JPH10102246A

JPH10102246A - スパッタリング装置のマグネトロンカソード電極

Info

Publication number: JPH10102246A
Application number: JP27522996A
Authority: JP
Inventors: Tsukasa Kobayashi; 司小林; Tomoo Uchiyama; 智雄内山
Original assignee: Anelva Corp
Current assignee: Canon Anelva Corp
Priority date: 1996-09-27
Filing date: 1996-09-27
Publication date: 1998-04-21
Anticipated expiration: 2016-09-27
Also published as: JP3919266B2

Abstract

(57)【要約】【課題】複数の細長い磁石ユニットを備える磁石組立
体をターゲットに対して往復運動可能にして、かつ、磁
石ユニットの内側磁石と外側磁石の間の軟磁性体をター
ゲット表面に垂直な方向に移動可能にすることで、ター
ゲット表面上のプラズマ密度を均一にして、大型の矩形
基板上の膜厚分布の均一性を良好にする。【解決手段】磁石組立体に含まれる５個の磁石ユニッ
ト５２のそれぞれは、内側磁石５４と外側磁石５６とヨ
ーク５８とで構成されていて、磁石ベース６０上に固定
されている。磁石ベース６０は左右方向に往復運動でき
る。内側磁石５４と外側磁石５６の間には、磁界強度調
節用の軟磁性体製のシャントバー７８が配置されてい
る。一つの磁石ユニット５２には４個のシャントバー７
８があり、これらのシャントバー７８は合計６個のサー
ボモータ８０によって独立して上下方向に移動可能であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、スパッタリング
装置のターゲットの裏側に配置した磁石組立体をターゲ
ットに対して往復運動させる形式のマグネトロンカソー
ド電極に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】スパッタリング装置では各種の電極構造
が提案されているが、その中でも、マグネトロン方式の
電極が工業的に最も多く使用される。その理由は、成膜
速度が大きく生産性が高いからである。従来のマグネト
ロン方式の電極には様々なタイプが存在する。現在のと
ころ、平板状のターゲットを備えた平板マグネトロンカ
ソードが工業的に有用である。近年、特に液晶表示装置
の製造用として、大面積の基板上に、均一な膜厚分布で
均質に成膜することが要求されている。この要求を満た
すスパッタリング装置として、カソード電極を静止状態
にして、基板を連続的に移動させながら成膜を行う方式
がある。しかし、この装置は、ロードロック室や、加熱
室、搬送用緩衝空間、スパッタ室等を備える必要があ
り、装置が巨大化する傾向があった。また、ターゲット
面上にスパッタされない領域が残るため、ゴミなどのパ
ーティクルが発生し、液晶表示装置の歩留まりを低下さ
せていた。さらに、ターゲットの不均一消耗による不経
済性やスパッタ膜の膜質不均一性も問題となった。

【０００３】最近では、上記各問題を解決するために、
基板とカソード電極の両方を静止させて、ターゲットの
消耗領域を広くしたスパッタリング装置が検討されてい
る。特にマグネトロンカソードに注目すると、例えば特
開平５−２３９６４０号公報に開示された装置では、複
数の磁石ユニットで構成された磁石組立体をターゲット
に対して往復運動させて、ターゲットにおけるエロージ
ョン分布の均一性を改善している。また、特開平４−３
２９８７４号公報や特開平５−９７２４号公報に開示さ
れた装置でも、単一の磁石ユニットを往復運動させる類
似例が開示されている。

【０００４】上記の従来装置によれば、磁石組立体を往
復運動させることによりターゲットの表面でのエロージ
ョン領域が拡大するため、ターゲットの利用率が向上
し、エロージョンの遍在を少なくできる。また、基板に
形成される薄膜の膜厚の均一性及び膜質の均質性が向上
し、さらに、ターゲット面上の堆積膜に起因して発生す
るパーティクルを抑制する利点も有する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような成膜装置で
まず問題になるのは、膜厚分布の均一性である。液晶表
示装置製造のための基板の大きさは年々大型化し、最近
では５５０ｍｍ×６５０ｍｍ程度に達している。膜厚分
布の均一性(±％値)を、(膜厚最大値−膜厚最小値)÷
(膜厚最大値＋膜厚最小値)×１００％で定義すると、液
晶表示装置の製造に用いるためには基板面内の膜厚分布
均一性を±５％程度にする必要がある。

