(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバ内に少なくとも２つのマグネトロンカソードを並べて配置し、基板を前記マグネロンカソードに順次に対向させながら搬送し、搬送中に前記基板にスパッタ成膜を行うスパッタ成膜装置において、
前記マグネトロンカソードの各々は、スパッタ成膜時に前記基板に対向する位置にあるターゲットと、このターゲットの背面で基板搬送方向に揺動し前記ターゲットの表面に揺動磁場を作る磁気回路を備え、
隣接する任意の前記２つのマグネトロンカソードの各々における前記磁気回路の揺動運動の位相関係について、
前記磁気回路の揺動周期をＴＸ、前記２つのマグネトロンカソードのうち、一方の前記磁気回路の揺動周期ＴＸとの位相のずれ時間をｔＸ０とし、見掛け上の時間ｔＸとして、該ずれ時間ｔＸ０と、移動する任意の点が一方の前記マグネトロンカソードの中心から他方の前記マグネトロンカソードの中心まで移動するのに要する時間ｔ１との和で表すとき、
該見掛け上の時間ｔＸは、揺動周期ＴＸの（整数＋０．５）倍である、という位相関係を満たす構成を備えた、
ことを特徴とするスパッタ成膜装置。
【請求項２】
前記２つのマグネトロンカソードの各々における前記磁気回路の揺動運動を、前記見掛け上の時間ｔＸが揺動周期ＴＸの（整数＋０．５）倍であるという位相関係が満たされるように同期させる制御手段を設けたことを特徴とする請求項１記載のスパッタ成膜装置。
【請求項３】
前記マグネトロンカソードの個数がａであるとき、隣接する前記マグネトロンカソードの前記磁気回路の揺動運動の間で３６０度／ａの位相差を持たせたことを特徴とする請求項２記載のスパッタ成膜装置。
【請求項４】
前記２つのマグネトロンカソードの各々の間の位置関係によって位相のずれを設定し、前記２つのマグネトロンカソードの各々における前記磁気回路の揺動運動の位相は同じであることを特徴とする請求項１記載のスパッタ成膜装置。
【請求項５】
真空チャンバ内に少なくとも２つのマグネトロンカソードを並べて配置し、基板を前記マグネロンカソードに順次に対向させながら搬送し、搬送中に前記基板にスパッタ成膜を行うスパッタ成膜方法であって、
前記マグネトロンカソードの各々は、スパッタ成膜時に前記基板に対向する位置にあるターゲットと、このターゲットの背面で基板搬送方向に揺動し前記ターゲットの表面に揺動磁場を作る磁気回路を備え、
隣接する任意の前記２つのマグネトロンカソードの各々における前記磁気回路の揺動運動の位相関係について、
前記磁気回路の揺動周期をＴＸ、前記２つのマグネトロンカソードのうち、一方の前記磁気回路の揺動周期ＴＸとの位相のずれ時間をｔＸ０とし、見掛け上の時間ｔＸとして、該ずれ時間ｔＸ０と、移動する任意の点が一方の前記マグネトロンカソードの中心から他方の前記マグネトロンカソードの中心まで移動するのに要する時間ｔ１との和で表すとき、
該見掛け上の時間ｔＸは、揺動周期ＴＸの（整数＋０．５）倍である、という位相関係を満たす、
ことを特徴とするスパッタ成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はスパッタ成膜装置に関し、特に、真空チャンバ内で一列に並べた複数のマグネトロンカソードに対しターゲットに対向させて基板を搬送し、搬送成膜にて基板表面にスパッタ成膜を行うスパッタ成膜装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、マグネトロンカソードを用いた例えばインライン型スパッタ成膜装置が知られている（例えば特開平７−１８４３５号公報）。このスパッタ成膜装置では、一般的には、真空チャンバ内に複数のマグネトロンカソードを基板搬送方向に一列状に並べ、各マグネトロンカソードのターゲットに対し順次に対向するように基板を搬送してスパッタ成膜を行うように構成される。