JP2001516398A

JP2001516398A - Magnesium oxide sputtering equipment

Info

Publication number: JP2001516398A
Application number: JP53993198A
Authority: JP
Inventors: チァピン，ジァン、エス; エリアト，スティーヴン、エム; オウキーフ，パトリク、エル
Original assignee: アプライド、フィルムズ、コーパレイシャン
Priority date: 1997-03-21
Filing date: 1998-03-17
Publication date: 2001-09-25
Also published as: AU6761598A; EP0970261A1; WO1998042890A1; KR20010005515A

Abstract

(57)【要約】本発明は、高速反応性スパッタリングのための方法及び装置に関する。特に、本発明は、スパッタ堆積速度が、非反応性金属の堆積速度に近い反応性金属−化合物膜のスパッタ堆積方法及び装置に関する。さらに、本発明は、スパッタ堆積ターゲットがサブストレートからの通常の距離よりも長い位置に置かれかつターゲット金属浸食トラックが現行のシステムにおいて典型的なものよりも狭い幅に制限される装置に関する。 (57) SUMMARY The present invention relates to a method and apparatus for rapid reactive sputtering. In particular, the present invention relates to a method and an apparatus for sputter deposition of a reactive metal-compound film having a sputter deposition rate close to the deposition rate of a non-reactive metal. Further, the present invention relates to an apparatus wherein the sputter deposition target is located at a location greater than a normal distance from the substrate and the target metal erosion track is limited to a width less than typical in current systems.

Description

【発明の詳細な説明】酸化マグネシウムスパッタリング装置技術分野薄膜コーティングは、フラットパネルディスプレイ、ガラス上のエネルギーコントロールコーティング、光干渉フィルタ、及び半導体における多数の応用を含む多くの用途を有している。真空蒸着プロセスが、薄膜を堆積させるためにしばしば使用される。このプロセスは、非常に高速で多種類の材料を処理することができるが、しかし、大面積上に適切な一様性で、それらを塗布する困難性を有している。化学蒸着法がまた使用されるが、しかし、蒸発プロセスと同様な欠陥に加えて、高速のガス相反応に対して微粒子汚染問題を有している。磁気的強化スパッタ堆積として公知の別のプロセスが良好な一様性を提供するが、しかし、大部分の反応金属化合物ほどには高速でない。特に、多くの金属酸化物スパッタは、スパッタ堆積を使うとき純金属よりもかなり遅い。この遅さは、充分に認識された問題であり、多数の解決策が提案された。例えば、スコビー他に、１９８９年７月２５日に特許された米国特許第４，８５１，０９５号参照。本発明は、金属酸化物又は他の化合物を高速でスパッタ堆積する（ｓｐｕｔｔｅｒｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）方法及び装置に関する。スパッタ堆積プロセスにおいて、サブストレートと呼ばれる、塗膜されるべき物は、１気圧よりもかなり低いガス圧のチャンバー内に置かれる。典型的スパッタ堆積圧力は、約２×１０^-3torr（0.3パスカル）である。使用されるガスは、典型的には、非反応性スパッタリングにおいてはアルゴンであり、或いは反応性スパッタリングに対してはアルゴンと反応性ガスの混合である。サブストレート上にスパッタされるべき材質は、ターゲットと呼ばれる。典型的には、このターゲットは、直流（ＤＣ）電位の負側になるように電気的に接続されている。アノードとターゲット間の電位は、典型的には１００ボルトと１０００ボルトの間にある。或いは、パルス化ＤＣを使用することができ、かつここで、カソード上の電位は、非常に短い、わずかに正のパルスにターゲット表面の絶縁領域を放電させて、アークが生じるのを防げるが、しかし、このターゲットは、大部分の時間は負のままである。また、無線周波パワーを使用することができるが、しかし、このターゲットはまた負のままである。無線周波数とＤＣ電源の組み合わせが、また使用された。アノードとターゲット間の電界が、チャンバー内のガスをイオン化する。このガスイオンは、ターゲット材質を追い出すのに充分なエネルギーでターゲット内に電界によって駆動される。ターゲット材質がターゲットから追い出される速度は、浸食速度と呼ばれる。この追い出された材質は、電気的には中性であり、かつターゲットからサブストレートの方に移動し、そしてそこで、それは、薄膜コーティングを形成する。１９７０年代まで、多くの形態の平面スパッタ堆積は、平面ターゲットの近くに電子を封じ込める有効な方法が開発されていなかったために、プロセス速度は遅かった。その当時、磁気的強化平面マグネトロンスパッタ堆積が発明された。適切に整列したマグネットの使用は、電子のための封じ込め磁界を形成した。電子を封じ込めることにより、単位面積当たりの電力及びスパッタ堆積プロセスの速度は、かなり高められた。電子封じ込め磁界がまた、回転する円筒ターゲットの堆積速度を増すために使用された。平面ターゲットに対して、磁界は、ターゲット材質が選択的に浸食される浸食幅を限定する。スパッタ堆積は、スパッタされている材質が金属であり、かつ所望されている薄膜が同じ金属の層であるとき、良く機能する。しかしながら、いくつかの応用において、金属と、酸素又は窒素のような反応性ガスとの間の化学反応生成物である薄膜を有することが望ましい。このような薄膜は、反応性雰囲気において金属ターゲットをスパッタリングすることによってしばしば発生し、かつこれは、典型的には、アルゴンと所望の反応性ガスとの組み合わせである。このようなプロセスは、”反応性スパッタリング”と呼ばれる。簡単のために、酸素は、典型的反応性ガスとして使用されるであろう。しかしながら、この議論は、フッ素、窒素、他のガス化合物又は元素のような他の反応性ガスに等しく適用される。スパッタ堆積チャンバーへの酸素の導入は、ターゲット上にいくつかの問題を生じる。第一に、酸素は、ターゲットの露出金属と反応するであろう。アルゴンイオンが、ターゲット表面で金属酸化物に衝突するとき、金属−酸素ボンドを壊すために必要なエネルギーは典型的には、金属−金属ボンドを壊すエネルギーよりもずっと大きいので、アルゴンイオンは、金属材質をより少なくスパッタする。”スパッタ産出”、即ちアルゴンイオン当たりのスパッタ材質量は、典型的には（表１に示されるように）金属のみに対するよりも金属酸化物に対して少ない。さらに、反応性スパッタリングの場合に、酸素自身をスパッタリングするエネルギーは浪費されて、新たに露出した金属サイトを酸素ガスが再酸化する可能性を有するのみである。さらに、電気的絶縁金属酸化物層が、金属ターゲットの一部をカバーするとき、アークが生じることがある。金属ターゲットの表面と反応する酸素によって生じたこれらの問題に対する用語は、”ターゲットポイゾニング”である。ターゲットが、ポイゾン（毒）になる速度は、浸食速度、酸素とターゲット材質の反応速度、及び酸素圧力の関数である。一定ターゲットパワーで、浸食幅が広くなればなるほど、単位面積当たりの局部浸食速度は低くなり、そして、ターゲットポイゾニングの問題は大きくなる。表１酸素のスパッタ産出（アルゴンイオン当たりのスパッタ原子又は分子）は、常にではないが、典型的には、金属に比較して低い。この産出は、たぶん化学結合強度によって影響され、そしてこれは、蒸気圧力に達するために必要とされる温度に反映される。 (a)600eV Ar⁺イオンに対するスパッタ産出データ、グロー放電プロセス、ブライアン・チャップマン、ｐｐ．３９４−３９６，Wiley、ＮＹ（１９８０） (b)500eV Arイオンビームに対するスパッタ産出データ、イオンビームエッチ速度及びスパッタ産出、コモンウエルス・サイエンティフィック・コーポレーション、Alexandria，VA（〜１９９４）反応性スパッタリングについての問題は、多くの金属酸化物の高い二次電子放出特性によって悪化する。負のカソードターゲットからアノードにこれらの電子を加速するエネルギーは浪費される。金属対金属酸化物の比較は、電子衝突による二次電子に対して表２に示されているが、しかし、この状況は、アルゴンイオン衝突に対して類似していると信じられている。表２電子衝突からの最大二次電子放出（１電子当たりの電子数）二次電子放出、ｐｐ１２−１１５〜１２−１１６，ＣＲＣハンドブック・オブ・ケミストリー＆フィジックス、７５版、Ｄ．Ｒ．Ｌｉｄｅ、ＣＲＣプレス（１９９４）低スパッタ産出及び高二次電子放出を有する金属酸化物の最後の例は、酸化マグネシウムである。酸化マグネシウムは、２つの特性のためにプラズマディスプレイにおける最終層として使用するために選択される。高二次放出は、ディスプレイの動作電圧を低下させ、かつ低スパッタ速度は、ディスプレイの寿命を増加させる。プラズマディスプレイシステムは、事実、小型スパッタ堆積チャンバーと全く同じである。プラズマディスプレイにおいて、電極間の電位が、不活性ガスをイオン化させ、かつモノクロディスプレイのために直接、或いはカラーディスプレイのために蛍光物質と相互作用させることにより、発光する。このように、長いプラズマディスプレイ寿命のために、本質的にスパッタ速度の遅い金属化合物の最終層を有することが特に望ましい。従って、プラズマディスプレイシステムにおける多くの最終層は、スパッタ堆積よりもむしろ蒸着プロセスを使って製造される。プラズマディスプレイは、非常に大きな表示適性を持つ可能性を有することが予見される。１０６ｃｍの対角線サイズを持つディスプレイが現在製造されており、かつ１５２ｃｍの対角線サイズを持つディスプレイも、計画されている。蒸着プロセスは、パネルサイズが増加するとき、一様な層厚さを維持する困難性のために大きなサイズの高い生産物容積のために非実用的である。このように、典型的には金属のスパッタ堆積と関連した大面積にわたって一様性及び比較的高速度の利益を有するが、しかし、反応性金属化合物と共に使用することのできる製造装置及び方法に対する必要性がある。反応性金属化合物の遅い堆積速度に対する種々の解決策が提案された。例えば、サンタローザ、カリフォルニア州の、オプティカル・コーティング・ラボラトリー,Inc．は、”メタ・モード”（meta mode）コーティングと呼ばれるプロセスを開発した。このメタ・モードコーティングプロセススパッタは、１つのチャンバー内に約１原子層の金属を堆積し、それから、次のチャンバー内に、反応した金属化合物を作るためにその薄い金属層を反応性ガスに露出する。このプロセスは、所望厚さの反応した金属化合物が得られるまで、チャンバー間で後ろに、そして前にサイクルする。反応性スパッタリングの遅さに対する他の解決策は、反応性ガス種のパルス化導入を含み、かつスパッタリングチャンバー内で反応性ガスからスパッタリングガスを分離することを試みる。これらのアプローチは、反応金属化合物の堆積速度を増加させることができるけれども、それらは、金属自身の堆積速度に近づく全体堆積速度を、簡単な方法では生じない。全体幾何構成典型的には、平面状スパッタ堆積ターゲットは、”レーストラック”パターンで浸食される。レーストラックの幅は、そのターゲットを取り替える必要が生じる前にスパッタされるために利用できるターゲット材料の量を増すために大きくされる。典型的レーストラックの各部分は、略４cm幅である。それ故、サブストレートは典型的には、レーストラックの２つの部分を交差する方向にターゲットを通って動くので、合計で略８cmのターゲット幅が、浸食を受ける。浸食を受けないターゲット部分は、反応した金属化合物によって急速に覆われる。容積、それ故、真空システム要求を保持するために、ターゲットとサブストレートの間の分離距離は、一般的に低く保たれる。例えば、プラズマディスプレイスクリーン用の導電電極の製造において、７cmのターゲット−サブストレート分離が普通である。大型ガラスコーティング装置のターゲット−サブストレート分離は、典型的には２０cm以下である。背景及び概念長マグネトロンスパッタ源の近くを動くサブストレートは、ターゲットに面する表面上に一様な薄膜を支える。このサブストレートは典型的には、空気−真空ロックを通過し、ターゲットを通り過ぎ、そして、真空−空気ロックを通過する。”インラインスパッタリング”は、この構成に対する用語である。”スロー” （投影）距離は、ターゲットの浸食領域までのサブストレートの最短アプローチ或いは距離である。長ライン源に対して、サブストレート上の単位面積当たりの最大局部堆積速度は、おおよそスロー距離の逆数に比例する。ターゲット金属とガスの反応は、２つの理由のために通過中に生じる代わりにターゲット及び成長する膜の表面で生じると考えられる。第一に、金属元素は、通常、ターゲットとサブストレートの間を通過中よりもターゲット及びサブストレート表面上で反応ガスに曝される時間が多くなる。第二に、通過中の反応原子と金属原子の結合は、エネルギーと運動量の両方の保存を満足するけれども、起こりそうもない。スパッタ堆積の別の特性は、ターゲットとサブストレートの間の圧力差を維持する困難性である。適正サイズの真空ポンプは、小さなガス流のみを可能にする。例えば、スパッタチャンバーでの２５cm直径のポンプの、ポンプ速度Ｓは、１０００リットル／秒のオーダーである。0.3パスカルの典型的スパッタ圧力で、合計ガス流は、ＳｘＰ、即ち、ほんの３００パスカルリットル／秒である。他方、ターゲットとサブストレートの間の真空コンダクタンスは、通常かなり大きい。１４５cm×１５cmのターゲット表面及び１４５cm×１００cmのサブストレート表面積に対して、真空コンダクタンスは、（２つの面積を平均しかつ11 .6リッター／秒／平方cmの単位面積当たりのアパーチャーコンダクタンスを使って）ターゲットからサブストレートまで１００，０００リッター／秒のオーダーである。もし３００パスカルリッター／秒のガスの全てが、サブストレートのその領域に導入されたならば、サブストレートとターゲットの間の圧力差は、スパッタ圧力、即ち０．００３パスカルのほんの１／１００であろう。ターゲットとサブストレートの間のコンダクタンスを削減するためにそれらの間に差し挟むハードウエアは、スパッタされた材料がサブストレートに到達する前にそれを途中で妨害するという欠点を有している。反応ガス圧力は、ターゲットにおいて、サブストレートと略同じであるので、成長する膜を相当に酸化しながら、ターゲットの表面を酸化しない状態に保つことは本質的に困難である。そのため、サブストレート近くに高反応ガス圧力を、かつターゲット近くに低反応ガス圧力を維持することにより、反応性スパッタ問題を解決するアプローチは、困難性が伴われる。発明の概要狭い浸食パス本発明の１つの観点は、ターゲット上の浸食パスの幅の減少である。浸食パスにおける金属が反応ガスと反応するとき、（アーク、金属の代わりに反応化合物をスパッタリングするエネルギー浪費、及び二次電子のエネルギー浪費を含む）前述した問題が生じる。浸食トラックを狭くすることにより、単位面積当たりの高いパワー密度を適用することができ、その結果、単位面積当たりの高い浸食速度を生じる。単位面積当たりのパワー密度の増加は、ターゲット表面の温度を増加することにより、かつターゲット表面近くに単位面積当たりの放電電流密度を増加させることにより酸素を活性化することにより、わずかにターゲット反応速度を増加させることができる。しかしながら、顕著な効果は、ターゲットをより高速に浸食することであり、かつターゲット表面をよりメタリックのまま残すことである。浸食パスの幅を減らすことにより、浸食パスにおける未反応金属に対する反応金属の比は、減少させることができ、かつターゲットのポイゾニングを減少させることができる。浸食トラックの幅を制御する簡単な方法は、浸食パスのエッジを限定するために磁極片を利用する。これらの磁極片は、鉄のような強磁性材料から造ることができ、成いはターゲット材料よりも大きな磁気透磁率を有する他の材料から造ることができる。好ましくは、鉄板の傾斜エッジは、所望の浸食トラック境界に近接して置かれる。鉄がターゲットの表面上に置かれてさえ、この鉄は、それ自身実質上浸食されない浸食エッジを限定するのに非常に効果的である。もし鉄の浸食がかなりの影響があるならば、この鉄は、ターゲット材料でコートして、ターゲットの表面の下に挿入することができ、或いはターゲットと同じ電位にならないようにターゲットからわずかに離して置くことにより、ターゲットから電気的に分離することができる。磁界を形成しかつ浸食パスを限定する他の材料は、ニッケル、コバルト、及び鉄、ニッケル、コバルトの合金を含んでいる。ターゲット−サブストレート距離の増加浸食トラックの幅の単なる減少は、ターゲットにおける動作を改善するが、しかし、それ自身、反応金属化合物の体積を増加しない。事実、純金属原子の出力を高くすると、所望の反応金属化合物よりもむしろ不所望のメタリック層の堆積になることがある。サブストレートから通常よりもさらに遠くに動かすと、サブストレート上の単位面積当たりの堆積速度が減少する。堆積速度におけるこの減少は、反応が所望されるサブストレート上で生じる反応に対して追加の時間を付加する。同時に、堆積が生じている合計面積は、典型的には増加する。ターゲットとサブストレートの間の距離を増加させかつ単位面積当たりの堆積速度を減少させるが、しかし、堆積が生じる面積を増加させることにより、ターゲットに隣接して動くサブストレート上の膜厚さは、実質上同じままであるが、より多くの反応がその膜上で生じる。幾何学的トレードオフ浸食パス幅を減少すると、ターゲット材料の利用可能のものが減少する。ターゲット−サブストレート距離が増加すると、通常よりも長いターゲットが必要とされるように長いターゲットの端近くで動くサブストレート上の厚さを低下させる。そのため、２つの幾何学的変更の組み合わせが、唯一の極端な変更よりもたぶん望ましい。浸食面積に対する堆積面積の比によって、考察することが都合がよい。本発明は、この面積比を典型的な比よりも増加させる。反応ガス圧力は、ターゲットのポイゾニング無しでサブストレート上に所望程度の反応を得るように調整される。もしこの調整を達成することができないならば、この面積比は、たぶん増加させる必要がある。スロー距離に比較して長いターゲットに対して、ほぼ同等の比は、浸食パス幅の比に対するターゲット−サブストレート距離の比である。同様に、もし反応ガスが、ターゲットをポイゾニングすることなくサブストレート上に所望程度の反応を与えるように調整することができないならば、この距離比は、たぶん増加させる必要がある。