JP4071520B2 - Sputtering equipment - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、スパッタリング装置、特にターゲット及びマグネトロンカソードの形状を工夫することにより、生産性の向上を狙ったスパッタリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来一般的なスパッタリング装置では、基板への成膜は、基板の被成膜面に成膜できるサイズの１つのターゲットに対するスパッタリングによって、行っていた。
【０００３】
図１０は、従来のスパッタリング装置のスパッタリングプロセスチェンバ（スパッタリング室とも称する。）内の要部を説明するための概略図で、基板面に平行な上方から見た平面図である。この図１０に示す従来例は、両面成膜の例である。１００は基板ホルダ、１０２はゲートバルブ、１０４は、それぞれ、基板ホルダに搭載されている基板である。周知の通り、これら基板１０４は、スパッタリング室に対し、ゲートバルブ１０２を経て、矢印ａの方向から搬入搬出される。
【０００４】
１１０は、それぞれ、基板面に対し平行なカソード搭載面を有するカソードであり、及び１１２は、このカソード搭載面上に搭載されたターゲットである。
【０００５】
通常、このターゲット１１２は、基板のサイズよりも大型サイズである。従来のスパッタリング室には、１枚の基板に対して１個のターゲットの対応関係で、ターゲットを成膜に好適な位置に対向配置させて、成膜を行っていた。従って、異なる種類のターゲットを用いて１枚の基板上に順次に膜を積層させる場合には、通常は、ターゲットの種類と同数の専用のスパッタリング室を用意して、それぞれのスパッタリング室で順次の成膜を行っていた。
【０００６】
また、例えば、本願出願人による特開２００１−１４００６９号公報には、矩形状の大型基板に均一に薄膜を形成するためのスパッタリング装置において、マグネトロンカソードとして矩形状のターゲットの裏側に複数の磁石ユニットを配設した構造体を配置して、これを往復運動させる構成が知られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来のマグネトロンカソードを使用すると、特に矩形状のターゲットのエロージョンに関しては、特にターゲット端縁部のエロージョンを均一にすることは困難であった。従ってターゲット端縁部に削り残しが発生することが避けられず、ターゲットの効率的な利用を図り、生産性を向上させることが困難であった。
【０００８】
すなわち、この発明の目的は、ターゲット及びマグネトロンカソードの形状を工夫することにより、ターゲットのエロージョンの均一性を増加することで、ターゲットの利用効率の向上を図り、生産性の向上を図ったスパッタリング装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この目的の達成を図るため、この発明のスパッタリング装置は、スパッタリング室と、該スパッタリング室内に搬入搬出自在に設けられた基板ホルダと、マグネトロンカソードとを具えている。マグネトロンカソードは、ターゲットと磁石ユニット構造体とを含む。ターゲットは基板ホルダに対向し、かつ離間して設けられていて、その平面的な全体形状は矩形の長尺方向の両端部に楕円の弧状の突起部が付加された形状としてある。磁石ユニット構造体は、ターゲットの裏面側に対向し、かつ離間して設けられている。
【００１０】
さらに、この磁石ユニット構造体は、取付部材と、該取付部材に取り付けられた複数個の磁石ユニットからなり、かつ前記ターゲットの長尺方向に往復運動させる運動機構と連結されている。
【００１１】
磁石ユニットのうち、取付部材の両端部に取り付けられた磁石ユニットは、ターゲットに対するエロージョン領域に対応するように設定される少なくとも一部が楕円の弧状のヨークと、該ヨークの外周に沿って設けられている外周磁石と、該ヨークの中心部近傍に設けられた該外周磁石とは逆極性の中心磁石とを含んでいる。
【００１２】
このようなマグネトロンカソードの構成とすれば、ターゲットのほぼ全域でエロージョンの均一化を図ることができ、特にターゲット端縁部での削り残しが発生しない。従って、ターゲットの効率的な利用が可能となる。
【００１３】
また、この発明の好適な構成例では、取付部材に設けられている磁石ユニットの平面的な全体形状を楕円形状とし、かつその設置個数を１つとすることもできる。
【００１４】
さらにこの発明の好適な構成例では、取付部材には、２個以上の磁石ユニットを設け、この取付部材の両端部に設けられる２つの磁石ユニットの形状を同一の楕円形状とするのがよい。
【００１５】
このようにすれば、ターゲットの端縁部以外のエロージョンの調整を容易に行うことができる。
【００１６】
また、この発明の好適な構成例では、取付部材には、同一の楕円形状である３個以上の磁石ユニットを設けてもよい。
【００１７】
この場合の磁石ユニットは、円形状のヨークと、該ヨークの外周に沿って設けられている外周磁石と、該ヨークの中心部に設けられている円形状の中心磁石とを含む構成とするのが好ましい。すなわち磁石ユニットは、このユニット全体を平面的にみたときに、正円形状とするのがよい。このとき、ターゲット全体のエロージョン、成膜条件等を考慮して、複数個の磁石ユニットそれぞれの磁場強度は適宜変更することができる。すなわち、複数個の磁石ユニットを配設する場合には、すべての磁石ユニットの磁場強度は揃っていても、又は揃っていなくともよい。
【００１８】
このとき磁石ユニット全体、すなわちヨーク、外周磁石及び中心磁石を一体として、又は磁石ユニットの一部、すなわち外周磁石或いは中心磁石のみを、ヨークの中心を回転軸として回転できる構成としてもよい。
【００１９】
さらに、この発明のスパッタリング装置の他の好適な構成例によれば、２個以上のマグネトロンカソードと、このマグネトロンカソードに設けられた２個以上のマグネトロンカソード位置決め機構とを具えるのがよい。
【００２０】
特にマグネトロンカソードを２個以上とする構成とすれば、複数のマグネトロンカソードに同一種類のターゲットを搭載させることができる。このため、１枚の大型サイズのターゲットを用いる代わりに、複数枚に分けられた小型サイズであって、同一種類のターゲットをマグネトロンカソードに搭載することにより、１枚の共通の基板に、より均一な膜厚で成膜することができる。特に、基板をガラス基板とする場合には、ガラス基板が大型サイズ化するほど、小型サイズのガラス基板と同程度の面積のターゲットを複数枚配設して成膜できるので、膜厚の均一化の観点から、より有利となる。
【００２１】
より好ましい構成例では、基板の中心部近傍に対向して位置する１つの中心側マグネトロンカソードと、この中心側マグネトロンカソードの両端部側方に位置する２つの周辺側マグネトロンカソードの３つのマグネトロンカソードからなる構成とするのがよい。
【００２２】
また、この発明のスパッタリング装置の構成例によれば、好ましくはマグネトロンカソードは、それぞれ複数個のターゲットと、このターゲットの数に応じた複数個の磁石ユニット構造体とを具えているのがよい。
【００２３】
このような構成とすれば、１つのマグネトロンカソードに複数のターゲットを設けることができるので、マグネトロンカソードごとに設けたターゲットの種類も同じとなるように揃えておけば、先に成膜した膜とは異なる成分の膜を成膜する場合には、このマグネトロンカソードをターゲット位置決め機構によって回転させて、異なる成分の膜を成膜するターゲットを選択して、位置決めすることができる。従って、同一のスパッタリング室内で、同一基板上に２種類以上の異なる成分の膜を連続的に成膜することができる。
【００２４】
このため、膜の成分毎に、異なるスパッタリング室に対する基板の搬入搬出作業やそれに付帯する作業を行わずに済むので、従来装置よりも一層の省スペース化と高スループット化が達成できる。
【００２５】
また、この発明の他の好適な構成例によれば、マグネトロンカソードには、互いに対向する２つの外表面に２つのターゲットが設けられていて、磁石ユニット構造体は、１つの取付部材の両面、又は２つの取付部材の片面のそれぞれ少なくとも両端の突起部には、２つのターゲットの端縁部に対するエロージョン領域に対応するように設定される磁石ユニットを具えているのがよい。
【００２６】
また、この発明のスパッタリング装置のさらに他の好適な構成例によれば、マグネトロンカソードには、３つのターゲットが、それぞれ３つの外表面に設けられていて、磁石ユニット構造体は、３つの取付部材を含み、該３つの取付部材の主表面の両端の突起部には、前記ターゲットに対するエロージョン領域に対応するように設定される磁石ユニットが設けられている構成とするのがよい。
【００２７】
この発明のスパッタリング装置は、好ましくは両面成膜型とするのがよい。このようにすれば、２枚の基板を同時に成膜処理することができるので、高スループット化が可能となる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して、この発明のスパッタリング装置の実施の形態について説明するが、これらの図において、各構成要件の形状、大きさ及び配置関係については、この発明が理解できる程度に概略的に示してあるに過ぎない。また、以下、この発明の好適な構成例につき説明するが、この発明は何らこの好適例に限定されることなく、この発明の要旨を逸脱することなく多くの変形及び変更が可能である。
【００２９】
〔第１の実施の形態〕
図１は、この発明の第１の実施の形態のスパッタリング装置１０を説明するための概略的な模式図である。図１（Ａ）は、この発明のスパッタリング装置１０のスパッタリング室１４内の主要構成要素である基板１２と、ターゲット２０を含むマグネトロンカソード３０との配置関係を主として概略的に示す模式的な断面図である。
【００３０】
図１（Ａ）に示す構成例では、基板ホルダ１０ａに１枚の基板１２、ここでは例えばガラス基板が搭載されている。この基板１２は、図面の紙面と直交する方向に立てられて基板ホルダ１０ａに保持されている。基板１２の被成膜面１２ａは、通常は平坦面である。
【００３１】
この基板１２の形状は、例えば矩形の平行平面板とする。この基板ホルダ１０ａは、矢印ａの方向から、基板１２を搭載した状態で、スパッタリング室１４内へとゲートバルブ１６を介して搬入搬出自在に構成されている。
【００３２】
この基板１２の被成膜面１２ａに対向して、ターゲット２０が設けられている。この構成例では、このターゲット２０を、平面的にみた場合、実質的に矩形状の平面平板により構成してある。ターゲット２０の裏面側には、磁石ユニット３６が複数個並設されている磁石ユニット構造体３２と、磁石ユニット構造体３２をその主表面３４ａの長尺方向、すなわち矢印ａ方向に往復運動させる運動機構３８とを具えている。この磁石ユニット構造体３２の詳細な説明については後述するが、運動機構３８は、好ましくは例えば、スライドレール及びこのスライドレールをスライドさせるマグネトロンカソード外に設けられたモータといった従来周知の構造を採用することができるので、詳細な説明は省略する。
【００３３】
図１（Ｂ）は、この発明のスパッタリング装置のマグネトロンカソード３０をターゲット表面２０ａ側からみた概略的な平面図である。
【００３４】
ターゲット２０は、矩形状の平面平板であって、その長尺方向の両端部に突起部２０ａａが付された形状を有している。このターゲット２０の端縁部、すなわち突起部２０ａａの形状は、ターゲット２０の短尺を直径とする半円の形状としてある。従って、この構成例におけるターゲットは、中央の矩形、すなわち長方形部分と、その長尺方向における両端に一体的に連続して設けられた突起部としての円形部分とから構成されている。しかしながら、この突起部２０ａａを設ける目的は、ターゲット２０端縁部の削り残しを極力減少させることにあるので、この目的を損なわない範囲で、何らこの円形状に限定されない。従って、突起部２０ａａの形状は、例えば適宜の曲率を有する曲線、すなわち正円を含む楕円の弧の一部とすることができる。製造工程の簡略さ等を考慮すると、好ましくは図示したような半円形状とするのがよい。
【００３５】
図２は、この発明のスパッタリング装置に適用して好適な磁石ユニット構造体の構成を説明するための概略的な平面図である。
【００３６】
図２（Ａ）は、図１の磁石ユニット構造体３２を磁石ユニット搭載面から平面的にみた構成を説明するための概略的な平面図である。
【００３７】
磁石ユニット構造体３２は、平板状の取付部材３４を含んでいる。この取付部材３４の形状は、設計された磁石ユニット３６が搭載可能であれば、特に問わないが、この取付部材は、例えば図示したように端縁部を磁石ユニット３６の外形、すなわちヨーク３６ｃ及びこれに設けられる周辺磁石の輪郭に合わせて成形するのがよい。
