(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スパッタリングシステム用の磁石構成体（８００、９００、１０００）であって、スパッタリングシステムの回転式ターゲット（１２６ａ、１２６ｂ）に適合され、
長手方向軸である第１の軸（Ｘ）に沿って延びる第１の磁石要素（８１０、９１０、１０１０）と、
面内に前記第１の軸（Ｘ）を含む第１の平面（Ａ）に対して、前記第１の磁石要素の周りに対称に配置された第２の磁石要素（８２０、９２０、１０２０）とを備え、
前記第２の磁石要素が、前記第１の軸（Ｘ）と平行に延びる第１の磁石部分（８２４、８２５、９２４、９２５、１０２４、１０２５）と、前記第１の磁石部分を接続する第２の磁石部分（８２６、８２７、９２６、９２７、１０２６、１０２７）とを含み、前記第２の磁石部分が、前記第１の平面と交差する少なくとも１つの磁石区域（８２６、８２７、９２６、９２７、１０２８）を含み、
前記少なくとも１つの磁石区域の磁気軸（８２２、９２２、１０２２）が、前記第１の軸（Ｘ）と直交する第２の平面（Ｂ）に対して傾斜している、
磁石構成体。
【請求項２】
前記磁石区域の前記磁気軸（８２２、９２２、１０２２）が、前記第２の平面に対して４５度よりも大きい、６０度よりも大きい、または８０度よりも大きい傾き角を有する、請求項１に記載の磁石構成体。
【請求項３】
前記磁石区域の磁気軸（８２２、９２２、１０２２）が、前記第１の磁石要素（８１０、９１０、１０１０）から離れる方に傾斜している、請求項１または２に記載の磁石構成体。
【請求項４】
前記磁石区域の前記磁気軸（８２２、９２２、１０２２）が、前記第１の磁石要素の磁気軸に対して、４５度よりも大きい、６０度よりも大きい、または８０度よりも大きい傾き角を有する、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の磁石構成体。
【請求項５】
前記磁石区域が前記第１の平面（Ａ）の両側に対称的に延びる、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の磁石構成体。
【請求項６】
前記磁石区域の形状が、実質的にＵ形、半円、円弧、および棒からなる群から選択される、請求項１ないし５のいずれか一項に記載の磁石構成体。
【請求項７】
前記磁石区域が、前記第１の軸（Ｘ）と直交すると共に前記第１の磁石要素の磁気軸（８１２）と直交する方向で、前記第２の磁石要素（８２０、９２０、１０２０）の長さの少なくとも３０パーセント、または少なくとも５０パーセントと一致する、請求項１ないし６のいずれか一項に記載の磁石構成体。
【請求項８】
前記第１の磁石要素が、前記第１の軸の方向に第１の端部と、前記第１の端部の反対側に第２の端部とを有する、請求項１ないし７のいずれか一項に記載の磁石構成体。
【請求項９】
前記第２の磁石要素が２つの磁石区域を含む、請求項１ないし８のいずれか一項に記載の磁石構成体。
【請求項１０】
スパッタリングシステムの回転式ターゲット用のターゲットバッキングチューブ（１２２ａ、１２２ｂ）であって、
長手方向軸を有し、かつ請求項１ないし９のいずれか一項に記載の磁石構成体（８００、９００、１０００）を収容し、第１の軸（Ｘ）が前記ターゲットバッキングチューブの前記長手方向軸と平行である、ターゲットバッキングチューブ。
【請求項１１】
請求項１０に記載のターゲットバッキングチューブと、
前記ターゲットバッキングチューブの周りに配置された少なくとも１つのターゲット円筒体（１２６ａ、１２６ｂ）と
を備える、円筒形ターゲットアセンブリ。
【請求項１２】
スパッタリングシステム用の円筒形回転式ターゲット（１２６ａ、１２６ｂ）であって、
長手方向軸を有し、かつ請求項１ないし９のいずれか一項に記載の磁石構成体を収容し、第１の軸が前記円筒形回転式ターゲットの前記長手方向軸と平行である、円筒形回転式ターゲット。
【請求項１３】
真空チャンバ（１１０）と、請求項１２に記載の少なくとも１つの円筒形回転式ターゲットとを備え、前記円筒形回転式ターゲットが前記真空チャンバ内に配置される、
スパッタリングシステム（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、回転式ターゲット用の磁石構成体に関する。より詳細には、本開示は、スパッタリングシステムの回転式ターゲット用の磁石構成体に関する。さらに本開示は、スパッタリングシステムの回転式ターゲット用のターゲットバッキングチューブに関する。さらに本開示は、スパッタリングシステムの回転式ターゲット円筒体に関する。加えて本開示は、ターゲットバッキングチューブを含む円筒形ターゲットアセンブリに関する。さらに本開示は、真空チャンバおよび少なくとも１つのターゲットバッキングチューブを含むスパッタリングシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの適用例において、基板上に薄い層を堆積することが必要である。本明細書で「基板」という用語は、例えばウエハまたはガラス板である非フレキシブル基板と、例えばウェブおよび箔であるフレキシブル基板との両方を包含するものである。層を堆積するための典型的な技法は、蒸着、スパッタリング、および化学気相堆積である。
【０００３】
