(57)【要約】【課題】膜厚分布を改善する制御方法を簡便に変更できるスパッタリング装置を提供する【解決手段】本発明のスパッタリング装置１００は、搬送ローラー３上を搬送される基板に対して順次成膜するためのターゲット４を保持するべく、基板の搬送方向に配列された３つ以上カソード隔壁９と、基板搬送速度及び成膜処理の際に使用されるターゲット４の数に応じて、マグネット駆動装置１１を制御する複数の制御方法の中から、最も均一な膜厚分布が得られるものを選択し実行する制御選択ユニット２５とを備えている。【選択図】図１４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器と、
前記真空容器内で基板を搬送するための基板搬送部と、
前記基板搬送部によって搬送される前記基板に対して順次成膜するためのターゲットを保持するべく、前記基板の搬送方向に配列された少なくとも３つのターゲット保持部と、
それぞれの前記ターゲット保持部の裏側に配置されたマグネット部と、
前記マグネット部を駆動するマグネット駆動部と、
前記ターゲット保持部に前記ターゲットを保持させ成膜処理する際、前記基板の搬送速度及び使用される前記ターゲットの数に応じて、前記マグネット駆動部を制御する複数の方法の中から、より均一な膜厚分布が得られる方法を選択する選択部と、を備えることを特徴とするスパッタリング装置。
【請求項２】
前記選択部は、前記搬送速度が所定速度以上であり、且つ、使用される前記ターゲットが５以上の奇数であるＮ個であるとき、使用される前記ターゲットを、３つのターゲットからなる第１グループをＸ組と、２つのターゲットを有する第２グループをＹ組とに、式（３Ｘ＋２Ｙ＝Ｎ）を満たすように分け、前記第１グループ及び前記第２グループのそれぞれで異なる前記方法を選択することを特徴とする請求項１に記載のスパッタリング装置。
【請求項３】
前記Ｘ＝１であることを特徴とする請求項２に記載のスパッタリング装置。
【請求項４】
前記選択部に接続されるとともに、前記マグネット駆動部を制御する複数の方法を記憶した記憶部を有し、
前記記憶部に記憶された方法は、
前記第１グループに属するそれぞれの前記マグネット部を、前記搬送方向のストローク端から前記搬送方向とは逆方向に移動させて第１所定位置に停止させる第１の移動と、前記第１の移動後に第１所定位置から前記逆方向に移動させて第２所定位置に停止させる第２の移動と、前記逆方向のストローク端から前記搬送方向に移動させて前記搬送方向のストローク端に停止させる第３の移動とを所定周期で実行するとともに、前記第１、第２、第３の移動のそれぞれにおいて、前記基板が前記マグネット部に対して前記搬送方向に相対的に移動する距離が等しくなるもの、を少なくとも有することを特徴とする請求項２に記載のスパッタリング装置。
【請求項５】
前記記憶部に記憶された方法は、前記第１の移動、前記第２の移動、前記第３の移動のそれぞれにおいて、前記マグネット部が停止させている時間は等しいものであることを特徴とする請求項４に記載のスパッタリング装置。
【請求項６】
前記記憶部に記憶された方法は、前記第１の膜、前記第２の膜、前記第３の膜のうち、それぞれの前記マグネット部を停止させている間に堆積された部分が前記基板上で重なるものであることを特徴とする請求項５に記載のスパッタリング装置。
【請求項７】
前記記憶部に記憶された方法は、前記第２所定位置は前記逆方向のストローク端であることを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項に記載のスパッタリング装置。
【請求項８】
前記記憶部はさらに、
前記第２グループに属するそれぞれの前記マグネット部を、前記搬送方向のストローク端から前記搬送方向とは逆方向のストローク端に移動させて停止させる移動と、前記逆方向のストローク端から前記搬送方向に移動させて前記搬送方向のストローク端に停止させる移動とを所定周期で実行する方法を、さらに記憶することを特徴とする請求項４に記載のスパッタリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はスパッタリング装置に関する。特に、複数のスパッタユニットを含む基板搬送式の連続スパッタ成膜装置で実施され、各スパッタユニットでマグネットを往復移動させながらスパッタリング作用で基板に順次成膜を行うスパッタリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
大量の基板に効率よく成膜する装置として複数のスパッタユニットを並べて配置した基板搬送式のインライン型連続スパッタ成膜装置が知られている。基板は連続的に真空室に搬送され一定速度でスパッタユニットの設置されたスパッタ室を通過する。基板にはスパッタ室通過中にスパッタユニットに設けられたターゲットから放出された成膜物質が堆積し膜となる。このときの膜厚はカソードに供給された電力と基板の搬送速度により決まる。１つのスパッタユニットによる成膜で必要な膜厚が得られないときは複数のスパッタユニットを使って成膜を複数回に分けて積層させる。
【０００３】
一方、スパッタリング作用は、ターゲット表面側に生じた磁場の近傍で生じる。マグネトロンスパッタ装置ではターゲット裏面側にマグネット（磁気回路）が配置されるため、マグネットの位置に対応する領域からスパッタ原子が放出されることになる。マグネットはターゲット利用率向上やターゲット表面へのスパッタ膜再付着領域低減のため往復移動させている。マグネットを基板の搬送速度Ｖｔに近い速度で基板搬送方向に往復移動させると、基板上の膜厚は搬送方向に厚い領域と薄い領域が交互に生じることになり、搬送方向の膜厚分布が悪くなる。
【０００４】
膜厚分布を改善する方法の一つとして、マグネットを基板の搬送速度Ｖｔに対して高速に動作させる方法がある。この方法は、マグネットを、基板の搬送速度に対して十分速く動作させることで、それぞれのスパッタユニットでの成膜分布を均一にするものである。なお、本明細書ではこの方法で膜厚分布の均一化を図る制御方法を「単純揺動制御」と呼ぶ。
【０００５】
膜厚分布を改善する他の方法として、２つのスパッタユニットを用いて搬送方向の膜厚を均一にする方法が知られている（例えば特許文献１参照）。この方法は、基板搬送速度に併せて、それぞれのスパッタユニットのマグネット揺動を制御するものである。すなわち、一方のスパッタユニットで基板上に成膜された膜厚の厚い領域の上に、他方のスパッタユニットで薄い膜を重ねて成膜し、一方のスパッタユニットで基板上に成膜された膜厚の薄い領域の上には、他方のスパッタユニットで厚い膜を重ねて成膜することで、搬送方向の膜厚分布を平均化して改善する方法である。特に、基板の搬送速度は速いときにはこの方法が有効である。この方法は「単純揺動制御」に比べてマグネットの揺動速度を低速にできる。なお、本明細書中ではこの方法で膜厚分布の均一化を図る制御方法を「２マグネット揺動制御」と呼ぶ。
【０００６】
従来の基板搬送式のインライン型連続スパッタ成膜装置では同一製品の量産のため同一の成膜プロセスを長年にわたって使用することが多かった。そのため、上述の「単純揺動制御」若しくは「２マグネット揺動制御」のいずれか一方の制御方法のみを採用したスパッタリング装置が市場に供給されてきた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−１４６５２８号公報
【特許文献２】国際公開第２００９／０９３５９８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、量産する製品の多様化によって近年の基板搬送式のインライン型連続スパッタ成膜装置では短期間で成膜プロセスが変更されるようになりつつある。成膜プロセスの変更に伴い搬送速度が変更されると膜厚分布を改善する制御方法を変更する必要が生じると予想される。
