JPH1192927A - マグネトロンスパッタ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 マグネット６を改良し、大型化サイズの基板
に対しても、基板全面に均一な膜厚の成膜を行うことが
可能なマグネトロンスパッタ装置を提供する。 【解決手段】 薄膜を形成する基板及び薄膜材料となる
スパッタリングターゲットを内部に配置した真空容器
と、スパッタリングターゲットの表面に磁場を形成する
マグネット６と、スパッタリングターゲットに電力を供
給し、放電プラズマを発生する電力供給手段とを備え、
発生した放電プラズマ中のイオンをターゲットに衝突さ
せてスパッタリング粒子を放出させ、スパッタリング粒
子を基板上に堆積して薄膜を形成するマグネトロンスパ
ッタ装置において、マグネット６は、スパッタリングタ
ーゲット表面に形成される磁束密度の中で、スパッタリ
ングターゲット表面に垂直な成分がゼロになる軌跡上に
おけるスパッタリングターゲット表面に平行な成分の最
小値と最大値の差が２倍以上になるように構成する。

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
ッタ装置に係わり、特に、大面積の薄膜形成基板の表面
に、一様な膜厚及び膜質を有する薄膜をスパッタ法によ
り形成することを可能にしたマグネトロンスパッタ装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、液晶表示装置は、ノート型パー
ソナルコンピュータ等の表示部に使用され、近年になっ
て、液晶表示装置の表示面のサイズは大型のものが要求
されるようになってきており、表示面のサイズは、１０
インチのものを超え、１２インチ以上のものが主流にな
りつつある。液晶表示装置は、２枚のガラス板（基板）
の間に電気的な応答をする液晶層を挟み込んだ構造のも
ので、液晶層に電圧を加えるための電極や素子をガラス
板の表面に形成する必要がある。

【０００３】また、液晶表示装置の製造工程において
は、液晶表示装置の生産量を増加させるために、液晶表
示装置で必要とする表示面のサイズの数倍の大きさのサ
イズのガラス基板上に電極や素子を形成し、その後でガ
ラス基板を必要とするサイズに分割し、複数個の液晶表
示装置を得ることが慣用的に実施されている。この場
合、１個の液晶表示装置の表示面のサイズが大型化され
ているため、ガラス基板のサイズも必然的に大型化され
るようになっている。

【０００４】ところで、液晶層に電圧を加えるための電
極や素子を、ガラス基板の表面に形成するガラス基板処
理装置としては、通常、スパッタ装置やＣＶＤ（化学気
相成長）装置、エッチング装置等が使用される。その中
のスパッタ装置は、金属配線や画素用透明電極等の薄膜
電極の形成に利用される。この場合、金属配線には、形
成材料として、アルミニウム合金やクロム等が多く使用
され、透明電極には、形成材料として、ＩＴＯ（Ｉｎｄ
ｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）と呼ばれる錫を添加した
酸化インジウムが用いられる。薄膜電極の形成に際して
は、その膜厚や電気抵抗が均一になるように成膜する必
要がある。その理由は、エッチング等の微細加工を均一
にするためと、液晶表示装置の表示性能を向上するため
である。

【０００５】ここで、液晶表示装置を製造するためのス
パッタ装置には、大別して２つの方式があることが知ら
れている。その１つの方式は、電極や磁極を固定した状
態にするとともに、ガラス基板を電極や磁極に対して搬
送させるようにし、ガラス基板上に成膜を行う搬送成膜
式スパッタ装置であり、もう１つの方式は、ガラス基板
を固定した状態にするとともに、磁極をガラス基板に対
して搬送させるようにし、静止状態にあるガラス基板上
に成膜を行う静止対向成膜式スパッタ装置である。この
場合、いずれの方式のスパッタ装置も、大面積のガラス
基板に均一な成膜を行うことができる成膜方法である。

【０００６】そして、搬送成膜式スパッタ装置は、成膜
に高い均一性が得られ、１つのスパッタ装置が多種のサ
イズのガラス基板に対応できるという長所を有する反面
で、スパッタ装置全体のレイアウトに制限がある、ガラ
ス基板を搬送するためのトレーが必要になる等の欠点を
有している。一方、静止対向成膜式スパッタ装置は、ス
パッタ装置のレイアウトの自由度が大きい、ガラス基板
を搬送するためのトレーを必要としない等の長所を有す
るのに対してガラス基板が大面積になればなる程、成膜
の均一性を確保することが難しいという欠点を有してい
る。

【０００７】このような静止対向成膜式スパッタ装置に
は、代表的な基本構成を有するものとして、例えば、特
開昭６０−１１４５６８号に開示ものが知られている。
この静止対向成膜式スパッタ装置は、磁場形成手段とし
て、長方形状に構成配置されたマグネット（永久磁石）
を用いている。

