CN104364418A - 溅射装置和溅射成膜方法 - Google Patents

Abstract

溅射装置具备具有磁铁的3个靶，磁铁(7a、7b、7c)的每一个被控制成进行从顺方向的行程端向逆方向移动后停止的第1移动、从第1移动后的停止位置移动到逆方向的逆方向的行程端后停止的第2移动、和从逆方向的行程端移动到顺方向的行程端后停止的第3移动。并且，成膜时被控制成，第1移动的期间形成于基板的第1膜、第2移动的期间形成于基板的第2膜、和第3移动的期间形成于基板的第3膜由各不相同的靶(4a、4b、4c)成膜，而且第1、第2、第3膜在基板上重叠。

Description

溅射装置和溅射成膜方法

技术领域

本发明涉及溅射装置和溅射成膜方法。特别是在具备3个以上的磁控管阴极的基板搬送式的连续溅射成膜装置中被实施，适于一边利用各磁控管阴极使磁铁往返移动，一边利用溅射作用对基板依次进行成膜的溅射装置和溅射成膜方法。

背景技术

在专利文献1中公开了以下的方法，即，使用在靶的背面侧配置有具有磁铁的磁控管阴极(磁控管溅射单元)的装置，调整各磁铁的往返移动的相位，以使沿着搬送方向的膜厚均匀。在利用第1磁控管溅射单元形成在基板上的膜上会交替产生厚的区域和薄的区域，但是通过改变磁铁的往返移动的基板搬送方向(以下称为顺方向)的速度和基板搬送逆方向(以下称为逆方向)的速度，以使形成在基板上的膜的厚的区域的长度和薄的区域的长度之比成为约1：2的方式成膜。第2磁控管溅射单元、第3磁控管溅射单元也与第1磁控管溅射单元相同地进行往返移动而成膜。

利用第2磁控管溅射单元、第3磁控管溅射单元形成薄的膜的区域重叠于利用第1磁控管溅射单元在基板上形成厚的膜的区域。第2磁控管溅射单元、第3磁控管溅射单元中的某一方形成薄的膜的区域、另一方形成厚的膜的区域重叠于利用第1磁控管溅射单元在基板上形成薄的膜的区域。这样，调整第2磁控管溅射单元、第3磁控管溅射单元相对于第1磁控管溅射单元的磁铁的往返移动的相位，利用3个磁控管溅射单元层叠地成膜时，沿着搬送方向的膜厚变得均匀。

先行技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2009/093598

发明内容

发明要解决的课题

为了使磁铁往返移动，需要使一定速度的磁铁在行程端近前减速，并在行程端停止，接下来向逆方向加速。虽然停止时间能够缩短，但是必定需要减速和加速。在专利文献1的使用3个磁控管溅射单元使沿着基板搬送方向的膜厚均匀的方法中，由于在磁铁往返移动的行程两端存在磁铁的减速和加速，所以基板上的搬送方向的膜厚均匀性不好。

理由如下。通过层叠由3个磁控管溅射单元所形成的膜而使膜厚均匀的方法，无论在基板上的哪个位置，不管顺序如何必定是以(厚的膜)+(薄的膜)+(薄的膜)这3层层叠的方式进行组合。在此，(厚的膜)是磁铁向顺方向以一定速度移动的同时形成的膜，(薄的膜)是磁铁向逆方向以一定速度移动的同时形成的膜。在专利文献1中，由于使基板上的搬送方向上的(厚的膜)的区域的长度和(薄的膜)的区域的长度之比为1：2，所以无论在基板上的哪个位置，正好都能够成为(厚的膜)+(薄的膜)+(薄的膜)的组合。

但是，实际上磁铁在往返移动的行程端附近在减速中和加速中形成的膜厚，既不是上述厚的膜也不是薄的膜，而成为中间的膜。例如，若在第1磁控管溅射单元的磁铁向逆方向移动的同时，在行程端近前减速中的情况下成膜，则基板上的膜成为(略薄的膜)。该基板由第2磁控管溅射单元成膜时，磁铁向顺方向移动的同时在行程端近前为减速中，基板上的膜成为(略厚的膜)。同样，该基板由第3磁控管溅射单元成膜时，磁铁向逆方向移动的同时，在行程中央为以等速移动中，基板上的膜成为(薄的膜)。

即，成为(略薄的膜)+(略厚的膜)+(薄的膜)这3层层叠。在该情况下，与上述的(厚的膜)+(薄的膜)+(薄的膜)这3层层叠相比，膜厚变薄。因此，基板上的搬送方向的膜厚均匀性不好。如果由第3磁控管溅射单元形成的膜厚成为(略薄的膜)，则搬送方向的膜厚均匀性变得良好，但是，磁铁的减速和加速仅在行程的两端存在2次，所以无法以3层层叠在减速中和加速中进行成膜。

本发明是为了解决上述课题而提出的，其目的在于，提供一种使膜厚的均匀性和靶利用率提高的溅射装置和溅射成膜方法。

为了解决课题的手段

本发明的溅射装置，其特征在于，该溅射装置具备：真空容器；基板搬送部，用于在上述真空容器内搬送基板；至少3个靶保持部，为了保持用于对由上述基板搬送部所搬送的上述基板依次地进行成膜的靶，沿上述基板的搬送方向排列；磁铁部，被配置在各自的上述靶保持部的背侧；磁铁驱动部，驱动上述磁铁部；以及控制部，控制上述基板搬送部和上述磁铁驱动部，使得在上述靶保持部保持上述靶并进行成膜时，各自的上述磁铁部以规定周期执行从上述搬送方向的行程端向与上述搬送方向逆方向移动并停止在第1规定位置的第1移动、在上述第1移动后从上述第1规定位置向上述逆方向移动并停止在第2规定位置的第2移动、和从上述逆方向的行程端向上述搬送方向移动并停止在上述搬送方向的行程端的第3移动，并且，在上述第1、第2、第3移动的每一个中，上述基板相对于上述磁铁部在上述搬送方向上相对地移动的距离相等。

