(57)【要約】      （修正有）【課題】円筒状のターゲットを用いて反応性スパッタリングを行う際に、基板に形成される膜の搬送方向及び搬送方向と交差する幅方向の膜厚分布を均一にするための成膜装置の提供。【解決手段】駆動部１０４により回転駆動される円筒状のターゲット１２１の内側に磁界発生器１２２が配置され、マスフローコントローラ１１０に接続された反応性ガス噴射部１０５がターゲット１２１の近傍に配置されるとともに、ターゲット１２１の近傍には、基板１０６とターゲット１２１との間であってターゲット１２１の近傍におけるプラズマの発光量を検出する光検出部１１１が配置され、光検出部１１１にて検出された発光量が予め設定された目標発光量に近づくように、駆動部１０４の駆動によるターゲット１２１の回転速度を制御する制御装置１３０を備えた成膜装置１００。【選択図】図１
2016204705.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバと、
基板に外周面が対向し、前記基板の搬送方向に対して交差して前記真空チャンバの内部に配置された円筒状のターゲットと、
前記ターゲットを回転駆動する駆動部と、
前記ターゲットの内側に配置された磁界発生器と、
前記ターゲットの近傍に配置され、反応性ガスを噴射する反応性ガス噴射部と、
前記基板と前記ターゲットとの間であって前記ターゲットの近傍におけるプラズマの発光量を検出する光検出部と、
前記光検出部にて検出された発光量が予め設定された目標発光量に近づくように、前記駆動部の駆動による前記ターゲットの回転速度を制御する制御部と、を備えたことを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記ターゲット、前記磁界発生器及び前記駆動部は、それぞれ一対あり、
前記一対のターゲットは、前記搬送方向に間隔をあけて配置され、
前記反応性ガス噴射部は、前記一対のターゲットの間に配置され、
前記制御部は、前記一対のターゲットが互いに逆方向に回転するように前記各駆動部の駆動による前記各ターゲットの回転速度を制御することを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
前記反応性ガス噴射部は、前記基板に対し前記ターゲットの回転軸よりも遠方に配置され、前記基板の側に反応性ガスを噴射することを特徴とする請求項２に記載の成膜装置。
【請求項４】
前記反応性ガス噴射部及び前記光検出部が、前記ターゲットの回転軸の方向に互いに間隔をあけて複数配置されており、
前記各反応性ガス噴射部から噴射させる反応性ガスの流量をそれぞれ調整する流量調整部を更に備え、
前記制御部は、前記複数の光検出部それぞれに検出された各発光量に応じて前記各流量調整部による反応性ガスの流量を制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の成膜装置。
【請求項５】
駆動部により回転駆動される円筒状のターゲットの外周面が基板に対向し、前記ターゲットの回転軸が前記基板の搬送方向に対して交差するよう、前記ターゲットが真空チャンバの内部に配置され、マグネトロンスパッタリングにより前記基板の表面に成膜する際に、前記ターゲットの近傍に配置された反応性ガス噴射部から反応性ガスを噴射させて、前記ターゲットの表面に化合物を形成し、光検出部により、前記基板と前記ターゲットとの間であって前記ターゲットの近傍におけるプラズマの発光量を検出する成膜方法であって、
前記光検出部にて検出された発光量を取得する取得工程と、
前記発光量が予め設定された目標発光量に近づくように、前記駆動部の駆動による前記ターゲットの回転速度を制御する速度制御工程と、を備えたことを特徴とする成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反応性スパッタリングを行う成膜装置及び成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、フラットディスプレイ用パネル、太陽電池パネル、建材用ガラス又は自動車用ガラスなど広い面積を有する基板に対する成膜において、平板矩形型のターゲットを用いたマグネトロンスパッタリングを行っていた。
【０００３】
マグネトロンスパッタリングでは、ターゲット周辺（主に裏面）に磁界発生器を配置し、磁界発生器により発生した磁場（Ｂ）とターゲットに印加する電界（Ｅ）により、電子にＥ×Ｂドリフトと呼ばれる運動を行わせる。電子のＥ×Ｂドリフトを利用して電子密度を高めて高効率にスパッタリングを行っている。
【０００４】
一方で、コストダウンや生産性向上の要求から、反応性ガス（例えばＯ２）の導入下で金属ターゲットなどを直流放電でスパッタして化合物の薄膜を基板に形成する反応性スパッタリングが広く用いられている。化合物の薄膜は、例えばガラス基板やガラス基板上に形成された別用途の膜に、絶縁や反射防止の機能を付与するために使用される。
【０００５】
反応性スパッタリングでは、ターゲットの表面状態として、成膜速度や膜質の異なる３つの状態が存在することが知られている。３つの状態は、金属状態、反応性状態（化合物状態）、及び金属状態と反応性状態との間の遷移状態である。反応性スパッタリングでは、反応性ガスの流量を変化させた際の状態の変化にヒステリシスが存在する。このヒステリシスの現象に関しては、反応性ガスの収支をモデル化したＳ．Ｂｅｒｇ等の理論が知られている（非特許文献１参照）。
【０００６】