【０００６】次に、従来のスパッタリング装置の膜厚分
布の問題点を説明する。図８は５個の磁石ユニットを有
する従来のマグネトロンカソード電極の正面断面図であ
る。下向きの基板１０に対向して矩形のターゲット１２
が上向きに配置されている。ターゲット１２の裏側には
裏板１４が設置され、真空室の一部を形成している。裏
板１４は絶縁スペーサ１６をはさんで真空壁の一部１８
に固定されている。ターゲット１２の周辺にはシールド
２０が設けられ、裏板１４がスパッタされるのを防いで
いる。裏板１４の後ろ側には５個の磁石ユニット２２が
設置され、これらの磁石ユニット２２はターゲット表面
上にトンネル状の磁力線を形成する。各磁石ユニット２
２は図８の紙面に垂直な方向に長辺を有するような矩形
の形状であり、上面にＳ極が現れるような内側磁石２４
と、上面にＮ極が現れるような外側磁石２６とからな
る。これらの磁石の裏側にはヨーク２７が固定されてい
る。そして、５個の磁石ユニット２２は磁石ベース２８
の上に固定されている。磁石ベース２８は図８の左右方
向(矢印３０の方向)に往復運動可能であり、これに伴
い、トンネル状の磁力線により形成されるプラズマも左
右に往復運動する。このような往復運動により、ターゲ
ット全面が消耗するような構造となっている。そして、
基板１０の下面に薄膜３２が堆積する。

【０００７】このようなマグネトロンカソードを用いて
４５０ｍｍ×５５０ｍｍサイズのガラス基板上に成膜を
行った場合の膜厚分布を図９に示す。この図９は、上記
基板の表面のうち、中央の４００ｍｍ×５００ｍｍの領
域についての膜厚分布を等高線で表示したものである。
図中の等高線の数字は、最大膜厚を１００％とした場合
の百分率である。基板の長辺方向（図の左右方向）が磁
石組立体の往復運動方向（矢印３０の方向）と一致して
いる。矩形の磁石ユニットの長辺方向は、基板の短辺方
向（図の上下方向）と一致している。なお、図９の膜厚
分布は、図８に示す下向きの基板１０に成膜してから、
これをひっくり返して、上から観察したものである。一
見して分かるように、膜厚の厚い部分が図９の右上と左
下に現れている。そして、ターゲット・基板間距離を短
くすると、このような膜厚分布の偏りが強調されること
が分かっている。

【０００８】膜厚分布にこのような偏りが現れるのは、
放電強度分布に偏りが生じるためである。すなわち、図
８のマグネトロンカソードを上から見た場合に、矩形の
ターゲット１２の左上と右下の領域（基板上の膜厚が厚
くなる部分に対向する領域）で放電強度が強くなり、こ
の放電強度分布が膜厚分布に反映したものである。放電
強度が偏る現象は、成膜室の形状に起因している訳では
ない。成膜室の形状をターゲットに対して対称性良好に
形成しても、図９に示すような膜厚分布の偏りが発生す
る。そして、磁石ユニットの磁極の極性配置を反対(内
側磁石の表面をＮ極、外側磁石の表面をＳ極)にする
と、放電強度の偏り状況が変化して、図９とは逆に、膜
厚の厚い領域が基板の左上と右下に現れるようになる。
したがって、この偏り現象はマグネトロン放電中の電子
のドリフト運動に関連したものであることが推測される
が、その詳しい発生機構は不明である。

