JP4290323B2

JP4290323B2 - Sputter deposition method

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Publication number: JP4290323B2
Application number: JP2000334769A
Authority: JP
Inventors: 雅夫佐々木
Original assignee: Canon Anelva Corp
Current assignee: Canon Anelva Corp
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Filing date: 2000-11-01
Publication date: 2009-07-01
Anticipated expiration: 2020-11-01
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はスパッタ成膜方法に関し、特に、少なくとも２つのマグネトロンスパッタ機構を含む基板搬送式連続スパッタ成膜装置で実施され、各マグネトロンスパッタ機構でマグネットを往復運動で移動させながらスパッタリング作用で基板に順次に成膜を行うスパッタ成膜方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複数のマグネトロンスパッタ機構を並べて配置して成る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。連続スパッタ成膜装置では、各マグネトロンスパッタ機構（マグネトロンカソード）のマグネット（磁気回路）は独立して往復運動による移動を行うように構成されている。従来のマグネットの基板搬送方向の往復運動での移動速度は一般的に基板搬送速度に対して十分に大きな速度となるように設定されており、そのため、各マグネトロンスパッタ機構で成膜が行われた基板上の基板搬送方向における膜厚分布は十分に均一であった。
【０００３】
他方、近年では、マグネットを往復移動させる移動機構の機械的耐久性、およびＩＴＯターゲットを使用する場合のターゲット表面に発生するノジュールの低減の観点から、マグネットの移動速度を従来の移動速度に比較して遅くする必要性が生じている。基板搬送方向におけるマグネットの移動速度と基板の搬送速度とが同じ程度になると、基板上の膜厚の基板搬送方向における分布状態の均一性は著しく悪くなる。基板搬送方向における膜厚分布の均一性が悪くなる理由は、次の通りである。
【０００４】
スパッタリング作用は、主にターゲット裏面側に配置されたマグネットの作る強い磁場に基づいて、ターゲット表面上におけるマグネット近傍領域で生じる。従ってマグネットが移動すると、スパッタ源（実質的にターゲット表面のマグネット近傍領域の部分）が移動したのと同じ現象が生じることになる。スパッタ源からのスパッタ粒子の発生が時間に依存せず一定に保持されるのであれば、基板の上に堆積する膜の厚みは、スパッタ源すなわちマグネットと、基板との相対的速度の関係に基づいて決められる。この場合の関係に関して、膜厚は、マグネットと基板の相対的速度に反比例するという関係が保持される。
【０００５】
上記の関係についてさらに詳述する。一例として、基板搬送方向にマグネットが移動速度Ｖｍで等速往復運動を行い、かつマグネットの移動速度Ｖｍが基板搬送速度Ｖｔの１／２とする。従ってＶｍ＝Ｖｔ／２である。基板搬送方向と同じ方向（以下「順方向」という）の基板に対するマグネットの相対速度Ｖ１は、Ｖ１＝Ｖｔ−Ｖｍ＝Ｖｔ／２の式で求められる。また基板搬送方向と逆方向の基板に対するマグネットの相対速度Ｖ２は、Ｖ２＝Ｖｔ＋Ｖｍ＝３Ｖｔ／２の式で求められる。以上において、マグネットの移動方向によって基板に対する相対速度Ｖ１とＶ２は３倍違うため、基板上での膜の厚みもおよそ３倍の差が生じることになる。この結果、基板上には膜厚の厚い部分と薄い部分が交互に生じ、基板搬送方向における膜厚均一性が悪くなる。
【０００６】
上記のごとく複数のマグネトロンスパッタ機構を備えた基板搬送式連続スパッタ装置において基板搬送方向のマグネットの往復運動による移動速度と基板搬送速度がほぼ等しくなったときの膜厚の不均一性の問題を解決するため、従来では、特開平７−１８４３５号公報に開示される「マグネトロンスパッタ方法及び装置」や特開平１１−２４６９６９号公報（特願平１０−６６１７８号）に記載される「スパッタ成膜装置」がある。特開平７−１８４３５号公報に開示される技術では、マグネットの移動において往復の移動方向に応じてターゲットに供給される電力量を変化させて不均一性を改善している。特開平１１−２４６９６９号公報に開示する技術では、複数のマグネトロンスパッタ機構（マグネトロンカソード）の各々のマグネット（磁気回路）の往復移動に単振動を利用し、その往復移動における位相を調整し、各マグネトロンスパッタ機構で成膜される不均一な膜を、位置をずらせて重ね合わせることにより均一化している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前述の特開平７−１８４３５号公報に開示される技術によれば、ターゲットに供給される電力量が変化することによって膜の質が変化する場合には適用することができないという問題を有する。さらに前述の特開平１１−２４６９６９号公報に開示される技術によれば、複数のマグネトロンスパッタ機構の各々のマグネットの往復移動に単振動を利用しかつマグネットの移動の位相を調整しても、十分な膜厚均一性を達成できない場合も生じるという不具合がある。
【０００８】
本発明の目的は、上記の問題を解決することにあり、複数のマグネトロンスパッタ機構を備えた基板搬送式連続スパッタ成膜装置において基板搬送方向のマグネットの往復運動における移動速度を遅くし、例えば基板搬送速度とほぼ等しくして基板にスパッタ成膜を行うとき、膜質を変化させることなく膜厚の均一性を向上できるスパッタ成膜方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段および作用】
本発明に係るスパッタ成膜方法は、上記の目的を達成するために、次のように構成される。
【００１０】
第１のスパッタ成膜方法（請求項１に対応）は、成膜チャンバ内に少なくとも２つのマグネトロンスパッタ機構を並べて配置し、マグネトロンスパッタ機構は基板搬送方向に往復運動を行うマグネットを備え、基板を少なくとも２つのマグネトロンスパッタ機構の各々に順次に対向させながら基板搬送方向に搬送し、この基板搬送中に基板に対して少なくとも２つのマグネトロンスパッタ機構の各々によって対向時に順次にスパッタ成膜が行われる方法であり、さらに、少なくとも２つのマグネトロンスパッタ機構の間でマグネットの往復運動の位相をずらし、かつマグネトロンスパッタ機構のマグネットの往復運動において順方向の移動速度と逆方向の移動速度を異ならせるようにしている。
【００１１】
第２のスパッタ成膜方法（請求項２に対応）は、上記の方法において、好ましくは、マグネトロンスパッタ機構の個数が２つである場合において、２つのマグネトロンスパッタ機構の間でマグネットの往復運動の位相を、基板における各々による成膜で１８０°の位相ずれが生じるように調整し、かつ２つのマグネトロンスパッタ機構の各々による基板への成膜で、基板搬送方向の膜厚分布で厚い領域の長さと薄い領域の長さが等しくなるように、マグネットの順方向の移動速度と逆方向の移動速度を調整するようにする方法である。
【００１２】
第３のスパッタ成膜方法（請求項３に対応）は、上記の方法において、好ましくは、基板の搬送速度をＶｔ、マグネットの１回の往復時間をＴ、基板搬送方向のマグネット移動幅を２Ｌとするとき、順方向の移動速度ＶｆはＶｆ＝１／（Ｔ／（４Ｌ）＋１／Ｖｔ）で与えられ、逆方向の移動速度ＶｒはＶｒ＝１／（Ｔ／（４Ｌ）−１／Ｖｔ）で与えられることを特徴とする。
【００１３】
本発明に係るスパッタ成膜方法では、基板搬送方向に並べて配置された少なくとも２つのマグネトロンスパッタ機構を用いて基板に順次にスパッタ成膜を行う方法において、マグネトロンスパッタ機構でのマグネットの往復運動の位相を望ましいようにずらし、さらに各マグネトロンスパッタ機構にて基板搬送方向に往復運動を行うように設けられたマグネットの順方向の等速移動速度と逆方向の等速移動速度を、基板上の基板搬送方向における厚い領域の長さと薄い領域の長さが等しくなるように異ならせるようにした。この方法によって、各マグネトロンスパッタ機構によって基板に順次にスパッタ成膜を行うと、膜の厚い領域と薄い領域とが相互に重なり、補い合って膜厚の均一性が良好な膜を形成することが可能となる。特にマグネットの往復運動の速度を遅くし、例えばマグネットの往復運動における移動速度と基板搬送速度を実質的に等しくしてスパッタ成膜を行っても、良好な均一性を有した膜厚分布を実現することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１５】
