(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターゲットの裏面側に、前記ターゲットの裏面と平行な第１方向に移動可能に構成された複数の磁気回路を配置するとともに、
前記ターゲットの表面側に基板を配置して、マグネトロンスパッタ法により成膜を行う成膜方法であって、
各磁気回路は、リング状磁石と、このリング状磁石の内側に配置されて前記ターゲットの裏面との対向面の極性が前記リング状磁石と異なる極性を有する中心磁石とを備え、前記ターゲットの表面側であって、前記リング状磁石と前記中心磁石との間には、前記磁気回路から発生する磁場のうち前記基板の表面に対する垂直成分が０となる磁場がリング状に形成され、
各磁気回路で発生する前記リング状の磁場の前記第１方向における径をＡ、隣接する前記磁気回路から発生するリング状の磁場間の前記第１方向における距離をＢ、前記垂直成分が０となる磁場から発生するプラズマによって前記ターゲットがスパッタされる前記第１方向の幅をγとすると、
前記磁気回路の前記第１方向における片道移動距離Ｌを、Ｌ＝Ａ＋Ｂ±γ／２に設定することを特徴とする成膜方法。
【請求項２】
前記磁気回路の片道移動距離Ｌを、Ｌ＝Ａ＋Ｂ−γ／２に設定することを特徴とする請求項１記載の成膜方法。
【請求項３】
前記磁気回路が前記ターゲットの表面において６００ガウス以上となる磁場を発生させるとともに、前記ターゲットが酸化物系透明導電膜である場合において、前記γは４０ｍｍであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の成膜方法。
【請求項４】
前記磁気回路を、前記第１方向に交差する第２方向に移動可能に構成することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の成膜方法。
【請求項５】
ターゲットの裏面側に、前記ターゲットの裏面と平行な第１方向に移動可能に構成された複数の磁気回路が配置されるとともに、
前記ターゲットの表面側に基板が配置され、マグネトロンスパッタ法により成膜が行われる成膜装置において、
各磁気回路は、リング状磁石と、このリング状磁石の内側に配置されて前記ターゲットの裏面との対向面の極性が前記リング状磁石と異なる極性を有する中心磁石とを備え、前記ターゲットの表面側であって、前記リング状磁石と前記中心磁石との間には、前記磁気回路から発生する磁場のうち前記基板の表面に対する垂直成分が０となる磁場がリング状に形成され、
各磁気回路で発生する前記リング状の磁場の前記第１方向における径をＡ、隣接する前記磁気回路から発生するリング状の磁場間の前記第１方向における距離をＢ、前記垂直成分が０となる磁場から発生するプラズマによって前記ターゲットがスパッタされる前記第１方向の幅をγとすると、
前記磁気回路の片道移動距離Ｌは、Ｌ＝Ａ＋Ｂ±γ／２に設定されていることを特徴とする成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成膜装置及び成膜方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）やプラズマディスプレイ（ＰＤＰ）等の大面積のガラス基板上にＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）膜等の酸化物系透明電導膜を均一な膜厚で、連続的に成膜するために、マグネトロンスパッタ装置（以下、スパッタ装置という）が提案されている。
このスパッタ装置は、ターゲットの裏面側に複数の磁気回路を配置するとともに、ターゲットの表面側に基板を配置して、前記磁気回路から発生する磁場によってターゲット表面近傍にプラズマを発生させて成膜を行うものである。
【０００３】
ところで、上述したスパッタ装置にあっては、例えばＩＴＯ膜のターゲットを用いて成膜する際に、ターゲットの表面上でスパッタされず掘れ残った領域、いわゆるノジュールが発生するという問題がある。
ノジュールの発生原理として、まずＩｎ２Ｏ３からなるＩＴＯ膜のターゲットから飛び出した粒子の一部が、ターゲット表面に再付着する。再付着したＩｎ２Ｏ３の粒子のうち、スパッタが行われる領域（エロージョンエリア）に付着したＩｎ２Ｏ３の粒子のほとんどは再びスパッタされて除去することができるが、非エロージョンエリアに付着したＩｎ２Ｏ３の粒子は、スパッタが行われずに残存する。非エロージョンエリアに残存したＩｎ２Ｏ３の粒子や、エロージョンエリアでスパッタされずに残存してしまったＩｎ２Ｏ３の粒子は、ターゲットの表面近傍で発生しているプラズマによりＩｎＯに還元される。ＩｎＯは、絶縁性でスパッタされにくい組成を有しており、ターゲットの表面に存在するＩｎＯがエロージョンエリアに付着してしまうと、付着した箇所ではターゲットの表面がスパッタされず掘れ残ってしまう。この掘れ残った箇所がノジュールと呼ばれるものである。ノジュールが存在する箇所では、ターゲットの表面上においてアーキングやパーティクル等、表面異常の発生の原因となる。
