專利名稱：用于生產(chǎn)復(fù)合薄膜的靶子相互面對(duì)的箱形濺射裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)靶子相互面對(duì)的箱形濺射裝置的改進(jìn)，所述裝置包括箱形的靶子相互面對(duì)的濺射單元和真空室，所述濺射單元包括具有六個(gè)面的矩形平行六面體框架，其中一個(gè)面用作開口面；以及一對(duì)相互面對(duì)的靶子單元，每一個(gè)單元都包括一個(gè)靶子和一個(gè)由所配置的圍繞著所述靶子的永久磁鐵形成的磁場產(chǎn)生裝置，所述磁場產(chǎn)生裝置產(chǎn)生一種沿著垂直于所述靶子表面方向延伸的面對(duì)型的磁場和一種沿著平行于所述靶子表面方向延伸的電磁管型的磁場，其中靶子單元被配置在所述框架的位于與所述開口面相鄰的第一對(duì)相對(duì)面上，所述框架的第二對(duì)相對(duì)面以及剩下的一個(gè)面是封閉的，其中所述濺射單元被配置在所述真空室上，以使所述開口面面對(duì)所述真空室和要在上面形成一層薄膜的基片，所述基片被安裝在所述真空室中。本發(fā)明還涉及一種用于通過利用所述改進(jìn)的濺射裝置來生產(chǎn)復(fù)合薄膜的方法。
背景技術(shù)：
前面提到的包括有箱形的靶子相互面對(duì)的濺射單元的靶子相互面對(duì)的箱形濺射裝置，已經(jīng)由本發(fā)明人公開在日本專利申請(qǐng)公告(kokai)No.10-330936中，其構(gòu)造如以下所描述。
如圖7中所示，箱形的靶子相互面對(duì)的濺射單元70被配置成，使相互面對(duì)的靶子單元100a和100b被安裝在(五個(gè)面71a至71e中的)四個(gè)面71a至71d中相對(duì)的兩個(gè)面71a和71b上，71a和71b配置成與開口面71f相鄰，71f用作矩形平行六面體框架71的開口，并使三個(gè)面71c至71e分別由封閉板72c至72e來覆蓋。靶子單元100a包括靶子110a和由環(huán)繞靶子110a配置的永久磁鐵形成的磁場產(chǎn)生裝置，靶子單元100b包括靶子110b(沒有示出)和由環(huán)繞靶子110b配置的永久磁鐵形成的磁場產(chǎn)生裝置。所述濺射單元70的整體被假想為一種矩形平行六面體箱子的形狀，它可以是立方體形。所述靶子相互面對(duì)的箱形濺射裝置具有以下所描述的構(gòu)造。具體地說，如圖1所示，箱形的靶子相互面對(duì)的濺射單元被連接到一個(gè)真空室，以使所述濺射單元的開口面71f面對(duì)所述真空室，一個(gè)上面要形成薄膜的基片被置于所述真空室之中使之面對(duì)開口面71f。
在具有以上描述結(jié)構(gòu)的濺射裝置中，用于產(chǎn)生并約束濺射等離子體的磁場，被按照傳統(tǒng)的靶子相互面對(duì)的濺射裝置的情況來形成，所述傳統(tǒng)的靶子相互面對(duì)的濺射裝置公開于例如日本專利申請(qǐng)公告(kokai)No.10-8246中。具體地說，在配置于包括有磁場產(chǎn)生裝置的相互面對(duì)的靶子單元的所述相互面對(duì)的靶子之間的空間(所述空間以下稱為“(等離子體)約束空間”)中，沿著垂直于所述靶子方向延伸的面對(duì)型的磁場在整個(gè)靶子上形成，此外，沿著平行于所述靶子表面方向延伸的磁電管型磁場形成于靶子的表面區(qū)域從而環(huán)繞所述靶子的周圍邊沿。結(jié)果，在所述靶子的整個(gè)表面上方產(chǎn)生了高密度的等離子體。
因此，在包括有所述箱形的靶子相互面對(duì)的濺射單元的靶子相互面對(duì)的箱形濺射裝置中，其中處開口面之外的五個(gè)面是封閉的，濺射粒子經(jīng)所述開口面飛向放置有基片的被高度地抽真空的真空室，并沉積在所述基片上，從而形成一層薄膜。
前面提到的傳統(tǒng)的靶子相互面對(duì)的箱形濺射裝置具有緊湊的結(jié)構(gòu)，并能在低溫下形成一層高質(zhì)量的薄膜。因此，所述濺射裝置已經(jīng)被用于形成各種薄膜。例如，所述濺射裝置已經(jīng)被用于形成有機(jī)EL設(shè)備的電極，這在最近已經(jīng)引起了人們的興趣且已經(jīng)日益被開發(fā)出來用于商業(yè)化，已經(jīng)進(jìn)行了將所述濺射裝置用于所述電極形成的各種研究。
這樣一種電極必須形成于所述有機(jī)層上。因此，所述電極必須被做得不會(huì)對(duì)作為底層(underlying layer)的有基層產(chǎn)生任何損害。此外，所述電極必須呈高質(zhì)量的薄膜形式(即，一層低電阻的薄膜)，而且，在某種情況下，所述電極必須呈具有良好的透明度的薄膜的形式。同時(shí)，在保護(hù)層被形成在有基層上的情況下，所述保護(hù)層必須被做得不會(huì)對(duì)作為底層(underlying layer)的所述有基層產(chǎn)生任何損害，且所述保護(hù)層必須呈具有良好保護(hù)特性(例如，防潮特性)和透明性的薄膜形式。
與以上情況類似，在生產(chǎn)高性能薄膜例如透明絕熱膜的情況下，當(dāng)復(fù)合薄膜(例如，金屬氧化薄膜或金屬氮化薄膜)被形成在底層上時(shí)，具有所希望特性的高質(zhì)量的薄膜必須被做得不會(huì)對(duì)所述底層造成任何損害。
因此，取代由傳統(tǒng)的真空沉積形成，這樣的薄膜必須通過濺射來形成，這會(huì)形成一層具有極好均勻性的高密度的薄膜。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到前面所述，本發(fā)明的第一個(gè)目的是提供一種滿足前述要求同時(shí)對(duì)底層產(chǎn)生最小的損害的，能夠在低溫下形成高質(zhì)量的薄膜的靶子相互面對(duì)的箱形濺射裝置。本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供一種用于生產(chǎn)復(fù)合薄膜的方法，所述方法能夠在低溫下生產(chǎn)被用作，例如透明導(dǎo)電膜或鈍化膜的高質(zhì)量的復(fù)合薄膜(例如，金屬氧化膜或金屬氮化膜)。
前述目的可以通過如下描述的本發(fā)明來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種靶子相互面對(duì)的箱形濺射裝置，其包括箱形的靶子相互面對(duì)的濺射單元和真空室，所述濺射單元包括具有六個(gè)面的矩形平行六面體框架，其中一個(gè)面用作開口面；以及一對(duì)相互面對(duì)的靶子單元，每一個(gè)單元都包括一個(gè)靶子和由被配置成環(huán)繞所述靶子的永久磁鐵形成的磁場產(chǎn)生裝置，所述磁場產(chǎn)生裝置產(chǎn)生沿著垂直于所述靶子的表面方向延伸的面對(duì)型的磁場和沿著平行于所述靶子表面方向延伸的磁電管型磁場，其中所述靶子單元被設(shè)在位置與所述開口面相鄰的所述框架的第一對(duì)相對(duì)面上，所述框架的第二對(duì)相對(duì)面和剩下的一個(gè)面被封閉，其中所述濺射單元被設(shè)在所述真空室上，以使所述開口面面對(duì)所述真空室以及要被形成薄膜的基片，所述基片被置于所述真空室之中，所述濺射裝置還包括，在等離子體約束空間中的吸收電子的輔助電極，所述等離子體約束空間被設(shè)在所述濺射單元的內(nèi)部。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了用于利用包括有所述輔助電極的靶子相互面對(duì)的箱形濺射裝置來生產(chǎn)復(fù)合薄膜的方法。
本發(fā)明已經(jīng)按以下描述被實(shí)現(xiàn)。
