JP7256645B2 - スパッタリング装置及び成膜方法 - Google Patents

Description

本発明は、スパッタリング装置及びこのスパッタリング装置を用いて反応性スパッタリングにより成膜する成膜方法に関する。

被処理基板の表面に所定の薄膜を成膜する方法の一つとしてスパッタリング法があり、ＦＰＤ製造用のガラス基板のように、面積の大きい被処理基板に対して所定の薄膜を成膜するために多く利用されている。このようなスパッタリング装置として、真空チャンバ内に等間隔で並設される、同等の矩形の輪郭を持つ複数枚のターゲットで構成されるターゲットユニットを備えるものが例えば特許文献１で知られている。この従来例のものでは、真空チャンバ内でターゲットユニットに対向する位置に被処理基板を搬送し、ターゲットユニットの各ターゲットをスパッタリングして成膜する間、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、被処理基板表面に成膜された薄膜が、ターゲットの並設方向に沿って薄膜の膜厚分布が波打つように（即ち、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。このことから、成膜中、ターゲットユニットと被処理基板とをその並設方向に所定のストロークで相対往復動させ、膜厚分布が波打つ程度を低減させることが一般に知られている。

また、上記従来例のものでは、ターゲットユニットの各ターゲット相互間の領域では、被処理基板と各ターゲットとの間の空間に形成されるプラズマの密度が小さくなっているため、このプラズマ密度の小さい領域のプラズマを通過して被処理基板に付着する膜の結晶状態等が他の領域（すなわちプラズマ密度の大きい領域）に対して相違し、その結果として、膜質（抵抗値や光学特性など）の不均一が発生するが、上記のように、成膜中、ターゲットユニットと被処理基板とをその並設方向に所定のストロークで相対往復動させることで、膜質分布の不均一も改善することが可能である。

上記従来例のものでは、被処理基板とターゲットユニットとが往復動の中点に位置する状態で、被処理基板の並設方向両端部に対して対向するターゲットが、並設方向両端に位置するターゲットになるようにターゲット枚数が設定されている。ここで、上記の如く、ターゲット枚数を設定し、ターゲットユニットと被処理基板とをその並設方向に所定のストロークで相対往復動させると、被処理基板の並設方向両端部が並設方向両端に位置するターゲットの外側の端部（外端）に近くなるため、被処理基板の並設方向両端部に成膜される薄膜の膜厚が局所的に薄くなって（所謂膜だれが生じて）しまい、膜厚分布の波打つ程度を低減することができたとしても、この被処理基板両端部における膜だれによって膜厚分布が不均一となる。このような場合、並設方向両端に位置するターゲットに対して、当該ターゲットよりも並設方向内側に位置するターゲットに投入される定常電力よりも高い電力（例えば、定常電力の１．２倍の電力）を投入すれば、所謂膜だれは抑制することができる。然し、これでは、並設方向両端に位置するターゲットへ投入される電力の方が、並設方向内側に位置するターゲットへ投入される電力よりも常に大きくなるため、並設方向両端に位置するターゲットの方がスパッタ量が増え、ターゲットを使用できる期間（所謂ターゲットライフ）が極端に短くなってしまう。そこで、本発明者らは、鋭意研究を重ね、被処理基板に対向配置されるターゲットユニットの並設条件と、ターゲットユニットに対して被処理基板を相対往復動させる際の往復動の条件を調整することで、膜質分布の不均一性を改善できることを知見するのに至った。