代表的な例には（これだけには限らないが）、半導体および誘電体の材料およびデバイス、シリコンベースウエハ、フラットパネルディスプレイ（ＴＦＴなど）、マスクおよびフィルタ、エネルギー変換および貯蔵（光電池、燃料電池、およびバッテリなど）、固体照明（ＬＥＤおよびＯＬＥＤなど）、磁気記憶および光学記憶、微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）およびナノ電子機械システム（ＮＥＭＳ）、微小光学システムおよび光電子機械システム（ＮＥＭＳ）、微小光学デバイスおよび光電子デバイス、透明基板、建築用および自動車用ガラス、金属箔およびポリマー箔とパッケージングのためのメタライゼーションシステム、ならびにマイクロ成形およびナノ成形を伴う適用例が含まれる。
【０００４】
蒸着処理では、堆積されるべき材料は、材料が蒸発して基板上に凝結するように加熱される。スパッタリングは、様々な材料の薄い膜を基板の表面上に堆積するために使用される真空コーティング処理である。例えば、スパッタリングを使用してアルミニウムの薄い層などの金属層、またはセラミックを堆積することができる。スパッタリング処理中、コーティング材料は、高電圧によって加速された不活性ガスのイオンでターゲットの表面がボンバードされることによって、ターゲットからコーティングされるべき基板まで運ばれる。ガスのイオンがターゲットの外表面に当たると、その運動量が材料の原子に移転され、その結果、原子の一部は、ターゲット表面から逃げて基板上に堆積するための、原子の結合エネルギーに打ち勝つのに十分なエネルギーを獲得できることになる。原子の一部は、基板上に所望の材料の膜を形成する。堆積される膜の厚さは、基板がスパッタリング処理を受ける継続時間にとりわけ依存する。
【０００５】
通常、スパッタリングシステムは、例えばウィンドウペイント、半導体デバイス、ディスプレイなどの基板をコーティングするために使用される。通常、プラズマが、スパッタリングターゲットが中に配置される真空チャンバ内に形成される。例えば、回転スパッタリングターゲットが使用されることがある。通常、回転スパッタリングターゲットは円筒形状を有し、その長手方向軸を中心として回転する。スパッタリングターゲットは、マグネトロンを中に配することができるバッキングチューブに配置される。マグネトロンは、直流で駆動されることも交流で駆動されることもある。マグネトロンは、真空チャンバ内にプラズマを作り出すために使用される。
【０００６】
通常、磁石構成体または回転カソードがバッキングチューブ内に配置される。磁石構成体は、内側磁石要素と、この内部磁石要素の周りに配置された外側磁石要素とを含む。スパッタリングシステムの動作時、プラズマは、磁界がターゲット表面と概して平行である内側磁石要素と外側磁石要素の間の、例えばコーティングされるべき基板がターゲット要素の上に置かれている場合にはターゲット要素の上の、ある容積内に閉じ込められる。通常、この領域は、プラズマが磁石構成体の長い側面に沿った２つの直線部分と、磁石構成体の両端部の湾曲部とで閉ループを形成するので、「レーストラック」と呼称されることがある。磁石要素の典型的な構成体は、レーストラックカーブまたはプラズマ折返し部とも呼称される、磁石構成体の特に長手方向の端部で不平衡の状態になる。外側位置にはより多くの磁気質量があるので、プラズマは、カソード表面上方の高さに依存して内側磁石の方へ移動または転置される。これは、磁石要素上方の高さに関して、プラズマ折返し部に安定した位置がないことを意味する。より厚いターゲットは、ターゲットの長手方向の端部での再堆積で、より短いレーストラック、したがってより大きいゾーンを有することになる。
【発明の概要】
【０００７】
上記に鑑みて、独立請求項１による磁石構成体、請求項１２によるターゲットバッキングチューブ、請求項１４による円筒形回転式ターゲット、および請求項１５によるスパッタリングシステムが提供される。
【０００８】
一態様によれば、スパッタリングシステム用の磁石構成体が提供され、この磁石構成体は、スパッタリングシステムの回転式ターゲット用のターゲットバッキングチューブに適合され、第１の軸に沿って延びる第１の磁石要素と、第１の磁石要素の周りで第１の平面に対して対称に配置された第２の磁石要素とを含み、第２の磁石要素は、第１の平面と交差する少なくとも１つの磁石区域を含み、この少なくとも１つの磁石区域の磁気軸は、第１の軸と直交する第２の平面に対して傾斜している。
【０００９】
第１の軸に沿って延びる第１の磁石要素は、第１の軸の方向の長さが、第１の軸を横切る方向、例えば第１の軸と直交する方向よりも長い。例えば、第１の軸の方向の長さは、０．５ｍよりも大きく、例えば２ｍよりも大きく、特に３．５ｍよりも大きいことがある。通常、第１の軸は、第１の磁石要素の長手方向軸である。
【００１０】
通常、第２の磁石要素は、第１の磁石要素の周りにリングを形成する。例えば、磁石要素の上から見た図では、第２の磁石要素は第１の磁石要素を取り囲む。例えば、磁石要素の上から見た図とは、第１の軸と直交し第１の平面の上にある直線の方向に見た図であり得る。
【００１１】
通常、磁石構成体は平衡しており、特に第１の軸の方向において第１の磁石要素の各端部の少なくとも１つで平衡している。本明細書で開示される諸実施形態によれば、第１の軸の方向の再堆積のゾーンは、厚さが異なる各ターゲット要素で実質的に同じになる。それゆえに、ターゲット材料は、スパッタリング処理中によりよく使用される。