在利用傳統(tǒng)的靶子相互面對(duì)的箱形濺射裝置形成薄膜的所述過程中，在箱形的靶子相互面對(duì)的濺射單元中，會(huì)看到等離子體輻射，所述輻射的構(gòu)成包括有，由面對(duì)型磁場產(chǎn)生的由沙漏形的輻射成分，所述輻射從所述相互面對(duì)的靶子的表面延伸到所述靶子之間的中點(diǎn)，結(jié)果使得輻射束逐漸變細(xì)；以及一種由磁電管型的磁場產(chǎn)生的半圓形橫截面的缽形輻射成分，所述輻射成分發(fā)生在靶子的表面附近，此外，會(huì)看到從剩下的空間朝著所述濺射單元的所述開口的外面的稀薄輻射。已經(jīng)對(duì)所述稀薄輻射進(jìn)行過各種研究，結(jié)果是，所述稀薄輻射已經(jīng)被認(rèn)為主要代表通過如下過程產(chǎn)生的氣體粒子的一種激勵(lì)狀態(tài)從所述靶子表面射出的高能電子與所濺射的氣體粒子相撞擊，同時(shí)所述電子在所述箱形濺射單元的等離子體約束空間中的所述靶子之間前后漂移；所述電子的能量通過例如離子化被消耗，從而使所述電子被轉(zhuǎn)變?yōu)榈湍芰康臒崮芑娮?；而且，?dāng)所產(chǎn)生的熱能化電子被從由磁通量的約束中釋放并傳播到所述真空室中時(shí)，所述熱能化電子與擴(kuò)散的氣體粒子相撞擊并激發(fā)它們。在所述熱能化電子的能量喪失的過程中，在所述等離子體約束空間中，所述低能的熱能化電子逐漸地從磁通量的約束中被釋放。在傳統(tǒng)的側(cè)面開口型的靶子相互面對(duì)的濺射裝置的情況下，所述熱能化電子被擴(kuò)散到環(huán)繞著所述裝置的空間中，這樣，所述等離子體約束空間沒有充滿所述熱能化電子。反之，在箱形的靶子相互面對(duì)的濺射單元中，其中所述單元的面被封閉著，可以想象，一部分熱能化電子流到用作陽極的覆蓋著所述面的封閉板上，剩余部分的熱能化電子留在所述箱形單元的等離子體約束空間中；即，所述等離子體約束空間充滿了所述熱能化電子，且所述熱能化電子通過所述濺射單元的開口面漂移，從而產(chǎn)生朝著所述開口的外面延伸的稀薄輻射。此外可以想象，當(dāng)所述低能量的熱能化電子到達(dá)所述基片的表面時(shí)，在某些情況下，熱能化電子流動(dòng)經(jīng)過基片或形成在基片上的薄膜，從而產(chǎn)生焦耳熱；即，所述熱能化電子成了對(duì)所述基片加熱，或降低形成在所述基片上的薄膜質(zhì)量的關(guān)鍵因素?？紤]到前面所述，本發(fā)明人已經(jīng)想到通過消除穿過所述濺射單元的開口面到達(dá)所述基片的熱能化電子來有效地改善所述濺射裝置的性能，并且已經(jīng)開發(fā)出一種直接吸收所述等離子體約束空間中的熱能化電子的輔助電極。
本發(fā)明人已經(jīng)進(jìn)行了各種研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與沒有包括輔助電極的傳統(tǒng)濺射裝置相比，包括有所述輔助電極的濺射裝置表現(xiàn)出了各種實(shí)用上重要的效果；例如，所述基片上的溫度上升可以得到很大的抑止，薄膜可以在低溫下形成，所形成的薄膜的質(zhì)量可以得到相當(dāng)?shù)母纳疲霰∧さ男纬伤俾士梢缘玫教岣?。本發(fā)明人也已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)配置了所述輔助電極時(shí)，前述的目的可以得到滿意的實(shí)現(xiàn)，且除了以上描述的效果外，所述濺射裝置還表現(xiàn)出其他非凡的效果。當(dāng)以不同的觀點(diǎn)下觀察時(shí)，所述輔助電極被認(rèn)為是以新的方式提供的用于調(diào)節(jié)薄膜形成條件的裝置。因此，本發(fā)明的所述靶子相互面對(duì)的濺射裝置，其包括所述新提供的薄膜形成條件調(diào)節(jié)裝置，表現(xiàn)出增強(qiáng)的適應(yīng)性；即，所述裝置能夠被用于各種場合。
另外，如以下描述的實(shí)驗(yàn)所顯示，本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，與利用傳統(tǒng)的靶子相互面對(duì)的箱形濺射裝置形成薄膜的情況相比，當(dāng)采用包括有所述輔助電極的靶子相互面對(duì)的箱形濺射裝置時(shí)，可以在低溫下在基片上形成復(fù)合薄膜(特別是，氧化膜或氮化膜)，在所述基片被允許保持在室溫下的同時(shí)(即，無需調(diào)節(jié)基片的溫度)薄膜的形成可以得到可靠的實(shí)現(xiàn)，如此形成的薄膜表現(xiàn)出改善的質(zhì)量，且所述薄膜形成的速率得到了提高。對(duì)于所述第二方面，本發(fā)明已經(jīng)基于此發(fā)現(xiàn)得以實(shí)現(xiàn)。
在本發(fā)明的濺射裝置中，對(duì)于輔助電極的配置位置沒有特別的限制，只要所述電極處于所述等離子體約束空間中就行。所述輔助電極的位置優(yōu)選地根據(jù)所要達(dá)到的目的加以適當(dāng)?shù)卮_定。從以低溫形成薄膜的觀點(diǎn)出發(fā)，或者從薄膜形成的速率出發(fā)，所述電極被優(yōu)選地配置在所述等離子體約束空間的中部；特別是，所述電極被配置在平行于所述約束空間的所述靶子的中心線上或處于所述中心線的附近，在所述位置上所述電極能夠有效地吸收過多的電子。從增強(qiáng)薄膜質(zhì)量的觀點(diǎn)出發(fā)，所述輔助電極被優(yōu)選地配置在電子反射裝置附近的空間中，在該空間中面對(duì)型的磁場與所述磁電管型的磁場相交叉，且熱能化電子傾向于駐留于此空間中。所述輔助電極更優(yōu)選地被配置成沿著所述電子反射裝置的整個(gè)外圍延伸。
從進(jìn)一步抑止朝著所述基片的熱能化電子等的穿過的觀點(diǎn)出發(fā)，所述輔助電極優(yōu)選地被配置在所述濺射單元的所述開口區(qū)域。所述輔助電極更優(yōu)選地被配置成使得沿著所述開口的整個(gè)周圍延伸并充分地環(huán)繞所述開口。
對(duì)于所述輔助電極的電位沒有進(jìn)行特別的限制，只要所述電極能夠吸收電子就行?？傮w而言，所述輔助電極的電位被調(diào)節(jié)成等于所述陽極的電位，并被接地。然而，所述電位可以被調(diào)節(jié)到一個(gè)適當(dāng)?shù)恼怠?br> 在本發(fā)明中，在所述等離子體約束空間傾向于被充滿電子的情況下，即，在等離子體被有力地約束在所述空間中的情況下，所述輔助電極表現(xiàn)出其效果。從增強(qiáng)所述輔助電極的效果的觀點(diǎn)出發(fā)，所述濺射裝置優(yōu)選地包括磁連接著每個(gè)靶子單元的永久磁鐵磁極的束縛裝置(yoke means)，所述磁極處于所述單元的外側(cè)面上(以下磁極將被稱作“面對(duì)開口的磁極”)。特別是，從實(shí)現(xiàn)緊湊結(jié)構(gòu)，以及防止熱能化電子在所述基片上或在要形成于所述基片上的薄膜上造成不良影響的觀點(diǎn)出發(fā)，所述束縛裝置優(yōu)選地包括配置在每個(gè)靶子單元的支撐主體上的覆蓋所述永久磁鐵的磁極的由磁性材料形成的磁極部件，和由配置在所述箱形濺射單元的一個(gè)面上磁性地連接著所述磁極部件的由磁性材料形成的連接部件。所述連接部件更優(yōu)選地被做成帶有開口的平板，并配置在所述箱形濺射單元的開口面上。
從強(qiáng)化對(duì)等離子體的約束的觀點(diǎn)出發(fā)，所述輔助電極優(yōu)選地與一種結(jié)構(gòu)結(jié)合使用，在所述結(jié)構(gòu)中，用于主要地調(diào)節(jié)磁電管型磁場的磁場調(diào)節(jié)裝置被配置在每個(gè)靶子的背面，從而利用磁電管型磁場增強(qiáng)對(duì)等離子體的約束。
本發(fā)明的生產(chǎn)方法對(duì)復(fù)合薄膜(即，金屬氧化薄膜或金屬氮化薄膜)的形成特別有效，從例如控制溫度或薄膜形成速度的觀點(diǎn)出發(fā)，所述復(fù)合薄膜被認(rèn)為難以通過濺射方法來形成。在通過本發(fā)明的方法來形成氧化薄膜的情況下，從防止所述反應(yīng)氣體在底層上的不良影響和所述濺射過程的穩(wěn)定性的觀點(diǎn)出發(fā)，薄膜的形成優(yōu)選地通過利用主要含有構(gòu)成所述薄膜的氧化物的靶子，和含氧量在1％體積或更少的濺射氣體來執(zhí)行。本發(fā)明的方法對(duì)于在容許氧化的表面層上形成氧化薄膜特別有效，例如銀膜或有機(jī)膜。在通過本方法形成氮薄膜的情況下，從低溫下形成薄膜、薄膜形成速度、和薄膜質(zhì)量的觀點(diǎn)出發(fā)，薄膜的形成優(yōu)選地通過利用用作濺射氣體且包含1％或更少體積氧的含氮惰性氣體，和主要含有構(gòu)成所述薄膜的元素且不含有所述氣體的成分的靶子來進(jìn)行。
