JP2024081355A - スパッタリング装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】非エロージョン発生領域周りのぼやけた領域の発生を抑制して、パーティクル発生原因を減らす。【解決手段】スパッタリング装置において、被成膜基板の形成領域に向けてスパッタ粒子を放出するカソードユニットが、エロージョン領域が形成されるターゲットと、ターゲットに対して被成膜基板とは反対側に配置されてターゲットにエロージョン領域を形成するマグネットユニットと、マグネットユニットと被成膜基板とを相対的にターゲット表面に沿った揺動方向(走査方向)における一方の揺動端と他方の揺動端との間に規定される揺動領域において往復動作可能なマグネットユニット走査部と、を有し、マグネットユニットは、その長手方向がターゲット表面に沿って揺動方向に交差する揺動幅方向に延在するマグネットを有するとともに、マグネットが一方の揺動端において形成する磁力線を他方の揺動端に向けて傾ける磁力線傾斜機構を有する。【選択図】図1

Description

本発明はスパッタリング装置に関し、特に、マグネトロンカソードを有する成膜に用いて好適な技術に関する。
マグネトロンカソードを有する成膜装置においては、ターゲットの利用効率を向上することなどを目的として、マグネットをターゲットに対して移動させる方式が知られている。
特許文献1に開示の技術のように、成膜の均一性向上等の目的のために、マグネットの移動に加え、カソードおよびターゲットを被成膜基板に対して揺動させることも知られている。
また、特許文献2に開示の技術のように、発生したパーティクルがスパッタ処理室内における成膜に悪影響を及ぼすことを防止する目的などで、マグネットおよびカソードを揺動させることが知られている。
さらに、マグネットおよびカソードに対して被成膜基板を揺動させる技術として、本出願人らは特許文献3のような技術を公開している。
特開2009-41115号公報 特開2012-158835号公報 特許第6579726号公報
しかし、上記のようにターゲットに対してマグネットを走査(揺動)させる技術であっても、非エロージョン領域の発生により、マグネットの揺動範囲の縁部に近接する成膜領域の周縁部付近においては、パーティクル発生原因となる場合があるためこれを解消したいという要求があった。特に、非エロージョン領域の発生そのものよりも、非エロージョン領域とエロージョン領域との境界がぼやけた場合に、これがリデポ膜(ターゲットに着膜したスパッタ膜)の再スパッタ発生など、問題となるパーティクル発生の原因となることがわかった。
また、上記のようにターゲットに対してマグネットを走査(揺動)させる技術であっても、非エロージョン領域の発生により、マグネットの揺動範囲に近接する成膜領域の周縁部付近においては、膜厚の減少、膜厚分布や膜質分布にムラができてしまうなどの問題が、依然として解消されていない。さらに、基板の大型化によってこのような不具合に対する改善要求が大きくなっていた。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、以下の目的を達成しようとするものである。
1.非エロージョン発生領域周りのぼやけた領域の発生を抑制して、パーティクル発生原因を減らすこと。
2.形成されたプラズマ分布を安定させ、マグネットの揺動位置にかかわらずに膜厚分布・膜厚特性分布の均一性を向上すること。
本願発明者らは、鋭意研究の結果、非エロージョン領域によるパーティクル発生の抑制、および、膜厚分布、膜質特性分布のばらつきの抑制に成功した。
スパッタリング中は、印加された電力によりマグネットからは磁界(磁場、磁力線)が形成されている。このとき、スパッタリングに寄与するプラズマまたは電子は、マグネットの形成する磁力線に沿って移動している。マグネットによる磁力線のうち、プラズマ発生に寄与するものは、ターゲットと平行に面一として配置されるマグネットの両極のうち、N極からターゲットに向かい円弧状にS極に到達する。このとき、マグネットによる磁力線は、N極から、ターゲットを裏面側から表面側に向けて厚さ方向に貫通し、プラズマ発生空間で円弧状に形成され、ターゲットを表面側から裏面側に向けて厚さ方向に貫通してS極へと戻る。
ターゲットの端部周辺にはアノード等グランド電位の部分が配置されている。この状態で、マグネットを走査(揺動)させてマグネットが揺動端付近に位置した場合には、マグネットがこのアノードに近接した位置となる。
すると、マグネットの揺動端付近で、N極からの磁力線が近接しているアノードに向かい、S極に戻らないという現象が起こる場合がある。すると、電子は磁力線に沿ってトラッキングされる(動く)ため、プラズマ形成空間に戻らず、プラズマ形成に寄与せずにアノードに流れてしまう。これを電子が吸われると称する。
電子がアノードに吸われると、ターゲットの表面側、つまり、プラズマ発生空間における電子密度が低下する。すると、形成されるプラズマ密度が低下する、あるいは、プラズマが発生しない、という現象が起こる場合がある。これをプラズマが吸われると称する。このような現象が発生した場合、プラズマによりターゲットがスパッタリングされないために、非エロージョン領域が発生し、さらに、非エロージョン領域が大きくなる場合がある。
ここで、電子がアノードに吸われた場合、マグネットの揺動その他に起因して、アノード付近におけるプラズマのオンオフが発生する。これにより、プラズマによるスパッタリングのオンオフが発生する。すると、リデポ膜のスパッタリングに起因するパーティクルが発生する可能性が増大する。
つまり、非エロージョン領域の発生により、マグネットの揺動範囲に近接する成膜領域の周縁部付近においては、パーティクル発生原因となる場合がある。
このとき、非エロージョン領域とエロージョン領域との境界が不明瞭になっており、エロージョン-非エロージョン境界領域が形成されることになる。
このように、非エロージョン領域の発生そのものよりも、非エロージョン領域とエロージョン領域との境界がぼやけた場合に、これがリデポ膜の再スパッタ発生など、問題となるパーティクル発生の原因となることがわかった。
上記のように、電子がアノードに吸われる場合、マグネットからの磁力線が、アノードに向かう状態、つまり、ターゲットの厚さ方向よりも、ターゲットの輪郭外向きに傾斜した状態である。
このため、本願発明者らはこのような問題を解決するために、マグネットの揺動端においてマグネットから形成される磁力線を、アノードに向かわないようにすることで、吸われる電子を減少することが可能であることを見出した。つまり、マグネットの揺動端の一端においてマグネットから形成される磁力線を、ターゲットの厚さ方向よりもマグネットの揺動端の他端に向けて傾斜させる、すなわち、ターゲットの厚さ方向よりもターゲットの輪郭内向きに傾斜させることが、非エロージョン領域の低減に有効であることを見出した。
なお、上記の説明では、通常の表記に従って磁力線をN極からS極へ到達するように表記したが、逆の極性としても現象の理解には支障がない。
さらに、非エロージョン領域が発生している場合には、プラズマ発生が抑制されていることになる。このため、印加された供給電力がプラズマ発生に消費されずに余剰となる。この余剰電力が、もともとの非エロージョン領域とは異なる領域に対して再分配される、あるいは、全体の電圧(電力)変動として吸収されることになる。従って、電圧変動のようにプラズマ発生条件が変動してしまい、結果的に膜厚分布のばらつき、膜質特性分布のばらつき拡大の原因となる。
つまり、電子がアノードに吸われた場合、非エロージョン領域発生に起因して、膜厚分布のばらつき、膜質特性分布のばらつきが拡大することになる。
さらに、非エロージョン領域が発生している場合、電圧変動等によるプラズマ発生条件の部分的変動により、もともとの非エロージョン領域とは異なる非エロージョン領域が発生してしまうこともある。この場合、パーティクル発生、および、膜厚分布、膜質特性分布のばらつきなどが拡大してしまうことになる。
このため、本願発明者らはこの問題を解決するために、マグネットの揺動端の一端において、マグネットから形成される磁力線を、アノードに向かわないようにすることで、吸われる電子を減少することが可能であることを見出した。つまり、マグネットの揺動端の一端において、マグネットから形成される磁力線を、ターゲットの厚さ方向よりもマグネットの揺動端の他端に向けて傾斜させる、すなわち、ターゲットの厚さ方向よりもターゲットの輪郭内向きに傾斜させることが、膜厚分布、膜質特性分布のばらつき発生の抑制に有効であることを見出した。
これらを鑑みて、本願発明者らは、以下のように本願発明を完成した。
(1) 本発明の一態様にかかるスパッタリング装置は、
被成膜基板の形成領域に向けてスパッタ粒子を放出するカソードユニットが、
エロージョン領域が形成されるターゲットと、
前記ターゲットに対して前記被成膜基板とは反対側に配置されて前記ターゲットに前記エロージョン領域を形成するマグネットユニットと、
前記マグネットユニットと前記被成膜基板とを相対的に前記ターゲット表面に沿った揺動方向(走査方向)における一方の揺動端と他方の揺動端との間に規定される揺動領域において往復動作可能なマグネットユニット走査部と、
を有し、
前記マグネットユニットは、その長手方向が前記ターゲット表面に沿って前記揺動方向に交差する揺動幅方向に延在するマグネットを有するとともに、
前記マグネットが前記一方の揺動端において形成する磁力線を前記他方の揺動端に向けて傾ける磁力線傾斜機構を有する、
ことにより上記課題を解決した。
(2) 本発明の一態様にかかるスパッタリング装置は、上記(1)において、
前記磁力線傾斜機構は、前記マグネットが前記一方の揺動端において形成する磁力線を前記他方の揺動端に向けて押し込む、
ことができる。
(3) 本発明の一態様にかかるスパッタリング装置は、上記(2)において、
前記マグネットは、
線状に配置されて前記ターゲットへ向かう磁極である中央磁石部と、
前記ターゲットへ向かう磁極で前記中央磁石部と極性が異なるとともに前記ターゲット表面に沿って前記中央磁石部の周囲を囲う周縁磁石部と、
を備え、
前記マグネットユニットは、前記揺動方向に複数本並べて配置された前記マグネットを有し、
前記磁力線傾斜機構は、前記一方の揺動端に位置する前記マグネットにおいて、隣接する前記マグネットの前記中央磁石部よりも小さく形成された揺動端中央磁石部を有する、
ことができる。
(4) 本発明の一態様にかかるスパッタリング装置は、上記(2)において、
前記マグネットは、
線状に配置されて前記ターゲットへ向かう磁極である中央磁石部と、
前記ターゲットへ向かう磁極で前記中央磁石部と極性が異なり、前記中央磁石部の両側に等間隔で平行に延びる長手直線部および両方の前記長手直線部の端部を夫々橋渡す橋渡し部を有するとともに前記ターゲット表面に沿って前記中央磁石部の周囲を囲う周縁磁石部と、
を備え、
前記マグネットユニットは、前記揺動方向に複数本並べて配置された前記マグネットを有し、
前記磁力線傾斜機構は、前記一方の揺動端に位置する前記マグネットにおいて、隣接する前記マグネットの前記長手直線部よりも大きく形成された揺動端長手直線部を有する、
ことができる。
(5) 本発明の一態様にかかるスパッタリング装置は、上記(2)において、
前記マグネットは、
線状に配置されて前記ターゲットへ向かう磁極である中央磁石部と、
前記ターゲットへ向かう磁極で前記中央磁石部と極性が異なるとともに前記ターゲット表面に沿って前記中央磁石部の周囲を囲う周縁磁石部と、
を備え、
前記マグネットユニットは、前記揺動方向に複数本並べて配置された前記マグネットを有し、
前記磁力線傾斜機構は、前記一方の揺動端に位置する前記マグネットにおいて、隣接する前記マグネットの前記中央磁石部よりも前記他方の揺動端に向けて傾斜して配置された揺動端傾斜中央磁石部を有する、
ことができる。
(6) 本発明の一態様にかかるスパッタリング装置は、上記(2)において、
前記マグネットは、
線状に配置されて前記ターゲットへ向かう磁極である中央磁石部と、
前記ターゲットへ向かう磁極で前記中央磁石部と極性が異なるとともに前記ターゲット表面に沿って前記中央磁石部の周囲を囲う周縁磁石部と、
を備え、
前記マグネットユニットは、前記揺動方向に複数本並べて配置された前記マグネットを有し、
前記磁力線傾斜機構は、前記一方の揺動端よりも前記揺動領域の外側位置に前記周縁磁石部に隣接して配置される補助マグネットを有する、
ことができる。
(7) 本発明の一態様にかかるスパッタリング装置は、上記(2)において、
前記カソードユニットと対となり前記ターゲットの周囲に位置するアノードを有し、
前記磁力線傾斜機構は、前記一方の揺動端よりも前記揺動領域の外側に位置する揺動端外磁石部を前記アノードの裏面に有する、
ことができる。
(8) 本発明の一態様にかかるスパッタリング装置は、上記(1)において、
前記磁力線傾斜機構は、前記マグネットが前記一方の揺動端において形成する磁力線を前記揺動方向に拡がる幅が減少するように変化させる、
ことができる。
(9) 本発明の一態様にかかるスパッタリング装置は、上記(8)において、
前記マグネットは、
線状に配置されて前記ターゲットへ向かう磁極である中央磁石部と、
前記ターゲットへ向かう磁極で前記中央磁石部と極性が異なるとともに前記ターゲット表面に沿って前記中央磁石部の周囲を囲う周縁磁石部と、
を備え、
前記マグネットユニットは、前記揺動方向に複数本並べて配置された前記マグネットを有し、
前記磁力線傾斜機構は、前記一方の揺動端に位置する前記マグネットにおいて、前記中央磁石部の前記揺動方向に隣接して配置された揺動端磁性体部を有する、
ことができる。
(10) 本発明の一態様にかかるスパッタリング装置は、上記(1)において、
前記磁力線傾斜機構は、前記一方の揺動端に位置する前記マグネットにおいて、前記一方の揺動端において前記マグネットが形成する磁力線を前記他方の揺動端に向けて傾くように前記マグネットを傾けるマグネット傾斜走査部を有する、
ことができる。
(11) 本発明の一態様にかかるスパッタリング装置は、上記(1)において、
前記カソードユニットと対となり前記ターゲットの周囲に位置するアノードを有し、
前記磁力線傾斜機構は、前記一方の揺動端に位置する前記マグネットにおいて、前記マグネットに形成されて前記アノードに到達する磁力線を減らすように前記マグネットを前記ターゲットに近接させるマグネット近接走査部を有する、
ことができる。
(1) 本発明の一態様にかかるスパッタリング装置は、
被成膜基板の形成領域に向けてスパッタ粒子を放出するカソードユニットが、
エロージョン領域が形成されるターゲットと、
前記ターゲットに対して前記被成膜基板とは反対側に配置されて前記ターゲットに前記エロージョン領域を形成するマグネットユニットと、
前記マグネットユニットと前記被成膜基板とを相対的に前記ターゲット表面に沿った揺動方向(走査方向)における一方の揺動端と他方の揺動端との間に規定される揺動領域において往復動作可能なマグネットユニット走査部と、
を有し、
前記マグネットユニットは、その長手方向が前記ターゲット表面に沿って前記揺動方向に交差する揺動幅方向に延在するマグネットを有するとともに、
前記マグネットが前記一方の揺動端において形成する磁力線を前記他方の揺動端に向けて傾ける磁力線傾斜機構を有する、
ことにより上記課題を解決した。
上記の構成によれば、マグネットユニットの揺動する範囲である揺動領域において、その一方の揺動端にマグネットユニットが位置する場合、マグネットユニットのうち、一方の揺動端に接する位置にあるマグネットの形成する磁力線を、磁力線傾斜機構によって他方の揺動端に向けて傾けることができる。したがって、アノードに吸われる電子を減少することが可能となる。そのため、プラズマが吸われてしまい、プラズマ密度が減少することを抑制できる。これにより、エロージョン-非エロージョン境界領域を効果的に低減して、エロージョン-非エロージョン境界領域が形成されることに起因するパーティクル発生を低減することができる。
同時に、供給電圧の変動を抑制して、マグネットの揺動位置によるプラズマ密度の変動を抑制し、プラズマ発生状態を安定して、膜厚分布、膜質特性分布のばらつき発生の抑制を効果的におこなうことが可能となる。
(2) 本発明の一態様にかかるスパッタリング装置は、上記(1)において、
前記磁力線傾斜機構は、前記マグネットが前記一方の揺動端において形成する磁力線を前記他方の揺動端に向けて押し込む、
ことができる。
上記の構成によれば、マグネットユニットの揺動する範囲である揺動領域において、その一方の揺動端にマグネットユニットが位置する場合、マグネットユニットのうち、一方の揺動端に接する位置にあるマグネットの形成する磁力線を、磁力線傾斜機構によって他方の揺動端に向けて押し込むことができる。したがって、アノードに吸われる電子を減少することが可能となる。そのため、プラズマが吸われてしまい、プラズマ密度が減少することを抑制できる。
(3) 本発明の一態様にかかるスパッタリング装置は、上記(2)において、
前記マグネットは、
線状に配置されて前記ターゲットへ向かう磁極である中央磁石部と、
前記ターゲットへ向かう磁極で前記中央磁石部と極性が異なるとともに前記ターゲット表面に沿って前記中央磁石部の周囲を囲う周縁磁石部と、
を備え、
前記マグネットユニットは、前記揺動方向に複数本並べて配置された前記マグネットを有し、
前記磁力線傾斜機構は、前記一方の揺動端に位置する前記マグネットにおいて、隣接する前記マグネットの前記中央磁石部よりも小さく形成された揺動端中央磁石部を有する、
ことができる。
上記の構成によれば、マグネットユニットの揺動する範囲である揺動領域において、その一方の揺動端にマグネットユニットが位置する場合、マグネットユニットのうち、一方の揺動端に接する位置にあるマグネットに対して、磁力線傾斜機構が、揺動端中央磁石部と、揺動端中央磁石部よりも一方の揺動端に近接する周縁磁石部と、の間で形成される磁力線を、揺動方向において、他方の揺動端に向けて押し込むことができるためである。したがって、アノードに吸われる電子を減少することが可能となる。そのため、プラズマが吸われてしまい、プラズマ密度が減少することを抑制できる。
