JP2003013219A - Magnetron sputtering apparatus - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetron sputtering apparatus, which can form a film superior in film thickness distribution on a rectangular substrate with a smaller target than before, by improving uniformity of erosion over the whole surface of the rectangular target, and by realizing a magnetron cathode for efficiently utilizing a target. SOLUTION: The magnetron sputtering apparatus having a rectangular target and a magnet unit which forms an annular leak magnetic field on the surface of the target, is characterized in that the above magnet unit has such a shape as to occupy at least a part of each three sides of an approximately equilateral triangle, rotates around the center of gravity of the triangle, makes the center of gravity revolve in the opposite direction to that of the above rotation, and makes the center of gravity revolve three times while the unit rotates once.

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
ッタリング装置に係り、特に、矩形状基板への成膜に適
したマグネトロンカソード構造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 cathode structure suitable for film formation on a rectangular substrate.

【０００２】[0002]

【従来の技術】マグネトロンカソードを用いたスパッタ
リング装置が半導体、表示装置、電子部品等の種々の薄
膜形成に広く用いられている。特に、スパッタ技術の電
子部品への応用が進み、１００〜３００ｍｍ角程度の小
型矩形基板に対応可能なスパッタリング装置の需要が増
加しつつある。2. Description of the Related Art A sputtering apparatus using a magnetron cathode is widely used for forming various thin films such as semiconductors, display devices and electronic parts. In particular, the application of sputtering technology to electronic components has advanced, and the demand for a sputtering apparatus that can handle a small rectangular substrate of about 100 to 300 mm square is increasing.

【０００３】現在、小型の矩形基板の成膜には、一般
に、円形ターゲットとターゲット表面に環状の漏洩磁場
を発生させるための磁石ユニットとからなるマグネトロ
ンカソードが用いられ、ターゲットのエロージョンを均
一化させるために、磁石ユニットには回転機構が取り付
けられている。しかし、この方式は均一なエロージョン
が得られるものの、所望の膜厚均一性を得るには基板対
角線長さに対応した大きさのターゲットが必要となる。
例えば、２００ｍｍ角の基板上に±５％の膜厚均一性で
薄膜を形成するためには、約４００ｍｍ径以上の大きさ
のターゲットが必要となり、基板の大きさと比べて装置
が極めて大型化してしまうという問題がある。また、タ
ーゲット材が無駄になるとともに、多量の膜が基板以外
に付着するため、メンテナンス周期が短くなり生産性が
低いという問題がある。At present, a magnetron cathode comprising a circular target and a magnet unit for generating an annular leakage magnetic field on the target surface is generally used for film formation on a small rectangular substrate to make the erosion of the target uniform. Therefore, a rotation mechanism is attached to the magnet unit. However, although this method can obtain uniform erosion, a target having a size corresponding to the diagonal length of the substrate is required to obtain the desired film thickness uniformity.
For example, in order to form a thin film with a film thickness uniformity of ± 5% on a 200 mm square substrate, a target having a diameter of about 400 mm or more is required, and the device becomes extremely large compared to the size of the substrate. There is a problem that it ends up. In addition, the target material is wasted, and a large amount of film adheres to areas other than the substrate, resulting in a short maintenance cycle and low productivity.

【０００４】一方、例えば、液晶パネル製造用基板のよ
うに、１ｍ角程度の大型の矩形基板には、図９に示した
ように、矩形ターゲットを有するマグネトロンカソード
が用いられる。これは、図に示すように、矩形ターゲッ
ト１００の裏側に、内側磁石１１２と外側磁石１１３と
をヨーク１１１上に取り付けた１又は複数の矩形磁石ユ
ニット１１０を配置し、これを磁石ユニットの短手方向
に往復運動させながらスパッタリングを行う方式であ
る。しかし、この方式は、小型基板に対応してターゲッ
トを小型化すると、磁石ユニットも小型化させる必要が
あり、内側磁石と外側磁石の間隔が狭くなって、ターゲ
ット表面に十分な強度の漏洩磁場を形成できなくなる。
この磁場強度は、生産用の厚手のターーゲットを用いる
となおさら低下し、十分な成膜レートが得られなくなる
という問題がある。さらに、ターゲット外周付近は、特
に４隅部はエロージョンされにくいため、エロージョン
分布が大きくなり、ターゲットの利用率が低いという問
題があるとともに、所望の膜厚均一性を得るためには、
基板に対し、より大型のターゲットが必要となる。On the other hand, as shown in FIG. 9, a magnetron cathode having a rectangular target is used for a large rectangular substrate of about 1 m square, such as a liquid crystal panel manufacturing substrate. As shown in the figure, one or a plurality of rectangular magnet units 110 in which an inner magnet 112 and an outer magnet 113 are mounted on a yoke 111 are arranged on the back side of a rectangular target 100, and the rectangular magnet units 110 are arranged on the short side of the magnet unit. In this method, sputtering is performed while reciprocating in the direction. However, in this method, when the target is downsized in response to a small substrate, the magnet unit also needs to be downsized, and the gap between the inner magnet and the outer magnet is narrowed, so that a leakage magnetic field of sufficient strength is generated on the target surface. Cannot be formed.
This magnetic field strength is further reduced when a thick target for production is used, and there is a problem that a sufficient film formation rate cannot be obtained. Further, in the vicinity of the outer periphery of the target, particularly at the four corners, erosion is hard to occur, so that there is a problem that the erosion distribution becomes large and the utilization rate of the target is low, and in order to obtain a desired film thickness uniformity,
Larger targets are needed for the substrate.