此外，本发明的溅射成膜方法，使用溅射装置，该溅射装置具备：真空容器；基板搬送部，用于在上述真空容器内搬送基板；至少3个靶保持部，为了保持用于对由上述基板搬送部所搬送的上述基板依次地进行成膜的靶，沿上述基板的搬送方向排列；磁铁部，被配置在各自的上述靶保持部的背侧；以及磁铁驱动部，驱动上述磁铁部，其特征在于，在上述靶保持部保持上述靶并进行成膜处理时，以规定周期执行使各自的上述磁铁部从上述搬送方向的行程端向与上述搬送方向逆方向移动，并停止在第1规定位置的第1移动、在上述第1移动后，使各自的上述磁铁部从上述第1规定位置向上述逆方向移动，并停止在第2规定位置的第2移动、和使各自的上述磁铁部从上述逆方向的行程端向上述搬送方向移动，并停止在上述搬送方向的行程端的第3移动，并且，在上述第1、第2、第3移动的每一个中，上述基板相对于上述磁铁部在上述搬送方向上相对地移动的距离相等。

发明的效果

能够提供一种使膜厚的均匀性和靶利用率提高的溅射装置和溅射成膜方法。

本发明的其他的特征和优点，通过以附图为参照的以下的说明是清楚的。另外，在附图中，对同一或同样的结构，标注相同的附图标记。

附图说明

附图包含于说明书中，构成其一部分，表示本发明的实施方式，与其记述一起用于说明本发明的原理。

图1是本发明的一实施方式的串联型连续溅射成膜装置的成膜室的概略剖视图。

图2是例示了本发明的一实施方式的磁控管溅射单元的磁铁的基板搬送方向的运动的示意图。

图3是表示图2的磁铁的运动的1个周期的速度变化的速度线图。

图4A是图2的磁铁运动时的磁铁7和基板的位置关系的示意图。

图4B是图2的磁铁运动时的磁铁7和基板的位置关系的示意图。

图4C是图2的磁铁运动时的磁铁7和基板的位置关系的示意图。

图5是例示了本发明的一实施方式的3个磁控管溅射单元的磁铁的运动的示意图。

图6是表示以由本发明的一实施方式的串联型连续溅射成膜装置搬送的基板为基准的磁铁的相对速度和膜厚的示意图。

图7是表示观察本发明的一实施方式的磁控管溅射单元的磁铁时的磁铁7相对于基板的相对速度V_ms的图。

图8是说明本发明的一实施方式的磁控管溅射单元的磁铁7相对于阴极6的速度的图。

图9是对本发明的一实施方式的磁铁相对于基板的相对速度进行说明的说明图。

图10是本发明的一实施方式的3个磁控管溅射单元的磁铁的开始运动的时间的说明图。

图11是本发明的一实施方式的3个磁控管溅射单元10a、10b、10c的阴极中心间的基板搬送方向的距离的说明图。

图12是表示根据本发明的一实施方式的溅射成膜方法堆积在基板上的膜的搬送方向的分布的图。

图13是表示在与图11不同的成膜条件下，堆积在基板上的膜的搬送方向的分布的图。

具体实施方式

以下，基于附图说明本发明的实施方式。另外，以下说明的构件、配置等是将发明具体化了的一个例子，当然并不限定本发明，能够沿着本发明的主旨进行各种变更。在实施方式中，作为溅射装置，以在1个成膜腔室内具备3个磁控管溅射单元的装置为例进行说明，但是本发明能够应用于沿着溅射装置的基板搬送路径具备3个以上磁控管溅射单元的装置。

以下，关于本发明的实施方式，参照附图进行说明。图1是用于能够应用于本发明的基板搬送式的串联型连续溅射成膜装置的成膜室结构的概略剖视图。通常，加载互锁真空室、缓冲室、成膜室100、卸载互锁真空室等多个腔室经由闸阀被连结，形成一个基板搬送式的串联型连续溅射成膜装置，在图1中仅表示其中的成膜室100。

如图1所示，成膜室100由腔室2(真空容器)、基板搬送部、和被设置在腔室2的上部的3个磁控管溅射单元10a、10b、10c(溅射部件)构成。基板搬送部被构成为具有搬送设于腔室2内的基板1的搬送辊3、和使辊3旋转的基板驱动装置21。在本实施方式中，基板1在水平状态下载置在搬送辊3上，以一定速度向图1所示的右方向被搬送。腔室由未图示的排气泵被排成真空，利用未图示的气体配管，供给处理气体、例如Ar气体，以成为规定的压力。

作为溅射部件的3个磁控管溅射单元，从基板搬送方向的上游侧起，排列为第1磁控管溅射单元10a(第1溅射部件)、第2磁控管溅射单元10b(第2溅射部件)、第3磁控管溅射单元10c(第3溅射部件)，能够相对于由基板驱动装置21所搬送的基板依次成膜。以3个磁控管溅射单元为代表，对第1磁控管溅射单元10a的结构进行说明。各磁控管溅射单元10a、10b、10c成为相同的结构。在本实施方式中，靶4a、4b、4c是相同的材料。磁控管溅射单元10a的阴极间隔壁9a(靶保持部)经由阴极绝缘部8a被设置在腔室2的顶壁上。在阴极间隔壁9a上，设有由未图示的电力供给机构供给电力的阴极6a。在此，向阴极6a供给DC电力。

靶4a通过结合等的方法被保持于阴极6a，阴极6a和靶4a在一体的状态下被固定于阴极间隔壁9a。靶4a被配置成与由基板搬送装置所搬送的基板相向。阴极6a有时被称为靶背板或支撑板。虽未图示，但是在阴极6a的内部，为了冷却靶，制作了水路。为了防止来自靶4a的表面以外的溅射，相对于靶4a侧面、阴极6a、阴极间隔壁9a的露出的面，空出2～3mm的间隙地覆盖靶屏蔽件5a。