【０００４】
そこで、ノジュールの発生を抑制するために様々な技術が知られている。
例えば、特許文献１に示すように、ターゲットの裏面に配置された磁気回路をターゲットの裏面と平行に往復運動させるような構成が開示されている。さらに、例えば、特許文献２に示すように、磁気回路によってターゲット表面上に作られるスパッタ能力を持つプラズマ領域が、ターゲットの各部位を通過する時、各部位がプラズマ領域の中に連続して滞在する時間が１秒以上であるように、磁気回路の揺動速度を比較的低速に制御する構成が開示されている。
【特許文献１】特開平９−２４１８０号公報
【特許文献２】特開２０００−３４５３３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、上述したＬＣＤやＰＤＰの生産性の向上・高品質化に伴い、ノジュールの更なる抑制が要請されている。
図１０は、従来におけるエロージョン平面形状を示す説明図である。なお、図１０ではターゲットの長手方向に沿った上部のみを示している。また、図１０中の半長円は、磁気回路から発生する磁場のうち、基板の表面に対する垂直成分が０（水平成分が最大）となる磁場ｐ’を示している。
図１０に示すように、磁気回路の片道移動距離Ｌ’が短すぎると、エロージョンエリアＱ’が富士額形状となり、ターゲット２２の上下部や各磁気回路間に非エロージョンエリアＲが凸状に残存する。その結果、非エロージョンエリアＲで発生したＩｎＯがエロージョンエリアＱ’に付着してノジュールが発生し易いという問題がある。これに対して、エロージョンエリアの形状に合わせてターゲット２２の形状を調整する構成等も考えられるが、エロージョンエリアＱ’が図１０に示すような形状の場合には、ターゲット２２の形状を最適な形状に形成するには困難を極める。
【０００６】
図１１は、従来におけるエロージョン平面形状を示す説明図である。なお、図１１ではターゲットの長手方向に沿った上部のみを拡大して示している。また、図１１中の破線は磁場ｐ’から発生する高密度プラズマ領域（エロージョンエリアγ’）を示している。
また、図１１に示すように、ターゲット２２の上下部２２ｂでは中央部２２ｃに比べ、磁場ｐ’から発生する高密度プラズマ領域が連続して通過するので、高密度プラズマ領域が滞留したものと同様の状態になる。これにより、当該部分のターゲット２２が集中的にスパッタされてしまい、ターゲット２２の表面の上下部２２ｂと中央部２２ｃとの間でスパッタ速度差が大きくなる。これにより、エロージョンの最深部から最浅部に向かう斜面においてＩｎＯが付着してノジュールが発生し易くなる傾向がある。また、ターゲット２２が集中的にスパッタされることで、エロージョン断面形状が不均一となり、ターゲット２２の使用効率も低下する。
【０００７】
このように、ノジュールが発生すると、この部分においてアーキングやパーティクル等が発生し、基板に形成される薄膜の膜特性が劣化するという問題がある。
【０００８】
そこで、本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、マグネトロンスパッタリング法による成膜時において、ＩＴＯ膜のターゲットのノジュールや、ノジュールと同様な他材料のターゲットの表面異常の発生を抑制することができる成膜方法及びスパッタ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】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明の成膜方法は、ターゲットの裏面側に、前記ターゲットの裏面と平行な第１方向に移動可能に構成された複数の磁気回路を配置するとともに、前記ターゲットの表面側に基板を配置して、マグネトロンスパッタ法により成膜を行う成膜方法であって、各磁気回路は、リング状磁石と、このリング状磁石の内側に配置されて前記ターゲットの裏面との対向面の極性が前記リング状磁石と異なる極性を有する中心磁石とを備え、前記ターゲットの表面側であって、前記リング状磁石と前記中心磁石との間には、前記磁気回路から発生する磁場のうち前記基板の表面に対する垂直成分が０となる磁場がリング状に形成され、各磁気回路で発生する前記リング状の磁場の前記第１方向における径をＡ、隣接する前記磁気回路から発生するリング状の磁場間の前記第１方向における距離をＢ、前記垂直成分が０となる磁場から発生するプラズマによって前記ターゲットがスパッタされる前記第１方向の幅をγとすると、前記磁気回路の前記第１方向における片道移動距離Ｌを、Ｌ＝Ａ＋Ｂ±γ／２に設定することを特徴とする。