【０００９】図９では、膜厚分布の均一性は±１０％程
度であり、液晶表示装置製造のために必要とされている
±５％の均一性に達していない。特に、図９の左右両端
部での膜厚減少が大きく、これが膜厚分布の均一性を低
下させる大きな原因となっている。左右両端部での膜厚
減少の理由は次の通りである。図８のマグネトロンカソ
ード電極では、ターゲットのエロージョン領域をできる
だけ広くとるために、磁石ユニットをターゲットの左右
両端に近い位置まで移動させている。磁石ユニットがタ
ーゲットの左右両端に近づくと、トンネル状の磁力線に
沿って形成されるプラズマは、ターゲットの端部付近に
存在するシールド２０によって減衰させられる。これに
より、基板の左右両端部で膜厚が減少するという現象が
起きる。これを防ぐには、磁石ユニットをシールド２０
に近づけないようにすればよいが、こうすると、ターゲ
ットのエロージョン領域が狭くなるため、基板の所定領
域内での膜厚分布の均一性が確保できない。さらに、タ
ーゲットのエロージョン領域が狭くなると、ターゲット
周辺にエロージョンの生じない領域が発生して、この部
分で逆に膜の堆積が起こり、やがてこれが剥離してパー
ティクルの原因になる。また、エロージョン領域が狭く
なるのをカバーするためにターゲットを大きくすること
によって膜厚分布の均一性を確保しようとすれば、装置
全体が大きくなってしまう。

【００１０】本発明はこのような問題点を解決するため
になされたものであり、その目的は、大面積基板用のマ
グネトロンスパッタリング装置のカソード電極におい
て、膜厚分布の均一性を確保する妨げになっていた二つ
の欠点、すなわち膜厚分布の偏りと基板端部で生じる膜
厚減少とを解消して、膜厚分布の均一性を確保できるマ
グネトロンカソード電極を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明のマグネトロン
カソード電極は、複数の細長い磁石ユニットを備える磁
石組立体をターゲットに対して往復運動可能にして、か
つ、磁石ユニットの内側磁石と外側磁石の間に軟磁性体
を配置して、この軟磁性体をターゲット表面に垂直な方
向に移動可能にしている。磁石ユニットは細長い矩形を
しており、その長辺は前記往復運動の方向に対して垂直
である。前記軟磁性体は、磁石ユニットの長辺方向に沿
った位置に応じてターゲット表面からの距離が変化でき
るようになっている。さらに好ましくは、前記往復運動
に連動して、軟磁性体がターゲット表面に垂直な方向に
周期的に運動するようになっている。

【００１２】この発明によれば、軟磁性体による磁界強
度調節機能により、ターゲット表面における磁界強度を
均一にすることができて、放電強度の偏りを是正するこ
とができ、基板上の膜厚分布が良好になる。

