(57)【要約】  基板上にリチウムコーティングを提供する方法および装置が提供される。本発明の態様では、スパッタチャンバ内の指定領域の上を覆うようにある量の反応性ガスを導入することによりスパッタプロセスで金属またはリチウムの堆積の均一性および／または速度を選択的に制御する方法が提供される。この方法は、平面的および回転ターゲットに適用可能である。
2014515060.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にリチウムのフィルムまたはコーティングを堆積させる方法において、（ｉ）チャンバ内にリチウムターゲットおよび前記基板を置くステップと、（ｉｉ）不活性雰囲気内のリチウムのスパッタ率に比してリチウムのスパッタ率を増加するように設計された成分を有する雰囲気中の前記ターゲットをスパッタするステップを含む方法。
【請求項２】
前記スパッタ率を増加するように設計された前記成分は、酸素、窒素、ハロゲン、水蒸気、およびそれらの混合物から成る群から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
基板上にリチウムのフィルムまたはコーティングを堆積させる方法において、（ｉ）チャンバ内にリチウムターゲットおよび前記基板を置くステップと、（ｉｉ）反応性ガスと不活性ガスを含む雰囲気内の前記リチウムターゲットをスパッタするステップを含む方法。
【請求項４】
前記反応性ガスが、酸素、窒素、ハロゲン、水蒸気、およびそれらの混合物から成る群から選択される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記反応性ガスが酸素である、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記不活性ガスが、アルゴン、ヘリウム、ネオン、クリプトン、キセノンおよびラドンから成る群から選択される、請求項３に記載の方法。
【請求項７】
前記基板が、ガラス、ポリマー、ポリマー混合物、積層体、電極、金属酸化物を含むフィルム、およびエレクトロクロミック素子から成る群から選択される、請求項３に記載の方法。
【請求項８】
前記不活性ガスに対する前記反応性ガスの比が、約１：１００〜約１００：１である、請求項３に記載の方法。
【請求項９】
前記雰囲気に付加される前記反応性ガスの量が、前記雰囲気中のガスの全量の約０.０１％〜約１０％である、請求項３に記載の方法。
【請求項１０】
前記雰囲気に付加される前記反応性ガスの量が、前記雰囲気中のガスの全量の約０.０１％〜約７.５％である、請求項３に記載の方法。
【請求項１１】
前記反応性ガスが、約１％〜約３０％だけスパッタ率を増加する、請求項３に記載の方法。
【請求項１２】
前記反応性ガスが、前記雰囲気の一部に付加される、請求項３に記載の方法。
【請求項１３】
前記反応性ガスが、前記ターゲットの特定の部分を囲む前記スパッタリングチャンバの領域に付加される、請求項３に記載の方法。
【請求項１４】
前記ターゲットの前記特定の部分が非均一性の領域である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記反応性ガスが上流プロセスから導入される、請求項３に記載の方法。
【請求項１６】
（ｉ）平面的または回転リチウムターゲットをスパッタするように構成されたチャンバと、（ｉｉ）前記チャンバと流体連通する１つ以上の混合ガスマニホールドと、（ｉｉｉ）前記混合ガスマニホールドと流体連通する反応性ガスおよび不活性ガスソースを備えるスパッタシステム。
【請求項１７】
前記反応性ガスが、少なくとも１つの混合ガスマニホールドにより前記チャンバの一部に導入される、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記チャンバの前記一部が、前記ターゲットの非均一部分に対応する、請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記反応性ガスが、酸素、窒素、ハロゲン、水蒸気、およびそれらの混合物から成る群から選択される、請求項１６に記載のシステム。
【請求項２０】
前記不活性ガスに対する前記反応性ガスの比が、約１：１００〜約１００：１である、請求項１６に記載のシステム。
【請求項２１】
前記反応性ガスが、上流プロセスから前記チャンバに導入される、請求項１６に記載のシステム。
【請求項２２】
付加的な反応性ガスが前記チャンバに付加される、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
前記チャンバに付加される前記付加的な反応性ガスが、前記上流プロセスから導入された前記反応性ガスと異なる、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２４】
基板上へのリチウムの堆積の均一性または率を監視または変更するプロセスにおいて、（ｉ）リチウムのスパッタ率を代理するパラメータを測定するステップと、（ｉｉ）スパッタ率を変化させる必要があるかどうかを決定するために所定の値または設定点と測定パラメータを比較するステップと、（ｉｉｉ）スパッタ率を変化させるためにスパッタリングチャンバの少なくとも一部内の雰囲気を調整するステップを含むプロセス。
【請求項２５】
前記スパッタ率を、前記スパッタチャンバの少なくとも一部に反応性ガスを導入することにより変化させる、請求項２４に記載のプロセス。
【請求項２６】
前記反応性ガスが上流プロセスから導入される、請求項２４に記載のプロセス。
【請求項２７】
前記パラメータがクロストークレベルである、請求項２４に記載のプロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本出願は、２０１１年４月７日に出願された「リチウム均一性を制御する改善された方法」との題名の米国特許仮出願第６１／４７２,７５８号の出願日の利益を主張し、この仮出願を参照することによりその開示を本明細書に組み込むものとする。
【０００２】
［発明の分野］
