(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
管状ターゲットの近傍に磁界を形成するように配置された磁気アレイを備え、前記管状ターゲットは、前記磁気アレイを少なくとも部分的に囲み、カソードとして作動し、
更にアノードを備え、
前記磁気アレイは、支持プレート上に、前記支持プレートの表面に垂直に且つ前記環状ターゲットの中心軸を通って延びる平面に関して非対称な磁界を生成するように配設されていて、前記カソードから前記アノードに流れる電子のための比較的低いインピーダンスパスを形成する磁界を生成し、
磁界の非対称は、前記平面に関して非対称にマグネットを配置すること、大きさ又は強度の異なった複数個のマグネットを使用すること、２個以上の磁石間の相互作用の対称性を破る強磁性又は非強磁性材料を使用すること、および前記支持プレートの形状を前記平面に関して非対称にすること、の少なくとも１つによって達成されている、
マグネトロンスパッタリング装置。
【請求項２】
第２管状ターゲットの近傍に磁界を形成するように配置された磁気アレイも備える、請求項１に記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項３】
前記ターゲットおよびアノードに接続された電力手段を更に備え、この電力手段は、前記ターゲットから除去された材料を含むプラズマを形成し、維持することができる、請求項１に記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項４】
第２管状ターゲットの近傍に磁界を形成するように配置された磁気アレイも備え、前記双方のターゲットに接続され、前記ターゲットから除去された材料を含むプラズマを形成し、維持することができる電力手段も備える、請求項１に記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項５】
各ターゲットには、別個の電力手段が接続されている、請求項４に記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項６】
双方のターゲットは、共通電力手段に接続されている、請求項４に記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項７】
双方のターゲットに接続されている電力手段を備え、この電力手段は各ターゲットがアノードとカソードとに交互に変化するよう、極性が交互に変化するようになっている、請求項２に記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項８】
前記磁気アレイは、中心マグネットと、この中心マグネットの両側に位置すると共に、この中心マグネットから離間した一対の外側マグネットとを備える、請求項１に記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項９】
前記磁気アレイは、マグネットの中心列と、この中心マグネット列の両側に位置すると共にこの中心マグネット列から離間する一対の列のマグネットとを備える、請求項８に記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項１０】
前記支持プレートは強磁性材料から構成されている、請求項８または９に記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項１１】
前記磁気アレイは、前記ターゲットの表面に対して前記プラズマの一部を閉じ込めるようになっているプラズマトラップを含む磁界を発生する、請求項１〜１０のうちのいずれか１項に記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項１２】
前記磁気アレイは、複数のプラズマトラップを発生する、請求項１１に記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項１３】
前記管状ターゲットは、回転自在である、請求項１〜１２のうちのいずれか１項に記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項１４】
前記管状ターゲットは、その長手方向軸を中心軸として回転自在である、請求項１〜１３のうちのいずれか１項に記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項１５】
前記回転を、任意の方向に連続的または間欠的および／または反転自在とすることができる、請求項１４に記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項１６】
前記磁気アレイは使用時に移動自在となっている、請求項１〜１５のうちのいずれか１項に記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項１７】
前記プラズマトラップ（単数または複数）は、前記ターゲットの表面をスパッタリングによりクリーンにするようになっている、請求項１１〜１６のうちのいずれか１項に記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項１８】
前記ターゲットおよび基板の近傍に、制御された雰囲気を提供するための手段を更に備える、請求項１〜１７のうちのいずれか１項に記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項１９】
前記制御された雰囲気は真空を含む、請求項１８に記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項２０】
前記制御された雰囲気は、１ミリバール未満の総圧力を含む、請求項１９に記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項２１】
前記制御された雰囲気は、不活性ガスを含む、請求項１９または２０に記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項２２】
前記不活性ガスは、アルゴンを含む、請求項２１に記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項２３】
