JP2012255194A - スパッタリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】短い円筒型のサブターゲットを円筒軸方向に並べて構成される長い円筒型ターゲットを用いて、膜質の変化を抑制して成膜を行うスパッタリング装置を提供する。
【解決手段】基板１７を第１の円筒ターゲット１９の近傍を所定の方向Ｄｓに搬送させながら、中心軸Ａｘ１９に沿って延在する第１の円筒ターゲット１９からスパッタリングして、当該基板１７に薄膜を形成するスパッタリング装置Ａｓであって、前記第１の円筒ターゲット１９は、当該第１の円筒ターゲット１９より筒長の短い第２の円筒ターゲット１８が第１の所定数ｋだけ前記中心軸Ａｘ１９に沿って連結されて構成されると共に、当該中心軸Ａｘ１９が前記基板搬送方向Ｄｓに対して第１の所定の角度θを成すように配置され、当該第１の所定の角度θは０°より大きく９０°より小さいことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、円筒型ターゲットを備えるスパッタリング装置に関するもので、さらに詳述すれば、大型の基板にスパッタリングを行うためのスパッタリング装置に関する。

スパッタリング装置（マグネトロンスパッタ）は、真空中に設置された金属や金属化合物などのターゲットの裏側に磁場発生装置と冷却機構とを配し、ターゲットをその裏面から冷却しつつ、磁場によりターゲットにイオンを衝突させ、ターゲットの材料をはじき出し、ターゲットに対向する位置にある基板上にこの材料を付着させて薄膜を形成させる装置である。

一般的に、スパッタリング装置に設置されるターゲットの形状は平板型や円筒型などがある。図５に、円筒型ターゲットを有する従来のスパッタリング装置の一例を示す。スパッタリング装置Ａｓｃ１において、基板４２はその主表面が、互いに直行するＸ軸及びＺ軸で規定されるＸＺ平面に対して実質的に平行に配置されている。円筒型ターゲット４１は１本の円筒状チューブを有して、その中心軸Ａｘ４１がＸＺ平面及びＺ軸に対して概ね平行に配置されている。円筒型ターゲット４１を中心軸Ａｘ４１の周りに回転させながら、基板４２を円筒型ターゲット４１に対してＸＺ平面に平行且つ中心軸Ａｘ４１に垂直なＤｓ方向（以降、「基板搬送方向Ｄｓ」と称す）に移動させる。その時に、基板４２の、円筒型ターゲット４１の周壁４１ｗの近傍に位置する部分にスパッタが行われる。

円筒型ターゲット４１の周壁４１ｗに設けられたターゲット材の全面がエロージョンとなり均一に削られるため、スパッタリング装置Ａｓｃ１は、平板型ターゲットを用いるスパッタリング装置に比べて材料利用効率が高いという特長を有する（特許文献１）。このように材料利用効率に優れている円筒型ターゲット４１であるが、平板型のターゲットと比較して形状が複雑であるのでターゲット４１の作成が難しく、特に基板４２が大型である場合には、成膜するために円筒型ターゲット４１の筒長を大きく作成することが困難である。さらに、筒長の大きな円筒型ターゲット４１を金属酸化物などの焼結体から作成することも困難である。

図６に、上述のスパッタリング装置Ａｓｃ１の問題を解決するべく提案されているスパッタリング装置の一例（特許文献２）を示す。スパッタリング装置Ａｓｃ２は、上述のスパッタリング装置Ａｓｃ１において、円筒型ターゲット４１が円筒型ターゲット４３に置き換えられている。円筒型ターゲット４３は、円筒型ターゲット４１が１本の円筒状チューブを有しているのに対して、作成が比較的簡単な短い円筒型のサブターゲット４３＿１〜４３＿ｎ（ｎは任意の自然数）を中心軸Ａｘ４３方向に並べ、その軸芯に１本の金属筒のバッキングチューブが用いられている。ｎ個のサブターゲット４３＿１〜４３＿ｎを円筒型ターゲット４３と称し、その任意の１つをサブターゲット４３＿ｍ（１≦ｍ≦ｎ）と識別する。なお、図６においては、紙面の都合上、ｎ＝５、つまり５つのサブターゲットが示されている。

このように、複数（ｎ個）の円筒型のサブターゲット４３＿１〜４３＿ｎを並べて、１つの長い円筒型ターゲット４３を構成することは、１つの長い円筒型ターゲット４１を１つの焼結体で作成する場合に比べて容易である。よって、現在は通常、短い円筒型のサブターゲット４３＿１〜４３＿ｎを軸方向に並べて構成された円筒型ターゲット４３が利用されている。

しかし、短い円筒型サブターゲット４３＿１〜４３＿ｎを並べて構成された円筒型ターゲット４３には、中心軸Ａｘ４３と交わる方向に、サブターゲット４３＿１〜４３＿ｎの継ぎ目Ｊが生じる。より詳しくは、サブターゲット４３＿１と４３＿２との間に継ぎ目Ｊ１／２が、サブターゲット４３＿２と４３＿３との間に継ぎ目Ｊ２／３が、・・・、サブターゲット４３＿ｍ−１と４３＿ｍとの間に継ぎ目Ｊｍ−１／ｍが、サブターゲット４３＿ｍと４３＿ｍ＋１との間に継ぎ目Ｊｍ／ｍ＋１が、・・・サブターゲット４３＿ｎ−１と４３＿ｎとの間に継ぎ目Ｊｎ−１／ｎが、それぞれ形成される。なお、紙面の都合上、図６には継ぎ目Ｊ１／２、Ｊｍ−１／ｍ、Ｊｍ／ｍ＋１、及びＪｎ−１／ｎのみが示されている。なお、円筒型ターゲット４３の周壁における、継ぎ目Ｊ以外の部分を、非継ぎ目部ＮＪとする。

