JP2007031817A - Sputtering apparatus and sputtering method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sputtering apparatus capable of preventing any non-erosive area from remaining on a target, and depositing a film of a uniform quality when performing the responsive sputtering. <P>SOLUTION: The sputtering apparatus 2 has at least four targets 241 arranged side by side at predetermined intervals in a vacuum chamber 21, and AC power sources E connected to two targets one by one out of the targets arranged side by side so as to alternately apply the negative potential and the positive potential or the grounding potential thereto, and each AC power source E is connected to the two targets 241 not adjacent to each other. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、スパッタリング装置及びスパッタリング方法に関する。   The present invention relates to a sputtering apparatus and a sputtering method.

膜形成においては、成膜速度が速い等の利点から、マグネトロンスパッタリング方式がよく利用されている。マグネトロンスパッタリング方式では、ターゲットの後方に交互に極性を変えた複数の磁石から構成される磁石組立体を設置し、この磁石組立体によってターゲットの前方に磁束を形成して電子を捕捉することでターゲット前方での電子密度を高め、これらの電子と真空チャンバー内に導入されるガスとの衝突確率を高めてプラズマ密度を高くしてスパッタリングする。   In film formation, a magnetron sputtering method is often used because of its advantages such as high film formation speed. In the magnetron sputtering method, a magnet assembly composed of a plurality of magnets whose polarities are alternately changed is installed behind the target, and a magnetic flux is formed in front of the target by this magnet assembly to capture the target. Sputtering is performed by increasing the electron density in the front, increasing the collision probability between these electrons and the gas introduced into the vacuum chamber, and increasing the plasma density.

ところで、近年、基板が大きくなるにつれてマグネトロンスパッタリング装置も大型化している。このようなものとして、複数のターゲットを並設することで大面積の基板に対し成膜することができるスパッタリング装置が知られている(例えば、特許文献1)。   By the way, in recent years, as the substrate becomes larger, the magnetron sputtering apparatus is also enlarged. As such, a sputtering apparatus that can form a film on a large-area substrate by arranging a plurality of targets in parallel is known (for example, Patent Document 1).

このスパッタリング装置では、ターゲット相互間にターゲットから飛び出した2次電子等を捕捉するためのアノードやシールドなどの構成部品を設けていることから、各ターゲットを近接して設けることができず、ターゲット相互間の間隔が広くなる。これらのターゲット相互間からはスパッタリング粒子が放出されないことから、基板表面のうちターゲット間に対向した部分では成膜速度が極めて遅くなり、膜厚の面内均一性が悪くなる。   In this sputtering apparatus, since components such as an anode and a shield for capturing secondary electrons jumping out of the targets are provided between the targets, the targets cannot be provided close to each other. The interval between them becomes wider. Since no sputtered particles are emitted from between these targets, the deposition rate is extremely slow at the portion of the substrate surface facing the target, and the in-plane uniformity of the film thickness deteriorates.

このような問題点を解決すべく、図1に示すようなスパッタリング装置が考えられている。スパッタリング装置1は、その真空チャンバー11内部に所定の間隔を空けて並設した複数のターゲット12a〜12dと、相互に隣接するターゲット(12aと12b、12cと12d)を接続する2つの交流電源Eとを有している。このスパッタリング装置1は、1個の交流電源が接続されたターゲットの一方をカソード、他方をアノードとし、交互にスパッタリングするため、ターゲット相互間にアノードなどの構成部品を設ける必要がなく、ターゲットを近接して配置することができる。
特表2002−508447号公報(例えば、特許請求の範囲の記載。)
In order to solve such problems, a sputtering apparatus as shown in FIG. 1 is considered. The sputtering apparatus 1 includes two AC power supplies E that connect a plurality of targets 12a to 12d arranged in parallel at a predetermined interval in the vacuum chamber 11 and targets adjacent to each other (12a and 12b, 12c and 12d). And have. In this sputtering apparatus 1, since one of the targets to which one AC power supply is connected is used as a cathode and the other as an anode, sputtering is performed alternately, so there is no need to provide components such as an anode between the targets, and the targets are close to each other. Can be arranged.
JP-T-2002-508447 (for example, description of claims)

しかしながら、ターゲットを相互に近接して並設すると、隣接するターゲット端部の上部空間121に放出された電子がアノードに流入することにより、プラズマPが発生しないため、ターゲットの端部はスパッタリングされず、非侵食領域として残ってしまう。この場合に、磁束を非侵食領域の前方に平行移動させても、ターゲット端部を侵食することはできず、ターゲット全面に亘って侵食することができないため、ターゲットの利用効率が悪い。また、非侵食領域が残ることで、スパッタリング中の異常放電やパーティクルの原因にもなる。   However, if the targets are juxtaposed in close proximity to each other, the electrons emitted into the upper space 121 of the adjacent target ends flow into the anode, so that no plasma P is generated, and therefore the ends of the targets are not sputtered. It will remain as a non-erodible area. In this case, even if the magnetic flux is translated in front of the non-eroding region, the target end cannot be eroded, and the entire surface of the target cannot be eroded. In addition, the remaining non-erodible region causes abnormal discharge and particles during sputtering.

また、1個の交流電源が接続された相互に隣接するターゲット間でプラズマPが発生するため、プラズマ密度が他の空間に比べて低い空間122が生じる。この場合、スパッタリング装置1に反応ガスを導入して反応性スパッタリングを行うと、プラズマ密度が低い部分では反応が促進されず、基板S面内での膜質が均一にならない。   Further, since plasma P is generated between adjacent targets to which one AC power supply is connected, a space 122 having a plasma density lower than that of other spaces is generated. In this case, when reactive sputtering is performed by introducing a reactive gas into the sputtering apparatus 1, the reaction is not promoted at a portion where the plasma density is low, and the film quality in the surface of the substrate S is not uniform.