この発明はリチウムのスパッタリングに関し、詳細には、平面的または回転金属リチウムターゲットからのリチウムのマグネトロンスパッタリングに関する。
【背景技術】
【０００３】
スパッタリングは、例えばエレクトロクロミック素子などを含む基板上に薄膜材料を堆積するのに広く使用されている。一般に、このようなプロセスでは例えばイオンが、イオン化されたガス雰囲気中でスパッタする材料の平面的または回転プレート（ターゲット）を衝撃する。プラズマからのガスイオンが、堆積させる材料から成るターゲットに向かって加速される。材料がターゲットから脱離され（スパッタされ）、次いで付近の基板上に堆積される。プロセスは、閉じたチャンバ内で実現され、チャンバがポンプにより真空ベース圧力に減圧されてから、堆積が開始する。真空はプロセスの間維持され、これにより、ターゲット材料の粒子はその固定位置から動かされ、コーティングする基板上に薄膜として堆積される。
【０００４】
基板上にスパッタする材料は、ターゲットプレート上のコーティングとして存在する（プレート自身は回転ターゲットプレートであることも、あるいは平面的ターゲットプレートであることもある）。純粋金属あるいは混合金属を含むいかなる材料でもこの目的のために使用できる。多くの純粋金属および混合金属あるいはターゲット材料は反応性であるので、それらをいかなる潜在的に反応性の試薬からも遠ざけておく必要がある。
【０００５】
Ｌｉ２ＣＯ３などのリチウム化合物から形成されたターゲットは、これらをスパッタしてリチウムをエレクトロクロミック材料内に堆積させることができる。しかしながら大型システムではＬｉ２ＣＯ３ターゲットで必要な無線周波数スパッタリング電位に起因して、非均一性などのプロセス問題が生じ、高電力無線周波数を生成し取り扱うための高価な設備が必要となる。
【０００６】
これらの制限のうちのいくつかを克服するために、リチウムをそのほとんど純粋な金属形態でスパッタすることが提案された。金属リチウムをスパッタする１つの方法が、米国特許第５,８３０,３３６号および米国特許第６,０３９,８５０号に記載され、これらの特許を参照することによりこれらの特許の開示全体を本明細書に組み込むものとする。リチウムは、例えばターゲットの近辺に磁気的に拘束されたアルゴンプラズマにより、金属リチウムターゲットから分離されて電極上にスパッタされる。ターゲットは好ましくは、交流（米国特許第５,８３０,３３６号では３００〜１００ｋＨｚ）またはパルス直流（米国特許第６,０３９,８５０号）により電力供給される。
【０００７】
この方法は、良好に制御しながらリチウムを基板に付加することを可能にすると信じられている。しかしながらこの方法は欠点も有する。すなわち、金属リチウムターゲットの取り扱いおよびスパッタリングが、リチウムの非常に酸化的な性質に起因して簡単でない。ターゲット表面にリチウム酸化物の厚い層が生じると信じられている。この層を除去し、ターゲットのための安定したスパッタリング条件を得るのに長時間を要することもある。スパッタリングにおいて一般に、スパッタリングチャンバ内に酸素などの反応性物質を付加すると、全体のスパッタ率が低くなることは当技術分野で周知である（米国特許第４,７６９,２９１号）。
【０００８】
一般に酸化雰囲気中での反応性スパッタリングを使用して行われる、電極などの別の層の堆積ステップは、リチウムターゲットおよび電極の酸化を阻止するためにリチオ化ステップから良く準備しなければならない。注目すべきは、リチオ化は、別個のプロセスステップとして行わなければならない点である。これを達成するために、スパッタチャンバ内で反応性ガスからリチウム金属ターゲットを分離するのが普通である。チャンバ内でこのような分離を行う１つの方法は、ロック（またはロックチャンバ）を組み込んで、近隣のプロセスからリチウムを完全に分離することである。しかしながら、このような方法では、付加的な製造スペースが必要であるので全体の処理が遅くなる、何故ならば基板を慎重に各「ロック」位置に動かし、「ロック」を「ポンプにより減圧」してからでないと、スパッタリングを行えないからである。これらの「ロック」を設けるとコストが大幅に上がり、また付加的な時間および製造フロアスペースが必要となるので全体のプロセス効率が低くなると信じられている。
【０００９】
さらに、リチウムは、水、酸素および窒素などの反応性ガスの存在下で急速に腐食すると信じられている高反応性金属であると信じられている。これらのガスまたは一般に空気にさらされると、リチウム金属の表面は反応し黒ずむ。この反応し黒ずんだターゲット表面を、基板上に堆積させるのに適する純粋なリチウム金属を露出させるために長時間スパッタしなければならない。この「バーンイン」は典型的には、平面的ターゲットの場合約８時間かかる。回転円筒形ターゲットではこのプロセスは、清浄にする必要がある表面領域が増すので最大３０時間かかることもある。これらのプロセスは時間がかかり全体の処理効率を低くするだけでなく、基板上に堆積できる利用可能なターゲット材料の量を減らす。材料が減少すると、スパッタリングチャンバを開いて新ターゲットと取り替えなければならず、これによっても、全体のプロセス効率が低くなる。
【発明の概要】
【００１０】
本発明の態様では、スパッタチャンバ内の指定領域の上を覆うようにある量の反応性ガスを導入することにより、スパッタプロセス中に金属またはリチウムの堆積の均一性および／または速度を選択的に制御する方法が提供される。この方法は、平面的または回転ターゲットに適用可能である。
【００１１】
本発明の別の態様では、（ｉ）真空チャンバ内にリチウムターゲットおよび基板を置くステップと、（ｉｉ）標準不活性雰囲気内のリチウムのスパッタ率に比してリチウムのスパッタ率を増加するように設計された成分を有する雰囲気中のターゲットをスパッタするステップを含む、基板上にリチウムのフィルムまたはコーティングを堆積させる方法が提供される。別の実施例では、反応性ガスが上流プロセスから導入される。本発明の実施例ではスパッタ率を増加させるための成分は反応性ガスである。本発明の別の実施例では反応性ガスが、酸素、窒素、ハロゲン、水蒸気、およびそれらの混合物から成る群から選択される。リチウムは純粋なリチウム金属であることもあり、別の金属によりドープされたリチウムであることもあり、あるいはリチウムは、別の化合物または不純物を含むこともある。リチウム自身が、酸化物または窒化物、あるいは別のリチウムベースの化合物であることも可能である。