前記制御された雰囲気は、反応性ガスを含む、請求項１９または２０に記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項２４】
前記反応性ガスは、炭化水素、有機金属、無機金属錯体、酸素、窒素および水蒸気を含む群のうちの１つ以上を含む、請求項２３に記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項２５】
アノードカバーを更に含む、請求項１〜２４のうちのいずれか１項に記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項２６】
デュアルマグネトロンスパッタリングデバイスの長軸を中心に非対称に配置されている、相互に同一である２個の磁気アレイを含む、請求項１〜２５のうちのいずれか１項に記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項２７】
デュアルマグネトロンスパッタリングデバイスの長軸を中心に対称的に配置されている、相互に異なった２個の磁気アレイを含む、請求項１〜２５のうちのいずれか１項に記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項２８】
デュアルマグネトロンスパッタリングデバイスの長軸を中心に非対称に配置されている、相互に異なった２個の磁気アレイを含む、請求項１〜２５のうちのいずれか１項に記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項２９】
デュアルマグネトロンスパッタリングデバイスの長軸を中心に対称的に配置されている、相互に同一である２個の磁気アレイを含む、請求項１〜２５のうちのいずれか１項に記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項３０】
基板を備え、前記ターゲットおよび／またはアースに対して、前記基板に電気的なバイアスをかけるための手段を更に含む、請求項１〜２９のうちのいずれか１項に記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項３１】
電気的なバイアスをかけるための前記手段は、前記基板に、直流、交流、パルス電流および無線周波数バイアスを含む群のうちの１つ以上を印加する、請求項３０に記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項３２】
前記磁気アレイまたは各磁気アレイの非対称の軸は、前記基板の表面に直交しない、請求項１〜３１のうちのいずれか１項に記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【請求項３３】
真空蒸着システム、ガラスコーティング機器システム、ウェブコーティングデポジットシステムの一部を含む、請求項１〜３２のうちのいずれか１項に記載のマグネトロンスパッタリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マグネトロンスパッタリングに関し、より詳細には、低インピーダンスプラズマを使用したマグネトロンスパッタリングに関するが、これだけに限定されるものではない。
【背景技術】
【０００２】
本発明の実施形態は、回転ターゲットを用いるか、または用いないで、低インピーダンスＡＣデュアル円筒形マグネトロンスパッタリングプラズマ放電の使用、フィードバックプラズマプロセスを用いるか、または用いない、非反応性プロセスおよび反応性プロセス中でのかかるデバイスの使用および制御、並びにＲＦ、ＤＣおよびＤＣパルス化のような非ＡＣスパッタリング応用例に関係し得る。
【０００３】
現在のところ、バイアスをかけることができない基板、例えばガラスまたはプラスチック部品をスパッタリングすることに基づく、工業的真空コーティングおよび処理技術の１つの分野が存在する。“アノード消滅”効果を防止するために、デュアルマグネトロンスパッタリング（ＤＭＳ）により、現在の当該コーティングの一部をデポジットしている。
【０００４】
例えばＢＯＣグループ社の出願、すなわちWO96/34124号では、ＤＭＳの２つのマグネトロンスパッタリングソース（プラズマデバイス）が電気的極性を連続的に交互に変化し、よって一方の電極に負のバイアスをかけ（この電極はスパッタリングカソードとなり）、他方、他の電極に正のバイアスをかけ（この電極はアノードとなり）、更に交互にかけられるようになっている。代表的な電圧および電流の変化は、あるタイプの交流（ＡＣ）モードとなっている。このプロセスの動作を、ＡＣ（ＤＭＳ−ＡＣ）動作のデュアルマグネトロンスパッタリング、すなわち単にＤＭＳと記載する。このように、同じソースがアノードとなる前に、１サイクルのスパッタリングが更に実施されるので、アノード表面はクリーンな導電性表面となることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
現在の応用例の多くでは、ターゲットは、円筒形の幾何学的形状となっている。一般にターゲットは円筒形の中心軸を中心として回転する。このことはプラズマを通過するように移動する電子に対する比較的低インピーダンスのパスの形成を促進する。ＤＭＳ−ＡＣ動作中、放電の安定性は、多くの影響を与える。通常、ＤＭＳはインラインの連続製造で使用され、このインラインの連続製造では、基板があたかもプラズマ／デポジット領域を通過するかのように基板にコーティングがなされる。プロセスのセットポイントを維持するためにＡＣ電源は応答しなければならない。プロセスが急に消滅した場合、高速再点弧が必要であり、そうしない場合、移動中の基板は欠陥のあるコーティング条件が生じやすくなる。再点弧を生じさせるには、プラズマ点弧インピーダンスを適当に低くしなければならない。公知の解決方法は、放電を維持し、再点弧できるようにする条件で作動しなければならない。一般にこの条件により、次のパラメータのうちの１つ以上に制限が課される。すなわち２つのソースの間の距離、ソースとコーティングまたは処理すべき基板との間の距離、コーティング動作および再点弧動作に必要な最低ガス圧および最大磁界強度のうちの１つの制限が課される。
