JP4580781B2 - スパッタリング方法及びその装置 - Google Patents

Description

本発明は、スパッタリング方法及びその装置に関し、特に、マグネトロンスパッタリング方式で処理基板上に所定の薄膜を成膜するスパッタリング方法及びその装置に関する。

マグネトロンスパッタリング方式では、ターゲットの後方に、交互に極性を変えて複数の磁石から構成される磁石組立体を配置し、この磁石組立体によってターゲットの前方にトンネル状の磁束を形成して、ターゲットの前方で電離した電子及びスパッタリングによって生じた二次電子を捕捉することで、ターゲットの前方での電子密度を高め、これらの電子と、真空チャンバ内に導入される希ガスのガス分子との衝突確率を高めてプラズマ密度を高くできる。このため、成膜速度を向上できる等の利点があり、処理基板上に所定の薄膜を形成することによく利用される。

その反面、マグネトロンスパッタリング方式では、磁石組立体の位置を固定にすると、プラズマ密度が局所的に高くなり、スパッタリングによるターゲットの侵食領域（エロージョン領域）は、プラズマ密度が高い部分だけに集中し、ターゲットを均一に侵食させることができず、非侵食領域が生じる。この場合、ターゲットの利用効率が低く、また、非侵食領域がパーティクルの原因となる。

このような問題を解決する方法として、例えば、成膜する間、矩形に形成したターゲットの後方に設けた磁石組立体を、ターゲットに平行でかつ等速で往復動させると共に、各処理基板での成膜速度が一定になるようにターゲットに印加する電圧を制御することで、ターゲットを均一に侵食してその利用効率を高めることが考えられている（例えば、特許文献１）。
特開平７−１８４３５号公報（例えば、特許請求の範囲の記載）。

しかしながら、成膜する間、磁石組立体を連続して移動させると、それに伴って、ターゲットの前方のプラズマが揺らぎ、異常放電が発生し易くなるという問題が生じる。異常放電が生じると、基板に付着する薄膜の膜厚を均一にできず、また、活性ガスを用いてターゲット材料とガスとを反応させて化合物薄膜を形成するスパッタリングでは、膜質も均一にできない。

そこで、本発明の課題は、上記点に鑑み、ターゲットを均一に侵食させて利用効率が高くなるようにしても、異常放電の発生が抑制できるスパッタリング方法及びその装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のマグネトロンスパッタリング方法は、真空チャンバ内に配置したターゲットに対向した位置に処理基板を順次搬送し、このターゲットの前方に磁束を形成すると共に、ターゲットと処理基板との間に電界を形成し、プラズマを発生させてターゲットをスパッタリングすることで処理基板上に成膜するスパッタリング方法において、処理基板への成膜が終了し、ターゲットに対向した位置に次の処理基板を搬送する際に、前記磁束をターゲットに対して平行移動させて保持し、この状態で成膜することを特徴とする。

本発明によれば、処理基板への成膜が終了した後、次の処理基板をターゲットに対向した位置に搬送する際に磁束をターゲットに対して平行移動させて保持する。そして、ターゲットに電圧を印加してターゲットの前方にプラズマを発生させてターゲットをスパッタリングすることで処理基板上に成膜する。

この場合、成膜する間だけ磁束の位置を固定することで、ターゲットの前方のプラズマが揺らがず、異常放電の発生を抑制できる。このため、処理基板に付着する薄膜の膜厚を均一にできると共に、膜質も均一にできる。また、処理基板への薄膜の形成が終了した後、次の処理基板をターゲットに対向した位置に搬送する際に磁束の位置を変えるので、スパッタリングによるターゲットへの侵食領域が変動し、ターゲットを均一に侵食させて利用効率を高めることが可能になる。

尚、前記ターゲットの全面に亘って一様に侵食領域が得られるように、前記磁束の平行移動を、少なくとも２箇所の位置の間で間欠的に行うようにすればよい。

また、前記磁束の平行移動を、前記ターゲットに対向した位置に処理基板を搬送する毎に行うことが好ましい。

本発明のマグネトロンスパッタリング装置は、真空チャンバ内にターゲットを有し、ターゲットの前方に磁束が形成されるように複数個の磁石から構成される磁石組立体をターゲットの後方に配置すると共に、ターゲットに対向した位置に処理基板を順次搬送する基板搬送手段を設けたスパッタリング装置において、処理基板への成膜が終了し、ターゲットに対向した位置に次の処理基板を搬送する際に、前記磁束をターゲットに対して平行移動させて保持するように前記磁石組立体を駆動する駆動手段を設けたことを特徴とする。

