(57)【要約】  スパッタリングシステムは、入口ポートおよび出口ポートを備えた処理チャンバと、処理チャンバの壁に配置されたスパッタリングターゲットとを有する。可動式磁石装置がスパッタリングターゲットの後方に配置され、ターゲットの後方で往復して摺動する。コンベアは、スパッタリングターゲットを通過して基板を一定速度で連続的に搬送し、任意の時間に、いくつかの基板が先端と末端の間のターゲットに対向するようする。幾つかの実施形態において、可動式磁石装置は、コンベアの一定速度よりも少なくとも数倍速い速度で摺動する。転向帯域は、ターゲットの先端および末端の後方に画定され、磁石装置が転向帯域に進入すると減速し、転向帯域内で摺動方向を反転すると加速する。幾つかの実施形態において、磁石電力及び／又は磁石速度は磁石進行方向に応じて変化される。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターゲットから基板の上に材料を堆積させるシステムであって、
前記基板を下流方向に搬送可能なキャリアと、
前記基板が下流方向に通過する成膜チャンバを含む１つ以上の処理チャンバと、を備え、
前記成膜チャンバは、
ターゲットと、
磁極が下流走査速度で下流方向に前記ターゲットを横断走査し、前記下流方向と反対の上流方向に上流走査速度で前記ターゲットを横断走査することが可能な磁石アセンブリと、
走査方向に応じて走査速度を制御可能なコントローラとを備え、
前記走査速度は、前記磁石アセンブリの進行の前記上流方向または下流方向に応じて変化される、システム。
【請求項２】
前記上流走査速度は、前記下流走査速度よりも遅い、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記下流走査速度は、前記基板が第１の前記処理チャンバを通過する速度より少なくとも５倍速い、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
下流又は上流のいずれかの走査方向において、前記基板に相対する前記磁極の一定速度を維持するように前記下流走査速度及び前記上流走査速度が設定される、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記コントローラは、前記磁極の下流走査の間及び前記磁極の上流走査の間に、前記ターゲットに異なる電力を印加する、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
全ての前記下流走査の間に前記ターゲットに供給される総電力は、全ての前記上流走査の間に前記ターゲットに供給される総電力と等しい、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記磁極は、前記ターゲットの進行方向の端部における転向帯域で方向を反転し、前記各転向帯域における後続の反転は異なる位置で発生する、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記異なる位置は無作為に選択される、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
コントローラは、前記磁極を繰り返して走査するように操作可能であり、
該操作は、
上流方向の距離Ｘを繰り返して走査し、その後反転して下流方向の距離Ｙを走査し、
前記ターゲットの前記端部に至ると、下流方向の距離Ｘを繰り返して走査し、その後反転して上流方向の距離Ｙを走査するように、行われ、
ＸはＹよりも長く、また、Ｘは前記ターゲットの長さよりも短い、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
ＸとＹの少なくとも一つは一定である、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記距離｜X｜−｜Y｜は一定に保たれている、請求項９に記載のシステム。
【請求項１２】
前記ターゲットの長さは前記基板の長さよりも大きい、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
複数の基板は所定のピッチで配置され、該複数の基板は前記処理チャンバを通過し、
前記ターゲットの長さは少なくとも前記ピッチの長さの４倍である、請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記成膜チャンバは、前記磁極と反対の方向に走査可能なカウンタウエイトをさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記磁石アセンブリは、直線軌道アセンブリと、前記直線軌道アセンブリで移動可能に前記直線軌道アセンブリに結合されたカウンタウエイトと、コンベアと、前記コントローラからの信号に従って前記コンベアを駆動させるために結合されたモータと、を備え、
前記磁極は、前記直線軌道アセンブリで移動可能に前記直線軌道アセンブリに結合され、
前記コンベアの一側は前記磁極に結合されるが、該コンベアの他側は前記カウンタウエイトに結合される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１６】
基板を、下流速度でターゲットを通過させて搬送する工程と、
相対する下流方向及び上流方向において、磁石の走査の上流方向及び下流方向に応じた異なる速度で、前記ターゲットを横断するように前記磁石を往復して走査させることにより、前記基板の上にターゲット材料の成膜を誘導する工程と、を備える、方法。
【請求項１７】
