JP2007031816A - スパッタリング装置及びスパッタリング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ターゲット上に非侵食領域が残らず、かつ、反応性スパッタリングを行う場合には、均一な膜質の膜を形成できるスパッタリング装置を提供する。
【解決手段】 真空チャンバー２１内に所定の間隔を置いて並設した３枚以上のターゲット２４１と、各ターゲット２４１に対して負電位及び正電位又は接地電位を交互に印加する交流電源Ｅ１〜Ｅ３とを備え、交流電源Ｅ１〜Ｅ３からの出力の少なくとも一つを分岐して２枚以上のターゲット２４１に接続し、この分岐した出力に接続された各ターゲット２４１の間で、交流電源から電位が印加されるターゲットを切替える切替手段としてのスイッチＳＷ１〜ＳＷ３を設けたことを特徴とするスパッタリング装置２。
【選択図】 図３

Description

本発明は、スパッタリング装置及びスパッタリング方法に関する。

基板上に薄膜を形成する場合、成膜速度が速い等の利点から、マグネトロンスパッタリング方式がよく利用されている。マグネトロンスパッタリング方式では、ターゲットの後方に交互に極性を変えた複数の磁石から構成される磁石組立体を設置し、この磁石組立体によってターゲットの前方に磁束を形成して電子を捕捉することでターゲット前方での電子密度を高め、これらの電子と真空チャンバー内に導入されるガスとの衝突確率を高めてプラズマ密度を高くしてスパッタリングする。

ところで、近年、基板が大きくなるにつれてマグネトロンスパッタリング装置も大型化している。このようなものとして、複数のターゲットを並設することで大面積の基板に対し成膜することができるスパッタリング装置が知られている（例えば、特許文献１）。

このスパッタリング装置では、ターゲット相互間にターゲットから飛び出した２次電子等を捕捉するためのアノードやシールドなどの構成部品を設けていることから、各ターゲットを近接して設けることができず、ターゲット相互間の間隔が広くなる。これらのターゲット相互間からはスパッタリング粒子が放出されないことから、基板表面のうちターゲット間に対向した部分では成膜速度が極めて遅くなり、膜厚の面内均一性が悪くなる。

このような問題点を解決すべく、図１に示すようなスパッタリング装置が考えられている。スパッタリング装置１は、その真空チャンバー１１内部に所定の間隔を空けて並設した複数のターゲット１２ａ〜１２ｄと、相互に隣接するターゲット（１２ａと１２ｂ、１２ｃと１２ｄ）を接続する２つの交流電源Ｅとを有している。このスパッタリング装置１は、１個の交流電源が接続されたターゲットの一方をカソード、他方をアノードとし、交互にスパッタリングするため、ターゲット相互間にアノードなどの構成部品を設ける必要がなく、ターゲットを近接して配置することができる。
特表２００２−５０８４４７号公報（例えば、特許請求の範囲の記載。）

しかしながら、ターゲットを相互に近接して並設すると、隣接するターゲット端部の上部空間１２１ではターゲットから放出された電子がアノードに流入することにより、プラズマＰが発生しないため、ターゲットの端部はスパッタリングされず、非侵食領域として残ってしまう。この場合に、磁束を非侵食領域の前方に平行移動させても、ターゲット端部を侵食することはできず、ターゲット全面に亘って侵食することができないため、ターゲットの利用効率が悪い。また、非侵食領域が残ることで、スパッタリング中の異常放電やパーティクルの原因にもなる。

また、１個の交流電源が接続された相互に隣接するターゲット間でプラズマＰが発生するため、プラズマ密度が他の空間に比べて低い空間１２２が生じる。この場合、スパッタリング装置１に反応ガスを導入して反応性スパッタリングを行うと、プラズマ密度が低い部分では反応が促進されず、基板Ｓ面内での膜質が均一にならない。

そこで、本発明の課題は、上記従来技術の問題点を解決することにあり、ターゲット上に非侵食領域が残らず、かつ、反応性スパッタリングを行う場合には、均一な膜質の膜を形成できるスパッタリング装置を提供しようとするものである。

請求項１によれば、本発明のスパッタリング装置は、真空チャンバー内に所定の間隔を置いて並設した３枚以上のターゲットと、各ターゲットに対して負電位及び正電位又は接地電位を交互に印加する交流電源とを備え、交流電源からの出力の少なくとも一つを分岐して２枚以上のターゲットに接続し、この分岐した出力に接続される各ターゲットの間で、交流電源から電位が印加されるターゲットを切替える切替手段を設けたことを特徴とする。

先ず、並設されたターゲットのうち、１個の交流電源に接続された相互に隣接する２枚のターゲットの一方をカソード、他方をアノードとし、これらのターゲット上にプラズマを発生させて交互にスパッタリングすると、隣接するターゲット端部の上方にはプラズマが発生しないため、この部分はスパッタリングされず、非侵食領域として残る。

