JP5903217B2 - Magnetron sputtering electrode and sputtering apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、マグネトロンスパッタ電極及びスパッタリング装置に関する。 The present invention relates to a magnetron sputtering electrode and a sputtering apparatus.
従来、マグネトロン方式のスパッタリング(以下、「スパッタ」という)装置は、マグネトロンスパッタ電極を有し、このマグネトロンスパッタ電極が、処理すべき基板に対向配置されるターゲットと、このターゲットの基板と対向する側を上として、ターゲットの下側に配置されてこのターゲット上方にトンネル状の磁束を形成する磁石ユニットとを有するマグネトロンカソードユニットを備える。 2. Description of the Related Art Conventionally, a magnetron type sputtering (hereinafter referred to as “sputtering”) apparatus has a magnetron sputtering electrode. And a magnetron cathode unit having a magnet unit which is disposed below the target and forms a tunnel-like magnetic flux above the target.
ターゲットに負の電位を持った直流電力または交流電力を印加してターゲットをスパッタする際、上記磁束にてターゲット前方で電離した電子及びスパッタリングによって生じた二次電子を捕捉してターゲット上方での電子密度を高め、これらの電子と真空チャンバ内に導入される希ガスのガス分子との衝突確率を高めることでプラズマ密度を高めている。このスパッタ装置によれば、例えば処理基板の著しい温度上昇を伴うことなく成膜速度を向上できる等の利点があり、近年では、大面積のフラットパネルディスプレイの製造工程にて透明電導膜の形成等に広く利用されている。 When sputtering a target by applying DC power or AC power having a negative potential to the target, the electrons above the target are captured by the above-mentioned magnetic flux and the secondary electrons generated by sputtering are captured. The plasma density is increased by increasing the density and increasing the collision probability between these electrons and rare gas gas molecules introduced into the vacuum chamber. According to this sputtering apparatus, for example, there is an advantage that the film forming speed can be improved without significantly increasing the temperature of the processing substrate. In recent years, a transparent conductive film is formed in a manufacturing process of a large area flat panel display. Widely used.
ここで、ターゲットとして平面視略矩形のものを用いる場合を例に説明すると、磁石ユニットとしては、ターゲットに平行に配置される平面視略矩形の支持板(ヨーク)上面中央に、その長手方向に沿って線状に中央磁石を配置すると共に、この中央磁石の周囲を囲うように支持板上面の周縁全体に亘ってターゲット側の極性が異なる周辺磁石を配置して構成したものが例えば特許文献1で知られている。
Here, a case where a target having a substantially rectangular shape in plan view is used as an example will be described. As a magnet unit, a longitudinally-shaped support plate (yoke) arranged in parallel with the target is arranged in the longitudinal direction at the center of the upper surface of the support plate (yoke). For example,
このような磁石ユニットを用いると、漏洩磁場の垂直成分が0となる位置を通るレーストラック状にプラズマが発生するようになるが、ターゲットのスパッタ面の周縁領域での磁束密度が局所的に高まる。即ち、中央磁石の延長線上に沿った磁場プロファイルをみると、中央磁石のX方向両端から内側に寄った位置で磁場の垂直成分が1つのピークをもつようになる。このため、スパッタ面の周縁領域でのスパッタレートが高まり、基板全面に亘って略均一な薄膜が得られるが、その領域でターゲットが集中的に侵食される(つまり、ターゲットが優先的にスパッタされる領域となる)。この場合、ターゲットの利用効率が低くなるという問題が生じる。このため、トンネル状の磁束の位置を変えてターゲットを均一に侵食させることが従来から行われている(例えば特許文献2参照)。 When such a magnet unit is used, plasma is generated in a racetrack shape passing through a position where the vertical component of the leakage magnetic field is 0, but the magnetic flux density in the peripheral region of the sputtering surface of the target is locally increased. . That is, when looking at the magnetic field profile along the extension line of the central magnet, the vertical component of the magnetic field has one peak at a position closer to the inside from both ends of the central magnet in the X direction. For this reason, the sputtering rate in the peripheral region of the sputtering surface is increased, and a substantially uniform thin film is obtained over the entire surface of the substrate, but the target is eroded intensively in that region (that is, the target is preferentially sputtered). Area). In this case, there arises a problem that the utilization efficiency of the target is lowered. For this reason, it has been conventionally practiced to uniformly erode the target by changing the position of the tunnel-like magnetic flux (see, for example, Patent Document 2).