前記上流走査速度は、前記下流走査速度よりも遅い、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記下流走査速度は、前記上流走査速度よりも少なくとも５倍速い、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記ターゲットの進行方向の端部における転向帯域で前記磁極は走査方向を反転し、前記各転向帯域における後続の反転は異なる位置で発生する工程をさらに備える、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記異なる位置は無作為に選択される、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
本願は、２０１１年１１月４日に出願された米国仮出願第６１／５５６，１５４号に基づく優先権を主張する、２０１２年１１月２日に出願された、「線走査スパックリングシステムおよび線走査スパックリング方法」という名称の米国特許出願１３／６６７，９７６号の一部継続出願であり、その開示の全体は参照文献として本願明細書に組み込まれる。
【０００２】
（技術分野）
本願は、スパッタリングシステム、例えば、集積回路、太陽電池、フラットパネルディスプレイなどの作製中に薄膜を基板に成膜するために用いられるスパッタリングシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
スパッタリングシステムは、当該技術分野でよく知られている。線形走査マグネトロンを有するスパッタリングシステムの例は、米国特許第５，８７３，９８９号明細書に開示されている。そこで、基板の上に材料を堆積させるためのマグネトロンスパッタリング源は、材料をスパッタリングさせるターゲットと、ターゲットに近接して設けられターゲット表面にプラズマを閉じ込める磁石アセンブリと、ターゲットに対して磁石アセンブリを走査させる駆動アセンブリとを含む。スパッタリング処理には、ガスプラズマの生成およびその後ターゲットの中にこのプラズマからイオンを加速させることが必要である。ターゲットの原料物質は、エネルギー伝達を介して到達したイオンに浸食され、個々の原子と、原子または分子クラスタとのいずれかの中性粒子の形で排出される。これらの中性粒子が排出されたため、所望の通りに基板表面を衝突し被覆するために一直線に移動する。
【０００４】
このようなシステムにおいて解決すべき問題の一つは、基板に形成される膜の均一性である。このようなシステムにおいて解決すべき別の問題は、ターゲットの利用率である。具体的には、線形マグネトロンの磁石は往復で走査を行うため、ターゲットの両端で過剰なスパッタリングが生じ、走査方向に沿って、すなわち、平行に、２つの深い溝が発生する。その結果、ターゲットの表面の大部分はまだ使用可能であるにもかかわらず、ターゲットを交換しなければならない。この現象に対抗する様々な方法が、上記‘９８９特許に開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、これまで対処されていない、別のターゲット利用率の問題は、走査サイクルの端で生じる浸食である。つまり、磁石がターゲットの端部に至ると、走査方向が反対になる。膜の均一性を実現するために、‘９８９特許は、ターゲットのどちらかの端部に向かって走査速度を下げることを提案している。しかし、これはターゲットのスパッタリングの増長につながり、走査方向に垂直の方向のターゲット両端における過剰な浸食につながる。
【０００６】
したがって、当該分野において、均一な成膜およびターゲットの利用率向上を可能にするスパッタリングシステムが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下の概要は、本発明のいくつかの態様及び特徴の基本的な理解を提供するために含まれる。この概要は、本発明の広範な概要ではなく、本発明のキー又は重要な要素を特定したり、又は本発明の範囲を制限することを意図するものではない。その唯一の目的は、本発明のいくつかのコンセプトを、以下に示すより詳細な説明の前置きとして単純化した形態で示すことである。
【０００８】
本明細書では、基板上に形成された膜の均一性を高めるとともに、高い処理能力を可能とするスパッタリングのシステムおよび方法を開示する。一実施形態は、基板が連続的にスパッタリングターゲットの前で動作するシステムを提供する。マグネトロンは、基板の動きよりも少なくとも数倍速い速度で、往復で線形走査される。マグネトロンは繰り返し、基板の進行方向に走査され、その後その反対方向に走査される。移動のほとんどの間、マグネトロンは一定速度で移動される。ただし、その移動の終わりに近づくと、減速する。その後、反対方向の移動が開始すると、一定速度に達するまで加速する。一実施形態における減速度／加速度は０．５ｇであり、別の実施形態では１ｇである。これによりターゲットの利用率が向上する。別の実施形態によれば、マグネトロンの変向点は後続の走査で変更して反転帯域が画定されるようにする。これによりターゲット利用率の向上が助長される。
【０００９】
スパッタリングシステムは、入口ポートおよび出口ポートを備えた処理チャンバと、処理チャンバの壁に配置されたスパッタリングターゲットとを有する。移動式磁石装置は、スパッタリングターゲットの後方に配置され、ターゲットの後方で往復して摺動する。コンベアは、スパッタリングターゲットを通過して基板を一定速度で連続的に搬送させ、任意の時間に、いくつかの基板が先端と末端の間のターゲットに対向するようにする。移動式磁石装置は、コンベアの一定速度よりも少なくとも数倍速い速度で摺動する。転向帯域は、ターゲットの先端および末端の後方に画定され、磁石装置が転向帯域に進入すると減速し、転向帯域内で摺動方向を反転すると加速する。
【００１０】
本発明の幾つかの実施形態にしたがって、ターゲットから基板の上に材料をスパッタリングさせるシステムは、基板を下流方向に搬送可能なキャリアと、基板を下流方向に通過させる第１処理チャンバを含む１つ以上の処理チャンバと、を備える。第１処理チャンバは、スパッタリングターゲットと、下流方向に下流走査速度でスパッタリングターゲットを横断走査し、下流方向と反対の上流方向に下流走査速度より遅い上流走査速度でスパッタリングターゲットを横断走査するように動作可能な磁石と、を有することができる。