各マグネトロンカソードでは、図９に示すように、基板に対向できるように正面にターゲット１０１を配置している。ターゲット１０１は、ボンディングプレート１０２によってカソードボディー１０３に固定されている。カソードボディー１０３の裏面には凹所１０４が形成され、この凹所１０４には、磁気回路１０５が、矢印（振幅）１０６に示すごとく基板搬送方向１０７と同じ方向に揺動可能に設けられている。磁気回路１０５は、ターゲット１０１の背面に位置し、ターゲット１０１の表面側に磁力線１０８で示される通りの磁場を作り、プラズマ１０９を発生する領域を形成するためのマグネトロン磁石ユニットである。図９において、磁気回路１０５を揺動させる揺動機構の図示は省略されている。なお磁気回路１０５を揺動させるのは、ターゲット１０１の利用効率を高めるためである。
【０００３】
上記磁力線１０８を形成するため、磁気回路１０５では、図９に示されるように、基板搬送方向にて中央にＮ極が作られ、その両側にＳ極が作られる。磁気回路１０５の構造の代表例を示すと、図１０のようになる。この磁気回路１０５には、上記Ｎ極を有する棒状の中心磁石１１０と、中心磁石１１０の周りを囲むように配置された長方形リング形状の外周磁石１１１が備えられる。かかる中心磁石１１０と外周磁石１１１は図１１に示すようにヨーク板１１２の上に固定され、こうしてマグネトロン磁石ユニットとしての磁気回路１０５が構成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図９〜１０を参照して説明された従来のスパッタ成膜装置では、基板搬送方向と平行な方向に一列に配置された複数のマグネトロンカソードに関し、基板への搬送成膜で、各々のマグネトロンカソードが互いに影響を及ぼし合うことを無視して設計されており、各々のマグネトロンカソードの磁気回路１０５の揺動動作はそれぞれ独立に制御されていた。そのため、図１２に示すように、基板１１４の表面には場所によって膜厚が非常に異なる膜厚分布を持った膜１２３が形成された。
【０００５】
次に図１３〜図１６を参照して、従来のスパッタ成膜装置によれば上記膜厚分布が生じる理由を説明し、問題点を明らかにする。
【０００６】
図１３に示すようにトレイ１１３に装着された例えば２枚の基板１１４が、基板搬送方向１０７と同方向に一列に配置された複数のマグネトロンカソードに対し、そのターゲットに順次に対向して移動しながらスパッタ成膜されるとする。このとき、基板の移動速度は一定速度ＶS とし、さらに各マグネトロンカソードにおける磁気回路１０５の平均揺動速度の大きさＶM は基板搬送速度ＶS に等しいものとし、同方向をプラス、逆方向をマイナスで表すものとする。図１４は、１つのマグネトロンカソード１１５において、搬送中の基板１１４が成膜される様子を示している。マグネトロンカソード１１５の構成は、図９を参照して説明した構成と同じである。磁気回路１０５は図９に示すように距離ＬX の振幅１０６で揺動運動している。磁気回路１０５の揺動運動に同期して磁力線１０８がターゲット１０１上を揺動運動し、プラズマ１０９が距離ＬX の振幅１１８で揺動運動をすることになる。
【０００７】
図１５を参照して時間経過（時刻１〜３）に伴う基板１１４での成膜状態の変化を説明する。時刻１は、基板１１４とマグネトロンカソード１１５の位置関係において、一定の基板搬送速度ＶS で移動する基板１１４に対して同方向１２４にＶM なる平均速度でプラズマ１０９が移動することによって、基板上に厚く堆積した膜１１９の形成が終わった瞬間である。時刻２は、上記基板搬送速度と逆方向１２５の−ＶM なる平均速度でプラズマ１０９が移動することによって、基板上に薄く堆積した膜１２０の形成が終わった瞬間である。