JP2002529600A

JP2002529600A - 高レート・コーティング用のスパッタリング装置および方法

Info

Publication number: JP2002529600A
Application number: JP2000581268A
Authority: JP
Inventors: ホラーズ，デニス
Original assignee: シヴァク
Priority date: 1998-11-06
Filing date: 1999-09-16
Publication date: 2002-09-10
Also published as: US6365010B1; WO2000028104A1

Abstract

(57)【要約】ほぼ均一な化学量論を有する電気絶縁および半導電コーティングの高レート堆積のためのスパッタリング装置（６５）および方法。垂直方向に取り付けられたデュアル回転可能円筒形マグネトロン（６６）と、それに関連する真空ポンプ（６２）が、半隔離スパッタリング・モジュールを形成し、モジュールは、同じまたは異なる材料の層を順次堆積するために個別に制御することができる。任意選択の反応ガス流フィードバック・ループを備えるＡＣ電源の定電圧動作が、基材運動によって生じるポンピング速度が小さく変化する間、一定のコーティング化学量論を保つ。コーティング方法は、長期（数日）の動作にわたって非常に安定しており、被膜化学量論は、電圧制御点によって選択可能である。装置（６５）は、ウェハ状基材を一括して被覆するためにモジュールを円形配列の形態にすることができ、あるいは大きなプレーナ基材を被覆するためにモジュールを直線状に配列することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】（関連出願の参照）本出願は、１９９８年１１月６日に出願の「ＳｐｕｔｔｅｒｉｎｇＡｐｐａ
ｒａｔｕｓａｎｄＰｒｏｃｅｓｓｆｏｒＨｉｇｈＲａｔｅＣｏａｔ
ｉｎｇｓ」という名称の米国仮出願第６０／１０７３８６号の恩典を特許請求す
る。

【０００２】（発明の背景）（発明の分野）本発明は一般に、物理蒸着（ＰＶＤ）コーティング・システムおよび方法に関
し、より詳細には、優れたプロセス制御および長期の動作安定性と共に高堆積率
を与えるように操作される一対または複数対のデュアル円筒形回転マグネトロン
を利用するスパッタリング機械に関する。スパッタリング装置および方法の設計
が、装置および方法を、様々な基材に電気絶縁（誘電）および半導電コーティン
グを堆積するのに特に有用なものにする。この技術から利益を得る製造物には、
コンピュータ記録ヘッド、フラット・パネル・ディスプレイ、集積回路、コンピ
ュータ・メモリ・ディスク、および様々な被覆ガラス製造物が含まれ、しかしそ
れらに限定されない。

【０００３】（従来技術の簡単な説明）通常は真空中で薄膜コーティングを堆積するために一般に使用されている方法
は、物理蒸着（ＰＶＤ）または化学蒸着（ＣＶＤ）プロセスとして分類すること
ができる。ＰＶＤ方法は、蒸発（熱エネルギー源）とスパッタリング（プラズマ
・エネルギー源）とに分けることができる。蒸発とスパッタリングはどちらも、
様々な製造ラインで首尾よく適用されている。蒸発は主に、比較的小さな基材を
被覆するために使用されている。先端技術（ｈｉｇｈｔｅｃｈ）製造物のいく
つかの例としては、眼鏡、フィルタ、多くのタイプの光学窓、レンズ、およびレ
ーザ光学系が挙げられる。これらの製造物は、その機能のために誘電コーティン
グに大きく依拠している。基材のロール上へのあまり洗練度の高くない金属コー
ティングには、大きな蒸発性コーティング機械が使用される。典型的な製造物に
は、食料品パッケージング、装飾用コーティング、および鋼ロールの表面コーテ
ィング（腐食処理）が含まれる。

【０００４】スパッタリング現象は蒸発の前に認識されていたが、スパッタリング堆積率が
当初低く、有用とは考えられなかったので、蒸発技術がまず開発された。低スパ
ッタリング率の良く知られている例は、通常の白熱電球のタングステン・フィラ
メントのゆっくりとした腐食である。それらは、電球を充填するために使用され
るアルゴン・ガスによって非常にゆっくりとスパッタされ、ホット・フィラメン
トが酸化されるのを防止する。材料除去率が非常に低く、何時間もの使用の後に
ガラス外囲器の内部でほんのわずかな変色しか観察されない。スパッタリング技
術の初期開発では、真空システム内に配置された単純な陰極および陽極（ダイオ
ード）を使用し、陰極は、スパッタすべき金属から形成されていた。１０００〜
２００００ボルトの範囲の直流（ＤＣ）が最も一般的に使用された電源であった
。このプロセスは、使用される金属に応じて約１時間〜数時間で、ガラス（ミラ
ー）上に不透明金属コーティングを生成することができた。初期スパッタリング
・プロセスの記述は、１９３８年に版権を取得されたＪ．Ｓｔｒｏｎｇ著「Ｐｒ
ｏｃｅｄｕｒｅｓｉｎＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＰｈｙｓｉｃｓ」に与え
られている。

【０００５】スパッタリングは、プレーナ・マグネトロンの発明、すなわちＣｈａｐｉｎに
発行された「ＳｐｕｔｔｅｒｉｎｇＰｒｏｃｅｓｓａｎｄＡｐｐａｒａｔ
ｕｓ」という名称の米国特許第４１６６０１８号を用いることで、より商業的に
実行可能なプロセスになった。この特許は、プレーナ・スパッタリング表面に隣
接して磁場が形成され、その磁場が、スパッタリング表面上の閉ループのエロー
ジョン（浸食）領域を覆う磁束のアーク・ラインを備えるスパッタリング装置を
記述している。このデバイスの主な特徴は、磁場線がターゲット材料を貫通する
ことであった。エロージョン領域は、ターゲット材料を覆う環状エロージョン区
域の形を取っていた。環状エロージョン区域は、当業者間では、長方形プレーナ
・マグネトロン上での細長い形状のために「レーストラック」と呼ばれている。
円形プレーナ・マグネトロンでは、「レーストラック」は通常、円形であり、し
かし、レーストラックが閉ループである限り、磁石アレイの設計によって要求さ
れる他の形状を有することもできる。マグネトロンは、ほぼ常にＤＣ電源を用い
て動作させられており、このプロセスは通常、語句「ＤＣマグネトロン・スパッ
タリング」と呼ばれるようになった。エロージョン・プロセスは、環状エロージ
ョン区域内に熱を生じ、この熱は、水を用いて直接的に、または間接的にターゲ
ット材料を冷却することによって除去しなければならなかった。

【０００６】金属被膜を堆積するためのＤＣマグネトロン・スパッタリングの工業上の使用
は、１９７０年代後半から１９８０年代初頭に増大した。大きな商業ビルディン
グ用の窓に太陽熱低減反射被膜を被覆するため、および他の適用例のために大き
なスパッタリング機械が製造された。大きな基材には、スパッタリングは、制御
可能性および均一性に関して蒸発よりも優れていた。さらに、堆積率は蒸発の場
合ほど高くなかったが、スパッタリングは経済的に有用なプロセスになっていた
。当初、エロージョン区域では、初期の磁石アレイがターゲット材料内で比較的
鋭い断面を作成していた。大きな金属ターゲット・プレートは、急速に「溶落ち
（ｂｕｒｎｔｈｒｏｕｇｈ）」し、その結果、材料の利用が非常に貧弱であっ
た。ターゲット寿命の増大は、（ｉ）磁石アレイの設計を改良してターゲットの
表面上のエロージョン区域を広げることによって、（ｉｉ）磁場強度を高めて、
より厚いターゲットを用いて動作することによって、（ｉｉｉ）動作中にエロー
ジョン区域を広めるようにアレイを移動させる機構によって達成された。Ｍａｎ
ｌｅｙに発行された「ＰｌａｎａｒＭａｇｎｅｔｒｏｎＳｐｕｔｔｅｒｉｎ
ｇＭａｇｎｅｔＡｓｓｅｍｂｌｙ」という名称の米国特許第５２６２０２８
号は、エロージョン区域を広めるための磁石アレイに関する改良型設計の一例で
ある。Ｈａｒｒａ他に発行された「ＳｐｕｔｔｅｒｉｎｇＡｐｐａｒａｔｕｓ
ＨａｖｉｎｇａＲｏｔａｔｉｎｇＭａｇｎｅｔＡｒｒａｙａｎｄ
ＦｉｘｅｄＥｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｓ」という名称の米国特許第５４１７
８３３号は、ターゲット利用を改善するために回転磁石アレイを備える円形プレ
ーナ・マグネトロンの一例である。

