(57)【要約】  本発明のスパッタリング方法は、被成膜基板において膜が形成される形成領域に向けてスパッタ粒子を放出可能なターゲットを有するカソードユニットと、基板面内方向となる走査方向において前記被成膜基板に対して前記カソードユニットを相対的に往復動作させる走査部と、前記カソードユニットにおける前記ターゲットにエロージョン領域を形成するマグネットと、前記走査方向に前記マグネットを往復動作させるマグネット走査部とを用いる。前記カソードユニットが前記走査部によって前記走査方向に前記被成膜基板に対して相対的に往復動作される間に、前記マグネットを前記マグネット走査部によって前記走査方向に往復動作させる。前記被成膜基板に対する前記ターゲットの速度に対応して、前記被成膜基板に対する前記ターゲットの往路動作における前記マグネットの往復動作と、前記被成膜基板に対する前記ターゲットの復路動作における前記マグネットの往復動作とが、互いに補償し合うように設定される。
2019244786.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スパッタリング方法であって、
被成膜基板において膜が形成される形成領域に向けてスパッタ粒子を放出可能なターゲットを有するカソードユニットと、基板面内方向となる走査方向において前記被成膜基板に対して前記カソードユニットを相対的に往復動作させる走査部と、前記カソードユニットにおける前記ターゲットにエロージョン領域を形成するマグネットと、前記走査方向に前記マグネットを往復動作させるマグネット走査部とを用い、
前記カソードユニットが前記走査部によって前記走査方向に前記被成膜基板に対して相対的に往復動作される間に、前記マグネットを前記マグネット走査部によって前記走査方向に往復動作させ、
前記被成膜基板に対する前記ターゲットの速度に対応して、
前記被成膜基板に対する前記ターゲットの往路動作における前記マグネットの往復動作と、
前記被成膜基板に対する前記ターゲットの復路動作における前記マグネットの往復動作とが、
互いに補償し合うように設定される、
スパッタリング方法。
【請求項２】
前記ターゲットおよび前記マグネットの開始位置において、前記マグネットが前記走査方向において前記被成膜基板から遠い前記ターゲットの端部に位置する、または、前記マグネットが前記走査方向において前記被成膜基板から近い前記ターゲットの端部に位置するとともに、
前記被成膜基板に対する前記ターゲットの１往復動作において、前記ターゲットに対する前記マグネットの往復動作の回数が奇数回に設定される、
請求項１記載のスパッタリング方法。
【請求項３】
前記ターゲットの往路動作終了位置において、前記マグネットが前記走査方向において前記ターゲットの中央部に位置する、
請求項２記載のスパッタリング方法。
【請求項４】
前記ターゲットおよび前記マグネットの開始位置において、前記マグネットが前記走査方向において前記ターゲットの中央部に位置するとともに、
前記被成膜基板に対する前記ターゲットの１往復動作において、前記ターゲットに対する前記マグネットの往復動作の回数が偶数回に設定される、
請求項１記載のスパッタリング方法。
【請求項５】
スパッタリング装置であって、
被成膜基板において膜が形成される形成領域に向けてスパッタ粒子を放出するカソードユニットと、
前記カソードユニットと前記被成膜基板とを相対的に基板面内方向となる走査方向に往復動作可能な走査部と、
エロージョン領域が形成されるターゲットと、
前記ターゲットに対して前記被成膜基板とは反対側に配置されて前記ターゲットに前記エロージョン領域を形成するマグネットと、
前記マグネットを前記ターゲットの前記走査方向における端部間で往復動作可能なマグネット走査部と、
前記走査部と前記マグネット走査部とに接続されて、前記カソードユニットの往復動作及び前記マグネットの往復動作を制御する制御部と、
を有し、
前記制御部において、
前記被成膜基板に対する前記ターゲットの速度に対応して、
前記被成膜基板に対する前記ターゲットの往路動作における前記マグネットの往復動作と、
前記被成膜基板に対する前記ターゲットの復路動作における前記マグネットの往復動作と、が互いに補償し合うように設定される、
スパッタリング装置。
【請求項６】
スパッタリング装置であって、
被成膜基板において膜が形成される成膜領域に対向して、前記成膜領域に対して相対的に移動しながらスパッタ粒子を放出する細長形状のカソードユニットと、
前記カソードユニットを、前記成膜領域の一端より外側の第一成膜外位置から、前記成膜領域の他端より外側の第二成膜外位置の間で往復移動するように、前記カソードユニットの長辺に交差する走査方向に移動させるカソード走査部と、を有し、
前記カソードユニットは、
細長のターゲットと、
前記ターゲットの裏面に配置されるマグネットと、
前記マグネットを前記ターゲットの長辺に交差する方向に往復させるマグネット走査部と、
を有し、
前記成膜領域において、前記カソードユニットの往路動作における前記マグネットの往復動作と、前記カソードユニットの復路動作における前記マグネットの往復動作と、が前記被成膜基板と前記マグネットの相対速度において、補償するように制御される、
スパッタリング装置。
【請求項７】
前記成膜領域において、
前記カソードユニットの往路動作と前記マグネットの往復動作の合成速度の最小値となる領域と、
前記カソードユニットの復路動作と前記マグネットの往復動作の合成速度の最小値となる領域と、が重ならない、
請求項６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、スパッタリング方法、スパッタリング装置に関し、特にカソードとマグネットとが揺動するスパッタリングに用いて好適な技術に関する。
本願は、２０１８年６月１９日に日本に出願された特願２０１８−１１６３４３号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイ等のフラットパネルディスプレイは、表示素子を駆動する複数の薄膜トランジスタを備えている。薄膜トランジスタは、チャネル層を有し、チャネル層の形成材料は、例えば、インジウムガリウム亜鉛酸化物（ＩＧＺＯ）等の酸化物半導体である。近年では、チャネル層の形成対象である基板が大型化し、大型の基板に成膜するスパッタリング装置として、例えば、特許文献１に記載のように、化合物膜の特性がばらつくことを抑えるように、本出願人らは、ターゲットが走査するスパッタリング装置を用いていた。【０００３】
このようなスパッタリング装置では、成膜時にターゲットが基板に対して走査される際、ターゲットの裏側に位置するマグネットも揺動させるように制御していた。【０００４】
具体的には、図１２，図１３に示すように、ターゲット２３およびマグネット２５の走査方向において、マグネット２５に近い基板Ｓの端部Ｒｅ１から離れた位置にマグネット２５が位置した状態で、ターゲット２３が基板Ｓに近づいてゆき、スパッタリングをおこなうとともに、ターゲット２３に対してマグネット２５が走査方向に往復動作をおこなう。このとき、走査方向において、マグネット２５は、ターゲット２３の基板Ｓの端部Ｒｅ１から離れた開始位置から走査を開始し、また、終了時には、開始位置と同じターゲット２３の基板Ｓの端部Ｒｅ１から離れた終了位置（開始位置）にマグネット２５が位置するように制御していた。【０００５】
なお、図１２は、ターゲット２３の往路を示しており、図１３は、ターゲット２３の復路を示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】日本国特許第５８０１５００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記のようにターゲットに対してマグネットを走査（揺動）させる技術では、膜厚分布や膜質分布にムラができてしまうことが、依然として解消されていないという問題があった。【０００８】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、以下の目的を達成しようとするものである。
１．膜厚分布や膜質分布におけるムラの発生を劇的に低減すること。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の第１態様に係るスパッタリング方法は、被成膜基板において膜が形成される形成領域に向けてスパッタ粒子を放出可能なターゲットを有するカソードユニットと、基板面内方向となる走査方向において前記被成膜基板に対して前記カソードユニットを相対的に往復動作させる走査部と、前記カソードユニットにおける前記ターゲットにエロージョン領域を形成するマグネットと、前記走査方向に前記マグネットを往復動作させるマグネット走査部とを用い、前記カソードユニットが前記走査部によって前記走査方向に前記被成膜基板に対して相対的に往復動作される間に、前記マグネットを前記マグネット走査部によって前記走査方向に往復動作させ、前記被成膜基板に対する前記ターゲットの速度に対応して、前記被成膜基板に対する前記ターゲットの往路動作における前記マグネットの往復動作と、前記被成膜基板に対する前記ターゲットの復路動作における前記マグネットの往復動作とが、互いに補償し合うように設定される。