【０００９】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであって、膜厚分布を改善する制御方法を簡便に変更できるスパッタリング装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のスパッタリング装置は、真空容器と、前記真空容器内で基板を搬送するための基板搬送部と、前記基板搬送部によって搬送される前記基板に対して順次成膜するためのターゲットを保持するべく、前記基板の搬送方向に配列された少なくとも３つのターゲット保持部と、それぞれの前記ターゲット保持部の裏側に配置されたマグネット部と、前記マグネット部を駆動するマグネット駆動部と、前記ターゲット保持部に前記ターゲットを保持させ成膜処理する際、前記基板の搬送速度及び使用される前記ターゲットの数に応じて、前記マグネット駆動部を制御する複数の方法の中から、より均一な膜厚分布が得られる方法を選択する選択部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、膜厚分布を改善する制御方法を簡便に変更できるスパッタリング装置を提供することができる。特に、複数の種類の成膜を同じスパッタリング装置で行う場合には、その成膜プロセスの搬送速度と使用するターゲット数で最も均一な膜厚を得ることができる制御方法に簡便に変更できることから、多品種の製品を製造することに適したスパッタリング装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るスパッタリング装置の成膜室の概略断面図である。
【図２】単純揺動制御でのマグネットの基板搬送方向の動きの模式図である。
【図３】図２のマグネットの動きの１周期分の速度変化を表した速度線図である。
【図４】単純揺動制御での成膜条件と膜厚分布の関係図である。
【図５】２マグネット揺動制御でのマグネットの基板搬送方向の動きの模式図である。
【図６】図５のマグネットの動きの１周期分の速度変化を表した速度線図である。
【図７】２マグネット揺動制御での２つのマグネットの動きを表した速度線図である。
【図８】２マグネット揺動制御の任意の１つのスパッタユニットについて、搬送される基板を基準とするマグネットの相対速度と膜厚を表す模式図である。
【図９】２マグネット揺動制御のそれぞれのマグネットについて、基板に対する相対速度Ｖｍｓと膜厚の関係の模式図である。
【図１０】２マグネット揺動制御で成膜した基板上の膜厚の模式図である。
【図１１】単純揺動制御と２マグネット揺動制御のそれぞれで、基板搬送速度Ｖｔに対して選択できる周期Ｔの範囲を示す模式図である。
【図１２】単純揺動制御と２マグネット揺動制御のそれぞれで、基板搬送速度Ｖｔに対して選択できる周期Ｔの範囲を示す模式図である。
【図１３】マグネットの動作の制御方法を選択するプログラムのフローチャートである。
【図１４】本発明の第２の実施形態に係るスパッタリング装置の成膜室の概略断面図である。
【図１５】２マグネット揺動制御でのマグネットの基板搬送方向の動きの模式図である。
【図１６】図１５のマグネットの動きの１周期分の速度変化を表した速度線図である。
【図１７】本発明の第２実施形態に係る３つのマグネットと基板の位置関係の説明図である。
【図１８】３マグネット揺動制御での３つのマグネットの動きを表した速度線図である。
【図１９】３マグネット揺動制御の任意の１つのスパッタユニットについて、搬送される基板を基準とするマグネットの相対速度と膜厚を表す模式図である。
【図２０】３マグネット揺動制御のそれぞれのマグネットについて、基板に対する相対速度Ｖｍｓと膜厚の関係の模式図である。
【図２１】単純揺動制御と３マグネット揺動制御のそれぞれで、基板搬送速度Ｖｔに対して選択できる周期Ｔの範囲を示す模式図である。
【図２２】単純揺動制御と３マグネット揺動制御のそれぞれで、基板搬送速度Ｖｔに対して選択できる周期Ｔの範囲を示す模式図である。
【図２３】マグネットの動作の制御方法を選択するプログラムのフローチャートである。
【図２４】任意の数のスパッタユニットを使用するときのグループ分けを行うプログラムのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。なお、以下に説明する部材、配置等は発明を具体化した一例であって本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨に沿って各種改変することができることは勿論である。実施形態においてスパッタリング装置として１つの成膜チャンバー内に２つ又は３つのマグネトロンスパッタユニットを備えた装置を例にとって説明するが、本発明はスパッタリング装置の基板搬送経路に沿って２つ以上のマグネトロンスパッタユニットを備えた装置に好適に適用できる。
【００１４】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態である２つのスパッタユニットの制御方法を自動的に切り替えるスパッタリング装置について図を参照して説明する。
図１は、本発明に適用可能な基板搬送式のインライン型連続スパッタ成膜装置（スパッタリング装置）１００の成膜室構成を説明するための概略断面図である。通常、ロードロック室やバッファー室、アンロードロック室など複数のチャンバーがゲートバルブを介して連結されて、一つの基板搬送式のインライン型連続スパッタ成膜装置を形成するが、図１ではそのうちの成膜室のみを示している。
【００１５】
図１に示すように、成膜室は、チャンバー２（真空容器）と、チャンバー２内（真空容器内）に設けられた基板１を搬送するための基板搬送部とチャンバー２上部に設置された２つのマグネトロンスパッタユニット（スパッタユニット）１０で構成されている。基板搬送部は搬送ローラー３と搬送ローラー３を制御する搬送制御装置２１とを有している。本実施形態では基板１は水平状態で搬送ローラー３に載っており図中右方向に一定速度で搬送される。チャンバー２は図示しない排気ポンプにより真空に排気され、図示しないガス配管によりプロセスガス（例えばＡｒガス）が所定の圧力になるように供給される。スパッタユニット１０は基板搬送方向の上流側から第１、第２のスパッタユニット１０ａ，１０ｂが配列されている。各スパッタユニット１０ａ，１０ｂは同じ構成となっている。なお、スパッタリング装置１００は、スパッタユニットを２つ備えた構成として描かれているが、３つ以上のスパッタユニットを備えていてもかまわない。スパッタリング装置１００が３つ以上のスパッタユニットを備える場合は、そのなかで任意の２つのスパッタユニット１０ａ，１０ｂを使用するものとする。
【００１６】
本実施形態では、２つのスパッタユニット１０ａ，１０ｂが備えるターゲット４ａ，４ｂは同じ材料である。スパッタユニット１０ａ，１０ｂのカソード隔壁（ターゲット保持部）９ａ，９ｂはチャンバー２の天井壁にカソード絶縁部８ａ，８ｂを介して設置されている。カソード隔壁９ａ，９ｂには図示しない電力供給装置により電力が供給されるカソード６ａ，６ｂが設けられている。ここではカソード６ａ，６ｂにＤＣ電力を供給している。ターゲット４ａ，４ｂはボンディングなどの方法でカソード６ａ，６ｂに接着されていて、カソード６ａ，６ｂとターゲット４ａ，４ｂは一体の状態でカソード隔壁９ａ，９ｂ壁に固定される。カソード６ａ，６ｂはターゲット裏板やバッキングプレートと呼ばれることがある。カソード内部には、ターゲット４ａ，４ｂを冷却する冷媒を流すための不図示の水路が設けられている。
【００１７】
ターゲット４ａ，４ｂの表面以外のスパッタを防止するためにターゲット側面、カソード６ａ，６ｂ、カソード隔壁９ａ，９ｂの露出している面に対して２〜３ｍｍの隙間をあけて覆うようにターゲットシールド５ａ，５ｂが設けられている。カソード隔壁９ａ，９ｂのカソード６ａ，６ｂとは反対側（大気側、又は裏側）にはマグネット７ａ，７ｂ（マグネット部）がそれぞれ設置されている。マグネット７ａ，７ｂは平板状のヨークと永久磁石からなり、カソード側をＳ極とした中心極と、カソード側をＮ極とした外周極により構成されている。マグネット７ａ，７ｂが作る磁力線はターゲット表面付近では二つのトンネル状ループを形成する。放電した場合はターゲット表面付近の磁力線ループの場所で高密度のプラズマが生じることとなる。
【００１８】
