JPH1192927A - Magnetron sputtering device - Google Patents

Magnetron sputtering device

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Publication number
JPH1192927A
JPH1192927A JP25229097A JP25229097A JPH1192927A JP H1192927 A JPH1192927 A JP H1192927A JP 25229097 A JP25229097 A JP 25229097A JP 25229097 A JP25229097 A JP 25229097A JP H1192927 A JPH1192927 A JP H1192927A
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JP
Japan
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magnet
sputtering target
magnetic field
magnetic flux
magnetron sputtering
Prior art date
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Pending
Application number
JP25229097A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tomoyuki Kiyono
知之 清野
Kazuo Sekine
一夫 関根
Mitsuhiro Kamei
光浩 亀井
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.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH1192927A publication Critical patent/JPH1192927A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetron sputtering device in which magnet is improved and capable of forming uniform coating on the whole face of a substrate even to a large-sized substrate. SOLUTION: This magnetron sputtering device is the one provided with a vacuum vessel in which a substrate on which thin coating is to be formed and a sputtering target to form a thin coating material are arranged, a magnet 6 forming the magnetic field on the surface of the sputtering target and an electric power feeding means feeding electric power to the sputtering target and generating discharge plasma, and colliding ions in the generated discharge plasma against the target to release sputtering particles and depositing the sputtering particles on the substrate to form thin coating. In this case, the magnet 6 is composed in such a manner that, among magnetic flux density formed on the surface of the sputtering target, the difference between the minimum value and the maximum value of the components parallel to the surface of the sputtering target on a locus in which the components vertical to the surface of the sputtering target are made zero is regulated to double or above.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、マグネトロンスパ
ッタ装置に係わり、特に、大面積の薄膜形成基板の表面
に、一様な膜厚及び膜質を有する薄膜をスパッタ法によ
り形成することを可能にしたマグネトロンスパッタ装置
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetron sputtering apparatus, and more particularly to a magnetron sputtering apparatus capable of forming a thin film having a uniform film thickness and quality on a surface of a large-area thin film forming substrate by a sputtering method. The present invention relates to a magnetron sputtering apparatus.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、液晶表示装置は、ノート型パー
ソナルコンピュータ等の表示部に使用され、近年になっ
て、液晶表示装置の表示面のサイズは大型のものが要求
されるようになってきており、表示面のサイズは、10
インチのものを超え、12インチ以上のものが主流にな
りつつある。液晶表示装置は、2枚のガラス板(基板)
の間に電気的な応答をする液晶層を挟み込んだ構造のも
ので、液晶層に電圧を加えるための電極や素子をガラス
板の表面に形成する必要がある。
2. Description of the Related Art In general, a liquid crystal display device is used for a display unit of a notebook personal computer or the like. In recent years, a large display surface of the liquid crystal display device has been required. The size of the display surface is 10
Over 12 inches and over 12 inches are becoming mainstream. The liquid crystal display device has two glass plates (substrates)
It has a structure in which a liquid crystal layer that provides an electrical response is sandwiched between the electrodes, and it is necessary to form electrodes and elements for applying a voltage to the liquid crystal layer on the surface of the glass plate.

【0003】また、液晶表示装置の製造工程において
は、液晶表示装置の生産量を増加させるために、液晶表
示装置で必要とする表示面のサイズの数倍の大きさのサ
イズのガラス基板上に電極や素子を形成し、その後でガ
ラス基板を必要とするサイズに分割し、複数個の液晶表
示装置を得ることが慣用的に実施されている。この場
合、1個の液晶表示装置の表示面のサイズが大型化され
ているため、ガラス基板のサイズも必然的に大型化され
るようになっている。
In the manufacturing process of a liquid crystal display device, in order to increase the production amount of the liquid crystal display device, a glass substrate having a size several times the size of the display surface required for the liquid crystal display device is used. It is customary practice to form electrodes and elements, and then divide the glass substrate into required sizes to obtain a plurality of liquid crystal display devices. In this case, since the size of the display surface of one liquid crystal display device is increased, the size of the glass substrate is inevitably increased.

【0004】ところで、液晶層に電圧を加えるための電
極や素子を、ガラス基板の表面に形成するガラス基板処
理装置としては、通常、スパッタ装置やCVD(化学気
相成長)装置、エッチング装置等が使用される。その中
のスパッタ装置は、金属配線や画素用透明電極等の薄膜
電極の形成に利用される。この場合、金属配線には、形
成材料として、アルミニウム合金やクロム等が多く使用
され、透明電極には、形成材料として、ITO(Ind
ium Tin Oxide)と呼ばれる錫を添加した
酸化インジウムが用いられる。薄膜電極の形成に際して
は、その膜厚や電気抵抗が均一になるように成膜する必
要がある。その理由は、エッチング等の微細加工を均一
にするためと、液晶表示装置の表示性能を向上するため
である。
Incidentally, as a glass substrate processing apparatus for forming electrodes and elements for applying a voltage to a liquid crystal layer on the surface of a glass substrate, a sputtering apparatus, a CVD (chemical vapor deposition) apparatus, an etching apparatus and the like are usually used. used. The sputtering apparatus therein is used for forming thin-film electrodes such as metal wiring and transparent electrodes for pixels. In this case, an aluminum alloy, chromium, or the like is often used as a forming material for the metal wiring, and ITO (Ind) is used as the forming material for the transparent electrode.
Indium oxide to which tin is added, which is called ium tin oxide), is used. When forming a thin film electrode, it is necessary to form a film so that its film thickness and electric resistance become uniform. The reason is to make fine processing such as etching uniform and to improve the display performance of the liquid crystal display device.

【0005】ここで、液晶表示装置を製造するためのス
パッタ装置には、大別して2つの方式があることが知ら
れている。その1つの方式は、電極や磁極を固定した状
態にするとともに、ガラス基板を電極や磁極に対して搬
送させるようにし、ガラス基板上に成膜を行う搬送成膜
式スパッタ装置であり、もう1つの方式は、ガラス基板
を固定した状態にするとともに、磁極をガラス基板に対
して搬送させるようにし、静止状態にあるガラス基板上
に成膜を行う静止対向成膜式スパッタ装置である。この
場合、いずれの方式のスパッタ装置も、大面積のガラス
基板に均一な成膜を行うことができる成膜方法である。
Here, it is known that there are roughly two types of sputtering apparatuses for manufacturing a liquid crystal display device. One of the methods is a transfer film forming type sputtering apparatus in which electrodes and magnetic poles are fixed and a glass substrate is transferred to the electrodes and magnetic poles to form a film on a glass substrate. One type is a stationary facing film-forming type sputtering apparatus in which a glass substrate is fixed and a magnetic pole is conveyed to the glass substrate to form a film on a glass substrate in a stationary state. In this case, any of the sputtering apparatuses is a film forming method capable of forming a uniform film on a large-sized glass substrate.

【0006】そして、搬送成膜式スパッタ装置は、成膜
に高い均一性が得られ、1つのスパッタ装置が多種のサ
イズのガラス基板に対応できるという長所を有する反面
で、スパッタ装置全体のレイアウトに制限がある、ガラ
ス基板を搬送するためのトレーが必要になる等の欠点を
有している。一方、静止対向成膜式スパッタ装置は、ス
パッタ装置のレイアウトの自由度が大きい、ガラス基板
を搬送するためのトレーを必要としない等の長所を有す
るのに対してガラス基板が大面積になればなる程、成膜
の均一性を確保することが難しいという欠点を有してい
る。
[0006] The transport film forming type sputtering apparatus has the advantages that high uniformity of film formation is obtained and one sputtering apparatus can cope with glass substrates of various sizes. It has drawbacks such as limitations and the need for a tray for transporting glass substrates. On the other hand, a stationary facing film forming type sputtering apparatus has advantages such as a large degree of freedom in the layout of the sputtering apparatus and a need for a tray for transporting the glass substrate. Indeed, it has a drawback that it is difficult to ensure uniformity of film formation.

【0007】このような静止対向成膜式スパッタ装置に
は、代表的な基本構成を有するものとして、例えば、特
開昭60−114568号に開示ものが知られている。
この静止対向成膜式スパッタ装置は、磁場形成手段とし
て、長方形状に構成配置されたマグネット(永久磁石)
を用いている。
[0007] As such a stationary facing film forming type sputtering apparatus, one disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 60-114568 is known as one having a typical basic configuration.
This stationary facing film forming type sputtering apparatus uses a magnet (permanent magnet) arranged and arranged in a rectangular shape as a magnetic field forming means.
Is used.

【0008】図6は、かかる既知の長方形状に構成配置
されたマグネットの構成の一例を示す斜視図である。
FIG. 6 is a perspective view showing an example of the configuration of such a magnet arranged and arranged in a known rectangular shape.

