(57)【要約】  本発明のスパッタ成膜方法は、ターゲットの裏面側に磁石を配置したマグネトロンカソードを使用し、前記ターゲットの表面側で基板を第１方向に搬送するとともに、前記第１方向および前記第１方向とは反対の第２方向に前記磁石を往復移動させて、前記基板上にスパッタ成膜を行うスパッタ成膜方法であって、前記磁石の前記第１方向における移動速度と、前記第２方向における移動速度とを異ならせてスパッタ成膜を行う。
2009093598.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターゲットの裏面側に磁石を配置したマグネトロンカソードを使用し、
前記ターゲットの表面側で基板を第１方向に搬送するとともに、前記第１方向および前記第１方向とは反対の第２方向に前記磁石を往復移動させて、前記基板上にスパッタ成膜を行うスパッタ成膜方法であって、
前記磁石の前記第１方向における移動速度と、前記第２方向における移動速度とを異ならせてスパッタ成膜を行うことを特徴とするスパッタ成膜方法。
【請求項２】
前記マグネトロンカソードを前記第１方向に沿って２組配置し、
前記各マグネトロンカソードをそれぞれ単独で使用して前記基板上にスパッタ成膜を行った場合に、膜厚が平均値より厚くなる領域の前記第１方向における膜厚偏差と、膜厚が平均値より薄くなる領域の前記第１方向における膜厚偏差とが、大きさが同じで符号が逆になるように、前記各磁石の前記第１方向における移動速度および前記第２方向における移動速度を調節するとともに、
前記各マグネトロンカソードによって前記基板上に形成される薄膜の前記第１方向における膜厚変化の位相が、それぞれ半周期分ずれるように、前記各磁石の往復移動の位相を調節し、
前記各マグネトロンカソードを同時に使用してスパッタ成膜を行うことを特徴とする請求項１に記載のスパッタ成膜方法。
【請求項３】
前記マグネトロンカソードを前記第１方向に沿って３組配置し、
前記各マグネトロンカソードをそれぞれ単独で使用して前記基板上にスパッタ成膜を行い、膜厚が矩形波状に変化する被膜を形成した場合に、膜厚が最も厚い部分の前記第１方向における長さと、膜厚が最も薄い部分の前記第１方向における長さとの比が、１：２または２：１になるように、前記各磁石の前記第１方向における移動速度および前記第２方向における移動速度を調節するとともに、
前記各マグネトロンカソードによって前記基板上に形成される薄膜の前記第１方向における膜厚変化の位相が、それぞれ１／３周期ずつずれるように、前記各磁石の往復移動の位相を調節し、
前記各マグネトロンカソードを同時に使用してスパッタ成膜を行うことを特徴とする請求項１に記載のスパッタ成膜方法。
【請求項４】
前記マグネトロンカソードを前記第１方向に沿って３組配置し、
前記各マグネトロンカソードをそれぞれ単独で使用して前記基板上にスパッタ成膜を行い、膜厚が正弦波状に変化する被膜を形成した場合に、膜厚が平均値より厚くなる領域の前記第１方向における膜厚偏差と、膜厚が平均値より薄くなる領域の前記第１方向における膜厚偏差とが、大きさが同じで符号が逆になるように、前記各磁石の前記第１方向における移動速度および前記第２方向における移動速度を調節するとともに、
前記各マグネトロンカソードによって前記基板上に形成される薄膜の前記第１方向における膜厚変化の位相が、それぞれ１／３周期ずつずれるように、前記各磁石の往復移動の位相を調節し、
前記各マグネトロンカソードを同時に使用してスパッタ成膜を行うことを特徴とする請求項１に記載のスパッタ成膜方法。
【請求項５】
前記第１方向に沿って４組以上配置された前記マグネトロンカソードを、２組の前記マグネトロンカソードが含まれる第１集合体と、３組の前記マグネトロンカソードが含まれる第２集合体とに区分して、
前記第１集合体では請求項２に記載のスパッタ成膜方法でスパッタ成膜を行い、前記第２集合体では請求項３または請求項４に記載のスパッタ成膜方法でスパッタ成膜を行うことを特徴とするスパッタ成膜方法。
【請求項６】
スパッタ室内に配置されたターゲットと、このターゲットの裏面側に配置された磁石と、を備え、
前記ターゲットの表面側で基板を第１方向に搬送するとともに、前記第１方向および前記第１方向とは反対の第２方向に前記磁石を往復移動させて、前記基板上にスパッタ成膜を行うスパッタ成膜装置であって、
前記磁石の前記第１方向における移動速度と、前記第２方向における移動速度とが、異なる速度に設定されていることを特徴とするスパッタ成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スパッタ成膜方法およびスパッタ成膜装置に関する。
本願は、２００８年０１月２１日に、日本国に出願された特願２００８−０１０３３６号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、基板に対して薄膜をスパッタ法にて形成する場合、析出速度が速く、生産性に優れたマグネトロンカソードを用いたスパッタ成膜装置が広く用いられている。このスパッタ成膜装置では、一般的に、スパッタ室内に複数のマグネトロンカソードを基板搬送方向に沿って配列している。そして、マグネトロンカソードのターゲットに対向するように基板を搬送させることで、基板面に薄膜を成膜する。
