專利名稱：利用pvd法的成膜方法以及利用于pvd法的成膜用靶的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包括由物理氣相生長法進行成膜處理的各種各樣設(shè)備制造所利用的成膜，尤其涉及一種通過使用由粉體材料構(gòu)成的靶的PVD法的成膜(利用物理氣相生長法的成膜處理physical vapor depositionprocessing)方法、以及PVD法所使用的成膜用靶。
背景技術(shù)：
近年來，半導(dǎo)體等電子設(shè)備，朝著精密化迅速發(fā)展，并且要求高精度的加工處理。在這樣的精細加工處理中，尤其是在薄膜形成工序中，一般是通過采用濺射法的成膜方法來進行的。所謂的濺射法是指，在真空氣氛中通過引起氣體放電而產(chǎn)生等離子體，使該等離子體的陽離子碰撞到在被稱作濺射電極的負極上設(shè)置的靶(或者濺射靶)上，通過該碰撞，濺射的粒子附著在被處理基板而形成薄膜的方法。
這樣的濺射法，由于組成的控制與裝置的操作性比較容易，所以在成膜工序中被廣泛應(yīng)用。在成膜工序中，靶的形狀多為板狀，使得靶的表面很少能夠均勻地消耗，從而導(dǎo)致了降低靶材料利用效率的問題。為了解決該問題，近年來，使用圖10、圖11所示的粉末狀或顆粒狀靶的技術(shù)逐漸滲透到人們的思想中(例如，參照特開平09-176845號公報(文獻1)、以及特開平10-036962號公報(文獻2))。
在圖10所示的濺射裝置500中，使顆粒狀的靶材料502載置于配置在處理容器508內(nèi)的靶載置用皿501內(nèi)，通過穿過匹配器(matching box)，利用高頻電源510施加電力，使得在處理容器508內(nèi)產(chǎn)生等離子體，通過濺射進行成膜處理。
另外，在圖11所示的濺射裝置600中，是通過利用振動產(chǎn)生裝置609對濺射載置皿601付與振動，從而謀求在濺射處理后不均勻消耗的顆粒形狀的靶602的平坦化。
并且，如圖12所示，有一種使用在設(shè)置有氣體導(dǎo)入用的小孔的靶載置臺701上，載置設(shè)置有多個小孔702a的板狀靶702，進行濺射的反應(yīng)性濺射裝置(例如，參照特開平05-065642號公報)；如圖13A以及圖13B所示，使用的是在設(shè)置于靶板802上的多個孔部，嵌入由不同成分組成的嵌入物803的復(fù)合靶(例如，參照特開平02-085360號公報(文獻4))。
但是，即使使用在文獻1或文獻2中所記載的，將粉末狀或顆粒狀的靶形成近似為平面的方法，也會由于靶的材料是粉末狀或顆粒狀，而不能完全地平坦化，很難控制凹凸的產(chǎn)生狀況。成膜處理時，由于在靶上產(chǎn)生的赤熱部依賴于靶表面凹凸的產(chǎn)生狀況。所以，如果不能控制凹凸的產(chǎn)生狀況，則也不能控制赤熱部的產(chǎn)生地方，使得赤熱部在不均勻的地方產(chǎn)生。由于這樣的赤熱部是靶表面上能量高的地方、且是對通過濺射進行成膜處理具有很大影響的地方，所以只要是赤熱部在靶上的產(chǎn)生地方不均勻，就無法控制成膜速度，即成膜速度變得不穩(wěn)定。
另外，在文獻3或文獻4所記載的靶中，也無法控制赤熱部的產(chǎn)生地方，造成赤熱部在不均勻的地方產(chǎn)生。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明為了解決上述問題，其目的在于，提供一種在含有粉末狀靶而構(gòu)成的靶中，通過可靠地控制成膜處理時的濺射區(qū)域，提高成膜速度的面內(nèi)均勻性，且可以穩(wěn)定成膜的利用PVD法的成膜裝置、以及PVD法所使用的成膜用靶。
本發(fā)明為了達成上述目的，其構(gòu)成如下。
根據(jù)本發(fā)明的第1實施方式，提供一種利用PVD法的成膜方法，即在處理容器內(nèi)，對形成表面由粉體材料構(gòu)成并且深度在1mm以上凹部的靶施加電力，使得在所述處理容器內(nèi)產(chǎn)生等離子體，利用所述等離子體從所述靶產(chǎn)生濺射粒子，并且，通過所述濺射粒子對所述基材進行成膜處理。
根據(jù)本發(fā)明的第2實施方式，提供一種利用第1實施方式所記載的PVD法的成膜方法，即所述靶的所述凹部的內(nèi)側(cè)面與所述靶表面形成的角度在90度以上且不足180度的范圍內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明的第3實施方式，提供一種利用第1實施方式所記載的PVD法的成膜方法，即對于所述粉體材料，將熱導(dǎo)率設(shè)為λ、穩(wěn)定時間設(shè)為t、比熱熱導(dǎo)率設(shè)為Cp、堆密度設(shè)為ρ、所述凹部的深度設(shè)為L，則傅里葉數(shù)((λ·t)/(Cp·ρ·L2))滿足下面的數(shù)學式3.5×e+03≤λ·t/Cp·ρ·L2≤2.0×e+04]]>根據(jù)本發(fā)明的第4實施方式，提供一種利用第1實施方式所記載的PVD法的成膜方法，即對于所述粉體材料，將粒徑設(shè)為D、堆密度設(shè)為ρ，比表面積設(shè)為S，則滿足下面的數(shù)學式0.1≤D·ρ·S≤10根據(jù)本發(fā)明的第5實施方式，提供一種利用第1實施方式所記載的PVD法的成膜方法，即在所述靶中所述凹部的寬度在20mm以下。
