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JP2000248360A - Magnetron sputtering equipment - Google Patents

Magnetron sputtering equipment

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Publication number
JP2000248360A
JP2000248360A JP11053194A JP5319499A JP2000248360A JP 2000248360 A JP2000248360 A JP 2000248360A JP 11053194 A JP11053194 A JP 11053194A JP 5319499 A JP5319499 A JP 5319499A JP 2000248360 A JP2000248360 A JP 2000248360A
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JP
Japan
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magnet
target
magnetic field
magnetron sputtering
sputtering apparatus
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Application number
JP11053194A
Other languages
Japanese (ja)
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JP3649933B2 (en
Inventor
Tatsushi Yamamoto
達志 山本
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Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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Publication date
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
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Publication of JP2000248360A publication Critical patent/JP2000248360A/en
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 投入される電力を有効にターゲットのスパッ
タに費やすことが可能で、且つターゲットの利用効率を
高く保ち、基板上に形成される薄膜の厚さ分布を所定の
範囲内に収めることが可能なマグネトロンスパッタ装置
を提供する。 【解決手段】 複数の閉じたレーストラック状高密度プ
ラズマを矩形状のターゲット4の表面に生成する磁場発
生機構7を、上記ターゲット4の長辺あるいは短辺の何
れかに平行に往復移動させる駆動装置8を備える。上記
駆動装置8は、ターゲット4の表面に生成された各レー
ストラック状高密度プラズマの間隔以下の大きさの振幅
で上記磁場発生機構7を等速で往復移動させる。
(57) [Summary] [PROBLEMS] To make it possible to effectively use electric power to be sputtered for a target, to maintain a high use efficiency of the target, and to control the thickness distribution of a thin film formed on a substrate within a predetermined range. Provided is a magnetron sputtering apparatus that can be housed inside. SOLUTION: A drive for reciprocating a magnetic field generating mechanism 7 for generating a plurality of closed racetrack-shaped high-density plasmas on the surface of a rectangular target 4 in parallel to either the long side or the short side of the target 4. The device 8 is provided. The driving device 8 reciprocates the magnetic field generating mechanism 7 at a constant speed with an amplitude equal to or smaller than the interval between the racetrack-shaped high-density plasmas generated on the surface of the target 4.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、マグネトロンスパ
ッタ装置に関し、さらに詳しくは、静止した矩形状の基
板の表面に、該基板有効成膜面積よりも大きい矩形ター
ゲットを用いて、厚さや膜質の均一な薄膜を形成できる
マグネトロンカソード電極を備えたマグネトロンスパッ
タ装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetron sputtering apparatus, and more particularly to a magnetron sputtering apparatus using a rectangular target larger than the effective film forming area on a stationary rectangular substrate to obtain a uniform thickness and film quality. The present invention relates to a magnetron sputtering apparatus provided with a magnetron cathode electrode capable of forming a thin film.

【0002】[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均一でかつ均質な成膜が可能な装置
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。
2. Description of the Related Art In recent years, there has been a demand for a device capable of forming a uniform and uniform film thickness on a large-area substrate for manufacturing a liquid crystal display device. As the film forming apparatus, a magnetron sputtering apparatus is often used.

【0003】一般的なマグネトロンスパッタ装置の基本
構成について、図14を用いて説明する。
The basic structure of a general magnetron sputtering apparatus will be described with reference to FIG.

【0004】上記マグネトロンスパッタ装置は、真空室
101内に成膜すべき基板102と、この基板102に
対向して薄膜の母材であるターゲット103とが配置さ
れた構成となっている。
The magnetron sputtering apparatus has a configuration in which a substrate 102 on which a film is to be formed is placed in a vacuum chamber 101, and a target 103 which is a base material of a thin film is disposed opposite the substrate 102.

【0005】上記ターゲット103は、冷却水等により
冷却されたバッキングプレート104にインジウム等の
低融点金属(ハンダ)(図示せず)で接合されており、
このバッキングプレート104によりスパッタ時のイオ
ン衝撃による温度上昇が抑制されている。
[0005] The target 103 is bonded to a backing plate 104 cooled by cooling water or the like with a low melting point metal (solder) such as indium (not shown).
The backing plate 104 suppresses a temperature rise due to ion bombardment during sputtering.

【0006】上記バッキングプレート104の裏面側に
は、磁気回路105が設置され、ターゲット103の表
面にトンネル状のポロイダル磁界を発生させるようにな
っている。
[0006] A magnetic circuit 105 is provided on the back side of the backing plate 104 so as to generate a tunnel-like poloidal magnetic field on the surface of the target 103.

【0007】上記磁気回路105によりトンネル状のポ
ロイダル磁界が発生した状態で、ターゲット103に電
源106により負電位が印加されると、ターゲット10
3表面がプラズマ中のイオンで衝撃される。このとき、
γ作用により放出される二次電子がポロイダル磁界によ
り捕捉されるので、トンネル状のポロイダル磁界に沿っ
た閉じた環状(以下、レーストラック状と称する)の高
密度プラズマが形成される。
When a negative potential is applied from the power supply 106 to the target 103 in a state where a tunnel-like poloidal magnetic field is generated by the magnetic circuit 105, the target 10
The three surfaces are bombarded with ions in the plasma. At this time,
Since the secondary electrons emitted by the γ action are captured by the poloidal magnetic field, a closed annular (hereinafter, referred to as a racetrack) high-density plasma is formed along the tunnel-like poloidal magnetic field.

【0008】上記の高密度プラズマ中のイオンは、ター
ゲット103表面近傍に生成されるイオンシースの電界
により該ターゲット103に向けて加速され、上記ター
ゲット103に衝突し、該ターゲット103を構成する
物質を飛散させる。このとき、同時にγ作用により二次
電子もターゲット103表面から放出される。
[0008] The ions in the high-density plasma are accelerated toward the target 103 by the electric field of the ion sheath generated near the surface of the target 103, collide with the target 103, and cause the substance constituting the target 103 to be removed. Splash. At this time, secondary electrons are simultaneously emitted from the surface of the target 103 by the γ action.

【0009】上記ターゲット103の表面から飛散した
粒子が該ターゲット103に対向する基板102の表面
に付着、堆積することで薄膜が形成される。
The particles scattered from the surface of the target 103 adhere and deposit on the surface of the substrate 102 facing the target 103 to form a thin film.

【0010】このマグネトロンスパッタ装置では、レー
ストラック状に局部的な高密度プラズマを発生すること
ができるので高速成膜や基板の温度上昇の抑制が可能と
なっている。
In this magnetron sputtering apparatus, local high-density plasma can be generated in the form of a race track, so that high-speed film formation and suppression of a rise in the temperature of the substrate can be achieved.

【0011】ところが、上記構成のマグネトロンスパッ
タ装置では、ターゲット103が局部的に消耗すること
を反映して、基板102に形成される薄膜の厚さや膜特
性の面内分布が発生する。
However, in the magnetron sputtering apparatus having the above-described configuration, an in-plane distribution of the thickness and film characteristics of the thin film formed on the substrate 102 occurs, reflecting that the target 103 is locally consumed.

【0012】そこで、基板102上に形成される薄膜の
厚さを均一にしたり、ターゲット103が均一に消耗し
て有効に利用されるための技術が種々提案されてきてい
る。このような技術は、例えばスパッタによって膜を形
成しようとする基板102が円形である場合と矩形であ
る場合とに大別される。基本的には、どちらの技術にお
いてもターゲット103を保持するバッキングプレート
104裏面に配置される磁気回路105を意図的に移動
させることでターゲット103を均一に消耗させ、かつ
基板102上に形成される薄膜の膜厚や膜質の均一性を
得ようとしている。
Therefore, various techniques have been proposed for making the thickness of the thin film formed on the substrate 102 uniform and for uniformly consuming the target 103 effectively. Such a technique is roughly classified into, for example, a case where the substrate 102 on which a film is to be formed by sputtering is circular and a case where the substrate 102 is rectangular. Basically, in either technique, the target 103 is uniformly consumed by intentionally moving the magnetic circuit 105 disposed on the back surface of the backing plate 104 that holds the target 103, and is formed on the substrate 102. Attempts are being made to obtain uniformity in film thickness and film quality.

【0013】つまり、基板102上に形成される薄膜の
厚さを均一にしたり、ターゲット103が均一に消耗し
て有効に利用されるために、基板102が円形の場合に
は、磁気回路105をターゲット103表面にほぼ平行
な面内で回転させればよく、また、基板102が矩形の
場合には、磁気回路105をターゲット103表面にほ
ぼ平行な面内で往復運動させればよい。
In other words, in order to make the thickness of the thin film formed on the substrate 102 uniform and to use the target 103 uniformly and effectively, the magnetic circuit 105 is formed when the substrate 102 is circular. What is necessary is just to rotate in the plane substantially parallel to the surface of the target 103, and when the board | substrate 102 is rectangular, what is necessary is just to reciprocate the magnetic circuit 105 in the plane substantially parallel to the surface of the target 103.

【0014】ここで、膜を形成しようとする基板が矩形
の場合に、該基板の有効成膜面積よりも大きい矩形状の
ターゲットを用いて基板表面に薄膜を形成するためのマ
グネトロンスパッタ装置について説明する。このマグネ
トロンスパッタ装置では、磁場発生手段である磁気回路
をターゲット表面にほぼ平行な面内で往復運動させるよ
うになっている。
Here, a magnetron sputtering apparatus for forming a thin film on a substrate surface using a rectangular target larger than the effective film formation area of the substrate when the substrate on which the film is to be formed is rectangular will be described. I do. In this magnetron sputtering apparatus, a magnetic circuit as a magnetic field generating means is reciprocated in a plane substantially parallel to the target surface.

【0015】始めに、磁場発生手段である磁気回路ユニ
ットが単一の磁気回路で構成されたマグネトロンスパッ
タ装置について、図15および図16を参照しながら以
下に説明する。
First, a magnetron sputtering apparatus in which a magnetic circuit unit serving as a magnetic field generating means is constituted by a single magnetic circuit will be described below with reference to FIGS.

【0016】図15は、特開平6−10127号公報に
開示されたマグネトロンスパッタ装置の成膜室要部断面
図を示したものである。図16は、特開平9−3164
6号公報に開示されたマグネトロンスパッタ置の成膜室
要部斜視図を示したものである。
FIG. 15 is a sectional view showing a main part of a film forming chamber of a magnetron sputtering apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-10127. FIG.
FIG. 1 is a perspective view of a main part of a film forming chamber of a magnetron sputtering apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-206.

【0017】図15に示すマグネトロンスパッタ装置
は、ターゲット112を表面に取り付けたバッキングプ
レート111の裏面側に一つの磁気回路で構成された磁
気回路ユニットとしての磁石装置113が配設されてい
る。この磁石装置113には、該磁石装置113をバッ
キングプレート111の裏面に沿って移動させる移動手
段114が取り付けられている。
In the magnetron sputtering apparatus shown in FIG. 15, a magnet unit 113 as a magnetic circuit unit composed of one magnetic circuit is provided on the back side of a backing plate 111 on which a target 112 is mounted. The magnet unit 113 is provided with a moving unit 114 for moving the magnet unit 113 along the back surface of the backing plate 111.

【0018】このとき、磁石装置113は、高密度プラ
ズマがターゲット112の一端部と他端部との間で各端
部においてはみ出すようになるまで移動する。また、ス
パッタ時には、ターゲット112の各端部においてプラ
ズマが不安定とならぬよう光照射による励起や熱電子供
給が行われる。
At this time, the magnet device 113 moves until the high-density plasma protrudes between one end and the other end of the target 112 at each end. At the time of sputtering, excitation and thermal electron supply by light irradiation are performed so that plasma is not unstable at each end of the target 112.

【0019】また、図16に示すマグネトロンスパッタ
装置は、ターゲット(図示せず)が取り付けられたバッ
キングプレート215の裏面に矢印方向に移動可能な一
つの磁気回路で構成された磁気回路ユニットとしての磁
場発生手段211が配置されている点で、図15で示し
たマグネトロンスパッタ装置と同様の構成であるが、バ
ッキングプレート215のターゲット取り付け面とは反
対面にリブ215aを設け、これと機械的に干渉せぬよ
うに磁場発生手段211に逃げを設けている点で異な
る。
The magnetron sputtering apparatus shown in FIG. 16 has a magnetic field unit as a magnetic circuit unit composed of one magnetic circuit movable in the direction of the arrow on the back surface of a backing plate 215 on which a target (not shown) is attached. Although the configuration is the same as that of the magnetron sputtering apparatus shown in FIG. 15 in that the generating means 211 is disposed, a rib 215 a is provided on the surface of the backing plate 215 opposite to the target mounting surface, and mechanical interference with the rib 215 a is provided. The difference is that an escape is provided in the magnetic field generating means 211 so as not to make the gap.

【0020】このように、バッキングプレート215に
リブ215aが設けられていることで、該バッキングプ
レート215を厚く形成することなく、機械的強度を確
保することができる。
Since the ribs 215a are provided on the backing plate 215, the mechanical strength can be ensured without forming the backing plate 215 thick.

【0021】また、スパッタ対象となる基板の大型化に
伴い、バッキングプレート215を大きくする場合、大
気圧により該バッキングプレート215上のターゲット
が変形するのを防止するために厚くする必要があるが、
上述のようにリブ215aを設けることにより、該バッ
キングプレート215を厚くすることなく、大気圧によ
るターゲットの変形を抑制することができる。
When the size of the backing plate 215 is increased with the increase in the size of the substrate to be sputtered, it is necessary to increase the thickness of the backing plate 215 in order to prevent the target on the backing plate 215 from being deformed by atmospheric pressure.
By providing the ribs 215a as described above, deformation of the target due to atmospheric pressure can be suppressed without increasing the thickness of the backing plate 215.

【0022】さらに、大気圧によるターゲットの変形を
抑制するために、特開平5−132774号公報には、
磁場発生手段を収容する空間を真空排気する手段を備え
たマグネトロンスパッタ装置が開示されている。このマ
グネトロンスパッタ装置では、図17に示すように、タ
ーゲット309を取り付けたバッキングプレート304
を薄くすることで磁場発生手段305とターゲット30
9表面とを近づけ、該ターゲット309表面で強い磁界
を得ようとしている。
Further, in order to suppress the deformation of the target due to the atmospheric pressure, Japanese Patent Laid-Open No. 5-132774 discloses that
A magnetron sputtering apparatus provided with a means for evacuating a space accommodating a magnetic field generating means is disclosed. In this magnetron sputtering apparatus, as shown in FIG.
Magnetic field generating means 305 and target 30
Nine surfaces are brought close to each other to obtain a strong magnetic field on the surface of the target 309.

【0023】続いて、磁場発生手段である磁気回路ユニ
ットが複数の磁気回路で構成されたマグネトロンスパッ
タ装置について、図18(a)〜(c)ないし図22
(a)〜(c)を参照しながら以下に説明する。
Next, a magnetron sputtering apparatus in which a magnetic circuit unit serving as a magnetic field generating means is composed of a plurality of magnetic circuits will be described with reference to FIGS.
This will be described below with reference to (a) to (c).

【0024】図18(a)〜(c)および図19(a)
〜(c)は、特開平6−192833号公報に開示され
たマグネトロンスパッタ装置についての説明図である。
FIGS. 18A to 18C and FIG. 19A
(C) is an explanatory view of a magnetron sputtering apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-192833.

【0025】図18(a)は、一組のターゲット401
とバッキングプレート402に対して、それぞれの磁界
強度が同じである磁気回路403a…を複数配置した磁
気回路ユニット403が設けられているマグネトロンス
パッタ装置の概略断面図である。
FIG. 18A shows a set of targets 401.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a magnetron sputtering apparatus provided with a magnetic circuit unit 403 in which a plurality of magnetic circuits 403a having the same magnetic field strength are arranged for the magnetic circuit unit 403a and the backing plate 402.

【0026】図18(b)は、ターゲット401の両側
部分に対応する磁気回路413aにおける磁界強度が該
ターゲット401の中央部分に対応する磁気回路413
bにおける磁界強度よりも強くなるように構成された磁
気回路ユニット413が設けられているマグネトロンス
パッタ装置の概略断面図である。
FIG. 18B shows that the magnetic field strength of the magnetic circuit 413a corresponding to the both sides of the target 401 corresponds to the magnetic circuit 413 corresponding to the center of the target 401.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a magnetron sputtering apparatus provided with a magnetic circuit unit 413 configured to be stronger than the magnetic field strength in FIG.

【0027】図18(c)は、図18(b)に示すマグ
ネトロンスパッタ装置と同様に、ターゲット401の両
側部分に対応する磁気回路423aにおける磁界強度が
該ターゲット401の中央部分に対応する磁気回路42
3bにおける磁界強度よりも強くなるように構成された
磁気回路ユニット423が設けられているマグネトロン
スパッタ装置の概略断面図である。
FIG. 18C shows a magnetic circuit 423a corresponding to both sides of the target 401 having a magnetic field strength corresponding to the central portion of the target 401, similarly to the magnetron sputtering apparatus shown in FIG. 42
It is a schematic sectional drawing of the magnetron sputtering apparatus in which the magnetic circuit unit 423 comprised so that it might become stronger than the magnetic field intensity in 3b is provided.

【0028】図19(a)は、複数の磁気回路433a
…と、各磁気回路433a間およびその周囲に磁気シー
ルド434,435が形成された磁気回路ユニット43
3の平面図である。
FIG. 19A shows a plurality of magnetic circuits 433a.
, And a magnetic circuit unit 43 in which magnetic shields 434 and 435 are formed between and around each magnetic circuit 433a.
3 is a plan view of FIG.

【0029】図19(b)は、図19(a)に示す磁気
回路ユニット433により浸食された状態の矩形状のタ
ーゲット431の平面図である。ここでは、上記磁気回
路ユニット433を静止した状態で該ターゲット431
を浸食した状態を示しており、浸食部分431aはレー
ストラック状になっている。この場合、上記磁気回路ユ
ニット433の各磁気回路433aの磁気強度はどれも
同じとする。
FIG. 19B is a plan view of the rectangular target 431 eroded by the magnetic circuit unit 433 shown in FIG. 19A. Here, the target 431 is set while the magnetic circuit unit 433 is stationary.
Is eroded, and the eroded portion 431a has a race track shape. In this case, the magnetic strength of each magnetic circuit 433a of the magnetic circuit unit 433 is the same.

【0030】図19(c)は、図19(b)に示すター
ゲット431の断面図である。この場合、上記磁気回路
ユニット433における各磁気回路433aの磁気強度
が同じであるので、ターゲット431の各浸食部分43
1aの深さは同じとなっている。
FIG. 19C is a cross-sectional view of the target 431 shown in FIG. 19B. In this case, since the magnetic strength of each magnetic circuit 433a in the magnetic circuit unit 433 is the same, each eroded portion 43 of the target 431 is
The depth of 1a is the same.

【0031】ところで、上記のように磁気回路ユニット
433を静止させた状態では、磁気回路433aに対応
した部分のみが浸食されることになるので、磁気回路ユ
ニット433を、図19(b)に示すように、ターゲッ
ト431の長手方向を示す矢印X・Y方向に移動させれ
ば、図19(c)の一点鎖線で示す浸食部分431bの
ようにほぼ均一にターゲット431を浸食することが可
能となる。
When the magnetic circuit unit 433 is stationary as described above, only the portion corresponding to the magnetic circuit 433a is eroded, so that the magnetic circuit unit 433 is shown in FIG. By moving the target 431 in the X and Y directions indicating the longitudinal direction of the target 431 as described above, the target 431 can be eroded almost uniformly as the eroded portion 431b indicated by the dashed line in FIG. 19C. .

【0032】図20(a)(b)は、特開平8−134
640号公報に開示されたマグネトロンスパッタ装置の
磁場発生手段を示したものである。同図(a)は単一の
磁気回路501aからなる磁気回路ユニット501の斜
視図、同図(b)は複数の磁気回路511a…を組み合
わせた磁気回路ユニット511の平面図である。
FIGS. 20 (a) and 20 (b) show Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-134.
640 shows a magnetic field generating means of the magnetron sputtering apparatus disclosed in Japanese Patent Application Publication No. 640. FIG. 7A is a perspective view of a magnetic circuit unit 501 including a single magnetic circuit 501a, and FIG. 7B is a plan view of a magnetic circuit unit 511 obtained by combining a plurality of magnetic circuits 511a.

【0033】上記公報のマグネトロンスパッタ装置で
は、例えば図20(b)に示すように、磁気回路ユニッ
ト511を図示しない矩形状のターゲットの長手方向で
ある矢印X・Y方向に往復移動させて該ターゲットの不
均一消耗と、それにより引き起こされる薄膜の厚さ分布
とを所望の範囲内に収めようとするとき、各磁気回路5
11aの外周部を構成する磁石部分512に対応するタ
ーゲット表面の領域では磁界強度を弱くする必要があ
る。
In the magnetron sputtering apparatus disclosed in the above publication, for example, as shown in FIG. 20 (b), the magnetic circuit unit 511 is reciprocated in the directions of arrows X and Y which are the longitudinal directions of a rectangular target (not shown). When trying to keep the non-uniform wear of the film and the thickness distribution of the thin film caused thereby within a desired range, each magnetic circuit 5
It is necessary to weaken the magnetic field intensity in the region of the target surface corresponding to the magnet portion 512 constituting the outer peripheral portion of 11a.

【0034】このため、図20(a)に示す磁気回路ユ
ニット501では、磁気回路501aの外周部を構成す
る磁石部分502の高さを中央部にある磁石部分503
よりも低くすることで、該磁気回路501aの外周部に
対応するターゲット表面の領域での磁界強度を小さくし
ている。
For this reason, in the magnetic circuit unit 501 shown in FIG. 20A, the height of the magnet portion 502 constituting the outer peripheral portion of the magnetic circuit 501a is set at the center of the magnet portion 503.
By lowering it, the magnetic field intensity in the region of the target surface corresponding to the outer peripheral portion of the magnetic circuit 501a is reduced.

【0035】一方、図20(b)に示す磁気回路ユニッ
ト511では、磁気回路511aの外周部を構成する磁
石部分512と、その中心にある中心磁石513との距
離(GA,GB)を大きくして、該磁気回路511aの
外周部に対応するターゲット表面の領域での磁界強度を
小さくしている。
On the other hand, in the magnetic circuit unit 511 shown in FIG. 20B, the distance (GA, GB) between the magnet portion 512 forming the outer peripheral portion of the magnetic circuit 511a and the center magnet 513 at the center thereof is increased. Thus, the magnetic field strength in the region of the target surface corresponding to the outer peripheral portion of the magnetic circuit 511a is reduced.

【0036】図21(a)(b)は、特開平8−199
354号公報に開示されたマグネトロンスパッタ装置の
磁場発生手段の側面図を示したものである。同図(a)
は磁気回路ユニット601の長手方向に垂直な面を含む
要部断面図を示し、同図(b)は磁気回路ユニット60
1の短手方向に垂直な面を含む要部断面図を示してい
る。
FIGS. 21 (a) and 21 (b) show Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-199.
FIG. 1 shows a side view of a magnetic field generating means of a magnetron sputtering apparatus disclosed in Japanese Patent Publication No. 354. FIG.
FIG. 4 is a sectional view of a main part including a surface perpendicular to the longitudinal direction of the magnetic circuit unit 601, and FIG.
1 is a cross-sectional view of a main part including a plane perpendicular to the lateral direction of FIG.

【0037】上記磁気回路ユニット601は、図21
(a)に示すように、複数の磁気回路601a…で構成
されており、それぞれの磁気回路601a同士の間隔を
独立に調整できるようになっていると同時に、図21
(b)に示すように、その長辺方向に自在に傾斜させる
ことができるようになっている。
The magnetic circuit unit 601 has the structure shown in FIG.
As shown in FIG. 21A, a plurality of magnetic circuits 601a... Are provided, and the distance between the magnetic circuits 601a can be adjusted independently.
As shown in (b), it can be freely inclined in the long side direction.

【0038】これにより、磁場発生手段である磁気回路
ユニット601を往復運動させてターゲット602の不
均一消耗とそれにより引き起こされる薄膜の厚さ分布を
所望の範囲内に収めようとした場合に、調整しきれない
プラズマの非対称性による薄膜の厚さの不均一性を、磁
気回路ユニット601の往復運動と連動して磁気回路6
01aを傾斜運動させることでプラズマの非対称性を補
償するようになっている。
Thus, when the magnetic circuit unit 601 as the magnetic field generating means is reciprocated to adjust the non-uniform consumption of the target 602 and the thickness distribution of the thin film caused by the non-uniform consumption to within a desired range. The non-uniformity of the thickness of the thin film due to the asymmetry of the plasma that cannot be completely removed is corrected by the reciprocation of the magnetic circuit unit 601 and the magnetic circuit 6
By tilting 01a, the asymmetry of the plasma is compensated.

【0039】図22(a)〜(c)は、特開平9−12
5242号公報に開示されるマグネトロンスパッタ装置
を示したものである。同図(a)はマグネトロンスパッ
タ装置の成膜室700の要部断面図、同図(b)は成膜
室700内に配置されたマグネトロンスパッタ装置の磁
場発生手段702の平面図、同図(c)は磁場発生手段
702を構成する5つの磁石ユニット703の磁極面と
ターゲット701との距離を調整してターゲット701
表面での磁界強度を調整し、ひいては基板704上に形
成される薄膜の厚さ分布を調整する場合の各磁石ユニッ
ト703の配置を示す断面図である。
FIGS. 22 (a) to 22 (c) show Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-12 / 1997.
1 shows a magnetron sputtering apparatus disclosed in Japanese Patent No. 5242. 2A is a sectional view of a main part of a film forming chamber 700 of the magnetron sputtering apparatus, and FIG. 2B is a plan view of a magnetic field generating unit 702 of the magnetron sputtering apparatus arranged in the film forming chamber 700. c) The target 701 is adjusted by adjusting the distance between the magnetic pole surfaces of the five magnet units 703 constituting the magnetic field generating means 702 and the target 701.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing the arrangement of each magnet unit 703 when adjusting the magnetic field intensity on the surface and, finally, adjusting the thickness distribution of the thin film formed on the substrate 704.

【0040】上記構成のマグネトロンスパッタ装置に
は、上述した図18(a)〜(c)および図19(a)
〜(c)に示した特開平6−192833号公報に開示
さるような磁場発生手段を構成する複数の磁気回路ユニ
ットの、両端の磁気回路によりターゲット表面に発生さ
せる磁界強度を強くするための磁気回路構成に加えて、
中心に位置する磁石ユニット703によりターゲット7
01表面に発生させる磁界強度を強くする構成と、それ
に伴うターゲット701の不均一消耗を抑制するための
磁石ユニット703の端部の構成とが開示されている。
The magnetron sputtering apparatus having the above-described configuration includes the above-described FIGS. 18 (a) to 18 (c) and FIG.
(C) for increasing the intensity of the magnetic field generated on the target surface by the magnetic circuits at both ends of a plurality of magnetic circuit units constituting the magnetic field generating means as disclosed in JP-A-6-192833. In addition to the circuit configuration,
The target 7 is provided by the magnet unit 703 located at the center.
A configuration for increasing the intensity of a magnetic field generated on the surface and a configuration of an end of a magnet unit 703 for suppressing uneven consumption of the target 701 due to the configuration are disclosed.