この場合、前記ターゲットを複数とし、各ターゲットの後方に少なくとも１個の磁石組立体を配置するようにしてもよい。

また、前記駆動手段が、エアーシリンダまたはモータであるとすればよい。

また、本発明の他のスパッタリング装置は、真空チャンバ内に所定の間隔を置いて並設した複数枚のターゲットと、各ターゲットの前方に磁束をそれぞれ形成するように各ターゲットの後方にそれぞれ設けられ、複数個の磁石から構成される磁石組立体と、各ターゲットに負電位及び接地電位または正電位のいずれか一方を交互に印加する交流電源と、前記各ターゲットに対向した位置に処理基板を順次搬送する基板搬送手段と、を備え、前記磁束をターゲットに対して平行移動させて保持するように各磁石組立体を一体に駆動する駆動手段を設け、前記処理基板への成膜が終了し、ターゲットに対向した位置に次の処理基板を搬送する際に、この駆動手段によって各磁石組立体を一体に駆動することを特徴とする。

これによれば、交流電源を介して、並設したターゲットのうちいずれかに負の電位を印加した場合、接地電位または正の電位が印加されたターゲットがアノードの役割を果たすことで、その負の電位が印加されたターゲットがスパッタされ、交流電源の周波数に応じて、ターゲットの電位を交互に切り替えることで、各ターゲットがスパッタされるようになる。この場合、間欠的に磁束をターゲットに対して平行移動させて保持しつつ、磁束の位置を変えることで、スパッタリングによるターゲットへの侵食領域が変動し、ターゲットを均一に侵食させて利用効率を高めることが可能になる。

これにより、アノードやシールドなどの構成部品を何ら設ける必要がないため、スパッタ粒子が放出されないこの空間を可能な限り小さくできることができ、処理基板に成膜する場合に、処理基板面内における膜厚分布を略均一にできると共に、膜質も均一にできる。

この場合、前記各ターゲットに対向した位置に処理基板を順次搬送する基板搬送手段を備え、前記処理基板への成膜が終了し、ターゲットに対向した位置に次の処理基板を搬送する際に、この駆動手段によって各磁石組立体を一体に駆動するようにすれば、成膜する間だけ磁束の位置を固定できることで、ターゲットの前方のプラズマが揺らがず、異常放電の発生を抑制でき、スパッタ粒子が放出されないこの空間を可能な限り小さくできることと相俟って、大面積の処理基板に成膜する場合でも処理基板面内における膜厚分布を略均一にできると共に、膜質も均一にできる。

ところで、上記のように、ターゲットを並設すると、磁石組立体相互の間の間隔も小さくなり、同方向に同一極性の磁石が相互に近接して磁場干渉が生じる場合がある。この場合、その箇所での磁束密度のみが高くなって磁場バランスが崩れる。このため、前記複数の磁石組立体を並設した際に、各磁石によって形成される磁束の密度を、その並設方向に沿って略均一にする磁束密度補正手段を備えておくのがよい。

この場合、前記磁束密度補正手段は、並設した磁石組立体の両側に設けた補助磁石であり、前記駆動手段によって磁石組立体と一体に平行移動されるようにすれば、簡単な構造で磁束の密度をその並設方向に沿って略均一にできてよい。

以上説明したように、本発明のスパッタリング方法及びその装置は、ターゲットを均一に侵食させて利用効率が高くなるようにしても、異常放電の発生が抑制できるという効果を奏する。

図１を参照して、１は、第１実施の形態に係るマグネトロン方式のスパッタリング装置（以下、「スパッタ装置」という）である。スパッタ装置１は、インライン式のものであり、ロータリーポンプ、ターボ分子ポンプなどの真空排気手段（図示せず）を介して所定の真空度に保持されたスパッタ室１１を有する。スパッタ室１１の上部には基板搬送手段２が設けられている。この基板搬送手段２は、公知の構造を有し、例えば、処理基板Ｓが装着されるキャリア２１を有し、図示しない駆動手段を間欠駆動させて、後述するターゲットと対向した位置に処理基板Ｓを順次搬送する。

また、スパッタ室１１にはガス導入手段３が設けられている。ガス導入手段３は、マスフローコントローラ３１を介設したガス管３２を介してガス源３３に連通しており、アルゴンなどのスパッタガスや反応性スパッタリングの際に用いる酸素などの反応ガスがスパッタ室１１内に一定の流量で導入できるようになっている。スパッタ室１１の下側にはカソード組立体４が配置されている。

カソード組立体４は、例えば略直方体のターゲット４１を有している。ターゲット４１は、Ａｌ合金やＭｏなど、処理基板Ｓ上に成膜しようする薄膜の組成に応じて公知の方法で作製される。ターゲット４１は、スパッタリングの際にこのターゲット４１を冷却するバッキングプレート４２に接合され、バッキングプレート４２が、絶縁板４３を介してカソード組立体４のフレーム４４に取付けられている。

