(57)【要約】  矩形スパッタターゲット（１６）の背面に配置され、ターゲットに近接するプラズマトラックに対応して、間にギャップを形成するように配置された反対の極性の磁石（１６４）を有し、プラズマを強化して、ターゲットからスパッタされた材料を矩形パネル（１４）にコートさせる矩形マグネトロン（１６０）。ギャップは、蛇行又は螺旋形状を有する閉鎖ループで延在している。マグネトロンは、ターゲットより幾分小さなサイズであり、ターゲットの２つの垂直な方向に走査される。走査長は、例えば、２ｍのターゲットについては、約１００ｍｍである。走査は、ターゲット側部及び２つの接続対角に平行な２つのリンクに沿って、二重Ｚパターンに従う。チャンバ壁（２７６）で垂直にスライドするガントリ（３６４）からスライド可能に懸架されており、外部アクチュエータ（４１６）は、２次元パスに沿ってマグネトロンを動かす。
2009503255.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略矩形の外形を有する面にあるスパッタリングマグネトロンであって、前記面に垂直な一方の磁極の外側磁極と、他方の磁極の内側磁極であって、前記外側磁極に取り巻かれた内側磁極と、その間のギャップとを含み、前記ギャップが、前記面内の点周囲の３回以上のラップで形成された閉鎖ループを形成するように、前記磁極が配置されているスパッタリングマグネトロン。
【請求項２】
閉鎖ループが、５回以上の前記ラップで形成されている請求項１記載のマグネトロン。
【請求項３】
前記閉鎖ループが、５つ以上のトラックを提供し、これらを前記マグネトロンの中心から外側に放射しているラインが横断する請求項１記載のマグネトロン。
【請求項４】
前記ループが褶曲されて、褶曲ループを形成し、前記褶曲ループが、２回以上のラップにより、前記点周囲でラップされている請求項１記載のマグネトロン。
【請求項５】
前記内側及び外側磁極を形成する反対の極性の磁石を含み、前記マグネトロンの中央部分の前記磁石が、その外側の部分の前記磁石よりも実質的に強い請求項１〜４のいずれか１項記載のマグネトロン。
【請求項６】
走査機構であって、前記ループにおける前記ギャップの平行部分の分離と少なくとも同じ距離にわたって、２次元の夫々に延在するパターンで、前記マグネトロンを走査する走査機構を含む請求項１〜４のいずれか１項記載のマグネトロン。
【請求項７】
請求項１〜４のいずれか１項記載の前記マグネトロンを含むスパッタリングリアクタで実施されるスパッタリング方法。
【請求項８】
前記ループにおける前記ギャップの平行部分の分離と少なくとも同じ距離について、２つの垂直な方向に延在するパターンにわたって、前記マグネトロンを走査することを含む請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記ギャップが、前記面内の点周囲の３回以上の螺旋ラップで形成された閉鎖ループを形成するように、前記磁極が配置されている請求項１記載のスパッタリングマグネトロン。
【請求項１０】
前記閉鎖ループが、５回以上の前記ラップで形成されている請求項９記載のマグネトロン。
【請求項１１】
前記閉鎖ループが、５つ以上のプラズマトラックを提供し、これらを前記マグネトロンの中心から外側に放射しているラインが横断する請求項９記載のマグネトロン。
【請求項１２】
スパッタリングマグネトロンであって、
強磁性バックプレートと、
少なくとも２つの非磁性リテーナであって、磁石を収容するためにその間に形成された回旋ギャップを設けて、前記バックプレートに固定された非磁性リテーナとを含み、前記ギャップが、回旋パターンで配置された閉鎖ループを形成する、スパッタリングマグネトロン。
【請求項１３】
前記ラップされた閉鎖ループが、前記バックプレート内の点周囲で螺旋パターンでラップされている請求項１２記載のマグネトロン。
【請求項１４】
１列の円柱状磁石と２列の最密な円柱状磁石の両方を収容するように、前記リテーナが構成されている請求項１２記載のマグネトロン。
【請求項１５】
前記リテーナが、垂直方向に沿って延在する複数の直線リテーナと、垂直な前記直線リテーナ同士を接続する湾曲部分を有するコーナーリテーナとを含む請求項１２記載のマグネトロン。
【請求項１６】
前記直線及びコーナーリテーナが、前記バックプレートの穴に脱着可能に固定されていて、前記コーナーリテーナの異なる構成を、前記穴に脱着可能に固定できる請求項１５記載のマグネトロン。
【請求項１７】
対の前記コーナーリテーナが、各対の間で１又は２列の円柱状磁石を保持し、更に、前記１列又は２列の内側又は外側に放射状に、少なくとも１つの追加の磁石を保持できるよう構成されている請求項１６記載のマグネトロン。
【請求項１８】
前記コーナーリテーナの少なくともいくつかが、少なくとも１つの磁石を保持するための少なくとも１つの追加の円柱状穴を含んでいる請求項１６記載のマグネトロン。
【請求項１９】
請求項１２〜１７のいずれか１項記載の前記マグネトロンを含むスパッタリングリアクタで実施されるスパッタリング方法。
【請求項２０】
前記ループにおける前記ギャップの平行部分の分離と少なくとも同じ距離について、２つの垂直な方向に延在するパターンにわたって、前記マグネトロンを走査することを含む請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
マグネトロンであって、
強磁性バックプレートと、
反対の極性の磁石を取り付けることのできる前記バックプレートの中央領域に固定された第１の強磁性シムとを含むマグネトロン。
【請求項２２】
前記磁石を保持し、前記第１のシムと前記シムの外側の前記バックプレートの部分の両方に固定された非磁性リテーナを含む請求項２３記載のマグネトロン。
【請求項２３】
前記中央領域が、前記マグネトロンの領域の１０％〜４０％である請求項２１記載のマグネトロン。
【請求項２４】
前記第１のシムの周囲の少なくとも一部に配置された前記第１のシムより薄い第２のシムを含む請求項２１記載のマグネトロン。
【請求項２５】
前記磁石が円柱状である請求項２１記載のマグネトロン。
【請求項２６】
前記磁石が配置されて、回旋形状へとねじられた閉鎖ループにおいて、前記第１のシムの領域及び前記第１のシムの外側の領域を超えて延在する反対の極性の磁石間にギャップを形成している請求項２１記載のマグネトロン。
【請求項２７】
請求項２１〜２６のいずれか１項記載の前記マグネトロンを含むスパッタリングリアクタで実施されるスパッタリング方法。
【請求項２８】
前記ループにおける前記ギャップの平行部分の分離と少なくとも同じ距離について、２つの垂直な方向に延在するパターンにわたって、前記マグネトロンを走査することを含む請求項２７記載の方法。
【請求項２９】
チャンバを有し、矩形ターゲットと適合可能で、前記ターゲットの堆積材料を、矩形基板へスパッタリングし、前記基板の反対の前記ターゲットの背面にある使い捨てサポートプレートにサポートされたマグネトロンを含むプラズマスパッタリアクタにおいて、走査機構が、
ガントリであって、前記チャンバの２つの反対の側壁にサポートされ、第１の方向にスライド可能で、前記マグネトロンプレートをそこからサポートし、前記第１の方向に直交する第２の方向に、それをスライドできるように構成されたガントリと、
前記ガントリに結合されていて、それを前記第１の方向に動かす第１のアクチュエータと、
前記マグネトロンプレートに結合可能で、それを前記第２の方向に動かす第２のアクチュエータとを含む走査機構。
【請求項３０】
前記第１の方向に配置され、前記２つの反対の側壁にサポートされ、前記ガントリを転動可能にサポートする第１の対のセットのローラと、
前記第２の方向に配置され、前記ガントリにサポートされ、前記マグネトロンプレートを転動可能にサポートする第２の対のセットのローラとを含む請求項２９記載の走査機構。
【請求項３１】
前記第１のアクチュエータがまた、前記第２のアクチュエータを前記第１の方向に動かす請求項２９記載の走査機構。
【請求項３２】
前記ターゲット、マグネトロン及びガントリが、真空引きされた前記チャンバの内側に配置されていて、前記アクチュエータが、前記チャンバの外側に配置されている請求項２９記載の走査機構。
【請求項３３】
前記第１のアクチュエータの出力シャフトが、シールされたエンドプレートを有するベローズアセンブリにより、前記チャンバの壁を通して結合されており、前記第２のアクチュエータの出力シャフトが、その端部に回転シールを含むベローズアセンブリを通して、前記チャンバに結合されている請求項３２記載の走査機構。
【請求項３４】
前記第１のアクチュエータの出力が、前記第１の方向の反対の方向に、前記ガントリを動かし、前記第２のアクチュエータが、前記第２の方向の反対の方向に、前記マグネトロンプレートを動かす請求項２９記載の走査機構。
【請求項３５】
前記第１のアクチュエータの出力シャフトが、前記ガントリに固定されている請求項２９記載の走査機構。
【請求項３６】
前記第２のアクチュエータの回転出力シャフトと、
前記回転出力シャフトに固定されたプーリと、
前記プーリ周囲を少なくとも部分的にラップし、前記サポートプレートに固定された端部を有するベルトとを含む請求項２９記載の走査機構。
【請求項３７】
前記サポートプレートが、磁性で、磁性ヨークとして作用する請求項２９〜３６のいずれか１項記載の走査機構。
【請求項３８】
チャンバを有し、矩形ターゲットと適合可能で、前記ターゲットの堆積材料を、矩形基板へスパッタリングし、前記基板の反対の前記ターゲットの背面にある使い捨てサポートプレートにサポートされたマグネトロンを含むプラズマスパッタリアクタにおいて、走査機構が、
前記サポートプレートに固定接続されていて、それを、非平行の第１の方向に動かす第１のアクチュエータと、
前記サポートプレートに固定接続されていて、それを、前記第１の方向に垂直な、非平行の第２の方向に動かす第２のアクチュエータとを含む走査機構。
【請求項３９】
前記第１及び第２のアクチュエータが、独立操作される請求項３８記載の走査機構。
【請求項４０】
前記第１のアクチュエータが、リニアアクチュエータであり、前記第２のアクチュエータが、回転アクチュエータである請求項３８記載の走査機構。
【請求項４１】
前記第２のアクチュエータが、前記第１のアクチュエータにより可動するスライダーに装着されている請求項４０記載の走査機構。
【請求項４２】
矩形基板にスパッタリングする方法であって、少なくとも１つの直線部分を有する第１の２次元マルチパートパスに沿って、スパッタリングターゲットの背面で、マグネトロンを走査する工程を含む方法。
【請求項４３】
前記第１のパスが、２つの平行な部分と、前記２つの平行な部分の間の各対の端部を接続する２つの交差する部分とを有する二重Ｚパスである請求項４２記載の方法。
【請求項４４】
前記第２のパスが、蛇行パスである請求項４２記載の方法。
【請求項４５】
第１の方向に沿って、前記第１のパスからオフセットの第２の２次元マルチパートパスに沿って、前記スパッタリングターゲットの背面で、前記マグネトロンを走査することを含む請求項４２記載の方法。
【請求項４６】
前記第１の方向に垂直な第２の方向に沿って、前記第１のパスからオフセットの第３の２次元マルチパートパスに沿って、前記スパッタリングターゲットの背面で、前記マグネトロンを走査することを含む請求項４５記載の方法。
【請求項４７】
矩形基板にスパッタリングする方法であって、互いに非平行の直線部分を有するパスに沿って、実質的に矩形のスパッタリングターゲットの背面で、マグネトロンを走査する工程を含む方法。
