(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
成膜チャンバ内に少なくとも２つのマグネトロンスパッタ機構を並べて配置し、前記マグネトロンスパッタ機構は基板搬送方向に往復運動を行うマグネットを備え、基板を前記少なくとも２つのマグネトロンスパッタ機構の各々に順次に対向させながら前記基板搬送方向に搬送し、この基板搬送中に前記基板に対して前記少なくとも２つのマグネトロンスパッタ機構の各々によって対向時に順次にスパッタ成膜が行われるスパッタ成膜方法において、
前記マグネトロンスパッタ機構の前記マグネットの往復運動で、前記少なくとも２つのマグネトロンスパッタ機構の間で前記マグネットの往復運動の位相をずらし、かつ順方向の移動速度と逆方向の移動速度を異ならせたことを特徴とするスパッタ成膜方法。
【請求項２】
前記マグネトロンスパッタ機構の個数が２つであるとき、前記２つのマグネトロンスパッタ機構の間で前記マグネットの往復運動の位相を、前記基板上での成膜で１８０°の位相ずれが生じるように調整し、前記２つのマグネトロンスパッタ機構の各々による基板への成膜で、前記基板搬送方向の膜厚分布で厚い領域の長さと薄い領域の長さが等しくなるように、前記マグネットの前記順方向の移動速度と前記逆方向の移動速度を調整することを特徴とする請求項１記載のスパッタ成膜方法。
【請求項３】
前記基板の搬送速度をＶｔ、前記マグネットの１回の往復時間をＴ、前記基板搬送方向のマグネット移動幅を２Ｌとするとき、前記順方向の移動速度ＶｆはＶｆ＝１／（Ｔ／（４Ｌ）＋１／Ｖｔ）で与えられ、前記逆方向の移動速度ＶｒはＶｒ＝１／（Ｔ／（４Ｌ）−１／Ｖｔ）で与えられることを特徴とする請求項２記載のスパッタ成膜方法。
【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方法に関し、特に、少なくとも２つのマグネトロンスパッタ機構を含む基板搬送式連続スパッタ成膜装置で実施され、各マグネトロンスパッタ機構でマグネットを往復運動で移動させながらスパッタリング作用で基板に順次に成膜を行うスパッタ成膜方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複数のマグネトロンスパッタ機構を並べて配置して成る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。連続スパッタ成膜装置では、各マグネトロンスパッタ機構（マグネトロンカソード）のマグネット（磁気回路）は独立して往復運動による移動を行うように構成されている。従来のマグネットの基板搬送方向の往復運動での移動速度は一般的に基板搬送速度に対して十分に大きな速度となるように設定されており、そのため、各マグネトロンスパッタ機構で成膜が行われた基板上の基板搬送方向における膜厚分布は十分に均一であった。
【０００３】
他方、近年では、マグネットを往復移動させる移動機構の機械的耐久性、およびＩＴＯターゲットを使用する場合のターゲット表面に発生するノジュールの低減の観点から、マグネットの移動速度を従来の移動速度に比較して遅くする必要性が生じている。基板搬送方向におけるマグネットの移動速度と基板の搬送速度とが同じ程度になると、基板上の膜厚の基板搬送方向における分布状態の均一性は著しく悪くなる。基板搬送方向における膜厚分布の均一性が悪くなる理由は、次の通りである。
【０００４】
スパッタリング作用は、主にターゲット裏面側に配置されたマグネットの作る強い磁場に基づいて、ターゲット表面上におけるマグネット近傍領域で生じる。従ってマグネットが移動すると、スパッタ源（実質的にターゲット表面のマグネット近傍領域の部分）が移動したのと同じ現象が生じることになる。スパッタ源からのスパッタ粒子の発生が時間に依存せず一定に保持されるのであれば、基板の上に堆積する膜の厚みは、スパッタ源すなわちマグネットと、基板との相対的速度の関係に基づいて決められる。この場合の関係に関して、膜厚は、マグネットと基板の相対的速度に反比例するという関係が保持される。
【０００５】
上記の関係についてさらに詳述する。一例として、基板搬送方向にマグネットが移動速度Ｖｍで等速往復運動を行い、かつマグネットの移動速度Ｖｍが基板搬送速度Ｖｔの１／２とする。従ってＶｍ＝Ｖｔ／２である。基板搬送方向と同じ方向（以下「順方向」という）の基板に対するマグネットの相対速度Ｖ１は、Ｖ１＝Ｖｔ−Ｖｍ＝Ｖｔ／２の式で求められる。また基板搬送方向と逆方向の基板に対するマグネットの相対速度Ｖ２は、Ｖ２＝Ｖｔ＋Ｖｍ＝３Ｖｔ／２の式で求められる。以上において、マグネットの移動方向によって基板に対する相対速度Ｖ１とＶ２は３倍違うため、基板上での膜の厚みもおよそ３倍の差が生じることになる。この結果、基板上には膜厚の厚い部分と薄い部分が交互に生じ、基板搬送方向における膜厚均一性が悪くなる。