【０００８】図６は、かかる既知の長方形状に構成配置
されたマグネットの構成の一例を示す斜視図である。

【０００９】図６に示されるように、マグネット６０
は、角柱状の内側マグネット６１と、内側マグネット６
１の長手方向に沿ってその周囲を覆うように配置された
枠状の外部マグネット６２と、内側マグネット６１及び
外側マグネット６２の背面部を覆う長方形の板状磁気ヨ
ーク６３とからなり、内側マグネット６１と外側マグネ
ット６２との間隔が場所に係らず一定になるように配置
したものである。

【００１０】そして、内側マグネット６１は、上端部が
Ｎ極に、下端部がＳ極にそれぞれ磁化されており、外側
マグネット６２は、内側マグネット６１とは反対に、上
端部がＳ極に、下端部がＮ極にそれぞれ磁化されてい
る。

【００１１】静止対向成膜式スパッタ装置の動作時に、
マグネット６０は、固定配置されたスパッタリングター
ゲットに沿って直線的に移動させて使用されるが、成膜
を行うガラス基板、即ち、液晶表示装置の表示面は一般
的に長方形状のものであるので、このような長方形状に
構成配置されたマグネット６０を用いても何等不都合が
生じることはない。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】前記既知の静止対向成
膜式スパッタ装置は、交流電圧または直流電圧を印加し
たスパッタリングターゲットと、絶縁物からなっている
ガラス基板とを静止状態に対向配置させた場合に、スパ
ッタリングターゲットから発生した二次電子を吸収する
アノードが、ガラス基板の周囲に配置されていいるだけ
であるので、スパッタリングターゲットの中央部分から
放出される二次電子と、スパッタリングターゲットの周
辺部分から放出される二次電子との間で、アノードまで
の距離、即ち、二次電子の走行距離が異なってくる。

【００１３】ところで、プラズマ放電は、アルゴンのよ
うな不活性ガスと二次電子との衝突によって発生するた
め、二次電子の走行距離とプラズマ放電密度との間に密
接な関係があり、本発明者等の実験によれば、総じてス
パッタリングターゲットの周辺部分のプラズマ放電密度
が、スパッタリングターゲットの中央部分のプラズマ放
電密度よりも高いことが判明した。

【００１４】このように、前記既知の静止対向成膜式ス
パッタ装置は、プラズマ放電密度に部分的な差を生じる
もので、ガラス基板が大型になる程、プラズマ放電密度
の部分的な差が顕著に現われるようになり、その結果、
ガラス基板の全面にわたって均一な膜厚の成膜を行うこ
とができないという問題がある。

【００１５】このような問題点を除去する手段として、
例えば、特開平７−２３３４７３号に開示のマグネトロ
ンスパッタ装置が既に提案されている。特開平７−２３
３４７３号に開示のマグネトロンスパッタ装置は、磁場
形成手段となるマグネット（永久磁石）の端部部分に切
り込みを形成し、プラズマ放電密度が大きくなる部分の
磁場を弱めるようにし、プラズマ放電密度の部分的の差
を極力なくすようにしているものである。

【００１６】特開平７−２３３４７３号に開示のマグネ
トロンスパッタ装置は、一応、プラズマ放電密度の部分
的の差をできるだけ少なくすることが可能であるとして
も、ガラス基板のサイズとして一辺が０．６ｍ程度のも
のまでであって、最近のように、ガラス基板のサイズと
して一辺が１ｍ程度にまで拡大されたような場合は、プ
ラズマ放電密度の部分的の差を極力なくすことが難し
く、ガラス基板全面に均一な膜厚の成膜を行うことがで
きないという問題を有している。

【００１７】本発明は、これらの問題点を解決するもの
で、その目的は、磁場形成手段を改良することにより、
基板のサイズが大型化した場合においても、基板全面に
均一な膜厚の成膜を行う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。

【００１８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明によるマグネトロンスパッタ装置は、薄膜形
成基板、スパッタリングターゲット、スパッタリングタ
ーゲットに磁場を形成する磁場形成手段、スパッタリン
グターゲットへの電力供給手段を備え、磁場形成手段
を、スパッタリングターゲット表面に形成される磁束密
度の中で、スパッタリングターゲット表面に垂直な成分
がゼロになる軌跡上におけるスパッタリングターゲット
表面に平行な成分の最小値と最大値の差が少なくとも２
倍になるように構成した手段を具備する。

【００１９】ここで、磁場形成手段の具体的構成として
は、長方形状に構成配置されたマグネット（永久磁石）
を用いた場合、長手方向に段階的に厚みを異にする複数
枚の磁性材を貼着したマグネットからなるもの、長手方
向に段階的に断面積が変化する複数のマグネットからな
るもの、長手方向に段階的に残留磁束密度を異にする複
数のマグネットからなるものが用いられる。