本發(fā)明的方法優(yōu)選地被用于半導(dǎo)體器件和平板顯示器的生產(chǎn)，特別是，有機(jī)器件例如有機(jī)半導(dǎo)體器件和有機(jī)EL的生產(chǎn)。在要被通過所述方法在上面形成薄膜的基片或者所述基片的表面層由有機(jī)材料形成的情況下，或者在所述方法被用于生產(chǎn)要求緊密疊放的非受損分界面的功能性薄膜的情況下，例如一種由多層薄膜形成的透明的絕熱膜，本發(fā)明的方法表現(xiàn)出非凡的效果。
如以上所描述，本發(fā)明提供了靶子相互面對(duì)的箱形濺射裝置，與利用傳統(tǒng)的濺射裝置形成薄膜的情況相比，所述裝置能夠在相當(dāng)?shù)偷臏囟认滦纬删哂泻艽蟮母纳铺匦缘谋∧ぁ１景l(fā)明的濺射裝置，已經(jīng)通過在所述傳統(tǒng)箱形的靶子相互面對(duì)的濺射單元中配置一種輔助電極而得以實(shí)現(xiàn)。所述濺射裝置可以被廣泛地用于形成被認(rèn)為難以通過濺射來形成的薄膜；例如，有機(jī)EL顯示器的電極層等，各種半導(dǎo)體器件薄膜，和高性能薄膜例如透明絕熱膜。特別是，在利用所述裝置在當(dāng)受熱時(shí)或當(dāng)受到高能粒子的撞擊時(shí)其功能會(huì)受到削弱的底層(例如，有機(jī)材料層或功能層)上形成薄膜的情況下，所述濺射裝置表現(xiàn)出很好的效果。
當(dāng)參照附圖對(duì)如下詳細(xì)說明進(jìn)行閱讀時(shí)，本發(fā)明的前述的和其它的目的，以及其新穎的特性將變得更加顯明。


圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的靶子相互面對(duì)的箱形濺射裝置的立體圖，所述裝置的一部分由剖視圖來顯示；圖2是顯示根據(jù)本發(fā)明的所述實(shí)施例的所述濺射裝置的一個(gè)靶子單元的示意性立體圖；圖3是圖2中所顯示的靶子單元，當(dāng)沿著A-A線截取時(shí)的示意性的垂直剖視圖；圖4是圖3中所顯示的靶子單元，當(dāng)沿著B-B線截取時(shí)的示意性水平剖視圖；圖5是顯示在本發(fā)明的實(shí)施例中所采用的輔助電極的立體圖；圖6是顯示在本發(fā)明的實(shí)施例中所采用的輔助電極的立體圖；和圖7是顯示一種傳統(tǒng)的箱形的靶子相互面對(duì)的濺射單元的立體圖。
優(yōu)選實(shí)施例說明以下將參照說明性的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述。所述技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，利用本發(fā)明的技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)許多替代性的實(shí)施例，且本發(fā)明并不局限于所顯示的用于說明目的的實(shí)施例。
實(shí)施例圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的靶子相互面對(duì)的箱形濺射裝置的示意性立體圖，所述裝置的一部分由剖視圖來顯示。與靶子單元100a和100b被直接安裝在真空室10的室壁11上的傳統(tǒng)的靶子相互面對(duì)的濺射裝置不同，在本實(shí)施例的箱形的靶子相互面對(duì)的濺射單元(以下將被簡稱為“箱形單元”)70中，靶子單元100a和100b分別被密封地安裝在矩形平行六面體框架71的相對(duì)的面71a和71b上(見圖1)，除處于底面且面對(duì)著基片20的開口面71f之外，面71c至71e(處于所述正面的面71c沒有顯示出來)分別通過利用封閉板72c至72e(對(duì)應(yīng)于處于正面的面71c的密封板72c沒有示出)來密封地覆蓋；即，除開口面71f之外的面被密封地蓋住。由于所述靶子相互面對(duì)的濺射裝置具有這樣一種結(jié)構(gòu)，所述裝置的維護(hù)性得到了改善，且所述裝置適用于工業(yè)規(guī)模的高生產(chǎn)率生產(chǎn)。
以下將參照附圖，對(duì)本發(fā)明的所述濺射裝置進(jìn)行詳細(xì)說明。在圖4中，這是圖3中顯示的靶子單元沿著B-B線截取得到的示意性水平剖視圖，省略了對(duì)磁極部件191a的顯示?，F(xiàn)在將參照?qǐng)D2至4，對(duì)靶子單元100a和100b進(jìn)行詳細(xì)的說明。
通過圖2至4可以看出，除了磁場調(diào)節(jié)裝置和束縛裝置之外，靶子單元100a和100b的基本結(jié)構(gòu)與日本專利申請(qǐng)公告(kokai)No.10-330936中公開的靶子單元的結(jié)構(gòu)相同。如圖2至4所示，靶子單元100a和100b被可拆卸地安裝在框架71上。圖2至4顯示了靶子單元100a的結(jié)構(gòu)。除了用作磁場產(chǎn)生裝置的永久磁鐵130a和用作磁場調(diào)節(jié)裝置的永久磁鐵180a的N和S磁極相反之外，靶子單元100a和100b具有相同的結(jié)構(gòu)。因此，省略了靶子單元100b的詳細(xì)圖。
從圖2中可以看出，靶子單元100a通過支撐單元150a的法蘭155a被可調(diào)換地安裝在框架71上。如以下所描述，靶子單元100a包括支撐模塊和靶子模塊。
如圖3中所示，靶子模塊包括靶子110a、襯背單元113a、和電子反射裝置170a，所述靶子模塊通過以一定間隔排列的螺栓111a，被可調(diào)換地安裝在形成于構(gòu)成所述支撐模塊的支撐單元150a的正面上的承受部分152a上。
與公開于日本專利申請(qǐng)公告(kokai)No.10-330936中的所述濺射裝置的情況不同，在本實(shí)施例中，一個(gè)冷卻護(hù)套160a被安裝在襯背單元113a的內(nèi)部。具體地說，冷卻護(hù)套160a是按如下方法形成的一個(gè)具有用以形成具有由圖2的虛線所代表形狀的冷卻溝槽161a的分隔側(cè)壁162a的空心部件，被形成在一個(gè)厚的板形襯背主體114a的下面，使得所述空心部件的尺寸變得盡可能等于靶子110a的尺寸；一個(gè)具有連接著所述冷卻溝槽161a的連接口163a的蓋子115a被焊接在所述空心部件上，從而封閉所述空心部件。襯背單元113a和分隔側(cè)壁162a由導(dǎo)熱材料形成(具體地說，在本發(fā)明中是銅)。一種合成樹脂管(沒有示出)被通過通孔154a和193a安裝，并利用連接工具被連接到連接口163a，以使冷卻水流過冷卻護(hù)套160a。
通過利用導(dǎo)熱粘結(jié)材料(具體地說，在本發(fā)明中是銦)，靶子單元110a被粘結(jié)在襯背單元113a的正面，如圖3所示，電子反射裝置170a通過螺絲(沒有示出)被安裝在襯背單元113a的側(cè)壁上，從而形成所述靶子模塊。電子反射裝置170a由一種鐵磁體材料(具體地說，在本實(shí)施例中是鐵板)形成，使得所述裝置170a也能夠用作所述磁場產(chǎn)生裝置的磁極。如圖3中所示，電子反射裝置170a包括具有寬度能夠面對(duì)所述靶子110a的周邊的電子反射板171a。所述電子反射板171a被安裝成覆蓋其中容納有所述磁場產(chǎn)生裝置的所述支撐單元150a的周圍側(cè)壁153a的正面。所述板171a被具有L形橫截面且由銅(即，導(dǎo)熱材料)形成的安裝零件172a所支撐。因此，電子反射板171a經(jīng)過安裝零件172a得到了有效的冷卻。對(duì)于電子反射板171a沒有進(jìn)行特別的限制，只要所述板171a反射到達(dá)配置在靶子110a外面的所述永久磁鐵130a正面(即，周圍側(cè)壁153a的正面)的電子就行。在某些情況下，所述板171a可以被濺射。因此，板171a優(yōu)選地由與靶子相同的材料形成。當(dāng)板171a由非磁性材料形成時(shí)，就像沒有安裝電子反射裝置的情況一樣，永久磁鐵130a優(yōu)選地成，使所述永久磁鐵130a的N極朝著所述真空室的內(nèi)部凸出一個(gè)預(yù)定的長度，所述長度從靶子110a的正面開始測量。在以上描述的實(shí)驗(yàn)中，具有此結(jié)構(gòu)的濺射裝置被用于薄膜的形成，且電子反射板171a由與靶子110a相同的材料形成。