【０００５】[0005]

【発明が解決しようとする課題】以上述べてきたよう
に、１００〜３００ｍｍ角程度の比較的小型の矩形基板
のスパッタリング装置は、ターゲットの利用率が低いと
いう問題とともに、膜厚均一性の高い成膜を行うには、
エロージョン分布を見込んでより大きなターゲットが必
要となり、装置が大型化してしまうという問題があっ
た。かかる状況に鑑み、本発明は、矩形ターゲットの全
面にわたりエロージョンの均一性を向上させ、ターゲッ
ト利用率の高いマグネトロンカソードを実現することを
目的とし、さらには、より小型のターゲットで矩形基板
上に膜厚分布に優れた成膜が可能なマグネトロンスパッ
タリング装置を提供することを目的とする。As described above, the sputtering apparatus for a relatively small rectangular substrate having a size of 100 to 300 mm square has a problem that the utilization factor of the target is low and the film thickness uniformity is high. To do the membrane,
There is a problem that a larger target is required in consideration of the erosion distribution, and the device becomes large. In view of such a situation, the present invention aims to improve the erosion uniformity over the entire surface of a rectangular target and realize a magnetron cathode with a high target utilization rate, and further, to form a film on a rectangular substrate with a smaller target. It is an object of the present invention to provide a magnetron sputtering apparatus capable of forming a film with excellent thickness distribution.

【０００６】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明のマグネトロンス
パッタリング装置は、矩形ターゲットと、該ターゲット
表面に環状の漏洩磁場を形成する磁石ユニットとを備え
たマグネトロンスパッタリング装置において、前記磁石
ユニットは、略正三角形の３辺のそれぞれの少なくとも
一部を有する形状をなし、該三角形の重心を中心に自転
し、かつ該重心を前記自転の方向と逆方向に公転させ、
１回自転する間に３回公転させる構成としたことを特徴
とする。以上の構成とすることにより、磁石ユニット正
方形の内側を転がるように、各辺が正方形の辺に内接し
て移動するため、ターゲットのエロージョン形状を矩形
とし、エロージョンを均一化することができる。この結
果、矩形ターゲットの利用率が改善される。また、磁石
ユニットの頂点部が四角形の４隅を突き出るように移動
させることができることから、矩形状基板の膜厚均一性
が向上する。従って、より小型のターゲットで膜厚均一
性高い薄膜を矩形基板上に形成することが可能となり、
スパッタリング装置の小型化を実現することができる。The magnetron sputtering apparatus of the present invention is a magnetron sputtering apparatus comprising a rectangular target and a magnet unit for forming an annular leakage magnetic field on the target surface, wherein the magnet unit is substantially positive. Forming a shape having at least a part of each of the three sides of a triangle, rotating about the center of gravity of the triangle, and revolving the center of gravity in a direction opposite to the direction of rotation;
It is characterized in that it is configured to revolve three times while rotating once. With the above configuration, since each side moves inscribed in the side of the square so as to roll inside the square of the magnet unit, the erosion shape of the target can be made rectangular and the erosion can be made uniform. As a result, the utilization rate of the rectangular target is improved. Further, since the apex of the magnet unit can be moved so as to protrude from the four corners of the quadrangle, the film thickness uniformity of the rectangular substrate is improved. Therefore, it becomes possible to form a thin film with high film thickness uniformity on a rectangular substrate with a smaller target,
It is possible to reduce the size of the sputtering device.

【０００７】前記磁石ユニットの自公転運動の駆動機構
は、固定ギアと、該固定ギアと噛合する遊星ギアと、該
遊星ギアに直接噛合し又は該遊星ギアと同軸に固定され
た第２遊星ギアに噛合し、中心軸が前記三角形の重心に
固定された自転ギアと、前記遊星ギアを前記固定ギアの
周りに回転させる機構と、からなることを特徴とする。
このように簡単な構成で、略正方形のエロージョンの形
成を可能とし、基板に対するターゲットの寸法比を小さ
くでき、ひいてはスパッタリング装置の小型化を達成す
ることが可能となる。また、前記固定ギアを往復運動さ
せるか、前記固定ギアを楕円形状とすることにより、長
方形のエロージョンも形成可能である。The drive mechanism for the rotation of the magnet unit revolves around a fixed gear, a planetary gear meshing with the fixed gear, and a second planetary gear directly meshed with the planetary gear or fixed coaxially with the planetary gear. And a mechanism for rotating the planetary gear around the fixed gear, the rotation gear having a central axis fixed to the center of gravity of the triangle.
With such a simple structure, it is possible to form a substantially square erosion, reduce the dimensional ratio of the target to the substrate, and eventually achieve the downsizing of the sputtering apparatus. A rectangular erosion can also be formed by reciprocating the fixed gear or by making the fixed gear oval.

