WO2008050618A1

WO2008050618A1 - Procédé de fabrication d'un film mince et dispositif de fabrication d'un film mince

Info

Publication number: WO2008050618A1
Application number: PCT/JP2007/069921
Authority: WO
Inventors: Yuuichi Ooishi; Takashi Komatsu; Junya Kiyota; Makoto Arai
Original assignee: Ulvac, Inc.
Priority date: 2006-10-24
Filing date: 2007-10-12
Publication date: 2008-05-02
Also published as: US20100155225A1; KR101147348B1; KR20090078829A; CN101528972A; CN101528972B; JPWO2008050618A1; US8460522B2; JP5162464B2; TWI470099B; TW200835798A

Description

明細書

薄膜形成方法及び薄膜形成装置

技術分野

[0001] 本発明は、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を形成するための薄膜形成方法及び薄膜形成装置に関する。

背景技術

[0002] ガラス等の処理基板表面に所定の薄膜を形成する薄膜形成方法の一つとしてスパッタリング（以下、「スパッタ」という）法があり、特に、マグネトロン方式のスパッタ法は、ターゲットの後方 (スパッタ面と背向する側）に配置した磁石組立体からのトンネル状の磁束により、ターゲットの前方で電離した電子及びスパッタリングによって生じた二次電子を捕捉することで、ターゲットの前方での電子密度を高め、これらの電子と、真空チャンバ内に導入される希ガスのガス分子との衝突確率を高めてプラズマ密度を高くできる。このため、薄膜形成速度を向上できる等の利点があり、処理基板表面に所定の薄膜を形成するのによく利用され、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し所定の薄膜を形成するのに多く利用されている。

[0003] 大面積の処理基板に対して一定の膜厚で所定の薄膜を効率よく形成するものとして、真空チャンバ内で同形状のターゲットを等間隔で複数枚並設したスパッタ装置が知られている。このスパッタ装置では、ターゲット相互間の領域からスパッタ粒子が放出されないため、処理基板表面に所定の薄膜を形成すると、この薄膜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、同一の周期で薄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。

[0004] このため、各ターゲットに電力投入してスパッタリングにより薄膜を形成する間、各タ一ゲットを一体にかつ処理基板に対し平行に一定の速度で往復動させ、各ターゲットを一体に移動させてスパッタ粒子が放出されない領域をかえることで、つまり、処理基板の全面に亘つてターゲット表面のスパッタ粒子が放出される領域と対向させることで、上記膜厚分布や膜質分布の不均一を改善することが提案されている。併せて、膜厚分布や膜質分布の均一性をより高めるために、各ターゲットの前方にトンネル状の磁束をそれぞれ形成すべく設けた磁石組立体を、ターゲットに平行に一体かつ一定速度で往復動させ、スパッタレートが高くなるトンネル状の磁束の位置をかえることも提案されて!/、る（特許文献 1 )。

特許文献 1：特開 2004— 346388号公報 (例えば、特許請求の範囲の記載参照）発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0005] しかしながら、 Al、 Ti、 Moや ITOなどのターゲット種によっては、スパッタリング時のスパッタ粒子の飛散分布が異なるため、これに起因して、処理基板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残るという問題があった。このように波打つ膜厚分布や膜質分布があると、例えばガラス基板に透明電極 (ΙΤΟ)を形成し、液晶を封入して FPDを製作したとき、表示面にむらが発生するという不具合がある。

[0006] このため、ターゲット種に応じて、ターゲットや磁石組立体の往復動の速度や移動距離を調節することで、微小に波打つ膜厚分布や膜質分布の発生を抑制することが考えられる力 S、磁石組立体に加えて各ターゲットを連続して等速往復動させているため、その制御の自由度が低ぐ波打つ膜厚分布や膜質分布の発生を抑制することが困難であった。

[0007] そこで、本発明の課題は、上記点に鑑み、複数枚のターゲットを一定の間隔で並設し、スパッタリングにより所定の薄膜を形成するときに、スパッタ室内のターゲット種に応じて、高い自由度で、処理基板表面に形成した薄膜に波打つ膜厚分布や膜質分布が生じることを抑制できる薄膜形成方法及び薄膜形成装置を提供することにある。課題を解決するための手段

