WO2013183202A1 - スパッタリング装置およびスパッタリング成膜方法 - Google Patents

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雅夫 佐々木
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キヤノンアネルバ株式会社
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    • H01J37/345—Magnet arrangements in particular for cathodic sputtering apparatus
    • H01J37/3455—Movable magnets

Definitions

  • the present invention relates to a sputtering apparatus and a sputtering film forming method.
  • a sputtering apparatus and a sputtering film forming method which are carried out in a substrate transport type continuous sputtering film forming apparatus having three or more magnetron cathodes and sequentially form films on a substrate by a sputtering action while reciprocating a magnet at each magnetron cathode. Suitable for.
  • Patent Document 1 uses a device in which a magnetron cathode (magnetron sputtering unit) having a magnet is arranged on the back side of a target, and adjusts the phase of reciprocal movement of each magnet so that the film thickness along the transport direction is uniform.
  • a method is disclosed.
  • a thick region and a thin region are alternately generated in the film formed on the substrate by the first magnetron sputtering unit.
  • the film is formed so that the ratio of the length of the thick region to the thin region of the film formed on the substrate becomes approximately 1: 2 by changing the speed in the reverse direction.
  • the second magnetron sputtering unit and the third magnetron sputtering unit also reciprocate similarly to the first magnetron sputtering unit to form a film.
  • the region where the first magnetron sputtering unit is thickly formed on the substrate the region where the second magnetron sputtering unit and the third magnetron sputtering unit are thinly formed overlap each other.
  • the region where the first magnetron sputter unit is thinly formed on the substrate either the second magnetron sputter unit or the third magnetron sputter unit is thin, and the other is thickly overlapped with the region where the film is formed. .
  • the film is formed by stacking with three magnetron sputtering units and follows the transport direction.
  • the film thickness becomes uniform.
  • the reason is as follows.
  • the method of making the film thickness uniform by laminating the films formed by the three magnetron sputtering units is to stack three layers (thick film) + (thin film) + (thin film) at any position on the substrate. By doing so, it is always this combination regardless of the order.
  • (thick film) is a film formed while the magnet moves in the forward direction at a constant speed
  • (thin film) is a film formed while the magnet moves in the reverse direction at a constant speed.
  • the length of the (thick film) region and the length of the (thin film) region in the transport direction on the substrate is set to a ratio of 1: 2, so that the position is thick at any position on the substrate (thick).
  • the combination of (film) + (thin film) + (thin film) is possible.
  • the film thickness that is formed during deceleration or acceleration near the stroke end of the reciprocating movement of the magnet is not the above-mentioned thick film or thin film but an intermediate film.
  • the film of the first magnetron sputtering unit moves in the reverse direction and decelerates before the stroke end, the film on the substrate becomes a (slightly thin film).
  • the magnet moves in the forward direction while decelerating before the stroke end, and the film on the substrate becomes a (slightly thick film).
  • this substrate is formed by the third magnetron sputtering unit, the magnet moves in the opposite direction while moving in the center of the stroke at a constant speed, and the film on the substrate becomes a (thin film).
  • the film thickness uniformity in the transport direction on the substrate is not good. If the film thickness formed by the third magnetron sputtering unit is (slightly thin film), the film thickness uniformity in the transport direction is good, but there are only two decelerations and accelerations of the magnet at both ends of the stroke. For this reason, it is impossible to form a film during deceleration or acceleration by stacking three layers.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a sputtering apparatus and a sputtering film forming method that improve the uniformity of the film thickness and the target utilization rate.
  • a sputtering apparatus holds a vacuum container, a substrate transport unit for transporting a substrate in the vacuum container, and a target for sequentially forming a film on the substrate transported by the substrate transport unit. Therefore, at least three target holding units arranged in the substrate transport direction, a magnet unit disposed on the back side of each target holding unit, a magnet driving unit that drives the magnet unit, and the target holding unit A first movement for stopping each magnet unit from moving in a direction opposite to the transfer direction from a stroke end in the transfer direction and holding the target at a first predetermined position when the target is held by the unit.
  • the sputtering film forming method sequentially forms a film on a vacuum vessel, a substrate transfer unit for transferring a substrate in the vacuum vessel, and the substrate transferred by the substrate transfer unit.
  • At least three target holding units arranged in the substrate transport direction, a magnet unit disposed on the back side of each target holding unit, and a magnet driving unit that drives the magnet unit.
  • the magnet unit is moved from the stroke end in the transfer direction to the transfer direction when the target holding unit holds the target and performs the film forming process. Is moved in the opposite direction and stopped at the first predetermined position, and the first predetermined position after the first movement.
  • FIG. 3 is a velocity diagram showing a velocity change for one cycle of movement of the magnet of FIG. 2. It is a schematic diagram of the positional relationship of the magnet 7 and a board
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view for explaining the configuration of a film forming chamber of a substrate transfer type in-line continuous sputter film forming apparatus applicable to the present invention.
  • a plurality of chambers such as a load lock chamber, a buffer chamber, a film formation chamber 100, and an unload lock chamber are connected through a gate valve to form one substrate transfer type in-line continuous sputter film formation apparatus.
  • FIG. 1 shows only the film forming chamber 100 among them.
  • the film forming chamber 100 includes a chamber 2 (vacuum container), a substrate transfer unit, and three magnetron sputtering units 10 a, 10 b, 10 c (sputtering means) installed on the upper portion of the chamber 2.
  • the substrate transport unit includes a transport roller 3 that transports the substrate 1 provided in the chamber 2 and a substrate driving device 21 that rotates the roller 3.
  • the substrate 1 is placed on the transport roller 3 in a horizontal state, and is transported at a constant speed in the right direction shown in FIG.
  • the chamber is evacuated to vacuum by an exhaust pump (not shown), and a process gas, for example, Ar gas is supplied to a predetermined pressure by a gas pipe (not shown).
  • the three magnetron sputtering units as the sputtering means include a first magnetron sputtering unit 10a (first sputtering means), a second magnetron sputtering unit 10b (second sputtering means), and a third magnetron from the upstream side in the substrate transport direction.
  • a sputtering unit 10c third sputtering means
  • the film can be sequentially formed on the substrate conveyed by the substrate driving device 21.
  • the configuration of the first magnetron sputtering unit 10a will be described on behalf of the three magnetron sputtering units.
  • Each magnetron sputtering unit 10a, 10b, 10c has the same configuration.
  • the targets 4a, 4b, and 4c are made of the same material.
  • the cathode partition wall 9a (target holding part) of the magnetron sputtering unit 10a is installed on the ceiling wall of the chamber 2 via the cathode insulating part 8a.
  • the cathode partition 9a is provided with a cathode 6a to which power is supplied by a power supply mechanism (not shown).
  • DC power is supplied to the cathode 6a.
  • the target 4a is held on the cathode 6a by a method such as bonding, and the cathode 6a and the target 4a are fixed to the cathode partition wall 9a in an integrated state.
  • the target 4a is disposed so as to face the substrate conveyed by the substrate conveyance device.
  • the cathode 6a may be called a target back plate or a backing plate.
  • a water channel is formed in the cathode 6a for target cooling.
  • the target shield 5a covers the side surface of the target 4a, the exposed surface of the cathode 6a, and the cathode partition wall 9a with a gap of 2 to 3 mm.
  • the magnet 7a (magnet part) is installed in the atmosphere side (back side of the target 4a) opposite to the cathode 6a of the cathode partition wall 9a.
  • the magnet 7a is composed of a flat yoke and a permanent magnet, and is composed of a central pole with the cathode 6a side as the S pole and an outer peripheral pole with the cathode 6a side as the N pole.
  • Magnetic field lines created by the magnet 7a form two tunnel-like loops near the surface of the target 4a. When discharged, high-density plasma can be generated at the location of the magnetic field lines near the surface of the target 4a.
  • the magnet 7a can be reciprocated along the substrate transport direction by a magnet moving part 11a (magnet driving part).
  • the magnet moving unit 11a is constituted by a power transmission device such as a motor and a ball screw, for example, and can move the magnet 7a to a designated position at a designated speed.
  • the magnet 7a reciprocates at a predetermined cycle and a predetermined stroke.
  • the speed control profile of the magnet 7a can be a trapezoidal drive consisting of acceleration, constant speed, and deceleration. In this case, the magnet 7a is stopped again from the stopped state by an acceleration movement with a constant acceleration, followed by a constant speed movement, and subsequently a deceleration movement with a constant acceleration.
  • the distance moved during this time is the area of the trapezoidal portion of the velocity diagram drawn as the vertical axis velocity and the horizontal axis time.
  • the three magnet moving units 11a, 11b, and 11c and the substrate driving device 21 are controlled by the control unit 25.
  • the reciprocating speed of the magnet and the phase difference between the three magnets are determined by the substrate transport speed as will be described later. Therefore, the control unit 25 determines these values by calculation from the substrate conveyance speed, controls the magnet moving unit 11, and moves the magnet 7. That is, the control unit 25 can control the phase of movement of the magnets 7a, 7b, 7c in accordance with the timing of substrate transport.
  • a sputtering film forming method During the film forming process, a process gas such as Ar gas is introduced into the chamber 2 so that the chamber 2 evacuated to a predetermined pressure has a predetermined pressure, and the substrate is transported at a constant speed by the substrate transport device. Cooling water is supplied in advance to the water channel of the cathode. Magnetron sputtering is performed by applying a certain DC power to the cathodes 6a, 6b, 6c (hereinafter referred to as 6) while reciprocating the magnets 7a, 7b, 7c (hereinafter referred to as 7) in the substrate transport direction. Implement the membrane.
  • a process gas such as Ar gas is introduced into the chamber 2 so that the chamber 2 evacuated to a predetermined pressure has a predetermined pressure, and the substrate is transported at a constant speed by the substrate transport device. Cooling water is supplied in advance to the water channel of the cathode.
  • Magnetron sputtering is performed by applying a certain DC power to the ca
  • Erosion occurs on the surface of the target 4 at a place where the plasma is dense.
  • the place where the plasma becomes dense is determined by the lines of magnetic force formed by the magnet 7.
  • Sputter deposition is performed while moving the magnet 7 with respect to the target 4, thereby making it possible to improve target utilization by creating erosion with a uniform depth on the surface of the target 4.
  • the life of the target 4 is extended and the frequency of target replacement can be reduced.
