溅射装置制造方法
【专利摘要】本发明提供一种溅射装置。在本发明的溅射装置中，使1根气体配管(21)与两根以上的气体供给管(22)相连接。将气体供给管(22)、气体配管(21)设置在包围靶材(18)的分隔壁(20)之外，在分隔壁(20)内表面设置多个气体供给口(23)。多个气体供给口(23)设于比靶材(18)表面远离成膜辊(15)的一侧。该溅射装置设有用于冷却分隔壁(20)的冷却配管(24)。
【专利说明】溅射装置
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及用于在长条膜上形成薄膜的溅射装置。
【背景技术】
[0002]作为在真空中进行的薄膜形成方法而广泛使用溅射法。在溅射法中，在低压氩气等溅射气体中，将基材作为阳极电位并将靶材作为阴极电位，通过向基材与靶材之间施加电压而生成溅射气体的等离子体。等离子体中的溅射气体离子与靶材相碰撞而轰击出靶材的构成物质。靶材的被轰击出的构成物质堆积在基材上而形成薄膜。
[0003]作为透明导电膜,广泛使用铟锡氧化物(Indium-Tin-Oxide:ΙΤ0)的薄膜。在形成铟锡氧化物(ITO)那样的氧化物薄膜时，使用反应性溅射法。在反应性溅射法中，除了供给氩气等溅射气体之外，还同时供给氧气等反应性气体。在反应性溅射法中，靶材的被轰击出的构成物质与反应性气体相反应而形成靶材的构成物质的氧化物等，该氧化物等堆积在基材上。
[0004]在溅射装置中，通常，靶材和阴极在机械上和电气上一体化。基材和靶材隔开规定间隔地相对。通常向基材与靶材之间供给溅射气体和反应性气体。溅射气体和反应性气体有时也分开供给，有时也以混合的方式供给。
[0005]在基材为直径10mm?300mm左右的硅晶圆的溅射装置中，靶材通常为圆板。在该情况下，基材与靶材之间的空间成为圆柱形。在空间为圆柱形的情况下，使溅射气体的空间密度分布均匀并不困难。因此，在那样的溅射装置中，堆积在基材上的薄膜的厚度、特性因位置而不同这样的问题较少。因此，在这样的溅射装置中，并不需要对溅射气体或反应性气体的供给构造进行特别的设计。
[0006]但是，在基材为长条膜时，情况则不同。不可能一次在整个长条膜上形成溅射膜。因此，将自供给辊放出的长条膜卷绕在成膜辊(也称作筒辊)上不到一周，一边使成膜辊旋转而使长条膜连续地行进，一边在长条膜的与靶材相对的部分上进行成膜。成膜结束后的长条膜卷取在收纳辊上。
[0007]靶材必须要罩住长条膜的整个宽度(例如为1.6m)。因此，从成膜辊侧看的靶材的形状成为例如长边为1.7m左右且短边为0.1m左右的细长的长方形。因而，成膜辊与靶材之间的空间成为细长的长方体。在该情况下，非常难以使溅射气体和反应性气体的空间密度分布均匀。在溅射气体和反应性气体的空间密度分布不均匀的情况下，若为例如铟锡氧化物(ITO)的薄膜，则产生膜厚、表面电阻率、透射率等因位置而不同这样的问题。
[0008]在溅射中，消耗溅射气体和反应性气体。一边测定溅射气体和反应性气体的分压，一边对真空泵的排气能力以及溅射气体和反应性气体的供给量进行控制，从而将溅射气体和反应性气体的分压维持为恒定。
[0009]在反应性溅射装置的真空室内，形成溅射气体和反应性气体的自气体供给口到真空泵之间的流动。在为长条膜的反应性溅射装置的情况下，成膜辊与靶材之间的空间是细长的长方体形状，因此，气体的流动复杂。因此，难以使溅射气体和反应性气体的空间密度分布均匀。该情况在以往一直是个问题。