図１に本発明に係るスパッタ成膜方法が実施される装置の代表的な実施形態を示す。この装置は、複数（例えば８基）のマグネトロンスパッタ機構１１〜１８が備えられた基板搬送式のスパッタ成膜装置である。このスパッタ成膜装置は、ロードロックチャンバ２１と成膜チャンバ２２とアンロードロックチャンバ２３が直列的に接続されて形成されている。ロードロックチャンバ２１の外側端部、ロードロックチャンバ２１と成膜チャンバ２２の間、成膜チャンバ２２とアンロードロックチャンバ２３の間、アンロードロックチャンバ２３の外側端部にゲートバルブ３１，３２，３３，３４が設けられている。これらのゲートバルブはチャンバと外部、およびチャンバ間を気密に区画する。成膜対象である基板４１はトレイ４２に搭載された状態で、ゲートバルブ３１から搬入され、矢印４３のごとく図１中左側から右側へ搬送され、成膜チャンバ２２を通り、ここで成膜が行われる。その後、アンロードロックチャンバ２３、ゲートバルブ３４を通って外部に搬出される。成膜チャンバ２２の内部は例えば４基のクライオポンプ２４ａ〜２４ｄが付設され、所要の真空となるように排気が行われている。またロードロックチャンバ２１とアンロードロックチャンバ２３も図示しないドライポンプで排気されている。
【００１６】
成膜チャンバ２２では、両側の側壁部の内面に、対向した状態で４対（１１と１５、１２と１６、１３と１７、１４と１８）のマグネトロンスパッタ機構１１〜１８が配置されている。特に、４基のマグネトロンスパッタ機構１１〜１４、および４基のマグネトロンスパッタ機構１５〜１８は一列に並べて配置されている。マグネトロンスパッタ機構１１〜１８においてターゲットは縦置き状態で配置される。成膜チャンバ２２では、２組のトレイ４２を立てた状態で平行に配置して成りかつトレイ４２の外側面に基板４１を例えば２枚に取りつけたユニット４４が、複数一列に並んだ状態で、図示しないトレイ搬送機構によって矢印４３の方向へ設定された搬送速度で移動させられる。２つのトレイ４２の各々に取りつけられた基板４１は、搬送の途中で、それぞれマグネトロンスパッタ機構１１〜１８に対面して順次にスパッタ成膜が行われる。図１に示された成膜チャンバ２２の構成では両面成膜形式で構成されているが、片面成膜形式で構成することもできる。
【００１７】
次に図２を参照して例えばマグネトロンスパッタ機構１５の構成を説明する。図２では、トレイ４２および基板４１は図中矢印４３に示すごとく右側から左側へ移動するものとする。ターゲット５１はターゲット裏板５２と一体的に形成され、絶縁シール材５３を介して成膜チャンバ２２のチャンバ壁５４に取り付けられている。ターゲット裏板５２の背面部に相当するチャンバ壁５４には開口部５４ａが形成されており、大気に開放されている。ターゲット５１の正面形状は任意であり、かつその周縁にはシールド部材５５が設けられている。ターゲット５１には図示しない直流電源が接続され、必要な電力が供給される。マグネトロンスパッタ機構１５のターゲット５１に対して搬送されてくる基板４１には、その被成膜面がターゲット５１に対して対向する位置関係にて、平行な状態で移動する。ターゲット裏板５２の大気側において、上記の開口部５４ａを利用して、マグネット５６とこれを等速往復移動させるためのマグネット移動機構５７が配置されている。上記マグネット５６は、通常、棒状の中心マグネットとこれを囲むリング状外部マグネットから構成される。マグネット５６は、マグネット移動機構５７によって、ターゲット５１の背後の大気空間で基板搬送方向に向かって往復運動による移動動作を行うように設けられている。上記の説明ではマグネトロンスパッタ機構１５に関して説明したが、他のマグネトロンスパッタ機構１１〜１４，１６〜１８も同様な構成を有しているのは勿論である。
【００１８】
次に図３に従ってマグネット移動機構５７の構成を説明する。マグネット５６は、プレート６１に取り付けられたレール６２上を搬送方向にスライド移動できるように設けられている。マグネット５６の支持プレート５６ａの裏側には、レール係合部６３とボールネジ係合部６４を備えた支持部６５が設けられている。レール６２が取り付けられたプレート６１の背部にはサーボモータ６６が設けられている。またレール６２に対して平行に基板の搬送方向に向かって十分な長さを有するボールネジ６７が回転自在に設けられている。ボールネジ６７の支持構造には周知の任意なものが用いられており、図中、支持構造の図示は省略されている。ボールネジ６７には上記のボールネジ係合部６４が雄ネジと雌ネジのネジ構造によって係合・連結されている。サーボモータ６６の回転軸６６ａにはプーリ６８が設けられ、ボールネジ６７の図中右端部にもプーリ６９が設けられる。プーリ６８とプーリ６９の間にベルト７０が掛けられている。マグネット５６の移動は、サーボモータ６６の回転力をベルト７０でボールネジ６７に伝達してボールネジ６７を回転させることにより行っている。サーボモータ６６は図示しない制御装置によって回転速度と回転方向を制御され、その結果、マグネット５６を基板搬送方向において必要とされる速度で移動させることができる。マグネット５６の移動速度は、順方向（基板搬送方向と同方向）と逆方向（基板搬送方向と反対方向）のそれぞれで異なった値に設定することができる。
【００１９】
図３において、区間７１はマグネット５６が移動する範囲であり、７１ａは右側移動端、７１ｂは左側移動端である。例えば移動端７１ａから出発したマグネット５６は或る速度Ｖｆで順方向に等速運動し、他方の移動端７１ｂまで来ると移動方向を反転する。次に、それまでと異なった速度Ｖｒで元の移動端７１ａまで逆方向に等速運動する。移動端７１ａに達すると、また移動方向を順方向になるように反転し、最初と同じ速度Ｖｆで順方向に等速運動する。以上の順方向と逆方向の移動を繰返すことによって往復運動を行う。
【００２０】
図２と図３に示した構成では、マグネット５６を基板搬送方向４３のみに移動させる例を説明したが、類似した構造を有する他の移動機構を設けることにより、マグネット５６を基板搬送方向と直角な方向に例えば等速で往復運動させることもできる。
【００２１】
上記のごとく基板搬送方式の連続スパッタ成膜装置において複数のマグネトロンスパッタ機構内１１〜１８の各々のマグネット５６を移動させることにより、ターゲット５１のエロージョン領域を広げ、ターゲット上に付着する膜を減少させ、付着した膜の剥がれに起因するパーティクルの発生を低減させることができる。さらにターゲット５１のエロージョンの深さを均一化させ、ターゲットの利用効率を向上させることができる。
【００２２】
次に、上記の構成を有するマグネトロンスパッタ機構１１〜１８の各々に設けられたマグネット５６の等速往復運動に関する特徴的な移動方法について詳述する。本実施形態に係るスパッタ成膜装置の特徴的なマグネット移動方法は図９〜図１２に基づいて説明される。
【００２３】
ただし、本実施形態に係るマグネット移動方法を説明する前に、図４〜図８を参照して本実施形態（本発明）に係るマグネット移動方法の考えに至った技術的な問題を検討する。
【００２４】
上記のスパッタ成膜装置によれば、複数のマグネトロンスパッタ機構を備えた基板搬送式連続スパッタ成膜装置において基板搬送方向のマグネットの往復移動速度と基板搬送速度をほぼ等しくなるように遅くして基板にスパッタ成膜を行うとき、膜質を変化させることなく膜厚の均一性を向上できるようにする。前述の通り図示しない制御装置によってサーボモータの動作を制御することによってマグネット５６に望ましい往復移動を与えて膜厚の均一化を生じさせる。
【００２５】
マグネット５６が基板搬送方向４３に等速で往復運動する場合、その移動速度が基板４１の搬送速度に近くなると、既述した通り、基板４１上の搬送方向の膜厚分布は不均一になる。基板４１に対するマグネット５６の相対速度は、マグネット５６の移動が順方向であれば基板４１の搬送速度（Ｖｔ）とマグネット５６の移動速度（Ｖｆ）の差で表わされ、またマグネット５６の移動が逆方向であれば基板４１の搬送速度（Ｖｔ）とマグネット５６の移動速度（Ｖｆ）の和で表わされる。従って、基板に対するマグネットの相対速度は（Ｖｔ−Ｖｆ）と（Ｖｔ＋Ｖｆ）の２つの値が存在する。その結果、相対速度で成膜すると、基板４１には膜厚の厚い領域と薄い領域が交互に形成される。
【００２６】
そこで、マグネット５６の移動方法として、２以上のマグネトロンスパッタ機構による基板４１への成膜を組み合わせて用いることにより、基板４１上における搬送方向の膜厚分布を均一にする方法が考えられる。以下では、代表的な例として、２つのマグネトロンスパッタ機構を使用して成膜を行うスパッタ成膜方法を説明する。第１と第２の２つのマグネトロンスパッタ機構の配置関係は以下の説明の中で明らかにされる。
【００２７】
最初に、２つのマグネトロンスパッタ機構のマグネットが、それぞれ、基板搬送方向に等速の往復運動を行った場合を想定する。ここで「等速往復運動」とは、マグネットが順方向と逆方向に同じ速度で移動し、移動端で方向を変えて往復する運動である。
【００２８】