  • the film thickness along the transport direction on the substrate may become non-uniform.
  • the transport speed V t and the period of reciprocation along the substrate transport direction of the magnet 7 are T, there is no problem in the case of a relatively fast reciprocation speed that satisfies V t ⁇ T ⁇ 70 mm, but it is not so In this case, that is, when V t ⁇ T ⁇ 70 mm, uniform film formation in the transport direction cannot be achieved with only one magnetron sputtering unit.
  • a method of making the film thickness uniform using three magnetron sputtering units 10a, 10b, and 10c will be described with respect to the sputtering film forming method when the reciprocating speed of the magnet is relatively slow.
  • FIG. 2 An example of the movement of the magnet 7 of the magnetron sputtering unit in the substrate transport direction is shown in FIG. 2, and a velocity diagram is shown in FIG. 4A to 4C are schematic views showing the positional relationship between the magnet 7 and the substrate at this time.
  • the stroke L (one way) of the reciprocating movement of the magnet is 100 mm
  • the period T of the reciprocating movement is 9 seconds.
  • the vertical axis of the graph of FIG. 2 is the position in the substrate transport, the position where the center position of the magnet 7 overlaps the center position of the cathode 6 is 0 mm, and the forward direction which is the substrate transport direction is positive and the reverse direction is negative. Represents.
  • the initial position of the magnet 7 is a +50 mm position (indicated by P0 in FIGS. 2 and 4), which is the stroke end in the forward direction. Starting from here, the magnet 7 moves in the reverse direction and stops once at the 0 mm position (first predetermined position) (indicated by P1 in FIGS. 2 and 4), which is the center of the stroke.
  • first predetermined position indicated by P1 in FIGS. 2 and 4
  • the movement so far is referred to as a first movement (see FIG. 3A).
  • the position (P3) where the magnet 7 stops after the third movement is the start position (P0) of the first movement.
  • the magnet 7 repeats the first to third movements at a predetermined cycle (9-second cycle in this embodiment). The time for stopping during the first, second and third movements is equal.
  • FIG. 3 is a velocity diagram showing the velocity change for one cycle of the movement of the magnet of FIG.
  • the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the magnet velocity V mc with respect to the cathode.
  • the direction of the velocity is negative for the forward direction, which is the substrate transport direction, and positive for the reverse direction.
  • the positions (P0 to P3) corresponding to the positions in FIG. 2 are described at the positions where the magnet 7 stops (the speed is zero).
  • the magnet 7 is accelerated from the initial position (position P0) in the reverse direction at a constant acceleration for a certain period of time, then moved in the reverse direction at a constant speed, and then decelerated in the reverse direction at a constant acceleration, resulting in zero speed. Stop at P1.
  • the shape of the velocity diagram so far shows a trapezoid.
  • speed control generally referred to as trapezoidal drive (trapezoid control) is employed.
  • trapezoidal drive trapezoid control
  • This is a general method for controlling motor drive.
  • the magnet has moved from the +50 mm position at the stroke end in the forward direction of the initial position (position P0) shown in FIG. 2 to the 0 mm position (first predetermined position, position P1) at the stroke center. After that, the speed is kept at 0 mm / s because the motor stops for a certain time. This is the first movement.
  • FIG. 5 shows an example of the movement of the magnet 7 of three magnetron sputtering units.
  • the magnet 7a of the first magnetron sputtering unit 10a starts to move first, and continues to move in a cycle of 9 seconds.
  • the magnet 7b of the second magnetron sputtering unit 10b starts to move after 5 seconds and continues to move in the same manner at a period of 9 seconds.
  • the magnet 7c of the third magnetron sputtering unit 10c starts to move after 10 seconds and continues to move in the same manner at a cycle of 9 seconds.
  • the magnets 7 of the respective magnetron sputtering units 10 continue to move while shifting the time in this way. The time lag when the magnets 7b and 7c start moving will be described later.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing the relative speed and film thickness of the magnet 7 with respect to the substrate to be transported for any one magnetron sputtering unit 10.
  • FIG. 6 is a schematic diagram for explaining the relationship between the film thickness on the substrate and the speed of the magnet 7.
  • the relative speed of the magnet 7 with respect to the substrate of the magnet 7 is shown with respect to the substrate.
  • the lower part of FIG. 6 schematically shows the film thickness formed at a position on the substrate corresponding to the horizontal axis of the upper part.
  • the horizontal axis in FIG. 6 is the position on the substrate in the substrate transport direction.
  • the substrate is transported at a constant speed from right to left on the paper surface of FIG. 6.
  • the substrate is fixed and the magnet 7 is attached to the substrate.
  • the relative velocity V ms of the magnet 7 with respect to the substrate is graphed with the right direction being positive in FIG.
  • the range of A and B described in FIG. 6 represents the range in which the magnet 7 is moving in the direction opposite to the substrate transport direction, and the relative speed of the magnet 7 with respect to the substrate is a relatively fast region.
  • a range C represents a range in which the magnet 7 is moving in the substrate transport direction (forward direction), and the relative speed of the magnet 7 to the substrate is a relatively slow region.
  • a ′, B ′, and C ′ indicate areas where the magnet is stopped. The sum of each range, A + A ′ + B + B ′ + C + C ′, represents the distance traveled by the substrate while the magnet 7 reciprocates for one cycle.
  • a relatively thin film is deposited on the area on the substrate corresponding to A and B in FIG. 6, and a relatively thick film is deposited on the area corresponding to C in FIG.
  • the film thickness change on the substrate does not change abruptly like the change in the relative speed of the magnet 7 with respect to the substrate, but changes gently as shown in the lower diagram of FIG. This is because the sputtered atoms emitted from the target are sputtered from a region about the width of the magnet 7, so that the distribution of the sputtered atoms is gentle and the sputtered atoms fly over the distance between the target and the substrate. This is because there is some extent in between.
  • the moving speed of the magnet 7 with respect to the cathode and the transport speed of the substrate so that the lengths in the transport direction of the substrate formed on the substrate corresponding to the ranges A, B, and C are the same. Is adjusting. Further, the distances in the substrate transport direction in which films are formed on the substrate corresponding to the ranges A ′, B ′, and C ′ are the same.
  • the film formation length distance in the substrate transfer direction
  • the film thickness laminated by the film formation by the second and third magnetron sputtering units described later can be made uniform in the transfer direction. it can.
  • FIG. 7 shows relative speeds V ms of the magnet 7 to the substrate when the magnets 7 of the three magnetron sputtering units are viewed with respect to the substrate.
  • the position on the substrate on the horizontal axis is shown in three graphs.
  • the relative velocity V ms of the magnet 7a of the first magnetron sputtering unit 10a is the same as that in FIG.
  • the magnet 7b of the second magnetron sputter unit 10b moves the same repeatedly with a shift of the distance A + A ′ at the position on the substrate with respect to the magnet 7a of the first magnetron sputter unit 10a.
  • the magnet 7c of the magnetron sputter unit 10c of the first magnetron sputter unit 10c is repeatedly moved at the position on the substrate by the distance of A + A ′ + B + B ′ with respect to the movement of the magnet 7a of the first magnetron sputter unit 10a.
  • the magnet 7 is repeatedly moved at a predetermined cycle.
  • the magnet 7b is shifted by a third cycle in an arbitrary direction with respect to the magnet 7a, and the magnet 7c is moved to the magnet 7a.
  • the region on the substrate (region A) corresponding to region A in FIG. 7 is formed in the first magnetron sputtering unit 10a in a state where the relative speed between the magnet 7a and the substrate is relatively high.
  • the film is formed with a relatively low relative speed between the magnet 7b and the substrate
  • the third magnetron sputtering unit 10c the film is formed with a relatively high relative speed between the magnet 7c and the substrate.
  • two of the three magnetron sputtering units are used to form a film with a relatively high relative speed with respect to the magnet, and one with a relatively low relative speed of the magnet.
  • the film is formed by When the film is formed at such a relative speed of the magnet, a relatively thin film is formed twice and a relatively thick film is formed once in each region. Accordingly, in each of the areas A, B, and C, the film thicknesses laminated by the three magnetron sputtering units are the same.
  • the magnet is moving at a constant speed with respect to the cathode and the relative speed is constant.
  • an acceleration area and a deceleration area of the magnet exist at both ends of each area.
  • this part is also considered with three magnetron sputtering units, two relatively fast regions and one relatively slow region overlap at the same substrate position.
  • region of A, B, C also including the part of this acceleration area
  • the film thickness in the regions A ′, B ′, and C ′ is the film thickness (relative to the film thickness formed on the substrate when the magnet 7 in the regions A, B, and C described above is moving in the substrate transport direction.
  • the film thickness is intermediate between the thick film thickness) and the film thickness (relatively thin film thickness) formed on the substrate when the magnet 7 moves in the opposite direction.
  • the film thicknesses formed on the substrate are the same in the regions A ′, B ′, and C ′.
  • the regions A ′, B ′, and C ′ are laminated on the substrate with the same film thickness.
  • the film thickness laminated in three layers through the regions A ′, B ′, C ′ passes through the regions A, B, C. It is known that the film thickness is the same as the thickness of the three layers.
  • the lengths on the substrate on which films are formed in the regions A, B, and C are made the same.
  • the lengths on the substrate on which films are formed in the regions A ′, B ′, and C ′ are made the same.
  • the movements (phases) of the magnets 7 of the three magnetron sputtering units are shifted so that the film formation position on the substrate advances by the length of film formation in the region of A + A ′ on the substrate.
  • the third film formed on the substrate during the third movement is performed by a magnetron sputtering unit (target) different from the third film.
  • target magnetron sputtering unit
  • the film is formed so as to overlap with the formed third film. And it controls so that the deposited part may overlap on a board
  • FIG. 8 illustrates the speed of the magnet 7 of the magnetron sputtering unit relative to the cathode 6.
  • the horizontal axis is time and shows one cycle.
  • the vertical axis is the speed V mc of the magnet 7 with respect to the cathode 6, and the speed in the reverse direction is positive.
  • the speed control of the magnet 7 is composed of two trapezoidal drives for reverse movement, one trapezoidal drive for forward movement, and a stop after each trapezoid drive.
  • the reciprocating period is T
  • the stroke (one way) is L
  • the acceleration time of the magnet 7 is T acc1
  • the deceleration time is T acc2 .