[0010]例如，在专利文献I (日本特开2002 - 121664)中，将溅射气体导入靶材附近，将反应性气体导入长条膜附近。由此，使溅射气体在靶材附近相对较多并使反应性气体在长条膜附近相对较多。由此，能够提高溅射效率，从而还能够提高溅射粒子与反应性气体之间的反应效率。
[0011]在专利文献I中，在靶材的周围设有分隔壁，该分隔壁的与成膜辊相对的一侧开口，利用分隔壁来包围靶材的周边。溅射气体被导入到分隔壁内部的靶材附近，反应性气体被导入到长条膜的附近。在专利文献I中，在分隔壁的内部配置有溅射气体导入管。在溅射气体导入管上沿着靶材的宽度方向设有多个气体供给口，各气体供给口用于向阴极与分隔壁之间喷射溅射气体。另外，在卷绕在成膜辊上的长条膜的附近配置有反应性气体导入管。在反应性气体导入管上，沿着成膜辊的宽度方向设有多个气体供给口，各气体供给口用于朝向长条膜喷射反应性气体。
[0012]在专利文献I中，溅射气体向阴极与分隔壁之间喷射。因此，溅射气体与分隔壁、阴极碰撞而向阴极与分隔壁之间扩散，从而能够向靶材的附近高效地供给溅射气体。另外，由于向长条膜附近喷射反应性气体，因此，能够向长条膜附近高效地供给反应性气体。
[0013]通过专利文献1，在长条膜的反应性溅射装置中，溅射气体和反应性气体的空间密度分布的均匀性得到改善。但是，根据本申请
【发明者】的研究，发现专利文献I的反应性溅射装置中存在如下问题。
[0014](I)在专利文献I中，没有提及用于向气体配管供给气体的气体供给管。
[0015](2)在专利文献I中，在分隔壁的内部配置有溅射气体导入管。溅射气体导入管有可能使气体的流动发生紊乱。
[0016](3)专利文献I所记载的分隔壁在控制气体的流动方面具有有用性。但是，分隔壁有时因来自成膜辊、靶材的热辐射、等离子体的加热等而产生热变形。在分隔壁产生热变形时，气体的流动方式有可能变化。
[0017]专利文献1:日本特开2002 - 121664号公报
【发明内容】
[0018]发明要解决的问题
[0019]本发明的目的如下所述。
[0020](I)减小溅射气体和反应性气体的气体浓度的在长条膜的宽度方向上的偏差。
[0021](2)不使溅射气体和反应性气体的流动因气体供给管、气体配管而产生紊乱。
[0022](3)消除分隔壁的热变形所导致的气体的流动的变化、靶材被变形后的分隔壁遮蔽等不良情况。
[0023]用于解决问题的方案
[0024](I)本发明的溅射装置用于在沿着成膜辊的表面输送的长条膜上形成薄膜。本发明的溅射装置包括真空室和用于对真空室进行排气的真空泵。在真空室内设有成膜辊和与成膜辊相对的靶材。靶材被分隔壁包围。也可以是，除了长方体的靶材的6个面中的、与成膜辊相对的I个面之外，其余5个面均被分隔壁包围。用于向靶材方向供给气体的多个气体供给口在分隔壁内表面开口。与多个气体供给口相连接的多个气体供给管设于分隔壁之外。
[0025](2)在本发明的溅射装置中，多个气体供给口经由气体配管与多个气体供给管相连接。
[0026](3)本发明的溅射装置包括用于冷却分隔壁的冷却装置。
[0027](4)在本发明的溅射装置中，多个气体供给管与各气体配管相连接。
[0028](5)在本发明的溅射装置中，多个气体供给口的至少一部分设于比靶材的表面靠远离成膜辊的一侧。
[0029](6)在本发明的溅射装置中，多个气体供给口包括用于供给溅射气体的多个气体供给口和用于供给反应性气体的多个气体供给口。用于供给反应性气体的多个气体供给口设于比用于供给溅射气体的多个气体供给口靠成膜辊侧的位置。至少用于供给溅射气体的多个气体供给口相对于靶材的表面而言设于与成膜辊相反的一侧。
