JP2004115841A - Magnetron sputtering electrode, film deposition system, and film deposition method - Google Patents

Magnetron sputtering electrode, film deposition system, and film deposition method Download PDF

Info

Publication number
JP2004115841A
JP2004115841A JP2002278502A JP2002278502A JP2004115841A JP 2004115841 A JP2004115841 A JP 2004115841A JP 2002278502 A JP2002278502 A JP 2002278502A JP 2002278502 A JP2002278502 A JP 2002278502A JP 2004115841 A JP2004115841 A JP 2004115841A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
target
magnet
magnetic field
magnets
central
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2002278502A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shinichi Yamabe
山辺 真一
Takao Fukunaga
福永 貴生
Masamine Miki
三木 雅峰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shinmaywa Industries Ltd
Original Assignee
Shin Meiva Industry Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shin Meiva Industry Ltd filed Critical Shin Meiva Industry Ltd
Priority to JP2002278502A priority Critical patent/JP2004115841A/en
Publication of JP2004115841A publication Critical patent/JP2004115841A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To allow a substrate W to have a uniform film thickness distribution in a magnetron sputtering electrode which is provided with a magnet apparatus 8 forming leakage magnetic fields on the space on the surface side of a target 6, and with which magnetron sputtering where high density plasma is generated from an inert gas by the leakage magnetic fields owing to the magnet apparatus 8 and is converged on the target 6 is performed to deposit a film on the substrate W. <P>SOLUTION: The magnet apparatus 8 is provided with a central magnet 9 positioned on the central part of a cathode electrode 5, and two peripheral magnets 10 and 11 arranged so as to doubly surround the circumference of the central magnet 9. The polarities on the side of the target 6 in the adjacent magnets 9 to 11 are differentiated. Further, the intensity of the leakage magnetic field M2 formed between the adjoining magnets 10 and 11 in the outer circumferential part of the target 6 is made higher than that of the leakage magnetic field M1 between the adjacent magnets 9 and 10 in the central part, so that sputtering erosion in the surface of the target 6 in the outer circumferential part is made larger than that in the central part, and a film is deposited on the substrate W so that the central part and the peripheral part have the same film thickness. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マグネトロンスパッタ電極及びそれを用いた成膜装置、成膜方法に関する技術分野に属する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、この種のマグネトロンスパッタ電極を用いるマグネトロンスパッタ法は一般に知られており、例えば液晶ディスプレイ、太陽電池、タッチパネル、センサ等に用いられる透明導電膜等を基板に成膜する場合等に用いられる。このマグネトロンスパッタ電極は、不活性ガスの雰囲気を有する真空成膜室内に設置されるもので、カソード電極と、このカソード電極の表面側に基板と平行になるように配置された成膜材料からなるターゲットと、このターゲット表面側の空間に漏洩磁場(漏洩磁界)を形成する磁石装置とを備え、この磁石装置によるターゲット表面側空間に形成された漏洩磁場により、基板からターゲットに放電される2次電子を運動させて不活性ガスから高密度プラズマを生成し、この高密度プラズマをターゲットに収束させるマグネトロンスパッタリングを行って基板に成膜するようになっている。
【0003】
ところで、従来、上記ターゲット表面側の空間に漏洩磁場を形成する磁石装置における磁石のレイアウトとして種々のものが提案されている。例えば図6及び図7に示すように、ターゲット6の中央部に位置する中央磁石9と、この中央磁石9の周りを無端状に取り囲むように配置された1つの周辺磁石10とを設け、両磁石9,10の表面側(ターゲット6側)の極性を互いに異ならせ、例えば図示例のように中央磁石9をN極とし、周辺磁石10はS極としたもの(以下、従来例1という)がある。図中、14はヨークである。
【0004】
このような従来例1の構造としては、例えば特許文献1や特許文献2に示されるものが知られている。前者(特許文献1)のものでは、カソード電極裏面の磁石による磁場をターゲット表面に漏洩させるとともに、ターゲットの外周部を強磁性体で構成して該強磁性体により磁石による磁場の向きを変化させ、ターゲット表面の略全体に亘り漏洩磁場を生じさせることにより、ターゲットのエロージョン領域を広くしてその有効利用を図るようになされている。
【0005】
一方、後者(特許文献2)のものでは、マグネトロンスパッタ法により基板に透明導電膜を成膜する場合に、特定のマグネトロンカソードを用い、そのカソード中央部の磁極からの磁束積分値とカソード外周部の磁極からの磁束積分値との比を所定以上とすることで、低温基板や広い酸素分圧域でも低い比抵抗を有する透明導電膜を安定に製造し得るようにしている。
【0006】
また、磁石装置の他の磁石レイアウトとして、図10及び図11に示すように、上記した中央磁石9と周辺磁石10とからなる組合わせを磁石ユニットとして複数に並設したもの(以下、従来例2という)がある。
【0007】
この従来例2の構造としては、例えば特許文献3に示されるものが知られ、このものでは、矩形状の複数の磁石ユニットをターゲット裏面に配置し、磁石ユニット間を磁気シールドすることで、ターゲットの消耗を均一化するようになされている。
【0008】
さらに、磁石装置の別のレイアウトとして、中央磁石の周りに複数の周辺磁石を多重に取り囲むように配置し、中央部と外周部とを結ぶ方向に沿って隣接する磁石間の表面側の極性を互いに異ならせたもの(図1参照。以下、従来例3という)が提案されている。この従来例3の構造としては、例えば特許文献4、特許文献5及び特許文献6に示されるものが知られている。
【0009】
上記特許文献4に示されるものでは、磁石のN極及びS極を2対以上同心状で多重に配置して、ターゲットの表面にプラズマの多重リングを発生させ、ターゲットのスパッタリングによる消耗むらを少なくして使用効率を高めるようにしている。また、特許文献5に示されるものでは、ターゲットの誘電体の側面外周にマイクロ波を供給して反応ガスを磁場との相互作用により均一にかつ高密度にプラズマ化するとともに、カソード電極裏面の金属電極に高周波電力を印加して、プラズマイオンをターゲットに加速入射させることにより、高真空度及び高密度のプラズマで大面積の基板を均一に処理できるようにしている。さらに、特許文献6に示されるものでは、直流電力をローパスフィルタを介して高周波電力と重畳してターゲットに供給して薄膜を形成する場合に、高周波電力のみを周期的に減少させ又は停止させることにより、直流型の異常放電から高周波による維持型異常放電に移行するのを防止して、生産性を落とすことなくかつ安全に、異常放電を正常放電に戻すようにしている。
【0010】
【特許文献1】
特公平7―107188号公報
【特許文献2】
特開平11―195333号公報
【特許文献3】
特開平6―192833号公報
【特許文献4】
特開平2―80565号公報
【特許文献5】
特開平8―236448号公報
【特許文献6】
特開平11―323543号公報
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来例1〜3のものでは、いずれも以下のような問題があった。すなわち、従来例1の構造では、図7に示すように、中央磁石9と周辺磁石10との間に漏洩磁場Mが形成され、この磁石9,10間の漏洩磁場Mにより高密度プラズマPが生成されるので、図8に示すように、この高密度プラズマPの位置に応じた部分でターゲット6のエロージョンが進行して、その部分がエロージョンレートのピーク位置Eとなる。このため、ターゲット6のエロージョンレートが不均一になって、無駄が生じるばかりでなく、ターゲット6に対向して平行に配置されている基板(図示せず)には、図9(a)に示すように、ターゲット6のエロージョンレートピーク位置E,E,…に対応して膜厚が最大となる2つのピークを持つ成膜部が形成され、両ピークの膜厚分布を合成すると、図9(b)に示すように、中央磁石9に対応する中央部分の膜厚が小さくて、中央磁石9及び周辺磁石10間で高密度プラズマPの発生位置に対応する周縁部分の膜厚が大きい膜厚分布が得られ、基板に対する膜厚分布が不均一になる。
【0012】
また、従来例2の構造では、図11に示すように、上記従来例1の場合と同様に、複数の中央磁石9,9と周辺磁石10,10との間にそれぞれ形成される漏洩磁場M,Mにより高密度プラズマP,Pが生成されるので、図12に示す如く、この高密度プラズマP,Pの位置に応じた部分のターゲット6のエロージョンが進行して、その部分がエロージョンレートのピーク位置Eとなる。このため、従来例1に比較して、ターゲットエロージョンレートが少しは均一にはなるものの、基板には、図13(a)に示すように、ターゲット6のエロージョンレートがピークとなる位置E,E,…に対応して膜厚が最大となる4つのピークを持つ成膜部が形成され、これらピークの膜厚分布を合成すると、図13(b)に示すように、中央部分の膜厚が大きくて周縁部分の膜厚が小さい中高の膜厚分布が得られ、やはり基板に対する膜厚分布が不均一になる。
【0013】
すなわち、この従来例2の構造では、同一面積のターゲット6に対し、従来例1に比べて成膜部がきめ細かくて均質にはなるが、高密度プラズマPの強度やエロージョンレートのピーク位置Eが変えられずに一定であるので、均質に消耗するターゲット6に対向する成膜部の膜厚分布が中高傾向になるのを抑え得ず、膜厚分布を均一にするのに限界がある。
【0014】
さらに、従来例3でも、上記従来例2と同様の原理により、基板の膜厚分布は、中央部分の膜厚が大きくて周縁部分の膜厚が小さくなって不均一になる。
【0015】
本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたもので、その目的は、上記したマグネトロンスパッタ電極における磁石装置の構成に改良を加えることにより、基板に対し均一な膜厚分布が得られるようにすることにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】
上記の目的の達成のため、この発明では、上記従来例3の磁石装置の磁石レイアウトを採用した上で、中央磁石と周辺磁石との間及び周辺磁石間にそれぞれ形成される漏洩磁場の強度を互いに異ならせ、ターゲット外周部のスパッタエロージョンを中央部よりも大きくするようにした。
【0017】
具体的には、請求項1の発明では、不活性ガスの雰囲気を有する真空成膜室内に成膜材料からなるターゲットがカソード電極の表面側で成膜対象としての基板と平行にかつ対向するように配置され、このターゲット表面側の空間に漏洩磁場を形成する磁石装置が設けられ、この磁石装置による漏洩磁場により上記不活性ガスから高密度プラズマを生成してターゲットに収束させるマグネトロンスパッタリングを行い、基板に成膜するようにしたマグネトロンスパッタ電極が前提である。
【0018】
そして、上記磁石装置は、ターゲットの中央部に位置する中央磁石と、この中央磁石の周りを多重に取り囲むように配置された複数の周辺磁石とからなっていて、上記中央部と外周部とを結ぶ方向に沿って隣接する磁石同士のターゲット側の極性が互いに異なっている。
【0019】
また、上記ターゲット表面のスパッタエロージョンが中央部よりも外周部で大きくなるように、上記ターゲットの外周部における隣接磁石間に形成される漏洩磁場の強度が、中央部における隣接磁石間に形成される漏洩磁場の強度よりも大きくされている。
【0020】
上記の構成によると、磁石装置は、ターゲットの中央部に位置する中央磁石と、この中央磁石の周りを多重に取り囲むように配置された複数の周辺磁石とからなっていて、中央部と外周部とを結ぶ方向に沿って隣接する磁石同士のターゲット側の極性が互いに異なっているので、上記と同様に、基板には、ターゲットのエロージョンが最大となる位置に対応して膜厚が最大となる複数(偶数)のピークを持つ成膜部が形成される(図13(a)参照)。
【0021】
そして、仮に、ターゲット外周部における隣接磁石間に形成される漏洩磁場の強度と、中央部における隣接磁石間に形成される漏洩磁場の強度とが同じであると、ターゲット表面のスパッタエロージョンが中央部と外周部とで同じになり、基板の成膜部の膜厚のピークの大きさも同じとなるので、膜厚分布を合成すると、中央部分の膜厚が大きくて周縁部分の膜厚が小さい膜厚分布となる(図13(b)参照)。
【0022】
しかし、この発明では、上記ターゲットの外周部における隣接磁石間に形成される漏洩磁場の強度が、中央部における隣接磁石間に形成される漏洩磁場の強度よりも大きいので、ターゲット表面のスパッタエロージョンが中央部よりも外周部で大きくなり、このスパッタエロージョンの不均一化により基板の成膜部の膜厚のピークの大きさも外周部の方が中央部よりも大きくなり、これらピークの膜厚分布を合成すると、中央部分の膜厚と周縁部分の膜厚とが同じ膜厚分布が得られ、よって基板に対する膜厚分布を均一にすることができる。
【0023】
請求項2の発明では、上記中央磁石又は周辺磁石の少なくともいずれか1つが電磁石からなり、この電磁石の磁力調整により、ターゲットの外周部と内周部との間の漏洩磁場強度比が変更可能とされていることを特徴とする。
【0024】
こうすると、中央磁石又は周辺磁石の少なくともいずれか1つからなる電磁石の磁力を調整することにより、ターゲットの外周部と内周部との間の漏洩磁場強度比が変更される。このことで、ターゲット外周部における隣接磁石間に形成される漏洩磁場の強度を中央部における隣接磁石間に形成される漏洩磁場の強度よりも大に保ちつつ、両者の漏洩磁場の強度を相対的に変えることができ、基板の膜厚分布を任意に調整又は変更することができる。