【請求項４８】
前記マグネトロンが、実質的に矩形であり、回旋形状を有する閉鎖プラズマループを形成する請求項４７記載の方法。
【請求項４９】
前記ターゲットと並んだ矩形の２つの反対の側部に沿って、且つ、前記２つの反対の側部の端部を接続する対角に沿って、二重Ｚパターンで、前記マグネトロンが走査される請求項４７記載の方法。
【請求項５０】
前記マグネトロンが、互いにオフセットの複数の二重Ｚパターンで走査される請求項４９記載の方法。
【請求項５１】
前記複数の二重Ｚパターンが、直交オフセットの組み合わせで、互いにオフセットである請求項５０記載の方法。
【請求項５２】
前記マグネトロンが、蛇行パターンで走査され、前記蛇行パターンが、第１の方向において、第１の走査距離を実質的に超えて夫々延在している第１の直線部分と、前記第１の走査距離より短い夫々の第２の走査距離だけを超えて、前記第２の方向に直交する第２の方向に、夫々延在している第２の部分とを有する請求項４９記載の方法。
【請求項５３】
略矩形のターゲットの前記背面周囲でマグネトロンを走査する方法であって、前記ターゲットの第１の端部に平行な２つの反対の側部と、前記２つの側部の反対の端部を接続する２つの対角とを有するパスにおいて、前記マグネトロンを動かすことを含む方法。
【請求項５４】
前記ターゲットの前記第１の端部に垂直な２つの反対の第２の側部と、前記２つの第２の側部の反対の端部を接続する２つの第２の対角とを有する第２のパスにおいて、前記マグネトロンを前記ターゲットの前記背面周囲で動かす第２の工程を含む請求項５３記載の方法。
【請求項５５】
前記第１及び第２の動かす全工程の間、前記ターゲットに近接するプラズマを励起させることを含む請求項５４記載の方法。
【請求項５６】
略矩形のターゲットの背面周囲で、マグネトロンを走査する方法であって、前記ターゲットが、夫々垂直に配置された第１及び第２の方向に沿って延在する側部を有し、
連続走査された第１、第２、第３及び第４のセクションを含む第１の閉鎖パスにおいて、前記マグネトロンを走査する第１の工程であって、前記第１及び第３のセクションが、前記第１の方向に沿って延在しており、前記第２及び第４のセクションが、前記第１及び第２の方向に対して対角に配置されていて、前記第１及び第３のセクションの反対に配置された端部を接続する第１の工程と、
連続走査された第５、第６、第７及び第８のセクションを含む第２の閉鎖パスにおいて、前記マグネトロンを走査する第２の工程であって、前記第５及び第８のセクションが、前記第２の方向に沿って延在しており、前記第６及び第８のセクションが、前記第１及び第２の方向に対して対角に配置されていて、前記第５及び第７のセクションの反対に配置された端部を接続する第２の工程とを含む方法。
【請求項５７】
前記第１及び第２の工程が、複数回交互に実施される請求項５６記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の分野】
【０００１】
本発明は、概して、材料のスパッタリングに関する。特に、本発明は、磁場を作成して、矩形ターゲットからのスパッタリングを向上する、マグネトロンの走査に関する。
【背景技術】
【０００２】
過去１０年間にわたって、例えば、コンピュータディスプレイ用、最近では、テレビスクリーン用に用いられるフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）を製造するために、重点的に、技術が開発されてきた。スパッタリングは、大きな略矩形のパネル上に堆積を行うフラットパネル製造において、好ましいアプローチである。パネルは、ガラス、ポリマーパネル又は可撓性シートでできており、アルミニウムやモリブデン等の金属、及び導電性金属酸化物、例えば、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）等の透明導体を含む導電性層を備えている。完成したパネルには、薄膜トランジスタ、プラズマディスプレイ、フィールドエミッタ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）要素又は有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）が組み込まれる。ｐ−ｎ又はｐ−ｉ−ｎ接合を有する太陽電池を、同様にして、低コスト基板上に形成してもよい。同様の技術を、光学層を有するガラス窓のコーティングや、ＦＰＤにカラーフィルタを形成するのに用いてもよい。特に、更に低コストの基板上に、太陽電池を製造するのに用いてもよい。フラットパネルスパッタリングは、基板の大きなサイズとその矩形形状により、長く開発されてきたウエハスパッタリング技術とは、基本的に区別される。ディマレイ（Ｄｅｍａｒａｙ）らは、かかるフラットパネルスパッタリアクタを、本明細書に参考文献として組み込まれる米国特許第５，５６５，０７１号に記載している。そのリアクタには、図１の概略断面図に図示する通り、矩形形状のスパッタリング台座電極１２が含まれており、これは、典型的には電気的に接地されていて、真空チャンバ１８内で、矩形のスパッタリングターゲット１６の反対に、矩形ガラスパネル１４又はその他基板を保持するためのものである。ターゲット１６、少なくとも、スパッタされる金属で構成されている表面は、アイソレータ２０を隔てて、真空チャンバ１８に真空シールされている。典型的に、スパッタされる金属の層は、バッキングプレートにボンドされていて、そこには冷却水チャネルが形成されていて、ターゲット１６を冷却する。スパッタリングガス、典型的にはアルゴン、が、ミリトル範囲の圧力で保持された真空チャンバ１８に供給される。バックチャンバ２２をターゲット１６の背面に真空シールし、低圧まで真空引きして、ターゲット１６とそのバッキングプレートの圧力差を実質的に解消すると有利である。これによって、遥かに薄いターゲットアセンブリを作成することができる。台座電極１２又は壁シールド等チャンバのその他接地部分に対して、負のＤＣバイアスを導電性ターゲット１６に印加すると、アルゴンはイオン化されてプラズマとなる。正のアルゴンイオンは、ターゲット１６に付加し、そこから金属原子をスパッタする。金属原子は、部分的にパネル１４に指向され、ターゲット金属で少なくとも部分的に構成された層をその上に堆積する。金属のスパッタリング中、酸素又は窒素をチャンバ１８へ追加供給することによる、反応性スパッタリングと呼ばれるプロセスで、金属酸化物又は窒化物を堆積してもよい。
【０００３】
スパッタリング速度を上げるために、図２の概略底面図に図示されたリニアマグネトロン２４が、従来から、ターゲット１６の背面に配置されている。そこには、垂直磁極の中央磁極２６があり、反対の極性の外側磁極２８がそれを取り巻くことで、チャンバ１８内で、ターゲット１６の前面に平行に磁場を突出させている。２つの磁極２６、２８は、実質的に一定のギャップ３０により分離されていて、高密度プラズマが、適正なチャンバ条件下、チャンバ１８に形成され、閉鎖ループ又はトラックに流れる。外側磁極２８は、２つの半円円弧部分３４により接続された２つの直線部分３２からなっている。磁場が電子をトラップすることによって、プラズマの密度が増大し、その結果、ターゲット１６のスパッタリング速度が上がる。リニアマグネトロン２４及びギャップ３０の幅が比較的小さいため、磁束密度が高くなる。単一の閉鎖トラックに沿った磁場分布の閉鎖形状が、ギャップ３０に略従うプラズマループを形成し、端部からのプラズマの漏れを防ぐ。しかしながら、ターゲット１６に対してマグネトロン２４のサイズが小さいため、リニアマグネトロン２４の長寸法を横断する方向に、ターゲット１６の背面から、マグネトロン２４を直線で相互に走査する必要がある。典型的には、リードねじ機構がリニア走査を駆動する。これは、ハルジー（Ｈａｌｓｅｙ）ら、米国特許第５，８５５，７４４号に、より複雑なマグネトロンに関して開示されている。馬蹄形磁石を用いてよいが、好ましい構造には、示した磁極形状で、２つの示した極性間で逆の方向に配置された、例えば、ＮｄＢＦｅの多数の円柱状の強磁石が含まれる。磁極片が、操作面をカバーしていて、磁極表面を画定し、２つの磁極２６、２８を橋懸けする磁性ヨークを、磁石の他端に磁気的に結合してもよい。
【０００４】
デ  ボッシェ（Ｄｅ  Ｂｏｓｓｃｈｅｒ）らは、かかるリニアマグネトロンの結合した２次元走査を、米国特許第６，３２２，６７９号及び第６，４１６，６３９号に記載している。
【０００５】
記載したマグネトロンは、元々、約４００ｍｍｘ６００ｍｍのサイズの矩形パネルのために開発された。しかしながら、長年にわたって、パネルサイズは、規模の経済性と、より大きなディスプレイスクリーンを提供することの両方のために、大型化の一途を辿っている。約２ｍｘ２ｍのサイズを有するパネルへスパッタするためのリアクタが開発されている。ある世代では、１．８７ｍｘ２．２ｍのサイズを有するパネルを処理しており、合計面積が４０，０００ｃｍ２を超えるため、４０Ｋと呼ばれている。５０Ｋと呼ばれる続く世代のサイズは、各辺で２ｍを超えている。しかしながら、本発明では、基板がガラスパネルでなく、スパッタリング装置に連続して提供される部品を有するロール基板をはじめとする、他のより経済的な基板の時は特に、太陽電池用に実施することができる。リニアマグネトロンの幅は、高磁場を生成すべき場合には、通常、比較的狭く制限される。その結果、１．８ｍを超える最低寸法を有する大きなパネルについては、リニアマグネトロンが、益々無効となっていき、大きなターゲットを均一にスパッタし、大きな基板をコートするには、長い堆積時間が必要である。
【０００６】
大きなターゲットに対応する１つの方法では、図２のレーストラックマグネトロン２４を、走査方向に沿って横方向に、９回まで反復して、ターゲットの大部分をカバーする。米国特許第５，４５８，７５９号、細川（Ｈｏｓｏｋａｗａ）らを参照のこと。磁場分布を平均するには、それでも走査が望ましい。しかしながら、この反復アプローチにはいくつかの欠点がある。第１に、分離したマグネトロンは、構成磁石の磁場を最適に利用しないものと考えられる。即ち、有効磁場が可能なものよりも低い。第２に、レーストラックマグネトロン２４の外側磁極２８の円弧部分３４に近接するプラズマ暗部シールド近くのマグネトロンの部分で、プラズマのストライキング中に、多数のパーティクルの生成が観察されている。電子が、プラズマから、隣接するシールドまで漏れていると考えられる。約８００ＶＤＣのストライキング電圧が必要である。かかる高電圧は、過剰のパーティクルを生成し不利であると考えられる。第３に、図２の単一のレーストラックマグネトロン２４を用いる従来技術では、ターゲットサイズの大部分にわたって、比較的高速でマグネトロンを相互に走査して、代表的な１分スパッタ堆積期間中、約３０〜４０回の走査を実施する。かかる高走査速度には、大きなターゲットの大部分をカバーするかなり重いマグネトロンについての難しい機械的設計が必要とされる。第４に、１つ以上のレーストラックマグネトロンを含む走査マグネトロンは、均一性の問題を完全には解決しない。レーストラックマグネトロン２４の端部の下にあるターゲット１６の側端部分は、高時間積分磁束を受ける。円弧部分３４が、走査方向に沿って、大部分、延在しているからである。また、マグネトロンの下にあるターゲットの軸方向端部は、走査方向が逆になっても、方向を逆にするのに必要とされる有限時間のために、高時間積分磁束を受ける。このように、ターゲット端部は、偏って侵食されて、ターゲットの有用性及びターゲットの寿命が減じ、且つ、不均一な堆積を招く。