[0030](7)在本发明的溅射装置中，溅射气体是氩气，反应性气体是氧气。
[0031](8)在本发明的溅射装置中，分隔壁的电位与靶材的电位不同。
[0032](9)在本发明的溅射装置中，用于冷却分隔壁的冷却装置是贴紧于分隔壁的冷却水配管。通过使冷却水通过冷却水配管内，从而冷却分隔壁而防止分隔壁的过热。
[0033]发明的效果
[0034](I)通过使多个气体供给管与溅射气体和反应性气体的各气体配管相连接，从而使气体浓度的在长条膜的宽度方向上的偏差变小。(例如，使两根气体供给管与I根气体配管相连接。)
[0035](2)通过将气体供给管、气体配管设置在分隔壁之外并自设于分隔壁内表面的气体供给口供给溅射气体和反应性气体，从而不使溅射气体和反应性气体的流动发生紊乱。
[0036](3)通过利用贴紧于分隔壁的冷却装置来强制冷却分隔壁，能够防止分隔壁的热变形。由此，不产生分隔壁的热变形所导致的气体的流动的变化、靶材被变形后的分隔壁遮蔽等不良情况。
【专利附图】
【附图说明】
[0037]图1是本发明的溅射装置的整体的立体图。
[0038]图2是本发明的溅射装置的靶材周边的立体图。
[0039]图3是本发明的溅射装置的靶材和成膜辊周边的剖视图。
[0040]图4的(a)是使I根气体供给管连接于I根气体配管时的气体浓度的示意性的分布图，图4的(b)是使两根气体供给管连接于I根气体配管时的气体浓度的示意性的分布图。
【具体实施方式】
[0041]图1是本发明的溅射装置10的一个例子的整体的立体图。本发明的溅射装置10包括真空室11和用于对真空室11进行排气的真空泵12。在真空室11内设有供给辊13、导辊14、成膜辊15以及收纳辊16。长条膜17自供给辊13放出且被导辊14引导，并卷绕在成膜辊15上不到一周，之后再次被导辊14引导而收纳于收纳辊16。靶材18隔开规定距离地与成膜辊15相对。在成膜辊15上连续地行进的长条膜17的与靶材18相对的位置附着薄膜。在图1中示出了两个靶材18，但靶材18的个数并不限定。因靶材18的不同，溅射气体、反应性气体的种类、压力也不同，因此，利用分隔壁35分隔真空室11而不使溅射气体、反应性气体进入到相邻的靶材18的区域和供给辊13、收纳辊16的区域。
[0042]作为长条膜17，使用例如由聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚酰胺、聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚乙烯等的均聚物、共聚物构成的膜。长条膜17既可以为单独膜，也可以为层叠膜。长条膜17的厚度并不限定，但通常为6 μ m?250 μ m。
[0043]在本发明的溅射装置10中，在低压氩气等溅射气体中，将成膜辊15作为阳极电位且将靶材18作为阴极电位，向成膜辊15与靶材18之间施加电压而生成溅射气体的等离子体。等离子体中的溅射气体离子与靶材18相碰撞而轰击出靶材18的构成物质。靶材18的被轰击出的构成物质堆积在长条膜17上而形成薄膜。
[0044]作为透明导电膜,广泛使用铟锡氧化物(Indium-Tin-Oxide:ΙΤ0)的薄膜。在形成铟锡氧化物(ITO)那样的氧化物薄膜时，使用反应性溅射法。在反应性溅射法中，除了供给氩气等溅射气体之外，还供给氧气等反应性气体。在反应性溅射法中，靶材18的被轰击出的构成物质与反应性气体相反应而产生的靶材18的构成物质的氧化物等堆积在长条膜17上。