[0008] 上記課題を解決するために、請求項 1記載の薄膜形成方法は、スパッタ室内で処理基板に対向させかつ所定の間隔を置いて並設した複数枚のターゲットに電力投入してスパッタリングにより所定の薄膜を形成する薄膜形成方法において、各ターゲットを処理基板に対し平行に一定の速度で往復動させると共に、各ターゲットの前方にトンネル状の磁束をそれぞれ形成する磁石組立体を各ターゲットにそれぞれ平行に一定の速度で往復動させ、前記各ターゲットが往復動の折返し位置に到達したとき、各ターゲットの往復動を所定時間停止させることを特徴とする。 [0009] これによれば、スパッタリングにより所定の薄膜を形成する場合、各ターゲットをその並設方向に沿って処理基板に平行に移動させ、各ターゲットが往復動の折返し位置の一方に到達したとき、各ターゲットの移動を一旦停止する。ターゲットの停止状態では、ターゲット後方の磁石組立体を一定の速度で往復動させ、スパッタレートが高くなるトンネル状の磁束の位置を連続して変化させる。そして、所定時間経過すると、磁石組立体の往復動を維持したまま、各ターゲットの移動を再開させ、他方の折返し位置に向かって移動させ、他方の折返し位置に到達すると各ターゲットの移動を再度停止する。

[0010] このように薄膜形成する場合、スパッタ時間及び磁石組立体の往復動の速度を考慮して、各折返し点でのターゲットの停止時間を適宜設定するだけで、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応じて、処理基板に向かうスパッタ粒子の量が調節でき、その結果、膜厚や膜質の制御の自由度が高くなつて、処理基板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抑制できる。

[0011] 上記スパッタリングの際、前記ターゲットへの電力投入を、各ターゲットの往復動の停止中のみ行うようにすれば、膜厚や膜質の制御の自由度を一層高くできてよい。

[0012] 他方で、前記各ターゲットの往復動を所定時間停止する間、磁石組立体を少なくとも一往復動させることが好ましレ、。

[0013] また、上記課題を解決するために、請求項 4記載の薄膜形成方法は、同数のターゲットがそれぞれ等間隔で並設された複数のスパッタ室相互間で各ターゲットに対向した位置に処理基板を搬送し、スパッタリングにより処理基板表面に同一または異なる薄膜を積層する薄膜形成方法において、連続して薄膜を形成する各スパッタ室にそれぞれ搬送される処理基板に対して、各スパッタ室内での各ターゲットの位置を基板搬送方向で相互に一体にずらしたことを特徴とする。

[0014] これによれば、一のスパッタ室内において、等間隔で並設した各ターゲットに対向した位置に処理基板を移動させ、各ターゲットに電力投入してスパッタリングにより処理基板表面に一の薄膜を形成する。この状態では、各ターゲット相互の間の領域力、らスノク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。次いで、一の薄膜が形成された処理基板を他のスパッタ室内に搬送し、他のスパッタ室内で各ターゲットに電力投入してスノクタリングにより他の薄膜を積層する。

[0015] この他のスパッタ室内では、処理基板に対して、一のスパッタ室と同じ間隔で並設された各ターゲットの位置が基板搬送方向で一体にずれているため、つまり、例えば一の薄膜が形成された処理基板のうち膜厚の厚い部分をターゲット相互の間の領域に対向させ、かつ、薄い部分をターゲットのスパッタ面と対向するようにずれているため、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り、全体的な積層膜の膜厚を処理基板全面で略均一にできる。この場合、各スパッタ室に配置されるターゲット種に応じて、各スパッタ室内で各ターゲットの位置を適宜設定するだけで、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が簡単に抑制できる。

[0016] 前記各ターゲットのうち一対のターゲット毎に所定の周波数で交互に極性をかえて交流電圧を印加し、各ターゲットをアノード電極、力ソード電極に交互に切替え、ァノード電極及び力ソード電極間にグロ一放電を生じさせてプラズマ雰囲気を形成し、各ターゲットをスパッタリングすれば、ターゲット表面に蓄積する電荷を、反対の位相電圧を印加して打ち消することでより安定的な放電が得られてよい。

[0017] また、上記課題を解決するために、請求項 6記載のスパッタリング装置は、スパッタ室内で処理基板に対向させかつ所定の間隔を置いて並設した複数枚のターゲットと、各ターゲットへの電力投入を可能とするスパッタ電源と、ターゲットの前方にトンネル状の磁束をそれぞれ形成する磁石組立体とを備え、ターゲットの並設方向に沿つて一定の速度で各ターゲットを往復動させる第 1の駆動手段と、磁石組立体をターグットと平行に往復動させる第 2の駆動手段とを設け、前記ターゲットが往復動の折返し位置に到達したとき、各ターゲットの往復動を所定時間停止させる停止手段を設けたことを特徴とする。