さらに時刻３は、上記基板搬送速度と同方向１２４のＶM なる平均速度でプラズマ１０９が移動することによって、基板上に厚く堆積した膜１２１の形成が終わった瞬間である。時刻３の後の時間にも上記の時刻１、時刻２、時刻３と同じ現象が繰り返される。これにより、図１６に模式的に示すような、基板搬送方向に不均一の（凹凸が生じた）膜厚分布をもった膜１２２が形成されることになる。ただし実際には、図１２に示すように基板搬送方向に曲面状凹凸の膜厚分布を持った膜１２３が形成される。以上述べたように、従来のスパッタ成膜装置によれば、基板搬送方向に不均一な膜厚分布が発生するという根本問題が存在した。さらに膜種によっては膜質分布が不良になるという問題も併せて存在していた。
【０００８】
上記問題を解決するための従来手法の例として、前述の特開平７−１８４３５号公報では、放電電力を制御し成膜速度を制御して膜厚分布を改善することが試みられた。しかし、問題解決の手法として理論的に議論することは可能であっても、実用上は有効に問題を解決することはできない。
【０００９】
また他の解決手法としては、基板搬送方向における磁気回路１０５の揺動運動の速度を大きくするということも考えられた。上記従来例では磁気回路の揺動運動については例えば３秒で往復させるようにしていたが、これを例えば２０倍以上の高速にして揺動させるという考えが提案された。しかしながら、磁気回路１０５を構成するマグネトロン磁石ユニットはかなりの重量物（例えば３０Ｋｇ）であるので、実際上高速の揺動運動を行わせることは不可能であり、無理に行っても機械的に破損が生じ、寿命が短くなるという問題が生じた。
【００１０】
本発明の目的は、上記の問題を解決することにあり、複数のマグネトロンカソードを並べて配置した真空チャンバで基板を搬送しながらスパッタ成膜を行うスパッタ成膜装置において、各マグネントロンカソードにおける磁気回路の揺動運動の位相関係等を調整し、基板搬送方向の膜厚分布と膜質分布の均一性と安定性を向上したスパッタ成膜装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段および作用】
本発明に係るスパッタ成膜装置は、上記目的を達成するため、次のように構成される。
第１のスパッタ成膜装置（請求項１に対応）は、真空チャンバ内に少なくとも２つのマグネトロンカソードを並べて配置し、基板をマグネロンカソードに順次に対向させながら搬送し、搬送中に基板にスパッタ成膜を行うように構成され、さらに、マグネトロンカソードの各々は、スパッタ成膜時に基板に対向する位置にあるターゲットと、このターゲットの背面で基板搬送方向に揺動しターゲットの表面に揺動磁場を作る磁気回路を備え、隣接する任意の２つのマグネトロンカソードの各々における磁気回路の揺動運動の位相関係について、磁気回路の揺動周期をＴＸ、２つのマグネトロンカソードのうち、一方の磁気回路の揺動周期ＴＸとの位相のずれ時間をｔＸ０とし、見掛け上の時間ｔＸとして、ずれ時間ｔＸ０と、移動する任意の点が一方のマグネトロンカソードの中心から他方のマグネトロンカソードの中心まで移動するのに要する時間ｔ１との和で表すとき、見掛け上の時間ｔＸは、揺動周期ＴＸの（整数＋０．５）倍である、という位相関係を満たす構成を備えたことを特徴とする。複数のマグネトロンカソードの関係を位相関係という観点から関連づけ、各マグネトロンカソードから搬送中の基板への順次のスパッタ成膜において、互いの影響が相殺条件（各マグネトロンカソードで形成された膜の厚み等の凹凸変動を解消する条件）を満たすようにそれらの位相関係を設定し、基板に堆積される膜の膜厚分布等を均一性および安定性の点で良好なものとする。