【発明の概要】
【０００７】
本発明の一態様は、回旋プラズマループを有するマグネトロン、特に、略矩形の外形を有するものを含む。湾曲部分により接続された平行な直線部分を有する蛇行形状、又は直交方向に沿って配置された直線部分を有する矩形化螺旋形状で、ループを配置してよい。プラズマループは、回旋形状で形成された一方の磁気極性の内側磁極と、それを取り巻く反対の磁気極性の外側磁極の間に形成してもよい。内側磁極は、２つの端部を備えた単一パスに沿って延在すると説明できる、単純な褶曲形状を有しているのが好ましい。プラズマループの１つ又は２つの外側端部が、有用な矩形の外形の外側に延在するテールに延在している場合に、スパッタ侵食の均一性は増大する。
【０００８】
ループは、中心周囲で、多数回、例えば、２、４又は６回以上のラップでねじってよい。矩形化螺旋ループは、中心周囲をラップする、褶曲プラズマループにより形成されてもよい。
【０００９】
回旋形状は、合計パス長さの少なくとも５０％、好ましくは７５％を超える直線部分を好ましくは有するパスに従う。
【００１０】
プラズマループは、２つの磁極により囲まれた褶曲トラックに従っており、平行な部分は、５０〜１２５ｍｍ、７５ｍｍのピッチ離れていると、優れた結果が得られることが立証されている。走査は、このピッチよりも長い、例えば、少なくとも１０ｍｍ長い距離にわたるものでなければならない。
【００１１】
マグネトロンは、走査されているターゲットよりも幾分小さいだけであり、ターゲットは、少なくとも１．８ｍの最低寸法を備えた矩形フラットパネル基板に対応して、比較的大きくてもよい。マグネトロンは、ターゲットの対応寸法の少なくとも８０％、更に９０％を超える側部を有する領域内で延在する有効磁界を有する。
【００１２】
本発明の他の態様は、矩形形状のターゲットの２次元に沿って、マグネトロンを走査することを含む。矩形ターゲットの単一の対角に沿って走査することができる。しかしながら、走査の２次元は、一緒に固定されていないのが好ましい。走査速度は、比較的低い、例えば、０．５〜５ｍｍ／ｓであり、対応する走査時間は、２０〜２００ｓである。パネルについて、１回の走査時間で十分である。
【００１３】
好ましい走査パターンは、連続走査を含む二重Ｚであり、これは、ターゲットの側部と並んだ矩形の２つの反対の側部に沿って、且つ、矩形の側部の端部を接続する２つの対角に沿ってなされる。マグネトロンが、ターゲットの端部でフレームから十分に離れている場合には、ターゲット出力をオフにしたり、側部に沿った走査を減じたり、又はオンのままにしてもよい。二重Ｚ走査は、好ましくは、２つの側部に垂直な方向に、走査間で少し変位させて繰り返してもよく、一方、そして、次に、他方の垂直方向に、近接する走査間で変位させるのがより好ましい。変位のオフセットは、５〜１５ｍｍ、好ましくは、８〜１２ｍｍの範囲である。
【００１４】
ターゲットのデカルト座標に対して傾斜した対角及びその他走査は、デカルト座標に沿って、ジグザグパターンでなされるのが好ましい。ジグザグパターンの各直線部分の長さは、好ましくは０．４〜３ｍｍ、より好ましくは０．８〜１．２ｍｍである。
【００１５】
本発明の更に他の態様は、プラズマ点火前に、チャンバ壁を画定している接地フレーム又はシールドから、好ましくは１〜５ｍｍの距離、走査したマグネトロンを動かすものである。
【００１６】
中心近くに強い磁石を用いることにより、又は、１つ以上の磁性シムを、中心近くの磁石とヨークの間に配置して、中心磁石をターゲットに、より近づけ、プラズマループを、異なる強度の磁石により形成するか、又は、マグネトロンプレートのシムのある、及びシムのない部分に延在することにより、磁性均一性は改善される。
【００１７】
磁石は、ヨークとして作用する磁性マグネトロンプレートにより磁気的に保持され、マグネトロンプレートにねじ留めされた反対の非磁性リテーナにより側部に並べてもよい。リテーナは、垂直セットで配置された直線リテーナへ分割して、湾曲させて接続してもよい。リテーナは、鋸歯内側端部を有していて、１列又は２列の互い違いの列の円柱状磁石をその間に並べてもよい。
【００１８】
マグネトロンは、オーバーヘッド機構により、少なくとも部分的にサポート及び走査されてもよい。オーバーヘッド機構は、垂直に配置された反対の対のレールで、２つの垂直な方向について、別々のアクチュエータによりスライドするものである。２つのアクチュエータで十分であるが、追加のアクチュエータがあると、押す動作のみ可能となる。この代わりに、マグネトロンは、スライダー又はローラを通して、ターゲットアセンブリに少なくとも部分的にサポートされて、ターゲットアセンブリ表面に沿って押されてもよい。
【好ましい実施形態の詳細な説明】
【００１９】
本発明の一態様は、図２のリニアレーストラックでなく、回旋状のマグネトロンの形状を含む。回旋状とは、閉鎖プラズマトラックを形成するマグネトロンを意味し、つまり、３６０°を超える、好ましくは７２０°を超える円弧に延在する湾曲部分を含んでいる。他の定義では、リニアレーストラックマグネトロンがねじられて、例えば、褶曲、又は螺旋形状となっていながら、平行なプラズマトラックを導くギャップ部分の略一定した分離を維持している。図３の平面図に概略を示す一実施形態において、マグネトロンプレート４２に形成された蛇行マグネトロン４０は、端部４４により平坦に連結されたピッチＰに配置された多数の長い平行な直線部分４３を含んでいる。端部４４は、円弧形状であっても、又は、直線部分４３を接続する湾曲コーナーを備えた短い直線部分であってよい。蛇行マグネトロン４０は、一方の側面から他方まで平行なセクションで褶曲されており、側面に垂直な２つの側部に近接する実質的に短いセクションを有している。本明細書に記載したマグネトロンは、概して、成型されて、閉鎖プラズマループを形成するため、図示したピッチＰは、ループピッチと呼ばれ、後述するトラックピッチとは区別される。ターゲット面に平行な磁場分布の外側の略矩形の外形により画定される蛇行マグネトロン４０の有効領域は、ターゲット領域の大部分である。蛇行マグネトロン４０は、ピッチＰのオーダーに密接に関連した距離を超えて、長い直線部分４３を横断して走査される。ターゲット領域を完全に走査して、ターゲットのその領域からの材料をより均一にスパッタするためである。
【００２０】
図４の平面図に概略を示した関連の実施形態において、螺旋マグネトロン５０は、連続したシリーズの直線部分５２、５４を含んでおり、これらは、垂直軸に沿って延在していて、矩形螺旋で滑らかに一緒に連結されている。隣接する平行な直線部分５２又は５４は、ループピッチＱ離れている。螺旋マグネトロン５０は、マグネトロンの中心点周囲の多数のラップと考えられる。螺旋マグネトロン５０は、ループピッチＰの半分であるトラックピッチＱを超えて、例えば、直線部分５４に沿って、矩形方向の１つで走査される。
【００２１】
上述したマグネトロンの形状は幾分概略的なものである。マグネトロン４０、５０の褶曲部又はラップの数を大幅に増やしてもよい。必要なことではないが、各マグネトロンは、図２の伸長型レーストラックマグネトロンの褶曲、又は螺旋ラップ版と考えられる。プラズマループが、内側磁極と、周囲の外側磁極の間で形成されている。図２のリニアマグネトロン２４を褶曲すると、隣接する褶曲部の磁極が融合する。図５の平面図に示す通り、蛇行マグネトロン６０は、内側磁極６４、内側磁極６４を完全に取り巻いている外側磁極６６、その間の、閉鎖蛇行ギャップ６２で形成されている。プラズマループは、２つの狭い間隔の非平行に広がるプラズマトラックを含んでおり、これらは、トラックピッチＱ離れていて、褶曲されて、トラックピッチＱの周期で、図示したｘ方向に略周期的であり、ｙ方向に沿って略一定の端部を有する構造を形成する。単一褶曲トラック、即ち、マグネトロンは、中央線Ｍ周囲の一方向に対称に延在する長い直線部分６８と、他方向に延在する短い直線部分７０に略従った形状を有している。湾曲部７２、７４、７６は、直線部分６８、７０を接続している。内側曲線部分７４及び端部曲線部分７６は、約１８０°で鋭く湾曲している。図では、外側磁極６６の最外部分が、内側部分よりも薄く示されているが、これは、相対的な磁束密度を表している。蛇行マグネトロン６０は、特に、大きなターゲットサイズについては、プラズマループの追加の褶曲部を含んでいてもよいものと考えられる。
【００２２】
しかしながら、かかる蛇行マグネトロン６０を試験すると、マグネトロン６０の端部湾曲部分７６の下にあるターゲットの領域７８は、非常に低いスパッタリング速度を示した。走査長を増やしたり、マグネトロンの全体のサイズを増やすのではなく、図６の平面図に示した改善された蛇行マグネトロン８０は、テール部分８２を含んでおり、内側及び外側磁極６４、６６が両方共、ギャップ６２の端部湾曲部分８４を取り巻く領域に延在していて、端部湾曲部分８４は、マグネトロン８０の有効領域の矩形の外形外となっている。その結果、図５のあまり侵食されていない領域７８が、有効ターゲット領域外となる。ターゲットは、テール部分８２に対応するために多少大きくする必要があるが、そこはスパッタリングがあまり生じないため、テール部分８２は、マグネトロン８０の残りの部分よりもターゲット周囲近くに延在し、恐らく、ターゲットの端部まで延在していてもよい。プラズマループの褶曲回数が奇数の場合には、マグネトロンプレート４２の反対の側面に２つのテール部分８２が生じるものと考えられる。同様のテール部分８２が、図４の螺旋マグネトロン５０の単一の外側端部から延在していてもよい。
【００２３】
図７の平面図に示す二重櫛型マグネトロン９０は、対向する２列の略直線の歯部分９４で形成された内側磁極９２と、閉鎖ギャップ９８により内側磁極から分離された外側磁極９６とを含んでいる。ギャップ９８の直線部分は、略対称な２本の線Ｑ１とＱ２辺りに配置されている。蛇行マグネトロン６０、８０及び二重櫛型マグネトロン９０は、見かけは異なるが、位相的には同様で、同様の磁場分布を与える。両者共、合計トラック長の少なくとも５０％、好ましくは７５％を超える直線部分を有しているのが有利である。しかしながら、櫛型マグネトロンは、多くの突出部のある複雑な形状を有するその内側磁極９２により、蛇行マグネトロン６０及び後述する螺旋マグネトロンからは、区別され、図２の伸長型リニアマグネトロン２４をねじる単一パスでは説明できない。対照的に、蛇行及び螺旋マグネトロンの内側磁極は、略一定の幅を有していて、一端から他端まで延在する単一回旋又は褶曲パスに従う。違う表現をすると、蛇行及び螺旋マグネトロンの内側磁極は、閉鎖プラズマループの端部を画定する２つの端部のみを有しており、一方、櫛型マグネトロンの内側磁極は、プラズマループに対して、多くが等価の端部である３つ以上の端部を有している。後述する通り、これらの端部は、それらのきつい曲率に明らかに関連する問題を生じさせるため、その数を最小にするのが有利である。ホープ（Ｈｏｐｅ）らは、米国特許第４，４３７，９６６号に一重櫛型マグネトロンを開示しており、リベイロ（Ｒｉｂｅｉｒｏ）は、米国特許第４，８２６，５８４号に二重櫛型マグネトロンを記載している。
【００２４】
