濺射裝置和濺射成膜方法
濺射裝置和濺射成膜方法
【專利摘要】濺射裝置具備具有磁鐵的3個靶，磁鐵(7a、7b、7c)的每一個被控制成進行從順方向的行程端向逆方向移動后停止的第1移動、從第1移動后的停止位置移動到逆方向的逆方向的行程端后停止的第2移動、和從逆方向的行程端移動到順方向的行程端后停止的第3移動。并且，成膜時被控制成，第1移動的期間形成于基板的第1膜、第2移動的期間形成于基板的第2膜、和第3移動的期間形成于基板的第3膜由各不相同的靶(4a、4b、4c)成膜，而且第1、第2、第3膜在基板上重疊。
【專利說明】濺射裝置和濺射成膜方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及濺射裝置和濺射成膜方法。特別是在具備3個以上的磁控管陰極的基 板搬送式的連續濺射成膜裝置中被實施，適于一邊利用各磁控管陰極使磁鐵往返移動，一 邊利用濺射作用對基板依次進行成膜的濺射裝置和濺射成膜方法。
【背景技術】
[0002] 在專利文獻1中公開了以下的方法，S卩，使用在靶的背面側配置有具有磁鐵的磁 控管陰極（磁控管濺射單元）的裝置，調整各磁鐵的往返移動的相位，以使沿著搬送方向的 膜厚均勻。在利用第1磁控管濺射單元形成在基板上的膜上會交替產生厚的區域和薄的區 域，但是通過改變磁鐵的往返移動的基板搬送方向（以下稱為順方向）的速度和基板搬送 逆方向（以下稱為逆方向）的速度，以使形成在基板上的膜的厚的區域的長度和薄的區域 的長度之比成為約1 :2的方式成膜。第2磁控管濺射單元、第3磁控管濺射單元也與第1 磁控管濺射單元相同地進行往返移動而成膜。
[0003] 利用第2磁控管濺射單元、第3磁控管濺射單元形成薄的膜的區域重疊于利用第1 磁控管濺射單元在基板上形成厚的膜的區域。第2磁控管濺射單元、第3磁控管濺射單元 中的某一方形成薄的膜的區域、另一方形成厚的膜的區域重疊于利用第1磁控管濺射單元 在基板上形成薄的膜的區域。這樣，調整第2磁控管濺射單元、第3磁控管濺射單元相對于 第1磁控管濺射單元的磁鐵的往返移動的相位，利用3個磁控管濺射單元層疊地成膜時，沿 著搬送方向的膜厚變得均勻。
[0004] 先行技術文獻
[0005] 專利文獻
[0006] 專利文獻1 :國際公開第2009/093598
【發明內容】
[0007] 發明要解決的課題
[0008] 為了使磁鐵往返移動，需要使一定速度的磁鐵在行程端近前減速，并在行程端停 止，接下來向逆方向加速。雖然停止時間能夠縮短，但是必定需要減速和加速。在專利文獻 1的使用3個磁控管濺射單元使沿著基板搬送方向的膜厚均勻的方法中，由于在磁鐵往返 移動的行程兩端存在磁鐵的減速和加速，所以基板上的搬送方向的膜厚均勻性不好。
[0009] 理由如下。通過層疊由3個磁控管濺射單元所形成的膜而使膜厚均勻的方法，無 論在基板上的哪個位置，不管順序如何必定是以（厚的膜）+ (薄的膜）+ (薄的膜）這3層 層疊的方式進行組合。在此，（厚的膜）是磁鐵向順方向以一定速度移動的同時形成的膜， (薄的膜）是磁鐵向逆方向以一定速度移動的同時形成的膜。在專利文獻1中，由于使基板 上的搬送方向上的（厚的膜）的區域的長度和（薄的膜）的區域的長度之比為1 :2,所以 無論在基板上的哪個位置，正好都能夠成為（厚的膜）+ (薄的膜）+ (薄的膜）的組合。 [0010] 但是，實際上磁鐵在往返移動的行程端附近在減速中和加速中形成的膜厚，既不 是上述厚的膜也不是薄的膜，而成為中間的膜。例如，若在第1磁控管濺射單元的磁鐵向逆 方向移動的同時，在行程端近前減速中的情況下成膜，則基板上的膜成為（略薄的膜）。該 基板由第2磁控管濺射單元成膜時，磁鐵向順方向移動的同時在行程端近前為減速中，基 板上的膜成為（略厚的膜）。同樣，該基板由第3磁控管濺射單元成膜時，磁鐵向逆方向移 動的同時，在行程中央為以等速移動中，基板上的膜成為（薄的膜）。
[0011] 即，成為（略薄的膜）+ (略厚的膜）+ (薄的膜）這3層層疊。在該情況下，與上述 的（厚的膜）+ (薄的膜）+ (薄的膜）這3層層疊相比，膜厚變薄。因此，基板上的搬送方向 的膜厚均勻性不好。如果由第3磁控管濺射單元形成的膜厚成為（略薄的膜），則搬送方 向的膜厚均勻性變得良好，但是，磁鐵的減速和加速僅在行程的兩端存在2次，所以無法以 3層層疊在減速中和加速中進行成膜。
[0012] 本發明是為了解決上述課題而提出的，其目的在于，提供一種使膜厚的均勻性和 靶利用率提高的濺射裝置和濺射成膜方法。
[0013] 為了解決課題的手段
[0014] 本發明的濺射裝置，其特征在于，該濺射裝置具備：真空容器；基板搬送部，用于 在上述真空容器內搬送基板；至少3個靶保持部，為了保持用于對由上述基板搬送部所搬 送的上述基板依次地進行成膜的靶，沿上述基板的搬送方向排列；磁鐵部，被配置在各自的 上述靶保持部的背側；磁鐵驅動部，驅動上述磁鐵部；以及控制部，控制上述基板搬送部和 上述磁鐵驅動部，使得在上述靶保持部保持上述靶并進行成膜時，各自的上述磁鐵部以規 定周期執行從上述搬送方向的行程端向與上述搬送方向逆方向移動并停止在第1規定位 置的第1移動、在上述第1移動后從上述第1規定位置向上述逆方向移動并停止在第2規 定位置的第2移動、和從上述逆方向的行程端向上述搬送方向移動并停止在上述搬送方向 的行程端的第3移動，并且，在上述第1、第2、第3移動的每一個中，上述基板相對于上述磁 鐵部在上述搬送方向上相對地移動的距離相等。
[0015] 此外，本發明的濺射成膜方法，使用濺射裝置，該濺射裝置具備：真空容器；基板 搬送部，用于在上述真空容器內搬送基板；至少3個靶保持部，為了保持用于對由上述基板 搬送部所搬送的上述基板依次地進行成膜的靶，沿上述基板的搬送方向排列；磁鐵部，被配 置在各自的上述靶保持部的背側；以及磁鐵驅動部，驅動上述磁鐵部，其特征在于，在上述 靶保持部保持上述靶并進行成膜處理時，以規定周期執行使各自的上述磁鐵部從上述搬送 方向的行程端向與上述搬送方向逆方向移動，并停止在第1規定位置的第1移動、在上述第 1移動后，使各自的上述磁鐵部從上述第1規定位置向上述逆方向移動，并停止在第2規定 位置的第2移動、和使各自的上述磁鐵部從上述逆方向的行程端向上述搬送方向移動，并 停止在上述搬送方向的行程端的第3移動，并且，在上述第1、第2、第3移動的每一個中，上 述基板相對于上述磁鐵部在上述搬送方向上相對地移動的距離相等。
[0016] 發明的效果
[0017] 能夠提供一種使膜厚的均勻性和靶利用率提高的濺射裝置和濺射成膜方法。
[0018] 本發明的其他的特征和優點，通過以附圖為參照的以下的說明是清楚的。另外，在 附圖中，對同一或同樣的結構，標注相同的附圖標記。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019] 附圖包含于說明書中，構成其一部分，表示本發明的實施方式，與其記述一起用于 說明本發明的原理。
[0020] 圖1是本發明的一實施方式的串聯型連續濺射成膜裝置的成膜室的概略剖視圖。
[0021] 圖2是例示了本發明的一實施方式的磁控管濺射單元的磁鐵的基板搬送方向的 運動的不意圖。
[0022] 圖3是表示圖2的磁鐵的運動的1個周期的速度變化的速度線圖。
[0023] 圖4A是圖2的磁鐵運動時的磁鐵7和基板的位直關系的不意圖。
[0024] 圖4B是圖2的磁鐵運動時的磁鐵7和基板的位直關系的不意圖。
[0025] 圖4C是圖2的磁鐵運動時的磁鐵7和基板的位直關系的不意圖。
[0026] 圖5是例示了本發明的一實施方式的3個磁控管濺射單元的磁鐵的運動的示意 圖。
[0027] 圖6是表示以由本發明的一實施方式的串聯型連續濺射成膜裝置搬送的基板為 基準的磁鐵的相對速度和膜厚的示意圖。
