WO2014024344A1 - スパッタリング装置 - Google Patents

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WO2014024344A1
WO2014024344A1 PCT/JP2013/001605 JP2013001605W WO2014024344A1 WO 2014024344 A1 WO2014024344 A1 WO 2014024344A1 JP 2013001605 W JP2013001605 W JP 2013001605W WO 2014024344 A1 WO2014024344 A1 WO 2014024344A1
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magnet
substrate
unit
film
speed
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PCT/JP2013/001605
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Inventor
雅夫 佐々木
Original Assignee
キヤノンアネルバ株式会社
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
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    • C23C14/35—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering
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    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/56—Apparatus specially adapted for continuous coating; Arrangements for maintaining the vacuum, e.g. vacuum locks
    • C23C14/562—Apparatus specially adapted for continuous coating; Arrangements for maintaining the vacuum, e.g. vacuum locks for coating elongated substrates

Definitions

  • the present invention relates to a sputtering apparatus.
  • the present invention relates to a sputtering apparatus that is implemented by a substrate transport type continuous sputtering film forming apparatus including a plurality of sputtering units, and that sequentially forms films on a substrate by a sputtering action while reciprocating a magnet in each sputtering unit.
  • an in-line continuous sputter film forming apparatus of a substrate transfer type in which a plurality of sputter units are arranged side by side is known.
  • the substrate is continuously transferred to the vacuum chamber and passes through the sputtering chamber in which the sputtering unit is installed at a constant speed.
  • a film forming material released from a target provided in the sputtering unit while passing through the sputtering chamber is deposited on the substrate to form a film.
  • the film thickness at this time is determined by the power supplied to the cathode and the transport speed of the substrate.
  • the sputtering action occurs in the vicinity of the magnetic field generated on the target surface side.
  • a magnet magnetic circuit
  • sputtered atoms are emitted from a region corresponding to the position of the magnet.
  • the magnet is reciprocated to improve the utilization rate of the target and to reduce the area where the sputtered film reattaches to the target surface.
  • the film thickness distribution on the substrate alternately has thick regions and thin regions along the transport direction. The film thickness distribution becomes worse.
  • the methods for improving the film thickness distribution there is a method of operating the magnet at a high speed with respect to the substrate transport speed Vt.
  • the film distribution is made uniform in each sputtering unit by operating the magnet sufficiently fast with respect to the substrate transport speed.
  • a control method for making the film thickness distribution uniform by this method is referred to as “simple oscillation control”.
  • a method for improving the film thickness distribution a method is known in which the film thickness along the transport direction is made uniform using two sputtering units (see, for example, Patent Document 1).
  • the magnet swing of each sputtering unit is controlled in accordance with the substrate transport speed. That is, a film formed on the substrate by one sputtering unit is formed on the thick region formed on the substrate by one sputtering unit, and a thin film is formed by the other sputtering unit.
  • This is a method of averaging and improving the film thickness distribution in the transport direction by depositing a thick film on the thin region with the other sputtering unit.
  • This method is particularly effective when the substrate transport speed is high.
  • This method can lower the swing speed of the magnet as compared with “simple swing control”.
  • a control method for making the film thickness distribution uniform by this method is referred to as “two-magnet swing control”.
  • the film forming process is being changed in a short period of time in recent substrate transport type inline type continuous sputtering film forming apparatuses. If the conveyance speed is changed with the change of the film forming process, it is expected that the control method for improving the film thickness distribution needs to be changed.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a sputtering apparatus that can easily change the control method for improving the film thickness distribution.
  • a sputtering apparatus includes 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.
  • a vacuum container In order to hold, at least three target holding units arranged in the transport direction of the substrate, a magnet unit arranged on the back side of each target holding unit, a magnet driving unit for driving the magnet unit, and the target
  • a more uniform film thickness can be obtained from a plurality of methods for controlling the magnet driving unit according to the transport speed of the substrate and the number of targets used.
  • a selection unit that selects a method for obtaining the distribution.
  • a sputtering apparatus that can easily change the control method for improving the film thickness distribution.
  • it can be easily changed to a control method that can obtain the most uniform film thickness at the transport speed of the film formation process and the number of targets used.
  • a sputtering apparatus suitable for manufacturing a wide variety of products can be provided.
  • FIG. 1 is a schematic sectional drawing of the film-forming chamber of the sputtering device which concerns on the 1st Embodiment of this invention.
  • FIG. 3 is a velocity diagram showing a velocity change for one cycle of movement of the magnet of FIG. 2.
  • FIG. 6 is a relationship diagram between a film forming condition and a film thickness distribution in simple swing control. It is a schematic diagram of the movement of the magnet in the substrate transport direction in the two-magnet swing control.
  • FIG. 3 is a velocity diagram showing a velocity change for one cycle of movement of the magnet of FIG. 2.
  • FIG. 6 is a relationship diagram between a film forming condition and a film thickness distribution in simple swing control.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of the movement of the magnet in the substrate transport direction in the two-magnet swing control.
  • FIG. 6 is a velocity diagram showing a velocity change for one cycle of movement of the magnet of FIG. 5. It is a velocity diagram showing movement of two magnets in 2 magnet swing control. It is a schematic diagram showing the relative speed and film thickness of the magnet with respect to the substrate to be transported for any one sputter unit of 2-magnet swing control. It is a schematic diagram of the relationship between relative speed Vms with respect to a board
  • FIG. 1 It is a schematic diagram showing a range of a cycle T that can be selected with respect to the substrate transport speed Vt in each of simple swing control and two-magnet swing control. It is a schematic diagram showing a range of a cycle T that can be selected with respect to the substrate transport speed Vt in each of simple swing control and two-magnet swing control. It is a flowchart of the program which selects the control method of operation
  • 16 is a velocity diagram showing a velocity change for one cycle of movement of the magnet of FIG. 15. It is explanatory drawing of the positional relationship of three magnets 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 (sputtering apparatus) 100 applicable to the present invention.
  • a plurality of chambers such as a load lock chamber, a buffer chamber, a film formation chamber, and an unload lock chamber are connected via a gate valve to form a single substrate transfer type in-line continuous sputter film formation apparatus.
  • a gate valve to form a single substrate transfer type in-line continuous sputter film formation apparatus.
  • FIG. 1 only the film forming chamber is shown.
  • the film forming chamber is installed on a chamber 2 (vacuum container), a substrate transport unit for transporting the substrate 1 provided in the chamber 2 (vacuum container), and an upper portion of the chamber 2. It consists of two magnetron sputtering units (sputtering units) 10.
  • the substrate transport unit includes a transport roller 3 and a transport control device 21 that controls the transport 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 in the drawing.
  • the chamber 2 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).
  • a process gas for example, Ar gas
  • first and second sputtering units 10a and 10b are arranged from the upstream side in the substrate transport direction.
  • Each sputter unit 10a, 10b has the same configuration.
  • the sputtering apparatus 100 is drawn as a structure provided with two sputtering units, you may provide three or more sputtering units. When the sputtering apparatus 100 includes three or more sputter units, any two sputter units 10a and 10b are used.
  • the targets 4a and 4b included in the two sputter units 10a and 10b are made of the same material.
  • the cathode partition walls (target holding portions) 9a and 9b of the sputter units 10a and 10b are installed on the ceiling wall of the chamber 2 via the cathode insulating portions 8a and 8b.
  • Cathode partition walls 9a and 9b are provided with cathodes 6a and 6b to which power is supplied by a power supply device (not shown).
  • DC power is supplied to the cathodes 6a and 6b.
  • the targets 4a and 4b are bonded to the cathodes 6a and 6b by a method such as bonding, and the cathodes 6a and 6b and the targets 4a and 4b are fixed to the cathode partition walls 9a and 9b in an integrated state.
  • the cathodes 6a and 6b are sometimes called target back plates or backing plates.
  • a water channel (not shown) is provided inside the cathode for flowing a coolant for cooling the targets 4a and 4b.
  • the target shield 5a is covered so as to cover the target side surface, the cathodes 6a and 6b, and the exposed surfaces of the cathode partition walls 9a and 9b with a gap of 2 to 3 mm. , 5b are provided.
  • Magnets 7a and 7b (magnet portions) are respectively installed on the opposite sides (atmosphere side or back side) of the cathode partition walls 9a and 9b from the cathodes 6a and 6b.
  • the magnets 7a and 7b are composed of a flat yoke and a permanent magnet, and are composed of a central pole with the cathode side as the S pole and an outer peripheral pole with the cathode side as the N pole. Magnetic field lines created by the magnets 7a and 7b form two tunnel-like loops near the target surface. When discharged, a high density plasma is generated at the location of the magnetic field lines near the target surface.
  • ⁇ Erosion occurs on the target surface at a location corresponding to the high-density plasma determined by the magnet position. Sputter deposition is performed while moving the magnets 7a and 7b with respect to the targets 4a and 4b, thereby making it possible to improve target utilization by creating erosion with a uniform depth on the target surface.
  • the magnets 7a and 7b can be reciprocated in the conveying direction of the substrate 1 by magnet driving devices 11a and 11b (magnet driving units).
  • the magnet driving devices 11a and 11b are configured by a power transmission mechanism such as a motor or a ball screw (not shown), for example.
  • the motors (magnet drive devices 11a and 11b) for driving the magnet 7 are controlled by the magnet control device 22, and can move the magnets 7a and 7b to a designated position at a designated speed.
  • the speed control profile of the magnets 7a and 7b can be a trapezoidal drive consisting of acceleration, constant speed, and deceleration.
  • the magnets 7a and 7b can be driven to stop again from a 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.
  • control selection unit 25 selection unit
  • the control selection unit 25 includes a RAM in which a program for selecting a control method to be described later and a magnet control device 22 are stored, and is connected to a storage unit 27 and a transport control device 21 that store a plurality of methods for controlling the magnet drive unit. Has been.
  • a sputtering film forming method using the sputtering apparatus 100 will be described.
  • a process gas for example, Ar gas
  • Ar gas is introduced into the chamber 2 that is evacuated to a predetermined pressure, and the substrate 1 is transported at a constant transport speed (constant speed transport). Cooling water is supplied in advance to the water channels of the cathodes 6a and 6b.
  • the control selection unit 25 of the magnet control method either simple swing control or two-magnet swing control is selected in advance. The selection of the control method is mainly determined by the substrate conveyance speed, and the selection method will be described later.
  • the magnet drive device is controlled by either the simple swing control or the control method of the two-magnet swing control to reciprocate the magnets 7a and 7b in the transport direction of the substrate 1.
  • a constant DC power is applied to the cathodes 6a and 6b to perform magnetron sputtering film formation. When sputter deposition is performed in this manner, a uniform film is deposited on the substrate in the transport direction.
  • FIG. 2 shows an example of the movement of the magnet 7 (7a or 7b) in the simple swing control.
  • the horizontal axis of the graph represents time
  • the vertical axis represents the magnet position in the substrate transport direction with respect to the cathode 6 (6a or 6b)
  • the cathode center position is 0 mm
  • the forward direction being the substrate transport direction is positive
  • the reverse direction is negative.
  • the one-way distance of the reciprocating movement of the magnet 7 is called a stroke.
  • the stroke is 100 mm.
  • the magnet is at the +50 mm position which is the forward stroke end.
  • the magnet 7 moves in the reverse direction, moves to ⁇ 50 mm which is the stroke end in the reverse direction, and stops for a certain time.
  • the magnet 7 moves in the forward direction in the opposite direction, moves to the +50 mm position which is the stroke end in the forward direction, and stops for a certain time. This is one cycle, and thereafter this operation is repeated.
  • FIG. 3 is a velocity diagram showing the velocity change for one cycle of the movement of the magnet 7 in FIG.