本発明の第１態様に係るスパッタリング方法においては、前記ターゲットおよび前記マグネットの開始位置において、前記マグネットが前記走査方向において前記被成膜基板から遠い前記ターゲットの端部に位置する、または、前記マグネットが前記走査方向において前記被成膜基板から近い前記ターゲットの端部に位置するとともに、前記被成膜基板に対する前記ターゲットの１往復動作において、前記ターゲットに対する前記マグネットの往復動作の回数が奇数回に設定されてもよい。
本発明の第１態様に係るスパッタリング方法においては、前記ターゲットの往路動作終了位置において、前記マグネットが前記走査方向において前記ターゲットの中央部に位置してもよい。
本発明の第１態様に係るスパッタリング方法においては、前記ターゲットおよび前記マグネットの開始位置において、前記マグネットが前記走査方向において前記ターゲットの中央部に位置するとともに、前記被成膜基板に対する前記ターゲットの１往復動作において、前記ターゲットに対する前記マグネットの往復動作の回数が偶数回に設定されてもよい。
上記課題を解決するために、本発明の第２態様に係るスパッタリング装置であって、被成膜基板において膜が形成される形成領域に向けてスパッタ粒子を放出するカソードユニットと、前記カソードユニットと前記被成膜基板とを相対的に基板面内方向となる走査方向に往復動作可能な走査部と、エロージョン領域が形成されるターゲットと、前記ターゲットに対して前記被成膜基板とは反対側に配置されて前記ターゲットに前記エロージョン領域を形成するマグネットと、前記マグネットを前記ターゲットの前記走査方向における端部間で往復動作可能なマグネット走査部と、前記走査部と前記マグネット走査部とに接続されて、前記カソードユニットの往復動作及び前記マグネットの往復動作を制御する制御部と、を有し、前記制御部において、前記被成膜基板に対する前記ターゲットの速度に対応して、前記被成膜基板に対する前記ターゲットの往路動作における前記マグネットの往復動作と、前記被成膜基板に対する前記ターゲットの復路動作における前記マグネットの往復動作と、が互いに補償し合うように設定される。
上記課題を解決するために、本発明の第３態様に係るスパッタリング装置であって、被成膜基板において膜が形成される成膜領域に対向して、前記成膜領域に対して相対的に移動しながらスパッタ粒子を放出する細長形状のカソードユニットと、前記カソードユニットを、前記成膜領域の一端より外側の第一成膜外位置から、前記成膜領域の他端より外側の第二成膜外位置の間で往復移動するように、前記カソードユニットの長辺に交差する走査方向に移動させるカソード走査部と、を有し前記カソードユニットは、細長のターゲットと、前記ターゲットの裏面に配置されるマグネットと、前記マグネットを前記ターゲットの長辺に交差する方向に往復させるマグネット走査部と、を有し、前記成膜領域において、前記カソードユニットの往路動作における前記マグネットの往復動作と、前記カソードユニットの復路動作における前記マグネットの往復動作と、が前記被成膜基板と前記マグネットの相対速度において、補償するように制御される。
本発明の第３態様に係るスパッタリング装置においては、前記成膜領域において、前記カソードユニットの往路動作と前記マグネットの往復動作の合成速度の最小値となる領域と、前記カソードユニットの復路動作と前記マグネットの往復動作の合成速度の最小値となる領域と、が重ならなくてもよい。【００１０】
本発明の第１態様に係るスパッタリング方法は、被成膜基板において膜が形成される形成領域に向けてスパッタ粒子を放出可能なターゲットを有するカソードユニットと、基板面内方向となる走査方向において前記被成膜基板に対して前記カソードユニットを相対的に往復動作させる走査部と、前記カソードユニットにおける前記ターゲットにエロージョン領域を形成するマグネットと、前記走査方向に前記マグネットを往復動作させるマグネット走査部とを用い、前記カソードユニットが前記走査部によって前記走査方向に前記被成膜基板に対して相対的に往復動作される間に、前記マグネットを前記マグネット走査部によって前記走査方向に往復動作させ、前記被成膜基板に対する前記ターゲットの速度に対応して、前記被成膜基板に対する前記ターゲットの往路動作における前記マグネットの往復動作と、前記被成膜基板に対する前記ターゲットの復路動作における前記マグネットの往復動作とが、互いに補償し合うように設定される。
これにより、マグネットの往復動作がターゲットの往復動作全体にわたって均一化される。従って、マグネットにより発生するプラズマが被処理基板に対して均一に走査されることになり、被処理基板に成膜される膜厚等の膜特性を基板面内の走査方向において均一化することが可能となる。【００１１】
ここで、「互いに補償し合うように」について説明する。前記被成膜基板に対する前記マグネットの速さを、前記被成膜基板に対する前記ターゲットの速さと、前記ターゲットに対する前記マグネットの速さとの和で表された合成速度と称される。この合成速度に関し、合成速度が最大値となる時間も、合成速度が最小値となる時間も同じとなるので、合成速度が最大値となる領域の方が、合成速度が最小値となる領域より長くなる。このため、「互いに補償し合うように」とは、合成速度が最大値となる領域が一部重複する場合があるが、合成速度が最小値となる領域は重複しないことを意味する。【００１２】
本発明の第１態様に係るスパッタリング方法においては、前記ターゲットおよび前記マグネットの開始位置において、前記マグネットが前記走査方向において前記被成膜基板から遠い前記ターゲットの端部に位置する、または、前記マグネットが前記走査方向において前記被成膜基板から近い前記ターゲットの端部に位置するとともに、前記被成膜基板に対する前記ターゲットの１往復動作において、前記ターゲットに対する前記マグネットの往復動作の回数が奇数回に設定される。
これにより、ターゲットの往路におけるマグネットの走査状態と、ターゲットの復路におけるマグネットの走査状態とのバラツキが相殺される。結果的に、図１２，図１３に示すように、ターゲットの一端から他端まで偶数回走査するフルストロークでのスパッタリングに比べて、膜厚等の成膜特性におけるムラが半分程度以下に均一化することが可能となる。【００１３】
本発明の第１態様に係るスパッタリング方法においては、前記ターゲットの往路動作終了位置において、前記マグネットが前記走査方向において前記ターゲットの中央部に位置する。
これにより、ターゲットの一端から他端まで偶数回走査するフルストロークでのスパッタリングに比べて、膜厚等の成膜特性におけるムラが半分程度以下に均一化することが可能となる。【００１４】
本発明の第１態様に係るスパッタリング方法においては、前記ターゲットおよび前記マグネットの開始位置において、前記マグネットが前記走査方向において前記ターゲットの中央部に位置するとともに、前記被成膜基板に対する前記ターゲットの１往復動作において、前記ターゲットに対する前記マグネットの往復動作の回数が偶数回に設定される。
これにより、ターゲットに対するマグネットの往復動作の回数を奇数回に設定することが可能となり、結果的に、膜厚等の成膜特性におけるムラが半分程度以下に均一化することができる。【００１５】
また、前記ターゲットの開始位置において、前記走査方向における前記被成膜基板に近接する前記ターゲット端部と、前記走査方向における前記ターゲットに近接する前記被成膜基板端部とが、離間する。これにより、ターゲットに対するマグネットの走査開始を、ターゲットが被処理基板に重ならない位置から開始するように設定することが可能となり、被処理基板全面で、均一な膜特性としてスパッタリング成膜をおこなうことが可能となる。【００１６】
また、前記ターゲットの折り返し位置において、前記走査方向における前記被成膜基板に近接する前記ターゲット端部と、前記走査方向における前記ターゲットに近接する前記被成膜基板端部とが、離間する。これにより、ターゲットに対するマグネットの走査終了を、ターゲットが被処理基板に重ならない位置として設定することが可能となり、被処理基板全面で、均一な膜特性としてスパッタリング成膜をおこなうことが可能となる。【００１７】