【０００７】ターゲット材料の利用を改善するための他の手法が、ＭｃＫｅｌｅｙに発行さ
れた米国特許第４３５６０７３号に教示されている。ターゲット材料は、直線（
一定直径）チューブの形にされ、それがその円筒形軸の周りに回転させられ、保
持される内部レーストラック磁石が基材に関して固定されている。この実施形態
では、ターゲット材料（チューブ）は、プロセスが進むにつれて薄くなり、エロ
ージョン区域で「溶落ち」が生じない。当初の使用は、ＤＣマグネトロン・スパ
ッタリングによる建築用ガラス上への金属被膜の大規模コーティングに関するも
のであった。マグネトロンは、水平姿勢でガラス基材の片面のみを被覆した。こ
れもＭｃＫｅｌｖｅｙに発行された後の米国特許第４４４５９９７号は、別の回
転可能スパッタリング・マグネトロンを開示し、ターゲット・チューブが、自動
車のウィンドシールドの形状を有する基材の幾何形状に合致するように長手方向
に輪郭を取られていた。このマグネトロンもまた、水平姿勢で使用するように設
計されていた。米国特許第４４６６８７７号で、ＭｃＫｅｌｖｅｙは、水平方向
に取り付けられ、互いに並列関係で離隔され、それによりそれぞれから内側方向
および下側方向に向けられたスパッタ・フラックスが基材の同じ領域に合焦され
る一対の回転可能円筒形マグネトロンを開示している。このデュアル実施形態の
さらなる詳細は、ＳｈａｔｔｅｒｐｒｏｏｆＧｌａｓｓＣｏｒｐｏｒａｔｉ
ｏｎによる「ＲｏｔａｔａｂｌｅＭａｇｎｅｔｒｏｎＳｐｕｔｔｅｒｉｎｇ
Ｓｏｕｒｃｅ」（ＳｏｌｉｄＳｔａｔｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１９８６
年４月）という題名の論文に与えられている。この論文からの２つの重要な点は
、第１に、マグネトロンが１〜１２ＲＰＭの速度で回転されること、第２に、ガ
ラスに対して下方向にスパッタするための水平方向取付けにより、ターゲット冷
却水が真空内の２つの回転シールを介して供給され、信頼可能性の問題および回
転速度の制限をもたらすことである。

【０００８】金属被膜のスパッタリングに加え、絶縁（誘電）および半導電コーティングの
堆積用に、特に金属の酸化物および窒化物の堆積用にコーティングＤＣ反応性マ
グネトロン・スパッタリングが開発されている。反応性スパッタリングでは、不
活性作用ガスが通常アルゴンであり、追加される反応ガスはしばしば酸素および
／または窒素である。誘電材料のコーティングは、ターゲットとして使用される
誘電材料自体のＲＦスパッタリングによって実施することができる。しかし、Ｒ
Ｆダイオード・モードでもＲＦマグネトロン・モードでも、堆積率は非常に低い
。低い率にも関わらず、この形のスパッタリングは、薄膜記録ヘッドおよび集積
回路の製造に依然として使用されている。絶縁被膜のＤＣ反応性マグネトロン・
スパッタリングは、より高い堆積率およびより低いコストという潜在的な利点を
有し、しかし高絶縁金属酸化物および窒化物の堆積に関しては、良好なプロセス
制御および長期安定性が、解決するのが困難な問題となっている。

【０００９】制御およびプロセス安定性に関する問題をもたらす反応性ＤＣマグネトロン・
スパッタリングの３つの特性がある。１つの特性は、一般に反応ガスによる「タ
ーゲット・ポイゾニング」と呼ばれるものである。ポイゾニングとは、例えば、
酸素が金属ターゲット表面と反応して酸化物を形成する現象を述べるために使用
される用語である。酸化物に関するスパッタリング率は通常、純粋な金属に関す
るスパッタリング率よりも１桁またはそれ以上小さい。マグネトロンに関する自
然な傾向として、「金属モード」または（ポイゾニングされた）「酸化物モード
」で最も安定となり、所望の動作点はしばしば、２つのモードの間で、プロセス
が非常に不安定である。不安定性の１つの理由は、絶縁被膜を形成するために基
材で必要とされる反応ガス（例えば酸素）の分圧もまた、ターゲットを大幅にポ
イゾニングするのに適切であることである。従来、プロセス安定性を達成するた
めに、マグネトロンと基材の間での反応ガスの分圧分離の手段がいくつか試みら
れてきた。例としては、Ｓｃｏｂｅｙ他に発行された米国特許第４８５１０９５
号、Ｈａｒｔｓｏｕｇｈに発行された米国特許第４４２０３８５号、Ｓｃｈｅｒ
ｅｒ等著「ＲｅａｃｔｉｖｅＨｉｇｈＲａｔｅＤＣＳｐｕｔｔｅｒｉｎ
ｇｏｆＯｘｉｄｅｓ」，ＴｈｉｎＳｏｌｉｄＦｉｌｍｓ，Ｖｏｌ．１１
９（１９８４）２０３−２０９、Ｓｃｈｉｌｌｅｒ等著「ＲｅａｃｔｉｖｅＤ
ＣＳｐｕｔｔｅｒｉｎｇｗｉｔｈｔｈｅＭａｇｎｅｔｒｏｎ−Ｐｌａｔ
ａｔｒｏｎｆｏｒＴｉｔａｎｉｕｍＰｅｎｔｏｘｉｄｅａｎｄＴｉｔ
ａｎｉｕｍＯｘｉｄｅＦｉｌｍｓ」，ＴｈｉｎＳｏｌｉｄＦｉｌｍｓ，
Ｖｏｌ．６３（１９７９）３６９−３７３、およびＳｃｈｉｌｌｅｒ等著「Ａｄ
ｖａｎｃｅｓｉｎＨｉｇｈＲａｔｅＳｐｕｔｔｅｒｉｎｇｗｉｔｈ
Ｍａｇｎｅｔｒｏｎ−ＰｌａｓｍａｔｒｏｎＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇａｎｄ
Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ」，ＴｈｉｎＳｏｌｉｄＦｉｌｍｓ，Ｖｏ
ｌ．６４（１９７９）４５５−４６７が挙げられる。これらの技法は、マグネト
ロンと基材の間に部分的にバッフルを配置して基材近傍にのみ反応ガスを注入す
ることから、基材を移動することによって堆積領域を反応領域から完全に分離す
ることまでの範囲をカバーする。Ｈａｒｔｓｏｕｇｈの方法は、Ｓｃｏｂｅｙに
よって改良され、拡張された。金属被膜は、機械の一領域で基材に堆積され、次
いで基材が機械の別の領域に移動されて、反応（例えば酸化）して、透明光学被
膜を形成した。これらは比較的高い正味の堆積率を得たが、依然として、離隔さ
れた反応区域で達成することができる金属被膜と酸素との反応率によって制限さ
れる。さらに、この区域の離隔が、所与の真空チャンバ内に配置することができ
るマグネトロンおよび反応区域の数を、通常使用することができるマグネトロン
の数の半分まで大幅に制限し、それによりシステムの正味の堆積率にさらに制限
が加わる。多くの例で、被膜は、反応を完全に終わらせるために高温での動作後
ベークを必要とする。

【００１０】綿密なガス分離スキームは、Ｂｅｌｋｉｎｄ他に発行された米国特許第５３３
８４２２号に記述されている。この特許は、不均衡磁石アレイを有する１つの長
方形プレーナ・マグネトロンおよび２つの回転可能円筒形マグネトロンからなる
トリプル・マグネトロン・アレイを教示する。プレーナ・マグネトロンは、回転
可能マグネトロンからバッフルによって部分的に遮蔽され、アルゴン（不活性作
用ガス）が金属モードで動作されるプレーナ・マグネトロンの近傍に注入され、
酸素が回転可能マグネトロンの近傍に注入される。ガス分離装置の別の例では、
Ｔｈｗａｉｔｅｓに発行された米国特許第５３８４０２１号が、単一の回転可能
円筒形マグネトロンが補助磁石によって拡張され、反応性かつイオン化可能ガス
がスパッタリング区域から離れる機械を記述する。

