(57)【要約】【課題】高いターゲット利用率を良好な均一性及び高い移送率と共に使用することのできるスパッタリング装置、及びこのような装置のための制御プロセスを提供する。【解決手段】本発明は、マグネトロン形式のスパッタリングカソードと、真空プロセスにおいて、ＣＤ又はＤＶＤディスクのような円形の光学的ディスクの製造を含む種々様々な商業的及び科学的目的で基板上に非常に薄い膜を堆積するそのような装置のための制御方法と、に係る。より詳細には、スパッタリング装置は、ターゲットの後方に配設された磁石システムを備え、この磁石システムは、ヨークによって互いに接続された少なくとも３つの永久磁石を含み、各永久磁石は、異なる極性を有し、これら永久磁石が互いに相互作用して、ターゲットのスパッタ表面と実質的に平行な磁束線を有する磁束線プラトーを形成する。【選択図】図１
2010501042.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スパッタ表面を有する環状ターゲットをスパッタリングするカソードにより基板にコーティングするためのスパッタリング装置において、この装置は、前記ターゲットの後方に配設された磁石システムを備え、この磁石システムは、互いに接続された少なくとも３つの永久磁石を含み、各永久磁石は異なる極性を有し、これらの永久磁石が互いに相互作用して、前記ターゲットの前記スパッタ表面と実質的に平行な磁束線を有する磁束線プラトーを形成するようにした、スパッタリング装置。
【請求項２】
前記磁石システムは、更に、電源に接続された電磁石を備え、電源は、該電磁石に励起電流を供給するようにされ、
前記電磁石は、前記励起電流が供給されると、前記永久磁石によって生じる磁界に重畳する付加的な磁界を発生するようにされ、前記供給される励起電流の方向に基づいて前記ターゲットの内縁又は前記ターゲットの外縁に向けて前記プラトーを傾斜できるようにした、請求項１に記載のスパッタリング装置。
【請求項３】
前記永久磁石は、互いに相互作用して、前記ターゲットの前記スパッタ表面と実質的に平行な磁束線を有する磁束線プラトーを形成するようにされ、前記プラトーの半径方向巾に実質的に等しいか又は少なくとも同程度の広さの半径方向巾を有するターゲット浸食ゾーンがスパッタリングプロセス中に生成される、請求項１又は２に記載のスパッタリング装置。
【請求項４】
前記永久磁石は、互いに相互作用して磁束線プラトーを形成し、少なくとも２つのレーストラックを含むターゲット浸食ゾーンが生成される、請求項１、２又は３に記載のスパッタリング装置。
【請求項５】
前記プラトーは、前記ターゲットの半径をｒとすれば、ほぼ(1/2)ｒの長さを有する、請求項１から４のいずれかに記載のスパッタリング装置。
【請求項６】
前記プラトーは、前記ターゲットの半径をｒとすれば、ほぼ(1/2)ｒ以下の長さを有する、請求項１から４のいずれかに記載のスパッタリング装置。
【請求項７】
前記永久磁石によって生じる磁束線が接地電位に交差する点は、前記ターゲットの半径をｒとすれば、約(1/2)ｒ以下の長さを有する前記プラトーが得られるように位置される、請求項５又は６に記載のスパッタリング装置。
【請求項８】
前記永久磁石システムは、外側の環状磁石と内側の環状磁石との間に中間の環状磁石が配列されたものより成る少なくとも３つの環状永久磁石を備え、前記中間の環状磁石は、永久磁石により生じる磁界に影響するように配列されて、前記ターゲットの前記スパッタ表面に実質的に平行な磁束線を有する前記磁束線プラトーが形成されるようにする、請求項１から７のいずれかに記載のスパッタリング装置。
【請求項９】
前記中間の磁石は、発生される磁束の方向が半径方向となるように配向され、そして前記外側及び内側の磁石は、発生される磁束の方向が、前記中間の磁石の磁束に対して各々垂直の方向となるように配向される、請求項８に記載のスパッタリング装置。
【請求項１０】
前記電磁石は、前記励起電流が供給されると、永久磁石により生じる磁界の上に付加的な磁界を重畳させて、前記内縁又は前記外縁に向かう前記シフトの大きさが前記励起電流の電流密度によって決定されるようにした、請求項２から９のいずれかに記載のスパッタリング装置。
【請求項１１】