そこで、本発明の課題は、上記従来技術の問題点を解決することにあり、ターゲット上に非侵食領域が残らず、かつ、反応性スパッタリングを行う場合には、均一な膜質の膜を形成できるスパッタリング装置を提供しようとするものである。   Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-described problems of the prior art, and when a non-erodible region does not remain on the target and reactive sputtering is performed, a film having a uniform film quality can be formed. A sputtering apparatus is to be provided.

本発明のスパッタリング装置は、真空チャンバー内に所定の間隔を置いて並設した少なくとも4枚以上のターゲットと、並設されたターゲットのうち2枚のターゲットに対して負電位及び正電位又は接地電位を交互に印加する交流電源とを備え、各交流電源を相互に隣接しない2枚のターゲットに接続したことを特徴とする。   The sputtering apparatus of the present invention includes at least four or more targets arranged in parallel in a vacuum chamber at a predetermined interval, and negative potential, positive potential, or ground potential with respect to two targets among the arranged targets. The AC power supply is alternately applied, and each AC power supply is connected to two targets that are not adjacent to each other.

各交流電源と相互に隣接しない2枚のターゲットとを接続したことで、アノードとカソードとの間の距離が広がり、電子がアノードに流入することがない。これにより、プラズマがターゲットの前方で発生し、ターゲット全面に亘って侵食することができる。   By connecting each AC power supply and two targets that are not adjacent to each other, the distance between the anode and the cathode is increased, and electrons do not flow into the anode. Thereby, plasma is generated in front of the target and can be eroded over the entire surface of the target.

また、1枚以上のターゲットを隔てた2枚のターゲットを接続することで、各プラズマが互いに重複して発生しプラズマ密度が低い空間が生じないため、基板前方でのプラズマ密度が略均一となり、反応性スパッタリングを行う場合、膜質が均一な膜を形成することができる。   In addition, by connecting two targets separated by one or more targets, each plasma is generated overlapping each other, so that a space with low plasma density does not occur, so that the plasma density in front of the substrate becomes substantially uniform, When reactive sputtering is performed, a film having a uniform film quality can be formed.

本発明のスパッタリング装置は、各ターゲットの前方に磁束を形成するように各ターゲットの後方に配置された複数の磁石から構成される磁石組立体と、磁束がターゲットに対して平行移動するようにこれらの磁石組立体を駆動する駆動手段とを備えることが好ましい。磁石組立体を左右に平行移動することで、ターゲット全面を略均一に侵食することができる。   The sputtering apparatus of the present invention includes a magnet assembly composed of a plurality of magnets arranged behind each target so as to form a magnetic flux in front of each target, and these so that the magnetic flux moves in parallel with respect to the target. It is preferable to provide a driving means for driving the magnet assembly. By translating the magnet assembly from side to side, the entire target surface can be eroded substantially uniformly.

また、この磁石組立体を各ターゲット後方にそれぞれ配置すると、各磁石が相互に干渉して磁場バランスが崩れることも考えられる。このような場合には、各磁石組立体によって形成される磁束の密度を略均一にする磁束密度補正手段を備えることが好ましい。   In addition, if this magnet assembly is disposed behind each target, the magnets may interfere with each other and the magnetic field balance may be lost. In such a case, it is preferable to provide a magnetic flux density correction means for making the density of the magnetic flux formed by each magnet assembly substantially uniform.

また、本発明のスパッタリング方法は、真空チャンバー内に所定の間隔を置いて並設された少なくとも4枚以上のターゲットに対向する位置に基板を搬送し、並設されたターゲットのうち相互に隣接しない2枚のターゲットに対して負電位及び正電位又は接地電位を交互に印加し、ターゲット上にプラズマを発生させて基板上に薄膜を形成することを特徴とする。   Further, the sputtering method of the present invention transports the substrate to a position facing at least four or more targets arranged in parallel in the vacuum chamber at a predetermined interval, and is not adjacent to each other among the arranged targets. A thin film is formed on a substrate by alternately applying a negative potential and a positive potential or a ground potential to two targets to generate plasma on the target.

本発明のスパッタリング装置によれば、ターゲット上に非侵食領域が残らず、また、反応性スパッタリングを行った場合には、形成された膜の膜質が均一であるという優れた効果を奏し得る。   According to the sputtering apparatus of the present invention, there is no non-erodible region left on the target, and when reactive sputtering is performed, an excellent effect that the film quality of the formed film is uniform can be obtained.

図2によれば、本発明のスパッタリング装置2は、枚葉式のものであり、大気雰囲気のウエハーカセット(図示せず)から基板Sが搬送され、ストックされるロードロックチャンバー20と、スパッタリングを行う真空チャンバー21と、ロードロックチャンバー20と真空チャンバー21との間に設けられたトランスファーチャンバー22とを備えている。ロードロックチャンバー20、トランスファーチャンバー22及び真空チャンバー21はそれぞれ仕切りバルブを介して接続されている。ロードロックチャンバー20、真空チャンバー21及びトランスファーチャンバー22には、図示しないが、真空ポンプが接続されていると共に、その真空度をモニターする真空計が配設されている。   According to FIG. 2, the sputtering apparatus 2 of the present invention is of a single wafer type, and a substrate S is transferred from a wafer cassette (not shown) in an atmospheric atmosphere and stocked, and sputtering is performed. A vacuum chamber 21 to be performed, and a transfer chamber 22 provided between the load lock chamber 20 and the vacuum chamber 21 are provided. The load lock chamber 20, the transfer chamber 22, and the vacuum chamber 21 are connected to each other via a partition valve. Although not shown, the load lock chamber 20, the vacuum chamber 21, and the transfer chamber 22 are connected to a vacuum pump and a vacuum gauge for monitoring the degree of vacuum.

ロードロックチャンバー20には、基板Sが装着された基板ホルダーを搬送する搬送アームが設けられている。この搬送アームによって外部(ウエハーカセット)から、基板ホルダーに装着された基板Sをロードロックチャンバー20に収容する。   The load lock chamber 20 is provided with a transfer arm for transferring a substrate holder on which the substrate S is mounted. The substrate S mounted on the substrate holder is accommodated in the load lock chamber 20 from the outside (wafer cassette) by this transfer arm.