【0025】
請求項3の発明では、周辺磁石が矩形枠状に配置されている。また、請求項4の発明では、周辺磁石が環状に配置されている。これらの発明によると、周辺磁石の望ましい形状が得られる。
【0026】
請求項5の発明では、上記請求項1〜4のいずれか1つのマグネトロンスパッタ電極を備えた成膜装置を設ける。このことで、ターゲットのマグネトロンスパッタリングにより、基板に対し膜厚分布を均一に成膜できる成膜装置が得られる。
【0027】
請求項6の発明では、上記と同様に、不活性ガスの雰囲気を有する真空成膜室内に成膜材料からなるターゲットがカソード電極の表面側で成膜対象としての基板と平行にかつ対向するように配置され、このターゲット表面側の空間に漏洩磁場を形成する磁石装置が設けられ、この磁石装置による漏洩磁場により上記不活性ガスから高密度プラズマを生成してターゲットに収束させるマグネトロンスパッタリングを行い、基板に成膜する成膜方法が前提である。
【0028】
そして、上記磁石装置は、ターゲットの中央部に位置する中央磁石と、該中央磁石の周りを多重に取り囲むように配置された複数の周辺磁石とからなっていて、上記中央部と外周部とを結ぶ方向に沿って隣接する磁石同士のターゲット側の極性が互いに異なっており、上記ターゲット表面のスパッタエロージョンが中央部よりも外周部で大きくなるように、上記ターゲットの外周部における隣接磁石間に形成される漏洩磁場の強度を、中央部における隣接磁石間に形成される漏洩磁場の強度よりも大きくする。この発明でも、上記請求項1の発明と同様の作用効果が得られる。
【0029】
請求項7の発明では、上記請求項6の発明の成膜方法において、中央磁石又は周辺磁石の少なくともいずれか1つを電磁石とし、上記電磁石の磁力調整により、ターゲットの外周部と内周部との間の漏洩磁場強度比を変更する。この発明でも、上記請求項2の発明と同様の作用効果が得られる。
【0030】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図5は本発明の実施形態に係る成膜装置Aを示し、1は真空槽、2は該真空槽1内に形成されて真空状態に保たれる真空成膜室で、この真空成膜室2内は、例えばArガス等の不活性ガスが供給されて該不活性ガスの雰囲気を有する。
【0031】
上記真空槽1自体(真空成膜室2の壁部)はアノード電極となるもので、真空成膜室2内の例えば上部には、例えば液晶ディスプレイ、太陽電池、タッチパネル、センサ等に用いられる透明導電膜等が成膜される成膜対象としての基板Wが後述のターゲット6と対面した位置に配置されている。この基板Wはアノード電極側の真空槽1から基板ホルダ3により電気的に導通した状態で保持されており、基板ホルダ3及び基板Wは真空槽1(アノード電極)と同じ電位に保たれている(尚、基板ホルダ3及び基板Wは真空槽1と絶縁されて、中間の電位や別の電位とされていてもよい)。
【0032】
上記真空槽1の例えば下壁部には矩形状の開口1aが形成され、この開口1aを閉塞するように真空成膜室2内の下部にマグネトロンスパッタ電極4が設置されている。このマグネトロンスパッタ電極4は、上側(真空成膜室2の内側)に向かって開口されかつ上記開口1aに嵌合可能な矩形箱状のカソード電極5を備え、このカソード電極5の側壁下部の外周には底壁部の延長上に延びるフランジ部5aが突設されており、カソード電極5を真空槽1の開口1aに電気絶縁のための隙間をあけて嵌合して、フランジ部5aを絶縁体5bを介して開口1a周りの真空槽1下壁部外面(下面)に取り付けることにより、真空槽1の開口1aが気密状に閉塞されている。
【0033】
上記カソード電極5の表面側(基板ホルダ3側)には成膜材料からなる平板状のターゲット6が上記基板Wと平行にかつ対向するように配置されている。このターゲット6は上記カソード電極5と同じ大きさの矩形板状のもので、そのカソード電極5の開口部を液密状に密封しており、このターゲット6により密封されたカソード電極5の内部は、冷却水が充填されて循環されている。
【0034】
そして、上記ターゲット6とカソード電極5との間(カソード電極5の内部)には、ターゲット6表面側の空間に漏洩磁場M1,M2を形成する磁石装置8が配置されており、真空槽1並びにそれに導通される基板ホルダ3及び基板Wと、カソード電極5との間に高周波電力を供給(又は高圧の直流電圧を印加)することで、基板Wからカソード電極5側に向かう電界を形成して放電させ、この放電によりカソード電極5から生じる2次電子を磁石装置8による漏洩磁場M1,M2においてターゲット6の表面と平行な成分により運動させて上記不活性ガスに衝突させることで、高密度プラズマP1,P2を生成してターゲット6に収束させるマグネトロンスパッタリングを行い、基板Wに成膜して成膜部W1を形成するようにしている。
【0035】
本発明の特徴は上記磁石装置8にある。すなわち、図1及び図2に示すように、磁石装置8は、カソード電極5内の底面上に配置された磁性材料からなるヨーク14と、このヨーク14上に、ターゲット6(カソード電極5)の中央部に位置するように配置された矩形直棒状の永久磁石からなる中央磁石9と、ヨーク14上に、上記中央磁石9の周りを略一定間隔をあけて取り囲むように矩形枠状に配置された永久磁石からなる内側周辺磁石10と、ヨーク14上に、内側周辺磁石10の周りを略一定間隔をあけて取り囲むように矩形枠状に配置された永久磁石からなる外側周辺磁石11とを備えている。各周辺磁石10,11は1対の短辺部12,12と1対の長辺部13,13とを、短辺部12,12同士及び長辺部13,13同士が互いに対向しかつ短辺部12及び長辺部13の各々の内側(中央磁石9側)の隅角部が接するように矩形枠状に配置してなる。よって、2つの周辺磁石10,11は、中央磁石9の周りを2重に取り囲むように配置されている。
【0036】
上記中央磁石9及び外側周辺磁石11の表面側(ターゲット6側)の極性はいずれも例えばN極に、また内側周辺磁石10の表面側(ターゲット6側)の極性はS極にそれぞれ設定されており、ターゲット6の中央部と外周部とを結ぶ方向に沿って隣接する磁石9〜11同士のターゲット6側の極性が互いに異なっている。
【0037】
そして、図2に示すように、ターゲット6外周部において隣接する外側及び内側周辺磁石10,11間に形成される漏洩磁場M2の強度が、中央部において隣接する内側周辺磁石10及び中央磁石9の間に形成される漏洩磁場M1の強度よりも大きくされていて、図3に示す如く、この各漏洩磁場M1,M2に応じて形成されるターゲット6表面のスパッタエロージョンが中央部よりも外周部で大きくなるように設定されている。図3中、Eはターゲットエロージョンレートのピーク位置である。
【0038】
したがって、この実施形態においては、マグネトロンスパッタ電極4の磁石装置8は、カソード電極5の中央部に位置する中央磁石9と、この中央磁石9の周りを2重に取り囲むように配置された内外2つの周辺磁石10,11とを備えていて、ターゲット6の中央部と外周部とを結ぶ方向に沿って隣接する磁石9〜11同士の表面側(ターゲット6側)の極性が互いに異なっているので、図4(a)に示すように、基板Wには、ターゲット6のエロージョンレートのピーク位置E,E,…(図3参照)に対応して膜厚が最大となる4つのピークを持つ成膜部W1が形成される。
【0039】
そして、図2に示すように、上記ターゲット6外周部における隣接磁石10,11間に形成される漏洩磁場M2の強度が中央部における隣接磁石9,10間に形成される漏洩磁場M1の強度よりも大きいので、この漏洩磁場M2により生成される高密度プラズマP2の強度が漏洩磁場M1により生成される高密度プラズマP1よりも増大し、図3に示す如く、ターゲット6表面のスパッタエロージョンが中央部よりも外周部で大きくなる。このスパッタエロージョンの不均一化により、基板Wの成膜部W1の膜厚の4つのピークの大きさも外周部の方が中央部よりも大きくなり、これら4つのピークの膜厚分布を合成すると、仮にターゲット6外周部における隣接磁石10,11間に形成される漏洩磁場M2の強度と中央部における隣接磁石9,10間に形成される漏洩磁場M1の強度とが同じで、ターゲット6表面のスパッタエロージョンが中央部と外周部とで同じになる場合(図12及び図13参照)のように中央部分の膜厚が周縁部分よりも大きくなることはなく、中央部分の膜厚と周縁部分の膜厚とが同じ膜厚分布を得ることができる。よって基板Wに対する成膜部W1の膜厚分布を均一にすることができる。
【0040】
(他の実施形態)
尚、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の他の実施形態を包含している。例えば、上記実施形態では、マグネトロンスパッタ電極4の磁石装置8における中央磁石9及び2つの周辺磁石10,11としていずれも永久磁石を用いているが、これら中央磁石9及び2つの周辺磁石10,11の少なくとも1つを電磁石に代え、その電磁石の磁力(磁束密度)の調整により、ターゲット6の外周部と内周部との間の漏洩磁場M1,M2の強度比を変更可能としてもよい。尚、その場合、ターゲット6外周部における隣接磁石10,11間に形成される漏洩磁場M2の強度を中央部における隣接磁石9,10間に形成される漏洩磁場M1の強度よりも大きくするのは勿論である。
【0041】
こうすると、中央磁石9又は周辺磁石10,11の少なくともいずれか1つからなる電磁石の磁力を調整して、ターゲット6の外周部と内周部との間の漏洩磁場M1,M2の強度比が変更されるので、ターゲット6外周部における隣接磁石10,11間に形成される漏洩磁場M2の強度を中央部における隣接磁石9,10間に形成される漏洩磁場M1の強度よりも大きく保ちつつ、両者の漏洩磁場M1,M2の強度を相対的に変えることができ、基板Wの膜厚分布を任意に調整又は変更することができる。
【0042】
また、上記実施形態では、2重の周辺磁石10,11を設けているが、3重以上にしてもよいのはいうまでもない。
【0043】
さらに、上記実施形態では、周辺磁石10,11を矩形枠状に配置しているが、円状、長円状、楕円状等の環状、或いはその他の形状に配置することもでき、基板Wやターゲット6の形状に応じて変更すればよい。
【0044】
【発明の効果】
以上説明した如く、請求項1又は6の発明によると、ターゲット表面側の空間に漏洩磁場を形成する磁石装置を備え、この磁石装置による漏洩磁場により不活性ガスから高密度プラズマを生成してターゲットに収束させるマグネトロンスパッタリングを行い、基板に成膜する場合において、磁石装置を、ターゲットの中央部に位置する中央磁石と、この中央磁石の周りを多重に取り囲むように配置された複数の周辺磁石とを備えたものとし、隣接する磁石同士のターゲット側の極性を互いに異ならせるとともに、ターゲットの外周部における隣接磁石間に形成される漏洩磁場の強度を、中央部における隣接磁石間の漏洩磁場の強度よりも大きくしたことにより、ターゲット表面のスパッタエロージョンを中央部よりも外周部で大きくして、基板にその中央部分と周縁部分とが同じ膜厚となるように成膜でき、よって基板に対するマグネトロンスパッタリングによる成膜時の膜厚分布を均一にして成膜品質の向上を図ることができる。
【0045】
請求項2又は7の発明によると、中央磁石又は周辺磁石の少なくともいずれか1つを電磁石として、この電磁石の磁力調整により、ターゲットの外周部と内周部との間の漏洩磁場強度比を変更可能としたことにより、ターゲット外周部における隣接磁石間に形成される漏洩磁場の強度を中央部における隣接磁石間の漏洩磁場強度よりも大に保ちつつ、両者の漏洩磁場の強度を相対的に変えて、基板の膜厚分布を任意に調整又は変更することができる。
【0046】
請求項3の発明では、周辺磁石を矩形枠状に配置した。また、請求項4の発明では、周辺磁石を環状に配置した。これらの発明によると、周辺磁石の望ましい形状が得られる。
【0047】
請求項5の発明によれば、請求項1〜4のいずれか1つのマグネトロンスパッタ電極を備えた成膜装置を設けたことにより、ターゲットのマグネトロンスパッタリングにより、基板に対し膜厚分布を均一に成膜できる成膜装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係るマグネトロンスパッタ電極の平面図である。
【図2】マグネトロンスパッタ電極の断面図である。
【図3】ターゲットエロージョンを示す断面図である。
【図4】基板に対する成膜部の膜厚分布を示す図である。
【図5】実施形態に係る成膜装置の概略図である。
【図6】従来例1を示す図1相当図である。
【図7】従来例1を示す図2相当図である。
【図8】従来例1を示す図3相当図である。
【図9】従来例1を示す図4相当図である。
【図10】従来例2を示す図1相当図である。
【図11】従来例2を示す図2相当図である。
【図12】従来例2を示す図3相当図である。
【図13】従来例2を示す図4相当図である。
【符号の説明】
A 成膜装置
W 基板
W1 成膜部
M1,M2 漏洩磁場
P1,P2 高密度プラズマ
1 真空槽
2 真空成膜室
4 マグネトロンスパッタ電極
5 カソード電極
6 ターゲット
8 磁石装置
9 中央磁石
10 内側周辺磁石
11 外側周辺磁石
14 ヨーク
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention belongs to a technical field related to a magnetron sputter electrode, a film forming apparatus using the same, and a film forming method.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a magnetron sputtering method using a magnetron sputtering electrode of this type is generally known, and is used, for example, when a transparent conductive film or the like used for a liquid crystal display, a solar cell, a touch panel, a sensor, or the like is formed on a substrate. . The magnetron sputter electrode is installed in a vacuum film forming chamber having an atmosphere of an inert gas, and includes a cathode electrode and a film forming material arranged on the surface side of the cathode electrode so as to be parallel to the substrate. A target, and a magnet device for forming a leakage magnetic field (leakage magnetic field) in a space on the surface side of the target; a secondary magnetic field discharged from the substrate to the target by the leakage magnetic field formed in the space on the target surface side by the magnet device. Electrons are moved to generate high-density plasma from an inert gas, and magnetron sputtering for converging the high-density plasma on a target is performed to form a film on a substrate.
[0003]
