(57)【要約】    【課題】薄膜の面内の特性分布を均一にする。    【解決手段】  基板１６の周囲に配置されるアノード電極１７の短辺の部分の上にブロック電極１８ａ、１８ｂを配置し、ターゲット１３と接地電位との間の距離をブロック電極１８ａ、１８ｂ上で短くする。トラック形形状のプラズマ領域１０の両端付近に近い基板１６上の場所に強度の大きいプラズマが形成され易いが、ブロック電極１８ａ、１８ｂ上に強度の大きいプラズマが形成されるため、基板１６上ではプラズマが均一化し、基板１６に形成される薄膜の面内の特性分布が均一になる。【選択図】    図１
2019183192.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空槽と、
前記真空槽の内部に配置されたターゲットと、
前記ターゲットの裏面側に配置されスパッタ電源に接続されるカソード電極と、
前記カソード電極の裏面側に配置された複数の磁石装置と、
基板が配置される基板配置部と、
接地電位に接続され前記基板の外周上を覆うリング形形状のアノード電極と、
を有し、
各前記磁石装置には細長のリング形形状の外周磁石とその内側に配置された内側磁石とが設けられ、
前記ターゲットの表面には前記外周磁石とその内側の前記内側磁石との間で形成される磁束が漏洩され、前記ターゲットがスパッタリングされて前記基板表面に薄膜が形成されるスパッタリング装置であって、
前記外周磁石とその内側の前記内側磁石とは離間され、前記外周磁石とその内側の前記内側磁石との間の領域であるプラズマ領域は細長のリング形形状にされ、
前記プラズマ領域の両端と前記基板の表面が位置する平面との間には、前記アノード電極よりも厚みが厚く接地電位に接続されたブロック電極が配置され、
前記アノード電極の表面と前記ターゲットの表面との間のＴＡ距離よりも、前記ブロック電極の表面と前記ターゲットの表面との間のＴＢ距離の方が短くされたスパッタリング装置。
【請求項２】
前記ＴＢ距離は、前記ターゲットの表面と前記基板配置部に配置された前記基板の表面との間のＴＳ距離の１０％より大きく、９０％より小さくされた請求項１記載のスパッタリング装置。
【請求項３】
前記ターゲットは平板状の金属モリブデン板であり、前記薄膜は金属モリブデン薄膜である請求項１又は請求項２のいずれか１項記載のスパッタリング装置。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スパッタリング技術にかかり、特に、金属薄膜の面内の特性分布を均一にするスパッタリング技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
スパッタリング方法による薄膜形成は広く用いられている技術であり、近年では大型基板に薄膜を形成するために、大面積基板に特性分布が均一な薄膜を形成する技術が求められている。
【０００３】
図６（平面図とＥ−Ｅ線、Ｆ−Ｆ線截断断面図）のプラズマ装置１０２は、カソード電極１１２の表面にターゲット１１３が配置され、裏面に外周磁石１２５と内側磁石１２６とがヨーク１２７に配置された複数の磁石装置１１５1〜１１５5が設けられており、ターゲット１１３がスパッタされると、ターゲット１１３と対面して基板配置部１１４上に配置された基板１１６の表面に薄膜が形成される。
【０００４】
基板１１６の外周上には、アノード電極１１７が配置されており、ターゲット１１３表面に形成されるプラズマが均一になるようにされている。
しかしながら基板１１６が一層大型化し、それに連れてターゲット１１３や磁石装置１１５1〜１１５5が大型化してきたところ、基板１１６の短辺に近い領域と、その間の中央の部分とでは、形成される薄膜の特性の差が大きくなってきた。
【０００５】
短辺部分の薄膜の抵抗値と中央部分の薄膜の抵抗値が大きく異なると、基板表面に形成される発光層の発光分布が異なってしまい、不均一な明るさの画面となる。
【０００６】