如圖3中所示，所述靶子模塊通過以特定間隔排列的螺栓111a被安裝在形成于所述支撐主體151a的正面的承受部分152a上，使得襯背單元113a的所述背面接觸到所述承受部分152a的表面。在圖3中，附圖標(biāo)號(hào)116a表示用于真空密封的O形圈。通過所述O形圈，所述靶子模塊和所述支撐單元150a之間的真空密封得以實(shí)現(xiàn)。由于冷卻護(hù)套160a通過焊接得到了密封，且支撐單元150a和所述靶子模塊之間的密封通過O形圈得以保持，防止了冷卻水泄漏到所述真空室中。此外，由于所述O形圈與所述冷卻護(hù)套相分離，由所述O形圈和冷卻水之間的直接接觸而產(chǎn)生的密封性能隨時(shí)間的流逝而變差的情況——所述問題出現(xiàn)在傳統(tǒng)的靶子相互面對(duì)的箱形濺射裝置中——可以得到避免，從而使可靠性和維護(hù)性得到了改善。所述支撐單元150a可以由重量輕的廉價(jià)材料形成，例如鋁。
所述支撐模塊包括支撐單元150a，其由導(dǎo)熱材料(具體地說，在本實(shí)施例中是鋁)通過機(jī)加工而形成。構(gòu)成所述支撐單元150a的法蘭155a，通過以一定間隔排列的螺栓112a，經(jīng)過由電絕緣材料(具體地說，在本實(shí)施例中是耐熱樹脂)形成的襯墊156a以及用于真空密封的O性圈117a和118a，被密封地安裝在框架71上。
如圖2所示，支撐單元150a包括具有矩形平行六面體形的支撐主體151a，和具有預(yù)定寬度使得法蘭能夠被安裝在框架71上的法蘭155a。要安裝所述靶子模塊的承受部分152a被形成在支撐主體151a的正面上，且如圖3所示，用于容納作為磁場產(chǎn)生裝置的永久磁鐵130a的容納部分131a被安裝在環(huán)繞承受部分152a的周圍側(cè)壁153a中。如以上所描述，電子反射裝置170a被安裝在所述周圍側(cè)壁153a的正面。在不安裝電子反射裝置170a的情況下，即使當(dāng)靶子110a由磁性材料形成時(shí)，周圍側(cè)壁153a優(yōu)選地被配置成，使得永久磁鐵130a的前端部分以從靶子110a的正面測量所獲得的預(yù)定長度凸入到所述真空室的內(nèi)部，并使得所述磁電管型的磁場在靶子110a的周邊區(qū)域可靠地產(chǎn)生。
如圖3和4中所示，容納部分131a具有預(yù)定長度的向外開口的孔，以使作為磁場產(chǎn)生裝置的永久磁鐵130a能夠從所述真空室的外面放入其中。永久磁鐵130a被安裝在所述容納部分131a的孔中，使得所述磁鐵130a的磁極如圖3中所示排列。在本實(shí)施例中，永久磁鐵130a由一種可以買到的具有預(yù)定長度和寬度永久磁鐵所形成(例如，AlNiCo磁鐵)。如圖3和4中所示，預(yù)定數(shù)量的永久磁鐵130a被安裝成環(huán)繞靶子110a的形式。在本實(shí)施例中，永久磁鐵130a通過一種電絕緣材料(具體地說，是由薄樹脂板形成的固定板132a)被固定到所述容納部分中。
這樣，在永久磁鐵130a和真空室10之間的完全密封得以保持，所述永久磁鐵130a，經(jīng)襯背部分113a和與永久磁鐵130a直接接觸的導(dǎo)熱支撐主體151a，被熱連接到冷卻護(hù)套160a上。因此，永久磁鐵130a得到了有效的冷卻。這樣，防止了來自永久磁鐵130a的不純凈氣體對(duì)真空室10的污染(在所述傳統(tǒng)的濺射裝置中已經(jīng)出現(xiàn)了所述問題)，且永久磁鐵130a隨著時(shí)間的流逝而變壞的情況得到了相當(dāng)程度的減輕，從而改善了可靠性、長期穩(wěn)定性和維護(hù)性。在此濺射裝置中，所獲得的冷卻效果可以充分地媲美由傳統(tǒng)的靶子相互面對(duì)的箱形濺射裝置所獲得的冷卻效果，在所述傳統(tǒng)的靶子相互面對(duì)的箱形濺射裝置中，冷護(hù)套被安裝在支撐主體和襯背部分之間的分界面上。
在圖1所顯示的濺射裝置中，其具有以上所描述的結(jié)構(gòu)，永久磁鐵130a和安裝在面對(duì)著靶子單元110a的靶子單元100b中的永久磁鐵130b，產(chǎn)生了用于約束等離子體的磁場；即，沿著垂直于靶子110a和110b方向以一種環(huán)繞約束空間120的方式延伸的面對(duì)型磁場；以及沿著平行于靶子110a的方向的弧形的磁電管型磁場，其從面對(duì)著靶子110a的電子反射板171a的周邊延伸出來，朝著靶子110a的中心部分延伸。所述面對(duì)型磁場決定著靶子110a的中心部分的濺射，而磁電管型的磁場決定著靶子110a的周圍部分的濺射。結(jié)果是，與典型的傳統(tǒng)濺射方法相比，靶子的整個(gè)表面幾乎都被均勻地濺射；即，平面磁電管型濺射方法。
在本實(shí)施例中，如圖3和4所示，用于主要調(diào)節(jié)所述磁電管型磁場的磁場調(diào)節(jié)裝置被如以下所述配置。具有預(yù)定深度和寬度的溝槽181a，被配置在支撐單元150a的支撐主體151a的背面，其位置處于平行于所述基片的主體151a的中心線上。溝槽181a被配置用于安裝作為磁場調(diào)節(jié)裝置的永久磁鐵180a。在本實(shí)施例中，溝槽181a被配置成沿著靶子110a的寬度方向延伸，以使作為磁場調(diào)節(jié)裝置的永久磁鐵180a的位置，能夠根據(jù)例如靶子110a所采用的材料得到容易地調(diào)節(jié)。在本實(shí)施例中，為了增強(qiáng)整個(gè)磁電管型磁場的強(qiáng)度，如圖4中所示，用作磁場調(diào)節(jié)裝置的具有預(yù)定長度的板形永久磁鐵180a被安裝在所有溝槽181a中，且磁鐵180a通過由薄樹脂板形成的固定板182a被固定到溝槽181a中，所述薄樹脂板被用于形成固定板132a。在本實(shí)施例中，如圖3中所示，用作磁場調(diào)節(jié)裝置的永久磁鐵180a和用作磁場產(chǎn)生裝置的永久磁鐵130a，經(jīng)固定板182a和132a，被磁性地連接到以下所述的束縛裝置的磁極部件191a上。
如圖3中的雙點(diǎn)劃線所顯示，所述磁電管型磁場從用作磁場產(chǎn)生裝置的永久磁鐵130a的N極伸出，經(jīng)電子反射板171a和靶子110a，到達(dá)用作磁場調(diào)節(jié)裝置的永久磁鐵180a的S極。另外，磁電管型磁場從永久磁鐵180a的N極伸出，經(jīng)固定板182a、磁極部件191a、和固定板132a，到達(dá)用作磁場產(chǎn)生裝置的永久磁鐵130a的S極。
與傳統(tǒng)的不包括有磁場調(diào)節(jié)裝置的靶子相互面對(duì)的濺射裝置的情況不同，在靶子110a的正面附近延伸的所述磁電管型磁場，能夠通過所述磁場調(diào)節(jié)裝置得到調(diào)節(jié)。因此，在所述靶子的周邊處對(duì)等離子體的約束，其是由所述磁電管型磁場決定的，能夠獨(dú)立于由面對(duì)型磁場支配的等離子體約束而得到調(diào)節(jié)，從而使得所述靶子能夠得到均勻的侵蝕，薄膜能夠得以形成而沿寬度方向獲得均勻的厚度。
