(57)【要約】カソードソースアセンブリと、該カソードソースアセンブリに着脱可能に結合されるカソードターゲットアセンブリとを含むマグネトロンスパッタリングデバイスが提供される。カソードソースアセンブリは、回転可能な駆動軸と、該回転可能な駆動軸内に位置し、かつカソードソースアセンブリの外端で管支持体に結合される給水管とを備える。カソードターゲットアセンブリは、回転可能なターゲットシリンダを含む回転式カソードであって、回転可能な駆動軸に着脱可能に載置される回転式カソードを備える。ターゲットシリンダの内側の磁石バーが、給水管の端部に結合される。掃引機構が、磁石バーに結合され、制御モータを含む。割出プーリが制御モータに動作可能に結合され、磁石バープーリがベルトによって割出プーリに結合される。磁石バープーリは、磁石バープーリのあらゆる動作が管支持体および給水管を通じて磁石バーに移されるように、管支持体に装着される。掃引機構は、スパッタリング中、磁石バーにターゲットシリンダの回転から独立した所定の動作を与える。【選択図】  図１Ａ
2014521838.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カソードソースアセンブリであって、
回転可能な駆動軸と、
前記回転可能な駆動軸内に位置し、前記カソードソースアセンブリの外端で管支持体に結合される、給水管と、を備える、カソードソースアセンブリと、
前記カソードソースアセンブリに着脱可能に結合されるカソードターゲットアセンブリであって、
回転可能なターゲットシリンダを含む回転式カソードであって、前記回転可能な駆動軸に着脱可能に載置される、回転式カソードと、
前記ターゲットシリンダの内側で、前記給水管の端部に結合される、磁石バーと、を備える、カソードターゲットアセンブリと、
前記磁石バーに動作可能に結合される掃引機構であって、
制御モータと、
前記制御モータに動作可能に結合される割出プーリと、
ベルトによって前記割出プーリに動作可能に結合される磁石バープーリであって、前記磁石バープーリの任意の動作が前記管支持体および前記給水管を通じて前記磁石バーに移されるように、前記管支持体に装着される、磁石バープーリと、を備える、掃引機構と、を備え、
前記掃引機構が、スパッタリング中、前記磁石バーにターゲットシリンダの回転から独立した所定の動作を与える、マグネトロンスパッタリングデバイス。
【請求項２】
前記制御モータは、前記磁石バーを移動させるために様々なディザパターンを生成するように構成される、請求項１に記載のマグネトロンスパッタリングデバイス。
【請求項３】
前記制御モータは、ステッパモータまたはサーボモータを備える、請求項１に記載のマグネトロンスパッタリングデバイス。
【請求項４】
前記制御モータは、モータマウントで前記カソードソースアセンブリに取り付けられる、請求項１に記載のマグネトロンスパッタリングデバイス。
【請求項５】
前記磁石バープーリは、前記カソードソースアセンブリ上の割出軸受ハウジングに取り付けられる、請求項１に記載のマグネトロンスパッタリングデバイス。
【請求項６】
前記カソードターゲットアセンブリは、真空チャンバ内に載置されるときに実質的に垂直な配向を有する、請求項１に記載のマグネトロンスパッタリングデバイス。
【請求項７】
前記カソードターゲットアセンブリは、真空チャンバ内に載置されるときに実質的に水平な配向を有する、請求項１に記載のマグネトロンスパッタリングデバイス。
【請求項８】
真空被覆チャンバと、
複数のマグネトロンスパッタリングデバイスであって、前記マグネトロンスパッタリングデバイスのそれぞれが、
前記真空被覆チャンバの壁に載置されるカソードソースアセンブリであって、
回転可能な駆動軸と、
前記回転可能な駆動軸内に位置し、前記カソードソースアセンブリの外端で管支持体に結合される、給水管と、を備える、カソードソースアセンブリと、
前記カソードソースアセンブリに着脱可能に結合され、前記真空被覆チャンバ内に配設される、カソードターゲットアセンブリであって、
回転可能なターゲットシリンダを含む回転式カソードであって、前記回転可能な駆動軸に着脱可能に載置される、回転式カソードと、
前記ターゲットシリンダの内側で、前記給水管の端部に結合される、磁石バーと、を備える、カソードターゲットアセンブリと、
前記磁石バーに動作可能に結合される掃引機構であって、
制御モータと、
前記制御モータに動作可能に結合される割出プーリと、
ベルトによって前記割出プーリに動作可能に結合される磁石バープーリであって、前記磁石バープーリの任意の動作が前記管支持体および前記給水管を通じて前記磁石バーに移されるように、前記管支持体に装着される、磁石バープーリと、を備える、掃引機構と、を備え、