スパッタ表面を有する環状ターゲットをスパッタリングするカソードにより基板にコーティングするためのスパッタリング装置であって、前記ターゲットの後方に配設された磁石システムを備え、この磁石システムは、互いに接続された少なくとも３つの永久磁石を含み、各永久磁石は、異なる極性を有し、これら永久磁石が互いに相互作用して、前記ターゲットの前記スパッタ表面と実質的に平行な磁束線を有する磁束線プラトーを形成するようにされたスパッタリング装置のための制御方法において、進化的計算プロセスを遂行してシステムパラメータのセットを得、少なくとも１つの所定のターゲットパラメータに対する希望の性能をスパッタリングプロセス中に達成できるようにするステップを備えた方法。
【請求項１２】
前記磁石システムは、更に、電源に接続された電磁石を備え、電源は、該電磁石に励起電流を供給するようにされ、
前記電磁石は、前記励起電流が供給されると、前記永久磁石によって生じる磁界に重畳する付加的な磁界を発生するようにされ、前記供給される励起電流の方向に基づいて前記ターゲットの内縁又は前記ターゲットの外縁に向けて前記プラトーを傾斜できるようにした、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記所定のシステムパラメータは、前記ターゲットの均一性である、請求項１１又は１２に記載の方法。
【請求項１４】
進化的計算限界をセットするステップを更に備えた、請求項１１、１２又は１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記システムパラメータを連続的に監視し、そして
前記ターゲットパラメータが前記希望の性能を満足しないと分かった場合に、前記進化的計算プロセスにより前記システムパラメータを自動的に調整する、
というステップを更に備えた、請求項１１、１２又は１３に記載の方法。
【請求項１６】
コンピュータで実行されたときに、請求項１１から１５のいずれかに記載のステップを遂行する、コンピュータプログラム製品。
【請求項１７】
請求項１１から１５のいずれかに記載の方法をコンピュータで遂行させるためのインストラクションを備えた、コンピュータ読み取り可能な媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に、真空プロセスにおいて、ＣＤ又はＤＶＤディスクのような円形の光学的ディスクの製造を含む種々様々な商業的及び科学的目的で基板上に非常に薄い膜を堆積するためのスパッタリング装置に係る。本発明は、例えば、ＤＣスパッタリング、パルスＤＣスパッタリング、ＡＣスパッタリング、及びＲＦスパッタリングに適している。より詳細には、本発明は、マグネトロン形式のスパッタリングカソード、及びこのような装置の制御方法に係る。
【背景技術】
【０００２】
スパッタリングとは、種々様々な商業的及び科学的目的で基板上に非常に薄い膜を堆積するのに使用される真空プロセスである。これは、一般的に、低圧ガス（通常、約５ミリtorrのアルゴン）にまたがって高電圧を印加して、低エネルギープラズマ状態の電子及びガスイオンより成るプラズマを生成することによって遂行される。スパッタリング中に、イオン化されたガスイオンが、希望のコーティング材料より成る「ターゲット」に当たり、そのターゲットから原子を、基板へ移動して基板に結合するに充分なエネルギーで放出させる。
【０００３】
平坦型マグネトロンは、１９６０年代に導入されたもので、この技術では、磁石を使用して、「グロー放電」プラズマを、以下に述べるように真空チャンバーに取り付けられたターゲット表面に最も近い領域に閉じ込める。全反射層の場合にはアルミニウム及び純粋な銀が最も一般的なターゲット材料であるが、光学的ディスクをスパッタリングするときの半反射層の場合には銀合金、金及びシリコンが使用される。−３００から−１０００ＶＤＣの負電位の電圧がターゲットに印加されると、ターゲットの下にプラズマが生成されて、スパッタリングプロセスがスタートする。自由電子が、スパッタリングガス原子、例えば、アルゴン原子と衝突して、イオンを生じ、そのイオンが、クーロン力によりターゲットに衝撃を与える。これは、多数のプロセスをスタートさせるが、スパッタリングにとって最も重要なものは、次の通りである。即ち、ターゲットから原子が放出されて、基板及びマスクに堆積され、そしていわゆる二次電子がターゲットから放出されて、プラズマに向けられ、ガス原子との更なる衝突を招く。
【０００４】
できるだけ濃密なプラズマを生成するために、電子は、その軌道を曲げてターゲットに向けて戻す磁界のカプセルに入れられる。磁界の偏向と、電子−ターゲット間のクーロン力との相互作用により、電子をターゲットの表面付近で円運動にセットし、これにより、ガス原子との衝突の可能性を高める。