これは、揺動端中央磁石部が小さく形成されていることで、揺動端中央磁石部よりも一方の揺動端に近接する周縁磁石部によって形成される磁力線の傾斜が、揺動方向において、ターゲット表面の法線に、近づくように磁力線を形成できるためである。
ここで、揺動端中央磁石部が小さく形成されるとは、揺動端中央磁石部の磁力が、隣接するマグネットの中央磁石部の磁力よりも小さくなることを意味する。具体的には、揺動端中央磁石部が小さく形成されるとは、揺動端中央磁石部の体積、特に、揺動方向における幅寸法が小さく形成されることを意味する。あるいは、揺動端中央磁石部が小さく形成されるとは、ターゲットの法線方向における揺動端中央磁石部の厚さ寸法が小さく形成されることを意味してもよい。
(4) 本発明の一態様にかかるスパッタリング装置は、上記(2)において、
前記マグネットは、
線状に配置されて前記ターゲットへ向かう磁極である中央磁石部と、
前記ターゲットへ向かう磁極で前記中央磁石部と極性が異なり、前記中央磁石部の両側に等間隔で平行に延びる長手直線部および両方の前記長手直線部の端部を夫々橋渡す橋渡し部を有するとともに前記ターゲット表面に沿って前記中央磁石部の周囲を囲う周縁磁石部と、
を備え、
前記マグネットユニットは、前記揺動方向に複数本並べて配置された前記マグネットを有し、
前記磁力線傾斜機構は、前記一方の揺動端に位置する前記マグネットにおいて、隣接する前記マグネットの前記長手直線部よりも大きく形成された揺動端長手直線部を有する、
ことができる。
上記の構成によれば、マグネットユニットの揺動する範囲である揺動領域において、その一方の揺動端にマグネットユニットが位置する場合、マグネットユニットのうち、一方の揺動端に接する位置にあるマグネットに対して、磁力線傾斜機構が、中央磁石部と、中央磁石部よりも一方の揺動端に近接する揺動端長手直線部と、の間で形成される磁力線を、揺動方向において、他方の揺動端に向けて押し込むことができるためである。したがって、アノードに吸われる電子を減少することが可能となる。そのため、プラズマが吸われてしまい、プラズマ密度が減少することを抑制できる。
これは、揺動端長手直線部が大きく形成されていることで、中央磁石部よりも一方の揺動端に近接する揺動端長手直線部によって形成される磁力線の傾斜が、揺動方向において、ターゲット表面の法線に、近づくように磁力線を形成できるためである。
ここで、揺動端長手直線部が大さく形成されるとは、中央磁石部よりも一方の揺動端に近接する揺動端長手直線部の磁力が、隣接するマグネットの長手直線部の磁力よりも大きくなることを意味する。具体的には、揺動端長手直線部が大さく形成されるとは、揺動端長手直線部の体積、特に、揺動方向における幅寸法が大きく形成されることを意味する。あるいは、揺動端長手直線部が大さく形成されるとは、ターゲットの法線方向における揺動端長手直線部の厚さ寸法が大きく形成されることを意味してもよい。
さらに、揺動端長手直線部が大さく形成されるとは、中央磁石部よりも一方の揺動端に近接する揺動端長手直線部の磁力が、揺動方向において同じマグネットの中央磁石部を挟んで隣接する長手直線部の磁力よりも大きくなることを意味してもよい。具体的には、揺動端長手直線部が大さく形成されるとは、揺動端長手直線部の体積、特に、揺動方向における幅寸法が揺動方向において同じマグネットの中央磁石部を挟んで隣接する長手直線部の幅寸法より大きく形成されることを意味する。あるいは、揺動端長手直線部が大さく形成されるとは、ターゲットの法線方向における揺動端長手直線部の厚さ寸法が揺動方向において同じマグネットの中央磁石部を挟んで隣接する長手直線部の厚さ寸法より大きく形成されることを意味してもよい。
(5) 本発明の一態様にかかるスパッタリング装置は、上記(2)において、
前記マグネットは、
線状に配置されて前記ターゲットへ向かう磁極である中央磁石部と、
前記ターゲットへ向かう磁極で前記中央磁石部と極性が異なるとともに前記ターゲット表面に沿って前記中央磁石部の周囲を囲う周縁磁石部と、
を備え、
前記マグネットユニットは、前記揺動方向に複数本並べて配置された前記マグネットを有し、
前記磁力線傾斜機構は、前記一方の揺動端に位置する前記マグネットにおいて、隣接する前記マグネットの前記中央磁石部よりも前記他方の揺動端に向けて傾斜して配置された揺動端傾斜中央磁石部を有する、
ことができる。
上記の構成によれば、マグネットユニットの揺動する範囲である揺動領域において、その一方の揺動端にマグネットユニットが位置する場合、マグネットユニットのうち、一方の揺動端に接する位置にあるマグネットに対して、揺動端傾斜中央磁石部が他方の端部に向けて傾斜していることにより、揺動端傾斜中央磁石部と、この揺動端傾斜中央磁石部よりも一方の揺動端に近接する周縁磁石部と、の間で形成される磁力線を、揺動方向において他方の揺動端に向けて押し込むことができるためである。したがって、アノードに吸われる電子を減少することが可能となる。そのため、プラズマが吸われてしまい、プラズマ密度が減少することを抑制できる。
これは、揺動端傾斜中央磁石部が他方の端部に向けて傾斜して形成されていることで、揺動端傾斜中央磁石部よりも一方の揺動端に近接する周縁磁石部によって形成される磁力線の傾斜が、揺動方向において、ターゲット表面の法線に、近づくように磁力線を形成できるためである。
ここで、揺動端傾斜中央磁石部が他方の端部に向けて傾斜して形成されるとは、揺動端傾斜中央磁石部の磁力が、他方の端部に向けて傾斜することを意味する。
(6) 本発明の一態様にかかるスパッタリング装置は、上記(2)において、
前記マグネットは、
線状に配置されて前記ターゲットへ向かう磁極である中央磁石部と、
前記ターゲットへ向かう磁極で前記中央磁石部と極性が異なるとともに前記ターゲット表面に沿って前記中央磁石部の周囲を囲う周縁磁石部と、
を備え、
前記マグネットユニットは、前記揺動方向に複数本並べて配置された前記マグネットを有し、
前記磁力線傾斜機構は、前記一方の揺動端よりも揺動領域の外側位置に前記周縁磁石部に隣接して配置される補助マグネットを有する、
ことができる。
上記の構成によれば、マグネットユニットの揺動する範囲である揺動領域において、その一方の揺動端にマグネットユニットが位置する場合、マグネットユニットのうち、一方の揺動端に接する位置にあるマグネットに対して、一方の揺動端に位置するマグネットの形成する磁力線を、補助マグネットの形成する磁場を用いて傾けることができる。したがって、アノードに吸われる電子を減少することが可能となる。そのため、プラズマが吸われてしまい、プラズマ密度が減少することを抑制できる。これにより、エロージョン-非エロージョン境界領域を効果的に低減して、エロージョン-非エロージョン境界領域が形成されることに起因するパーティクル発生を低減することができる。
同時に、供給電圧の変動を抑制して、マグネットの揺動位置によるプラズマ密度の変動を抑制し、プラズマ発生状態を安定して、膜厚分布、膜質特性分布のばらつき発生の抑制を効果的におこなうことが可能となる。
(7) 本発明の一態様にかかるスパッタリング装置は、上記(2)において、
前記カソードユニットと対となり前記ターゲットの周囲に位置するアノードを有し、
前記磁力線傾斜機構は、前記一方の揺動端よりも揺動領域の外側に位置する揺動端外磁石部を前記アノードの裏面に有する、
ことができる。
上記の構成によれば、マグネットユニットの揺動する範囲である揺動領域において、その一方の揺動端にマグネットユニットが位置する場合、マグネットユニットのうち、一方の揺動端に接する位置にあるマグネットに対して、一方の揺動端に位置するマグネットの形成する磁力線を、揺動端外磁石部(補助マグネット)によって形成される磁場を用いて傾けることができる。したがって、アノードに吸われる電子を減少することが可能となる。そのため、プラズマが吸われてしまい、プラズマ密度が減少することを抑制できる。これにより、エロージョン-非エロージョン境界領域を効果的に低減して、エロージョン-非エロージョン境界領域が形成されることに起因するパーティクル発生を低減することができる。
同時に、供給電圧の変動を抑制して、マグネットの揺動位置によるプラズマ密度の変動を抑制し、プラズマ発生状態を安定して、膜厚分布、膜質特性分布のばらつき発生の抑制を効果的におこなうことが可能となる。
(8) 本発明の一態様にかかるスパッタリング装置は、上記(1)において、
前記磁力線傾斜機構は、前記マグネットが前記一方の揺動端において形成する磁力線を前記揺動方向に拡がる幅が減少するように変化させる、
ことができる。
上記の構成によれば、マグネットユニットの揺動する範囲である揺動領域において、その一方の揺動端にマグネットユニットが位置する場合、マグネットユニットのうち、一方の揺動端に接する位置にあるマグネットに対して、一方の揺動端に位置するマグネットの形成する磁力線を、磁力線傾斜機構によって揺動領域の外側に拡がらないように形成することができる。したがって、アノードに吸われる電子を減少することが可能となる。そのため、プラズマが吸われてしまい、プラズマ密度が減少することを抑制できる。これにより、エロージョン-非エロージョン境界領域を効果的に低減して、エロージョン-非エロージョン境界領域が形成されることに起因するパーティクル発生を低減することができる。
同時に、供給電圧の変動を抑制して、マグネットの揺動位置によるプラズマ密度の変動を抑制し、プラズマ発生状態を安定して、膜厚分布、膜質特性分布のばらつき発生の抑制を効果的におこなうことが可能となる。
(9) 本発明の一態様にかかるスパッタリング装置は、上記(8)において、
前記マグネットは、
線状に配置されて前記ターゲットへ向かう磁極である中央磁石部と、
前記ターゲットへ向かう磁極で前記中央磁石部と極性が異なるとともに前記ターゲット表面に沿って前記中央磁石部の周囲を囲う周縁磁石部と、
を備え、
前記マグネットユニットは、前記揺動方向に複数本並べて配置された前記マグネットを有し、
前記磁力線傾斜機構は、前記一方の揺動端に位置する前記マグネットにおいて、前記中央磁石部の前記揺動方向に隣接して配置された揺動端磁性体部を有する、
ことができる。
上記の構成によれば、マグネットユニットの揺動する範囲である揺動領域において、その一方の揺動端にマグネットユニットが位置する場合、マグネットユニットのうち、一方の揺動端に接する位置にあるマグネットに対して、揺動端磁性体部が、中央磁石部と周縁磁石部との間で形成される磁力線を、揺動方向において揺動領域の外側に拡がらないように形成することができる。したがって、アノードに吸われる電子を減少することが可能となる。そのため、プラズマが吸われてしまい、プラズマ密度が減少することを抑制できる。
これは、中央磁石部に揺動端磁性体部が隣接して配置されたことにより、中央磁石部よりも一方の揺動端に近接する周縁磁石部によって形成される磁力線を揺動領域の外側に拡がらないように形成することができるためである。
ここで、揺動端磁性体部は、中央磁石部の一方の端部に近接する位置に配置されることができる。あるいは、揺動端磁性体部は、中央磁石部の他方の端部に近接する位置に配置されることができる。もしくは、揺動端磁性体部は、揺動方向における中央磁石部の両側位置に配置されることができる。
(10) 本発明の一態様にかかるスパッタリング装置は、上記(1)において、
前記磁力線傾斜機構は、前記一方の揺動端に位置する前記マグネットにおいて、前記一方の揺動端において前記マグネットが形成する磁力線を前記他方の揺動端に向けて傾くように前記マグネットを傾けるマグネット傾斜走査部を有する、
ことができる。
上記の構成によれば、マグネットユニットの揺動する範囲である揺動領域において、その一方の揺動端にマグネットユニットが位置する場合、マグネットユニットのうち、一方の揺動端に接する位置にあるマグネットに対して、マグネット傾斜走査部が一方の揺動端に位置するマグネッを傾斜させることによって、マグネットから形成する磁場を他方の端部に向かって傾けることができる。したがって、アノードに吸われる電子を減少することが可能となる。そのため、プラズマが吸われてしまい、プラズマ密度が減少することを抑制できる。これにより、エロージョン-非エロージョン境界領域を効果的に低減して、エロージョン-非エロージョン境界領域が形成されることに起因するパーティクル発生を低減することができる。
同時に、供給電圧の変動を抑制して、マグネットの揺動位置によるプラズマ密度の変動を抑制し、プラズマ発生状態を安定して、膜厚分布、膜質特性分布のばらつき発生の抑制を効果的におこなうことが可能となる。
(11) 本発明の一態様にかかるスパッタリング装置は、上記(1)において、
前記カソードユニットと対となり前記ターゲットの周囲に位置するアノードを有し、
前記磁力線傾斜機構は、前記一方の揺動端に位置する前記マグネットにおいて、前記マグネットに形成されて前記アノードに到達する磁力線を減らすように前記マグネットを前記ターゲットに近接させるマグネット近接走査部を有する、
ことができる。
上記の構成によれば、マグネットユニットの揺動する範囲である揺動領域において、その一方の揺動端にマグネットユニットが位置する場合、マグネットユニットのうち、一方の揺動端に接する位置にあるマグネットに対して、マグネット近接走査部が一方の揺動端に位置するターゲットに近接させることによって、マグネットから形成する磁場がターゲット付近で、揺動方向において揺動領域の外側に拡がらない位置にすることができる。
したがって、アノードに吸われる電子を減少することが可能となる。そのため、プラズマが吸われてしまい、プラズマ密度が減少することを抑制できる。これにより、エロージョン-非エロージョン境界領域を効果的に低減して、エロージョン-非エロージョン境界領域が形成されることに起因するパーティクル発生を低減することができる。
同時に、供給電圧の変動を抑制して、マグネットの揺動位置によるプラズマ密度の変動を抑制し、プラズマ発生状態を安定して、膜厚分布、膜質特性分布のばらつき発生の抑制を効果的におこなうことが可能となる。
本発明の一態様にかかるスパッタリング装置は、
被成膜基板の形成領域に向けてスパッタ粒子を放出するカソードユニットが、
エロージョン領域が形成されるターゲットと、
前記ターゲットに対して前記被成膜基板とは反対側に配置されて前記ターゲットに前記エロージョン領域を形成するマグネットを備えたマグネットユニットと、
前記マグネットと前記被成膜基板とを相対的に基板表面に沿った揺動方向(走査方向)における一方の揺動端と他方の揺動端との間で往復動作可能なマグネットユニット走査部と、
前記磁力線傾斜機構として、基板表面に沿って前記揺動方向に交差する揺動幅方向に延在する複数本の前記マグネットのうち前記一方の揺動端に位置する前記マグネットに沿って、前記一方の揺動端に位置する前記マグネットが形成する磁力線を前記他方の揺動端に向けて傾ける補助マグネットと、
を有することができる。
これにより、マグネットユニットの一方の揺動端において、一方の揺動端に位置するマグネットの形成する磁力線を、補助マグネットによって発生する磁場を用いて傾けることができる。したがって、アノードに吸われる電子を減少することが可能となる。そのため、プラズマが吸われてしまい、プラズマ密度が減少することを抑制できる。これにより、エロージョン-非エロージョン境界領域を効果的に低減して、エロージョン-非エロージョン境界領域が形成されることに起因するパーティクル発生を低減することができる。
同時に、供給転圧の変動を抑制して、マグネットの揺動位置によるプラズマ密度の変動を抑制し、プラズマ発生状態を安定して、膜厚分布、膜質特性分布のばらつき発生の抑制を効果的におこなうことが可能となる。
本発明のスパッタリング装置は、
前記磁力線傾斜機構の前記補助マグネットが、前記一方の揺動端に位置する前記マグネットに沿って前記一方の揺動端に対して前記他方の揺動端と逆側に配置されるとともに、
前記補助マグネットが、前記マグネットと一体に揺動可能であることができる。
これにより、マグネットの揺動位置にかかわらず、マグネットからの磁力線の減少を抑制して、プラズマ発生状態を安定して、エロージョン-非エロージョン境界領域が形成されることを減少させ、パーティクル発生を抑制するとともに、膜厚分布、膜質特性分布のばらつき発生を抑制することができる。
本発明のスパッタリング装置は、
前記磁力線傾斜機構の前記補助マグネットが、前記一方の揺動端に位置する前記マグネットと同極のマグネットとされることができる。
これにより、プラズマを発生させるマグネットからの磁力線を、補助マグネットからの磁力線で反発させて、必要な磁気強度(磁束密度)を維持したまま所定の方向に傾けることが可能となる。従って、プラズマ密度の低下を生じることなく、エロージョン-非エロージョン境界領域が形成されることを抑制して、パーティクル発生を抑制するとともに、膜厚分布、膜質特性分布のばらつき発生を抑制することができる。
本発明のスパッタリング装置は、
前記磁力線傾斜機構の前記補助マグネットの磁気強度が、前記一方の揺動端に位置する前記マグネットの磁気強度と同等かまたは小さいことができる。
これにより、プラズマを発生させるマグネットからの磁力線を、補助マグネットからの磁力線で過大に傾斜させることなく、所定の角度に傾斜させることが可能となる。従って、余計なプラズマ密度の低下を生じることなく、余計な非エロージョン境界領域を発生させることなく、エロージョン-非エロージョン境界領域が形成されることを抑制して、パーティクル発生を抑制するとともに、膜厚分布、膜質特性分布のばらつき発生を抑制することができる。
本発明のスパッタリング装置は、
前記磁力線傾斜機構の前記補助マグネットが、前記マグネットに沿って前記ターゲットに向けて突出する突条を有することができる。
これにより、補助マグネットの磁力線を突条から集中して形成することができる。これにより、補助マグネットの磁力線が分散することなく、プラズマを発生させるマグネットからの磁力線を効率的に傾斜させることが可能となる。従って、補助マグネットを小型化・軽量化することができ、マグネットユニット走査部に余計な負担をかけずにマグネットおよび補助マグネットを揺動させることが可能となる。これにより、プラズマ密度の低下を生じることなく、余計な非エロージョン境界領域を発生させることなく、エロージョン-非エロージョン境界領域が形成されることを抑制して、パーティクル発生を抑制するとともに、膜厚分布、膜質特性分布のばらつき発生を抑制することができる。