トランスファーチャンバー22には、搬送ロボット(図示せず)が設けられており、所定の真空度までロードロックチャンバー20を真空排気した後、仕切りバルブを開けて、同じ真空度に真空排気したトランスファーチャンバー22に基板Sを搬送する。その後、トランスファーチャンバー22と真空チャンバー21との間の仕切りバルブを開けて、搬送ロボットにより基板Sを真空チャンバー21へと搬送する。   The transfer chamber 22 is provided with a transfer robot (not shown). After the load lock chamber 20 is evacuated to a predetermined degree of vacuum, the partition valve is opened and the transfer chamber 22 is evacuated to the same degree of vacuum. The substrate S is transferred to the substrate. Thereafter, the partition valve between the transfer chamber 22 and the vacuum chamber 21 is opened, and the substrate S is transferred to the vacuum chamber 21 by the transfer robot.

この真空チャンバー21には、ガス導入手段23が設けられている(図3を参照)。ガス導入手段23は、マスフローコントローラー231a、231bを介設したガス導入管232を介してガス源233a、233bにそれぞれ接続している。ガス源233a、233bにはアルゴン等のスパッタリングガスや、HO、O、Nなどの反応ガスが封入されており、これらのガスは、マスフローコントローラー231a、231bによって真空チャンバー21に一定の流量で導入することができる。 The vacuum chamber 21 is provided with gas introduction means 23 (see FIG. 3). The gas introduction means 23 is connected to gas sources 233a and 233b via gas introduction pipes 232 provided with mass flow controllers 231a and 231b, respectively. The gas sources 233a and 233b are filled with a sputtering gas such as argon or a reactive gas such as H 2 O, O 2 or N 2 , and these gases are fixed in the vacuum chamber 21 by the mass flow controllers 231a and 231b. It can be introduced at a flow rate.

真空チャンバー21内部に搬送された基板Sと対向する位置には、ターゲット組立体24が配置される。ターゲット組立体24は、略長方体に形成された6枚のターゲット241a〜241fを有する。これらのターゲット241a〜241fは、ITO、Al合金、Moなど基板上に成膜する膜の組成に応じて公知の方法で製造されたものであり、冷却用のバッキングプレート(図示せず)が接合されている。   A target assembly 24 is disposed at a position facing the substrate S transferred into the vacuum chamber 21. The target assembly 24 includes six targets 241a to 241f formed in a substantially rectangular parallelepiped shape. These targets 241a to 241f are manufactured by a known method according to the composition of the film formed on the substrate, such as ITO, Al alloy, and Mo, and a cooling backing plate (not shown) is joined. Has been.

また、ターゲット241a〜241fは、基板Sと平行な同一平面上に位置するように、間隔D1を空けて並設されている。間隔D1は、ターゲット241a〜241fの側面相互の間の空間でプラズマが発生してターゲット241a〜241fの側面がスパッタリングされないような距離に設定される。この距離は、1〜10mmであり、好ましくは2〜3mmである。ターゲット241a〜241fが近接して配置されていることで、スパッタリング粒子がターゲット241a〜241fに対向した位置に配置された基板Sの全面に到達し、膜厚分布を均一にすることができる。   Further, the targets 241a to 241f are arranged in parallel with a gap D1 so as to be positioned on the same plane parallel to the substrate S. The distance D1 is set to such a distance that plasma is generated in the space between the side surfaces of the targets 241a to 241f and the side surfaces of the targets 241a to 241f are not sputtered. This distance is 1 to 10 mm, preferably 2 to 3 mm. Since the targets 241a to 241f are arranged close to each other, the sputtered particles reach the entire surface of the substrate S arranged at a position facing the targets 241a to 241f, and the film thickness distribution can be made uniform.

ターゲット241a〜241fの裏面には、電極242a〜242fと絶縁板243とが順次取り付けられており、これらはターゲット組立体24の所定の位置にそれぞれ取り付けられている。この電極242a〜242fには、真空チャンバー21外部に配置した3個の交流電源E1〜E3がそれぞれ接続されている。   Electrodes 242a to 242f and an insulating plate 243 are sequentially attached to the rear surfaces of the targets 241a to 241f, and these are attached to predetermined positions of the target assembly 24, respectively. Three AC power supplies E1 to E3 disposed outside the vacuum chamber 21 are connected to the electrodes 242a to 242f, respectively.

交流電源E1〜E3は、相互に隣接しない2枚のターゲットに対して電圧を交互に印加するように接続される。例えば、交流電源E1の一方の端子はターゲット241a後方の電極242aに接続され、他方の端子はターゲット241d後方の電極242dに接続される。なお、交流電源が印加する電圧は、正弦波でも矩形波でもよい。   The AC power supplies E1 to E3 are connected so as to alternately apply a voltage to two targets that are not adjacent to each other. For example, one terminal of the AC power supply E1 is connected to the electrode 242a behind the target 241a, and the other terminal is connected to the electrode 242d behind the target 241d. The voltage applied by the AC power supply may be a sine wave or a rectangular wave.

このように交流電源E1〜E3を接続することにより、一方のターゲット(242a、242b、242c)に交流電源E1〜E3から負の電圧を印加すると、これらのターゲット242a、242b、242cがカソードとしての役割を果たし、他方のターゲット242d、242e、242fがアノードとしての役割を果たすことができる。そして、カソードとしてのターゲット242a、242b、242cの前方でプラズマが形成され、ターゲット242a、242b、242cがスパッタリングされる。交流電源の周波数に応じて各ターゲット241a〜241fに交互に電圧が印加されてそれぞれスパッタリングされ、基板S全面にスパッタリング粒子が到達し、膜厚を均一に形成する。   By connecting the AC power supplies E1 to E3 in this way, when a negative voltage is applied to one of the targets (242a, 242b, 242c) from the AC power supplies E1 to E3, these targets 242a, 242b, and 242c serve as cathodes. The other target 242d, 242e, 242f can serve as the anode. Then, plasma is formed in front of the targets 242a, 242b, and 242c as cathodes, and the targets 242a, 242b, and 242c are sputtered. A voltage is alternately applied to each of the targets 241a to 241f in accordance with the frequency of the AC power source to perform sputtering, and the sputtered particles reach the entire surface of the substrate S to form a uniform film thickness.