【０００６】
上記のごとく複数のマグネトロンスパッタ機構を備えた基板搬送式連続スパッタ装置において基板搬送方向のマグネットの往復運動による移動速度と基板搬送速度がほぼ等しくなったときの膜厚の不均一性の問題を解決するため、従来では、特開平７−１８４３５号公報に開示される「マグネトロンスパッタ方法及び装置」や特開平１１−２４６９６９号公報（特願平１０−６６１７８号）に記載される「スパッタ成膜装置」がある。特開平７−１８４３５号公報に開示される技術では、マグネットの移動において往復の移動方向に応じてターゲットに供給される電力量を変化させて不均一性を改善している。特開平１１−２４６９６９号公報に開示する技術では、複数のマグネトロンスパッタ機構（マグネトロンカソード）の各々のマグネット（磁気回路）の往復移動に単振動を利用し、その往復移動における位相を調整し、各マグネトロンスパッタ機構で成膜される不均一な膜を、位置をずらせて重ね合わせることにより均一化している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前述の特開平７−１８４３５号公報に開示される技術によれば、ターゲットに供給される電力量が変化することによって膜の質が変化する場合には適用することができないという問題を有する。さらに前述の特開平１１−２４６９６９号公報に開示される技術によれば、複数のマグネトロンスパッタ機構の各々のマグネットの往復移動に単振動を利用しかつマグネットの移動の位相を調整しても、十分な膜厚均一性を達成できない場合も生じるという不具合がある。
【０００８】
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スパッタ機構を備えた基板搬送式連続スパッタ成膜装置において基板搬送方向のマグネットの往復運動における移動速度を遅くし、例えば基板搬送速度とほぼ等しくして基板にスパッタ成膜を行うとき、膜質を変化させることなく膜厚の均一性を向上できるスパッタ成膜方法を提供することにある。
【０００９】
【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方法は、上記の目的を達成するために、次のように構成される。
【００１０】
第１のスパッタ成膜方法（請求項１に対応）は、成膜チャンバ内に少なくとも２つのマグネトロンスパッタ機構を並べて配置し、マグネトロンスパッタ機構は基板搬送方向に往復運動を行うマグネットを備え、基板を少なくとも２つのマグネトロンスパッタ機構の各々に順次に対向させながら基板搬送方向に搬送し、この基板搬送中に基板に対して少なくとも２つのマグネトロンスパッタ機構の各々によって対向時に順次にスパッタ成膜が行われる方法であり、さらに、少なくとも２つのマグネトロンスパッタ機構の間でマグネットの往復運動の位相をずらし、かつマグネトロンスパッタ機構のマグネットの往復運動において順方向の移動速度と逆方向の移動速度を異ならせるようにしている。
【００１１】
第２のスパッタ成膜方法（請求項２に対応）は、上記の方法において、好ましくは、マグネトロンスパッタ機構の個数が２つである場合において、２つのマグネトロンスパッタ機構の間でマグネットの往復運動の位相を、基板における各々による成膜で１８０°の位相ずれが生じるように調整し、かつ２つのマグネトロンスパッタ機構の各々による基板への成膜で、基板搬送方向の膜厚分布で厚い領域の長さと薄い領域の長さが等しくなるように、マグネットの順方向の移動速度と逆方向の移動速度を調整するようにする方法である。
【００１２】
第３のスパッタ成膜方法（請求項３に対応）は、上記の方法において、好ましくは、基板の搬送速度をＶｔ、マグネットの１回の往復時間をＴ、基板搬送方向のマグネット移動幅を２Ｌとするとき、順方向の移動速度ＶｆはＶｆ＝１／（Ｔ／（４Ｌ）＋１／Ｖｔ）で与えられ、逆方向の移動速度ＶｒはＶｒ＝１／（Ｔ／（４Ｌ）−１／Ｖｔ）で与えられることを特徴とする。
【００１３】