【００１１】第２の制御およびプロセス安定性問題は、マグネトロンの電気回路の変化に関
わる。いくつか例外はあるが、ほとんどの金属酸化物および窒化物が良好な電気
絶縁体である。動作中、絶縁材料が遮蔽体、壁、および真空システム内の他の構
造に堆積し、陽極、および電源へ戻る任意の他の帰還経路に対するプラズマによ
る電気抵抗をますます高くする。電源回路内の電気抵抗のこの推移がプロセス・
ドリフトを生じ、被膜性質を時間に関して一定に保ちながら制御することを困難
にする。Ｌａｔｚ他に発行された米国特許第５１６９５０９号（‘５０９）は、
１キロヘルツ〜１００キロヘルツの周波数範囲内で、接地されていないＡＣ電源
によって動作されるデュアル長方形プレーナ・マグネトロン装置を記述する。Ａ
Ｃ動作が回路抵抗の変化に関する問題を最小限に抑える助けをすることができる
ことについて‘５０９では触れられていないが、それらが正しいトラック上にあ
ったことを思い返せば明らかである。実際、‘５０９が出願された直後に公開さ
れたＳｃｈｅｒｅｒ等（Ｌａｔｚを含む）の「ＲｅａｃｔｉｖｅＡｌｔｅｒｎ
ａｔｉｎｇＣｕｒｒｅｎｔＭａｇｎｅｔｒｏｎＳｐｕｔｔｅｒｉｎｇｏ
ｆＤｉｅｌｅｃｔｒｉｃＬａｙｅｒｓ」という題名の論文が、ＡＣ動作の明
確な陽極特性をはっきりと指摘している。近年では、Ｌｅｈａｎ他に発行された
米国特許第５８１４１９５号（‘１９５）が、Ｓｃｈｅｒｅｒ等によって記述さ
れたのと非常に似た様式で、陽極を安定させるためにデュアル回転可能マグネト
ロンでＡＣ電源を使用する利点を論じている。

【００１２】プロセスの難点をもたらす反応性ＤＣスパッタリングの第３の特性は、アーク
現象である。絶縁材料は、真空システム内の様々な構造に堆積する一方で、スパ
ッタリング・ターゲットのスパッタされない領域にも堆積する。これは、基材の
両面を同時に被覆するために互いに面して動作されるマグネトロンのセットでは
より激しくなる。動作中、絶縁領域は、イオン化不活性スパッタリング・ガス（
例えばアルゴン）によって常に衝撃され、ガスは、電子を除去して、正味の正電
荷を絶縁表面上に残す。最終的に、負に帯電したターゲット・プレートと正に帯
電した絶縁表面との電圧差が、絶縁体に関する破壊電位に達し、アークが生じる
。このアークは少なくとも２つの負の結果を有する。第１に、アークがプロセス
制御システムを破綻させる可能性があり、第２にいくつかの方法でコーティング
に損傷を与える可能性がある。アークがコーティングに当たることによって物理
的損傷が生ずる可能性があり、コーティングにおける金属原子と反応ガス原子の
比（化学量論）が、アークの近傍で変化する場合があり、かつアークは微粒デブ
リ（ｄｅｂｒｉｓ）を生み出す可能性があり、これがコーティングに入り込む場
合がある。回転可能円筒形マグネトロンは、ターゲットの活性部分への誘電物の
堆積が回転によってかなり防止される（回転が十分に速い場合）ので、アークに
伴う問題を最小限に抑える助けとなる。しかし、スパッタリング領域の外縁部に
沿った誘電物の堆積が存在し、アークが依然として生ずる可能性がある。回転可
能マグネトロンは、水平方向スパッタ下方向に主に使用されるので、微粒デブリ
は、多くのコーティング適用例に対して主要な問題になる可能性がある。‘５０
９および‘１９５に記述されるマグネトロンのＡＣ動作は、絶縁表面での正電荷
堆積が各半サイクルで中性化される傾向があるため、アークを低減する助けとな
る。Ｓｃｈｅｒｅｒ等による論文は、スパッタリングにおけるアーク現象の詳細
、およびＡＣ動作が提供する改良を説明する。しかし、主に、プレーナ・ターゲ
ット表面のスパッタされない領域での絶縁材料の堆積が長期動作後に過大になる
ため、アークが完全になくなることはない。‘１９５の改良は単に、‘５０９の
プレーナ・マグネトロンを回転可能マグネトロンに置き代えたものであり、スパ
ッタリング区域を越えるターゲット表面の連続的な回転によりターゲット表面上
の絶縁材料の堆積を低減する。回転可能マグネトロンでの絶縁材料の堆積は、ス
パッタリング区域の端部で最も激しくなるが、スパッタされる表面で依然として
かなり大きい。実際、‘１９５の方法は、電源を変圧器およびインピーダンス制
限コンデンサを介してマグネトロンに接続してアークを低減することに依拠して
いる。現行技術は、長期動作では、アークに対する完全に満足の行く解決策を依
然として提供できていない。

【００１３】コンピュータのメモリ・ディスク用保護オーバーコートの堆積は、アーク放電
の問題が製品にどのような影響を及ぼすかを示す良い例である。アルゴンおよび
水素中で、または水素含有ガス中で炭素をスパッタして、硬質の絶縁性「ダイヤ
モンド状炭素」（ＤＬＣ）保護オーバーコート層を形成する。ディスクの両面を
、対になった対向するマグネトロンによって同時に被覆し、そのためターゲット
表面の非スパッタリング領域上に絶縁材料を蓄積するのが比較的速くなる。アー
ク放電によって生じる粒状の砕片は、産業全体の歩留りを減少させる主な原因で
ある。ＡＣ動作によって若干の改善がもたらされるが、上記の問題を無くすため
には何もなされていない。

【００１４】現行技術に関する別の問題とは、被覆機内の基材に対するマグネトロンの幾何
学的配置によって、堆積した絶縁膜の化学量論量が変わり易くなる可能性がある
ことである。基材は大抵の場合、いくつかの機械的移送手段によって、マグネト
ロンのすぐ下をその長さに直角な方向に通り過ぎる。基材付近の反応ガスの分圧
は一定であるので、得られる被膜の化学量論量を均一にしようとする場合には、
堆積領域上の瞬間的な堆積速度も一定である必要がある。これは通常事実とは異
なり、現行技術ではそれを正すために、その上面での堆積速度がほぼ一定である
堆積領域を狭いスリットに対して遮る必要がある。これは、利用可能な堆積フラ
ックスの使用の効率を５０パーセント以上低下させる。被覆の化学量論量のばら
つきは、光学的被膜の場合には問題ではなかったが（透明である限り）、後続の
処理を必要とする製品、または応力レベルに関する要件を有する製品の場合には
、重大な問題になる可能性がある。堆積後の被膜の化学エッチングは、変わり易
い被膜の化学量論量が許容されないと考えられる一例である。また、光学的に透
過性があり、適度なしかし均一な導電性を維持しなければならない半導体被膜は
均一な化学量論量を有する必要もある。

【００１５】反応によって高速で絶縁被膜を堆積させるためのプロセス制御は、従来、非常
に困難であった。ターゲットと基材の間の反応ガスの分圧のいくらか分離するバ
ッフルにより、「ポイゾン」モードの終わり頃に短時間の動作が可能になり、こ
の場合、バッフリングを行わない場合に比べてごくわずかに堆積速度が向上した
。しかしいつもこのプロセスは、真空システムの浄化、基材からの汚染物の引き
込み、ターゲットのエロージョン（浸食）、基材の動き、およびその他のファク
タに起因してドリフトすする。絶縁被膜を堆積させるためのプロセス制御の改善
について第‘５０９号特許に記載されたが、この特許では、プラズマ電位が一定
の所望の値に保持されるように反応ガスの流れを変化させるため、フィードバッ
ク回路を使用した。これにより制御が改善され堆積速度が増したが、フィードバ
ック・ループはアークに対して不安定であり、いくつかの被膜では、例えば酸化
アルミニウムでは、同じ反応ガス流の場合、２種の異なる被膜組成に対応する２
つの電圧値がある。このシステムは、これらのタイプの被膜には不安定であり、
１つの電圧から別の電圧に素早く移る可能性がある。