図８の平面図に示した矩形化螺旋マグネトロン１００は、例えば、６０６１アルミニウムで形成された、非磁性マグネトロンプレート１０６に形成された連続溝１０２、１０４を有している。反対の極性の図示しない円柱状磁石が夫々、２つの溝１０２、１０４を充填して、それらの間にプラズマトラックを形成する。溝１０２は、溝１０４を完全に取り巻いている。２つの溝１０２、１０４は、トラックピッチＱで配置され、実質的に一定の幅のメサ１０８により互いに分離されている。前述の記載からすると、メサ１０８は、対極間のギャップを表している。一方の溝１０２は、外側磁極を表している。他方の溝１０４は、外側磁極に取り巻かれた内側磁極を表している。レーストラックマグネトロンと同様に、ねじられていてもいなくても、溝１０４により表わされる一方の磁極は、溝１０２により表わされる他方の磁極に完全に取り巻かれている。これによって、磁場を強化し、１つ以上のプラズマループを形成して、端部損失を防ぐ。溝１０２の最外部分の幅は、溝１０２の内側部分及び他方の溝１０４の全ての部分の幅の半分より僅かに大きい。最外部分は、一列の磁石のみを収容し、他方の溝部分は、互い違いの配置で２列を収容するためである。マグネトロン１００の溝１０２、１０４を修正して、図６のテール部分８２と同様に、メサ１０８の１８０°湾曲端部１１０周囲にテール部分を含むようにしてもよい。一枚の磁性ヨークプレートで、マグネトロンプレート１０６の背面をカバーして、全磁石を磁気的に結合してもよい。
【００２５】
矩形化螺旋マグネトロンは、溝１０２、１０４、そして、磁石が装着されると、磁極を有し、垂直方向に沿って延在し、湾曲コーナーにより互いに連結された直線部分を有している。直線部分は、パターンの合計長の好ましくは少なくとも５０％、より好ましくは７５％である。
【００２６】
溝１０２、１０４は、通常、それらの間でプラズマトラックを画定する２つの磁極を表している。しかしながら、構造は、もっと複雑である。本実施形態において、溝１０２、１０４は、例えば、アルミニウムの非磁性マグネトロンプレート４２へと機械加工されて、円柱状穴又は鋸歯端部の配列を含むようにして、最密構成で別々の円柱状永久磁石を捕捉する。溝１０２、１０４の肉厚部分の円柱状穴が、互い違いの２つの線状に延在する平行な列を形成して、磁石充填密度を増大してもよい。一方、溝１０２、１０４の外側部分は、１つのみのかかる線状配列を有していてもよい。典型的に、磁気的に軟性のステンレス鋼で形成された２つの任意の磁極片は、溝１０２、１０４の形状及び近似の幅を有している。任意の磁極片を、溝１０２、１０４の上のマグネトロンプレートの下部に、ねじ留めして、下方で対向する溝１０２、１０４内の磁石を両方とも捕捉し、磁極片として作用させる。しかしながら、磁性ヨークプレートによって、磁極片もねじ留め手段も必要ないよう、十分な保持力を与えてもよい。これについては、磁石を並べる非磁性リテーナに関して後述してある。
【００２７】
ラップの褶曲の数、又は褶曲を大幅に増やすことができる。マグネトロンについてその他の回旋形状も可能である。例えば、蛇行及び螺旋マグネトロンを、違うやり方で組み合わせることができる。螺旋マグネトロンを、蛇行マグネトロンに連結してもよい。両者共、単一のプラズマループで形成されている。２つの螺旋マグネトロンを一緒に、例えば、反対のねじりで、連結してもよい。２つの螺旋マグネトロンで、蛇行マグネトロンを囲ってもよい。典型的に、単一のプラズマループが望ましい。しかしながら、多数の回旋プラズマループでも本発明の利点は享受される。
【００２８】
矩形化螺旋マグネトロン１００は、有効であることが分かっているが、その均一性には改善の余地がある。問題がいくつかある。コールドスポット、即ち、ギャップ１０８の湾曲コーナー１１２に関連した堆積速度の遅い領域、プラズマトラックの湾曲外部端部１１０に近接する末端領域、及び磁場の減じた螺旋プラズマループの外部端部近くの凹領域１１４がある。更に、中央の略矩形の領域は、大きな外側領域に対して堆積が減じることが観察されている。マグネトロン１００については、いくつかの改善が可能である。
【００２９】
図９の平面図及び図１０にコーナーの拡大平面図に示した単一螺旋マグネトロン１２０は、一方の磁極の外側磁極１２２と、それが取り巻く他方の磁極の内側磁極１２４とを含んでおり、その間に略一定の幅のギャップ１２６がある。図示した構造は、対のリテーナの回旋リテーナ構造として実施されており、簡単に述べると、その間に磁石を並べ、穴の軸に沿って２つの垂直な磁極のいずれかで、円柱状磁石を収容するための、磁石穴又は位置１２８を有している。反対の磁石は、２つの反対の磁極を表している。スルーホール１３０がリテーナに開けられて、直線リテーナ１３２と湾曲リテーナ１３４の反対の対を、磁性ヨークとして作用する磁性プレートに留めるねじを受ける。リテーナ構造は、外側及び内側磁極１２２、１２４で約６０００個の磁石を収容でき、７５ｍを超える長さの回旋プラズマトラックを作成することができる。しかしながら、全ての穴又は位置を充填する必要はない。
【００３０】
まず、回旋パスに沿って、外側磁極１２２の外部部分の１本のラインに、対で、内部部分に、磁石を配置する。それによって、ギャップ１２６に対応する各プラズマトラックは、そのトラック用の磁石に実質的に等しい数の反対の２列の磁石間で囲まれる。しかしながら、矩形化トラックのコーナーは、別々の湾曲リテーナ１３４により形成される。湾曲リテーナ１３４の少なくとも内側には、磁石穴の単一の円弧形状のラインの法線成分ばかりでなく、追加の磁石を収容するための、ギャップ１２６から離れた穴１３６の追加の円弧形状のラインも形成される。これらの追加の磁石は、９０°のコーナーで生じると考えられる堆積の減少を補うためのものである。これらの追加の磁石の位置は、均一な堆積を得るのに必要とされる、その磁極と同じ極性の磁石で充填される。
【００３１】
全体の構造が、約６−３／４回のラップ、即ち、図８の２未満のラップより非常に多い矩形化螺旋プラズマループを形成する。各ラップは、２つのプラズマトラックに対応している。二次元走査の必要性、大体、２つ又は多数のプラズマトラックの分離の長さにわたって少なくとも実施されるのが好ましい。ラップの回数が増えるということは、走査長を減少できることを意味している。
【００３２】
図１１の平面図及び図１２のコーナーの拡大平面図に示した二重螺旋マグネトロン１４０は、内側磁極１４４を取り巻く外側磁極１４２を含んでおり、略一定の幅のギャップ１４６により分離されている。ここでも、図示した構造には、対のリテーナ１３２、１３４があり、磁性ベースプレートにねじ留めされ、多数の磁石を保持している。磁石の場所が磁極を示している。この図には、リテーナの二重鋸歯構造に装着された磁石は示されておらず、本実施形態では、追加のコーナー磁石位置は図示されていない。しかしながら、本実施形態では、螺旋のラップは、違う形で実施されている。まず、図２のリニアプラズマループマグネトロン２４の細長くしたものを褶曲し、２つの端部３４が、互いに側面で近接するようにし、磁極２６、２８の軸の中間とギャップ３０が、広い半径の半円形端部で曲がるようにする。図１１の構成では、矩形化螺旋が、４つの近接する略平行なプラズマトラックを有する外部端部１５０と、二重プラズマトラックについて２つの別々の端部を有する内部端部１５２とを含んでいる。この構造は、４つの平行なギャップ１４６を備えた大きな直線部分を有しており、４つの平行なプラズマトラックを生成する。この４トラック構造を、略中心の約３０のプラズマトラックを有する図示した矩形化螺旋においてラップする。図２の褶曲したリニアマグネトロンの広い半径の端部が外側に、２つの短い半径の端部３０が内側になるようにして、ラップすることに留意する。他のやり方でラップすることも可能であるが、中心があまり対称にならなくなる。
【００３３】
両マグネトロン１２０、１５０は、マグネトロンの中心近傍で堆積が尚少なく、例えば、図１３の平面図及び図１４のコーナーの拡大平面図に図示されたマグネトロン１５６は、概して、合計マグネトロン領域の約１０％を占める矩形内部領域１５８を含んでおり、スパッタ堆積速度が減じてしまう。格差のある堆積は、領域１５８外で磁石を用いるよりも、堆積の少ない内部領域１５８内で、強い円柱状磁石を用いることにより、減じることができる。円柱状磁石、例えば、ＮｄＢＦｅの希土類磁石が、３８ＭｇＯの磁性強度を有していれば、全体の堆積速度は十分である。ＭｇＯは、メガガウスエルステッドを表している。強い磁石は、４８ＭｇＯの磁性強度で、即ち、２６％強いものが市販されている。これより強い磁石は、入手できる量が限られており、コストが非常に高くなる。マグネトロン１５６のメイントラックに、堆積の少ない内部領域１５８外で、３８ＭｇＯ磁石を装着し、４８ＭｇＯ磁石が内部領域１５８内側になるようにすると、堆積均一性が大幅に改善されるが、完全ではなかった。
【００３４】
図１５の平面図及び図１６の拡大平面図に図示した蛇行マグネトロン１６０は、１０回褶曲したリニアレーストラックマグネトロンを有している。そのリテーナ構造は、螺旋マグネトロンよりも規則的である。外側リテーナ１６１及び内側リテーナ１６２は、通常、プラズマトラックに関連したギャップ１６３により分離されていて、図示する通り、内部が２列、２つの側端に１列、で構成された規則的な略直線の配列を有している。リテーナ１６１、１６２はまた、多数の追加の磁石位置１６５も有しており、１８０°屈曲部の両側に、ギャップ１６３の長い１８０°屈曲部で、曲がったリテーナに組み込まれている。外側磁極に関連したスタブリテーナ１６６の端部は、ギャップ１６３の鋭い１８０°屈曲部で、追加の磁石位置１６７を有している。更に追加の磁石位置１６８が、図示する通り、２つの外側上部に近接する長い１８０°屈曲部と、マグネトロン１６０の下端の間にある。
【００３５】
特に、螺旋マグネトロンにおいて、中央領域１５８の磁石の強度を変える以外に、中央堆積速度を増やす別の方法には、マグネトロンの垂直構造をある程度理解する必要がある。図１７の断面図に示す通り、磁性マグネトロン又はバックプレート１７０は、可動マグネトロン及び磁性ヨーク用の主たるサポート部材として作用する。それは厚いプレートで、例えば、厚さ１／２”（１２ｍｍ）で、軟磁性材料、即ち、鋼、例えば、冷延鋼Ａ３６又はステンレス鋼で形成されている。非磁性リテーナ１７２は、非磁性ねじ１７４により、その操作方向に、バックプレート１７０の下部に固定されている。リテーナ１７２は、アルミニウム（例えば、６０６１  Ａｌ）又は非磁性ステンレス鋼又は黄銅で構成されていてもよい。反対の磁気極性の円柱状磁石１７６、１７８は、間にギャップ１８０のある、２つのリテーナ１７２間で遊嵌合されており、強い磁力により、磁性バックプレート１７０に保持されている。平行なリテーナ１７２間で保持された磁石１７６、１７８は、反対の極性を有しており、磁石１７６、１７８間のギャップ１８０を超えて磁場Ｂを生成する。リテーナ１７２、１７４は、保持されている磁石１７６、１７８の長さと同じくらい厚くする必要はない。磁極片は、磁石１７６、１７８の上部に固定してもよいが、必要ではない。近接する磁石１７６、１７８が、図示する通り、反対の極性を有する場合には、バックプレート１７０は、磁性ヨークとして作用し、反対の磁石１７６、１７８はそれらの間で磁場Ｂを生成する。非磁性リテーナ１７２は、磁場を妨害しないので、反対の磁極間のギャップ１８０は、異なるラインの反対の極性の磁石１７６、１７８間の距離と考えられる。リテーナ１７２には、典型的に、磁性ヨーク１７０よりも軽い材料でできていて、別々に設計及び据え付けできるという利点がある。
【００３６】
