JPH1025572A - マグネトロンスパッタ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】大型の基板に対しても、均一性に優れた薄膜を
高速かつ効率良く形成する。 【解決手段】真空容器内に配置され、膜を付着させるべ
き基板を取り付けた基板保持部材と、該基板保持部材と
対向する位置に配置されたターゲットと、該ターゲット
の裏面に配置された複数の磁場発生手段と、該磁場発生
手段をターゲットに対して平行に往復運動させ、さらに
該磁場発生手段の運動を制御するマグネット制御手段を
備え、前記マグネット制御手段が、前記複数の磁場発生
手段の運動を各々独立に制御するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はマグネトロンスパッ
タ装置に係り、例えばＴＦＴ(Thin-Film Tran-sistor）
を使用した液晶ディスプレイのように、特に広い面積を
有する基板の表面に均一な薄膜を形成するものに好適な
マグネトロンスパッタ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、基板の表面に薄膜を形成する場
合、成膜速度の大きいマグネトロンスパッタ装置が多く
用いられてきた。マグネトロンスパッタ装置の基本構成
は、例えば金原粲著「スパッタリング現象」（東大出版
会）１６１頁に記載されている。すなわち、真空容器内
に薄膜の母材であるターゲットを置き、ターゲット表面
にトンネル状の磁界を形成しておく。ターゲットに電圧
を印加すると、磁界のトンネル内に高密度のプラズマを
発生させることが可能で、ターゲット表面にリング状あ
るいはレーストラック状の高密度プラズマが形成され
る。そして、電界によりプラズマ中のイオンがターゲッ
トに衝突する。ターゲットへのイオンの衝突によりター
ゲットを構成する物質は原子レベルで飛散し、飛散した
粒子が基板に付着することにより、薄膜が形成される。
このマグネトロンスパッタ法は、リング状あるいはレー
ストラック状に局部的に高密度プラズマを発生できるの
で、高速成膜や基板温度上昇の抑制が可能という特徴を
もつ一方、プラズマが局部的になるので大面積の基板に
均一に成膜しにくい、ターゲットが局部的に消耗すると
いった短所も含んでいる。大面積基板に均一に成膜する
という点では、基板あるいは磁石を動かすといった方法
がとられている。

【０００３】一方、近年の携帯用パーソナルコンピュー
タ等の普及に伴い、液晶ディスプレイの需要が高まって
いる。液晶ディスプレイの画面サイズは視界性の点から
大型化が要求され、またコスト面からは一枚のガラスか
ら多数個の製品を製造する要求がある。この二つの要求
を満たすためには、必然的に成膜処理を施す基板サイズ
の大型化が必要となってくる。成膜を施す基板が大型化
してくると、スパッタリングを長時間行う必要がでてく
る。しかしながら、スパッタリングを長時間行った場
合、 （１）パーティクルの発生による膜厚の不均一 （２）生産効率の低下 といった問題が発生してくる。これら問題点を解決する
ためには、例えば特開平5−117851 号公報中に開示して
あるように、マグネット（磁石ユニット）を複数組隣接
させ、この隣接させた複数組のマグネットをターゲット
に対して平行に往復運動させる方法が考えられる。この
方法によれば、一度に行える成膜の範囲が広がるため、
一組のマグネットの場合と比較しても成膜時間が短くて
済み、結果、成膜時間の長時間化に伴う上述の問題点も
解決できる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
知例のごとく、マグネットが複数組隣接して配置された
場合には、各マグネットにより形成されるトンネル状の
磁界から発生するプラズマがマグネット間において互い
に干渉しあい、プラズマの密度分布すなわち膜厚分布が
予想しにくくなってしまう。その結果、膜厚を均一に分
布することが困難になるという問題点が発生する。

【０００５】本発明の目的は、基板サイズが大型化した
ものであっても、その膜厚の分布を均一に、かつ効率良
く膜形成が行えるマグネトロンスパッタ装置を提供する
ことにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、基板と対向する位置に配置されるターゲッ
トの裏面に配置された複数の磁場発生手段を、ターゲッ
トに対して平行に往復運動させるようにしたマグネトロ
ンスパッタ装置において、前記複数の磁場発生手段の運
動を各々独立に制御することを特徴とする。

【０００７】上記の構成によれば、複数の磁場発生手段
の運動が各々独立に制御されるため、比較的大型な基板
に対しても薄膜形成のむらがなくなり、均一な薄膜を高
速に形成することができるようになる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図面を
用いて説明する。