次に、切替手段により、前述した１個の交流電源に接続された２枚のターゲットのうちの一方を、分岐した出力に接続された別のターゲット、例えば他方と隣接しないターゲットに切替えると、アノードとカソードとの間の距離が広がり、電子がアノードに流入することがない。これにより、非侵食領域の上部にもプラズマが発生して、ターゲット上に残っていた非侵食領域もスパッタリングすることができるので、ターゲット全面に亘って侵食することができる。

また、切替手段により交流電源から電位を印加されるターゲットが切り替わってプラズマの発生位置を変更させることにより、プラズマ密度が低い空間も移動するので、成膜時間全体でみるとプラズマ密度が基板前方で略均一となり、反応性スパッタリングを行う場合、膜質が均一な膜を形成することができる。

上記スパッタリング装置に、各ターゲットの前方に磁束を形成するように各ターゲットの後方に配置された複数の磁石から構成される磁石組立体と、磁束がターゲットに対して平行移動するようにこれらの磁石組立体を駆動する駆動手段とを備えれば、磁石組立体を左右に平行移動することで、ターゲット全面を略均一に侵食することができる。

また、この磁石組立体を各ターゲット後方にそれぞれ配置すると、各磁石が相互に干渉して磁場バランスが崩れることも考えられる。このような場合には、各磁石組立体によって形成される磁束の密度を略均一にする磁束密度補正手段を備えることが好ましい。

請求項４によれば、真空チャンバー内に所定の間隔を置いて並設された３枚以上のターゲットに対向する位置に基板を順次搬送し、これらのターゲットに対して交流電源から負電位及び正電位又は接地電位を交互に印加する際に、交流電源からの出力の少なくとも１つを分岐して接続された２枚以上のターゲット間で、交流電源から電位を印加するターゲットの切替を行い、ターゲット上にプラズマを発生させて基板上に成膜することを特徴とする。

この切替手段によるターゲットの切替は、成膜開始後一定の周期で行うことが好ましい。一定の周期で行うと、各ターゲットに接続する時間、即ち各プラズマの発生時間が均一になり、非侵食領域がターゲット上に残ってもスパッタリングして侵食することができる。

前記交流電源の出力を分岐して接続されたターゲットが２枚である場合に、切替手段による切替を奇数回行えば、各ターゲットへの接続回数が同一になるので、各接続によってターゲット上に残った非侵食領域を均等に侵食することが可能である。

前記各ターゲットの前方に磁束を形成するように各ターゲットの後方に配置した複数の磁石から構成される磁石組立体を成膜中に各ターゲットに平行に往復動させる場合に、この磁石組立体が一方向に移動する間に、前記切替手段によるターゲットの切替を１回以上行うことで、ターゲット全面を均一にスパッタリングできる。

本発明のスパッタリング装置によれば、ターゲット上に非侵食領域が残らず、また、反応性スパッタリングを行った場合には、形成された膜の膜質が均一であるという優れた効果を奏し得る。

図２によれば、本発明のスパッタリング装置２は、枚葉式のものであり、大気雰囲気のウエハーカセット（図示せず）から基板Ｓが搬送され、ストックされるロードロックチャンバー２０と、スパッタリングを行う真空チャンバー２１と、ロードロックチャンバー２０と真空チャンバー２１との間に設けられたトランスファーチャンバー２２とを備えている。ロードロックチャンバー２０、トランスファーチャンバー２２及び真空チャンバー２１はそれぞれ仕切りバルブを介して接続されている。ロードロックチャンバー２０、真空チャンバー２１及びトランスファーチャンバー２２には、図示しないが、真空ポンプが接続されていると共に、その真空度をモニターする真空計が配設されている。

ロードロックチャンバー２０には、基板Ｓが装着された基板ホルダーを搬送する搬送アームが設けられている。この搬送アームによって外部（ウエハーカセット）から、基板ホルダーに装着された基板Ｓをロードロックチャンバー２０に収容する。

トランスファーチャンバー２２には、搬送ロボット（図示せず）が設けられており、所定の真空度までロードロックチャンバー２０を真空排気した後、仕切りバルブを開けて、同じ真空度に真空排気したトランスファーチャンバー２２に基板Ｓを搬送する。その後、トランスファーチャンバー２２と真空チャンバー２１との間の仕切りバルブを開けて、搬送ロボットにより基板Ｓを真空チャンバー２１へと搬送する。