上述の面積及び距離比は、幾何学的トレードオフの経済的なモデリングを可能にする。浸食パスが狭くなると、ターゲット材料の種類が減少し、そしてターゲット変更のための不動作時間が増加し、かつたぶん直接材料コストが増加する。スロー距離が増加すると典型的には、ターゲット端近くに膜一様性を得るために長いターゲットを必要とし、そして、資本コスト及び直接材料コストが高くなる。上述した最少の容認可能の比は、主として材料の所望程度の反応のみに依存し、材料自体にはそれ程依存しないと信じられている。異なる材料又は異なる反応ガスの場合に、ターゲットの表面の反応性は、マグネシウム及び酸素の場合とほとんど同じであるかもしれない。しかしながら、膜表面での反応性は、また、同程度であろう。例えば、酸化マグネシウムはたぶん、プラズマパネルに於いて使用するために完全に酸化されるべきであり、かつ距離比１６がちょうど、この完全な酸化を達成するために発見された。酸化アルミニウムの完全に酸化された膜は、同様な幾何形状をもって造ることができると信じられている。しかしながら、酸化インジウム錫(”ＩＴＯ”)、多くのフラットパネルディスプレイに於いて普通の透明導体は、このＩＴＯに酸素が不十分のとき、最良の特性を有している。ＩＴＯは、１６以下の距離比で、効率的に造ることができると信じられている。距離比を減少させるかもしれない別のファクターは、実質上ターゲット表面温度以上にサブストレート温度を上昇させることである。熱い膜表面の反応性は、所望の膜反応が低い距離比で得ることができるようにターゲットの反応性よりも高いかもしれない。インジウム錫、酸化インジウム錫、亜鉛、及び他のターゲット材料で生じる現象は、かなりのターゲット浸食の後に、ターゲットの表面上に”ブラッークノジュール”が形成されることである。これらのノジュールは、外見上、スパッタ抵抗性の高床エリアである。ノジュールは典型的には、ノジュールの酸化の増加からたぶん、見かけ上平らなブラックになっているが、しかし、ノジュールのサイド上で、堆積した材料の荒い生地からより多くなる。ブラックノジュールの密度は、非常に大きくなり、ターゲットの全浸食速度は減少させられる。ＩＴＯターゲットの表面温度を約３００℃に増加させると、ブラックノジュールは、劇的に減少することが知られている。そのため、磁極片の使用によって、単位面積当たりのパワー密度を増加させると、ブラックノジュールが大いに減少するように、ＩＴＯターゲットのために表面温度の増加を許容することができる。幾何学的に拡張した金属−化合物スパッタリング（ＧＥＭＳ）構成本発明のＧＥＭＳ構成は、サブストレート上のいずれの領域における膜堆積速度も低くなるように、スロー距離を標準を越えて増加させる。同様に、スパッタターゲット上の浸食パスは、狭くなる。この浸食幅を制限する１つの方法は、ターゲットの表面に鉄極片を付加することである。所定の電気的スパッタパワーで、単位面積当たりのパワー密度及び単位面積当たりの浸食速度は、鉄極片が使用されるところで大きくなる。本発明の全体構成は、堆積が生じる面積を増加させかつ浸食が生じる面積を減少させることにより、単位面積当たりの堆積速度に対する単位面積当たりの浸食速度の比を増加させる。発明の結果浸食パスの幅を減少させ、かつターゲット及びサブストレートの分離を増加させる傾斜鉄極片の使用によって、膜は実質上反応するけれども、浸食パスにおけるターゲットの表面は、比較的に反応しないままである。比較的に反応しない表面の浸食速度が高くなると、この改善されたスパッタリングプロセスのエネルギー効率（エネルギー単位当たりにスパッタされる材料の容積）を、酸化マグネシウム膜のための通常の反応スパッタリングよりも５のオーダー高くすることを可能にする。エネルギー効率改良は、非常に本質的な特性であり、反応金属をスパッタリングする効率に対する金属をスパッタリングするエネルギー効率の比に依存する。ターゲット表面をよりメタリックの状態に維持すると、ターゲット表面上の絶縁領域量は減少し、かつ、これらの領域が形成する速度を減少させる。これらの絶縁領域に対するアーク放電は典型的には、１〜２のオーダーの値だけ減少する。反応スパッタリングの別の現象は、絶縁材料によってアノードをコーティングすることである。迷路によってアノードを”隠す”試みにかかわらず、アノードは通常、結局のところ塗膜される。この現象は、”消失アノード効果”と呼ばれ、そしてアークを生じ、かつ電気的放電の消火さえ生じることがある。本発明によって、アノードをターゲットに近接して位置決めすることにより、アノード上の膜は、実質上電気的に導電させることができる。それから、グロー電は、さらに安定している。本発明によって、蒸発効率、即ちエネルギー単位当たりにスパッタされる材料の量は、酸化マグネシウムに対して約５倍改善することができ、かつ１つの膜の厚さは、約３．５倍改善することができる。例えば、本発明によって、０．１ｍ／分の速度で、かつ２．９５ｋＷ／ｍの線状カソードパワー密度で１カソードの長さ動くサブストレートは、１７５ｎｍの酸化マグネシウム膜厚さを取得する。その速度及びパワー密度以下の通常の方法は、ほんの４９ｎｍの厚さを受け取る。図面の簡単な説明第１図は、典型的平面マグネトロンスパッタ堆積装置を示している。第２図は、サブストレートがターゲットを斜めに通過する本発明内の平面スパッタ堆積装置を示している。第３図は、平面ターゲットがサブストレートに斜めに配置される第３の平面マグネトロンスパッタ堆積装置を示している。第４図は、円筒マグネトロンスパッタ堆積装置を示している。第５図は、円筒マグネトロンスパッタ堆積装置のための別の装置を示している。発明の詳細な説明第１図は、本発明に従う平面マグネトロンスパッタ堆積装置を開示している。このような装置において、ターゲット３は、ターゲット接触面２でターゲットホルダー１と接触して置かれる。ターゲットはターゲットホルダーに結合することができ、成いはネジ（図示せず）のような機械的な手段を使って取り付けることができる。ターゲット面４は、イオン１０が衝突することにより、浸食を受ける。ターゲット３は、プレート１３に取り付けられている磁石７によって作られる磁界により限定される浸食パス幅５ａ及び５ｂを有する浸食パス６を通して浸食される。浸食パス幅は、約８cm以下の合計浸食パス幅に対して、好ましくはそれぞれ同じであり、かつ好ましくはそれぞれ約４cm以下である。より好ましくは、浸食パス幅５ａ及び５ｂののそれぞれは、約６cm以下の合計浸食パス幅に対して、約３ cm以下である。より一層好ましくは、浸食パス幅５ａ及び５ｂのそれぞれは、約４cm以下の合計浸食パス幅に対して約２cm以下である。最も好ましいことに、浸食パス幅５ａ及び５ｂのそれぞれは、３cm以下の合計浸食パス幅に対して約１．５cm以下である。サブストレートキャリア２０は、サブストレート２５を保持し、かつ浸食パス５ａ及び５ｂに対して一つの方向２１にサブストレート２５を動かす。必ずしもではないが、一般的には、方向２１は、浸食パス５ａ及び５ｂの中心線に垂直である。サブストレートキャリア２０は、ターゲット接触面２から、距離２２離れたサブストレート接触面２４を有している。距離２２は、ターゲット接触面２からサブストレート接触面２４までの最小距離である。好ましくは、距離２２は、約３１cm以上である。より好ましいことに、距離２２は、約４１cm以上である。最も好ましいことに、距離２２は、約４６cm以上である。動作において、サブストレート２５は、ターゲット面から距離２３離れた面２６を有している。距離２３は、ターゲット面から、塗膜されているサブストレート面までの最小距離であり、かつ”スロー距離”と呼ばれる。好ましくは、距離２３は、約３０cm以上である。より好ましいことに、距離２３は、約４０cm以上である。より一層好ましくは、距離２３は、約４５cm以上である。最も好ましいことに、距離２３は、約４７．５cm以上である。ターゲット材料１１は、ターゲット３からサブストレート２５まで移動する。反応ガス１２は、サブストレート面２６で、かつターゲット面４で、ターゲット材料１１と反応する。選択的に、ターゲット３の磁気透磁率よりも大きな磁気透磁率の材料が、ターゲット面４に近接して置かれる。これらの選択的極片９は、浸食パス幅を限定するための磁界を形成する。第２図は、第１図と同様な装置を示すが、しかし、塗膜されているサブストレートは、平面ターゲットに対して斜めに向けられている。サブストレートキャリア、選択的極片、及び磁石は、第２図及び第３図に示されていない。第１図の方向がより典型的であるけれども、第２図の方向も、本発明の範囲内である。同様に、第３図は、平面マグネトロンスパッタ堆積装置を示し、そのターゲットは、サブストレート移動方向に斜めに向けられている。第３図の方向はまた、本発明の範囲内にある。第４図及び第５図は、平面マグネトロンスパッタ堆積装置を開示し、そのターゲット材料は、回転シリンダー上に置かれている。ある構成において、円筒ターゲット材料は、自己支持であり、かつ迫加の支持シリンダーを有していない。同様に、第４図及び第５図の構成は、本発明の範囲内である。選択的極片は、第４図及び第５図に示されていない。第４図及び第５図の両方が、浸食パス幅を測定することができるようにターゲットが回転しない状態を示している。使用中に、ターゲット面は、一様に浸食されるであろうし、浸食パスは、第４図及び第５図に示されるようには見えないであろう。円筒マグネトロンに対する浸食パス幅を決定するために、ターゲット材料は、固定した非回転位置になければならない。これは、製造プロセスに対して典型的でないけれども、本発明において要求される基準の測定のために必要である。測定がいったん得られると、円筒ターゲットは、従来プロセスによるように使用中に回転させられるであろう。平面マグネトロンに対する浸食パス幅は、浸食が、平面プロジェクションに基づいた浸食パスセンターで、合計浸食の２％である点を測定することにより、ここでの目的のために決定される。磁極片が使用されないとき、円筒マグネトロンに対する浸食パス幅は、オリジナルな円筒寸法からの最大偏差を比較し、かつ２％の材料が最大浸食高さに比較して浸食される点からのアークの長さを測定することにより、測定される。磁極片が浸食トラックの幅を制御するために円筒ターゲットの表面に近接して置かれるとき、浸食トラック幅は、磁極片のエッジ間の平均距離として定義される。円筒ターゲットを使うとき、磁極片は、ターゲットの表面と接触しておらず、かつそれらは、それらの寸法安定性を維持するように適切に冷却されるということが好ましい。第４図におけるように円筒ターゲットを使用するとき、スロー距離２３は、ターゲットの表面からサブストレートの表面まで測定される。自己支持ターゲットが使用されるとき、内側面は、ターゲット支持面として使用される。浸食パスが、全体的に第５図に例示されるように斜めに置かれる円筒ターゲットを使用するとき、スロー距離は、サブストレートに最も近い浸食パスの中央でターゲットの表面から、サブストレートの表面まで測定される。自己支持ターゲットに対して、ターゲット支持面からサブストレート支持面までの距離は、ターゲットの内側面上の点から測定され、そしてそこで、ターゲットの軸からサブストレートに最も近い浸食パスの中間点を通るラインは、ターゲットの内側面に交差する。本発明は、典型的速度で回転する円筒ターゲットと共に使用することができるけれども、ターゲットの回転速度を減少させることにより追加の利益が得られる。典型的には、円筒ターゲットは、１０回転／分（ＲＰＭ）以上の速度で回転する。一般的に、回転速度が遅くなると、浸食パス内に無いターゲット表面がより完全に酸化するであろう。驚くことに、本発明の狭い浸食パス幅を使うとき、より遅い回転速度が、平面源に対して前述したように、浸食パスを実質上メタリックにさせる。本発明の目的のために、秒で表した浸食持続期間は、ターゲット材料の円筒の内周を掛けた回転速度の積によって割り算した浸食パス幅として定義される。このように、約１３cmの内径を持つ円筒ターゲット、１０ＲＰＭの回転速度、及び４cmの浸食パス幅は、約０．６秒の浸食持続期間（(４・６０)／(５・π・１０) ）を有するであろう。好ましくは、浸食持続期間は、１秒以上である。より好ましいことに、浸食持続期間は５秒以上である。さらに好ましいことに、浸食持続期間は１０秒以上である。最も好ましいことに、浸食持続期間は、約１５秒以上である。幾何学的拡張金属−化合物スパッタリング好ましい距離比合計浸食幅に対するスロー距離の”最適”比は、応用及び膜内で所望される酸化程度につれて変化する。好ましくは、合計浸食幅５ａ及び５ｂに対するスロー距離２３の比は、約４以上である。より好ましくは、合計浸食パス幅に対するスロー距離２３の比は、約７以上である。さらに好ましくは、その比は、約１０以上である。最も好ましいことに、合計浸食パス幅５ａ及び５ｂに対するスロー距離２３の比は、約１５以上である。 ”堆積エリア”は、単位面積当たりの堆積速度は、単位面積当たりの最大速度の少なくとも１／２である。好ましくは、浸食エリアに対する堆積エリアの比は、約５以上である。最も好ましいことに、浸食エリアに対する堆積エリアの比は、約９以上である。さらに好ましいことに、堆積エリアの比は、約１４以上である。最も好ましいことに、膜の完全な酸化に対して浸食エリアに対する堆積エリアの比は、約１８であると思える。後述のように、フィードバック制御を使い、かつ酸化マグネシウム膜を生じるこれども、上述の”最適”比が、”妥当な”結果を生じると考えられる。完全な酸化をした他の膜材料が、同様な比で造ることができると信じられている。フィードバック制御の使用を避けるために、たぶんより高い比を使用する必要があるであろう。特別の例次の例は、フラットパネルプラズマディスプレイのために造られた酸化マグネシウム膜と関連している。酸化マグネシウムは、周知のように、スパッタ速度が低く、そしてこれは、プラズマディスプレイにおいて使用するための所望の特性の１つである。本発明以前に、典型的スロー距離は、略８cmであり、かつ２つの浸食パスの合計は、約１の距離比に対して約８cmであろう。酸化マグネシウムに対して本発明を実施すると、好ましいスロー距離は、約４８cmであり、かつ２つの浸食幅の合計は、約１６の距離比に対して約３cmである。本発明を使用するこの大きな距離比によって、酸化マグネシウムの蒸発効率は、表３に示されるようにマグネシウム金属蒸発効率とほとんど同じ大きさである。この比較をするために、Ｍｇ金属膜の厚さは、等価な酸化マグネシウム膜に変換された。マグネシウムと酸化マグネシウムの両方が同じ密度を有し、そのため、マグネシウム膜においてよりも酸化マグネシウム膜において単位容積当たりのマグネシウムは少ない。蒸発効率は、単位スパッタエネルギ一当たりにサブストレート上でスパッタされかつ集められた材料の容積である。この容積は、オングストローム・センチメータの２乗で表される。テーブル３の表は、１８．７５インチのスロー距離及び約１．４７cm の浸食幅を使って造られた。表３ＭｇとＭｇＯの比較カソード電流＝１０Ａ、カソード長＝１４６ｃｍ、サブストレート速度＝１０．２ｃｍ／分、Ｍｇ及びＭｇＯの両方の密度＝１．７４ｇ／ｃｍ³ 対比のために、表３の最後の行は、さらに多く酸化させたターゲット面からの膜を示している。このサンプルは、大きなスロー距離及び狭い浸食幅で造られたが、しかし、その両方が、正常な動作状態に反して故意に酸化させられている。エネルギー効率はずっと低く、かつその電圧値は、酸素流を増すことにより２２０Ｖに減少させられた。比較のために、競合品は、酸化マグネシウムに対して２．３８（オングストローム・ｃｍ²／ジュール）の蒸発効率を得た。競合品のプロセスに比較して、単に蒸発効率に関して、本発明は、典型的カソード電圧が使用されるとき５倍の効率である。競合品は、テーブル３の最後の行に比較してさえ競合品のプロセスの低いエネルギー効率に基づいた酸化ターゲット面を使用していると思える。マルチ−カソード単位面積当たりの堆積速度を低く保持する設計基準に続いて、隣接カソード間の間隔は、単位面積当たりの最大堆積速度が１つのカソードに対する最大よりも実質上大きくならないようにされるべきである。例えば、もしカソードが密接して置かれたならば、２つのカソード間の塗膜領域における単位面積当たりの堆積速度は、１つのみのカソードに対する最大速度のほぼ２倍にすることができ、かつこの密接して置かれた状況は望ましいものにはならないであろう。カソード構成０．７０ｃｍＸ１４．３ｃｍＸ１４６ｃｍマグネシウムプレートは、周辺まわりに、かつ中心から水冷銅バッキングプレートに下って、約３０位置にマシンネジで保持される。マグネシウムと銅の間の熱移動を増すいかなる他のステップもなく、この構成は、ターゲット又はターゲットサポートシステムに損傷を与えることなく約４００ワットのスパッタパワーを可能にする。マグネットは、セラミック８である。外側マグネットは、１．４ｃｍの幅で、かつ磁化方向に２．５ｃｍである。中央マグネットは、２．５ｃｍ幅で、かつ磁化方向に２．１ｃｍである。しかしながら、材料選択及びサイズは、決定的なものではない。磁極片は、弱い磁石を使用する際に予見される問題が生じないように磁界を集中する。浸食パスは、マグネシウムのスパッタ面に高磁気透磁率材料磁極片を取り付けることにより約１．５ｃｍに狭くされる。３０°の傾斜を持つ完全に巻いた０．３２ｃｍ厚さの鋼磁極片が好ましい。この傾斜のシャープエッジは、０．０３ｃｍの半径に鈍らされる。容認できる磁極片は、厚さ、傾斜、及び磁気透磁率において広い範囲にわたる。しかしながら、より強いか、あるいはより広いマグネットは、シャープな磁極片を飽和させて、磁界形状をシャープなエッジ近くで変化させるかもしれない。磁極片が飽和しないと、磁極片の中央における磁界は、磁極片面に垂直に現れる。しかしながら、これは、飽和した磁極の場合ではない。未飽和状態は、磁極片が浸食パスのエッジをより正確に限定し、かつ磁極の浸食を防ぐのを助けると信じられている。上述の好ましい構成における磁極片チップは、約０．２テスラの磁界強さを有すると計算され、かつ完全に巻き付けた鋼の飽和は、約２．１テスラである。磁極片９が、浸食パスの両サイドでターゲットの面上で使用されるとき、浸食幅は、浸食パスの相対するサイドで磁極間のエッジ間の最小距離として定義される。唯一の磁極片が使用されるとき、或いは磁極片が使用されないとき、浸食幅は、取り替えを必要とする点にまで浸食されたときターゲット上で測定される。プロフィルメータが、非浸食平面から浸食表面までの距離を測定するために消費ターゲット上で使用される。浸食幅は、測定が浸食トラックの中心線に垂直方向に行われるとき、プロフィルメータが最初に最大偏倚の２％の変位を示す場所から、最大偏倚の２％以下を最初に示す場所までの距離である。制御１６よりさらに大きな距離比で、ターゲット面をより一層メタリックにし、かつフィードバック制御スキームを避けることは可能であるかもしれない。このような場合に、唯一の制御は、スパッタパワー、反応ガス流、又は両方のマニュアル調整であるかもしれない。しかしながら、約１６の距離比で、反応ガス制御が得策である。充分に良く機能することが分かった２つのフィードバック制御スキームがある。第一のスキームは、表３に見ることができるように、カソード電圧を検知し、マグネシウムターゲットの表面の酸化程度を反映する。第二のフィードバックスキームは、グロー放電からの発光を検知する。或いは、暴力スキームが、非常に高いポンピング速度及び高い反応ガス流を使用する。