本発明のスパッタリング装置は、
前記磁力線傾斜機構の前記補助マグネットが、前記マグネットに対して前記ターゲットから離間する反対側に配置されて前記マグネットと磁気回路を形成するヨークに取り付け固定されることができる。
これにより、マグネットと一体的に揺動することが可能となるとともに、揺動位置に関わりなく補助マグネットによる揺動一端のマグネットに対する磁力線の傾きを一定に保持することができる。また、ヨークとともに形成されるマグネットの磁気回路に補助マグネットの磁気も組み込んで、より効率的にプラズマ発生させることができる。
本発明のスパッタリング装置は、
前記カソードユニットが、
前記マグネットが表面に磁性体からなる中央領域を有する平板状のヨークに配置されて、
前記ヨークの前記中央領域に直線状に配置された中央磁石部と、前記中央磁石部を囲むように周設された周縁磁石部と、を有し、前記中央磁石部および前記周縁磁石部が互いに平行である平行領域を有し、
前記ヨークの前記表面に設けられた磁気回路と、
前記磁気回路に重ねて配置されたバッキングプレートと、
前記磁力線傾斜機構として、前記中央磁石部に平行で前記揺動端の前記周縁磁石部に沿った直線状の前記補助マグネットと、
を有し、
前記補助マグネットが補助ヨークを介して前記ヨークに固定され、
前記補助ヨークが磁性体または誘電体からなることができる。
これにより、被成膜基板に対して平行となる面に沿って周縁磁石部の磁極面が配置され、この揺動方向で揺動一端に位置する周縁磁石が磁極面と直交する方向よりも揺動他端から離間する向きの磁力線を、少なくとも磁極面と直交する方向より揺動他端に向かう方向に傾けて、マグネットが最もアノードに近接する揺動位置になった場合でも、アノードに吸われる電子を抑制し、揺動方向の周縁でプラズマ密度が減少することを防止して、余計な非エロージョン境界領域を発生させることなく、エロージョン-非エロージョン境界領域が形成されることを抑制して、パーティクル発生を抑制するとともに、膜厚分布、膜質特性分布のばらつき発生を抑制することができる。
本発明のスパッタリング装置は、
前記補助ヨークおよび前記補助マグネットが、前記ヨークから取り外し可能であることができる。
これにより、異なる動作条件での処理をおこなう場合に、対応する磁力線を形成するために、揺動端におけるマグネットからの磁力線の傾斜角度を異ならせる場合に、補助マグネットを取り替えることで、容易に設定変更をおこなうことが可能となる。
本発明のスパッタリング装置は、
前記ヨークおよび前記マグネットが、前記揺動幅方向に分割され、これらの分割部分が前記揺動幅方向およびターゲットに近接離間する方向に互いに位置設定可能とされ、前記分割部分における前記補助マグネットが、対応する前記マグネットと一体に揺動可能であることができる。
これにより成膜領域全体に対する成膜状態の制御のため、例えば、揺動幅方向で、プラズマ発生に関する磁束密度の条件を調整する場合に対応して、マグネットが分割され、この分割されたそれぞれの部分がマグネット揺動操作部に対して互いに揺動方向あるいは揺動幅方向または磁極面と直交する方向に相対位置を移動させる場合に、揺動一端となる周縁磁極の磁力線を補助マグネットによって必要な方向に傾斜させた状態を変化させることを、個々の分割部分において維持することができる。
本発明によれば、必要な磁束密度を維持してプラズマ密度を維持することを可能として、非エロージョン発生領域周りのぼやけた領域の発生を抑制して、パーティクルの削減を図ること、および、形成されたプラズマ分布を安定させ、マグネットの揺動位置にかかわらずに膜厚分布・膜厚特性分布の均一性向上を図ることができることができるという効果を奏することが可能となる。
本発明に係るスパッタリング装置の第1実施形態を示す模式平面図である。 本発明に係るスパッタリング装置の第1実施形における成膜室を示す模式側面図である。 本発明に係るスパッタリング装置の第1実施形態におけるガラス基板とカソード装置の構成との位置関係を示す模式図である。 本発明に係るスパッタリング装置の第1実施形態におけるガラス基板とターゲットとマグネットユニットとの位置関係を示す正面図である。 本発明に係るスパッタリング装置の第1実施形態におけるマグネットユニットの端部を示す拡大断面図である。 本発明に係るスパッタリング装置の第1実施形態における磁力線傾斜機構の作用を説明するための図である。 本発明に係るスパッタリング装置の第2実施形態におけるマグネットユニットの端部を示す拡大断面図である。 本発明に係るスパッタリング装置の第2実施形態における磁力線傾斜機構の作用を説明するための図である。 本発明に係るスパッタリング装置の第3実施形態におけるマグネットユニットの端部を示す拡大断面図である。 本発明に係るスパッタリング装置の第3実施形態における磁力線傾斜機構の作用を説明するための図である。 本発明に係るスパッタリング装置の第4実施形態におけるマグネットユニットの端部を示す拡大断面図である。 本発明に係るスパッタリング装置の第4実施形態における磁力線傾斜機構の作用を説明するための図である。 本発明に係るスパッタリング装置の第5実施形態におけるマグネットユニットの端部を示す拡大断面図である。 本発明に係るスパッタリング装置の第5実施形態における磁力線傾斜機構の作用を説明するための図である。 本発明に係るスパッタリング装置の第6実施形態におけるマグネットユニットの端部を示す拡大断面図である。 本発明に係るスパッタリング装置の第6実施形態における磁力線傾斜機構の作用を説明するための図である。 本発明に係るスパッタリング装置の第7実施形態におけるマグネットユニットの端部を示す拡大断面図である。 本発明に係るスパッタリング装置の第7実施形態における磁力線傾斜機構の作用を説明するための図である。 本発明に係るスパッタリング装置の第8実施形態におけるマグネットユニットの端部を示す拡大断面図である。 本発明に係るスパッタリング装置の第8実施形態における磁力線傾斜機構の作用を説明するための図である。 スパッタリング装置における磁力線傾斜機構がない場合の作用を説明するための図である。
以下、本発明に係るスパッタリング装置の第1実施形態を、図面に基づいて説明する。
図1は、本実施形態におけるスパッタリング装置を示す模式平面図である。図2は、本実施形態におけるスパッタリング装置における成膜室を示す模式側面図である。図において、符号1は、スパッタリング装置である。
本実施形態に係るスパッタリング装置1は、例えば、半導体装置の製造工程や、液晶ディスプレイ、有機ELディスプレイなどのFPD(flat panel display,フラットパネルディスプレイ)の製造工程においてガラス等からなる基板上にTFT(Thin Film Transistor)を形成する場合などに用いる。本実施形態に係るスパッタリング装置1は、ガラスや樹脂からなる被処理基板に対して、真空環境下で加熱処理、成膜処理、エッチング処理等を行うインターバック式の真空処理装置である。
本実施形態では、ガラス基板(被成膜基板、透明基板)11として、一辺100mm程度から、一辺2500mm以上の矩形基板を適用可能であり、さらに、厚み1mm以下の基板、厚み数mmの基板や、厚み10mm以上の基板も用いることができる。
本実施形態に係るスパッタリング装置1は、図1に示すように、ロード・アンロード室(真空チャンバ)2と、成膜室(真空チャンバ)4と、搬送室(真空チャンバ)3と、を備えている。
ロード・アンロード室2は、略矩形のガラス基板11(被処理基板)を外部との間で搬入/搬出する。成膜室4は、ガラス基板11上に、例えば、ZnO系やIn系の透明導電膜等、アルミニウムや銀等の金属や酸化物、それ以外の被膜をスパッタリング法により形成する耐圧の真空チャンバである。搬送室3は、成膜室4とロード・アンロード室2との間に位置し、成膜室4とロード・アンロード室2(真空チャンバ)との間でガラス基板11を搬送する。
本実施形態に係るスパッタリング装置1は、図1に示すように、ロード・アンロード室(真空チャンバ)2と、成膜室(真空チャンバ)4と、搬送室(真空チャンバ)3と、を備えている。
ロード・アンロード室2は、略矩形のガラス基板11(被処理基板)を外部との間で搬入/搬出する。成膜室4は、ガラス基板11上に、例えば、ZnO系やIn系の透明導電膜等、アルミニウムや銀等の金属や酸化物、それ以外の被膜をスパッタリング法により形成する耐圧の真空チャンバである。搬送室3は、成膜室4とロード・アンロード室2との間に位置し、成膜室4とロード・アンロード室2(真空チャンバ)との間でガラス基板11を搬送する。
本実施形態に係るスパッタリング装置1は、図1に示すように、サイドスパッタ式の装置として構成できる。あるいは、本実施形態に係るスパッタリング装置1は、図2に示すように、スパッタダウン式の装置として構成できる。さらに、スパッタアップ式の装置として構成することもできる。
さらに、スパッタリング装置1には、成膜室(真空チャンバ)4Aとロード・アンロード室(真空チャンバ)2aとを設けてもよい。これら複数のチャンバであるロード・アンロード室2、ロード・アンロード室2a、成膜室4、成膜室4Aは、搬送室3の周囲を取り囲むように形成されている。こうしたチャンバは、例えば、互いに隣接して形成された2つのロード・アンロード室(真空チャンバ)と、複数の処理室(真空チャンバ)とを有して構成されることになる。
例えば、一方のロード・アンロード室2は、外部からスパッタリング装置1(真空処理装置)の内部に向けてガラス基板11を搬入するロード室であり、他方のロード・アンロード室2aは、スパッタリング装置1の内部から外部にガラス基板11を搬出するアンロード室である。また、成膜室4と成膜室4Aとが異なる成膜工程を行う構成が採用されてもよい。また、成膜室4と成膜室4Aとが異なる方式のスパッタリング処理を行う構成が採用されてもよい。たとえば、成膜室4と成膜室4Aとの一方がサイドスパッタ式、他方がスパッタダウン式の装置として構成できる。
搬送室3とロード・アンロード室2との間には、仕切りバルブ(ドアバルブ)が形成されていればよい。同様に、搬送室3とロード・アンロード室2aとの間には、仕切りバルブ(ドアバルブ)が形成されていればよい。搬送室3と成膜室4との間には、仕切りバルブ(ドアバルブ)が形成されていればよい。搬送室3と成膜室4Aとの間には、仕切りバルブ(ドアバルブ)が形成されていればよい。
ロード・アンロード室2には、スパッタリング装置1の外部から搬入されたガラス基板11の載置位置を設定してアライメント可能な位置決め部材が配置されていてもよい。ロード・アンロード室2には、また、この室内を粗真空引きするロータリーポンプ等の粗引き排気装置(粗引き排気手段、低真空排気装置)が設けられる。
搬送室3の内部には、図1に示すように、搬送装置(搬送ロボット)3aが配置されている。
搬送装置3aは、回転軸と、この回転軸を回転駆動する回転駆動装置と、回転軸に取り付けられたロボットアームと、ロボットアームの一端に形成されたロボットハンドと、ロボットハンドを上下動させる上下動装置とを有している。ロボットアームは、互いに直交してそれぞれ水平方向にスライド可能な第一のアーム部と、第二のアーム部とから構成されている。搬送装置3aは、被搬送物であるガラス基板11を、ロード・アンロード室2、ロード・アンロード室2a、成膜室4、成膜室4Aの各々と、搬送室3と、の間で移動させることができる。
成膜室4には、図1に示すように、カソード装置10と、マスク等を有する基板ホルダとされた基板保持部13と、ガス導入装置(ガス導入手段)および高真空排気装置(高真空排気手段)を備えるガス制御部14と、が設けられている。
成膜室4の内部は、図1に示すように、成膜時にガラス基板11の表面が露出する前側空間41と、成膜時にガラス基板11の裏面側に位置する裏側空間42とで構成されている。前側空間41には、カソード装置10が配置される。
カソード装置10は、図1に示すサイドスパッタ式の成膜室4の内部において、搬送室3に接続される搬送口4aから最も遠い位置に立設される。
また、カソード装置10は、図2に示すダウンスパッタ式の成膜室4の内部において、搬送口4aから搬送室3に搬送した水平位置のガラス基板11の上方に、かつ、ガラス基板11と平行に対向して配置される。ここで、成膜口4bの周囲には、マスク20が配置されてもよい。
基板保持部(基板保持機構)13は、図1または図2に示すように、裏側空間42内部に設けられている。基板保持部13は、搬送口4aから搬入されたガラス基板11を支持可能とされる。
基板保持部13は、図1に示すように、成膜中に後述するターゲット23とガラス基板11の被処理面(成膜面)11aとが対向するように、ガラス基板11を保持する。基板保持部13は、成膜中には、立設されたカソード装置10に対向する縦位置にガラス基板11を保持する。
基板保持部13(基板保持手段)は、図2に示すように、成膜中に後述するターゲット23とガラス基板11の被処理面(成膜面)11aとが対向するように、ガラス基板11を保持する。基板保持部13は、成膜中には、下方に向いたカソード装置10に対向する水平位置にガラス基板11を保持する。
基板保持部13は、図1に示すサイドスパッタ式の成膜室4の内部において、裏側空間42の下側位置で、搬送口4aおよび/または成膜口4bと略並行に延在する揺動軸と、揺動軸に取り付けられガラス基板11の裏面を保持する保持部と、を備えてもよい。
ガス制御部14におけるガス導入装置(ガス導入手段)は、成膜室4の内部にガスを導入する。ガス制御部14における高真空排気装置(高真空排気手段)は、成膜室4の内部を高真空引きするターボ分子ポンプ等である。
カソード装置10は、図1に示すサイドスパッタ式の成膜室4の内部において、成膜室4の内部における成膜位置(プラズマ処理位置)とされたガラス基板11に対してガラス基板11の主面に沿った水平方向に揺動可能とされている。この場合、カソード装置10は、カソードボックスと称される箱形に構成されてもよい。
カソード装置10は、図2に示すダウンスパッタ式の成膜室4の内部において、成膜室4の内部における成膜位置(プラズマ処理位置)とされたガラス基板11に対してガラス基板11の主面に沿った水平方向に揺動可能とされている。
以下の説明では、図1に示すサイドスパッタ式の成膜室4の内部におけるカソード装置10について説明するが、揺動方向が異なるだけで、図2に示すダウンスパッタ式の成膜室4の内部におけるカソード装置10も、同じ構成とすることができる。
図3は、本実施形態のスパッタリング装置におけるガラス基板とカソード装置の構成との位置関係を示す模式図である。
カソード装置10は、図3に示すように、1つのカソードユニット22を有する。
カソードユニット22は、図3に示すように、ガラス基板11の表面と対向するZX平面に沿って配置されている。カソードユニット22では、ターゲット23、バッキングプレート24、および、マグネットユニット21が、ガラス基板11に近い位置から離間するY方向に向けて、この順に配置されている。
なお、図3おいて、カソード装置10は、図1に示すサイドスパッタ式に即して、ガラス基板11と略平行にターゲット23を鉛直方向に立てた縦型として記載している。さらに本実施形態の構成は、図2に示すダウンスパッタ式に即して、ガラス基板11が水平状態でターゲット23の下側に配置されたダウンデポの場合でも、XYZの方向をそれぞれ対応して読み替えることで、同様の構成に対応することができる。
図4は、本実施形態のスパッタリング装置におけるガラス基板とターゲットとマグネットユニットとの位置関係を示す正面図である。
ターゲット23は、ガラス基板11と対向するZX平面に沿った平板状に配置される。ターゲット23は、カソードボックスの表面でガラス基板11に対向する位置に露出している。
ターゲット23は、図4に示すように、Z方向においてガラス基板11よりも長い幅を有する。また、ターゲット23は、揺動方向であるX方向においてガラス基板11よりも大きい幅を有する。ターゲット23の周囲には、アノード28が設けられる。
アノード28は、ターゲット23の全周に設けられる。アノード28は、ターゲット23からはみ出したバッキングプレート24を、ガラス基板11に対して覆っている。
バッキングプレート24は、ガラス基板11と対向するZX平面に沿った平板状に形成される。バッキングプレート24は、ターゲット23のガラス基板11と向かい合わない面に接合されている。バッキングプレート24には、直流電源を有する制御部26が接続している。直流電源から供給される直流電力は、バッキングプレート24を通じてターゲット23に供給される。カソードの電源として直流電源に変えて、直流電源・パルス電源・RF電源を用いてもよい。
カソードユニット22は、ガラス基板11の成膜面11aと対向するZX平面に沿ってターゲット23が配置されている。カソードユニット22には、ターゲット23の裏面側、つまり、ターゲット23に対してバッキングプレート24に近接する位置に、複数本のマグネット25が並ぶマグネットユニット21を有する。
マグネットユニット21は、複数本のマグネット25が平行に並んでいる。マグネット25は、多連マグネットである。複数本のマグネット25は、いずれも長手方向がZ方向に沿って配置されている。複数本のマグネット25は、ZX平面に沿って互いに平行に配置される。マグネット25は、その長手方向がガラス基板11の表面に沿って揺動方向であるX方向に交差する揺動幅方向であるY方向に延在する。X方向において、複数本のマグネット25は、互いに等間隔に配置される。
本実施形態では、例えば9本のマグネット25がX方向に隣接される。マグネットユニット21において、マグネット25の本数は、ガラス基板11の面積やターゲット23の面積、あるいは、後述するマグネットユニット21の揺動範囲等に応じて適宜設定することができる。なお、本実施形態におけるカソードユニット22では、ガラス基板11に対してターゲット23が固定配置されて、ターゲット23が成膜室4に固定された構成とされる。