即ち、ターゲットの長手方向をX方向、このX方向に直交するターゲットの幅方向をY方向とし、支持板の幅をターゲットより一回り小さく形成し、スパッタ中、磁石ユニットをターゲットのY方向に沿う2点間で同一平面上を所定速度で往復動させる。このとき、ターゲットのX方向にも磁石ユニットを往復動させることも考えられている。 That is, the longitudinal direction of the target is the X direction, the width direction of the target perpendicular to the X direction is the Y direction, the width of the support plate is made slightly smaller than the target, and the magnet unit is aligned along the Y direction of the target during sputtering. Reciprocate at the predetermined speed on the same plane between two points. At this time, it is also considered to reciprocate the magnet unit in the X direction of the target.
このようにスパッタ中、磁石ユニットをターゲットに対して相対移動させても、ターゲットに局所的な侵食領域が生じることが知られている。これは、磁石ユニットが、一往復する間で、磁束密度の高い部分の滞在時間が比較的長くなる領域(所謂クロスポイント)が生じるためと考えられる。そこで、例えばバッキングプレートの所定領域に矩形の輪郭を有する磁気シャント(磁性体)を取り付け、この領域での磁場強度を局所的に弱めることが例えば特許文献3で知られている。然し、磁気シャントとして矩形のものを用いた場合、その取付姿勢によっては、ターゲットへの磁気シャントの投影面の周囲に、磁気シャントの辺に沿う局所的な侵食が別途生じ、ターゲットの利用効率改善の効果を制限するという問題が生じることが判明した。 As described above, it is known that a local erosion region is generated in the target even when the magnet unit is moved relative to the target during sputtering. This is presumably because a region where the stay time of the part having a high magnetic flux density is relatively long (so-called cross point) occurs during one reciprocation of the magnet unit. Therefore, for example, Patent Document 3 discloses that a magnetic shunt (magnetic body) having a rectangular outline is attached to a predetermined region of the backing plate and the magnetic field strength in this region is locally reduced. However, when a rectangular magnetic shunt is used, depending on the mounting orientation, local erosion along the side of the magnetic shunt occurs separately around the projection surface of the magnetic shunt on the target, improving target utilization efficiency. It has been found that the problem of restricting the effect of.
本発明は、上記点に鑑み、ターゲットへの局所的な侵食領域の発生が抑制でき、ターゲットの利用効率が一層向上したマグネトロンスパッタ電極及びスパッタリング装置を提供することをその課題とするものである。 This invention makes it the subject to provide the magnetron sputtering electrode and sputtering apparatus which can suppress generation | occurrence | production of the local erosion area | region to a target, and the utilization efficiency of the target improved further in view of the said point.
上記課題を解決するために、本発明のマグネトロンスパッタ電極は、スパッタ室で処理すべき基板と共に配置される一方向に長手のターゲットと、ターゲットのスパッタ面側を上として、ターゲットの下側に配置されてこのターゲットの上方にトンネル状の磁束を形成する磁石ユニットと、ターゲットの長手方向をX方向、このX方向に直交するターゲットの幅方向をY方向とし、磁石ユニットを所定の起点から、X方向及びY方向の少なくとも1方向にターゲットに対して相対移動させて前記起点に戻すことを繰り返す移動手段とを、備え、前記起点に戻るまでの1サイクルにて、磁束密度の高い部分の滞在時間が長くなる領域での磁場強度を局所的に低下させる磁気シャントをターゲットに対して相対固定して設け、磁気シャントはX方向に沿ってのびる少なくとも2辺を有し、これらの各辺が、X方向ターゲット中央にかつY方向ターゲット内方に夫々向かって傾いていることを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, the magnetron sputtering electrode of the present invention is arranged on the lower side of the target with the target elongated in one direction arranged with the substrate to be processed in the sputtering chamber and the sputtering surface side of the target on the upper side. The magnet unit that forms a tunnel-like magnetic flux above the target, the longitudinal direction of the target in the X direction, the width direction of the target perpendicular to the X direction as the Y direction, and the magnet unit from a predetermined starting point Moving means that repeats the relative movement with respect to the target in at least one of the direction and the Y direction to return to the starting point, and the residence time of the portion having a high magnetic flux density in one cycle until returning to the starting point A magnetic shunt that locally lowers the magnetic field strength in the region where the magnetic field is long is fixed relative to the target. At least two sides extending along each of these sides, characterized in that inclined respectively toward and in the Y-direction target inward of and in the X-direction target center.
