薄膜形成方法及び薄膜形成装置
【課題】反応性スパッタリングにより所定の薄膜を形成する際に、処理基板全面に亘って膜厚分布や比抵抗値などの膜質を略均一にできるようにスパッタリング装置を構成する。
【解決手段】同数のターゲット３１ａ乃至３１ｈが等間隔で並設された複数のスパッタ室１１ａ、１１ｂの間で、各ターゲットに対向した位置に処理基板Ｓを搬送し、この処理基板が存するスパッタ室内の各ターゲットに電力投入して各ターゲットをスパッタリングし、処理基板表面に同一または異なる薄膜を積層する。その際、相互に連続するスパッタ室の間で処理基板表面のうち各ターゲット相互の間の領域と対向する箇所がずれるように処理基板の停止位置を変える。
【解決手段】同数のターゲット３１ａ乃至３１ｈが等間隔で並設された複数のスパッタ室１１ａ、１１ｂの間で、各ターゲットに対向した位置に処理基板Ｓを搬送し、この処理基板が存するスパッタ室内の各ターゲットに電力投入して各ターゲットをスパッタリングし、処理基板表面に同一または異なる薄膜を積層する。その際、相互に連続するスパッタ室の間で処理基板表面のうち各ターゲット相互の間の領域と対向する箇所がずれるように処理基板の停止位置を変える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス等の処理基板、特に大面積の処理基板表面に所定の薄膜や積層膜を形成するための薄膜形成方法及び薄膜形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラス等の処理基板表面に所定の薄膜を形成する薄膜形成方法の一つとしてスパッタリング法があり、このスパッタリング法では、プラズマ雰囲気中のイオンを、処理基板表面に成膜しようする膜の組成に応じて所定形状に作製したターゲットに向けて加速させて衝撃させ、ターゲット原子を処理基板に向かって飛散させて処理基板表面に薄膜を形成する。近年では、この種のスパッタリング装置は、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ことに多く利用されている。
【０００３】
大面積の処理基板に対して一定の膜厚で所定の薄膜を効率よく形成するものとして、真空チャンバ内で処理基板に対向させて複数枚のターゲットを等間隔で並設し、各ターゲットに電力投入してスパッタリングにより所定薄膜を形成する間、各ターゲットを一体にかつ処理基板に対し平行に一定速度で往復動させることが知られている（例えば、特許文献１）。
【０００４】
複数枚のターゲットを一定の間隔で並設した場合、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、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（例えば膜厚分布の場合、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）不均一になる。このため、上記のものでは、スパッタリング中、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変えることで、上記膜厚分布や膜質分布の不均一を改善している。
【０００５】
それに加えて、上記のものでは、膜厚分布や膜質分布の均一性をより高めるために、各ターゲット前方（スパッタ面側）にトンネル状の磁束をそれぞれ形成すべく、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している（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３４６３８８号公報（例えば、特許請求の範囲の記載参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、スパッタリング中、ターゲットはイオン衝撃を受けて高温となり、これに起因してターゲットが融解したり、割れたりすることがある。このため、一般に、ターゲットは、インジウムやスズなどの熱伝導率が高い材料からなるボンディング材を介して銅製でかつ内部に冷媒循環路が形成されたバッキングプレートに接合され、ターゲット組立体とした状態でカソード電極に取付けられる。その結果、ターゲット組立体の重量は重い。
【０００８】
従って、上記従来の技術のように、並設したターゲット、つまり、ターゲット組立体の複数個を一体に往復動させるときのターゲット組立体の総重量は多大となる。このため、等速かつ等間隔で精度よく各ターゲット組立体を一体に往復動させるには、高トルクかつ高性能のモータ等が必要になり、コスト高を招くという問題がある。また、スパッタリング中、ターゲット組立体や磁石組立体を連続して移動させると、ターゲット前方のプラズマが揺らぐ場合があり、プラズマが揺らぐと、異常放電（アーク放電）を誘発し、良好な薄膜形成が阻害される虞がある。
【０００９】
そこで、本発明の課題は、上記点に鑑み、一のまたは複数のチャンバに、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や積層膜を形成する際に、処理基板表面の薄膜に波打つ膜厚分布や膜質分布が生じることが抑制でき、良好な薄膜形成が可能な薄膜形成方法及び薄膜形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の薄膜形成方法は、同数のターゲットが等間隔で並設された複数のスパッタ室間で、各スパッタ室の各ターゲットに対向した位置に処理基板を搬送し、この処理基板が存するスパッタ室内の各ターゲットに電力投入して各ターゲットをスパッタリングし、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相互の間で処理基板表面のうち各ターゲットと対向する領域が基板搬送方向で相互にずれるように処理基板の停止位置を変えることを特徴とする。
【００１１】
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。
【００１２】
この他のスパッタ室内では、処理基板表面のうち各ターゲットと対向する領域が基板搬送方向でずらして処理基板の停止位置が位置決めされているため、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させているため、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を入れ替わることで、積層膜としての膜厚が処理基板全面で略均一になり、その結果、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防止できる。各スパッタ室内で薄膜形成する場合、ターゲット組立体は静止状態であるため、上記同様、異常放電の発生を誘発することはなく、良好な薄膜形成が可能となる。
【００１３】
尚、上記スパッタリングに際しては、前記並設された複数枚の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、異常放電の発生を防止できることと相俟って一層良好な薄膜形成が可能となる。
【００１４】
さらに、上記課題を解決するために、本発明の薄膜形成装置は、相互に隔絶された複数のスパッタ室と、各スパッタ室内に同数かつ同じ間隔でそれぞれ並設した複数枚のターゲットと、各スパッタ室の各ターゲットと対向した位置に処理基板を搬送する基板搬送手段とを備え、相互に連続して薄膜を形成するスパッタ室間で、処理基板表面のうち各ターゲットと対向する領域が基板搬送方向で相互にずれるように、各スパッタ室内で処理基板の位置決めを行う位置決め手段を設けたことを特徴とする。
