JP6440884B1 - Sputtering cathode and sputtering apparatus - Google Patents

Sputtering cathode and sputtering apparatus Download PDF

Info

Publication number
JP6440884B1
JP6440884B1 JP2018091046A JP2018091046A JP6440884B1 JP 6440884 B1 JP6440884 B1 JP 6440884B1 JP 2018091046 A JP2018091046 A JP 2018091046A JP 2018091046 A JP2018091046 A JP 2018091046A JP 6440884 B1 JP6440884 B1 JP 6440884B1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sputtering
pair
target
sputtering target
long side
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2018091046A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2019189933A (en
Inventor
寛 岩田
寛 岩田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Keihin Ramtech Co Ltd
Original Assignee
Keihin Ramtech Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority to JP2018091046A priority Critical patent/JP6440884B1/en
Application filed by Keihin Ramtech Co Ltd filed Critical Keihin Ramtech Co Ltd
Publication of JP6440884B1 publication Critical patent/JP6440884B1/en
Application granted granted Critical
Priority to US16/386,158 priority patent/US20190333746A1/en
Priority to US16/386,010 priority patent/US10580627B2/en
Publication of JP2019189933A publication Critical patent/JP2019189933A/en
Priority to US16/838,295 priority patent/US20200243311A1/en
Priority to US17/030,109 priority patent/US11081323B2/en
Priority to US17/106,526 priority patent/US11081324B2/en
Priority to US17/385,052 priority patent/US11348770B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Abstract

【課題】平板状の被成膜体を含む各種の被成膜体に十分に高い成膜速度かつ低衝撃で成膜を行うことができ、しかも成膜中に発生するダスト等のごみのスパッタリングターゲット上への沈着を抑制することができることによりスパッタリングを安定して行うことができるスパッタリングカソードを提供する。【解決手段】スパッタリングカソードは、横断面形状が互いに対向する一対の長辺部18a、18bを有する管状または環状の形状を有し、エロージョン面が内側を向いているスパッタリングターゲット10を有し、スパッタリングターゲットに沿って磁気回路が設けられている。スパッタリングターゲットのうちの一対の長辺部以外の二つの部分の少なくとも一方が、一対の長辺部を含む平面または曲面に関して一対の長辺部の一方の長辺部側からエロージョン面が捩じれた曲面を形成しながら湾曲して一対の長辺部の他方の長辺部側に延在した形状を有する。【選択図】図22Sputtering of dust such as dust generated during film formation can be performed on a variety of film formation objects including a flat film formation object at a sufficiently high film formation speed and low impact. Provided is a sputtering cathode capable of stably performing sputtering by suppressing deposition on a target. A sputtering cathode has a sputtering target 10 having a tubular or annular shape having a pair of long side portions 18a and 18b whose cross-sectional shapes face each other, and an erosion surface facing inward. A magnetic circuit is provided along the target. A curved surface in which at least one of the two portions other than the pair of long sides of the sputtering target is twisted on the erosion surface from one long side of the pair of long sides with respect to a plane or curved surface including the pair of long sides. And has a shape extending to the other long side of the pair of long sides. [Selection] Figure 22

Description

この発明は、スパッタリングカソード、スパッタリングカソード集合体およびスパッタリング装置に関し、スパッタリング法により薄膜を成膜する各種のデバイスの製造に適用して好適なものである。   The present invention relates to a sputtering cathode, a sputtering cathode assembly, and a sputtering apparatus, and is suitable for application to various devices for forming a thin film by a sputtering method.

従来より、半導体デバイス、太陽電池、液晶ディスプレイ、有機ELディスプレイなどの各種のデバイスにおいて電極を形成する工程においては、電極材料の成膜に真空蒸着装置が多く用いられている。しかしながら、真空蒸着法は膜厚分布の制御が空間的にも時間的にも難点を有するため、スパッタリング法による電極材料の成膜が求められている。   Conventionally, in the process of forming electrodes in various devices such as semiconductor devices, solar cells, liquid crystal displays, and organic EL displays, a vacuum deposition apparatus is often used for film formation of electrode materials. However, since the vacuum deposition method has difficulty in controlling the film thickness distribution both spatially and temporally, it is required to form an electrode material by sputtering.

従来、スパッタリング装置としては、平行平板マグネトロン式スパッタリング装置、RF方式スパッタリング装置、対向ターゲット式スパッタリング装置などが知られている。このうち対向ターゲット式スパッタリング装置においては、同じ材料で作られた二つの円形あるいは正方形あるいは矩形の同寸ターゲットを互いに平行に対向させ、それらの間の空間にスパッタリングガスを導入して放電を行わせることによりターゲットをスパッタリングすることにより成膜を行う(例えば、非特許文献1〜3参照。)。この対向ターゲット式スパッタリング装置は、二つのターゲット間に挟まれた空間、すなわちその二つのターゲットと外周に形成された磁力線とで囲まれた空間にプラズマを拘束することでスパッタリング現象を発生させる。本方式のスパッタリングカソードはターゲットが基板に対して垂直を成して配置されているため、被成膜基板表面における中性反射プロセスガス衝撃を防止することができるという利点を有している。   Conventionally, as a sputtering apparatus, a parallel plate magnetron sputtering apparatus, an RF sputtering apparatus, an opposed target sputtering apparatus, and the like are known. Among these, in the opposed target type sputtering apparatus, two circular or square or rectangular same-sized targets made of the same material are opposed in parallel to each other, and a sputtering gas is introduced into the space between them to cause discharge. Thus, film formation is performed by sputtering the target (see, for example, Non-Patent Documents 1 to 3). This counter target type sputtering apparatus generates a sputtering phenomenon by constraining plasma in a space sandwiched between two targets, that is, a space surrounded by the two targets and magnetic lines formed on the outer periphery. The sputtering cathode of this system has an advantage that a neutral reflection process gas impact on the surface of the deposition substrate can be prevented because the target is arranged perpendicular to the substrate.

しかしながら、上述の対向ターゲット式スパッタリング装置においては、対向する二つのターゲット間のプラズマ密度が低く、十分に高い成膜速度を得ることができないという欠点がある。   However, the above-described facing target sputtering apparatus has a disadvantage that the plasma density between the two facing targets is low, and a sufficiently high film forming speed cannot be obtained.

これらの課題を解決するために、本発明者により、横断面形状が互いに対向する一対の長辺部を有する管状の形状を有し、エロージョン面が内側を向いているスパッタリングターゲットを有するスパッタリングカソードが提案されている(特許文献1参照。)。このスパッタリングカソードによれば、平板状の被成膜体に十分に高い成膜速度かつ低衝撃で成膜を行うことができる。   In order to solve these problems, the present inventors have provided a sputtering cathode having a sputtering target having a tubular shape having a pair of long sides whose cross-sectional shapes face each other and whose erosion surface faces inward. It has been proposed (see Patent Document 1). According to this sputtering cathode, it is possible to perform film formation on a flat plate-shaped film formation body at a sufficiently high film formation speed and low impact.

特許第6151401号Patent No. 6151401

J. Vac. Soc. Jpn. Vol.44, No.9, 2001, pp.808-814J. Vac. Soc. Jpn. Vol.44, No.9, 2001, pp.808-814 東京工芸大学工学部紀要 Vol.30 No.1(2007)pp.51-58Bulletin of Faculty of Engineering, Tokyo Polytechnic University Vol.30 No.1 (2007) pp.51-58 ULVAC TECHNICAL JOURNAL No.64 2006, pp.18-22ULVAC TECHNICAL JOURNAL No.64 2006, pp.18-22

しかしながら、特許文献2によるスパッタリングカソードは、スパッタリングターゲットの使用効率の点では必ずしも十分でなく、改善の余地があった。一方、特許文献2によるスパッタリング装置は、例えば大面積の基板を静止させた状態で基板上に薄膜を成膜する場合には、必ずしも対応が容易であるとは言えなかった。   However, the sputtering cathode according to Patent Document 2 is not necessarily sufficient in terms of the use efficiency of the sputtering target, and there is room for improvement. On the other hand, the sputtering apparatus according to Patent Document 2 cannot always be said to be easily applicable when, for example, a thin film is formed on a substrate with a large area substrate stationary.

そこで、この発明が解決しようとする課題は、平板状の被成膜体を含む各種の被成膜体に十分に高い成膜速度かつ低衝撃で成膜を行うことができ、しかもスパッタリングターゲットの使用効率が高いスパッタリングカソードおよびこのスパッタリングカソードを用いたスパッタリング装置を提供することである。   Therefore, the problem to be solved by the present invention is that a film can be formed at a sufficiently high film forming speed and with a low impact on various film forming objects including a flat film forming object. A sputtering cathode having high use efficiency and a sputtering apparatus using the sputtering cathode are provided.

この発明が解決しようとする他の課題は、平板状の被成膜体を含む各種の被成膜体に十分に高い成膜速度かつ低衝撃で成膜を行うことができ、しかも成膜中に発生するダスト等のごみのスパッタリングターゲット上への沈着を抑制することができることによりスパッタリングを安定して行うことができるスパッタリングカソードおよびこのスパッタリングカソードを用いたスパッタリング装置を提供することである。   Another problem to be solved by the present invention is that a film can be formed at a sufficiently high film forming speed and with a low impact on various film forming objects including a flat film forming object. It is possible to provide a sputtering cathode capable of stably performing sputtering by suppressing the deposition of dust or the like generated on the sputtering target, and a sputtering apparatus using the sputtering cathode.

この発明が解決しようとするさらに他の課題は、大面積の被成膜体に成膜を行う場合であっても、成膜中に被成膜体を移動させることなく被成膜体に成膜を行うことができるスパッタリングカソード集合体およびこのスパッタリングカソード集合体を用いたスパッタリング装置を提供することである。   Yet another problem to be solved by the present invention is to form a film-forming body without moving the film-forming body during film formation even when film-forming is performed on a large-area film-forming body. A sputtering cathode assembly capable of forming a film and a sputtering apparatus using the sputtering cathode assembly are provided.

この発明が解決しようとするさらに他の課題は、平板状の被成膜体を含む各種の被成膜体に十分に高い成膜速度かつ低衝撃で成膜を行うことができるスパッタリングカソード集合体およびこのスパッタリングカソード集合体を用いたスパッタリング装置を提供することである。   Still another problem to be solved by the present invention is a sputtering cathode assembly capable of forming a film with a sufficiently high film forming speed and low impact on various film forming objects including a flat film forming object. And a sputtering apparatus using the sputtering cathode assembly.

前記課題および他の課題は、添付図面を参照した本明細書の記述によって明らかとなるであろう。   The above and other problems will become apparent from the description of this specification with reference to the accompanying drawings.

前記課題を解決するために、この発明は、
横断面形状が互いに対向する一対の長辺部を有する管状の形状を有し、エロージョン面が内側を向いているスパッタリングターゲットを有し、前記スパッタリングターゲットに沿って磁気回路が設けられているスパッタリングカソードにおいて、
前記一対の長辺部がそれぞれロータリーターゲットにより構成されていることを特徴とするものである。
In order to solve the above problems, the present invention provides:
Sputtering cathode having a tubular shape having a pair of long sides facing each other in cross section, an erosion surface facing inward, and a magnetic circuit provided along the sputtering target In
Each of the pair of long sides is constituted by a rotary target.

ここで、ロータリーターゲットは円筒形状を有し、所定の回転機構によりその中心軸の回りに回転可能に設けられる。典型的には、ロータリーターゲットは、内部に磁気回路が設けられ、かつ冷却水が流されるように構成される。磁気回路は、典型的には、ロータリーターゲットの中心軸に平行に設けられ、ロータリーターゲットの半径方向に垂直な長辺を有する長方形の横断面形状を有する。この場合、一方のロータリーターゲットの内部に設けられた磁気回路および他方のロータリーターゲットの内部に設けられた磁気回路は、一方のロータリーターゲットの中心軸および他方のロータリーターゲットの中心軸を含む平面に対する前記の長方形の横断面形状の短辺の傾斜角度が0度以上360度未満であり、傾斜角度をその範囲内の任意の角度に設定することにより、成膜速度の向上と低ダメージ性をバランス良く実現することができる。   Here, the rotary target has a cylindrical shape and is provided so as to be rotatable around its central axis by a predetermined rotation mechanism. Typically, the rotary target is provided with a magnetic circuit therein and is configured to allow cooling water to flow. The magnetic circuit is typically provided in parallel with the central axis of the rotary target, and has a rectangular cross-sectional shape having a long side perpendicular to the radial direction of the rotary target. In this case, the magnetic circuit provided inside one rotary target and the magnetic circuit provided inside the other rotary target are the same with respect to the plane including the central axis of one rotary target and the central axis of the other rotary target. The angle of inclination of the short side of the rectangular cross-sectional shape is 0 degree or more and less than 360 degree, and by setting the inclination angle to an arbitrary angle within the range, the film forming speed is improved and the low damage property is balanced. Can be realized.

この発明においては、典型的には、スパッタリングターゲットの互いに対向する一対の長辺部を構成するロータリーターゲットの間の距離は、スパッタリングカソードをスパッタリング装置に取り付けて使用するときに、スパッタリングターゲットの上方の空間に向かうスパッタ粒子の数を十分に確保するとともに、中性反射プロセスガスが被成膜体に衝突して衝撃を与えるのを防止する観点より、好適には、50mm以上150mm以下であり、より好適には、60mm以上100mm以下、最も好適には70mm以上90mm以下である。また、スパッタリングターゲットの一対の長辺部を構成するロータリーターゲットの間の距離に対する長辺部の長さの比は典型的には2以上、好適には5以上である。この比の上限は特に存在しないが、一般的には40以下である。   In the present invention, typically, the distance between the rotary targets constituting a pair of opposed long sides of the sputtering target is such that when the sputtering cathode is attached to a sputtering apparatus and used, From the viewpoint of ensuring a sufficient number of sputtered particles toward the space and preventing the neutral reflection process gas from colliding with the film formation body and giving an impact, it is preferably 50 mm or more and 150 mm or less, and more Preferably, it is 60 mm or more and 100 mm or less, and most preferably 70 mm or more and 90 mm or less. The ratio of the length of the long side portion to the distance between the rotary targets constituting the pair of long side portions of the sputtering target is typically 2 or more, preferably 5 or more. Although there is no particular upper limit for this ratio, it is generally 40 or less.