[0018] 前記スパッタ電源は、各ターゲットのうち一対のターゲット毎に所定の周波数で交互に極性をかえて電圧を印加する交流電源であり、各ターゲットをアノード電極、カソード電極に交互に切替え、アノード電極及び力ソード電極間にグロ一放電を生じさせてプラズマ雰囲気を形成し、各ターゲットをスパッタリングすれば、各ターゲット相互間の領域（空間）にアノードやシールドなどの構成部品を何ら設ける必要がないため、スノクタ粒子が放出されないこの領域を可能な限り小さくでき、その結果、ターゲットや磁石組立体の往復動距離を小さくでき、真空チャンバを小さくできてよい。

発明の効果

[0019] 以上説明したように、本発明のスパッタリング装置及びスパッタリング方法は、ターゲット種に応じて高い自由度で処理基板表面に形成した薄膜に波打つ膜厚分布や膜質分布が生じることを抑制できるという効果を奏する。

発明を実施するための最良の形態

[0020] 図 1及び図 2を参照して説明すれば、 1は、本発明の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 1は、インライン式のものであり、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（図示せず）を介して所定の真空度に保持できる真空チャンバ 11を有し、スパッタ室 11aを構成する。真空チャンバ 11の上部には基板搬送手段 2が設けられている。この基板搬送手段 2は、公知の構造を有し、例えば、処理基板 Sが装着されるキャリア 21を有し、図示しない駆動手段を間欠駆動させて、後述するターゲットに対向した位置に処理基板 Sを順次搬送できる。真空チャンバ 11の下側には、力ソード電極 Cが配置されている。

[0021] 力ソード電極 Cは、処理基板 Sに対向して配置された 8枚のターゲット 31a乃至 31h を有する。各ターゲット 31a乃至 31hは、 Al、 Ti、 Moや ITOなど、処理基板 S表面に形成しょ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（上面視において長方形）など同形状で形成されている。各ターゲット 31a乃至 31hは、スパッタリング中、ターゲット 31a乃至 31hを冷却するバッキングプレート 32に、インジゥムゃスズなどのボンディング材を介して接合されている。各ターゲット 31a乃至 31hは、未使用時のスパッタ面 311が処理基板 Sに平行な同一平面上に位置するように等間隔で並設され、バッキングプレート 32の背面側（スパッタ面 311と背向する側、図 1 で下側）で各ターゲット 31a乃至 31hの並設方向に延在する支持板 33に取付けられている。

[0022] 支持板 33上には、ターゲット 31a乃至 31hの周囲をそれぞれ囲うようにシールド板 34が設けられ、シールド板 34がスパッタリングの際にアノードとしての役割を果たすと共に、ターゲット 31a乃至 31hのスパッタ面 311の前方にプラズマを発生させたときにターゲット 31a乃至 31hの裏側へのプラズマの回り込みを防止する。ターゲット 31a乃至 31hは、真空チャンバ 11外に設けた DC電源 (スパッタ電源） 35にそれぞれ接続され、各ターゲット 31a乃至 31hに独立して所定値の DC電圧を印加できる。

[0023] また、力ソード電極 Cは、ターゲット 31a乃至 31hの背面側にそれぞれ位置させて磁石組立体 4を有する。同一構造の各磁石組立体 4は、各ターゲット 31a乃至 31hに平行に設けられた支持板 41を有する。ターゲット 31a乃至 31hが正面視で長方形であるとき、支持板 41は、各ターゲット 31a乃至 31haの横幅より小さぐターゲット 31 a乃至 31hの長手方向に沿ってその両側に延出するように形成した長方形の平板から構成され、磁石の吸着力を増幅する磁性材料製である。支持板 41上には、その中央部で長手方向に沿って棒状に配置した中央磁石 42と、中央磁石 42の周囲を囲うように支持板 41の外周に沿って配置した周辺磁石 43とがスパッタ面 311側の極性を変えて設けられている。

[0024] 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 42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乃至 31hのスパッタ面 311の前方に、釣り合った閉ループのトンネル状の磁束 Mがそれぞれ形成される（図 2参照）。これにより、各ターゲット 31 a乃至 31hの前方で電離した電子及びスパッタリングによって生じた二次電子を捕捉することで、各ターゲット 31a乃至 31h前方での電子密度を高くしてプラズマ密度が高まり、スパッタレートを高くできる。