[0045]图2是本发明的溅射装置10的靶材18周边的立体图。从成膜辊15侧看，靶材18是细长的长方形。靶材18的背面螺纹固定于阴极19而与阴极19在机械上、电气上一体化。靶材18的电位与阴极19的电位相等。
[0046]至少靶材18的沿着长边的两个面被分隔壁20包围。在图2中，靶材18的沿着两个长边的面和靶材18的底面被分隔壁20包围。也可以是，除了长方体的靶材18的6个面中的、与成膜辊15相对的I个面之外，其余5个面被分隔壁20包围。分隔壁20具有防止溅射气体和反应性气体的流动的紊乱的功能。
[0047]若分隔壁20的电位与靶材18的电位相等，则等离子体中的溅射气体离子也有可能与分隔壁20相碰撞而轰击出分隔壁20的构成物质。因此，将分隔壁20的电位设定为与靶材18的电位不同。通常，分隔壁20的电位设定为高于靶材18的电位。等离子体中的溅射气体离子是阳离子，因此，在分隔壁20的电位比靶材18的电位高的情况下，相比分隔壁20，溅射气体离子更易于被吸引至靶材18。
[0048]分隔壁20的材质并不限定，但适合使用铝、不锈钢等。铝的热导率较高，因此，分隔壁20的冷却容易。不锈钢的强度较高且耐腐蚀性较强。
[0049]分隔壁20的厚度优选为2mm?10mm。若分隔壁20的厚度小于2臟，则有可能使强度不够。若分隔壁20的厚度超过10mm，则有可能使冷却不充分。
[0050]在本发明的溅射装置10中，溅射气体的气体配管21a和反应性气体的气体配管21b分开设置。在本发明的溅射装置10中，在I根溅射气体的气体配管21a上连接有两根以上的气体供给管22。另外，在I根反应性气体的气体配管21b上连接有两根以上的气体供给管22。将溅射气体和反应性气体从各自的气体供给管22向各自的气体配管21a、21b供给。
[0051]如图2所示，用于供给溅射气体和反应性气体的气体配管21a、21b安装于分隔壁20的外侧。在靶材18的下侧(底侧)也具有分隔壁20的情况下，有时也将气体配管21a、21b安装在下侧(底侧)的分隔壁20的外侧(未图示)。
[0052]溅射气体和反应性气体的气体供给口 23分别贯穿气体配管21a、21b的管壁和分隔壁20，并在分隔壁20内表面开口。溅射气体和反应性气体自在分隔壁20内表面开口的气体供给口 23向靶材18方向喷出。
[0053]在溅射中，一边利用真空泵12对真空室11进行排气，一边供给溅射气体和反应性气体。一边测定溅射气体和反应性气体的分压，一边对真空泵12的排气能力、溅射气体和反应性气体的供给量进行控制，以将溅射气体和反应性气体的分压维持在恒定。通常，将氩气用作溅射气体，将氧气用作反应性气体。
[0054]在分隔壁20上贴紧地设有冷却配管24。使冷却配管24贴紧于分隔壁20的原因在于，为了将分隔壁20的热量高效地传导至冷却配管24。分隔壁20的靠近靶材18和等离子体的部分(在图2中为上方部)容易过热。因此，冷却配管24期望如图2所示那样设于分隔壁20的上方部(靠近成膜辊15的部分)。
[0055]在溅射中，使冷却水在冷却配管24中流动而冷却分隔壁20，以防止分隔壁20的热变形。在冷却配管24中流动的制冷剂并不限定于冷却水，也能够使用其他制冷剂。另外，也可以是，替代冷却配管24，而使用例如帕尔贴元件那样的冷却装置来电气地冷却分隔壁20。
[0056]图3是本发明的溅射装置10中的靶材18和成膜辊15周边的剖视图。气体配管21a是溅射气体25的配管，气体配管21b是反应性气体26的配管。溅射气体25自气体供给口 23a喷出，反应性气体26自气体供给口 23b喷出。由于溅射气体25的供给量多于反应性气体26的供给量，因此，优选为图3所示那样溅射气体25的气体供给口 23a位于下方且反应性气体26的气体供给口 23b位于上方的结构。采用该结构，由于在大量的溅射气体25的流动中混合少量的反应性气体26，因此使反应性气体26顺畅地流动。