By the way, conventionally, various magnet layouts have been proposed in a magnet device that forms a leakage magnetic field in the space on the target surface side. For example, as shown in FIGS. 6 and 7, a central magnet 9 located at the center of the target 6 and one peripheral magnet 10 arranged so as to endlessly surround the central magnet 9 are provided. The polarities of the magnets 9 and 10 on the surface side (target 6 side) are made different from each other. For example, the central magnet 9 has an N pole and the peripheral magnet 10 has an S pole as shown in the illustrated example (hereinafter referred to as Conventional Example 1). There is. In the figure, 14 is a yoke.
[0004]
As such a structure of Conventional Example 1, for example, those shown in Patent Literature 1 and Patent Literature 2 are known. In the former (Patent Document 1), the magnetic field generated by the magnet on the back surface of the cathode electrode is leaked to the target surface, and the outer periphery of the target is formed of a ferromagnetic material, and the direction of the magnetic field generated by the magnet is changed by the ferromagnetic material. By generating a leakage magnetic field over substantially the entire surface of the target, the erosion area of the target is widened to effectively use the target.
[0005]
On the other hand, in the case of the latter (Patent Document 2), when a transparent conductive film is formed on a substrate by magnetron sputtering, a specific magnetron cathode is used, and a magnetic flux integral value from a magnetic pole at the center of the cathode and a cathode outer periphery are used. By setting the ratio to the integral value of the magnetic flux from the magnetic pole to a predetermined value or more, a transparent conductive film having a low specific resistance can be stably manufactured even in a low-temperature substrate or a wide oxygen partial pressure region.
[0006]
As another magnet layout of a magnet device, as shown in FIGS. 10 and 11, a combination of the above-described central magnet 9 and peripheral magnet 10 is arranged in plural as a magnet unit (hereinafter, a conventional example). 2).
[0007]
As a structure of the conventional example 2, for example, a structure disclosed in Patent Document 3 is known. In this structure, a plurality of rectangular magnet units are arranged on the back surface of the target, and a magnetic shield is provided between the magnet units. It is made to even out the wear of the.
[0008]
Furthermore, as another layout of the magnet device, a plurality of peripheral magnets are arranged so as to surround the central magnet in a multiplex manner, and the polarity of the surface side between adjacent magnets along the direction connecting the central portion and the outer peripheral portion is determined. One different from each other (see FIG. 1, hereinafter referred to as Conventional Example 3) has been proposed. As the structure of the conventional example 3, for example, those shown in Patent Literature 4, Patent Literature 5, and Patent Literature 6 are known.
[0009]
In the technique disclosed in Patent Document 4, two or more pairs of N poles and S poles of a magnet are concentrically arranged in multiple pairs to generate multiple rings of plasma on the surface of the target, thereby reducing unevenness in consumption due to sputtering of the target. To increase usage efficiency. In the technique disclosed in Patent Document 5, a microwave is supplied to the outer periphery of a side surface of a dielectric of a target to make a reaction gas uniform and high-density by interaction with a magnetic field. By applying high-frequency power to the electrodes and causing plasma ions to be accelerated and incident on the target, a large-area substrate can be uniformly treated with high-vacuum and high-density plasma. Furthermore, in the technique disclosed in Patent Document 6, when a DC power is superimposed on a high-frequency power through a low-pass filter and supplied to a target to form a thin film, only the high-frequency power is periodically reduced or stopped. Thus, it is possible to prevent a transition from abnormal direct-current discharge to abnormal sustained discharge due to high frequency, and to safely return abnormal discharge to normal discharge without reducing productivity.
[0010]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Publication No. 7-107188 [Patent Document 2]
JP-A-11-195333 [Patent Document 3]
JP-A-6-192833 [Patent Document 4]
JP-A-2-80565 [Patent Document 5]
JP-A-8-236448 [Patent Document 6]
JP-A-11-323543
[Problems to be solved by the invention]
However, all of the above-mentioned conventional examples 1 to 3 have the following problems. That is, in the structure of the conventional example 1, as shown in FIG. 7, a leakage magnetic field M is formed between the center magnet 9 and the peripheral magnet 10, and the high-density plasma P is generated by the leakage magnetic field M between the magnets 9 and 10. As shown in FIG. 8, the erosion of the target 6 proceeds at a portion corresponding to the position of the high-density plasma P, and the portion becomes a peak position E of the erosion rate. For this reason, the erosion rate of the target 6 becomes non-uniform, causing not only waste, but also a substrate (not shown) arranged in parallel to the target 6 as shown in FIG. As described above, a film-forming portion having two peaks having the maximum film thickness corresponding to the erosion rate peak positions E, E,... Of the target 6 is formed, and the film thickness distribution of both peaks is synthesized. As shown in b), the thickness of the central portion corresponding to the central magnet 9 is small, and the thickness of the peripheral portion corresponding to the position where the high-density plasma P is generated between the central magnet 9 and the peripheral magnet 10 is large. A distribution is obtained, and the film thickness distribution with respect to the substrate becomes non-uniform.
[0012]
Further, in the structure of Conventional Example 2, as shown in FIG. 11, similarly to the case of Conventional Example 1, the leakage magnetic field M formed between the plurality of central magnets 9, 9 and the peripheral magnets 10, 10, respectively. , M, the high-density plasmas P, P are generated, and as shown in FIG. 12, the erosion of the target 6 at a portion corresponding to the position of the high-density plasmas P, P proceeds, and the portion has an erosion rate. The peak position E is reached. Therefore, although the target erosion rate is slightly uniform as compared with the conventional example 1, the positions E and E at which the erosion rate of the target 6 reaches a peak as shown in FIG. ,... Are formed, and the film thickness distributions of these peaks are combined, as shown in FIG. 13 (b). A medium-to-high film thickness distribution with a large and small film thickness at the peripheral portion is obtained, and again the film thickness distribution with respect to the substrate becomes non-uniform.
[0013]
That is, in the structure of the conventional example 2, the film forming portion is finer and more uniform than the conventional example 1 with respect to the target 6 having the same area, but the intensity of the high-density plasma P and the peak position E of the erosion rate are reduced. Since the film thickness is constant without being changed, it cannot be suppressed that the film thickness distribution of the film-forming portion facing the target 6 that is uniformly consumed tends to be in the middle and high, and there is a limit in making the film thickness distribution uniform.
[0014]
Further, in Conventional Example 3 as well, in accordance with the same principle as in Conventional Example 2, the film thickness distribution of the substrate becomes non-uniform because the film thickness at the center is large and the film thickness at the peripheral portion is small.