  • the horizontal axis represents time
  • the vertical axis represents the velocity Vmc of the magnet 7 with respect to the cathode 6, and the direction of the velocity is positive in the forward direction, which is the substrate transport direction, and negative in the reverse direction.
  • the magnet 7 initially accelerates at a constant acceleration at time Tacc1 until it reaches the velocity Vb in the reverse direction. Thereafter, the motor moves in the reverse direction at a constant speed Vb (in FIG. 3, since the reverse direction is negative, ⁇ Vb), and then decelerates at a constant acceleration at time Tacc2 in the reverse direction to zero.
  • the shape of the velocity diagram so far shows a trapezoid.
  • speed control generally referred to as trapezoidal driving (also referred to as trapezoidal control) is employed.
  • Trapezoidal driving is a general method for controlling motor driving.
  • the speed control so far means that the magnet has moved from the +50 mm position at the forward stroke end of the initial position shown in FIG. 2 to the ⁇ 50 mm position at the stroke end in the reverse direction.
  • the speed is maintained at 0 mm / s because the motor stops.
  • trapezoidal drive of acceleration, constant speed (+ Vf), and deceleration is performed in the forward direction (shown as a positive speed in FIG. 3) and stopped for a fixed time Tse.
  • the forward direction is the same as the reverse direction.
  • FIG. 4 shows film forming conditions and film thickness distribution in the control method of simple oscillation control.
  • the vertical axis in FIG. 5 is the film thickness distribution along the substrate transport direction, and shows the film thickness distribution for Vt ⁇ T.
  • the following calculation formula film thickness distribution calculation formula was used for the film thickness calculation.
  • Film thickness distribution ( ⁇ %) (maximum value ⁇ minimum value) / (maximum value + minimum value) ⁇ 100
  • the two-magnet swing control is a control method in which the operation of the pair of magnets 7a and 7b and the conveyance of the substrate 1 are interlocked.
  • FIG. 5 shows an example of the movement of the magnet 7 (7a or 7b) in the substrate transfer direction in the two-magnet swing control
  • FIG. 6 shows the velocity diagram.
  • the stroke L (one way) of the reciprocating movement of the magnet 7 is 100 mm
  • the period T of the reciprocating movement is 9 seconds.
  • trapezoidal driving considering acceleration and deceleration of the magnet 7 is adopted. Also, it stops for a predetermined time at the stroke end.
  • the vertical axis in FIG. 5 is the magnet position, and the forward position, which is the substrate transport direction, is expressed as positive and the reverse direction is negative, with the center position of the cathode 6 (6a or 6b) being 0 mm.
  • the magnet 7 is at the +50 mm position (initial position) which is the stroke end in the forward direction.
  • the magnet 7 starts from here and moves in the reverse direction, and temporarily stops at the ⁇ 50 mm position which is the stroke end in the reverse direction.
  • the magnet 7 moves in the forward direction in the opposite direction, moves to the +50 mm position which is the stroke end in the forward direction, and stops. This is one cycle in 9 seconds. Thereafter, this operation is repeated.
  • the magnet 7 is controlled so that the moving speed in the reverse direction is fast and the moving speed in the forward direction is slow.
  • FIG. 6 is a velocity diagram showing the speed change for one cycle of the movement of the magnet 7 in FIG.
  • the horizontal axis represents time
  • the vertical axis represents the velocity Vmc of the magnet 7 with respect to the cathode 6, and the direction of the velocity is positive in the forward direction, which is the substrate transport direction, and negative in the reverse direction.
  • the magnet 7 initially accelerates in the reverse direction at a constant acceleration for a certain time, then moves in the reverse direction at a constant speed, decelerates in the reverse direction with the constant acceleration, and temporarily stops.
  • speed control generally referred to as trapezoidal driving is employed.
  • the speed control so far means that the magnet has moved from the +50 mm position at the forward stroke end of the initial position shown in FIG. 5 to the ⁇ 50 mm position at the reverse stroke end. Since it stops at a fixed time thereafter, the speed is maintained at 0 mm / s.
  • the magnet performs trapezoidal driving and stopping of acceleration, constant speed, and deceleration in the forward direction (positive speed in FIG. 6).
  • the forward constant velocity and the constant velocity time are different from the movement of the magnet 7 in the reverse direction.
  • the forward movement of the magnet 7 is smaller in absolute value of the constant speed and longer in the constant speed than the backward movement.
  • FIG. 7 shows an example of the movement of the magnets 7a and 7b of the two sputtering units 10a and 10b used for the two-magnet swing control.
  • the magnet 7a of the first sputter unit 10a starts to move first and continues to move in a cycle of 9 seconds.
  • the magnet 7b of the second sputter unit 10b starts to move after 5 seconds, and continues to move in the same manner at a period of 9 seconds.
  • the magnets 7a and 7b of the sputter units 10a and 10b continue to move at different times as described above.
  • the time for shifting is determined according to the conveyance speed of the substrate 1. The time lag will be described later.
  • FIG. 8 is a schematic diagram of the relative speed Vms (upper side) of the magnet 7 relative to the substrate 1 and the relationship (lower side) between the relative speed Vms of the magnet 7 and the film thickness in the two-magnet swing control. In both the upper and lower sides of FIG.
  • the horizontal axis is the position on the substrate in the substrate transport direction.
  • the substrate is transported at a constant speed from the left to the right on the paper surface of FIG. Always move from left to right while changing speed.
  • the relative speed Vms of the magnet 7 with respect to the substrate 1 is positive in the right direction in FIG.
  • Region B is a range in which the magnet 7 moves in the positive direction with respect to the cathode 6, and the relative speed of the magnet 7 with respect to the substrate 1 is a relatively slow region.
  • Regions A ′ and B ′ indicate a range where the magnet 7 is stopped. The sum of each range (A + A ′ + B + B ′) represents the distance that the substrate 1 moves relative to the magnet 7 while the magnet 7 reciprocates in one cycle.
  • a relatively thin film is deposited for the range corresponding to the region A where the relative speed of the magnet 7 is fast, and a relatively thick film is deposited for the range corresponding to the region B where the relative speed of the magnet is slow.
  • the amount of sputtered atoms emitted from the target 4 (4a or 4b) is constant because the DC power supplied to the cathode 6 is constant, and the sputtered atom emission position corresponds to the position of the magnet 7. by.
  • a film thickness inversely proportional to the relative speed of the magnet 7 with respect to the substrate 1 is deposited on the substrate.
  • 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 1, but changes gently as shown in the lower part of FIG. This is because the emission position of the sputtered atoms emitted from the target 4 consists of a region having a width of the magnet 7 and has a gentle distribution, and the sputtered atoms fly over the distance between the target 4 and the substrate. Because it spreads to some extent in between. What is important here is to set the moving speed of the magnet 7 so that the lengths of the portions on the substrate formed in the regions A and B are the same in the substrate transport direction.
  • the length in the substrate transport direction of the portion on the substrate on which the film is formed in the regions A ′ and B ′ is also the same.
  • FIG. 9 shows the relative speed V ms with respect to the substrate divided into upper and lower parts for each of the magnets 7a and 7b.
  • the horizontal axis positions on the substrate are aligned in the upper and lower graphs.
  • the relative speed Vms of the magnet 7a of the first sputter unit 10a is the same as in FIG.
  • the magnet 7b of the second sputter unit 10b repeats the same movement while being shifted by a distance of A + A ′ at a position on the substrate with respect to the movement of the magnet 7a of the first sputter unit 10a.
  • the relative speed of the magnet 7a of the first sputter unit 10a is relatively fast, and the relative speed of the magnet 7b of the second sputter unit 10b is relatively slow.
  • the relative speed of the magnet 7b of the second sputter unit 10b is relatively fast, and the relative speed of the magnet 7a of the first sputter unit 10a is relatively slow.
  • the film forming process is performed at such a relative speed of the magnets 7a and 7b, a relatively thin film is formed once and a relatively thick film is formed once in each region. Accordingly, in each of the regions A and B, the film thickness laminated by the two sputter units 10a and 10b is the same.
  • each of the regions A and B there is an acceleration region on one side of the region where the magnet 7 moves at a constant speed with respect to the cathode 6, and a deceleration region on the other side. Also in the acceleration region and the deceleration region, when considering the two sputter units 10a and 10b, control is performed so that one region having a relatively high relative speed and one region having a relatively low relative speed overlap at the same position on the substrate. is doing. For this reason, the film thickness laminated by the two sputter units 10a and 10b in the areas A and B including the acceleration area and the deceleration area is the same.
  • the regions A ′ and B ′ in FIG. 9 where the film is formed while the magnet 7 is stopped with respect to the cathode 6 will be described.
  • the film thickness here is intermediate between the film thicknesses formed in the regions A and B described above. Since the film thicknesses in the regions A ′ and B ′ are the same, when they are stacked on the substrate, the film thicknesses are the same as those stacked in the regions A and B. That is, the film thicknesses stacked in the regions A, B, A ′, and B ′ are all the same.
  • A The length on the board
  • B The lengths on the substrates formed in the regions A ′ and B ′ are made the same.
  • C The movements of the magnets 7a and 7b of the two sputtering units 10a and 10b are shifted in the substrate transport direction by the length of the region A + A ′ on the substrate.
  • the forward speed Vf of the magnet 7 is smaller than the substrate transport speed Vt, that is, the magnet 7 does not overtake the substrate 1.
  • the magnet operation of the two-magnet swing control can be applied.
  • T 2 (T sew + 2T acc + L / V t) (2)
  • Tsew the stop time of the magnet 7
  • Tacc the average of the acceleration time Tacc1 and the deceleration time Tacc2
  • L the stroke (one way)
  • Vt the substrate transfer speed. It is.
  • Fig. 10 shows an example of film formation by 2-magnet swing control.
  • the film thickness on the substrate by each of the sputter units 10a and 10b is represented by two lines (broken line and thin solid line). Each film thickness appears alternately in relatively thick regions and thin regions.
  • the upper thick line is the film thickness laminated by the two sputter units 10a and 10b, and is the sum of the lower two film thicknesses.
  • the laminated film thickness is almost uniform. In this example, the film thickness distribution was ⁇ 0.03%.
  • FIG. 11 shows the range of the period T that can be taken with respect to the substrate transfer speed Vt for the simple swing control and the two-magnet swing control.
  • the range that can be taken by the period T is a range of a period that has no theoretical inconvenience in the operation of the magnet 7 and satisfies at least that the film thickness in the substrate transport direction is uniform.
  • the range below the lower curve of the two curves shown in FIG. 11 is a range in which the film thickness in the substrate transport direction can be made uniform by simple swing control. In this range, the above formula (1) is satisfied.
  • the range that the period T can take is below the curve that is inversely proportional to the transport speed Vt. For example, when the conveyance speed Vt is 33.33 mm / s, the period T needs to be smaller than 2.1 seconds.
  • the range above the upper curve of the two curves shown in FIG. 11 is a range in which the film thickness in the transport direction can be made uniform without any theoretical inconvenience in the operation of the magnet by the two-magnet swing control. In this range, the above equation (2) is satisfied.
  • the range that the period T can take is above the curve that is almost inversely proportional to the conveyance speed Vt when the acceleration / deceleration time Tacc of the magnet 7 and the magnet stop time Tsew at the stroke end are small.
  • the cycle T needs to be greater than 8.0 seconds. Note that if the period T is set to a value close to a curve in the two-magnet swing control, the speed of the magnet 7 becomes very fast, so it is actually preferable to select a period slightly above the curve, that is, a slightly larger period.
  • the range that the period T can take is determined to the range shown in FIG.
  • the range of the period T has no overlapping area between the simple swing control and the two-magnet swing control. Accordingly, when the substrate transport speed Vt is determined, either the simple swing control or the two-magnet swing control is selected, and the period T that can be set for each is determined.
