旋转磁铁溅射装置的制作方法

专利名称：旋转磁铁溅射装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及作为用于对液晶显示基板或半导体基板等被处理体实 施规定的表面处理的处理装置的磁控溅射装置。
背景技术：
在液晶显示元件与IC等半导体元件等的制造中，在其基板上形成
金属或绝缘物等薄膜的薄膜形成工序必不可缺。在这些工序中，使用了 基于溅射装置的成膜方法，即，将薄膜形成用的原材料作为靶，利用直 流高电压或高频电力将氩气等等离子化，利用该等离子化气体，使靶活 性化而溶解飞散，使其附着在被处理基板上。
在溅射成膜法中，为了使成膜速度高速化，通过在靶的后侧配置磁 铁，使磁力线方向与靶表面平行，将等离子封闭在靶表面，来获得高密 度的等离子，基于这样的磁控溅射装置的成膜法成为主流。
图11是用于说明基于这样的现有技术的磁控溅射装置的主要构成
部分的图，101是靶、102是形成薄膜的被处理基板、103是多个磁铁、 104是磁力线、105是乾101溶解剥离的区域，即烧蚀区域。
如图11所示，在靶IOI的后侧配置多个磁铁103，并且使各自的N 极和S极的方向朝向规定的方向，在靶101与被处理基板102之间施加 高频电力(RF电力)106或直流高压电力107，在耙101上激励等离子。
另一方面，在靶IOI的背面设置的多个磁铁103中，从邻接的N极 向S极产生磁力线104。靶表面上，在垂直磁场(与乾表面垂直的磁力 线成分)为零的位置，水平磁场(与靶表面平行的磁力线成分)局部成 为最大。在水平磁场成分多的区域中，由于电子被补充在靶表面附近， 形成高密度的等离子，所以，以该位置为中心，形成烧蚀区域105。
由于烧蚀区域105与其他区域相比，被曝露在高密度的等离子之下， 所以靶101的消耗大。当因连续进行成膜在该区域中靶材料耗尽时，必须更换靶整体。结果，靶101的利用效率低下，并且，与靶101对置设 置的被处理基板102的薄膜的膜厚，还具有与烧蚀区域105对置的位置 的膜厚变厚，被处理基板102整体的膜厚均匀性劣化的性质。
并且，由于烧蚀区域105被消耗，所以烧蚀区域的靶表面与磁铁103 的距离比消耗之前接近。由于如果与磁铁的距离接近，则磁场强度增大， 所以在烧蚀区域中，与靶消耗之前相比，激励起高密度的等离子。因此， 在长期使用过程中，导致成膜率随时间变化，存在着因进一步的局部性 靶消耗引起利用效率下降的问题。
为了抑制成膜率的时间性变化，对应靶的消耗使磁铁103从初始靶 面远离是有效的方法(非专利文献l)。但是，如果靶的消耗不均匀，则 即便使磁铁103与初始靶面的距离对应烧蚀区域的消耗量而远离，由于 在烧蚀区域中被消耗成圆滑的曰形，所以消耗后的靶表面的磁场强度分 布也和初始时的磁场强度分布不同。因此，为了抑制成膜率的经时变化， 必须均匀地消耗靶。
鉴于此，以往提出了一种将产生磁场的磁铁做成棒形磁铁，通过移 动或旋转该棒形磁铁，使烧蚀区域随时间而移动，通过时间平均，实质 上消除靶的局部消耗，进而提高被处理基板的膜厚的均匀性的方法(参 照专利文献1~3 )。
非专利文献l:年卞/ 净乂》《技术vol.12 (第29~32页)
专利文献l:特开平5-148642号7>才艮
专利文献2:特开2000-309867号,〉才艮
专利文献3:日本专利第3566327号7>才艮
但是，在上述的现有方法中，如果为了提高对被处理基板的成膜速 度，而想要提高瞬时的烧蚀密度，即增加烧蚀区域相对整体的靶区域的 比例，则需要增强棒形磁铁的强度，并且使小型化的棒形磁铁彼此接近。 但如果采用这样的结构，则存在着因磁铁彼此的排斥力或吸引力使得磁 铁和固定的棒发生变形，或难以克服该力进行移动和旋转的问题。
另外，随着与固定在周围的棒形磁铁邻接的旋转磁铁进行旋转，不
7可避免地形成旋转磁铁与固定在周围的棒形磁铁的磁极成为相同的相 位，此时，存在着不能形成封闭的烧蚀的问题。

发明内容
因此，本发明鉴于上述现有问题而提出，其目的之一是提供一种使 靶上的瞬时烧蚀密度提高，从而提高成膜速度的旋转磁铁溅射装置。
而且，本发明的其他目的是，提供一种使烧蚀区域随时间移动，防 止靶的局部消耗，来实现均匀消耗，由此延长靶寿命的旋转磁铁溅射装 置。
并且，本发明的又一个目的是，提供一种抑制乾表面的磁场强度分 布的经时变化，在长期运转时，抑制了成膜率的经时变化的旋转磁铁溅 射装置。