ここで、ターゲットの背面には磁石が配置されており、ターゲットの利用効率を向上させるために磁石を移動させながら成膜する方法が知られている。このように磁石を移動させながら基板に成膜を行うと、膜厚の厚い部分と薄い部分とが形成される。その結果、膜特性が低下するという問題があった。具体的には、基板の搬送方向と同方向に磁石を移動させる場合には、両者間の相対速度が小さくなるため、膜厚の厚い部分が形成される。これに対して、基板の搬送方向と逆方向に磁石を移動させる場合には、両者間の相対速度が大きくなるため、膜厚の薄い部分が形成される。
この問題を解消するために、複数のマグネトロンカソードの各々によって決まる位相が、所定の位相関係を満たすように構成されたスパッタ成膜装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１１−２４６９６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１のスパッタ成膜装置では、磁石を一定速度で移動させながら成膜することを前提としている。このように構成すると、磁石と基板との間の相対速度が磁石の移動方向によって異なるため、線対称形状には成膜されない。具体的には、図１０に示すように、磁石の移動速度を往路・復路ともに同じ揺動速度にすると、基板と同方向に磁石を移動させ、両者間の相対速度が小さくなる場合には、厚膜部分の距離ｄ３が短くなる。これに対して、基板と逆方向に磁石を移動させ、両者間の相対速度が大きくなる場合には、薄膜部分の距離ｄ４が長くなる。図１０について詳細は後述する。【０００４】
したがって、図１１に示すように、２組のマグネトロンカソードを用いて、各マグネトロンカソードにより形成される薄膜形状の位相を半周期ずらして成膜を行っても、マグネトロンカソードが１組のみの場合よりは膜厚のばらつきは改善されるものの、均一な膜厚を得ることは困難であった（図１１の一点鎖線を参照、詳細は後述する）。【０００５】
そこで、本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、より高精度に膜厚を均一化できるスパッタ成膜方法およびスパッタ成膜装置の提供を一つの目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記課題を解決して係る目的を達成するために以下の手段を採用した。
（１）本発明のスパッタ成膜方法は、ターゲットの裏面側に磁石を配置したマグネトロンカソードを使用し、前記ターゲットの表面側で基板を第１方向に搬送するとともに、前記第１方向および前記第１方向とは反対の第２方向に前記磁石を往復移動させて、前記基板上にスパッタ成膜を行うスパッタ成膜方法であって、前記磁石の前記第１方向における移動速度と、前記第２方向における移動速度とを異ならせてスパッタ成膜を行う。【０００７】
上記（１）に記載のスパッタ成膜方法によれば、磁石が第１方向に移動する場合と第２方向に移動する場合とで、磁石と基板との間の相対速度を調整できる。そのため、基板上に形成される薄膜形状を制御できる。したがって、より高精度に膜厚を均一化できる。【０００８】
（２）上記（１）のスパッタ成膜方法は、以下のように行なってもよい：前記マグネトロンカソードを前記第１方向に沿って２組配置し、前記各マグネトロンカソードをそれぞれ単独で使用して前記基板上にスパッタ成膜を行った場合に、膜厚が平均値より厚くなる領域の前記第１方向における膜厚偏差と、膜厚が平均値より薄くなる領域の前記第１方向における膜厚偏差とが、大きさが同じで符号が逆になるように、前記各磁石の前記第１方向における移動速度および前記第２方向における移動速度を調節するとともに、前記各マグネトロンカソードによって前記基板上に形成される薄膜の前記第１方向における膜厚変化の位相が、それぞれ半周期分ずれるように、前記各磁石の往復移動の位相を調節し、前記各マグネトロンカソードを同時に使用してスパッタ成膜を行う。【０００９】
上記（２）の場合、２組のマグネトロンカソードのそれぞれにより基板上に形成される薄膜形状を重ねあわせることで、基板に形成される薄膜をその搬送方向（第１方向）に亘って略均一の膜厚にできる。【００１０】
（３）上記（１）のスパッタ成膜方法は、以下のように行なってもよい：前記マグネトロンカソードを前記第１方向に沿って３組配置し、前記各マグネトロンカソードをそれぞれ単独で使用して前記基板上にスパッタ成膜を行い、膜厚が矩形波状に変化する被膜を形成した場合に、膜厚が最も厚い部分の前記第１方向における長さと、膜厚が最も薄い部分の前記第１方向における長さとの比が、１：２または２：１になるように、前記各磁石の前記第１方向における移動速度および前記第２方向における移動速度を調節するとともに、前記各マグネトロンカソードによって前記基板上に形成される薄膜の前記第１方向における膜厚変化の位相が、それぞれ１／３周期ずつずれるように、前記各磁石の往復移動の位相を調節し、前記各マグネトロンカソードを同時に使用してスパッタ成膜を行う。【００１１】