【0041】[0041]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
各従来の構成では、以下のような問題が生じる。
However, each of the above-described conventional configurations has the following problems.

【0042】(A)図15と図16に示されたマグネト
ロンスパッタ装置では、単一の磁石ユニットにより磁場
発生手段が構成されているので、基板上に形成される薄
膜の厚さの均一性を図るために、磁石ユニットをターゲ
ットの全幅にわたって往復移動させる必要がある。
(A) In the magnetron sputtering apparatus shown in FIGS. 15 and 16, since the magnetic field generating means is constituted by a single magnet unit, the uniformity of the thickness of the thin film formed on the substrate is reduced. In order to achieve this, it is necessary to reciprocate the magnet unit over the entire width of the target.

【0043】また、成膜速度を増加させるために、プラ
ズマを発生させるための投入電力を増加させる必要があ
る。しかしながら、投入電力を増加させすぎると、ター
ゲットを衝撃するイオン電流密度が大きくなりすぎて、
スパッタ作用を起こさせるグロー放電(γ作用による二
次電子放出が放電維持に必要な電子供給源)から、アー
ク放電(熱電子放出が放電維持に必要な電子供給源)へ
と放電形態が変化してしまう。即ち、投入電力密度を一
定値以上に大きくできない。
Further, in order to increase the film forming speed, it is necessary to increase the input power for generating plasma. However, if the input power is increased too much, the ion current density hitting the target becomes too large,
The discharge mode changes from a glow discharge that causes a sputtering action (an electron supply source that requires secondary electron emission to maintain the discharge due to the γ action) to an arc discharge (an electron supply source that requires thermionic emission to maintain the discharge). Would. That is, the input power density cannot be increased beyond a certain value.

【0044】したがって、上記の投入電力の増加による
弊害の発生と、先に述べた磁石ユニットをターゲット全
幅にわたって往復運動させる必要性とから、磁石ユニッ
トの幅に対してかなり大きなターゲットを用いた場合に
は単一の磁石ユニットで得られるレーストラック状高密
度プラズマに極端に多くの電力を投入することができ
ず、装置性能を向上させる目的で成膜速度を向上させる
のにも限界がある。
Therefore, due to the above-mentioned adverse effects caused by the increase of the input power and the necessity of reciprocating the magnet unit over the entire width of the target, the case where a target which is considerably large relative to the width of the magnet unit is used. Cannot apply an extremely large amount of electric power to a racetrack-shaped high-density plasma obtained by a single magnet unit, and there is a limit in improving a film forming speed for the purpose of improving apparatus performance.

【0045】さらに、基板上に形成される薄膜の厚さ分
布を均一にするために、磁石ユニットの往復運動の速度
をターゲットとの相対位置によって制御する必要があ
り、複雑な制御系を必要とする。
Furthermore, in order to make the thickness distribution of the thin film formed on the substrate uniform, the speed of the reciprocating motion of the magnet unit needs to be controlled by the relative position with respect to the target, which requires a complicated control system. I do.

【0046】(B)図16に示されたマグネトロンスパ
ッタ装置において、バッキングプレ−ト215にリブ2
15aを設ける点については、ターゲットをバッキング
プレート215にインジウム等の低融点ハンダでボンデ
ィングする際に、以下の様な問題が発生する。
(B) In the magnetron sputtering apparatus shown in FIG.
Regarding the provision of 15a, the following problem occurs when the target is bonded to the backing plate 215 with low melting point solder such as indium.

【0047】通常、バッキングプレート215の材料に
は、スパッタリング中のターゲットヘのイオン衝撃によ
るターゲット温度の上昇を抑制するために熱伝導の良い
銅系の材料が用いられる。ターゲットは、インジウム系
の低温ハンダでバッキングプレート215にボンディン
グされ、その上で、バッキングプレート215を直接あ
るいは間接に冷却(通常は水冷)することにより冷却さ
れる。
Normally, a copper-based material having good thermal conductivity is used as the material of the backing plate 215 in order to suppress a rise in target temperature due to ion bombardment of the target during sputtering. The target is bonded to the backing plate 215 with indium-based low-temperature solder, and then cooled by directly or indirectly cooling (usually water cooling) the backing plate 215.

【0048】ターゲットは、バッキングプレート215
とは異なる材料(基板上に形成したい薄膜材そのもの
か、あるいは、反応性スパッタで薄膜を形成するための
材料)であるので、大なり小なり熱膨張に差がある。こ
の状態でインジウム系の低温ハンダ(融点150℃程
度)でターゲットとバッキングプレート215をボンデ
ィングすると、熱膨張の差のために全体として反りが発
生してしまう。バッキングプレート215の材料をター
ゲットと同等の熱膨張であるものとし、一方で熱伝導を
犠牲にしつつ反りを解消しようとする試みも見られる
が、素材のコスト、加工のコストという観点から好まし
くはない。
The target is a backing plate 215
(A thin film material itself to be formed on a substrate, or a material for forming a thin film by reactive sputtering), so that there is a difference in thermal expansion to a greater or lesser degree. In this state, if the target and the backing plate 215 are bonded to each other with indium-based low-temperature solder (melting point: about 150 ° C.), warpage occurs as a whole due to a difference in thermal expansion. Attempts have been made to make the material of the backing plate 215 have thermal expansion equivalent to that of the target, while trying to eliminate warpage while sacrificing heat conduction, but this is not preferred from the viewpoint of material cost and processing cost. .

【0049】また、図16に示されたマグネトロンスパ
ッタ装置では、ターゲットのボンディングに伴う該バッ
キングプレート215の反りをも軽減できるが、実際に
はボンディング時の熱履歴と熱膨張の差による熱応力は
そのまま残るのでターゲット表面には大きな応力がかか
った状態となってしまう。特に、ターゲットが銅系統の
材料よりも熱膨張が小さいセラミック材料である場合に
は、ターゲット表面に大きな引っ張り側の応力が残る結
果となりターゲットの機械的強度の為には好ましくな
い。
Further, in the magnetron sputtering apparatus shown in FIG. 16, the warping of the backing plate 215 due to the bonding of the target can be reduced, but the thermal stress due to the difference between the thermal history and the thermal expansion at the time of bonding is actually reduced. Since it remains as it is, a large stress is applied to the target surface. In particular, when the target is a ceramic material having a smaller thermal expansion than a copper-based material, a large tensile-side stress remains on the target surface, which is not preferable because of the mechanical strength of the target.

【0050】尚、リブのない平板型のバッキングプレー
トを使用する場合には、ターゲットのボンディング工程
の温度下降時に、適当な温度において積極的にバッキン
グプレートをたわませた形態をある時間維持すること
で、インジウムハンダの塑性流動を起こさせ、熱応力を
緩和しつつターゲット全体としての反りを小さくすると
いう処理を施すこともできる。しかしながら、上述のよ
うにバッキングプレートにリブがあれば、この処理での
自由度が減少してしまう。
When a flat backing plate without ribs is used, the form in which the backing plate is flexed positively at an appropriate temperature should be maintained for a certain time when the temperature of the target is lowered in the bonding step. Thus, a process of causing plastic flow of indium solder to reduce thermal stress and reduce warpage of the entire target can also be performed. However, if the backing plate has ribs as described above, the degree of freedom in this process is reduced.

【0051】さらに、図16のマグネトロンスパッタ装
置を開示した公報には、バッキングプレート215を薄
くすることの目的としてその重量を軽くすることのみが
記載されているにすぎず、ターゲット表面の磁界強度に
関する記述はない。
Further, the publication that discloses the magnetron sputtering apparatus shown in FIG. 16 only discloses that the weight of the backing plate 215 is reduced for the purpose of reducing the thickness thereof. There is no description.

【0052】(C)図17に示されたマグネトロンスパ
ッタ装置では、磁場発生手段305を収容する空間の圧
力を規定しておらず、また磁場発生手段を収容する空間
の外壁や磁場発生手段305あるいは磁場発生手段駆動
機構の電位を規定していないので、ただ単に大気圧との
圧力差を小さくするために磁場発生手段を収容する空間
を排気してしまうと、その空間内での幾何学的配置と各
部品の電位によってはバッキングプレート304と磁場
発生手段305や磁場発生手段移動機構等との間で放電
してしまい、スパッタリングのために投入された電力が
損失するだけでなく、機構上の障害を誘発してしまう。
(C) In the magnetron sputtering apparatus shown in FIG. 17, the pressure in the space accommodating the magnetic field generating means 305 is not specified, and the outer wall of the space accommodating the magnetic field generating means, the magnetic field generating means 305 or Since the potential of the magnetic field generating means driving mechanism is not specified, if the space accommodating the magnetic field generating means is evacuated simply to reduce the pressure difference from the atmospheric pressure, the geometrical arrangement in that space Depending on the potential of each component, electric discharge occurs between the backing plate 304 and the magnetic field generating means 305 or the magnetic field generating means moving mechanism, etc., so that not only power supplied for sputtering is lost, but also a failure in the mechanism. Induces.

【0053】ここで、「ただ単に」とは磁場発生手段3
05を収容する空間を排気するに際して、大気圧との圧
力差によるバッキングプレート304の変形だけを考慮
した場合の排気の程度という意味で使用している。した
がって、上記の磁場発生手段305を収容する空間を排
気するための排気ポンプは、油回転ポンプやあるいは油
回転ポンプとメカニカルブースターポンプを組み合わせ
た様な数Pa程度まで排気できるものが用いられる。こ
のようなポンプは、機器のコストや維持管理の観点から
も好んで選択される。
Here, "just" means the magnetic field generating means 3
When exhausting the space accommodating the backing plate 05, the degree of exhausting is used in consideration of only the deformation of the backing plate 304 due to the pressure difference from the atmospheric pressure. Therefore, as an exhaust pump for exhausting the space accommodating the magnetic field generating means 305, an oil rotary pump or a pump capable of exhausting to about several Pa, such as a combination of an oil rotary pump and a mechanical booster pump, is used. Such a pump is preferably selected also from the viewpoint of equipment cost and maintenance.

【0054】しかしながら、排気ポンプとしてこれらの
ものを使用した場合には、磁場発生手段305を収容す
る空間は数Pa程度の圧力にしかならず、磁場発生手段
305や磁場発生手段駆動機構等の電位がターゲット3
09やバッキングプレート304と同一でなく、例えば
接地されていたとすれば、スパッタするためにターゲッ
ト309がボンディングされたバッキングプレート30
4に高電圧が印加されたときには前記のようなターゲッ
ト309表面だけでない不要な放電が発生してしまう。
However, when these pumps are used as the exhaust pump, the space for accommodating the magnetic field generating means 305 has a pressure of only about several Pa, and the potential of the magnetic field generating means 305 and the driving mechanism of the magnetic field generating means are set to the target. 3
09 and the backing plate 304, for example, if grounded, the backing plate 30 to which the target 309 is bonded for sputtering.
When a high voltage is applied to No. 4, unnecessary discharge occurs not only on the surface of the target 309 as described above.

【0055】これを回避するために、磁場発生手段を収
容する空間を排気するに際して、その到達圧力が10-3
Pa程度よりも低くなるような例えばターボ分子ポンプ
やクライオポンプを使用すると、コスト的に不利であ
る。
In order to avoid this, when the space accommodating the magnetic field generating means is evacuated, the ultimate pressure is set to 10 -3.
Use of a turbo molecular pump or a cryopump that is lower than about Pa is disadvantageous in terms of cost.

【0056】(D)図18(a)〜(c)ないし図22
(a)〜(c)で示したマグネトロンスパッタ装置で
は、個々の具体的手段により得られる効果はそれぞれの
公報に開示されるものが期待できる。しかしながら、磁
場発生手段を構成する複数の磁石ユニットの寸法と磁場
発生手段の往復運動の振幅とにおいて、「ターゲットの
不均一消耗を抑制する」という目的に於いて未だ問題点
を有している。
(D) FIGS. 18 (a) to 18 (c) to FIG.
In the magnetron sputtering apparatus shown in (a) to (c), the effects obtained by each specific means can be expected to be those disclosed in the respective gazettes. However, there is still a problem for the purpose of "suppressing uneven consumption of the target" in the dimensions of the plurality of magnet units constituting the magnetic field generating means and the amplitude of the reciprocating motion of the magnetic field generating means.

【0057】図18(a)〜(c)および図19(a)
〜(c)で説明した特開平6−192833号公報に開
示されたマグネトロンスパッタ装置では、磁場発生手段
の往復運動の振幅は一つの磁気回路ユニット403の短
辺方向の幅とほぼ等しいとしている。また、往復運動は
正弦波状に速度を変化させている。
FIGS. 18 (a) to 18 (c) and FIG. 19 (a)
In the magnetron sputtering apparatus disclosed in JP-A-6-192833 described in (c), the amplitude of the reciprocating motion of the magnetic field generating means is substantially equal to the width of one magnetic circuit unit 403 in the short side direction. The reciprocating motion changes the speed in a sinusoidal manner.

【0058】この時、図18(a)ないし(c)に示さ
れる磁気回路ユニット403を静止させた場合、ターゲ
ット401は、例えば図23(a)に示される様な浸食
状況になる。図において、凹状部分が浸食された部分を
示す。
At this time, when the magnetic circuit unit 403 shown in FIGS. 18A to 18C is stopped, the target 401 is in an eroded state as shown in FIG. 23A, for example. In the figure, a portion where the concave portion is eroded is shown.

【0059】そして、磁気回路ユニット403を往復運
動させた場合の浸食状況は、図23(b)〜(e)のよ
うになる。ここで、図23(b)〜(e)におけるP1
からP4は、磁気回路ユニット403の往復運動した場
合の振幅を示しており、徐々に振幅が大きくなっている
ことを示している。そして、図23(e)で示す振幅が
P4のときに、磁気回路ユニット403の一つの磁気回
路403aの短辺方向の幅とほぼ等しい状態となってい
る。即ち、ターゲット401は均一に浸食されるのでな
く、浸食が進行する部分とさほど進行しない部分とが縦
縞状に分布することになる。
The erosion state when the magnetic circuit unit 403 is reciprocated is as shown in FIGS. Here, P1 in FIGS.
To P4 indicate the amplitude when the magnetic circuit unit 403 reciprocates, and indicates that the amplitude gradually increases. Then, when the amplitude shown in FIG. 23E is P4, the state is substantially equal to the width of one magnetic circuit 403a of the magnetic circuit unit 403 in the short side direction. That is, the target 401 is not uniformly eroded, and a portion where the erosion progresses and a portion where the erosion does not progress much are distributed in the form of vertical stripes.

【0060】従って、ターゲット401の利用効率は最
も浸食が進行する部分で定まってしまう。さらに、この
状態に於いて基板上に形成される薄膜の厚さ分布はやは
りターゲット401の浸食状況を反映して縦縞状の分布
となる。
Therefore, the utilization efficiency of the target 401 is determined by the portion where erosion progresses most. Further, in this state, the thickness distribution of the thin film formed on the substrate also becomes a vertical stripe distribution reflecting the erosion state of the target 401.

【0061】(E)図20(a)(b)で説明した特開
平8−134640号公報に開示されたマグネトロンス
パッタ装置では、磁気回路ユニット511の往復運動の
振幅が一つの磁気回路511aの短辺方向の幅の約半分
に等しくなるように設定されている。また、磁気回路ユ
ニット511の往復運動における速度は、正弦波状に変
化させている。
(E) In the magnetron sputtering apparatus disclosed in JP-A-8-134640 described with reference to FIGS. 20A and 20B, the amplitude of the reciprocating motion of the magnetic circuit unit 511 is shorter than that of one magnetic circuit 511a. It is set to be equal to about half of the width in the side direction. The speed of the reciprocating motion of the magnetic circuit unit 511 is changed in a sine wave shape.

【0062】上記公報には、磁気回路ユニット511を
静止させた時に得られるターゲットの浸食状況が開示さ
れていないので、該磁気回路ユニット511を往復運動
させて放電した場合のターゲット浸食状況は必ずしも明
らかでないが、単一の磁気回路511aの寸法と各磁気
回路511aの並ぴピッチが規定されていないことか
ら、ターゲット浸食が均一に進行しているとは限らな
い。さらに、往復運動が正弦波状の速度変化を持つ分だ
けターゲットが高密度のプラズマに晒される時間に差が
あり、往復運動の振幅両端部分でターゲット浸食が進行
しやすい。
The above publication does not disclose the target erosion state obtained when the magnetic circuit unit 511 is stopped, so that the target erosion state when the magnetic circuit unit 511 is reciprocated and discharged is not necessarily clear. However, since the size of the single magnetic circuit 511a and the average pitch of each magnetic circuit 511a are not specified, the target erosion does not always progress uniformly. Furthermore, there is a difference in the time during which the target is exposed to the high-density plasma because the reciprocating motion has a sinusoidal speed change, and the target erosion easily proceeds at both ends of the amplitude of the reciprocating motion.

【0063】上記公報におけるターゲットの浸食状況の
分布は、例えば図24に示すように、縦縞状の分布とな
っている。これは先に述べたターゲット利用効率と基板
上に形成される薄膜の厚さ分布に関して程度は異なるも
のの同様の問題点を有していることになる。
The distribution of the erosion state of the target in the above publication is, for example, a vertical stripe distribution as shown in FIG. This has similar problems, albeit to different degrees, with respect to the target utilization efficiency and the thickness distribution of the thin film formed on the substrate described above.

【0064】(F)図21(a)(b)で説明した特開
平8−199354号公報に開示されたマグネトロンス
パッタ装置では、磁気回路ユニット601の往復運動の
振幅や速度変化について記載されていない。この公報で
は、複数の磁気回路601aが一体化された磁気回路ユ
ニット601自体を往復運動させる機構に加えて、複数
の磁気回路601aの互いの間隔を調整する機構、各磁
気回路601aとバッキングプレート(ターゲット表
面)との距離を調整する機構を備えた構成となってい
る。特に、後者については、各磁気回路601aの長辺
方向で磁気回路ユニット601とバッキングプレート
(ターゲット表面)との距離、即ち傾斜の程度を変化さ
せられる構成としている。
(F) In the magnetron sputtering apparatus disclosed in JP-A-8-199354 described with reference to FIGS. 21 (a) and 21 (b), the amplitude and speed change of the reciprocating motion of the magnetic circuit unit 601 are not described. . In this publication, in addition to a mechanism for reciprocating the magnetic circuit unit 601 itself in which a plurality of magnetic circuits 601a are integrated, a mechanism for adjusting the interval between the plurality of magnetic circuits 601a, a magnetic circuit 601a and a backing plate ( (A target surface). In particular, the latter has a configuration in which the distance between the magnetic circuit unit 601 and the backing plate (target surface), that is, the degree of inclination, can be changed in the long side direction of each magnetic circuit 601a.

【0065】ところが、上記公報におけるマグネトロン
スパッタ装置では、基板上に形成される薄膜の厚さ分布
を調整する手段の一具体例を示しているにすぎず、装置
構成として複雑になり、コストがかさむばかりでなく、
可動部品が多くなってしまうので装置自体の信頼性を確
保し難くなる。
However, the magnetron sputtering apparatus disclosed in the above publication merely shows one specific example of a means for adjusting the thickness distribution of the thin film formed on the substrate, and the apparatus configuration becomes complicated and the cost increases. Not only
Since the number of movable parts increases, it becomes difficult to secure the reliability of the apparatus itself.

【0066】また、磁気回路ユニット601は、ほとん
どの時間をバッキングプレート(ターゲット表面)に最
も近づいた位置から離脱した位置で使用されることとな
り、磁気回路ユニット601としての能力を十分に発揮
できていない。
Further, the magnetic circuit unit 601 is used most of the time at a position separated from the position closest to the backing plate (target surface), so that the performance of the magnetic circuit unit 601 can be sufficiently exhibited. Absent.

【0067】(G)図22(a)〜(c)で説明した特
開平6−192833号公報に開示されたマグネトロン
スパッタ装置では、磁場発生手段702の往復運動の振
幅は一つの磁石ユニット703の短辺方向の幅の約半分
に等しいとしているが、特開平8−134640号公報
と同じく、磁石ユニット703の並びピッチに関しては
記述されていない。また、磁場発生手段702の往復運
動の速度も開示の例では正弦波状となる。
(G) In the magnetron sputtering apparatus disclosed in JP-A-6-192833 described with reference to FIGS. 22A to 22C, the amplitude of the reciprocating motion of the magnetic field generating means 702 is equal to that of one magnet unit 703. Although it is assumed that the width is equal to about half of the width in the short side direction, the arrangement pitch of the magnet units 703 is not described as in JP-A-8-134640. Further, the speed of the reciprocating motion of the magnetic field generating means 702 is also sinusoidal in the disclosed example.

【0068】従って、必ずしもターゲット701の浸食
が均一に進行するとは限らず、さらに、磁場発生手段7
02の往復運動が正弦波状の速度変化を持つ分だけター
ゲットが高密度のプラズマに晒される時間に差があり、
往復運動の振幅両端部分でターゲット浸食が進行しやす
い。
Therefore, the erosion of the target 701 does not always proceed uniformly, and the magnetic field generating means 7
There is a difference in the time during which the target is exposed to the high-density plasma by the amount of the reciprocating motion of 02 having a sinusoidal velocity change,
Target erosion easily progresses at both ends of the amplitude of the reciprocating motion.

【0069】本願発明は、上記の各問題点に鑑みなされ
たものであって、その目的は、コスト的に有利な部品で
構成された単純な機構を有し、投入される電力を有効に
ターゲットのスパッタに費やすことができて、なおかつ
ターゲットの利用効率を高く保ち、基板上に形成される
薄膜の厚さ分布を所定の範囲内に収めることが可能なマ
グネトロンスパッタ装置を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and has as its object to have a simple mechanism composed of cost-effective parts and to effectively target the supplied electric power. It is an object of the present invention to provide a magnetron sputtering apparatus which can be used for sputtering, can keep the target use efficiency high, and can keep the thickness distribution of a thin film formed on a substrate within a predetermined range.

【0070】[0070]

【課題を解決するための手段】請求項1のマグネトロン
スパッタ装置は、上記の課題を解決するために、真空室
内で薄膜が形成される矩形状の基板に対向配置され、該
基板の有効成膜面積よりも大きい矩形状のターゲット
と、上記ターゲットに対してマグネトロン放電を行なう
ことにより、該ターゲットの表面に、複数の閉じたレー
ストラック状高密度プラズマを生成するプラズマ生成手
段と、上記プラズマ生成手段を、上記ターゲットに対し
て、該ターゲットの長辺あるいは短辺の何れかに平行に
往復移動させる駆動手段とを備え、上記プラズマ生成手
段は、上記ターゲットの表面に、該プラズマ生成手段の
移動方向に沿って、それぞれのレーストラック状高密度
プラズマの長軸方向直線領域での間隔と、隣り合うレー
ストラック状高密度プラズマの長軸方向直線領域での間
隔とが略等しくなるようにレーストラック状高密度プラ
ズマを生成し、上記駆動手段は、生成された各レースト
ラック状高密度プラズマの間隔以下の大きさの振幅で上
記プラズマ生成手段を等速で往復移動させることを特徴
としている。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a magnetron sputtering apparatus which is disposed opposite to a rectangular substrate on which a thin film is formed in a vacuum chamber, and wherein the substrate is effectively formed. A rectangular target having a larger area, a plasma generating means for generating a plurality of closed racetrack-like high-density plasmas on the surface of the target by performing a magnetron discharge on the target, and the plasma generating means Driving means for reciprocating the target in parallel with either the long side or the short side of the target, wherein the plasma generating means includes a moving direction of the plasma generating means on a surface of the target. Along the distance between the racetrack-shaped high-density plasma linear regions in the longitudinal direction and the adjacent racetrack-shaped high-density The racetrack-shaped high-density plasma is generated so that the interval in the long axis direction linear region of the plasma is substantially equal, and the driving means generates an amplitude having a size equal to or less than the interval between the generated racetrack-shaped high-density plasmas. In this method, the plasma generating means is reciprocated at a constant speed.

【0071】上記の構成によれば、プラズマ生成手段
が、上記ターゲットの表面に、該プラズマ生成手段の移
動方向に沿って、それぞれのレーストラック状高密度プ
ラズマの長軸方向直線領域での間隔と、隣り合うレース
トラック状高密度プラズマの長軸方向直線領域での間隔
とが略等しくなるようにレーストラック状高密度プラズ
マを生成するようになっている。これにより、プラズマ
発生のために供給される電力が複数個のプラズマに分散
されるので、電力密度を抑制することができ、アーク放
電に至るような異常放電なく大電力供給が可能となって
装置の性能としての成膜速度を増加させることができ
る。
According to the above configuration, the plasma generating means is provided on the surface of the target along the moving direction of the plasma generating means with the distance between the racetrack-shaped high-density plasmas in the long-axis direction linear region. The racetrack-like high-density plasma is generated such that the intervals between adjacent racetrack-like high-density plasmas in the long-axis linear region are substantially equal. As a result, the power supplied for plasma generation is dispersed into a plurality of plasmas, so that the power density can be suppressed, and large power can be supplied without abnormal discharge such as arc discharge. It is possible to increase the film forming speed as the performance of the above.

【0072】さらに、駆動手段が、生成された各レース
トラック状高密度プラズマの間隔以下の大きさの振幅で
上記プラズマ生成手段を等速で往復移動させるようにな
っているので、個々のレーストラック状高密度プラズマ
により浸食されるターゲット表面部分が重なり合うこと
がなくなり、局所的にターゲットの浸食が進行してしま
うことをなくすことができる。
Further, since the driving means reciprocates the plasma generating means at a constant speed with an amplitude not larger than the interval between the generated high-density plasmas of the racetracks, the individual racetracks can be moved. The target surface portions eroded by the high-density plasma do not overlap, and the erosion of the target locally can be prevented from progressing.

【0073】したがって、上記構成のマグネトロンスパ
ッタ装置によれば、コスト的に有利な部品で構成された
単純な機構を有し、投入される電力を有効にターゲット
のスパッタに費やすことができて、なおかつターゲット
の利用効率を高く保ち、基板上に形成される薄膜の厚さ
分布を所定の範囲内に収めることが可能となる。
Therefore, according to the magnetron sputtering apparatus having the above-described structure, the magnetron sputtering apparatus has a simple mechanism composed of cost-effective parts, and can effectively use the supplied electric power for sputtering the target. The utilization efficiency of the target can be kept high, and the thickness distribution of the thin film formed on the substrate can be kept within a predetermined range.