【００１３】次に、本発明の構成要素のひとつである軟
磁性体について説明する。強磁性体は、大きく分けると
硬磁性体と軟磁性体とに分類される。硬磁性体は、外部
磁場によって磁化されにくいが、いったん磁化すると消
しにくく、磁気的なエネルギーを蓄えることができる。
これとは逆に、軟磁性体は、外部磁場をかけると容易に
磁化し、磁束の通路として適した性質をもっているが、
外部磁場を取り去ると磁気が消失し、磁気的なエネルギ
ーをほとんど蓄えることができない。換言すれば、硬磁
性体は保磁力が大きく、軟磁性体は透磁率が大きくてヒ
ステリシス損が小さい。このように、軟磁性体は透磁率
が大きくて磁束の通路として適しているので、磁界中に
軟磁性体を挿入すれば磁束は軟磁性体を通過するように
なって、軟磁性体の周囲の空間の磁界強度は減少する。
したがって、この軟磁性体は磁界強度調節機能を果たす
のに適している。本発明で使用する軟磁性体について
は、特に透磁率が大きな軟磁性体（例えば商品名：パー
マロイ）を使う必要は必ずしもなく、耐腐蝕性を考慮し
て、ＳＵＳ４３０・ステンレス鋼あたりが適している。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は、本発明のマグネトロンカ
ソード電極の一実施形態の正面断面図である。真空容器
の一部の壁部３４に絶縁スペーサ３６を介してカソード
ボディ３８が取り付けられている。カソードボディ３８
の上部には裏板４０が取り付けられている。このカソー
ドボディ３８と裏板４０により、真空容器の壁面の一部
が構成されていて、大気と真空室内とが隔てられてい
る。裏板４０の表面には所定の材質のターゲット４２が
インジウム等の低融点ろう材により接着されている。タ
ーゲット４２の周辺には、ターゲット以外の部分がスパ
ッタされるのを防ぐためにシールド４３が設けられてい
る。裏板４０の大気側には裏板４０とターゲット４２を
冷却するための水冷ジャケット４４が設けられている。
この水冷ジャケット４４の内部には、裏板４０全体を均
一に冷却するために、全域にわたって水路４６が設けら
れている。この水路４６に対して、給水パイプ４８から
冷却水が導入され、排水パイプ５０からターゲット冷却
後の冷却水が排出される。

【００１５】水冷ジャケット４４の背後には５個の磁石
ユニット５２からなる磁石組立体が配置されている。各
磁石ユニット５２は、内側磁石５４と外側磁石５６とヨ
ーク５８とで構成されている。磁極の配置は、内側磁石
５４のターゲット側の表面がＳ極、外側磁石５６のター
ゲット側の表面がＮ極になっている。各磁石ユニット５
２は共通の磁石ベース６０上に固定されている。磁石ベ
ース６０はガイドレール６２に拘束されて図１の左右方
向（矢印６１の方向）にのみ運動できる構造になってい
る。すなわち、磁石ベース６０は、支柱ピン６４とクラ
ンクアーム６６とピン６８とを介して回転円板７０に接
続されている。この回転円板７０はモータ７２の出力軸
に結合されている。モータ７２が回転すると回転円板７
０が回転し、アーム６６のクランク運動によって、回転
円板７０の円運動が支柱ピン６４の左右方向の往復運動
に変換される。これにより、磁石ベース６０が左右方向
に往復運動する。回転円板７０上にはピン６８を固定す
る穴が、回転中心からの距離を変えて複数設けられてお
り、ピン６８の位置を変えることによって磁石ベース６
０の往復運動の振幅を変えることができる。モータ７２
はカソード電極全体を覆うカソードカバー７４に固定さ
れている。カソードボディ３８と裏板４０とターゲット
４２と水冷ジャケット４４は電気的に接続されていて、
かつ、他の部分からは絶縁されている。カソードボディ
３８には外部の電源７６から電力が供給される。

【００１６】この実施形態に特徴的なことは、各磁石ユ
ニットの内側磁石５４と外側磁石５６の間に、軟磁性体
でできたシャントバー７８が配置されていることであ
る。このシャントバー７８はサーボモータ８０の直線運
動型の出力軸８２に結合されている。サーボモータ８０
が回転すると、その出力軸８２は、回転することなく図
１の上下方向（矢印７９の方向）に移動する。サーボモ
ータ８０の本体は磁石ベース６０に固定されている。ま
た、その出力軸８２は、磁石ベース６０とヨーク５８に
は接触しない構造となっている。サーボモータ８０の回
転角度を制御することにより、シャントバー７８の上下
位置を調節できる。

【００１７】図２は、図１の一番右側に位置する磁石ユ
ニット５２を拡大して示した斜視図である。図３はその
平面図である。これらの図において、内側磁石５４とこ
れを取り囲む外側磁石５６との間には、矩形の磁石ユニ
ットの長辺方向に延びる２個の長辺側シャントバー７８
ａと、短辺方向に延びる２個の短辺側シャントバー７８
ｂの、合計４個のシャントバーが配置されている。そし
て、２個の長辺側シャントバー７８ａのそれぞれには、
その長手方向に間隔をおいて２個のサーボモータ８０ａ
の出力軸が結合されている。また、２個の短辺側シャン
トバー７８ｂのそれぞれには、各１個のサーボモータ８
０ｂの出力軸が結合されている。