【００１５】
前記各スパッタ室内で基板搬送手段とターゲットとの間に処理基板が臨む開口部を有するマスクプレートをそれぞれ設け、各マスクプレートの開口部が、連続して薄膜を形成するスパッタ室間で、処理基板表面のうち各ターゲットと対向する領域が基板搬送方向で相互にずらして形成され、処理基板がマスクプレートの開口部を臨む位置に搬送されたことを検出する検出手段を設けて前記位置決め手段を構成すればよい。
【００１６】
また、前記並設したターゲットの後方に、各ターゲットの前方にトンネル状の磁束を形成する磁石組立体をそれぞれ設け、前記磁石組立体を、ターゲットに平行に往復動させる駆動手段を備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように、本発明の薄膜形成方法及び薄膜形成装置は、一のまたは複数のチャンバに、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または積層膜を形成する際に、処理基板表面の薄膜に波打つ膜厚分布や膜質分布が生じることが抑制でき、その上、異常放電の発生を防止して良好な薄膜形成が可能になるという効果を奏する。本発明は、真空チャンバ内に設けられる電極と、電極に電力投入する電源と、電極に冷媒を循環させる冷却手段とを備え、この電極に電力投入して真空チャンバ内にプラズマ雰囲気を形成し、電極を冷却しながら所定処理を施すプラズマ処理装置に関する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の薄膜形成装置を模式的に示す図。
【図２】複数枚のターゲットを並設してスパッタリングにより薄膜形成した場合の膜厚分布を説明する図。
【図３】マスクプレートを説明する図。
【図４】本発明の薄膜形成装置の変形例を模式的に示す図。
【図５】実施例２で作製した積層膜の処理基板面内での膜質分布を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１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を有する。真空チャンバ１１の中央部には仕切板１２が設けられ、この仕切板１２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１１ａ、１１ｂが画成されている。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、各スパッタ室１１ａ、１１ｂ内で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。
【００２０】
各スパッタ室１１ａ、１１ｂには、基板搬送手段２とターゲットとの間に位置してマスクプレート１３がそれぞれ取付けられている。各マスクプレート１３には、処理基板が臨む開口部１３ａ、１３ｂを有し、後述するターゲットに対向した位置に処理基板Ｓを搬送し、スパッタリングにより所定の薄膜を形成する際に、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。また、各スパッタ室１１ａ、１１ｂ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。
【００２１】
カソード電極Ｃは、処理基板Ｓに対向して配置される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、ターゲット組立体としてそれぞれ構成されている。各ターゲット３１ａ乃至３１ｈは、未使用時のスパッタ面３１１が処理基板Ｓに平行な同一平面上に位置するように等間隔で並設され、バッキングプレート３２の背面側（スパッタ面３１１と背向する側、図１で下側）で各ターゲット３１ａ乃至３１ｈの並設方向に延在する支持板３３に取付けられている。
【００２２】
支持板３３上には、ターゲット３１ａ乃至３１ｈの周囲をそれぞれ囲うシールド板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外側に設けたＤＣ電源（スパッタ電源）３５にそれぞれ接続され、各ターゲット３１ａ乃至３１ｈに独立して所定値のＤＣ電圧を印加できる。
【００２３】
また、カソード電極Ｃは、ターゲット３１ａ乃至３１ｈの後方（スパッタ面３１１と背向する方向、図１で下方）にそれぞれ位置させて設けた磁石組立体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、この支持板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状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、その中央部で棒状に配置された中央磁石４２と、支持板４１の外周に沿って配置された周辺磁石４３とがスパッタ面３１１側の極性を変えて設けられている。
【００２４】
中央磁石４２の同磁化に換算したときの体積は、例えば周辺磁石４２の同磁化に換算したときの体積の和（周辺磁石：中心磁石：周辺磁石＝１：２：１）に等しくなるように設計され、各ターゲット３１ａ乃至３１ｈのスパッタ面３１１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る。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。
【００２５】
各磁石組立体４は、モータやエアーシリンダなどから構成される駆動手段５ａ、５ｂの駆動軸５１にそれぞれ連結され、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できるようになっている。これにより、スパッタレートが高くなる領域をかえて各ターゲット３１ａ乃至３１ｈの全面に亘って均等に侵食領域が得られる。
【００２６】
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スパッタ室１１ａ、１１ｂにそれぞれ導入するガス導入手段６ａ、６ｂが設けられている。同一構造のガス導入手段６ａ、６ｂは、例えば真空チャンバ１１の側壁に取付けられたガス管６１を有し、ガス管６１は、マスフローコントローラ６２を介してガス源６３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、１１ｂにそれぞれ導入する他のガス導入手段が設けられる。
【００２７】
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１１ａ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１３の開口１３ａ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。そして、プラズマ雰囲気中のイオンが各ターゲット３１ａ乃至３１ｈに向けて加速させて衝撃させ、スパッタ粒子（ターゲット原子）が処理基板Ｓに向かって飛散されて処理基板Ｓ表面に一の薄膜が形成される。
【００２８】
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１１ｂに搬送し、上記と同様、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て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。
