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JP3919266B2 - Magnetron cathode electrode of sputtering equipment - Google Patents

Magnetron cathode electrode of sputtering equipment Download PDF

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JP3919266B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、スパッタリング装置のターゲットの裏側に配置した磁石組立体をターゲットに対して往復運動させる形式のマグネトロンカソード電極に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
スパッタリング装置では各種の電極構造が提案されているが、その中でも、マグネトロン方式の電極が工業的に最も多く使用される。その理由は、成膜速度が大きく生産性が高いからである。従来のマグネトロン方式の電極には様々なタイプが存在する。現在のところ、平板状のターゲットを備えた平板マグネトロンカソードが工業的に有用である。近年、特に液晶表示装置の製造用として、大面積の基板上に、均一な膜厚分布で均質に成膜することが要求されている。この要求を満たすスパッタリング装置として、カソード電極を静止状態にして、基板を連続的に移動させながら成膜を行う方式がある。しかし、この装置は、ロードロック室や、加熱室、搬送用緩衝空間、スパッタ室等を備える必要があり、装置が巨大化する傾向があった。また、ターゲット面上にスパッタされない領域が残るため、ゴミなどのパーティクルが発生し、液晶表示装置の歩留まりを低下させていた。さらに、ターゲットの不均一消耗による不経済性やスパッタ膜の膜質不均一性も問題となった。
【0003】
最近では、上記各問題を解決するために、基板とカソード電極の両方を静止させて、ターゲットの消耗領域を広くしたスパッタリング装置が検討されている。特にマグネトロンカソードに注目すると、例えば特開平5−239640号公報に開示された装置では、複数の磁石ユニットで構成された磁石組立体をターゲットに対して往復運動させて、ターゲットにおけるエロージョン分布の均一性を改善している。また、特開平4−329874号公報や特開平5−9724号公報に開示された装置でも、単一の磁石ユニットを往復運動させる類似例が開示されている。
【0004】
上記の従来装置によれば、磁石組立体を往復運動させることによりターゲットの表面でのエロージョン領域が拡大するため、ターゲットの利用率が向上し、エロージョンの遍在を少なくできる。また、基板に形成される薄膜の膜厚の均一性及び膜質の均質性が向上し、さらに、ターゲット面上の堆積膜に起因して発生するパーティクルを抑制する利点も有する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
このような成膜装置でまず問題になるのは、膜厚分布の均一性である。液晶表示装置製造のための基板の大きさは年々大型化し、最近では550mm×650mm程度に達している。膜厚分布の均一性(±%値)を、(膜厚最大値−膜厚最小値)÷(膜厚最大値+膜厚最小値)×100%で定義すると、液晶表示装置の製造に用いるためには基板面内の膜厚分布均一性を±5%程度にする必要がある。
【0006】
次に、従来のスパッタリング装置の膜厚分布の問題点を説明する。図8は5個の磁石ユニットを有する従来のマグネトロンカソード電極の正面断面図である。下向きの基板10に対向して矩形のターゲット12が上向きに配置されている。ターゲット12の裏側には裏板14が設置され、真空室の一部を形成している。裏板14は絶縁スペーサ16をはさんで真空壁の一部18に固定されている。ターゲット12の周辺にはシールド20が設けられ、裏板14がスパッタされるのを防いでいる。裏板14の後ろ側には5個の磁石ユニット22が設置され、これらの磁石ユニット22はターゲット表面上にトンネル状の磁力線を形成する。各磁石ユニット22は図8の紙面に垂直な方向に長辺を有するような矩形の形状であり、上面にS極が現れるような内側磁石24と、上面にN極が現れるような外側磁石26とからなる。これらの磁石の裏側にはヨーク27が固定されている。そして、5個の磁石ユニット22は磁石ベース28の上に固定されている。磁石ベース28は図8の左右方向(矢印30の方向)に往復運動可能であり、これに伴い、トンネル状の磁力線により形成されるプラズマも左右に往復運動する。このような往復運動により、ターゲット全面が消耗するような構造となっている。そして、基板10の下面に薄膜32が堆積する。
【0007】
このようなマグネトロンカソードを用いて450mm×550mmサイズのガラス基板上に成膜を行った場合の膜厚分布を図9に示す。この図9は、上記基板の表面のうち、中央の400mm×500mmの領域についての膜厚分布を等高線で表示したものである。図中の等高線の数字は、最大膜厚を100%とした場合の百分率である。基板の長辺方向(図の左右方向)が磁石組立体の往復運動方向(矢印30の方向)と一致している。矩形の磁石ユニットの長辺方向は、基板の短辺方向(図の上下方向)と一致している。なお、図9の膜厚分布は、図8に示す下向きの基板10に成膜してから、これをひっくり返して、上から観察したものである。一見して分かるように、膜厚の厚い部分が図9の右上と左下に現れている。そして、ターゲット・基板間距離を短くすると、このような膜厚分布の偏りが強調されることが分かっている。
【0008】
膜厚分布にこのような偏りが現れるのは、放電強度分布に偏りが生じるためである。すなわち、図8のマグネトロンカソードを上から見た場合に、矩形のターゲット12の左上と右下の領域(基板上の膜厚が厚くなる部分に対向する領域)で放電強度が強くなり、この放電強度分布が膜厚分布に反映したものである。放電強度が偏る現象は、成膜室の形状に起因している訳ではない。成膜室の形状をターゲットに対して対称性良好に形成しても、図9に示すような膜厚分布の偏りが発生する。そして、磁石ユニットの磁極の極性配置を反対(内側磁石の表面をN極、外側磁石の表面をS極)にすると、放電強度の偏り状況が変化して、図9とは逆に、膜厚の厚い領域が基板の左上と右下に現れるようになる。したがって、この偏り現象はマグネトロン放電中の電子のドリフト運動に関連したものであることが推測されるが、その詳しい発生機構は不明である。
【0009】
図9では、膜厚分布の均一性は±10%程度であり、液晶表示装置製造のために必要とされている±5%の均一性に達していない。特に、図9の左右両端部での膜厚減少が大きく、これが膜厚分布の均一性を低下させる大きな原因となっている。左右両端部での膜厚減少の理由は次の通りである。図8のマグネトロンカソード電極では、ターゲットのエロージョン領域をできるだけ広くとるために、磁石ユニットをターゲットの左右両端に近い位置まで移動させている。磁石ユニットがターゲットの左右両端に近づくと、トンネル状の磁力線に沿って形成されるプラズマは、ターゲットの端部付近に存在するシールド20によって減衰させられる。これにより、基板の左右両端部で膜厚が減少するという現象が起きる。これを防ぐには、磁石ユニットをシールド20に近づけないようにすればよいが、こうすると、ターゲットのエロージョン領域が狭くなるため、基板の所定領域内での膜厚分布の均一性が確保できない。さらに、ターゲットのエロージョン領域が狭くなると、ターゲット周辺にエロージョンの生じない領域が発生して、この部分で逆に膜の堆積が起こり、やがてこれが剥離してパーティクルの原因になる。また、エロージョン領域が狭くなるのをカバーするためにターゲットを大きくすることによって膜厚分布の均一性を確保しようとすれば、装置全体が大きくなってしまう。