【０００８】[0008]

【発明の実施の形態】以下に、本発明のマグネトロンス
パッタリング装置を図に基づいて説明する。なお、実施
形態で説明される構成、形状、大きさおよび配置関係に
ついては本発明が理解・実施できる程度に概略的に示し
たものにすぎず、また数値各構成の組成（材質）につい
ては例示に過ぎない。従って本発明は、以下に説明され
る実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲
に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限りさまざま
な形態に変更することができる。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A magnetron sputtering apparatus of the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that the configurations, shapes, sizes, and arrangement relationships described in the embodiments are merely schematic ones to the extent that the present invention can be understood and implemented, and numerical values show the composition (material) of each configuration as an example. Nothing more than. Therefore, the present invention is not limited to the embodiments described below, and can be modified in various forms without departing from the scope of the technical idea shown in the claims.

【０００９】本発明の第１の実施形態を図１に示す。図
１は、本発明のマグネトロンスパッタリング装置の一構
成例を示す模式的正面断面図であり、略正方形の基板へ
の成膜に好適に適用される。図１のスパッタリング装置
は、ガス導入口２，排気口３及び基板搬送口４を有し、
底壁にターゲット５を配置した真空室１と、ターゲット
５表面に環状の平行磁界を形成するための磁石ユニット
２０と、磁石ユニット２０の自公転回転機構３０と、か
ら構成される。A first embodiment of the present invention is shown in FIG. FIG. 1 is a schematic front cross-sectional view showing one structural example of the magnetron sputtering apparatus of the present invention, which is preferably applied to film formation on a substantially square substrate. The sputtering apparatus of FIG. 1 has a gas inlet port 2, an exhaust port 3 and a substrate transfer port 4,
It is composed of a vacuum chamber 1 in which a target 5 is arranged on a bottom wall, a magnet unit 20 for forming an annular parallel magnetic field on the surface of the target 5, and a rotation / revolution mechanism 30 of the magnet unit 20.

【００１０】基板ホルダ１１に保持された基板１２は、
基板搬入口４を通して搬出入され、ターゲット５に対向
して配置される。ターゲット５はインジウム等の低融点
金属により裏板６に接合され、裏板６は水冷ジャケット
７にＯ−リング等（不図示）を介して固定される。外部
から水路８に供給、排出される冷却水により、ターゲッ
ト５は冷却される。さらに、水冷ジャケット７は絶縁体
９及びＯリング（不図示）を介して真空室底壁に取り付
けられ、電源６０に接続される。また、ターゲット５の
周りには、ターゲット以外の部分がスパッタエッチされ
るのを防止するために、真空室１と同電位（即ち、接地
電位）のシールド１０が取り付けられている。The substrate 12 held by the substrate holder 11 is
It is carried in and out through the substrate carry-in port 4 and is arranged so as to face the target 5. The target 5 is joined to the back plate 6 with a low melting point metal such as indium, and the back plate 6 is fixed to the water cooling jacket 7 via an O-ring or the like (not shown). The target 5 is cooled by the cooling water supplied to and discharged from the water channel 8 from the outside. Further, the water cooling jacket 7 is attached to the bottom wall of the vacuum chamber via an insulator 9 and an O ring (not shown), and is connected to the power supply 60. In addition, a shield 10 having the same potential as the vacuum chamber 1 (that is, ground potential) is attached around the target 5 in order to prevent a portion other than the target from being sputter-etched.

【００１１】磁石ユニット２０は、図２の模式的平面図
（ａ）及び断面図（ｂ）に示すように、略正三角形のヨ
ーク２３上にそれぞれが逆方向に磁化された外側磁石２
１と内側磁石とが固定された構造である。外側磁石２１
と内側磁石２２との間に環状の平行磁界が生じ、これに
対応するターゲット表面に環状のエロージョン領域が形
成される。磁石ユニット２０の自転中心は、三角形の重
心２５とし、また、公転中心は重心２５と頂点を結ぶ線
上に置かれる。As shown in the schematic plan view (a) and sectional view (b) of FIG. 2, the magnet unit 20 has an outer magnet 2 magnetized in a reverse direction on a yoke 23 having a substantially equilateral triangle.
1 and the inner magnet are fixed. Outer magnet 21
An annular parallel magnetic field is generated between the inner magnet 22 and the inner magnet 22, and an annular erosion region corresponding to this is formed on the target surface. The center of rotation of the magnet unit 20 is the center of gravity 25 of the triangle, and the center of revolution is located on the line connecting the center of gravity 25 and the apex.