図４において、（Ａ）は第１マグネトロンスパッタ機構による成膜に基づく基板上の基板搬送方向における膜厚分布７１を示し、（Ｂ）は第２のマグネトロンスパッタ機構による成膜に基づく基板上の基板搬送方向における膜厚分布７２を示すものとする。図４の（Ａ）に示すごとく基板上には第１マグネトロンスパッタ機構によって膜厚の厚い領域７３と膜厚の薄い領域７４が交互に形成されている。また同様に、図４の（Ｂ）に示すごとく基板上には第２マグネトロンスパッタ機構によって膜厚の厚い領域７３と膜厚の薄い領域７４が交互に形成されている。上記の第１と第２のマグネトロンスパッタ機構の関係について、第１マグネトロンスパッタ機構に対して、第２マグネトロンスパッタ機構でのマグネットの移動開始時間を調整することによって、基板上の膜厚の厚い領域と薄い領域が（Ａ）と（Ｂ）に示されるごとく反転するように成膜されるようにする。
【００２９】
上記の関係を有する第１と第２のマグネトロンスパッタ機構としては、図１で見てみると、例えば、マグネトロンスパッタ機構１１を第１マグネトロンスパッタ機構とし、マグネトロンスパッタ機構１２を第２マグネトロンスパッタ機構とすることができる。
【００３０】
上記の関係を有する第１と第２のマグネトロンスパッタ機構を用いて基板４１の上にスパッタ成膜を行うと、膜厚の厚い領域と薄い領域が重なって各所の膜厚の厚みが平均化され、原理的には、均一性が改善されるはずである。ところが、実際に第１と第２のマグネトロンスパッタ機構を用いて基板４１の上にスパッタ成膜を行うと、基板上の基板搬送方向の膜厚分布は、図５に示すごとく、位相を反転させたにも拘わらず、十分には改善されなかった。その理由は、マグネット５６が往復して移動端に位置するときの膜厚が薄くなるからである。その理由を図６〜図８を参照して詳述する。
【００３１】
図６の（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）にはマグネット５６の動きを示し、図７はそのときの基板４１上のマグネット５６の相対速度を示す。
【００３２】
図６（Ａ）は、マグネット５６が往復移動の移動中心１０１から基板搬送方向４３と逆方向の移動端７１ａにあるときの状態を示している。移動端７１ａは移動中心１０１から距離Ｌだけ離れている。このときの移動中心１０１の位置における基板４１上の位置を▲１▼とする。
【００３３】
次にマグネット５６は移動端７１ａから反対側の移動端７１ｂに順方向の移動を開始する。図６において基板４１は左方向の搬送方向４３に移動しているので、マグネット５６が移動端７１ａから移動端７１ｂに移動する間は基板４１上にはマグネット５６との相対速度が遅い（小さい）領域が生じる。図６（Ｂ）に示すようにマグネット５６が移動端７１ｂに移動したときのマグネットの移動中心１０１の位置における基板４１上の位置を▲２▼とする。
【００３４】
さらにマグネット５６は移動端７１ｂから移動端７１ａに向かって逆方向の移動を開始する。この間は基板４１上にはマグネット５６の相対速度が速い（大きい）領域が生じる。図６（Ｃ）に示すようにマグネット５６が移動端７１ａに移動したときの移動中心１０１の位置における基板４１上の位置を▲３▼とする。
【００３５】
上記のごとくマグネット５６の移動速度が順方向および逆方向において等しいので、マグネットが移動端７１ａから７１ｂへ移動する時間と、移動端７１ｂから７１ａへ移動する時間とは等しい。従って、図７に示すように基板４１上の▲１▼と▲２▼の間の距離と▲２▼と▲３▼の間の距離は等しい。一方、マグネット５６が移動端に位置していたときの基板４１上におけるマグネット５６の位置は、▲１▼の右側、▲２▼の左側、▲３▼の右側にそれぞれ距離Ｌだけ離れた位置である。以上のように基板４１上でマグネット５６の相対速度の遅い領域１０２と速い領域１０３について長さ（Ｌ１とＬ２）に差が生じる。このために、第１と第２のマグネトロンスパッタ機構を用いて位相を反転して成膜を行っても、図８の特性１０５，１０６に示すように、２つのマグネットは共に相対速度の速い領域が基板上で２Ｌの長さで生じ、その結果、この領域１０４で膜厚が薄くなってしまい、膜厚分布の均一性を悪化する。
【００３６】
そこで本実施形態によるマグネット移動方法は、膜厚分布の均一性を改善するため、次の通り行われる。
【００３７】
本実施形態によるマグネットの特徴的な移動方法を図９に示す。図９の（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は図６の（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）にそれぞれ対応している。図９に示したマグネット移動方法によって、第１と第２の２つのマグネトロンスパッタ機構による基板へのスパッタ成膜で位相を反転させて膜厚分布の均一化を達成するにあたり、各マグネトロンスパッタ機構によるスパッタ成膜において、基板上でのマグネットの相対速度の速い領域１０３との長さと遅い領域１０２の長さを等しくする。
【００３８】
図９の（Ａ）では、マグネット５６が往復移動の移動中心１０１から基板搬送方向４３と逆方向の移動端７１ａにあるときの状態を示す。移動端７１ａは移動中心１０１から距離Ｌだけ離れている。このときのマグネットの移動中心１０１の位置における基板４１上の位置を▲１▼とし、マグネット５６の存在位置における基板４１上の位置をＡ１とする。
【００３９】
次に図９の（Ｂ）に示されるようにマグネット５６は移動端７１ａから反対側の移動端７１ｂに順方向の移動を開始する。この移動動作の間において基板４１の上にはマグネット５６の相対速度が遅い領域が作られる。図９の（Ｂ）に示されるように、マグネット５６が移動端７１ｂに移動したときのマグネットの移動中心１０１の位置における基板４１上の位置を▲２▼とし、さらにマグネット５６の存在位置における基板４１の上の位置をＢ１とする。
【００４０】
図７で説明した例では相対速度の遅い領域が速い領域に比較して短かったのに対して、上記のマグネット移動では、マグネット５６の順方向への移動速度をより小さくすることにより、相対速度の遅い領域を長くする。
【００４１】
次に、図９の（Ｃ）に示されるように、マグネット５６を移動端７１ｂから移動端７１ａへ逆方向の移動を行う。この間、基板４１の上にはマグネット５６の相対速度が速い領域が生じる。図９（Ｃ）に示されるごとくマグネット５６が移動端７１ａに移動したときのマグネット移動中心１０１の位置における基板上の位置を▲３▼とし、マグネット５６の存在位置における基板４１上の位置をＡ２とする。
【００４２】
図７で説明した例では相対速度の速い領域が遅い領域に比較して長かったのに対して、上記のマグネット移動では、マグネット５６の逆方向への移動速度をより大きくすることにより、相対速度の速い領域を短くする。
【００４３】
以上のごとく、マグネット５６の移動速度に関して順方向の移動と逆方向の移動で調整（変更）することによって、Ａ１とＢ１の間の距離とＢ１とＡ２の間の距離とを等しくするようにしている。
【００４４】
上記のごとくして、往復移動するマグネット５６の往復運動で順方向の移動速度と逆方向の移動速度を異ならせることにより生じた基板４１上のマグネット５６の相対速度を図１０に示す。基板４１におけるマグネット５６の端部位置に相当する位置Ａ１，Ｂ１，Ａ２の間の距離は等間隔になっている。一方、マグネット５６の移動中心１０１については、▲１▼はＡ１より距離Ｌだけ左側に位置し、▲２▼はＢ１より距離Ｌだけ右側に位置し、▲３▼はＡ２より距離Ｌだけ左側に位置している。
【００４５】
以上のごとく、第１と第２のマグネトロンスパッタ機構において、ターゲット５１の背面側の特定範囲で往復運動するマグネット５６の移動速度を、順方向および逆方向の移動方向に応じて変え、基板上におけるマグネットの相対速度の速い領域の長さと遅い領域の長さを等しくするようにした。このため、第１の第２のマグネトロンスパッタ機構でのスパッタ成膜で位相を反転させて成膜を行うと、図１１の特性１０７，１０８に示すように、基板４１上のすべての箇所において相対速度が速い成膜の領域と遅い領域の２つが重なり合って、その結果、膜厚が均一なスパッタ成膜が可能となる。
【００４６】
次に、マグネット５６の順方向移動速度と逆方向移動速度の算出方法を説明する。
【００４７】
マグネット５６の往復時間（周期）をＴ、基板搬送速度をＶｔとする。始めにマグネットの順方向の移動を考える。マグネットの順方向の移動速度をＶｆ、移動端から移動端までの移動時間をＴｆとする。マグネット５６の基板４１に対する相対速度は（Ｖｔ−Ｖｆ）であり、マグネット５６の順方向移動中における基板４１上の移動距離は（Ｖｔ−Ｖｆ）Ｔｆとなる。一方、マグネット５６の順方向移動中における基板４１上の移動距離は、同時に、マグネットが一周期の間に基板に成膜する距離ＶｔＴの半分（ＶｔＴ／２）とならなければならない。従って、（Ｖｔ−Ｖｆ）Ｔｆ＝ＶｔＴ／２の関係式を満たすことが必要となる。さらに、マグネット５６は、移動幅２Ｌに対して、ＶｆＴｆ＝２Ｌの関係を満たしている。上記の２つの関係式に基づけば、マグネット５６の順方向移動速度ＶｆはＶｆ＝１／（Ｔ／（４Ｌ）＋１／Ｖｔ）と表せる。同様にマグネット５６の逆方向移動速度Ｖｒについても、Ｖｒ＝１／（Ｔ／（４Ｌ）−１／Ｖｔ）と表すことができる。
【００４８】
上記の関係を満たすようにマグネット５６の順方向と逆方向の移動速度を設定することによって、基板４１上にはマグネット５６の相対速度の速い領域の長さと遅い領域の長さを等しくすることができる。第１と第２のマグネトロンスパッタ機構の各々によるスパッタ成膜で、上記のごとく基板４１上におけるマグネット５６の相対速度の速い領域の長さと遅い領域の長さを等しくすることによって、位相反転（位相を１８０°ずらす）に基づく成膜を行えば、基板４１の全面において膜厚分布の均一性を高めることができる