根据本发明的第l方式，提供一种旋转磁铁溅射装置，具有被成 膜基板保持体、与被成膜基板对置设置的靶、和被设置在靶的与被处理 基板相反侧的磁铁，通过由该磁铁在靶表面形成磁场，将等离子封闭在 靶表面，其特征在于，上述磁铁包含多个板磁铁被设在柱状旋转轴上 的旋转磁铁组；和在旋转磁铁组的周边与靶面平行设置、且在与靶面垂 直的方向磁化的固定外周板磁铁；通过使上述旋转磁铁组随着上述柱状 旋转轴一同旋转，上述靶表面的磁场模式随着时间变动，该旋转磁铁溅 射装置具有测定上述靶的消耗量、即靶的消耗变位量的机构，具备通 过使上述柱状旋转轴、上述旋转磁铁组、以及上述固定外周板磁铁从靶 离开与该消耗变位量相等的距离，始终使靶表面与上述柱状旋转轴、上 述旋转磁铁组、以及上述固定外周板磁铁的距离保持相等的功能。
根据本发明的第2方式，可提供一种基于第1方式的旋转磁铁溅射 装置，其特征在于，测定上述靶的消耗变位量的机构，从靶的旋转磁铁 组侧紧密贴附超声波振子，利用超声波放射的反射特性进行测定。
根据本发明的第3方式，可提供一种基于第1方式的旋转磁铁溅射 装置，其特征在于，测定上述靶的消耗变位量的机构，从靶的激励等离 子一侧的固定的位置入射光线，根据其他的固定位置处的反射光的角度 变位量进行测定。根据本发明的第4方式，可提供一种基于第2或第3方式的旋转磁 铁溅射装置，其特征在于，测定靶的消耗变位量的机构在上述柱状旋转 轴的轴向具有多个。
根据本发明的第5方式，可提供一种基于第l至4方式中任意一个 的旋转磁铁溅射装置，其特征在于，上述旋转磁铁组是通过在上述柱状 旋转轴上将板磁铁设置成螺旋状而形成多个螺旋，上述柱状旋转轴的轴
极、即N极和S极的螺旋状板磁铁组，上述固定外周板磁铁成为从靶侧 观察，包围了上述旋转磁铁组的构造，且在靶侧形成有N极或S极的磁 极。
根据本发明的第6方式，可提供一种基于第l至5方式中任意一个 的旋转磁铁溅射装置，其特征在于，上述柱状旋转轴的至少一部分是永 磁性体。
根据本发明的第7方式，可提供一种基于第l至4方式中任意一个 的旋转磁铁溅射装置，其特征在于，在上述固定外周板磁铁的与上述靶 的相反侧的面上，与上述固定外周板磁铁邻接地设置有固定外周永磁性 体。
根据本发明的第8方式，可提供一种基于第l至7方式中任意一个 的旋转磁铁溅射装置，其特征在于，设有使从上述固定外周板磁铁朝向 上述乾的外侧的磁通量，比从上述固定外周板磁铁朝向上述乾的内侧的 磁通量弱的机构。
根据本发明的第9方式，可提供一种基于第8方式的旋转磁铁溅射 装置，其特征在于，上述机构包含永磁性体部件，该永磁性体部件被设 置成从上述靶侧观察，连续覆盖上述固定外周板磁铁的表面中的外侧的 侧面和上述乾侧的面的 一部分。
根据本发明的第10方式，可提供一种基于第8或第9方式的旋转 磁铁溅射装置，其特征在于，上述机构包含以上述固定外周板磁铁的表 面中的上述靶侧的表面，向上述靶的内侧突出的方式构成上述固定外周 板磁铁的结构。根据本发明的第11方式，可提供一种基于第1至10方式中任意一
个的旋转磁铁溅射装置，其特征在于，设有遮挡部件，上述遮挡部件构 成向与上述柱状旋转轴的轴向相同的方向延伸，将上述靶向上述被处理 基板开放的缝隙，将该缝隙的宽度和长度被设定为，从被处理基板侧观 察，当使上述旋转磁铁组以一定频率旋转时，在形成于乾表面的磁场中 的与靶面平行的成分的磁场强度的时间平均分布中，将成为最大值的
75%以上的区域设为开口那样的宽度和长度。
根据本发明的第12方式，可提供一种基于第1至10方式中任意一 个的旋转磁铁溅射装置，其特征在于，上述旋转磁铁溅射装置还具有以 覆盖上述靶的端部的方式从上述乾离开，相对上述旋转磁铁组设在相反 侧，并电接地的遮挡部件，上述遮挡部件构成向与上述柱状旋转轴的轴 向相同的方向延伸，在其间将上述靶向上述被处理基板开放的缝隙，该 缝隙的宽度和长度被设定为，当固定了上述被处理基板、且使上述旋转 磁铁组以一定频率旋转时，在不遮挡上述靶端部的情况下，遮挡单位时 间在被处理基板上成膜的最大膜厚的80%以下的区域。
根据本发明的第13方式，可提供一种基于第1至12方式中任意一 个的旋转磁铁賊射装置，其特征在于，上述旋转磁铁组和上述固定外周 板磁铁在与靼表面垂直的方向可动。