根據(jù)本發(fā)明的第6實施方式，提供一種利用第1實施方式所記載的PVD法的成膜方法，即相對于所述靶的中心，一個或多個所述凹部以點對稱方式被配置。
根據(jù)本發(fā)明的第7實施方式，提供一種利用第1實施方式所記載的PVD法的成膜方法，即所述粉體材料的粒徑為1μm以下。
根據(jù)本發(fā)明的第8實施方式，提供一種利用于PVD法的成膜用靶，在表面形成的凹部的內(nèi)周面由粉體靶構(gòu)成并且所述凹部的深度在1mm以上。
根據(jù)本發(fā)明的第9實施方式，提供一種第8實施方式所記載的利用于PVD法的成膜用靶，即以其內(nèi)側(cè)面與所述靶的表面形成的角度在90度以上且不足180度的方式形成所述凹部。
根據(jù)本發(fā)明的第10實施方式，提供一種第8實施方式所記載的利用于PVD法的成膜用靶，即以上述角度為120度的方式形成所述凹部。
根據(jù)本發(fā)明的第11實施方式，提供一種第8實施方式所記載的利用于PVD法的成膜用靶，即在所述靶中所述凹部的寬度在20mm以下。
根據(jù)本發(fā)明的第12實施方式，提供一種第8實施方式所記載的利用于PVD法的成膜用靶，即所述粉體材料的粒徑為1μm以下。
根據(jù)本發(fā)明的第13實施方式，提供一種第8實施方式所記載的利用于PVD法的成膜用靶，即具備形成有粉體配置部的燒結(jié)體靶，所述粉體配置部具有配置所述粉體靶的凹形狀或者貫通孔形狀，以由所述粉體靶形成所述凹部的方式，在所述粉體配置部內(nèi)配置所述粉體靶。
根據(jù)本發(fā)明的第14實施方式，提供一種第13實施方式所記載的利用于PVD法的成膜用靶，即所述燒結(jié)體靶的組成與所述粉體靶的組成相同。
根據(jù)本發(fā)明的第15實施方式，提供一種第8實施方式所記載的利用于PVD法的成膜用靶，即所述粉體靶由不同的兩種以上的所述粉體材料混合而構(gòu)成。
根據(jù)本發(fā)明的第16實施方式，提供一種第8實施方式所記載的利用于PVD法的成膜用靶，即所述粉體材料是典型金屬元素、過渡金屬元素、或者它們的氧化物、氟化物、氮化物、硫化物、氫氧化物、或碳氧化物。
根據(jù)本發(fā)明的第17實施方式，提供一種第8實施方式所記載的利用于PVD法的成膜用靶，即所述粉體材料的粒徑為1μm以下。
根據(jù)本發(fā)明的第18實施方式，提供一種第8實施方式所記載的利用于PVD法的成膜用靶，即當對于所述粉體材料，將熱導(dǎo)率設(shè)為λ、穩(wěn)定時間設(shè)為t、比熱熱導(dǎo)率設(shè)為Cp、堆密度設(shè)為ρ、所述凹部的深度設(shè)為L，則傅里葉數(shù)((λ·t)/(Cp·ρ·L2))滿足下面的數(shù)學式3.5×e+03≤λ·t/Cp·ρ·L2≤2.0×e+04]]>根據(jù)本發(fā)明的第19實施方式，提供一種第8實施方式所記載的利用于PVD法的成膜用靶，即對于所述粉體材料，將粒徑設(shè)為D、堆密度設(shè)為ρ，比表面積設(shè)為S，則滿足下面的數(shù)學式0.1≤D·ρ·S≤10根據(jù)本發(fā)明的第20實施方式，提供一種第8實施方式所記載的利用于PVD法的成膜用靶，即相對于其靶的中心，一個或多個所述凹部以點對稱方式被配置。
根據(jù)本發(fā)明，可以謀求成膜速度以及靶面內(nèi)均勻性的提高，并且可以確保成膜的批量生產(chǎn)穩(wěn)定性。


本發(fā)明的這些和其他目的與特征，通過附圖和從優(yōu)選的實施方式相關(guān)聯(lián)的下面敘述中可以明了。這些附圖包括圖1是表示本發(fā)明中第1實施方式的成膜裝置的構(gòu)成的模式構(gòu)成圖。
圖2是表示裝備在圖1的成膜裝置上的靶的構(gòu)成的模式剖面圖。
圖3是表示在上述第1實施方式的靶和比較例的靶之間，對于ITO成膜速度和其面內(nèi)均勻性的比較結(jié)果的圖表。
圖4是表示在上述第1實施方式的靶和比較例的靶之間，對于ITO電阻率和其面內(nèi)均勻性的比較結(jié)果的圖表。
從圖5A至圖5D分別是表示用于說明使用上述第1實施方式的靶，而進行濺射的機構(gòu)的凹部附近的模式說明圖圖5A是表示凹部的邊緣部發(fā)生赤熱狀態(tài)的圖，圖5B是表示赤熱在凹部的斜面擴大的狀態(tài)的圖，圖5C是表示在凹部進一步擴大赤熱的狀態(tài)的圖，圖5D是表示凹部整體形成赤熱的狀態(tài)的圖。
圖6是說明上述第1實施方式的靶的凹部的形狀的模式說明圖。
圖7是表示在使用第1實施方式的靶的成膜處理中，利用表示濺射數(shù)和傅里葉數(shù)關(guān)系的準數(shù)表示的粉體濺射產(chǎn)生量表。