マグネット25は、それぞれ磁気回路を形成している。
1本のマグネット25は、ガラス基板11と向かい合うターゲット23の表面23aにそれぞれマグネトロン磁場を形成する。
マグネットユニット21において、それぞれのマグネット25は永久磁石の組み合わせによって所定の磁気回路を形成する構成されてもよい。マグネットユニット21において、それぞれのマグネット25は個別に制御部26に接続されて、個々に発生する磁場状態を制御可能な構成としてもよい。
マグネットユニット21のうち、揺動方向であるX方向端部で揺動終端と揺動始端のマグネット25には、磁力線傾斜機構が設けられる。磁力線傾斜機構に関しては後述する。
図5は、本実施形態におけるスパッタリング装置のマグネットユニットにおける端部を示す拡大断面図である。
マグネットユニット21において、マグネット25は、図4~図5に示すように、ヨーク31と、中央磁石部50と、周縁磁石部60と、を有する。
ヨーク31は、図4,図5に示すように、略矩形輪郭を有する平板状の磁石ベースとされる。ヨーク31は、その表面に中央領域25aを有する。ヨーク31は、SUS430等から形成することができる。
中央磁石部50は、Z方向を長手方向とする棒状の複合磁石体である。中央磁石部50は、中央領域25aにおいてX方向の中央位置に配置される。中央磁石部50は、Z方向に沿った略直線状に配置される。
周縁磁石部60は、磁石ベース(ヨーク)31平面において、中央磁石部50から離間して、この中央磁石部50を囲むように周設される。周縁磁石部60は、ZX面に沿って配置される略長円の環状磁石である。
中央磁石部50と周縁磁石部60とは、図4,図5に示すように、いずれもZ方向に向かう磁極面(磁極平面)30を有する。中央磁石部50と周縁磁石部60とは、いずれもZX面に沿った磁極面30を有する。中央磁石部50と周縁磁石部60とは、互いに極性が異なる。中央磁石部50と周縁磁石部60とは磁気回路を構成する。
中央磁石部50および周縁磁石部60は、マグネット25の長手方向であるZ方向の中央領域25aにおいて、互いに平行である平行領域を形成する。
中央磁石部50は、その延在するZ方向に複数に分割されている。中央磁石部50は、分割された個々の磁石がZ方向に連続的に隣接して配置される。中央磁石部50は、複数の磁石を棒状に並べた構成である。
同様に、周縁磁石部60は、環状に延在するZ方向およびX方向に沿って複数個に分割されている。周縁磁石部60は、分割された個々の磁石がZ方向およびX方向に連続的に隣接して配置される。周縁磁石部60は、複数の磁石を環状に並べた構成である。周縁磁石部60は、ZX面において、長円形状、言い換えると、レーストラック形状に配置される。または、周縁磁石部60は、ZX面において、四隅を角丸めした長方形に近い形状として配置される。
ここで、長円形状とは、平面上で2分割した円を分割線と直交する方向に離間し、分割して対向する位置の端部どうしを平行な2直線で結んだ形状である。あるいは、レーストラック形状とは、長方形の四隅を角丸めするとともに、短辺がなくなる程度まで円弧状に角丸めした輪郭形状を意味する。
周縁磁石部60は、図4,図5に示すように、長手直線部61と、長手直線部62と、橋渡し部63と、を有する。
長手直線部61と長手直線部62とは、周縁磁石部60のうち、Z方向に延在する部分である。長手直線部61と長手直線部62とは、ZX面において、いずれも、中央磁石部50の両側に平行に延びる。長手直線部61と長手直線部62とは、Z方向の全長で、X方向における互いの離間距離が等しい。長手直線部61と長手直線部62とは、Z方向の全長で、X方向に等間隔に配置される。
長手直線部61と長手直線部62とは、Z方向の全長が、互いに等しく形成される。長手直線部61と長手直線部62とは、中央磁石部50に対して、Z方向において互いに等しい位置に配置される。長手直線部61と長手直線部62とは、Z方向の全長で、X方向における幅寸法が等しく形成される。長手直線部61の外周面(外周部)と長手直線部62の外周面(外周部)とは、ヨーク31の外周輪郭のうちZ方向に沿った辺に沿って配置される。
長手直線部61のZ方向端部(端面)と長手直線部62のZ方向端部(端面)とは、Z方向の配置が互いに同じ位置である。長手直線部61の内周面(内周部)と長手直線部62の内周面(内周部)とは、互いに平行に対向する。長手直線部61の内周面と長手直線部62の内周面とは、いずれもZY平面に沿って形成される。
橋渡し部63は、長手直線部61と長手直線部62とにおけるZ方向の端部を夫々橋渡ししている。橋渡し部63は、Z方向における長手直線部61と長手直線部62との橋渡し部を有する。橋渡し部63は、マグネット25におけるZ方向の端部に配置される。橋渡し部63は、長手直線部61のZ方向端部61aからZ方向に向かい、X方向に曲がって、さらにZ方向に曲がって長手直線部62のZ方向端部に接続する。橋渡し部63は、中央領域25aよりもZ方向で外側となる端部領域25bに含まれる。
周縁磁石部60は、長手直線部61および長手直線部62が所定の長さに分割されて直線状に組み合わされている。長手直線部61および長手直線部62を構成するそれぞれの磁石は、いずれも永久磁石である。また、橋渡し部63は、所定の長さに分割されて組み合わされる。橋渡し部63を構成するそれぞれの磁石は、いずれも永久磁石である。
周縁磁石部60のZX面に沿った径方向の肉厚は、長手直線部61および長手直線部62、橋渡し部63でほぼ等しく形成されることができる。なお、周縁磁石部60のZX面に沿った径方向の肉厚は、長手直線部61および長手直線部62に比べて、橋渡し部63のコーナー部分で小さく形成されてもよい。
中央磁石部50は、図4,図5に示すように、長手方向となるZ方向に直線状、あるいは棒状に形成される。中央磁石部50は、所定の長さに分割されて直線状に組み合わされる。中央磁石部50を構成するそれぞれの磁石は、いずれも永久磁石である。中央磁石部50は、周縁磁石部60には接していない。中央磁石部50は、周縁磁石部60から離間している。
カソード装置10は、マグネットユニット21を1つの走査方向である揺動方向に沿って移動させるマグネットユニット走査部29を備える。揺動方向は、マグネットユニット21において、複数本のマグネット25が立設されるZ方向と直交するX方向である。
マグネットユニット走査部29は、ターゲット23に対するマグネットユニット21の位置を変える。マグネットユニット走査部29は、ターゲット23に対する複数本のマグネット25の位置を変える。マグネットユニット走査部29は、複数本のマグネット25の相対位置関係を変えずに揺動することが可能である。つまり、マグネット25は、いずれも、ターゲット23に対して、マグネットユニット走査部29によってターゲット23の粒子放出面と平行に移動(揺動)可能とされている。
Y方向から見た場合に、マグネットユニット走査部29によってマグネットユニット21が走査する範囲である領域を、揺動領域と称する。なお、揺動領域に沿った、との表現をZX面に沿った、との意味で用いることがある。Y方向から見て、揺動領域は略矩形輪郭を有する。
マグネットユニット走査部29は、例えば、走査方向に沿って延びるレールと、カソードユニット22におけるX方向の2つの端部の各々に取り付けられたローラーと、ローラーの各々を自転させる複数のモーター等から構成される。マグネットユニット走査部29は、走査方向に沿って延びるレールを有するLMガイド等から構成されてもよい。
マグネットユニット走査部29のレールは、走査方向(X方向)においてターゲット23と同程度かそれよりも長い幅を有する。なお、マグネットユニット走査部29は、走査方向に沿って複数本のマグネット25を一体として移動させることが可能であれば、他の構成として具体化されてもよい。
マグネットユニット21のうち、揺動方向であるX方向端部で揺動終端と揺動始端のマグネット25には、磁力線傾斜機構が設けられる。磁力線傾斜機構に関しては後述する。
本実施形態における磁力線傾斜機構は、揺動領域のうち、一方の揺動端に位置するマグネット25において、隣接するマグネット25の中央磁石部50よりも小さく形成された揺動端中央磁石部50Aを有する。
揺動端中央磁石部50Aは、図5に示すように、中央磁石部50と同様に、周縁磁石部60に囲まれている。つまり、揺動端中央磁石部50Aは、ヨーク31に対して、中央磁石部50とほぼ同じ位置に配置される。揺動端中央磁石部50Aは、X方向において、長手直線部61と長手直線部62との略中央位置に配置される。
揺動端中央磁石部50Aが、中央磁石部50と異なるのは、X方向における幅寸法が小さいことである。揺動端中央磁石部50Aは、中央磁石部50よりも体積が小さく形成される。揺動端中央磁石部50Aは、中央磁石部50よりもX方向における幅寸法が小さい。揺動端中央磁石部50Aは、Z方向における全長で、中央磁石部50よりもX方向における幅寸法が小さい。揺動端中央磁石部50Aは、中央磁石部50のZ方向の長さ寸法と同じZ方向の長さ寸法を有する。揺動端中央磁石部50Aは、中央磁石部50のY方向の厚さ寸法と同じY方向の厚さ寸法を有する。揺動端中央磁石部50Aは、Z方向の全長で、略同一のXY断面形状を有することができる。揺動端中央磁石部50Aは、中央磁石部50と同様に、ヨーク31に固定される。
揺動端中央磁石部50Aの磁性体としての磁力密度は、中央磁石部50とほぼ同じである。つまり、揺動端中央磁石部50Aは、中央磁石部50とほぼ同じ磁石を用いて形成されている。
なお、揺動端中央磁石部50Aは、後述するように、揺動端中央磁石部50Aがない場合に比べて、一端部におけるマグネット25の形成する磁力線が、X方向において他方の揺動端に向かって傾斜する構成であれば、上記の構成に限定されない。例えば、揺動端中央磁石部50Aは、中央磁石部50とほぼ同じ体積で、形成する磁力が弱い構成とすることもできる。
本実施形態におけるカソードユニット22では、図3,図4に示すように、マグネットユニット走査部29によって、スパッタ粒子を放出して成膜するとき、マグネットユニット21を揺動端位置Reversと揺動端位置Forwardとの間で往復移動させる。
カソードユニット22では、複数本のマグネット25からなる多連マグネットをまとめてマグネットユニット21とする。カソードユニット22では、マグネットユニット走査部29により、マグネットユニット21を、揺動方向(X方向)中央位置centerから、図3,図4において右向きに揺動端位置Forwardまで、さらに揺動端位置Forwardから左向きに中央位置centerを経由して揺動端位置Reversまで、さらに、揺動端位置Reversから中央位置centerまで移動させて、1スキャンが終了する。カソードユニット22では、このスキャンを複数回繰り返す。
同時に、マグネットユニット21では、それぞれのマグネット25において、中央磁石部50と周縁磁石部60とが磁場を形成する。マグネット25では、中央磁石部50と周縁磁石部60とヨーク31で磁気回路を形成する。このとき、揺動端にあるマグネット25では、揺動端中央磁石部50Aと周縁磁石部60とヨーク31で磁気回路を形成する。つまり、揺動端にあるマグネット25では、磁力線傾斜機構である揺動端中央磁石部50Aを備えていることで、隣接するマグネット25およびのX方向で中央寄りにあるマグネット25では、異なる磁力線が形成された状態を維持しつつ、マグネットユニット21がスキャンをおこなう。
次に、本実施形態に係るスパッタリング装置1において、ガラス基板11に対する成膜について説明する。
まず、スパッタリング装置1の外部から内部に搬入されたガラス基板11は、まず、ロード・アンロード室2内の位置決め部材に載置され、ガラス基板11がアライメントされる(図1参照)。
次に、ガラス基板11は、搬送装置3aのロボットハンドで支持され、ロード・アンロード室2から取り出される。そして、ガラス基板11は、搬送室3を経由して成膜室4へ搬送される。
成膜室4においては、基板保持部13が駆動部によって回転されて水平載置位置に配置される。さらに、図示しないリフトピン移動部によって、リフトピンは、基板保持部13から上方に突出した準備位置に配置されている。
この状態で、成膜室4へ到達したガラス基板11は、搬送装置3aによって基板保持部13の上側に挿入される。
次いで、搬送装置3aのロボットハンドが降下して基板保持部13に近接することで、基板保持部13の所定の位置にアライメントされた状態として、リフトピン上にガラス基板11が載置される。その後、搬送ロボット3aのロボットハンドが搬送室3へ後退する。そして、リフトピンが下降し、ガラス基板11が基板保持部13上に支持される。
次いで、基板保持部13が回動されることで、基板保持部13によってガラス基板11が保持された状態で、ガラス基板11は鉛直処理位置に到達するように立ち上がる。これにより、ガラス基板11によって成膜口4bがほぼ閉塞され、ガラス基板11が成膜位置に保持される。この状態でガス制御部14によって所定のガス雰囲気とし、制御部26によってプラズマを発生させ、スパッタリングにより成膜処理をおこなう。成膜処理時のマグネットユニット21による磁場形成等については後述する。
成膜処理が終了した際には、基板保持部13が回動されることで、基板保持部13によってガラス基板11が保持された状態で、ガラス基板11は水平載置位置に到達する。
成膜処理が終了したガラス基板11は、搬送装置3aによって、成膜室4から取り出される。そして、ガラス基板11は、搬送室3を経由してロード・アンロード室2から取り出される。
以下、本実施形態におけるマグネットユニット21の作用について説明する。
図21は、本実施形態における磁力線傾斜機構の作用を説明するための図であり、磁力線傾斜機構がない場合における磁力線の向きを示す模式図である。
まず、磁力線傾斜機構のない場合、つまり、揺動端中央磁石部50Aが設けられておらず、全てのマグネット25が同じ中央磁石部50を有する場合について説明する。
上述したように、マグネット25の形成した磁場により、ターゲット23の表面23aとガラス基板11との間にプラズマを発生させる。この状態で、後述するスパッタ条件とすることで、ガラス基板11の表面に成膜をおこなう。
ここで、スパッタリング中、N極の周縁磁石部60からS極の中央磁石部50へと磁力線が形成される。中央磁石部50と周縁磁石部60とヨーク31で磁気回路が形成されている。
これにより、磁力線に沿って電子がトラッキングされる。
このとき、ターゲット23の揺動範囲のうち揺動端となる位置では、図21に示すように、N極の周縁磁石部60からの磁力線が近接しているアノード28に向かい、ターゲット23の表面23aにおいては、磁力線密度が低下する。つまり、トラッキングされる電子密度が不充分になり、プラズマ密度が不充分になる。この結果、ターゲット23の表面23aにおけるエロージョン領域が形成されず、X方向の両端で、非エロージョン領域が形成される。
N極の周縁磁石部60からの磁力線は、Y方向に向かうに連れて、X方向で左向きに傾いてアノード28に向かっている。
また、N極の周縁磁石部60からS極の中央磁石部50へと磁力線が形成される。この磁力線により、ターゲット23の表面23aにおいては、周縁磁石部60によって囲まれた中央磁石部50の周囲をZX面に沿って電子が周回する。このとき、マグネット25の長手方向で電子の移動方向の端部、つまり、中央磁石部50に沿ってZ方向に移動してきた電子は、橋渡し部63に沿ってX方向に曲がる付近で、その移動速度が遅くなり密度が上昇する。
その結果、橋渡し部63から周縁磁石部60に沿って、電子がX方向からZ方向に曲がる位置においては、電子の密度が減少する。この結果、ターゲット23の表面23aにおけるエロージョンが減少し、非エロージョン領域が形成される。この現象は隣り合うマグネット25においては、中央磁石部50のまわりを回る電子の向きが逆になって打ち消し合って相殺されるので、X方向の両端(揺動端)となる2本のマグネット25において発現する。しかも、X方向の両端では、それぞれ非エロージョン領域の形成される位置がZ方向で反対側となる。つまり、X方向の両端でそれぞれ非エロージョン領域の形成される位置は、ターゲット23の対角位置になる。
この結果、磁力線傾斜機構のない場合には、ターゲット23の四隅のうち、対角となる2箇所に非エロージョン領域が形成される。また、このように非エロージョン領域が形成されると、X方向の両端位置、および、対角となる2箇所以外にも、他の非エロージョン領域が形成されやすい。これは、非エロージョン領域が形成された場合、印加された供給電力がプラズマ発生に消費されずに余剰となることによる。この余剰電力が、X方向の両端位置、および、対角となる2箇所の非エロージョン領域とは異なる領域に対して再分配される、あるいは、全体の電圧(電力)変動として吸収されることになるためである。従って、電圧変動の発生時ように、プラズマ発生条件がターゲット23表面における位置に応じて変動してしまうと考えられる。
次に、磁力線傾斜機構のある場合について説明する。
図6は、磁力線傾斜機構の作用を説明するための図であり、揺動端中央磁石部50Aがある場合における磁力線の向きを示す模式図である。
ここで、スパッタリング中、揺動範囲のうち揺動端となるマグネット25では、図6に示すように、N極の周縁磁石部60からS極の揺動端中央磁石部50Aへと磁力線が形成される。このとき、揺動端中央磁石部50Aと周縁磁石部60とヨーク31とで磁気回路が形成されている。
これにより、磁力線に沿って電子がトラッキングされる。
このとき、揺動端となるマグネット25では、図6に示すように、中央磁石部50に比べて小さい揺動端中央磁石部50Aによって、N極の周縁磁石部60からの磁力線がアノード28に向かわないように傾く。つまり、N極の周縁磁石部60から磁極平面30に直交するY方向に向かう磁力線が、揺動端中央磁石部50Aがない場合に比べてX方向で右向きに傾いている。つまり、マグネット25では、揺動端中央磁石部50Aを設けることで、一方の揺動端において形成する磁力線を他方の揺動端に向けて押し込むことができる。