【０００６】
ＤＭＳでのＡＣ動作の効果の１つは、２つのソースの間の電子のトランスポートがイオン化を生じることであり、このイオン化はプロセスを有利にできる。公知のシステムでは、現在の状況における電流は、極めて拡散的であり、電子のほとんどは、最良のアノード表面となるメインのクリーン領域には向うことはない。このことは、マイクロアークを発生させ、このマイクロアークは、コーティングの品質における欠陥の原因となり得る。更に、２つのソースの間の磁気的相互作用は、メインコーティングフラックスとイオンフラックスとの間をある程度分離させる傾向があり、この分離はコーティングの性質に影響する。
【０００７】
本発明は、非対称のマグネトロンスパッタリングを巧みに利用している。例えばジェンコア社（Ｇｅｎｃｏａ  Ｌｔｄ．）の英国特許出願第9821496.8号を参照されたい。この特許出願では、個々の各デバイスの磁界が非対称に構成されており、非対称のマグネット（磁気）アレイを構成し、標準的マグネトロンデバイスに対するプラズマフラックスの方向を変えている。
【０００８】
本発明の目的は、低プラズマインピーダンス放電を生じさせ、電子のトランスポートをより狭い面積部に集中させ、ＤＭＣ動作のイオン化の有効性を改善し、電子を効果的な、電気的にクリーンなアノードへ向けてチャンネルを形成し、および／またはコーティング特性、例えばコーティング密度を高めることにより、ＤＭＳの動作および性能を改善することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、管状ターゲットの近傍に磁界を形成するように配置された磁気アレイを備え、前記管状ターゲットは、前記磁気アレイを少なくとも部分的に囲み、カソードとして作動し、
更にアノードを備え、
前記磁気アレイは、支持プレート上に、前記支持プレートの表面に垂直に且つ前記環状ターゲットの中心軸を通って延びる平面に関して非対称な磁界を生成するように配設されていて、前記カソードから前記アノードに流れる電子のための比較的低いインピーダンスパスを形成する磁界を生成し、
磁界の非対称は、前記平面に関して非対称にマグネットを配置すること、大きさ又は強度の異なった複数個のマグネットを使用すること、２個以上の磁石間の相互作用の対称性を破る強磁性又は非強磁性材料を使用すること、および前記支持プレートの形状を前記平面に関して非対称にすること、の少なくとも１つによって達成されている、
マグネトロンスパッタリング装置が提供される。
【００１０】
本発明から得られる利点は、プラズマ点弧インピーダンスが低いときに、高イオン磁束密度の作動を行うことができ、磁気的にガイドされるアクティブまたはパッシーブなアノードにより、単一マグネトロンスパッタリングのために安定で低インピーダンスの放電を行うことができるので、より強力な磁界を使用できることである。
【００１１】
磁界を強化するための手段は、第２管状ターゲットの近傍に磁界を形成するように配置された磁気アレイも備えることができる。
【００１２】
ターゲットおよびアノードには電力手段を接続でき、この電力手段は、ターゲットから除去された材料を含むプラズマを形成し、維持することができ、ターゲットから除去された材料を含むプラズマを形成し、維持できるこの電力手段は、双方のターゲットに接続されている。各ターゲットには、別個の電力手段が接続されている。双方のターゲットを、共通電力手段に接続してもよい。電力手段は、設けられている場合、ターゲットの一方または双方に交流、直流、パルス電流、無線周波数電流および／またはＨＩＰＩＭＳを印加できる。電力手段は、設けられている場合、双方のターゲットに接続されており、各ターゲットがアノードとカソードとに交互に変化するよう、極性が交互に変化するようになっている。
【００１３】
磁界強化手段は、非対称の磁気アレイとなっている磁気アレイのうちの１つを含むことができる。
【００１４】
非対称の磁気アレイの配置は、
１）プラズマトラップとして働くことができ、よってターゲットの表面に対するスパッタリングの役割を果たすプラズマの一部を閉じ込める、比較的高いインピーダンスのゾーンおよび
２）低インピーダンスパスまたは電子チャンネルとして作動でき、カソードからアノードへイオンを移動させるための比較的低いインピーダンスのゾーン
のうちの１つ以上を含む不均一／ひずんだ磁界分布を発生できる。
【００１５】
このような比較的高いインピーダンスのゾーンと比較的低いインピーダンスのゾーンを含む磁界分布を設けることにより、スパッタリング効果を強化し、および／またはカソードから基板表面を介してアノードへの比較的禁止されない流れを電子に対して促進するような全体の磁界とすることができる。
【００１６】
電子に対する低インピーダンスパスが設けられないので、公知のマグネトロンスパッタリング装置は、かかる磁界分布を生じさせない。公知のマグネトロンスパッタリング装置では、電子は比較的高いインピーダンスを有するゾーンを通過しなければならない。しかしながら本発明は、同一／相当する材料およびプロセス条件に対して、公知のマグネトロンスパッタリング装置よりも低い５％〜５０％のインピーダンスを有する電子チャンネルを構成できる。
【００１７】
前記非対称の磁気アレイまたは各非対称の磁気アレイは、取り付けプレートに取り付けられた１つ以上のマグネットを備え、マグネットの位置が前記磁気アレイの軸を中心に非対称に位置すること、マグネットが、等しくないサイズまたは強度となっていること、マグネットのうちの２つ以上の間の相互作用の対称性を破る強磁性または非強磁性材料が存在すること、および取り付けプレートの形状が非対称となっていることを含む群のうちの１つ以上により、磁界の非対称性が得られている。
【００１８】
非対称の磁気アレイは、中心マグネットと、この中心マグネットの両側に位置すると共に、この中心マグネットから離間した一対の外側マグネットとを備えることができる。非対称の磁気アレイは、マグネットの中心列と、この中心マグネット列の両側に位置すると共にこの中心マグネット列から離間する一対の列のマグネットとを備えることができる。
【００１９】
前記取り付けプレートは、強磁性プレートおよび／または他の強磁性コンポーネントを備えることができる。
【００２０】