  • the period T when using a metal target that hardly generates nodules in the target 4 as in the present embodiment, it may be better to further limit the period T. That is, as can be seen from FIG. 11, when the transport speed Vt is slow, the period T of the moving speed of the two-magnet swing control magnet must be extremely increased. When the period is large, the moving speed of the magnet is slow, so that a region that is not sputtered for a relatively long time is generated on the target surface. A reattached film is deposited on the surface of the target that is not sputtered, and the material reattached when the region is sputtered is simultaneously sputtered and deposited on the substrate.
  • the period T of the reciprocating magnet movement is preferably set to 3 seconds or more.
  • the substrate transfer speed Vt is generally determined by the apparatus configuration and the required film thickness. Which control method to select is determined as follows, for example.
  • FIG. 12 is a schematic diagram summarizing the range that the period T can take. When the conveyance speed Vt is about 11 mm / s or less, the two-magnet swing control cannot be selected as shown in FIG. Therefore, an appropriate cycle T is selected from the range shown in FIG. When the transport speed Vt is about 23 mm / s or more, the simple swing control cannot be selected as shown in FIG. Therefore, an appropriate period T is selected from the range shown in FIG. When the conveyance speed Vt is between about 11 mm / s and 23 mm / s, an appropriate cycle T can be selected by either simple swing control or two-magnet swing control. Which control method is selected in the range of the conveyance speed is comprehensively determined by other factors.
  • the control selection unit 25 selects either a simple swing control method or a two-magnet swing control method.
  • a storage unit 27 that stores data for selecting a control method is connected to the control selection unit 25 (see FIG. 1).
  • the control selection unit 25 has a program for selecting a control method capable of obtaining a more uniform film thickness distribution with reference to the substrate conveyance speed and the data in the storage unit 27.
  • the substrate transfer speed is input from the transfer control device 21 connected to the control selection unit 25.
  • the storage unit 27 of the present embodiment stores data having the contents shown in FIG. Note that the storage unit 27 may be provided in the control selection unit 25 or may be provided outside the sputtering apparatus.
  • the program in the control selection unit 25 determines the optimum period T with reference to the data in the storage unit 27.
  • a program for selecting a control method will be described with reference to FIG.
  • the substrate transport speed Vt is given, the selection of an appropriate control method and the period T of the magnet reciprocation can be selected from FIG.
  • the period T cannot be uniquely determined by the period T that can be selected by either control method. Therefore, in the present embodiment, any one is preferentially selected. For example, it can be set to preferentially select a control method of simple swing control in which the operation of the magnet 7 is simple.
  • the period T as small as possible can be used in a wide range of the substrate transport speed Vt.
  • the control method of the two-magnet swing control is selected, the period T that is as large as possible can be used in a wide range of the substrate transport speed Vt.
  • the selection of the magnet control method is performed by the control selection unit 25. That is, the control selection unit 25 reads the substrate transport speed Vt (step 1). When the substrate transport speed Vt is 23 mm / s or less, the control method of simple swing control is selected, and the period T is set to 3 seconds (step 2). When the substrate transport speed Vt is greater than 23 mm / s, the control method of 2-magnet swing control is selected, and the cycle T is set to 20 seconds (step 3).
  • the control selection unit 25 can calculate and select an appropriate control method and determine the magnet reciprocation period T.
  • the control method selected by the control selection unit 25 is executed by the magnet drive device 11 and the transport control device 21.
  • FIG. 14 is a schematic cross-sectional view for explaining the film formation chamber configuration of the substrate transfer type in-line continuous sputter film forming apparatus (sputtering apparatus 101) of the second embodiment.
  • the number of sputter units 10 used is two, but in the second embodiment, the number of sputter units 10 used is three.
  • the three sputter units 10 are first, second, and third sputter units (10a, 10b, 10c) in order from the upstream side in the substrate transport direction.
  • Each sputter unit 10 has the same configuration as that of the first embodiment.
  • the configuration in which either one is selected by the control selection unit 25 is the same as in the first embodiment.
  • the sputtering apparatus 101 is drawn as the structure which added the sputtering unit 10c to the sputtering apparatus 100 of 1st Embodiment, you may provide four or more sputtering units.
  • the simple swing control is a simple swing control of each of the three magnets, and since it is the same as the movement of the magnet 7 in the first embodiment described above, its detailed description is omitted.
  • the 3-magnet swing control is different from the above-described 2-magnet control method in that the magnet moves.
  • the control method of the three-magnet swing control is to operate the three magnets and the substrate transport device in conjunction with each other to make the film thickness in the transport direction uniform.
  • a sputtering film forming method using three-magnet swing control will be described.
  • FIG. 15 shows an example of the movement of the magnet in the three-magnet swing control
  • FIG. 16 shows the velocity diagram of the magnet at that time
  • 17A to 17C are schematic diagrams 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 7 is 100 mm
  • the period T of the reciprocating movement is 9 seconds.
  • the vertical axis of the graph of FIG. 15 is the substrate transfer position, 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 transfer direction is positive and the reverse direction is negative.
  • the initial position of the magnet 7 is a +50 mm position (indicated as P0 in FIGS.
  • a film formed on the substrate during the first movement during film formation is referred to as a first film.
  • the magnet 7 moves in the forward direction in the opposite direction, and moves to the +50 mm position (third predetermined position, indicated by P3 in FIGS. 15-17A to C), which is the stroke end in the forward direction, and stops. This movement is referred to as a third movement (see FIG. 17C).
  • a film formed on the substrate during the third movement is referred to as a third film.
  • 9 seconds are required for one cycle.
  • the position (P3) where the magnet 7 stops after the third movement is the start position (P0) of the first movement.
  • FIG. 16 is a velocity diagram showing a velocity change for one cycle of the movement of the magnet of FIG.
  • the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the velocity V mc of the magnet with respect to the cathode.
  • the direction of the velocity is positive in the forward direction, which is the substrate transport direction, and negative in the reverse direction.
  • the positions (P0 to P3) corresponding to the positions in FIG. 15 are described at the positions where the magnet 7 stops (the speed is zero).
  • the magnet 7 accelerates at a constant acceleration in the reverse direction from the initial position (position P0) for a certain time, then moves at the constant speed in the reverse direction, then decelerates at the constant acceleration in the reverse direction, and the speed becomes zero. Stop.
  • 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. 15 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. 18 shows an example of the movement of the magnets 7a, 7b, 7c of the three sputter units 10a, 10b, 10c.
  • the magnet 7a of the first sputter unit 10a starts to move first and continues to move in a cycle of 9 seconds.
  • the magnet 7b of the second sputter unit 10b starts to move with a delay of 5 seconds and continues to move in the same manner with a period of 9 seconds.
  • the magnet 7c of the third sputter unit 10c starts to move after 10 seconds and continues to move in the same manner at a cycle of 9 seconds. In this way, the magnets 7 of the respective sputter units 10 continue to move at different times. The time lag when the magnets 7b and 7c start moving will be described later.
  • FIG. 19 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 sputter unit 10.
  • FIG. 19 is a schematic diagram for explaining the relationship between the film thickness on the substrate and the speed of the magnet 7.
  • the upper part of FIG. 19 shows the relative speed of the magnet 7 with respect to the substrate of the magnet 7 with respect to the substrate. It is expressed as a relative speed V ms
  • the lower part of FIG. 19 schematically shows the film thickness formed at a position on the substrate corresponding to the upper horizontal axis.
  • the horizontal axis in FIG. 19 is the position on the substrate in the substrate transport direction.
  • the substrate is conveyed at a constant speed from the right to the left on the paper surface of FIG. 19, and the magnet 7 is fixed to the substrate for convenience sake. Always move from left to right while changing speed.
  • the relative speed 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. 19 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 7 is stopped.
  • the sum of each range, A + A ′ + B + B ′ + C + C ′ represents the distance that the substrate 1 travels while the magnet 7 reciprocates for one cycle.
  • a relatively thin film is deposited on the area corresponding to A and B in FIG. 19, and a relatively thick film is deposited on the area corresponding to C in FIG. 19 (see the lower side of FIG. 19).
  • 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 4 are sputtered from a region about the width of the magnet 7, so that the distribution of the sputtered atoms is gentle and the distance between the target 4 and the substrate is determined by the sputtered atoms. This is because it spreads to some extent while flying.
  • 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 being adjusted. 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 after being deposited by the film formation by the second and third sputtering units, which will be described later, is made uniform in the transfer direction. Can do.
  • FIG. 20 shows the relative speed V ms of the magnet 7 with respect to the substrate when the magnets 7 of the three sputter units are viewed with respect to the substrate.
  • the position on the substrate on the horizontal axis is shown in three graphs.
  • the relative speed V ms of the magnet 7a of the first sputter unit 10a is the same as in FIG.
  • the magnet 7b of the second sputter unit 10b is moved repeatedly in the same manner while being shifted from the magnet 7a of the first sputter unit 10a by a distance of A + A ′ at a position on the substrate.
  • the magnet 7c of the third sputter unit 10c is repeatedly moved at the position on the substrate by a distance of A + A ′ + B + B ′ with respect to the movement of the magnet 7a of the first sputter unit 10a. In other words, 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 (region A) on the substrate corresponding to region A in FIG. 20 is formed in the first sputtering unit 10a with the relative speed between the magnet 7a and the substrate being relatively high, and the second In the sputtering unit 10b, the film is formed with a relatively low relative speed between the magnet 7b and the substrate, and in the third sputtering unit 10c, the film is formed with a relatively high relative speed between the magnet 7c and the substrate.
  • two of the three sputter units form a film with a relatively high relative speed with the magnet, and one with a relatively slow relative speed of the magnet. A film is to be formed.
  • each of the regions A, B, and C there is an acceleration region on one side of the region where the magnet 7 moves at a constant speed with respect to the cathode 6, and a deceleration region on the other side. Also in the acceleration region and the deceleration region, when considering three sputter units, two regions having a relatively high relative speed and one region having a relatively low relative speed are overlapped at the same position on the substrate. For this reason, the film thickness laminated
  • 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 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
  • the 3-magnet swing control is also based on the premise that the forward velocity Vf of the magnet is smaller than the substrate transport speed Vt, that is, the magnet does not overtake the substrate. In order to satisfy this condition, the following expression holds for the period T.
  • Tsew is the magnet stop time
  • Tacc is the average of the acceleration time Tacc1 and the deceleration time Tacc2
  • L is the stroke of the magnet reciprocation.
  • FIG. 21 shows the range of the period T that can be taken with respect to the substrate transport speed Vt for simple swing control and three-magnet swing control.
  • the range of the period T that can be taken is a range in which there is no theoretical inconvenience in the operation of the magnet and the film thickness in the substrate transport direction can be made uniform.
  • the film thickness in the substrate transport direction can be made uniform by simple swing control. In this range, the expression (1) is satisfied.
  • the range that the period T can take is below the curve that is inversely proportional to the conveyance speed Vt.
  • the range above the upper curve of the two curves in FIG. 21 is 3 magnet swing control, and there is no theoretical inconvenience in the operation of the magnet, and the film thickness in the transport direction can be made uniform.
  • the range that the period T can take in the three-magnet swing control is above the curve that is almost inversely proportional to the transport speed Vt when the acceleration / deceleration time Tacc of the magnet 7 and the magnet stop time Tsew are small. For example, when the conveyance speed Vt is 33.33 mm / s, Tacc is 0.3 seconds, and Tsew is 0.4 seconds, the period T needs to be greater than 7.5 seconds.
  • the period T is set close to the curve, the speed of the magnet 7 becomes very fast, so in practice, a slightly higher period than the curve, that is, a slightly larger period is selected.
  • the conveyance speed Vt 33.33 mm / s
  • the period 7.5 seconds is the lower limit.
  • the stroke L 100 mm
  • the constant speed Vb in the reverse direction is 166.7 mm / s, but the period T Is 8.5 seconds, Vb can be greatly reduced to 78.95 mm / s.