圖8A是表示上述第1實施方式的變形例中該靶的模式俯視圖，圖8B是表示其他的變形例中該靶的模式俯視圖，圖8C是表示另外的變形例中該靶的模式俯視圖。
圖9是表示本發(fā)明的第2實施方式中該靶的構(gòu)成的模式剖視圖。
圖10是表示文獻1中公開的以往的濺射裝置的模式圖。
圖11是表示專利文獻2中公開的以往的光學薄膜制造裝置的模式圖。
圖12是表示專利文獻3中公開的以往的反應(yīng)性濺射裝置中所使用的靶的模式圖。
圖13A是表示轉(zhuǎn)利文獻4中公開的以往的復(fù)合靶的圖。
圖13B是表示圖13A的以往的靶的A-A線剖視圖。
圖14是表示在上述第2實施方式的靶和比較例的靶之間，對于CaO成膜速度和其面內(nèi)均勻性的比較結(jié)果的圖表。
具體實施例方式
在本發(fā)明中，對附圖中相同的部件付與相同的參照符號。
下面，參照附圖，對本發(fā)明的實施方式進行詳細的說明。
(第1實施方式)圖1是表示本發(fā)明的第1實施方式的基于物理氣相生長法的一個例子、即通過濺射法進行成膜的成膜裝置的一個例子，也即成膜裝置(濺射裝置)20的模式構(gòu)成圖。
如圖1所示，成膜裝置20具有通過濺射法進行成膜處理的減壓空間、例如作為在其內(nèi)部形成真空氣氛的處理容器的一個例子的真空室1；在后述的靶(或者濺射靶)中，配置在燒結(jié)體靶附近的接地屏蔽2；在真空室1內(nèi)，作為載置靶的靶支持部的一個例子的靶載置用皿3；在真空室1內(nèi)，作為保持被實施成膜處理的基材(被處理物)11的部件即基材保持部12。而且，載置于靶載置用皿3上的靶13，由例如形成為圓板形狀并且在其表面形成槽狀的貫通孔即槽部4a的燒結(jié)體靶4、和配置在該槽部4a的內(nèi)周面上的由形成凹部7的粉體材料構(gòu)成的粉體靶5構(gòu)成。凹部7，是在進行成膜處理之前，利用凹部形成用的部件，通過加壓或除去粉體靶5形成為線狀(或槽狀)。由此，形成了線狀(或槽狀)的凹部7。認為在通過局部加壓粉體靶5形成凹部7的時候，凹部7附近的密度比其他位置的粉體靶5的密度要大。以這樣形成的凹部7與由基材保持部件12保持的基材11對置的方式，將靶13載置在靶載置用皿3上。粉體靶5，是2種以上相不同的粉體材料或顆粒狀材料混合形成的靶材料。并且，成膜裝置20還具備將用于產(chǎn)生等離子體的氣體導(dǎo)入真空室1內(nèi)的導(dǎo)入裝置8；排出真空室1內(nèi)的氣體，形成真空氣氛的排氣裝置9；向靶載置用皿3施加電力，使在靶13之上的空間產(chǎn)生等離子體的電源裝置10。另外，成膜裝置20還具有在成膜處理之際，控制電源裝置10、氣體導(dǎo)入裝置8以及排氣裝置9的控制裝置21。在靶13上已經(jīng)形成凹部7的狀態(tài)下進行排氣的時候，需要慢慢地進行排氣而不會損壞凹部7的形狀。這是因為認為，如果快速進行排氣，則形成凹部7的粉體靶5也會受到排氣引起的壓力變化影響，使得凹部7的形狀損壞。
在此，使用圖2所示的靶13的模式剖面圖，對該靶13的構(gòu)造進行說明。另外，圖2是在圖1的成膜裝置20中，載置于靶載置用皿3上的狀態(tài)的靶13的模式放大圖。
如圖2所示，燒結(jié)體靶4載置于靶載置用皿3的上面，由形成燒結(jié)體靶4的槽狀貫通孔、和靶載置用皿3的上面，形成槽部4a。粉體靶5以覆蓋這樣構(gòu)成的燒結(jié)體靶4的槽部4a的內(nèi)周面整體的方式而配置，并且，由該粉體靶5形成凹部7。即，粉體靶5以沒有完全填滿槽部4a、形成凹部7的方式而配置。并且，這樣構(gòu)成的靶13，在載置于靶載置用皿3的狀態(tài)下，配置在由真空室1內(nèi)的接地屏蔽2包圍的部分。另外，本第1實施方式中，槽部4a是作為粉體配置部的一個例子。此處，粉體靶5的配置位置，優(yōu)選在靶表面方向上至少從接地屏蔽2的側(cè)面遠離20mm以上的地方。這是由于，如果粉體靶5配置在位于從接地屏蔽2的側(cè)面遠離20mm以內(nèi)的地方，則會發(fā)生赤熱反應(yīng)。
形成這樣的燒結(jié)體靶4的材料，例如可以使用ITO(Indium Tin Oxide)，粉體靶5，例如可以使用按照與ITO相同的組成比混合氧化銦和氧化錫的粉體材料。尤其是，構(gòu)成粉體靶5的粉體材料，優(yōu)選使用和形成燒結(jié)體靶4相同的材料。這是由于，如果構(gòu)成粉體靶5的粉體材料和形成燒結(jié)體靶4的材料不同，則不僅是粉體靶5，連燒結(jié)體靶4也會變?yōu)槌赡び玫陌?，這樣，會造成在濺射粒子中混入目的材料以外的材料。
此處，在直徑300mm、厚度6mm的圓板狀靶13中，由圖2所示的粉體靶5形成的凹部7的從底部厚度，即從粉體靶5的底開始的厚度為2mm。在使用這樣的形成有凹部的第1實施方式的靶13的情況下(燒結(jié)體靶+粉體靶、有凹部)、和使用沒有形成凹部的本發(fā)明的比較例(即以往例)的靶的情況下(以往靶、無凹部)，進行對基材的成膜處理，其中，第1實施方式的靶13具體是，本發(fā)明的比較例(即以往例)的靶具體是，沒有形成凹部。并且在以下成膜條件下進行成膜等離子體源電力1000W、氬氣流量100sccm、壓力0.35Pa、成膜時間60分鐘、靶和基材之間的距離為100mm、作為基材使用160mm角玻璃。另外，在本第1實施方式中，靶載置用皿3的熱導(dǎo)率為0.003cal/cm·sec·℃，粉體靶5的熱導(dǎo)率為0.012cal/cm·sec·℃。