前記非対称の磁気アレイまたは各非対称の磁気アレイは、ターゲットの表面に対してプラズマの一部を閉じ込めるようになっているプラズマトラップを含む磁界分布を発生できる。
【００２１】
少なくとも１つのプラズマトラップは、少なくとも１つの磁界チャンネルに隣接するように位置し、および／または一対の磁界チャンネルの間に介在されている。
【００２２】
前記または各管状ターゲットは例えば縦軸方向に回転可能である。回転はどの方向でも連続してまたは間欠的に、および／または反対方向に行うことができる。
【００２３】
磁気手段は、使用時に回転自在である。
【００２４】
プラズマトラップ（単数または複数）は、ターゲットの表面をスパッタリングによりクリーンにするように配置できる。管状ターゲットのスパッタリングによりクリーンにされた部分が、磁界チャンネルの近傍内に連続的に進入し、理想的な条件のアノード／カソード表面を提供するように、管状ターゲットは連続的に回転自在となっている。
【００２５】
ターゲットおよび基板の近傍に、制御された雰囲気を提供するための手段を更に設けることができる。制御された雰囲気は、部分的真空を含むことができる。
【００２６】
制御された雰囲気は、１ミリバール未満の総圧力を有しおよび／または不活性ガス（例えばアルゴン）および／または反応性ガス（例えば、炭化水素、有機金属、無機金属錯体、酸素、窒素および水蒸気）を含むことができる。
【００２７】
アノードカバーを設けることができる。
【００２８】
磁気アレイは、実質的に同じであり、デュアルマグネトロンスパッタリングデバイスの長軸を中心に非対称に配置されてもよいし、磁気アレイは異なり、デュアルマグネトロンスパッタリングデバイスの長軸を中心に対称的に配置されていてもよいし、磁気アレイは異なり、デュアルマグネトロンスパッタリングデバイスの長軸を中心に非対称に配置されてもよいし、磁気アレイは、実質的に同じであり、デュアルマグネトロンスパッタリングデバイスの長軸を中心に対称的に配置されてもよい。
【００２９】
所望する場合、ターゲットおよび／またはアースに対して、基板に電気的なバイアスをかけるための手段を設けてもよく、この手段は、基板に、直流、交流、パルス電流および無線周波数バイアスを印加できる。
【００３０】
前記磁気アレイまたは各磁気アレイの非対称の軸は、前記基板の表面に直交しない。
【００３１】
マグネトロン、スパッタリング装置は、真空蒸着システム、ガラスコーティング機器システム、ウェブコーティングデポジットシステムの一部を含むことができる。
【００３２】
本発明の第２の様相は、本明細書に記載の装置を使用して実行されるマグネトロンスパッタリング方法を提供し、この方法は、プラスチック、ガラス、セラミック、金属または半導体基板をマグネトロンでスパッタリングすることができる。
【００３３】
本発明の第３の様相は、本明細書に記載の方法または装置により形成されるコーティングまたはその結果生じる処理方法を提供する。
【００３４】
本発明の第４の様相によれば、極めて低いインピーダンスのＡＣデュアル円筒形マグネトロンスパッタリングプラズマデバイスが提供される。
【００３５】
本発明は、回転ターゲットまたは静的状態のターゲットを使用でき、磁気アレイを静的状態または移動自在とすることもできる。磁気アレイの運動を、リニア運動、往復運動または振動運動の簡単な組み合わせまたは複雑な組み合わせで任意の方向に実施することもできる。磁気アレイの運動をスキャニング状にすることもできる。
【００３６】
本発明は、フィードバックプラズマプロセス制御を用いるか、または用いない、非反応性プロセスおよび反応性プロセス中のかかるデバイスの使用および制御にも関連し得る。本発明は、単一または複数のプラズマ装置のための非ＡＣスパッタリングアプリケーション、例えばＲＦ、ＤＣ、ＤＣパルス状パワー、複雑なパワー波形または高強度パルス状パワー、例えばＨＩＰＩＭＳ（ハイパワーインパルスマグネトロンスパッタリング）技術にも関するものである。
【００３７】
本発明は、主に２つのプラズマデバイスを横断する磁気プラズマチャンネリングも提供できるが、これだけに限定されるものではない。プラズマのこのチャンネルは、基板に対する位置を変えることができる。
【００３８】
本発明では、デュアル円筒形ターゲットにおいて非対称の磁気アレイを設計し、作動できる。２つの個々のソースの間でＡＣパワーを使用するとき、標準的コンフィギュレーションに対して放電のインピーダンスを大幅に下げることができる。ターゲットから基板までの距離を短くし、標準的ＤＭＳ動作の場合にプラズマ密度およびソース効率を改善することもできる。更に電子がクリーン領域に到達することが困難であり、よってインピーダンスが大きく、プラズマの閉じ込めが少ない標準的ＤＭＳとは異なり、ターゲットが回転するときに電界により電子がガイドされる態様は、電子は極めてクリーンな高度に導電性の表面に向かってチャンネリングされることを意味する。更に、本発明のより高度のプラズマ閉じ込めは、デポジションの周囲からの他の要素（元素）によるコーティングの汚染を低減することに役立ち、および／または汚染を防止できる。更に、特定のコーティングデポジション条件、例えばデポジットされる元素当たりのイオン衝突を制御するように、プラズマと基板との相互作用を制御できる。
【００３９】
本発明は、反応性環境および非反応性環境の双方において、これらデバイスを使用すること、例えばＡｒおよびＯ２雰囲気内でのスパッタリングにより、ＳｉターゲットからＳｉＯｘをデポジットすることにも関係し得る。反応性スパッタリングでは、本発明のプラズマ密度がより高いことによって、プラズマ種の反応性を強化でき、この結果、より安定で密なコーティングが生じる。
【００４０】
本発明は、円筒形ターゲットの回転速度が一定であるか、複雑であるか、または可変であるかに応じて、０（静的状態）から任意の回転速度までの円筒形ターゲットの回転速度にも関連し得る。  
【００４１】
本発明は、ＡＣに対して異なるパワーモードでのこれらデバイスの使用にも関係し得る。本発明の磁気プラズマ閉じ込めは、コーティングフラックスに対するイオンフラックスを選択的にチャンネル化し、更にコーティングに生じる寄生電流またはコーティングを通過するリターン電流に起因する損傷を防止することにもよる、作動モードにおける複数の特性、例えば安定性およびコーティングの質を改善できる。これら現象は、不均一性およびコーティングの質のダメージを生じさせ得る。本発明は、プラズマ電荷をガイドすることにより、コーティング製品の作動および最終品質を改善できる。