本発明の第１態様に係るスパッタリング方法においては、前記ターゲットに対する前記マグネットの往路動作における速さと、前記ターゲットに対する前記マグネットの復路動作における速さとが、一定かつ互いに等しく設定される。これにより、ターゲットの往路におけるマグネットの往路での被処理基板に対する速さと、ターゲットの復路におけるマグネットの復路での被処理基板に対する速さとを同じにすることができる。また、スパッタリング時における被成膜基板に対するマグネットの速さを、被成膜基板に対するターゲットの速さと、ターゲットに対するマグネットの速さとの和として表すことができる。この２つの速さの和であるマグネットの速さで、被成膜基板を走査する領域が、走査方向における被成膜基板の全長にわたって連続するように設定することができる。これにより、ターゲットの往路におけるマグネットの走査状態と、ターゲットの復路におけるマグネットの走査状態とのバラツキを相殺して、走査方向における基板内位置による成膜バラツキが発生することを防止して、成膜特性の均一化を図ることが可能となる。【００１８】
また、前記被成膜基板に対する前記ターゲットの往路動作における速さと、前記被成膜基板に対する前記ターゲットの復路動作における速さとが、一定かつ互いに等しく設定されることができる。これにより、ターゲットの往路におけるマグネットの走査状態と、ターゲットの復路におけるマグネットの走査状態とのバラツキを相殺して、走査方向における基板面内位置による成膜バラツキが発生することを防止して、成膜特性の均一化を図ることが可能となる。【００１９】
本発明の第２態様に係るスパッタリング装置は、被成膜基板において膜が形成される形成領域に向けてスパッタ粒子を放出するカソードユニットと、前記カソードユニットと前記被成膜基板とを相対的に基板面内方向となる走査方向に往復動作可能な走査部と、エロージョン領域が形成されるターゲットと、前記ターゲットに対して前記被成膜基板とは反対側に配置されて前記ターゲットに前記エロージョン領域を形成するマグネットと、前記マグネットを前記ターゲットの前記走査方向における端部間で往復動作可能なマグネット走査部と、前記走査部と前記マグネット走査部とに接続されて、前記カソードユニットの往復動作及び前記マグネットの往復動作を制御する制御部と、を有し、前記制御部において、前記被成膜基板に対する前記ターゲットの速度に対応して、前記被成膜基板に対する前記ターゲットの往路動作における前記マグネットの往復動作と、前記被成膜基板に対する前記ターゲットの復路動作における前記マグネットの往復動作と、が互いに補償し合うように設定される。
これにより、マグネットの往復動作がターゲットの往復動作全体にわたって均一化される。従って、マグネットにより発生するプラズマが被処理基板に対して均一に走査されることになり、被処理基板に成膜される膜厚等の膜特性を基板面内の走査方向において均一化することが可能なスパッタリング装置を提供することが可能となる。【００２０】
本発明の第３態様に係るスパッタリング装置は、被成膜基板において膜が形成される成膜領域に対向して、前記成膜領域に対して相対的に移動しながらスパッタ粒子を放出する細長形状のカソードユニットと、前記カソードユニットを、前記成膜領域の一端より外側の第一成膜外位置から、前記成膜領域の他端より外側の第二成膜外位置の間で往復移動するように、前記カソードユニットの長辺に交差する走査方向に移動させるカソード走査部と、を有し前記カソードユニットは、細長のターゲットと、前記ターゲットの裏面に配置されるマグネットと、前記マグネットを前記ターゲットの長辺に交差する方向に往復させるマグネット走査部と、を有し、前記成膜領域において、前記カソードユニットの往路動作における前記マグネットの往復動作と、前記カソードユニットの復路動作における前記マグネットの往復動作と、が前記被成膜基板と前記マグネットの相対速度において、補償するように制御される。
これにより、マグネットの往復動作がターゲットの往復動作全体にわたって均一化される。従って、マグネットにより発生するプラズマが被処理基板に対して均一に走査されることになり、被処理基板に成膜される膜厚等の膜特性を基板面内の走査方向において均一化することが可能なスパッタリング装置を提供することができる。【００２１】
本発明の第３態様に係るスパッタリング装置においては、前記成膜領域において、前記カソードユニットの往路動作と前記マグネットの往復動作の合成速度の最小値となる領域と、前記カソードユニットの復路動作と前記マグネットの往復動作の合成速度の最小値となる領域と、が重ならない。
これにより、マグネットの往復動作により変動する被処理基板への成膜レートを均一化することになり、被処理基板に成膜される膜厚等の膜特性を基板面内の走査方向全長となる領域において均一化することが可能となる。【００２２】
本発明の第４態様に係るスパッタリング方法においては、前記ターゲットおよび前記マグネットの往復動作において、前記被成膜基板に対する前記マグネットの速さを、前記被成膜基板に対する前記ターゲットの速さと、前記ターゲットに対する前記マグネットの速さとの和として表すことができる。この２つの速さの和であるマグネットの速さで、被成膜基板を走査する領域が、前記走査方向における前記被成膜基板の全長にわたって連続するように設定することができる。これにより、被処理基板に対して速さの和で速い速度でマグネットが走査する状態を走査方向における基板全体で実現し、マグネットの早い状態と遅い状態との領域が重なって、成膜ムラを散らすことが可能となる。【００２３】
ここで、前記ターゲットおよび前記マグネットの往復動作において、前記被成膜基板に対する前記マグネットの速さを、前記被成膜基板に対する前記ターゲットの速さと、前記ターゲットに対する前記マグネットの速さとの差の最小値として走査する領域が、前記被成膜基板の前記走査方向において断続的に配置されてもよい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、被処理基板に対してカソードが走査され、カソードに対してマグネットが走査されるスパッタリングにおいて、成膜特性にムラが発生してしまうことを劇的に低減することが可能となるという効果を奏することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１実施形態に係るスパッタリング方法におけるスパッタリング装置の全体構成を示す構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るスパッタリング方法におけるスパッタチャンバの構成を模式的に示す構成図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係るスパッタリング方法におけるカソードユニットの構成を模式的に示す構成図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係るスパッタリング方法におけるターゲット往路でのスパッタリングを説明するための図であって、スパッタリングにおける作用を示す図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係るスパッタリング方法におけるターゲット復路でのスパッタリングを説明するための図であって、スパッタリングにおける作用を示す図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係るスパッタリング方法におけるターゲットとマグネットとの走査方向における位置と時間との関係を示すグラフである。
【図７】本発明の第１実施形態に係るスパッタリング方法におけるターゲットとマグネットとの合成速度と基板内のマグネットの位置との関係を示すグラフである。
【図８】本発明の第２実施形態に係るスパッタリング方法におけるターゲット往路でのスパッタリングを説明するための図であって、スパッタリングにおける作用を示す図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係るスパッタリング方法におけるターゲット復路でのスパッタリングを説明するための図であって、スパッタリングにおける作用を示す図である。
【図１０】本発明の第２実施形態に係るスパッタリング方法におけるターゲットとマグネットとの走査方向における位置と時間との関係を示すグラフである。
【図１１】本発明の第２実施形態に係るスパッタリング方法におけるターゲットとマグネットとの合成速度と基板内のマグネットの位置との関係を示すグラフである。
【図１２】従来のスパッタリング方法におけるターゲット往路でのスパッタリングを説明するための図であって、スパッタリングにおける作用を示す図である。
【図１３】従来のスパッタリング方法におけるターゲット復路でのスパッタリングを説明するための図であって、スパッタリングにおける作用を示す図である。