本発明に係るスパッタ成膜方法では、基板搬送方向に並べて配置された少なくとも２つのマグネトロンスパッタ機構を用いて基板に順次にスパッタ成膜を行う方法において、マグネトロンスパッタ機構でのマグネットの往復運動の位相を望ましいようにずらし、さらに各マグネトロンスパッタ機構にて基板搬送方向に往復運動を行うように設けられたマグネットの順方向の等速移動速度と逆方向の等速移動速度を、基板上の基板搬送方向における厚い領域の長さと薄い領域の長さが等しくなるように異ならせるようにした。この方法によって、各マグネトロンスパッタ機構によって基板に順次にスパッタ成膜を行うと、膜の厚い領域と薄い領域とが相互に重なり、補い合って膜厚の均一性が良好な膜を形成することが可能となる。特にマグネットの往復運動の速度を遅くし、例えばマグネットの往復運動における移動速度と基板搬送速度を実質的に等しくしてスパッタ成膜を行っても、良好な均一性を有した膜厚分布を実現することができる。
【００１４】
【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。
【００１５】
図１に本発明に係るスパッタ成膜方法が実施される装置の代表的な実施形態を示す。この装置は、複数（例えば８基）のマグネトロンスパッタ機構１１〜１８が備えられた基板搬送式のスパッタ成膜装置である。このスパッタ成膜装置は、ロードロックチャンバ２１と成膜チャンバ２２とアンロードロックチャンバ２３が直列的に接続されて形成されている。ロードロックチャンバ２１の外側端部、ロードロックチャンバ２１と成膜チャンバ２２の間、成膜チャンバ２２とアンロードロックチャンバ２３の間、アンロードロックチャンバ２３の外側端部にゲートバルブ３１，３２，３３，３４が設けられている。これらのゲートバルブはチャンバと外部、およびチャンバ間を気密に区画する。成膜対象である基板４１はトレイ４２に搭載された状態で、ゲートバルブ３１から搬入され、矢印４３のごとく図１中左側から右側へ搬送され、成膜チャンバ２２を通り、ここで成膜が行われる。その後、アンロードロックチャンバ２３、ゲートバルブ３４を通って外部に搬出される。成膜チャンバ２２の内部は例えば４基のクライオポンプ２４ａ〜２４ｄが付設され、所要の真空となるように排気が行われている。またロードロックチャンバ２１とアンロードロックチャンバ２３も図示しないドライポンプで排気されている。
【００１６】
成膜チャンバ２２では、両側の側壁部の内面に、対向した状態で４対（１１と１５、１２と１６、１３と１７、１４と１８）のマグネトロンスパッタ機構１１〜１８が配置されている。特に、４基のマグネトロンスパッタ機構１１〜１４、および４基のマグネトロンスパッタ機構１５〜１８は一列に並べて配置されている。マグネトロンスパッタ機構１１〜１８においてターゲットは縦置き状態で配置される。成膜チャンバ２２では、２組のトレイ４２を立てた状態で平行に配置して成りかつトレイ４２の外側面に基板４１を例えば２枚に取りつけたユニット４４が、複数一列に並んだ状態で、図示しないトレイ搬送機構によって矢印４３の方向へ設定された搬送速度で移動させられる。２つのトレイ４２の各々に取りつけられた基板４１は、搬送の途中で、それぞれマグネトロンスパッタ機構１１〜１８に対面して順次にスパッタ成膜が行われる。図１に示された成膜チャンバ２２の構成では両面成膜形式で構成されているが、片面成膜形式で構成することもできる。
【００１７】
次に図２を参照して例えばマグネトロンスパッタ機構１５の構成を説明する。図２では、トレイ４２および基板４１は図中矢印４３に示すごとく右側から左側へ移動するものとする。ターゲット５１はターゲット裏板５２と一体的に形成され、絶縁シール材５３を介して成膜チャンバ２２のチャンバ壁５４に取り付けられている。ターゲット裏板５２の背面部に相当するチャンバ壁５４には開口部５４ａが形成されており、大気に開放されている。ターゲット５１の正面形状は任意であり、かつその周縁にはシールド部材５５が設けられている。ターゲット５１には図示しない直流電源が接続され、必要な電力が供給される。マグネトロンスパッタ機構１５のターゲット５１に対して搬送されてくる基板４１には、その被成膜面がターゲット５１に対して対向する位置関係にて、平行な状態で移動する。ターゲット裏板５２の大気側において、上記の開口部５４ａを利用して、マグネット５６とこれを等速往復移動させるためのマグネット移動機構５７が配置されている。上記マグネット５６は、通常、棒状の中心マグネットとこれを囲むリング状外部マグネットから構成される。マグネット５６は、マグネット移動機構５７によって、ターゲット５１の背後の大気空間で基板搬送方向に向かって往復運動による移動動作を行うように設けられている。上記の説明ではマグネトロンスパッタ機構１５に関して説明したが、他のマグネトロンスパッタ機構１１〜１４，１６〜１８も同様な構成を有しているのは勿論である。