【0009】図6に示されるように、マグネット60
は、角柱状の内側マグネット61と、内側マグネット6
1の長手方向に沿ってその周囲を覆うように配置された
枠状の外部マグネット62と、内側マグネット61及び
外側マグネット62の背面部を覆う長方形の板状磁気ヨ
ーク63とからなり、内側マグネット61と外側マグネ
ット62との間隔が場所に係らず一定になるように配置
したものである。
[0009] As shown in FIG.
Is a prism-shaped inner magnet 61 and an inner magnet 6
1 includes a frame-shaped external magnet 62 disposed so as to cover the periphery thereof along the longitudinal direction thereof, and a rectangular plate-shaped magnetic yoke 63 that covers the back portions of the inner magnet 61 and the outer magnet 62. The outer magnet 62 is arranged so that the distance between the outer magnet 62 and the outer magnet 62 is constant regardless of the location.

【0010】そして、内側マグネット61は、上端部が
N極に、下端部がS極にそれぞれ磁化されており、外側
マグネット62は、内側マグネット61とは反対に、上
端部がS極に、下端部がN極にそれぞれ磁化されてい
る。
The inner magnet 61 has its upper end magnetized to an N-pole and its lower end magnetized to an S-pole. The parts are respectively magnetized to the N pole.

【0011】静止対向成膜式スパッタ装置の動作時に、
マグネット60は、固定配置されたスパッタリングター
ゲットに沿って直線的に移動させて使用されるが、成膜
を行うガラス基板、即ち、液晶表示装置の表示面は一般
的に長方形状のものであるので、このような長方形状に
構成配置されたマグネット60を用いても何等不都合が
生じることはない。
During operation of the stationary facing film forming type sputtering apparatus,
The magnet 60 is used by being moved linearly along a fixedly arranged sputtering target. However, since the glass substrate on which the film is formed, that is, the display surface of the liquid crystal display device is generally rectangular, However, even if such a magnet 60 arranged in a rectangular shape is used, no inconvenience occurs.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】前記既知の静止対向成
膜式スパッタ装置は、交流電圧または直流電圧を印加し
たスパッタリングターゲットと、絶縁物からなっている
ガラス基板とを静止状態に対向配置させた場合に、スパ
ッタリングターゲットから発生した二次電子を吸収する
アノードが、ガラス基板の周囲に配置されていいるだけ
であるので、スパッタリングターゲットの中央部分から
放出される二次電子と、スパッタリングターゲットの周
辺部分から放出される二次電子との間で、アノードまで
の距離、即ち、二次電子の走行距離が異なってくる。
In the known stationary facing film forming type sputtering apparatus, a sputtering target to which an AC voltage or a DC voltage is applied and a glass substrate made of an insulating material are arranged in a stationary state to face each other. In such a case, since the anode that absorbs the secondary electrons generated from the sputtering target is only arranged around the glass substrate, the secondary electrons emitted from the central portion of the sputtering target and the peripheral portion of the sputtering target The distance to the anode, that is, the traveling distance of the secondary electrons, differs from the secondary electrons emitted from the secondary electron.

【0013】ところで、プラズマ放電は、アルゴンのよ
うな不活性ガスと二次電子との衝突によって発生するた
め、二次電子の走行距離とプラズマ放電密度との間に密
接な関係があり、本発明者等の実験によれば、総じてス
パッタリングターゲットの周辺部分のプラズマ放電密度
が、スパッタリングターゲットの中央部分のプラズマ放
電密度よりも高いことが判明した。
By the way, since plasma discharge is generated by collision of an inert gas such as argon with secondary electrons, there is a close relationship between the traveling distance of secondary electrons and the plasma discharge density. According to experiments by the present inventors, it has been found that the plasma discharge density in the peripheral portion of the sputtering target is generally higher than the plasma discharge density in the central portion of the sputtering target.

【0014】このように、前記既知の静止対向成膜式ス
パッタ装置は、プラズマ放電密度に部分的な差を生じる
もので、ガラス基板が大型になる程、プラズマ放電密度
の部分的な差が顕著に現われるようになり、その結果、
ガラス基板の全面にわたって均一な膜厚の成膜を行うこ
とができないという問題がある。
As described above, in the known stationary facing film forming type sputtering apparatus, a partial difference is generated in the plasma discharge density. As the size of the glass substrate increases, the partial difference in the plasma discharge density becomes remarkable. And as a result,
There is a problem that a film having a uniform thickness cannot be formed over the entire surface of the glass substrate.

【0015】このような問題点を除去する手段として、
例えば、特開平7−233473号に開示のマグネトロ
ンスパッタ装置が既に提案されている。特開平7−23
3473号に開示のマグネトロンスパッタ装置は、磁場
形成手段となるマグネット(永久磁石)の端部部分に切
り込みを形成し、プラズマ放電密度が大きくなる部分の
磁場を弱めるようにし、プラズマ放電密度の部分的の差
を極力なくすようにしているものである。
As means for eliminating such a problem,
For example, a magnetron sputtering apparatus disclosed in JP-A-7-233473 has already been proposed. JP-A-7-23
The magnetron sputtering apparatus disclosed in Japanese Patent No. 3473 discloses a method in which a notch is formed at an end portion of a magnet (permanent magnet) serving as a magnetic field forming means so as to weaken the magnetic field in a portion where the plasma discharge density is increased, thereby reducing the plasma discharge density. Is to minimize the difference.

【0016】特開平7−233473号に開示のマグネ
トロンスパッタ装置は、一応、プラズマ放電密度の部分
的の差をできるだけ少なくすることが可能であるとして
も、ガラス基板のサイズとして一辺が0.6m程度のも
のまでであって、最近のように、ガラス基板のサイズと
して一辺が1m程度にまで拡大されたような場合は、プ
ラズマ放電密度の部分的の差を極力なくすことが難し
く、ガラス基板全面に均一な膜厚の成膜を行うことがで
きないという問題を有している。
The magnetron sputtering apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-233473 is capable of reducing the partial difference in plasma discharge density as much as possible. In recent years, when one side of a glass substrate is enlarged to about 1 m as in recent years, it is difficult to eliminate a partial difference in plasma discharge density as much as possible, There is a problem that a film having a uniform film thickness cannot be formed.

【0017】本発明は、これらの問題点を解決するもの
で、その目的は、磁場形成手段を改良することにより、
基板のサイズが大型化した場合においても、基板全面に
均一な膜厚の成膜を行うことが可能なマグネトロンスパ
ッタ装置を提供することにある。
The present invention solves these problems, and its object is to improve the magnetic field forming means,
An object of the present invention is to provide a magnetron sputtering apparatus capable of forming a film having a uniform thickness over the entire surface of a substrate even when the size of the substrate is increased.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明によるマグネトロンスパッタ装置は、薄膜形
成基板、スパッタリングターゲット、スパッタリングタ
ーゲットに磁場を形成する磁場形成手段、スパッタリン
グターゲットへの電力供給手段を備え、磁場形成手段
を、スパッタリングターゲット表面に形成される磁束密
度の中で、スパッタリングターゲット表面に垂直な成分
がゼロになる軌跡上におけるスパッタリングターゲット
表面に平行な成分の最小値と最大値の差が少なくとも2
倍になるように構成した手段を具備する。
To achieve the above object, a magnetron sputtering apparatus according to the present invention comprises a thin film forming substrate, a sputtering target, a magnetic field forming means for forming a magnetic field on the sputtering target, and a power supply means for the sputtering target. The magnetic field forming means, the difference between the minimum value and the maximum value of the component parallel to the sputtering target surface on the locus where the component perpendicular to the sputtering target surface becomes zero in the magnetic flux density formed on the sputtering target surface Is at least 2
A means configured to be doubled.

【0019】ここで、磁場形成手段の具体的構成として
は、長方形状に構成配置されたマグネット(永久磁石)
を用いた場合、長手方向に段階的に厚みを異にする複数
枚の磁性材を貼着したマグネットからなるもの、長手方
向に段階的に断面積が変化する複数のマグネットからな
るもの、長手方向に段階的に残留磁束密度を異にする複
数のマグネットからなるものが用いられる。
Here, a specific configuration of the magnetic field forming means is a magnet (permanent magnet) arranged and arranged in a rectangular shape.
In the case of using, a magnet consisting of a plurality of magnetic materials with different thicknesses attached stepwise in the longitudinal direction, a magnet consisting of a plurality of magnets whose sectional area changes stepwise in the longitudinal direction, a longitudinal direction A magnet composed of a plurality of magnets having different residual magnetic flux densities in stages is used.