【0074】請求項2のマグネトロンスパッタ装置は、
上記の課題を解決するために、請求項1の構成に加え
て、上記レーストラック状高密度プラズマの間隔は、該
レーストラック状高密度プラズマの最も密度の高い部分
同士の距離であることを特徴としている。
The magnetron sputtering apparatus of claim 2 is
In order to solve the above problem, in addition to the configuration of claim 1, the interval between the racetrack-shaped high-density plasmas is a distance between the highest density portions of the racetrack-shaped high-density plasma. And

【0075】上記の構成によれば、請求項1の作用に加
えて、レーストラック状高密度プラズマの間隔は、該レ
ーストラック状高密度プラズマの最も密度の高い部分同
士の距離であることで、上記複合磁気回路を上記各磁気
ユニット並び方向に等速で往復移動させるときの振幅
が、上記のレーストラック状高密度プラズマの最も密度
の高い部分同士の距離よりも小さく設定することがで
き、この結果、個々のレーストラック状高密度プラズマ
により浸食されるターゲット表面部分が重なり合うこと
がなくなり、局所的にターゲットの浸食が進行してしま
うことがない。
According to the above configuration, in addition to the effect of the first aspect, the interval between the racetrack-shaped high-density plasmas is the distance between the highest-density portions of the racetrack-shaped high-density plasma. The amplitude when the composite magnetic circuit is reciprocated at a constant speed in the direction in which the magnetic units are arranged can be set smaller than the distance between the highest-density portions of the racetrack-shaped high-density plasma. As a result, the target surface portions eroded by the individual racetrack-shaped high-density plasmas do not overlap, and the erosion of the target does not proceed locally.

【0076】請求項3のマグネトロンスパッタ装置は、
上記の課題を解決するために、第1真空室内で薄膜が形
成される矩形状の基板に対向配置された矩形状のターゲ
ットと、上記ターゲットを支持するバッキングプレート
の裏面側に配設され、該ターゲットの上記基板の対向面
上に磁界を発生させる磁界発生手段と、上記磁界発生手
段を、上記ターゲットに対して、該ターゲットの長辺あ
るいは短辺の何れかに平行に往復移動させる駆動手段を
備え、上記磁界発生手段は、ターゲット表面に磁界を発
生させる矩形状の磁石ユニットを、それぞれの長辺が互
いに隣接するように、且つ同一極性を示すように複数個
配置した複合磁気回路からなり、上記駆動手段は、上記
ターゲット表面に発生される磁界の該ターゲット表面に
垂直な成分がゼロとなる点を結ぶラインのうち上記磁石
ユニットの長辺に平行なラインのピッチPに対して、上
記複合磁気回路を上記各磁気ユニット並び方向に等速で
往復移動させるときの振幅SWが、SW≦Pの関係が成
り立つように該複合磁気回路を移動させることを特徴と
している。
The magnetron sputtering apparatus of claim 3 is
In order to solve the above-mentioned problems, a rectangular target is disposed opposite to a rectangular substrate on which a thin film is formed in a first vacuum chamber, and the rectangular target is disposed on a back side of a backing plate supporting the target. Magnetic field generating means for generating a magnetic field on the surface of the target facing the substrate, and driving means for reciprocating the magnetic field generating means with respect to the target in parallel with either the long side or the short side of the target. The magnetic field generating means comprises a composite magnetic circuit in which a plurality of rectangular magnet units for generating a magnetic field on the target surface are arranged such that their long sides are adjacent to each other and have the same polarity, The driving means may include a line connecting a point at which a component perpendicular to the target surface of the magnetic field generated on the target surface becomes zero, and a long side of the magnet unit. The composite magnetic circuit is moved so that the amplitude SW when the composite magnetic circuit is reciprocated at a constant speed in the direction in which the magnetic units are arranged with respect to the pitch P of the line is such that SW ≦ P is satisfied. It is characterized by:

【0077】上記の構成によれば、磁界発生手段が、タ
ーゲット表面に磁界を発生させる矩形状の磁石ユニット
を、それぞれの長辺が互いに隣接するように、且つ同一
極性を示すように複数個配置した複合磁気回路からなる
ことで、これらの複合磁気回路を発生源とするターゲッ
トの表面上に、生成された磁界により収束された閉じた
レーストラック状高密度プラズマを複数個得ることがで
きる。
According to the above arrangement, the magnetic field generation means arranges a plurality of rectangular magnet units for generating a magnetic field on the target surface such that the long sides are adjacent to each other and have the same polarity. With such a composite magnetic circuit, a plurality of closed racetrack-shaped high-density plasmas converged by the generated magnetic field can be obtained on the surface of a target using these composite magnetic circuits as a source.

【0078】これにより、プラズマ発生のために供給さ
れる電力が複数個のプラズマに分散されるので電力密度
を抑制することができ、アーク放電に至るような異常放
電なく大電力供給が可能となって装置の性能としての成
膜速度を増加させることができる。
As a result, the power supplied for plasma generation is dispersed to a plurality of plasmas, so that the power density can be suppressed, and large power can be supplied without abnormal discharge such as arc discharge. As a result, it is possible to increase the film forming speed as the performance of the apparatus.

【0079】さらに、駆動手段が、上記複合磁気回路に
よりターゲット表面に発生される磁界の該ターゲット表
面に垂直な成分がゼロとなる点を結ぶラインのうち上記
磁石ユニットの長辺に平行なラインのピッチPに対し
て、上記複合磁気回路を上記各磁気ユニット並び方向に
等速で往復移動させるときの振幅SWが、SW≦Pの関
係が成り立つように設定されていることで、個々のレー
ストラック状高密度プラズマにより浸食されるターゲッ
ト表面部分が重なり合うことがなくなり、局所的にター
ゲットの浸食が進行してしまうことがない。
Further, the driving means may include a line parallel to the long side of the magnet unit among the lines connecting the points at which the component perpendicular to the target surface of the magnetic field generated on the target surface by the composite magnetic circuit becomes zero. With respect to the pitch P, the amplitude SW when the composite magnetic circuit is reciprocated at a constant speed in the direction in which the respective magnetic units are arranged is set so that the relationship of SW ≦ P is satisfied, so that the individual racetracks are set. The target surface portions eroded by the high-density plasma do not overlap, and the erosion of the target does not proceed locally.

【0080】請求項4のマグネトロンスパッタ装置は、
上記の課題を解決するために、請求項3の構成に加え
て、上記磁石ユニットは、ユニット中心に配置された中
心磁石と、この中心磁石の周囲を囲むように、且つ中心
磁石とは逆極性の磁極が対向するように配置された周辺
磁石とで構成され、これら中心磁石と周辺磁石とにより
上記ターゲット表面に発生させる磁界の上記ターゲット
表面に垂直な成分がゼロとなる点を結ぶラインのうち上
記磁石ユニットの長辺に平行な部分のピッチPが、該磁
石ユニットの短辺方向の寸法MWに対して、P>MW/
2となるように形成されていることを特徴としている。
The magnetron sputtering apparatus of claim 4 is
In order to solve the above problem, in addition to the configuration of claim 3, the magnet unit has a center magnet disposed at the center of the unit, and has a polarity surrounding the center magnet and opposite to the center magnet. Of the magnetic field generated on the target surface by the central magnet and the peripheral magnet, the line connecting the points at which the component perpendicular to the target surface becomes zero. The pitch P of a portion parallel to the long side of the magnet unit is P> MW /
2 is formed.

【0081】上記の構成によれば、請求項3の作用に加
えて、磁石ユニットは、ユニット中心に配置された中心
磁石と、この中心磁石の周囲を囲むように、且つ中心磁
石とは逆極性の磁極が対向するように配置された周辺磁
石とで構成され、これら中心磁石と周辺磁石とにより上
記ターゲット表面に発生させる磁界の上記ターゲット表
面に垂直な成分がゼロとなる点を結ぶラインのうち上記
磁石ユニットの長辺に平行な部分のピッチPが、該磁石
ユニットの短辺方向の寸法MWに対して、P>MW/2
となるように形成されていることで、単一の磁石ユニッ
トにより形成されるレーストラック状高密度プラズマの
ピッチもMW/2よりも大きくなる。
According to the above construction, in addition to the function of the third aspect, the magnet unit has a center magnet disposed at the center of the unit and a polarity surrounding the center magnet and opposite to the center magnet. Of the magnetic field generated on the target surface by the central magnet and the peripheral magnet, the line connecting the points at which the component perpendicular to the target surface becomes zero. The pitch P of a portion parallel to the long side of the magnet unit is P> MW / 2 with respect to the dimension MW in the short side direction of the magnet unit.
With such a configuration, the pitch of the racetrack-like high-density plasma formed by a single magnet unit is also larger than MW / 2.

【0082】したがって、隣接する磁石ユニットにおい
て生成されるレーストラック状高密度プラズマとの距離
を、個々の磁石ユニットにおいて生成される高密度プラ
ズマのピッチ間隔と等しくなるように磁石ユニット間の
隙間を調整して配置することができる。
Therefore, the gap between the magnet units is adjusted so that the distance from the race track-like high-density plasma generated in the adjacent magnet unit is equal to the pitch interval of the high-density plasma generated in each magnet unit. Can be arranged.

【0083】請求項5のマグネトロンスパッタ装置は、
上記の課題を解決するために、請求項3または4の構成
に加えて、上記複合磁気回路は、n個(n>1)の磁石
ユニットからなり、各磁石ユニットの間隔が、それぞれ
の磁石ユニットより生成される磁界のピッチPと等しく
なるように設定されると共に、上記ターゲットの磁石ユ
ニット並び方向の寸法をTWとしたときに、P=TW/
(2×n+1)となるように設定されていることを特徴
としている。
A magnetron sputtering apparatus according to claim 5 is
In order to solve the above problem, in addition to the configuration of claim 3 or 4, the composite magnetic circuit includes n (n> 1) magnet units, and a distance between the magnet units is set to be equal to each magnet unit. Is set equal to the pitch P of the generated magnetic field, and when the size of the target in the magnet unit arrangement direction is TW, P = TW /
It is characterized in that it is set to be (2 × n + 1).

【0084】上記の構成によれば、請求項3または4の
作用に加えて、複合磁気回路は、n個(n>1)の磁石
ユニットからなり、各磁石ユニットの間隔が、それぞれ
の磁石ユニットより生成される磁界のピッチPと等しく
なるように設定されると共に、上記ターゲットの磁石ユ
ニット並び方向の寸法をTWとしたときに、P=TW/
(2×n+1)となるように設定されていることで、タ
ーゲットをピッチP間隔で浸食させることが可能とな
る。
According to the above configuration, in addition to the function of the third or fourth aspect, the composite magnetic circuit is composed of n (n> 1) magnet units, and the distance between each magnet unit is set to be equal to that of each magnet unit. Is set equal to the pitch P of the generated magnetic field, and when the size of the target in the magnet unit arrangement direction is TW, P = TW /
By setting to be (2 × n + 1), the target can be eroded at the pitch P interval.

【0085】請求項6のマグネトロンスパッタ装置は、
上記の課題を解決するために、請求項3ないし5の何れ
かの構成に加えて、上記磁界発生手段は、上記ターゲッ
トの基板対向面とは反対面側に設けられた第2真空室内
に配置されていることを特徴としている。
The magnetron sputtering apparatus according to claim 6 is
In order to solve the above problem, in addition to the configuration according to any one of claims 3 to 5, the magnetic field generating means is disposed in a second vacuum chamber provided on a surface of the target opposite to the substrate facing surface. It is characterized by being.

【0086】上記の構成によれば、請求項3ないし5の
何れかの作用に加えて、磁界発生手段は、上記ターゲッ
トの基板対向面とは反対面側に設けられた第2真空室内
に配置されていることで、装置稼働状態においてターゲ
ットがボンディングされたバッキングプレートはターゲ
ット側の第1真空室(成膜空間側)とその裏面側の第2
真空室(複合磁気回路側)の両面が真空排気状態とな
る。
According to the above configuration, in addition to the function of any one of claims 3 to 5, the magnetic field generating means is disposed in the second vacuum chamber provided on the opposite side of the target from the substrate facing surface. The backing plate to which the target is bonded in the operation state of the apparatus is connected to the first vacuum chamber (film-forming space side) on the target side and the second vacuum chamber on the back side thereof.
Both surfaces of the vacuum chamber (composite magnetic circuit side) are evacuated.

【0087】これにより、ターゲットがボンディングさ
れたバッキングプレートの両面には実質的に機械構造上
影響を与えるような圧力差が無くなるので、バッキング
プレートはターゲットとのボンディングや、装置へ取り
付けるのに必要な機械的強度を持つ厚さでよく、大気圧
に耐えるだけの強度を持たせる場合よりも薄くすること
ができる。
As a result, there is no pressure difference on both sides of the backing plate to which the target is bonded, which substantially affects the mechanical structure. Therefore, the backing plate is necessary for bonding to the target and attaching to the apparatus. A thickness having mechanical strength may be sufficient, and the thickness can be made thinner than a case where it has strength enough to withstand atmospheric pressure.

【0088】請求項7のマグネトロンスパッタ装置は、
上記の課題を解決するために、請求項6の構成に加え
て、上記第2真空室内に配置された磁界発生手段および
該磁界発生手段を駆動させる駆動手段と、該第2真空室
自体とは、上記ターゲットおよび該ターゲットを支持す
るバッキングプレートと同電位に設定されていることを
特徴としている。
The magnetron sputtering apparatus according to claim 7 is
In order to solve the above problem, in addition to the configuration of claim 6, a magnetic field generating means disposed in the second vacuum chamber, a driving means for driving the magnetic field generating means, and the second vacuum chamber itself , And the target and the backing plate supporting the target are set to the same potential.

【0089】上記の構成によれば、請求項6の作用に加
えて、第2真空室内に配置された磁界発生手段および該
磁界発生手段を駆動させる駆動手段と、該第2真空室自
体とは、上記ターゲットおよび該ターゲットを支持する
バッキングプレートと同電位に設定されていることで、
磁界発生手段が収められるターゲット裏面に設けられた
第2真空室の排気は油回転ポンプやあるいは油回転ポン
プとメカニカルブースターポンプの組合のようないわゆ
る“粗引”程度であっても、ターゲットがボンディング
されたバッキングプレートに高電圧を印加してスパッタ
の為のマグネトロン放電を起こさせる際に、バッキング
プレートと磁界発生手段が収められるターゲット裏面に
設けられた第2真空室あるいはその内容物との間で放電
することがない。
According to the above arrangement, in addition to the function of claim 6, the magnetic field generating means disposed in the second vacuum chamber, the driving means for driving the magnetic field generating means, and the second vacuum chamber itself are By being set to the same potential as the target and the backing plate supporting the target,
Even if the exhaust of the second vacuum chamber provided on the back surface of the target in which the magnetic field generating means is housed is about the so-called "roughing" like an oil rotary pump or a combination of an oil rotary pump and a mechanical booster pump, the target is bonded. When a magnetron discharge for sputtering is generated by applying a high voltage to the backing plate thus formed, the backing plate and the second vacuum chamber provided on the back surface of the target in which the magnetic field generating means are accommodated, or the contents thereof. Does not discharge.

【0090】したがって、第2真空室を排気するための
ポンプを前記のような粗引ポンプで済ますことができる
ので、高真空排気するための高価なポンプやそれを動作
させるための各種バルブを含む排気系を必要としないの
で装置としてのコストを少なくできる。
Therefore, since the pump for evacuating the second vacuum chamber can be replaced by the roughing pump as described above, an expensive pump for evacuating to a high vacuum and various valves for operating the pump are included. Since no exhaust system is required, the cost of the apparatus can be reduced.

【0091】請求項8のマグネトロンスパッタ装置は、
上記の課題を解決するために、請求項3ないし7の何れ
かの構成に加えて、上記複合磁気回路は、ターゲットの
基板対向面の磁石ユニットの並び方向両端部が中央部に
対して磁界が強く、上記磁石ユニットの並び方向に直交
する方向両端部が中央部に対して磁界が弱くなるように
調整されていることを特徴としている。
The magnetron sputtering apparatus of claim 8 is
In order to solve the above-mentioned problem, in addition to the configuration of any one of claims 3 to 7, the composite magnetic circuit has a magnetic field in which both ends in the arrangement direction of the magnet units on the substrate facing surface of the target have a magnetic field with respect to the center. It is characterized in that both ends in a direction orthogonal to the direction in which the magnet units are arranged are adjusted so that the magnetic field is weaker than the central part.

【0092】上記の構成によれば、請求項3ないし7の
何れかの作用に加えて、複合磁気回路は、ターゲットの
基板対向面の磁石ユニットの並び方向両端部が中央部に
対して磁界が強く、上記磁石ユニットの並び方向に直交
する方向両端部が中央部に対して磁界が弱くなるように
調整されていることで、ターゲットを均一に浸食させ、
基板上の膜厚分布を補正することができる。
According to the above arrangement, in addition to the function of any one of claims 3 to 7, the composite magnetic circuit has a magnetic field in which both ends in the arrangement direction of the magnet units on the substrate facing surface of the target have a magnetic field with respect to the center. Strong, both ends in the direction perpendicular to the direction in which the magnet units are arranged are adjusted so that the magnetic field is weaker than the center, so that the target is uniformly eroded,
The film thickness distribution on the substrate can be corrected.

【0093】したがって、磁石ユニットを、複合磁気回
路に組み立てられた時に、ターゲット表面の磁石ユニッ
ト並び方向両端部で磁界が中央部に対して強くなるよう
に調整することにより、ターゲット長辺に沿った部分の
プラズマ密度を高め、磁界発生手段が往復移動を行う方
向(ターゲット短辺方向)の膜厚分布を補正することが
できる。
Therefore, when the magnet unit is assembled in the composite magnetic circuit, the magnetic field is adjusted so that the magnetic field becomes stronger at the both ends of the target surface in the arrangement direction of the magnet unit with respect to the central portion, so that the magnet unit extends along the long side of the target. It is possible to increase the plasma density of the portion and correct the film thickness distribution in the direction in which the magnetic field generating means reciprocates (the direction of the short side of the target).

【0094】さらに、磁石ユニット並び直角方向端部で
磁界を中央部に対して弱くすることにより、矩形状磁石
ユニットの長辺方向端部(ターゲット短辺に沿った周辺
部分)における高密度プラズマの密度を小さくし、磁界
発生手段を往復移動した際にターゲット表面でのプラズ
マ滞在時間の差に基づくターゲット浸食進行速度を調整
し、膜厚分布を補正することができる。
Further, by weakening the magnetic field at the ends perpendicular to the magnet units in the direction perpendicular to the center, the high-density plasma at the long-side ends (peripheral portions along the target short sides) of the rectangular magnet units is reduced. It is possible to reduce the density, adjust the target erosion progress rate based on the difference in plasma residence time on the target surface when the magnetic field generating means reciprocates, and correct the film thickness distribution.

【0095】請求項9のマグネトロンスパッタ装置は、
上記の課題を解決するために、請求項8の構成に加え
て、上記磁石ユニットは、中心磁石と周辺磁石とが磁石
アッシーヨークに接着固定された磁石アッシーと、該磁
石ユニットの全体のベースとなるベースヨークとで構成
され、上記磁石アッシーは、上記磁石アッシーヨークに
設けられた締結用穴を用いて、上記ベースヨークにボル
トで締結され、上記締結用穴の直径は、上記ボルトの直
径よりも大きくなるように形成されていることを特徴と
している。
The magnetron sputtering apparatus of claim 9 is
In order to solve the above problem, in addition to the configuration of claim 8, the magnet unit includes a magnet assembly in which a center magnet and a peripheral magnet are bonded and fixed to a magnet assembly yoke, and an entire base of the magnet unit. The magnet assembly is fastened to the base yoke by bolts using fastening holes provided in the magnet assembly yoke, and the diameter of the fastening hole is larger than the diameter of the bolt. Is also formed to be large.

【0096】上記の構成によれば、請求項8の作用に加
えて、磁石ユニットは、中心磁石と周辺磁石とが磁石ア
ッシーヨークに接着固定された磁石アッシーと、該磁石
ユニットの全体のベースとなるベースヨークとで構成さ
れ、上記磁石アッシーは、上記磁石アッシーヨークに設
けられた締結用穴を用いて、上記ベースヨークにボルト
で締結されていることで、磁石ユニットにより発生する
磁界のターゲット表面上での強度分布調整を、磁石アッ
シーとベースヨークとの間に補助ヨークを挿入した状態
でのボルト締結により実現することができる。
According to the above construction, in addition to the function of claim 8, the magnet unit comprises a magnet assembly in which a center magnet and a peripheral magnet are bonded and fixed to a magnet assembly yoke, and an entire base of the magnet unit. The magnet assembly is fastened to the base yoke with bolts using fastening holes provided in the magnet assembly yoke, so that the target surface of the magnetic field generated by the magnet unit is The above intensity distribution adjustment can be realized by bolting with the auxiliary yoke inserted between the magnet assembly and the base yoke.

【0097】請求項10のマグネトロンスパッタ装置
は、上記の課題を解決するために、請求項9の構成に加
えて、上記磁石アッシーヨークの締結用穴は、上記磁石
アッシーとベースヨークとを締結する際に、該磁石アッ
シーの位置がベースヨーク上で磁界発生手段の駆動方向
に調整可能なように長穴に形成されていることを特徴と
している。
According to a tenth aspect of the present invention, in order to solve the above problem, in addition to the configuration of the ninth aspect, a fastening hole of the magnet assembly yoke fastens the magnet assembly and the base yoke. In this case, the position of the magnet assembly is formed in a long hole so as to be adjustable on the base yoke in the driving direction of the magnetic field generating means.

【0098】上記の構成によれば、請求項9の作用に加
えて、磁石アッシーヨークの締結用穴は、上記磁石アッ
シーとベースヨークとを締結する際に、該磁石アッシー
の位置がベースヨーク上で磁界発生手段の駆動方向に調
整可能なように長穴に形成されていることで、複数の磁
石ユニットを組み合わせた時において、レーストラック
状高密度プラズマの磁石ユニット長辺方向に平行な部分
の矩形短辺方向ピッチが等しくなるように微調整するこ
とができる。
According to the above construction, in addition to the function of the ninth aspect, when the magnet assembly and the base yoke are fastened to each other, the fastening hole of the magnet assembly yoke is positioned above the base yoke. Is formed in an elongated hole so that it can be adjusted in the driving direction of the magnetic field generating means, so that when a plurality of magnet units are combined, a portion of the race track-shaped high-density plasma that is parallel to the long side direction of the magnet unit is combined. Fine adjustment can be made so that the pitches in the rectangular short side direction become equal.

【0099】請求項11のマグネトロンスパッタ装置
は、上記の課題を解決するために、請求項9または10
の構成に加えて、上記磁石アッシーヨークとベースヨー
クの少なくとも一方は、磁石ユニットの長手方向端部が
他の部分よりも薄く形成されていることを特徴としてい
る。
In order to solve the above-mentioned problem, the magnetron sputtering apparatus according to claim 11 is used in claim 9 or claim 10.
In addition to the above configuration, at least one of the magnet assembly yoke and the base yoke is characterized in that a longitudinal end portion of the magnet unit is formed thinner than other portions.

【0100】上記の構成によれば、請求項9または10
の作用に加えて、磁石アッシーヨークとベースヨークの
少なくとも一方は、磁石ユニットの長手方向端部が他の
部分よりも薄く形成されていることで、磁石ユニット長
手方向端部で磁界が中央部に対して特に弱くなるように
調整することができる。
According to the above construction, the present invention is characterized in that:
In addition to the operation described above, at least one of the magnet assembly yoke and the base yoke is formed so that the longitudinal end of the magnet unit is formed thinner than the other parts, so that the magnetic field at the longitudinal end of the magnet unit is in the center. It can be adjusted to be particularly weak.

【0101】請求項12のマグネトロンスパッタ装置
は、上記の課題を解決するために、請求項9ないし11
の何れかの構成に加えて、上記磁石アッシーヨークとベ
ースヨークとは、導電性の軟磁性材料で構成され、上記
中心磁石と周辺磁石とは、導電性の磁石材料あるいは導
電性材料を表面に被覆した磁石材料で構成され、上記磁
石アッシーは、中心磁石と周辺磁石とが磁石アッシーヨ
ークに対して導電性接着剤で固定されていることを特徴
としている。
The magnetron sputtering apparatus according to claim 12 is for solving the above-mentioned problems.
In addition to the above configuration, the magnet assembly yoke and the base yoke are made of a conductive soft magnetic material, and the center magnet and the peripheral magnet are made of a conductive magnet material or a conductive material on the surface. The magnet assembly is made of a coated magnet material, and is characterized in that the center magnet and the peripheral magnet are fixed to the magnet assembly yoke with a conductive adhesive.

【0102】上記の構成によれば、請求項9ない11の
何れかの作用に加えて、磁石アッシーヨークとベースヨ
ークとは、導電性の軟磁性材料で構成され、上記中心磁
石と周辺磁石とは、導電性の磁石材料あるいは導電性材
料を表面に被覆した磁石材料で構成され、上記磁石アッ
シーは、中心磁石と周辺磁石とが磁石アッシーヨークに
対して導電性接着剤で固定されていることで、磁界発生
手段の支持を導電性物質で行い、必要な電気的接続を行
うことにより複合磁気回路の磁石表面まで同電位とする
ことができる。
According to the above configuration, in addition to the function of any one of the ninth and eleventh aspects, the magnet assembly yoke and the base yoke are made of a conductive soft magnetic material, Is made of a conductive magnet material or a magnet material having a surface coated with a conductive material, and the magnet assembly has a center magnet and a peripheral magnet fixed to a magnet assembly yoke with a conductive adhesive. Thus, the magnetic field generating means is supported by a conductive substance, and the necessary electric connection is made, so that the same potential can be obtained up to the magnet surface of the composite magnetic circuit.

【0103】[0103]

【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態について、
図1ないし図13に基づいて説明すれば以下の通りであ
る。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described.
The following is a description based on FIG. 1 to FIG.

【0104】本実施の形態に係るマグネトロンスパッタ
装置は、図1に示すように、第1真空室を構成する成膜
室1と、該成膜室1に隣接した第2真空室を構成するマ
グネット室2とを備えている。
As shown in FIG. 1, the magnetron sputtering apparatus according to the present embodiment has a film forming chamber 1 forming a first vacuum chamber and a magnet forming a second vacuum chamber adjacent to the film forming chamber 1. A room 2 is provided.