【０００９】図１は本発明の一実施例であるマグネトロ
ンスパッタ装置を示す。該図において、真空容器１は上
部に開口部をもって形成され、この真空容器１内には成
膜を施す基板２および基板２を保持し、かつ基板２を温
めるためのヒータ機能を有する基板保持部材３が配置さ
れている。基板２の対向する位置にはターゲット４が裏
面をバッキングプレート５に支持される形で配置され、
このバッキングプレート５が真空容器１の上部開口部を
覆い、真空容器１内を真空状態に保っている。ターゲッ
ト４の端部廻りには、アースシールド６がターゲット４
の端部と間隙を保ちながらターゲット４の端部を取り囲
むようにして配置されており、隙間にプラズマが流入し
ないようにしている。基板２の端部上方にはその端部を
覆うように第１の防着板７が水平に設置され、さらにア
ースシールド６，第１の防着板７を取り囲むようにＬ字
状の第２の防着板８が設置されており、これら第１，第
２の防着板７，８にて、スパッタリング現象により飛散
したスパッタ粒子が基板保持部材３の表面および真空容
器１の内壁に付着するのを防いでいる。

【００１０】一方、ターゲット４の裏面側にはマグネッ
ト９，９′が設置してある。このマグネット９，９′は
図３に示すように、Ｓ極の周辺磁石にＮ極の中心磁石を
配置したもの、またはその逆にＮ極の周辺磁石にＳ極の
中心磁石を配置したものが用いられている。なお、本実
施例ではマグネット９とマグネット９′において極性の
異なるものを使用する。

【００１１】マグネット９，９′は図１に示すように、
それぞれマグネット駆動装置１０，１０′に取り付けら
れており、各々ターゲット４に対して平行にかつ図２に
示すＹ軸方向に沿って運動可能となっている。マグネッ
ト駆動装置１０は図４に示すように、モータ１１と、こ
のモータ１１により回転駆動する駆動シャフト１２と、
この駆動シャフト１２の回転運動を直線運動に変換し、
マグネット９が駆動シャフト１２上を運動するようにす
るブラケット１３とから構成される。モータ１１には、
モータ１１の回転角を抵抗に変換し、モータ１１の回転
位置すなわちマグネット９の位置を検出するロータリエ
ンコーダ１４が設けられており、このロータリエンコー
ダ１４にはモータ１１の回転方向および回転数を制御す
るコントローラ１５が接続されている。

【００１２】前記コントローラ１５はロータリエンコー
ダ１４からの信号を読み取る入力手段１５１，マグネッ
ト９の往復運動回数を設定する回数設定手段１５２，マ
グネット９の運動を制御するためのマップ等を備えた記
憶手段１５３，入力手段151で読み込んだ値と記憶手段
１５３内のマップを比較しマグネット９の運動速度を演
算したり、マグネット９の往復運動回数をカウントする
比較演算手段１５４，比較演算手段１５４で得られた値
に基づきモータ１１に制御信号を転送する出力手段１５
５から構成される。

【００１３】なお、本実施例においては、マグネット駆
動装置１０と、ロータリエンコーダ１４，コントローラ
１５を合わせてマグネット制御装置を構成している。ま
た、図１にあるマグネット駆動装置１０′と、マグネッ
ト９′の運動を制御するマグネット制御装置は、マグネ
ット駆動装置１０，マグネット９の運動を制御するマグ
ネット制御装置とほぼ同様な構成・動作のため、その説
明を省略する（マグネット制御装置１６，１６′中のコ
ントローラ１５は共通である）。

【００１４】次に、図５を用いて、本実施例の作用につ
いて説明する。図５は本実施の形態の制御手順を示すフ
ローチャートである。該図において、まず、ｓ１０１に
てマグネトロンスパッタ装置の電源を入れ、装置を起動
させる。するとコントローラ１５が、マグネット９を予
め設定されている（記憶手段１５３内に格納されてい
る）初期設定位置に配置するような指令をモータ１１に
送る。モータ１１は、コントローラ１５の指令に基づく
回転を行い、この回転がブラケット１３により直線運動
に変換されることによりマグネット９が初期設定位置に
配置されることになる。このとき、マグネット９′も同
時にマグネット９と周期差１／２の初期設定位置に配置
されるが、ここまでの制御はマグネット９と同様なので
説明は省略し、これ以降もマグネット９，９′の制御が
同様な場合は、マグネット９の説明をもってマグネット
９′の説明とする。