  • the range that the period T can take can be set to the range shown in FIG.
  • the possible range of the period T does not overlap with each other in the simple swing control and the three-magnet swing control. Therefore, when the substrate transport speed Vt is determined, either the simple swing control or the 3-magnet swing control is selected, and the allowable period T is determined.
  • the period T is preferably 20 seconds or less and 3 seconds or more.
  • the substrate transfer speed Vt is generally determined by the apparatus configuration and the required film thickness. Which magnet swing method is selected is determined as follows.
  • FIG. 22 shows a schematic diagram summarizing the range that the period T can take.
  • the transport speed Vt is about 9 mm / s or less
  • the three-magnet swing control cannot be selected as shown in FIG. Therefore, an appropriate cycle T is selected from the range shown in FIG.
  • the conveyance speed Vt is about 23 mm / s or more
  • the simple swing control cannot be selected as shown in FIG. Accordingly, an appropriate period T is selected from FIG.
  • Vt is approximately 9 mm / s to 23 mm / s at the conveyance speed
  • an appropriate cycle T can be selected by either simple swing control or 3-magnet swing control. Which control method is selected in the range of the conveyance speed is comprehensively determined by other factors.
  • an appropriate magnet swing method is selected from the simple swing control or the three-magnet swing control from FIG.
  • the 3-magnet swing control is selected when the speed is equal to or higher than a predetermined substrate transfer speed (a predetermined speed or higher).
  • the period T of the magnet reciprocation at this time is set to an appropriate value from FIG.
  • a storage unit 27 that stores data for selecting a control method is connected to the control selection unit 25 (see FIG. 1).
  • the control selection unit 25 has a program for selecting a control method capable of obtaining a more uniform film thickness distribution with reference to the substrate conveyance speed and the data in the storage unit 27.
  • the substrate transfer speed is input from the transfer control device 21 connected to the control selection unit 25.
  • the storage unit 27 of the present embodiment stores data having the contents shown in FIG. Note that the storage unit 27 may be provided in the control selection unit 25 or may be provided outside the sputtering apparatus.
  • the program in the control selection unit 25 determines the optimum period T with reference to the data in the storage unit 27.
  • the program for selecting the control method will be described with reference to FIG.
  • selection of an appropriate magnet control method and period T of magnet reciprocation can be selected from FIG.
  • the period T cannot be uniquely determined by the period T that can be selected by either control method. Therefore, in the present embodiment, any one is preferentially selected. For example, it can be set to preferentially select a control method of simple swing control in which the operation of the magnet 7 is simple.
  • the period T as small as possible can be used in a wide range of the substrate transport speed Vt.
  • the control method of the three-magnet swing control is selected, the period T that is as large as possible can be used in a wide range of the substrate transport speed Vt.
  • the flowchart in FIG. 23 is based on the above concept.
  • the selection of the magnet control method is performed by the control selection unit 25. That is, the control selection unit 25 reads the substrate transport speed Vt (step 10). When the substrate transport speed Vt is 23 mm / s or less, the control method of simple swing control is selected, and the period T is set to 3 seconds (step 11). When the substrate transport speed Vt is greater than 23 mm / s, the control method of 3 magnet swing control is selected, and the cycle T is set to 20 seconds (step 12).
  • the control selection unit 25 can calculate and select an appropriate control method and determine the magnet reciprocation period T.
  • the control method selected by the control selection unit 25 is executed by the magnet drive device 11 and the transport control device 21.
  • the sputter film is formed by controlling the magnet 7 (magnet driving device 11) with the appropriate magnet controller 22 for any substrate transport speed Vt, and at least a uniform film thickness is formed in the substrate transport direction. A membrane is possible.
  • the magnet control method is selected by combining the two embodiments described above.
  • the seven sputter units are divided into two groups (second group) having two sputter units and one group (first group) having three sputter units. That is, in the group having two sputter units (second group), an appropriate one is selected from the two control methods of simple swing control and 2-magnet swing control based on the first embodiment described above.
  • a program for selecting a control method when using five or more sputtering units is input to the control selection unit 25 as in the above-described embodiment.
  • the number of sputtering units to be used can be input to the control selection unit 25 from a controller in which a film forming process is input from an operator or from an external input device such as a keyboard or a push button.
  • the transport direction is also used in sputtering film formation using five or more sputter units. Uniform film formation.
  • N is 5 or more
  • the group X group having three sputter units and the group Y group having two sputter units are considered, and the film thickness distribution is uniform in each group.
  • a control method that can secure the property it is possible to obtain a final film thickness distribution. For example, in the case of using seven sputter units as described above, it is considered to be a combination of two groups having two sputter units and one group having three sputter units. The film thickness distribution can be made uniform.
  • FIG. 24 a program for performing grouping when using an arbitrary number of sputtering units will be described.
  • the flowchart of FIG. 24 is based on the above concept. That is, the N sputter units used are divided into X groups having three sputter units and Y groups having two sputter units, and the group having two sputter units is shown in FIG.
  • the grouping of an arbitrary number of sputter units is performed by the control selection unit 25. That is, the number N of sputter units used by the control selection unit 25 is read (step 20). If the number N of sputter units to be used is an even number, it is determined that there are N / 2 sets of groups having two sputter units (step 21: Yes). On the other hand, if the number N of sputter units to be used is an odd number, it is determined that there is one set having three sputter units and (N ⁇ 3) / 2 sets having two sputter units. Thereafter, for the group having two sputter units, the process jumps to step 1 of FIG. 13 described above, and the control method is selected according to the flowchart of FIG. Further, for the group having three sputter units, the control method is selected in accordance with the flowchart of FIG. 23 by jumping to step 10 of FIG. 23 described above.