【００４２】
本発明は、アンバランスな磁気アレイおよび／またはバランスのとれた磁気アレイにも関する。
【００４３】
隣接するソースとデバイスとの間で磁気極性を同一にしてもよいし逆にしてもよい。
【００４４】
本発明は、平行または垂直とは異なる基板運動に対して傾斜しているか、またはある角度にあるアレイにも関係する。
【００４５】
本発明は、円運動またはリニア振動運動、またはこれらの組み合わせの運動を行うアレイにも関する。
【００４６】
本発明は、単一カソード上の単一または多数のレーストラックにも関する。
【００４７】
本発明は、パッシーブなアノードまたはアクティブなアノードと共に使用される単一ソースにも関する。磁気ガイドによりアノード効果を強化することができる。このアノードは、スパッタリングしてもよいし、しなくてもよい。このアノードは、隠された構造体でもよいし、または隠されていない構造体でもよい。このアノードには、アース電位とは別個のバイアスをかけることができる。
【００４８】
本発明は、バイアスをかけてもよいし、かけなくてもよい基板にも関係し得る。
【００４９】
本発明は、ウェブ、ガラス、ディスプレイ、装飾物およびバッチ塗装のような任意のマグネトロンスパッタリング用途に関係し得る。
【００５０】
以下、次の添付図面を参照し、単なる例により、本発明について更に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】従来技術のデュアル円筒形マグネトロンスパッタリングデバイスの略横断面図である。
【図２】図１のデュアル円筒形マグネトロンにおける磁界を示す略図である。
【図３】図２のデュアルマグネトロンスパッタリングデバイスにおけるパワーモードおよび電子移動を示す略図である。
【図４】公知の磁気アレイの一連の略横断面図である。
【図５】本発明に係わるデュアル円筒形マグネトロンスパッタリングデバイスの略横断面図である。
【図６】図５のデュアル円筒形マグネトロンにおける磁界、パワーモードおよび電子移動を示す略図である。
【図７】図５のデュアルマグネトロンスパッタリングデバイスにおける磁界を示す略図である。
【図８】図５の非対称のデュアル円筒形マグネトロンの第１変形例の略横断面図である。
【図９】図５の非対称のデュアル円筒形マグネトロンの磁界の第２変形例の横断面図である。
【図１０】図５の非対称のデュアル円筒形マグネトロンの磁界の第３変形例の横断面図である。
【図１１】デュアルカソードの代わりに単一カソードを含む、図５の非対称のデュアル円筒形マグネトロンの第４変形例の略横断面図である。
【図１２】デュアルカソードの代わりに単一カソードを含む、図５の非対称のデュアル円筒形マグネトロンの第５変形例の略横断面図である。
【図１３】プラズマがアノードへガイドされる、本発明に係わる非対称の単一円筒形カソードにおける磁力線分布の略図である。
【発明を実施するための形態】
【００５２】
図１において、マグネトロンスパッタリングデバイス１００は、全体が平面状をした基板３を備え、この基板は一対の円筒形のターゲット２ａ、２ｂの下方を直線状に移動するようになっている。各ターゲット２ａ、２ｂは、マグネット（磁気）アレイを囲み、このマグネットアレイはターゲット２ａ、２ｂおよび基板３の近くに磁界を形成する。各マグネットアレイは、全体が平面状をした支持プレート４を含み、この支持体上に種々のサイズ、形状および強度のマグネット６が固定されている。このマグネットが形成する磁界の強度および分布は、磁界のタイプ、極性、強度および／または幾何学的形状を適当に選択することによって制御できる。
【００５３】
これらマグネットアレイおよびターゲットは、これらの長手方向の軸が平列な状態で離間するように配置されている。各マグネットアレイは、対称短軸１１を中心として対称的となっており、この対称短軸１１は、支持プレート４の表面に垂直に且つターゲット２ａおよび２ｂの中心軸を通って延び、そしてまた基板表面３に直交している。更に、これらマグネットアレイは対称長軸１２を中心として対称的に配置されており、この対称軸１２も基板３の平面に直交している。
【００５４】
代表的な（マグネット）アレイは、マグネットのメインの中心マグネット列５から成り、この中心のマグネット列は、マグネット６ａおよび６の外側マグネット列によって囲まれている。軸１１は、一般に基板の運動および／または位置３に対して直交している。基板３は、コーティング材料を支持しており、このコーティング材料は反応性モードまたは非反応性モードのいずれにおいても円筒形ターゲット２（２ａ〜２ｂ）からスパッタリングされる。このデバイスは、基板３が、プラズマ処理を受けるが必ずしもデポジットコーティングを受けないようになっているプラズマ処理機としても使用できる。
【００５５】
図２は、磁界強度が特定の値となっているポイントにおける磁力線１０３を使用して、磁界の分布を略図で示している。マグネトロンスパッタリングデバイス１００はハウジング１０２を備え、このハウジング１０２は、平面状のベースプレート１０４を有し、このベースプレート１０４から外側に側壁１０６が延びている。側壁１０６のうちの２つには、開口部１０８が設けられており、この開口部を通して基板３を供給できるようになっている。側壁１０６の上部エッジ１１０は、ｔ字断面のフランジ１１２で終端しており、このフランジには、平面状の上部壁１１４がシールされた状態で固定されている。ベース壁１０４、側壁１０６および上部壁１１４は、いずれも強磁性であるので、壁内にある磁力線１０３の一部によって示されるように、磁界のためのパスを構成している。
【００５６】
基板３は、ローラー１１６およびブラシ１１８により下方から支持されており、これらブラシ１１８も基板３にバイアスをかけるのに使用できる。
【００５７】
チャンバ１０２内には全体がＩ字断面の内側壁１２０も示されており、この内側壁１２０は、全体が垂直の平面状の側壁部分１２２と、この側壁部分の下方エッジから直角に延びる内側に折り曲げられたベース壁部分１２４とを備える。ベース壁部分１２４の下面は、基板３の上部表面に平列であり、かつこの表面から離間している。