ところで、平板矩形型のターゲットによるマグネトロンスパッタリングでは、電子にＥ×Ｂドリフトを行わせる近傍位置でプラズマ密度が高くなり、プラズマ密度が高くなった箇所で成膜速度が大となり、基板上の膜厚分布が不均一となることが知られている。これを解消するために、プラズマ発光をモニタして反応性ガス流量をフィードバック制御する方法が提案されている（特許文献１参照）。この方法は、Ｐｌａｓｍａ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ、又はＯｐｔｉｃａｌ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ等と呼ばれている（以下、ＰＥＭとして表記する）。基板上の膜厚分布を制御するには、反応性ガスの流量を調整することによって、ターゲット面内の化合物の度合いを制御することが重要であった。つまり、ターゲット表面のスパッタリングによる金属化と反応性ガスによる化合物化とのバランスを制御することが重要とされていた。
【０００７】
また近年、プロセスの安定性や材料の利用効率を高めるために、平板矩形型のターゲットの代わりに、ロータリーカソードと呼ばれる円筒状のターゲットを用いた成膜装置が提案されている（特許文献２参照）。この特許文献２では、基板の搬送方向とターゲットの回転軸とを直交させ、基板を搬送しながらターゲットを回転させて基板上に薄膜を成膜している。なお、ロータリーカソードのほか、円筒状回転マグネトロンカソード又はシリンドリカルカソード等の種々の呼び名がある。円筒状のターゲットを用いて反応性スパッタリングにより薄膜を基板に形成する場合も、膜厚分布は、ターゲット面内の化合物（例えば金属酸化物）の被覆率に依存する。
【０００８】
円筒状のターゲットにおいて反応性スパッタリングを実施する場合においても、ターゲット表面の化合物の被覆率を制御するために、これまでＰＥＭを用いた手法が提案されている（特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開昭６１−０３７９６４号公報
【特許文献２】特開平５−５０４３７３号公報
【特許文献３】特表２０１２−５３０８５１号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Ｓ．Ｂｅｒｇ，Ｈ．Ｏ．Ｂｌｏｍ，Ｔ．Ｌａｒｓｓｏｎ，ａｎｄ  Ｃ．Ｎｅｎｄｅｒ：Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ａ，５，（１９８７），２０２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１では、平板矩形型のターゲットではあるものの、基板における膜厚分布を均一にするために、プラズマ発光を計測しながら各ガス導入口から供給する反応性ガス量を調整する手法が提案されている。この特許文献１の方法を特許文献２に適用し、円筒状のターゲットにおいてＰＥＭにより反応性ガスの流量を制御することが考えられる。
【００１２】
しかしながら、ターゲットに複数のガス導入口から反応性ガスを供給する場合、あるガス導入口から供給された反応性ガスと他のガス導入口から供給された反応性ガスとが混ざり合い、相互に干渉する。この複雑な相互干渉により反応性ガスの流量制御だけでは、回転軸の方向においてターゲット表面における化合物の度合いを均一にするのは困難であった。また、円筒状のターゲットでは、ターゲットが回転するため、回転方向においてもターゲット表面の化合物の度合いが不均一となり、成膜速度が不均一となる問題があった。その結果、基板の搬送方向及び基板の搬送方向と交差する幅方向において、基板上の薄膜の膜厚分布が、不均一なものであった。即ち、基板において膜厚分布を均一化するには、ターゲット表面における回転方向（周方向）及び回転軸の方向の化合物の度合いを均一化する必要があった。
【００１３】
一方、特許文献３には、縞模様の膜となるのを改善するために、反応性ガスの流量制御の他、ターゲット電圧を変化させる周期をターゲットの回転と一致させる方法が提案されている。しかし、形成される膜が基板の搬送方向に縞模様となることは改善できるものの、基板において幅方向の膜の膜厚分布を均一化するには、別の改善策が必要であった。
【００１４】
そこで、本発明は、円筒状のターゲットを用いて反応性スパッタリングを行う際に、基板に形成される膜の搬送方向及び搬送方向と交差する幅方向の膜厚分布を均一にする成膜装置及び成膜方法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】
【００１５】
本発明の成膜装置は、真空チャンバと、基板に外周面が対向し、前記基板の搬送方向に対して交差して前記真空チャンバの内部に配置された円筒状のターゲットと、前記ターゲットを回転駆動する駆動部と、前記ターゲットの内側に配置された磁界発生器と、前記ターゲットの近傍に配置され、反応性ガスを噴射する反応性ガス噴射部と、前記基板と前記ターゲットとの間であって前記ターゲットの近傍におけるプラズマの発光量を検出する光検出部と、前記光検出部にて検出された発光量が予め設定された目標発光量に近づくように、前記駆動部の駆動による前記ターゲットの回転速度を制御する制御部と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、円筒状のターゲットを用いて反応性スパッタリングを行う際に、基板に形成される膜の、搬送方向及び搬送方向と交差する幅方向の膜厚分布を均一にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係る成膜装置の概略構成を示す説明図である。
【図２】反応性ガスの流量に対する成膜速度を示す図である。