【図１４】従来のスパッタリング方法におけるターゲットとマグネットとの走査方向における位置と時間との関係を示すグラフである。
【図１５】従来のスパッタリング方法におけるターゲットとマグネットとの合成速度と基板内のマグネットの位置との関係を示すグラフである。
【図１６】本発明の実施例に係るスパッタリング方法におけるマグネットの往復回数と膜厚分布との関係を示すものである。
【図１７】本発明の第１実施形態に係るスパッタリング方法におけるターゲットとマグネットとの合成速度と基板内のマグネットの位置との関係を示すグラフである。
【図１８】本発明の他の実施形態に係るスパッタリング方法におけるスパッタリング装置の全体構成を示す構成図である。
【図１９】本発明の他の実施形態に係るスパッタリング方法におけるスパッタリング装置の全体構成を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の第１実施形態に係るスパッタリング方法、スパッタリング装置を、図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態に係るスパッタリング方法を行うスパッタリング装置の全体構成を示す構成図である。図２は、本実施形態におけるスパッタチャンバの構成を模式的に示す構成図である。図３は、本実施形態におけるカソードユニットの構成を模式的に示す構成図である。図１において、符号１０は、スパッタリング装置である。
【００２７】
本実施形態に係るスパッタリング装置１０としては、一例として、基板に形成される化合物膜がインジウムガリウム亜鉛酸化物膜（ＩＧＺＯ膜）である場合を説明する。しかしながら、スパッタリング装置１０によって成膜される膜の組成に関しては、これに限られない。ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）、ＩＺＯ（酸化インジウム・酸化亜鉛）等の酸化膜、あるいは、Ａｇ、Ａｌなどの金属膜などの他の組成の成膜をおこなうこともできる。
以下では、スパッタリング装置の全体構成、スパッタチャンバの構成、カソードユニットの構成、および、スパッタチャンバの作用を順に説明する。
【００２８】
［スパッタリング装置の全体構成］
本実施形態に係るスパッタリング装置１０は、図１に示すように、搬出入チャンバ１１、前処理チャンバ１２、および、スパッタチャンバ１３が、１つの方向である搬送方向に沿って配列されている。３つのチャンバの各々は、相互に隣り合う他のチャンバとゲートバルブ１４によって連結されている。３つのチャンバの各々には、チャンバ内のガスを排気してチャンバ内を真空状態とする排気部１５が連結され、３つのチャンバの各々は、排気部１５の駆動によって個別に減圧される。３つのチャンバの各々の底面には、搬送方向に沿って延びる相互に平行な２つのレーンである成膜レーン１６と回収レーン１７とが敷かれている。
【００２９】
成膜レーン１６と回収レーン１７とは、例えば、搬送方向に沿って延びるレールと、搬送方向に沿って配置された複数のローラーと、複数のローラーの各々を自転させる複数のモーター等から構成される。成膜レーン１６は、スパッタリング装置１０の内部に搬入されたトレイＴを搬出入チャンバ１１からスパッタチャンバ１３に向けて搬送し、回収レーン１７は、スパッタチャンバ１３の内部に搬入されたトレイＴをスパッタチャンバ１３から搬出入チャンバ１１に向けて搬送する。
【００３０】
トレイＴには、紙面の手前に向かって延びる矩形状をなす基板（被処理基板）Ｓが立てられた状態で固定されている。基板Ｓの幅は、例えば、搬送方向に沿って２２００ｍｍであり、紙面の手前に向かって２５００ｍｍであることができる。なお、トレイＴ、基板Ｓを水平状態として搬送することもできる。
【００３１】
搬出入チャンバ１１は、スパッタリング装置１０の外部から搬入される成膜前の基板Ｓを前処理チャンバ１２へ搬送し、前処理チャンバ１２から搬入される成膜後の基板Ｓをスパッタリング装置１０の外部に搬出する。成膜前の基板Ｓが外部から搬出入チャンバ１１へ搬入されるとき、また、成膜後の基板Ｓが搬出入チャンバ１１から外部へ搬出されるとき、搬出入チャンバ１１の内部を大気圧まで昇圧する。成膜前の基板Ｓが搬出入チャンバ１１から前処理チャンバ１２へ搬入されるとき、また、成膜後の基板Ｓが前処理チャンバ１２から搬出入チャンバ１１へ搬出されるとき、搬出入チャンバ１１の内部は、前処理チャンバ１２の内部と同じ程度にまで減圧される。
【００３２】
前処理チャンバ１２は、搬出入チャンバ１１から前処理チャンバ１２へ搬入された成膜前の基板Ｓに、成膜に必要とされる処理として、例えば、加熱処理や洗浄処理等を行う。
前処理チャンバ１２は、搬出入チャンバ１１から前処理チャンバ１２へ搬出された基板Ｓをスパッタチャンバ１３へ搬入する。また、前処理チャンバ１２は、スパッタチャンバ１３から前処理チャンバ１２へ搬出された基板Ｓを搬出入チャンバ１１へ搬出する。
【００３３】
スパッタチャンバ１３は、基板Ｓに向けてスパッタ粒子を放出するカソード装置１８、および、成膜レーン１６と回収レーン１７との間に配置されたレーン変更部１９を備えている。スパッタチャンバ１３は、前処理チャンバ１２からスパッタチャンバ１３へ搬入された成膜前の基板Ｓに対し、カソード装置１８を用いてＩＧＺＯ膜を形成する。
スパッタチャンバ１３は、レーン変更部１９を用いて成膜後のトレイＴを成膜レーン１６から回収レーン１７へ移動させる。
【００３４】
［スパッタチャンバの構成］
スパッタチャンバ１３の成膜レーン１６は、図２に示すように、前処理チャンバ１２からスパッタチャンバ１３へ搬入された基板Ｓを搬送方向に沿って搬送し、基板Ｓへの薄膜の形成が開始されてから終了されるまでの間は、成膜レーン１６の途中でトレイＴの位置を固定する。トレイＴの位置がトレイＴを支持する支持部材によって固定されるとき、基板Ｓにおける搬送方向の縁の位置も固定される。
【００３５】
スパッタチャンバ１３のガス供給部２１ａは、トレイＴとカソード装置１８との間の隙間に、スパッタに用いられるガスを供給する。ガス供給部２１ａから供給されるガスには、アルゴンガス等のスパッタガスと酸素ガス等の反応ガスとが含まれることができる。
ガス供給部２１ｂは、カソードユニット２２に接続されて、カソードユニット２２とともに移動可能とされており、ガスの一部（例えば、反応性ガスの酸素）、あるいは全部を供給する。
また、ガス供給部２１ｂを設けずに、ガス供給部２１ａのみとする構成も可能である。
【００３６】
カソード装置１８は、１つのカソードユニット２２を有し、カソードユニット２２は、基板Ｓの表面Ｓａと対向する平面に沿って配置されている。カソードユニット２２では、ターゲット２３、バッキングプレート２４、および、マグネット（磁気回路）２５が、基板Ｓに近い側からこの順に配置されている。
【００３７】
ターゲット２３は、基板Ｓと対向する平面に沿った平板状に形成され、紙面と直交する方向である高さ方向において基板Ｓよりも長い幅を有し、また、搬送方向において基板Ｓよりも小さい幅、例えば、５分の１程度の幅を有する。ターゲット２３の形成材料では主たる成分がＩＧＺＯであり、例えば、ターゲット２３の形成材料のうちの９５質量％がＩＧＺＯであり、好ましくは９９質量％以上がＩＧＺＯであることができる。
【００３８】
バッキングプレート２４は、基板Ｓと対向する平面に沿った平板状に形成され、ターゲット２３にて基板Ｓと向かい合わない面に接合されている。バッキングプレート２４には、直流電源２６Ｄが接続している。直流電源２６Ｄから供給される直流電力は、バッキングプレート２４を通じてターゲット２３に供給される。
【００３９】
カソードの電源として直流電源２６Ｄに変えて、ＡＣ電源を用いてもよい。この場合、ターゲットは２枚を１対として、一組、あるいは、あるいはそれ以上設けることが好ましい。
【００４０】
マグネット（磁気回路）２５は、相互に異なる磁極を有した複数の磁性体によって構成され、ターゲット２３の表面２３ａであって、基板Ｓと向かい合うターゲット２３の側面にマグネトロン磁場を形成する。ターゲット２３の表面２３ａに対する法線に沿った方向が法線方向であるとき、ターゲット２３の表面２３ａと基板Ｓの表面Ｓａとの間の隙間で生成されるプラズマの密度は、マグネット２５が形成するマグネトロン磁場のうち法線方向に沿った磁場成分が０（Ｂ⊥０）である部分において最も高くなる。以下では、マグネット２５の形成するマグネトロン磁場のうち、法線方向に沿った磁場成分が０である領域がプラズマ密度の高い領域である。
【００４１】