【0010】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、大面積基板用のマグネトロンスパッタリング装置のカソード電極において、膜厚分布の均一性を確保する妨げになっていた二つの欠点、すなわち膜厚分布の偏りと基板端部で生じる膜厚減少とを解消して、膜厚分布の均一性を確保できるマグネトロンカソード電極を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
この発明のマグネトロンカソード電極は、複数の細長い磁石ユニットを備える磁石組立体をターゲットに対して往復運動可能にして、かつ、磁石ユニットの内側磁石と外側磁石の間に軟磁性体を配置して、この軟磁性体をターゲット表面に垂直な方向に移動可能にしている。磁石ユニットは細長い矩形をしており、その長辺は前記往復運動の方向に対して垂直である。前記軟磁性体は、磁石ユニットの長辺方向に沿った位置に応じてターゲット表面からの距離が変化できるようになっている。さらに好ましくは、前記往復運動に連動して、軟磁性体がターゲット表面に垂直な方向に周期的に運動するようになっている。
【0012】
この発明によれば、軟磁性体による磁界強度調節機能により、ターゲット表面における磁界強度を均一にすることができて、放電強度の偏りを是正することができ、基板上の膜厚分布が良好になる。
【0013】
次に、本発明の構成要素のひとつである軟磁性体について説明する。強磁性体は、大きく分けると硬磁性体と軟磁性体とに分類される。硬磁性体は、外部磁場によって磁化されにくいが、いったん磁化すると消しにくく、磁気的なエネルギーを蓄えることができる。これとは逆に、軟磁性体は、外部磁場をかけると容易に磁化し、磁束の通路として適した性質をもっているが、外部磁場を取り去ると磁気が消失し、磁気的なエネルギーをほとんど蓄えることができない。換言すれば、硬磁性体は保磁力が大きく、軟磁性体は透磁率が大きくてヒステリシス損が小さい。このように、軟磁性体は透磁率が大きくて磁束の通路として適しているので、磁界中に軟磁性体を挿入すれば磁束は軟磁性体を通過するようになって、軟磁性体の周囲の空間の磁界強度は減少する。したがって、この軟磁性体は磁界強度調節機能を果たすのに適している。本発明で使用する軟磁性体については、特に透磁率が大きな軟磁性体(例えば商品名:パーマロイ)を使う必要は必ずしもなく、耐腐蝕性を考慮して、SUS430・ステンレス鋼あたりが適している。
【0014】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明のマグネトロンカソード電極の一実施形態の正面断面図である。真空容器の一部の壁部34に絶縁スペーサ36を介してカソードボディ38が取り付けられている。カソードボディ38の上部には裏板40が取り付けられている。このカソードボディ38と裏板40により、真空容器の壁面の一部が構成されていて、大気と真空室内とが隔てられている。裏板40の表面には所定の材質のターゲット42がインジウム等の低融点ろう材により接着されている。ターゲット42の周辺には、ターゲット以外の部分がスパッタされるのを防ぐためにシールド43が設けられている。裏板40の大気側には裏板40とターゲット42を冷却するための水冷ジャケット44が設けられている。この水冷ジャケット44の内部には、裏板40全体を均一に冷却するために、全域にわたって水路46が設けられている。この水路46に対して、給水パイプ48から冷却水が導入され、排水パイプ50からターゲット冷却後の冷却水が排出される。
【0015】
水冷ジャケット44の背後には5個の磁石ユニット52からなる磁石組立体が配置されている。各磁石ユニット52は、内側磁石54と外側磁石56とヨーク58とで構成されている。磁極の配置は、内側磁石54のターゲット側の表面がS極、外側磁石56のターゲット側の表面がN極になっている。各磁石ユニット52は共通の磁石ベース60上に固定されている。磁石ベース60はガイドレール62に拘束されて図1の左右方向(矢印61の方向)にのみ運動できる構造になっている。すなわち、磁石ベース60は、支柱ピン64とクランクアーム66とピン68とを介して回転円板70に接続されている。この回転円板70はモータ72の出力軸に結合されている。モータ72が回転すると回転円板70が回転し、アーム66のクランク運動によって、回転円板70の円運動が支柱ピン64の左右方向の往復運動に変換される。これにより、磁石ベース60が左右方向に往復運動する。回転円板70上にはピン68を固定する穴が、回転中心からの距離を変えて複数設けられており、ピン68の位置を変えることによって磁石ベース60の往復運動の振幅を変えることができる。モータ72はカソード電極全体を覆うカソードカバー74に固定されている。カソードボディ38と裏板40とターゲット42と水冷ジャケット44は電気的に接続されていて、かつ、他の部分からは絶縁されている。カソードボディ38には外部の電源76から電力が供給される。
【0016】
この実施形態に特徴的なことは、各磁石ユニットの内側磁石54と外側磁石56の間に、軟磁性体でできたシャントバー78が配置されていることである。このシャントバー78はサーボモータ80の直線運動型の出力軸82に結合されている。サーボモータ80が回転すると、その出力軸82は、回転することなく図1の上下方向(矢印79の方向)に移動する。サーボモータ80の本体は磁石ベース60に固定されている。また、その出力軸82は、磁石ベース60とヨーク58には接触しない構造となっている。サーボモータ80の回転角度を制御することにより、シャントバー78の上下位置を調節できる。
【0017】
図2は、図1の一番右側に位置する磁石ユニット52を拡大して示した斜視図である。図3はその平面図である。これらの図において、内側磁石54とこれを取り囲む外側磁石56との間には、矩形の磁石ユニットの長辺方向に延びる2個の長辺側シャントバー78aと、短辺方向に延びる2個の短辺側シャントバー78bの、合計4個のシャントバーが配置されている。そして、2個の長辺側シャントバー78aのそれぞれには、その長手方向に間隔をおいて2個のサーボモータ80aの出力軸が結合されている。また、2個の短辺側シャントバー78bのそれぞれには、各1個のサーボモータ80bの出力軸が結合されている。
【0018】
図4は、図3のA−A線断面図である。短辺側シャントバー78bにサーボモータ80bの出力軸82が結合しているのがよく分かる。短辺側シャントバー78bはフッ素樹脂製の2枚のガイド84の間に摺動可能に配置されている。これらのガイド84はヨーク58に固定されている。
【0019】
図5(A)は、図3のB−B線断面図である。長辺側シャントバー78aの長手方向に間隔をおいた2か所のそれぞれにサーボモータ80aの出力軸82が結合されているのがよく分かる。これらの2個のサーボモータ80aの出力軸82の直線移動量を独立に調整することで、長辺側シャントバー78aをターゲット表面に対して任意に傾斜させることができる。図5(A)では長辺側シャントバー78aの図面の上部が下部よりもターゲット表面から離れるように傾斜している。図3に示すように、この長辺側シャントバー78aも、短辺側シャントバーと同様に、フッ素樹脂製のガイド84の間に摺動可能に配置されている。なお、図2の斜視図では、図面の繁雑を避けるために、ガイド84の図示は省略してある。
【0020】