スパッタリングターゲットの一対の長辺部を構成するロータリーターゲットは、典型的には互いに平行であるが、これに限定されるものではなく、互いに傾斜してもよい。スパッタリングターゲットの横断面形状は、典型的には、一対の長辺部が互いに平行であり、これらの長辺部に垂直な互いに対向する一対の短辺部を有する。この場合、スパッタリングターゲットは、横断面形状が矩形の角管状の形状を有する。スパッタリングターゲットの横断面形状は、例えば、長辺部に平行な方向の両端部が外側に向かって凸の互いに対向する一対の曲面部(例えば、半円形部)からなるものであってもよい。横断面形状が矩形の角管状の形状を有するスパッタリングターゲットは、典型的には、一対の長辺部を構成する一対のロータリーターゲットと、長辺部に垂直な互いに対向する一対の短辺部を構成する二つの平板とからなる。この場合、これらのロータリーターゲットと平板とを別々に作製し、これらを角管状に配置することによりスパッタリングターゲットを組み立てることができる。一対の長辺部を構成するロータリーターゲットは、一般的には、成膜を行う材料と同じ組成の材料により構成されるが、互いに異なる材料により構成されたものであってもよい。例えば、一方のロータリーターゲットを材料Aにより構成し、他方のロータリーターゲットを材料Bにより構成し、一方のロータリーターゲットからのスパッタ粒子束と他方のロータリーターゲットからのスパッタ粒子束とを被成膜体に入射させることにより、AとBとからなる薄膜を成膜することができ、必要に応じて材料A、Bとして二元以上の材料を用いることにより、多元系材料からなる薄膜を成膜することができる。より具体的には、例えば、一方のロータリーターゲットを単一元素からなる金属M1 により構成し、他方のロータリーターゲットを単一元素からなる金属M2 により構成することにより、M1 とM2 とからなる二元合金薄膜を成膜することが可能である。これは、真空蒸着法における二元蒸着法と同様な成膜法をスパッタリング装置で実現することができることを意味する。さらに、例えば、被成膜体とスパッタリングターゲットとの間に出し入れ可能な遮蔽板を挿入することで、例えば他方のロータリーターゲットからのスパッタ粒子束を遮断し、被成膜体を移動させながら、一方のロータリーターゲットからのスパッタ粒子束を被成膜体に入射させることにより被成膜体上にまずAからなる薄膜を成膜し、続いて、一方のロータリーターゲットからのスパッタ粒子束を遮断し、被成膜体を逆方向に移動させながら、他方のロータリーターゲットからのスパッタ粒子束を被成膜体に入射させることにより被成膜体上にBからなる薄膜を成膜することができる。こうすることで、被成膜体上にAからなる薄膜とその上に形成されたBからなる薄膜との二層構造の薄膜を成膜することができる。 The rotary targets constituting the pair of long sides of the sputtering target are typically parallel to each other, but are not limited to this, and may be inclined with respect to each other. The cross-sectional shape of the sputtering target typically has a pair of long sides that are parallel to each other and a pair of short sides that are perpendicular to these long sides. In this case, the sputtering target has a rectangular tubular shape with a rectangular cross section. The cross-sectional shape of the sputtering target may be composed of, for example, a pair of curved parts (for example, semicircular parts) facing each other whose both ends in the direction parallel to the long side part are convex outward. A sputtering target having a rectangular tubular shape with a rectangular cross section typically includes a pair of rotary targets forming a pair of long sides and a pair of short sides perpendicular to the long sides. It consists of two flat plates. In this case, the sputtering target can be assembled by preparing these rotary targets and flat plates separately and arranging them in a square tube shape. The rotary target constituting the pair of long side portions is generally made of a material having the same composition as the material for film formation, but may be made of materials different from each other. For example, one rotary target is made of material A, the other rotary target is made of material B, and a sputtered particle bundle from one rotary target and a sputtered particle bundle from the other rotary target are formed on the film formation body. By making it incident, a thin film made of A and B can be formed. If necessary, a thin film made of a multi-component material can be formed by using two or more materials as materials A and B. Can do. More specifically, for example, by configuring one rotary target with a metal M 1 composed of a single element and configuring the other rotary target with a metal M 2 composed of a single element, M 1 and M 2 It is possible to form a binary alloy thin film made of This means that a film formation method similar to the binary evaporation method in the vacuum evaporation method can be realized by the sputtering apparatus. Further, for example, by inserting a shield plate that can be taken in and out between the deposition target and the sputtering target, for example, while blocking the sputtered particle bundle from the other rotary target and moving the deposition target, First, a thin film made of A is formed on the film formation body by causing the sputtered particle bundle from the rotary target to enter the film formation body, and then the sputtered particle bundle from one rotary target is cut off. A thin film of B can be formed on the film formation body by causing the sputtered particle bundle from the other rotary target to enter the film formation body while moving the film formation body in the reverse direction. By doing so, a thin film having a two-layer structure of a thin film made of A and a thin film made of B formed thereon can be formed on the film formation target.

一般的には、スパッタリングターゲットの一対の長辺部以外の部分からのスパッタ粒子束は成膜に積極的に使用しないが、意図しない元素の混入を防止するため、典型的には、スパッタリングターゲットの一対の長辺部以外の部分は長辺部と同種の材料により構成される。しかしながら、スパッタリングターゲットの一対の長辺部以外の部分からのスパッタ粒子束を成膜に敢えて使用しない場合には、スパッタリングターゲットの一対の長辺部を構成するロータリーターゲット以外の部分は一対の長辺部を構成するロータリーターゲットと異なる材料により構成されることもある。   In general, sputtered particle bundles from portions other than the pair of long sides of the sputtering target are not actively used for film formation, but in order to prevent unintentional mixing of elements, The portions other than the pair of long side portions are made of the same material as the long side portions. However, when the sputtered particle bundle from a portion other than the pair of long sides of the sputtering target is not used for film formation, the portion other than the rotary target that constitutes the pair of long sides of the sputtering target is a pair of long sides. It may be composed of a material different from that of the rotary target constituting the part.

スパッタリングターゲットからは、スパッタリングターゲットに囲まれた空間の上方だけでなく、下方にもスパッタ粒子束を取り出すことができるため、必要に応じて、スパッタリングターゲットに囲まれた空間の下方において、別の被成膜体をスパッタリングターゲットに対し、このスパッタリングターゲットの長辺部を横断する方向に一定速度で移動させながら、この被成膜体の成膜領域に成膜を行うようにしてもよい。   From the sputtering target, the sputtered particle bundle can be taken out not only above the space surrounded by the sputtering target but also below, so that if necessary, another target can be placed below the space surrounded by the sputtering target. The film forming body may be formed on the film forming region of the film forming body while moving the film forming body with respect to the sputtering target at a constant speed in a direction crossing the long side portion of the sputtering target.

また、この発明は、
横断面形状が互いに対向する一対の長辺部を有する管状の形状を有し、エロージョン面が内側を向いているスパッタリングターゲットを有し、前記スパッタリングターゲットに沿って磁気回路が設けられているスパッタリングカソードにおいて、
前記スパッタリングターゲットのうちの前記一対の長辺部以外の二つの部分の少なくとも一方が、前記一対の長辺部を含む平面または曲面に関して前記一対の長辺部の一方の長辺部側から前記エロージョン面が捩じれた曲面を形成しながら湾曲して前記一対の長辺部の他方の長辺部側に延在した形状を有することを特徴とするものである。
The present invention also provides
Sputtering cathode having a tubular shape having a pair of long sides facing each other in cross section, an erosion surface facing inward, and a magnetic circuit provided along the sputtering target In
At least one of the two portions other than the pair of long side portions of the sputtering target is the erosion from one long side portion side of the pair of long side portions with respect to a plane or a curved surface including the pair of long side portions. The surface is curved while forming a twisted curved surface, and has a shape extending to the other long side portion of the pair of long side portions.

この発明においては、スパッタリングターゲットのうちの一対の長辺部以外の二つの部分の少なくとも一方は、一対の長辺部を含む平面または曲面に関して一対の長辺部の一方の長辺部側からエロージョン面が捩じれた曲面を形成しながら湾曲して一対の長辺部の他方の長辺部側に延在する途中で鉛直方向あるいはその前後の方向に向くことから、成膜中に発生するごみがスパッタリングターゲット上に沈着するのを防止することができる。一対の長辺部は、それぞれ平板により構成してもよいし、それぞれロータリーターゲットにより構成してもよい。その他のことについては、その性質に反しない限り、前記の発明に関連して説明したことが成立する。   In the present invention, at least one of the two portions other than the pair of long side portions in the sputtering target is eroded from one long side portion side of the pair of long side portions with respect to a plane or curved surface including the pair of long side portions. Since the surface is curved while forming a twisted curved surface and extends toward the other long side of the pair of long sides, it is directed in the vertical direction or in the front and back directions, so that dust generated during film formation is generated. It is possible to prevent deposition on the sputtering target. Each of the pair of long side portions may be formed of a flat plate, or may be formed of a rotary target. As for other matters, what has been described in relation to the above invention is valid as long as it is not contrary to the nature thereof.

また、この発明は、
横断面形状が互いに対向する一対の長辺部を有する管状の形状を有し、エロージョン面が内側を向いているスパッタリングターゲットを有し、前記スパッタリングターゲットに沿って磁気回路が設けられているスパッタリングカソードが複数、並列配置されていることを特徴とするスパッタリングカソード集合体である。
The present invention also provides
Sputtering cathode having a tubular shape having a pair of long sides facing each other in cross section, an erosion surface facing inward, and a magnetic circuit provided along the sputtering target Is a sputtering cathode assembly characterized in that a plurality of are arranged in parallel.

複数のスパッタリングカソードは、一対の長辺部を含む平面に平行な方向(典型的には水平方向)に並列配置されることもあるし、一対の長辺部を含む平面に対して垂直方向(典型的には鉛直方向)に並列配置されることもあり、必要に応じて選ばれる。   The plurality of sputtering cathodes may be arranged in parallel in a direction parallel to a plane including a pair of long sides (typically a horizontal direction) or perpendicular to a plane including a pair of long sides ( They are typically arranged in parallel in the vertical direction) and are selected as necessary.

各スパッタリングカソードは、典型的には、一対の長辺部を構成する第1平板および第2平板と、長辺部に垂直な互いに対向する一対の短辺部を構成する第3平板および第4平板とからなる。この場合、これらの第1平板〜第4平板を別々に作製し、これらを角管状に配置することによりスパッタリングターゲットを組み立てることができる。一対の長辺部を構成する第1平板および第2平板は、一般的には、成膜を行う材料と同じ組成の材料により構成されるが、互いに異なる材料により構成されたものであってもよい。例えば、第1平板を材料Aにより構成し、第2平板を材料Bにより構成し、第1平板からのスパッタ粒子束と第2平板からのスパッタ粒子束とを被成膜体に入射させることにより、AとBとからなる薄膜を成膜することができ、必要に応じて材料A、Bとして二元以上の材料を用いることにより、多元系材料からなる薄膜を成膜することができる。より具体的には、例えば、第1平板を単一元素からなる金属M1 により構成し、第2平板を単一元素からなる金属M2 により構成することにより、M1 とM2 とからなる二元合金薄膜を成膜することが可能である。典型的には、互いに隣接する一対のスパッタリングカソードの磁気回路の極性は互いに同一である。すなわち、互いに隣接する一対のスパッタリングターゲット表面のうちの一方の磁気回路がN極であるとすると、他方の隣接する磁気回路の対応する部分もN極となる。 Each sputtering cathode typically includes a first flat plate and a second flat plate forming a pair of long sides, and a third flat plate and a fourth flat plate forming a pair of short sides perpendicular to the long side. It consists of a flat plate. In this case, it is possible to assemble the sputtering target by separately preparing the first flat plate to the fourth flat plate and arranging them in a square tube shape. The first flat plate and the second flat plate constituting the pair of long sides are generally made of a material having the same composition as the material for film formation, but may be made of different materials. Good. For example, the first flat plate is made of the material A, the second flat plate is made of the material B, and the sputtered particle bundle from the first flat plate and the sputtered particle bundle from the second flat plate are incident on the film formation body. A thin film made of A and B can be formed, and a thin film made of a multi-component material can be formed by using two or more materials as materials A and B as required. More specifically, for example, the first flat plate is made of a metal M 1 made of a single element, and the second flat plate is made of a metal M 2 made of a single element, thereby forming M 1 and M 2. It is possible to form a binary alloy thin film. Typically, the polarities of the magnetic circuits of a pair of adjacent sputtering cathodes are the same. That is, if one magnetic circuit of a pair of sputtering target surfaces adjacent to each other has an N pole, the corresponding portion of the other adjacent magnetic circuit also has an N pole.

必要に応じて、一対の長辺部をそれぞれロータリーターゲットにより構成してもよい。また、必要に応じて、各スパッタリングカソードは、スパッタリングターゲットのうちの成膜が行われる空間に面する部分の近傍に補助磁極を有する。その他のことについては、その性質に反しない限り、前記の二つの発明に関連して説明したことが成立する。   As needed, you may comprise a pair of long side part with a rotary target, respectively. Further, as necessary, each sputtering cathode has an auxiliary magnetic pole in the vicinity of the portion of the sputtering target facing the space where film formation is performed. As for other matters, what has been described in relation to the above-mentioned two inventions is valid as long as it is not contrary to the nature thereof.

また、この発明は,
横断面形状が互いに対向する一対の長辺部を有する管状の形状を有し、エロージョン面が内側を向いているスパッタリングターゲットを有し、前記スパッタリングターゲットに沿って磁気回路が設けられ、前記一対の長辺部がそれぞれ円筒形状のロータリーターゲットにより構成されているスパッタリングカソードと、
前記スパッタリングターゲットのエロージョン面が露出するように設けられたアノードとを有することを特徴とするスパッタリング装置である。
In addition, this invention
The cross-sectional shape has a tubular shape having a pair of long sides facing each other, the erosion surface has a sputtering target facing inward, a magnetic circuit is provided along the sputtering target, and the pair of pairs A sputtering cathode whose long sides are each constituted by a cylindrical rotary target;
And an anode provided so that the erosion surface of the sputtering target is exposed.

また、この発明は,
横断面形状が互いに対向する一対の長辺部を有する管状の形状を有し、エロージョン面が内側を向いているスパッタリングターゲットを有し、前記スパッタリングターゲットに沿って磁気回路が設けられ、前記スパッタリングターゲットのうちの前記一対の長辺部以外の二つの部分の少なくとも一方が、前記一対の長辺部を含む平面または曲面に関して前記一対の長辺部の一方の長辺部側から前記エロージョン面が捩じれた曲面を形成しながら湾曲して前記一対の長辺部の他方の長辺部側に延在した形状を有するスパッタリングカソードと、
前記スパッタリングターゲットのエロージョン面が露出するように設けられたアノードとを有することを特徴とするスパッタリング装置である。
In addition, this invention
A sputtering target having a tubular shape having a pair of long sides opposed to each other in cross-sectional shape and having an erosion surface facing inward; a magnetic circuit is provided along the sputtering target; and the sputtering target At least one of the two portions other than the pair of long side portions is twisted on the erosion surface from one long side portion side of the pair of long side portions with respect to a plane or curved surface including the pair of long side portions. A sputtering cathode having a shape that is curved while forming a curved surface and extends to the other long side of the pair of long sides,
And an anode provided so that the erosion surface of the sputtering target is exposed.