【0105】上記成膜室1には、表面に薄膜が成膜され
る基板3と、この基板3に対向し、該基板3表面に成膜
される薄膜の母材となるターゲット4とが配されてい
る。
In the film forming chamber 1, a substrate 3 on which a thin film is formed on the surface and a target 4 facing the substrate 3 and serving as a base material of the thin film formed on the surface of the substrate 3 are arranged. Have been.

【0106】上記基板3は、成膜室1内に設けられた基
板ホルダ5に膜形成面と反対面で装着されている。尚、
基板3の基板ホルダ5への装着は、成膜室1内で行われ
る場合や前段階の真空室(図示せず)内で行われる場
合、さらには、大気中で行われる場合等適宜選択される
ものとする。
The substrate 3 is mounted on a substrate holder 5 provided in the film forming chamber 1 on a surface opposite to a film forming surface. still,
The mounting of the substrate 3 on the substrate holder 5 is appropriately selected, for example, when it is performed in the film forming chamber 1, when it is performed in a vacuum chamber (not shown) in the previous stage, or when it is performed in the atmosphere. Shall be.

【0107】上記ターゲット4は、成膜室1とマグネッ
ト室2との境界部分に配置されており、該成膜室1の底
面を構成している。このターゲット4は、基板3との対
向面と反対面側で上記マグネット室2の上面を構成して
いるバッキングプレート6に半田やインジウム等の低融
点金属(図示せず)により接続されている。
The target 4 is arranged at the boundary between the film forming chamber 1 and the magnet chamber 2 and forms the bottom of the film forming chamber 1. The target 4 is connected to a backing plate 6 constituting the upper surface of the magnet chamber 2 on the side opposite to the surface facing the substrate 3 by a low melting point metal (not shown) such as solder or indium.

【0108】上記バッキングプレート6は、冷却水等に
より冷却される機構を有し、接続されたターゲット4が
スパッタリング時に温度が上昇するのを抑えるようにな
っている。
The backing plate 6 has a mechanism to be cooled by cooling water or the like, so that the temperature of the connected target 4 is prevented from rising during sputtering.

【0109】上記マグネット室2内には、上記バッキン
グプレート6に接続されているターゲット4の表面にト
ンネル状のポロイダル磁界を発生させるための磁界発生
手段としての磁場発生機構7が配設されている。なお、
磁場発生機構7の詳細な構成については、後述する。
A magnetic field generating mechanism 7 as a magnetic field generating means for generating a tunnel-like poloidal magnetic field on the surface of the target 4 connected to the backing plate 6 is provided in the magnet chamber 2. . In addition,
The detailed configuration of the magnetic field generation mechanism 7 will be described later.

【0110】さらに、マグネット室2内には、磁場発生
機構7を矢印A・B方向に等速で往復移動させる駆動装
置8が設けられている。
Further, a driving device 8 for reciprocating the magnetic field generating mechanism 7 in the directions of arrows A and B at a constant speed is provided in the magnet chamber 2.

【0111】上記成膜室1は、上述したように第1真空
室を構成していることから、図示しない排気ポンプによ
り、排気ダクト9を通して成膜室1の外部(図中矢印方
向)に成膜室1内のガスを排気する機構と、成膜室1外
部の図示しないガス供給源からガス配管10を通して該
成膜室1内部にガスを導入する機構とを備えている。こ
れらの機構により、成膜時に、成膜室1内は、0.01
〜1Pa程度の圧力に設定される。
Since the film forming chamber 1 constitutes the first vacuum chamber as described above, the film forming chamber 1 is formed outside the film forming chamber 1 (in the direction of the arrow) through an exhaust duct 9 by an exhaust pump (not shown). A mechanism for exhausting gas in the film forming chamber 1 and a mechanism for introducing gas into the film forming chamber 1 from a gas supply source (not shown) outside the film forming chamber 1 through a gas pipe 10 are provided. By these mechanisms, at the time of film formation, the inside of the film formation chamber
The pressure is set to about 1 Pa.

【0112】また、マグネット室2は、図示しない排気
ポンプにより、排気ダクト11を通してガスを該マグネ
ット室2の外部(図中矢印)に排気する機構を備えてい
る。この機構により、成膜時に、マグネット室2内も、
連続排気され0.01〜1Pa程度の圧力に設定され
る。
The magnet chamber 2 has a mechanism for exhausting gas to the outside of the magnet chamber 2 (arrows in the drawing) through an exhaust duct 11 by an exhaust pump (not shown). With this mechanism, the inside of the magnet chamber 2 is also
It is continuously evacuated and set at a pressure of about 0.01 to 1 Pa.

【0113】上記成膜室1およびマグネット室2は、上
述のように0.01〜1Pa程度の圧力に設定すればよ
いことから、排気ポンプとして、メカニカルブースター
ポンプが使用される。
Since the pressure in the film forming chamber 1 and the magnet chamber 2 may be set to about 0.01 to 1 Pa as described above, a mechanical booster pump is used as an exhaust pump.

【0114】例えば、上記成膜室1内の圧力は、成膜時
(ガス導入時)、0.05〜1Pa程度の圧力に設定さ
れ、ガス導入がなければ、10-5〜10-4Pa程度の圧
力に設定される。
For example, the pressure in the film forming chamber 1 is set at a pressure of about 0.05 to 1 Pa during film formation (at the time of gas introduction), and 10 -5 to 10 -4 Pa without gas introduction. Pressure is set to about

【0115】なお、上記マグネット室2は、大気圧が1
5 Pa程度であるので、ターゲット4の反り防止の為
には100Pa程度の圧力で支障はない。
The magnet chamber 2 has an atmospheric pressure of 1
Because it is about 0 5 Pa, there is no problem at a pressure of about 100Pa in order to prevent warping of the target 4.

【0116】上記構成のマグネトロンスパッタ装置にお
いて、上記マグネット室2と、駆動装置8と、磁場発生
機構7と、バッキングプレート6とは電気的に同電位で
あるように接続されている一方、成膜室1は接地されて
いるので、上記マグネット室2は電気的に短絡しないよ
うに絶縁材12・12を介して成膜室1に固定されてい
る。
In the magnetron sputtering apparatus having the above configuration, the magnet chamber 2, the driving device 8, the magnetic field generating mechanism 7, and the backing plate 6 are electrically connected to each other so as to have the same electric potential. Since the chamber 1 is grounded, the magnet chamber 2 is fixed to the film forming chamber 1 via insulating materials 12 so as not to be electrically short-circuited.

【0117】さらに、上述の排気ダクト11は、絶縁フ
ランジ13を介してマグネット室2に接続されている。
Further, the above-mentioned exhaust duct 11 is connected to the magnet chamber 2 via an insulating flange 13.

【0118】また、上記成膜室1の両側部には、該成膜
室1に隣接する図示しない他の機構と連結するためのバ
ルブ14・14が設けられている。ここで、他の機構と
は、例えば他の成膜室、ロードロック室、あるいは大気
中の機構等である。したがって、成膜室1と該成膜室1
にバルブ14により接続された他の機構との間では、該
バルブ14の開閉により、同じ雰囲気にしたり、異なる
雰囲気にしたりすることが可能となる。
Further, on both sides of the film forming chamber 1, valves 14 for connecting with other mechanisms (not shown) adjacent to the film forming chamber 1 are provided. Here, the other mechanism is, for example, another film forming chamber, a load lock chamber, or a mechanism in the atmosphere. Therefore, the film forming chamber 1 and the film forming chamber 1
Opening and closing the valve 14 makes it possible to set the same atmosphere or a different atmosphere between another mechanism and the other mechanism connected by the valve 14.

【0119】また、基板3の周縁部には、スパッタリン
グ時にスパッタ薄膜が付着するのを防止するためのマス
ク15が設けられている。
Further, a mask 15 for preventing the sputtered thin film from adhering at the time of sputtering is provided on the peripheral portion of the substrate 3.

【0120】さらに、ターゲット4の周縁部には、スパ
ッタリング時に該ターゲット4周囲の機構がプラズマに
さらされるのを防ぐためのグラウンドシールド16が設
けられている。
Further, a ground shield 16 is provided on the periphery of the target 4 to prevent a mechanism around the target 4 from being exposed to plasma during sputtering.

【0121】また、バッキングプレート6には、負電位
を印加するための電源17が接続されている。
A power supply 17 for applying a negative potential is connected to the backing plate 6.

【0122】したがって、上記磁場発生機構7、バッキ
ングプレート6および電源17により、ターゲット4表
面に高密度のプラズマを生成するプラズマ生成手段を構
成している。
Therefore, the magnetic field generating mechanism 7, the backing plate 6 and the power supply 17 constitute a plasma generating means for generating a high-density plasma on the surface of the target 4.

【0123】ここで、上記のマグネトロンスパッタ装置
に備えられている磁場発生機構7について詳細に説明す
る。
Here, the magnetic field generating mechanism 7 provided in the magnetron sputtering apparatus will be described in detail.

【0124】はじめに、磁場発生機構7の構成について
簡単に説明する。
First, the configuration of the magnetic field generating mechanism 7 will be briefly described.

【0125】上記磁場発生機構7は、図1に示すよう
に、上記ターゲット4に対して平行な略平板状の支持部
材7a上に複数の磁石ユニット30…が配設された複合
磁気回路構造となっている。上記支持部材7aは、駆動
装置8に固定されており、該駆動装置8によって矢印A
・B方向に移動するようになっている。上記磁石ユニッ
ト30は、本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として用いられている。
As shown in FIG. 1, the magnetic field generating mechanism 7 has a composite magnetic circuit structure in which a plurality of magnet units 30 are arranged on a substantially flat support member 7a parallel to the target 4. Has become. The support member 7a is fixed to a driving device 8, and the driving device 8 causes the arrow A
・ It moves in the B direction. The magnet unit 30 is used as a magnetron cathode electrode in the present magnetron sputtering device.

【0126】つまり、上記磁場発生機構7は、成膜時に
おいて、ターゲット4表面に、プラズマを収束させるプ
ラズマ収束手段としての機能を有していることになる。
In other words, the magnetic field generating mechanism 7 has a function as plasma converging means for converging plasma on the surface of the target 4 during film formation.

【0127】上記の各磁石ユニット30は、上記磁場発
生機構7の移動方向に直交する方向が長手方向となる矩
形状をなしており、それぞれが略等間隔で上記支持部材
7a上に配置されている。
Each of the magnet units 30 has a rectangular shape whose longitudinal direction is perpendicular to the moving direction of the magnetic field generating mechanism 7, and is disposed on the support member 7a at substantially equal intervals. I have.

【0128】次に、上記磁石ユニット30を利用したマ
グネトロン放電について図2(a)〜(d)を参照しな
がら以下に説明する。なお、図2(a)〜(d)は、説
明の便宜上、必要な部材のみを記載したものとなってい
る。
Next, a magnetron discharge utilizing the magnet unit 30 will be described below with reference to FIGS. 2 (a) to 2 (d) show only necessary members for convenience of explanation.

【0129】上記磁石ユニット30は、矩形状をなし、
図2(a)に示すように、中心磁石31と、該中心磁石
31の周囲に略口状に形成された周辺磁石32と、上記
中心磁石31と周辺磁石32とを固定するためのヨーク
33とで構成されている。上記中心磁石31と周辺磁石
32とは、上記ヨーク33に対して逆極性の磁極を対向
させて固定されている。ここでは、中心磁石31はN
極、周辺磁石32はS極がヨーク33に接した状態とな
っている。
The magnet unit 30 has a rectangular shape.
As shown in FIG. 2A, a center magnet 31, a peripheral magnet 32 formed in a substantially mouth shape around the center magnet 31, and a yoke 33 for fixing the center magnet 31 and the peripheral magnet 32. It is composed of The center magnet 31 and the peripheral magnet 32 are fixed with magnetic poles of opposite polarities facing the yoke 33. Here, the center magnet 31 is N
The pole and the peripheral magnet 32 are in a state where the S pole is in contact with the yoke 33.

【0130】上記磁石ユニット30では、中心磁石3
1、周辺磁石32、およびヨーク33とで磁気回路を構
成し、該磁石ユニット30の上方空間にポロイダル磁界
を発生させている。つまり、磁石ユニット30では、図
2(b)に示すように、磁力線34が周辺磁石32から
中心磁石31に向かうポロイダル磁界を発生させてい
る。
In the magnet unit 30, the center magnet 3
1. A magnetic circuit is configured by the peripheral magnet 32 and the yoke 33, and a poloidal magnetic field is generated in a space above the magnet unit 30. That is, in the magnet unit 30, as shown in FIG. 2B, the lines of magnetic force 34 generate a poloidal magnetic field from the peripheral magnet 32 to the center magnet 31.

【0131】なお、磁石ユニット30における磁力線3
4の形状や強さは、中心磁石31、周辺磁石32、ヨー
ク33の寸法や磁気特性で決定される。また、ヨーク3
3は、磁気飽和しないような寸法となっている。
The magnetic lines of force 3 in the magnet unit 30
The shape and strength of 4 are determined by the dimensions and magnetic characteristics of the center magnet 31, the peripheral magnet 32, and the yoke 33. In addition, yoke 3
3 has such a size as not to cause magnetic saturation.

【0132】上記構成のマグネトロンスパッタ装置で
は、図2(c)に示すように、磁石ユニット30のヨー
ク33とは反対側の磁極面側にバッキングプレート6に
ボンディングされたターゲット4が配置されている。こ
こで、バッキングプレート6が銅のような強磁性体でな
い材料で製作され、また、ターゲット4も強磁性体でな
い材料からなるものであれば、磁石ユニット30は発生
する磁力線34の形状を保ってターゲット4の表面に磁
界を発生させる。
In the magnetron sputtering apparatus having the above-described configuration, as shown in FIG. 2C, the target 4 bonded to the backing plate 6 is disposed on the magnetic pole surface of the magnet unit 30 opposite to the yoke 33. . Here, if the backing plate 6 is made of a non-ferromagnetic material such as copper and the target 4 is also made of a non-ferromagnetic material, the magnet unit 30 maintains the shape of the magnetic field lines 34 generated. A magnetic field is generated on the surface of the target 4.

【0133】また、磁石ユニット30は、図2(d)に
示すように、ターゲット4の表面において長手方向のみ
ならず短手方向にも磁力線34が形成される。そして、
このときの磁力線34による磁界分布は、その形状から
『トンネル状の磁界』あるいは『トンネル状のポロイダ
ル磁界』と称される。つまり、磁石ユニット30は、タ
ーゲット4の表面にトンネル状磁界を発生させることに
なる。
In the magnet unit 30, as shown in FIG. 2D, magnetic lines of force 34 are formed not only in the longitudinal direction but also in the lateral direction on the surface of the target 4. And
The magnetic field distribution by the magnetic field lines 34 at this time is called a “tunnel-like magnetic field” or a “tunnel-like poloidal magnetic field” because of its shape. That is, the magnet unit 30 generates a tunnel-shaped magnetic field on the surface of the target 4.

【0134】ここで、上記マグネトロンスパッタ装置に
おけるスパッタリングについて以下に説明する。なお、
ここではターゲット4が強磁性体でない場合について説
明する。
Here, the sputtering in the magnetron sputtering apparatus will be described below. In addition,
Here, a case where the target 4 is not a ferromagnetic material will be described.

【0135】まず、図2(d)に示すように、ターゲッ
ト4表面にトンネル状の磁界が形成された状態で、該タ
ーゲット4の表面側を真空排気し、Ar等の不活性ガス
を導入して10-2〜10-1Pa程度の圧力で保持する。
First, as shown in FIG. 2D, in a state where a tunnel-shaped magnetic field is formed on the surface of the target 4, the surface side of the target 4 is evacuated and an inert gas such as Ar is introduced. At a pressure of about 10 -2 to 10 -1 Pa.

【0136】次いで、図2(c)に示すように、ターゲ
ット4がボンディングされたバッキングプレート6に電
源17より負電圧を印加して上記ターゲット4表面に向
かう電界35を与えてグロー放電させる。
Next, as shown in FIG. 2C, a negative voltage is applied from the power supply 17 to the backing plate 6 to which the target 4 is bonded, and an electric field 35 is applied to the surface of the target 4 to cause glow discharge.

【0137】このとき、ターゲット4表面がプラズマ中
のイオンで衝撃され、このイオンの衝撃のγ作用により
放出される二次電子がトンネル状の磁界に補足される。
そして、ターゲット4表面上には、トンネル状の磁界に
沿った細長い環状(以下、レーストラック状と称する)
の高密度プラズマ36が形成される。
At this time, the surface of the target 4 is bombarded with ions in the plasma, and the secondary electrons emitted by the γ action of the bombardment of the ions are captured by the tunnel-like magnetic field.
Then, on the surface of the target 4, an elongated annular shape (hereinafter, referred to as a race track shape) along a tunnel-like magnetic field.
Is formed.

【0138】続いて、プラズマ中のイオンはターゲット
4表面近傍に生成されるイオンシースの電界により上記
ターゲット4に向けて加速されて該ターゲット4に衝突
し、ターゲット4を構成する物質を飛散させる。この
時、同時にγ作用により二次電子もターゲット表面から
放出される。ターゲット4表面から飛散した粒子が該タ
ーゲット4に対向する基板3に付着、堆積することで薄
膜が形成される。
Subsequently, the ions in the plasma are accelerated toward the target 4 by the electric field of the ion sheath generated near the surface of the target 4 and collide with the target 4 to disperse the substance constituting the target 4. At this time, secondary electrons are simultaneously emitted from the target surface by the γ action. Particles scattered from the surface of the target 4 adhere to and deposit on the substrate 3 facing the target 4 to form a thin film.

【0139】上記のレーストラック状の高密度プラズマ
36は、ターゲット4の表面に磁界が平行な位置、すな
わちターゲット4に垂直な磁界成分がゼロの位置で最も
密度が高くなる。そして、この位置でターゲット4のス
パッタリング作用による浸食が最も速く進行する。従っ
て、ターゲット4上には、図2(d)に示すように、高
密度プラズマ36に沿った形のレーストラック状の浸食
領域37が生成されることになる。
The high density plasma 36 in the form of a race track has the highest density at a position where the magnetic field is parallel to the surface of the target 4, that is, at a position where the magnetic field component perpendicular to the target 4 is zero. Then, at this position, the erosion due to the sputtering action of the target 4 proceeds fastest. Therefore, an erosion area 37 in the form of a race track along the high-density plasma 36 is generated on the target 4 as shown in FIG.

【0140】本発明のマグネトロンスパッタ装置に用い
られる磁石ユニット30では、レーストラック状の浸食
領域37の磁石ユニット30の短手方向の間隔が磁石ユ
ニット30短辺方向の寸法MWの1/2以上となるよう
に中心磁石31と周辺磁石32の寸法を決定している。
In the magnet unit 30 used in the magnetron sputtering apparatus according to the present invention, the distance between the erosion areas 37 in the form of the race track in the short direction of the magnet unit 30 is 1 / or more of the dimension MW in the short side direction of the magnet unit 30. The dimensions of the center magnet 31 and the peripheral magnet 32 are determined so as to be as follows.

【0141】従来の技術でも述べたように、単一の矩形
状の磁石ユニット30をターゲット4に対して静止した
状態でスパッタを継続すれば、ターゲット4が局部的に
消耗されることを反映して、形成される薄膜の厚さや膜
特性の基板3面内分布が発生する。そこで、基板3の上
に形成される薄膜の厚さを均一にしたり、ターゲット4
が均一に消耗して有効に利用することが必要となる。
As described in the related art, if the sputtering is continued while the single rectangular magnet unit 30 is stationary with respect to the target 4, the fact that the target 4 is locally consumed is reflected. As a result, distribution of the thickness and film characteristics of the formed thin film in the plane of the substrate 3 occurs. Therefore, the thickness of the thin film formed on the substrate 3 can be made uniform,
Must be uniformly consumed and used effectively.

【0142】上記磁場発生機構7は、図3(a)(b)
に示すように、ターゲット4表面上に複数のレーストラ
ック状の高密度プラズマ36を生成するようになってい
る。ここで、磁場発生機構7は、7個の磁石ユニット3
0からなっているので、ターゲット4表面上に7個の高
密度プラズマ36が形成される。
The magnetic field generating mechanism 7 is shown in FIGS.
As shown in FIG. 5, a plurality of racetrack-shaped high-density plasmas 36 are generated on the surface of the target 4. Here, the magnetic field generating mechanism 7 includes seven magnet units 3
Since it is made of zero, seven high-density plasmas 36 are formed on the surface of the target 4.

【0143】それぞれの磁石ユニット30は、前記のよ
うにレーストラック状の浸食領域37の間隔が該磁石ユ
ニット30の短手方向の寸法MWの1/2以上となるよ
うに中心磁石31と周辺磁石32の寸法を決定してある
ので、それぞれの磁石ユニット30の間にクリアランス
Cを保って磁石ユニット30を長辺が隣り合う形で並
べ、隣り合う磁石ユニット30のそれぞれが形成するレ
ーストラック状の高密度プラズマ36によって最もター
ゲット4の浸食が進行する部分、すなわち最もプラズマ
密度が高い部分の間隔を、浸食領域37の磁石ユニット
30の短手方向の間隔と等しくすることができる。以下
の説明において、上記浸食領域37の磁石ユニット30
の短手方向の間隔をピッチPとする。
Each of the magnet units 30 has a center magnet 31 and a peripheral magnet 31 so that the distance between the erosion areas 37 in the form of a race track is at least の of the lateral dimension MW of the magnet unit 30 as described above. Since the dimensions of 32 are determined, the magnet units 30 are arranged in such a manner that their long sides are adjacent to each other while maintaining a clearance C between the respective magnet units 30, and a race track shape formed by each of the adjacent magnet units 30 is formed. The interval where the erosion of the target 4 progresses most by the high-density plasma 36, that is, the interval between the portions where the plasma density is the highest, can be made equal to the interval in the short direction of the magnet unit 30 in the erosion region 37. In the following description, the magnet unit 30 in the erosion area 37 will be described.
Is defined as a pitch P.

【0144】図3(a)に示す状態で、磁場発生機構7
を静止させてマグネトロン放電を続ければ、ターゲット
4は、高密度プラズマ36により形成されるレーストラ
ック状の浸食領域37(図2(d))が等ピッチPで複
数個並んだ状態に浸食される。
In the state shown in FIG.
Is stopped and the magnetron discharge is continued, the target 4 is eroded in a state in which a plurality of erosion regions 37 (FIG. 2D) in the form of race tracks formed by the high-density plasma 36 are arranged at equal pitches P. .

【0145】しかしながら、上記構成のマグネトロンス
パッタ装置では、磁場発生機構7をターゲット4に平行
な面内で磁石ユニット30の短手方向に往復移動させる
駆動装置8が設けられている。そこで、この駆動装置8
により磁場発生機構7を等速で往復移動させ、さらにそ
の振幅SWを高密度プラズマ36のピッチPと等しいか
これより小さく設定する。これにより、ターゲット4表
面全体のレーストラック状の高密度プラズマ36にさら
される時間が平均化されるので、ターゲット4表面全体
の浸食進行を均一化することができる。
However, in the magnetron sputtering apparatus having the above-described structure, the driving device 8 for reciprocating the magnetic field generating mechanism 7 in the lateral direction of the magnet unit 30 in a plane parallel to the target 4 is provided. Therefore, this driving device 8
To reciprocate the magnetic field generating mechanism 7 at a constant speed, and set the amplitude SW thereof equal to or smaller than the pitch P of the high-density plasma 36. As a result, the time during which the entire surface of the target 4 is exposed to the racetrack-shaped high-density plasma 36 is averaged, so that the erosion progress of the entire surface of the target 4 can be made uniform.

【0146】この時、磁場発生機構7が往復する方向の
ターゲット4の寸法TW(短手方向寸法)は少なくとも
磁石ユニット30の数n(本実施の形態では、n=7)
の2倍にピッチPを乗じたものより大でなければならな
い。実際には、ターゲット4の浸食が進行する部分は有
限の幅を持つが、磁石ユニット30を静止させてマグネ
トロン放電を継続させても、磁石ユニット30自体の幅
よりも外側におよぶことはないように、磁石ユニット3
0の中心磁石31と周辺磁石32の寸法が定められる。
At this time, the dimension TW (dimension in the lateral direction) of the target 4 in the direction in which the magnetic field generating mechanism 7 reciprocates is at least the number n of the magnet units 30 (n = 7 in the present embodiment).
Must be greater than twice the pitch P. Actually, the portion where the erosion of the target 4 proceeds has a finite width, but even if the magnet unit 30 is stopped and the magnetron discharge is continued, it does not extend beyond the width of the magnet unit 30 itself. And the magnet unit 3
The dimensions of the zero center magnet 31 and the peripheral magnet 32 are determined.

【0147】本発明の磁石ユニット30では、ピッチP
が磁石ユニット30の短辺方向寸法MWの1/2以上と
なるように中心磁石31と周辺磁石32の寸法を決定し
てあるため、TW=P(2n+1)であるようにターゲ
ット4の寸法TWを定めれば、往復移動方向の端部で浸
食されない部分を大きくすることなくターゲット4を有
効に使用することができる。
In the magnet unit 30 of the present invention, the pitch P
Are determined so that they are equal to or more than の of the short-side dimension MW of the magnet unit 30. Therefore, the dimension TW of the target 4 is set such that TW = P (2n + 1). Is determined, the target 4 can be used effectively without enlarging a portion that is not eroded at the end in the reciprocating movement direction.

【0148】さらに、上記磁場発生機構7の構成の詳細
について、図4(a)(b)および図5(a)(b)を
参照しながら以下に説明する。
Further, details of the configuration of the magnetic field generating mechanism 7 will be described below with reference to FIGS. 4 (a) and 4 (b) and FIGS. 5 (a) and 5 (b).

【0149】図4(a)は磁場発生機構7の平面図、図
4(b)は同図(a)の磁場発生機構7の側面図であ
る。また、図5(a)は図4(a)の要部40の拡大
図、図5(b)は同図(a)の側面図である。
FIG. 4A is a plan view of the magnetic field generating mechanism 7, and FIG. 4B is a side view of the magnetic field generating mechanism 7 of FIG. 5A is an enlarged view of a main part 40 of FIG. 4A, and FIG. 5B is a side view of FIG.

【0150】磁場発生機構7は、図4(a)に示すよう
に、7個の磁石ユニット30を配置した構成となってい
る。これら各磁石ユニット30は、図4(b)に示すよ
うに、該磁石ユニット30の長手方向端部側の中心磁石
31および周辺磁石32の支持部材7aからの高さがそ
れ以外の中心磁石31および周辺磁石32よりも小さく
なるように形成されている。
The magnetic field generating mechanism 7 has a configuration in which seven magnet units 30 are arranged as shown in FIG. As shown in FIG. 4 (b), each of the magnet units 30 is such that the height of the center magnet 31 and the peripheral magnet 32 at the longitudinal end side of the magnet unit 30 from the supporting member 7a is other than the center magnet 31. And it is formed so as to be smaller than the peripheral magnet 32.