上述の円筒型ターゲット４３を回転させながら、基板４２を基板搬送方向Ｄｓ方向に搬送させながら、円筒型ターゲット４３からスパッタリングを生じさせて、基板４２上に成膜を行わせる。しかしながら、非継ぎ目部ＮＪでは円筒型ターゲット４３の形状が安定しているが、これらの継ぎ目Ｊの近傍では円筒型ターゲット４３の形状が変化しているため、スパッタリングを行うためのプラズマの均一性が崩れる。そのため、円筒型ターゲット４３から飛び出す被スパッタ粒子が継ぎ目Ｊと非継ぎ目部ＮＪとで変化が発生し、継ぎ目Ｊの近傍を通過する基板４２上に成膜されたスパッタ膜の膜質が基板搬送方向Ｄｓに沿って領域Ｚのようにスジ状に変化してしまう。このスジ状に変化した領域Ｚをスジ状領域Ｚと称する。なお、非継ぎ目部ＮＪの近傍を通過する基板４２上に成膜されたスパッタ膜は膜質が安定しており、この領域はスパッタリング装置Ａｓｃ１の円筒型ターゲット４１の周壁４１ｗで成膜されたスパッタ膜と基本的に同一であり、基本領域Ｆと呼ぶものとする。

つまり、継ぎ目Ｊのそれぞれに対応したスジ状領域Ｚが生じる。より詳しくは、継ぎ目Ｊ１／２・・・、Ｊｍ−１／ｍ、Ｊｍ／ｍ＋１、・・・、Ｊｎ−１／ｎのそれぞれに対応してスジ状領域Ｚ１／２・・・、Ｚｍ−１／ｍ、Ｚｍ／ｍ＋１、・・・、Ｚｎ−１／ｎが生じる。なお、紙面の都合上、図６にはスジ状領域Ｚ１／２、Ｚｍ−１／ｍ、Ｚｍ／ｍ＋１、及びＺｎ−１／ｎのみが示されている。

とくに、円筒型ターゲット４３が複合金属酸化物から成る場合、複合している金属酸化物の元素成分それぞれの蒸気圧などの物性が異なっている。そのために、元素成分毎にスパッタリング効率に差が発生し、円筒型ターゲット４３の箇所によって、基板４２上に形成される膜の組成比が異なる。結果、円筒型ターゲット４３を長期間使用した際に、スジ状領域Ｚの膜特性の変化が大きくなる。

この場合、円筒型ターゲット４３と基板４２との間の距離を大きくし、継ぎ目Ｊに対応するスジ状領域Ｚを「ぼかす」ことで、スジ状領域Ｚの膜質変化を抑制することは可能である。しかしながら、真空チャンバの体積が増大し、特に大型基板のスパッタリング装置の場合はそのことによる真空ポンプへの負荷の増大と装置価格の上昇が顕著である。このような円筒型ターゲット４３の問題に対して、種々の技術が提案されている。

例えば、複数の円筒型ターゲットの継ぎ目での段差を抑制した長尺の円筒型スパッタリングターゲット（特許文献３）が提案されている。同円筒型スパッタリングターゲットでは、段差が抑制された継ぎ目でのプラズマの状態の変化を小さくして、継ぎ目での膜質の変化の抑制を図っている。

また、複数の円筒型ターゲットを、その軸心と断面とを直交させずに斜めにつなぎ合わされたスパッタ用ターゲット（特許文献４）が提案されている。同スパッタ用ターゲットを回転させることにより、周期的にターゲットの継ぎ目と基板との相対位置を変化させて、基板搬送方向に線状に発生する膜質が変化する現象の解消を図っている。

さらに、搬送方向を横切る方向に円筒ターゲットを揺動させながら基板を搬送して成膜を行うことで、揺動により周期的にターゲットの継ぎ目と基板との相対位置が変化するようにすることで基板搬送方向に線状に発生する膜質が変化する現象の解消を図るものがある（特許文献５）。

なおさらに、円筒の軸方向に分割された長い瓦状のターゲット片をバッキングチューブ外周に沿って並べて円筒型ターゲットを作成すること（特許文献６）が提案されている。同円筒型ターゲットでは、回転周方向、即ち基板搬送方向でターゲットの継ぎ目を無くすことで、継ぎ目近傍での膜質の変化を解消している。

特表昭５８−５００１７４号公報 特開平７−２２８９６７号公報 特開２０１０−１００９３０号公報 特開昭６３−２２３１６８号公報 国際公開ＷＯ０６／０７１５９６号公報 特開２００７−１１９８２４号公報

しかしながら、複数の円筒型ターゲットの継ぎ目での段差を抑制した長尺の円筒型スパッタリングターゲット（特許文献３）においては、円筒型ターゲットの継ぎ目を近接（段差を抑制）させようとすると、スパッタリング時の温度上昇によって円筒型ターゲットが膨張し、継ぎ目部分で両側の円筒型ターゲットが接触して破損し易い。