【００１２】
一実施形態では、第２の磁石要素は、第１の軸と平行に延びる２つの第１の磁石部分を有する。一実施形態では、これらの第１の磁石部分の磁気軸が配置される直線は、第１の平面に対して傾斜していることがある。例えば、第１および第２の磁石要素は、半円形または半楕円形の表面に配されることがある。
【００１３】
一実施形態では、磁石区域の磁気軸は、第２の平面に対して約４５度よりも大きい、特に６０度よりも大きい、例えば８０度よりも大きい傾き角を有する。
【００１４】
本明細書に開示された他の実施形態と組み合わせることができるさらなる一実施形態によれば、磁石区域の磁気軸は、実質的に平衡した磁石構成体を特に得るために、第１の磁石要素から離れる方に傾斜している。
【００１５】
典型的な一実施形態では、第１の軸は第１の平面内にある。
【００１６】
例えば、一実施形態では、磁石区域の磁気軸が、第１の磁石要素、特に第１の軸と実質的に平行に配され、または延びる第２の磁石要素の第１の磁石部分の磁気軸に対して、約４５度よりも大きい、特に６０度よりも大きい、例えば８０度よりも大きい傾き角を有する。特に磁石区域の磁気軸は、外側の方向に、第１の磁石要素と実質的に平行に配され、または延びる第２の要素の第１の磁石部分から離れる方に、傾斜している。
【００１７】
本明細書に開示された他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態によれば、磁石区域が第１の平面の両側に対称的に延びる。
【００１８】
例えば、一実施形態では、磁石区域の形状が、実質的にＵ形、実質的にＶ形、半円、円弧、および棒からなる群から選択される。
【００１９】
一実施形態では、磁石区域が、第１の軸と直交すると共に第１の磁石要素の磁気軸と直交する方向で、例えば第１の平面の垂線の方向で、第２の磁石要素の長さの少なくとも３０パーセント、特に少なくとも５０パーセントと一致する。
【００２０】
例えば、他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、第１の磁石要素は、第１の軸の方向に第１の端部と、第１の端部の反対側に第２の端部とを有し、少なくとも１つの磁石区域は、第１の磁石要素の第１の端部および／または第２の端部で、第１の軸と平行に延びる第２の磁石要素の第１の磁石部分を接続する。
【００２１】
いくつかの実施形態では、第１の磁石要素は、第１の軸の方向に第１の端部と、第１の端部の反対側に第２の端部とを有し、第２の磁石要素は、第１の軸と平行に延びる第１の磁石部分と、第１の端部および／または第２の端部で第１の磁石部分を接続する第２の磁石部分とを含み、第２の磁石部分は磁石区域を含む。
【００２２】
一実施形態では、第２の磁石要素は２つの磁石区域を含む。
【００２３】
さらなる一態様では、スパッタリングシステムの回転式ターゲット用のターゲットバッキングチューブが提供され、ターゲットバッキングチューブは長手方向軸を有し、かつ本明細書に開示された実施形態のうちの１つによる磁石構成体を収容し、第１の軸はバッキングチューブの長手方向軸と平行である。
【００２４】
典型的な一実施形態では、ターゲットバッキングチューブが中に配置されるように適合された真空チャンバ内のターゲットバッキングチューブの、特に第１の軸の方向の長手方向の長さは、第１および／または第２の磁石要素の長手方向の長さと実質的に一致する。
【００２５】
例えば、一実施形態では、少なくとも１つのターゲット円筒体がターゲットバッキングチューブの周りに配置される。
【００２６】
さらなる一態様によれば、スパッタリングシステム用の円筒形回転式ターゲットが提供され、この円筒形回転式ターゲットは長手方向軸を有し、かつ請求項１ないし１１のうちの一項に記載の磁石構成体を収容し、第１の軸はバッキングチューブの長手方向軸と平行である。
【００２７】
さらなる一態様によれば、スパッタリングシステムが、本明細書に開示された一実施形態による真空チャンバおよび少なくとも１つの円筒形回転式ターゲットを含めて提供され、この円筒形回転式ターゲットは真空チャンバ内に配置される。
【００２８】
本発明のさらなる態様、利点および特徴は、特許請求の範囲、説明および添付の図面から明らかになる。
【００２９】
ベストモードを含む完全で実施可能な開示が当業者に対し、添付の図を参照することを含めて、本明細書の残りの部分でより具体的に示される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】スパッタリングシステムの一実施形態の概略断面図である。
【図２】磁石構成体の一実施形態の概略断面図である。
【図３】磁石構成体の別の実施形態の概略断面図である。
【図４】プラズマを発生させる平衡磁石構成体の一実施形態の概略断面図である。
【図５】プラズマを発生させる不平衡磁石構成体の一実施形態の概略断面図である。
【図６】プラズマを発生させる不平衡磁石構成体の別の実施形態の概略断面図である。
【図７】磁石構成体の長手方向端部にプラズマを発生させる不平衡磁石構成体の一実施形態の長手方向の概略断面図である。
【図８】磁石構成体までが第１の距離Ｉにおけるプラズマの位置を表示する、図７の磁石構成体の上からの概略図である。
【図９】磁石構成体までが第１の距離Ｉより大きい第２の距離ＩＩにおけるプラズマの位置を表示する、図７の磁石構成体の上からの概略図である。