【0020】前記手段によれば、長方形状のマグネット
の長手方向の中央部分は、アノードまでの距離が長い
が、磁場が強くなっており、一方、マグネットの長手方
向の端部部分は、アノードまでの距離が短いが、磁場が
弱くなっていることから、レーストラックプラズマ放電
空間内のプラズマ放電密度がほぼ一様になり、スパッタ
リングターゲットをスパッタリングするイオン密度がス
パッタリングターゲットの全面にわたってほぼ一定にな
る。
According to the above-mentioned means, the central portion in the longitudinal direction of the rectangular magnet has a long distance to the anode, but has a strong magnetic field, while the longitudinal end portion of the magnet extends to the anode. However, since the magnetic field is weakened, the plasma discharge density in the racetrack plasma discharge space becomes almost uniform, and the ion density for sputtering the sputtering target becomes almost constant over the entire surface of the sputtering target.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態において、マ
グネトロンスパッタ装置は、薄膜を形成する基板及び薄
膜材料となるスパッタリングターゲットを内部に配置し
た真空容器と、スパッタリングターゲットの表面に磁場
を形成する磁場形成手段と、スパッタリングターゲット
に電力を供給し、放電プラズマを発生する電力供給手段
とを備え、発生した放電プラズマ中のイオンをターゲッ
トに衝突させてスパッタリング粒子を放出させ、スパッ
タリング粒子を基板上に堆積して薄膜を形成するもので
あって、磁場形成手段は、スパッタリングターゲット表
面に形成される磁束密度の中で、スパッタリングターゲ
ット表面に垂直な成分がゼロになる軌跡上におけるスパ
ッタリングターゲット表面に平行な成分の最小値と最大
値の差が少なくとも2倍になるように構成しているもの
である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In an embodiment of the present invention, a magnetron sputtering apparatus forms a magnetic field on a surface of a sputtering target, and a vacuum vessel in which a substrate for forming a thin film and a sputtering target as a thin film material are disposed. A magnetic field forming unit and a power supply unit that supplies power to the sputtering target and generates a discharge plasma, colliding ions in the generated discharge plasma with the target to discharge sputtering particles, and deposit the sputtering particles on the substrate The magnetic field forming means is formed in a magnetic flux density formed on the surface of the sputtering target, the component being perpendicular to the surface of the sputtering target on a trajectory where the component perpendicular to the surface of the sputtering target becomes zero. If the difference between the minimum and maximum values of the components is small Those that are configured to be doubled.

【0022】本発明の実施の形態の最適例において、マ
グネトロンスパッタ装置は、磁場形成手段を、スパッタ
リングターゲット表面に平行な成分の最小値と最大値の
差が2倍以上5倍以下になるように構成しているもので
ある。
In an optimal example of the embodiment of the present invention, the magnetron sputtering apparatus controls the magnetic field forming means so that the difference between the minimum value and the maximum value of the component parallel to the surface of the sputtering target is 2 times or more and 5 times or less. What constitutes.

【0023】本発明の実施の形態の具体例として、マグ
ネトロンスパッタ装置は、磁場形成手段をスパッタリン
グターゲットに対して移動可能な構成にしている。
As a specific example of the embodiment of the present invention, the magnetron sputtering apparatus has a configuration in which the magnetic field forming means can be moved with respect to the sputtering target.

【0024】本発明の実施の形態のそれぞれにおいて、
マグネトロンスパッタ装置は、磁場形成手段を、スパッ
タリングターゲット表面に形成される磁束密度の中で、
スパッタリングターゲット表面に垂直な成分がゼロにな
る軌跡が角部に丸みを帯びた長方形状になるように形成
しているものである。
In each of the embodiments of the present invention,
The magnetron sputtering apparatus uses a magnetic field forming means in a magnetic flux density formed on a sputtering target surface,
The trajectory where the component perpendicular to the surface of the sputtering target becomes zero is formed so as to have a rectangular shape with rounded corners.

【0025】本発明の実施の形態における磁場形成手段
の1つの具体例として、磁場形成手段は長方形状に構成
配置されたマグネットからなるもので、マグネットは長
手方向に段階的に厚みを異にする複数枚の磁性材を貼着
したものである。
As one specific example of the magnetic field forming means in the embodiment of the present invention, the magnetic field forming means is composed of a magnet arranged and arranged in a rectangular shape, and the magnets have different thicknesses in the longitudinal direction. A plurality of magnetic materials are attached.

【0026】本発明の実施の形態における磁場形成手段
の他の具体例として、磁場形成手段は長方形状に構成配
置されたマグネットからなるもので、マグネットは長手
方向に段階的に断面積が変化する複数のマグネットから
なっているものである。
As another specific example of the magnetic field forming means in the embodiment of the present invention, the magnetic field forming means is composed of a magnet arranged and arranged in a rectangular shape, and the magnet has a sectional area which changes stepwise in the longitudinal direction. It consists of multiple magnets.

【0027】本発明の実施の形態における磁場形成手段
のさらに別の具体例として、磁場形成手段は長方形状に
構成配置されたマグネットからなるもので、マグネット
は長手方向に段階的に残留磁束密度を異にする複数のマ
グネットからなっているものである。
As still another specific example of the magnetic field forming means according to the embodiment of the present invention, the magnetic field forming means is composed of a magnet arranged and arranged in a rectangular shape, and the magnet gradually reduces the residual magnetic flux density in the longitudinal direction. It consists of a plurality of different magnets.

【0028】これらの本発明の実施の形態によれば、磁
場形成手段を、スパッタリングターゲット表面に形成さ
れる磁束密度の中で、スパッタリングターゲット表面に
垂直な成分がゼロになる軌跡上におけるスパッタリング
ターゲット表面に平行な成分の最小値と最大値の差が少
なくとも2倍になるように構成しているので、磁場形成
手段の中央部分は、アノードまでの距離が長くなってい
るが、磁場が強くなっており、一方、磁場形成手段の端
部部分は、アノードまでの距離が短くなっているが、磁
場が弱くなっている。このため、磁場形成手段における
レーストラックプラズマ放電空間内のプラズマ放電密度
は全体的にほぼ一様になり、プラズマ放電密度が全体的
にほぼ一様になったことから、スパッタリングターゲッ
トをスパッタリングするイオン密度もスパッタリングタ
ーゲットの全面にわたってほぼ一定になり、その結果、
大型化サイズの基板を用いた場合であっても、基板にス
パッタリング形成される成膜の膜厚分布や膜質分布を均
一化することができ、大型化サイズの基板上に均一な薄
膜を堆積することができる。
According to these embodiments of the present invention, the magnetic field forming means is provided so that the component perpendicular to the surface of the sputtering target becomes zero in the magnetic flux density formed on the surface of the sputtering target. Since the difference between the minimum value and the maximum value of the component parallel to is configured to be at least twice, the central portion of the magnetic field forming means has a longer distance to the anode, but the magnetic field becomes stronger. On the other hand, at the end of the magnetic field forming means, the distance to the anode is short, but the magnetic field is weak. As a result, the plasma discharge density in the race track plasma discharge space in the magnetic field forming means became substantially uniform overall, and the plasma discharge density became substantially uniform overall. Becomes almost constant over the entire surface of the sputtering target, and as a result,
Even when a large-sized substrate is used, the film thickness distribution and film quality distribution of the film formed by sputtering on the substrate can be made uniform, and a uniform thin film is deposited on the large-sized substrate. be able to.

【0029】[0029]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0030】図1は、本発明によるマグネトロンスパッ
タ装置の一実施例の構成を示す一部展開部分を有する斜
視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of an embodiment of a magnetron sputtering apparatus according to the present invention and having a partially developed portion.

【0031】図1において、1は真空容器、2はガラス
基板、2aは基板載置面、3はスパッタリングターゲッ
ト、4はアノード(電力供給手段)、5はマスク部材、
6はマグネット(永久磁石、磁場形成手段)、7は背面
板、8はマグネット揺動機構、9はプラズマ放電領域で
ある。
In FIG. 1, 1 is a vacuum vessel, 2 is a glass substrate, 2a is a substrate mounting surface, 3 is a sputtering target, 4 is an anode (power supply means), 5 is a mask member,
6 is a magnet (permanent magnet, magnetic field forming means), 7 is a back plate, 8 is a magnet swing mechanism, and 9 is a plasma discharge region.