特開２０１３－２４１６４７号公報

本発明は、上記知見に基づきなされたものであり、波打つ膜厚分布や被処理基板端部における膜だれを効果的に抑制する際に、並設方向両端部のターゲットのターゲットライフを悪化させることなく、膜厚分布および膜質分布の均一性良く成膜できるスパッタリング装置及び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、真空チャンバ内に等間隔で並設される、同等の矩形の輪郭を持つ複数枚のターゲットで構成されるターゲットユニットと、ターゲットユニットに対向する被処理基板と当該ターゲットユニットとをその並設方向に所定のストロークで相対往復動させる駆動手段とを備える本発明のスパッタリング装置は、ターゲットユニットのうち並設方向両端に位置するものを夫々第１のターゲット、並設方向内側で第１のターゲットに隣接するものを夫々第２のターゲットとし、被処理基板とターゲットユニットとが往復動の中点に位置する状態で当該被処理基板の並設方向の両端に第２のターゲットが夫々対向するようにターゲットユニットを構成するターゲットの枚数が設定され、駆動手段は、ターゲット幅と互いに隣接するターゲット間の距離との和をターゲットピッチとすると、ターゲットピッチの０．５倍以上、１倍以下で往復動のストロークが設定され、被処理基板とターゲットユニットとが往復動のいずれか一方の折り返し位置にあるとき、いずれか他方の折り返し位置側の当該被処理基板の一端が第２のターゲットに対向するように構成されることを特徴とする。尚、本発明において、同等の矩形の輪郭を持つ複数枚のターゲットには、各ターゲットの厚さが相互に異なる場合を含むものとする。

この場合、第２のターゲットの並設方向外方にさらに第１のターゲットがあることで、波打つ膜厚分布や被処理基板端部における膜だれを効果的に抑制するといった機能は損なわれない。因みに、後述の実験では、例えば、相対的往復動のストロークをターゲットピッチの０．５倍に設定することで、膜質（シート抵抗値）の均一性を±１５．２％に改善でき、また、ストロークをターゲットピッチの０．７５倍に設定することで、膜質分布の均一性を±１０．７％に改善できることが確認された。

上記スパッタリング装置を用い、真空雰囲気の真空チャンバ内に希ガス、または希ガスと反応ガスとを導入し、ターゲットユニットの各ターゲットに電力投入して被処理基板のターゲットユニットとの対向面に、スパッタリングにより所定の薄膜を成膜する本発明の成膜方法は、前記第１及び第２のターゲットを除いてターゲットユニットを構成するものを第３のターゲット、第３のターゲットに投入する電力を定常電力とし、前記ターゲットユニットに対して被処理基板がいずれか一方の折り返し位置にあるとき、当該一方の折り返し位置側の第２のターゲットに定常電力、第１のターゲットに定常電力よりも高い所定電力を投入することを特徴とする。

以上によれば、上記スパッタリング装置を用いて反応性スパッタリングにより薄膜を成膜する場合に、折り返し位置で第２のターゲットに投入する電力を定常電力したため、被処理基板の端部の膜厚が厚くなり過ぎることを防止することができる。その結果、膜だれを抑制しつつ、膜厚分布の悪化を防止することができる。また、第２のターゲットのスパッタリングされる量も低減されるため、ターゲットライフの悪化を抑制することができる。

本発明においては、前記ターゲットユニットに対して被処理基板がいずれか一方の折り返し位置にあるとき、いずれか他方の折り返し位置側の第１及び第２の各ターゲットに定常電力よりも高い所定電力を投入すれば、膜だれをより一層抑制でき、膜厚分布の均一性を更に向上できる。

ところで、前記被処理基板と前記ターゲットユニットとが相対移動する間に、第１及び第２の各ターゲットへの投入する電力を切り替えると、その電力制御が複雑になる場合がある。そこで、本発明においては、前記被処理基板と前記ターゲットユニットとが相対移動する間、全ターゲットに定常電力を投入し、折り返し位置にあるときに第１及び第２の各ターゲットへの投入電力を切り替えるようにすれば、投入電力の制御を簡単にでき、有利である。

本発明の実施形態のスパッタリング方法を実施するスパッタリング装置の構成を説明する模式断面図。 （ａ）～（ｃ）は、本発明の実施形態のスパッタリング方法を説明する模式図。 本発明の効果を確認する実験結果を示すグラフ。 本発明の効果を確認する実験結果を示すグラフ。