第２のスパッタ成膜装置（請求項２に対応）は、上記第１の構成において、２つのマグネトロンカソードの各々における磁気回路の揺動運動を、見掛け上の時間ｔＸが揺動周期ＴＸの（整数＋０．５）倍であるという位相関係が満たされるように同期させる制御手段を設けたことを特徴とする。相殺条件は、揺動する磁気回路の位相関係に基づいて実現することができる。
第３のスパッタ成膜装置（請求項３に対応）は、上記第２の構成において、マグネトロンカソードの個数がａであるとき、隣接するマグネトロンカソードの磁気回路の揺動運動の間で３６０度／ａの位相差を持たせるように構成される。
第４のスパッタ成膜装置（請求項４に対応）は、上記第１の構成において、上記２つのマグネトロンカソードの各々の間の位置関係によって上記位相のずれを設定し、マグネトロンカソードの各々における磁気回路の揺動運動の位相は同じであるように構成される。磁気回路の揺動運動は各カソードで同じのままで、カソード間の位置関係を調整することで上記相殺条件を達成することもできる。
本発明に係るスパッタ成膜方法（請求項５に対応）は、真空チャンバ内に少なくとも２つのマグネトロンカソードを並べて配置し、基板をマグネロンカソードに順次に対向させながら搬送し、搬送中に基板にスパッタ成膜を行うスパッタ成膜方法であって、マグネトロンカソードの各々は、スパッタ成膜時に基板に対向する位置にあるターゲットと、このターゲットの背面で基板搬送方向に揺動しターゲットの表面に揺動磁場を作る磁気回路を備え、隣接する任意の２つのマグネトロンカソードの各々における磁気回路の揺動運動の位相関係について、磁気回路の揺動周期をＴＸ、２つのマグネトロンカソードのうち、一方の磁気回路の揺動周期ＴＸとの位相のずれ時間をｔＸ０とし、見掛け上の時間ｔＸとして、ずれ時間ｔＸ０と、移動する任意の点が一方のマグネトロンカソードの中心から他方のマグネトロンカソードの中心まで移動するのに要する時間ｔ１との和で表すとき、見掛け上の時間ｔＸは、揺動周期ＴＸの（整数＋０．５）倍である、という位相関係を満たす、ことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１３】
図１は本発明に係るスパッタ成膜装置の代表的な実施形態を示し、本装置はインライン型スパッタ成膜装置である。図１は装置を上から見てその内部構成を示している。
【００１４】
まずスパッタ成膜装置の基本的な構成を説明する。図１で、スパッタ成膜装置を構成するロードロックチャンバ１００とスパッタ成膜チャンバ２００とアンロードロックチャンバ３００は、各々ゲートバルブ４０２，４０３で区切られて直列に配置されている。スパッタ成膜チャンバ２００の両側側壁の内面には、本発明の特徴であるマグネトロンカソード（以下カソードと呼ぶ）１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８が基板搬送方向と同一方向（平行な方向）に一列状に並べて設けられている。一列に並べられたカソードの個数は、少なくとも２基あればよい。本実施形態では好ましい例としてそれぞれ４基のカソード１１〜１４，１５〜１８を並べた構成を示している。ロードロックチャンバ１００とアンロードロックチャンバ３００はドライポンプ（図示せず）で排気され、スパッタ成膜チャンバ２００はクライオポンプ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄで排気されている。かかるスパッタ成膜チャンバ２００で、２組のトレイ２に装着された計４枚の基板３が、図１中左側から右側に向かってトレイ搬送機構（図示せず）によって搬送される。基板３は、搬送中に、カソード１１〜１４および１５〜１８によってスパッタ成膜される。なお４０１は基板を搬入する入口バルブ、４０４は基板を搬出する出口バルブである。矢印４は基板の搬送方向を示している。
【００１５】