【００１２】
本発明の別の態様は、（ｉ）チャンバ内にリチウムターゲットおよび前記基板を置くステップと、（ｉｉ）反応性ガスと不活性ガスを含む雰囲気内の前記リチウムターゲットをスパッタするステップを含む基板上にリチウムのフィルムまたはコーティングを堆積させる方法である。
【００１３】
本発明の別の態様は、（ｉ）チャンバ内にリチウムターゲットおよびエレクトロクロミック素子を置くステップと、（ｉｉ）反応性ガスと不活性ガスを含む雰囲気内の前記リチウムターゲットをスパッタするステップを含む基板上にリチウムのフィルムまたはコーティングを堆積させる方法である。
【００１４】
本発明の別の態様は、（ｉ）リチウムのスパッタ率の代理であるパラメータを測定するステップと、（ｉｉ）スパッタ率を変化させる必要があるかどうかを決定するために所定の値または設定点と測定パラメータを比較するステップと、（ｉｉｉ）スパッタ率を変化させるためにスパッタリングチャンバの少なくとも一部内の雰囲気を調整するステップを含む、基板上へのリチウムの堆積の均一性または率を監視または変更するプロセスである。実施例ではスパッタ率を、スパッタチャンバまたはその一部に反応性ガスを導入して変化させる。
【００１５】
本発明の別の態様は、（ｉ）平面的または回転リチウムターゲットをスパッタするように構成されたチャンバと、（ｉｉ）前記チャンバと流体連通する１つ以上の混合ガスマニホールドと、（ｉｉｉ）前記混合ガスマニホールドと流体連通する反応性ガスおよび不活性ガスソースを備えるスパッタシステムである。
【００１６】
本発明の実施例では反応性ガスが、酸素、窒素、ハロゲン、水蒸気、およびそれらの混合物から成る群から選択される。
【００１７】
本発明の別の実施例では不活性ガスがアルゴンから選択される。
【００１８】
本発明の別の実施例では不活性ガスに対する反応性ガスの比が、約１：１００〜約１００：１である。別の実施例では雰囲気に付加される反応性ガスの量または全ガス流の一部としての反応性ガスの量は、全ガス流の約０.０１％〜約１００％の範囲にある。
【００１９】
本発明の別の態様では、（ｉ）チャンバ内にリチウムターゲットおよび前記基板を置くステップと、（ｉｉ）不活性雰囲気内のリチウムのスパッタ率に比してリチウムのスパッタ率を増加するように設計された成分を有する雰囲気中の前記ターゲットをスパッタするステップを含む、基板上にリチウムのフィルムまたはコーティングを堆積させる方法が提供される。別の実施例ではスパッタ率を増加するように設計された成分は、酸素、窒素、ハロゲン、水蒸気、およびそれらの混合物から成る群から選択される。
【００２０】
本発明の別の態様では、（ｉ）チャンバ内にリチウムターゲットおよび基板を置くステップと、（ｉｉ）反応性ガスと不活性ガスを含む雰囲気内のターゲットをスパッタするステップを含む、基板上にリチウムのフィルムまたはコーティングを堆積させる方法が提供される。別の実施例ではチャンバは真空チャンバである。別の実施例ではチャンバから、上流プロセス成分のいくつかを部分的に排出する。
【００２１】
別の実施例では反応性ガスが、酸素、窒素、ハロゲン、水蒸気、およびそれらの混合物から成る群から選択される。別の実施例では反応性ガスは酸素である。別の実施例では不活性ガスが、アルゴン、ヘリウム、ネオン、クリプトン、キセノンおよびラドンから成る群から選択される。
【００２２】
別の実施例では基板が、ガラス、ポリマー、ポリマー混合物、積層体、電極、金属酸化物またはドープされた金属酸化物を含むフィルム、およびエレクトロクロミック素子から成る群から選択される。別の実施例では不活性ガスに対する反応性ガスの比が、約１：１００〜約１００：１である。別の実施例では雰囲気に付加される反応性ガスの量が、雰囲気中のガスの全量の約０.０１％〜約１０％である。別の実施例では雰囲気に付加される反応性ガスの量が、雰囲気中のガスの全量の約０.０１％〜約７.５％である。別の実施例では反応性ガスが、約１％〜約３０％だけスパッタ率を増加する。
【００２３】
別の実施例では反応性ガスが雰囲気の一部に付加される。別の実施例では反応性ガスが、ターゲットの特定の部分を囲むスパッタリングチャンバの領域に付加される。別の実施例ではターゲットの前記特定の部分が非均一性の領域である。
【００２４】
別の実施例では反応性ガスが上流プロセスから導入される。別の実施例では上流プロセスから導入される反応性ガスが酸素である。別の実施例では、上流プロセスから付加される反応性ガスに加えて、付加的な量の同じまたは異なる反応性ガスが導入される。別の実施例では、上流プロセスから付加される反応性ガスに加えて、付加的な量の異なる反応性ガス反応性ガスが導入される。
【００２５】
本発明の別の態様では、（ｉ）平面的または回転リチウムターゲットをスパッタするように構成されたチャンバと、（ｉｉ）前記チャンバと流体連通する１つ以上の混合ガスマニホールドと、（ｉｉｉ）前記混合ガスマニホールドと流体連通する反応性ガスおよび不活性ガスソースを備えるスパッタシステムが提供される。別の実施例では反応性ガスが、少なくとも１つの混合ガスマニホールドによりチャンバの一部に導入される。別の実施例ではチャンバの前記一部が、前記ターゲットの非均一部分に対応する。別の実施例では反応性ガスが、酸素、窒素、ハロゲン、水蒸気、およびそれらの混合物から成る群から選択される。別の実施例では不活性ガスに対する反応性ガスの比が、約１：１００〜約１００：１である。別の実施例では反応性ガスが上流プロセスから導入される。上流プロセスは、別のスパッタプロセス、スパッタチャンバ、または別の堆積プロセス／チャンバであることもある。別の実施例では付加的な反応性ガスがチャンバに付加される。別の実施例では、上流プロセスから付加される反応性ガスに加えて、付加的な量の同じ反応性ガスが導入される。別の実施例では、上流プロセスから付加される反応性ガスに加えて、付加的な量の異なる反応性ガスが導入される。