【0151】上記中心磁石31および周辺磁石32は、
複数のブロックに分割されている。例えば中心磁石31
は、磁石ユニット30の長手方向端部の1ブロックのみ
を中心磁石31bとし、他のブロックを中心磁石31a
と便宜上区別する。一方、周辺磁石32は、磁石ユニッ
ト30の長手方向端部において、長辺部分の1ブロック
を周辺磁石32b、短辺部分のブロックを周辺磁石32
cと便宜上区別する。
The center magnet 31 and the peripheral magnet 32 are
It is divided into multiple blocks. For example, the center magnet 31
In the figure, only one block at the longitudinal end of the magnet unit 30 is used as the center magnet 31b, and the other blocks are used as the center magnet 31a.
And for convenience. On the other hand, the peripheral magnet 32 is configured such that, at the longitudinal end of the magnet unit 30, one block on the long side is the peripheral magnet 32 b and the block on the short side is the peripheral magnet 32 b.
It is distinguished from c for convenience.

【0152】したがって、上記磁石ユニット30では、
長手方向端部側の中心磁石31aと周辺磁石32bと周
辺磁石32cとで構成される部分の厚みが、中心磁石3
1bと周辺磁石32aとで構成される部分の厚みよりも
薄くなるように形成されている。この詳細な構成につい
ては、後述する。
Therefore, in the magnet unit 30,
The thickness of the portion composed of the center magnet 31a, the peripheral magnet 32b, and the peripheral magnet 32c on the end side in the longitudinal direction is such that the central magnet 3
It is formed so as to be thinner than the thickness of the portion constituted by 1b and the peripheral magnet 32a. This detailed configuration will be described later.

【0153】さらに、上記中心磁石31および周辺磁石
32が取り付けられたヨーク33は、図5(b)に示す
ように、ベースヨーク41と、中心磁石31を取り付け
るための中心磁石用磁石アッシーヨーク42と、周辺磁
石32を取り付けるための周辺磁石用磁石アッシーヨー
ク43とで構成されている。
Further, as shown in FIG. 5B, the yoke 33 to which the center magnet 31 and the peripheral magnet 32 are attached has a base yoke 41 and a magnet assembly yoke 42 for the center magnet for attaching the center magnet 31 to. And a magnet assembly yoke 43 for the peripheral magnet for attaching the peripheral magnet 32.

【0154】上記中心磁石31が中心磁石用磁石アッシ
ーヨーク42に接着固定され中心磁石用磁石アッシー4
4を構成し、上記周辺磁石32が周辺磁石用磁石アッシ
ーヨーク43に接着固定され周辺磁石用磁石アッシー4
5を構成している。
The center magnet 31 is adhered and fixed to the center magnet magnet yoke 42 and the center magnet magnet assembly 4 is fixed.
The peripheral magnet 32 is bonded and fixed to a peripheral magnet magnet assembly yoke 43 so as to form a peripheral magnet magnet assembly 4.
5.

【0155】上記周辺磁石用磁石アッシー45には、ベ
ースヨーク41に対してボルト46で締結するための締
結用穴47が形成されている。つまり、周辺磁石用磁石
アッシー45は、ベースヨーク41に対してボルト46
で締結固定される。なお、中心磁石用磁石アッシー44
は、図示されていないが、ベースヨーク41の裏面側か
ら同じくボルトにより締結固定されている。
The peripheral magnet magnet assembly 45 has a fastening hole 47 for fastening to the base yoke 41 with a bolt 46. That is, the magnet assembly 45 for the peripheral magnet is
And fixed. In addition, the magnet assembly 44 for the center magnet is used.
Although not shown, they are similarly fastened and fixed from the back side of the base yoke 41 by bolts.

【0156】また、周辺磁石用磁石アッシー45の締結
用穴47は、上記ボルト46の直径よりも大きく、且つ
該ボルト46で該周辺磁石用磁石アッシー45をベース
ヨーク41に固定する際に固定位置を微調整できるよう
に長孔状に形成されている。つまり、複数の磁石ユニッ
ト30を組み合わせた時の、レーストラック状の高密度
プラズマ36の磁石ユニット30の長手方向に平行な部
分の矩形短手方向のピッチPがそれぞれ等しくなるよう
に微調整することができる。
The fastening hole 47 of the magnet assembly 45 for the peripheral magnet is larger than the diameter of the bolt 46, and the fixing position when the magnet assembly 45 for the peripheral magnet is fixed to the base yoke 41 by the bolt 46. Is formed in a long hole shape so that the fine adjustment can be made. That is, when a plurality of magnet units 30 are combined, fine adjustment is performed so that the pitches P of the race track-shaped high-density plasma 36 in the rectangular short direction parallel to the longitudinal direction of the magnet units 30 are equal to each other. Can be.

【0157】さらに、中心磁石31と周辺磁石32は導
電性の磁石材料であるか導電性の表面被覆(図示せず)
が施され、かつ、磁石ユニット30の構成部材である中
心磁石用磁石アッシー44および周辺磁石用磁石アッシ
ー45は、中心磁石31と周辺磁石32が中心磁石用磁
石アッシーヨーク42および周辺磁石用磁石アッシーヨ
ーク43に対して導電性接着材(図示せず)で固定され
る。これにより、中心磁石31と周辺磁石32の表面は
電気的に中心磁石用磁石アッシー44および周辺磁石用
磁石アッシー45と同じ電位とするとができるので、磁
石ユニット30までターゲット4がボンディングされた
バッキングプレート6と同電位とすることができる。
Further, the center magnet 31 and the peripheral magnet 32 are made of a conductive magnet material or a conductive surface coating (not shown).
The center magnet 31 and the surrounding magnet assembly 45 are provided with the center magnet 31 and the surrounding magnet 32. The center magnet 31 and the surrounding magnet 32 are the center magnet assembling yoke 42 and the surrounding magnet assembly. The yoke 43 is fixed with a conductive adhesive (not shown). Thus, the surfaces of the center magnet 31 and the peripheral magnet 32 can be electrically set to the same potential as the center magnet magnet assembly 44 and the peripheral magnet magnet assembly 45. Therefore, the backing plate on which the target 4 is bonded to the magnet unit 30 is provided. 6 and the same potential.

【0158】さらに、ベースヨーク41と、中心磁石用
磁石アッシー44および周辺磁石用磁石アッシー45
は、磁石ユニット30長手方向端部で、いずれか、また
は双方が他の部分よりも薄くなるように形成されてい
る。これにより、磁石ユニット30の長手方向端部での
磁界が中央部に対して弱くなるように調整することがで
きる。
Further, the base yoke 41, the magnet assembly 44 for the center magnet and the magnet assembly 45 for the peripheral magnet
Is formed such that one or both of the ends of the magnet unit 30 in the longitudinal direction are thinner than other portions. Thereby, it can be adjusted so that the magnetic field at the longitudinal end of the magnet unit 30 is weaker than the central part.

【0159】ここで、上記磁石ユニット30の長手方向
端部と中央部との磁界強度を異ならせるための構成につ
いて、図6(a)〜(d)を参照しながら以下に説明す
る。図6(b)〜(d)は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に用いられる磁石ユ
ニット30の各種の構成を該磁石ユニット30の長軸方
向断面図である。また、図6(a)は磁石ユニット30
の平面図である。
Here, a configuration for making the magnetic field strength different between the longitudinal end portion and the central portion of the magnet unit 30 will be described below with reference to FIGS. 6 (a) to 6 (d). FIGS. 6B to 6D are longitudinal sectional views of various configurations of the magnet unit 30 used for the magnetron cathode electrode of the magnetron sputtering apparatus of the present invention. FIG. 6A shows the magnet unit 30.
FIG.

【0160】磁石ユニット30は、前記のように中心磁
石用磁石アッシー44および周辺磁石用磁石アッシー4
5が磁石ユニット30の全体のベースとなるベースヨー
ク41に対して、ボルトで締結され、さらに、磁石ユニ
ット30の構成部材でベースヨーク41と中心磁石用磁
石アッシー44および周辺磁石用磁石アッシー45が該
磁石ユニット30長手方向端部30bで、いずれか、ま
たは双方が中央部30aよりも薄く形成されている。
As described above, the magnet unit 30 includes the magnet assembly 44 for the center magnet and the magnet assembly 4 for the peripheral magnet.
5 is fastened with a bolt to a base yoke 41 serving as the entire base of the magnet unit 30, and the base yoke 41, the magnet assembly 44 for the center magnet and the magnet assembly 45 for the peripheral magnet are formed of the constituent members of the magnet unit 30. At the longitudinal end 30b of the magnet unit 30, one or both of them are formed thinner than the central part 30a.

【0161】そして、磁石ユニット30により発生する
磁界のターゲット4の表面上での強度分布を調整するた
めには、磁石ユニット30表面とターゲット4表面との
距離を磁場発生機構7とバッキングプレート6との間隔
により調整するようになっている。
In order to adjust the intensity distribution of the magnetic field generated by the magnet unit 30 on the surface of the target 4, the distance between the surface of the magnet unit 30 and the surface of the target 4 is adjusted by the magnetic field generating mechanism 7, the backing plate 6, Is adjusted according to the interval.

【0162】図6(b)に示す磁石ユニット30は、中
心磁石用磁石アッシー44および周辺磁石用磁石アッシ
ー45の厚みは均一にし、ベースヨーク41の厚みを該
磁石ユニット30の長手方向端部30bにおいて中央部
30aよりも薄くなるように形成されている。これによ
り、磁石ユニット30表面とターゲット4表面との間
で、磁石ユニット30の長手方向端部30bにおける距
離を中央部30aにおける距離よりも長くなり、ターゲ
ット4の表面における磁界強度が該磁石ユニット30の
長手方向端部30bに対応する領域が中央部30aに対
応する領域よりも小さくなる。すなわち、この磁石ユニ
ット30は、該磁石ユニット30の長手方向端部30b
で磁界強度を弱める構成となっている。
In the magnet unit 30 shown in FIG. 6 (b), the thickness of the magnet assembly 44 for the center magnet and the magnet assembly 45 for the peripheral magnet are made uniform, and the thickness of the base yoke 41 is set to the longitudinal end 30b of the magnet unit 30. At the center portion 30a. As a result, the distance between the surface of the magnet unit 30 and the surface of the target 4 at the longitudinal end 30b of the magnet unit 30 is longer than the distance at the center 30a, and the magnetic field intensity at the surface of the target 4 is reduced. The area corresponding to the longitudinal end 30b is smaller than the area corresponding to the center 30a. That is, the magnet unit 30 is provided with a longitudinal end 30b of the magnet unit 30.
, To reduce the magnetic field strength.

【0163】また、図6(c)に示す磁石ユニット30
は、図6(a)に示す磁石ユニット30と同様に、中心
磁石用磁石アッシー44および周辺磁石用磁石アッシー
45の厚みが均一となっている。この磁石ユニット30
では、中央部30aの中央近傍を除く部分にベースヨー
ク41と周辺磁石用磁石アッシー45との間に補助ヨー
ク48が設けられている。なお、中心磁石用磁石アッシ
ー44とベースヨーク41との間にも、図示しないが同
じ厚みの補助ヨーク48が設けられている。これによ
り、磁石ユニット30の中央部分30aの中央近傍以外
の領域の表面がターゲット4に近づくようになり、結果
として、該ターゲット4の中央近傍の磁界強度がその両
側部分よりも弱くなる。
The magnet unit 30 shown in FIG.
As in the magnet unit 30 shown in FIG. 6A, the thickness of the center magnet magnet assembly 44 and the peripheral magnet magnet assembly 45 is uniform. This magnet unit 30
In this embodiment, an auxiliary yoke 48 is provided between the base yoke 41 and the magnet assembly 45 for the peripheral magnet except for the vicinity of the center of the central portion 30a. Although not shown, an auxiliary yoke 48 having the same thickness is provided between the center magnet magnet assembly 44 and the base yoke 41. As a result, the surface of the region other than the vicinity of the center of the center portion 30a of the magnet unit 30 comes closer to the target 4, and as a result, the magnetic field strength near the center of the target 4 becomes weaker than that on both sides.

【0164】さらに、図6(d)に示す磁石ユニット3
0は、図6(b)に示す磁石ユニット30の中央部分3
0aの中央近傍にのみ上記補助ヨーク48が設けられて
いる。これにより、磁石ユニット30の中央近傍表面の
みがターゲット4に近づくようになり、結果として、該
ターゲット4の中央近傍の磁界強度が他の領域に比べて
強くなる。
Furthermore, the magnet unit 3 shown in FIG.
0 is the central portion 3 of the magnet unit 30 shown in FIG.
The auxiliary yoke 48 is provided only near the center of Oa. As a result, only the surface near the center of the magnet unit 30 comes closer to the target 4, and as a result, the magnetic field intensity near the center of the target 4 becomes stronger than in other regions.

【0165】上記磁場発生機構7において、複合化する
磁石ユニット30はすべて同じ寸法、同じ極性の磁極構
成であっても良いが、通常全く同一の磁石ユニット30
を複数個並べた場合には、磁場発生機構7より発生させ
られるターゲット4の表面上での磁界強度は磁石ユニッ
ト30の並び方向端部で弱くなるため、例えば両端の磁
石ユニット30は中心磁石31と周辺磁石32の磁石ユ
ニット30の並び方向寸法を増加させて磁界の均一性を
得ることもできる。
In the magnetic field generating mechanism 7, the magnet units 30 to be combined may all have the same size and the same polarity magnetic pole structure.
When a plurality of the magnet units 30 are arranged, the magnetic field strength on the surface of the target 4 generated by the magnetic field generating mechanism 7 becomes weak at the end in the arrangement direction of the magnet units 30. In addition, the uniformity of the magnetic field can be obtained by increasing the size in the direction in which the magnet units 30 of the peripheral magnets 32 are arranged.

【0166】例えば図7に示すように、磁場発生機構7
において、磁石ユニット30を複合化する際に、短手方
向端部において、該磁場発生機構7の支持部材7aと磁
石ユニット30との間に補助板49を設ければ、該磁場
発生機構7によりターゲット4上に生成される磁界の、
磁石ユニット30の並び方向端部において磁界強度を強
めることができ、結果として、ターゲット4表面の磁界
強度の均一化を図ることになる。なお、上記補助板49
は、導電性材料であれば、軟磁性を有していなくても良
い。
For example, as shown in FIG.
In the case where the magnet unit 30 is combined, if an auxiliary plate 49 is provided between the support member 7a of the magnetic field generating mechanism 7 and the magnet unit 30 at the short end, the magnetic field generating mechanism 7 Of the magnetic field generated on the target 4
The magnetic field strength can be increased at the end of the magnet units 30 in the arrangement direction, and as a result, the magnetic field strength on the surface of the target 4 can be made uniform. The auxiliary plate 49
Need not have soft magnetism as long as it is a conductive material.

【0167】ここで、図4(a)(b)で示した磁場発
生機構7の実際の寸法について述べる。
Here, the actual dimensions of the magnetic field generating mechanism 7 shown in FIGS. 4A and 4B will be described.

【0168】磁場発生機構7に適用されるターゲット4
は、825mm×975mm×6mmの大きさであり、
バッキングプレート6の厚さは19mmである。磁石ユ
ニット30は7個(n=7)であるので、該磁場発生機
構7の磁石ユニット30の並び方向の幅TW=825m
mとなり、TW=(2×7+1)×Pより、ピッチP=
55mmであるように各磁石ユニット30を配設した。
Target 4 applied to magnetic field generating mechanism 7
Has a size of 825 mm x 975 mm x 6 mm,
The thickness of the backing plate 6 is 19 mm. Since there are seven magnet units 30 (n = 7), the width TW of the magnetic field generating mechanism 7 in the direction in which the magnet units 30 are arranged is TW = 825 m.
m, and TW = (2 × 7 + 1) × P, the pitch P =
Each magnet unit 30 was arranged so as to be 55 mm.

【0169】また、磁石ユニット30を構成する中心磁
石31と周辺磁石32は厚さ(磁化方向)が15mmの
ネオジウム系希土類永久磁石であり、残留磁束密度が
1.35T程度のものである。両端の磁石ユニット30
に属する中心磁石31と周辺磁石32は他の磁石ユニッ
ト30に属する中心磁石31と周辺磁石32よりも磁石
ユニット30の並び方向寸法を増加させるように設計さ
れている。
The center magnet 31 and the peripheral magnet 32 constituting the magnet unit 30 are neodymium rare earth permanent magnets having a thickness (magnetization direction) of 15 mm and a residual magnetic flux density of about 1.35 T. Magnet unit 30 at both ends
The center magnet 31 and the peripheral magnet 32 belonging to the other magnet unit 30 are designed to increase the dimension in the arrangement direction of the magnet units 30 as compared with the center magnet 31 and the peripheral magnet 32 belonging to another magnet unit 30.

【0170】これにより、7個の磁石ユニットが同一平
面にある状態で磁石ユニット30の並び方向磁界強度分
布を均一にすることができる。さらに、各磁石ユニット
30の長辺方向端部では中心磁石用磁石アッシー44、
周辺磁石用磁石アッシー45、ベースヨーク41ともに
薄く形成した。
Thus, the magnetic field strength distribution in the direction in which the magnet units 30 are arranged can be made uniform in a state where the seven magnet units are on the same plane. Further, the magnet assembly for central magnet 44 at the long side end of each magnet unit 30,
Both the magnet assembly 45 for the peripheral magnet and the base yoke 41 were formed thin.

【0171】以上のように、ターゲット4の浸食を略均
一にするには、上述したように該ターゲット4表面の高
密度プラズマ36のピッチPを磁場発生機構7において
同じにする必要がある。
As described above, in order to make the erosion of the target 4 substantially uniform, the pitch P of the high-density plasma 36 on the surface of the target 4 needs to be the same in the magnetic field generating mechanism 7 as described above.

【0172】上記磁場発生機構7において各磁石ユニッ
ト30同士のピッチPをそれぞれ同じにするには、上述
したように、磁石ユニット30の短手方向の幅MWとピ
ッチPとがP>MW/2の関係にあればよい。このこと
について、図8(a)〜(c)および図9(a)〜
(c)を参照しながら以下に説明する。図8(a)〜
(c)は、P>MW/2の場合についての説明図、図9
(a)〜(c)は、P<MW/2の場合についての説明
図である。
In order to make the pitch P between the magnet units 30 equal to each other in the magnetic field generating mechanism 7, as described above, the width MW and the pitch P of the magnet unit 30 in the short direction are P> MW / 2. It should be in the relationship. Regarding this, FIGS. 8A to 9C and FIGS.
This will be described below with reference to (c). FIG.
(C) is an explanatory diagram for the case of P> MW / 2, FIG.
(A)-(c) is explanatory drawing about the case of P <MW / 2.

【0173】図8(a)に示すように、磁石ユニット3
0の短手方向の長さMWの1/2よりも、該磁石ユニッ
ト30が、図8(b)に示されるターゲット4の配置に
おいて、磁力線34がターゲット4の表面と平行になる
位置同士の距離であるピッチPを大きく設定した場合、
図8(b)に示すように、ターゲット4表面に形成され
る高密度プラズマ36の最もプラズマの高い部分同士の
距離もピッチPとなる。
As shown in FIG. 8A, the magnet unit 3
The position of the magnet unit 30 between the positions where the lines of magnetic force 34 become parallel to the surface of the target 4 in the arrangement of the target 4 shown in FIG. When the pitch P, which is the distance, is set large,
As shown in FIG. 8B, the distance between the highest plasma portions of the high-density plasma 36 formed on the surface of the target 4 is also the pitch P.

【0174】したがって、P>MW/2に設定された磁
石ユニット30を、長手方向で配置した場合、図8
(c)に示すように、各磁石ユニット30間に隙間Cを
設けることができる。この場合、上記隙間Cを調節する
ことにより、隣接する磁石ユニット30同士の高密度プ
ラズマ36間の距離を磁石ユニット30のピッチPと同
じにすることができる。すなわち、磁石ユニット30を
該磁石ユニット30の短手方向に並べた場合の高密度プ
ラズマ36同士の間隔を全て同じにすることが可能とな
る。
Therefore, when the magnet unit 30 in which P> MW / 2 is set is arranged in the longitudinal direction, FIG.
As shown in (c), a gap C can be provided between each magnet unit 30. In this case, by adjusting the gap C, the distance between the high-density plasmas 36 of the adjacent magnet units 30 can be made equal to the pitch P of the magnet units 30. That is, when the magnet units 30 are arranged in the short direction of the magnet units 30, the intervals between the high-density plasmas 36 can all be the same.

【0175】これに対して、図9(a)に示すように、
磁石ユニット30’の短手方向の長さMWの1/2より
も、該磁石ユニット30’が、図9(b)に示されるタ
ーゲット4の配置において、磁力線34’がターゲット
4の表面と平行になる位置同士の距離P’を小さく設定
した場合、図9(b)に示すように、ターゲット4表面
に形成される高密度プラズマ36’の最もを高い部分同
士の距離もP’となる。ここで、MWを一定とすれば、
P>P’の関係となっている。なお、上記磁石ユニット
30’は、中心磁石31’、周辺磁石32’およびヨー
ク33’からなっている。
On the other hand, as shown in FIG.
9 (b), the magnetic force lines 34 ′ are parallel to the surface of the target 4 in the arrangement of the target 4 shown in FIG. When the distance P 'between the positions is set to be small, the distance between the highest portions of the high-density plasma 36' formed on the surface of the target 4 also becomes P ', as shown in FIG. 9B. Here, assuming that MW is constant,
P> P ′. The magnet unit 30 'includes a center magnet 31', a peripheral magnet 32 ', and a yoke 33'.

【0176】したがって、各磁石ユニット30’の高密
度プラズマ36’同士の距離を同じにしようとして、
P’<MW/2に設定された磁石ユニット30’を、長
手方向で配置しても、図9(c)に示すように、P’<
MW/2となっていることから、各磁石ユニット30’
を隙間無く配置しても磁石ユニット30’間の高密度プ
ラズマ36’の距離P”は、距離P’よりも大きく
(P’<P”)なり、磁石ユニット30’を該磁石ユニ
ット30’の短手方向に並べた場合の高密度プラズマ3
6’同士の間隔を同じにすることができない。
Therefore, in an attempt to make the distance between the high-density plasmas 36 ′ of each magnet unit 30 ′ the same,
Even if the magnet units 30 'set to P'<MW / 2 are arranged in the longitudinal direction, as shown in FIG. 9C, P '<
MW / 2, each magnet unit 30 '
Are arranged without gaps, the distance P ″ of the high-density plasma 36 ′ between the magnet units 30 ′ is larger than the distance P ′ (P ′ <P ″), and the magnet unit 30 ′ is separated from the magnet unit 30 ′. High-density plasma 3 when arranged in short direction
The intervals between 6 'cannot be the same.

【0177】以上のことから、ターゲット4の浸食を均
一にするには、磁石ユニット30の短手方向の幅MWと
ピッチPとがP>MW/2の関係にあればよいことが分
かる。
From the above, it can be seen that in order to make the erosion of the target 4 uniform, the width MW and the pitch P in the short direction of the magnet unit 30 need only be in a relationship of P> MW / 2.

【0178】したがって、図10に示すように、ターゲ
ット4の寸法のうち、複数個の磁石ユニット30を並べ
た方向の寸法TWと前記のレーストラック状の高密度プ
ラズマ36の磁石ユニット30の長手方向に平行な部分
の矩形短手方向のピッチPとが、P=TW/(2×n+
1)となる関係を満たすように設計することができる。
この状態で、磁場発生機構7が移動しないでスパッタリ
ングを行った場合、ターゲット4は、図11(a)に示
すように、ピッチPで並んだ部分が浸食されることにな
る。
Therefore, as shown in FIG. 10, of the dimensions of the target 4, the dimension TW in the direction in which the plurality of magnet units 30 are arranged and the longitudinal direction of the magnet unit 30 of the racetrack-shaped high-density plasma 36. Is equal to the pitch P in the short side direction of the rectangle parallel to P = TW / (2 × n +
It can be designed to satisfy the relationship 1).
In this state, when the sputtering is performed without moving the magnetic field generating mechanism 7, the target 4 is eroded at the portions arranged at the pitch P as shown in FIG.

【0179】また、上記磁場発生機構7は、磁石ユニッ
ト30の並び方向に等速で往復移動するように構成され
ている。このときの磁場発生機構7の振幅SWは、レー
ストラック状の高密度プラズマ36の長辺部並びピッチ
Pに対してSW≦Pなる関係とすることで、個々の高密
度プラズマ36により浸食されるターゲット4表面部分
が重なり合うことがないように設定されている。この場
合、ターゲット4は、図11(b)に示すように、局所
的にターゲット4の浸食が進行してしまうことがなく、
略均一に浸食されている。
The magnetic field generating mechanism 7 is configured to reciprocate at a constant speed in the direction in which the magnet units 30 are arranged. At this time, the amplitude SW of the magnetic field generation mechanism 7 is eroded by the individual high-density plasma 36 by setting SW ≦ P with respect to the pitch P of the long sides of the racetrack-shaped high-density plasma 36. The surface portions of the target 4 are set so as not to overlap. In this case, as shown in FIG. 11B, the erosion of the target 4 does not progress locally,
It is almost uniformly eroded.

【0180】以上のように、本願発明では、ターゲット
4の浸食進行状況を完全に均一にすることが目的ではな
く、あくまで基板3上に形成される薄膜の膜厚分布を所
定の範囲内とし、かつターゲット4の利用効率を極力大
きくすることが目的となっている。
As described above, the purpose of the present invention is not to make the progress of erosion of the target 4 completely uniform, but to keep the thickness distribution of the thin film formed on the substrate 3 within a predetermined range. The purpose is to maximize the use efficiency of the target 4 as much as possible.

【0181】例えば、ターゲット4が無限大の大きさで
あれば、完全に均一に浸食進行させれば基板3上にも均
一な厚さで薄膜が形成される。この場合、薄膜として基
板3上に堆積するターゲット材料とターゲット4表面か
ら取り去られたターゲット材料との比率はゼロとなる。
これは、ターゲット4が無限大の大きさであるので、上
記比率を示す分母が無限大となるためである。
For example, if the target 4 has an infinite size, a thin film having a uniform thickness can be formed on the substrate 3 if the target 4 is completely and uniformly eroded. In this case, the ratio between the target material deposited on the substrate 3 as a thin film and the target material removed from the surface of the target 4 becomes zero.
This is because the denominator indicating the above ratio becomes infinite because the target 4 has an infinite size.