この真空チャンバー２１には、ガス導入手段２３が設けられている（図３を参照）。ガス導入手段２３は、マスフローコントローラー２３１ａ、２３１ｂを介設したガス導入管２３２を介してガス源２３３ａ、２３３ｂにそれぞれ接続している。ガス源２３３ａ、２３３ｂにはアルゴン等のスパッタリングガスや、Ｈ_２Ｏ、Ｏ_２、Ｎ_２などの反応ガスが封入されており、これらのガスは、マスフローコントローラー２３１ａ、２３１ｂによって真空チャンバー２１に一定の流量で導入することができる。

真空チャンバー２１内部に搬送された基板Ｓと対向する位置には、ターゲット組立体２４が配置される。カソード組立体２４は、略長方体に形成された６枚のターゲット２４１ａ〜２４１ｆを有する。これらのターゲット２４１ａ〜２４１ｆは、ＩＴＯ、Ａｌ合金、Ｍｏなど基板上に成膜する膜の組成に応じて公知の方法で製造されたものであり、冷却用のバッキングプレート（図示せず）が接合されている。

また、ターゲット２４１ａ〜２４１ｆは、基板Ｓと平行な同一平面上に位置するように、間隔Ｄ１を空けて並設されている。間隔Ｄ１は、ターゲット２４１ａ〜２４１ｆの側面相互の間の空間でプラズマが発生してターゲット２４１ａ〜２４１ｆの側面がスパッタリングされないような距離に設定される。この間隔Ｄ１は、１〜１０ｍｍであり、好ましくは２〜３ｍｍである。ターゲット２４１ａ〜２４１ｆが近接して配置されていることで、スパッタリング粒子がターゲット２４１ａ〜２４１ｆに対向した位置に配置された基板Ｓの全面に到達し、膜厚分布を均一にすることができる。

ターゲット２４１ａ〜２４１ｆの裏面には、電極２４２ａ〜２４２ｆと絶縁板２４３とが順次取り付けられており、これらはカソード組立体２４の所定の位置にそれぞれ取り付けられている。この電極２４２ａ〜２４２ｆには、真空チャンバー２１外部に配置した３個の交流電源Ｅ１〜Ｅ３がそれぞれ接続されている。

交流電源Ｅ１〜Ｅ３は、並設されたターゲット２４１ａ〜２４１ｆのうち、それぞれ３枚のターゲットに電位を印加するように接続されている。例えば、交流電源Ｅ１の２つの出力のうち、一方はターゲット２４１ａに電位を印加するように電極２４２ａに接続されている。他方の出力は分岐して、この分岐点に切替手段としてのスイッチＳＷ１を設けて、２枚のターゲット２４１ｂ及び２４１ｆに電位を印加するように電極２４２ａ及び電極２４２ｆとに接続されている。交流電源が印加する電位は、正弦波でも矩形波でもよい。各スイッチＳＷ１〜ＳＷ３は、例えば、ロータリー制御スイッチであり、各スイッチＳＷ１〜ＳＷ３の作動を制御するコンピューター等の制御手段（図示せず）を有している。

各スイッチＳＷ１〜ＳＷ３は、接点ｔ１及び接点ｔ２を有し、例えば、スイッチＳＷ１では、接点ｔ１とターゲット２４１ｂとが接続され、接点ｔ２とターゲット２４１ｆとが接続されている。そして、各スイッチＳＷ１〜ＳＷ３によって、これらの接点ｔ１、ｔ２間でラインを交互に切り替えることで交流電源Ｅ１〜Ｅ３から電位を印加されるターゲット２４１ａ〜２４１ｆを切り替える。

各スイッチＳＷ１〜ＳＷ３によって接点ｔ１に接続すると、交流電源Ｅ１はターゲット２４１ａとターゲット２４１ｂとに交互に電位を印加し、交流電源Ｅ２はターゲット２４１ｃとターゲット２４１ｄとに交互に電位を印加し、交流電源Ｅ３はターゲット２４１ｅとターゲット２４１ｆとに交互に電位を印加する。この場合に、一方のターゲット（２４１ａ、２４１ｃ、２４１ｅ）に交流電源Ｅ１〜Ｅ３から負の電位を印加すると、これらのターゲット２４１ａ、２４１ｃ、２４１ｅがカソードとしての役割を果たし、他方のターゲット２４１ｂ、２４１ｄ、２４１ｆがアノードとしての役割を果たす。

そして、カソードとしてのターゲット２４１ａ、２４１ｃ、２４１ｅの前方でプラズマが形成され、ターゲット２４１ａ、２４１ｃ、２４１ｅがスパッタリングされる。交流電源Ｅ１〜Ｅ３の周波数に応じて各ターゲット２４１ａ〜２４１ｆに交互に電位が印加されてそれぞれスパッタリングされるが、隣接するターゲット２４１ａ〜２４１ｆの端部の上方にはプラズマが発生しないのでこの部分はスパッタリングされず、非侵食領域Ｒが各ターゲットの端部に残る（図４（ａ）参照）。

