JP3585760B2

JP3585760B2 - Magnetron sputtering equipment

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Publication number: JP3585760B2
Application number: JP01876199A
Authority: JP
Inventors: 孝光田寺; 達志山本
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1999-01-27
Filing date: 1999-01-27
Publication date: 2004-11-04
Anticipated expiration: 2019-01-27
Also published as: JP2000212739A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示素子のＴＦＴ（Ｔｈｉｎ−ＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を有する基板のように大面積基板の表面上に、ターゲット全体を有効に消費しながら、より均一の膜厚でかつ、より均質な薄膜を作成できる磁界発生手段の調整機構を有するマグネトロンスパッタ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、液晶表示装置製造用として大面積基板上に膜厚分布がより均一でかつより均質な成膜装置が要求されている。その成膜装置としてマグネトロンスパッタ装置が多く使用されている。マグネトロンスパッタ装置は、ターゲットの近傍に高密度プラズマを形成し、大きなイオン電流を流すようにして大電力化が図られたものである。このため、上記マグネトロンスパッタ装置では、電界（電場）と磁界（磁場）とが直交する、いわゆるマグネトロン放電を利用し、かつ運動する電子がターゲットの近傍を連続した軌跡に沿って運動できるように設定されている。
【０００３】
このようなマグネトロンスパッタ装置では、図２１に示すように、プロセスチャンバ２０１内にて、トレイ２０７に保持された基板２０８に対して薄膜を形成するためのターゲット２０９が設置されており、また、上記ターゲット２０９上においてマグネトロン放電を形成するためのマグネトロンカソード電極部２０３が設けられている。上記マグネトロンカソード電極部２０３は、ターゲット２０９を表面に保持するバッキングプレート２１０を有している。
【０００４】
バッキングプレート２１０の裏面には、図２２に示すように、磁石ユニット保持部材２２２とそれによって保持された複数の磁石ユニット２２１からなる磁石組立体２２３が設置されている。磁石組立体２２３に対しては、かさ歯車２２５、ボールネジ２２９、ボールナット２２６を介してモータ２２４の動力が伝達され、図中の矢印の方向に往復運動を行うようになっている。
【０００５】
磁石組立体２２３が往復運動を行うことによって、ターゲット２０９表面に発生する環状のプラズマの発生位置が磁石組立体２２３の往復運動に従って移動する。これにより、ターゲット２０９が薄膜形成時により均一に全面にわたって消費されるので、基板２０８全面に薄膜がより均一に形成される。
【０００６】
このようなマグネトロンスパッタ装置は、特開平５−１１７８５１号公報、特開平７−１９７２５４号公報や、特開平１０−８８３３９号公報に開示されている。これらは、相互の位置関係が固定された複数の磁石ユニットを隣接させて構成した磁石組立体を、ターゲットに対して平行に往復運動させ、一度に成膜できる範囲を広げ、成膜時間を短縮できるようにしたものである。
【０００７】
それぞれの公報に開示されている磁石組立体について以下に説明する。特開平５−１１７８５１号公報に開示されている磁石組立体を図２３に示し、図２３（ａ）は平面図、図２３（ｂ）は中央部の断面図である。図に示すように磁石組立体１１０は、各磁石ユニット１１２、１１３、１１４を有している。各磁石ユニット１１２、１１３、１１４は、それぞれ中央磁石１１６と外周磁石１１７とヨーク１１８から構成されている。
【０００８】
そして、各磁石ユニット１１２、１１３、１１４は、磁石組立体１１０の揺動方向１１１に沿って、それぞれ長辺方向の長さが互いに異なると共に、各磁石ユニット１１２、１１３、１１４を互いに隣接させて並べて固定板１１５上に固定されている。
【０００９】
次に、特開平７−１９７２５４号公報に開示されている磁石組立体を図２４に示す。図２４（ａ）は上記磁石組立体の平面図、図２４（ｂ）は上記磁石組立体における中央部の断面図である。磁石組立体１２０は、中心磁石１２１と外周磁石１２７とヨーク１２８からなる各磁石ユニット１２２、１２３、１２４をその揺動方向１２６に沿って互いに隣接させるように並べて固定板１２５上に固定した構成になっている。各磁石ユニット１２２、１２３、１２４の中心磁石１２１は、その長辺方向端部１２１ａがＴ字状になっている。
【００１０】
続いて、特開平１０−８８３３９号公報に開示されている磁石組立体を図２５に示す。図２５（ａ）は上記磁石組立体の平面図、図２５（ｂ）は上記磁石組立体における中心部の断面図である。磁石組立体１３０は、内側磁石１３１、外側磁石１３２とヨーク１３３から構成され、その長辺方向端部は端部を頂点とする三角形となっている。この磁石組立体１３０を図中矢印１３５の方向に揺動させる。
【００１１】
最後に、特開平１０−２５５７２号公報に開示されているのは、複数の磁石ユニットをそれぞれ独立に揺動させるものである。図２６にその構成を示す。各磁石ユニット１４０、１４１は、それぞれ各磁石駆動部１４２、１４３に取付けられている。
【００１２】
各磁石駆動部１４２、１４３は、それぞれ独立に、バッキングプレート１４５の表面に設けられたターゲット１４４に対して平行に図中矢印Ａ、Ｂの方向に往復運動をバッキングプレート１４５の裏面にて行う。各磁石駆動部１４２、１４３には、各磁石ユニット１４０、１４１の位置検出手段が設けられており、各磁石ユニット１４０、１４１の揺動速度、位置を制御できるようになっている。
【００１３】
このように、それぞれの磁石ユニット１４０、１４１に相互干渉がないように独立に往復運動させることにより、大型基板に対して、均一な膜厚分布の成膜を行おうとするものである。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来の構成では、以下のような問題点がある。前述した磁石組立体は複数の磁石ユニットを隣接させて並べ、固定されている。磁石組立体が発生する磁界は、ターゲット表面で数百から１０００ガウスを越える強力なものである。特に強力な磁界を発生させる場合には磁石ユニットを構成する磁石にネオジ系の強力なものを使用する。さらに、大面積基板用のため、使用する磁石の寸法も大変大きなものとなり、各磁石ユニット間には、巨大な反発力または吸引力が作用する。例えば、長さ１ｍ、幅１ｃｍ、奥行き１．５ｃｍのネオジ系の磁石を、１ｃｍの間隔で対向して保持すると、それぞれの磁石には約５０ｋｇｆ程の力が作用する。
【００１５】
したがって、特開平５−１１７８５１号公報、特開平７−１９７２５４号公報や、特開平１０−８８３３９号公報等に開示されている磁石組立体を組み立てるに当たっては、強力な吸引力または反発力に抗して作業を行わなければならないが、強力な吸引力または反発力が作用した状態で、磁石ユニットを所定の位置に高い精度で配設することは難しく、組立ては困難を極める。
【００１６】
その上、成膜した薄膜の膜厚に関するバラツキを許容値以下にするためには、磁石ユニット相互の位置関係の微調整が欠かせない。しかし従来構造においては、微調整時に磁石ユニット相互間に強力な吸引力または反発力が作用するため、微調整は極めて困難な作業になる。
【００１７】
特開平１０−２５５７２号公報では複数の磁石ユニットのそれぞれに駆動部を設けているが、磁石ユニットが増えるにしたがってその配置、制御が困難となる。特に大面積基板の場合は、多数の磁石ユニットを揺動させる方がプロセス時間を短縮できる。しかし、この方法では磁石ユニットが増えると磁石ユニットの駆動部、位置検出手段等の構成、配置が複雑で困難になり、コストアップにつながる。
【００１８】
以上のような課題に鑑み、本発明は、大型基板に対して、より均一な膜厚、より均質な膜を、効率よく成膜できるマグネトロンスパッタ装置を提供することを目的としている。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明のマグネトロンスパッタ装置は、上記課題を解決するために、基板上に形成する薄膜に応じたターゲット上に、マグネトロン放電を発生させるための、電界発生手段および磁界発生手段を備え、磁界発生手段は、磁界発生のための複数の磁石ユニットを連結すると共に、各磁石ユニットの相互の位置関係を回動によって変更するリンク機構と、リンク機構を作動させるためのネジ機構とを有していることを特徴としている。
【００２０】
上記構成によれば、磁界発生手段が、磁界発生のための複数の磁石ユニットを連結すると共に、各磁石ユニットの相互の位置関係を回動によって変更するリンク機構を有することにより、各磁石ユニット間の距離を大きく、つまり広げた状態にて、各磁石ユニットをそれぞれ磁界発生手段に取り付けることができる。この結果、上記構成では、各磁石ユニット間に作用する吸引力や反発力を考慮せずとも、各磁石ユニットを確実に磁界発生手段に取り付けることができる。
【００２１】
さらに、上記構成では、リンク機構を作動させるためのネジ機構とを有していることから、取り付けられた各磁石ユニットにおける相互間の位置調整を、テコの原理により動作が規制されているリンク機構の容易な作動をネジ機構によってさらに規制しながら、各磁石ユニット間に発生する吸引力や反発力に抗して確実に行うことができる。
【００２２】
したがって、上記構成では、各磁石ユニットの相互間の位置を精度よく調整できるので、そのような各磁石ユニットを有する磁界発生手段と電界発生手段によるマグネトロン放電をより良好な状態にて発生させることが可能となる。
【００２３】
これにより、上記構成では、良好なマグネトロン放電によって、ターゲットに基づく薄膜を、基板上に、より均一に、かつ均質に形成できると共に、磁界発生手段における、各磁石ユニットの取付け、つまり組立てを簡素化できる。
【００２４】
上記マグネトロンスパッタ装置においては、リンク機構はＸリンク機構または平行リンク機構であってもよい。上記構成によれば、Ｘリンク機構または平行リンク機構のように、複数のリンクにより各磁石ユニットを連結するため、各磁石ユニットを、例えば互いに平行を維持しながら、相互の位置関係を調整できるので、各磁石ユニットの相互間の位置をより一層精度よく調整できる。
【００２５】
本発明の他のマグネトロンスパッタ装置は、基板上に形成する薄膜に応じたターゲット上に、マグネトロン放電を発生させるための、電界発生手段および磁界発生手段と、ターゲット上におけるマグネトロン放電の発生位置を移動させるための駆動手段とを備え、磁界発生手段は、磁界発生のための複数の磁石ユニットを連結すると共に、駆動手段によって各磁石ユニットの相互の位置関係を回動により変更するリンク機構を有していることを特徴としている。
【００２６】
上記構成によれば、磁界発生手段がリンク機構を有することによって、単一の駆動手段によるリンク機構により、複数の各磁石ユニットにおける相互間の位置関係をターゲットに対し変更できるので、電界発生手段および磁界発生手段によって発生されるマグネトロン放電のターゲット上での発生位置を、より均一化できる。
【００２７】
この結果、上記構成では、マグネトロン放電のターゲット上での発生位置のより均一化によって、ターゲットに基づく基板上での薄膜形成を、より一層均一化および均質化できると共に、単一の駆動手段により複数の各磁石ユニットを駆動できるので、各磁石ユニットの駆動機構を従来より簡素化できる。
【００２８】
上記マグネトロンスパッタ装置では、リンク機構は、隣合う各磁石ユニットをそれぞれ連結する第１リンク部および第２リンク部とを備え、第１リンク部のリンク長さと、第２リンク部のリンク長さとが互いに異なっていてもよい。
【００２９】
上記構成によれば、第１リンク部のリンク長さと、第２リンク部のリンク長さとが互いに異なるように設定することによって、各磁石ユニットの移動速度をそれぞれ制御できるので、ターゲット上でのマグネトロン放電をより均一化できるように制御でき、よって、ターゲットに基づく基板上での薄膜形成を、より一層均一化および均質化できる制御をより簡素化できる。