  • the speed V b of constant speed movement during reverse movement and its time T b and the speed V f of constant speed movement during forward (substrate transport direction) and its time T f .
  • the time T b of constant speed movement of the reverse movement is set to T b / 2 is intended for the two trapezoidal drive, one trapezoidal drive.
  • the speed V f of constant speed movement during forward movement is set to be positive. It is represented by -V f in the figure.
  • the magnet 7 is initially stopped at the stroke end (initial position) in the forward direction. From there, it accelerates in the reverse direction at a constant acceleration for a time T acc1 .
  • T acc is the average of acceleration time T acc1 and deceleration time T acc2
  • the magnet 7 is accelerated in the forward direction at a constant acceleration for a time T acc1 .
  • the forward uniform speed movement is performed for a time Tf .
  • the speed at this time is Vf .
  • the motor continues to stop for time T sew .
  • the magnet 7 has returned to the forward stroke end (initial position).
  • the distance moved with respect to the cathode 6 during this forward movement is the last (rightmost) trapezoidal area in FIG. 7 and must be equal to the stroke L.
  • T ′ The time obtained by subtracting the stop time Tse from the period T is defined as T ′.
  • the horizontal axis in FIG. 9 represents time, and shows the same period of reciprocation as in FIG.
  • the vertical axis represents the relative velocity V ms of the magnet with respect to the substrate, and represents the direction opposite to the substrate transport direction as positive.
  • the substrate transport speed is V t
  • the relative speed V ms of the magnet with respect to the substrate can be obtained by adding V t to the speed V mc with respect to the cathode.
  • the graph of the relative speed of 9 when V t just translating the graph of FIG. 8 in the vertical axis direction The relative speed with respect to the substrate when the magnet 7 moves at a constant speed in the reverse direction with respect to the cathode 6 is V t + V b , and the relative speed with respect to the substrate when the magnet 7 moves at a constant speed in the forward direction is V t ⁇ V. f (V f is positive).
  • the relative speed with respect to the substrate when the magnet 7 is stopped with respect to the cathode 6 is V t.
  • the distance that the magnet 7 moves with respect to the substrate by the first (left side) trapezoidal drive in FIG. 8 is the area of the portion indicated by a in FIG. 9 (the sum of the area of the trapezoidal portion and the rectangular portion below it).
  • the distance represented by a is the same as the relative movement distance at A shown in FIG.
  • the distance that the magnet 7 moves with respect to the substrate by the second (center) trapezoidal drive in FIG. 8 is the hatched area indicated by b in FIG.
  • the distance represented by b is the same as the relative distance of B shown in FIG.
  • the distance that the magnet 7 moves with respect to the substrate by the last (right side) trapezoidal drive in FIG. 8 is the hatched area shown by c in FIG.
  • the period T has a certain lower limit and needs to be set to a larger value. Increasing the period T decreases the moving speed V f of the magnet 7, and the load on the driving mechanism of the magnet 7 is reduced, so that no mechanical problem occurs.
  • a range of A, B, and C on the substrate in FIG. 7 is a range where the film is formed while the magnet 7 moves.
  • (thick film) once and (thin film) are stacked twice.
  • (thin film) is a portion where the magnet 7 is formed while moving in the opposite direction with respect to the cathode 6, and the relative velocity with respect to the substrate is (V t + V b ). Since the film thickness is inversely proportional to the relative speed, if the proportionality constant is D (thin film),
  • the (thick film) is a portion where the magnet 7 is formed while moving in the forward direction with respect to the cathode 6, and the relative speed with respect to the substrate is (V t ⁇ V f ) (where V f > 0). If the same proportionality constant D is used for the film thickness of (thick film)
  • the film thicknesses of the A, B, and C ranges (thick film) once and (thin film) twice are as follows:
  • the film thicknesses in the ranges A, B, C in FIG. 7 and the ranges A ′, B ′, C ′ are equal, and the film thickness deposited on the substrate is at least uniform in the transport direction.
  • the above is the magnet speed control method of the magnetron sputtering unit.
  • the magnets of the three magnetron sputter units continue to move with the same speed control method, but each moves with a time lag.
  • the time lag will be described.
  • FIG. 10 shows an explanation of the time when the magnets 7a, 7b, and 7c of the three magnetron sputtering units 10a, 10b, and 10c start to move.
  • the time when the magnet 7a of the first magnetron sputtering unit 10a starts moving is set to 0 seconds.
  • the time when the magnet 7b of the second magnetron sputtering unit 10b starts to move is T w12
  • the time when the magnet 7c of the third magnetron sputtering unit 10c starts to move is T w13 .
  • the standby time is considered on the assumption that the cathode centers of the three magnetron sputtering units 10a, 10b, and 10c are arranged so as to overlap the same position in the substrate transport direction.
  • the magnet 7b of the second magnetron sputtering unit 10b corresponds to the substrate in a state of being shifted from the magnet 7a of the first magnetron sputtering unit 10a by a distance of A + A ′ on the substrate. This corresponds to the movement of the magnet delayed by 1/3 of one cycle.
  • one period to 360 ° 1/3 will be referred to this and is 120 ° and the phase difference theta 12.
  • the waiting time Tw12 in this case is
  • phase difference theta 13 magnet 7c of the third magnetron sputtering unit 10c is 240 °.
  • the slave standby time T w1n of the magnet of the nth magnetron sputter unit is
  • FIG. 11 shows the distance in the substrate transport direction between the cathode centers of the three magnetron sputtering units 10a, 10b, and 10c.
  • the substrate and the figure at the conveying speed V t is moving in the right direction.
  • the distance between the cathode center of the first magnetron sputtering unit 10a and the cathode center of the second magnetron sputtering unit 10b is X 12
  • the distance between the cathode center of the first magnetron sputtering unit 10a and the cathode center of the nth magnetron sputtering unit is X 1n . Since the time required for the substrate to move through this distance is X 1n / V t, the waiting time T w1n is
  • the waiting time Tw1n of the nth magnetron sputtering unit is
  • m is an arbitrary integer.
  • the integer m may be determined appropriately, but in the present embodiment, the first term and the second term on the right side
  • FIG. 12 shows the distribution in the transport direction of the film deposited on the substrate.
  • the film thickness was obtained by simulation using the erosion measurement value of the target of the actual apparatus.
  • the substrate is assumed to be sufficiently long in the transport direction.
  • the actual equipment and film formation conditions are as follows.
  • the length of the magnet 7 in the transport direction is 200 mm
  • the length of the target 4 in the transport direction is 300 mm
  • the distance between the target 4 and the substrate is 75 mm.
  • the target 4 was made of Al and a film of Ar was formed at a pressure of 0.1 Pa as a process gas.
  • the distance X 12 300 mm between the cathode center of the first magnetron sputtering unit 10a and the cathode center of the second magnetron sputtering unit 10b in the substrate transport direction, the cathode center of the first magnetron sputtering unit 10a and the third magnetron sputtering unit 10c.
  • the distance X 13 in the substrate transport direction at the center of the cathode was set to 600 mm.
  • the film thickness on the substrate by each magnetron sputtering unit is represented by three lines at the bottom of the graph.
  • the relatively thick region is slightly longer than the thin region.
  • the upper thick line is the film thickness laminated by three magnetron sputtering devices, and is the sum of the lower three film thicknesses.
  • the laminated film thickness is almost uniform.
  • the film thickness distribution is ⁇ 0.02%.
  • the film thickness on the substrate by each magnetron sputtering apparatus is represented by three lines at the bottom of the graph. Each film thickness is longer in a relatively thin region than in a thick region. The ratio is close to 2: 1.
  • the upper thick line is the film thickness laminated by three magnetron sputtering devices, and is the sum of the lower three film thicknesses. The laminated film thickness is almost uniform. Using the calculation formula of the film thickness distribution, the film thickness distribution is ⁇ 0.00%.
  • the present invention can be applied even when four or more magnetron sputtering units are provided.
  • the period of the magnet 7 is divided into four and moved. That is, each magnet 7 is driven so as to have one cycle by the following first to fourth movements.
  • stop Second movement to be performed movement to be stopped after moving from the second predetermined position to the stroke end in the reverse direction (fourth movement), and from the stroke end in the reverse direction to the stroke end in the substrate transport direction (forward direction)
  • Each magnet is driven to perform the third movement that is stopped after the movement.
  • the first film formed on the substrate during the first movement, the second film formed on the substrate during the second movement, and the third movement Magnetron sputtering is different from the third film formed on the substrate and the fourth film formed on the substrate during the movement (fourth movement) performed between the second and third movements.
  • unit (target) Performed by unit (target).
  • the first film, the second film, the third film, and the fourth film are controlled so as to overlap with each other on the substrate, whereby the film thickness of the film formation layer on the substrate becomes uniform.
  • the control unit controls the lengths in the forward direction of the films formed during the first to fourth movements to be equal.
  • the period of the magnet 7 is moved by dividing it into five, and when six magnetron sputtering units are provided, the period of the magnet 7 is divided by six and moved.