【００５８】
図２において、磁力線がプラズマゾーンを構成している。一般に、円筒形マグネトロンは、低圧雰囲気７内に設置される。各ターゲット２の近くにあるメインプラズマゾーン８ａは、マグネトロンのスパッタリング効果に役割を果たす。一般に、処理すべき基板は、この基板がプラズマフラックス領域９ａに露出できるようにするインラインプロセスで連続的に移動する。プラズマフラックスへの過剰な露出は、破損を与えたり、または性質を変えてしまうことがある。例えば基板３がガラスまたはプラスチックウェブであるような一般的な状況では、非均一性および基板の破損は、デバイスの最大作動パワーを制限する。デバイスの配置は、例えば９ｅのような異常なプラズマ領域を発生し、この結果、この領域は一般に高インピーダンスのバリアを生じさせる。
【００５９】
図３は、図２のマグネトロンスパッタリング装置１００の拡大図であり、ターゲット２ａ、２ｂがどのように交流電源１２８に接続されているかを略図で示している。従って、ターゲット２ａおよび２ｂの電気的極性は交互に変化する。
【００６０】
図３では、サイクルのうちの特定の時間では、ターゲット２ａには主に負のバイアス１８がかけられているが、ターゲット２ｂには正のバイアス１９がかけられている。このように、ソース２ａは、ターゲット２ｂ上のアノード表面に向かって移動する電子２０を放出する。電子が横断するためのシールドを形成する磁界に起因し、これら電子２０は主に２ｂの特定表面に向かう。これら表面は、マグネトロンプラズマトラップ２４ａには近くなり、マグネトロンプラズマトラップ２４ｂからは遠くなる。理想的な条件では、電流を受けるのにアノード表面をクリーンにしなければならない。この理由から、最良の回転コンフィギュレーションがユニークとなり、このコンフィギュレーションは２１ａおよび２１ｂによって記述される。現在の技術状態では、この状況は認識されていない。この回転が、この図に示されるようになっていないとき、ターゲット材料上でのアークが生じ、このことはコーティング表面３上に欠陥を引き起こす。
【００６１】
図４は、公知の種々のマグネットアレイを略図で示す。各ケースにおいて、中心マグネット５の列の両側には、外側マグネット６の２つの列が位置しており、全体が平面状をした支持体４の表面にすべてのマグネット５、６が固定されている。
【００６２】
図４ａおよび４ｂは、公知の対称のマグネットアレイであり、ここで対称短軸１１のほぼ中心に中心マグネット５が位置している。外側マグネット６ａおよび６ｂも同じ対称短軸１１と基本的には同じ性質、幾何学的形状および位置となっている。一般に、限定的ではないが、材料および幾何学的形状が変わり得る強磁性プレート４にマグネットが取り付けられている。
【００６３】
図４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆおよび４ｇは、非対称のアレイの異なるコンフィギュレーションを示す。非対称のアレイでは、支持プレート４の表面に垂直に且つターゲット２ａおよび２ｂの中心軸を通って延びる短軸１１はもはや対称軸ではない。換言すれば、非対称のアレイは、支持プレート４の表面に垂直に且つターゲット２ａおよび２ｂの中心軸を通って延びる平面に関して、非対称である。図４ｃおよび図４ｇに示されるように、中心マグネット５の位置を中心からずらすような別の手段によって非対称性を得ることができる。図４ｄに示されるような非対称性は、他方の側面６ａを比較して外側のマグネットの列上のマグネット６ｃのサイズを変えることによって得ることができる。中心５と外側マグネット６の間（例えば図４ｆ）に介在されるか、または外側マグネット６と支持プレート４との間に介在される（例えば図４ｅ）強磁性および／または非強磁性材料１０ａを導入することによって図４ｅに示されるような非対称性を、得ることができる。図４ｆに示されるように、基本的には対称的なマグネット配置とするが、中心マグネット５と、外側マグネットの列６ａおよび６ｂの一方または双方との間で、相互作用の対称性を破るようなある強磁性要素１０ｂを導入することによっても、非対称とすることができる。また、図４ｇに示されるように強磁性支持プレート４ａの異なる幾何学的デザインにより、非対称性を得ることもできる。限定的ではないが、上記方法の任意の組み合わせによって非対称性アレイを得ることもできる。
【００６４】
図５は、図１に類似しており、それぞれの図面において同じ特徴部を識別するのに同じ参照番号を使用する。図１に示された配置と図５に示された配置との差は、図５ではマグネットアレイ１が非対称となっており、従って、短軸１１は対称軸となっていない点にある。特に各マグネットアレイの支持プレート４の各々は、面取りされたエッジ１３０を備え、各マグネットアレイの中心マグネット５は、外側マグネット６ａ、６ｂに対して中心がずれた状態で取り付けられている。面取りされたエッジ１３０は、オフセットした中心マグネット５に対して短軸１１の反対側にあることが理解できよう。しかしながらマグネットアレイは、ターゲット２の対称軸となっている長軸１２に対して対称的となっている。
【００６５】
図６は、図３に類似しており、それぞれの図面において同じ特徴部を識別するのに同じ参照番号を使用する。図６に示された配置と図３に示された配置との差は、マグネットアレイが短軸１１を中心として対称的となっていない点にある。マグネットアレイを非対称にした主な効果は、図２および３の磁力線１０３と比較して、磁力線１０３がひずむことである。より詳細に説明すれば、磁力線１０３は、全体に長軸１２に向かって回転しており、このことは、単一のマグネットアレイのまわりにループ状となる代わりにマグネットアレイのまわりに磁力線の一部１０３ａが延びることを意味している。これにより、カソードからアノードへの低インピーダンスパスに沿って電子をガイドするような“磁界チャンネル”１３２およびバリア２３が効果的に形成される。
【００６６】