本発明によれば、磁束密度の高い部分の滞在時間が長くなる位置に磁気シャントを設けて磁場強度を局所的に低下させる。ここで、上記従来例の如く、磁気シャントとして平面視長方形(矩形)のものを用い、当該磁気シャントの各辺が矩形のターゲットの各辺に略平行となるように取り付けると、ターゲットへの磁気シャントの投影面の周囲に、当該辺に沿う局所的な侵食がターゲットに別に生じる。これは、磁石ユニットから漏洩する磁束の一部が磁気シャントの面を伝ってターゲット側へと漏洩することで、当該投影面の周辺での磁束密度が局所的に増加し(磁場強度が局所的に高くなり)、磁石ユニットを移動させても、当該投影面の周辺でプラズマが滞在し易くなることに起因しているものと考えられる。 According to the present invention, the magnetic shunt is provided at a position where the stay time of the portion having a high magnetic flux density is long, and the magnetic field strength is locally reduced. Here, if a magnetic shunt having a rectangular shape (rectangular shape) is used as in the conventional example, and each side of the magnetic shunt is attached so as to be substantially parallel to each side of the rectangular target, the magnetic shunt on the target Around the projection surface of the shunt, local erosion along the side occurs separately on the target. This is because part of the magnetic flux leaking from the magnet unit leaks to the target side along the surface of the magnetic shunt, so that the magnetic flux density around the projection surface increases locally (the magnetic field strength is locally increased). This is considered to be because the plasma easily stays around the projection plane even if the magnet unit is moved.
それに対して、本願発明では、磁気シャントはX方向に沿ってのびる少なくとも2辺を有し、これらの各辺が、X方向中央にかつY方向ターゲット内方に向かって夫々傾斜させたため、更なる局所的な侵食がターゲットに生じることを抑制できることが確認された。これは、磁気シャントの傾いた辺により、磁束密度が集中する領域が、X方向でターゲットの内方へと連続して緩やかにシフトすることで、磁場強度を低下させるという磁気シャント本来の機能に加えて、レーストラック状に発生するプラズマの形状を局所的に変化し得るという機能によるものと考えらえる。これにより、ターゲットをより均等に侵食させて寿命を長くできる。結果として、スパッタ時に磁石ユニットとターゲットとを相対移動させることで、ターゲットの侵食領域を拡げることができることと相俟って、ターゲットの利用効率を向上させることができる。 On the other hand, in the present invention, the magnetic shunt has at least two sides extending along the X direction, and each of these sides is inclined in the center in the X direction and inward in the Y direction target. It was confirmed that local erosion can be prevented from occurring on the target. This is due to the original function of the magnetic shunt, in which the magnetic flux density is concentrated by the region where the magnetic flux density is concentrated continuously and gradually inward in the X direction due to the inclined side of the magnetic shunt. In addition, it can be considered that this is due to the function of locally changing the shape of plasma generated in a racetrack shape. Thereby, the life of the target can be extended by more evenly eroding the target. As a result, the relative utilization of the magnet unit and the target during sputtering can increase the target utilization efficiency in combination with the ability to expand the target erosion area.
本発明においては、前記磁気シャントが、上記2辺の長さが同等である、平面視三角形の輪郭を有することが好ましい。これによれば、磁石ユニットが中央磁石のX方向両端から内側に寄った位置で磁場の垂直成分が1つのピークをもち、しかも、放電の安定性等のためにターゲットのX方向両端から所定の範囲内を非侵食領域とするような場合には、単純な形状で、特に磁気シャントを設けた領域を略均等に侵食させる構成が実現できる。 In this invention, it is preferable that the said magnetic shunt has the outline of the planar view triangle whose length of the said 2 sides is equivalent. According to this, the vertical component of the magnetic field has one peak at the position where the magnet unit is located inward from both ends of the central magnet in the X direction, and a predetermined value is applied from both ends of the target in the X direction for discharge stability and the like. In the case where the range is a non-erodible region, it is possible to realize a configuration in which the region provided with a magnetic shunt is eroded substantially evenly with a simple shape.
