(57)【要約】【課題】複数個の磁石を用いて矩形の輪郭を持つターゲットをその全面に亘って効率よくスパッタリングできるという機能を損なうことなく、ターゲットの侵食に伴う膜厚分布の変化を抑制できるようにしたマグネトロンスパッタリング装置用のカソードユニットを提供する。【解決手段】矩形の輪郭を持つターゲットＴｇのスパッタ面４１と背向する側に配置されて、ターゲットのスパッタ面側に漏洩磁場を作用させる磁石ユニットＭｕを備えるマグネトロンスパッタリング装置Ｓｍ用のカソードユニットＣＵは、磁石ユニットが、板状のヨークＹｏと、ターゲット側に位置するヨークの主面に設けられる磁石群Ｍｇとを備え、磁石群は、中央磁石Ｍｇ１と矩形の輪郭を持つ環状の周辺磁石Ｍｇ２とで構成され、複数個の周辺磁石が、互いに隣接するターゲット側の極性を異ならせて中央磁石を起点としてこの中央磁石から所定間隔で同心状に拡がるように配置される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
矩形の輪郭を持つターゲットのスパッタ面と背向する側に配置されて、ターゲットのスパッタ面側に漏洩磁場を作用させる磁石ユニットを備えるマグネトロンスパッタリング装置用のカソードユニットであって、
磁石ユニットが、板状のヨークと、ターゲット側に位置するヨークの主面に設けられる磁石群とを備えるものにおいて、
磁石群は、中央磁石と矩形の輪郭を持つ環状の周辺磁石とで構成され、複数個の周辺磁石が、互いに隣接するターゲット側の極性を異ならせて中央磁石を起点としてこの中央磁石から所定間隔で同心状に拡がるように配置されることを特徴とするマグネトロンスパッタリング装置用のカソードユニット。
【請求項２】
前記ヨークは、互いに分離された、前記中央磁石を支持する第１支持部と前記周辺磁石を夫々支持する環状の第２支持部とを有し、第１支持部及び第２支持部の少なくとも一方をターゲットに対して近接離間方向に移動する第１駆動手段を備えることを特徴とする請求項１記載のマグネトロンスパッタリング装置用のカソードユニット。
【請求項３】
請求項２記載のマグネトロンスパッタリング装置用のカソードユニットであって、前記第２支持部は矩形の輪郭を有するものにおいて、
第２支持部の各辺をなす枠体が互いに分離され、枠体毎に前記第１駆動手段が付設されていると共に、ヨークの主面内で互いに直交する方向をＸ軸方向及びＹ軸方向として、各枠体をＸ軸方向及びＹ軸方向の少なくとも一方に夫々移動する第２駆動手段を備えることを特徴とするマグネトロンスパッタリング装置用のカソードユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、矩形の輪郭を持つターゲットのスパッタ面と背向する側に配置されて、ターゲットのスパッタ面側に漏洩磁場を作用させる磁石ユニットを備えるマグネトロンスパッタリング装置用のカソードユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
スパッタリング装置に用いられるカソードユニットは、一般に、基板に対応する輪郭を持つこの基板より一回り大きい面積のターゲットと、ターゲットのスパッタ面と背向する側に配置されてスパッタ面側に漏洩磁場を作用させる磁石ユニットとで構成されている。例えばフラットパネルディスプレイの製造工程に利用されるカソードユニットの磁石ユニットとしては、ターゲットに平行に設置される板状のヨークを備え、このヨークのターゲット側の主面に、棒状の中央磁石とこの中央磁石の周囲を所定間隔で囲う周辺磁石とからなる磁石群を設けたものが利用されている（例えば、特許文献１参照）。この場合、中央磁石の同磁化に換算したときの体積を各周辺磁石の同磁化に換算したときの体積の和と同等になるように設定され、未使用時のターゲットのスパッタ面から中央磁石及び周辺磁石の先端までの距離（ＴＭ距離）が所定値になるように磁石ユニットが配置される。このような磁石ユニットを用いると、磁場の垂直成分がゼロとなる位置を通る線が中央磁石の延在方向に沿ってのびてレーストラック状に閉じるようにターゲット表面から漏洩する磁場が作用する。