カソード組立体４にはまた、ターゲット４１の後方に位置して磁石組立体４５が設けられている。磁石組立体４５は、ターゲット４１に平行に配置された支持部４５ａを有し、この支持部４５ａ上には、交互に極性を変えてかつ所定の間隔を置いて３個の磁石４５ｂ、４５ｃが設置されている。これにより、ターゲット４１の前方に、閉ループのトンネル状の磁束Ｍが形成され、ターゲット４１の前方で電離した電子及びスパッタリングによって生じた二次電子を捕捉することで、ターゲット４１の前方での電子密度を高くしてプラズマ密度を高くできる。

一般に、ターゲット４１の外形寸法は、処理基板Ｓの外形寸法より大きく設定されるため、処理基板Ｓが大きくなると、ターゲット４１の外形寸法も大きくなる。このような場合、ターゲット４１の後方には、複数個の磁石組立体４５が所定の間隔を置いて並設される。また、処理基板Ｓの外形寸法が大きい場合、スパッタ室１１に複数のカソード組立体４が配置される。

駆動手段によってキャリア２１を間欠駆動して、処理基板Ｓをターゲット４１と対向した位置に順次搬送し、ガス導入手段３を介して所定のスパッタガスを導入する。ターゲット４１に、スパッタ電源Ｅを介して負の直流電圧または高周波電圧を印加すると、処理基板Ｓ及びターゲット４１に垂直な電界が形成され、ターゲット４１の前方にプラズマが発生してターゲット４１がスパッタリングされることで処理基板Ｓ上に成膜される。

ここで、図１、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、３個の磁石４５ｂ、４５ｃを、交互に極性を変えてかつ所定の間隔を置いて構成した磁石組立体４５の位置を固定にすると、各磁石４５ｂ、４５ｃ相互の間でトンネル状の磁束Ｍが形成されるため、中央部の磁石４５ｂの上方におけるプラズマ密度は低くなる。その際、スパッタリングによるターゲット４１の侵食領域は、トンネル状の磁束Ｍが形成されることでプラズマ密度が高くなる部分だけに集中し、プラズマ密度が低くなる中央部の磁石４５ｂの上方に位置する部分は非侵食領域Ｕとして残る。

この場合、ターゲット４１の利用効率が低くなり、また、非侵食領域Ｕがパーティクルの原因となる。このため、Ａ点とＢ点との間で磁石組立体４５を平行移動させてトンネル状の磁束Ｍの位置を変えると、ターゲット４１を均一に侵食してその利用効率を高くできが、この場合、異常放電の発生を抑制することが必要である。

そこで、本実施の形態では、磁石組立体４５に、駆動手段であるエアーシリンダ４６を設け、ターゲット４１の水平方向に沿った２箇所の位置（Ａ点、Ｂ点）の間で磁石組立体４５を平行移動させ、各位置で保持できるようにした。

そして、キャリア２１に装着した処理基板Ｓへの成膜が終了し、ターゲット４１への負の直流電圧または高周波電圧の印加を停止し、放電を一旦停止した後、次のキャリア２１上の処理基板Ｓをターゲット４１に対向した位置に搬送する際に、エアーシリンダ４６を駆動して磁石組立体４５を、即ち、トンネル状の磁束Ｍを、Ａ点からＢ点まで平行移動させて保持する。この場合、少なくとも次のキャリア２１に装着した処理基板Ｓへの成膜前に、磁石組立体４５をＡ点からＢ点まで平行移動すればよい。

次のキャリア２１に装着した処理基板Ｓがターゲット４１に対向した位置に搬送されてくると、再度ターゲット４１に負の直流電圧または高周波電圧を印加して、ターゲット４１の前方にプラズマを発生してターゲット４１がスパッタリングされることで成膜を行う。さらに、次のキャリア２１に装着した処理基板Ｓがターゲット４１に対向した位置に搬送されてくる際に、エアーシリンダ４６を駆動して磁石組立体４５を、Ｂ点からＡ点まで再度平行移動させて保持して、上記手順で成膜を行う。この操作を繰り返すことで、順次搬送されてくる処理基板Ｓに順次成膜する。

この場合、エアーシリンダによる磁石組立体４１の平行移動は、基板搬送手段２によってキャリア２１に装着した処理基板Ｓを、ターゲット４１に対向した位置に搬送する毎に行うのが好ましい。