【００１１】
本発明の幾つかの実施形態にしたがって、処理チャンバは、スパッタリングターゲットと、下流方向に下流走査速度でスパッタリングターゲットを横断走査し、下流方向と反対の上流方向に下流走査速度より遅い上流走査速度でスパッタリングターゲットを横断走査するように動作可能な磁石と、を含む。
【００１２】
本発明の幾つかの実施形態にしたがって、スパッタリングの方法は、スパッタリングターゲットを下流速度で通過して基板を搬送させる工程と、そして、磁石が下流方向に下流走査速度でスパッタリングターゲットを横断走査し、また、下流方向と反対の上流方向に下流走査速度より遅い上流走査速度でスパッタリングターゲットを横断走査することにより、基板の上へのターゲット材料のスパッタリングを誘導する工程と、を含む。
【００１３】
本発明の幾つかの実施形態にしたがって、ターゲットから基板の上に材料をスパッタリングさせるシステムは、基板を下流方向に搬送可能なキャリアと、基板を下流方向に通過させる第１処理チャンバを含む１つ以上の処理チャンバと、を備える。第１処理チャンバは、スパッタリングターゲットと、下流方向に下流走査の電力レベルでスパッタリングターゲットを横断走査し、下流方向と反対の上流方向に下流走査の電力レベルより大きい上流走査の電力レベルでスパッタリングターゲットを横断走査するように動作可能な磁石と、を有することができる。
【００１４】
本発明の幾つかの実施形態にしたがって、処理チャンバは、スパッタリングターゲットと、下流方向に下流走査の電力レベルでスパッタリングターゲットを横断走査し、下流方向と反対の上流方向に下流走査の電力レベルより大きい上流走査の電力レベルでスパッタリングターゲットを横断走査するように動作可能な磁石と、を含む。
【００１５】
本発明の幾つかの実施形態にしたがって、スパッタリングの方法は、スパッタリングターゲットを下流速度で通過して基板を搬送させる工程と、磁石が下流方向に下流走査の電力レベルでスパッタリングターゲットを横断走査し、また、下流方向と反対の上流方向に下流走査の電力レベルより大きい上流走査の電力レベルでスパッタリングターゲットを横断走査することにより、基板の上にターゲット材料のスパッタリングを誘導する工程と、を含む。
【００１６】
本発明の更なる態様にしたがって、成膜チャンバのために提供されるスパッタリング装置は、前面及び背面と、その前面に提供されるスパッタリング材料とを有するターゲットと、ターゲットの背面に近接して往復走査するように構成された磁石を有する可動式磁石機構と、磁石と同じの速度でも反対の方向で往復走査するように構成されたカウンタウエイトと、を備える。磁石と同じの速度でも反対の方向で移動するカウンタウエイトを有することにより、システムにおける振動及び負荷が減らされ、また、磁石はより速い速度で走査することができ、より速いペースで加速および減速され得る。可動式磁石機構は、ターゲット及びカウンタウエイトを往復して移動させるために駆動される動力素子を含み、磁石及びカウンタウエイトは機械的に動力素子に結合される。動力素子は、例えばベルト、タイミングベルト、チェーンなどを含む可変張力素子であってもよい。動力素子を駆動させるために、モータは動力素子に結合され、また、コントローラはモータを駆動するために信号を提供する。
【００１７】
別の態様にしたがって、スパッタリングシステムを動作させる方法と、スパッタリングシステムを動作させるコントローラとが提供される。コントローラは、磁極を繰り返して走査するように操作可能であり、該操作は、上流方向の距離Ｘを繰り返して走査し、その後反転して下流方向の距離Ｙを走査し、ターゲットの端部に至ると、下流方向の距離Ｘを繰り返して走査し、その後反転して上流方向の距離Ｙを走査するように、行われ、ＸはＹより長く、また、Ｘはターゲットの長さより短い。一つの実施形態において、少なくともＸとＹの一つは一定であり、又は距離｜Ｘ｜−｜Ｙ｜は一定に保たれる。
【００１８】
以上の態様及び特徴は、いずれか設計されるシステムにおいて「混合及び整合」することができ、それによって所望の利益を得る。最大の利益を得るために、特定のシステムは、特定の状況及び特定の応用によっては、上記のすべての態様及び特徴を含んでもよいが、他のシステムはただ一つまたは二つの特徴を適用してもよい。
【００１９】
本明細書に組み込まれ、またその一部を構成する添付の図面は、本発明の実施形態を例示し、発明を実施するための形態と共に本発明の原理を説明し描出する役割を担う。図面は図表図式によって例示の実施形態の主な特徴を示すことが意図されている。また、図面では、実際の実施形態のすべての特徴や、図示する要素の相対的なサイズが提示されることは意図されていない。それゆえに図面は正確な縮尺率ではない。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】一実施形態したがって、スパッタリングマグネトロンを用いて基板を処理するシステムの一部を示す。
【図２】図１の線Ａ−Ａに沿った断面を示す。
【図３】図１の線Ｂ−Ｂに沿った断面を示す。
【図４Ａ】一定速度で連続的に動作するコンベア上に基板が支持される、別の実施形態を示す。
【図４Ｂ】カウンタウエイトを用いて走査磁極の運動をバランスさせる、別の実施形態を示す。
【図５】図４Ａ及び４Ｂに示すようなスパッタリングチャンバを用いたシステム構成の例を示す。
【図６】開示する実施形態のいずれかで用い得る可動式磁極の実施形態を示す。
【図７Ａ】一定のウェハ搬送速度および異なる磁石走査速度を用いた場合の成膜均一性のグラフである。
【図７Ｂ】一定のウェハ搬送速度および異なる磁石走査速度を用いた場合の成膜均一性のグラフである。
【図７Ｃ】一定のウェハ搬送速度および異なる磁石走査速度を用いた場合の成膜均一性のグラフである。
【図７Ｄ】一定のウェハ搬送速度および異なる磁石走査速度を用いた場合の成膜均一性のグラフである。