通過磁場調(diào)節(jié)裝置獲得所述效果的可以想象的原因描述如下。利用所述磁場調(diào)節(jié)裝置，所述磁電管型磁場延伸到所述靶子的中央。因此，所述面對(duì)型磁場和所述磁電管型磁場之間的相互作用在安裝磁場調(diào)節(jié)裝置的位置附近變強(qiáng)了。結(jié)果，等離子體的約束局部地得到了增強(qiáng)，且濺射速度(即，薄膜厚度)得到了調(diào)節(jié)。特別是，所述效果在矩形靶子的兩端沿縱向方向非常顯著。因此，如本實(shí)施例中所描述，當(dāng)所述磁場調(diào)節(jié)裝置被配置成沿著所述靶子的整個(gè)中央部分延伸時(shí)，在靶子得到均勻侵蝕的所述靶子的縱向區(qū)域的面積增加了。當(dāng)所述磁電管型磁場受到調(diào)節(jié)時(shí)，所述面對(duì)型磁場和所述磁電管型磁場之間的相互作用也得到了調(diào)節(jié)。因此，可以獲得對(duì)濺射速度的局部調(diào)節(jié)。所述磁電管型磁場的延伸方向，所述磁場的延伸程度，或所述磁場的強(qiáng)度可根據(jù)用于濺射的目的來適當(dāng)?shù)卮_定。
當(dāng)所述磁場調(diào)節(jié)裝置被配置成如以上所描述時(shí)，所述靶子的整個(gè)表面受到均勻的侵蝕。如以上所描述，當(dāng)采用傳統(tǒng)的靶子相互面對(duì)的濺射裝置時(shí)，一個(gè)矩形靶子的第一對(duì)對(duì)角的侵蝕程度稍微不同于所述靶子的第二對(duì)對(duì)角的侵蝕程度。反之，當(dāng)采用本發(fā)明的所述濺射裝置時(shí)，依靠所述磁場調(diào)節(jié)裝置，這樣的差異不會(huì)發(fā)生，所述靶子的利用效率被增強(qiáng)大約10％。所述效果大大地直接有助于降低薄膜形成的成本和實(shí)現(xiàn)工業(yè)規(guī)模的生產(chǎn)。
所述磁場調(diào)節(jié)裝置僅僅能夠調(diào)節(jié)所述磁電管型磁場的強(qiáng)度。如以下所描述，當(dāng)所述磁場調(diào)節(jié)裝置被與束縛裝置結(jié)合使用時(shí)，所述調(diào)節(jié)裝置對(duì)用于約束等離子體的所述面對(duì)型磁場和磁電管型磁場的磁通量分配的優(yōu)化產(chǎn)生了顯著的效果。
如通過以上描述所明白的，對(duì)于所述磁場調(diào)節(jié)裝置沒有進(jìn)行特別的限制，只要所述調(diào)節(jié)裝置能夠調(diào)節(jié)靶子110a的正面附近的用于約束等離子體的磁電管型磁場就行。因此，取代永久磁鐵，所述磁場調(diào)節(jié)裝置可以由具有高導(dǎo)磁率的磁性材料或類似材料形成。所述磁場調(diào)節(jié)裝置被安裝的位置和所要采用磁鐵的強(qiáng)度受到各種因素的影響，包括所述靶子的材料和安裝在所述靶子周圍的元件的尺寸和排列。因此，所述磁場調(diào)節(jié)裝置等的位置優(yōu)選地基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)和利用所述數(shù)據(jù)的模擬來確定。
如以上所描述，整個(gè)所述靶子單元100a被安裝在支撐單元150a上。所述靶子單元100a的法蘭155a，經(jīng)由電絕緣材料(具體地說，是耐熱樹脂)形成的用于真空密封的O型圈117a和118a，通過由電絕緣材料形成的襯套(沒有示出)和以一定間隔排列的螺栓112a，被安裝在框架71上。這樣，如圖1中所示，靶子單元110a以電絕緣方式被密封地安裝在框架71上，從而構(gòu)成如以下所描述的箱形單元70。
箱形單元70包括由鋁形成的矩形平行六面體框架71。以上所描述的靶子單元100a和100b，經(jīng)襯墊156a和156b，分別被密封安裝在所述框架71的面71a和71b上，以使所述靶子單元電絕緣于框架71。除了面對(duì)著基片20的開口面71f之外，封閉板72c至72e，利用螺栓(沒有示出)并經(jīng)過O型圈(沒有示出)(面72c和對(duì)應(yīng)于面72c的封閉板72c沒有被顯示)，被密封地安裝在所述面71c至71e上。對(duì)于密封板72c至72e的材料沒有特別的限制，只要所述板具有耐熱性，且通過所述板可以獲得真空密封就行。因此，所述密封板72c至72e可以由普通的結(jié)構(gòu)材料來形成。在本實(shí)施例中，所述密封板72c至72e由用來形成框架71的鋁來形成。如果需要，冷卻管或類似的裝置被安裝在每個(gè)所述密封板72c至72e的外面，以便冷卻所述密封板。
如圖1中所示，箱形的單元70包括用于連接面向著相互面對(duì)的永久磁鐵130a和130b的磁極的開口面(open-side)的束縛裝置，從而形成閉合的磁路。具體地說，所述束縛裝置包括由鐵磁體材料(具體地說，在本發(fā)明中是鐵板)形成的矩形磁極部件191a和191b，和用于磁連接磁極部件191a和191b的連接部件192。所述磁極部件191a被安裝成覆蓋所述支撐主體151a的整個(gè)背面，而所述支撐主體151a的背面上裝有靶子單元100a的永久磁鐵130a的固定板132a和用作磁場調(diào)節(jié)裝置的永久磁鐵180a的固定板182a，所述磁極部件191b被安裝成覆蓋所述支撐主體151b的整個(gè)背面，而所述支撐主體151b的背面上裝有靶子單元100b的永久磁鐵130b的固定板132b和用作磁場調(diào)節(jié)裝置的永久磁鐵180b的固定板182b。所述連接部件192由具有開口的鐵板形成，且被安裝成覆蓋除了開口之外的整個(gè)開口面71f。在本實(shí)施例中，如圖1中所示，兩個(gè)磁極部件191a和191b的底端被連接到所述連接部件192上。磁極部件191a和191b以及連接部件192，可以通過永久磁鐵130a和130b的磁力以一種足夠堅(jiān)固的形式，被安裝在所述箱形單元上。然而，在本實(shí)施例中，從安全的觀點(diǎn)出發(fā)，所述部分191a、191b和192，通過例如螺絲(沒有示出)，被固定到所述箱形單元上。
在以上所描述的濺射裝置中，所述磁極部件191a和191b相對(duì)于所述靶子單元100a和100b的背面是電絕緣的，所述束縛裝置通過連接部件192被電連接到所述框架71上。因此當(dāng)所述束縛裝置被電接地時(shí)，處于真空室10之外的箱形單元70的所有面被電接地。本實(shí)施例的所述濺射裝置表現(xiàn)出安全性并具有簡單的結(jié)構(gòu)(即，板狀主體(plate-like bodies)組件)，且容易用于現(xiàn)有的箱形單元。由于對(duì)所述基片的磁場泄漏被減少，從保護(hù)底層免受任何損害的觀點(diǎn)出發(fā)，此結(jié)構(gòu)特別適用。在本發(fā)明的所述結(jié)構(gòu)中，所述連接部件192，利用螺栓(沒有示出)經(jīng)O形圈(沒有示出)被密封地安裝在框架71上，且與所述連接部件192相組合的箱形單元70經(jīng)O形圈(沒有示出)被密封地固定到所述室壁11上。從減少磁場向外泄漏的觀點(diǎn)出發(fā)，如本實(shí)施例中的情況那樣，磁極部件191a和191b優(yōu)選地由覆蓋所述單元70的所有對(duì)應(yīng)面的板狀主體形成，且所述板狀連接部件被安裝在安裝磁極部件的面之外的面上，從而用所述束縛裝置覆蓋所述單元70的所有面。對(duì)于所述束縛裝置沒有特別的限制，只要所述束縛裝置能夠磁性地連接到面對(duì)所述永久磁鐵130a和130b的磁極的開口面(open-side)上，所述磁極與其所面對(duì)的磁極相反，從而形成重復(fù)閉合的磁路。因此，所述磁極部件和所述連接部件并非必須由能夠覆蓋所述箱形單元所有面的板狀主體構(gòu)成，且在所述磁極和所述磁極部件(pole section)之間，或者在所述磁極部件和所述連接部件之間可以存在微小的氣隙。盡管連接部件192被設(shè)在本發(fā)明的開口面上，所述連接部件可以沿著開口面之外的任何面來配置。