[0057]不期望溅射气体25的气体供给口 23a的位置和反应性气体26的气体供给口 23b的位置与图3相反。在为那样的结构的情况下，由于反应性气体26的供给量少于溅射气体25的供给量，因此，反应性气体26的流动有可能被溅射气体25的流动阻碍而不能顺畅地流动。
[0058]如图3所示，期望气体供给口 23a和气体供给口 23b位于比靶材18的表面远离成膜辊15的一侧(在图3中为下侧)。若为图3那样的结构，则能够利用分隔壁20与阴极19、靶材18之间的间隙对溅射气体25和反应性气体26的流动进行整流，从而在靶材18的表面与成膜辊15之间形成溅射气体25和反应性气体26的层流。另外，能够防止自靶材18飞出的原子或分子堆积在气体供给口 23a、23b的周边而产生堵塞气体供给口 23a、23b的不良情况。
[0059]若气体供给口 23a和气体供给口 23b位于比靶材18的表面靠近成膜辊15的一侧(在图3中为上侧)，则喷出的溅射气体25和反应性气体26会以湍流状态流入到靶材18的表面与成膜辊15之间。在该情况下，会使形成在靶材18的表面与成膜辊15之间的等离子体27的形状不稳定。
[0060]期望至少使供给量较多的溅射气体25的气体供给口 23a位于比靶材18的表面远离成膜辊15的一侧。采用那样的结构，能够利用分隔壁20与阴极19、靶材18的间隙至少对溅射气体25的流动进行整流。由此，使形成在靶材18的表面与成膜辊15之间的等离子体27的形状稳定。
[0061]如图3所示，溅射气体25和反应性气体26在从各自的气体供给口 23a、23b向分隔壁20内部喷出之后，在分隔壁20与阴极19、靶材18之间的间隙中上升并自分隔壁20的上部开口向成膜辊15方向上升，而与成膜辊15相碰撞而向左右方向流动，最终经真空泵12排出。在本发明的溅射装置10中，由于在分隔壁20与阴极19、靶材18之间的间隙中没有气体供给管和气体配管，因此，不易使溅射气体25和反应性气体26的流动产生紊乱。
[0062]当溅射气体25自分隔壁20的上部开口流出而到达靶材18的上方时，由于对靶材18与成膜辊15之间施加有电压，因此形成等离子体27。在本发明的溅射装置10中，由于溅射气体25的流动的紊乱较少，因此，所形成的等离子体27的形状稳定。因此，溅射速度(溅射率)的变化较少，从而溅射膜的膜厚的变动较少。
[0063]接下来，说明在长条膜的宽度方向上的气体浓度分布的改善。图4的(a)是使I根气体供给管31连接于I根气体配管30时的、溅射气体32和反应性气体33的气体浓度的示意性的分布图。图4的(b)是使两根气体供给管22连接于I根气体配管21时的、溅射气体25和反应性气体26的气体浓度的不意性的分布图。图的横轴相当于长条膜17的览度。
[0064]在图4的(a)和图4的(b)中，两根气体配管30、两根气体配管21直列设置在长条膜17的宽度方向上。图的纵轴表示溅射气体32、25和反应性气体33、22的气体浓度。图的纵轴是任意的尺度，但图4的(a)的纵轴的尺度与图4的(b)的纵轴的尺度相等。