【００２６】
本発明の別の態様では、（ｉ）リチウムのスパッタ率の代理であるパラメータを測定するステップと、（ｉｉ）スパッタ率を変化させる必要があるかどうかを決定するために所定の値または設定点と測定パラメータを比較するステップと、（ｉｉｉ）スパッタ率を変化させるためにスパッタリングチャンバの少なくとも一部内の雰囲気を調整するステップを含む、基板上へのリチウムの堆積の均一性または率を監視または変更するプロセスが提供される。別の実施例ではスパッタ率を、スパッタチャンバの少なくとも一部に反応性ガスを導入することにより変化させる。別の実施例では反応性ガスが上流プロセスから導入される。別の実施例では、上流プロセスから付加される反応性ガスに加えて、付加的な量の同じ反応性ガスが導入される。別の実施例では、上流プロセスから付加される反応性ガスに加えて、付加的な量の異なる反応性ガスが導入される。別の実施例では前記パラメータがクロストークレベルである。
【００２７】
当技術分野における知見に反して、出願人は、リチウム金属のスパッタ率が、反応性ガスがスパッタチャンバに導入されるかあるいはスパッタチャンバ内のある領域に導入されると増加するという意外な事実を見出した。これは意外な結果である、何故ならばほぼ全ての別の金属では、ターゲット表面が酸化するので分子結合強度が高くなって、スパッタエネルギーが二次電子放出へ変換され、したがって酸素の存在下でスパッタ率は低くなると信じられているからである。事実、米国特許第４,７６９,２９１号は、スパッタ堆積速度が、酸素流比が増加すると急速に落ちると説明している。出願人は、酸素の存在下でスパッタされたリチウム金属が、基板上で酸化されたようには挙動しない事実も見出した。実際、それは、純粋な非酸化状態でスパッタされたリチウムと全く同様に挙動した。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】排ガスが導入されたときのスパッタリングの変化率を示すチャートである。
【図２】スパッタシステムの概略図である。
【図３】スパッタシステムの概略図である。
【図４】スパッタリングプロセスの動作シーケンスを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
出願人は、リチウムターゲット（または金属リチウムターゲット）のスパッタ率を選択的に制御する方法を発見した。詳細には、出願人は、スパッタリングの間に反応性ガスを導入するとスパッタ率が増加し、それに伴い基板上のリチウムの堆積速度も増加することを発見した。出願人は、スパッタリングチャンバ、ターゲット、または不活性ガス流の特定された領域上に反応性ガスを導入すると、反応性ガスが導入されたターゲットのその領域に対応するスパッタ率が局所的で可逆的に増加することも発見した。したがって、基板上のリチウムの堆積を監視し、監視されている堆積における逸脱に対応するスパッタチャンバ内のその時に存在する条件を変更することにより、スパッタターゲット全体またはその一部に沿ってスパッタ率を連続的で選択的に制御することが可能であると信じられている。
【００３０】
「その時に存在する条件」とは、スパッタチャンバ内の任意の雰囲気の組成を意味する。例えば、これは、純粋な不活性ガス雰囲気を意味するか、または反応性ガスと不活性ガスとの混合物を含んで成る雰囲気を意味する。当業者は、その時に存在する条件を、（ｉ）（１つの特定の反応性ガスの濃度または複数の反応性ガスの全濃度を増加するために）大量の１つの反応性ガスまたは複数の反応性ガスの混合物を導入すること、（ｉｉ）（１つの不活性ガスの濃度または複数の不活性ガスの全濃度を増加するために）大量の１つの不活性ガスまたは複数の不活性ガスの混合物を導入すること、（ｉｉｉ）１つの反応性ガスと１つの不活性ガスの混合物を導入することにより変更できることを認識し、ただし（ｉｉｉ）で導入された混合物は、（変更前に）チャンバに存在する反応性ガス濃度と異なる反応性ガス濃度を有する。
【００３１】
本明細書では「導入」という用語はガス（またはガス混合物）の濃度における付加または変化を意味する。ガスは、当技術分野で周知のいかなる手段によって導入してもよい。例えば、付加量の反応性ガスをスパッタチャンバまたは不活性ガスに付加することは、スパッタチャンバまたはガス流中へのその特定の反応性ガス（またはガス混合物）の流れを増加することにより行うことができる（なお、例えば、付加されるガスの量は、取り付けられた流量計または他の質量流制御器を監視することにより決定できる）。
【００３２】
本明細書では、「スパッタリングチャンバ」という用語は、全スパッタチャンバを指すことも、その一部を指すことも、またはスパッタターゲットの特定の領域を囲む領域を指すこともある。
【００３３】
本明細書では、「全ガス流」という用語は、スパッタリングシステムの一部を通って流れるガスの量または速度を指す。例えばこの用語は、特定のマニホールドを通って流れるかまたはスパッタターゲットの特定の部分の上を覆うように流れるある量のガスを指すこともある。
【００３４】
本発明の実施例では、基板上にリチウムのフィルムまたはコーティングを堆積させる方法は、（ｉ）真空チャンバ内にリチウムターゲットおよび基板を置くステップと、（ｉｉ）標準不活性雰囲気内のリチウムのスパッタ率に比してリチウムのスパッタ率を増加するように設計された成分を有する雰囲気中のターゲットをスパッタするステップを含む。いくつかの実施例では、リチウムターゲットは、少なくとも約９５％の純度を有する金属ターゲットである。ターゲットは、平面的または回転ターゲットであることもある。
【００３５】
いくつかの実施例では基板は、絶縁材料、ガラス、プラスチック、電極、エレクトロクロミック層、金属酸化物を含む層、ドープされた金属酸化物、または金属酸化物混合物、またはエレクトロクロミック素子から選択される。
【００３６】