根据本发明的第14方式，可提供一种基于第1至13方式中任意一 个的旋转磁铁溅射装置，其特征在于，上述旋转磁铁组和上述固定外周 板磁铁被设置在由耙部件、粘结了乾部件的包装板、和从包装板周边连 续设置的壁面所包围的空间内，上述空间可被减压。
根据本发明的第15方式，可提供一种基于第1至14方式中任意一 个的旋转磁铁溅射装置，其特征在于，具有在与上述柱状旋转轴的轴向 相交的方向上使上述被处理基板相对移动的机构。
根据本发明的第16方式，可提供一种旋转磁铁溅射装置，其特征 在于，与上述柱状旋转轴的轴向平行地具有多个第1~第15方式中的任 意一种旋转磁铁溅射装置，并具有在与上述柱状旋转轴的轴向相交的方 向上使上述被处理基板相对移动的机构。
10根据本发明的第17方式，可提供一种溅射方法，其特征在于，使 用第1~第16方式中的任意一种旋转磁铁溅射装置， 一边使上述柱状旋 转轴旋转， 一边在被处理基板上将上述靶的材料成膜。
根据本发明的第18方式，可提供一种电子装置的制造方法，其特 征在于，包含使用第17方式所述的溅射方法，在被处理基板上溅射成 膜的工序。
根据本发明的第19方式，可提供一种旋转磁铁溅射装置，其使用 磁铁在耙表面形成磁场，并通过使该磁铁围绕旋转轴旋转，使磁场沿着 上述旋转轴移动，在被处理基板上成膜，其特征在于，具有测定上述靶 的消耗变位量，来获得测定结果的测定机构；和根据上述测定结果，使 上述磁铁与上述被处理基板之间的距离相对变化的距离调整机构.
根据本发明的第20方式，可提供一种基于第19方式的旋转磁铁溅 射装置，其特征在于，上述进行测定的测定机构具有向上述乾发送超 声波的机构；接收从该乾反射的超声波的机构；和根据上述接收到的超 声波计算出上述靶的消耗变位量，将其作为上述测定结果输出的机构。
根据本发明的第21方式，可提供一种基于第19方式的旋转磁铁溅 射装置，其特征在于，上述测定机构具有向上述靶发送激光的机构、 接收从该靶反射的激光的机构、和根据上述接收到的激光计算上述靶的 消耗变位量的机构。
根据本发明的第22方式，可提供一种基于第19~21方式的任意一 种旋转磁铁溅射装置，其特征在于，上述测定机构被设置在上述旋转轴 的轴向的多个部位。
根据本发明的第23方式，可提供一种基于第19~22方式的任意一 种旋转磁铁溅射装置，其特征在于，上述距离调整机构具有根据上述测 定结果，使上述旋转轴相对上述被处理基板移动的机构。
根据本发明，可以在提高成膜速度的同时，防止靶的局部消耗，实 现均匀的消耗，由此，能够延长靶的寿命，同时提高长期运转的成膜率 再现性，从而提高靶的使用效率。


图l是表示本发明的第1实施方式涉及的旋转磁铁溅射装置的概略 结构图。
图2是用于更详细地说明图l所示的旋转磁铁溅射装置的磁铁部分 的立体图。
图3是说明本发明中的烧蚀形成的图。
图4是表示在图1的旋转磁铁溅射装置中使用的柱状旋转轴的相对 导磁率、与水平磁场强度的关系的曲线图。
图5是说明针对固定外周板磁铁配置了构成磁回路的固定外周永磁 性体时的水平磁场强度的变化的曲线图。
图6是表示靶表面的等离子的时间变化的照片。
图7是表示被长时间使用的靶的消耗状态的照片。
图8是说明本发明的第2实施方式涉及的旋转磁铁溅射装置的图， 这里，表示了对靶的消耗变位量进行测定的部分。
图9是表示图8所示的靶的消耗变位量测定方法的变形例的图。
图10是说明本发明的第3实施方式涉及的旋转磁铁溅射装置的概 略图。
图ll是说明现有的磁控溅射装置的图。
图中l-靶；2-柱状旋转轴；3-旋转磁铁组；4-固定外周板磁 铁；5 -外周永磁性体；6 —包装板(packing plate); 8 -冷却介质通路； 9-绝缘件；10-被处理基板；11-处理室内空间；12-馈电线；13 -盖；14-外壁；15-永磁性体；16-等离子遮挡部件；17-绝缘件；19 -设置台；20-超声波传感器；21-可移动部分；25-垂直可动机构。
具体实施例方式
下面，结合附图，对本发明的实施方式进行说明。
12(第1实施方式)
参照附图，对本发明的第1实施方式进行说明。
图l是说明本发明涉及的磁铁旋转溅射装置的第1实施方式的结构 的剖面图。