【００２０】前記手段によれば、長方形状のマグネット
の長手方向の中央部分は、アノードまでの距離が長い
が、磁場が強くなっており、一方、マグネットの長手方
向の端部部分は、アノードまでの距離が短いが、磁場が
弱くなっていることから、レーストラックプラズマ放電
空間内のプラズマ放電密度がほぼ一様になり、スパッタ
リングターゲットをスパッタリングするイオン密度がス
パッタリングターゲットの全面にわたってほぼ一定にな
る。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態において、マ
グネトロンスパッタ装置は、薄膜を形成する基板及び薄
膜材料となるスパッタリングターゲットを内部に配置し
た真空容器と、スパッタリングターゲットの表面に磁場
を形成する磁場形成手段と、スパッタリングターゲット
に電力を供給し、放電プラズマを発生する電力供給手段
とを備え、発生した放電プラズマ中のイオンをターゲッ
トに衝突させてスパッタリング粒子を放出させ、スパッ
タリング粒子を基板上に堆積して薄膜を形成するもので
あって、磁場形成手段は、スパッタリングターゲット表
面に形成される磁束密度の中で、スパッタリングターゲ
ット表面に垂直な成分がゼロになる軌跡上におけるスパ
ッタリングターゲット表面に平行な成分の最小値と最大
値の差が少なくとも２倍になるように構成しているもの
である。

【００２２】本発明の実施の形態の最適例において、マ
グネトロンスパッタ装置は、磁場形成手段を、スパッタ
リングターゲット表面に平行な成分の最小値と最大値の
差が２倍以上５倍以下になるように構成しているもので
ある。

【００２３】本発明の実施の形態の具体例として、マグ
ネトロンスパッタ装置は、磁場形成手段をスパッタリン
グターゲットに対して移動可能な構成にしている。

【００２４】本発明の実施の形態のそれぞれにおいて、
マグネトロンスパッタ装置は、磁場形成手段を、スパッ
タリングターゲット表面に形成される磁束密度の中で、
スパッタリングターゲット表面に垂直な成分がゼロにな
る軌跡が角部に丸みを帯びた長方形状になるように形成
しているものである。

【００２５】本発明の実施の形態における磁場形成手段
の１つの具体例として、磁場形成手段は長方形状に構成
配置されたマグネットからなるもので、マグネットは長
手方向に段階的に厚みを異にする複数枚の磁性材を貼着
したものである。

【００２６】本発明の実施の形態における磁場形成手段
の他の具体例として、磁場形成手段は長方形状に構成配
置されたマグネットからなるもので、マグネットは長手
方向に段階的に断面積が変化する複数のマグネットから
なっているものである。

【００２７】本発明の実施の形態における磁場形成手段
のさらに別の具体例として、磁場形成手段は長方形状に
構成配置されたマグネットからなるもので、マグネット
は長手方向に段階的に残留磁束密度を異にする複数のマ
グネットからなっているものである。

【００２８】これらの本発明の実施の形態によれば、磁
場形成手段を、スパッタリングターゲット表面に形成さ
れる磁束密度の中で、スパッタリングターゲット表面に
垂直な成分がゼロになる軌跡上におけるスパッタリング
ターゲット表面に平行な成分の最小値と最大値の差が少
なくとも２倍になるように構成しているので、磁場形成
手段の中央部分は、アノードまでの距離が長くなってい
るが、磁場が強くなっており、一方、磁場形成手段の端
部部分は、アノードまでの距離が短くなっているが、磁
場が弱くなっている。このため、磁場形成手段における
レーストラックプラズマ放電空間内のプラズマ放電密度
は全体的にほぼ一様になり、プラズマ放電密度が全体的
にほぼ一様になったことから、スパッタリングターゲッ
トをスパッタリングするイオン密度もスパッタリングタ
ーゲットの全面にわたってほぼ一定になり、その結果、
大型化サイズの基板を用いた場合であっても、基板にス
パッタリング形成される成膜の膜厚分布や膜質分布を均
一化することができ、大型化サイズの基板上に均一な薄
膜を堆積することができる。

【００２９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。

【００３０】図１は、本発明によるマグネトロンスパッ
タ装置の一実施例の構成を示す一部展開部分を有する斜
視図である。

【００３１】図１において、１は真空容器、２はガラス
基板、２ａは基板載置面、３はスパッタリングターゲッ
ト、４はアノード（電力供給手段）、５はマスク部材、
６はマグネット（永久磁石、磁場形成手段）、７は背面
板、８はマグネット揺動機構、９はプラズマ放電領域で
ある。