在阴极间隔壁9a的与阴极6a相反侧的大气侧(靶4a的背面)，设置有磁铁7a(磁铁部)。磁铁7a由平板状的轭铁和永磁铁构成，由以阴极6a侧为S极的中心极和以阴极6a侧为N极的外周极构成。磁铁7a产生的磁力线在靶4a表面附近形成两个隧道状回路。在放电的情况下，在靶4a表面附近的磁力线回路的部位能够产生高密度的等离子体。

磁铁7a能够利用磁铁移动部11a(磁铁驱动部)沿着基板搬送方向往返移动。磁铁移动部11a例如由马达和滚珠螺杆等动力传递装置构成，能够将磁铁7a以指定的速度移动到指定的位置。磁铁7a以规定周期、规定行程进行往返移动。磁铁7a的速度控制的分布图，能够设为由加速、等速、减速构成的梯形驱动。在该情况下，磁铁7a从停止状态起进行基于一定的加速度的加速移动，接着进行等速移动，接着进行基于一定的加速度的减速移动而再次停止。其期间移动的距离成为以纵轴为速度、以横轴为时间描绘成的速度线图的梯形部分的面积。

3个磁铁移动部11a、11b、11c和基板驱动装置21由控制部25控制。磁铁的往返移动的速度和3个磁铁的相位差如后述那样由基板搬送速度决定。因此，控制部25根据基板搬送速度通过演算而决定它们的值，控制磁铁移动部11，使磁铁7移动。即，控制部25能够与基板搬送的时机相对应地控制磁铁7a、7b、7c的移动的相位。

接下来，对溅射成膜方法进行说明。成膜处理时，向腔室2内导入如Ar气体那样的处理气体，从而使排成真空了的腔室2内成为规定的压力，由基板搬送装置以一定速度搬送基板。在阴极的水路中预先供给有冷却水。在使磁铁7a、7b、7c(以下以附图标记为7)向基板的搬送方向往返移动的同时，向阴极6a、6b、6c(以下以附图标记为6)施加一定的DC电力，实施磁控管溅射成膜。另外，在表示3个磁控管溅射单元10a、10b、10c当中任意的1个磁铁移动部所包含的特定的构成要素的情况下，从附图标记中去除字母地记载。例如，在表示磁铁7a、7b、7c中任意的磁铁时作为磁铁7。

在靶4表面，在等离子体成为高密度的部位，产生侵蚀(靶的侵蚀)。等离子体成为高密度的部位，由通过磁铁7所形成的磁力线决定。通过磁铁7相对于靶4移动的同时进行溅射成膜，在靶4表面产生均匀的深度的侵蚀，从而能够使靶利用率提高。靶4的寿命变长，能够减少靶更换的频率。

若使磁铁7沿着基板搬送方向往返移动，则沿着基板上的搬送方向的膜厚有时变得不均匀。在使搬送速度为V_t、磁铁7沿着基板搬送方向的往返移动的周期为T的情况下，在满足V_t·T＜70mm这样的比较快的往返移动速度的情况下没有问题，但是在不是那样的情况下，即V_t·T≥70mm的情况下，无法仅利用1个磁控管溅射单元在搬送方向上进行均匀的成膜。以下，对于比较慢的磁铁往返移动速度的情况下的溅射成膜方法，说明利用3个磁控管溅射单元10a、10b、10c使膜厚均匀的方法。

图2表示磁控管溅射单元的磁铁7的基板搬送方向的运动的例子，图3表示速度线图。图4A～4C表示此时的磁铁7和基板的位置关系的示意图。在该例子中，磁铁的往返移动的行程L(单程)设为100mm，往返移动的周期T设为9秒。关于详细的控制方法后述。图2的曲线图的纵轴，在基板搬送的位置，将磁铁7的中心位置与阴极6的中心位置重叠的位置作为0mm，此外，将作为基板搬送方向的顺方向表示为正，将逆方向表示为负。磁铁7的初始位置是顺方向的行程端即+50mm位置(在图2、4中用P0表示)。磁铁7从这里出发，向逆方向移动，在行程中心即0mm位置(第1规定位置)(在图2、4中用P1表示)暂时停止。以下，将到此为止的移动称为第1移动(参照图3(A))。

之后，还向逆方向移动，移动到作为逆方向的行程端的－50mm(第2规定位置)(在图2、4A－4C中用P2表示)再次停止。以下，将到此为止的移动称为第2移动(参照图3(B))。接下来，磁铁向相反方向的顺方向移动，移动到作为顺方向的行程端的+50mm位置(第3规定位置，在图2、4A－4C中用P3表示)停止。以下，将到此为止的移动称为第3移动(参照图4C)。到此为止以9秒为1个周期。第3移动结束了之后，磁铁7停止的位置(P3)是第1移动的开始位置(P0)。磁铁7以规定周期(在本实施方式中周期为9秒)重复该第1～第3移动。第1、第2、第3移动时各自停止的时间相等。

图3是表示图2的磁铁的运动的1个周期的速度变化的速度线图。横轴表示时间，纵轴表示磁铁相对于阴极的速度V_mc，速度的方向以作为基板搬送方向的顺方向为负，以逆方向为负。此外，在图3中，在磁铁7停止(速度为零)的位置，记载有与图2中的位置相对应的附图标记(P0～P3)。磁铁7从初始位置(位置P0)起向逆方向在一定时间的期间、以等加速度加速，之后向逆方向等速移动，接着向逆方向以等加速度减速，速度成为零，在位置P1停止。到此为止的速度线图的形状显示为梯形。在本实施方式中，一般采用被称为梯形驱动(梯形控制)的速度控制。其作为电动机驱动的控制方法是一般的方法。通过到此为止的速度控制，磁铁从图2所示的初始位置(位置P0)的顺方向的行程端的+50mm位置移动到行程中心的0mm位置(第1规定位置、位置P1)。之后由于停止一定时间，所以速度被保持为0mm/s。到此为止是第1移动。