前記磁石バー掃引機構が、スパッタリング中、前記磁石バーにターゲットシリンダの回転から独立した所定の動作を与える、マグネトロンスパッタリングデバイスと、を備え、
前記回転式カソードが、互いに実質的に平行かつ実質的に規則的な間隔で配列され、前記回転式カソードが前記真空チャンバ内で被覆される基板に実質的に平行である面に配設される、マグネトロンスパッタリングシステム。
【請求項９】
前記制御モータは、前記磁石バーを移動させるために様々なディザパターンを生成するように構成される、請求項８に記載のマグネトロンスパッタリングシステム。
【請求項１０】
前記制御モータは、ステッパモータまたはサーボモータを備える、請求項８に記載のマグネトロンスパッタリングシステム。
【請求項１１】
前記制御モータは、モータマウントで前記カソードソースアセンブリに取り付けられる、請求項８に記載のマグネトロンスパッタリングシステム。
【請求項１２】
前記磁石バープーリは、前記カソードソースアセンブリ上の割出軸受ハウジングに取り付けられる、請求項８に記載のマグネトロンスパッタリングシステム。
【請求項１３】
それぞれのカソードターゲットアセンブリは、前記真空チャンバ内で実質的に垂直な配向を有する、請求項８に記載のマグネトロンスパッタリングシステム。
【請求項１４】
それぞれのカソードターゲットアセンブリは、前記真空チャンバ内で実質的に水平な配向を有する、請求項８に記載のマグネトロンスパッタリングシステム。
【請求項１５】
実質的に均一な様式で１つ以上の基板を被覆するためのスパッタリングシステムであって、
回転式カソードをそれぞれ有する複数のマグネトロンスパッタリングデバイスであって、前記回転式カソードが互いに実質的に平行かつ実質的に規則的な間隔であるように配列され、前記カソードがまた、被覆される１つ以上の基板に実質的に平行である面に配設される、マグネトロンスパッタリングデバイスと、
前記基板が前記マグネトロンスパッタリングデバイスに対して静止位置に配置されるとき、前記基板上に実質的に均一な被覆を提供するように、前記スパッタリングシステムの幾何学的形状に対して最適化されるそれぞれの回転式カソード内のマグネトロンと、を備え、
前記マグネトロンスパッタリングデバイスの配列が、対向する端部における１つ以上の外側マグネトロンスパッタリングデバイスと、前記外側マグネトロンスパッタリングデバイス間の１つ以上の内側マグネトロンスパッタリングデバイスとを含む、システム。
【請求項１６】
前記外側マグネトロンスパッタリングデバイス内の前記回転式カソードは、前記内側マグネトロンスパッタリングデバイスの前記回転式カソード内の前記マグネトロンとは異なって構成されるマグネトロンを有する、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
それぞれのマグネトロンスパッタリングデバイスは、前記マグネトロンにカソードの回転から独立した掃引動作を与えるように前記マグネトロンに動作可能に結合される電動機構を有する、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１８】
前記電動機構は、様々なディザリングパターンでプログラムされるコントローラによって駆動される、請求項１７に記載のシステム。
【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８月４日に出願された、米国仮特許出願第６１／５１５，０９４号の利益を主張するものであり、これは、参照により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
回転ターゲットのマグネトロンスパッタリングは、基板上に種々多様の薄膜を生成するために広く使用されている。マグネトロンスパッタリングでは、スパッタする対象の材料は、円筒の形状に形成されるか、または剛性の材料で作られた円筒形の支持管の外表面に接着させられるかのいずれかである。マグネトロンアセンブリは、管内に配設され、ターゲットの外表面に相当な磁束が存在するようにターゲットに透過する磁束を供給する。磁界は、ターゲットから放出された電子を保つように設計され、それにより作動ガスとの電離衝突が起こる可能性が高まり、ひいてはスパッタリングプロセスの効率が向上される。
【０００３】