カソード装置１８は、カソードユニット２２を１つの方向である走査方向に沿って移動させる走査部２７を備える。走査方向は、搬送方向と平行な方向である。走査部２７は、例えば、走査方向に沿って延びるレールと、カソードユニット２２における高さ方向の２つの端部の各々に取り付けられたローラーと、ローラーの各々を自転させる複数のモーター等から構成される。走査部２７のレールは、走査方向において基板Ｓよりも長い幅を有する。なお、走査部２７は、走査方向に沿ってカソードユニット２２を移動させることが可能であれば、他の構成として具体化されてもよい。
【００４２】
走査部２７は、カソードユニット２２を走査方向に沿って移動させることによって、ＩＧＺＯ膜の形成領域Ｒ１（膜が形成される形成領域、成膜領域）と対向する空間である対向領域Ｒ２でカソードユニット２２を走査する。成膜対象物の一例である基板Ｓにおける表面Ｓａの全体が、ＩＧＺＯ膜の形成領域Ｒ１の一例である。走査部２７は、カソード装置１８がスパッタ粒子を放出してＩＧＺＯ膜の形成を開始するとき、例えば、走査部２７における走査方向の一端部である開始位置Ｓｔから、走査方向の他端部である折り返し位置Ｅｎに向けて走査方向に沿ってカソードユニット２２を移動させる。これにより、走査部２７は、カソードユニット２２のターゲット２３を形成領域Ｒ１と対向する対向領域Ｒ２で走査する。
【００４３】
形成領域Ｒ１と対向領域Ｒ２とが対向する方向が対向方向である。対向方向にて、基板Ｓの表面Ｓａと、ターゲット２３の表面２３ａとの間の距離は、例えば、３００ｍｍ以下であり、例えば、１５０ｍｍであることができる。
【００４４】
カソードユニット２２が開始位置Ｓｔに配置されるとき、走査方向での形成領域Ｒ１の２つの端部のうち、スパッタ粒子が先に到達する第１端部Ｒｅ１と、走査方向にて第１端部Ｒｅ１に近いターゲット２３の第１端部２３ｅ１との間の走査方向に沿った距離Ｄ１が、１５０ｍｍ以上であることができる。
なお、カソードユニット２２が開始位置Ｓｔに配置されるとき、走査方向での第１端部Ｒｅ１と、ターゲット２３の第１端部２３ｅ１との間の走査方向に沿った距離Ｄ１は、０ｍｍ〜３００ｍｍである。
【００４５】
カソードユニット２２が折り返し位置Ｅｎに位置するとき、走査方向での形成領域Ｒ１の２つの端部のうち、スパッタ粒子が後に到達する第２端部Ｒｅ２と、走査方向にて、第２端部Ｒｅ２に近いターゲット２３の第２端部２３ｅ２との間の走査方向に沿った距離Ｄ１が、１５０ｍｍ以上であることができる。
【００４６】
これら距離Ｄ１と距離Ｄ２とは、走査方向において基板Ｓの中心に対して対称、つまり、これらは等しくなるよう設定されることができる。
【００４７】
なお、形成領域Ｒ１にＩＧＺＯ膜等が形成されるとき、走査部２７は、カソードユニット２２を開始位置Ｓｔから折り返し位置Ｅｎまで走査方向に沿って走査した後、折り返し位置Ｅｎから開始位置Ｓｔまで走査方向に沿って一回走査してもよい。
【００４８】
あるいは、走査部２７は、カソードユニット２２を開始位置Ｓｔから折り返し位置Ｅｎまで走査し、折り返し位置Ｅｎから開始位置Ｓｔに向けて走査方向に沿って一往復走査した後、さらに、往復して走査してもよい。これにより、走査部２７は、カソードユニット２２を走査方向に沿って２往復走査する。
【００４９】
さらに、走査部２７は、カソードユニット２２を走査方向に沿って開始位置Ｓｔから折り返し位置Ｅｎを経て開始位置Ｓｔまで複数回往復移動させることによって、カソードユニット２２を開始位置Ｓｔと折り返し位置Ｅｎとの間で複数回往復して走査してもよい。
走査部２７がカソードユニット２２を走査する回数は、ＩＧＺＯ膜の厚さに合わせて変更され、カソードユニット２２の走査回数以外の条件が同じであれば、ＩＧＺＯ膜の厚さが大きいほど、走査部２７がカソードユニット２２を往復走査する回数が大きい値に設定される。
【００５０】
［カソードユニットの構成］
次に、カソードユニット２２の構成をより詳しく説明する。なお、図３には、図２で説明された開始位置Ｓｔにカソードユニット２２が配置された状態が示されている。
【００５１】
基板Ｓは、図３に示すように、その表面Ｓａが配置される平面が仮想平面Ｐｉｄである。ターゲット２３にて基板Ｓと向かい合う側面である表面２３ａは、仮想平面Ｐｉｄと平行な１つの平面上に配置されている。
【００５２】
ターゲット２３の表面２３ａ上にマグネトロン磁場を形成するマグネット２５は、法線に沿った磁場成分が０（Ｂ⊥０）である２つの垂直磁場ゼロ領域をターゲット２３の表面２３ａに形成する。ターゲット２３の表面２３ａでは、主に２つの垂直磁場ゼロ領域からスパッタ粒子が放出される。２つのゼロ磁場領域のうち、走査方向にて形成領域Ｒ１の第１端部Ｒｅ１に近い垂直磁場ゼロ領域が第１エロージョン領域であり、第１端部Ｒｅ１から遠い垂直磁場ゼロ領域が第２エロージョン領域である。
【００５３】
マグネット２５は、紙面と直交する高さ方向においてターゲット２３と略等しい幅を有し、走査方向において例えば、ターゲット２３よりも短い幅を有する細長い形状とされる。
【００５４】
カソードユニット２２は、ターゲット２３に対するマグネット２５の位置を変えるマグネット走査部２９を備える。マグネット走査部２９は、例えば、走査方向に沿って延びるレールと、マグネット２５における高さ方向の２つの端部の各々に取り付けられたローラーと、ローラーの各々を自転させる複数のモーター等から構成される。マグネット走査部２９のレールは、走査方向においてターゲット２３と略等しい幅を有する。なお、マグネット走査部２９は、走査方向に沿ってマグネット２５を移動させることが可能であれば、他の構成として具体化されてもよい。
【００５５】
マグネット走査部２９は、例えば、走査方向において、ターゲット２３の第１端部２３ｅ１とマグネット２５とが重なる第１位置Ｐ１と、ターゲット２３の第２端部２３ｅ２とマグネット２５とが重なる第２位置Ｐ２との間で、マグネット２５を走査することができる。
【００５６】
マグネット走査部２９は、カソード装置１８がスパッタ粒子を放出してＩＧＺＯ膜の形成を開始するとき、マグネット２５を第１位置Ｐ１から第２位置Ｐ２に向けて移動させる。マグネット走査部２９は、走査部２７がカソードユニット２２を開始位置Ｓｔから折り返し位置Ｅｎに向けて移動させるとき、例えば、マグネット２５を第１位置Ｐ１と第２位置Ｐ２との間で往復動作させる。
【００５７】
すなわち、マグネット２５は、カソードユニット２２が開始位置Ｓｔから折り返し位置Ｅｎへの移動を開始するとき、第１位置Ｐ１から第２位置Ｐ２への移動を開始し、カソードユニット２２が折り返し位置Ｅｎを経て開始位置Ｓｔに戻って再度到達したとき、第１位置Ｐ１と第２位置Ｐ２との間に位置する。このように、マグネット走査部２９は、走査方向に沿ってカソードユニット２２の移動速度とは独立してマグネット２５を往復動作させる。
【００５８】
本実施形態においては、後述するように、走査部２７がカソードユニット２２を開始位置Ｓｔから折り返し位置Ｅｎに向けて走査してまた開始位置Ｓｔに戻り、ターゲット２３に対向領域Ｒ２を１回往復させるとき、マグネット走査部２９は、マグネット２５を第１位置Ｐ１と第２位置Ｐ２との間で奇数回往復させることが好ましい。
【００５９】
ターゲット２３が対向領域Ｒ２を１回往復してＩＧＺＯ膜を形成するとき、マグネット２５が第１位置Ｐ１と第２位置Ｐ２との間を複数回行き来すると、ターゲット２３の走査方向に対するマグネット２５の走査方向が変わるたびに、ターゲット２３に対するマグネット２５の相対速度が変わる。後述するように、マグネット２５の相対速度が変わると、基板Ｓに対するマグネット２５の速度は、ターゲット２３の速度とマグネット２５の速度との和となる速度、および、差となる速度の間でその状態も変化する。
【００６０】
本実施形態では、ターゲット２３の速度とマグネット２５の速度との和となる速度でマグネット２５が移動する走査方向における領域が、この走査方向における基板Ｓ全面、つまり、形成領域Ｒ１における走査方向全域を覆うように設定される。これにより、ターゲット２３およびマグネット２５の走査方向において、ＩＧＺＯ膜の厚さにばらつきが生じることを低減できる。
【００６１】
［スパッタリング方法］
次に、スパッタチャンバ１３におけるターゲット２３とマグネット２５との揺動について説明する。
【００６２】
ここでは、カソードユニット２２が開始位置Ｓｔから折り返し位置Ｅｎを経て開始位置Ｓｔまで走査方向に沿って一往復する場合の作用を、図４〜図７に基づいて説明する。
図４，図５は、本実施形態におけるスパッタリングにおけるターゲットとマグネットとの揺動を説明するための図であって、スパッタリングにおける作用を示す図である。図６は、本実施形態におけるターゲットとマグネットとの走査方向における位置と時間との関係を示すグラフである。図７は、本実施形態におけるターゲットとマグネットとの合成速度と基板内のマグネットの位置との関係を示すグラフである。
【００６３】