【図８Ａ】磁石走査速度が上昇すると均一性が低下することを示すグラフである。
【図８Ｂ】走査速度よりも速い磁石走査速度に対する成膜均一性の特異な推移を示す別のグラフである。
【図８Ｃ】図８Ｂの円で囲まれた部分の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明のスパッタリングシステムの実施形態を説明する。異なる基板の処理に異なる実施形態を用いて、処理能力、膜均一性、ターゲット利用率などのような異なる利点を達成し得る。得ようとする成果によって、本明細書において開示される異なる特徴を、部分的または最大限に、単独、または組合せて利用することにより、利点と要件および制約とのバランスを取り得る。そのため、種々の実施形態を参照すると、特定の利益が強調されるが、それらは開示する実施形態に限定されない。
【００２２】
図１は、一実施形態にしたがって、スパッタリングマグネトロンを用いて基板を処理するシステムの一部を示す。図１では、３つのチャンバ１００、１０５、１１０が示されるが、両端の３つのドットは、任意の数のチャンバを用いてもよいことを示す。また、ここでは３つの特定チャンバが示されるが、ここに示されるチャンバ構成を採用する必要があるわけではない。他のチャンバ構成を用いてもよく、図示されるチャンバの間に他の種類のチャンバを設けてもよい。例えば、第１のチャンバ１００がロードロックであり、第２のチャンバ１０５がスパッタリングチャンバであり、第３のチャンバ１１０が別のロードロックであってもよい。
【００２３】
説明のために、図１の例では、３つのチャンバ１００、１０５、１１０は、各々の真空ポンプ１０２、１０４、１０６により真空されたスパッタリングチャンバとする。各処理チャンバは、移送区間１２２、１２４および１２６ならびに処理区間１３２、１３４および１３６を有する。基板１５０は、基板キャリア１２０に載置される。本実施形態において、基板の両側上のスパッタリングターゲット材料により両表面が形成されるように、基板１５０は周辺部で（すなわち、その表面のいずれにも接触せずに）保持される。キャリア１２０は、軌道（図１に図示せず）に載る一組の車輪１２１を有する。一実施形態において、車輪は、より良好な牽引力および安定性をもたらすように磁化される。キャリア１２０は、基板を処理区間に配置するように、移送区間に設けられたレールに載せられ、一実施形態では、リニアモータ装置（図１に図示せず）を用いて、外部からキャリア１２０に駆動力を供給する。３つのチャンバ１００、１０５および１１０がスパッタリングチャンバである場合、キャリア１２０はロードロック装置を介してシステムに出入りする。
【００２４】
図２は、図１の線Ａ−Ａに沿った断面を示す。単純化するために、図２において基板２５０は、キャリアがない状態で示されるが、図１のシステム内で行われる処理の間、基板２５０は終始キャリア１２０に載ったままであり、図２の矢印で示すとおり、チャンバからチャンバへ基板キャリアにより連続的に搬送されることを理解されたい。この例示的な実施形態では、各チャンバ２００、２０５および２１０において、基板２５０は両側で処理される。また、図２には、作製中に各チャンバを隔離する分離バルブ２０２、２０６も示されているが、一実施形態では、基板が連続的に移動するために、分離バルブを単純なゲートに代替するかまたは取り除くこともできる。
【００２５】
各チャンバは、線形軌道２４２’、２４４’、２４６’に載置される可動式マグネトロン２４２、２４４、２４６を備え、両方向矢印で示すように、ターゲット２６２の表面上にプラズマを走査するようにする。チャンバ内で基板がキャリア上で下流方向に搬送されるよう、磁石は連続的に往復して走査される。磁石２４２に関して示されるように、磁石がターゲット２６２の先端２４３に達すると、反転してターゲット２６２の末端２４７に向かって移動する。末端２４７に達すると、再び反転し、先端２４３に向かって走査される。この走査処理は連続的に繰り返される。なお、この特定に例において、下流方向は、ターゲット２６２の先端２４３から末端２４７まで平行に整列されることである。また、本明細書に記載のように、先端は上流位置または上流領域であると称してもよいが、末端は下流位置または下流領域であると称してもよい。この点において上流及び下流は、つまり、基板の進行方向を参照して定義され、その基板はターゲット２６２を通過して進行している、下流末端２４７に達する前に上流先端２４３に達する。
【００２６】
図３は、図１の線Ｂ−Ｂに沿った断面を示す。基板３５０は、キャリア３２０に載置して示される。キャリア３２０は、軌道３２４に載る車輪３２１を有する。車輪３２１は磁性でもよく、その場合、軌道３２４は常磁性材料からなってもよい。他の駆動力および／または装置を用いてもよいが、本実施形態では、キャリアはリニアモータ３２６により移動される。チャンバは真空され、プラズマを維持するために前駆体ガス、例えばアルゴンがチャンバ内に供給される。ＲＦバイアスエネルギーを、ターゲット３６４の後方に位置する可動式マグネトロン３４４に印可することによりプラズマが点火され維持される。
【００２７】
図４Ａに示す別の実施形態において、基板４５０は、ゲート４０２及び４０６を通過するための構成を以て、「通過」処理のために連続的に動作するコンベア４４０上で支持される。この構成は、太陽電池を作成する場合のように、基板の片側のみにスパッタリングする必要がある場合に特に有益である。例えば、いくつかの基板を横並びに配置させ、いくつかを同時に処理するようにすることができる。図４Ａの吹き出し図は、横並び、すなわち矢印で示すように、垂直運動方向に沿って配置される、３つの基板を示す。基板は複数の行及び複数の列に配置されるといえる。図４Ａの吹き出し図におけるドットは、基板の数はコンベア上で常に補充されるため、基板の供給は列方向に「連続」であってもよいと示す。したがって、基板は、「連続」供給方向又は行方向及びｎ行のように配置され、ｎは如何なる整数であってもよいが、図４Ａにおけるｎは３である。また、このような実施形態では、ターゲット４６４が基板の寸法に対して長い場合、ベルトがターゲット４６４の下で基板を連続的に移動させるため、複数の基板を縦方向および横方向に同時に処理することができる。例えば、３行、すなわち３枚の横並びのウェハを用いる場合、４枚３行の基板が処理可能なようにターゲットの寸法を設計し、これにより１２枚の基板を同時に処理することができる。前述のとおり、マグネトロン４４４は、両方向矢印で示すように、基板の進行方向に平行な方向に、ターゲットの先端と末端の間を直線的に往復移動する。プラズマ４０３は、ターゲット４６４の反対側に、マグネトロン４４４の進行に追従し、それによってターゲット４６４から基板４５０の上で材料をスパッタリングする。