図６では、ターゲット２ａには、主に負のバイアス１８がかけられているが、他方、ターゲット２ｂには、正のバイアス１９がかけられている。このようにソース２ａは、ターゲット２ｂ上のアノード表面に向かって移動２２する電子２０を放出する。磁界チャンネルが形成されることに起因し、電子２０は、２４ａおよび２４ｃの特定の表面に容易に向けられる。磁界は、チャンネルの外側への電子の逃げを制限するバリア２３を形成する。これらすべての表面は、マグネトロンプラズマトラップの近くに位置することになる。このマグネトロンプラズマトラップは、スパッタリングサイクル中にスパッタリングによりクリーン状態となるにつれ、理想的な条件のアノード表面となる。この非対称のアレイにより、基板のコーティング特性に影響することなく、ターゲット２ａおよび２ｂが任意の方向へ回転２１ａ、２１ｂをすることが可能となる。
【００６７】
図７に示された配置は、図６に示された配置と実質的に同じであり、磁力線１０３は、プラズマゾーンを構成する。一般に、円筒形マグネトロンは、低圧雰囲気７内に設置される。スパッタリングサイクル効果を発揮する役割の各ターゲット２の近くの主プラズマゾーン８ｂは、個々のマグネトロン（または短軸１１）に対して対称的ではない。一般に処理すべき基板３は、インラインプロセス内を連続的に移動し、このインラインプロセスは、基板がターゲット２ａから２ｂに、更にターゲット２ｂから２ａへチャンネル化されたプラズマフラックス領域９ｂに露出されるようにできる。
【００６８】
図５に示された例に類似する図８に示されたケースでは、マグネットアレイ１ａおよび１ｂの長軸１１は、基板３の平面に対して直交していない。一般にターゲット２ａと２ｂの間の対称長軸１２は、アレイ１ａおよび１ｂに対するのと同じ対称軸となっているが、必ずしもそのようにする必要はない。
【００６９】
図９では、図示されている例の非対称のマグネットアレイの短軸１１は、基板３と直角をなし、磁力線１０３は、プラズマゾーンを限定している。一般に、円筒形マグネトロンが低圧雰囲気７内に設置される。スパッタリング効果を発揮する役割を果たす各ターゲット２ａおよび２ｂの近くの主プラズマゾーンは、個々の各マグネトロンの短軸１１に対して対称的になっていない。一般に処理すべき基板３は、インラインプロセス内で連続して移動し、このインラインプロセスは、基板がプラズマフラックス領域９ａに露出できるようにしている。９ａ内のプラズマは、基板３と相互作用し、基板３での自己バイアスおよびイオンの衝突を生じさせる。ターゲット２ａからターゲット２ｂへ、更にこの逆の方向へ、ＡＣモードの電流が移動しなければならない。本コンフィギュレーションにおける電子は、まだ低インピーダンスパスとなっている領域９ｃ内の隣接する磁力線によってガイドされることになる。現在の技術レベルと対照的に、この例の本デザインでは、図２の９ｅのような高インピーダンスの異常プラズマ領域は存在しない。
【００７０】
図１０では、本例の非対称の磁気アレイの短軸１１は、基板３に対して直角でない角度を形成する。本例における個々の磁気アレイは、図９の磁気アレイと同じであるが、基板に対して角度をなしている。磁力線１０３は、同じようにプラズマゾーン８、９を限定する。一般に円筒形マグネトロンは低圧雰囲気７内に設置される。スパッタリング効果を発揮する役割を果たす各ターゲット２ａおよび２ｂの近くの主プラズマゾーン８ｂは、個々の各マグネトロンの短軸１１に対して対称的ではない。一般に、処理すべき基板３は、インラインプロセス内を連続的に移動し、このインラインプロセスによって基板３をプラズマフラックス領域９ｂに露出できるようにしている。領域９ｂ内のプラズマは基板３と相互作用し、基板３の上での自己バイアスおよびイオンの衝突を生じさせる。アレイ間の角度の変動は、基板３でも異なる程度の自己バイアスを生じさせ、よって異なる程度のイオン衝突を生じさせる。
【００７１】
図９では、プラズマ領域９ｂは、ターゲット２ａと２ｂとの間のＡＣ電流に対する主低インピーダンスプラズマチャンネルとなる。角度の変化は、材料が異なれば、衝突の程度を変えなければならないので、異なるタイプのコーティングまたはプラズマ処理をするためのデポジット中に、角度の変えることによりイオンの衝突は最適となる。図９に示されたコンフィギュレーションでは、図２の従来例のように高インピーダンスの異常プラズマ領域は生じない。
【００７２】
図１１は、補助的アノード１３に対して離間した状態に位置する円筒形マグネトロンを含む、本発明に係わるマグネトロンスパッタリング装置１００の異なるコンフィギュレーションを示す。この円筒形マグネトロンおよび補助的アノード１３は、処理すべき基板３の上方に位置し、この基板３は、マグネトロンの下方を移動し、プラズマゾーン９ｂに進入する。
【００７３】
円筒形マグネトロンは、全体が平面状をした強磁性支持プレート４を含む磁気アレイを備える。この磁気アレイは、面取りされたエッジ１３０および外側マグネットの列６ａ、６ｂの中間線に対してオフセットした中心マグネットの列５を含むことにより、非対称とされている。マグネットアレイは、管状ターゲット２の内部に位置し、このターゲットによって囲まれており、管状ターゲットは、矢印２１が示すように、長手方向軸を中心として回転するようになっている。
【００７４】
補助的アノード１３は、ボックス断面の金属チューブ１３６を備え、このチューブは電源１６の正のターミナル（またはアース）に電気的に接続されており、スパッタリングプロセス中に電子を引き寄せるようになっている。この金属チューブ１３６は、全体が平面状をした強磁性取り付けプレート４ａを囲み、このプレートの下面にはマグネット１４が固定されており、このマグネット１４は、磁力線１０３を偏向させ、磁界を全体に非対称にするようになっている。
【００７５】
図１１では、このシステムは非対称の磁気アレイ１を備え、この磁気アレイは、プラズマトラップ領域８ｂに起因し、ターゲット２のスパッタリングを可能にしている。本発明では、ターゲット２は主にカソードとして働き、このターゲット２には主に負のバイアス１６がかけられている。本発明の補助的アノード１３をスパッタリングする意図はないが、スパッタリングすることが望ましい場合もある。アノード１３には、主にターゲット２に対して正のバイアス１５がかけられている。アノード１３をアース電位とすることもできる。領域９ｂは、プラズマ電子をアノード１３に向けてガイドする。磁気アレイ１と磁気手段１４との相互作用により、ガイドが可能とされ、および／または強化されている。アノード１３の構造体内には、磁気手段１４を埋め込んでもよいし、または２つの完全な分離領域内に磁気手段１４が存在していてもよい。この磁気手段１４は単一デバイスでもよいし、または複数の磁気デバイスでもよい。この磁気手段１４は、位置、強度および配向が可変的である性質とすることができる。異なる磁気手段の間の相互作用によって、領域９ｂが、基板３と適当な相互作用を行うことが可能となっている。アノード１３は、カソード２の長手方向に沿って異なるバイアス電圧を有することができる。アノード１３は、単一でもよいし、複数でもよい。アノード１３は、異なる領域に異なるバイアスをかけることができるようにセグメント状とすることができ、この場合、カソードターゲット２に沿った、用途に合わせた均一デポジションおよびプラズマ密度放電を行うことができる。