上記（３）の場合、１組のマグネトロンカソードで基板上に成膜したときに薄膜形状が矩形波状になる場合、３組のマグネトロンカソードのそれぞれにより基板上に形成される薄膜形状を重ねあわせることで、基板に形成される薄膜をその搬送方向（第１方向）に亘って略均一の膜厚にできる。【００１２】
（４）上記（１）のスパッタ成膜方法は、以下のように行なってもよい：前記マグネトロンカソードを前記第１方向に沿って３組配置し、前記各マグネトロンカソードをそれぞれ単独で使用して前記基板上にスパッタ成膜を行い、膜厚が正弦波状に変化する被膜を形成した場合に、膜厚が平均値より厚くなる領域の前記第１方向における膜厚偏差と、膜厚が平均値より薄くなる領域の前記第１方向における膜厚偏差とが、大きさが同じで符号が逆になるように、前記各磁石の前記第１方向における移動速度および前記第２方向における移動速度を調節するとともに、前記各マグネトロンカソードによって前記基板上に形成される薄膜の前記第１方向における膜厚変化の位相が、それぞれ１／３周期ずつずれるように、前記各磁石の往復移動の位相を調節し、前記各マグネトロンカソードを同時に使用してスパッタ成膜を行う。【００１３】
上記（４）の場合、１組のマグネトロンカソードで基板上に成膜したときに薄膜形状が正弦波状になる場合、３組のマグネトロンカソードのそれぞれにより基板上に形成される薄膜形状を重ねあわせることで、基板に形成される薄膜をその搬送方向（第１方向）に亘って略均一の膜厚にできる。【００１４】
（５）前記第１方向に沿って４組以上配置された前記マグネトロンカソードを、２組の前記マグネトロンカソードが含まれる第１集合体と、３組の前記マグネトロンカソードが含まれる第２集合体とに区分して、前記第１集合体では上記（２）に記載のスパッタ成膜方法でスパッタ成膜を行い、前記第２集合体では上記（３）または上記（４）に記載のスパッタ成膜方法でスパッタ成膜を行ってもよい。【００１５】
上記（５）の場合、装置内に４組以上のマグネトロンカソードを備えた場合に、そのマグネトロンカソードを２組と３組の集合体に区分すれば、各々の集合体の中で基板に形成される薄膜をその搬送方向（第１方向）に亘って略均一の膜厚にすることが可能になり、最終的に基板上に成膜された膜厚を略均一にできる。【００１６】
（６）本発明のスパッタ成膜装置は、スパッタ室内に配置されたターゲットと、このターゲットの裏面側に配置された磁石と、を備え、前記ターゲットの表面側で基板を第１方向に搬送するとともに、前記第１方向および前記第１方向とは反対の第２方向に前記磁石を往復移動させて、前記基板上にスパッタ成膜を行うスパッタ成膜装置であって、前記磁石の前記第１方向における移動速度と、前記第２方向における移動速度とが、異なる速度に設定されている。【００１７】
上記（６）に記載のスパッタ成膜装置によれば、磁石が第１方向に移動する場合と第２方向に移動する場合とで、磁石と基板との間の相対速度を調整できる。そのため、基板上に形成される薄膜形状を制御できる。したがって、より高精度に膜厚を均一化できる。
【発明の効果】
【００１８】
上記（１）に記載のスパッタ成膜方法によれば、磁石が第１方向に移動する場合と第２方向に移動する場合とで、磁石と基板との間の相対速度を調整できる。そのため、基板上に形成される薄膜形状を制御できる。したがって、より高精度に膜厚を均一化できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の第一実施形態におけるスパッタ成膜装置の要部概略構成図（平面図）である。
【図２】図２は、同実施形態において１組のマグネトロンカソードで成膜した場合の薄膜形状である。
【図３】図３は、同実施形態において２組のマグネトロンカソードで成膜した場合の薄膜形状である。
【図４】図４は、同実施形態において１組のマグネトロンカソードを用いて別の態様で成膜した場合の薄膜形状である。
【図５】図５は、同実施形態において２組のマグネトロンカソードを用いて別の態様で成膜した場合の薄膜形状である。
【図６】図６は、本発明の第二実施形態におけるスパッタ成膜装置の要部概略構成図（平面図）である。
【図７】図７は、同実施形態において１組のマグネトロンカソードで成膜した場合の薄膜形状である。
【図８】図８は、同実施形態において３組のマグネトロンカソードで成膜した場合の薄膜形状である。
【図９】図９は、本発明の第三実施形態において３組のマグネトロンカソードで成膜した場合の薄膜形状である。
【図１０】図１０は、従来の方法で成膜した場合における１組のマグネトロンカソードで成膜した場合の薄膜形状である。
【図１１】図１１は、従来の方法で成膜した場合における２組のマグネトロンカソードで成膜した場合の薄膜形状である。