【００３０】
上記マグネトロンスパッタ装置では、リンク機構を動作させる速度を、各磁石ユニットの移動位置に応じて切り換える切換手段が設けられていてもよい。上記構成によれば、各磁石ユニットの移動速度をそれぞれ制御できるので、ターゲット上でのマグネトロン放電をより均一化できるように制御でき、よって、ターゲットに基づく基板上での薄膜形成を、より一層均一化および均質化できる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施の形態について、図面を参照して説明する。
（第１の実施の形態）
図１ないし図７を用いて本発明に係るマグネトロンスパッタ装置の第１の実施の形態を説明する。まず、マグネトロンスパッタ装置では、図２に示すように、基板トレイ７の装置への出し入れを行うロードロック２、および、基板８に薄膜を成膜するためのプロセスチャンバ１が、それぞれ独立に排気されて、真空状態に維持できるように設けられている。
【００３２】
プロセスチャンバ１における下部の開口部１ｂには、マグネトロンカソード電極部３が取付られている。大気圧となる外部とロードロック２の間、およびロードロック２とプロセスチャンバ１の間には、プロセスチャンバ１およびロードロック２のそれぞれの気密性を維持するために、それぞれゲートバルブ４、ゲートバルブ５が設けられている。また、プロセスチャンバ１にはリークバルブ１２が、ロードロック２にはリークバルブ１３がそれぞれ設けられており、プロセスチャンバ１内およびロードロック２内を大気圧にそれぞれ開放することができるようになっている。
【００３３】
ロードロック２とプロセスチャンバ１とは、それらの内部が、排気パイプ１４、排気パイプ１５から排気ポンプ（図示せず）によって、それぞれ排気できるようになっている。バッキングプレート１０の表面には、基板８に対し薄膜を形成するための所定材質の平板状のターゲット９がインジウム等の低融点ろう材により接合されている。
【００３４】
基板８は、ターゲット９に対し、ほぼ平行となるように対面して基板トレイ７によって保持されるようになっている。基板８とターゲット９の間には基板８の端部を覆うようにマスク１１が、スパッタリング現象によって飛散した粒子が基板トレイ７に付着するのを防止するように設置されている。
【００３５】
さらに、アースシールド２９がターゲット９との隙間を保ちながら、ターゲット９の周囲を取り囲むようにプロセスチャンバ１内に設けられている。このようなアースシールド２９によって、発生させたプラズマによってターゲット９以外の部分がエッチング（浸食）されるのが防止される。
【００３６】
次に、図３を用いてマグネトロンカソード電極部３を説明する。プロセスチャンバ１に形成された下部の壁部１ａの開口部１ｂに絶縁体２７およびＯリング２８を介してカソード本体２０が取り付けられる。カソード本体２０にはバッキングプレート１０が取り付けられ、カソード本体２０とバッキングプレート１０によりプロセスチャンバ１の壁部の一部が形成されている。
【００３７】
このようなカソード本体２０内において、バッキングプレート１０の裏面側には、ターゲット９の表面上に磁界を発生する手段としての複数の磁石ユニット２１と磁石ユニット保持機構２２とからなる磁石組立体２３が設けられている。上記磁石組立体２３は、モータ２４から、かさ歯車２５、ボールネジ２９、ボールナット２６を介して動力が伝達され、ターゲット９と平行な水平面内を往復駆動できるようになっている。
【００３８】
次に、図４を用いて、磁石ユニット２１について説明する。図４（ａ）は磁石ユニット２１の斜視図、図４（ｂ）は磁石ユニット２１の平面図、図４（ｃ）は磁石ユニット２１における中央部の断面図および磁力線分布の例を示す。
【００３９】
磁石ユニット２１は、矩形の板状であるヨーク３０の上に矩形の板状の中心磁石３２とその周囲に配置された矩形リング状の周辺磁石３１とから構成されている。中心磁石３２のヨーク３０と反対側の磁極をＳ極、周辺磁石３１のヨーク３０と反対側の磁極をＮ極として、ヨーク３０に固定される。この磁極配置によって図４（ｃ）に示すように周辺磁石３１から中心磁石３２に向かって磁力線３４が形成される。このような磁力線３４の形成によって、ターゲット９上において、ターゲット９の表面方向に沿った磁界を形成することができる。
【００４０】
この装置の動作を以下に説明する。大気中で基板８が基板トレイ７に装着される。続いて、基板トレイ７が基板８とともにゲートバルブ４を通ってロードロック２内へ搬入された後、ゲートバルブ４が閉じられロードロック２内が排気される。ロードロック２内が所定の真空度に達するとゲートバルブ５が開かれ、基板トレイ７はプロセスチャンバ１内に搬入される。
【００４１】
プロセスチャンバ１内は常に真空が保たれており、その環境下でヒータ６により基板８を加熱する。そして、電源１６により、ターゲット９に電界を印加すると磁界のトンネル内に高密度のプラズマがマグネトロン放電により発生する。よって、ターゲット９の表面には環状の高密度プラズマが形成されていることになる。
【００４２】
プラズマ中のイオンは、印加されている電界によりターゲット９に衝突し、ターゲット９を構成する物質を飛散させる。発生したプラズマによりターゲット９からターゲット９の材質の粒子は飛散し、基板８上に付着、堆積し薄膜を形成する。成膜完了後、搬入時の逆の手順で、基板トレイ７が基板８とともにプロセスチャンバ１からロードロック２へ、続いて大気環境下の外部へ搬出される。
【００４３】
次に、図１、図５ないし図７に示すように、このようなマグネトロンカソード電極部３に設けられた、磁石組立体２３について、さらに詳しく説明すると、図１および図５に示すように、各磁石ユニット２１を相互の位置関係を変更できるように保持する磁石ユニット保持機構（リンク機構）２２が設けられている。このような各磁石ユニット２１と磁石ユニット保持機構２２とにより、磁石組立体２３が形成されている。
【００４４】
磁石ユニット保持機構２２は、磁石ユニット２１を固定する矩形板状の各磁石取付板５０ａ、５０ｂ、５０ｃと、各磁石取付板５０ａ、５０ｂ、５０ｃをそれらの短手方向に互いに平行に移動させるように案内する一対の平行案内部４６と、かつ２本の各リンク４３、４４をＸ字状に交差させたＸリンク機構部４５とを備えている。
【００４５】
平行案内部４６はガイド軸４０、軸固定部材４１、および各リニアブッシュ４２を有している。ガイド軸４０は中央の磁石取付板５０ａに軸固定部材４１により固定され、両側の各磁石取付板５０ｂ、５０ｃにそれぞれ固定された各リニアブッシュ４２内をガイド軸４０の軸方向に摺動可能に取付けられている。ガイド軸４０に対し軸方向に移動可能な各リニアブッシュ４２により、中央以外の各磁石取付板５０ｂ、５０ｃは中央の磁石取付板５０ａに対し平行を維持して、相互の位置関係つまり距離を変更できるように移動可能となっている。
【００４６】
Ｘリンク機構部４５は２本のアーム状の各リンク４３、４４を有し、各リンク４３、４４の中央部が磁石取付板５０ａ上に設けられた連結軸４８で回動自在に連結されることによって、各磁石取付板５０ａ、５０ｂ、５０ｃを相互の位置関係を変更可能に連結している。
【００４７】
各リンク４３、４４の各端部は図６に示すように、リンク支持部材４７の軸部４７ａに回動自在に係合している。リンク支持部材４７はレール部４７ｂが磁石取付板５０ｂ、５０ｃの溝部５０ｄに沿ってスライドし、図中ａの方向に摺動可能となっている。
【００４８】
一方のリンク支持部材４７にはネジ部４７ｃが設けられており、調整ネジ４９を絞めたり緩めたり、すなわち回動させることで、各磁石取付板５０ｂ、５０ｃの長手方向両端部にそれぞれ設けられている２つのリンク支持部材４７間の距離が変化すると、２本の各リンク４３、４４が連結軸４８を中心に回動することにより、各磁石取付板５０ａ、５０ｂ、５０ｃ間のピッチ（相互の位置関係）が変化するようになっている。
【００４９】
調整ネジ４９には、調整ネジ４９の必要以上の軸方向の移動をリンク支持部材４７との当接によって拘束するために、外向きのフランジ形状のカラー５６が設けられている。また、調整ネジ４９の一端は、回動自在に他方のリンク支持部材４７に固定されている。
【００５０】
図７を用いて磁石組立体２３の組立手順を説明する。まず、調整ネジ４９を絞める、すなわち調整ネジ４９をカラー５６から他端側に向かって右回りに回転させると、２つのリンク支持部材４７間の距離が狭まり、２本の各リンク４３、４４は連結軸４８を中心に回転し、各磁石取付板５０ｂ、５０ｃが平行案内部４６に案内されて平行に移動し、各磁石取付板５０ａ、５０ｂ、５０ｃの間のピッチが広がり、図７に示す状態になる。
【００５１】
この状態で磁石ユニット２１を各磁石取付板５０ａ、５０ｂ、５０ｃに取付け固定する。このとき、各磁石取付板５０ａ、５０ｂ、５０ｃのピッチを十分に広げてあるため、隣り合う各磁石ユニット２１間に働く反発力または吸引力は小さく、複数の各磁石ユニット２１を各磁石取付板５０ａ、５０ｂ、５０ｃにそれぞれ容易に取付け固定することができる。
【００５２】
次に、調整ネジ４９を緩め、２つのリンク支持部材４７間の距離を広げると、各磁石ユニット２１間のピッチが狭くなる。各磁石ユニット２１間のピッチが狭まくなると、各磁石ユニット２１間に働く反発力又は吸引力が大きくなるが、各磁石取付板５０ａ、５０ｂ、５０ｃの相互位置関係は、Ｘリンク機構部４５および調整ネジ４９によって規制されている。よって調整ネジ４９を回すだけで、各磁石ユニット２１間のピッチを容易に変更することができる。
【００５３】
この結果、本発明では、各磁石ユニット２１間に作用する吸引力または反発力の影響を受けずに、各磁石ユニット２１を各磁石取付板５０ａ、５０ｂ、５０ｃにそれぞれ固定することが行えるため、組み立てが容易である。また、磁石組立体２３を組み立てた後でも、調整ネジ４９の調整のみで各磁石ユニット２１間のピッチを所望の値に設定変更できる。
【００５４】
すなわち、上記構成では、磁石ユニット２１相互の位置関係の調整を容易にすることを目的に、平面内で移動して相互の距離を変更するよう、Ｘリンク機構部４５により各磁石ユニット２１相互を連結している。各磁石ユニット２１は、Ｘリンク機構部４５の中央締結部分に１個と左右のリンク端部に各１個づつ配設されている。Ｘリンク機構部４５のリンク各端部は、一方が一方のリンク支持部材４７であるナット部（雌ネジ部）４７ｃによって調整ネジ４９の棒（雄ネジ部）と螺合し、他方が他方のリンク支持部材４７により、調整ネジ４９の棒端部と回動自在に係合している。更に両端の各磁石ユニット２１の磁石取付板５０ｂ、５０ｃは、中央の磁石取付板５０ａに固定されたリニアガイドである平行案内部４６にに規制されて移動することにより、移動に伴う整列の精度を高く維持している。
【００５５】
なお、上記第１の実施の形態では、調整ネジ４９に対して二つ設けられた各リンク支持部材４７については、カラー５６側のリンク支持部材４７は、調整ネジ４９に対して回転自在で、軸方向には移動しないものである一方、カラー５６側から遠い方のリンク支持部材４７は調整ネジ４９に対して回転自在に螺合している構成となっているが、特にそれらの構成に限定されることはなく、例えば、調整ネジ４９における軸方向の中央を境にして、調整ネジ４９の外周上に形成された雄ねじが左右逆方向に設けられ、二つの各リンク支持部材４７が調整ネジ４９に対してそれぞれ螺合している構成であってもよい。
【００５６】
（第２の実施の形態）
図８および図９を用いて本発明の第２の実施の形態を説明する。図８にピッチを狭めた状態、図９にピッチを広げた状態を示す。４本の各リンク５１の一方の端部は回転軸５２により、磁石取付板５０ａにそれぞれ回転自在に固定されている。また、各リンク５１の他方の端部は回転軸５３により、磁石取付板５０ｂまたは磁石取付板５０ｃにそれぞれ回動自在に固定されている。各回転軸５３上には、雌ねじ部であるねじ部５４がそれぞれ設けられている。各ねじ部５４には雄ねじ部である調整ネジ５５が螺合している。
【００５７】
調整ネジ５５の一端は、カラー５６により軸方向の移動が拘束されている。また、調整ネジ５５は、回転自在となるよう各回転軸上のねじ部５４に保持されている。調整ネジ５５によりねじ部５４とカラー５６間の距離を広げることで、各磁石取付板５０ａ、５０ｂ、５０ｃ間のピッチは広がる。逆に、調整ネジ５５によりねじ部５４とカラー５６間の距離を狭めることで、各磁石取付板５０ａ、５０ｂ、５０ｃ間のピッチは狭まる。