【０００５】
光学的ディスクのスパッタ層のクオリティ需要は、新しいフォーマットの開発と共に高まり続けるが、フォーマットが成熟したときには、ディスクの製造コストが抑えられる。スパッタ層の高い均一性、即ち低い厚み変動は、特に、多層の場合に、例えば、ＣＤ又はＤＶＤプレーヤにおいてレーザーが第１の層に焦点を合わせ、その後、次の層に焦点を合わせ直し、その結果、第１の層を通して読み取りを行うときに、非常に重要である。更に、材料コスト及びマシンの停止時間を減少するためには、ターゲット当たり非常に多数のスパッタされたディスクを得ることが重要である。スパッタされたディスクの数は、主として、以下に示すファクタの積である。
（ｉ）ターゲット利用率、即ち新しいターゲットの重量に比してスパッタされる材料のパーセンテージ。材料コストを低くそしてアップタイムを高く（ターゲット交換のための停止を少なく）保つためには、高いターゲット利用率が重要である。
（ii）ターゲット重量。ターゲット利用率及び移送率（以下を参照）が一定であるとすれば、大きなターゲットは、より多くのディスクを生産する。
（iii）移送率、即ち基板上で実際に終わりとなるターゲットからスパッタされる材料のパーセンテージ。材料コストを低くそしてアップタイムを高く保つためには、高い移送率が重要である。
【０００６】
従って、スパッタリング装置又はマグネトロンを設計するときには、上述した主たるプロセスパラメータ間で最適な兼ね合いを得ることが重要である。しかしながら、実際には、考慮しなければならないより多くのプロセス基準、例えば、プラズマインピーダンス、再堆積ゾーンの存在、等があることに注意されたい。パラメータはしばしば矛盾することが問題であり、ジレンマである。例えば、厚いターゲットは、より多くのディスクを生産できる（レーストラック（以下の定義を参照）が鮮明で且つターゲット利用率が減少されるので、自動的に確かにそうなるのではないが）が、同時に、ターゲットが所与のスパッタリング装置に対して基板に接近することになり、均一性が損なわれる。
【０００７】
一般に、レーストラックは、磁界が電界に対して垂直である半径において生成される。その結果、フラットなターゲットの場合に、電界はターゲット表面に対して実質的に垂直であるから磁束が実質的に半径方向を有するところにレーストラックが生成される。レーストラックの配置は、チャンバーの高さ（ターゲット表面と基板との間の距離）と相まって、基板上にスパッタされる層のプロフィールに影響する。
【０００８】
２極の磁石システムを使用する既知のスパッタリングカソード又はマグネトロンでは、次のようなジレンマがある。良好な均一性を維持するためには、ターゲットと基板との間の距離（即ち、チャンバー高さ）が比較的大きくなければならないが、チャンバー高さが大きいと、移送率を低下させ、従って、ターゲットにより生産されるディスクの枚数を減少させる。２極の磁石システムは、１つのレーストラックを生成し、ターゲットの利用率を制限することになる。従って、ターゲット当たりのディスクの枚数と、スパッタされる層の均一性との間には、基本的に兼ね合いがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
既存のマグネトロンには、永久磁石システムからの磁束を制御するために、１つ以上の付加的な電磁コイルが時々装備される。これは、ユーザがプラズマを操作し、ひいては、スパッタされる層の厚みのプロフィールを変更できるようにする。これを使用して、ターゲットの寿命中又はスパッタリング中に、レーストラックをゆっくりと変化させることができる。しかしながら、従来の２極の磁石システムに１つ以上のコイルを追加すると、多数の問題を招く。例えば、高い均一性を生じるようにプラズマを制御するためには非常に高い電流密度（高い電力）が必要とされ、レーストラックを移動する能力が制限される。更に、良好な均一性を得るように最適化すると、その結果、ターゲット利用率が比較的低くなる。加えて、従来の磁石システムに組み合わされる１つ又は多数の電磁石は、永久磁石の極を弱くしたり強くしたりすることによりレーストラックを移動する。それに伴い、レーストラック、ひいては、スパッタリングプロフィールを制御するための能力が制限される。
【００１０】