而且，圖3表示，在如第1實施方式使用燒結(jié)體靶4和粉體靶5的情況、和使用以往靶的情況下，各自在放電10分鐘后的IOT成膜速度(nm/min)和該成膜速度的面內(nèi)均勻性(±％)的比較圖。在圖3中，如果比較使用第1實施方式中的靶13(燒結(jié)體+粉體靶、有凹部)的情況，和使用比較例的以往靶(無凹部)的情況，則成膜速度都是100nm/min，沒有明顯的差別。另一方面，在基材面內(nèi)(全長150mm)的9個點測定的面內(nèi)均勻性為相對在使用以往靶情況下的±13.1％，在如本第1實施方式、使用燒結(jié)體靶和粉體靶的情況下，大幅度改善至±3.2％。
而且，圖4表示使用各自的靶進行成膜處理所獲得的膜的電阻率(ITO電阻率(Ω·cm))以及其面內(nèi)的均勻性(±％)的測定結(jié)果。如圖4所示，相對于在使用本第1實施方式的靶13的時獲得的電阻率平均為9.5×10-5Ω·cm，使用以往靶的時候為7.7×10-4Ω·cm。在基材面內(nèi)(全長150mm)的9個點測定的面內(nèi)電阻率的均勻性，相對于在使用以往靶的時候，為±15.1％，在使用本第1實施方式的靶13的情況下，大幅度改善至±4.2％。由此，在如本第1實施方式，使用由燒結(jié)體靶4和形成凹部7的粉體靶5構(gòu)成的靶13的時候，所獲得的膜是具有優(yōu)越的電氣特性的ITO膜。
此處，一邊主要關(guān)注由粉體靶5形成的凹部7，一邊對使用本第1實施方式的靶13進行濺射的機構(gòu)進行下述說明。與該說明對應(yīng)，圖5A、圖5B、圖5C以及圖5D是表示靶13中凹部7附近的局部放大模式說明圖。
在成膜裝置20中配置基材11及靶13、向真空室供給規(guī)定的氣體而形成真空氣氛的狀態(tài)下開始成膜處理。于是，首先如圖5A所示，等離子體14集中在粉體靶5的凹部7的邊緣即邊緣部7a，并發(fā)生碰撞，從該邊緣部7a開始發(fā)生赤熱。此位置謂的赤熱是指，通過向靶材料付與能量，并蓄熱該能量，使得靶材料局部處于高能量的狀態(tài)，從而發(fā)出紅色或橙色等光的現(xiàn)象。
接著，如圖5B所示，從邊緣部7a沿著凹部7的斜面7b到凹部7的底部7c擴大赤熱。粉體靶5，是由和燒結(jié)體靶4相同的組成材料形成的粉體形狀，由于形成為粉體形狀，所以與塊狀的靶4相比，其熱傳導(dǎo)性較低。而且，由于粉體靶5，是由燒結(jié)體靶4和具有優(yōu)越隔熱性的靶載置用皿3包圍而配置，所以，粉體靶5的赤熱部15被遮擋在這些部件和粉體靶5的邊界，向凹部7附近集中。即，通過等離子體14集中在凹部7的邊緣部7a，可以集中地向凹部7進行能量的付與，這些能量，被蓄熱到與燒結(jié)體靶4相比蓄熱性高的粉體靶5上，其結(jié)果是赤熱部15向凹部7附近集中。另一方面，對配置于凹部7周圍的燒結(jié)體靶4來說，由于熱傳導(dǎo)性比粉體靶5高，所以被付與的能量比較難蓄熱，所以不會產(chǎn)生赤熱部。因此，隨著時間的經(jīng)過，如圖5C所示，通過向邊緣部7a集中性付與等離子體，在凹部7處產(chǎn)生的赤熱部15的面積擴大，不久如圖5D所示，在粉體靶5中形成顯著集中在凹部7的附近的赤熱部15。這樣，濺射粒子從這樣形成的赤熱部15的表面被加速，朝向基材11飛去。因此，通過由燒結(jié)體靶4和形成凹部7的粉體靶5構(gòu)成靶13，可以僅在凹部7的部分上產(chǎn)生赤熱部15，并且可以在靶13上，可靠地控制濺射粒子的產(chǎn)生源即赤熱部15的產(chǎn)生位置。其結(jié)果，能夠控制濺射粒子的產(chǎn)生位置、使成膜速度穩(wěn)定。
如果考慮到在這樣的凹部7中能夠一系列地產(chǎn)生赤熱部15的機制，成膜裝置20所具備的控制裝置21可以是像以下的裝置，即，是一種能夠以首先使凹部7的邊緣部7a發(fā)生赤熱，之后，沿著凹部7的表面，使赤熱的位置擴大，然后，在凹部7的整體上形成赤熱部15的方式，控制用于進行成膜處理的例如電源裝置10等各構(gòu)成部件的裝置。
此處，使用圖6所示的凹部7的模式說明圖，對凹部7的剖面形狀進行說明。如圖6所示，例如，對于形成V字形剖面形狀的凹部7進行考慮。通過在凹部7上形成赤熱部15，粉體靶5作為濺射粒子16可以在規(guī)定角度α的范圍內(nèi)飛出。