【００１８】
次に図３に従ってマグネット移動機構５７の構成を説明する。マグネット５６は、プレート６１に取り付けられたレール６２上を搬送方向にスライド移動できるように設けられている。マグネット５６の支持プレート５６ａの裏側には、レール係合部６３とボールネジ係合部６４を備えた支持部６５が設けられている。レール６２が取り付けられたプレート６１の背部にはサーボモータ６６が設けられている。またレール６２に対して平行に基板の搬送方向に向かって十分な長さを有するボールネジ６７が回転自在に設けられている。ボールネジ６７の支持構造には周知の任意なものが用いられており、図中、支持構造の図示は省略されている。ボールネジ６７には上記のボールネジ係合部６４が雄ネジと雌ネジのネジ構造によって係合・連結されている。サーボモータ６６の回転軸６６ａにはプーリ６８が設けられ、ボールネジ６７の図中右端部にもプーリ６９が設けられる。プーリ６８とプーリ６９の間にベルト７０が掛けられている。マグネット５６の移動は、サーボモータ６６の回転力をベルト７０でボールネジ６７に伝達してボールネジ６７を回転させることにより行っている。サーボモータ６６は図示しない制御装置によって回転速度と回転方向を制御され、その結果、マグネット５６を基板搬送方向において必要とされる速度で移動させることができる。マグネット５６の移動速度は、順方向（基板搬送方向と同方向）と逆方向（基板搬送方向と反対方向）のそれぞれで異なった値に設定することができる。
【００１９】
図３において、区間７１はマグネット５６が移動する範囲であり、７１ａは右側移動端、７１ｂは左側移動端である。例えば移動端７１ａから出発したマグネット５６は或る速度Ｖｆで順方向に等速運動し、他方の移動端７１ｂまで来ると移動方向を反転する。次に、それまでと異なった速度Ｖｒで元の移動端７１ａまで逆方向に等速運動する。移動端７１ａに達すると、また移動方向を順方向になるように反転し、最初と同じ速度Ｖｆで順方向に等速運動する。以上の順方向と逆方向の移動を繰返すことによって往復運動を行う。
【００２０】
図２と図３に示した構成では、マグネット５６を基板搬送方向４３のみに移動させる例を説明したが、類似した構造を有する他の移動機構を設けることにより、マグネット５６を基板搬送方向と直角な方向に例えば等速で往復運動させることもできる。
【００２１】
上記のごとく基板搬送方式の連続スパッタ成膜装置において複数のマグネトロンスパッタ機構内１１〜１８の各々のマグネット５６を移動させることにより、ターゲット５１のエロージョン領域を広げ、ターゲット上に付着する膜を減少させ、付着した膜の剥がれに起因するパーティクルの発生を低減させることができる。さらにターゲット５１のエロージョンの深さを均一化させ、ターゲットの利用効率を向上させることができる。
【００２２】
次に、上記の構成を有するマグネトロンスパッタ機構１１〜１８の各々に設けられたマグネット５６の等速往復運動に関する特徴的な移動方法について詳述する。本実施形態に係るスパッタ成膜装置の特徴的なマグネット移動方法は図９〜図１２に基づいて説明される。
【００２３】
ただし、本実施形態に係るマグネット移動方法を説明する前に、図４〜図８を参照して本実施形態（本発明）に係るマグネット移動方法の考えに至った技術的な問題を検討する。
【００２４】
上記のスパッタ成膜装置によれば、複数のマグネトロンスパッタ機構を備えた基板搬送式連続スパッタ成膜装置において基板搬送方向のマグネットの往復移動速度と基板搬送速度をほぼ等しくなるように遅くして基板にスパッタ成膜を行うとき、膜質を変化させることなく膜厚の均一性を向上できるようにする。前述の通り図示しない制御装置によってサーボモータの動作を制御することによってマグネット５６に望ましい往復移動を与えて膜厚の均一化を生じさせる。
【００２５】
マグネット５６が基板搬送方向４３に等速で往復運動する場合、その移動速度が基板４１の搬送速度に近くなると、既述した通り、基板４１上の搬送方向の膜厚分布は不均一になる。基板４１に対するマグネット５６の相対速度は、マグネット５６の移動が順方向であれば基板４１の搬送速度（Ｖｔ）とマグネット５６の移動速度（Ｖｆ）の差で表わされ、またマグネット５６の移動が逆方向であれば基板４１の搬送速度（Ｖｔ）とマグネット５６の移動速度（Ｖｆ）の和で表わされる。従って、基板に対するマグネットの相対速度は（Ｖｔ−Ｖｆ）と（Ｖｔ＋Ｖｆ）の２つの値が存在する。その結果、相対速度で成膜すると、基板４１には膜厚の厚い領域と薄い領域が交互に形成される。