マグネトロン１２０、１４０、１５６、１６０の最大部分は、２つの近接する互い違いの列の磁石を含んでいる。図１８の平面図に示す通り、２つの直線リテーナ１９０、１９２は、対向する鋸歯又はスカラップ端部を有しており、磁石１９４より僅かに大きな半径の円弧形状のポケット１９４が、それらに保持されている。非磁性ねじ１９６が、リテーナ１９０、１９２をバックプレート１７０に保持し、ポケット１９４は、磁石の直径の半分で互いに軸方向にオフセットであり、最密な２列の磁石１９８を収容するスペースがある。
【００３７】
外側磁極の外部部分は、典型的に、１列の磁石で充填されている。これらの外部部分の直線リテーナ１９０、１９２は、同様の鋸歯設計を有することができるが、バックプレート１７０に固定されている。ポケット１９４は互いに並んでいて、１列の磁石１９８を捕捉するためのスペースが間にある。直線セクションを連結しているコーナーセクションは、湾曲部分を含んでおり、これは、１列又は２列の磁石を９０°曲げている。コーナーセクションは、同様のリテーナを含んでいてよいが、湾曲部分は異なる半径を有している。コーナーセクションは、個々に製造して、隣接する直線リテーナ１９０、１９２に並べてバックプレート１７０にねじ留めされる。
【００３８】
図１９の断面図に図示する通り、中心堆積を増大する他の方法は、上述した冷延鋼等の磁性材料のシム２００を、低い堆積速度を示す中央領域１５８において、ターゲットに向いたバックプレート１７０の側部に固定するものであり、シムの厚さは、２〜８ｍｍの範囲、例えば、５ｍｍで、その表面の高さを効率的に上げる。リテーナを、中央領域１５８において、中央領域１５８外のバックプレート１７０へ直接、シム１９０にねじ留めすると、リテーナにより保持される磁石２０２の高さは、低堆積中央領域１５８において効率的に上がり、中央領域１５８外に保持される磁石２０４に対して、それらをターゲット近くにする。このように、中央領域１５８に近接するターゲットで磁場を増大し、プラズマ密度及びスパッタリング速度を上げる。所望であれば、薄めの、例えば、２ｍｍのトランジションシム２０６を中央シム２００周囲でバックプレート１７０に固定し、磁石リテーナを更にトランジションシム２０６に固定して、異なる高さで保持された磁石２０２、２０４間のトランジションを容易にし、堆積均一性を改善してもよい。この代わりに、トランジションシム２０６を、メインシム２００の下にするが、それを超えるように側方に延在させてもよい。追加の周囲シムを用いたり、合わせた外形のシムを機械加工して、シムとしてもよい。外形を機械加工して、バックプレート１７０とすることも可能である。しかしながら、１つ以上のシムを用いることにより、可撓性が強化される。
【００３９】
図１３に戻ると、前述したマグネトロンは、均一性を増大するために、矩形のマグネトロンの側部に平行な直線部分に重点がおかれている。直線部分は、湾曲部分又はコーナー２１０により連結されており、これらは、矩形マグネトロンの２つの対角に略位置しており、詳細は図１４に図示されている。コーナーは、概して、同じ極めて小さな半径を有している。その結果、反対の磁石間のギャップの幅が、コーナー２１０の湾曲部分内で増大し、ターゲットの前に突出した磁場を減少し、スパッタリング速度も下がることとなる。少し、又は多くの追加の磁石を、湾曲リテーナ１３４に形成された追加の穴１３６に配置して、コーナー２１０の減少した磁場を補ってもよい。コーナー２１０は、装置の開発においてばかりでなく、機械を異なるスパッタリング材料及びスパッタリング条件に適用する時も調整が必要なものと考えられる。即ち、コーナー２１０は、開発研究室と、現場での両方で多くの調整が必要である。
【００４０】
バックプレート１７０は、大きく非常に重い片である。機械工場で製造され、発送されたら、磁石の数を調整するだけでなく、より安価に機械加工でき、より容易に発送し、現場に据え付けられる新しいリテーナ及びシムを設計することにより、開発研究室又は現場で修正を行うのが望ましい。例えば、図２０〜２２に、この例では、１列の磁石を収容するために、互いに並んだポケット２２２を備えた直線リテーナ２２０を示す。ただし、他の実施形態では、複数列の磁石を含んでいてもよい。ねじ１９６は、直線リテーナ２２０を、バックプレート１７０の所定の位置に固定する。垂直方向に延在する直線リテーナ２２０は、内側コーナーリテーナ２２４及び外側コーナーリテーナ２２６により連結されていて、これらも、１列の磁石を収容するように設計されている。図２０〜２２の異なる図面に図示した３つのセットのコーナーリテーナ２２４、２２６は、異なる半径の湾曲部分と、３つの実施形態間で範囲が減少している直線部分を含んでいる。しかしながら、端部は、互いに同様に配置されており、両コーナーリテーナ２２４、２２６のねじ１９６のねじ穴とバックプレート１７０は、３つの全ての実施形態において、同様に配置されている。その結果、マグネトロンのコーナーで、磁場分布を調整するためには、異なるセットのコーナーリテーナ２２４、２２６を、バックプレート１７０に開けられた既存のセットのねじ穴に替える必要があるだけである。
【００４１】
コーナーに強度の大きな磁石を、直線部分に強度の小さな磁石を用いることにより、磁場強度を増大することができる。
２列コーナーを、図２３の平面図に図示する。これは、２つの垂直なセットの直線リテーナ２３０、２３２を有しており、これらは、外側コーナーリテーナ２３４及び内側コーナーリテーナ２３６により、コーナーで連結している。直線リテーナ２３０、２３２のポケットが、互い違いに、最密な２列の円柱状磁石２３８を収容している。コーナーリテーナ２３４、２３６は、曲率が許すだけ密集した、湾曲した２列の磁石２３８も収容するように配置されている。コーナーリテーナ２３４、２３６は、異なる曲率を有し、直線部分が短い、又は長い他のコーナーリテーナ２３４、２３６に容易に交換される。
【００４２】
コーナーリテーナ２３４、２３６はまた、２列の磁石２３８の内側及び外側に、補助の磁石穴２４０、２４２を有していてよいことが更なる特徴である。コーナーでの磁場分布を最適化するのに必要とされる通り、補助の磁石を、補助の磁石穴２４０、２４２の１つ以上に配置して、コーナーでの磁場強度を増大してよい。補助の磁石穴２４０、２４２はまた、図２１〜２２の１列のコーナーリテーナ２３４、２３６に形成してもよい。
【００４３】
更なる特徴を図２３に図示する。ねじ１９６のためのねじ穴の位置を正確に選択して、２つの逆の方向を両方共満足させる場合には、一対の直線リテーナ２３０、２３２を、その長手方向軸周囲で反転させて、直線リテーナ２３０’、２３２’を形成することができ、鋸歯端部２４４が外側に向き、平坦な端部２４６が内側に向いて、図の面に垂直に偏極した一連の矩形又はバー磁石２４８を収容する。バー磁石２４８は、単一充填因子のために、大きな磁場強度を与える可能性がある。当然のことながら、平坦な端部のみを有する特別な直線リテーナを設計してもよい。
【００４４】
蛇行マグネトロン６０、８０、１６０は、大半が１８０°の湾曲セクションにより接続された直線セクション２２０、２２２の単一の主要セットを有しており、矩形化螺旋マグネトロン１００、１２０、１４０、１５６は、平行な直線セクション２２０、２２２の２つのセットを有している。両方共、大半が９０°の湾曲セクション２０４、２０６又は２３４、２３６により接続された主要セットと考えられる。全てのマグネトロンが、直線セクションの主要セットの１つに対して横方向で、ピッチＰを超えた１次元走査による利点がある。しかしながら、かかる１次元走査には尚欠点がある。第１に、スパッタリングの均一性が大幅に損なわれることである。マグネトロンの大部分が、走査方向に平行なコンポーネントを有する方向に延在しているためである。その影響は、直線セクションが、走査方向に沿って延在していて、走査方向に対して横の方向に大きな不均一性のある矩形化螺旋マグネトロンにおいて最も顕著である。蛇行マグネトロンにおいても、１８０°湾曲セクションの領域において、高磁気密度が生じる傾向があり、ターゲットの側端を、ターゲットの中央部分よりも早く侵食させる。これらのマグネトロンでも、ターゲットの中央部分を、側部よりは少ないが、侵食する。第２に、他の予防措置が講じられないと、全てのマグネトロンが、プラズマシールド近くのターゲットの側端近傍にプラズマを作成し続けることである。リニアレーストラックマグネトロンで前に説明した通り、近接していると、プラズマ点火中、パーティクルの生成を大幅に増大させる。第３に、マグネトロンを即時に、且つ、相互に走査すると、エンドドエルの結果、過侵食が続くことである。
【００４５】
スパッタリング均一性は、矩形ターゲットについて、直交する２次元で、回旋マグネトロンを走査することにより増大し得る。走査機構は、所望の走査パターンの複雑さに応じて、異なる形態が想定できる。図２４に図示した走査機構２６０において、ターゲット１６は、その背面で、上側に、磁石を含むマグネトロンプレート２６２を、マグネトロンプレート２６２の下部の穴に保持された複数の絶縁パッド２６４又はころ軸受を通してサポートしている。パッド２６４が、そのようなものである場合、テフロン（登録商標）プラスチック（デュポン（ＤｕＰｏｎｔ）の登録商標製品）又はその他軟性ポリマー材料で構成されており、直径は５ｃｍ、マグネトロンプレート２６２から２ｍｍ突出している。外部駆動源２６８により駆動される反対にある押し込みロッド２６６は、真空シール後壁２２を貫いて、連結器２７０を通して、マグネトロンプレート２６２とは、反対方向に押す。２次元走査については、連結器２７０は、マグネトロンプレート２６２を選択的且つ平滑に押す回転可能な車輪で形成してよい。ただし、軟らかいテフロンパッドで十分である。動力源２６８は、典型的には、後壁２２に対して回転シールを有する駆動シャフトを駆動する双方向回転モータである。後壁２２の内側の親ねじ機構が、回転運動を、直線運動に変換する。この代わりに、親ねじ機構は、シールされた後壁２２の外部にあって、後壁２２を通して、シールされたベローズアセンブリにより、押し込みロッド２６６に結合されていてもよい。垂直に配置された２対の押し込みロッド２６６と動力源２６８は、独立した二次元走査を与える。ターゲットに沿って対角に並んだ１対の押し込みロッド２６６と動力源２６８は、ターゲットの側部に対して、連結された２次元走査を与える。低圧バックチャンバの内側と外側の両方に、空気圧式シリンダ、ステッピングモータ及びラックアンドピニオンをはじめとするその他のタイプのアクチュエータも可能である。
【００４６】
図２５の平面図に図示した他の実施形態において、スプリング２７２、好ましくは、押し込み駆動力については、図示した幾何形状の圧縮スプリングを、対向する押し込みロッド２６６と交換してよい。また、押し込みロッド２６６とマグネトロンプレート２６２の間で連結器２７４を固定して、単一のロッド２６６が、スプリング２６２、ここでは好ましくは引張りスプリングに対して、マグネトロンプレート２６２を押したり引いたりすることができる。対角走査パターンを実施するには、図２５の平面図に図示した、マグネトロンプレート２６２に形成された回旋マグネトロンを、後壁２２部分を形成する矩形フレーム２７６内でサポートする。蛇行マグネトロンが図示されているが、他のマグネトロン形状に替えてもよい。固定した連結器２７４により、マグネトロンプレート２６２に結合されたアクチュエータ２６８が、フレーム２７６の対角に沿って、即ち、北西から南東の方向に、駆動する。これは、マグネトロンの直線部分の主要セットの方向に、平行と横方向の両方である。図示した実施形態において、スプリング２７２は、アクチュエータ２６８に反作用する。対角走査の結果、ターゲットの北及び南側での過侵食は減少する。