【００１６】ＡＣ電源を使用して誘電材料を堆積させるための従来技術のスパッタリング装
置が、以前引用したＬｅｈａｎ他による米国特許第５，８１４，１９５号に記載
されている。図１ａは、ＡＣ電源で電力が供給される、Ｌｅｈａｎ他のスパッタ
リング・システム１の概略図である。チャンバ２には、基材４上に位置決めされ
たチューブ状ターゲット３ｂを支持する一対の、水平に取り付けられた回転可能
な円筒形マグネトロン３ａが取り付けられている。ＡＣ電源５の二極は変圧器６
に接続されており、その出力は、固定された可変インピーダンス制限コンデンサ
７を通してマグネトロン３に接続されている。磁石アセンブリ８は、チューブ状
ターゲットの表面上にスパッタリング・エロージョン・ゾーンを作り出す。この
装置は、Ｌａｔｚによる第‘５０９号特許に教示されているものと事実上同一で
あり、第‘５０９号特許の平面マグネトロンを単に回転可能な円筒形マグネトロ
ンに代えただけである。Ｌｅｈａｎ他は第‘１９５号特許において、エロージョ
ン・ゾーンを通り過ぎるターゲットの回転によって、部分的にターゲットから落
ちた誘電体の蓄積材料をエロージョン・ゾーンから除去し、それによってアーク
放電を低減させるのを助けると主張している。これは、アーク放電を低減させる
のに明らかな助けとなるが、アーク放電を無くすより良い解決策は、変圧機６お
よびコンデンサ７を必要としないことと考えられる。

【００１７】図１ｂは、図１ａのチューブ状ターゲット３ｂ内の、磁石アセンブリ８の拡大
概略図である。１つのチューブ状ターゲットの磁石９ａ、９ｂ、および９ｃと、
別のチューブ状ターゲットの磁石１０ａ、１０ｂ、および１０ｃは、磁界１２ａ
および１２ｂによって決まるエロージョン・ゾーンを形成する平行な汚染領域（
電子に関する）１１ａおよび１１ｂを生成する。磁石９ｂが９ａと９ｃの反対向
きであり、磁石１０ｂが１０ａと１０ｂの反対向きであることが磁界の概略的な
形状から暗に示される他は、磁石の極性については何も指定されていない。この
図では、磁石の全てがチューブ状ターゲット３ａの幾何学的中心から外に放射状
に向いている。マグネトロン間の距離１３は約１〜３インチであると述べられて
いるが、（接地された）チャンバ壁からの距離１４および１５は、約４インチか
またはそれ以上であるべきである。この幾何学的配置により、スパッタされるフ
ラックスは、基材の堆積領域全体にわたって不均一になる。

【００１８】従来技術のスパッタリング装置および方法は、要求の厳しい（特に高度な技術
の）製造環境で絶縁被膜および半導体被膜を制御可能に高速堆積させるための、
経済的で実行可能な解決策を提供することができない。前述の方法のそれぞれに
は、一般に反応性スパッタリングに関連する１つまたは複数の問題がある。必要
なのは、反応ガスの分圧分離のための複雑な幾何学的バフリング、物理的に分か
れた被覆ゾーンと反応ゾーン、アーク抑制回路の付加、または堆積後の熱処理を
必要としない、絶縁被膜および半導体被膜の高速堆積のための改善されたスパッ
タリング装置および制御プロセスである。ハイテク製品に関する適用例では、バ
ッフルおよびシールドからのアーク放電および被覆剥離を含む全ての出所からの
粒状の砕片は、絶対的に最小限にまで低減させなければならず、被膜の化学量論
量は、被膜の厚さ前体にわたって均一に保たれなければならない。さらに、この
プロセスは、堆積中の基材の加熱を最小限に抑えなければならない。

【００１９】上記引用した特許および参考文献の全てと、１９９８年７月２７日付けの米国
特許開示第４４３１１０号および１９９８年９月１４日付けの第４７４４０６６
号を、追加の開示のために参照により本明細書に組み込む。

【００２０】（発明の概要）したがって本発明の目的は、誘電膜または半導電膜を高堆積速度で基材にコー
ティングする装置およびプロセスを提供することにある。

【００２１】本発明の第２の目的は、長期の装置動作期間にわたって正確に制御することが
できる安定な堆積プロセスを提供することにある。

【００２２】本発明の他の目的は、制御された均一な化学量論量を有する誘電膜および半導
電膜を生成する装置およびプロセスを提供することにある。

【００２３】本発明の他の目的は、絶縁膜を堆積させる装置およびプロセスであって、アー
クおよびフレーキングからの微粒子状破片のレベルが大幅に低減した装置および
プロセスを提供することにある。

【００２４】本発明の一態様によれば、堆積装置が、真空室中に垂直に取り付けられた少な
くとも１セットの改良型２連回転可能シリンダ形マグネトロンを備える。このマ
グネトロン・セットには、バッフル、シールディング、真空ポンプ（１つまたは
複数）および適当なバルビングが関連付けられる。これらは全体として、半分離
型のスパッタリング筐体またはモジュールを構成する。好ましいマグネトロンの
垂直（重力方向）取付けによって、ターゲット・チューブをその直径と比較して
相対的に長くすることができ、そのため、互いに近接して取り付けても、機械的
変形による断続的な接触および亀裂が生じない。磁石アセンブリは、それぞれの
マグネトロンに対して、レーストラックの平行な側面（それぞれのレーストラッ
クの平行な側面は一対の線光源に接近する）に沿った非常に幅の狭いエロージョ
ン・ゾーンを提供するよう、意図的に（すなわち従来の技術とは逆に）設計され
る。これらの平行エロージョン・ゾーンは、ターゲットおよび任意の反応材料を
高速にスパッタリングする非常に高いプラズマ密度を有する。さらに、平行エロ
ージョン・ゾーンは、堆積原子あたりより高い平均エネルギーで膜が形成される
低圧でのスパッタリングを可能にする。これらの非常に幅の狭い高プラズマ・エ
ロージョン・ゾーンによって、受け入れ可能なマグネトロン動作に対するしきい
回転速度を低くすることができる。これはこれらが、比較的に高い反応ガスの分
圧の存在下でさえも、マグネトロンを金属モードで動作させ続けるのに有効であ
るからである。狭幅の高プラズマ平行エロージョン・ゾーン間の距離、垂直に取
り付けられた基材のマグネトロンに対する配置、基材および互いに向かってのレ
ーストラックのポインティング角は、比較的に幅広く、効率的（７５％超）な一
定のフラックス堆積領域が基材に形成されるように最適化される。これによって
、膜の化学量論量を実質的に均一にする一定反応ガス分圧での高堆積速度が達成
される。回転可能シリンダ形設計は、適当に実施した場合、冷却水流量を大きく
して、一般的な平板マグネトロンで可能であるよりも高いエネルギー密度、高い
堆積速度でのスパッタリングを可能にする。マグネトロンの垂直取付けは、シー
ルドおよび隣接する構造からのフレーキングによる基材微粒子汚染を最小限に抑
える。設計上の非常に重要な改善は、１〜１２ｒｐｍを超える回転速度で信頼性
の高い動作を提供する真空中の全ての回転水シールの排除である。

【００２５】本発明の他の態様によれば、周波数範囲約１０〜数百キロヘルツのＡＣ電源を
用いた２連回転可能マグネトロンの動作からいくつかの有利な特性が得られる。
このモードでは、ＡＣ電源の極が電気的に浮遊した（接地されていない）２連回
転可能マグネトロンの電極間に直接に接続される。先に説明したＡＣ動作と高プ
ラズマ密度エロージョン・ゾーンとの組合せが、一方のマグネトロンがＡＣ電源
の負サイクルでスパッタリングしているときに、他方のマグネトロンが、電源へ
の低く一定の電気抵抗リターン・パスを提供することを保証する。互いに向かっ
て角度を持たせたレーストラックによるプラズマの高電力密度およびレーストラ
ック・エロージョン・ゾーンの近接が、７５１号特許および１９５号特許に比べ
て大幅に改善されたマグネトロン間の結合を提供する。この配置の結果、真空シ
ステムの機械的構造の他の部分を導電性とする必要が一切なくなり、したがって
、所望ならばこのような構造を絶縁材料だけから作ることができる。開始時から
このプロセスが電気的に一定に保たれることを保証するため、マグネトロンの近
くの構造が、電気的な絶縁表面（すなわちコーティング）を有することが望まし
い。ＡＣ電源の周波数は、特定材料向けのアークを最小化し、解離特性における
周波数共鳴を利用することによって２原子反応ガス分子から単原子化学種をより
効率的に形成するよう（広い範囲から）選択することができる。

【００２６】本発明の他の態様によれば、予め選択した一定電圧でＡＣ電源回路を動作させ
、さらに、システムのポンピング速度、スパッタリング・ガスの流量および反応
ガスの流量を一定に保つことによって、プロセス制御が大幅に改善される。これ
らのパラメータが堆積膜の化学量論量を固定し、このプロセスが長い動作期間に
わたって安定を維持することが分かった。このプロセスは、ターゲットと基材の
間に反応ガス分圧の物理的分離を提供する精巧なバッフルの方式が必要ないとい
う意味で、反応ガスをシステムに加える方法に対して敏感でない。複数の２連マ
グネトロン・セットを同じ真空室中で動作させる場合には、制御ループ間のクロ
ストークを減らすため、異なるマグネトロン・セット間に専用のポンプおよびバ
ッフルを有する半分離型の筐体中にそれらを配列する（すなわち、先に説明した
モジュールを形成する）のが有利である。