【００２９】
ところで、上記スパッタリング装置１では、各ターゲット３１ａ乃至３１ｈ相互の間の領域Ｒ１からスパッタ粒子が放出されない。このため、図２に示すように、処理基板Ｓ表面に所定の薄膜を形成すると、膜厚分布が波打つように、つまり、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り、この不均一は、所定の薄膜を積層するとより顕著になる。この場合、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生じることから、上記膜厚分布や膜質分布の不均一を改善する必要がある。
【００３０】
本実施の形態では、各スパッタ室１１ａ、１１ｂの間で、処理基板Ｓ表面のうち各ターゲット３１ａ乃至３１ｈ相互の間の領域Ｒ１と対向する箇所が、基板搬送方向で相互にずれるように各スパッタ室１１ａ、１１ｂでの処理基板Ｓの停止位置を変えることとした。即ち、一のスパッタ室１１ａ内で等間隔で並設したターゲット３１ａ乃至３１ｈに対向した所定位置に処理基板Ｓを移動させてスパッタリングにより一の薄膜を形成する。この状態では、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。
【００３１】
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１１ａ内で、各ターゲット３１ａ乃至３１ｈに対向した位置に処理基板を移動させるとき、各ターゲット３１ａ乃至３１ｈ相互の間の領域Ｒ１と対向する箇所が処理基板Ｓの基板搬送方向で相互にずれるように処理基板Ｓの停止位置を変えて位置決めする。つまり、他のスパッタ室１１ｂでは、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３１ａ乃至３１ｈ相互の間の空間２３にそれぞれ対向させ、かつ、薄い部分をターゲット３１ａ乃至３１ｈのスパッタ面３１１と対向させる。これにより、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を入れ替わることで、二層膜としての膜厚が処理基板Ｓ全面で略均一になり、その結果、処理基板Ｓ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防止できる。
【００３２】
上記薄膜形成のために本実施の形態では、一のスパッタ室１１ａ内のマスクプレート１３の開口部１３ａと、他のスパッタ室１１ｂマスクプレート１３の開口部１３ａとを、基板搬送方向で相互にずらして形成し、各スパッタ室１１ａ、１１ｂでターゲット３１ａ乃至３１ｈと対向した位置に搬送されてくる処理基板Ｓの停止位置を定める基準をなすようにした（図３参照）。そして、処理基板Ｓがマスクプレート１３の各開口１３ａ、１３ｂを臨む位置（処理基板Ｓと開口１３ａとが上下方向で一致する位置）にキャリア２１が移動されたとき、これを検出する検出手段、例えば公知の構造のポジションセンサ６を真空チャンバ１１に設けて、位置決め手段を構成した。これにより、処理基板Ｓを複数のスパッタ室１１ａ、１１ｂを順次搬送する際に、膜厚の厚い部分と薄い部分とが入れ替わるように各スパッタ室１１ａ、１１ｂで処理基板Ｓを精度よく位置決めできる。
【００３３】
尚、本実施の形態では、処理基板Ｓを２個のスパッタ室１１ａ、１１ｂを順次搬送して波打つ膜厚分布や膜質分布の不均一を防止することとしたが、これに限定されるものではない。例えば３個のスパッタ室を設け、基板搬送手段２によって各スパッタ室内に処理基板Ｓを搬送し、三層膜を形成する場合には、ターゲット相互間の領域と対向する箇所が３個のスパッタ室で相互にずれるように各スパッタ室内で処理基板を停止させればよい。
【００３４】
例えば、三層膜のうち第一及び第二の薄膜を形成する場合に、上記と同様、ターゲット相互間の領域と対向する箇所が相互にずれるように、各スパッタ室内の処理基板の停止位置を相互にずらして薄膜形成し、その後、残りの第三の膜を形成するときに、第一及び第二の各薄膜と、第三の薄膜との膜厚が１：１に近づくように調整して、第三の薄膜を形成すればよい。これにより、処理基板Ｓ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防止される。
【００３５】
また、本実施の形態では、複数のスパッタ室間で処理基板を搬送させて薄膜形成する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、図４に示すように、一つのスパッタ室１１０内で、基板搬送手段２の駆動手段を制御して、並設したターゲット３１ａ乃至３１ｈに平行に一定の間隔Ｄかつ所定速度（例えば、１〜１１０ｍｍ／ｓ）で処理基板Ｓがセットされたキャリア２１を往復動させるようにスパッタ装置１０を構成してもよい。
【００３６】
上記構成によれば、スパッタリング中、処理基板Ｓを各ターゲット３１ａ乃至３１ｈに平行に一定の間隔で移動させるため、処理基板Ｓ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Ｒ１と対向させることができる。その結果、一つのスパッタ室１１０において、処理基板Ｓ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抑制できる。
【００３７】
処理基板Ｓが往復動の折返し位置Ｐ１、Ｐ２に到達したとき、基板搬送手段２の駆動手段を制御して、この処理基板Ｓを所定時間（例えば６０秒以内）停止するようにしてもよい。これにより、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基づく処理基板Ｓに向かうスパッタ粒子の量に応じて、各折返し点Ｐ１、Ｐ２での処理基板Ｓの停止時間を適宜設定するだけで、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さらに抑制できる。このとき、磁石組立体４を少なくとも一往復動させることが好ましく、また、波打つ膜厚分布や膜質分布の発生を抑制する制御の自由度を高めるために、処理基板Ｓが一方の折返し位置Ｐ１（またはＰ２）から他方Ｐ２（またはＰ１）に向かって移動するとき、ターゲット３１ａ乃至３１ｈへの電力投入を停止し、処理基板Ｓが停止している場合にだけ薄膜形成するようにしてもよい。
【００３８】
上記いずれの構成のスパッタリング装置１、１０においても、スパッタリング中、ターゲット組立体３１、３２は静止状態であるため、プラズマが揺らぎに起因した異常放電（アーク放電）の発生が防止でき、良好な薄膜形成が可能になる。また、複数のターゲット３１、３２より重量の軽い処理基板Ｓを移動させているため、複数個のターゲット組立体３１、３２を一体に往復動させるときのような高精度かつ高トルクのモータ等の駆動手段は必要ない。特に、本実施の形態のインライン式のスパッタ装置１の場合、基板搬送手段２を用いて、処理基板Ｓを往復動させれば、処理基板Ｓの往復動用に他の駆動手段を別途設ける必要はなく、コスト低減が図れてよい。
【００３９】
さらに、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撃し、ターゲット原子が飛散され、処理基板Ｓ表面に付着、堆積して所定の薄膜が形成できる。
【００４０】