【図１２】図１２は、本発明の第一実施形態における条件で、３組のマグネトロンカソードで成膜した場合の薄膜形状である。
【図１３】図１３は、従来の方法で成膜した場合における１組のマグネトロンカソードを用いて別の態様で成膜した場合の薄膜形状である。
【図１４】図１４は、従来の方法で成膜した場合における２組のマグネトロンカソードを用いて別の態様で成膜した場合の薄膜形状である。
【符号の説明】
【００２０】
１０，１１０  スパッタ成膜装置
１３          スパッタ室
１５，１１５  マグネトロンカソード
１７          ターゲット
２１          基板
２９          永久磁石（磁石）
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
（第一実施形態）
（スパッタ成膜装置）
本発明の第一実施形態に係るスパッタ成膜装置について、図１〜図５に基づいて説明する。
図１はスパッタ成膜装置の要部概略構成図（平面図）である。図１に示すように、スパッタ成膜装置１０は、量産式のインライン式スパッタ装置である。このスパッタ成膜装置１０では、等速駆動されるキャリア１１上に基板２１が載置され、この基板２１がスパッタ室１３内を矢印Ａの方向（第１方向）に連続して順次搬送される。キャリア１１（基板２１）の搬送手段としては、モータに連結された搬送ローラやラック＆ピニオン機構などの搬送手段を用いることができる。また、基板２１の上端縁と下端縁とを溝付ローラにより挟持し、モータなどにより溝付ローラを回転させることで基板２１を搬送してもよい。【００２２】
基板２１に対向した位置には、マグネトロンカソード１５が配置されている。本実施形態ではマグネトロンカソード１５は２組配置されており、基板２１が最初に通過する側をマグネトロンカソード１５ａとし、次に通過する側をマグネトロンカソード１５ｂとする。【００２３】
マグネトロンカソード１５における基板２１と対向する面には、ターゲット１７が配されている。ターゲット１７はバッキングプレート１９にメタルボンディングされ、絶縁板２３を介してスパッタ室１３の壁面２５に取り付けられている。【００２４】
バッキングプレート１９の背面側には、磁気ヨーク２７に接着された永久磁石２９が設けられている。この永久磁石２９は、例えばモータなどからなる移動装置（不図示）を用いて、矢印Ｂで示すように基板２１の搬送方向に沿って前後方向に一次元の移動ができる。ここで、この永久磁石２９は移動装置により移動可能に構成されているが、その移動速度は基板２１の搬送方向に沿う方向（第１方向）と逆行する方向（第２方向）とで異なる速度に設定できる。永久磁石２９は、相反する磁極をもつ中央磁石２９ａとこの中央磁石２９ａを取り囲む外周磁石２９ｂとで構成されている。また、永久磁石２９は基板２１と平行する面内で二次元の移動ができるようになっていてもよい。【００２５】
バッキングプレート１９には、ターゲット１７に直流電界を印加する直流電源３１が設けられている。
スパッタ成膜装置１０には、スパッタ室１３内へ供給されるスパッタガスが封入された第一ガスボンベ３３と、スパッタ室１３内へ供給される反応性ガスが封入された第二ガスボンベ３５とが配置されている。第一ガスボンベ３３および第二ガスボンベ３５は、スパッタ室１３内へ配管３７を介して導入され、その先端がガス導入ノズル３９に接続され、スパッタ室１３内に噴出できるようになっている。【００２６】
（作用）
次に、上述したスパッタ成膜装置１０を用いて基板２１に成膜する場合の手順を、図２〜図３を用いて説明する。
まず、直流電源３１を起動させて、バッキングプレート１９を介してターゲット１７に直流電界を印加する。すると、マグネトロンカソード１５の永久磁石２９（中央磁石２９ａおよび外周磁石２９ｂ）によって、ターゲット１７の表面に閉ループ状の磁場が形成される。この磁場によって電子が閉じ込められ、この部分に高密度プラズマが発生し、高析出速度のスパッタがなされる。【００２７】
ここで、インライン式のスパッタ成膜装置１０では、キャリア１１上の基板２１が連続的に移動しながら成膜を行う。したがって、永久磁石２９の移動速度を一定速度（基板の搬送方向と同方向の移動速度と逆方向の移動速度とを同一速度に設定すること）に保持した状態で成膜を行うと、永久磁石２９の移動方向に応じて、ターゲット１７上でプラズマが集中し、スパッタが生じている部分に対する相対的な基板２１の移動速度が異なってしまう。例えば、１組のマグネトロンカソード１５を用いてスパッタ成膜により基板２１に成膜を行う場合、基板２１の搬送速度を２１５６ｍｍ／分とし、永久磁石２９は、基板２１の搬送方向と同じ方向および逆方向ともに移動速度を１５０ｍｍ／分とする。この条件で成膜を行なうと、基板２１が搬送される方向に、図１０の実線で示すような形状を厚み方向に有す薄膜（膜厚分布±６．９４％）が、基板２１上に形成される。図１０の横軸は基板搬送方向における基板上の位置を示し、縦軸は規格化された膜厚（膜厚の最大値と最小値との中間値または平均値を１．０としている）を示す。また、膜厚分布とは、本実施形態において、