【００３２】そして、本実施例のマグネトロンスパッタ
装置は、使用時に内部が真空状態に吸引される真空容器
１と、真空容器１内に設置された基板載置面２ａ上に載
置されるガラス基板２と、真空容器１の上部壁内にあっ
て、ガラス基板２に対して離間状態で対向配置されるス
パッタリングターゲット３と、真空容器１内にあって、
基板載置面２ａの周囲に配置される断面コ字状のアノー
ド４と、真空容器１内にあって、ガラス基板２の周縁部
を覆うように配置されるマスク部材５と、スパッタリン
グターゲット３上にあって、真空容器１の上部壁を封止
するように配置される背面板７と、真空容器１外にあっ
て、背面板７を介してスパッタリングターゲット３に対
向配置される長方形状に構成配置されたマグネット６
と、マグネット６を背面板７において図１に図示の矢印
方向ｌに揺動させるマグネット揺動機構８とによって構
成されている。

【００３３】前記構成において、基板載置面２ａ上にガ
ラス基板２を載置し、真空容器１の内部の真空引きを行
った後、アノードに所定電圧値の直流電圧または交流電
圧を印加すると、スパッタリングターゲット３の表面の
プラズマ放電領域９内にプラズマ放電が発生する。この
とき、プラズマ放電によって発生したイオンがスパッタ
リングターゲット３の表面に衝突することにより、スパ
ッタリングターゲット３からスパッタリング粒子を発生
させ、発生したスパッタリング粒子がガラス基板上の所
定の箇所に堆積し、ガラス基板上に薄膜を形成するもの
である。

【００３４】このマグネトロンスパッタ装置における一
連の薄膜形成動作時に、マグネット６は、マグネット揺
動機構８の揺動機能によって、固定状態にあるスパッタ
リングターゲット３に対して矢印方向ｌに揺動し、スパ
ッタリングターゲット３の表面に磁場を形成し、プラズ
マ放電領域９にプラズマ放電を発生させる。

【００３５】この場合、マグネット６は、後述する図３
乃至図５に図示されるような第１例乃至第３例の構成を
有するもので、これらの構成を採用することにより、中
央部分の磁束密度を大きく、両端部分の磁束密度を小さ
くして、ガラス基板２上に全面にわたって膜厚及び膜質
が均一化された薄膜を形成している。

【００３６】ここで、図２（ａ）は、図１に図示された
マグネトロンスパッタ装置に用いられる第１例のマグネ
ットの構成を示す斜視図であり、図２（ｂ）は、第１例
のマグネットにおけるスパッタリングターゲット３の表
面に垂直な磁束密度成分がゼロとなる軌跡（点線部分）
を示す説明図である。

【００３７】図２（ａ）、（ｂ）において、１０は内側
マグネット、１１は外側マグネット、１２は磁気ヨー
ク、１３₁ は第１磁性材、１３₂ は第２磁性材であっ
て、その他に、図１の構成要素と同じ構成要素について
は同じ符号を付けている。

【００３８】図２（ａ）に示されるように、第１例のマ
グネット６は、角柱状の内側マグネット１０と、内側マ
グネット１０の長手方向に沿ってその全周囲を覆うよう
に配置された枠状の外側マグネット１１と、内側マグネ
ット１０及び外側マグネット１１の背面部を覆う長方形
の板状磁気ヨーク１２と、マグネット６の両端部にある
内側マグネット１０と外側マグネット１１との対向部分
に貼着された厚みの比較的厚い第１磁性材１３₁ と、マ
グネット６の両端部に続く中央寄りの部分にある内側マ
グネット１０と外側マグネット１１との対向部分に貼着
された厚みの比較的薄い第２磁性材１３₂ とからなって
おり、第１磁性材１３₁ 及び第２磁性材１３₂ を除いた
ときの、内側マグネット１０と外側マグネット１１との
間隔は、場所に係らず一定になるように配置されてい
る。

【００３９】そして、内側マグネット１０は、上端部側
がＮ極に、下端部側、即ち磁気ヨーク１２と接する側が
Ｓ極にそれぞれ磁化され、外側マグネット１１は、内側
マグネット１０とは反対に、上端部側がＳ極に、下端部
側がＮ極にそれぞれ磁化されている。

【００４０】前記構成による第１例のマグネット６によ
れば、内側マグネット１０と外側マグネット１１との間
に形成される磁束は、内側マグネット１０に貼着されて
いる第１磁性材１３₁ と第２磁性材１３₂ 及び外側マグ
ネット１１に貼着されている第１磁性材１３₁ と第２磁
性材１３₂ にそれぞれ引き込まれる。このとき、マグネ
ット６の両端部は、内側マグネット１０及び外側マグネ
ット１１に、比較的厚みの厚い第１磁性材１３₁ を貼着
しているので、第１磁性材１３₁ に多くの磁束の引き込
みが行われ、一方、マグネット６の両端部に続く中央寄
りの部分は、内側マグネット１０及び外側マグネット１
１に、比較的厚みの薄い第２磁性材１３₂ を貼着してい
るので、第２磁性材１３₂ に第１磁性材１３₁ に比べて
少ない磁束の引き込みが行われ、さらに、マグネット６
の中央部は、内側マグネット１０及び外側マグネット１
１に、磁性材が貼着されていないので、磁束の引き込み
が行われない。