在图1中，l是由铝构成的靶，2是柱状旋转轴，3是以螺旋状配置 在旋转轴2的表面的多个螺旋状板磁铁组(即，旋转磁铁组)，4是配置 在旋转磁铁组3的外周的固定外周板磁铁，5是对置配置在固定外周板 磁铁4的与靶相反一侧的外周永磁性体，6是粘结了靶1的由铜构成的 包装板，15是针对上述靶侧以外的部分覆盖柱状旋转轴2及螺旋状板磁 铁组3的构造的永磁性体，8是流通冷却介质的通路，9是绝缘件，10 是被处理基板，19是设置被处理基板IO的设置台，11是处理室内空间， 12是馈电线，13是与处理室电连接的盖，14是形成处理室的外壁，16 是与外壁14电接地的导电性等离子遮挡部件，17是耐等离子性良好的 绝缘件。
图示的等离子遮挡部件16构成了向柱状旋转轴2的轴向延伸，使 靶l向被处理基板10开放的缝隙。该情况下，等离子遮挡部件16的缝 隙的宽度和长度被设定为，当使旋转磁铁组3以一定频率旋转时，在形 成于靶l表面的磁场中与靶l面平行的成分的磁场强度的时间平均分布 中，成为最大值的75%以上的区域，从被处理基板10观察被开放。同 时被设定为，在靶l的端部未被遮挡的情况下，成为单位时间在被处理 基板10上成膜的最大膜厚的80%以下的区域，被等离子遮挡部件16 遮挡。未被等离子遮挡部件16遮挡的区域是磁场强度高、以高密度生 成低电子温度的等离子，且对被处理基板10不产生充电损伤和离子照 射损伤的区域，同时是成膜率快的区域。通过利用遮挡部件16遮挡该 区域以外的区域，可进行实质不降低成膜率，且无损伤的成膜。
另一方面，馈电线12与DC电源、RF电源以及匹配器连接。从该 DC电源和RF电源通过匹配器，进而通过馈电线12及外壳，向包装板 6和靶1供给等离子激励电力，在靶l表面激励等离子。虽然只通过DC 电力或RF电力就可以激励等离子，但从膜质控制性和成膜速度控制性 方面考虑，希望施加双方。而且，虽然RF电力的频率通常可以从几百kHz 几百MHz之间选择，但从等离子的高密度低电子温度化方面考虑， 希望使用高的频率。在本实施方式中，采用了 13.56MHz。等离子遮挡 部件16还作为RF电力的接地板发挥功能，如果存在该接地板，则即 使被处理基板IO处于电悬浮状态，也能够高效率地激励等离子。永磁 性体15具有磁铁所产生的磁场的磁屏蔽的效果、和减少因靶1附近的 外部干扰导致磁场变动的效果。
在图示的例子中，为了测定靶l的消耗量，设置了进行超声波收发 的超声波传感器20，其被设置成向上述靶1的方向发送超声波。在此例 中，将构成超声波传感器20的超声波振子紧贴在靶1的背侧，即包装 板6的螺旋状板磁铁组3侧，并通过测定从该超声波振子发射的超声波 从靶1表面反射的情况，来测定靶1的消耗量。
而且，虚线21内侧的区域，即包含柱状旋转轴2、旋转磁铁组3、 配置在旋转磁铁组3外周的固定外周板磁铁4和外周永磁性体5的区域 (可移动部分)，可以通过包括示意表示的马达的垂直可动机构25而向 图的上下方向移动。并且，该垂直可动机构25响应对由超声波传感器 20测定的靶1的消耗变位量进行表示的测定结果，使上述的区域21相 对耙l沿垂直方向移动。
参照图2，对磁铁部分进行更详细的说明，图2表示了柱状旋转轴 2、多个螺旋状板磁铁组3、和固定外周板磁铁4的立体图。这里，多个 螺旋状板磁铁组3构成了随着柱状旋转轴2的旋转而旋转的旋转磁铁 组。
作为柱状旋转轴2的材质，虽然可以使用通常的不锈钢等，但优选 使用磁阻低的永磁性体，例如Ni-Fe类高导磁率合金等构成其一部分或 全部。在本实施方式中，由Ni-Fe类高导磁率合金构成柱状旋转轴2。 柱状旋转轴2能够在未图示的齿轮组及马达的驱动下旋转。
对于图示的柱状旋转轴2而言，其剖面呈正16边形， 一边的长度 为16.7mm。在各个面上安装了多个菱形的板磁铁，构成了多个螺旋状 板磁铁组3。该柱状旋转轴2是在外周安装了磁铁的构造，容易将其加 粗，成为对于因磁铁被施加的磁力而引起的弯曲抗力强的构造。为了使 构成螺旋状板磁铁组3的各板磁铁稳定地产生强磁场，优选使用残留磁通密度、矫顽力、能量积高的磁铁，例如，优选采用残留磁通密度为1.1T 左右的Sm-Co类烧结磁铁，进而优选残留磁通密度为1.3T左右的 Nd-Fe-B类烧结磁铁等。
在本实施方式中，使用了 Nd-Fe-B类烧结磁铁。螺旋状板磁铁組3 的各板磁铁在其板面的垂直方向上被磁化，通过以螺旋状粘贴在柱状旋 转轴2上而形成多个螺旋，柱状旋转轴的轴向上邻接的螺旋彼此之间， 在上述柱状旋转轴的径向外侧形成了互不相同的磁极，即N极和S极。
