JP6251588B2

JP6251588B2 - 成膜方法

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Inventors: 大士小林; 応樹武井; 辰徳磯部; 新井　真; 新井　　真; 清田　淳也; 淳也清田
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Description

本発明は、成膜方法に関し、より詳しくは、大面積のガラス等の処理基板表面にスパッタリング法により所定の薄膜や積層膜を成膜するための成膜方法に関する。

ガラス等の処理基板表面に所定の薄膜を成膜する方法の一つにスパッタリング法を用いたものがある。この成膜方法では、処理室内に形成したプラズマ雰囲気中の希ガスのイオンを処理基板表面に成膜しようする膜の組成に応じて作製したターゲットに向けて加速させて衝撃させ、ターゲットからのスパッタ粒子をターゲットに静止対向した処理基板に向かって飛散させて処理基板表面に成膜するものであり、近年では、ＦＰＤ製造用のガラス基板のように面積の大きい処理基板に対する成膜にも広く利用されている。

上記成膜を行うスパッタリング装置として、処理室内で処理基板に対向させて、同一形状のターゲットの複数枚を等間隔で並設し、各ターゲットに電力投入してスパッタリングによる成膜中、各ターゲットを一体にかつ処理基板に対し平行に一定速度で往復動させるものが例えば特許文献１で知られている。ここで、複数枚のターゲットを所定間隔で並設したものでは、各ターゲット相互間の領域からはスパッタ粒子が放出されない。このため、処理基板表面での膜厚分布や反応性スパッタリングの際の膜質分布が波打つように（例えば膜厚分布の場合、同一の周期で膜厚の厚い部分と薄い部分とが繰返すように）不均一になることが知られている。上記特許文献１では、ターゲットの並設方向を移動方向とし、成膜中、処理基板に対して平行に各ターゲットを一体に相対往復動させてスパッタ粒子が放出されない領域を変えることで、上記膜厚分布や膜質分布の不均一を改善している。

他方で、特許文献２には、複数の処理室にて同一または異なる薄膜を積層する場合、処理室の連設方向を移動方向とし、各処理室内に同数かつ同一形状のターゲットを等間隔で夫々並設しておき、処理室相互の間で処理基板表面のうち各ターゲットと対向する領域が基板移送方向で相互にずれるように処理基板の停止位置を変えることで、上記膜厚分布や膜質分布の不均一を改善している。

ところで、上記各特許文献記載の成膜方法では、各ターゲットを並設した領域の移動方向の全長が処理基板の移動方向の長さより十分に大きくなるように（例えば、各ターゲットと処理基板とを同心に配置したとき、処理基板の移動方向両端から１枚分のターゲットが夫々張り出すように）、並設すべきターゲットの枚数を設定すれば、上記膜厚分布や膜質分布の不均一を効果的に改善できる。然し、これでは、使用すべきターゲットの枚数が増加してスパッタ装置が大型化するだけでなく、コストアップも招く。

そこで、各ターゲットを並設した領域の移動方向の全長を処理基板の移動方向の長さと同等に設定することが考えられるものの、これでは、移動方向前後の両端において基板の膜厚が局所的に薄くなることが判明した。なお、「同等」といった場合、各ターゲットと処理基板とを同心に配置したとき、処理基板の移動方向両端から１枚分のターゲットの長さより短い長さで、好ましくは、ターゲットの移動方向の長さの半分程度の長さで移動方向前後の両端のターゲットが夫々張り出す場合をいう。この場合、例えば、移動方向前後端に夫々位置する両ターゲットへの投入電力を、その他のものと比較して高くしてスパッタリングレートを増加させれば、膜厚分布の均一性等が向上できることの知見を得た。然し、移動方向前後端に夫々位置する両ターゲットのスパッタリングによる侵食量がその他のものと比較して多くなり、ターゲットライフが極端に短くなって量産性が損なわれるという問題がある。

特開２００４−３４６３８８号公報特開２０１２−１８４５１１号公報

そこで、本発明は、以上の点に鑑み、各ターゲットを並設した領域の移動方向の全長を処理基板の移動方向の長さと同等に設定しても、膜厚分布や膜質分布の基板面内均一性よく成膜できるという機能を有しながら、各ターゲットのターゲットライフを略均等にできて量産性に優れた成膜方法を提供することをその課題とするものである。