【００１８】図４は、図３のＡ−Ａ線断面図である。短
辺側シャントバー７８ｂにサーボモータ８０ｂの出力軸
８２が結合しているのがよく分かる。短辺側シャントバ
ー７８ｂはフッ素樹脂製の２枚のガイド８４の間に摺動
可能に配置されている。これらのガイド８４はヨーク５
８に固定されている。

【００１９】図５（Ａ）は、図３のＢ−Ｂ線断面図であ
る。長辺側シャントバー７８ａの長手方向に間隔をおい
た２か所のそれぞれにサーボモータ８０ａの出力軸８２
が結合されているのがよく分かる。これらの２個のサー
ボモータ８０ａの出力軸８２の直線移動量を独立に調整
することで、長辺側シャントバー７８ａをターゲット表
面に対して任意に傾斜させることができる。図５（Ａ）
では長辺側シャントバー７８ａの図面の上部が下部より
もターゲット表面から離れるように傾斜している。図３
に示すように、この長辺側シャントバー７８ａも、短辺
側シャントバーと同様に、フッ素樹脂製のガイド８４の
間に摺動可能に配置されている。なお、図２の斜視図で
は、図面の繁雑を避けるために、ガイド８４の図示は省
略してある。

【００２０】図５（Ｂ）は、長辺側シャントバー７８ａ
とサーボモータ８０ａの出力軸８２との結合部分を拡大
して示した断面図である。長辺側シャントバー７８ａに
は座ぐり８６が形成され、座ぐり８６の底部には貫通孔
が形成されている。この座ぐり８６にコイルバネ８８を
挿入して、このコイルバネ８８にネジ９０を通してい
る。そして、ネジ９０の先端を上述の貫通孔を通してか
らサーボモータの出力軸８２の先端のメネジにネジ込ん
で固定している。短辺側シャントバー７８ｂについても
同様の構造を用いてサーボモータの出力軸に固定してい
る。図３には、長辺側シャントバー７８ａと短辺側シャ
ントバー７８ｂとに形成された合計６個の座ぐり８６の
位置と、それに対応するサーボモータ８０ａ、８０ｂの
位置とが示されている。

【００２１】この実施形態では、図３に示すように、一
つの磁石ユニットに対して、２個の長辺側シャントバー
７８ａと２個の短辺側シャントバー７８ｂとが配置さ
れ、これらのシャントバーに対して、合計６個のサーボ
モータが設置されている。そして、これらのサーボモー
タは独立に制御可能となっている。シャントバー７８
ａ、７８ｂのためのサーボモータ８０ａ、８０ｂと、磁
石ベース６０を往復運動させるモータ７２（図１を参
照）は、一つのコンピュータによって集中して制御され
ている。

【００２２】シャントバー７８ａ、７８ｂは、ターゲッ
ト上の磁界強度を調節する働きがある。すなわち、シャ
ントバーがターゲットに近づくと、内側磁石５４と外側
磁石５６の上面の磁極から発生しているトンネル状の磁
束がシャントバーに多く吸収され、ターゲット面上の磁
界強度が減少する。一方、シャントバーとターゲットの
間の距離が大きくなると、シャントバーによる磁束吸収
効果が減少し、ターゲット面上の磁界強度は増加する。