また、複数の円筒型ターゲットを、その軸心と断面とを直交させずに斜めにつなぎ合わされたスパッタ用ターゲット（特許文献４）では、円筒型ターゲットの断面が軸心に対して斜めという複雑な形状であり、円筒型ターゲットが焼結体である場合は、通常の円筒型ターゲットと比べて作成しにくい上に、鋭角になるほうの円周の端部から破損が発生し易い。

さらに、搬送方向を横切る方向に円筒ターゲットを揺動させながら基板を搬送して成膜を行う場合（特許文献５）には、スパッタ装置に揺動機構を組み込む必要があり、スパッタ装置の構成が複雑になる。

円筒の軸方向に分割された長い瓦状のターゲット片をバッキングチューブ外周に沿って並べて作成される円筒型ターゲット（特許文献６）の場合、大型基板に用いる、特に１ｍを超えるような大型の円筒型ターゲットの場合、円筒の筒長に対する瓦状の個片の幅が狭く、ターゲット片が非常に細長い瓦状になってしまい、ターゲット片の作成が困難である。

本発明は、上記の問題に鑑みて、短い円筒型のサブターゲットを円筒軸方向に並べて構成される長い円筒型ターゲットを用いて、均一な成膜を行えるスパッタリング装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のスパッタリング装置は、基板を第１の円筒型ターゲットの近傍を所定の方向に搬送させながら、中心軸に沿って延在する第１の円筒型ターゲットからスパッタリングして、当該基板に薄膜を形成するスパッタリング装置であって、
前記第１の円筒型ターゲットは、当該第１の円筒型ターゲットより筒長の短い第２の円筒型ターゲットが第１の所定数だけ前記中心軸に沿って連結されて構成されると共に、当該中心軸が前記搬送方向に対して第１の所定の角度θを成すように配置され、
当該第１の所定の角度（θ）は０°より大きく９０°より小さいことを特徴とする。

本発明によれば、短い円筒型のサブターゲットを円筒軸方向に並べて構成される長い円筒型ターゲットを用いて、膜質の変化を抑制して成膜を行うことができる。

本発明の実施の形態１に係るスパッタリング装置の概略図である。 図１のスパッタリング装置における、円筒ターゲットと基板との位置関係の一例を示す図である。 図１のスパッタリング装置における、円筒ターゲットと基板との位置関係の他の例を示す図である。 本発明の実施の形態２に係るスパッタリング装置における、円筒ターゲットと基板との位置関係の一例を示す図である。 円筒型ターゲットを有する従来のスパッタリング装置の概略図である。 サブターゲットからなる円筒型ターゲットを有する従来のスパッタリング装置の概略図である。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する前に、本発明の技術思想について簡単に述べる。本発明は、上述の従来技術のスパッタリング装置Ａｓｃ２によって基板４２に形成された成膜におけるスジ状領域Ｚの面積を拡大することによって、スパッタ成膜の均一性に対するスジ状領域Ｚの影響を低減するものである。そのために、本発明によっては、円筒ターゲット１９の回転軸（中心軸）Ａｘ１９を基板搬送方向Ｄｓに対して直角から鋭角に成るように傾けることによって、継ぎ目Ｊによって基板１７にスパッタされるスジ状領域Ｚを拡大すると共に、拡大されたスジ状領域Ｚに非継ぎ目部ＮＪによるスパッタ膜（基本領域Ｆ）を上塗りすることによって、スジ状領域Ｚのスパッタ膜における影響度を低減して、スパッタ膜全体の均一性を確保するものである。以下に、本発明の実施の形態について具体的に述べる。

（実施の形態１）
以下に、図１を参照して、本発明の実施の形態１に係るスパッタリング装置について説明する。スパッタリング装置Ａｓは、真空チャンバ１１と、この真空チャンバ１１を減圧するための排気機構１２と、真空チャンバ１１内にスパッタリングガスを導入するガスライン１３と、ターゲットユニット１４と、このターゲットユニット１４に放電電力を供給するスパッタリング電源１５と、被成膜基板を固定する基板保持用治具１６と、基板保持用治具１６に固定された基板１７を搬送する搬送機構（図示せず）とを備える。

前記ターゲットユニット１４は、長い円筒状のターゲット１９と、バッキングチューブ（図示せず）と、冷却機構（図示せず）と、磁場発生機構（図示せず）と、回転機構２０とを含む。長い円筒状のターゲット１９は、短い円筒状のターゲット１８を複数個並べて構成される。以降、短い円筒状のターゲット１８及び長い円筒状のターゲット１９を、それぞれサブ円筒ターゲット１８および円筒ターゲット１９と呼ぶ。なお、サブ円筒ターゲット１８と円筒ターゲット１９は、それぞれ上述のサブターゲット４３_ｍと円筒型ターゲット４３と同様に構成されており、サブ円筒ターゲット１８間の継ぎ目Ｊおよびサブ円筒ターゲット１８の周壁である非継ぎ目部ＮＪを有するが、これについては図２を参照して述べる。