【００２７】本発明の利点は、新規の装置およびプロセスが、電気絶縁コーティングおよび
半導電コーティングを、長時間にわたって非常に高い堆積速度で生成することが
できる点にある。

【００２８】本発明の他の利点は、電気絶縁コーティングおよび半電導コーティングが、従
来技術を使用して生み出されるコーティングに比べ、高いレベルの化学量論的均
一性を有する点にある。

【００２９】本発明の他の利点は、優れた密度、硬さおよび堆積性を有する誘電コーティン
グが高エネルギー低圧堆積プロセスによって得られる点にある。

【００３０】本発明の他の利点は、ターゲットと基材の間の反応ガスの分圧分離を維持する
ためのバッフルの使用および基材の付近だけへの反応性のガスの注入を排除でき
る点にある。

【００３１】本発明の他の利点は、複数のウェハ基材を同時に高スループットで処理するこ
とができ、したがって、製造およびクリーンルーム床面積要件を同じ合計出力に
対しておよそ１桁減らすことができる点にある。

【００３２】本発明の以上の特徴、態様および利点、ならびにその他の特徴、態様および利
点は、以下の説明、添付の請求項および添付図面を検討することによってより完
全に理解されよう。

【００３３】（詳細な説明）本発明において使用される改善された回転可能なデュアルの円筒形マグネトロ
ンは、ともに平行して取り付けられた２つの類似した個々のマグネトロンからな
る。大きさまたは設計細部の小さな差は、それらがともに適正に機能する能力に
影響しない。図２ａは、デュアル型形態を形成するために第２のマグネトロンと
対にされる典型的な回転可能な単一円筒形マグネトロンの切開等角図である。こ
の装置の主要部は、電気的絶縁性をもたらす取り付け用のフランジおよびカラー
２０、回転式の真空フィードスルー２１、絶縁性の調節フランジ２２、スパッタ
リング（またはターゲット）材２３、プーリーまたはギアなどの回転する受け手
段２４、電気整流器２５、ターゲット・サポート・チューブ２６、および冷却用
流体（通常は、水）の導入口および排出口２７を含む。回転しない副チューブ２
８はチューブ２６と同心状であり、マグネット・アセンブリ（図示されず）を支
え、冷却用流体に対する導チューブとなっている。取り付け用のフランジおよび
カラー２０は、デュアル組の第２のマグネトロンを同じ構造で取り入れるように
広げることができる。その特性に依存して、チューブ状のターゲット材２３は、
比較的薄い壁厚のチューブから加工することができ、あるいは支持チューブまた
は担持チューブ３０に結合させたチューブ状ターゲット材２９から構成され得る
。例えば、アルミニウムまたは銅のターゲットは単一チューブから加工すること
ができ、これに対して、カーボンのターゲットは、より強固な材料（例えば、モ
リブデンまたはステンレス鋼）の支持チューブに結合させなければならない。チ
ューブ状ターゲット材２９および支持チューブ３０はともに、スパッタリングを
生じさせながら（Ｒと表示された２つの太矢印線によって示されているようない
ずれかの方向で）回転する。マグネトロンは、図面において破断３１により示さ
れているように同じ基部断面を有し、１フィートもの短さから、数フィートの長
さにまですることができる。長さに関する限界は、組み立てにおいて使用された
材料の強度、ターゲットチューブの直径および厚さ、ならびに装置の取り付け方
向から生じる。垂直的な取り付けが、冷却剤が満たされたときにひどくなるター
ゲットチューブに対して重力により誘導される曲げ負荷を最小限にするために、
そして得られたコーティング物における破片の混入を最小限にするために好まし
い。

【００３４】マグネトロン設計のさらなる細部は、図２ａの断面図である図２ｂに概略的に
示されている。図２ａに示されている要素と共通する要素は、同じ数字によって
示されている。上部および下部のチューブ状ターゲットの支持体３２および３３
（それぞれ）は、静的なＯ−リング３４によって真空シールおよび水密化される
。ターゲット・サポート・チューブ２６は、（例えば、溶接によって）チューブ
状ターゲットの支持体３２に永続的に取り付けられてシールされるか、あるいは
その部品は、１つの材料片から加工することができる。３つのベアリング３５は
、副チューブ２８を電気整流器２５とともに、そしてマグネット・アセンブリま
たはケージ３６を支持クランプ３７と一緒に固定したままにすることができ、一
方、プーリー２４、チューブ２６、ターゲット材２３（図１ａ）、ならびに支持
体３２および３３はベアリング３８に対して回転する。マグネット・アセンブリ
３６は、通常は基材位置に関して固定されたままであるが、この設計では、マグ
ネット・アセンブリの独立した回転または振動をも可能にする。これは、静止し
た基材を横切ってスパッタリング浸食域（エロージョン領域）が走査される。こ
れは静止した基材を通り過ぎるのとは対照的である。磁気メモリ・ディスクのコ
ーティングは、この動作様式が有用であり得る一例である。

【００３５】１つの実施形態において、Ｏ−リング３９は、回転するターゲット・サポート
・チューブ２６に対する動的な真空シールをもたらすために使用している。好ま
しい実施形態において、シール３９を含むフィードスルー２１は、より確実な市
販のフェロ流動型シールで置き換えられる。いずれかの実施形態において、フィ
ードスルー２１は、取り付け用フランジ２０に対して静的なＯ−リング・シール
４０によってシールされる。水の導入／排出の配置２７は、高流速により、高出
力動作（すなわち、大きな蒸着速度）のための廃熱を除くことができる。それに
は、開口部４２を介してターゲット・ハウジングに冷水を導入させるチューブ４
１を含む。内部のチューブ（図示されず）は、開口部４２をマグネット・アセン
ブリ３６の底の別の開口部に接続する。その後、水がマグネット・アセンブリ３
６の面に沿って流れ、頂部から排出される。その後、水は、排出口２７に、チュ
ーブ２８およびチューブ２６の間に存在するチューブ状通路に沿ったチューブ２
８内の穴を通って戻される。この設計の重要な特徴は、信頼性の問題を生じさせ
る動的なシールが水と真空との間に存在しないことである。

【００３６】図３ａは、それぞれが図２ａおよび図２ｂに概略的に示されている１組の円筒
形のマグネトロンの詳細な断面概略図である。この断面は、図２ｂのマグネット
・アセンブリ３６の細部を示すためにチューブ状ターゲットを通った断面である
。前記の図面の要素と共通する要素には同じ数字が付けられている。マグネトロ
ンの断面は、方向を除いて同一であるので、対応する要素は一度しか示されてい
ない。従来のスパッタリング動作において、マグネット・アセンブリ３６は、基
材面（すなわち、図３ａの面Ｂまたは面Ｃ）に対して固定されたままである。し
かし、いくつかの特殊化されたコーティングを行うために、マグネット・アセン
ブリ３６を、図３ａにおいてデュアル矢印により示されているように、いずれか
の方向で基材面に対して回転または「走査」することができる。マグネット・ア
センブリ３６は、互いに同調的に、あるいは互いに独立的に動作することができ
る。１つの実施形態において、マグネット・アセンブリは相互に機械的に連結さ
れており、その結果、それぞれのアセンブリの走査運動は同じである。別の実施
形態において、マグネット・アセンブリは基材の上を交互に走査する。マグネッ
ト・アセンブリの走査運動時に、ターゲットは両方のマグネット・アセンブリお
よび基材面に対して回転し続け、ターゲット材の利用性が改善される。