また、この発明は,
横断面形状が互いに対向する一対の長辺部を有する管状の形状を有し、エロージョン面が内側を向いているスパッタリングターゲットを有し、前記スパッタリングターゲットに沿って磁気回路が設けられているスパッタリングカソードが複数、並列配置されているスパッタリングカソード集合体と、
それぞれの前記スパッタリングターゲットのエロージョン面が露出するように設けられたアノードとを有することを特徴とするスパッタリング装置である。
In addition, this invention
Sputtering cathode having a tubular shape having a pair of long sides facing each other in cross section, an erosion surface facing inward, and a magnetic circuit provided along the sputtering target A plurality of sputtering cathode assemblies arranged in parallel,
And an anode provided so that the erosion surface of each sputtering target is exposed.

ここで、典型的には、並列配置された複数のスパッタリングカソードのうち互いに隣接する二つのスパッタリングカソードの間には、交流電源が接続され、交流電圧が印加される。こうすることで、互いに隣接する二つのスパッタリングカソードが交互に、負極と正極とを繰り返すことができ、それによって交互にスパッタリングを行うことが可能となり、アノードに絶縁膜が堆積することで発生するアノード消失現象を回避でき、長時間安定した反応性スパッタリング成膜を低ダメージで実現できる。   Here, typically, an AC power supply is connected between two adjacent sputtering cathodes among a plurality of sputtering cathodes arranged in parallel, and an AC voltage is applied. By doing so, two sputtering cathodes adjacent to each other can alternately repeat a negative electrode and a positive electrode, thereby making it possible to perform sputtering alternately, and an anode generated by depositing an insulating film on the anode. Disappearance phenomenon can be avoided and reactive sputtering film formation stable for a long time can be realized with low damage.

前記の各スパッタリング装置においては、スパッタリングターゲットに囲まれた空間の上方においてスパッタリングターゲットの長辺部よりも幅が狭い成膜領域を有する被成膜体をスパッタリングターゲットに対し、スパッタリングターゲットの長辺部を横断する方向に一定速度で移動させながら、あるいは、スパッタリングターゲットに囲まれた空間の上方に静止させた状態で、スパッタリングターゲットの内面に沿って周回するプラズマが発生するように放電を行ってスパッタリングガスにより発生するプラズマ中のイオンによりスパッタリングターゲットの長辺部の内面をスパッタリングすることにより被成膜体の成膜領域に成膜を行う。前記の各スパッタリング装置の発明においては、前記以外のことについては、その性質に反しない限り、前記のスパッタリングカソードの発明に関連して説明したことが成立する。   In each of the above sputtering apparatuses, the deposition target having a deposition region narrower than the long side portion of the sputtering target above the space surrounded by the sputtering target is formed on the long side portion of the sputtering target. Sputtering is performed while discharging at a constant speed in the direction crossing the electrode or in a state where it is stationary above the space surrounded by the sputtering target so as to generate plasma that circulates along the inner surface of the sputtering target. The inner surface of the long side portion of the sputtering target is sputtered by ions in the plasma generated by the gas to form a film on the film formation region of the film formation target. In the invention of each sputtering apparatus described above, what has been described in relation to the invention of the sputtering cathode is valid as long as it is not contrary to its properties.

また、上述のスパッタリングカソード、スパッタリングカソード集合体およびスパッタリング装置の各発明においては、スパッタリングガスにより生成される正イオンが成膜中に被成膜体を衝撃することにより被成膜体および被成膜体上に成膜される薄膜にダメージが発生するのを防止するために、好適には、スパッタリングカソードとアノードとの間に印加する電圧がパルス波形であり、スパッタリングカソードにおける電圧パルスのハイレベルを0Vもしくは絶対値が概ね50V以下の負の電圧V0 −、ローレベルを絶対値が概ね100V以上の負の電圧VL −とすることで、正の電圧が印加されないようにする。 In each of the above-described sputtering cathode, sputtering cathode assembly, and sputtering apparatus, positive ions generated by the sputtering gas bombard the deposition target during deposition, and the deposition target and deposition target. In order to prevent damage to the thin film formed on the body, the voltage applied between the sputtering cathode and the anode is preferably a pulse waveform, and the high level of the voltage pulse at the sputtering cathode is reduced. By setting the negative voltage V 0 − with 0 V or an absolute value of approximately 50 V or less and the negative voltage V L − with an absolute value of approximately 100 V or more as a low level, a positive voltage is not applied.

この発明によれば、スパッタリングカソードのスパッタリングターゲットが横断面形状が互いに対向する一対の長辺部を有する管状の形状、すなわち四方が囲まれた形状を有し、エロージョン面が内側を向いていることにより、スパッタリング装置にこのスパッタリングカソードを取り付けて放電を行ったとき、スパッタリングターゲットのエロージョン面側にスパッタリングターゲットの内面を周回するプラズマを発生させることができる。このため、プラズマ密度を高くすることができることにより、成膜速度を十分に高くすることができる。また、プラズマが多く生成される場所はスパッタリングターゲットの表面近傍に限定されるため、プラズマから発光する光が被成膜体に照射されることにより損傷が生じるおそれを最小限にすることができる。また、特に、一対の長辺部がそれぞれロータリーターゲットにより構成されている場合には、ロータリーターゲットを回転させながらスパッタリングを行うことができるため、スパッタリングターゲットの使用効率が高い。また、特に、スパッタリングターゲットのうちの一対の長辺部以外の二つの部分の少なくとも一方が、一対の長辺部を含む平面または曲面に関して一対の長辺部の一方の長辺部側からエロージョン面が捩じれた曲面を形成しながら湾曲して一対の長辺部の他方の長辺部側に延在した形状を有することにより、成膜中に発生するごみがスパッタリングターゲットのその部分に沈着するのを防止することができ、それによってスパッタリングを安定して行うことができる。また、特に、スパッタリングカソードが複数、並列配置されているスパッタリングカソード集合体では、一対の長辺部を含む平面に平行な方向、典型的には水平方向に並列配置される場合は、これらのスパッタリングカソード集合体を覆うような大面積の被成膜体であっても成膜を行うことができ、一対の長辺部を含む平面に対して垂直方向、典型的には鉛直方向に並列配置される場合は、複数のスパッタリングターゲットからのスパッタ粒子を同時に使って成膜を行うことができるため、成膜速度を大幅に増加させることができる。   According to this invention, the sputtering target of the sputtering cathode has a tubular shape having a pair of long sides whose cross-sectional shapes face each other, that is, a shape surrounded by four sides, and the erosion surface faces inward. Thus, when this sputtering cathode is attached to the sputtering apparatus and discharge is performed, plasma that circulates around the inner surface of the sputtering target can be generated on the erosion surface side of the sputtering target. For this reason, since the plasma density can be increased, the deposition rate can be sufficiently increased. Further, since a place where a large amount of plasma is generated is limited to the vicinity of the surface of the sputtering target, it is possible to minimize the possibility of damage caused by irradiating the deposition target with light emitted from the plasma. In particular, when each of the pair of long sides is constituted by a rotary target, sputtering can be performed while rotating the rotary target, so that the use efficiency of the sputtering target is high. In particular, at least one of the two portions other than the pair of long sides of the sputtering target is an erosion surface from one long side of the pair of long sides with respect to a plane or curved surface including the pair of long sides. Is formed while forming a twisted curved surface and has a shape extending to the other long side of the pair of long sides, so that dust generated during film deposition is deposited on that part of the sputtering target. Therefore, sputtering can be performed stably. In particular, in the case of a sputtering cathode assembly in which a plurality of sputtering cathodes are arranged in parallel, when these are arranged in parallel in a direction parallel to a plane including a pair of long sides, typically in a horizontal direction, these sputtering cathodes are used. Even a large-area deposition target covering the cathode assembly can be formed, and is arranged in parallel in a vertical direction, typically in a vertical direction, with respect to a plane including a pair of long sides. In the case of film formation, film formation can be performed by simultaneously using sputtered particles from a plurality of sputtering targets, so that the film formation rate can be greatly increased.

この発明の第1の実施の形態によるスパッタリング装置を示す縦断面図である。1 is a longitudinal sectional view showing a sputtering apparatus according to a first embodiment of the present invention. この発明の第1の実施の形態によるスパッタリング装置のスパッタリングカソード集合体を示す平面図である。It is a top view which shows the sputtering cathode aggregate | assembly of the sputtering device by 1st Embodiment of this invention. この発明の第1の実施の形態によるスパッタリング装置において各スパッタリングターゲットの表面近傍にプラズマが発生した状態を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the state which the plasma generate | occur | produced in the surface vicinity of each sputtering target in the sputtering device by 1st Embodiment of this invention. この発明の第1の実施の形態によるスパッタリング装置において各スパッタリングターゲットの表面近傍にプラズマが発生した状態を示す平面図である。It is a top view which shows the state which the plasma generate | occur | produced in the surface vicinity of each sputtering target in the sputtering device by 1st Embodiment of this invention. この発明の第1の実施の形態によるスパッタリング装置により基板上に薄膜を成膜する方法を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the method of forming a thin film on a board | substrate with the sputtering device by 1st Embodiment of this invention. この発明の第1の実施の形態によるスパッタリング装置により基板上に薄膜を成膜する方法を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the method of forming a thin film on a board | substrate with the sputtering device by 1st Embodiment of this invention. この発明の第1の実施の形態によるスパッタリング装置により基板上に薄膜を成膜する方法を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the method of forming a thin film on a board | substrate with the sputtering device by 1st Embodiment of this invention. この発明の第1の実施の形態によるスパッタリング装置により基板上に薄膜を成膜する方法を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the method of forming a thin film on a board | substrate with the sputtering device by 1st Embodiment of this invention. この発明の第1の実施の形態によるスパッタリング装置により基板上に薄膜を成膜する方法を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the method of forming a thin film on a board | substrate with the sputtering device by 1st Embodiment of this invention. この発明の第1の実施の形態によるスパッタリング装置の実施例としてのスパッタリングカソードおよびアノードの構成を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the sputtering cathode and anode as an Example of the sputtering device by 1st Embodiment of this invention. この発明の第2の実施の形態によるスパッタリング装置のスパッタリングカソード集合体を構成するスパッタリングカソードを示す平面図である。It is a top view which shows the sputtering cathode which comprises the sputtering cathode assembly of the sputtering device by the 2nd Embodiment of this invention. この発明の第3の実施の形態によるスパッタリング装置を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the sputtering device by the 3rd Embodiment of this invention. この発明の第3の実施の形態によるスパッタリング装置のスパッタリングカソード集合体を示す平面図である。It is a top view which shows the sputtering cathode aggregate | assembly of the sputtering device by the 3rd Embodiment of this invention. この発明の第4の実施の形態によるスパッタリング装置を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the sputtering device by 4th Embodiment of this invention. この発明の第4の実施の形態によるスパッタリング装置のスパッタリングカソードを示す平面図である。It is a top view which shows the sputtering cathode of the sputtering device by 4th Embodiment of this invention. 図15のW−W線に沿っての断面図である。It is sectional drawing along the WW line of FIG. この発明の第4の実施の形態によるスパッタリング装置のスパッタリングカソードのロータリーターゲットの内部に設けられた永久磁石の傾斜角度を説明するための横断面図である。It is a cross-sectional view for demonstrating the inclination-angle of the permanent magnet provided in the inside of the rotary target of the sputtering cathode of the sputtering device by 4th Embodiment of this invention. この発明の第5の実施の形態によるスパッタリング装置のスパッタリングカソードを示す平面図である。It is a top view which shows the sputtering cathode of the sputtering device by 5th Embodiment of this invention. この発明の第6の実施の形態によるスパッタリング装置を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the sputtering device by 6th Embodiment of this invention. この発明の第6の実施の形態によるスパッタリング装置のスパッタリングカソードを示す平面図である。It is a top view which shows the sputtering cathode of the sputtering device by 6th Embodiment of this invention. この発明の第7の実施の形態によるスパッタリング装置を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the sputtering device by 7th Embodiment of this invention. この発明の第7の実施の形態によるスパッタリング装置のスパッタリングカソードのスパッタリングターゲットを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the sputtering target of the sputtering cathode of the sputtering device by 7th Embodiment of this invention. この発明の第8の実施の形態によるスパッタリング装置のパルス電源の電圧パルス波形を示す略線図である。It is a basic diagram which shows the voltage pulse waveform of the pulse power supply of the sputtering device by 8th Embodiment of this invention.

以下、発明を実施するための形態(以下、「実施の形態」という)について図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, modes for carrying out the invention (hereinafter referred to as “embodiments”) will be described with reference to the drawings.

〈第1の実施の形態〉
[スパッタリング装置]
図1および図2は第1の実施の形態によるスパッタリング装置を示す縦断面図および平面図であり、スパッタリング装置の真空容器の内部に設けられたスパッタリングカソード集合体付近の構成を示したものである。図1は図2のX−X線に沿っての断面図である。
<First Embodiment>
[Sputtering equipment]
FIG. 1 and FIG. 2 are a longitudinal sectional view and a plan view showing the sputtering apparatus according to the first embodiment, and show the configuration in the vicinity of the sputtering cathode assembly provided inside the vacuum vessel of the sputtering apparatus. . 1 is a cross-sectional view taken along line XX in FIG.

図1および図2に示すように、このスパッタリング装置においては、複数のスパッタリングカソードが水平面上に並列配置されており、これらのスパッタリングカソードによりスパッタリングカソード集合体が形成されている。スパッタリングカソード集合体を構成するスパッタリングカソードの数は、成膜を行う基板の大きさや成膜の仕方などに応じて適宜選択される。図1および図2においては、一例として、互いに隣接する一対のスパッタリングカソード1、2のみ示されているが、これに限定されるものではない。スパッタリングカソード1、2の間隔は、成膜を行う基板の大きさや成膜の仕方などに応じて適宜選択される。スパッタリングカソード集合体を構成するスパッタリングカソードの数が3以上の場合、スパッタリングカソードの間隔は、一般的には等間隔であるが、必ずしも等間隔でなくてもよく、その場合、間隔は必要に応じて選ばれる。   As shown in FIGS. 1 and 2, in this sputtering apparatus, a plurality of sputtering cathodes are arranged in parallel on a horizontal plane, and a sputtering cathode assembly is formed by these sputtering cathodes. The number of sputtering cathodes constituting the sputtering cathode assembly is appropriately selected according to the size of the substrate on which the film is formed, the method of film formation, and the like. In FIGS. 1 and 2, as an example, only a pair of sputtering cathodes 1 and 2 adjacent to each other is shown, but the present invention is not limited to this. The interval between the sputtering cathodes 1 and 2 is appropriately selected according to the size of the substrate on which the film is formed, the method of film formation, and the like. When the number of sputtering cathodes constituting the sputtering cathode assembly is 3 or more, the spacing between the sputtering cathodes is generally equal, but it is not always necessary. Chosen.