米国特許第４，８１０，３４６号には、このような従来のマグネトロンが説明されている。このマグネトロンは、交互に異なる極性の２つの永久磁石を備え、レーストラックを移動するための可変磁界を与えるように電磁石が配置される。この従来のスパッタリングマグネトロンには、上述した欠点がある。
【００１１】
米国特許第５，０６９，７７２号及び米国特許第５，１８２，００１号には、上述した従来形式の別のマグネトロン及びそのようなマグネトロンのためのコーティングプロセスが各々開示されている。
【００１２】
従って、良好な均一性と同時に高いターゲット利用率を達成することができ、且つ高い移送率が維持されるスパッタリング装置が強く要望される。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の目的は、高いターゲット利用率を良好な均一性及び高い移送率と共に使用することのできるスパッタリング装置、及びこのような装置のための制御プロセスを提供することである。
【００１４】
本発明の別の目的は、高度な均一性を有するディスクを生産することのできるスパッタリング装置を提供することである。
【００１５】
本発明の更に別の目的は、高いターゲット利用率、良好な均一性及び高い移送率に関して維持される良好な性能で異なる厚みのターゲットを取り扱うことのできるスパッタリング装置を提供することである。
【００１６】
これら及び他の目的は、本発明によれば、独立請求項に定義された特徴を有するスパッタリング装置、このような装置を制御するための方法、コンピュータで実行されたときにこの方法に基づいてステップを遂行するコンピュータプログラム製品、及びコンピュータ読み取り可能な媒体を提供することにより、達成される。本発明の好ましい実施形態は、従属請求項によって特徴付けされる。
【００１７】
当業者であれば、本発明の制御方法、及びその好ましい実施形態は、コンピュータプログラム又はコンピュータ読み取り可能な媒体として実現するのが適当であることが明らかであろう。
【００１８】
明瞭化のために、幾つかの用語を以下に定義する。
ターゲット：基板上に堆積される材料のソース。
均一性：スパッタされた層の厚み分布。低い厚み変動が高い均一性を与える。
ターゲット利用度：新しいターゲットに比して使用されたターゲットのスパッタされた材料の重量のパーセンテージ。
移送率：基板上で終了となるスパッタされた材料のパーセンテージ。
基板：コーティングされるべき物体、例えば、ＤＶＤのような光学的に読み取り可能なディスク。
チャンバー高さ：ターゲット表面と基板との間の距離。
レーストラック(Racetrack)：浸食が最も激しいエリア。
アノード座標：磁束が接地電位に交差して存在する点。
再堆積ゾーン：ターゲットにおけるスパッタされた原子の再散乱率がスパッタ率より高いエリア。
【００１９】
本発明の１つの態様によれば、スパッタ表面を有する環状ターゲットをスパッタリングするカソードにより基板にコーティングするためのスパッタリング装置が提供される。このスパッタリング装置は、ターゲットの後方に配設された磁石システムを備え、この磁石システムは、互いに接続された少なくとも３つの永久磁石を含み、各永久磁石は、異なる極性を有し、これら永久磁石が互いに相互作用して、ターゲットのスパッタ表面と実質的に平行な磁束線を有する磁束線プラトーを形成するようにされる。
【００２０】
本発明の第２の態様によれば、スパッタ表面を有する環状ターゲットをスパッタリングするカソードにより基板にコーティングするためのスパッタリング装置であって、該装置がターゲットの後方に配設された磁石システムを備え、この磁石システムは、互いに接続された少なくとも３つの永久磁石を含み、各永久磁石は、異なる極性を有し、これら永久磁石が互いに相互作用して、ターゲットのスパッタ表面と実質的に平行な磁束線を有する磁束線プラトーを形成するようにされた、スパッタリング装置のための制御プロセスが提供される。このプロセスは、進化的計算プロセスを遂行してシステムパラメータのセットを得、少なくとも１つの所定のターゲットパラメータに対する希望の性能をスパッタリングプロセス中に達成できるようにするステップを備えている。
【００２１】
従って、本発明は、発生される磁界を整形して、ターゲットのスパッタ表面の半径方向長さの実質的な部分に沿って磁力線が実質的にフラットとなり、即ちターゲットのスパッタ表面に磁力線が実質的に平行となるように、磁石システムの永久磁石を設計するという考え方に基づいている。これにより、広範囲な浸食プロフィールをターゲット表面に生成することができ、ひいては、高度のターゲット利用率を伴うことになる。