ターゲット組立体24には、各ターゲット241a〜241fの後方にそれぞれ位置させた6個の磁石組立体244が設けられている。各磁石組立体244は同一構造に形成され、ターゲット241a〜241fに平行に設けた支持部245を有し、支持部245上には、交互に極性を変えて配置するように、ターゲットの長手方向に沿った棒状の中央磁石246と、中央磁石246の周辺を囲むように複数の磁石から構成された周辺磁石247とが設けられている。各磁石は、中央磁石246の同磁化に換算したときの体積を周辺磁石247の同磁化に換算したときの体積の和に等しくなるように設計されている。これにより、ターゲット241a〜241fの前方につりあった閉ループのトンネル状磁束が形成され、ターゲットの前方で電離した電子及びスパッタリングで生じた2次電子を捕捉して、カソードとしてのターゲットの前方で形成されたプラズマの密度を高くすることができる。   The target assembly 24 is provided with six magnet assemblies 244 positioned behind the respective targets 241a to 241f. Each magnet assembly 244 is formed in the same structure, has a support portion 245 provided in parallel with the targets 241a to 241f, and is arranged on the support portion 245 in the longitudinal direction of the target so as to be alternately changed in polarity. And a peripheral magnet 247 composed of a plurality of magnets so as to surround the periphery of the central magnet 246. Each magnet is designed so that the volume when converted to the same magnetization of the central magnet 246 is equal to the sum of the volumes when converted to the same magnetization of the peripheral magnet 247. As a result, a closed-loop tunnel-like magnetic flux suspended in front of the targets 241a to 241f is formed, and the ions ionized in front of the target and the secondary electrons generated by sputtering are captured and formed in front of the target as a cathode. The plasma density can be increased.

ところで、磁石組立体244も互いに近接していることから、相互に磁場が干渉して、両端のターゲット241a、241fの後方に位置する磁石組立体244による磁場と、中央に位置するターゲット241c、241dの後方に位置する磁石組立体244による磁場とのバランスがくずれる場合がある。この場合、基板S面内における膜厚分布を略均一にすることができない。このため、磁場バランスを補正すべく、補助磁石248をターゲット組立体24に設けている。この補助磁石248は、隣接する磁石組立体244の周辺磁石247と極性が同じである。そして、この補助磁石248と周辺磁石247との間隔は、各磁石組立体244の間隔D2と同一とした。このような補助磁石248を両端に位置するターゲット241a、241fの外側に配置された防着板249の下方に設置することで、磁場バランスが改善される。   By the way, since the magnet assemblies 244 are also close to each other, the magnetic fields interfere with each other, and the magnetic fields generated by the magnet assemblies 244 positioned behind the targets 241a and 241f at both ends and the targets 241c and 241d positioned in the center. There is a case where the balance with the magnetic field by the magnet assembly 244 located behind is lost. In this case, the film thickness distribution in the substrate S plane cannot be made substantially uniform. For this reason, the auxiliary magnet 248 is provided in the target assembly 24 in order to correct the magnetic field balance. The auxiliary magnet 248 has the same polarity as the peripheral magnet 247 of the adjacent magnet assembly 244. The distance between the auxiliary magnet 248 and the peripheral magnet 247 is the same as the distance D2 between the magnet assemblies 244. The magnetic field balance is improved by installing such auxiliary magnets 248 below the adhesion preventing plates 249 disposed outside the targets 241a and 241f located at both ends.

磁石組立体244により、ターゲット241a〜241fの前方にはトンネル状磁束が形成されるため、中央磁石246及び周辺磁石247前方に位置するプラズマの密度が低い。すると、ターゲット241a〜241fのこのプラズマ密度が低い中央磁石246の上方にあたる部分は非侵食領域として残ってしまう。そこで、トンネル状の磁束の位置を変化させ、ターゲット241a〜241fを均一に侵食して利用効率を高めることが必要である。   Since the magnet assembly 244 forms a tunnel-like magnetic flux in front of the targets 241a to 241f, the density of plasma located in front of the central magnet 246 and the peripheral magnet 247 is low. Then, the portion of the targets 241a to 241f that is above the central magnet 246 having a low plasma density remains as a non-erodible region. Therefore, it is necessary to change the position of the tunnel-shaped magnetic flux to uniformly erode the targets 241a to 241f to increase the utilization efficiency.

トンネル状磁束の位置を変化させるために、磁石組立体244及び補助磁石248を駆動軸250上の所定の位置に設置し、この駆動軸250に駆動手段としてボールネジ251を設けて各磁石組立体244の位置を左右に平行移動できるようにした。駆動手段としては、ボールネジ251のような機械的駆動手段に限定されず、エアーシリンダーを用いることもできるが、ボールネジ251を用いた場合、磁石組立体244の位置をより正確に制御することができる。この磁石組立体244の移動距離は、ターゲット241a〜241fが均一に侵食できれば特に制限されるものではない。例えば、磁石組立体244をそれぞれ点A〜点Bの間隔で平行移動させることができる。なお、磁石組立体244は左右方向だけでなく、長手方向にも平行移動させることが可能である。このように2次元的に磁石組立体244を平行移動させることでターゲット241a〜241fをより均一に侵食できる。   In order to change the position of the tunnel-shaped magnetic flux, the magnet assembly 244 and the auxiliary magnet 248 are installed at predetermined positions on the drive shaft 250, and a ball screw 251 is provided on the drive shaft 250 as a drive means, and each magnet assembly 244 is provided. The position of can be translated from side to side. The drive means is not limited to a mechanical drive means such as a ball screw 251, and an air cylinder can be used. However, when the ball screw 251 is used, the position of the magnet assembly 244 can be controlled more accurately. . The moving distance of the magnet assembly 244 is not particularly limited as long as the targets 241a to 241f can be eroded uniformly. For example, the magnet assembly 244 can be translated at intervals of points A to B, respectively. The magnet assembly 244 can be translated not only in the left-right direction but also in the longitudinal direction. Thus, the targets 241a to 241f can be eroded more uniformly by moving the magnet assembly 244 in two dimensions.