【００２３】次に、各磁石ユニット内での４個のシャン
トバーの相対的な上下関係をどのように調節するのかに
ついて説明する。従来技術の問題点で指摘したように、
図９に示したような膜厚分布の偏りは、図８のマグネト
ロンカソードを上から見た場合に、矩形のターゲット１
２の左上と右上の領域（基板上の膜厚が厚くなる部分に
対向する領域）で放電強度が強くなる傾向を反映したも
のである。この放電強度の偏りを無くすためには、放電
が集中する場所の磁界強度を小さくしてやればよい。磁
界強度が小さくなれば、トンネル状の磁力線に拘束され
て周回運動を行う電子のドリフト速度が大きくなって電
子の滞在時間が短くなるために、放電のプラズマ密度も
減少する。そして、所望の領域で磁界強度を減少させる
には、シャントバーをターゲットに近づければよい。

【００２４】図１のマグネトロンカソードを上から見た
場合に、ターゲット４２の左上と右下の領域で放電強度
を減少させるには、この領域で磁界強度を減少させれば
よく、それには次のようにする。まず、最も右側に位置
する磁石ユニットにおいて、２個の長辺側シャントバー
７８ａについて、図５（Ａ）に示すように、図の下側の
方が上側よりもターゲットに近づくように傾斜させる。
また、下側の短辺側シャントバーを上側の短辺側シャン
トバーよりもターゲットに近づける。また、これとは逆
に、最も左側に位置する磁石ユニットでは、２個の長辺
側シャントバーについて、上側の方が下側よりもターゲ
ットに近づくように傾斜させる。また、上側の短辺側シ
ャントバーを下側の短辺側シャントバーよりもターゲッ
トに近づける。シャントバーの上下位置をこのように調
節することにより、図１のマグネトロンカソードを上か
ら見た場合に、ターゲット４２の左上と右下の領域で磁
界強度が減少し、放電の偏り傾向を打ち消すことができ
る。

【００２５】なお、左右方向の中央部分の３個の磁石ユ
ニットにおいては、左右両端の磁石ユニットの場合とは
異なり、各シャントバーの上下位置は各磁石ユニット内
では左右及び上下対称に調節してある。しかし、内側磁
石及び外側磁石として、ターゲット上に強い磁界を発生
できるような強力な磁石を用いた場合には、ターゲット
上の左上と右下に放電が偏る傾向がより強くなる。その
場合には、左右両端から二番目の二つの磁石ユニットに
ついても、左右両端の磁石ユニットと同様にシャントバ
ーの上下位置を調節することで、放電の均一性を良好に
できる。

【００２６】さらに、この実施形態では、従来技術の問
題点であった基板の左右両端付近で膜厚が減少する傾向
を解決するために、磁石ベース６０の往復運動に同期さ
せて、左右両端の磁石ユニットのシャントバーの上下位
置を周期的に変化させている。この様子を図６を用いて
説明する。図６（Ａ）は、往復運動する磁石ベース６０
が最も右側に来た瞬間におけるシャントバー７８の上下
位置を示したものである。最も右側に位置する磁石ユニ
ットのシャントバー７８は、他の磁石ユニットのものに
比べて、より下側に位置している。そのため、最も右側
の磁石ユニットに対応する場所の磁界強度は他の場所に
比べて大きくなる。なお、この場合（磁石ベースの往復
運動に連動したシャントバーの周期的運動）は、最も右
側にある磁石ユニット内の４個のシャントバーは、図５
で説明したような相対的な上下位置関係を保ったまま
で、平行移動させている。

【００２７】図６（Ｂ）は磁石ベースがターゲット４２
の左右方向中央に来た瞬間を示したものである。図６
（Ａ）で下に移動していた最も右側の磁石ユニットのシ
ャントバー７８は、上方に少し移動し、また、最も左側
の磁石ユニットのシャントバーは多少下方に移動し、全
体として左右対称の配置となっている。

【００２８】図６（Ｃ）は磁石ベースが最も左側に来た
瞬間を示したものである。この場合は、図６（Ａ）の場
合と逆に、最も左側に位置する磁石ユニット内のシャン
トバーが最も下の位置になっている。また、最も右側の
磁石ユニットのシャントバー７８は図６（Ｂ）に比べて
さらに上昇している。