下記特許文献には、移動可能なマグネトロンプラズマに連動した接地電位電極を配置して膜質や膜厚の均一化を図った大型基板対応のマグネトロンスパッタ装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平０７−３３１４３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、その目的は、薄膜の特性分布を均一にすることにあり、特に、細長のマグネトロン磁石の端部に近い基板の縁付近の領域の薄膜特性と、基板の中央付近の領域の薄膜特性との差を小さくすることにある。
【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本発明は、真空槽と、前記真空槽の内部に配置されたターゲットと、前記ターゲットの裏面側に配置されスパッタ電源に接続されるカソード電極と、前記カソード電極の裏面側に配置された複数の磁石装置と、基板が配置される基板配置部と、接地電位に接続され前記基板の外周上を覆うリング形形状のアノード電極と、を有し、各前記磁石装置には細長のリング形形状の外周磁石とその内側に配置された内側磁石とが設けられ、前記ターゲットの表面には前記外周磁石とその内側の前記内側磁石との間で形成される磁束が漏洩され、前記ターゲットがスパッタリングされて前記基板表面に薄膜が形成されるスパッタリング装置であって、前記外周磁石とその内側の前記内側磁石とは離間され、前記外周磁石とその内側の前記内側磁石との間の領域であるプラズマ領域は細長のリング形形状にされ、前記プラズマ領域の両端と前記基板の表面が位置する平面との間には、前記アノード電極よりも厚みが厚く接地電位に接続されたブロック電極が配置され、前記アノード電極の表面と前記ターゲットの表面との間のＴＡ距離よりも、前記ブロック電極の表面と前記ターゲットの表面との間のＴＢ距離の方が短くされたスパッタリング装置である。
本発明は、前記ＴＢ距離は、前記ターゲットの表面と前記基板配置部に配置された前記基板の表面との間のＴＳ距離の１０％より大きく、９０％より小さくされたスパッタリング装置である。
本発明は、前記ターゲットは平板状の金属モリブデン板であり、前記薄膜は金属モリブデン薄膜であるスパッタリング装置である。 
【発明の効果】
【００１０】
基板表面のうち、細長のマグネトロン磁石の端部に近い場所と基板の中央の場所との薄膜特性の差が小さくなる。
その結果、長方形基板に形成する薄膜の特性について、短辺付近の領域の特性と、その領域で挟まれる中央付近の領域の特性とが均一になる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明のスパッタリング装置
【図２】本発明のスパッタリング装置の内部構造を説明するための平面図とそのＡ−Ａ線截断断面図とＢ−Ｂ線截断断面図
【図３】本発明に用いられる磁石装置を説明するための平面図とＣ−Ｃ線截断断面図とＤ−Ｄ線截断断面図
【図４】(ａ)〜(ｃ)：その磁石装置の動作を説明するための断面図
【図５】モリブデン薄膜の抵抗分布を説明するためのグラフ
【図６】従来技術のスパッタリング装置を説明するための図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１の符号２は、本発明のスパッタリング装置であり、真空槽１１を有している。図２は、後述するアノード電極１７の外周よりも内側の部分の平面図と、そのＡ−Ａ線截断断面図とＢ−Ｂ線截断断面図である。
【００１３】
真空槽１１の内部には、長方形形状のターゲット１３が配置されており、そのターゲット１３の裏面側には、カソード電極１２が配置されている。
カソード電極１２の表面はターゲット１３の裏面に接触されている。
【００１４】
カソード電極１２の裏面側には、磁石ケース５１が配置されており、磁石ケース５１の内部には複数（ここでは５個）の磁石装置１５1〜１５5が配置されている。磁石装置１５1〜１５5はマグネトロン磁石と呼ばれている。