カソード装置１８がＩＧＺＯ膜の形成領域Ｒ１（成膜領域）に向けてスパッタ粒子の放出を開始するとき、図４に示すように、カソードユニット２２は、開始位置Ｓｔに配置される。このとき、走査方向における形成領域Ｒ１の２つの端部のうち、スパッタ粒子が先に到達する第１端部Ｒｅ１と、走査方向におけるターゲット２３の２つの端部のうち、形成領域Ｒ１に近い第１端部２３ｅ１との間の距離Ｄ１は０ｍｍ〜３００ｍｍであり、走査方向において第１端部Ｒｅ１と第１端部２３ｅ１とは離間している。
【００６４】
また、カソードユニット２２が開始位置Ｓｔに配置された状態で、マグネット２５は、図４に示すように、ターゲット２３の第２端部２３ｅ２の近くに位置している。
【００６５】
そして、カソードユニット２２が走査方向に沿って移動すると、まず、ターゲット２３から放出されるスパッタ粒子のうち、第１エロージョン領域Ｅ１からカソードユニット２２の向かう方向に放出されるスパッタ粒子が、基板Ｓに到達する。
この際、カソードユニット２２およびマグネット２５が走査方向に沿って移動する走査速度は、次のように設定される。
【００６６】
走査方向にカソードユニット２２が移動をはじめると、マグネット２５も走査方向に移動しはじめたとき、図６，図７に示すように、カソードユニット２２は、瞬間的に加速した後、一定なカソード走査速度ＶＣａで基板Ｓに対して移動する。カソード走査速度ＶＣａは、図６におけるグラフ線Ｃａの傾きで示される。
同時に、マグネット２５は、カソードユニット２２のターゲット２３に対してマグネット走査速度ＶＭｇで移動する。マグネット走査速度ＶＭｇは、図６におけるグラフ線Ｍｇの傾きで示される。
【００６７】
ここで、カソードユニット２２の移動距離よりマグネット２５の移動距離のほうが短い状態となっている。
カソードユニット２２の走査距離をＬＣａ、走査時間をＶＣａとし、マグネット２５の走査距離をＬＭｇ、走査時間をＶＭｇとした際に、
ＬＣａ／ＶＣａ  ＞  ＬＭｇ／ＶＭｇ
を満たす関係とされている。
つまり、カソードユニット２２が走査開始する位置から反対側まで移動する前に、マグネット２５が走査開始する位置と反対側へ到達する関係とされている。
【００６８】
カソードユニット２２が開始位置Ｓｔから折り返し位置Ｅｎに到達する往路において、マグネット２５は、ターゲット２３に対して第１位置Ｐ１と第２位置Ｐ２との間を偶数回と半分行き来する。
【００６９】
つまり、カソードユニット２２が、図６に線Ｃａで示すように、グラフ左端の開始位置Ｓｔからグラフ中央の折り返し位置Ｅｎまで移動する間に、マグネット２５は、図６に線Ｍｇで示すように、４回と半分第１位置Ｐ１と第２位置Ｐ２との間を往復する。つまり、ターゲット２３の往路で、マグネット２５は、第１位置Ｐ１から第２位置Ｐ２に２回到達する。
【００７０】
このため、マグネット２５は、図７に示すように、カソード走査速度ＶＣａとマグネット走査速度ＶＭｇとの和速度Ｖｍａｘと、カソード走査速度ＶＣａとマグネット走査速度ＶＭｇとの差速度Ｖｍｉｎとのいずれかで、一定速度として基板Ｓに対して走査される。さらに、これら、和速度Ｖｍａｘと差速度Ｖｍｉｎとの切替時には、なるべく短い時間および距離で加速するように設定される。
【００７１】
なお、図６，図７においては、ターゲット２３の往路における位置または速度の変化を線Ｃａおよび線Ｍｇ上の黒三角矢印で示し、ターゲット２３の復路における位置または速度の変化を線Ｃａおよび線Ｍｇ上の二本線の矢印で示している。
【００７２】
ターゲット２３の往路が終了し、ターゲット２３が折り返し位置Ｅｎに到達した際に、図４に示すように、マグネット２５は、第１位置Ｐ１と第２位置Ｐ２との中央位置Ｃに位置する。
そして、ターゲット２３は、図６，図７に示すように、折り返し位置Ｅｎに到達すると即座に開始位置Ｓｔに向けて復路をスタートされる。同時に、マグネット２５は、図６，図７に示すように、第１位置Ｐ１と第２位置Ｐ２との中央からの第１位置Ｐ１に向かう動きを継続する。
【００７３】
カソードユニット２２が折り返し位置Ｅｎから開始位置Ｓｔに到達する復路においても、マグネット２５は、ターゲット２３に対して第１位置Ｐ１と第２位置Ｐ２との間を偶数回と半分行き来する。
【００７４】
つまり、カソードユニット２２が、図６に線Ｃａで示すように、グラフ中央の折り返し位置Ｅｎからグラフ右端の開始位置Ｓｔまで移動する間に、マグネット２５は、図６に線Ｍｇで示すように、４回と半分第１位置Ｐ１と第２位置Ｐ２との間を往復する。つまり、ターゲット２３の復路で、マグネット２５は第２位置Ｐ２から第１位置Ｐ１に２回到達する。
【００７５】
ターゲット２３の復路においても、マグネット２５は、図７に示すように、カソード走査速度ＶＣａとマグネット走査速度ＶＭｇとの和速度Ｖｍａｘと、カソード走査速度ＶＣａとマグネット走査速度ＶＭｇとの差速度Ｖｍｉｎとのいずれかで、一定速度として基板Ｓに対して走査される。さらに、これら、和速度Ｖｍａｘと差速度Ｖｍｉｎとの切替時には、なるべく短い時間および距離で加速するように設定される。
【００７６】
これにより、マグネット２５が、カソード走査速度ＶＣａとマグネット走査速度ＶＭｇとの和速度Ｖｍａｘとして基板Ｓに対して走査される領域は、走査方向における形成領域Ｒ１の全域、すなわち、基板Ｓの全域にわたって配置するように設定される。
【００７７】
具体的には、図７において線上の黒三角矢印で示したターゲット２３の往路におけるマグネット２５が和速度Ｖｍａｘで移動する領域と、図７において線上の二本線の矢印で示したターゲット２３の復路におけるマグネット２５が和速度Ｖｍａｘで移動する領域とが、連続する。これにより開始位置Ｓｔから折り返し位置Ｅｎを介して開始位置Ｓｔまで一往復カソードユニット２２が移動する間に、走査方向における形成領域Ｒ１の全域で、マグネット２５が和速度Ｖｍａｘで移動した部分が連続する。
【００７８】
実際には、図７に示すように、ターゲット２３の往路における和速度Ｖｍａｘの領域と、ターゲット２３の復路における和速度Ｖｍａｘの領域とは、互いに重なる部分もある。少なくとも、カソードユニット２２が基板Ｓに対して一往復する間において、マグネット２５が和速度Ｖｍａｘで移動する領域が、走査方向における基板Ｓの全体を覆うようになっている。
【００７９】
ターゲット２３の復路が終了し、ターゲット２３が開始位置Ｓｔに到達した際に、図５に示すように、マグネット２５は、第１位置Ｐ１と第２位置Ｐ２との中央位置Ｃに位置する。
【００８０】
これにより、ターゲット２３の往復動作を一回終了する。
【００８１】
本実施形態においては、ターゲット２３の往路におけるマグネット２５の走査状態と、ターゲット２３の復路におけるマグネット２５の走査状態とのバラツキを相殺する。これにより、走査方向における基板Ｓ内位置による成膜バラツキが発生することを防止してムラをなくし、成膜特性の均一化を図ることが可能となる。
【００８２】
また、図６に破線で囲んだように、基板Ｓ中央において、左側のターゲット２３往路においてマグネット２５が図で上向きに移動している部分では、右側のターゲット２３の復路においてマグネット２５は、図で下向きに移動している。
【００８３】
このように、マグネット２５をターゲット２３の往復動作において、第１位置Ｐ１からスタートし、奇数回往復するように設定することで、マグネット２５の移動方向が、ターゲット２３の往路と復路とにおいて互いにキャンセルされるようにマグネット２５の移動方向を設定することが可能となる。
【００８４】
これにより、走査方向における基板Ｓ内位置による成膜バラツキが発生することを防止してムラをなくし、成膜特性の均一化を図ることが可能となる。
【００８５】
本実施形態においては、上記のようにカソードユニット２２（ターゲット２３）およびマグネット２５の走査速度および方向を設定したことで、成膜ムラを低減することができる。
【００８６】
また、本実施形態において、カソードユニット２２が開始位置Ｓｔに配置された状態で、マグネット２５は、図４に示した第２端部２３ｅ２側ではなく、ターゲット２３の基板Ｓに近い第１端部２３ｅ１の近くに位置していてもよい。
【００８７】
この場合、図１７に示すように、図７における黒三角矢印と二本線の矢印とが逆になった状態で走査が行われる。
図１７は、本実施形態におけるターゲットとマグネットとの合成速度と基板内のマグネットの位置との関係の他の例を示すグラフである。
【００８８】
具体的には、図１７において線上の黒三角矢印で示したターゲット２３の往路におけるマグネット２５が和速度Ｖｍａｘで移動する領域と、図１７において線上の二本線の矢印で示したターゲット２３の復路におけるマグネット２５が和速度Ｖｍａｘで移動する領域とが、連続する。これにより開始位置Ｓｔから折り返し位置Ｅｎを介して開始位置Ｓｔまで一往復カソードユニット２２が移動する間に、走査方向における形成領域Ｒ１の全域で、マグネット２５が和速度Ｖｍａｘで移動した部分が連続することができる。