【００４７】
プラズマをオンにした状態で、フレーム対角に沿って、又はその主軸の１つに沿って、走査を前後走査まで広げ、マグネトロンを、元の位置まで戻して、次のパネルのスパッタリングの準備をすることができる。この代わりに、プラズマをオフにした状態で、バック走査を実施して、新しいパネルを、スパッタリアクタに配置し、スパッタチャンバをポンプダウンして、平衡にすることができる。更なる変形例において、最初のパネルを、フォワード走査中にスパッタ堆積し、次のパネルを、後のバック走査中に堆積することができる。
【００４８】
他のタイプの走査機構も可能である。スライディングパッド２６４を、車輪、ころがり、又はころ軸受に替えることができる。２００６年２月３日出願の米国特許出願第１１／３４７，６７７号、稲川（Ｉｎａｇａｗａ）らに開示されており、本明細書に参考文献として組み込まれる。車輪、ころがり、又はころ軸受けは、電気的に絶縁されていて、マグネトロンプレート２６２を接地し、バイアスのかかったターゲット１６にサポートされているのが好ましい。単純な移動については、マグネトロンプレート２６２とターゲット１６の中間のガイドプレートが、走査を誘導する。上述したハルジー（Ｈａｌｓｅｙ）特許に記載した通り、マグネトロンプレート２６２は、上から、１つ以上のガイドプレートにより、車輪及びサポートロッドを通してサポートされてもよい。
【００４９】
走査の範囲は比較的限定される。走査長さは、少なくとも、隣接するプラズマトラック間のピッチで、そのピッチに略等しい、又はその数倍であるのが好ましい。例えば、隣接する非平行のトラック間のピッチが７５ｍｍで、２ｍのターゲットについて設計された、比較的少ない数の褶曲又はラップのマグネトロンについては、走査距離は少なくとも７５ｍｍとしなければならない。多数の褶曲又はラップのマグネトロン、例えば、マグネトロン１２０、１４０、１５６、１６０については、走査距離は減らすことができる。磁石強度と位置を可変とするためには、走査距離を、プラズマトラックのピッチよりも、少なくとも１０ｍｍ長くするのが推奨される。ピッチよりも５０％以上長い走査距離だと、本発明の利点が損なわれる。実験によれば、８５〜１００ｍｍの走査距離だと優れた侵食を与えることが分かっている。磁石溝間、即ち、プラズマトラック間の７５ｍｍのピッチだと、非常に有効であることが証明されており、ピッチについては、５０〜１２５ｍｍの好ましい範囲が示されている。回旋マグネトロンにおいて、ラップや褶曲の数が増えると、必要な走査長が減る。
【００５０】
走査には、２つの操作上の特徴による利点がある。１つ目は、走査が、約１ｍｍ／ｓの比較的低速で実施でき有利であり、フレーム対角の１回走査、又は、後述する通り、数回のかかる対角走査で、完全な堆積が実施される。２ｍｍ／ｓの走査速度で、非常に良好な結果が得られており、好ましい範囲は０．５〜５ｍｍ／ｓである。１００ｍｍの走査については、完全な走査が、２０〜２００ｓで実施できる。低速によって、重い機構が単純化される。２つ目は、プラズマが消えてから、スロー走査を開始し、マグネトロンが、接地したフレーム２７６の極く近くから外れた後、例えば、２ｍｍ、好ましくは１〜５ｍｍの初期走査後に、プラズマをストライクし、有利である。ストライキングが遅延されると、走査速度を平衡させることができる。しかしながら、重要なのは、フレーム２６６から離れたストライキングは、プラズマストライキング中の制御されないアーク放電に由来するものと考えられている、パーティクルの生成を大幅に減じることである。
【００５１】
実験を実施して、リニアレーストラックマグネトロンを、定電源により、フレームを横切るように走査した。ターゲット電圧を観察し、図２６のグラフのプロット２７８により示される通り、中央の約５００Ｖから、フレーム２７６又はシールド近くで略６００Ｖまで上がり、プラズマインピーダンスのマグネトロン位置への依存を示している。フレーム近傍のこの高電圧は、電子がフレーム２７６に漏れた結果と考えられ、ストライキング中の過剰のアーク放電に関連している。この代わりに、プラズマを、曲線の平坦な部分でストライクすると、アーク放電は大幅に減る。また、マグネトロンが他の対角コーナーに到達する前に、プラズマを消すと有利である。周知の通り、プラズマをストライクしたり、消すことは、スパッタリングターゲットに印加された電力を、夫々、上げたり下げたりすることにより、主になされる。更に堆積を同じ基板で実施する場合には、完全にプラズマを消すよりも、低密度のプラズマを得るために、ターゲット電力を減じることができ、それによって、ターゲット端部で、パーティクルの生成が大幅に減る。電圧の同じ変動を、フレーム２７６の側部に垂直な走査に適用してよい。電圧を減じるか、又は、プラズマをフレーム２７６近くで消す。
【００５２】
図８の矩形化螺旋マグネトロン１００でのターゲット電圧は、僅か約３５０Ｖであることも観察されており、非常に効率的なマグネトロンであることが示されている。
【００５３】
図２７に図示するマグネトロン２８０で、図２５の対角走査機構と若干同様の効果が得られる。フレーム２７６の矩形構成に対して、傾斜した角度、例えば、４５°で、又はフレーム対角に平行に形成された、１つ又は２つの主要セットの直線セクション２８２を備えたマグネトロンプレート２６２が形成されている。対角に配置されたマグネトロンの効果は、図示した蛇行マグネトロンにおいて最も明白であるが、フレームの側部及び単軸の動きに対して、相補的傾斜角で配置された直線セクションを有する矩形化螺旋マグネトロンで同様の効果を得ることができる。２つの矩形構成の１つに沿って並んだ反対のアクチュエータ２６８が、その構成に沿って、マグネトロンプレート２６２を走査する。本実施形態において、走査は、１次元であるが、マグネトロン形状は、明らかに、フレーム２７６に対して２次元である。ストライキングの際の端部の影響を排除するために、側部に沿って追加のターゲットスペースを与えなければならない。
【００５４】
２つの対角に沿った走査は、図２８の概略平面図に図示した走査機構２９０で行うことができる。４つのアクチュエータ２６８が、２つのフレーム対角に沿って反対の対で並んでいる。各アクチュエータ２６８は、コーナー押し込みロッド２６６の１つに固定されている。押し込みロッド２６６の端部に接続されたコーナーブラケット２９２は、２つの垂直なアーム２９４を有しており、夫々、複数の車輪２９６又はその他スライド手段を有しており、マグネトロンプレート２６２の各コーナーを平滑に係合し、並べて、フレーム対角の１つに沿ってそれを正確に押すことができる。蛇行マグネトロンを図示しているが、その他の回旋マグネトロン形状を、この機構及びその他２次元走査機構に用いてよい。いずれかの対角に沿った走査は、アクチュエータ２６８のいずれか１つのみを必要とする。走査は、１つの対角から、他方へと移る。これは、第１の対角と並んだアクチュエータの１つによって、第１の対角に沿って、マグネトロンプレート２６２を、第２の対角が通過する中央点まで押すことによりなされる。その後、第２の対角と並んだアクチュエータ２６８の１つが、マグネトロンプレート２６２と係合して、第２の対角に沿ってそれを押す。
【００５５】
図２９に図示した矩形配置の走査機構３００は、８つのアクチュエータ２６８を含んでおり、これらは、矩形フレーム２７６の４つの側部に沿って対をなして配置されていて、押し込みロッド２６６の端部に、夫々、車輪３０２又はその他回転部材を有していて、垂直なフレーム側部は、コーナーで係合している。軟性押し込みパッド、例えば、テフロンのものを、車輪３０２の代替としてもよい。対をなしたアクチュエータ２６８を、同じようにして制御して、関連した押し込みロッド２６６を同じように伸長する。アクチュエータ２６８と、マグネトロンプレート２６２の間に固定した連結部がなく、押す力だけを出すときは、対をなすのが好ましい。１対のみの車輪付きアクチュエータ押し込みロッド２６６を、マグネトロンプレート２６２と係合して、デカルト方向に沿ってそれを動かす必要がある。
【００５６】
図３０に正投影で図示した他のオーバーヘッド走査及びサポート機構３１０は、フレーム２７６にサポートされており、フレーム２７６は、ターゲットバッキングプレートの周囲にサポートされている。冷却マニホルド３１２は、供給ライン３１４からターゲットバッキングプレートへ、冷却流体を分配する。反対側にある対応のドレインマニホルドとドレインラインは図示されていない。タナセ（Ｔａｎａｓｅ）らは、本明細書に参考文献として組み込まれる２００５年７月２７日出願の特許出願第１１／１９０，３８９号に、改善された冷却バッキングプレート及びマニホルドを記載している。タナセ（Ｔａｎａｓｅ）の冷却プレートは、一体型バッキングプレートの側方に開いた冷却穴を有しており、冷却液体マニホルドが、平面に配置されていて、逆流する冷却液体を、プレートに形成している。タナセ（Ｔａｎａｓｅ）の参考文献にはまた、概して矩形のマルチタイルターゲットは、外側プラズマトラックに従うコーナーを有していてよいことも教示されている。スライダープレート３２０は、２つの逆のサイドレール３２２、３２４を含んでおり、フレーム２７６に装着された一連の各車輪軸受けに沿って、その上部で、第１の方向にスライドする。２つのスロット３２６、３２８が、スライダープレート３２０に形成されていて、垂直な第２の方向に延在している。マグネトロンプレート１７０に固定され、それをサポートする２つの逆のレール３３０、３３２が、２つのスロット３２６、３２８を通して延在しており、スライダープレート３２０に装着された一連の各車輪軸受けにスライド可能にサポートされていて、第２の方向に動くことができる。即ち、マグネトロンプレート１７０及び関連のマグネトロンは、垂直の第１及び第２の方向にスライドできる。更に、重いマグネトロンは、フレーム２７６及びターゲットバッキングプレートにサポートされ、それ自身は直接、チャンバ壁にサポートされ、ターゲット及びターゲットバッキングプレートの比較的薄いカンチレバーの内側部分にはサポートされない。２００６年２月３日出願で、本明細書に参考文献として組み込まれる米国特許出願第１１／３４７，６６７号、稲川（Ｉｎａｇａｗａ）らには、サスペンションシステムが開示されており、マグネトロンプレート１７０が、スプリングを通して、レール３３０、３３２により部分的に、そして、ローラを通して、ターゲットバッキングプレートに部分的にサポートされている。即ち、稲川（Ｉｎａｇａｗａ）システムは、図２４と３０の特徴を組み合わせている。
【００５７】
スライダーレール３２２の方向に沿って、反対の第１のセットのアクチュエータ３３４、３３６は、フレーム２７６にサポートされており、夫々、独立して制御される双方向モータ３３８、３４０及び押し込みロッド３４４を駆動するワームギア３４２を含んでいる。これによって、スライダープレート３２０から上方に延在する各ボス３４６、３４８に、選択的に、隣接させ、係合させ、力を選択的に印加する。マグネトロンプレートレール３３０、３３２の方向に沿って、反対の第２のセットの同様に構成されたアクチュエータ３５２、３５４は、フレーム２７６にサポートされている。これによって、マグネトロンプレート１７０に固定され、スライダープレート３２０において、上方に延在していて、ウィンドウ３６０、３６２を通過する各ボス３５６、３５８を選択的に係合する。ウィンドウ３６０、３６２は、関連のボス３５６、３５８よりもかなり大きなサイズとし、ボス３５６、３５８が、２つの直交する方向において、全走査距離を動けるようにする。
【００５８】