次に本実施形態の特徴的な構成を説明する。ここでは説明を簡単にするため、図１の下側片面に設けられたカソード１１〜１４に関して説明する。図２は、図１においてＡ方向から見たカソード１１〜１４の配列状態を示している。カソード１２〜１４は、カソード１１との間隔（各々の中心線の間の距離として定義される）が各々Ｓ1 ，Ｓ2 ，Ｓ3 となるように位置関係が保持されている。これらの間隔Ｓ1 ，Ｓ2 ，Ｓ3 は任意に設定できる。例えばＳ2 がＳ1 の２倍、Ｓ3 がＳ1 の３倍になっている必要は必ずしもない。各カソードの構成は、前述の図９等を参照して説明した構成と同じである。各カソードでは基板３に対向する側にターゲットが配置される。以下の説明では、カソードや揺動する磁気回路の構成に関しては図９に示した符号を用いて説明する。
【００１６】
上記のように配列された４つのカソード１１〜１４に対して、基板３を各カソードのターゲット１０１に対向させながら順次に搬送し、基板表面にスパッタ成膜を行う。このとき、従来通りの構成によれば、カソード１１〜１４の各々の磁気回路１０５の揺動運動の間で位相関係に関して前述の通り何も考慮されていないため、膜の厚みについて大きな変動が生じた。膜厚分布の不均一性が増長されるので、以下これを「増長条件」と呼ぶ。これに対して、本実施形態の構成では以下に説明するようにカソード１１〜１４の各々の磁気回路１０５の揺動運動の間で位相関係に関して所定の同期関係が生じるように設定される。そのため、基板３に堆積する膜の厚みの変動（凹凸）が相殺され、膜厚分布の均一性が向上する。以下、膜厚分布を良好にする条件を「相殺条件」と呼ぶことにする。
【００１７】
図３を参照して、上記の増長条件と相殺条件の観点で比較しながら、本実施形態のカソード１１〜１４で設定された磁気回路の揺動に関しての同期関係を説明する。図３では、説明の簡略化のため、２基のカソード１１，１２による基板成膜に限定して説明する。カソード１１，１２を基板搬送方向と同方向に並べて設置し、基板の搬送成膜を行うと、カソード１１による成膜とカソード１２による成膜の関係について、基板における膜厚分布が増長する条件と、相殺する条件が存在する。
【００１８】
増長条件とは、図３の（Ａ）増長条件で示すようにカソード１１で基板３上に厚く堆積した膜部分６と同じ位置に、カソード１２でも同様に厚く堆積した膜部分６ａが形成され、カソード１１で基板３上に薄く堆積した膜部分７と同じ位置に、カソード１２でも同様に薄く堆積した膜部分７ａが形成されるという条件である。このときの装置構成上の条件は、基板搬送速度ＶS 、平均揺動速度の大きさ｜ＶM ｜、任意の点がカソード１１の中心からカソード１２の中心まで移動するのに要する時間ｔ1 、基板搬送方向の揺動周期ＴX 、カソード１１の中心からカソード１２の中心までの距離Ｓ1 、磁気回路１０５の基板搬送方向の揺動振幅ＬX とすると、ＴX ＝２ＬX ／｜ＶM ｜，ｔX ＝ｔX0＋ｔ1 ，ｔ1 ＝Ｓ1 ／ＶS の関係から、下記の（１）式が導かれる。
【００１９】
【数１】
ｔX ＝ｔX0＋｛Ｓ1 ｜ＶM ｜／（２ＬX ＶS ）｝・ＴX     …（１）
【００２０】
上記のｔX0はカソード１１の磁気回路１０５の揺動周期ＴX とカソード１２の磁気回路１０５の揺動周期ＴX との位相のずれ時間を意味し、０≦ｔX0＜ＴX で規定される。またｔX はこのずれ時間ｔX0を加味したときの見掛上の時間を意味する。なおｔX0は揺動周期ＴX に関する位相のずれ時間であるので、ｔX0＝ｎX1ＴX （０≦ｎX1＜１）と定義できる。よって上記（１）式は下記の（２）式のように書き換えることができる。
【００２１】
【数２】
ｔX ＝｛ｎX1＋Ｓ1 ｜ＶM ｜／（２ＬX ＶS ）｝・ＴX     …（２）
【００２２】
今、図３の（Ａ）増長条件ではカソード１１とカソード１２の揺動周期が同期しているので、ｎX1＝０となり、｜ＶM ｜＝ＶS で考えているので、上記（２）式は下記の（３）式のように簡略化される。