[0015]
The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to improve the configuration of the magnet device in the above-described magnetron sputtering electrode so that a uniform film thickness distribution can be obtained on the substrate. It is in.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention employs the magnet layout of the magnet device of Conventional Example 3 described above, and further reduces the strength of the leakage magnetic field formed between the central magnet and the peripheral magnet and between the peripheral magnets. They were made different from each other, and the sputter erosion at the outer peripheral portion of the target was made larger than that at the central portion.
[0017]
Specifically, according to the first aspect of the present invention, a target made of a film-forming material is placed in a vacuum film-forming chamber having an atmosphere of an inert gas so as to be parallel to and opposed to a substrate as a film-forming target on the surface side of a cathode electrode. A magnet device that forms a leakage magnetic field in the space on the target surface side is provided, and magnetron sputtering that generates high-density plasma from the inert gas by the leakage magnetic field by the magnet device and converges on the target is performed. It is assumed that a magnetron sputter electrode is formed on the substrate.
[0018]
The magnet device includes a central magnet located at a central portion of the target, and a plurality of peripheral magnets arranged so as to surround the central magnet in a multiplex manner. The magnets adjacent to each other along the connecting direction have different polarities on the target side.
[0019]
Further, the intensity of the leakage magnetic field formed between the adjacent magnets at the outer peripheral portion of the target is formed between the adjacent magnets at the central portion such that the sputter erosion on the target surface becomes larger at the outer peripheral portion than at the central portion. It is set to be larger than the strength of the stray magnetic field.
[0020]
According to the configuration described above, the magnet device includes a central magnet located at the central portion of the target, and a plurality of peripheral magnets arranged so as to surround the central magnet in a multiplex manner. Since the magnets adjacent to each other along the direction connecting the two have different polarities on the target side, the substrate has the maximum film thickness corresponding to the position where the erosion of the target is maximum, as described above. A film forming portion having a plurality (even number) of peaks is formed (see FIG. 13A).
[0021]
If the strength of the stray magnetic field formed between the adjacent magnets in the outer peripheral portion of the target is the same as the strength of the stray magnetic field formed between the adjacent magnets in the central portion, the sputter erosion on the target surface is reduced to the central portion. And the outer periphery, and the magnitude of the peak of the film thickness in the film-forming portion of the substrate is also the same. Therefore, when the film thickness distribution is combined, the film having a large thickness in the central portion and a small thickness in the peripheral portion is obtained. It becomes a thickness distribution (see FIG. 13B).
[0022]
However, according to the present invention, the intensity of the stray magnetic field formed between the adjacent magnets in the outer peripheral portion of the target is greater than the strength of the stray magnetic field formed between the adjacent magnets in the central portion. At the outer periphery than at the center, the sputter erosion becomes non-uniform, and the peak of the film thickness at the film-forming portion of the substrate also becomes larger at the outer periphery than at the center. When combined, a film thickness distribution in which the film thickness in the center portion and the film thickness in the peripheral portion are the same is obtained, and therefore, the film thickness distribution with respect to the substrate can be made uniform.
[0023]
According to the second aspect of the present invention, at least one of the central magnet and the peripheral magnet is formed of an electromagnet, and by adjusting the magnetic force of the electromagnet, the leakage magnetic field intensity ratio between the outer peripheral portion and the inner peripheral portion of the target can be changed. It is characterized by having been done.
[0024]
In this case, by adjusting the magnetic force of the electromagnet including at least one of the central magnet and the peripheral magnet, the leakage magnetic field intensity ratio between the outer peripheral portion and the inner peripheral portion of the target is changed. As a result, while maintaining the strength of the stray magnetic field formed between the adjacent magnets at the outer periphery of the target at a greater value than the strength of the stray magnetic field formed between the adjacent magnets at the center, the strength of the stray magnetic field between the two is relatively increased. The thickness distribution of the substrate can be arbitrarily adjusted or changed.
[0025]
In the invention according to claim 3, the peripheral magnets are arranged in a rectangular frame shape. In the invention according to claim 4, the peripheral magnets are arranged annularly. According to these inventions, a desirable shape of the peripheral magnet is obtained.
[0026]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a film forming apparatus including the magnetron sputtering electrode according to any one of the first to fourth aspects. Thus, a film forming apparatus capable of forming a film with a uniform film thickness distribution on a substrate by magnetron sputtering of a target can be obtained.
[0027]
According to the sixth aspect of the present invention, similarly to the above, a target made of a film forming material is placed in a vacuum film forming chamber having an atmosphere of an inert gas so as to be parallel and opposed to a substrate to be formed on the surface side of the cathode electrode. A magnet device that forms a leakage magnetic field in the space on the target surface side is provided, and magnetron sputtering that generates high-density plasma from the inert gas by the leakage magnetic field by the magnet device and converges on the target is performed. A method for forming a film on a substrate is premised.
[0028]
The magnet device includes a central magnet located at a central portion of the target, and a plurality of peripheral magnets arranged so as to surround the central magnet in a multiplex manner. The magnets adjacent to each other along the connecting direction have different polarities on the target side, and are formed between adjacent magnets on the outer peripheral portion of the target so that sputter erosion on the target surface is larger at the outer peripheral portion than at the central portion. The strength of the leaked magnetic field is made larger than the strength of the leaked magnetic field formed between the adjacent magnets at the center. According to this invention, the same operation and effect as those of the first aspect can be obtained.
[0029]