[0028] 圖7是表示觀察本發明的一實施方式的磁控管濺射單元的磁鐵時的磁鐵7相對于 基板的相對速度V ms的圖。
[0029] 圖8是說明本發明的一實施方式的磁控管濺射單元的磁鐵7相對于陰極6的速度 的圖。
[0030] 圖9是對本發明的一實施方式的磁鐵相對于基板的相對速度進行說明的說明圖。
[0031] 圖10是本發明的一實施方式的3個磁控管濺射單元的磁鐵的開始運動的時間的 說明圖。
[0032] 圖11是本發明的一實施方式的3個磁控管濺射單元10a、10b、IOc的陰極中心間 的基板搬送方向的距離的說明圖。
[0033] 圖12是表示根據本發明的一實施方式的濺射成膜方法堆積在基板上的膜的搬送 方向的分布的圖。
[0034] 圖13是表示在與圖11不同的成膜條件下，堆積在基板上的膜的搬送方向的分布 的圖。
【具體實施方式】
[0035] 以下，基于【專利附圖】
【附圖說明】本發明的實施方式。另外，以下說明的構件、配置等是將發明 具體化了的一個例子，當然并不限定本發明，能夠沿著本發明的主旨進行各種變更。在實施 方式中，作為濺射裝置，以在1個成膜腔室內具備3個磁控管濺射單元的裝置為例進行說 明，但是本發明能夠應用于沿著濺射裝置的基板搬送路徑具備3個以上磁控管濺射單元的 裝直。
[0036] 以下，關于本發明的實施方式，參照附圖進行說明。圖1是用于能夠應用于本發明 的基板搬送式的串聯型連續濺射成膜裝置的成膜室結構的概略剖視圖。通常，加載互鎖真 空室、緩沖室、成膜室100、卸載互鎖真空室等多個腔室經由閘閥被連結，形成一個基板搬送 式的串聯型連續濺射成膜裝置，在圖1中僅表示其中的成膜室100。
[0037] 如圖1所示，成膜室100由腔室2 (真空容器）、基板搬送部、和被設置在腔室2的 上部的3個磁控管濺射單元10a、10b、IOc (濺射部件）構成。基板搬送部被構成為具有搬 送設于腔室2內的基板1的搬送輥3、和使輥3旋轉的基板驅動裝置21。在本實施方式中， 基板1在水平狀態下載置在搬送輥3上，以一定速度向圖1所示的右方向被搬送。腔室由 未圖示的排氣泵被排成真空，利用未圖示的氣體配管，供給處理氣體、例如Ar氣體，以成為 規定的壓力。
[0038] 作為濺射部件的3個磁控管濺射單元，從基板搬送方向的上游側起，排列為第1磁 控管濺射單元IOa (第1濺射部件）、第2磁控管濺射單元IOb (第2濺射部件）、第3磁控 管濺射單元IOc (第3濺射部件），能夠相對于由基板驅動裝置21所搬送的基板依次成膜。 以3個磁控管濺射單元為代表，對第1磁控管濺射單元IOa的結構進行說明。各磁控管濺 射單元l〇a、10b、IOc成為相同的結構。在本實施方式中，靶4a、4b、4c是相同的材料。磁控 管濺射單元IOa的陰極間隔壁9a(靶保持部）經由陰極絕緣部8a被設置在腔室2的頂壁 上。在陰極間隔壁9a上，設有由未圖示的電力供給機構供給電力的陰極6a。在此，向陰極 6a供給DC電力。
[0039] 靶4a通過結合等的方法被保持于陰極6a，陰極6a和靶4a在一體的狀態下被固定 于陰極間隔壁9a。靶4a被配置成與由基板搬送裝置所搬送的基板相向。陰極6a有時被稱 為靶背板或支撐板。雖未圖示，但是在陰極6a的內部，為了冷卻靶，制作了水路。為了防止 來自靶4a的表面以外的濺射，相對于靶4a側面、陰極6a、陰極間隔壁9a的露出的面，空出 2?3mm的間隙地覆蓋祀屏蔽件5a。
[0040] 在陰極間隔壁9a的與陰極6a相反側的大氣側（靶4a的背面），設置有磁鐵7a (磁 鐵部）。磁鐵7a由平板狀的軛鐵和永磁鐵構成，由以陰極6a側為S極的中心極和以陰極 6a側為N極的外周極構成。磁鐵7a產生的磁力線在靶4a表面附近形成兩個隧道狀回路。 在放電的情況下，在靶4a表面附近的磁力線回路的部位能夠產生高密度的等離子體。
[0041] 磁鐵7a能夠利用磁鐵移動部IIa (磁鐵驅動部）沿著基板搬送方向往返移動。磁 鐵移動部Ila例如由馬達和滾珠螺桿等動力傳遞裝置構成，能夠將磁鐵7a以指定的速度移 動到指定的位置。磁鐵7a以規定周期、規定行程進行往返移動。磁鐵7a的速度控制的分 布圖，能夠設為由加速、等速、減速構成的梯形驅動。在該情況下，磁鐵7a從停止狀態起進 行基于一定的加速度的加速移動，接著進行等速移動，接著進行基于一定的加速度的減速 移動而再次停止。其期間移動的距離成為以縱軸為速度、以橫軸為時間描繪成的速度線圖 的梯形部分的面積。
[0042] 3個磁鐵移動部lla、llb、llc和基板驅動裝置21由控制部25控制。磁鐵的往返 移動的速度和3個磁鐵的相位差如后述那樣由基板搬送速度決定。因此，控制部25根據基 板搬送速度通過演算而決定它們的值，控制磁鐵移動部11，使磁鐵7移動。即，控制部25能 夠與基板搬送的時機相對應地控制磁鐵7a、7b、7c的移動的相位。
[0043] 接下來，對濺射成膜方法進行說明。成膜處理時，向腔室2內導入如Ar氣體那樣 的處理氣體，從而使排成真空了的腔室2內成為規定的壓力，由基板搬送裝置以一定速度 搬送基板。在陰極的水路中預先供給有冷卻水。在使磁鐵7a、7b、7c (以下以附圖標記為7) 向基板的搬送方向往返移動的同時，向陰極6a、6b、6c(以下以附圖標記為6)施加一定的DC 電力，實施磁控管濺射成膜。另外，在表示3個磁控管濺射單元10a、10b、10c當中任意的1 個磁鐵移動部所包含的特定的構成要素的情況下，從附圖標記中去除字母地記載。例如，在 表示磁鐵7a、7b、7c中任意的磁鐵時作為磁鐵7。
[0044] 在靶4表面，在等離子體成為高密度的部位，產生侵蝕（靶的侵蝕）。等離子體成 為高密度的部位，由通過磁鐵7所形成的磁力線決定。通過磁鐵7相對于靶4移動的同時 進行濺射成膜，在靶4表面產生均勻的深度的侵蝕，從而能夠使靶利用率提高。靶4的壽命 變長，能夠減少靶更換的頻率。
[0045] 若使磁鐵7沿著基板搬送方向往返移動，則沿著基板上的搬送方向的膜厚有時變 得不均勻。在使搬送速度為V t、磁鐵7沿著基板搬送方向的往返移動的周期為T的情況下， 在滿足Vt · T < 70mm這樣的比較快的往返移動速度的情況下沒有問題，但是在不是那樣的 情況下，即Vt · T > 70mm的情況下，無法僅利用1個磁控管濺射單元在搬送方向上進行均 勻的成膜。以下，對于比較慢的磁鐵往返移動速度的情況下的濺射成膜方法，說明利用3個 磁控管濺射單元l〇a、10b、IOc使膜厚均勻的方法。
[0046] 圖2表示磁控管濺射單元的磁鐵7的基板搬送方向的運動的例子，圖3表示速度 線圖。圖4A?4C表示此時的磁鐵7和基板的位置關系的示意圖。在該例子中，磁鐵的往 返移動的行程L (單程）設為100mm，往返移動的周期T設為9秒。關于詳細的控制方法后 述。圖2的曲線圖的縱軸，在基板搬送的位置，將磁鐵7的中心位置與陰極6的中心位置重 疊的位置作為〇mm，此外，將作為基板搬送方向的順方向表不為正，將逆方向表不為負。磁鐵 7的初始位置是順方向的行程端即+50mm位置（在圖2、4中用PO表示）。磁鐵7從這里出 發，向逆方向移動，在行程中心即Omm位置（第1規定位置）（在圖2、4中用Pl表示）暫時 停止。以下，將到此為止的移動稱為第1移動（參照圖3(A))。
[0047] 之后，還向逆方向移動，移動到作為逆方向的行程端的一 50mm(第2規定位置） (在圖2、4A - 4C中用P2表示）再次停止。以下，將到此為止的移動稱為第2移動（參照 圖3(B))。接下來，磁鐵向相反方向的順方向移動，移動到作為順方向的行程端的+50mm位 置（第3規定位置，在圖2、4A - 4C中用P3表示）停止。以下，將到此為止的移動稱為第 3移動（參照圖4C)。到此為止以9秒為1個周期。第3移動結束了之后，磁鐵7停止的位 置（P3)是第1移動的開始位置（PO)。磁鐵7以規定周期（在本實施方式中周期為9秒） 重復該第1?第3移動。第1、第2、第3移動時各自停止的時間相等。