【００４１】このように、第１例のマグネット６は、両
端部において多くの磁束の引き込みが行われるので、両
端部の磁束密度は比較的小さく、また、両端部に続く中
央寄りの部分において少ない磁束の引き込みが行われる
ので、この中央寄りの部分の磁束密度は両端部よりも大
きく、さらに、中央部において磁束の引き込みが行われ
ないので、中央部の磁束密度は比較的大きくなり、マグ
ネット６によって得られる磁場の磁束密度の大きさは、
両端部＜両端部に続く中央寄りの部分＜中央部のように
なる。

【００４２】そして、第１例のマグネット６によって得
られる磁束密度の内、スパッタリングターゲット３の表
面に垂直な成分がゼロになる位置の軌跡を求めると、図
２（ｂ）の点線に示すように、レーストラック形状にな
る。

【００４３】また、図３は、第１例のマグネット６にお
ける、スパッタリングターゲット３の表面に垂直な磁束
密度成分がゼロになる軌跡（点線）上の、スパッタリン
グターゲット３の表面に平行な磁束密度成分の大きさの
一例を示す特性図である。

【００４４】図３において、縦軸はテスラで表した磁束
密度であり、横軸は点線上の位置であって、点Ａ、Ｃは
マグネット６の両端部を示し、点Ｂはマグネット６の中
央部を示す。

【００４５】図３の特性図に示されるように、第１例の
マグネット６は、両端部（点Ａ、Ｃ）におけるスパッタ
リングターゲット３の表面に平行な磁束密度（最小値）
が０．０２テスラであるのに対して、中央部（点Ｂ）に
おけるスパッタリングターゲット３の表面に平行な磁束
密度（最大値）が０．０４４テスラであって、両端部に
比べて２倍以上の磁束密度を有している。

【００４６】次に、図４は、図１に図示されたマグネト
ロンスパッタ装置に用いられる第２例のマグネットの構
成を示す斜視図である。

【００４７】図４に示されるように、第２例のマグネッ
ト６は、角柱状の内側マグネット１０’と、内側マグネ
ット１０’の長手方向に沿ってその全周囲を覆うように
配置された枠状の外側マグネット１１’と、内側マグネ
ット１０’及び外側マグネット１１’の背面部を覆う長
方形の板状磁気ヨーク１２’とを備えている。そして、
内側マグネット１０’は、最も大きい残留磁束密度を有
する第１内側マグネット１４₁ と、第１内側マグネット
１４₁ に次ぐ大きさの残留磁束密度を有する２つの第２
内側マグネット１４₂ と、最も小さい残留磁束密度を有
する２つの第３内側マグネット１４₃ の集合体からな
り、両端部にそれぞれ第３内側マグネット１４₃ が配置
され、中央部に第１内側マグネット１４₁ が配置され、
両端部と中央部の間にそれぞれ第２内側マグネット１４
₂ が配置された構成を有する。また、外側マグネット１
１’は、最も大きい残留磁束密度を有する第１外側マグ
ネット１５₁ と、第１外側マグネット１５₁ に次ぐ大き
さの残留磁束密度を有する２つの第２外側マグネット１
５₂ と、最も小さい残留磁束密度を有する２つの第３外
側マグネット１５₃ の集合体からなり、両端部にそれぞ
れ第３外側マグネット１５₃ が配置され、中央部に第１
外側マグネット１５₁ が配置され、両端部と中央部の間
にそれぞれ第２外側マグネット１５₂ が配置された構成
を有している。

【００４８】この場合、各内側マグネット１４₁ 、１４
₂ 、１４₃ は、内側マグネット１０’を構成した場合
に、上端部側が全てＮ極に、下端部側が全てＳ極にそれ
ぞれ磁化され、各外側マグネット１５₁ 、１５₂ 、１５
₃ は、内側マグネット１０’とは反対に、外側マグネッ
ト１１’を構成した場合に、上端部側が全てＳ極に、下
端部側が全てＮ極にそれぞれ磁化されている。

【００４９】前記構成による第２例のマグネット６によ
れば、内側マグネット１０’と外側マグネット１１’と
の間に形成される磁束は、それぞれの位置にある内側マ
グネット１４₁ 、１４₂ 、１４₃ 及び外側マグネット１
５₁ 、１５₂ 、１５₃ の残留磁束密度の大きさに依存す
るようになる。即ち、マグネット６は、長手方向の両端
部に最も小さい残留磁束密度（例えば、０．０７テス
ラ）を有する内側マグネット１４₁ 及び外側マグネット
１５₁ が配置されていることから、両端部の磁束密度は
比較的小さく、また、両端部に続く中央寄りの部分に中
間的な残留磁束密度（例えば、０．０９テスラ）を有す
る内側マグネット１４₂ 及び外側マグネット１５₂ が配
置されていることから、この中央寄りの部分の磁束密度
は両端部の磁束密度よりも大きく、さらに、中央部に最
も大きい残留磁束密度（例えば、０．１１テスラ）を有
する内側マグネット１４₃ 及び外側マグネット１５₃ が
配置されていることから、両端部の磁束密度は比較的大
きくなり、マグネット６によって得られる磁場の磁束密
度の大きさは、両端部＜両端部に続く中央寄りの部分＜
中央部のようになる。