【００２２】
好ましい実施形態では、本発明によるスパッタリング装置は、電磁石（例えば、環状に閉じた電磁石）と、この電磁石に励起電流を供給する電源とを備え、電磁石は、励起電流が供給されると、永久磁石により生じた磁界に重畳する付加的な磁界を発生し、供給される励起電流の方向に基づいてターゲットの内縁又はターゲットの外縁に向けてプラトーを傾斜し且つレーストラックをシフトすることができる。これは、永久磁石によって発生されるベース磁界が、電子が比較的自由に移動できる大きな体積を形成することで、達成できる。この状態は、電磁石により発生される重畳磁界により妨害され易い。励起電流を第１方向に付与することで、浸食ゾーン又はレーストラックを半径に沿って外方に移動し、そして励起電流の方向を第１方向とは逆の第２方向に変化することで、レーストラックを半径方向に内方に移動する。これにより、浸食ゾーン即ちレーストラックをターゲットの内縁又は外縁に向けて移動し、ひいては、縁の近くのターゲット材料も利用できるので、高いターゲット利用率を得ることができる。
【００２３】
電磁石を備えた本発明のスパッタリング装置の効果は、電磁石に低い励起電流を使用して浸食ゾーンを移動できることである。その結果、既知の技術に比して冷却の必要性が低く、エネルギー消費を減少することができる。
【００２４】
一実施形態によれば、永久磁石は、互いに相互作用するように配置されて、磁束線プラトーを形成し、これにより、少なくとも２つのレーストラックを含むターゲット浸食ゾーンが生成される。従って、フラットにされた磁界が２つのレーストラックを生成する。これは、フラットにされた磁界は、永久磁石からある距離において、電子が比較的自由に移動できる広範囲の潜在的プラトーを形成するという洞察に基づくものである。電子は、ターゲットの広い表面にわたりスパッタガスをイオン化し、その結果、ターゲットへの衝撃及びターゲットからのスパッタリングがより広い表面上で生じることになる。
【００２５】
本発明の実施形態によれば、永久磁石は、互いに相互作用して、ターゲットのスパッタ表面と実質的に平行な磁束線を有する磁束線プラトーを形成し、プラトーの半径方向巾に実質的に等しいか又は少なくとも同程度の広さの半径方向巾を有するターゲット浸食ゾーンがスパッタリングプロセス中に生成される。その結果、ターゲットの広い表面にわたってスパッタガスをイオン化することができ、従って、広い表面にわたってスパッタリングを行うことができるので、高いターゲット利用率を得ることができる。
【００２６】
本発明による更に別の実施形態では、磁界プラトーは、ターゲットの半径をｒとすれば、ほぼ(1/2)ｒの長さを有する。
【００２７】
編成及び操作方法の両方に関して本発明を特徴付ける特徴、並びにその更に別の目的及び効果は、添付図面を参照した以下の説明から良く理解されよう。添付図面は、図示及び説明のためのもので、本発明の範囲を限定するように意図されていないことを明確に理解されたい。本発明により達成されるこれら及び他の目的、並びに得られる効果は、添付図面を参照した以下の説明から充分に明らかとなろう。
【００２８】
以下の詳細な説明では、次の添付図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明によるスパッタリング装置の実施形態を示す断面図である。
【図２】本発明によるスパッタリング装置の別の実施形態を示す断面図である。
【図３ａ】本発明によるスパッタリング装置の実施形態を示す断面図で、永久磁石から発生される磁界を示す図である。
【図３ｂ】本発明によるスパッタリング装置の別の実施形態を示す断面図で、永久磁石から発生される磁界を示す図である。
【図４ａ】本発明によるスパッタリング装置の実施形態を示す断面図で、永久磁石から発生される磁界を示す図である。
【図４ｂ】図４ａの本発明によるスパッタリング装置の実施形態を示す断面図で、永久磁石、及び正の励起電流が供給される電磁石から発生される磁界を示す図である。
【図４ｃ】図４ａの本発明によるスパッタリング装置の実施形態を示す断面図で、永久磁石、及び負の励起電流が供給される電磁石から発生される磁界を示す図である。
【図５】スパッタリングプロセス中のターゲットの浸食プロフィールを示すグラフである。