他方、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スパッタ室１１ａ、１１ｂ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の後方に、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。
【００４１】
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の後方の空間で反応性ガスが一旦拡散させ、次いで、並設した各ターゲット３１ａ乃至３１ｈｄ相互間の各間隙を通って処理基板Ｓに向かって供給する。
【実施例１】
【００４２】
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２層積層した。各スパッタ室１１ａ、１１ｂ内のターゲット３１ａ乃至３１ｈとして、９９．９９％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。他方、処理基板として、１５００ｍｍ×１３５０ｍｍの外形寸法を有するガラス基板を用いた。ターゲットと処理基板との間の距離を１６０ｍｍに設定した。
【００４３】
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１１ａ、１１ｂ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をスパッタ室１１ａ、１１ｂにそれぞれ導入し、処理基板Ｓ温度を１２０℃に設定した。また、一のスパッタ室１１ａでは、並設したターゲットの外枠と同心となるように処理基板Ｓを停止させ、他のスパッタ室１１ｂでは、処理基板搬送方向に１３５ｍｍ移動させた位置に処理基板Ｓを停止させることとした。そして、各スパッタ室１１ａ、１１ｂで各ターゲットに３０ｋＷの電力を投入し、５０秒間スパッタリングして、処理基板表面に１５０ｎｍの膜厚で２層のＡｌ膜を積層し、３００ｎｍのＡｌ膜を得た。（比較例１）
【００４４】
比較例１として、図１に示すスパッタ装置１を用い、実施例１と同条件で処理基板表面に１５０ｎｍの膜厚を２層積層し、３００ｎｍのＡｌ膜を得た。尚、各スパッタ室１１ａ、１１ｂで、並設したターゲットと略同心となるように処理基板Ｓをそれぞれ停止させた。
【００４５】
これによれば、比較例１では、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返し、その膜厚分布は±１２．３％であった。それに対し、実施例１では、波打つ膜厚分布の振幅が略半分に抑制され、その膜厚分布は±６．６％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たことが判る。
【実施例２】
【００４６】
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膜を形成したが、ターゲットの並設枚数を１２枚とした。また、各ターゲットとして９９．９９％のＡｌを用い、公知の方法で１８０ｍｍ×２６５０ｍｍ×厚さ１６ｍｍの平面視略長方形に成形し、バッキングプレートに接合し、２０２ｍｍの間隔を置いて支持板３３上に配置した。他方、処理基板として、１９５０ｍｍ×２２５０ｍｍの外形寸法を有するガラス基板を用いた。ターゲットと処理基板との間の距離を１５０ｍｍに設定した。
【００４７】
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１０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を制御してＡｒをスパッタ室１１０に導入し、処理基板Ｓ温度を１２０℃、各ターゲットへの投入電力を７５ｋＷに設定した。薄膜形成に際しては、先ず、基板搬送手段２の駆動手段を制御して一方の折返し位置Ｐ１に処理基板を移動し、この状態で、スパッタ時間を４０秒に設定してスパッタリングにより処理基板表面に３００ｎｍの膜厚で第一のＡｌ膜を形成した。
【００４８】
次いで、一旦ターゲットへの電力投入を停止した後、基板搬送手段２によって処理基板を他方の折返し位置Ｐ２に移動し、この状態で、スパッタ時間を４０秒に設定してスパッタリングにより処理基板表面に３００ｎｍの膜厚で第二のＡｌ膜を積層し、全体で６００ｎｍの膜厚のＡｌ膜を得た（つまり、処理基板の往復動の折返し位置で処理基板を停止すると共に各折返し位置でのみターゲットへの電力投入を行った）。尚、折返し位置相互の間の間隔を１００ｍｍに設定した。
【００４９】
図５は、実施例２で得たＡｌ膜のその長手方向に沿ったシート抵抗値の分布（膜質分布）を、各折返し位置Ｐ１、Ｐ２において上記と同じスパッタ条件でＡｌ膜（３００ｎｍ）をぞれぞれ得たとき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、各折返し位置でＡｌ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±６．５％であった。それに対し、実施例２では、薄膜形成の際に、並設したターゲットに対する処理基板の位置を基板搬送方向（ターゲットの並設方向）でずらすことで、シート抵抗値の分布は±２．７％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。
【符号の説明】
【００５０】
１…スパッタ装置、１１ａ，１１ｂ…スパッタ室、１３…マスクプレート、１３ａ，１３ｂ…開口部、２…基板搬送手段、２１…キャリア、３１ａ乃至３１ｄ…ターゲット、３５…スパッタ電源、５ａ、５ｂ…ガス導入手段、Ｓ…処理基板。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス等の処理基板、特に大面積の処理基板表面に所定の薄膜や積層膜を形成するための薄膜形成方法及び薄膜形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラス等の処理基板表面に所定の薄膜を形成する薄膜形成方法の一つとしてスパッタリング法があり、このスパッタリング法では、プラズマ雰囲気中のイオンを、処理基板表面に成膜しようする膜の組成に応じて所定形状に作製したターゲットに向けて加速させて衝撃させ、ターゲット原子を処理基板に向かって飛散させて処理基板表面に薄膜を形成する。近年では、この種のスパッタリング装置は、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ことに多く利用されている。
【０００３】
大面積の処理基板に対して一定の膜厚で所定の薄膜を効率よく形成するものとして、真空チャンバ内で処理基板に対向させて複数枚のターゲットを等間隔で並設し、各ターゲットに電力投入してスパッタリングにより所定薄膜を形成する間、各ターゲットを一体にかつ処理基板に対し平行に一定速度で往復動させることが知られている（例えば、特許文献１）。
【０００４】
複数枚のターゲットを一定の間隔で並設した場合、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、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（例えば膜厚分布の場合、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）不均一になる。このため、上記のものでは、スパッタリング中、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変えることで、上記膜厚分布や膜質分布の不均一を改善している。
【０００５】