【0032】そして、本実施例のマグネトロンスパッタ
装置は、使用時に内部が真空状態に吸引される真空容器
1と、真空容器1内に設置された基板載置面2a上に載
置されるガラス基板2と、真空容器1の上部壁内にあっ
て、ガラス基板2に対して離間状態で対向配置されるス
パッタリングターゲット3と、真空容器1内にあって、
基板載置面2aの周囲に配置される断面コ字状のアノー
ド4と、真空容器1内にあって、ガラス基板2の周縁部
を覆うように配置されるマスク部材5と、スパッタリン
グターゲット3上にあって、真空容器1の上部壁を封止
するように配置される背面板7と、真空容器1外にあっ
て、背面板7を介してスパッタリングターゲット3に対
向配置される長方形状に構成配置されたマグネット6
と、マグネット6を背面板7において図1に図示の矢印
方向lに揺動させるマグネット揺動機構8とによって構
成されている。
The magnetron sputtering apparatus according to the present embodiment has a vacuum vessel 1 whose inside is evacuated to a vacuum state during use, and a glass substrate placed on a substrate placing surface 2a placed in the vacuum vessel 1. 2, a sputtering target 3 in the upper wall of the vacuum vessel 1 and opposed to the glass substrate 2 in a spaced state, and a sputtering target 3 in the vacuum vessel 1,
An anode 4 having a U-shaped cross section disposed around the substrate mounting surface 2a; a mask member 5 disposed in the vacuum vessel 1 so as to cover a peripheral portion of the glass substrate 2; A back plate 7 arranged to seal the upper wall of the vacuum vessel 1 and a rectangular shape outside the vacuum vessel 1 and opposed to the sputtering target 3 via the back plate 7. Magnet 6 placed
And a magnet swing mechanism 8 that swings the magnet 6 on the back plate 7 in the direction of the arrow l shown in FIG.

【0033】前記構成において、基板載置面2a上にガ
ラス基板2を載置し、真空容器1の内部の真空引きを行
った後、アノードに所定電圧値の直流電圧または交流電
圧を印加すると、スパッタリングターゲット3の表面の
プラズマ放電領域9内にプラズマ放電が発生する。この
とき、プラズマ放電によって発生したイオンがスパッタ
リングターゲット3の表面に衝突することにより、スパ
ッタリングターゲット3からスパッタリング粒子を発生
させ、発生したスパッタリング粒子がガラス基板上の所
定の箇所に堆積し、ガラス基板上に薄膜を形成するもの
である。
In the above configuration, after the glass substrate 2 is mounted on the substrate mounting surface 2a and the inside of the vacuum vessel 1 is evacuated, a DC voltage or an AC voltage having a predetermined voltage value is applied to the anode. Plasma discharge occurs in the plasma discharge region 9 on the surface of the sputtering target 3. At this time, the ions generated by the plasma discharge collide with the surface of the sputtering target 3 to generate sputtered particles from the sputtering target 3, and the generated sputtered particles are deposited on a predetermined location on the glass substrate, and A thin film is formed on the substrate.

【0034】このマグネトロンスパッタ装置における一
連の薄膜形成動作時に、マグネット6は、マグネット揺
動機構8の揺動機能によって、固定状態にあるスパッタ
リングターゲット3に対して矢印方向lに揺動し、スパ
ッタリングターゲット3の表面に磁場を形成し、プラズ
マ放電領域9にプラズマ放電を発生させる。
During a series of thin film forming operations in the magnetron sputtering apparatus, the magnet 6 swings in the arrow direction l with respect to the fixed sputtering target 3 by the swing function of the magnet swing mechanism 8, A magnetic field is formed on the surface of the substrate 3 to generate a plasma discharge in the plasma discharge region 9.

【0035】この場合、マグネット6は、後述する図3
乃至図5に図示されるような第1例乃至第3例の構成を
有するもので、これらの構成を採用することにより、中
央部分の磁束密度を大きく、両端部分の磁束密度を小さ
くして、ガラス基板2上に全面にわたって膜厚及び膜質
が均一化された薄膜を形成している。
In this case, the magnet 6 is used as shown in FIG.
5 to the first example to the third example as shown in FIG. 5. By adopting these configurations, the magnetic flux density at the center portion is increased and the magnetic flux densities at both end portions are reduced. A thin film having a uniform thickness and quality is formed on the entire surface of the glass substrate 2.

【0036】ここで、図2(a)は、図1に図示された
マグネトロンスパッタ装置に用いられる第1例のマグネ
ットの構成を示す斜視図であり、図2(b)は、第1例
のマグネットにおけるスパッタリングターゲット3の表
面に垂直な磁束密度成分がゼロとなる軌跡(点線部分)
を示す説明図である。
Here, FIG. 2A is a perspective view showing a configuration of a magnet of a first example used in the magnetron sputtering apparatus shown in FIG. 1, and FIG. 2B is a perspective view of the magnet of the first example. Locus of the magnet where the magnetic flux density component perpendicular to the surface of the sputtering target 3 becomes zero (dotted line portion)
FIG.

【0037】図2(a)、(b)において、10は内側
マグネット、11は外側マグネット、12は磁気ヨー
ク、131 は第1磁性材、132 は第2磁性材であっ
て、その他に、図1の構成要素と同じ構成要素について
は同じ符号を付けている。
[0037] FIG. 2 (a), the (b), the inner magnet 10, 11 the outer magnet 12 the magnetic yoke, 13 1 the first magnetic material, 13 2 a second magnetic material, in other The same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.

【0038】図2(a)に示されるように、第1例のマ
グネット6は、角柱状の内側マグネット10と、内側マ
グネット10の長手方向に沿ってその全周囲を覆うよう
に配置された枠状の外側マグネット11と、内側マグネ
ット10及び外側マグネット11の背面部を覆う長方形
の板状磁気ヨーク12と、マグネット6の両端部にある
内側マグネット10と外側マグネット11との対向部分
に貼着された厚みの比較的厚い第1磁性材131 と、マ
グネット6の両端部に続く中央寄りの部分にある内側マ
グネット10と外側マグネット11との対向部分に貼着
された厚みの比較的薄い第2磁性材132 とからなって
おり、第1磁性材131 及び第2磁性材132 を除いた
ときの、内側マグネット10と外側マグネット11との
間隔は、場所に係らず一定になるように配置されてい
る。
As shown in FIG. 2A, the magnet 6 of the first example has a prism-shaped inner magnet 10 and a frame arranged so as to cover the entire circumference of the inner magnet 10 along the longitudinal direction of the inner magnet 10. The outer magnet 11 having a rectangular shape, a rectangular plate-shaped magnetic yoke 12 covering the inner magnet 10 and the back surface of the outer magnet 11, and affixed to opposing portions of the inner magnet 10 and the outer magnet 11 at both ends of the magnet 6. and a relatively thick first magnetic material 13 1 in the thickness, the inner magnet 10 and adhered to the thickness portion facing the outer magnet 11 relatively thin second in the inboard portion that follows the end portions of the magnet 6 has become a magnetic material 13 2 which, when excluding the first magnetic member 13 1 and the second magnetic member 13 2, the distance between the inner magnet 10 and outer magnet 11, applied to the location It is arranged to be constant.

【0039】そして、内側マグネット10は、上端部側
がN極に、下端部側、即ち磁気ヨーク12と接する側が
S極にそれぞれ磁化され、外側マグネット11は、内側
マグネット10とは反対に、上端部側がS極に、下端部
側がN極にそれぞれ磁化されている。
The upper end of the inner magnet 10 is magnetized to the N pole, and the lower end, that is, the side in contact with the magnetic yoke 12 is magnetized to the S pole. The outer magnet 11 is opposed to the inner magnet 10 at the upper end. The side is magnetized to the south pole and the lower end side is magnetized to the north pole.

【0040】前記構成による第1例のマグネット6によ
れば、内側マグネット10と外側マグネット11との間
に形成される磁束は、内側マグネット10に貼着されて
いる第1磁性材131 と第2磁性材132 及び外側マグ
ネット11に貼着されている第1磁性材131 と第2磁
性材132 にそれぞれ引き込まれる。このとき、マグネ
ット6の両端部は、内側マグネット10及び外側マグネ
ット11に、比較的厚みの厚い第1磁性材131 を貼着
しているので、第1磁性材131 に多くの磁束の引き込
みが行われ、一方、マグネット6の両端部に続く中央寄
りの部分は、内側マグネット10及び外側マグネット1
1に、比較的厚みの薄い第2磁性材132 を貼着してい
るので、第2磁性材132 に第1磁性材131 に比べて
少ない磁束の引き込みが行われ、さらに、マグネット6
の中央部は、内側マグネット10及び外側マグネット1
1に、磁性材が貼着されていないので、磁束の引き込み
が行われない。
According to the magnet 6 of the first example according to the configuration, the magnetic flux formed between the inner magnet 10 and outer magnet 11 includes a first magnetic member 13 1 is attached to the inner magnet 10 first 2 magnetic material 13 2 and the first magnetic material 13 1 is stuck to the outer magnet 11 to be pulled a second respective magnetic member 13 2. In this case, both end portions of the magnet 6, the inner magnet 10 and outer magnet 11, relatively since the thickness of the thick first magnetic member 13 1 is attached, retraction of many magnetic flux in the first magnetic material 13 1 On the other hand, the portion near the center following both ends of the magnet 6 is the inner magnet 10 and the outer magnet 1.
Since the second magnetic material 13 2 having a relatively small thickness is attached to the first magnetic material 13 1 , a smaller amount of magnetic flux is drawn into the second magnetic material 13 2 than in the first magnetic material 131, and the magnet 6
The central part of the inner magnet 10 and the outer magnet 1
1, no magnetic material is stuck, so no magnetic flux is drawn.