いくつかの実施例では、スパッタ率を増加するように設計された成分は、反応性ガスである。本発明での使用に適した反応性ガスは、酸素、窒素、ハロゲン、水蒸気、またはそれらの混合物を含む。好ましい実施例では反応性ガスは酸素である。当業者は、リチウムの所望のスパッタ率を得るために特定の反応性ガスまたはそれらの混合物を選択できるはずである。本発明での使用に適した不活性ガスは、アルゴン、ヘリウム、ネオン、クリプトン、キセノンおよびラドンを含む。好ましい実施例では不活性ガスはアルゴンである。
【００３７】
スパッタリングチャンバまたは不活性ガス流に導入される反応性ガスの量は、導入された反応性ガスのタイプ、所望のスパッタ率、および何処に反応性ガスを導入するかに依存する。一般に、導入される反応性ガスの量は、スパッタチャンバの全ガス流または全雰囲気の約０.０１％〜約１００％の範囲にある。いくつかの実施例では、導入される反応性ガスの量は、スパッタチャンバの全ガス流または全雰囲気の約０.０１％〜約１０％の範囲にある。別の実施例では、導入される反応性ガスの量は、スパッタチャンバの全ガス流または全雰囲気の約０.０１％〜約７.５％の範囲にある。さらに別の実施例では、導入される反応性ガスの量は、スパッタチャンバの全ガス流または全雰囲気の約０.０１％〜約５％の範囲にある。さらに別の実施例では、反応性ガスは酸素であり、導入される酸素の量は、スパッタチャンバの全ガス流または全雰囲気の約０.０１％〜約７.５％の範囲にある。
【００３８】
スパッタチャンバ内の反応性ガスの量と、リチウムのスパッタ率との間には関係が存在すると信じられている。例えば、実験で、スパッタチャンバのある１つの領域に約１％の酸素を付加すると、スパッタチャンバのその領域内のスパッタ率は約１０％増加すると決定された。さらに、本明細書で後述するように、これは可逆的であり、したがって制御可能であり、したがって酸素の付加は、スパッタ率を増加するのに使用でき、あるいは酸素の付加を局所的に導入してスパッタ率を局所的に変えて、処理区域内のスパッタリングの均一性に影響を与えることができることが分かった。
【００３９】
いくつかの実施例では反応性ガスは、スパッタチャンバ内の全雰囲気に付加される。当業者は、スパッタ率を増加する１つの方法は、スパッタリングシステムの電力を増加することであることを認識するはずである。しかしながら、システムの電力を増加するとしばしば、ターゲットが望ましくなく溶融するか歪み、それに伴いエネルギーコストが増加する。いかなる特定の理論にも拘束されることを望まないが、スパッタリングの間に反応性ガスを導入することにより、ターゲットへの損傷なしに、あるいはシステム電力の増加に関連する付加的なエネルギー要件なしに、スパッタ率を増加できると信じられている。スパッタリングシステムをより低い電力レベルで稼働しても、適切な速度で適切な濃度の反応性ガスを導入すれば所望のスパッタ率を達成できるとも信じられている。
【００４０】
別の実施例では反応性ガスは、スパッタチャンバの指定した領域の上を覆うように導入されるか、あるいはターゲットの特定の部分を囲む領域に導入される。これによりスパッタ率が、反応性ガスを導入する領域に対して局所的に増加すると信じられている。さらに別の実施例では反応性ガスは、非均一であるか、むらがあるか、あるいは一貫していない（まとめて「非均一」と呼ぶ）と信じられているスパッタターゲットのある１つの領域に導入される。さらに別の実施例では反応性ガスは、基板の非均一領域に対応するスパッタターゲットのある１つの領域に導入される。
【００４１】
いかなる特定の理論にも拘束されることを望まないが、基板上にリチウムを均一にスパッタすることは、スパッタ率を局所的に増加することにより制御できると信じられている。そうであるから、スパッタ率を局所的に増加することは、供給されたターゲットの摩耗が、劣化したかあるいは不適切に配置された磁石により引き起こされるようにむらがあるとき、あるいはスパッタチャンバ内の不活性ガス流がむらなく分布されていないときに適用すると有利なことがある。当業者は、非均一のターゲットからスパッタすると、基板上にフィルムまたはコーティングを不規則にスパッタすることになることを認識するはずである。加えて、反応性ガスの局所的な導入は、近隣区域が反応性ガスを使用し、リチウムスパッタ区域への制御されていない流（クロストーク）が存在する場合に均一性を制御するのに利用できる。
【００４２】
図１に示すように反応性ガスの導入は、スパッタ率を局所的に増加する、すなわち反応性ガスを導入するターゲットの領域に近いまたはこの領域を囲む領域内でスパッタ率を増加する。例えば、反応性ガスである酸素がヘッダ４で導入されると、そのヘッダに局所的な（基板を通る透過率を監視することにより決定される）スパッタ率が増加し、別のヘッダ（ヘッダ３およびヘッダ２）におけるスパッタ率は、実質的に影響されない。
【００４３】
さらに、出願人は、反応性ガスの導入により影響されるスパッタ率の増加は可逆的である、すなわち導入する反応性ガスの量を減らすかあるいは停止するとスパッタ率は、反応性ガスの導入前に観察されたスパッタ率と一致するスパッタ率にそれぞれ減らすかあるいは戻ると決定した。例えば、図１は、ヘッダ４で導入されたガス流が約１％の酸素か約５％の酸素のどちらかを含むと、（パーセント透過率の減少が示すように）スパッタターゲットのその部分に近いまたはその部分を囲む領域内のスパッタ率が増加した。酸素ガス流を停止すると、ヘッダ４におけるスパッタ率は、反応性ガス導入前に存在したスパッタ率に回復した。
【００４４】
本発明のプロセスは、上流プロセスステップで使用された反応性ガスを前もって除去することは、リチウムスパッタリングプロセス自身がその反応性ガスの少なくとも一部の存在を要求する場合には必要でないという利点も有する。そうであるから、いくつかの実施例ではスパッタチャンバに付加された反応性ガスの量は、前のコーティングステップで使用された量である。必要な場合、付加的な量の同じ反応性ガスまたは別の反応性ガスを付加して、全ターゲットに沿ってか、あるいは１以上の混合ガスマニホールドで局所的にか、のいずれかでのスパッタ率をさらに増加することができる。同様に、例えば過剰の反応性ガスが上流プロセスから到来して存在する（これにより所望のスパッタ率より高いスパッタ率が存在する）場合、全スパッタ率または局所的スパッタ率を減らすために、付加的な量の１つ以上の不活性ガスを、全チャンバ内に戻って付加するか、あるいは１以上の混合ガスマニホールドで局所的に付加することができる。