【００１２】磁石ユニット２０の自公転回転機構３０
は、磁石ユニットの公転及び自転方向が逆方向となるよ
うに構成され、図１に示すように、駆動台４０に固定さ
れた中心軸３２に取り付けられた固定ギア３５と，これ
に噛合する第１遊星ギア３６と、第１遊星ギア３６と同
じ中心軸３３に固定された第２遊星ギア３７と、第２遊
星ギアと噛合しその中心軸３４が磁石ユニットの重心２
５に固定された自転ギア３８と、から構成され、中心軸
３２，３３，３４はベアリング３９，３９’，３９”を
介してハウジング３１に回転自在に取り付けられてい
る。Rotating and rotating mechanism 30 of magnet unit 20
Is configured such that the revolution and rotation directions of the magnet unit are opposite to each other, and as shown in FIG. 1, a fixed gear 35 attached to a central shaft 32 fixed to a drive base 40 and a first gear meshing with the fixed gear 35. The first planetary gear 36, the second planetary gear 37 fixed to the same central shaft 33 as the first planetary gear 36, and the second planetary gear mesh with the central shaft 34 of the center of gravity 2 of the magnet unit.
5, and a central shaft 32, 33, 34 is rotatably attached to the housing 31 via bearings 39, 39 ', 39 ".

【００１３】ハウジング３１は、ギア４４及びギア４３
を介してモータ４１の回転軸４２に連結され、ギア４２
の周りを回転する。従って、モータ４１を回転するとギ
ア４２及びギア４４を介してハウジング３１が回転し、
これと連動して第１遊星ギア３６（及び第２遊星ギア３
７）が固定ギア３５の周りを公転する。即ち、磁石ユニ
ット２０は中心軸３２の周りを公転することになる。さ
らに、第２遊星ギア３７と噛合する自転ギア３８が第２
遊星ギアと逆方向に回転し、磁石ユニットは公転方向と
逆方向に自転することになる。ここで、ギア３５〜３８
は、公転対自転比が３対１（公転を３回転したときに、
磁石ユニットは１回自転する）となるように定められ、
例えば、固定ギア３５と第１遊星ギア３６とのギア比を
３対４、第２遊星ギア３７と自転ギア３８のギア比を１
対１とすればよい。この他、ギア比は、固定ギア３５、
第１遊星ギア３６，第２遊星ギア３７，自転ギア３８を
組み合わせることによって、前記公転対自転比と公転軌
道が満足する値であればよい。The housing 31 includes a gear 44 and a gear 43.
Is connected to the rotary shaft 42 of the motor 41 via
Rotate around. Therefore, when the motor 41 is rotated, the housing 31 is rotated via the gear 42 and the gear 44,
In conjunction with this, the first planetary gear 36 (and the second planetary gear 3
7) revolves around the fixed gear 35. That is, the magnet unit 20 revolves around the central axis 32. Further, the rotation gear 38 that meshes with the second planetary gear 37 is the second
As the planet gear rotates in the opposite direction, the magnet unit rotates in the direction opposite to the revolution direction. Where gears 35-38
Is the ratio of revolution to rotation is 3 to 1 (when the revolution is rotated 3 times,
The magnet unit will rotate once)
For example, the gear ratio between the fixed gear 35 and the first planetary gear 36 is 3: 4, and the gear ratio between the second planetary gear 37 and the rotation gear 38 is 1.
You can set it to 1. Besides, the gear ratio is fixed gear 35,
By combining the first planetary gear 36, the second planetary gear 37, and the rotation gear 38, it suffices that the revolution-to-revolution ratio and the revolution orbit satisfy the values.

【００１４】以上の自公転運動機構を図３及び図４を用
いてより詳細に説明する。図３は、ターゲット５、磁石
ユニット２０及びギア３５〜３８の位置関係を示し、磁
石ユニットの一辺が図の左辺に内接する位置から一回公
転させたときの軌跡を図４に示す。ここで、磁石ユニッ
トの一辺の長さをターゲット一辺の長さと略同一とし、
ターゲットの一辺と重ねたときに、ターゲット中心と重
なる位置を公転中心とした。即ち、公転半径はターゲッ
ト中心と磁石ユニットの三角形の重心との距離である。The above-described rotation and revolution movement mechanism will be described in more detail with reference to FIGS. 3 and 4. FIG. 3 shows the positional relationship between the target 5, the magnet unit 20, and the gears 35 to 38, and FIG. 4 shows a locus when the magnet unit is revolved once from a position where one side of the magnet unit is inscribed in the left side of the drawing. Here, the length of one side of the magnet unit is set to be substantially the same as the length of one side of the target,
The position that overlaps the center of the target when it overlaps with one side of the target is the center of revolution. That is, the revolution radius is the distance between the center of the target and the center of gravity of the triangle of the magnet unit.