【0041】このように、第1例のマグネット6は、両
端部において多くの磁束の引き込みが行われるので、両
端部の磁束密度は比較的小さく、また、両端部に続く中
央寄りの部分において少ない磁束の引き込みが行われる
ので、この中央寄りの部分の磁束密度は両端部よりも大
きく、さらに、中央部において磁束の引き込みが行われ
ないので、中央部の磁束密度は比較的大きくなり、マグ
ネット6によって得られる磁場の磁束密度の大きさは、
両端部<両端部に続く中央寄りの部分<中央部のように
なる。
As described above, in the magnet 6 of the first example, since a large amount of magnetic flux is drawn in at both ends, the magnetic flux density at both ends is relatively small, and the magnetic flux density at the center portion following both ends is small. Since the magnetic flux is drawn in, the magnetic flux density in the portion near the center is higher than that in both ends, and further, since the magnetic flux is not drawn in the central portion, the magnetic flux density in the central portion becomes relatively large. The magnitude of the magnetic flux density of the magnetic field obtained by
Both ends <central portion following both ends <center.

【0042】そして、第1例のマグネット6によって得
られる磁束密度の内、スパッタリングターゲット3の表
面に垂直な成分がゼロになる位置の軌跡を求めると、図
2(b)の点線に示すように、レーストラック形状にな
る。
Then, when the locus of the position where the component perpendicular to the surface of the sputtering target 3 becomes zero among the magnetic flux densities obtained by the magnet 6 of the first example is obtained, as shown by the dotted line in FIG. , Race track shape.

【0043】また、図3は、第1例のマグネット6にお
ける、スパッタリングターゲット3の表面に垂直な磁束
密度成分がゼロになる軌跡(点線)上の、スパッタリン
グターゲット3の表面に平行な磁束密度成分の大きさの
一例を示す特性図である。
FIG. 3 shows a magnetic flux density component parallel to the surface of the sputtering target 3 on a locus (dotted line) where the magnetic flux density component perpendicular to the surface of the sputtering target 3 becomes zero in the magnet 6 of the first example. FIG. 4 is a characteristic diagram showing an example of the size of the graph.

【0044】図3において、縦軸はテスラで表した磁束
密度であり、横軸は点線上の位置であって、点A、Cは
マグネット6の両端部を示し、点Bはマグネット6の中
央部を示す。
In FIG. 3, the vertical axis is the magnetic flux density expressed in Tesla, the horizontal axis is the position on the dotted line, points A and C indicate both ends of the magnet 6, and point B is the center of the magnet 6. Indicates a part.

【0045】図3の特性図に示されるように、第1例の
マグネット6は、両端部(点A、C)におけるスパッタ
リングターゲット3の表面に平行な磁束密度(最小値)
が0.02テスラであるのに対して、中央部(点B)に
おけるスパッタリングターゲット3の表面に平行な磁束
密度(最大値)が0.044テスラであって、両端部に
比べて2倍以上の磁束密度を有している。
As shown in the characteristic diagram of FIG. 3, the magnet 6 of the first example has a magnetic flux density (minimum value) parallel to the surface of the sputtering target 3 at both ends (points A and C).
Is 0.02 Tesla, whereas the magnetic flux density (maximum value) parallel to the surface of the sputtering target 3 at the center (point B) is 0.044 Tesla, which is more than twice as large as that at both ends. Magnetic flux density.

【0046】次に、図4は、図1に図示されたマグネト
ロンスパッタ装置に用いられる第2例のマグネットの構
成を示す斜視図である。
Next, FIG. 4 is a perspective view showing the configuration of a second example of the magnet used in the magnetron sputtering apparatus shown in FIG.

【0047】図4に示されるように、第2例のマグネッ
ト6は、角柱状の内側マグネット10’と、内側マグネ
ット10’の長手方向に沿ってその全周囲を覆うように
配置された枠状の外側マグネット11’と、内側マグネ
ット10’及び外側マグネット11’の背面部を覆う長
方形の板状磁気ヨーク12’とを備えている。そして、
内側マグネット10’は、最も大きい残留磁束密度を有
する第1内側マグネット141 と、第1内側マグネット
141 に次ぐ大きさの残留磁束密度を有する2つの第2
内側マグネット142 と、最も小さい残留磁束密度を有
する2つの第3内側マグネット143 の集合体からな
り、両端部にそれぞれ第3内側マグネット143 が配置
され、中央部に第1内側マグネット141 が配置され、
両端部と中央部の間にそれぞれ第2内側マグネット14
2 が配置された構成を有する。また、外側マグネット1
1’は、最も大きい残留磁束密度を有する第1外側マグ
ネット151 と、第1外側マグネット151 に次ぐ大き
さの残留磁束密度を有する2つの第2外側マグネット1
2 と、最も小さい残留磁束密度を有する2つの第3外
側マグネット153 の集合体からなり、両端部にそれぞ
れ第3外側マグネット153 が配置され、中央部に第1
外側マグネット151 が配置され、両端部と中央部の間
にそれぞれ第2外側マグネット152 が配置された構成
を有している。
As shown in FIG. 4, the magnet 6 of the second example has a prismatic inner magnet 10 'and a frame-like magnet arranged so as to cover the entire circumference of the inner magnet 10' along the longitudinal direction. , And a rectangular plate-shaped magnetic yoke 12 ′ that covers the back surface of the inner magnet 10 ′ and the outer magnet 11 ′. And
Inner magnet 10 ', the largest remaining first inner magnet 14 1 having a magnetic flux density, two second having a residual magnetic flux density of the magnitude second only to the first inner magnet 14 1
An inner magnet 14 2, two and a third assembly of the inner magnet 14 3 with the smallest residual magnetic flux density, the third inner magnet 14 3 are disposed at both ends, a first inner magnet to the central part 14 1 Is placed,
A second inner magnet 14 is provided between both ends and the center.
2 is arranged. Also, outer magnet 1
1 'includes a first outer magnet 15 1 having the largest residual magnetic flux density, two second outer magnet having a residual magnetic flux density of the size next to the first outer magnet 15 1 1
And 5 2, the smallest residual two and a third outer magnet 15 3 of the set having a magnetic flux density, is arranged a third outer magnet 15 3 at both ends, first in the central portion
Outer magnet 15 1 is disposed a second outer magnet 15 2 each having the arrangement configurations between the end portions and the central portion.

【0048】この場合、各内側マグネット141 、14
2 、143 は、内側マグネット10’を構成した場合
に、上端部側が全てN極に、下端部側が全てS極にそれ
ぞれ磁化され、各外側マグネット151 、152 、15
3 は、内側マグネット10’とは反対に、外側マグネッ
ト11’を構成した場合に、上端部側が全てS極に、下
端部側が全てN極にそれぞれ磁化されている。
In this case, each inner magnet 14 1 , 14
2, 14 3, the case where the inner magnet 10 ', the upper end of all N poles are magnetized respectively on the lower end are all S poles, the outer magnet 15 1, 15 2, 15
3 , when the outer magnet 11 'is formed opposite to the inner magnet 10', the upper end is magnetized to the S pole and the lower end is magnetized to the N pole.