如果从靶1观察，则固定外周板磁铁4成为包围了由螺旋状板磁铁 组3构成的旋转磁铁组的构造，被磁化成靶l的一侧成为S极。对于固 定外周板磁铁4而言，基于与螺旋状板磁铁组3的各板磁铁同样的理由， 也使用了 Nd-Fe-B类烧结磁铁。
下面，结合图3，对本实施方式中的烧蚀形成进行详细说明。如上 所述，当通过在柱状旋转轴2上配置多个板磁铁而构成了螺旋状板磁铁 组3时，如果从把1侧观察螺旋状板磁铁组3，则近似成为由固定外周 板磁铁4形成的磁铁及其他的螺旋状板磁铁组3的S极，包围了构成螺 旋状板磁铁组3的板磁铁的N极周围的配置。图3是其概念图。在这样 的结构中，从螺旋状板磁铁3的板磁铁的N极产生的磁力线，其终端到 达周边的S极。结果，在从板磁铁面离开了某种程度的靶面上形成多个 封闭的烧蚀区域301。并且，通过旋转柱状旋转轴2，多个烧蚀区域301 随着旋转一同移动。在图3中，烧蚀区域301向箭头所示的方向移动。 其中，在构成螺旋状板磁铁组3的旋转磁铁组端部，从端部的一方依次 产生烧蚀区域301,在另一端部依次消失。
另外，在本实施方式中，虽然是将柱状旋转轴2的剖面做成正16 边形，在各个面上粘贴了板磁铁，但为了实现更圆滑的螺旋形状，也可 以将其剖面做成数量更多的正多边形(例如正32边形)，并粘贴细小的 板磁铁，或为了削减成本，只要能够在耙表面形成水平磁场回路，则也可 以做成数量少的多边形(例如正8边形)。此外，为了使形成螺旋的相邻 的板磁铁彼此接近，也可以将板磁铁的剖面不做成长方形，而做成在旋 转轴径向上外侧的边大的梯形。
下面，结合图4，对将柱状旋转轴2改变成永磁性体的效果进行说
15明。
图4的纵轴和横轴分别表示烧蚀区域301的水平磁场强度和柱状旋 转轴2的相对导磁率，表示了水平磁场强度与柱状旋转轴2的相对导磁 率的依存性。图4中，以相对导磁率为1的情况进行了标准化。由图4 可知，随着柱状旋转轴2的相对导磁率上升，水平磁场强度也增加，特 别是如果相对导磁率为100以上，则获得了 60%左右的磁场强度增强。 其原因在于，能够降低形成了螺旋板磁铁3的板磁铁的旋转柱状轴侧的 磁阻，可高效率地向耙l侧产生磁力线。由此，可提高激励等离子时的 封闭效果，降低等离子的电子温度，减少对被处理基板10的损伤，且 通过等离子密度上升，可提高成膜速度。
并且，如图1所示，在固定外周板磁铁4的下面，即在相对固定外 周板磁铁4的与乾1相反侧设置了固定外周永磁性体5的情况下，如图 5所示，与不设置固定外周永磁性体5的情况相比，水平磁场强度增强 约10%，并且，在将固定外周永磁性体的一部分延长到与柱状旋转轴2 相邻的部分，通过磁性流体与柱状旋转轴2的磁性体部分邻接，在旋转 磁铁组与固定外周板磁铁之间形成了低磁阻的磁回路的情况下，水平磁 场强度增强约30%，提高了成膜性能。
在本实施方式中，烧蚀区域301 (图3)的水平磁场、即与靶1面 平行的磁场强度超过了 500高斯，获得了封闭等离子的充分强度。图6 表示靼表面的等离子的时间变化的照片。等离子激励条件为，每分钟导 入1000cc氩气，并投入了 800W的13.56MHz的RF电力。使柱状旋转 轴以1Hz旋转。从图6左侧的照片(表示从上到下的时间性变化的样子) 可知，从旋转轴的左端稳定地生成等离子环路601 (烧蚀环路)，并且随 着旋转而移动，从图6的右侧照片(表示从上到下的时间性变化的样子) 可知，从旋转轴的右端稳定消失。另外，图7通过照片表示了长时间放 电后的粑的消耗状态。从图中可看出，靶表面没有局部性消耗，而是均 匀消耗。
在本实施方式中，如上所述，设置了具有向把l方向发送超声波， 并从靶1方向接收超声波的功能的超声波传感器20。在此例中，由超声 波传感器20向靶1方向发送的超声波首先在包装板6中传播，当到达 包装板6与靶1的界面时， 一部分的超声波被反射， 一部分向靶1传播。这里被反射的成分首先被超声波传感器20接收。然后，向靶1传播， 当进一步到达乾l的处理空间ll侧的表面时，被反射，经过靶l、包装 板6,然后被超声波传感器20接收。即，通过测定从发送超声波到第2 个反射波到达时的时间延迟，可测定出靶l的厚度。由于包装板6由铜 构成，乾1在此例中是铝，所以在将铜和铝的声波传播速度分别设为 Cl、 C2,将包装板6和铝的靶1的厚度分别设为Dl、 D2时，从发送 超声波，在乾1的处理室侧11侧的表面反射，到再次返回超声波监视 器的时间t，可通过t-2xDl/Cl + 2xD2/C2求出。由此，靶1的厚度 D2可用下式(1)表示。<formula>formula see original document page 17</formula>
