JP4071861B2 - 薄膜形成装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶ディスプレイなどの製造に使用される大面積の基板に対応した薄膜形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、液晶などのディスプレイ分野を中心に大面積基板への薄膜形成技術が重要となっている。なかでも、スパッタ法はメタル配線膜や絶縁膜の形成に広く用いられている薄膜形成技術であり、マグネトロンスパッタ法と呼ばれるものがその主流となっている。マグネトロンスパッタ法は、薄膜ハンドブック（日本学術振興会薄膜第１３１委員会編）Ｐ．１８７に示されているように、ターゲットの他方の面に磁気回路ユニットを設けることで、ターゲット上に強いプラズマ放電を発生させ、ターゲット材料を膜として一方の面と対向する基板上に形成するものである。
【０００３】
また、磁気回路ユニットには、多くの場合、永久磁石が用いられており、例えば、特開平８−３７４０号公報に開示されているように、平板状で矩形のヨーク板上の中央部と周縁部に、永久磁石がリング状に配置される。この磁気回路ユニットの構成を図１１に示す。永久磁石がリング状に配置された磁気回路ユニットは、ターゲット上にレーストラック状のプラズマ、いわゆるプラズマリングを発生させることができる。このプラズマリングはターゲット上における磁場の垂直成分が零になる領域を中心に発生し、その密度はその領域における磁場強度と大きな正の相関を持っている。すなわち、その部分での磁場強度が強ければ強いほどプラズマ密度が強くなり、エロージョンの進行が加速されることになる。
【０００４】
図１１において、磁気回路ユニットの周縁部に配置された磁石の長手方向となる部分には、磁場を強化するために一定の長さの別の磁石（強化用の補助磁石）が貼り付けられている。また、中央部に配置された磁石の一部にも、周縁部磁石のものと同じ長さの別の磁石が貼り付けられて構成されている。これによって、ターゲットに対する磁気回路ユニットの長手方向となる直線部において、その磁場分布を変えることなく、磁場強度だけを強くすることができる。この結果、プラズマリングの直線部でのエロージョンの進行速度が加速される。これまで、プラズマリングの端部におけるエロージョンの侵食が速かったものが、直線部と大差がなくなるとともに、基板に形成される膜の膜厚分布が良くなるというものであった。
【０００５】
図１２にこれらの磁気回路ユニットを用いたマグネトロンスパッタ法の薄膜形成装置を示す。通常、前記したような機能を有する磁気回路ユニット１をターゲット２の他方の面に配置し、磁気回路ユニット１をその短手方向と同方向にスライドさせながら成膜する。すなわち、プラズマリング３をターゲット２上で移動させることにより基板（ガラス基板５）全面にわたって成膜するというものであった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような構成の薄膜形成装置は以下に述べるような課題があった。ターゲット材料の利用効率や基板への付着効果を高めるためには、ターゲットからのスパッタ作用による粒子ができるだけ有効に基板へ付着するように、ターゲット・基板間距離（以下、ＴＳ距離という）を近接させることが必要不可欠である。しかるに、従来の磁気回路ユニットおよび従来の薄膜形成層装置の構成では、これを実施しようとするとき、プラズマリングの端部とマスク部材との間にプラズマ集中が起こり、均一で安定な放電を形成、あるいは持続させることができないという課題がある。また、このプラズマ集中により、この部分でのターゲット材料の蒸発が加速され、基板上の膜厚分布は、基板端部で膜厚が厚く、基板中央部で薄くなり、結果として均一性が悪化する。さらに、この部分でのターゲット侵食が加速されるために、ターゲット寿命が短くなる。すなわち、狭いＴＳ距離におけるスパッタリングでは、従来技術に述べたような、プラズマリングの端部と直線部でターゲットの蒸発率に差異がないという機能が充分果たされていないという課題がある。
【０００７】
基板周辺と近接したマスク部材は通常、金属性でありアース電位に接地されている。このため、マスク部材をターゲットに近づけるということは、陽極を陰極に近づける、すなわち、電極間隔を極端に短縮することになる。一方、ガラス基板は絶縁体であるため、この領域では放電しにくい。すなわち、プラズマリングの中の電子は絶縁体のガラス基板を避け、アース電位のマスク部材に流入し、プラズマ集中を引き起こすことになる。また、プラズマリングの端部のプラズマ密度が高くなることにより、これに引きずられてガラス基板上のプラズマの分布も影響を受ける。つまり、ガラス基板上のプラズマ密度も周辺部と中央部で密度勾配が生じることとなる。この結果、膜の膜厚分布はプラズマリング端部周辺の膜厚が増大し、中央部の膜厚が減少してしまい膜厚分布は悪化するのである。また、ターゲットの侵食も端部の極端な侵食とともに、端部から中央部にかけて、ほぼ比例的にターゲットの侵食が浅くなってしまう。図１３に従来のターゲットの断面形状の侵食状態を示す。このことから、膜の膜厚分布が悪化するとともにエロージョンが均一にはならずターゲット利用効率および寿命が低下する。したがって、従来の磁気回路ユニットおよび薄膜形成装置の構成では、狭いＴＳ距離における均一な成膜とターゲットの長寿命化を実現することが困難であるという問題があった。
【０００８】
本発明は、前記従来技術の問題を解決することに指向するものであり、均一の成膜と材料利用効率あるいは膜の付着効率向上を図り、材料コスト低減や生産性向上を実現する薄膜形成装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明に係る薄膜形成装置は、基板周囲に配置されてアース電位に接地されたマスク部材と、一方の面がマスク部材に対向して配置されるターゲットと、ターゲットの他方の面に配置される、矩形のヨーク板、ヨーク板中央に配置された長方形の中央部磁石、ヨーク板周縁にリング状の長方形に配置された周縁部磁石から成る磁気回路ユニットとを有する薄膜形成装置であって、マスク部材において、磁気回路ユニットによりターゲット上に形成されて垂直成分が零となる位置を中心に長円形の軌跡となる磁場の長軸方向の両端部と対向するマスク部材の一部領域が、アース電位から絶縁されたことを特徴とする。
【００１０】
また、マスク部材のアース電位から絶縁される一部領域は、磁気回路ユニットによりターゲット上に形成される磁場の垂直成分が零となる位置を中心に長円形の軌跡となる長軸方向の長さと、長軸方向と平行になる基板一辺の長さとの差の半分より大きい幅であり、マスク部材の基板と隣接する内側から外側へ向う領域の幅であることを特徴とする。
【００１１】
また、磁気回路ユニットによりターゲット上に形成される磁場は、その垂直成分が零になる位置を中心に長円形となる軌跡において、マスク部材のアース電位から絶縁された一部領域と対向する軌跡の長軸方向における両端部の値より、軌跡の長軸方向における中央部の値が大きいことを特徴とする。
【００１２】