【図１０】プラズマを発生させる平衡磁石構成体の一実施形態の長手方向の概略断面図である。
【図１１】プラズマを発生させる平衡磁石構成体の一実施形態の上からの概略図である。
【図１２】プラズマを発生させる平衡磁石構成体の別の実施形態の上からの概略図である。
【図１３】プラズマを発生させる平衡磁石構成体のさらなる実施形態の上からの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
次に、１つまたは複数の例が各図に図示されている様々な実施形態を詳細に参照する。各例は説明として提示され、限定を意味するものではない。例えば、一実施形態の一部として図示または説明されている特徴は、さらに別の実施形態が得られるように他の諸実施形態に用いる、または他の諸実施形態と一緒に用いることができる。本開示は、このような修正形態または変形形態を含むものである。
【００３２】
別々の図全体を通して似ているまたは類似の要素が同じ参照番号で指定されている各図面を参照すると、図１は、真空チャンバ１１０を有するスパッタリングシステム１００の概略断面図を示す。真空チャンバは入口ポート１１２を有し、これは、スパッタリングガスを真空チャンバ１１０の中に供給するのに使用することができ、出口（押出し）ポート（図示せず）を含むことがある。真空チャンバは、真空チャンバ壁１１４によって限界が設けられている。典型的な実施形態では、スパッタリングシステム１００は、２つの回転円筒形ターゲットアセンブリ１２０ａ、１２０ｂを含む。図１の断面は、円筒形ターゲットアセンブリの回転軸と直交する平面内にある。
【００３３】
本明細書に開示された他の諸実施形態と組み合わせることができる他の諸実施形態では、スパッタリングシステムは、１つ、３つ、または４つ以上の円筒形ターゲットアセンブリを含み得る。本明細書に開示された他の諸実施形態と組み合わせることができる典型的な一実施形態では、回転円筒形ターゲットアセンブリ１２０ａ、１２０ｂは、図１に示されていないドライバアセンブリによって駆動される。回転円筒形ターゲットアセンブリ１２０ａ、１２０ｂはそれぞれ、磁石構成体１２４ａ、１２４ｂが中に配置されているバッキングチューブ１２２ａ、１２２ｂを含む。さらに、円筒形ターゲット要素１２６ａ、１２６ｂがバッキングチューブ１２２ａ、１２２ｂの周りに配置される。例えば、円筒形ターゲット要素１２６ａ、１２６ｂは、それぞれのバッキングチューブ１２２ａ、１２２ｂに接合されないことがある。例えば、円筒形ターゲット要素１２６ａ、１２６ｂは、使い果たされた後に交換することができる。図１には、水平回転円筒形ターゲットアセンブリが示されている。本明細書に開示された他の諸実施形態と組み合わせることができるいくつかの実施形態では、垂直円筒形ターゲットアセンブリが使用されることがある。本明細書に開示された他の諸実施形態と組み合わせることができるいくつかの実施形態では、磁石構成体１２４ａ、１２４ｂは円筒形ターゲット要素内に、特にバッキングチューブなしで配置されることがある。その場合、円筒形ターゲット要素は、円筒形ターゲット要素をその長手方向軸の周りに回転させる駆動機構に接続される。
【００３４】
さらに、真空チャンバ１１０内には、基板１３０が円筒形ターゲットアセンブリ１２０ａ、１２０ｂの下方に配置される。基板１３０は、本明細書に開示された他の諸実施形態と組み合わせることができる典型的な一実施形態で、基板支持体１３２の上に配されることがある。動作時、プラズマが、スパッタリングガスを励起することによって、真空チャンバ１１０内部の円筒形ターゲットアセンブリと基板の間に形成される。典型的な一実施形態では、スパッタリングガスはアルゴンを含む。さらなる諸実施形態では、真空チャンバは、コーティングされるべき基板１３０を真空チャンバ１１０に入れたり出したりする基板駆動システムを含み得る。その理由で真空チャンバは、真空チャンバ１１０の壁内に配置された真空ロックチャンバを含むことがある。本明細書に開示された他の諸実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、円筒形ターゲットアセンブリ１２０ａ、１２０ｂの各回転軸は実質的に平行である。
【００３５】
通常、磁石構成体１２４ａ、１２４ｂは、これらが中に配置されるバッキングチューブ１２２ａ、１２２ｂの長手方向の長さと平行に延びる、例えばバッキングチューブ１２２ａ、１２２ｂの長手方向軸または回転軸と平行に延びる、細長い構造物を有する。例えば、それぞれの磁石構成体は対称面Ａを有する。例えば、バッキングチューブ１２２ａ、１２２ｂの回転軸は、その対称面内にある。通常、磁石構成体１２４ａ、１２４ｂは、バッキングチューブと実質的に同じ長さを有する。例えば、磁石構成体は、真空チャンバ１１０内のバッキングチューブおよび／またはターゲット要素の一部分の長手方向の長さの約８０％以上、例えば９０％以上の長さを有し得る。
【００３６】