図5(B)は、長辺側シャントバー78aとサーボモータ80aの出力軸82との結合部分を拡大して示した断面図である。長辺側シャントバー78aには座ぐり86が形成され、座ぐり86の底部には貫通孔が形成されている。この座ぐり86にコイルバネ88を挿入して、このコイルバネ88にネジ90を通している。そして、ネジ90の先端を上述の貫通孔を通してからサーボモータの出力軸82の先端のメネジにネジ込んで固定している。短辺側シャントバー78bについても同様の構造を用いてサーボモータの出力軸に固定している。図3には、長辺側シャントバー78aと短辺側シャントバー78bとに形成された合計6個の座ぐり86の位置と、それに対応するサーボモータ80a、80bの位置とが示されている。
【0021】
この実施形態では、図3に示すように、一つの磁石ユニットに対して、2個の長辺側シャントバー78aと2個の短辺側シャントバー78bとが配置され、これらのシャントバーに対して、合計6個のサーボモータが設置されている。そして、これらのサーボモータは独立に制御可能となっている。シャントバー78a、78bのためのサーボモータ80a、80bと、磁石ベース60を往復運動させるモータ72(図1を参照)は、一つのコンピュータによって集中して制御されている。
【0022】
シャントバー78a、78bは、ターゲット上の磁界強度を調節する働きがある。すなわち、シャントバーがターゲットに近づくと、内側磁石54と外側磁石56の上面の磁極から発生しているトンネル状の磁束がシャントバーに多く吸収され、ターゲット面上の磁界強度が減少する。一方、シャントバーとターゲットの間の距離が大きくなると、シャントバーによる磁束吸収効果が減少し、ターゲット面上の磁界強度は増加する。
【0023】
次に、各磁石ユニット内での4個のシャントバーの相対的な上下関係をどのように調節するのかについて説明する。従来技術の問題点で指摘したように、図9に示したような膜厚分布の偏りは、図8のマグネトロンカソードを上から見た場合に、矩形のターゲット12の左上と右上の領域(基板上の膜厚が厚くなる部分に対向する領域)で放電強度が強くなる傾向を反映したものである。この放電強度の偏りを無くすためには、放電が集中する場所の磁界強度を小さくしてやればよい。磁界強度が小さくなれば、トンネル状の磁力線に拘束されて周回運動を行う電子のドリフト速度が大きくなって電子の滞在時間が短くなるために、放電のプラズマ密度も減少する。そして、所望の領域で磁界強度を減少させるには、シャントバーをターゲットに近づければよい。
【0024】
図1のマグネトロンカソードを上から見た場合に、ターゲット42の左上と右下の領域で放電強度を減少させるには、この領域で磁界強度を減少させればよく、それには次のようにする。まず、最も右側に位置する磁石ユニットにおいて、2個の長辺側シャントバー78aについて、図5(A)に示すように、図の下側の方が上側よりもターゲットに近づくように傾斜させる。また、下側の短辺側シャントバーを上側の短辺側シャントバーよりもターゲットに近づける。また、これとは逆に、最も左側に位置する磁石ユニットでは、2個の長辺側シャントバーについて、上側の方が下側よりもターゲットに近づくように傾斜させる。また、上側の短辺側シャントバーを下側の短辺側シャントバーよりもターゲットに近づける。シャントバーの上下位置をこのように調節することにより、図1のマグネトロンカソードを上から見た場合に、ターゲット42の左上と右下の領域で磁界強度が減少し、放電の偏り傾向を打ち消すことができる。
【0025】
なお、左右方向の中央部分の3個の磁石ユニットにおいては、左右両端の磁石ユニットの場合とは異なり、各シャントバーの上下位置は各磁石ユニット内では左右及び上下対称に調節してある。しかし、内側磁石及び外側磁石として、ターゲット上に強い磁界を発生できるような強力な磁石を用いた場合には、ターゲット上の左上と右下に放電が偏る傾向がより強くなる。その場合には、左右両端から二番目の二つの磁石ユニットについても、左右両端の磁石ユニットと同様にシャントバーの上下位置を調節することで、放電の均一性を良好にできる。
【0026】
さらに、この実施形態では、従来技術の問題点であった基板の左右両端付近で膜厚が減少する傾向を解決するために、磁石ベース60の往復運動に同期させて、左右両端の磁石ユニットのシャントバーの上下位置を周期的に変化させている。この様子を図6を用いて説明する。図6(A)は、往復運動する磁石ベース60が最も右側に来た瞬間におけるシャントバー78の上下位置を示したものである。最も右側に位置する磁石ユニットのシャントバー78は、他の磁石ユニットのものに比べて、より下側に位置している。そのため、最も右側の磁石ユニットに対応する場所の磁界強度は他の場所に比べて大きくなる。なお、この場合(磁石ベースの往復運動に連動したシャントバーの周期的運動)は、最も右側にある磁石ユニット内の4個のシャントバーは、図5で説明したような相対的な上下位置関係を保ったままで、平行移動させている。
【0027】
図6(B)は磁石ベースがターゲット42の左右方向中央に来た瞬間を示したものである。図6(A)で下に移動していた最も右側の磁石ユニットのシャントバー78は、上方に少し移動し、また、最も左側の磁石ユニットのシャントバーは多少下方に移動し、全体として左右対称の配置となっている。
【0028】
図6(C)は磁石ベースが最も左側に来た瞬間を示したものである。この場合は、図6(A)の場合と逆に、最も左側に位置する磁石ユニット内のシャントバーが最も下の位置になっている。また、最も右側の磁石ユニットのシャントバー78は図6(B)に比べてさらに上昇している。
【0029】
このように、磁石ベースの往復運動に同期させてシャントバー78の上下位置を動かすことにより、磁石がターゲット端部のシールド43に近づいた場合に、近づいた側のターゲット端部の磁界強度が増加する。これにより、ターゲット端部のプラズマ密度が増加する効果がある。一方で、従来技術の問題点で述べたように、トンネル状の磁力線に沿って形成されるプラズマは、ターゲット端部に存在するシールド43により減衰させられる傾向がある。したがって、プラズマ密度が増加する要因と減少する要因とが丁度釣り合うことになり、往復運動時の磁石ベースの位置にかかわらず、プラズマ密度を一定にすることができる。これにより、基板の端部で膜厚が減少する傾向を防止でき、均一な膜厚分布を有する薄膜を基板上に形成できる。
【0030】
なお、本実施形態では、成膜時に、5個ある磁石ユニットの内、左右方向の中央部分の3個の磁石ユニット内のシャントバーは固定しており、磁石ベースの往復運動に同期させて動かすことはしていない。これらの中央部分の磁石ユニットにおいては、磁石ユニット間のシャントバーの相対的上下位置は、基板上の膜厚分布が均一になるように適当に調節されて、その状態で固定されている。本実施形態の場合には、中央部分の3個の磁石ユニットのうち、両側に位置する磁石ユニット(図6の右側から2番目と4番目の磁石ユニット)のシャントバーを、中央の磁石ユニット(右側から3番目の磁石ユニット)のシャントバーよりも相対的に高くすることによって、良好な膜厚分布が得られている。中央部分の複数の磁石ユニット間におけるシャントバーの最適な上下関係は、スパッタ室の構造などの影響を受けて装置毎に変化するようであり、装置毎に実験で確認する必要がある。なお、長期にわたって成膜を繰り返した場合、ターゲットが消耗することによりターゲットと各磁石ユニット間の距離も変化し、ターゲット上の磁界分布も変化することがある。そのような理由で基板上の膜厚分布の均一性が劣化した場合には、中央部分の3個の磁石ユニット内のシャントバーの上下位置を適当に調節し直すことにより、再び膜厚分布の均一性を回復することができる。
【0031】