磁石組立体244の移動は、成膜中であっても成膜後であってもよいが、成膜中の磁束の移動に伴う異常放電の発生を抑制すべく、成膜後の移動が好ましい。   The movement of the magnet assembly 244 may be during film formation or after film formation, but movement after film formation is preferable in order to suppress the occurrence of abnormal discharge accompanying the movement of magnetic flux during film formation. .

成膜中の移動の場合、ボールネジ251をスパッタリング中に駆動して、点Aから点Bまでターゲット241a〜241fが均一に侵食されるように2.5mm/sec以上、好ましくは、4〜15mm/secの周期で磁石組立体244、即ち、磁束を平行移動させる。   In the case of movement during film formation, the ball screw 251 is driven during sputtering so that the targets 241a to 241f are uniformly eroded from point A to point B, preferably 2.5 mm / sec or more, preferably 4 to 15 mm / The magnet assembly 244, that is, the magnetic flux is translated in a cycle of sec.

成膜後の移動の場合、成膜が終了して交流電源E1〜E3を停止し、放電をいったん停止した後に、次の成膜対象である基板Sをターゲット241a〜241fに対向した位置に設置する際に、ボールネジ251を駆動して、磁束をそれぞれ点Aから点Bまで平行移動させて保持する。この場合、少なくとも次の成膜が開始される前に磁石組立体244を平行移動すればよい。そして、この搬送された基板Sの成膜が終了した後に、再度同一の手順に従って、磁束を再度平行移動させる。この操作を順次繰り返すことによって、基板上に順次成膜するとともに、ターゲット241a〜241fを均一に侵食することができる。   In the case of movement after film formation, the film formation is completed, the AC power sources E1 to E3 are stopped, the discharge is temporarily stopped, and the substrate S that is the next film formation target is placed at a position facing the targets 241a to 241f. In doing so, the ball screw 251 is driven to hold the magnetic fluxes parallelly moved from point A to point B, respectively. In this case, the magnet assembly 244 may be translated at least before starting the next film formation. Then, after the film formation of the transported substrate S is completed, the magnetic flux is again translated in accordance with the same procedure. By sequentially repeating this operation, the target 241a to 241f can be uniformly eroded while being sequentially formed on the substrate.

本実施の形態においては、補助磁石248によって磁場バランスを補正することができることを述べたが、磁場バランスを補正することができる手段であればこれに限定するものではない。例えば、周辺磁石のみの幅寸法を大きくしたり、周辺磁石247を磁石から発生する磁束密度が大きくなる材料に変更することによって磁場バランスを補正してもよい。   In the present embodiment, it has been described that the magnetic field balance can be corrected by the auxiliary magnet 248. However, the present invention is not limited to this as long as the magnetic field balance can be corrected. For example, the magnetic field balance may be corrected by increasing the width of only the peripheral magnet or changing the peripheral magnet 247 to a material that increases the magnetic flux density generated from the magnet.

本実施の形態においては、スパッタリング装置2を枚葉式のものとしたが、インライン式のものであってもよい。   In the present embodiment, the sputtering apparatus 2 is a single wafer type, but may be an inline type.

また、本実施の形態では、並設されたターゲットの枚数が6枚の場合について説明したが、ターゲットの枚数はこれに限定されず、基板の大きさ等によって適宜選択することができる。ただし、ターゲットの枚数は4枚以上でなければならない。4枚未満の場合、相互に隣接しないターゲットを接続することができないからである。また、交流電源E1〜E3は、2枚のターゲットを接続するものであることから、ターゲットの枚数は必ず偶数でなければならない。どの場合においても、各交流電源の接続方法は、相互に隣接しない2枚のターゲットを接続するものであれば、特に限定されない。   In this embodiment, the case where the number of targets arranged in parallel is six has been described. However, the number of targets is not limited to this, and can be appropriately selected depending on the size of the substrate. However, the number of targets must be 4 or more. This is because if the number is less than four, targets that are not adjacent to each other cannot be connected. In addition, since the AC power supplies E1 to E3 connect two targets, the number of targets must be an even number. In any case, the connection method of each AC power source is not particularly limited as long as it connects two targets that are not adjacent to each other.

図4に、ターゲット枚数を変更した場合のターゲットと交流電源との接続例について示す。なお、図4において、図3と同じ構成要素については同じ符号が付されている。   FIG. 4 shows a connection example between the target and the AC power source when the number of targets is changed. In FIG. 4, the same components as those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals.

ターゲット241の数が4の倍数、例えばターゲット数が4である場合には、図4(a)に示すように、一枚のターゲット241を隔てて並設された2枚のターゲット241を各交流電源Eで接続すると、全てのターゲット241を相互に隣接しないように接続することができる。この場合に、図3のようにターゲットを2枚隔てて接続すると、相互に隣接するターゲットを接続しなければならず、本発明の効果を奏することができない。   When the number of targets 241 is a multiple of 4, for example, the number of targets is 4, as shown in FIG. 4A, two targets 241 arranged side by side with one target 241 are connected to each other. When connected by the power source E, all the targets 241 can be connected so as not to be adjacent to each other. In this case, if two targets are connected as shown in FIG. 3, the targets adjacent to each other must be connected, and the effects of the present invention cannot be achieved.