図２は、ターゲットバッキングチューブ用の磁石構成体２００の一実施形態の断面を示す。通常、大面積コーティングシステム用のマグネトロンは、諸実施形態で、図２〜１３に示される磁石構成体を有し得る。その断面は、対称面と直交すると共に第１のマグネット要素２１０の長手方向軸と直交する面内にある。第１の磁石要素２１０は、磁石構成体２００の長手方向軸すなわち第１の軸に沿って延びる。通常、図２の断面は図１の断面と一致する。磁石構成体は、対称面Ａに対し対称である。対称面Ａはまた、第１の面Ａと称されることもある。通常、バッキングチューブ１２２ａ、１２２ｂ内に装着された場合、バッキングチューブ１２２ａ、１２２ｂの回転軸は対称面Ａ上にある。磁石構成体２００は、本明細書に開示された他の諸実施形態と組み合わせることができる一実施形態で、半円筒形面２０８付きの部分を有する基体２０２を含み得る。一実施形態では、基体２０２は、コーティングされるべき基板１３０に半円筒形面２０８が向き合うように真空チャンバのバッキングチューブの中に配される。
【００３７】
本明細書の他の諸実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、第１の磁石要素２１０および第２の磁石要素２２０は、半円筒形面２０８上に配置される。第１の磁石要素２１０は、対称面上にある第１の軸Ｘに沿って延びる。典型的な一実施形態では、第１の軸Ｘは、図１に示された円筒形ターゲットアセンブリの回転軸と平行である。第２の磁石要素２２０は、第１の磁石要素２１０の周りに配置される。例えば、第２の磁石要素は、それぞれが第１の軸Ｘと平行に延びる２つの磁石部分２２４、２２５を有する。
【００３８】
第１および第２の磁石要素２１０、２２０は通常、複数の磁石を含み、これらは１つずつ配列されて第１および第２の磁石要素２１０、２２０を形成する。他の諸実施形態では、第１および第２の磁石要素２１０、２２０は、単一の磁石で形成されることがある。
【００３９】
各磁石要素は、それぞれの場所でそれぞれの磁気軸２１２、２２２を有する。便宜上、これらの磁気軸は、それぞれの磁石要素２１０、２２０内でＳ極からＮ極に向けて示されている。通常、本開示の諸実施形態による磁気軸は、ある方向を有する。すなわち、バッキングチューブおよびターゲット要素と向き合う磁石要素２１０、２２０の各極は、第１の軸Ｘと直交する断面内に交互に配置される。例えば、第２の磁石要素のＮ極は、ターゲット要素およびコーティングされるべき基板と向き合い、第１の磁石要素のＳ極は、ターゲット材料およびコーティングされるべき基板と向き合う。通常、第１の軸Ｘと平行に延びる第２の磁石要素の部分２２４、２２５の磁気軸は、第１の平面Ａに対して傾いている。通常、第１の磁石要素の磁気軸は、コーティングされるべき基板のコーティングされる表面の垂線と平行に配される。
【００４０】
図３は、磁石構成体の第１の平面Ａと直交すると共に、第１の磁石要素３１０の長手方向軸と一致する第１の軸Ｘと直交する断面で、磁石構成体のさらなる実施形態を示す。同じ参照番号が１００だけ増されて図２のものと同じ特徴を指し示す。磁石構成体３００は、２つの磁石要素３１０、３２０、つまり基体３０２上に配置された第１の磁石要素３１０および第２の磁石要素３２０を含む。基体は、コーティングされるべき基板に向けられる実質的に平坦な表面３０８を有する。典型的な一実施形態では、前記表面３０８は、コーティングされるべき基板のコーティングされる表面と平行である。各磁石要素は、図３に示される第１の軸と直交する断面内で、第１の磁石要素３１０の磁気軸３１２が第２の磁石要素３２０の磁気軸３２２と逆平行になるように、基体３０２の表面３０８上に配される。
【００４１】
図４、５および６は、平衡および不平衡磁石構成体の磁石要素によって生成されるプラズマの構成を説明するために使用される。特に図４、５および６は、第１の磁石要素が並行して延びる第１の軸Ｘと直交する断面を示す。
【００４２】
図４は、図３の磁石アセンブリと類似の２つの磁石を含む磁石構成体を示す。同じ特徴は、同じ参照番号が１００だけ増されて指定されている。
【００４３】
さらに、ターゲット要素４８０およびコーティングされるべき基板４６０も示される。図を簡単にするために、図４、５および６では、ターゲット要素は実質的に平面の表面を有して示される。しかし、回転ターゲットアセンブリに使用されるターゲット要素は普通、実質的に円筒形である。
【００４４】
さらに図４では、第１の磁石要素と第２の磁石要素の間に磁界が示される。通常、スパッタリングシステムの動作時、プラズマがターゲット４８０とコーティングされるべき基板４６０との間に生成される。プラズマは、ターゲット４８０の上を方向４４６で見ると、閉ループを形成する（図８および図９も参照）。すなわち、図４では、プラズマ４４０ａ、４４０ｂの断面だけが示されている。図を簡単にするために、プラズマは、図４では長方形の断面で示される。実際にはプラズマは、このような理想的な長方形の形状を持たない。プラズマは、図４の断面図で、プラズマが最高密度を有する位置に沿って延びる基準曲線４４４ａ、４４４ｂを有する。
【００４５】
通常、プラズマ４４０ａ、４４０ｂは、磁石構成体４００とコーティングされるべき基板４６０との間に位置する。
【００４６】
図で分かるように、第１および第２の磁石要素４１０、４２０の磁界の磁力線は接線４４２ａ、４４２ｂ、４４２ｃを有し、これらは、コーティングされるべき基板４６０と向き合うターゲット４８０の表面と実質的に平行である。さらに、ターゲット要素４８０の表面と実質的に平行な接線４４２ａ、４４２ｂ、４４２ｃを有する磁界の各点が直線上に配置される。磁界線が実質的に平行な接線を有するこれらの位置で、プラズマは最高密度を有する。言い換えると、プラズマは、直線または基準曲線４４４ａ、４４４ｂに沿って延びる最高密度を有する。
【００４７】