また、本発明においては、前記磁気シャントは、相似形で面積の異なるものを複数枚積層してなることが好ましい。これによれば、プラズマの形状をターゲットの侵食に応じて適宜変化させていくことができる。このため、ターゲットを一層均等に侵食する構成が実現できる。 In the present invention, the magnetic shunt is preferably formed by laminating a plurality of similar and different areas. According to this, the shape of the plasma can be appropriately changed according to the target erosion. For this reason, the structure which erodes a target more uniformly is realizable.
ここで、磁束密度の高い部分の滞在時間が長くなる位置は、同一の磁石ユニットを用いたとしても、スパッタ装置にて行うプロセス条件(例えば真空チャンバ内の圧力、真空チャンバ内に導入するガスの流量)等により変り得る。このため、上記位置での磁場強度を低下させる場合に、例えば、磁石ユニットの構成を変更して磁束密度を局所的に変更することも考えられるが、これでは、その作業が著しく面倒となる。そこで、前記磁気シャントが、ターゲットに接合されたバッキングプレートの下面に貼付されることが好ましい。これにより、スパッタ装置に本発明のマグネトロンスパッタ電極を設置した後でも簡単な作業で磁場強度を局所的に低下させる構成を実現できてよい。 Here, even if the same magnet unit is used, the position where the residence time of the part with a high magnetic flux density becomes long is the process condition (for example, the pressure in the vacuum chamber and the gas introduced into the vacuum chamber). The flow rate may vary. For this reason, when reducing the magnetic field intensity at the above-mentioned position, for example, it is conceivable to change the magnetic flux density locally by changing the configuration of the magnet unit, but this is extremely troublesome. Therefore, it is preferable that the magnetic shunt is attached to the lower surface of the backing plate joined to the target. Thereby, even after installing the magnetron sputtering electrode of the present invention in the sputtering apparatus, it may be possible to realize a configuration in which the magnetic field strength is locally reduced by a simple operation.
また、上記課題を解決するために、本発明のスパッタ装置は、請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載のマグネトロンスパッタ電極と、真空状態の保持が可能な真空チャンバと、この真空チャンバ内に所定のガスを導入するガス導入手段と、ターゲットへの電力投入を可能とするスパッタ電源とを備えたことを特徴とする。
In order to solve the above problems, a sputtering apparatus of the present invention includes a magnetron sputtering electrode according to any one of
以下、図面を参照して、処理すべき基板Sとして、フラットパネルディスプレイの製造に用いられるガラス基板を用い、その表面に、Al等の所定の薄膜を形成する場合を例に本発明のマグネトロンスパッタ電極Cを有するスパッタ装置SMを説明する。 Hereinafter, with reference to the drawings, a magnetron sputtering according to the present invention will be described by taking as an example a case where a glass substrate used for manufacturing a flat panel display is used as a substrate S to be processed and a predetermined thin film such as Al is formed on the surface thereof. A sputtering apparatus SM having the electrode C will be described.