ターゲット241を10枚並設した場合には、図4(b)に示すように、両端の各ターゲットを接続し、かつ、残りのターゲットをそれぞれ1枚のターゲットを隔てて2枚ずつ交流電源Eで接続することも可能である。   When ten targets 241 are arranged side by side, as shown in FIG. 4B, each target at both ends is connected, and the remaining targets are separated from each other by two AC power supplies E. It is also possible to connect with.

他方で、図4(c)に示すように、両端のターゲットをそれぞれ1枚のターゲットを隔てて接続し、残りのターゲットを、それぞれ2枚のターゲットを隔てて接続することも可能である。このようにターゲットを10枚並べても、相互に隣接しないターゲットを接続することで、プラズマがターゲットの前方で発生し、ターゲット全面に亘って侵食することができる。   On the other hand, as shown in FIG. 4 (c), it is also possible to connect the targets at both ends with one target separated from each other, and connect the remaining targets with two targets separated from each other. Even when ten targets are arranged in this way, by connecting targets that are not adjacent to each other, plasma is generated in front of the target and can be eroded over the entire surface of the target.

以下、本発明のスパッタリング装置2を用いて基板S表面に成膜する方法について説明する。   Hereinafter, a method for forming a film on the surface of the substrate S using the sputtering apparatus 2 of the present invention will be described.

まず、並設したターゲット241a〜241fと対向する位置に基板Sをロードロックチャンバー20及びトランスファーチャンバー22を介してウエハーカセットから搬送し、真空排気手段によって真空チャンバー21内部を真空排気する。次いで、ガス導入手段23を介して真空チャンバー21内にAr等のスパッタリングガスを導入し、真空チャンバー21内部に所定の成膜雰囲気を形成する。なお、反応性スパッタリングを行う場合には、スパッタリングガスの導入と共に、反応ガスとしてHOガス、Oガス、及びNガスから選ばれた少なくとも1種類以上のガスを導入する。 First, the substrate S is transferred from the wafer cassette through the load lock chamber 20 and the transfer chamber 22 to a position facing the targets 241a to 241f arranged side by side, and the inside of the vacuum chamber 21 is evacuated by a vacuum evacuation unit. Next, a sputtering gas such as Ar is introduced into the vacuum chamber 21 through the gas introduction means 23, and a predetermined film forming atmosphere is formed inside the vacuum chamber 21. When reactive sputtering is performed, at least one kind of gas selected from H 2 O gas, O 2 gas, and N 2 gas is introduced as a reaction gas together with the introduction of the sputtering gas.

その後、成膜雰囲気を維持しながらターゲット241a〜241fに数十〜数百Hzで交流電源E1〜E3により正又は負の電圧をそれぞれ印加する。カソードとしてのターゲット上に電界が形成され、ターゲット前方にプラズマが発生し、ターゲットがスパッタリングされてスパッタリング粒子が放出される。この動作を交流電源の周波数に応じて交互に行い、各ターゲットが略均一にスパッタリングされる。その後、交流電源を停止して、成膜が終了する。   Thereafter, a positive or negative voltage is applied to the targets 241a to 241f by the AC power sources E1 to E3 at several tens to several hundreds Hz while maintaining the film formation atmosphere. An electric field is formed on the target as the cathode, plasma is generated in front of the target, the target is sputtered, and sputtered particles are emitted. This operation is alternately performed according to the frequency of the AC power source, and each target is sputtered substantially uniformly. Thereafter, the AC power supply is stopped and film formation is completed.

なお、成膜中にボールネジ251を駆動して磁石組立体244を駆動してもよく、また、成膜が終了して交流電源E1〜E3を停止し、放電をいったん停止した後、次の成膜対象である基板Sをターゲット241a〜241fに対向した位置に搬送する際に、ボールネジ251を駆動して、磁石組立体244を平行移動させ、すなわち、磁束を平行移動させて保持してもよい。   The ball screw 251 may be driven during film formation to drive the magnet assembly 244. Also, after the film formation is completed, the AC power sources E1 to E3 are stopped, and the discharge is temporarily stopped. When the substrate S as a film target is transported to a position facing the targets 241a to 241f, the ball assembly 244 may be driven to translate the magnet assembly 244, that is, the magnetic flux may be translated and held. .

実施例1では、図2及び図3に示したスパッタリング装置を用いて成膜し、成膜中のアーク放電の発生回数を調べた。   In Example 1, a film was formed using the sputtering apparatus shown in FIGS. 2 and 3, and the number of occurrences of arc discharge during the film formation was examined.

幅200mm、長さ1700mm、厚さ10mmのIn−10wt%SnO(ITO)からなるターゲットを、基板から150mmの位置で基板と平行になるように設置した。ターゲット幅はそれぞれ2mmであった。各ターゲットの後方には、各ターゲットとの距離が47mmになるように幅170mm、長さ1570mm、厚さ40mmの磁石組立体を設置し、ボールネジ251によって駆動距離が50mmとなるようにした。基板Sとしては、幅1000mm、長さ1200mm、厚さ0.7mmのガラス基板を用意した。 A target made of In 2 O 3 -10 wt% SnO 2 (ITO) having a width of 200 mm, a length of 1700 mm, and a thickness of 10 mm was placed parallel to the substrate at a position 150 mm from the substrate. Each target width was 2 mm. A magnet assembly having a width of 170 mm, a length of 1570 mm, and a thickness of 40 mm was installed behind each target so that the distance to each target was 47 mm, and the driving distance was adjusted to 50 mm by a ball screw 251. As the substrate S, a glass substrate having a width of 1000 mm, a length of 1200 mm, and a thickness of 0.7 mm was prepared.