【0049】前記構成による第2例のマグネット6によ
れば、内側マグネット10’と外側マグネット11’と
の間に形成される磁束は、それぞれの位置にある内側マ
グネット141 、142 、143 及び外側マグネット1
1 、152 、153 の残留磁束密度の大きさに依存す
るようになる。即ち、マグネット6は、長手方向の両端
部に最も小さい残留磁束密度(例えば、0.07テス
ラ)を有する内側マグネット141 及び外側マグネット
151 が配置されていることから、両端部の磁束密度は
比較的小さく、また、両端部に続く中央寄りの部分に中
間的な残留磁束密度(例えば、0.09テスラ)を有す
る内側マグネット142 及び外側マグネット152 が配
置されていることから、この中央寄りの部分の磁束密度
は両端部の磁束密度よりも大きく、さらに、中央部に最
も大きい残留磁束密度(例えば、0.11テスラ)を有
する内側マグネット143 及び外側マグネット153
配置されていることから、両端部の磁束密度は比較的大
きくなり、マグネット6によって得られる磁場の磁束密
度の大きさは、両端部<両端部に続く中央寄りの部分<
中央部のようになる。
According to the magnet 6 of the second example having the above-described structure, the magnetic flux formed between the inner magnet 10 'and the outer magnet 11' is changed to the inner magnets 14 1 , 14 2 , 14 3 at the respective positions. And outer magnet 1
5 1, 15 2, 15 become dependent on the magnitude of the residual magnetic flux density of 3. That is, the magnet 6, from the smallest residual magnetic flux density at both end portions in the longitudinal direction (e.g., 0.07 Tesla) inner magnet 14 1 and the outer magnet 15 1 having been located, the magnetic flux density of both ends relatively small and, since the intermediate residual magnetic flux density (e.g., 0.09 Tesla) inner magnet 14 2 and the outer magnet 15 2 having a are arranged near the center of the portion that follows the end portions, the central the magnetic flux density of the portion of the deviation is greater than the magnetic flux density at both ends, and further, the largest residual magnetic flux density in the central portion (e.g., 0.11 Tesla) inner magnet 14 3 and the outer magnet 15 3 having been arranged Therefore, the magnetic flux density at both ends is relatively large, and the magnitude of the magnetic flux density of the magnetic field obtained by the magnet 6 is smaller than both ends < Deviation of part <
It looks like the middle part.

【0050】第2例のマグネット6においても、マグネ
ット6によって得られる磁束密度の内、スパッタリング
ターゲット3の表面に垂直な成分がゼロになる軌跡は、
図2(b)の点線に示すレーストラック形状とほぼ同じ
形状になるもので、この点線上のスパッタリングターゲ
ット3の表面に平行な磁束密度成分の大きさは、図3に
示す特性に類似した特性になり、マグネット6の中央部
(点B)におけるスパッタリングターゲット3の表面に
平行な磁束密度(最大値)は、両端部(点A、C)にお
けるスパッタリングターゲット3の表面に平行な磁束密
度(最小値)の2倍以上になる。
Also in the magnet 6 of the second example, of the magnetic flux density obtained by the magnet 6, the locus in which the component perpendicular to the surface of the sputtering target 3 becomes zero is as follows:
The shape of the magnetic flux density component parallel to the surface of the sputtering target 3 on the dotted line is substantially the same as the shape of the race track shown by the dotted line in FIG. The magnetic flux density (maximum value) parallel to the surface of the sputtering target 3 at the center (point B) of the magnet 6 is the magnetic flux density (minimum) parallel to the surface of the sputtering target 3 at both ends (points A and C). Value).

【0051】続く、図5は、図1に図示されたマグネト
ロンスパッタ装置に用いられる第3例のマグネットの構
成を示す斜視図である。
FIG. 5 is a perspective view showing the structure of a third example of the magnet used in the magnetron sputtering apparatus shown in FIG.

【0052】図4に示されるように、第3例のマグネッ
ト6は、角柱状の内側マグネット10”と、内側マグネ
ット10”の長手方向に沿ってその全周囲を覆うように
配置された枠状の外側マグネット11”と、内側マグネ
ット10”及び外側マグネット11”の背面部を覆う長
方形の板状磁気ヨーク12”とを備えている。そして、
内側マグネット10”は、最も広い横幅を持った第1内
側マグネット161 と、第1内側マグネット161 に次
ぐ広い横幅を持った2つの第2内側マグネット16
2 と、最も狭い横幅を持った2つの第3内側マグネット
163 の集合体からなり、両端部にそれぞれ第3内側マ
グネット163 が配置され、中央部に第1内側マグネッ
ト161 が配置され、両端部と中央部の間にそれぞれ第
2内側マグネット162 が配置された構成を有する。ま
た、外側マグネット11”は、最も広い横幅を持った第
1外側マグネット171 と、第1外側マグネット171
に次ぐ広い横幅を持った2つの第2外側マグネット17
2 と、最も狭い横幅を持った2つの第3外側マグネット
173 の集合体からなり、両端部にそれぞれ第3外側マ
グネット173 が配置され、中央部に第1外側マグネッ
ト171 が配置され、両端部と中央部の間にそれぞれ第
2外側マグネット172 が配置された構成を有してい
る。また、各内側マグネット161 、162 、163
び各外側マグネット171 、172 、173 は、全て同
じ残留磁束密度を持ったものである。
As shown in FIG. 4, the magnet 6 of the third example has a prismatic inner magnet 10 ″ and a frame-shaped magnet arranged so as to cover the entire circumference along the longitudinal direction of the inner magnet 10 ″. , And a rectangular plate-shaped magnetic yoke 12 ″ that covers the back surface of the inner magnet 10 ″ and the outer magnet 11 ″. And
Inner magnet 10 ", a first inner magnet 16 1 having the widest width, two second inner magnet 16 having a large width in which the first second to the inner magnet 16 1
2, consists of the narrowest width with two third assembly of the inner magnet 16 3, is disposed a third inner magnet 16 3 at both ends, the first inner magnet 16 1 is arranged at the center, It has a structure in which 2 second inner magnets 16 are provided between the end portions and the central portion. The outer magnet 11 ″ includes a first outer magnet 17 1 having the widest width and a first outer magnet 17 1.
Two second outer magnets 17 having the second largest width next to
2, consists of the narrowest width two having a third set of outer magnet 17 3, is arranged a third outer magnet 17 3 at both ends, the first outer magnet 17 1 is disposed in a central portion, 2 second outer magnet 17, respectively between the ends and the central portion has a deployed configuration. Further, each inner magnet 16 1, 16 2, 16 3 and the outer magnet 17 1, 17 2, 17 3 is that all have the same residual magnetic flux density.

【0053】この場合、各内側マグネット161 、16
2 、163 は、内側マグネット10”を構成した場合
に、上端部側が全てN極に、下端部側が全てS極にそれ
ぞれ磁化され、各外側マグネット171 、172 、17
3 は、内側マグネット10”とは反対に、外側マグネッ
ト11”を構成した場合に、上端部側が全てS極に、下
端部側が全てN極にそれぞれ磁化されている。
In this case, each inner magnet 16 1 , 16
2 and 16 3 , when the inner magnet 10 ″ is formed, the upper end is magnetized to the N pole and the lower end is magnetized to the S pole, and the outer magnets 17 1 , 17 2 , 17 are respectively magnetized.
3 , when the outer magnet 11 "is formed as opposed to the inner magnet 10", the upper end is magnetized to the S pole and the lower end is magnetized to the N pole.

【0054】前記構成による第3例のマグネット6によ
れば、内側マグネット10”と外側マグネット11”と
の間に形成される磁束は、それぞれの位置にある内側マ
グネット161 、162 、163 及び外側マグネット1
1 、172 、173 の横幅に依存するようになる。即
ち、マグネット6は、両端部に最も狭い横幅を持った内
側マグネット161 及び外側マグネット171 が配置さ
れていることから、両端部の磁束密度は比較的小さく、
また、両端部に続く中央寄りの部分に中間的に広い横幅
を持った内側マグネット162 及び外側マグネット17
2 が配置されていることから、この中央寄りの部分の磁
束密度は両端部の磁束密度よりも大きく、さらに、中央
部に最も広い横幅を持った内側マグネット163 及び外
側マグネット173 が配置されていることから、両端部
の磁束密度は比較的大きくなり、マグネット6によって
得られる磁場の磁束密度の大きさは、両端部<両端部に
続く中央寄りの部分<中央部のようになる。
According to the magnet 6 of the third example having the above structure, the magnetic flux formed between the inner magnet 10 "and the outer magnet 11" is reduced by the inner magnets 16 1 , 16 2 , 16 3 at the respective positions. And outer magnet 1
7 1, 17 2, it becomes dependent on 17 the third width. That is, the magnet 6, since the inner magnet 16 1 and the outer magnet 17 1 having the narrowest width on the both end portions are arranged, the magnetic flux density at both ends is relatively small,
The inner magnet 16 having an intermediate wide width toward the center of the portion that follows the end portions 2 and outer magnet 17
Since 2 is located, the magnetic flux density of the portion of the inboard is greater than the magnetic flux density at both ends, and further, the inner magnet 16 3 and outer magnet 17 3 having the widest width in the central portion is arranged Therefore, the magnetic flux densities at both ends are relatively large, and the magnitude of the magnetic flux density of the magnetic field obtained by the magnet 6 is as follows: both ends <central portion following both ends <central portion.