それに加えて、上記のものでは、膜厚分布や膜質分布の均一性をより高めるために、各ターゲット前方（スパッタ面側）にトンネル状の磁束をそれぞれ形成すべく、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している（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３４６３８８号公報（例えば、特許請求の範囲の記載参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、スパッタリング中、ターゲットはイオン衝撃を受けて高温となり、これに起因してターゲットが融解したり、割れたりすることがある。このため、一般に、ターゲットは、インジウムやスズなどの熱伝導率が高い材料からなるボンディング材を介して銅製でかつ内部に冷媒循環路が形成されたバッキングプレートに接合され、ターゲット組立体とした状態でカソード電極に取付けられる。その結果、ターゲット組立体の重量は重い。
【０００８】
従って、上記従来の技術のように、並設したターゲット、つまり、ターゲット組立体の複数個を一体に往復動させるときのターゲット組立体の総重量は多大となる。このため、等速かつ等間隔で精度よく各ターゲット組立体を一体に往復動させるには、高トルクかつ高性能のモータ等が必要になり、コスト高を招くという問題がある。また、スパッタリング中、ターゲット組立体や磁石組立体を連続して移動させると、ターゲット前方のプラズマが揺らぐ場合があり、プラズマが揺らぐと、異常放電（アーク放電）を誘発し、良好な薄膜形成が阻害される虞がある。
【０００９】
そこで、本発明の課題は、上記点に鑑み、一のまたは複数のチャンバに、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や積層膜を形成する際に、処理基板表面の薄膜に波打つ膜厚分布や膜質分布が生じることが抑制でき、良好な薄膜形成が可能な薄膜形成方法及び薄膜形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の薄膜形成方法は、同数のターゲットが等間隔で並設された複数のスパッタ室間で、各スパッタ室の各ターゲットに対向した位置に処理基板を搬送し、この処理基板が存するスパッタ室内の各ターゲットに電力投入して各ターゲットをスパッタリングし、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相互の間で処理基板表面のうち各ターゲットと対向する領域が基板搬送方向で相互にずれるように処理基板の停止位置を変えることを特徴とする。
【００１１】
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。
【００１２】
この他のスパッタ室内では、処理基板表面のうち各ターゲットと対向する領域が基板搬送方向でずらして処理基板の停止位置が位置決めされているため、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させているため、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を入れ替わることで、積層膜としての膜厚が処理基板全面で略均一になり、その結果、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防止できる。各スパッタ室内で薄膜形成する場合、ターゲット組立体は静止状態であるため、上記同様、異常放電の発生を誘発することはなく、良好な薄膜形成が可能となる。
【００１３】
尚、上記スパッタリングに際しては、前記並設された複数枚の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、異常放電の発生を防止できることと相俟って一層良好な薄膜形成が可能となる。
【００１４】
さらに、上記課題を解決するために、本発明の薄膜形成装置は、相互に隔絶された複数のスパッタ室と、各スパッタ室内に同数かつ同じ間隔でそれぞれ並設した複数枚のターゲットと、各スパッタ室の各ターゲットと対向した位置に処理基板を搬送する基板搬送手段とを備え、相互に連続して薄膜を形成するスパッタ室間で、処理基板表面のうち各ターゲットと対向する領域が基板搬送方向で相互にずれるように、各スパッタ室内で処理基板の位置決めを行う位置決め手段を設けたことを特徴とする。
【００１５】
前記各スパッタ室内で基板搬送手段とターゲットとの間に処理基板が臨む開口部を有するマスクプレートをそれぞれ設け、各マスクプレートの開口部が、連続して薄膜を形成するスパッタ室間で、処理基板表面のうち各ターゲットと対向する領域が基板搬送方向で相互にずらして形成され、処理基板がマスクプレートの開口部を臨む位置に搬送されたことを検出する検出手段を設けて前記位置決め手段を構成すればよい。
【００１６】
また、前記並設したターゲットの後方に、各ターゲットの前方にトンネル状の磁束を形成する磁石組立体をそれぞれ設け、前記磁石組立体を、ターゲットに平行に往復動させる駆動手段を備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように、本発明の薄膜形成方法及び薄膜形成装置は、一のまたは複数のチャンバに、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または積層膜を形成する際に、処理基板表面の薄膜に波打つ膜厚分布や膜質分布が生じることが抑制でき、その上、異常放電の発生を防止して良好な薄膜形成が可能になるという効果を奏する。本発明は、真空チャンバ内に設けられる電極と、電極に電力投入する電源と、電極に冷媒を循環させる冷却手段とを備え、この電極に電力投入して真空チャンバ内にプラズマ雰囲気を形成し、電極を冷却しながら所定処理を施すプラズマ処理装置に関する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の薄膜形成装置を模式的に示す図。
【図２】複数枚のターゲットを並設してスパッタリングにより薄膜形成した場合の膜厚分布を説明する図。
【図３】マスクプレートを説明する図。
【図４】本発明の薄膜形成装置の変形例を模式的に示す図。
【図５】実施例２で作製した積層膜の処理基板面内での膜質分布を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１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を有する。真空チャンバ１１の中央部には仕切板１２が設けられ、この仕切板１２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１１ａ、１１ｂが画成されている。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、各スパッタ室１１ａ、１１ｂ内で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。
【００２０】
各スパッタ室１１ａ、１１ｂには、基板搬送手段２とターゲットとの間に位置してマスクプレート１３がそれぞれ取付けられている。各マスクプレート１３には、処理基板が臨む開口部１３ａ、１３ｂを有し、後述するターゲットに対向した位置に処理基板Ｓを搬送し、スパッタリングにより所定の薄膜を形成する際に、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。また、各スパッタ室１１ａ、１１ｂ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。