所定時間経過後、制御手段を介して、各スイッチＳＷ１〜ＳＷ３を作動してそれぞれ接点ｔ２切替えると（図４（ｂ）参照）、交流電源Ｅ１はターゲット２４１ａとターゲット２４１ｆとに交互に電位を印加し、交流電源Ｅ２はターゲット２４１ｂとターゲット２４１ｃとに交互に電位を印加し、交流電源Ｅ３はターゲット２４１ｄとターゲット２４１ｅとに交互に電位を印加する。この場合に、一方のターゲット（２４１ａ、２４１ｃ、２４１ｅ）に交流電源Ｅ１〜Ｅ３から負の電位を印加すると、これらのターゲット２４１ａ、２４１ｃ、２４１ｅがカソードとしての役割を果たし、他方のターゲット２４１ｂ、２４１ｄ、２４１ｆがアノードとしての役割を果たす。

そして、カソードとしてのターゲット２４１ａ、２４１ｃ、２４１ｅの前方でプラズマが形成され、２４１ａ、２４１ｃ、２４１ｅがスパッタリングされる。交流電源Ｅ１〜Ｅ３の周波数に応じて各ターゲット２４１ａ〜２４１ｆに交互に電位が印加されてそれぞれスパッタリングされる。各スイッチＳＷ１〜ＳＷ３のラインを接点ｔ２に接続すると、各交流電源Ｅ１〜Ｅ３が接続されているターゲット２４１ａ〜２４１ｆが変わり、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３のラインを接点ｔ１に接続してスパッタリングを行った場合にターゲット２４１ａ〜２４１ｆ上に残った非侵食領域Ｒ上にもプラズマが形成されて、この非侵食領域Ｒ上もスパッタリングされ、ターゲット２４１ａ〜２４１ｆが侵食される。

このスイッチＳＷ１〜ＳＷ３の切替は、一定周期で行うことが好ましい。一定周期で切替を行えば、各ターゲット２４１ａ〜２４１ｆへの電力供給時間、即ち各プラズマの発生時間が均一になって、切替の前後で同時間各ターゲット２４１ａ〜２４１ｆをスパッタリングすることができるから、ターゲット全面を侵食することができる。また、この切替を行う所定の時間は、成膜時間に基づいて適宜決定され、成膜時間中に奇数回切替わるように設定することが好ましい。奇数回切替を行なうと、接点ｔ１への接続回数と、接点ｔ２の接続回数が等しくなり、各接続におけるスパッタリングにより各ターゲット２４１ａ〜２４１ｆ上に残った非侵食領域Ｒを均等に侵食できるので、成膜終了時に非侵食領域Ｒが残らない。

切替手段であるスイッチＳＷ１〜ＳＷ３の設置位置については、特に限定されず、相互に隣接するターゲット２４１ａ〜２４１ｆに交流電源Ｅ１〜Ｅ３から電位を印加して非侵食領域Ｒが残っても、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３により交流電源Ｅ１〜Ｅ３から電位を印加するターゲット２４１ａ〜２４１ｆを変えることで、ターゲット２４１ａ〜２４１ｆ上の非侵食領域Ｒ上にプラズマを発生させることができればよい。本実施の形態のように各交流電源Ｅ１〜Ｅ３の一方の出力を２枚のターゲットと１個のスイッチを介して接続すれば、成膜中にスイッチＳＷ１〜ＳＷ３を切替えても、常に各ターゲット２４１ａ〜２４１ｆに対して交流電源Ｅ１〜Ｅ３から電位が印加されているので、異常放電の発生が抑制され、また、スパッタリング装置に設けるスイッチの数も最小限で済ませることができるので、後述する他の実施形態より好ましい。

カソード組立体２４には、各ターゲット２４１ａ〜２４１ｆの後方にそれぞれ位置させた６個の磁石組立体２５が設けられている。各磁石組立体２５は同一構造に形成され、ターゲット２４１ａ〜２４１ｆに平行に設けた支持部２５１を有し、支持部２５１上には、交互に極性を変えて配置するように、ターゲットの長手方向に沿った棒状の中央磁石２５２と、中央磁石２５２の周辺を囲むように複数の磁石から構成された周辺磁石２５３とが設けられている。各磁石は、中央磁石２５２の同磁化に換算したときの体積を周辺磁石２５３の同磁化に換算したときの体積の和に等しくなるように設計されている。これにより、ターゲット２４１ａ〜２４１ｆの前方につりあった閉ループのトンネル状磁束が形成され、ターゲット２４１ａ〜２４１ｆの前方で電離した電子及びスパッタリングで生じた２次電子を捕捉して、カソードとしてのターゲットの前方で形成されたプラズマの密度を高くすることができる。