以下、図面を参照して、被処理基板Ｓを平面視矩形のガラス基板とし、この被処理基板Ｓの一方の面に薄膜を成膜するものを例に本発明の実施形態のスパッタリング装置を説明する。

図１を参照して、ＳＭは、本発明の実施形態のスパッタリング装置である。スパッタリング装置ＳＭは、真空処理室１０を画成する真空チャンバ１を備える。真空処理室１０内は、ロータリーポンプ、ターボ分子ポンプなどの真空排気手段Ｐを用いて真空引きして所定の真空度に維持できる。以下においては、真空処理室１０にて後述のターゲットと被処理基板Ｓとが対向し、ターゲットから被処理基板Ｓに向かう方向を「上」、被処理基板Ｓからターゲットに向かう方向を「下」、ターゲットの並設方向をＸ方向（図１中、左右方向）として説明する。

真空処理室１０内の上部には、被処理基板Ｓをその下面（成膜面）を開放して保持するホルダ２が設けられている。ホルダ２は、モータやエアーシリンダ等の駆動手段３の駆動軸３１に連結され、スパッタリング中、被処理基板Ｓを左右方向に往復動できるようにしている。

真空処理室１０内の下部には、ターゲットユニット４が設けられている。ターゲットユニット４は、被処理基板Ｓに平行な同一平面内で左右方向に等間隔で並設される、同等の矩形の輪郭を持つ複数枚（本実施形態では８枚）のターゲット４１ａ～４１ｈを有する。各ターゲット４１ａ～４１ｈは、被処理基板Ｓの表面に成膜しようとする薄膜の組成に応じて適宜選択される材料（例えば、金属、合金、誘電体等）で作製されている。各ターゲット４１ａ～４１ｈの下面には、スパッタリング中、ターゲット４１ａ～４１ｈを冷却する例えばＣｕ製のバッキングプレート４２が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４１ａ～４１ｈ及び各バッキングプレート４２は単一の支持板４３で夫々支持され、支持板４３には、ターゲット４１ａ～４１ｈの周囲をそれぞれ囲うシールド板４４が立設され、シールド板４４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４１ａ～４１ｈの下方への回り込みを防止する。各ターゲット４１ａ～４１ｈは、真空チャンバ１外に配置されるスパッタ電源（ＤＣ電源や高周波電源）４５ａ～４５ｈに各バッキングプレート４２を介して夫々接続され、各バッキングプレート４２及び各ターゲット４１ａ～４１ｈ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、各ターゲット４１ａ～４１ｈの下方には、磁石ユニット５が夫々配置されている。各磁石ユニット５は、各ターゲット４１ａ～４１ｈに平行に設けられた磁性材料製の支持板５１を有する。支持板５１には、その中央部で線状に配置される中央磁石５２と、支持板５１の外周に沿って配置される周辺磁石５３とが上側の極性をかえて設けられている。この場合、中央磁石５２及び周辺磁石５３の体積及び材質は、各ターゲット４１ａ～４１ｈの上方に、釣り合った閉ループのトンネル状の磁束が所望の強さで形成されるように設計、選択されている。これにより、各ターゲット４１ａ～４１ｈの被処理基板Ｓ側に、漏洩磁場を作用させることが可能となる。各磁石ユニット５は、モータやエアーシリンダ等の駆動手段６の駆動軸６１に夫々一体に連結されており、各磁石ユニット５を一体に往復動できるようにしている。尚、各磁石ユニット５は往復動させなくてもよい。