この構成によれば、磁気回路の片道移動距離ＬをＬ＝Ａ＋Ｂ±γ／２に設定することで、マグネトロンスパッタリング法による成膜時において、エロージョンエリアの上下部が直線状になり、ターゲットの非エロージョンエリアを減少させることができ、ノジュール等のターゲット表面異常の発生を抑制することができる。また、磁気回路から発生する磁場のうち基板の表面に対する垂直成分が０の磁場から生成されるプラズマは、最も高密度なプラズマであり、この高密度なプラズマによりターゲットがスパッタされる幅γの軌跡が、ターゲットの中央部で少なくとも２回以上通過することになる。これにより、ターゲットに成膜材料の粒子が再付着したとしても、スパッタされて除去することができる。したがって、ノジュール等のターゲット表面異常の発生を抑制して、アーキングやパーティクルの発生を抑制することができる。その結果、膜特性に優れた薄膜を効率良く形成することができる。
【００１０】
また、前記磁気回路の片道移動距離Ｌを、Ｌ＝Ａ＋Ｂ−γ／２に設定することを特徴とする。
この構成によれば、磁気回路の片道移動距離ＬをＬ＝Ａ＋Ｂ−γ／２に設定することで、隣接する磁気回路から発生する磁場のうち、基板の表面に対する垂直成分が０の磁場から生成されるプラズマの軌跡が３回以上通過することを防止することができる。これにより、ターゲットの表面において過剰なエロージョンを防止することができるため、エロージョンの分布が均一になり、ノジュール等のターゲット表面異常の発生をより抑制することができる。また、ターゲットの使用効率を向上させることができる。
【００１１】
また、前記磁気回路が前記ターゲットの表面において６００ガウス以上となる磁場を発生させるとともに、前記ターゲットが酸化物系透明導電膜である場合において、前記γは４０ｍｍであることを特徴とする。
この構成によれば、酸化物系透明導電膜を成膜する場合において、ノジュールの発生を抑制することが可能になり、膜特性に優れた薄膜を効率良く形成することができる。
【００１２】
また、前記磁気回路を、前記第１方向に交差する第２方向に移動可能に構成することを特徴とする。
この構成によれば、磁気回路を、第１方向に交差する第２方向に移動可能に構成することで、ターゲットの表面における非エロージョンエリアをより減少させることができる。また、ターゲットの上下部における高密度プラズマ領域の滞留を緩和することが可能になり、ターゲット上下部と中央部との間でスパッタ速度差を低減することができる。したがって、ノジュール等のターゲット表面異常の発生を抑制することができる。また、ターゲットの使用効率を向上させることができる。
【００１３】
一方、本発明の成膜装置は、ターゲットの裏面側に、前記ターゲットの裏面と平行な第１方向に移動可能に構成された複数の磁気回路が配置されるとともに、前記ターゲットの表面側に基板が配置され、マグネトロンスパッタ法により成膜が行われる成膜装置において、各磁気回路は、リング状磁石と、このリング状磁石の内側に配置されて前記ターゲットの裏面との対向面の極性が前記リング状磁石と異なる極性を有する中心磁石とを備え、前記ターゲットの表面側であって、前記リング状磁石と前記中心磁石との間には、前記磁気回路から発生する磁場のうち前記基板の表面に対する垂直成分が０となる磁場がリング状に形成され、各磁気回路で発生する前記リング状の磁場の前記第１方向における径をＡ、隣接する前記磁気回路から発生するリング状の磁場間の前記第１方向における距離をＢ、前記垂直成分が０となる磁場から発生するプラズマによって前記ターゲットがスパッタされる前記第１方向の幅をγとすると、前記磁気回路の片道移動距離Ｌは、Ｌ＝Ａ＋Ｂ±γ／２に設定されていることを特徴とする。
この構成によれば、磁気回路の片道移動距離ＬをＬ＝Ａ＋Ｂ±γ／２に設定することで、マグネトロンスパッタリング法による成膜時において、エロージョンエリアの上下部が直線状になり、ターゲットの非エロージョンエリアを減少させることができ、ノジュール等のターゲット表面異常の発生を抑制することができる。また、磁気回路から発生する磁場のうち基板の表面に対する垂直成分が０の磁場から生成されるプラズマは、最も高密度なプラズマであり、この高密度なプラズマによりターゲットがスパッタされる幅γの軌跡が、ターゲットの中央部で少なくとも２回以上通過することになる。これにより、ターゲットに成膜材料の粒子が再付着したとしても、スパッタされて除去することができる。したがって、ノジュール等のターゲット表面異常の発生を抑制して、アーキングやパーティクルの発生を抑制することができる。その結果、膜特性に優れた薄膜を効率良く形成することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ターゲットに成膜材料の粒子が再付着したとしても、スパッタされて除去することができる。したがって、ノジュール等のターゲット表面異常の発生を抑制して、アーキングやパーティクルの発生を抑制することができる。その結果、膜特性に優れた薄膜を効率良く形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に、図１〜図４に基づいて、本発明の実施形態に係る成膜装置および成膜方法について説明する。
（マグネトロンスパッタ装置）
図１は、本実施形態におけるマグネトロンスパッタ装置（成膜装置）の概略構成図（平面図）である。