【００１５】ｓ１０２において、マグネット９，９′の
往復運動回数を設定し、スパッタ作業のスタートスイッ
チをＯＮにする。すると、マグネット９，９′が図２の
Ｙ軸方向に沿ってそれぞれ範囲Ａ，範囲Ａ′の往復運動
を開始するとともに、スパッタ作業が開始される。ここ
ではまず、マグネット９，９′の運動について説明す
る。

【００１６】マグネット９の運動は、基板２の端部近傍
において速度制御が行われている。これは、ターゲット
４の大きさが有限であるため、基板２からターゲット４
への立体角が基板２上の位置により異なり、結果、成膜
密度が疎になりがちな基板２の端部近傍においては図６
に示すように速度を落して膜厚分布を均一にしようとす
るものである。記憶手段１５３には、マグネット９の速
度パターンとして図７に示す１９，マグネット９′の速
度パターンとして同図に示す２０がそれぞれ格納されて
おり、比較演算手段１５４は、この速度パターン１９，
２０に従った運動指令を出力手段１５５を介してモータ
１１，１１′に転送している。マグネット９とマグネッ
ト９′はモータ１１，１１′の回転によって運動開始地
点から周期差１／２を保ちながら、それぞれ範囲Ａ，範
囲Ａ′の往復運動をおこなう。このマグネット９，９′
の運動開始と同時にターゲット４に電圧が印加され、ス
パッタ作業が開始される。

【００１７】ｓ１０３では、マグネット９の往復運動回
数をカウントし、ｓ１０４においてこのマグネット９の
往復運動回数であるｓ１０３の値と、最初に設定した往
復運動回数１５２の値を比較している。ｓ１０４におい
てＮの場合、すなわち実際のマグネット９の往復運動回
数が設定した回数と一致しない場合はｓ１０３に戻り、
ｓ１０４においてＹになるまでこのルーチンを繰り返
す。

【００１８】ｓ１０４においてＹの場合、すなわちマグ
ネット９の往復運動回数が設定回数に達した場合、ｓ１
０５へ進み、マグネット９，９′の運動およびスパッタ
作業を停止させ、さらにｓ１０６に進み、マグネット
９，９′を初期設定位置に配置する。

【００１９】ｓ１０７では作業の継続を問ており、継続
して行う場合はｓ１０２に戻りそれ以降のステップを繰
返し、作業を終了する場合にこの制御が終了する。な
お、本実施例のマグネトロンスパッタ装置は、継続して
作業を行う場合、特別な指示をしない限り前回設定した
往復運動回数をそのまま使用できるものである。

【００２０】本実施例のマグネトロンスパッタ装置を用
いて５５０mm×６５０mmの大きさの基板にスパッタパワ
ー２５ｋＷを投入してＣｒ膜の形成を行った結果、成膜
時間３６秒にて膜厚平均１８２ｎｍ，膜厚分布±４.２
％ であった。これに対し、従来のマグネットを１組だ
け用いた装置の場合、スパッタパワーが２０ｋＷ以上の
領域では異常放電確率が大きくなるため、これ以上パワ
ーを上げることが出来ない。スパッタパワーが２０ｋＷ
でＣｒ膜１８２ｎｍを形成すると、５０秒の時間を要し
た。すなわち本実施例のマグネトロンスパッタ装置で
は、Ｃｒの成膜時間が５０秒から３６秒に短縮し、生産
性を約４割向上することができた。

【００２１】上記のように本実施例のマグネトロンスパ
ッタ装置は、マグネット９とマグネット９′の２組のマ
グネットを用いているので、マグネットが１組の場合と
比較して成膜処理時間が短くて済み、さらにこの２組の
マグネットの運動を別個に、そして周期をずらして制御
しているのでマグネット間の相互干渉も防止できる。こ
のため、基板サイズが大型化したものであっても、均一
な膜厚でかつ効率良く薄膜の形成が行える。

【００２２】また、ターゲット４の端部近傍において速
度制御を行っているので、基板端部においても均一な膜
厚の薄膜を形成できる。

【００２３】また、マグネット９とマグネット９′を異
なる極性としたことから、マグネット間の相互作用すな
わちプラズマの干渉が小さくなり、マグネット間におい
ても均一な膜厚の薄膜を形成できる。

【００２４】なお、本実施例ではマグネット９とマグネ
ット９′の周期の差を１／２と設定したが、必ずしも１
／２でなくてもよく、マグネット間の相互干渉の関係か
ら１／４〜３／４の間でも適用可能である。

【００２５】また、本実施例ではターゲット端部近傍に
おいて速度制御を行っているが、もちろん特別な速度制
御を行わなくてもよいし、マグネット９とマグネット
９′に極性の異なるものを用いたが、同極性のものを用
いてもよい。