【０００３】
上記カソードユニットをスパッタリング装置に取り付けて所定の薄膜を成膜する場合、真空雰囲気の真空チャンバ内にスパッタガスを導入し、スパッタ電源からターゲットに負の電位を持つ直流電力や交流電力を投入する。すると、真空チャンバ内でスパッタ面前方の空間に、レーストラック状の線に沿ってプラズマが発生し、プラズマで電離されたスパッタガスのイオンでターゲットがスパッタリングされ、ターゲットから所定の余弦則に従って飛散するスパッタ粒子が基板表面に付着、堆積して成膜される。このとき、ターゲットのスパッタ面は、プラズマの形状が転写されるかの如く、侵食されていく。
【０００４】
ところで、大面積のガラス基板表面に成膜する場合、これに従いターゲットの面積も大きくなるが、このとき、単一の磁石ユニットだけで漏洩磁場を作用させると、成膜レートが著しく遅くなり、量産性に不向きとなる。このことから、比較的面積の大きいターゲットを効率よくスパッタリングできるものとして、スパッタ面内で互いに直交する二軸をＸ軸方向及びＹ軸方向とし、単一のターゲットのスパッタ面と背向する側に、上記構成の磁石ユニットの複数個を、各磁石ユニットの中央磁石がＹ軸方向に合致する姿勢でＸ軸方向に間隔を置いて並設すること（所謂マルチマグネットカソード）が従来から知られている（例えば、特許文献２参照）。これによれば、各磁石ユニットによるレーストラック状の漏洩磁場がターゲットのＸ軸方向に間隔を置いて並び、ひいては、ターゲットのスパッタ面前方に、レーストラック状のプラズマの複数がＸ軸方向に間隔を置いて並ぶように発生する。
【０００５】
ここで、上記マルチマグネットカソードをスパッタリング装置に取り付けて基板表面に所定の薄膜を成膜した後、Ｘ軸方向に沿った膜厚分布をみると、その当初は、基板の中央領域における膜厚が厚く、中央領域からその両端に向けて膜厚が次第に薄くなって、基板の両端領域で膜厚がより薄くなるが、ターゲットのスパッタリングに伴いＴＭ距離が短くなるのに従い、基板の中央領域における膜厚が次第に薄くなり、中央領域からその両端に向けて膜厚が次第に厚くなっていく。つまり、ターゲットの侵食に伴って膜厚分布が変化するという問題がある。これは、次のことに起因すると考えられる。
【０００６】
即ち、上記スパッタリング装置では、通常、ターゲットの周囲を囲うようにして及び／または基板の周囲を囲うようにしてアノードとして機能するシールド板が設けられる。このため、アノードからの距離の不均一により、Ｘ軸方向に間隔を置いて並ぶように夫々発生したレーストラック状のプラズマでは、それらのプラズマ強度に分布が生じているばかりか、一つのレーストラックにおけるプラズマ強度にも分布が生じている（つまり、プラズマ強度が比較的強い部分と比較的弱い部分とが存在する）。そして、ターゲットの侵食に伴ってＴＭ距離が短くなることで各磁石ユニットからスパッタ面前方に夫々作用する漏洩磁場の強度が変化すると、プラズマ強度の分布が変わって膜厚分布が変化するものと考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−２９１３３７号公報