適切に均一な薄膜は、一般に、基板およびスパッタリングマグネトロンが両方とも互いに対して静的に保持されるときに標準的な回転円筒形のカソードを使用することによって広い面積上で達成することができない。これは、磁界の構造によるものであり、これが通常、カソードの主軸に実質的に平行である２本（場合によっては４本）の線の高強度スパッタリングプラズマを形成する。スパッタされた材料は、ターゲットに２つの近似的なガウス分布（高強度スパッタリングのそれぞれの線から１つ）を残し、類似の分布で基板に達する。薄膜の最終的な厚さは、２つの（ガウス）分布の重ね合わせである。複数のカソードが使用されるとき、薄膜の厚さは、複数のこのような分布の総和である。
【０００４】
カソードを回転するための典型的なマグネトロンアセンブリは、鋼などの磁気回路を完成するのに役立つ磁気伝導性材料のヨークに取り付けられた、磁石の３つの実質的に平行な列を備える。磁石の磁化の方向は、スパッタするターゲットの主軸に対して放射状となる。中心の列は、２つの外側の列と反対の極性を有する。
【０００５】
磁石の内側および外側の列の磁束は、磁石の片側で磁気伝導性のヨークを通じて連結される。ヨークの反対側の磁石のもう一方の側では、磁気伝導性材料に磁束が含まれないため、実質的に非磁性のターゲットを実質的に妨げられずに透過する。このようにして、２つの弧状の磁界が、ターゲットの作業面およびその上に提供される。これは、上述した２本の線の高強度スパッタリングプラズマを提供する。加えて、外側の列は、内側の列よりもわずかに長く、外側の列と同じ極性である追加の磁石は、アセンブリの端部に、２つの外側の列の間に配置され、ドリフト経路のいわゆる「方向転換」領域を生じさせる。これは、２つのドリフト経路を接続する効果を有し、したがって、１つの継続的な楕円形の「レーストラック」ドリフト経路を形成する。これにより、電子の保持が最適化され、そのためスパッタリングプロセスの効率が最適化される。上記のように構成されたソースのアレイを使用して静的基板を被覆する試みは、大部分の用途では許容できない均一性プロファイルをもたらす。このような均一性プロファイルは図６に示され、さらに以下で考察される。
【０００６】
標準的な手法は、静的システムに対する許容可能な薄膜均一性を生じさせることができる。それでもなお、全薄膜の厚さが材料束の複数のガウシアン型分布の総和であるため、カソードの主軸に垂直である基板寸法にわたってまだ若干の定期的な薄膜の厚さの変動（リップル）がある。薄膜の厚さのこのリップルは、いくつかの製品では許容可能ではない場合がある。これらの場合に、ターゲットの外周の部分にわたって磁界を掃引するための機構が開発された。動作中に磁石アレイを掃引することは、磁石アレイの磁界をカソードターゲットの外周の部分に移動させ、それによって薄膜のリップルを低減する。
【０００７】
掃引する磁界を提供する従来のスパッタリングシステムは、対称中心線を中心として対称的に位置決めされる２つの位置の間の定角速度か、または２つの位置の間の別個のステップかのいずれかでそのように行う。これらの方法は、薄膜の厚さのリップルを低減する場合があるが、これらは、必ずしも薄膜の均一性を最適化しない場合がある。この理由は、両方法が非線形分布を修正するために線形補償を使用しているためである。
【発明の概要】
【０００８】
マグネトロンスパッタリングデバイスは、カソードソースアセンブリと、該カソードソースアセンブリに着脱可能に結合されるカソードターゲットアセンブリとを含む。カソードソースアセンブリは、回転可能な駆動軸と、該回転可能な駆動軸内に位置し、かつカソードソースアセンブリの外端で管支持体に結合される給水管とを備える。カソードターゲットアセンブリは、回転可能なターゲットシリンダを含む回転式カソードであって、回転可能な駆動軸に着脱可能に載置される回転式カソードを備える。ターゲットシリンダの内側の磁石バーが、給水管の端部に結合される。掃引機構が、磁石バーに結合され、制御モータを含む。割出プーリが、制御モータに動作可能に結合され、磁石バープーリがベルトによって割出プーリに結合される。磁石バープーリは、磁石バープーリのあらゆる動作が管支持体および給水管を通じて磁石バーに移されるように、管支持体に装着される。掃引機構は、スパッタリング中、磁石バーにターゲットシリンダの回転から独立した所定の動作を与える。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本発明の特徴は、図面を参照して以下の説明から当業者に明らかとなる。図面が本発明の典型的な実施形態のみを示し、したがって範囲の限定と見なすべきべきではない点を理解して、本発明は、添付の図面を使用することによってさらなる特異性および詳細で説明される。
【図１Ａ】一実施形態による回転式カソードを有するマグネトロンスパッタリングデバイスの側面図である。
【図１Ｂ】図１Ａのマグネトロンスパッタリングデバイスの断側面図である。