【図３】カソードユニットにおける電子の運動およびプラズマ密度を示す説明図である。
【図４】ターゲットの回転軸の延びる方向から見た一対のターゲット及び反応性ガス噴射部を示す説明図である。
【図５】本発明の実施形態に係る成膜方法を示すフローチャートである。
【図６】実施例１における基板の中心位置からの幅方向の距離に対する膜厚の相対値の測定結果を示すグラフである。
【図７】実施例２における基板の中心位置からの幅方向の距離に対する膜厚の相対値の測定結果を示すグラフである。
【図８】実施例３において発光スペクトルを取得する光検出部の設置箇所を示す説明図である。
【図９】実施例２の成膜条件で、中心部の反応性ガス噴射部より供給するＯ２ガスを増加及び減少させたときの発光強度を光検出部にて計測した結果を示すグラフである。
【図１０】実施例３の成膜条件で、中心部の反応性ガス噴射部より供給するＯ２ガスを増加及び減少させたときの発光強度を光検出部にて計測した結果を示すグラフである。
【図１１】実施例３の成膜条件で、一対のターゲットの回転方向を変化させた場合の、基板の幅方向の膜厚分布の相対値の比較結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る成膜装置の概略構成を示す説明図である。図２は、反応性ガスの流量に対する成膜速度を示す図である。
【００１９】
まず、図２を用いて反応性スパッタリングにおける反応性ガスの流量と成膜速度との関係について説明する。反応性スパッタリングでは、ターゲットの表面状態として、成膜速度や膜質の異なる３つの状態が存在することが知られている。３つの状態は、金属状態、反応性状態（化合物状態）、及び金属状態と反応性状態との間の遷移状態である。この３つの状態が存在する原因は、反応性ガスがターゲット表面の原子と反応し、ターゲットの表面が化合物で被覆されることにある。
【００２０】
反応性状態では、ターゲットの表面の化合物を維持するのに十分な量の反応性ガスが存在する状態である（図２中、ＩＩＩのガス流量領域）。この反応性状態の場合、十分に反応が進み化学量論比を満足する化合物を得やすいが、他の２つの状態に比べ成膜速度が遅くなるという特徴がある。ターゲット上の化合物膜の結合力やターゲット材料と化合物膜との結合力は、金属などのターゲット材料の結合力よりも強い。これらの結合を切り、ターゲットをスパッタして化合物をたたき出すには、より多くのエネルギーが必要になるため、化合物のスパッタ率は金属のスパッタ率よりも低くなり、その結果、成膜速度が遅くなる。さらに、スパッタ現象を持続するためには、ターゲットからの二次電子の供給が必要であるが、化合物の二次電子放出する量は、物質固有の値として、二次電子放出係数として扱われる。一般的に、化合物の二次電子放出係数は、金属の二次電子放出係数よりも大きいものが多く、この効果によって放電電圧が低下し、つまりターゲットに照射されるイオンの加速エネルギーが低くなり、化合物の成膜速度は遅くなる。
【００２１】
金属状態では、ターゲットの表面の化合物を形成するのに十分な量の反応性ガスが存在せず（図２中Ｉのガス流量領域）、ターゲットの表面が化合物よりも金属の割合が高くなる状態である。その結果、成膜速度は速くなるが、形成される薄膜は、反応が十分に進んでいない金属的な薄膜になる。したがって、反応不足のため必要な膜機能が実現できないことが多い。
【００２２】
遷移状態では、反応性状態と金属状態との中間にあたる量の反応性ガスが存在する状態である（図２中ＩＩのガス流量領域）。ターゲットの表面は部分的に化合物が形成され、化合物スパッタと金属スパッタとが混在する。そのため、反応性状態に比べて成膜速度は速くなる。条件により十分に反応が進んだ化合物が得られるという特徴がある。しかし、遷移状態は、非常に不安定な状態である。
【００２３】
図２のＡ点にあたる反応性状態から反応性ガスの流量を減少させる場合を考える。Ｂ点までは、ターゲット表面は化合物で被覆されている。この領域（図２中ＩＩのガス流量領域）では、ターゲット表面の化合物がスパッタされて金属表面が出現したとしても、金属表面はすぐに反応性ガスと反応して再び化合物で被覆される。Ｂ点よりさらに反応性ガス流量を減少させると、ターゲット表面に出現する金属表面を化合物化するのに必要な反応性ガス量が不足する。すると化合物スパッタだけではなく、金属表面から金属スパッタも始まる。金属スパッタにより生じた金属は反応性ガスのポンプの役目（ゲッタリング効果）を果たし、導入している反応性ガスの一部はそこで消費され、ターゲットの金属表面の反応に使用される反応性ガスはさらに不足する。その結果、急激にターゲット表面の金属状態の割合が高くなり、破線のように化合物状態のＢ点から金属状態のＤ点に移行する。金属状態から反応性ガスの流量を増加させる場合にも同様に急激な状態変化が起こり、破線に沿って金属状態のＣ点から反応性状態のＡ点に移行する。結果として、反応性スパッタリングではヒステリシスが構成される。
【００２４】
図１に示す成膜装置１００は、反応性スパッタリングによるマグネトロンスパッタリングで成膜対象物である基板１０６の表面に化合物の薄膜（例えば反射防止膜）を形成するものである。なお、図１中、ＸＹＺ方向は互いに直交する方向である。
【００２５】
成膜装置１００は、真空チャンバ１０２、カソードユニット１０３及び駆動部１０４と、を備えている。また、成膜装置１００は、反応性ガス噴射部１０５、交流電源１０７、不活性ガス噴射部１０８、マスフローコントローラ１０９、マスフローコントローラ１１０、光検出部１１１、分光器１１２、搬送装置１１３及び制御装置１３０を備えている。
【００２６】