【００４５】
同様に、リチウムスパッタリングステップからの反応性ガスの除去は、後続の下流ステップがその反応性ガスの少なくとも一部を必要とするならば不要であると信じられている。適切な分離が、ポンプおよびトンネルなどのより通常の手段を用いて達成できると信じられている。これは、製造ラインに沿っての処理をより迅速にすることを可能にすると信じられている。ロックの使用を、少なくとも部分的に回避できると信じられている。
【００４６】
本発明の別の態様は、（ｉ）リチウムターゲットおよび基板を含むように構成されたチャンバと、（ｉｉ）チャンバと流体連通する１つ以上のマニホールドと、（ｉｉｉ）マニホールドと流体連通する反応性ガスおよび不活性ガスソースを備えるスパッタリングシステムである。
【００４７】
本発明の実施例では、図２および３に示すように、スパッタリングシステムは、スパッタチャンバと流体連通する複数の混合ガスマニホールド２１０または３１０を含む。いくつかの実施例では混合ガスマニホールド２１０または３１０は、入口および出口を備え、これにより、供給ラインからスパッタチャンバ２００または３００への不活性ガスおよび／または反応性ガスの輸送が可能となっている。マニホールドは、スパッタチャンバに導入するガスが一定に流れることを可能にしている。
【００４８】
混合ガスマニホールド２１０または３１０は、チャンバの周辺に沿って等間隔または任意の間隔で配置されている。いくつかの実施例では混合ガスマニホールドが、図２および３に示すように等間隔で配置されている。いかなる特定の理論にも拘束されることを望まないが、混合ガスマニホールドを等間隔で配置すると、チャンバ内の雰囲気へガスをむらなく分配したり、リチウムターゲット２００または３００を囲むかこれに隣接する領域へガスをむらなく分配することが可能となると信じられている。スパッタリングを所望のように制御するためにいかなる数のマニホールドでも付加できる。
【００４９】
いくつかの実施例では、図２に示すように、各マニホールド２１０は、不活性ガスマニホールド供給ライン２３４および反応性ガスマニホールド供給ライン２２５に接続されている。反応性ガスおよび不活性ガスマニホールド供給ライン２２５及び２３５はそれぞれ、各混合ガスマニホールド２１０へ所定流量で反応性ガスまたは不活性ガスを搬送する。流量計または圧力センサを入口に設けて、ガス流量を監視することができる。
【００５０】
いくつかの実施例では、マニホールド２１０および不活性ガスマニホールド供給ライン２３５により、不活性ガスを一定の流れでチャンバに供給することができる。所定量の反応性ガスを、本明細書で説明するように必要に応じて反応性ガスマニホールド供給ライン２２５に所望の速度で導入できる。いくつかの実施例では反応性ガスおよび不活性ガスマニホールド供給ライン２２５および２３５は、混合ガスマニホールド２１０の入口に接続されている。不活性ガス流への反応性ガスの導入に適したいかなる入口も、この目的に適する。
【００５１】
いくつかの実施例では各混合ガスマニホールド２１０、反応性ガスマニホールド供給ライン２２５、および／または不活性ガスマニホールド供給ライン２３５は、チャンバに所定速度で不活性ガスまたは反応性ガスを選択的に導入するように動作する質量流制御（ＭＦＣ）または弁（本明細書では両者は互換できるものとする）を含む。当業者は、この目的のために適切なＭＦＣ、弁、または別の制御機構を選択できる筈である。各ＭＦＣは、導入するガスの量、スパッタターゲットに対するガス導入箇所、およびガス放出率を制御できるように選択的かつ互いに独立して動作させることができる。システムは、所望の制御のレベルに依存して、いかなる数の混合ガスマニホールド２１０および対応する互いに独立して制御されるＭＦＣも含むことができる。
【００５２】
いくつかの実施例ではＭＦＣは、（ｉ）混合ガスマニホールド入口と反応性ガスマニホールド供給ライン２２５との接合部、および（ｉｉ）混合ガスマニホールド入口と不活性ガスマニホールド供給ライン２３５との接合部に設けられている。（コンピュータまたは人間による）指令によりこれらのＭＦＣを制御して、所定速度で所定量のガスを導入するようにできる。当業者は、各混合ガスマニホールド入口におけるＭＦＣを一緒にまたは互いに独立して制御して、各混合ガスマニホールドにおけるガス流を制御できることを認識する筈である。例えば、リチウムターゲット上の中心点でスパッタ率を増加する必要があるならば、その中心点におけるマニホールドまたはその中心点の周りのマニホールドに指令して、不活性ガス流および所定量の反応性ガスを導入できる。
【００５３】
反応性ガスマニホールド供給ライン２２５は、反応性ガスマニホールド２２０に接続されこれと液体連通している。当業者は、不活性ガスマニホールド２３０と反応性ガスマニホールド２２０がそれぞれ、所定量の異なる不活性ガスまたは反応性ガスを混合するのに適することを認識する筈である。
【００５４】
いくつかの実施例では不活性ガスマニホールド２３０の入口が、１つ以上の不活性ガスソースに接続されている不活性ガス供給ライン２３８に接続されて、１つ以上の不活性ガスを不活性ガスマニホールド２３０に供給する。いくつかの実施例では不活性ガスマニホールド２３０の出口は、不活性ガスマニホールド供給ライン２３５に接続されている。
【００５５】
同様にいくつかの実施例では反応性ガスマニホールド２２０の入口は、１つ以上の反応性ガス供給ライン２２８に接続され、好ましくは各反応性ガス供給ライン２２８は互いに独立して、それぞれ異なる反応性ガスソースに接続されている。いくつかの実施例では反応性ガスマニホールド２２０の出口は、反応性ガスマニホールド供給ライン２２５に接続されている。
【００５６】