また、磁気回路ユニットは、ターゲット上に形成される磁場の垂直成分が零となる位置を中心に長円形になる軌跡において、磁場が前記マスク部材のアース電位から絶縁された一部領域と対向する軌跡の長軸方向における両端部の値より、軌跡の長軸方向の中央部へ向かうにつれて比例的に増加し、中央部が最大の値となるように構成したものである。
【００１３】
前記構成によれば、アース電位に接地されたマスク部材のうち、磁気回路ユニットにより形成される磁場の軌跡による長軸方向の両端部と対向するマスク部材の一部領域をアース電位から絶縁、すなわちフローティング領域としたものである。つまり、マスク部材のフローティング領域により電子の流入ができずにプラズマの発生が抑制される。したがって、プラズマの集中が抑えられるとともに、同じ電解分布を有する基板直上のプラズマ密度が均一になり、膜厚分布やターゲット侵食も均一にできる。
【００１４】
また、ターゲット上に形成される磁場の軌跡における長軸方向の幅と、長軸方向と平行になる基板一辺の長さとの差の半分より大きい幅を、マスク部材の絶縁される一部領域の内側から外側へ向う領域として、磁場によるプラズマリングが対向するマスク部材の部分を基板と同じフローティング状態にすることで、プラズマ密度が均一になり、膜厚分布やターゲット侵食も均一にできる。
【００１５】
また、マスク部材のアースから絶縁された一部領域、すなわちフローティング領域をターゲット面上へ投影した領域内で磁場の軌跡における長軸方向の両端部の値より、中央部の値を大きくすることでプラズマリングと対向するアース部分およびフローティング部分のうち、アース部分との対向部は磁場を弱く、フローティング部分との対向部は磁場を強くすることによって、プラズマ密度を均一にでき、膜厚分布やターゲット侵食も均一にできる。
【００１６】
また、磁場の軌跡の長軸方向における両端部の値より、軌跡の長軸方向の中央部へ向かうにつれて比例的に増加し、中央部が最大の値となるように構成して、前記と同様にフローティング領域に対向している部分においてプラズマが均一になり、膜厚分布やターゲット侵食を均一にできる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明における実施の形態を詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における薄膜形成装置の概略構成を示す断面図である。ここで、前記従来例を示す図１２において説明した構成部材に対応し実質的に同等の機能を有するものには同一の符号を付してこれを示す。図１において、１は磁気回路ユニット、２はターゲット、３はプラズマリング、４はマスク部材、４ａはマスク部材４に設けられるアース電位から絶縁した一部領域であるフローティング領域、５はガラス基板、６は真空槽である。図１は磁気回路ユニット１の長手方向に平行な面で切った断面を示しており、また、図２は磁気回路ユニット，ターゲット，マスク部材及びガラス基板の概略配置の関係を示す斜視図である。
【００１８】
これらの図に示すように、ガラス基板５の端部に隣接するマスク部材４のうち、磁気回路ユニット１の長手方向の両端部となる部分に対向する領域を一定の幅Ｘだけアース電位から絶縁し、フローティング領域４ａとしたものである。ガラス基板５およびマスク部材４の上方には、それに一方の面を対向させて長方形のターゲット２が配置される。さらにターゲット２の他方の面には５つの磁気回路ユニット１が配置されている。
【００１９】
また、図３は磁気回路ユニットの詳細な構成を示す斜視図である。図３に示すように、磁気回路ユニット１は、外側磁石１ａ，内側磁石１ｂ，ヨーク板１ｃから構成され、外側磁石１ａと内側磁石１ｂの表面は互いに極性が異なるように配置されている。この磁気回路ユニット１の磁石面側をターゲット２（図２参照）に近接させて配置し、外側磁石１ａ，内側磁石１ｂ間の漏れ磁束をターゲット２の直上に発生させる。これらの磁気回路ユニット１は、ボールネジを介して駆動用モータに接続され（図示せず）、スライドが可能となっている。ターゲット２には、外部より直流電源が接続されており（図示せず）、真空槽６内の減圧下でターゲット２に高電圧を印加することにより、５つのプラズマリングを発生させる。これと同時に、その磁気回路ユニット１を図２に示す矢印Ａの方向に微小に往復運動させ、ガラス基板５の全面にスパッタリング成膜を行うものである。この例ではターゲット２の材料に、純度５Ｎのアルミニウム（Ａｌ）を使用した。
【００２０】
次に、ガラス基板５の成膜方法について説明する。まず、真空槽６内にアルゴン（Ａｒ）ガスを導入し、真空槽６内の圧力を調整する。そして、ターゲット２に直流電力を印加して放電を実施する。それと同時に、磁気回路ユニット１をスライド往復運動させて、ガラス基板５の全面にスパッタ成膜を行う。このとき、本実施の形態１ではマスク部材４に設けたアース電位から絶縁したフローティング領域４ａにより、フローティング化すると電子がもはや流入できないためプラズマの発生が抑制される。したがって、プラズマの集中が抑えられるとともに、同じ電解分布を有するガラス基板５の直上のプラズマ密度が均一になり、膜厚分布やターゲット２の侵食も均一になる。
【００２１】
また、前記のフローティング領域４ａとして、ターゲット２上での磁場の垂直成分が零となる領域を中心に長円形に発生するプラズマリング３の長軸方向の長さをａ、プラズマリング３の長軸方向と平行となるガラス基板５の一辺の長さをｂとするとき、
【００２２】
【数１】
Ｘ ≧（ａ−ｂ）／２
（数１）を満たす幅Ｘだけ、ガラス基板５とマスク部材４との境界位置より内側から外側へ向けて、マスク部材４のアース電位から絶縁されたフローティング領域４ａとしたものである。これは、少なくともプラズマリング３と対向するマスク部材４の部分にはフローティング領域４ａを設け、ガラス基板５と同じフローティング状態にすることで、プラズマ密度が均一になり、膜厚分布やターゲット２の侵食も均一にすることができる。
【００２３】
（実施例１）
次に、実施例１として、ガラス基板５に成膜する実験条件について述べる。使用した磁気回路ユニット１は、外寸４６０ｍｍ×８０ｍｍ×１５ｍｍのもので、磁石表面からターゲット２前面までの距離（Ｔ／Ｍ距離）は２５ｍｍ、ターゲット２直上での磁場垂直成分が零の位置、すなわちプラズマリング３が発生する中心位置は長軸４２０ｍｍ、短軸４０ｍｍの長円形であり、これらの位置における磁場水平成分は約２００〜３００Ｇaussであった。また、ガラス基板５のサイズは３７０ｍｍ×４７０ｍｍ×０．７ｍｍのものを使用し、ターゲット・基板間の距離は４０ｍｍとした。
【００２４】
また、図４はこれらの寸法の関係を示す図である。磁気回路ユニット１のスライド条件は、スライド幅；±４０ｍｍ、スライド最高速度；１０ｍｍ／ｓｅｃ、折り返し地点から５ｍｍを磁石の加速および減速の距離とした。放電条件はアルゴン（Ａｒ）ガスの流量；２００ｓｃｃｍ、真空槽６内の圧力；０．５Ｐａ、印加電力；７．５ｋＷとした。このときのターゲット電圧は約４００〜４２０Ｖ、放電電流は約１８Ａとなった。
【００２５】