真空チャンバ１０２には、基板１０６を外部から内部に搬入するための搬入口１１４と、基板１０６を内部から外部に搬出するための搬出口１１５とが形成されている。図示は省略しているが、搬入口１１４には、ロードロックチャンバ（ＬＬ室）が接続されている。
【００２７】
搬送装置１１３は、真空チャンバ１０２の内部（及び外部）に配置されている。搬送装置１１３は、基板１０６を真空チャンバ１０２の内部に搬入口１１４を通じて搬入し、真空チャンバ１０２の内部にて基板１０６の表面に成膜中に基板１０６を搬送し、成膜後に基板１０６を真空チャンバ１０２の外部に搬出口１１５を通じて搬出する。搬送装置１１３による基板１０６の搬送方向をＸ方向とする。搬送装置１１３は、例えばローラ等により構成されている。なお、搬送装置１１３は、基板１０６が搭載される搬送用のホルダを有していてもよい。その際、搬送用のホルダを電気的に絶縁することによって基板搬入時にプラズマ変化を最小限に抑制する機構を有していることが望ましい。
【００２８】
カソードユニット１０３は、真空チャンバ１０２の内部に配置されたスパッタ源である円筒状のターゲット１２１と、ターゲット１２１の内側に配置された磁界発生器１２２とを有している。ターゲット１２１は、金属（例えばＳｉ）で構成されている。本実施形態では、カソードユニット１０３（ターゲット１２１）は、長手方向が回転軸の方向となる長尺物である。
【００２９】
ターゲット１２１は、基板１０６にターゲット１２１の外周面（表面）が対向するよう、基板１０６の搬送方向（Ｘ方向）に対して交差（直交）して真空チャンバ１０２の内部に配置されている。つまり、ターゲット１２１の回転軸がＸ方向と交差（直交）するＹ方向と平行となるようにターゲット１２１が真空チャンバ１０２の内部に配置されている。
【００３０】
駆動部１０４は、真空チャンバ１０２の外部に配置され、真空チャンバ１０２の壁部を通じてターゲット１２１に接続され、ターゲット１２１を回転駆動する。磁界発生器１２２は、不図示の支持部材を介して真空チャンバ１０２に固定されている。本実施形態では、成膜装置１００は、カソードユニット１０３及び駆動部１０４を一対備えている。一対のカソードユニット１０３は、搬送方向（Ｘ方向）に間隔をあけて配置されている。各駆動部１０４は、独立して各ターゲット１２１の回転速度（回転方向を含む）を調整することができる。
【００３１】
反応性ガス噴射部１０５は、真空チャンバ１０２の内部に配置されている。反応性ガス源であって流量調整部であるマスフローコントローラ１１０は、真空チャンバ１０２の外部に配置されている。反応性ガス噴射部１０５とマスフローコントローラ１１０とはガス管で接続されている。マスフローコントローラ１１０は、反応性ガスの流量を調整しながら、反応性ガスを出力する。反応性ガスは例えば酸素（Ｏ２）ガスである。
【００３２】
反応性ガス噴射部１０５は、ターゲット１２１の回転軸の方向（Ｙ方向）に延びて形成され、マスフローコントローラ１１０により供給された反応性ガスを真空チャンバ１０２の内部に噴射する１以上（本実施形態では複数）の噴射口を有する。噴射口は、基板１０６の方向（−Ｚ方向）に開口するように形成されている。反応性ガス噴射部１０５はターゲット１２１の近傍に配置されている。反応性ガス噴射部１０５から噴射された反応性ガスは、ターゲット１２１の表面の金属と化合することにより、化合物である金属酸化物、例えばＳｉＯ２が形成される。
【００３３】
反応性ガス噴射部１０５は、ターゲット１２１の回転軸の方向（Ｙ方向）に互いに間隔をあけて複数配置されている。また、マスフローコントローラ１１０は、各反応性ガス噴射部１０５と同じ台数配備されている。本実施形態では、反応性ガス噴射部１０５とマスフローコントローラ１１０の数は、それぞれ３つである。反応性ガス噴射部１０５とマスフローコントローラ１１０とが１対１で配管により接続されている。したがって、各反応性ガス噴射部１０５から噴射させるガス量を各マスフローコントローラ１１０により各々独立して調整することができる。
【００３４】
なお、反応性ガスとしては、酸素（Ｏ２）ガスに限定するものではなく、例えば窒素（Ｎ２）ガスであってもよい。
【００３５】
不活性ガス噴射部１０８は、真空チャンバ１０２の内部に配置されている。不活性ガス源であって不活性ガス流量調整部であるマスフローコントローラ１０９は、真空チャンバ１０２の外部に配置されている。不活性ガス噴射部１０８とマスフローコントローラ１０９とはガス管で接続されている。マスフローコントローラ１０９は、不活性ガスの流量を調整しながら、不活性ガスを出力する。不活性ガスは、例えば希ガスであるＡｒガスである。
【００３６】
不活性ガス噴射部１０８は、マスフローコントローラ１０９により供給された不活性ガスを真空チャンバ１０２の内部に噴射する噴射口を有する。不活性ガス噴射部１０８はターゲット１２１の近傍に配置されている。不活性ガス噴射部１０８から噴射されたＡｒガスは、放電により不活性ガスのイオン（例えばＡｒイオン）となる。この不活性ガスのイオンがターゲット１２１の表面に衝突することで、ターゲット１２１からスパッタ粒子（例えばＳｉＯ２粒子）が放出される。このスパッタ粒子が基板１０６の表面に付着することで、基板１０６に薄膜、例えば酸化膜であるＳｉＯ２膜が形成される。
【００３７】
なお、不活性ガスとしては、工業的にスパッタリングが可能な質量を有する不活性ガスであればよく、Ａｒガスに限定するものではない。すなわち、Ｎｅガス、Ａｒガス、Ｘｅガス、Ｋｒガス及びＲｎガスのうちの少なくとも１つのガスからなる不活性ガスであればよい。具体的には、Ｎｅガス、Ａｒガス、Ｘｅガス、Ｋｒガス及びＲｎガスのうちの１種類のガス、あるいはこれらガスのうちの２種類以上の混合ガスであってもよい。