【図２Ａ】一実施形態による回転式カソードを有するマグネトロンスパッタリングシステムの正面図である。
【図２Ｂ】図２Ａのマグネトロンスパッタリングシステムの背面図である。
【図３Ａ】図２Ａのマグネトロンスパッタリングシステムの底面図である。
【図３Ｂ】図２Ａのマグネトロンスパッタリングシステムの底面斜視図である。
【図４Ａ】別の実施形態による回転式カソードを有するマグネトロンスパッタリングシステムの斜視図である。
【図４Ｂ】図４Ａのマグネトロンスパッタリングシステムの底面図である。
【図５Ａ】代替的な実施形態による回転式カソードを有するマグネトロンスパッタリングデバイスの側面図である。
【図５Ｂ】図５Ａのマグネトロンスパッタリングデバイスの断側面図である。
【図６】従来のマグネトロンで２つの標準的な回転式カソードの端面図を示す概略図である。
【図７】一実施形態による最適化されたマグネトロンで２つの回転式カソードの端面図を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下の詳細な説明では、実施形態が、当業者が本発明を実施することを可能にするために十分詳細に記載される。他の実施形態が本発明の範囲から逸脱することなく利用され得ることを理解されたい。したがって、以下の説明は、限定的な意味で解釈されるべきではない。
【００１１】
広い面積の基板上で実質的に均一な薄膜を生成するマグネトロンスパッタリングデバイスのための回転式カソードが提供される。掃引機構は、スパッタリング動作中、回転式カソードの内側の磁石アレイを独立して移動させるように構成される。複数の回転式カソードは、カソードに対して静止したままである広い面積の基板上で均一な薄膜を堆積するためにマグネトロンスパッタリングシステムで実装され得る。
【００１２】
マグネトロンスパッタリングデバイスの動作中、制御モータから回転式カソードの内側のマグネトロンアセンブリに動作が移される。一実装形態では、掃引動作は、所望の運動を提供するようにプログラムされ得る、サーボモータなどの可変ドライバによって制御され得る。マグネトロンアセンブリは、対称中心線に対して移動させられる。
【００１３】
掃引する磁界を使用する従来のシステムは、対称中心線を中心として対称的に位置決めされる２つの位置の間の定角速度か、または２つの位置の間の別個のステップかのいずれかでそのように行う。これらの方法は、薄膜の厚さのリップルを低減する場合があるが、これらは、必ずしも薄膜の均一性を最適化しない場合がある。この理由は、両方法が非線形分布を修正するために線形補償を使用しているためである。均一性を真に最適化するために、非定常掃引動作が使用され得る。
【００１４】
実質的に均一な様式で１つ以上の基板を被覆するためのスパッタリングシステムでは、回転式カソードをそれぞれ有する、複数のマグネトロンスパッタリングデバイスは、回転式カソードが互いに実質的に平行かつ実質的に規則的な間隔であるように配列される。カソードはまた、被覆される１つ以上の基板に実質的に平行である面に配設される。それぞれの回転式カソード内のマグネトロンは、基板がマグネトロンスパッタリングデバイスに対して静止位置に配置されるときに、基板上に実質的に均一な被覆を提供するように、スパッタリングシステムの幾何学的形状に対して最適化される。マグネトロンスパッタリングデバイスの配列は、対向する端部における１つ以上の外側マグネトロンスパッタリングデバイスと、外側マグネトロンスパッタリングデバイス間の１つ以上の内側マグネトロンスパッタリングデバイスとを含む。マグネトロンスパッタリングデバイスのそれぞれが、マグネトロンにカソードの回転から独立した掃引動作を与えるようにマグネトロンに動作可能に結合される電動機構を含み得る。電動機構は、様々なディザリングパターンでプログラムされるコントローラによって駆動され得る。
【００１５】
複数のカソードを有するマグネトロンスパッタリングシステムの別の実施形態では、最も外側のカソードは、むしろ標準的なアセンブリに近いマグネトロンアセンブリを有してもよい。最適化された設計が最も外側のカソード上に使用される場合、レーストラックの最も外側の直線セグメントは、基板の縁部から実質的に離れてスパッタし、それによって所望されない影響を及ぼす。さらに、最も外側のカソード上に標準的な設計を有することは、複数のカソードの重なった束分布の減退を補うため、端部で均一性を改善する。
【００１６】
別の実施形態では、最も外側のカソードのマグネトロンアセンブリは、内側マグネトロンとは異なる設計を有することができ、したがって内側マグネトロンのものとは異なる掃引動作を有する。これは、基板の外縁部における均一性をさらに改善する。原則として、それぞれのマグネトロンは、必要に応じて異なる設計および／または異なるプログラムされた動作を有することができる。