[0048] 圖3是表示圖2的磁鐵的運動的1個周期的速度變化的速度線圖。橫軸表示時 間，縱軸表不磁鐵相對于陰極的速度V m。，速度的方向以作為基板搬送方向的順方向為負，以 逆方向為負。此外，在圖3中，在磁鐵7停止（速度為零）的位置，記載有與圖2中的位置 相對應的附圖標記（PO?P3)。磁鐵7從初始位置（位置PO)起向逆方向在一定時間的期 間、以等加速度加速，之后向逆方向等速移動，接著向逆方向以等加速度減速，速度成為零， 在位置Pl停止。到此為止的速度線圖的形狀顯示為梯形。在本實施方式中，一般采用被稱 為梯形驅動（梯形控制）的速度控制。其作為電動機驅動的控制方法是一般的方法。通過 到此為止的速度控制，磁鐵從圖2所示的初始位置（位置PO)的順方向的行程端的+50mm 位置移動到行程中心的Omm位置（第1規定位置、位置P1)。之后由于停止一定時間，所以 速度被保持為〇_/s。到此為止是第1移動。
[0049] 接下來，與到此為止的速度變化相同地，重復逆方向的加速、等速、減速的梯形驅 動和停止。到此為止從圖2所示的逆方向的行程端移動到一 50_位置（第2規定位置、位 置P2)。到此為止是第2移動。接下來，向順方向（在圖3中正的速度）進行加速、等速、 減速的梯形驅動和停止（第3規定位置、位置P3)。但是，順方向的等速的速度和等速的時 間與逆方向不同。等速的速度的絕對值比逆方向小，等速的時間變長。到此為止是第3移 動。另外，在本實施方式中，結束了第3移動的位置（位置P3)與第1移動的開始位置（位 置PO) -致。
[0050] 到此為止表示了 1個磁控管濺射單元的磁鐵7的運動的例子，而圖5表示3個磁 控管濺射單元的磁鐵7的運動的例子。第1磁控管濺射單元IOa的磁鐵7a最初開始運動， 并以周期9秒持續運動。第2磁控管濺射單元IOb的磁鐵7b在此延遲5秒后開始運動，以 周期9秒同樣地持續運動。第3磁控管濺射單元IOc的磁鐵7c在此進一步延遲10秒后開 始運動，以周期9秒同樣地持續運動。各自的磁控管濺射單元10的磁鐵7這樣地錯開時間 地持續運動。關于磁鐵7b、7c開始運動的時間的交錯，在后面說明。
[0051] 接下來，對磁控管濺射單元10的磁鐵7的動作的控制方法進行說明。首先，說明 在本實施方式中用于使基板上的搬送方向的膜厚均勻的想法。磁控管濺射單元10的磁鐵7 在陰極6的搬送方向的中心位置的前后進行往返移動。另一方面，基板1也在磁鐵7的往 返移動中，在搬送方向上以一定速度（定速）移動。圖6是關于任意的1個磁控管濺射單 元10,表示以被搬送的基板為基準的磁鐵7的相對速度和膜厚的示意圖。
[0052] 圖6是用于說明基板上的膜厚和磁鐵7的速度的關系的示意圖，圖6的上部，以基 板為基準，將磁鐵7的相對的速度表示為磁鐵7相對于基板的相對速度V ms，在圖6的下部， 示意表示了與上部的橫軸相對應的被形成在基板上的位置的膜厚。圖6的橫軸是基板搬送 方向的基板上的位置。另外，在實際的濺射成膜裝置中，基板從圖6的紙面上的右側以一定 速度向左方向被搬送，在此為了方便，固定基板地進行觀察，因此，磁鐵7相對于基板始終 在從左向右方向改變速度的同時進行移動。該磁鐵7相對于基板的相對速度V ms在圖6中 以右方向為正形成曲線圖。
[0053] 在圖6中記載的A和B的范圍表示磁鐵7向基板搬送方向的逆方向移動的范圍， 是磁鐵7相對于基板的相對速度比較快的區域。C的范圍表示磁鐵7向基板搬送方向（順 方向）移動的范圍，是磁鐵7相對于基板的相對速度比較慢的區域。此外，A'、B'、C'表示 磁鐵停止著的區域。各范圍的和、A+A' +B+B' +C+C'表示在磁鐵7進行1個周期的往返移 動的期間基板前進的距離。
[0054] 在與圖6中的A和B相對應的基板上的范圍中，堆積比較薄的膜，對于與圖6中的 C相對應的范圍，堆積比較厚的膜。這是因為，向陰極供給的DC電力是一定的，因此，從靶放 出的濺射原子的密度是一定的，此外，濺射原子的放出位置是與磁鐵7的位置相對應的位 置。因而，在基板上堆積與磁鐵7相對于基板的相對速度成反比的膜厚。
[0055] 但是，基板上的膜厚變化不是像磁鐵7相對于基板的相對速度的變化那樣劇烈地 變化，而是如圖6的下面的圖所示平滑地變化。這是因為，從靶放出的濺射原子從磁鐵7的 寬度程度的區域被濺射，所以被放出的濺射原子的分布是平滑的、以及使靶和基板之間的 距離在濺射原子飛彈期間某種程度地擴大。
[0056] 在此重要的是，調整磁鐵7相對于陰極的移動速度和基板的搬送速度，以使與A、 B、C各范圍相對應地形成在基板上的膜的基板搬送方向的長度分別相同。此外，與A'、B'、 C'各范圍相對應地形成在基板上的膜的基板搬送方向的距離也分別相同。通過使成膜的長 度（基板搬送方向的距離）相同，能夠使之后說明的通過基于第2、第3磁控管濺射單元的 成膜而層疊的膜厚在搬送方向上均勻。
[0057] 圖7分別表示在以基板為基準觀察3個磁控管濺射單元的磁鐵7時的磁鐵7相對 于基板的相對速度V ms。橫軸基板上的位置用3個曲線圖對齊表示。第1磁控管濺射單元 IOa的磁鐵7a的相對速度Vms與圖6相同。第2磁控管濺射單元IOb的磁鐵7b相對于第1 磁控管濺射單元IOa的磁鐵7a在基板上的位置錯開A+A'的距離地進行相同的反復移動。 第3磁控管濺射單元IOc的磁鐵7c相對于第1磁控管濺射單元IOa的磁鐵7a的運動，在基 板上的位置錯開A+A'+B+B'的距離地進行相同的反復移動。換句話說，磁鐵7進行規定的 周期的反復移動，若以基板為基準，則磁鐵7b相對于磁鐵7a在任意的一個方向上偏離1/3 周期，磁鐵7c相對于磁鐵7a在一個方向上偏離2/3周期（或在逆方向上為1/3周期）。
[0058] 這樣一來，與圖7中的區域A相對應的基板上的區域（區域A)，在第1磁控管濺射 單元IOa中，在磁鐵7a和基板的相對速度比較快的狀態下成膜，在第2磁控管濺射單元IOb 中，在磁鐵7b和基板的相對速度比較慢的狀態下成膜，在第3磁控管濺射單元IOc中，在磁 鐵7c和基板的相對速度比較快的狀態下成膜。圖7中的B和C的區域也同樣地，在3個磁 控管濺射單元當中的2個中，在與磁鐵的相對速度比較快的狀態下成膜，在1個中，在磁鐵 的相對速度比較慢的狀態下成膜。若以這樣的磁鐵的相對速度進行成膜，則在各區域中，t匕 較薄的膜形成2次，比較厚的膜形成1次。因而，在A、B、C各自的區域中，由3個磁控管濺 射單元層疊的膜厚相同。
[0059] 在上述中，對磁鐵相對于陰極在等速移動中相對速度一定的部分進行了說明，但 是在A、B、C各區域，在各區域的兩端存在磁鐵的加速區域和減速區域。該部分若也以3個 磁控管濺射單元來考慮，則2個相對速度比較快的區域和1個相對速度比較慢的區域在相 同的基板上的位置重疊。因此，也包含該加速區域、減速區域的部分在內，A、B、C各自的區 域中的由3個磁控管濺射單元層疊的膜厚相同。
[0060] 接下來，對在磁鐵7相對于陰極停止的狀態下進行成膜的圖7的區域A'、B'、C'進 行說明。區域A'、B'、C'的膜厚成為上述的A、B、C的區域的磁鐵7向基板搬送方向移動時 形成于基板的膜厚（比較厚的膜厚）和在磁鐵7向逆方向移動時形成于基板的膜厚（比較 薄的膜厚）的中間的膜厚。當然，在區域八'3'、(：'形成在基板上的膜厚相同。利用3個磁 控管濺射單元，該區域八'4'、(：'以相同的膜厚在基板上層疊3層。可知，通過在根據后面 說明的計算式得到的磁鐵7的運動中進行控制，通過該區域A'、B'、C'層疊3層的膜厚與通 過A、B、C的區域層疊3層的膜厚相同。