【００５８】
ピッチを広げた状態で各磁石ユニット２１を各磁石取付板５０ａ、５０ｂ、５０ｃに固定し、その後ピッチが所定の値になるまでピッチを狭める。よって、各磁石ユニット２１間に作用する吸引力または反発力の影響を受けずに、各磁石ユニット２１を各磁石取付板５０ａ、５０ｂ、５０ｃに固定することができる。このため、組み立てが容易で、組み立て後も各磁石ユニット２１間のピッチが調整可能である。
【００５９】
（第３の実施の形態）
図１０および図１１を用いて本発明の第３の実施の形態を説明する。図１０にピッチを狭めた状態、図１１にピッチを広げた状態を示す。図１０に示すように、４本の各リンク６０の端部の一方が、各磁石取付板５０ｂ、５０ｃ上の固定部６３の連結軸６４にそれぞれ回動自在に係合されている。また、各リンク６０の他方の端部は、磁石取付板５０ａ上のスライド溝５０ｍに沿って長手方向にスライド可能な各スライド部材６１の連結軸６２にそれぞれ回転自在に取付けられている。
【００６０】
２つのスライド部材６１には、それぞれねじ部が設けられており、１本の調整ネジ６５により各スライド部材６１間の距離を調整できる。調整ネジ６５により、各スライド部６１間の距離が狭まると、各リンク６０が各連結軸６２、６４を中心に回転し、磁石取付板５０ｂ、５０ｃが磁石取付板５０ａから離れる方向に移動し、各磁石取付板５０ａ、５０ｂ、５０ｃ間のピッチが広がる。逆に、調整ネジ６５により、各スライド部６１間のピッチを広げると、磁石取付板５０ｂ、５０ｃが磁石取付板５０ａから近づく方向に移動し、各磁石取付板５０ａ、５０ｂ、５０ｃ間のピッチが狭まる。
【００６１】
ピッチを広げた状態で各磁石ユニット２１を各磁石取付板５０ａ、５０ｂ、５０ｃに固定し、その後ピッチが所定の値になるまでピッチを狭める。よって、各磁石ユニット２１間に吸引力または反発力の影響を受けずに各磁石ユニット２１の各磁石取付板５０ａ、５０ｂ、５０ｃへの固定が行えるため、組み立が容易で、組み立後も各磁石ユニット２１間のピッチが調整可能である。
【００６２】
つまり、上記の第２および第３の実施の形態に記載の構成では、前述のＸリンク機構部４５に代わる手段として、平行リンク機構が用いられている。平行リンク機構は、ロッド状の各リンク５１が平行を維持して、各磁石ユニット２１を互いに平行に移動する方式と、ロッド状の各リンク６０の配置がひし形状であって、各磁石ユニット２１を平行に移動する方式が開示されている。
【００６３】
各リンク５１が平行を維持する方式においては、中央の磁石取付板５０ａと左右の両側の磁石取付板５０ｂ、５０ｃは、それぞれ同じ大きさの各２枚の平行な連絡ロッドである各リンク５１で連結されてある。両端の磁石取付板５０ｂ、５０ｃと各リンク５１を固定する回転軸５２、５３の片方にはナットであるねじ部５４が取付けられている。このねじ部５４はネジ棒である調整ネジ５５と螺合し、ねじ部５４の一端にはカラー５６が取付けられてネジ棒と係合可能となっている。ねじ部５４と螺合する調整ネジ５５によって、左右両端の磁石取付板５０ｂ、５０ｃの距離は規制されている。
【００６４】
各リンク６０の配置がひし形状である方式においては、中央の磁石取付板５０ａと左右の両側の磁石取付板５０ｂ、５０ｃは、それぞれ同じ大きさの各２枚のひし形に配設した連絡ロッドである各リンク６０で連結されている。
【００６５】
中央の磁石取付板５０ａには、左右両側の磁石取付板５０ｂ、５０ｃと連結する４本の各リンク６０を回動自在に保持する各連結軸６２および各連結軸６２を取りつける２組の固定部材である各スライド部材６１が取付けられ、各スライド部材６１では、それぞれ設けられたナットである各ねじ部がネジ棒である調整ネジ６５と螺合している。調整ネジ６５の一端部においては、調整ネジ６５の軸方向における必要以上の移動を規制するためのカラー６７が設けられている。各ねじ部と螺合している調整ネジ６５によって、左右両端の磁石取付板５０ｂ、５０ｃの距離は規制されている。
【００６６】
（第４の実施の形態）
図１２ないし図１４を用いて本発明の第４の実施の形態を説明する。図１から図１１と略同一のものには同一符号を付し説明を省略する。図１２に本発明のマグネトロンスパッタ装置のマグネトロンカソード電極部３の概略構成の断面図を示す。また、図１３に磁石組立体２３の磁石ユニット間のピッチを狭めた状態、図１４にピッチを広げた状態を示す。
【００６７】
図１２において、２組の磁石組立体２３と駆動部９６がカソード本体２０に設置される。磁石組立体２３は磁石ユニット２１と磁石取付板５０とリンク部９７を有している。複数の磁石ユニット２１は各磁石取付板５０ａ、５０ｂ、５０ｃを介してリンク部９７により保持されている。
【００６８】
リンク部９７の端部は駆動部９６に接続されている。駆動部９６がリンク部９７を駆動することによって複数の磁石ユニット２１がバッキングプレート１０の裏面（つまり、ターゲット９を有するバッキングプレート１０の表面に対し反対面）において、ターゲット９と平行に往復運動する。
【００６９】
次にリンク部９７の構成を図１３および図１４に基づいて説明する。このようなリンク部９７では、連結部９３で中央部が回転自在に連結された２本のリンク９０を複数組並べて、つまり、各磁石取付板５０ａ、５０ｂ、５０ｃにおいて、隣り合う各磁石取付板５０ａ、５０ｂ、５０ｃをそれぞれ順次連結するように設けられている。
【００７０】
このようなリンク部９７では、複数組の各リンク９０は、各リンク９０の一方の端部を回転軸９１により各磁石取付板５０ａ、５０ｂ、５０ｃにそれぞれ回動自在となるように連結されている。また、各リンク９０の他方の端部は、回転軸９２にそれぞれ回動自在に連結されている。各回転軸９２は、磁石取付板５０上の溝５０ｄに沿って長手方向に摺動可能となっている。
【００７１】
駆動部９６に接続されるリンク９０の端部は、プロセスチャンバ１のチャンバ壁９８に設けられた支持軸９４と駆動部９６の動力出力部９９の出力軸９５にそれぞれ回動自在に支持されている。動力出力部９９の出力軸９５は、図中矢印Ａの方向（各磁石取付板５０ａ、５０ｂ、５０ｃの長手方向）に沿って往復運動する。
【００７２】
出力軸９５が矢印Ａの方向に往復運動することにより、リンク９０は各回転軸９１、支持軸９４の回りにて回動し、磁石取付板５０ａ、５０ｂ、５０ｃが互いに平行を維持して往復運動を行う。つまり、図１３の状態から出力軸９５が図面の上方向（支持軸９４に近づく方向）に動くと、徐々に各磁石ユニット２１間のピッチが広がり、やがて、図１４の状態となる。そして、出力軸９５が逆方向である図面の下方向に動くと、各磁石ユニット２１間のピッチが狭まり、図１３の状態に戻る。この動作を繰り返す。出力軸９５の往復速度に比例して各磁石ユニット２１が往復運動を行う。
【００７３】
以上の動作により、ターゲット９に発生するエロージョンについて図１５を用いて説明する。図１５（ａ）、図１５（ｂ）に示すように、各磁石ユニット２１のピッチを、一例として、最も狭い場合を距離ｄ、最も広い場合を距離２ｄとすると、駆動部９６側の磁石ユニット２１ａの揺動幅は距離ｄ、中央の磁石ユニット２１ｂの揺動幅は距離２ｄ、駆動部９６から最も遠い磁石ユニット２１ｃの揺動幅は距離３ｄとなる。
【００７４】
駆動部９６から遠いほど磁石ユニット２１の揺動幅は、隣り合う各磁石取付板５０ａ、５０ｂ、５０ｃを連結する各リンク９０による揺動幅の合計となることから広くなる。このとき、各磁石ユニット２１の揺動周期は同じであるため、駆動部９６から遠いほど磁石ユニット２１の揺動速度が速い。各磁石ユニット２１が図１５（ａ）の状態で静止していた場合、ターゲット９に発生するエロージョンは図１５（ｃ）に示すように各磁石ユニット２１が発生する磁界強度分布に従ったものとなる。
【００７５】
次に、各磁石ユニット２１ａ、２１ｂ、２１ｃをそれぞれ単独で揺動させた場合に発生するエロージョンを図１５（ｄ）、図１５（ｅ）、図１５（ｆ）に示す。駆動部９６側の磁石ユニット２１ａは移送速度が遅く揺動幅が狭いので、磁石ユニット２１ａによって発生するエロージョンは幅が狭く深いものとなる。次に、中央の磁石ユニット２１ｂは磁石ユニット２１ａの２倍の速度で２倍の揺動幅なので、磁石ユニット２１ｂによって発生するエロージョンは磁石ユニット２１ａのものの２倍の幅で深さが半分となる。
【００７６】
そして、駆動部９６から最も遠い磁石ユニット２１ｃは磁石ユニット２１ａの３倍の速度で３倍の揺動幅なので、磁石ユニット２１ｃによって発生するエロージョンは磁石ユニット２１ａのものの３倍の幅で深さが１／３となる。これらから、磁石ユニット２１ａ、２１ｂ、２１ｃを同時に揺動させるとターゲット９に発生するエロージョンは、図１５（ｄ）、図１５（ｅ）、図１５（ｆ）を足し合わせたものとなるため、図１５（ｇ）に示すようになる。
【００７７】
以上は、１組の磁石組立体と駆動部により発生するエロージョンについて説明したが、図１２に示すように、対向してもう１組の磁石組立体と駆動部を設けているため、ターゲット９に発生するエロージョンは図１５（ｇ）とその線対称形とを足し合わせたものとなり、図１５（ｈ）に示すようになる。よって、ターゲット９に発生するエロージョンはほぼフラットであり、ほぼ均等に効率よく消費できる。
【００７８】
以上の実施の形態では、すべて同じ磁界強度分布をもつ磁石ユニット２１を用いた場合について説明したが、各磁石ユニット２１の磁界強度を調整すること、磁石ユニット２１の揺動速度を磁石ユニット２１の位置によって調整することなどで、さらにフラットなエロージョンとなることはいうまでもない。逆に、基板上に形成される薄膜の膜厚を部分的に厚くするなどの調整を行うため、意図的にエロージョン深さに分布を持たせることが可能である。
【００７９】
次に、磁石ユニット２１毎に磁界強度を変えた場合、また、磁石ユニット２１の揺動速度を磁石ユニット２１の位置によって変えた場合について説明する、まず、磁石ユニット２１毎に磁界強度を変えた場合について図１６を用いて説明する。各磁石ユニット２１ａ、２１ｂ、２１ｃの磁界強度の設定のみが図１５と異なり、それら磁界強度の比が、例えば１：２：３となっている。各磁石ユニット２１が図１６（ａ）の状態で静止していた場合、ターゲット９に発生するエロージョンの深さは図１６（ｃ）に示すように各磁石ユニット２１の磁界強度の比に従ったものとなる。
【００８０】
各磁石ユニット２１ａ、２１ｂ、２１ｃをそれぞれ単独で揺動させた場合に発生するエロージョンを図１６（ｄ）、図１６（ｅ）、図１６（ｆ）に示す。各磁石ユニット２１ａ、２１ｂ、２１ｃの移動速度、および磁界強度の比はともに１：２：３であるので、各磁石ユニット２１によって発生するエロージョンの深さは等しくなる。
【００８１】
これらから、各磁石ユニット２１ａ、２１ｂ、２１ｃを同時に揺動させることによって発生するエロージョンは、図１６（ｇ）に示ような中央部が深いエロージョンとなる。このように、各磁石ユニット２１の磁界強度分布を調整することで、ターゲット９の中央部で意図的にエロージョン深さを深くなるように設定することが可能である。
【００８２】
次に、図１７と図１８を用いて磁石ユニットの揺動速度を変える場合について説明する。各磁石ユニット２１ａ、２１ｂ、２１ｃの磁界強度の比は１：２：３となっており、磁石ユニット２１が図１７（ａ）の状態で静止していた場合、ターゲット９に発生するエロージョンは図１７（ｃ）に示すようになる。
【００８３】
次に、動力出力部９９により磁石ユニット２１を揺動させる。動力出力部９９では、リンク部９７を、図１８に示すように、揺動開始時から時刻ｔ_１まで速度Ｖ_１、時刻ｔ_１から時刻ｔ_２まで速度Ｖ_２、時刻ｔ_２から時刻ｔ_３まで速度−Ｖ_２、時刻ｔ_３から時刻ｔ_４まで速度−Ｖ_１で駆動し、一連の手続きによって各磁石ユニット２１が１往復する。
【００８４】
このとき、Ｖ_１，Ｖ_２，ｔ_１，ｔ_２，ｔ_３，ｔ_４の間に、
Ｖ_２＝２Ｖ_１
ｔ_１：（ｔ_２−ｔ_１）＝２：１
（ｔ_３−ｔ_２）：（ｔ_４−ｔ_３）＝１：２
の関係が成立するように設定すると、各磁石ユニット２１がそれぞれの揺動幅の１／２の位置にきたとき、揺動速度が２倍または１／２となる。よって、各磁石ユニット２１ａ、２１ｂ、２１ｃをそれぞれ単独で揺動させた場合に発生するエロージョンは、図１７（ｄ）、図１７（ｅ）、図１７（ｆ）に示すように揺動幅の中央でエロージョンの深さが変化する。
【００８５】
