JP5162464B2 - 薄膜形成方法及び薄膜形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガラス等の処理基板表面にスパッタリング法により所定の薄膜を形成するための薄膜形成方法及び薄膜形成装置に関する。

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

大面積の処理基板に対して一定の膜厚で所定の薄膜を効率よく形成するものとして、真空チャンバ内で同形状のターゲットを等間隔で複数枚並設したスパッタ装置が知られている。このスパッタ装置では、ターゲット相互間の領域からスパッタ粒子が放出されないため、処理基板表面に所定の薄膜を形成すると、この薄膜の膜厚分布や反応性スパッタリングの際の膜質分布が波打つように（例えば膜厚分布の場合、同一の周期で薄厚の厚い部分と薄い部分とが繰返すように）不均一になる。

このため、各ターゲットに電力投入してスパッタリングにより薄膜を形成する間、各ターゲットを一体にかつ処理基板に対し平行に一定の速度で往復動させ、各ターゲットを一体に移動させてスパッタ粒子が放出されない領域をかえることで、つまり、処理基板の全面に亘ってターゲット表面のスパッタ粒子が放出される領域と対向させることで、上記膜厚分布や膜質分布の不均一を改善することが提案されている。併せて、膜厚分布や膜質分布の均一性をより高めるために、各ターゲットの前方にトンネル状の磁束をそれぞれ形成すべく設けた磁石組立体を、ターゲットに平行に一体かつ一定速度で往復動させ、スパッタレートが高くなるトンネル状の磁束の位置をかえることも提案されている（特許文献１）。
特開２００４−３４６３８８号公報（例えば、特許請求の範囲の記載参照）

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

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

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

上記課題を解決するために、スパッタ室内で処理基板に対向させかつ所定の間隔を置いて並設した複数枚のターゲットに電力投入してスパッタリングにより所定の薄膜を形成する薄膜形成方法は、各ターゲットをターゲットの並設方向に沿って処理基板に対し平行に一定の速度で往復動させると共に、各ターゲットの前方にトンネル状の磁束をそれぞれ形成する磁石組立体をターゲットの並設方向に沿って各ターゲットにそれぞれ平行に一定の速度で往復動させ、前記各ターゲットが往復動の折返し位置に到達したとき、各ターゲットの往復動を所定時間停止させ、各ターゲットの停止状態で磁石組立体を一定の速度で往復動させ、所定時間経過すると、磁石組立体の往復動を維持したまま、各ターゲットの往復動を再開することを特徴とする。

これによれば、スパッタリングにより所定の薄膜を形成する場合、各ターゲットをその並設方向に沿って処理基板に平行に移動させ、各ターゲットが往復動の折返し位置の一方に到達したとき、各ターゲットの移動を一旦停止する。ターゲットの停止状態では、ターゲット後方の磁石組立体を一定の速度で往復動させ、スパッタレートが高くなるトンネル状の磁束の位置を連続して変化させる。そして、所定時間経過すると、磁石組立体の往復動を維持したまま、各ターゲットの移動を再開させ、他方の折返し位置に向かって移動させ、他方の折返し位置に到達すると各ターゲットの移動を再度停止する。

このように薄膜形成する場合、スパッタ時間及び磁石組立体の往復動の速度を考慮して、各折返し点でのターゲットの停止時間を適宜設定するだけで、ターゲット種、即ち、各ターゲットのスパッタリング時の飛散分布に応じて、処理基板に向かうスパッタ粒子の量が調節でき、その結果、膜厚や膜質の制御の自由度が高くなって、処理基板表面に形成した薄膜に微小に波打つ膜厚分布や膜質分布が生じることを抑制できる。

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

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

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

これによれば、一のスパッタ室内において、等間隔で並設した各ターゲットに対向した位置に処理基板を移動させ、各ターゲットに電力投入してスパッタリングにより処理基板表面に一の薄膜を形成する。この状態では、各ターゲット相互の間の領域からスパッタ粒子が放出されないため、一の薄膜は、同一の周期で膜厚の厚い部分と薄い部分とが繰返すように不均一になっている。次いで、一の薄膜が形成された処理基板を他のスパッタ室内に搬送し、他のスパッタ室内で各ターゲットに電力投入してスパッタリングにより他の薄膜を積層する。