【００１５】
カソード電極１２の裏面側に配置された磁石装置１５1〜１５5は、基本的に同じ形状、同じ大きさであり、図３に、１個の磁石装置１５1〜１５5の平面図と、そのＣ−Ｃ線截断断面図とＤ−Ｄ線截断断面図とを示す。
【００１６】
磁石装置１５1〜１５5はリング形形状の外周磁石２５と、外周磁石２５の中に配置された直線形形状の内側磁石２６とを有しており、外周磁石２５と内側磁石２６とはそれぞれ細長にされており、各磁石装置１５1〜１５5は細長になり長手方向を有している。
【００１７】
ここでは、各磁石装置１５1〜１５5の外周磁石２５とターゲット１３の裏面との間の距離は等しくされており、また、各磁石装置１５1〜１５5の内側磁石２６とターゲット１３の裏面との間の距離も等しくされているが、本発明はそれに限定されるものではなく、膜厚の分布や膜質の分布を均一にするために、磁石装置１５1〜１５5とターゲット１３の裏面との間の距離が異なっていたり、磁石装置１５1〜１５5とターゲット１３の裏面との間が非平行に配置されていてもよい。
【００１８】
また、ここでは、各磁石装置１５1〜１５5の外周磁石２５とターゲット１３の裏面との間の距離と、内側磁石２６とターゲット１３の裏面との間の距離とも等しくされているが、各磁石装置１５1〜１５5の中で、内側磁石２６とターゲット１３の裏面との間の距離が異なる磁石装置１５1〜１５5や、外周磁石２５とターゲット１３の裏面との間の距離が異なる磁石装置１５1〜１５5が含まれていてもよい。
【００１９】
外周磁石２５の二個の磁極のうち、一方の磁極がカソード電極１２に向けて配置され、他方の磁極がカソード電極１２とは反対側に向けられて、ヨーク２７の表面と接触して配置されており、また、内側磁石２６の二個の磁極のうち、一方の磁極がカソード電極１２に向けて配置され、外周磁石２５のカソード電極１２に向けられた磁極と内側磁石２６のカソード電極１２に向けられた磁極との間に磁束が形成され、その磁束はターゲット１３表面に漏洩され、アーチ形形状に湾曲される。
【００２０】
外周磁石２５と内側磁石２６との他方の磁極はカソード電極１２とは反対側に向けられて、外周磁石２５の磁極が接触したヨーク２７の表面と接触して配置されている。
【００２１】
外周磁石２５のカソード電極１２に向けられた磁極と、内側磁石２６のカソード電極１２に向けられた磁極は一方がＮ極であり、他方がＳ極であり、カソード電極１２に向けられた磁極間で形成される磁束はターゲット１３の表面にアーチ形形状に漏洩し、ターゲット１３表面の電子密度を増加させるようになっている。
【００２２】
真空槽１１内のターゲット１３と対面する位置には、基板配置部１４が配置されている。
基板配置部１４は長方形形状であり、基板配置部１４の上には成膜対象である長方形の基板１６が配置されている。
【００２３】
基板１６はターゲット１３よりも小さくなっており、以下、基板配置部１４上の基板１６の表面が位置する平面に投影した場合の位置関係で内側と外側を決めるものとすると、基板１６の外周はターゲット１３の外周よりも内側に配置されている。
【００２４】
ターゲット１３と基板１６とは、ターゲット１３の長辺と基板１６の長辺とは平行になるように配置されており、ターゲット１３の表面と基板１６の表面とも平行になるように配置されている。
【００２５】
磁石装置１５1〜１５5の長手方向の長さは、ターゲット１３の長手方向の長さとほぼ同じ長さであり、基板１６の長辺はターゲット１３の長手方向の長さよりも短くされ、また、基板１６の長辺は磁石装置１５1〜１５5の長手方向の長さよりも短くされている。
【００２６】
各磁石装置１５1〜１５5は、ヨーク２７の裏面側が移動板５２に接触して移動板５２上に配置されている。
各磁石装置１５1〜１５5は、長手方向が互いに平行にされて、ターゲット１３と基板１６の長辺と平行にされて、短辺が伸びる方向に一列に並べられている。
【００２７】