【００３７】それぞれのマグネット・アセンブリ３６は、耐水性の磁石合金から組み立てら
れた支持プレート４５を備え、中央４６ａおよび外側マグネット４６ｂ（矢印は
磁化方向を示す）ならびにそれらと一緒にされる磁極片４７を有する。極片４７
は、マグネットがより小さな個々のマグネットの列から組み立てられた場合には
、マグネット４６ａおよび４６ｂによってもたらされる磁場を平滑化するのを助
ける。半円形の非磁性ハウジング４８は支持プレート４５にＯ−リング４９によ
ってシールされ、冷却剤に曝されることによるマグネットの腐食が防止される。
マグネット４６の（矢印で示される）磁化方向は逆にすることができ、そして装
置は等しく十分に機能する；しかし、特定のシステムで使用されるすべてのマグ
ネット・アセンブリは、通常、対応する磁化方向を有する。チューブ状ターゲッ
ト２９は暗スペース・シールド５０ａによって取り囲まれ、マグネット・アセン
ブリによって規定されるプラズマ領域に開口部を有する。暗スペース・シールド
５０ａとチューブ状ターゲット２９との隙間Ｇは約０．１０インチであり、これ
は、数ミリトルの圧力でのスパッタリングに対して典型的な距離である。シール
ド５０ａは、（図示されているように）電気的に浮動させることができ、あるい
はシステムの基部に連結することができる。シールドは、スパッタリング領域を
越えて通過することによって実質的に清浄化されたチューブ状ターゲットの表面
領域を遮蔽する。‘１９５号特許に教示されている従来技術とは異なり、これら
の清浄化領域は、ＡＣ動作時に陽極または電気帰還経路として機能しない。マグ
ネトロンの中心間距離は、チューブ状ターゲット２９の表面が１インチ未満（好
ましくは、約０．５インチ）である距離５０ｂによって隔てられている。距離５
０ｂは、‘１９５号特許に教示されている距離よりもはるかに小さい。しかし、
これは、マグネトロン間の結合を改善するために必要である。ハウジング４８内
の溝５１は、冷却剤が、チューブ状ターゲットの加熱されたエロージョン区域の
裏側に沿って導かれることを助ける。

【００３８】マグネット４６ａおよび４６ｂは、好ましくは希土類（ＮｅＦｅＢ）型であり
、非常に大きなエネルギー密度を有する。マグネットは、エロージョン区域５３
を規定するアーチ状の磁場５２（１種の競馬場型の領域）をもたらす。マグネッ
ト・アセンブリ３６は、中央マグネットと外側マグネットとの距離を最小限にし
て、大きな磁場強度を有する狭いエロージョン区域を得るように意図的に組み立
てられる。図面には、中央マグネットが、Ｎ磁場およびＳ磁場の総エネルギーを
近似的に均衡させるために、外側マグネットの２倍の厚さで示されている。平行
したエロージョン区域間の（下記に議論されている）距離Ｄを最適化するために
、中央マグネットを、それらの間の所定の距離によって２列に分離することが必
要となる場合がある。そのような場合、すべてのマグネットは同じ厚さを有しな
ければならない。この組合せは、低圧、高出力動作を可能にするターゲット材２
９の上方に（５００ガウスを越える）非常に大きな水平磁場を可能にする。マグ
ネット・アセンブリ３６は、互いに対称的に配置される。図３ａには、ソース面
５６および５８は、狭いエロージョン区域（ソースの近似線）およびソース面に
直交する基準面５４を含むとして、そして典型的にはマグネトロンから数インチ
である位置５５で交差するマグネトロンの円筒軸を含むとして同定される。基準
面間の内角θは、大部分の基材位置の場合には９０°未満である。

【００３９】図３ａの点５５を通る破線Ａは、基材面用の可能な位置を図示している。本発
明のためには、点５５を通る面は、従来技術により示唆されているように、最適
な基材面ではない。（マグネトロンに一層近い）破線Ｂおよび（マグネトロンか
ら一層遠い）破線Ｃによって示される基材面はより最適な位置と考えられるが、
その正確な位置は、装置の形状および構成の細部に依存する。チューブ状ターゲ
ット２９の直径、エロージョン区域間の隙間Ｄ、および基材の位置は、スパッタ
リング流束の比較的一様な分布および効率的な利用の両方が基材で得られるよう
に選ばれる。

【００４０】図３ｂは、エロージョン区域間の距離Ｄを増大させるためのマグネット・アセ
ンブリ３６の別の構成を概略的に図示する。他の点では、図３ｂは図３ａと類似
し、共通する要素には同じ数字が付けられている。図面に示されているように、
中央マグネット４６ａは、１列の代わりに２列からなり、外側マグネット４６ｂ
は、中央マグネット４６ａと同じ厚さである。磁場５２によって形成されるそれ
ぞれのエロージョン区域の幅は、図３ａの幅とほぼ等しい；しかし、エロージョ
ン区域間の幅Ｄは、マグネット４６ａのほぼ幅だけ大きくなっている。幅Ｄは、
チューブ状ターゲット２９および支持チューブ３０の直径を大きくすることによ
って、そしてマグネット・アセンブリの幅を広げることによってさらに大きくす
ることができる。中央マグネット４６ａと外側マグネット４６ｂとの間隔は、磁
場５２およびエロージョン区域５３が変化しないように保つためにほぼ同じに保
たれるが、デュアル列のマグネット４６ａは離される。

【００４１】図３ｃは、２つの異なる材料を、一方を他方の上に蒸着させるためにデュアル
円筒形マグネトロンを使用することを図示する。図３ｃは、暗スペース・シール
ド５０ａからほぼ基材位置Ｂまで広がる中心バッフル５９を除いて図３ａと類似
している。またターゲット材２９は互いに異なる。基材が位置Ｂに沿って輸送さ
れると、バッフル５９までの第１の材料層が最初にコーティングされ、その後、
バッフル５９の反対側で第２の材料層が直ちにコーティングされる。これは、第
１層がバックグラウンド汚染物に曝されることを最小限にし、そして第２の材料
層を第１層の上面にエピタキシャル形成させることができる。このタイプの蒸着
が重要である一例が、その基部クロム層の上に磁気メモリ層をコーティングする
ことである。境界でのエピタキシャル・コーティング成長は、磁気メモリ層にお
いて正しい特性を得るためには重要である。

【００４２】物質の交互の層で静止した基材をコーテイングするのに特に適した発明の一つ
の方法では、バッフル５９は基材を夫々のマグネトロンエロージョン区域に曝す
のに充分な長さに短縮してある。又ソースの面５６と５８のシールド５０ａの開
口は各マグネット・アセンブリーがそれぞれのマグネット・アセンブリーの動き
につれてシールドがエロージョン区域に触れずに震動するように大きくしてある
。この震動の結果、対象フラックスの主方向を表す基準面５４が固定基材を横断
して前後に動くことになる。この方法の各マグネトロンはマグネットアセンブリ
ーが第１の物質を第２の物質で被う為に震動する時に直流電力で継続的に発火す
る。このプロセスは多数回繰り返され物質を交互に重ねた多数層を作る。マグネ
ット・アセンブリーの震動の間に、チューブ状のターゲットは発明のその他の方
法と同じく堆積プロセスの間にターゲット材の均等な消費を確実にするために回
転する。

【００４３】図４ａは図３ａの中の基準面５４に垂直な面の上にあり、又マグネトロンから
数インチの所にある単一エロージョン区域からの加速されたフラックスの相対的
な分布の図である。スパッターされたフラックス分布はガウス曲線にほぼ似た形
で、Ｗは最大フラックスの半分での曲線の幅を示す。基材位置の近くのシールド
の開口が示され、それを通してピーク周辺の比較的均一なフラックスが基材に届
く。反応ガスの一定した部分的圧力は基本的に化学量論量が均一な基盤の上に堆
積膜を作る；しかしながら、スパッタ−されたフラックスの大部分は基材に届か
ず、シールド上にとらえられる。これは使用できるスパッターされたフラックス
の使用が非常に非能率であることを示す。

【００４４】４ａはスパッターされたフラックスの利用を大きく改善した方法を示す。ここ
では、マグネトロン上の第２スパッタリング・エロージョン区域のガウスタイプ
のフラックス分布が第１に加えられるが、それは幅Ｗが約半分の幅にオフセット
されねばならない。この二つの分布の配列は、図４ａに比べてもっと幅の広いシ
ールドの開口によって示されているように，比較的広く又均一なフラックスの分
布を基材（点線）に作る。フラックス使用能率は倍加する。この結果を得るため
にはマグネトロン上のスパッタリング・エロージョン区域（図３ａのＤ）の分割
でガウスタイプ曲線の幅Ｗとほぼ等しくする事が必要である。正しい形を決定す
る最も直接的な方法はパラメータＤがすぐに変更できるマグネトロンにより作ら
れる堆積均一性の測定である。個々のマグネトロンが図４ｂに示すフラックス分
布を作るように設計され調整された後で、デュアル・バージョンに対するレイア
ウトは対の間に包含された角度θ（図３ａ）を各マグネトロンからの分布の中央
が所定の基材位置での幅Ｗの二倍になるように設定して完成する。図４ｃはこの
結果を図として示す。一つのマグネトロンからの分布はダッシュの曲線で表し、
もう一つのほうからのものはべたの曲線で表す。点線カーブは比較的広いシール
ド開口のある基材でのその結果のフラックス分布を示す。この配置での均一なフ
ラックス分布の能率は利用できる総フラックスの７５％以上である。この配列を
可能にするために、基材位置は図３ａの面Ｂまたは面Ｃの近くになければならな
い。それは面Ａであってはならない、そこはマグネット・アセンブリーからの基
準面５４が大きな能率の損失なしに又はフィルムの化学量論量の均一性を減ずる
ことなしに交差する所である。