ターゲット表面にはマグネット位置により決まる高密度プラズマに対応した場所にエロージョン（ターゲットの侵食）が生じる。マグネット７ａ，７ｂをターゲット４ａ，４ｂに対して移動しながらスパッタ成膜することでターゲット表面に均一な深さのエロージョンを作ることによりターゲット利用率を向上させることができる。
【００１９】
マグネット７ａ，７ｂはマグネット駆動装置１１ａ，１１ｂ（マグネット駆動部）により基板１の搬送方向に往復移動することができる。マグネット駆動装置１１ａ，１１ｂは図示しないモーターやボールネジなどの動力伝達機構により構成されている。マグネット７を駆動するモーター（マグネット駆動装置１１ａ，１１ｂ）はマグネット制御装置２２により制御され、マグネット７ａ，７ｂを指定した速度で指定した位置に移動させることができる。マグネット７ａ，７ｂの速度制御は加速、等速、減速からなる台形駆動とした。
【００２０】
マグネット７ａ，７ｂは停止状態から一定の加速度による加速移動、続いて等速移動、続いて一定の加速度による減速移動により再び停止する。この間に移動する距離は縦軸速度、横軸時間として描いた速度線図の台形部分の面積となる。マグネット７ａ，７ｂを動作させる制御方法（方法）には、単純揺動制御と２マグネット揺動制御の２つの制御方法があり、制御選択ユニット２５（選択部）でどちらかを選択する。それぞれの制御方法については後述する。制御選択ユニット２５は、後述の制御方法を選択するプログラムが格納されたＲＡＭとマグネット制御装置２２を有し、マグネット駆動部を制御する複数の方法を記憶した記憶部２７と搬送制御装置２１に接続されている。
【００２１】
スパッタリング装置１００を用いたスパッタ成膜方法について説明する。
真空に排気したチャンバー２に所定の圧力になるようにプロセスガス（例えばＡｒガス）を導入し、基板１を一定の搬送速度で搬送（定速搬送）する。カソード６ａ，６ｂの水路にはあらかじめ冷却水を供給する。マグネットの制御方法の制御選択ユニット２５では、単純揺動制御か、２マグネット揺動制御のいずれかを予め選択しておく。制御方法の選択は、主に基板搬送速度によって決定されるが、その選択方法については後述する。単純揺動制御、あるいは２マグネット揺動制御の制御方法のどちらかによりマグネット駆動装置を制御しマグネット７ａ，７ｂを基板１の搬送方向に往復移動させる。カソード６ａ，６ｂに一定のＤＣ電力を印加しマグネトロンスパッタ成膜を実施する。このようにスパッタ成膜すると基板上には搬送方向に均一な膜が堆積する。
【００２２】
ここで、単純揺動制御でのマグネットの動作について説明する。
図２に単純揺動制御でのマグネット７（７ａ又は７ｂ）の動きの例を示す。グラフの横軸は時間、縦軸はカソード６（６ａ又は６ｂ）に対する基板搬送方向のマグネット位置でカソード中心位置を０ｍｍとして基板搬送方向である順方向を正に、逆方向を負に表している。なお、マグネット７の往復移動の片道の距離をストロークと呼ぶことにする。ここではストロークは１００ｍｍの場合を示す。最初マグネットは順方向のストローク端である＋５０ｍｍ位置にある。ここから出発してマグネット７は逆方向に移動し逆方向のストローク端である−５０ｍｍまで移動して一定時間停止する。次にマグネット７は反対方向の順方向に移動し順方向のストローク端である＋５０ｍｍ位置まで移動して一定時間停止する。ここまでが１周期であり、この後はこの動作を繰り返す。
【００２３】
図３は図２のマグネット７の動きの１周期分の速度変化を表した速度線図である。横軸は時間、縦軸はマグネット７のカソード６に対する速度Ｖｍｃを表し、速度の向きは基板搬送方向である順方向を正に逆方向を負にとっている。マグネット７は最初逆方向に速度Ｖｂになるまで時間Ｔａｃｃ１の間等加速度で加速する。その後逆方向に一定速度Ｖｂ（図３では逆方向が負なので−Ｖｂとした）で移動し、次に逆方向に時間Ｔａｃｃ２の間等加速度で減速し速度はゼロとなる。ここまでの速度線図の形は台形を示している。本実施形態では一般に台形駆動（台形制御いう場合もある）といわれる速度制御を採用している。モーター駆動の制御方法として一般的な方法である。
【００２４】
ここまでの速度制御によってマグネットは図２に示す初期位置の順方向のストローク端の＋５０ｍｍ位置から逆方向のストローク端の−５０ｍｍ位置まで移動したことになる。この後一定時間Ｔｓｅｗ停止するため速度は０ｍｍ／ｓが保たれる。次に順方向（図３では正の速度として記載した）に加速、等速（＋Ｖｆ）、減速の台形駆動と一定時間Ｔｓｅｗ停止を行う。順方向は逆方向と向きを逆にして同じ動きをする。
【００２５】
単純揺動制御でマグネット７を基板搬送方向に対して往復移動させながらスパッタ成膜したときの基板上の搬送方向の膜厚分布について説明する。単純揺動制御の制御方法を採用した成膜では、ある程度マグネットを速く動かして成膜すると膜厚は均一になることがわかっている。図４に、単純揺動制御の制御方法での成膜条件と膜厚分布について示す。図４のグラフの横軸は（搬送速度Ｖｔ）×（周期Ｔ）でマグネットが基板搬送方向に１往復する間に基板が進む距離を示している。図５の縦軸は基板搬送方向膜厚分布であり、Ｖｔ・Ｔについての膜圧分布を示したものである。膜厚計算には以下の計算式（膜厚分布計算式）を用いた。
膜厚分布（±％）＝（最大値−最小値）／（最大値＋最小値）×１００
基板搬送方向の膜厚分布は、Ｖｔ・Ｔがおよそ７０ｍｍより小さい条件でほぼ０になる。したがって搬送速度Ｖｔと周期Ｔが、以下の条件を満たせば、単純揺動制御で動作させてスパッタ成膜する方法においても膜厚は均一になる。
Ｖｔ・Ｔ＜７０ｍｍ      （１）
【００２６】
次に、２マグネット揺動制御でのマグネットの動作について以下に説明する。
２マグネット揺動制御は、一対のマグネット７ａ，７ｂの動作と基板１の搬送を連動させる制御方法である。２マグネット揺動制御でのマグネット７（７ａ又は７ｂ）の基板搬送方向の動きの例を図５に、速度線図を図６に示す。この例ではマグネット７の往復移動のストロークＬ（片道）は１００ｍｍ、往復移動の周期Ｔは９秒としている。本実施形態ではマグネット７の加速、減速を考慮した台形駆動を採用した。またストローク端での所定時間停止する。
【００２７】
図５の縦軸はマグネット位置であり、カソード６（６ａ又は６ｂ）の中心位置を０ｍｍとして基板搬送方向である順方向を正に逆方向を負として表記した。最初マグネット７は順方向のストローク端である＋５０ｍｍ位置（初期位置）にある。マグネット７はここから出発して逆方向に移動し、逆方向のストローク端である−５０ｍｍ位置で一旦停止する。次にマグネット７は反対方向の順方向に移動し順方向のストローク端である＋５０ｍｍ位置まで移動して同様に停止する。ここまでが９秒で１周期分になる。この後はこの動作を繰り返す。マグネット７は、逆方向への移動速度が速く、順方向への移動速度が遅くなるように制御されている。
【００２８】
図６では図５のマグネット７の動きの１周期分の速度変化を表した速度線図である。横軸は時間、縦軸はマグネット７のカソード６に対する速度Ｖｍｃを表し、速度の向きは基板搬送方向である順方向を正に逆方向を負にとっている。マグネット７は最初逆方向に一定時間等加速度で加速した後、逆方向に等速で移動し、逆方向に等加速度で減速して一旦停止する。本実施形態では一般に台形駆動といわれる速度制御を採用している。
【００２９】
ここまでの速度制御によってマグネットは図５に示す初期位置の順方向のストローク端の＋５０ｍｍ位置から逆方向のストローク端の−５０ｍｍ位置まで移動したことになる。この後一定時間停止するため速度は０ｍｍ／ｓが保たれる。次にマグネットは順方向（図６では正の速度）に加速、等速、減速の台形駆動と停止をおこなう。ただし順方向の等速の速度や等速の時間は逆方向のマグネット７の動きと異なる。マグネット７の順方向の動きは、逆方向の動きと比べて、等速の速度の絶対値は小さく、等速の時間は長くなる。
【００３０】
ここまでは１つのスパッタユニット１０（１０ａ又は１０ｂ）のマグネット７（７ａ又は７ｂ）の動きの例を示した。図７に２マグネット揺動制御に用いられる２つのスパッタユニット１０ａ，１０ｂのマグネット７ａ，７ｂの動きの例を示す。第１のスパッタユニット１０ａのマグネット７ａが最初に動き出し、周期９秒で動き続ける。第２のスパッタユニット１０ｂのマグネット７ｂはここでは５秒後に遅れて動き出し、周期９秒で同様に動き続ける。それぞれのスパッタユニット１０ａ，１０ｂのマグネット７ａ，７ｂはこのように時間をずらして動き続ける。ずらす時間は基板１の搬送速度に応じて決められる。時間のずれについては後述する。