[0065]如图4的(a)所示，在将I根气体供给管31连接于I根气体配管30的情况下，溅射气体32和反应性气体33的气体浓度的在宽度方向上的偏差较大。尤其是，溅射气体32的气体浓度的在宽度方向上的偏差较大。溅射气体32的气体浓度的在宽度方向上的偏差较大的原因在于，溅射气体32的压力较高且喷出量较多，因此使靠近气体供给管31的中央的气体供给口 34的气体压力与位于远离气体供给管31的端部的气体供给口 34的气体压力之间的差较大。
[0066]如图4的(b)所示，在将两根气体供给管22连接于I根气体配管21的情况下，溅射气体25和反应性气体26的气体浓度的在宽度方向上的偏差变小。尤其是，溅射气体25的气体浓度的在宽度方向上的偏差显著变小。与图4的(a)相比，溅射气体25和反应性气体26的气体浓度的在宽度方向上的偏差变小的原因在于，通过将气体供给管22增加为两根来减少靠近气体供给管22的气体供给口 23的气体压力与远离气体供给管22的气体供给口 23的气体压力之间的差。
[0067]与I根气体配管21相连接的气体供给管22的根数并不限于两根，也可以为3根以上。越是增加气体供给管22的根数，溅射气体25和反应性气体26的气体浓度的在宽度方向上的偏差越小。
[0068]在本发明的溅射装置中，如图4的(b)所示，溅射气体25和反应性气体26的气体浓度的在宽度方向上的偏差较小，因此，等离子体27密度的在宽度方向上的偏差较小。其结果，在形成例如铟锡氧化物(ITO)的薄膜的情况下，膜厚、表面电阻率、透射率等的在宽度方向上的偏差较小。
[0069]产业h的可利用件
[0070]本发明的溅射装置在长条膜上形成薄膜、特别是形成铟锡氧化物(Indium-Tin-Oxide:ΙΤ0)等透明导电膜方面具有有用性。
【权利要求】
1.一种溅射装置，其中， 该溅射装置包括: 真空室； 真空泵，其用于对上述真空室进行排气； 成膜辊，其设于上述真空室内； 靶材，其与上述成膜辊相对； 分隔壁，其包围上述靶材； 多个气体供给口，该多个气体供给口在上述分隔壁的内表面开口，用于向上述靶材的方向供给气体；以及 多个气体供给管，该多个气体供给管设于上述分隔壁之外且与上述多个气体供给口相连接， 该溅射装置用于在沿着上述成膜辊的表面输送的长条膜上形成薄膜。
2.根据权利要求1所述的溅射装置，其中， 上述多个气体供给口经由气体配管与上述多个气体供给管相连接。
3.根据权利要求1所述的溅射装置，其中， 该溅射装置包括用于冷却上述分隔壁的冷却装置。
4.根据权利要求2所述的溅射装置，其中， 上述多个气体供给管与各上述气体配管相连接。
5.根据权利要求1所述的溅射装置，其中， 上述多个气体供给口的至少一部分设于比上述靶材的表面远离上述成膜辊的一侧。
6.根据权利要求1所述的溅射装置，其中， 上述多个气体供给口包括用于供给溅射气体的多个气体供给口和用于供给反应性气体的多个气体供给口， 用于供给上述反应性气体的多个气体供给口设于比用于供给上述溅射气体的多个气体供给口靠上述成膜辊侧的位置， 至少用于供给上述溅射气体的多个气体供给口设于比上述靶材的表面远离上述成膜棍的一侧。
7.根据权利要求6所述的溅射装置，其中， 上述溅射气体是氩气，上述反应性气体是氧气。
8.根据权利要求1所述的溅射装置，其中， 上述分隔壁的电位与上述靶材的电位不同。
9.根据权利要求3所述的溅射装置，其中， 用于冷却上述分隔壁的冷却装置是贴紧于上述分隔壁的冷却水配管。
【文档编号】C23C14/56GK104294225SQ201410344545
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年7月18日 优先权日:2013年7月19日
【发明者】梨木智刚, 滨田明 申请人:日东电工株式会社