【図６】本発明によるスパッタリング装置のスパッタリングプロセスを制御するための本発明による制御方法のステップ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】
【００３０】
以下、本発明は、真空プロセスにおいて、ＣＤ又はＤＶＤディスクのような円形の光学的ディスクの製造を含む種々様々な商業的及び科学的目的で基板上に非常に薄い膜を堆積するためのスパッタリングカソードの好ましい実施形態に関して説明する。本発明は、例えば、ＤＣスパッタリング、パルスＤＣスパッタリング、ＡＣスパッタリング、及びＲＦスパッタリングに適している。
【００３１】
先ず、図１ないし３を参照して、本発明の好ましい実施形態を説明する。異なる図面全体にわたり同じ又は同様の部分には同じ参照番号を使用する。
【００３２】
スパッタリングカソード１０は、軸Ａに対して一方が他方の内側に位置され全てが永久磁石材料より成る複数の磁石ユニット１４ａ−１４ｃを含む磁石システム１２を備えている。本発明の一実施形態では、磁石システム１２は、外側の永久磁石１４ａと、中間の永久磁石１４ｂと、内側の永久磁石１４ｃとを含み、これらは、磁石システムバッキングプレート又はヨーク１５により相互接続される。一実施形態（図２を参照）によれば、環状の閉じた電磁石１６が、外側の磁石１４ａと内側の磁石１４ｂとの間に配置され、そして電磁石に励起電流を供給するための電源（図示せず）に接続される。冷却チャンネルを含む冷却プレート１７は、装置を冷却するように配置される。ターゲット１８は、真空チャンバー１９に配置することができ、真空チャンバーは、接地点（図示せず）に接続されたアノード壁２０によって部分的に取り巻かれる。アノード壁２０は、永久磁石によって生じる磁束線が接地電位に交差する点であるアノード点２１を含む。一実施形態では、このアノード点２１は、ターゲットの半径をｒとすれば、約(1/2)ｒ以下の長さを有するプラトーが得られるように位置される。
【００３３】
外側の磁石１４ａ及び中間の磁石１４ｂは、多数の磁石セグメントで構成されて、同じ極性の面が実質的に回転対称で配置される。内側の磁石１４ｃは、ディスクの形状にされる。外側磁石１４ａの極は、磁束の方向がターゲット１８から離れる方を指すように配向され、そして内側磁石１４ｃの極は、磁束の方向がターゲット１８を指すように配向される。中間磁石１４ｂは、磁束の方向が半径方向において外側磁石１４ａを向くように配向される。図３ａを参照されたい。
【００３４】
一実施形態では、永久磁石は、次の寸法を有する。即ち、内側磁石１４ｃは、直径が約６０ｍｍであり、中間磁石１４ｂは、内側半径が約４０ｍｍで、外側半径が約６３ｍｍであり、そして外側磁石１４ａは、内側半径が約８７ｍｍで、外側半径が約１００ｍｍである。更に、電磁石は、内側半径が約６９ｍｍで、外側半径が約８６ｍｍである。
【００３５】
別の実施形態（図３ｂを参照）によれば、外側磁石１４ａの極は、磁束の方向がターゲット１８を指すように配向され、そして内側磁石１４ｃの極は、磁束の方向がターゲット１８から離れるように配向される。中間磁石１４ｂは、半径方向において、磁束の方向が内側磁石１４ｃを向くように配向される。
【００３６】
当業者に明らかなように、マグネトロンの多数の別の構造が考えられる。例えば、マグネトロンは、方形のデザインを有してもよい。
【００３７】
図３ａ及び３ｂにおいて、本発明の実施形態により永久磁石により発生される磁界が示されている。図３−６には、図１及び２に示す軸対称のスパッタリング装置の右側しか示されていないことに注意されたい。
【００３８】
図３ａから明らかなように、磁界は、磁力線２３がターゲット表面２２に実質的に平行となるように整形される。実際には、２つのレーストラックが形成され、電子が比較的自由に移動できるところに広い潜在的なプラトーが形成される。電子は、ターゲット１８の広い表面にわたってスパッタリングガス、例えば、アルゴンをイオン化し、その結果、ターゲットへの衝撃及びターゲットからのスパッタリングがターゲットの有意義な部分にわたって行われる。これにより、ターゲットの有意義な部分にわたって延びる浸食ゾーンを形成することができる。
【００３９】