【００４５】以前に論じたように設計で二列の中央マグネットを使うことで、エロージョン
区域（図３ｂ）の間の間隔Ｄを増すことができる。元の間隔の約２倍で（即ち、
２倍のＷ）二つのエロージョン区域からの二つのガウスタイプ分布がいずれの分
布の一つから約２倍の幅で分離されている。角度θ（図３ｂ）は図４ｃに示すの
と等しい以前の基材位置でのフラックス分布を再び提供するように少量調整する
。図４ｄはこのようにして得られた均一のフラックス分布を図示する。二つのダ
ッシュの曲線は一つのマグネトロンからの分布を示し，又二つのべた曲線はもう
一つのマグネトロンからの分布を示す。各分布は基準面５４（図３ｂ）に対して
対称で，それらは幅Ｗでお互いにオフセットしている。以前のサンプルでのよう
に、もし基材が面Ａに置かれれば能率が失われる（図３ｂで）。

【００４６】図３ｃに図示するように、第１の異なった層の上の第２の層のエピタキシャル
堆積では、各マグネトロンは４ｃに示すパターンで堆積するように設定される。
角度θ（図３ｃ）はシールド開口の端を（図４ｂに示す）バッフル５９（図３ｃ
）の端に置くように調整される。これはバッフル５９の夫々の側で最大量の均一
な堆積を与え、第１のコーテイングが終わり第２のエピタキシャル形成コーテイ
ングが始まる箇所で高いコーテイング率を与える。

【００４７】この発明はいろいろな形で実施できるが、スパッタリング装置（モジュール）
の基本的な例が図５ａと５ｂの上部平面図に図示してある。壁とバッフル６０ａ
と６０ｂが主として６０ａでは円形配置であり、６０ｂでは直線配置であること
以外は、それらは基本的に機能が同じである。各モジュールは６０ａと６０ｂに
より規定される閉所内の大気とスパッタリング・ガスの為の部分的ポンプとなる
バルブ６１とポンプ６２に関連する。その閉所は真空室の壁で構成され、または
真空室の内部のバッフルで構成される。デュアル回転シリンダ・マグネトロンは
マグネット・アセンブリー３６と共に共通フランジ２０の上に載ってお互いにシ
ールド開口Ｓに向かって角度をとって向き合っている。それによってスパッター
されたフラックスが基材に届く。マグネトロンは、示されているように対にわた
って接続された交流で動作させられる。スパッタリング囲いの中へのスパッタリ
ング・ガスの導入は以前の方法にくらべると、この方法でははるかに位置に余裕
がある。裏壁を通してのガス注入（ガスとラベルをつけた矢印で図に示す）は便
利である。機械の内側で、ガスは更にチューブを通して進み（図示していない）
マグネトロンとシールド開口Ｓの間へ、及び一方または双方へ、マグネトロンの
長さに沿って放出するために移動する。以前の方法では必要であったスパッタリ
ングの部分圧力と反応ガスを分離するためのガスの独立注入に伴うターゲットと
基材の間のバッフリングは必要ない。安全上の理由から、電力供給ケースと機械
は共通のアースに接続する。

【００４８】マグネトロンは安定した又はパルスの直流または交流電力の全ての組み合わせ
で作動する。しかしながら、誘電体フィルムの堆積には、交流モードが長期の処
理の安定性を提供しアークを大きく減らすので望ましい。直流に対して交流がよ
いもう一つの利点は、反応ガスの約半分の流れが交流電力で同じ堆積率とコーテ
イング化学量論量を得るのに必要な全てだからである。交流電力の周波数は、コ
ーテイング用途によって、典型的に１０から数百キロヘルツである。低い限度は
プラズマが交流電力の交互の負のサイクルの間に消えないようにプラズマ再構成
時間より早く選ぶ。

【００４９】原則的に、スパッタリング処理は特殊コーテイングに対してパラメータのセット
を固定することにより安定され、制御される。重要なパラメータはポンプ速度、
アルゴン（即ち、スパッタリング）ガスフロー、反応ガスフローと電力供給電圧
で構成する。それらの全ては単純に堆積中に一定に保つ。これらの条件で、全て
のその他のパラメータを変えないで制御電圧レベルの小さな変化は、フィルムの
化学量論量における小さいが安定した、繰り返し出来る変化でなる。これはもし
機械の形が時間内に固定される、基材が堆積中に動かないことを意味するときに
のみ厳密に当てはまる。もし基材が動けば、またはもし堆積中にシステムの形に
何らかのその他の変化が起これば、ポンプ速度が変わる。実際には、基材が動い
ているときのポンプ速度はシステム設計で最小にすることができるが、この発明
で教えるように、完全に取り除く事はできない。ポンプ速度への基材の運きの効
果を補正する為に、反応ガスフローはサーボ制御され、総放出パワーをほぼ一定
に保ち同時に電力供給は一定の電圧で行われる。代わりに、サーボ制御は電流を
一定に保つ。それは電圧が固定されているので、電力を一定に保つのと等しい。
これは制御システムの微調整を可能にする。それは通過システムで大きな基材を
コーテイングするのに最も有効である。直流モードは有用ではない、なぜならア
ークが反応ガス制御ループを不安定にし震動させるからである。

【００５０】マグネトロンの回転スピードは一定の平均閾値以上でなければならない、それ
は以前論じた様に電力レベル、反応ガスフローとエロージョン区域内のプラズマ
密度のような要素で決定される。最も良い方法は実験で決める事であるが、しか
し原則的には、一回転の間にターゲット上に一つまたは二つの単一層を作るよう
に選択される。よりあつい層はスパッタリング率を下げ、又アークの起こるチャ
ンスが増える。実際には、ほぼ１０と１００ＲＰＭの間の回転率はスパッターさ
れる材料の反応特性によってはしきい値以上である。デュアルセットの各マグネ
トロンを同じスピードで回転させるのは好ましいが、必須条件ではない。

【００５１】この発明で達成できるプロセス制御の例として、単一対の回転可能シリンダー
マグネトロンからの酸化アルミニウムの堆積の結果を図６にグラフとして示す。
プロットは酸化アルミニウムの堆積率をフルスケールのパーセントにおける制御
電圧の関数として、オングストローム／秒の単位で示している。総スパッタリン
グ圧力は３ミリトルから１５ミリトルの範囲で、酸素部分圧力は、そのプロセス
が大部分を消費するので、総圧力の小さなパーセントに過ぎない。各電圧制御位
置では酸素フローはマグネトロン当たり２キロワットに総電力を一定に保つよう
に調整された。マグネトロンは約４０ＲＰＭの回転率で動作された、しかしなが
ら、処理は回転スピード全体で安定していた。フィルムは３ミリトルと５０％電
圧で作られ、又６ミリトルと４７％では少し吸収され、その他の全ては光学的に
クリアであった。電気的には全て絶縁であった。スパッタリング圧力が増すにつ
れ、比較的低い電圧でフィルムは化学量論量になり（即ちクリア）、本質的に圧
力の増加に伴いプラズマ電位差の通常の低下を追う。ＲＦダイオードとＲＦマグ
ネトロン・スパッタリングによる酸化アルミニウム堆積のための本方法は１−４
オングストローム／秒の堆積率であり、現在の発明より少ない１桁以上少ない。

【００５２】図７は図５ａに説明したモジュール６個で構成されたスパッタリング装置の見
取り図である。以前の図に共通する要素は同じ数字のラベルを打ってある。その
装置は、周辺の周りに垂直に取り付けたデュアル円筒形回転マグネトロン６６の
セットを備えた円形真空チャンバ６５で構成されている。マグネトロンのセット
は真空バルブ６１とチャンバー６５の外周の上に置かれマグネトロンと放射的に
配置されたポンプ６２とに関連している。内部シールドとバッフル（見えない）
とともに、ポンプと夫々のマグネトロンの対との緊密な関係は、５ａに示したよ
うに比較的制限されたスパッタリング閉所またはモジュールを決める。この配置
は基材の運きの間のポンプ速度の変化を最小にし、それは処理制御に望ましい。
取り外しできる蓋またはフランジ６７はモーター６８で回転する基材ホルダー（
見えない）を支持している。真空チャンバ６５の直径はコーテイング用途によっ
て２フィートから数フィートの範囲である。この装置の組み込みは薄膜レコーデ
イング・ヘッドと集積回路に使用するウエハのような基材のバッチ・コーテイン
グに有効である。望ましい実施形態では基材での粒子汚染を最小にするために垂
直にマグネトロンが取り付けられるが、マグネトロンを水平に配置するために全
体のユニットをその側面に（９０度回転）取り付けてもなお機能する。