これらの制御方法のそれぞれについて以下に述べる。１．電圧制御平面マグネトロンは、広い電流範囲にわたってかなり一定電圧の装置になる傾向がある。しかしながら、表３に示したように、電圧は、ターゲット面の状態の良好なインジケータである。金属及び酸化したマグネシウム面の間に単調連続カソード電圧がある。膜の光吸収によって判断されるような、好ましい状態で実質上酸化した酸化マグネシウム膜を造り、依然として高堆積速度を許容する電圧は、約−２８０〜−４００ボルトである。好ましい電圧の値は、新たなターゲットについてのより高い値から、ターゲットが浸食されるときの低い値まで減少する。カソード電圧に比例した電気信号は、ＰＩＤループコントローラに進む。オペレータは、ＰＩＤコントローラに電圧設定点を入力し、かつこのコントローラは、所望電圧を維持するように比ガス制御ユニットを調整する。比ガスコントローラは、１つのバルブから次のバルブへの流れの比を、プリセット値に維持するように、１以上のガス流バルブを調整する。比ガスコントローラは、１〜５（２つが好適）の酸素バルブを、それぞれ約２０〜２００（１００が好適）標準ｃｍ³／分容量に調整する。制御ループは、オペレータがセットしたレベルにカソード電圧を維持するために酸素を制御するよう作用する。この制御スキームの変化は、オペレータによってセットされた固定酸素流を使用する。ターゲット電圧信号は、ＰＩＤコントローラに導かれる。オペレータはまた、電圧設定点をＰＩＤコントローラに入力する。ＰＩＤユニットの出力は、ターゲット電圧を所望レベルに維持するようにスパッタ電源の電流を制御する。このスキームについて、電流上限が勧められる。２．発光制御グロー放電からの光は、そのエレメントから明確にシャープなスペクトラル発光ラインを有している。例えば、マグネシウムは、強い３８４及び５１２ｎｍラインを有している。アルゴン及び酸素は、これらの波長近くにほとんど干渉を有していない。発光ライン強度は、放電に存在するエレメント量を示している。放電におけるターゲットからのエレメント量は、スパッタリング速度に依存し、それは次に、典型的には、ターゲットの酸化の程度に依存する。このように、発光ラインの強度は、ターゲット面の酸化の程度の間接インジケータにすることができる。バッフル構成は、グローからの直接光のみを通過させ、かつサブストレートのような移動面、或いは塗膜が形成されるとき反射率を変化させるかもしれない他の表面から反射するかもしれない光は通さない。この直接光は、真空を通って空気窓に、それから、カラーガラス又は薄膜干渉フィルター（後者が好適）にすることのできるスペクトラルフィルター（即ち、マグネシウムに対して５１８ｎｍ）を通過する。モノクロ光は、約１ｃｍ²の面積を持つシリコンp.i.n．（ｐ−タイプ、真性Ｓｉ，ｎ−タイプＳｉ）ホトディテクタを励起する。低電流信号は、電流−電圧トランスアンプリファイアー（典型的にはナノアンプスケールの低入力インピーダンスピコアンプメーター）によって増幅され、かつそれから、ＰＩＤコントローラに入力される。オペレータは、所望の光量を示す設定点を、ＰＩＤコントローラに入力する。ＰＩＤコントローラからの出力は、比ガス流コントローラに進み、それは次に、それぞれ好ましくは１００標準ｃｍ³容量の１〜１０（２が好適）の酸素バルブを制御する。酸素流は、スペクトラルライン光を設定強度に維持するように制御される。電圧及び発光制御スキームに対して、２つの真空ポンプが、堆積エリアのそれぞれのサイドに対称に位置しており、かつ、それぞれ、スパッタチャンバーで、約１０００〜５０００（２０００が好適）リッター／秒のポンピング速度を有している。機械的に取り付けられたマグネシウムプレートを持つ１４６ｃｍ長のターゲットに対して、酸素制御バルブは、スパッタチャンバーに近接して（３０ｃｍ以内）位置しており、かつこのチャンバー入口は、カソードに近接（５０ｃｍ以内）している。ガス入口は、カソードの一方のサイドに沿って一様に間隔をあけている。好適状態の下で生じるガス流は、約４５標準立方ｃｍ合計酸素流及び１８０標準立方ｃｍのアルゴンである。もちろん、これらの値は、真空ポンプ、チャンバー幾何構成、及びもちろんカソード長、パワー、及びターゲット材料に関してガス入口位置に広く依存して変化することができる。３．高ガス流制御第三の、少し望ましくない制御方法は、非常に高いポンピング速度の真空ポンプ及びより高い反応ガス流を使用することである。このアプローチは、反射プロセスに対して周知のガス放出及びヒステリシスの効果を圧倒する。この制御スキームは、上述したガス流の約３倍を必要とする。非常に高速のポンプの高い資金及び動作コストは、上述のフィードバック制御スキームをより実際的なコストにする。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Magnesium oxide sputtering equipment Technical field Thin film coatings are used for flat panel displays and energy Control coatings, optical interference filters, and numerous applications in semiconductors. Has many uses. Vacuum deposition processes are often used to deposit thin films Often used. This process is very fast and can process many types of materials. Can, but with the difficulty of applying them with adequate uniformity over large areas ing. Chemical vapor deposition is also used, but with similar defects as the evaporation process In addition, there is a problem of particulate contamination for high-speed gas phase reactions. Magnetically enhanced Another process, known as putter deposition, provides good uniformity, however, Not as fast as some reactive metal compounds. In particular, many metal oxide sputters , Is much slower than pure metal when using sputter deposition. This slowness is well recognized Problem and a number of solutions have been proposed. For example, Scoby et al., 1989 See U.S. Pat. No. 4,851,095, issued Jul. 25, 1998. The present invention Sputter deposition of metal oxides or other compounds at high speeds a method and apparatus. In a sputter deposition process, to be coated, called a substrate The object is placed in a chamber with a gas pressure well below one atmosphere. Typical spa The deposition pressure is about 2 × 10^-3torr (0.3 Pascal). The gas used is Typically, for non-reactive sputtering, it is argon or reactive For sputtering, it is a mixture of argon and a reactive gas. The material to be sputtered on the substrate is called a target. Typical Typically, this target is electrically connected to the negative side of the direct current (DC) potential. Have been. The potential between the anode and the target is typically 100 volts and 10 volts. Between 00 volts. Alternatively, use pulsed DC And where the potential on the cathode becomes a very short, slightly positive pulse Discharge the insulating area on the target surface to prevent arcing, but , This target remains negative for most of the time. Also, the radio frequency power Can be used, but this target also remains negative. wireless A combination of frequency and DC power was also used. The electric field between the anode and the target ionizes the gas in the chamber. this The gas ions are trapped in the target with sufficient energy to drive out the target material Driven by an electric field. The speed at which the target material is expelled from the target Is called the erosion rate. This displaced material is electrically neutral, From the target to the substrate, where it is a thin film core. Form a marketing. Until the 1970's, many forms of planar sputter deposition were close to planar targets. Process speeds have not been developed because effective methods to contain electrons It was late. At that time, magnetically enhanced planar magnetron sputter deposition was invented. The use of a properly aligned magnet has created a confining magnetic field for the electrons. Electric By enclosing the element, the power per unit area and the sputter deposition process Speed has been considerably increased. An electron-contained magnetic field is also a rotating cylindrical target Was used to increase the deposition rate. For a planar target, the magnetic field is The erosion width at which the cut material is selectively eroded is limited. In sputter deposition, the material being sputtered is metal and is desired It works well when the thin films are layers of the same metal. However, some applications A chemical reaction product between a metal and a reactive gas such as oxygen or nitrogen. It is desirable to have some thin film. Such thin films can be deposited in a reactive atmosphere with gold. Often caused by sputtering a metal target, and this Typically, a combination of argon and the desired reactive gas. Such a The process is called "reactive sputtering". For simplicity, oxygen is typical Will be used as the reactive gas. However, this argument focuses on fluorine, Others such as nitrogen, other gas compounds or elements Applies equally to reactive gases. The introduction of oxygen into the sputter deposition chamber creates some problems on the target Occurs. First, oxygen will react with the exposed metal of the target. Argon When ions strike the metal oxide at the target surface, they break the metal-oxygen bond. The energy required to break down is typically the energy that breaks the metal-metal bond. Argon ions sputter less metal material . The "sputter yield", or sputter mass per argon ion, is typically Is less for metal oxides than for metals alone (as shown in Table 1) . Furthermore, in the case of reactive sputtering, the energy for sputtering oxygen itself is used. Energy is wasted and oxygen gas can re-oxidize newly exposed metal sites Only. In addition, an electrically insulating metal oxide layer forms a part of the metal target. When covering parts, an arc may occur. Reaction with metal target surface The term for these problems caused by oxygen evolution is "target poisonin The rate at which the target becomes poison is determined by the erosion rate, oxygen and It is a function of the reaction rate of the target material and the oxygen pressure. With constant target power However, the wider the erosion width, the lower the local erosion rate per unit area, Then, the problem of target poisoning increases. Table 1 Oxygen sputter production (sputter atoms or molecules per argon ion) is always , But typically lower than metals. This output is probably a chemical bond Influenced by the intensity, and this is the temperature required to reach the steam pressure Will be reflected in the degree. (a) 600eV Ar⁺Sputter production data for ions, glow discharge process, Ann Chapman, pp. 394-396, Wiley, NY (1980) (b) Sputter production data for 500 eV Ar ion beam, ion beam etch rate Degree and spatter production, Commonwealth Scientific Corporation Alexandria, VA (~ 1994) The problem with reactive sputtering is the high secondary electron emission of many metal oxides. Exacerbated by output characteristics. These electrons from the negative cathode target to the anode The energy accelerating is wasted. The metal-to-metal oxide comparison is based on electron impact. Are shown in Table 2 for secondary electrons, but this situation Is believed to be similar to a collision. Table 2 Maximum secondary electron emission from electron impact (number of electrons per electron) Secondary electron emission, pp12-115 to 12-116, CRC Handbook of Chemistry & Physics, 75th edition, D.C. R. Lide, CRC Press (19 94) The last example of a metal oxide with low sputter yield and high secondary electron emission is Gnesium. Magnesium oxide is a plasma display because of its two properties. Selected for use as the last layer in the ray. High secondary emissions Lower ray operating voltage and lower sputter rate increase display life Let it. Plasma display systems are in fact small sputter deposition chambers Is exactly the same as In plasma displays, The potential between the electrodes ionizes the inert gas, and for a monochrome display By interacting directly with the phosphor or for a color display And emit light. Thus, for a long plasma display life, It is particularly desirable to have a final layer of a metal compound with a low sputtering rate. Therefore, Many final layers in plasma display systems are better than sputter deposition Manufactured using a white deposition process. Plasma displays are very large It is foreseen to have the potential for display suitability. 