【００２６】
そこで、マグネット５６の移動方法として、２以上のマグネトロンスパッタ機構による基板４１への成膜を組み合わせて用いることにより、基板４１上における搬送方向の膜厚分布を均一にする方法が考えられる。以下では、代表的な例として、２つのマグネトロンスパッタ機構を使用して成膜を行うスパッタ成膜方法を説明する。第１と第２の２つのマグネトロンスパッタ機構の配置関係は以下の説明の中で明らかにされる。
【００２７】
最初に、２つのマグネトロンスパッタ機構のマグネットが、それぞれ、基板搬送方向に等速の往復運動を行った場合を想定する。ここで「等速往復運動」とは、マグネットが順方向と逆方向に同じ速度で移動し、移動端で方向を変えて往復する運動である。
【００２８】
図４において、（Ａ）は第１マグネトロンスパッタ機構による成膜に基づく基板上の基板搬送方向における膜厚分布７１を示し、（Ｂ）は第２のマグネトロンスパッタ機構による成膜に基づく基板上の基板搬送方向における膜厚分布７２を示すものとする。図４の（Ａ）に示すごとく基板上には第１マグネトロンスパッタ機構によって膜厚の厚い領域７３と膜厚の薄い領域７４が交互に形成されている。また同様に、図４の（Ｂ）に示すごとく基板上には第２マグネトロンスパッタ機構によって膜厚の厚い領域７３と膜厚の薄い領域７４が交互に形成されている。上記の第１と第２のマグネトロンスパッタ機構の関係について、第１マグネトロンスパッタ機構に対して、第２マグネトロンスパッタ機構でのマグネットの移動開始時間を調整することによって、基板上の膜厚の厚い領域と薄い領域が（Ａ）と（Ｂ）に示されるごとく反転するように成膜されるようにする。
【００２９】
上記の関係を有する第１と第２のマグネトロンスパッタ機構としては、図１で見てみると、例えば、マグネトロンスパッタ機構１１を第１マグネトロンスパッタ機構とし、マグネトロンスパッタ機構１２を第２マグネトロンスパッタ機構とすることができる。
【００３０】
上記の関係を有する第１と第２のマグネトロンスパッタ機構を用いて基板４１の上にスパッタ成膜を行うと、膜厚の厚い領域と薄い領域が重なって各所の膜厚の厚みが平均化され、原理的には、均一性が改善されるはずである。ところが、実際に第１と第２のマグネトロンスパッタ機構を用いて基板４１の上にスパッタ成膜を行うと、基板上の基板搬送方向の膜厚分布は、図５に示すごとく、位相を反転させたにも拘わらず、十分には改善されなかった。その理由は、マグネット５６が往復して移動端に位置するときの膜厚が薄くなるからである。その理由を図６〜図８を参照して詳述する。
【００３１】
図６の（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）にはマグネット５６の動きを示し、図７はそのときの基板４１上のマグネット５６の相対速度を示す。
【００３２】
図６（Ａ）は、マグネット５６が往復移動の移動中心１０１から基板搬送方向４３と逆方向の移動端７１ａにあるときの状態を示している。移動端７１ａは移動中心１０１から距離Ｌだけ離れている。このときの移動中心１０１の位置における基板４１上の位置を▲１▼とする。
【００３３】
次にマグネット５６は移動端７１ａから反対側の移動端７１ｂに順方向の移動を開始する。図６において基板４１は左方向の搬送方向４３に移動しているので、マグネット５６が移動端７１ａから移動端７１ｂに移動する間は基板４１上にはマグネット５６との相対速度が遅い（小さい）領域が生じる。図６（Ｂ）に示すようにマグネット５６が移動端７１ｂに移動したときのマグネットの移動中心１０１の位置における基板４１上の位置を▲２▼とする。
【００３４】
さらにマグネット５６は移動端７１ｂから移動端７１ａに向かって逆方向の移動を開始する。この間は基板４１上にはマグネット５６の相対速度が速い（大きい）領域が生じる。図６（Ｃ）に示すようにマグネット５６が移動端７１ａに移動したときの移動中心１０１の位置における基板４１上の位置を▲３▼とする。
【００３５】
上記のごとくマグネット５６の移動速度が順方向および逆方向において等しいので、マグネットが移動端７１ａから７１ｂへ移動する時間と、移動端７１ｂから７１ａへ移動する時間とは等しい。従って、図７に示すように基板４１上の▲１▼と▲２▼の間の距離と▲２▼と▲３▼の間の距離は等しい。一方、マグネット５６が移動端に位置していたときの基板４１上におけるマグネット５６の位置は、▲１▼の右側、▲２▼の左側、▲３▼の右側にそれぞれ距離Ｌだけ離れた位置である。以上のように基板４１上でマグネット５６の相対速度の遅い領域１０２と速い領域１０３について長さ（Ｌ１とＬ２）に差が生じる。このために、第１と第２のマグネトロンスパッタ機構を用いて位相を反転して成膜を行っても、図８の特性１０５，１０６に示すように、２つのマグネットは共に相対速度の速い領域が基板上で２Ｌの長さで生じ、その結果、この領域１０４で膜厚が薄くなってしまい、膜厚分布の均一性を悪化する。