这里，由于D1、 Cl是已知的，所以通过测定时间t，可求出靶厚度。
本实施方式中，在成膜运转之前，Dl=10mm、 D2 = 5mm。而且， Cl、 C2是物性固有的值，分别是6400m/s、 5000m/s。由此，t=2.56ps。 然后，如果进行长期成膜运转，则t-2,36ns。
根据式(1)可知，此时靶1的厚度D2成为4mm、消耗了 lmm。 由于耙表面与磁铁的距离接近了 lmm,所以磁场强度增加了约20%左 右，成膜率也相应地上升。
因此，在将图1所示的虚线区域(可移动部分)21内的磁铁组和磁 性体沿垂直方向从靶l分离了 lmm时，恢复到与运转开始时实质相同 的成膜率。通过反复进行这样的处置，能够进行成膜率不发生变化的长 期运转，直到靶l实质上完全消耗掉为止，从而可避免长期进行不必要 的较厚的成膜，抑制靶l材料的浪费使用。
另外，在本实施方式中，是以lmm的靶消耗作为移动磁铁的时间 间隔，但不限定于此值。而且，由于超声波的传播速度是物质固有的值， 所以，对于任意的靶材料和包装板的材料，都可以运用本实施方式的消 耗变位量的测定方法。
(第2实施方式)
17下面，参照图8，对本发明的第2实施方式进行详细说明。其中，为了便于说明，对于与上述实施方式相同的部分省略说明。本实施方式中，在形成处理室的外壁的外侧设有波长为650~670nm的可视光的半导体激光的发送装置801、和该激光的接收装置802。从发送装置801发送的激光804通过观察口 803被导入到处理室，倾斜射入到靶1的表面。在靶l的表面散射的光中， 一部分通过另外的观察口 803到达接收装置802。此时，靶l因被消耗而距离接收装置802越远，到达接收装置802的激光的角度805越小。因此，可根据接收光的角度的变位，测定出距离，具体而言，能够以几十nm的精度对lm的前方进行测定。粑l的表面虽然因被消耗而平坦性变差，但由于利用漫反射，所以一部分激光肯定会到达接收装置802。这样，通过使用利用激光对靶l的消耗变位量进行测定的方法，使磁铁组及磁性体组从靶离开与其消耗变位量相同的距离，能够直到靶实质上完全消耗掉为止，进行成膜率不发生变化的长期运转，从而可避免长期进行不必要的较厚的成膜，抑制靶l材料的浪费使用。
而且，在本实施方式中，也可以如图9所示，在柱状旋转轴902的轴向的两端，设置两处与图8相同的由半导体激光的发送部和接收部构成的乾消耗测定机构901，利用各耙消耗测定机构901测定靶1的消耗量。该情况下，通过与两端的靶消耗测定机构901对应，使柱状旋转轴卯2的两端(以及附带的磁铁和磁性体)独立垂直移动，即使在大型装置中不能获得安装尺寸精度的情况下，也能够在轴向上均匀成膜。
并且，如该例所示，采用不使图1所示的可移动部分21整体移动，而只使柱状旋转轴902相对靶1移动的结构，也能使靶1的消耗量均匀。
另外，可以取代激光的发送接收装置801、 802，而在柱状旋转轴卯2的轴向的两端配置多个(例如2个)图l所示的超声波传感器20。
(第3实施方式)
下面，参照以下的附图，对本发明的第3实施方式进行详细说明。其中，为了便于说明，对于与上述实施方式相同的部分省略说明。本发明的旋转磁铁溅射装置如图10所示，特别适合作为往复移动型成膜装置而使用。在图10中，401是处理室、402是门阀、403是被处理基板、404是与第1实施方式相同的旋转磁铁等离子激励部。磁铁的螺旋部分的轴向长度为2700mm。等离子激励电力的频率为13.56MHz。虽然从等离子的高密度化、低电子温度化观点出发，希望是高频率，例如为lOOMHz左右，但等离子激励部为2.7m左右，而lOOMHz的波长为3m。如果这样地使激励部成为与波长同等程度，则可能被激励起驻波，导致等离子不均匀。由于如果频率为13.56MHz,则波长为22.1m，所以等离子激励部的长度与波长相比足够短，不会发生等离子受驻波的影响而成为不平均的情况。
在本实施方式中，使用了 4个旋转磁铁等离子激励部404。由此，可提高实质的成膜率。激励部的个数不限于4个。被处理基板403是2.2mx2.5m的玻璃基板，在本实施例中，将纵向^1置为2.5m，通过使被处理基板403相对旋转磁铁等离子激励部404的柱状旋转轴在垂直方向往复移动，能够在被处理基板403上实质均匀地成膜。为了均匀成膜，也可以设定成不使被处理基板403往复移动，而向单方向通过，还可以采用使旋转磁铁等离子激励部404移动的方法。