【００１５】磁石ユニットＡ0Ｂ0Ｃ0は公転軌道２７を
右方向に回りながら、左方向に自転し、各頂点は０から
１２へと移動する。即ち、三角形が転がって各辺がター
ゲットの４辺と順に重なり合うようにして自公転を行
い、各頂点はターゲットの角部の外側に突出する動きを
する。この突出部間の距離は、例えば２００ｍｍターゲ
ットの場合で２１９ｍｍである。この公転を３回繰り返
すと、磁石ユニットは一回自転することになり、エロー
ジョン形状はほぼ正方形となる。換言すれば正方形のタ
ーゲット全面のエロージョンが可能となる。従って、タ
ーゲットの利用率が向上し、ターゲット寿命が延びると
ともに、より小型のターゲットで、正方形基板上に膜厚
均一性に優れた薄膜を形成することが可能となる。The magnet unit A0B0C0 rotates leftward while orbiting the revolution orbit 27 to the right, and each vertex moves from 0 to 12. That is, the triangle rolls so that each side overlaps with the four sides of the target in order, and revolves around its own axis, and each vertex moves so as to project to the outside of the corner of the target. The distance between the protrusions is 219 mm for a 200 mm target, for example. If this revolution is repeated three times, the magnet unit will rotate once, and the erosion shape will be substantially square. In other words, erosion of the entire surface of the square target becomes possible. Therefore, the utilization rate of the target is improved, the target life is extended, and it becomes possible to form a thin film having excellent film thickness uniformity on a square substrate with a smaller target.

【００１６】上記エロージョン分布は、公転径を調節す
ることによって、自在に調整することができる。これを
図５を参照して説明する。図５は、２００ｍｍ角ターゲ
ットの場合について、公転径を（ａ）６２．５ｍｍ、
（ｂ）８４．５ｍｍ、（ｃ）１００ｍｍと変え、１／４
回公転させたときの磁石ユニットの軌跡を示した図であ
る。図が示すように、公転径を小さくするに従い、角部
分のエロージョンが明確になってくる。これにより基板
角部の膜厚低下を抑えることができる。The erosion distribution can be freely adjusted by adjusting the revolution diameter. This will be described with reference to FIG. FIG. 5 shows an orbital diameter (a) of 62.5 mm for a 200 mm square target.
(B) 84.5 mm, (c) 100 mm, ¼
It is the figure which showed the locus | trajectory of the magnet unit at the time of making it revolve around the sun. As shown in the figure, the erosion at the corner becomes clearer as the orbital diameter becomes smaller. As a result, it is possible to prevent the film thickness from decreasing at the corners of the substrate.

【００１７】なお、本実施形態では、略正三角形の磁石
ユニットを用いたが、本発明においては、略正三角形の
各辺のそれぞれを少なくとも一部を有する形状であれ
ば、例えば、図６に示したように、頂点の一部が削れた
形状のもの（ａ）、辺が切り込まれた形状（ｂ）及び頂
点の全てが削れた形状のもの（ｃ）等であっても良く、
これらによりエロージョン分布を調整することができ、
ターゲットのエロージョン均一性をより高めることがで
きる。例えば、（ｂ）に示したように、辺に切り込みを
入れた形状の磁石ユニットは、ターゲット中心部分のエ
ロージョンを抑え、ターゲット全体のエロージョン均一
性を更に向上させることができる。また、（ａ）、
（ｂ）、（ｃ）の組み合わせを用いて、分布等の改善を
行うことも当然可能である。また、内側磁石及び外側磁
石の材質、形状を選択することにより、エロージョン分
布を更に均一化することもできる。In the present embodiment, the magnet unit having a substantially equilateral triangle is used, but in the present invention, if the shape has at least a part of each side of the substantially equilateral triangle, for example, as shown in FIG. As shown, a shape with a part of the apex cut (a), a shape with a side cut (b), and a shape with all the apexes cut (c) may be used.
These allow you to adjust the erosion distribution,
The erosion uniformity of the target can be further enhanced. For example, as shown in (b), the magnet unit having a shape with a notch on the side can suppress the erosion of the center part of the target and further improve the erosion uniformity of the entire target. Also, (a),
It is naturally possible to improve the distribution and the like by using the combination of (b) and (c). Further, the erosion distribution can be made more uniform by selecting the materials and shapes of the inner magnet and the outer magnet.