これらの結果から、磁石ユニット２１ａ、２１ｂ、２１ｃを同時に揺動させることによって発生するエロージョンは、図１７（ｇ）のように中央部が深く、右側が浅いエロージョンとなる。このように、各磁石ユニット２１の揺動速度を切り換えることで、意図的にエロージョンの深さに変化を持たせることが可能である。
【００８６】
すなわち、上記構成では、大面積を走査する際に課題となるエロージョンの深さを部分的に変更する設定手法として、上記Ｘリンク連綴体である各リンク９０の動作速度を制御している。このため、上記各リンク９０を駆動する駆動装置は、各リンク９０の原点を検出するセンサと計時機能部と所定の速度でリンク端部を移動させる駆動部と、センサおよび計時機能部からの信号に基づいて駆動部を制御する制御部とを有している。
【００８７】
（第５の実施の形態）
図１９および図２０を用いて本発明の第５の実施の形態を説明する。図１９に磁石ユニット２１間のピッチを狭めた状態を、図２０にピッチを広げた状態を示す。磁石取付板５０ｂと磁石取付板５０ｃを連結する、Ｘリンク機構となる一対のリンク１００の長さを他のリンク９０の長さより短く構成してある。各リンク１００は、中央を連結軸１０３により回動自在に連結され、一方の端部を回転軸１０１で隣り合う各磁石取付板５０ｂ、５０ｃにそれぞれ回動自在に固定してある。
【００８８】
また、各リンク１００の他方の端部は、回転軸１０２にてそれぞれ回転自在に固定してある。回転軸１０２は、磁石取付板５０ｂ、５０ｃ上の溝もしくは長穴５０ｅ、５０ｆに沿って、長手方向に摺動可能である。
【００８９】
出力軸９５が矢印Ａの方向に往復運動することにより、各リンク９０は各回転軸９１、支持軸９４の回りにて回動する。このような各リンク９０の回動動作は各リンク１００に伝達される。各リンク１００は回転軸１０１の回りにて回動する。よって、磁石取付板５０ａ、５０ｂ、５０ｃが互いに平行を維持しながら往復運動を行う。
【００９０】
このとき、各リンク１００の長さが各リンク９０に比べ短いため、磁石取付板５０ｃの揺動幅は、磁石取付板５０ａ、５０ｂの揺動幅より狭くなる。また、このような各リンク９０および各リンク１００の長さを変える設定によって、磁石取付板５０ｃの揺動速度も制御することが可能となる。
【００９１】
これにより、上記構成では、個々の磁石取付板５０ａ、５０ｂ、５０ｃの揺動速度を揺動距離をそれぞれ制御できるので、それらに設けられた各磁石ユニット２１によるターゲット９からのスパッタリング粒子の放出を、より均一、かつより均質化できるので、基板８上への薄膜形成を、より均一、かつより均質化できると共に、そのような機構を簡素化できる。
【００９２】
【発明の効果】
本発明のマグネトロンスパッタ装置は、基板上に形成する薄膜に応じたターゲット上に、マグネトロン放電を発生させるための磁界発生手段は、磁界発生のための複数の磁石ユニットを連結すると共に、各磁石ユニットの相互の位置関係を回動によって変更するリンク機構を有している構成である。
【００９３】
それゆえ、上記構成では、各磁石ユニットは、Ｘリンク機構もしくは平行リンク機構等のリンク機構により、磁石ユニット間の反発力または吸引力の作用を受けずに、各磁石ユニットを磁界発生手段において組み立てることができて、各磁石ユニットの取り付け、および、各磁石ユニット間のピッチ調整を容易化できるという効果を奏する。
【００９４】
本発明の他のマグネトロンスパッタ装置は、基板上に形成する薄膜に応じたターゲット上に、マグネトロン放電を発生させるための、電界発生手段および磁界発生手段と、ターゲット上におけるマグネトロン放電の発生位置を移動させるための駆動手段とを備え、磁界発生手段は、磁界発生のための複数の磁石ユニットを連結すると共に、各磁石ユニットの相互の位置関係を駆動手段による回動によって変更するリンク機構を有している構成である。
【００９５】
それゆえ、上記構成では、各磁石ユニットを組み立てたＸリンク等のリンク機構に固定し、複数の各磁石ユニットを１つの駆動手段で、それぞれ移動させることにより、構造や配置が単純になる。また、多数の各磁石ユニットの相互の位置関係を考慮した制御を必要としないため、制御が容易になる。
【００９６】
したがって、上記構成では、各磁石ユニットの構造や配置や制御を単純にできることから、製造コストを低減できるという効果を奏する。
【００９７】
上記マグネトロンスパッタ装置では、リンク機構における、リンクの長さを互いに異なるように設定することにより、複数の磁石ユニットを１つの駆動手段にて移動させたときに、ターゲットにおけるエロージョンの深さを部分的に制御して設定することができる。
【００９８】
よって、上記構成では、ターゲットにおけるエロージョンの深さを部分的に制御することにより、ターゲットにおけるスパッタリンク粒子の発生を、より均一化できて、上記ターゲットに基づく薄膜を基板上に、より均一に、かつ均質に生成することが可能となると共に、ターゲットの消費効率を向上できて、薄膜形成のコストダウンを図れるという効果を奏する。
【００９９】
上記マグネトロンスパッタ装置では、各磁石ユニットを１つの駆動手段にて移動させる際に、各磁石ユニットの移動速度を制御する切換手段を設けたことにより、ターゲットにおけるエロージョンの深さを部分的に制御して設定することができる。
【０１００】
以上のように、上記構成では、各磁石ユニットを所望のピッチで容易に組立ることができ、大型基板に対して、より均一な膜厚分布、より均質な膜、より効率のよい成膜が行えるマグネトロンスパッタ装置を提供することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のマグネトロンスパッタ装置における第１の実施の形態の磁石組立体の構造を示す説明図であり、（ａ）は背面図、（ｂ）は正面図である。
【図２】上記マグネトロンスパッタ装置の構成を示す概略構成図である。
【図３】上記マグネトロンスパッタ装置におけるマグネトロンカソード電極部の構成を示す概略構成図である。
【図４】上記磁石組立体における磁石ユニットの説明図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は磁石ユニットによる磁界形成の説明図である。
【図５】上記磁石組立体の構造を示す説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
【図６】上記磁石組立体の要部斜視図である。
【図７】上記磁石組立体の動作例を示す背面図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態の磁石組立体の構造を示す背面図である。
【図９】上記磁石組立体の動作例を示す背面図である。
【図１０】本発明の第３の実施の形態の磁石組立体の構造を示す背面図である。
【図１１】上記磁石組立体の動作例を示す背面図である。
【図１２】本発明の第４の実施の形態のマグネトロンスパッタ装置におけるマグネトロンカソード電極部の構成を示す概略構成図である。
【図１３】上記マグネトロンスパッタ装置の磁石組立体の構造を示す背面図である。
【図１４】上記磁石組立体の動作例を示す背面図である。
【図１５】上記磁石組立体の動作例、およびその動作に伴うターゲットに発生するエロージョンの説明図であり、（ａ）は各磁石ユニットの間隔が最も小さくなったときの側面図であり、（ｂ）は各磁石ユニットの間隔が最も大きくなったときの側面図であり、（ｃ）は（ａ）の状態でのターゲットにおける、エロージョンを示す断面図であり、（ｄ）は動力出力部側の磁石ユニットの揺動によるターゲットにおける、エロージョンを示す断面図であり、（ｅ）は次の磁石ユニットの揺動によるターゲットにおける、エロージョンを示す断面図であり、（ｆ）はさらに次の磁石ユニットの揺動によるターゲットにおける、エロージョンを示す断面図であり、（ｇ）は（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）の各磁石ユニットの揺動を組み合わせたときのターゲットにおけるエロージョンを示す断面図であり、（ｈ）は（ｇ）の各磁石ユニットを、さらに一対組み合わせたときのターゲットにおけるエロージョンを示す断面図である。
【図１６】上記磁石組立体の動作例、およびその動作に伴うターゲットに発生するエロージョンの、他の説明図であり、（ａ）は各磁石ユニットの間隔が最も小さくなったときの側面図であり、（ｂ）は各磁石ユニットの間隔が最も大きくなったときの側面図であり、（ｃ）は（ａ）の状態でのターゲットにおける、エロージョンを示す断面図であり、（ｄ）は動力出力部側の磁石ユニットの揺動によるターゲットにおける、エロージョンを示す断面図であり、（ｅ）は次の磁石ユニットの揺動によるターゲットにおける、エロージョンを示す断面図であり、（ｆ）はさらに次の磁石ユニットの揺動によるターゲットにおける、エロージョンを示す断面図であり、（ｇ）は（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）の各磁石ユニットの揺動を組み合わせたときのターゲットにおけるエロージョンを示す断面図である。
【図１７】上記磁石組立体の動作例、およびその動作に伴うターゲットに発生するエロージョンの、さらに他の説明図であり、（ａ）は各磁石ユニットの間隔が最も小さくなったときの側面図であり、（ｂ）は各磁石ユニットの間隔が最も大きくなったときの側面図であり、（ｃ）は（ａ）の状態でのターゲットにおける、エロージョンを示す断面図であり、（ｄ）は動力出力部側の磁石ユニットの揺動によるターゲットにおける、エロージョンを示す断面図であり、（ｅ）は次の磁石ユニットの揺動によるターゲットにおける、エロージョンを示す断面図であり、（ｆ）はさらに次の磁石ユニットの揺動によるターゲットにおける、エロージョンを示す断面図であり、（ｇ）は（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）の各磁石ユニットの揺動を組み合わせたときのターゲットにおけるエロージョンを示す断面図である。
【図１８】上記磁石組立体の揺動速度切り換えの様子を示すグラフである。
【図１９】本発明の第５の実施の形態の磁石組立体の背面図である。
【図２０】上記磁石組立体の動作例を示す背面図である。
【図２１】従来のマグネトロンスパッタ装置の概略構成図である。
【図２２】上記マグネトロンスパッタ装置のマグネトロンカソード電極の構造を示す説明図である。
【図２３】従来の磁石組立体の構造を示す説明図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は断面図である。
【図２４】他の従来の磁石組立体の構造を示す説明図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は断面図である。
【図２５】さらに他の従来の磁石組立体における磁石ユニットの構造を示す説明図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は断面図である。
【図２６】従来の他のマグネトロンカソード電極部の構造を示す概略断面図である。
【符号の説明】
３マグネトロンカソード電極部（電界発生手段）
７基板トレイ
８基板
９ターゲット
２１磁石ユニット（磁界発生手段）
２２磁石ユニット保持機構（リンク機構）
４７ｃネジ部（ネジ機構）
４９調整ネジ（ネジ機構）
９６駆動部（駆動手段）[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention provides a thin film having a more uniform film thickness on a surface of a large-area substrate such as a substrate having a TFT (Thin-Film Transistor) of a liquid crystal display element while effectively consuming the entire target. The present invention relates to a magnetron sputtering apparatus having a mechanism for adjusting a magnetic field generating means capable of producing a magnetic field.