【００３８】
磁石ユニット構造体３２の取付部材３４の片面側両端部、すなわち取付部材主表面３４ａには、取付部材３４の矩形の短尺を直径とする円形状のヨーク３６ｃと、ヨーク３６ｃの中心部に設けられた中心磁石３６ａと、ヨークの外周に沿って中心磁石３６ａを囲むように離間して同心的に設けられている、中心磁石３６ａとは逆極性の外周磁石３６ｂとを含む、磁石ユニット３６を具えている。ここでは外周磁石３６ｂの形状に合わせて取付部材３４の突起部３４ａａは半円形状としてあるが、必ずしも磁石ユニットの形状に合わせる必要はない。
【００３９】
特に取付部材３４の２つの端縁部に設けられる磁石ユニット３６、すなわち中心磁石３６ａ及び外周磁石３６ｂの形状及び配置は、上述のように設定されるターゲットの端縁部の形状に沿って、エロージョン発生領域３３が生じるように設定する。このエロージョン発生領域３３とは、特に中心磁石３６ａ及び外周磁石３６ｂの作用により、ターゲットに発生するエロージョン領域である。従って、このエロージョン発生領域３３がターゲットの端縁部を過不足なく含むように中心磁石３６ａ及び外周磁石３６ｂの形状、大きさ及び性質、並びに中心磁石３６ａと外周磁石３６ｂとの配置関係が最適となるように磁石ユニット３６を設計し、これを取付部材３４の端縁部に設ける。
【００４０】
このとき、取付部材３４の両端縁部に設けられる２つの磁石ユニット３６を一体として組み合わせて、磁石ユニット構造体３２全体として１つの磁石ユニット３６を設ける構成とすることもできる。具体的な例としては、楕円形状、好ましくは円形の外周磁石３６ａ及び中心磁石３６ｂを含む１つの磁石ユニット３６を設ける構成とするのがよい。
【００４１】
この発明の目的は、特にターゲット端縁部で発生する削り残しを防止することにあるので、ターゲット全体のエロージョンの均一性を確保することを条件として、取付部材３４の端縁部以外に設けられる磁石ユニット３６の形状、大きさ及び発生する磁界強度等の性質は任意とすることができる。すなわち、取付部材３４の端縁部に設けられる２つの磁石ユニット３６に挟まれて設けられる１個又は２個以上の磁石ユニット３６は、端縁部に設けられている磁石ユニットとは異なる形状、大きさ、及び性質とすることができる。具体的には例えば従来用いられている矩形状の形状として、ターゲット全体のエロージョンを均一にするために磁場強度等の性質を適宜選択することができる。
【００４２】
図２（Ａ）の磁石ユニット構造体３２においては、３つの磁石ユニット３６を等間隔で取付部材３４に並設する例を示した。このとき、取付部材３４の端縁部に設けられた磁石ユニットはいずれも同一形状、同一サイズかつ円形状としてあるが、この発明の目的は、上述したように、特にターゲット端縁部で発生する削り残しを防止することにあるので、ターゲットの特に端縁部の削り残しを防止することさえできれば、磁石ユニットの形状は、必ずしも図示したような正円に限られない。具体的には、上述したように、使用されるターゲットの特に端縁部の形状にあわせて、正円を含む楕円の弧の一部の形状とするのがよい。
【００４３】
図２（Ｂ）は、図２（Ａ）で示した磁石ユニットとは別の構成を有する磁石ユニット構造体３２を磁石ユニット搭載側から平面的にみた構成を説明するための概略的な平面図である。
【００４４】
磁石ユニット３６以外の構成は、既に上述したのと同様であるので詳細な説明は省略する。
【００４５】
この例では、取付部材３４の両端部に設けられている磁石ユニット３６を半円形状としてある。すなわち、使用されるターゲットの端縁部の形状を過不足なく含むようにエロージョン領域３３を設定し、このエロージョン領域３３に基づいてヨーク３６ｃ及び中心磁石３６ａを半円形状とし、外周磁石の形状を半円の弧としてある。そしてこの半円の弧が外側に向くように取付部材３４の端縁部に設けてある。
【００４６】
このとき、平面的にみれば、取付部材３４の端縁部に設けられた２つの磁石ユニット３６の形状は同一とはいえないが、同一形状の２つの磁石ユニット３６を取付部材３４に設ける際に、この場合には１８０°回転させれば済むので、この明細書ではこの例のように設けられた磁石ユニット３６は、相互に同一の形状を有するものとする。
【００４７】
上述のこれら複数個の隣接する磁石ユニット３６同士の配設される間隔は、好ましくは磁石ユニット３６の幅、すなわち、例えば円形状の磁石ユニット３６の場合には、その直径の１／１０以上とするのがよい。このように設定すれば、ターゲットのエロージョンの均一性はさらに向上する。
【００４８】
また、磁石ユニット３６は、全体、すなわちヨーク３６ｃ、外周磁石３６ｂ及び中心磁石３６ａを一体として、又は磁石ユニット３６の一部、すなわち外周磁石３６ｂ或いは中心磁石３６ａのみを回転軸Ｃを中心として、矢印ｂ方向に自在に回転可能な構成としてもよい。
【００４９】
このような構成とすれば、より効率的にターゲットのエロージョンの均一化を図ることができる。
【００５０】
〔第２の実施の形態〕
図３は、この発明の第２の実施の形態のスパッタリング装置１０の主要構成要素の配置関係を説明するための概略的な断面図である。この実施の形態では、マグネトロンカソードを複数設けた例につき説明する。
【００５１】
この実施の形態のスパッタリング装置によれば、基板１２の被成膜面１２ａに対向して、複数個、ここでは一例として３個のマグネトロンカソード、すなわち中心に配置される中心側マグネトロンカソード３０Ｂ、並びにその両側に配置される２つの周辺側マグネトロンカソード３０Ａ及び３０Ｃを含んでいる。
【００５２】
この例では例えば３個のマグネトロンカソードを設ける例を説明するが、これに限定されず、中心側マグネトロンカソード及び／又は周辺側マグネトロンカソードを追加することで、３個より多いマグネトロンカソードを設ける構成とすることができる。例えば４個を設ける場合には、中心側マグネトロンカソードを２個とする構成とすればよい。これら３個のマグネトロンカソードは、それぞれ中心軸Ｃ１、Ｃ２及びＣ３を回転軸として回転（回動とも言う。）し、かつ適当な回転位置のところで停止されて、その停止位置に位置決めできるように、位置決め機構を具えている。
【００５３】
これら複数のマグネトロンカソードの構成は、特別な事情がない限り、同一とするのがよいが、これに限定されない。
【００５４】
図示されている３個のマグネトロンカソード３０Ａ、３０Ｂ及び３０Ｃの構成はいずれも同一、すなわち互いに同一形状かつ同一サイズであり、基板ホルダ１０ａの搬入搬出方向に順次に配列されている。
【００５５】
マグネトロンカソード３０Ａ、３０Ｂ及び３０Ｃの被成膜面１２ａに対向する側の面には、それぞれターゲット２０ａ、２０ｃ及び２０ｅと、その反対側の対向面にはターゲット２０ｂ、２０ｄ及び２０ｆとがそれぞれ設けられている。
【００５６】
図３において、このマグネトロンカソード３０Ａ、３０Ｂ及び３０Ｃの長方形断面の中心を中心軸すなわちこの構成例では回転軸Ｃ１、Ｃ２及びＣ３とする。これらの回転軸Ｃ１、Ｃ２及びＣ３は、被成膜面に平行であると共に、回転軸同士が平行としてある。このマグネトロンカソード３０Ａ、３０Ｂ及び３０Ｃは、回転軸Ｃ１、Ｃ２及びＣ３の周りに矢印ｂで示すように、正逆の両方向に回転できる構成となっている。
【００５７】
中心側マグネトロンカソード３０Ｂの回転軸Ｃ２は、基板１２の中心に合わせてあり、両側の周辺側マグネトロンカソード３０Ａ及び３０Ｃの回転軸Ｃ１及びＣ３は、回転軸Ｃ２から等距離のところに位置決めされている。さらに、回転軸Ｃ１及びＣ３は、被成膜面１２ａすなわち基板面から等距離の位置に位置決めされていて、しかも、中心側マグネトロンカソード３０Ｂの回転軸Ｃ２よりも、基板面に接近させてある。いずれにしても、これらのマグネトロンカソードに搭載されるターゲットは、被成膜面１２ａとの間及び互いのターゲット同士間で、成膜に最適な位置関係となるように、位置決めされる。
【００５８】
これら３つのマグネトロンカソード３０Ａ、３０Ｂ及び３０Ｃに搭載されるターゲットのうち、被成膜面１２ａ側に搭載されるターゲットは、同一種類のターゲットとする。また、３つのマグネトロンカソードそれぞれの被成膜面１２ａの反対側に搭載されるターゲットは、被成膜面１２ａ側に搭載されるターゲットとは異なる種類であって、３つのマグネトロンカソード３０Ａ、３０Ｂ及び３０Ｃにおいて互いに同一種類であるターゲットとする。
【００５９】
中心側マグネトロンカソード３０Ｂは、ターゲット２０ｃ又は２０ｄ、すなわちこれらのターゲットの被スパッタリング面が被成膜面１２ａと平行となるように位置決めされる。同様に、この中心側マグネトロンカソード３０Ｂを中心として両側の周辺側マグネトロンカソード３０Ａ及び３０Ｃのターゲット２０ａ、２０ｂ及び２０ｅ、２０ｆの被スパッタリング面が被成膜面１２ａと対向するように位置決めされる。
【００６０】
この場合には、例えば、周辺側マグネトロンカソード３０Ａ及び３０Ｃのターゲット２０ａ、２０ｅの延長線と被成膜面１２ａの延長線との交差角を互いに等しいα（角度）（０°＜α＜９０°）とする。このように、周辺側マグネトロンカソード３０Ａ及び３０Ｃのターゲット２０ａ、２０ｂ及び２０ｅ、２０ｆは、中心側マグネトロンカソード３０Ｂのターゲット２０ｃ、２０ｄから離れるに従って、被成膜面１２ａに接近するように、中心側マグネトロンカソード３０Ｂのターゲット２０ａに対して傾斜させてある。その結果、周辺側マグネトロンカソード３０Ａ及び３０Ｃのターゲットの被スパッタリング面と被成膜面１２ａとが角度αで傾斜（交差）する。
【００６１】
上述した、マグネトロンカソードの回転を制御するターゲット位置決め機構及びターゲットと被成膜面との距離調整及びマグネトロンカソード同士間の距離調整のための距離調整機構については後述する。
【００６２】
図４は、３個のマグネトロンカソードを用いた構成例において、基板１２と各マグネトロンカソード３０Ａ、３０Ｂ及び３０Ｃが具えているターゲット２０ａ、２０ｃ及び２０ｅとの相対位置関係を説明するための概略図である。これらのターゲット２０ａ、２０ｃ及び２０ｅは、図１で説明したような端縁に半円状の突起部を付した矩形の短冊状の形をしている。基板１２は、搬送方向（ｘ方向とする。）に長尺を有し、それに直交する、基板を立てている方向（鉛直方向でｚ方向とする。）に短尺を有している。それぞれのターゲットの各中心軸を０１、０２、０３とすると、これらのターゲットを、それぞれの中心軸が互いに平行、かつ基板１２の短尺方向と平行となるように、位置決めされる。中央のターゲット２０ｃの中心軸０２は、基板１２の中心と一致させるのが好適である。図３に示す構成例では、ターゲット側から基板側を平面的に見た場合、基板周辺側に対向するターゲット２０ａ及び２０ｃは、中心側のターゲット２０ｂとは離れている側の端縁側の部分、すなわちｘ方向の幅領域の一部分、が基板１２から外れて、位置決めされている。ターゲットの基板に対する相対位置は、マグネトロンカソードの位置決めによって決まる。これらの相対位置は、搭載するターゲットの種類や大きさその他の任意好適な条件に応じて、適切な膜の形成ができるように、決めればよい。従って、ターゲット側から基板側を平面的に見た場合、ターゲットの幅領域が基板面内に収まるように設けてもよい。
【００６３】
なお、当然ながら、これらターゲットの形状、大きさ及び基板に同時に対面する個数は、設計に応じて任意好適に設定できる。
【００６４】
図５は、この発明のスパッタリング装置に適用して好適なマグネトロンカソードの構成例を示す図である。これらのマグネトロンカソードの断面形状は矩形、例えば断面の対向面が平行平面である矩形体とし、従って、その断面は一例として長方形とする。なお、この発明のスパッタリング装置のマグネトロンカソードにおいて、具体的なカソードの構成及びこれに付帯する電極等の構成の図示及び説明は、この発明の要旨ではないので、ここでは説明を省略する。
【００６５】
ここでは、図３に示した３つのマグネトロンカソード３０Ａ、３０Ｂ及び３０Ｃのうち、左側に位置するマグネトロンカソード３０Ａを例にとって説明する。他の２個のマグネトロンカソードの構成については、同様であるので詳細な説明は省略する。
【００６６】
図５（Ａ）は、取付部材３４の対向する両側の主表面に、それぞれ、３個の磁石ユニット３６を設けたマグネトロンカソード３０Ａを示す平面図である。
【００６７】
マグネトロンカソード３０Ａの対向する平行平面に対応する２つの外表面には２つのターゲット２０ａ及び２０ｂがそれぞれ設けられている。以下、ターゲット２０ｂについて説明するが、マグネトロンカソード３０Ａの下面側に存在する図示されていないターゲット２０ａについても同様である。マグネトロンカソード３０Ａの表面に搭載されるターゲット２０ｂは、矩形平板状であって、その両端縁部に突起部２０ｂａが付された形状を有している。