真空槽１１の外部には移動装置５３が配置されており、移動装置５３が動作すると移動板５２はターゲット１３の表面と平行な平面内で移動し、各磁石装置１５1〜１５5は移動板５２と一緒に移動する。
ターゲット１３の表面に漏洩した磁束は、磁石装置１５1〜１５5の移動と共に移動する。
【００２８】
移動の際に各磁石装置１５1〜１５5は、外周磁石２５とターゲット１３の表面との間の距離及び裏面との間の距離に変化はなく一定距離が維持される。また、内側磁石２６とターゲット１３の表面との間の距離及び裏面との間の距離に変化はなく一定距離が維持される。
【００２９】
従って、各磁石装置１５1〜１５5は移動板５２の移動と共に、一緒にターゲット１３の表面と平行な平面内を移動する。図４(ａ)は、各磁石装置１５1〜１５5のそれぞれが移動する範囲の中央に各磁石装置１５1〜１５5が位置する状態を示し、同図(ｂ)は、図面右端に位置する状態、同図(ｃ)は図面左端に位置する状態を示しており、同図(ｂ)の状態と同図(ｃ)の状態の間を繰り返し移動する。
【００３０】
次に、基板１６とターゲット１３との間には、接地電位に接続されたアノード電極１７が配置されている。
アノード電極１７は四角リング形形状であり、中央に開口１９が形成されている。アノード電極１７の外周と内周とは長方形形状であり、アノード電極１７の外周は基板配置部１４に配置された基板１６の外周よりも外側に位置するようにされている。
【００３１】
この例では、アノード電極１７の内周は基板１６の外周よりも内側に位置するようにされており、アノード電極１７の四角リング形形状の二本の長辺部分は基板１６の長辺上に配置され、二本の短辺部分は基板１６の短辺上に配置され、基板配置部１４上の基板１６の外周はアノード電極１７によって覆われて開口１９の底面には、基板１６の外周よりも内側の部分が露出されている。
【００３２】
真空槽１１には真空排気装置２１とガス導入装置２３とが接続されており、真空槽１１は真空排気装置２１によって真空排気され、真空槽１１の内部には真空雰囲気が形成されている。
【００３３】
真空槽１１の外部にはカソード電極１２に接続されたスパッタ電源２２が設けられており、真空雰囲気が形成された真空槽１１の内部にガス導入装置２３からスパッタリングガスを導入し、内部が所定圧力で安定したところでスパッタ電源２２からスパッタリング電圧を出力し、カソード電極１２に印加する。
【００３４】
ターゲット１３は金属が板状に成形された平板状ターゲットであり、その表面近傍にスパッタリングガスのプラズマが形成され、プラズマ中の正イオンが加速され、スパッタリングガスの粒子がターゲット１３に入射し、ターゲット１３はスパッタリングされ、ターゲット１３を構成する物質の粒子がスパッタリング粒子としてターゲット１３の表面から放出され、基板１６に向けて飛行し、基板１６の表面に到着して薄膜を成長させる。
薄膜が所定膜厚に形成されると、基板１６は真空槽１１の外部に搬出される。
【００３５】
このように本発明によって基板１６の表面に薄膜が形成されるが、大型の基板１６表面に形成された金属薄膜の抵抗値は、基板１６の位置によって異なることになる。
【００３６】
抵抗値の分布はプラズマの強度分布と密接な関連があり、本スパッタリング装置２のプラズマを説明すると、先ず、各磁石装置１５1〜１５5の外周磁石２５と内側磁石２６との間に位置するターゲット１３の表面に大きな強度のプラズマが形成される点にマグネトロンスパッタリングの特徴がある。
【００３７】
各磁石装置１５1〜１５5の外周磁石２５はスパッタリングされるターゲットの面積を大きくするために細長のリング形形状にされており、内側磁石２６は直線形形状であるから、外周磁石２５と内側磁石２６との間は、細長のリング形形状になる。従って、形成される強度が大きいプラズマも、磁石装置１５1〜１５5毎に形成されるリング形形状になっている。
【００３８】