ところで、磁石組立体２５も互いに近接していることから、相互に磁場が干渉して、両端のターゲット２４１ａ、２４１ｆの後方に位置する磁石組立体２５による磁場と、中央に位置するターゲット２４１ｃ、２４１ｄの後方に位置する磁石組立体２５による磁場とのバランスがくずれる場合がある。この場合、基板Ｓ面内における膜厚分布を略均一にすることができない。このため、磁場バランスを補正すべく、補助磁石２６をカソード組立体２４に設けている。この補助磁石２６は、隣接する磁石組立体２５の周辺磁石２５３と極性が同じである。そして、この補助磁石２６と周辺磁石２５３との間隔は、各磁石組立体２５の間隔Ｄ２と同一とした。このような補助磁石２６を両端に位置するターゲット２４１ａ、２４１ｆの外側に配置された防着板２６１の下方に設置することで、磁場バランスが改善される。

磁石組立体２５により、ターゲット２４１ａ〜２４１ｆの前方にはトンネル状磁束が形成されるため、中央磁石２５２及び周辺磁石２５３前方に位置するプラズマの密度が低くなり、ターゲット２４１ａ〜２４１ｆのこのプラズマ密度が低い中央磁石２５２の上方にあたる部分は別の非侵食領域として残ってしまう。そこで、トンネル状の磁束の位置を変化させ、ターゲット２４１ａ〜２４１ｆを均一に侵食して利用効率を高めることが必要である。

トンネル状磁束の位置を変化させるために、磁石組立体２５及び補助磁石２５３を駆動軸２７０上の所定の位置に設置し、この駆動軸２７０に駆動手段としてボールネジ２７１を設けて各磁石組立体２５の位置を左右に平行移動できるようにした。なお、駆動手段としては、ボールネジ２７１のような機械的駆動手段に限定されず、エアーシリンダーを用いることもできる。この磁石組立体２５の移動距離は、ターゲット２４１ａ〜２４１ｆが均一に侵食できれば特に制限されるものではない。例えば、磁石組立体２５をそれぞれ点Ａ〜点Ｂの間隔で平行移動させることができる。なお、磁石組立体２５は左右方向だけでなく、長手方向にも平行移動させることが可能である。このように２次元的に磁石組立体２５を平行移動させることでターゲット２４１ａ〜２４１ｆをより均一に侵食できる。

磁石組立体２５の移動は、成膜中であっても成膜後であってもよい。成膜中の移動の場合、ボールネジ２７１をスパッタリング中に駆動して、ターゲット２４１ａ〜２４１ｆが均一に侵食されるように２．５ｍｍ／ｓｅｃ以上、好ましくは、４〜１５ｍｍ／ｓｅｃの周期で磁石組立体２５、即ち、磁束を点Ａ〜点Ｂの間で往復させる。

成膜中に磁石組立体２５を移動させる場合、均一にターゲット２４１ａ〜２４１ｆを侵食するために、磁束が一方向に平行移動する間にスイッチＳＷ１〜ＳＷ３を少なくとも１回以上切替える必要がある。図５に示すように、成膜時間中、磁束を点Ａ〜点Ｂ間で１往復するように駆動手段２７１により平行移動させるように設定した場合、磁束が点Ａ〜点Ｂ間の一方向を移動する間にスイッチは４回切替を行うように設定した。この切替の回数は、均一にターゲットを侵食することができれば、特に限定されず、偶数回でも奇数回でもよい。どちらの場合であっても、成膜時間中に奇数回切替を行うことができれば、接点ｔ１への接続回数と、接点ｔ２の接続回数が等しくなり、各接続におけるスパッタリングにより各ターゲット２４１ａ〜２４１ｆ上に残った非侵食領域Ｒを相互に侵食できるので、均一にターゲットを侵食することができる。

成膜後の移動の場合、成膜が終了して交流電源Ｅ１〜Ｅ３を停止し、放電をいったん停止した後に、次の成膜対象である基板Ｓをターゲット２４１ａ〜２４１ｆに対向した位置に設置する際に、ボールネジ２７１を駆動して、磁束をそれぞれ点Ａから点Ｂまで平行移動させて保持する。この場合、少なくとも次の成膜が開始される前に磁石組立体２５を平行移動すればよい。そして、この搬送された基板Ｓの成膜が終了した後に、再度同一の手順に従って、磁束を再度平行移動させる。この操作を順次繰り返すことによって、基板上に順次成膜するとともに、ターゲット２４１ａ〜２４１ｆを均一に侵食することができる。このように成膜後に磁束を移動させれば、成膜中の磁束の移動に伴う異常放電の発生を抑制することができる。