【００３８】
本実施形態においては、酸化膜を形成する際に、酸化膜が絶縁物としてチャージアップし、それにより異常放電が生じ易い状態となる。そのため、その異常放電を抑制する手法のひとつとして、カソードユニット１０３を２本１組として、一対のターゲット１２１に交互に交流電源１０７により交流電圧を印加する交流方式を採用している。基板１０６に堆積させる薄膜がトータル膜厚に達するために、必要ならば一対のカソードユニット１０３を複数組、搬送方向（Ｘ方向）に配置する構成としてもよい。
【００３９】
光検出部１１１は、プラズマの発光量を検出するものであり、コリメートレンズを有するモニタ部である。光検出部１１１は、ターゲット１２１の回転軸の方向（Ｙ方向）に間隔をあけて複数（本実施形態では３つ）配置されている。光検出部１１１は、ターゲット１２１の近傍に配置され、基板１０６の表面とターゲット１２１の表面との間であってターゲット１２１の表面近傍におけるプラズマの発光量を検出する。
【００４０】
光検出部１１１は、ターゲット１２１の長手方向（Ｙ方向）の中心と周辺に少なくとも３つ設置するのが好ましい。周辺部の位置は基板１０６に堆積する膜厚を保証する必要がある箇所の直上から中心側であればよい。光検出部１１１の設置方法は、２つのカソードユニット１０３に対して、最低限１つのカソードユニット１０３の近傍であればよく、その場合は、基板１０６と水平方向（図１中、−Ｘ方向）にプラズマを観測できるように設置する。
【００４１】
分光器１１２は、真空チャンバ１０２の外部に配置されている。分光器１１２には、例えば光ファイバを介して各光検出部１１１が接続されている。また、分光器１１２は、制御部である制御装置１３０に接続されている。分光器１１２は、入力したプラズマ光を分光して、波長ごとに電気信号に変換し、制御装置１３０に出力する。
【００４２】
制御装置１３０は、コンピュータで構成された情報処理端末である。制御装置１３０は、光検出部１１１にて検出されたプラズマ発光の光量を示す信号を、分光器１１２を介して取得する。分光器１１２に必要な波長範囲は、計測に必要となる波長を含む領域のスペクトルを取得できるものであればよい。制御装置１３０は、分光器１１２にて分光された発光スペクトルのデータから、可視を含む紫外から赤外線領域のある特定波長の発光強度のデータを選択的に取得する。なお、図示は省略するが、分光器１１２の代わりに、バンドパスフィルタ及び光電子増倍管を用いて、必要となる特定波長の発光強度だけを選択して取得する構成であってもよい。
【００４３】
図３は、カソードユニット１０３における電子の運動およびプラズマ密度を示す説明図である。図１に示した磁界発生器１２２による電子のＥ×Ｂドリフトにより、電子は反時計回りの方向Ｅ１でターゲット１２１上を運動する。その運動過程において、プラズマＰ１が発生し、その場所でスパッタリングが生じる。このとき、電子のドリフト方向が変化する場所Ｒ１において、磁場の変化などにより電子の滞在時間が長くなることが一般的に知られている。この場所Ｒ１では、プラズマ密度が高くなり、その結果として成膜速度が大きくなる傾向にある。
【００４４】
ターゲット１２１の回転速度を、ある値に一定にした場合を仮定する。円筒状のターゲット１２１では、磁界発生器１２２による成膜速度の不均一性の他に、回転方向に依存したターゲット１２１表面の化合物度合いの不均一性から電子のドリフト方向が変化する場所Ｒ１，Ｒ１の間でも成膜速度の不均一性が生じることがある。その結果、ターゲット１２１の回転軸と平行な方向（Ｙ方向）、即ち幅方向で、基板１０６における膜厚分布の不均一性（非対称性）が発生することがある。
【００４５】
ここで、光検出部１１１にて検出される発光量と、ターゲット１２１の表面における化合物の状態、即ち成膜速度とは対応関係にあり、ターゲット１２１の回転速度を制御することにより、ターゲット１２１の表面における化合物の状態を制御できる。
【００４６】
そこで、本実施形態では、制御装置１３０は、取得した発光強度（発光量）の値を制御量とする。この制御量を、予め設定した目標値（目標発光量）に安定に維持させるように、ＰＩＤなどのフィードバック制御により、各ターゲット１２１の回転速度（回転方向を含む）を制御する。つまり、制御装置１３０は、複数の光検出部１１１それぞれに検出された各発光量が予め設定された目標発光量に近づくように、駆動部１０４の駆動によるターゲット１２１の回転速度を制御する。
【００４７】
ここで、複数の光検出部１１１それぞれで検出された発光量全てを目標発光量に一致させるのは困難であるが、ターゲット１２１の回転速度を制御することにより、光検出部１１１にて検出された発光量が目標発光量に近づくようにシフトさせることはできる。その結果、全ての発光量を目標発光量の許容範囲内に収めることができる。なお、制御装置１３０が、複数の光検出部１１１で検出された発光量の値を平均して、平均値が目標発光量に近づくように制御してもよい。また、光検出部１１１が１つでもよく、この場合、制御装置１３０は、１つの光検出部１１１にて検出された発光量が目標発光量に近づくように制御すればよい。
【００４８】
このように、ターゲット１２１の回転速度を制御することで、ターゲット１２１の表面における化合物の度合いを目標の度合いに均一にすることができ、基板１０６の幅方向の膜厚分布を均一にすることができる。更に、基板１０６の搬送中にターゲット１２１の回転速度を制御することで、基板１０６の搬送方向の膜厚分布も均一にすることができる。よって、本実施形態によれば、円筒状のターゲット１２１を用いて反応性スパッタリングを行う際に、基板１０６に形成される膜の、搬送方向及び搬送方向と交差する幅方向の膜厚分布を均一にすることができる。