接下来，与到此为止的速度变化相同地，重复逆方向的加速、等速、减速的梯形驱动和停止。到此为止从图2所示的逆方向的行程端移动到－50mm位置(第2规定位置、位置P2)。到此为止是第2移动。接下来，向顺方向(在图3中正的速度)进行加速、等速、减速的梯形驱动和停止(第3规定位置、位置P3)。但是，顺方向的等速的速度和等速的时间与逆方向不同。等速的速度的绝对值比逆方向小，等速的时间变长。到此为止是第3移动。另外，在本实施方式中，结束了第3移动的位置(位置P3)与第1移动的开始位置(位置P0)一致。

到此为止表示了1个磁控管溅射单元的磁铁7的运动的例子，而图5表示3个磁控管溅射单元的磁铁7的运动的例子。第1磁控管溅射单元10a的磁铁7a最初开始运动，并以周期9秒持续运动。第2磁控管溅射单元10b的磁铁7b在此延迟5秒后开始运动，以周期9秒同样地持续运动。第3磁控管溅射单元10c的磁铁7c在此进一步延迟10秒后开始运动，以周期9秒同样地持续运动。各自的磁控管溅射单元10的磁铁7这样地错开时间地持续运动。关于磁铁7b、7c开始运动的时间的交错，在后面说明。

接下来，对磁控管溅射单元10的磁铁7的动作的控制方法进行说明。首先，说明在本实施方式中用于使基板上的搬送方向的膜厚均匀的想法。磁控管溅射单元10的磁铁7在阴极6的搬送方向的中心位置的前后进行往返移动。另一方面，基板1也在磁铁7的往返移动中，在搬送方向上以一定速度(定速)移动。图6是关于任意的1个磁控管溅射单元10，表示以被搬送的基板为基准的磁铁7的相对速度和膜厚的示意图。

图6是用于说明基板上的膜厚和磁铁7的速度的关系的示意图，图6的上部，以基板为基准，将磁铁7的相对的速度表示为磁铁7相对于基板的相对速度V_ms，在图6的下部，示意表示了与上部的横轴相对应的被形成在基板上的位置的膜厚。图6的横轴是基板搬送方向的基板上的位置。另外，在实际的溅射成膜装置中，基板从图6的纸面上的右侧以一定速度向左方向被搬送，在此为了方便，固定基板地进行观察，因此，磁铁7相对于基板始终在从左向右方向改变速度的同时进行移动。该磁铁7相对于基板的相对速度V_ms在图6中以右方向为正形成曲线图。

在图6中记载的A和B的范围表示磁铁7向基板搬送方向的逆方向移动的范围，是磁铁7相对于基板的相对速度比较快的区域。C的范围表示磁铁7向基板搬送方向(顺方向)移动的范围，是磁铁7相对于基板的相对速度比较慢的区域。此外，A’、B’、C’表示磁铁停止着的区域。各范围的和、A+A’+B+B’+C+C’表示在磁铁7进行1个周期的往返移动的期间基板前进的距离。

在与图6中的A和B相对应的基板上的范围中，堆积比较薄的膜，对于与图6中的C相对应的范围，堆积比较厚的膜。这是因为，向阴极供给的DC电力是一定的，因此，从靶放出的溅射原子的密度是一定的，此外，溅射原子的放出位置是与磁铁7的位置相对应的位置。因而，在基板上堆积与磁铁7相对于基板的相对速度成反比的膜厚。

但是，基板上的膜厚变化不是像磁铁7相对于基板的相对速度的变化那样剧烈地变化，而是如图6的下面的图所示平滑地变化。这是因为，从靶放出的溅射原子从磁铁7的宽度程度的区域被溅射，所以被放出的溅射原子的分布是平滑的、以及使靶和基板之间的距离在溅射原子飞弹期间某种程度地扩大。

在此重要的是，调整磁铁7相对于阴极的移动速度和基板的搬送速度，以使与A、B、C各范围相对应地形成在基板上的膜的基板搬送方向的长度分别相同。此外，与A’、B’、C’各范围相对应地形成在基板上的膜的基板搬送方向的距离也分别相同。通过使成膜的长度(基板搬送方向的距离)相同，能够使之后说明的通过基于第2、第3磁控管溅射单元的成膜而层叠的膜厚在搬送方向上均匀。

图7分别表示在以基板为基准观察3个磁控管溅射单元的磁铁7时的磁铁7相对于基板的相对速度V_ms。横轴基板上的位置用3个曲线图对齐表示。第1磁控管溅射单元10a的磁铁7a的相对速度V_ms与图6相同。第2磁控管溅射单元10b的磁铁7b相对于第1磁控管溅射单元10a的磁铁7a在基板上的位置错开A+A’的距离地进行相同的反复移动。第3磁控管溅射单元10c的磁铁7c相对于第1磁控管溅射单元10a的磁铁7a的运动，在基板上的位置错开A+A’+B+B’的距离地进行相同的反复移动。换句话说，磁铁7进行规定的周期的反复移动，若以基板为基准，则磁铁7b相对于磁铁7a在任意的一个方向上偏离1/3周期，磁铁7c相对于磁铁7a在一个方向上偏离2/3周期(或在逆方向上为1/3周期)。

这样一来，与图7中的区域A相对应的基板上的区域(区域A)，在第1磁控管溅射单元10a中，在磁铁7a和基板的相对速度比较快的状态下成膜，在第2磁控管溅射单元10b中，在磁铁7b和基板的相对速度比较慢的状态下成膜，在第3磁控管溅射单元10c中，在磁铁7c和基板的相对速度比较快的状态下成膜。图7中的B和C的区域也同样地，在3个磁控管溅射单元当中的2个中，在与磁铁的相对速度比较快的状态下成膜，在1个中，在磁铁的相对速度比较慢的状态下成膜。若以这样的磁铁的相对速度进行成膜，则在各区域中，比较薄的膜形成2次，比较厚的膜形成1次。因而，在A、B、C各自的区域中，由3个磁控管溅射单元层叠的膜厚相同。