スパッタリングカソード1は、横断面形状が矩形の角管状の形状を有し、エロージョン面が内側を向いているスパッタリングターゲット10と、このスパッタリングターゲット10の外側に設けられた永久磁石20と、この永久磁石20の外側に設けられたヨーク30とを有する。これらのスパッタリングターゲット10、永久磁石20およびヨーク30によりスパッタリングカソード1が形成されている。このスパッタリングカソード1は、一般的には、電気的に絶縁された状態で真空容器に対して固定される。また、永久磁石20およびヨーク30により磁気回路が形成されている。永久磁石20の極性は図1に示す通りであるが、各々が全く逆の極性でも何ら差し支えない。スパッタリングターゲット10と永久磁石20との間には、好適には冷却用のバッキングプレートが設けられ、このバッキングプレートの内部に設けられた流路に例えば冷却水が流される。スパッタリングターゲット10により囲まれた直方体状の空間の下端の近傍に、スパッタリングターゲット10のエロージョン面が露出するようにL字型の断面形状を有するアノード40が設けられている。このアノード40は、一般的には、接地された真空容器に接続される。また、スパッタリングターゲット10により囲まれた直方体状の空間の上端の近傍に、スパッタリングターゲット10のエロージョン面が露出するようにL字型の断面形状を有する光線遮断シールド50が設けられている。光線遮断シールド50は導電体、典型的には金属により形成される。光線遮断シールド50はアノードを兼用し、アノード40と同様に、一般的には、接地された真空容器に接続される。光線遮断シールド50とスパッタリングターゲット10との間には、スパッタリングターゲット10のエロージョン面が露出するようにL字型の断面形状を有する補助磁極55が設けられている。補助磁極55は、永久磁石20およびヨーク30により形成された磁気回路により形成される磁力線が、スパッタリングカソード1の上方の、成膜が行われる空間に漏洩するのを防止するためのものであり、スパッタリングカソード1の上方に漏洩する磁力線を相殺するようにその磁極の配置が選ばれる。   The sputtering cathode 1 has a rectangular tubular shape with a rectangular cross section, and has a sputtering target 10 whose erosion surface faces inward, a permanent magnet 20 provided outside the sputtering target 10, and the permanent magnet. 20 and a yoke 30 provided on the outside. The sputtering cathode 1 is formed by the sputtering target 10, the permanent magnet 20 and the yoke 30. This sputtering cathode 1 is generally fixed to a vacuum vessel in an electrically insulated state. A magnetic circuit is formed by the permanent magnet 20 and the yoke 30. The polarities of the permanent magnets 20 are as shown in FIG. 1, but there is no problem even if the polarities are completely opposite. A cooling backing plate is preferably provided between the sputtering target 10 and the permanent magnet 20, and cooling water, for example, is caused to flow through a flow path provided inside the backing plate. An anode 40 having an L-shaped cross section is provided in the vicinity of the lower end of a rectangular parallelepiped space surrounded by the sputtering target 10 so that the erosion surface of the sputtering target 10 is exposed. The anode 40 is generally connected to a grounded vacuum vessel. In addition, a light shielding shield 50 having an L-shaped cross-sectional shape is provided in the vicinity of the upper end of a rectangular parallelepiped space surrounded by the sputtering target 10 so that the erosion surface of the sputtering target 10 is exposed. The light shielding shield 50 is formed of a conductor, typically a metal. The light shielding shield 50 also serves as an anode, and is generally connected to a grounded vacuum vessel in the same manner as the anode 40. An auxiliary magnetic pole 55 having an L-shaped cross section is provided between the light shielding shield 50 and the sputtering target 10 so that the erosion surface of the sputtering target 10 is exposed. The auxiliary magnetic pole 55 is for preventing the lines of magnetic force formed by the magnetic circuit formed by the permanent magnet 20 and the yoke 30 from leaking into the space above the sputtering cathode 1 where film formation is performed, The arrangement of the magnetic poles is selected so as to cancel out the lines of magnetic force leaking above the sputtering cathode 1.

スパッタリングカソード2は、永久磁石20の極性が図1に示す通り、スパッタリングカソード1の永久磁石20の極性と逆であることを除いて、スパッタリングカソード1と同一であり、向きも同じである。他のスパッタリングカソードがある場合も同様であり、互いに隣接する一対のスパッタリングカソードは永久磁石20の極性が互いに逆であることを除いて、互いに同一であり、向きも同じである。このように互いに隣接する一対のスパッタリングカソードの永久磁石20の極性が互いに逆であることにより、永久磁石20およびヨーク30により形成された磁気回路により形成される磁力線により、双方のスパッタリングカソードに一対のACスパッタ電力を印加した際は、図1に示すように、隣極へ移動するプラズマがスパッタリングカソード集合体の下方の空間に閉じ込められ、スパッタリングカソード集合体の上方の成膜が行われる空間へのプラズマ漏洩を効果的に防止することができる。さらに、この下方空間に別途補助磁極を用いて、隣接するスパッタリングカソードへのプラズマ移動をより効果的にしてもかまわない。   The sputtering cathode 2 is the same as the sputtering cathode 1 except that the polarity of the permanent magnet 20 is opposite to the polarity of the permanent magnet 20 of the sputtering cathode 1 as shown in FIG. The same applies to the case where there are other sputtering cathodes, and a pair of sputtering cathodes adjacent to each other are the same and have the same direction except that the polarities of the permanent magnets 20 are opposite to each other. Thus, since the polarities of the permanent magnets 20 of the pair of sputtering cathodes adjacent to each other are opposite to each other, a pair of magnetic fields formed by the magnetic circuit formed by the permanent magnet 20 and the yoke 30 cause a pair of sputtering cathodes When AC sputtering power is applied, as shown in FIG. 1, the plasma moving to the adjacent pole is confined in the space below the sputtering cathode assembly, and the film is formed above the sputtering cathode assembly. Plasma leakage can be effectively prevented. Furthermore, a separate auxiliary magnetic pole may be used in the lower space to make the plasma transfer to the adjacent sputtering cathode more effective.

図2に示すように、スパッタリングカソード集合体を構成する各スパッタリングカソードのスパッタリングターゲット10の互いに対向する一対の長辺部の間の距離をa、スパッタリングターゲット10の互いに対向する一対の短辺部の間の距離をbとすると、b/aは2以上に選ばれ、一般的には40以下に選ばれるが、これに限定されるものではない。aは一般的には50mm以上150mm以下に選ばれるが、これに限定されるものではない。   As shown in FIG. 2, the distance between a pair of opposing long sides of the sputtering target 10 of each sputtering cathode constituting the sputtering cathode assembly is a, and the distance between a pair of opposing short sides of the sputtering target 10 is set. If the distance between them is b, b / a is selected to be 2 or more, and generally 40 or less, but is not limited thereto. a is generally selected from 50 mm to 150 mm, but is not limited thereto.

図1に示すように、このスパッタリング装置においては、スパッタリングカソード集合体の上方の空間において、図示省略した所定の搬送機構に保持された基板S(被成膜体)に対して成膜を行うようになっている。成膜は、基板Sを、各スパッタリングカソードのスパッタリングターゲット10に対し、スパッタリングターゲット10の長辺部を横断する方向、典型的にはスパッタリングターゲット10の上端面に平行かつスパッタリングターゲット10の長辺部に垂直な方向に、典型的には一定速度で移動させながら行う場合と、基板Sをスパッタリングカソード集合体の上方に静止させ、その静止状態で行う場合とがある。スパッタリングターゲット10の長辺部に平行な方向の基板Sの成膜領域の幅は、bより小さく選ばれ、成膜時にはスパッタリングターゲット10の内側の互いに対向する一対の短辺部の間に収まるようになっている。基板Sの成膜領域の幅は基板Sの全面に成膜を行う場合は基板Sの幅と一致する。基板Sは、基本的にはどのようなものであってもよく、特に限定されない。基板Sは、いわゆるロールツーロールプロセスで用いられるようなロールに巻かれた長尺のフィルム状のものであってもよい。   As shown in FIG. 1, in this sputtering apparatus, film formation is performed on a substrate S (film formation target) held by a predetermined transport mechanism (not shown) in a space above the sputtering cathode assembly. It has become. In the film formation, the substrate S with respect to the sputtering target 10 of each sputtering cathode is transverse to the long side of the sputtering target 10, typically parallel to the upper end surface of the sputtering target 10 and the long side of the sputtering target 10. There are a case where the substrate S is moved while being moved at a constant speed in a direction perpendicular to the substrate, and a case where the substrate S is stationary above the sputtering cathode assembly and is performed in the stationary state. The width of the film formation region of the substrate S in the direction parallel to the long side portion of the sputtering target 10 is selected to be smaller than b, so that it falls within a pair of short side portions facing each other inside the sputtering target 10 during film formation. It has become. The width of the film formation region of the substrate S coincides with the width of the substrate S when film formation is performed on the entire surface of the substrate S. The substrate S may basically be anything and is not particularly limited. The substrate S may be in the form of a long film wound on a roll used in a so-called roll-to-roll process.

[スパッタリング装置による成膜方法]
基板Sは、成膜前は、スパッタリングターゲット10により囲まれた空間の上方から十分に離れた位置にある。
[Film Forming Method Using Sputtering Apparatus]
The substrate S is at a position sufficiently away from above the space surrounded by the sputtering target 10 before film formation.

真空容器を真空ポンプにより高真空に排気した後、スパッタリングターゲット10により囲まれた空間にスパッタリングガスとしてArガスを導入し、アノード40とスパッタリングカソード1、2との間に、所定の電源により、プラズマ発生に必要な交流電圧を印加する。典型的には、アノード40が接地され、スパッタリングカソード1とスパッタリングカソード2との間に、高電圧の交流電圧(例えば、−400V)が印加される。こうすることで、スパッタリングカソード1に負の高電圧が印加される間は、図3および図4に示すように、スパッタリングターゲット10の表面近傍にこのスパッタリングターゲット10の内面に沿って周回するプラズマ60が発生する。スパッタリングカソード1に負の高電圧が印加されない間はプラズマ60は発生しない。また、スパッタリングカソード2に負の高電圧が印加される間は、このスパッタリングカソード2のスパッタリングターゲット10の表面近傍にこのスパッタリングターゲット10の内面に沿って周回するプラズマ60が発生する。スパッタリングカソード2に負の高電圧が印加されない間はプラズマ60は発生しない。図3および図4に示すようにスパッタリングターゲット10の内面に沿って周回するプラズマ60中のArイオンによりスパッタリングターゲット10がスパッタリングされる結果、スパッタリングターゲット10を構成する原子がスパッタリングターゲット10により囲まれた空間から上方に飛び出す。このとき、スパッタリングターゲット10のエロージョン面のうちプラズマ60の近傍の部分の至る所から原子が飛び出すが、スパッタリングターゲット10の内側の短辺部のエロージョン面から飛び出す原子は、基本的には成膜に使用しない。このためには、スパッタリングターゲット10の長辺方向の両端部を遮蔽するようにスパッタリングターゲット10の上方に水平遮蔽板を設けることにより、スパッタリングターゲット10の短辺部のエロージョン面から飛び出す原子が成膜時に基板Sに到達しないようにすればよい。あるいは、スパッタリングターゲット10の長手方向の幅bを基板Sの幅より十分に大きくすることにより、スパッタリングターゲット10の短辺部のエロージョン面から飛び出す原子が成膜時に基板Sに到達しないようにしてもよい。スパッタリングターゲット10から飛び出る原子の一部は光線遮断シールド50により遮られる結果、スパッタリングターゲット10の長辺部のエロージョン面から、図5に示すようなスパッタ粒子束70、80が得られる。スパッタ粒子束70、80は、スパッタリングターゲット10の長手方向にほぼ均一な強度分布を有する。一方、スパッタリングカソード2に負の高電圧が印加される間は、図3および図4に示すと同様に、スパッタリングターゲット10の表面近傍にこのスパッタリングターゲット10の内面に沿って周回するプラズマ60が発生し、その結果、スパッタ粒子束70、80によるスパッタリングが行われる。スパッタリングカソード1に負の高電圧が印加されない間はプラズマ60は発生せず、スパッタリングは起きない。すなわち、以上の説明から分かるように、スパッタリングカソード1とスパッタリングカソード2とは交互に使用される。   After evacuating the vacuum vessel to a high vacuum with a vacuum pump, Ar gas is introduced as a sputtering gas into the space surrounded by the sputtering target 10, and plasma is supplied between the anode 40 and the sputtering cathodes 1 and 2 by a predetermined power source. Apply the AC voltage required for generation. Typically, the anode 40 is grounded, and a high-voltage AC voltage (for example, −400 V) is applied between the sputtering cathode 1 and the sputtering cathode 2. By doing so, while a negative high voltage is applied to the sputtering cathode 1, as shown in FIGS. 3 and 4, the plasma 60 circulates along the inner surface of the sputtering target 10 near the surface of the sputtering target 10. Will occur. The plasma 60 is not generated while a negative high voltage is not applied to the sputtering cathode 1. Further, while a negative high voltage is applied to the sputtering cathode 2, plasma 60 that circulates along the inner surface of the sputtering target 10 is generated near the surface of the sputtering target 10 of the sputtering cathode 2. Plasma 60 is not generated while a negative high voltage is not applied to the sputtering cathode 2. As shown in FIGS. 3 and 4, the sputtering target 10 is sputtered by Ar ions in the plasma 60 that circulates along the inner surface of the sputtering target 10. As a result, atoms constituting the sputtering target 10 are surrounded by the sputtering target 10. Jump out of space. At this time, atoms jump out of the erosion surface of the sputtering target 10 in the vicinity of the plasma 60, but the atoms jumping out from the erosion surface on the short side inside the sputtering target 10 are basically used for film formation. do not use. For this purpose, by providing a horizontal shielding plate above the sputtering target 10 so as to shield both ends of the long side direction of the sputtering target 10, atoms that jump out from the erosion surface of the short side of the sputtering target 10 are formed. Sometimes it is sufficient not to reach the substrate S. Alternatively, by making the width b in the longitudinal direction of the sputtering target 10 sufficiently larger than the width of the substrate S, atoms that protrude from the erosion surface of the short side portion of the sputtering target 10 do not reach the substrate S during film formation. Good. As a result of part of the atoms popping out from the sputtering target 10 being blocked by the light shielding shield 50, sputtered particle bundles 70 and 80 as shown in FIG. 5 are obtained from the erosion surface of the long side of the sputtering target 10. The sputtered particle bundles 70 and 80 have a substantially uniform intensity distribution in the longitudinal direction of the sputtering target 10. On the other hand, while a negative high voltage is applied to the sputtering cathode 2, plasma 60 that circulates along the inner surface of the sputtering target 10 is generated near the surface of the sputtering target 10 as shown in FIGS. 3 and 4. As a result, sputtering by the sputtered particle bundles 70 and 80 is performed. While no negative high voltage is applied to the sputtering cathode 1, the plasma 60 is not generated and sputtering does not occur. That is, as can be seen from the above description, the sputtering cathode 1 and the sputtering cathode 2 are used alternately.