According to a seventh aspect of the present invention, in the film forming method of the sixth aspect, at least one of the center magnet and the peripheral magnet is an electromagnet, and the outer peripheral portion and the inner peripheral portion of the target are adjusted by adjusting the magnetic force of the electromagnet. Between the stray magnetic field strength ratios. According to this invention, the same operation and effect as those of the second aspect can be obtained.
[0030]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 5 shows a film forming apparatus A according to an embodiment of the present invention, in which 1 is a vacuum chamber, 2 is a vacuum film forming chamber formed in the vacuum tank 1 and kept in a vacuum state. The inside 2 is supplied with an inert gas such as Ar gas, for example, and has an atmosphere of the inert gas.
[0031]
The vacuum chamber 1 itself (the wall portion of the vacuum film forming chamber 2) serves as an anode electrode. For example, in the upper part of the vacuum film forming chamber 2, a transparent material used for a liquid crystal display, a solar cell, a touch panel, a sensor, or the like is provided. A substrate W as a film formation target on which a conductive film or the like is formed is arranged at a position facing a target 6 described later. The substrate W is held in a state of being electrically conducted from the vacuum chamber 1 on the anode electrode side by the substrate holder 3, and the substrate holder 3 and the substrate W are maintained at the same potential as the vacuum chamber 1 (anode electrode). (Note that the substrate holder 3 and the substrate W may be insulated from the vacuum chamber 1 and set at an intermediate potential or another potential).
[0032]
For example, a rectangular opening 1a is formed in a lower wall portion of the vacuum chamber 1, and a magnetron sputter electrode 4 is provided at a lower portion in the vacuum film forming chamber 2 so as to close the opening 1a. The magnetron sputtering electrode 4 includes a rectangular box-shaped cathode electrode 5 which is opened upward (inside of the vacuum deposition chamber 2) and can be fitted into the opening 1a. Is provided with a flange portion 5a projecting over the extension of the bottom wall portion, and the cathode electrode 5 is fitted into the opening 1a of the vacuum chamber 1 with a gap for electrical insulation, and the flange portion 5a is insulated. The opening 1a of the vacuum chamber 1 is hermetically closed by being attached to the outer surface (lower surface) of the lower wall of the vacuum chamber 1 around the opening 1a via the body 5b.
[0033]
On the surface side of the cathode electrode 5 (substrate holder 3 side), a flat target 6 made of a film-forming material is arranged in parallel with and opposed to the substrate W. The target 6 is in the form of a rectangular plate having the same size as the above-mentioned cathode electrode 5, and the opening of the cathode electrode 5 is sealed in a liquid-tight manner. The cooling water is filled and circulated.
[0034]
Further, between the target 6 and the cathode electrode 5 (inside the cathode electrode 5), a magnet device 8 for forming the leakage magnetic fields M1 and M2 in a space on the surface side of the target 6 is arranged. By supplying high-frequency power (or applying a high DC voltage) between the substrate holder 3 and the substrate W and the cathode electrode 5 that are electrically connected to the cathode W, an electric field from the substrate W toward the cathode electrode 5 is formed. By discharging, secondary electrons generated from the cathode electrode 5 by this discharge are moved by a component parallel to the surface of the target 6 in the stray magnetic fields M1 and M2 by the magnet device 8 to collide with the inert gas to produce high-density plasma. Magnetron sputtering that generates P1 and P2 and converges it on the target 6 is performed, and a film is formed on the substrate W to form a film forming unit W1.
[0035]
The feature of the present invention resides in the magnet device 8 described above. That is, as shown in FIGS. 1 and 2, the magnet device 8 includes a yoke 14 made of a magnetic material disposed on the bottom surface in the cathode electrode 5, and a target 6 (cathode electrode 5) A central magnet 9 composed of a rectangular straight rod-shaped permanent magnet arranged to be located at the center, and a rectangular frame-shaped arrangement on the yoke 14 so as to surround the central magnet 9 at substantially constant intervals. An inner peripheral magnet 10 made of a permanent magnet and an outer peripheral magnet 11 made of a permanent magnet arranged on a yoke 14 in a rectangular frame shape so as to surround the inner peripheral magnet 10 at substantially constant intervals. ing. Each of the peripheral magnets 10, 11 has a pair of short sides 12, 12 and a pair of long sides 13, and the short sides 12, 12 and the long sides 13, 13 face each other and are short. They are arranged in a rectangular frame shape so that corners inside (side of the center magnet 9) of each of the side portion 12 and the long side portion 13 are in contact with each other. Therefore, the two peripheral magnets 10 and 11 are arranged so as to double surround the center magnet 9.
[0036]
The polarities on the surface side (target 6 side) of the central magnet 9 and the outer peripheral magnet 11 are both set to, for example, N pole, and the polarities on the surface side (target 6 side) of the inner peripheral magnet 10 are set to the S pole. The magnets 9 to 11 adjacent to each other along the direction connecting the central portion and the outer peripheral portion of the target 6 have different polarities on the target 6 side.
[0037]
Then, as shown in FIG. 2, the strength of the leakage magnetic field M2 formed between the adjacent outer and inner peripheral magnets 10 and 11 in the outer peripheral portion of the target 6 increases the intensity of the adjacent inner peripheral magnet 10 and central magnet 9 in the central portion. As shown in FIG. 3, the intensity of the leakage magnetic field M1 formed between the target 6 and the sputter erosion formed on the surface of the target 6 in accordance with the respective leakage magnetic fields M1 and M2 is larger at the outer peripheral portion than at the central portion. It is set to be large. In FIG. 3, E is the peak position of the target erosion rate.
[0038]
Therefore, in this embodiment, the magnet device 8 of the magnetron sputter electrode 4 includes a center magnet 9 located at the center of the cathode electrode 5 and an inner and outer 2 arranged so as to surround the center magnet 9 doubly. Since two peripheral magnets 10 and 11 are provided, and the magnets 9 to 11 adjacent to each other along the direction connecting the central portion and the outer peripheral portion of the target 6 have different polarities on the surface side (target 6 side). As shown in FIG. 4A, the substrate W has four peaks at which the film thickness becomes maximum corresponding to the peak positions E, E,... Of the erosion rate of the target 6 (see FIG. 3). The film part W1 is formed.
[0039]