【0055】第3例のマグネット6においても、マグネ
ット6によって得られる磁束密度の内、スパッタリング
ターゲット3の表面に垂直な成分がゼロになる軌跡は、
図2(b)の点線に示すレーストラック形状とほぼ同じ
形状になるもので、この点線上のスパッタリングターゲ
ット3の表面に平行な磁束密度成分の大きさは、図3に
示す特性に類似した特性になり、マグネット6の中央部
(点B)におけるスパッタリングターゲット3の表面に
平行な磁束密度(最大値)は、両端部(点A、C)にお
けるスパッタリングターゲット3の表面に平行な磁束密
度(最小値)の2倍以上になる。
Also in the magnet 6 of the third example, of the magnetic flux density obtained by the magnet 6, the locus in which the component perpendicular to the surface of the sputtering target 3 becomes zero is as follows:
The shape of the magnetic flux density component parallel to the surface of the sputtering target 3 on the dotted line is substantially the same as the shape of the race track shown by the dotted line in FIG. The magnetic flux density (maximum value) parallel to the surface of the sputtering target 3 at the center (point B) of the magnet 6 is the magnetic flux density (minimum) parallel to the surface of the sputtering target 3 at both ends (points A and C). Value).

【0056】ここで、第1及び第2磁性材131 、13
2 をケイ素鋼板で構成した第1例のマグネット6と、ク
ロム製のスパッタリングターゲット3と、800mm×
1000mmの基板載置面2aとを備えたマグネトロン
スパッタ装置を用い、縦400mm、横500mm、厚
さ0.7mmのガラス基板2を4枚1組として基板載置
面2aに載置して、室温状態で、真空容器1内の圧力を
0.5Paにし、スパッタリングターゲット3とアノー
ド4との間にスパッタ電力17.4Kwを印加して3分
間プラズマ放電を行った結果、ガラス基板2上に、平均
膜厚が300nmで、膜厚分布が±4.9%、平均シー
ト抵抗値が0.75Ωで、シート抵抗分布が±8%の、
膜厚分布及び膜質分布の均一性に富んだ成膜を行うこと
ができた。
Here, the first and second magnetic materials 13 1 , 13 1
2 , a magnet 6 of a first example composed of a silicon steel sheet, a sputtering target 3 made of chromium, and 800 mm ×
Using a magnetron sputtering apparatus having a substrate mounting surface 2a of 1000 mm, four glass substrates 2 each having a length of 400 mm, a width of 500 mm, and a thickness of 0.7 mm are mounted on the substrate mounting surface 2 a as a set of four glass substrates. In this state, the pressure in the vacuum vessel 1 was set to 0.5 Pa, and a sputter power of 17.4 Kw was applied between the sputtering target 3 and the anode 4 to perform plasma discharge for 3 minutes. The film thickness is 300 nm, the film thickness distribution is ± 4.9%, the average sheet resistance is 0.75Ω, and the sheet resistance distribution is ± 8%.
A film having a high uniformity of the film thickness distribution and the film quality distribution could be formed.

【0057】また、第1例のマグネット6の代わりに第
2例のマグネット6を用いた以外、同じ構成のマグネト
ロンスパッタ装置を用い、かつ、同じ動作条件でプラズ
マ放電を行った結果、ガラス基板2上に、平均膜厚が3
00nmで、膜厚分布が±4.1%、平均シート抵抗値
が0.75Ωで、シート抵抗分布が±6%の、膜厚分布
及び膜質分布の均一性に富んだ成膜を行うことができ
た。
Further, as a result of performing the plasma discharge under the same operating conditions and using the same magnetron sputtering apparatus except that the magnet 6 of the second example was used instead of the magnet 6 of the first example, the glass substrate 2 On top, the average film thickness is 3
A film having a thickness of ± 4.1%, an average sheet resistance of 0.75Ω, a sheet resistance distribution of ± 6%, and a uniform film thickness and film quality distribution can be formed. did it.

【0058】さらに、第1例のマグネット6の代わりに
第3例のマグネット6を用いた以外、同じ構成のマグネ
トロンスパッタ装置を用い、かつ、同じ動作条件でプラ
ズマ放電を行った結果、ガラス基板2上に、平均膜厚が
300nmで、膜厚分布が±4.2%、平均シート抵抗
値が0.75Ωで、シート抵抗分布が±7%の、膜厚分
布及び膜質分布の均一性に富んだ成膜を行うことができ
た。
Further, as a result of performing a plasma discharge under the same operating conditions and using the same magnetron sputtering apparatus except that the magnet 6 of the third example was used in place of the magnet 6 of the first example, the glass substrate 2 Above, the average film thickness is 300 nm, the film thickness distribution is ± 4.2%, the average sheet resistance value is 0.75Ω, and the sheet resistance distribution is ± 7%. Deposition could be performed.

【0059】ちなみに、第1例のマグネット6の代わり
に既知のマグネットを用いた以外、同じ構成のマグネト
ロンスパッタ装置を用い、かつ、同じ動作条件でプラズ
マ放電を行った結果、ガラス基板2上に、平均膜厚が3
00nmで、膜厚分布が±7%、平均シート抵抗値が
0.75Ωで、シート抵抗分布が±12%の成膜が得ら
れるに過ぎないもので、第1例乃至第3例のマグネット
6を用いた本実施例のマグネトロンスパッタ装置の方
が、膜厚分布及び膜質分布の均一性の優れた成膜が得ら
れることは明らかである。
By the way, except that a known magnet was used in place of the magnet 6 of the first example, a plasma discharge was performed under the same operating conditions using a magnetron sputtering apparatus having the same configuration. Average film thickness is 3
The magnet 6 of each of the first to third examples is a film having a thickness of ± 7%, an average sheet resistance of 0.75Ω, and a sheet resistance of ± 12%. It is clear that the magnetron sputtering apparatus of the present embodiment using the above method can obtain a film having excellent uniformity of the film thickness distribution and the film quality distribution.

【0060】なお、第1例乃至第3例のマグネット6
は、マグネット6の中央部におけるスパッタリングター
ゲット3の表面に平行な磁束密度(最大値)が両端部に
おけるスパッタリングターゲット3の表面に平行な磁束
密度(最小値)の2倍以上になるような構成にしている
が、磁束密度の最大値が磁束密度の最小値の2倍以下に
なるような構成にすると、膜質を表すシート抵抗分布の
均一性を得ることが難しくなるので、磁束密度の最大値
が磁束密度の最小値の2倍以上になるような構成にする
必要がある。また、磁束密度の最大値が磁束密度の最小
値の2倍以上であれば、その差が大きくなっても差し支
えないが、実用的な点、及び、構成の困難性の点を考慮
した場合、2倍以上で5倍以下であることが好ましい。
The magnets 6 of the first to third examples
Is configured such that the magnetic flux density (maximum value) parallel to the surface of the sputtering target 3 at the center of the magnet 6 is at least twice the magnetic flux density (minimum value) parallel to the surface of the sputtering target 3 at both ends. However, if the maximum value of the magnetic flux density is less than twice the minimum value of the magnetic flux density, it becomes difficult to obtain the uniformity of the sheet resistance distribution indicating the film quality. It is necessary to make the configuration such that it becomes twice or more the minimum value of the magnetic flux density. Also, if the maximum value of the magnetic flux density is twice or more the minimum value of the magnetic flux density, the difference may be large, but in consideration of the practical point and the difficulty of the configuration, It is preferably at least 2 times and not more than 5 times.

【0061】[0061]

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、マグネ
トロンスパッタ装置に用いる磁場形成手段を、スパッタ
リングターゲット表面に形成される磁束密度の中で、ス
パッタリングターゲット表面に垂直な成分がゼロになる
軌跡上におけるスパッタリングターゲット表面に平行な
成分の最小値と最大値の差が少なくとも2倍になるよう
な構成にして、アノードまでの距離が長い磁場形成手段
の中央部分の磁場を強くし、アノードまでの距離が短い
磁場形成手段の端部部分の磁場を弱くしているので、磁
場形成手段におけるレーストラックプラズマ放電空間内
のプラズマ放電密度が全体的にほぼ一様になり、それに
よりスパッタリングターゲットをスパッタリングするイ
オン密度もスパッタリングターゲットの全面にわたって
ほぼ一定になり、その結果、大型化サイズの基板を用い
た場合であっても、基板にスパッタリング形成される成
膜の膜厚分布や膜質分布を均一化することが可能にな
り、大型化サイズの基板上に均一な薄膜を堆積できると
いう効果がある。
As described above, according to the present invention, the component perpendicular to the sputtering target surface in the magnetic flux density formed on the sputtering target surface becomes zero in the magnetic field forming means used in the magnetron sputtering apparatus. The configuration is such that the difference between the minimum value and the maximum value of the component parallel to the surface of the sputtering target on the trajectory is at least twice, and the magnetic field at the central portion of the magnetic field forming means having a long distance to the anode is strengthened. Since the magnetic field at the end portion of the magnetic field forming means having a short distance is weakened, the plasma discharge density in the race track plasma discharge space in the magnetic field forming means becomes substantially uniform overall, thereby sputtering the sputtering target. The ion density is almost constant over the entire surface of the sputtering target, As a result, even when a large-sized substrate is used, the film thickness distribution and film quality distribution of a film formed by sputtering on the substrate can be made uniform, and the uniformity can be obtained on a large-sized substrate. This has the effect that a thin film can be deposited.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明によるマグネトロンスパッタ装置の一実
施例の構成を示す一部展開部分を有する斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of an embodiment of a magnetron sputtering apparatus according to the present invention, having a partially developed portion.