【００１８】次に、図１のスパッタリング装置を用いた
成膜の手順を説明する。基板ホルダ１１に保持された基
板１２は、不図示の搬送室から基板搬送口４を通って、
真空室１内に搬入され、ターゲットの対向する所定の位
置に載置される。搬送口４のゲートバルブ（不図示）を
閉じ、ガス導入口２からスパッタリングガスを供給する
とともに、モータ４１を駆動し、磁石ユニット２０を自
公転させる。ここで、公転速度は、通常、１０〜１００
ｒｐｍ程度である。電源６０からターゲット５に電極を
供給し、プラズマを発生させてスパッタを開始する。所
望の膜厚が形成された後、電力及びガスの供給を停止
し、内部を高真空に排気し、搬送口４を通して、基板の
入れ替えを行う。以上を繰り返し行うことにより、矩形
基板上に膜厚均一性の高い薄膜を連続して形成すること
ができる。また、ターゲットは均一に侵食されるため、
寿命が延び、１つのターゲットでより多数の基板に薄膜
形成することが可能となる。さらに、基板以外の部材に
付着する膜は大幅に減少し、クリーニングのためのメン
テナンス周期が大幅に延びることになる。Next, the procedure of film formation using the sputtering apparatus of FIG. 1 will be described. The substrate 12 held by the substrate holder 11 passes through a substrate transfer port 4 from a transfer chamber (not shown),
It is carried into the vacuum chamber 1 and placed at a predetermined position facing the target. The gate valve (not shown) of the transfer port 4 is closed, the sputtering gas is supplied from the gas introduction port 2, the motor 41 is driven, and the magnet unit 20 is revolved. Here, the revolution speed is usually 10 to 100.
It is about rpm. An electrode is supplied from the power source 60 to the target 5 to generate plasma and start sputtering. After the desired film thickness is formed, the supply of power and gas is stopped, the inside is evacuated to a high vacuum, and the substrates are replaced through the transfer port 4. By repeating the above, a thin film having a high film thickness uniformity can be continuously formed on the rectangular substrate. Also, because the target is eroded uniformly,
The life is extended, and it becomes possible to form a thin film on a larger number of substrates with one target. Further, the film attached to members other than the substrate is greatly reduced, and the maintenance cycle for cleaning is significantly extended.

【００１９】本発明の第２の実施形態を図７に示す。本
実施形態のスパッタリング装置は、長方形の基板への成
膜に好適に適用されものであり、図１に示した自公転回
転機構と、公転軸（即ち固定ギア３５の中心軸３２）の
往復運動機構とを組み合わせたものである。ターゲット
には長方形のものが用いられる。A second embodiment of the present invention is shown in FIG. The sputtering apparatus according to the present embodiment is preferably applied to film formation on a rectangular substrate, and reciprocates between the rotation and revolution mechanism shown in FIG. 1 and the revolution shaft (that is, the central shaft 32 of the fixed gear 35). It is a combination of the mechanism. A rectangular target is used.

【００２０】固定ギアの中心軸３２及びモータ４１が固
定された駆動台４０は、ガイドレール５６に沿って移動
できる構成とし、駆動台４０はピン５４によりアーム５
５に連結され、アーム５５はモータ５０の回転軸５２に
固定された円盤５１の外周部に取り付けられたピン５３
に連結されている。モータ５０が回転すると円盤５１が
回転し、駆動台４０がターゲットの長辺方向に往復運動
をする。同時に、モータ４１の回転させ、自公転運動と
往復運動とのタイミングを調節することにより、長方形
のエロージョン領域を形成することができる。また、円
盤５１の回転軸５２とピン５３の位置を調整することに
よって、種々の形状の長方形に対応することができる。
なお、往復運動機構は、図７のものに限定されるもので
はなく、２つのギアあるいはカムを用いたもの等公知の
方法を用いることができる。The drive base 40 to which the central shaft 32 of the fixed gear and the motor 41 are fixed is configured to be movable along the guide rail 56, and the drive base 40 uses the pin 54 to move the arm 5.
5, the arm 55 has a pin 53 attached to an outer peripheral portion of a disk 51 fixed to a rotating shaft 52 of the motor 50.
Are linked to. When the motor 50 rotates, the disk 51 rotates and the drive table 40 reciprocates in the long side direction of the target. At the same time, the rectangular erosion region can be formed by rotating the motor 41 and adjusting the timings of the rotation and the reciprocating motion. Further, by adjusting the positions of the rotary shaft 52 of the disk 51 and the pin 53, it is possible to deal with rectangles of various shapes.
The reciprocating mechanism is not limited to that shown in FIG. 7, and a known method such as one using two gears or cams can be used.