因此，在圖6的凹部7中，從圖示左側(cè)的斜面7b，在角度α范圍內(nèi)飛出的濺射粒子16的一部分，被對置的圖示右側(cè)斜面7b遮擋。這樣，如果在凹部7內(nèi)，被遮擋的濺射粒子16的比例變大，則靶材料的利用效率會降低，是不理想的。因此，從提高靶材料利用效率的觀點出發(fā)，則凹部7的邊緣部7a的角度θ越大越好。尤其是，如果邊緣角度θ小于90度，則由于濺射粒子16的阻斷量過多，所以，優(yōu)選至少設(shè)定在90度以上。另一方面，由于邊緣角度θ接近180度左右，則邊緣部7a作為邊緣將不存在，從而使得無法產(chǎn)生等離子體集中，所以從這樣的觀點出發(fā)，邊緣角度θ必須在可以產(chǎn)生等離子體集中的限度之下。從以上觀點出發(fā)，例如優(yōu)選邊緣角度θ設(shè)定為120度左右。另外，所謂的“邊緣角度θ”是指，凹部7的內(nèi)周側(cè)面即側(cè)面7b與靶13的表面形成的角度。而且，由于這樣的凹部7由粉體靶5形成，所以，凹部7的側(cè)面7b，如圖5A所示，是指由其表面光潔度的平均值構(gòu)成的平面P2，靶13的表面是指以相同的該表面光潔度的平均值構(gòu)成的平面P1。因此，上述成角，在圖5A中，是指平面P1與平面P2相交構(gòu)成的交角。
另外，圖7表示了使用上述的本第1實施方式的靶13而進行成膜處理的實驗結(jié)果。圖7是縱軸表示濺射數(shù)、橫軸采用傅里葉數(shù)的雙對數(shù)坐標圖。另外，在本第1實施方式的粉體靶中，熱導(dǎo)率設(shè)為λ、到成膜處理穩(wěn)定為止的穩(wěn)定時間設(shè)為t、比熱熱導(dǎo)率設(shè)為Cp、粒徑設(shè)為D、凹部的深度設(shè)為L、堆密度設(shè)為ρ，比表面積設(shè)為S。此處，表比面積例如是通過貝特電解精煉鉛法而求得的值。
如圖7所示，可以明白，傅里葉數(shù)比3.5e+03小則蓄熱性下降，因此不會產(chǎn)生赤熱；傅里葉數(shù)比2.0e+04大則粉體材料產(chǎn)生粉末，使得放電不穩(wěn)定。如果濺射數(shù)超過10，則會隨機產(chǎn)生赤熱部，使得進行成膜速度的控制變得十分困難。
根據(jù)以上結(jié)果可以知道，為了穩(wěn)定控制成膜速度，則必須滿足下面的[數(shù)學式1]、[數(shù)學式2]。
3.5×e+03≤λ·t/Cp·ρ·L2≤2.0×e+04]]>[數(shù)學式2]0.1≤D·ρ·S≤10如上所述，在本第1實施方式中，雖然可以獲得很大的效果，但是，對該機制進一步進行考察如下。
這是由于，從通過本發(fā)明獲得的成膜速度和熱傳導(dǎo)性的關(guān)系，可以認為控制具有和熱傳導(dǎo)性具有相似性的傅里葉數(shù)，與穩(wěn)定控制成膜速度相關(guān)聯(lián)。
此外，從成膜速度考慮，分別是粒徑更小、堆密度更小、比表面積更大時，成膜速度變大。
靶材料使用的是厚度6mm的ITO燒結(jié)體靶，在其上形成槽深5mm的槽部，在該部分上配置粉體靶、使表面均勻之后，在凹部的底部形成粉體靶的厚度為2mm的凹部。通過這樣形成，在放電開始的同時，開始產(chǎn)生赤熱，逐漸地在粉體靶整體上，即凹部整體上擴大赤熱。但是，其周圍的燒結(jié)體靶不產(chǎn)生赤熱，即使長時間放電也能夠使成膜面內(nèi)均勻性良好。與之相對，如上述比較例的以往靶，即在不使用燒結(jié)體靶、沒有通過粉體材料形成靶整體的凹部的靶來說，從開始放電經(jīng)過10分鐘之后，引起赤熱在靶急劇擴大，使得赤熱蔓延至靶的全部，造成無法控制赤熱部的產(chǎn)生區(qū)域、成膜的面內(nèi)均勻性惡化。
在本第1實施方式的靶中通過使用燒結(jié)體靶可以控制赤熱區(qū)域的機制，可以說明如下。
由于粉體靶比燒結(jié)體靶的比熱小、熱容量也小，所以，特別是在粉體靶的凹部的邊緣部溫度會上升，產(chǎn)生赤熱。之后，在凹部上，赤熱部分以凹部的表面為中心擴大。由于靶載置用皿使用隔熱性良好的材質(zhì)，所以，尤其是加速了凹部的溫度上升，靶材料通過熱量被活性化，加快濺射的效果。之后，繼續(xù)熱傳導(dǎo)，使得赤熱部進一步向凹部周邊擴大，但是，通過在其周圍配置燒結(jié)體靶，可以防止赤熱向凹部周圍的擴大。這是因為燒結(jié)體靶的導(dǎo)熱度比粉體靶的導(dǎo)熱度大，從而促進了熱擴散。因此，通過僅對基材上的希望確保面內(nèi)均勻性的部分所對應(yīng)的靶區(qū)域配置由粉體靶形成的凹部，與以往靶現(xiàn)比，可以提高成膜的面內(nèi)均勻性。因此，通過使用本第1實施方式的靶，能夠提高成膜速度和成膜的面內(nèi)均勻性的同時，還可以大幅度提高連續(xù)成膜速度的穩(wěn)定性。
另外，本第1實施方式中在靶13上形成的凹部7、或在燒結(jié)體靶4上形成的槽部4a的平面配置，如圖8A、圖8B以及圖8C的模式俯視圖所示，可以采用各種各樣的方式。具體地說，如圖8A所示，靶23形成一個或多個環(huán)形凹部27的情況，或者如圖8C所示，靶43形成放射線形狀凹部47的情況下，由于相對載置靶的面的中心，各凹部27、47為點對稱，所以飛向基材11的濺射粒子也形成為點對稱，這樣，可以均勻地進行濺射、使成膜進度良好。并且，也可以如圖8B所示的靶33，將具有圓形或正方形狀的多個凹部37配置為矩陣形狀。其他的雖然沒有圖示，但是還可以將多個直線形狀的凹部并行配置為條紋形狀。另外，在使用工具進行靶加工的時候，可以通過一次動作而加工的圖8A的環(huán)狀凹部，比圖8C的放射線狀凹部容易加工。而且，還可以不形成點對稱的靶，例如，通過一邊旋轉(zhuǎn)靶載置用皿3一邊進行成膜處理等，也可以確保成膜的面內(nèi)均勻性。