平衡磁石要素の場合、プラズマが最高密度を有するところの基準曲線は、図４に示されるコーティングされるべき基板４６０と向き合うターゲット要素４８０の表面と実質的に直交する直線４４４ａ、４４４ｂと一致する。平衡円筒形ターゲットの場合、基準曲線４４４ａ、４４４ｂは直線であり、互いに傾いており（図を簡単にするために図示せず）、各基準曲線４４４ａ、４４４ｂが、プラズマの一部分がターゲット要素に最も近いところであるターゲット要素の表面のそれぞれの接線と実質的に直交する。
【００４８】
プラズマが、ターゲット表面に垂直の同じ位置で内側磁石要素と外側磁石要素の間に集束したままである場合、マグネトロンは平衡していると呼称される。
【００４９】
外側磁石要素が内側磁石要素よりもずっと強い場合、プラズマは、内側磁石の方により集束することになる。内側磁石構成体が外側磁石要素よりも強い場合、プラズマは、外側領域の方により集束することになる。これら２つの状態は通常、不平衡マグネトロンと呼ばれる。マグネトロンと磁石アセンブリは、本開示では交換可能に用いられる。
【００５０】
図５および図６は、不平衡磁石構成体をそれぞれ有する磁石要素５００および６００を示す。同じ特徴は、図４と同じ参照番号が図５では１００だけ増され、図６では２００だけ増されて指定されている。
【００５１】
図５で第１の磁石要素５１０は、第２の磁石要素４２０よりも大きい磁気質量を有する。すなわち、磁界がターゲット要素と実質的に平行な接線を有するところの各位置は互いに移動され、その結果、コーティングされるべき基板と向かい合うターゲット要素５８０の表面と実質的に平行な磁界の接線の各点をつなぐ基準曲線は、ターゲット要素５８０の表面に対し９０度とは異なる角度を有することになる。言い換えると、プラズマが最高密度を有するところの基準曲線５４４ａ、５４４ｂは、ターゲットまでの距離が増加すると外側に動く。
【００５２】
言い換えると、円筒形ターゲットの場合、基準曲線は、生成されたプラズマの一部分がターゲット要素に最も近いところの、ターゲット要素の軸およびターゲット要素の表面部分を通って半径方向に延びる直線上には配置されない。
【００５３】
基準曲線５４４ａ、５４４ｂ、６４４ａ、６４４ｂは、図５および図６では直線として示されている。しかし、プラズマが最高密度を有するところの基準曲線５４４ａ、５４４ｂ、６４４ａ、６４４ｂは、特に不平衡磁石構成体の場合には、湾曲または屈曲した形状もまた有し得る。磁界の実質的に平行な各接線の点をつなぐ直線５４４ａおよび５４４ｂは、プラズマが最高密度を有するところのプラズマ５４０ａおよび５４０ｂの各点と一致する。特に、プラズマ５４０ａ、５４０ｂの基準曲線５４４ａ、５４４ｂは、平面ターゲット要素の場合には第１の平面Ａに対して傾斜または屈曲しており、円筒形ターゲット要素の場合には、生成されたプラズマの一部分がターゲット要素に最も近く、表面の部分がコーティングされるべき基板と向き合うところの、ターゲット要素の表面の一部分の垂線に対して傾斜または屈曲している。
【００５４】
図６は、第１の磁石要素６１０よりも大きい磁気質量を有する第２の磁石要素６２０を含む磁石構成体の一実施形態を示す。すなわち、スパッタリングアセンブリの動作時、プラズマ６４０ａ、６４０ｂは、プラズマがその最高密度を有するところに基準曲線６４４ａ、６４４ｂを有し、この基準曲線は、円筒形ターゲット要素の場合には、生成されたプラズマの一部分がターゲット要素に最も近いところの、ターゲット要素の表面の一部分の垂線に対して（この表面の部分はコーティングされるべき基板６６０と向き合う）、または平面ターゲット要素の場合には第１の平面Ａに対して、内側に屈曲または傾斜している。
【００５５】
不平衡磁石構成体の場合、すなわち、生成されたプラズマの一部分がターゲット要素に最も近いところの、ターゲット表面またはターゲット要素の一部分に対して傾斜した基準曲線６４４ａ、６４４ｂを有するプラズマの場合、ターゲット要素５８０、６８０の表面に対するプラズマの位置は、ターゲット要素５８０、６８０の厚さに依存し得る。このことは、ターゲット材料の不均一な堆積または不均一な使用量につながり得る。
【００５６】
図７は、円筒形ターゲットアセンブリの従来の磁石構成体７００の第１の平面Ａおよび第１の軸Ｘに沿った断面を示す。図８および図９はそれぞれ、図４の方向４４６と一致する、図７の磁石構成体の上からの図を示し、磁石構成体７００までが第１の距離Ｉのプラズマの位置（図８）と、磁石構成体７００までが第２の距離ＩＩのプラズマの位置（図９）とを表示しており、第２の距離ＩＩは第１の距離Ｉよりも大きい。同じ特徴は、図４と同じ参照番号が３００だけ増されたもので表示されている。
【００５７】
図７、８および９は、磁石構成体によって生成されたプラズマ７４０、７４０ａ、７４０ｂを示す。さらに、ターゲット要素７８０が図７に示される。図７には、プラズマ７４０ａ、７４０ｂの位置だけが図示されており、磁界の磁力線がない。図８および図９は、プラズマがリングを形成することを示す。これはまた、レーストラックとも呼称される。
【００５８】