As shown in FIG. 2, the intensity of the leakage magnetic field M2 formed between the adjacent magnets 10 and 11 in the outer peripheral portion of the target 6 is greater than the intensity of the leakage magnetic field M1 formed between the adjacent magnets 9 and 10 in the central portion. Therefore, the intensity of the high-density plasma P2 generated by the leakage magnetic field M2 is higher than that of the high-density plasma P1 generated by the leakage magnetic field M1, and as shown in FIG. It becomes larger at the outer peripheral part. Due to the non-uniformity of the sputter erosion, the size of the four peaks of the film thickness of the film-forming portion W1 of the substrate W also becomes larger at the outer peripheral portion than at the central portion. If the intensity of the leakage magnetic field M2 formed between the adjacent magnets 10 and 11 in the outer peripheral portion of the target 6 and the intensity of the leakage magnetic field M1 formed between the adjacent magnets 9 and 10 in the central portion are the same, the sputtering on the surface of the target 6 is performed. As in the case where the erosion is the same between the central portion and the outer peripheral portion (see FIGS. 12 and 13), the film thickness at the central portion does not become larger than that at the peripheral portion. A film thickness distribution having the same thickness can be obtained. Therefore, the film thickness distribution of the film formation unit W1 with respect to the substrate W can be made uniform.
[0040]
(Other embodiments)
It should be noted that the present invention is not limited to the above embodiment, but includes various other embodiments. For example, in the above-described embodiment, permanent magnets are used as the central magnet 9 and the two peripheral magnets 10 and 11 in the magnet device 8 of the magnetron sputtering electrode 4, but these central magnet 9 and the two peripheral magnets 10 and 11 are used. May be replaced with an electromagnet, and by adjusting the magnetic force (magnetic flux density) of the electromagnet, the intensity ratio of the leakage magnetic fields M1 and M2 between the outer peripheral portion and the inner peripheral portion of the target 6 may be changed. In this case, the strength of the stray magnetic field M2 formed between the adjacent magnets 10 and 11 in the outer peripheral portion of the target 6 is made larger than the strength of the stray magnetic field M1 formed between the adjacent magnets 9 and 10 in the central portion. Of course.
[0041]
In this case, the magnetic force of the electromagnet including at least one of the central magnet 9 and the peripheral magnets 10 and 11 is adjusted so that the intensity ratio of the leakage magnetic fields M1 and M2 between the outer peripheral portion and the inner peripheral portion of the target 6 is reduced. Since the intensity of the leakage magnetic field M2 formed between the adjacent magnets 10 and 11 in the outer peripheral portion of the target 6 is larger than the intensity of the leakage magnetic field M1 formed between the adjacent magnets 9 and 10 in the central portion, The intensity of the leakage magnetic fields M1 and M2 can be relatively changed, and the film thickness distribution of the substrate W can be arbitrarily adjusted or changed.
[0042]
In the above embodiment, the double peripheral magnets 10 and 11 are provided. However, it goes without saying that the peripheral magnets may be triple or more.
[0043]
Furthermore, in the above-described embodiment, the peripheral magnets 10 and 11 are arranged in a rectangular frame shape. However, the peripheral magnets 10 and 11 may be arranged in a ring shape such as a circular shape, an elliptical shape, an elliptical shape, or other shapes. What is necessary is just to change according to the shape of the target 6.
[0044]
【The invention's effect】
As described above, according to the first or sixth aspect of the present invention, there is provided a magnet device for forming a stray magnetic field in a space on the target surface side, and a high-density plasma is generated from an inert gas by the stray magnetic field by the magnet device. In the case of performing magnetron sputtering to converge on the substrate, when forming a film on the substrate, a magnet device, a central magnet located in the center of the target, and a plurality of peripheral magnets arranged so as to surround the central magnet in multiple layers The adjacent magnets have different target-side polarities, and the strength of the stray magnetic field formed between the adjacent magnets at the outer periphery of the target is reduced by the strength of the stray magnetic field between the adjacent magnets at the center. The sputter erosion on the target surface is made larger at the outer periphery than at the center, Its central portion and peripheral portion can be formed to have the same thickness, thus it is possible to improve the deposition quality by the uniform film thickness distribution at the time of film formation by magnetron sputtering to the substrate to.
[0045]
According to the invention of claim 2 or 7, at least one of the central magnet and the peripheral magnet is used as an electromagnet, and the magnetic force of the electromagnet is adjusted to change the leakage magnetic field intensity ratio between the outer peripheral portion and the inner peripheral portion of the target. By making it possible, the intensity of the stray magnetic field formed between the adjacent magnets at the outer periphery of the target is maintained greater than that between the adjacent magnets at the center, while the intensity of the stray magnetic field between the two is relatively changed. Thus, the thickness distribution of the substrate can be arbitrarily adjusted or changed.
[0046]
In the invention of claim 3, the peripheral magnets are arranged in a rectangular frame shape. In the invention according to claim 4, the peripheral magnets are arranged annularly. According to these inventions, a desirable shape of the peripheral magnet is obtained.
[0047]
According to the fifth aspect of the present invention, by providing the film forming apparatus provided with the magnetron sputtering electrode according to any one of the first to fourth aspects, the target is subjected to magnetron sputtering so that the film thickness distribution is uniformly formed on the substrate. A film forming apparatus capable of forming a film is obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view of a magnetron sputter electrode according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view of a magnetron sputter electrode.
FIG. 3 is a sectional view showing target erosion.
FIG. 4 is a diagram showing a film thickness distribution of a film forming unit with respect to a substrate.
FIG. 5 is a schematic diagram of a film forming apparatus according to an embodiment.
FIG. 6 is a diagram corresponding to FIG.
FIG. 7 is a diagram corresponding to FIG. 2, showing Conventional Example 1.
FIG. 8 is a diagram corresponding to FIG. 3, showing Conventional Example 1.
FIG. 9 is a diagram corresponding to FIG. 4, showing Conventional Example 1.
FIG. 10 is a diagram corresponding to FIG.
11 is a diagram corresponding to FIG. 2, showing Conventional Example 2. FIG.
FIG. 12 is a diagram corresponding to FIG. 3, showing Conventional Example 2.
FIG. 13 is a diagram corresponding to FIG.
[Explanation of symbols]
A Film forming apparatus W Substrate W1 Film forming section M1, M2 Leakage magnetic field P1, P2 High density plasma 1 Vacuum chamber 2 Vacuum film forming chamber 4 Magnetron sputter electrode 5 Cathode electrode 6 Target 8 Magnet device 9 Central magnet 10 Inner peripheral magnet 11 Outside Peripheral magnet 14 yoke