膜厚分布＝（膜厚の最大値―膜厚の最小値）／（膜厚の最大値＋膜厚の最小値）              ×１００（％）
として求めている。【００２８】
このとき、基板搬送方向における膜厚の厚い部分の幅ｄ３と膜厚の薄い部分の幅ｄ４が異なり、ｄ３＜ｄ４となる。したがって、２組のマグネトロンカソード１５ａ，１５ｂを用い、それぞれのマグネトロンカソード１５ａ，１５ｂで形成される薄膜形状が半周期ずれるようにマグネトロンカソード１５ａ，１５ｂの位相をずらすことで、図１１に示すような形状を厚み方向に有す薄膜（重ね合わせ膜厚分布±０．８９％）が基板２１上に形成される。図１１において、実線は一方のマグネトロンカソード（例えば、１５ａ）により基板２１に成膜される薄膜形状の規格化膜厚ａを示す。図１１において、破線は他方のマグネトロンカソード（例えば、１５ｂ）により基板２１に成膜される薄膜形状の規格化膜厚ｂを示す。図１１において、一点鎖線は実線と破線を重ね合わせた値の平均値（２で割った値）である規格化膜厚ｃを示す。つまり、２組のマグネトロンカソード１５ａ，１５ｂを用いると、規格化膜厚ｃを厚み方向に有する薄膜が基板２１上に形成される。この際、１組のマグネトロンカソード１５のみで成膜する場合よりは膜厚分布は改善されるものの、依然として膜厚分布を略均一にできない結果となる。【００２９】
このように、ターゲット１７に対し一定速度で永久磁石２９を移動させただけでは、１組のマグネトロンカソード１５によって成膜された薄膜形状において、膜厚の厚い部分の幅ｄ３と膜厚の薄い部分の幅ｄ４が異なるため、基板２１への膜厚を均一にできない。【００３０】
これに対して本実施形態では、基板２１の搬送速度を２１５６ｍｍ／分とした。永久磁石２９は、基板２１の搬送方向と同じ方向への移動速度を１５０ｍｍ／分とし、基板２１の搬送方向と逆方向への移動速度を１７５ｍｍ／分とした。そして、スパッタガスとしてＡｒガスをスパッタ室１３内に導入し、反応性ガスとして酸素ガスを少量導入した。【００３１】
このような条件で、１組のマグネトロンカソード１５を用いてスパッタ成膜により基板２１に成膜を行うと、基板２１が搬送される方向に、図２の実線で示すような形状を厚み方向に有す薄膜（膜厚分布±７．４７％）が基板２１上に形成される。このとき、膜厚の厚い部分の幅ｄ１と膜厚の薄い部分ｄ２の幅とが略同一になる。つまり、膜厚が中間値より厚くなる領域の、前記基板搬送方向における前記中間値からの膜厚変化量の分布と、膜厚が中間値より薄くなる領域の、前記基板搬送方向における前記中間値からの膜厚変化量の分布とが、大きさが同じで符号が逆になっている。【００３２】
ここで、膜厚の厚い部分の幅ｄ１と、膜厚の薄い部分の幅ｄ２とを、具体的数値で求める。
永久磁石２９の移動量をＸ（ｍｍ）としたとき、永久磁石２９が基板２１の搬送方向へ移動している時間は、Ｘ／１５０（分）となる。同時に、永久磁石２９が、基板２１の搬送方向と逆方向に移動している時間は、Ｘ／１７５（分）となる。
これらの各時間に、基板が磁石に対して移動している距離が、それぞれｄ３、ｄ４、即ち、膜厚が厚く形成される距離（長さ）、膜厚が薄く形成される長さである。
ここで、ｄ１、ｄ２の具体的数を算出すると、
ｄ１＝（２１５６（ｍｍ／分）−１５０（ｍｍ／分））×Ｘ／１５０（分）≒１３．３７Ｘ（ｍｍ）である。
ｄ２＝（２１５６（ｍｍ／分）＋１７５（ｍｍ／分））×Ｘ／１７５（分）≒１３．３２Ｘ（ｍｍ）である。
このように、上述したように、膜厚の厚い部分の幅ｄ１と、膜厚の薄い部分の幅ｄ２とが、略同一になる。【００３３】
ｄ１とｄ２が略同一となるように永久磁石２０の移動速度を決定するときは、例えば以下のように移動速度を算出する。
基板２１の搬送速度をα（ｍｍ／分）、永久磁石２９の基板２１の搬送方向と同方向の移動速度をβ（ｍｍ／分）、永久磁石２９の基板２１の搬送方向と逆方向の移動速度をγ（ｍｍ／分）、永久磁石２９の移動量をＸ（ｍｍ）としたときに、ｄ１がｄ２と略同一とすると、ｄ１≒ｄ２より、
（α−β）×Ｘ／β≒（α＋γ）×Ｘ／γ
となる。
これを、例えばγについて整理すると、
γ＝αβ／（α−２β）
となる。
従って、基板２１の搬送速度αと、永久磁石２９の基板２１の搬送方向と同方向の移動速度βが決定すれば、ｄ１≒ｄ２となるγを求められる。【００３４】
したがって、図３に示すように、２組のマグネトロンカソード１５ａ，１５ｂを用い、それぞれのマグネトロンカソード１５ａ，１５ｂで形成される薄膜形状が半周期ずれるように位相を調節することで、一方のマグネトロンカソード１５ａにより規格化膜厚ａの薄膜が基板２１上に形成され、他方のマグネトロンカソード１５ｂにより規格化膜厚ｂの薄膜が基板２１上に形成される。つまり、２組のマグネトロンカソード１５ａ，１５ｂを用いると、規格化膜厚ｃを厚み方向に有す薄膜（重ね合わせ膜厚分布±０．０３％）が基板２１上に形成され、膜厚を略均一にできる。【００３５】