駆動手段３，６を駆動することにより、被処理基板Ｓに対して各ターゲット４１ａ～４１ｈが対向する位置を変化させることが可能となると共に、各ターゲット４１ａ～４１ｈ内においてスパッタレートが高くなる磁束の位置が変化し、各ターゲット４１ａ～４１ｈ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１には、アルゴン等の希ガス、または希ガスと反応ガスからなるスパッタガスを真空処理室１０に導入するガス導入手段７が設けられている。ガス導入手段７は、例えば真空チャンバ１の側壁に取付けられたガス管７１を有し、このガス管７１は分岐され、分岐された各ガス管がマスフローコントローラ７２ａ，７２ｂを介してガス源７３ａ，７３ｂに夫々連通している。そして、スパッタリング装置ＳＭ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、後述する各スパッタ電源４５ａ～４５ｈの制御のほか、駆動手段３，６、マスフローコントローラ７２ａ，７２ｂや真空排気手段Ｐの稼働が統括制御される。

次に、上記スパッタリング装置ＳＭを用い、図２も参照して、被処理基板Ｓたるガラス基板の表面に反応性スパッタリングによりＩＴＯ（酸化インジウムスズ）膜を成膜する場合を例に、本実施形態の成膜方法を説明する。

図２（ａ）に示すように、被処理基板Ｓをホルダ２にセットし、被処理基板Ｓとターゲットユニット４とを往復動の中点（センター位置）に配置する。この状態では、被処理基板Ｓの並設方向の両端Ｓ１，Ｓ２に対向して第２のターゲット４１ｂ，４１ｇが夫々位置し、これら第２のターゲット４１ｂ，４１ｇの並設方向外側に第１のターゲット４１ａ，４１ｈが位置する。これら第１のターゲット４１ａ，４１ｈ及び第２のターゲット４１ｂ，４１ｇを除いてターゲットユニット４を構成するターゲット４１ｃ～４１ｆを第３のターゲットとする。そして、真空排気手段Ｐにより真空引きされた真空処理室１０内に、ガス導入手段７を介して希ガス（例えばアルゴンガス）及び反応ガス（例えばＨ_２Ｏガス、Ｈ_２ガス、Ｏ_２ガス等から選択される少なくとも１種）を所定流量で夫々導入し、各ターゲット４１ａ～４１ｈに対しスパッタ電源４５ａ～４５ｈから夫々同一の電力（以下「定常電力」という）を投入する。定常電力は、５ｋＷ～１５ｋＷの範囲内に設定することができる。これにより、被処理基板Ｓと各ターゲット４１ａ～４１ｈとの間の空間にプラズマが形成され、プラズマ中で電離したイオンを各ターゲット４１ａ～４１ｈに向けて加速させて衝撃させ、各ターゲット４１ａ～４１ｈの表面からスパッタ粒子が被処理基板Ｓに向かって飛散して被処理基板Ｓ表面にＩＴＯ膜が成膜される。

ここで、上記の如く、各ターゲット４１ａ～４１ｈ相互の間のシールド板４４が存する領域からスパッタ粒子は放出されない。このため、ターゲットユニット４に対して被処理基板Ｓが静止した状態で位置していると、成膜した薄膜の当該被処理基板Ｓの並設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。そこで、スパッタリング中、駆動手段３を駆動し、被処理基板Ｓを所定のストロークＳｔで往復動させることで、被処理基板Ｓとターゲットユニット４とを並設方向に所定のストロークＳｔで相対往復動させることができる。尚、相対往復動する間、希ガス及び反応ガスは継続して供給する。