[0061] 以上是本實施方式的成膜方法和成膜裝置的控制方法的想法。即，使在A、B、C的 區域成膜的基板上的長度相同。使在八'4'、(：'的區域成膜的基板上的長度相同。分別錯 開3個磁控管濺射單元的磁鐵7的運動（相位），以使在基板上的成膜位置前進在基板上在 A+A'的區域成膜的長度。
[0062] 再稍微具體地說，成膜時，在第1移動的期間形成于基板的第1膜、在第2移動的 期間形成于基板的第2膜、和在第3移動的期間形成于基板的第3膜由各自不同的磁控管 濺射單元（靶）進行。此時，通過使基板搬送速度和磁鐵7的移動時機對應，從一個靶成膜 的第1膜、從其他的靶成膜的第2膜、和從剩余的靶成膜的第3膜在基板上重疊地進行成 膜。并且，被控制成，在第1、第2、第3移動的各自中，磁鐵7停止時堆積的部分在基板上重 疊。根據這樣的成膜方法，在通過了成膜室100的3個靶4a、4b、4c的前面（下側）之后的 基板上形成厚度均勻的膜。
[0063] 接下來，關于磁控管濺射單元10的磁鐵7的控制方法進行說明。圖8是說明了磁 控管濺射單元的磁鐵7相對于陰極6的速度的圖。橫軸是時間，表示1個周期。縱軸是磁 鐵7相對于陰極6的速度V m。，以逆方向的速度為正。磁鐵7的速度控制由2個相同形狀的 逆方向移動的梯形驅動和1個順方向移動的梯形驅動、以及各梯形驅動后的停止構成。以 往返移動的周期為T，以行程（單程）為L，以磁鐵7的加速時間為T aral，以減速時間為Τ_2。 在此3個梯形驅動的加速時間和3個梯形驅動的減速時間分別相等。此外，磁鐵7在3個 部位停止但其停止時間T srat也相等。這些值通常根據磁控管濺射裝置的結構和成膜的要求 決定。
[0064] 在此想求出的是，逆方向移動時的等速移動的速度Vb及其時間Tb、順方向（基板搬 送方向）移動時的等速移動的速度V f及其時間Tf。另外，逆方向移動時的等速移動的時間 Tb是對于兩個梯形驅動的時間，一個梯形驅動為Tb/2。此外，順方向移動時的等速移動的速 度^為正。在圖中用一 Vf表示。磁鐵7最初停止在順方向的行程端（初始位置）。從那 里起，向逆方向在加速時間Taral的期間以等加速度。之后進行時間T b/2的逆方向的等速移 動。此時的速度是Vb。之后以等加速度減速時間Tara2，速度成為0后，持續停止時間T sot的 期間。在該期間內，相對于陰極6移動的距離成為圖7的最初的（最左側的）的梯形的面 積。磁鐵7相對于陰極6的順方向的速度V f被設定為比基板搬送速度Vt小的速度。
[0065] 接下來，同樣地通過梯形驅動向逆方向移動，到達逆方向側的行程端而停止，進而 持續停止T sew。在此磁鐵7也相對于陰極6移動相同的距離。通過該2個梯形驅動而移動 的距離必須與行程L相等。因為基于一個梯形驅動的移動距離是L/2,所以成為下式。
[0066] [數學式1]
【權利要求】
1. 一種濺射裝置，其特征在于， 該濺射裝置具備： 真空容器； 基板搬送部，用于在上述真空容器內搬送基板； 至少3個靶保持部，為了保持用于對由上述基板搬送部所搬送的上述基板依次地進行 成膜的靶，沿上述基板的搬送方向排列； 磁鐵部，被配置在各自的上述靶保持部的背側； 磁鐵驅動部，驅動上述磁鐵部；以及 控制部，控制上述基板搬送部和上述磁鐵驅動部，使得在上述靶保持部保持上述靶并 進行成膜時，各自的上述磁鐵部以規定周期執行從上述搬送方向的行程端向與上述搬送方 向逆方向移動并停止在第1規定位置的第1移動、在上述第1移動后從上述第1規定位置 向上述逆方向移動并停止在第2規定位置的第2移動、和從上述逆方向的行程端向上述搬 送方向移動并停止在上述搬送方向的行程端的第3移動，并且，在上述第1、第2、第3移動 的每一個中，上述基板相對于上述磁鐵部在上述搬送方向上相對地移動的距離相等。
2. 根據權利要求1所述的濺射裝置，其特征在于， 上述基板以定速被搬送。
3. 根據權利要求1或2所述的濺射裝置，其特征在于， 上述控制部進行控制，使得在任意的1個磁鐵部進行上述第1移動的期間由與上述任 意的1個磁鐵部相對應的上述靶堆積在上述基板上的第1膜、在另1個磁鐵部進行上述第 2移動的期間由與上述另1個磁鐵部相對應的上述靶堆積在上述基板上的第2膜、和在再1 個磁鐵部進行上述第3移動的期間由與上述再1個磁鐵部相對應的上述靶堆積在上述基板 上的第3膜在上述基板上重疊。
4. 根據權利要求1?3中任一項所述的濺射裝置，其特征在于， 在上述第1移動、上述第2移動、上述第3移動的每一個的行程中，上述磁鐵部停止的 時間相等。
5. 根據權利要求3所述的濺射裝置，其特征在于， 上述控制部進行控制，使得上述第1膜、上述第2膜、上述第3膜中的、在使各自的上述 磁鐵部停止的期間堆積的部分，在上述基板上重疊。
6. 根據權利要求1?5中任一項所述的濺射裝置，其特征在于， 上述第2規定位置是上述逆方向的行程端。
7. 根據權利要求1?6中任一項所述的濺射裝置，其特征在于， 被控制成上述第1移動或上述第2移動時的上述磁鐵部的移動速度與上述第3移動時 的上述磁鐵部的移動速度不同。
8. -種濺射成膜方法，使用濺射裝置，該濺射裝置具備： 真空容器； 基板搬送部，用于在上述真空容器內搬送基板； 至少3個靶保持部，為了保持用于對由上述基板搬送部所搬送的上述基板依次地進行 成膜的靶，沿上述基板的搬送方向排列； 磁鐵部，被配置在各自的上述靶保持部的背側；以及 磁鐵驅動部，驅動上述磁鐵部， 其特征在于， 在上述靶保持部保持上述靶并進行成膜處理時，以規定周期執行使各自的上述磁鐵部 從上述搬送方向的行程端向與上述搬送方向逆方向移動，并停止在第1規定位置的第1移 動、在上述第1移動后，使各自的上述磁鐵部從上述第1規定位置向上述逆方向移動，并停 止在第2規定位置的第2移動、和使各自的上述磁鐵部從上述逆方向的行程端向上述搬送 方向移動，并停止在上述搬送方向的行程端的第3移動，并且，在上述第1、第2、第3移動的 每一個中，上述基板相對于上述磁鐵部在上述搬送方向上相對地移動的距離相等。
9. 根據權利要求8所述的濺射成膜方法，其特征在于， 上述基板以定速被搬送。
10. 根據權利要求8或9所述的濺射成膜方法，其特征在于， 在任意的1個磁鐵部進行上述第1移動的期間由與上述任意的1個磁鐵部相對應的上 述靶堆積在上述基板上的第1膜、在另1個磁鐵部進行上述第2移動的期間由與上述另1 個磁鐵部相對應的上述靶堆積在上述基板上的第2膜、和在再1個磁鐵部進行上述第3移 動的期間由與上述再1個磁鐵部相對應的上述靶堆積在上述基板上的第3膜在上述基板上 重疊。
11. 根據權利要求8?10中任一項所述的濺射成膜方法，其特征在于， 在上述第1移動、上述第2移動、上述第3移動的每一個的行程中，上述磁鐵部停止的 時間相等。
12. 根據權利要求11所述的濺射成膜方法，其特征在于， 被控制成，使得上述第1膜、上述第2膜、上述第3膜中的、在使各自的上述磁鐵部停止 的期間堆積的部分，在上述基板上重疊。
13. 根據權利要求8?12中任一項所述的濺射成膜方法，其特征在于， 上述第2規定位置是上述逆方向的行程端。
14. 根據權利要求8?13中任一項所述的濺射成膜方法，其特征在于， 被控制成上述第1移動或上述第2移動時的上述磁鐵部的移動速度與上述第3移動時 的上述磁鐵部的移動速度不同。
【文檔編號】C23C14/34GK104364418SQ201380030025
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2013年3月12日 優先權日:2012年6月8日
【發明者】佐佐木雅夫 申請人:佳能安內華股份有限公司