【００４９】
次に、上記のマグネット移動方法を実施する本発明に係るスパッタ装置の実施例を具体的に説明する。
【００５０】
【実施例１】
この実施例では２つのマグネトロンスパッタ機構を利用して構成し、基板搬送速度Ｖｔを３４８．２ｍｍ／ｍｉｎ、マグネット移動幅２Ｌを１６０ｍｍ、マグネット往復周期Ｔを２分とした。前述の式によってマグネットの順方向移動速度Ｖｆは１０９．６ｍｍ／ｍｉｍ、逆方向移動速度Ｖｒは２９６．０ｍｍ／ｍｉｎとなる。第１と第２のマグネトロンスパッタ機構でのマグネット移動方向は同じとし、位相は反転させられる。さらに、各ターゲットには１０重量％のＳｎＯ₂を含むＩＴＯ材を用い、ガスはＡｒとＯ₂の混合ガス、圧力は０．５Ｐａ、基板温度は２００℃、ターゲットに印加する電極は各マグネトロンスパッタ機構で１．１ｋＷとした。基板にはガラス基板を使用した。
【００５１】
上記のごとくして第１と第２のマグネトロンスパッタ機構を用いてスパッタ成膜を基板に対して行うと、基板の上には厚さ１０５ｎｍのＩＴＯ膜が堆積し、基板搬送方向に対して均一な膜厚分布を得ることができた。搬送方向の膜厚分布を図１２に示す。基板搬送方向の膜厚分布に関する不均一性は±４．６％で良好なものであった。さらに比抵抗は２００μΩｃｍ程度であり、膜質の変化も生じなかった。
【００５２】
【実施例２】
この実施例では、４つのマグネトロンスパッタ機構を利用して構成した。上記の実施例１と同様に、第１のマグネトロンスパッタ機構を基準として、第２のマグネトロンスパッタ機構ではマグネットの移動に関しその位相を１８０°ずらす（反転する）ようにしている。さらにこの実施例では、第１のマグネトロンスパッタ機構を基準として、第３のマグネトロンスパッタ機構のマグネットの移動についてその位相を９０°ずらし、第４のマグネトロンスパッタ機構のマグネットの移動についてその位相を２７０°ずらすようにした。第１〜第４のマグネトロンスパッタ機構におけるマグネットの移動の仕方は前述の通りであり、それらの位相のみが９０°ずつずらされたことになる。上記の第１から第４のマグネトロンスパッタ機構の配列関係は、例えば、第１から第４のマグネトロンスパッタ機構が図１に示されたマグネットスパッタ機構１１〜１４のそれぞれに対応するように構成される。
【００５３】
第１〜第４のマグネトロンスパッタ機構によるスパッタ成膜の条件は実施例１で説明した条件と同じである。その結果、基板上には厚さ２１０ｎｍのＩＴＯ膜が堆積し、基板搬送方向に対して均一な膜厚分布を得ることができた。
【００５４】
本発明によるスパッタ成膜方法は次のように変更することができる。複数のマグネトロンスパッタ機構を用いて位相をずらしつつ、かつ往復運動するマグネットの順方向移動速度と逆方向移動速度を異ならせることにより成膜することにおいて、マグネトロンスパッタ機構の個数は２以上の任意の数にすることができる。ただしこの場合において、各マグネトロンスパッタ機構による成膜で膜厚の厚い部分の重なりが生じないように適宜に位相が調整され、かつ上記の順方向移動速度と逆方向移動速度の差異を調整する。
【００５５】
以上の本発明の各実施形態および各実施例において、並べて配置された例えば２つのマグネトロンスパッタ機構で順次に基板を搬送して当該基板にスパッタ成膜を行う場合に、２つのマグネトロンスパッタ機構の間でマグネットの往復運動の位相は、当該２つのスパッタマグネトロンスパッタ機構の各々による基板への成膜で１８０°の位相ずれが生じるように、調整される。このマグネットの位相の調整に関しては、通常、基板上で１８０°ずれるように、マグネット移動開始時間が設定される。
【００５６】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように本発明によれば、成膜チャンバ内に例えば２つのマグネトロンスパッタ機構を並べて配置し、各マグネトロンスパッタ機構は基板搬送方向に往復運動を行うマグネットを備え、基板を２つのマグネトロンスパッタ機構に順次に対向させながら搬送し、その間に基板に対して各マグネトロンスパッタ機構によって順次にスパッタ成膜が行われる方法において、２つのマグネトロンスパッタ機構の間でマグネットの往復運動の位相をずらし、かつマグネトロンスパッタ機構のマグネットの往復運動における順方向移動速度と逆方向移動速度を所定条件を満たすように異ならせたため、マグネットの往復運動における移動速度と基板搬送速度をほぼ等しくしてスパッタ成膜を行っても、膜質を変化させることなく膜厚の均一性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るスパッタ成膜方法が実施されるスパッタ成膜装置の代表的な実施形態を示し、基板搬送式連続スパッタ成膜装置の水平断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る基板搬送式連続スパッタ成膜装置に含まれる複数のマグネトロンスパッタ機構のうちの１つを拡大して示した水平断面図である。
【図３】図２に示したマグネトロンスパッタ機構に含まれるマグネット移動機構の平面図である。
【図４】マグネットの往復運動の位相を反転させた第１と第２の２つのマグネトロンスパッタ機構の各々で成膜される基板上での基板搬送方向における膜厚分布を示す図である。
【図５】２つのマグネトロンスパッタ機構で成膜される基板上での基板搬送方向における膜厚分布を示す図である。
【図６】問題が生じるマグネット動作例に説明するための基板に対するマグネットの動きを示す図である。
【図７】図６に示したマグネット動作例に基づく基板上でのマグネットの相対速度を示す図である。
【図８】図６に示したマグネット動作例に基づく２つのマグネトロンスパッタ機構の各々による基板上でのマグネットの相対速度を示す図である。
【図９】本実施形態に係る好ましいマグネット動作例に説明するための基板に対するマグネットの動きを示す図である。
【図１０】図９のマグネット動作例に基づく基板上でのマグネットの相対速度を示す図である。
【図１１】図９のマグネット動作例に基づく２つのマグネトロンスパッタ機構の各々による基板上におけるマグネットの相対速度を示す図である。
【図１２】本発明の実施例１に基づく基板搬送方向の膜厚分布の特性図である。
【符号の説明】
１１〜１８マグネトロンスパッタ機構
２１ロードロックチャンバ
２２成膜チャンバ
２３アンロードロックチャンバ
４１基板
４２トレイ
４３基板搬送方向
５１ターゲット
５２ターゲット裏板
５６マグネット[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a sputtering film forming method, and more particularly to a substrate transfer type continuous sputtering film forming apparatus including at least two magnetron sputtering mechanisms. The present invention relates to a sputtering film forming method for forming a film.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a substrate transfer type in-line continuous sputtering film forming apparatus in which a plurality of magnetron sputtering mechanisms are arranged side by side is known. In the continuous sputtering film forming apparatus, the magnet (magnetic circuit) of each magnetron sputtering mechanism (magnetron cathode) is configured to move independently by reciprocating motion. The moving speed of the conventional magnet in the reciprocating motion in the substrate transport direction is generally set to be sufficiently large with respect to the substrate transport speed, so that the film was formed by each magnetron sputtering mechanism. The film thickness distribution in the substrate transport direction on the substrate was sufficiently uniform.