細長のリング形形状のプラズマは直線部分よりも端部の方がプラズマ強度が大きくなることが知られており、特に、複数の細長のリング形形状のプラズマが平行に並べられると、リング形形状のプラズマの端部が並べられた部分のプラズマ強度の方が、リング形形状のプラズマの長辺の部分のプラズマ強度よりも大きくなる。
【００３９】
並べられた端部のプラズマは基板１６の短辺の近くに薄膜を成長させ、プラズマの長辺部分は基板１６の長辺の近くに薄膜を成長させる場合は、基板１６表面の中央と短辺部分と長辺部分とで薄膜の特性が異なってしまう。
【００４０】
このスパッタリング装置２では、各磁石装置１５1〜１５5の端部が並べられた領域と平行して、アノード電極１７の短辺がそれぞれ配置されており、アノード電極１７の二個の短辺部分の表面上の、基板１６の外周よりも外側であって、ターゲット１３の外周よりも内側の位置に、厚みが一定のブロック電極１８ａ、１８ｂがそれぞれ配置されている。
【００４１】
各磁石装置１５1〜１５5の外周磁石２５とその内側に位置する内側磁石２６との間の領域をプラズマ領域１０とすると、各磁石装置１５1〜１５5の外周磁石２５の両端は半円形に湾曲され、それに伴ってプラズマ領域１０の両端も半円形に湾曲されて、外周磁石２５とプラズマ領域１０とはそれぞれトラック形形状になっている。
【００４２】
各磁石装置１５1〜１５5のプラズマ領域１０の長手方向の長さは等しくされており、各プラズマ領域１０のアノード電極１７に対する距離が等しいものとすると、各プラズマ領域１０の両端の湾曲した部分のうちの一方の端部の湾曲した部分は横一列に並び、反対側の端部の湾曲した部分も横一列に並ぶようにされている。
【００４３】
各プラズマ領域１０の両端の湾曲した部分のうち、一方の端部であって横一列に並んだ湾曲した部分と基板１６の表面が位置する平面との間には一本のブロック電極１８ａが配置され、反対側の端部であって横一列に並んだ湾曲した部分と基板１６の表面が位置する平面との間には、他の一本のブロック電極１８ｂが配置されている。
【００４４】
真空槽１１の壁と、アノード電極１７と、ブロック電極１８ａ、１８ｂとはそれぞれ接地電位に接続されており、ターゲット１３の表面は、アノード電極１７の長辺部分上ではアノード電極１７の長辺部分と向き合っており、アノード電極１７の短辺部分上ではブロック電極１８ａ、１８ｂの表面と向き合っている。
【００４５】
ターゲット１３表面と基板１６表面との間の距離をＴＳ距離、ターゲット１３表面とアノード電極１７の長辺部分との間の距離をＴＡ距離、ターゲット１３表面とブロック電極１８ａ、１８ｂとの間の距離をＴＢ距離とすると、次の三式がなりたつ。
【００４６】
ＴＡ＜ＴＳ，ＴＢ＜ＴＳ，ＴＢ＜ＴＡ
【００４７】
基板１６の長辺の真横位置ではターゲット１３に最も近い接地電位の部材はアノード電極１７のターゲット１３に対面する表面であり、基板１６の長辺の真横位置ではターゲット１３とターゲット１３に最も近い接地電位の部材の表面との間はＴＡ距離だけ離間されている。
【００４８】
基板１６の短辺の真横位置ではターゲット１３に最も近い接地電位の部材はブロック電極１８ａ、１８ｂのターゲット１３に対面する表面であり、基板１６の短辺の真横位置ではターゲット１３とターゲット１３に最も近い接地電位の部材の表面との間はＴＢ距離だけ離間されている。
【００４９】
従って、ターゲット１３とターゲット１３に最も近い接地電位の部材の表面との間の距離は、基板１６の長辺の真横位置よりも短辺の真横位置の方が短くなる。
【００５０】
ブロック電極１８ａ、１８ｂにより、基板１６の外周よりも外側の位置で接地電位との距離が短くなり、基板１６の外周よりも内側のプラズマを引きつけて、基板１６の外側でブロック電極１８ａ、１８ｂが位置する部分のプラズマ強度が大きくなる。その結果、基板１６上のプラズマ領域１０の両端に近い部分のプラズマ強度は小さくなる。要するにブロック電極１８ａ、１８ｂにより、基板１６上のプラズマ領域１０の両端に近い部分のプラズマ強度が小さくなり基板１６上のプラズマ強度が均一化されるから、形成される薄膜の特性分布が均一化される。