前記した実験条件により、マスク部材４の絶縁部分の幅Ｘを変化させ、成膜した膜の膜厚分布を調べた。（表１）は実験条件および膜厚分布について示している。この（表１）において、実験条件Ａは、マスク部材の領域をアース電位から絶縁しない、すなわち従来のものと同じ条件のものである。また、（数１）によれば、フローティング化する幅Ｘは、「Ｘ ≧ ２５（ｍｍ）」が望ましい。
【００２６】
【表１】
【００２７】
（表１）に示した実験条件のガラス基板におけるプラズマリングの短軸方向の中心位置で長軸方向への膜厚分布で、図５（ａ）は実験条件Ａ、図５（ｂ）は実験条件Ｂ、図５（ｃ）は実験条件Ｃ、図５（ｄ）は実験条件Ｄを示す図である。これらの結果から明らかなように、実験条件Ａ〜Ｂは磁気回路ユニット１の長手方向のガラス基板５の端部付近の膜厚がガラス基板５の中央部に比べていずれも大きくなっており、凹型の膜厚分布となっている。これはアース電位にあるマスク部材４にプラズマ放電が集中するため、この付近のターゲット２からの蒸発率がターゲット２の中央部に比べて増大することが原因と考えられる。また、実験条件Ｂのように小さな幅でマスク部材４のフローティング領域４ａを設けアース電位より絶縁しても、生成されるプラズマリング３の長軸方向の方が長い場合には、十分な効果は得られない（図５（ａ），（ｂ）参照）。
【００２８】
一方、図５（ｃ）に示す実験条件Ｃにおいては、均一な膜厚分布を得ることができる。すなわち、プラズマリング３の長軸より長くなるように、ガラス基板５に隣接するマスク部材４のフローティング領域４ａをアース電位から絶縁すると、もはやマスク部材５との間に放電が起こりにくいため、プラズマの集中が抑制される。また、電界分布としてもマスク部材５のフローティング領域４ａである空間の電界分布は、ターゲット２とガラス基板５に挟まれた空間の電界分布と同様の電界分布となるため、ターゲット２上に発生したプラズマを均一にできる。すなわち、ターゲット２とマスク部材４に挟まれた空間のプラズマ密度と、ターゲット２とガラス基板５に挟まれた空間のプラズマ密度は近くなり、ガラス基板５の中央からマスク部材４との周辺部にわたって均一なプラズマを形成できる。
【００２９】
この結果、膜の膜厚分布が均一となるとともにターゲット２上のエロージョンの進行も均一化しターゲット２の寿命も長くなる。また、実験条件Ｄに示すようにマスク部材４の絶縁化を大幅に実施した場合でも効果がある。この場合、マスク部材４を完全にフローティング化をしたため放電が抑制され、膜厚分布としては凸型となって、均一性が若干低下した。しかし、いずれにしてもプラズマリング３の長軸より長い範囲となるようにフローティング領域４ａを形成することによって、実験条件Ａ，Ｂに比べて均一なプラズマが形成でき膜厚分布も向上する。
【００３０】
（実施例２）
また、本実施の形態１における実施例２として、ガラス基板５のサイズを６００ｍｍ×７２０ｍｍ×０．７ｍｍを用いて、以下の条件にて同様の実験を行なった。磁気回路ユニット１は外寸８４０ｍｍ×８０ｍｍ×１５ｍｍのもので、ターゲット２の他方の面に９個配置した。磁石表面からターゲット２までの距離は２５ｍｍ、ターゲット２直上での磁場垂直成分が零の位置、プラズマリング３が発生する中心位置は長軸８００ｍｍ，短軸４０ｍｍの長円形であり、この位置における磁場水平成分は約２００〜３００Ｇaussである。ターゲット・基板間の距離は５０ｍｍとした。
【００３１】
また、マスク部材４もガラス基板５のサイズに応じてサイズアップし検討を行なった。磁気回路ユニット１のスライド条件は、スライド幅；±４５ｍｍ、スライド最高速度；１０ｍｍ／ｓｅｃ、折り返し地点から１０ｍｍを磁石の加速および減速の距離とした。放電条件は、アルゴン（Ａｒ）ガスの流量；２００ｓｃｃｍ，真空槽６内の圧力；０．５Ｐａ、印加電力；１５ｋＷとした。このときのターゲット電圧は約４００〜４２０Ｖ、放電電流は約３６Ａとなった。
【００３２】
また、放電条件は前記実施例１の場合に準じた。実施例１と同様にマスク部材４の絶縁部分の幅Ｘを変化させ、成膜した膜の膜厚分布を調べた。（表２）は本実施例２で検討したマスク部材４の絶縁幅条件および膜厚分布について示ものである。（表２）において、実験条件Ｅはマスク部材４のフローティング領域４ａをアース電位から絶縁しない、すなわち従来例のものと同じものである。（数１）によれば、フローティング化する幅Ｘは、「Ｘ ≧ ４０（ｍｍ）」が望ましい。
【００３３】
【表２】
【００３４】
（表２）に示すように、本実施例２の場合も前記した実施例１の場合と同様の結果が得られている。
【００３５】
（実施の形態２）
図６は本発明の実施の形態２における薄膜形成装置の概略構成を示す断面図である。ここで、前記実施の形態１を説明した図１に示した構成部材と同一作用効果のもには、同一の符号を付してこれを示す。図６において、２はターゲット、３はプラズマリング、４はマスク部材、４ａはフローティング領域、５はガラス基板、６は真空槽、１１は磁気回路ユニットである。図６においても図１と同様に、磁気回路ユニット１１の長手方向に平行な面で切った断面を示しており、また、図７（ａ）は本実施の形態２で使用する磁気回路ユニットの構成を示す正面図、図７（ｂ）は断面図である。図７において、１１ａは外側磁石、１１ｂは内側磁石、１１ｃはヨーク板である。図７に示すように長方形のヨーク板１１ｃ上に、周囲を囲むように上側をＮ極にして外側磁石１１ａが配置され、その内部に上側にＳ極にした形で内側磁石１１ｂが配置される。
【００３６】
ここで、外側磁石１１ａおよび内側磁石１１ｂはともに中央部において幅が広く、端部に行くにしたがい狭くなっている。さらに、内側磁石１１ｂの中央部は厚く、端部に行くほど薄くなる構造とした。これは、磁気回路ユニット１１の中心部では磁場が強く、端部に行くほど弱くなるように設計されたものである。図８は本実施の形態２における磁気回路ユニットの磁場垂直成分が零の位置での磁場水平成分の値を示す図である。図８で用いた磁気回路ユニット１１の具体的寸法は外寸４６０ｍｍ×８０ｍｍ×１５ｍｍのものである。
【００３７】
本実施の形態２における磁気回路ユニット１１を用いた実施例３を説明する。
【００３８】
（実施例３）
本実施例３における実験条件としては、使用するガラス基板５のサイズは、３７０ｍｍ×４７０ｍｍ×０．７ｍｍのものとし、磁気回路ユニット１１は前述した具体寸法、外寸４６０ｍｍ×８０ｍｍ×１５ｍｍのもので、磁石表面・ターゲット間距離は２５ｍｍ、ターゲット２上での磁場垂直成分が零の位置、プラズマリング３が発生する中心位置は長軸４２０ｍｍ，短軸４０ｍｍの長円形である。
【００３９】
前記実施の形態１と同様に、長方形のターゲット２上にプラズマリング３を発生させ、磁気回路ユニット１１を移動させ、これを往復運動させながらアルミニウム（Ａｌ）膜のスパッタリング成膜を行うものである。また、本実施例３の実施にあたっては、アルゴン（Ａｒ）ガスの供給量，真空槽６内の圧力，ターゲット２への印加電力，磁石（磁気回路ユニット１１）のスライド条件などは基本的に前記実施例１の形態に準ずることとした。
【００４０】