【特許文献２】特開２０００−２３９８４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、以上の点に鑑み、複数個の磁石を用いて矩形の輪郭を持つターゲットをその全面に亘って効率よくスパッタリングできるという機能を損なうことなく、ターゲットの侵食に伴う膜厚分布の変化を抑制できるようにしたマグネトロンスパッタリング装置用のカソードユニットを提供することをその課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、矩形の輪郭を持つターゲットのスパッタ面と背向する側に配置されて、ターゲットのスパッタ面側に漏洩磁場を作用させる磁石ユニットを備える本発明のマグネトロンスパッタリング装置用のカソードユニットは、磁石ユニットが、板状のヨークと、ターゲット側に位置するヨークの主面に設けられる磁石群とを備え、磁石群は、中央磁石と矩形の輪郭を持つ環状の周辺磁石とで構成され、複数個の周辺磁石が、互いに隣接するターゲット側の極性を異ならせて中央磁石を起点としてこの中央磁石から所定間隔で同心状に拡がるように配置されることを特徴とする。この場合、中央磁石とこれに隣接する周辺磁石並びに互いに隣接する各周辺磁石は、同磁化に換算したときの体積が同等になるように設計され、磁場の垂直成分がゼロとなる位置を通る線がレーストラック状に閉じる漏洩磁場が同心状に所定間隔で並ぶようになる。
【００１０】
本発明によれば、カソードユニットをスパッタリング装置に取り付けると共に、例えばターゲットの周囲を囲うようにしてアノードとして機能するシールド板を取り付け、真空雰囲気の真空チャンバ内にスパッタガスを導入し、スパッタ電源からターゲットに負の電位を持つ直流電力や交流電力を投入すると、スパッタ面前方にレーストラック状のプラズマの複数が同心状に発生し、各プラズマで電離されたスパッタガスのイオンでターゲットがスパッタリングされる。このとき、同心状に夫々発生したレーストラック状のプラズマでは、略均等な距離にアノードが夫々存在するため、各一つのレーストラックにおけるプラズマのプラズマ強度は略均等になり、しかも、ターゲットの侵食に伴ってＴＭ距離が短くなることで各磁石ユニットからスパッタ面前方に夫々作用する漏洩磁場の強度が変化しても、プラズマ強度の分布は略均等のままである。その結果、ターゲットの侵食に伴う膜厚分布の変化を可及的に抑制することができる。しかも、スパッタ面前方にレーストラック状のプラズマの複数を同心状に発生させることで、矩形の輪郭を持つターゲットをその全面に亘って効率よくスパッタリングできるという機能は損なわれない。
【００１１】
ここで、上記のようにレーストラック状のプラズマの複数を同心状に発生させたとき、アノードからの距離が相違するため、それらのプラズマ強度に分布が生じる。このため、プラズマの形状が転写されるかの如く、ターゲットのスパッタ面が侵食されたとき、その侵食量に差が生じ、これでは、ターゲットの使用効率を高めることができない。そこで、本発明において、前記ヨークは、互いに分離された、前記中央磁石を支持する第１支持部と前記周辺磁石を夫々支持する環状の第２支持部とを有し、第１支持部及び第２支持部の少なくとも一方をターゲットに対して近接離間方向に移動する第１駆動手段を備えることが好ましい。これによれば、第１支持部や第２支持部を、ひいては、これらに設置される中央磁石や周辺磁石をターゲットに対して近接または離間させて漏洩磁場の強度を局所的に変化させることで、スパッタ面の侵食量をその全面に亘って略均等にでき、その結果、ターゲットの使用効率を高めることができる。
【００１２】