【００２６】さらに本実施の形態ではマグネットを２組
用いたが、それ以上の場合でも適用可能である。

【００２７】

【発明の効果】本発明は、基板と対向する位置に配置さ
れるターゲットの裏面に配置された複数の磁場発生手段
を、ターゲットに対して平行に往復運動させるようにし
たマグネトロンスパッタ装置において、前記複数の磁場
発生手段の運動を各々独立に制御するようにしたので、
比較的大型な基板に対しても薄膜形成のむらがなくな
り、均一な薄膜を高速かつ効率的に形成することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るマグネトロンスパッタ装置の一実
施例を示した側断面図である。

【図２】本発明に係るマグネトロンスパッタ装置の一実
施の形態を示した平面図である。

【図３】本発明に採用されるマグネットの構成を説明す
るための外観斜視図である。

【図４】本発明に採用されるマグネットの駆動装置を説
明する斜視図である。

【図５】本発明におけるマグネットの制御手順を示した
フローチャートである。

【図６】本発明におけるマグネットの位置と移動速度の
関係を示した特性図である。

【図７】本発明における時刻に対する各マグネットの変
位および２組のマグネットの周期の差を示す特性図であ
る。

【符号の説明】 １…真空容器、２…基板、３…基板保持部材、４…ター
ゲット、５…バッキングプレート、９，９′…マグネッ
ト（磁場発生手段）、１１…モータ、１２…駆動シャフ
ト（回転駆動伝達部材）、１３…ブラケット（運動方向
変換部材）、１４…ロータリエンコーダ（マグネット運
動検出手段）、１５…コントローラ。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】真空容器と、この真空容器内に配置され、
   膜を付着させるべき基板を取り付けた基板保持部材と、
   該基板保持部材と対向する位置に配置されたターゲット
   と、該ターゲットの裏面に配置された複数の磁場発生手
   段と、該磁場発生手段をターゲットに対して平行に往復
   運動させ、さらに該磁場発生手段の運動を制御するマグ
   ネット制御手段を備えたマグネトロンスパッタ装置にお
   いて、 前記マグネット制御手段は、前記複数の磁場発生手段の
   運動を各々独立に制御することを特徴とするマグネトロ
   ンスパッタ装置。
2. 【請求項２】請求項１記載のマグネトロンスパッタ装置
   において、前記マグネット制御手段は、ターゲット端部
   における前記磁場発生手段の移動速度を、ターゲット中
   心部における移動速度より遅くなるように制御するもの
   であることを特徴とするマグネトロンスパッタ装置。
3. 【請求項３】請求項１または２記載のマグネトロンスパ
   ッタ装置において、前記複数の磁場発生手段のうち、す
   くなくとも両端の磁場発生手段の移動周期の差が１／４
   〜３／４周期の間にあることを特徴とするマグネトロン
   スパッタ装置。
4. 【請求項４】請求項１記載のマグネトロンスパッタ装置
   において、前記複数の磁場発生手段の極性は、それぞれ
   相隣あう磁場発生手段の極性と異なることを特徴とする
   マグネトロンスパッタ装置。
5. 【請求項５】請求項１記載のマグネトロンスパッタ装置
   において、前記ターゲットはその裏面がバッキングプレ
   ートで支持されており、このバッキングプレートが前記
   真空容器の一部を形成することを特徴とするマグネトロ
   ンスパッタ装置。
6. 【請求項６】真空容器と、この真空容器内に配置され、
   膜を付着させるべき基板を取り付けた基板保持部材と、
   該基板保持部材と対向する位置に配置されたターゲット
   と、該ターゲットの裏面に配置された複数の磁場発生手
   段と、該磁場発生手段をターゲットに対して平行に往復
   運動させ、さらに該磁場発生手段の運動を制御するマグ
   ネット制御手段を備えたマグネトロンスパッタ装置にお
   いて、 前記マグネット制御手段は、モータと、該モータにより
   回転駆動する回転駆動伝達部材と、該回転駆動伝達部材
   の回転運動を直線運動に変換し、前記マグネットが該回
   転駆動伝達部材に沿って運動するようにする運動方向変
   換部材から構成される２つ以上のマグネット駆動装置
   と、前記マグネットの位置や運動方向を検出するマグネ
   ット運動検出手段と、前記マグネット駆動装置の運動を
   制御するコントローラを有することを特徴とするマグネ
   トロンスパッタ装置。