これにより、成膜する間だけトンネル状の磁束Ｍの位置を固定することで、ターゲット４１の前方のプラズマが揺らがず、異常放電の発生を抑制できる。このため、処理基板Ｓに付着する薄膜の膜厚を均一にできると共に、膜質も均一にできる。また、処理基板Ｓへの成膜が終了した後、次の処理基板Ｓをターゲット４１に対向した位置に搬送する際にトンネル状の磁束Ｍの位置を変えるので、スパッタリングによるターゲット４１への侵食領域が変動し、ターゲット４１を均一に侵食させて利用効率を高めることが可能になる。

また、エアーシリンダ４６を用いることで、速度や位置などの制御しつつモータによって磁石組立体４５を駆動するものと比較して、低コストにできる。また、エアーシリンダ４６の空気圧を適宜設定すれば瞬時に磁石組立体４５を移動させることができる。

尚、本第１の実施の形態では、ターゲット４１の後方に１個の磁石組立体４５を設けたものについて説明したが、複数個の磁石組立体４５を所定の間隔を置いて並設した場合でも、各磁石組立体４５を１個のエアーシリンダによって駆動するようにしてもよい。これにより、低コストにできる。

本実施の形態では、エアーシリンダ４５を用いたものについて説明したが、少なくとも２点位置で磁石組立体４５を位置を迅速に変更できるものであれば、これに限定されるものではなく、例えば位置や速度などの制御を必要としないモータを用いることができる。

また、本実施の形態では、インライン式のスパッタリング装置１について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、搬送室と、この搬送室に連結したスパッタ室とから構成され、搬送室に設けた搬送ロボットにより処理基板を搬送するようにしたスパッタリング装置など、ターゲット４１と対向した位置に処理基板Ｓが順次搬送されてくるものであれば、本発明のスパッタリング方法を適用できる。

図３を参照して、１０は、第２の実施の形態に係るスパッタ装置である。スパッタ装置１０は、後述する複数枚のターゲットを用いたインライン式のものであり、ロータリーポンプ、ターボ分子ポンプなどの真空排気手段（図示せず）を介して所定の真空度に保持されるスパッタ室１１０を有する。スパッタ室１１０の上部には、処理基板Ｓが配置され、上記第１の実施の形態と同様の基板搬送手段（図示せず）によって、後述する各ターゲットと対向した位置に処理基板Ｓが順次搬送できるようになっている。

また、スパッタ室１１０にはガス導入手段３０が設けられている。ガス導入手段３０は、マスフローコントローラ３０ａを介設したガス管３０ｂを介してガス源３０ｃに連通しており、アルゴンなどのスパッタガスや反応性スパッタリングの際に用いる酸素などの反応ガスがスパッタ室１１０内に一定の流量で導入できるようになっている。スパッタ室１１０の下側には、カソード組立体４０が配置されている。

カソード組立体４０は、略直方体など同一形状に形成した６枚のターゲット４１０ａ〜４１０ｆを有している。各ターゲット４１０ａ〜４１０ｆは、Ａｌ合金、ＭｏやＩＴＯなど処理基板Ｓ上に成膜しようする薄膜の組成に応じて公知の方法でそれぞれ作製され、冷却用のバッキングプレート（図示せず）に接合されている。各ターゲット４１０ａ〜４１０ｆは、その未使時のスパッタ面４１１が、処理基板Ｓに平行な同一平面上に位置するように並設され、各ターゲット４１０ａ〜４１０ｆの向かい合う側面４１２相互の間には、アノードやシールドなどの構成部品を何ら設けていない。この場合、ターゲット４１０ａ〜４１０ｆ相互の間隔は、側面４１２相互の間の空間でプラズマが発生して各側面４１２がスパッタされない範囲に設定される。また、各ターゲット４１０ａ〜４１０ｆの外形寸法は、各ターゲット４１０ａ〜４１０ｆを並設した際に処理基板Ｓの外形寸法より大きくなるように設定される。

各ターゲット４１０ａ〜４１０ｆの裏面には、各ターゲット４１０ａ〜４１０ｆと同一の外形に形成した電極４２０と絶縁板４３０が順次取付けられ、カソード組立体４０の所定の位置に取付けられている。電極４２０は、スパッタ室１１の外部に配置した３個の交流電源Ｅ１にそれぞれ接続され、交流電圧が印加できる。

この場合、相互に隣接する２個のターゲット（例えば４１０ａと４１０ｂ）に対して１個の交流電源Ｅ１を割り当て、一方のターゲット４１０ａに対し負の電位を印加した際に、他のターゲット４１０ｂに接地電位または正の電位が印加されると共に、各交流電源Ｅ１から電位を印加する際に、相互に隣接する各ターゲット４１０ａ〜４１０ｆの電位が相互に一致しないようにしている。