[0002]
[Prior art]
In recent years, there has been a demand for a film forming apparatus having a more uniform and more uniform film thickness distribution on a large-area substrate for manufacturing a liquid crystal display device. A magnetron sputtering apparatus is often used as the film forming apparatus. In the magnetron sputtering apparatus, high-density plasma is formed near a target, and a large ion current is caused to flow to increase power. For this reason, the magnetron sputtering apparatus uses a so-called magnetron discharge in which an electric field (electric field) and a magnetic field (magnetic field) are orthogonal to each other, and is set so that moving electrons can move along a continuous trajectory in the vicinity of the target. Have been.
[0003]
In such a magnetron sputtering apparatus, as shown in FIG. 21, a target 209 for forming a thin film on a substrate 208 held on a tray 207 is installed in a process chamber 201. A magnetron cathode electrode section 203 for forming a magnetron discharge on the target 209 is provided. The magnetron cathode electrode section 203 has a backing plate 210 for holding the target 209 on the surface.
[0004]
As shown in FIG. 22, a magnet assembly 223 composed of a magnet unit holding member 222 and a plurality of magnet units 221 held by the backing plate 210 is provided on the back surface of the backing plate 210. The power of the motor 224 is transmitted to the magnet assembly 223 via a bevel gear 225, a ball screw 229, and a ball nut 226, and reciprocates in the direction of the arrow in the drawing.
[0005]
As the magnet assembly 223 reciprocates, the position where the annular plasma generated on the surface of the target 209 is generated moves according to the reciprocation of the magnet assembly 223. As a result, the target 209 is consumed more uniformly over the entire surface when the thin film is formed, so that the thin film is more uniformly formed over the entire surface of the substrate 208.
[0006]
Such a magnetron sputtering apparatus is disclosed in JP-A-5-117852, JP-A-7-197254, and JP-A-10-88339. These reciprocate a magnet assembly composed of a plurality of magnet units whose fixed positional relationship is adjacent to each other in parallel to the target, expanding the range of film formation at a time and shortening the film formation time. It was made possible.
[0007]
The magnet assemblies disclosed in the respective publications will be described below. FIG. 23 shows a magnet assembly disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. HEI 5-117851, FIG. 23 (a) is a plan view, and FIG. 23 (b) is a cross-sectional view of a central portion. As shown in the drawing, the magnet assembly 110 has magnet units 112, 113, and 114. Each of the magnet units 112, 113, and 114 includes a central magnet 116, an outer peripheral magnet 117, and a yoke 118, respectively.
[0008]
The magnet units 112, 113, and 114 have different lengths in the long side direction along the swing direction 111 of the magnet assembly 110, and the magnet units 112, 113, and 114 are adjacent to each other. They are fixed on the fixing plate 115 side by side.
[0009]
Next, FIG. 24 shows a magnet assembly disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-197254. FIG. 24A is a plan view of the magnet assembly, and FIG. 24B is a sectional view of a center portion of the magnet assembly. The magnet assembly 120 has a configuration in which magnet units 122, 123, and 124 each including a center magnet 121, an outer peripheral magnet 127, and a yoke 128 are arranged adjacent to each other along a swing direction 126 and fixed on a fixing plate 125. Has become. The center magnet 121 of each of the magnet units 122, 123, and 124 has a T-shaped end 121a in the long side direction.
[0010]
FIG. 25 shows a magnet assembly disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-88339. FIG. 25A is a plan view of the magnet assembly, and FIG. 25B is a cross-sectional view of a center portion of the magnet assembly. The magnet assembly 130 includes an inner magnet 131, an outer magnet 132, and a yoke 133, and a long-side end thereof is a triangle having an end as a vertex. This magnet assembly 130 is swung in the direction of arrow 135 in the figure.
[0011]
Lastly, Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 10-25572 discloses a method of swinging a plurality of magnet units independently of each other. FIG. 26 shows the configuration. The magnet units 140 and 141 are attached to the magnet drive units 142 and 143, respectively.
[0012]
The magnet driving units 142 and 143 independently perform reciprocating motions in the directions of arrows A and B in the drawing in parallel with the target 144 provided on the surface of the backing plate 145 on the back surface of the backing plate 145, respectively. Each of the magnet driving units 142 and 143 is provided with a position detecting means for each of the magnet units 140 and 141 so that the swing speed and position of each of the magnet units 140 and 141 can be controlled.
[0013]
As described above, the respective magnet units 140 and 141 are independently reciprocated so as not to interfere with each other, whereby an attempt is made to form a film having a uniform film thickness distribution on a large substrate.
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-described conventional configuration has the following problems. In the above-described magnet assembly, a plurality of magnet units are arranged side by side and fixed. The magnetic field generated by the magnet assembly is strong at hundreds to over 1000 gauss at the target surface. When a particularly strong magnetic field is generated, a strong neodymium magnet is used for the magnet constituting the magnet unit. Furthermore, since the size of the magnet used is very large for a large-area substrate, a huge repulsive force or attractive force acts between the magnet units. For example, when a neodymium magnet having a length of 1 m, a width of 1 cm and a depth of 1.5 cm is held facing each other at an interval of 1 cm, a force of about 50 kgf acts on each magnet.
[0015]
Therefore, when assembling the magnet assemblies disclosed in JP-A-5-117852, JP-A-7-197254, JP-A-10-88339, etc., a strong attraction force or repulsion force is required. However, it is difficult to dispose the magnet unit at a predetermined position with high accuracy under a strong attractive force or repulsive force, and it is extremely difficult to assemble the magnet unit.
[0016]
In addition, in order to make the variation in the thickness of the formed thin film equal to or less than the allowable value, fine adjustment of the positional relationship between the magnet units is indispensable. However, in the conventional structure, since a strong attractive force or repulsive force acts between the magnet units at the time of the fine adjustment, the fine adjustment is extremely difficult.
[0017]
In Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-25572, a drive unit is provided for each of a plurality of magnet units. However, as the number of magnet units increases, their arrangement and control become more difficult. In particular, in the case of a large-area substrate, the process time can be reduced by swinging a large number of magnet units. However, in this method, when the number of magnet units increases, the configuration and arrangement of the drive unit and the position detecting means of the magnet units become complicated and difficult, which leads to an increase in cost.
[0018]
In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a magnetron sputtering apparatus that can efficiently form a more uniform film thickness and a more uniform film on a large-sized substrate.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, a magnetron sputtering apparatus according to the present invention includes an electric field generating unit and a magnetic field generating unit for generating a magnetron discharge on a target corresponding to a thin film formed on a substrate. Has a link mechanism for connecting a plurality of magnet units for generating a magnetic field and changing the mutual positional relationship of each magnet unit by rotation, and a screw mechanism for operating the link mechanism. It is characterized by.
[0020]
According to the above configuration, the magnetic field generating means connects the plurality of magnet units for generating the magnetic field and has a link mechanism that changes the mutual positional relationship of each magnet unit by rotation, so that each magnet unit The magnet units can be attached to the magnetic field generating means, respectively, in a state where the distance between the magnet units is large, that is, in a state where they are widened. As a result, in the above configuration, each magnet unit can be securely attached to the magnetic field generating means without considering the attraction or repulsion acting between the magnet units.
[0021]
Further, in the above configuration, since the screw mechanism for operating the link mechanism is provided, the position adjustment between the attached magnet units is restricted by the principle of leverage. Can be reliably performed against the attraction or repulsion generated between the magnet units while further restricting the easy operation of the magnet unit by the screw mechanism.
[0022]
Therefore, in the above configuration, the position between the respective magnet units can be adjusted with high accuracy, so that the magnetron discharge by the magnetic field generating means and the electric field generating means having such each magnet unit can be generated in a better state. It becomes possible.
[0023]
Thus, in the above configuration, a thin film based on the target can be more uniformly and uniformly formed on the substrate by a good magnetron discharge, and the mounting of each magnet unit in the magnetic field generating means, that is, the assembly can be simplified. it can.
[0024]
In the magnetron sputtering apparatus, the link mechanism may be an X link mechanism or a parallel link mechanism. According to the above configuration, since each magnet unit is connected by a plurality of links like the X-link mechanism or the parallel link mechanism, the mutual positional relationship between the magnet units can be adjusted while, for example, each magnet unit is kept parallel to each other. The position between the magnet units can be adjusted with higher accuracy.
[0025]
Another magnetron sputtering apparatus of the present invention moves an electric field generating means and a magnetic field generating means for generating a magnetron discharge on a target corresponding to a thin film to be formed on a substrate, and a position where the magnetron discharge is generated on the target. Driving means for causing the magnetic field generating means to connect a plurality of magnet units for generating a magnetic field, and has a link mechanism for changing the mutual positional relationship of each magnet unit by rotation by the driving means. It is characterized by having.
[0026]
According to the above configuration, since the magnetic field generating means has the link mechanism, the relative positional relationship between the plurality of magnet units can be changed with respect to the target by the link mechanism using the single driving means. The position where the magnetron discharge generated by the magnetic field generating means is generated on the target can be made more uniform.
[0027]
As a result, in the above configuration, the thin film formation on the substrate based on the target can be further uniformed and homogenized by making the generation position of the magnetron discharge on the target more uniform, and a plurality of magnets can be formed by a single driving means. Since each of the magnet units can be driven, the driving mechanism of each magnet unit can be simplified as compared with the related art.
[0028]
In the above magnetron sputtering apparatus, the link mechanism includes a first link portion and a second link portion that respectively connect adjacent magnet units, and a link length of the first link portion and a link length of the second link portion are different. They may be different from each other.