[0025] また、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導入するガス導入手段 5が設けられている。ガス導入手段 5は、例えば真空チャンバ 11の側壁に一端が取付けられたガス管 51を有し、ガス管 51の他端は、マスフローコントローラ 52を介してガス源 53に連通している。尚、反応性スパッタリングにより処理基板 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スパッタ室 11aに導入する他のガス導入手段が設けられる。

[0026] そして、基板搬送手段 2によって処理基板 Sがセットされたキャリア 21を、並設したターゲット 31a乃至 31hと対向した位置に搬送し、所定の圧力（例えば、 10— ⁵Pa)下でガス導入手段 5を介してスパッタガス（や反応ガス）を導入し、ターゲット 31a乃至 3 lhに DC電源 35を介して負の直流電圧を印加すると、処理基板 S及びターゲット 31 a乃至 31hに垂直な電界が形成され、ターゲット 31a乃至 31hの前方にプラズマを発生する。次いで、プラズマ雰囲気中のイオンが各ターゲット 31a乃至 31h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）が処理基板 Sに向かって飛散されて処理基板 S表面に所定の薄膜が形成される。

[0027] 上記スパッタ装置 1では、ターゲット 31a乃至 31h相互間の領域 R1からスパッタ粒子が放出されない。この状態で、処理基板 S表面に所定の薄膜を形成すると、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、つまり、同一の周期で薄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。この場合、上記スパッタ装置 1で用いられる一種のターゲット 31a乃至 31hで、ターゲット 31a乃至 31hと処理基板 Sとの間の間隔やターゲット 31a乃至 31h相互間の間隔を適宜調整すれば、上記不均一をある程度改善できるものの、他種のターゲット 31a乃至 31hを用いると、スノクタリング時のスパッタ粒子の飛散分布がターゲット種で異なるため、上記不均一が顕著に現れる場合がある。

[0028] このこと力も、次のようにスパッタ装置 1を構成することとした。即ち、ターゲット 31a 乃至 31hを支持する支持板 33の一側に、例えば公知の構造を有するサーボモータである第 1の駆動手段 6の駆動軸 61を連結し、スパッタリング中、ターゲット 31a乃至 31hの並設方向に沿った 2箇所の位置 (A、 B)の間で処理基板 Sに平行かつ等速で一体に往復動させる。併せて、各磁石組立体 4を、モータゃェアーシリンダなどから構成される第 2の駆動手段 7の駆動軸 71にそれぞれ連結し、ターゲット 31a乃至 31h の並設方向に沿った 2箇所の位置の間で平行かつ等速で一体に往復動させる。

[0029] この場合、ターゲット 31a乃至 31hの移動距離 D1は、一方の往復動の折返し位置 A (図 2で実線で示す位置）でスパッタ粒子が放出されない領域 R1に、他方の往復動の折返し位置 B (図 2で点線で示す位置）に各ターゲット 31a乃至 31hを移動させたときにターゲット 31a乃至 31hのスパッタ面 311の一部が位置して処理基板 Sに対向し、かつ、真空チャンバ 11の容積が大きくならないように設定する。他方、磁石組立体 4の移動距離は、この磁石組立体 4を往復動させたときに各ターゲット 31a乃至 3 lhのスパッタ面 311の上方にトンネル状の磁束が常時位置するように設定する。

[0030] これにより、各ターゲット 31 a乃至 31hを一体に移動させてスパッタ粒子が放出されない領域をかえることで、つまり、処理基板の全面に亘つてターゲット 31a乃至 31h表面のスパッタ粒子が放出される領域と対向させることで、ターゲット種に応じて上記膜厚分布や膜質分布の不均一を改善できる。ところが、各ターゲット 31a乃至 31h及び磁石組立体 4を連続して等速往復動させても、ターゲット種によっては、スパッタリング時のスパッタ粒子の飛散分布の相違に起因して微小に波打つ膜厚分布や膜質分布が残る場合がある。

[0031] このため、ターゲット種に応じてターゲット 31a乃至 31hや磁石組立体 4の往復動の速度や移動距離を調節することで、微小に波打つ膜厚分布や膜質分布の発生を抑制することが考えられ力磁石組立体 4に加えて各ターゲット 31a乃至 31hを連続して等速往復動させているため、その制御の自由度が低ぐ波打つ膜厚分布や膜質分布の発生を抑制するための制御が困難である。