[0003]
On the other hand, in recent years, the moving speed of the magnet has been compared with the conventional moving speed from the viewpoint of the mechanical durability of the moving mechanism for reciprocating the magnet and the reduction of nodules generated on the target surface when using the ITO target. Need to be slow. When the moving speed of the magnet in the substrate transport direction and the transport speed of the substrate are approximately the same, the uniformity of the distribution state of the film thickness on the substrate in the substrate transport direction is significantly deteriorated. The reason why the uniformity of the film thickness distribution in the substrate transport direction is deteriorated is as follows.
[0004]
Sputtering action occurs mainly in the vicinity of the magnet on the target surface, based on the strong magnetic field created by the magnet arranged on the back side of the target. Therefore, when the magnet moves, the same phenomenon as when the sputtering source (substantially the portion of the target surface near the magnet) has moved occurs. If the generation of sputtered particles from the sputter source is kept constant regardless of time, the thickness of the film deposited on the substrate is based on the relative speed relationship between the sputter source, that is, the magnet and the substrate. Can be decided. Regarding the relationship in this case, the relationship that the film thickness is inversely proportional to the relative speed of the magnet and the substrate is maintained.
[0005]
The above relationship will be further described in detail. As an example, the magnet reciprocates at a constant speed in the substrate transport direction at a moving speed Vm, and the magnet moving speed Vm is ½ of the substrate transport speed Vt. Therefore, Vm = Vt / 2. The relative velocity V1 of the magnet with respect to the substrate in the same direction as the substrate transport direction (hereinafter referred to as “forward direction”) is obtained by the equation V1 = Vt−Vm = Vt / 2. Further, the relative velocity V2 of the magnet with respect to the substrate in the direction opposite to the substrate transport direction can be obtained by the equation V2 = Vt + Vm = 3Vt / 2. In the above, the relative speeds V1 and V2 with respect to the substrate differ by three times depending on the moving direction of the magnet, so that the thickness of the film on the substrate also differs by about three times. As a result, thick and thin portions are alternately formed on the substrate, resulting in poor film thickness uniformity in the substrate transport direction.
[0006]
As described above, solves the problem of film thickness non-uniformity when the moving speed due to the reciprocating motion of the magnet in the substrate transfer direction is almost equal to the substrate transfer speed in the substrate transfer type continuous sputtering apparatus equipped with a plurality of magnetron sputtering mechanisms. Therefore, conventionally, a “magnetron sputtering method and apparatus” disclosed in JP-A-7-18435 and a “sputter deposition apparatus” described in JP-A-11-246969 (Japanese Patent Application No. 10-66178) are disclosed. There is. In the technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 7-18435, nonuniformity is improved by changing the amount of power supplied to the target in accordance with the reciprocating direction of movement in the movement of the magnet. In the technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 11-246969, a single vibration is used for reciprocal movement of each magnet (magnetic circuit) of a plurality of magnetron sputtering mechanisms (magnetron cathodes), and the phase in the reciprocal movement is adjusted. The non-uniform film formed by the magnetron sputtering mechanism is made uniform by superimposing the positions shifted.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
According to the technique disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-18435, there is a problem that it cannot be applied when the film quality changes due to the change in the amount of power supplied to the target. Further, according to the technique disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-246969, even if the single vibration is used for the reciprocating movement of each magnet of the plurality of magnetron sputtering mechanisms and the phase of the magnet movement is adjusted, it is sufficient. There is a problem that it may occur that a uniform film thickness cannot be achieved.
[0008]
An object of the present invention is to solve the above problem, and in a substrate transfer type continuous sputtering film forming apparatus having a plurality of magnetron sputtering mechanisms, the moving speed in the reciprocating motion of the magnet in the substrate transfer direction is reduced, for example, the substrate An object of the present invention is to provide a sputtering film forming method capable of improving the film thickness uniformity without changing the film quality when performing the sputtering film forming on the substrate at substantially the same conveying speed.
[0009]
[Means and Actions for Solving the Problems]
The sputter deposition method according to the present invention is configured as follows in order to achieve the above object.
[0010]
In the first sputter deposition method (corresponding to claim 1), at least two magnetron sputtering mechanisms are arranged side by side in a deposition chamber, and the magnetron sputtering mechanism includes a magnet that reciprocates in the substrate transport direction. A method of transporting in the substrate transport direction while sequentially facing each of at least two magnetron sputtering mechanisms, and performing sputter film formation sequentially at the time of facing each of the substrates by the at least two magnetron sputtering mechanisms during the substrate transport Further, the phase of the reciprocating motion of the magnet is shifted between at least two magnetron sputtering mechanisms, and the moving speed in the forward direction is different from the moving speed in the reverse direction in the reciprocating motion of the magnet of the magnetron sputtering mechanism. Yes.
[0011]
The second sputter deposition method (corresponding to claim 2) is the above-described method. Preferably, in the case where the number of magnetron sputtering mechanisms is two, the reciprocating motion of the magnet between the two magnetron sputtering mechanisms. The phase is adjusted so that a phase shift of 180 ° occurs in each film formation on the substrate, and the film thickness on the substrate by each of the two magnetron sputtering mechanisms increases the length of the thick region in the film thickness distribution in the substrate transport direction. This is a method of adjusting the moving speed of the magnet in the forward direction and the moving speed in the reverse direction so that the length of the thin region becomes equal.
[0012]
The third sputter deposition method (corresponding to claim 3) is preferably the above method, preferably the substrate transport speed is Vt, the magnet reciprocation time is T, and the magnet travel width in the substrate transport direction is 2L. The forward moving speed Vf is given by Vf = 1 / (T / (4L) + 1 / Vt), and the reverse moving speed Vr is Vr = 1 / (T / (4L) -1 / Vt. ).
[0013]
In the sputtering film forming method according to the present invention, in the method of sequentially performing the sputtering film formation on the substrate using at least two magnetron sputtering mechanisms arranged side by side in the substrate transport direction, the phase of the reciprocating motion of the magnet in the magnetron sputtering mechanism. In addition, the magnets provided in the magnetron sputtering mechanism can be moved back and forth in the direction of substrate transport. The length of the thick region and the length of the thin region in the direction are made different so as to be equal. Using this method, when sputtering deposition is performed sequentially on the substrate by each magnetron sputtering mechanism, the thick and thin regions of the film overlap each other and complement each other to form a film with good film thickness uniformity. It becomes. In particular, even when sputter deposition is performed by slowing the reciprocating speed of the magnet, for example, by making the moving speed in the reciprocating movement of the magnet substantially the same as the substrate transport speed, a film thickness distribution with good uniformity is realized. can do.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
[0015]
FIG. 1 shows a typical embodiment of an apparatus in which the sputter film forming method according to the present invention is carried out. This apparatus is a substrate transfer type sputtering film forming apparatus provided with a plurality of (for example, eight) magnetron sputtering mechanisms 11 to 18. This sputtering film forming apparatus is formed by connecting a load lock chamber 21, a film forming chamber 22, and an unload lock chamber 23 in series. Gate valves 31, 32, and 24 are provided at the outer end of the load lock chamber 21, between the load lock chamber 21 and the film forming chamber 22, between the film forming chamber 22 and the unload lock chamber 23, and at the outer end of the unload lock chamber 23. 33 and 34 are provided. These gate valves hermetically partition the chamber and the outside and between the chambers. The substrate 41 to be deposited is loaded from the gate valve 31 in a state of being mounted on the tray 42 and is transported from the left side to the right side in FIG. Done. Thereafter, it is unloaded through the unload lock chamber 23 and the gate valve 34. For example, four cryopumps 24a to 24d are attached to the inside of the film forming chamber 22, and exhaust is performed so as to obtain a required vacuum. The load lock chamber 21 and the unload lock chamber 23 are also exhausted by a dry pump (not shown).