  • the control method (method) selected based on the first embodiment is a plurality of the first control methods. Implemented in two groups. However, when the number of sputter units used is an even number that is a multiple of 3, the control method (method) for controlling the magnet selected based on the second embodiment is implemented in the plurality of first groups. May be. For example, when the number of sputtering units used is 10, it is of course possible to select a control method (method) for controlling the magnets by dividing into two groups of the second group and two groups of the first group. It is.
  • the sputtering apparatus according to the present invention can be easily changed to a control method capable of obtaining a good film thickness distribution.
  • it can be easily changed to a control method that can obtain the most uniform film thickness at the transport speed of the film formation process and the number of targets used,
  • a sputtering apparatus suitable for manufacturing a wide variety of products can be provided.

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Abstract

　本発明のスパッタリング装置１００は、搬送ローラー３上を搬送される基板に対して順次に成膜を行うためのターゲット４を保持するべく、基板の搬送方向に配列された３つ以上カソード隔壁９と、基板搬送速度及び成膜処理の際に使用されるターゲット４の数に応じて、マグネット駆動装置１１を制御する複数の制御方法の中から、最も均一な膜厚分布が得られるものを選択し実行する制御選択ユニット２５とを備えている。

Description

スパッタリング装置
　本発明はスパッタリング装置に関する。本発明は、特に、複数のスパッタユニットを含む基板搬送式の連続スパッタ成膜装置で実施され、各スパッタユニット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に関する。
　大量の基板に効率よく成膜する装置として複数のスパッタユニットを並べて配置した基板搬送式のインライン型連続スパッタ成膜装置が知られている。基板は連続的に真空室に搬送され一定速度でスパッタユニットの設置されたスパッタ室を通過する。基板にはスパッタ室通過中にスパッタユニットに設けられたターゲットから放出された成膜物質が堆積し膜となる。このときの膜厚はカソードに供給された電力と基板の搬送速度により決まる。１つのスパッタユニットによる成膜で必要な膜厚が得られないときは複数のスパッタユニットを使って成膜を複数回に分けて行って積層させる。
　一方、スパッタリング作用は、ターゲット表面側に生じた磁場の近傍で生じる。マグネトロンスパッタ装置ではターゲット裏面側にマグネット（磁気回路）が配置されるため、マグネットの位置に対応する領域からスパッタ原子が放出されることになる。マグネットはターゲットの利用率を向上するためや、ターゲット表面にスパッタ膜が再付着する領域を低減するために往復移動される。マグネットを基板の搬送速度Ｖｔに近い速度で基板搬送方向に往復移動させると、基板上の膜厚分布は搬送方向に沿って厚い領域と薄い領域とを交互に有するものになり、搬送方向に沿った膜厚分布が悪くなる。
　膜厚分布を改善する方法の一つとして、マグネットを基板の搬送速度Ｖｔに対して高速に動作させる方法がある。この方法は、マグネットを、基板の搬送速度に対して十分に速く動作させることで、それぞれのスパッタユニットでの成膜分布を均一にするものである。なお、本明細書ではこの方法で膜厚分布の均一化を図る制御方法を「単純揺動制御」と呼ぶ。
　膜厚分布を改善する他の方法として、２つのスパッタユニットを用いて搬送方向に沿った膜厚を均一にする方法が知られている（例えば特許文献１参照）。この方法は、基板搬送速度に併せて、それぞれのスパッタユニットのマグネット揺動を制御するものである。すなわち、一方のスパッタユニットで基板上に成膜された膜厚の厚い領域の上に、他方のスパッタユニットで薄い膜を重ねて成膜し、一方のスパッタユニットで基板上に成膜された膜厚の薄い領域の上には、他方のスパッタユニットで厚い膜を重ねて成膜することで、搬送方向の膜厚分布を平均化して改善する方法である。特に、基板の搬送速度が速いときにはこの方法が有効である。この方法は「単純揺動制御」に比べてマグネットの揺動速度を低速にできる。なお、本明細書中ではこの方法で膜厚分布の均一化を図る制御方法を「２マグネット揺動制御」と呼ぶ。
　従来の基板搬送式のインライン型連続スパッタ成膜装置では同一製品の量産のため同一の成膜プロセスを長年にわたって使用することが多かった。そのため、上述の「単純揺動制御」若しくは「２マグネット揺動制御」のいずれか一方の制御方法のみを採用したスパッタリング装置が市場に供給されてきた。
特開２００２－１４６５２８号公報 国際公開第２００９／０９３５９８
　しかしながら、量産する製品の多様化によって近年の基板搬送式のインライン型連続スパッタ成膜装置では短期間で成膜プロセスが変更されるようになりつつある。成膜プロセスの変更に伴い搬送速度が変更されると膜厚分布を改善するための制御方法を変更する必要が生じると予想される。
　本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであって、膜厚分布を改善するための制御方法を簡便に変更できるスパッタリング装置を提供することを目的とする。
　本発明の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、前記基板の搬送速度及び使用される前記ターゲットの数に応じて、前記マグネット駆動部を制御する複数の方法の中から、より均一な膜厚分布が得られる方法を選択する選択部と、を備えることを特徴とする。
　本発明により、膜厚分布を改善する制御方法を簡便に変更できるスパッタリング装置を提供することができる。特に、複数の種類の成膜を同じスパッタリング装置で行う場合には、その成膜プロセスの搬送速度と使用するターゲット数で最も均一な膜厚を得ることができる制御方法に簡便に変更できることから、多品種の製品を製造することに適したスパッタリング装置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。
本発明の第１の実施形態に係るスパッタリング装置の成膜室の概略断面図である。 単純揺動制御でのマグネットの基板搬送方向の動きの模式図である。 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。 単純揺動制御での成膜条件と膜厚分布の関係図である。 ２マグネット揺動制御でのマグネットの基板搬送方向の動きの模式図である。 図５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。 ２マグネット揺動制御での２つのマグネットの動きを表した速度線図である。 ２マグネット揺動制御の任意の１つのスパッタユニットについて、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。 ２マグネット揺動制御のそれぞれのマグネットについて、基板に対する相対速度Ｖｍｓと膜厚の関係の模式図である。 ２マグネット揺動制御で成膜した基板上の膜厚の模式図である。 単純揺動制御と２マグネット揺動制御のそれぞれで、基板搬送速度Ｖｔに対して選択できる周期Ｔの範囲を示す模式図である。 単純揺動制御と２マグネット揺動制御のそれぞれで、基板搬送速度Ｖｔに対して選択できる周期Ｔの範囲を示す模式図である。 マグネットの動作の制御方法を選択するプログラムのフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に係るスパッタリング装置の成膜室の概略断面図である。 ２マグネット揺動制御でのマグネットの基板搬送方向の動きの模式図である。 図１５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。 本発明の第２実施形態に係る３つのマグネットと基板の位置関係の説明図である。 本発明の第２実施形態に係る３つのマグネットと基板の位置関係の説明図である。 本発明の第２実施形態に係る３つのマグネットと基板の位置関係の説明図である。 ３マグネット揺動制御での３つのマグネットの動きを表した速度線図である。 ３マグネット揺動制御の任意の１つのスパッタユニットについて、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。 ３マグネット揺動制御のそれぞれのマグネットについて、基板に対する相対速度Ｖｍｓと膜厚の関係の模式図である。 単純揺動制御と３マグネット揺動制御のそれぞれで、基板搬送速度Ｖｔに対して選択できる周期Ｔの範囲を示す模式図である。 単純揺動制御と３マグネット揺動制御のそれぞれで、基板搬送速度Ｖｔに対して選択できる周期Ｔの範囲を示す模式図である。 マグネットの動作の制御方法を選択するプログラムのフローチャートである。 任意の数のスパッタユニットを使用するときのグループ分けを行うプログラムのフローチャートである。
　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２つ又は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２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好適に適用できる。
（第１の実施形態）
　本発明の第１の実施形態である２つのスパッタユニットの制御方法を自動的に切り替えるスパッタリング装置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（スパッタリング装置）１００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、アンロードロック室など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のみを示している。
　図１に示すように、成膜室は、チャンバー２（真空容器）と、チャンバー２内（真空容器内）に設けられた基板１を搬送するための基板搬送部とチャンバー２上部に設置された２つのマグネトロンスパッタユニット（スパッタユニット）１０で構成されている。基板搬送部は、搬送ローラー３と、搬送ローラー３を制御する搬送制御装置２１とを有している。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、図中右方向に一定速度で搬送される。チャンバー２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（例えばＡｒガス）が所定の圧力になるように供給される。スパッタユニット１０は基板搬送方向の上流側から第１、第２のスパッタユニット１０ａ，１０ｂが配列されている。各スパッタユニット１０ａ，１０ｂは同じ構成となっている。なお、スパッタリング装置１００は、スパッタユニットを２つ備えた構成として描かれているが、３つ以上のスパッタユニットを備えていてもかまわない。スパッタリング装置１００が３つ以上のスパッタユニットを備える場合は、そのなかで任意の２つのスパッタユニット１０ａ，１０ｂを使用するものとする。
　本実施形態では、２つのスパッタユニット１０ａ，１０ｂが備えるターゲット４ａ，４ｂは同じ材料である。スパッタユニット１０ａ，１０ｂのカソード隔壁（ターゲット保持部）９ａ，９ｂはチャンバー２の天井壁にカソード絶縁部８ａ，８ｂを介して設置されている。カソード隔壁９ａ，９ｂには図示しない電力供給装置により電力が供給されるカソード６ａ，６ｂが設けられている。ここではカソード６ａ，６ｂにＤＣ電力を供給している。ターゲット４ａ，４ｂはボンディングなどの方法でカソード６ａ，６ｂに接着されていて、カソード６ａ，６ｂとターゲット４ａ，４ｂは一体の状態でカソード隔壁９ａ，９ｂ壁に固定される。カソード６ａ，６ｂはターゲット裏板やバッキングプレートと呼ばれることがある。カソード内部には、ターゲット４ａ，４ｂを冷却する冷媒を流すための不図示の水路が設けられている。
　ターゲット４ａ，４ｂの表面以外のスパッタを防止するためにターゲット側面、カソード６ａ，６ｂ、カソード隔壁９ａ，９ｂの露出している面に対して２～３ｍｍの隙間をあけて覆うようにターゲットシールド５ａ，５ｂが設けられている。カソード隔壁９ａ，９ｂのカソード６ａ，６ｂとは反対側（大気側、又は裏側）にはマグネット７ａ，７ｂ（マグネット部）がそれぞれ設置されている。マグネット７ａ，７ｂは平板状のヨークと永久磁石からなり、カソード側をＳ極とした中心極と、カソード側をＮ極とした外周極により構成されている。マグネット７ａ，７ｂが作る磁力線はターゲット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ることとなる。
　ターゲット表面にはマグネット位置により決まる高密度プラズマに対応した場所にエロージョン（ターゲットの侵食）が生じる。マグネット７ａ，７ｂをターゲット４ａ，４ｂ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。
　マグネット７ａ，７ｂはマグネット駆動装置１１ａ，１１ｂ（マグネット駆動部）により基板１の搬送方向に往復移動することができる。マグネット駆動装置１１ａ，１１ｂは、例えば、図示しないモーターやボールネジなどの動力伝達機構により構成されている。マグネット７を駆動するモーター（マグネット駆動装置１１ａ，１１ｂ）はマグネット制御装置２２により制御され、マグネット７ａ，７ｂを指定した速度で指定した位置に移動させることができる。マグネット７ａ，７ｂ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。