[0029]
According to the above configuration, by setting the link length of the first link portion and the link length of the second link portion to be different from each other, it is possible to control the moving speed of each magnet unit, so that the magnetron on the target can be controlled. The control can be performed so that the discharge can be made more uniform, and thus, the control for making the thin film formation on the substrate based on the target more uniform and uniform can be further simplified.
[0030]
The magnetron sputtering apparatus may be provided with switching means for switching the speed at which the link mechanism operates in accordance with the moving position of each magnet unit. According to the above configuration, the moving speed of each magnet unit can be controlled individually, so that the magnetron discharge on the target can be controlled to be more uniform, and thus the thin film formation on the substrate based on the target can be more evenly performed. And homogenization.
[0031]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First Embodiment)
A first embodiment of a magnetron sputtering apparatus according to the present invention will be described with reference to FIGS. First, in a magnetron sputtering apparatus, as shown in FIG. 2, a load lock 2 for taking a substrate tray 7 in and out of the apparatus and a process chamber 1 for forming a thin film on a substrate 8 are independently evacuated. It is provided so that it can be maintained in a vacuum state.
[0032]
A magnetron cathode electrode unit 3 is attached to the lower opening 1b of the process chamber 1. A gate valve 4 and a gate valve are provided between the load lock 2 and the load lock 2 and between the load lock 2 and the process chamber 1 to maintain the airtightness of the process chamber 1 and the load lock 2 respectively. 5 are provided. Further, a leak valve 12 is provided in the process chamber 1 and a leak valve 13 is provided in the load lock 2, so that the inside of the process chamber 1 and the inside of the load lock 2 can be opened to atmospheric pressure. I have.
[0033]
The interior of the load lock 2 and the process chamber 1 can be exhausted from the exhaust pipes 14 and 15 by an exhaust pump (not shown). A flat target 9 of a predetermined material for forming a thin film on the substrate 8 is joined to the surface of the backing plate 10 by a low melting point brazing material such as indium.
[0034]
The substrate 8 is held by the substrate tray 7 so as to face the target 9 so as to be substantially parallel. A mask 11 is provided between the substrate 8 and the target 9 so as to cover the edge of the substrate 8 so as to prevent particles scattered by the sputtering phenomenon from adhering to the substrate tray 7.
[0035]
Further, an earth shield 29 is provided in the process chamber 1 so as to surround the periphery of the target 9 while maintaining a gap with the target 9. Such an earth shield 29 prevents etching (erosion) of portions other than the target 9 by the generated plasma.
[0036]
Next, the magnetron cathode electrode unit 3 will be described with reference to FIG. The cathode main body 20 is attached to the opening 1 b of the lower wall 1 a formed in the process chamber 1 via an insulator 27 and an O-ring 28. A backing plate 10 is attached to the cathode body 20, and a part of the wall of the process chamber 1 is formed by the cathode body 20 and the backing plate 10.
[0037]
In such a cathode main body 20, on the back side of the backing plate 10, a magnet assembly 23 including a plurality of magnet units 21 as means for generating a magnetic field on the surface of the target 9 and a magnet unit holding mechanism 22 is provided. Is provided. Power is transmitted to the magnet assembly 23 from a motor 24 via a bevel gear 25, a ball screw 29, and a ball nut 26, so that the magnet assembly 23 can reciprocate in a horizontal plane parallel to the target 9.
[0038]
Next, the magnet unit 21 will be described with reference to FIG. 4A is a perspective view of the magnet unit 21, FIG. 4B is a plan view of the magnet unit 21, and FIG. 4C is a cross-sectional view of the center of the magnet unit 21 and an example of the distribution of the lines of magnetic force.
[0039]
The magnet unit 21 is composed of a rectangular plate-shaped central magnet 32 on a rectangular plate-shaped yoke 30 and a rectangular ring-shaped peripheral magnet 31 arranged around the central magnet 32. The magnetic pole on the side opposite to the yoke 30 of the center magnet 32 is fixed to the yoke 30 with the south pole as the magnetic pole opposite to the yoke 30 of the peripheral magnet 31 as the north pole. Due to the arrangement of the magnetic poles, magnetic lines of force 34 are formed from the peripheral magnet 31 to the center magnet 32 as shown in FIG. By the formation of the magnetic field lines 34, a magnetic field along the surface direction of the target 9 can be formed on the target 9.
[0040]
The operation of this device will be described below. The substrate 8 is mounted on the substrate tray 7 in the atmosphere. Subsequently, after the substrate tray 7 is carried into the load lock 2 through the gate valve 4 together with the substrate 8, the gate valve 4 is closed and the inside of the load lock 2 is exhausted. When the inside of the load lock 2 reaches a predetermined degree of vacuum, the gate valve 5 is opened, and the substrate tray 7 is carried into the process chamber 1.
[0041]
A vacuum is always maintained in the process chamber 1, and the substrate 6 is heated by the heater 6 under the environment. Then, when an electric field is applied to the target 9 by the power supply 16, high-density plasma is generated in the tunnel of the magnetic field by magnetron discharge. Therefore, an annular high-density plasma is formed on the surface of the target 9.
[0042]
The ions in the plasma collide with the target 9 due to the applied electric field, and scatter the substances constituting the target 9. The particles of the material of the target 9 are scattered from the target 9 by the generated plasma, and adhere and deposit on the substrate 8 to form a thin film. After the film formation is completed, the substrate tray 7 is carried out together with the substrate 8 from the process chamber 1 to the load lock 2 and then to the outside under the atmospheric environment in the reverse order of loading.
[0043]
Next, as shown in FIGS. 1 and 5 to 7, the magnet assembly 23 provided on such a magnetron cathode electrode section 3 will be described in more detail. As shown in FIGS. A magnet unit holding mechanism (link mechanism) 22 that holds each magnet unit 21 so that the mutual positional relationship can be changed is provided. A magnet assembly 23 is formed by such magnet units 21 and the magnet unit holding mechanism 22.
[0044]
The magnet unit holding mechanism 22 moves each of the rectangular plate-shaped magnet mounting plates 50a, 50b, and 50c for fixing the magnet unit 21 and each of the magnet mounting plates 50a, 50b, and 50c in a direction parallel to each other in their short directions. And an X-link mechanism 45 in which two links 43 and 44 cross each other in an X-shape.
[0045]
The parallel guide portion 46 has a guide shaft 40, a shaft fixing member 41, and each linear bush 42. The guide shaft 40 is fixed to a center magnet mounting plate 50a by a shaft fixing member 41, and is slidable in the axial direction of the guide shaft 40 in each linear bush 42 fixed to each of the magnet mounting plates 50b and 50c on both sides. Installed. By the respective linear bushes 42 movable in the axial direction with respect to the guide shaft 40, the respective magnet mounting plates 50b and 50c other than the center are maintained parallel to the center magnet mounting plate 50a, and the mutual positional relationship, that is, the distance is changed. It is movable so that you can do it.
[0046]
The X-link mechanism 45 has two arm-shaped links 43 and 44, and the center of each link 43 and 44 is rotatably connected by a connecting shaft 48 provided on the magnet mounting plate 50a. Thus, the magnet mounting plates 50a, 50b, and 50c are connected so that their mutual positional relationship can be changed.
[0047]
As shown in FIG. 6, each end of each of the links 43 and 44 is rotatably engaged with a shaft portion 47a of a link support member 47. The rail portion 47b of the link support member 47 slides along the groove 50d of the magnet mounting plates 50b and 50c, and is slidable in the direction of a in FIG.
[0048]
One link support member 47 is provided with a screw portion 47c, which is provided at each longitudinal end of each of the magnet mounting plates 50b, 50c by tightening or loosening, that is, turning, the adjusting screw 49. When the distance between the two link support members 47 changes, the two links 43 and 44 rotate about the connecting shaft 48, and the pitch between the magnet mounting plates 50a, 50b and 50c (the mutual (Positional relationship) is changed.
[0049]
The adjusting screw 49 is provided with an outward flange-shaped collar 56 in order to restrain an unnecessary axial movement of the adjusting screw 49 by abutting on the link support member 47. One end of the adjusting screw 49 is rotatably fixed to the other link support member 47.
[0050]
The procedure for assembling the magnet assembly 23 will be described with reference to FIG. First, when the adjusting screw 49 is squeezed, that is, when the adjusting screw 49 is rotated clockwise from the collar 56 toward the other end, the distance between the two link support members 47 is reduced, and the two links 43 and 44 Rotating around the connecting shaft 48, the respective magnet mounting plates 50b, 50c are moved in parallel by being guided by the parallel guide 46, and the pitch between the respective magnet mounting plates 50a, 50b, 50c is widened, as shown in FIG. State.
[0051]
In this state, the magnet unit 21 is mounted and fixed to each of the magnet mounting plates 50a, 50b, 50c. At this time, since the pitch between the magnet mounting plates 50a, 50b, 50c is sufficiently widened, the repulsive force or attractive force acting between the adjacent magnet units 21 is small, and the plurality of magnet units 21 are connected to each magnet mounting plate. It can be easily attached and fixed to each of 50a, 50b, 50c.
[0052]
Next, when the adjusting screw 49 is loosened to increase the distance between the two link support members 47, the pitch between the magnet units 21 is reduced. When the pitch between the magnet units 21 is reduced, the repulsive force or attractive force acting between the magnet units 21 is increased. However, the mutual positional relationship between the magnet mounting plates 50a, 50b, 50c is determined by the X link mechanism 45 and It is regulated by the adjusting screw 49. Therefore, the pitch between the magnet units 21 can be easily changed only by turning the adjustment screw 49.
[0053]
As a result, in the present invention, each magnet unit 21 can be fixed to each of the magnet mounting plates 50a, 50b, 50c without being affected by the attractive force or the repulsive force acting between the magnet units 21. Easy to assemble. Further, even after assembling the magnet assembly 23, the pitch between the magnet units 21 can be changed to a desired value only by adjusting the adjusting screw 49.
[0054]
That is, in the above configuration, in order to facilitate the adjustment of the positional relationship between the magnet units 21, the respective magnet units 21 are mutually moved by the X-link mechanism 45 so as to move within a plane to change the distance between the magnet units 21. Connected. One magnet unit 21 is provided at the center fastening portion of the X-link mechanism 45, and one magnet unit is provided at each of the left and right link ends. One end of each link of the X-link mechanism 45 is screwed to a rod (male thread) of the adjusting screw 49 by a nut (female thread) 47c, one of which is one link support member 47, and the other is the other. The link support member 47 is rotatably engaged with the rod end of the adjustment screw 49. Furthermore, the magnet mounting plates 50b and 50c of each magnet unit 21 at both ends are regulated by the parallel guide portion 46, which is a linear guide fixed to the central magnet mounting plate 50a, so that the alignment accuracy accompanying the movement is improved. Is kept high.
[0055]
In the first embodiment, with respect to each of the link support members 47 provided for the adjustment screw 49, the link support member 47 on the collar 56 side is rotatable with respect to the adjustment screw 49. While the link support member 47 which does not move in the axial direction, the link support member 47 remote from the collar 56 is rotatably screwed to the adjusting screw 49, but is particularly limited to those configurations. For example, a male screw formed on the outer periphery of the adjustment screw 49 is provided in the left and right opposite directions with respect to the center of the adjustment screw 49 in the axial direction, and the two link support members 47 49 may be screwed respectively.
[0056]
(Second embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 8 shows a state where the pitch is narrowed, and FIG. 9 shows a state where the pitch is widened. One end of each of the four links 51 is rotatably fixed to the magnet mounting plate 50a by a rotating shaft 52. The other end of each link 51 is rotatably fixed to the magnet mounting plate 50b or 50c by a rotating shaft 53. On each rotating shaft 53, a screw portion 54 which is a female screw portion is provided. An adjusting screw 55, which is a male screw, is screwed into each screw 54.