[0032] 本実施の形態では、第 1の駆動手段 6の駆動軸 61に、例えば、公知の構造を有する電磁式ブレーキである停止手段（図示せず）を取付け、各ターゲット 31a乃至 31h に、 DC電源 35を介して電力投入してスパッタリングにより所定の薄膜を形成する間、各ターゲット 31a乃至 31hを並設方向に沿って処理基板 Sに平行に移動させ、各タ一ゲット 31a乃至 31hがー方の往折返し位置 Aに到達したとき、この停止手段を作動させて各ターゲット 31a乃至 31hの移動を一旦停止することとした。各ターゲット 31a 乃至 31hの停止状態では、第 2の駆動手段 7によって磁石組立体 4を一定の速度で往復動させ、スパッタレートが高くなるトンネル状の磁束の位置を連続して変化させる。そして、所定時間経過すると、磁石組立体 4の往復動を維持したまま、第 1の駆動手段 6による各ターゲット 31a乃至 31hの移動を再開させ、他方の折返し位置 Bに向かって移動させ、他方の折返し位置 Bに到達すると、磁石組立体 4の往復動を維持したまま、停止手段を再度作動させて各ターゲット 31a乃至 31hの移動を再度停止す

[0033] これにより、スパッタ時間及び磁石組立体 4の往復動の速度を考慮して、各折返し点 A、 Bでのターゲット 31a乃至 31hの停止時間を適宜設定するだけで、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応じて、処理基板 Sに向かうスノクタ粒子の量が調節でき、その結果、膜厚や膜質の制御の自由度が高くなつて、処理基板 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が抑制できる。この場合、第 1の駆動手段 6の作動を停止して各ターゲット 31a乃至 3 lhを所定時間停止する間、磁石組立体 4が少なくとも一往復動させればよい。また、膜厚や膜質の制御の自由度を一層高めるために、スパッタ電源 35の作動を制御して、ターゲット 31a乃至 31fへの電力投入を、各ターゲット 31a乃至 31fの往復動の停止中のみ行うようにしてもよい。

[0034] 各折返し点 A、 Bでのターゲット 31a乃至 31hの停止時間は、各折返し点 A、 Bで磁石組立体 4が少なくとも一往復動するものであれば、特に限定されないが、第 1の駆動手段 6としてモーターを用い、停止手段によってターゲット 31a乃至 31hの往復動を停止させる場合には、第 1の駆動手段 6の負荷を考慮する必要があり、この場合、スパッタ時間の 50%以下の時間で停止時間を設定することが好ましい。また、停止時間は、全体スパッタ時間を考慮して、各折返し点 A、 Bにおいて同時間だけターグット 31a乃至 31hが停止するように設定される。

[0035] 処理基板 Sへの薄膜形成に際しては、先ず、折返し点 A、 Bの!/、ずれか一方でターゲット 31a乃至 31hを停止させた状態で、 DC電源 35を介して負の直流電圧を印加してスパッタリングを開始し（このターゲット 31a乃至 31hの停止状態では磁石組立体 4 を往復動させる）、所定時間経過すると、ターゲット 31a乃至 31hを他の折返し点 A、 Bに移動させるように、ターゲット 31a乃至 31h及び磁石組立体 4の往復動を制御すればよい。他方、スパッタリング開始の際に、折返し点 A、 Bのいずれか一方から他方に向かってターゲット 31a乃至 31hを移動させ、他の折返し点 A、 Bに到達後に所定時間停止するようにターゲット 31a乃至 31h及び磁石組立体 4の往復動を制御するようにしてもよい。

[0036] 尚、本実施の形態では、スパッタ電源として DC電源 35を用いている力これに限定されるものではなぐ並設した各ターゲット 31a乃至 31hのうち、 2個が対をなし、一対のターゲット 31a乃至 31hに、交流電源から出力ケーブルをそれぞれ接続し、一対のターゲット 31a乃至 31hに、所定の周波数（l〜400KHz)で交互に極性をかえて電圧を印加するようにしてもよい。これにより、各ターゲット 31a乃至 31hがアノード電極、力ソード電極に交互に切替え、アノード電極及び力ソード電極間にグロ一放電を生じさせてプラズマ雰囲気が形成され、プラズマ雰囲気中のイオンが力ソード電極となった一方のターゲット 31a乃至 31hに向けて加速されて衝撃し、ターゲット原子が飛散され、処理基板 S表面に付着、堆積して所定の薄膜が形成できる。この場合、各ターゲット 31a乃至 31h相互間の領域 R1にシールドなどの構成部品を何ら設ける必要がないため、スパッタ粒子が放出されないこの領域を可能な限り小さくでき、その結果、ターゲット 31a乃至 31hや磁石組立体 4の往復動距離を小さくでき、真空チャンノ 11を小さくできる。