【００６８】
図５（Ｂ）は、図５（Ａ）のマグネトロンカソードを図４で説明した中心軸をＣとするＣ−Ｃ破線で切断したときの模式的な断面図を示す図である。
【００６９】
マグネトロンカソード３０Ａの対向する２つの外表面には、２つのターゲット２０ａ及び２０ｂがそれぞれ設けられている。
【００７０】
マグネトロンカソード３０Ａの内部空間２１には、磁石ユニット３６が取付部材３４の２つの主表面３４ａに複数個並設されている磁石ユニット構造体３２と、磁石ユニット構造体３２をその長尺方向、すなわち矢印ａ方向に往復運動させる運動機構３８とを具えている磁石ユニット構造体３２を配設してある。
【００７１】
磁石ユニット構造体３２は、取付部材３４の表裏２つの主表面３４ａに設けられた磁石ユニット３６それぞれが、マグネトロンカソード３０Ａの内部空間２１側から、ターゲット２０ａ及び２０ｂのそれぞれの裏面に等距離で離間した状態を保ちつつ、運動機構３８により作動可能なように配設されている。
【００７２】
なお、ここでは１枚の取付部材３４の表裏にそれぞれ磁石ユニットを設ける例を説明したが、図１（Ａ）及び図２（Ａ）で説明したように、取付部材３４の片面（主表面）のみに磁石ユニット３６を設けた磁石ユニット構造体３２を２つ用いて、磁石ユニット３６が設けられていない面同士を向かい合わせて、所望により接着する等して設けてもよい。
【００７３】
図５（Ｃ）は、上述した磁石ユニット構造体３２の構成を説明するための模式的な平面図である。この構成は、磁石ユニット構造体３２の取付部材３４の対向する２つの主表面３４ａに磁石ユニット３６がそれぞれ設けられていることを除き、図２（Ａ）を用いて説明したのと同様の構成とすればよいので、その詳細な説明は省略する。
【００７４】
運動機構３８は、好ましくは例えば、スライドレールといった従来周知の構造を採用することができる。図５（Ｂ）及び（Ｃ）では、突起部３４ａａに設けてあるが、例えば取付部材３４の側面部に設けてもよい。また、マグネトロンカソード３０Ａの内部空間２１内に限定されず、その外部になんらかの構造体作動機構３８を設ける構成としてもよい。
【００７５】
この発明のスパッタリング装置の磁石ユニット構造体３２の往復運動のストロークは、磁石ユニット３６の直径の長さと磁石ユニット３６同士の間隔の長さとの和程度とするのがよい。
【００７６】
また、この発明のスパッタリング装置の磁石ユニット構造体３２は、磁石ユニット３６、すなわち磁石ユニット構造体３２とターゲットとの離間距離を、例えばターゲットに入力される積算電力に応じて調整することが可能な機構（図示されていない。）を具えるのがよい。
【００７７】
また、この磁石ユニット構造体３２は、マグネトロンカソードが回転移動される場合には、一体となって、回転する構成とするのがよい。このような構成とすれば、ターゲットのエロージョン及び膜厚の均一化を図るのがより容易となる。
【００７８】
上述した構成例において、マグネトロンカソードに取り付けた複数のターゲットのうち１つを選択して成膜を行っている間に、非使用で退避している残りのターゲットに対して、クリーニングを行ってもよい。このように、一方のターゲットの成膜時に、基板に対向していない他方のターゲットを予備的にクリーニングすることにより、本成膜に当たり、正式のクリーニングの作業を軽減するので、全体的な処理時間の短縮が図れ、或いはクリーニング回数の低減が図れる。
【００７９】
〔第３の実施の形態〕
図６は、スパッタリング装置を両面成膜型とした場合の構成例を概略的に示す、図３と同様な断面図である。この場合には、スパッタリング室内に対して基板ホルダ１０ａの両側に例えばガラス基板である基板１２、１２′が搭載されていて、両基板１２、１２′の被成膜面に同時に成膜を行う構成例である。この構成例では、図３に示した各マグネトロンカソード等の他に、これらに追加して、別のマグネトロンカソード等を基板ホルダ１０ａに対し、対称的に、基板ホルダ１０ａの主表面１２ａの反対側の面１２´ａにも設けている。これら対称的に新たに設けられているマグネトロンカソードその他の所要の構成要件には、図３に示した構成要件の符号に′を付けてそれぞれ示す。これらの追加して設けられたマグネトロンカソード等は、図３で説明したマグネトロンカソード等と同一の構成とすればよく、同一の作用（又は機能）を奏するので、その重複する詳細な説明は省略する。この構成例においても、このマグネトロンカソード３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０′Ａ、３０′Ｂ及び３０′Ｃは、回転軸Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ′１、Ｃ′２及びＣ′３の周りに矢印ｃで示すように、正逆の両方向に回転できる構成となっている。
【００８０】
このように構成すれば、同一のスパッタリング室内で、２枚の基板に対して、それぞれ連続的に複数の成分の膜を順次に成膜させることが可能となる。その場合、一方の基板１２と他方の基板１２′に対する同時成膜のときに、マグネトロンカソードの回転により、それぞれの成膜に適したターゲットを選定して、位置決めさせる。そのようにすることによって、それぞれの基板に互いに異なる成分の膜を成膜することも可能である。
【００８１】
また、図３及び図６に示した構成例では、１つのマグネトロンカソードに２種類のターゲットの搭載が可能であるので、同一のスパッタリング室内で一枚の基板の被成膜面上に２種類の膜を積層できる。また、両面成膜装置の場合であっても、一枚の基板のみを搭載させて、成膜を行ってもよい。
【００８２】
図７は、この発明を両面成膜装置に適用した他の構成例を説明するための、概略的な平面図である。この構成例では、基本的には、図５の構成例と同じ構成であるが、１つのマグネトロンカソードに３つのターゲットを具えている点が異なる。従って、この構成例では、この相違点に着目して説明し、上述した構成と同一の構成部分については、その詳細な重複する説明を省略する。
【００８３】
図７に示す構成例では、同一構成のマグネトロンカソードを基板ホルダ１０ａの各側に３個ずつ具えている。マグネトロンカソード５０，５２，５４，５０′，５２′及び５４′は、それぞれ図６に示した３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０′Ａ，３０’Ｂ及び３０′Ｃに対応している。これらのマグネトロンカソードは、それぞれほぼ六角柱の形状をしているが、一つ置きに側面が大きく形成されていて、それらの側面にターゲットが設けられている。すなわち、３角形マグネトロンカソードの辺が構成する３角形の角隅部を切り落とした略３角形の形状としてある。各マグネトロンカソードは、それぞれ中心軸Ｃ５０、Ｃ５２，・・・を回転軸として、矢印ｃで示すように、正逆方向に回転（回動）し、かつ適当な回転位置で停止して、その停止箇所にターゲットを位置決めできるように、形成されている。各マグネトロンカソードの中心軸は、既に説明したマグネトロンカソード３０Ａ，３０Ｂ及び３０Ｃの中心軸と同様に、被成膜面に平行かつそれぞれの中心軸と平行となっている。
【００８４】
これら６個のマグネトロンカソードのうち、中心側及び一方の周辺側マグネトロンカソード５０及び５２につき代表として説明し、残りのマグネトロンカソードの構成及び作用などは、マグネトロンカソード５０及び５２のいずれかと同様であるので、重複する説明は省略する。
【００８５】
マグネトロンカソード５０及び５２のそれぞれの回転軸をＣ５０及びＣ５２とし、マグネトロンカソードの３つの側面には、ターゲット７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７２ａ，７２ｂ，７２ｃがそれぞれ搭載されている。１つのマグネトロンカソードに対する３個のターゲットは、異なる種類のターゲットとする。マグネトロンカソード同士では、同一の順番位置には同一種類のターゲットを搭載しておく。従って、基板に対し同時に同一種類のターゲットが対向するようにしてある。
【００８６】
この図７に示す構成例では、各マグネトロンカソードを回転させて、互いに同一種類の第１のターゲットを基板に対向させて位置決めして、成膜を行う。２回目の成膜に当たり、それぞれのマグネトロンカソードを回転させて、第１のターゲットとは異なる種類であるが、互いに同一種類の第２のターゲットが基板に対向するように位置決めして、成膜を行う。３回目の成膜に当たり、それぞれのマグネトロンカソードをさらに回転させて、第１及び第２のターゲットとは異なる種類であるが、互いに同一種類の第３のターゲットが基板に対向するように位置決めして、成膜を行う。このようにして、同一のスパッタリング室内で、一枚の基板１２に、３つの異なる成分の膜を成膜することができる。
【００８７】
この図７に示す構成例においても、図３において説明した場合と同様に、成膜時に基板の被成膜面に対向するターゲットの被スパッタリング面、従ってマグネトロンカソードのターゲットは、中心側マグネトロンカソード５２の場合には、被成膜面１２ａと平行であり、一方、周辺側マグネトロンカソード５０では、被成膜面１２ａに対して角度αで傾斜している。しかしながら、成膜時に基板に対面する全てのターゲットの被スパッタリング面を、この基板面に平行となるようにしてもよい。
【００８８】
図７に示す構成例では、さらに、各マグネトロンカソードごとに、これを覆うシールド（防着治具とも称する。）８０，８２，８４，８０′，８２′，８４′をそれぞれ設けてある。これらシールドすなわち防着治具は、それぞれのマグネトロンカソードの中心軸方向に沿って、上下方向において、ターゲットの全長を実質的に覆うように、設けてある。そして、このシールド８０，８２，８４，８０′，８２′，８４′は、マグネトロンカソードの周囲を囲むように、しかも、マグネトロンカソードの回転の妨げとならないように、設けられている。さらに、このシールドは、成膜のときに基板の被成膜面に対向するターゲット７０ａ、７２ａが、このシールド８０、８２から露出するように、すなわち成膜時にスパッタリングされる当該ターゲットに対して非包囲となるように、形成されている。
【００８９】
図７に示す構成例では、このシールドの横断面は、ほぼＣ字状の形状となっている。従って、このＣ字状のシールド８０，８２，８４，８０′，８２′，８４′の縦割りの開口部８０ａ，８２ａ，８４ａ，８０′ａ，８２′ａ，８４′ａに成膜時に必要なターゲットが位置決めされる。
【００９０】
このように、シールドを設けることにより、成膜時に飛来するスパッタ原子や不所望なパーティクルが、成膜時に使用されていないで退避しているターゲットやカソードの面に、被着するのを防ぐことが出来る。
【００９１】
なお、このシールドは、後述するシールド駆動機構によって、マグネトロンカソードと連動して駆動させることができると共に、マグネトロンカソードとの連動を解除することも出来る。このシールド駆動機構によって、自動的にまたは外部からの指令により、この連動駆動及び連動解除の選択を行うことができる。このシールドとマグネトロンカソードとの連動駆動は、ターゲットの被スパッタリング面と基板の被成膜面との交差角（傾斜角度）αの調整を行うとき、或いは、一定の傾斜角度（α）の範囲内で傾斜角度を周期的に変えるとき等に、マグネトロンカソードを一定の回転角度範囲内で回転振動させる場合に行われる。従って、成膜時に被スパッタリングを行うべきターゲットの選択のためのマグネトロンカソードの回転に対しては、シールドとマグネトロンカソードとの連動を解除しておくので、その場合には、シールドは静止している。
【００９２】
また、各シールドの内側にクリーニング装置を設けることにより、各マグネトロンカソード毎に予備的なクリーニングを、他のマグネトロンカソード及び基板への影響を及ぼさずに、実施することができる。
【００９３】
図８は、マグネトロンカソードの変形例の説明に供する概略的な平面図である。図８に示す構成例では、マグネトロンカソード９０は、全体としてその断面が三角形である三角柱状の構造としてあり、その３つの面上にそれぞれターゲット９２が個別に固定される。このマグネトロンカソード９０は、その中心軸（回転軸）Ｃ９０の周りに回転可能とする。
【００９４】
マグネトロンカソード９０には、内部空間９１が設けられていて、この内部空間９１には、図１で説明したのと同様に、片面側にヨーク３６ｃ、中心磁石（図示されていない）及び周辺磁石３６ｂを含む磁石ユニット３６を配設した磁石ユニット構造体３２が、３つ収納されていて、断面が正三角形になるようにそれぞれの磁石ユニット３６が互いにターゲット９２の裏面に対して等間隔に面するように一体とされて構成されている。磁石ユニット構造体３６の構成及び作動機構等は上述の例と同様であるので、その詳細な説明は省略する。