基板搬送後、真空排気を行い、その後ガス導入手段からスパッタリングガスとしてアルゴンガスを240sccmで導入して0.67Paの成膜雰囲気を形成した。また、反応ガスとしてをHOガスを2.0sccm、Oガスを1.5sccm導入した。各交流電源Eは、周波数25kHzであり、電力を0kwから5kW毎に徐々にあげていき(各投入時間は120秒間)、最終的には15kWまであげて120秒間投入した後に交流電源を一旦停止して、次の基板を搬送する際に磁石組立体を移動させた。このようにして順次成膜しながら、電圧値と電流値とをモニタリングして1分あたりの異常放電(アーク放電)の発生回数をカウントした。ターゲットをスパッタリング装置から取り出し、その表面を目視で確認したところ、各ターゲット全面が侵食されていた。 After transporting the substrate, vacuum evacuation was performed, and then argon gas was introduced as a sputtering gas at 240 sccm from the gas introducing means to form a film forming atmosphere of 0.67 Pa. Further, 2.0 sccm of H 2 O gas and 1.5 sccm of O 2 gas were introduced as reaction gases. Each AC power source E has a frequency of 25 kHz, and gradually increases the power from 0 kW to 5 kW (each input time is 120 seconds). The magnet assembly was moved when the next substrate was transported. In this way, the voltage value and the current value were monitored while sequentially forming the film, and the number of occurrences of abnormal discharge (arc discharge) per minute was counted. When the target was taken out from the sputtering apparatus and the surface was visually confirmed, the entire surface of each target was eroded.

(比較例1)   (Comparative Example 1)

比較例1では、並設された6枚のターゲットのうち相互に隣接する2枚のターゲットに交流電源を接続した装置を用いて、同じ条件で成膜しながら、電圧値と電流値をモニタリングして異常放電の発生回数をカウントした。   In Comparative Example 1, a voltage value and a current value were monitored while forming a film under the same conditions using an apparatus in which an AC power source was connected to two targets adjacent to each other among six targets arranged in parallel. The number of occurrences of abnormal discharge was counted.

結果を図5に示す。図5は、横軸が積算電力(kWh)を示し、縦軸が異常放電の回数(回/分)を示す。比較例1では、積算電力が大きくなるにつれて異常放電の回数も増えていった。これに対し、実施例1では、積算電力が大きくなっても、異常放電の回数は増えなかった。   The results are shown in FIG. In FIG. 5, the horizontal axis represents the integrated power (kWh), and the vertical axis represents the number of abnormal discharges (times / minute). In Comparative Example 1, the number of abnormal discharges increased as the integrated power increased. On the other hand, in Example 1, the number of abnormal discharges did not increase even when the integrated power increased.

実施例2では、図2及び図3に示したスパッタリング装置を用いて反応性スパッタリングを行った場合の膜質の面内均一性を評価した。   In Example 2, the in-plane uniformity of the film quality when reactive sputtering was performed using the sputtering apparatus shown in FIGS. 2 and 3 was evaluated.

膜質の面内均一性の評価は、成膜時の反応ガスの流量比を変えて、膜上の各点において最も比抵抗が下がる流量比を調査し、その流量比の差で行った。   The in-plane uniformity of the film quality was evaluated by changing the flow rate ratio of the reaction gas at the time of film formation, investigating the flow rate ratio at which the specific resistance decreased most at each point on the film, and determining the difference in the flow rate ratio.

実施例1と用いたスパッタリング装置と同じものを用いて、実施例1と反応ガスの流量を変えて複数の膜を形成した。反応ガスとしては、HOガスを2.0sccmとし、Oガスを、0.0〜4.0sccmまで0.5sccm刻みで変化させて導入した。各交流電源Eは、周波数25kHzであり、電力を0kwから徐々にあげていき、最終的には15kWまであげて投入し、25秒間投入した後に交流電源を停止して、成膜を終了した。得られた各膜の膜厚は、1000Åであった。その後、各基板はアニール炉に搬送されて60分間200度で大気アニールされた。形成された各膜上の、ターゲット241cの上部にあたる点Xと、ターゲット241bと241cとの間の上部にあたる点Yとの比抵抗を測定した。
(比較例2)
Using the same sputtering apparatus as used in Example 1, a plurality of films were formed by changing the flow rate of the reactive gas from Example 1. As the reaction gas, H 2 O gas was set to 2.0 sccm, and O 2 gas was introduced in increments of 0.5 sccm from 0.0 to 4.0 sccm. Each AC power source E had a frequency of 25 kHz, and gradually increased the power from 0 kW, finally increased to 15 kW, and then turned on for 25 seconds. Then, the AC power source was stopped and film formation was completed. The film thickness of each film obtained was 1000 mm. Thereafter, each substrate was transferred to an annealing furnace and annealed at 200 ° C. for 60 minutes. On each formed film, the specific resistance between the point X corresponding to the upper part of the target 241c and the point Y corresponding to the upper part between the targets 241b and 241c was measured.
(Comparative Example 2)

並設された6枚のターゲットのうち相互に隣接する2枚のターゲットに交流電源を接続した装置を用いて、実施例2と同じ条件でそれぞれ成膜及びアニールを行って基板S上に膜をそれぞれ形成した。形成した各膜についても、点Xと点Yとの2点で比抵抗をそれぞれ測定した。   Using an apparatus in which an AC power source is connected to two targets adjacent to each other among the six targets arranged in parallel, film formation and annealing are performed under the same conditions as in Example 2 to form a film on the substrate S. Each was formed. For each formed film, the specific resistance was measured at two points, point X and point Y, respectively.

図6は、横軸がOガスの流量(sccm)を示し、縦軸が各点における比抵抗(μΩcm)を示す。 In FIG. 6, the horizontal axis indicates the flow rate (sccm) of O 2 gas, and the vertical axis indicates the specific resistance (μΩcm) at each point.