在上述中，对磁铁相对于阴极在等速移动中相对速度一定的部分进行了说明，但是在A、B、C各区域，在各区域的两端存在磁铁的加速区域和减速区域。该部分若也以3个磁控管溅射单元来考虑，则2个相对速度比较快的区域和1个相对速度比较慢的区域在相同的基板上的位置重叠。因此，也包含该加速区域、减速区域的部分在内，A、B、C各自的区域中的由3个磁控管溅射单元层叠的膜厚相同。

接下来，对在磁铁7相对于阴极停止的状态下进行成膜的图7的区域A’、B’、C’进行说明。区域A’、B’、C’的膜厚成为上述的A、B、C的区域的磁铁7向基板搬送方向移动时形成于基板的膜厚(比较厚的膜厚)和在磁铁7向逆方向移动时形成于基板的膜厚(比较薄的膜厚)的中间的膜厚。当然，在区域A’、B’、C’形成在基板上的膜厚相同。利用3个磁控管溅射单元，该区域A’、B’、C’以相同的膜厚在基板上层叠3层。可知，通过在根据后面说明的计算式得到的磁铁7的运动中进行控制，通过该区域A’、B’、C’层叠3层的膜厚与通过A、B、C的区域层叠3层的膜厚相同。

以上是本实施方式的成膜方法和成膜装置的控制方法的想法。即，使在A、B、C的区域成膜的基板上的长度相同。使在A’、B’、C’的区域成膜的基板上的长度相同。分别错开3个磁控管溅射单元的磁铁7的运动(相位)，以使在基板上的成膜位置前进在基板上在A+A’的区域成膜的长度。

再稍微具体地说，成膜时，在第1移动的期间形成于基板的第1膜、在第2移动的期间形成于基板的第2膜、和在第3移动的期间形成于基板的第3膜由各自不同的磁控管溅射单元(靶)进行。此时，通过使基板搬送速度和磁铁7的移动时机对应，从一个靶成膜的第1膜、从其他的靶成膜的第2膜、和从剩余的靶成膜的第3膜在基板上重叠地进行成膜。并且，被控制成，在第1、第2、第3移动的各自中，磁铁7停止时堆积的部分在基板上重叠。根据这样的成膜方法，在通过了成膜室100的3个靶4a、4b、4c的前面(下侧)之后的基板上形成厚度均匀的膜。

接下来，关于磁控管溅射单元10的磁铁7的控制方法进行说明。图8是说明了磁控管溅射单元的磁铁7相对于阴极6的速度的图。横轴是时间，表示1个周期。纵轴是磁铁7相对于阴极6的速度V_mc，以逆方向的速度为正。磁铁7的速度控制由2个相同形状的逆方向移动的梯形驱动和1个顺方向移动的梯形驱动、以及各梯形驱动后的停止构成。以往返移动的周期为T，以行程(单程)为L，以磁铁7的加速时间为T_acc1，以减速时间为T_acc2。在此3个梯形驱动的加速时间和3个梯形驱动的减速时间分别相等。此外，磁铁7在3个部位停止但其停止时间T_sew也相等。这些值通常根据磁控管溅射装置的结构和成膜的要求决定。

在此想求出的是，逆方向移动时的等速移动的速度V_b及其时间T_b、顺方向(基板搬送方向)移动时的等速移动的速度V_f及其时间T_f。另外，逆方向移动时的等速移动的时间T_b是对于两个梯形驱动的时间，一个梯形驱动为T_b/2。此外，顺方向移动时的等速移动的速度V_f为正。在图中用－V_f表示。磁铁7最初停止在顺方向的行程端(初始位置)。从那里起，向逆方向在加速时间T_acc1的期间以等加速度。之后进行时间T_b/2的逆方向的等速移动。此时的速度是V_b。之后以等加速度减速时间T_acc2，速度成为0后，持续停止时间T_sew的期间。在该期间内，相对于阴极6移动的距离成为图7的最初的(最左侧的)的梯形的面积。磁铁7相对于阴极6的顺方向的速度V_f被设定为比基板搬送速度V_t小的速度。

接下来，同样地通过梯形驱动向逆方向移动，到达逆方向侧的行程端而停止，进而持续停止T_sew。在此磁铁7也相对于阴极6移动相同的距离。通过该2个梯形驱动而移动的距离必须与行程L相等。因为基于一个梯形驱动的移动距离是L/2，所以成为下式。

[数学式1]

$\frac{L}{2}=(\frac{T_b}{2}+T_{\mathrm{acc}})V_b...\left(1\right)$

在此，T_acc是加速时间T_acc1和减速时间T_acc2的平均值。

[数学式2]

$T_{\mathrm{acc}}=\frac{1}{2}(T_{\mathrm{acc}1}+T_{\mathrm{acc}2})$

接下来，磁铁7向顺方向在时间T_acc1的期间以等加速度加速。之后，进行时间T_f的顺方向的等速移动。此时的速度是V_f。之后，以等加速度减速时间T_acc2，在速度为0后在时间T_sew的期间持续停止。此时磁铁7返回顺方向行程端(初始位置)。在该顺方向移动的期间，相对于阴极6移动的距离成为图7的最后的(最右侧的)的梯形的面积，与行程L必须相等，所以成为下式。

[数学式3]

L＝(T_f+T_acc)V_f...(2)

将从周期T减去了停止时间T_sew而得到的时间定义为T’。

[数学式4]

T′＝T-3T_sew

若加上1个周期的期间的各移动中的时间，则成为下式。

[数学式5]

T_f+T_b+6T_acc＝T′...(3)

接下来，基于图9，说明磁铁相对于基板的相对速度。图9的横轴是时间，与图8相同地表示往返移动的1个周期。纵轴是磁铁相对于基板的相对速度V_ms，将基板搬送方向的逆方向表示为正。在以基板的搬送速度为V_t时，若磁铁相对于基板的相对速度V_ms在相对于阴极的速度V_mc上加上V_t即可，则表示为下式。