また、図９（ａ）は本実施例３のガラス基板５の中心位置でプラズマリング３の長軸方向の膜厚分布、図９（ｂ）は比較例における膜厚分布示す図である。図９（ａ），（ｂ）に示した結果から明らかなように、本実施例３における膜厚分布では、比較例の膜厚分布と比べるとガラス基板５中央部と周辺部との膜厚分布が均一となっている。一方、比較例においては、ガラス基板５の周辺部の膜厚が中央部に比べて極端に厚くなっており、磁気回路ユニットの端部におけるプラズマ密度が高いためターゲット２の蒸発率が増大し、中央部の膜厚分布が低下したものと考えられる。
【００４１】
これは、図１３に示した従来のターゲットの断面形状における侵食状態のように、従来技術においてターゲットは周辺部から中央部にかけて比例的に侵食されている。すなわちプラズマ密度の勾配が存在している。したがって、このプラズマ密度の勾配に対応するように磁場を比例的に変化させるよう磁気回路ユニットを構成することにより、均一なプラズマを生成することにより均一な膜厚分布が得られるのである。また、均一なエロージョンが得られ、ターゲット利用効率および寿命を向上させることができるのである。
【００４２】
また、本実施例３で説明した磁気回路ユニット１１の構成は一例であり、例えば、図１０（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すような構成としたものであっても、磁気回路ユニット１１の長手方向となる直線部で磁場が比例的に変化していくため、いずれの場合も同様の効果が得られることは言うまでもない。また、図１０（ａ）は磁気回路ユニットの構成を示す正面図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）の断面図、図１０（ｃ）は図１０（ａ）の別の断面図である。
【００４３】
以上に述べたように、本発明はターゲットの材料利用効率や基板への膜付着率を向上する上で必要不可欠な狭いターゲット・基板間距離のプロセスにおいて、プラズマリングの端部におけるプラズマ集中を無くして、均一なプラズマの発生を実現し、均一となる成膜やターゲット利用効率、寿命の向上に極めて有効なものである。
【００４４】
また、本発明の説明において、スライドさせる磁気回路ユニットについては、その数は問わず、１つあるいは２つの構成でも差し支えないし、そのスライド幅や速度，加減速の幅などのスライド条件や、放電に関わる成膜条件が異なっても同様の効果が得られるのは言うまでもない。また、基板サイズについてもどのようなものにも対応することが可能である。さらに、本発明で説明した実施の形態１，２のいずれの発明を採用しても、あるいは両方を同時に用いても高い効果が得られる。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、基板と隣接してアース電位に接地されたマスク部材のうち、磁気回路ユニットにより形成される磁場の軌跡による長軸方向の両端部と対向するマスク部材の一部領域をアース電位から絶縁したフローティング領域によりプラズマの集中が抑えられるとともに、同じ電解分布を有するガラス基板直上のプラズマ密度を均一とすることが可能となり、膜厚分布やターゲット侵食も均一にできる。
【００４６】
また、フローティング領域として、ターゲット上に形成される磁場の軌跡における長軸方向の幅と、長軸方向と平行になる基板一辺の長さとの差の半分より大きい幅を、マスク部材の絶縁される一部領域の内側から外側へ向う領域として、磁場によるプラズマリングが対向するマスク部材の部分をガラス基板と同じフローティング状態にすることで、プラズマ密度が均一になり、膜厚分布やターゲット侵食も均一にできる。
【００４７】
また、フローティング領域をターゲット面上へ投影した領域内で磁場の軌跡における長軸方向の両端部の値より中央部の値を大きくすることで、つまり、プラズマリングと対向するアース部分およびフローティング部分のうち、アース部分と対向する部分は磁場を弱く、フローティング部分との対向する部分は磁場を強くすることによって、プラズマ密度を均一に、膜厚分布やターゲット侵食も均一にできる。
【００４８】
また、磁場をその軌跡の長軸方向における両端部の値より、軌跡の長軸方向の中央部へ向かうにつれて比例的に増加して中央部が最大の値となるようにすることで、フローティング領域との対向部分においてプラズマが均一になり、膜厚分布やターゲット侵食を均一にできるという効果を奏する。
【００４９】
以上のことから、均一成膜と材料利用効率や膜の付着効率向上により、材料コスト低減や生産性向上に貢献でき産業上有益な発明である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における薄膜形成装置の概略構成を示す断面図
【図２】本発明の実施の形態１における磁気回路ユニット，ターゲット，マスク部材及びガラス基板の概略配置の関係を示す斜視図
【図３】本発明の実施の形態１における磁気回路ユニットの詳細な構成を示す斜視図
【図４】本発明の実施例１におけるプラズマリング，ガラス基板の寸法の関係を示す図
【図５】（ａ）は実験条件Ａ、（ｂ）は実験条件Ｂ、（ｃ）は実験条件Ｃ、（ｄ）は実験条件Ｄのガラス基板におけるプラズマリングの短軸方向の中心位置で長軸方向への膜厚分布を示す図
【図６】本発明の実施の形態２における薄膜形成装置の概略構成を示す断面図
【図７】（ａ）は本発明の実施の形態２における磁気回路ユニットの構成を示す正面図、（ｂ）は断面図
【図８】本発明の実施の形態２における磁気回路ユニットの磁場垂直成分が零の位置での磁場水平成分の値を示す図
【図９】（ａ）は本発明の実施例３のガラス基板５の中心位置でプラズマリング３の長軸方向の膜厚分布、（ｂ）は比較例における膜厚分布示す図
【図１０】（ａ）は磁気回路ユニットの構成を示す正面図、（ｂ）は（ａ）の断面図、（ｃ）は（ａ）の別の断面図
【図１１】従来の磁気回路ユニットの構成を示す図
【図１２】従来の磁気回路ユニットを用いたマグネトロンスパッタ法の薄膜形成装置を示す図
【図１３】従来のターゲットの断面形状の侵食状態を示す図
【符号の説明】
１，１１ 磁気回路ユニット
１ａ，１１ａ 外側磁石
１ｂ，１１ｂ 内側磁石
１ｃ，１１ｃ ヨーク板
２ ターゲット
３ プラズマリング
４ マスク部材
４ａ フローティング領域
５ ガラス基板
６ 真空槽
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶ディスプレイなどの製造に使用される大面積の基板に対応した薄膜形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、液晶などのディスプレイ分野を中心に大面積基板への薄膜形成技術が重要となっている。なかでも、スパッタ法はメタル配線膜や絶縁膜の形成に広く用いられている薄膜形成技術であり、マグネトロンスパッタ法と呼ばれるものがその主流となっている。マグネトロンスパッタ法は、薄膜ハンドブック（日本学術振興会薄膜第１３１委員会編）Ｐ．１８７に示されているように、ターゲットの他方の面に磁気回路ユニットを設けることで、ターゲット上に強いプラズマ放電を発生させ、ターゲット材料を膜として一方の面と対向する基板上に形成するものである。
【０００３】