本実施形態によれば、スパッタ室１３内に配置したターゲット１７に対向した位置に沿って搬送される基板２１に対して、ターゲット１７の背面に設けられた永久磁石２９を基板２１の搬送方向と平行する方向に沿って往復移動させることで連続的に薄膜を形成するスパッタ成膜方法において、永久磁石２９が、基板２１が搬送される方向へ移動するときと、その逆行する方向へ移動するときとで、異なる速度で移動するようにした。【００３６】
したがって、永久磁石２９が基板２１の搬送方向と同方向に移動する場合と逆方向に移動する場合とで、永久磁石２９と基板２１との間の相対速度を調整できる。そのため、基板２１上に形成される薄膜形状を制御できる。したがって、より高精度に膜厚を均一化できる。【００３７】
また、スパッタ室１３内に、ターゲット１７と永久磁石２９とで構成されるマグネトロンカソード１５を基板２１の搬送方向に沿うように２組配置した。この際、各マグネトロンカソード１５ａ，１５ｂがそれぞれ単独で成膜した場合に、膜厚が平均値より厚くなる領域の基板搬送方向における膜厚偏差と、膜厚が平均値より薄くなる領域の基板搬送方向における膜厚偏差とが、大きさが同じで符号が逆になるように、各永久磁石２９の往復移動の速度を調節した。さらに、各マグネトロンカソード１５ａ，１５ｂによって基板２１上に形成される薄膜の基板搬送方向における膜厚変化の位相が、それぞれ半周期分ずれるように、各永久磁石２９の往復移動の位相を調節するようにした。【００３８】
したがって、一方のマグネトロンカソード１５ａで基板２１上に形成される薄膜形状と、他方のマグネトロンカソード１５ｂで形成される薄膜形状とが重ね合わされることで、基板２１に形成される薄膜をその搬送方向に亘って略均一の膜厚にできる。【００３９】
永久磁石２９の移動速度が基板２１の搬送速度から大きく異なる場合には、薄膜が上述した矩形波形状に形成されるが、永久磁石２９の移動速度を基板２１の搬送速度に接近させると、薄膜が正弦波形状に形成される。この場合でも従来のように、永久磁石２９の移動速度を一定速度で往復移動させると、基板２１に形成される薄膜形状は厳密な正弦波形状にはならない。例えば、１組のマグネトロンカソード１５を用いてスパッタ成膜により基板２１に成膜を行う場合、基板２１の搬送速度を２１５６ｍｍ／分とし、永久磁石２９は、基板２１の搬送方向と同じ方向および逆方向ともに移動速度を１５００ｍｍ／分とする。この条件で成膜を行なうと、基板２１が搬送される方向に、図１３に示すような形状を厚み方向に有する薄膜（膜厚分布±６．７２％）が、基板２１上に形成される。
つまり、平均値より膜厚の厚い部分の基板搬送方向における幅ｄ９と、平均値より膜厚の薄い部分の基板搬送方向における幅ｄ１０とが同じ幅にならない。【００４０】
したがって、図１４に示すように、この条件で２組のマグネトロンカソード１５ａ，１５ｂを用い、それぞれのマグネトロンカソード１５ａ，１５ｂで形成される薄膜形状が半周期ずつずらして成膜を行っても、規格化膜厚ｃを厚み方向に有す薄膜（重ね合わせ膜厚分布±０．８４％）が基板２１上に形成され、基板搬送方向における膜厚を略均一にできない。【００４１】
そこで、本実施形態の別の態様として、基板２１の搬送速度を２１５６ｍｍ／分とした。永久磁石２９は、基板２１の搬送方向と同じ方向への移動速度を１５００ｍｍ／分とし、基板２１の搬送方向と逆方向への移動速度を２５００ｍｍ／分とした。そして、スパッタガスとしてＡｒガスをスパッタ室１３内に導入し、反応性ガスとして酸素ガスを少量導入した。【００４２】
このような条件で１組のマグネトロンカソード１５を用いてスパッタ成膜により基板２１に成膜を行うと、基板２１が搬送される方向に、図４の実線に示すような正弦波形状（丸波形）を厚み方向に有す薄膜（膜厚分布±８．６５％）が基板２１上に形成される。この薄膜形状は、膜厚が平均値より厚くなる領域の基板搬送方向における膜厚偏差と、膜厚が平均値より薄くなる領域の基板搬送方向における膜厚偏差とが、大きさが同じで符号が逆になっていることが分かる。つまり、平均値における膜厚の厚い部分の基板搬送方向における幅ｄ７と、膜厚の薄い部分の基板搬送方向における幅ｄ８と、が略同一になる。【００４３】
したがって、図５に示すように、２組のマグネトロンカソード１５を用い、それぞれのマグネトロンカソード１５ａ，１５ｂで形成される薄膜形状が半周期ずれるように位相を調節することで、一方のマグネトロンカソード１５ａにより規格化膜厚ａの薄膜が基板２１上に形成され、他方のマグネトロンカソード１５ｂにより規格化膜厚ｂの薄膜が基板２１上に形成される。つまり、２組のマグネトロンカソード１５ａ，１５ｂを用いると、規格化膜厚ｃを厚み方向に有す薄膜（重ね合わせ膜厚分布±０．１１％）が基板２１上に形成され、膜厚を略均一にできる。【００４４】
（第二実施形態）
次に、本発明の第二実施形態について図６〜図８に基づいて説明する。
なお、本実施形態は第一実施形態とマグネトロンカソードの配置構成が異なるのみであり、他の構成については第一実施形態と略同一であるため、同一箇所には同一符号を付して詳細な説明は省略する。【００４５】