図6(a)は、比較例1の測定結果を示している。実線で示す点Xにおける比抵抗値は、Oガスの流量が0.5sccmであるときに最も低くなり、255μΩcmであった。破線で示す点Yにおいては、Oガスの流量が2.0sccmであるときに比抵抗が最も低くなり、253μΩcmであった。点X、点Yにおいて比抵抗が最も低くなるOガスの流量の差が1.5sccmと大きく異なっており、比較例2では、基板面内で膜質が均一ではないことが分かった。 FIG. 6A shows the measurement result of Comparative Example 1. The specific resistance value at the point X indicated by the solid line was lowest when the flow rate of O 2 gas was 0.5 sccm, and was 255 μΩcm. At point Y indicated by a broken line, the specific resistance was the lowest when the flow rate of O 2 gas was 2.0 sccm, and was 253 μΩcm. The difference in the flow rate of O 2 gas at which the specific resistance is lowest at points X and Y is significantly different from 1.5 sccm, and it was found that in Comparative Example 2, the film quality was not uniform in the substrate plane.

これに対し、図6(b)に示す実施例2では、実線で示す点Xにおいて比抵抗が250μΩcmと最も低くなったのがOガスの流量が1.0sccmの場合であり、破線で示す点Yにおいて比抵抗が248μΩcmと最も低くなったのは、Oガスの流量が1.5sccmの場合であった。実施例2では、点X、点Yにおいて比抵抗が最も低くなるOガスの流量の差が0.5sccmと従来装置のものの半分以下になっており、反応性スパッタリングにおける膜質の面内均一性が改善されていることが分かった。 On the other hand, in Example 2 shown in FIG. 6B, the specific resistance is the lowest at 250 μΩcm at the point X indicated by the solid line when the flow rate of O 2 gas is 1.0 sccm, and is indicated by the broken line. At point Y, the specific resistance was the lowest at 248 μΩcm when the flow rate of O 2 gas was 1.5 sccm. In Example 2, the difference in the flow rate of O 2 gas at which the specific resistance is the lowest at points X and Y is 0.5 sccm, which is less than half that of the conventional apparatus, and in-plane uniformity of film quality in reactive sputtering Was found to be improved.

本発明のスパッタリング装置は、交流電源の接続方法を変更することで、非侵食領域がターゲット上に残らず、さらに形成された膜の膜質の均一性が改善されている。従って、本発明は大画面のフラットパネルディスプレイ製造分野に利用できる。   In the sputtering apparatus of the present invention, the non-erosion region does not remain on the target by changing the connection method of the AC power supply, and the film quality uniformity of the formed film is improved. Accordingly, the present invention can be used in the field of manufacturing large-screen flat panel displays.

従来装置の模式図。The schematic diagram of the conventional apparatus. 本発明のスパッタリング装置の概略構成図。The schematic block diagram of the sputtering device of this invention. 本発明のスパッタリング装置における真空チャンバーの概略構成図。The schematic block diagram of the vacuum chamber in the sputtering device of this invention. 交流電源の他の接続例を示す図。The figure which shows the other example of a connection of AC power supply. 積算電力に対する異常放電の発生回数を示したグラフ。The graph which showed the frequency | count of occurrence of the abnormal discharge with respect to integrated electric power. (a)従来装置を用いて成膜する場合のOガスの流量と比抵抗との関係を表すグラフ。(b)本発明のスパッタリング装置を用いて成膜する場合のOガスの流量と比抵抗との関係を表すグラフ。(A) a graph showing the relationship between flow rate and resistivity of the O 2 gas in the case of forming a film using a conventional apparatus. (B) graph showing the relationship between the flow rate and resistivity of the O 2 gas in the case of film formation using a sputtering apparatus of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

241a〜241f ターゲット 242a〜242f 電極
244 磁石組立体 250 駆動軸
251 ボールネジ E1〜E3 交流電源
S 基板
241a to 241f target 242a to 242f electrode 244 magnet assembly 250 drive shaft 251 ball screw E1 to E3 AC power supply S substrate

Claims (4)

真空チャンバー内に所定の間隔を置いて並設した少なくとも4枚以上のターゲットと、並設されたターゲットのうち2枚のターゲットに対して負電位及び正電位又は接地電位を交互に印加する交流電源とを備え、各交流電源を相互に隣接しない2枚のターゲットに接続したことを特徴とするスパッタリング装置。   AC power supply that alternately applies a negative potential and a positive potential or a ground potential to at least four targets arranged in parallel in a vacuum chamber at predetermined intervals and two targets among the targets arranged in parallel And connecting each AC power source to two targets that are not adjacent to each other. 各ターゲットの前方に磁束を形成するように各ターゲットの後方に配置された複数の磁石から構成される磁石組立体と、磁束がターゲットに対して平行移動するようにこれらの磁石組立体を駆動する駆動手段とを備えることを特徴とする請求項1に記載のスパッタリング装置。   A magnet assembly composed of a plurality of magnets arranged behind each target so as to form a magnetic flux in front of each target, and driving these magnet assemblies so that the magnetic flux translates relative to the target The sputtering apparatus according to claim 1, further comprising a driving unit. 前記磁石組立体を各ターゲット後方にそれぞれ配置した場合に、各磁石組立体によって形成される磁束の密度を略均一にする磁束密度補正手段を備えたことを特徴とする請求項1又は2に記載のスパッタリング装置。   The magnetic flux density correcting means for making the density of the magnetic flux formed by each magnet assembly substantially uniform when the magnet assemblies are arranged behind each target, respectively. Sputtering equipment. 真空チャンバー内に所定の間隔を置いて並設された少なくとも4枚以上のターゲットに対向する位置に基板を搬送し、並設されたターゲットのうち相互に隣接しない2枚のターゲットに対して負電位及び正電位又は接地電位を交互に印加して、ターゲット上にプラズマを発生させて基板上に膜を形成することを特徴とするスパッタリング方法。   The substrate is transported to a position facing at least four targets arranged in parallel in the vacuum chamber at a predetermined interval, and a negative potential is applied to two targets that are not adjacent to each other among the arranged targets. And a positive potential or a ground potential are alternately applied to generate plasma on the target to form a film on the substrate.
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