また、磁気回路ユニットには、多くの場合、永久磁石が用いられており、例えば、特開平８−３７４０号公報に開示されているように、平板状で矩形のヨーク板上の中央部と周縁部に、永久磁石がリング状に配置される。この磁気回路ユニットの構成を図１１に示す。永久磁石がリング状に配置された磁気回路ユニットは、ターゲット上にレーストラック状のプラズマ、いわゆるプラズマリングを発生させることができる。このプラズマリングはターゲット上における磁場の垂直成分が零になる領域を中心に発生し、その密度はその領域における磁場強度と大きな正の相関を持っている。すなわち、その部分での磁場強度が強ければ強いほどプラズマ密度が強くなり、エロージョンの進行が加速されることになる。
【０００４】
図１１において、磁気回路ユニットの周縁部に配置された磁石の長手方向となる部分には、磁場を強化するために一定の長さの別の磁石（強化用の補助磁石）が貼り付けられている。また、中央部に配置された磁石の一部にも、周縁部磁石のものと同じ長さの別の磁石が貼り付けられて構成されている。これによって、ターゲットに対する磁気回路ユニットの長手方向となる直線部において、その磁場分布を変えることなく、磁場強度だけを強くすることができる。この結果、プラズマリングの直線部でのエロージョンの進行速度が加速される。これまで、プラズマリングの端部におけるエロージョンの侵食が速かったものが、直線部と大差がなくなるとともに、基板に形成される膜の膜厚分布が良くなるというものであった。
【０００５】
図１２にこれらの磁気回路ユニットを用いたマグネトロンスパッタ法の薄膜形成装置を示す。通常、前記したような機能を有する磁気回路ユニット１をターゲット２の他方の面に配置し、磁気回路ユニット１をその短手方向と同方向にスライドさせながら成膜する。すなわち、プラズマリング３をターゲット２上で移動させることにより基板（ガラス基板５）全面にわたって成膜するというものであった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような構成の薄膜形成装置は以下に述べるような課題があった。ターゲット材料の利用効率や基板への付着効果を高めるためには、ターゲットからのスパッタ作用による粒子ができるだけ有効に基板へ付着するように、ターゲット・基板間距離（以下、ＴＳ距離という）を近接させることが必要不可欠である。しかるに、従来の磁気回路ユニットおよび従来の薄膜形成層装置の構成では、これを実施しようとするとき、プラズマリングの端部とマスク部材との間にプラズマ集中が起こり、均一で安定な放電を形成、あるいは持続させることができないという課題がある。また、このプラズマ集中により、この部分でのターゲット材料の蒸発が加速され、基板上の膜厚分布は、基板端部で膜厚が厚く、基板中央部で薄くなり、結果として均一性が悪化する。さらに、この部分でのターゲット侵食が加速されるために、ターゲット寿命が短くなる。すなわち、狭いＴＳ距離におけるスパッタリングでは、従来技術に述べたような、プラズマリングの端部と直線部でターゲットの蒸発率に差異がないという機能が充分果たされていないという課題がある。
【０００７】
基板周辺と近接したマスク部材は通常、金属性でありアース電位に接地されている。このため、マスク部材をターゲットに近づけるということは、陽極を陰極に近づける、すなわち、電極間隔を極端に短縮することになる。一方、ガラス基板は絶縁体であるため、この領域では放電しにくい。すなわち、プラズマリングの中の電子は絶縁体のガラス基板を避け、アース電位のマスク部材に流入し、プラズマ集中を引き起こすことになる。また、プラズマリングの端部のプラズマ密度が高くなることにより、これに引きずられてガラス基板上のプラズマの分布も影響を受ける。つまり、ガラス基板上のプラズマ密度も周辺部と中央部で密度勾配が生じることとなる。この結果、膜の膜厚分布はプラズマリング端部周辺の膜厚が増大し、中央部の膜厚が減少してしまい膜厚分布は悪化するのである。また、ターゲットの侵食も端部の極端な侵食とともに、端部から中央部にかけて、ほぼ比例的にターゲットの侵食が浅くなってしまう。図１３に従来のターゲットの断面形状の侵食状態を示す。このことから、膜の膜厚分布が悪化するとともにエロージョンが均一にはならずターゲット利用効率および寿命が低下する。したがって、従来の磁気回路ユニットおよび薄膜形成装置の構成では、狭いＴＳ距離における均一な成膜とターゲットの長寿命化を実現することが困難であるという問題があった。
【０００８】
本発明は、前記従来技術の問題を解決することに指向するものであり、均一の成膜と材料利用効率あるいは膜の付着効率向上を図り、材料コスト低減や生産性向上を実現する薄膜形成装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明に係る薄膜形成装置は、基板周囲に配置されてアース電位に接地されたマスク部材と、一方の面がマスク部材に対向して配置されるターゲットと、ターゲットの他方の面に配置される、矩形のヨーク板、ヨーク板中央に配置された長方形の中央部磁石、ヨーク板周縁にリング状の長方形に配置された周縁部磁石から成る磁気回路ユニットとを有する薄膜形成装置であって、マスク部材において、磁気回路ユニットによりターゲット上に形成されて垂直成分が零となる位置を中心に長円形の軌跡となる磁場の長軸方向の両端部と対向するマスク部材の一部領域が、アース電位から絶縁されたことを特徴とする。
【００１０】
また、マスク部材のアース電位から絶縁される一部領域は、磁気回路ユニットによりターゲット上に形成される磁場の垂直成分が零となる位置を中心に長円形の軌跡となる長軸方向の長さと、長軸方向と平行になる基板一辺の長さとの差の半分より大きい幅であり、マスク部材の基板と隣接する内側から外側へ向う領域の幅であることを特徴とする。
【００１１】
また、磁気回路ユニットによりターゲット上に形成される磁場は、その垂直成分が零になる位置を中心に長円形となる軌跡において、マスク部材のアース電位から絶縁された一部領域と対向する軌跡の長軸方向における両端部の値より、軌跡の長軸方向における中央部の値が大きいことを特徴とする。
【００１２】
また、磁気回路ユニットは、ターゲット上に形成される磁場の垂直成分が零となる位置を中心に長円形になる軌跡において、磁場が前記マスク部材のアース電位から絶縁された一部領域と対向する軌跡の長軸方向における両端部の値より、軌跡の長軸方向の中央部へ向かうにつれて比例的に増加し、中央部が最大の値となるように構成したものである。
【００１３】
前記構成によれば、アース電位に接地されたマスク部材のうち、磁気回路ユニットにより形成される磁場の軌跡による長軸方向の両端部と対向するマスク部材の一部領域をアース電位から絶縁、すなわちフローティング領域としたものである。つまり、マスク部材のフローティング領域により電子の流入ができずにプラズマの発生が抑制される。したがって、プラズマの集中が抑えられるとともに、同じ電解分布を有する基板直上のプラズマ密度が均一になり、膜厚分布やターゲット侵食も均一にできる。
【００１４】
また、ターゲット上に形成される磁場の軌跡における長軸方向の幅と、長軸方向と平行になる基板一辺の長さとの差の半分より大きい幅を、マスク部材の絶縁される一部領域の内側から外側へ向う領域として、磁場によるプラズマリングが対向するマスク部材の部分を基板と同じフローティング状態にすることで、プラズマ密度が均一になり、膜厚分布やターゲット侵食も均一にできる。