【００２８】
図４Ｂは、走査磁極４４２及びカウンタウエイト（ｃｏｕｎｔｅｒｗｅｉｇｈｔ）４４６を有する別の実施形態を示す。具体的には、走査磁極４４２は、両方向矢印で示すように、直線的に往復走査される。いずれかの端部で走査は方向を反転しなければならない。この反転は、システムで振動を引き起こす可能性があり、減速度及び加速度を制限し得る。この影響を減らすために、カウンタウエイト４４６はカウンタバランス（ｃｏｕｎｔｅｒ  ｂａｌａｎｃｅ）として提供され、磁極と反対の方向に走査させて磁極の運動を相殺する。これによりシステムにおける振動を減らし、磁極の速い減速度及び速い加速度を可能にする。
【００２９】
図４Ｂの特定例において、磁極４４２及びカウンタウエイト４４６が直線軌道アセンブリ４４５で自由に滑るように、磁極４４２及びカウンタウエイト４４６が直線軌道アセンブリ４４５に摺動自在に結合される。図４Ｂの視点からは直線軌道アセンブリが一つの軌道として見られるが、磁極４４２及びカウンタウエイト４４６を支持して自由に直線的に往復移動させるために、いくつかの軌道が配置され得る。磁極４４２は動力素子４４８の一側に取り付けられるが、カウンタウエイト４４６は動力素子４４８の他側に取り付けられる。動力素子４４８は、車輪４４１及び車輪４４３の上方に回転するチェーン、ベルト、歯付き（タイミング）ベルトなどのようなコンベアであってもよい。車輪の一つ、例えば、車輪４４３はモータ４４９により連結機構４４７、例えば歯付きベルトを介して駆動される。モータ４４９はコントローラ４８０によって制御され、コントローラ４８０は、車輪４４３を往復で回転させるためにモータ４４９に信号を送り、それによってコンベア４４８は、磁極４４２を軌道４４５で往復して滑らせながら、カウンタウエイト４４６を反対の方向に滑らせる。つまり、カウンタウエイトは磁石と同じ速度だが、磁石と反対方向に移動する。一般に、この配置はモータ及びシステムへの負荷を大幅に軽減する。この配置も振動を減らし、高速度、高加速度及び高減速度を可能にする。
【００３０】
図５は、図４Ａ又は４Ｂに示すようなシステムの例を示す。常圧コンベア５００は連続的に基板をシステム内に移動させ、その後基板は低真空ロードロック５０５、高真空ロードロック５１０を横断するためにシステム内のコンベア上に移送され、必要に応じて移送チャンバ５１５を横断する。次いで、基板は、コンベア上で連続的に移動しながら、１つまたは複数、ここでは２つが示される、後続のチャンバ５２０によって処理される。その後、基板はコンベアで、任意の移送チャンバ５２５、高真空ロードロック５３０、低真空ロードロック５３５、常圧コンベア５４０へ順に進み、システムから出る。
【００３１】
図６は、前記の実施形態のいずれかで用い得る可動式マグネトロンの実施形態を示す。図６において、基板６５０はコンベア６４０で、一定速度で移動される。ターゲットアセンブリ６６４が基板上に配置され、可動式マグネトロン６４４は、両方向矢印で示すように、ターゲットアセンブリの後方で直線的に前後に振動する。プラズマ６２２はマグネトロンに追従し、ターゲットの異なる領域からスパッタリングを引き起こす。本実施形態において、通常移動の間マグネトロンの速度は一定であり、基板の速度より少なくとも数倍速い。この速度は、基板がスパッタリングチャンバを横断する間、可動式マグネトロンにより数回スパッタリングされるように計算される。例えば、マグネトロンの速度は、基板の速度よりも５〜１０倍速くすることができ、それにより、コンベアがターゲットの全長を通過して基板を移動させるまでに、基板上に複数の層を成膜するよう、磁石はターゲット後方で数回往復走査される。
【００３２】
図６に示すように、本実施形態において各基板は、コンベアベルトの進行方向に規定された長さがＬｓである。同様に、磁石の進行方向に平行なコンベアの進行方向に規定されたターゲットの長さはＬｔである。本実施形態においてターゲット長さＬｔは、基板の長さＬｓよりも数倍長い。例えば、ターゲット長さは、１つの基板の長さと、コンベア上の２つの基板間の離隔距離Ｓの長さとを足したものとして規定されるピッチよりも４倍長くすることができる。つまり、ピッチＰ＝（Ｌｓ＋Ｓ）である。
【００３３】
ターゲット後方のマグネトロンの線形移動における問題は、ターゲットの先端および末端に到達するとき、一旦停止して反対方向の運動を開始するということである。その結果、ターゲットの端部が、ターゲットの主面よりも大幅に浸食されてしまう。ターゲットの端部における浸食が既定量を超える場合、ターゲットの中心部はまだ使用可能であるにもかかわらず、ターゲットを交換する必要がある。以下に述べるような様々な実施形態を用いてこの問題に対処する。
【００３４】
一実施形態にしたがって、ターゲットの先端および末端のそれぞれにおけるオフセットＥおよびＦが指定される。マグネトロンがオフセットに達すると、例えば０．５ｇ、１ｇなどの規定の速度で減速する。オフセットの終端で、マグネトロンは反転し、規定の速度で加速する。これは、マグネトロンの移動の両端、すなわちターゲットの先端および末端で行われる。
【００３５】