図7は、この実施形態のマグネトロンカソード電極を用いて450mm×550mmサイズの基板上に成膜を行った場合の膜厚分布を示したものである。この図7は、上記基板の表面のうち、中央の400mm×500mmの領域についての膜厚分布を等高線で表示したものである。図中の等高線の数字は、最大膜厚を100%とした場合の百分率である。この膜厚分布から分かるように、従来技術の問題点であった、膜厚分布の偏りや、基板の左右両端での膜厚の減少といった欠点が解消され、膜厚分布の均一性は約±5%におさまっている。
【0032】
この発明は上述の実施形態に限定されず、次のような変更が可能である。
(1)上述の実施形態ではカソード電極に5個の磁石ユニットを設けているが、5個以外の任意の個数の磁石ユニットを設けてもよい。
(2)内側磁石と外側磁石の間に配置する軟磁性体の形状としては、上述の実施形態で述べたような棒状のシャントバーの形態のほかに、板状などのその他の形状を採用してもよい。
(3)上述の実施形態では、各磁石ユニットに4個の軟磁性体を配置しているが、4個以外の任意の個数にすることができる。
【0033】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、磁石組立体をターゲットに対して往復運動可能にして、かつ、磁石ユニットの内側磁石と外側磁石の間の軟磁性体をターゲット表面に垂直な方向に移動可能にしているので、ターゲット表面の磁界強度を均一にできて、放電強度(プラズマ密度)の偏りを是正することができ、基板上の膜厚分布が良好になる。したがって、大面積基板用のスパッタリング装置においても、均一な放電を発生させることができ、大型の基板上の膜厚分布を均一にできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のマグネトロンカソード電極の一実施形態の正面断面図である。
【図2】図1のカソード電極の最も右側に位置する磁石ユニットの斜視図である。
【図3】図2のカソード電極の平面図である。
【図4】図3のA−A線断面図である。
【図5】図3のB−B線断面図と、その一部拡大図である。
【図6】磁石ベースの往復運動とシャントバーの上下運動との連動関係を示した工程図である。
【図7】図1のマグネトロンカソード電極を用いて作製した薄膜の膜厚分布を示した等高線図である。
【図8】従来の大面積基板用マグネトロンカソード電極の正面断面図である。
【図9】図8に示す従来のマグネトロンカソード電極を用いて作製した薄膜の膜厚分布を示した等高線図である。
【符号の説明】
40 裏板
42 ターゲット
43 シールド
52 磁石ユニット
54 内側磁石
56 外側磁石
58 ヨーク
60 磁石ベース
62 ガイドレール
70 回転円板
72 モータ
78 シャントバー
80 サーボモータ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a magnetron cathode electrode of a type in which a magnet assembly disposed on the back side of a target of a sputtering apparatus is reciprocated with respect to the target.
[0002]
[Prior art]
Various electrode structures have been proposed for sputtering devices, and among them, magnetron type electrodes are most often used industrially. The reason is that the deposition rate is high and the productivity is high. There are various types of conventional magnetron type electrodes. At present, flat magnetron cathodes with flat targets are industrially useful. In recent years, there has been a demand for uniform film formation with a uniform film thickness distribution on a large-area substrate, particularly for manufacturing liquid crystal display devices. As a sputtering apparatus that satisfies this requirement, there is a system in which film formation is performed while the cathode electrode is stationary and the substrate is continuously moved. However, this apparatus needs to include a load lock chamber, a heating chamber, a transfer buffer space, a sputtering chamber, and the like, and the apparatus tends to be enlarged. In addition, since a non-sputtered region remains on the target surface, particles such as dust are generated, and the yield of the liquid crystal display device is reduced. In addition, non-economics due to non-uniform consumption of the target and non-uniform film quality of the sputtered film are also problems.
[0003]
Recently, in order to solve each of the above problems, a sputtering apparatus in which both the substrate and the cathode electrode are stationary to widen the target consumption region has been studied. Focusing particularly on the magnetron cathode, for example, in the apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-239640, the magnet assembly composed of a plurality of magnet units is reciprocated with respect to the target, and the erosion distribution in the target is uniform. Has improved. Further, even in the devices disclosed in Japanese Patent Laid-Open Nos. 4-329874 and 5-9724, similar examples in which a single magnet unit is reciprocated are disclosed.