　台形駆動において、マグネット７ａ，７ｂ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ように駆動されうる。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。マグネット７ａ，７ｂを動作させる制御方法（方法）には、例えば、単純揺動制御と２マグネット揺動制御の２つの制御方法があり、制御選択ユニット２５（選択部）でどちらかを選択する。それぞれの制御方法については後述する。制御選択ユニット２５は、後述の制御方法を選択するプログラムが格納されたＲＡＭとマグネット制御装置２２を有し、マグネット駆動部を制御する複数の方法を記憶した記憶部２７と搬送制御装置２１に接続されている。
　スパッタリング装置１００を用いたスパッタ成膜方法について説明する。
真空に排気したチャンバー２に所定の圧力になるようにプロセスガス（例えばＡｒガス）を導入し、基板１を一定の搬送速度で搬送（定速搬送）する。カソード６ａ，６ｂの水路にはあらかじめ冷却水を供給する。マグネットの制御方法の制御選択ユニット２５では、単純揺動制御か、２マグネット揺動制御のいずれかを予め選択しておく。制御方法の選択は、主に基板搬送速度によって決定されるが、その選択方法については後述する。単純揺動制御、あるいは２マグネット揺動制御の制御方法のどちらかによりマグネット駆動装置を制御しマグネット７ａ，７ｂを基板１の搬送方向に往復移動させる。カソード６ａ，６ｂ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。このようにスパッタ成膜すると基板上には搬送方向に均一な膜が堆積する。
　ここで、単純揺動制御でのマグネットの動作について説明する。図２に単純揺動制御でのマグネット７（７ａ又は７ｂ）の動きの例を示す。グラフの横軸は時間、縦軸はカソード６（６ａ又は６ｂ）に対する基板搬送方向のマグネット位置でカソード中心位置を０ｍｍとして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。なお、マグネット７の往復移動の片道の距離をストロークと呼ぶことにする。ここではストロークは１００ｍｍの場合を示す。最初は、マグネットは順方向のストローク端である＋５０ｍｍ位置にある。ここから出発してマグネット７は逆方向に移動し逆方向のストローク端である－５０ｍｍまで移動して一定時間停止する。次にマグネット７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位置まで移動して一定時間停止する。ここまでが１周期であり、この後はこの動作を繰り返す。
　図３は図２のマグネット７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、縦軸はマグネット７のカソード６に対する速度Ｖｍｃを表し、速度の向きは基板搬送方向である順方向を正に逆方向を負にとっている。マグネット７は、最初は逆方向に速度Ｖｂになるまで時間Ｔａｃｃ１において等加速度で加速する。その後、逆方向に一定速度Ｖｂ（図３では逆方向が負なので－Ｖｂとした）で移動し、次に逆方向に時間Ｔａｃｃ２において等加速度で減速し速度はゼロとなる。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（台形制御いう場合もある）といわれる速度制御を採用している。台形駆動は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に示す初期位置の順方向のストローク端の＋５０ｍｍ位置から逆方向のストローク端の－５０ｍｍ位置まで移動したことになる。この後の一定時間Ｔｓｅｗでは、停止するため、速度は０ｍｍ／ｓが保たれる。次に順方向（図３では正の速度として記載した）に加速、等速（＋Ｖｆ）、減速の台形駆動と一定時間Ｔｓｅｗの停止を行う。順方向は逆方向と向きを逆にして同じ動きをする。
　単純揺動制御でマグネット７を基板搬送方向に対して往復移動させながらスパッタ成膜したときの基板上の搬送方向に沿った膜厚分布について説明する。単純揺動制御の制御方法を採用した成膜では、ある程度マグネットを速く動かして成膜すると膜厚は均一になることがわかっている。図４に、単純揺動制御の制御方法での成膜条件と膜厚分布について示す。図４のグラフの横軸は（搬送速度Ｖｔ）×（周期Ｔ）で、マグネットが基板搬送方向に１往復する間（＝周期Ｔ）に基板が進む距離を示している。図５の縦軸は基板の搬送方向に沿った膜厚分布であり、Ｖｔ・Ｔについての膜厚分布を示したものである。膜厚計算には以下の計算式（膜厚分布計算式）を用いた。
　膜厚分布（±％）＝（最大値－最小値）／（最大値＋最小値）×１００
　基板の搬送方向に沿った膜厚分布は、Ｖｔ・Ｔがおよそ７０ｍｍより小さい条件でほぼ０になる。したがって搬送速度Ｖｔと周期Ｔが、以下の条件を満たせば、単純揺動制御で動作させてスパッタ成膜する方法においても膜厚は均一になる。
　Ｖｔ・Ｔ＜７０ｍｍ　　　（１）
　次に、２マグネット揺動制御でのマグネットの動作について以下に説明する。２マグネット揺動制御は、一対のマグネット７ａ，７ｂの動作と基板１の搬送を連動させる制御方法である。２マグネット揺動制御でのマグネット７（７ａ又は７ｂ）の基板搬送方向の動きの例を図５に、速度線図を図６に示す。この例ではマグネット７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。本実施形態ではマグネット７の加速、減速を考慮した台形駆動を採用した。またストローク端での所定時間停止する。
　図５の縦軸はマグネット位置であり、カソード６（６ａ又は６ｂ）の中心位置を０ｍｍとして基板搬送方向である順方向を正に逆方向を負として表記した。最初は、マグネット７は順方向のストローク端である＋５０ｍｍ位置（初期位置）にある。マグネット７はここから出発して逆方向に移動し、逆方向のストローク端である－５０ｍｍ位置で一旦停止する。次にマグネット７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位置まで移動して停止する。ここまでが９秒で１周期分になる。この後はこの動作を繰り返す。マグネット７は、逆方向への移動速度が速く、順方向への移動速度が遅くなるように制御されている。
　図６では図５のマグネット７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、縦軸はマグネット７のカソード６に対する速度Ｖｍｃを表し、速度の向きは基板搬送方向である順方向を正に逆方向を負にとっている。マグネット７は、最初は逆方向に一定時間、等加速度で加速した後、逆方向に等速で移動し、逆方向に等加速度で減速して一旦停止する。本実施形態では一般に台形駆動といわれる速度制御を採用している。
　ここまでの速度制御によってマグネットは図５に示す初期位置の順方向のストローク端の＋５０ｍｍ位置から逆方向のストローク端の－５０ｍｍ位置まで移動したことになる。この後の一定時間では停止するため、速度は０ｍｍ／ｓが保たれる。次にマグネットは順方向（図６では正の速度）に加速、等速、減速の台形駆動と停止をおこなう。ただし順方向の等速の速度や等速の時間は逆方向のマグネット７の動きと異なる。マグネット７の順方向の動きは、逆方向の動きと比べて、等速の速度の絶対値は小さく、等速の時間は長くなる。
　ここまでは１つのスパッタユニット１０（１０ａ又は１０ｂ）のマグネット７（７ａ又は７ｂ）の動きの例を示した。図７に２マグネット揺動制御に用いられる２つのスパッタユニット１０ａ，１０ｂのマグネット７ａ，７ｂの動きの例を示す。第１のスパッタユニット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のスパッタユニット１０ｂのマグネット７ｂはここでは５秒後に遅れて動き出し、周期９秒で同様に動き続ける。それぞれのスパッタユニット１０ａ，１０ｂのマグネット７ａ，７ｂはこのように時間をずらして動き続ける。ずらす時間は基板１の搬送速度に応じて決められる。時間のずれについては後述する。
　２マグネット揺動制御でのマグネット７の動きについてさらに説明する。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。スパッタユニット１０のマグネット７はカソード中心位置に対して往復移動し、基板は搬送方向に一定速度（定速）で移動している。しかし、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に図８では基板を基準に表した。図８は、２マグネット揺動制御において、基板１を基準としたマグネット７の相対速度Ｖｍｓ（上側）と、マグネット７の相対速度Ｖｍｓと膜厚の関係（下側）の模式図である。図８の上側下側とも横軸は基板搬送方向の基板上の位置である。スパッタリング装置１００では、基板は、図８の紙面上の左から右方向に向けて一定速度で搬送されており、ここでは便宜上、基板１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１に対する相対速度Ｖｍｓは図８では右方向を正にとっている。
　図８の領域Ａはマグネット７がカソード６に対して負の方向に移動している範囲を表し、マグネット７の基板１に対する相対速度は比較的速い領域である。領域Ｂはマグネット７がカソード６に対して正の方向に移動している範囲であり、マグネット７の基板１に対する相対速度は比較的遅い領域である。また領域Ａ’、Ｂ’はマグネット７が停止している範囲を示している。各範囲の和（Ａ＋Ａ’＋Ｂ＋Ｂ’）はマグネット７が１周期の往復移動をする間に基板１がマグネット７に対して移動する距離を表している。
　基板上にはマグネット７の相対速度の速い領域Ａに対応する範囲に対しては比較的薄い膜が堆積し、マグネットの相対速度の遅い領域Ｂ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６に供給するＤＣ電力が一定のためターゲット４（４ａ又は４ｂ）から放出されるスパッタ原子の量が一定であり、またスパッタ原子の放出位置はマグネット７の位置に対応していることによる。従って基板上にはマグネット７の基板１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１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８の下側に図示したようになだらかに変化する。これはターゲット４から放出されるスパッタ原子の放出位置がマグネット７の幅程度の領域からなる、なだらかな分布を持って放出されることと、ターゲット４と基板の間の距離をスパッタ原子が飛行する間にある程度広がるためである。ここで重要なことは、領域Ａ、Ｂで成膜される基板上の部分の基板搬送方向における長さが同じになるようにマグネット７の移動速度を設定することである。また領域Ａ’、Ｂ’で成膜される基板上の部分の基板搬送方向における長さも同じである。基板上で成膜される部分の長さを同じにすることで、他のスパッタユニット１０の成膜により積層された膜と重ねることができる。後述するように、一対のスパッタユニット１０ａ，１０ｂでの成膜をいずれも終えた状態での膜厚分布を良くすることができる。
　図９にはマグネット７ａ，７ｂのそれぞれについて、基板を基準にした相対速度Ｖｍｓを上下に分けて示した。横軸の基板上の位置は上下のグラフで揃えている。第１のスパッタユニット１０ａのマグネット７ａの相対速度Ｖｍｓは図８と同じである。第２のスパッタユニット１０ｂのマグネット７ｂは第１のスパッタユニット１０ａのマグネット７ａの動きに対して基板上の位置でＡ＋Ａ’の距離だけずらして同じ動きを繰り返している。
　図９中の領域Ａについてみると、第１のスパッタユニット１０ａのマグネット７ａの相対速度は比較的速く、第２のスパッタユニット１０ｂのマグネット７ｂの相対速度は比較的遅い。領域Ｂでは第２のスパッタユニット１０ｂのマグネット７ｂの相対速度は比較的速く、第１のスパッタユニット１０ａのマグネット７ａの相対速度は比較的遅い。このようなマグネット７ａ，７ｂの相対速度で成膜処理をすると各領域で比較的薄い膜が１回、比較的厚い膜が１回、順次成膜される。従って、領域Ａ、Ｂそれぞれでは２つのスパッタユニット１０ａ，１０ｂにより積層された膜厚は同じとなる。
　領域Ａ、Ｂのそれぞれには、マグネット７がカソード６に対して等速で移動する領域の一方の側に加速領域が存在し、他方の側に減速領域が存在する。加速領域および減速領域においても、２つのスパッタユニット１０ａ，１０ｂで考えると、１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とが同じ基板上の位置で重なるように制御している。このためこの加速領域および減速領域も含めて、領域Ａ、Ｂにおいて２つのスパッタユニット１０ａ，１０ｂにより積層された膜厚は同じとなる。
　さらに、マグネット７がカソード６に対して停止した状態で成膜する図９の領域Ａ’、Ｂ’について説明する。ここでの膜厚は上述した領域Ａ、Ｂで成膜される膜厚の中間の厚さになる。そして、領域Ａ’、Ｂ’での膜厚は同じであるため、基板上で重ねると領域Ａ、Ｂで積層した膜厚と同じになる。すなわち、領域Ａ、Ｂ、Ａ’、Ｂ’で積層される膜厚はすべて同じである。
　２マグネット揺動制御のマグネット制御の考え方を簡単にまとめると、以下のようになる。
（ａ）領域Ａ、Ｂで成膜される基板上の長さを同じにする。
（ｂ）領域Ａ’、Ｂ’で成膜される基板上の長さを同じにする。
（ｃ）基板上で領域Ａ＋Ａ’の長さだけ２つのスパッタユニット１０ａ，１０ｂのマグネット７ａ，７ｂの動きを基板搬送方向にずらす。
　これまでマグネット７の順方向の速度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１を追い越さないことを前提としてきた。この条件を満たすときに２マグネット揺動制御のマグネット動作は適用できる。以上より、２マグネット揺動制御の成膜によって均一な膜厚分布を得るためには、以下の式を満たす成膜条件とする必要がある。
　Ｔ＞２（Ｔｓｅｗ＋２Ｔａｃｃ＋Ｌ／Ｖｔ）　　（２）
ここで、Ｔはマグネット７の往復移動の周期（単位は秒）、Ｔｓｅｗはマグネット７の停止時間、Ｔａｃｃは加速時間Ｔａｃｃ１と減速時間Ｔａｃｃ２の平均、Ｌはストローク（片道）、Ｖｔは基板搬送速度である。
　図１０に２マグネット揺動制御で成膜した例を示す。図１０には各スパッタユニット１０ａ，１０ｂによる基板上の膜厚が２本の線（破線と細い実線）で表されている。各膜厚は比較的厚い領域と薄い領域交互に現れている。それぞれの基板上での膜厚変化の周期はＶｔ・Ｔ＝３００ｍｍである。これらが基板上で１５０ｍｍずつずれて膜として堆積している。上の方の太線は２つのスパッタユニット１０ａ，１０ｂにより積層された膜厚であり、下の２つ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。この例では膜厚分布は±０．０３％となった。
　ここで、制御方法を選択する方法について説明する。図１１に基板搬送速度Ｖｔに対してとりうる周期Ｔの範囲を単純揺動制御と２マグネット揺動制御について示した。この周期Ｔのとりうる範囲とは、マグネット７の動作に理論的な不都合はなく、少なくとも基板搬送方向の膜厚が均一となることを満たす周期の範囲である。図１１に示した２本の曲線のうち下側の曲線より下の範囲は、単純揺動制御で基板搬送方向の膜厚を均一にできる範囲である。この範囲では上述の（１）式を満たす。