【００２１】
カソード電極Ｃは、処理基板Ｓに対向して配置される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、ターゲット組立体としてそれぞれ構成されている。各ターゲット３１ａ乃至３１ｈは、未使用時のスパッタ面３１１が処理基板Ｓに平行な同一平面上に位置するように等間隔で並設され、バッキングプレート３２の背面側（スパッタ面３１１と背向する側、図１で下側）で各ターゲット３１ａ乃至３１ｈの並設方向に延在する支持板３３に取付けられている。
【００２２】
支持板３３上には、ターゲット３１ａ乃至３１ｈの周囲をそれぞれ囲うシールド板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外側に設けたＤＣ電源（スパッタ電源）３５にそれぞれ接続され、各ターゲット３１ａ乃至３１ｈに独立して所定値のＤＣ電圧を印加できる。
【００２３】
また、カソード電極Ｃは、ターゲット３１ａ乃至３１ｈの後方（スパッタ面３１１と背向する方向、図１で下方）にそれぞれ位置させて設けた磁石組立体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、この支持板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状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、その中央部で棒状に配置された中央磁石４２と、支持板４１の外周に沿って配置された周辺磁石４３とがスパッタ面３１１側の極性を変えて設けられている。
【００２４】
中央磁石４２の同磁化に換算したときの体積は、例えば周辺磁石４２の同磁化に換算したときの体積の和（周辺磁石：中心磁石：周辺磁石＝１：２：１）に等しくなるように設計され、各ターゲット３１ａ乃至３１ｈのスパッタ面３１１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る。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。
【００２５】
各磁石組立体４は、モータやエアーシリンダなどから構成される駆動手段５ａ、５ｂの駆動軸５１にそれぞれ連結され、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できるようになっている。これにより、スパッタレートが高くなる領域をかえて各ターゲット３１ａ乃至３１ｈの全面に亘って均等に侵食領域が得られる。
【００２６】
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スパッタ室１１ａ、１１ｂにそれぞれ導入するガス導入手段６ａ、６ｂが設けられている。同一構造のガス導入手段６ａ、６ｂは、例えば真空チャンバ１１の側壁に取付けられたガス管６１を有し、ガス管６１は、マスフローコントローラ６２を介してガス源６３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、１１ｂにそれぞれ導入する他のガス導入手段が設けられる。
【００２７】
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１１ａ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１３の開口１３ａ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。そして、プラズマ雰囲気中のイオンが各ターゲット３１ａ乃至３１ｈに向けて加速させて衝撃させ、スパッタ粒子（ターゲット原子）が処理基板Ｓに向かって飛散されて処理基板Ｓ表面に一の薄膜が形成される。
【００２８】
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１１ｂに搬送し、上記と同様、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て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。
【００２９】
ところで、上記スパッタリング装置１では、各ターゲット３１ａ乃至３１ｈ相互の間の領域Ｒ１からスパッタ粒子が放出されない。このため、図２に示すように、処理基板Ｓ表面に所定の薄膜を形成すると、膜厚分布が波打つように、つまり、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り、この不均一は、所定の薄膜を積層するとより顕著になる。この場合、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生じることから、上記膜厚分布や膜質分布の不均一を改善する必要がある。
【００３０】
本実施の形態では、各スパッタ室１１ａ、１１ｂの間で、処理基板Ｓ表面のうち各ターゲット３１ａ乃至３１ｈ相互の間の領域Ｒ１と対向する箇所が、基板搬送方向で相互にずれるように各スパッタ室１１ａ、１１ｂでの処理基板Ｓの停止位置を変えることとした。即ち、一のスパッタ室１１ａ内で等間隔で並設したターゲット３１ａ乃至３１ｈに対向した所定位置に処理基板Ｓを移動させてスパッタリングにより一の薄膜を形成する。この状態では、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。
【００３１】
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１１ａ内で、各ターゲット３１ａ乃至３１ｈに対向した位置に処理基板を移動させるとき、各ターゲット３１ａ乃至３１ｈ相互の間の領域Ｒ１と対向する箇所が処理基板Ｓの基板搬送方向で相互にずれるように処理基板Ｓの停止位置を変えて位置決めする。つまり、他のスパッタ室１１ｂでは、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３１ａ乃至３１ｈ相互の間の空間２３にそれぞれ対向させ、かつ、薄い部分をターゲット３１ａ乃至３１ｈのスパッタ面３１１と対向させる。これにより、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を入れ替わることで、二層膜としての膜厚が処理基板Ｓ全面で略均一になり、その結果、処理基板Ｓ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防止できる。
【００３２】
上記薄膜形成のために本実施の形態では、一のスパッタ室１１ａ内のマスクプレート１３の開口部１３ａと、他のスパッタ室１１ｂマスクプレート１３の開口部１３ａとを、基板搬送方向で相互にずらして形成し、各スパッタ室１１ａ、１１ｂでターゲット３１ａ乃至３１ｈと対向した位置に搬送されてくる処理基板Ｓの停止位置を定める基準をなすようにした（図３参照）。そして、処理基板Ｓがマスクプレート１３の各開口１３ａ、１３ｂを臨む位置（処理基板Ｓと開口１３ａとが上下方向で一致する位置）にキャリア２１が移動されたとき、これを検出する検出手段、例えば公知の構造のポジションセンサ６を真空チャンバ１１に設けて、位置決め手段を構成した。これにより、処理基板Ｓを複数のスパッタ室１１ａ、１１ｂを順次搬送する際に、膜厚の厚い部分と薄い部分とが入れ替わるように各スパッタ室１１ａ、１１ｂで処理基板Ｓを精度よく位置決めできる。