【００１７】
独立したマグネトロン動作を欠く標準的なカソード設計を修正することは、より多くの回転式シールおよび回転式電気接点の追加を必要とするであろう。これは、カソード故障の機会および維持要件の増加をもたらす望ましくない複雑化をもたらすであろう。この機械的な複雑化の増加は、コータ装置の形状に適合するようにマグネトロン設計を最適化することにより本手法で軽減される。したがって、新しい動作を補うための電気および冷却ラインの柔軟性が利用されることができ、それによって機械的な複雑化の増加を最小限にする。
【００１８】
本マグネトロンスパッタリングデバイスおよびシステムの様々な特徴は、図面に関して以下のようにさらに詳細に記載される。
【００１９】
図１Ａおよび１Ｂは、一実施形態によるマグネトロンスパッタリングデバイス１００を示す。マグネトロンスパッタリングデバイス１００は、一般的に、図１Ａに示されるように、カソードソースアセンブリ１０２と、カソードソースアセンブリ１０２に着脱可能に結合されるカソードターゲットアセンブリ１０４とを含む。
【００２０】
カソードソースアセンブリ１０２は、図１Ｂに示されるように、主ハウジング１１０と、ハウジング１１０の内側の中空駆動軸１１２とを含む。１つ以上の玉軸受１１３は恐らく、ハウジング１１０内の駆動軸１１２の周囲に位置する１つのみの軸受であり得る。すべての設備がフィードスルーの中に導入されるようにハウジング１１０内のシングルエンドフィードスルーが提供される。
【００２１】
給水管１１４が、駆動軸１１２内に位置し、カソードソースアセンブリ１０２の外端で管支持体１１６に結合される。給水管１１４は、管支持体１１６を通じて第１の流体ポート１１５と流体連通している。管支持体１１６に隣接する水シールハウジング１１７が、図１Ａに示されるように、第２の流体ポート１１８と流体連通している。流体ポート１１５および１１８は、マグネトロンスパッタリングデバイス１００の動作中、必要に応じて水および空気のソース（図示せず）と結合するように構成される。給水管１１４の遠位端１１９が、図１Ｂに示されるように、管支持体１１６とは反対側の端部に位置する。
【００２２】
歯車モータ１２０が、歯車モータ１２０および駆動プーリ１２６に動作可能に結合されるプーリ１２４を取り囲む駆動ハウジング１２２に載置される。プーリ１２４および駆動プーリ１２６は、駆動軸１１２を回転するために駆動ベルト１２７によって回転可能に結合される。
【００２３】
駆動軸１１２は、ハウジング１１０からチャンバ壁１３０によって囲まれる真空被覆チャンバ（図示せず）の中に突き出る。ハウジング１１０の周囲の載置フランジ１２９が、チャンバ壁１３０の内表面１３２に当接する。載置フランジ１２９は、複数のボルト１３４によってチャンバ壁１３０に固定される。真空シールアセンブリ１３６が、図１Ｂに示されるように、真空シールを維持するようにチャンバ壁１３０を通じて延在するハウジング１１０の一部分を取り囲む。
【００２４】
カソードターゲットアセンブリ１０４は、回転式カソード１４０を含み、これは、回転可能なターゲットシリンダ１４２を、この外表面上のターゲット材料とともに有する。磁石バー１４４が、ターゲットシリンダ１４２の内側で支持され、磁石バー回転防止キー１４６を含む給水管１１４の端部１１９に結合される。回転式カソード１４０は、ターゲット載置フランジ１４８およびターゲットクランプ１５０によって真空被覆チャンバの中に突き出る駆動軸１１２の端部に着脱可能に載置される。任意の外部支持部材１５２が、ターゲットシリンダ１４２の遠位端に装着され、真空チャンバ壁に固定され得る。
【００２５】
マグネトロンスパッタリングデバイス１００はまた、スパッタリング動作中、磁石バー１４４の独立した運動を提供する磁石バー掃引機構１６０を含む。磁石バー掃引機構１６０は、スパッタリング動作中、磁石バー１４４にターゲットシリンダの回転から独立した所定の動作を与える。
【００２６】
磁石バー掃引機構１６０は、モータマウント１６４でハウジング１１０に取り付けられる、ステッパモータまたはサーボモータなどの制御モータ１６２を含む。制御モータは、磁石バー１４４を移動させるために様々なディザパターンを生成するようにプログラムすることなどによって構成され得る。
【００２７】