【００２３】
【数３】
ｔX ＝｛Ｓ1 ／（２ＬX ）｝・ＴX                       …（３）
【００２４】
図３では、Ｓ1 ＝４ＬX として設定しているので、（３）式は次の（４）式となる。
【００２５】
【数４】
ｔX ＝２ＴX             …（４）
【００２６】
一方、上記相殺条件とは、図３の（Ｂ）相殺条件で示すように、カソード１１で基板３上に厚く堆積した膜部分６と同じ位置にカソード１２で薄く堆積した膜部分７ａが形成され、反対にカソード１１で基板３上に薄く堆積した膜部分７と同じ位置にカソード１２で厚く堆積した膜部分６ａが形成されるという条件である。図３の（Ｂ）相殺条件の場合は、カソード１１とカソード１２の磁気回路１０５の揺動周期が１／２周期ずれているので、（２）式においてｎX1＝０．５となる。また｜ＶM ｜＝ＶS とＳ1 ＝４ＬX は増長条件と同じなので、上記（２）式は下記の（５）式となる。
【００２７】
【数５】
ｔX ＝２．５ＴX         …（５）
【００２８】
上記において、（４）式と（５）式を比較すると、ｔX がＴX の整数倍のときは膜厚分布が増長され、（整数＋０．５）倍のときは膜厚分布が相殺されることが解る。そこで（２）式においてｎX1＋Ｓ1 ｜ＶM ｜／（２ＬX ＶS ）＝ｋX1と定義すると、ｋX1が整数倍のとき膜厚分布が増長され、（整数＋０．５）倍のとき膜厚分布が相殺されることになる。ここで「ｋX1」は見掛上の位相差（基板の搬送による影響を加味）を意味する。この定義からｎX1（一般的にｎXi：ｉ＝１，２，３）を求めると、下記の式のようになる。ただし第２式にはＴX ＝２ＬX ／｜ＶM ｜を代入した。
【００２９】
【数６】
ｎXi＝ｋXi−Ｓi ｜ＶM ｜／（２ＬX ＶS ）
＝ｋXi−Ｓi ／（ＶS ＴX ）                  …（６）
【００３０】
以上に述べた相殺条件を用いて改善した膜厚分布を模式的に表すと、図４のようになる。すなわち、カソード１１によって薄く堆積された膜部分７の上にはカソード１２によって厚く堆積された膜部分６ａが堆積し、カソード１１によって厚く堆積された膜部分６の上にはカソード１２によって薄く堆積された膜７ａが堆積し、結果として、各カソードによる成膜での膜厚分布の凹凸が相殺され、膜厚分布の良好な膜２０が形成される。実際の成膜においても、図５（Ａ）に示すように、カソード１１により成膜される膜１４１とカソード１２により成膜される膜１４２が膜厚分布を相殺する形で重なり合い、結果として、図５（Ｂ）に示す膜１４３のように膜厚分布が改善される。なお以降では、カソード１１に対する各カソードの揺動周期のずれ、すなわちｎX1，ｎX2，ｎX3，…を実際の位相差と呼ぶ。カソードの個数を３基、４基と増設していくと、ｎX2，ｎX3，…を考える必要性が生じる。
【００３１】
本実施形態では、上記理論を応用して、スパッタ成膜チャンバ２００の片面に４基のカソード１１〜１４を配置し、基板搬送速度等の揺動位相パラメータの値を適宜に設定して成膜を行った結果、図５（Ｂ）に示すように膜厚分布が実際に改善された。また膜種によっては膜質変化も低減することができた。
【００３２】
次に、図３（Ｂ）を参照して説明した相殺条件に基づくスパッタ成膜を、他の発明把握の観点に基づいて説明する。この説明では、一例として、基板３を搬送させながら４基のカソード１１〜１４によるスパッタ成膜を完了したとき、カソード１１に対するカソード１２〜１４の各々に設けた磁気回路１０５の見掛上の揺動位相差ｋを０．２５とした場合、すなわち各々の磁気回路１０５の揺動で９０度ずつ位相差を設定した場合における膜形成の状態の変化を明らかにする。図６は、カソード１１〜１４による成膜の経過を、カソード１１による１層目からカソード１４による４層目までの成膜状態を示している。カソード１１〜１４の各々によって膜２１〜２４が形成されると、膜２１〜２４の各々は凹凸を有しているが、各膜の成膜では上記のように磁気回路１０５の揺動運動に位相差が設定されているので、カソード１１〜１４による成膜が完了したとき、当該位相差に基づいて最終的な膜の表面では凹凸が相殺される。こうして膜厚分布が良好な膜をスパッタ成膜を行うことができる。