まず、基板Sを移動させながら成膜を行う場合について説明する。   First, a case where film formation is performed while the substrate S is moved will be described.

スパッタリングカソード1、2のスパッタリングターゲット10により安定なスパッタ粒子束70、80が得られるようになった時点で、基板Sを、スパッタリングカソード1のスパッタリングターゲット10に対し、スパッタリングターゲット10の長辺部を横断する方向に一定速度で移動させながら、スパッタ粒子束70、80により成膜を行う。基板Sが、スパッタリングターゲット10により囲まれた空間の上方に向かって移動すると、まずスパッタ粒子束70が基板Sに入射して成膜が開始する。基板Sの先端がスパッタリングターゲット10により囲まれた空間の中央付近の上方に差しかかった時点の様子を図6に示す。この時点では、スパッタ粒子束80は成膜に寄与していない。基板Sがさらに移動し、スパッタ粒子束80が入射するようになると、スパッタ粒子束70に加えてスパッタ粒子束80も成膜に寄与するようになる。基板Sがさらに移動し、スパッタリングカソード2に至ると、スパッタリングカソード2のスパッタリングターゲット10により得られるスパッタ粒子束70、80により同様に成膜が行われる。基板Sがさらに移動してスパッタリングカソード集合体の真上に移動した時の様子を図7に示す。図7に示すように、基板Sにスパッタリングカソード1、2のスパッタリングターゲット10により得られるスパッタ粒子束70、80が入射して成膜が行われる。こうして成膜を行いながら基板Sを移動させる。そして、図8に示すように、基板Sが、スパッタリングカソード集合体の上方から十分に離れ、基板Sに対してスパッタ粒子束70、80が入射しなくなる位置まで移動させる。こうして、基板S上に薄膜Fが成膜される。   When stable sputtered particle bundles 70 and 80 are obtained by the sputtering target 10 of the sputtering cathodes 1 and 2, the long side portion of the sputtering target 10 is placed on the substrate S with respect to the sputtering target 10 of the sputtering cathode 1. The film is formed by the sputtered particle bundles 70 and 80 while moving at a constant speed in the transverse direction. When the substrate S moves upward in the space surrounded by the sputtering target 10, first, the sputtered particle bundle 70 enters the substrate S and film formation starts. FIG. 6 shows a state at the time when the tip of the substrate S approaches the vicinity of the center of the space surrounded by the sputtering target 10. At this time, the sputtered particle bundle 80 does not contribute to film formation. When the substrate S further moves and the sputtered particle bundle 80 enters, the sputtered particle bundle 80 in addition to the sputtered particle bundle 70 also contributes to the film formation. When the substrate S further moves and reaches the sputtering cathode 2, film formation is similarly performed by the sputtered particle bundles 70 and 80 obtained by the sputtering target 10 of the sputtering cathode 2. FIG. 7 shows a state where the substrate S further moves and moves right above the sputtering cathode assembly. As shown in FIG. 7, the sputtered particle bundles 70 and 80 obtained by the sputtering target 10 of the sputtering cathodes 1 and 2 are incident on the substrate S to form a film. Thus, the substrate S is moved while film formation is performed. Then, as shown in FIG. 8, the substrate S is moved away from the upper part of the sputtering cathode assembly to a position where the sputtered particle bundles 70 and 80 do not enter the substrate S. Thus, the thin film F is formed on the substrate S.

次に、基板Sを移動させないで成膜を行う場合、すなわち静止成膜を行う場合について説明する。   Next, a case where film formation is performed without moving the substrate S, that is, a case where static film formation is performed will be described.

この場合、図9に示すように、基板Sが複数のスパッタリングカソードにまたがる大きさを有するとする。基板Sと各スパッタリングカソードとの間の空間には、スパッタ粒子束70、80が基板Sに入射するのを防止するためのシャッター(図示せず)を挿入することができるようになっている。そして、シャッターを基板Sと各スパッタリングカソードとの間の空間に挿入した状態で、各スパッタリングカソードにより安定なスパッタ粒子束70、80が得られるようになった時点でシャッターを基板Sと各スパッタリングカソードとの間の空間の外部に移動させる。この時点で基板Sに対してスパッタ粒子束70、80が入射し、成膜が開始する。こうして必要な時間、スパッタリングを行うことにより基板S上に薄膜Fが静止成膜により成膜される。但し、向かい合うターゲット表面間の距離、ターゲット端部と基板間の距離、隣接するカソードの間隔は最適な値に設定されている。   In this case, as shown in FIG. 9, it is assumed that the substrate S has a size over a plurality of sputtering cathodes. In the space between the substrate S and each sputtering cathode, a shutter (not shown) for preventing the sputtered particle bundles 70 and 80 from entering the substrate S can be inserted. Then, when a stable sputtered particle bundle 70, 80 can be obtained by each sputtering cathode with the shutter inserted in the space between the substrate S and each sputtering cathode, the shutter is moved to the substrate S and each sputtering cathode. Move outside the space between. At this time, the sputtered particle bundles 70 and 80 are incident on the substrate S, and film formation is started. Thus, the thin film F is formed on the substrate S by stationary film formation by performing sputtering for a necessary time. However, the distance between the target surfaces facing each other, the distance between the target end and the substrate, and the distance between adjacent cathodes are set to optimum values.

[スパッタリング装置のスパッタリングカソードおよびアノードの実施例]
図10に示すように、スパッタリングターゲット10を四つの板状のスパッタリングターゲット10a、10b、10c、10dにより形成し、永久磁石20を四つの板状あるいは棒状の永久磁石20a、20b、20c、20dにより形成し、ヨーク30を四つの板状のヨーク30a、30b、30c、30dにより形成する。また、スパッタリングターゲット10a、10b、10c、10dと永久磁石20a、20b、20c、20dとの間にそれぞれバッキングプレート90a、90b、90c、90dを挿入する。スパッタリングターゲット10aとスパッタリングターゲット10cとの間の距離は80mm、スパッタリングターゲット10bとスパッタリングターゲット10dとの間の距離は200mm、スパッタリングターゲット10a、10b、10c、10dの高さは80mmとする。
[Examples of sputtering cathode and anode of sputtering apparatus]
As shown in FIG. 10, the sputtering target 10 is formed by four plate-like sputtering targets 10a, 10b, 10c, and 10d, and the permanent magnet 20 is formed by four plate-like or rod-like permanent magnets 20a, 20b, 20c, and 20d. The yoke 30 is formed by four plate-shaped yokes 30a, 30b, 30c, and 30d. Further, backing plates 90a, 90b, 90c, and 90d are inserted between the sputtering targets 10a, 10b, 10c, and 10d and the permanent magnets 20a, 20b, 20c, and 20d, respectively. The distance between the sputtering target 10a and the sputtering target 10c is 80 mm, the distance between the sputtering target 10b and the sputtering target 10d is 200 mm, and the height of the sputtering targets 10a, 10b, 10c, and 10d is 80 mm.

ヨーク30a、30b、30c、30dの外側には四つの板状のアノード100a、100b、100c、100dを設ける。これらのアノード100a、100b、100c、100dはアノード40とともに、接地された真空容器に接続される。   Four plate-like anodes 100a, 100b, 100c, and 100d are provided outside the yokes 30a, 30b, 30c, and 30d. These anodes 100a, 100b, 100c, and 100d are connected together with the anode 40 to a grounded vacuum vessel.

以上のように、この第1の実施の形態によれば、横断面形状が矩形の角管状の形状を有し、エロージョン面が内側を向いているスパッタリングターゲット10を有するスパッタリングカソードが水平面上に複数、並列配置され、しかも互いに隣接する二つのスパッタリングカソードの永久磁石20の極性が互いに逆であることにより、次のような種々の利点を得ることができる。すなわち、並列配置された複数のスパッタリングカソード1を用いてスパッタリングを行うことができるため、大面積の基板S上に高速で薄膜Fの成膜を行うことができる。また、スパッタリングターゲット10のエロージョン面側にこのスパッタリングターゲット10の内面を周回するプラズマ60を発生させることができる。このため、プラズマ60の密度を高くすることができることにより、成膜速度を十分に高くすることができる。また、プラズマ60が多く生成される場所はスパッタリングターゲット10の表面近傍に限定されるため、光線遮断シールド50が設けられていることと相まって、プラズマ60から発光する光が基板Sに照射されることにより損傷が生じるおそれを最小限に抑えることができる。また、永久磁石20およびヨーク30により形成される磁気回路により発生する磁力線は、基本的にスパッタリングカソードに拘束され、しかも互いに隣接する二つのスパッタリングカソードの永久磁石20の極性が互いに逆であり、さらに補助磁極55が設けられていることにより、磁気回路により発生する磁力線のうち下方に向かう磁力線は図1に示すようにスパッタリングカソード集合体の下方の空間に閉じ込められ、基板Sに向かわないため、プラズマ60や電子線により基板Sに損傷が生じるおそれがない。また、スパッタリングターゲット10の互いに対向する一対の長辺部から得られるスパッタ粒子束70、80を用いて成膜を行うので、反射スパッタ中性ガスのエネルギーの高い粒子により基板Sが衝撃され、損傷が生じるのを最小限に抑えることができる。さらに、スパッタリングターゲット10の互いに対向する一対の長辺部から得られるスパッタ粒子束70、80はこの長辺部に平行な方向に均一な強度分布を有するため、基板Sをこの長辺部を横断する方向、例えばこの長辺部に垂直な方向に一定速度で移動させながら成膜を行うことと相まって、基板S上に成膜される薄膜Fの膜厚のばらつきを小さくすることができ、例えば膜厚分布を±5%以下にすることができる。このスパッタリング装置は、例えば、半導体デバイス、有機太陽電池、無機太陽電池、液晶ディスプレイ、有機ELディスプレイ、フィルムなどの各種のデバイスの製造において電極材料などの成膜に適用して好適なものである。   As described above, according to the first embodiment, a plurality of sputtering cathodes having a sputtering target 10 having a rectangular tubular shape in cross section and an erosion surface facing inward are provided on a horizontal plane. Since the polarities of the permanent magnets 20 of the two sputtering cathodes arranged in parallel and adjacent to each other are opposite to each other, the following various advantages can be obtained. That is, since sputtering can be performed using a plurality of sputtering cathodes 1 arranged in parallel, the thin film F can be formed on the large-area substrate S at high speed. Moreover, the plasma 60 which goes around the inner surface of the sputtering target 10 can be generated on the erosion surface side of the sputtering target 10. For this reason, since the density of the plasma 60 can be increased, the deposition rate can be sufficiently increased. In addition, since the place where the plasma 60 is largely generated is limited to the vicinity of the surface of the sputtering target 10, the light emitted from the plasma 60 is irradiated onto the substrate S coupled with the provision of the light shielding shield 50. Can minimize the risk of damage. The lines of magnetic force generated by the magnetic circuit formed by the permanent magnet 20 and the yoke 30 are basically constrained by the sputtering cathode, and the polarities of the permanent magnets 20 of the two sputtering cathodes adjacent to each other are opposite to each other. Since the auxiliary magnetic pole 55 is provided, the magnetic field lines directed downward among the magnetic field lines generated by the magnetic circuit are confined in the space below the sputtering cathode assembly as shown in FIG. There is no possibility that the substrate S is damaged by 60 or the electron beam. In addition, since the film formation is performed using the sputtered particle bundles 70 and 80 obtained from the pair of long sides facing each other of the sputtering target 10, the substrate S is impacted and damaged by the high energy particles of the reflective sputtering neutral gas. Can be minimized. Further, since the sputtered particle bundles 70 and 80 obtained from a pair of long side portions facing each other of the sputtering target 10 have a uniform intensity distribution in a direction parallel to the long side portions, the substrate S crosses the long side portions. The film thickness variation of the thin film F formed on the substrate S can be reduced in combination with the film forming while moving at a constant speed in the direction to be moved, for example, the direction perpendicular to the long side portion, for example, The film thickness distribution can be ± 5% or less. This sputtering apparatus is suitable for application to film formation of electrode materials and the like in the manufacture of various devices such as semiconductor devices, organic solar cells, inorganic solar cells, liquid crystal displays, organic EL displays, and films.

〈第2の実施の形態〉
[スパッタリング装置]
第2の実施の形態によるスパッタリング装置は、スパッタリングターゲット10として図11に示すようなものを用いる点が、第1の実施の形態によるスパッタリング装置と異なる。すなわち、図11に示すように、スパッタリングターゲット10は、互いに平行に対向する一対の長辺部とこれらの長辺部に連結した半円形部とからなる。スパッタリングターゲット10の外側に設けられた永久磁石20も、この永久磁石20の外側に設けられたヨーク30も、スパッタリングターゲット10と同様な形状を有する。このスパッタリング装置のその他の構成は第1の実施の形態によるスパッタリング装置と同様である。
<Second Embodiment>
[Sputtering equipment]
The sputtering apparatus according to the second embodiment is different from the sputtering apparatus according to the first embodiment in that a sputtering target 10 as shown in FIG. 11 is used. That is, as shown in FIG. 11, the sputtering target 10 includes a pair of long side portions opposed in parallel to each other and semicircular portions connected to these long side portions. The permanent magnet 20 provided outside the sputtering target 10 and the yoke 30 provided outside the permanent magnet 20 have the same shape as the sputtering target 10. Other configurations of the sputtering apparatus are the same as those of the sputtering apparatus according to the first embodiment.

[スパッタリング装置による成膜方法]
このスパッタリング装置による成膜方法は第1の実施の形態と同様である。
[Film Forming Method Using Sputtering Apparatus]
The film forming method using this sputtering apparatus is the same as in the first embodiment.

この第2の実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様な利点を得ることができる。   According to the second embodiment, advantages similar to those of the first embodiment can be obtained.

〈第3の実施の形態〉
[スパッタリング装置]
図12および図13は第3の実施の形態によるスパッタリング装置を示す縦断面図および平面図であり、スパッタリング装置の真空容器の内部に設けられたスパッタリングカソード集合体付近の構成を示したものである。図13は図12のY−Y線に沿っての断面図である。
<Third Embodiment>
[Sputtering equipment]
FIGS. 12 and 13 are a longitudinal sectional view and a plan view showing a sputtering apparatus according to the third embodiment, and show the configuration in the vicinity of the sputtering cathode assembly provided in the vacuum vessel of the sputtering apparatus. . 13 is a cross-sectional view taken along line YY of FIG.