　周期Ｔのとりうる範囲は搬送速度Ｖｔに反比例する曲線より下側となる。たとえば搬送速度Ｖｔが３３．３３ｍｍ／ｓの場合周期Ｔは２．１秒より小さいことが必要である。図１１に示した２本の曲線のうち上側の曲線より上の範囲は２マグネット揺動制御でマグネットの動作に理論的な不都合はなく搬送方向の膜厚を均一にできる範囲である。この範囲では上述の（２）式を満たす。
　周期Ｔのとりうる範囲は、マグネット７の加減速時間Ｔａｃｃとストローク端でのマグネット停止時間Ｔｓｅｗが小さい場合、搬送速度Ｖｔにほぼ反比例する曲線より上側となる。たとえば搬送速度Ｖｔが３３．３３ｍｍ／ｓ、Ｔａｃｃが０．３秒、Ｔｓｅｗが０．４秒では周期Ｔは８．０秒より大きいことが必要である。なお、２マグネット揺動制御で周期Ｔを曲線に近い値に設定するとマグネット７の速度が非常に速くなってしまうので実際には曲線よりやや上側、つまり少し大きめの周期を選択するとよい。たとえば周期Ｔ＝８．０秒のとき、ストロークＬ＝１００ｍｍでは逆方向の等速の速度Ｖｂは３３３．３ｍｍ／ｓと大きくなるが、周期Ｔを９秒とするとＶｂは１２５ｍｍ／ｓと大幅に小さくできる。
　上述のように基板搬送速度Ｖｔが決まると周期Ｔのとりうる範囲が図１１で示した範囲に決まる。本実施形態の装置では周期Ｔの範囲は単純揺動制御と２マグネット揺動制御でお互いに重なる領域はない。従って、基板搬送速度Ｖｔが決まると単純揺動制御と２マグネット揺動制御のどちらかを選択し、それぞれで設定可能な周期Ｔを決定することになる。
　なお、本実施形態のようにターゲット４にノジュールがほとんど発生しない金属ターゲットを用いるときは、周期Ｔにさらに制限を設けた方が良い場合がある。すなわち、図１１からわかるように搬送速度Ｖｔが遅いと、２マグネット揺動制御のマグネットの移動速度の周期Ｔは極端に大きくしなければならない。周期が大きいとマグネットの移動速度は遅いため、比較的長い時間スパッタされない領域がターゲット表面に生じることになる。スパッタされないターゲット表面には再付着膜が堆積し、その領域がスパッタされる際に再付着した物質も同時にスパッタされ基板に堆積する。そのため基板１に堆積した膜には不純物が多くなることがあるため、マグネット往復移動の周期Ｔはある程度以下にしない方が好ましい。一般的には周期Ｔは２０秒以下であれば膜質に問題がない。また、マグネット駆動装置１１の出力は有限であることから周期Ｔには下限値がある。一般的には周期Ｔは３秒以上に設定するとよい。
　基板搬送速度Ｖｔは一般には装置構成と必要な膜厚によって決まる。どちらの制御方法を選択するかは、例えば以下のように決まる。図１２に周期Ｔのとりうる範囲をまとめた模式図を示す。搬送速度Ｖｔがおよそ１１ｍｍ／ｓ以下では、図１２に示すように２マグネット揺動制御は選択できない。したがって単純揺動制御で適切な周期Ｔを図１２に示された範囲の中から選択する。搬送速度Ｖｔがおよそ２３ｍｍ／ｓ以上では、図１２に示すように単純揺動制御は選択できない。したがって２マグネット揺動制御で適切な周期Ｔを図１２に示された範囲の中から選択する。搬送速度Ｖｔがおよそ１１ｍｍ／ｓから２３ｍｍ／ｓの間では、単純揺動制御でも２マグネット揺動制御でもどちらでも適切な周期Ｔを選択できる。この搬送速度の範囲でどちらの制御方法を選択するかはその他の要因で総合的に判断される。
　以上のように基板搬送速度Ｖｔが与えられた場合、図１２から単純揺動制御、あるいは２マグネット揺動制御のうち適切なマグネット揺動方法を選択する。そして制御選択ユニット２５で単純揺動制御の制御方法か２マグネット揺動制御の制御方法のどちらかを選択する。制御選択ユニット２５には、制御方法を選択するためのデータを記憶した記憶部２７が接続されている（図１参照）。制御選択ユニット２５は、基板搬送速度と記憶部２７内のデータを参照して、より均一な膜厚分布を得られる制御方法を選択するプログラムを有している。基板搬送速度は制御選択ユニット２５に接続された搬送制御装置２１から入力される。本実施形態の記憶部２７には図１２の内容のデータが格納されている。なお、記憶部２７は制御選択ユニット２５内に設けてもよいし、スパッタリング装置の外部に設けても良い。また、制御選択ユニット２５内のプログラムは記憶部２７内のデータを参照して最適な周期Ｔを決定する。
　図１３に基づいて制御方法を選択するプログラムについて説明する。
２つのスパッタユニット１０ａ，１０ｂを用いる第１の実施形態では基板搬送速度Ｖｔが与えられれば図１２から適切な制御方法の選択とマグネット往復移動の周期Ｔを選択することができる。ただし、どちらの制御方法も選択可能な周期Ｔでは、一義的に周期Ｔを決定できない。そこで本実施形態では、いずれかを優先的に選択するものとした。例えば、マグネット７の動作が単純な単純揺動制御の制御方法を優先して選択するように設定できる。
　単純揺動制御の制御方法を選択した場合、周期Ｔはできるだけ小さい方が基板搬送速度Ｖｔの広い範囲で使用できる。単純揺動制御の制御方法の場合の周期Ｔは最小の値（例えばＴ＝３秒）を使用することができる。２マグネット揺動制御の制御方法を選択した場合、周期Ｔはできるだけ大きい方が基板搬送速度Ｖｔの広い範囲で使用できる。２マグネット揺動制御の制御方法での周期Ｔは最大の値（例えばＴ＝２０秒）とできる。
　図１３のフローチャートは上記の考え方に基づいている。マグネット制御方法の選択は、制御選択ユニット２５で行われる。すなわち、制御選択ユニット２５が基板搬送速度Ｖｔを読み込む（ステップ１）。基板搬送速度Ｖｔが２３ｍｍ／ｓ以下では単純揺動制御の制御方法を選択し、周期Ｔは３秒とする（ステップ２）。基板搬送速度Ｖｔが２３ｍｍ／ｓより大きいときは２マグネット揺動制御の制御方法を選択し、周期Ｔは２０秒とする（ステップ３）。
　なお、ここで使用した基板搬送速度Ｖｔの２３ｍｍ／ｓは（１）式と（２）式を連立させて解くことで得られる。このように制御選択ユニット２５で演算して、適切な制御方法の選択とマグネット往復移動周期Ｔを決定できる。制御選択ユニット２５により選択された制御方法が、マグネット駆動装置１１、搬送制御装置２１によって実行される。この結果、どのような基板搬送速度Ｖｔに対しても適切なマグネット駆動装置１１でマグネット７を制御してスパッタ成膜し、少なくとも基板の搬送方向に沿って均一な膜厚の成膜が可能となる。
（第２の実施形態）
　本発明の第２の実施形態である３つのスパッタユニットの制御方法を自動的に切り替えるスパッタリング装置について図を参照して説明する。上述の「２マグネット揺動制御」の制御方法では、成膜処理に用いるスパッタユニット１０の数が奇数のときに搬送方向に均一な膜を作成することは難しい。そこで、「単純揺動制御」の制御方法を選択できない搬送速度で、スパッタユニット１０を３つ使用する場合にも適用できる膜厚分布の改善方法について以下に説明する。
　図１４は、第２の実施形態の基板搬送式のインライン型連続スパッタ成膜装置（スパッタリング装置１０１）の成膜室構成を説明するための概略断面図である。第１の実施形態では使用するスパッタユニット１０の数が２つであったが、第２の実施形態では使用するスパッタユニット１０の数は３つとなっている。３つのスパッタユニット１０は基板搬送方向の上流側から順番に第１、第２、第３のスパッタユニット（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ）とする。各スパッタユニット１０は、いずれも第１の実施形態と同じ構成である。本実施形態で選択しうるマグネット制御方法には、単純揺動制御と３マグネット揺動制御の２種類がある。制御選択ユニット２５でどちらかが選択される構成は第１の実施形態と同様である。なお、スパッタリング装置１０１は、第１の実施形態のスパッタリング装置１００にスパッタユニット１０ｃを追加した構成として描かれているが、４つ以上のスパッタユニットを備えていてもかまわない。
　単純揺動制御は、３つのマグネットをそれぞれ単純揺動制御するものであり、上述した第１の実施形態でのマグネット７の動きと同様であるためその詳細な説明は省略する。３マグネット揺動制御は上述の２マグネット制御方法とはマグネットの動きが異なるものである。３マグネット揺動制御の制御方法は３つのマグネットと基板搬送装置を連動させて動作させて、搬送方向の膜厚を均一にするものである。以下に、３マグネット揺動制御によるスパッタ成膜方法について説明する。
　図１５に３マグネット揺動制御でのマグネットの動きの例を、図１６にそのときのマグネットの速度線図を示す。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１７Ａ～Ｃに示す。この例ではマグネット７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。図１５のグラフの縦軸は基板搬送位置であり、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１５－１７Ａ～Ｃ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１５－１７Ａ～Ｃ中にＰ１で示す）で一旦停止する。ここまでの移動を第１の移動（図１７Ａ参照）と呼ぶ。成膜の際、第１の移動の間に基板に成膜される膜を第１の膜という。
　第１の移動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１５－１７Ａ～Ｃ中にＰ２で示す）まで移動して再び停止する。この移動を第２の移動（図１７Ｂ参照）とよぶ。成膜の際、第２の移動の間に基板に成膜される膜を第２の膜という。次にマグネット７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１５－１７Ａ～Ｃ中にＰ３で示す）まで移動して停止する。この移動を第３の移動（図１７Ｃ参照）とよぶ。成膜の際、第３の移動の間に基板に成膜される膜を第３の膜という。ここまでが１周期分で９秒を要する。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Ｔ＝９秒）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１６は、図１５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、縦軸はマグネットのカソードに対する速度Ｖｍｃを表し、速度の向きは基板搬送方向である順方向を正に逆方向を負にとっている。また、図１６中でマグネット７が停止（速度がゼロ）する位置には、図１５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、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１５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が保たれる。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１５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。ストローク中心の０ｍｍ位置から－５０ｍｍ位置までが第２の移動である。次に順方向（図１６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。ストローク中心の－５０ｍｍ位置から＋５０ｍｍ位置までが第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。
　ここまでは任意の１つのスパッタユニット１０のマグネット７の動きの例を示したが、図１８に３つのスパッタユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃのマグネット７ａ，７ｂ，７ｃの動きの例を示す。第１のスパッタユニット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３マグネット揺動制御のときのマグネット７の動きの制御について説明する。はじめに本実施形態で基板上の搬送方向に沿った膜厚を均一にするための考え方を説明する。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１９は、任意の１つのスパッタユニット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１９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１９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１９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１９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１９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１９では右方向を正にとってグラフにしている。
　図１９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７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１が進む距離を表している。
　図１９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１９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（図１９下側参照）。これはカソード６に供給されるＤＣ電力が一定のためターゲット４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１９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４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４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されていることである。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説明する第２、第３のスパッタユニットによる成膜により積層された後の膜厚を搬送方向で均一にすることができる。
　図２０には基板を基準にして３つの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のスパッタユニット１０ａのマグネット７ａの相対速度Ｖｍｓは図１９と同じである。第２のスパッタユニット１０ｂのマグネット７ｂは第１のスパッタユニット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のスパッタユニット１０ｃのマグネット７ｃは第１のスパッタユニット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２０中の領域Ａに対応する基板上の領域（領域Ａ）は、第１のスパッタユニット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２０中のＢとＣの領域も同様に、３つの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７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つのスパッタユニットにより積層された膜厚は同じとなる。