別の実施形態によれば、転向帯域が規定され、例えばターゲットの先端および末端のそれぞれに帯域Ｅおよび帯域Ｆが指定される。マグネトロンは、転向帯域のいずれかに到達すると、転向帯域内の点で進行方向を反転する。しかしながら、時間の経過とともに、マグネトロンが転向帯域内で方向を反転する点がずれてくる。これは、図６の吹き出し図により例示される。図示するように、時間ｔ１において、反転点はＦ１で示される。時間ｔ２では、反転点はＦ２で示され、点Ｆ１よりもターゲットの末端寄りであるが、依然Ｆで示される帯域内にある。時間ｔ３では、反転点Ｆ３は、さらにターゲットの末端寄りであり、時間ｔｎでは、Ｆｎはターゲットの末端から遠ざかる。しかし、すべての点Ｆｉは、帯域Ｆ内にある。反対側の帯域Ｅ、すなわちターゲットの先端でも同様の過程が行われる。
【００３６】
走査方向を反転する点は、様々な方法で選択することができる。例えば、走査ごと、２回の走査ごと、またはｘ回の走査後に無作為の選択を行うことができる。逆に、走査ごとに、帯域の端部に達するまで一方向に距離Ｙの分点が移動され、その後、点が反対の端部に向かって距離Ｙ分の移動を開始するプログラムを実行することもできる。一方、一方向にＺ分移動した後、次のステップで反対方向に−ｗ分（｜ｗ｜＜｜Ｚ｜）移動することにより、インターレースパターンを生成するように移動を指定することができる。
【００３７】
本明細書に記載する実施形態において、処理工程にわたり、マグネトロンは一定速度で走査されるが、これは、走査速度を変更すると、基板の膜の均一性に悪影響を及ぼすことが分かっているためである。とりわけ、基板がターゲットの前を連続的に移動する構成では、処理領域上で磁石アレイを減速または加速させることは、膜厚均一性を制御するためにも得策ではない。
【００３８】
開示する実施形態では、多数の基板をコンベアで移動させることを、一定速度で移動される連続的な（非常に長い）１つの基板とみなすことができる。走査速度は、一定速度で移動する基板に良好な均一性をもたらすよう選択しなければならない。これらの実施形態では、ターゲットの利用率を制御するために、開始位置、停止位置、加速度および減速度を特殊な用途に用いる。これは、運動を反転する際に両端で発生する深い溝の範囲を広げる効果をもたらす。
【００３９】
極設計は、プラズマ軌道の上下において深い溝を減少させるために用いられる。走査はかなり高速で行われ、基板の全面にわたり電力を拡散させるため、より厚いターゲットを用いられるか、またはより大きな電力がターゲットに利用され得る。各基板は、複数のターゲットがプラズマを通過することを経るため、開始位置および停止位置は通過ごとに異なり得、走査の長さが通過ごとの変化の影響は、膜均一性には見られない。つまり、図６の実施形態は、転向帯域が処理領域の外側に設計されるような説明をしたが、これは、本明細書に記載のように基板が連続的に移動する場合には必要ではない。転向帯域は処理領域内に存在することが可能である。
【００４０】
例えば、一実施形態にしたがって、１時間当たり２４００基板のペースで太陽電池の作製を行うためにシステムを用いる。コンベアは、約３５ｍｍ／ｓｅｃのペースで基板を連続的に移動させる。マグネトロンは、少なくとも２５０ｍｍ／ｓｅｃ、すなわち基板搬送の速度の７倍を超えるペースで走査される。ターゲットおよびマグネトロンは、マグネトロン走査の一方向への移動距離が約２６０ｍｍとなるように設計される。これにより、９７％を超える膜均一性が与えられる。加速度／減速度は、約６．４ｍｍの距離で０．５ｇまたは、その約半分の距離で１ｇに設定され得る。図６に示されるように、１つまたは複数のコントローラ６８０により様々な計算を行い、マグネトロン走査速度、マグネトロン電力及び基板進行速度（例えば、コンベアの速度）などを制御することができる。
【００４１】
図７Ａ〜７Ｄは、一定のウェハ搬送速度および異なる磁石走査速度を用いた場合の成膜均一性のグラフである。図７Ａは、ウェハ搬送速度の約５％の磁石走査速度に対する均一性のグラフである。例えば、３５ｍｍ／ｓのウェハ搬送速度に対し、磁石を１．７５ｍｍ／ｓで走査した。得られた膜均一性は、太陽電池のような装置の製造には不十分である９０％であった。図７Ｂに示すように、磁石走査速度がウェハ速度の７．５％に上昇すると、均一性は８６％まで低下する。さらに、速度が１０％まで上昇すると、均一性は８２％まで低下し、速度が１２．５％まで上昇すると、均一性はさらに７８％にまで低下する。そのため、磁石走査速度の上昇により膜均一性が相当低下するように見受けられ、磁石走査速度は、ウェハ搬送速度に対して低い割合であるべきことが示唆される。この結論は、図８Ａに示す、磁石走査速度が上昇すると均一性が低下するグラフによりさらに裏付けられる。
【００４２】
ただし、図８Ａのグラフは、最大達成可能な均一性が約９０％程度であり得ることも示している。上記した通り、このような均一性は多くの処理において許容できない。そこで、さらなる調査が行われ、その結果、図８Ｂのグラフが得られた。図８Ｂのグラフは、磁石走査速度に対する成膜均一性の特異な推移を示している。実際、磁石走査速度が上昇すると、膜均一性が低下する。しかしながら、特定のポイントにおいて磁石走査速度がさらに増加すると、均一性が突然改善し始め、ウェハ搬送速度の３倍である磁石走査速度程度で、約９８％の均一性のピークが達成される。その後、均一性の短時間の落ち込みが観察されるが、磁石走査速度がウェハ搬送速度の約５倍以上となると、その後均一性が回復され高いレベルで維持されることが、図８Ｃのグラフに示される。図８Ｂの円で囲まれた部分の拡大図である図８Ｃに示すように、ウェハ搬送速度の５倍を超える速度で、均一性は９７％以上に維持され、搬送速度の約１０倍の速度では、均一性は９８％以上に維持される。これより速い速度は、機械的負荷および機械設計の観点から推奨されず、さらに速い速度では、均一性がそれほど改善されないようである。そのため、複雑な設計のコストおよび高くなり得る維持費は、走査速度がウェハ搬送速度の１０倍を超えることを保証しない可能性がある。
【００４３】