【0182】また、ターゲット4と基板3との面積が同
じか小さければ、いくらターゲット4を均一に浸食進行
させても基板3上に形成される薄膜の厚みは均一になら
ない。
If the target 4 and the substrate 3 have the same or smaller areas, the thickness of the thin film formed on the substrate 3 will not be uniform even if the target 4 is eroded evenly.

【0183】そこで、ターゲット4として、基板3の有
効成膜面積よりもも若干大きなものを使用することが考
えられる。この場合、ターゲット4は、基板3に対して
辺の長さの比で1.2〜1.5倍の大きさ、好ましくは
1.3〜1.4倍のものを使用する。
Therefore, it is conceivable to use a target slightly larger than the effective film formation area of the substrate 3 as the target 4. In this case, the target 4 has a size of 1.2 to 1.5 times, preferably 1.3 to 1.4 times, the side length of the substrate 3.

【0184】この場合、ターゲット4の浸食進行をなる
べく均一にするとともに、基板3に形成される薄膜を均
一にするために該ターゲット4の周縁で浸食進行を中央
部よりも速くするように磁場発生機構7が調整される。
In this case, in order to make the erosion progress of the target 4 as uniform as possible, and to make the thin film formed on the substrate 3 uniform, the magnetic field is generated so that the erosion progresses faster at the periphery of the target 4 than at the center. The mechanism 7 is adjusted.

【0185】したがって、ターゲット4は、図11
(c)に示すように、該ターゲット4の両端部の浸食進
行がそれ以外の部分の浸食進行よりも進んでいるのが分
かる。
Therefore, the target 4 is
As shown in (c), the erosion progress of both ends of the target 4 is more advanced than the erosion progress of the other portions.

【0186】そして、磁場発生機構7を振幅SW≦Pに
より磁石ユニット30の並び方向に往復移動させれば、
ターゲット4は、図11(d)に示すように、周縁にお
いて若干浸食進行が進んでいるものの全体としてはほぼ
均一に浸食されていることが分かる。
If the magnetic field generating mechanism 7 is reciprocated in the direction in which the magnet units 30 are arranged according to the amplitude SW ≦ P,
As shown in FIG. 11D, it can be seen that the target 4 is eroded almost uniformly as a whole although the erosion progresses slightly at the periphery.

【0187】このように、ターゲット4の大きさは有限
であるので、薄膜として基板3上に堆積するターゲット
材料と、該ターゲット4表面から取り去られたターゲッ
ト材料との比率はゼロとはならず、通常、ターゲット4
表面から取り去れるターゲット材料の量の50%程度が
基板3上に堆積することになる。
As described above, since the size of the target 4 is finite, the ratio between the target material deposited as a thin film on the substrate 3 and the target material removed from the surface of the target 4 does not become zero. , Usually target 4
About 50% of the amount of target material removed from the surface will be deposited on the substrate 3.

【0188】さらに、ターゲット4の浸食される部分の
体積の新品ターゲット母材体積に占める割合は20〜3
0%、多くても60%程度なので、実際に基板3表面に
堆積されるターゲット材料は、新品のターゲット4その
ものの多くとも30%程度にしかならない。
The ratio of the volume of the eroded portion of the target 4 to the volume of the new target base material is 20 to 3%.
Since it is 0%, at most about 60%, the target material actually deposited on the surface of the substrate 3 is at most about 30% of the new target 4 itself.

【0189】このように、ターゲット4の浸食進行状況
に重みをつけることにより、基板3に形成される薄膜の
膜厚分布を調整することができ、且つターゲット4その
ものの使用効率を高めることができる。
As described above, by weighting the progress of erosion of the target 4, the thickness distribution of the thin film formed on the substrate 3 can be adjusted, and the use efficiency of the target 4 itself can be increased. .

【0190】具体的には、例えば磁石ユニット30が磁
場発生機構7に組み込まれる時に、ターゲット4表面の
磁石ユニット30の並び方向両端部で磁界が中央部に対
して強く、磁石ユニット30の並び直角方向端部で磁界
が中央部に対して弱くなるように、それぞれ中心磁石3
1・周辺磁石32・ヨーク33の寸法を調整する。これ
により、ターゲット4を均一に浸食させることが可能と
なり、基板3上の薄膜の膜厚分布を補正することができ
る。
More specifically, for example, when the magnet unit 30 is incorporated into the magnetic field generating mechanism 7, the magnetic field is stronger at both ends in the direction in which the magnet units 30 are arranged on the surface of the target 4 than at the center, and the magnet units 30 are arranged at right angles. The center magnets 3 are arranged so that the magnetic field is weaker at the ends in the direction than at the center.
1. Adjust the dimensions of the peripheral magnet 32 and the yoke 33. Thus, the target 4 can be uniformly eroded, and the thickness distribution of the thin film on the substrate 3 can be corrected.

【0191】例えば図12および図13に示す3次元グ
ラフは、ターゲット4表面が均一に浸食されていくと仮
定し、さらにスパッタ粒子の放出密度がターゲット4表
面の法線方向に対してなす角度の余弦に比例する場合
に、余弦則に基づいて基板3表面に形成される薄膜の膜
厚分布シミュレーションを行った結果を示している。
For example, the three-dimensional graphs shown in FIGS. 12 and 13 assume that the surface of the target 4 is eroded uniformly, and furthermore, the emission density of sputtered particles is the The figure shows the result of performing a film thickness distribution simulation of a thin film formed on the surface of the substrate 3 based on the cosine law when the cosine is proportional to the cosine.

【0192】上記3次元グラフでは、ターゲット4は基
板3に対して辺の長さで1.5倍の相似形とし、基板3
は、短辺550mm、長辺650mmの大きさとした場
合についての結果を示している。
In the three-dimensional graph, the target 4 has a similar shape to the substrate 3 with a side length of 1.5 times that of the substrate 3.
Shows the results when the short side is 550 mm and the long side is 650 mm.

【0193】ここで、図12および図13の3次元グラ
フ横軸上の数値は、それぞれ基板3の各辺の中心からの
距離を示している。つまり、基板3の短辺方向に対応す
る軸には−270mmから+270mmまで、長辺方向
に対応する軸には−320mmから+310mmでの数
値が記載されている。また、縦軸は、基板3表面に形成
される薄膜の相対的な膜厚分布を示している。この縦軸
上の数値は、( Tmax+Tmin)/2を中心膜厚(分布で
0)とする基板3面内一での膜厚のずれを示している。
また、上記縦軸の値Zを数式で示せば、以下のようにな
る。
Here, the numerical values on the horizontal axis of the three-dimensional graph in FIGS. 12 and 13 indicate the distance from the center of each side of the substrate 3. That is, the axis corresponding to the short side direction of the substrate 3 indicates a value from -270 mm to +270 mm, and the axis corresponding to the long side direction indicates the value from -320 mm to +310 mm. The vertical axis indicates the relative thickness distribution of the thin film formed on the surface of the substrate 3. The numerical value on the vertical axis indicates the deviation of the film thickness within one surface of the substrate 3 with the central film thickness (0 in distribution) being (Tmax + Tmin) / 2.
If the value Z on the vertical axis is expressed by a mathematical expression, it is as follows.

【0194】Z={Tlocal −( Tmax +Tmin)/2}
/{(Tmax +Tmin )/2}×100 ここで、Tmax は面内最大膜厚、Tmin は面内最小膜
厚、Tlocal を各位置での膜厚とする。
Z = {Tlocal− (Tmax + Tmin) / 2}
/ {(Tmax + Tmin) / 2} × 100 where Tmax is the maximum in-plane film thickness, Tmin is the minimum in-plane film thickness, and Tlocal is the film thickness at each position.

【0195】通常、膜厚分布は、±(Tmax −Tmin )
/(Tmax +Tmin )を百分率で表した数値で評価す
る。上記の数式において、Tlocal にTmax またはTmi
n を代入した値に相当する。
Usually, the film thickness distribution is ± (Tmax−Tmin)
/ (Tmax + Tmin) is evaluated by a numerical value expressed as a percentage. In the above equation, Tlocal is Tmax or Tmi.
It is equivalent to the value to which n is substituted.

【0196】基板3表面に形成される薄膜の膜厚分布の
程度は該基板3とターゲット4との間隔にも依存する
が、上述したように、基板3に対してターゲット4は無
限に大きくはないことを反映して、図12に示す3次元
グラフのように、基板3の周縁部、特に4角において膜
厚が薄くなる。
Although the degree of the film thickness distribution of the thin film formed on the surface of the substrate 3 also depends on the distance between the substrate 3 and the target 4, the target 4 is infinitely large with respect to the substrate 3 as described above. Reflecting the absence, the film thickness becomes thinner at the periphery of the substrate 3, particularly at the four corners, as shown in the three-dimensional graph shown in FIG.

【0197】これを補正するために、ターゲット4の周
縁部で浸食進行が速い(スパッタ粒子の放出密度が大き
い)余弦則に基づいた膜厚分布シミュレーションを行っ
た結果、図13に示す3次元グラフとなった。この3次
元グラフから基板3の周縁部での膜厚の落ち込みが補正
されていることが分かる。
To correct this, a simulation of the film thickness distribution based on the cosine law in which the erosion progresses rapidly at the peripheral portion of the target 4 (the emission density of sputtered particles is large) was performed, and the three-dimensional graph shown in FIG. 13 was obtained. It became. It can be seen from this three-dimensional graph that the drop in the film thickness at the peripheral portion of the substrate 3 has been corrected.

【0198】従って、磁石ユニット30を磁場発生機構
7に組み込む時に、ターゲット4表面の磁石ユニット3
0の並び方向両端部で磁界が中央部に対して強くなるよ
うにすることにより、ターゲット4の長辺に沿った部分
のプラズマ密度を高め、該磁場発生機構7が往復移動を
行う方向(ターゲット4の短辺方向)の膜厚分布を補正
することができる。
Therefore, when assembling the magnet unit 30 into the magnetic field generating mechanism 7, the magnet unit 3
By increasing the magnetic field at both ends in the direction in which the magnetic field is aligned with the central part, the plasma density in the portion along the long side of the target 4 is increased, and the direction in which the magnetic field generating mechanism 7 reciprocates (target 4 (short side direction) can be corrected.

【0199】さらに、磁石ユニット30の並び直角方向
端部で磁界を中央部に対して弱くすることにより、矩形
状の磁石ユニット30の長辺方向端部(ターゲット4の
短辺に沿った周辺部分)における高密度プラズマの密度
を小さくし、磁場発生機構7が往復移動した際にターゲ
ット4表面でのプラズマ滞在時間の差に基づく該ターゲ
ット4の浸食進行速度を調整し、膜厚分布を補正するこ
とができる。
Further, by weakening the magnetic field at the end perpendicular to the arrangement of the magnet units 30 with respect to the center, the end of the rectangular magnet unit 30 in the long side direction (the peripheral portion along the short side of the target 4) ), The erosion progress rate of the target 4 is adjusted based on the difference in plasma stay time on the surface of the target 4 when the magnetic field generation mechanism 7 reciprocates, and the film thickness distribution is corrected. be able to.

【0200】以上のように、本発明に開示した構成にす
ることにより、静止した矩形基板の表面に、該基板有効
成膜面積よりも大きい矩形ターゲットを用いて、厚さや
膜質の均一な薄膜を形成できるマグネトロンカソード電
極を備えたマグネトロンスパッタリング装置を、複雑な
機構を設けることなく高速成膜が可能な形で構成するこ
とができる。
As described above, by adopting the configuration disclosed in the present invention, a thin film having a uniform thickness and film quality can be formed on the surface of a stationary rectangular substrate by using a rectangular target larger than the effective film formation area of the substrate. A magnetron sputtering apparatus having a magnetron cathode electrode that can be formed can be configured in a form that enables high-speed film formation without providing a complicated mechanism.

【0201】具体的には、磁場発生手段が複数個の矩形
状磁石ユニットを組み合わせたものであるので、レース
トラック状の高密度プラズマを複数個得ることができ
る。これにより、プラズマ発生のために供給される電力
が複数個のプラズマに分散されるので単一の磁石ユニッ
トを用いる場合に比べて電力密度を抑制し易くなり、ア
ーク放電に至るような異常放電なく大電力供給が可能と
なって、装置の性能としての成膜速度を増加させること
ができる。
More specifically, since the magnetic field generating means is a combination of a plurality of rectangular magnet units, it is possible to obtain a plurality of racetrack-shaped high-density plasmas. As a result, the power supplied for plasma generation is dispersed into a plurality of plasmas, so that the power density can be easily suppressed as compared with the case where a single magnet unit is used, and there is no abnormal discharge such as arc discharge. It is possible to supply a large amount of power, and it is possible to increase the film forming speed as the performance of the apparatus.

【0202】単一の磁石ユニットに関して、それにより
ターゲット表面に形成されるレーストラック状高密度プ
ラズマの磁石ユニット長辺方向に平行な部分のピッチP
を、磁石ユニットの短辺方向の寸法MWに対して、P>
MW/2となるようにしたので、隣接する磁石ユニット
により形成されるレーストラック状高密度プラズマのピ
ッチを個々の磁石ユニットにより形成されるレーストラ
ック状高密度プラズマのピッチPと等しくなるように磁
石ユニット間の隙間Cを確保して配置することができ
る。
Regarding a single magnet unit, the pitch P of a portion parallel to the long side direction of the magnet unit of the race track-like high-density plasma formed on the target surface by the single magnet unit
With respect to the dimension MW in the short side direction of the magnet unit, P>
MW / 2, so that the pitch of the racetrack-like high-density plasma formed by adjacent magnet units is equal to the pitch P of the racetrack-like high-density plasma formed by each magnet unit. The gap C between the units can be secured and arranged.

【0203】一方、磁場発生手段はターゲット裏面に設
けられた真空室内に設置されるので、装置稼働状態にお
いてターゲットがボンディングされたバッキングプレー
トはターゲット側(成膜空間側)とその裏面側(複合磁
気回路側)の両面が真空排気状態となる。これにより、
ターゲットがボンディングされたバッキングプレートの
両面には実質的に機械構造上影響を与えるような圧力差
が無くなるので、バッキングプレートはターゲットとの
ボンディングや、装置へ取り付けるのに必要な機械的強
度を持つ様な厚さでよく、大気圧に耐えるだけの強度を
持たせる場合よりも薄くすることができる。
On the other hand, since the magnetic field generating means is installed in a vacuum chamber provided on the back side of the target, the backing plate to which the target is bonded in the operating state of the apparatus has the target side (film formation space side) and its back side (composite magnetic field). Both sides (circuit side) are evacuated. This allows
Since there is no pressure difference on both sides of the backing plate to which the target is bonded, which substantially affects the mechanical structure, the backing plate has the mechanical strength necessary for bonding to the target and attaching to the device. The thickness may be small, and the thickness can be reduced as compared with a case where the layer has strength enough to withstand the atmospheric pressure.

【0204】しかも、磁場発生手段表面とターゲット表
面間の距離を小さくすることができるので、同じ磁場発
生手段を用いたときには、ターゲット表面での磁界強度
を大きくすることができるため、より高密度のプラズマ
を発生させることができ、装置性能を向上させることが
できる。また、一定の磁界強度を得るのに必要な永久磁
石の体積を小さくすることができるので、コスト的に有
利となる。
Furthermore, since the distance between the surface of the magnetic field generating means and the target surface can be reduced, when the same magnetic field generating means is used, the magnetic field intensity on the target surface can be increased, and the higher density can be achieved. Plasma can be generated, and device performance can be improved. Further, the volume of the permanent magnet required for obtaining a constant magnetic field strength can be reduced, which is advantageous in cost.

【0205】さらに、磁場発生手段、磁場発生手段の往
復移動駆動系の主要部、真空室自体はターゲット及びバ
ッキングプレートと同電位としているので、磁場発生手
段が収められるターゲット裏面に設けられた真空室の排
気は油回転ポンプやあるいは油回転ポンプとメカニカル
ブースターポンプの組合のようないわゆる“粗引”程度
であっても、ターゲットがボンディングされたバッキン
グプレートに高電圧を印加してスパッタの為のマグネト
ロン放電を起こさせる際に、バッキングプレートと磁場
発生手段が収められるターゲット裏面に設けられた真空
室あるいはその内容物との間で放電することがない。
Furthermore, since the main part of the magnetic field generating means, the main part of the reciprocating drive system of the magnetic field generating means, and the vacuum chamber itself have the same potential as the target and the backing plate, the vacuum chamber provided on the back of the target in which the magnetic field generating means is housed. The exhaust of the magnetron for sputtering by applying a high voltage to the backing plate to which the target is bonded, even if the exhaust of the so-called "roughing" like an oil rotary pump or a combination of an oil rotary pump and a mechanical booster pump. When a discharge is caused, no discharge occurs between the backing plate and the vacuum chamber provided on the back surface of the target in which the magnetic field generating means is housed or its contents.

【0206】また、磁場発生手段が収められるターゲッ
ト裏面に設けられた真空室を排気するためのポンプも前
記のような粗引ポンプで済ますことができて、高真空排
気するための高価なポンプやそれを動作させるための各
種バルブを含む排気系を必要としないので装置としての
コストを低減できる。
Also, a pump for evacuating the vacuum chamber provided on the back surface of the target in which the magnetic field generating means is housed can be a roughing pump as described above. Since an exhaust system including various valves for operating the device is not required, the cost as an apparatus can be reduced.

【0207】さらに、磁石ユニットは複合磁気回路に組
み立てられる時に、ターゲット表面の磁石ユニット並び
方向両端部で磁界が中央部に対して強く、磁石ユニット
並び直角方向端部で磁界が中央部に対して弱くなるよう
に、それぞれ中心磁石・周辺磁石・ヨーク寸法が調整さ
れている。
Further, when the magnet units are assembled into a composite magnetic circuit, a magnetic field is strong at the both ends of the magnet surface on the target surface in the direction in which the magnet units are arranged. The center magnet, the peripheral magnet, and the yoke dimensions are adjusted so as to be weak.

【0208】これにより、磁場発生手段をバッキングプ
レートの裏面側で各磁気回路の短辺方向に往復移動させ
てレーストラック状高密度プラズマのターゲット表面上
での位置を変化させて均一にターゲット浸食を進行させ
て基板上にスパッタ薄膜を形成する場合に、成膜される
べき基板の大きさに対してターゲットが無限に大きくな
いような実際の装置構成において、ターゲットを完全に
均一に浸食させた場合に生じる基板上の膜厚分布を補正
することができる。
Thus, the magnetic field generating means is reciprocated on the back side of the backing plate in the short side direction of each magnetic circuit to change the position of the racetrack-shaped high-density plasma on the target surface, thereby uniformly eroding the target. When forming a sputtered thin film on a substrate by proceeding, when the target is completely and uniformly eroded in an actual device configuration in which the target is not infinitely large with respect to the size of the substrate to be formed Can be corrected.

【0209】さらに、磁石ユニットは、中心磁石と周辺
磁石が磁石アッシーヨークに接着固定されて磁石アッシ
ーを構成し、該磁石アッシーは磁石ユニットの全体のべ
ースとなるべースヨークに対して、ボルトで締結されて
いるので、磁石ユニットにより発生する磁界のターゲッ
ト表面上での強度分布調整を、磁石アッシーとベースヨ
ークとの間に補助ヨークを挿入した状態でのボルト締結
により、磁石表面とターゲット表面との間の距離を調整
することで実現することができる。
Further, the magnet unit constitutes a magnet assembly in which a center magnet and a peripheral magnet are adhered and fixed to a magnet assembly yoke, and the magnet assembly is bolted to a base yoke serving as a base for the entire magnet unit. The strength distribution of the magnetic field generated by the magnet unit on the target surface is adjusted by bolting with the auxiliary yoke inserted between the magnet assembly and the base yoke. It can be realized by adjusting the distance between.

【0210】また、磁石アッシーの磁石アッシーヨーク
に設けられた締結用の穴は、磁石アッシーの位置がべー
スヨーク上で磁場発生手段駆動方向に調整可能であるよ
うに長穴であるので、中心磁石や周辺磁石の加工精度を
極端に高く設定しなくても、複数の磁石ユニットを組み
合わせた時の、レーストラック状高密度プラズマの磁石
ユニット長辺方向に平行な部分の矩形短辺方向ピッチP
が等しくなるように徴調整することができる。即ち、磁
石のコストを低減することができるとともに、ヨークも
含めた磁気特性のバラツキや接着精度等の組立バラツキ
を吸収して所望の磁場発生手段を容易に製作することが
できる。
The fastening hole provided in the magnet assembly yoke of the magnet assembly is a long hole so that the position of the magnet assembly can be adjusted in the driving direction of the magnetic field generating means on the base yoke. The pitch P in the rectangular short side direction of the portion parallel to the long side direction of the magnet unit of the race track-shaped high density plasma when a plurality of magnet units are combined without setting the processing accuracy of the
Can be adjusted to be equal. That is, it is possible to reduce the cost of the magnet and to easily manufacture a desired magnetic field generating means by absorbing variations in magnetic characteristics including the yoke and variations in assembly such as adhesion accuracy.

【0211】さらに、磁石ユニットの構成部材である磁
石アッシーのべースヨークと磁石アッシーヨークは、タ
ーゲット面上でのレーストラック状高密度プラズマが磁
場発生手段駆動方向に平行に近くなる磁石ユニット長手
方向端部において、べースヨークと磁石アッシーヨーク
のいずれか、または双方が他の部分よりも薄く形成され
ているので、磁石ユニット並び直角方向端部即ち磁石ユ
ニット長手方向端部で磁界が中央部に対して特に弱くな
るように調整することができる。
Further, the base yoke and the magnet assembly yoke of the magnet assembly, which are constituent members of the magnet unit, are arranged at the longitudinal ends of the magnet unit where the racetrack-shaped high-density plasma on the target surface is almost parallel to the driving direction of the magnetic field generating means. In either part, either or both of the base yoke and the magnet assembly yoke are formed to be thinner than the other parts, so that the magnetic field at the end perpendicular to the magnet unit, i.e., at the end in the longitudinal direction of the magnet unit, is higher than the center. It can be adjusted to be particularly weak.

【0212】また、べースヨークと磁石アッシーヨーク
は導電性の軟磁性材料であり、中心磁石と周辺磁石は導
電性の磁石材料であるか導電性の表面被覆を施し、か
つ、磁石ユニットの構成部材である磁石アッシーは、中
心磁石と周辺磁石が磁石アッシーヨークに対して導電性
接着材で固定されるので、磁場発生手段の支持を導電性
物質で行い、必要な電気的接続を行うことにより複合磁
気回路を構成する磁石まで同電位にすることができる。
The base yoke and the magnet assembly yoke are made of a conductive soft magnetic material. The center magnet and the peripheral magnet are made of a conductive magnet material or have a conductive surface coating. In the magnet assembly, the center magnet and the peripheral magnet are fixed to the magnet assembly yoke with a conductive adhesive, so that the magnetic field generating means is supported by a conductive substance, and the necessary electrical connection is made. The same potential can be achieved even for the magnets constituting the magnetic circuit.

【0213】また、上述の中心磁石、周辺磁石を構成す
る永久磁石材料には、現存する最もエネルギー積の大き
い磁石として、希土類系磁石(ネオジ−鉄系、サマリウ
ム−コバルト系等)を用いる。但し、希土類系磁石は脆
弱であり、耐食性に劣る欠点を有する。そこで、表面に
導電性被覆を施すようにすれば、上記の短所を補い、磁
石ユニット組立や複合磁気回路の組立に際して磁石の破
損および腐食を防止することができる。
As the permanent magnet material constituting the above-mentioned center magnet and peripheral magnet, a rare earth magnet (neodymium-iron, samarium-cobalt, etc.) is used as the magnet having the largest energy product. However, rare earth magnets are fragile and have poor corrosion resistance. Therefore, if the surface is coated with a conductive coating, the above-mentioned disadvantages can be compensated, and damage and corrosion of the magnet can be prevented when assembling the magnet unit or the composite magnetic circuit.

【0214】[0214]

【発明の効果】請求項1の発明のマグネトロンスパッタ
装置は、以上のように、真空室内で薄膜が形成される矩
形状の基板に対向配置され、該基板の有効成膜面積より
も大きい矩形状のターゲットと、上記ターゲットに対し
てマグネトロン放電を行なうことにより、該ターゲット
の表面に、複数の閉じたレーストラック状高密度プラズ
マを生成するプラズマ生成手段と、上記プラズマ生成手
段を、上記ターゲットに対して、該ターゲットの長辺あ
るいは短辺の何れかに平行に往復移動させる駆動手段と
を備え、上記プラズマ生成手段は、上記ターゲットの表
面に、該プラズマ生成手段の移動方向に沿って、それぞ
れのレーストラック状高密度プラズマの長軸方向直線領
域での間隔と、隣り合うレーストラック状高密度プラズ
マの長軸方向直線領域での間隔とが略等しくなるように
レーストラック状高密度プラズマを生成し、上記駆動手
段は、生成された各レーストラック状高密度プラズマの
間隔以下の大きさの振幅で上記プラズマ生成手段を等速
で往復移動させる構成である。
As described above, the magnetron sputtering apparatus according to the first aspect of the present invention is disposed to face a rectangular substrate on which a thin film is formed in a vacuum chamber, and has a rectangular shape larger than the effective film forming area of the substrate. A target, and magnetron discharge to the target to generate a plurality of closed racetrack-shaped high-density plasmas on the surface of the target; and Drive means for reciprocating in parallel to either the long side or the short side of the target, wherein the plasma generation means includes a Longitudinal distance between the racetrack-shaped high-density plasma in the long-axis linear region and the adjacent long-track straight-track high-density plasma in the long-axis direction The driving means generates the racetrack-shaped high-density plasma such that the interval in the region becomes substantially equal to the area, and the driving means causes the plasma generating means to have an amplitude not larger than the interval between the generated racetrack-shaped high-density plasmas. This is a configuration of reciprocating at a constant speed.

【0215】それゆえ、プラズマ生成手段が、上記ター
ゲットの表面に、該プラズマ生成手段の移動方向に沿っ
て、それぞれのレーストラック状高密度プラズマの長軸
方向直線領域での間隔と、隣り合うレーストラック状高
密度プラズマの長軸方向直線領域での間隔とが略等しく
なるようにレーストラック状高密度プラズマを生成する
ようになっている。
Therefore, the plasma generating means is provided on the surface of the target along the moving direction of the plasma generating means in the longitudinal direction linear region of each race track-shaped high-density plasma and the adjacent races. The track-shaped high-density plasma is generated such that the intervals in the long-axis direction linear region of the track-shaped high-density plasma are substantially equal.

【0216】これにより、プラズマ発生のために供給さ
れる電力が複数個のプラズマに分散されるので、電力密
度を抑制することができ、アーク放電に至るような異常
放電なく大電力供給が可能となって装置の性能としての
成膜速度を増加させることができる。
As a result, the power supplied for plasma generation is dispersed to a plurality of plasmas, so that the power density can be suppressed and large power can be supplied without abnormal discharge such as arc discharge. As a result, it is possible to increase the film forming speed as the performance of the apparatus.