【００５０】第２例のマグネット６においても、マグネ
ット６によって得られる磁束密度の内、スパッタリング
ターゲット３の表面に垂直な成分がゼロになる軌跡は、
図２（ｂ）の点線に示すレーストラック形状とほぼ同じ
形状になるもので、この点線上のスパッタリングターゲ
ット３の表面に平行な磁束密度成分の大きさは、図３に
示す特性に類似した特性になり、マグネット６の中央部
（点Ｂ）におけるスパッタリングターゲット３の表面に
平行な磁束密度（最大値）は、両端部（点Ａ、Ｃ）にお
けるスパッタリングターゲット３の表面に平行な磁束密
度（最小値）の２倍以上になる。

【００５１】続く、図５は、図１に図示されたマグネト
ロンスパッタ装置に用いられる第３例のマグネットの構
成を示す斜視図である。

【００５２】図４に示されるように、第３例のマグネッ
ト６は、角柱状の内側マグネット１０”と、内側マグネ
ット１０”の長手方向に沿ってその全周囲を覆うように
配置された枠状の外側マグネット１１”と、内側マグネ
ット１０”及び外側マグネット１１”の背面部を覆う長
方形の板状磁気ヨーク１２”とを備えている。そして、
内側マグネット１０”は、最も広い横幅を持った第１内
側マグネット１６₁ と、第１内側マグネット１６₁ に次
ぐ広い横幅を持った２つの第２内側マグネット１６
₂ と、最も狭い横幅を持った２つの第３内側マグネット
１６₃ の集合体からなり、両端部にそれぞれ第３内側マ
グネット１６₃ が配置され、中央部に第１内側マグネッ
ト１６₁ が配置され、両端部と中央部の間にそれぞれ第
２内側マグネット１６₂ が配置された構成を有する。ま
た、外側マグネット１１”は、最も広い横幅を持った第
１外側マグネット１７₁ と、第１外側マグネット１７₁
に次ぐ広い横幅を持った２つの第２外側マグネット１７
₂ と、最も狭い横幅を持った２つの第３外側マグネット
１７₃ の集合体からなり、両端部にそれぞれ第３外側マ
グネット１７₃ が配置され、中央部に第１外側マグネッ
ト１７₁ が配置され、両端部と中央部の間にそれぞれ第
２外側マグネット１７₂ が配置された構成を有してい
る。また、各内側マグネット１６₁ 、１６₂ 、１６₃ 及
び各外側マグネット１７₁ 、１７₂ 、１７₃ は、全て同
じ残留磁束密度を持ったものである。

【００５３】この場合、各内側マグネット１６₁ 、１６
₂ 、１６₃ は、内側マグネット１０”を構成した場合
に、上端部側が全てＮ極に、下端部側が全てＳ極にそれ
ぞれ磁化され、各外側マグネット１７₁ 、１７₂ 、１７
₃ は、内側マグネット１０”とは反対に、外側マグネッ
ト１１”を構成した場合に、上端部側が全てＳ極に、下
端部側が全てＮ極にそれぞれ磁化されている。

【００５４】前記構成による第３例のマグネット６によ
れば、内側マグネット１０”と外側マグネット１１”と
の間に形成される磁束は、それぞれの位置にある内側マ
グネット１６₁ 、１６₂ 、１６₃ 及び外側マグネット１
７₁ 、１７₂ 、１７₃ の横幅に依存するようになる。即
ち、マグネット６は、両端部に最も狭い横幅を持った内
側マグネット１６₁ 及び外側マグネット１７₁ が配置さ
れていることから、両端部の磁束密度は比較的小さく、
また、両端部に続く中央寄りの部分に中間的に広い横幅
を持った内側マグネット１６₂ 及び外側マグネット１７
₂ が配置されていることから、この中央寄りの部分の磁
束密度は両端部の磁束密度よりも大きく、さらに、中央
部に最も広い横幅を持った内側マグネット１６₃ 及び外
側マグネット１７₃ が配置されていることから、両端部
の磁束密度は比較的大きくなり、マグネット６によって
得られる磁場の磁束密度の大きさは、両端部＜両端部に
続く中央寄りの部分＜中央部のようになる。