【００３３】
尚、本実施の形態では、処理基板Ｓを２個のスパッタ室１１ａ、１１ｂを順次搬送して波打つ膜厚分布や膜質分布の不均一を防止することとしたが、これに限定されるものではない。例えば３個のスパッタ室を設け、基板搬送手段２によって各スパッタ室内に処理基板Ｓを搬送し、三層膜を形成する場合には、ターゲット相互間の領域と対向する箇所が３個のスパッタ室で相互にずれるように各スパッタ室内で処理基板を停止させればよい。
【００３４】
例えば、三層膜のうち第一及び第二の薄膜を形成する場合に、上記と同様、ターゲット相互間の領域と対向する箇所が相互にずれるように、各スパッタ室内の処理基板の停止位置を相互にずらして薄膜形成し、その後、残りの第三の膜を形成するときに、第一及び第二の各薄膜と、第三の薄膜との膜厚が１：１に近づくように調整して、第三の薄膜を形成すればよい。これにより、処理基板Ｓ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防止される。
【００３５】
また、本実施の形態では、複数のスパッタ室間で処理基板を搬送させて薄膜形成する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、図４に示すように、一つのスパッタ室１１０内で、基板搬送手段２の駆動手段を制御して、並設したターゲット３１ａ乃至３１ｈに平行に一定の間隔Ｄかつ所定速度（例えば、１〜１１０ｍｍ／ｓ）で処理基板Ｓがセットされたキャリア２１を往復動させるようにスパッタ装置１０を構成してもよい。
【００３６】
上記構成によれば、スパッタリング中、処理基板Ｓを各ターゲット３１ａ乃至３１ｈに平行に一定の間隔で移動させるため、処理基板Ｓ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Ｒ１と対向させることができる。その結果、一つのスパッタ室１１０において、処理基板Ｓ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抑制できる。
【００３７】
処理基板Ｓが往復動の折返し位置Ｐ１、Ｐ２に到達したとき、基板搬送手段２の駆動手段を制御して、この処理基板Ｓを所定時間（例えば６０秒以内）停止するようにしてもよい。これにより、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基づく処理基板Ｓに向かうスパッタ粒子の量に応じて、各折返し点Ｐ１、Ｐ２での処理基板Ｓの停止時間を適宜設定するだけで、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さらに抑制できる。このとき、磁石組立体４を少なくとも一往復動させることが好ましく、また、波打つ膜厚分布や膜質分布の発生を抑制する制御の自由度を高めるために、処理基板Ｓが一方の折返し位置Ｐ１（またはＰ２）から他方Ｐ２（またはＰ１）に向かって移動するとき、ターゲット３１ａ乃至３１ｈへの電力投入を停止し、処理基板Ｓが停止している場合にだけ薄膜形成するようにしてもよい。
【００３８】
上記いずれの構成のスパッタリング装置１、１０においても、スパッタリング中、ターゲット組立体３１、３２は静止状態であるため、プラズマが揺らぎに起因した異常放電（アーク放電）の発生が防止でき、良好な薄膜形成が可能になる。また、複数のターゲット３１、３２より重量の軽い処理基板Ｓを移動させているため、複数個のターゲット組立体３１、３２を一体に往復動させるときのような高精度かつ高トルクのモータ等の駆動手段は必要ない。特に、本実施の形態のインライン式のスパッタ装置１の場合、基板搬送手段２を用いて、処理基板Ｓを往復動させれば、処理基板Ｓの往復動用に他の駆動手段を別途設ける必要はなく、コスト低減が図れてよい。
【００３９】
さらに、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撃し、ターゲット原子が飛散され、処理基板Ｓ表面に付着、堆積して所定の薄膜が形成できる。
【００４０】
他方、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スパッタ室１１ａ、１１ｂ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の後方に、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。
【００４１】
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の後方の空間で反応性ガスが一旦拡散させ、次いで、並設した各ターゲット３１ａ乃至３１ｈｄ相互間の各間隙を通って処理基板Ｓに向かって供給する。
【実施例１】
【００４２】
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２層積層した。各スパッタ室１１ａ、１１ｂ内のターゲット３１ａ乃至３１ｈとして、９９．９９％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。他方、処理基板として、１５００ｍｍ×１３５０ｍｍの外形寸法を有するガラス基板を用いた。ターゲットと処理基板との間の距離を１６０ｍｍに設定した。
【００４３】
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１１ａ、１１ｂ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をスパッタ室１１ａ、１１ｂにそれぞれ導入し、処理基板Ｓ温度を１２０℃に設定した。また、一のスパッタ室１１ａでは、並設したターゲットの外枠と同心となるように処理基板Ｓを停止させ、他のスパッタ室１１ｂでは、処理基板搬送方向に１３５ｍｍ移動させた位置に処理基板Ｓを停止させることとした。そして、各スパッタ室１１ａ、１１ｂで各ターゲットに３０ｋＷの電力を投入し、５０秒間スパッタリングして、処理基板表面に１５０ｎｍの膜厚で２層のＡｌ膜を積層し、３００ｎｍのＡｌ膜を得た。（比較例１）
【００４４】
比較例１として、図１に示すスパッタ装置１を用い、実施例１と同条件で処理基板表面に１５０ｎｍの膜厚を２層積層し、３００ｎｍのＡｌ膜を得た。尚、各スパッタ室１１ａ、１１ｂで、並設したターゲットと略同心となるように処理基板Ｓをそれぞれ停止させた。
【００４５】
これによれば、比較例１では、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返し、その膜厚分布は±１２．３％であった。それに対し、実施例１では、波打つ膜厚分布の振幅が略半分に抑制され、その膜厚分布は±６．６％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たことが判る。
【実施例２】
【００４６】
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膜を形成したが、ターゲットの並設枚数を１２枚とした。また、各ターゲットとして９９．９９％のＡｌを用い、公知の方法で１８０ｍｍ×２６５０ｍｍ×厚さ１６ｍｍの平面視略長方形に成形し、バッキングプレートに接合し、２０２ｍｍの間隔を置いて支持板３３上に配置した。他方、処理基板として、１９５０ｍｍ×２２５０ｍｍの外形寸法を有するガラス基板を用いた。ターゲットと処理基板との間の距離を１５０ｍｍに設定した。
【００４７】