すると、ターゲット23の表面23aにおいては、磁力線密度が低下することがない。つまり、揺動端となるマグネット25では、トラッキングされる電子密度が充分に維持されるとともに、プラズマ密度が充分に維持される。この結果、ターゲット23の表面23aにおいて、X方向の両端に形成されていた非エロージョン領域を抑制することができる。
また、揺動端となるマグネット25では、揺動端中央磁石部50Aと周縁磁石部60とで磁気回路が形成されており、N極の周縁磁石部60からS極の揺動端中央磁石部50Aへと向かう磁力線が形成されている。これにより、ターゲット23の表面23aにおいて周縁磁石部60によって囲まれた揺動端中央磁石部50Aの周囲を周回する電子は、マグネット25の長手方向の端部で、その移動速度が遅くなることがない。したがって、マグネット25のZ方向端部においては、電子の密度上昇が抑制される。つまり、揺動端となるマグネット25では、揺動端中央磁石部50Aに沿ってZ方向に移動してきた電子が、橋渡し部63に沿ってX方向に曲がる付近で、その移動速度が遅くなることがない。また、橋渡し部63に沿ってX方向に曲がる付近で、電子の密度上昇が抑制される。
その結果、揺動端となるマグネット25では、長手直線部61または長手直線部62から、橋渡し部63に沿って電子がX方向からZ方向に曲がる位置において、電子密度の減少が発生しない。この結果、X方向の両端となる2本のマグネット25においては、ターゲット23の表面23aにおける非エロージョン領域の形成を抑制することができる。つまり、X方向の両端(揺動端)となる2本のマグネット25に揺動端中央磁石部50Aが設けられていることで、対角となる2箇所の非エロージョン領域の形成を抑制することができる。これにより、ターゲット23では、電圧変動の発生を抑制することができる。ターゲット23では、X方向端部における非エロージョン領域の形成を抑制することができる。したがって、ターゲット23では、X方向の端部および対角となる2箇所以外に他の非エロージョン領域が形成されやすくなることを抑制できる。
本実施形態におけるスパッタリング装置1によれば、磁力線傾斜機構として揺動端中央磁石部50Aを設けることによって、揺動端のマグネット25において、このマグネット25が形成する磁力線がアノード28に向かわないように抑制することができる。これにより、スパッタリング装置1は、アノード28に吸われる電子を減少することが可能である。つまり、マグネット25が形成する磁力線の向かう方向をY方向とするか、Y方向よりも図6の右向きに傾斜させることができる。すなわち、マグネット25が形成する磁力線を、ターゲット23の厚さ方向よりもターゲット23の輪郭内向きに傾斜させることができる。これにより、スパッタリング装置1は、非エロージョン領域の形成される面積をトータルで低減することができる。
つまり、スパッタリング装置1は、非エロージョン領域の発生を低減することにより、パーティクルの発生を抑制することが可能となる。つまり、スパッタリング装置1は、非エロージョン領域とエロージョン領域との境界が不明瞭になってパーティクル発生の原因となるエロージョン-非エロージョン境界領域の形成を低減することができる。
さらに、スパッタリング装置1は、非エロージョン領域発生を抑制することで、供給パワーが再分配されないようにすることができる。これにより、スパッタリング装置1は、放電電圧のスパイク変動を抑制して、電圧変動等によるプラズマ発生条件の部分的変動を抑制できる。したがって、スパッタリング装置1は、パーティクル発生、および、膜厚分布、シート抵抗値分布等の膜質特性分布のばらつきなどを抑制することができる。
以下、本発明に係るスパッタリング装置の第2実施形態を、図面に基づいて説明する。
図7は、本実施形態におけるマグネットユニットの端部を示す拡大断面図である。本実施形態において、上述した第1実施形態と異なるのは、磁力線傾斜機構に関する点であり、これ以外の上述した第1実施形態と対応する構成には同一の符号を付してその説明を省略する。
本実施形態におけるマグネットユニット21は、図7に示すように、揺動領域のうち、一方の揺動端に位置するマグネット25が、隣接するマグネット25の周縁磁石部60よりも大きく形成された揺動端長手直線部60Aを有する。揺動端長手直線部60Aは、磁力線傾斜機構を構成する。
揺動端長手直線部60Aは、隣接するマグネット25の周縁磁石部60と同様に、ヨーク31に対して、長手直線部61とほぼ同じ位置に配置される。揺動端長手直線部60Aは、周縁磁石部60と同様に、中央磁石部50と平行に配置される。揺動端長手直線部60Aは、周縁磁石部60と同様に、Z方向の両端が橋渡し部63に接続される。
揺動端長手直線部60Aは、揺動端に位置するマグネット25において、中央磁石部50よりも揺動端に位置する長手直線部61に対応する部分のみに形成される。つまり、揺動端長手直線部60Aは、周縁磁石部60において、中央磁石部50よりも隣接するマグネット25に近接する長手直線部62に対応する部分には形成されない。揺動端長手直線部60Aは、Z方向の全長で、X方向における中央磁石部50との離間距離が等しい。
揺動端長手直線部60Aは、隣接するマグネット25の長手直線部61および長手直線部62よりも大きく形成される。揺動端長手直線部60Aは、Z方向で両端に位置する橋渡し部63に挟まれた位置において、長手直線部61および長手直線部62よりもX方向における幅寸法が大きい。揺動端長手直線部60Aは、Z方向の全長で、X方向における幅寸法が等しい。
なお、揺動端長手直線部60Aは、橋渡し部63に接続される部分でのX方向における幅寸法が、橋渡し部63に等しくなるようにしてもよい。
揺動端長手直線部60AのZX面に沿った径方向の肉厚は、長手直線部61、長手直線部62、橋渡し部63の肉厚と、ほぼ等しく形成されることができる。
揺動端長手直線部60Aは、周縁磁石部60と同じ極性の磁石とされる。揺動端長手直線部60A、長手直線部62、橋渡し部63と、中央磁石部50とは磁気回路を構成する。揺動端長手直線部60Aは、長手直線部61および長手直線部62と同様に、所定の長さに分割されて組み合わされる。揺動端長手直線部60Aを構成するそれぞれの磁石は、いずれも永久磁石である。
揺動端長手直線部60Aの磁性体としての磁力密度は、長手直線部61および長手直線部62とほぼ同じである。つまり、揺動端長手直線部60Aは、中央磁石部50とほぼ同じ磁石を用いて形成されている。
なお、揺動端長手直線部60Aは、後述するように、揺動端長手直線部60Aがない場合に比べて、一端部におけるマグネット25の形成する磁力線が、X方向において他方の揺動端に向かって傾斜する構成であれば、上記の構成に限定されない。例えば、揺動端長手直線部60Aは、中央磁石部50とほぼ同じ体積で、形成する磁力が強い構成とすることもできる。
図8は、磁力線傾斜機構の作用を説明するための図であり、揺動端長手直線部60Aがある場合における磁力線の向きを示す模式図である。
ここで、スパッタリング中、揺動範囲のうち揺動端となるマグネット25では、図8に示すように、N極の周縁磁石部60からS極の中央磁石部50へと磁力線が形成される。このとき、揺動端長手直線部60A、長手直線部62、橋渡し部63と、中央磁石部50と、ヨーク31と、で磁気回路が形成されている。
これにより、磁力線に沿って電子がトラッキングされる。
このとき、揺動端となるマグネット25では、図8に示すように、長手直線部61に比べて大きい揺動端長手直線部60Aによって、N極の周縁磁石部60からの磁力線がアノード28に向かわないように傾く。つまり、N極の周縁磁石部60から磁極平面30に直交するY方向に向かう磁力線が、揺動端長手直線部60Aがない場合に比べて、X方向で右向きに傾いている。つまり、マグネット25では、揺動端長手直線部60Aを設けることで、一方の揺動端において形成する磁力線を他方の揺動端に向けて押し込むことができる。
なお、揺動端となるマグネット25において、揺動端長手直線部60Aと中央磁石部50とで形成される磁力線はX方向で右向きに傾くが、長手直線部62と中央磁石部50とで形成される磁力線は、ほぼ揺動端長手直線部60Aがない場合と同じとみなせる。
すると、ターゲット23の表面23aにおいては、磁力線密度が低下することがない。つまり、揺動端となるマグネット25では、トラッキングされる電子密度が充分に維持されるとともに、プラズマ密度が充分に維持される。この結果、ターゲット23の表面23aにおいて、X方向の両端に形成されていた非エロージョン領域を抑制することができる。
また、揺動端となるマグネット25では、揺動端長手直線部60A、長手直線部62、橋渡し部63と、中央磁石部50と、で磁気回路が形成されており、N極の周縁磁石部60からS極の揺動端中央磁石部50Aへと向かう磁力線が形成されている。これにより、ターゲット23の表面23aにおいて周縁磁石部60によって囲まれた中央磁石部50の周囲を周回する電子は、マグネット25の長手方向の端部で、その移動速度が遅くなることがない。したがって、マグネット25の長手方向Z方向端部においては、電子の密度上昇が抑制される。つまり、揺動端となるマグネット25では、中央磁石部50に沿ってZ方向に移動してきた電子が、橋渡し部63に沿ってX方向に曲がる付近で、その移動速度が遅くなることがない。また、橋渡し部63に沿ってX方向に曲がる付近で、電子の密度上昇が抑制される。
その結果、揺動端となるマグネット25では、揺動端長手直線部60Aから、橋渡し部63に沿って電子がX方向からZ方向に曲がる位置、または、長手直線部62から橋渡し部63に沿って電子がX方向からZ方向に曲がる位置において、電子密度の減少が発生しない。この結果、X方向の両端となる2本のマグネット25によって、ターゲット23の表面23aにおける非エロージョン領域の形成を抑制することができる。つまり、X方向の両端(揺動端)となる2本のマグネット25に揺動端長手直線部60Aが設けられていることで、対角となる2箇所の非エロージョン領域の形成を抑制することができる。これにより、ターゲット23では、電圧変動の発生を抑制することができる。ターゲット23では、X方向端部における非エロージョン領域の形成を抑制することができる。したがって、ターゲット23では、X方向の端部および対角となる2箇所以外に他の非エロージョン領域が形成されやすくなることを抑制できる。
本実施形態におけるスパッタリング装置1によれば、磁力線傾斜機構として揺動端長手直線部60Aを設けることによって、揺動端のマグネット25において、このマグネット25が形成する磁力線を、アノード28に向かわないようにすることができる。これにより、スパッタリング装置1は、アノード28に吸われる電子を減少することが可能である。つまり、スパッタリング装置1は、マグネット25が形成する磁力線をY方向とするか、Y方向よりも図8の右向きに傾斜させることができる。すなわち、マグネット25が形成する磁力線を、ターゲット23の厚さ方向よりもターゲット23の輪郭内向きに傾斜させることができる。これにより、スパッタリング装置1は、非エロージョン領域の形成される面積をトータルで低減することができる。
つまり、スパッタリング装置1は、非エロージョン領域の発生を低減することにより、パーティクルの発生を抑制することが可能となる。つまり、スパッタリング装置1は、非エロージョン領域とエロージョン領域との境界が不明瞭になってパーティクル発生の原因となるエロージョン-非エロージョン境界領域の形成を低減することができる。
さらに、スパッタリング装置1は、非エロージョン領域発生を抑制することで、供給パワーが再分配されないようにすることができる。これにより、スパッタリング装置1は、放電電圧のスパイク変動を抑制して、電圧変動等によるプラズマ発生条件の部分的変動を抑制できる。したがって、スパッタリング装置1は、パーティクル発生、および、膜厚分布、シート抵抗値分布等の膜質特性分布のばらつきなどを抑制することができる。
以下、本発明に係るスパッタリング装置の第3実施形態を、図面に基づいて説明する。
図9は、本実施形態におけるマグネットユニットの端部を示す拡大断面図である。本実施形態において、上述した第1,第2実施形態と異なるのは、磁力線傾斜機構に関する点であり、これ以外の上述した第1,第2実施形態と対応する構成には同一の符号を付してその説明を省略する。
本実施形態におけるマグネットユニット21は、図9に示すように、揺動領域のうち、一方の揺動端に位置するマグネット25が、隣接するマグネット25の中央磁石部50よりも他方の揺動端に向けて傾斜して配置された揺動端傾斜中央磁石部50Bを有する。揺動端傾斜中央磁石部50Bは、磁力線傾斜機構を構成する。
揺動端傾斜中央磁石部50Bは、図9に示すように、中央磁石部50と同様に、周縁磁石部60に囲まれている。つまり、揺動端傾斜中央磁石部50Bは、ヨーク31に対して、Y方向視して中央磁石部50とほぼ同じ位置に配置される。揺動端傾斜中央磁石部50Bは、X方向において、長手直線部61と長手直線部62との略中央位置に配置される。
揺動端傾斜中央磁石部50Bが、中央磁石部50と異なるのは、ヨーク31に対する取付方向が傾斜していることである。揺動端傾斜中央磁石部50Bは、中央磁石部50と同じ体積に形成される。揺動端傾斜中央磁石部50Bは、中央磁石部50と同じX方向における幅寸法を有する。揺動端傾斜中央磁石部50Bは、Z方向における全長で、中央磁石部50と同じX方向における幅寸法を有する。揺動端傾斜中央磁石部50Bは、中央磁石部50のZ方向の長さ寸法と同じZ方向の長さ寸法を有する。揺動端傾斜中央磁石部50Bは、中央磁石部50のY方向の厚さ寸法と同じY方向の厚さ寸法を有する。揺動端傾斜中央磁石部50Bは、Z方向の全長で、中央磁石部50と同一のXY断面形状を有することができる。
揺動端傾斜中央磁石部50Bは、磁極平面30に対して、ターゲット23に向かう面が他方の揺動端に傾斜するようにヨーク31に対して固定される。揺動端傾斜中央磁石部50Bを取り付けるために、ヨーク31には、凹溝が形成されていてもよい。なお、揺動端傾斜中央磁石部50Bが磁極平面30よりもターゲット23に向けて突出しないようにすることもできる。あるいは、揺動端傾斜中央磁石部50Bの端面(磁極面)のうち、一方の揺動端に近接する端部が、磁極平面30よりもターゲット23に向けて突出することもできる。揺動端傾斜中央磁石部50Bは、後述する補助マグネット27と同様に傾斜した状態で配置させてもよい。
揺動端傾斜中央磁石部50Bの磁性体としての磁力密度は、中央磁石部50とほぼ同じである。つまり、揺動端傾斜中央磁石部50Bは、中央磁石部50とほぼ同じ磁石を用いて形成されている。
なお、揺動端傾斜中央磁石部50Bは、後述するように、揺動端傾斜中央磁石部50Bがない場合に比べて、一端部におけるマグネット25の形成する磁力線が、X方向において他方の揺動端に向かって傾斜する構成であれば、上記の構成に限定されない。例えば、揺動端傾斜中央磁石部50Bは、中央磁石部50よりも小さい体積で、形成する磁力が強い構成とすることもできる。あるいは、揺動端傾斜中央磁石部50Bは、中央磁石部50よりも大きい体積で、形成する磁力が弱い構成とすることもできる。
図10は、磁力線傾斜機構の作用を説明するための図であり、揺動端傾斜中央磁石部50Bがある場合における磁力線の向きを示す模式図である。
ここで、スパッタリング中、揺動範囲のうち揺動端となるマグネット25では、図10に示すように、N極の周縁磁石部60からS極の揺動端傾斜中央磁石部50Bへと磁力線が形成される。このとき、揺動端傾斜中央磁石部50Bと周縁磁石部60とヨーク31とで磁気回路が形成されている。
これにより、磁力線に沿って電子がトラッキングされる。
このとき、揺動端となるマグネット25では、図10に示すように、中央磁石部50に比べて傾斜している揺動端傾斜中央磁石部50Bによって、N極の周縁磁石部60からの磁力線がアノード28に向かわないように傾く。つまり、N極の周縁磁石部60から磁極平面30に直交するY方向に向かう磁力線が、揺動端傾斜中央磁石部50Bがない場合に比べてX方向で右向きに傾いている。つまり、マグネット25では、揺動端傾斜中央磁石部50Bを設けることで、一方の揺動端において形成する磁力線を他方の揺動端に向けて押し込むことができる。
すると、ターゲット23の表面23aにおいては、磁力線密度が低下することがない。つまり、揺動端となるマグネット25では、トラッキングされる電子密度が充分に維持されるとともに、プラズマ密度が充分に維持される。この結果、ターゲット23の表面23aにおいて、X方向の両端に形成されていた非エロージョン領域を抑制することができる。
また、揺動端となるマグネット25では、揺動端傾斜中央磁石部50Bと周縁磁石部60とで磁気回路が形成されており、N極の周縁磁石部60からS極の揺動端傾斜中央磁石部50Bへと向かう磁力線が形成されている。これにより、ターゲット23の表面23aにおいて周縁磁石部60によって囲まれた揺動端傾斜中央磁石部50Bの周囲を周回する電子は、マグネット25の長手方向の端部で、その移動速度が遅くなることがない。したがって、マグネット25のZ方向端部においては、電子の密度上昇が抑制される。つまり、揺動端となるマグネット25では、揺動端傾斜中央磁石部50Bに沿ってZ方向に移動してきた電子が、橋渡し部63に沿ってX方向に曲がる付近で、その移動速度が遅くなることがない。また、橋渡し部63に沿ってX方向に曲がる付近で、電子の密度上昇が抑制される。
その結果、長手直線部61または長手直線部62から、橋渡し部63に沿って電子がX方向からZ方向に曲がる位置においては、電子密度の減少が発生しない。この結果、X方向の両端となる2本のマグネット25においては、ターゲット23の表面23aにおける非エロージョン領域の形成を抑制することができる。つまり、X方向の両端(揺動端)となる2本のマグネット25に揺動端傾斜中央磁石部50Bが設けられていることで、対角となる2箇所の非エロージョン領域の形成を抑制することができる。これにより、ターゲット23では、電圧変動の発生を抑制することができる。ターゲット23では、X方向端部における非エロージョン領域の形成を抑制することができる。したがって、ターゲット23では、X方向の端部および対角となる2箇所以外に他の非エロージョン領域が形成されやすくなることを抑制できる。