[0004]
According to the above conventional apparatus, the erosion area on the surface of the target is expanded by reciprocating the magnet assembly, so that the utilization rate of the target is improved, and the ubiquity of erosion can be reduced. In addition, the uniformity of the thickness of the thin film formed on the substrate and the uniformity of the film quality are improved, and further, there is an advantage of suppressing particles generated due to the deposited film on the target surface.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The first problem with such a film forming apparatus is the uniformity of the film thickness distribution. The size of a substrate for manufacturing a liquid crystal display device has been increasing year by year, and recently has reached about 550 mm × 650 mm. When the uniformity (±% value) of the film thickness distribution is defined by (maximum film thickness value−minimum film thickness value) ÷ (maximum film thickness value + minimum film thickness value) × 100%, it is used for manufacturing a liquid crystal display device. For this purpose, it is necessary to make the film thickness distribution uniformity in the substrate plane about ± 5%.
[0006]
Next, the problem of the film thickness distribution of the conventional sputtering apparatus will be described. FIG. 8 is a front sectional view of a conventional magnetron cathode electrode having five magnet units. A rectangular target 12 is disposed facing the substrate 10 facing downward. A back plate 14 is installed on the back side of the target 12 to form a part of the vacuum chamber. The back plate 14 is fixed to a part 18 of the vacuum wall with the insulating spacer 16 interposed therebetween. A shield 20 is provided around the target 12 to prevent the back plate 14 from being sputtered. Five magnet units 22 are installed on the rear side of the back plate 14, and these magnet units 22 form tunnel-like magnetic lines of force on the target surface. Each magnet unit 22 has a rectangular shape having a long side in a direction perpendicular to the paper surface of FIG. 8, and an inner magnet 24 in which the S pole appears on the upper surface and an outer magnet 26 in which the N pole appears on the upper surface. It consists of. A yoke 27 is fixed to the back side of these magnets. The five magnet units 22 are fixed on the magnet base 28. The magnet base 28 can reciprocate in the left-right direction in FIG. 8 (in the direction of the arrow 30), and accordingly, the plasma formed by the tunnel-like magnetic lines also reciprocates left and right. By such reciprocating motion, the entire surface of the target is consumed. Then, a thin film 32 is deposited on the lower surface of the substrate 10.
[0007]
FIG. 9 shows a film thickness distribution when a film is formed on a glass substrate having a size of 450 mm × 550 mm using such a magnetron cathode. FIG. 9 shows the film thickness distribution of the central 400 mm × 500 mm region of the surface of the substrate with contour lines. Contour line numbers in the figure are percentages when the maximum film thickness is 100%. The long side direction (left-right direction in the figure) of the substrate coincides with the reciprocating direction (direction of arrow 30) of the magnet assembly. The long side direction of the rectangular magnet unit coincides with the short side direction (vertical direction in the figure) of the substrate. The film thickness distribution in FIG. 9 is obtained by observing the film distribution from the top after the film is formed on the downward substrate 10 shown in FIG. As can be seen at a glance, thick portions appear at the upper right and lower left in FIG. It has been found that when the distance between the target and the substrate is shortened, such an uneven thickness distribution is emphasized.
[0008]
The reason why such a bias appears in the film thickness distribution is that the discharge intensity distribution is biased. That is, when the magnetron cathode of FIG. 8 is viewed from above, the discharge intensity is increased in the upper left and lower right regions of the rectangular target 12 (regions facing the thickened film thickness on the substrate). The intensity distribution reflects the film thickness distribution. The phenomenon of uneven discharge intensity is not due to the shape of the film formation chamber. Even if the shape of the film formation chamber is formed with good symmetry with respect to the target, a deviation in film thickness distribution as shown in FIG. 9 occurs. Then, when the polarity arrangement of the magnetic poles of the magnet unit is reversed (the inner magnet surface is N pole and the outer magnet surface is S pole), the discharge intensity bias condition changes, and the film thickness is opposite to FIG. Thick regions appear at the upper left and lower right of the substrate. Therefore, this bias phenomenon is presumed to be related to the drift motion of electrons in the magnetron discharge, but the detailed generation mechanism is unknown.
[0009]
In FIG. 9, the uniformity of the film thickness distribution is about ± 10%, and does not reach the uniformity of ± 5% required for manufacturing the liquid crystal display device. In particular, the decrease in film thickness at both the left and right ends in FIG. 9 is large, which is a major cause of reducing the uniformity of the film thickness distribution. The reason for the decrease in film thickness at the left and right ends is as follows. In the magnetron cathode electrode of FIG. 8, the magnet unit is moved to positions close to the left and right ends of the target in order to make the erosion region of the target as wide as possible. When the magnet unit approaches the left and right ends of the target, the plasma formed along the tunnel-like magnetic field lines is attenuated by the shield 20 existing near the end of the target. This causes a phenomenon that the film thickness decreases at both the left and right ends of the substrate. In order to prevent this, the magnet unit may be kept away from the shield 20, but in this case, the erosion area of the target is narrowed, and the uniformity of the film thickness distribution in the predetermined area of the substrate cannot be ensured. Further, when the erosion area of the target becomes narrow, an area where no erosion occurs is generated around the target, and film deposition occurs conversely in this area, which eventually peels off and causes particles. Further, if it is attempted to ensure the uniformity of the film thickness distribution by enlarging the target in order to cover the narrowing of the erosion region, the entire apparatus becomes large.
[0010]
The present invention has been made to solve such problems, and the object thereof has been to prevent the uniformity of the film thickness distribution in the cathode electrode of the magnetron sputtering apparatus for a large area substrate. An object of the present invention is to provide a magnetron cathode electrode capable of eliminating the two drawbacks, namely, the uneven distribution of the film thickness and the decrease in the film thickness generated at the edge of the substrate to ensure the uniformity of the film thickness distribution.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The magnetron cathode electrode of the present invention enables a reciprocating motion of a magnet assembly including a plurality of elongated magnet units with respect to a target, and a soft magnetic material is disposed between an inner magnet and an outer magnet of the magnet unit, This soft magnetic material is movable in a direction perpendicular to the target surface. The magnet unit has an elongated rectangular shape, and its long side is perpendicular to the reciprocating direction. The soft magnetic body can change the distance from the target surface according to the position along the long side direction of the magnet unit. More preferably, in conjunction with the reciprocating motion, the soft magnetic material periodically moves in a direction perpendicular to the target surface.
[0012]
According to the present invention, the magnetic field strength adjustment function by the soft magnetic material can make the magnetic field strength uniform on the target surface, correct the unevenness of the discharge strength, and improve the film thickness distribution on the substrate. Become.