【００９５】
この３つの磁石ユニット構造体を組み合わせた構成は、図７で説明したスパッタリング装置の構成に応用して好適である。
【００９６】
この構成によれば、ターゲットの利用効率を向上させつつ、それぞれ連続的により多くの成分の膜を順次に成膜させることが可能となる。その場合、マグネトロンカソードの回転により、それぞれの成膜に適したターゲットを選定して、位置決めさせる。このとき、内部空間９１の磁石ユニット構造体３２も一体となって回動する構成とするのがよい。
【００９７】
次に、ターゲット位置決め機構及び距離調整機構について、図９を参照して、簡単に説明する。
【００９８】
図９（Ａ）は、ターゲット位置決め機構を説明するための図式的説明図である。図９（Ａ）中、２６はマグネトロンカソード、２８はこのマグネトロンカソードに設けられた回転軸、４１はこの回転軸を回動駆動させるための回動機構で例えばモータや動力伝達部を含む。４５はこの回動機構を駆動制御する制御部である。これら回転軸２８、回動機構４１、制御部４５がターゲット位置決め機構４０を構成している。このターゲット位置決め機構４０の回動機構４１及び制御部４５は、従来周知の、任意好適な手法を用いて、容易に構成できる。但し、この発明では、マグネトロンカソード２６の回転駆動は、正逆方向に３６０度の角度範囲内で回転でき、その間の適正な回転位置で回転駆動を停止して、マグネトロンカソードの位置決めを行えばよい。或いは、必要に応じて、このマグネトロンカソード２６を所要の回転角度範囲内において正逆方向に交互に回転させて、すなわち回動振動させることも可能である。
【００９９】
この回転駆動、回転停止及び回動振動などの所要の制御を行うために、予め、制御部４５にプログラムを格納しておいて、外部からの指令により或いは当該指令によらずに自動的に、そのプログラムにそって、回転・回転振動・停止等の所望の駆動制御を行えばよい。
【０１００】
この構成例とは異なり、回転軸２８に直接回動機構を結合させる代わりに、マグネトロンカソード２６自体を、その中心軸を中心として回転する回転板（図示せず）上に搭載させ、この回転板を回動機構で回動させるように構成することもできるが、いずれの手法を用いるかは単なる設計上の問題であり、この発明の本質的事項ではない。
【０１０１】
また、このターゲット位置決め機構４０は、スパッタリング室の内部または外部に設けることができ、どちらに設けるかは設計上の問題であるに過ぎない。
【０１０２】
一方、図９（Ｂ）は、距離調整機構を説明するための図式的説明図である。図９中、４２はマグネトロンカソード２６及び上述した回動機構４１を搭載して支持するステージである。このステージ４２は、従来周知の、任意好適な手法を用いて構成することが出来る。この構成例では、２次元または３次元駆動機構４４と、この駆動機構４４の駆動を制御する制御部４５とでステージ４２の駆動を制御する。従って、距離調整機構４６は、ステージ４２と、駆動機構４４と、制御部４５とで構成している。駆動機構４４は、ステージ４２を水平方向のｘ、ｙの２方向と、場合によっては垂直方向すなわちｚ方向とに、制御部４５のプログラムに従って、駆動することができる。
【０１０３】
また、この距離調整機構４６は、スパッタリング室の内部または外部に設けることができる。どちらに設けるかは設計上の問題であるにすぎない。
【０１０４】
上述したターゲット位置決め機構４０及び距離調整機構４６のそれぞれの制御駆動に必要なデータ及び駆動手順などは、予め、実験等により求めておいたデータに基づいてプログラムして、予め制御部４５に格納しておけばよい。
【０１０５】
これらの必要なデータとして、例えば、マグネトロンカソードの個数、１つのマグネトロンカソードに取り付けるターゲットの枚数、基板サイズ、ターゲットサイズ及び種類、各マグネトロンカソードの中心間の調整可能な距離範囲、基板面と各マグネトロンカソードの中心との間の調整可能な距離範囲、周辺側マグネトロンカソードの基板面との調整可能な傾き角度範囲その他の適当なデータである。これらデータは、予め実測により、ターゲットの種類毎の、設計通りの最適な膜が得られるデータの組として、入手しておく。得られたデータに基づいて作成したプログラムで上述の各制御駆動を行えばよい。
【０１０６】
また、上述した構成例では、距離調整機構４６は、ステージ４２に回動機構３６を搭載した構成であるが、ｘ方向、ｙ方向及びｚ方向の各方向にマグネトロンカソードを移動させることが出来る構成ならば、他の任意好適な構成とすることも可能である。
【０１０７】
尚、このような駆動制御をどのようにして行うかは、この発明の本質的事項でないので、これ以上の説明は省略する。
【０１０８】
ところで、既に説明した上述の各構成例において、成膜時にスパッタリングに使用されていないターゲットに対して、クリーニングを行うクリーニング装置を設けるのが好適である。このクリーニング装置は、少なくとも、各ターゲットを搭載するカソード毎に、専用の直流又は高周波電源と、クリーニングに用いるガス供給部とを具えている。必要ならば、さらに、スパッタリング室を成膜側の領域とクリーニング側の領域との間で、互いに不所望なスパッタ原子、ガスや飛来パーティクルが行き交わさないような遮蔽手段を設けるのがよい。これらのクリーニング装置や遮蔽手段は、設計に応じて任意好適な構成とし得る。
【０１０９】
上述した実施の形態では、主として基板にガラス基板を用いた例につき説明したが、ガラス基板の代わりに、半導体用のシリコン基板、その他の基板を用いても本発明は適用され、その場合にもガラス基板の場合と同様に、この発明の効果を奏し得る。
【０１１０】
尚、上述したスパッタリング装置において、本発明の特徴的部分につき詳述したが、当然ながら、スパッタリング装置は、例えば、真空排気系、スパッタリング用のガス供給系、搬送系、ロード／アンロード室、他の処理室等の、通常必要な構成要素も備えている。しかし、これらの通常の構成要素は、この発明の本質的事項でないので図示や説明を省略してある。
【０１１１】
【発明の効果】
上述した説明から明らかなように、この発明のスパッタリング装置の構成によれば、ターゲットの特に端縁部の形状に合わせてマグネトロンカソードの磁石ユニット構造体によるエロージョン領域が設定されるように、磁石ユニットを構成し、従来避けることができなかったターゲット端縁部の削り残しを防ぎ、ターゲット端縁部のエロージョンを均一にすることでターゲットの効率的な利用を図ることができる。
【０１１２】
また、この発明のスパッタリング装置によれば、同一基板上に、同一スパッタリング室内で、複数の膜を順次に積層できる。このため、従来のスパッタリング装置のように、成膜する膜毎に、異なるスパッタリング室を必要とすることがないというメリットがある。
【０１１３】
さらに、この発明のスパッタリング装置によれば、一つのスパッタリング室内に成膜すべき成分を有するターゲットを、複数枚のターゲットに分けて、基板に対向配置させる。このため、製造コストの安価な小型サイズのターゲットを使用出来ると共に、基板面の局所領域に対応してきめ細かく成膜条件を調整することができるので、大型基板の場合であっても、基板面全体にわたり成膜された膜の膜厚を均質化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施の形態のスパッタリング装置を説明するための概略的な模式図である。
【図２】（Ａ）及び（Ｂ）は、この発明のスパッタリング装置に適用して好適な磁石ユニット構造体の構成の例を説明するための概略的な平面図である。
【図３】この発明のスパッタリング装置の構成を説明するための、要部の概略的な断面図であって、３個のターゲットを用いて１枚の基板に同時に成膜する構成例を示す図である。
【図４】この発明のスパッタリング装置に使用する、マグネトロンカソードのカソードと基板との相対位置関係の説明に供する概略的な説明図である。
【図５】この発明のスパッタリング装置に適用して好適なマグネトロンカソードの例の説明に供する図であり、（Ａ）は概略的な平面図、（Ｂ）は概略的な断面図、（Ｃ)は磁石ユニット構造体及びその作動機構の平面図である。
【図６】この発明のスパッタリング装置の他の構成例の説明に供する、要部の概略的断面図であって、この発明を両面成膜装置に適用した構成例を示す図である。
【図７】この発明のスパッタリング装置のさらに他の構成例の説明に供する、要部の概略的平面図であって、両面成膜装置に適用した構成例を示す図である。
【図８】この発明のスパッタリング装置に使用するマグネトロンカソードの他の構成例の説明に供する概略的平面図である。
【図９】（Ａ）はこの発明のスパッタリング装置に使用するターゲット位置決め機構、（Ｂ）は距離調整機構の説明に供する説明図である。
【図１０】従来のスパッタリング装置の説明に供する、要部の概略的な平面図である。
【符号の説明】
１０：スパッタリング装置
１０ａ：基板ホルダ
１２、１２′：基板
１２ａ、１２′ａ：被成膜面
１４：スパッタリング室
１６：ゲートバルブ
２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆ：ターゲット
２１：内部空間
２６、３０、３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ：マグネトロンカソード
２８：回転軸
３２：磁石ユニット構造体
３４：取付部材
３４ａ：主表面
２０ａａ、２０ｂａ、３４ａａ：突起部
３６：磁石ユニット
３６ａ：中心磁石
３６ｂ：外周磁石
３６ｃ：ヨーク
３８：運動機構
４０：ターゲット位置決め機構
４１：回動機構
４２：ステージ
４４：駆動機構
４５：制御部
４６：距離調整機構
８０、８２、８４、８０´、８２´、８４´：シールド（防着治具）
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ′１、Ｃ′２、Ｃ′３、Ｃ５０、Ｃ５２、Ｃ９０：（マグネトロンカソードの）中心軸（回転軸）
０１、０２、０３：（ターゲットの）中心軸[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a sputtering apparatus, and more particularly to a sputtering apparatus aimed at improving productivity by devising shapes of a target and a magnetron cathode.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in a general sputtering apparatus, film formation on a substrate is performed by sputtering with respect to one target having a size that can be formed on a film formation surface of the substrate.
[0003]
FIG. 10 is a schematic view for explaining a main part in a sputtering process chamber (also referred to as a sputtering chamber) of a conventional sputtering apparatus, and is a plan view seen from above parallel to the substrate surface. The conventional example shown in FIG. 10 is an example of double-sided film formation. 100 is a substrate holder, 102 is a gate valve, and 104 is a substrate mounted on the substrate holder. As is well known, these substrates 104 are carried into and out of the sputtering chamber from the direction of arrow a through the gate valve 102.
[0004]
110 is a cathode having a cathode mounting surface parallel to the substrate surface, and 112 is a target mounted on the cathode mounting surface.