　領域Ａ、Ｂ、Ｃのそれぞれには、マグネット７がカソード６に対して等速で移動する領域の一方の側に加速領域が存在し、他方の側に減速領域が存在する。加速領域および減速領域においても、３つの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と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および減速領域も含めて、領域Ａ、Ｂ、Ｃにおいて３つの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６に対して停止した状態で成膜する図２０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。
　３マグネット揺動制御も２マグネット揺動制御と同様にマグネットの順方向の速度Ｖｆは基板搬送速度Ｖｔより小さい、つまりマグネットは基板を追い越さないことを前提としている。この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ことが条件になる。
　Ｔ＞（３／２）（２Ｔｓｅｗ＋４Ｔａｃｃ＋Ｌ／Ｖｔ）　　（３）
ここでＴｓｅｗはマグネットの停止時間、Ｔａｃｃは加速時間Ｔａｃｃ１と減速時間Ｔａｃｃ２との平均、Ｌはマグネット往復移動のストロークである。
　制御選択ユニット２５での単純揺動制御と３マグネット揺動制御の制御方法の２つの方法の選択方法について説明する。図２１に基板搬送速度Ｖｔに対してとりうる周期Ｔの範囲を単純揺動制御と３マグネット揺動制御について示した。とりうる周期Ｔの範囲とは、マグネットの動作に理論的な不都合はなく、基板搬送方向の膜厚が均一にできる範囲である。図２１中の２本の曲線のうち下側の曲線より下の範囲は単純揺動制御で基板搬送方向の膜厚を均一にできる。この範囲では（１）式を満たす。周期Ｔのとりうる範囲は搬送速度Ｖｔに反比例する曲線より下側となる。
　図２１中の２本の曲線のうち上側の曲線より上の範囲は３マグネット揺動制御でマグネットの動作に理論的な不都合はなく、搬送方向の膜厚を均一にできる。３マグネット揺動制御で周期Ｔのとりうる範囲は、マグネット７の加減速時間Ｔａｃｃとマグネット停止時間Ｔｓｅｗが小さい場合、搬送速度Ｖｔにほぼ反比例する曲線より上側となる。たとえば搬送速度Ｖｔが３３．３３ｍｍ／ｓ、Ｔａｃｃが０．３秒、Ｔｓｅｗが０．４秒では、周期Ｔは７．５秒より大きいことが必要である。
　ただし、３マグネット揺動制御では、周期Ｔを曲線に近いところに設定するとマグネット７の速度が非常に速くなってしまうので実際には曲線よりやや上側、つまり少し大きめの周期を選択している。たとえば、搬送速度Ｖｔ＝３３．３３ｍｍ／ｓでは周期７．５秒が下限であり、このとき、ストロークＬ＝１００ｍｍでは逆方向の等速の速度Ｖｂは１６６．７ｍｍ／ｓとなるが、周期Ｔを８．５秒とするとＶｂは７８．９５ｍｍ／ｓと大幅に小さくできる。
　このように基板搬送速度Ｖｔが決まると周期Ｔのとりうる範囲が図２１で示した範囲に設定できる。本実施形態の装置では周期Ｔのとりうる範囲は、単純揺動制御と３マグネット揺動制御でお互いに重ならない。したがって、基板搬送速度Ｖｔが決まると単純揺動制御と３マグネット揺動制御のどちらかを選択し、その中で許される周期Ｔを決定することになる。なお、第１の実施形態でも説明したように、周期Ｔは２０秒以下、且つ３秒以上であると望ましい。
　基板搬送速度Ｖｔは一般には装置構成と必要な成膜の膜厚によって決まる。どのマグネット揺動方法を選択するかは以下のように決まる。図２２に周期Ｔのとりうる範囲をまとめた模式図を示す。搬送速度Ｖｔがおよそ９ｍｍ／ｓ以下では、図２２に示すように３マグネット揺動制御は選択できない。したがって単純揺動制御で適切な周期Ｔを図２２に示された範囲から選択する。搬送速度Ｖｔがおよそ２３ｍｍ／ｓ以上では、図２２に示すように単純揺動制御は選択できない。したがって３マグネット揺動制御で適切な周期Ｔを図２２から選択する。搬送速度でＶｔがおよそ９ｍｍ／ｓから２３ｍｍ／ｓの間では、単純揺動制御でも３マグネット揺動制御でもどちらでも適切な周期Ｔを選択できる。この搬送速度の範囲でどちらの制御方法を選択するかはその他の要因で総合的に判断される。
　以上のように基板搬送速度Ｖｔが与えられた場合、図２２から単純揺動制御、あるいは３マグネット揺動制御のうち適切なマグネット揺動方法を選択する。予め定めた基板搬送速度以上（所定速度以上）のときに３マグネット揺動制御を選択する。このときのマグネット往復移動の周期Ｔは図２２から適切な値を設定する。制御選択ユニット２５には、制御方法を選択するためのデータを記憶した記憶部２７が接続されている（図１参照）。制御選択ユニット２５は、基板搬送速度と記憶部２７内のデータを参照して、より均一な膜厚分布を得られる制御方法を選択するプログラムを有している。基板搬送速度は制御選択ユニット２５に接続された搬送制御装置２１から入力される。本実施形態の記憶部２７には図２２の内容のデータが格納されている。なお、記憶部２７は制御選択ユニット２５内に設けてもよいし、スパッタリング装置の外部に設けても良い。また、制御選択ユニット２５内のプログラムは記憶部２７内のデータを参照して最適な周期Ｔを決定する。
　図２３に基づいて、制御方法を選択するプログラムについて説明する。３つのスパッタユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃを用いる第２の実施形態では基板搬送速度Ｖｔが与えられれば図２２から適切なマグネット制御方法の選択とマグネット往復移動の周期Ｔを選択することができる。ただし、どちらの制御方法も選択可能な周期Ｔでは、一義的に周期Ｔを決定できない。そこで本実施形態では、いずれかを優先的に選択するものとした。例えば、マグネット７の動作が単純な単純揺動制御の制御方法を優先して選択するように設定できる。
　単純揺動制御の制御方法を選択した場合、周期Ｔはできるだけ小さい方が基板搬送速度Ｖｔの広い範囲で使用できる。単純揺動制御の制御方法の場合の周期Ｔは最小の値（例えばＴ＝３秒）を使用することができる。３マグネット揺動制御の制御方法を選択した場合、周期Ｔはできるだけ大きい方が基板搬送速度Ｖｔの広い範囲で使用できる。３マグネット揺動制御の制御方法の場合の周期Ｔは最大の値（例えばＴ＝２０秒）とできる。
　図２３のフローチャートは上記の考え方に基づいている。マグネット制御方法の選択は、制御選択ユニット２５で行われる。すなわち、制御選択ユニット２５が基板搬送速度Ｖｔを読み込む（ステップ１０）。基板搬送速度Ｖｔが２３ｍｍ／ｓ以下では単純揺動制御の制御方法を選択し、周期Ｔは３秒とする（ステップ１１）。基板搬送速度Ｖｔが２３ｍｍ／ｓより大きいときは３マグネット揺動制御の制御方法を選択し、周期Ｔは２０秒とする（ステップ１２）。
　なお、ここで使用した基板搬送速度Ｖｔの２３ｍｍ／ｓは（１）式と（３）式を連立させて解くことで得られる。このように制御選択ユニット２５で演算して、適切な制御方法の選択とマグネット往復移動周期Ｔを決定できる。制御選択ユニット２５により選択された制御方法が、マグネット駆動装置１１、搬送制御装置２１によって実行される。この結果、どのような基板搬送速度Ｖｔに対しても適切なマグネット制御装置２２でマグネット７（マグネット駆動装置１１）を制御してスパッタ成膜し、少なくとも基板の搬送方向に均一な膜厚の成膜が可能となる。
　次に、５つ以上のスパッタユニットを使用する際の制御選択ユニット２５での選択について説明する。特にスパッタユニットを５つ以上の奇数個、使用する場合は上述した２つの実施形態を組み合わせてマグネットの制御方法（方法）を選択する。具体例として、スパッタ成膜装置で７個のスパッタユニットを用いる場合を説明する。この場合、７個のスパッタユニットは、２個のスパッタユニットを有するグループ（第２グループ）を２組と、３個のスパッタユニットを有するグループ（第１グループ）１組に分けて考える。すなわち、スパッタユニットを２個有するグループ（第２グループ）では、上述の第１の実施形態に基づいて、単純揺動制御と２マグネット揺動制御の２つの制御方法から適切なものを選択する。２個有するグループは２つあるが、それぞれで制御方法を決定できる。一方、スパッタユニットを３個有するグループ（第１グループ）では、上述の第２の実施形態に基づいて、単純揺動制御と３マグネット揺動制御の２つの制御方法から適切なものを選択する。この方法によれば、各グループで膜厚分布を均一にできる。
　また、この方法によれば、成膜に使用するスパッタユニットの数が変化しても、制御選択ユニット２５で制御方法を切り替えるだけで膜厚分布の均一性を確保することができる。そのため、成膜工程の変更に素早く対応することができる。なお、５つ以上のスパッタユニットを使用する際に制御方法を選択するプログラムは、上述の実施形態と同様、制御選択ユニット２５に入力されている。使用するスパッタユニットの数は、成膜プロセスが作業者などから入力されるコントローラーから、若しくは、キーボードやプッシュボタンなどの外部入力装置から制御選択ユニット２５に入力することができる。
　第１の実施形態の２つのスパッタユニットからなるスパッタリング方法と第２の実施形態の３つのスパッタユニットからなるスパッタリング方法を組み合わせることで、５個以上のスパッタユニットを使用するスパッタリング成膜においても搬送方向に均一な成膜が可能となる。任意の数Ｎ（Ｎは５以上）のスパッタユニットを使用する場合は、スパッタユニットを３個有するグループＸ組と、２個有するグループＹ組に分けて考え、それぞれのグループで膜厚分布の均一性を確保できる制御方法を選択することで最終的な成膜された膜厚分布にすることができる。例えば、上述のように７個のスパッタユニットを使用する場合、スパッタユニットを２個有するグループ２つと３個有するグループ１つの組み合わせで考え、それぞれのグループで膜厚の均一性を確保すれば全体の膜厚分布を均一にすることができる。
　図２４に基づいて、任意の数のスパッタユニットを使用するときのグループ分けを行うプログラムについて説明する。図２４のフローチャートは上記の考え方に基づいている。すなわち、使用するＮ個のスパッタユニットを、３個のスパッタユニットを有するＸ個のグループと、２個のスパッタユニットを有するＹ個のグループに分けて、２個のスパッタユニットを有するグループは図１３のフローチャートに従って制御方法を選択し、３個のスパッタユニットを有するグループは図２３のフローチャートに従って制御方法を選択する。このとき、３Ｘ＋２Ｙ＝Ｎの関係を満たす。
　任意の数のスパッタユニットのグループ分けは、制御選択ユニット２５で行われる。すなわち、制御選択ユニット２５が使用するスパッタユニットの数Ｎを読み込む（ステップ２０）。使用するスパッタユニットの数Ｎが偶数であれば、２個のスパッタユニットを有するグループがＮ／２セットあると判断する（ステップ２１：Ｙｅｓ）。一方、使用するスパッタユニットの数Ｎが奇数であれば、３個のスパッタユニットを有するグループが１セットと、２個のスパッタユニットを有するグループが（Ｎ－３）／２セットあると判断する。その後、２個のスパッタユニットを有するグループについては、上述した図１３のステップ１にジャンプして、それぞれ図１３のフローチャートに従って制御方法を選択される。また、３個のスパッタユニットを有するグループについては、上述した図２３のステップ１０にジャンプして図２３のフローチャートに従って制御方法を選択される。
　なお、本実施形態においては、使用するスパッタユニットの数が４つ以上の偶数の場合（ステップ２１：Ｙｅｓ）は、第１の実施形態に基づいて選択された制御方法（方法）が複数の第２グループで実施される。しかし、使用するスパッタユニットの数が３の倍数の偶数であるときは、第２の実施形態に基づいて選択されたマグネットを制御する制御方法（方法）を複数の第１グループで実施するようにしてもよい。例えば、使用するスパッタユニットの数が１０の場合は、２組の第２グループと２組の第１グループに分け、それぞれでマグネットを制御する制御方法（方法）を選択してもよいことはもちろんである。
　本発明に係るスパッタリング装置は、良好な膜厚分布を得ることができる制御方法に簡便に変更できる。特に、複数の種類の成膜を同じスパッタリング装置で行う場合には、その成膜プロセスの搬送速度と使用するターゲット数で最も均一な膜厚を得ることができる制御方法に簡便に変更できることから、多品種の製品を製造することに適したスパッタリング装置を提供することができる。
１　基板
２　チャンバー（真空容器）
３　基板搬送ローラー
４　ターゲット
５　ターゲットシールド
６　カソード
７　マグネット（マグネット部）
８　カソード絶縁部
９　カソード隔壁（ターゲット保持部）
１０　スパッタユニット
１１　マグネット駆動装置（マグネット駆動部）
２１　搬送制御装置
２２　マグネット制御装置
２５　制御選択ユニット（選択部）
２７　記憶部
１００，１０１　スパッタリング装置
　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８月１０日提出の日本国特許出願特願２０１２－１７８１９３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 (8)

  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、前記基板の搬送速度及び使用される前記ターゲットの数に応じて、前記マグネット駆動部を制御する複数の方法の中から、より均一な膜厚分布が得られる方法を選択する選択部と、を備えることを特徴とするスパッタリング装置。
  2. 　前記選択部は、前記搬送速度が所定速度以上であり、且つ、使用される前記ターゲットの数が５以上の奇数であるＮ個であるとき、使用される前記ターゲットを、それぞれ３つのターゲットからなるＸ組の第１グループと、それぞれ２つのターゲットからなるＹ組の第２グループとに、式（３Ｘ＋２Ｙ＝Ｎ）を満たすように分け、前記第１グループ及び前記第２グループのそれぞれで異なる前記方法を選択す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Ｘ＝１であることを特徴とする請求項２に記載のスパッタリング装置。
  4. 　前記選択部に接続されるとともに、前記マグネット駆動部を制御する複数の方法を記憶した記憶部を有し、
    　前記記憶部に記憶された方法は、
    　前記第１グループに属する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の移動のそれぞれの行程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方法、
    を含むことを特徴とする請求項２に記載のスパッタリング装置。
  5. 　前記記憶部に記憶された方法は、前記第１の移動、前記第２の移動、前記第３の移動のそれぞれにおいて、前記マグネット部が停止させている時間は等しい方法を含むことを特徴とする請求項４に記載のスパッタリング装置。
  6. 　前記記憶部に記憶された方法は、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方法を含むことを特徴とする請求項５に記載のスパッタリング装置。
  7. 　前記記憶部に記憶された方法は、前記第２所定位置は前記逆方向のストローク端である方法を含むことを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項に記載のスパッタリング装置。
  8. 　前記記憶部はさらに、
    　前記第２グループに属する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のストローク端に移動させて停止させる移動と、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移動とを所定周期で実行する方法を、さらに記憶することを特徴とする請求項４に記載のスパッタリング装置。
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