上記課題を解決するために、一方向に連設した複数の処理室内に、処理室の連設方向を移動方向とし、移動方向に沿って同数枚のターゲットを等間隔で夫々並設し、各処理室内で各ターゲットに対向した位置に処理基板を移送して停止し、各ターゲットに静止対向した処理基板の表面に対して、当該処理基板が存する処理室内の各ターゲットに電力投入して各ターゲットをスパッタリングし、各処理室を通して同一または異なる薄膜を積層する本発明の成膜方法は、連続して薄膜を形成する各処理室相互の間で処理基板表面のうち各ターゲットと対向する領域が移動方向で互いにずれるように処理基板の停止位置を変え、移動方向前後端に夫々位置するターゲットを除く各ターゲットに投入する電力を定常電力とし、移動方向前後端に夫々位置するターゲットに、成膜すべき処理基板がかわる毎に定常電力より低い低電力と定常電力より高い高電力とを交互に切りかえて、かつ、両ターゲットへの投入電力を互いにかえて電力投入することを特徴とする。

これによれば、２つの処理室にて同一の薄膜を積層する場合を例に説明すると、一方の処理室にて第１の処理基板表面に一の薄膜を成膜するとき、移動方向後端側に位置するターゲットへの投入電力を高電力（定常電力の１．０１〜１．５０倍の範囲）に設定してスパッタレートを高めて成膜すると共に、移動方向前端側に位置するターゲットへの投入電力を低電力（定常電力の１／１．０１〜１／１．５０倍の範囲）に設定してスパッタレートを低くして成膜する。この状態では、各ターゲット相互の間の領域からスパッタ粒子が放出されないため、一の薄膜は、同一の周期で膜厚の厚い部分と薄い部分とが繰返すように不均一になっていると共に、移動方向後端側に位置する処理基板の部分は、その他の部分に比べて膜厚が厚くなり、移動方向前端側に位置する処理基板の部分は、その他の部分に比べて膜厚が薄くなっている。

次に、他方の処理室にて処理基板の停止位置をかえて他の薄膜を積層するときに、移動方向後端側に位置するターゲットへの投入電力を低電力に設定すると共に、移動方向前端側に位置するターゲットへの投入電力を高電力に設定して成膜する。これにより、両処理室内で略同一の膜厚で他の薄膜を積層したときに膜厚の厚い部分と薄い部分とが入れ替わると共に、移動方向前後において膜厚の厚い部分と薄い部分とが入れ替わることで、積層膜としての膜厚が処理基板全面で略均一になり、その結果、処理基板表面での膜厚分布や反応性スパッタリングの際の膜質分布が波打つように不均一になることを防止できる。

次に、第２の処理基板表面に積層膜を成膜する場合には、一方の処理室にて一の薄膜を成膜するときに移動方向後端側に位置するターゲットへの投入電力を低電力に設定すると共に、移動方向前端側に位置するターゲットへの投入電力を高電力に設定する。そして、他方の処理室にて他の薄膜を成膜するときに、移動方向後端側に位置するターゲットへの投入電力を高電力に設定すると共に、移動方向前端側に位置するターゲットへの投入電力を低電力に設定する。これにより、移動方向両端に位置するターゲットのスパッタリングによる侵食量を、その他のターゲットの侵食量を略均一にできる。このように本発明は、各ターゲットを並設した領域の移動方向の全長を処理基板の移動方向の長さと同等に設定しても、膜厚分布や膜質分布の基板面内均一性よく成膜できるという機能を有しながら、各ターゲットのターゲットライフを略均等にできて量産性に優れたものとなる。

また、上記課題を解決するために、処理室内に複数枚のターゲットを所定間隔を存して並設し、これらターゲットの並設方向を移動方向とし、各ターゲットと処理基板とを対向配置し、各ターゲットに対する処理基板の位置が移動方向でずれるように各ターゲットと処理基板とを相対往復動し、各ターゲットに電力投入して各ターゲットをスパッタリングし、処理基板の各ターゲットとの対向面に所定の薄膜を成膜する本発明の成膜方法は、移動方向前後端に夫々位置するターゲットを除く各ターゲットに投入する電力を定常電力とし、成膜中、移動方向前後端に夫々位置するターゲットに、各ターゲットに対する処理基板の位置に応じて定常電力より低い低電力と定常電力より高い高電力とを交互に切りかえて、かつ、両ターゲットへの投入電力を互いにかえて電力投入することを特徴とする。