【００３１】
２マグネット揺動制御でのマグネット７の動きについてさらに説明する。はじめに本実施形態で基板上の搬送方向の膜厚を均一にするための考え方を説明する。
スパッタユニット１０のマグネット７はカソード中心位置に対して往復移動し、基板は搬送方向に一定速度（定速）で移動している。しかし、基板上の膜厚とマグネット７の速度の関係を説明するために図８では基板を基準に表した。図８は、２マグネット揺動制御において、基板１を基準としたマグネット７の相対速度Ｖｍｓ（上側）と、マグネット７の相対速度Ｖｍｓと膜厚の関係（下側）の模式図である。図８の上側下側とも横軸は基板搬送方向の基板上の位置である。スパッタリング装置１００では基板は、図８の紙面上の左から右方向に向けて一定速度で搬送されており、ここでは便宜上、基板１を固定して見ているためマグネット７は基板に対して常に左から右方向に速度を変えながら移動する。このマグネット７の基板１に対する相対速度Ｖｍｓは図８では右方向を正にとっている。
【００３２】
図８の領域Ａはマグネット７がカソード６に対して負の方向に移動している範囲を表し、マグネット７の基板１に対する相対速度は比較的速い領域である。領域Ｂはマグネット７がカソード６に対して正の方向に移動している範囲であり、マグネット７の基板１に対する相対速度は比較的遅い領域である。また領域Ａ’、Ｂ’はマグネット７が停止している範囲を示している。各範囲の和（Ａ＋Ａ’＋Ｂ＋Ｂ’）はマグネット７が１周期の往復移動をする間に基板１がマグネット７に対して移動する距離を表している。
【００３３】
基板上にはマグネット７の相対速度の速い領域Ａに対応する範囲に対しては比較的薄い膜が堆積し、マグネットの相対速度の遅い領域Ｂに対応する範囲に対しては比較的厚い膜が堆積する。これはカソード６に供給するＤＣ電力が一定のためターゲット４（４ａ又は４ｂ）から放出されるスパッタ原子の量が一定であり、またスパッタ原子の放出位置はマグネット７の位置に対応していることによる。従って基板上にはマグネット７の基板１に対する相対速度に反比例した膜厚が堆積することになる。
【００３４】
ただし、基板上の膜厚変化はマグネット７の基板１に対する相対速度の変化のように急激に変化することはなく図８の下側に図示したようになだらかに変化する。これはターゲット４から放出されるスパッタ原子の放出位置がマグネット７の幅程度の領域からあるなだらかな分布を持って放出されることと、ターゲット４と基板の間の距離をスパッタ原子が飛行する間にある程度広がるためである。ここで重要なことは領域Ａ、Ｂで成膜される基板搬送方向の長さが基板上で同じになるようにマグネット７の移動速度を設定することである。また領域Ａ’、Ｂ’で成膜される基板搬送方向の長さもそれぞれ同じである。基板上で成膜される長さを同じにすることで、他のスパッタユニット１０の成膜により積層された膜と重ねることができる。後述するように、一対のスパッタユニット１０ａ，１０ｂでの成膜をいずれも終えた状態での膜厚分布を良くすることができる。
【００３５】
図９にはマグネット７ａ，７ｂのそれぞれについて、基板を基準にした相対速度Ｖｍｓを上下に分けて示した。横軸の基板上の位置は上下のグラフで揃えている。第１のスパッタユニット１０ａのマグネット７ａの相対速度Ｖｍｓは図８と同じである。第２のスパッタユニット１０ｂのマグネット７ｂは第１のスパッタユニット１０ａのマグネット７ａの動きに対して基板上の位置でＡ＋Ａ’の距離だけずらして同じ動きを繰り返している。
【００３６】
図９中の領域Ａについてみると、第１のスパッタユニット１０ａのマグネット７ａの相対速度は比較的速く、第２のスパッタユニット１０ｂのマグネット７ｂの相対速度は比較的遅い。領域Ｂでは第２のスパッタユニット１０ｂのマグネット７ｂの相対速度は比較的速く、第１のスパッタユニット１０ａのマグネット７ａの相対速度は比較的遅い。このようなマグネット７ａ，７ｂの相対速度で成膜処理をすると各領域で比較的薄い膜が１回、比較的厚い膜が１回、順次成膜される。従って、領域Ａ、Ｂそれぞれでは２つのスパッタユニット１０ａ，１０ｂにより積層された膜厚は同じとなる。
【００３７】
マグネット７がカソード６に対して等速移動中で相対速度が一定の部分について上述したがＡ、Ｂ各領域にはマグネット７の加速領域と減速領域が各領域の両端に存在する。この部分も２つのスパッタユニット１０ａ，１０ｂで考えると１つの比較的相対速度の速い領域と１つの比較的相対速度の遅い領域が同じ基板上の位置で重なるように制御している。このためこの加速、減速の部分も含めてＡ、Ｂそれぞれの領域での２つのスパッタユニット１０ａ，１０ｂにより積層された膜厚は同じとなる。
【００３８】
さらに、マグネット７がカソード６に対して停止した状態で成膜する図９の領域Ａ’、Ｂ’について説明する。ここでの膜厚は上述した領域Ａ、Ｂで成膜される膜厚の中間の厚さになる。そして、領域Ａ’、Ｂ’での膜厚は同じであるため、基板上で重ねると領域Ａ、Ｂで積層した膜厚と同じになる。すなわち、領域Ａ、Ｂ、Ａ’、Ｂ’で積層される膜厚はすべて同じである。
【００３９】
２マグネット揺動制御のマグネット制御の考え方を簡単にまとめると、以下のようになる。
（ａ）領域Ａ、Ｂで成膜される基板上の長さを同じにする。
（ｂ）領域Ａ’、Ｂ’で成膜される基板上の長さを同じにする。
（ｃ）基板上で領域Ａ＋Ａ’の長さだけ２つのスパッタユニット１０ａ，１０ｂのマグネット７ａ，７ｂの動きを基板搬送方向にずらす。
【００４０】
これまでマグネット７の順方向の速度Ｖｆは基板搬送速度Ｖｔより小さい、つまりマグネット７は基板１を追い越さないことを前提としてきた。この条件を満たすときに２マグネット揺動制御のマグネット動作は適用できる。以上より、２マグネット揺動制御の成膜によって均一な膜厚分布を得るためには、以下の式を満たす成膜条件とする必要がある。
2015214715.tif 000003
ここで、Ｔはマグネット７の往復移動の周期（単位は秒）、Ｔｓｅｗはマグネット７の停止時間、Ｔａｃｃは加速時間Ｔａｃｃ１と減速時間Ｔａｃｃ２の平均、Ｌはストローク（片道）、Ｖｔは基板搬送速度である。
【００４１】
図１０に２マグネット揺動制御で成膜した例を示す。図１０には各スパッタユニット１０ａ，１０ｂによる基板上の膜厚が２本の線（破線と細い実線）で表されている。各膜厚は比較的厚い領域と薄い領域交互に現れている。それぞれの基板上での膜厚変化の周期はＶｔ・Ｔ＝３００ｍｍである。これらが基板上で１５０ｍｍずつずれて膜として堆積している。上の方の太線は２つのスパッタユニット１０ａ，１０ｂにより積層された膜厚であり、下の２つの膜厚を合計したものである。積層した膜厚はほぼ均一となる。この例では膜厚分布は±０．０３％となった。
【００４２】
ここで、制御方法を選択する方法について説明する。
図１１に基板搬送速度Ｖｔに対してとりうる周期Ｔの範囲を単純揺動制御と２マグネット揺動制御について示した。この周期Ｔのとりうる範囲とは、マグネット７の動作に理論的な不都合はなく、少なくとも基板搬送方向の膜厚が均一となることを満たす周期の範囲である。図１１に示した２本の曲線のうち下側の曲線より下の範囲は、単純揺動制御で基板搬送方向の膜厚を均一にできる範囲である。この範囲では上述の（１）式を満たす。
【００４３】
周期Ｔのとりうる範囲は搬送速度Ｖｔに反比例する曲線より下側となる。たとえば搬送速度Ｖｔが３３．３３ｍｍ／ｓの場合周期Ｔは２．１秒より小さいことが必要である。図１１に示した２本の曲線のうち上側の曲線より上の範囲は２マグネット揺動制御でマグネットの動作に理論的な不都合はなく搬送方向の膜厚を均一にできる範囲である。この範囲では上述の（２）式を満たす。
【００４４】