Claims (7)

不活性ガスの雰囲気を有する真空成膜室内に成膜材料からなるターゲットがカソード電極の表面側で成膜対象としての基板と平行にかつ対向するように配置され、該ターゲット表面側の空間に漏洩磁場を形成する磁石装置が設けられ、該磁石装置による漏洩磁場により上記不活性ガスから高密度プラズマを生成してターゲットに収束させるマグネトロンスパッタリングを行い、基板に成膜するようにしたマグネトロンスパッタ電極において、
上記磁石装置は、ターゲットの中央部に位置する中央磁石と、該中央磁石の周りを多重に取り囲むように配置された複数の周辺磁石とからなっていて、上記中央部と外周部とを結ぶ方向に沿って隣接する磁石同士のターゲット側の極性が互いに異なっており、
上記ターゲット表面のスパッタエロージョンが中央部よりも外周部で大きくなるように、上記ターゲットの外周部における隣接磁石間に形成される漏洩磁場の強度が、中央部における隣接磁石間に形成される漏洩磁場の強度よりも大きくされていることを特徴とするマグネトロンスパッタ電極。
A target made of a film forming material is arranged in a vacuum film forming chamber having an atmosphere of an inert gas so as to be parallel to and opposed to a substrate to be formed on the surface side of the cathode electrode, and leaks into a space on the target surface side. A magnet device for forming a magnetic field is provided, and magnetron sputtering is performed so that a high-density plasma is generated from the inert gas by a leakage magnetic field by the magnet device and converged on a target, and the magnetron sputtering electrode is formed on the substrate. ,
The magnet device includes a central magnet located at a central portion of the target, and a plurality of peripheral magnets arranged so as to surround the central magnet in a multiplex manner, and a direction connecting the central portion and an outer peripheral portion. The magnets adjacent to each other have different target-side polarities,
The intensity of the stray magnetic field formed between adjacent magnets in the outer peripheral portion of the target is increased so that the sputter erosion on the target surface becomes larger in the outer peripheral portion than in the central portion. A magnetron sputter electrode characterized in that the strength is greater than the strength of the magnetron sputter electrode.
請求項1のマグネトロンスパッタ電極において、
中央磁石又は周辺磁石の少なくともいずれか1つが電磁石からなり、
上記電磁石の磁力調整により、ターゲットの外周部と内周部との間の漏洩磁場強度比が変更可能とされていることを特徴とするマグネトロンスパッタ電極。
The magnetron sputtering electrode according to claim 1,
At least one of the central magnet and the peripheral magnet is made of an electromagnet,
A magnetron sputtering electrode, wherein a leakage magnetic field intensity ratio between an outer peripheral portion and an inner peripheral portion of the target can be changed by adjusting a magnetic force of the electromagnet.
請求項1又は2のマグネトロンスパッタ電極において、
周辺磁石が矩形枠状に配置されていることを特徴とするマグネトロンスパッタ電極。
The magnetron sputter electrode according to claim 1 or 2,
A magnetron sputtering electrode, wherein peripheral magnets are arranged in a rectangular frame shape.
請求項1又は2のマグネトロンスパッタ電極において、
周辺磁石が環状に配置されていることを特徴とするマグネトロンスパッタ電極。
The magnetron sputter electrode according to claim 1 or 2,
A magnetron sputtering electrode, wherein peripheral magnets are arranged in a ring shape.
請求項1〜4のいずれか1つのマグネトロンスパッタ電極を備えたことを特徴とする成膜装置。A film forming apparatus comprising the magnetron sputter electrode according to claim 1. 不活性ガスの雰囲気を有する真空成膜室内に成膜材料からなるターゲットがカソード電極の表面側で成膜対象としての基板と平行にかつ対向するように配置され、該ターゲット表面側の空間に漏洩磁場を形成する磁石装置が設けられ、該磁石装置による漏洩磁場により上記不活性ガスから高密度プラズマを生成してターゲットに収束させるマグネトロンスパッタリングを行い、基板に成膜する成膜方法において、
上記磁石装置は、ターゲットの中央部に位置する中央磁石と、該中央磁石の周りを多重に取り囲むように配置された複数の周辺磁石とからなっていて、上記中央部と外周部とを結ぶ方向に沿って隣接する磁石同士のターゲット側の極性が互いに異なっており、
上記ターゲット表面のスパッタエロージョンが中央部よりも外周部で大きくなるように、上記ターゲットの外周部における隣接磁石間に形成される漏洩磁場の強度を、中央部における隣接磁石間に形成される漏洩磁場の強度よりも大きくすることを特徴とする成膜方法。
A target made of a film forming material is arranged in a vacuum film forming chamber having an atmosphere of an inert gas so as to be parallel to and opposed to a substrate to be formed on the surface side of the cathode electrode, and leaks into a space on the target surface side. A magnet device for forming a magnetic field is provided, and magnetron sputtering for generating high-density plasma from the inert gas by a leakage magnetic field by the magnet device and converging it on a target is performed.
The magnet device includes a central magnet located at a central portion of the target, and a plurality of peripheral magnets arranged so as to surround the central magnet in a multiplex manner, and a direction connecting the central portion and an outer peripheral portion. The magnets adjacent to each other have different target-side polarities,
The intensity of the stray magnetic field formed between adjacent magnets in the outer peripheral portion of the target is set so that the sputter erosion on the target surface becomes larger in the outer peripheral portion than in the central portion. A film formation method characterized by making the strength larger than the strength of the film.
請求項6の成膜方法において、
中央磁石又は周辺磁石の少なくともいずれか1つを電磁石とし、
上記電磁石の磁力調整により、ターゲットの外周部と内周部との間の漏洩磁場強度比を変更することを特徴とする成膜方法。
The film forming method according to claim 6,
At least one of the central magnet and the peripheral magnet is an electromagnet,
A film forming method, wherein a leakage magnetic field intensity ratio between an outer peripheral portion and an inner peripheral portion of a target is changed by adjusting a magnetic force of the electromagnet.
JP2002278502A 2002-09-25 2002-09-25 Magnetron sputtering electrode, film deposition system, and film deposition method Pending JP2004115841A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002278502A JP2004115841A (en) 2002-09-25 2002-09-25 Magnetron sputtering electrode, film deposition system, and film deposition method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002278502A JP2004115841A (en) 2002-09-25 2002-09-25 Magnetron sputtering electrode, film deposition system, and film deposition method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2004115841A true JP2004115841A (en) 2004-04-15