反対の対のアクチュエータ３３４、３３６、３５２、３５４を用いて、マグネトロンプレート１７０を動かし、磁石を直交方向に取り付けることができる。マグネトロンプレート１７０に固定されたボス３５６、３５８は、比較的広い面３６４を有しており、アクチュエータ３３４、３３６の他のセットが、マグネトロンプレート１７０を横方向に動かす際に、関連のアクチュエータ３５２、３５４の押し込みロッド３４４が、それらとスライド可能に係合できるようにする。
【００５９】
図３１の分解正投影図に図示した更に他の走査及びサポート機構３７０は、図３０を改善したものであり、より完全に図示されている。フレーム２７６は、フレームの反対の側部に２列のローラ３７２をサポートしている。これらは、それらの間でガントリ３７４をサポートする逆のフレームレール３２２、３２４を転動可能にサポートする。ガントリ３７４は、図３０のスライダープレート３２０よりも、開いた格子構造を有しているが、略同じ機能を提供する。ガントリ３７４は、内側支材３７６、３７８及び外側支材３８０、３８２に、図示しない４列のローラを含んでいる。４つの支材は、逆ガントリ内側レール３８４、３８６及び外側レール３８８、３９０を転動可能にサポートする。ガントリレールは、その下側に磁石を含むマグネトロンプレート１７０を部分的にサポートする。外側支材３８０、３８２及び外側レール３８８、３９０は、任意であるが、重いマグネトロンプレート１７０の側部で更なるサポートを与えて、図３０の２本のレールサポートに比べて、端部近くの垂下量を軽減する。ブラケット形のベースプレート３９２は、ガントリ３７４を形成するフレーム構造に固定されている。
【００６０】
図１のバックチャンバ２２の上壁を形成する磁石チャンバルーフ４００は、間にガントリ構造を有するフレーム２７６にサポートされ、シールされており、マグネトロンを収容するチャンバの上部に真空壁を提供している。磁石チャンバルーフ４００は、矩形アパーチャ４０２及びブラケットリセス４０４の下部を含んでいる。ブラケットチャンバ４０６は、ブラケットリセス４０４内に嵌合しており、矩形アパーチャ４０４周囲のチャンバルーフ４００にシールされている。上部プレート４０８は、ブラケットチャンバ４０６の上部にシールされて、真空シールが完成する。
【００６１】
ブラケットチャンバ４０６内に可動配置されたガントリブラケット４１０は、ガントリ３７４のベースプレート３９２に固定されている。磁石チャンバルーフ４００の外部に固定されたサポートブラケット４０１及び中間山形鋼４１４が、真空シール外のルーフ４００にあるアクチュエータリセス４１８に、アクチュエータアセンブリ４１６を保持している。サポートブラケット４１２は、更に、磁石チャンバルーフ４００において、トラスシステムの一部としても作用する。アクチュエータアセンブリ４１６は、２つのシールされた真空ポートを通して、ブラケットチャンバ４００の内部に結合している。
【００６２】
アクチュエータアセンブリ４１６は、ガントリのベースプレート３９２に固定されたガントリブラケット４１０を通して印加された力により、一方向に、ガントリ３７４を独立して動かし、マグネトロンプレート１７０に固定された端部を有するベルトを備えたベルトドライブにより垂直方向に、マグネトロンプレート１７０を動かす。
【００６３】
図３２の詳細正投影図に図示したアクチュエータアセンブリ４１６は、２つのアクチュエータを含んでおり、それらは、各ベローズ４２０、４２２を含む２つのシールされたポートを通して、ブラケットチャンバ４０６の内部に結合されている。ベローズは、図３１のブラケットチャンバ４０６の側壁４２４を貫通している。ベローズ４２０、４２２は、夫々、軸方向に波形の一体型管状部材で、フレームサイドレール３２２、３２４に沿った走査距離と同じ距離、アクチュエータ軸に沿って膨張可能な十分な弾性を有している。ベローズ４２０、４２２は、側壁４２４のアパーチャ周囲にシールされた一端と、各真空シールキャップ４２６、４２８を有する他端を有している。
【００６４】
図３３の正投影図の反対の側部からも図示されたアクチュエータアセンブリ４１６は、２つの垂直な動きのために、２つのアクチュエータを含んでいる。この図には、アクチュエータアセンブリ４１６と、ガントリ３７４が含まれているが、中間磁石チャンバルーフ４００は含まれていない。図３２及び３３は両方共、図３１のフレーム構造ではなく、ガントリ３７４のためのプレート構造を図示している。
【００６５】
アクチュエータアセンブリ４１６のリニアアクチュエータは、第１のステッパモータ４３０、ギアボックス４３２及びワームギア４３４を含んでいる。ワームギア４３４により直線で駆動されるアクチュエータロッド４３６は、ベローズ４２２のエンドキャップ４２８に接続されている。これは、中空でない。エンドキャップ４２８の他端に接続された押し込みロッド４３８は、ねじ留め固定具４４０により、ガントリブラケット４１０に固定されている。しかしながら、他の直線真空ポートも可能である。例えば、リードねじ機構を、ガントリブラケット４１０で回転するリードナット及びリードねじに組み込むことができる。リードねじは、回転シールを通して真空チャンバに貫通している第１のステッパモータ４３０の回転出力シャフトの端部に形成されている。
【００６６】
アクチュエータアセンブリ４１６の回転アクチュエータは、リニアスライド４４６を通して、山形鋼４１４にサポートされ、回転出力シャフト４４８を有する第２のステッパモータ４４４を含んでいる。シャフト４４８は、他のベローズ４２０を通して、シールされたブラケットチャンバ側壁４２４に貫通している。ベローズ４２０は、回転シャフト４４８用に、そのエンドキャップ４２６に回転シールを含んでいる。リニアスライド４４６によって、第２のステッパモータ４４４及びその出力シャフト４４８が、ルーフ４００及びフレーム２７６に対して、回転シャフト４４８の軸に沿って動く。リニア及び回転の動きを伝える真空ポートについて、その他の手段も可能である。回転シャフト４４８の他端は、ガントリブラケット４１０に保持されたベアリング４５０によりサポートされている。回転シャフト４４８は、歯付きプーリ又はキャプスタン４５２を保持しており、その周囲は、リブ付きベルト４５４で巻かれている。ベースペール３９２に、又はマグネトロンプレート１７０に装着された２つの支材４６０、４６２に回転可能にサポートされた２つのプーリ又はローラ４５６、４５８は、ベルト４４４を下に、そして、その２つの端部に向って外方へ導く。それらは、夫々、２つの台座４５０、４５２に固定されており、台座４５０、４５２は、マグネトロンプレート１７０に固定されていて、ガントリ３６４において、ウィンドウ４６８を通して上方に延在している。ベルト構造は、他の構造に替えることができる。例えば、回転シャフト４３８のピニオンギアが、マグネトロンプレート１７０の歯付きラックと係合してもよい。
【００６７】
組み合わせると、リニアアクチュエータは、ガントリ３７４を、フレームサイドレール３２２、３２４の方向に沿って動かし、回転アクチュエータは、マグネトロンプレート１７０を、ガントリ３７４に固定された支材３７６、３７８、３８０、３８２の垂直に向いた方向に沿って動かす。
【００６８】
図３１〜３３の走査機構３７０は、２つのアクチュエータとマグネトロンプレート１７０の間に固定した接続を提供して、完全な垂直の動きのためには、４つ以上のアクチュエータを必要とする、他の実施形態の単方向又はスライディング接続又は接触とは対照的に、夫々、独立した垂直の双方向の動きを提供する。
【００６９】
図１のスパッタチャンバは、典型的に、一連のパネル１４を処理するためのレシピセットに従って操作される、図示しないコンピュータ化された制御システムにより制御される。制御システムは、ターゲット１６に電力を供給するＤＣ電源、スパッタリングチャンバ１８及びバックチャンバ２２の内部を、所望の低圧までポンピングする真空ポンピングシステム、チャンバ内部を移動チャンバに接続するスリットバルブ、及び移動チャンバ内に主に配置されていて、基板１４をスパッタリングチャンバ１８に出し入れするロボットを制御する。制御システムは、様々な実施形態のアクチュエータに更に接続されていて、ターゲット１６の裏で、所望の２次元パターンで大きなマグネトロンを走査する。
【００７０】
所望の走査パターンを与えるのと組み合わせて、多数のアクチュエータを制御してよい。同時操作の１つのモードは、図２５の装置特有の対角走査に従う。例えば、北西から南東である。ただし、南西から北東の走査も可能である。操作の第２のモードは、図３４のマップに図示する通り、単一の対角方向に沿って第１の対角走査４６０を実施して、対角走査４７０の端部近くでプラズマを消す（又はターゲットパワーを減じる）ことによる、完全二重Ｚパターンの走査により侵食均一性を改善するものである。その後、プラズマを消す、又は減らして、デカルト座標に平行な直線パス４７２に沿って、ターゲット端部近くで、マグネトロンを走査する。次に、活性プラズマで、他の対角に沿って第２の対角走査４７４を実施するが、プラズマは、第２の対角走査４７４の端部近くで消す。最後に、プラズマを消して、他のターゲット端部近く、デカルト（矩形）座標に非平行の直線走査４７６に沿って、マグネトロンを走査バックする。このパターンを二重Ｚと呼ぶ。示したパスは、走査寸法、例えば、７５又は１００ｍｍにわたってのみ延在しており、約１０倍以上大きな側部を有する全体のターゲットにわたっては延在していないことに留意する。即ち、マグネトロンは、フレーム内のターゲットの対応する寸法の８０％又は９０％以上の側部のある領域内で延在する有効磁場を有している。図５及び６の蛇行マグネトロン６０、８０を参照すると、二重Ｚ走査を実施して、端部走査４７２、４７６を、直線セクション６８の主要セットに平行か、それに垂直かのいずれかで実施することができる。螺旋ラップマグネトロンについては、端部の選択はそう重要ではない。
【００７１】
二重Ｚ走査は、１枚の基板で実施することができる。この代わりに、プラズマを励起せずに、矩形走査４７２、４７６の夫々の間に、新たな基板に替えることができ、チャンバ圧及びガス状周囲は、比較的、重要ではない。二重Ｚパターンのサイズは、十分に小さく、端部の影響を、プラズマの存在下、端部パス４７２、４７６で排除する場合には、有利な走査パターンが、プラズマを点火する中心で開始される。完全な二重Ｚパターンを通して、マグネトロンを走査している間、プラズマは点火されたままで、最終的に中心に戻って終わる。プラズマ点火は、このように、接地したフレーム２７６のいずれの部分からも最大の距離で生じる。
【００７２】
二重Ｚ走査及びその他タイプの走査は、１つのステップから次へ正確に繰り返す必要がない。ターゲットの寿命を決めるターゲット侵食不均一性は、図３４の二重Ｚ走査を、図３５のマップに図示された回転二重Ｚ走査に替えることにより改善することができる。これは、同じく、２つの対角走査４８０、４８４及び２つの直線走査４８２、４８６を有しているが、二重Ｚパターンは、図３４の二重Ｚパターンから９０°回転している。特に、直線走査４８２、４８６中、プラズマが点火されると、回転二重Ｚ走査が、図３４の第１の二重Ｚ走査においては効率的に走査されなかったターゲットの部分を侵食する。
【００７３】