円筒ターゲット１９の長さ程度の長さを持つ銅などの金属で形成されたバッキングチューブの軸に順次隣接するように、サブ円筒ターゲット１８が装着され、ボンディング加工が行なわれて円筒ターゲット１９が構成される。サブ円筒ターゲット１８の筒長は特に制限はないが、作成し易さと円筒ターゲット１９の筒長によって決めてよい。円筒ターゲット１９の筒長に対して、サブ円筒ターゲット１８の筒長が短すぎると、１本のバッキングチューブに多数のサブ円筒ターゲット１８をボンディングする必要があるために加工が煩雑になる。逆に、サブ円筒ターゲット１８の筒長が長すぎると、特に焼結体ターゲットの場合、ターゲットの作成が困難になる。このような状況を考慮して、サブ円筒ターゲット１８の筒長は適宜設計される。

また、サブ円筒ターゲット１８及び円筒ターゲット１９の直径及び肉厚には特に制限はない。このようにして構成された円筒ターゲット１９に、磁場発生機構、冷却機構、及び回転機構２０を組み合わせることでターゲットユニット１４が形成される。そして真空チャンバ１１の内部に、ターゲットユニット１４が取り付けられる。ターゲットユニット１４を基板１７が搬送される方向に複数台設置し、１回の基板通過による成膜量を増やすことでスパッタリング装置Ａｓの生産性（成膜能力）を高めてもよい。

冷却機構は、スパッタリング時の円筒ターゲット１９の加熱を防止する。磁場発生機構は、円筒ターゲット１９の内側で磁場を発生させる。回転機構２０は、円筒ターゲット１９を軸心（回転軸）Ａｘ１９の周りに回転させる。スパッタリング電源１５の種類としては、ＤＣ電源、ＤＣパルス電源、及びＲＦ電源などを用いることが出来るが、特に大型の金属酸化物ターゲット（円筒ターゲット１９）のスパッタリング電源１５としてはＤＣパルス電源を用いることが好ましい。

スパッタリング電源１５（ＤＣパルス電源）の２本の電力線の一方は円筒ターゲット１９に接続され、もう一方は真空チャンバ１１に接続される。排気機構１２に用いられる真空ポンプ（図示せず）は、所定の性能を達することが可能なものであればポンプの種類には制限はなく、一例としてターボ分子ポンプ及びクライオポンプなどを用いることができる。また、排気の機構を２段階に分け、大気〜低真空までの真空引きを行う１段階目と、低真空〜高真空までの真空引きを行う２段階目とで異なるポンプを用いても良い。

また、生産性向上のために、基板１７の出し入れごとに真空チャンバ１１の大気開放を不要にして、真空チャンバ１１と大気との間にロードロック室などの前室（図示せず）を設けてもよい。ただし、前後の工程も真空のままの一貫ライン構成で、基板１７が大気に曝されない構造であれば、前室の設置は不要である。また、真空チャンバ１１内で基板１７を搬送する機構は、基板保持用治具１６と、基板保持用治具１６の搬送機構（図示せず）とから構成されている。搬送機構によって、基板保持用治具１６と基板保持用治具１６にセットされた基板１７は真空チャンバ１１内を矢印Ｄｓの方向へ搬送され、スパッタリングプラズマが発生しているターゲット近傍を通過することで基板上にスパッタリング成膜が行なわれる。なお、矢印Ｄｓの方向を、基板搬送方向Ｄｓと呼ぶ。

真空チャンバ１１内にスパッタリングガスを導入するガスライン１３はガス配管とマスフローコントローラ（図示せず）からなり、導入するガスの種類分だけ設置されている。通常用いられるスパッタリングガスとしてはＡｒ（アルゴン）があるが、酸化膜の形成を行う場合には酸素を導入する場合もある。スパッタリングガスは、成膜時の圧力に応じてマスフローコントローラで流量と流量比とが制御されて、真空チャンバ１１内に導入される。成膜圧力は、成膜する材料にもよるが、一般には０．１〜１０Ｐａ程度である。

ターゲットユニット１４のバッキングチューブ内部に配置される磁場発生機構を構成する磁石の材料としては、サマリウムコバルト磁石やネオジム磁石などの磁束密度の大きいマグネットが好ましいが、その他のマグネットや電磁石も使用することができる。また永久磁石と電磁石を組み合わせるなど、複数の磁気発生源を組み合わせてもよい。

図１に示すように、ターゲットユニット１４の回転軸Ａｘ１９は、真空チャンバ１１内に設置された基板搬送機構の基板搬送方向Ｄｓに対して所定の角度θ（０°＜θ＜９０°、９０°＜θ＜１８０°）を成すように、つまり直交しないように配置される。これについては、後ほど図２〜図３を参照して詳述する。

次に、スパッタリング装置Ａｓによる、基板１７に対する成膜工程について説明する。先ず、真空チャンバ１１の真空排気を実施し、Ａｒなどのスパッタリングガスを真空チャンバ１１に０．１〜１０Ｐａ程度導入し、円筒ターゲット１９をカソードとしてスパッタリング電源１５より電力を供給しプラズマを形成する。形成されたプラズマのＡｒイオンの衝突により、円筒ターゲット１９の表面からスパッタ粒子が飛び出す。

この状態において、基板保持用治具１６にセットされた基板１７が置かれた前室に接続されたゲートバルブが開かれ、搬送機構によって基板保持用治具１６が真空チャンバ１１内で搬送される。搬送機構は、基板保持用治具１６を円筒ターゲット１９の軸心Ａｘ１９に対して角度θを成す基板搬送方向Ｄｓに一定の速度で搬送する、そして、基板１７が円筒ターゲット１９の近傍を通過するときに、円筒ターゲット１９の表面から飛び出したスパッタ粒子が基板１７上に堆積して、スパッタ膜が形成される。