モータ１６２は、駆動ベルト１６８を支持する割出プーリ１６６に動作可能に結合される。駆動ベルト１６８はまた、割出軸受ハウジング１７２に取り付けられる磁石バープーリ１７０によって支持され、これは同様に、複数のボルト１７４で水シールハウジング１１７に結合される。駆動ベルト１６８は、タイミングベルト、鎖、またはプーリ１６６および１７０をずれることなく接続する他のデバイスであってもよい。例えば、典型的なタイミングベルトは、平坦であり、歯を含む。
【００２８】
軸受１８０は、固定割出軸受ハウジング１７２によって保持され、磁石バー１１４の重量から管支持体１１６までの放射状かつスラスト荷重への支持を提供しながら磁石バーアセンブリ１１４を容易に回転する能力を提供する。
【００２９】
カソードソースアセンブリ１０２は、カソードターゲットアセンブリ１０４がターゲットシリンダ１４２の近位端より高いターゲットシリンダ１４２の遠位端で上方方向に延在するように、図１Ａの底面に載置された位置に示される。マグネトロンスパッタリングデバイス１００はまた、異なるカソード配向を提供するように他の位置に載置され得る。例えば、カソードソースアセンブリ１０２は、カソードターゲットアセンブリ１０４がターゲットシリンダ１４２の近位端より低いターゲットシリンダ１４２の遠位端で下方方向に延在するように、上部に載置された位置に配置され得る。あるいは、カソードソースアセンブリ１０２は、カソードターゲットアセンブリ１０４が実質的に水平な配向を有するように、側面に載置された位置に配置され得る。
【００３０】
マグネトロンスパッタリングシステムは、図１Ａに示されるマグネトロンスパッタリングデバイス１００に対応する複数のマグネトロンスパッタリングデバイスで実装され得る。例えば、２つ以上のマグネトロンスパッタリングデバイスは、より大きな基板を被覆するためにマグネトロンスパッタリングシステムに配列され得る。
【００３１】
図２Ａおよび２Ｂは、一対のマグネトロンスパッタリングデバイス１００ａおよび１００ｂを含む、一実施形態によるマグネトロンスパッタリングシステム２００を示す。マグネトロンスパッタリングデバイス１００ａおよび１００ｂはそれぞれ、それぞれの主ハウジング１１０ａ、１１０ｂと、それぞれの水シールハウジング１１７ａ、１１７ｂとを有する。マグネトロンスパッタリングデバイス１００ａ、１００ｂのそれぞれはまた、それぞれの駆動ハウジング１２２ａ、１２２ｂに載置されるそれぞれの歯車モータ１２０ａ、１２０ｂを含む。
【００３２】
マグネトロンスパッタリングデバイス１００ａ、１００ｂはまた、回転可能なターゲットシリンダ１４２ａ、１４２ｂをそれぞれ有する、それぞれの回転式カソード１４０ａ，１４０ｂを有する。真空被覆チャンバ（図示せず）は、チャンバ壁２３０によって囲まれる。回転式カソード１４０ａ，１４０ｂのそれぞれは、それぞれのターゲットクランプ１５０ａ、１５０ｂによって真空被覆チャンバの中に突き出る駆動軸の端部に着脱可能に載置される。任意の外部支持部材１５２ａ、１５２ｂは、それぞれのターゲットシリンダ１４２ａ、１４２ｂの遠位端に装着され、真空チャンバ壁に固定され得る。
【００３３】
一実施形態では、共通の載置フランジ２２９は、底面マウントハウジング１１０ａ、１１０ｂを取り囲み、チャンバ壁２３０の内表面２３２に当接する。載置フランジ２２９は、複数のボルト２３４によってチャンバ壁２３０に固定される。代替的な実施形態では、カソードは、共通の載置フランジなしでチャンバ壁に直接載置され得る。
【００３４】
マグネトロンスパッタリングデバイス１００ａ、１００ｂのそれぞれは、スパッタリング動作中、回転式カソード１４０ａ、１４０ｂにおける磁石バーの運動を提供するそれぞれの磁石バー掃引機構１６０ａ、１６０ｂを含む。磁石バー掃引機構１６０ａ、１６０ｂは、図３Ａおよび３Ｂにより詳細に示される。
【００３５】
磁石バー掃引機構１６０ａ、１６０ｂはそれぞれ、割出マウント１６４ａ、１６４ｂでハウジング１１０ａ、１１０ｂに取り付けられるそれぞれの制御モータ１６２ａ、１６２ｂを含む。それぞれの制御モータ１６２ａ、１６２ｂは、それぞれの駆動ベルト１６８ａ、１６８ｂを支持する、それぞれの割出プーリ１６６ａおよび１６６ｂに動作可能に結合される。ベルト１６８ａ、１６８ｂはそれぞれ、それぞれの磁石バープーリ１７０ａ、１７０ｂによっても支持される。
【００３６】
磁石バー掃引機構１６０ａ、１６０ｂは、前述の磁石バー掃引機構１６０に対して上述したものと同じ様式で作動する。
【００３７】