ターゲットの侵食均一性はまた、１又は２方向における連続した二重Ｚ走査にオフセットをかけることによっても改善することができる。例えば、図３６のマップに図示する通り、対角走査４９０、４９２及び端部走査４９４、４９６による第１のベースライン二重Ｚ走査後、パターンは、短い距離、例えば、１０ｍｍ、デカルト座標に沿って移動する。これは、第２の二重Ｚ走査４９８の実行のために、端部走査４９４、４９６に垂直であるのが好ましい。オフセットの範囲は５〜１５ｍｍ、好ましくは８〜１２ｍｍである。第３の二重Ｚ走査５００の実行のために、ベースライン走査から反対の方向に等しい移動により、更なる均一性が得られる。その後、走査パターンを、ベースライン走査に戻してもよい。更なるオフセット値を用いてよい。完全走査の様々な部分を、１枚の基板、又は多数の連続して挿入された基板への堆積のために実施してもよい。単一の完全二重Ｚ走査を、１枚の基板へのスパッタ堆積で有利に実施し、後の移動した二重Ｚ走査を、後の基板で実施する。
【００７４】
二重Ｚ走査の移動は、図３７及び３８に続けて示したマップに図示する通り、２方向で実施してよい。正確なシーケンスは、重大なことではないが、図３７の第１の二重Ｚ走査５１０は、南西コーナーに最も近い使用可能点を含んでおり、東側の使用可能領域までは延在していない。図３８の第２の二重Ｚ走査５１２は、東側に向って移動しており、南東コーナーに最も近い使用可能点を含んでいる。スパッタリングのある方法において、二重Ｚ走査５１０、５１２を、夫々、スパッタコートされる単一のパネルに用いる。図３７に戻ると、第３の二重Ｚ走査５１４は、第１の二重Ｚ走査５１０から北側に向って移動している。例えば、第２の走査５１４は、第１の走査５１０からｘ方向に、距離Ｚ移動してよく、第３の走査５１４は、第１の走査５１０からｙ方向に同じ又は異なる距離Ｚ移動してよい。このプロセスを４回、５回、６回、二重Ｚ走査５１６、５１８、５２０について繰り返す。北西及び北東の両方の最も近い使用可能点が走査されるまで、追加の二重Ｚ走査、例えば、合計で１０回の走査について、このプロセスを続けてもよい。西から東への３回以上の移動も可能である。
【００７５】
１回の二重Ｚ走査は、約１分かかり、これは、例えば、１μｍの厚さまで層をスパッタするのに十分なものである。しかしながら、中には、もっと薄い厚さに堆積する必要のある層がある。特に、短い堆積時間について、１つの有利な走査パターンは、図３９の蛇行パターンである。第１の直線走査５３０は、２つの反対側間の合計走査領域の片側に沿って延在し、その間に、プラズマがオンとなり、スパッタ堆積が生じる。第１の直線走査５３０は、第１のパネルに必要な厚さをスパッタコートするのに十分短くてもよい。走査は、第１の側部に垂直な、合計走査領域の第２の側部に沿って、第１の垂直走査５３２において、垂直方向に移動する。垂直走査５３２は、プラズマを消して、スパッタチャンバにおいて、第１のパネルを第２のパネルに替える間に実施する。次に、第１の直線走査５３０に非平行の第２の直線走査５３４を、プラズマをオンにして実施し、スパッタされた材料の同じ薄層を有する第２のパネルを、スパッタコートする。走査を垂直方向に再び移動する間、プラズマをオフにし、スパッタチャンバにおいて、第２のパネルを第３のパネルに替える。有用な走査領域がなくなるまでこのプロセスを続ける。最初の点からか、直線と垂直走査の方向を交換することを含めて、反対方向又は他の同様の走査パスにおいて、前の走査を取り消すかのいずれかで、このプロセスを繰り返す。
【００７６】
図４０のマップに図示した単純なデカルト走査パターンは、Ｏ−パターンと呼ばれる、間に９０°のコーナーが配置された４つの側部５４０、５４２、５４４、５４６を有する閉鎖矩形パターンに従う。東及び西側５４２、５４６に平行に配置された長いセクションを有する蛇行マグネトロンと同時に用いると、東及び西側５４２、５４６を走査しながら、プラズマをオフにし、北及び南側５４０、５４６を走査しながら、オンにすると有利である。この代わりに、北及び南側５４０、５４４を走査する際は、これより高い強度まで、東及び西側５４２、５４６を走査する際は、これより低い強度まで、プラズマを励起してもよい。異なる電力供給のこのタイプは、かなり均一な堆積パターンをパネルに与え、ターゲットのより均一な侵食を与える。
【００７７】
２つの垂直配置のアクチュエータを同時に始動して、マグネトロンを、図４１に図示する対角パス５５０に沿って動かすことができる。しかしながら、場合によっては、この代わりに、ジグザグパスに従うのが好ましい。ジグザグパスは、デカルト座標に沿った小さな移動５５２と、他方に沿って、デカルト座標に垂直配置された、交互の小さな移動５５４からなっている。例えば、各移動５５２、５５４は約１ｍｍである。移動５５２、５５４の長さの範囲は、０．４〜３ｍｍ、好ましくは０．８〜１．２ｍｍである。対角パス５５０が、デカルト座標に対して４５°で配置されていない場合には、移動５５２、５５４は、それらの間の長さが異なり、対角走査５５０に近づく。例えば、ステッパモータに、垂直な移動の正確な比を与えることが難しい場合には、同じ方向における違う移動は、異なる長さを有し、平均で、所望の方向に、全体パス５５０を生成する。この交互の移動によって、広い有効走査領域が得られ、スパッタリング均一性が増大する。交互の移動は、更に、図３０の垂直に配置された押し込みアクチュエータの場合に利点がある。この場合、垂直方向における同時の移動によって、ロッド接触部の少なくとも１つが、マグネトロンプレート、ボス又はガントリブラケットに対してスライドする。対照的に、交互の移動により、用いていないアクチュエータを、マグネトロンプレートから後退させて、側部を通り過ぎる際に、マグネトロンプレートと接触しないようにすることができる。
【００７８】
フルセットのアクチュエータだと、場合によっては、曲線部分を含め、より複雑な略不定の走査パターンが可能となる。例えば、図４２に示す数字８の走査５６０は、横方向に操作される４つのセットの押し込みアクチュエータ又は２つの双方向アクチュエータの制御を連続的に変えることにより得られる。数字８の走査５６０は、本発明により得られる略不定の走査パターンを示す例である。
【００７９】
実験によれば、矩形ターゲットは、フレームの１５０ｍｍ以内まで延在する中心領域にわたって実質的に均一にできることが分かった。一方向の均一性は、蛇行マグネトロンの直線部分の長さを増やすことにより拡大され、他の方向の均一性は、マグネトロン走査により増大する。
【００８０】
記載した実施形態では、単一の走査可能なマグネトロンを用いたが、走査装置と、走査パターンの両方の多くの態様を、夫々が、別々に、且つ大きな部分を独立して走査できる多数のマグネトロンを有するスパッタリアクタに適用してよい。特に、多くの異なる形態のマグネトロンについて、ターゲットの有用性を増大することができる。同様に、本発明は、連動走査される多数の別々のマグネトロンを有するマグネトロンアセンブリに適用してよい。ターゲットを、間にギャップがあって、アノード又は外部カソード電極を含んでいる、又は、ＤＣ又はＡＣ電力により隣接するストリップに異なるバイアスをかけて、ストリップへと分割する場合は、分割マグネトロンが特に有用である。Ｌｅらは、本明細書に参考文献として組み込まれる２００５年６月６日出願の米国特許出願第１１／１４６，７６２号に、フラットパネルスパッタリングにおける、多数の個々に可動するマグネトロンを記載している。
【００８１】
本発明の利点の多くは、２次元走査又は遅延プラズマ点火を、従来のマグネトロンに適用すると、達成できるものである。従来のマグネトロンは、図２の、複数の平行だが、独立したリニアマグネトロン２４から構成されており、単一の外側磁極３２に全て取り巻かれた複数の平行な内側磁極２６で形成されている。また、内側磁極２６と各プラズマループについて、複数の平行な開口部がある。しかしながら、本発明の蛇行及び螺旋マグネトロンの回旋単一プラズマループは、より効率的且つ制御可能なスパッタリングを提供するものと考えられる。
【００８２】
本発明の異なる態様は、非常に大きな矩形のスパッタターゲットで、より均一なターゲット侵食及びスパッタ堆積を提供する。回旋マグネトロンは、コストを殆ど増大せずに得られる。２次元走査は、走査機構を複雑なものとさせるが、特に、大きなマグネトロンで、減少した走査長に沿った遅い走査により、走査機構の体積及びコストが減少する。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】矩形フラットパネルにスパッタ堆積するよう構成された従来のプラズマスパッタリアクタの概略側面図である。
【図２】図１のスパッタリアクタに有用な従来のリニアレーストラックマグネトロンの平面図である。
【図３】本発明の一態様による蛇行マグネトロンの概略平面図である。
【図４】本発明の矩形化螺旋マグネトロンの概略平面図である。
【図５】蛇行マグネトロンのより実際的な平面図である。
【図６】改善された蛇行マグネトロンの平面図である。
【図７】蛇行マグネトロンの変形実施形態の平面図である。
【図８】矩形化螺旋マグネトロンのより写実的な平面図である。
【図９】多数のラップ及び組み込みリテーナを有する螺旋マグネトロンの平面図である。
【図１０】図９のマグネトロンのコーナーの拡大平面図である。
【図１１】二重ラップ螺旋マグネトロンの平面図である。
【図１２】図１１のマグネトロンのコーナーの拡大平面図である。
【図１３】堆積の減少した領域を示す螺旋マグネトロンの平面図である。
【図１４】追加の磁石穴を含む図１３のマグネトロンのコーナーの拡大平面図である。
【図１５】大型蛇行マグネトロンの平面図である。
【図１６】様々な場所に追加の磁石穴を含む図１４のマグネトロンのコーナーの拡大平面図である。
【図１７】円柱状磁石を捕捉するのに用いるリテーナの断面図である。
【図１８】磁性バックプレートにねじ留めされ、マグネトロンを形成する磁石を捕捉しているリテーナの平面図である。
【図１９】堆積均一性を改善するためにシムを組み込んだマグネトロンの断面図である。
【図２０】〜
【図２２】異なる半径の交換可能なコーナーリテーナの平面図である。
【図２３】２列の円柱状磁石を捕捉し、また、バー磁石を捕捉するリテーナの平面図である。
【図２４】ターゲットにスライド可能にサポートされたマグネトロンを有するリニア走査機構の正面図である。
【図２５】対角走査機構の平面図である。
【図２６】走査位置によるターゲット電圧の変動を示すグラフである。
【図２７】対角走査のいくつかの結果が得られる傾斜マグネトロンと組み合わせたリニア走査機構の平面図である。
【図２８】二次元走査機構の第１の実施形態の平面図である。
【図２９】二次元走査機構の第２の実施形態の平面図である。
【図３０】二次元走査機構の第３の実施形態及びマグネトロンのサポート構造の正投影図である。
【図３１】二次元走査機構の第４の実施形態の分解正投影図である。
【図３２】〜
【図３３】図３１の走査機構のアクチュエータ部分の詳細正投影図である。
【図３４】二重Ｚ走査パスのマップである。
【図３５】図３４から９０°回転した、互い違いに実施される他の二重Ｚ走査パスのマップである。
【図３６】オフセット二重Ｚ走査のシーケンスのためのパスのマップである。
【図３７】〜
【図３８】直交する方向にオフセットの二重Ｚ走査のシーケンスのパスのマップを含む図である。
【図３９】蛇行走査パスのマップである。
【図４０】矩形走査パスのマップである。
【図４１】ジグザグ対角走査パスのマップである。
【図４２】二次元曲線走査パスの一例としての数字８の走査パスのマップである。
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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