[0016]
In the film forming chamber 22, four pairs (11 and 15, 12 and 16, 13 and 17, and 14 and 18) of magnetron sputtering mechanisms 11 to 18 are arranged on the inner surfaces of the side wall portions on both sides. In particular, the four magnetron sputtering mechanisms 11 to 14 and the four magnetron sputtering mechanisms 15 to 18 are arranged in a line. In the magnetron sputtering mechanisms 11 to 18, the target is placed in a vertically placed state. In the film forming chamber 22, in a state where two sets of trays 42 are arranged in parallel, and units 44 each having, for example, two substrates 41 mounted on the outer surface of the tray 42 are arranged in a row, It is moved at a transport speed set in the direction of arrow 43 by a tray transport mechanism (not shown). The substrate 41 attached to each of the two trays 42 is sequentially sputtered while facing the magnetron sputtering mechanisms 11 to 18 in the middle of conveyance. The configuration of the film forming chamber 22 shown in FIG. 1 is configured in a double-sided film forming format, but may be configured in a single-sided film forming format.
[0017]
Next, the configuration of, for example, the magnetron sputtering mechanism 15 will be described with reference to FIG. In FIG. 2, the tray 42 and the substrate 41 are moved from the right side to the left side as indicated by an arrow 43 in the drawing. The target 51 is formed integrally with the target back plate 52 and is attached to the chamber wall 54 of the film forming chamber 22 via an insulating sealing material 53. An opening 54a is formed in the chamber wall 54 corresponding to the back surface of the target back plate 52 and is open to the atmosphere. The front shape of the target 51 is arbitrary, and a shield member 55 is provided on the periphery thereof. A DC power source (not shown) is connected to the target 51 and supplied with necessary power. The substrate 41 transported to the target 51 of the magnetron sputtering mechanism 15 moves in a parallel state with the film formation surface facing the target 51. On the atmosphere side of the target back plate 52, the magnet 56 and a magnet moving mechanism 57 for reciprocating the magnet 56 at a constant speed are arranged using the opening 54a. The magnet 56 is usually composed of a rod-shaped center magnet and a ring-shaped external magnet surrounding the magnet. The magnet 56 is provided by a magnet moving mechanism 57 so as to perform a reciprocating movement in the atmospheric space behind the target 51 in the substrate transport direction. In the above description, the magnetron sputtering mechanism 15 has been described. Of course, the other magnetron sputtering mechanisms 11 to 14 and 16 to 18 have the same configuration.
[0018]
Next, the configuration of the magnet moving mechanism 57 will be described with reference to FIG. The magnet 56 is provided so that it can slide on the rail 62 attached to the plate 61 in the transport direction. On the back side of the support plate 56 a of the magnet 56, a support portion 65 including a rail engagement portion 63 and a ball screw engagement portion 64 is provided. A servo motor 66 is provided on the back of the plate 61 to which the rail 62 is attached. In addition, a ball screw 67 having a sufficient length in parallel with the rail 62 toward the substrate transport direction is rotatably provided. Any known support structure for the ball screw 67 is used, and the support structure is not shown in the drawing. The ball screw engaging portion 64 is engaged with and connected to the ball screw 67 by a screw structure of a male screw and a female screw. A pulley 68 is provided on the rotating shaft 66a of the servo motor 66, and a pulley 69 is also provided on the right end of the ball screw 67 in the drawing. A belt 70 is hung between the pulley 68 and the pulley 69. The magnet 56 is moved by transmitting the rotational force of the servo motor 66 to the ball screw 67 by the belt 70 and rotating the ball screw 67. The servo motor 66 is controlled in rotational speed and rotational direction by a control device (not shown). As a result, the magnet 56 can be moved at a required speed in the substrate transport direction. The moving speed of the magnet 56 can be set to a different value in each of the forward direction (the same direction as the substrate transport direction) and the reverse direction (the direction opposite to the substrate transport direction).
[0019]
In FIG. 3, a section 71 is a range in which the magnet 56 moves, 71a is a right moving end, and 71b is a left moving end. For example, the magnet 56 starting from the moving end 71a moves at a constant speed Vf in the forward direction and reverses the moving direction when it reaches the other moving end 71b. Next, it moves at a constant velocity Vr in the opposite direction to the original moving end 71a at a speed Vr different from that. When the moving end 71a is reached, the moving direction is reversed so as to become the forward direction, and it moves at a constant speed in the forward direction at the same speed Vf. A reciprocating motion is performed by repeating the above forward and reverse movements.
[0020]
2 and 3, the example in which the magnet 56 is moved only in the substrate transport direction 43 has been described. However, by providing another moving mechanism having a similar structure, the magnet 56 is perpendicular to the substrate transport direction. For example, the reciprocating motion can be performed at a constant speed in any direction.
[0021]
As described above, by moving each of the magnets 56 in the plurality of magnetron sputtering mechanisms 11 to 18 in the substrate transfer type continuous sputtering film forming apparatus, the erosion area of the target 51 is expanded and the film adhering to the target is reduced. The generation of particles due to peeling of the attached film can be reduced. Furthermore, the erosion depth of the target 51 can be made uniform, and the utilization efficiency of the target can be improved.
[0022]
Next, a characteristic moving method related to the constant speed reciprocation of the magnet 56 provided in each of the magnetron sputtering mechanisms 11 to 18 having the above configuration will be described in detail. A characteristic magnet moving method of the sputter deposition apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
[0023]
However, before describing the magnet moving method according to the present embodiment, the technical problems that have led to the idea of the magnet moving method according to the present embodiment (the present invention) will be discussed with reference to FIGS.
[0024]
According to the above sputter deposition apparatus, in the substrate transport type continuous sputter film deposition apparatus having a plurality of magnetron sputtering mechanisms, the reciprocating speed of the magnet in the substrate transport direction and the substrate transport speed are slowed so as to be substantially equal. When performing sputter deposition, the uniformity of the film thickness can be improved without changing the film quality. As described above, the operation of the servo motor is controlled by a control device (not shown), thereby giving the magnet 56 a desired reciprocal movement to make the film thickness uniform.
[0025]
When the magnet 56 reciprocates at a constant speed in the substrate transport direction 43, if the moving speed becomes close to the transport speed of the substrate 41, the film thickness distribution in the transport direction on the substrate 41 becomes non-uniform as described above. The relative speed of the magnet 56 with respect to the substrate 41 is represented by the difference between the conveyance speed (Vt) of the substrate 41 and the movement speed (Vf) of the magnet 56 if the movement of the magnet 56 is in the forward direction. In the reverse direction, it is represented by the sum of the conveyance speed (Vt) of the substrate 41 and the movement speed (Vf) of the magnet 56. Therefore, the relative speed of the magnet with respect to the substrate has two values (Vt−Vf) and (Vt + Vf). As a result, when the film is formed at a relative speed, thick regions and thin regions are alternately formed on the substrate 41.
[0026]
Therefore, as a method of moving the magnet 56, a method of making the film thickness distribution in the transport direction on the substrate 41 uniform by using a combination of film formation on the substrate 41 by two or more magnetron sputtering mechanisms is conceivable. Hereinafter, as a typical example, a sputtering film forming method for forming a film using two magnetron sputtering mechanisms will be described. The positional relationship between the first and second magnetron sputtering mechanisms will be clarified in the following description.
[0027]
First, it is assumed that the magnets of the two magnetron sputtering mechanisms each perform a reciprocating motion at a constant speed in the substrate transport direction. Here, the “constant velocity reciprocating motion” is a motion in which the magnet moves at the same speed in the forward direction and in the reverse direction, and reciprocates while changing the direction at the moving end.
[0028]
4A shows a film thickness distribution 71 in the substrate transport direction on the substrate based on the film formation by the first magnetron sputtering mechanism, and FIG. 4B shows the film thickness distribution 71 on the substrate based on the film formation by the second magnetron sputtering mechanism. The film thickness distribution 72 in the substrate transfer direction is shown. As shown in FIG. 4A, thick regions 73 and thin regions 74 are alternately formed on the substrate by the first magnetron sputtering mechanism. Similarly, as shown in FIG. 4B, thick regions 73 and thin regions 74 are alternately formed on the substrate by the second magnetron sputtering mechanism. Regarding the relationship between the first and second magnetron sputtering mechanisms, the thick region on the substrate is adjusted by adjusting the magnet movement start time in the second magnetron sputtering mechanism relative to the first magnetron sputtering mechanism. The thin film is formed so as to be reversed as shown in (A) and (B).