別の実施例では不活性ガスマニホールド２３０および反応性ガスマニホールド２２０のそれぞれは１つ以上のＭＦＣを、好ましくはそれらの入口および出口両方に含み、これにより、不活性ガスマニホールド２３０および反応性ガスマニホールド２２０のそれぞれを、それぞれのマニホールド供給ライン２３５および２２５、不活性ガス供給ライン２３８、または反応性ガス供給ライン２２８と選択的に液体連通させることができるようになっている。これらのＭＦＣはそれぞれ互いに独立して、コンピューター２５０および／またはインターフェースモジュール２６０により制御される。
【００５７】
例として、操作の間、不活性ガスは、各マニホールド２１０を通ってスパッタリングチャンバ２００に所定速度で連続的に導入される。必要な場合、反応性ガスを特定のマニホールドで不活性ガス流に導入して、その反応性ガスの導入点までスパッタ率を局所的に増加することができる。一方、反応性ガスを受け取っていないその他のマニホールドは、所定速度で不活性ガスを供給し続ける。ターゲットの特定の部分が、反応性ガスを受け取る必要がもはやなくなると、反応性ガスを導入するマニホールドは、所定流量の不活性ガスを供給するだけに戻る。反応性ガスの供給を徐々に減らしてスパッタ率を徐々に減らしたり、あるいは反応性ガスの供給を完全に停止することができる。
【００５８】
別の実施例では、図３に示すように、各混合ガスマニホールド３１０は、混合ガスマニホールド供給ライン３１５に接続されこれと液体連通している。いくつかの実施例では混合ガス供給ライン３１５は、混合ガスマニホールド３１０の入口に接続されている。混合ガスマニホールド供給ライン３１５は、所定ガスまたはガス混合物を所定流量で各混合ガスマニホールド３１０に搬送する。いくつかの実施例では各混合ガスマニホールド３１０は、それ自身の専用のマニホールド供給ライン３１５を有する。別の実施例では各混合ガスマニホールド３１０は、同一の混合ガス供給ライン３１５を共有する。当業者は本願明細書で説明するように、必要な数の混合ガスマニホールド３１０および混合ガスマニホールド供給ライン３１５を組み合わせて、スパッタプロセスを所望のレベルで制御できる筈である。
【００５９】
いくつかの実施例では各混合ガスマニホールド３１０および／または混合ガスマニホールド供給ライン３１５は１つ以上のマニホールド供給ライン３１５であって、これらのマニホールド供給ライン３１５が互いに独立して動作して、チャンバ内に所定速度で所定ガスを選択的に導入できるマニホールド供給ライン３１５を含む。当業者は、この目的のために適切なＭＦＣを選択できる筈である。システムは、所望のレベルの制御に依存して、いかなる数の混合ガスマニホールド３１０および対応する互いに独立して制御されるＭＦＣを有することができる。
【００６０】
いくつかの実施例では単一のＭＦＣが、混合ガスマニホールド出口と混合ガスマニホールド供給ライン３１５の接続部に設けられている。（コンピュータまたは人間の）指令によりこのＭＦＣを開かせて、所定量の所定ガスを所定速度で導入できる。当業者は、各混合ガスマニホールド入口における各ＭＦＣを一緒に制御するかあるいは互いに独立して制御して、各混合ガスマニホールドにおけるガス流を制御できることを認識する筈である。
【００６１】
いくつかの実施例では混合ガスマニホールド供給ライン３１５は、オプション的なガス混合チャンバ３４０に接続され、これにより、所定量の不活性ガスおよび／または反応性ガスは混合および／または保持されてから、混合ガスマニホールド供給ライン３１５に供給される。いくつかの実施例ではガス混合チャンバ３４０は、混合チャンバの入口および出口両方に１つ以上のＭＦＣを含み、これにより、混合ガスマニホールド供給ライン３１５と混合ガス供給ライン３４５の間の液体連通を互いに独立して制御できるようになっている。混合チャンバ３４０は、ガスの混合を助けるためにインペラを含むこともある。
【００６２】
別の実施例では混合ガスマニホールド供給ライン３１５は、混合ガス供給ライン３４５に直接に接続され、混合ガス供給ライン３４５は、不活性ガスマニホールド３３０および反応性ガスマニホールド３２０と連通する。
【００６３】
いくつかの実施例では不活性ガスマニホールド３３０の入口は、１つ以上の不活性ガスソースに接続されている不活性ガス供給ライン３３８に接続され、これにより、１つ以上の不活性ガスを不活性ガスマニホールド３３０に供給できるようになっている。いくつかの実施例では不活性ガスマニホールドの出口は、混合ガス供給ライン３４５に接続されている。
【００６４】
同様にいくつかの実施例では反応性ガスマニホールド３２０の入口は、１つ以上の反応性ガス供給ライン３２８に接続され、好ましくは各反応性ガス供給ライン３２８は、互いに独立してそれぞれ異なる反応性ガスソースに接続されている。いくつかの実施例では反応性ガスマニホールド３２０の出口は、混合ガス供給ライン３４５に接続されている。
【００６５】
別の実施例では不活性ガスマニホールド３３０および反応性ガスマニホールド３２０のそれぞれは１つ以上のＭＦＣを、好ましくはそれらの入口および出口両方に含み、これにより、各マニホールドを、それぞれの混合ガス供給ライン３４５、不活性ガス供給ライン３３８、または反応性ガス供給ライン３２８と選択的に液体連通させることができるようになっている。これらのＭＦＣは、コンピュータ３５０またはインターフェース３６０により互いに独立して制御される。
【００６６】
当業者に周知であり本装置に組み込むのに適するであろう別の非制限的な制御法は、圧力制御、部分圧力制御、および電力供給の電圧制御を含む。例えば、通常の実施例は、圧力制御で陰極を動作させことにある。圧力は、速度に影響を与えることがある変数であるので、キャパシタンスマノメータ（静電容量型圧力計）などの圧力ゲージによる測定を利用して、（例えばＰＬＣ(プログラマブル論理制御回路）よる閉ループにより)ガス流を制御することにより圧力を一定に保つことは、プロセスの安定性を高める手段である。いくつかの実施例ではアルゴンおよび酸素両方が流れることがあり、質量流制御器はアナログ信号またはデジタル信号を介して流れを増減することにより圧力を一定に保つと共に所定の流量比を維持する。部分圧制御は、同様に残留ガス分析器（ＲＧＡ）または別の装填装置により部分圧情報を得て達成できる。これによりアルゴンの部分圧と酸素の部分圧を互いに独立して制御できる。
【００６７】