磁石構成体は、磁石構成体７００の第１の軸すなわち長手方向軸Ｘの方向に、第１の端部７０４および第２の端部７０６を有する。第２の磁石要素７２０は、第１の磁石要素７１０と実質的に平行に配される２つの第１の磁石部分と、磁石要素の２つの第１の磁石部分７２４と７２５を接続する２つの第２の磁石部分７２６、７２７とを含む。磁石構成体の第１および第２の端部７０４、７０６はまた、磁石構成体または磁石アセンブリの折返し部分と呼称されることもある。磁石構成体の折返し部分が不平衡になっている理由は、折返し部では、外側の第２の磁石要素が内側の第１の磁石要素よりもずっと大きい磁気質量を有するためである。特に、第２の磁石要素の第２の磁石部分７２６、７２７は、第１の磁石要素７１０の端部よりも大きい磁気質量を第１の軸Ｘの方向に有する。すなわち、動作時、プラズマがその最高密度を有するところのプラズマの基準曲線７４４ａ、７４４ｂは、第１の面Ａ内でターゲット要素７８０の表面に対して傾斜または湾曲している。すなわち、図９および図１０に図示されているように、これらの図では、プラズマ７４０の断面が異なる磁石アセンブリまでの距離で示され、具体的には図７に示された第１の距離Ｉおよび第２の距離ＩＩで示されている。例えば、コーティングされるべき基板に向けられたターゲット要素７８０の表面は、第１の距離Ｉおよび第２の距離ＩＩのところに配することができる。
【００５９】
図８では、プラズマ７４０は薄いターゲットの表面上に示され、図１０では、プラズマ７４０は厚いターゲットの表面上に示される。第１の磁石要素７１０の長手方向の第１の端部７０４および第２の端部７０６で分かるように、第１の軸Ｘの方向のプラズマ７４０の長さは、厚いターゲットの表面上の方が、図９に示される薄いターゲットの表面上よりも短い。すなわち、堆積処理中に基板が使用または消耗される場合、基板は、回転式ターゲットの全幅にわたって均一に使用されない。すなわち、ターゲットの一部分が使用されないことがあり、あるいはターゲット７８０の材料の堆積がより不均質になることがある。
【００６０】
図１０および図１１に磁石構成体８００が示されており、図では、図８、９および１０に示された実施形態と比べて、同じ特徴に対する同じ参照番号が１００だけ増やされて指定されている。図１０はさらに、対称平面Ａ内の磁石構成体８００の断面を示す。図１２に、ターゲット要素の側より磁石構成体８００の上からのそれぞれの図が示される。典型的な一実施形態では、第１および第２の磁石要素は、実質的に同じサイズをそれぞれが有する複数の磁石を含む。他の諸実施形態では、磁石アセンブリは、第１の磁石要素用または第２の磁石要素用に特に製造されることがある。
【００６１】
第１の磁石要素８１０は、図７、８および９に示された磁石構成体と同様に配される。第２の磁石要素８２０は複数の部分、つまり第１の磁石要素８１０と実質的に平行に配された第１の磁石部分８２４、８２５と、それぞれ、磁石構成体の第１の軸Ｘの方向の端部８０４、８０６にある第２の磁石部分８２６、８２７とを有する。第１の軸Ｘは通常、第１の磁石要素の長手方向軸と一致する。第２の磁石要素８２０の第２の磁石部分８２６、８２７は、第２の磁石要素８２０の第１の磁石部分８２４と８２５を接続している。さらに、第１の磁石部分８２４、８２５は、第１の平面Ａに対して対称に配される。第２の磁石部分８２６、８２７は、第１の平面および第１の軸Ｘの上に配置される。図１０で分かるように、第２の磁石部分８２６、８２７は磁気軸８２２を有し、これは、第１の軸Ｘと直交する、および／または第１の磁石要素に対して直交する第２の面Ｂに対して９０°の角度で外側に傾斜している。さらに、磁気軸８２２は、第２の磁石要素８２０の第１の磁石部分８２４、８２５の磁気軸に対して外側に９０°だけ傾斜している。他の諸実施形態では、第１の軸Ｘ上にある第２の磁石要素８２０の第２の磁石部分８２６、８２７の磁気軸８２２の傾斜角は、第１の軸と直交する、および／または第１の磁石要素と平行に延びる第２の磁石要素８２０の第１の磁石部分８２４、８２５の磁気軸と直交する、第２の平面Ｂに対して４５度よりも大きく、特に６０度よりも大きく、例えば９０度よりも大きいことがある。いずれの場合でも、第１の軸Ｘと直交する、および／または第１の磁石部分８２４、８２５における第２の磁石要素の磁気軸と直交する、第２の平面Ｂに対する角度は、磁石構成体の第１の端部８０４および第２の端部８０６で平衡磁石構成体が第１の軸Ｘの方向に得られるように選択される。他の諸実施形態では、完全ではない第２の磁石部分は、第２の磁石部分８２６、８２７に含まれる第２の磁石要素８２０の区域を除いて、第１の軸と直交する第２の平面Ｂに対して傾斜した磁気軸を有する。
【００６２】
すなわち、図１０および図１１による磁石構成体は、第１の端部および第２の端部８０４、８０６で平衡しており、その結果、プラズマがその最高密度を有するところのプラズマの基準曲線８４４ａ、８４４ｂが、磁石構成体８００の動作時に、コーティングされるべき基板と向き合うターゲット要素８８０の表面と実質的に垂直になり、および／または第１の平面Ａ内の第１の軸Ｘと直角になる。すなわち、平衡磁石構成体が、磁石構成体の端部８０４、８０６にある第２の磁石部分８２６、８２７を特に第１の磁石部分８２４、８２５にある第２の磁石要素８２０の磁気軸に対して外側に傾斜させることによって提供される。プラズマは、スパッタリング装置の動作時に、別々のターゲットの厚さで、または磁石構成体まで別々の距離で、ターゲット表面に対し垂直な同じ位置にとどまる。通常、回転ターゲットアセンブリでは、第１の平面は回転軸を横切る。
【００６３】
本明細書に開示された他の諸実施形態と組み合わせることができる典型的な諸実施形態では、第１の磁石要素と第２の磁石要素で同じ磁石を使用することができる。
【００６４】