【００３６】
そこで本実施形態によるマグネット移動方法は、膜厚分布の均一性を改善するため、次の通り行われる。
【００３７】
本実施形態によるマグネットの特徴的な移動方法を図９に示す。図９の（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は図６の（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）にそれぞれ対応している。図９に示したマグネット移動方法によって、第１と第２の２つのマグネトロンスパッタ機構による基板へのスパッタ成膜で位相を反転させて膜厚分布の均一化を達成するにあたり、各マグネトロンスパッタ機構によるスパッタ成膜において、基板上でのマグネットの相対速度の速い領域１０３との長さと遅い領域１０２の長さを等しくする。
【００３８】
図９の（Ａ）では、マグネット５６が往復移動の移動中心１０１から基板搬送方向４３と逆方向の移動端７１ａにあるときの状態を示す。移動端７１ａは移動中心１０１から距離Ｌだけ離れている。このときのマグネットの移動中心１０１の位置における基板４１上の位置を▲１▼とし、マグネット５６の存在位置における基板４１上の位置をＡ１とする。
【００３９】
次に図９の（Ｂ）に示されるようにマグネット５６は移動端７１ａから反対側の移動端７１ｂに順方向の移動を開始する。この移動動作の間において基板４１の上にはマグネット５６の相対速度が遅い領域が作られる。図９の（Ｂ）に示されるように、マグネット５６が移動端７１ｂに移動したときのマグネットの移動中心１０１の位置における基板４１上の位置を▲２▼とし、さらにマグネット５６の存在位置における基板４１の上の位置をＢ１とする。
【００４０】
図７で説明した例では相対速度の遅い領域が速い領域に比較して短かったのに対して、上記のマグネット移動では、マグネット５６の順方向への移動速度をより小さくすることにより、相対速度の遅い領域を長くする。
【００４１】
次に、図９の（Ｃ）に示されるように、マグネット５６を移動端７１ｂから移動端７１ａへ逆方向の移動を行う。この間、基板４１の上にはマグネット５６の相対速度が速い領域が生じる。図９（Ｃ）に示されるごとくマグネット５６が移動端７１ａに移動したときのマグネット移動中心１０１の位置における基板上の位置を▲３▼とし、マグネット５６の存在位置における基板４１上の位置をＡ２とする。
【００４２】
図７で説明した例では相対速度の速い領域が遅い領域に比較して長かったのに対して、上記のマグネット移動では、マグネット５６の逆方向への移動速度をより大きくすることにより、相対速度の速い領域を短くする。
【００４３】
以上のごとく、マグネット５６の移動速度に関して順方向の移動と逆方向の移動で調整（変更）することによって、Ａ１とＢ１の間の距離とＢ１とＡ２の間の距離とを等しくするようにしている。
【００４４】
上記のごとくして、往復移動するマグネット５６の往復運動で順方向の移動速度と逆方向の移動速度を異ならせることにより生じた基板４１上のマグネット５６の相対速度を図１０に示す。基板４１におけるマグネット５６の端部位置に相当する位置Ａ１，Ｂ１，Ａ２の間の距離は等間隔になっている。一方、マグネット５６の移動中心１０１については、▲１▼はＡ１より距離Ｌだけ左側に位置し、▲２▼はＢ１より距離Ｌだけ右側に位置し、▲３▼はＡ２より距離Ｌだけ左側に位置している。
【００４５】
以上のごとく、第１と第２のマグネトロンスパッタ機構において、ターゲット５１の背面側の特定範囲で往復運動するマグネット５６の移動速度を、順方向および逆方向の移動方向に応じて変え、基板上におけるマグネットの相対速度の速い領域の長さと遅い領域の長さを等しくするようにした。このため、第１の第２のマグネトロンスパッタ機構でのスパッタ成膜で位相を反転させて成膜を行うと、図１１の特性１０７，１０８に示すように、基板４１上のすべての箇所において相対速度が速い成膜の領域と遅い領域の２つが重なり合って、その結果、膜厚が均一なスパッタ成膜が可能となる。
【００４６】
次に、マグネット５６の順方向移動速度と逆方向移動速度の算出方法を説明する。