【００３３】
前述の例では４基のカソードが設けられたが、一般的にカソードの個数がａ基の場合（ａは２以上の整数）にも、その位相差を３６０度／ａとすることにより、同様に膜厚分布の良好なスパッタ成膜を行うことができる。
【００３４】
次に、図７を参照して他の相殺条件を説明する。前述の実施形態では、カソード１１〜１４の各々における磁気回路１０５の揺動運動に所定の位相差を設定することにより、磁気回路の揺動運動を所定位相関係を満たすように同期させたものであるのに対して、本実施形態では磁気回路の揺動運動の位相は各カソードで同じとし、代わりにカソードの間の距離を所定関係に設定し位相のずれを設定する。
【００３５】
この相殺条件の場合には、カソード１１と１２の揺動周期のずれはないので、上記（２）式においてｎX1＝０となる。また｜ＶM ｜＝ＶS は増長条件と同じだが、Ｓ1 ＝３ＬX となっているので、（２）式は下記の（７）式となる。
【００３６】
【数７】
ｔX ＝１．５ＴX               …（７）
【００３７】
（７）式においても、ｔX がＴX の（整数＋０．５）倍となり、各カソードによる膜厚分布が相殺されることが解る。本実施形態のよる相殺条件の場合には位相制御系が不要となるという利点を有し、搬送速度に変更がない場合に都合がよい。
【００３８】
図８は、本実施形態において各カソードにおける磁気回路の揺動の位相制御を行う制御系の構成を示し、位相差を順次に生成する制御の流れを示している。
【００３９】
図８において、サーボモータ３１はカソード１１の磁気回路１０５の揺動機構（図示せず）を動作させる駆動装置であり、サーボモータ３２はカソード１２の磁気回路の揺動機構を動作させる駆動装置であり、サーボモータ３３はカソード１３の磁気回路の揺動機構を動作させる駆動装置であり、サーボモータ３４はカソード１１の磁気回路の揺動機構を動作させる駆動装置である。サーボモータ３１〜３４の各々はエンコーダ４１〜４４を備えている。
【００４０】
サーボモータ３１の動作はエンコーダ４１を介してサーボコントローラ４６へフィードバック５３で戻され、サーボコントローラ４６で即座に補正を加えられた制御データがサーボドライバ４５に送られ、そこから補正出力５２がサーボモータ３１へ送られる。これによりサーボモータ３１の制御ループが作られ、サーボモータ３１を安定して回転させる。上記フィードバック５３のデータは同時に位相コンパレータ４８にも送られ、別のサーボコントローラ４９で補正を加え、他のサーボモータ３２〜３４を駆動するためのサーボドライバスレーブ４７ａ，４７ｂ，４７ｃに送られる。各々のサーボドライバスレーブ４７ａ，４７ｂ，４７ｃからの出力５２ａ，５２ｂ，５２ｃはそれぞれサーボモータ３２，３３，３４を駆動させる。
【００４１】
上記サーボモータ３２〜３４の各々と連動したエンコーダ４２〜４４からはフィードバック５３ａ，５３ｂ，５３ｃが位相コンパレータ４８に送られる。位相コンパレータ４８は、モータ位相設定器５１で各モータ位相設定値に基づき指定された位相差を位相設定器５０を介して受け取り、即座にサーボコントローラ４９に補正値を送ることで制御ループが作られ、サーボモータ３２〜３４は指定された前述の位相差を保ちつつ、安定した回転運動を行う。
【００４２】