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Abstract

　スパッタリング装置はマグネットを有する３つのターゲットを備えており、マグネット７ａ，７ｂ，７ｃのそれぞれは、順方向のストローク端から逆方向に移動させた後に停止させる第１の移動と、第１の移動後の停止位置から逆方向の逆方向のストローク端まで移動させた後に停止させる第２の移動と、逆方向のストローク端から順方向のストローク端まで移動させた後に停止させる第３の移動とを行うように制御される。そして成膜の際、第１の移動の間に基板に成膜される第１の膜と、第２の移動の間に基板に成膜される第２の膜と、第３の移動の間に基板に成膜される第３の膜はそれぞれ異なるターゲット４ａ，４ｂ，４ｃによって成膜され、さらに、第１、第２、第３の膜が基板上で重なるように制御される。

Description

スパッタリング装置およびスパッタリング成膜方法
　本発明はスパッタリング装置およびスパッタリング成膜方法に関する。特に、３つ以上のマグネトロンカソードを備える基板搬送式の連続スパッタ成膜装置で実施され、各マグネトロンカソードでマグネットを往復移動させながらスパッタリング作用で基板に順次成膜を行うスパッタリング装置およびスパッタリング成膜方法に適する。
　特許文献１には、ターゲットの裏面側にマグネットを有するマグネトロンカソード（マグネトロンスパッタユニット）を配置した装置を用いて、搬送方向沿った膜厚を均一にするように各マグネットの往復移動の位相を調整する方法が開示されている。第１のマグネトロンスパッタユニットで基板上に形成される膜に厚い領域と薄い領域とが交互に生じるが、マグネットの往復移動の基板搬送方向(以下、順方向)の速度と基板搬送逆方向(以下、逆方向)の速度を変えることで基板上に形成される膜の厚い領域の長さと薄い領域の長さとの比がおよそ１：２になるようにして成膜する。第２のマグネトロンスパッタユニット、第３のマグネトロンスパッタユニットも、第１のマグネトロンスパッタユニットと同様に往復移動をして成膜する。
　第１のマグネトロンスパッタユニットで基板上に厚く成膜した領域には第２のマグネトロンスパッタユニット、第３のマグネトロンスパッタユニットでは薄く成膜する領域が重なるようにする。第１のマグネトロンスパッタユニットで基板上に薄く成膜した領域には第２のマグネトロンスパッタユニット、第３のマグネトロンスパッタユニットではどちらか一方が薄く、もう一方が厚く成膜する領域が重なるようにする。このように第１のマグネトロンスパッタユニットに対する第２のマグネトロンスパッタユニット、第３のマグネトロンスパッタユニットのマグネットの往復移動の位相を調整すると３つのマグネトロンスパッタユニットで積層して成膜したとき搬送方向に沿った膜厚が均一になる。
国際公開第２００９／０９３５９８
　マグネットを往復移動するには、一定速度のマグネットをストローク端手前で減速し、ストローク端で停止し、次に逆方向に加速する必要がある。停止時間は小さくはできるが減速と加速は必ず必要である。特許文献１の３つのマグネトロンスパッタユニットを用いて基板搬送方向に沿った膜厚を均一にする方法ではマグネット往復移動のストローク両端でマグネットの減速と加速があるため、基板上の搬送方向の膜厚均一性は良好とならない。
　理由は以下のとおりである。３つのマグネトロンスパッタユニットによって形成される膜を積層することによって膜厚を均一にする方法は基板上のどの位置においても（厚い膜）＋（薄い膜）＋（薄い膜）の３層の積層になるようにすることで順番はともかく必ずこの組み合わせになっている。ここで（厚い膜）はマグネットが順方向に一定速度で移動しながら成膜した膜で、（薄い膜）はマグネットが逆方向に一定速度で移動しながら成膜した膜である。特許文献１では基板上の搬送方向における（厚い膜）の領域の長さと（薄い膜）の領域の長さを１：２の比になるようにしているためちょうど基板上のどの位置でも（厚い膜）＋（薄い膜）＋（薄い膜）の組み合わせが可能となっている。
　しかし、実際には、マグネットが往復移動のストローク端付近で減速中や加速中に成膜する膜厚は上記の厚い膜でも薄い膜でもなく中間の膜になる。たとえば第１のマグネトロンスパッタユニットのマグネットが逆方向に移動しながらストローク端手前で減速中の場合に成膜すると基板上の膜は（やや薄い膜）となる。この基板が第２のマグネトロンスパッタユニットで成膜されるときは、マグネットは順方向に移動しながらストローク端手前で減速中となり基板上の膜は（やや厚い膜）となる。同様にこの基板が第３のマグネトロンスパッタユニットで成膜されるときは、マグネットは逆方向に移動しながらストローク中央を等速で移動中となり基板上の膜は（薄い膜）となる。
　つまり、（やや薄い膜）＋（やや厚い膜）＋（薄い膜）の３層の積層となる。この場合、上記の（厚い膜）＋（薄い膜）＋（薄い膜）の３層の積層に比べると膜厚は薄くなってしまう。そのため基板上の搬送方向の膜厚均一性は良好とならない。もし第３のマグネトロンスパッタユニットで成膜される膜厚が（やや薄い膜）となれば搬送方向の膜厚均一性は良好となるが、マグネットの減速や加速がストロークの両端に２つしかないため３層の積層で減速中や加速中の成膜とするようなことはできない。
　本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、膜厚の均一性とターゲット利用率を向上させたスパッタリング装置およびスパッタリング成膜方法を提供することを目的とする。
　本発明に係るスパッタリング装置は、真空容器と、前記真空容器内で基板を搬送するための基板搬送部と、前記基板搬送部によって搬送される前記基板に対して順次成膜するためのターゲットを保持するべく、前記基板の搬送方向に配列された少なくとも３つのターゲット保持部と、それぞれの前記ターゲット保持部の裏側に配置されたマグネット部と、前記マグネット部を駆動するマグネット駆動部と、前記ターゲット保持部に前記ターゲットを保持させ成膜処理する際、それぞれの前記マグネット部を、前記搬送方向のストローク端から前記搬送方向とは逆方向に移動させて第１所定位置に停止させる第１の移動と、前記第１の移動後に第１所定位置から前記逆方向に移動させて第２所定位置に停止させる第２の移動と、前記逆方向のストローク端から前記搬送方向に移動させて前記搬送方向のストローク端に停止させる第３の移動とを所定周期で実行するとともに、前記第１、第２、第３の移動のそれぞれにおいて、前記基板が前記マグネット部に対して前記搬送方向に相対的に移動する距離が等しくなるように前記基板搬送部及び前記マグネット駆動部を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。
　また、本発明に係るスパッタリング成膜方法は、真空容器と、前記真空容器内で基板を搬送するための基板搬送部と、前記基板搬送部によって搬送される前記基板に対して順次成膜するためのターゲットを保持するべく、前記基板の搬送方向に配列された少なくとも３つのターゲット保持部と、それぞれの前記ターゲット保持部の裏側に配置されたマグネット部と、前記マグネット部を駆動するマグネット駆動部と、を備えたスパッタリング装置を用いるスパッタリング成膜方法であって、前記ターゲット保持部に前記ターゲットを保持させ成膜処理する際、それぞれの前記マグネット部を、前記搬送方向のストローク端から前記搬送方向とは逆方向に移動させて第１所定位置に停止させる第１の移動と、前記第１の移動後に第１所定位置から前記逆方向に移動させて第２所定位置に停止させる第２の移動と、前記逆方向のストローク端から前記搬送方向に移動させて前記搬送方向のストローク端に停止させる第３の移動とを所定周期で実行するとともに、前記第１、第２、第３の移動のそれぞれにおいて、前記基板が前記マグネット部に対して前記搬送方向に相対的に移動する距離が等しいことを特徴とする。
　膜厚の均一性とターゲット利用率を向上させたスパッタリング装置およびスパッタリング成膜方法を提供することができる。
　本発明のその他の特徴及び利点は、添付図面を参照とした以下の説明により明らかになるであろう。なお、添付図面においては、同じ若しくは同様の構成には、同じ参照番号を付す。
　添付図面は明細書に含まれ、その一部を構成し、本発明の実施の形態を示し、その記述と共に本発明の原理を説明するために用いられる。
本発明の一実施形態に係るインライン型連続スパッタ成膜装置の成膜室の概略断面図である。 本発明の一実施形態に係るマグネトロンスパッタユニットのマグネットの基板搬送方向の動きを例示した模式図である。 図２のマグネットの動きの１周期分の速度変化を表した速度線図である。 図２のマグネットが動くときのマグネット７と基板の位置関係の模式図である。 図２のマグネットが動くときのマグネット７と基板の位置関係の模式図である。 図２のマグネットが動くときのマグネット７と基板の位置関係の模式図である。 本発明の一実施形態に係る３つのマグネトロンスパッタユニットのマグネットの動きを例示した模式図である。 本発明の一実施形態に係るインライン型連続スパッタ成膜装置で搬送される基板を基準とするマグネットの相対速度と膜厚を表す模式図である。 本発明の一実施形態に係るマグネトロンスパッタユニットのマグネットを見たときのマグネット７の基板に対する相対速度Ｖｍｓを示す図である。 本発明の一実施形態に係るマグネトロンスパッタユニットのマグネット７のカソード６に対する速度を説明した図である。 本発明の一実施形態に係るマグネットの基板に対する相対速度についての説明図である。 本発明の一実施形態に係る３つのマグネトロンスパッタユニットのマグネットの動き出す時間の説明図である。 本発明の一実施形態に係る３つのマグネトロンスパッタユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃのカソード中心間の基板搬送方向の距離の説明図である。 本発明の一実施形態のスパッタ成膜方法によって基板上に堆積した膜の搬送方向の分布を示す図である。 図１１とは異なる成膜条件で、基板上に堆積した膜の搬送方向の分布を示す図である。
　以下に、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。なお、以下に説明する部材、配置等は発明を具体化した一例であって本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨に沿って各種改変することができることは勿論である。実施形態においてスパッタリング装置として１つの成膜チャンバー内に３つのマグネトロンスパッタユニットを備えた装置を例にとって説明するが、本発明はスパッタリング装置の基板搬送経路に沿って３つ以上のマグネトロンスパッタユニットを備えた装置に適用可能なものである。