図２にスパッタリング装置Ａｓの円筒ターゲット１９の近傍を基板１７が通過する際の様子を示す。上述のように、ターゲットユニット１４に装着されている円筒ターゲット１９はサブ円筒ターゲット１８を、軸心Ａｘ１９の方向に複数並べて構成されており、隣接するサブ円筒ターゲット１８同士の間には継ぎ目Ｊが存在する。そしてサブ円筒ターゲット１８の周壁は非継ぎ目部ＮＪである。なお、図２においては、説明の便宜上、４つのサブ円筒ターゲット１８の周壁部及び継ぎ目部をそれぞれ識別すること無く非継ぎ目部ＮＪ及び継ぎ目Ｊとして表示している。継ぎ目Ｊは、一般的には狭い方が継ぎ目Ｊの部分でのスパッタリングの変化が小さいため好ましいが、狭くしすぎるとスパッタリング時の熱による膨張でサブ円筒ターゲット１８同士が衝突して欠けや破損が発生してしまう。そのため、継ぎ目Ｊは必要最小限の値をもって設定される。

さらに回転機構２０により、軸心Ａｘ１９のまわりを回転している円筒ターゲット１９の近傍（図２において、円筒ターゲット１９の隠れている側）を基板１７は搬送機構によって搬送されて通過する。このとき、基板搬送方向Ｄｓと円筒ターゲット１９の軸心Ａｘ１９は所定の角度θ１（θ１＜９０°）を有している。このため、円筒ターゲット１９が基板１７と交差する際に、継ぎ目Ｊは通過する基板１７に対してある一定の幅を持った領域Ｚ２８を通過する。円筒ターゲット１９の継ぎ目Ｊの近傍では、スパッタリングの状態が異なり、成膜した場合の膜の組成比などの膜質が他の部分と比べて差が生じることがある。

本実施の形態においては、領域Ｚ２８が一定の幅を有しているために、この領域Ｚ２８において、この膜質が異なる部分（継ぎ目Ｊの近傍を用いて成膜された部分）とそれ以外の部分である基本領域Ｆ（非継ぎ目部ＮＪを用いて成膜された部分）との膜が混在する。しかしながら、スパッタリングにおいて、継ぎ目Ｊでスパッタされたスジ状領域Ｚ２８は、軸心Ａｘ１９が基板搬送方向Ｄｓに対して角度θ１だけ傾いているので、継ぎ目Ｊも基板搬送方向Ｄｓに対して、角度（９０°−θ１）だけ傾いてスパッタリングを行うことになる。結果、従来のように軸心Ａｘ４３が基板搬送方向Ｄｓに対して直角の場合に形成されるスジ状領域Ｚに比べて、スジ状領域Ｚ２８はｓｉｎ（９０°−θ１）だけ拡大されて形成される。つまり、この拡大された分（ｓｉｎ（９０°−θ１））だけ、継ぎ目Ｊの基本領域Ｆに対する差（不均一さ）は改善される。

さらに、スジ状領域Ｚ２８は、継ぎ目Ｊの上下の非継ぎ目部ＮＪの一部（スジ状領域Ｚ２８の境界で切り取られる三角形）の一部分であるサブ領域△ＮＪｂ及び△ＮＪｔの均質なスパッタリングで上塗りされる。なお、サブ領域△ＮＪｂ及び△ＮＪｔはそれぞれ、サブ円筒ターゲット１８の側壁の半分より小さい。これにより、スジ状領域Ｚ２８はθ１だけ傾いた継ぎ目Ｊと非継ぎ目部ＮＪのサブ領域△ＮＪｂ及び△ＮＪｔによるスパッタにより、他の基本領域Ｆ２８との膜質の差が減少される。つまり、基板１７にスジ状領域Ｚ２８と基本領域Ｆ２８とで形成される薄膜の全体の均一性は大幅に改選され得る。なお、円筒ターゲットの回転速度、回転方向には特に制限はない。

図３に、基板１７に対する円筒ターゲット１９の配置の別の例を示す。本図に示す例では、軸心Ａｘ１９は更に基板搬送方向Ｄｓ方向に傾いて、所定の角度θ２（θ２＜θ１＜９０°）を成している。この場合、サブ領域△ＮＪｔと△ＮＪｂとで非継ぎ目部ＮＪは２分される。結果、基板１７では継ぎ目Ｊ及び非継ぎ目部ＮＪのサブ領域△ＮＪｔと△ＮＪｂとでスパッタ成膜されたスジ状領域Ｚ３１が連続的に形成されている。

つまり、傾斜角がθ１（図２）からθ２（図３）に変更された結果、スジ状領域Ｚ２８（図２）は拡大されてスジ状領域Ｚ３１（図３）になり、基本領域Ｆ２８（図２）が無くなる。つまり、基板１７の表面に形成される薄膜の全体がスジ状領域Ｚ３１のみになる。なお、スジ状領域Ｚ３１は、継ぎ目Ｊによるスパッタがサブ領域△ＮＪｔと△ＮＪｂとのスパッタにより上書きされた状態である。よって、基板１７に形成される薄膜の全体の均一性は、図２に示した場合に比べて更に改善される。