図12および図13に示すように、このスパッタリング装置においては、複数のスパッタリングカソードが鉛直面上に並列配置されており、これらのスパッタリングカソードによりスパッタリングカソード集合体が形成されている。スパッタリングカソード集合体を構成するスパッタリングカソードの数は、必要な成膜速度などに応じて適宜選択される。図12および図13においては、一例として、互いに隣接する一対のスパッタリングカソード1、2のみ示されているが、これに限定されるものではない。スパッタリングカソード1、2の間隔は、スパッタリングカソード集合体の上方の空間において、スパッタリングカソード1だけでなく、スパッタリングカソード2によってもスパッタリングにより成膜を行うことができるように適宜選択される。スパッタリングカソード集合体を構成するスパッタリングカソードの数が3以上の場合、スパッタリングカソードの間隔は、一般的には等間隔であるが、必ずしも等間隔でなくてもよく、その場合、間隔は必要に応じて選ばれる。このスパッタリング装置のその他のことは第1の実施の形態と同様である。   As shown in FIGS. 12 and 13, in this sputtering apparatus, a plurality of sputtering cathodes are arranged in parallel on a vertical surface, and a sputtering cathode assembly is formed by these sputtering cathodes. The number of sputtering cathodes constituting the sputtering cathode assembly is appropriately selected according to the required film formation rate. In FIG. 12 and FIG. 13, as an example, only a pair of sputtering cathodes 1 and 2 adjacent to each other is shown, but the present invention is not limited to this. The spacing between the sputtering cathodes 1 and 2 is appropriately selected so that the film can be formed by sputtering not only with the sputtering cathode 1 but also with the sputtering cathode 2 in the space above the sputtering cathode assembly. When the number of sputtering cathodes constituting the sputtering cathode assembly is 3 or more, the spacing between the sputtering cathodes is generally equal, but it is not always necessary. Chosen. Other aspects of this sputtering apparatus are the same as those of the first embodiment.

[スパッタリング装置による成膜方法]
真空容器を真空ポンプにより高真空に排気した後、スパッタリングターゲット10により囲まれた空間にスパッタリングガスとしてArガスを導入し、アノード40とスパッタリングカソードとの間に、所定の電源によりプラズマ発生に必要な、一般的には直流の高電圧を印加する。一般的には、アノード40が接地され、スパッタリングカソードに負の高電圧(例えば、−400V)が印加される。これによって、図3および図4に示すと同様に、スパッタリングターゲット10の表面近傍にこのスパッタリングターゲット10の内面に沿って周回するプラズマ60が発生する。
[Film Forming Method Using Sputtering Apparatus]
After the vacuum vessel is evacuated to a high vacuum by a vacuum pump, Ar gas is introduced as a sputtering gas into the space surrounded by the sputtering target 10 and is necessary for generating plasma by a predetermined power source between the anode 40 and the sputtering cathode. In general, a high DC voltage is applied. In general, the anode 40 is grounded, and a negative high voltage (for example, −400 V) is applied to the sputtering cathode. As a result, as shown in FIGS. 3 and 4, plasma 60 that circulates along the inner surface of the sputtering target 10 is generated near the surface of the sputtering target 10.

基板Sは、成膜前は、スパッタリングターゲット10により囲まれた空間の上方から十分に離れた位置にある。   The substrate S is at a position sufficiently away from above the space surrounded by the sputtering target 10 before film formation.

各スパッタリングカソードのスパッタリングターゲット10の内面に沿って周回するプラズマ60中のArイオンによりスパッタリングターゲット10がスパッタリングされる結果、スパッタリングターゲット10を構成する原子がスパッタリングターゲット10により囲まれた空間から上方に飛び出す。このとき、スパッタリングターゲット10のエロージョン面のうちプラズマ60の近傍の部分の至る所から原子が飛び出すが、スパッタリングターゲット10の内側の短辺部のエロージョン面から飛び出す原子は、基本的には成膜に使用しない。このためには、スパッタリングターゲット10の長辺方向の両端部を遮蔽するようにスパッタリングターゲット10の上方に水平遮蔽板を設けることにより、スパッタリングターゲット10の短辺部のエロージョン面から飛び出す原子が成膜時に基板Sに到達しないようにすればよい。あるいは、スパッタリングターゲット10の長手方向の幅bを基板Sの幅より十分に大きくすることにより、スパッタリングターゲット10の短辺部のエロージョン面から飛び出す原子が成膜時に基板Sに到達しないようにしてもよい。スパッタリングターゲット10から飛び出る原子の一部は光線遮断シールド50により遮られる結果、スパッタリングターゲット10の長辺部のエロージョン面から、図5に示すと同様なスパッタ粒子束70、80が得られる。スパッタ粒子束70、80は、スパッタリングターゲット10の長手方向にほぼ均一な強度分布を有する。   As a result of the sputtering target 10 being sputtered by Ar ions in the plasma 60 that circulate along the inner surface of the sputtering target 10 of each sputtering cathode, the atoms constituting the sputtering target 10 jump upward from the space surrounded by the sputtering target 10. . At this time, atoms jump out of the erosion surface of the sputtering target 10 in the vicinity of the plasma 60, but the atoms jumping out from the erosion surface on the short side inside the sputtering target 10 are basically used for film formation. do not use. For this purpose, by providing a horizontal shielding plate above the sputtering target 10 so as to shield both ends of the long side direction of the sputtering target 10, atoms that jump out from the erosion surface of the short side of the sputtering target 10 are formed. Sometimes it is sufficient not to reach the substrate S. Alternatively, by making the width b in the longitudinal direction of the sputtering target 10 sufficiently larger than the width of the substrate S, atoms that protrude from the erosion surface of the short side portion of the sputtering target 10 do not reach the substrate S during film formation. Good. As a result of part of the atoms jumping out of the sputtering target 10 being blocked by the light shielding shield 50, sputtered particle bundles 70 and 80 similar to those shown in FIG. 5 are obtained from the erosion surface of the long side portion of the sputtering target 10. The sputtered particle bundles 70 and 80 have a substantially uniform intensity distribution in the longitudinal direction of the sputtering target 10.

各スパッタリングカソードから安定なスパッタ粒子束70、80が得られるようになった時点で、基板Sを、スパッタリングターゲット10に対し、スパッタリングターゲット10の長辺部を横断する方向に一定速度で移動させながら、スパッタ粒子束70、80により成膜を行う。基板Sが、スパッタリングターゲット10により囲まれた空間の上方に向かって移動すると、まずスパッタ粒子束70が基板Sに入射して成膜が開始する。基板Sの先端がスパッタリングターゲット10により囲まれた空間の中央付近の上方に差しかかった時点では、スパッタ粒子束80は成膜に寄与していない。基板Sがさらに移動し、スパッタ粒子束80が入射するようになると、スパッタ粒子束70に加えてスパッタ粒子束80も成膜に寄与するようになる。基板Sがスパッタリングターゲット10により囲まれた空間の真上に移動した時には基板Sにスパッタ粒子束70、80が入射して成膜が行われる。こうして成膜を行いながら基板Sをさらに移動させる。そして、基板Sが、スパッタリングターゲット10により囲まれた空間の上方から十分に離れ、基板Sに対してスパッタ粒子束70、80が入射しなくなる位置まで移動させる。こうして、基板S上に薄膜Fが成膜される。   When stable sputtered particle bundles 70 and 80 are obtained from each sputtering cathode, the substrate S is moved at a constant speed in a direction crossing the long side of the sputtering target 10 with respect to the sputtering target 10. Then, film formation is performed by the sputtered particle bundles 70 and 80. When the substrate S moves upward in the space surrounded by the sputtering target 10, first, the sputtered particle bundle 70 enters the substrate S and film formation starts. The sputtered particle bundle 80 does not contribute to the film formation when the tip of the substrate S approaches the vicinity of the center of the space surrounded by the sputtering target 10. When the substrate S further moves and the sputtered particle bundle 80 enters, the sputtered particle bundle 80 in addition to the sputtered particle bundle 70 also contributes to the film formation. When the substrate S moves right above the space surrounded by the sputtering target 10, the sputtered particle bundles 70 and 80 are incident on the substrate S to form a film. In this way, the substrate S is further moved while forming a film. Then, the substrate S is moved sufficiently far from above the space surrounded by the sputtering target 10 and moved to a position where the sputtered particle bundles 70 and 80 do not enter the substrate S. Thus, the thin film F is formed on the substrate S.

この第3の実施の形態によれば、横断面形状が矩形の角管状の形状を有し、エロージョン面が内側を向いているスパッタリングターゲット10を有するスパッタリングカソードが鉛直面上に複数、並列配置され、しかも互いに隣接する二つのスパッタリングカソードの永久磁石20の極性が互いに逆であることにより、次のような種々の利点を得ることができる。すなわち、鉛直面上に並列配置された複数のスパッタリングカソードを用いてスパッタリングを行うことができるため、基板S上に高速で薄膜Fの成膜を行うことができる。また、スパッタリングターゲット10のエロージョン面側にこのスパッタリングターゲット10の内面を周回するプラズマ60を発生させることができる。このため、プラズマ60の密度を高くすることができることにより、成膜速度を十分に高くすることができる。また、プラズマ60が多く生成される場所はスパッタリングターゲット10の表面近傍に限定されるため、光線遮断シールド50が設けられていることと相まって、プラズマ60から発光する光が基板Sに照射されることにより損傷が生じるおそれを最小限に抑えることができる。また、永久磁石20およびヨーク30により形成される磁気回路により発生する磁力線は、基本的にスパッタリングカソードに拘束され、しかも互いに隣接する二つのスパッタリングカソードの永久磁石20の極性が互いに逆であり、さらに補助磁極55が設けられていることにより、磁気回路により発生する磁力線のうち下方に向かう磁力線は図12に示すようにスパッタリングカソード集合体の近傍の空間に閉じ込められ、基板Sに向かわないため、プラズマ60や電子線により基板Sに損傷が生じるおそれがない。また、スパッタリングターゲット10の互いに対向する一対の長辺部から得られるスパッタ粒子束70、80を用いて成膜を行うので、反射スパッタ中性ガスのエネルギーの高い粒子により基板Sが衝撃され、損傷が生じるのを最小限に抑えることができる。さらに、スパッタリングターゲット10の互いに対向する一対の長辺部から得られるスパッタ粒子束70、80はこの長辺部に平行な方向に均一な強度分布を有するため、基板Sをこの長辺部を横断する方向、例えばこの長辺部に垂直な方向に一定速度で移動させながら成膜を行うことと相まって、基板S上に成膜される薄膜Fの膜厚のばらつきを小さくすることができ、例えば膜厚分布を±5%以下にすることができる。このスパッタリング装置は、例えば、半導体デバイス、有機太陽電池、無機太陽電池、液晶ディスプレイ、有機ELディスプレイ、フィルムなどの各種のデバイスの製造において電極材料などの成膜に適用して好適なものである。   According to the third embodiment, a plurality of sputtering cathodes having a sputtering target 10 having a rectangular tube-shaped cross section and an erosion surface facing inward are arranged in parallel on the vertical surface. In addition, since the polarities of the permanent magnets 20 of the two sputtering cathodes adjacent to each other are opposite to each other, the following various advantages can be obtained. That is, since sputtering can be performed using a plurality of sputtering cathodes arranged in parallel on the vertical plane, the thin film F can be formed on the substrate S at a high speed. Moreover, the plasma 60 which goes around the inner surface of the sputtering target 10 can be generated on the erosion surface side of the sputtering target 10. For this reason, since the density of the plasma 60 can be increased, the deposition rate can be sufficiently increased. In addition, since the place where the plasma 60 is largely generated is limited to the vicinity of the surface of the sputtering target 10, the light emitted from the plasma 60 is irradiated onto the substrate S coupled with the provision of the light shielding shield 50. Can minimize the risk of damage. The lines of magnetic force generated by the magnetic circuit formed by the permanent magnet 20 and the yoke 30 are basically constrained by the sputtering cathode, and the polarities of the permanent magnets 20 of the two sputtering cathodes adjacent to each other are opposite to each other. Since the auxiliary magnetic pole 55 is provided, the downward magnetic field lines among the magnetic field lines generated by the magnetic circuit are confined in the space in the vicinity of the sputtering cathode assembly as shown in FIG. There is no possibility that the substrate S is damaged by 60 or the electron beam. In addition, since the film formation is performed using the sputtered particle bundles 70 and 80 obtained from the pair of long sides facing each other of the sputtering target 10, the substrate S is impacted and damaged by the high energy particles of the reflective sputtering neutral gas. Can be minimized. Further, since the sputtered particle bundles 70 and 80 obtained from a pair of long side portions facing each other of the sputtering target 10 have a uniform intensity distribution in a direction parallel to the long side portions, the substrate S crosses the long side portions. The film thickness variation of the thin film F formed on the substrate S can be reduced in combination with the film forming while moving at a constant speed in the direction to be moved, for example, the direction perpendicular to the long side portion, for example, The film thickness distribution can be ± 5% or less. This sputtering apparatus is suitable for application to film formation of electrode materials and the like in the manufacture of various devices such as semiconductor devices, organic solar cells, inorganic solar cells, liquid crystal displays, organic EL displays, and films.

〈第4の実施の形態〉
[スパッタリング装置]
図14および図15は第4の実施の形態によるスパッタリング装置を示す縦断面図および平面図であり、スパッタリング装置の真空容器の内部に設けられたスパッタリングカソード付近の構成を示したものである。図14は図15のZ−Z線に沿っての断面図である。また、図16は図15のW−W線に沿っての断面図である。
<Fourth embodiment>
[Sputtering equipment]
FIG. 14 and FIG. 15 are a longitudinal sectional view and a plan view showing a sputtering apparatus according to the fourth embodiment, and show the configuration in the vicinity of the sputtering cathode provided in the vacuum vessel of the sputtering apparatus. FIG. 14 is a sectional view taken along the line ZZ in FIG. FIG. 16 is a cross-sectional view taken along line WW in FIG.