これによれば、単一の処理室内で並設した各ターゲットと処理基板とを相対移動し、薄膜を成膜する場合に、上記同様、各ターゲットを並設した領域の移動方向の全長を処理基板の移動方向の長さと同等に設定しても、膜厚分布や膜質分布の基板面内均一性よく成膜できるという機能を有しながら、各ターゲットの寿命を略均等にできて量産性の優れたものとなる。ここで、上記「相対往復動」には、各ターゲットと処理基板とを連続して相対往復動させながら成膜する場合と、各ターゲットと処理基板との相対往復動の折り返し点において、一旦相対往復動を停止して各ターゲットと処理基板とを所定時間だけ静止対向し、成膜する場合とが含まれる。

なお、本発明においては、各ターゲットの侵食領域をその全面に亘って略均等に侵食するために、前記各ターゲットから前記基板に向かう方向を上とし、各ターゲットの上方にトンネル状の磁束を夫々形成し、各磁束を基板移送方向または移動方向に所定の速度で往復動することが好ましい。

本発明の第１実施形態の成膜方法を実施することができるスパッタリング装置の模式断面図。各処理室内でのマスクプレートと各ターゲットとの位置関係を説明する図。従来法にて成膜したときの基板の膜厚分布を説明する図。（ａ）〜（ｃ）は、第１実施形態での成膜の電力制御と膜厚分布の関係を説明する図。本発明の第２実施形態の成膜方法を実施することができるスパッタリング装置の模式断面図。（ａ）及び（ｂ）は、基板位置と各ターゲットへの投入電力との関係を説明する図。

以下、図面を参照して、処理基板を矩形のガラス基板（以下、「基板Ｓ」という）とし、この基板Ｓの一方の面に同一の薄膜を二層積層する場合を例に本発明の第１実施形態の成膜方法を説明する。以下においては、各ターゲット３１ａ〜３１ｌから基板Ｓに向かう方向を上とし、また、基板Ｓは図１中、左から右に向かって移動するものとしてこれを移動方向といい、これらを基準に上、下、左、右、前、後といった方向を示す用語を用いるものとする。

図１及び図２を参照して、ＳＭ_１は、第１実施形態の成膜方法を実施することができるマグネトロン方式のスパッタリング装置（以下、「スパッタ装置」という）である。スパッタ装置ＳＭ_１は、図外の真空ポンプを介して所定の真空度に保持できる真空チャンバ１１を有する。真空チャンバ１１の中央部には仕切板１２が設けられ、仕切板１２により真空チャンバ１１内に相互に隔絶状態で連設される略同容積の２個の処理室１１ａ，１１ｂが画成される。真空チャンバ１１の上部には、基板移送手段２が設けられている。基板移送手段２は、基板Ｓをその下面（成膜面）を開放して保持するキャリア２１と、キャリア２１を各処理室１１ａ，１１ｂに夫々並設した後述の各ターゲット３１ａ〜３１ｌに対向した位置に移送自在な図外の駆動ローラ（駆動手段）とを備える。なお、基板移送手段２としては公知のものを利用できるため、ここでは詳細な説明を省略する。

各処理室１１ａ，１１ｂには、基板移送手段２とターゲット３１ａ〜３１ｌとの間に位置してマスクプレート１３が夫々設けられている。各マスクプレート１３には、基板Ｓが各ターゲット３１ａ〜３１ｌを臨む平面視矩形の開口１３ａ，１３ｂが形成され、基板Ｓの成膜範囲を制限すると共に、キャリア２１の表面などにスパッタ粒子が付着することを防止する役割を果たす。各処理室１１ａ，１１ｂの下側には、同一構造のカソード電極Ｃが夫々設けられている。

カソード電極Ｃは、基板Ｓに平行な同一平面内で移動方向に等間隔で並設される１２枚のターゲット３１ａ〜３１ｌを有する。各ターゲット３１ａ〜３１ｌは、Ａｌ、Ｔｉ、ＭｏやＩＴＯなど、基板Ｓ表面に形成しようとする薄膜の組成に応じて公知の方法で作製され、例えば略直方体（平面視矩形）に形成されている。そして、ターゲット３１ａ〜３１ｌを並設した領域の移動方向の全長Ｌ１を基板Ｓの移動方向の長さＬ２と同等となるように、各ターゲット３１ａ〜３１ｌの平面視形状の寸法や各ターゲット３１ａ〜３１ｌ相互の間の隙間が設定されている（図２参照）。即ち、各ターゲット３１ａ〜３１ｌと基板Ｓとの間の上下方向の距離等を考慮して、各ターゲット３１ａ〜３１ｌと基板Ｓとを同心に配置したとき、基板Ｓの移動方向両端から、ターゲットの移動方向の長さＬ３の半分以下の範囲で両端のターゲット３１ａ，３１ｌが夫々張り出すように適宜設定される。各ターゲット３１ａ〜３１ｌの直交する方向は、基板Ｓの端部から夫々延出するように各ターゲット３１ａ〜３１ｌの長さが設定される。また、各ターゲット３１ａ〜３１ｌは、スパッタリングによる成膜中、ターゲット３１ａ〜３１ｌを冷却するバッキングプレート３２に、インジウムやスズなどのボンディング材（図示せず）を介して接合されている。