スパッタ圧力およびガス流は典型的には、スパッタチャンバ内の機器およびコータ上の制御システムを使用して制御する。一般に、制御システムに基づくプログラマブル論理制御回路（ＰＬＣ）またはパーソナルコンピュータ（ＰＣ）を使用し、制御ソフトウェアは、人間ー機械インターフェース（ＨＭＩ）からと共にプロセス監視を利用しての自動利得制御を介しても圧力および流れ分布を制御できるように書く。圧力は、キャパシタンスマノメータ、イオンゲージ、薄膜ゲージなどの種々の真空ゲージを使用して測定できる。圧力は、ガスの流量を変化させたり、あるいは（スロットリングを行うか、ポンプ回転速度を低減するか、あるいは調整できるポンプスリットを付加することにより）ポンプ速度を高めるまたは低めることにより制御できる。１つの実施例ではプロセスを、キャパシタンスマノメータの出力を使用して、ガス流を制御するＭＦＣへの制御入力を供給する圧力制御で動作させる。
【００６８】
リチウムスパッタ率の制御は、本明細書で説明する光学的方法、あるいは結晶速度監視装置、自動吸収スペクトル監視装置などの機器、あるいは当技術分野の当業者に周知の別の方法を使用して得られる。
【００６９】
本発明の別の態様は、図４に示すように、リチウムの堆積の均一性および／または速度を監視し、必要ならば修正するプロセスである。リチウムの堆積の均一性および／または速度は、例えば基板上に生成したリチウム薄膜コーティングの厚さ、コーティングされた基板を通過する光の透過率、および／またはコーティングされた基板がスパッタリングチャンバから出る速度などを測定する４１０により監視できる。好ましい実施例ではスパッタ率は、堆積リチウムを通過する光の透過率を監視することにより測定する。リチウムのスパッタ率が増加し、ひいては堆積リチウム量が増加するにつれて、基板を通過する光の透過率も減ると信じられている。これらの測定パラメータ４１０のいずれも、基板上の堆積フィルムまたはコーティングのスパッタ率および／または均一性を決定するための代理として使用できる。
【００７０】
次いで測定パラメータは、所定の値または設定点４２０（またはいくつかの例ではある範囲の値）と比較される。当技術分野の当業者ならば分かるように、所定の値または設定点は、異なる基板タイプ、異なる基板用途、あるいは異なるリチウムターゲットタイプに対して異なる。
【００７１】
次いでステップ４３０でコンピュータまたは人間が、測定パラメータが所定の値または設定点にふさわしいかどうかを決定する。測定パラメータが十分であるならば、すなわち所定の基準を満足するならば、プロセスを、スパッタチャンバ４４０内のその時存在した条件で動作させる。しかしながら、測定パラメータが不十分であるならば、すなわち所定の基準を満足しないならば、プロセスを、チャンバまたは不活性ガス流内のその時存在した条件の１つ以上の構成部分を変えることにより変更する。次いで４５０でコンピュータまたは人間が、スパッタ率を変化させるのに必要な反応性ガスの量、タイプ、および／または供給速度を計算する。次いで４６０で反応性ガスを、変化を実施するために導入する。サイクルは必要に応じて継続され繰り返される。
【００７２】
いくつかの実施例ではアルゴリズム４５０が、スパッタチャンバ内（全チャンバに沿ってかまたはターゲットの任意の部分に局所的にかのいずれかで）または不活性ガス流内の最適な雰囲気条件を決定するのに使用される、すなわちアルゴリズムが、スパッタ率を最適化するためにチャンバまたは不活性ガス流内の不活性ガスに対する反応性ガスの比を決定するのに使用される。例えば、各１％の所望のリチウム速度調整に対して局所的に０.１％の酸素流を加算または減算するための線形方程式を使用できる。加えて、アルゴリズムは、全体の均一性およびスパッタ率を維持するためにいくつかのマニホールド中の酸素流を同時にグローバルに調整する役割を果たすこともある。このアルゴリズムは、全体の速度を制御下に維持するために必要に応じて行う電力調整を含むこともある。いくつかの実施例では次いでコンピュータまたは人間が、スパッタチャンバでのその時存在した条件を変更するために４６０での変化を実施する最良の方法を決定する、すなわち特定のマニホールドまたは不活性ガス流でのガス流、必要な反応性ガス／不活性ガスの比、および／または必要な反応性ガス／不活性ガス混合物の成分を変更する最良の方法を決定する。
【００７３】
例として、基板の測定された透過率が所定の設定点より低くなると、本願発明のスパッタシステムは、その不足を修正するためにある量の反応性ガスを導入することにより応答する。例えば、基板の中心部分内の堆積リチウムの均一性が不十分であると決定されると、スパッタ率の増加を実施するのに充分な量の反応性ガスが、基板の不均一部分に対応するリチウムターゲットの部分に供給される。
【００７４】
測定パラメータ４１０は、連続的に監視されることも、所定の期間で監視されることもある。このようにして、スパッタチャンバまたは不活性ガス流内のそのとき存在した条件を連続的に調整でき、これにより、均一な所定の厚さを有するコーティングされた基板を提供したり、所要の速度で基板上にコーティングを堆積させることが可能となる。
【００７５】
自動化制御システムの一例は、コータＰＬＣ制御システムと協働して動作される光学的監視システムである。この装置は、コーティングの均一性を監視し、情報は、上述のアルゴリズムを使用して処理される。次いでこの情報は、ＰＬＣへ送信され、システムのＭＦＣ流れパラメータ、電力設定、圧力、または別の制御出力を調整するのに使用される。
【００７６】
本発明は本明細書で特定の実施例を参照して説明されたが、これらの実施例は本発明の原理および用途を説明しているにすぎないと理解されるべきである。したがって、多数の変更をこれらの説明的実施例に行うことができ、別の配置を、添付の請求の範囲により定義された本発明の精神および範囲から逸脱することなしに考案できると理解されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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2014515060.tif 000009