図１に示すように、マグネトロンスパッタ装置（以下、スパッタ装置という）１０は、インライン式のスパッタ装置１０であって、基板Ｗの仕込み室１１と、基板Ｗに対する成膜室１２と、成膜された基板Ｗを取り出す取出し室１３を備えている。仕込み室１１及び取出し室１３には、ロータリーポンプなどの粗引き排気手段４１，４３が接続され、成膜室１２には、ターボ分子ポンプなどの高真空排気手段４２が接続されている。本実施形態のスパッタ装置１０では、基板Ｗを縦型に支持して仕込み室１１に搬入し、粗引き排気手段４１で仕込み室１１を排気する。次に、高真空排気手段４２で高真空排気した成膜室１２に基板Ｗを搬送し、成膜処理を行う。成膜後の基板Ｗは、粗引き排気手段４３により排気された取出し室１３を介して外部に搬出するように構成されている。
【００１６】
また、成膜室１２には、Ａｒなどのスパッタガスを供給するガス供給手段４４が接続されている。なお、ガス供給手段４４からは、Ｏ２などの反応ガスを供給することも可能である。
【００１７】
図２は、スパッタ装置の要部を示す断面図である。
図２に示すように、成膜室１２内の幅方向における一方の壁面３７側に、図示しない基板保持手段により保持された基板Ｗが縦型に配置されている。また、他方の壁面３９側に、基板Ｗの表面Ｗ１と略平行にスパッタカソード機構２０が縦型に配置されている。
【００１８】
本実施形態の基板Ｗは、例えば、石英、樹脂（プラスチック、プラスチックフィルム）、ガラス等からなる平面視略矩形状のものである。基板Ｗは、基板保持手段（不図示）に縦型保持されている。基板保持手段には、図示しない搬送手段が連結されており、この搬送手段により基板Ｗは、その長手方向（Ｘ方向：矢印Ｆ参照）に沿う方向に搬送される。
【００１９】
スパッタカソード機構２０は、ターゲット２２と磁場印加手段２６とを備えている。
ターゲット２２は、平面視矩形状のものであり、その短手方向（Ｘ方向）を基板Ｗの搬送方向（長辺方向）に一致させて配置されている。またターゲット２２は、その表面２２ａと基板Ｗの表面Ｗ１との間に所定の間隔を空けて対向配置されている。
ターゲット２２の形成材料としては、酸化物系透明導電膜であるＩＴＯ膜の成膜材料を含んでいることが好ましく、例えばＩｎ２Ｏ３のみでもよく、Ｉｎ２Ｏ３に所定材料を添加したものでもよい。また、ＺｎＯ系膜、ＳｎＯ２系膜からなる透明導電膜を形成するため、ターゲット２２をＺｎＯまたはＳｎＯ２に所定材料を添加したもので構成してもよい。
【００２０】
なおターゲット２２は、その裏面がバッキングプレート３０にインジウム等のロウ材でボンディングされている。ターゲット２２は、バッキングプレート３０の裏面における外周部分で、絶縁プレート３８を介して成膜室１２の壁面３９に取り付けられている。そして、ターゲット２２は、バッキングプレート３０を介して図示しない外部電源に接続され、負電位（カソード）に保持されている。
【００２１】
（磁場印加手段）
図３は磁場印加手段の平面図である。
図２，３に示すように、成膜室１２の外方であって、バッキングプレート３０の裏面側には磁場印加手段２６が配置されている。磁場印加手段２６は、ターゲット２２の表面２２ａ側に向けて磁場を印加するものであり、複数の磁気回路３２ａ，３２ｂと、各磁気回路３２ａ，３２ｂを連結する連結部材２７とを備えている。
【００２２】
各磁気回路３２ａ，３２ｂは、複数のヨーク３６ａ，３６ｂを備えている。各ヨーク３６ａ，３６ｂは、高透磁率を有する板状の部材であり、その表面がバッキングプレート３０の裏面と平行になるように配置されている。
ヨーク３６ａ，３６ｂの表面には、永久磁石からなるリング状磁石３３ａ，３３ｂと、このリング状磁石３３ａ，３３ｂの内側に所定間隔を空けて配置された永久磁石からなる中心磁石３４ａ，３４ｂとが配置されている。リング状磁石３３ａ，３３ｂは、平面視長円形状のものであり、その短軸方向（Ｘ方向：第１方向）が基板Ｗの搬送方向に一致するように配置されている。中心磁石３４ａ，３４ｂは、棒状のものであり、リング状磁石３３ａ，３３ｂの短軸方向の中央部において、その長手方向がリング状磁石３３ａ，３３ｂの長軸方向に一致するように配置されている。
【００２３】
これらリング状磁石３３ａ，３３ｂと中心磁石３４ａ，３４ｂとは、バッキングプレート３０側の表面の極性が相互に異なるように構成されている。つまり、リング状磁石３３ａ，３３ｂの表面極性がＮ極の場合は中心磁石３４ａ，３４ｂの表面極性はＳ極に設定され、リング状磁石３３ａ，３３ｂの表面極性がＳ極の場合は中心磁石３４ａ，３４ｂの表面極性はＮ極に設定されている。なお、本実施形態ではリング状磁石３３ａ，３３ｂの表面極性がＮ極に、中心磁石３４ａ，３４ｂの表面極性がＳ極に設定されている。
【００２４】
これらの各リング状磁石３３ａ，３３ｂ及び中心磁石３４ａ，３４ｂにより、図２に示す磁力線ｇで表される山型の磁界が発生する。具体的には、リング状磁石３３ａ，３３ｂの表面から延びる磁力線ｇは、ターゲット２２表面に漏洩し、中心磁石３４ａ，３４ｂの表面に入射する。そして、磁力線ｇを中心にプラズマが生成され、このプラズマにより励起されたスパッタガスのイオンがターゲット２２に衝突して成膜材料の粒子を飛び出させるようになっている。