本実施の形態においては、補助磁石２５３によって磁場バランスを補正することができることを述べたが、磁場バランスを補正することができる手段であればこれに限定するものではない。例えば、周辺磁石のみの幅寸法を大きくしたり、周辺磁石２５２を磁石から発生する磁束密度が大きくなる材料に変更することによって磁場バランスを補正してもよい。

また、本実施の形態では、機械的に交流電源とターゲットとの接続を切替える手段を設けたが、これに限定されず、例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（以下、ＩＧＢＴという）を設けてもよい。このＩＧＢＴを用いた場合には、機械的に切替を行う場合よりも切替の周期を短くすることができる。例えば、スイッチによって切替える場合には、周期は数ｓｅｃ以上であるが、このＩＧＢＴを用いた場合には、周期は数μｓｅｃ〜数ｍｓｅｃで切替えることができる。ただし、交流電源の放電周期より短いタイミングで切替えると、本発明の効果を奏することができないので、交流電源の放電周期以上とする必要がある。

ターゲットと交流電源との他の接続例について図６に示す。各ターゲット２４１ａ〜２４１ｆは、それぞれ１個の交流電源Ｅに接続されており、この接続の間にそれぞれ切替手段ＳＷ１〜ＳＷ６が設けられている。はじめに、図６（ａ）に示すように、ターゲット２４１ａに接続されたスイッチＳＷ１と２４１ｂに接続されたスイッチＳＷ２とが閉状態となっており、これらのターゲット２４１ａ、２４１ｂに交流電源から電位が印加されてこれらのターゲット２４１ａ及び２４１ｂ上にプラズマが発生している。プラズマは、ターゲット２４１ａ及び２４１ｂの向かい合う端部の上方には発生しておらず、ターゲット２４１ａ及び２４１ｂに非侵食領域Ｒが残る。他のターゲットに接続されているスイッチＳＷ３〜ＳＷ６はそれぞれ開状態であり、交流電源を印加することができず、これらのターゲットはスパッタリングされない。

ターゲット２４１ａ及び２４１ｂを所定の時間スパッタリングした後、ＳＷ１〜ＳＷ３をそれぞれ切替えて、ターゲット２４１ｂに接続されたスイッチＳＷ２と２４１ｃに接続されたスイッチＳＷ３とを閉状態とすると（図６（ｂ）参照）、これらのターゲット２４１ｂ及び２４１ｃは、交流電源から電位が印加されてプラズマが形成され、スパッタリングされる。ターゲット２４１ｂには、非侵食領域Ｒが存在していたが、ターゲット２４１ｃとの間でプラズマが発生することで、この非侵食領域Ｒの上部でもプラズマが発生し非侵食領域Ｒがスパッタリングされる。

この後もスイッチＳＷ１〜ＳＷ６を成膜中に順次切替え、交流電源から各ターゲットに電位を印加することにより、プラズマが各ターゲット上を順次移動しターゲット２４１ａ〜２４１ｅを順次スパッタリングすることで、ターゲット上に非侵食領域Ｒが残らない（図６（ｃ）参照）。

以下、本発明のスパッタリング装置２１を用いて基板Ｓ表面に成膜する方法について説明する。

まず、並設したターゲット２４１ａ〜２４１ｆと対向する位置に基板Ｓを搬送し、真空排気手段によって真空チャンバー２１内部を真空排気する。次いで、ガス導入手段２３を介して真空チャンバー２１内にＡｒ等のスパッタリングガスを導入し、真空チャンバー２１内部に所定の成膜雰囲気を形成する。なお、反応性スパッタリングを行う場合には、スパッタリングガスの導入と共に、一定の流量で反応ガスを導入する。反応ガスとしては、所望の膜の物性に応じて適宜選択することができ、例えば、Ｈ_２Ｏガス、Ｏ_２ガス、及びＮ_２ガスから選ばれた少なくとも１種類のガスを導入する。

その後、成膜雰囲気を維持しながらターゲット２４１ａ〜２４１ｆに数十〜数百Ｈｚで交流電源Ｅ１〜Ｅ３により正又は負の電位をそれぞれ印加する。カソードとしてのターゲット２４１上に電界が形成され、ターゲット２４１前方にプラズマが発生し、ターゲットがスパッタリングされてスパッタリング粒子が放出される。この動作を交流電源の周波数に応じて交互に行うとともに、各スイッチＳＷ１〜ＳＷ３を所定の時間毎に切替えることで、各ターゲット全面がスパッタリングされる。その後、交流電源を停止して、成膜が終了する。