在本实施方式中，通过使被处理基板403往复移动，将被处理基板403的一部分连续啄露在由旋转磁铁等离子激励部404激励的等离子区域，可均匀地形成薄膜。对于旋转磁铁的转速，通过使旋转一周的时间比被处理基板403的通过时间快，可形成不受瞬时的烧蚀图案影响的均匀薄膜。典型的情况是，被处理基板403的通过速度为60秒/枚，旋转磁铁的转速为10Hz。另外，在本实施例中，使被处理基板往复移动，但也可以将装置构成为只使1个或多个旋转磁铁等离子激励部404通过1次来进行成膜的通过成膜型装置。
在图示的旋转磁铁等离子激励部404上，与图1同样，分别设置有超声波传感器，可测定靶的消耗变位量，磁铁组及磁性体组构成为能够与其对应地向垂直方向移动的构造。通过使用这样的对靶的消耗变位量进行测定的装置，将磁铁组及磁性体组从靶分离与其消耗变位量相等的距离，能够直到靶l实质被完全消耗掉为止，进行成膜率不发生变化的长期运转，从而可避免长期进行不必要的较厚的成膜，抑制靶l材料的浪费使用。以上，通过实施方式对本发明进行了说明，但磁铁尺寸、基板尺寸等不受实施方式的限定。
另外，在上述的实施方式中，说明了使用了激光或超声波作为对靶的消耗变位量进行测定的手段的情况，但作为测定手段，也可以使用毫米波、亚毫米波、兆兆赫波、以及红外线等电磁波。
工业上的可利用性
本发明涉及的旋转磁铁溅射装置不仅可用于在半导体晶片等上形成绝缘膜或导电性膜，而且也适合用于在平板显示器装置的玻璃等基板上形成各种被膜，并且在存储装置以及其他电子装置的制造中，可以用于溅射成膜。
权利要求
1.一种旋转磁铁溅射装置，具有被成膜基板保持体、与被成膜基板对置设置的靶、和被设置在靶的与被处理基板相反侧的磁铁，通过由该磁铁在靶表面形成磁场，将等离子封闭在靶表面，其特征在于，所述磁铁包含多个板磁铁被设在柱状旋转轴上的旋转磁铁组；和在旋转磁铁组的周边与靶面平行设置、且在与靶面垂直的方向磁化的固定外周板磁铁，通过使所述旋转磁铁组随着所述柱状旋转轴一同旋转，所述靶表面的磁场模式随着时间变动，该旋转磁铁溅射装置具有测定所述靶的消耗量、即靶的消耗变位量的机构，具备通过使所述柱状旋转轴、所述旋转磁铁组、以及所述固定外周板磁铁从靶离开与该消耗变位量相等的距离，始终使靶表面与所述柱状旋转轴、所述旋转磁铁组、以及所述固定外周板磁铁的距离保持相等的功能。
2. 根据权利要求l所述的旋转磁铁溅射装置，其特征在于，测定所述靶的消耗变位量的机构，从靶的旋转磁铁组侧紧密贴附超 声波振子，利用超声波放射的反射特性进行测定。
3. 根据权利要求l所述的旋转磁铁溅射装置，其特征在于，测定所述靶的消耗变位量的机构，从靶的激励等离子一侧的固定的 位置入射光线，根据在其他的固定位置处的反射光的角度变位量进行测 定。
4. 根据权利要求2或3所述的旋转磁铁溅射装置，其特征在于，在所述柱状旋转轴的轴向上具有多个权利要求2或权利要求3所述 的测定乾的消耗变位量的机构。
5. 根据权利要求1至4中任意一项所述的旋转磁铁溅射装置，其特 征在于，所述旋转磁铁组是通过在所述柱状旋转轴上将板磁铁设置成螺旋 状而形成多个螺旋，所述柱状旋转轴的轴向上邻接的螺旋彼此在所述柱 状旋转轴的径向外侧形成有相互不同的磁极，即N极和S极的螺旋状板 磁铁组，所述固定外周板磁铁成为从靶侧观察，包围了所述旋转磁铁组的构造，且在靶侧形成有N极或S极的磁极。
6. 根据权利要求1至5中任意一项所述的旋转磁铁溅射装置，其特 征在于，所述柱状旋转轴的至少一部分是永磁性体。
7. 根据权利要求1至4中任意一项所述的旋转磁铁溅射装置，其特 征在于，在所述固定外周板磁铁的与所述靶的相反侧的面上，与所述固 定外周板磁铁邻接地设置有固定外周永磁性体。
8. 根据权利要求1至7中任意一项所述的旋转磁铁溅射装置，其特 征在于，设有使从所述固定外周板磁铁朝向所述靶的外侧的磁通量，比从所 述固定外周板磁铁朝向所述靶的内侧的磁通量弱的机构。
9. 根据权利要求8所述的旋转磁铁溅射装置，其特征在于，所述机构包含永磁性体部件，该永磁性体部件被设置成从所述靶侧 观察，连续覆盖所述固定外周板磁铁的表面中的外侧的侧面和所述靶侧 的面的一部分。