各ターゲット３１ａ〜３１ｌは単一の支持板３３で夫々支持され、支持板３３には、ターゲット３１ａ〜３１ｌの周囲をそれぞれ囲うシールド板３４が立設され、シールド板３４が成膜時にアノードとしての役割を果たすと共に、プラズマのターゲット３１ａ〜３１ｌの下方への回り込みを防止する。各ターゲット３１ａ〜３１ｌは、真空チャンバ１１外に配置されるＤＣ電源（スパッタ電源）３５に夫々接続され、各ターゲット３１ａ〜３１ｌに負の電位を持った所定電力が夫々投入できるようになっている。

また、カソード電極Ｃは、各ターゲット３１ａ〜３１ｌの下方に夫々位置させて配置した磁石ユニット４を有する。各磁石ユニット４は、各ターゲット３１ａ〜３１ｌに平行に設けられた支持板４１を有する。支持板４１は、各ターゲット３１ａ〜３１ｌの移動方向の長さＬ３より小さく、移動方向に直交する方向で、ターゲット３１ａ〜３１ｌの端部から夫々延出するように設定され、磁石の吸着力を増幅する磁性材料製である。支持板４１には、その中央部で線状に配置される中央磁石４２と、支持板４１の外周に沿って配置される周辺磁石４３とが上側の極性をかえて設けられる。この場合、中央磁石４２の同磁化に換算したときの体積は、例えば周辺磁石４３の同磁化に換算したときの体積の和（周辺磁石：中心磁石：周辺磁石＝１：２：１）に等しくなるように設計され、各ターゲット３１ａ〜３１ｌの上方に、釣り合った閉ループのトンネル状の磁束が形成されるようになっている。

各磁石ユニット４は、モータやエアーシリンダ等の駆動手段５ａ、５ｂの駆動軸５１に夫々一体に連結され、ターゲット３１ａ〜３１ｌの移動方向に沿う２箇所の位置の間で平行かつ等速で一体に往復動できるようにしている。これにより、スパッタレートが高くなる磁束の位置をかえて各ターゲット３１ａ〜３１ｌの全面に亘って均等に侵食領域が得られる。

真空チャンバ１１には、Ａｒ等の希ガスからなるスパッタガスを処理室１１ａ，１１ｂに夫々導入するガス導入手段６ａ，６ｂが設けられている。ガス導入手段６ａ，６ｂは、例えば真空チャンバ１１の側壁に取付けられたガス管６１を有し、ガス管６１は、マスフローコントローラ６２を介してガス源６３に連通している。反応性スパッタリングにより基板Ｓ表面に所定の薄膜を形成する場合には、酸素や窒素などの反応性ガスを処理室１１ａ，１１ｂに夫々導入する他のガス導入手段が設けられる。そして、スパッタ装置ＳＭ_１は、マイクロコンピュータやシーケンサ等を備えた図示省略の制御手段を有し、各スパッタ電源３５、マスフローコントローラや真空排気手段の稼働が統括制御される。以下に、上記スパッタリング装置ＳＭ_１を用いた第１実施形態の成膜方法を説明する。

基板Ｓをキャリア２１にセットし、一方の処理室１１ａのターゲット３１ａ〜３１ｌと対向した位置に移送する。処理室１１ａが所定圧力（例えば、１０^−５Ｐａ）まで真空引きされると、ガス導入手段６ａを介してスパッタガスや反応ガスを導入し、各ターゲット３１ａ〜３１ｌに対しＤＣ電源３５から夫々同一の所定電力（例えば、５０ＫＷ）を投入する。これにより、基板Ｓと各ターゲット３１ａ〜３１ｌとの間の空間にプラズマが形成され、プラズマ中のスパッタガスのイオンを各ターゲット３１ａ〜３１ｌに向けて加速させて衝撃させ、スパッタ粒子（ターゲット原子）が基板Ｓに向かって飛散されて基板Ｓ表面に一の薄膜が形成される。