【００１５】
また、マスク部材のアースから絶縁された一部領域、すなわちフローティング領域をターゲット面上へ投影した領域内で磁場の軌跡における長軸方向の両端部の値より、中央部の値を大きくすることでプラズマリングと対向するアース部分およびフローティング部分のうち、アース部分との対向部は磁場を弱く、フローティング部分との対向部は磁場を強くすることによって、プラズマ密度を均一にでき、膜厚分布やターゲット侵食も均一にできる。
【００１６】
また、磁場の軌跡の長軸方向における両端部の値より、軌跡の長軸方向の中央部へ向かうにつれて比例的に増加し、中央部が最大の値となるように構成して、前記と同様にフローティング領域に対向している部分においてプラズマが均一になり、膜厚分布やターゲット侵食を均一にできる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明における実施の形態を詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における薄膜形成装置の概略構成を示す断面図である。ここで、前記従来例を示す図１２において説明した構成部材に対応し実質的に同等の機能を有するものには同一の符号を付してこれを示す。図１において、１は磁気回路ユニット、２はターゲット、３はプラズマリング、４はマスク部材、４ａはマスク部材４に設けられるアース電位から絶縁した一部領域であるフローティング領域、５はガラス基板、６は真空槽である。図１は磁気回路ユニット１の長手方向に平行な面で切った断面を示しており、また、図２は磁気回路ユニット，ターゲット，マスク部材及びガラス基板の概略配置の関係を示す斜視図である。
【００１８】
これらの図に示すように、ガラス基板５の端部に隣接するマスク部材４のうち、磁気回路ユニット１の長手方向の両端部となる部分に対向する領域を一定の幅Ｘだけアース電位から絶縁し、フローティング領域４ａとしたものである。ガラス基板５およびマスク部材４の上方には、それに一方の面を対向させて長方形のターゲット２が配置される。さらにターゲット２の他方の面には５つの磁気回路ユニット１が配置されている。
【００１９】
また、図３は磁気回路ユニットの詳細な構成を示す斜視図である。図３に示すように、磁気回路ユニット１は、外側磁石１ａ，内側磁石１ｂ，ヨーク板１ｃから構成され、外側磁石１ａと内側磁石１ｂの表面は互いに極性が異なるように配置されている。この磁気回路ユニット１の磁石面側をターゲット２（図２参照）に近接させて配置し、外側磁石１ａ，内側磁石１ｂ間の漏れ磁束をターゲット２の直上に発生させる。これらの磁気回路ユニット１は、ボールネジを介して駆動用モータに接続され（図示せず）、スライドが可能となっている。ターゲット２には、外部より直流電源が接続されており（図示せず）、真空槽６内の減圧下でターゲット２に高電圧を印加することにより、５つのプラズマリングを発生させる。これと同時に、その磁気回路ユニット１を図２に示す矢印Ａの方向に微小に往復運動させ、ガラス基板５の全面にスパッタリング成膜を行うものである。この例ではターゲット２の材料に、純度５Ｎのアルミニウム（Ａｌ）を使用した。
【００２０】
次に、ガラス基板５の成膜方法について説明する。まず、真空槽６内にアルゴン（Ａｒ）ガスを導入し、真空槽６内の圧力を調整する。そして、ターゲット２に直流電力を印加して放電を実施する。それと同時に、磁気回路ユニット１をスライド往復運動させて、ガラス基板５の全面にスパッタ成膜を行う。このとき、本実施の形態１ではマスク部材４に設けたアース電位から絶縁したフローティング領域４ａにより、フローティング化すると電子がもはや流入できないためプラズマの発生が抑制される。したがって、プラズマの集中が抑えられるとともに、同じ電解分布を有するガラス基板５の直上のプラズマ密度が均一になり、膜厚分布やターゲット２の侵食も均一になる。
【００２１】
また、前記のフローティング領域４ａとして、ターゲット２上での磁場の垂直成分が零となる領域を中心に長円形に発生するプラズマリング３の長軸方向の長さをａ、プラズマリング３の長軸方向と平行となるガラス基板５の一辺の長さをｂとするとき、
【００２２】
【数１】
Ｘ ≧（ａ−ｂ）／２
（数１）を満たす幅Ｘだけ、ガラス基板５とマスク部材４との境界位置より内側から外側へ向けて、マスク部材４のアース電位から絶縁されたフローティング領域４ａとしたものである。これは、少なくともプラズマリング３と対向するマスク部材４の部分にはフローティング領域４ａを設け、ガラス基板５と同じフローティング状態にすることで、プラズマ密度が均一になり、膜厚分布やターゲット２の侵食も均一にすることができる。
【００２３】
（実施例１）
次に、実施例１として、ガラス基板５に成膜する実験条件について述べる。使用した磁気回路ユニット１は、外寸４６０ｍｍ×８０ｍｍ×１５ｍｍのもので、磁石表面からターゲット２前面までの距離（Ｔ／Ｍ距離）は２５ｍｍ、ターゲット２直上での磁場垂直成分が零の位置、すなわちプラズマリング３が発生する中心位置は長軸４２０ｍｍ、短軸４０ｍｍの長円形であり、これらの位置における磁場水平成分は約２００〜３００Ｇaussであった。また、ガラス基板５のサイズは３７０ｍｍ×４７０ｍｍ×０．７ｍｍのものを使用し、ターゲット・基板間の距離は４０ｍｍとした。
【００２４】
また、図４はこれらの寸法の関係を示す図である。磁気回路ユニット１のスライド条件は、スライド幅；±４０ｍｍ、スライド最高速度；１０ｍｍ／ｓｅｃ、折り返し地点から５ｍｍを磁石の加速および減速の距離とした。放電条件はアルゴン（Ａｒ）ガスの流量；２００ｓｃｃｍ、真空槽６内の圧力；０．５Ｐａ、印加電力；７．５ｋＷとした。このときのターゲット電圧は約４００〜４２０Ｖ、放電電流は約１８Ａとなった。
【００２５】
前記した実験条件により、マスク部材４の絶縁部分の幅Ｘを変化させ、成膜した膜の膜厚分布を調べた。（表１）は実験条件および膜厚分布について示している。この（表１）において、実験条件Ａは、マスク部材の領域をアース電位から絶縁しない、すなわち従来のものと同じ条件のものである。また、（数１）によれば、フローティング化する幅Ｘは、「Ｘ ≧ ２５（ｍｍ）」が望ましい。
【００２６】
【表１】
（表１）に示した実験条件のガラス基板におけるプラズマリングの短軸方向の中心位置で長軸方向への膜厚分布で、図５（ａ）は実験条件Ａ、図５（ｂ）は実験条件Ｂ、図５（ｃ）は実験条件Ｃ、図５（ｄ）は実験条件Ｄを示す図である。これらの結果から明らかなように、実験条件Ａ〜Ｂは磁気回路ユニット１の長手方向のガラス基板５の端部付近の膜厚がガラス基板５の中央部に比べていずれも大きくなっており、凹型の膜厚分布となっている。これはアース電位にあるマスク部材４にプラズマ放電が集中するため、この付近のターゲット２からの蒸発率がターゲット２の中央部に比べて増大することが原因と考えられる。また、実験条件Ｂのように小さな幅でマスク部材４のフローティング領域４ａを設けアース電位より絶縁しても、生成されるプラズマリング３の長軸方向の方が長い場合には、十分な効果は得られない（図５（ａ），（ｂ）参照）。
【００２８】