なお、成膜中にボールネジ２７１を駆動して磁石組立体２５を駆動してもよく、また、成膜が終了して交流電源Ｅ１〜Ｅ３を停止し、放電をいったん停止した後、次の成膜対象である基板Ｓをターゲット２４１ａ〜２４１ｆに対向した位置に搬送する際に、ボールネジ２７１を駆動して、磁石組立体２５を平行移動させ、すなわち、磁束を平行移動させてもよい。

実施例１では、図２及び図３に示したスパッタリング装置を用いて成膜し、成膜中のアーク放電の発生回数を調べた。

幅２００ｍｍ、長さ１７００ｍｍ、厚さ１０ｍｍのＩｎ_２Ｏ_３−１０ｗｔ％ＳｎＯ_２（ＩＴＯ）からなるターゲットを、基板から１５０ｍｍの位置で基板と平行になるように設置した。ターゲット幅はそれぞれ２ｍｍであった。各ターゲットの後方には、各ターゲットとの距離が４７ｍｍになるように幅１７０ｍｍ、長さ１５７０ｍｍ、厚さ４０ｍｍの磁石組立体を設置し、ボールネジ２７１によって駆動距離が５０ｍｍとなるようにした。基板としては、幅１０００ｍｍ、長さ１２００ｍｍ、厚さ０．７ｍｍのガラス基板を用意した。

基板搬送後、真空排気を行い、その後ガス導入手段２３からスパッタリングガスとしてアルゴンガスを２４０ｓｃｃｍで導入して０．６７Ｐａの成膜雰囲気を形成した。また、反応ガスとしてをＨ_２Ｏガスを２．０ｓｃｃｍ、Ｏ_２ガスを１．５ｓｃｃｍ導入した。各交流電源Ｅ１〜Ｅ３は、周波数２５ｋＨｚであり、電力を０ｋｗから徐々にあげていき、最終的には１５ｋＷまであげて１２０秒間投入しながら、５秒毎に１回の割合で、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３を接点ｔ１及びｔ２にそれぞれ交互に切替えた。その後に交流電源Ｅ１〜Ｅ３を一旦停止して、次の基板Ｓを搬送する際に磁石組立体を移動させた。このようにして順次成膜しながら、電圧値と電流値とをモニタリングして１分あたりの異常放電（アーク放電）の発生回数をカウントした。ターゲットをスパッタリング装置から取り出し、その表面を目視で確認したところ、各ターゲット全面が侵食されていた。

（比較例１）

比較例１では、並設された６枚のターゲットのうち相互に隣接する２枚のターゲットに交流電源を接続した装置を用いて、スイッチの切替以外は同じ条件で成膜しながら、電圧値と電流値をモニタリングして異常放電の発生回数をカウントした。

結果を図７に示す。図７は、横軸が積算電力（ｋＷｈ）を示し、縦軸が異常放電の回数（回／分）を示す。比較例１では、積算電力が大きくなるにつれて異常放電の回数も大幅に増えていった。これに対し、実施例１では、積算電力が大きくなっても、異常放電の回数はほとんど増えなかった。

実施例２では、図２及び図３に示したスパッタリング装置を用いて反応性スパッタリングを行った場合の膜質の面内均一性を評価した。

膜質の面内均一性の評価は、成膜時の反応ガスの流量を変えて、膜上の各点において最も比抵抗が下がる流量を調査し、その流量の差で行った。

実施例１と用いたスパッタリング装置と同じものを用いて、実施例１と反応ガスの流量を変えて複数の膜を形成した。反応ガスとしては、Ｈ_２Ｏガスを２．０ｓｃｃｍとし、Ｏ_２ガスを、０．０〜４．０ｓｃｃｍまで０．２ｓｃｃｍ刻みで変化させて導入した。各交流電源Ｅは、周波数２５ｋＨｚであり、電力を０ｋｗから徐々にあげていき、最終的には１５ｋＷまであげて投入し、２５秒間投入した後に交流電源を停止して、成膜を終了した。得られた各膜の膜厚は、１０００Åであった。その後、各基板はアニール炉に搬送されて６０分間２００度で大気アニールされた。形成された各膜上の、ターゲット２４１ｃの上部にあたる点Ｘと、ターゲット２４１ｂと２４１ｃとの間の上部にあたる点Ｙとの比抵抗を測定した。
（比較例２）

並設された６枚のターゲットのうち相互に隣接する２枚のターゲットに交流電源を接続した装置を用いて、実施例２と同じ条件でそれぞれ成膜及びアニールを行って基板Ｓ上に膜をそれぞれ形成した。形成した各膜についても、点Ｘと点Ｙとの２点で比抵抗をそれぞれ測定した。