ここで、上記の如く、スパッタ装置ＳＭ_１にて成膜する場合、各ターゲット３１ａ〜３１ｌ相互の間のシールド板３４が存する領域Ｒ１からスパッタ粒子は放出されない。このため、ターゲット３１ａ〜３１ｌの並設領域ＴＥに対して基板Ｓが同心に位置していると、成膜した一の薄膜は、図３に示すように、当該基板Ｓ移動方向に沿う膜厚分布をみると、波打つように、つまり、同一の周期で膜厚の厚い部分と薄い部分とが繰返すように不均一になると共に、移動方向前後端側に位置する基板Ｓの両端部分は、その他の部分に比べて膜厚が極端に薄くなる（図３の点線で囲う部分）。

第１実施形態では、各処理室１１ａ，１１ｂの間で、基板Ｓ表面のうち各ターゲット３１ａ〜３１ｌ相互の間の領域Ｒ１と対向する箇所が、移動方向前後にずれるように各処理室１１ａ，１１ｂでの基板Ｓの停止位置を変えている。具体的には、図２に示すように、一の処理室１１ａ内のマスクプレート１３の開口１３ａと、他の処理室１１ｂマスクプレート１３の開口１３ｂとを移動方向で相互にずれるように形成し、各処理室１１ａ，１１ｂでターゲット３１ａ〜３１ｌと対向した位置に移送されてくる基板Ｓの停止位置を定める基準としている。そして、基板Ｓがマスクプレート１３の各開口１３ａ，１３ｂを臨む位置（基板Ｓと、開口１３ａまたは開口１３ｂとが上下方向で一致する位置）にキャリア２１が移動されたとき、これを検出するポジションセンサ等の検知手段８を真空チャンバ１１に設け、基板Ｓを複数の処理室１１ａ，１１ｂを移送する際に、膜厚の厚い部分と薄い部分とが入れ替わるように各処理室１１ａ，１１ｂで基板Ｓを精度よく位置決めできるようにしている。

これに併せて、図４に示すように、移動方向前後端に夫々位置する二枚のターゲット３１ａ、３１ｌを除く各ターゲット３１ｂ〜３１ｋにスパッタ電源３５から投入する電力を定常電力（例えば、５０ｋＷ）とし、制御手段は、上記二枚のターゲット３１ａ，３１ｌに、成膜すべき基板Ｓがかわる毎に定常電力より低い低電力と定常電力より高い高電力とを交互に切りかえて、かつ、両ターゲット３１ａ，３１ｌへの投入電力を互いにかえて電力投入するように上記二枚のターゲット３１ａ，３１ｌに対応するスパッタ電源３５を制御するようにした。即ち、図４（ａ）に示すように、移動方向後側に位置する一方の処理室１１ａにて第１の基板Ｓ表面に一の薄膜を成膜するとき、移動方向後端側に位置するターゲット３１ａへの投入電力を高電力（定常電力の１．０１〜１．５０倍の範囲）に設定してスパッタレートを高めて成膜すると共に、移動方向前端側に位置するターゲット３１ｌへの投入電力を低電力（定常電力の１／１．０１〜１／１．５０倍の範囲）を設定してスパッタレートを低くして成膜する。この状態では、上述したように一の薄膜ＴＦ_１は、同一の周期で膜厚の厚い部分と薄い部分とが繰返すように不均一になっていると共に、移動方向後端側に位置する基板Ｓの部分は、その他の部分に比べて膜厚が厚くなり、移動方向前端側に位置する基板Ｓの部分は、その他の部分に比べて膜厚が薄くなっている（図４（ｂ）参照）。

次に、移動方向前側に位置する他方の処理室１１ｂにて基板Ｓの停止位置をかえて他の薄膜ＴＦ_２を積層するときに、移動方向後端側に位置するターゲット３１ａへの投入電力を低電力に設定すると共に、移動方向前端側に位置するターゲット３１ｌへの投入電力を高電力に設定して成膜する。これにより、両処理室１１ａ，１１ｂ内で略同一の膜厚で他の薄膜を積層したときに膜厚の厚い部分と薄い部分とが入れ替わると共に、移動方向前後において膜厚の厚い部分と薄い部分とが入れ替わることで、積層膜ＬＦとしての膜厚が基板全面で略均一になり（図４（ｂ）参照）、その結果、基板表面での膜厚分布や反応性スパッタリング時の膜質分布が波打つように不均一になることを防止できる。