　以下、本発明の実施形態について、図を参照して説明する。図１は、本発明に適用可能な基板搬送式のインライン型連続スパッタ成膜装置の成膜室構成を説明するための概略断面図である。通常、ロードロック室、バッファー室、成膜室１００、アンロードロック室などの複数のチャンバーがゲートバルブを介して連結されて、一つの基板搬送式のインライン型連続スパッタ成膜装置を形成するが、図１ではそのうちの成膜室１００のみを示している。
　図１に示すように、成膜室１００は、チャンバー２（真空容器）と、基板搬送部と、チャンバー２の上部に設置された３つのマグネトロンスパッタユニット１０ａ、１０ｂ、１０ｃ（スパッタリング手段）で構成されている。基板搬送部は、チャンバー２内に設けられた基板１を搬送する搬送ローラー３と、ローラー３を回転させる基板駆動装置２１とを有して構成されている。本実施形態では、基板１は水平状態で搬送ローラー３に載っており、図１に示す右方向に一定速度で搬送される。チャンバーは図示しない排気ポンプにより真空に排気され、図示しないガス配管によりプロセスガス、たとえばＡｒガスが所定の圧力になるように供給される。
　スパッタリング手段としての３つのマグネトロンスパッタユニットは、基板搬送方向の上流側から第１のマグネトロンスパッタユニット１０ａ（第１スパッタリング手段）、第２のマグネトロンスパッタユニット１０ｂ（第２スパッタリング手段）、第３のマグネトロンスパッタユニット１０ｃ（第３スパッタリング手段）として配列されており、基板駆動装置２１によって搬送される基板に対して順次成膜ができる。３つのマグネトロンスパッタユニットを代表して、第１のマグネトロンスパッタユニット１０ａの構成について説明する。各マグネトロンスパッタユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃは同じ構成となっている。本実施形態ではターゲット４ａ，４ｂ，４ｃは同じ材料である。マグネトロンスパッタユニット１０ａのカソード隔壁９ａ（ターゲット保持部）はチャンバー２の天井壁にカソード絶縁部８ａを介して設置されている。カソード隔壁９ａには図示しない電力供給機構により電力が供給されるカソード６ａが設けられている。ここではカソード６ａにＤＣ電力を供給している。
　ターゲット４ａはボンディングなどの方法でカソード６ａに保持されていて、カソード６ａとターゲット４ａは一体の状態でカソード隔壁９ａに固定される。ターゲット４ａは基板搬送装置によって搬送される基板に対向するように配置されている。カソード６ａはターゲット裏板又はバッキングプレートと呼ばれることがある。図示しないが、カソード６ａの内部にはターゲット冷却のために水路が作られている。ターゲット４ａの表面以外からのスパッタを防止するためにターゲット４ａ側面、カソード６ａ、カソード隔壁９ａの露出している面に対して２～３ｍｍの隙間をあけてターゲットシールド５ａが覆っている。
　カソード隔壁９ａのカソード６ａと反対側の大気側（ターゲット４ａの裏側）にはマグネット７ａ（マグネット部）が設置されている。マグネット７ａは平板状のヨークと永久磁石からなり、カソード６ａ側をＳ極とした中心極と、カソード６ａ側をＮ極とした外周極により構成されている。マグネット７ａが作る磁力線はターゲット４ａ表面付近では二つのトンネル状ループを形成する。放電した場合はターゲット４ａ表面付近の磁力線ループの場所で高密度のプラズマが生じうる。
　マグネット７ａはマグネット移動部１１ａ（マグネット駆動部）により基板搬送方向に沿って往復移動することができる。マグネット移動部１１ａは、例えばモーターとボールネジなどの動力伝達装置により構成されていて、マグネット７ａを指定した速度で指定した位置に移動することができる。マグネット７ａは所定周期、所定ストロークで往復移動をする。マグネット７ａの速度制御のプロファイルは、加速、等速、減速からなる台形駆動とすることができる。この場合、マグネット７ａは停止状態から一定の加速度による加速移動、続いて等速移動、続いて一定の加速度による減速移動により再び停止する。この間に移動する距離は縦軸速度、横軸時間として描いた速度線図の台形部分の面積となる。
　３つのマグネット移動部１１ａ，１１ｂ，１１ｃと基板駆動装置２１は制御部２５により制御されている。マグネットの往復移動の速度や３つのマグネットの位相差は後述するように基板搬送速度によって決まる。そのため制御部２５は基板搬送速度から演算によってこれらの値を決定しマグネット移動部１１を制御し、マグネット７を移動させる。すなわち、制御部２５は、基板搬送のタイミングに合わせて、マグネット７ａ，７ｂ，７ｃの移動の位相を制御できる。
　次にスパッタリング成膜方法について説明する。成膜処理の際、真空に排気したチャンバー２内が所定の圧力になるように、Ａｒガスのようなプロセスガスをチャンバー２内に導入し、基板搬送装置によって基板を一定速度で搬送する。カソードの水路にはあらかじめ冷却水を供給しておく。マグネット７ａ，７ｂ，７ｃ（以下、符号を７とする）を基板の搬送方向に往復移動させながらカソード６ａ，６ｂ，６ｃ（以下符号を６とする）に一定のＤＣ電力を印加しマグネトロンスパッタ成膜を実施する。なお、３つのマグネトロンスパッタユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃのうち任意の１つのマグネット移動部に含まれる特定の構成要素を示す場合は符号からアルファベットを除いて記載する。例えば、マグネット７ａ，７ｂ，７ｃのなかで任意のマグネットを示すときはマグネット７とする。
　ターゲット４表面には、プラズマが高密度となる場所に、エロージョン（ターゲットの侵食）が生じる。プラズマが高密度となる場所はマグネット７により形成される磁力線で決まる。マグネット７をターゲット４に対して移動しながらスパッタ成膜することでターゲット４表面に均一な深さのエロージョンを作ることによりターゲット利用率を向上させることができる。ターゲット４の寿命が長くなりターゲット交換の頻度を少なくすることができる。
　マグネット７を基板搬送方向に沿って往復移動させると基板上の搬送方向に沿った膜厚が不均一となる場合がある。搬送速度Ｖｔ、マグネット７の基板搬送方向に沿った往復移動の周期をＴとした場合、Ｖｔ・Ｔ＜７０ｍｍが満たされるような比較的速い往復移動速度の場合は問題ないが、そうでない場合、つまりＶｔ・Ｔ≧７０ｍｍの場合は１つのマグネトロンスパッタユニットだけでは搬送方向に均一な成膜はできない。以下では比較的遅いマグネット往復移動速度の場合のスパッタ成膜方法について３つのマグネトロンスパッタユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃを用いて膜厚を均一にする方法を説明する。
　マグネトロンスパッタユニットのマグネット７の基板搬送方向の動きの例を図２に、速度線図を図３に示す。このときのマグネット７と基板の位置関係の模式図を図４Ａ～４Ｃに示す。この例ではマグネットの往復移動のストロークＬ（片道）は１００ｍｍ、往復移動の周期Ｔは９秒としている。詳しい制御方法については後で述べる。図２のグラフの縦軸は、基板搬送における位置で、マグネット７の中心位置がカソード６の中心位置と重なる位置を０ｍｍとして、また、基板搬送方向である順方向を正に逆方向を負に表している。マグネット７の初期位置は順方向のストローク端である＋５０ｍｍ位置（図２，４中にＰ０で示す）である。ここから出発してマグネット７は逆方向に移動しストローク中心である０ｍｍ位置（第１所定位置）（図２，４中にＰ１で示す）で一旦停止する。ここまでの移動を以下、第１の移動（図３（Ａ）参照）と呼ぶ。
　その後また逆方向に移動し逆方向のストローク端である－５０ｍｍ（第２所定位置）（図２，４Ａ－４Ｃ中にＰ２で示す）まで移動して再び停止する。ここまでの移動を以下、第２の移動（図３（Ｂ）参照）とよぶ。次にマグネットは反対方向の順方向に移動し順方向のストローク端である＋５０ｍｍ位置（第３所定位置、図２，４Ａ－４Ｃ中にＰ３で示す）まで移動して停止する。ここまでの移動を以下、第３の移動（図４Ｃ参照）とよぶ。ここまでが９秒で１周期分になる。第３の移動が終了した後にマグネット７が停止する位置（Ｐ３）は第１の移動の開始位置（Ｐ０）である。マグネット７は、この第１から第３の移動を所定周期（本実施形態では９秒周期）で繰り返す。第１、第２、第３の移動の際にそれぞれ停止する時間は等しい。
　図３は図２のマグネットの動きの１周期分の速度変化を表した速度線図である。横軸は時間、縦軸はカソードに対するマグネットの速度Ｖｍｃを表し、速度の向きは基板搬送方向である順方向を負に、逆方向を正にとっている。また、図３中でマグネット７が停止（速度がゼロ）する位置には、図２中の位置に対応する符号（Ｐ０～Ｐ３）を記載した。マグネット７は初期位置（位置Ｐ０）から逆方向に、一定時間の間、等加速度で加速しその後逆方向に等速で移動し、次に逆方向に等加速度で減速し速度はゼロとなり、位置Ｐ１で停止する。ここまでの速度線図の形は台形を示している。本実施形態では一般に台形駆動（台形制御）といわれる速度制御を採用している。モーター駆動の制御方法として一般的な方法である。ここまでの速度制御によってマグネットは図２に示す初期位置（位置Ｐ０）の順方向のストローク端の＋５０ｍｍ位置からストローク中心の０ｍｍ位置（第１所定位置、位置Ｐ１）まで移動したことになる。この後一定時間停止するため速度は０ｍｍ／ｓに保たれる。ここまでが第１の移動である。
　次にこれまでの速度変化と同様に逆方向の加速、等速、減速の台形駆動と停止を繰り返す。ここまでで図２に示す逆方向のストローク端から－５０ｍｍ位置（第２所定位置、位置Ｐ２）まで移動したことになる。ここまでが第２の移動である。次に順方向（図３では正の速度）に加速、等速、減速の台形駆動と停止（第３所定位置、位置Ｐ３）を行う。ただし順方向の等速の速度や等速の時間は逆方向のものと異なる。等速の速度の絶対値は逆方向より小さくなり、等速の時間は長くなる。ここまでが第３の移動である。なお、本実施形態では、第３の移動を終了した位置（位置Ｐ３）は第１の移動の開始位置（位置Ｐ０）と一致する。
　ここまでは１つのマグネトロンスパッタユニットのマグネット７の動きの例を示したが、図５に３つのマグネトロンスパッタユニットのマグネット７の動きの例を示す。第１のマグネトロンスパッタユニット１０ａのマグネット７ａが最初に動き出し、周期９秒で動き続ける。第２のマグネトロンスパッタユニット１０ｂのマグネット７ｂがここでは５秒後に遅れて動き出し、周期９秒で同様に動き続ける。さらに第３のマグネトロンスパッタユニット１０ｃのマグネット７ｃがここでは１０秒後に遅れて動き出し、周期９秒で同様に動き続ける。それぞれのマグネトロンスパッタユニット１０のマグネット７はこのように時間をずらして動き続ける。マグネット７ｂ，７ｃが動き出す時間のずれについては後で説明する。