本実施形態におけるスパッタリング装置1によれば、磁力線傾斜機構として揺動端傾斜中央磁石部50Bを設けることによって、揺動端のマグネット25において、このマグネット25が形成する磁力線がアノード28に向かわないように抑制することができる。これにより、スパッタリング装置1は、アノード28に吸われる電子を減少することが可能である。つまり、マグネット25が形成する磁力線の向かう方向をY方向とするか、Y方向よりも図10の右向きに傾斜させることができる。すなわち、マグネット25が形成する磁力線を、ターゲット23の厚さ方向よりもターゲット23の輪郭内向きに傾斜させることができる。これにより、スパッタリング装置1は、非エロージョン領域の形成される面積をトータルで低減することができる。
つまり、スパッタリング装置1は、非エロージョン領域の発生を低減することにより、パーティクルの発生を抑制することが可能となる。つまり、スパッタリング装置1は、非エロージョン領域とエロージョン領域との境界が不明瞭になってパーティクル発生の原因となるエロージョン-非エロージョン境界領域の形成を低減することができる。
さらに、スパッタリング装置1は、非エロージョン領域発生を抑制することで、供給パワーが再分配されないようにすることができる。これにより、スパッタリング装置1は、放電電圧のスパイク変動を抑制して、電圧変動等によるプラズマ発生条件の部分的変動を抑制できる。したがって、スパッタリング装置1は、パーティクル発生、および、膜厚分布、シート抵抗値分布等の膜質特性分布のばらつきなどを抑制することができる。
本実施形態においては、一方の揺動端に位置するマグネット25に加えて、その隣りに位置するマグネットにおいても、磁力線傾斜機構として揺動端傾斜中央磁石部50Bを設けることができる。なお、図10においては、一方の揺動端から隣接する2本のマグネット25に揺動端傾斜中央磁石部50Bを設けた構成を例示している。
以下、本発明に係るスパッタリング装置の第4実施形態を、図面に基づいて説明する。
図11は、本実施形態におけるマグネットユニットの端部を示す拡大断面図である。本実施形態において、上述した第1~第3実施形態と異なるのは、磁力線傾斜機構に関する点であり、これ以外の上述した第1~第3実施形態と対応する構成には同一の符号を付してその説明を省略する。
本実施形態におけるマグネットユニット21は、図11に示すように、揺動領域のうち、一方の揺動端に位置するマグネット25が、隣接するマグネット25とは異なり、補助マグネット27を有する。補助マグネット27は、磁力線傾斜機構を構成する。
補助マグネット27は、揺動方向であるX方向端部のマグネット25に対して、揺動終端と揺動始端の外縁に配置される。補助マグネット27は、長手直線部61と平行な直線状に形成される。補助マグネット27は、最近接する長手直線部61と同極とされる。つまり、長手直線部61がN極であれば、補助マグネット27は同極のN極とされる。
補助マグネット27は、X方向両端の最外周に位置するマグネット25の長手直線部61に最近接する位置以外には設けられていない。つまり、補助マグネット27は、X方向でターゲット23の端部に対応する位置のみに設けられる。
補助マグネット27は、最近接する長手直線部61と同じ長さとされる。つまり、補助マグネット27のZ方向寸法は、X方向両端の最外周に位置するマグネット25のZ方向寸法とほぼ等しい。ここで、補助マグネット27のZ方向寸法は、X方向両端の最外周に位置するマグネット25のZ方向寸法に対してプラスマイナス5mm程度とされることができる。
補助マグネット27は、最近接する長手直線部61と同様に、断面矩形の磁石とされる。補助マグネット27は、Z方向の全長で同じ断面形状を有する。補助マグネット27は、最近接する長手直線部61に対して、X方向で極めて近接する。具体的には、図11に示すように、補助マグネット27は、最近接する長手直線部61に対して、X方向で極めて近接して接触しているか、後述するように、所定のX方向距離だけ離間することもできる。
補助マグネット27は、マグネット25の周縁磁石部60の端面(磁極平面)30によって形成されるZX平面に対して、ターゲット23に向かって突出する凸部がZ方向に連続した突条27aを形成する。突条27aの先端は、磁極平面30よりもターゲット23に向かって突出していてもよい。突条27aの先端は、Y方向で磁極平面30と同じ位置にあってもよい。突条27aの先端は、磁極平面30よりもターゲット23から離間していてもよい。
なお、突条27aとしては、矩形断面の補助マグネット27では、その磁極面の隅となる角部、あるいは、磁極面の幅方向の所定位置に凸状に形成されることもできる。
補助マグネット27は、磁極平面30に対して傾斜している。つまり、補助マグネット27は、図11に示すように、磁極となる端面がZX平面に対して、角度θだけ傾いていてもよい。ここで、角度θは、ターゲット23の表面23aの法線であるY方向に対して、Z方向を軸線としてX方向に回転するように傾斜している。角度θは、マグネットユニット21の揺動範囲の内側に補助マグネット27の磁極面が向かうように傾斜する向きをプラスとして、0degから90degの範囲、より好ましくは、0degから60degの範囲、さらに、0degから45degの範囲、0degから30degの範囲とすることができる。
補助マグネット27の磁気強度は、最近接する長手直線部61の磁気強度と同等かまたは小さい。具体的には、補助マグネット27の磁気強度は、最近接する長手直線部61の磁気強度の1/2~3/4、あるいは、1/2~1/3の範囲とすることができる。最近接する長手直線部61の磁気強度が、補助マグネット27の磁気強度の1~1.5倍、あるいは、1.1~1.4倍、例えば、1.39倍程度とすることができる。
補助マグネット27は、図11に示すように、補助ヨーク31dを介してヨーク31に固定される。補助ヨーク31dは、ヨーク31のX方向端部に隣接している。補助ヨーク31dは、ヨーク31と一体とされることもできる。この場合、補助ヨーク31dは、ヨーク31と同材とされる。補助ヨーク31dは、磁性体または誘電体からなる。補助ヨーク31dは、SUS430等から形成することができる。
補助マグネット27は、固定部材27gによって所定の角度θとなるように補助ヨーク31dに固定される。補助マグネット27は、ターゲット23とは逆側の磁極面が補助ヨーク31dに当接している。これにより、中央磁石部50と周縁磁石部60とヨーク31で形成する磁気回路に対して、補助マグネット27と補助ヨーク31dとの磁気も加わることになる。
図12は、磁力線傾斜機構の作用を説明するための図であり、補助マグネット27がある場合における磁力線の向きを示す模式図である。
ここで、スパッタリング中、揺動範囲のうちマグネットユニット21の揺動端では、図12に示すように、N極の周縁磁石部60からS極の中央磁石部50へと磁力線が形成される。このとき、中央磁石部50と周縁磁石部60とヨーク31に加えて、補助マグネット27と補助ヨーク31dとも含んで磁気回路が形成されている。
これにより、磁力線に沿って電子がトラッキングされる。
このとき、揺動端となるマグネット25では、図12に示すように、長手直線部61に沿った補助マグネット27によって、N極の周縁磁石部60からの磁力線がアノード28に向かわないように傾く。つまり、N極の周縁磁石部60から磁極平面30に直交するY方向に向かう磁力線が、補助マグネット27がない場合に比べて、X方向で右向きに傾いている。つまり、揺動端となるマグネット25では、補助マグネット27を設けることで、一方の揺動端において形成する磁力線を他方の揺動端に向けて押し込むことができる。
つまり、揺動端となるマグネット25では、N極の周縁磁石部60からの磁力線が、補助マグネット27からの磁力線によってアノード28に向かわないように、磁極平面30に直交するY方向、あるいは、X方向で右向きに傾いている。
なお、揺動端となるマグネット25において、補助マグネット27と長手直線部61と中央磁石部50とで形成される磁力線はX方向で右向きに傾くが、長手直線部62と中央磁石部50とで形成される磁力線は、ほぼ補助マグネット27がない場合と同じとみなせる。
すると、ターゲット23の表面23aにおいては、磁力線密度が低下することがない。つまり、揺動端となるマグネット25では、トラッキングされる電子密度が充分に維持されるとともに、プラズマ密度が充分に維持される。この結果、ターゲット23の表面23aにおいて、X方向の両端に形成されていた非エロージョン領域を抑制することができる。
また、中央磁石部50と周縁磁石部60とヨーク31と補助マグネット27と補助ヨーク31dとも含んで磁気回路が形成されており、N極の周縁磁石部60からS極の中央磁石部50へと向かう磁力線が形成されている。これにより、ターゲット23の表面23aにおいて周縁磁石部60によって囲まれた中央磁石部50の周囲を周回する電子は、マグネット25の長手方向の端部で、その移動速度が遅くなることがない。したがって、マグネット25の長手方向Z方向端部においては、電子の密度上昇が抑制される。つまり、揺動端となるマグネット25では、中央磁石部50に沿ってZ方向に移動してきた電子が、橋渡し部63に沿ってX方向に曲がる付近で、その移動速度が遅くなることがない。また、橋渡し部63に沿ってX方向に曲がる付近で、電子の密度上昇が抑制される。
その結果、長手直線部61から、橋渡し部63に沿って電子がX方向からZ方向に曲がる位置、または、長手直線部62から橋渡し部63に沿って電子がX方向からZ方向に曲がる位置においては、密度の減少が発生しない。この結果、X方向の両端となる2本のマグネット25においてターゲット23の表面23aにおける非エロージョン領域の形成が抑制される。
つまり、X方向の両端(揺動端)となる2本のマグネット25において補助マグネット27が設けられていることで、対角となる2箇所の非エロージョン領域の形成が抑制できる。これにより、ターゲット23では、電圧変動の発生を抑制することができる。ターゲット23では、X方向端部における非エロージョン領域の形成を抑制することができる。したがって、ターゲット23では、X方向の端部および対角となる2箇所以外に他の非エロージョン領域が形成されやすくなることを抑制できる。
本実施形態におけるスパッタリング装置1によれば、磁力線傾斜機構として補助マグネット27を設けることによって、揺動端のマグネット25において、このマグネット25が形成する磁力線を、アノード28に向かわないようにすることができる。これにより、スパッタリング装置1は、アノード28に吸われる電子を減少することが可能である。つまり、スパッタリング装置1は、マグネット25が形成する磁力線をY方向とするか、Y方向よりも図12の右向きに傾斜させることができる。すなわち、マグネット25が形成する磁力線を、補助マグネット27によって、ターゲット23の厚さ方向よりもターゲット23の輪郭内向きに傾斜させることができる。これにより、スパッタリング装置1は、非エロージョン領域の形成される面積をトータルで低減することができる。
つまり、スパッタリング装置1は、非エロージョン領域の発生を低減することにより、パーティクルの発生を抑制することが可能となる。つまり、スパッタリング装置1は、非エロージョン領域とエロージョン領域との境界が不明瞭になってパーティクル発生の原因となるエロージョン-非エロージョン境界領域の形成を低減することができる。
さらに、スパッタリング装置1は、非エロージョン領域発生を抑制することで、供給パワーが再分配されないようにすることができる。これにより、スパッタリング装置1は、放電電圧のスパイク変動を抑制して、電圧変動等によるプラズマ発生条件の部分的変動を抑制できる。したがって、スパッタリング装置1は、パーティクル発生、および、膜厚分布、シート抵抗値分布等の膜質特性分布のばらつきなどを抑制することができる。
以下、本発明に係るスパッタリング装置の第5実施形態を、図面に基づいて説明する。
図13は、本実施形態におけるマグネットユニットの端部及びその近傍を示す拡大断面図である。本実施形態において、上述した第1~第4実施形態と異なるのは、磁力線傾斜機構に関する点であり、これ以外の上述した第1~第4実施形態と対応する構成には同一の符号を付してその説明を省略する。
本実施形態におけるスパッタリング装置1は、図13に示すように、ターゲット23の周囲に位置するアノード28の裏面に揺動端外磁石部35を有する。揺動端外磁石部35は、磁力線傾斜機構を構成する。
揺動端外磁石部35は、揺動領域におけるX方向の端部外側に配置される。揺動端外磁石部35は、揺動領域の輪郭に沿ってZ方向に延在する。揺動端外磁石部35は、揺動方向であるX方向端部のマグネット25に対して、揺動終端と揺動始端の外縁に配置される。揺動端外磁石部35は、長手直線部61と平行な直線状に形成される。
揺動端外磁石部35は、アノード28の裏面、すなわち、ガラス基板11とは反対位置となるアノード28の面に配置される。揺動端外磁石部35は、ターゲット23の輪郭に沿って配置される。揺動端外磁石部35のZ方向長さは、ターゲット23のZ方向長さと同じである。あるいは、揺動端外磁石部35のZ方向寸法は、X方向において揺動領域の両端に位置するマグネット25のZ方向寸法とほぼ等しくしてもよい。
揺動端外磁石部35は、アノード28の裏面に接している。
揺動端外磁石部35は、最近接する長手直線部61と同様に、断面矩形の磁石とされる。揺動端外磁石部35は、ターゲット23に向かう端面が磁極とされる。揺動端外磁石部35は、X方向において揺動領域の内側に向かう端面が磁極とされる。揺動端外磁石部35は、ターゲット23に向かう端面が最近接する長手直線部61と同極とされる。つまり、長手直線部61がN極であれば、揺動端外磁石部35は同極のN極とされる。
揺動端外磁石部35の磁気強度は、最近接する長手直線部61の磁気強度と同等かまたは小さい。揺動端外磁石部35の磁気強度は、最近接する長手直線部61の磁気強度の1/2~3/4、あるいは、1/2~1/3の範囲とすることができる。
揺動端外磁石部35は、アノード28に接していない部分が、被覆部35aで覆われていてもよい。被覆部35aは、磁極となるX方向の端面には形成されない。揺動端外磁石部35は、磁極となるX方向の端面が露出している。揺動端外磁石部35は、ターゲット23とは逆側の磁極面が被覆部35aに当接している。
被覆部35aは、揺動端外磁石部35が磁気回路を形成する際に、長手直線部61に対するS極として作用する。つまり、被覆部35aは、X方向においてターゲット23から離間する揺動端外磁石部35の端面を覆うとともに、長手直線部61に近接するZ方向の揺動端外磁石部35の面を覆っている。被覆部35aは、磁性体あるいは誘電体である。被覆部35aは、ヨーク31と同材とされてもよい。被覆部35aは、SUS430等から形成することができる。
被覆部35aは、揺動端外磁石部35と長手直線部61とで磁気回路を形成する際に、アノード28に磁力線が入らないように形成される。これにより、中央磁石部50と周縁磁石部60とヨーク31で形成する磁気回路に対して、揺動端外磁石部35と被覆部35aとの磁気も加わることになる。
被覆部35aは、長手直線部61に近接するZ方向の面が、ターゲット23の表面23aと平行に形成されている。なお、被覆部35aは、最近接する長手直線部61との間で磁気回路を形成する際に好適であれば、この形状に限定されない。
図14は、磁力線傾斜機構の作用を説明するための図であり、揺動端外磁石部35がある場合における磁力線の向きを示す模式図である。
ここで、スパッタリング中、揺動範囲のうちマグネットユニット21の揺動端では、図14に示すように、N極の周縁磁石部60からS極の中央磁石部50へと磁力線が形成される。このとき、中央磁石部50と周縁磁石部60とヨーク31に加えて、揺動端外磁石部35と被覆部35aとを含んで磁気回路が形成される。
これにより、磁力線に沿って電子がトラッキングされる。
このとき、揺動端となるマグネット25では、図12に示すように、長手直線部61に沿った揺動端外磁石部35によって、N極の周縁磁石部60からの磁力線がアノード28に向かわないように傾く。つまり、N極の周縁磁石部60から磁極平面30に直交するY方向に向かう磁力線が、揺動端外磁石部35がない場合に比べて、X方向で右向きに傾いている。つまり、揺動端となるマグネット25では、揺動端外磁石部35を設けることで、一方の揺動端において形成する磁力線を他方の揺動端に向けて押し込むことができる。
つまり、揺動端となるマグネット25では、N極の周縁磁石部60からの磁力線が、揺動端外磁石部35からの磁力線によってアノード28に向かわないように、磁極平面30に直交するY方向、あるいは、X方向で右向きに傾いている。
なお、揺動端となるマグネット25において、揺動端外磁石部35と長手直線部61と中央磁石部50とで形成される磁力線はX方向で右向きに傾くが、長手直線部62と中央磁石部50とで形成される磁力線は、ほぼ揺動端外磁石部35がない場合と同じとみなせる。
すると、ターゲット23の表面23aにおいては、磁力線密度が低下することがない。つまり、揺動端となるマグネット25では、トラッキングされる電子密度が充分に維持されるとともに、プラズマ密度が充分に維持される。この結果、ターゲット23の表面23aにおいて、X方向の両端に形成されていた非エロージョン領域を抑制することができる。
また、中央磁石部50と周縁磁石部60とヨーク31と揺動端外磁石部35と被覆部35aとも含んで磁気回路が形成されており、N極の周縁磁石部60からS極の中央磁石部50へと向かう磁力線が形成されている。これにより、ターゲット23の表面23aにおいて周縁磁石部60によって囲まれた中央磁石部50の周囲を周回する電子は、マグネット25の長手方向の端部で、その移動速度が遅くなることがない。したがって、マグネット25の長手方向Z方向端部においては、電子の密度上昇が抑制される。つまり、揺動端となるマグネット25では、中央磁石部50に沿ってZ方向に移動してきた電子が、橋渡し部63に沿ってX方向に曲がる付近で、その移動速度が遅くなることがない。また、橋渡し部63に沿ってX方向に曲がる付近で、電子の密度上昇が抑制される。