[0013]
Next, a soft magnetic material that is one of the components of the present invention will be described. Ferromagnetic materials are roughly classified into hard magnetic materials and soft magnetic materials. Hard magnetic materials are not easily magnetized by an external magnetic field, but once magnetized, they are difficult to erase and can store magnetic energy. On the other hand, soft magnetic materials are easily magnetized when an external magnetic field is applied, and have a property suitable as a path for magnetic flux. However, when the external magnetic field is removed, the magnetism disappears and almost all magnetic energy is stored. I can't. In other words, the hard magnetic material has a large coercive force, and the soft magnetic material has a large magnetic permeability and a small hysteresis loss. As described above, since the soft magnetic material has a large magnetic permeability and is suitable as a path for magnetic flux, if the soft magnetic material is inserted in the magnetic field, the magnetic flux passes through the soft magnetic material, and the surroundings of the soft magnetic material. The magnetic field strength of the space decreases. Therefore, this soft magnetic material is suitable for performing the magnetic field strength adjusting function. As for the soft magnetic material used in the present invention, it is not always necessary to use a soft magnetic material having a high magnetic permeability (for example, trade name: Permalloy), and SUS430 / stainless steel is suitable in consideration of corrosion resistance. .
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a front sectional view of an embodiment of the magnetron cathode electrode of the present invention. A cathode body 38 is attached to a part of the wall 34 of the vacuum vessel via an insulating spacer 36. A back plate 40 is attached to the upper portion of the cathode body 38. The cathode body 38 and the back plate 40 constitute a part of the wall surface of the vacuum vessel, and the atmosphere and the vacuum chamber are separated from each other. A target 42 made of a predetermined material is bonded to the surface of the back plate 40 with a low melting point brazing material such as indium. A shield 43 is provided around the target 42 in order to prevent portions other than the target from being sputtered. A water cooling jacket 44 for cooling the back plate 40 and the target 42 is provided on the atmosphere side of the back plate 40. Inside the water cooling jacket 44, a water channel 46 is provided over the entire area in order to cool the entire back plate 40 uniformly. Cooling water is introduced from the water supply pipe 48 to the water channel 46, and the cooling water after target cooling is discharged from the drain pipe 50.
[0015]
A magnet assembly including five magnet units 52 is disposed behind the water cooling jacket 44. Each magnet unit 52 includes an inner magnet 54, an outer magnet 56, and a yoke 58. With respect to the arrangement of the magnetic poles, the surface on the target side of the inner magnet 54 is an S pole, and the surface on the target side of the outer magnet 56 is an N pole. Each magnet unit 52 is fixed on a common magnet base 60. The magnet base 60 is constrained by the guide rail 62 and has a structure capable of moving only in the left-right direction (the direction of the arrow 61) in FIG. That is, the magnet base 60 is connected to the rotating disk 70 via the support pin 64, the crank arm 66, and the pin 68. The rotating disk 70 is coupled to the output shaft of the motor 72. When the motor 72 rotates, the rotating disc 70 rotates, and the circular motion of the rotating disc 70 is converted into the reciprocating motion of the support pin 64 in the left-right direction by the crank motion of the arm 66. Thereby, the magnet base 60 reciprocates in the left-right direction. A plurality of holes for fixing the pins 68 are provided on the rotating disk 70 at different distances from the center of rotation. By changing the position of the pins 68, the amplitude of the reciprocating motion of the magnet base 60 can be changed. . The motor 72 is fixed to a cathode cover 74 that covers the entire cathode electrode. The cathode body 38, the back plate 40, the target 42, and the water cooling jacket 44 are electrically connected and insulated from other portions. Electric power is supplied to the cathode body 38 from an external power source 76.
[0016]
What is characteristic of this embodiment is that a shunt bar 78 made of a soft magnetic material is disposed between the inner magnet 54 and the outer magnet 56 of each magnet unit. The shunt bar 78 is coupled to the linear motion output shaft 82 of the servo motor 80. When the servo motor 80 rotates, the output shaft 82 moves in the vertical direction (the direction of the arrow 79) in FIG. 1 without rotating. The main body of the servo motor 80 is fixed to the magnet base 60. Further, the output shaft 82 has a structure that does not contact the magnet base 60 and the yoke 58. By controlling the rotation angle of the servo motor 80, the vertical position of the shunt bar 78 can be adjusted.
[0017]
FIG. 2 is an enlarged perspective view of the magnet unit 52 located on the rightmost side of FIG. FIG. 3 is a plan view thereof. In these drawings, between the inner magnet 54 and the outer magnet 56 surrounding it, there are two long side shunt bars 78a extending in the long side direction of the rectangular magnet unit, and two pieces extending in the short side direction. A total of four shunt bars of the short side shunt bar 78b are arranged. The output shafts of the two servo motors 80a are coupled to each of the two long side shunt bars 78a at intervals in the longitudinal direction. Each of the two short side shunt bars 78b is coupled to the output shaft of one servo motor 80b.
[0018]
4 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. It can be clearly seen that the output shaft 82 of the servo motor 80b is coupled to the short side shunt bar 78b. The short side shunt bar 78b is slidably disposed between two guides 84 made of fluororesin. These guides 84 are fixed to the yoke 58.
[0019]
FIG. 5A is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. It can be clearly seen that the output shaft 82 of the servo motor 80a is coupled to each of two places spaced in the longitudinal direction of the long side shunt bar 78a. By independently adjusting the linear movement amount of the output shaft 82 of these two servo motors 80a, the long side shunt bar 78a can be arbitrarily inclined with respect to the target surface. In FIG. 5A, the upper side of the long side shunt bar 78a in the drawing is inclined so as to be farther from the target surface than the lower side. As shown in FIG. 3, the long side shunt bar 78a is also slidably disposed between the guides 84 made of fluororesin, like the short side shunt bar. In the perspective view of FIG. 2, the guide 84 is not shown in order to avoid complication of the drawing.
[0020]
FIG. 5B is an enlarged cross-sectional view showing a coupling portion between the long side shunt bar 78a and the output shaft 82 of the servo motor 80a. A counterbore 86 is formed in the long side shunt bar 78 a, and a through hole is formed in the bottom of the counterbore 86. A coil spring 88 is inserted into the spot facing 86, and a screw 90 is passed through the coil spring 88. Then, the tip of the screw 90 is fixed by being screwed into the female screw at the tip of the output shaft 82 of the servo motor after passing through the above-described through hole. The short side shunt bar 78b is also fixed to the output shaft of the servo motor using the same structure. FIG. 3 shows the positions of a total of six counterbore 86 formed on the long side shunt bar 78a and the short side shunt bar 78b, and the corresponding positions of the servo motors 80a and 80b. .
[0021]
In this embodiment, as shown in FIG. 3, two long side shunt bars 78a and two short side shunt bars 78b are arranged for one magnet unit. A total of 6 servo motors are installed. These servo motors can be controlled independently. Servo motors 80a and 80b for the shunt bars 78a and 78b and a motor 72 (see FIG. 1) for reciprocating the magnet base 60 are centrally controlled by a single computer.