【專利摘要】濺射裝置具備具有磁鐵的3個靶，磁鐵(7a、7b、7c)的每一個被控制成進行從順方向的行程端向逆方向移動后停止的第1移動、從第1移動后的停止位置移動到逆方向的逆方向的行程端后停止的第2移動、和從逆方向的行程端移動到順方向的行程端后停止的第3移動。并且，成膜時被控制成，第1移動的期間形成于基板的第1膜、第2移動的期間形成于基板的第2膜、和第3移動的期間形成于基板的第3膜由各不相同的靶(4a、4b、4c)成膜，而且第1、第2、第3膜在基板上重疊。
【專利說明】濺射裝置和濺射成膜方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及濺射裝置和濺射成膜方法。特別是在具備3個以上的磁控管陰極的基 板搬送式的連續濺射成膜裝置中被實施，適于一邊利用各磁控管陰極使磁鐵往返移動，一 邊利用濺射作用對基板依次進行成膜的濺射裝置和濺射成膜方法。
【背景技術】
[0002] 在專利文獻1中公開了以下的方法，S卩，使用在靶的背面側配置有具有磁鐵的磁 控管陰極（磁控管濺射單元）的裝置，調整各磁鐵的往返移動的相位，以使沿著搬送方向的 膜厚均勻。在利用第1磁控管濺射單元形成在基板上的膜上會交替產生厚的區域和薄的區 域，但是通過改變磁鐵的往返移動的基板搬送方向（以下稱為順方向）的速度和基板搬送 逆方向（以下稱為逆方向）的速度，以使形成在基板上的膜的厚的區域的長度和薄的區域 的長度之比成為約1 :2的方式成膜。第2磁控管濺射單元、第3磁控管濺射單元也與第1 磁控管濺射單元相同地進行往返移動而成膜。
[0003] 利用第2磁控管濺射單元、第3磁控管濺射單元形成薄的膜的區域重疊于利用第1 磁控管濺射單元在基板上形成厚的膜的區域。第2磁控管濺射單元、第3磁控管濺射單元 中的某一方形成薄的膜的區域、另一方形成厚的膜的區域重疊于利用第1磁控管濺射單元 在基板上形成薄的膜的區域。這樣，調整第2磁控管濺射單元、第3磁控管濺射單元相對于 第1磁控管濺射單元的磁鐵的往返移動的相位，利用3個磁控管濺射單元層疊地成膜時，沿 著搬送方向的膜厚變得均勻。
[0004] 先行技術文獻
[0005] 專利文獻
[0006] 專利文獻1 :國際公開第2009/093598
【發明內容】
[0007] 發明要解決的課題
[0008] 為了使磁鐵往返移動，需要使一定速度的磁鐵在行程端近前減速，并在行程端停 止，接下來向逆方向加速。雖然停止時間能夠縮短，但是必定需要減速和加速。在專利文獻 1的使用3個磁控管濺射單元使沿著基板搬送方向的膜厚均勻的方法中，由于在磁鐵往返 移動的行程兩端存在磁鐵的減速和加速，所以基板上的搬送方向的膜厚均勻性不好。
[0009] 理由如下。通過層疊由3個磁控管濺射單元所形成的膜而使膜厚均勻的方法，無 論在基板上的哪個位置，不管順序如何必定是以（厚的膜）+ (薄的膜）+ (薄的膜）這3層 層疊的方式進行組合。在此，（厚的膜）是磁鐵向順方向以一定速度移動的同時形成的膜， (薄的膜）是磁鐵向逆方向以一定速度移動的同時形成的膜。在專利文獻1中，由于使基板 上的搬送方向上的（厚的膜）的區域的長度和（薄的膜）的區域的長度之比為1 :2,所以 無論在基板上的哪個位置，正好都能夠成為（厚的膜）+ (薄的膜）+ (薄的膜）的組合。 [0010] 但是，實際上磁鐵在往返移動的行程端附近在減速中和加速中形成的膜厚，既不 是上述厚的膜也不是薄的膜，而成為中間的膜。例如，若在第1磁控管濺射單元的磁鐵向逆 方向移動的同時，在行程端近前減速中的情況下成膜，則基板上的膜成為（略薄的膜）。該 基板由第2磁控管濺射單元成膜時，磁鐵向順方向移動的同時在行程端近前為減速中，基 板上的膜成為（略厚的膜）。同樣，該基板由第3磁控管濺射單元成膜時，磁鐵向逆方向移 動的同時，在行程中央為以等速移動中，基板上的膜成為（薄的膜）。
[0011] 即，成為（略薄的膜）+ (略厚的膜）+ (薄的膜）這3層層疊。在該情況下，與上述 的（厚的膜）+ (薄的膜）+ (薄的膜）這3層層疊相比，膜厚變薄。因此，基板上的搬送方向 的膜厚均勻性不好。如果由第3磁控管濺射單元形成的膜厚成為（略薄的膜），則搬送方 向的膜厚均勻性變得良好，但是，磁鐵的減速和加速僅在行程的兩端存在2次，所以無法以 3層層疊在減速中和加速中進行成膜。
[0012] 本發明是為了解決上述課題而提出的，其目的在于，提供一種使膜厚的均勻性和 靶利用率提高的濺射裝置和濺射成膜方法。
[0013] 為了解決課題的手段
[0014] 本發明的濺射裝置，其特征在于，該濺射裝置具備：真空容器；基板搬送部，用于 在上述真空容器內搬送基板；至少3個靶保持部，為了保持用于對由上述基板搬送部所搬 送的上述基板依次地進行成膜的靶，沿上述基板的搬送方向排列；磁鐵部，被配置在各自的 上述靶保持部的背側；磁鐵驅動部，驅動上述磁鐵部；以及控制部，控制上述基板搬送部和 上述磁鐵驅動部，使得在上述靶保持部保持上述靶并進行成膜時，各自的上述磁鐵部以規 定周期執行從上述搬送方向的行程端向與上述搬送方向逆方向移動并停止在第1規定位 置的第1移動、在上述第1移動后從上述第1規定位置向上述逆方向移動并停止在第2規 定位置的第2移動、和從上述逆方向的行程端向上述搬送方向移動并停止在上述搬送方向 的行程端的第3移動，并且，在上述第1、第2、第3移動的每一個中，上述基板相對于上述磁 鐵部在上述搬送方向上相對地移動的距離相等。
[0015] 此外，本發明的濺射成膜方法，使用濺射裝置，該濺射裝置具備：真空容器；基板 搬送部，用于在上述真空容器內搬送基板；至少3個靶保持部，為了保持用于對由上述基板 搬送部所搬送的上述基板依次地進行成膜的靶，沿上述基板的搬送方向排列；磁鐵部，被配 置在各自的上述靶保持部的背側；以及磁鐵驅動部，驅動上述磁鐵部，其特征在于，在上述 靶保持部保持上述靶并進行成膜處理時，以規定周期執行使各自的上述磁鐵部從上述搬送 方向的行程端向與上述搬送方向逆方向移動，并停止在第1規定位置的第1移動、在上述第 1移動后，使各自的上述磁鐵部從上述第1規定位置向上述逆方向移動，并停止在第2規定 位置的第2移動、和使各自的上述磁鐵部從上述逆方向的行程端向上述搬送方向移動，并 停止在上述搬送方向的行程端的第3移動，并且，在上述第1、第2、第3移動的每一個中，上 述基板相對于上述磁鐵部在上述搬送方向上相對地移動的距離相等。
[0016] 發明的效果
[0017] 能夠提供一種使膜厚的均勻性和靶利用率提高的濺射裝置和濺射成膜方法。
[0018] 本發明的其他的特征和優點，通過以附圖為參照的以下的說明是清楚的。另外，在 附圖中，對同一或同樣的結構，標注相同的附圖標記。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019] 附圖包含于說明書中，構成其一部分，表示本發明的實施方式，與其記述一起用于 說明本發明的原理。
[0020] 圖1是本發明的一實施方式的串聯型連續濺射成膜裝置的成膜室的概略剖視圖。
[0021] 圖2是例示了本發明的一實施方式的磁控管濺射單元的磁鐵的基板搬送方向的 運動的不意圖。
[0022] 圖3是表示圖2的磁鐵的運動的1個周期的速度變化的速度線圖。
[0023] 圖4A是圖2的磁鐵運動時的磁鐵7和基板的位直關系的不意圖。
[0024] 圖4B是圖2的磁鐵運動時的磁鐵7和基板的位直關系的不意圖。
[0025] 圖4C是圖2的磁鐵運動時的磁鐵7和基板的位直關系的不意圖。
[0026] 圖5是例示了本發明的一實施方式的3個磁控管濺射單元的磁鐵的運動的示意 圖。
[0027] 圖6是表示以由本發明的一實施方式的串聯型連續濺射成膜裝置搬送的基板為 基準的磁鐵的相對速度和膜厚的示意圖。