図14、図15および図16に示すように、このスパッタリング装置は、横断面形状が矩形の角管状(あるいは角環状)の形状を有し、エロージョン面が内側を向いているスパッタリングターゲット10を有する。スパッタリングターゲット10の互いに対向する一対の長辺部はそれぞれ円筒形状のロータリーターゲット11、12により構成され、スパッタリングターゲット10の互いに対向する一対の短辺部13、14はそれぞれ長方形の横断面形状を有する。ロータリーターゲット11、12は、図示省略した回転機構により、その中心軸の回りに回転可能に設けられている。具体的には、ロータリーターゲット11、12の両端に回転軸11a、12aが設けられており、これらの回転軸11a、12aが回転機構により回転されることによりロータリーターゲット11、12が回転されるようになっている。ロータリーターゲット11、12の回転方向は互いに同一であっても逆であってもよく、必要に応じて選ばれる。ロータリーカソード11、12の内部には冷却水を流すことができるようになっており、使用時にロータリーカソード11、12を冷却することができるようになっている。短辺部13、14は、例えば、ロータリーターゲット11、12の直径と同程度の高さを有する。短辺部13、14は、ロータリーターゲット11、12に面する両端部がロータリーターゲット11、12の円筒形状に対応して丸く凹んでおり、ロータリーターゲット11、12の回転に支障が生じない程度に近接している。ロータリーターゲット11、12の内部には、その中心軸に平行にかつ中心軸から半径方向に偏った位置に永久磁石111、112が設けられている。永久磁石111、112は長方形の横断面形状を有し、その長辺はロータリーターゲット11、12の半径方向に対して垂直である。図17に示すように、ロータリーターゲット11、12の中心軸を含む平面に対する永久磁石111、112の横断面形状の短辺の傾斜角度をθとすると、θは0度以上360度未満であり、成膜速度の向上と低ダメージ性をバランス良く実現することができるようにその範囲内の任意の角度に設定することができる。図14においては、一例として、θ=0度である場合が示されている。永久磁石111、112はロータリーターゲット11、12から独立した部材に固定されており、ロータリーターゲット11、12が回転しても一緒に回転しないようになっている。永久磁石111、112の極性は図14に示す通りであるが、逆であってもよい。スパッタリングターゲット10の互いに対向する一対の短辺部13、14の外側には永久磁石20が設けられ、さらにこの永久磁石20の外側にヨーク30が設けられている。永久磁石20の極性は図14に示す通りであるが、各々が全く逆の極性でも何ら差し支えない。これらのスパッタリングターゲット10、永久磁石20、111、112およびヨーク30によりスパッタリングカソードが形成されている。このスパッタリングカソードは、一般的には、電気的に絶縁された状態で真空容器に対して固定される。また、ロータリーターゲット11、12の内部に設けられた永久磁石111、112、永久磁石20およびヨーク30により磁気回路が形成されている。短辺部13、14と永久磁石20との間には、好適には冷却用のバッキングプレートが設けられ、このバッキングプレートの内部に設けられた流路に例えば冷却水が流される。スパッタリングターゲット10により囲まれた空間の下端の近傍に、スパッタリングターゲット10のエロージョン面が露出するようにアノード40が設けられている。このアノード40は、一般的には、接地された真空容器に接続される。また、スパッタリングターゲット10により囲まれた空間の上端の近傍に、スパッタリングターゲット10のエロージョン面が露出するようにL字型の断面形状を有する光線遮断シールド50が設けられている。光線遮断シールド50は導電体、典型的には金属により形成される。光線遮断シールド50はアノードを兼用し、アノード40と同様に、一般的には、接地された真空容器に接続される。その他のことは第1の実施の形態と同様である。   As shown in FIGS. 14, 15, and 16, this sputtering apparatus has a sputtering target 10 having a rectangular tubular shape (or a rectangular shape) having a rectangular cross section and an erosion surface facing inward. . A pair of opposed long sides of the sputtering target 10 is constituted by cylindrical rotary targets 11 and 12, respectively, and a pair of opposed short sides 13 and 14 of the sputtering target 10 each have a rectangular cross-sectional shape. . The rotary targets 11 and 12 are provided so as to be rotatable around the central axis by a rotation mechanism (not shown). Specifically, rotary shafts 11a and 12a are provided at both ends of the rotary targets 11 and 12, and the rotary targets 11 and 12 are rotated by rotating these rotary shafts 11a and 12a by a rotating mechanism. It has become. The rotation directions of the rotary targets 11 and 12 may be the same or opposite, and are selected as necessary. Cooling water can be allowed to flow inside the rotary cathodes 11 and 12, and the rotary cathodes 11 and 12 can be cooled during use. For example, the short sides 13 and 14 have a height similar to the diameter of the rotary targets 11 and 12. The short side portions 13 and 14 have both ends facing the rotary targets 11 and 12 being rounded and recessed corresponding to the cylindrical shape of the rotary targets 11 and 12, so that the rotation of the rotary targets 11 and 12 is not hindered. It is close. Inside the rotary targets 11 and 12, permanent magnets 111 and 112 are provided at positions that are parallel to the central axis and are radially offset from the central axis. The permanent magnets 111 and 112 have a rectangular cross-sectional shape, and their long sides are perpendicular to the radial direction of the rotary targets 11 and 12. As shown in FIG. 17, when the inclination angle of the short side of the cross-sectional shape of the permanent magnets 111 and 112 with respect to the plane including the central axis of the rotary targets 11 and 12 is θ, θ is 0 degree or more and less than 360 degrees, An arbitrary angle within the range can be set so that the improvement of the film forming speed and the low damage property can be realized with a good balance. FIG. 14 shows a case where θ = 0 degrees as an example. The permanent magnets 111 and 112 are fixed to members independent of the rotary targets 11 and 12 so that they do not rotate together even if the rotary targets 11 and 12 rotate. The polarities of the permanent magnets 111 and 112 are as shown in FIG. 14, but may be reversed. A permanent magnet 20 is provided outside the pair of short sides 13, 14 facing each other of the sputtering target 10, and a yoke 30 is provided outside the permanent magnet 20. Although the polarities of the permanent magnets 20 are as shown in FIG. 14, there is no problem even if the polarities are completely opposite. A sputtering cathode is formed by the sputtering target 10, the permanent magnets 20, 111, 112 and the yoke 30. This sputtering cathode is generally fixed to a vacuum vessel in an electrically insulated state. A magnetic circuit is formed by the permanent magnets 111 and 112, the permanent magnet 20 and the yoke 30 provided inside the rotary targets 11 and 12. A cooling backing plate is preferably provided between the short side portions 13 and 14 and the permanent magnet 20, and cooling water, for example, is caused to flow through a flow path provided in the backing plate. An anode 40 is provided in the vicinity of the lower end of the space surrounded by the sputtering target 10 so that the erosion surface of the sputtering target 10 is exposed. The anode 40 is generally connected to a grounded vacuum vessel. In addition, a light shielding shield 50 having an L-shaped cross section is provided in the vicinity of the upper end of the space surrounded by the sputtering target 10 so that the erosion surface of the sputtering target 10 is exposed. The light shielding shield 50 is formed of a conductor, typically a metal. The light shielding shield 50 also serves as an anode, and is generally connected to a grounded vacuum vessel in the same manner as the anode 40. Others are the same as in the first embodiment.

[スパッタリング装置による成膜方法]
このスパッタリング装置による成膜方法は、スパッタリングターゲット10の互いに対向する一対の長辺部を構成するロータリーターゲット11、12を回転させながらスパッタリングを行うことを除いて第1の実施の形態と同様である。
[Film Forming Method Using Sputtering Apparatus]
The film forming method using this sputtering apparatus is the same as that of the first embodiment except that sputtering is performed while rotating the rotary targets 11 and 12 constituting a pair of opposed long sides of the sputtering target 10. .

この第4の実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様な利点に加えて、スパッタリングターゲット10の互いに対向する一対の長辺部がロータリーターゲット11、12により構成されているので、スパッタリングターゲット10の使用効率が高く、ひいては成膜コストの低減を図ることができるという利点を得ることができる。   According to the fourth embodiment, in addition to the same advantages as those of the first embodiment, the pair of long sides facing each other of the sputtering target 10 is constituted by the rotary targets 11 and 12, It is possible to obtain an advantage that the use efficiency of the sputtering target 10 is high, and as a result, the film formation cost can be reduced.

〈第5の実施の形態〉
[スパッタリング装置]
図18に示すように、第5の実施の形態によるスパッタリング装置においては、ロータリーターゲット11、12の両端部が面取りされており(面取り角度はロータリーターゲット11、12の中心軸に対して例えば45度)、これに対応して短辺部13、14の両端部も同じく角度に面取りされていることが、第4の実施の形態と異なる。その他のことは第4の実施の形態と同様である。
<Fifth embodiment>
[Sputtering equipment]
As shown in FIG. 18, in the sputtering apparatus according to the fifth embodiment, both ends of the rotary targets 11 and 12 are chamfered (the chamfer angle is 45 degrees with respect to the central axis of the rotary targets 11 and 12, for example). In correspondence with this, both ends of the short sides 13 and 14 are also chamfered at the same angle, which is different from the fourth embodiment. Others are the same as in the fourth embodiment.

[スパッタリング装置による成膜方法]
このスパッタリング装置による成膜方法は、第4の実施の形態と同様である。
[Film Forming Method Using Sputtering Apparatus]
The film forming method using this sputtering apparatus is the same as in the fourth embodiment.

この第5の実施の形態によれば、第4の実施の形態と同様な利点を得ることができる。   According to the fifth embodiment, the same advantages as in the fourth embodiment can be obtained.

〈第6の実施の形態〉
[スパッタリング装置]
図19および図20は第6の実施の形態によるスパッタリング装置を示す縦断面図および平面図であり、スパッタリング装置の真空容器の内部に設けられたスパッタリングカソード付近の構成を示したものである。図19は図20のV−V線に沿っての断面図である。
<Sixth embodiment>
[Sputtering equipment]
19 and 20 are a longitudinal sectional view and a plan view showing the sputtering apparatus according to the sixth embodiment, and show the configuration in the vicinity of the sputtering cathode provided inside the vacuum vessel of the sputtering apparatus. 19 is a cross-sectional view taken along line VV in FIG.

図19および図20に示すように、このスパッタリング装置においては、第4の実施の形態によるスパッタリング装置のスパッタリングターゲット10が二つ、一つのロータリーターゲットを共有して一体になり、三つのロータリーターゲット15、16、17を有するものによりスパッタリングターゲットが構成されている。これらのロータリーターゲット15、16、17の回転方向は互いに同じであっても逆であってもよく、必要に応じて選ばれる。その他のことは第4の実施の形態と同様である。なお、四つのロータリーターゲットを一体化しても良く、更には五つ以上のロータリーターゲットを一体化しても良い。   As shown in FIG. 19 and FIG. 20, in this sputtering apparatus, two sputtering targets 10 of the sputtering apparatus according to the fourth embodiment are shared by one rotary target, and three rotary targets 15 are integrated. , 16 and 17 constitute a sputtering target. The rotation directions of these rotary targets 15, 16, and 17 may be the same or opposite, and are selected as necessary. Others are the same as in the fourth embodiment. Four rotary targets may be integrated, or five or more rotary targets may be integrated.

[スパッタリング装置による成膜方法]
このスパッタリング装置による成膜方法は、第4の実施の形態と同様である。
[Film Forming Method Using Sputtering Apparatus]
The film forming method using this sputtering apparatus is the same as in the fourth embodiment.

この第6の実施の形態によれば、第4の実施の形態と同様な利点に加えて、大面積の基板Sに対して効率良く成膜を行うことができ、静止成膜も容易に行うことができるという利点を得ることができる。この第6の実施の形態は、特に、例えば、ヘテロジャンクション型シリコン太陽電池や有機ELディスプレイなどのデバイスの製造においてシリコン発電層や有機発電層に隣接した電極膜の成膜に用いて好適なものである。   According to the sixth embodiment, in addition to the same advantages as those of the fourth embodiment, it is possible to efficiently form a film on a large-area substrate S and to easily perform a stationary film formation. The advantage that it can be obtained. This sixth embodiment is particularly suitable for use in the formation of an electrode film adjacent to a silicon power generation layer or an organic power generation layer, for example, in the manufacture of devices such as heterojunction silicon solar cells and organic EL displays. It is.

〈第7の実施の形態〉
[スパッタリング装置]
図21は第7の実施の形態によるスパッタリング装置を示す縦断面図であり、スパッタリング装置の真空容器の内部に設けられたスパッタリングカソード付近の構成を示したものである。また、図22はスパッタリングターゲット10を示す斜視図である。
<Seventh embodiment>
[Sputtering equipment]
FIG. 21 is a longitudinal sectional view showing a sputtering apparatus according to the seventh embodiment, and shows a configuration in the vicinity of a sputtering cathode provided inside a vacuum vessel of the sputtering apparatus. FIG. 22 is a perspective view showing the sputtering target 10.

図21および図22に示すように、このスパッタリング装置は、横断面形状が矩形の角管状(あるいは角環状)の形状を有し、エロージョン面が内側を向いているスパッタリングターゲット10を有する。図示は省略するが、このスパッタリングターゲット10の外側には永久磁石が設けられ、この永久磁石の外側にヨークが設けられる。これらのスパッタリングターゲット10、永久磁石およびヨークによりスパッタリングカソードが形成されている。スパッタリングターゲット10の互いに対向する一対の長辺部18a、18bは互いに平行な平板状に形成されている。これに対し、スパッタリングターゲット10の互いに対向する一対の短辺部18c、18dは、一対の長辺部18a、18bを含む平面または曲面に関して長辺部18a、18bの一方の側からエロージョン面が捩じれた曲面を形成しながら湾曲し、短辺部18c、18dの中央部C1 、C2 では長辺部18a、18bに垂直、言い換えると水平面内に寝た形状となり、さらにエロージョン面が捩じれた曲面を形成しながら長辺部18a、18bの他方の側に延在した形状を有する。その他のことは第1の実施の形態におけるスパッタリングカソードと同様である。 As shown in FIGS. 21 and 22, this sputtering apparatus has a sputtering target 10 having a rectangular tubular shape (or a rectangular shape) having a rectangular cross section and an erosion surface facing inward. Although illustration is omitted, a permanent magnet is provided outside the sputtering target 10, and a yoke is provided outside the permanent magnet. A sputtering cathode is formed by the sputtering target 10, the permanent magnet, and the yoke. A pair of long side portions 18a and 18b facing each other of the sputtering target 10 are formed in a flat plate shape parallel to each other. On the other hand, the erosion surface of the pair of short sides 18c and 18d facing each other of the sputtering target 10 is twisted from one side of the long sides 18a and 18b with respect to the plane or curved surface including the pair of long sides 18a and 18b. The curved surface is curved while forming a curved surface, and the central portions C 1 and C 2 of the short side portions 18c and 18d are perpendicular to the long side portions 18a and 18b, in other words, are lying in a horizontal plane, and the erosion surface is twisted. The shape extends to the other side of the long side portions 18a and 18b. Others are the same as those of the sputtering cathode in the first embodiment.

[スパッタリング装置による成膜方法]
このスパッタリング装置による成膜方法は、第1の実施の形態と同様である。
[Film Forming Method Using Sputtering Apparatus]
The film forming method using this sputtering apparatus is the same as that in the first embodiment.

この第7の実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様な利点に加えて、スパッタリングターゲット10が上記のような形状に形成されていることにより、短辺部18c、18dを上下方向に配置して成膜した際、成膜時に発生するごみが短辺部18c、18dに沈着するのを防止することができるという利点を得ることができる。   According to the seventh embodiment, in addition to the same advantages as the first embodiment, the short side portions 18c and 18d are moved up and down by forming the sputtering target 10 in the shape as described above. When the films are arranged in the direction, it is possible to obtain an advantage that dust generated during the film formation can be prevented from being deposited on the short sides 18c and 18d.