【００４９】
図４は、ターゲット１２１の回転軸の延びる方向（Ｙ方向）から見た一対のターゲット１２１及び反応性ガス噴射部１０５を示す説明図である。前述したように、成膜装置１００は、ターゲット１２１を一対備えている。一対のターゲット１２１の回転方向を互いに同一方向に設定してもよいが、本実施形態では、一対のターゲット１２１の回転方向を互いに逆方向に設定している。即ち、制御装置１３０は、一対のターゲット１２１が、互いに逆方向に回転するように各駆動部１０４の駆動による各ターゲット１２１の回転速度を制御する。図４では、一対のターゲット１２１のうち、基板１０６の搬送方向上流側のターゲット１２１の回転方向ＲＡを基板１０６の搬送方向と同一方向とし、基板１０６の搬送方向下流側のターゲット１２１の回転方向ＲＢを基板１０６の搬送方向と逆方向とした。
【００５０】
一対のターゲット１２１の回転方向を同一方向とした場合、一方のターゲット１２１においては、反応性ガスが供給された後にスパッタリングを行い、他方のターゲット１２１においては、反応性ガスが供給される前にスパッタリングを行うこととなる。したがって、一方のターゲット１２１による成膜速度が他方のターゲット１２１による成膜速度よりも速くなり、膜質にばらつきが生じやすい。
【００５１】
これに対し、本実施形態では、一対のターゲット１２１の回転方向を互いに逆方向としているので、両方のターゲット１２１において反応性ガスが供給された後、又は反応性ガスが供給される前にスパッタリングを行うこととなる。よって、一対のターゲット１２１それぞれによる成膜速度が近づき、基板１０６における膜質を均一にすることができる。
【００５２】
また、図４のように、反応性ガス噴射部１０５は、２本１組となるカソードユニット１０３（ターゲット１２１）の間の位置で、かつ回転軸１２１ａに対して基板１０６よりも遠い側に設置する。
【００５３】
即ち、反応性ガス噴射部１０５（具体的には、噴射口）は、基板１０６に対しターゲット１２１の回転軸１２１ａよりも＋Ｚ方向に遠方に配置され、基板１０６の側（−Ｚ方向）に反応性ガスを噴射する。さらに、反応性ガス噴射部１０５（具体的には、噴射口）は、Ｚ方向でターゲット１２１の大きさ（外周）を超えない位置に設置されることが望ましい。反応性ガス噴射部１０５は、ターゲット１２１の長手方向（Ｙ方向）において、少なくとも両端部と中心部の３カ所に配置するのが好ましい。
【００５４】
更に、本実施形態では、制御装置１３０は、複数の光検出部１１１それぞれに検出された各発光量に応じて各マスフローコントローラ１１０による反応性ガスの流量を制御する。これにより、より効果的に基板１０６の幅方向の膜厚を均一にすることができる。
【００５５】
次に、本実施形態の成膜装置１００を用いて反射防止膜を構成する酸化膜を形成する処理手順について、図５を参照しながら説明する。図５は、本発明の実施形態に係る成膜方法を示すフローチャートである。
【００５６】
まず、図１に示す真空チャンバ１０２を大気解放させた後に、不図示のロードロックチャンバ（ＬＬ室）から基板１０６を搬入口１１４より通過させて、真空チャンバ１０２の内部に搬入する（Ｓ１：基板搬入工程）。
【００５７】
次に、不図示の真空ポンプを用いて真空チャンバ１０２を１×１０−３［Ｐａ］以下程度まで真空引きを行う（Ｓ２：真空工程）。
【００５８】
次に、希ガスのＡｒなどを不活性ガス噴射部１０８から供給し、反応性ガスである酸素（Ｏ２）ガスを同時に反応性ガス噴射部１０５から供給する（Ｓ３：ガス供給工程）。その際、２本１組のカソードユニット１０３，１０３に交流電圧を交流電源１０７より供給し、放電を開始させる。なお、ターゲット１２１の表面に付着した汚染物や酸化物を除去する必要がある場合は、基板１０６を膜が堆積される領域に搬送する前に、プレスパッタを実施する。
【００５９】
真空チャンバ１０２の内部で基板１０６を搬送する（Ｓ４：搬送工程）。この基板１０６の搬送中、制御装置１３０は、光検出部１１１にて検出された発光量のデータを取得する（Ｓ５：取得工程）。
【００６０】
そして、制御装置１３０は、前述したように、発光量が予め設定された目標発光量に近づくように、駆動部１０４の駆動によるターゲット１２１の回転速度を制御する（Ｓ６：速度制御工程）。
【００６１】
更に、制御装置１３０は、前述したように、複数の光検出部１１１それぞれに検出された各発光量に応じて各マスフローコントローラ１１０による反応性ガスの流量を制御する（Ｓ７：流量制御工程）。
【００６２】
制御装置１３０は、基板１０６の成膜が完了したか否かを判断し（Ｓ８：判断工程）、成膜が完了していれば（Ｓ８：Ｙｅｓ）、基板１０６を真空チャンバ１０２から搬出する。成膜中であれば（Ｓ８：Ｎｏ）、ステップＳ４の処理に戻る。
【００６３】
このように、放電されたターゲット１２１の近傍を基板１０６が通過することで、基板１０６の表面に薄膜（例えば光学薄膜）が形成される。
【００６４】
以上、本実施形態によれば、ターゲット１２１の酸素被覆率を制御することによって、基板１０６においてターゲット１２１の回転軸と平行なＹ方向の膜厚分布の均一化が図れる。
【００６５】
［実施例］
（実施例１）
次に、上記の実施形態係る成膜装置１００にて、下記の条件にてガラスの基板１０６に反射防止膜を形成した。
【００６６】
基板サイズ：幅１，８５０［ｍｍ］×長さ１，２５０［ｍｍ］×厚さ２．０［ｍｍ］ 
基板ホルダ：幅１，９００［ｍｍ］×長さ１，４００［ｍｍ］
基板搬送：１，４５０［ｍｍ／分］
排気機構：ターボ分子ポンプ、ドライポンプ