106cm diagonal size Is currently being manufactured and has a diagonal size of 152 cm The display is also planned. The deposition process increases as the panel size increases Large product volume due to the difficulty of maintaining a uniform layer thickness. Impractical for Thus, uniform over a large area, typically associated with sputter deposition of metal Have the advantages of high performance and relatively high speed, but are not suitable for use with reactive metal compounds. There is a need for a manufacturing apparatus and method that can be used. Various solutions to slow deposition rates of reactive metal compounds have been proposed. For example Optical Coating Laboratories, Santa Rosa, California Lee, Inc. Is a process called “meta mode” coating. Developed. This meta-mode coating process sputters Deposits about one atomic layer of metal in the chamber and then reacts in the next chamber. The thin metal layer is exposed to a reactive gas to make a metal compound. This process Back between chambers until the desired thickness of the reacted metal compound is obtained, And cycle forward. Other solutions to the slowness of reactive sputtering are: Including pulsed introduction of reactive gas species and reactive in sputtering chamber Attempt to separate the sputtering gas from the gas. These approaches are Although they can increase the deposition rate of reactive metal compounds, they An overall deposition rate approaching its own deposition rate does not occur in a simple manner. Overall geometric configuration Typically, a planar sputter deposition target is a “race track” pattern. Eroded by The width of the racetrack will require that the target be replaced Large to increase the amount of target material available to be sputtered before Be killed. Each section of a typical race track is approximately 4 cm wide. Therefore, Subs A trait is typically targeted in a direction that intersects two parts of the racetrack. As it moves through the target, a total target width of approximately 8 cm is subject to erosion. Eroded Uncovered target portions are rapidly covered by the reacted metal compound. To maintain the volume, and therefore the vacuum system requirements, the target and storage The separation distance between the sheets is generally kept low. For example, a plasma display In the manufacture of conductive electrodes for screens, a 7 cm target-substrate Separation is common. Target-substrate for large glass coating equipment The separation is typically less than 20 cm. Background and concepts A substrate moving near a long magnetron sputter source faces the target. Supports a uniform thin film on the surface. This substrate is typically air-vacuum Pass lock, pass target, and pass vacuum-air lock . "In-line sputtering" is the term for this configuration. "Slow" (Projection) distance is the shortest approach of the substrate to the target erosion area Or distance. For long line sources, per unit area on the substrate The maximum local deposition rate is roughly proportional to the reciprocal of the throw distance. The reaction between the target metal and the gas takes place instead of occurring during passage for two reasons. It is believed to occur at the surface of the target and growing film. First, the metal element is Normally, the target and substrate are more likely to pass than between the target and the substrate. More time is exposed to the reactant gas on the rate surface. Second, the reacting atoms in transit Although the bond between metal and metal atoms satisfies the conservation of both energy and momentum, Not likely. Another property of sputter deposition is that it maintains the pressure difference between the target and the substrate Is difficult to do. Properly sized vacuum pumps allow only small gas flows Make it work. For example, pump speed for a 25 cm diameter pump in a sputter chamber S is on the order of 1000 liters / second. 0. Typical 3 Pascal sputter At pressure, the total gas flow is SxP, ie, only 300 Pascal liter / sec. You. On the other hand, the vacuum conductance between the target and the substrate Bigger. 145cm x 15cm target surface and 145cm x 100cm substrate For the trait surface area, the vacuum conductance is (averaging the two areas and 11 . Using the aperture conductance per unit area of 6 liter / sec / square cm T) 100,000 liters / second from target to substrate It is. If all of the 300 Pascal liter / sec gas is The pressure difference between the substrate and the target Pressure, ie, 0. That would be only 1/100 of 003 Pascal. Target and C interposed between them to reduce conductance between substrates Hardware wears the sputtered material along the way before reaching the substrate. Has the drawback of interfering with. The reaction gas pressure is Since it is almost the same as the bushing, it is possible to oxidize the growing It is inherently difficult to keep the surface of the plate unoxidized. Therefore, Maintains high reaction gas pressure near the trate and low reaction gas pressure near the target By doing so, approaches to solving the reactive spatter problem come with difficulties. You. Summary of the Invention Narrow erosion path One aspect of the present invention is a reduction in the width of the erosion path on the target. Erosion path When the metal in the reactor reacts with the reactant gas, (arc, instead of metal, the reactant compound Waste of energy for sputtering, and energy waste of secondary electrons) The problem described above arises. By narrowing the erosion track, High power densities can be applied, resulting in high erosion rates per unit area Produces a degree. The increase in power density per unit area is Unit area by increasing the temperature of the target surface and near the target surface By activating oxygen by increasing the discharge current density per unit, The target reaction rate can be increased quickly. However, a noticeable effect The result is faster erosion of the target, and a better surface of the target. It is to leave it as metallic. Erosion path by reducing the width of the erosion path The ratio of reactive metal to unreacted metal at can be reduced and Poisoning of the get can be reduced. An easy way to control the width of the erosion track is to limit the edges of the erosion path Utilize pole pieces. These pole pieces can be made from ferromagnetic materials such as iron. Can be made from other materials with higher magnetic permeability than the target material be able to. Preferably, the angled edge of the steel plate is close to the desired erosion track boundary. Placed in contact. Even when iron is placed on the surface of the target, this iron Very effective in limiting erosion edges that are not substantially eroded. If iron soak If the food has a significant effect, this iron can be coated with the target material and It can be inserted under the surface of the get, or it will not be at the same potential as the target. Slightly away from the target so that electrical Can be separated. Other materials that create a magnetic field and limit the erosion path are Contains nickel, cobalt, and alloys of iron, nickel, and cobalt. Increased target-substrate distance A mere reduction in the width