【００２５】
この時、リング状磁石３３ａ，３３ｂと中心磁石３４ａ，３４ｂとの間におけるターゲット２２の表面２２ａ側において、各磁気回路３２ａ，３２ｂから発生する磁場のうち基板Ｗの表面Ｗ１に対する垂直成分が０（水平成分が最大）となるリング状の磁場ｐが発生する。この磁場ｐで生成されるプラズマは、磁力線ｇの内側で生成されるプラズマのうち最も高密度なプラズマとなっており、ターゲット２２が最もスパッタされるようになっている。
【００２６】
一方、ヨーク３６ａ、３６ｂの裏面には、各磁気回路３２ａ，３２ｂを連結する連結部材２７が取り付けられている。連結部材２７はモータ４５に接続されており、モータ４５を作動させることで磁場印加手段２６がターゲット２２に対して相対移動可能に構成されている。具体的には、磁場印加手段２６は、ターゲット２２の裏面と平行なＸ方向（第１方向）、つまりリング状の磁場ｐの短軸方向に沿って揺動可能に構成されている。さらに、磁場印加手段２６は、Ｘ方向に直交するＹ方向（第２方向）、つまりリング状の磁場ｐの長軸方向に沿っても揺動可能に構成されている。なお、磁場印加手段２６の幅はターゲット２２の幅より小さく構成されており、ターゲット２２以外がスパッタされないように構成されている。
【００２７】
ここで、各磁気回路３２ａ，３２ｂで発生する磁場ｐの短軸方向の径をＡ、隣接する磁気回路３２ａ，３２ｂからそれぞれ発生する磁場ｐ間のＸ方向における距離をＢ、磁場ｐにより生成されるプラズマによってターゲット２２がスパッタされるＸ方向の幅（エロージョンエリア）をγ（図２参照）とすると、磁場印加手段２６のＸ方向における片道移動距離Ｌは、Ｌ＝Ａ＋Ｂ±γ／２に設定に設定されている。これにより、ターゲット２２の中央部において、磁場ｐが少なくとも２回以上通過することになる。なお、上述したエロージョンエリアγは、磁気回路３２ａ，３２ｂがターゲット２２の表面２２ａにおいて６００ガウス以上となる磁場を発生させるとともに、成膜材料がＩＴＯ膜等の酸化物系透明導電膜である場合において、４０ｍｍ程度である。つまり、磁場ｐを中心としてＸ方向に±２０ｍｍ程度である。さらに、ターゲット２２の表面２２ａにおける過剰のエロージョンを防ぐため、磁場印加手段２６の片道移動距離ＬがＬ＝Ａ＋Ｂ−γ／２に設定されていることがより好ましい。
【００２８】
（成膜方法）
次に、本実施形態のスパッタ装置による成膜方法について説明する。
まず、図１に示すように、ガス供給手段４４から成膜室１２にスパッタガスを供給し、外部電源からバッキングプレート３０を介してターゲット２２にスパッタ電圧を印加する。すると、成膜室１２内でプラズマにより励起されたスパッタガスのイオンが、ターゲット２２に衝突してＩＴＯ膜の成膜材料の粒子を飛び出させる。そして、飛び出した粒子を基板Ｗに付着させることにより、基板Ｗの表面Ｗ１にＩＴＯ膜が形成される。本実施形態のように、インライン式のスパッタ装置１０では、基板保持手段に保持された基板Ｗがターゲット２２に対して相体移動するので、基板Ｗの表面Ｗ１全体に成膜を行うことができる。また、複数の基板Ｗを連続して長辺方向（第１方向：図２中矢印Ｆ）に移動させることにより、複数の基板Ｗに対して連続的に成膜を行うことができる。
【００２９】
ところで、ＬＣＤやＰＤＰの生産性の向上・高品質化に伴い、ノジュールの更なる抑制が要請されている。
しかしながら、従来の成膜方法にあっては、図１０に示すように、磁気回路の片道移動距離Ｌ’が短すぎると、エロージョンエリアが富士額形状となり、ターゲット２２の長手方向における上下部や各磁気回路間の対向位置に非エロージョンエリアＲが凸状に残存する。その結果、非エロージョンエリアＲで発生したＩｎＯがエロージョンエリアＱ’に付着してノジュールが発生し易いという問題がある。
また、図１１に示すように、ターゲット２２の上下部２２ｂでは中央部２２ｃに比べ、磁場ｐ’から発生する高密度プラズマ領域が連続して通過するので、高密度プラズマ領域が滞留したものと同様の状態になる。これにより、当該部分のターゲット２２が集中的にスパッタされてしまい、ターゲット２２の表面の上下部２２ｂと中央部２２ｃとの間でスパッタ速度差が大きくなる。これにより、エロージョンの最深部から最浅部に向かう斜面においてＩｎＯが残存してノジュールが発生し易くなる傾向がある。また、ターゲット２２が集中的にスパッタされることで、エロージョン断面形状が不均一となり、ターゲット２２の使用効率も低下する。
このように、ノジュールが発生すると、この部分においてアーキングやパーティクルが発生し、基板Ｗに形成される薄膜の膜特性が劣化するという問題がある。
【００３０】
そこで、本願の発明者は、Ｘ方向及びＹ方向に揺動可能に構成した磁場印加手段２６のＸ方向における片道移動距離Ｌを、上述したＬ＝Ａ＋Ｂ±γ／２に設定することで、ノジュールの発生を抑制できることを見出した。
【００３１】