[0057]
One end of the adjusting screw 55 is restrained from moving in the axial direction by a collar 56. The adjusting screw 55 is held by a screw portion 54 on each rotating shaft so as to be rotatable. By increasing the distance between the screw portion 54 and the collar 56 by the adjusting screw 55, the pitch between the magnet mounting plates 50a, 50b, 50c is increased. Conversely, the pitch between the magnet mounting plates 50a, 50b, 50c is reduced by reducing the distance between the screw portion 54 and the collar 56 by the adjusting screw 55.
[0058]
Each magnet unit 21 is fixed to each of the magnet mounting plates 50a, 50b, 50c in a state where the pitch is widened, and then the pitch is narrowed until the pitch becomes a predetermined value. Therefore, each magnet unit 21 can be fixed to each magnet mounting plate 50a, 50b, 50c without being affected by the attraction force or repulsion force acting between each magnet unit 21. Therefore, the assembly is easy, and the pitch between the magnet units 21 can be adjusted after the assembly.
[0059]
(Third embodiment)
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 10 shows a state where the pitch is narrowed, and FIG. 11 shows a state where the pitch is widened. As shown in FIG. 10, one end of each of the four links 60 is rotatably engaged with a connection shaft 64 of a fixed portion 63 on each of the magnet mounting plates 50b and 50c. The other end of each link 60 is rotatably attached to a connection shaft 62 of each slide member 61 slidable in the longitudinal direction along a slide groove 50m on the magnet mounting plate 50a.
[0060]
Each of the two slide members 61 is provided with a screw portion, and the distance between the slide members 61 can be adjusted with one adjustment screw 65. When the distance between the slide portions 61 is reduced by the adjustment screw 65, each link 60 rotates about each of the connection shafts 62 and 64, and the magnet mounting plates 50b and 50c move in a direction away from the magnet mounting plate 50a. The pitch between the magnet mounting plates 50a, 50b, 50c is increased. Conversely, when the pitch between the slide portions 61 is increased by the adjusting screw 65, the magnet mounting plates 50b and 50c move in a direction approaching the magnet mounting plate 50a, and the pitch between the magnet mounting plates 50a, 50b and 50c is reduced. Narrow.
[0061]
Each magnet unit 21 is fixed to each of the magnet mounting plates 50a, 50b, 50c in a state where the pitch is widened, and then the pitch is narrowed until the pitch becomes a predetermined value. Therefore, each magnet unit 21 can be fixed to each of the magnet mounting plates 50a, 50b, 50c without being affected by an attractive force or a repulsive force between the magnet units 21. Therefore, assembly is easy, and each magnet unit can be fixed even after assembly. The pitch between the units 21 is adjustable.
[0062]
That is, in the configurations described in the second and third embodiments, a parallel link mechanism is used as a means that replaces the X link mechanism 45 described above. The parallel link mechanism includes a method in which the rod-shaped links 51 are maintained parallel and the magnet units 21 are moved in parallel with each other, and a configuration in which the rod-shaped links 60 are diamond-shaped. Are moved in parallel.
[0063]
In a system in which the links 51 are maintained in parallel, the center magnet mounting plate 50a and the left and right magnet mounting plates 50b and 50c are two parallel connecting rods 51 each having the same size. It is connected. Screw portions 54, which are nuts, are mounted on one of the rotating shafts 52, 53 for fixing the magnet mounting plates 50b, 50c at both ends and the respective links 51. The screw portion 54 is screwed with an adjusting screw 55 as a screw bar, and a collar 56 is attached to one end of the screw portion 54 so as to be able to engage with the screw bar. The distance between the magnet mounting plates 50b and 50c at both left and right ends is regulated by the adjusting screw 55 screwed into the screw portion 54.
[0064]
In the method in which the arrangement of the links 60 is rhombic, the central magnet mounting plate 50a and the left and right magnet mounting plates 50b and 50c are connecting rods arranged in two rhombic shapes each having the same size. The links are connected by certain links 60.
[0065]
The center magnet mounting plate 50a has, on each of the left and right side magnet mounting plates 50b, 50c, four connecting links 62 that are connected to the magnet mounting plates 50b and 50c, rotatably holding the respective connecting shafts 62, and two sets of fixing members for mounting the respective connecting shafts 62. Are attached, and in each of the slide members 61, each screw portion provided as a nut is screwed with an adjusting screw 65 serving as a screw bar. A collar 67 is provided at one end of the adjusting screw 65 for restricting unnecessary movement of the adjusting screw 65 in the axial direction. The distance between the magnet mounting plates 50b and 50c at the left and right ends is regulated by the adjusting screw 65 screwed with each screw portion.
[0066]
(Fourth embodiment)
A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 11 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. FIG. 12 is a sectional view showing a schematic configuration of the magnetron cathode electrode unit 3 of the magnetron sputtering apparatus according to the present invention. FIG. 13 shows a state where the pitch between the magnet units of the magnet assembly 23 is narrowed, and FIG. 14 shows a state where the pitch is widened.
[0067]
In FIG. 12, two sets of magnet assemblies 23 and a driving unit 96 are installed on the cathode main body 20. The magnet assembly 23 has a magnet unit 21, a magnet mounting plate 50, and a link portion 97. The plurality of magnet units 21 are held by link portions 97 via the respective magnet mounting plates 50a, 50b, 50c.
[0068]
The end of the link section 97 is connected to the drive section 96. When the driving unit 96 drives the link unit 97, the plurality of magnet units 21 reciprocate in parallel with the target 9 on the back surface of the backing plate 10 (that is, the surface opposite to the surface of the backing plate 10 having the target 9). .
[0069]
Next, the configuration of the link unit 97 will be described with reference to FIGS. In such a link portion 97, a plurality of sets of two links 90 whose center portions are rotatably connected by a connecting portion 93 are arranged, that is, in each of the magnet mounting plates 50a, 50b, and 50c, each adjacent magnet mounting plate is provided. 50a, 50b, and 50c are provided so as to be sequentially connected to each other.
[0070]
In such a link portion 97, one end of each of the plurality of links 90 is rotatably connected to each of the magnet mounting plates 50a, 50b, and 50c by a rotation shaft 91. I have. The other end of each link 90 is rotatably connected to a rotating shaft 92. Each rotating shaft 92 is slidable in the longitudinal direction along the groove 50d on the magnet mounting plate 50.
[0071]
An end of a link 90 connected to the drive unit 96 is rotatably supported by a support shaft 94 provided on a chamber wall 98 of the process chamber 1 and an output shaft 95 of a power output unit 99 of the drive unit 96, respectively. I have. The output shaft 95 of the power output unit 99 reciprocates in the direction of arrow A in the figure (the longitudinal direction of each of the magnet mounting plates 50a, 50b, 50c).
[0072]
When the output shaft 95 reciprocates in the direction of the arrow A, the link 90 rotates around each of the rotation shafts 91 and the support shafts 94, and the magnet mounting plates 50a, 50b, and 50c maintain parallel to each other and reciprocate. Do exercise. That is, when the output shaft 95 moves upward from the state of FIG. 13 (toward the support shaft 94), the pitch between the magnet units 21 gradually widens, and eventually the state of FIG. Then, when the output shaft 95 moves downward in the drawing, which is the opposite direction, the pitch between the magnet units 21 is reduced, and the state returns to the state of FIG. This operation is repeated. Each magnet unit 21 reciprocates in proportion to the reciprocating speed of the output shaft 95.
[0073]
The erosion generated in the target 9 by the above operation will be described with reference to FIG. As shown in FIGS. 15A and 15B, when the pitch of each magnet unit 21 is, for example, a distance d in the narrowest case and a distance 2d in the widest case, the magnet unit on the drive unit 96 side is used. The swing width of 21a is distance d, the swing width of the center magnet unit 21b is 2d, and the swing width of the magnet unit 21c farthest from the drive unit 96 is 3d.
[0074]
The greater the distance from the drive unit 96, the greater the swing width of the magnet unit 21 because it becomes the sum of the swing widths of the links 90 connecting the adjacent magnet mounting plates 50a, 50b, 50c. At this time, since the swing cycle of each magnet unit 21 is the same, the swing speed of the magnet unit 21 increases as the distance from the drive unit 96 increases. When each magnet unit 21 is stationary in the state of FIG. 15A, the erosion generated on the target 9 follows the magnetic field intensity distribution generated by each magnet unit 21 as shown in FIG. 15C. Become.
[0075]
Next, erosion generated when each of the magnet units 21a, 21b, 21c is rocked independently is shown in FIGS. 15 (d), 15 (e), and 15 (f). Since the transfer speed of the magnet unit 21a on the driving unit 96 side is slow and the swing width is narrow, the erosion generated by the magnet unit 21a is narrow and deep. Next, since the center magnet unit 21b has twice the swing width at twice the speed of the magnet unit 21a, the erosion generated by the magnet unit 21b is twice as wide as that of the magnet unit 21a and the depth is half. .
[0076]
Since the magnet unit 21c farthest from the drive unit 96 has a swing width three times as fast as the magnet unit 21a, the erosion generated by the magnet unit 21c is three times as wide as the magnet unit 21a and has a depth of three times. It becomes 1/3. From these, the erosion generated in the target 9 when the magnet units 21a, 21b, and 21c are simultaneously rocked is the sum of FIGS. 15D, 15E, and 15F. The result is as shown in FIG.
[0077]
In the above, the erosion generated by one set of the magnet assembly and the driving unit has been described. However, as shown in FIG. The generated erosion is the sum of FIG. 15 (g) and its line symmetry, and is as shown in FIG. 15 (h). Therefore, the erosion generated in the target 9 is almost flat, and the erosion can be consumed almost uniformly and efficiently.
[0078]
In the above embodiment, the case where the magnet units 21 having the same magnetic field intensity distribution are all used has been described. However, adjusting the magnetic field intensity of each magnet unit 21 and the swing speed of the magnet unit 21 Needless to say, the erosion becomes flatter by adjusting the position. Conversely, since the thickness of the thin film formed on the substrate is adjusted so as to be partially increased, the erosion depth can be intentionally given a distribution.
[0079]
Next, a case where the magnetic field strength is changed for each magnet unit 21 and a case where the swing speed of the magnet unit 21 is changed depending on the position of the magnet unit 21 will be described. First, the magnetic field strength is changed for each magnet unit 21. The case will be described with reference to FIG. Only the setting of the magnetic field strength of each of the magnet units 21a, 21b, 21c is different from FIG. 15, and the ratio of the magnetic field strengths is, for example, 1: 2: 3. When each magnet unit 21 is stationary in the state of FIG. 16A, the depth of the erosion generated in the target 9 follows the ratio of the magnetic field strength of each magnet unit 21 as shown in FIG. 16C. It will be.
[0080]
The erosion generated when each of the magnet units 21a, 21b, 21c is rocked independently is shown in FIGS. 16 (d), 16 (e), and 16 (f). Since the ratio of the moving speed and the magnetic field strength of each of the magnet units 21a, 21b, 21c is 1: 2: 3, the depth of the erosion generated by each magnet unit 21 is equal.
[0081]
From these, the erosion generated by simultaneously swinging each of the magnet units 21a, 21b, and 21c is a deep erosion at the center as shown in FIG. Thus, by adjusting the magnetic field intensity distribution of each magnet unit 21, it is possible to intentionally set the erosion depth to be deeper at the center of the target 9.
[0082]
Next, a case where the swing speed of the magnet unit is changed will be described with reference to FIGS. The ratio of the magnetic field intensities of the magnet units 21a, 21b, 21c is 1: 2: 3, and when the magnet unit 21 is stationary in the state of FIG. 17 (c).
[0083]
Next, the magnet unit 21 is swung by the power output unit 99. In the power output unit 99, as shown in FIG.₁Speed V up to₁At time t₁To time t₂Speed V up to₂At time t₂To time t₃Speed -V₂At time t₃To time t₄Speed -V₁, And each magnet unit 21 makes one reciprocation by a series of procedures.