図８は、横軸がＯ_２ガスの流量（ｓｃｃｍ）を示し、縦軸が各点における比抵抗（μΩｃｍ）を示す。

図８（ａ）は、比較例１の測定結果を示している。実線で示す点Ｘにおける比抵抗値は、Ｏ_２ガスの流量が０．５ｓｃｃｍであるときに最も低くなり、２５５μΩｃｍであった。破線で示す点Ｙにおいては、Ｏ_２ガスの流量が２．０ｓｃｃｍであるときに比抵抗が最も低くなり、２５３μΩｃｍであった。点Ｘ、点Ｙにおいて比抵抗が最も低くなるＯ２ガスの流量の差が１．５ｓｃｃｍと大きく異なっており、比較例２では、基板面内で膜質が均一ではないことが分かった。

これに対し、図８（ｂ）に示す実施例２では、実線で示す点Ｘにおいて比抵抗が２５０μΩｃｍと最も低くなったのがＯ_２ガスの流量が１．２ｓｃｃｍの場合であり、破線で示す点Ｙにおいて比抵抗が２４８μΩｃｍと最も低くなったのは、Ｏ_２ガスの流量が１．４ｓｃｃｍの場合であった。実施例２では、点Ｘ、点Ｙにおいて比抵抗が最も低くなるＯ_２ガスの流量の差が０．２ｓｃｃｍと従来装置の流量の差より少なくなっており、反応性スパッタリングにおける膜質の面内均一性が改善されていることが分かった。

本発明のスパッタリング装置は、切替手段により交流電源とターゲットとの接続を切り替えることで、非侵食領域がターゲット上に残らず、さらに形成された膜の膜質の均一性が改善されている。従って、本発明は大画面のフラットパネルディスプレイ製造分野に利用できる。

従来装置の模式図。 本発明のスパッタリング装置の概略構成図。 本発明のスパッタリング装置における真空チャンバーの概略構成図 （ａ）（ｂ）は、本発明のスパッタリング装置における成膜過程の模式図。 磁石組立体を平行移動させる場合のタイミングチャート。 （ａ）（ｂ）（ｃ）は、本発明のスパッタリング装置の別の実施形態を表す模式図。 積算電力に対する異常放電の発生回数を示したグラフ。 （ａ）従来装置を用いて成膜する場合のＯ_２ガスの流量と比抵抗との関係を表すグラフ。（ｂ）本発明のスパッタリング装置を用いて成膜する場合のＯ_２ガスの流量と比抵抗との関係を表すグラフ。

符号の説明

２４１ａ〜２４１ｆ ターゲット ２４２ａ〜２４２ｆ 電極
２５ 磁石組立体 ２７０ 駆動軸
２７１ ボールネジ Ｅ１〜Ｅ３ 交流電源
ＳＷ１〜ＳＷ３ 切替手段 Ｓ 基板

Claims (7)

1. 真空チャンバー内に所定の間隔を置いて並設した３枚以上のターゲットと、各ターゲットに対して負電位及び正電位又は接地電位を交互に印加する交流電源とを備え、交流電源からの出力の少なくとも一つを分岐して２枚以上のターゲットに接続し、この分岐した出力に接続された各ターゲットの間で、交流電源から電位が印加されるターゲットを切替える切替手段を設けたことを特徴とするスパッタリング装置。
2. 各ターゲットの前方に磁束を形成するように各ターゲットの後方に配置された複数の磁石から構成される磁石組立体と、磁束がターゲットに対して平行移動するようにこれらの磁石組立体を駆動する駆動手段とを設けたことを特徴とする請求項１記載のスパッタリング装置。
3. 前記各磁石組立体によって形成される磁束の密度を略均一にする磁束密度補正手段を設けたことを特徴とする請求項２記載のスパッタリング装置。
4. 真空チャンバー内に所定の間隔を置いて並設された３枚以上のターゲットに対向する位置に基板を順次搬送し、各ターゲットに対して交流電源から負電位及び正電位又は接地電位を交互に印加する場合に、交流電源からの出力の少なくとも１つを分岐して接続された２枚以上のターゲット間で、交流電源から電位を印加するターゲットの切替を行いつつ、ターゲット上にプラズマを発生させて基板表面に成膜することを特徴とするスパッタリング方法。
5. 前記切替手段によるターゲットの切替を、成膜開始後一定の周期で行うことを特徴とする請求項４記載のスパッタリング方法。
6. 前記交流電源の出力を分岐して接続されたターゲットが２枚である場合に、切替手段による切替を奇数回行うことを特徴とする請求項４又は５に記載のスパッタリング方法。
7. 前記各ターゲットの前方に磁束を形成するように各ターゲットの後方に配置した複数の磁石から構成される磁石組立体を成膜中に各ターゲットに平行に往復動させる場合に、この磁石組立体が一方向に移動する間に、前記切替手段によるターゲットの切替を１回以上行うことを特徴とする請求項４〜６に記載のスパッタリング方法。