この他のスパッタ室内では、処理基板に対して、一のスパッタ室と同じ間隔で並設された各ターゲットの位置が基板搬送方向で一体にずれているため、つまり、例えば一の薄膜が形成された処理基板のうち膜厚の厚い部分をターゲット相互の間の領域に対向させ、かつ、薄い部分をターゲットのスパッタ面と対向するようにずれているため、略同一の膜厚で他の薄膜を積層したときに膜厚の厚い部分と薄い部分とが入れ替わり、全体的な積層膜の膜厚を処理基板全面で略均一にできる。この場合、各スパッタ室に配置されるターゲット種に応じて、各スパッタ室内で各ターゲットの位置を適宜設定するだけで、処理基板表面での膜厚分布や反応性スパッタリングの際の膜質分布が波打つように不均一になることが簡単に抑制できる。

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

また、上記課題を解決するために、本発明の薄膜形成装置は、スパッタ室内で処理基板に対向させかつ所定の間隔を置いて並設した複数枚のターゲットと、各ターゲットへの電力投入を可能とするスパッタ電源と、ターゲットの前方にトンネル状の磁束をそれぞれ形成する磁石組立体とを備え、ターゲットの並設方向に沿って一定の速度で各ターゲットを往復動させる第１の駆動手段と、磁石組立体をターゲットの並設方向に沿ってターゲットと平行に往復動させる第２の駆動手段とを設け、前記ターゲットが往復動の折返し位置に到達したとき、各ターゲットの停止状態で磁石組立体を一定の速度で往復動させ、所定時間経過すると、磁石組立体の往復動を維持したまま、各ターゲットの往復動を再開する停止手段を設けたことを特徴とする。

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

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

図１及び図２を参照して説明すれば、１は、本発明のマグネトロン方式のスパッタリング装置（以下、「スパッタ装置」という）である。スパッタ装置１は、インライン式のものであり、ロータリーポンプ、ターボ分子ポンプなどの真空排気手段（図示せず）を介して所定の真空度に保持できる真空チャンバ１１を有し、スパッタ室１１ａを構成する。真空チャンバ１１の上部には基板搬送手段２が設けられている。この基板搬送手段２は、公知の構造を有し、例えば、処理基板Ｓが装着されるキャリア２１を有し、図示しない駆動手段を間欠駆動させて、後述するターゲットに対向した位置に処理基板Ｓを順次搬送できる。真空チャンバ１１の下側には、カソード電極Ｃが配置されている。

カソード電極Ｃは、処理基板Ｓに対向して配置された８枚のターゲット３１ａ乃至３１ｈを有する。各ターゲット３１ａ乃至３１ｈは、Ａｌ、Ｔｉ、ＭｏやＩＴＯなど、処理基板Ｓ表面に形成しようとする薄膜の組成に応じて公知の方法で作製され、例えば略直方体（上面視において長方形）など同形状で形成されている。各ターゲット３１ａ乃至３１ｈは、スパッタリング中、ターゲット３１ａ乃至３１ｈを冷却するバッキングプレート３２に、インジウムやスズなどのボンディング材を介して接合されている。各ターゲット３１ａ乃至３１ｈは、未使用時のスパッタ面３１１が処理基板Ｓに平行な同一平面上に位置するように等間隔で並設され、バッキングプレート３２の背面側（スパッタ面３１１と背向する側、図１で下側）で各ターゲット３１ａ乃至３１ｈの並設方向に延在する支持板３３に取付けられている。

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

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

中央磁石４２の同磁化に換算したときの体積は、例えば周辺磁石４３の同磁化に換算したときの体積の和（周辺磁石：中心磁石：周辺磁石＝１：２：１）に等しくなるように設計され、各ターゲット３１ａ乃至３１ｈのスパッタ面３１１の前方に、釣り合った閉ループのトンネル状の磁束Ｍがそれぞれ形成される（図２参照）。これにより、各ターゲット３１ａ乃至３１ｈの前方で電離した電子及びスパッタリングによって生じた二次電子を捕捉することで、各ターゲット３１ａ乃至３１ｈ前方での電子密度を高くしてプラズマ密度が高まり、スパッタレートを高くできる。

また、真空チャンバ１１には、Ａｒ等の希ガスからなるスパッタガスを導入するガス導入手段５が設けられている。ガス導入手段５は、例えば真空チャンバ１１の側壁に一端が取付けられたガス管５１を有し、ガス管５１の他端は、マスフローコントローラ５２を介してガス源５３に連通している。尚、反応性スパッタリングにより処理基板Ｓ表面に所定の薄膜を形成する場合には、酸素や窒素などの反応性ガスをスパッタ室１１ａに導入する他のガス導入手段が設けられる。