[数学式6]

V_ms＝V_mc+V_t

因而，若将图8的曲线图在纵轴方向上平行移动V_t，则成为图9的相对速度的曲线图。磁铁7相对于阴极6向逆方向等速移动时的相对于基板的相对速度成为V_t+V_b，向顺方向等速移动时的相对于基板的相对速度成为V_t－V_f(V_f为正)。此外，磁铁7相对于阴极6停止时的相对于基板的相对速度成为V_t。

通过图8中的最初(左侧)的梯形驱动，磁铁7相对于基板移动的距离成为图9的a所示的部分的面积(梯形部分及其下方的长方形部分的面积的合计)。由该a所示的距离与图5所示的A的相对移动距离相同。同样，通过图8中的第2个(中央)的梯形驱动，磁铁7相对于基板移动的距离成为由图9的b所示的斜线的面积。由该b所示的距离与图6所示的B的相对距离相同。通过图8中的最后(右侧)的梯形驱动，磁铁7相对于基板移动的距离成为由图8的c所示的斜线的面积。由该c所示的距离与图6所示的C的相对移动距离相同。这些a、b、c的面积必须分别相等。因而，以下的式子必须成立。另外，由于梯形部分的面积与行程L相等，所以使用L表示。

[数学式7]

$(\frac{T_b}{2}+2T_{\mathrm{acc}})V_t+\frac{L}{2}=(T_f+2T_{\mathrm{acc}})V_t-L...\left(4\right)$

通过联立地解析以上的(1)～(4)式，磁铁7的逆方向移动时的等速移动的速度V_b及其时间T_b、顺方向移动时的等速移动的速度V_f及其时间T_f如以下那样所示。

[数学式8]

$V_b=\frac{L}{\frac{2T^{\′}}{3}-{2T}_{\mathrm{acc}}-\frac{L}{V_t}}...\left(5\right)$

$V_f=\frac{L}{\frac{T^{\′}}{3}-T_{\mathrm{acc}}+\frac{L}{V_t}}...\left(6\right)$

[数学式9]

$T_b=\frac{2T^{\′}}{3}-4T_{\mathrm{acc}}-\frac{L}{V_t}...\left(7\right)$

$T_f=\frac{T^{\′}}{3}-2T_{\mathrm{acc}}+\frac{L}{V_t}...\left(8\right)$

因为由此知道了所有的值，所以能够进行磁控管溅射单元10的磁铁7的往返移动的控制。

作为例子，表示在以下的条件的情况下通过(5)～(8)式计算的结果。基板搬送速度V_t＝33.33mm/s，周期T＝9秒，行程L＝100mm，加速时间T_acc1和减速时间T_acc2均为0.3秒，停止时间T_sew＝0.4秒时的计算结果如下。

磁铁7的逆方向移动时的等速移动的速度V_b＝62.5mm/s、

其时间T_b＝1.0s、

磁铁7的顺方向移动时的等速移动的速度V_f＝18.87mm/s、

其时间T_f＝5.0s，

此时的磁铁7的动作和速度以图2、图3所示。

在本实施方式中，以磁铁7相对于阴极6的顺方向的速度V_f比基板搬送速度V_t小，即磁铁7不追上基板为前提条件。该条件明示了(5)～(8)式必须全部为正。其中，若(7)式的Tb＞0成立，则(5)～(8)式全部为正。因而，为了满足速度V_f比基板搬送速度V_t小这样的条件，相对于周期T以下的式子成立。

[数学式10]

$T>\frac{3}{2}(2T_{\mathrm{sew}}+4T_{\mathrm{acc}}+\frac{L}{V_t})...\left(9\right)$

在周期T中具有某下限，需要用比其大的值设定。增大周期T使磁铁7的移动速度Vf变慢，由此磁铁7的驱动机构的负荷变小，所以产生机构上的问题。

接下来，使用式子说明堆积在基板上的膜厚至少在搬送方向上变得均匀的情况。图7的基板上的A、B、C的范围是磁铁7一边移动一边成膜的范围。在由区域A、B、C构成的3个范围中，分别表示(厚的膜)1次和(薄的膜)2次的层叠。在此(薄的膜)是磁铁7相对于阴极6向逆方向移动的同时进行成膜的部分，相对于基板的相对速度是(V_t+V_b)。因为膜厚与相对速度成反比，所以若以比例常数为D，则(薄的膜)的膜厚由下式表示。

[数学式11]

$\frac{D}{V_t+V_b}$

接下来，(厚的膜)是磁铁7相对于阴极6向顺方向移动的同时进行成膜的部分，相对于基板的相对速度是(V_t－V_f)(其中V_f＞0)。若(厚的膜)的膜厚使用同样的比例常数D，则由下式表示。

[数学式12]

$\frac{D}{V_t-V_f}$

A、B、C范围的1次(厚的膜)和2次(薄的膜)层叠的膜厚成为下式。

[数学式13]

$\frac{2D}{V_t+V_b}+\frac{D}{V_t-V_f}$

若在上式中代入(5)、(6)式，则成为下式。

[数学式14]

$\frac{3D}{V_t}$

这表示磁铁7相对于基板的相对速度是V_t的3次层叠时的膜厚。即，与图7的A’、B’、C’的范围的磁铁停止时的膜厚层叠3层而成的膜厚相同。

由此表示图7的A、B、C的范围和A’、B’、C’的范围的膜厚相等，堆积在基板上的膜厚至少在搬送方向上变得均匀。以上是磁控管溅射单元的磁铁的速度控制方法。3个磁控管溅射单元的磁铁用同样的速度控制方法持续运动，但是各自错开时间地运动。以下，关于时间的错开进行说明。