[0005]
Usually, the target 112 is larger than the size of the substrate. In a conventional sputtering chamber, film formation is performed by arranging a target so as to face a position suitable for film formation, with one target corresponding to one substrate. Therefore, in the case of sequentially laminating films on a single substrate using different types of targets, usually, the same number of dedicated sputtering chambers as the types of targets are prepared, A film was formed.
[0006]
Further, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-140069 by the applicant of the present application, in a sputtering apparatus for forming a thin film uniformly on a rectangular large substrate, a plurality of magnet units are provided on the back side of a rectangular target as a magnetron cathode. There is known a configuration in which a structure in which is disposed is arranged to reciprocate.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, when such a conventional magnetron cathode is used, it has been difficult to make the erosion of the target edge particularly uniform, particularly with respect to the erosion of the rectangular target. Therefore, it is inevitable that uncut parts are generated at the edge of the target, and it is difficult to efficiently use the target and improve productivity.
[0008]
That is, an object of the present invention is to increase the uniformity of erosion of the target by devising the shape of the target and the magnetron cathode, thereby improving the utilization efficiency of the target and improving the productivity. Is to provide.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve this object, a sputtering apparatus according to the present invention includes a sputtering chamber, a substrate holder that can be carried into and out of the sputtering chamber, and a magnetron cathode. The magnetron cathode includes a target and a magnet unit structure. The target faces the substrate holder and is spaced apart, and the overall planar shape is a shape in which elliptical arc-shaped protrusions are added to both ends in the longitudinal direction of the rectangle. The magnet unit structure is provided facing the back side of the target and spaced apart.
[0010]
Further, the magnet unit structure includes an attachment member and a plurality of magnet units attached to the attachment member, and is connected to a motion mechanism that reciprocates in the longitudinal direction of the target.
[0011]
Among the magnet units, the magnet units attached to both ends of the attachment member are provided along at least a part of an elliptical arc-shaped yoke set to correspond to the erosion region with respect to the target, and the outer periphery of the yoke. And a central magnet having a polarity opposite to that of the outer peripheral magnet provided in the vicinity of the central portion of the yoke.
[0012]
With such a magnetron cathode configuration, erosion can be made uniform over almost the entire area of the target, and in particular, there is no uncut residue at the target edge. Accordingly, the target can be used efficiently.
[0013]
Moreover, in the preferable structural example of this invention, the planar whole shape of the magnet unit provided in the attachment member can be made into an elliptical shape, and the installation number can also be made into one.
[0014]
Furthermore, in a preferred configuration example of the present invention, the attachment member may be provided with two or more magnet units, and the two magnet units provided at both ends of the attachment member may have the same elliptical shape.
[0015]
In this way, the erosion other than the edge portion of the target can be easily adjusted.
[0016]
In a preferred configuration example of the present invention, the attachment member may be provided with three or more magnet units having the same elliptical shape.
[0017]
The magnet unit in this case includes a circular yoke, an outer peripheral magnet provided along the outer periphery of the yoke, and a circular central magnet provided at the center of the yoke. Is preferred. That is, the magnet unit is preferably a perfect circle when the entire unit is viewed in plan. At this time, the magnetic field strength of each of the plurality of magnet units can be appropriately changed in consideration of erosion of the entire target, film forming conditions, and the like. That is, when a plurality of magnet units are provided, the magnetic field strengths of all the magnet units may or may not be aligned.
[0018]
At this time, the whole magnet unit, that is, the yoke, the outer peripheral magnet, and the central magnet may be integrated, or a part of the magnet unit, that is, only the outer peripheral magnet or the central magnet may be configured to rotate about the center of the yoke.
[0019]
Furthermore, according to another preferred configuration example of the sputtering apparatus of the present invention, it is preferable to include two or more magnetron cathodes and two or more magnetron cathode positioning mechanisms provided on the magnetron cathode.
[0020]
In particular, if two or more magnetron cathodes are used, the same type of target can be mounted on a plurality of magnetron cathodes. For this reason, instead of using one large target, it is a small size divided into multiple pieces, and by mounting the same type of target on the magnetron cathode, it is more uniform on one common substrate It is possible to form a film with a sufficient thickness. In particular, when the substrate is a glass substrate, the larger the glass substrate, the larger the size of the glass substrate. From this point of view, it becomes more advantageous.
[0021]
In a more preferable configuration example, there are three magnetron cathodes, one central magnetron cathode positioned opposite to the vicinity of the central portion of the substrate and two peripheral magnetron cathodes positioned on both sides of the central magnetron cathode. It is good to set it as the structure.
[0022]
Further, according to the configuration example of the sputtering apparatus of the present invention, the magnetron cathode is preferably provided with a plurality of targets and a plurality of magnet unit structures corresponding to the number of targets.
[0023]
With such a configuration, a plurality of targets can be provided on one magnetron cathode. Therefore, if the types of targets provided for each magnetron cathode are the same, the previously formed film and When films having different components are formed, the magnetron cathode can be rotated by a target positioning mechanism, and a target for forming films having different components can be selected and positioned. Therefore, two or more kinds of films having different components can be continuously formed on the same substrate in the same sputtering chamber.
[0024]
For this reason, it is not necessary to carry in / out the substrate to / from a different sputtering chamber for each component of the film, and the operation incidental thereto, so that further space saving and higher throughput can be achieved than in the conventional apparatus.
[0025]
According to another preferred configuration example of the present invention, the magnetron cathode is provided with two targets on two outer surfaces facing each other, and the magnet unit structure is formed on both surfaces of one mounting member, Or it is good to provide the magnet unit set so that it may respond | correspond to the erosion area | region with respect to the edge part of two targets at the projection part of each at least both ends of the one side of two attachment members.
[0026]
According to still another preferred configuration example of the sputtering apparatus of the present invention, the magnetron cathode is provided with three targets on three outer surfaces, respectively, and the magnet unit structure has three attachment members. It is preferable that the protrusions on both ends of the main surfaces of the three attachment members are provided with magnet units that are set so as to correspond to the erosion region with respect to the target.
[0027]
The sputtering apparatus of the present invention is preferably a double-sided film forming type. In this way, since two substrates can be simultaneously formed, high throughput can be achieved.
[0028]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the sputtering apparatus of the present invention will be described with reference to the drawings. In these drawings, the shape, size, and arrangement relationship of each constituent element are roughly understood to the extent that the present invention can be understood. It is only shown in In the following, a preferred configuration example of the present invention will be described. However, the present invention is not limited to this preferred example, and many modifications and changes can be made without departing from the gist of the present invention.
[0029]
[First Embodiment]
FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a sputtering apparatus 10 according to a first embodiment of the present invention. FIG. 1A is a schematic cross-sectional view mainly schematically showing a positional relationship between a substrate 12 which is a main component in the sputtering chamber 14 of the sputtering apparatus 10 of the present invention and a magnetron cathode 30 including the target 20. It is.
[0030]
In the configuration example shown in FIG. 1A, a single substrate 12, for example, a glass substrate, is mounted on the substrate holder 10a. The substrate 12 is erected in a direction orthogonal to the paper surface of the drawing and held by the substrate holder 10a. The film formation surface 12a of the substrate 12 is usually a flat surface.
[0031]
The shape of the substrate 12 is, for example, a rectangular parallel flat plate. The substrate holder 10a is configured to be able to be carried into and out of the sputtering chamber 14 via the gate valve 16 in a state where the substrate 12 is mounted from the direction of the arrow a.
[0032]
A target 20 is provided so as to face the film formation surface 12 a of the substrate 12. In this configuration example, the target 20 is configured by a substantially rectangular flat plate when viewed in plan. On the back side of the target 20, a magnet unit structure 32 in which a plurality of magnet units 36 are arranged side by side, and a motion for reciprocating the magnet unit structure 32 in the longitudinal direction of the main surface 34a, that is, in the direction of arrow a. And a mechanism 38. Although the detailed description of the magnet unit structure 32 will be described later, the motion mechanism 38 preferably employs a well-known structure such as a slide rail and a motor provided outside the magnetron cathode for sliding the slide rail. Detailed description will be omitted.
[0033]
FIG. 1B is a schematic plan view of the magnetron cathode 30 of the sputtering apparatus according to the present invention as seen from the target surface 20a side.
[0034]
The target 20 is a rectangular flat plate and has a shape in which protrusions 20aa are attached to both ends in the longitudinal direction. The edge of the target 20, that is, the shape of the protrusion 20 aa is a semicircular shape whose diameter is the short length of the target 20. Therefore, the target in this configuration example is composed of a central rectangle, that is, a rectangular portion, and a circular portion as a protrusion provided integrally and continuously at both ends in the longitudinal direction. However, the purpose of providing the projection 20aa is to reduce the uncut portion of the edge of the target 20 as much as possible, and is not limited to this circular shape as long as the purpose is not impaired. Therefore, the shape of the protrusion 20aa can be, for example, a curve having an appropriate curvature, that is, a part of an arc of an ellipse including a perfect circle. Considering the simplicity of the manufacturing process and the like, the semicircular shape as illustrated is preferably used.
[0035]
FIG. 2 is a schematic plan view for explaining a configuration of a magnet unit structure suitable for application to the sputtering apparatus of the present invention.
[0036]
FIG. 2A is a schematic plan view for explaining a configuration in which the magnet unit structure 32 of FIG. 1 is viewed in plan from the magnet unit mounting surface.
[0037]
The magnet unit structure 32 includes a flat mounting member 34. The shape of the mounting member 34 is not particularly limited as long as the designed magnet unit 36 can be mounted. For example, as shown in the drawing, the mounting member has an edge at the outer shape of the magnet unit 36, that is, the yoke 36c and It is good to shape according to the outline of the peripheral magnet provided in this.
[0038]
A circular yoke 36c whose diameter is a short rectangular shape of the mounting member 34 and a central portion of the yoke 36c are provided at both end portions on one side of the mounting member 34 of the magnet unit structure 32, that is, the mounting member main surface 34a. A magnet unit 36 including a central magnet 36a, and an outer peripheral magnet 36b that is concentrically provided so as to surround the central magnet 36a along the outer periphery of the yoke and is opposite to the central magnet 36a. It is. Here, the protrusion 34aa of the mounting member 34 has a semicircular shape according to the shape of the outer peripheral magnet 36b, but it is not necessarily required to match the shape of the magnet unit.
[0039]
In particular, the shape and arrangement of the magnet units 36 provided at the two end edges of the mounting member 34, that is, the central magnet 36a and the outer peripheral magnet 36b, are eroded along the shapes of the end edges of the target set as described above. It sets so that the generation | occurrence | production area | region 33 may arise. The erosion generation region 33 is an erosion region generated in the target by the action of the center magnet 36a and the outer peripheral magnet 36b. Therefore, the shape, size, and properties of the center magnet 36a and the outer periphery magnet 36b and the arrangement relationship between the center magnet 36a and the outer periphery magnet 36b are optimal so that the erosion generation region 33 includes the edge of the target without excess or deficiency. Thus, the magnet unit 36 is designed so as to be provided at the end edge of the mounting member 34.
[0040]
At this time, two magnet units 36 provided at both edge portions of the attachment member 34 may be combined together to provide a single magnet unit 36 as the entire magnet unit structure 32. As a specific example, one magnet unit 36 including an elliptical, preferably circular, outer peripheral magnet 36a and a central magnet 36b may be provided.
[0041]
Since the object of the present invention is to prevent uncut portions that occur particularly at the target edge, it is provided at a portion other than the edge of the mounting member 34 on the condition that the erosion uniformity of the entire target is ensured. Properties such as the shape and size of the magnet unit 36 and the intensity of the generated magnetic field may be arbitrary. That is, one or two or more magnet units 36 provided sandwiched between two magnet units 36 provided at the end edge of the attachment member 34 are different in shape from the magnet units provided at the end edge, It can be a size and a property. Specifically, for example, a conventionally used rectangular shape can appropriately select properties such as magnetic field strength in order to make the erosion of the entire target uniform.