次に、図外の第２の基板Ｓ表面に積層膜を成膜する場合には、図４（ｃ）に示すように、一方の処理室１１ａにて一の薄膜ＴＦ_１を成膜するときに移動方向後端側に位置するターゲット３１ａへの投入電力を低電力に設定すると共に、移動方向前端側に位置するターゲット３１ｌへの投入電力を高電力に設定する。そして、他方の処理室１１ｂにて他の薄膜ＴＦ_２を成膜するときに、移動方向後端側に位置するターゲット３１ａへの投入電力を高電力に設定すると共に、移動方向前端側に位置するターゲット３１ｌへの投入電力を低電力に設定する。これにより、移動方向両端に位置するターゲット３１ａ、３１ｌのスパッタリングによる侵食量と、その他のターゲット３１ｂ〜３１ｋの侵食量とを略均一にできる。

以上の第１実施形態によれば、ターゲット３１ａ〜３１ｌを並設した領域の移動方向の全長Ｌ１を基板Ｓの移動方向の長さＬ２と同等に設定しても、膜厚分布や膜質分布の基板面内均一性よく成膜できるという機能を有しながら、各ターゲット３１ａ〜３１ｌのターゲットライフを略均等にできて量産性に優れたものとなる。尚、奇数の処理室を設け、基板表面に例えば三層膜を形成する場合、ターゲット相互間の領域と対向する基板Ｓの箇所が１／３ずつ各処理室で相互にずれるように各処理室内で基板を停止させればよい。

以上の効果を確認するために、図１に示すスパッタ装置ＳＭ_１を用い、スパッタリングにより基板ＳにＡｌ膜を２層積層した。各処理室１１ａ，１１ｂ内のターゲット３１ａ〜３１ｌとして、９９．９９％のＡｌを用い、２００ｍｍ×２６５０ｍｍ×厚さ１６ｍｍの平面視略長方形に成形し、バッキングプレート３２に接合し、各ターゲット３１ａ〜３１ｌ相互の中心間距離が２３０ｍｍ（各ターゲット３１ａ〜３１ｌの移動方向端部間の距離が３０ｍｍ）になるように支持板３３上に配置した。基板Ｓは２２００ｍｍ×２５００ｍｍのガラス基板とし、ターゲット３１ａ〜３１ｌと基板Ｓとの間の距離を１８０ｍｍに設定した。また、一の処理室１１ａでは、基板Ｓの移動方向後辺が、移動方向後端側に位置するターゲット３１ａの後辺の略直上に位置するように基板Ｓを停止させ、他の処理室１１ｂでは、基板移送方向に１１５ｍｍ移動させた位置に基板Ｓを停止させた。

スパッタリング条件として、真空引きされる処理室１１ａ，１１ｂ内の圧力が０．５Ｐａに保持されるように、マスフローコントローラを制御してＡｒを処理室１１ａ，１１ｂに夫々導入し、基板Ｓ温度を１２０℃に設定した。そして、各処理室１１ａ，１１ｂで、移動方向前後端に夫々位置する二枚のターゲット３１ａ，３１ｌを除く各ターゲット３１ｂ〜３１ｋにスパッタ電源３５から投入する定常電力を５０ｋＷ、高電力を６０ｋＷ（１．２倍）、低電力を４５ｋＷ（０．９倍）とし、１５秒間スパッタリングして、基板Ｓ表面に１５０ｎｍの膜厚で２層のＡｌ膜を積層し、３００ｎｍのＡｌ膜を得た。

以上の実験によれば、基板Ｓの移動方向に沿う膜厚分布は±９．４％であった。別実験として、低電力を４０ｋＷとし、その他の条件は変えずに成膜したところ、基板Ｓの移動方向に沿う膜厚分布は±１０．９％であった。なお、複数枚の基板Ｓに対し成膜を行い、各ターゲット３１ａ〜３１ｌの侵食量を確認したところ、ターゲット３１ａ〜３１ｌの全てが略均等に侵食されていることが確認できた。

次に、第２実施形態の成膜方法を説明する。図５を参照して、ＳＭ_２は、単一の処理室１１０にて第２実施形態の成膜方法を実施することができるマグネトロン方式のスパッタ装置である。以下においては、第１実施形態で説明したスパッタ装置ＳＭ_１と同一の部品等については同一の符号を用いるものとし、その詳細な説明は省略する。

スパッタ装置ＳＭ_２は、単一の処理室１１０を画成する真空チャンバ１０を有する。処理室１１０の上部には基板移送手段２が設けられ、その下部にはカソード電極Ｃが設けられている。この場合、基板移送手段２の駆動手段を制御により、移動方向に沿ってターゲット３１ａ〜３１ｌに平行に一定の間隔Ｄかつ所定速度（例えば、１〜１１０ｍｍ／ｓ）で基板Ｓがセットされたキャリア２１を往復動させるようにしている。以下に、図６を参照して上記スパッタ装置ＳＭ_２を用いた第２実施形態の成膜方法を説明する。