図４ａ−４ｃを参照すれば、電磁石と永久磁石との間の相互作用を一例として説明する。電磁石１６は、励起電流が供給されると、永久磁石１４ａ−１４ｃによって発生されるベース磁界を妨げ、浸食ゾーンが移動されるようにする。図４ａ−４ｃを参照されたい。より詳細には、電磁石１６は、励起電流が供給されると、永久磁石によって生じる磁界に重畳する付加的な磁界を発生し、供給される励起電流の方向に基づいてターゲットの内縁２５又はターゲットの外縁２６に向かって磁界プラトーを傾斜させることができる。図４ａでは、電磁石１６がスイッチオフされ、半径５５ｍｍに中心をもつプラトー３０が形成される。図４ｂでは、電磁石に３Ａ／ｍｍ2の電流密度が供給される。磁力線３２は、ターゲット１８の内縁２５に向かって傾斜され、半径１８ｍｍにレーストラック３２が形成される。図４ｃでは、付与される電流が反対方向、即ち−３Ａ／ｍｍ2を有し、磁力線３４は、ターゲット１８の外縁２６に向かって傾斜される。これは、半径７０ｍｍにレーストラック３４を形成する。
【００４０】
本発明によるスパッタリング装置においてスパッタリングプロセスを制御する方法について以下に説明する。スパッタリングプロセスは、内部及び外部の非常に多数の異なるパラメータが、スパッタされる層に影響を及ぼすような複雑なプロセスである。内部パラメータは、例えば、次の通りである。
・ターゲットの浸食：ターゲットが侵食すると、磁界及び電界の両方が変化し、従って、ターゲットに対する衝撃の角度が変化することになる。これは、ターゲットの寿命中にスパッタされる厚みのプロフィールを変化させる。
・ターゲット材料の原子量：スパッタされる材料の原子量は、スパッタされるプロフィールに影響を及ぼす。原子が重いほど、ターゲットから基板への移送時にスパッタリングガスとの衝突による影響が少なくなる。
・ターゲット材料の分布角度：異なるターゲット材料は、イオンの所与の衝撃に対して異なる角度的スパッタリング分布を有する。これは、スパッタされる層のプロフィールに直接的な影響を及ぼす。
・電力：電圧は、電力と共に変化し、従って、電界と共に変化する。
・アルゴンの流量は、ターゲットから基板への原子の移送、及び層の均一性に影響するアルゴン圧力を変化させる。又、アルゴンの量は、プラズマのインピーダンスも変化させる。
・全エネルギーは、平均層厚みにほぼ比例する。
・真空コンディショニング、即ちスパッタリングとスパッタリングとの間に真空システムがどれほど長い時間で有効になるかは、移送率、プラズマインピーダンス及び層の均一性に影響する。
・マスクの形状：マスクの形状は異なり、異なる顧客は、異なるマスクを要求することがあり、これは、「陰影効果」のために層のプロフィールに影響することがある。更に、長時間コーティングされたマスクは、基板の「陰影」部分となり、従って、スパッタされる層の均一性を変化させる。
・アノード。アノードは、コーティングされ、プラズマに直接影響を及ぼす。
・冷却水の温度及び流量は、ターゲットの温度に影響を及ぼし、従って、スパッタリングの歩留り及び二次電子の放出に影響を及ぼす。
【００４１】
外部パラメータは、例えば、次の通りである。
・温度。
・マシン内の湿度。水分が基板にくっつく（水とＰＣは、どちらも極性が強い）。水はチャンバーにおいて蒸発し、プラズマ内で活性となる。
・成形マシンからのプラスチック基板の湿度は、マシン内の湿度と同様に影響する。
【００４２】
従って、スパッタリングプロセスは、非常に多数の変数を含む非常に複雑なプロセスである。
【００４３】
本発明によるスパッタリング装置のための好ましい制御プロセスは、いわゆる進化的計算アルゴリズムである。進化的計算ＥＣは、非常に複雑な問題を最適化するための方法である。ＥＣは、どのパラメータが、及びどのようにしてそれらが１つ以上の研究されたパラメータに影響し得るか分析するよう試みるのではなく、異なる世代の異なる設定を発生する。ＥＣによれば、多数の個人を伴う第１世代が、ある所定のフレーム内ではあるが、ランダムに計算される。この世代が実施され、測定され、そして各個人に対し、それらの性能に関してグレードが計算される。最良の性能をもつ個人が「メーティングプール(mating pool)」へ送られる。個人からの異なるパラメータ（遺伝子）をメーティングプールにおいて混合する（及びそれらを若干変化させるか又は突然異変させる）ことにより、新たな世代が発生される。１００人の個人の母集団を伴う既に３世代の後には、スパッタリングプロセスの非常に良好な性能が達成されることがテストで示されている。ＥＣは、異なるパラメータが互いにどのように関係しているかに関わらずスパッタリングプロセスを最適化する。このアルゴリズムは、例えば、ターゲットの温度、湿度、又は浸食の変化を補償するように入力パラメータを変化させることができる。