[0042]
In the magnet unit structure 32 of FIG. 2A, an example in which three magnet units 36 are arranged side by side on the mounting member 34 at equal intervals is shown. At this time, all the magnet units provided at the edge of the mounting member 34 have the same shape, the same size and a circular shape. However, as described above, the object of the present invention occurs particularly at the target edge. The shape of the magnet unit is not necessarily a perfect circle as shown in the figure as long as it is possible to prevent uncut portions of the target, particularly at the edge portion. Specifically, as described above, the shape of a part of an arc of an ellipse including a perfect circle may be used in accordance with the shape of the edge of the target used.
[0043]
FIG. 2B is a schematic plan view for explaining a configuration in which a magnet unit structure 32 having a configuration different from the magnet unit shown in FIG. It is.
[0044]
Since the configuration other than the magnet unit 36 is the same as that already described above, a detailed description thereof will be omitted.
[0045]
In this example, the magnet units 36 provided at both ends of the attachment member 34 are semicircular. That is, the erosion region 33 is set so as to include the shape of the edge portion of the target to be used without excess or deficiency, and the yoke 36c and the center magnet 36a are formed in a semicircular shape based on the erosion region 33, and the shape of the outer peripheral magnet is changed. As an arc of a semicircle. And it is provided in the edge part of the attachment member 34 so that this semicircle arc may face outward.
[0046]
At this time, the shape of the two magnet units 36 provided at the edge of the mounting member 34 is not the same in plan view, but the two magnet units 36 having the same shape are provided on the mounting member 34. In this case, it is only necessary to rotate 180 °. Therefore, in this specification, the magnet units 36 provided as in this example have the same shape.
[0047]
The interval between the plurality of adjacent magnet units 36 is preferably the width of the magnet unit 36, that is, in the case of, for example, a circular magnet unit 36, 1/10 or more of the diameter thereof. It is good to do. With this setting, the erosion uniformity of the target is further improved.
[0048]
In addition, the magnet unit 36 has an arrow with the entire rotation axis C centered on the rotation axis C, that is, the yoke 36c, the outer periphery magnet 36b, and the center magnet 36a as a whole, or a part of the magnet unit 36, that is, the outer periphery magnet 36b or the center magnet 36a. It is good also as a structure which can rotate freely in b direction.
[0049]
With such a configuration, it is possible to achieve more uniform erosion of the target more efficiently.
[0050]
[Second Embodiment]
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view for explaining an arrangement relationship of main components of the sputtering apparatus 10 according to the second embodiment of the present invention. In this embodiment, an example in which a plurality of magnetron cathodes are provided will be described.
[0051]
According to the sputtering apparatus of this embodiment, a plurality of, for example, three magnetron cathodes, that is, the center side magnetron cathode 30B disposed in the center, opposite to the film formation surface 12a of the substrate 12, It includes two peripheral magnetron cathodes 30A and 30C disposed on both sides thereof.
[0052]
In this example, for example, an example in which three magnetron cathodes are provided will be described. However, the present invention is not limited to this, and a configuration in which more than three magnetron cathodes are provided by adding a central magnetron cathode and / or a peripheral magnetron cathode. can do. For example, when four pieces are provided, the number of center side magnetron cathodes may be two. These three magnetron cathodes rotate (also referred to as rotation) around the central axes C1, C2 and C3, respectively, and are stopped at an appropriate rotational position so that they can be positioned at the stop position. A positioning mechanism is provided.
[0053]
The configurations of the plurality of magnetron cathodes are preferably the same unless otherwise specified, but are not limited thereto.
[0054]
The three magnetron cathodes 30A, 30B, and 30C shown in the figure have the same configuration, that is, the same shape and the same size, and are sequentially arranged in the loading / unloading direction of the substrate holder 10a.
[0055]
Targets 20a, 20c, and 20e are respectively provided on the surfaces of the magnetron cathodes 30A, 30B, and 30C that face the film formation surface 12a, and targets 20b, 20d, and 20f are provided on the opposite surfaces thereof, respectively. ing.
[0056]
In FIG. 3, the centers of the rectangular cross sections of the magnetron cathodes 30A, 30B, and 30C are the central axes, that is, the rotation axes C1, C2, and C3 in this configuration example. These rotation axes C1, C2, and C3 are parallel to the film formation surface, and the rotation axes are parallel to each other. The magnetron cathodes 30A, 30B, and 30C are configured to be able to rotate in both forward and reverse directions as indicated by arrows b around the rotation axes C1, C2, and C3.
[0057]
The rotation axis C2 of the center side magnetron cathode 30B is aligned with the center of the substrate 12, and the rotation axes C1 and C3 of the peripheral side magnetron cathodes 30A and 30C on both sides are positioned at an equal distance from the rotation axis C2. . Further, the rotation axes C1 and C3 are positioned at a position equidistant from the film formation surface 12a, that is, the substrate surface, and are closer to the substrate surface than the rotation axis C2 of the central magnetron cathode 30B. In any case, the targets mounted on these magnetron cathodes are positioned so as to have an optimal positional relationship between the deposition surface 12a and each other's targets.
[0058]
Of the targets mounted on these three magnetron cathodes 30A, 30B, and 30C, the targets mounted on the film formation surface 12a are the same type of targets. Further, the target mounted on the opposite side of the film formation surface 12a of each of the three magnetron cathodes is of a different type from the target mounted on the film formation surface 12a side, and the three magnetron cathodes 30A, 30B and It is assumed that the targets are the same type in 30C.
[0059]
The center side magnetron cathode 30B is positioned so that the target 20c or 20d, that is, the sputtering surface of these targets is parallel to the film formation surface 12a. Similarly, the sputtering target surfaces of the targets 20a, 20b, 20e, and 20f of the peripheral magnetron cathodes 30A and 30C on both sides centering on the central magnetron cathode 30B are positioned so as to face the film forming surface 12a.
[0060]
In this case, for example, the crossing angles of the extension lines of the targets 20a and 20e of the peripheral magnetron cathodes 30A and 30C and the extension line of the film formation surface 12a are equal α (angle) (0 ° <α <90 °). ). As described above, the targets 20a, 20b, 20e, and 20f of the peripheral magnetron cathodes 30A and 30C become closer to the film formation surface 12a as they become farther from the targets 20c and 20d of the center magnetron cathode 30B. It is inclined with respect to the target 20a of the cathode 30B. As a result, the sputtering target surfaces of the peripheral magnetron cathodes 30A and 30C and the film formation surface 12a are inclined (intersect) at an angle α.
[0061]
The target positioning mechanism for controlling the rotation of the magnetron cathode and the distance adjusting mechanism for adjusting the distance between the target and the deposition surface and adjusting the distance between the magnetron cathodes will be described later.
[0062]
FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the relative positional relationship between the substrate 12 and the targets 20a, 20c, and 20e included in each of the magnetron cathodes 30A, 30B, and 30C in a configuration example using three magnetron cathodes. is there. These targets 20a, 20c, and 20e have a rectangular strip shape with semicircular protrusions on the edge as described in FIG. The substrate 12 has a long length in the transport direction (x direction), and a short length in the direction in which the substrate stands up (vertical direction is the z direction) perpendicular to the conveyance direction. Assuming that each central axis of each target is 01, 02, 03, these targets are positioned so that their respective central axes are parallel to each other and parallel to the short direction of the substrate 12. It is preferable that the center axis 02 of the center target 20 c coincide with the center of the substrate 12. In the configuration example shown in FIG. 3, when the substrate side is viewed in plan from the target side, the targets 20 a and 20 c facing the substrate peripheral side are portions on the edge side on the side away from the center target 20 b, That is, a part of the width region in the x direction is positioned away from the substrate 12. The relative position of the target with respect to the substrate is determined by the positioning of the magnetron cathode. These relative positions may be determined so that an appropriate film can be formed according to the type and size of the target to be mounted and any other suitable conditions. Accordingly, when the substrate side is viewed in plan from the target side, the target may be provided so that the width region of the target is within the substrate surface.
[0063]
Of course, the shape and size of these targets and the number of simultaneously facing the substrates can be arbitrarily set according to the design.
[0064]
FIG. 5 is a diagram showing a configuration example of a magnetron cathode suitable for application to the sputtering apparatus of the present invention. The cross-sectional shape of these magnetron cathodes is rectangular, for example, a rectangular body whose opposing surfaces are parallel planes, and therefore the cross-section is rectangular as an example. In addition, in the magnetron cathode of the sputtering apparatus of the present invention, the illustration and description of the specific configuration of the cathode and the configuration of the electrodes attached thereto are not the gist of the present invention, and thus the description thereof is omitted here.
[0065]
Here, the magnetron cathode 30A located on the left side of the three magnetron cathodes 30A, 30B and 30C shown in FIG. 3 will be described as an example. The other two magnetron cathodes have the same configuration and will not be described in detail.
[0066]
FIG. 5A is a plan view showing a magnetron cathode 30 </ b> A in which three magnet units 36 are respectively provided on the main surfaces on opposite sides of the mounting member 34.
[0067]
Two targets 20a and 20b are provided on two outer surfaces corresponding to opposing parallel planes of the magnetron cathode 30A, respectively. Hereinafter, the target 20b will be described, but the same applies to the target 20a (not shown) existing on the lower surface side of the magnetron cathode 30A. The target 20b mounted on the surface of the magnetron cathode 30A has a rectangular flat plate shape and has a shape in which protrusions 20ba are attached to both end edges.
[0068]
FIG. 5B is a schematic cross-sectional view of the magnetron cathode of FIG. 5A cut along a C-C broken line with the central axis described in FIG.
[0069]
Two targets 20a and 20b are provided on two opposing outer surfaces of the magnetron cathode 30A.
[0070]
In the inner space 21 of the magnetron cathode 30A, a magnet unit structure 32 in which a plurality of magnet units 36 are arranged side by side on the two main surfaces 34a of the mounting member 34, and the magnet unit structure 32 in the longitudinal direction, that is, A magnet unit structure 32 having a motion mechanism 38 that reciprocates in the direction of arrow a is provided.
[0071]
In the magnet unit structure 32, each of the magnet units 36 provided on the two main surfaces 34a of the mounting member 34 is spaced from the inner space 21 side of the magnetron cathode 30A at equal distances from the back surfaces of the targets 20a and 20b. It is arranged so that it can be operated by the movement mechanism 38 while maintaining the above state.
[0072]
In addition, although the example which provides a magnet unit in the front and back of one attachment member 34 was demonstrated here, as demonstrated in FIG. 1 (A) and FIG. 2 (A), one side (main surface) of the attachment member 34 Alternatively, two magnet unit structures 32 each having the magnet unit 36 may be used, and the surfaces where the magnet unit 36 is not provided may be faced to each other and bonded as desired.
[0073]
FIG. 5C is a schematic plan view for explaining the configuration of the magnet unit structure 32 described above. This configuration is the same as that described with reference to FIG. 2A except that the magnet units 36 are respectively provided on the two opposing main surfaces 34a of the mounting member 34 of the magnet unit structure 32. Therefore, detailed description thereof is omitted.
[0074]
The movement mechanism 38 may preferably employ a conventionally known structure such as a slide rail. In FIGS. 5B and 5C, the protrusion 34 aa is provided, but may be provided on the side surface of the attachment member 34, for example. Further, the structure is not limited to the interior space 21 of the magnetron cathode 30A, and some structure operating mechanism 38 may be provided outside the interior space 21.
[0075]
The reciprocating stroke of the magnet unit structure 32 of the sputtering apparatus of the present invention is preferably about the sum of the length of the diameter of the magnet unit 36 and the length of the interval between the magnet units 36.
[0076]
Further, the magnet unit structure 32 of the sputtering apparatus of the present invention can adjust the separation distance between the magnet unit 36, that is, the magnet unit structure 32 and the target, for example, according to the integrated power input to the target. A mechanism (not shown) may be provided.
[0077]
The magnet unit structure 32 is preferably configured to rotate integrally when the magnetron cathode is rotated. With such a configuration, it becomes easier to achieve uniform erosion and film thickness of the target.
[0078]
In the configuration example described above, even when one of the plurality of targets attached to the magnetron cathode is selected and film formation is performed, cleaning may be performed on the remaining target that is not used and retracted. Good. In this way, during the deposition of one target, the other target that is not facing the substrate is preliminarily cleaned, so that the formal cleaning work is reduced during the main deposition, so that the overall processing time is reduced. Can be shortened, or the number of cleanings can be reduced.