ところで、レーストラック状に発生させたプラズマ中の電子は時計周りまたは反時計回りに運動している。そして、レーストラックのコーナー部にて電場によって曲げられて向きを変えるが、その際、惰性的な運動が残り、これでは、スパッタ面に意図しない侵食領域が生じ、均等にターゲットを侵食できない虞がある。そこで、前記第２支持部は矩形の輪郭を有するような場合には、第２支持部の各辺をなす枠体が互いに分離され、枠体毎に前記第１駆動手段が付設されていると共に、ヨークの主面内で互いに直交する方向をＸ軸方向及びＹ軸方向として、各枠体をＸ軸方向及びＹ軸方向の少なくとも一方に夫々移動する第２駆動手段を備えることが好ましい。これによれば、局所的な漏洩磁場の強度の調整により各一つのレーストラックにおけるプラズマのプラズマ強度を局所的に変化させることで、スパッタ面がその全面に亘ってより一層均等に侵食されるように調整でき、有利である。なお、枠体毎に第１駆動手段を複数設け、Ｘ−Ｙ平面に対して枠体を任意の角度で傾けることができるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態のカソードユニットを備えるスパッタリング装置の構成を説明する模式図。
【図２】ターゲットを取り外した状態で示すカソードユニットの模式平面図。
【図３】プラズマを発生させたときの状態を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、ガラス基板などの基板Ｓｗに対して所定の薄膜を成膜するための本発明のマグネトロンスパッタリング装置用のカソードユニットの実施形態を説明する。以下において、基板Ｓｗは、その搬送方向に長手の長方形の輪郭を持つものとし、「上」、「下」といった方向を示す用語は、スパッタリング装置の設置姿勢を示す図１を基準にする。
【００１５】
図１を参照して、Ｓｍは、本実施形態のカソードユニットＣＵを備えるマグネトロンスパッタリング装置であり、真空チャンバ１を備える。真空チャンバ１には、特に図示して説明しないが、ターボ分子ポンプやロータリーポンプで構成される真空ポンプユニットからの排気管が接続され、真空チャンバ１内を所定圧力まで真空引きできるようになっている。真空チャンバ１にはまた、ガス導入部２が設けられ、ガス導入部２には、アルゴン等の希ガスや必要に応じて酸素等の反応ガス（スパッタガス）を導入するガス導入管２１が接続されている。そして、ガス導入管２１に介設したマスフローコントローラ２２により流量制御されたスパッタガスを真空チャンバ１内に導入できるようになっている。真空チャンバ１の上部空間には基板搬送手段３が設けられている。この基板搬送手段３は、基板Ｓｗが夫々セットされるキャリア３１を有し、図外の駆動手段を間欠駆動させて、後述するターゲットと対向する位置に各基板Ｓｗを（図１中、左側から右側に向けて）順次搬送できるようにしている。なお、基板搬送手段３自体は公知ものが利用できるため、これ以上の説明は省略する。そして、真空チャンバ１の下部空間に、本実施形態のカソードユニットＣＵが設けられている。
【００１６】
カソードユニットＣＵは、基板Ｓｗに対応する輪郭を持つこの基板Ｓｗより一回り大きい面積のターゲットＴｇと、ターゲットＴｇの下方（ターゲットＴｇ上面のスパッタ面４１と背向する側）に配置されて、スパッタ面４１側に漏洩磁場を作用させる磁石ユニットＭｕとを備える。ターゲットＴｇとしては、Ａｌ、Ａｌ合金やＴｉなどの基板Ｓｗ下面に成膜しようとする薄膜の組成に応じて選択される。ターゲットＴｇの下面にはバッキングプレート４２が接合され、ターゲットＴｇのスパッタリング時、バッキングプレート４２に冷媒を循環させてターゲットＴｇを冷却できるようにしている。そして、ターゲットＴｇは、そのスパッタ面４１が基板Ｓｗに対向する姿勢で絶縁板４３を介して真空チャンバ１に設けられる。
【００１７】