なお、サブ円筒ターゲット１８の筒長をＬとし、外径をＤとし、円筒ターゲット１９と基板１７との距離をＳとしたときに、スジ状領域Ｚ３１が互いに重ならず、かつ離れない、つまりスジ状領域Ｚ３１がそれぞれ接してシームレスに成膜される条件は、次式（１）にて表される。
ｔａｎθ＝Ｄ／Ｌ ・・・・（１）

即ち、基板１７側からみると、基板１７の全面に渡って、スジ状領域Ｚ３１で成膜されることになり、非継ぎ目部ＮＪのみを用いて成膜が行われる領域が存在しないため、図２に示す例よりもさらに膜質の変化を抑制することが出来る。円筒ターゲット１９が１つの場合、図３に示す配置はサブ円筒ターゲット１８の数が３つ以上のときに効果的である。またターゲットユニット１４（円筒ターゲット１９）が複数の場合でも、各ターゲットユニット１４を上記の配置のまま前後に並置することで膜質を均一にしたまま、成膜速度を高めることができる。

上記の式（１）は、隣り合うそれぞれのスジ状領域Ｚ３１を重ならず、かつ離れないシームレスに配置するための条件である。しかし、実際はサブ円筒ターゲット１８の端部（継ぎ目Ｊ）で膜質が変化するのは、ターゲット端部の直下を通る基板の箇所だけではなく、ある程度の幅を持って膜質が変化している。膜質が変化する幅は、一般にターゲット（サブ円筒ターゲット１８或いは円筒ターゲット１９）と基板１７との距離Ｓ程度である、即ち、ターゲット端部で成膜された膜の膜質が変化する領域は、ターゲット（サブ円筒ターゲット１８或いは円筒ターゲット１９）と基板１７との距離Ｓ程度の大きさの幅をもっている。従って、式（１）におけるθの値はある程度の幅を持っている。

つまり、隣り合うそれぞれのスジ状領域Ｚ３１を距離Ｓの値以上重ならないように、かつ距離Ｓの値以上離れないように配置することで、基板１７にスパッタ形成される膜の膜質を実質的に均一にできる。なお、スジ状領域Ｚ３１が重なる時、重なり幅Ｗｏは次式（２）で表され、スジ状領域Ｚ３１が距離Ｓ以上重ならない条件は、次式（３）で表される。
Ｗｏ＝Ｄｃｏｓθ−Ｌｓｉｎθ ・・・・（２）
Ｄｃｏｓθ−Ｌｓｉｎθ≦Ｓ ・・・・（３）

一方、スジ状領域Ｚ３１が離れる時、離れ幅Ｗｄは次式（４）で表され、スジ状領域Ｚ３１が距離Ｓ以上離れない条件は、次式（５）で表される。
Ｗｄ＝Ｌ−Ｄ／ｔａｎθ ・・・・（４）
Ｌ−Ｄ／ｔａｎθ≦Ｓ ・・・・（５）

つまり、上式（３）および（５）で表される条件を満たすことで、基板１７に形成される膜の膜質を実質的に均一にできる。なお、Ｓ＝０の時、すなわち、上式（１）が成立する（ｔａｎθ＝Ｄ／Ｌ）時、膜質は最も均一になる。

（実施の形態２）
以下に図４を参照して、本発明の実施の形態２に係るスパッタリング装置について説明する。スパッタリング装置Ａｓ’は少なくとも、ｑ（ｑは任意の自然数）台のターゲットユニット１４_１〜１４＿ｑを有している。ｑ台のターゲットユニット１４のそれぞれが、ｋ個のサブ円筒ターゲット１８＿１〜１８＿ｋが連結された円筒ターゲット１９＿１〜１９＿ｑを含む。なお、ターゲットユニット１４＿１〜１４＿ｑ及び円筒ターゲット１９＿１〜１９＿ｑは、それぞれ上述のターゲットユニット１４および円筒ターゲット１９と同様に構成されている。

ただし、ターゲットユニット１４_１〜１４＿ｑは、円筒ターゲット１９＿１と１９＿ｑとが軸心（回転軸）Ａｘ１９の方向つまり軸心方向Ｄａに、所定の距離だけずれて配置され、残りの円筒ターゲット１９＿２〜１９＿ｑ−１は円筒ターゲット１９＿１と１９＿ｑとの間に、軸心方向Ｄａに等間隔に配置されている。スパッタリング装置Ａｓ’においては、次式（６）及び（７）の関係が成立する。
Ｄｃｏｓθ−（Ｌ／ｑ）ｓｉｎθ≦Ｓ かつ （Ｌ／ｑ）−Ｄ／ｔａｎθ≦Ｓ
・・・・（６）
Ｐ＝（Ｌ／ｑ）×ｓｉｎθ ・・・・（７）

図４を参照して、３台のターゲットユニット１４＿１、１４＿２、及び１４＿３を有するスパッタリング装置Ａｓ’における、円筒ターゲット１９＿１、１９＿２、及び１９＿３の近傍を基板１７が通過する際の様子について説明する。なお、図４においては、説明の便宜上、ターゲットユニット１４＿１、１４＿２、及び１４＿３の円筒ターゲット１９＿１、１９＿２、及び１９＿３と基板１７のみが示されている。円筒ターゲット１９＿１、１９＿２、及び１９＿３はそれぞれ、上述の円筒ターゲット１９と同様に複数のサブ円筒ターゲット１８＿１〜１８＿ｋ（本例においては、ｋ＝４）から成る。基板搬送方向Ｄｓと円筒ターゲット１９＿１、１９＿２、及び１９＿３それぞれの軸心Ａｘ１９は、所定の角度θ３（θ１＜θ３＜９０°）を有している。同スパッタリング装置Ａｓ’においては、次式（８）に示す関係が成立する。
ｔａｎθ＝Ｄ／（Ｌ／ｑ） ・・・（８）