図1に示すように、スパッタ装置SMは、例えばインライン式のものであり、ロータリーポンプ、ターボ分子ポンプなどの真空排気手段(図示せず)を介して所定の真空度に保持できるスパッタ室1を備える。以下においては、図1に示す如く、スパッタ室1にて後述のターゲット41と基板Sとが対向し、ターゲット41から基板Sに向かう方向を「上」とし、基板Sからターゲット41に向かう方向を「下」として説明する。
As shown in FIG. 1, the sputtering apparatus SM is, for example, an in-line type, and includes a
スパッタ室1の上部空間には基板搬送手段2が設けられている。基板搬送手段2は、公知の構造を有し、例えば、基板Sが装着されるキャリア21を有し、駆動手段を間欠駆動させてターゲットと対向した位置に基板Sを順次搬送できるようになっている。スパッタ室1にはまた、ガス導入手段3が設けられている。ガス導入手段3は、マスフローコントローラ31を介設したガス管32を通じてガス源33に連通し、アルゴン等の希ガスからなるスパッタガスや反応性スパッタリングの際に用いる反応ガスがスパッタ室1内に一定の流量で導入できる。反応ガスとしては、処理基板S上に成膜しようする薄膜の組成に応じて選択され、酸素、窒素、炭素、水素を含むガス、オゾン、水若しくは過酸化水素またはこれらの混合ガスなどが用いられる。スパッタ室1の下側には、マグネトロンスパッタ電極Cが配置されている。
A substrate transfer means 2 is provided in the upper space of the sputtering
マグネトロンスパッタ電極Cは、スパッタ室1を臨むように設けた略直方体(平面視矩形)のターゲット41と磁石ユニット5とを備える。以下においては、ターゲットの長手方向をX方向、このX方向に直交するターゲットの幅方向をY方向として説明する。ターゲット41は、Al合金、MoやITOなど処理基板S上に成膜しようとする薄膜の組成に応じて公知の方法で作製されている。ターゲット41の上面たるスパッタ面411の面積は、処理基板Sの外形寸法より大きく設定されている。また、ターゲット41の下面には、スパッタリング中、ターゲット41を冷却するバッキングプレート42がインジウムやスズなどのボンディング材を介して接合されている。そして、バッキングプレート42にターゲット41を接合した状態で、絶縁板43を介してフレーム44に装着される。
The magnetron sputtering electrode C includes a substantially rectangular parallelepiped (planar view rectangle)
スパッタ室1内にターゲット41を配置した後、ターゲット41のスパッタ面411の周囲には、グランド接地されたアノードとしての役割を果たすシールド45が装着される。また、ターゲットには、公知の構造を有するスパッタ電源Eからの出力端が接続され、負の電位を持った直流電力または高周波電力が投入されるようになっている。以下に、図1及び図2を参照して磁石ユニット5について説明する。
After the
磁石ユニット5は、ターゲット41のスパッタ面411に平行に設けられ、磁石の吸着力を増幅する磁性材料製の平板から構成される支持板(ヨーク)51を備える。支持板51上には、支持板51の長手方向にのびる中心線上に位置させて配置した中央磁石52と、この中央磁石52の周囲を囲うように、支持板51の上面外周に沿って環状に配置した周辺磁石53とがターゲット側の極性をかえて設けられている。中央磁石52の同磁化に換算したときの体積をその周囲を囲う周辺磁石53の同磁化に換算したときの体積の和(周辺磁石:中心磁石:周辺磁石=1:2:1(図1参照))程度になるように設計している。これにより、ターゲット41の上方で釣り合ったトンネル状の磁束M1、M2が形成される(図1参照)。中央磁石52及び周辺磁石53は、ネオジム磁石等の公知のものであり、これらの中央磁石52及び周辺磁石53は一体ものでも、または、所定体積の磁石片を複数列設して構成してもよい。
The
また、支持板51は、その外形寸法がターゲットより一回り小さく形成されている。支持体51には移動手段6が付設され、スパッタ中、磁石ユニット5はX方向及びY方向で同一平面上を所定速度かつ一定のストローク(X方向:D1)で往復動される。この場合、X方向及びY方向への移動は別々に行ってもよく、また、X方向及びY方向への移動を同期させてもよい(この場合、磁石ユニット5が、図1中、実線で示す位置から、所定の楕円状の円弧を描くように移動して、図1中、一点鎖線で示す位置に到達し、円弧を描くように移動して実線で示す位置に戻る)。この移動手段6により、磁石ユニット5が所定の起点からターゲット41に対して相対移動されて前記起点に戻されることが繰り返される。X方向のストロークは、放電の安定性等のためにターゲット41のX方向両端から所定の範囲内が非侵食領域となるように設定される。
The
移動手段6としては、ベース板61の平坦な上面でターゲット41の長手方向全長に亘って水平にのびかつターゲット41の幅より広い間隔で設けた左右一対のレール部材62R、62Lと、レール部材62R、62Lに摺動自在に係合し、図示省略の駆動モータを備えたスライダ63と、両スライダ63、63で支持されるように設けられ、駆動モータMを有する送りねじ64とを備える。そして、送りねじ64に、支持板51の下面中央に垂設されたナット部材65が螺合している。