その結果、長手直線部61から、橋渡し部63に沿って電子がX方向からZ方向に曲がる位置、または、長手直線部62から橋渡し部63に沿って電子がX方向からZ方向に曲がる位置においては、密度の減少が発生しない。この結果、X方向の両端となる2本のマグネット25においてターゲット23の表面23aにおける非エロージョン領域の形成が抑制される。
つまり、X方向の両端(揺動端)となる2本のマグネット25において揺動端外磁石部35が設けられていることで、対角となる2箇所の非エロージョン領域の形成が抑制できる。これにより、ターゲット23では、電圧変動の発生を抑制することができる。ターゲット23では、X方向端部における非エロージョン領域の形成を抑制することができる。したがって、ターゲット23では、X方向の端部および対角となる2箇所以外に他の非エロージョン領域が形成されやすくなることを抑制できる。
本実施形態におけるスパッタリング装置1によれば、磁力線傾斜機構として揺動端外磁石部35を設けることによって、揺動端のマグネット25において、このマグネット25が形成する磁力線を、アノード28に向かわないようにすることができる。これにより、スパッタリング装置1は、アノード28に吸われる電子を減少することが可能である。つまり、スパッタリング装置1は、マグネット25が形成する磁力線をY方向とするか、Y方向よりも図12の右向きに傾斜させることができる。すなわち、マグネット25が形成する磁力線を、補助マグネット27によって、ターゲット23の厚さ方向よりもターゲット23の輪郭内向きに傾斜させることができる。これにより、スパッタリング装置1は、非エロージョン領域の形成される面積をトータルで低減することができる。
つまり、スパッタリング装置1は、非エロージョン領域の発生を低減することにより、パーティクルの発生を抑制することが可能となる。つまり、スパッタリング装置1は、非エロージョン領域とエロージョン領域との境界が不明瞭になってパーティクル発生の原因となるエロージョン-非エロージョン境界領域の形成を低減することができる。
さらに、スパッタリング装置1は、非エロージョン領域発生を抑制することで、供給パワーが再分配されないようにすることができる。これにより、スパッタリング装置1は、放電電圧のスパイク変動を抑制して、電圧変動等によるプラズマ発生条件の部分的変動を抑制できる。したがって、スパッタリング装置1は、パーティクル発生、および、膜厚分布、シート抵抗値分布等の膜質特性分布のばらつきなどを抑制することができる。
以下、本発明に係るスパッタリング装置の第6実施形態を、図面に基づいて説明する。
図15は、本実施形態におけるマグネットユニットの端部を示す拡大断面図である。本実施形態において、上述した第1~第5実施形態と異なるのは、磁力線傾斜機構に関する点であり、これ以外の上述した第1~第5実施形態と対応する構成には同一の符号を付してその説明を省略する。
本実施形態におけるマグネットユニット21は、図15に示すように、揺動領域のうち、一方の揺動端に位置するマグネット25が、隣接するマグネット25の中央磁石部50とは異なり、中央磁石部50のX方向における側面に揺動端磁性体部50Cを有する。揺動端磁性体部50Cは、磁力線傾斜機構を構成する。揺動端磁性体部50Cは、ヨーク31と同材から形成することができる。揺動端磁性体部50Cは、SUS430等により形成することができる。
なお、揺動端磁性体部50Cの接する中央磁石部50は、隣接するマグネット25の中央磁石部50と同じ大きさとして形成することができる。あるいは、揺動端磁性体部50Cの接する中央磁石部50は、隣接するマグネット25の中央磁石部50よりも小さく形成してもよい。言い換えると、揺動端磁性体部50Cを揺動端中央磁石部50Aに接続することも可能である。
一方の揺動端に位置するマグネット25は、隣接するマグネット25の中央磁石部50と同様に、ヨーク31に対して、ほぼ同じ位置に配置される中央磁石部50を有する。
揺動端磁性体部50Cは、この中央磁石部50において、周縁磁石部60と対向するX方向の端面に接続される。揺動端磁性体部50Cは、中央磁石部50のX方向における端面の全てを覆っている。揺動端磁性体部50Cは、中央磁石部50のZ方向における全長に形成される。揺動端磁性体部50Cは、中央磁石部50の端面(磁極平面)30を覆っていない。
揺動端磁性体部50Cは、この中央磁石部50において、長手直線部61と対向するX方向の端面に接続される。さらに、揺動端磁性体部50Cは、この中央磁石部50において、長手直線部62と対向するX方向の端面に接続されてもよい。図15には、揺動端磁性体部50Cが中央磁石部50のX方向両側に配置された構成を示している。
なお、揺動端磁性体部50Cが中央磁石部50のX方向の片側のみに配置された構成とすることもできる。この場合、揺動端磁性体部50Cは、この中央磁石部50において、長手直線部61と対向するX方向の端面に配置することが好ましい。
揺動端磁性体部50Cは、中央磁石部50のZ方向寸法とほぼ等しいZ方向寸法を有する。揺動端磁性体部50Cは、Y方向において、中央磁石部50の端面(磁極平面)30からヨーク31まで形成されている。揺動端磁性体部50Cは、Z方向における全長で、ほぼ等しいX方向寸法を有する。揺動端磁性体部50Cは、Y方向における全長で、ほぼ等しいX方向寸法を有する。揺動端磁性体部50Cは、Z方向における全長で、周縁磁石部60とほぼ等しいX方向の離間距離を有する。
揺動端磁性体部50CのX方向寸法は、中央磁石部50のX方向寸法よりも小さい。
図16は、磁力線傾斜機構の作用を説明するための図であり、揺動端磁性体部50Cがある場合における磁力線の向きを示す模式図である。
ここで、スパッタリング中、揺動範囲のうち揺動端となるマグネット25では、図8に示すように、N極の周縁磁石部60からS極の中央磁石部50へと磁力線が形成される。このとき、長手直線部61、長手直線部62、橋渡し部63と、中央磁石部50と、ヨーク31と、揺動端磁性体部50Cと、で磁気回路が形成されている。
これにより、磁力線に沿って電子がトラッキングされる。
このとき、揺動端となるマグネット25では、図16に示すように、中央磁石部50に対して揺動端磁性体部50Cが接続されていることによって、N極の周縁磁石部60からの磁力線がアノード28に向かわないように傾く。つまり、N極の周縁磁石部60から磁極平面30に直交するY方向に向かう磁力線が、揺動端磁性体部50Cがない場合に比べて、X方向で右向きに傾いている。つまり、マグネット25では、揺動端磁性体部50Cを設けることで、揺動端中央磁石部50Aを設けたときと同様に、一方の揺動端において形成する磁力線を他方の揺動端に向けて押し込むことができる。
すると、ターゲット23の表面23aにおいては、磁力線密度が低下することがない。つまり、揺動端となるマグネット25では、トラッキングされる電子密度が充分に維持されるとともに、プラズマ密度が充分に維持される。この結果、ターゲット23の表面23aにおいて、X方向の両端に形成されていた非エロージョン領域を抑制することができる。
また、揺動端となるマグネット25では、長手直線部61、長手直線部62、橋渡し部63と、中央磁石部50と、で磁気回路が形成されており、N極の周縁磁石部60からS極の揺動端中央磁石部50Aへと向かう磁力線が形成されている。これにより、ターゲット23の表面23aにおいて周縁磁石部60によって囲まれた中央磁石部50の周囲を周回する電子は、マグネット25の長手方向の端部で、その移動速度が遅くなることがない。したがって、マグネット25の長手方向Z方向端部においては、電子の密度上昇が抑制される。つまり、揺動端となるマグネット25では、中央磁石部50に沿ってZ方向に移動してきた電子が、橋渡し部63に沿ってX方向に曲がる付近で、その移動速度が遅くなることがない。また、橋渡し部63に沿ってX方向に曲がる付近で、電子の密度上昇が抑制される。
その結果、揺動端となるマグネット25では、長手直線部61から、橋渡し部63に沿って電子がX方向からZ方向に曲がる位置、または、長手直線部62から橋渡し部63に沿って電子がX方向からZ方向に曲がる位置において、電子密度の減少が発生しない。この結果、X方向の両端となる2本のマグネット25によって、ターゲット23の表面23aにおける非エロージョン領域の形成を抑制することができる。つまり、X方向の両端(揺動端)となる2本のマグネット25に揺動端磁性体部50Cが設けられていることで、対角となる2箇所の非エロージョン領域の形成を抑制することができる。これにより、ターゲット23では、電圧変動の発生を抑制することができる。ターゲット23では、X方向端部における非エロージョン領域の形成を抑制することができる。したがって、ターゲット23では、X方向の端部および対角となる2箇所以外に他の非エロージョン領域が形成されやすくなることを抑制できる。
本実施形態におけるスパッタリング装置1によれば、磁力線傾斜機構として揺動端磁性体部50Cを設けることによって、一方の揺動端に接する位置にあるマグネット25に対して、揺動端磁性体部50Cが、中央磁石部50と周縁磁石部60と、の間で形成される磁力線を、X方向において揺動領域の外側に拡がらないように形成することができる。つまり、スパッタリング装置1は、揺動端のマグネット25において、このマグネット25が形成する磁力線を、アノード28に向かわないようにすることができる。これにより、スパッタリング装置1は、アノード28に吸われる電子を減少することが可能である。つまり、スパッタリング装置1は、マグネット25が形成する磁力線をY方向とするか、Y方向よりも図8の右向きに傾斜させることができる。すなわち、マグネット25が形成する磁力線を、ターゲット23の厚さ方向よりもターゲット23の輪郭内向きに傾斜させることができる。これにより、スパッタリング装置1は、非エロージョン領域の形成される面積をトータルで低減することができる。
つまり、スパッタリング装置1は、非エロージョン領域の発生を低減することにより、パーティクルの発生を抑制することが可能となる。つまり、スパッタリング装置1は、非エロージョン領域とエロージョン領域との境界が不明瞭になってパーティクル発生の原因となるエロージョン-非エロージョン境界領域の形成を低減することができる。
さらに、スパッタリング装置1は、非エロージョン領域発生を抑制することで、供給パワーが再分配されないようにすることができる。これにより、スパッタリング装置1は、放電電圧のスパイク変動を抑制して、電圧変動等によるプラズマ発生条件の部分的変動を抑制できる。したがって、スパッタリング装置1は、パーティクル発生、および、膜厚分布、シート抵抗値分布等の膜質特性分布のばらつきなどを抑制することができる。
以下、本発明に係るスパッタリング装置の第7実施形態を、図面に基づいて説明する。
図17は、本実施形態におけるマグネットユニットの端部を示す拡大断面図である。本実施形態において、上述した第1~第6実施形態と異なるのは、磁力線傾斜機構に関する点であり、これ以外の上述した第1~第6実施形態と対応する構成には同一の符号を付してその説明を省略する。
本実施形態におけるマグネットユニット走査部29は、図17に示すように、マグネットユニット21が、揺動領域のうち一方の揺動端に位置するときに、一方の揺動端に最近接するマグネット25を傾斜させるマグネット傾斜走査部29Aを有する。マグネット傾斜走査部29Aは、磁力線傾斜機構を構成する。
マグネット傾斜走査部29Aは、マグネットユニット21が、X方向において揺動領域のうち一方の揺動端に位置するときに、一方の揺動端に最近接するマグネット25の磁極平面30Aを、磁極平面30から他方の揺動端に向けて傾くように傾斜させる。つまり、マグネット傾斜走査部29Aは、マグネットユニット走査部29がマグネットユニット21をX方向に移動させる際に、一方の揺動端に最近接するマグネット25のみを傾斜することができる。
マグネット傾斜走査部29Aは、一方の揺動端に最近接するマグネット25が、一方の揺動端に向かって近接する方向に移動する際に、このマグネット25の磁極平面30Aを、磁極平面30から他方の揺動端に向けて傾くように傾斜させる。マグネット傾斜走査部29Aは、一方の揺動端に最近接するマグネット25が、一方の揺動端に向かって近接する方向に移動する際に、このマグネット25のヨーク31の法線方向でターゲット23に向かう中心軸線25ZAが、他方の揺動端に向けて傾くように傾斜させる。
また、マグネット傾斜走査部29Aは、一方の揺動端に最近接するマグネット25が、一方の揺動端から離間する方向に移動する際に、このマグネット25の磁極平面30Aを、磁極平面30と面一となるように傾斜を元に戻す。マグネット傾斜走査部29Aは、一方の揺動端に最近接するマグネット25が、一方の揺動端から離間する方向に移動する際に、このマグネット25のヨーク31の法線方向でターゲット23に向かう中心軸線25ZAが、ターゲット23に向かう方向が、ターゲット23の法線および磁極平面30の法線と一致するように傾斜を元に戻す。
したがって、一方の揺動端に最近接するマグネット25が、一方の揺動端から離間する位置から、さらに一方の揺動端よりも離間する方向に移動する際に、一方の揺動端に最近接するマグネット25は、マグネットユニット走査部29によって、隣接するマグネット25と相対位置関係を維持した姿勢でX方向のみに移動する。一方の揺動端に最近接するマグネット25が、一方の揺動端から離間する位置から、さらに一方の揺動端よりも離間する方向に移動する際に、一方の揺動端に最近接するマグネット25のヨーク31の法線方向でターゲット23に向かう中心軸線25ZAは、隣接するマグネット25のヨーク31の法線方向でターゲット23に向かう中心軸線25Zと平行な状態を維持する。
マグネット傾斜走査部29Aは、マグネットユニット21をX方向に移動させるマグネットユニット走査部29に対して、傾斜させる機能を追加した構成とされる。
マグネット傾斜走査部29Aは、マグネットユニット走査部29の構成に加えて、一方の揺動端に近接するマグネット25を傾斜するZ方向の回転軸と、この回転軸周りに一方の揺動端に近接するマグネット25を傾斜する傾斜駆動部とを備えることができる。
ここで、マグネット傾斜走査部29Aは、マグネットユニット21における複数本のマグネット25の相対位置をX方向には変化させない。
なお、マグネット傾斜走査部29Aは、マグネットユニット21が、X方向において揺動領域のうち他方の揺動端に位置するときに、他方の揺動端に最近接するマグネット25の磁極平面30Aを、磁極平面30から一方の揺動端に向けて傾くように傾斜させる。
図18は、磁力線傾斜機構の作用を説明するための図であり、マグネット傾斜走査部29Aが一方の揺動端に最近接するマグネット25を傾斜させた場合における磁力線の向きを示す模式図である。
ここで、スパッタリング中、一方の揺動端に最近接するマグネット25では、揺動範囲におけるX方向位置にかかわらず、図18に示すように、N極の周縁磁石部60からS極の中央磁石部50へと磁力線が形成される。このとき、中央磁石部50と周縁磁石部60とヨーク31とで磁気回路が形成されている。
一方の揺動端に最近接するマグネット25では、揺動範囲のうち一方の揺動端に位置した場合、図18に示すように、マグネット傾斜走査部29Aによってマグネット25自体が傾斜される。このとき、中央磁石部50と周縁磁石部60とヨーク31とで形成される磁気回路は維持されている。
これにより、磁力線に沿って電子がトラッキングされる。
このとき、一方の揺動端となるマグネット25では、図18に示すように、マグネット傾斜走査部29Aによってマグネット25自体が傾斜されることで、マグネット25の形成する磁力線がアノード28に向かわないように傾く。つまり、マグネット25からターゲット23に向かう中心軸線25ZAが右向きに傾いていることで、N極の周縁磁石部60から磁極平面30Aに直交する方向に向かう磁力線が、X方向で右向きに傾いている。つまり、マグネットユニット21では、マグネット傾斜走査部29Aを設けることで、一方の揺動端において、一方の揺動端に最近接するマグネット25が形成する磁力線を他方の揺動端に向けて傾斜させることができる。マグネット25の形成する磁力線がアノード28に吸われてしまうことを抑制できる。
すると、ターゲット23の表面23aにおいては、磁力線密度が低下することがない。つまり、一方の揺動端となるマグネット25では、トラッキングされる電子密度が充分に維持されるとともに、プラズマ密度が充分に維持される。この結果、ターゲット23の表面23aにおいて、X方向の両端に形成されていた非エロージョン領域を抑制することができる。
また、揺動端となるマグネット25では、隣接するマグネット25と同様に、中央磁石部50と周縁磁石部60とで磁気回路が形成されており、N極の周縁磁石部60からS極の揺動端傾斜中央磁石部50Bへと向かう磁力線が形成されている。これにより、ターゲット23の表面23aにおいて周縁磁石部60によって囲まれた中央磁石部50の周囲を周回する電子は、マグネット25の長手方向の端部で、その移動速度が遅くなることがない。したがって、マグネット25のZ方向端部においては、電子の密度上昇が抑制される。つまり、揺動端となるマグネット25では、中央磁石部50に沿ってZ方向に移動してきた電子が、橋渡し部63に沿ってX方向に曲がる付近で、その移動速度が遅くなることがない。また、橋渡し部63に沿ってX方向に曲がる付近で、電子の密度上昇が抑制される。
その結果、長手直線部61または長手直線部62から、橋渡し部63に沿って電子がX方向からZ方向に曲がる位置においては、電子密度の減少が発生しない。この結果、X方向の両端となる2本のマグネット25においては、ターゲット23の表面23aにおける非エロージョン領域の形成を抑制することができる。つまり、X方向の両端(揺動端)となる2本のマグネット25をマグネット傾斜走査部29Aによって揺動端となる位置で傾斜することで、対角となる2箇所の非エロージョン領域の形成を抑制することができる。これにより、ターゲット23では、電圧変動の発生を抑制することができる。ターゲット23では、X方向端部における非エロージョン領域の形成を抑制することができる。したがって、ターゲット23では、X方向の端部および対角となる2箇所以外に他の非エロージョン領域が形成されやすくなることを抑制できる。