電源：交流方式（４０［ｋＨｚ］）
ターゲットの形状：直径φ１９０［ｍｍ］×厚さ２，２００［ｍｍ］
ターゲット間の距離：９０［ｍｍ］（ターゲット中心間の距離は、２５０［ｍｍ］）
ターゲットの材料：Ｓｉ  不活性ガス：Ａｒ
反応性ガス：Ｏ２
反応性ガス噴射部：３分割（両端４９０［ｍｍ］、中央１，１３０［ｍｍ］）
到達圧力：１×１０−４［Ｐａ］
【００６７】
真空チャンバ１０２に不活性ガスであるＡｒを不活性ガス噴射部１０８から、反応性ガスＯ２を反応性ガス噴射部１０５から導入するようにした。
【００６８】
Ａｒガスの流量調整は、マスフローコントローラ１０９を用いて流量を３００［ｓｃｃｍ］一定とした。Ｏ２ガスは、反応性ガス噴射部１０５を図１に示すように３カ所からそれぞれのマスフローコントローラ１１０を用いて供給した。
【００６９】
実施例１の３つの反応性ガス噴射部１０５のうち、中心部に配置した反応性ガス噴射部１０５は１１３０［ｍｍ］の長さとし、両端部に配置した反応性ガス噴射部１０５は４９０［ｍｍ］の長さとした。Ｏ２ガスの供給量は、中心部に配置した反応性ガス噴射部１０５からは３２．５［ｓｃｃｍ］、両端部に配置した反応性ガス噴射部１０５からは６．５［ｓｃｃｍ］とした。
【００７０】
真空チャンバ１０２の混合ガスの全圧力は、ターボ分子ポンプと真空チャンバ１０２の接続部に設置された圧力調整用のバルブ開閉量を制御することによって、全圧力を１．０［Ｐａ］で一定になるようにした。
【００７１】
カソードユニット１０３を２本１組とし、一対のターゲット１２１に交流電圧を交流電源１０７にて印加し、一対のターゲット１２１に６，０００［Ｗ］の電力を交互に印加してスパッタリングを行った。
【００７２】
一対のターゲット１２１は、放電前に駆動部１０４により２０［ｒｐｍ］で回転させた。一対のターゲット１２１のうち、一方のターゲット１２１の回転方向ＲＡは、図４に示すように、基板１０６の搬送方向に対して同方向（正方向）とし、他方のターゲット１２１の回転方向ＲＢは、基板１０６の搬送方向に対して逆方向とした。
【００７３】
次に、幅１，９００［ｍｍ］の搬送トレイに基板１０６を設置し、１４５０［ｍｍ／分］の速度で搬送した。基板１０６とターゲット１２１との最近接距離は８０［ｍｍ］とした。放電された状態で基板１０６を１９回通過させた後、真空チャンバ１０２を大気開放した。
【００７４】
基板１０６に形成された光学薄膜の膜厚を、光学式膜厚計を用いて、搬送方向に対して基板１０６の中心位置の幅方向を中心から、両端に向けて約１３０［ｍｍ］間隔で８点、幅方向の合計で１６点計測した。図６は、実施例１における基板１０６の中心位置からの幅方向の距離に対する膜厚の相対値の測定結果を示すグラフである。図６には、測定した膜厚の最大値を基準にした場合の各測定箇所の相対値を示す。
【００７５】
実施例１において、２つのターゲット１２１を正逆方向に回転させた際の膜厚の最大値は１０３［ｎｍ］であった。この結果より、基板１０６の幅方向で、片側９１６［ｍｍ］の範囲にて膜厚分布が±４［％］以下であることが示された。
【００７６】
回転方向について、２つのターゲット１２１の回転方向のみを正逆変更した条件でも、先述の結果と同じ傾向であることを確認した。
【００７７】
（実施例２）
実施例２として、一対のターゲット１２１の回転方向を、両方とも基板１０６の搬送方向と同じ方向とした場合、および両方とも逆方向とした場合について反射防止膜を形成した。図７は、実施例２における基板１０６の中心位置からの幅方向の距離に対する膜厚の相対値の測定結果を示すグラフである。
【００７８】
図７に示す通り、基板１０６の幅方向の膜厚分布は、ターゲット１２１の回転方向によらず±８［％］程度となっている。このことから、先述した実施例１は、実施例２よりも膜厚分布を改善できる効果があることがわかる。即ち、一対のターゲット１２１の回転方向については、基板１０６の搬送方向に対して、同じ向きと逆向き、又は逆向きと同じ向きの組み合わせの方が、両方とも同じ向き、又は両方とも逆向きの組み合わせよりも良いことを示す。
【００７９】
（実施例３）
成膜速度を均一にする際に、プラズマ発光を用いる場合について示す。放電中にコリメータレンズを有する光検出部１１１を用いてプラズマ中の発光を集光し、光ファイバを経由して分光器１１２を通して発光スペクトルを取得した。分光器１１２は波長範囲２００〜１１００［ｎｍ］、波長分解能１．４［ｎｍ］のものを用いた。放電中は、発光スペクトルから金属材料Ｓｉに関係する波長（２８８［ｎｍ］）の発光強度を取得した。発光強度はカウントで表記され、発光の配置や取得間隔及び積算時間などで値が変わる相対的な指標である。
【００８０】
データ収集は分光器１１２とＵＳＢ接続された制御装置１３０で実行する。ここで、発光強度（発光量）は、成膜速度に依存する量として使用される。
【００８１】
図８は、実施例３において発光スペクトルを取得する光検出部の設置箇所を示す説明図である。図８に示すように、ターゲット１２１の中心位置近傍に光検出部１１１Ｂが設置され、ターゲット１２１の端部近傍にそれぞれ光検出部１１１Ａ，１１１Ｃが設置されている。光検出部１１１Ａ，１１１Ｃの設置箇所は、基板１０６に必要な膜厚を形成するターゲット１２１の最端部の近傍に設置することが望ましい。実施例３では、光検出部１１１Ａ，１１１Ｃの設置箇所は、ターゲット１２１の中心より両側に９００［ｍｍ］の箇所とした。３箇所にそれぞれ設置した光検出部１１１Ａ〜１１１Ｃより取得された発光強度を、予め定めた目標強度になるようにターゲット１２１の回転速度（回転方向を含む）は、駆動部１０４を制御すればよい。
【００８２】