図４は、図２に相当する断面図を示し、磁場印加手段の片道移動距離ＬをＬ＝Ａ＋Ｂ−γ／２に設定した場合における、エロージョン断面形状を示す説明図である。なお、図４の上半部はリング状の磁場ｐの平面図であり、図４の下半部がリング状の磁場ｐの移動によるエロージョン断面形状である。なお、図中下半部の三角形は、磁場印加手段の停止時における磁場ｐによるエロージョン断面形状を示している。つまり、エロージョン断面形状は、磁場ｐの中心位置において最も深くなり、中心位置から離れるに従って浅くなる。この三角形のＸ方向における幅γは、垂直成分が０となる磁場ｐから発生するプラズマによってターゲットがスパッタされるエロージョンエリアを表している。
図４に示すように、磁場ｐまたはエロージョンエリアγの軌跡が通過した領域がスパッタされる。この時、磁場印加手段２６の片道移動距離ＬをＬ＝Ａ＋Ｂ−γ／２に設定することで、ターゲット２２の表面２２ａにおいて、磁場ｐが少なくとも１回以上（Ｘ方向両端部では１回、中央部では２回）通過することになる。具体的には、磁場ｐが２回通過した領域及び磁場ｐが１回通過し、かつエロージョンエリアγが２回通過した領域では、深さＤ１までスパッタされる。また、磁場ｐが１回通過した領域では深さＤ２までスパッタされる（Ｄ２＜Ｄ１）。
【００３２】
（シミュレーション）
ここで、磁場印加手段の片道移動距離を変更した場合のターゲットのエロージョン形状のシミュレーションを行った。本試験では、まず図２に示すように、バッキングプレート３０に短手方向の幅が３００ｍｍのＩＴＯ膜のターゲット２２を取り付け、成膜室１２及び仕込み室１１、取り出し室１３内の真空排気を行った。そして、成膜室１２（図１参照）内にＡｒガスを５ｍＴｏｒｒ導入し、磁場印加手段を揺動させながら直流電源を用いて電力密度が４Ｗ／ｍ２の電圧を印加して成膜を行った。
【００３３】
各シミュレーションにおける磁場印加手段２６のＸ方向における片道移動距離の条件は、以下の通りである。なお、条件２は、従来の片道移動距離Ｌ’を表しており、隣接する磁気回路３２ａ，３２ｂから発生する磁場ｐ間のＸ方向の距離Ｂと片道移動距離Ｌ’とを一致させている。また、条件３では、上述した実施形態の応用例として、条件１と同様の条件において磁気回路を３個用いた場合について示している。また、本シミュレーションにおける磁場印加手段２６のＹ方向における片道移動距離は、それぞれ４０ｍｍに設定した。
＜条件１＞
磁気回路の個数：２個
各磁気回路から発生するリング状の磁場の短軸方向の径Ａ＝５５ｍｍ
隣接する磁気回路から発生する磁場間の距離Ｂ＝５０ｍｍ
磁場印加手段の片道移動距離Ｌ＝１００ｍｍ（Ｌ＝Ａ＋Ｂ±γ／２（γ／２＝２０ｍｍを満たす条件）
＜条件２＞
磁気回路の個数：２個
各磁気回路から発生するリング状の磁場の短軸方向の径Ａ＝５５ｍｍ
隣接する磁気回路から発生する磁場間の距離Ｂ＝５０ｍｍ
磁場印加手段の片道移動距離Ｌ’＝５０ｍｍ
＜条件３＞
磁気回路の個数：３個
各磁気回路から発生するリング状の磁場の短軸方向の径Ａ＝５５ｍｍ
隣接する磁気回路から発生する磁場間の距離Ｂ＝５０ｍｍ
磁場印加手段の片道移動距離Ｌ＝１００ｍｍ（Ｌ＝Ａ＋Ｂ±γ／２（γ／２＝２０ｍｍを満たす条件）
【００３４】
図５〜７は、シミュレーション結果を示すターゲットの表面におけるエロージョン平面形状を示すスパッタ速度比の分布図であり、横軸にターゲットの短手方向（図２中Ｘ方向）の位置を示し、縦軸に長手方向（図２中Ｙ方向）の位置を示している。なお、本シミュレーションにおいて、ターゲットの長手方向に沿う上部と下部とでは、同様のシミュレーション結果が得られたため、図５〜７ではターゲット２２を長手方向に沿った上部のみを示している。また図５〜７において、同一線上で囲まれた領域は、同一のスパッタ速度比を示している。
【００３５】
まず図７に示すように、条件２におけるエロージョン平面形状は、Ｘ方向が１３０〜１７０ｍｍ、Ｙ方向が−５〜７０ｍｍの範囲、つまり各磁気回路３２ａ，３２ｂ間の対向位置におけるターゲット２２の長手方向（Ｙ方向）の上下部で、凸状の非エロージョンエリアＲが確認された。また、エロージョンの最深部と最浅部とのスパッタ速度比は、１００：６０となった。
これは、図１０に示すように、磁場印加手段２６（図２参照）の片道移動距離Ｌ’をＬ’≦Ａ＋Ｂ±γ／２に設定した場合では、磁場印加手段２６の移動距離が短過ぎるため、非エロージョンエリアＲが発生したものと考えられる。これに伴い、ターゲット２２の上下部であって、磁場印加手段２６の片道移動距離Ｌ’の中間位置での磁場印加手段２６の滞留時間が長くなる（図９参照）。その結果、当該部分のターゲット２２が集中的にスパッタされてしまい、ターゲット２２の表面２２ａにおけるスパッタ速度比も大きくなった。非エロージョンエリアＲでは、ターゲット２２に再付着するＩｎ２Ｏ３の粒子が残存して、ＩｎＯに還元される虞がある。また、スパッタ速度比が大きい程、エロージョンの最深部から最浅部に向かう斜面が急峻になり、Ｉｎ２Ｏ３の粒子がスパッタされ難く、スパッタされずに残存しているＩｎ２Ｏ３の粒子がＩｎＯに還元され易い傾向がある。そして、ＩｎＯがエロージョンエリアＱ’に付着してノジュールが発生すると、ターゲット２２の表面２２ａにおいてアーキングやパーティクルの発生の原因となる。