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１０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を制御してＡｒをスパッタ室１１０に導入し、処理基板Ｓ温度を１２０℃、各ターゲットへの投入電力を７５ｋＷに設定した。薄膜形成に際しては、先ず、基板搬送手段２の駆動手段を制御して一方の折返し位置Ｐ１に処理基板を移動し、この状態で、スパッタ時間を４０秒に設定してスパッタリングにより処理基板表面に３００ｎｍの膜厚で第一のＡｌ膜を形成した。
【００４８】
次いで、一旦ターゲットへの電力投入を停止した後、基板搬送手段２によって処理基板を他方の折返し位置Ｐ２に移動し、この状態で、スパッタ時間を４０秒に設定してスパッタリングにより処理基板表面に３００ｎｍの膜厚で第二のＡｌ膜を積層し、全体で６００ｎｍの膜厚のＡｌ膜を得た（つまり、処理基板の往復動の折返し位置で処理基板を停止すると共に各折返し位置でのみターゲットへの電力投入を行った）。尚、折返し位置相互の間の間隔を１００ｍｍに設定した。
【００４９】
図５は、実施例２で得たＡｌ膜のその長手方向に沿ったシート抵抗値の分布（膜質分布）を、各折返し位置Ｐ１、Ｐ２において上記と同じスパッタ条件でＡｌ膜（３００ｎｍ）をぞれぞれ得たとき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、各折返し位置でＡｌ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±６．５％であった。それに対し、実施例２では、薄膜形成の際に、並設したターゲットに対する処理基板の位置を基板搬送方向（ターゲットの並設方向）でずらすことで、シート抵抗値の分布は±２．７％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。
【符号の説明】
【００５０】
１…スパッタ装置、１１ａ，１１ｂ…スパッタ室、１３…マスクプレート、１３ａ，１３ｂ…開口部、２…基板搬送手段、２１…キャリア、３１ａ乃至３１ｄ…ターゲット、３５…スパッタ電源、５ａ、５ｂ…ガス導入手段、Ｓ…処理基板。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同数のターゲットが等間隔で並設された複数のスパッタ室間で、各スパッタ室の各ターゲットに対向した位置に処理基板を搬送し、この処理基板が存するスパッタ室内の各ターゲットに電力投入して各ターゲットをスパッタリングし、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相互の間で処理基板表面のうち各ターゲットと対向する領域が基板搬送方向で相互にずれるように処理基板の停止位置を変えることを特徴とする薄膜形成方法。
【請求項２】
前記並設された複数枚の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記載の薄膜形成方法。
【請求項３】
相互に隔絶された複数のスパッタ室と、各スパッタ室内に同数かつ同じ間隔でそれぞれ並設した複数枚のターゲットと、各スパッタ室の各ターゲットと対向した位置に処理基板を搬送する基板搬送手段とを備え、相互に連続して薄膜を形成するスパッタ室間で、処理基板表面のうち各ターゲットと対向する領域が基板搬送方向で相互にずれるように、各スパッタ室内で処理基板の位置決めを行う位置決め手段を設けたことを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項４】
前記各スパッタ室内で基板搬送手段とターゲットとの間に処理基板が臨む開口部を有するマスクプレートをそれぞれ設け、各マスクプレートの開口部が、連続して薄膜を形成するスパッタ室間で、処理基板表面のうち各ターゲットと対向する領域が基板搬送方向で相互にずらして形成され、処理基板がマスクプレートの開口部を臨む位置に搬送されたことを検出する検出手段を設けて前記位置決め手段を構成したことを特徴とする請求項３記載の薄膜形成装置。
【請求項５】
前記並設したターゲットの後方に、各ターゲットの前方にトンネル状の磁束を形成する磁石組立体をそれぞれ設け、前記磁石組立体を、ターゲットに平行に往復動させる駆動手段を備えたことを特徴とする請求項３または請求項４記載の薄膜形成装置。
【請求項１】
同数のターゲットが等間隔で並設された複数のスパッタ室間で、各スパッタ室の各ターゲットに対向した位置に処理基板を搬送し、この処理基板が存するスパッタ室内の各ターゲットに電力投入して各ターゲットをスパッタリングし、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相互の間で処理基板表面のうち各ターゲットと対向する領域が基板搬送方向で相互にずれるように処理基板の停止位置を変えることを特徴とする薄膜形成方法。
【請求項２】
前記並設された複数枚の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記載の薄膜形成方法。
【請求項３】
相互に隔絶された複数のスパッタ室と、各スパッタ室内に同数かつ同じ間隔でそれぞれ並設した複数枚のターゲットと、各スパッタ室の各ターゲットと対向した位置に処理基板を搬送する基板搬送手段とを備え、相互に連続して薄膜を形成するスパッタ室間で、処理基板表面のうち各ターゲットと対向する領域が基板搬送方向で相互にずれるように、各スパッタ室内で処理基板の位置決めを行う位置決め手段を設けたことを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項４】
前記各スパッタ室内で基板搬送手段とターゲットとの間に処理基板が臨む開口部を有するマスクプレートをそれぞれ設け、各マスクプレートの開口部が、連続して薄膜を形成するスパッタ室間で、処理基板表面のうち各ターゲットと対向する領域が基板搬送方向で相互にずらして形成され、処理基板がマスクプレートの開口部を臨む位置に搬送されたことを検出する検出手段を設けて前記位置決め手段を構成したことを特徴とする請求項３記載の薄膜形成装置。
【請求項５】
前記並設したターゲットの後方に、各ターゲットの前方にトンネル状の磁束を形成する磁石組立体をそれぞれ設け、前記磁石組立体を、ターゲットに平行に往復動させる駆動手段を備えたことを特徴とする請求項３または請求項４記載の薄膜形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１８４５１１（Ｐ２０１２−１８４５１１Ａ）
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１４１３２３（Ｐ２０１２−１４１３２３）
【出願日】平成２４年６月２２日（２０１２．６．２２）
【分割の表示】特願２００９−５０２５１３（Ｐ２００９−５０２５１３）の分割
【原出願日】平成２０年２月２２日（２００８．２．２２）
【出願人】（０００２３１４６４）株式会社アルバック (1,740)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年６月２２日（２０１２．６．２２）
【分割の表示】特願２００９−５０２５１３（Ｐ２００９−５０２５１３）の分割
【原出願日】平成２０年２月２２日（２００８．２．２２）
【出願人】（０００２３１４６４）株式会社アルバック (1,740)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]