さらに、基板法線方向から見た、サブ円筒ターゲット１８の継ぎ目Ｊの線３６の中心３７は基板１７の搬送方向Ｄｓにそれぞれ並行に軌跡３９を形成する。なお、線３６は、継ぎ目Ｊの回転軸Ａｘ１９方向の幅を、回転軸Ａｘ１９方向に二分する面を回転軸Ａｘ１９に対して垂直な方向から見たときの線である。中心３７は、基板１７との離間距離が最小である線３６上の点である。つまり、基板１７に対してスパッタリングが行われているときの、継ぎ目Ｊの中心である。軌跡３９は説明の便宜上に図示されているが、実際に成膜される基板１７に、中心３７の跡がつくという意味ではない。軌跡３９は、円筒ターゲット１９＿１〜１９＿ｑ（本例においては、ｑ＝３）のそれぞれを構成するｋ個のサブ円筒ターゲット１８の個数ｋに対してｋ−１箇所、つまりターゲットユニット１４＿１〜１４＿ｑが３台であれば、３×（ｋ−１）箇所存在する。円筒ターゲット１９＿１〜１９＿ｑそれぞれの、サブ円筒ターゲット１８の継ぎ目Ｊが形成する軌跡３９の間隔Ｐが、Ｐ＝（Ｌ／３）×ｓｉｎθとなるようにターゲットユニット１４＿１〜１４＿ｑが配置されている。ただし、基板搬送方向両端よりも外側、即ち成膜に関係しない部分に関してはこの限りではない。

先に述べたように、サブ円筒ターゲット１８の継ぎ目Ｊがある一定の幅をもって基板１７と交差し、基板１７上のこの部分（スジ状領域Ｚ４０）はサブ円筒ターゲット１８の継ぎ目Ｊの部分の領域（以下、境界領域とする）を通って成膜される。複数の円筒ターゲット１９を上記のように配置することにより、いずれの円筒ターゲット１９＿１〜１９＿ｑの境界領域の幅がＰに等しくなり、かつ、円筒ターゲット１９＿１の境界領域を通って成膜される基板１７のスジ状領域Ｚ４０＿１と円筒ターゲット１９＿２の境界領域を通って成膜される基板１７のスジ状領域Ｚ４０＿２と円筒ターゲット１９＿３の境界領域を通って成膜される基板１７のスジ状領域Ｚ４０＿３とが基板搬送方向Ｄｓと基板面上で直交する方向に隙間無く互い違いに配置される。そのため、基板１７の全ての領域は３つの円筒ターゲットのうちのいずれか１つのターゲットの境界領域を通過することになる。このスジ状領域Ｚ４０において、継ぎ目Ｊの近傍を用いて成膜された部分と、非継ぎ目部ＮＪを用いて成膜された部分との膜が混在する。スジ状領域Ｚ４０において、いずれかの円筒ターゲット１９の継ぎ目Ｊの近傍を用いた成膜が１回行われるのに対して、非継ぎ目部ＮＪを用いた成膜は当該円筒ターゲット１９以外の円筒ターゲット１９によって（ｑ−１）回行われる。継ぎ目Ｊの近傍を用いてスパッタされた膜は、非継ぎ目部ＮＪを用いた（ｑ−１）回のスパッタにより上書きされる。よって、基板１７に形成される薄膜の全体の均一性は、図３に示した場合に比べて更に改善される。

また、本発明の実施の形態２においても、前述の実施の形態１と同様に、実際はサブ円筒ターゲット１８の端部（継ぎ目Ｊ）で膜質が変化するのは、ターゲット端部の直下を通る基板の箇所だけではなく、ある程度の幅を持って膜質が変化している。上述の通り、ターゲット端部で成膜された膜の膜質が変化する領域は、ターゲット（サブ円筒ターゲット１８或いは円筒ターゲット１９）と基板１７との距離Ｓ程度の大きさの幅をもっている。従って、式（８）におけるθの値はある程度の幅を持っている。

つまり、隣り合うそれぞれのスジ状領域Ｚ４０を距離Ｓの値以上重ならないように、かつ距離Ｓの値以上離れないように配置することで、基板１７にスパッタ形成される膜の膜質を実質的に均一にできる。なお、スジ状領域Ｚ４０が重なる時、重なり幅Ｗｏ’は次式（９）で表され、スジ状領域Ｚ４０が距離Ｓ以上重ならない条件は、次式（１０）で表される。
Ｗｏ’＝Ｄｃｏｓθ−（Ｌ／ｑ）ｓｉｎθ ・・・・（９）
Ｄｃｏｓθ−（Ｌ／ｑ）ｓｉｎθ≦Ｓ ・・・・（１０）

一方、スジ状領域Ｚ４０が離れる時、離れ幅Ｗｄ’は次式（１１）で表され、スジ状領域Ｚ４０が距離Ｓ以上離れない条件は、次式（１２）で表される。
Ｗｄ’＝（Ｌ／ｑ）−Ｄ／ｔａｎθ ・・・・（１１）
（Ｌ／ｑ）−Ｄ／ｔａｎθ≦Ｓ ・・・・（１２）