[0037] また、反応性スパッタリングにより処理基板 S表面に所定の薄膜を形成する場合、反応性ガスが偏って真空チャンバ 1に導入されると、処理基板 S面内で反応性にむらが生じるため、並設した各磁石組立体 4の背面側に、ターゲット 31a乃至 31hの並設方向に延びる少なくとも 1本のガス管を設け、このガス管の一端を、マスフローコント口ーラを介して酸素等の反応性ガスのガス源に接続し、反応性ガス用のガス導入手段を構成してもよい。

[0038] そして、ガス管のターゲット側に、同径でかつ所定の間隔を置!/、て複数個の噴射口を開設し、ガス管に形成した噴射口から反応性ガスを噴射して、各ターゲット 31a乃至 31hの背面側の空間で反応性ガスが一旦拡散させ、次いで、並設した各ターゲット 31a乃至 31hd相互間の各間隙を通って処理基板 Sに向かって供給する。

[0039] 図 4及び図 5を参照して、 10は、他の実施の形態に係るマグネトロン方式のスパッタ装置である。スパッタ装置 10もまた、インライン式のものであり、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（図示せず)を介して所定の真空度に保持できる真空チャンバ 110を有する。真空チャンバ 110の中央部には仕切板 120が設けられ、この仕切板 120によって、相互に隔絶された略同容積の 2個のスパッタ室 110a、 110bが画成されている。真空チャンバ 110の上部には、上記実施の形態と同様の構成の基板搬送手段 2が設けられ、各スパッタ室 1 10a、 110bには、基板搬送手段 2 とターゲット 31a乃至 31hとの間に位置してマスクプレート 130がそれぞれ設けられている。

[0040] 各マスクプレート 130には、処理基板 Sが臨む開口部 130a、 130bが形成され、各開口部 130a、 130bの各スノ /タ室 110a、 110b内での配置が相互に略一致するように、各マスクプレート 130が取付けられ、スパッタリングにより所定の薄膜を形成するときにキャリア 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。尚、各スパッタ室 110a、 110b内のその他の部品構成は、上記実施の形態と同様である。また、各スパッタ室 110a、 110bの下側には、同一構造の力ソード電極 Cが配置されている

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[0041] そして、基板搬送手段 2によって処理基板 Sがセットされたキャリア 21を、一方のスパッタ室 110aでターゲット 31a乃至 31hと対向した位置に搬送する（このとき、処理基板 Sとマスクプレート 130の開口 130aとが上下方向で相互に一致した位置に位置決めされる）。次いで、所定の圧力下でガス導入手段 5aを介してスパッタガス（や反応ガス）を導入し、ターゲット 31a乃至 31hに DC電源 35を介して負の直流電圧を印加すると、処理基板 S及びターゲット 31a乃至 31hに垂直な電界が形成され、ターグット 31a乃至 31hの前方にプラズマ雰囲気が形成される。

[0042] 次いで、プラズマ雰囲気中のイオンが各ターゲット 31a乃至 31h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）が処理基板 Sに向かって飛散されて処理基板 S表面に一の薄膜が形成される。次いで、一の薄膜が形成された処理基板 Sを他のスパッタ室 110bに搬送し、上記と同様、ガス導入手段 5bを介してスパッタガス（や反応ガス）を導入した状態でターゲット 31a乃至 31hに DC電源 35を介して負の直流電圧を印加し、スパッタリングにより処理基板 S表面に形成された一の薄膜の表面に同一または異なる種類の他の薄膜が積層される。

[0043] 他のスパッタ室 110bで他の薄膜を形成するとき、第 1の駆動手段 6aによって、処理基板 Sに対するターゲット 31a乃至 31hの位置を、一のスパッタ室 110aで一の薄膜を形成したときのターゲット 31a乃至 31hの位置から基板搬送方向で一体にずらして保持する（図 5参照)。

[0044] つまり、一のスパッタ室 110aで一の薄膜を形成した状態では、各ターゲット 31a乃至 31h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。そして、他のスパッタ室 110bにお!/、て、一の薄膜が形成された処理基板 Sのうち膜厚の厚!/、部分をターゲット相互の間の領域に対向させ、かつ、薄い部分をターゲットのスパッタ面と対向させることで、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り、全体的な積層膜の膜厚を処理基板全面で略均一にできる。

[0045] その結果、各スパッタ室 110a、 110bに配置されるターゲット 31a乃至 31hの種類に応じて、スパッタ粒子の飛散分布が異なる場合でも、他のスパッタ室 110b内での各ターゲット 31a乃至 31hの位置を適宜設定するだけで、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が簡単に抑制できる。