而且，凹部7也可以是1個，如果是2個以上，則在凹部間的距離相等的情況下，可以更均勻地成膜。
并且，在本第1實施方式中，靶的厚度與其他區(qū)域相比為較薄的區(qū)域，即凹部7的形成區(qū)域與靶整體的表面積相比，在50％以下為好。這是因為，如果凹部7的形成區(qū)域在50％以上，則在凹部7的形成區(qū)域內(nèi)會隨機產(chǎn)生赤熱部，從而導(dǎo)致赤熱部的控制變得困難。
而且，當形成的凹部存在多個的情況下，雖然也可以使每個凹部以交叉的方式配置，但是，該情況下，必須留意在交叉部和在其他部分的成膜上限條件是不同的。
而且，作為靶材料可以使用典型金屬元素或過渡金屬元素、或這些金屬元素的氧化物、氟化物、氮化物、氫氧化物、碳氧化物，或硫化物。尤其是，如果上述金屬元素的氧化物、氟化物、氮化物、氫氧化物、碳氧化物，或硫化物作為靶材料而使用，則會有效地獲得本第1實施方式的效果。
而且，在靶13上形成的凹部7中靶材料的厚度，即凹部7底部的厚度，必須至少比0mm大。即，在凹部7的底部，不露出靶載置用皿3的表面，即必須存在靶材料。這是因為，如果靶材料的厚度為0mm，則在該部分將不產(chǎn)生赤熱。另外，如果凹部7中靶材料的厚度大于5mm，則由于靶材料的粉末之間的熱擴散變得強烈，導(dǎo)致隔熱性、即蓄熱性下降，使得在粉體靶5處很難產(chǎn)生赤熱部。因此，凹部7中靶材料的厚度優(yōu)選在5mm以下。
而且，在靶13上形成的凹部7的深度，優(yōu)選在1mm以下。這是因為，如果凹部7的深度不足1mm，則在粉體靶材料之間的熱傳導(dǎo)會變得強烈，使得隔熱性降低，從而容易發(fā)生赤熱。
并且，在靶13上形成凹部7，可以在從真空室排氣之前或之后進行。另外，在排氣之前形成凹部7的情況下，必須考慮進行排氣會對凹部7造成怎樣的影響。
而且，如果圓板狀的靶的半徑為150mm，則從圓板狀的靶的中心到形成粉體靶5的區(qū)域的距離是75mm左右為妥。這是因為，如果粉體靶5的配置位置相互靠的過近，則從粉體5飛出的濺射粒子會發(fā)生干涉，導(dǎo)致成膜速度不能夠均勻。
另外，雖然根據(jù)各種條件數(shù)值會發(fā)生變動，但是，在對靶13施加的電力為2kW，從圓板狀的靶的中心到粉體靶5的距離為75mm的妥當條件情況下，優(yōu)選如果施加在粉體靶13的電力變?yōu)?0kW，則從圓板狀的靶中心到粉體靶5的距離為375mm左右。這是因為認為是，濺射粒子的飛出是依賴于施加在靶上電力的大小。
而且，凹部7的寬度，優(yōu)選在20mm以下。這是因為，如果凹部7的寬度比20mm大，則凹部7的剖面形狀會變得不穩(wěn)定，使得來自凹部7的濺射粒子的飛出狀態(tài)變得不穩(wěn)定。
并且，雖然在本實施方式中，使用真空等粒子體裝置進行了說明，但是，只要是在室內(nèi)的壓力為1013hPa的大氣壓等粒子體中，通過使用本第1實施方式的靶，可以獲得同樣的效果。
而且，在本第1實施方式中，對于粉體靶5是采用了在200℃下進行3小時加熱處理的材料。這是因為，構(gòu)成粉體靶5的粉體材料處于容易吸著水分等雜質(zhì)的狀態(tài)，因此通過加熱處理將吸著的水分除去，提高形成膜的純度。這樣的加熱處理，例如只要在100℃以上進行10分鐘以上即可。其原因是，如果不到100℃則很難獲得水分揮發(fā)的效果，如果且不足10分鐘，則對粉體靶整體無法獲得滿意的效果。
而且，雖然在本第1實施方式中，粉體靶5的粒徑采用了0.2μm，但是，作為該粒子，只要是最大粒徑在1μm以下即可。其原因是，在將最大粒直徑比1μm大的粉末作為粉體靶材料而使用的時候，粉末之間的隔熱性變差，使得熱容量大，這樣很難產(chǎn)生赤熱。
而且，雖然在本第1實施方式中，靶載置用皿3采用了石英，但是除此之外還可以采用如氧化鈣、氧化鋯或氧化硅等具有優(yōu)越溫度耐性的陶瓷材料。
而且，雖然在本第1實施方式中，成膜所使用的工藝氣體采用了氬氣，但是，只要使用氬、氧、氫、氮中的至少1個即可。
而且，雖然在本第1實施方式中，從組成的控制或裝置的易操作性出發(fā)選擇了濺射法，但是，只要是能夠使靶產(chǎn)生赤熱，采用其他的成膜方法也可。例如認為也可以采用蒸鍍法或使用激光的成膜法等。
而且，由于隨著成膜處理的進展，粉體靶逐漸減少，所以優(yōu)選在真空室1內(nèi)進一步設(shè)置粉體靶的材料供給機構(gòu)。作為該材料供給機構(gòu)，例如，可以考慮為計算從靶的總量的減少量，按照計算的殘余量，進行靶材料供給的單元。進而，該材料供給機構(gòu)只要具有供給箱及供給噴嘴、平坦化機構(gòu)、槽形成頭，則在使材料均勻平坦化之后，可以形成槽。該槽形成頭，與所述凹部形成用的部件相同，是通過局部加壓或除去粉體靶5而形成凹部。
而且，通過使靶13和基材相對旋轉(zhuǎn)，即使沒有在靶13的中心以點對稱形成凹部7，也可以進行均勻的成膜處理。