如圖1中所示，箱形單元70，經(jīng)所述束縛裝置的連接部件192被密封地安裝在真空室10的室壁11上，使得單元70的開口(即框架71的開口面71f)面對(duì)著真空室10。因此，真空室10通過連接螺栓被電連接到框架71上。本實(shí)施例的靶子相互面對(duì)的濺射裝置被構(gòu)造成使得在基片20被傳送的同時(shí)形成所述薄膜。盡管圖1中沒有顯示，一個(gè)已知的基片輸送室(substrate feed chamber)和一個(gè)已知的基片移除室(substrate removal chamber)被連連接在所述真空室10的上游和下游側(cè)，以使在基片20通過傳送滾輪22以預(yù)定的速度被傳送的同時(shí)能夠形成所述薄膜。不用說，在基片20直接地停止于所述箱形單元下面的位置的時(shí)候，可以形成薄膜。在以下所描述的實(shí)驗(yàn)中，薄膜形成于在所述基片20停止時(shí)。
在具有以上所描述結(jié)構(gòu)的箱形單元70中，相互面對(duì)的靶子110a和110b被置于彼此相距一個(gè)預(yù)定距離的位置上，且所述用于約束等離子體的磁場，按照?qǐng)D7中所顯示的傳統(tǒng)濺射裝置中情況那樣被形成。因此，當(dāng)濺射電源被連接到用作陽極的真空室10的室壁11上和被用作陰極的靶子單元100a和100b上，且所述濺射電源被通電的時(shí)候，所述靶子的濺射按照如傳統(tǒng)濺射裝置中的情況那樣被執(zhí)行。
在本實(shí)施例的濺射裝置中，由于除了面對(duì)所述基片的開口面71f之外，所述約束空間120的所有面都由封閉板來覆蓋，濺射粒子僅僅通過所述開口(即，面71f)向著設(shè)在所述真空室10中的基片20上傳播。因此，與其中約束空間的各面被開口的傳統(tǒng)的側(cè)面開口型濺射靶子相比，濺射粒子擴(kuò)散到真空室10中所述基片之外的部分上的情況減少了，且所述靶子的利用效率和所述裝置的維護(hù)性得到了改善。即使在配置多個(gè)箱形單元70的情況下，當(dāng)其間隔被控制在幾個(gè)厘米或更大時(shí)，通過緊湊配置的所述濺射裝置，所述箱形單元之間的相互作用可以得到充分的避免，從而使多層薄膜的形成能夠得以實(shí)現(xiàn)。如圖1中所顯示，與傳統(tǒng)的濺射裝置的情況不同，在本發(fā)明的所述濺射裝置中，所述濺射單元具有箱形的緊湊結(jié)構(gòu)，并被配置在所述真空室10之外。因此，用于容納和傳輸所述基片的真空室的尺寸被大大地減小了，從而使所述裝置的維護(hù)性得到了改善。此外，由于所述真空室的容量被減小，抽空所述真空室的時(shí)間被減少了；即，設(shè)備運(yùn)行效率得到了改善，從而導(dǎo)致了設(shè)備成本的降低和生產(chǎn)率的提高。
在本實(shí)施例中，提供了束縛裝置。因此，如以上所描述，與不包括束縛裝置的傳統(tǒng)的濺射裝置的情況相比，所述面對(duì)型磁場的強(qiáng)度增加了，且從所述開口的端部延伸到箱形單元70外面的磁場強(qiáng)度減弱了。由于磁場強(qiáng)度的所述變化，所述空間中對(duì)所述等離子體的約束，特別是在所述開口處的等離子體約束被增強(qiáng)了，且引導(dǎo)電子等到達(dá)所述基片的向外延伸的磁場的強(qiáng)度減弱了。因此，等離子體、電子等對(duì)于所述基片的泄漏被減少了，因此，與所述傳統(tǒng)濺射裝置的情況相比，薄膜的形成可以在低溫下進(jìn)行，對(duì)于底層的損害可以被減小。另外，由于對(duì)等離子體的約束得到了增強(qiáng)，薄膜形成可以在高真空下進(jìn)行，可以形成雜質(zhì)含量少的高質(zhì)量的薄膜。
在包括有所示束縛裝置的所述濺射裝置中，在所述箱形單元中沿著平行于所述靶子表面方向延伸的磁場的分布(即，磁電管型磁場的分布)，隨著延伸到所述開口之外的磁場強(qiáng)度的降低而變化。由于本實(shí)施例的所述濺射裝置包括能夠僅僅調(diào)節(jié)所述磁電管型磁場的磁場調(diào)節(jié)裝置，前面提到的所述磁場分布可以通過所述磁場調(diào)節(jié)裝置(具體地說，永久磁鐵180a和180b)而得到調(diào)節(jié)，從而使得磁場分布得到優(yōu)化。如以上所描述，當(dāng)所述磁場調(diào)節(jié)裝置與所述束縛裝置結(jié)合使用時(shí)，用于等離子體約束的所述磁場的分布能夠被調(diào)節(jié)成適于形成各種薄膜?；谒纬傻谋∧ぃ谒龃艌龇植贾凶兓男Ч梢员怀浞值睾雎?，在這種情況下，不需要通過所述磁場調(diào)節(jié)裝置來調(diào)節(jié)所述磁場分布。所述磁場分布必須被調(diào)節(jié)成與所要形成的薄膜相適應(yīng)。通常，所述磁場分布的調(diào)節(jié)是在試生產(chǎn)階段決定的。然而，所述磁場分布的調(diào)節(jié)可以基于對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的模擬來確定。
如以上所描述，與傳統(tǒng)的側(cè)面開口型濺射裝置相比，在所述箱形單元中，對(duì)電子的約束在所述單元的約束空間中得到了加強(qiáng)。特別是當(dāng)對(duì)等離子體的約束被增強(qiáng)時(shí)，對(duì)電子的約束得到了相當(dāng)?shù)募訌?qiáng)，導(dǎo)致了熱能化電子從所述箱形單元開口中泄漏。當(dāng)通過反應(yīng)濺射來形成金屬氧化膜或類似的薄膜時(shí)，這個(gè)問題變得特別明顯。
考慮到先前所述，本實(shí)施例的所述濺射裝置，其具有以上所描述的結(jié)構(gòu)，還包括用于直接從所述等離子體約束空間中吸收電子的輔助電極，這是本發(fā)明的一個(gè)特征性特點(diǎn)。所述輔助電極被按照如下描述的方式配置。在本實(shí)施例中，如圖1中所顯示，所述輔助電極由桿狀電極201形成，其被配置在所述箱形單元的等離子體約束空間內(nèi)部的中心線上，或處于所述中心線附近，所述中心線沿著平行于所述靶子的方向延伸。具體地說，如圖5中所顯示，桿狀電極201包括具有預(yù)定長度的直線延伸的主體201a，以及支撐著所述主體的支撐腿201b和201c，所述電極具有一種U型構(gòu)造。所述支撐腿201b和201c被安裝在覆蓋于與開口面71f相面對(duì)的面71e封閉板72e上，支撐腿201b和201c具有預(yù)定長度，以使所述主體201a可以被配置在預(yù)定的位置上。具體地說，每個(gè)支撐腿201b和201c的長度被調(diào)節(jié)成，使得當(dāng)所述封閉板72e被安裝在所述框架71上時(shí)，所述主體201a處于前面提到的中心線附近，所述中心線在所述等離子體封閉空間中沿著垂直于所述基片20的送進(jìn)方向的方向延伸。在本實(shí)施例中，所述主體201a和支撐腿201b和201c由一個(gè)單根的連續(xù)銅管形成。如圖1中所顯示，所述支撐腿201b和201c穿透所述封閉板72e，并延伸到外面，使得所述銅管能夠通過從外面輸送的強(qiáng)制循環(huán)的冷卻水被冷卻。所述支撐腿201b和201c，通過焊接，被密封地安裝在所述封閉板72e上。
對(duì)于所述輔助電極的布置和尺寸沒有特別的限制。在以上所描述的實(shí)施例中，所述電極被配置在所述等離子體約束空間的中央部分，在所述位置上，包括熱能化電子的多余電子被認(rèn)為以最有效的方式被所述電極吸收。然而，從有效吸收熱能化電子的觀點(diǎn)出發(fā)，如圖6中所顯示，兩個(gè)由銅管形成的U形結(jié)構(gòu)的桿狀電極，沿著垂直于所述靶子的方向，被配置在所述封閉板72e的兩端部分。在此情況下，構(gòu)成桿狀電極202的主體部分202a和支撐腿202b和202c的長度，以及構(gòu)成桿狀電極203的主體部分203a和支撐腿203b和203c的長度，被調(diào)整成使得所述電極處于配置成環(huán)繞所述靶子的電子反射板171a的正面附近，熱能化電子傾向于駐留在那里。