図６はスパッタ成膜装置の要部概略構成図（平面図）である。図６に示すように、スパッタ成膜装置１１０は、マグネトロンカソード１１５が３組配置されている。マグネトロンカソード１１５は、基板２１が最初に通過する側を第一マグネトロンカソード１１５ａとし、２番目に通過する側を第二マグネトロンカソード１１５ｂとし、３番目に通過する側を第三マグネトロンカソード１１５ｃとする。【００４６】
ここで、基板２１の搬送速度および永久磁石２９の移動速度を第一実施形態と同じ値に設定し、各マグネトロンカソード１１５ａ〜１１５ｃにより形成される薄膜形状の位相が１／３周期ずつずれるようにしたときの結果を図１２に示す。図１２に示すように、３組のマグネトロンカソードを１／３周期ずつずらしても、膜厚は略均一にならない（重ね合わせ膜厚分布±２．１４％）。【００４７】
そこで、本実施形態では、基板２１の搬送速度を２１５６ｍｍ／分とした。永久磁石２９は、基板２１の搬送方向と同じ方向への移動速度を２５０ｍｍ／分とし、基板２１の搬送方向と逆方向への移動速度を１５０ｍｍ／分とした。そして、スパッタガスとしてＡｒガスをスパッタ室１３内に導入し、反応性ガスとして酸素ガスを少量導入した。【００４８】
このような条件で基板２１を成膜すると、１組のマグネトロンカソード１１５を用いてスパッタ成膜により基板２１に成膜を行うと、基板２１が搬送される方向に、図７に示すような矩形波形状を厚み方向に有す薄膜（膜厚分布±８．１３％）が基板２１上に形成される。このとき、膜厚の最も厚い部分の基板搬送方向における幅ｄ５と、膜厚の最も薄い部分の基板搬送方向における幅ｄ６との比が約１：２になる。【００４９】
したがって、図８に示すように、３組のマグネトロンカソード１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃを用い、それぞれのマグネトロンカソード１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃで形成される薄膜形状が１／３周期ずつずれるように位相を調節することで、第一マグネトロンカソード１１５ａにより規格化膜厚ａの薄膜が基板２１上に形成され、第二マグネトロンカソード１１５ｂにより規格化膜厚ｂの薄膜が基板２１上に形成され、第三マグネトロンカソード１１５ｃにより規格化膜厚ｃの薄膜が基板２１上に形成される。つまり、３組のマグネトロンカソード１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃを用いると、規格化膜厚ｄを厚み方向に有す薄膜（重ね合わせ膜厚分布±０．０８％）が基板２１上に形成され、膜厚を略均一にできる。
規格化膜厚ｄは、規格化膜厚ａ，規格化膜厚ｂおよび規格化膜厚ｃを重ね合わせた値の平均値（３で割った値）である。【００５０】
本実施形態によれば、マグネトロンカソード１１５を、基板２１の搬送方向に沿うように３組配置し、各マグネトロンカソード１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃがそれぞれ単独で成膜した際に、薄膜形状が矩形波形状に成膜される場合に、膜厚の最も厚い部分の幅ｄ５と膜厚の最も薄い部分の幅ｄ６との比が１：２になるように、各永久磁石２９の往復移動の速度を調節した。さらに、各マグネトロンカソード１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃによって基板２１上に形成される薄膜の基板搬送方向における膜厚変化の位相が、それぞれ１／３周期ずつずれるように、各永久磁石２９の往復移動の位相を調節するようにした。【００５１】
したがって、第一マグネトロンカソード１１５ａで基板２１上に形成される薄膜形状と、第二マグネトロンカソード１１５ｂで形成される薄膜形状と、第三マグネトロンカソード１１５ｃで形成される薄膜形状とが重ね合わされることで、基板２１に形成される膜厚をその搬送方向に亘って略均一の膜厚にできる。本実施形態ではｄ５：ｄ６＝１：２になるようにしたが、逆にｄ５：ｄ６＝２：１になるように設定してもよい。この場合でも、各マグネトロンカソード１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃで形成される薄膜形状が重ね合わされることで、基板２１に形成される薄膜をその搬送方向に亘って略均一の膜厚にできる。【００５２】
（第三実施形態）
次に、本発明の第三実施形態について図４、図９に基づいて説明する。
本実施形態は第二実施形態とマグネトロンカソードの永久磁石の移動速度が異なるのみであり、他の構成については第二実施形態と略同一であるため、同一箇所には同一符号を付して詳細な説明は省略する。【００５３】
本実施形態のスパッタ成膜装置は第二実施形態と略同一である。スパッタ成膜装置１１０は、マグネトロンカソード１１５が３組配置されている。マグネトロンカソード１１５は、基板２１が最初に通過する側を第一マグネトロンカソード１１５ａとし、２番目に通過する側を第二マグネトロンカソード１１５ｂとし、３番目に通過する側を第三マグネトロンカソード１１５ｃとする。【００５４】