周期Ｔのとりうる範囲は、マグネット７の加減速時間Ｔａｃｃとストローク端でのマグネット停止時間Ｔｓｅｗが小さい場合、搬送速度Ｖｔにほぼ反比例する曲線より上側となる。たとえば搬送速度Ｖｔが３３．３３ｍｍ／ｓ、Ｔａｃｃが０．３秒、Ｔｓｅｗが０．４秒では周期Ｔは８．０秒より大きいことが必要である。なお、２マグネット揺動制御で周期Ｔを曲線に近い値に設定するとマグネット７の速度が非常に速くなってしまうので実際には曲線よりやや上側、つまり少し大きめの周期を選択するとよい。たとえば周期Ｔ＝８．０秒のとき、ストロークＬ＝１００ｍｍでは逆方向の等速の速度Ｖｂは３３３．３ｍｍ／ｓと大きくなるが、周期Ｔを９秒とするとＶｂは１２５ｍｍ／ｓと大幅に小さくできる。
【００４５】
上述のように基板搬送速度Ｖｔが決まると周期Ｔのとりうる範囲が図１１で示した範囲に決まってしまう。本実施形態の装置では周期Ｔの範囲は単純揺動制御と２マグネット揺動制御でお互いに重なる領域はない。従って、基板搬送速度Ｖｔが決まると単純揺動制御と２マグネット揺動制御のどちらかを選択し、それぞれで設定可能な周期Ｔを決定することになる。
【００４６】
なお、本実施形態のようにターゲット４にノジュールがほとんど発生しない金属ターゲットを用いるときは、周期Ｔにさらに制限を設けた方が良い場合がある。すなわち、図１１からわかるように搬送速度Ｖｔが遅いと、２マグネット揺動制御のマグネットの移動速度の周期Ｔは極端に大きくしなければならない。周期が大きいとマグネットの移動速度は遅いため、比較的長い時間スパッタされない領域がターゲット表面に生じることになる。スパッタされないターゲット表面には再付着膜が堆積し、その領域がスパッタされる際に再付着した物質も同時にスパッタされ基板に堆積する。そのため基板１に堆積した膜には不純物が多くなることがあるため、マグネット往復移動の周期Ｔはある程度以下にしない方が好ましい。一般的には周期Ｔは２０秒以下であれば膜質に問題がない。また、マグネット駆動装置１１の出力は有限であることから周期Ｔには下限値がある。一般的には周期Ｔは３秒以上に設定するとよい。
【００４７】
基板搬送速度Ｖｔは一般には装置構成と必要な膜厚によって決まる。どちらの制御方法を選択するかは以下のように決まる。図１２に周期Ｔのとりうる範囲をまとめた模式図を示す。搬送速度Ｖｔがおよそ１１ｍｍ／ｓ以下では、図１２に示すように２マグネット揺動制御は選択できない。したがって単純揺動制御で適切な周期Ｔを図１２に示された範囲の中から選択する。搬送速度Ｖｔがおよそ２３ｍｍ／ｓ以上では、図１２に示すように単純揺動制御は選択できない。したがって２マグネット揺動制御で適切な周期Ｔを図１２に示された範囲の中から選択する。搬送速度Ｖｔがおよそ１１ｍｍ／ｓから２３ｍｍ／ｓの間では、単純揺動制御でも２マグネット揺動制御でもどちらでも適切な周期Ｔを選択できる。この搬送速度の範囲でどちらの制御方法を選択するかはその他の要因で総合的に判断される。
【００４８】
以上のように基板搬送速度Ｖｔが与えられた場合、図１２から単純揺動制御、あるいは２マグネット揺動制御のうち適切なマグネット揺動方法を選択する。そして制御選択ユニット２５で単純揺動制御の制御方法か２マグネット揺動制御の制御方法のどちらかを選択する。制御選択ユニット２５には、制御方法を選択するためのデータを記憶した記憶部２７が接続されている（図１参照）。制御選択ユニット２５は、基板搬送速度と記憶部２７内のデータを参照して、より均一な膜厚分布を得られる制御方法を選択するプログラムを有している。基板搬送速度は制御選択ユニット２５に接続された搬送制御装置２１から入力される。本実施形態の記憶部２７には図１２の内容のデータが格納されている。なお、記憶部２７は制御選択ユニット２５内に設けてもよいし、スパッタリング装置の外部に設けても良い。また、制御選択ユニット２５内のプログラムは記憶部２７内のデータを参照して最適な周期Ｔを決定する。
【００４９】
図１３に基づいて制御方法を選択するプログラムについて説明する。
２つのスパッタユニット１０ａ，１０ｂを用いる第１の実施形態では基板搬送速度Ｖｔが与えられれば図１２から適切な制御方法の選択とマグネット往復移動の周期Ｔを選択することができる。ただし、どちらの制御方法も選択可能な周期Ｔでは、一義的に周期Ｔを決定できない。そこで本実施形態では、いずれかを優先的に選択するものとした。例えば、マグネット７の動作が単純な単純揺動制御の制御方法を優先して選択するように設定できる。
【００５０】
単純揺動制御の制御方法を選択した場合、周期Ｔはできるだけ小さい方が基板搬送速度Ｖｔの広い範囲で使用できる。単純揺動制御の制御方法の場合の周期Ｔは最小の値（例えばＴ＝３秒）を使用することができる。２マグネット揺動制御の制御方法を選択した場合、周期Ｔはできるだけ大きい方が基板搬送速度Ｖｔの広い範囲で使用できる。２マグネット揺動制御の制御方法での周期Ｔは最大の値（例えばＴ＝２０秒）とできる。
【００５１】
図１３のフローチャートは上記の考え方に基づいている。マグネット制御方法の選択は、制御選択ユニット２５で行われる。すなわち、制御選択ユニット２５が基板搬送速度Ｖｔを読み込む（ステップ１）。基板搬送速度Ｖｔが２３ｍｍ／ｓ以下では単純揺動制御の制御方法を選択し、周期Ｔは３秒とする（ステップ２）。基板搬送速度Ｖｔが２３ｍｍ／ｓより大きいときは２マグネット揺動制御の制御方法を選択し、周期Ｔは２０秒とする（ステップ３）。
【００５２】
なお、ここで使用した基板搬送速度Ｖｔの２３ｍｍ／ｓは（１）式と（２）式を連立させて解くことで得られる。このように制御選択ユニット２５で演算して、適切な制御方法の選択とマグネット往復移動周期Ｔを決定できる。制御選択ユニット２５により選択された制御方法が、マグネット駆動装置１１、搬送制御装置２１によって実行される。この結果、どのような基板搬送速度Ｖｔに対しても適切なマグネット駆動装置１１でマグネット７を制御してスパッタ成膜し、少なくとも基板の搬送方向に均一な膜厚の成膜が可能となる。
【００５３】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態である３つのスパッタユニットの制御方法を自動的に切り替えるスパッタリング装置について図を参照して説明する。上述の「２マグネット揺動制御」の制御方法では、成膜処理に用いるスパッタユニット１０の数が奇数のときに搬送方向に均一な膜を作成することは難しい。そこで、「単純揺動制御」の制御方法を選択できない搬送速度で、スパッタユニット１０を３つ使用する場合にも適用できる膜厚分布の改善方法について以下に説明する。
【００５４】
図１４は、第２の実施形態の基板搬送式のインライン型連続スパッタ成膜装置（スパッタリング装置１０１）の成膜室構成を説明するための概略断面図である。第１の実施形態では使用するスパッタユニット１０の数が２つであったが、第２の実施形態では使用するスパッタユニット１０の数は３つとなっている。３つのスパッタユニット１０は基板搬送方向の上流側から順番に第１、第２、第３のスパッタユニット（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ）とする。各スパッタユニット１０は、いずれも第１の実施形態と同じ構成である。本実施形態で選択しうるマグネット制御方法には、単純揺動制御と３マグネット揺動制御の２種類がある。制御選択ユニット２５でどちらかが選択される構成は第１の実施形態と同様である。なお、スパッタリング装置１０１は、第１の実施形態のスパッタリング装置１００にスパッタユニット１０ｃを追加した構成として描かれているが、４つ以上のスパッタユニットを備えていてもかまわない。
【００５５】
単純揺動制御は、３つのマグネットをそれぞれ単純揺動制御するものであり、上述した第１の実施形態でのマグネット７の動きと同様であるためその詳細な説明は省略する。３マグネット揺動制御は上述の２マグネット制御方法とはマグネットの動きが異なるものである。３マグネット揺動制御の制御方法は３つのマグネットと基板搬送装置を連動させて動作させて、搬送方向の膜厚を均一にするものである。以下に、３マグネット揺動制御によるスパッタ成膜方法について説明する。
【００５６】