[0028] 圖7是表示觀察本發明的一實施方式的磁控管濺射單元的磁鐵時的磁鐵7相對于 基板的相對速度V ms的圖。
[0029] 圖8是說明本發明的一實施方式的磁控管濺射單元的磁鐵7相對于陰極6的速度 的圖。
[0030] 圖9是對本發明的一實施方式的磁鐵相對于基板的相對速度進行說明的說明圖。
[0031] 圖10是本發明的一實施方式的3個磁控管濺射單元的磁鐵的開始運動的時間的 說明圖。
[0032] 圖11是本發明的一實施方式的3個磁控管濺射單元10a、10b、IOc的陰極中心間 的基板搬送方向的距離的說明圖。
[0033] 圖12是表示根據本發明的一實施方式的濺射成膜方法堆積在基板上的膜的搬送 方向的分布的圖。
[0034] 圖13是表示在與圖11不同的成膜條件下，堆積在基板上的膜的搬送方向的分布 的圖。
【具體實施方式】
[0035] 以下，基于【專利附圖】
【附圖說明】本發明的實施方式。另外，以下說明的構件、配置等是將發明 具體化了的一個例子，當然并不限定本發明，能夠沿著本發明的主旨進行各種變更。在實施 方式中，作為濺射裝置，以在1個成膜腔室內具備3個磁控管濺射單元的裝置為例進行說 明，但是本發明能夠應用于沿著濺射裝置的基板搬送路徑具備3個以上磁控管濺射單元的 裝直。
[0036] 以下，關于本發明的實施方式，參照附圖進行說明。圖1是用于能夠應用于本發明 的基板搬送式的串聯型連續濺射成膜裝置的成膜室結構的概略剖視圖。通常，加載互鎖真 空室、緩沖室、成膜室100、卸載互鎖真空室等多個腔室經由閘閥被連結，形成一個基板搬送 式的串聯型連續濺射成膜裝置，在圖1中僅表示其中的成膜室100。
[0037] 如圖1所示，成膜室100由腔室2 (真空容器）、基板搬送部、和被設置在腔室2的 上部的3個磁控管濺射單元10a、10b、IOc (濺射部件）構成。基板搬送部被構成為具有搬 送設于腔室2內的基板1的搬送輥3、和使輥3旋轉的基板驅動裝置21。在本實施方式中， 基板1在水平狀態下載置在搬送輥3上，以一定速度向圖1所示的右方向被搬送。腔室由 未圖示的排氣泵被排成真空，利用未圖示的氣體配管，供給處理氣體、例如Ar氣體，以成為 規定的壓力。
[0038] 作為濺射部件的3個磁控管濺射單元，從基板搬送方向的上游側起，排列為第1磁 控管濺射單元IOa (第1濺射部件）、第2磁控管濺射單元IOb (第2濺射部件）、第3磁控 管濺射單元IOc (第3濺射部件），能夠相對于由基板驅動裝置21所搬送的基板依次成膜。 以3個磁控管濺射單元為代表，對第1磁控管濺射單元IOa的結構進行說明。各磁控管濺 射單元l〇a、10b、IOc成為相同的結構。在本實施方式中，靶4a、4b、4c是相同的材料。磁控 管濺射單元IOa的陰極間隔壁9a(靶保持部）經由陰極絕緣部8a被設置在腔室2的頂壁 上。在陰極間隔壁9a上，設有由未圖示的電力供給機構供給電力的陰極6a。在此，向陰極 6a供給DC電力。
[0039] 靶4a通過結合等的方法被保持于陰極6a，陰極6a和靶4a在一體的狀態下被固定 于陰極間隔壁9a。靶4a被配置成與由基板搬送裝置所搬送的基板相向。陰極6a有時被稱 為靶背板或支撐板。雖未圖示，但是在陰極6a的內部，為了冷卻靶，制作了水路。為了防止 來自靶4a的表面以外的濺射，相對于靶4a側面、陰極6a、陰極間隔壁9a的露出的面，空出 2?3mm的間隙地覆蓋祀屏蔽件5a。
[0040] 在陰極間隔壁9a的與陰極6a相反側的大氣側（靶4a的背面），設置有磁鐵7a (磁 鐵部）。磁鐵7a由平板狀的軛鐵和永磁鐵構成，由以陰極6a側為S極的中心極和以陰極 6a側為N極的外周極構成。磁鐵7a產生的磁力線在靶4a表面附近形成兩個隧道狀回路。 在放電的情況下，在靶4a表面附近的磁力線回路的部位能夠產生高密度的等離子體。
[0041] 磁鐵7a能夠利用磁鐵移動部IIa (磁鐵驅動部）沿著基板搬送方向往返移動。磁 鐵移動部Ila例如由馬達和滾珠螺桿等動力傳遞裝置構成，能夠將磁鐵7a以指定的速度移 動到指定的位置。磁鐵7a以規定周期、規定行程進行往返移動。磁鐵7a的速度控制的分 布圖，能夠設為由加速、等速、減速構成的梯形驅動。在該情況下，磁鐵7a從停止狀態起進 行基于一定的加速度的加速移動，接著進行等速移動，接著進行基于一定的加速度的減速 移動而再次停止。其期間移動的距離成為以縱軸為速度、以橫軸為時間描繪成的速度線圖 的梯形部分的面積。
[0042] 3個磁鐵移動部lla、llb、llc和基板驅動裝置21由控制部25控制。磁鐵的往返 移動的速度和3個磁鐵的相位差如后述那樣由基板搬送速度決定。因此，控制部25根據基 板搬送速度通過演算而決定它們的值，控制磁鐵移動部11，使磁鐵7移動。即，控制部25能 夠與基板搬送的時機相對應地控制磁鐵7a、7b、7c的移動的相位。
[0043] 接下來，對濺射成膜方法進行說明。成膜處理時，向腔室2內導入如Ar氣體那樣 的處理氣體，從而使排成真空了的腔室2內成為規定的壓力，由基板搬送裝置以一定速度 搬送基板。在陰極的水路中預先供給有冷卻水。在使磁鐵7a、7b、7c (以下以附圖標記為7) 向基板的搬送方向往返移動的同時，向陰極6a、6b、6c(以下以附圖標記為6)施加一定的DC 電力，實施磁控管濺射成膜。另外，在表示3個磁控管濺射單元10a、10b、10c當中任意的1 個磁鐵移動部所包含的特定的構成要素的情況下，從附圖標記中去除字母地記載。例如，在 表示磁鐵7a、7b、7c中任意的磁鐵時作為磁鐵7。
[0044] 在靶4表面，在等離子體成為高密度的部位，產生侵蝕（靶的侵蝕）。等離子體成 為高密度的部位，由通過磁鐵7所形成的磁力線決定。通過磁鐵7相對于靶4移動的同時 進行濺射成膜，在靶4表面產生均勻的深度的侵蝕，從而能夠使靶利用率提高。靶4的壽命 變長，能夠減少靶更換的頻率。
[0045] 若使磁鐵7沿著基板搬送方向往返移動，則沿著基板上的搬送方向的膜厚有時變 得不均勻。在使搬送速度為V t、磁鐵7沿著基板搬送方向的往返移動的周期為T的情況下， 在滿足Vt · T < 70mm這樣的比較快的往返移動速度的情況下沒有問題，但是在不是那樣的 情況下，即Vt · T > 70mm的情況下，無法僅利用1個磁控管濺射單元在搬送方向上進行均 勻的成膜。以下，對于比較慢的磁鐵往返移動速度的情況下的濺射成膜方法，說明利用3個 磁控管濺射單元l〇a、10b、IOc使膜厚均勻的方法。
[0046] 圖2表示磁控管濺射單元的磁鐵7的基板搬送方向的運動的例子，圖3表示速度 線圖。圖4A?4C表示此時的磁鐵7和基板的位置關系的示意圖。在該例子中，磁鐵的往 返移動的行程L (單程）設為100mm，往返移動的周期T設為9秒。關于詳細的控制方法后 述。圖2的曲線圖的縱軸，在基板搬送的位置，將磁鐵7的中心位置與陰極6的中心位置重 疊的位置作為〇mm，此外，將作為基板搬送方向的順方向表不為正，將逆方向表不為負。磁鐵 7的初始位置是順方向的行程端即+50mm位置（在圖2、4中用PO表示）。磁鐵7從這里出 發，向逆方向移動，在行程中心即Omm位置（第1規定位置）（在圖2、4中用Pl表示）暫時 停止。以下，將到此為止的移動稱為第1移動（參照圖3(A))。
[0047] 之后，還向逆方向移動，移動到作為逆方向的行程端的一 50mm(第2規定位置） (在圖2、4A - 4C中用P2表示）再次停止。以下，將到此為止的移動稱為第2移動（參照 圖3(B))。接下來，磁鐵向相反方向的順方向移動，移動到作為順方向的行程端的+50mm位 置（第3規定位置，在圖2、4A - 4C中用P3表示）停止。以下，將到此為止的移動稱為第 3移動（參照圖4C)。到此為止以9秒為1個周期。第3移動結束了之后，磁鐵7停止的位 置（P3)是第1移動的開始位置（PO)。磁鐵7以規定周期（在本實施方式中周期為9秒） 重復該第1?第3移動。第1、第2、第3移動時各自停止的時間相等。
