有合适的负梯度。通过这样的磁通密度的Y方向分量By的梯度，如图3(a)的箭头所示，向 输送中心P的Y方向使带电粒子压縮圆柱状等离子体22运动。借助于此，圆柱 状等离子体22中的带电粒子一边围绕磁力线的周围旋转一边向输送中心P的方 向前进。另一方面，对于磁通密度的X方向分量Bx的对，利用永磁体24A、 24B的 配置和其磁场强度的合适设计，可以调整为随着从输送中心P向X方向偏离，使 这些磁通密度的X分量具有合适的负梯度。这样的磁通密度的X方向分量Bx的梯度如图3 (a)的箭头所示，使带电粒 子在使圆柱状等离子体22沿着主面S(XZ平面)扩展的方向上运动。借助于此， 圆柱状等离子体22中的带电粒子一边围绕磁力线的周围旋转一边向离开输送中 心P的方向前进。于是，圆柱状等离子体22在使等离子体变形室20向Z方向移动期间，基于 由第二电磁线圈23及永磁体24A、 24B产生的磁场相互作用，均匀地变形为沿着 主面S的片状等离子体27。又，片状等离子体27的宽度、厚度及带电粒子密度 分布等可通过适当变更这些磁通密度Bx、 By、 Bz、 BzO进行调整。这样使其变形的片状等离子体27如图l所示，通过介于片状等离子体变形 室20的Z方向的另 一端与成膜室30的侧壁之间的，片状等离子体27通过用的 狭缝状的第一瓶颈部29,被导入到成膜室30。下面从视觉上说明如上所述形成的片状等离子体27。图4是图1的片状等离子体成膜装置100中形成的片状等离子体27的平面图。图5是图1的片状等离 子体成膜装置100中形成的片状等离子体27的立体图。如图4及图5所示，从等离子体枪10向Z方向放出圆柱状等离子体22。该 圆柱状等离子体22利用第一电磁线圈13及第二电磁线圈23输送到配设永磁体 24A、 24B的位置。在这里，如上所述，利用永磁体24A、 24B发生的磁场，圆 柱状等离子体22沿着XZ平面变形为扩展的片状等离子体27。该片状等离子体 27利用第三电磁线圈28及第四电磁线圈48输送到阳极51。接着，对本实施形态的片状等离子体成膜装置100的动作进行说明。又，片 状等离子体成膜装置IOO如上所述具备控制装置,利用该控制装置施行下述动作。首先，在本实施形态的片状等离子体成膜装置100中，使真空泵25动作， 将等离子体变形室20的内部抽真空。再使真空泵38动作，将成膜室30的内部 抽真空。接着，将氩气导入阴极12,使阴极12放出含有氩气的圆柱状等离子体22。 放出的圆柱状等离子体22被导入等离子体变形室20。这样导入的圆柱状等离子 体22借助于第二电磁线圈23输送到等离子体变形室20的配设永磁体24A、 24B 的位置。这样输送的圆柱状等离子体22被从一方的永磁体24A的N极和另一方 的永磁体24B的N极发生的磁场压扁，变形为片状等离子体27。这样变形的片 状等离子体27从片状等离子体变形室20通过第一瓶颈部29被输送到成膜室30。在成膜室30的内部由直流电源V2通过靶材架33将负偏压施加到靶材33A 上。另一方面，由直流电源V3通过基板架34将负偏压施加于基板34A。而且， 利用靶材33A带负偏压，将片状等离子体27中的氩离子引导到靶材33A。被引 导到靶材33A的氩离子溅射靶材33A中的铜原子。溅射的铜原子在该厚度方向 通过片状等离子体27中，在这时变换为铜离子。铜离子通过在基板34A的表面 堆积形成膜。下面对本实施形态的片状等离子体成膜装置100的特征性动作进行说明。 本实施形态的片状等离子体成膜装置100通过第一瓶颈部29连接片状等离 子体变形室20与成膜室30，通过第二瓶颈部39连接成膜室30与阳极室50。因 而，通过第一瓶颈部29及第二瓶颈部39限制片状等离子体27的低密度部分的 厚度。因而，成膜室30内的低密度部分的扩展得到抑制，使靶材33A表面及基 板34A表面不形成片状等离子体27的低密度部分，靶材33A表面及基板34A表面不被负电荷覆盖。因而，能够避免形成电路导通的状态，可以对靶材33A和基 板34A稳定施加偏压。又，本实施形态的片状等离子体成膜装置100,由于具有使靶材架33及基板 架34能够上下移动的移动机构35、 36,因此能够改变片状等离子体27与靶材 33A及基板34A的距离。