of the erosion track improves performance at the target, but However, it does not itself increase the volume of the reactive metal compound. In fact, the output of pure metal atoms Higher deposition of unwanted metallic layers rather than the desired reactive metal compound It may be. If you move further away from the substrate than usual, The deposition rate per unit area on the straight is reduced. This reduction in deposition rate A small amount adds extra time to the reaction occurring on the substrate where the reaction is desired. Add. At the same time, the total area where deposition has occurred typically increases. Target Increase the distance between the substrate and substrate and reduce the deposition rate per unit area But increase the area where deposition occurs The thickness on the substrate that moves adjacent to the target Although substantially the same, more reaction occurs on the membrane. Geometric trade-offs Reducing the erosion path width reduces the available target material. Tar As the get-substrate distance increases, longer targets are needed To reduce the thickness on the substrate that moves near the end of the long target You. Therefore, the combination of the two geometric changes is less than the only extreme change Probably desirable. It is convenient to consider by the ratio of the deposition area to the erosion area. The present invention Increases this area ratio from typical ratios. The reaction gas pressure is Adjusted to get desired response on substrate without poisoning . If this adjustment cannot be achieved, this area ratio may be increased Need to be done. For targets that are long compared to throw distance, the approximate ratio is the erosion path width. Is the ratio of the target-substrate distance to the ratio of Similarly, if the reaction gas The desired amount of reaction on the substrate without poisoning the target. If it cannot be adjusted to give a response, this distance ratio will probably Need to be done. The area and distance ratios described above allow for economic modeling of geometric trade-offs To As the erosion path narrows, the type of target material decreases, and The dead time for changing the cuts increases, and probably the direct material costs also increase. As the throw distance increases, typically to obtain film uniformity near the target edge Requires long targets and has high capital and direct material costs . The minimum acceptable ratio mentioned above depends primarily only on the desired degree of reaction of the material. It is believed that they do not depend much on the material itself. Different materials or different reactions In the case of gases, the reactivity of the target surface is almost as high as in the case of magnesium and oxygen. It may be almost the same. However, the reactivity at the membrane surface is also the same. Will be about. For example, magnesium oxide is probably plastic Should be fully oxidized for use in Zuma panels and have a distance ratio of 1 6 have just been found to achieve this complete oxidation. Aluminum oxide It is believed that fully oxidized membranes can be made with similar geometries ing. However, indium tin oxide ("ITO"), many flat panels Transparent conductors that are common in displays, when oxygen is insufficient in this ITO, Has good properties. ITO can be efficiently manufactured with a distance ratio of 16 or less. It is believed that you can. Another factor that may reduce the distance ratio is that the target surface temperature can be substantially reduced. To raise the substrate temperature more than one degree. The reactivity of the hot membrane surface is Than the reactivity of the target so that the desired membrane reaction can be obtained at a low distance ratio May be expensive. Currents generated in indium tin, indium tin oxide, zinc, and other target materials The elephant, after considerable target erosion, “bracketed These nodules appear to be sputtered resistance. It is a high floor area with resistance. Nodules typically increase the oxidation of nodules Probably a flat black appearance, but nodule size On the ground, more from the rough dough of the deposited material. Black nodule density Becomes very large and the overall erosion rate of the target is reduced. When the surface temperature of the ITO target is increased to about 300 ° C, Is known to decrease dramatically. Therefore, by using pole pieces, Increasing power density per unit area greatly reduces black nodules To allow for increased surface temperature for the ITO target . Geometrically expanded metal-compound sputtering (GEMS) configuration The GEMS configuration of the present invention provides a film deposition rate in any region on the substrate. Increase the throw distance beyond the standard so that the degree is also lower. Similarly, spatter The erosion path on the target narrows. One way to limit this erosion width is to use The addition of iron pole pieces to the surface of the target. Prescribed electrical In sputter power, power density per unit area and erosion rate per unit area Is larger where iron pole pieces are used. The overall configuration of the present invention Unit area by increasing the area of erosion and reducing the area where erosion occurs. Increase the ratio of the erosion rate per unit area to the deposition rate. Result of invention Reduced erosion path width and increased target and substrate separation Although the membrane is substantially reactive due to the use of a tilted iron pole piece, The surface of the target remains relatively unresponsive. A relatively unresponsive table Higher surface erosion rates increase the energy of this improved sputtering process. -Efficiency (volume of material sputtered per unit of energy) 5 orders of magnitude higher than normal reactive sputtering for Make it work. Improving energy efficiency is a very essential property and it is important to Depends on the ratio of the energy efficiency of sputtering metal to the efficiency of sputtering. Exist. Maintaining a more metallic surface on the target surface will help The amount of edge area is reduced and the speed at which these areas form is reduced. these Arc discharge to the insulating region is typically reduced by a value on the order of 1-2. . Another phenomenon of reactive sputtering is coating the anode with an insulating material It is to be. Regardless of the attempt to "hide" the anode by the maze, the anode Is usually coated after all. This phenomenon is called the "vanishing anode effect" And may cause arcing and even extinguishment of the electrical discharge. In the present invention Therefore, by positioning the anode close to the target, Can be substantially electrically conductive. And glow den It is stable. According to the invention, the evaporation efficiency, ie the material sputtered per unit of energy Can be improved about 5 times over magnesium oxide, and the amount of The thickness is about 3. 5 times improvement. For example, according to the present invention, And 0. 1. at a speed of 1 m / min and With a linear cathode power density of 95 kW / m One cathode length moving substrate is 175nm thick magnesium oxide To get. The usual method below its speed and power density is only 49 nm thick To receive. BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES FIG. 1 shows a typical planar magnetron sputter deposition apparatus. FIG. 2 shows a plane spa in the present invention in which the substrate passes obliquely through the target. Figure 2 shows a tta deposition device. FIG. 3 shows a third planar mask in which planar targets are arranged obliquely on the substrate. 1 shows a gnetron sputter deposition apparatus. FIG. 4 shows a cylindrical magnetron sputter deposition apparatus. FIG. 5 shows another apparatus for a cylindrical magnetron sputter deposition apparatus. . Detailed description of the invention FIG. 1 discloses a planar magnetron sputter deposition apparatus according to the present invention. In such an apparatus, the target 3 has a target It is placed in contact with the rudder 1. The target must be attached to the target holder Can be mounted using mechanical means such as screws (not shown) Can be. The target surface 4 is eroded by the collision of the ions 10. . The target 3 is made by a magnet 7 mounted on a plate 13 Erosion through erosion path 6 having erosion path widths 5a and 5b limited by the magnetic field Is done. The erosion path width is preferably the same for a total erosion path width of about 8 cm or less. And preferably no more than about 4 cm each. More preferably, the erosion Each of the swath widths 5a and 5b is about 3 cm for a total erosion path width of about 6 cm or less. cm or less. Even more preferably, each of the erosion path widths 5a and 5b is about Less than about 2 cm for a total erosion path width of less than 4 cm. most Preferably, each of the erosion path widths 5a and 5b has a total erosion path of 3 cm or less. About 1. 