図２（ｂ）に示すように、被処理基板Ｓを左方向にストロークＳｔの半分（１／２Ｓｔ）だけ移動して左側の折り返し位置に移動する。本実施形態では、ストロークＳｔをターゲットピッチＤｐ（ターゲット幅Ｄｗと互いに隣接するターゲット間の距離Ｄｓとの和）の０．５倍以上、１倍以下に設定する。左側の折り返し位置では、ストロークＳｔをターゲットピッチＤｐの約０．５倍に設定した場合には、図２（ｂ）に示す如く、被処理基板Ｓの左端Ｓ１が左側の第１のターゲット４１ａと第２のターゲット４１ｂとの間に対向すると共に、被処理基板Ｓの右端Ｓ２が右側の第２のターゲット４１ｇと対向する。また、ストロークＳｔをターゲットピッチＤｐの約０．７５倍に設定した場合には、図示省略するが、被処理基板Ｓの左端Ｓ１が左側の第１のターゲット４１ａと対向し、被処理基板Ｓの右端Ｓ２が右側の第２のターゲット４１ｇと対向する。このとき、左側の第２のターゲット４１ｂに対して定常電力を投入すると共に、左側の第１のターゲット４１ａに対して定常電力よりも高い電力を投入する。これと併せて、右側の第１及び第２の各ターゲット４１ｈ，４１ｇに対して定常電力よりも高い電力を投入することで、膜だれを効果的に抑制することができる。

ここで、左側の第１のターゲット４１ａと、右側の第１及び第２の各ターゲット４１ｈ，４１ｇとに対して、定常電力の１．１倍の電力を投入すれば膜だれを抑制でき、従来例の如く定常電力の１．２倍の電力を投入する場合に比べて投入電力を低くすることができる。

ところで、左側の第２のターゲット４１ｂに対しても定常電力よりも高い電力を投入すると、被処理基板Ｓの左端Ｓ１の内側の部分へのスパッタ粒子の供給が過剰になり、当該部分の膜厚が厚くなり、その結果として、膜厚分布が悪化する虞がある。本実施形態では、左側の第２のターゲット４１ｂに対して定常電力を投入することで、膜厚分布の悪化を防止することができるとともに、第２のターゲット４１ｂのターゲットライフの悪化を抑制する。尚、第３のターゲット４１ｃ～４１ｆに対しては定常電力が連続して投入される。

上記左側の折り返し位置にて所定時間（例えば、５～２０ｓｅｃ）スパッタリングし、その後、被処理基板Ｓを右方向にストロークＳｔの半分（１／２Ｓｔ）だけ移動し、図２（ａ）に示す状態（センター位置）に戻る。更に、被処理基板Ｓを右方向にストロークＳｔの半分（１／２Ｓｔ）だけ移動し、図２（ｃ）に示すように、被処理基板Ｓを右側の折り返し位置に移動する。つまり、図２（ｂ）に示される左側の折り返し位置から図２（ｃ）に示される右側の折り返し位置までストロークＳｔだけ移動する（移動時間は、例えば、２～１５ｓｅｃ）。このようにストロークＳｔだけ移動する間、全ターゲット４１ａ～４１ｈに対する投入電力を定常電力とする。

右側の折り返し位置では、ストロークＳｔをターゲットピッチＤｐの約０．５倍に設定した場合には、図２（ｃ）に示す如く、被処理基板Ｓの右端Ｓ２が右側の第１のターゲット４１ｈと第２のターゲット４１ｇとの間に対向すると共に、被処理基板Ｓの左端Ｓ１が左側の第２のターゲット４１ｂに対向する。また、ストロークＳｔをターゲットピッチＤｐの約０．７５倍に設定した場合には、図示省略するが、被処理基板Ｓの右端Ｓ２が右側の第１のターゲット４１ｈと対向し、被処理基板Ｓの左端Ｓ１が左側の第２のターゲット４１ｂと対向する。このとき、右側の第２のターゲット４１ｇに対して定常電力を投入すると共に、右側の第１のターゲット４１ｈに対して定常電力よりも高い電力を投入する。これと併せて、左側の第１及び第２の各ターゲット４１ａ，４１ｂに対して定常電力よりも高い電力を投入することで、膜だれを効果的に抑制することができる。

ここで、右側の第１のターゲット４１ｈと、左側の第１及び第２の各ターゲット４１ａ，４１ｂとに対して、定常電力の１．１倍の電力を投入すれば膜だれを抑制でき、従来例の如く定常電力の１．２倍の電力を投入する場合に比べて投入電力を低くすることができる。これにより、図２（ｂ）に示す左側の折り返し位置にて投入電力を低くできることと相俟って、第１及び第２の各ターゲットのライフを長くすることができ、有利である。