图10表示3个磁控管溅射单元10a、10b、10c的磁铁7a、7b、7c的开始运动的时间的说明。以第1磁控管溅射单元10a的磁铁7a开始运动的时间为0秒。以第2磁控管溅射单元10b的磁铁7b开始运动的时间为T_w12，以第3磁控管溅射单元10c的磁铁7c开始运动的时间为T_w13。将这些时间称为待命时间而求出它们。

首先，假定3个磁控管溅射单元10a、10b、10c的阴极中心重叠在基板搬送方向的相同位置地被配置而考虑待命时间。如图6所示那样，第2磁控管溅射单元10b的磁铁7b和第1磁控管溅射单元10a的磁铁7a在基板上错开A+A’的距离的状态下与基板相对应。这相当于磁铁晚1个周期的1/3的时间而开始运动。若将1个周期作为360°，则其1/3为120°，将其称为相位差θ12。即，该情况下的待命时间T_w12成为下式。

[数学式15]

同样，第3磁控管溅射单元10c的磁铁7c的相位差θ₁₃是240°。一般而言，若以第n个磁控管溅射单元的磁铁的相位差为θ_1n，则第n个磁控管溅射单元的磁铁的从属(スレイブ)待命时间T_w1n成为下式。

[数学式16]

实际上，因为3个磁控管溅射单元的阴极中心没有位于相同的位置，所以接下来考虑阴极中心位置不同的情况。图11表示3个磁控管溅射单元10a、10b、10c的阴极中心间的基板搬送方向的距离。基板以搬送速度V_t在图中向右方向移动。以第1磁控管溅射单元10a的阴极中心和第2磁控管溅射单元10b的阴极中心的距离为X₁₂，以第1磁控管溅射单元10a的阴极中心和第3磁控管溅射单元10c的阴极中心的距离为X₁₃。一般以第1磁控管溅射单元10a的阴极中心和第n个磁控管溅射单元的阴极中心的距离为X_1n。基板移动该距离所需的时间是X_1n/V_t，所以待命时间T_w1n成为下式。

[数学式17]

另外，因为磁铁以周期T持续运动，所以待命时间即使偏离周期T，相对于基板的位置关系也不改变。因而，第n个磁控管溅射单元的待命时间T_w1n表示为下式。

[数学式18]

在此，m是任意的整数。整数m可以适当地决定，但是，在本实施方式中，将右边第1项、第2项的

[数学式19]

除以周期T而得到的余数采用为待命时间T_w1n。这样一来，能够以最短的待命时间使所有的磁控管溅射单元的磁铁运动，能够较快地完成溅射成膜的准备。

接下来，关于使用了本溅射成膜方法的情况下的基板上的膜厚分布进行说明。图12表示在基板上堆积的膜的搬送方向的分布。膜厚是使用实际的装置的靶的侵蚀测量值通过模拟求出的。基板设为在搬送方向上充分长。实际的装置、成膜条件如下。磁铁7的搬送方向的长度是200mm，靶4的搬送方向的长度是300mm，靶4和基板的距离是75mm。靶4用Al，作为处理气体而用Ar，在压力为0.1Pa的状态下成膜。

以下是计算条件(图2、图3所示)。第1磁控管溅射单元10a的阴极中心和第2磁控管溅射单元10b的阴极中心的基板搬送方向的距离X₁₂＝300mm，第1磁控管溅射单元10a的阴极中心和第3磁控管溅射单元10c的阴极中心的基板搬送方向的距离X₁₃＝600mm。基板搬送速度V_t＝33.33mm/s，周期T＝9秒，行程L＝100mm，加速时间T_acc1和减速时间T_acc2均为0.3秒，停止时间T_sew＝0.4秒。

图12中在曲线图的下方用3根线表示基于各磁控管溅射单元的基板上的膜厚。各膜厚的比较厚的区域比薄的区域稍长。各自的基板上的周期是V_t·T＝300mm。它们在基板上各100mm地错开，堆积为膜。上方的粗线是由3个磁控管溅射装置层叠的膜厚，是下方的3个膜厚的合计值。层叠的膜厚大致均匀。若用以下的膜厚分布的计算式，则膜厚分布成为±0.02％。另外，膜厚分布计算式如下。

膜厚分布(±％)＝(最大值－最小值)/(最大值+最小值)×100

接下来，用图13说明在其他的条件下使用了本溅射成膜方法的情况下的基板上的膜厚分布。在图11的条件下，仅将周期T变更为60秒。基于各磁控管溅射装置的基板上的膜厚在曲线图的下方用3根线表示。各膜厚比较薄的区域比厚的区域长。其比接近2：1。各自基板上的周期是V_t·T＝2000mm。它们在基板上各666.7mm地错开，堆积为膜。上方的粗线是由3个磁控管溅射装置层叠的膜厚，是下方的3个膜厚的合计值。层叠的膜厚大致均匀。若用膜厚分布的计算式，则膜厚分布成为±0.00％。

在上述的实施方式中，以具备3个磁控管溅射单元的溅射装置为中心进行了说明，但是即使在具备4个以上磁控管溅射单元的情况下也能够应用本发明。例如在具备4个磁控管溅射单元的情况下，将磁铁7的周期分为4个而动作。即，将各自的磁铁7驱动成按照以下的第1～4的移动成为一个周期。即，驱动各磁铁，从而进行从顺方向的行程端向逆方向移动后停止在第1规定位置的第1移动、从第1移动后的停止位置移动到逆方向的第2规定位置后停止的第2移动、从第2规定位置移动到逆方向的行程端后停止的移动(第4移动)、和从逆方向的行程端移动到基板搬送方向(顺方向)的行程端后停止的第3移动。

并且，成膜时，第1移动的期间形成于基板的第1膜、第2移动的期间形成于基板的第2膜、第3移动的期间形成于基板的第3膜、和在第2和第3移动之间进行的移动(第4移动)的期间形成于基板的第4膜由各自不同的磁控管溅射单元(靶)进行。另外，通过第1膜、第2膜、第3膜、第4膜被控制成在基板上重叠，基板上的成膜层的膜厚变得均匀。此时，第1～第4移动时所形成的膜的顺方向的长度由控制部控制成均相等。同样，在具备5个磁控管溅射单元的情况下，可以将磁铁7的周期分为5个而动作，在具备6个磁控管溅射单元的情况下，可以将磁铁7的周期分为6个而动作。