これにより、例えば、各交流電源Ｅ１を介してターゲット４１０ａ、４１０ｃ、４１０ｅに負の電位を印加した場合、交流電源Ｅ１を介して接地電位または正の電位が印加された両側の各ターゲット４１０ｂ、４１０ｄ、４１０ｆがアノードの役割を果たすことになる（両端に位置するターゲット４１０ａ、４１０ｆの外側には、接地電位の防着板１１１が設けられ、この防着板１１１が、ターゲット４１０ａ、４１０ｆがスパッタされる際、アノードの役割を果たす）。そして、その負の電位が印加された各ターゲット４１０ａ、４１０ｃ、４１０ｅがスパッタされ、交流電源の周波数に応じて、各ターゲット４１０ａ〜４１０ｆの電位が交互に切り替わることで、各ターゲット４１０ａ〜４１０ｆがスパッタされる。

ところで、上記のようにターゲット４１０ａ〜４１０ｆを並設した場合、側面４１２相互の間の空間４１３からはスパッタ粒子が放出されないが、その空間４１３にアノードやシールドなどの構成部品を何ら設ける必要がないため、このスパッタ粒子が放出されない領域を可能な限り小さくできる。その結果、処理基板Ｓ面内における膜厚分布を略均一にできる。

カソード組立体４０には、各ターゲット４１０ａ〜４１０ｆの後方にそれぞれ位置させて６個の磁石組立体４４０ａ〜４４０ｆが設けられている。各磁石組立体４４０ａ〜４４０ｆは同一構造に形成され、ターゲット４１０ａ〜４１０ｆに平行に設けた磁性材料製の支持部４４１を有し、支持部４４１上には、ターゲット４１０ａ〜４１０ｆと対向する面の極性を交互に変えて、中央磁石４４２とその両側に設けた２個の周辺磁石４４３、４４４が設けられている。

この場合、中央磁石４４２は、ターゲット４１０ａ〜４１０ｆの長手方向に沿った細長でリング状のものであり、両端の周辺磁石は４４３、４４４は棒状のものであり、中央磁石４４２の同磁化に換算したときの体積を、各周辺磁石４４３の同磁化に換算したときの体積の和（周辺磁石：中心磁石：周辺磁石＝１：２：１）に等しくなるように設計している。

これにより、各ターゲット４１０ａ〜４１０ｆの前方に、釣り合った閉ループのトンネル状の磁束がそれぞれ形成され、ターゲット４１０ａ〜４１０ｆの前方で電離した電子及びスパッタリングによって生じた二次電子を捕捉することで、ターゲット４１０ａ〜４１０ｆの前方での電子密度を高くしてプラズマ密度を高くできる。

そして、処理基板Ｓを、並設した各ターゲット４１０ａ〜４１０ｆと対向した位置に搬送し、ガス導入手段３０を介して所定のスパッタガスを導入し、各ターゲット４１０ａ〜４１０ｆの電極に３個の交流電源Ｅ１を介して電位をそれぞれ印加すると、処理基板Ｓ及びターゲット４１０ａ〜４１０ｆに垂直な電界が形成され、ターゲット４１０ａ〜４１０ｆの前方にプラズマが発生して各ターゲット４１０ａ〜４１０ｆが交互にスパッタリングされることで処理基板Ｓ上に成膜される。

ところで、各磁石組立体４４０ａ〜４４０ｆの位置を固定にすると、中央磁石４４２と両周辺磁石４４３、４４４相互の間でトンネル状の磁束Ｍが形成されるため、中央磁石４４２の上方におけるプラズマ密度は低くなる。その際、スパッタリングによる各ターゲット４１０ａ〜４１０ｆの侵食領域は、トンネル状の磁束Ｍが形成されることでプラズマ密度が高くなる部分だけに集中し、プラズマ密度が低くなる中央磁石４４２の上方に位置する部分は非侵食領域として残る。その結果、各ターゲット４１０ａ〜４１０ｆの利用効率が低くなり、また、非侵食領域がパーティクルの原因となる。

第２の実施の形態では、支持部４４１の幅寸法を、各ターゲット４１０ａ〜４１０ｆの並設方向に沿った幅寸法より小さすると共に、カソード組立体４０にエアーシリンダ４５０を設け、その駆動軸４５１に、各磁石組立体４４０ａ〜４４０ｆを取付け、各ターゲット４１０ａ〜４１０ｆの並設方向に沿った水平な２箇所の位置（Ａ１点、Ｂ１点）で磁石組立体４４０ａ〜４４０ｆを一体に平行移動させてトンネル状の磁束Ｍの位置を変えるようにした。