【００８９】
実際には、図１７に示すように、ターゲット２３の往路における和速度Ｖｍａｘの領域と、ターゲット２３の復路における和速度Ｖｍａｘの領域とは、互いに重なる部分もあるが、少なくとも、カソードユニット２２が基板Ｓに対して一往復する間において、マグネット２５が和速度Ｖｍａｘで移動する領域が、走査方向における基板Ｓの全体を覆うようになることができる。
これにより、成膜ムラを低減することができる。
【００９０】
以下、本発明の第２実施形態に係るスパッタリング方法、スパッタリング装置を、図面に基づいて説明する。
図８，図９は、本実施形態におけるスパッタリングにおけるターゲットとマグネットとの揺動を説明するための図であって、スパッタリングにおける作用を示す図である。図１０は、本実施形態におけるターゲットとマグネットとの走査方向における位置と時間との関係を示すグラフである。図１１は、本実施形態におけるターゲットとマグネットとの合成速度と基板内のマグネットの位置との関係を示すグラフである。
マグネットの走査状態に関する点で、本実施形態は、上述した第１実施形態と異なる。これ以外の上述した第１実施形態と対応する構成には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００９１】
本実施形態においては、カソードユニット２２が開始位置Ｓｔに配置された状態で、マグネット２５は、図８に示すように、ターゲット２３の第１端部２３ｅ１と第２端部２３ｅ２との中央位置Ｃに位置している。
【００９２】
また、基板Ｓに対するターゲット２３の開始位置Ｓｔから折り返し位置Ｅｎを介して開始位置Ｓｔまで戻るまでの１往復動作において、ターゲット２３に対するマグネット２５の往復動作の回数が、図１０，図１１に示すように、偶数回に設定される。
【００９３】
詳細に説明すると、本実施形態において、走査方向にカソードユニット２２が移動をはじめると、マグネット２５も走査方向に移動しはじめたとき、図１０，図１１に示すように、カソードユニット２２は、瞬間的に加速した後、一定なカソード走査速度ＶＣａで基板Ｓに対して移動する。カソード走査速度ＶＣａは、図１０におけるグラフ線Ｃａの傾きで示される。
同時に、マグネット２５は、カソードユニット２２のターゲット２３に対してマグネット走査速度ＶＭｇで移動する。マグネット走査速度ＶＭｇは、図１０におけるグラフ線Ｍｇの傾きで示される。
【００９４】
ここで、カソードユニット２２の走査距離をＬＣａ、走査時間をＶＣａとし、マグネット２５の走査距離をＬＭｇ、走査時間をＶＭｇとした際に、
ＬＣａ／ＶＣａ  ＞  ＬＭｇ／ＶＭｇ
を満たす関係とされている。
【００９５】
カソードユニット２２が開始位置Ｓｔから折り返し位置Ｅｎに到達する往路において、マグネット２５は、ターゲット２３に対して第１位置Ｐ１と第２位置Ｐ２との間を奇数回行き来する。
【００９６】
つまり、カソードユニット２２が、図１０に線Ｃａで示すように、グラフ左端の開始位置Ｓｔからグラフ中央の折り返し位置Ｅｎまで移動する間に、マグネット２５は、図１０に線Ｍｇで示すように、第１位置Ｐ１と第２位置Ｐ２との間を５回往復する。つまり、ターゲット２３の往路で、マグネット２５は、中央位置Ｃから第２位置Ｐ２に３回、および第１位置Ｐ１に２回到達する。
【００９７】
このため、マグネット２５は、図１１に示すように、カソード走査速度ＶＣａとマグネット走査速度ＶＭｇとの和速度Ｖｍａｘと、カソード走査速度ＶＣａとマグネット走査速度ＶＭｇとの差速度Ｖｍｉｎとのいずれかで、一定速度として基板Ｓに対して走査される。さらに、これら、和速度Ｖｍａｘと差速度Ｖｍｉｎとの切替時には、なるべく短い時間および距離で加速するように設定される。
【００９８】
なお、図１０，図１１においても、ターゲット２３の往路における位置または速度の変化を線Ｃａおよび線Ｍｇ上の黒三角矢印で示し、ターゲット２３の復路における位置または速度の変化を線Ｃａおよび線Ｍｇ上の二本線の矢印で示している。
【００９９】
ターゲット２３の往路が終了し、ターゲット２３が折り返し位置Ｅｎに到達した際に、図８に示すように、マグネット２５は、第１位置Ｐ１と第２位置Ｐ２との中央位置Ｃに位置する。
そして、ターゲット２３は、図１０，図１１に示すように、折り返し位置Ｅｎに到達すると即座に開始位置Ｓｔに向けて復路をスタートされる。同時に、マグネット２５は、図１０，図１１に示すように、中央位置Ｃから第１位置Ｐ１に向かう動きを継続する。
【０１００】
カソードユニット２２が折り返し位置Ｅｎから開始位置Ｓｔに到達する復路においても、マグネット２５は、ターゲット２３に対して第１位置Ｐ１と第２位置Ｐ２との間を奇数回行き来する。
【０１０１】
つまり、カソードユニット２２が、図１０に線Ｃａで示すように、グラフ中央の折り返し位置Ｅｎからグラフ右端の開始位置Ｓｔまで移動する間に、マグネット２５は、図１０に線Ｍｇで示すように、第１位置Ｐ１と第２位置Ｐ２との間を５回往復する。つまり、ターゲット２３の復路で、マグネット２５は中央位置Ｃから第２位置Ｐ２に２回、および第１位置Ｐ１に３回到達する。
【０１０２】
ターゲット２３の復路においても、マグネット２５は、図１１に示すように、カソード走査速度ＶＣａとマグネット走査速度ＶＭｇとの和速度Ｖｍａｘと、カソード走査速度ＶＣａとマグネット走査速度ＶＭｇとの差速度Ｖｍｉｎとのいずれかで、一定速度として基板Ｓに対して走査される。さらに、これら、和速度Ｖｍａｘと差速度Ｖｍｉｎとの切替時には、なるべく短い時間および距離で加速するように設定される。
【０１０３】
これにより、マグネット２５が、カソード走査速度ＶＣａとマグネット走査速度ＶＭｇとの和速度Ｖｍａｘとして基板Ｓに対して走査される領域は、走査方向における形成領域Ｒ１の全域、すなわち、基板Ｓの全域にわたって配置するように設定される。
【０１０４】
具体的には、図１１において線上の黒三角矢印で示したターゲット２３の往路におけるマグネット２５が和速度Ｖｍａｘで移動する領域と、図１１において線上の二本線の矢印で示したターゲット２３の復路におけるマグネット２５が和速度Ｖｍａｘで移動する領域とが、連続する。これにより開始位置Ｓｔから折り返し位置Ｅｎを介して開始位置Ｓｔまで一往復カソードユニット２２が移動する間に、走査方向における形成領域Ｒ１の全域で、マグネット２５が和速度Ｖｍａｘで移動した部分が連続する。
【０１０５】
実際には、図１１に示すように、ターゲット２３の往路における和速度Ｖｍａｘの領域と、ターゲット２３の復路における和速度Ｖｍａｘの領域とは、互いに重なる部分もあるが、少なくとも、カソードユニット２２が基板Ｓに対して一往復する間において、マグネット２５が和速度Ｖｍａｘで移動する領域が、走査方向における基板Ｓの全体を覆うようになっている。
【０１０６】
ターゲット２３の復路が終了し、ターゲット２３が開始位置Ｓｔに到達した際に、図９に示すように、マグネット２５は、第１位置Ｐ１と第２位置Ｐ２との中央位置Ｃに位置する。
【０１０７】
これにより、ターゲット２３の往復動作を一回終了する。
【０１０８】
本実施形態においては、ターゲット２３の往路におけるマグネット２５の走査状態と、ターゲット２３の復路におけるマグネット２５の走査状態とのバラツキが相殺される。走査方向における基板Ｓ内位置による成膜バラツキが発生することを防止してムラをなくし、成膜特性の均一化を図ることが可能となる。
【０１０９】
また、図１０に示すように、例えば、基板Ｓ中央において、左側のターゲット２３往路においてマグネット２５が図で上向きに移動している部分では、右側のターゲット２３の復路においてマグネット２５は、図で下向きに移動している。
【０１１０】
このように、マグネット２５をターゲット２３の往復動作において、中央位置Ｃから第２位置Ｐ２に向かう方向にスタートして、偶数回往復するように設定することで、マグネット２５の移動方向が、ターゲット２３の往路と復路とにおいて互いにキャンセルされるようにマグネット２５の移動方向を設定することが可能となる。
【０１１１】
これにより、走査方向における基板Ｓ内位置による成膜バラツキが発生することを防止してムラをなくし、成膜特性の均一化を図ることが可能となる。
【０１１２】
さらに、マグネット２５が走査方向と反対の方向へスタートしてもよい。この場合、図１１において示した黒三角矢印と二本線矢印とを逆にした状態となる。この場合でも、同様に、成膜ムラを低減することができる。
【０１１３】
本実施形態においては、上記のようにカソードユニット２２（ターゲット２３）およびマグネット２５の走査速度および方向を設定したことで、成膜ムラを低減することができる。
【０１１４】
なお、上記の各実施形態においては、直流電源２６Ｄに一枚のターゲット２３が接続される構成としたが、交流電源に接続された偶数枚のターゲットを有する構成とすることもできる。