10. 根据权利要求8或9所述的旋转磁铁溅射装置，其特征在于，所述机构包含以所述固定外周板磁铁的表面中的所述靶侧的表面， 向所述耙的内侧突出的方式构成所述固定外周板磁铁的结构。
11. 根据权利要求1至10中任意一项所述的旋转磁铁溅射装置，其 特征在于，设置有遮挡部件，所述遮挡部件构成向与所述柱状旋转轴的轴向相 同的方向延伸，将所述靶向所述被处理基板开放的缝隙，该缝隙的宽度 和长度被设定为，从被处理基板侧观察，当使所述旋转磁铁组以一定频 率旋转时，在形成于靶表面的磁场中的与靶面平行的成分的磁场强度的 时间平均分布中，将成为最大值的75%以上的区域设为开口那样的宽度 和长度。
12. 根据权利要求1至10中任意一项所述的旋转磁铁溅射装置，其 特征在于，所述旋转磁铁溅射装置还具有以覆盖所述靶的端部的方式从所述 靶离开，相对所述旋转磁铁组设在相反侧，并电接地的遮挡部件，所述遮挡部件构成向与所述柱状旋转轴的轴向相同的方向延伸，在其间将所 述乾向所述被处理基板开放的缝隙，该缝隙的宽度和长度被设定为，当 固定了所述被处理基板，且使所述旋转磁铁组以一定频率旋转时，在不 遮挡所述靶端部的情况下，遮挡单位时间在被处理基板上成膜的最大膜厚的80%以下的区域。
13. 根据权利要求1至12中任意一项所述的旋转磁铁溅射装置，其 特征在于，所述旋转磁铁组和所述固定外周板磁铁在与靶表面垂直的方 向可动。
14. 根据权利要求1至13中任意一项所述的旋转磁铁溅射装置，其 特征在于，所述旋转磁铁组和所述固定外周板磁铁被设置在由靶部件、粘结了 靶部件的包装板、和从包装板周边连续设置的壁面所包围的空间内，所 述空间可被减压。
15. 根据权利要求1至14中任意一项所述的旋转磁铁溅射装置，其 特征在于，具有在与所述柱状旋转轴的轴向相交的方向上使所述被处理 基板相对移动的机构。
16. —种旋转磁铁溅射装置，其特征在于，与所述柱状旋转轴的轴向平行地具有多个权利要求1至15中任意 一项所述的旋转磁铁溅射装置，并具有在与所述柱状旋转轴的轴向相交 的方向上使所述被处理基板相对移动的机构。
17. —种溅射方法，其特征在于，使用权利要求1至16中任意一项所述的旋转磁铁溅射装置， 一边 使所述柱状旋转轴旋转， 一边在被处理基板上将所述靶的材料成膜。
18. —种电子装置的制造方法，其特征在于，包含使用权利要求17所述的溅射方法，在被处理基板上溅射成膜 的工序。
19. 一种旋转磁铁溅射装置，使用磁铁在把表面形成磁场，并通过 使该磁铁围绕旋转轴旋转，使磁场沿着所述旋转轴移动，在被处理基板 上成膜，其特征在于，具有测定所述靶的消耗变位量，获得测定结果的测定机构；和根据所述测定结果，使所述磁铁与所述被处理基板之间的距离相对变化的距 离调整机构。
20. 根据权利要求19所述的旋转磁铁溅射装置，其特征在于，所述进行测定的测定机构具有向所述靶发送超声波的机构；接收 从该靶反射的超声波的机构；和根据所述接收到的超声波计算出所述靶 的消耗变位量，并将其作为所述测定结果输出的机构。
21. 根据权利要求19所述的旋转磁铁溅射装置，其特征在于，所述测定机构具有向所述靶发送激光、毫米波、亚亳米波、兆兆赫 波、以及红外线的任意一种的机构；接收从该乾反射的反射光或反射波 的机构；和使用所述接收到的反射光或反射波，计算所述靶的消耗变位 量的机构。
22. 根据权利要求19 21中任意一项所述的旋转磁铁溅射装置，其 特征在于，所述测定机构被设置在所述旋转轴的轴向的多个部位。
23. 根据权利要求19-22中任意一项所述的旋转磁铁溅射装置，其 特征在于，所述距离调整机构具有根据所述测定结果，使所述旋转轴相 对所述被处理基板移动的机构。
全文摘要
在旋转磁铁溅射装置中，为了减少因靶的消耗而引起靶表面发生变化，导致成膜率经时变化的情况，对靶的消耗变位量进行测定，根据测定结果，调整旋转磁铁组与靶之间的距离，从而长时间实现均匀的成膜率。作为测定靶的消耗变位量的机构，可以使用超声波传感器，也可以使用激光发送接收装置。
文档编号C23C14/35GK101641458SQ20088000941
公开日2010年2月3日 申请日期2008年3月28日 优先权日2007年3月30日
发明者后藤哲也, 大见忠弘, 松冈孝明 申请人:国立大学法人东北大学;东京毅力科创株式会社