The moving means 6 includes a pair of left and
以上のスパッタ装置SMによれば、基板搬送手段2により基板Sをターゲット41と対向した位置に搬送し、ガス導入手段3を介して所定のスパッタガスや反応ガスを導入した後、スパッタ電源Eを介して負の電位を持った直流電力または高周波電力をターゲット41に投入する。これにより、基板S及びターゲット41に垂直な電界が形成されてターゲット41の上方に、磁場の垂直成分が0となる位置を通るレーストラック状に高密度のプラズマが発生する。そして、プラズマ中のアルゴンイオンによりターゲット41がスパッタされ、当該ターゲット41からのスパッタ粒子が基板S表面に付着、堆積して所定の薄膜が形成される。スパッタ中、移動手段6により磁石ユニット5を上記の如くX方向やY方向に移動させることで磁束M1、M2の位置を移動させ、ターゲット41の局所的な侵食を抑制し得る。
According to the above sputtering apparatus SM, the substrate S is transported to a position facing the
ここで、スパッタ中、磁石ユニット5を移動手段6により移動させた場合、図2(a)に示すように、磁石ユニット5により形成された磁束M1、M2のうち磁束密度の高い部分の滞在時間が、他の箇所と比較して長くなる領域(所謂クロスポイントCP)が生じる。このような場合、図2(b)に示すように、滞在時間が長くなる領域でターゲット41の侵食量が局所的に多くなる。このため、ターゲット41と磁石ユニット5とを相対移動させながらスパッタを行い、ターゲット41面内における局所的な侵食領域を特定した上で、その位置に対応させて、図2(a)中、仮想線で示すように、バッキングプレート42の下面に平面視長方形の磁気シャントMPを貼付することが考えられる(従来例に相当)。これでは、図2(c)の如く、磁気シャントMPのターゲット41への投影面の周辺において、磁気シャントMPのY方向に沿うMP1、MP22辺の長さに相当する局所的な侵食がターゲットに別に生じる。
Here, when the
本実施形態では、図3(a)に示すように、磁気シャント7として平面視二等辺三角形の輪郭を有するものを用い、相似形で面積の異なる2枚の磁気シャント7a、7bを同心に積層して構成することとした。両磁気シャント7a、7bを、X方向に沿ってのびる少なくとも2辺71、72が、X方向中央にかつY方向ターゲット内方に向かって傾くようにバッキングプレート42の下面に貼付される。磁気シャント7としては、最大透磁率が高くかつ剛性を有する材料であればよく、例えば、SUS430などの磁性を有するステンレス、磁場の減衰効果を高められる純鉄、ニッケルなどの金属、パーマロイ、スーパーマロイなどの透磁率の高いアロイを用いることができる。磁気シャント7の面積や厚さは、その材質やクロスポイントでのターゲット41の侵食量を考慮して適宜設定され、例えば、1.0〜5.0mmの範囲で磁気シャント7の厚さが夫々設定される。なお、磁気シャント7を積層する枚数や面積差には特に限定はなく、局所的な侵食量に応じて適宜設定でき、両磁気シャント7a、7bの材質を変えるようにしてもよい。
In this embodiment, as shown in FIG. 3A, a
上記構成のマグネトロンスパッタ電極Cによれば、磁気シャント7a、7bにより磁束密度の高い部分の滞在時間が長くなる位置での磁場強度を局所的に低下できる共に、磁気シャント7a、7bを設けたことにより、局所的な侵食がターゲットに更に生じることを抑制できる。これは、磁気シャント7a、7bの傾いた辺71、72により、磁束密度が集中する領域がX方向でターゲット41の内方へと連続して緩やかにシフトすることで、磁場強度を低下させるという磁気シャント本来の機能に加えて、レーストラック状に発生するプラズマの形状を局所的に変化し得るという機能によるものと考えられる。しかも、単純な形状の2枚の磁気シャント7a、7bを積層して構成することで、ターゲット41を一層均等に侵食する構成が実現できる。結果として、ターゲット41をより均等に侵食させて寿命を長くでき、スパッタ時に磁石ユニット5とターゲット41とを相対移動させることで、ターゲット41の侵食領域を拡げることができることと相俟って、ターゲット41の利用効率を向上させることができる。
According to the magnetron sputter electrode C having the above-described configuration, the
ここで、磁束密度の高い部分の滞在時間が長くなる位置は、同一の磁石ユニット5を用いたとしても、スパッタ装置SMにて行うプロセス条件(真空チャンバ内の圧力、例えば真空チャンバ内に導入するガスの流量)等により変り得る。このため、上記位置での磁場強度を低下させる場合に、例えば、磁石ユニット5の構成を変更して磁束密度を局所的に変更することも考えられるが、これでは、その作業が著しく面倒となる。本実施形態では、バッキングプレート42の下面に磁気シャント7を貼付するため、スパッタ装置に本発明のマグネトロンスパッタ電極を設置した後でも簡単な作業で磁場強度を局所的に低下させる構成を実現できる。
Here, even if the