図１５に３マグネット揺動制御でのマグネットの動きの例を、図１６にそのときのマグネットの速度線図を示す。このときのマグネット７と基板の位置関係の模式図を図１７（Ａ）〜（Ｃ）に示す。この例ではマグネット７の往復移動のストロークＬ（片道）は１００ｍｍ、往復移動の周期Ｔは９秒としている。図１５のグラフの縦軸は基板搬送位置であり、マグネット７の中心位置がカソード６の中心位置と重なる位置を０ｍｍとして、また、基板搬送方向である順方向を正に逆方向を負に表している。マグネット７の初期位置は順方向のストローク端である＋５０ｍｍ位置（図１５−１７中にＰ０で示す）である。ここから出発してマグネット７は逆方向に移動しストローク中心である０ｍｍ位置（第１所定位置）（図１５−１７中にＰ１で示す）で一旦停止する。ここまでの移動を第１の移動（図１７（Ａ）参照）と呼ぶ。成膜の際、第１の移動の間に基板に成膜される膜を第１の膜という。
【００５７】
第１の移動後また逆方向に移動し逆方向のストローク端である−５０ｍｍ（第２所定位置）（図１５−１７中にＰ２で示す）まで移動して再び停止する。この移動を第２の移動（図１７（Ｂ）参照）とよぶ。成膜の際、第２の移動の間に基板に成膜される膜を第２の膜という。次にマグネット７は反対方向の順方向に移動し順方向のストローク端である＋５０ｍｍ位置（第３所定位置、図１５−１７中にＰ３で示す）まで移動して停止する。この移動を第３の移動（図１７（Ｃ）参照）とよぶ。成膜の際、第３の移動の間に基板に成膜される膜を第３の膜という。ここまでが１周期分で９秒を要する。第３の移動が終了した後にマグネット７が停止する位置（Ｐ３）は第１の移動の開始位置（Ｐ０）である。マグネット７は、この第１から第３の移動を所定周期（本実施形態ではＴ＝９秒）で繰り返す。第１、第２、第３の移動の際にそれぞれ停止する時間は等しい。
【００５８】
図１６は、図１５のマグネットの動きの１周期分の速度変化を表した速度線図である。横軸は時間、縦軸はマグネットのカソードに対する速度Ｖｍｃを表し、速度の向きは基板搬送方向である順方向を正に逆方向を負にとっている。また、図１６中でマグネット７が停止（速度がゼロ）する位置には、図１５中の位置に対応する符号（Ｐ０〜Ｐ３）を記載した。マグネット７は初期位置（位置Ｐ０）から逆方向に一定時間等加速度で加速しその後逆方向に等速で移動し、次に逆方向に等加速度で減速し速度はゼロとなり、位置Ｐ１で停止する。ここまでの速度線図の形は台形を示している。本実施形態では一般に台形駆動（台形制御）といわれる速度制御を採用している。モーター駆動の制御方法として一般的な方法である。ここまでの速度制御によってマグネットは図１５に示す初期位置（位置Ｐ０）の順方向のストローク端の＋５０ｍｍ位置からストローク中心の０ｍｍ位置（第１所定位置、位置Ｐ１）まで移動したことになる。この後一定時間停止するため速度は０ｍｍ／ｓが保たれる。ここまでが第１の移動である。
【００５９】
次にこれまでの速度変化と同様に逆方向の加速、等速、減速の台形駆動と停止を繰り返す。ここまでで図１５に示す逆方向のストローク端から−５０ｍｍ位置（第２所定位置、位置Ｐ２）まで移動したことになる。ストローク中心の０ｍｍ位置から−５０ｍｍ位置までが第２の移動である。次に順方向（図１６では正の速度）に加速、等速、減速の台形駆動と停止（第３所定位置、位置Ｐ３）を行う。ただし順方向の等速の速度や等速の時間は逆方向のものと異なる。等速の速度の絶対値は逆方向より小さくなり、等速の時間は長くなる。ストローク中心の−５０ｍｍ位置から＋５０ｍｍ位置までが第３の移動である。なお本実施形態では、第３の移動を終了した位置（位置Ｐ３）は第１の移動の開始位置（位置Ｐ０）と一致する。
【００６０】
ここまでは任意の１つのスパッタユニット１０のマグネット７の動きの例を示したが、図１８に３つのスパッタユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃのマグネット７ａ，７ｂ，７ｃの動きの例を示す。第１のスパッタユニット１０ａのマグネット７ａが最初に動き出し、周期９秒で動き続ける。第２のスパッタユニット１０ｂのマグネット７ｂがここでは５秒後に遅れて動き出し、周期９秒で同様に動き続ける。さらに第３のスパッタユニット１０ｃのマグネット７ｃがここでは１０秒後に遅れて動き出し、周期９秒で同様に動き続ける。それぞれのスパッタユニット１０のマグネット７はこのように時間をずらして動き続ける。マグネット７ｂ，７ｃが動き出す時間のずれについては後で説明する。
【００６１】
次に３マグネット揺動制御のときのマグネット７の動きの制御について説明する。はじめに本実施形態で基板上の搬送方向の膜厚を均一にするための考え方を説明する。スパッタユニット１０のマグネット７は、カソード６の搬送方向の中心位置の前後で往復移動を行う。一方、基板１もマグネット７の往復移動中、搬送方向に一定速度（定速）で移動している。図１９は、任意の１つのスパッタユニット１０について、搬送される基板を基準とするマグネット７の相対速度と膜厚を表す模式図である。
【００６２】
図１９は、基板上の膜厚とマグネット７の速度の関係を説明するための模式図であり、図１９の上段に、基板を基準としてマグネット７の相対的な速度を、マグネット７の基板に対する相対速度Ｖｍｓとして表し、図１９の下段には、上段の横軸に対応する基板上の位置に形成される膜厚を模式的に表した。図１９の横軸は基板搬送方向の基板上の位置である。なお、実際のスパッタリング成膜装置では基板は、図１９の紙面上の右から左方向に一定速度で搬送されており、ここでは便宜上、基板を固定して見ているためマグネット７は基板に対して常に左から右方向に速度を変えながら移動する。このマグネット７の基板に対する相対速度Ｖｍｓは図１９では右方向を正にとってグラフにしている。
【００６３】
図１９中に記載したＡおよびＢの範囲はマグネット７が基板搬送方向の逆方向に移動している範囲を表し、マグネット７の基板に対する相対速度は比較的速い領域である。Ｃの範囲はマグネット７が基板搬送方向（順方向）に移動している範囲を表し、マグネット７の基板に対する相対速度は比較的遅い領域である。またＡ’、Ｂ’、Ｃ’はマグネット７が停止している領域を示している。各範囲の和、Ａ＋Ａ’＋Ｂ＋Ｂ’＋Ｃ＋Ｃ’が、マグネット７が１周期の往復移動をする間に基板１が進む距離を表している。
【００６４】
図１９中のＡおよびＢに対応する基板上の範囲には比較的薄い膜が堆積し、図１９中のＣに対応する範囲に対しては比較的厚い膜が堆積する（図１９下側参照）。これはカソード６に供給されるＤＣ電力が一定のためターゲット４から放出されるスパッタ原子の密度が一定であり、またスパッタ原子の放出位置はマグネット７の位置に対応した位置であることによる。したがって基板上にはマグネット７の基板に対する相対速度に反比例した膜厚が堆積することになる。
【００６５】
ただし、基板上の膜厚変化はマグネット７の基板に対する相対速度の変化のように急激に変化することはなく図１９の下の図に示すようになだらかに変化する。これはターゲット４から放出されるスパッタ原子はマグネット７の幅程度の領域からスパッタされるので、放出されるスパッタ原子の分布はなだらかであることと、ターゲット４と基板の間の距離をスパッタ原子が飛来する間にある程度広がりを持つためである。
【００６６】
ここで重要なことは、Ａ、Ｂ、Ｃ各範囲に対応して基板上に成膜される基板搬送方向の長さがそれぞれ同じになるようにマグネット７のカソードに対する移動速度と基板の搬送速度を調整されていることである。またＡ’、Ｂ’、Ｃ’各範囲に対応して基板上に成膜される基板搬送方向の距離もそれぞれ同じである。成膜される長さ（基板搬送方向の距離）を同じにすることでこの後説明する第２、第３のスパッタユニットによる成膜により積層された後の膜厚を搬送方向で均一にすることができる。
【００６７】
図２０には基板を基準にして３つのスパッタユニットのマグネット７を見たときのマグネット７の基板に対する相対速度Ｖｍｓをそれぞれ示す。横軸の基板上の位置は３つのグラフで揃えて示している。第１のスパッタユニット１０ａのマグネット７ａの相対速度Ｖｍｓは図１９と同じである。第２のスパッタユニット１０ｂのマグネット７ｂは第１のスパッタユニット１０ａのマグネット７ａに対して基板上の位置でＡ＋Ａ’の距離だけずらして同じ繰り返し移動をしている。第３のスパッタユニット１０ｃのマグネット７ｃは第１のスパッタユニット１０ａのマグネット７ａの動きに対して基板上の位置でＡ＋Ａ’＋Ｂ＋Ｂ’の距離だけずらして同じ繰り返し移動をしている。言い換えると、マグネット７は所定の周期の繰り返し移動をしており、基板を基準とすると、マグネット７ｂはマグネット７ａに対して任意の一方向に１／３周期ずれており、マグネット７ｃはマグネット７ａに対して一方向に２／３周期（又は逆方向に１／３周期）ずれている。