Family

ID=32273764

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002278502A Pending JP2004115841A (en) 2002-09-25 2002-09-25 Magnetron sputtering electrode, film deposition system, and film deposition method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2004115841A (en)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007131895A (en) * 2005-11-09 2007-05-31 Ulvac Japan Ltd Magnetron sputtering electrode, and sputtering apparatus provided with magnetron sputtering electrode
WO2008059814A1 (en) * 2006-11-17 2008-05-22 Ulvac, Inc. Magnetron sputter electrode, and sputtering device having the magnetron sputter electrode
JP2008127602A (en) * 2006-11-17 2008-06-05 Ulvac Japan Ltd Magnetron sputtering electrode, and sputtering system provided with magnetron sputtering electrode
JP2008127601A (en) * 2006-11-17 2008-06-05 Ulvac Japan Ltd Magnetron sputtering electrode, and sputtering system provided with magnetron sputtering electrode
JP2013104073A (en) * 2011-11-11 2013-05-30 Ulvac Japan Ltd Magnetron spattering device and magnetron spattering method
JP2020139212A (en) * 2019-03-01 2020-09-03 株式会社アルバック Cathode unit for magnetron sputtering device
KR20200138176A (en) 2019-05-28 2020-12-09 가부시키가이샤 알박 Sputtering device, thin film manufacturing method
CN112290905A (en) * 2020-11-10 2021-01-29 四川大学 Technology for frequency-up regulation of quartz resonator based on magnetron sputtering
CN115161605A (en) * 2022-06-07 2022-10-11 苏州德耐纳米科技有限公司 Magnetic field design method of magnetron sputtering target material
CN115287614A (en) * 2022-07-22 2022-11-04 宣城开盛新能源科技有限公司 Method for improving TCO film thickness uniformity of CIGS chip and film coating device

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007131895A (en) * 2005-11-09 2007-05-31 Ulvac Japan Ltd Magnetron sputtering electrode, and sputtering apparatus provided with magnetron sputtering electrode
WO2008059814A1 (en) * 2006-11-17 2008-05-22 Ulvac, Inc. Magnetron sputter electrode, and sputtering device having the magnetron sputter electrode
JP2008127602A (en) * 2006-11-17 2008-06-05 Ulvac Japan Ltd Magnetron sputtering electrode, and sputtering system provided with magnetron sputtering electrode
JP2008127601A (en) * 2006-11-17 2008-06-05 Ulvac Japan Ltd Magnetron sputtering electrode, and sputtering system provided with magnetron sputtering electrode
KR101117105B1 (en) * 2006-11-17 2012-02-22 가부시키가이샤 알박 Magnetron sputter electrode, and sputtering device having the magnetron sputter electrode
US8172993B2 (en) 2006-11-17 2012-05-08 Ulvac, Inc. Magnetron sputtering electrode, and sputtering apparatus provided with magnetron sputtering electrode
JP2013104073A (en) * 2011-11-11 2013-05-30 Ulvac Japan Ltd Magnetron spattering device and magnetron spattering method
JP2020139212A (en) * 2019-03-01 2020-09-03 株式会社アルバック Cathode unit for magnetron sputtering device
KR20200138176A (en) 2019-05-28 2020-12-09 가부시키가이샤 알박 Sputtering device, thin film manufacturing method
CN113056573A (en) * 2019-05-28 2021-06-29 株式会社爱发科 Sputtering apparatus and thin film manufacturing method
CN112290905A (en) * 2020-11-10 2021-01-29 四川大学 Technology for frequency-up regulation of quartz resonator based on magnetron sputtering
CN112290905B (en) * 2020-11-10 2024-03-22 四川大学 Method for adjusting up-conversion of quartz resonator based on magnetron sputtering
CN115161605A (en) * 2022-06-07 2022-10-11 苏州德耐纳米科技有限公司 Magnetic field design method of magnetron sputtering target material
CN115287614A (en) * 2022-07-22 2022-11-04 宣城开盛新能源科技有限公司 Method for improving TCO film thickness uniformity of CIGS chip and film coating device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101271560B1 (en) Chamber shield for vacuum physical vapor deposition
KR101256856B1 (en) Shaped anode and anode-shield connection for vacuum physical vapor deposition
JP5824072B2 (en) Sputtering equipment
TW201402851A (en) Method for sputtering for processes with a pre-stabilized plasma
KR20020005512A (en) Biased shield in a magnetron sputter reactor
JP2010537041A (en) Low impedance plasma
WO2000026430A1 (en) Sputtering apparatus
CN1341159A (en) Plasma deposition method and apparatus with magnetic bucket and concentric plasma and material source
JP4307628B2 (en) Flat plate gas introduction device for CCP reaction vessel
JP4945566B2 (en) Capacitively coupled magnetic neutral plasma sputtering system
US20040084151A1 (en) Magnetron plasma etching apparatus
KR20130129859A (en) Sputtering method
JP2004115841A (en) Magnetron sputtering electrode, film deposition system, and film deposition method
KR102192566B1 (en) Sputter deposition source, sputter deposition apparatus, and method of depositing a layer on a substrate
US20130105309A1 (en) Magnetron sputtering apparatus
JPH02163373A (en) Thin film forming device
JP5363166B2 (en) Sputtering method
US20090205950A1 (en) Film deposition apparatus and film deposition method
JP2010248576A (en) Magnetron sputtering apparatus
JP4408987B2 (en) Plasma processing equipment for sputter processing
KR20110122456A (en) Apparatus and method for manufacturing liquid crystal display device
JP7369411B1 (en) Sputtering deposition source and deposition equipment
JP2020002441A (en) Facing target sputtering film deposition apparatus
JP2001220671A (en) Plasma treating system for application to sputter film deposition
JP2006169610A (en) Sputtering system

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Effective date: 20050506

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

A977 Report on retrieval

Effective date: 20080225

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

A131 Notification of reasons for refusal

Effective date: 20080311

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

A02 Decision of refusal

Effective date: 20080701

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02