【００３６】
これに対して、図５に示すように、条件１におけるエロージョン平面形状は、ターゲット２２におけるエロージョンエリアの上端部が直線状となっており、ターゲット２２の表面２２ａにおいて非エロージョンエリアを減少させることができた。
【００３７】
図８は、磁場印加手段の片道移動距離ＬをＬ＝Ａ＋Ｂ±γ／２に設定した場合における、エロージョン平面形状を示す説明図である。なお、図８ではターゲットの長手方向に沿った上部のみを示している。また、図８中の半長円は磁気回路から発生する磁場ｐを示している。
本実施形態では、図８に示すように、磁場印加手段２６の片道移動距離ＬをＬ＝Ａ＋Ｂ±γ／２に設定することで、例えば磁気回路３２ａから発生する磁場ｐが、隣接する磁気回路３２ｂから発生した磁場ｐの初期位置近傍に達する位置まで移動することになる。つまり、従来では非エロージョンエリアＲ（図１０参照）となっていた領域を、磁場ｐまたはエロージョンエリアγが確実に通過することになる。これにより、ターゲット２２におけるエロージョンエリアＱの上端部が直線状となり、非エロージョンエリアを減少させることができるため、ノジュールの発生を抑制することができる。
さらに、図４に示すように、磁場印加手段２６の片道移動距離ＬをＬ＝Ａ＋Ｂ−γ／２に設定することで、例えば磁気回路３２ａから発生する磁場ｐの軌跡と隣接する磁気回路３２ｂから発生した磁場ｐの軌跡とが３回以上通過することを防ぐことができる。これにより、ターゲット２２の表面２２ａにおいて過剰なエロージョンを防止することができる。
【００３８】
また、図５に示すように、エロージョンの最深部と最浅部とのスパッタ速度比は、１００：８６となっており、最深部から最浅部に向かう斜面は緩やかになっている。
図９は、本実施形態におけるエロージョン平面形状を示す説明図である。なお、図９ではターゲットの長手方向に沿った上部のみを拡大して示している。また、図９中の破線は磁場ｐ’から発生する高密度プラズマ領域（エロージョンエリアγ）を示している。
図９に示すように、本実施形態では、磁場印加手段２６の片道移動距離Ｌとすることで、ターゲット２２の上下部２２ｂが高密度プラズマ領域から抜け出ることができる。これにより、高密度プラズマ領域が連続して通過することを防止することができ、高密度プラズマ領域がターゲット２２の同位置に滞留した状態になることがない。したがって、エロージョン断面形状が均一となり、ターゲット２２の使用効率も向上する。
【００３９】
このように、エロージョン平面形状及びエロージョン断面形状がともに均一な形状になり、再付着したＩｎ２Ｏ３の粒子の堆積を防止して、ＩｎＯへの還元を防止することができた。その結果、ノジュールの発生を抑制することができた。
【００４０】
さらに、図６に示すように、条件３におけるエロージョン形状も、条件１と同様にターゲット２２におけるエロージョンエリアの上端部が直線状となっており、ターゲット２２の表面２２ａにおいて非エロージョンエリアを減少させることができた。また、エロージョンの最深部と最浅部とのスパッタ速度比は、１００：８６となっている。この結果より、１つの磁場印加手段に磁気回路を３個以上の複数個配置した場合でも、条件１と同様の効果が得られることが確認された。
【００４１】
また、本願の発明者は、上述したシミュレーションに基づき、シミュレーションと同様の条件で、ＩＴＯ膜の成膜を行った。その結果、エロージョン平面形状は、ターゲット２２におけるエロージョンエリアの上端部が直線状となり、シミュレーションに相当する結果が得られた。また、エロージョン断面形状については、条件１におけるスパッタ速度比が１０．０ｍｍ：９．０ｍｍ、条件２におけるスパッタ速度比が１０．０ｍｍ：５．５ｍｍであったことから、エロージョン断面形状についても、シミュレーションに相当する結果が得られた。
【００４２】
このように、ターゲット２２の全域に亘って非エロージョンエリアを減少させることができるため、ＩＴＯ膜の成膜工程において、Ｉｎ２Ｏ３の粒子がターゲット２２の表面２２ａに再付着したとしても、スパッタされて除去することができる。また、ターゲット２２の表面２２ａにおいて、磁場ｐが３回以上通過することがない。つまり、過剰なエロージョンを防ぐことができ、エロージョン平面形状及びエロージョン断面形状がともに均一な形状になる。
したがって、ノジュールの発生を抑制して、アーキングやパーティクルの発生を抑制することができる。
【００４３】
このように本実施形態によれば、各磁気回路３２ａ，３２ｂから発生するリング状の磁場ｐの短手方向における径をＡ、隣接する磁気回路３２ａ，３２ｂから発生する磁場ｐ間のＸ方向における距離をＢ、磁場ｐにより生成されるプラズマのエロージョンエリアをγとすると、磁場印加手段２６の片道移動距離Ｌを、Ｌ＝Ａ＋Ｂ±γ／２に設定する構成とした。