【００２９】このように、磁石ベースの往復運動に同期
させてシャントバー７８の上下位置を動かすことによ
り、磁石がターゲット端部のシールド４３に近づいた場
合に、近づいた側のターゲット端部の磁界強度が増加す
る。これにより、ターゲット端部のプラズマ密度が増加
する効果がある。一方で、従来技術の問題点で述べたよ
うに、トンネル状の磁力線に沿って形成されるプラズマ
は、ターゲット端部に存在するシールド４３により減衰
させられる傾向がある。したがって、プラズマ密度が増
加する要因と減少する要因とが丁度釣り合うことにな
り、往復運動時の磁石ベースの位置にかかわらず、プラ
ズマ密度を一定にすることができる。これにより、基板
の端部で膜厚が減少する傾向を防止でき、均一な膜厚分
布を有する薄膜を基板上に形成できる。

【００３０】なお、本実施形態では、成膜時に、５個あ
る磁石ユニットの内、左右方向の中央部分の３個の磁石
ユニット内のシャントバーは固定しており、磁石ベース
の往復運動に同期させて動かすことはしていない。これ
らの中央部分の磁石ユニットにおいては、磁石ユニット
間のシャントバーの相対的上下位置は、基板上の膜厚分
布が均一になるように適当に調節されて、その状態で固
定されている。本実施形態の場合には、中央部分の３個
の磁石ユニットのうち、両側に位置する磁石ユニット
（図６の右側から２番目と４番目の磁石ユニット）のシ
ャントバーを、中央の磁石ユニット（右側から３番目の
磁石ユニット）のシャントバーよりも相対的に高くする
ことによって、良好な膜厚分布が得られている。中央部
分の複数の磁石ユニット間におけるシャントバーの最適
な上下関係は、スパッタ室の構造などの影響を受けて装
置毎に変化するようであり、装置毎に実験で確認する必
要がある。なお、長期にわたって成膜を繰り返した場
合、ターゲットが消耗することによりターゲットと各磁
石ユニット間の距離も変化し、ターゲット上の磁界分布
も変化することがある。そのような理由で基板上の膜厚
分布の均一性が劣化した場合には、中央部分の３個の磁
石ユニット内のシャントバーの上下位置を適当に調節し
直すことにより、再び膜厚分布の均一性を回復すること
ができる。

【００３１】図７は、この実施形態のマグネトロンカソ
ード電極を用いて４５０ｍｍ×５５０ｍｍサイズの基板
上に成膜を行った場合の膜厚分布を示したものである。
この図７は、上記基板の表面のうち、中央の４００ｍｍ
×５００ｍｍの領域についての膜厚分布を等高線で表示
したものである。図中の等高線の数字は、最大膜厚を１
００％とした場合の百分率である。この膜厚分布から分
かるように、従来技術の問題点であった、膜厚分布の偏
りや、基板の左右両端での膜厚の減少といった欠点が解
消され、膜厚分布の均一性は約±５％におさまってい
る。

【００３２】この発明は上述の実施形態に限定されず、
次のような変更が可能である。（１）上述の実施形態ではカソード電極に５個の磁石ユ
ニットを設けているが、５個以外の任意の個数の磁石ユ
ニットを設けてもよい。（２）内側磁石と外側磁石の間に配置する軟磁性体の形
状としては、上述の実施形態で述べたような棒状のシャ
ントバーの形態のほかに、板状などのその他の形状を採
用してもよい。（３）上述の実施形態では、各磁石ユニットに４個の軟
磁性体を配置しているが、４個以外の任意の個数にする
ことができる。