[0029]
As seen from FIG. 1, the first and second magnetron sputtering mechanisms having the above relationship are, for example, a magnetron sputtering mechanism 11 as a first magnetron sputtering mechanism and a magnetron sputtering mechanism 12 as a second magnetron sputtering mechanism. can do.
[0030]
When the sputter film is formed on the substrate 41 using the first and second magnetron sputtering mechanisms having the above relationship, the thick and thin regions are overlapped, and the thicknesses of the respective portions are averaged. In principle, uniformity should be improved. However, when the sputter film is actually formed on the substrate 41 using the first and second magnetron sputtering mechanisms, the film thickness distribution in the substrate transport direction on the substrate reverses the phase as shown in FIG. Nevertheless, it was not improved sufficiently. The reason is that the film thickness is reduced when the magnet 56 is reciprocated and positioned at the moving end. The reason will be described in detail with reference to FIGS.
[0031]
6A, 6B, and 6C show the movement of the magnet 56, and FIG. 7 shows the relative speed of the magnet 56 on the substrate 41 at that time.
[0032]
FIG. 6A shows a state in which the magnet 56 is located at the moving end 71 a in the direction opposite to the substrate transport direction 43 from the reciprocating movement center 101. The moving end 71a is separated from the moving center 101 by a distance L. The position on the substrate 41 at the position of the movement center 101 at this time is represented by (1).
[0033]
Next, the magnet 56 starts moving in the forward direction from the moving end 71a to the moving end 71b on the opposite side. In FIG. 6, since the substrate 41 moves in the left conveyance direction 43, the relative speed of the magnet 56 on the substrate 41 is slow (small) while the magnet 56 moves from the moving end 71a to the moving end 71b. A region arises. As shown in FIG. 6B, the position on the substrate 41 at the position of the moving center 101 of the magnet when the magnet 56 moves to the moving end 71b is represented by (2).
[0034]
Further, the magnet 56 starts moving in the reverse direction from the moving end 71b toward the moving end 71a. During this time, a region in which the relative speed of the magnet 56 is fast (large) occurs on the substrate 41. As shown in FIG. 6C, the position on the substrate 41 at the position of the moving center 101 when the magnet 56 moves to the moving end 71a is represented by (3).
[0035]
Since the moving speed of the magnet 56 is equal in the forward direction and the reverse direction as described above, the time for the magnet to move from the moving end 71a to 71b is equal to the time for the moving end 71b to 71a. Therefore, as shown in FIG. 7, the distance between (1) and (2) on the substrate 41 is equal to the distance between (2) and (3). On the other hand, the position of the magnet 56 on the substrate 41 when the magnet 56 is located at the moving end is a position separated by a distance L on the right side of (1), the left side of (2), and the right side of (3). is there. As described above, there is a difference in length (L1 and L2) between the region 102 where the relative speed of the magnet 56 is low and the region 103 where the magnet 56 is relatively fast on the substrate 41. For this reason, even when film formation is performed with the phases reversed using the first and second magnetron sputtering mechanisms, the two magnets are both in a region where the relative speed is high as shown by the characteristics 105 and 106 in FIG. Occurs in the length of 2 L on the substrate, and as a result, the film thickness is reduced in this region 104, and the uniformity of the film thickness distribution is deteriorated.
[0036]
Therefore, the magnet moving method according to the present embodiment is performed as follows in order to improve the uniformity of the film thickness distribution.
[0037]
FIG. 9 shows a characteristic moving method of the magnet according to the present embodiment. (A), (B), and (C) in FIG. 9 correspond to (A), (B), and (C) in FIG. 6, respectively. In order to achieve a uniform film thickness distribution by reversing the phase by sputtering film formation on the substrate by the first and second magnetron sputtering mechanisms by the magnet moving method shown in FIG. In sputter deposition, the length of the region 103 where the relative speed of the magnet is fast on the substrate is made equal to the length of the slow region 102.
[0038]
FIG. 9A shows a state in which the magnet 56 is located at the moving end 71a in the direction opposite to the substrate transport direction 43 from the moving center 101 of the reciprocating movement. The moving end 71a is separated from the moving center 101 by a distance L. At this time, the position on the substrate 41 at the position of the moving center 101 of the magnet is denoted by (1), and the position on the substrate 41 at the position of the magnet 56 is denoted by A1.
[0039]
Next, as shown in FIG. 9B, the magnet 56 starts moving in the forward direction from the moving end 71a to the moving end 71b on the opposite side. During this moving operation, an area where the relative speed of the magnet 56 is low is created on the substrate 41. As shown in FIG. 9B, the position on the substrate 41 at the position of the moving center 101 of the magnet when the magnet 56 moves to the moving end 71b is set to (2), and the substrate at the position where the magnet 56 exists. The position above 41 is B1.
[0040]
In the example described with reference to FIG. 7, the area where the relative speed is low is shorter than the area where the relative speed is high, whereas in the above-described magnet movement, the relative speed is reduced by reducing the moving speed of the magnet 56 in the forward direction. Increase the slow region.
[0041]
Next, as shown in FIG. 9C, the magnet 56 is moved in the reverse direction from the moving end 71b to the moving end 71a. During this time, an area where the relative speed of the magnet 56 is high is generated on the substrate 41. As shown in FIG. 9C, the position on the substrate at the position of the magnet moving center 101 when the magnet 56 moves to the moving end 71a is set to (3), and the position on the substrate 41 at the position where the magnet 56 exists is A2. And
[0042]
In the example described with reference to FIG. 7, the region where the relative speed is fast is longer than the region where the relative speed is slow, whereas in the above-described magnet movement, the relative speed is increased by increasing the moving speed of the magnet 56 in the reverse direction. Shorten the fast area.
[0043]
As described above, the distance between A1 and B1 and the distance between B1 and A2 are made equal by adjusting (changing) the moving speed of the magnet 56 by the forward movement and the reverse movement. Yes.
[0044]
FIG. 10 shows the relative speed of the magnet 56 on the substrate 41 generated by making the reciprocating motion of the magnet 56 reciprocating as described above cause the moving speed in the forward direction to be different from the moving speed in the reverse direction. The distances between the positions A1, B1, and A2 corresponding to the end positions of the magnet 56 on the substrate 41 are equally spaced. On the other hand, with respect to the moving center 101 of the magnet 56, (1) is positioned to the left by a distance L from A1, (2) is positioned to the right by a distance L from B1, and (3) is to the left by a distance L from A2. positioned.
[0045]
As described above, in the first and second magnetron sputtering mechanisms, the moving speed of the magnet 56 that reciprocates in a specific range on the back side of the target 51 is changed according to the forward and reverse moving directions, The length of the region where the relative speed of the magnet is fast is made equal to the length of the slow region. For this reason, when the film is formed by reversing the phase in the sputtering film formation by the first second magnetron sputtering mechanism, as shown by the characteristics 107 and 108 in FIG. Two regions, a high-speed film formation region and a low-speed region overlap, and as a result, sputter film formation with a uniform film thickness becomes possible.
[0046]
Next, a method for calculating the forward movement speed and the reverse movement speed of the magnet 56 will be described.
[0047]
The reciprocation time (cycle) of the magnet 56 is T, and the substrate transport speed is Vt. First consider the forward movement of the magnet. The moving speed of the magnet in the forward direction is Vf, and the moving time from the moving end to the moving end is Tf. The relative speed of the magnet 56 with respect to the substrate 41 is (Vt−Vf), and the moving distance on the substrate 41 during the forward movement of the magnet 56 is (Vt−Vf) Tf. On the other hand, the moving distance on the substrate 41 during the forward movement of the magnet 56 must be half the distance VtT (VtT / 2) at which the magnet forms a film on the substrate during one cycle. Therefore, it is necessary to satisfy the relational expression of (Vt−Vf) Tf = VtT / 2. Further, the magnet 56 satisfies the relationship of VfTf = 2L with respect to the movement width 2L. Based on the above two relational expressions, the forward moving speed Vf of the magnet 56 can be expressed as Vf = 1 / (T / (4L) + 1 / Vt). Similarly, the reverse direction moving speed Vr of the magnet 56 can also be expressed as Vr = 1 / (T / (4L) −1 / Vt).