【０１１５】
また、カソードユニット２２とマグネット２５との速度比を保つ場合には、カソードユニット２２の速度を下げてもよい。例えば、基板Ｓの端付近で遅くして基板Ｓの端における膜厚を厚くする場合などが考えられる。
【０１１６】
上記の実施形態においては、スパッタチャンバ１３がレーン変更する構成として説明したが、本発明はこの構成に限られない。
【０１１７】
例えば、本発明は、図１８に示すように、プラテン機構を有するクラスタ型枚葉式のスパッタリング装置を採用することもできる。
図１８は、他の実施形態におけるスパッタリング装置の全体構成を示す構成図である。
【０１１８】
このスパッタリング装置１００は、被処理基板Ｓを搬入／搬出するロード・アンロード室１０２と、基板Ｓ上に所定の被膜をスパッタ法により形成する成膜室（チャンバ）１０４と、成膜室１０４とロード・アンロード室１０２との間の搬送室１０３と、を備えている。スパッタリング装置１００は、図において、サイドスパッタ式として示しているが、スパッタダウン式、あるいは、スパッタアップ式とすることもできる。
【０１１９】
スパッタリング装置１００には、成膜室１０４Ａとロード・アンロード室１０２Ａとが設けられている。これら複数のチャンバ１０２，１０２Ａ，１０４，１０４Ａが搬送室１０３の周囲を取り囲むように形成されており、こうしたチャンバは、例えば、互いに隣接して形成された２つのロード・アンロード室（チャンバ）と、複数の処理室（チャンバ）として構成されることになる。
【０１２０】
例えば、一方のロード・アンロード室１０２は、外部からスパッタリング装置１００に向けて基板Ｓを搬入するロード室、他方のロード・アンロード室１０２Ａは、スパッタリング装置１００から外部に基板Ｓを搬出するアンロード室とし、また、成膜室１０４と成膜室１０４Ａとが異なる成膜工程をおこなう構成とすることもできる。
【０１２１】
こうしたそれぞれのチャンバ１０２，１０２Ａ，１０４，１０４Ａと搬送室１０３との間には、それぞれ仕切りバルブが形成されていればよい。
【０１２２】
ロード・アンロード室１０２には、外部から搬入された基板Ｓの載置位置を設定してアライメント可能な位置決め部材が配置されていてもよい。
ロード・アンロード室１０２には、また、この室内を粗真空引きするロータリーポンプ等の粗引き排気手段が設けられる。
【０１２３】
搬送室１０３の内部には、図１８に示すように、搬送装置（搬送ロボット）１０３ａが配置されている。
【０１２４】
搬送装置１０３ａは、回転軸と、この回転軸に取り付けられたロボットアームと、ロボットアームの一端に形成されたロボットハンドと、上下動装置とを有している。ロボットアームは、互いに屈曲可能な第一、第二の能動アームと、第一、第二の従動アームとから構成されている。搬送装置１０３ａは、被搬送物である基板Ｓを、チャンバ１０２，１０２Ａ，１０３，１０４，１０４Ａ間で移動させることができる。
【０１２５】
成膜室１０４は、上述した第１および第２実施形態のスパッタチャンバ１３と同様に、ムービングカソードによりスパッタリングをおこなう構成とされることができる。
【０１２６】
さらに、本発明は、図１９に示すように、インターバック式のスパッタリング装置を採用することもできる。
図１９は、他の実施形態におけるスパッタリング装置の全体構成を示す構成図である。
【０１２７】
このスパッタリング装置２００は、インターバック式のスパッタ装置であり、基板（またはキャリア）Ｓを搬入／搬出する仕込み／取り出し室２０２と、基板Ｓ上に所定の被膜をスパッタ法により形成する耐圧の成膜室（真空槽）２０３とを備えている。
【０１２８】
仕込み／取出し室２０２には、この室内を粗真空引きするロータリーポンプ等の粗引き排気手段２０４が設けられ、この室内には、基板を保持・搬送するための基板トレイ２０５が移動可能に配置されている。成膜室２０３の内部には、基板を加熱するためのヒータ２１１が設けられている。また、ターゲットを保持するバッキングプレート２０６に負電位のスパッタ電圧を印加する電源２０７、この室内にガスを導入するガス導入手段２０８、成膜室２０３の内部を高真空引きするターボ分子ポンプ等の高真空排気手段２０９、シールド電極となるチムニ（構造体）２１０が設けられている。
【０１２９】
成膜室２０３は、上述した第１および第２実施形態のスパッタチャンバ１３と同様に、ムービングカソードによりスパッタリングをおこなう構成とされることができる。
【０１３０】
これらの構成においても、本発明のスパッタリング方法を適用することができ、走査方向における基板Ｓ内位置による成膜バラツキが発生することを防止してムラをなくし、成膜特性の均一化を図ることが可能となる。
【実施例】
【０１３１】
以下、本発明にかかる実施例を説明する。【０１３２】
なお、本発明における具体例について説明する。
ここでは、図４〜図７に示すように、開始位置Ｓｔにおけるターゲット２３に対してマグネット２５を第１位置Ｐ１からスタートさせるとともに、ターゲット２３に対してマグネット２５を奇数回往復動作させて、開始位置Ｓｔにおけるターゲット２３に対して中央位置Ｃで停止するように、ターゲット２３を基板Ｓに対して一往復させて、スパッタリングをおこなった。その際における諸元を示す。【０１３３】
膜種：ＩＴＯ
基板：１５００ｘ１８５０        
膜厚測定ポイント：２２４ｐｔ（基板端１０ｍｍ除く）
Ｐｏｗｅｒ：３．１ｋＷ
圧力：０．３Ｐａ
ガス：Ａｒ  ７２０ｓｃｃｍ【０１３４】
ここで、マグネットの往復回数を、７ｐａｓｓ、および、９ｐａｓｓとして成膜をおこない、その膜厚を上記の測定ポイント数で測定し膜厚分布を算出した。なお、膜厚分布は、膜厚の最大値Ｍａｘと最小値Ｍｉｎとの差および和から、
（Ｍａｘ−Ｍｉｎ）／（Ｍａｘ＋Ｍｉｎ）×１００
として膜厚％を算出した。
その結果を図１６に示す。【０１３５】
さらに、比較のため、図１２〜図１３に示すように、開始位置Ｓｔにおけるターゲット２３に対してマグネット２５を第１位置Ｐ１からスタートさせるとともに、折り返し位置Ｅｎにおけるターゲット２３に対して第２位置Ｐ２となるように、ターゲット２３に対してマグネット２５を偶数回往復動作させる。この状態で、ターゲット２３を基板Ｓに対して一往復させて、開始位置Ｓｔで停止したターゲット２３におけるマグネットが第１位置Ｐ１で停止するように、スパッタリングをおこなった。【０１３６】
この際、図１４〜図１５に示すように、基板Ｓに対して和速度Ｖｍａｘでマグネット２５が走査される領域が、ターゲット２３の往路と復路とで重なるようにするとともに、差速度Ｖｍｉｎでマグネット２５が走査される領域が、ターゲット２３の往路と復路とで重なるようにした。【０１３７】
ここで、マグネットの往復回数を、４ｐａｓｓ、および、１０ｐａｓｓとして成膜をおこない、その膜厚を上記の測定ポイント数で測定し、同様にして膜厚分布を算出した。
その結果を図１６に示す。【０１３８】
これらの結果から、ターゲット２３に対してマグネット２５の往復回数（Ｐａｓｓ）を奇数回として、ターゲット２３の往路と復路とにおいてマグネットのｐａｓｓ走査方向の違いをキャンセルするようにマグネットを揺動させると、膜厚分布が半分程度まで小さくなり、膜特性が大幅に改善することがわかる。【０１３９】
さらに、ターゲット２３に対してマグネット２５の往復回数（Ｐａｓｓ）を多くすると、膜厚分布が改善することもわかる。
【産業上の利用可能性】
【０１４０】
本発明の活用例として、ＯＬＥＤ用のＴＦＴのチャネル層、トップエミッション構造のカソードの金属薄膜層、ＩＭＩ構造のＩＴＯ層などの製造を挙げることができる。
【符号の説明】
【０１４１】
１０…スパッタリング装置
１１…搬出入チャンバ
１２…前処理チャンバ
１３…スパッタチャンバ
１４…ゲートバルブ
１５…排気部
１６…成膜レーン
１７…回収レーン
１８…カソード装置
１９…レーン変更部
２１…ガス供給部
２２…カソードユニット
２３…ターゲット
２３ａ…表面
２３ｅ１…第１端部
２３ｅ２…第２端部
２５…マグネット
２６Ｄ…直流電源
２７…走査部
２９…マグネット走査部
Ｐ１…第１位置
Ｐ２…第２位置
Ｃ…中央位置
Ｓｔ…開始位置
Ｅｎ…折り返し位置
Ｓ…基板（被処理基板）
Ｒ１…形成領域
Ｒ２…対向領域
Ｒｅ１…端部
Ｒｅ２…端部
ＶＣａ…カソード走査速度
ＶＭｇ…マグネット走査速度
Ｖｍａｘ…和速度
Ｖｍｉｎ…差速度
【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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【国際調査報告】
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