第１の基板Ｓをキャリア２１にセットし、処理室１１０のターゲット３１ａ〜３１ｌと対向した位置に移送する。この場合、基板Ｓの移動方向後辺が、移動方向後端側に位置するターゲット３１ａの後辺の略直上に位置するように位置決めされる（図５中、Ｐ１の位置）。そして、処理室１１０が所定圧力（例えば、１０^−５Ｐａ）まで真空引きされると、ガス導入手段６ａを介してスパッタガスや反応ガスを導入し、各ターゲット３１ａ〜３１ｌに対してＤＣ電源３５から夫々所定電力を投入すると共に、キャリア２１（ひいては基板Ｓ）を移動方向前方に向かって往動させる。

この場合、移動方向前後端に夫々位置する二枚のターゲット３１ａ、３１ｌを除く各ターゲット３１ｂ〜３１ｇにスパッタ電源３５から投入する電力を定常電力（例えば、５０ＫＷ）とし、制御手段は、上記二枚のターゲット３１ａ，３１ｌに、基板Ｓの位置に応じて、定常電力より低い低電力と定常電力より高い高電力とを交互に切りかえて、かつ、両ターゲットへの投入電力を互いにかえて電力投入するように上記二枚のターゲット３１ａ，３１ｌに対応するスパッタ電源３５を制御するようにした。即ち、成膜開始当初、図６（ａ）に示すように、移動方向後端側に位置するターゲット３１ａへの投入電力を低電力（定常電力の１／１．０１〜１／１．５０倍の範囲）に設定してスパッタレートを低くして成膜すると共に、移動方向前端側に位置するターゲット３１ｌへの投入電力を高電力（定常電力の１．０１〜１．５０倍の範囲）に設定してスパッタレートを高くして成膜する。

キャリア２１が折り返し点Ｐ２に到達した後、当該キャリア２１が復動を開始すると、図６（ｂ）に示すように、移動方向後端側（図５中、左側）に位置するターゲット３１ａへの投入電力を高電力に切りかえると共に、移動方向前端側（図５中、右側）に位置するターゲット３１ｌへの投入電力を低電力に切りかえる。基板Ｓに対して成膜する間、この操作を繰り返す。これにより、ターゲット３１ａ〜３１ｌを並設した領域の移動方向の全長Ｌ１を基板Ｓの移動方向の長さＬ２と同等に設定しても、基板Ｓ表面での膜厚分布や反応性スパッタリングの際の膜質分布が波打つように不均一になることを防止できる。しかも、移動方向両端に位置するターゲット３１ａ，３１ｌのスパッタリングによる侵食量をその他のターゲット３１ｂ〜３１ｋの侵食量を略均一にできる。なお、移動方向両端側のターゲット３１ａ，３１ｌへの投入電力を高電力または低電力に設定するとき、両者を同一の電力に設定する必要はなく、ターゲットの侵食量等を考慮して適宜設定することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記のものに限定されるものではない。上記第１及び第２の各実施形態では、スパッタ電源としてＤＣ電源３５を用いているが、これに限定されるものではなく、並設した各ターゲット３１ａ〜３１ｌのうち、隣合う２個のターゲットを対とし、一対のターゲット３１ａ〜３１ｌに、スパッタ電源としての交流電源から所定の周波数（１〜４００ＫＨｚ）で交流電力を投入するようにしてもよい。なお、移動方向前後端に夫々位置するターゲットとは、両端の二枚のターゲット３１ａ、３１ｌをいうが、上記例の場合には、移動方向両端に夫々位置する一対のターゲット（３１ａ、３１ｂと、３１ｋ、３１ｌ）が移動方向前後端に夫々位置するターゲットとなる。また、並設した各ターゲットのうち移動方向前後端に夫々位置する二枚のターゲット３１ａ，３１ｌに、成膜すべき基板Ｓがかわる毎に定常電力より低い低電力と定常電力より高い高電力とを交互に切りかえて投入するとき、上記第１及び第２の各実施形態で説明した電力投入と逆となるように投入電力を制御しても、上記と同様の効果を得ることができる。