【0217】さらに、駆動手段が、生成された各レース
トラック状高密度プラズマの間隔以下の大きさの振幅で
上記プラズマ生成手段を等速で往復移動させるようにな
っているので、個々のレーストラック状高密度プラズマ
により浸食されるターゲット表面部分が重なり合うこと
がなくなり、局所的にターゲットの浸食が進行してしま
うことをなくすことができる。
Further, since the driving means reciprocates the plasma generating means at a constant speed with an amplitude not larger than the interval between the generated high-density plasmas of the racetracks, the individual racetracks are individually driven. The target surface portions eroded by the high-density plasma do not overlap, and the erosion of the target locally can be prevented from progressing.

【0218】したがって、上記構成のマグネトロンスパ
ッタ装置によれば、コスト的に有利な部品で構成された
単純な機構を有し、投入される電力を有効にターゲット
のスパッタに費やすことができて、なおかつターゲット
の利用効率を高く保ち、基板上に形成される薄膜の厚さ
分布を所定の範囲内に収めることができるという効果を
奏する。
Therefore, according to the magnetron sputtering apparatus having the above-described structure, the magnetron sputtering apparatus has a simple mechanism composed of cost-effective components, and can effectively use the supplied electric power for sputtering the target. This has the effect of keeping the utilization efficiency of the target high and keeping the thickness distribution of the thin film formed on the substrate within a predetermined range.

【0219】請求項2の発明のマグネトロンスパッタ装
置は、以上のように、請求項1の構成に加えて、上記レ
ーストラック状高密度プラズマの間隔は、該レーストラ
ック状高密度プラズマの最も密度の高い部分同士の距離
である構成である。
According to the magnetron sputtering apparatus of the second aspect of the present invention, as described above, in addition to the configuration of the first aspect, the interval between the racetrack-shaped high-density plasmas is the highest density of the racetrack-shaped high-density plasmas. The configuration is a distance between high portions.

【0220】それゆえ、請求項1の構成による効果に加
えて、レーストラック状高密度プラズマの間隔は、該レ
ーストラック状高密度プラズマの最も密度の高い部分同
士の距離であることで、上記複合磁気回路を上記各磁気
ユニット並び方向に等速で往復移動させるときの振幅
が、上記のレーストラック状高密度プラズマの最も密度
の高い部分同士の距離よりも小さく設定することがで
き、この結果、個々のレーストラック状高密度プラズマ
により浸食されるターゲット表面部分が重なり合うこと
がなくなり、局所的にターゲットの浸食の進行を抑制す
ることができるという効果を奏する。
Therefore, in addition to the effect of the configuration of claim 1, the interval between the racetrack-shaped high-density plasmas is the distance between the highest-density portions of the racetrack-shaped high-density plasma, so The amplitude when the magnetic circuit is reciprocated at a constant speed in the direction in which the magnetic units are arranged can be set smaller than the distance between the highest-density portions of the racetrack-shaped high-density plasma. As a result, The target surface portions eroded by the individual racetrack-shaped high-density plasmas do not overlap, and the erosion of the target can be locally suppressed.

【0221】請求項3の発明のマグネトロンスパッタ装
置は、以上のように、第1真空室内で薄膜が形成される
矩形状の基板に対向配置され、該基板の有効成膜面積よ
りも大きい矩形状のターゲットと、上記ターゲットを支
持するバッキングプレートの裏面側に配設され、該ター
ゲットの上記基板の対向面上に磁界を発生させる磁界発
生手段と、上記磁界発生手段を、上記ターゲットに対し
て、該ターゲットの長辺あるいは短辺の何れかに平行に
往復移動させる駆動手段とを備え、上記磁界発生手段
は、ターゲット表面に磁界を発生させる矩形状の磁石ユ
ニットを、それぞれの長辺が互いに隣接するように、且
つ同一極性を示すように複数個配置した複合磁気回路か
らなり、上記駆動手段は、上記ターゲット表面に発生さ
れる磁界の該ターゲット表面に垂直な成分がゼロとなる
点を結ぶラインのうち上記磁石ユニットの長辺に平行な
ラインのピッチPに対して、上記複合磁気回路を上記各
磁気ユニット並び方向に等速で往復移動させるときの振
幅SWが、SW≦Pの関係が成り立つように該複合磁気
回路を往復移動させる構成である。
As described above, the magnetron sputtering apparatus according to the third aspect of the present invention is disposed opposite to the rectangular substrate on which the thin film is formed in the first vacuum chamber, and has a rectangular shape larger than the effective film forming area of the substrate. A target, disposed on the back side of the backing plate supporting the target, a magnetic field generating means for generating a magnetic field on the surface of the target facing the substrate, and the magnetic field generating means, with respect to the target, Driving means for reciprocating in parallel to either the long side or the short side of the target, wherein the magnetic field generating means includes a rectangular magnet unit for generating a magnetic field on the target surface, the long sides of which are adjacent to each other. And a plurality of composite magnetic circuits arranged so as to exhibit the same polarity. The composite magnetic circuit is reciprocated at a constant speed in the direction in which the magnetic units are arranged with respect to a pitch P of a line connecting the points at which the component perpendicular to the surface becomes zero and parallel to the long side of the magnet unit. The composite magnetic circuit is configured to reciprocate so that the amplitude SW at the time of performing the operation satisfies the relationship of SW ≦ P.

【0222】それゆえ、磁界発生手段が、ターゲット表
面に磁界を発生させる矩形状の磁石ユニットを、それぞ
れの長辺が互いに隣接するように、且つ同一極性を示す
ように複数個配置した複合磁気回路からなることで、こ
れらの複合磁気回路を発生源とするターゲットの表面上
に、生成された磁界により収束された、閉じたレースト
ラック状高密度プラズマを複数個得ることができる。
Therefore, the composite magnetic circuit in which the magnetic field generating means arranges a plurality of rectangular magnet units for generating a magnetic field on the target surface such that the long sides thereof are adjacent to each other and have the same polarity. Thus, a plurality of closed racetrack-shaped high-density plasmas converged by the generated magnetic field can be obtained on the surface of the target having the composite magnetic circuit as a source.

【0223】これにより、プラズマ発生のために供給さ
れる電力が複数個のプラズマに分散されるので、電力密
度を抑制することができ、アーク放電に至るような異常
放電なく大電力供給が可能となって装置の性能としての
成膜速度を増加させることができる。
As a result, the power supplied for plasma generation is dispersed to a plurality of plasmas, so that the power density can be suppressed, and large power can be supplied without abnormal discharge such as arc discharge. As a result, it is possible to increase the film forming speed as the performance of the apparatus.

【0224】さらに、駆動手段が、上記複合磁気回路に
よりターゲット表面に発生される磁界の該ターゲット表
面に垂直な成分がゼロとなる点を結ぶラインのうち上記
磁石ユニットの長辺に平行なラインのピッチPに対し
て、上記複合磁気回路を上記各磁気ユニット並び方向に
等速で往復移動させるときの振幅SWが、SW≦Pの関
係が成り立つように設定されていることで、個々のレー
ストラック状高密度プラズマにより浸食されるターゲッ
ト表面部分が重なり合うことがなくなり、局所的にター
ゲットの浸食の進行を抑制することができるという効果
を奏する。
[0224] Further, the driving means may determine a line parallel to the long side of the magnet unit among the lines connecting the points at which the component perpendicular to the target surface of the magnetic field generated on the target surface by the composite magnetic circuit becomes zero. With respect to the pitch P, the amplitude SW when the composite magnetic circuit is reciprocated at a constant speed in the direction in which the respective magnetic units are arranged is set so that the relationship of SW ≦ P is satisfied, so that the individual racetracks are set. The target surface portions eroded by the high-density plasma do not overlap, and the effect of locally suppressing the erosion of the target is achieved.

【0225】請求項4の発明のマグネトロンスパッタ装
置は、以上のように、請求項3の構成に加えて、上記磁
石ユニットは、ユニット中心に配置された中心磁石と、
この中心磁石の周囲を囲むように、且つ中心磁石とは逆
極性の磁極が対向するように配置された周辺磁石とで構
成され、これら中心磁石と周辺磁石とにより上記ターゲ
ット表面に発生させた磁界の上記ターゲット表面に垂直
な成分がゼロとなる点を結ぶラインのうち上記磁石ユニ
ットの長辺に平行な部分のピッチPが、該磁石ユニット
の短辺方向の寸法MWに対して、P>MW/2となるよ
うに形成されている構成である。
According to a fourth aspect of the present invention, as described above, in addition to the configuration of the third aspect, the magnet unit includes a center magnet disposed at the center of the unit,
A peripheral magnet is provided so as to surround the center magnet and to have a magnetic pole of opposite polarity to the central magnet, and a magnetic field generated on the target surface by the central magnet and the peripheral magnet. The pitch P of a portion parallel to the long side of the magnet unit in the line connecting the points at which the component perpendicular to the target surface becomes zero is P> MW with respect to the dimension MW in the short side direction of the magnet unit. / 2.

【0226】それゆえ、請求項3の構成による効果に加
えて、磁石ユニットは、ユニット中心に配置された中心
磁石と、この中心磁石の周囲を囲むように、且つ中心磁
石とは逆極性の磁極が対向するように配置された周辺磁
石とで構成され、これら中心磁石と周辺磁石とにより上
記ターゲット表面に発生させた磁界の上記ターゲット表
面に垂直な成分がゼロとなる点を結ぶラインのうち上記
磁石ユニットの長辺に平行な部分のピッチPが、該磁石
ユニットの短辺方向の寸法MWに対して、P>MW/2
となるように形成されていることで、単一の磁石ユニッ
トにより形成されるレーストラック状高密度プラズマの
ピッチもMW/2よりも大きくなる。
Therefore, in addition to the effect of the configuration of claim 3, the magnet unit includes a center magnet disposed at the center of the unit and a magnetic pole surrounding the center magnet and having a polarity opposite to that of the center magnet. Are constituted by peripheral magnets arranged so as to face each other, and among the lines connecting points at which the component perpendicular to the target surface of the magnetic field generated on the target surface by the central magnet and the peripheral magnet becomes zero, The pitch P of the portion parallel to the long side of the magnet unit is P> MW / 2 with respect to the dimension MW of the magnet unit in the short side direction.
With such a configuration, the pitch of the racetrack-like high-density plasma formed by a single magnet unit is also larger than MW / 2.

【0227】したがって、隣接する磁石ユニットにおい
て生成されるレーストラック状高密度プラズマとの距離
を、個々の磁石ユニットにおいて生成される高密度プラ
ズマのピッチ間隔と等しくなるよう、磁石ユニット間の
隙間を調整して配置することができるという効果を奏す
る。
Therefore, the gap between the magnet units is adjusted so that the distance between the race track-like high-density plasma generated in the adjacent magnet units is equal to the pitch interval of the high-density plasma generated in each magnet unit. The effect that it can be arrange | positioned by this is produced.

【0228】請求項5の発明のマグネトロンスパッタ装
置は、以上のように、請求項3または4の構成に加え
て、上記複合磁気回路は、n個(n>1)の磁石ユニッ
トからなり、各磁石ユニットの間隔が、それぞれの磁石
ユニットより生成される磁界のピッチPと等しくなるよ
うに設定されると共に、上記ターゲットの磁石ユニット
並び方向の寸法をTWとしたときに、P=TW/(2×
n+1)となるように設定されている構成である。
According to the magnetron sputtering apparatus of the fifth aspect of the present invention, as described above, in addition to the configuration of the third or fourth aspect, the composite magnetic circuit comprises n (n> 1) magnet units. The interval between the magnet units is set to be equal to the pitch P of the magnetic field generated by each magnet unit, and when the size of the target in the magnet unit arrangement direction is TW, P = TW / (2 ×
n + 1).

【0229】それゆえ、請求項3または4の構成による
効果に加えて、複合磁気回路は、n個(n>1)の磁石
ユニットからなり、各磁石ユニットの間隔が、それぞれ
の磁石ユニットより生成される磁界のピッチPと等しく
なるように設定されると共に、上記ターゲットの磁石ユ
ニット並び方向の寸法をTWとしたときに、P=TW/
(2×n+1)となるように設定されていることで、タ
ーゲットをピッチPで並んだ浸食領域を磁界発生手段の
移動幅SWで走査して均一にさせることができるという
効果を奏する。
Therefore, in addition to the effect of the third or fourth aspect, the composite magnetic circuit is composed of n (n> 1) magnet units, and the interval between each magnet unit is generated from each magnet unit. Is set to be equal to the magnetic field pitch P, and when the size of the target in the magnet unit arrangement direction is TW, P = TW /
By setting (2 × n + 1), the erosion area where the targets are arranged at the pitch P can be scanned with the moving width SW of the magnetic field generating means to be uniform.

【0230】請求項6の発明のマグネトロンスパッタ装
置は、以上のように、請求項3ないし5の何れかの構成
に加えて、上記磁界発生手段は、上記ターゲットの基板
対向面とは反対面側に設けられた第2真空室内に配置さ
れている構成である。
According to the magnetron sputtering apparatus of the invention of claim 6, as described above, in addition to any one of the constitutions of claims 3 to 5, the magnetic field generating means is provided on the opposite side of the target to the substrate facing surface. Is arranged in a second vacuum chamber provided in the first vacuum chamber.

【0231】それゆえ、請求項3ないし5の何れかの構
成による効果に加えて、磁界発生手段は、上記ターゲッ
トの基板対向面とは反対面側に設けられた第2真空室内
に配置されていることで、装置稼働状態においてターゲ
ットがボンディングされたバッキングプレートはターゲ
ット側の第1真空室(成膜空間側)とその裏面側の第2
真空室(複合磁気回路側)の両面が真空排気状態とな
る。
Therefore, in addition to the effect of any one of the third to fifth aspects, the magnetic field generating means is disposed in the second vacuum chamber provided on the surface of the target opposite to the substrate facing surface. In this way, the backing plate to which the target is bonded in the operating state of the apparatus is connected to the first vacuum chamber (film deposition space side) on the target side and the second vacuum chamber on the back side thereof.
Both surfaces of the vacuum chamber (composite magnetic circuit side) are evacuated.

【0232】これにより、ターゲットがボンディングさ
れたバッキングプレートの両面には実質的に機械構造上
影響を与えるような圧力差が無くなるので、バッキング
プレートはターゲットとのボンディングや、装置へ取り
付けるのに必要な機械的強度を持つ厚さでよく、大気圧
に耐えるだけの強度を持たせる場合よりも薄くすること
ができるという効果を奏する。
As a result, there is no pressure difference on both sides of the backing plate to which the target is bonded, which substantially affects the mechanical structure. Therefore, the backing plate is necessary for bonding to the target and for attaching to the apparatus. The thickness may have a mechanical strength, which is advantageous in that the thickness can be reduced as compared with a case where the strength is sufficient to withstand the atmospheric pressure.

【0233】請求項7の発明のマグネトロンスパッタ装
置は、以上のように、請求項6の構成に加えて、上記第
2真空室内に配置された磁界発生手段および該磁界発生
手段を駆動させる駆動手段と、該第2真空室自体とは、
上記ターゲットおよび該ターゲットを支持するバッキン
グプレートと同電位に設定されている構成である。
According to a seventh aspect of the present invention, as described above, in addition to the structure of the sixth aspect, the magnetic field generating means disposed in the second vacuum chamber and the driving means for driving the magnetic field generating means are provided. And the second vacuum chamber itself,
This is a configuration in which the same potential as the above-mentioned target and the backing plate supporting the target are set.

【0234】それゆえ、請求項6の構成による効果に加
えて、第2真空室内に配置された磁界発生手段および該
磁界発生手段を駆動させる駆動手段と、該第2真空室自
体とは、上記ターゲットおよび該ターゲットを支持する
バッキングプレートと同電位に設定されていることで、
磁界発生手段が収められるターゲット裏面に設けられた
第2真空室の排気は油回転ポンプやあるいは油回転ポン
プとメカニカルブースターポンプの組合のようないわゆ
る“粗引”程度であっても、ターゲットがボンディング
されたバッキングプレートに高電圧を印加してスパッタ
の為のマグネトロン放電を起こさせる際に、バッキング
プレートと磁界発生手段が収められるターゲット裏面に
設けられた第2真空室あるいはその内容物との間で放電
することがない。
Therefore, in addition to the effect of the configuration of claim 6, in addition to the magnetic field generating means disposed in the second vacuum chamber, the driving means for driving the magnetic field generating means, and the second vacuum chamber itself, By being set to the same potential as the target and the backing plate supporting the target,
Even if the exhaust of the second vacuum chamber provided on the back surface of the target in which the magnetic field generating means is housed is about the so-called "roughing" like an oil rotary pump or a combination of an oil rotary pump and a mechanical booster pump, the target is bonded. When a magnetron discharge for sputtering is generated by applying a high voltage to the backing plate thus formed, the backing plate and the second vacuum chamber provided on the back surface of the target in which the magnetic field generating means are accommodated, or the contents thereof. Does not discharge.

【0235】したがって、第2真空室を排気するための
ポンプを前記のような粗引ポンプで済ますことができる
ので、高真空排気するための高価なポンプやそれを動作
させるための各種バルブを含む排気系を必要としないの
で装置としてのコストを少なくできるという効果を奏す
る。
Therefore, since the pump for evacuating the second vacuum chamber can be replaced by the roughing pump as described above, an expensive pump for evacuating to a high vacuum and various valves for operating the pump are included. Since an exhaust system is not required, there is an effect that the cost as an apparatus can be reduced.

【0236】請求項8の発明のマグネトロンスパッタ装
置は、以上のように、請求項3ないし7の何れかの構成
に加えて、上記複合磁気回路は、ターゲットの基板対向
面の磁石ユニットの並び方向両端部が中央部に対して磁
界が強く、上記磁石ユニットの並び方向に直交する方向
両端部が中央部に対して磁界が弱くなるように調整され
ている構成である。
According to the magnetron sputtering apparatus of the invention of claim 8, as described above, in addition to any one of the constitutions of claims 3 to 7, the composite magnetic circuit may be arranged in the direction in which the magnet units are arranged on the surface of the target facing the substrate. Both ends are adjusted so that the magnetic field is stronger than the center, and both ends in the direction perpendicular to the arrangement direction of the magnet units are adjusted so that the magnetic field is weaker than the center.

【0237】それゆえ、請求項3ないし7の何れかの構
成による効果に加えて、複合磁気回路は、ターゲットの
基板対向面の磁石ユニットの並び方向両端部が中央部に
対して磁界が強く、上記磁石ユニットの並び方向に直交
する方向両端部が中央部に対して磁界が弱くなるように
調整されていることで、ターゲットを均一に浸食させ、
基板上の膜厚分布を補正することができる。
Therefore, in addition to the effect of any one of the third to seventh aspects, the composite magnetic circuit has a strong magnetic field at both ends in the arrangement direction of the magnet units on the surface of the target opposed to the substrate with respect to the center, By adjusting both ends in the direction perpendicular to the direction in which the magnet units are arranged so that the magnetic field is weaker than the center, the target is uniformly eroded,
The film thickness distribution on the substrate can be corrected.

【0238】したがって、磁石ユニットを、複合磁気回
路に組み立てられた時に、ターゲット表面の磁石ユニッ
ト並び方向両端部で磁界が中央部に対して強くするよう
に調整することにより、ターゲット長辺に沿った部分の
プラズマ密度を高め、磁界発生手段が往復移動を行う方
向(ターゲット短辺方向)の膜厚分布を補正することが
できる。
Therefore, when the magnet unit is assembled in the composite magnetic circuit, the magnetic field is adjusted so that the magnetic field is stronger at the both ends in the direction of the magnet unit arrangement on the surface of the target than at the center, thereby extending along the target long side. It is possible to increase the plasma density of the portion and correct the film thickness distribution in the direction in which the magnetic field generating means reciprocates (the direction of the short side of the target).

【0239】さらに、磁石ユニット並び直角方向端部で
磁界を中央部に対して弱くすることにより、矩形状磁石
ユニットの長辺方向端部(ターゲット短辺に沿った周辺
部分)における高密度プラズマの密度を小さくし、磁界
発生手段を往復移動した際にターゲット表面でのプラズ
マ滞在時間の差に基づくターゲット浸食進行速度を調整
し、膜厚分布を補正することができるという効果を奏す
る。
Further, by weakening the magnetic field at the ends perpendicular to the magnet units in the direction perpendicular to the center, the high-density plasma at the long-side ends (peripheral portions along the short sides of the target) of the rectangular magnet units is reduced. This has the effect of reducing the density, adjusting the target erosion progress speed based on the difference in the plasma residence time on the target surface when the magnetic field generating means reciprocates, and correcting the film thickness distribution.

【0240】請求項9の発明のマグネトロンスパッタ装
置は、以上のように、請求項8の構成に加えて、上記磁
石ユニットは、中心磁石と周辺磁石とが磁石アッシーヨ
ークに接着固定された磁石アッシーと、該磁石ユニット
の全体のベースとなるベースヨークとで構成され、上記
磁石アッシーは、上記磁石アッシーヨークに設けられた
締結用穴を用いて、上記ベースヨークにボルトで締結さ
れ、上記締結用穴の直径は、上記ボルトの直径よりも大
きくなるように形成されている構成である。
According to a ninth aspect of the present invention, as described above, in addition to the configuration of the eighth aspect, the magnet unit includes a magnet assembly in which a center magnet and a peripheral magnet are bonded and fixed to a magnet assembly yoke. And a base yoke serving as an entire base of the magnet unit. The magnet assembly is fastened to the base yoke with bolts using fastening holes provided in the magnet assembly yoke, and The diameter of the hole is configured to be larger than the diameter of the bolt.

【0241】それゆえ、請求項8の構成による効果に加
えて、磁石ユニットは、中心磁石と周辺磁石とが磁石ア
ッシーヨークに接着固定された磁石アッシーと、該磁石
ユニットの全体のベースとなるベースヨークとで構成さ
れ、上記磁石アッシーは、上記磁石アッシーヨークに設
けられた締結用穴を用いて、上記ベースヨークにボルト
で締結されていることで、磁石ユニットにより発生する
磁界のターゲット表面上での強度分布調整を、磁石アッ
シーとベースヨークとの間に補助ヨークを挿入した状態
でのボルト締結により実現することができるという効果
を奏する。
Therefore, in addition to the effect of the constitution of claim 8, the magnet unit comprises a magnet assembly in which a center magnet and a peripheral magnet are bonded and fixed to a magnet assembly yoke, and a base serving as a base of the entire magnet unit. The magnet assembly is configured to be fastened to the base yoke with bolts using fastening holes provided in the magnet assembly yoke, so that a magnetic field generated by the magnet unit is formed on the target surface. The strength distribution can be adjusted by bolting with the auxiliary yoke inserted between the magnet assembly and the base yoke.

【0242】請求項10の発明のマグネトロンスパッタ
装置は、以上のように、請求項9の構成に加えて、上記
磁石アッシーヨークの締結用穴は、上記磁石アッシーと
ベースヨークとを締結する際に、該磁石アッシーの位置
がベースヨーク上で磁界発生手段の駆動方向に調整可能
なように長穴に形成されている構成である。
According to a tenth aspect of the present invention, as described above, in addition to the configuration of the ninth aspect, the fastening hole of the magnet assembly yoke is used for fastening the magnet assembly and the base yoke. The magnet assembly is formed in a long hole so that the position of the magnet assembly can be adjusted on the base yoke in the driving direction of the magnetic field generating means.

【0243】それゆえ、請求項9の構成による効果に加
えて、磁石アッシーヨークの締結用穴は、上記磁石アッ
シーとベースヨークとを締結する際に、該磁石アッシー
の位置がベースヨーク上で磁界発生手段の駆動方向に調
整可能なように長穴に形成されていることで、複数の磁
石ユニットを組み合わせた時の、レーストラック状高密
度プラズマの磁石ユニット長辺方向に平行な部分の矩形
短辺方向ピッチが等しくなるように微調整することがで
きるという効果を奏する。
Therefore, in addition to the effect of the ninth aspect, when the magnet assembly and the base yoke are fastened to each other, the fastening hole of the magnet assembly yoke allows the magnet assembly to be positioned on the base yoke by the magnetic field. By being formed in a long hole so that it can be adjusted in the driving direction of the generating means, when a plurality of magnet units are combined, the rectangular short of a portion parallel to the long side direction of the magnet unit of the race track-shaped high-density plasma is obtained. There is an effect that fine adjustment can be performed so that the pitch in the side direction becomes equal.

【0244】請求項11の発明のマグネトロンスパッタ
装置は、以上のように、請求項9または10の構成に加
えて、上記磁石アッシーヨークとベースヨークの少なく
とも一方は、磁石ユニットの長手方向端部が他の部分よ
りも薄く形成されている構成である。
As described above, in the magnetron sputtering apparatus according to the eleventh aspect, in addition to the configuration of the ninth or tenth aspect, at least one of the magnet assembly yoke and the base yoke has a longitudinal end portion of the magnet unit. This is a configuration formed thinner than other portions.

【0245】それゆえ、請求項9または10の構成によ
る効果に加えて、磁石アッシーヨークとベースヨークの
少なくとも一方は、磁石ユニットの長手方向端部が他の
部分よりも薄く形成されていることで、磁石ユニット長
手方向端部で磁界が中央部に対して特に弱くなるように
調整することができるという効果を奏する。
Therefore, in addition to the effect of the ninth or tenth aspect, at least one of the magnet assembly yoke and the base yoke is formed such that the longitudinal end of the magnet unit is formed thinner than other portions. In addition, it is possible to adjust the magnetic field at the longitudinal end of the magnet unit so that the magnetic field is particularly weak at the center.

【0246】請求項12の発明のマグネトロンスパッタ
装置は、以上のように、請求項9ないし11の何れかの
構成に加えて、上記磁石アッシーヨークとベースヨーク
とは、導電性の軟磁性材料で構成され、上記中心磁石と
周辺磁石とは、導電性の磁石材料あるいは導電性材料を
表面に被覆した磁石材料で構成され、上記磁石アッシー
は、中心磁石と周辺磁石とが磁石アッシーヨークに対し
て導電性接着剤で固定されている構成である。
According to the magnetron sputtering apparatus of the twelfth aspect, as described above, in addition to any one of the ninth to eleventh aspects, the magnet assembly yoke and the base yoke are made of a conductive soft magnetic material. The center magnet and the peripheral magnet are constituted by a conductive magnet material or a magnet material having a surface coated with a conductive material, and the magnet assembly is configured such that the center magnet and the peripheral magnet are arranged with respect to a magnet assembly yoke. This is a configuration in which it is fixed with a conductive adhesive.