[0079]
[Third Embodiment]
FIG. 6 is a cross-sectional view similar to FIG. 3, schematically showing a configuration example when the sputtering apparatus is of a double-sided film type. In this case, the substrates 12 and 12 ', which are glass substrates, for example, are mounted on both sides of the substrate holder 10a in the sputtering chamber, and film formation is performed simultaneously on the film formation surfaces of both the substrates 12 and 12'. It is an example. In this configuration example, in addition to the magnetron cathodes and the like shown in FIG. 3, in addition to these, another magnetron cathode and the like are symmetrical with respect to the substrate holder 10a, on the opposite side of the main surface 12a of the substrate holder 10a. The surface 12'a is also provided. These symmetrically provided magnetron cathodes and other required constituent elements are indicated by adding a symbol to the constituent elements shown in FIG. These additional magnetron cathodes and the like may have the same configuration as the magnetron cathode and the like described with reference to FIG. 3, and exhibit the same action (or function), and thus the detailed description thereof is omitted. . Also in this configuration example, the magnetron cathodes 30A, 30B, 30C, 30'A, 30'B and 30'C are arranged around the rotation axes C1, C2, C3, C'1, C'2 and C'3. As shown by the arrow c, it can be rotated in both forward and reverse directions.
[0080]
If comprised in this way, it will become possible to form the film | membrane of a some component sequentially in succession with respect to two board | substrates, respectively in the same sputtering chamber. In that case, at the time of simultaneous film formation on one substrate 12 and the other substrate 12 ', a target suitable for each film formation is selected and positioned by rotation of the magnetron cathode. By doing so, it is possible to form films of different components on the respective substrates.
[0081]
In the configuration example shown in FIGS. 3 and 6, since two types of targets can be mounted on one magnetron cathode, two types of targets can be formed on the deposition surface of one substrate in the same sputtering chamber. Films can be stacked. Even in the case of a double-sided film forming apparatus, film formation may be performed by mounting only one substrate.
[0082]
FIG. 7 is a schematic plan view for explaining another configuration example in which the present invention is applied to a double-sided film forming apparatus. This configuration example is basically the same configuration as the configuration example of FIG. 5 except that one magnetron cathode has three targets. Therefore, this configuration example will be described by paying attention to this difference, and detailed description of the same components as those described above will be omitted.
[0083]
In the configuration example shown in FIG. 7, three magnetron cathodes having the same configuration are provided on each side of the substrate holder 10a. Magnetron cathodes 50, 52, 54, 50 ', 52' and 54 'correspond to 30A, 30B, 30C, 30'A, 30'B and 30'C shown in FIG. 6, respectively. Each of these magnetron cathodes has a substantially hexagonal column shape, but every other side has a large side, and a target is provided on each side. In other words, the triangular magnetron cathode has a substantially triangular shape formed by cutting off the triangular corners formed by the sides of the cathode. Each magnetron cathode rotates (rotates) in the forward and reverse directions as indicated by the arrow c with the central axes C50, C52,... As rotation axes, and stops at an appropriate rotational position. It is formed so that the target can be positioned at a location. The central axis of each magnetron cathode is parallel to the film formation surface and parallel to each central axis, like the central axes of the magnetron cathodes 30A, 30B and 30C already described.
[0084]
Of these six magnetron cathodes, the central and one peripheral magnetron cathodes 50 and 52 will be described as representatives, and the configuration and operation of the remaining magnetron cathodes are the same as those of either of the magnetron cathodes 50 and 52. The overlapping description is omitted.
[0085]
The rotation axes of the magnetron cathodes 50 and 52 are C50 and C52, and targets 70a, 70b, 70c, 72a, 72b, and 72c are mounted on the three side surfaces of the magnetron cathode, respectively. The three targets for one magnetron cathode are different types of targets. In the magnetron cathodes, the same type of target is mounted in the same order position. Therefore, the same type of target is simultaneously opposed to the substrate.
[0086]
In the configuration example shown in FIG. 7, each magnetron cathode is rotated, and first targets of the same type are positioned so as to face each other to form a film. In the second film formation, the respective magnetron cathodes are rotated so that the second target of a different type from the first target is positioned so that the second target of the same type faces the substrate. Do. In the third deposition, the respective magnetron cathodes are further rotated and positioned so that the third target of the same type is different from the first and second targets but faces the substrate. Then, film formation is performed. In this manner, films of three different components can be formed on one substrate 12 in the same sputtering chamber.
[0087]
Also in the configuration example shown in FIG. 7, as in the case described with reference to FIG. 3, the sputtering target surface opposite to the deposition surface of the substrate during deposition, and therefore the target of the magnetron cathode is the center side magnetron cathode 52. In this case, it is parallel to the film formation surface 12a, while the peripheral magnetron cathode 50 is inclined at an angle α with respect to the film formation surface 12a. However, the sputtering target surfaces of all targets facing the substrate during film formation may be parallel to the substrate surface.
[0088]
In the configuration example shown in FIG. 7, shields (also referred to as adhesion preventing jigs) 80, 82, 84, 80 ′, 82 ′, and 84 ′ are provided for each magnetron cathode. These shields, i.e., adhesion prevention jigs, are provided so as to substantially cover the entire length of the target in the vertical direction along the direction of the central axis of each magnetron cathode. The shields 80, 82, 84, 80 ′, 82 ′, 84 ′ are provided so as to surround the magnetron cathode and so as not to hinder the rotation of the magnetron cathode. Further, the shield is not exposed to the targets 70a and 72a facing the film formation surface of the substrate during film formation so that the targets 80a and 72a are exposed from the shields 80 and 82, that is, against the target sputtered during film formation. It is formed to be a siege.
[0089]
In the configuration example shown in FIG. 7, the cross section of the shield has a substantially C-shape. Accordingly, the C-shaped shields 80, 82, 84, 80 ', 82', and 84 'are required for film formation in the vertically divided openings 80a, 82a, 84a, 80'a, 82'a, and 84'a. Target is positioned.
[0090]
Thus, by providing a shield, it is possible to prevent sputter atoms and undesired particles flying at the time of film formation from adhering to the surface of the target or cathode that has been retracted without being used at the time of film formation. I can do it.
[0091]
The shield can be driven in conjunction with the magnetron cathode by a shield driving mechanism, which will be described later, and can be disengaged from the magnetron cathode. With this shield drive mechanism, it is possible to select the interlock drive and the interlock release automatically or by an external command. This interlocking drive between the shield and the magnetron cathode is performed when adjusting the crossing angle (inclination angle) α between the sputtering surface of the target and the deposition surface of the substrate, or within a certain inclination angle (α) range. This is carried out when the magnetron cathode is rotated and oscillated within a certain rotation angle range, for example, when the tilt angle is periodically changed. Therefore, since the interlock between the shield and the magnetron cathode is released with respect to the rotation of the magnetron cathode for selecting a target to be sputtered during film formation, the shield is stationary in that case. .
[0092]
Further, by providing a cleaning device inside each shield, preliminary cleaning can be performed for each magnetron cathode without affecting other magnetron cathodes and the substrate.
[0093]
FIG. 8 is a schematic plan view for explaining a modification of the magnetron cathode. In the configuration example shown in FIG. 8, the magnetron cathode 90 has a triangular prism-like structure with a triangular cross section as a whole, and targets 92 are individually fixed on the three surfaces. The magnetron cathode 90 is rotatable around its central axis (rotating axis) C90.
[0094]
The magnetron cathode 90 is provided with an internal space 91. In the internal space 91, as described with reference to FIG. 1, a yoke 36c, a central magnet (not shown), and a peripheral magnet 36b are provided on one side. Are housed, and the magnet units 36 face each other at equal intervals with respect to the back surface of the target 92 so that the cross section is an equilateral triangle. Thus, it is configured as one unit. Since the configuration of the magnet unit structure 36, the operation mechanism, and the like are the same as in the above-described example, detailed description thereof is omitted.
[0095]
The combination of these three magnet unit structures is suitable for application to the sputtering apparatus described with reference to FIG.
[0096]
According to this configuration, it is possible to sequentially form films of more components in succession while improving target utilization efficiency. In that case, a target suitable for each film formation is selected and positioned by rotating the magnetron cathode. At this time, the magnet unit structure 32 in the internal space 91 may be configured to rotate integrally.
[0097]
Next, the target positioning mechanism and the distance adjusting mechanism will be briefly described with reference to FIG.
[0098]
FIG. 9A is a schematic explanatory diagram for explaining the target positioning mechanism. In FIG. 9A, 26 is a magnetron cathode, 28 is a rotating shaft provided on the magnetron cathode, 41 is a rotating mechanism for rotating the rotating shaft, and includes, for example, a motor and a power transmission unit. Reference numeral 45 denotes a control unit that drives and controls the rotation mechanism. The rotation shaft 28, the rotation mechanism 41, and the control unit 45 constitute a target positioning mechanism 40. The rotation mechanism 41 and the control unit 45 of the target positioning mechanism 40 can be easily configured by using a conventionally known arbitrary suitable method. However, in the present invention, the rotation of the magnetron cathode 26 can be rotated in the forward / reverse direction within an angle range of 360 degrees, and the rotation drive is stopped at an appropriate rotation position therebetween to position the magnetron cathode. . Alternatively, if necessary, the magnetron cathode 26 can be alternately rotated in the forward and reverse directions within a required rotation angle range, that is, can be rotated and oscillated.
[0099]
In order to perform necessary control such as rotation drive, rotation stop and rotation vibration, a program is stored in the control unit 45 in advance, and automatically by an external command or without the command, In accordance with the program, desired drive control such as rotation, rotation vibration, and stop may be performed.
[0100]
Unlike this configuration example, instead of coupling the rotation mechanism directly to the rotating shaft 28, the magnetron cathode 26 itself is mounted on a rotating plate (not shown) that rotates about its central axis. However, which method is used is merely a design problem and is not an essential matter of the present invention.
[0101]
Further, the target positioning mechanism 40 can be provided inside or outside the sputtering chamber, and it is only a matter of design whether it is provided.
[0102]
On the other hand, FIG. 9B is a schematic explanatory diagram for explaining the distance adjusting mechanism. In FIG. 9, reference numeral 42 denotes a stage on which the magnetron cathode 26 and the rotating mechanism 41 described above are mounted and supported. The stage 42 can be configured using any suitable method known in the art. In this configuration example, the driving of the stage 42 is controlled by the two-dimensional or three-dimensional driving mechanism 44 and the control unit 45 that controls the driving of the driving mechanism 44. Therefore, the distance adjustment mechanism 46 is configured by the stage 42, the drive mechanism 44, and the control unit 45. The drive mechanism 44 can drive the stage 42 in two horizontal x and y directions and, in some cases, in the vertical direction, that is, the z direction, according to the program of the control unit 45.
[0103]
The distance adjusting mechanism 46 can be provided inside or outside the sputtering chamber. Which is provided is only a design problem.
[0104]
Data and driving procedures necessary for the control driving of the target positioning mechanism 40 and the distance adjusting mechanism 46 described above are programmed based on data obtained in advance through experiments and stored in the control unit 45 in advance. Just keep it.
[0105]
These necessary data include, for example, the number of magnetron cathodes, the number of targets attached to one magnetron cathode, the substrate size, the target size and type, the adjustable distance range between the centers of each magnetron cathode, the substrate surface and each magnetron. Adjustable distance range between the center of the cathode, adjustable tilt angle range with the substrate surface of the peripheral magnetron cathode, and other appropriate data. These data are obtained in advance as a data set for obtaining an optimum film as designed for each target type by actual measurement. What is necessary is just to perform each above-mentioned control drive with the program produced based on the obtained data.
[0106]
Further, in the configuration example described above, the distance adjustment mechanism 46 has a configuration in which the rotation mechanism 36 is mounted on the stage 42. However, the configuration can move the magnetron cathode in each of the x, y, and z directions. Then, any other suitable configuration is possible.
[0107]
It should be noted that how to perform such drive control is not an essential matter of the present invention and will not be described further.
[0108]
By the way, in each of the above-described configuration examples described above, it is preferable to provide a cleaning device for cleaning a target that is not used for sputtering during film formation. This cleaning device includes a dedicated direct current or high frequency power source and a gas supply unit used for cleaning at least for each cathode on which each target is mounted. If necessary, it is preferable to provide a shielding means for preventing unwanted sputter atoms, gas and flying particles from passing between the sputtering chamber and the cleaning chamber in the sputtering chamber. These cleaning devices and shielding means may have any suitable configuration depending on the design.