この構成によれば、磁場印加手段２６の片道移動距離ＬをＬ＝Ａ＋Ｂ±γ／２に設定することで、マグネトロンスパッタリング法によるＩＴＯ膜の成膜時において、ターゲット２２の上下部におけるエロージョンエリアが直線状になり、ターゲット２２の非エロージョンエリアを減少させることができ、ノジュールの発生を抑制することができる。つまり、磁気回路３２ａ，３２ｂから発生する磁場のうち基板Ｗの表面Ｗ１に対する垂直成分が０の磁場から生成されるプラズマは、最も高密度なプラズマであり、この高密度なプラズマによるエロージョンエリアγの軌跡がターゲット２２の中央部で少なくとも２回以上通過することになる。これにより、ターゲット２２の非エロージョンエリアを減少させることができ、ターゲット２２にＩｎ２Ｏ３の粒子が再付着したとしても、スパッタされて除去することができる。したがって、ターゲット２２の表面２２ａにおいて、ノジュールの発生を抑制して、アーキングやパーティクルの発生を抑制することができる。その結果、膜特性に優れた薄膜を効率良く形成することができる。
【００４４】
さらに、磁場印加手段２６の片道移動距離ＬをＬ＝Ａ＋Ｂ−γ／２に設定することで、隣接する磁気回路３２ａ，３２ｂから発生する磁場のうち、リング状の磁場ｐの軌跡が３回以上通過することを防止することができる。これにより、過剰なエロージョンを防ぐことができるため、ターゲット２２の表面２２ａにおけるエロージョンの分布が均一になり、ノジュールの発生をより抑制することができる。また、ターゲット２２の使用効率を向上させることができる。
【００４５】
また、磁場印加手段２６を、Ｘ方向に直交するＹ方向にも揺動可能に構成した。この構成によれば、特にターゲット２２の長手方向（Ｙ方向）に沿う上下部において、非エロージョンエリアをより減少させることができる。
また、図９に示すように、磁場印加手段２６をＹ方向にも移動させることで、ターゲット２２の上下部２２ｂがより確実に高密度プラズマ領域から抜け出ることができる。これにより、ターゲット２２の上下部２２ｂにおける高密度プラズマ領域の滞留を緩和することが可能になり、ターゲット２２の上下部２２ｂと中央部２２ｃとの間でスパッタ速度差を低減することができる。したがって、ノジュールの発生を抑制して、パーティクルやアーキングの発生の改善等ができるとともに、ターゲットの使用効率を向上させることができる。
【００４６】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００４７】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
例えば、本実施形態では、ターゲットを１つのみ配置したが、ターゲットを複数配列し、ターゲットと基板とが相対的に移動するような構成にしてもよい。また、リング状磁石の形状等は、適宜設計変更が可能である。
また、本実施形態では、ＩＴＯ膜のターゲットを用いてノジュールの発生を抑制する場合について説明したが、ＩＴＯ膜以外のターゲットを用いた場合において、ノジュールの発生と同様の原理で発生するターゲットの表面異常を抑制することも可能である。例えば、メタル等をスパッタする際には、上述したエロージョンエリアγ／２は磁場ｐを中心としてＸ方向に±３０ｍｍ程度となる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施形態におけるマグネトロンスパッタ装置の概略構成図である。
【図２】スパッタ装置の要部を示す断面図である。
【図３】図３は磁場印加手段の平面図である。
【図４】磁場印加手段の片道移動距離ＬをＬ＝Ａ＋Ｂ−γ／２に設定した場合における、エロージョン断面形状を示す説明図である。
【図５】シミュレーションの条件１の結果を示すターゲットの表面におけるエロージョン平面形状を示すスパッタ速度比の分布図である。
【図６】シミュレーションの条件２の結果を示すターゲットの表面におけるエロージョン平面形状を示すスパッタ速度比の分布図である。
【図７】シミュレーションの条件３の結果を示すターゲットの表面におけるエロージョン平面形状を示すスパッタ速度比の分布図である。
【図８】本実施形態におけるエロージョン平面形状を示す説明図である。
【図９】本実施形態におけるエロージョン平面形状を示す説明図である。
【図１０】従来におけるエロージョン平面形状を示す説明図である。
【図１１】従来におけるエロージョン平面形状を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０…スパッタ装置  ２２…ターゲット  ２２ａ…ターゲットの表面  ３２ａ，３２ｂ…磁気回路  ３３ａ，３３ｂ…リング状磁石  ３４ａ，３４ｂ…中心磁石  Ｗ…基板  ｐ…リング状の磁場
【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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