諸実施形態では、プラズマ折返し位置に傾斜した磁石があるスパッタマグネトロン用の磁石構成体を開示する。その利点は、プラズマが、同じレーストラック曲がり位置を異なるターゲット厚さで有することである。これは、回転マグネトロンにも平面マグネトロンにも当てはまる。さらなる利点は、プラズマが、端部磁石と対称平面内の一区域の内部磁石との間ではなく、端部磁石の最上部に位置することである。このことにより、同じ長さの磁石アセンブリで、第２の磁石部分８２６、８２７の傾斜した端部磁石、または第１の軸上の第２の磁石要素の一区域の場合に、プラズマがより大きいターゲット表面をカバーするという利点がもたらされる。
【００６５】
例えば、磁石構成体の第１の端部８０４および第２の端部８０６で対称平面上に配されている磁石区域の磁気軸は、磁石構成体の長手方向軸と直交する平面に対して、約４５°よりも大きい傾き角、特に６０°よりも大きい、例えば８０°よりも大きい傾き角を有し得る。
【００６６】
図１２および図１３はそれぞれ、図１２の磁石構成体９００および図１３の磁石構成体１０００の、異なる折返し部分すなわち第２の磁石部分９２６、９２７、１０２６、１０２７を示す。それぞれの磁石構成体９００、１０００は、磁石構成体９００、１０００の対称平面Ａ上にある第１の軸Ｘに沿って延びる第１の磁石要素９１０、１０１０を含む。第２の磁石要素９２０、１０２０が第１の磁石要素９１０、１０１０の周りに配される。図１０および図１１の図面と同じ参照番号が、同じ特徴に対し図１２では１００だけ増やされ、図１３では２００だけ増やされて用いられている。
【００６７】
図１２では、第２の磁石要素９２０の折返し部分すなわち第２の磁石部分９２６、９２７は、磁石構成体の上から見て、つまり第１の平面内の第１の軸と直交する方向に見て半円または半楕円の形状を有する。第２の磁石要素９２０の第２の磁石部分９２６、９２７の磁気軸は、図１０および図１１に示された、先の実施形態と同様に傾斜している。他の諸実施形態では、第２の磁石部分９２６、９２７それぞれだけが、特に第１の軸Ｘおよび／または第１の平面Ａの上にある一区域を含み、この区域は、第１の軸と直交する、および／または第２の磁石要素９２０の第１の磁石部分９２４、９２５の磁気軸と直交する平面に対して傾斜している磁気軸を有する。
【００６８】
図１３で、第２の磁石要素１０２０の第２の磁石部分１０２６、１０２７はそれぞれ、磁石構成体１０００の第１および第２の端部１００４、１００６に複数の単磁石１０２８を含む。例えば、図１３に示されるように、第２の磁石部分１０２６、１０２７はそれぞれ、５つの単磁石１０２８から成る。他の諸実施形態では、第２の磁石部分は、５つの単磁石１０２８よりも多い、例えば７つ、または９つ以上の単磁石１０２８から成る。典型的な諸実施形態では、単磁石１０２８の個数は奇数である。通常、第２の磁石要素８２０の折返し部分を形成するために単磁石１０２８は、第２の磁石部分１０２６、１０２７が、第１の平面内の第１の軸と直交する方向に見て実質的にＶ形になるように配される。
【００６９】
典型的な一実施形態では、最も外側の単磁石１０２８、すなわち第２の磁石部分１０２６、１０２７の第１の軸Ｘの方向の末端にある単磁石１０２８は、第１の軸Ｘ上に配置される。最も外側の磁石１０２８の磁気軸は、磁石構成体１０００の第１の端部１００４および第２の端部１００６で平衡磁石構成体が得られるように、第１の軸Ｘと直交する平面に対して傾斜している。他の諸実施形態では、第２の磁石部分１０２６、１０２７の他の磁石の磁気軸は、第１の軸と直交する第２の平面Ｂに対して、および／または第２の磁石要素１０２０の第１の磁石部分１０２４、１０２５の磁気軸に対して、傾斜していることがある。一実施形態では、それぞれの単磁石１０２８の傾斜は、長手方向軸Ｘと直交する第２の平面Ｂに対して、および／または第２の磁石要素１０２０の第１の磁石部分１０２４、１０２５の磁気軸に対して、異なることがある。
【００７０】
典型的な一実施形態では、コーティングされるべき基板の表面の垂線は、第１の平面Ａと平行である。
【００７１】
通常、第２の要素は諸実施形態で小さな間隙を有し得るが、これらの間隙は、プラズマが連続レーストラックを形成するように、ある形状を有する。
【００７２】
本明細書では、ベストモードを含めて本発明を開示するために、また当業者が、任意のデバイスまたはシステムを製作および使用すること、ならびに任意の合体した諸方法を実施することを含めて、記載された主題を実践できるようにするために、諸例を用いている。様々な特定の諸実施形態を上記で開示したが、当業者には、特許請求の趣旨および範囲で、等しく効果的な修正形態が可能であることが理解されよう。殊に、上述の諸実施形態の相互に非排他的な特徴は、互いに組み合わせることができる。特許性のある範囲は、特許請求の範囲で定義されていると共に、このような修正形態、および当業者に想起される他の諸例を含み得る。このような他の諸例は、これらが特許請求の範囲の文字通りの言葉と相違しない構造要素を有する場合、または特許請求の範囲の文字通りの言葉とは実質的な違いがない等価の構造要素を有する場合には、特許請求の範囲内にあるものとする。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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