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

上記スパッタ装置１では、ターゲット３１ａ乃至３１ｈ相互間の領域Ｒ１からスパッタ粒子が放出されない。この状態で、処理基板Ｓ表面に所定の薄膜を形成すると、膜厚分布や反応性スパッタリングの際の膜質分布が波打つように、つまり、同一の周期で薄厚の厚い部分と薄い部分とが繰返すように不均一になる。この場合、上記スパッタ装置１で用いられる一種のターゲット３１ａ乃至３１ｈで、ターゲット３１ａ乃至３１ｈと処理基板Ｓとの間の間隔やターゲット３１ａ乃至３１ｈ相互間の間隔を適宜調整すれば、上記不均一をある程度改善できるものの、他種のターゲット３１ａ乃至３１ｈを用いると、スパッタリング時のスパッタ粒子の飛散分布がターゲット種で異なるため、上記不均一が顕著に現れる場合がある。

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

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

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

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

本実施の形態では、第１の駆動手段６の駆動軸６１に、例えば、公知の構造を有する電磁式ブレーキである停止手段（図示せず）を取付け、各ターゲット３１ａ乃至３１ｈに、ＤＣ電源３５を介して電力投入してスパッタリングにより所定の薄膜を形成する間、各ターゲット３１ａ乃至３１ｈを並設方向に沿って処理基板Ｓに平行に移動させ、各ターゲット３１ａ乃至３１ｈが一方の往折返し位置Ａに到達したとき、この停止手段を作動させて各ターゲット３１ａ乃至３１ｈの移動を一旦停止することとした。各ターゲット３１ａ乃至３１ｈの停止状態では、第２の駆動手段７によって磁石組立体４を一定の速度で往復動させ、スパッタレートが高くなるトンネル状の磁束の位置を連続して変化させる。そして、所定時間経過すると、磁石組立体４の往復動を維持したまま、第１の駆動手段６による各ターゲット３１ａ乃至３１ｈの移動を再開させ、他方の折返し位置Ｂに向かって移動させ、他方の折返し位置Ｂに到達すると、磁石組立体４の往復動を維持したまま、停止手段を再度作動させて各ターゲット３１ａ乃至３１ｈの移動を再度停止する。

これにより、スパッタ時間及び磁石組立体４の往復動の速度を考慮して、各折返し点Ａ、Ｂでのターゲット３１ａ乃至３１ｈの停止時間を適宜設定するだけで、ターゲット種、即ち、各ターゲットのスパッタリング時の飛散分布に応じて、処理基板Ｓに向かうスパッタ粒子の量が調節でき、その結果、膜厚や膜質の制御の自由度が高くなって、処理基板Ｓ表面に形成した薄膜に微小に波打つ膜厚分布や膜質分布が生じることが抑制できる。この場合、第１の駆動手段６の作動を停止して各ターゲット３１ａ乃至３１ｈを所定時間停止する間、磁石組立体４を少なくとも一往復動させればよい。また、膜厚や膜質の制御の自由度を一層高めるために、スパッタ電源３５の作動を制御して、ターゲット３１ａ乃至３１ｈへの電力投入を、各ターゲット３１ａ乃至３１ｈの往復動の停止中のみ行うようにしてもよい。

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

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

尚、本実施の形態では、スパッタ電源としてＤＣ電源３５を用いているが、これに限定されるものではなく、並設した各ターゲット３１ａ乃至３１ｈのうち、２個が対をなし、一対のターゲット３１ａ乃至３１ｈに、交流電源から出力ケーブルをそれぞれ接続し、一対のターゲット３１ａ乃至３１ｈに、所定の周波数（１〜４００ＫＨｚ）で交互に極性をかえて電圧を印加するようにしてもよい。これにより、各ターゲット３１ａ乃至３１ｈがアノード電極、カソード電極に交互に切替え、アノード電極及びカソード電極間にグロー放電を生じさせてプラズマ雰囲気が形成され、プラズマ雰囲気中のイオンがカソード電極となった一方のターゲット３１ａ乃至３１ｈに向けて加速されて衝突し、ターゲット原子が飛散され、処理基板Ｓ表面に付着、堆積して所定の薄膜が形成できる。この場合、各ターゲット３１ａ乃至３１ｈ相互間の領域Ｒ１にシールドなどの構成部品を何ら設ける必要がないため、スパッタ粒子が放出されないこの領域を可能な限り小さくでき、その結果、ターゲット３１ａ乃至３１ｈや磁石組立体４の往復動距離を小さくでき、真空チャンバ１１を小さくできる。

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

そして、ガス管のターゲット側に、同径でかつ所定の間隔を置いて複数個の噴射口を開設し、ガス管に形成した噴射口から反応性ガスを噴射して、各ターゲット３１ａ乃至３１ｈの背面側の空間で反応性ガスを一旦拡散させ、次いで、並設した各ターゲット３１ａ乃至３１ｈ相互間の各間隙を通って処理基板Ｓに向かって供給する。