以上の効果を確認するため、以下の実験を行った。ターゲット41としてAlを用い、公知の方法で218mm×3400mm×厚さ16mmの平面視略長方形に成形し、バッキングプレート42に接合した。また、磁石組立体の支持板51として、100mm×3390mmの外形寸法を有するものを用い、各支持板51上に、ターゲット41の長手方向に沿った棒状の中央磁石52と、支持板51の外周に沿って周辺磁石53とを設けた。このとき、ターゲット41の長手方向の両端から約51mmの位置で磁場の垂直成分が1つのピークP(約210G)がある。
In order to confirm the above effects, the following experiment was conducted. Al was used as the
そして、基板Sとして、3100mm×2900mmの外形寸法を有するガラス基板を用い、また、スパッタリング条件として、真空排気されているスパッタ室11内の圧力が0.3Paに保持されるように、マスフローコントローラ31を制御してスパッタガスであるアルゴンをスパッタ室1内に導入した。ターゲット41とガラス基板との間の距離は210mm、ターゲット41への投入電力(直流電圧)は76kWとし、6300kWhに達するまでスパッタした。磁石ユニット5をX方向に15mm/secの速度でかつ70mmのストロークで往復動させた。
Then, a glass substrate having an external dimension of 3100 mm × 2900 mm is used as the substrate S, and the
上記条件で基板表面にAl膜を形成すると、ターゲットの幅方向中央でかつターゲットのX方向端部から120mmの位置でのターゲット41の侵食量をみると、その周辺と比較して、約170%深く侵食されていることが確認された。そこで、比較実験として、バッキングプレート42の下面中央で、120×50mmで厚さ2mmのSUS430製の磁気シャント7をターゲットの長手方向端部から80mmの位置に貼付した。これによれば、ターゲットのX方向端部から120mm、Y方向両端部70mmの位置でのターゲット41の侵食量をみると、その周辺と比較して、約80%深く侵食されていることが確認された。
When an Al film is formed on the substrate surface under the above conditions, the amount of erosion of the
次に、発明品の実験として、バッキングプレート42の下面中央で、一辺が120mmで厚さ0.5mmのSUS430製の正三角形状の磁気シャント7aを、その中心がターゲットの長手方向端部から42mmの位置となるように貼付し、次に、その一辺が60mmで厚さ0.5mmのSUS430製の正三角形状の磁気シャント7bを積層した。これによれば、上記と同一条件でスパッタを行ったところ、局所的なターゲットの侵食が防止され、ターゲットをその略全面に亘って略均等に侵食できることが確認された。
Next, as an experiment of the invention product, an equilateral triangular
以上、本発明の実施形態のマグネトロンスパッタ電極Cを備えたスパッタ装置SMについて説明したが、本発明は、上記の形態のものに限定されるものではない。上記実施形態では、磁気シャント7の形状を略三角形としたものについて説明したが、これに限定されるものではなく、磁気シャントはX方向に沿ってのびる少なくとも2辺を有し、これらの各辺が、X方向中央にかつY方向ターゲット内方に夫々向かって傾いていればよく、例えば、五角形や六角形のものでもよい。また、上記実施形態では、放電の安定性等のために磁石ユニットのX方向両端から所定の範囲内が非侵食領域となるものに適用するため、磁気シャント7を略三角形としたものについて説明したが、ターゲット端近傍まで侵食領域となるように磁石ユニットが構成されているような場合には、例えばひし形としてもよい。また、面積の異なる磁気シャント7a、7bを積層する場合、その積層順序に制限はない。
Although the sputtering apparatus SM including the magnetron sputtering electrode C according to the embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment. In the above embodiment, the
また、上記実施形態では、1枚のターゲットの下方に1個の磁石ユニット5を設けたものを例に説明したが、これに限定されるものでなく、1枚のターゲットの下方に複数個の磁石ユニット5を設けた場合や複数枚のターゲットの下方に1個の磁石ユニット5を設けた場合等であっても本発明を適用できる。
Moreover, although the said embodiment demonstrated to the example what provided the one
さらに、上記実施形態では、磁石ユニット5をターゲットに対して相対移動させながらスパッタを行い、クロスポイントを特定し、バッキングプレート42に磁気シャント7を貼付したものを例に説明したが、これに限定されるものではい。磁気シャント7は、磁石ユニット5以外に設けられていればよく、図示省略の支持部材でターゲット41と磁石ユニット42との間に介設されるようにしてもよい。他方、クロスポイントは、磁石ユニット5を移動させたときの磁束変化のシミュレーションから特定することもでき、このような場合に、バッキングプレート42の下面に予めに磁気シャント7を取付用の凹部を形成しておき、ねじ止めするようにしてもよい。