[0048] 圖3是表示圖2的磁鐵的運動的1個周期的速度變化的速度線圖。橫軸表示時 間，縱軸表不磁鐵相對于陰極的速度V m。，速度的方向以作為基板搬送方向的順方向為負，以 逆方向為負。此外，在圖3中，在磁鐵7停止（速度為零）的位置，記載有與圖2中的位置 相對應的附圖標記（PO?P3)。磁鐵7從初始位置（位置PO)起向逆方向在一定時間的期 間、以等加速度加速，之后向逆方向等速移動，接著向逆方向以等加速度減速，速度成為零， 在位置Pl停止。到此為止的速度線圖的形狀顯示為梯形。在本實施方式中，一般采用被稱 為梯形驅動（梯形控制）的速度控制。其作為電動機驅動的控制方法是一般的方法。通過 到此為止的速度控制，磁鐵從圖2所示的初始位置（位置PO)的順方向的行程端的+50mm 位置移動到行程中心的Omm位置（第1規定位置、位置P1)。之后由于停止一定時間，所以 速度被保持為〇_/s。到此為止是第1移動。
[0049] 接下來，與到此為止的速度變化相同地，重復逆方向的加速、等速、減速的梯形驅 動和停止。到此為止從圖2所示的逆方向的行程端移動到一 50_位置（第2規定位置、位 置P2)。到此為止是第2移動。接下來，向順方向（在圖3中正的速度）進行加速、等速、 減速的梯形驅動和停止（第3規定位置、位置P3)。但是，順方向的等速的速度和等速的時 間與逆方向不同。等速的速度的絕對值比逆方向小，等速的時間變長。到此為止是第3移 動。另外，在本實施方式中，結束了第3移動的位置（位置P3)與第1移動的開始位置（位 置PO) -致。
[0050] 到此為止表示了 1個磁控管濺射單元的磁鐵7的運動的例子，而圖5表示3個磁 控管濺射單元的磁鐵7的運動的例子。第1磁控管濺射單元IOa的磁鐵7a最初開始運動， 并以周期9秒持續運動。第2磁控管濺射單元IOb的磁鐵7b在此延遲5秒后開始運動，以 周期9秒同樣地持續運動。第3磁控管濺射單元IOc的磁鐵7c在此進一步延遲10秒后開 始運動，以周期9秒同樣地持續運動。各自的磁控管濺射單元10的磁鐵7這樣地錯開時間 地持續運動。關于磁鐵7b、7c開始運動的時間的交錯，在后面說明。
[0051] 接下來，對磁控管濺射單元10的磁鐵7的動作的控制方法進行說明。首先，說明 在本實施方式中用于使基板上的搬送方向的膜厚均勻的想法。磁控管濺射單元10的磁鐵7 在陰極6的搬送方向的中心位置的前后進行往返移動。另一方面，基板1也在磁鐵7的往 返移動中，在搬送方向上以一定速度（定速）移動。圖6是關于任意的1個磁控管濺射單 元10,表示以被搬送的基板為基準的磁鐵7的相對速度和膜厚的示意圖。
[0052] 圖6是用于說明基板上的膜厚和磁鐵7的速度的關系的示意圖，圖6的上部，以基 板為基準，將磁鐵7的相對的速度表示為磁鐵7相對于基板的相對速度V ms，在圖6的下部， 示意表示了與上部的橫軸相對應的被形成在基板上的位置的膜厚。圖6的橫軸是基板搬送 方向的基板上的位置。另外，在實際的濺射成膜裝置中，基板從圖6的紙面上的右側以一定 速度向左方向被搬送，在此為了方便，固定基板地進行觀察，因此，磁鐵7相對于基板始終 在從左向右方向改變速度的同時進行移動。該磁鐵7相對于基板的相對速度V ms在圖6中 以右方向為正形成曲線圖。
[0053] 在圖6中記載的A和B的范圍表示磁鐵7向基板搬送方向的逆方向移動的范圍， 是磁鐵7相對于基板的相對速度比較快的區域。C的范圍表示磁鐵7向基板搬送方向（順 方向）移動的范圍，是磁鐵7相對于基板的相對速度比較慢的區域。此外，A'、B'、C'表示 磁鐵停止著的區域。各范圍的和、A+A' +B+B' +C+C'表示在磁鐵7進行1個周期的往返移 動的期間基板前進的距離。
[0054] 在與圖6中的A和B相對應的基板上的范圍中，堆積比較薄的膜，對于與圖6中的 C相對應的范圍，堆積比較厚的膜。這是因為，向陰極供給的DC電力是一定的，因此，從靶放 出的濺射原子的密度是一定的，此外，濺射原子的放出位置是與磁鐵7的位置相對應的位 置。因而，在基板上堆積與磁鐵7相對于基板的相對速度成反比的膜厚。
[0055] 但是，基板上的膜厚變化不是像磁鐵7相對于基板的相對速度的變化那樣劇烈地 變化，而是如圖6的下面的圖所示平滑地變化。這是因為，從靶放出的濺射原子從磁鐵7的 寬度程度的區域被濺射，所以被放出的濺射原子的分布是平滑的、以及使靶和基板之間的 距離在濺射原子飛彈期間某種程度地擴大。
[0056] 在此重要的是，調整磁鐵7相對于陰極的移動速度和基板的搬送速度，以使與A、 B、C各范圍相對應地形成在基板上的膜的基板搬送方向的長度分別相同。此外，與A'、B'、 C'各范圍相對應地形成在基板上的膜的基板搬送方向的距離也分別相同。通過使成膜的長 度（基板搬送方向的距離）相同，能夠使之后說明的通過基于第2、第3磁控管濺射單元的 成膜而層疊的膜厚在搬送方向上均勻。
[0057] 圖7分別表示在以基板為基準觀察3個磁控管濺射單元的磁鐵7時的磁鐵7相對 于基板的相對速度V ms。橫軸基板上的位置用3個曲線圖對齊表示。第1磁控管濺射單元 IOa的磁鐵7a的相對速度Vms與圖6相同。第2磁控管濺射單元IOb的磁鐵7b相對于第1 磁控管濺射單元IOa的磁鐵7a在基板上的位置錯開A+A'的距離地進行相同的反復移動。 第3磁控管濺射單元IOc的磁鐵7c相對于第1磁控管濺射單元IOa的磁鐵7a的運動，在基 板上的位置錯開A+A'+B+B'的距離地進行相同的反復移動。換句話說，磁鐵7進行規定的 周期的反復移動，若以基板為基準，則磁鐵7b相對于磁鐵7a在任意的一個方向上偏離1/3 周期，磁鐵7c相對于磁鐵7a在一個方向上偏離2/3周期（或在逆方向上為1/3周期）。
[0058] 這樣一來，與圖7中的區域A相對應的基板上的區域（區域A)，在第1磁控管濺射 單元IOa中，在磁鐵7a和基板的相對速度比較快的狀態下成膜，在第2磁控管濺射單元IOb 中，在磁鐵7b和基板的相對速度比較慢的狀態下成膜，在第3磁控管濺射單元IOc中，在磁 鐵7c和基板的相對速度比較快的狀態下成膜。圖7中的B和C的區域也同樣地，在3個磁 控管濺射單元當中的2個中，在與磁鐵的相對速度比較快的狀態下成膜，在1個中，在磁鐵 的相對速度比較慢的狀態下成膜。若以這樣的磁鐵的相對速度進行成膜，則在各區域中，t匕 較薄的膜形成2次，比較厚的膜形成1次。因而，在A、B、C各自的區域中，由3個磁控管濺 射單元層疊的膜厚相同。
[0059] 在上述中，對磁鐵相對于陰極在等速移動中相對速度一定的部分進行了說明，但 是在A、B、C各區域，在各區域的兩端存在磁鐵的加速區域和減速區域。該部分若也以3個 磁控管濺射單元來考慮，則2個相對速度比較快的區域和1個相對速度比較慢的區域在相 同的基板上的位置重疊。因此，也包含該加速區域、減速區域的部分在內，A、B、C各自的區 域中的由3個磁控管濺射單元層疊的膜厚相同。
[0060] 接下來，對在磁鐵7相對于陰極停止的狀態下進行成膜的圖7的區域A'、B'、C'進 行說明。區域A'、B'、C'的膜厚成為上述的A、B、C的區域的磁鐵7向基板搬送方向移動時 形成于基板的膜厚（比較厚的膜厚）和在磁鐵7向逆方向移動時形成于基板的膜厚（比較 薄的膜厚）的中間的膜厚。當然，在區域八'3'、(：'形成在基板上的膜厚相同。利用3個磁 控管濺射單元，該區域八'4'、(：'以相同的膜厚在基板上層疊3層。可知，通過在根據后面 說明的計算式得到的磁鐵7的運動中進行控制，通過該區域A'、B'、C'層疊3層的膜厚與通 過A、B、C的區域層疊3層的膜厚相同。