本実施形態におけるスパッタリング装置1によれば、磁力線傾斜機構としてマグネット傾斜走査部29Aを設けることによって、揺動端のマグネット25において、このマグネット25が形成する磁力線がアノード28に向かわないように抑制することができる。これにより、スパッタリング装置1は、アノード28に吸われる電子を減少することが可能である。つまり、マグネット25が形成する磁力線の向かう方向をY方向とするか、Y方向よりも図18の右向きに傾斜させることができる。すなわち、マグネット25が形成する磁力線を、ターゲット23の厚さ方向よりもターゲット23の輪郭内向きに傾斜させることができる。これにより、スパッタリング装置1は、非エロージョン領域の形成される面積をトータルで低減することができる。
つまり、スパッタリング装置1は、非エロージョン領域の発生を低減することにより、パーティクルの発生を抑制することが可能となる。つまり、スパッタリング装置1は、非エロージョン領域とエロージョン領域との境界が不明瞭になってパーティクル発生の原因となるエロージョン-非エロージョン境界領域の形成を低減することができる。
さらに、スパッタリング装置1は、非エロージョン領域発生を抑制することで、供給パワーが再分配されないようにすることができる。これにより、スパッタリング装置1は、放電電圧のスパイク変動を抑制して、電圧変動等によるプラズマ発生条件の部分的変動を抑制できる。したがって、スパッタリング装置1は、パーティクル発生、および、膜厚分布、シート抵抗値分布等の膜質特性分布のばらつきなどを抑制することができる。
以下、本発明に係るスパッタリング装置の第8実施形態を、図面に基づいて説明する。
図19は、本実施形態におけるマグネットユニットの端部を示す拡大断面図である。本実施形態において、上述した第1~第7実施形態と異なるのは、磁力線傾斜機構に関する点であり、これ以外の上述した第1~第7実施形態と対応する構成には同一の符号を付してその説明を省略する。
本実施形態におけるマグネットユニット走査部29は、図17に示すように、マグネットユニット21が、揺動領域のうち一方の揺動端に位置するときに、一方の揺動端に最近接するマグネット25をターゲットに近接させるマグネット近接走査部29Bを有する。マグネット近接走査部29Bは、磁力線傾斜機構を構成する。
マグネット近接走査部29Bは、マグネットユニット21がX方向において揺動領域のうち一方の揺動端に位置するときに、一方の揺動端に最近接するマグネット25を、磁極平面30Bが隣接するマグネット25の磁極平面30からターゲット23に近接するように移動させる。このとき、マグネット近接走査部29Bは、一方の揺動端に最近接するマグネット25の磁極平面30Bを傾斜させない。つまり、マグネット近接走査部29Bは、マグネットユニット走査部29がマグネットユニット21をX方向に移動させる際に、一方の揺動端に最近接するマグネット25のみをY方向に移動することができる。
マグネット近接走査部29Bは、一方の揺動端に最近接するマグネット25が、一方の揺動端に向かって近接するX方向に移動する際に、このマグネット25の磁極平面30Bを、磁極平面30を平行な状態に維持しつつ、マグネット25をZ方向にターゲット23向けて近接させる。マグネット近接走査部29Bは、一方の揺動端に最近接するマグネット25が、一方の揺動端に向かって近接するX方向に移動する際に、このマグネット25のヨーク31の法線方向でターゲット23に向かう中心軸線25ZBが、隣接するマグネット25の中心軸線25Zを平行な状態に維持しつつ、マグネット25をZ方向にターゲット23に向けて近接させる。
また、マグネット近接走査部29Bは、一方の揺動端に最近接するマグネット25が、一方の揺動端から離間するX方向に移動する際に、このマグネット25の磁極平面30Bを、磁極平面30を平行な状態に維持しつつ、マグネット25をターゲット23からZ方向に離間させて元に戻す。マグネット近接走査部29Bは、一方の揺動端に最近接するマグネット25が、一方の揺動端から離間する方向に移動する際に、このマグネット25のヨーク31の法線方向でターゲット23に向かう中心軸線25ZAが、隣接するマグネット25の中心軸線25Zと平行な状態を維持しつつ、マグネット25をターゲット23からZ方向に離間させて元に戻す。
したがって、一方の揺動端に最近接するマグネット25が、一方の揺動端から離間する位置から、さらに一方の揺動端よりも離間する方向に移動する際に、一方の揺動端に最近接するマグネット25は、マグネットユニット走査部29によって、隣接するマグネット25と相対位置関係を維持した姿勢でX方向のみに移動する。一方の揺動端に最近接するマグネット25が、一方の揺動端から離間する位置から、さらに一方の揺動端よりも離間する方向に移動する際に、一方の揺動端に最近接するマグネット25の中心軸線25ZBは、隣接するマグネット25の中心軸線25Zと平行な状態を維持する。
マグネット近接走査部29Bは、マグネットユニット21をX方向に移動させるマグネットユニット走査部29に対して、Y方向に移動させる機能を追加した構成とされる。
マグネット近接走査部29Bは、マグネットユニット走査部29の構成に加えて、一方の揺動端に最近接するマグネット25をY方向に移動する構成として、例えば、Y方向に沿って延びるレールと、一方の揺動端に最近接するマグネット25におけるZX方向の2つの端部の各々に取り付けられたローラーと、ローラーの各々を自転させる複数のモーター等を有することができる。マグネット近接走査部29Bは、Y方向に沿って延びるレールを有するLMガイド等から構成されてもよい。
ここで、マグネット近接走査部29Bは、マグネットユニット21における複数本のマグネット25の相対位置をX方向には変化させない。
なお、マグネット近接走査部29Bは、マグネットユニット21が、X方向において揺動領域のうち他方の揺動端に位置するときに、他方の揺動端に最近接するマグネット25の磁極平面30Bを、磁極平面30を平行な状態に維持しつつ、マグネット25をターゲット23からZ方向に近接および離間させる。
図20は、磁力線傾斜機構の作用を説明するための図であり、マグネット近接走査部29Bが一方の揺動端に最近接するマグネット25をターゲット23に近接させた場合における磁力線の向きを示す模式図である。
ここで、スパッタリング中、一方の揺動端に最近接するマグネット25では、揺動範囲におけるX方向位置にかかわらず、図20に示すように、N極の周縁磁石部60からS極の中央磁石部50へと磁力線が形成される。このとき、中央磁石部50と周縁磁石部60とヨーク31とで磁気回路が形成されている。
一方の揺動端に最近接するマグネット25では、揺動範囲のうち一方の揺動端に位置した場合、図20に示すように、マグネット近接走査部29Bによってマグネット25自体がY方向に移動する。このとき、中央磁石部50と周縁磁石部60とヨーク31とで形成される磁気回路は維持されている。
これにより、磁力線に沿って電子がトラッキングされる。
このとき、一方の揺動端となるマグネット25では、図20に示すように、マグネット近接走査部29Bによってマグネット25がY方向に移動することで、マグネット25の形成する磁力線がアノード28に向かわないようにずれる。つまり、マグネット25の磁極平面30Bがターゲット23に向かって近接することで、N極の周縁磁石部60から磁極平面30Bに交差する方向に向かう磁力線が、X方向における傾きを小さくできる。つまり、マグネットユニット21では、マグネット近接走査部29Bを設けることで、一方の揺動端において、一方の揺動端に最近接するマグネット25が形成する磁力線を他方の揺動端に向けて傾斜させたとみなすことができる。マグネット25の形成する磁力線がアノード28に吸われてしまうことを抑制できる。
すると、ターゲット23の表面23aにおいては、磁力線密度が低下することがない。つまり、一方の揺動端となるマグネット25では、トラッキングされる電子密度が充分に維持されるとともに、プラズマ密度が充分に維持される。この結果、ターゲット23の表面23aにおいて、X方向の両端に形成されていた非エロージョン領域を抑制することができる。
また、揺動端となるマグネット25では、隣接するマグネット25と同様に、中央磁石部50と周縁磁石部60とで磁気回路が形成されており、N極の周縁磁石部60からS極の揺動端傾斜中央磁石部50Bへと向かう磁力線が形成されている。これにより、ターゲット23の表面23aにおいて周縁磁石部60によって囲まれた中央磁石部50の周囲を周回する電子は、マグネット25の長手方向の端部で、その移動速度が遅くなることがない。したがって、マグネット25のZ方向端部においては、電子の密度上昇が抑制される。つまり、揺動端となるマグネット25では、中央磁石部50に沿ってZ方向に移動してきた電子が、橋渡し部63に沿ってX方向に曲がる付近で、その移動速度が遅くなることがない。また、橋渡し部63に沿ってX方向に曲がる付近で、電子の密度上昇が抑制される。
その結果、長手直線部61または長手直線部62から、橋渡し部63に沿って電子がX方向からZ方向に曲がる位置においては、電子密度の減少が発生しない。この結果、X方向の両端となる2本のマグネット25においては、ターゲット23の表面23aにおける非エロージョン領域の形成を抑制することができる。つまり、X方向の両端(揺動端)となる2本のマグネット25をマグネット近接走査部29Bによって揺動端となる位置でターゲット23に近接させることで、対角となる2箇所の非エロージョン領域の形成を抑制することができる。これにより、ターゲット23では、電圧変動の発生を抑制することができる。ターゲット23では、X方向端部における非エロージョン領域の形成を抑制することができる。したがって、ターゲット23では、X方向の端部および対角となる2箇所以外に他の非エロージョン領域が形成されやすくなることを抑制できる。
本実施形態におけるスパッタリング装置1によれば、磁力線傾斜機構としてマグネット近接走査部29Bを設けることによって、揺動端のマグネット25において、このマグネット25が形成する磁力線がアノード28に向かわないように抑制することができる。これにより、スパッタリング装置1は、アノード28に吸われる電子を減少することが可能である。つまり、マグネット25が形成する磁力線の向かう方向をY方向とするか、Y方向よりも図20の右向きに傾斜させることができる。すなわち、マグネット25が形成する磁力線を、ターゲット23の厚さ方向よりもターゲット23の輪郭内向きに傾斜させることができる。これにより、スパッタリング装置1は、非エロージョン領域の形成される面積をトータルで低減することができる。
つまり、スパッタリング装置1は、非エロージョン領域の発生を低減することにより、パーティクルの発生を抑制することが可能となる。つまり、スパッタリング装置1は、非エロージョン領域とエロージョン領域との境界が不明瞭になってパーティクル発生の原因となるエロージョン-非エロージョン境界領域の形成を低減することができる。
さらに、スパッタリング装置1は、非エロージョン領域発生を抑制することで、供給パワーが再分配されないようにすることができる。これにより、スパッタリング装置1は、放電電圧のスパイク変動を抑制して、電圧変動等によるプラズマ発生条件の部分的変動を抑制できる。したがって、スパッタリング装置1は、パーティクル発生、および、膜厚分布、シート抵抗値分布等の膜質特性分布のばらつきなどを抑制することができる。
1…スパッタリング装置
4…成膜室(チャンバ)
10…カソード装置
11…ガラス基板(被成膜基板、透明基板)
22…カソードユニット
23…ターゲット
24…バッキングプレート
25…マグネット(磁気回路)
26…制御部
27…補助マグネット
28…アノード
29…マグネットユニット走査部
29A…マグネット傾斜走査部
29B…マグネット近接走査部
30,30A…磁極平面
31…ヨーク
35…揺動端外磁石部
35a…被覆部
41…前側空間
42…裏側空間
50…中央磁石部
50A…揺動端中央磁石部
50B…揺動端傾斜中央磁石部
50C…揺動端磁性体部
61,62…長手直線部
60…周縁磁石部
60A…揺動端長手直線部
63…橋渡し部

Claims (11)

  1. 被成膜基板の形成領域に向けてスパッタ粒子を放出するカソードユニットが、
    エロージョン領域が形成されるターゲットと、
    前記ターゲットに対して前記被成膜基板とは反対側に配置されて前記ターゲットに前記エロージョン領域を形成するマグネットユニットと、
    前記マグネットユニットと前記被成膜基板とを相対的に前記ターゲット表面に沿った揺動方向(走査方向)における一方の揺動端と他方の揺動端との間に規定される揺動領域において往復動作可能なマグネットユニット走査部と、
    を有し、
    前記マグネットユニットは、その長手方向が前記ターゲット表面に沿って前記揺動方向に交差する揺動幅方向に延在するマグネットを有するとともに、
    前記マグネットが前記一方の揺動端において形成する磁力線を前記他方の揺動端に向けて傾ける磁力線傾斜機構を有する、
    ことを特徴とするスパッタリング装置。
  2. 前記磁力線傾斜機構は、前記マグネットが前記一方の揺動端において形成する磁力線を前記他方の揺動端に向けて押し込む、
    ことを特徴とする請求項1記載のスパッタリング装置。
  3. 前記マグネットは、
    線状に配置されて前記ターゲットへ向かう磁極である中央磁石部と、
    前記ターゲットへ向かう磁極で前記中央磁石部と極性が異なるとともに前記ターゲット表面に沿って前記中央磁石部の周囲を囲う周縁磁石部と、
    を備え、
    前記マグネットユニットは、前記揺動方向に複数本並べて配置された前記マグネットを有し、
    前記磁力線傾斜機構は、前記一方の揺動端に位置する前記マグネットにおいて、隣接する前記マグネットの前記中央磁石部よりも小さく形成された揺動端中央磁石部を有する、
    ことを特徴とする請求項2記載のスパッタリング装置。
  4. 前記マグネットは、
    線状に配置されて前記ターゲットへ向かう磁極である中央磁石部と、
    前記ターゲットへ向かう磁極で前記中央磁石部と極性が異なり、前記中央磁石部の両側に等間隔で平行に延びる長手直線部および両方の前記長手直線部の端部を夫々橋渡す橋渡し部を有するとともに前記ターゲット表面に沿って前記中央磁石部の周囲を囲う周縁磁石部と、
    を備え、
    前記マグネットユニットは、前記揺動方向に複数本並べて配置された前記マグネットを有し、
    前記磁力線傾斜機構は、前記一方の揺動端に位置する前記マグネットにおいて、隣接する前記マグネットの前記長手直線部よりも大きく形成された揺動端長手直線部を有する、
    ことを特徴とする請求項2記載のスパッタリング装置。
  5. 前記マグネットは、
    線状に配置されて前記ターゲットへ向かう磁極である中央磁石部と、
    前記ターゲットへ向かう磁極で前記中央磁石部と極性が異なるとともに前記ターゲット表面に沿って前記中央磁石部の周囲を囲う周縁磁石部と、
    を備え、
    前記マグネットユニットは、前記揺動方向に複数本並べて配置された前記マグネットを有し、
    前記磁力線傾斜機構は、前記一方の揺動端に位置する前記マグネットにおいて、隣接する前記マグネットの前記中央磁石部よりも前記他方の揺動端に向けて傾斜して配置された揺動端傾斜中央磁石部を有する、
    ことを特徴とする請求項2記載のスパッタリング装置。
  6. 前記マグネットは、
    線状に配置されて前記ターゲットへ向かう磁極である中央磁石部と、
    前記ターゲットへ向かう磁極で前記中央磁石部と極性が異なるとともに前記ターゲット表面に沿って前記中央磁石部の周囲を囲う周縁磁石部と、
    を備え、
    前記マグネットユニットは、前記揺動方向に複数本並べて配置された前記マグネットを有し、
    前記磁力線傾斜機構は、前記一方の揺動端よりも前記揺動領域の外側位置に前記周縁磁石部に隣接して配置される補助マグネットを有する、
    ことを特徴とする請求項2記載のスパッタリング装置。
  7. 前記カソードユニットと対となり前記ターゲットの周囲に位置するアノードを有し、
    前記磁力線傾斜機構は、前記一方の揺動端よりも前記揺動領域の外側に位置する揺動端外磁石部を前記アノードの裏面に有する、
    ことを特徴とする請求項2記載のスパッタリング装置。
  8. 前記磁力線傾斜機構は、前記マグネットが前記一方の揺動端において形成する磁力線を前記揺動方向に拡がる幅が減少するように変化させる、
    ことを特徴とする請求項1記載のスパッタリング装置。
  9. 前記マグネットは、
    線状に配置されて前記ターゲットへ向かう磁極である中央磁石部と、
    前記ターゲットへ向かう磁極で前記中央磁石部と極性が異なるとともに前記ターゲット表面に沿って前記中央磁石部の周囲を囲う周縁磁石部と、
    を備え、
    前記マグネットユニットは、前記揺動方向に複数本並べて配置された前記マグネットを有し、
    前記磁力線傾斜機構は、前記一方の揺動端に位置する前記マグネットにおいて、前記中央磁石部の前記揺動方向に隣接して配置された揺動端磁性体部を有する、
    ことを特徴とする請求項8記載のスパッタリング装置。
  10. 前記磁力線傾斜機構は、前記一方の揺動端に位置する前記マグネットにおいて、前記一方の揺動端において前記マグネットが形成する磁力線を前記他方の揺動端に向けて傾くように前記マグネットを傾けるマグネット傾斜走査部を有する、
    ことを特徴とする請求項1記載のスパッタリング装置。
  11. 前記カソードユニットと対となり前記ターゲットの周囲に位置するアノードを有し、
    前記磁力線傾斜機構は、前記一方の揺動端に位置する前記マグネットにおいて、前記マグネットに形成されて前記アノードに到達する磁力線を減らすように前記マグネットを前記ターゲットに近接させるマグネット近接走査部を有する、
    ことを特徴とする請求項1記載のスパッタリング装置。
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