【００７６】
図１２に示された本発明の実施形態は、次の点を除き、図１１に示された実施形態に類似している。すなわち図１２では、アノードのカバーを構成する要素１７が設けられている点が異なっている。このアノードカバー１７は、アノード１３の電気的特性を劣化させ得るデポジットおよび／または汚染からアノード１３を効果的に隠している。このシステムは、非対称の磁気アレイ１を備え、この磁気アレイ１は、プラズマトラップ領域８ｂに起因するターゲット２のスパッタリングを可能にする。本発明では、ターゲット２は主にカソードとして働き、主に負のバイアス１６がかけられている。補助的アノード１３をスパッタリングする意図はないが、スパッタリングすることが望ましい場合もある。アノード１３には主にターゲット２に対して正となるバイアス１５がかけられるか、またはこのアノードをアース電位とすることができる。領域９ｂは、プラズマ電子をアノード１３に向けてガイドする。磁気アレイ１と磁気手段１４との相互作用によるガイドが可能となり、および／またはガイドが強化される。アノードカバー１７の構造は、ゾーン９ｂを通ってガイドされるプラズマ電子のためのパスがブロックされず、よって低インピーダンスパスが依然として維持されるように定められている。アノード１３の構造体内にガイド磁気手段１４を埋め込むか、またはこの磁気手段を２つの完全に分離された領域内に設けることが理想的である。磁気手段１４は単一の磁気デバイスでもよいし、または複数の磁気デバイスでもよい。磁気手段１４は、位置、強度および配向が可変である性質とすることができる。異なる磁気手段の間の相互作用によって、領域９ｂが基板３と適当な相互作用をすることができる。アノードカバー１７には、カソード２、アノード１３およびアースと異なる電位のバイアスをかけることもできる。アノードカバー１７にはアースに対して正または負のバイアスをかけてもよいし、またはアース電位と同じ電位のバイアスをかけてもよい。更にアノードカバー１７にはカソード２およびアノード１３の長手方向に沿った異なるセグメントにおいて異なる電位のバイアスをかけてもよい。アノードカバー１７のバイアス電圧を可変とすることができる。
【００７７】
最後に、図１３は、図１２の配置の磁力線１０３をより詳細に示す。このシステムは、非対称の磁気アレイ１を備え、この磁気アレイは、プラズマトラップ領域８ｂに起因するターゲット２のスパッタリングを可能にする。本発明では、ターゲット２は主にカソードとして作動し、このターゲット２には負のバイアスがかけられる。本発明の補助的アノード１３をスパッタリングする意図はないが、これをスパッタリングすることが望ましい場合もある。アノード１３には、主にターゲット２に対して正のバイアスがかけられるが、このアノード１３をアース電位としてもよい。領域９ｂは、プラズマ電子をアノード１３に向けてガイドする。磁気アレイ１と磁気手段１４との相互作用によりガイドが可能とされ、および／または強化される。アノードカバー１７の構造は、ゾーン９ｂを通ってガイドされるプラズマ電子のためのパスがブロックされず、よって低インピーダンスパスが依然として維持されるように定められている。アノード１３の構造体内にガイド磁気手段１４を埋め込むことができるか、またはこの磁気手段を２つの完全に分離された領域内に設けることが理想的である。磁気手段１４は、単一の磁気デバイスでもよいし、または複数の磁気デバイスでもよい。磁気手段１４を、位置、強度および配向が可変である性質とすることができる。異なる磁気手段の間の相互作用によって、領域９ｂが基板３と適当な相互作用をすることができるようになっている。アノードカバー１７には、カソード２、アノード１３およびアースと異なる電位のバイアスをかけてもよい。アノードカバー１７にはアースに対して正または負のバイアスをかけてもよいし、またはアース電位と同じ電位のバイアスをかけることもできる。更にアノードカバー１７にはカソード２およびアノード１３の長手方向に沿った異なるセグメントにおいて異なる電位のバイアスをかけることもできる。アノードカバー１７のバイアス電圧は可変とすることができる。
【符号の説明】
【００７８】
１，１ａ−−−磁気アレイ
２ａ、２ｂ−−−ターゲット
３−−−基板
４−−−支持体
５−−−中心マグネット
６ａ、６ｂ−−−マグネット
７−−−低圧雰囲気
８ａ−−−メインプラズマゾーン
９ａ−−−プラズマフラックス領域
１１−−−短軸
１２−−−長軸
２０−−−電子
１００−−−マグネットスパッタリングデバイス
１０２−−−ハウジング（チャンバ）
１０３−−−磁力線
１０４−−−ベースプレート
１０６−−−側壁
１０８−−−開口部
１１０−−−エッジ
１１２−−−フランジ
１１６−−−ローラ
１１８−−−ブラシ
【図１】
0004808818.tif 000002
【図２】
0004808818.tif 000003
【図３】
0004808818.tif 000004
【図４】
0004808818.tif 000005
【図５】
0004808818.tif 000006
【図６】
0004808818.tif 000007
【図７】
0004808818.tif 000008
【図８】
0004808818.tif 000009
【図９】
0004808818.tif 000010
【図１０】
0004808818.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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