ここで、基板２１の搬送速度は２１５６ｍｍ／分とした。また、永久磁石２９は、基板２１の搬送方向と同じ方向への移動速度を１５００ｍｍ／分とし、基板２１の搬送方向と逆方向への移動速度を２５００ｍｍ／分とした。そして、スパッタガスとしてＡｒガスをスパッタ室１３内に導入し、反応性ガスとして酸素ガスを少量導入した。【００５５】
このような条件で、１組のマグネトロンカソード１１５を用いてスパッタ成膜により基板２１に成膜を行うと、基板２１が搬送される方向に、図４に示すような正弦波（丸波）形状を厚み方向に有す薄膜（膜厚分布±８．６５％）が基板２１上に形成される。この正弦波形状は、膜厚の最も厚い部分と最も薄い部分との平均値において、平均値より膜厚の厚い部分の基板搬送方向における幅ｄ７と、平均値より膜厚の薄い部分の基板搬送方向における幅ｄ８とが略同一になっている。つまり、膜厚が平均値より厚くなる領域の基板搬送方向における膜厚偏差と、膜厚が平均値より薄くなる領域の基板搬送方向における膜厚偏差とが、大きさが同じで符号が逆になっている。【００５６】
したがって、図９に示すように、３組のマグネトロンカソード１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃを用い、それぞれのマグネトロンカソード１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃで形成される薄膜形状が１／３周期ずつずれるように位相を調節することで、第一マグネトロンカソード１１５ａにより規格化膜厚ａの薄膜が基板２１上に形成され、第二マグネトロンカソード１１５ｂにより規格化膜厚ｂの薄膜が基板２１上に形成され、第三マグネトロンカソード１１５ｃにより規格化膜厚ｃの薄膜が基板２１上に形成される。つまり、３組のマグネトロンカソード１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃを用いると、規格化膜厚ｄを厚み方向に有す薄膜（重ね合わせ膜厚分布±０．０９％）が基板２１上に形成され、膜厚を略均一にできる。【００５７】
本実施形態によれば、マグネトロンカソード１１５を、基板２１の搬送方向に沿うように３組配置し、各マグネトロンカソード１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃがそれぞれ単独で成膜した際に、薄膜形状が正弦波（丸波）形状に成膜される場合に、膜厚が平均値より厚くなる領域の基板搬送方向における膜厚偏差と、膜厚が平均値より薄くなる領域の基板搬送方向における膜厚偏差とが、大きさが同じで符号が逆になるように、各永久磁石２９の往復移動の速度を調節した。さらに、各マグネトロンカソード１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃによって基板２１上に形成される薄膜の基板搬送方向における膜厚変化の位相が、それぞれ１／３周期ずつずれるように、各永久磁石２９の往復移動の位相を調節するようにした。【００５８】
したがって、第一マグネトロンカソード１１５ａで基板２１上に形成される薄膜形状と、第二マグネトロンカソード１１５ｂで形成される薄膜形状と、第三マグネトロンカソード１１５ｃで形成される薄膜形状とが重ね合わされることで、基板２１に形成される膜厚をその搬送方向に亘って略均一の膜厚にできる。【００５９】
第一実施形態〜第三実施形態によれば、マグネトロンカソード１５（１１５）が２組、３組のいずれの場合にも、永久磁石２９の移動速度を所定値に設定することで、基板２１上の膜厚分布を略均一にできる。マグネトロンカソード１５（１１５）が４組以上の場合は、上述した２組と３組の構成を組み合わせることで、上述のように膜厚分布を略均一にできる。
例えば、マグネトロンカソード１５が４組の場合には２組＋２組に分け、５組の場合には２組＋３組に分け、６組の場合には２組＋２組＋２組または３組＋３組に分け、７組の場合には２組＋２組＋３組に分けるようにすればよい。【００６０】
本発明の技術範囲は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な形状や構成等は一例にすぎず、適宜変更が可能である。
例えば、本実施形態では基板が連続的に搬送される場合で説明したが、断続的に搬送される場合に適用してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明のスパッタ成膜方法によれば、磁石が第１方向に移動する場合と第２方向に移動する場合とで、磁石と基板との間の相対速度を調整できる。そのため、基板上に形成される薄膜形状を制御できる。したがって、より高精度に膜厚を均一化できる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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