[0084]
At this time, V₁, V₂, T₁, T₂, T₃, T₄Between,
V₂= 2V₁
t₁: (T₂-T₁) = 2: 1
(T₃-T₂): (T₄-T₃) = 1: 2
When each magnet unit 21 comes to the position of の of the swing width, the swing speed is doubled or ２. Therefore, the erosion that occurs when each of the magnet units 21a, 21b, and 21c is rocked independently is as shown in FIGS. 17D, 17E, and 17F. The depth of the erosion changes at the center.
[0085]
From these results, the erosion generated by simultaneously swinging the magnet units 21a, 21b, and 21c is erosion deep in the center and shallow on the right as shown in FIG. As described above, by switching the swing speed of each magnet unit 21, it is possible to intentionally change the erosion depth.
[0086]
That is, in the above configuration, the operating speed of each link 90, which is the X-link continuous binding body, is controlled as a setting method for partially changing the erosion depth which is a problem when scanning a large area. For this reason, the driving device for driving each link 90 includes a sensor for detecting the origin of each link 90, a timing function unit, a driving unit for moving the link end at a predetermined speed, and signals from the sensor and the timing function unit. And a control unit that controls the driving unit based on the
[0087]
(Fifth embodiment)
A fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 19 shows a state where the pitch between the magnet units 21 is narrowed, and FIG. 20 shows a state where the pitch is widened. The length of a pair of links 100 serving as an X-link mechanism for connecting the magnet mounting plate 50b and the magnet mounting plate 50c is shorter than the length of the other links 90. Each link 100 is rotatably connected at the center by a connecting shaft 103, and one end is rotatably fixed to the adjacent magnet mounting plates 50b, 50c by a rotating shaft 101, respectively.
[0088]
The other end of each link 100 is rotatably fixed to a rotating shaft 102. The rotating shaft 102 is slidable in the longitudinal direction along grooves or slots 50e, 50f on the magnet mounting plates 50b, 50c.
[0089]
As the output shaft 95 reciprocates in the direction of arrow A, each link 90 rotates around each rotation shaft 91 and support shaft 94. Such a rotation operation of each link 90 is transmitted to each link 100. Each link 100 rotates around a rotation axis 101. Therefore, the magnet mounting plates 50a, 50b, and 50c perform reciprocating motion while maintaining parallel to each other.
[0090]
At this time, since the length of each link 100 is shorter than each link 90, the swing width of the magnet mounting plate 50c is smaller than the swing width of the magnet mounting plates 50a and 50b. Further, the swing speed of the magnet mounting plate 50c can be controlled by changing the length of each link 90 and each link 100.
[0091]
Thereby, in the above configuration, since the swing speed of each of the magnet mounting plates 50a, 50b, 50c can be controlled by the swing distance, the emission of the sputtered particles from the target 9 by each magnet unit 21 provided therein can be controlled. , The uniformity and uniformity of the thin film on the substrate 8 can be more uniform and more uniform, and such a mechanism can be simplified.
[0092]
【The invention's effect】
In the magnetron sputtering apparatus of the present invention, a magnetic field generating means for generating a magnetron discharge on a target corresponding to a thin film formed on a substrate includes a plurality of magnet units for generating a magnetic field connected to each other. Have a link mechanism that changes the mutual positional relationship by rotation.
[0093]
Therefore, in the above configuration, each magnet unit is assembled by the magnetic field generating means by the link mechanism such as the X-link mechanism or the parallel link mechanism without receiving the action of the repulsive force or the attractive force between the magnet units. This makes it possible to easily attach each magnet unit and adjust the pitch between the magnet units.
[0094]
Another magnetron sputtering apparatus of the present invention moves an electric field generating means and a magnetic field generating means for generating a magnetron discharge on a target corresponding to a thin film to be formed on a substrate, and a position where the magnetron discharge is generated on the target. The magnetic field generating means has a link mechanism for connecting a plurality of magnet units for generating a magnetic field and changing the mutual positional relationship of each magnet unit by rotation by the driving means. Configuration.
[0095]
Therefore, in the above-described configuration, the structure and arrangement are simplified by fixing each magnet unit to a link mechanism such as an assembled X-link and moving each of the plurality of magnet units by one driving unit. In addition, since it is not necessary to perform control in consideration of the mutual positional relationship between a large number of magnet units, control is facilitated.
[0096]
Therefore, in the above configuration, since the structure, arrangement, and control of each magnet unit can be simplified, there is an effect that the manufacturing cost can be reduced.
[0097]
In the magnetron sputtering apparatus, by setting the lengths of the links in the link mechanism to be different from each other, the erosion depth in the target is partially reduced when a plurality of magnet units are moved by one driving unit. Can be controlled and set.
[0098]
Therefore, in the above configuration, by partially controlling the erosion depth in the target, the generation of sputter-link particles in the target can be made more uniform, and the thin film based on the target can be more uniformly formed on the substrate. In addition, it is possible to uniformly produce the thin film, and it is possible to improve the consumption efficiency of the target and to reduce the cost of forming the thin film.
[0099]
In the magnetron sputtering apparatus, when each magnet unit is moved by one driving means, a switching means for controlling a moving speed of each magnet unit is provided, thereby partially controlling the erosion depth in the target. Can be set.
[0100]
As described above, in the above configuration, each magnet unit can be easily assembled at a desired pitch, and a more uniform film thickness distribution, a more uniform film, and a more efficient film formation can be formed on a large substrate. There is an effect that it is possible to provide a magnetron sputtering apparatus that can perform the magnetron sputtering.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory view showing the structure of a magnet assembly according to a first embodiment of the magnetron sputtering apparatus of the present invention, wherein (a) is a rear view and (b) is a front view.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing a configuration of the magnetron sputtering apparatus.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing a configuration of a magnetron cathode electrode unit in the magnetron sputtering apparatus.
4A and 4B are explanatory diagrams of a magnet unit in the magnet assembly, wherein FIG. 4A is a perspective view, FIG. 4B is a plan view, and FIG. 4C is a diagram illustrating magnetic field formation by the magnet unit.
5A and 5B are explanatory views showing the structure of the magnet assembly, wherein FIG. 5A is a plan view and FIG. 5B is a front view.
FIG. 6 is a perspective view of a main part of the magnet assembly.
FIG. 7 is a rear view showing an operation example of the magnet assembly.
FIG. 8 is a rear view showing the structure of the magnet assembly according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a rear view showing an operation example of the magnet assembly.
FIG. 10 is a rear view showing the structure of the magnet assembly according to the third embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a rear view showing an operation example of the magnet assembly.
FIG. 12 is a schematic configuration diagram illustrating a configuration of a magnetron cathode electrode unit in a magnetron sputtering apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a rear view showing a structure of a magnet assembly of the magnetron sputtering apparatus.
FIG. 14 is a rear view showing an operation example of the magnet assembly.
15A and 15B are explanatory diagrams of an operation example of the magnet assembly and erosion generated in a target accompanying the operation, and FIG. 15A is a side view when an interval between the magnet units is minimized. (b) is a side view when the interval between the magnet units is the largest, (c) is a cross-sectional view showing erosion of the target in the state of (a), and (d) is a power output unit side. FIG. 8 is a cross-sectional view showing erosion in a target caused by swinging of the magnet unit of (a), (e) is a cross-sectional view showing erosion of the target caused by swinging of the next magnet unit, and (f) is a further magnet unit; FIG. 10 is a cross-sectional view showing erosion of the target caused by the swing of the magnet unit, wherein (g) shows a target obtained by combining the swings of the magnet units (d), (e), and (f). Is a sectional view showing an erosion in Tsu bets is a sectional view showing the erosion of the target when the respective magnet unit, combining further pair of (h) is (g).
FIG. 16 is another explanatory view of an operation example of the magnet assembly and erosion generated in a target accompanying the operation, and FIG. 16 (a) is a side view when an interval between the magnet units is minimized. FIG. 4B is a side view when the interval between the magnet units is the largest, FIG. 4C is a cross-sectional view showing erosion of the target in the state of FIG. 4A, and FIG. It is sectional drawing which shows the erosion in the target by rocking | fluctuation of the magnet unit of an output part side, (e) is sectional drawing which shows erosion in the target by rocking | fluctuation of the next magnet unit, (f) is the next. FIG. 9 is a cross-sectional view showing erosion in a target caused by the swing of the magnet unit of (g), where (g) is a combination of swings of the respective magnet units of (d), (e), and (f) It is a sectional view showing a erosion in the target.
FIG. 17 is still another explanatory view of an operation example of the magnet assembly and erosion generated in a target accompanying the operation, and FIG. 17 (a) is a side view when an interval between the magnet units is minimized. (B) is a side view when the interval between the magnet units is the largest, (c) is a cross-sectional view showing erosion of the target in the state (a), and (d) is a cross-sectional view. It is sectional drawing which shows the erosion in the target by rocking | fluctuation of the magnet unit of a power output part side, (e) is sectional drawing which shows erosion in the target by rocking | fluctuation of the next magnet unit, (f) is further. It is sectional drawing which shows the erosion in the target by the swing of the next magnet unit, (g) combines the swing of each magnet unit of (d), (e), and (f). It is a sectional view showing a erosion in the target time.
FIG. 18 is a graph showing how the swing speed of the magnet assembly is switched.
FIG. 19 is a rear view of the magnet assembly according to the fifth embodiment of the present invention.
FIG. 20 is a rear view showing an operation example of the magnet assembly.
FIG. 21 is a schematic configuration diagram of a conventional magnetron sputtering apparatus.
FIG. 22 is an explanatory view showing a structure of a magnetron cathode electrode of the magnetron sputtering apparatus.
23A and 23B are explanatory views showing the structure of a conventional magnet assembly, wherein FIG. 23A is a plan view and FIG. 23B is a cross-sectional view.
FIG. 24 is an explanatory view showing the structure of another conventional magnet assembly, in which (a) is a plan view and (b) is a sectional view.
FIG. 25 is an explanatory view showing a structure of a magnet unit in still another conventional magnet assembly, wherein (a) is a plan view and (b) is a cross-sectional view.
FIG. 26 is a schematic sectional view showing the structure of another conventional magnetron cathode electrode unit.
[Explanation of symbols]
3 magnetron cathode electrode part (electric field generating means)
7 Board tray
8 Substrate
9 Target
21 Magnet unit (magnetic field generating means)
22 Magnet unit holding mechanism (link mechanism)
47c screw part (screw mechanism)
49 Adjusting screw (screw mechanism)
96 drive unit (drive means)

Claims

On the target corresponding to the thin film formed on the substrate, for generating a magnetron discharge, comprising an electric field generating means and a magnetic field generating means,
The magnetic field generating means has a link mechanism for connecting a plurality of magnet units for generating a magnetic field, changing a mutual positional relationship of each magnet unit by rotation, and a screw mechanism for operating the link mechanism. A magnetron sputtering apparatus characterized in that:

The magnetron sputtering apparatus according to claim 1, wherein the link mechanism is an X-link mechanism.

The magnetron sputtering apparatus according to claim 1, wherein the link mechanism is a parallel link mechanism.

For generating a magnetron discharge on a target corresponding to a thin film formed on a substrate, an electric field generating means and a magnetic field generating means,
Driving means for moving the position where the magnetron discharge occurs on the target,
The magnetic field generating means has a link mechanism for connecting a plurality of magnet units for generating a magnetic field and changing a mutual positional relationship of the respective magnet units by rotation by a driving means. apparatus.

The link mechanism includes a first link unit and a second link unit that respectively connect adjacent magnet units,
The magnetron sputtering apparatus according to claim 4, wherein a link length of the first link portion and a link length of the second link portion are different from each other.

The magnetron sputtering apparatus according to claim 4 or 5, further comprising switching means for switching a speed at which the link mechanism is operated according to a moving position of each magnet unit.