[0109]
In the above-described embodiment, an example in which a glass substrate is mainly used as the substrate has been described. However, the present invention can be applied even if a silicon substrate for semiconductors or other substrates is used instead of the glass substrate. The effect of the present invention can be achieved as in the case of the glass substrate.
[0110]
In the above-described sputtering apparatus, the characteristic part of the present invention has been described in detail. Of course, the sputtering apparatus includes, for example, a vacuum exhaust system, a sputtering gas supply system, a transport system, a load / unload chamber, and the like. It also has the necessary components such as a processing chamber. However, these normal components are not essential to the present invention, and thus illustrations and explanations are omitted.
[0111]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, according to the configuration of the sputtering apparatus of the present invention, the magnet unit is set such that the erosion region by the magnet unit structure of the magnetron cathode is set according to the shape of the edge portion of the target. Thus, it is possible to efficiently use the target by preventing the uncut portion of the target edge that could not be avoided conventionally and making the erosion of the target edge uniform.
[0112]
Further, according to the sputtering apparatus of the present invention, a plurality of films can be sequentially stacked on the same substrate in the same sputtering chamber. For this reason, unlike the conventional sputtering apparatus, there is an advantage that a different sputtering chamber is not required for each film to be formed.
[0113]
Furthermore, according to the sputtering apparatus of the present invention, the target having a component to be deposited in one sputtering chamber is divided into a plurality of targets and arranged to face the substrate. For this reason, it is possible to use a small-sized target with a low manufacturing cost and to finely adjust the film forming conditions corresponding to the local region of the substrate surface. The film thickness of the formed film can be made uniform.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a sputtering apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIGS. 2A and 2B are schematic plan views for explaining an example of the configuration of a magnet unit structure suitable for application to the sputtering apparatus of the present invention. FIGS.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the main part for explaining the configuration of the sputtering apparatus according to the present invention, showing a configuration example in which a film is simultaneously formed on one substrate using three targets. It is.
FIG. 4 is a schematic explanatory diagram for explaining a relative positional relationship between a cathode of a magnetron cathode and a substrate used in the sputtering apparatus of the present invention.
FIG. 5 is a diagram for explaining an example of a magnetron cathode suitable for application to the sputtering apparatus of the present invention, where (A) is a schematic plan view, (B) is a schematic cross-sectional view, and (C). FIG. 3 is a plan view of a magnet unit structure and its operating mechanism.
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of an essential part for explaining another configuration example of the sputtering apparatus of the present invention, and is a diagram showing a configuration example in which the present invention is applied to a double-sided film forming apparatus.
FIG. 7 is a schematic plan view of an essential part for explaining still another configuration example of the sputtering apparatus of the present invention, and is a diagram showing a configuration example applied to a double-sided film forming apparatus.
FIG. 8 is a schematic plan view for explaining another configuration example of a magnetron cathode used in the sputtering apparatus of the present invention.
9A is a target positioning mechanism used in the sputtering apparatus of the present invention, and FIG. 9B is an explanatory diagram for explaining a distance adjusting mechanism.
FIG. 10 is a schematic plan view of an essential part for explaining a conventional sputtering apparatus.
[Explanation of symbols]
10: Sputtering device
10a: Substrate holder
12, 12 ': Substrate
12a, 12'a: deposition surface
14: Sputtering chamber
16: Gate valve
20, 20a, 20b, 20c, 20d, 20e, 20f: target
21: Interior space
26, 30, 30A, 30B, 30C: Magnetron cathode
28: Rotating shaft
32: Magnet unit structure
34: Mounting member
34a: main surface
20aa, 20ba, 34aa: protrusion
36: Magnet unit
36a: Center magnet
36b: outer peripheral magnet
36c: York
38: Movement mechanism
40: Target positioning mechanism
41: Rotating mechanism
42: Stage
44: Drive mechanism
45: Control unit
46: Distance adjustment mechanism
80, 82, 84, 80 ', 82', 84 ': Shield (proof jig)
C1, C2, C3, C'1, C'2, C'3, C50, C52, C90: central axis (rotary axis) (of magnetron cathode)
01, 02, 03: Center axis (of the target)

Claims (12)

スパッタリング室と、該スパッタリング室内に搬入搬出自在に設けられた基板ホルダと、マグネトロンカソードとを具えたスパッタリング装置において、
前記マグネトロンカソードは、前記基板ホルダに対向し、かつ離間して設けられ、矩形の長尺方向の両端部に楕円の弧状の突起部が付加された形状のターゲットと該ターゲットの裏面側に対向し、かつ離間して設けられている磁石ユニット構造体とを含み、
前記磁石ユニット構造体は、取付部材と該取付部材に取り付けられた複数個の磁石ユニットからなり、かつ前記ターゲットの長尺方向に往復運動させる運動機構と連結されており、
前記磁石ユニットのうち、前記取付部材の両端部に取り付けられた磁石ユニットは、前記ターゲットに対するエロージョン領域に対応するように設定される少なくとも一部が楕円の弧状のヨークと、該ヨークの外周に沿って設けられている外周磁石と、該ヨークの中心部近傍に設けられた該外周磁石とは逆極性の中心磁石とを含む磁石ユニットを具えていることを特徴とするスパッタリング装置。In a sputtering apparatus comprising a sputtering chamber, a substrate holder provided so as to be freely carried into and out of the sputtering chamber, and a magnetron cathode,
The magnetron cathode is provided opposite to the substrate holder and spaced apart, and is opposed to a target having a shape in which elliptical arc-shaped protrusions are added to both ends of a rectangular longitudinal direction and the back side of the target. And a magnet unit structure provided apart from each other,
The magnet unit structure includes an attachment member and a plurality of magnet units attached to the attachment member, and is connected to a motion mechanism that reciprocates in the longitudinal direction of the target.
Among the magnet units, the magnet units attached to both ends of the attachment member are arc-shaped yokes that are set to correspond to the erosion region with respect to the target, and an arc-shaped yoke that extends along the outer periphery of the yoke. And a magnet unit including a central magnet having a polarity opposite to that of the outer peripheral magnet provided in the vicinity of the central portion of the yoke. スパッタリング室と、該スパッタリング室内に搬入搬出自在に設けられた基板ホルダと、マグネトロンカソードとを具えたスパッタリング装置において、
前記マグネトロンカソードは、前記基板ホルダに対向し、かつ離間して設けられ、矩形の長尺方向の両端部に楕円の弧状の突起部が付加された形状のターゲットと該ターゲットの裏面側に対向し、かつ離間して設けられている磁石ユニット構造体とを含み、
前記磁石ユニット構造体は、取付部材と該取付部材に取り付けられた１つの磁石ユニットからなり、かつ前記ターゲットの長尺方向に往復運動させる運動機構と連結されており、
前記磁石ユニットは、前記ターゲットに対するエロージョン領域に対応するように設定される少なくとも楕円形状のヨークと、該ヨークの外周に沿って設けられている外周磁石と、該ヨークの中心部近傍に設けられた該外周磁石とは逆極性の中心磁石とを含む磁石ユニットを具えていることを特徴とするスパッタリング装置。In a sputtering apparatus comprising a sputtering chamber, a substrate holder provided so as to be freely carried into and out of the sputtering chamber, and a magnetron cathode,
The magnetron cathode is provided opposite to the substrate holder and spaced apart, and is opposed to a target having a shape in which elliptical arc-shaped protrusions are added to both ends of a rectangular longitudinal direction and the back side of the target. And a magnet unit structure provided apart from each other,
The magnet unit structure includes an attachment member and one magnet unit attached to the attachment member, and is connected to a motion mechanism that reciprocates in the longitudinal direction of the target.
The magnet unit is provided at least an elliptical yoke set so as to correspond to an erosion region with respect to the target, an outer peripheral magnet provided along an outer periphery of the yoke, and a central portion of the yoke A sputtering apparatus comprising a magnet unit including a central magnet having a polarity opposite to that of the outer peripheral magnet. 前記取付部材には、２個以上の前記磁石ユニットが設けられていて、前記取付部材の両端部に設けられる２つの磁石ユニットの形状が同一の楕円形状であ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。The mounting member is provided with two or more magnet units, and the two magnet units provided at both ends of the mounting member have the same elliptical shape. The sputtering apparatus as described. 前記取付部材には、同一の楕円形状である３個以上の磁石ユニットが設けられていることを特徴とする請求項１に記載に記載のスパッタリング装置。The sputtering apparatus according to claim 1, wherein the attachment member is provided with three or more magnet units having the same elliptical shape. 前記磁石ユニットが、円形状のヨークと、該ヨークの外周に沿って設けられている外周磁石と、該ヨークの中心部に設けられている円形状の中心磁石とを含むことを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載のスパッタリング装置。The magnet unit includes a circular yoke, an outer peripheral magnet provided along an outer periphery of the yoke, and a circular central magnet provided at a central portion of the yoke. Item 5. The sputtering apparatus according to any one of Items 2 to 4. 前記磁石ユニットが、前記ヨークの中心を回転軸として回転することを特徴とする請求項２、４又は５のいずれか一項に記載のスパッタリング装置。The sputtering apparatus according to claim 2, wherein the magnet unit rotates about a center of the yoke as a rotation axis. １個又は２個以上のマグネトロンカソードと、該マグネトロンカソードに設けられた１個又は２個以上のマグネトロンカソード位置決め機構とを具えていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のスパッタリング装置。7. One or two or more magnetron cathodes and one or more magnetron cathode positioning mechanisms provided on the magnetron cathode are provided. The sputtering apparatus as described. 前記マグネトロンカソードが、前記基板の中心部近傍に対向して位置する１つの中心側マグネトロンカソードと、該中心側マグネトロンカソードの両端部側方に位置する２つの周辺側マグネトロンカソードの３つのマグネトロンカソードからなることを特徴とする請求項７に記載のスパッタリング装置。The magnetron cathode is composed of three magnetron cathodes, one central magnetron cathode positioned opposite to the vicinity of the central portion of the substrate, and two peripheral magnetron cathodes positioned on both sides of the central magnetron cathode. The sputtering apparatus according to claim 7, wherein 前記マグネトロンカソードは、それぞれ複数個のターゲットと、該ターゲットの数に応じた数の磁石ユニット構造体とを具えていることを特徴とする請求項７又は８に記載のスパッタリング装置。The sputtering apparatus according to claim 7, wherein each of the magnetron cathodes includes a plurality of targets and a number of magnet unit structures corresponding to the number of the targets. 前記マグネトロンカソードには、互いに対向する２つの外表面に２つのターゲットが設けられていて、
前記磁石ユニット構造体は、１つの取付部材の両面又は２つの取付部材の片面のそれぞれ少なくとも両端の突起部に、前記２つのターゲットの端縁部に対するエロージョン領域に対応するように設定される磁石ユニットを具えていることを特徴とする請求項７又は８に記載のスパッタリング装置。The magnetron cathode is provided with two targets on two outer surfaces facing each other,
The magnet unit structure is a magnet unit that is set to correspond to an erosion region with respect to an end edge portion of the two targets on at least both ends of one surface of one mounting member or one surface of two mounting members. The sputtering apparatus according to claim 7 or 8, further comprising: 前記マグネトロンカソードには、３つのターゲットが、それぞれ３つの外表面に設けられていて、
前記磁石ユニット構造体は、３つの取付部材を含み、該３つの取付部材の主表面の両端の突起部には、前記ターゲットに対するエロージョン領域に対応するように設定される磁石ユニットが設けられていることを特徴とする請求項７〜９のいずれか一項に記載のスパッタリング装置。In the magnetron cathode, three targets are respectively provided on three outer surfaces,
The magnet unit structure includes three attachment members, and the protrusions on both ends of the main surface of the three attachment members are provided with magnet units that are set so as to correspond to the erosion region with respect to the target. The sputtering apparatus as described in any one of Claims 7-9 characterized by the above-mentioned. 両面成膜型とすることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載のスパッタリング装置。It is set as a double-sided film-forming type, The sputtering device as described in any one of Claims 1-11 characterized by the above-mentioned.
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