[0022]
The shunt bars 78a and 78b have a function of adjusting the magnetic field intensity on the target. That is, when the shunt bar approaches the target, a large amount of tunnel-like magnetic flux generated from the magnetic poles on the upper surfaces of the inner magnet 54 and the outer magnet 56 is absorbed by the shunt bar, and the magnetic field strength on the target surface decreases. On the other hand, when the distance between the shunt bar and the target increases, the magnetic flux absorption effect by the shunt bar decreases, and the magnetic field strength on the target surface increases.
[0023]
Next, how to adjust the relative vertical relationship of the four shunt bars in each magnet unit will be described. As pointed out in the problems of the prior art, the uneven distribution of film thickness as shown in FIG. 9 is caused by the upper left and upper right regions (substrates) of the rectangular target 12 when the magnetron cathode of FIG. 8 is viewed from above. This is a reflection of the tendency of the discharge intensity to increase in the region facing the portion where the upper film thickness increases. In order to eliminate the unevenness of the discharge intensity, the magnetic field intensity at the place where the discharge is concentrated should be reduced. If the magnetic field strength is reduced, the drift velocity of electrons that make a circular motion while being constrained by the tunnel-like magnetic field lines is increased and the residence time of the electrons is shortened, so that the plasma density of the discharge is also reduced. In order to reduce the magnetic field strength in a desired region, the shunt bar may be brought closer to the target.
[0024]
In order to reduce the discharge intensity in the upper left and lower right areas of the target 42 when the magnetron cathode of FIG. 1 is viewed from above, the magnetic field intensity may be reduced in this area. . First, in the magnet unit located on the rightmost side, the two long side shunt bars 78a are inclined so that the lower side of the figure is closer to the target than the upper side, as shown in FIG. Further, the lower short side shunt bar on the lower side is brought closer to the target than the upper short side shunt bar on the upper side. On the contrary, in the magnet unit located on the leftmost side, the two long side shunt bars are inclined such that the upper side is closer to the target than the lower side. Further, the upper short side shunt bar on the upper side is brought closer to the target than the lower short side shunt bar on the lower side. By adjusting the vertical position of the shunt bar in this way, when the magnetron cathode of FIG. 1 is viewed from above, the magnetic field strength decreases in the upper left and lower right regions of the target 42, and the bias tendency of the discharge is canceled. Can do.
[0025]
Note that, in the three magnet units in the center portion in the left-right direction, the vertical position of each shunt bar is adjusted symmetrically in the left-right direction and the vertical direction in each magnet unit, unlike the case of the magnet units at the left and right ends. However, when a strong magnet capable of generating a strong magnetic field on the target is used as the inner magnet and the outer magnet, the tendency of the discharge to be biased toward the upper left and lower right on the target becomes stronger. In that case, the discharge uniformity can be improved by adjusting the vertical position of the shunt bar in the second two magnet units from the left and right ends as well as the magnet units at the left and right ends.
[0026]
Furthermore, in this embodiment, in order to solve the tendency of the film thickness to decrease near the left and right ends of the substrate, which was a problem of the prior art, the magnet units at the left and right ends are synchronized with the reciprocating motion of the magnet base 60. The vertical position of the shunt bar is changed periodically. This will be described with reference to FIG. FIG. 6A shows the vertical position of the shunt bar 78 at the moment when the reciprocating magnet base 60 comes to the rightmost side. The shunt bar 78 of the magnet unit located on the rightmost side is located on the lower side as compared with those of other magnet units. Therefore, the magnetic field intensity at the location corresponding to the rightmost magnet unit is greater than at other locations. In this case (periodic movement of the shunt bar linked to the reciprocating movement of the magnet base), the four shunt bars in the magnet unit on the rightmost side have a relative vertical positional relationship as described in FIG. The translation is done while keeping
[0027]
FIG. 6B shows the moment when the magnet base comes to the center of the target 42 in the left-right direction. The shunt bar 78 of the rightmost magnet unit that has moved downward in FIG. 6A moves slightly upward, and the shunt bar of the leftmost magnet unit moves slightly downward so that it is symmetrical as a whole. It is the arrangement of.
[0028]
FIG. 6 (C) shows the moment when the magnet base comes to the leftmost side. In this case, contrary to the case of FIG. 6A, the shunt bar in the magnet unit located on the leftmost side is at the lowest position. Further, the shunt bar 78 of the rightmost magnet unit is further raised as compared with FIG.
[0029]
In this way, by moving the vertical position of the shunt bar 78 in synchronization with the reciprocating motion of the magnet base, when the magnet approaches the shield 43 at the target end, the magnetic field strength at the target end on the approaching side increases. To do. This has the effect of increasing the plasma density at the target end. On the other hand, as described in the problem of the prior art, the plasma formed along the tunnel-like magnetic field lines tends to be attenuated by the shield 43 existing at the end of the target. Therefore, the factor of increasing the plasma density and the factor of decreasing are just balanced, and the plasma density can be made constant regardless of the position of the magnet base during the reciprocating motion. Thereby, the tendency for the film thickness to decrease at the edge of the substrate can be prevented, and a thin film having a uniform film thickness distribution can be formed on the substrate.
[0030]
In the present embodiment, among the five magnet units at the time of film formation, the shunt bars in the three magnet units in the central portion in the left-right direction are fixed and moved in synchronization with the reciprocating motion of the magnet base. I have not done it. In these central magnet units, the relative vertical positions of the shunt bars between the magnet units are appropriately adjusted and fixed in that state so that the film thickness distribution on the substrate is uniform. In the case of the present embodiment, among the three magnet units in the central portion, the shunt bars of the magnet units (second and fourth magnet units from the right side in FIG. 6) located on both sides are connected to the central magnet unit ( By making it relatively higher than the shunt bar of the third magnet unit from the right side, a good film thickness distribution is obtained. The optimum vertical relationship of the shunt bar between the plurality of magnet units in the central portion seems to change from device to device due to the influence of the structure of the sputtering chamber, etc., and needs to be confirmed by experiment for each device. When film formation is repeated over a long period of time, when the target is consumed, the distance between the target and each magnet unit also changes, and the magnetic field distribution on the target may also change. For this reason, when the uniformity of the film thickness distribution on the substrate deteriorates, the film thickness distribution is again adjusted by appropriately adjusting the vertical position of the shunt bar in the three magnet units in the central portion. Uniformity can be restored.
[0031]
FIG. 7 shows a film thickness distribution when a film is formed on a substrate of 450 mm × 550 mm size using the magnetron cathode electrode of this embodiment. FIG. 7 shows the film thickness distribution of the central 400 mm × 500 mm region of the surface of the substrate with contour lines. Contour line numbers in the figure are percentages when the maximum film thickness is 100%. As can be seen from this film thickness distribution, the disadvantages of the prior art, such as the uneven film thickness distribution and the decrease in film thickness at both the left and right sides of the substrate, are eliminated, and the uniformity of the film thickness distribution is about ± It is 5%.