[0046] 尚、一のスパッタ室 110aと他のスパッタ室 110bとで各ターゲット 31a乃至 31hを一体にずらす場合、例えばマスクプレート 130の搬送方向と直交方向の中心線上に、等間隔で並設したターゲット 31a乃至 31fの搬送方向の中心線を一致させ、そして、各ターゲット相互の中心線間の間隔 Aを基準として、一のスパッタ室 110aでは、搬送方向上流側（図 5では、左側）に A/4だけ移動させてずらし、他方で、他のスパッタ室 110bでは、搬送方向上流側（図 5では、左側）に A/4だけ移動させてずらせばよい。各スパッタ室 110a、 110bでのターゲットの移動量は、使用するターゲット種ゃ両スパッタ室 110a、 110b内のスパッタリング中の雰囲気に応じて適宜選択される。実施例 1

[0047] 本実施例 1では、図 1に示すスパッタ装置 1を用い、スパッタリングにより処理基板に A1膜を形成した。ターゲット 31a乃至 31hとして、組成が 99%の A1を用い、公知の方法で 200mm X 2300mm X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、 270mmの間隔を置いて支持板 33上に配置した。磁石組立体 4 の支持板 41は、 130mm X 2300mmの外形寸法を有し、 270mmの間隔を置いて配置した。

[0048] 他方、処理基板として、 1500mm X 1850mmの外形寸法を有するガラス基板を用い、スパッタリング条件として、処理基板 Sと各ターゲット 31a乃至 31hとの間の間隔を 160mmに設定し、また、真空排気されているスパッタ室 11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を真空チャンバ 11に導入し、処理基板 S温度を 120°C、投入電力を 30kW、スパッタ時間を 50秒に設定した。また、各ターゲット 31a乃至 31hの移動距離 D1を 135mmに設定し、 13mm/secの速度で往復動させると共に、停止手段によって折返し位置 A、 Bで所定時間（本実施例では 10及び 20秒に設定)停止させた。他方、磁石組立体 4の移動距離 D1を 55mmに設定し、スパッタリング中、 12mm/secの速度で連続して往復動させた。

[0049] 図 3 (a)は、上記条件で A1膜を形成したときの、ターゲットの並設方向に沿った処理基板の膜質分布を、ターゲット 31a乃至 31hの往復動の中間点にターゲットの中心を固定してスパッタリングした場合（比較例 1)及びターゲット 31a乃至 31hを連続して往復動させてスパッタリングした場合 (比較例 2)の膜厚分布と共に示すグラフである。

[0050] これによれば、図 3で点線で示すように、比較例 1では、同一の周期で膜質を示すシート抵抗値が大きく波打つように繰り返し、その分布は ± 10. 2%であった。また、図 3で二点鎖線で示すように、比較例 2では、ターゲット 31a乃至 31hを等速で往復動させることで、シート抵抗の波打つ不均一が若干改善されているものの、その膜厚分布は ± 7. 0%であった。それに対して、図 3で実線 (停止時間 20秒）及び一点鎖線 (停止時間 10秒）で示すように、実施例 1では、ターゲットを停止させることで、シート抵抗の波打つ不均一が大きく改善され、停止時間を 20秒に設定した場合の分布は ± 4. 0%であった。

実施例 2

[0051] 本実施例 2では、図 4に示すスパッタ装置 10を用い、スパッタリングにより処理基板に A1膜を形成した。各スパッタ室 110a、 110b内に配置したターゲット 31a乃至 31h として、糸且成が 99%の A1を用い、公知の方法で 200mm X 2300mm X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、 270mmの間隔を置いて支持板 33上に配置した。磁石組立体 4の支持板 41は、 130mm X 2300mmの外形寸法を有し、ターゲット相互間の間隔 Aを 270mmとした。

[0052] 他方、処理基板として、 1500mm X 1850mmの外形寸法を有するガラス基板を用い、各スパッタ室 110a、 110bでのスパッタリング条件として、処理基板 Sと各ターゲット 31a乃至 31hとの間の間隔を 160mmに設定し、また、真空排気されているスパッタ室 11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を真空チャンバ 11に導入し、処理基板 S温度を 120°C、投入電力を 30kW、スパッタ時間を 50秒に設定した。また、一のスパッタ室 110aでは、マスクプレート 130の搬送方向と直交方向の中心線上に、並設したターゲット 31a乃至 31fの搬送方向の中心線を一致させた後、搬送方向上流側（図 5では、左側）に A/4だけ移動させてずらし、他方で、他のスパッタ室 110bでは、搬送方向上流側（図 5では、左側）に A/4だけ移動させてずらすこととした。