Furthermore, in the above-described embodiment, the sputtering is performed while moving the
SM…スパッタリング装置、C…マグネトロンスパッタ電極、1…スパッタ室、41…ターゲット、42…バッキングプレート、5…磁石ユニット、52…中央磁石、53…周辺磁石、6…移動手段、7…磁気シャント、3…ガス導入手段、E…スパッタ電源、S…基板、M1、M2…磁束 SM: sputtering apparatus, C: magnetron sputtering electrode, 1 ... sputtering chamber, 41 ... target, 42 ... backing plate, 5 ... magnet unit, 52 ... central magnet, 53 ... peripheral magnet, 6 ... moving means, 7 ... magnetic shunt, 3 ... Gas introduction means, E ... Sputtering power source, S ... Substrate, M1, M2 ... Magnetic flux
Claims (5)
ターゲットのスパッタ面側を上として、ターゲットの下側に配置されてこのターゲットの上方にトンネル状の磁束を形成する磁石ユニットと、
ターゲットの長手方向をX方向、このX方向に直交するターゲットの幅方向をY方向とし、磁石ユニットを所定の起点から、少なくともY方向にターゲットに対して相対移動させて前記起点に戻すことを繰り返す移動手段とを、備え、
前記磁石ユニットの形成する漏洩磁場の垂直成分が0となる位置を通る線がレーストラック状に形成され、
前記起点に戻るまでの1サイクルにて、前記ターゲットのY方向中央における磁束密度の高い部分の滞在時間が長くなる領域での磁場強度を局所的に低下させる磁気シャントをターゲットに対して相対固定して設け、
磁気シャントはX方向に沿ってのびる少なくとも2辺を有し、これらの各辺が、X方向ターゲット中央にかつY方向ターゲット内方に夫々向かって傾いていることを特徴とするマグネトロンスパッタ電極。 A longitudinal target in one direction arranged with the substrate to be processed in the sputtering chamber;
A magnet unit that is arranged on the lower side of the target and forms a tunnel-like magnetic flux above the target, with the sputtering surface side of the target on the upper side,
Longitudinally in the X direction of the target, returning the width direction of the target orthogonal to the X direction and Y direction, the magnet unit from a predetermined starting point, the starting point are moved relative to the target in the Y direction even without least And moving means for repeating
A line passing through a position where the vertical component of the leakage magnetic field formed by the magnet unit is 0 is formed in a racetrack shape,
In one cycle until returning to the starting point, a magnetic shunt that locally lowers the magnetic field strength in the region where the stay time of the portion having a high magnetic flux density at the center of the target in the Y direction is long is fixed relative to the target. Provided
The magnetron sputter electrode, wherein the magnetic shunt has at least two sides extending in the X direction, and each of these sides is inclined toward the center of the X direction target and inward of the Y direction target.
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