この場合、異常放電の発生を抑制するため、Ａ１点またはＢ１点で磁石組立体４４０ａ〜４４０ｆを保持するようにし、例えば処理基板Ｓへの成膜が終了し、ターゲット４１０ａ〜４１０ｆへの交流電圧の印加を停止し、放電を一旦停止した後、次の処理基板Ｓをターゲット４１に対向した位置に搬送する際に、エアーシリンダ４５０を駆動して磁石組立体４４０ａ〜４４０ｆを、即ち、トンネル状の磁束Ｍを、Ａ１点からＢ１点まで平行移動させるのが好ましい。これにより、侵食領域を拡大できて各ターゲット４１０ａ〜４１０ｆの利用効率が高めることが可能になる。

ところで、上記のように各ターゲット４１０ａ〜４１０ｆを相互に近接させて設けた場合、磁石組立体４４０ａ〜４４０ｆもまた相互に近接して設けられることになる。この場合、図４（ａ）に示すように、各磁石組立体４４０ａ〜４４０ｆの各磁石４４２、４４３、４４４の上面から所定の間隔を置いた位置における磁石組立体４４０ａ〜４４０ｆの並設方向に沿った垂直方向の磁場強度Ｂｓ及び水平方向の磁場強度Ｂｐを測定すると、同方向に同一極性の周辺磁石４４３、４４４（例えば、磁石組立体４４０ｂの周辺磁石４４４と磁石組立体４４０Ｃの周辺磁石４４３）が相互に近接することで磁場干渉が生じて、その箇所での磁束密度が、両端部に位置する磁石組立体４４０ａ、４４０ｆの周辺磁石４４３、４４４の上方での磁束密度より高くなって、磁場バランスが崩れる。この状態で成膜すると、処理基板Ｓ面内における膜厚分布を略均一にできない。

第２の実施の形態では、図３に示すように、並設した磁石組立体４４０ａ〜４４０ｆの両側に、磁束密度補正手段である補助磁石４６０を、隣接する磁石組立体４４０ａの周辺磁石４４３と磁石組立体４４０ｆの周辺磁石４４４との極性にそれぞれ一致させて設け、補助磁石４６０を支持する支持部４６１を、エアーシリンダ４６０の駆動軸４６１に取付け、磁石組立体４４０ａ〜４４０ｆと一体に移動するようにした。

この場合、補助磁石４６０は周辺磁石４４３、４４４と同一とし、この補助磁石４６０と周辺磁石４４３、４４４との間の間隔Ｄ１を、相互に近接する周辺磁石の間の間隔Ｄ２と同一とした。これにより、図４（ｂ）に示すように、磁石組立体４４０ａ〜４４０ｆの両端での磁束密度も高くなって磁場バランスが改善され、ひいては処理基板Ｓ面内における膜厚分布を略均一にできる。

尚、第２の実施の形態では、磁束密度補正手段として補助磁石４６０を用いるものについて説明したが、磁石組立体を並設した場合に磁場バランスが図れるものであれば、これに限定されるものではない。例えば、並設した磁石組立体の両外側に位置する周辺磁石のみの幅寸法を大きくしたり、磁石から発生する磁束密度が大きくなる材料に変更して自足密度補正手段としてもよい。

本実施例では、図１に示すスパッタ装置１を用い、処理基板Ｓとしてガラス基板（１０００ｍｍ×１２００ｍｍ）を用い、このガラス基板を基板搬送手段２１によってターゲット４１に対向した位置に順次搬送した。ターゲット４１としてＡｌを用い、Ａｌを公知の方法で、１２００ｍｍ×２０００ｍｍの外形寸法を有するように作製し、バッキングプレート４２に接合した。また、ターゲット４１とガラス基板との間の距離を１６０ｍｍに設定した。この場合、ターゲット４１の外形寸法が大きいため、ターゲット４１の後方に、図１に示す磁石組立体４５を４個設け、これらの磁石組立体４５を所定の間隔を置いて平行に並設してカソード組立体４を構成した。

スパッタリング条件として、真空排気されているスパッタ室１１内の圧力が０．３Ｐａに保持されるように、マスフローコントローラ３１を制御してスパッタガスであるアルゴンをスパッタ室１１内に導入した。また、ターゲット４１への投入電力を１３０ＫＷ、スパッタ時間を６０秒に設定した。

そして、上記スパッタ条件の下で、３枚のガラス基板Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３を順次搬送して各ガラス基板Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３にＡｌを成膜した。この場合、最初のガラス基板への成膜が終了し、ターゲット４１への電力投入を一旦停止した後、次のキャリア２１上のガラス基板Ｓ２をターゲット４１に対向した位置に搬送する際に、エアーシリンダ４６を駆動して４個の磁石組立体４５を同時に平行移動させて保持するようにして一連の成膜処理を行った。
（比較例１）