回転式カソード１４０ａ，１４０ｂは、ターゲットシリンダ１４２ａ、１４２ｂがターゲットシリンダの近位端より高いターゲットシリンダの遠位端で上方または垂直方向に延在するように、図２Ａおよび２Ｂの底面に載置された位置に示される。マグネトロンスパッタリングシステム２００はまた、異なるカソード配向を提供するために他の位置に載置され得る。例えば、回転式カソード１４０ａ，１４０ｂは、ターゲットシリンダ１４２ａ、１４２ｂがターゲットシリンダの近位端より低いターゲットシリンダの遠位端で下方方向に延在するように、上部に載置された位置に配置され得る。あるいは、回転式カソード１４０ａ，１４０ｂは、ターゲットシリンダ１４２ａ、１４２ｂが実質的に水平な配向を有するように、側面に載置された位置に配置され得る。
【００３８】
図４Ａおよび４Ｂは、複数のマグネトロンスパッタリングデバイス４１０を含む、別の実施形態によるマグネトロンスパッタリングシステム４００を示す。８つのマグネトロンスパッタリングデバイス４１０が示されるが、スパッタリングシステム４００は、多かれ少なかれマグネトロンスパッタリングデバイス４１０で実装され得る。
【００３９】
マグネトロンスパッタリングデバイス４１０はそれぞれ、図１Ａに示されるマグネトロンスパッタリングデバイス１００に対して前述と本質的に同じ構成要素を含む。したがって、マグネトロンスパッタリングデバイス４１０はそれぞれ、一般的に、図４Ａに示されるように、カソードソースアセンブリ４１２と、カソードソースアセンブリ４１２に着脱可能に結合されるカソードターゲットアセンブリ４１４とを含む。
【００４０】
マグネトロンスパッタリングデバイス４１０はまた、回転可能なターゲットシリンダ４２２をそれぞれ有する、それぞれの回転式カソード４２０を有する。真空被覆チャンバ（図示せず）は、チャンバ壁４３０によって囲まれる。回転式カソード４２０のそれぞれは、それぞれのターゲットクランプ４５０によって真空被覆チャンバの中に突き出る駆動軸の端部に着脱可能に載置される。回転式カソード４２０は、互いに実質的に平行かつ実質的に規則的な間隔で配列され、回転式カソード４２０は、真空被覆チャンバ内で被覆される基板に実質的に平行である面に配設される。任意の外部支持部材４５２は、それぞれのターゲットシリンダ４２２の遠位端に装着され、真空チャンバ壁に固定され得る。
【００４１】
マグネトロンスパッタリングデバイス４１０のそれぞれは、スパッタリング動作中、回転式カソード４２０における磁石バーの運動を提供するそれぞれの磁石バー掃引機構４６０を含む。磁石バー掃引機構４６０はそれぞれ、それぞれの駆動ベルト４６８を支持する、それぞれの割出プーリ４６６に動作可能に結合されるそれぞれの制御モータ４６２を含む。それぞれの駆動ベルト４６８はまた、それぞれの磁石バープーリ４７０によって支持される。
【００４２】
磁石バー掃引機構４６０は、前述の磁石バー掃引機構１６０に対して上述したものと本質的に同じ様式で作動する。
【００４３】
図５Ａおよび５Ｂは、さらなる実施形態によるマグネトロンスパッタリングデバイス５００を示す。マグネトロンスパッタリングデバイス５００は、一般的に、図５Ａに示されるように、カソードソースアセンブリ５０２と、カソードソースアセンブリ５０２に着脱可能に結合されるカソードターゲットアセンブリ５０４とを含む。
【００４４】
カソードソースアセンブリ５０２は、図５Ｂに示されるように、細長いハウジング５１０と、ハウジング５１０の内側の中空駆動軸５１２とを含む。給水管５１４が、駆動軸５１２内に位置し、カソードソースアセンブリ５０２の外端で管支持体５１６に結合される。給水管５１４は、管支持体５１６を通じて第１の流体ポート５１５と流体連通している。管支持体５１６に隣接する水シールハウジング５１７が、図５Ａに示されるように、第２の流体ポート５１８と流体連通している。
【００４５】
歯車モータ５２０は、歯車モータ５２０および駆動プーリ５２６に動作可能に結合されるプーリ５２４を取り囲む、駆動ハウジング５２２に載置される。プーリ５２４および駆動プーリ５２６は、駆動軸５１２を回転するために駆動ベルト５２７によって回転可能に結合される。駆動軸５１２は、ハウジング５１０からチャンバ壁５３０によって囲まれる真空被覆チャンバ（図示せず）の中に突き出る。
【００４６】
カソードターゲットアセンブリ５０４は、回転式カソード５４０を含み、これは、回転可能なターゲットシリンダ５４２を、この外表面上のターゲット材料とともに有する。磁石バー５４４が、ターゲットシリンダ５４２の内側で支持され、給水管５１４に結合される。回転式カソード５４０は、真空被覆チャンバの中に突き出る駆動軸５１２の端部に着脱可能に載置される。
【００４７】
マグネトロンスパッタリングデバイス５００はまた、スパッタリング動作中、磁石バー５４４の運動を提供する磁石バー掃引機構５６０を含む。磁石バー掃引機構５６０は、モータマウント５６４でハウジング５１０に取り付けられる制御モータ５６２を含む。モータ５６２は、駆動ベルト５６８を支持する、割出プーリ５６６に動作可能に結合される。駆動ベルト５６８はまた、割出軸受ハウジング５７２に取り付けられる磁石バープーリ５７０によって支持される。磁石バー掃引機構５６０は、前述の磁石バー掃引機構１６０に対して上述したものと本質的に同じ様式で作動する。