　次にマグネトロンスパッタユニット１０のマグネット７の動きの制御方法を説明する。はじめに本実施形態で基板上の搬送方向の膜厚を均一にするための考え方を説明する。マグネトロンスパッタユニット１０のマグネット７は、カソード６の搬送方向の中心位置の前後で往復移動を行う。一方、基板１もマグネット７の往復移動中、搬送方向に一定速度（定速）で移動している。図６は、任意の１つのマグネトロンスパッタユニット１０について、搬送される基板を基準とするマグネット７の相対速度と膜厚を表す模式図である。
　図６は、基板上の膜厚とマグネット７の速度の関係を説明するための模式図であり、図６の上段に、基板を基準としてマグネット７の相対的な速度を、マグネット７の基板に対する相対速度Ｖｍｓとして表し、図６の下段には、上段の横軸に対応する基板上の位置に形成される膜厚を模式的に表した。図６の横軸は基板搬送方向の基板上の位置である。なお、実際のスパッタリング成膜装置では、基板は、図６の紙面上の右から左方向に一定速度で搬送されており、ここでは便宜上、基板を固定して見ているためマグネット７は基板に対して常に左から右方向に速度を変えながら移動する。このマグネット７の基板に対する相対速度Ｖｍｓは図６では右方向を正にとってグラフにしている。
　図６中に記載したＡおよびＢの範囲はマグネット７が基板搬送方向の逆方向に移動している範囲を表し、マグネット７の基板に対する相対速度は比較的速い領域である。Ｃの範囲はマグネット７が基板搬送方向（順方向）に移動している範囲を表し、マグネット７の基板に対する相対速度は比較的遅い領域である。またＡ’、Ｂ’、Ｃ’はマグネットが停止している領域を示している。各範囲の和、Ａ＋Ａ’＋Ｂ＋Ｂ’＋Ｃ＋Ｃ’が、マグネット７が１周期の往復移動をする間に基板が進む距離を表している。
　図６中のＡおよびＢに対応する基板上の範囲には比較的薄い膜が堆積し、図６中のＣに対応する範囲に対しては比較的厚い膜が堆積する。これはカソードに供給されるＤＣ電力が一定のためターゲットから放出されるスパッタ原子の密度が一定であり、またスパッタ原子の放出位置はマグネット７の位置に対応した位置であることによる。したがって基板上にはマグネット７の基板に対する相対速度に反比例した膜厚が堆積することになる。
　ただし、基板上の膜厚変化はマグネット７の基板に対する相対速度の変化のように急激に変化することはなく図６の下の図に示すようになだらかに変化する。これはターゲットから放出されるスパッタ原子はマグネット７の幅程度の領域からスパッタされるので、放出されるスパッタ原子の分布はなだらかであることと、ターゲットと基板の間の距離をスパッタ原子が飛来する間にある程度広がりを持つためである。
　ここで重要なことは、Ａ、Ｂ、Ｃ各範囲に対応して基板上に成膜される基板搬送方向の長さがそれぞれ同じになるようにマグネット７のカソードに対する移動速度と基板の搬送速度を調整していることである。またＡ’、Ｂ’、Ｃ’各範囲に対応して基板上に成膜される基板搬送方向の距離もそれぞれ同じである。成膜される長さ（基板搬送方向の距離）を同じにすることでこの後に説明する第２、第３のマグネトロンスパッタユニットによる成膜により積層された膜厚を搬送方向で均一にすることができる。
　図７には基板を基準にして３つのマグネトロンスパッタユニットのマグネット７を見たときのマグネット７の基板に対する相対速度Ｖｍｓをそれぞれ示す。横軸の基板上の位置は３つのグラフで揃えて示している。第１のマグネトロンスパッタユニット１０ａのマグネット７ａの相対速度Ｖｍｓは図６と同じである。第２のマグネトロンスパッタユニット１０ｂのマグネット７ｂは第１のマグネトロンスパッタユニット１０ａのマグネット７ａに対して基板上の位置でＡ＋Ａ’の距離だけずらして同じ繰り返し移動をしている。第３
のマグネトロンスパッタユニット１０ｃのマグネット７ｃは第１のマグネトロンスパッタユニット１０ａのマグネット７ａの動きに対して基板上の位置でＡ＋Ａ’＋Ｂ＋Ｂ’の距離だけずらして同じ繰り返し移動をしている。言い換えると、マグネット７は所定の周期の繰り返し移動をしており、基板を基準とすると、マグネット７ｂはマグネット７ａに対して任意の一方向に１／３周期ずれており、マグネット７ｃはマグネット７ａに対して一方向に２／３周期（又は逆方向に１／３周期）ずれている。
　このようにすると、図７中の領域Ａに対応する基板上の領域（領域Ａ）は、第１のマグネトロンスパッタユニット１０ａではマグネット７ａと基板の相対速度が比較的速い状態で成膜され、第２のマグネトロンスパッタユニット１０ｂではマグネット７ｂと基板の相対速度が比較的遅い状態で成膜され、第３のマグネトロンスパッタユニット１０ｃではマグネット７ｃと基板の相対速度が比較的速い状態で成膜される。図７中のＢとＣの領域も同様に、３つのマグネトロンスパッタユニットのうち２つでマグネットとの相対速度は比較的速い状態で成膜され、１つでマグネットの相対速度は比較的遅い状態で成膜されることになる。このようなマグネットの相対速度で成膜すると各領域には比較的薄い膜が２回、比較的厚い膜が１回成膜される。したがってＡ、Ｂ、Ｃそれぞれの領域では３つのマグネトロンスパッタユニットにより積層された膜厚は同じとなる。
　上記ではマグネットがカソードに対して等速移動中で相対速度が一定の部分について述べたがＡ、Ｂ、Ｃ各領域にはマグネットの加速領域と減速領域が各領域の両端に存在する。この部分も３つのマグネトロンスパッタユニットで考えると２つの比較的相対速度の速い領域と１つの比較的相対速度の遅い領域が同じ基板上の位置で重なるようになっている。このためこの加速領域、減速領域の部分も含めてＡ、Ｂ、Ｃそれぞれの領域での３つのマグネトロンスパッタユニットにより積層された膜厚は同じとなる。
　次にマグネット７がカソードに対して停止した状態で成膜する図７の領域Ａ’、Ｂ’、Ｃ’について説明する。領域Ａ’、Ｂ’、Ｃ’での膜厚は、上述したＡ、Ｂ、Ｃの領域でのマグネット７が基板搬送方向に移動しているときに基板に成膜される膜厚（比較的厚い膜厚）と、マグネット７が逆方向に移動しているときに基板に成膜される膜厚（比較的薄い膜厚）との中間の膜厚になる。もちろん、領域Ａ’、Ｂ’、Ｃ’で基板上に成膜される膜厚は同じとなる。３つのマグネトロンスパッタユニットでこの領域Ａ’、Ｂ’、Ｃ’は同じ膜厚で基板上に３層の積層をされる。後に説明する計算式により得られるマグネット７の動きで制御することで、この領域Ａ’、Ｂ’、Ｃ’を通って３層に積層された膜厚は、Ａ、Ｂ、Ｃの領域を通って３層に積層された膜厚と同じになることがわかっている。
　以上が本実施形態の成膜方法及び成膜装置の制御方法の考え方である。すなわちＡ、Ｂ、Ｃの領域で成膜される基板上の長さを同じにする。Ａ’、Ｂ’、Ｃ’の領域で成膜される基板上の長さを同じにする。基板上でＡ＋Ａ’の領域で成膜される長さだけ、基板上での成膜位置が進むように、３つのマグネトロンスパッタユニットのマグネット７の動き（位相）をそれぞれずらす。
　もう少し具体的にいうと、成膜の際、第１の移動の間に基板に成膜される第１の膜と、第２の移動の間に基板に成膜される第２の膜と、第３の移動の間に基板に成膜される第３の膜とはそれぞれ異なるマグネトロンスパッタユニット（ターゲット）によって行われる。このとき、基板搬送速度とマグネット７の移動タイミングを合わせることで、一つのターゲットから成膜された第１の膜と、他のターゲットから成膜された第２の膜と、残りのターゲットから成膜された第３の膜とが基板上で重なるように成膜する。そして、第１，第２，第３の移動のそれぞれでマグネット７が停止しているときに堆積された部分が基板上で重なるように制御される。このような成膜方法により、成膜室１００の３つのターゲット４ａ，４ｂ，４ｃの前面（下側）を通過した後の基板には均一な厚さの膜が形成されることになる。
　次にマグネトロンスパッタユニット１０のマグネット７の制御方法について説明する。図８はマグネトロンスパッタユニットのマグネット７のカソード６に対する速度を説明したものである。横軸は時間で、１周期分を示している。縦軸はマグネット７のカソード６に対する速度Ｖｍｃで、逆方向の速度を正としている。マグネット７の速度制御は２つの同じ形の逆方向移動の台形駆動と１つの順方向移動の台形駆動、および各台形駆動後の停止より成っている。往復移動の周期をＴ、ストローク（片道）をＬ、マグネット７の加速時間をＴａｃｃ１、減速時間をＴａｃｃ２とする。ここでは３つの台形駆動の加速時間、および３つの台形駆動の減速時間はそれぞれ等しいとしている。また、マグネット７が３箇所で停止するがその停止時間Ｔｓｅｗも等しいとする。これらの値は通常マグネトロンスパッタ装置の構成や成膜の要求から決まるものである。
　ここで求めたいのは逆方向移動時の等速移動の速度Ｖｂとその時間Ｔｂ、順方向（基板搬送方向）移動時の等速移動の速度Ｖｆとその時間Ｔｆである。なお、逆方向移動時の等速移動の時間Ｔｂは二つの台形駆動に対するもので、ひとつの台形駆動ではＴｂ／２としている。また順方向移動時の等速移動の速度Ｖｆは正となるようにとっている。図中では－Ｖｆで表している。マグネット７は最初、順方向のストローク端（初期位置）で停止している。そこから、逆方向に時間Ｔａｃｃ１の間等加速度で加速する。その後逆方向の等速移動を時間Ｔｂ／２だけ行う。このときの速度がＶｂである。その後等加速度で時間Ｔ
ａｃｃ２だけ減速し速度が０になったところで、時間Ｔｓｅｗ間、停止し続ける。この間にカソード６に対して移動した距離は図７の最初の（一番左の）台形の面積になる。なお後述するが、マグネット７のカソード６に対する順方向の速度Ｖｆは基板搬送速度Ｖｔより小さい速度に設定されている。
　次に同様に逆方向に台形駆動で移動し逆方向側のストローク端に達して停止し、さらにＴｓｅｗだけ停止し続ける。ここでもマグネット７はカソード６に対して同じ距離を移動する。この２つの台形駆動により移動する距離はストロークＬと等しくなければならない。ひとつの台形駆動による移動距離はＬ／２なので、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
である。ここでＴａｃｃは加速時間Ｔａｃｃ１と減速時間Ｔａｃｃ２の平均で
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
である。
　次にマグネット７は順方向に、時間Ｔａｃｃ１の間、等加速度で加速する。その後、順方向の等速移動を時間Ｔｆだけ行う。このときの速度がＶｆである。その後、等加速度で時間Ｔａｃｃ２だけ減速し速度が０になったところで、時間Ｔｓｅｗ間、停止し続ける。このときマグネット７は順方向ストローク端（初期位置）に戻っている。この順方向移動の間にカソード６に対して移動した距離は図７の最後の（一番右の）台形の面積になりストロークＬと等しくなければならないので、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