當(dāng)所述輔助電極被配置時(shí)，在電子駐留在所述等離子體約束空間中時(shí)發(fā)生的光輻射，被發(fā)現(xiàn)得到了相當(dāng)?shù)臏p少，且在所述薄膜形成過程期間所述基片溫度的增加量被發(fā)現(xiàn)得到了抑止。另外，與利用不包括輔助電極的傳統(tǒng)的濺射裝置來進(jìn)行薄膜形成的情況相比，當(dāng)薄膜形成是通過利用本實(shí)施例的濺射裝置，在與以上的傳統(tǒng)薄膜形成幾乎相同的條件下進(jìn)行時(shí)，在某些情況下，令人驚異的是，發(fā)現(xiàn)所產(chǎn)生薄膜的質(zhì)量得到了改善，且發(fā)現(xiàn)所述薄膜形成速度得到了增加。
當(dāng)本發(fā)明的用于生產(chǎn)復(fù)合薄膜的方法，其中薄膜形成是通過利用所述包括有前面提到的輔助電極的靶子相互面對(duì)的箱形濺射裝置來進(jìn)行的，被用于形成一種復(fù)合薄膜例如金屬氧化薄膜膜時(shí)，能夠在具有低耐熱性的有機(jī)薄膜基片上，例如聚酯薄膜基片上可靠地形成高質(zhì)量的薄膜，同時(shí)所述基片被允許保持在室溫下。
因此，本發(fā)明的方法對(duì)于在例如用于生產(chǎn)EL器件等所要求的有機(jī)材料層上形成電極或保護(hù)膜特別有效。能夠有效地實(shí)施所述方法的電極的實(shí)例包括，銦錫氧化物(ITO)電極和氧化鋅電極。能夠有效地實(shí)施所述方法的保護(hù)膜的實(shí)例包括氧化硅薄膜和氮化硅薄膜。能夠有效地實(shí)施所述方法的基片實(shí)例包括上面形成有有機(jī)材料層的基片，由聚酯或類似材料形成的塑料板，以及塑料薄膜。
在氧化薄膜是利用本發(fā)明的方法形成的情況下，即使當(dāng)氧的濃度被保持在非常低的水平時(shí)，也可以形成高質(zhì)量的復(fù)合薄膜。當(dāng)采用本發(fā)明的方法時(shí)，即使氧的濃度被保持在1％體積或更少，也會(huì)形成質(zhì)量足夠好的薄膜。因此，所述方法對(duì)于防止在薄膜形成過程期間由于采用氧而引起的底層受到損害，和對(duì)于防止底層對(duì)于連續(xù)地層疊在所述底層上的層的不利影響，具有顯著的效果。從防止所述問題的觀點(diǎn)出發(fā)，所述氧的濃度優(yōu)選為1％體積或更少。本發(fā)明的所述方法有利于被用在透明的導(dǎo)電氧化膜的形成，由于當(dāng)主要含有所述靶子氧化物并具有適當(dāng)導(dǎo)電性的濺射靶子被采用時(shí)，具有良好透明性和導(dǎo)電性的薄膜能夠以相對(duì)較高的薄膜形成速度被形成。
如以下所描述，薄膜是通過本發(fā)明所述的生產(chǎn)方法(工作實(shí)例)被形成的，以及薄膜是通過利用不包括輔助電極的傳統(tǒng)的濺射裝置(對(duì)比實(shí)例)被形成的。
實(shí)驗(yàn)1在工作實(shí)例1中，通過利用圖1中的濺射裝置，通過在下列條件下的往復(fù)濺射，含有微量氧的氮化硅薄膜被形成在一個(gè)玻璃片上濺射電源直流電源；靶子硅靶子；氣體氬、氮、和少量的氧的混合氣體。在對(duì)比實(shí)例1中，除了采用不包括有輔助電極的傳統(tǒng)濺射裝置(即，通過由沒有輔助電極的板取代圖1的裝置的封閉板72e而制成的濺射裝置)之外，其它重復(fù)工作實(shí)例1的程序，從而在一個(gè)玻璃基片上形成含有微量的氧的氮化硅薄膜。在工作實(shí)例1和對(duì)比實(shí)例1的每一個(gè)中，所述基片的溫度通過利用安裝在所述基片上的熱電偶來測量。如此形成的薄膜的透光率在510納米的波長下被測量；所述薄膜的表面電阻，通過利用以1.5厘米間隙被平行地放置在所述薄膜上的電極(長度每個(gè)1.5cm)被測量；且所述薄膜的厚度通過利用接觸型厚度計(jì)被測量。所述結(jié)果見表1。
表1

如表1中所顯示，當(dāng)薄膜形成是通過本發(fā)明的方法來進(jìn)行時(shí)，與采用不包括有輔助電極的傳統(tǒng)裝置的情況相比，所述基片溫度的增加量得到了相當(dāng)?shù)囊种?，盡管薄膜形成速度被降低了。所述基片溫度的測量結(jié)果說明，通過本發(fā)明的方法，可以在不對(duì)所述基片產(chǎn)生任何損害的情況下，在用作基片的有機(jī)膜(例如，聚酯薄膜)上形成一層復(fù)合薄膜，同時(shí)所述基片被允許保持在室溫環(huán)境下；即，所述基片不需要經(jīng)過冷卻處理。因此，本發(fā)明的方法具有令人驚異的實(shí)際效果。
實(shí)例2和3在工作實(shí)例2中，通過利用圖1中所顯示的濺射裝置，一種銦錫氧化物(ITO)靶子，和一個(gè)直流電源(濺射電源)，在表2中所顯示的薄膜形成條件下，在玻璃基片上形成了一層ITO薄膜。在工作實(shí)例3中，除了采用通過由圖6中的輔助電極取代圖1中裝置的輔助電極而制成的濺射裝置之外，工作實(shí)例2的程序被重復(fù)，從而在玻璃基片上形成一層ITO薄膜。在對(duì)比實(shí)例2中，除了采用傳統(tǒng)的濺射裝置(即，通過由沒有輔助電極的板取代圖1中裝置的封閉板72e而制成的濺射裝置)，且所述氣壓按照表2中顯示來變化之外，其它重復(fù)工作實(shí)例2的過程，從而在玻璃基片上形成一層ITO薄膜。所述形成的ITO薄膜與另一個(gè)(薄膜)進(jìn)行了對(duì)比。
每個(gè)所述薄膜的透光率、表面電阻和厚度是按照類似于工作實(shí)例1的方式來測量的。所述結(jié)果如表2中所顯示。
表2

如表2中所顯示，與對(duì)比實(shí)例2的情況相比，在工作實(shí)例2的情況下，在薄膜形成過程期間，所述基片溫度的增加量得到了抑止，所述薄膜形成速度增加了。因此，當(dāng)利用工作實(shí)例2中所采用的裝置，來形成與利用所述傳統(tǒng)濺射裝置形成的薄膜具有相同厚度的薄膜時(shí)，與采用所述傳統(tǒng)濺射裝置的情況相比，所述基片溫度的增加量得到了很大的抑止。對(duì)于工作實(shí)例2的所述薄膜，作為用于確定透明導(dǎo)電膜質(zhì)量的重要參數(shù)的透光率和表面電阻被削弱了?？梢韵胂?，所述質(zhì)量變差受到了薄膜形成速度的增加影響。從以下所描述的工作實(shí)例4的結(jié)果看出，薄膜形成速度對(duì)于薄膜質(zhì)量影響是顯而易見的。
如表2所顯示，與對(duì)比實(shí)例2的情況相比，工作實(shí)例3的薄膜透過率和表面電阻得到了極大的改善。與對(duì)比實(shí)例2的情況相比，在工作實(shí)例3的情況下，在薄膜形成過程期間所述基片溫度的增加量得到了稍許抑止。然而，在基片溫度的增加量方面，在工作實(shí)例3和對(duì)比實(shí)例2之間看不出很大的差異。同時(shí)與對(duì)比實(shí)例2的情況相比，在工作實(shí)例3的情況下，薄膜形成速度降低了。如表2所顯示，工作實(shí)例3的ITO薄膜盡管具有較小的厚度，卻表現(xiàn)出低電阻；即，高質(zhì)量。
工作實(shí)例1至3的結(jié)果說明，利用輔助電極，所述基片溫度的增加量能夠得到抑止，且當(dāng)所述輔助電極的形狀和排列被修改時(shí)，薄膜形成速度可以得到增加，或者薄膜質(zhì)量可以得到改善。所述輔助電極的構(gòu)造，可以基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)，根據(jù)想要達(dá)到的目的來適當(dāng)?shù)卮_定。因此，所述輔助電極用作控制用于通過濺射來形成薄膜的條件。
實(shí)驗(yàn)4為了改善工作實(shí)例2中形成的薄膜的質(zhì)量，氬和少量氧氣的氣體混合物被用作濺射氣體。通過利用圖1中的濺射裝置，以一種類似于工作實(shí)例2的方式，ITO薄膜被形成在玻璃基片上或具有40微米厚度的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜基片上。每個(gè)所述薄膜的透光率、表面電阻、和厚度是以一種類似于工作實(shí)例1的方式來測量的。所述結(jié)果見表3。
表3