一方、図５（ｃ）に示す実験条件Ｃにおいては、均一な膜厚分布を得ることができる。すなわち、プラズマリング３の長軸より長くなるように、ガラス基板５に隣接するマスク部材４のフローティング領域４ａをアース電位から絶縁すると、もはやマスク部材５との間に放電が起こりにくいため、プラズマの集中が抑制される。また、電界分布としてもマスク部材５のフローティング領域４ａである空間の電界分布は、ターゲット２とガラス基板５に挟まれた空間の電界分布と同様の電界分布となるため、ターゲット２上に発生したプラズマを均一にできる。すなわち、ターゲット２とマスク部材４に挟まれた空間のプラズマ密度と、ターゲット２とガラス基板５に挟まれた空間のプラズマ密度は近くなり、ガラス基板５の中央からマスク部材４との周辺部にわたって均一なプラズマを形成できる。
【００２９】
この結果、膜の膜厚分布が均一となるとともにターゲット２上のエロージョンの進行も均一化しターゲット２の寿命も長くなる。また、実験条件Ｄに示すようにマスク部材４の絶縁化を大幅に実施した場合でも効果がある。この場合、マスク部材４を完全にフローティング化をしたため放電が抑制され、膜厚分布としては凸型となって、均一性が若干低下した。しかし、いずれにしてもプラズマリング３の長軸より長い範囲となるようにフローティング領域４ａを形成することによって、実験条件Ａ，Ｂに比べて均一なプラズマが形成でき膜厚分布も向上する。
【００３０】
（実施例２）
また、本実施の形態１における実施例２として、ガラス基板５のサイズを６００ｍｍ×７２０ｍｍ×０．７ｍｍを用いて、以下の条件にて同様の実験を行なった。磁気回路ユニット１は外寸８４０ｍｍ×８０ｍｍ×１５ｍｍのもので、ターゲット２の他方の面に９個配置した。磁石表面からターゲット２までの距離は２５ｍｍ、ターゲット２直上での磁場垂直成分が零の位置、プラズマリング３が発生する中心位置は長軸８００ｍｍ，短軸４０ｍｍの長円形であり、この位置における磁場水平成分は約２００〜３００Ｇaussである。ターゲット・基板間の距離は５０ｍｍとした。
【００３１】
また、マスク部材４もガラス基板５のサイズに応じてサイズアップし検討を行なった。磁気回路ユニット１のスライド条件は、スライド幅；±４５ｍｍ、スライド最高速度；１０ｍｍ／ｓｅｃ、折り返し地点から１０ｍｍを磁石の加速および減速の距離とした。放電条件は、アルゴン（Ａｒ）ガスの流量；２００ｓｃｃｍ，真空槽６内の圧力；０．５Ｐａ、印加電力；１５ｋＷとした。このときのターゲット電圧は約４００〜４２０Ｖ、放電電流は約３６Ａとなった。
【００３２】
また、放電条件は前記実施例１の場合に準じた。実施例１と同様にマスク部材４の絶縁部分の幅Ｘを変化させ、成膜した膜の膜厚分布を調べた。（表２）は本実施例２で検討したマスク部材４の絶縁幅条件および膜厚分布について示ものである。（表２）において、実験条件Ｅはマスク部材４のフローティング領域４ａをアース電位から絶縁しない、すなわち従来例のものと同じものである。（数１）によれば、フローティング化する幅Ｘは、「Ｘ ≧ ４０（ｍｍ）」が望ましい。
【００３３】
【表２】
（表２）に示すように、本実施例２の場合も前記した実施例１の場合と同様の結果が得られている。
【００３５】
（実施の形態２）
図６は本発明の実施の形態２における薄膜形成装置の概略構成を示す断面図である。ここで、前記実施の形態１を説明した図１に示した構成部材と同一作用効果のもには、同一の符号を付してこれを示す。図６において、２はターゲット、３はプラズマリング、４はマスク部材、４ａはフローティング領域、５はガラス基板、６は真空槽、１１は磁気回路ユニットである。図６においても図１と同様に、磁気回路ユニット１１の長手方向に平行な面で切った断面を示しており、また、図７（ａ）は本実施の形態２で使用する磁気回路ユニットの構成を示す正面図、図７（ｂ）は断面図である。図７において、１１ａは外側磁石、１１ｂは内側磁石、１１ｃはヨーク板である。図７に示すように長方形のヨーク板１１ｃ上に、周囲を囲むように上側をＮ極にして外側磁石１１ａが配置され、その内部に上側にＳ極にした形で内側磁石１１ｂが配置される。
【００３６】
ここで、外側磁石１１ａおよび内側磁石１１ｂはともに中央部において幅が広く、端部に行くにしたがい狭くなっている。さらに、内側磁石１１ｂの中央部は厚く、端部に行くほど薄くなる構造とした。これは、磁気回路ユニット１１の中心部では磁場が強く、端部に行くほど弱くなるように設計されたものである。図８は本実施の形態２における磁気回路ユニットの磁場垂直成分が零の位置での磁場水平成分の値を示す図である。図８で用いた磁気回路ユニット１１の具体的寸法は外寸４６０ｍｍ×８０ｍｍ×１５ｍｍのものである。
【００３７】
本実施の形態２における磁気回路ユニット１１を用いた実施例３を説明する。
【００３８】
（実施例３）
本実施例３における実験条件としては、使用するガラス基板５のサイズは、３７０ｍｍ×４７０ｍｍ×０．７ｍｍのものとし、磁気回路ユニット１１は前述した具体寸法、外寸４６０ｍｍ×８０ｍｍ×１５ｍｍのもので、磁石表面・ターゲット間距離は２５ｍｍ、ターゲット２上での磁場垂直成分が零の位置、プラズマリング３が発生する中心位置は長軸４２０ｍｍ，短軸４０ｍｍの長円形である。
【００３９】
前記実施の形態１と同様に、長方形のターゲット２上にプラズマリング３を発生させ、磁気回路ユニット１１を移動させ、これを往復運動させながらアルミニウム（Ａｌ）膜のスパッタリング成膜を行うものである。また、本実施例３の実施にあたっては、アルゴン（Ａｒ）ガスの供給量，真空槽６内の圧力，ターゲット２への印加電力，磁石（磁気回路ユニット１１）のスライド条件などは基本的に前記実施例１の形態に準ずることとした。
【００４０】
また、図９（ａ）は本実施例３のガラス基板５の中心位置でプラズマリング３の長軸方向の膜厚分布、図９（ｂ）は比較例における膜厚分布示す図である。図９（ａ），（ｂ）に示した結果から明らかなように、本実施例３における膜厚分布では、比較例の膜厚分布と比べるとガラス基板５中央部と周辺部との膜厚分布が均一となっている。一方、比較例においては、ガラス基板５の周辺部の膜厚が中央部に比べて極端に厚くなっており、磁気回路ユニットの端部におけるプラズマ密度が高いためターゲット２の蒸発率が増大し、中央部の膜厚分布が低下したものと考えられる。
【００４１】
これは、図１３に示した従来のターゲットの断面形状における侵食状態のように、従来技術においてターゲットは周辺部から中央部にかけて比例的に侵食されている。すなわちプラズマ密度の勾配が存在している。したがって、このプラズマ密度の勾配に対応するように磁場を比例的に変化させるよう磁気回路ユニットを構成することにより、均一なプラズマを生成することにより均一な膜厚分布が得られるのである。また、均一なエロージョンが得られ、ターゲット利用効率および寿命を向上させることができるのである。
【００４２】
また、本実施例３で説明した磁気回路ユニット１１の構成は一例であり、例えば、図１０（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すような構成としたものであっても、磁気回路ユニット１１の長手方向となる直線部で磁場が比例的に変化していくため、いずれの場合も同様の効果が得られることは言うまでもない。また、図１０（ａ）は磁気回路ユニットの構成を示す正面図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）の断面図、図１０（ｃ）は図１０（ａ）の別の断面図である。