上記右側の折り返し位置にて所定時間（例えば、２～２５ｓｅｃ）スパッタリングすると、その後、被処理基板Ｓを左方向にストロークＳｔだけ移動し、図２（ａ）に示す状態（センター位置）を経由して図２（ｂ）に示す状態（左側の折り返し位置）に戻る。このようにストロークＳｔだけ移動する間、全ターゲット４１ａ～４１ｈに対する投入電力を定常電力とする。

以上の動作を繰り返し、所定の成膜時間が経過すると、即ち、被処理基板Ｓの下面に所望の膜厚でＩＴＯ膜が成膜されると、希ガス及び反応ガスの導入と電力投入とを停止して、被処理基板Ｓを真空チャンバ１から搬出する。

本実施形態によれば、ストロークＳｔをターゲットピッチＤｐの０．５倍以上、１倍以下に設定することで、スパッタリングによりＩＴＯ膜を形成する場合に、膜厚および膜質分布の均一性良く成膜できる。この場合、第２のターゲット４１ｂ，４１ｇの並設方向外方にさらに第１のターゲット４１ａ，４１ｈがあることで、波打つ膜厚分布や被処理基板端部における膜だれを効果的に抑制するといった機能は損なわれない。

また、ターゲットユニット４に対して被処理基板Ｓが左側または右側の折り返し位置にあるとき、左側または右側の第２のターゲット４１ｂ，４１ｇに定常電力を投入するため、被処理基板Ｓの左端Ｓ１または右端Ｓ２の内側の部分の膜厚が厚くなることを防止でき、膜厚分布の悪化を防止することができる。また、第２のターゲット４１ｂ，４１ｇのスパッタされる量も低減されるため、ターゲットライフの悪化を抑制することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記に限定されるものではない。上記実施形態においては、被処理基板Ｓを移動させているが、ターゲットユニット４を移動させてもよい。この場合、支持板４３に、モータやエアーシリンダ等の駆動手段の駆動軸を連結すれば、スパッタリング中、ターゲットユニット４を左右方向に往復動できる。

上記実施形態では、８枚のターゲット４１ａ～４１ｈを並設する場合を例に説明したが、被処理基板Ｓとターゲットユニット４とが往復動の中点に位置する状態で被処理基板Ｓの並設方向の両端Ｓ１，Ｓ２に第２のターゲットが夫々対向するようにターゲット枚数を設定すれば、本発明を適用することができる。

上記実施形態では、被処理基板Ｓを相対移動する間、全ターゲットに定常電力を投入しているが、相対移動する間に第１及び第２のターゲットに対する投入電力を切り替えるようにしてもよいが、これでは、投入電力の制御が複雑になってしまう。上記実施形態の如く折り返し位置に移動したときに投入電力を切り替えることで、投入電力の制御を簡単にでき、有利である。

以上の効果を確認するため、上記スパッタリング装置ＳＭを用い、以下の実験を行った。本実験では、被処理基板Ｓとして並設方向の幅が１５００ｍｍであるガラス基板を用い、ターゲットユニット４を８枚のターゲット４１ａ～４１ｈで構成し、各ターゲットとして酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）製でそのターゲット幅Ｄｗが２００ｍｍである平面視矩形のものを用い、これら８枚のターゲット４１ａ～４１ｈをターゲットピッチＤｐ：２７０ｍｍ（このとき、ターゲット間の距離（間隔）Ｄｓは７０ｍｍ）で並設した。そして、ストロークＳｔを１３５ｍｍ（ターゲットピッチＤｐの０．５倍）に設定した。各ターゲット４１ａ～４１ｈと被処理基板Ｓとの間の距離は２１０ｍｍに設定した。