5 cm or less. The substrate carrier 20 holds the substrate 25 and has an erosion path. The substrate 25 is moved in one direction 21 with respect to 5a and 5b. necessarily Generally, though, the direction 21 is perpendicular to the center line of the erosion paths 5a and 5b. is there. The substrate carrier 20 is separated from the target contact surface 2 by a distance of 22 Substrate contact surface 24. Distance 22 is the target contact surface 2 Is the minimum distance from the substrate contact surface 24 to the substrate contact surface 24. Preferably, distance 22 is greater than or equal to about 31 cm. More preferably, distance 2 2 is about 41 cm or more. Most preferably, the distance 22 is greater than about 46 cm is there. In operation, the substrate 25 is positioned on a surface 2 at a distance 23 from the target surface. 6. Distance 23 is the distance from the target surface to the coated substrate. It is the minimum distance to the plane and is called the "slow distance". Preferably distance 23 is about 30 cm or more. More preferably, the distance 23 is about 40 cm or more It is. Even more preferably, distance 23 is about 45 cm or more. Most preferred In particular, the distance 23 is about 47. 5 cm or more. The target material 11 moves from the target 3 to the substrate 25. The reaction gas 12 is applied to the target surface 4 on the substrate surface 26 and the target surface 4. Reacts with material 11. Optionally, a magnetic permeability larger than the magnetic permeability of the target 3. A material of magnetic susceptibility is placed in close proximity to the target surface 4. These selective pole pieces 9 A magnetic field is formed to limit the erosion path width. FIG. 2 shows an apparatus similar to FIG. 1, but with a coated substrate. The plate is oriented obliquely with respect to the planar target. Substrate carry A, selective pole pieces, and magnets are not shown in FIGS. 2 and 3. Figure 1 Although the orientation is more typical, the orientation of FIG. 2 is also within the scope of the present invention. As well FIG. 3 shows a planar magnetron sputter deposition apparatus, the target of which is: It is directed obliquely to the substrate movement direction. The direction of FIG. Within the range. 4 and 5 disclose a planar magnetron sputter deposition apparatus, the The get material is placed on a rotating cylinder. In one configuration, the cylindrical tar The get material is self-supporting and has no impending support cylinder. same Thus, the configurations of FIGS. 4 and 5 are within the scope of the present invention. The selective pole piece is not shown in FIGS. Both Fig. 4 and Fig. 5 Shows that the target does not rotate so that the erosion path width can be measured. are doing. During use, the target surface will be uniformly eroded and the erosion path Will not appear as shown in FIGS. 4 and 5. To determine the erosion path width for the cylindrical magnetron, the target material is Must be in a fixed, non-rotating position. This is typical for manufacturing processes However, it is necessary for the reference measurements required in the present invention. Measurement Once established, the cylindrical target can be used as in a conventional process. Will be rotated. The erosion path width for a planar magnetron is Erosion path center based on planar projections, 2% of total erosion Is determined for the purposes herein. No pole pieces are used The erosion path width for the cylindrical magnetron is Compare the maximum deviation and from the point that 2% of the material is eroded compared to the maximum erosion height Is measured by measuring the length of the arc. Pole close to the surface of a cylindrical target to control the width of the erosion track When placed, the erosion track width is defined as the average distance between the pole piece edges. You. When using a cylindrical target, the pole pieces are not in contact with the target surface And that they are properly cooled to maintain their dimensional stability Is preferred. When using a cylindrical target as in FIG. 4, the throw distance 23 is It is measured from the surface of the target to the surface of the substrate. Self-supporting target Is used, the inner surface is used as the target support surface. The erosion path is a cylindrical target that is placed at an angle as generally illustrated in FIG. When using the throw distance, the erosion path closest to the substrate From the surface of the target at the center of the surface to the surface of the substrate. Self-support Distance from target support surface to substrate support surface Is measured from a point on the inside surface of the target, where The line passing through the midpoint of the erosion path closest to the substrate Cross the sides. The invention can be used with cylindrical targets that rotate at typical speeds But reducing the rotational speed of the target can provide additional benefits . Typically, a cylindrical target rotates at a speed of 10 revolutions per minute (RPM) or higher. You. In general, the slower the rotation speed, the more the target surface that is not in the erosion path Will oxidize completely. Surprisingly, when using the narrow erosion path width of the present invention, The slower rotational speeds substantially reduce the erosion path metallically, as described above for planar sources. Make it work. For the purposes of the present invention, the erosion duration in seconds is the length of the target material cylinder. It is defined as the erosion path width divided by the product of the rotation speed multiplied by the inner circumference. This , A cylindrical target having an inner diameter of about 13 cm, a rotation speed of 10 RPM, and The erosion path width of 4 cm is approximately 0,0. Erosion duration of 6 seconds ((4.60) / (5π / 10) ). Preferably, the erosion duration is 1 second or more. More preferably, erosion The duration is 5 seconds or more. More preferably, the erosion duration is 10 seconds or more. is there. Most preferably, the erosion duration is about 15 seconds or more. Geometric expansion Zhang metal-compound sputtering Preferred distance ratio The "optimal" ratio of throw distance to total erosion width depends on the desired acid in the application and membrane. It changes with the degree of transformation. Preferably, the throw for the total erosion width 5a and 5b The ratio of the distances 23 is about 4 or more. More preferably, the gap to the total erosion path width The ratio of the row distances 23 is about 7 or more. More preferably, the ratio is about 10 or less. Above. Most preferably, the throw distance for the total erosion path width 5a and 5b The ratio of separation 23 is about 15 or more. "Deposition area" means the deposition rate per unit area is the maximum rate per unit area Is at least の. Preferably, the ratio of the deposition area to the erosion area is , About 5 or more. Most preferably, the ratio of deposition area to erosion area is , About 9 or more. More preferably, the ratio of the deposition areas is about 14 or more. You. Most preferably, the deposition area on the erosion area for complete oxidation of the film A ratio seems to be about 18. Uses feedback control and produces a magnesium oxide film, as described below Again, it is believed that the "optimal" ratio described above produces "reasonable" results. Complete It is believed that other oxidized membrane materials can be made in similar ratios. Fi May need to use a higher ratio to avoid using feedback control Will. Special examples The following example illustrates the use of a magnet oxide made for a flat panel plasma display. It is related to the calcium film. As is well known, magnesium oxide has a sputter rate of Low, and this is the desired property for use in plasma displays It is one of. Prior to the present invention, a typical throw distance was approximately 8 cm and the sum of two erosion passes The scale would be about 8 cm for a distance ratio of about 1. The invention against magnesium oxide The preferred throw distance is about 48 cm and the sum of the two erosion widths The meter is about 3 cm for a distance ratio of about 16. This large distance using the present invention Depending on the ratio, the evaporation efficiency of magnesium oxide was as shown in Table 3 It is almost the same size as the metal evaporation efficiency. In order to make this comparison, The film thickness was converted to an equivalent magnesium oxide film. Magnesium and magnesium oxide Both of the cesiums have the same density, and therefore have more acid than in the magnesium film. Magnesium per unit volume in the magnesium oxide film is small. Evaporation efficiency Sputtered and collected on the substrate per unit sputter energy Is the volume of material removed. This volume is the square of Angstrom centimeter expressed. The table in Table 3 is as follows: 75 inch throw distance and about 1. 