【００４３】
以上に述べたように、本発明はターゲットの材料利用効率や基板への膜付着率を向上する上で必要不可欠な狭いターゲット・基板間距離のプロセスにおいて、プラズマリングの端部におけるプラズマ集中を無くして、均一なプラズマの発生を実現し、均一となる成膜やターゲット利用効率、寿命の向上に極めて有効なものである。
【００４４】
また、本発明の説明において、スライドさせる磁気回路ユニットについては、その数は問わず、１つあるいは２つの構成でも差し支えないし、そのスライド幅や速度，加減速の幅などのスライド条件や、放電に関わる成膜条件が異なっても同様の効果が得られるのは言うまでもない。また、基板サイズについてもどのようなものにも対応することが可能である。さらに、本発明で説明した実施の形態１，２のいずれの発明を採用しても、あるいは両方を同時に用いても高い効果が得られる。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、基板と隣接してアース電位に接地されたマスク部材のうち、磁気回路ユニットにより形成される磁場の軌跡による長軸方向の両端部と対向するマスク部材の一部領域をアース電位から絶縁したフローティング領域によりプラズマの集中が抑えられるとともに、同じ電解分布を有するガラス基板直上のプラズマ密度を均一とすることが可能となり、膜厚分布やターゲット侵食も均一にできる。
【００４６】
また、フローティング領域として、ターゲット上に形成される磁場の軌跡における長軸方向の幅と、長軸方向と平行になる基板一辺の長さとの差の半分より大きい幅を、マスク部材の絶縁される一部領域の内側から外側へ向う領域として、磁場によるプラズマリングが対向するマスク部材の部分をガラス基板と同じフローティング状態にすることで、プラズマ密度が均一になり、膜厚分布やターゲット侵食も均一にできる。
【００４７】
また、フローティング領域をターゲット面上へ投影した領域内で磁場の軌跡における長軸方向の両端部の値より中央部の値を大きくすることで、つまり、プラズマリングと対向するアース部分およびフローティング部分のうち、アース部分と対向する部分は磁場を弱く、フローティング部分との対向する部分は磁場を強くすることによって、プラズマ密度を均一に、膜厚分布やターゲット侵食も均一にできる。
【００４８】
また、磁場をその軌跡の長軸方向における両端部の値より、軌跡の長軸方向の中央部へ向かうにつれて比例的に増加して中央部が最大の値となるようにすることで、フローティング領域との対向部分においてプラズマが均一になり、膜厚分布やターゲット侵食を均一にできるという効果を奏する。
【００４９】
以上のことから、均一成膜と材料利用効率や膜の付着効率向上により、材料コスト低減や生産性向上に貢献でき産業上有益な発明である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における薄膜形成装置の概略構成を示す断面図
【図２】本発明の実施の形態１における磁気回路ユニット，ターゲット，マスク部材及びガラス基板の概略配置の関係を示す斜視図
【図３】本発明の実施の形態１における磁気回路ユニットの詳細な構成を示す斜視図
【図４】本発明の実施例１におけるプラズマリング，ガラス基板の寸法の関係を示す図
【図５】（ａ）は実験条件Ａ、（ｂ）は実験条件Ｂ、（ｃ）は実験条件Ｃ、（ｄ）は実験条件Ｄのガラス基板におけるプラズマリングの短軸方向の中心位置で長軸方向への膜厚分布を示す図
【図６】本発明の実施の形態２における薄膜形成装置の概略構成を示す断面図
【図７】（ａ）は本発明の実施の形態２における磁気回路ユニットの構成を示す正面図、（ｂ）は断面図
【図８】本発明の実施の形態２における磁気回路ユニットの磁場垂直成分が零の位置での磁場水平成分の値を示す図
【図９】（ａ）は本発明の実施例３のガラス基板５の中心位置でプラズマリング３の長軸方向の膜厚分布、（ｂ）は比較例における膜厚分布示す図
【図１０】（ａ）は磁気回路ユニットの構成を示す正面図、（ｂ）は（ａ）の断面図、（ｃ）は（ａ）の別の断面図
【図１１】従来の磁気回路ユニットの構成を示す図
【図１２】従来の磁気回路ユニットを用いたマグネトロンスパッタ法の薄膜形成装置を示す図
【図１３】従来のターゲットの断面形状の侵食状態を示す図
【符号の説明】
１，１１ 磁気回路ユニット
１ａ，１１ａ 外側磁石
１ｂ，１１ｂ 内側磁石
１ｃ，１１ｃ ヨーク板
２ ターゲット
３ プラズマリング
４ マスク部材
４ａ フローティング領域
５ ガラス基板
６ 真空槽
Claims (4)
- 基板周囲に配置されてアース電位に接地されたマスク部材と、一方の面が前記マスク部材に対向して配置されるターゲットと、該ターゲットの他方の面に配置される、矩形のヨーク板、該ヨーク板中央に配置された長方形の中央部磁石、前記ヨーク板周縁にリング状の長方形に配置された周縁部磁石から成る磁気回路ユニットとを有する薄膜形成装置であって、
前記マスク部材において、前記磁気回路ユニットにより前記ターゲット上に形成されて垂直成分が零となる位置を中心に長円形の軌跡となる磁場の長軸方向の両端部と対向する前記マスク部材の一部領域が、アース電位から絶縁されたことを特徴とする薄膜形成装置。 - 前記マスク部材のアース電位から絶縁される一部領域は、磁気回路ユニットによりターゲット上に形成される磁場の垂直成分が零となる位置を中心に長円形の軌跡となる長軸方向の長さと、前記長軸方向と平行になる基板一辺の長さとの差の半分より大きい幅であり、前記マスク部材の前記基板と隣接する内側から外側へ向う領域の幅であることを特徴とする請求項１記載の薄膜形成装置。
- 基板周囲に配置されてアース電位に接地されたマスク部材と、一方の面が前記マスク部材に対向して配置されるターゲットと、該ターゲットの他方の面に配置される、矩形のヨーク板、該ヨーク板中央に配置された長方形の中央部磁石、前記ヨーク板周縁にリング状の長方形に配置された周縁部磁石から成る磁気回路ユニットとを有する薄膜形成装置であって、
前記磁気回路ユニットにより前記ターゲット上に形成される磁場は、その垂直成分が零になる位置を中心に長円形となる軌跡において、前記マスク部材のアース電位から絶縁された一部領域と対向する前記軌跡の長軸方向における両端部の値より、前記軌跡の長軸方向における中央部の値が大きいことを特徴とする薄膜形成装置。 - 前記磁気回路ユニットは、ターゲット上に形成される磁場の垂直成分が零となる位置を中心に長円形になる軌跡において、前記磁場が前記マスク部材のアース電位から絶縁された一部領域と対向する前記軌跡の長軸方向における両端部の値より、前記軌跡の長軸方向の中央部へ向かうにつれて比例的に増加し、前記中央部が最大の値となるように構成されたことを特徴とする請求項３記載の薄膜形成装置。
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