【００６８】
このようにすると、図２０中の領域Ａに対応する基板上の領域（領域Ａ）は、第１のスパッタユニット１０ａではマグネット７ａと基板の相対速度が比較的速い状態で成膜され、第２のスパッタユニット１０ｂではマグネット７ｂと基板の相対速度が比較的遅い状態で成膜され、第３のスパッタユニット１０ｃではマグネット７ｃと基板の相対速度が比較的速い状態で成膜される。図２０中のＢとＣの領域も同様に、３つのスパッタユニットのうち２つでマグネットとの相対速度は比較的速い状態で成膜され、１つでマグネットの相対速度は比較的遅い状態で成膜されることになる。このようなマグネット７の相対速度で成膜すると各領域には比較的薄い膜が２回、比較的厚い膜が１回成膜される。したがってＡ、Ｂ、Ｃそれぞれの領域では３つのスパッタユニットにより積層された膜厚は同じとなる。
【００６９】
上記ではマグネット７がカソード６に対して等速移動中で相対速度が一定の部分について述べたがＡ、Ｂ、Ｃ各領域にはマグネットの加速領域と減速領域が各領域の両端に存在する。この部分も３つのスパッタユニットで考えると２つの比較的相対速度の速い領域と１つの比較的相対速度の遅い領域が同じ基板上の位置で重なるようになっている。このためこの加速領域、減速領域の部分も含めてＡ、Ｂ、Ｃそれぞれの領域での３つのスパッタユニットにより積層された膜厚は同じとなる。
【００７０】
次にマグネット７がカソード６に対して停止した状態で成膜する図２０の領域Ａ’、Ｂ’、Ｃ’について説明する。領域Ａ’、Ｂ’、Ｃ’での膜厚は、上述したＡ、Ｂ、Ｃの領域でのマグネット７が基板搬送方向に移動しているときに基板に成膜される膜厚（比較的厚い膜厚）と、マグネット７が逆方向に移動しているときに基板に成膜される膜厚（比較的薄い膜厚）との中間の膜厚になる。もちろん、領域Ａ’、Ｂ’、Ｃ’で基板上に成膜される膜厚は同じとなる。３つのスパッタユニットでこの領域Ａ’、Ｂ’、Ｃ’は同じ膜厚で基板上に３層の積層をされる。後に説明する計算式により得られるマグネット７の動きで制御することで、この領域Ａ’、Ｂ’、Ｃ’を通って３層に積層された膜厚は、Ａ、Ｂ、Ｃの領域を通って３層に積層された膜厚と同じになることがわかっている。
【００７１】
以上が本実施形態の成膜方法及び成膜装置の制御方法の考え方である。すなわちＡ、Ｂ、Ｃの領域で成膜される基板上の長さを同じにする。Ａ’、Ｂ’、Ｃ’の領域で成膜される基板上の長さを同じにする。基板上でＡ＋Ａ’の領域で成膜される長さだけ、基板上での成膜位置が進むように、３つのスパッタユニットのマグネット７の動き（位相）をそれぞれずらす。
【００７２】
もう少し具体的にいうと、成膜の際、第１の移動の間に基板に成膜される第１の膜と、第２の移動の間に基板に成膜される第２の膜と、第３の移動の間に基板に成膜される第３の膜とはそれぞれ異なるマグネトロンスパッタユニット（ターゲット）によって行われる。このとき、基板搬送速度とマグネット７の移動タイミングを合わせることで、一つのターゲットから成膜された第１の膜と、他のターゲットから成膜された第２の膜と、残りのターゲットから成膜された第３の膜とが基板上で重なるように成膜する。そして、第１，第２，第３の移動のそれぞれでマグネット７が停止しているときに堆積された部分が基板上で重なるように制御される。このような成膜方法により、成膜室１００の３つのターゲット４ａ，４ｂ，４ｃの前面（下側）を通過した後の基板には均一な厚さの膜が形成されることになる。
【００７３】
３マグネット揺動制御も２マグネット揺動制御と同様にマグネットの順方向の速度Ｖｆは基板搬送速度Ｖｔより小さい、つまりマグネットは基板を追い越さないことを前提としている。この条件を満たすためには周期Ｔに対して以下の式が成り立つことが条件になる。
2015214715.tif 000004
ここでＴｓｅｗはマグネットの停止時間、Ｔａｃｃは加速時間Ｔａｃｃ１と減速時間Ｔａｃｃ２の平均、Ｌはマグネット往復移動のストロークである。
【００７４】
制御選択ユニット２５での単純揺動制御と３マグネット揺動制御の制御方法の２つの方法の選択方法について説明する。図２１に基板搬送速度Ｖｔに対してとりうる周期Ｔの範囲を単純揺動制御と３マグネット揺動制御について示した。とりうる周期Ｔの範囲とは、マグネットの動作に理論的な不都合はなく、基板搬送方向の膜厚が均一にできる範囲である。図２１中の２本の曲線のうち下側の曲線より下の範囲は単純揺動制御で基板搬送方向の膜厚を均一にできる。この範囲では（１）式を満たす。周期Ｔのとりうる範囲は搬送速度Ｖｔに反比例する曲線より下側となる。
【００７５】
図２１中の２本の曲線のうち上側の曲線より上の範囲は３マグネット揺動制御でマグネットの動作に理論的な不都合はなく、搬送方向の膜厚を均一にできる。３マグネット揺動制御で周期Ｔのとりうる範囲は、マグネット７の加減速時間Ｔａｃｃとマグネット停止時間Ｔｓｅｗが小さい場合、搬送速度Ｖｔにほぼ反比例する曲線より上側となる。たとえば搬送速度Ｖｔが３３．３３ｍｍ／ｓ、Ｔａｃｃが０．３秒、Ｔｓｅｗが０．４秒では、周期Ｔは７．５秒より大きいことが必要である。
【００７６】
ただし、３マグネット揺動制御では、周期Ｔを曲線に近いところに設定するとマグネット７の速度が非常に速くなってしまうので実際には曲線よりやや上側、つまり少し大きめの周期を選択している。たとえば、搬送速度Ｖｔ＝３３．３３ｍｍ／ｓでは周期７．５秒が下限であり、このとき、ストロークＬ＝１００ｍｍでは逆方向の等速の速度Ｖｂは１６６．７ｍｍ／ｓとなるが、周期Ｔを８．５秒とするとＶｂは７８．９５ｍｍ／ｓと大幅に小さくできる。
【００７７】
このように基板搬送速度Ｖｔが決まると周期Ｔのとりうる範囲が図２１で示した範囲に設定できる。本実施形態の装置では周期Ｔのとりうる範囲は、単純揺動制御と３マグネット揺動制御でお互いに重ならない。したがって、基板搬送速度Ｖｔが決まると単純揺動制御と３マグネット揺動制御のどちらかを選択し、その中で許される周期Ｔを決定することになる。なお、第１の実施形態でも説明したように、周期Ｔは２０秒以下、且つ３秒以上であると望ましい。
【００７８】
基板搬送速度Ｖｔは一般には装置構成と必要な成膜の膜厚によって決まる。どのマグネット揺動方法を選択するかは以下のように決まる。図２２に周期Ｔのとりうる範囲をまとめた模式図を示す。搬送速度Ｖｔがおよそ９ｍｍ／ｓ以下では、図２２に示すように３マグネット揺動制御は選択できない。したがって単純揺動制御で適切な周期Ｔを図２２に示された範囲から選択する。搬送速度Ｖｔがおよそ２３ｍｍ／ｓ以上では、図２２に示すように単純揺動制御は選択できない。したがって３マグネット揺動制御で適切な周期Ｔを図２２から選択する。搬送速度でＶｔがおよそ９ｍｍ／ｓから２３ｍｍ／ｓの間では、単純揺動制御でも３マグネット揺動制御でもどちらでも適切な周期Ｔを選択できる。この搬送速度の範囲でどちらの制御方法を選択するかはその他の要因で総合的に判断される。
【００７９】
以上のように基板搬送速度Ｖｔが与えられた場合、図２２から単純揺動制御、あるいは３マグネット揺動制御のうち適切なマグネット揺動方法を選択する。予め定めた基板搬送速度以上（所定速度以上）のときに３マグネット揺動制御を選択する。このときのマグネット往復移動の周期Ｔは図２２から適切な値を設定する。制御選択ユニット２５には、制御方法を選択するためのデータを記憶した記憶部２７が接続されている（図１参照）。制御選択ユニット２５は、基板搬送速度と記憶部２７内のデータを参照して、より均一な膜厚分布を得られる制御方法を選択するプログラムを有している。基板搬送速度は制御選択ユニット２５に接続された搬送制御装置２１から入力される。本実施形態の記憶部２７には図２２の内容のデータが格納されている。なお、記憶部２７は制御選択ユニット２５内に設けてもよいし、スパッタリング装置の外部に設けても良い。また、制御選択ユニット２５内のプログラムは記憶部２７内のデータを参照して最適な周期Ｔを決定する。
【００８０】