[0032]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and the following modifications are possible.
(1) In the above-described embodiment, five magnet units are provided on the cathode electrode, but any number of magnet units other than five may be provided.
(2) As the shape of the soft magnetic material disposed between the inner magnet and the outer magnet, in addition to the rod-shaped shunt bar as described in the above embodiment, other shapes such as a plate shape are adopted. May be.
(3) In the above-described embodiment, four soft magnetic bodies are arranged in each magnet unit, but any number other than four can be used.
[0033]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the magnet assembly can be reciprocated with respect to the target, and the soft magnetic body between the inner magnet and the outer magnet of the magnet unit is oriented in a direction perpendicular to the target surface. Since it is movable, the magnetic field intensity on the target surface can be made uniform, the deviation of the discharge intensity (plasma density) can be corrected, and the film thickness distribution on the substrate is improved. Therefore, even in a sputtering apparatus for a large area substrate, uniform discharge can be generated, and the film thickness distribution on a large substrate can be made uniform.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front sectional view of one embodiment of a magnetron cathode electrode of the present invention.
2 is a perspective view of a magnet unit located on the rightmost side of the cathode electrode in FIG. 1. FIG.
FIG. 3 is a plan view of the cathode electrode of FIG. 2;
4 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
5 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 3 and a partially enlarged view thereof.
FIG. 6 is a process diagram showing the interlocking relationship between the reciprocating motion of the magnet base and the vertical motion of the shunt bar.
FIG. 7 is a contour diagram showing the film thickness distribution of a thin film produced using the magnetron cathode electrode of FIG.
FIG. 8 is a front sectional view of a conventional magnetron cathode electrode for a large area substrate.
FIG. 9 is a contour diagram showing the film thickness distribution of a thin film produced using the conventional magnetron cathode electrode shown in FIG.
[Explanation of symbols]
40 Back plate
42 Target
43 Shield
52 Magnet unit
54 Inner magnet
56 outer magnet
58 York
60 magnet base
62 Guide rail
70 rotating disc
72 motor
78 Shunt Bar
80 Servo motor

Claims (4)

ターゲットの裏側に配置された磁石組立体と、この磁石組立体をターゲットに対して往復運動させる運動機構とを備える、スパッタリング装置のマグネトロンカソード電極において、次の(イ)〜()の特徴を備えるマグネトロンカソード電極。
(イ)前記磁石組立体は、細長い矩形の形状をした複数の磁石ユニットを含む。
(ロ)前記複数の磁石ユニットは、その長辺が互いに隣り合うように互いに平行に配置されている。
(ハ)各磁石ユニットは、ターゲットに対向する表面側に磁極を有する細長い内側磁石と、ターゲットに対向する表面側に磁極を有していて前記内側磁石を取り囲む外側磁石とを含み、前記内側磁石の磁極と前記外側磁石の磁極は互いに逆極性になっている。
(ニ)前記磁石組立体は、前記磁石ユニットの長辺方向に垂直な方向に往復運動できる。
(ホ)前記複数の磁石ユニットのうち、少なくとも、前記往復運動の方向の両端側に配置される二つの磁石ユニットにおいて、前記内側磁石と前記外側磁石の間に、磁場調節用の軟磁性体が配置されている。
(ヘ)前記軟磁性体は、ターゲット表面に垂直な方向に移動できる。
(ト)前記軟磁性体は、磁石ユニットの長辺方向に沿った位置に応じてターゲット表面からの距離が変化可能な移動構造になっている。
In the magnetron cathode electrode of the sputtering apparatus, comprising the magnet assembly disposed on the back side of the target and a moving mechanism for reciprocating the magnet assembly with respect to the target, the following characteristics (a) to ( g ) are provided. Magnetron cathode electrode provided.
(A) The magnet assembly includes a plurality of magnet units having an elongated rectangular shape.
(B) The plurality of magnet units are arranged in parallel to each other such that their long sides are adjacent to each other.
(C) Each magnet unit includes an elongated inner magnet having a magnetic pole on the surface side facing the target, and an outer magnet having a magnetic pole on the surface side facing the target and surrounding the inner magnet, The magnetic poles of the outer magnet and the magnetic poles of the outer magnets have opposite polarities.
(D) The magnet assembly can reciprocate in a direction perpendicular to the long side direction of the magnet unit.
(E) Among the plurality of magnet units, in at least two magnet units disposed on both ends in the reciprocating direction, a soft magnetic material for adjusting a magnetic field is provided between the inner magnet and the outer magnet. Is arranged.
(F) The soft magnetic material can move in a direction perpendicular to the target surface.
(G) The soft magnetic body has a moving structure in which the distance from the target surface can be changed according to the position along the long side direction of the magnet unit.
前記軟磁性体は、磁石ユニットの長辺方向に沿って延びる二つの長辺側軟磁性体と、磁石ユニットの短辺方向に沿って延びる二つの短辺側軟磁性体とからなり、前記各長辺側軟磁性体には、その長手方向に間隔をおいて2個の垂直移動機構が結合され、前記各短辺側軟磁性体には1個の垂直移動機構が結合され、一つの磁石ユニットに含まれる4個の軟磁性体を垂直移動させる合計6個のこれらの垂直移動機構は互いに独立に駆動できることを特徴とする請求項1記載のマグネトロンカソード電極。  The soft magnetic body is composed of two long side soft magnetic bodies extending along the long side direction of the magnet unit and two short side soft magnetic bodies extending along the short side direction of the magnet unit. Two vertical movement mechanisms are coupled to the long-side soft magnetic body at an interval in the longitudinal direction, and one vertical movement mechanism is coupled to each short-side soft magnetic body to form one magnet. The magnetron cathode electrode according to claim 1, wherein a total of six of these vertical movement mechanisms for vertically moving the four soft magnetic bodies included in the unit can be driven independently of each other. 前記磁石組立体の前記往復運動に連動して、前記軟磁性体がターゲット表面に垂直な方向に周期的に運動することを特徴とする請求項1記載のマグネトロンカソード電極。  2. The magnetron cathode electrode according to claim 1, wherein the soft magnetic material periodically moves in a direction perpendicular to the target surface in conjunction with the reciprocating motion of the magnet assembly. 前記磁石組立体に含まれるすべての磁石ユニットに前記軟磁性体が配置されていることを特徴とする請求項1記載のマグネトロンカソード電極。  The magnetron cathode electrode according to claim 1, wherein the soft magnetic material is disposed in all the magnet units included in the magnet assembly.
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