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

各マスクプレート１３０には、処理基板Ｓが臨む開口部１３０ａ、１３０ｂが形成され、各開口部１３０ａ、１３０ｂの各スパッタ室１１０ａ、１１０ｂ内での配置が相互に略一致するように、各マスクプレート１３０が取付けられ、スパッタリングにより所定の薄膜を形成するときにキャリア２１の表面などにスパッタ粒子が付着することを防止する。尚、各スパッタ室１１０ａ、１１０ｂ内のその他の部品構成は、上記実施の形態と同様である。また、各スパッタ室１１０ａ、１１０ｂの下側には、同一構造のカソード電極Ｃが配置されている。

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

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

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

つまり、一のスパッタ室１１０ａで一の薄膜を形成した状態では、各ターゲット３１ａ乃至３１ｈ相互の間の領域からスパッタ粒子が放出されないため、一の薄膜は、同一の周期で膜厚の厚い部分と薄い部分とが繰返すように不均一になっている。そして、他のスパッタ室１１０ｂにおいて、一の薄膜が形成された処理基板Ｓのうち膜厚の厚い部分をターゲット相互の間の領域に対向させ、かつ、薄い部分をターゲットのスパッタ面と対向させることで、略同一の膜厚で他の薄膜を積層したときに膜厚の厚い部分と薄い部分とが入れ替わり、全体的な積層膜の膜厚を処理基板全面で略均一にできる。

その結果、各スパッタ室１１０ａ、１１０ｂに配置されるターゲット３１ａ乃至３１ｈの種類に応じて、スパッタ粒子の飛散分布が異なる場合でも、他のスパッタ室１１０ｂ内での各ターゲット３１ａ乃至３１ｈの位置を適宜設定するだけで、処理基板表面での膜厚分布や反応性スパッタリングの際の膜質分布が波打つように不均一になることが簡単に抑制できる。

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

本実施例１では、図１に示すスパッタ装置１を用い、スパッタリングにより処理基板にＡｌ膜を形成した。ターゲット３１ａ乃至３１ｈとして、組成が９９％のＡｌを用い、公知の方法で２００ｍｍ×２３００ｍｍ×厚さ１６ｍｍの平面視略長方形に成形し、バッキングプレート３２に接合し、２７０ｍｍの間隔を置いて支持板３３上に配置した。磁石組立体４の支持板４１は、１３０ｍｍ×２３００ｍｍの外形寸法を有し、２７０ｍｍの間隔を置いて配置した。

他方、処理基板として、１５００ｍｍ×１８５０ｍｍの外形寸法を有するガラス基板を用い、スパッタリング条件として、処理基板Ｓと各ターゲット３１ａ乃至３１ｈとの間の間隔を１６０ｍｍに設定し、また、真空排気されているスパッタ室１１内の圧力が０．５Ｐａに保持されるようにマスフローコントローラを制御してＡｒを真空チャンバ１１に導入し、処理基板Ｓ温度を１２０℃、投入電力を３０ｋＷ、スパッタ時間を５０秒に設定した。また、各ターゲット３１ａ乃至３１ｈの移動距離Ｄ１を１３５ｍｍに設定し、１３ｍｍ／ｓｅｃの速度で往復動させると共に、停止手段によって折返し位置Ａ、Ｂで所定時間（本実施例では１０及び２０秒に設定）停止させた。他方、磁石組立体４の移動距離Ｄ１を５５ｍｍに設定し、スパッタリング中、１２ｍｍ／ｓｅｃの速度で連続して往復動させた。

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

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

本実施例２では、図４に示すスパッタ装置１０を用い、スパッタリングにより処理基板にＡｌ膜を形成した。各スパッタ室１１０ａ、１１０ｂ内に配置したターゲット３１ａ乃至３１ｈとして、組成が９９％のＡｌを用い、公知の方法で２００ｍｍ×２３００ｍｍ×厚さ１６ｍｍの平面視略長方形に成形し、バッキングプレート３２に接合し、２７０ｍｍの間隔を置いて支持板３３上に配置した。磁石組立体４の支持板４１は、１３０ｍｍ×２３００ｍｍの外形寸法を有し、ターゲット相互間の間隔Ａを２７０ｍｍとした。