図２３に基づいて、制御方法を選択するプログラムについて説明する。
３つのスパッタユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃを用いる第２の実施形態では基板搬送速度Ｖｔが与えられれば図２２から適切なマグネット制御方法の選択とマグネット往復移動の周期Ｔを選択することができる。ただし、どちらの制御方法も選択可能な周期Ｔでは、一義的に周期Ｔを決定できない。そこで本実施形態では、いずれかを優先的に選択するものとした。例えば、マグネット７の動作が単純な単純揺動制御の制御方法を優先して選択するように設定できる。
【００８１】
単純揺動制御の制御方法を選択した場合、周期Ｔはできるだけ小さい方が基板搬送速度Ｖｔの広い範囲で使用できる。単純揺動制御の制御方法の場合の周期Ｔは最小の値（例えばＴ＝３秒）を使用することができる。３マグネット揺動制御の制御方法を選択した場合、周期Ｔはできるだけ大きい方が基板搬送速度Ｖｔの広い範囲で使用できる。３マグネット揺動制御の制御方法の場合の周期Ｔは最大の値（例えばＴ＝２０秒）とできる。
【００８２】
図２３のフローチャートは上記の考え方に基づいている。マグネット制御方法の選択は、制御選択ユニット２５で行われる。すなわち、制御選択ユニット２５が基板搬送速度Ｖｔを読み込む（ステップ１０）。基板搬送速度Ｖｔが２３ｍｍ／ｓ以下では単純揺動制御の制御方法を選択し、周期Ｔは３秒とする（ステップ１１）。基板搬送速度Ｖｔが２３ｍｍ／ｓより大きいときは３マグネット揺動制御の制御方法を選択し、周期Ｔは２０秒とする（ステップ１２）。
【００８３】
なお、ここで使用した基板搬送速度Ｖｔの２３ｍｍ／ｓは（１）式と（３）式を連立させて解くことで得られる。このように制御選択ユニット２５で演算して、適切な制御方法の選択とマグネット往復移動周期Ｔを決定できる。制御選択ユニット２５により選択された制御方法が、マグネット駆動装置１１、搬送制御装置２１によって実行される。この結果、どのような基板搬送速度Ｖｔに対しても適切なマグネット制御装置２２でマグネット７（マグネット駆動装置１１）を制御してスパッタ成膜し、少なくとも基板の搬送方向に均一な膜厚の成膜が可能となる。
【００８４】
次に、５つ以上のスパッタユニットを使用する際の制御選択ユニット２５での選択について説明する。特にスパッタユニットを５つ以上の奇数個、使用する場合は上述した２つの実施形態を組み合わせてマグネットの制御方法（方法）を選択する。具体例として、スパッタ成膜装置で７個のスパッタユニットを用いる場合を説明する。
この場合、７個のスパッタユニットは、２個のスパッタユニットを有するグループ（第２グループ）を２組と、３個のスパッタユニットを有するグループ（第１グループ）１組に分けて考える。すなわち、スパッタユニットを２個有するグループ（第２グループ）では、上述の第１の実施形態に基づいて、単純揺動制御と２マグネット揺動制御の２つの制御方法から適切なものを選択する。２個有するグループは２つあるが、それぞれで制御方法を決定できる。一方、スパッタユニットを３個有するグループ（第１グループ）では、上述の第２の実施形態に基づいて、単純揺動制御と３マグネット揺動制御の２つの制御方法から適切なものを選択する。この方法によれば、各グループで膜厚分布を均一にできる。
【００８５】
また、この方法によれば、成膜に使用するスパッタユニットの数が変化しても、制御選択ユニット２５で制御方法を切り替えるだけで膜厚分布の均一性を確保することができる。そのため、成膜工程の変更に素早く対応することができる。なお、５つ以上のスパッタユニットを使用する際に制御方法を選択するプログラムは、上述の実施形態と同様、制御選択ユニット２５に入力されている。使用するスパッタユニットの数は、成膜プロセスが作業者などから入力されるコントローラーから、若しくは、キーボードやプッシュボタンなどの外部入力装置から制御選択ユニット２５に入力することができる。
【００８６】
第１の実施形態の２つのスパッタユニットからなるスパッタリング方法と第２の実施形態の３つのスパッタユニットからなるスパッタリング方法を組み合わせることで、５個以上のスパッタユニットを使用するスパッタリング成膜においても搬送方向に均一な成膜が可能となる。任意の数Ｎ（Ｎは５以上）のスパッタユニットを使用する場合は、スパッタユニットを３個有するグループＸ組と、２個有するグループＹ組に分けて考え、それぞれのグループで膜厚分布の均一性を確保できる制御方法を選択することで最終的な成膜された膜厚分布にすることができる。例えば、上述のように７個のスパッタユニットを使用する場合、スパッタユニットを２個有するグループ２つと３個有するグループ１つの組み合わせで考え、それぞれのグループで膜厚の均一性を確保すれば全体の膜厚分布を均一にすることができる。
【００８７】
図２４に基づいて、任意の数のスパッタユニットを使用するときのグループ分けを行うプログラムについて説明する。
図２４のフローチャートは上記の考え方に基づいている。すなわち、使用するＮ個のスパッタユニットを、３個のスパッタユニットを有するグループＸ個と、２個のスパッタユニットを有するグループＹ個に分けて、２個のスパッタユニットを有するグループは図１３のフローチャートに従って制御方法を選択し、３個のスパッタユニットを有するグループは図２３のフローチャートに従って制御方法を選択する。このとき、３Ｘ＋２Ｙ＝Ｎの関係を満たす。
【００８８】
任意の数のスパッタユニットのグループ分けは、制御選択ユニット２５で行われる。すなわち、制御選択ユニット２５が使用するスパッタユニットの数Ｎを読み込む（ステップ２０）。使用するスパッタユニットの数Ｎが偶数であれば、２個のスパッタユニットを有するグループがＮ／２セットあると判断する（ステップ２１：Ｙｅｓ）。一方、使用するスパッタユニットの数Ｎが奇数であれば、３個のスパッタユニットを有するグループが１セットと、２個のスパッタユニットを有するグループが（Ｎ−３）／２セットあると判断する。その後、２個のスパッタユニットを有するグループについては、上述した図１３のステップ１にジャンプして、それぞれ図１３のフローチャートに従って制御方法を選択される。また、３個のスパッタユニットを有するグループについては、上述した図２３のステップ１０にジャンプして図２３のフローチャートに従って制御方法を選択される。
【００８９】
なお、本実施形態においては、使用するスパッタユニットの数が４つ以上の偶数の場合（ステップ２１：Ｙｅｓ）は、第１の実施形態に基づいて選択された制御方法（方法）が複数の第２グループで実施される。しかし、使用するスパッタユニットの数が３の倍数の偶数であるときは、第２の実施形態に基づいて選択されたマグネットを制御する制御方法（方法）を複数の第１グループで実施するようにしてもよい。例えば、使用するスパッタユニットの数が１０の場合は、２組の第２グループと２組の第１グループに分け、それぞれでマグネットを制御する制御方法（方法）を選択してもよいことはもちろんである。
【００９０】
本発明に係るスパッタリング装置は、良好な膜厚分布を得ることができる制御方法に簡便に変更できる。特に、複数の種類の成膜を同じスパッタリング装置で行う場合には、その成膜プロセスの搬送速度と使用するターゲット数で最も均一な膜厚を得ることができる制御方法に簡便に変更できることから、多品種の製品を製造することに適したスパッタリング装置を提供することができる。
【符号の説明】
【００９１】
１  基板
２  チャンバー（真空容器）
３  基板搬送ローラー
４  ターゲット
５  ターゲットシールド
６  カソード
７  マグネット（マグネット部）
８  カソード絶縁部
９  カソード隔壁（ターゲット保持部）
１０  スパッタユニット
１１  マグネット駆動装置（マグネット駆動部）  
２１  搬送制御装置
２２  マグネット制御装置
２５  制御選択ユニット（選択部）
２７  記憶部
１００，１０１  スパッタリング装置
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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