【００２１】本発明の第３の実施形態として、長方形基
板への成膜に適したスパッタリング装置の他の形態を図
８に示す。図８（ａ）は、磁石ユニット及びその自公転
運動機構を示す模式的断面図、図８（ｂ）はターゲット
５、磁石ユニット２０及びギア３５〜３８の位置関係を
示す平面図である。本実施形態では、図１で用いた円形
の固定ギアの代わりに楕円形の固定ギア５７を用い、磁
石ユニットの公転軌道を楕円形としたものである。これ
により、図７の場合と同様に長方形のエロージョンを形
成することが可能となる。なお、この場合には、第１遊
星ギア３６を楕円形固定ギア５７と離間させない工夫が
必要であり、そのために、第２遊星ギア３７及び自転ギ
ア３８の中心軸３３，３４はベアリング６４，６４’を
介して固定治具６３により回転自在に固定され、第１遊
星ギア３６及び楕円形固定ギア５７の中心軸３２，３３
に間には、ベアリング６２，６２’を介して互いに引き
合うようにバネ材６１が取り付けられる。また、ハウジ
ング３１には、ベアリング３９’、３９”が移動できる
ように長円形状の切り込み６５，６６が形成されてい
る。As a third embodiment of the present invention, another form of a sputtering apparatus suitable for film formation on a rectangular substrate is shown in FIG. 8A is a schematic cross-sectional view showing the magnet unit and its orbiting / revolving mechanism, and FIG. 8B is a plan view showing the positional relationship between the target 5, the magnet unit 20, and the gears 35 to 38. In this embodiment, an elliptical fixed gear 57 is used instead of the circular fixed gear used in FIG. 1, and the revolution orbit of the magnet unit is elliptical. This makes it possible to form a rectangular erosion as in the case of FIG. In this case, it is necessary to devise the first planetary gear 36 so as not to be separated from the elliptical fixed gear 57. Therefore, the central shafts 33 and 34 of the second planetary gear 37 and the rotation gear 38 have bearings 64 and 64. ′ Is rotatably fixed by a fixing jig 63, and the center axes 32, 33 of the first planetary gear 36 and the elliptical fixed gear 57 are fixed.
A spring member 61 is attached between the two so as to attract each other via bearings 62 and 62 '. Also, the housing 31 is formed with oval notches 65 and 66 so that the bearings 39 ′ and 39 ″ can be moved.

【００２２】なお、本発明において、磁石ユニットの自
公転回転機構は、上記実施形態に限定されるものではな
く、例えば、第２遊星ギアを省略し、自転ギアと第１遊
星ギアを噛合させる構成であっても良く、またギヤの代
わりに、プーリとタイミングベルトを用いたものであっ
ても良い。さらに、ターゲット及び基板の配置について
も、上下関係を逆にしたり、垂直に配置する構成として
も良い。また、本発明は、１００〜３００ｍｍ角の小型
基板に好適に適用されるものであるが、例えば液晶パネ
ル基板のような大型基板にも応用可能であることは言う
までもない。In the present invention, the rotation-revolution mechanism of the magnet unit is not limited to the above-described embodiment. For example, the second planetary gear is omitted and the rotation gear and the first planetary gear are meshed with each other. Alternatively, a pulley and a timing belt may be used instead of the gear. Further, the targets and the substrates may be arranged vertically, or vertically. Further, the present invention is preferably applied to a small substrate of 100 to 300 mm square, but it goes without saying that it is also applicable to a large substrate such as a liquid crystal panel substrate.

【００２３】[0023]

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、矩形ターゲットのの全面についてエロージョン
を均一化することが可能となるため、より小型のターゲ
ットで膜厚均一性の高い薄膜形成が可能となる。さら
に、ターゲットの利用率が向上し、１つのターゲットで
より多数の基板を処理することができる。また、基板以
外に付着する膜が減少するため、装置のメンテナンス周
期が延長でき、生産性の高いスパッタリング装置を提供
することができる。As is apparent from the above description, according to the present invention, it is possible to make the erosion uniform over the entire surface of the rectangular target, so that a thin film with a smaller target and high film thickness uniformity can be obtained. Can be formed. Further, the utilization rate of the target is improved, and one target can process a larger number of substrates. In addition, since the amount of the film deposited on other than the substrate is reduced, the maintenance cycle of the apparatus can be extended, and a sputtering apparatus with high productivity can be provided.

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

【図１】本発明のマグネトロンスパッタリング装置の一
例を示す模式的正面断面図である。FIG. 1 is a schematic front sectional view showing an example of a magnetron sputtering apparatus of the present invention.

【図２】磁石ユニットの一例を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of a magnet unit.

【図３】磁石ユニット、ターゲット及び各ギアの関係を
示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing a relationship between a magnet unit, a target and each gear.

【図４】磁石ユニットの運動を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing movement of a magnet unit.

【図５】公転軌道径と磁石ユニットの運動との関係を示
す図である。FIG. 5 is a diagram showing a relationship between a revolution orbit diameter and a motion of a magnet unit.

【図６】磁石ユニットの他の形状を示す模式図である。FIG. 6 is a schematic view showing another shape of the magnet unit.

【図７】本発明の第２の実施形態を示す模式的断面図で
ある。FIG. 7 is a schematic sectional view showing a second embodiment of the present invention.