以上の制御系により、各カソード１１〜１４の磁気回路１０５の揺動運動に関し前述の所定位相差を持った安定した揺動運動を実現できる。その結果、高いターゲット利用効率を維持しつつ、揺動周期（往復に要する時間）を長くしてもスパッタ成膜された基板上の薄膜の膜厚分布と膜質分布を良好なものに改善できるため、揺動機構の寿命を大幅に延ばすことが実現できた。
【００４３】
上記の実施形態ではカソード１１〜１４について説明したが、カソード１５〜１８の動作についても同様に制御されまたは同様な構成を有する。
【００４４】
本実施形態では、基板搬送方向の揺動運動に関して単振動の揺動運動を応用したが、これは必ずしも単振動に限ることなく、等速度運動のような他の運動であっても一向に差し支えない。また本発明に係るスパッタ成膜装置は、インライン型には限定されず、バッチ型あるいは枚葉型のものであってもかまわない。さらに本実施形態では、スパッタ成膜チャンバに平行に配列された２組のトレイ２を導入した両面成膜形式のスパッタ成膜装置を示しているが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００４５】
【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、複数のマグネトロンカソードを一列に並べて設置してなり、各カソードのターゲット背面に配置される磁気回路を基板搬送方向に対して平行な方向に揺動するスパッタ成膜装置において、各磁気回路の揺動運動を所定の位相関係を満足するように同期させ、各カソードごとに制御できるように構成したため、カソードの持つ利点である高いターゲット利用効率を維持しつつ、揺動周期を長くしても、基板上にスパッタ成膜された薄膜の膜厚分布と膜質分布の特性を向上することができる。さらに揺動機構の寿命を大幅に延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるスパッタ成膜装置の実施形態を示す構成図である。
【図２】カソードの配列状態を示す図である。
【図３】基板の搬送成膜における増長条件と相殺条件を比較説明する図である。
【図４】成膜状態を説明する断面図である。
【図５】堆積した膜が相殺された状態を示す図である。
【図６】他の観点から成膜過程を説明する経過図である。
【図７】他の相殺条件を説明する縦断面図である。
【図８】各磁気回路の揺動運動に所定の位相関係を与える制御系の構成図である。
【図９】従来におけるマグネトロンカソードの構造を示す縦断面図である。
【図１０】磁気回路の平面図である。
【図１１】図１０におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図１２】従来のマグネトロンカソードによる実際の成膜状態を示す図である。
【図１３】トレイに装備された基板の一例を示す正面図である。
【図１４】基板がマグネトロンカソードからスパッタ成膜を受ける状態を示す図である。
【図１５】従来のマグネトロンカソードによる成膜の状態変化を示す経過図である。
【図１６】従来のマグネトロンカソードで堆積された膜の状態を示す図である。
【符号の説明】
２                    トレイ
３                    基板
４                    基板搬送方向
１１〜１８            マグネトロンカソード
１０１                ターゲット
１０３                カソードボディ
１０５                磁気回路
２００                スパッタ成膜チャンバ
【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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