表１に、ターゲット１２１の回転方向を基板１０６の搬送に対して、２本とも同方向で回転させた場合と、同方向と逆方向の組み合わせで回転させた場合の、金属材料Ｓｉに関係する波長（２８８［ｎｍ］）の発光強度の比を示す。
【００８３】
【表１】
2016204705.tif 000003
【００８４】
表１の数値は、各光検出部１１１Ａ〜１１１Ｃの発光強度比であり、膜厚分布が±４［％］以下であったときの実施例３の発光スペクトルを基準として実施例２の発光スペクトルを比較した数値である。実験条件は、Ａｒガスの流量を３００［ｓｃｃｍ］とした。また、Ｏ２ガスを噴射する中心部の反応性ガス噴射部１０５は１１３０［ｍｍ］の長さ、両端部の反応性ガス噴射部１０５は４９０［ｍｍ］の長さとした。Ｏ２ガスの供給量を、それぞれ中心部の反応性ガス噴射部１０５が３２．５［ｓｃｃｍ］、両端部の反応性ガス噴射部１０５が６．５［ｓｃｃｍ］とした。
【００８５】
また、真空チャンバ１０２の全圧力を１．０［Ｐａ］で一定にし、ターゲット１２１を２本１組として交流電圧を交流電源１０７にて一対のターゲット１２１に印加し、一対のターゲット１２１に６，０００［Ｗ］の電力を印加した。一対のターゲット１２１の回転速度は、ともに２０［ｒｐｍ］に固定した。
【００８６】
表１より、回転方向が同方向の実施例２の場合は、膜厚の大きさに依存して発光スペクトルの強度比が高くなっており、先述した長尺ターゲット特有のプラズマ密度の偏りにより、成膜速度が高くなっていることを示している。これらの結果より、プラズマ発光を用いて、ターゲット１２１の回転速度を変化させることで、膜厚分布を均一にする効果を確認できた。
【００８７】
図９は、実施例２の成膜条件で、中心部の反応性ガス噴射部１０５より供給するＯ２ガスを増加及び減少させたときの発光強度を光検出部１１１Ａ，１１１Ｂ，１１１Ｃにて計測した結果を示すグラフである。図１０は、実施例３の成膜条件で、中心部の反応性ガス噴射部１０５より供給するＯ２ガスを増加及び減少させたときの発光強度を光検出部１１１Ａ，１１１Ｂ，１１１Ｃにて計測した結果を示すグラフである。なお、中心部の反応性ガス噴射部１０５より供給するＯ２ガスを０〜５６［ｓｃｃｍ］で増加及び減少させた。また、金属材料Ｓｉに関係する波長（２８８［ｎｍ］）の発光強度を光検出部１１１Ａ，１１１Ｂ，１１１Ｃにて計測した。
【００８８】
図９及び図１０中の白抜き丸は、Ｏ２ガスを減少させる方向で変化させたときの発光強度を示す。また、図９及び図１０中の黒塗り丸は、Ｏ２ガスを増加させる方向で変化させたときの発光強度を示す。
【００８９】
一対のターゲット１２１の回転方向を、実施例２のように、正正方向に回転させた場合、Ｏ２ガス流量を減少させる方向（白抜き丸）で３５［ｓｃｃｍ］（ＬＡ）のときに、発光強度が光検出部１１１Ａ〜１１１Ｃによって大きく異なることが示されている。これは、先述したとおり、ターゲット１２１の周辺にて酸素被覆率が異なり、成膜速度が変化していることが観測されている。一方、図１０のように、実施例３では、Ｏ２ガス流量を減少させる方向（白抜き丸）で３５［ｓｃｃｍ］（ＬＢ）のときに、ターゲット１２１の周辺の発光強度が一致しており、回転方向により成膜速度が均一になる効果を証明している。
【００９０】
図１１は、実施例３の成膜条件で、一対のターゲット１２１の回転方向を変化させた場合の、基板１０６の幅方向の膜厚分布の相対値の比較結果を示すグラフである。図１１には、一対のターゲット１２１の回転方向を正正方向に回転させ、回転速度を１０［ｒｐｍ］、２０［ｒｐｍ］、４０［ｒｐｍ］に変化させた場合の、基板１０６の幅方向の膜厚分布の相対値の結果を示す。また、一対のターゲット１２１の回転方向を正逆方向に回転させ、回転速度を２０［ｒｐｍ］とした場合の、基板１０６の幅方向の膜厚分布の相対値の結果を示す。図１１より、ターゲット１２１の回転速度を制御することによって、基板１０６の膜厚分布が変化することを示している。これは、回転速度によっても、ターゲット１２１の表面酸素被覆率を制御できることを示しており、回転速度による、基板１０６の幅方向の膜厚分布の均一化を図ることができることを示している。
【００９１】
以上説明したように、反応性スパッタリングにおけるサイズの大きな基板１０６の幅方向の成膜速度の均一化により、生産性良く高品質の光学膜や絶縁膜の形成が可能となる。
【００９２】
なお、本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で多くの変形が可能である。また、本発明の実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施形態に記載されたものに限定されない。
【符号の説明】
【００９３】
１００…成膜装置、１０２…真空チャンバ、１０４…駆動部、１０５…反応性ガス噴射部、１０６…基板、１１１…光検出部、１２１…ターゲット、１２１ａ…回転軸、１２２…磁界発生器、１３０…制御装置（制御部）
【図１】
2016204705.tif 000004
【図２】
2016204705.tif 000005
【図３】
2016204705.tif 000006
【図４】
2016204705.tif 000007
【図５】
2016204705.tif 000008
【図６】
2016204705.tif 000009
【図７】
2016204705.tif 000010
【図８】
2016204705.tif 000011
【図９】
2016204705.tif 000012
【図１０】
2016204705.tif 000013
【図１１】
2016204705.tif 000014