如表3所顯示，當(dāng)微量(0.8％)的氧氣被加到所述濺射氣體中時(shí)，所產(chǎn)生的ITO薄膜的質(zhì)量得到了改善；即，即使當(dāng)氧的濃度的如此低水平使得所述濺射氣體對(duì)于所述底層完全不會(huì)表現(xiàn)出任何不良影響的時(shí)候，所述ITO薄膜仍然表現(xiàn)出令人滿意的性能。還是如表3所顯示，形成在所述PET薄膜基片上的ITO薄膜表現(xiàn)出高質(zhì)量。形成于所述PET薄膜基片上的ITO薄膜的卷曲(具體地說，ITO薄膜和PET基片的卷曲使得所述PET基片皺縮)，被發(fā)現(xiàn)被抑止到了最小的程度。此外，發(fā)現(xiàn)ITO薄膜形成在低耐熱性的PET膜上而沒有對(duì)所述PET薄膜(即，底層)造成任何損害。與工作實(shí)例2中的情況相比，在工作實(shí)例4中，薄膜形成速度稍微有些降低。
如上所述，當(dāng)采用包括有輔助電極的本發(fā)明的濺射裝置時(shí)，在與利用所述傳統(tǒng)的濺射裝置來形成薄膜的條件不同的薄膜形成條件下，能夠形成高質(zhì)量的薄膜。因此，當(dāng)采用本發(fā)明的所述濺射裝置時(shí)，薄膜形成條件能夠根據(jù)想要達(dá)到的目的來靈活地確定。此外，本發(fā)明的所述濺射裝置可被用于以濺射方式形成薄膜還沒有被應(yīng)用過的領(lǐng)域。
權(quán)利要求
1.一種靶子相互面對(duì)的箱形濺射裝置，其包括箱形的靶子相互面對(duì)的濺射單元和真空室，所述濺射單元包括具有六個(gè)面的矩形的平行六面體框架，其中一個(gè)面用作開口面；以及一對(duì)相互面對(duì)的靶子單元，每個(gè)單元包括一個(gè)靶子和由永久磁鐵形成的環(huán)繞著所述靶子配置的磁場產(chǎn)生裝置，所述磁場產(chǎn)生裝置產(chǎn)生沿著垂直于所述靶子表面的方向延伸的面對(duì)型磁場和沿著平行于所述靶子表面的方向延伸的磁電管型磁場，其中所述靶子單元被配置在位置與所述開口面相鄰的所述框架的第一對(duì)相對(duì)面上，所述框架的第二對(duì)相對(duì)面和剩余的一個(gè)面被封閉，其中，所述濺射單元被配置在所述真空室上，使得所述開口面面對(duì)所述真空室和一個(gè)上面要被形成薄膜的基片，所述基片被置于所述真空室之中；且還包括設(shè)在所述濺射單元內(nèi)部的等離子體約束空間中的吸收電子的輔助電極。
2.如權(quán)利要求1所述的靶子相互面對(duì)的箱形濺射裝置，其中所述成對(duì)的相互面對(duì)的靶子單元中的每一個(gè)都包括具有用于在其中央容納所述靶子的承受部分的支撐部分；一個(gè)在限定了所述承受部分的外圍側(cè)壁中的用于容納永久磁鐵的容納部分；以及用于反射電子的電子反射裝置，其中所述電子反射裝置被配置在所述側(cè)壁的正面端部或所述正面端部的附近。
3.如權(quán)利要求2所述的靶子相互面對(duì)的箱形濺射裝置，其中所述輔助電極被配置在所述電子反射裝置的正面。
4.如權(quán)利要求1所述的靶子相互面對(duì)的箱形濺射裝置，其中所述輔助電極被配置在所述等離子體約束空間的中心線上或所述中心線的附近，所述中心線沿著平行于所述靶子的方向延伸。
5.如權(quán)利要求4所述的靶子相互面對(duì)的箱形濺射裝置，其中所述中心線沿著平行于所述靶子的較長側(cè)的方向延伸。
6.如權(quán)利要求1所述的靶子相互面對(duì)的箱形濺射裝置，其中所述輔助電極是一種由導(dǎo)電材料制成的U型的電極，并被安裝到覆蓋著與所述開口面相對(duì)的面的封閉板上。
7.如權(quán)利要求1所述的靶子相互面對(duì)的箱形濺射裝置，其中所述輔助電極由一種導(dǎo)電管子制成，并被安裝到覆蓋著其對(duì)應(yīng)面的封閉板上，以冷卻所述輔助電極。
8.如權(quán)利要求1所述的靶子相互面對(duì)的箱形濺射裝置，還包括束縛裝置，其磁性地連接面對(duì)著各個(gè)所述靶子單元的永久磁鐵的磁極的開口側(cè)，所述磁極被置于所述單元的外側(cè)。
9.如權(quán)利要求8所述的靶子相互面對(duì)的箱形濺射裝置，其中所述束縛裝置包括在所述面對(duì)著靶子單元的支撐部分上的、由磁性材料構(gòu)成以便覆蓋所述永久磁鐵的磁極開口側(cè)的磁極部件；以及設(shè)在所述箱形濺射單元的一個(gè)面上、以便磁性地連接所述磁極部件的、由磁性材料構(gòu)成的連接部件。
10.如權(quán)利要求9所述的靶子相互面對(duì)的箱形濺射裝置，其中所述連接部件由具有開口的板形成，并被配置在所述箱形濺射單元的開口面上。
11.如權(quán)利要求1所述的靶子相互面對(duì)的箱形濺射裝置，其還包括配置在每個(gè)靶子的背面的主要地用于調(diào)節(jié)磁電管型磁場的磁場調(diào)節(jié)裝置。
12.如權(quán)利要求11所述的靶子相互面對(duì)的箱形濺射裝置，其中所述磁場調(diào)節(jié)裝置是一種磁鐵。
13.一種用于生產(chǎn)復(fù)合薄膜的方法，其中在形成所述復(fù)合薄膜的過程中，所述薄膜是利用一種如權(quán)利要求1中所述的靶子相互面對(duì)的箱形濺射裝置形成的。
14.如權(quán)利要求13所述的生產(chǎn)復(fù)合薄膜的方法，其中所述復(fù)合薄膜是一種氧化物薄膜或氮化物薄膜。
15.如權(quán)利要求14所述的生產(chǎn)復(fù)合薄膜的方法，其中所述復(fù)合薄膜是一種氧化物薄膜，且所述薄膜是通過利用主要地含有構(gòu)成所述薄膜的氧化物的一種氧化物靶子，在存在有用作濺射氣體并含有1％體積或更少量的氧氣的惰性氣體的條件下來形成的。
16.如權(quán)利要求15所述的生產(chǎn)復(fù)合薄膜的方法，其中所述氧化物薄膜是一種透明的導(dǎo)電薄膜。
17.如權(quán)利要求16所述的生產(chǎn)復(fù)合薄膜的方法，其中所述氧化物薄膜是銦錫氧化物薄膜。
18.如權(quán)利要求13所述的生產(chǎn)復(fù)合薄膜的方法，其中所述復(fù)合薄膜是氮化物薄膜，且所述薄膜是通過利用一種用作濺射氣體且含氧量在1％體積或更少的含氮惰性氣體，和主要含有除了氮?dú)庵獾牡锍煞值陌凶觼硇纬傻摹?br> 19.如權(quán)利要求18所述的生產(chǎn)復(fù)合薄膜的方法，其中所述氮化物薄膜是氮化硅薄膜。
20.如權(quán)利要求13所述的生產(chǎn)復(fù)合薄膜的方法，其中所述薄膜是在所述基片被允許置于室溫下的同時(shí)形成的。
21.如權(quán)利要求13所述的生產(chǎn)復(fù)合薄膜的方法，其中所述濺射電流是直流電流。
22.如權(quán)利要求13所述的生產(chǎn)復(fù)合薄膜的方法，其中所述薄膜形成于其上的基片或者所述基片的表面層是由有機(jī)材料形成的。
全文摘要
一種靶子相互面對(duì)的箱形濺射裝置，能夠在低溫下形成高質(zhì)量的復(fù)合薄膜，且對(duì)底層產(chǎn)生最小的損害。該裝置包括濺射單元和真空室，該單元包括矩形平行六面體框架，其中的一個(gè)面用作開口面，和一對(duì)相互面對(duì)的靶子單元，每個(gè)單元包括一個(gè)靶子和環(huán)繞靶子的磁場產(chǎn)生裝置，該裝置產(chǎn)生沿著垂直于靶子表面方向延伸的面對(duì)型磁場和沿著平行于靶子的表面延伸的磁電管型磁場，其中靶子單元被配置在位置與開口面相鄰的框架的第一對(duì)相對(duì)面上，且框架的第二對(duì)相對(duì)面和剩余的一個(gè)面被封閉，其中濺射單元被配置在真空室上，使得開口面對(duì)真空室和薄膜所要形成的基片，基片被置于真空室中；濺射裝置還包括處于等離子體約束空間之中的吸收電子的輔助電極。
文檔編號(hào)H01L51/50GK1576389SQ20031011039
公開日2005年2月9日 申請(qǐng)日期2003年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月28日
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