因而在片状等离子体27与靶材33A及基板34A的距离 过近的情况下，可使其离开，以此使靶材33A及基板34A合适地处于片状等离 子体27的低密度部分的范围外，因此靶材33A及基板34A不被曝露于片状等离 子体27的低密度部分下。从而能够可靠地避免电路导通的状态，可以在靶材33A 及基板34A上稳定施加偏压。根据上述说明，本行业的普通技术人员可以知道本发明的许多改良和其他实 施形态。因此，上述说明应该仅作为例示解释，而作为实现本发明的最佳实施形 态被提供给本行业的普通技术人员进行示范学习的。在不脱离本发明精神的情况 下，也能够实质性变更其结构及/或功能的细节。工业应用性本发明的片状等离子体成膜装置能够抑制靶材表面及基板表面被负电荷覆 盖的情况，作为能够在靶材及基板上稳定施加偏压的片状等离子体成膜装置是有 用的。
权利要求
1.一种片状等离子体成膜装置，具备能够使内部减压的减压容器、使所述减压容器的内部发生等离子体的等离子体枪、在所述减压容器的内部接受所述等离子体的阳极、使由所述等离子体枪发生的等离子体形成圆柱状向所述阳极侧流动的等离子体流动手段、成为所述减压容器的一部分并且形成为使所述圆柱状等离子体能够流动的结构的片状等离子体变形室、在所述片状等离子体变形室的外侧夹着所述流动的等离子体同极相互对着设置，在所述片状等离子体变形室的内部使所述圆柱状等离子体变形为片状等离子体的一对永磁体、以及作为所述减压容器的一部分形成，在其内部，支持基板的基板托架与靶材在其厚度方向夹着所述变形的片状等离子体配置的成膜室；所述减压容器具有构成所述成膜室的开口部的第一、第二瓶颈部，形成所述片状等离子体能够从所述片状等离子体变形室通过该第一瓶颈部流入所述成膜室，而且该流入的片状等离子体能够通过该第二瓶颈部向所述阳极流出的结构；在所述片状等离子体的厚度方向上，所述第一、第二瓶颈部的内部尺寸小于所述成膜室的内部尺寸，所述第一瓶颈部的内部尺寸小于所述片状等离子体变形室的内部尺寸。
2. 根据权利要求l所述的片状等离子体成膜装置，其特征在于，所述第一 瓶颈部形成为具有所述变形的片状等离子体能够维持其截面形状不变地通过的 截面形状。
3. 根据权利要求l所述的片状等离子体成膜装置，其特征在于，在所述片 状等离子体的厚度方向上，所述片状等离子体的所述流动形成的输送中心与所述 靶材以及所述基板中的至少任意一个的表面的距离，大于所述片状等离子体的输 送中心与所述第一瓶颈部的内壁的距离以及所述片状等离子体的输送中心与所 述第二瓶颈部的内壁的距离。
4. 根据权利要求3所述的片状等离子体成膜装置，其特征在于，所述片状 等离子体的所述输送中心与所述靶材以及所述基板中的至少任意一个的表面的距离在10mm以上200mm以下。
5. 根据权利要求1所述的片状等离子体成膜装置，其特征在于，在所述片 状等离子体的厚度方向上，所述第一瓶颈部的内部尺寸比所述片状等离子体的所 述输送中心与所述靶材表面以及所述基板表面的距离之和小，在10mm以上 100mm以下。
6. 根据权利要求1所述的片状等离子体成膜装置，其特征在于，具有使所 述靶材以及所述基板中的至少任意一个在所述片状等离子体的厚度方向上移动 的移动机构。
全文摘要
本发明的片状等离子体成膜装置(100)具有减压容器、等离子体枪(10)、阳极(51)、等离子体流动手段、成为所述减压容器一部分的片状等离子体变形室(20)、变形为片状等离子体的一对永磁体(24A、24B)、以及成为所述减压容器的一部分的成膜室(30)；所述减压容器具有构成所述成膜室(30)的开口部的第1、第2瓶颈部(29、39)，形成所述片状等离子体从所述片状等离子体变形室(20)通过该第1瓶颈部(29)流入所述成膜室(30)，而且该流入的片状等离子体通过第2瓶颈部(39)向所述阳极(51)流出的结构，在所述片状等离子体的厚度方向上，使所述第1、第2瓶颈部(29、39)的内部尺寸小于所述成膜室(30)的内径尺寸。
文档编号C23C14/34GK101228291SQ200680026619
公开日2008年7月23日 申请日期2006年11月30日 优先权日2005年12月6日
发明者丸中正雄, 土屋贵之, 寺仓厚广, 武内清 申请人:新明和工业株式会社