比較例１として、スパッタ条件を上記実施例１と同じとし、３枚のガラス基板Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６をターゲット４１に対向した位置に順次搬送してＡｌの成膜処理を行った。この場合、磁石組立体４５の駆動手段として位置や速度の制御ができるモータに変更し、成膜する間、ターゲット４１の水平方向に沿った２箇所の位置の間で４個の磁石組立体４５を等速で平行に連続して往復動させた。

表１は、３枚のガラス基板上に連続してＭＯ膜を成膜したときの、処理基板ＳのＸＹ方向に沿った所定位置におけるＡｌ膜の膜厚分布を示す。これによれば、比較例１では、３枚の処理基板Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６の膜厚分布を均一にできないことが判る。それに対して、実施例１では、３枚のガラス基板Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３とも、±８前後の安定したＡｌ膜の厚分布が得られ、均一にできることが判る。

また、表２は、３枚のガラス基板上に連続してＡｌ膜を成膜したときの、異常放電（アーク放電）の回数をカウントしたものである。これによれば、比較例１では、各ガラス基板Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６へのスパッタリング中における異常放電の回数がそれぞれ３０回を超えた。これに対して、実施例１では、異常放電の回数が比較例１と比較して、約半分に抑制されていることが判る。

本実施例では、上記実施例１の条件において、ターゲット４１への投入電力を、０〜２００ＫＷの範囲で変化させたときの、アーク放電（異常放電）の回数をカウントし、その結果を図３に示す。併せて、比較例２として、上記比較例１の条件において、ターゲット４１への投入電力を、０〜２００ＫＷの範囲で変化させたときの、アーク放電（異常放電）の回数をカウントし、図５に示す。この場合、線１が実施例２であり、線２が比較例２である。

これによれば、比較例２の場合、ターゲット４１への投入電力が大きくなるに従い、比例してアーク放電の回数が増加し、投入電力が１００ＫＷを超えると、アーク放電の回数が２０回を超えた。それに対して、実施例２では、ターゲット４１への投入電力が大きくなっても、アーク放電の回数は極端に増加せず、一般にＡｌのスパッタに用いられる投入電力の範囲（５０〜１３０ＫＷ）で、比較例２のものと比較して、アーク放電の回数が約半分に抑制できた。

本実施例では、図３に示すスパッタ装置１０を用い、処理基板Ｓとしてガラス基板（１０００ｍｍ×１２５０ｍｍ）を用い、このガラス基板を基板搬送手段によって、並設したターゲット４１０ａ〜４１０ｆに対向した位置に順次搬送した。この場合、ターゲット４１０ａ〜４１０ｆとして、Ｉｎ_２Ｏ_３にＳｎＯ_２を１０重量％添加したものを用い、公知の方法で、各ターゲットが２００ｍｍ×１７００ｍｍの外形寸法で１０ｍｍの厚さを有するように作製し、バッキングプレート４２にそれぞれ接合した後、ターゲット４１０ａ〜４１０ｆ相互の間の間隔が２ｍｍになるように並設した。ターゲット４１０ａ〜４１０ｆとガラス基板との間の距離を１６０ｍｍに設定した。補助磁石４６０、各周辺磁石４４３、４４４相互の間の間隔Ｄ１、Ｄ２は１７０ｍｍに設定した。

スパッタリング条件として、真空排気されているスパッタ室１１内の圧力が０．７Ｐａに保持されるように、ガス導入手段３０のマスフローコントローラを制御してスパッタガスであるアルゴンと、反応ガスである水素、酸素をスパッタ室１１内に導入した。また、交流電源Ｅ１によるターゲット４１への投入電力を２０ＫＷとし、周波数を５０Ｈｚに設定した。そして、５０Ｈｚの周波数で並設した各ターゲット４１０ａ〜４１０ｆに交互に負電位及び正電位または接地電位のいずれか一方を印加しつつ、、投入電力を０ＫＷから１０ＫＷまで徐々に上げながら、３０秒間スパッタした。

図６は、上記条件でガラス基板にＩＴＯ膜を成膜したときの膜厚分布を示す図である。この実施例３によれば、ガラス基板面内の３５点の膜厚（図６中の単位はÅ）を測定したところ、１０００ű８％と良好な膜厚分布の面内均一性が得られた。また、上記条件で、処理基板Ｓをターゲット４１０ａ〜４１０ｆと対向した位置に搬送する毎に、エアーシリンダ４６０を駆動させつつ連続して長時間スパッタした後、ターゲット４１０ａ〜４１０ｆ表面を確認したところ、ターゲット４１０ａ〜４１０ｆ表面に非侵食領域は確認されなかった。