【００４４】
本発明による制御プロセスでは、厚み偏差（均一性）が多数の異なる半径において連続的に測定され、従って、均一性に関してプロセスが最適化される。これは、ターゲットの表面にわたって浸食ゾーンを移動することにより遂行され、即ち制御プロセスでレーストラック（１つ又は複数）をターゲットの表面にわたって自由に移動させるか、又は電磁石により磁界を調整し、従って、永久磁石により発生される浸食プロフィールの外側のレーストラックでスパッタすることにより、遂行される。図５を参照して、一実施例を以下に説明する。この実施例によれば、永久磁石のみを伴う（全パラメータを固定した）５時間のスパッタリングは、図４に線４０で示すように、レーストラックにおいてターゲットを約１ｍｍ侵食する。電磁石に正方向の励起電流を供給し、即ち３Ａ／ｍｍ2の電流密度でターゲットを１ｍｍ侵食するには約１時間を要することが分かった。線４２を参照されたい。更に、電磁石に負の方向の励起電流を供給し、即ち−３Ａ／ｍｍ2の電流密度で約１ｍｍ侵食するには約１．５時間を要することも分かった。線４４を参照されたい。線４２及び４４で各々指示されたように、電磁石は、ターゲットの有意義な部分にわたって浸食が生じるように発生磁界に影響を及ぼす。電磁石により生じる浸食は、永久磁石システムが僅かな浸食しか生じないところで行われるので、電磁石に正又は負の励起電流を供給するときのスパッタリング時間が制限される。一実施形態では、これらの時間周期は、次のように制限される。
−正方向の時間の最大パーセンテージ：１００＊１／(１＋１、５＋５)＝１３％
−負方向の時間の最大パーセンテージ：１００＊１．５／(１＋１、５＋５)＝２０％
【００４５】
従って、ターゲット利用率の増加が確保されるのと同時に、スパッタリングの均一性が最適化される。
【００４６】
図６を参照して、本発明による制御方法の高レベルの説明を以下に行う。第１に、ステップ５０において、計算限度は、例えば、上述したように、正方向の時間の最大パーセンテージ及び負方向の時間の最大パーセンテージにセットされる。次いで、ステップ５２において、進化的計算プロセスを、上述したように開始して実行し、パラメータの適切なセットを識別することができる。システムパラメータは、常時監視するか又はステップ５４において各進化世代の後に監視して、スパッタリングプロセスからの出力が所定の要件内にあるかどうかチェックすることができる。この実施形態では、多数の異なる半径において均一性又は厚み偏差がチェックされる。均一性が所定の限界内にないと分かった場合には、進化的計算プロセスが続けられる。他方、均一性が所定の要件内にあると分かった場合には、制御アルゴリズムが続けられて、ステップ５６において、実際のスパッタリングプロセスを開始する。スパッタリングプロセス中に、均一性を常時監視して、それが所定の限界内にあるかどうかチェックすることができる。進化的計算アルゴリズムにより識別されるパラメータ設定は、例えば、ターゲットの温度、湿度又は浸食の変化を補償するために、プロセス中に調整されねばならない。
【００４７】
本発明の実施形態を図示して説明したが、当業者であれば、ここに述べた本発明の多数の変更や修正が明らかであろう。従って、本発明の前記説明及び添付図面は、本発明をそれに限定するものではなく、保護の範囲は、特許請求の範囲によって定義されることが理解されよう。
【符号の説明】
【００４８】
１０：スパッタリングカソード
１２：磁石システム
１４ａ：外側の永久磁石
１４ｂ：中間の永久磁石
１４ｃ：内側の永久磁石
１５：バッキングプレート又はヨーク
１６：電磁石
１７：冷却プレート
１８：ターゲット
１９：真空チャンバー
２０：アノード壁
２１：アノード点
２２：ターゲットの表面
２３：磁力線
２５：ターゲットの内縁
２６：ターゲットの外縁
３４：レーストラック
【図１】
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【図２】
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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４ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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