【００３３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、磁
石組立体をターゲットに対して往復運動可能にして、か
つ、磁石ユニットの内側磁石と外側磁石の間の軟磁性体
をターゲット表面に垂直な方向に移動可能にしているの
で、ターゲット表面の磁界強度を均一にできて、放電強
度（プラズマ密度）の偏りを是正することができ、基板
上の膜厚分布が良好になる。したがって、大面積基板用
のスパッタリング装置においても、均一な放電を発生さ
せることができ、大型の基板上の膜厚分布を均一にでき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のマグネトロンカソード電極の一実施形
態の正面断面図である。

【図２】図１のカソード電極の最も右側に位置する磁石
ユニットの斜視図である。

【図３】図２のカソード電極の平面図である。

【図４】図３のＡ−Ａ線断面図である。

【図５】図３のＢ−Ｂ線断面図と、その一部拡大図であ
る。

【図６】磁石ベースの往復運動とシャントバーの上下運
動との連動関係を示した工程図である。

【図７】図１のマグネトロンカソード電極を用いて作製
した薄膜の膜厚分布を示した等高線図である。

【図８】従来の大面積基板用マグネトロンカソード電極
の正面断面図である。

【図９】図８に示す従来のマグネトロンカソード電極を
用いて作製した薄膜の膜厚分布を示した等高線図であ
る。

【符号の説明】４０裏板４２ターゲット４３シールド５２磁石ユニット５４内側磁石５６外側磁石５８ヨーク６０磁石ベース６２ガイドレール７０回転円板７２モータ７８シャントバー８０サーボモータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ターゲットの裏側に配置された磁石組立
体と、この磁石組立体をターゲットに対して往復運動さ
せる運動機構とを備える、スパッタリング装置のマグネ
トロンカソード電極において、次の（イ）〜（ヘ）の特
徴を備えるマグネトロンカソード電極。（イ）前記磁石組立体は、細長い矩形の形状をした複数
の磁石ユニットを含む。（ロ）前記複数の磁石ユニットは、その長辺が互いに隣
り合うように互いに平行に配置されている。（ハ）各磁石ユニットは、ターゲットに対向する表面側
に磁極を有する細長い内側磁石と、ターゲットに対向す
る表面側に磁極を有していて前記内側磁石を取り囲む外
側磁石とを含み、前記内側磁石の磁極と前記外側磁石の
磁極は互いに逆極性になっている。（ニ）前記磁石組立体は、前記磁石ユニットの長辺方向
に垂直な方向に往復運動できる。（ホ）前記複数の磁石ユニットのうち、少なくとも、前
記往復運動の方向の両端側に配置される二つの磁石ユニ
ットにおいて、前記内側磁石と前記外側磁石の間に、磁
場調節用の軟磁性体が配置されている。（ヘ）前記軟磁性体は、ターゲット表面に垂直な方向に
移動できる。
【請求項２】前記軟磁性体は、磁石ユニットの長辺方
向に沿った位置に応じてターゲット表面からの距離が変
化可能な移動構造になっていることを特徴とする請求項
１記載のマグネトロンカソード電極。
【請求項３】前記軟磁性体は、磁石ユニットの長辺方
向に沿って延びる二つの長辺側軟磁性体と、磁石ユニッ
トの短辺方向に沿って延びる二つの短辺側軟磁性体とか
らなり、前記各長辺側軟磁性体には、その長手方向に間
隔をおいて２個の垂直移動機構が結合され、前記各短辺
側軟磁性体には１個の垂直移動機構が結合され、一つの
磁石ユニットに含まれる４個の軟磁性体を垂直移動させ
る合計６個のこれらの垂直移動機構は互いに独立に駆動
できることを特徴とする請求項１記載のマグネトロンカ
ソード電極。
【請求項４】前記磁石組立体の前記往復運動に連動し
て、前記軟磁性体がターゲット表面に垂直な方向に周期
的に運動することを特徴とする請求項１記載のマグネト
ロンカソード電極。
【請求項５】前記磁石組立体に含まれるすべての磁石
ユニットに前記軟磁性体が配置されていることを特徴と
する請求項１記載のマグネトロンカソード電極。