図２（ｂ）に示す左側の折り返し位置に被処理基板Ｓを移動し、真空処理室１０内の圧力が０．３Ｐａに保持されるように、Ａｒガスを１２０ｓｃｃｍ、Ｈ_２Ｏガスを５ｓｃｃｍ導入し、各ターゲットに電力投入してプラズマを生成し、所定時間（１２ｓｅｃ）成膜した。このとき、左側の第１のターゲット４１ａ、右側の第１及び第２の各ターゲット４１ｈ，４１ｇには定常電力の１．１倍の電力を投入し、左側の第２のターゲット４１ｂ及び第３のターゲット４１ｃ～４１ｆには定常電力（９ｋＷ）を投入した。所定時間経過後、被処理基板Ｓを図２（ｃ）に示す右側の折り返し位置まで移動した（移動時間は６ｓｅｃ）。尚、被処理基板Ｓの移動中、全ターゲット４１ａ～４１ｈに対して定常電力を投入した。右側の折り返し位置にて、所定時間（１２ｓｅｃ）成膜した。このとき、右側の第１のターゲット４１ｈ、左側の第１及び第２のターゲット４１ａ，４１ｂには定常電力の１．１倍の電力を投入し、右側の第２のターゲット４１ｇ及び第３のターゲット４１ｃ～４１ｆには定常電力を投入した。所定時間経過後、被処理基板Ｓを左側の折り返し位置に移動した（移動時間は６ｓｅｃ）。以上を１サイクル（計３６ｓｅｃ）とし、被処理基板Ｓの表面にＩＴＯ膜を成膜した。成膜したＩＴＯ膜の並設方向の膜厚を測定した結果を、発明実験として図３に示す。発明実験によれば、波打つ膜厚分布を効果的に抑制することができ、しかも、被処理基板端部における膜だれを効果的に抑制することが確認された。その上、成膜したＩＴＯ膜の基板面内５６点のシート抵抗値を測定し、基板面内におけるシート抵抗値の分布を計測した結果、±１５．２％であり、膜質分布の不均一性を改善できることが確認された。また、ストロークＳｔを２００ｍｍ（ターゲットピッチＤｐの約０．７５倍）、２７０ｍｍ（ターゲットピッチＤｐの１倍）に設定した点を除いて上記条件で夫々成膜し、その成膜したＩＴＯ膜の基板面内５６点のシート抵抗値を夫々測定し、基板面内におけるシート抵抗値の分布を夫々計測した結果、図４に示すように、±１０．７％、±１２．０％であることが確認された。図４に併せて示すように、ストロークＳｔをターゲットピッチＤｐの１倍よりも大きい１．２５倍に設定すると、基板面内におけるシート抵抗値の分布が±１８．５％となり、膜厚分布の不均一性が改善されないことが確認された。以上より、ストロークＳｔをターゲットピッチＤｐの０．５倍以上、１倍以下に設定することで、膜質分布の不均一性を更に改善できることが判った。

ここで、膜質分布はターゲットユニットを構成する各ターゲットと被処理基板との間の空間に形成されるプラズマの密度に影響を受ける。このプラズマの密度分布はターゲットユニットの周辺構造との間で電位的バランスをとるため偏りを持ちやすい。このため、膜質分布の不均一性を改善するためには、往復動のストロークＳｔをターゲットピッチＤｐの０．５倍よりも大きく設定したほうが、改善の効果がよりよく発現すると考えられる。

また、比較例として、左側の折り返し位置にて第２のターゲット４１ｂにも定常電力の１．１倍の電力を投入し、右側の折り返し位置にて第２のターゲット４１ｇにも定常電力の１．１倍の電力を投入する点を除いて上記発明実験と同様の条件で成膜したものを比較実験として図３に示す。比較実験によれば、被処理基板Ｓの端部の膜厚が厚くなり、膜厚分布が悪化することが確認された。これより、発明実験により膜厚分布の悪化を抑制できることが判った。