ターゲットＴｇには、直流電源や交流電源などのスパッタ電源５からの出力が接続され、ターゲット種に応じて、ターゲットＴｇに対して負の電位を持つ直流電力や所定周波数の交流電力が投入できるようになっている。また、真空チャンバ１には、ターゲットＴｇの周囲を囲うようにして環状のシールド板６が設けられている。シールド板６は、金属製のものであり、アース接地されている。そして、シールド板６がターゲットＴｇのスパッタリング時、アノードとして機能するようになっている。
【００１８】
図２及び図３も参照して、磁石ユニットＭｕは、スパッタ面４１に平行に設置される板状のヨークＹｏと、ターゲットＴｇ側に位置するヨークＹｏの主面（上面）に設けられる磁石群Ｍｇとで構成され、未使用時のターゲットＴｇのスパッタ面４１から磁石群Ｍｇの各永久磁石Ｍｇ１，Ｍｇ２上面までの距離（ＴＭ距離）Ｄｓが所定値になるように配置されている。ヨークＹｏは、ターゲットＴｇに対応する輪郭を持つこのターゲットＴｇと同等以下の面積のものであり、互いに分離された第１支持部７と３個の第２支持部８ａ，８ｂ，８ｃとで構成されている。
【００１９】
ここで、ヨークＹｏの上面（及びスパッタ面４１）内で互いに直交する方向をＸ軸方向及びＹ軸方向として、第１支持部７は、基板Ｓｗの幅方向（Ｘ軸方向）に長手の長方形状のものであり、ターゲットＴｇの中心を通るＸ軸上で対称になるように配置される。第２支持部８ａ，８ｂ，８ｃは、夫々が矩形の輪郭を持つ環状のものであり、第１支持部７を起点にこの第１支持部７から隙間を存して等間隔で同心状になるように配置され、最外側の第２支持部８ｃの外周縁部が、Ｘ軸方向（上下方向）でターゲットＴｇの外周縁部に略一致するようになっている。この場合、第１支持部７及び第２支持部８ａ，８ｂ，８ｃの幅や、第２支持部８ａ，８ｂ，８ｃを設ける個数は、磁石群Ｍｇの寸法やターゲットＴｇの面積に応じて適宜設定される。
【００２０】
各第２支持部８ａ，８ｂ，８ｃの各辺をなす枠体８１が互いに夫々分離されている。第１支持部７と第２支持部８ａ，８ｂ，８ｃの各枠体８１との下面には、これらをターゲットＴｇに対して近接離間自在となるように独立して上下方向に昇降させる第１駆動手段としての直動モータＭｏが夫々備えられている。この場合、第２支持部８ａ，８ｂ，８ｃの各枠体８１には、その長手方向両端に直動モータＭｏが夫々設けられ、Ｘ−Ｙ平面に対して各枠体８１を傾斜させることができるようにしている。各直動モータＭｏは、第２駆動手段としてのＸ−ＹステージＳｔ上に夫々設置され、これにより、第１支持部７及び第２支持部８ａ，８ｂ，８ｃの各枠体８１をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動できるようになっている。各Ｘ−ＹステージＳｔは、単一のベースプレートＢｐ上に夫々設置されている。
【００２１】
第１支持部７及び第２支持部８ａ，８ｂ，８ｃの各枠体８１の上面には、その略全面に亘って磁石群Ｍｇを構成する永久磁石Ｍｇ１，Ｍｇ２が夫々設置される。第１支持部７上に設置された永久磁石Ｍｇ１が本実施形態の中心磁石を構成し、第２支持部８ａ，８ｂ，８ｃの各枠体８１上に夫々設置された永久磁石Ｍｇ２が本実施形態の周辺磁石を構成する。永久磁石Ｍｇ１，Ｍｇ２としては例えばネオジウム磁石が利用される。この場合、永久磁石Ｍｇ１，Ｍｇ２は一体のものでも、複数個の磁石片を隙間なく列設して構成されたものでもよい。そして中央磁石Ｍｇ１と周辺磁石Ｍｇ２とは同磁化に換算したときの体積が同等になるように設計され、これにより、磁場の垂直成分がゼロとなる位置を通る線がレーストラック状に閉じる漏洩磁場が同心状に所定間隔で並ぶようになる。
【００２２】