[0061] 以上是本實施方式的成膜方法和成膜裝置的控制方法的想法。即，使在A、B、C的 區域成膜的基板上的長度相同。使在八'4'、(：'的區域成膜的基板上的長度相同。分別錯 開3個磁控管濺射單元的磁鐵7的運動（相位），以使在基板上的成膜位置前進在基板上在 A+A'的區域成膜的長度。
[0062] 再稍微具體地說，成膜時，在第1移動的期間形成于基板的第1膜、在第2移動的 期間形成于基板的第2膜、和在第3移動的期間形成于基板的第3膜由各自不同的磁控管 濺射單元（靶）進行。此時，通過使基板搬送速度和磁鐵7的移動時機對應，從一個靶成膜 的第1膜、從其他的靶成膜的第2膜、和從剩余的靶成膜的第3膜在基板上重疊地進行成 膜。并且，被控制成，在第1、第2、第3移動的各自中，磁鐵7停止時堆積的部分在基板上重 疊。根據這樣的成膜方法，在通過了成膜室100的3個靶4a、4b、4c的前面（下側）之后的 基板上形成厚度均勻的膜。
[0063] 接下來，關于磁控管濺射單元10的磁鐵7的控制方法進行說明。圖8是說明了磁 控管濺射單元的磁鐵7相對于陰極6的速度的圖。橫軸是時間，表示1個周期。縱軸是磁 鐵7相對于陰極6的速度V m。，以逆方向的速度為正。磁鐵7的速度控制由2個相同形狀的 逆方向移動的梯形驅動和1個順方向移動的梯形驅動、以及各梯形驅動后的停止構成。以 往返移動的周期為T，以行程（單程）為L，以磁鐵7的加速時間為T aral，以減速時間為Τ_2。 在此3個梯形驅動的加速時間和3個梯形驅動的減速時間分別相等。此外，磁鐵7在3個 部位停止但其停止時間T srat也相等。這些值通常根據磁控管濺射裝置的結構和成膜的要求 決定。
[0064] 在此想求出的是，逆方向移動時的等速移動的速度Vb及其時間Tb、順方向（基板搬 送方向）移動時的等速移動的速度V f及其時間Tf。另外，逆方向移動時的等速移動的時間 Tb是對于兩個梯形驅動的時間，一個梯形驅動為Tb/2。此外，順方向移動時的等速移動的速 度^為正。在圖中用一 Vf表示。磁鐵7最初停止在順方向的行程端（初始位置）。從那 里起，向逆方向在加速時間Taral的期間以等加速度。之后進行時間T b/2的逆方向的等速移 動。此時的速度是Vb。之后以等加速度減速時間Tara2，速度成為0后，持續停止時間T sot的 期間。在該期間內，相對于陰極6移動的距離成為圖7的最初的（最左側的）的梯形的面 積。磁鐵7相對于陰極6的順方向的速度V f被設定為比基板搬送速度Vt小的速度。
[0065] 接下來，同樣地通過梯形驅動向逆方向移動，到達逆方向側的行程端而停止，進而 持續停止T sew。在此磁鐵7也相對于陰極6移動相同的距離。通過該2個梯形驅動而移動 的距離必須與行程L相等。因為基于一個梯形驅動的移動距離是L/2,所以成為下式。
[0066] [數學式1]
【權利要求】
1. 一種濺射裝置，其特征在于， 該濺射裝置具備： 真空容器； 基板搬送部，用于在上述真空容器內搬送基板； 至少3個靶保持部，為了保持用于對由上述基板搬送部所搬送的上述基板依次地進行 成膜的靶，沿上述基板的搬送方向排列； 磁鐵部，被配置在各自的上述靶保持部的背側； 磁鐵驅動部，驅動上述磁鐵部；以及 控制部，控制上述基板搬送部和上述磁鐵驅動部，使得在上述靶保持部保持上述靶并 進行成膜時，各自的上述磁鐵部以規定周期執行從上述搬送方向的行程端向與上述搬送方 向逆方向移動并停止在第1規定位置的第1移動、在上述第1移動后從上述第1規定位置 向上述逆方向移動并停止在第2規定位置的第2移動、和從上述逆方向的行程端向上述搬 送方向移動并停止在上述搬送方向的行程端的第3移動，并且，在上述第1、第2、第3移動 的每一個中，上述基板相對于上述磁鐵部在上述搬送方向上相對地移動的距離相等。
2. 根據權利要求1所述的濺射裝置，其特征在于， 上述基板以定速被搬送。
3. 根據權利要求1或2所述的濺射裝置，其特征在于， 上述控制部進行控制，使得在任意的1個磁鐵部進行上述第1移動的期間由與上述任 意的1個磁鐵部相對應的上述靶堆積在上述基板上的第1膜、在另1個磁鐵部進行上述第 2移動的期間由與上述另1個磁鐵部相對應的上述靶堆積在上述基板上的第2膜、和在再1 個磁鐵部進行上述第3移動的期間由與上述再1個磁鐵部相對應的上述靶堆積在上述基板 上的第3膜在上述基板上重疊。
4. 根據權利要求1?3中任一項所述的濺射裝置，其特征在于， 在上述第1移動、上述第2移動、上述第3移動的每一個的行程中，上述磁鐵部停止的 時間相等。
5. 根據權利要求3所述的濺射裝置，其特征在于， 上述控制部進行控制，使得上述第1膜、上述第2膜、上述第3膜中的、在使各自的上述 磁鐵部停止的期間堆積的部分，在上述基板上重疊。
6. 根據權利要求1?5中任一項所述的濺射裝置，其特征在于， 上述第2規定位置是上述逆方向的行程端。
7. 根據權利要求1?6中任一項所述的濺射裝置，其特征在于， 被控制成上述第1移動或上述第2移動時的上述磁鐵部的移動速度與上述第3移動時 的上述磁鐵部的移動速度不同。
8. -種濺射成膜方法，使用濺射裝置，該濺射裝置具備： 真空容器； 基板搬送部，用于在上述真空容器內搬送基板； 至少3個靶保持部，為了保持用于對由上述基板搬送部所搬送的上述基板依次地進行 成膜的靶，沿上述基板的搬送方向排列； 磁鐵部，被配置在各自的上述靶保持部的背側；以及 磁鐵驅動部，驅動上述磁鐵部， 其特征在于， 在上述靶保持部保持上述靶并進行成膜處理時，以規定周期執行使各自的上述磁鐵部 從上述搬送方向的行程端向與上述搬送方向逆方向移動，并停止在第1規定位置的第1移 動、在上述第1移動后，使各自的上述磁鐵部從上述第1規定位置向上述逆方向移動，并停 止在第2規定位置的第2移動、和使各自的上述磁鐵部從上述逆方向的行程端向上述搬送 方向移動，并停止在上述搬送方向的行程端的第3移動，并且，在上述第1、第2、第3移動的 每一個中，上述基板相對于上述磁鐵部在上述搬送方向上相對地移動的距離相等。
9. 根據權利要求8所述的濺射成膜方法，其特征在于， 上述基板以定速被搬送。
10. 根據權利要求8或9所述的濺射成膜方法，其特征在于， 在任意的1個磁鐵部進行上述第1移動的期間由與上述任意的1個磁鐵部相對應的上 述靶堆積在上述基板上的第1膜、在另1個磁鐵部進行上述第2移動的期間由與上述另1 個磁鐵部相對應的上述靶堆積在上述基板上的第2膜、和在再1個磁鐵部進行上述第3移 動的期間由與上述再1個磁鐵部相對應的上述靶堆積在上述基板上的第3膜在上述基板上 重疊。
11. 根據權利要求8?10中任一項所述的濺射成膜方法，其特征在于， 在上述第1移動、上述第2移動、上述第3移動的每一個的行程中，上述磁鐵部停止的 時間相等。
12. 根據權利要求11所述的濺射成膜方法，其特征在于， 被控制成，使得上述第1膜、上述第2膜、上述第3膜中的、在使各自的上述磁鐵部停止 的期間堆積的部分，在上述基板上重疊。
13. 根據權利要求8?12中任一項所述的濺射成膜方法，其特征在于， 上述第2規定位置是上述逆方向的行程端。
14. 根據權利要求8?13中任一項所述的濺射成膜方法，其特征在于， 被控制成上述第1移動或上述第2移動時的上述磁鐵部的移動速度與上述第3移動時 的上述磁鐵部的移動速度不同。
【文檔編號】C23C14/34GK104364418SQ201380030025
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2013年3月12日 優先權日:2012年6月8日
【發明者】佐佐木雅夫 申請人:佳能安內華股份有限公司
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