つまり、上式（１０）および（１２）で表される条件を満たすことで、基板１７に形成される膜の膜質を実質的に均一にできる。なお、Ｓ＝０の時、すなわち、上式（８）が成立する（ｔａｎθ＝Ｄ／（Ｌ／ｑ））時、膜質は最も均一になる。

また、実施の形態２では、スパッタリング装置Ａｓ’は少なくとも１台以上、ｑ台のターゲットユニット１４を有しているために成膜速度が速く、装置生産性は高い。また、例えば、２×ｑ台のターゲットユニット１４を配置して、そのうちのｑ台のターゲットユニット１４を１組として実施の形態２に従って配置し、その組をもう１組設けることでさらに装置生産性を高めることができる。

上述の通り、本発明は、サブ円筒ターゲットを軸心方向に並べて作成した円筒ターゲットを備えるスパッタリング装置で成膜を行う際に、基板搬送によりターゲットの継ぎ目近傍を通過する部分の膜質の変化を抑制することのできるスパッタリング装置を提供することができる。

特に、金属酸化物などの焼結体ターゲット、とりわけ複合金属酸化物の大型ターゲットを作る場合、長い円筒型ターゲットを作ることが困難で、サブ円筒ターゲットを組み合わせて円筒ターゲットを形成する必要があるため、本発明によってターゲットの作成しやすさと膜厚均一性を両立させることが出来る。

上記の焼結体ターゲットに用いられる複合金属酸化物の例としてはＩＴＯ（インジウム−スズ酸化物）、ＩＺＯ（インジウム−亜鉛酸化物）、ＩＷＯ（インジウム−タングステン酸化物）、ＩＧＯ（インジウム−ガリウム酸化物）、ＩＧＺＯ（インジウム−ガリウム−亜鉛酸化物）、ＡＴＯ（アルミニウム−スズ酸化物）、ＡＺＯ（アルミニウム−亜鉛酸化物）などを挙げることができる。

これらの材料の薄膜は透明導電体薄膜や透明半導体薄膜として産業上広く用いられており、特に大面積基板上に形成された均一な膜質の薄膜はディスプレイパネルや太陽電池などの製造の用途に用いることが出来るため、本スパッタリング装置はこれらの製造工程に好適に用いることが出来る。

本発明は、円筒型ターゲットを備えるスパッタリング装置に利用できる。

Ａｓ、Ａｓ’、Ａｓｃ１、Ａｓｃ２ スパッタリング装置
１１ 真空チャンバ
１２ 排気機構
１３ ガスライン
１４ ターゲットユニット
１５ スパッタリング電源
１６ 基板保持用治具
１７、４２ 基板
１８ サブ円筒ターゲット
Ｌ サブ円筒ターゲットの回転軸方向の長さ
Ｄ サブ円筒ターゲットの外径
１９、４１、４３ 円筒ターゲット
Ａｘ１９、Ａｘ４１、Ａｘ４３ 円筒ターゲットの回転軸
Ｓ 円筒ターゲットと基板との距離
２０ 回転機構
Ｄｓ 基板搬送方向
Ｊ サブターゲットの継ぎ目
ＮＪ 非継ぎ目部
θ、θ１、θ２、θ３ 搬送方向と円筒ターゲットの回転軸がなす角
Ｚ、Ｚ２８、Ｚ３１、Ｚ４０ スジ状領域
Ｆ、Ｆ２８ 基本領域
３７ 継ぎ目の線の中心
３９ 継ぎ目の線の中心が基板上になす軌跡
Ｐ 軌跡の間隔

Claims (3)

1. 基板を第１の円筒型ターゲットの近傍を所定の方向に搬送させながら、中心軸に沿って延在する第１の円筒型ターゲットからスパッタリングして、当該基板に薄膜を形成するスパッタリング装置であって、
   前記第１の円筒型ターゲットは、当該第１の円筒型ターゲットより筒長の短い第２の円筒型ターゲットが第１の所定数だけ前記中心軸に沿って連結されて構成されると共に、当該中心軸が前記搬送方向に対して第１の所定の角度θを成すように配置され、当該第１の所定の角度は０°より大きく９０°より小さいことを特徴とする、スパッタリング装置。
2. 前記第２の円筒型ターゲットの中心軸方向の長さをＬ、外径をＤとし、前記第１の円筒型ターゲットと前記基板との距離をＳとし、
   Ｄｃｏｓθ−Ｌｓｉｎθ≦Ｓ 且つ Ｌ−Ｄ／ｔａｎθ≦Ｓ の関係が満たされることを特徴とする、請求項１に記載のスパッタリング装置。
3. 第２の所定数（ｑ）の前記第１の円筒型ターゲットを前記中心軸が互いに平行になるように備え、前記第２の円筒型ターゲット同士の継ぎ目の中心が、前記所定の方向に搬送される前記基板になす軌跡の間隔をＰとするとき、
   Ｄｃｏｓθ−（Ｌ／ｑ）ｓｉｎθ≦Ｓ、
   （Ｌ／ｑ）−Ｄ／ｔａｎθ≦Ｓ、及び
   Ｐ＝（Ｌ／ｑ）×ｓｉｎθ
   の関係が満たされることを特徴とする、請求項１に記載のスパッタリング装置。