【００４７】
マグネット５６の往復時間（周期）をＴ、基板搬送速度をＶｔとする。始めにマグネットの順方向の移動を考える。マグネットの順方向の移動速度をＶｆ、移動端から移動端までの移動時間をＴｆとする。マグネット５６の基板４１に対する相対速度は（Ｖｔ−Ｖｆ）であり、マグネット５６の順方向移動中における基板４１上の移動距離は（Ｖｔ−Ｖｆ）Ｔｆとなる。一方、マグネット５６の順方向移動中における基板４１上の移動距離は、同時に、マグネットが一周期の間に基板に成膜する距離ＶｔＴの半分（ＶｔＴ／２）とならなければならない。従って、（Ｖｔ−Ｖｆ）Ｔｆ＝ＶｔＴ／２の関係式を満たすことが必要となる。さらに、マグネット５６は、移動幅２Ｌに対して、ＶｆＴｆ＝２Ｌの関係を満たしている。上記の２つの関係式に基づけば、マグネット５６の順方向移動速度ＶｆはＶｆ＝１／（Ｔ／（４Ｌ）＋１／Ｖｔ）と表せる。同様にマグネット５６の逆方向移動速度Ｖｒについても、Ｖｒ＝１／（Ｔ／（４Ｌ）−１／Ｖｔ）と表すことができる。
【００４８】
上記の関係を満たすようにマグネット５６の順方向と逆方向の移動速度を設定することによって、基板４１上にはマグネット５６の相対速度の速い領域の長さと遅い領域の長さを等しくすることができる。第１と第２のマグネトロンスパッタ機構の各々によるスパッタ成膜で、上記のごとく基板４１上におけるマグネット５６の相対速度の速い領域の長さと遅い領域の長さを等しくすることによって、位相反転（位相を１８０°ずらす）に基づく成膜を行えば、基板４１の全面において膜厚分布の均一性を高めることができる
【００４９】
次に、上記のマグネット移動方法を実施する本発明に係るスパッタ装置の実施例を具体的に説明する。
【００５０】
【実施例１】
この実施例では２つのマグネトロンスパッタ機構を利用して構成し、基板搬送速度Ｖｔを３４８．２ｍｍ／ｍｉｎ、マグネット移動幅２Ｌを１６０ｍｍ、マグネット往復周期Ｔを２分とした。前述の式によってマグネットの順方向移動速度Ｖｆは１０９．６ｍｍ／ｍｉｍ、逆方向移動速度Ｖｒは２９６．０ｍｍ／ｍｉｎとなる。第１と第２のマグネトロンスパッタ機構でのマグネット移動方向は同じとし、位相は反転させられる。さらに、各ターゲットには１０重量％のＳｎＯ2を含むＩＴＯ材を用い、ガスはＡｒとＯ2の混合ガス、圧力は０．５Ｐａ、基板温度は２００℃、ターゲットに印加する電極は各マグネトロンスパッタ機構で１．１ｋＷとした。基板にはガラス基板を使用した。
【００５１】
上記のごとくして第１と第２のマグネトロンスパッタ機構を用いてスパッタ成膜を基板に対して行うと、基板の上には厚さ１０５ｎｍのＩＴＯ膜が堆積し、基板搬送方向に対して均一な膜厚分布を得ることができた。搬送方向の膜厚分布を図１２に示す。基板搬送方向の膜厚分布に関する不均一性は±４．６％で良好なものであった。さらに比抵抗は２００μΩｃｍ程度であり、膜質の変化も生じなかった。
【００５２】
【実施例２】
この実施例では、４つのマグネトロンスパッタ機構を利用して構成した。上記の実施例１と同様に、第１のマグネトロンスパッタ機構を基準として、第２のマグネトロンスパッタ機構ではマグネットの移動に関しその位相を１８０°ずらす（反転する）ようにしている。さらにこの実施例では、第１のマグネトロンスパッタ機構を基準として、第３のマグネトロンスパッタ機構のマグネットの移動についてその位相を９０°ずらし、第４のマグネトロンスパッタ機構のマグネットの移動についてその位相を２７０°ずらすようにした。第１〜第４のマグネトロンスパッタ機構におけるマグネットの移動の仕方は前述の通りであり、それらの位相のみが９０°ずつずらされたことになる。上記の第１から第４のマグネトロンスパッタ機構の配列関係は、例えば、第１から第４のマグネトロンスパッタ機構が図１に示されたマグネットスパッタ機構１１〜１４のそれぞれに対応するように構成される。
【００５３】
第１〜第４のマグネトロンスパッタ機構によるスパッタ成膜の条件は実施例１で説明した条件と同じである。その結果、基板上には厚さ２１０ｎｍのＩＴＯ膜が堆積し、基板搬送方向に対して均一な膜厚分布を得ることができた。
【００５４】
本発明によるスパッタ成膜方法は次のように変更することができる。複数のマグネトロンスパッタ機構を用いて位相をずらしつつ、かつ往復運動するマグネットの順方向移動速度と逆方向移動速度を異ならせることにより成膜することにおいて、マグネトロンスパッタ機構の個数は２以上の任意の数にすることができる。ただしこの場合において、各マグネトロンスパッタ機構による成膜で膜厚の厚い部分の重なりが生じないように適宜に位相が調整され、かつ上記の順方向移動速度と逆方向移動速度の差異を調整する。