幾つかの実施形態において、磁石進行の方向によって走査速度は異なり得る。例えば、磁石は下流方向（すなわち、基板運動と同じ方向）にターゲットを走査する時、磁石は一定速度で移動することができる。この速度は、磁石が上流方向（すなわち、基板運動と反対方向）にターゲットを走査する時、磁石の走査速度より速い。このような速度変化は、成膜ペースをより良好な制御を提供することができ、成膜均一性を向上させる。幾つかの実施形態において、このような速度変化は、磁石が下流及び上流に基板を通過するのに費やす時間の長さのバランスさせるために用いられる。つまり、「相対」速度、すなわち、ターゲットに対する磁石の進行速度は両進行方向にて同じであるように、磁石走査速度は選択することができる。例えば、基板速度はＳＳ及び磁石の相対速度はＳｔである場合、磁石が下流方向に進行する時は速度Ｓｔ+ＳＳで走査されるべきである一方、磁石が上流方向に進行する時は速度Ｓｔ-ＳＳで走査されるべきである。
【００４４】
さらに、幾つかの実施形態において、磁石進行の方向によってマグネトロン電力は変化し得る。例えば、磁石が下流方向にターゲットを走査する時に印加される電力は、磁石が上流方向にターゲットを走査する時に印加される電力より少ないかまたはより多い。このような電力変化は、成膜ペースをより良好な制御を提供することができ、成膜均一性を向上させる。幾つかの実施形態において、このような電力変化は、磁石が下流及び上流に基板を通過するために印加される電力量をバランスさせるために用いることができる。
【００４５】
幾つかの実施形態において、速度及び電力の両方における変化は、磁石走査の方向に応じて、組み合わせて使うことができる。つまり、以上の例のように、一定の相対走査速度を生成するために、磁石が下流に進行する時の走査速度は、磁石が上流に進行する時の走査速度より速い。すなわち、磁石が、下流方向に既定のターゲット面積にわたり進行するのに費やす時間は、上流方向に既定のターゲット面積にわたり進行するのに費やす時間より短い。したがって、本発明の一実施形態によれば、全ての下流走査の間にターゲットに供給される総電力量は、全ての上流走査の間にターゲットに供給される総電力量と等しくなるように、下流及び／又は上流に進行する間にマグネトロン電力を変化させる。そのため、一つの走査方向の間に供給される総電力はＰｄで、及び一つの走査方向（いずれかの方向）に走査するのにかかる時間はｔｓである場合、各方向においてマグネトロンに印加される電力はＷ＝Ｐｄ／ｔｓのように計算され、式中、ｔｓはターゲットの長さＬｔに進行方向に応じる走査速度Ｓｔ+ＳＳまたはＳｔ-ＳＳをかけるように計算される。
【００４６】
一方、例えば、上流の磁石速度及び下流の磁石速度は一定であり、又は上流走査の間に基板が磁石走査に露光される時間が、下流走査の間に基板が磁石走査に露光される時間より短くなるような場合、下流走査の間の電力レベルに比べて上流走査の間の電力を増大させることが有益であり得る。つまり、基板が磁石の上流進行の間にターゲットからのスパッタリングに露光される時間より短い場合、基板で単位時間当たりに、より多くの材料を堆積させるため、上流進行の間にスパッタリングの電力を増大させるべきである。上流方向又は下流方向のいずれか一方に磁石が走査される時、基板上で単位時間当たりに堆積させる材料の量が同じになるように、電力差は算出され得る。つまり、単位時間当たりの、ターゲットからスパッタされる材料は、磁石の上流および下流の進行の間において異なるが、単位時間当たりに基板で堆積させる材料の量が同じになるように、磁石の上流走査及び下流走査の間における電力は調整され得る。例えば、磁石の上流進行の間に単位時間当たりのターゲットからスパッタされる材料量は、磁石の下流走査の間に単位時間当たりのターゲットからスパッタされる材料量より多いが、磁石の上流走査及び下流走査の間に、単位時間当たりに基板で堆積させる材料の量が同じになるように、磁石の上流進行の間にスパッタリング電力を増大させてもよい。
【００４７】
上述の開示を用い、処理チャンバは、下流方向に基板が通過するように構成されたスパッタリングターゲットと、下流方向に下流走査の電力レベルでスパッタリングターゲットを横断走査し、下流方向と反対の上流方向に下流走査の電力レベルより小さい又は大きい上流走査の電力レベルでスパッタリングターゲットを横断走査するように動作可能な磁石と、を含み、提供され得る。磁石は、ターゲットの進行方向の端部における転向帯域で反転してもよい。また、各転向帯域における後続の反転は異なる位置で発生する。異なる位置は、無作為に選択されてもよい。ターゲットの長さは基板の長さより大きくてもよい。複数基板は所定のピッチで配置され得、処理チャンバを通過し、また、磁石は少なくとも前記ピッチの４倍の長さを有してもよい。
【００４８】
走査の反転は転向帯域に限定されず、走査の全長に広げることができる。例えば、磁石はＸｍｍの距離で走査し、その後、反転して-Ｙｍｍの距離で進行してもよい（｜Ｘ｜＞｜−Ｙ｜）。また、磁石の進行を反転し、他のＸｍｍの距離で走査し、その後、他の-Ｙｍｍの距離で反転する。このように、磁石はＸｍｍで前進して-Ｙｍｍで後退するが、Ｘの絶対長さはＹの絶対長さより長いため、ターゲットの全長にわたり走査が行われる。その後、磁石はターゲットの端部に達する時、磁石が-Ｘｍｍ、すなわち前の進行方向と反対の方向にＸｍｍの距離で進行する。磁石は反転してＹｍｍの距離で進行する。この走査は、磁石走査反転が端部に限定されずターゲットの広範囲にわたり広がるように繰り返される。一部の実施形態においてＸ及びＹは一定であるが、他の実施形態においてＸ及びＹは、例えばターゲットの状況に応じて変化され得る。
【００４９】