上記実施形態では、反応性スパッタリングにより被処理基板の表面にＩＴＯ膜を成膜する場合を例に説明したが、本発明はこれに限られず、被処理基板の表面にアルミニウム、銅等の金属やこれらの合金等の金属膜をスパッタリングにより成膜する場合にも適用することができ、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。従って、金属膜のスパッタリングにおいても、プラズマの分布の偏りを解消することができるため、被処理基板に付看する金属膜の結晶状態等の分布が改善され、反射率等の光学特性の分布を改善することが可能となる。

また、上記実験では、被処理基板Ｓが左側の折り返し位置にて成膜した後、被処理基板Ｓが右側の折り返し位置まで移動しここで成膜し、さらに左側の折り返し位置まで移動する期間を１サイクルとし、１サイクルの間で求める膜厚の膜を形成したが、これに限られず、２サイクル以上で成膜を行ってもよいし、左側の折り返し位置で成膜の後右側の折り返し位置で成膜し、そこで成膜を終了してもよい。これら往復動は、必要な膜厚によって調整される。

Ｄｐ…ターゲットピッチ、ＳＭ…スパッタリング装置、Ｓ…被処理基板、Ｓｔ…ストローク、１…真空チャンバ、１０…真空処理室、３…駆動手段、４…ターゲットユニット、４１ａ～４１ｈ…ターゲット、４１ａ，４１ｈ…第１のターゲット、４１ｂ，４１ｇ…第２のターゲット、４１ｃ～４１ｆ…第３のターゲット。

Claims (4)

1. 真空チャンバ内に等間隔で並設される、同等の矩形の輪郭を持つ複数枚のターゲットで構成されるターゲットユニットと、ターゲットユニットに対向する被処理基板と当該ターゲットユニットとをその並設方向に所定のストロークで相対往復動させる駆動手段とを備えるスパッタリング装置において、
   ターゲットユニットのうち並設方向両端に位置するものを夫々第１のターゲット、並設方向内側で第１のターゲットに隣接するものを夫々第２のターゲットとし、被処理基板とターゲットユニットとが往復動の中点に位置する状態で当該被処理基板の並設方向の両端に第２のターゲットが夫々対向するようにターゲットユニットを構成するターゲットの枚数が設定され、
   駆動手段は、ターゲット幅と互いに隣接するターゲット間の距離との和をターゲットピッチとすると、ターゲットピッチの０．５倍以上、１倍以下で往復動のストロークが設定され、被処理基板とターゲットユニットとが往復動のいずれか一方の折り返し位置にあるとき、いずれか他方の折り返し位置側の当該被処理基板の一端が第２のターゲットに対向するように構成されることを特徴とするスパッタリング装置。
2. 請求項１記載のスパッタリング装置を用い、真空雰囲気の真空チャンバ内に希ガス、または希ガスと反応ガスとを導入し、ターゲットユニットの各ターゲットに電力投入して被処理基板のターゲットユニットとの対向面に、スパッタリングにより所定の薄膜を成膜する成膜方法において、
   前記第１及び第２のターゲットを除いてターゲットユニットを構成するものを第３のターゲット、第３のターゲットに投入する電力を定常電力とし、
   前記ターゲットユニットに対して被処理基板がいずれか一方の折り返し位置にあるとき、当該一方の折り返し位置側の第２のターゲットに定常電力、第１のターゲットに定常電力よりも高い所定電力を夫々投入することを特徴とする成膜方法。
3. 前記ターゲットユニットに対して被処理基板がいずれか一方の折り返し位置にあるとき、いずれか他方の折り返し位置側の第１及び第２の各ターゲットに定常電力よりも高い所定電力を投入することを特徴とする請求項２記載の成膜方法。
4. 前記被処理基板と前記ターゲットユニットとが相対移動する間、全ターゲットに定常電力を投入することを特徴とする請求項２または請求項３記載の成膜方法。

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