另外，優(yōu)選在靶下方設(shè)置磁鐵。這是由于，通過在靶的凹部或其周邊形成電子密度最高的腐蝕(erosion)，可以提高成膜速度。
(第2實施方式)另外，本發(fā)明并不限定于上述實施方式，也可以通過其他的各種方式進行實施。例如，圖9表示本發(fā)明的第2實施方式中，在成膜裝置中所使用的靶的一個例子，即靶113的構(gòu)造模式剖面圖。
如圖9所示，第2實施方式的靶113，在成膜裝置的靶載置用皿3上沒有載置燒結(jié)體靶，而是僅載置粉體靶5這一點上，與上述第1實施方式的靶13不同。而且，如圖9所示，在被載置于靶載置用皿3上的情況下，由粉體靶5形成凹部107。
該凹部107，是例如在將粉體靶5填充配置在靶載置用皿3的整體上之后，通過使用與凹部形狀對應(yīng)的壓模進行模壓、或者刮掉粉體靶的表面等而形成。
在僅由粉體靶5構(gòu)成的靶113中，也可以在凹部107的附近控制赤熱部的產(chǎn)生，能夠獲得與上述第1實施方式相同的效果。但是，從通過燒結(jié)體靶包圍粉體靶的配置區(qū)域而進一步限定赤熱部的產(chǎn)生區(qū)域的觀點、以及進而從為了反復(fù)實施成膜處理而向靶供給粉體材料的方便性的觀點出發(fā)，優(yōu)選由燒結(jié)體靶和粉體靶構(gòu)成的上述第1實施方式的靶。從該觀點考慮，則即使代替燒結(jié)體靶，設(shè)置對濺射沒有影響、具有隔熱性的隔壁，也可以獲得相同的效果。
圖14是在作為僅由粉體靶5構(gòu)成的靶113的凹部7的靶材料，均勻地鋪設(shè)氧化鈣，以和上述實施方式1相同的成膜條件成膜的情況(粉體靶、有凹部)，以及與本發(fā)明的比較例中使用該靶的情況(以往靶、無凹部)下，對基材進行成膜處理的測定結(jié)果。在圖14中，相對于使用本第2實施方式的靶(粉體靶、有凹部)的情況下所獲得的CaO速度為345.2nm/min，在以往靶中為198.3nm/min。由此可知，如本第2實施方式，在使用堿土類的氧化物的粉體靶的情況下，可以進行具有優(yōu)越成膜速度的成膜處理。
另外，雖然在上述實施方式中，對由粉體靶構(gòu)成靶的凹部整體的情況進行了說明，但是替代該情況，也可以采用僅在凹部的底部露出燒結(jié)體靶的構(gòu)成。雖然從赤熱部的控制的觀點出發(fā)，不優(yōu)選在凹部的底部露出靶材料之外的材料，但是，燒結(jié)體靶僅從底部露出的構(gòu)成中，由于露出的表面積比較少，對赤熱部的產(chǎn)生也沒有大的影響，因此認為可以采用。
另外，在上述實施方式中，當靶的大小很大，即使設(shè)置一個凹部也使得赤熱部隨機產(chǎn)生的時候，認為有必要設(shè)置多個凹部。
另外，通過適當?shù)亟M合上述各種實施方式中任意的實施方式，可以起到各自具有的效果。
雖然本發(fā)明一邊參照附圖，一邊對相關(guān)聯(lián)的優(yōu)選實施方式進行了充分的記載，但是，對于熟知該技術(shù)的人們來說，應(yīng)該知道還可以進行各種變形和修正。根據(jù)添加的技術(shù)方案，只要是沒有偏離本發(fā)明的范圍，則所述變形和修正都包括在其中。
本說明書中整體參照并引用了2005年1月28日申請的日本國專利申請NO.2005-020704號、2005年6月7日申請的日本國專利申請NO.2005-166486號、以及2005年10月26日申請的日本國專利申請NO.2005-310746號的說明書、附圖、以及權(quán)利要求范圍的公開內(nèi)容。
(工業(yè)上的可利用性)本發(fā)明的成膜裝置，可以提高成膜速度以及靶的面內(nèi)均勻性，進而具有能夠確保成膜速度的批量生產(chǎn)穩(wěn)定性的性能。因此，本發(fā)明的成膜處理可以適用于顯示器及電池或半導(dǎo)體等各種設(shè)備的制造。
權(quán)利要求
1.一種利用PVD法的成膜方法，在處理容器內(nèi)，對表面形成有由粉體材料構(gòu)成并且深度在1mm以上的凹部的靶施加電力，使得在所述處理容器內(nèi)產(chǎn)生等離子體，利用所述等離子體從所述靶產(chǎn)生濺射粒子，同時通過所述濺射粒子對所述基材進行成膜處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用PVD法的成膜方法，其特征在于，按照所述靶上的所述凹部的內(nèi)側(cè)面與所述靶的表面所形成的角度在90度以上且不足180度的方式形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用PVD法的成膜方法，其特征在于，對于所述粉體材料，將熱導(dǎo)率設(shè)為入、穩(wěn)定時間設(shè)為t、比熱熱導(dǎo)率設(shè)為Cp、堆密度設(shè)為ρ、所述凹部的深度設(shè)為L，則傅里葉數(shù)((λ·t)/(Cp·ρ·L2))滿足[數(shù)學式1]，[數(shù)學式1]3.5×e+03≤λ·t/Cp·ρ·L2≤2.0×e+04。