幾つかの実施形態において、ターゲット走査距離は合計約２４０ｍｍであってもよい。極は初期位置で始まり、第１の反転を行う前に、走査ごとに総距離の一部、例えば１００ｍｍで走査する。その後、極は、初期位置に完全には戻らないが、初期位置からオフセットされた位置に戻る。戻りの総距離６０ｍｍのために、オフセットは一つの例で４０ｍｍであってもよい。また、この例においてこのパターンは合計２４０ｍｍをカバーするために６回で繰り返される。その結果、走査反転点はターゲットの表面全体にわたり広がり、反転帯域に拘束されない。幾つかの実施形態において、高加速度／減速度（約４-５ｇ、ｇ＝９．８０６６５メートル毎秒毎秒）、約１０００ｍｍ／ｓｅｃである走査速度が行われ、一回の走査の長さは２４０ｍｍに対して、２１０ｍｍ／ｓｅｃである走査速度に相当するネット速度（ＮｅｔＳｐｅｅｄ）を達成する。言うまでもなく、これらの数値は例として用いられ、特定の応用に応じて変化させてもよい。この試みは、開始／中止帯域が下流方向または上流方向に移動するため、開始／中止帯域は大きい領域にわたり広がることを可能とし、ターゲット利用率を高めると同時に基板に良好な膜厚均一性に維持する。幾つかの実施形態において、上流走査速度、下流走査速度、開始-中止の加速度／減速度、上流電力、下流電力、加速度の間の電力及び減速度の間の電力を設定するためにプログラムされるコントローラを用いて、このアプローチの成果は実現された。これらのそれぞれのパラメータは、所望の効果を得るために、コントローラにより個別に制御され、かつ変化されてもよい。
【００５０】
また、幾つかの実施形態において、上流と下流との開始及び停止位置は後続の各走査について走査距離全体より短い等距離であるため、開始・停止位置が後続の各通過に伴い移動する。例えば、図６について、すべての地点のＦにおいて、各地点ＦとＥの間の距離は一定に保たれている。また、図６の実施形態で帯域Ｆ及びＥはターゲットの端部に限定されると示されている。しかし、前段の例に説明されるように、変向点はターゲットの端部に限定される必要はなく、むしろ基板の全長にわたり広がってもよい。
【００５１】
本明細書に述べられる様々な特徴は、特定の応用の必要に応じて、異なる実施形態は１つまたは複数の技術的特徴を有してもよい。一実施形態において、上流走査速度及び下流走査速度は同じ大きさまたは異なる大きさであってもよい。一実施形態において、上流及び下流の開始帯域及び停止帯域における加速度並びに減速度は同じ大きさまたは異なる大きさであってもよい。また、一実施形態において、上流及び下流におけるマグネトロンに印加される電力は同じ大きさまたは異なる大きさであってもよい。一実施形態において、上流及び下流の開始位置並びに停止位置は同じでも異なっていてもよい。一実施形態において、上流と下流との開始及び停止位置は後続の各走査について走査距離全体より短い等距離であるため、開始・停止位置が後続の各通過に伴い移動する。
【００５２】
また、スパッタリングの方法は、スパッタリングターゲットを下流方向に通過して基板を搬送させる工程と、下流方向に下流走査の電力レベルでスパッタリングターゲットを横切って磁石を走査し、下流方向と反対の上流方向に下流走査の電力レベルより大きい上流走査の電力レベルでスパッタリングターゲットを横切って磁石を走査することにより、基板の上にターゲット材料のスパッタリングを誘導する工程と、を含み、提供される。磁石は、ターゲットの進行方向の端部における転向帯域で方向が反転してもよい。また、各転向帯域における後続の反転は異なる位置で発生する。異なる位置は無作為に選択されてもよい。
【００５３】
上記のように、ターゲットから複数の基板の上に材料を堆積させるシステムは、複数の基板を下流方向に搬送可能なコンベアと、基板が下流方向に通過される処理チャンバとを、含み、提供される。該処理チャンバは下流方向に平行でｎの基板に組合せられた長さより長い長さを有するターゲットと、ターゲットを横切って往復走査することが可能な磁石とを、有する。幾つかの実施形態において、下流方向に走査する間に下流走査電力レベルがターゲットに印加され、下流方向と反対の上流方向に走査する間に上流走査電力レベルがターゲットに印加され、上流走査電力は下流走査電力レベルと異なってもよい。別の実施形態において、カウンタウエイトは、磁石と同じ速度でも反対の方向に走査するように構成される。更に別の実施形態において、コンベアはｎ列の基板を移送し、ｎは整数である。更なる実施形態において、磁石はターゲットの長さに沿って異なる位置で走査方向を反転し、反転方向はターゲットの長さに沿って移動する。更なる実施形態において、下流走査速度及び上流走査速度は磁石と基板の間に下流又は上流のいずれかの走査方向において一定速度を維持するために設定される。
【００５４】
本明細書に記載される処理工程および技術は、何らかの特定の装置に本質的に関係するのではなく、部材の任意の適切な組合せにより実施し得ることを理解すべきである。さらに、本明細書に記載された知見にしたがって、様々な種類の汎用デバイスを用いてもよい。あらゆる点において制限的ではなく例示的であることを意図された特定の例に関して本発明を説明してきた。当業者は、多くの様々な組み合わせが本発明の実施に適していることを理解するであろう。
【００５５】
さらに、本明細書に記載された本発明の仕様および実施を考慮することにより、本発明の他の実施態様は、当業者にとって明らかとなるであろう。記載された実施形態の様々な態様および／または構成要素は、単独でまたは組合せて用いてもよい。仕様および実施例は、単に典型的な例としてみなされることを意図し、本発明の真の範囲および趣旨は、以下の請求項により示される。
【図１】
2017508892.tif 000003
【図２】
2017508892.tif 000004
【図３】
2017508892.tif 000005
【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
2017508892.tif 000011
【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【国際調査報告】
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