【0247】それゆえ、請求項9ない11の何れかの構
成による効果に加えて、磁石アッシーヨークとベースヨ
ークとは、導電性の軟磁性材料で構成され、上記中心磁
石と周辺磁石とは、導電性の磁石材料あるいは導電性材
料を表面に被覆した磁石材料で構成され、上記磁石アッ
シーは、中心磁石と周辺磁石とが磁石アッシーヨークに
対して導電性接着剤で固定されていることで、磁界発生
手段の支持を導電性物質で行い、必要な電気的接続を行
うことにより複合磁気回路の磁石表面まで同電位とする
ことができるという効果を奏する。
Therefore, in addition to the effect of any one of the ninth and eleventh aspects, the magnet assembly yoke and the base yoke are made of a conductive soft magnetic material, and the center magnet and the peripheral magnet are It is composed of a conductive magnet material or a magnet material having a surface coated with a conductive material, and the magnet assembly has a center magnet and a peripheral magnet fixed to a magnet assembly yoke with a conductive adhesive. The support of the magnetic field generating means is made of a conductive material, and the necessary electric connection is made, whereby the same potential can be obtained up to the magnet surface of the composite magnetic circuit.

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

【図1】本発明の実施の形態に係るマグネトロンスパッ
タ装置の概略構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a magnetron sputtering apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1に示すマグネトロンスパッタ装置に備えら
れた磁場発生機構を構成する矩形状の磁石ユニットにお
けるマグネトロン放電を説明する図であって、(a)は
一つの磁石ユニットの斜視図、(b)は(a)で示した
磁石ユニットの長手方向断面図、(c)は(a)で示し
た磁石ユニットにおいてターゲットと組み合わせてグロ
ー放電させた場合の説明図、(d)は(c)の斜視図で
ある。
2A and 2B are diagrams illustrating a magnetron discharge in a rectangular magnet unit constituting a magnetic field generating mechanism provided in the magnetron sputtering apparatus shown in FIG. 1, wherein FIG. 2A is a perspective view of one magnet unit, (b) is a longitudinal sectional view of the magnet unit shown in (a), (c) is an explanatory diagram in the case of glow discharge in combination with a target in the magnet unit shown in (a), and (d) is (c) It is a perspective view of.

【図3】図1に示すマグネトロンスパッタ装置の磁場発
生機構によるターゲット上での高密度プラズマの形成状
態を示す図であって、(a)は平面図、(b)は(a)
の磁場発生機構の長手方向断面図である。
3A and 3B are diagrams showing a state of formation of high-density plasma on a target by a magnetic field generating mechanism of the magnetron sputtering apparatus shown in FIG. 1, wherein FIG. 3A is a plan view and FIG.
FIG. 3 is a longitudinal sectional view of the magnetic field generation mechanism of FIG.

【図4】(a)は図1に示すマグネトロンスパッタ装置
の磁場発生機構の平面図、(b)は(a)で示した磁場
発生機構の側面図である。
4A is a plan view of a magnetic field generating mechanism of the magnetron sputtering apparatus shown in FIG. 1, and FIG. 4B is a side view of the magnetic field generating mechanism shown in FIG.

【図5】(a)は図4(a)で示した磁場発生機構の要
部拡大図、(b)は(a)の断面図である。
5A is an enlarged view of a main part of the magnetic field generating mechanism shown in FIG. 4A, and FIG. 5B is a cross-sectional view of FIG.

【図6】図1に示すマグネトロンスパッタ装置の磁場発
生機構を構成する磁石ユニットの種々の構成例を示す図
であって、(a)は平面図、(b)は磁石ユニットの短
手方向に垂直な断面図、(c)は長手方向の2箇所で補
助板を挿入した磁石ユニットの短手方向に垂直な断面
図、(d)は長手方向の中央部1箇所のみに補助板を挿
入した磁石ユニットの短手方向に垂直な断面図である。
6A and 6B are diagrams showing various configuration examples of a magnet unit constituting a magnetic field generating mechanism of the magnetron sputtering apparatus shown in FIG. 1, wherein FIG. 6A is a plan view and FIG. A vertical cross-sectional view, (c) is a cross-sectional view perpendicular to the short direction of the magnet unit in which the auxiliary plate is inserted at two locations in the longitudinal direction, and (d) is an auxiliary plate inserted at only one central portion in the longitudinal direction. It is sectional drawing perpendicular | vertical to the transversal direction of a magnet unit.

【図7】本発明のマグネトロンスパッタ装置に備えられ
た磁場発生機構の他の例を示す概略構成図である。
FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing another example of the magnetic field generation mechanism provided in the magnetron sputtering apparatus of the present invention.

【図8】(a)〜(c)は磁場発生機構を構成する各磁
石ユニット同士のピッチPと、磁石ユニットの短手方向
の幅MWとの関係がP>MW/2の場合についての説明
図である。
FIGS. 8A to 8C illustrate a case where the relationship between the pitch P between the magnet units constituting the magnetic field generating mechanism and the width MW in the lateral direction of the magnet units is P> MW / 2. FIG.

【図9】(a)〜(c)は磁場発生機構を構成する各磁
石ユニット同士のピッチPと、磁石ユニットの短手方向
の幅MWとの関係がP<MW/2の場合についての説明
図である。
FIGS. 9A to 9C are diagrams illustrating a case where the relationship between the pitch P between the magnet units constituting the magnetic field generating mechanism and the width MW of the magnet units in the lateral direction is P <MW / 2. FIG.

【図10】本発明の磁場発生機構によってターゲット上
に高密度プラズマを発生させた場合のターゲット寸法の
うち、複数個の磁石ユニットを並べた磁場発生機構の短
手方向の寸法TWと高密度プラズマの磁石ユニットの長
手方向に平行な部分のピッチPとが、P=TW/(2×
n+1)なる関係を満たしている場合を示す説明図であ
る。
FIG. 10 shows a target size when a high-density plasma is generated on a target by the magnetic field generating mechanism of the present invention, and a width TW of a magnetic field generating mechanism in which a plurality of magnet units are arranged and a high-density plasma. And the pitch P of the portion parallel to the longitudinal direction of the magnet unit is P = TW / (2 ×
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a case where a relationship of (n + 1) is satisfied.

【図11】本発明の磁場発生機構から発生される高密度
プラズマによりターゲットを浸食した状態を示す図であ
り、(a)はターゲットの全ての浸食位置で浸食進行速
度が同じである場合に該磁場発生機構を静止させてマグ
ネトロン放電を行ったときのターゲット浸食状況を示す
説明図、(b)は(a)の場合で隣接するターゲットの
浸食位置が重ならない振幅で磁場発生機構を往復移動さ
せたときのターゲット浸食状況を示す説明図、(c)は
両端の磁石ユニットに対応するターゲットの浸食位置で
浸食速度が他よりも大きい場合で磁場発生機構を静止さ
せてマグネトロン放電を行ったときのターゲットの浸食
状況を示す説明図、(d)は(c)の場合で隣接するタ
ーゲットの浸食位置が重ならない振幅で磁場発生機構を
往復移動させたときのターゲット浸食状況を示す説明図
である。
11A and 11B are diagrams showing a state in which a target is eroded by high-density plasma generated from a magnetic field generation mechanism of the present invention. FIG. 11A shows a case where the erosion progress speed is the same at all erosion positions of the target. FIG. 4B is an explanatory view showing a target erosion state when the magnetron discharge is performed with the magnetic field generation mechanism stopped, and FIG. 4B shows the case of FIG. FIG. 3C is a diagram illustrating a target erosion state when the magnetron discharge is performed at a target erosion position corresponding to the magnet units at both ends where the erosion speed is higher than the others and the magnetic field generating mechanism is stopped and the magnetron discharge is performed. Explanatory drawing showing the erosion state of the target, (d) in the case of (c), when the magnetic field generating mechanism is reciprocated at an amplitude where the erosion positions of adjacent targets do not overlap. It is an explanatory diagram showing a target erosion conditions.

【図12】余弦則に基づく基板表面に形成された薄膜の
膜厚分布シミュレーションの結果を示すグラフであっ
て、膜厚分布がある場合の3次元グラフである。
FIG. 12 is a graph showing a result of a film thickness distribution simulation of a thin film formed on a substrate surface based on a cosine law, and is a three-dimensional graph in a case where there is a film thickness distribution;

【図13】余弦則に基づく基板表面に形成された薄膜の
膜厚分布シミュレーションの結果を示すグラフであっ
て、膜厚分布を補正した場合の3次元グラフである。
FIG. 13 is a graph showing a result of a film thickness distribution simulation of a thin film formed on a substrate surface based on the cosine law, and is a three-dimensional graph in a case where the film thickness distribution is corrected.

【図14】従来のマグネトロンスパッタ装置の概略構成
断面図である。
FIG. 14 is a schematic sectional view of a conventional magnetron sputtering apparatus.

【図15】従来の他のマグネトロンスパッタ装置の成膜
室要部断面図である。
FIG. 15 is a sectional view of a main part of a film forming chamber of another conventional magnetron sputtering apparatus.

【図16】従来のさらに他のマグネトロンスパッタ装置
の成膜室要部斜視図である。
FIG. 16 is a perspective view of a main part of a film forming chamber of still another conventional magnetron sputtering apparatus.

【図17】従来のさらに他のマグネトロンスパッタ装置
の概略構成断面図である。
FIG. 17 is a schematic sectional view of another conventional magnetron sputtering apparatus.

【図18】(a)〜(c)は、従来のさらに他のマグネ
トロンスパッタ装置に備えられている磁気回路ユニット
とターゲットとの配置関係を示す説明図である。
FIGS. 18A to 18C are explanatory diagrams showing an arrangement relationship between a magnetic circuit unit and a target provided in still another conventional magnetron sputtering apparatus.

【図19】従来のさらに他のマグネトロンスパッタ装置
に備えられている磁気回路ユニットとターゲットの関係
を示し、(a)は磁気回路ユニットの平面図、(b)は
ターゲットの平面図、(c)は(b)で示したターゲッ
トが浸食された状態を示す断面図である。
19A and 19B show the relationship between a magnetic circuit unit and a target provided in another conventional magnetron sputtering apparatus, wherein FIG. 19A is a plan view of the magnetic circuit unit, FIG. 19B is a plan view of the target, and FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view showing a state in which the target shown in FIG.

【図20】従来のさらに他のマグネトロンスパッタ装置
に備えられた磁気回路ユニットを示し、(a)は一つの
磁気回路で構成される磁気回路ユニットの斜視図、
(b)は複数の磁気回路で構成される磁気回路ユニット
の平面図である。
FIG. 20 shows a magnetic circuit unit provided in still another conventional magnetron sputtering apparatus, wherein (a) is a perspective view of a magnetic circuit unit composed of one magnetic circuit,
FIG. 3B is a plan view of a magnetic circuit unit including a plurality of magnetic circuits.

【図21】従来のさらに他のマグネトロンスパッタ装置
を示し、(a)はマグネトロンスパッタ装置に備えられ
た矩形状の磁気回路ユニットの長手方向概略断面図、
(b)はマグネトロンスパッタ装置に備えられた矩形状
の磁気回路ユニットの短手方向概略断面図である。
21A and 21B show another conventional magnetron sputtering apparatus, and FIG. 21A is a schematic longitudinal sectional view of a rectangular magnetic circuit unit provided in the magnetron sputtering apparatus;
FIG. 2B is a schematic cross-sectional view in the lateral direction of a rectangular magnetic circuit unit provided in the magnetron sputtering apparatus.

【図22】従来のさらに他のマグネトロンスパッタ装置
を示し、(a)はマグネトロンスパッタ装置の概略構成
断面図、(b)は(a)で示したマグネトロンスパッタ
装置に備えられた磁気回路ユニットの平面図、(c)は
(a)で示したマグネトロンスパッタ装置に備えられた
磁気回路ユニットおよびターゲットと、成膜対象となる
基板との位置関係を示す説明図である。
FIGS. 22A and 22B show another conventional magnetron sputtering apparatus, wherein FIG. 22A is a schematic sectional view of the magnetron sputtering apparatus, and FIG. 22B is a plan view of a magnetic circuit unit provided in the magnetron sputtering apparatus shown in FIG. FIG. 3C is an explanatory view showing a positional relationship between a magnetic circuit unit and a target provided in the magnetron sputtering apparatus shown in FIG.

【図23】従来の複数の磁気回路で構成された磁気回路
ユニットにより浸食される矩形状のターゲットの浸食状
態を示す磁気回路ユニットの長手方向断面図であり、
(a)は磁気回路ユニットが静止した状態でのターゲッ
トの浸食状態を示す長手方向断面図、(b)は磁気回路
ユニットがターゲットの長手方向に振幅P1だけ振幅し
た場合のターゲットの浸食状態を示す長手方向断面図、
(c)は磁気回路ユニットがターゲットの長手方向に振
幅P2だけ振幅した場合のターゲットの浸食状態を示す
長手方向断面図、(d)は磁気回路ユニットがターゲッ
トの長手方向に振幅P3だけ振幅した場合のターゲット
の浸食状態を示す長手方向断面図、(e)は磁気回路ユ
ニットがターゲットの長手方向に振幅P4だけ振幅した
場合のターゲットの浸食状態を示す長手方向断面図であ
る。
FIG. 23 is a longitudinal sectional view of a magnetic circuit unit showing an eroded state of a rectangular target eroded by a conventional magnetic circuit unit including a plurality of magnetic circuits;
(A) is a longitudinal sectional view showing the erosion state of the target when the magnetic circuit unit is stationary, and (b) shows the erosion state of the target when the magnetic circuit unit oscillates by the amplitude P1 in the longitudinal direction of the target. Longitudinal section,
(C) is a longitudinal sectional view showing the erosion state of the target when the magnetic circuit unit oscillates by the amplitude P2 in the longitudinal direction of the target, and (d) is a case where the magnetic circuit unit oscillates by the amplitude P3 in the longitudinal direction of the target. FIG. 7E is a longitudinal sectional view showing the eroded state of the target, and FIG. 7E is a longitudinal sectional view showing the eroded state of the target when the magnetic circuit unit oscillates by the amplitude P4 in the longitudinal direction of the target.

【図24】従来のマグネトロンスパッタ装置によるター
ゲットの浸食状態を示す斜視図である。
FIG. 24 is a perspective view showing a target eroded state by a conventional magnetron sputtering apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 成膜室(第1真空室) 2 マグネット室(第2真空室) 3 基板 4 ターゲット 6 バッキングプレート(プラズマ生成手段) 7 磁場発生機構(プラズマ生成手段,磁界発生手
段) 8 駆動装置(駆動手段) 17 電源(プラズマ生成手段) 30 磁石ユニット 31 中心磁石 32 周辺磁石 33 ヨーク 34 磁力線 35 電界 36 高密度プラズマ(レーストラック状高密度プラ
ズマ) 41 ベースヨーク 42 中心磁石用磁石アッシーヨーク 43 周辺磁石用磁石アッシーヨーク 44 中心磁石用磁石アッシー 45 周辺磁石用磁石アッシー 46 ボルト 47 締結用穴
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Film-forming chamber (1st vacuum chamber) 2 Magnet chamber (2nd vacuum chamber) 3 Substrate 4 Target 6 Backing plate (plasma generation means) 7 Magnetic field generation mechanism (plasma generation means, magnetic field generation means) 8 Drive device (drive means) 17) Power supply (plasma generating means) 30 Magnet unit 31 Central magnet 32 Peripheral magnet 33 Yoke 34 Magnetic field line 35 Electric field 36 High density plasma (race track-like high density plasma) 41 Base yoke 42 Magnet assembly yoke for central magnet 43 Magnet for peripheral magnet Assy yoke 44 Magnet assembly for center magnet 45 Magnet assembly for peripheral magnet 46 Bolt 47 Fastening hole

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】真空室内で薄膜が形成される矩形状の基板
に対向配置され、該基板の有効成膜面積よりも大きい矩
形状のターゲットと、 上記ターゲットに対してマグネトロン放電を行なうこと
により、該ターゲットの表面に、複数の閉じたレースト
ラック状高密度プラズマを生成するプラズマ生成手段
と、 上記プラズマ生成手段を、上記ターゲットに対して、該
ターゲットの長辺あるいは短辺の何れかに平行に往復移
動させる駆動手段とを備え、 上記プラズマ生成手段は、上記ターゲットの表面に、該
プラズマ生成手段の移動方向に沿って、それぞれのレー
ストラック状高密度プラズマの長軸方向直線領域での間
隔と、隣り合うレーストラック状高密度プラズマの長軸
方向直線領域での間隔とが略等しくなるようにレースト
ラック状高密度プラズマを生成し、 上記駆動手段は、生成された各レーストラック状高密度
プラズマの間隔以下の大きさの振幅で上記プラズマ生成
手段を等速で往復移動させることを特徴とするマグネト
ロンスパッタ装置。
1. A rectangular target having a thin film formed in a vacuum chamber opposed to a rectangular substrate, the rectangular target being larger than an effective film forming area of the substrate, and a magnetron discharge performed on the target. Plasma generating means for generating a plurality of closed racetrack-shaped high-density plasmas on the surface of the target, and the plasma generating means is arranged in parallel with either the long side or the short side of the target with respect to the target. A driving unit for reciprocating movement, wherein the plasma generation unit is arranged on the surface of the target along a moving direction of the plasma generation unit, with an interval in a long-axis direction linear region of each racetrack-shaped high-density plasma. So that the distance between adjacent racetrack-shaped high-density plasmas in the long-axis linear region is approximately equal. Generates a Zuma, said drive means, a magnetron sputtering apparatus according to claim amplitude of the generated each racetrack shaped high-density plasma intervals following magnitude of the reciprocating at a constant speed the plasma generation means.
【請求項2】上記レーストラック状高密度プラズマの間
隔は、該レーストラック状高密度プラズマの最も密度の
高い部分同士の距離であることを特徴とする請求項1記
載のマグネトロンスパッタ装置。
2. The magnetron sputtering apparatus according to claim 1, wherein the interval between the racetrack-shaped high-density plasmas is a distance between the highest density portions of the racetrack-shaped high-density plasma.
【請求項3】第1真空室内で薄膜が形成される矩形状の
基板に対向配置され、該基板の有効成膜面積よりも大き
い矩形状のターゲットと、 上記ターゲットを支持するバッキングプレートの裏面側
に配設され、該ターゲットの上記基板の対向面上に磁界
を発生させる磁界発生手段と、 上記磁界発生手段を、上記ターゲットに対して、該ター
ゲットの長辺あるいは短辺の何れかに平行に往復移動さ
せる駆動手段とを備え、 上記磁界発生手段は、 ターゲット表面に磁界を発生させる矩形状の磁石ユニッ
トを、それぞれの長辺が互いに隣接するように、且つ同
一極性を示すように複数個配置した複合磁気回路からな
り、 上記駆動手段は、 上記ターゲット表面に発生された磁界の上記ターゲット
表面に垂直な成分がゼロとなる点を結ぶラインのうち上
記磁石ユニットの長辺に平行なラインのピッチPに対し
て、上記複合磁気回路を上記各磁気ユニット並び方向に
等速で往復移動させるときの振幅SWが、SW≦Pの関
係が成り立つように該複合磁気回路を移動させることを
特徴とするマグネトロンスパッタ装置。
3. A rectangular target, which is disposed opposite to a rectangular substrate on which a thin film is formed in a first vacuum chamber and is larger than an effective film forming area of the substrate, and a back side of a backing plate supporting the target. And a magnetic field generating means for generating a magnetic field on the surface of the target facing the substrate, wherein the magnetic field generating means is arranged parallel to either the long side or the short side of the target with respect to the target. Driving means for reciprocating movement, wherein the magnetic field generating means comprises a plurality of rectangular magnet units for generating a magnetic field on the target surface such that their long sides are adjacent to each other and have the same polarity. Wherein the driving means comprises a line connecting points at which the component of the magnetic field generated on the target surface perpendicular to the target surface becomes zero. With respect to the pitch P of the line parallel to the long side of the magnet unit, the amplitude SW when the composite magnetic circuit is reciprocated at a constant speed in the direction in which the respective magnetic units are arranged so that the relationship of SW ≦ P is satisfied. A magnetron sputtering apparatus, wherein the composite magnetic circuit is moved.
【請求項4】上記磁石ユニットは、該磁石ユニット中心
に配置された中心磁石と、この中心磁石の周囲を囲むよ
うに、且つ中心磁石とは逆極性の磁極が対向するように
配置された周辺磁石とで構成され、これら中心磁石と周
辺磁石とにより上記ターゲット表面に発生された磁界の
上記ターゲット表面に垂直な成分がゼロとなる点を結ぶ
ラインのうち上記磁石ユニットの長辺に平行な部分のピ
ッチPが、該磁石ユニットの短辺方向の寸法MWに対し
て、P>MW/2となるように形成されていることを特
徴とする請求項3記載のマグネトロンスパッタ装置。
4. The magnet unit according to claim 1, wherein the central magnet is disposed at the center of the magnet unit, and a peripheral portion is disposed so as to surround the central magnet and to have a magnetic pole having a polarity opposite to that of the central magnet. A portion parallel to the long side of the magnet unit in a line connecting points at which a component perpendicular to the target surface of the magnetic field generated on the target surface by the center magnet and the peripheral magnet is zero. 4. The magnetron sputtering apparatus according to claim 3, wherein the pitch P is formed such that P> MW / 2 with respect to the dimension MW in the short side direction of the magnet unit.
【請求項5】上記複合磁気回路は、n個(n>1)の磁
石ユニットからなり、各磁石ユニットの間隔が、上記ピ
ッチPと等しくなるように設定されると共に、上記ター
ゲットの磁石ユニット並び方向の寸法をTWとしたとき
に、P=TW/(2×n+1)となるように設定されて
いることを特徴とする請求項3または4記載のマグネト
ロンスパッタ装置。
5. The composite magnetic circuit comprises n (n> 1) magnet units, the interval between the magnet units is set to be equal to the pitch P, and the magnet units of the target are aligned. 5. The magnetron sputtering apparatus according to claim 3, wherein, when the dimension in the direction is TW, P = TW / (2 × n + 1).
【請求項6】上記磁界発生手段は、上記ターゲットの基
板対向面とは反対面側に設けられた第2真空室内に配置
されていることを特徴とする請求項3ないし5の何れか
に記載のマグネトロンスパッタ装置。
6. The apparatus according to claim 3, wherein said magnetic field generating means is disposed in a second vacuum chamber provided on a surface of said target opposite to said substrate facing surface. Magnetron sputtering equipment.
【請求項7】上記第2真空室内に配置された磁界発生手
段および該磁界発生手段を駆動させる駆動手段と、該第
2真空室自体とは、上記ターゲットおよび該ターゲット
を支持するバッキングプレートと同電位に設定されてい
ることを特徴とする請求項6記載のマグネトロンスパッ
タ装置。
7. A magnetic field generating means disposed in said second vacuum chamber, a driving means for driving said magnetic field generating means, and said second vacuum chamber itself are the same as said target and a backing plate supporting said target. 7. The magnetron sputtering apparatus according to claim 6, wherein the magnetron sputtering apparatus is set to a potential.
【請求項8】上記複合磁気回路は、ターゲットの基板対
向面の磁石ユニットの並び方向両端部が中央部に対して
磁界が強く、上記磁石ユニットの並び方向に直交する方
向両端部が中央部に対して磁界が弱くなるように調整さ
れていることを特徴とする請求項3ないし7の何れかに
記載のマグネトロンスパッタ装置。
8. The composite magnetic circuit according to claim 1, wherein a magnetic field is stronger at both ends in the arrangement direction of the magnet units on the substrate facing surface of the target than at the center, and both ends in a direction orthogonal to the arrangement direction of the magnet units are located at the center. 8. The magnetron sputtering apparatus according to claim 3, wherein the magnetic field is adjusted so as to be weaker.
【請求項9】上記磁石ユニットは、中心磁石と周辺磁石
とが磁石アッシーヨークに接着固定された磁石アッシー
と、該磁石ユニットの全体のベースとなるベースヨーク
とで構成され、 上記磁石アッシーは、上記磁石アッシーヨークに設けら
れた締結用穴を用いて、上記ベースヨークにボルトで締
結され、 上記締結用穴の直径は、上記ボルトの直径よりも大きく
なるように形成されていることを特徴とする請求項8記
載のマグネトロンスパッタ装置。
9. The magnet unit includes a magnet assembly in which a center magnet and a peripheral magnet are bonded and fixed to a magnet assembly yoke, and a base yoke serving as a base of the entire magnet unit. Using a fastening hole provided in the magnet assembly yoke, the base yoke is fastened with a bolt, the diameter of the fastening hole is formed to be larger than the diameter of the bolt. The magnetron sputtering apparatus according to claim 8, wherein
【請求項10】上記磁石アッシーヨークの締結用穴は、
上記磁石アッシーとベースヨークとを締結する際に、該
磁石アッシーの位置がベースヨーク上で磁界発生手段の
駆動方向に調整可能なように長穴に形成されていること
を特徴とする請求項9記載のマグネトロンスパッタ装
置。
10. The fastening hole of the magnet assembly yoke,
10. The magnet assembly according to claim 9, wherein when the magnet assembly and the base yoke are fastened, the position of the magnet assembly is formed in an elongated hole so that the position of the magnet assembly can be adjusted in the driving direction of the magnetic field generating means on the base yoke. The magnetron sputtering apparatus as described in the above.
【請求項11】上記磁石アッシーヨークとベースヨーク
の少なくとも一方は、磁石ユニットの長手方向端部が他
の部分よりも薄く形成されていることを特徴とする請求
項9または10記載のマグネトロンスパッタ装置。
11. The magnetron sputtering apparatus according to claim 9, wherein at least one of the magnet assembly yoke and the base yoke is formed so that a longitudinal end of the magnet unit is thinner than other portions. .
【請求項12】上記磁石アッシーヨークと上記ベースヨ
ークとは、導電性の軟磁性材料で構成され、 上記中心磁石と上記周辺磁石とは、導電性の磁石材料あ
るいは導電性材料を表面に被覆した磁石材料で構成さ
れ、 上記磁石アッシーは、中心磁石と周辺磁石とが磁石アッ
シーヨークに対して導電性接着剤で固定されていること
を特徴とする請求項9ないし11の何れかに記載のマグ
ネトロンスパッタ装置。
12. The magnet assembly yoke and the base yoke are made of a conductive soft magnetic material, and the center magnet and the peripheral magnet have a surface coated with a conductive magnet material or a conductive material. The magnetron according to any one of claims 9 to 11, wherein the magnet assembly is made of a magnet material, and the center magnet and the peripheral magnet are fixed to a magnet assembly yoke with a conductive adhesive. Sputtering equipment.
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