【００５１】
ＴＢ距離は、ターゲット１３の表面と基板配置部１４に配置された基板１６の表面との間のＴＳ距離の１０％より大きくしないと却って特性分布が悪化し、９０％より小さくしないと効果が薄い。
【００５２】
図５は、ターゲット１３に平板状の金属モリブデンターゲットを用い、電極として使用されるモリブデン薄膜を形成した場合のシート抵抗Ｒｓの分布を示すグラフであり、横軸がシート抵抗Ｒｓ、縦軸が基板１６上で長辺方向の位置（図２の上端がゼロ点であり、縦軸の上端と下端に基板の短辺が位置する。）である。
【００５３】
ブロック電極１８ａ、１８ｂが設けられていない場合のモリブデン薄膜のシート抵抗Ｒｓの曲線ａは、シート抵抗の最大値と最小値の差が大きいのに対し、このスパッタリング装置２（ブロック電極１８ａ、１８ｂが設けられた場合）の曲線ｂはシート抵抗の最大値と最小値の差が小さくなっている。
【００５４】
プラズマ領域１０の両端である湾曲した部分の上にブロック電極１８ａ、１８ｂが設けられ、ブロック電極１８ａ、１８ｂ上でターゲット１３と接地電位との間の距離が短くなっていることにより、ブロック電極１８ａ、１８ｂ上のプラズマ強度が増大する。ブロック電極１８ａ、１８ｂは基板１６よりも外側に配置されており、基板１６の外側のプラズマ強度が増大した結果、ブロック電極１８ａ、１８ｂが近接する基板１６の縁付近の基板１６上ではプラズマ強度が減少するため、基板１６上のプラズマ強度が均一化され、基板１６の表面内の抵抗値分布が均一になっている。
【００５５】
プラズマ領域１０は、無端状、リング形形状であればよく、外周磁石２５の両端が方形である場合や楕円形である場合も本発明に含まれる。
また、各磁石装置１５1〜１５5の端部を同一直線上に配置しない場合や、各磁石装置１５1〜１５5の端部とカソード電極１２との距離を一定にしない場合も本発明に含まれる。
【００５６】
なお、上記ブロック電極１８ａ、１８ｂは、アノード電極１７の辺上に位置し、基板１６の辺よりも外側であって、ターゲット１３の辺よりも内側に位置している。
【００５７】
二個のブロック電極１８ａ、１８ｂはそれぞれ直線形形状であり、プラズマ領域１０の両端のうち、プラズマ領域１０の一方の端部の一列に並んだ湾曲した部分と基板１６の表面が位置する平面との間に一個のブロック電極１８ａが配置され、プラズマ領域１０の反対側の端部の一列に並んだ湾曲した部分と基板１６の表面が位置する平面との間に他の一個のブロック電極１８ｂが配置されており、プラズマ領域１０の湾曲した部分の一部と基板１６の表面が位置する平面との間にブロック電極１８ａ、１８ｂが位置している。
【００５８】
また、ブロック電極１８ａ、１８ｂは一部分がプラズマ領域１０の湾曲した部分の外側にはみ出していてもよいし、内側にはみ出していてもよい。更にまた、両方からはみ出していてもよい。
【００５９】
なお、上記ターゲット１３は金属モリブデンであったが、本発明は金属モリブデンに限定されるものではなく、本発明のスパッタリング装置２は、金属チタン、モリブデン合金、アルミニウム、アルミニウム合金、金属タングステン、純銅、銅合金、タンタル等の金属から成るターゲット１３に対して本発明の効果を奏することができる。
【符号の説明】
【００６０】
２……スパッタリング装置
１０……プラズマ領域
１１……真空槽
１３……ターゲット
１４……基板配置部
１５1〜１５5……磁石装置
１６……基板
１７……アノード電極
１８ａ、１８ｂ……ブロック電極
２２……スパッタ電源
【図１】
2019183192.tif 000003
【図２】
2019183192.tif 000004
【図３】
2019183192.tif 000005
【図４】
2019183192.tif 000006
【図５】
2019183192.tif 000007
【図６】
2019183192.tif 000008