【００４８】
図６は、それぞれのマグネトロン構成６２０および６２２をそれぞれ有する、２つの標準的な回転式カソード６１０および６１２の端面図を示す概略図である。それぞれのマグネトロン構成６２０、６２２は、第１の極性の磁石６３０の中心の列と、磁石の中心の列の周囲に配設される第２の極性の磁石６３２の同心楕円とを含む。図６はまた、回転式カソード６１０および６１２に対する粒子束分布のグラフ表示を含み、これは、分布の和と、それぞれのカソードに対する個別分布とを含む。
【００４９】
マグネトロンに対する改善された手法は、磁石の２つの同心楕円に第１の極性の内側楕円および第２の極性の外側楕円を提供し、２０１２年１月６日に出願された、米国特許出願第１３／３４４，８７１号に開示され、この開示は、参照により組み込まれる。このように、「レーストラック」の２つの線形部分の間の角度分離は、高角度材料束を同時に最小限にしながら、特定の被覆システムに必要とされる多数のカソードで生成され得る可能な限り最高の均一性を提供するように容易に適合されてもよい。
【００５０】
上記の改善された手法の例は、図７に示され、これは、最適化されるマグネトロン構成７２０および７２２をそれぞれ有する、２つの回転式カソード７１０および７１２の端面図を示す。それぞれのマグネトロン構成７２０、７２２は、第１の極性の磁石７３０の内側楕円と、磁石７３０の内側楕円の周囲の第２の極性の磁石７３２の外側楕円とを含む。図７はまた、回転式カソード７１０および７１２の粒子束分布のグラフ表示を含む。
【００５１】
図６と図７との比較は、基板上の被覆の厚さ変動がカソード７１０および７１２に対して示されるような最適された設計にマグネトロンを単純に変更することによって低減され得ることを示す。マグネトロン構成７２０および７２２は、マグネトロン構成６２０および６２２よりもレーストラック部分の間により広い角度分離を有する。マグネトロン構成７２０および７２２は、被覆均一性を達成するのに必要とされる振動の量を低減させるための１つの例示的な実施形態である。
【００５２】
最適化は、システム配置全体、特にカソード間の距離およびカソードと基板との距離によって異なる。最適化は、複数回の試験によって達成され得るが、最適化はまた、材料束の形状値および分布関数を考慮に入れる数式によって判定され得る。束分布のための数式は、ＳｉｅｃｋのＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｓｐｕｔｔｅｒｅｄ  Ｆｉｌｍｓ  ｆｒｏｍ  ａ  Ｃ−Ｍａｇ（登録商標）Ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ  Ｓｏｕｒｃｅ，第３８回Ａｎｎｕａｌ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ，Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ｖａｃｕｕｍ  Ｃｏａｔｅｒｓ、２８１〜２８５頁（１９９５）で見ることができ、この開示は、参照により組み込まれる。
【００５３】
複数のカソードを有するマグネトロンスパッタリングシステムの別の実施形態では、外側マグネトロンスパッタリングデバイスの回転式カソードは、内側マグネトロンスパッタリングデバイスの回転式カソードにおけるマグネトロンとは異なって構成されるマグネトロンを有し得る。例えば、外側マグネトロンスパッタリングデバイスの回転式カソードは図６のマグネトロン構成などの類似の標準的なマグネトロンであるマグネトロンを有し得るが、内側マグネトロンスパッタリングデバイスの回転式カソードにおけるマグネトロンは、図７のマグネトロン構成などの最適化されるマグネトロンを有し得る。
【００５４】
本発明は、その本質的特性から逸脱することなく他の特定の形態で具体化されてもよい。記載された実施形態は、あらゆる点で単に例示的にすぎず、限定的に解釈されるべきではない。したがって、本発明の範囲は、前述の説明よりもむしろ添付の特許請求の範囲によって示される。特許請求の範囲の均等物の趣旨および範囲に入るすべての変更がその範囲内に包含されるべきである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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