となる。周期Ｔから停止時間Ｔｓｅｗを引いた時間をＴ’と定義する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
１周期の間の各移動中の時間を足すと
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
となる。
　次に、図９に基づいてマグネットの基板に対する相対速度について説明する。図９の横軸は時間であり、図８と同じく往復移動の１周期分を示している。縦軸はマグネットの基板に対する相対速度Ｖｍｓで、基板搬送方向の逆方向を正として表している。基板の搬送速度をＶｔとするとマグネットの基板に対する相対速度Ｖｍｓはカソードに対する速度ＶｍｃにＶｔを足せばよいので、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
と表せる。従って、図８のグラフを縦軸方向にＶｔだけ平行移動すると図９の相対速度のグラフになる。マグネット７がカソード６に対して逆方向に等速移動しているときの基板に対する相対速度はＶｔ＋Ｖｂとなり、順方向に等速移動しているときの基板に対する相対速度はＶｔ－Ｖｆ（Ｖｆは正）となる。またマグネット７がカソード６に対して停止しているときの基板に対する相対速度はＶｔなる。
　図８中の最初（左側）の台形駆動によりマグネット７が基板に対して移動する距離は図９のａで示した部分の面積（台形部分とその下の長方形部分の面積の合計）になる。このａで表された距離が図５で示したＡでの相対移動距離と同じになる。同様に図８中の２つ目（中央）の台形駆動によりマグネット７が基板に対して移動する距離は図９のｂで示した斜線の面積になる。このｂで表された距離が図６で示したＢの相対距離と同じになる。図８中の最後（右側）の台形駆動によりマグネット７が基板に対して移動する距離は図８のｃで示した斜線の面積になる。このｃで表された距離が図６で示したＣでの相対移動距離と同じになる。これらａ，ｂ，ｃの面積はそれぞれ等しくなければならない。したがって次の式が成り立たなければならない。なお、台形部分の面積はストロークＬと等しいためＬを使って表している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　以上の（１）～（４）式を連立して解くことで、マグネット７の逆方向移動時の等速移動の速度Ｖｂとその時間Ｔｂ、順方向移動時の等速移動の速度Ｖｆとその時間Ｔｆは以下のように表せる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
これですべての値がわかったのでマグネトロンスパッタユニット１０のマグネット７の往復移動の制御が可能となる。
　例として以下の条件の場合に（５）～（８）式で計算した結果を示す。基板搬送速度Ｖｔ＝３３．３３ｍｍ／ｓ、周期Ｔ＝９秒、ストロークＬ＝１００ｍｍ、加速時間Ｔａｃｃ１と減速時間Ｔａｃｃ２をともに０．３秒、停止時間Ｔｓｅｗ＝０．４秒のときの計算結果は以下のとおりである。
マグネット７の逆方向移動時の等速移動の速度　Ｖｂ＝６２．５ｍｍ／ｓ、
その時間　Ｔｂ＝１．０ｓ、
マグネット７の順方向移動時の等速移動の速度　Ｖｆ＝１８．８７ｍｍ／ｓ、
その時間　Ｔｆ＝５．０ｓ、
このときのマグネット７の動きと速度は図２、図３で示したものである。
　本実施形態において、マグネット７のカソード６に対する順方向の速度Ｖｆは基板搬送速度Ｖｔより小さい、つまりマグネット７は基板を追い越さないことを前提条件としている。その条件は（５）～（８）式がすべて正でなければならないということから明示できる。この中で（７）式のＴｂ＞０が成り立てば（５）～（８）式はすべて正になる。従って、速度Ｖｆは基板搬送速度Ｖｔより小さいという条件を満たすためには、周期Ｔに対して以下の式が成り立つ。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
周期Ｔにはある下限があってそれより大きい値で設定する必要がある。周期Ｔを大きくすることはマグネット７の移動速度Ｖｆを遅くすることで、マグネット７の駆動機構の負荷は小さくなるため機構上の問題は生じない。
　次に、基板上に堆積する膜厚が少なくとも搬送方向で均一になることを、式を使って説明する。図７の基板上のＡ、Ｂ、Ｃの範囲はマグネット７が移動しながら成膜している範囲である。領域Ａ、Ｂ、Ｃからなる３つの範囲ではそれぞれ（厚い膜）１回と（薄い膜）２回の積層をすることを示している。ここで（薄い膜）とはマグネット７がカソード６に対して逆方向に移動しながら成膜する部分で基板に対する相対速度は（Ｖｔ＋Ｖｂ）である。膜厚は相対速度に反比例するので比例定数をＤとすると（薄い膜）の膜厚は、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
で表せる。
　次に（厚い膜）とはマグネット７がカソード６に対して順方向に移動しながら成膜する部分で基板に対する相対速度は（Ｖｔ－Ｖｆ）である（ただしＶｆ＞０）。（厚い膜）の膜厚は同様の比例定数Ｄを使用すると
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
で表せる。Ａ、Ｂ、Ｃ範囲の（厚い膜）１回と（薄い膜）２回の積層された膜厚は
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
となる。上式に（５）、（６）式を代入すると
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000014
となる。これはマグネット７の基板に対する相対速度がＶｔで３回積層したときの膜厚を意味している。つまり図７のＡ’、Ｂ’、Ｃ’の範囲のマグネットが停止しているときの膜厚を３層積層したものと同じである。
　このことから、図７のＡ、Ｂ、Ｃの範囲とＡ’、Ｂ’、Ｃ’の範囲の膜厚は等しく、基板上に堆積する膜厚が少なくとも搬送方向で均一になることを示している。以上がマグネトロンスパッタユニットのマグネットの速度制御方法である。３つのマグネトロンスパッタユニットのマグネットは同様の速度制御方法で動き続けるがそれぞれは時間のずれをもって動いている。以下では時間のずれについて説明する。
　図１０に３つのマグネトロンスパッタユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃのマグネット７ａ，７ｂ，７ｃの動き出す時間の説明を示す。第１のマグネトロンスパッタユニット１０ａのマグネット７ａが動き出す時間を０秒としている。第２のマグネトロンスパッタユニット１０ｂのマグネット７ｂが動き出す時間はＴｗ１２、第３のマグネトロンスパッタユニット１０ｃのマグネット７ｃが動き出す時間はＴｗ１３とする。これらの時間を待機時間と呼ぶことにしこれらを求める。
　まず３つのマグネトロンスパッタユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃのカソード中心が基板搬送方向の同じ位置に重なって配置されていると仮定して待機時間を考える。図６で示したように第２のマグネトロンスパッタユニット１０ｂのマグネット７ｂは第１のマグネトロンスパッタユニット１０ａのマグネット７ａと基板上でＡ＋Ａ’の距離だけずれた状態で基板に対応する。これはマグネットが１周期の１／３の時間だけ遅れて動き出したことに相当する。１周期を３６０°とするとその１／３は１２０°となりこれを位相差θ１２と呼ぶことにする。つまりこの場合の待機時間Ｔｗ１２は、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000015
となる。同様に第３のマグネトロンスパッタユニット１０ｃのマグネット７ｃの位相差θ１３は２４０°である。一般に第ｎのマグネトロンスパッタユニットのマグネットの位相差をθ１ｎとすると第ｎのマグネトロンスパッタユニットのマグネットのスレイブ待機時間Ｔｗ１ｎは
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000016
となる。
　実際には３つのマグネトロンスパッタユニットのカソード中心が同じ位置にあることはないので次にカソード中心位置が異なる場合について考える。図１１に３つのマグネトロンスパッタユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃのカソード中心間の基板搬送方向の距離を示す。基板は搬送速度Ｖｔで図では右方向に移動しているとする。第１のマグネトロンスパッタユニット１０ａのカソード中心と第２のマグネトロンスパッタユニット１０ｂのカソード中心の距離をＸ１２、第１のマグネトロンスパッタユニット１０ａのカソード中心と第３のマグネトロンスパッタユニット１０ｃのカソード中心の距離をＸ１３とする。一般に第１のマグネトロンスパッタユニット１０ａのカソード中心と第ｎのマグネトロンスパッタユニットのカソード中心の距離をＸ１ｎとする。この距離を基板が移動するのに要する時間はＸ１ｎ／Ｖｔなので待機時間Ｔｗ１ｎは
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000017
となる。
　さらにマグネットは周期Ｔで動き続けるので待機時間は周期Ｔだけずれても基板に対する位置関係は変わらない。従って、第ｎのマグネトロンスパッタユニットの待機時間Ｔｗ１ｎは
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000018
と表せる。ここでｍは任意の整数である。整数ｍは適当に決めてよいが、本実施形態では右辺第１項，第２項の
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000019
を周期Ｔで割った余りを待機時間Ｔｗ１ｎとして採用している。こうすると最短の待機時間で全マグネトロンスパッタユニットのマグネットを動かすことができ、スパッタ成膜の準備が早くできる。
　次に本スパッタ成膜方法を用いた場合の基板上の膜厚分布について説明する。図１２に基板上に堆積した膜の搬送方向の分布を示す。膜厚は実際の装置のターゲットのエロージョン測定値を用いてシミュレーションにより求めた。基板は搬送方向に十分に長いとした。実際の装置、成膜条件は以下のとおり。マグネット７の搬送方向の長さは２００ｍｍ、ターゲット４の搬送方向の長さは３００ｍｍ、ターゲット４と基板の距離は７５ｍｍである。ターゲット４はＡｌでプロセスガスとしてＡｒを圧力０．１Ｐａで成膜した。