【図2】図1に図示されたマグネトロンスパッタ装置に
用いられる第1例のマグネットの構成を示す斜視図、及
び、スパッタリングターゲットの表面に垂直な磁束密度
成分がゼロとなる位置の軌跡を示す説明図である。
FIG. 2 is a perspective view showing a configuration of a magnet of a first example used in the magnetron sputtering apparatus shown in FIG. 1, and a description showing a locus of a position where a magnetic flux density component perpendicular to the surface of a sputtering target becomes zero. FIG.

【図3】第1例のマグネットにおけるスパッタリングタ
ーゲットの表面に垂直な磁束密度成分がゼロになる軌跡
上のスパッタリングターゲットの表面に平行な磁束密度
成分の大きさの一例を示す特性図である。
FIG. 3 is a characteristic diagram showing an example of a magnitude of a magnetic flux density component parallel to the surface of the sputtering target on a locus where the magnetic flux density component perpendicular to the surface of the sputtering target in the magnet of the first example becomes zero.

【図4】図1に図示されたマグネトロンスパッタ装置に
用いられる第2例のマグネットの構成を示す斜視図であ
る。
FIG. 4 is a perspective view showing a configuration of a magnet according to a second example used in the magnetron sputtering apparatus shown in FIG. 1;

【図5】図1に図示されたマグネトロンスパッタ装置に
用いられる第3例のマグネットの構成を示す斜視図であ
る。
FIG. 5 is a perspective view showing a configuration of a third example of a magnet used in the magnetron sputtering apparatus shown in FIG. 1;

【図6】既知のマグネトロンスパッタ装置に用いられる
マグネットの構成の一例を示す斜視図である。
FIG. 6 is a perspective view showing an example of a configuration of a magnet used in a known magnetron sputtering apparatus.

【符号の説明】 1 真空容器 2 ガラス基板 2a 基板載置面 3 スパッタリングターゲット 4 アノード(電力供給手段) 5 マスク部材 6 マグネット(磁場形成手段) 7 背面板 8 マグネット揺動機構 9 プラズマ放電領域 10、10’、10” 内側マグネット 11、11’、11” 外側マグネット 12、12’、12” 磁気ヨーク 131 第1磁性材 132 第2磁性材 141 、161 第1内側マグネット 142 、162 第2内側マグネット 143 、163 第3内側マグネット 151 、171 第1外側マグネット 152 、172 第2外側マグネット 153 、173 第3外側マグネットDESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vacuum container 2 Glass substrate 2a Substrate mounting surface 3 Sputtering target 4 Anode (power supply means) 5 Mask member 6 Magnet (magnetic field forming means) 7 Back plate 8 Magnet swing mechanism 9 Plasma discharge region 10, 10 ', 10 "inner magnet 11, 11', 11" outer magnet 12, 12 ', 12 "magnetic yoke 13 1 first magnetic material 13 2 second magnetic material 14 1 , 16 1 first inner magnet 14 2 , 16 2 Second inner magnets 14 3 , 16 3 Third inner magnets 15 1 , 17 1 First outer magnets 15 2 , 17 2 Second outer magnets 15 3 , 17 3 Third outer magnets

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 薄膜を形成する基板及び薄膜材料となる
スパッタリングターゲットを内部に配置した真空容器
と、前記スパッタリングターゲットの表面に磁場を形成
する磁場形成手段と、前記スパッタリングターゲットに
電力を供給し、放電プラズマを発生する電力供給手段と
を備え、前記発生した放電プラズマ中のイオンを前記タ
ーゲットに衝突させてスパッタリング粒子を放出させ、
前記スパッタリング粒子を前記基板上に堆積して前記薄
膜を形成するマグネトロンスパッタ装置において、前記
磁場形成手段は、前記スパッタリングターゲット表面に
形成される磁束密度の中で、前記スパッタリングターゲ
ット表面に垂直な成分がゼロになる軌跡上における前記
スパッタリングターゲット表面に平行な成分の最小値と
最大値の差が少なくとも2倍になるように構成している
ことを特徴とするマグネトロンスパッタ装置。
A vacuum container in which a substrate for forming a thin film and a sputtering target to be a thin film material are disposed, a magnetic field forming means for forming a magnetic field on the surface of the sputtering target, and power supply to the sputtering target; Power supply means for generating a discharge plasma, and emits sputtering particles by colliding ions in the generated discharge plasma with the target,
In the magnetron sputtering apparatus that deposits the sputtering particles on the substrate to form the thin film, the magnetic field forming unit includes a component perpendicular to the sputtering target surface in a magnetic flux density formed on the sputtering target surface. A magnetron sputtering apparatus, wherein a difference between a minimum value and a maximum value of a component parallel to the surface of the sputtering target on a locus of zero is at least doubled.
【請求項2】 前記磁場形成手段は、前記スパッタリン
グターゲット表面に平行な成分の最小値と最大値の差が
2倍以上5倍以下になるように構成していることを特徴
とする請求項1に記載のマグネトロンスパッタ装置。
2. The magnetic field forming means according to claim 1, wherein a difference between a minimum value and a maximum value of a component parallel to the surface of the sputtering target is 2 times or more and 5 times or less. 3. The magnetron sputtering apparatus according to 1.
【請求項3】 前記磁場形成手段は、前記スパッタリン
グターゲットに対して移動可能な構成になっていること
を特徴とする請求項1または2に記載のマグネトロンス
パッタ装置。
3. The magnetron sputtering apparatus according to claim 1, wherein the magnetic field forming means is configured to be movable with respect to the sputtering target.
【請求項4】 前記磁場形成手段は、前記スパッタリン
グターゲット表面に形成される磁束密度の中で、前記ス
パッタリングターゲット表面に垂直な成分がゼロになる
軌跡が角部に丸みを帯びた長方形状になるように形成し
ていることを特徴とする請求項1乃至3に記載のマグネ
トロンスパッタ装置。
4. The magnetic field forming means, wherein a locus in which a component perpendicular to the sputtering target surface in the magnetic flux density formed on the sputtering target surface becomes zero has a rectangular shape with rounded corners. 4. The magnetron sputtering apparatus according to claim 1, wherein the magnetron sputtering apparatus is formed as described above.
【請求項5】 前記磁場形成手段は、長方形状に構成配
置されたマグネットからなるもので、前記マグネット
は、長手方向に段階的に厚みを異にする複数枚の磁性材
を貼着したもので構成されていることを特徴とする請求
項1乃至4に記載のマグネトロンスパッタ装置。
5. The magnetic field forming means comprises a magnet arranged and arranged in a rectangular shape, wherein the magnet is formed by adhering a plurality of magnetic materials having different thicknesses stepwise in a longitudinal direction. The magnetron sputtering apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the apparatus is configured.
【請求項6】 前記磁場形成手段は、長方形状に構成配
置されたマグネットからなるもので、前記マグネット
は、長手方向に段階的に断面積が変化する複数のマグネ
ットからなっていることを特徴とする請求項1乃至4に
記載のマグネトロンスパッタ装置。
6. The magnetic field forming means comprises a magnet arranged and arranged in a rectangular shape, wherein the magnet comprises a plurality of magnets whose sectional area changes stepwise in the longitudinal direction. The magnetron sputtering apparatus according to any one of claims 1 to 4.
【請求項7】 前記磁場形成手段は、長方形状に構成配
置されたマグネットからなるもので、前記マグネット
は、長手方向に段階的に残留磁束密度を異にする複数の
マグネットからなっていることを特徴とする請求項1乃
至4に記載のマグネトロンスパッタ装置。
7. The magnetic field forming means comprises a magnet arranged and arranged in a rectangular shape, wherein the magnet comprises a plurality of magnets having different residual magnetic flux densities stepwise in a longitudinal direction. The magnetron sputtering apparatus according to claim 1, wherein:
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20040002346A (en) * 2002-06-18 2004-01-07 한스타 디스플레이 코포레이션 Magnetic control oscillating scanning sputter apparatus
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