[0053] 図 6 (a)は、上記条件で A1膜を形成したときの、ターゲットの並設方向に沿った処理基板のシート抵抗値 (膜質分布）を、両スパッタ室 110a、 110bにおいて上記と同じ条件で A1膜を形成した場合のシート抵抗値の分布と共に示すグラフである。これによれば、各スパッタ室で A1膜を形成したとき、同一の周期でシート抵抗値の高い部分と低い部分とが繰り返し、そのシート抵抗値の分布は ± 10. 7%であった。それに対し、実施例 2では、各スパッタ室でのターゲットの位置を変えることで、シート抵抗値の分布は ± 3. 5%であり、処理基板表面での膜厚分布や膜質分布が波打つように不均一になることを抑制できることが判る。

図面の簡単な説明

[0054] [図 1]本発明のスパッタリング装置を模式的に示す図。

[図 2]ターゲットと磁石組立体の往復動を説明する図。

[図 3]実施例 1により得た薄膜のシート抵抗を、比較例 1、比較例 2で得たものと共に

[図 4]本発明の変形例に係るスパッタリング装置を模式的に示す図。

[図 5]各スパッタ室内での処理基板に対する各ターゲットの位置を説明する図。

[図 6]各スパッタ室内での処理基板に対する各ターゲットの位置を説明する図。実施例 2により得た薄膜のシート抵抗を示すグラフ。

符号の説明

[0055] 1 スパッタリング装置

11a スパッタ室

31a乃至 31h ターゲット 35 スパッタ電源 5 ガス導入手段 6、 7 駆動手段 S 処理基板

Claims

請求の範囲

[1] スパッタ室内で処理基板に対向させかつ所定の間隔を置!/、て並設した複数枚のタ一ゲットに電力投入してスパッタリングにより所定の薄膜を形成する薄膜形成方法において、各ターゲットを処理基板に対し平行に一定の速度で往復動させると共に、各ターゲットの前方にトンネル状の磁束をそれぞれ形成する磁石組立体を各ターゲットにそれぞれ平行に一定の速度で往復動させ、前記各ターゲットが往復動の折返し位置に到達したとき、各ターゲットの往復動を所定時間停止させることを特徴とする薄膜形成方法。

[2] 前記ターゲットへの電力投入を、各ターゲットの往復動の停止中のみ行うことを特徴とする請求項 1記載の薄膜形成方法。

[3] 前記各ターゲットの往復動を所定時間停止する間、磁石組立体を少なくとも一往復動させることを特徴とする請求項 1または請求項 2記載の薄膜形成方法。

[4] 同数のターゲットがそれぞれ等間隔で並設された複数のスパッタ室相互間で各タ一ゲットに対向した位置に処理基板を搬送し、スパッタリングにより処理基板表面に同一または異なる薄膜を積層する薄膜形成方法において、連続して薄膜を形成する各スパッタ室にそれぞれ搬送される処理基板に対して、各スパッタ室内での各ターグットの位置を基板搬送方向で相互に一体にずらしたことを特徴とする薄膜形成方法。

[5] 前記並設したターゲットのうち対をなすターゲット毎に所定の周波数で交互に極性をかえて交流電圧を印加し、各ターゲットをアノード電極、力ソード電極に交互に切替え、アノード電極及び力ソード電極間にグロ一放電を生じさせてプラズマ雰囲気を形成し、各ターゲットをスパッタリングすることを特徴とする請求項 1乃至請求項 4のいずれかに記載の薄膜形成方法。

[6] スパッタ室内で処理基板に対向させかつ所定の間隔を置!/、て並設した複数枚のタ一ゲットと、各ターゲットへの電力投入を可能とするスパッタ電源と、ターゲットの前方にトンネル状の磁束をそれぞれ形成する磁石組立体とを備え、ターゲットの並設方向に沿って一定の速度で各ターゲットを往復動させる第 1の駆動手段と、磁石組立体をターゲットと平行に往復動させる第 2の駆動手段とを設け、前記ターゲットが往復動の折返し位置に到達したとき、各ターゲットの往復動を所定時間停止させる停止手段を設けたことを特徴とする薄膜形成装置。

前記スパッタ電源は、並設したターゲットのうち対をなすターゲット毎に所定の周波数で交互に極性をかえて電圧を印加する交流電源であることを特徴とする請求項 6 記載の薄膜形成装置。