他方、処理基板として、１５００ｍｍ×１８５０ｍｍの外形寸法を有するガラス基板を用い、各スパッタ室１１０ａ、１１０ｂでのスパッタリング条件として、処理基板Ｓと各ターゲット３１ａ乃至３１ｈとの間の間隔を１６０ｍｍに設定し、また、真空排気されているスパッタ室１１内の圧力が０．５Ｐａに保持されるようにマスフローコントローラを制御してＡｒを真空チャンバ１１に導入し、処理基板Ｓ温度を１２０℃、投入電力を３０ｋＷ、スパッタ時間を５０秒に設定した。また、一のスパッタ室１１０ａでは、マスクプレート１３０の搬送方向と直交方向の中心線上に、並設したターゲット３１ａ乃至３１ｆの搬送方向の中心線を一致させた後、搬送方向上流側（図５では、左側）にＡ／４だけ移動させてずらし、他方で、他のスパッタ室１１０ｂでは、搬送方向上流側（図５では、左側）にＡ／４だけ移動させてずらすこととした。

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

本発明のスパッタリング装置を模式的に示す図。 ターゲットと磁石組立体の往復動を説明する図。 実施例１により得た薄膜のシート抵抗を、比較例１、比較例２で得たものと共に示すグラフ。 本発明の変形例に係るスパッタリング装置を模式的に示す図。 各スパッタ室内での処理基板に対する各ターゲットの位置を説明する図。 実施例２により得た薄膜のシート抵抗を示すグラフ。

符号の説明

１ スパッタリング装置
１１ａ スパッタ室
３１ａ乃至３１ｈ ターゲット
３５ スパッタ電源
５ ガス導入手段
６、７ 駆動手段
Ｓ 処理基板

Claims (7)

1. スパッタ室内で処理基板に対向させかつ所定の間隔を置いて並設した複数枚のターゲットに電力投入してスパッタリングにより所定の薄膜を形成する薄膜形成方法において、
   各ターゲットをターゲットの並設方向に沿って処理基板に対し平行に一定の速度で往復動させると共に、各ターゲットの前方にトンネル状の磁束をそれぞれ形成する磁石組立体をターゲットの並設方向に沿って各ターゲットにそれぞれ平行に一定の速度で往復動させ、
   前記各ターゲットが往復動の折返し位置に到達したとき、各ターゲットの往復動を所定時間停止させ、各ターゲットの停止状態で磁石組立体を一定の速度で往復動させ、所定時間経過すると、磁石組立体の往復動を維持したまま、各ターゲットの往復動を再開することを特徴とする薄膜形成方法。
2. 前記ターゲットへの電力投入を、各ターゲットの往復動の停止中のみ行うことを特徴とする請求項１記載の薄膜形成方法。
3. 前記各ターゲットの往復動を所定時間停止する間、磁石組立体を少なくとも一往復動させることを特徴とする請求項１または請求項２記載の薄膜形成方法。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の薄膜形成方法であって、
   同数のターゲットがそれぞれ等間隔で並設された複数のスパッタ室相互間で各ターゲットに対向した位置に処理基板を搬送し、スパッタリングにより処理基板表面に同一または異なる薄膜を積層するものにおいて、
   連続して薄膜を形成する各スパッタ室にそれぞれ搬送される処理基板に対して、各スパッタ室内での各ターゲットの位置を基板搬送方向で相互に一体にずらしたことを特徴とする薄膜形成方法。
5. 前記並設したターゲットのうち対をなすターゲット毎に所定の周波数で交互に極性をかえて交流電圧を印加し、各ターゲットをアノード電極、カソード電極に交互に切替え、アノード電極及びカソード電極間にグロー放電を生じさせてプラズマ雰囲気を形成し、各ターゲットをスパッタリングすることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の薄膜形成方法。
6. スパッタ室内で処理基板に対向させかつ所定の間隔を置いて並設した複数枚のターゲットと、各ターゲットへの電力投入を可能とするスパッタ電源と、ターゲットの前方にトンネル状の磁束をそれぞれ形成する磁石組立体とを備え、ターゲットの並設方向に沿って一定の速度で各ターゲットを往復動させる第１の駆動手段と、磁石組立体をターゲットの並設方向に沿ってターゲットと平行に往復動させる第２の駆動手段とを設け、前記ターゲットが往復動の折返し位置に到達したとき、各ターゲットの往復動を所定時間停止させ、各ターゲットの停止状態で磁石組立体を一定の速度で往復動させ、所定時間経過すると、磁石組立体の往復動を維持したまま、各ターゲットの往復動を再開する停止手段を設けたことを特徴とする薄膜形成装置。
7. 前記スパッタ電源は、並設したターゲットのうち対をなすターゲット毎に所定の周波数で交互に極性をかえて電圧を印加する交流電源であることを特徴とする請求項６記載の薄膜形成装置。

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