[0048]
By setting the moving speed of the magnet 56 in the forward direction and the reverse direction so as to satisfy the above relationship, the length of the fast area and the slow area of the magnet 56 on the substrate 41 can be made equal. it can. In sputter film formation by each of the first and second magnetron sputtering mechanisms, the phase inversion (phase phase) is made by equalizing the length of the fast region and the slow region of the magnet 56 on the substrate 41 as described above. Film thickness distribution over the entire surface of the substrate 41 can be improved.
[0049]
Next, an embodiment of the sputtering apparatus according to the present invention for carrying out the above-described magnet moving method will be specifically described.
[0050]
[Example 1]
In this embodiment, two magnetron sputtering mechanisms are used, the substrate transport speed Vt is 348.2 mm / min, the magnet movement width 2L is 160 mm, and the magnet reciprocation period T is 2 minutes. According to the above formula, the forward moving speed Vf of the magnet is 109.6 mm / mim, and the reverse moving speed Vr is 296.0 mm / min. The magnet moving directions in the first and second magnetron sputtering mechanisms are the same, and the phase is reversed. In addition, each target has 10 wt% SnO. ₂ An ITO material containing Ar is used, and the gases are Ar and O. ₂ The gas was 0.5 Pa, the substrate temperature was 200 ° C., and the electrode applied to the target was 1.1 kW by each magnetron sputtering mechanism. A glass substrate was used as the substrate.
[0051]
When sputter film formation is performed on the substrate using the first and second magnetron sputtering mechanisms as described above, an ITO film having a thickness of 105 nm is deposited on the substrate and is uniform in the substrate transport direction. Film thickness distribution could be obtained. The film thickness distribution in the transport direction is shown in FIG. The non-uniformity related to the film thickness distribution in the substrate transfer direction was good at ± 4.6%. Furthermore, the specific resistance was about 200 μΩcm, and the film quality did not change.
[0052]
[Example 2]
In this embodiment, four magnetron sputtering mechanisms are used. As in the first embodiment, the phase of the second magnetron sputtering mechanism is shifted (inverted) by 180 ° with respect to the movement of the magnet, with the first magnetron sputtering mechanism as a reference. Furthermore, in this embodiment, the phase of the movement of the magnet of the third magnetron sputtering mechanism is shifted by 90 ° with reference to the first magnetron sputtering mechanism, and the phase of the movement of the magnet of the fourth magnetron sputtering mechanism is set to 270 °. I shifted it. The manner of movement of the magnets in the first to fourth magnetron sputtering mechanisms is as described above, and only their phases are shifted by 90 °. For example, the first to fourth magnetron sputtering mechanisms are arranged so that the first to fourth magnetron sputtering mechanisms correspond to the magnet sputtering mechanisms 11 to 14 shown in FIG. .
[0053]
The conditions for sputtering film formation by the first to fourth magnetron sputtering mechanisms are the same as those described in the first embodiment. As a result, an ITO film having a thickness of 210 nm was deposited on the substrate, and a uniform film thickness distribution could be obtained in the substrate transport direction.
[0054]
The sputter deposition method according to the present invention can be modified as follows. The number of magnetron sputtering mechanisms can be any number of two or more when forming a film by shifting the phase using a plurality of magnetron sputtering mechanisms and changing the forward moving speed and the reverse moving speed of the reciprocating magnet. Can be a number. However, in this case, the phase is appropriately adjusted so that thick portions do not overlap in the film formation by each magnetron sputtering mechanism, and the difference between the forward movement speed and the reverse movement speed is adjusted.
[0055]
In each of the embodiments and examples of the present invention described above, when, for example, two magnetron sputtering mechanisms arranged side by side are sequentially transported to perform sputtering film formation on the substrate, there is a gap between the two magnetron sputtering mechanisms. Thus, the phase of the reciprocating motion of the magnet is adjusted so that a phase shift of 180 ° occurs in the film formation on the substrate by each of the two sputter magnetron sputtering mechanisms. Regarding the adjustment of the phase of the magnet, the magnet movement start time is usually set so as to be shifted by 180 ° on the substrate.
[0056]
【The invention's effect】
As apparent from the above description, according to the present invention, for example, two magnetron sputtering mechanisms are arranged side by side in the film forming chamber, each magnetron sputtering mechanism includes a magnet that reciprocates in the substrate transport direction, and two substrates are provided. In the method in which the two magnetron sputtering mechanisms are transported while sequentially facing one magnetron sputtering mechanism, and the sputtering film deposition is sequentially performed on each substrate by each magnetron sputtering mechanism, the phase of the reciprocating motion of the magnet between the two magnetron sputtering mechanisms is set. The forward movement speed and reverse movement speed in the reciprocating motion of the magnet of the magnetron sputtering mechanism are made different so as to satisfy the predetermined conditions, so that the moving speed in the reciprocating motion of the magnet is substantially equal to the substrate transport speed. Even if the film is applied, the film thickness can be changed without changing the film quality. It is possible to improve one property.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a horizontal sectional view of a substrate transfer type continuous sputtering film forming apparatus showing a typical embodiment of a sputtering film forming apparatus in which a sputtering film forming method according to the present invention is carried out.
FIG. 2 is an enlarged horizontal sectional view showing one of a plurality of magnetron sputtering mechanisms included in a substrate transfer type continuous sputtering film forming apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is a plan view of a magnet moving mechanism included in the magnetron sputtering mechanism shown in FIG. 2. FIG.
FIG. 4 is a diagram showing a film thickness distribution in the substrate transport direction on a substrate formed by each of the first and second magnetron sputtering mechanisms in which the phase of the reciprocating motion of the magnet is reversed.
FIG. 5 is a diagram showing a film thickness distribution in a substrate transport direction on a substrate formed by two magnetron sputtering mechanisms.
FIG. 6 is a diagram showing the movement of a magnet with respect to a substrate for explaining an example of a magnet operation in which a problem occurs.
7 is a diagram showing the relative speed of the magnet on the substrate based on the magnet operation example shown in FIG. 6. FIG.
8 is a diagram showing the relative speed of the magnet on the substrate by each of the two magnetron sputtering mechanisms based on the magnet operation example shown in FIG. 6. FIG.
FIG. 9 is a diagram showing the movement of the magnet with respect to the substrate for explaining a preferred magnet operation example according to the embodiment.
10 is a diagram showing the relative speed of the magnet on the substrate based on the magnet operation example of FIG.
11 is a diagram showing the relative speed of the magnet on the substrate by each of the two magnetron sputtering mechanisms based on the magnet operation example of FIG. 9;
FIG. 12 is a characteristic diagram of a film thickness distribution in the substrate transport direction based on Example 1 of the present invention.
[Explanation of symbols]
11-18 Magnetron sputtering mechanism
21 Load lock chamber
22 Deposition chamber
23 Unload lock chamber
41 Substrate
42 trays
43 Board transfer direction
51 targets
52 Target back plate
56 Magnet

Claims

At least two magnetron sputtering mechanisms are arranged side by side in the film forming chamber, the magnetron sputtering mechanism includes a magnet that reciprocates in the substrate transport direction, and the substrate is sequentially opposed to each of the at least two magnetron sputtering mechanisms. In the sputtering film forming method, the film is transferred in the substrate transfer direction, and during the substrate transfer, sputter film formation is performed sequentially when facing each of the at least two magnetron sputtering mechanisms.
The reciprocating motion of the magnet of the magnetron sputtering mechanism shifts the phase of the reciprocating motion of the magnet between the at least two magnetron sputtering mechanisms and makes the moving speed in the forward direction different from the moving speed in the reverse direction. A sputter film forming method characterized.

When the number of magnetron sputtering mechanisms is two, the phase of the reciprocating motion of the magnet between the two magnetron sputtering mechanisms is adjusted so that a phase shift of 180 ° occurs in the film formation on the substrate. In the film formation on the substrate by each of the two magnetron sputtering mechanisms, the forward movement of the magnet is performed so that the length of the thick region is equal to the length of the thin region in the film thickness distribution in the substrate transport direction. The sputter deposition method according to claim 1, wherein the speed and the moving speed in the opposite direction are adjusted.

When the transport speed of the substrate is Vt, the reciprocation time of the magnet once is T, and the magnet travel width in the substrate transport direction is 2L, the forward travel speed Vf is Vf = 1 / (T / (4L 3. The sputter deposition method according to claim 2, wherein the moving speed Vr in the reverse direction is given by Vr = 1 / (T / (4L) -1 / Vt).