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用PVD法的成膜方法，其特征在于，對于所述粉體材料，將粒徑設(shè)為D、堆密度設(shè)為ρ，比表面積設(shè)為S，則滿足[數(shù)學式2]，[數(shù)學式2]0.1≤D·ρ·S≤10。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用PVD法的成膜方法，其特征在于，所述靶中的所述凹部的寬度在20mm以下。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用PVD法的成膜方法，其特征在于，相對于所述靶的中心，一個或多個所述凹部以點對稱方式被配置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用PVD法的成膜方法，其特征在于，所述粉體材料的粒徑為1μm以下。
8.一種利用于PVD法的成膜用靶，在表面形成的凹部的內(nèi)周面由粉體靶構(gòu)成并且所述凹部的深度在1mm以上。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的利用于PVD法的成膜用靶，其特征在于，以其內(nèi)側(cè)面與所述靶的表面形成的角度在90度以上且不足180度的方式形成所述凹部。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的利用于PVD法的成膜用靶，其特征在于，以所述角度成為120度的方式形成所述凹部。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的利用于PVD法的成膜用靶，其特征在于，所述靶中的所述凹部的寬度在20mm以下。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的利用于PVD法的成膜用靶，其特征在于，所述粉體材料的粒徑為1μm以下。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的利用于PVD法的成膜用靶，其特征在于，具備形成有粉體配置部的燒結(jié)體靶，所述粉體配置部具有配置所述粉體靶的凹形狀或者貫通孔形狀，以由所述粉體靶形成所述凹部的方式，在所述粉體配置部內(nèi)配置所述粉體靶。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的利用于PVD法的成膜用靶，其特征在于，所述燒結(jié)體靶的組成與所述粉體靶的組成相同。
15.根據(jù)權(quán)利要求8所述的利用于PVD法的成膜用靶，其特征在于，所述粉體靶由不同的兩種以上的所述粉體材料混合而構(gòu)成。
16.根據(jù)權(quán)利要求8所述的利用于PVD法的成膜用靶，其特征在于，所述粉體材料是典型金屬元素、過渡金屬元素、或者它們的氧化物、氟化物、氮化物、硫化物、氫氧化物、或碳氧化物。
17.根據(jù)權(quán)利要求8所述的利用于PVD法的成膜用靶，其特征在于，所述粉體材料的粒徑為1μm以下。
18.根據(jù)權(quán)利要求8所述的利用于PVD法的成膜用靶，其特征在于，當對于所述粉體材料，將熱導(dǎo)率設(shè)為λ、穩(wěn)定時間設(shè)為t、比熱熱導(dǎo)率設(shè)為Cp、堆密度設(shè)為ρ、所述凹部的深度設(shè)為L，則傅里葉數(shù)((λ·t)/(Cp·ρ·L2))滿足[數(shù)學式3][數(shù)學式3]3.5×e+03≤λ·t/Cp·ρ·L2≤2.0×e+04。
19.根據(jù)權(quán)利要求8所述的利用于PVD法的成膜用靶，其特征在于，對于所述粉體材料，將粒徑設(shè)為D、堆密度設(shè)為ρ，比表面積設(shè)為S，則滿足[數(shù)學式4][數(shù)學式4]0.1≤D·ρ·S≤10。
20.根據(jù)權(quán)利要求8所述的利用于PVD法的成膜用靶，其特征在于，相對于其中心，一個或多個所述凹部以點對稱方式被配置。
全文摘要
一種成膜裝置，具有在其內(nèi)部形成實施成膜處理的減壓空間的處理容器；保持被實施所述成膜處理的基材的基材保持部；支持靶的靶支持部；向所述靶支持部施加電力，使得在所述減壓空間中產(chǎn)生等離子體的電源裝置，其中，所述靶在其表面上具有由粉體材料構(gòu)成的粉體靶配置在其內(nèi)周面上的凹部。通過使用所述靶進行成膜處理，可以提高成膜速度的面內(nèi)均勻性，實現(xiàn)穩(wěn)定的成膜。
文檔編號C23C14/54GK1811009SQ200610006980
公開日2006年8月2日 申請日期2006年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月28日
發(fā)明者山下英毅, 大熊崇文, 早田博, 山西齊, 木村忠司, 中上裕一 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社