また、上記第２実施形態では、ターゲット３１ａ〜３１ｌの並設領域に対して基板Ｓを移動させるものを例に説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、図５中に二点鎖線で示すように、ターゲット３１ａ〜３１ｌを支持する支持板３３の一側に、駆動手段としてのモータ７１の出力軸７２を接続し、成膜中、ターゲット３１ａ〜３１ｌを移動方向に沿う２点間で基板Ｓに対して平行かつ等速で一体に往復動するようにしてもよく、また、ターゲット３１ａ〜３１ｌと基板Ｓとの両者を往復動させることもできる。

また、上記第２実施形態では、各ターゲット３１ａ〜３１ｌと基板Ｓとを連続して相対往復動させながら成膜する場合を例に説明しているが、各ターゲット３１ａ〜３１ｌと基板Ｓとの相対往復動の折り返し点Ｐ１，Ｐ２において、一旦相対往復動を停止して各ターゲット３１ａ〜３１ｌと基板Ｓとを所定時間だけ静止対向し、成膜する場合にも本発明は適用することができる。即ち、基板Ｓが往復動の折返し位置Ｐ１，Ｐ２に到達したとき、基板移送手段２の駆動手段を制御して、基板Ｓが所定時間（例えば６０秒以内）停止するようにしてもよい。これにより、ターゲット種、即ち、各ターゲットのスパッタリング時の飛散分布に基づく基板Ｓに向かうスパッタ粒子の量に応じて、各折返し点Ｐ１，Ｐ２での基板Ｓの停止時間を適宜設定するだけで、基板Ｓ表面に形成した薄膜に微小に波打つ膜厚分布や膜質分布が生じることをより一層抑制できる。このとき、磁石組立体４を少なくとも一往復動させることが好ましく、また、波打つ膜厚分布や膜質分布の発生が抑制される制御の自由度を高めるために、基板Ｓが一方の折返し位置Ｐ１（またはＰ２）から他方Ｐ２（またはＰ１）に向かって移動するとき、ターゲット３１ａ〜３１ｌへの電力投入を停止し、基板Ｓが停止している場合にだけ薄膜形成するようにしてもよい。

ＳＭ_１，ＳＭ_２…スパッタ装置、１１ａ，１１ｂ，１１０…処理室、２…基板移送手段、２１…キャリア、３１ａ〜３１ｌ…ターゲット、３５…スパッタ電源、６ａ、６ｂ…ガス導入手段、Ｓ…基板、ＴＥ…ターゲット並設領域。

Claims

一方向に連設した複数の処理室内に、処理室の連設方向を移動方向とし、移動方向に沿って同数枚のターゲットを等間隔で夫々並設し、各処理室内で各ターゲットに対向した位置に処理基板を移送して停止し、各ターゲットに静止対向した処理基板の表面に対して、当該処理基板が存する処理室内の各ターゲットに電力投入して各ターゲットをスパッタリングし、各処理室を通して同一または異なる薄膜を積層する成膜方法であって、
連続して薄膜を形成する各処理室相互の間で処理基板表面のうち各ターゲットと対向する領域が移動方向で互いにずれるように処理基板の停止位置を変えるものにおいて、
移動方向前後端に夫々位置するターゲットを除く各ターゲットに投入する電力を定常電力とし、移動方向前後端に夫々位置するターゲットに、成膜すべき処理基板がかわる毎に定常電力より低い低電力と定常電力より高い高電力とを交互に切りかえて、かつ、両ターゲットへの投入電力を互いにかえて電力投入することを特徴とする成膜方法。
処理室内に複数枚のターゲットを所定間隔を存して並設し、これらターゲットの並設方向を移動方向とし、各ターゲットと処理基板とを対向配置し、各ターゲットに対する処理基板の位置が移動方向でずれるように各ターゲットと処理基板とを相対往復動し、各ターゲットに電力投入して各ターゲットをスパッタリングし、処理基板の各ターゲットとの対向面に所定の薄膜を成膜する成膜方法において、
移動方向前後端に夫々位置するターゲットを除く各ターゲットに投入する電力を定常電力とし、成膜中、移動方向前後端に夫々位置するターゲットに、各ターゲットに対する処理基板の位置に応じて定常電力より低い低電力と定常電力より高い高電力とを交互に切りかえて、かつ、両ターゲットへの投入電力を互いにかえて電力投入することを特徴とする成膜方法。
前記各ターゲットから前記基板に向かう方向を上とし、各ターゲットの上方にトンネル状の磁束を夫々形成し、各磁束を基板移送方向または移動方向に所定の速度で往復動することを特徴とする請求項１または請求項２記載の成膜方法。