47cm Built with an erosion width of Table 3 Comparison of Mg and MgO Cathode current = 10 A, cathode length = 146 cm, Substrate speed = 10.2cm / min, Density of both Mg and MgO = 1.74 g / cm^Three For comparison, the last row of Table 3 shows the more oxidized target surface Shows a membrane. This sample was made with a large throw distance and a narrow erosion width However, both have been intentionally oxidized against normal operating conditions. The energy efficiency is much lower and the voltage value is increased by increasing the oxygen flow. It was reduced to 0V. For comparison, the competitor was 2% against magnesium oxide. . 38 (Angstrom cm^Two/ Joule). Competitive product The present invention uses a typical cathode voltage only in terms of evaporation efficiency as compared to the process. 5 times more efficient when used. Competitors are compared to the last row in Table 3. Competitive processes use oxidized target surfaces based on low energy efficiency I think it is. Multi-cathode Following design criteria to keep deposition rate per unit area low, The spacing of the maximum deposition rate per unit area is greater than the maximum for one cathode. Should not be made substantially larger. For example, if the cathode is close Deposition per unit area in the coating area between the two cathodes if placed The speed can be approximately twice the maximum speed for only one cathode, or If this close situation is not desirable Will not. Cathode configuration 0.70cmX14.3cmX146cm magnesium plate Down from the center to the water-cooled copper backing plate, Is held in Any other steps to increase heat transfer between magnesium and copper Without this configuration, damage to the target or target support system About 400 watts of sputtering power without the need. The magnet is ceramic 8. The outer magnet is 1.4cm wide, And it is 2.5 cm in the magnetization direction. The center magnet is 2.5cm wide and magnetic 2.1 cm in the forming direction. However, material selection and size are critical. Not. The pole pieces should not have the problems that are foreseen when using weak magnets Focus the magnetic field on the Erosion path attaches high magnetic permeability material pole piece to magnesium sputtered surface To about 1.5 cm. Fully wrapped with a 30 ° slope. A 32 cm thick steel pole piece is preferred. The sharp edge of this slope is 0.03c m radius. Acceptable pole pieces are available for thickness, slope, and magnetic permeability. And a wide range. However, stronger or wider magnets Changes the magnetic field shape near sharp edges by saturating sharp pole pieces May be. If the pole piece is not saturated, the magnetic field at the center of the pole piece will Appears perpendicular to one pole. However, this is not the case for saturated poles. Unsaturated conditions indicate that the pole pieces more accurately define the edges of the erosion path and that the pole erosion It is believed to help prevent. Pole piece tip in preferred configuration as described above Is calculated to have a magnetic field strength of about 0.2 Tesla and for a fully wrapped steel The saturation is about 2.1 Tesla. When the pole piece 9 is used on the face of the target on both sides of the erosion path, The width is defined as the minimum distance between the edges between the poles on opposite sides of the erosion path You. Erosion width when only one pole piece is used or when no pole piece is used Is measured on the target when eroded to the point that requires replacement. The profile meter determines the distance from the non-erodible plane to the eroded surface Used on the consumption target to measure the The erosion width is measured by the erosion track. When performed perpendicular to the centerline of the profile, the profilometer will initially % Of the maximum deviation from the location showing the maximum deviation. You. control Make the target surface even more metallic with a distance ratio greater than 16, It may be possible to avoid one feedback control scheme. This In such cases, the only control is the manual of sputter power, reactant gas flow, or both. May be a tweak. However, at a distance ratio of about 16, the reaction gas control It is a good idea. Two feedback control schemes that have been found to work well There is a game. The first scheme is based on the cathode voltage, as can be seen in Table 3. And reflects the degree of oxidation of the surface of the magnesium target. Second fee The Dowback scheme detects light emission from a glow discharge. Or a violence scheme Use very high pumping rates and high reactant gas flows. These control methods Each of the laws is described below. 1. Voltage control Planar magnetrons tend to be fairly constant voltage devices over a wide current range. There is a direction. However, as shown in Table 3, the voltage depends on the state of the target surface. It is a good indicator. Monotonic continuous force between metal and oxidized magnesium surface There is a sword voltage. Substantial in favorable conditions, as judged by light absorption of the film The voltage that produces a top oxidized magnesium oxide film and still allows a high deposition rate , About -280 to -400 volts. The preferred voltage value is a new target From a higher value for, to a lower value when the target is eroded . The electrical signal proportional to the cathode voltage goes to the PID loop controller. Operation The regulator inputs the voltage set point to the PID controller, and the controller , Adjust the specific gas control unit to maintain the desired voltage. Ratio gas control Will maintain the ratio of flow from one valve to the next to a preset value. Adjust one or more gas flow valves as described. Specific gas control The oscillating device is provided with oxygen valves of 1 to 5 (preferably 2), respectively, for about 20 to 200 (10 0 is preferred) standard cm^Three/ Min volume. The control loop is set by the operator It acts to control oxygen to maintain the cathode voltage at the specified level. This control scheme change uses a fixed oxygen flow set by the operator. To use. The target voltage signal is led to a PID controller. The operator Also, the voltage set point is input to the PID controller. The output of the PID unit is The current of the sputtering power supply is controlled so as to maintain the target voltage at a desired level. For this scheme, a current cap is recommended. 