尚、比較例３として、上記実施例３と同構造のスパッタ装置１０を用い、上記実施例３と同条件でガラス基板Ｓ上に成膜を行うこととした。但し、磁束密度補正手段である補助磁石４６０を配置せず、また、エアーシリンダー４５０を位置や速度の制御ができるモータに変更して、成膜する間、ターゲット４１０ａ〜４１０ｆの水平方向に沿った２箇所の位置の間で各磁石組立体４４０ａ〜４４０ｆを等速で平行に連続して往復動（１０ｍｍ／ｓｅｃ）させることとした。

これによれば、比較例３では、交流電源Ｅ１による投入電力を０ＫＷから徐々に上げていき、１０ＫＷに到達したときに、各ターゲット４１０ａ〜４１０ｆの上方で激しい異常放電が確認され、成膜の続行が不可能になった。

本発明のスパッタリング装置を概略的に説明する図。 （ａ）及び（ｂ）は、磁石組立体の平行移動を説明する図。 第２の実施の形態に係るスパッタリング装置の構成を説明する図。 （ａ）及び（ｂ）は、磁石組立体を並設したときの磁束密度の分布を説明する図。 投入電力と、アーク放電の回数との関係を示すグラフ。 第２の実施の形態に係るスパッタリング装置を用いて成膜したときの膜厚分布を説明する図。

符号の説明

１ マグネトロンスパッタリング装置
４ カソード組立体
４１ ターゲット
４５ 磁石組立体
４６ 駆動手段
Ｍ トンネル状の磁束
Ｓ 処理基板

Claims (9)

1. 真空チャンバ内に配置したターゲットに対向した位置に処理基板を順次搬送し、このターゲットの前方に磁束を形成すると共に、ターゲットと処理基板との間に電界を形成し、プラズマを発生させてターゲットをスパッタリングすることで処理基板上に成膜するスパッタリング方法において、処理基板への成膜が終了し、ターゲットに対向した位置に次の処理基板を搬送する際に、前記磁束をターゲットに対して平行移動させて保持し、この状態で成膜することを特徴とするスパッタリング方法。
2. 前記ターゲットの全面に亘って一様に侵食領域が得られるように、前記磁束の平行移動を、少なくとも２箇所の位置の間で間欠的に行うことを特徴とする請求項１記載のスパッタリング方法。
3. 前記磁束の平行移動を、前記ターゲットに対向した位置に処理基板を搬送する毎に行うことを特徴とする請求項１または請求項２記載のスパッタリング方法。
4. 真空チャンバ内にターゲットを有し、ターゲットの前方に磁束が形成されるように複数個の磁石から構成される磁石組立体をターゲットの後方に配置すると共に、ターゲットに対向した位置に処理基板を順次搬送する基板搬送手段を設けたスパッタリング装置において、処理基板への成膜が終了し、ターゲットに対向した位置に次の処理基板を搬送する際に、前記磁束をターゲットに対して平行移動させて保持するように前記磁石組立体を駆動する駆動手段を設けたことを特徴とするスパッタリング装置。
5. 前記ターゲットを複数とし、各ターゲットの後方に少なくとも１個の磁石組立体を配置したことを特徴とする請求項４記載のスパッタリング装置。
6. 前記駆動手段が、エアーシリンダまたはモータであることを特徴とする請求項４記載のスパッタリング装置。
7. 真空チャンバ内に所定の間隔を置いて並設した複数枚のターゲットと、各ターゲットの前方に磁束をそれぞれ形成するように各ターゲットの後方にそれぞれ設けられ、複数個の磁石から構成される磁石組立体と、各ターゲットに負電位及び接地電位または正電位のいずれか一方を交互に印加する交流電源と、前記各ターゲットに対向した位置に処理基板を順次搬送する基板搬送手段と、を備え、
   前記磁束をターゲットに対して平行移動させて保持するように各磁石組立体を一体に駆動する駆動手段を設け、前記処理基板への成膜が終了し、ターゲットに対向した位置に次の処理基板を搬送する際に、この駆動手段によって各磁石組立体を一体に駆動することを特徴とするスパッタリング装置。
8. 前記複数の磁石組立体を並設した際に、各磁石によって形成される磁束の密度を、その並設方向に沿って略均一にする磁束密度補正手段を備えたことを特徴とする請求項７記載のスパッタリング装置。
9. 前記磁束密度補正手段は、並設した磁石組立体の両側に設けた補助磁石であり、前記駆動手段によって磁石組立体と一体に平行移動されることを特徴とする請求項７または請求項８記載のスパッタリング装置。

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