〈第8の実施の形態〉
[スパッタリング装置]
第8の実施の形態においては、第1〜第7の実施の形態によるスパッタリング装置においてスパッタリングカソードとアノードとの間にスパッタリングに必要な電圧を印加する電源としてパルス電源が用いられる。このパルス電源の電圧パルス波形を図23AおよびBに示す。図23AおよびBに示すように、このパルス電源においては、電圧パルスのハイレベルは0Vもしくは絶対値が概ね50V以下の負の電圧V0 −、ローレベルは絶対値が概ね100V以上の負の電圧VL −が印加されるようになっており、正の電圧が印加されないようになっている。なお、スパッタリングカソードに印加する電圧をパルス波形にすることで、スパッタリング時のグロー放電の一部あるいは全部がアーク放電に移行することを抑制できる。
<Eighth embodiment>
[Sputtering equipment]
In the eighth embodiment, a pulse power source is used as a power source for applying a voltage necessary for sputtering between the sputtering cathode and the anode in the sputtering apparatus according to the first to seventh embodiments. The voltage pulse waveform of this pulse power supply is shown in FIGS. As shown in FIGS. 23A and B, in this pulse power supply, the high level of the voltage pulse is 0 V or a negative voltage V 0 − whose absolute value is approximately 50 V or less, and the low level is a negative voltage whose absolute value is approximately 100 V or more. V L − is applied, and a positive voltage is not applied. In addition, it can suppress that a part or all of the glow discharge at the time of sputtering transfers to arc discharge by making the voltage applied to a sputtering cathode into a pulse waveform.

この第8の実施の形態によれば、上記のような波形の電圧パルスを発生するパルス電源を用いていることにより、次のような利点を得ることができる。すなわち、本発明者の知見によれば、電圧パルスのハイレベルが正の電圧であると、スパッタリングガスとして用いられるArガスにより生成されるAr+ が成膜中に基板Sを衝撃することにより基板Sおよび基板S上に成膜される薄膜Fにダメージが発生しやすいのに対し、電圧パルスのハイレベルが0Vもしくは絶対値が概ね50V以下の負の電圧V0 −、ローレベルは絶対値が概ね100V以上の負の電圧VL −となっていて正の電圧が印加されないようにすることにより、そのような問題を解消することができ、ダメージのない高品質の薄膜Fの成膜が可能となる。この第8の実施の形態は、特に、例えば、有機太陽電池や有機ELディスプレイなどの有機デバイスの製造において有機膜に隣接した電極膜の成膜に用いて好適なものである。 According to the eighth embodiment, the following advantages can be obtained by using the pulse power source that generates the voltage pulse having the waveform as described above. That is, according to the knowledge of the present inventor, when the high level of the voltage pulse is a positive voltage, Ar + generated by Ar gas used as the sputtering gas bombards the substrate S during film formation, thereby causing the substrate S and the thin film F formed on the substrate S are likely to be damaged, whereas the high level of the voltage pulse is 0V or a negative voltage V 0 − whose absolute value is approximately 50V or less, and the low level has an absolute value. By preventing the positive voltage from being applied with a negative voltage V L − of approximately 100 V or higher, such a problem can be solved, and a high-quality thin film F without damage can be formed. It becomes. The eighth embodiment is particularly suitable for use in forming an electrode film adjacent to an organic film in the manufacture of an organic device such as an organic solar battery or an organic EL display.

以上、この発明の実施の形態および実施例について具体的に説明したが、この発明は上述の実施の形態および実施例に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。   Although the embodiments and examples of the present invention have been specifically described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and various modifications based on the technical idea of the present invention can be made. Is possible.

例えば、上述の実施の形態および実施例において挙げた数値、材料、構造、形状などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じて、これらと異なる数値、材料、構造、形状などを用いてもよい。   For example, the numerical values, materials, structures, shapes, and the like given in the above-described embodiments and examples are merely examples, and different numerical values, materials, structures, shapes, and the like may be used as necessary.

10、10a、10b、10c、10d…スパッタリングターゲット、11、12、15〜17…ロータリーターゲット、20、20a、20b、20c、20d…永久磁石、30、30a、30b、30c、30d…ヨーク、40…アノード、50…光線遮断シールド、55…補助磁極、60…プラズマ、70、80…スパッタ粒子束、S…基板   10, 10a, 10b, 10c, 10d ... sputtering target, 11, 12, 15-17 ... rotary target, 20, 20a, 20b, 20c, 20d ... permanent magnet, 30, 30a, 30b, 30c, 30d ... yoke, 40 ... Anode, 50 ... Light shielding shield, 55 ... Auxiliary magnetic pole, 60 ... Plasma, 70, 80 ... Sputtered particle bundle, S ... Substrate

Claims (4)

横断面形状が互いに対向する一対の長辺部および互いに対向する一対の短辺部を有する管状または環状の形状を有し、エロージョン面が内側を向いているスパッタリングターゲットを有し、前記スパッタリングターゲットに沿って磁気回路が設けられているスパッタリングカソードにおいて、
前記一対の長辺部は互いに平行な平板状に形成され、
前記一対の短辺部は前記一対の長辺部に連続する板状に形成され、
前記一対の短辺部の少なくとも一方の短辺部が、前記一対の長辺部の一方の長辺部側から前記エロージョン面が捩じれた曲面を形成しながら湾曲し、前記一方の短辺部の中央部では前記一対の長辺部に垂直な形状となり、さらに前記エロージョン面が捩じれた曲面を形成しながら湾曲して前記一対の長辺部の他方の長辺部側に延在した形状を有することを特徴とするスパッタリングカソード。
A sputtering target having a tubular or annular shape having a pair of long sides facing each other and a pair of short sides facing each other, and having an erosion surface facing inward, In a sputtering cathode, along which a magnetic circuit is provided,
The pair of long side portions are formed in a flat plate shape parallel to each other,
The pair of short sides are formed in a plate shape continuous with the pair of long sides,
At least one short side portion of the pair of short side portions is curved while forming a curved surface in which the erosion surface is twisted from one long side portion side of the pair of long side portions, and The center portion has a shape perpendicular to the pair of long side portions, and further, the erosion surface is curved while forming a twisted curved surface and extends toward the other long side portion of the pair of long side portions. A sputtering cathode characterized by that.
横断面形状が互いに対向する一対の長辺部および互いに対向する一対の短辺部を有する管状または環状の形状を有し、エロージョン面が内側を向いているスパッタリングターゲットを有し、前記スパッタリングターゲットに沿って磁気回路が設けられ、前記一対の長辺部は互いに平行な平板状に形成され、前記一対の短辺部は前記一対の長辺部に連続する板状に形成され、前記一対の短辺部の少なくとも一方の短辺部が、前記一対の長辺部の一方の長辺部側から前記エロージョン面が捩じれた曲面を形成しながら湾曲し、前記一方の短辺部の中央部では前記一対の長辺部に垂直な形状となり、さらに前記エロージョン面が捩じれた曲面を形成しながら湾曲して前記一対の長辺部の他方の長辺部側に延在した形状を有するスパッタリングカソードと、
前記スパッタリングターゲットのエロージョン面が露出するように設けられたアノードとを有することを特徴とするスパッタリング装置。
A sputtering target having a tubular or annular shape having a pair of long sides facing each other and a pair of short sides facing each other, and having an erosion surface facing inward, And the pair of long sides are formed in a flat plate shape parallel to each other, the pair of short sides are formed in a plate shape continuous with the pair of long sides, and the pair of short sides at least one of the short sides of the side portions, the pair of curved while forming a curved surface the erosion face is twisted from one long side portion side of the long side portion, wherein the central portion of the short side portion of the one become perpendicular shape to a pair of long sides, sputtering with a further said erosion face is curved while forming a curved surface twisted extending to the other long side portion side of the pair of long side portions shaped cathode And,
And an anode provided so that an erosion surface of the sputtering target is exposed.
前記スパッタリングカソードとアノードとの間に印加する電圧がパルス波形であり、前記スパッタリングカソードにおける電圧パルスのハイレベルを0Vもしくは絶対値が50V以下の負の電圧V0 −、ローレベルを絶対値が100V以上の負の電圧VL −とすることで、正の電圧が印加されないことを特徴とする請求項1記載のスパッタリングカソード。 The voltage applied between the sputtering cathode and the anode has a pulse waveform, the high level of the voltage pulse at the sputtering cathode is 0V or a negative voltage V 0 − whose absolute value is 50V or less, and the low level is 100V. The sputtering cathode according to claim 1, wherein a positive voltage is not applied by setting the negative voltage V L − as described above. 前記スパッタリングカソードと前記アノードとの間に印加する電圧がパルス波形であり、前記スパッタリングカソードにおける電圧パルスのハイレベルを0Vもしくは絶対値が50V以下の負の電圧V0 −、ローレベルを絶対値が100V以上の負の電圧VL −とすることで、正の電圧が印加されないことを特徴とする請求項2記載のスパッタリング装置。 The voltage applied between the sputtering cathode and the anode is a pulse waveform, the high level of the voltage pulse at the sputtering cathode is 0 V or a negative voltage V 0 − whose absolute value is 50 V or less, and the low level is an absolute value. The sputtering apparatus according to claim 2, wherein a positive voltage is not applied by setting the negative voltage V L − to 100 V or more.
JP2018091046A 2018-04-26 2018-05-10 Sputtering cathode and sputtering apparatus Active JP6440884B1 (en)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018091046A JP6440884B1 (en) 2018-05-10 2018-05-10 Sputtering cathode and sputtering apparatus
US16/386,158 US20190333746A1 (en) 2018-04-26 2019-04-16 Sputtering Cathode, Sputtering Cathode Assembly, and Sputtering Apparatus
US16/386,010 US10580627B2 (en) 2018-04-26 2019-04-16 Sputtering cathode, sputtering cathode assembly, and sputtering apparatus
US16/838,295 US20200243311A1 (en) 2018-04-26 2020-04-02 Sputtering Cathode, Sputtering Cathode Assembly, and Sputtering Apparatus
US17/030,109 US11081323B2 (en) 2018-04-26 2020-09-23 Sputtering cathode, sputtering cathode assembly, and sputtering apparatus
US17/106,526 US11081324B2 (en) 2018-04-26 2020-11-30 Sputtering cathode, sputtering cathode assembly, and sputtering apparatus
US17/385,052 US11348770B2 (en) 2018-04-26 2021-07-26 Sputtering cathode, sputtering cathode assembly, and sputtering apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018091046A JP6440884B1 (en) 2018-05-10 2018-05-10 Sputtering cathode and sputtering apparatus

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018084619A Division JP2019189913A (en) 2018-04-26 2018-04-26 Sputtering cathode, sputtering cathode assembly and sputtering apparatus

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP6440884B1 true JP6440884B1 (en) 2018-12-19
JP2019189933A JP2019189933A (en) 2019-10-31

Family

ID=64668492

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018091046A Active JP6440884B1 (en) 2018-04-26 2018-05-10 Sputtering cathode and sputtering apparatus

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6440884B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7437053B2 (en) 2019-08-30 2024-02-22 京浜ラムテック株式会社 Laminated structure and method for manufacturing the laminated structure

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001081550A (en) * 1999-09-14 2001-03-27 Canon Inc Reactive sputtering system, and method of film deposition
JP2009299191A (en) * 2004-01-13 2009-12-24 Canon Anelva Corp Plasma-assisted sputter film-forming apparatus
JP2010265527A (en) * 2009-05-18 2010-11-25 Kobe Steel Ltd Continuous film deposition system
WO2011111712A1 (en) * 2010-03-09 2011-09-15 株式会社イー・エム・ディー Sputtering device
JP2012052191A (en) * 2010-09-01 2012-03-15 Ulvac Japan Ltd Sputtering apparatus
JP2013049885A (en) * 2011-08-30 2013-03-14 National Institute Of Advanced Industrial Science & Technology Method for forming carbon thin film
JP2015193863A (en) * 2014-03-31 2015-11-05 株式会社Screenホールディングス sputtering device
JP6151401B1 (en) * 2016-03-30 2017-06-21 京浜ラムテック株式会社 Sputtering cathode, sputtering apparatus, and method for producing film-formed body

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001081550A (en) * 1999-09-14 2001-03-27 Canon Inc Reactive sputtering system, and method of film deposition
JP2009299191A (en) * 2004-01-13 2009-12-24 Canon Anelva Corp Plasma-assisted sputter film-forming apparatus
JP2010265527A (en) * 2009-05-18 2010-11-25 Kobe Steel Ltd Continuous film deposition system
WO2011111712A1 (en) * 2010-03-09 2011-09-15 株式会社イー・エム・ディー Sputtering device
JP2012052191A (en) * 2010-09-01 2012-03-15 Ulvac Japan Ltd Sputtering apparatus
JP2013049885A (en) * 2011-08-30 2013-03-14 National Institute Of Advanced Industrial Science & Technology Method for forming carbon thin film
JP2015193863A (en) * 2014-03-31 2015-11-05 株式会社Screenホールディングス sputtering device
JP6151401B1 (en) * 2016-03-30 2017-06-21 京浜ラムテック株式会社 Sputtering cathode, sputtering apparatus, and method for producing film-formed body

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7437053B2 (en) 2019-08-30 2024-02-22 京浜ラムテック株式会社 Laminated structure and method for manufacturing the laminated structure

Also Published As

Publication number Publication date
JP2019189933A (en) 2019-10-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6151401B1 (en) Sputtering cathode, sputtering apparatus, and method for producing film-formed body
JP5485077B2 (en) Sputtering system
KR100244385B1 (en) Sputtering system and method
US6290826B1 (en) Composite sputtering cathode assembly and sputtering apparatus with such composite sputtering cathode assembly
JP5300084B2 (en) Thin film sputtering equipment
WO2017169029A1 (en) Sputtering cathode, sputtering device, and method for producing film-formed body
JP6440884B1 (en) Sputtering cathode and sputtering apparatus
WO2019208267A1 (en) Sputtering cathode, sputtering cathode assembly, and sputtering device
JP6498819B1 (en) Sputtering cathode assembly and sputtering apparatus
US11348770B2 (en) Sputtering cathode, sputtering cathode assembly, and sputtering apparatus
JP6732839B2 (en) Sputtering cathode and sputtering device
JP2015530482A (en) Sputtering equipment
KR102171588B1 (en) Sputtering device and method for sputtering
JP7320828B2 (en) Sputtering cathode, sputtering apparatus, and method for manufacturing film-formed body
CN104704603B (en) To be coated with sputter material layer in device and depositing system on substrate
KR101716848B1 (en) Ion beam generating apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20180511

A871 Explanation of circumstances concerning accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871

Effective date: 20180511

A975 Report on accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005

Effective date: 20180531

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20180611

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20180806

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20180821

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20181012

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20181106

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20181120

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6440884

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250