本実施形態のカソードユニットＣＵを備えるマグネトロンスパッタリング装置Ｓｍにより基板Ｓｗ表面に成膜する場合、真空雰囲気の真空チャンバ１内にスパッタガスを導入し、スパッタ電源５からターゲットＴｇに負の電位を持つ直流電力や所定周波数の交流電力を投入すると、スパッタ面４１前方にレーストラック状のプラズマＰｍ１，Ｐｍ２，Ｐｍ３が同心状に発生し、各プラズマＰｍ１，Ｐｍ２，Ｐｍ３で電離されたスパッタガスのイオンでターゲットＴｇがスパッタリングされる。このとき、同心状に発生したレーストラック状の各プラズマＰｍ１，Ｐｍ２，Ｐｍ３では、略均等な距離Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３にアノードとして機能するシールド板６が夫々存在するため、各一つのレーストラックにおけるプラズマＰｍ１，Ｐｍ２，Ｐｍ３のプラズマ強度は略均等になる。この場合、各直動モータＭｏや各Ｘ−ＹステージＳｔにより第１支持部７と第２支持部８ａ，８ｂ，８ｃの各枠体８１との位置を適宜調整すれば、プラズマＰｍ１，Ｐｍ２，Ｐｍ３のプラズマ強度を互いに略均等にすることができる。そして、ターゲットＴｇの侵食に伴ってＴＭ距離Ｄｓが短くなることで漏洩磁場の強度が変化しても、プラズマ強度の分布が略均一のままである。その結果、ターゲットＴｇの侵食に伴う膜厚分布の変化を可及的に抑制することができ、しかも、ターゲットＴｇをその略全面に亘って効率よくスパッタリングできるという機能を損なくことなく、スパッタ面４１の侵食量をその全面に亘って略均等にでき、その結果、ターゲットＴｇの使用効率を高めることができる。
【００２３】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の技術思想の範囲を逸脱しない限り、種々の変形が可能である。上記実施形態では、ターゲット中心を起点に３個のプラズマＰｍ１，Ｐｍ２，Ｐｍ３を等間隔で同心状に発生させるものを例に説明したが、これに限定されるものではなく、発生させるプラズマの数やプラズマ相互の間隔は任意に設定することができる。ここで、上記実施形態のものでは、最外側のプラズマＰｍ３がターゲットＴｇのスパッタ面４１の外周縁部より内側に形成されるため、これでは、当該外周縁部がスパッタされない虞がある。このような場合には、ベースプレートＢｐをＸ軸方向及びＹ軸方向の少なくとも一方に移動できる他の駆動手段を設け、磁石ユニットＭｕを一体に移動できる構成を採用することが好ましい。また、上記実施形態では、ヨークＹｏがターゲットＴｇと同等の面積を持つものを例に説明したが、これに限定されるものではない。ヨークＹｏをターゲットＴｇより大面積とし、最外側のプラズマＰｍ３によってターゲットＴｇのスパッタ面４１の外周縁部まで確実に侵食されるようにしてもよい。また、上記実施形態では、各第２支持部８ａ，８ｂ，８ｃの各辺をなす枠体８１が互いに夫々分離されたものを例に説明したが、一体に形成されていてもよく、更に、ベースプレートＢｐをＸ軸方向及びＹ軸方向の少なくとも一方に移動できるような場合には、Ｘ−ＹステージＳｔを省略することもできる。
【符号の説明】
【００２４】
ＣＵ…カソードユニット、Ｍｇ…磁石群、Ｍｇ１…永久磁石（中央磁石）、Ｍｇ２…永久磁石（周辺磁石）、Ｍｏ…直動モータ（第１駆動手段）、Ｍｕ…磁石ユニット、Ｓｍ…スパッタリング装置、Ｓｔ…Ｘ−Ｙステージ（第２駆動手段）、Ｔｇ…ターゲット、Ｙｏ…ヨーク、４１…スパッタ面、７…第１支持部、８ａ，８ｂ，８ｃ…第２支持部、８１…枠体。
【図１】
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【図２】
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【図３】
2020139212.tif 000005