【００５５】
以上の本発明の各実施形態および各実施例において、並べて配置された例えば２つのマグネトロンスパッタ機構で順次に基板を搬送して当該基板にスパッタ成膜を行う場合に、２つのマグネトロンスパッタ機構の間でマグネットの往復運動の位相は、当該２つのスパッタマグネトロンスパッタ機構の各々による基板への成膜で１８０°の位相ずれが生じるように、調整される。このマグネットの位相の調整に関しては、通常、基板上で１８０°ずれるように、マグネット移動開始時間が設定される。
【００５６】
【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、成膜チャンバ内に例えば２つのマグネトロンスパッタ機構を並べて配置し、各マグネトロンスパッタ機構は基板搬送方向に往復運動を行うマグネットを備え、基板を２つのマグネトロンスパッタ機構に順次に対向させながら搬送し、その間に基板に対して各マグネトロンスパッタ機構によって順次にスパッタ成膜が行われる方法において、２つのマグネトロンスパッタ機構の間でマグネットの往復運動の位相をずらし、かつマグネトロンスパッタ機構のマグネットの往復運動における順方向移動速度と逆方向移動速度を所定条件を満たすように異ならせたため、マグネットの往復運動における移動速度と基板搬送速度をほぼ等しくしてスパッタ成膜を行っても、膜質を変化させることなく膜厚の均一性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るスパッタ成膜方法が実施されるスパッタ成膜装置の代表的な実施形態を示し、基板搬送式連続スパッタ成膜装置の水平断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る基板搬送式連続スパッタ成膜装置に含まれる複数のマグネトロンスパッタ機構のうちの１つを拡大して示した水平断面図である。
【図３】図２に示したマグネトロンスパッタ機構に含まれるマグネット移動機構の平面図である。
【図４】マグネットの往復運動の位相を反転させた第１と第２の２つのマグネトロンスパッタ機構の各々で成膜される基板上での基板搬送方向における膜厚分布を示す図である。
【図５】２つのマグネトロンスパッタ機構で成膜される基板上での基板搬送方向における膜厚分布を示す図である。
【図６】問題が生じるマグネット動作例に説明するための基板に対するマグネットの動きを示す図である。
【図７】図６に示したマグネット動作例に基づく基板上でのマグネットの相対速度を示す図である。
【図８】図６に示したマグネット動作例に基づく２つのマグネトロンスパッタ機構の各々による基板上でのマグネットの相対速度を示す図である。
【図９】本実施形態に係る好ましいマグネット動作例に説明するための基板に対するマグネットの動きを示す図である。
【図１０】図９のマグネット動作例に基づく基板上でのマグネットの相対速度を示す図である。
【図１１】図９のマグネット動作例に基づく２つのマグネトロンスパッタ機構の各々による基板上におけるマグネットの相対速度を示す図である。
【図１２】本発明の実施例１に基づく基板搬送方向の膜厚分布の特性図である。
【符号の説明】
１１〜１８        マグネトロンスパッタ機構
２１              ロードロックチャンバ
２２              成膜チャンバ
２３              アンロードロックチャンバ
４１              基板
４２              トレイ
４３              基板搬送方向
５１              ターゲット
５２              ターゲット裏板
５６              マグネット
【図１】
0004290323.tif 000002
【図２】
0004290323.tif 000003
【図３】
0004290323.tif 000004
【図４】
0004290323.tif 000005
【図５】
0004290323.tif 000006
【図６】
0004290323.tif 000007
【図７】
0004290323.tif 000008
【図８】
0004290323.tif 000009
【図９】
0004290323.tif 000010
【図１０】
0004290323.tif 000011
【図１１】
0004290323.tif 000012
【図１２】
0004290323.tif 000013