【００５５】第３例のマグネット６においても、マグネ
ット６によって得られる磁束密度の内、スパッタリング
ターゲット３の表面に垂直な成分がゼロになる軌跡は、
図２（ｂ）の点線に示すレーストラック形状とほぼ同じ
形状になるもので、この点線上のスパッタリングターゲ
ット３の表面に平行な磁束密度成分の大きさは、図３に
示す特性に類似した特性になり、マグネット６の中央部
（点Ｂ）におけるスパッタリングターゲット３の表面に
平行な磁束密度（最大値）は、両端部（点Ａ、Ｃ）にお
けるスパッタリングターゲット３の表面に平行な磁束密
度（最小値）の２倍以上になる。

【００５６】ここで、第１及び第２磁性材１３₁ 、１３
₂ をケイ素鋼板で構成した第１例のマグネット６と、ク
ロム製のスパッタリングターゲット３と、８００ｍｍ×
１０００ｍｍの基板載置面２ａとを備えたマグネトロン
スパッタ装置を用い、縦４００ｍｍ、横５００ｍｍ、厚
さ０．７ｍｍのガラス基板２を４枚１組として基板載置
面２ａに載置して、室温状態で、真空容器１内の圧力を
０．５Ｐａにし、スパッタリングターゲット３とアノー
ド４との間にスパッタ電力１７．４Ｋｗを印加して３分
間プラズマ放電を行った結果、ガラス基板２上に、平均
膜厚が３００ｎｍで、膜厚分布が±４．９％、平均シー
ト抵抗値が０．７５Ωで、シート抵抗分布が±８％の、
膜厚分布及び膜質分布の均一性に富んだ成膜を行うこと
ができた。

【００５７】また、第１例のマグネット６の代わりに第
２例のマグネット６を用いた以外、同じ構成のマグネト
ロンスパッタ装置を用い、かつ、同じ動作条件でプラズ
マ放電を行った結果、ガラス基板２上に、平均膜厚が３
００ｎｍで、膜厚分布が±４．１％、平均シート抵抗値
が０．７５Ωで、シート抵抗分布が±６％の、膜厚分布
及び膜質分布の均一性に富んだ成膜を行うことができ
た。

【００５８】さらに、第１例のマグネット６の代わりに
第３例のマグネット６を用いた以外、同じ構成のマグネ
トロンスパッタ装置を用い、かつ、同じ動作条件でプラ
ズマ放電を行った結果、ガラス基板２上に、平均膜厚が
３００ｎｍで、膜厚分布が±４．２％、平均シート抵抗
値が０．７５Ωで、シート抵抗分布が±７％の、膜厚分
布及び膜質分布の均一性に富んだ成膜を行うことができ
た。

【００５９】ちなみに、第１例のマグネット６の代わり
に既知のマグネットを用いた以外、同じ構成のマグネト
ロンスパッタ装置を用い、かつ、同じ動作条件でプラズ
マ放電を行った結果、ガラス基板２上に、平均膜厚が３
００ｎｍで、膜厚分布が±７％、平均シート抵抗値が
０．７５Ωで、シート抵抗分布が±１２％の成膜が得ら
れるに過ぎないもので、第１例乃至第３例のマグネット
６を用いた本実施例のマグネトロンスパッタ装置の方
が、膜厚分布及び膜質分布の均一性の優れた成膜が得ら
れることは明らかである。

【００６０】なお、第１例乃至第３例のマグネット６
は、マグネット６の中央部におけるスパッタリングター
ゲット３の表面に平行な磁束密度（最大値）が両端部に
おけるスパッタリングターゲット３の表面に平行な磁束
密度（最小値）の２倍以上になるような構成にしている
が、磁束密度の最大値が磁束密度の最小値の２倍以下に
なるような構成にすると、膜質を表すシート抵抗分布の
均一性を得ることが難しくなるので、磁束密度の最大値
が磁束密度の最小値の２倍以上になるような構成にする
必要がある。また、磁束密度の最大値が磁束密度の最小
値の２倍以上であれば、その差が大きくなっても差し支
えないが、実用的な点、及び、構成の困難性の点を考慮
した場合、２倍以上で５倍以下であることが好ましい。

【００６１】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、マグネ
トロンスパッタ装置に用いる磁場形成手段を、スパッタ
リングターゲット表面に形成される磁束密度の中で、ス
パッタリングターゲット表面に垂直な成分がゼロになる
軌跡上におけるスパッタリングターゲット表面に平行な
成分の最小値と最大値の差が少なくとも２倍になるよう
な構成にして、アノードまでの距離が長い磁場形成手段
の中央部分の磁場を強くし、アノードまでの距離が短い
磁場形成手段の端部部分の磁場を弱くしているので、磁
場形成手段におけるレーストラックプラズマ放電空間内
のプラズマ放電密度が全体的にほぼ一様になり、それに
よりスパッタリングターゲットをスパッタリングするイ
オン密度もスパッタリングターゲットの全面にわたって
ほぼ一定になり、その結果、大型化サイズの基板を用い
た場合であっても、基板にスパッタリング形成される成
膜の膜厚分布や膜質分布を均一化することが可能にな
り、大型化サイズの基板上に均一な薄膜を堆積できると
いう効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるマグネトロンスパッタ装置の一実
施例の構成を示す一部展開部分を有する斜視図である。