　以下は計算条件（図２、図３で示したもの）である。第１のマグネトロンスパッタユニット１０ａのカソード中心と第２のマグネトロンスパッタユニット１０ｂのカソード中心の基板搬送方向の距離Ｘ１２＝３００ｍｍ、第１のマグネトロンスパッタユニット１０ａのカソード中心と第３のマグネトロンスパッタユニット１０ｃのカソード中心の基板搬送方向の距離Ｘ１３＝６００ｍｍとした。基板搬送速度Ｖｔ＝３３．３３ｍｍ／ｓ、周期Ｔ＝９秒、ストロークＬ＝１００ｍｍ、加速時間Ｔａｃｃ１と減速時間Ｔａｃｃ２をともに０．３秒、停止時間Ｔｓｅｗ＝０．４秒。
　図１２には各マグネトロンスパッタユニットによる基板上の膜厚がグラフの下のほうに３本の線で表されている。各膜厚は比較的厚い領域が薄い領域よりやや長くなっている。それぞれの基板上での周期はＶｔ・Ｔ＝３００ｍｍである。これらが基板上で１００ｍｍずつずれて膜として堆積している。上の方の太線は３つのマグネトロンスパッタ装置により積層された膜厚であり、下の３本の膜厚を合計したものである。積層した膜厚はほぼ均一となる。以下の膜厚分布の計算式を用いると膜厚分布は±０．０２％となる。なお、膜厚分布計算式は以下である。
　膜厚分布（±％）＝（最大値－最小値）／（最大値＋最小値）×１００
　次に他の条件で本スパッタ成膜方法を用いた場合の基板上の膜厚分布について図１３で説明する。図１１の条件で周期Ｔのみ６０秒に変更した。各マグネトロンスパッタ装置による基板上の膜厚がグラフの下のほうに３本の線で表されている。各膜厚は比較的薄い領域が厚い領域より長くなっている。その比は２：１に近い。それぞれの基板上での周期はＶｔ・Ｔ＝２０００ｍｍである。これらが基板上で６６６．７ｍｍずつずれて膜として堆積している。上の方の太線は３つのマグネトロンスパッタ装置により積層された膜厚であり、下の３本の膜厚を合計したものである。積層した膜厚はほぼ均一となる。膜厚分布の計算式を用いると膜厚分布は±０．００％となる。
　上述の実施形態では３つのマグネトロンスパッタユニットを備えるスパッタリング装置を中心に説明したが、４つ以上のマグネトロンスパッタユニットを備える場合でも本発明を適用できる。例えば４つのマグネトロンスパッタユニットを備える場合は、マグネット７の周期を４つに分けて動かすことになる。すなわち、それぞれのマグネット７を、以下の第１～４の移動で一周期となるように駆動する。すなわち、順方向のストローク端から逆方向に移動させた後に第１所定位置に停止させる第１の移動と、第１の移動後の停止位置から逆方向の第２所定位置まで移動させた後に停止させる第２の移動と、第２所定位置から逆方向のストローク端まで移動させた後に停止させる移動（第４の移動）と、逆方向のストローク端から基板搬送方向（順方向）のストローク端まで移動させた後に停止させる第３の移動と、を行うように各マグネットを駆動する。
　そして、成膜の際、第１の移動の間に基板に成膜される第１の膜と、第２の移動の間に基板に成膜される第２膜と、第３の移動の間に基板に成膜される第３の膜と、第２と第３の移動の間に行われる移動（第４の移動）の間に基板に成膜される第４膜とはそれぞれ異なるマグネトロンスパッタユニット（ターゲット）によって行われる。さらに、第１の膜、第２の膜、第３の膜、第４の膜が基板上で重なるように制御されることで基板上の成膜層の膜厚が均一になる。このとき、第１～第４の移動の際に形成される膜の順方向の長さはいずれも等しくなるように、制御部によって制御される。同様に、５つのマグネトロンスパッタユニットを備える場合は、マグネット７の周期を５つに分けて動かし、６つのマグネトロンスパッタユニットを備える場合は、マグネット７の周期を６つに分けて動かすとよい。
１　基板
２　チャンバー
３　搬送ローラー
４　ターゲット
５，５ａ，５ｂ，５ｃ　ターゲットシールド
６，６ａ，６ｂ，６ｃ　カソード
７，７ａ，７ｂ，７ｃ　マグネット
８，８ａ　カソード絶縁部
９，９ａ，９ｂ，９ｃ　カソード隔壁（ターゲット保持部）
１０，１０ａ、１０ｂ、１０ｃ　マグネトロンスパッタユニット
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ　マグネット移動部
２１　基板駆動装置
２５　制御部
１００　成膜室
　本発明は上記実施の形態に制限されるものではなく、本発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、本発明の範囲を公にするために、以下の請求項を添付する。
　本願は、２０１２年６月８日提出の日本国特許出願特願２０１２－１３１１３２を基礎として優先権を主張するものであり、その記載内容の全てを、ここに援用する。

Claims (14)

  1. 　真空容器と、
    　前記真空容器内で基板を搬送するための基板搬送部と、
    　前記基板搬送部によって搬送される前記基板に対して順次に成膜を行うためのターゲットを保持するべく、前記基板の搬送方向に配列された少なくとも３つのターゲット保持部と、
    　それぞれの前記ターゲット保持部の裏側に配置されたマグネット部と、
    　前記マグネット部を駆動するマグネット駆動部と、
    　前記ターゲット保持部に前記ターゲットを保持させ成膜を行う際、それぞれの前記マグネット部を、前記搬送方向のストローク端から前記搬送方向とは逆方向に移動させて第１所定位置に停止させる第１の移動と、前記第１の移動後に前記第１所定位置から前記逆方向に移動させて第２所定位置に停止させる第２の移動と、前記逆方向のストローク端から前記搬送方向に移動させて前記搬送方向のストローク端に停止させる第３の移動とを所定周期で実行するとともに、前記第１、第２、第３の移動のそれぞれにおいて、前記基板が前記マグネット部に対して前記搬送方向に相対的に移動する距離が等しくなるように前記基板搬送部及び前記マグネット駆動部を制御する制御部と、を備えることを特徴とするスパッタリング装置。
  2. 　前記基板が定速で搬送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. 　前記制御部は、任意の１つの前記マグネット部が前記第１の移動をする間に前記任意の１つのマグネット部に対応する前記ターゲットによって前記基板上に堆積される第１の膜と、他の１つの前記マグネット部が前記第２の移動をする間に前記他の１つのマグネット部に対応する前記ターゲットによって前記基板上に堆積される第２の膜と、さらに他の１つの前記マグネット部が前記第３の移動をする間に前記さらに他の１つのマグネット部に対応する前記ターゲットによって前記基板上に堆積される第３の膜とが前記基板上で重なるように制御することを特徴とする請求項１又は２に記載のスパッタリング装置。
  4. 　前記第１の移動、前記第２の移動、前記第３の移動のそれぞれの行程において、前記マグネット部が停止する時間は等しいことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のスパッタリング装置。
  5. 　前記制御部は、前記第１の膜、前記第２の膜、前記第３の膜のうち、それぞれの前記マグネット部を停止させている間に堆積された部分が前記基板上で重なるように制御することを特徴とする請求項３に記載のスパッタリング装置。
  6. 　前記第２所定位置は前記逆方向のストローク端であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のスパッタリング装置。
  7. 　前記第１の移動又は前記第２の移動の際の前記マグネット部の移動速度と、前記第３の移動の際の前記マグネット部の移動速度とが異なるように制御されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のスパッタリング装置。
  8. 　真空容器と、
    　前記真空容器内で基板を搬送するための基板搬送部と、
    　前記基板搬送部によって搬送される前記基板に対して順次に成膜を行うためのターゲットを保持するべく、前記基板の搬送方向に配列された少なくとも３つのターゲット保持部と、
    　それぞれの前記ターゲット保持部の裏側に配置されたマグネット部と、
    　前記マグネット部を駆動するマグネット駆動部と、を備えたスパッタリング装置を用いるスパッタリング成膜方法であって、
    　前記ターゲット保持部に前記ターゲットを保持させ成膜処理を行う際、それぞれの前記マグネット部を、前記搬送方向のストローク端から前記搬送方向とは逆方向に移動させて第１所定位置に停止させる第１の移動と、前記第１の移動後に前記第１所定位置から前記逆方向に移動させて第２所定位置に停止させる第２の移動と、前記逆方向のストローク端から前記搬送方向に移動させて前記搬送方向のストローク端に停止させる第３の移動とを所定周期で実行するとともに、前記第１、第２、第３の移動のそれぞれにおいて、前記基板が前記マグネット部に対して前記搬送方向に相対的に移動する距離が等しいことを特徴とするスパッタリング成膜方法。
  9. 　前記基板が定速で搬送されることを特徴とする請求項８に記載のスパッタリング成膜方法。
  10. 　任意の１つの前記マグネット部が前記第１の移動をする間に前記任意の１つのマグネット部に対応する前記ターゲットによって前記基板上に堆積される第１の膜と、他の１つの前記マグネット部が前記第２の移動をする間に前記他の１つのマグネット部に対応する前記ターゲットによって前記基板上に堆積される第２の膜と、さらに他の１つの前記マグネット部が前記第３の移動をする間に前記さらに他の１つのマグネット部に対応する前記ターゲットによって前記基板上に堆積される第３の膜とが前記基板上で重なることを特徴とする請求項８又は９に記載のスパッタリング成膜方法。
  11. 　前記第１の移動、前記第２の移動、前記第３の移動のそれぞれの行程において、前記マグネット部が停止する時間は等しいことを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１項に記載のスパッタリング成膜方法。
  12. 　前記第１の膜、前記第２の膜、前記第３の膜のうち、それぞれの前記マグネット部を停止させている間に堆積された部分が前記基板上で重なるように制御されることを特徴とする請求項１１に記載のスパッタリング成膜方法。
  13. 　前記第２所定位置は前記逆方向のストローク端であることを特徴とする請求項８乃至１２のいずれか１項に記載のスパッタリング成膜方法。
  14. 　前記第１の移動又は前記第２の移動の際の前記マグネット部の移動速度と、前記第３の移動の際の前記マグネット部の移動速度とが異なるように制御されることを特徴とする請求項８乃至１３のいずれか１項に記載のスパッタリング成膜方法。
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