【図８】本発明の第３の実施形態を示す模式的断面図で
ある。FIG. 8 is a schematic sectional view showing a third embodiment of the present invention.

【図９】従来のマグネトロンカソードの一例を示す模式
図である。FIG. 9 is a schematic view showing an example of a conventional magnetron cathode.

【符号の説明】 １ 真空室、 ２ ガス導入口 ３ 排気口、 ４ 基板搬送口、 ５ ターゲット、 ６ 裏板、 ７ 水冷ジャケット、 ８ 水路、 ９ 絶縁体、 １０ シールド、 １１ 基板ホルダ、 １２ 基板、 ２０ 磁石ユニット、 ２１ 外側磁石、 ２２ 内側磁石、 ２３ ヨーク、 ２５ 三角形の重心、 ３０ 自公転回転機構、 ３１ ハウジング、 ３２，３３，３４ 中心軸、 ３５ 固定ギア、 ３６ 第１遊星ギア、 ３７ 第２遊星ギア、 ３８ 自転ギア、 ３９，６２，６４ ベアリング、 ４０ 駆動台、 ４２ 回転軸、 ４３，４４ ギア、 ５７ 楕円形固定ギア、 ６０ 電源、 ６１ バネ材、 ６３ 固定治具。[Explanation of symbols] 1 vacuum chamber, 2 gas inlet 3 exhaust port, 4 substrate transfer port, 5 targets, 6 back plate, 7 water cooling jacket, 8 waterways, 9 insulators, 10 shield, 11 substrate holder, 12 substrates, 20 magnet units, 21 outer magnet, 22 inner magnet, 23 York, Center of gravity of 25 triangles, 30 rotation mechanism, 31 housing, 32,33,34 central axis, 35 fixed gear, 36 1st planetary gear, 37 Second planetary gear, 38 rotation gear, 39,62,64 bearings, 40 drive base, 42 rotation axis, 43,44 gears, 57 Oval fixed gear, 60 power supply, 61 spring material, 63 Fixing jig.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 矩形ターゲットと、該ターゲット表面に
環状の漏洩磁場を形成する磁石ユニットとを備えたマグ
ネトロンスパッタリング装置において、 前記磁石ユニットは、略正三角形の３辺のそれぞれの少
なくとも一部を有する形状をなし、該三角形の重心を中
心に自転し、かつ該重心を前記自転の方向と逆方向に公
転させ、１回自転する間に３回公転させる構成としたこ
とを特徴とするマグネトロンスパッタリング装置。1. A magnetron sputtering apparatus comprising a rectangular target and a magnet unit that forms an annular leakage magnetic field on the surface of the target, wherein the magnet unit has at least a part of each of three sides of a substantially equilateral triangle. A magnetron sputtering device having a shape, which is configured to rotate about a center of gravity of the triangle, and to revolve the center of gravity in a direction opposite to the direction of the rotation, and to revolve three times during one rotation. . 【請求項２】 前記磁石ユニットの自公転運動の駆動機
構は、固定ギアと、該固定ギアと噛合する遊星ギアと、
該遊星ギアに直接噛合し又は該遊星ギアと同軸に固定さ
れた第２遊星ギアに噛合し、中心軸が前記三角形の重心
に固定された自転ギアと、前記遊星ギアを前記固定ギア
の周りに回転させる機構と、からな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リング装置。2. A drive mechanism for rotating and revolving the magnet unit, a fixed gear, a planetary gear meshing with the fixed gear,
A rotation gear that directly meshes with the planetary gear or meshes with a second planetary gear that is fixed coaxially with the planetary gear, and has a central axis fixed to the center of gravity of the triangle, and the planetary gear around the fixed gear. The magnetron sputtering apparatus according to claim 1, comprising a rotating mechanism. 【請求項３】 前記ターゲットは略正方形であり、該正
方形の中心と前記公転の中心とを一致させたことを特徴
とする請求項１又は２に記載のマグネトロンスパッタリ
ング装置。3. The magnetron sputtering apparatus according to claim 1, wherein the target has a substantially square shape, and the center of the square is aligned with the center of the revolution. 【請求項４】 前記ターゲットは長方形であり、該長方
形の短辺の中心線上に前記公転の中心を置き、該公転の
中心を前記長方形の長辺方向に往復運動させることを特
徴とする請求項１又は２に記載のマグネトロンスパッタ
リング装置。4. The target is a rectangle, and the center of the revolution is placed on the center line of the short side of the rectangle, and the center of the revolution is reciprocated in the long side direction of the rectangle. The magnetron sputtering apparatus according to 1 or 2. 【請求項５】 前記ターゲットは長方形であり、前記固
定ギアを楕円形としたことを特徴とする請求項２に記載
のマグネトロンスパッタリング装置。5. The magnetron sputtering apparatus according to claim 2, wherein the target has a rectangular shape and the fixed gear has an elliptical shape.