2. Light emission control The light from the glow discharge emits a sharp sharp spectral from that element It has an optical line. For example, magnesium has strong 384 and 512 nm Have an inn. Argon and oxygen have almost no interference near these wavelengths. I haven't. The light emission line intensity indicates the amount of elements existing in the discharge. Release The amount of elements from the target in electricity depends on the sputtering rate, It then typically depends on the degree of oxidation of the target. Thus, the luminescence The strength of the line can be an indirect indicator of the degree of oxidation of the target surface. Wear. The baffle configuration allows only the direct light from the glow to pass, and Such moving surfaces, or others that may change the reflectivity when the coating is formed It does not pass light that may reflect from the surface of the object. This direct light passes through the vacuum to the sky Air window, then into color glass or thin film interference filter (the latter is preferred) Spectral filter (ie, 518 nm for magnesium) Pass). Monochrome light is about 1cm^TwoSilicon p.i.n. (P-ta Excite an intrinsic Si, n-type Si) photodetector. The low current signal is Current-to-voltage transamplifier (typically low input on the nanoamp scale) Force impedance picoamp meter) and then PI Input to the D controller. The operator sets the set point indicating the desired light quantity to PI Input to D controller. PI The output from the D controller goes to the specific gas flow controller, which in turn Each preferably 100 standard cm^ThreeOxygen valve with a capacity of 1-10 (preferably 2) I will. The oxygen flow is controlled to maintain the spectral line light at the set intensity You. For the voltage and emission control scheme, two vacuum pumps are provided for the deposition area. It is located symmetrically on each side, and in each sputter chamber, Has a pumping speed of about 1000-5000 (preferably 2000) liters / second ing. 146 cm long tag with mechanically attached magnesium plate For the target, the oxygen control valve is located close to the sputter chamber (30c m) and the chamber entrance is close to the cathode (50 cm Within). The gas inlets are evenly spaced along one side of the cathode. I am. Under preferred conditions, the resulting gas stream has a total oxygen flow of about 45 standard cubic cm and 180 standard cubic cm of argon. Of course, these values are Chamber geometry and, of course, cathode length, power, and target material In this regard, it can vary widely depending on the gas inlet position. 3. High gas flow control A third, slightly less desirable control method is a vacuum pump with very high pumping speed. And use higher reactant gas flows. This approach is a reflection pro Overwhelm the effects of well-known outgassing and hysteresis on cessors. This control It requires about three times the gas flow described above. High funding for very fast pumps And operating costs make the feedback control scheme described above more practical. I do.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者オウキーフ，パトリク、エルアメリカ合衆国カララドウ州80303、ボウルダ、カララドウ・アヴィニュー 3000番シー211────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventors O'Keeffe, Patrick, L Bow, Colorado, U.S.A. 80303 Luda, Kalaladou Avenue 3000 Sea 211

Claims

[Claims] 1. Target holder with target contact surface and substrate contact surface A substrate carrier having And a plurality of magnets, wherein the plurality of magnets are one or more magnets. Defining at least one magnetic field defining an erosion path; The distance from the surface to the substrate contact surface by the one or more erosion paths A sputter deposition apparatus, wherein the ratio divided by the total width is greater than 4. 2. The sputter deposition apparatus according to claim 1, wherein the ratio is greater than 7. 3. The sputter deposition apparatus according to claim 1, wherein the ratio is greater than 10. 4. The sputter deposition apparatus according to claim 1, wherein the ratio is greater than 15. 5. Further, the target and the material attached to the target holder are The sputter deposition apparatus according to claim 1, further comprising a target having a surface. 6. Further, the target is placed in close proximity to the target surface to be sputtered. At least one magnetic material of a material having a magnetic permeability greater than the magnetic permeability of the get. The sputter deposition apparatus according to claim 5, further comprising an air-permeable magnetic piece. 7. The at least one magnetically permeable piece is adjacent to the target holder. 7. The spark plug according to claim 6, wherein the spark plug is aligned with at least one magnet placed. Deposition equipment. 8. The magnetically permeable piece is made of iron, nickel, cobalt, or an alloy thereof. The sputter deposition apparatus according to claim 6. 9. The sputter deposit according to claim 6, wherein the magnetically permeable piece is made of a permanent magnet alloy. Loading device. 10. The magnetically permeable material is more targeted than the power density without the magnetic material. 7. Allowing greater power density per unit area on the eroded surface of On-board sputter deposition equipment. 11. Said higher power density results in black nodules on the target surface The sputter deposition apparatus according to claim 10, wherein the amount is reduced. 12. Target holder with target contact surface and substrate contact Moving a substrate having a surface and in a direction relative to a target contact surface And a substrate carrier that can The closest approach of the target contact surface comprises not less than 31 cm Sputter deposition equipment. 13. Furthermore, at least one of the at least one A magnet, wherein the at least one magnet is greater than about 4 cm wide 13. The method of claim 12, wherein the magnetic field produces a magnetic field defining a target erosion path having no width. Sputter deposition equipment. 14． Further, a plurality of magnets placed close to the target holder And wherein the plurality of magnets are arranged in front of the target holder. Having a total width not greater than about 8 cm in the direction of movement of the substrate carrier 13. The switch according to claim 12, having a plurality of magnetic fields defining a plurality of target erosion paths. Putter deposition equipment. 15. The distance from the target contact surface to the substrate contact surface is 13. The sputter deposition apparatus of claim 12, wherein the sputter deposition apparatus is no smaller than about 41 cm. 16. The distance from the target contact surface to the substrate contact surface is 13. The sputter deposition apparatus of claim 12, wherein the sputter deposition apparatus is no smaller than about 46 cm. 17． The plurality of target erosion paths have a total width not greater than about 6 cm. The sputter deposition apparatus according to claim 14, wherein: 18. The plurality of target erosion paths have a total width not greater than about 4 cm. The sputter deposition apparatus according to claim 14, wherein: 19. The plurality of target erosion paths have a total width not greater than about 3 cm. The sputter deposition apparatus according to claim 14, wherein: Closed between at least two magnets defining an erosion path of 20.1 or more The at least two magnets for establishing a magnetic field in close proximity to a target holder Positioning, Material to be sputtered on target holder in sputter deposition chamber? Attach a target with a surface consisting of Establish a potential between the target and the anode, Establish a reactive sputtering atmosphere, and Substrate having a surface that is reactively coated in the sputter deposition chamber The distance from the target surface to the substrate surface. A ratio divided by a total width of the one or more erosion paths is 4 or more; A reactive sputter deposition method comprising each step. 21. 21. The method of claim 20, wherein said ratio is 7 or greater. 22. 21. The method of claim 20, wherein said ratio is 10 or greater. 23. Further, the magnetic permeability of the target is set closer to the target surface. Positioning at least one magnetically permeable piece of material having a high magnetic permeability 21. The method according to claim 20. 24. Further, the at least one piece of magnetically permeable material is 24. The edge of the erosion path defined by aligning with one of the magnets of claim 23. The method described. 25. Target holder with target and substrate deposition area And a plurality of magnets placed in close proximity to the target holder And the plurality of magnets define an erosion area on the target Define at least one magnetic field, and A sputter deposition apparatus wherein the ratio of the total erosion area is 4 or more. 26. The ratio of the substrate coating area to the target erosion area is 7 or less. 26. The sputter deposition apparatus of claim 25, which is above. 27. The sputter deposition apparatus according to claim 25, wherein the ratio is 10 or more. 28. The sputter deposition apparatus according to claim 25, wherein the ratio is 15 or more. 29. Further comprising an anode placed in close proximity to the target, The sputtered material collected by the node remains substantially metallic, 26. The sputter deposition apparatus according to claim 25, wherein the apparatus is substantially electrically conductive.