附图标记的说明

1    基板

2    腔室

3    搬送辊

4    靶

5、5a、5b、5c    靶屏蔽件

6，6a、6b、6c    阴极

7、7a、7b、7c    磁铁

8，8a    阴极绝缘部

9、9a、9b、9c    阴极间隔壁(靶保持部)

10、10a、10b、10c    磁控管溅射单元

11a、11b、11c    磁铁移动部

21    基板驱动装置

25    控制部

100    成膜室

本发明不被上述实施方式限制，能够不脱离本发明的精神和范围地进行各种变更和变形。因而，为了公开本发明的范围，添附以下的权利要求。

本申请以2012年6月8日提出的日本国专利申请特愿2012－131132为基础而主张优先权，在此引用其记载内容的全部。

Claims (14)

1.一种溅射装置，其特征在于，

该溅射装置具备：

真空容器；

基板搬送部，用于在上述真空容器内搬送基板；

至少3个靶保持部，为了保持用于对由上述基板搬送部所搬送的上述基板依次地进行成膜的靶，沿上述基板的搬送方向排列；

磁铁部，被配置在各自的上述靶保持部的背侧；

磁铁驱动部，驱动上述磁铁部；以及

控制部，控制上述基板搬送部和上述磁铁驱动部，使得在上述靶保持部保持上述靶并进行成膜时，各自的上述磁铁部以规定周期执行从上述搬送方向的行程端向与上述搬送方向逆方向移动并停止在第1规定位置的第1移动、在上述第1移动后从上述第1规定位置向上述逆方向移动并停止在第2规定位置的第2移动、和从上述逆方向的行程端向上述搬送方向移动并停止在上述搬送方向的行程端的第3移动，并且，在上述第1、第2、第3移动的每一个中，上述基板相对于上述磁铁部在上述搬送方向上相对地移动的距离相等。

2.根据权利要求1所述的溅射装置，其特征在于，

上述基板以定速被搬送。

3.根据权利要求1或2所述的溅射装置，其特征在于，

上述控制部进行控制，使得在任意的1个磁铁部进行上述第1移动的期间由与上述任意的1个磁铁部相对应的上述靶堆积在上述基板上的第1膜、在另1个磁铁部进行上述第2移动的期间由与上述另1个磁铁部相对应的上述靶堆积在上述基板上的第2膜、和在再1个磁铁部进行上述第3移动的期间由与上述再1个磁铁部相对应的上述靶堆积在上述基板上的第3膜在上述基板上重叠。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的溅射装置，其特征在于，

在上述第1移动、上述第2移动、上述第3移动的每一个的行程中，上述磁铁部停止的时间相等。

5.根据权利要求3所述的溅射装置，其特征在于，

上述控制部进行控制，使得上述第1膜、上述第2膜、上述第3膜中的、在使各自的上述磁铁部停止的期间堆积的部分，在上述基板上重叠。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的溅射装置，其特征在于，

上述第2规定位置是上述逆方向的行程端。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的溅射装置，其特征在于，

被控制成上述第1移动或上述第2移动时的上述磁铁部的移动速度与上述第3移动时的上述磁铁部的移动速度不同。

8.一种溅射成膜方法，使用溅射装置，该溅射装置具备：

真空容器；

基板搬送部，用于在上述真空容器内搬送基板；

至少3个靶保持部，为了保持用于对由上述基板搬送部所搬送的上述基板依次地进行成膜的靶，沿上述基板的搬送方向排列；

磁铁部，被配置在各自的上述靶保持部的背侧；以及

磁铁驱动部，驱动上述磁铁部，

其特征在于，

在上述靶保持部保持上述靶并进行成膜处理时，以规定周期执行使各自的上述磁铁部从上述搬送方向的行程端向与上述搬送方向逆方向移动，并停止在第1规定位置的第1移动、在上述第1移动后，使各自的上述磁铁部从上述第1规定位置向上述逆方向移动，并停止在第2规定位置的第2移动、和使各自的上述磁铁部从上述逆方向的行程端向上述搬送方向移动，并停止在上述搬送方向的行程端的第3移动，并且，在上述第1、第2、第3移动的每一个中，上述基板相对于上述磁铁部在上述搬送方向上相对地移动的距离相等。

9.根据权利要求8所述的溅射成膜方法，其特征在于，

上述基板以定速被搬送。

10.根据权利要求8或9所述的溅射成膜方法，其特征在于，

在任意的1个磁铁部进行上述第1移动的期间由与上述任意的1个磁铁部相对应的上述靶堆积在上述基板上的第1膜、在另1个磁铁部进行上述第2移动的期间由与上述另1个磁铁部相对应的上述靶堆积在上述基板上的第2膜、和在再1个磁铁部进行上述第3移动的期间由与上述再1个磁铁部相对应的上述靶堆积在上述基板上的第3膜在上述基板上重叠。

11.根据权利要求8～10中任一项所述的溅射成膜方法，其特征在于，

在上述第1移动、上述第2移动、上述第3移动的每一个的行程中，上述磁铁部停止的时间相等。

12.根据权利要求11所述的溅射成膜方法，其特征在于，

被控制成，使得上述第1膜、上述第2膜、上述第3膜中的、在使各自的上述磁铁部停止的期间堆积的部分，在上述基板上重叠。

13.根据权利要求8～12中任一项所述的溅射成膜方法，其特征在于，

上述第2规定位置是上述逆方向的行程端。

14.根据权利要求8～13中任一项所述的溅射成膜方法，其特征在于，

被控制成上述第1移动或上述第2移动时的上述磁铁部的移动速度与上述第3移动时的上述磁铁部的移动速度不同。