【図２】図１に図示されたマグネトロンスパッタ装置に
用いられる第１例のマグネットの構成を示す斜視図、及
び、スパッタリングターゲットの表面に垂直な磁束密度
成分がゼロとなる位置の軌跡を示す説明図である。

【図３】第１例のマグネットにおけるスパッタリングタ
ーゲットの表面に垂直な磁束密度成分がゼロになる軌跡
上のスパッタリングターゲットの表面に平行な磁束密度
成分の大きさの一例を示す特性図である。

【図４】図１に図示されたマグネトロンスパッタ装置に
用いられる第２例のマグネットの構成を示す斜視図であ
る。

【図５】図１に図示されたマグネトロンスパッタ装置に
用いられる第３例のマグネットの構成を示す斜視図であ
る。

【図６】既知のマグネトロンスパッタ装置に用いられる
マグネットの構成の一例を示す斜視図である。

【符号の説明】 １ 真空容器 ２ ガラス基板 ２ａ 基板載置面 ３ スパッタリングターゲット ４ アノード（電力供給手段） ５ マスク部材 ６ マグネット（磁場形成手段） ７ 背面板 ８ マグネット揺動機構 ９ プラズマ放電領域 １０、１０’、１０” 内側マグネット １１、１１’、１１” 外側マグネット １２、１２’、１２” 磁気ヨーク １３₁ 第１磁性材 １３₂ 第２磁性材 １４₁ 、１６₁ 第１内側マグネット １４₂ 、１６₂ 第２内側マグネット １４₃ 、１６₃ 第３内側マグネット １５₁ 、１７₁ 第１外側マグネット １５₂ 、１７₂ 第２外側マグネット １５₃ 、１７₃ 第３外側マグネット

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 薄膜を形成する基板及び薄膜材料となる
   スパッタリングターゲットを内部に配置した真空容器
   と、前記スパッタリングターゲットの表面に磁場を形成
   する磁場形成手段と、前記スパッタリングターゲットに
   電力を供給し、放電プラズマを発生する電力供給手段と
   を備え、前記発生した放電プラズマ中のイオンを前記タ
   ーゲットに衝突させてスパッタリング粒子を放出させ、
   前記スパッタリング粒子を前記基板上に堆積して前記薄
   膜を形成するマグネトロンスパッタ装置において、前記
   磁場形成手段は、前記スパッタリングターゲット表面に
   形成される磁束密度の中で、前記スパッタリングターゲ
   ット表面に垂直な成分がゼロになる軌跡上における前記
   スパッタリングターゲット表面に平行な成分の最小値と
   最大値の差が少なくとも２倍になるように構成している
   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】 前記磁場形成手段は、前記スパッタリン
   グターゲット表面に平行な成分の最小値と最大値の差が
   ２倍以上５倍以下になるように構成していることを特徴
   とする請求項１に記載のマグネトロンスパッタ装置。
3. 【請求項３】 前記磁場形成手段は、前記スパッタリン
   グターゲットに対して移動可能な構成になっていること
   を特徴とする請求項１または２に記載のマグネトロンス
   パッタ装置。
4. 【請求項４】 前記磁場形成手段は、前記スパッタリン
   グターゲット表面に形成される磁束密度の中で、前記ス
   パッタリングターゲット表面に垂直な成分がゼロになる
   軌跡が角部に丸みを帯びた長方形状になるように形成し
   ていることを特徴とする請求項１乃至３に記載のマグネ
   トロンスパッタ装置。
5. 【請求項５】 前記磁場形成手段は、長方形状に構成配
   置されたマグネットからなるもので、前記マグネット
   は、長手方向に段階的に厚みを異にする複数枚の磁性材
   を貼着したもので構成されていることを特徴とする請求
   項１乃至４に記載のマグネトロンスパッタ装置。
6. 【請求項６】 前記磁場形成手段は、長方形状に構成配
   置されたマグネットからなるもので、前記マグネット
   は、長手方向に段階的に断面積が変化する複数のマグネ
   ットからなっていることを特徴とする請求項１乃至４に
   記載のマグネトロンスパッタ装置。
7. 【請求項７】 前記磁場形成手段は、長方形状に構成配
   置されたマグネットからなるもので、前記マグネット
   は、長手方向に段階的に残留磁束密度を異にする複数の
   マグネットからなっていることを特徴とする請求項１乃
   至４に記載のマグネトロンスパッタ装置。