【００５３】図７に図示されたスパッタリングマシーンの平面図は、図８に概要的に示され
る。明確のために、同じマシーンの平面垂直図が図８ｂに与えられる。図５ａお
よび図７で説明されたそれらに共通の要素は、両図において同一数字が付されて
いる。マシーンは図５に説明される６つの基礎スパッタリング・モジュールから
構成される。追加される細部は、コーティングされる基材を実装するための６つ
の等しい側面を持つ回転基材ホルダ６９を含む。しかしながら、湾曲矢印によっ
て示されるように堆積中にマグネトロンに関連して回転可能である限り、他の形
状（８角形、円形等）を採用することもできる。図２ｂにおいて回転マグネトロ
ンに対して説明したように、メカニズムを介する同様な供給によって基材冷却用
の内部通路（図示せず）が含まれる。図８ｂに描かれるようにホルダ６９は、周
りの２列の丸い基材を収容するために充分に高いが、機械の高さは基材の異なる
数の列をコーティングするために図示よりも短くても長くてもよい。対称的に位
置する内部の垂直パネルまたはバフル７０は、一対のマグネトロン間に共通スパ
ッタリング・ガスの部分圧力の半分離を与える。それらは６つの基礎スパッタリ
ング・モジュール間の壁を決める。この程度の分離は独立プロセス制御を許可す
るのに充分である。さらに、パネル７０は、真空からロード下にあるときに、機
械の上端および下端プレートの歪みに対して余分な支持を提供するように設計し
てもよい。これはより薄い材料での構成を可能として機械全体の重量を削減させ
る。

【００５４】対称的に配置された湾曲したパネル７１がスパッターされたフラックスの制御
用シャッタ・システムの一部であるシールドを形成している。それらは清掃のた
めに取り外し可能であるべきで、パネル７０には固定的にかまたは固定的でなく
良い取り付けられる。。６個の対称的なパネル７２が回転シャッタを形成してい
る。そのシャッタはターゲット開始と安定の間は閉じられ（図示位置）、コーテ
ィング動作の間は開いている。このシャッタは薄壁シリンダの外側に６個の対称
な開口をあけることによって形成される。この開口は固定パネル７１の間の開口
の形に対応している。図示の閉じた位置から３０゜シャッタを回転させると、シ
ャッタ・パネル７２が固定パネル７１に半径方向で整列し、シャッターを開き、
スパッターされたフラックスが基材に達することができるようになる。回転シャ
ッター７２は図示のようにシールドパネル７１によって形成される円の内側に配
置されてもよく、また、開いたときにバッフル７０と干渉しない実施形態の場合
はシールド・パネル７１によって形成される円の外側に配置しても良い。シャッ
タ・シリンダ７２はアクチェータ又はモータ７３（図８ｂ）によって回転させら
れる。基材位置とパネル７１の間のシールド開口は基材位置での均一かつ有効な
フラックス分布を生成するための前述した幾何学的要求に対応している。

【００５５】スパッタリング・ガス（通常アルゴン）と反応ガスが図５ａで述べたようにデ
ュアルマグネトロン６６のセットの近くに導かれる。マグネトロン源を横切る基
材の回転によって、かつ装置の対称的な形状によって、各基材はスパッターされ
たフラックスを９０゜から４５゜以下の角度で受ける。このようにして、システ
ムが低スパッタ圧、高電力、高堆積率で動作しながら、ステップ・カバレッジが
基材トポロジー（形状）全体にわたって達成される。このような高堆積率及び良
好なステップカバレッジでの高エネルギー、反応マグネトロン・コーティングは
従来の装置や処理装置では不可能である。

【００５６】デュアルマグネトロン・スパッタ源の数や真空チャンバの形に限らず、機械設
計における可能な変形を含んでいる。図９ａはデュアル回転円筒形マグネトロン
と関連する基礎スパッタリング・モジュールの４セットだけを備えた機械の平面
図である。他の構成は形と機能の双方において図８ａの機械と同じである。真空
チャンバは円形が望ましいが、円形である必要はない。図９ｂと９ｃは４対のマ
グネトロンの場合における真空チャンバの代わりの多角形形状（それぞれ六角形
と四角形）を示している。マグネトロン対の数が異る機械に対しては他の形状が
適切であろう。特殊なコーティングの例に対しては、マグネトロン対の数、チャ
ンバの形、シールド幅、基材ホルダの形その他はコーティングの特定の要求に合
うように選択される。コーティング要求には非常に高いネット堆積率、特別に高
いステップ・カバレッジ及び科学量論の厳しい制御などが含まれるであろう。

【００５７】他のコーティング要求は先に論じたよりも処理に関して厳格な要求である。例
えば、酸化物と窒化物のような異なる物質の交互の層を基材にコーティングする
必要がある。この場合、処理の分離と制御は、マグネトロンの１セットの近くで
注入された酸素を他のセットの近くに注入される窒素から分離するために機械の
異なったコーティング領域を物理的にうまく分離する必要がある。図１０ａと１
０ｂは、異なる処理ガスの分離を改良した機械設計の実施形態の平面図と側面図
である。図７、８ａ、８ｂに示したものと共通な要素は同じ番号で示している。
図１０ａは処理を分離するのに必要な変形例を示している。そこでは湾曲したパ
ネル７１が基材ホルダ６９に接近させて配置している。その際、ホルダ６９のコ
ーナ７５が湾曲したパネル７１に接近させるが、接触させないようにして動的シ
ールを形成するようにしている。パネル７０は、湾曲したシールド・パネル７１
と機械の外側の壁との間のバリアとなっており、先の例のように、機械の上下端
でタイトに結合されている。基材ホルダ６９は、少なくとも一つのコーナが常に
一つの処理領域から他の領域への経路に沿って存在するような数のコーナを持っ
ている。ホルダ６９が処理の間に回転するとき、一つの堆積モジュールで処理ガ
スを捕らえ、それを他へ移動させるボリューム７６が形成される。また、もし基
材ホルダ６９の高さが主真空チャンバの内部高さより低いと、上端又は下端又は
双方に沿って開口が存在し、処理ガスの望ましくない混合が生じる。このガスの
混合を防ぐため、羽根７７（基材ホルダ６９の上下端で）が中央円形羽根７８
に取り付けられ、上下端の動的バリアを形成している。さらに、これらの羽根構
成はボリューム７６に連結されたトラップ・ボリュームを形成している。ホルダ
が回転すると、それらのトラップ・ボリュームがガスのクロス汚染を除くため（
例えばターボポンプのような）ポンプのセットによって吸引される。

【００５８】上述した設計概念は異なる物質の交互層をコーティングする場合だけでなく、
モジュール間の漏れの程度が増加することによって処理制御がより困難になるシ
ステムの場合、同じ物質のコーティングにも同様に有効である。この条件は、ポ
ンピング速度が減少し、処理によって引き起こされる化学ポンピング（すなわち
ゲッタリング）がシステムの利用可能なポンピング速度の相当の割合となる場合
に生じる。あるシステムでは、堆積速度がポンピング速度の増加を伴わずに増加
した場合や、何らかの理由でポンプが他の構造によって制限されたときにも、こ
れが生じる。

【００５９】上述した異なった物質の交互層をコーティングするとき又は改良された処理制
御の例は、二つのポンプと二つのデュアル回転マグネトロン源（すなわち二つの
基礎モジュール）を備えたシステムで示される。しかし、この概念はポンプ及び
マグネトロン源のより多くの数にも拡張することができる。図１１に４個のポン
プと４個のデュアル回転マグネトロン源（４この基礎モジュール）の例の平面図
を示す。適切なガス分離を維持するため、基材ホルダ６９は先の例の６側面では
なく８つの側面を持つように変形され、コーナ７５によって形成される少なくと
も一つのシールが処理の間に常にパネル７１と係合するようにされている。さら
に、先の例の二つではなく四つのポンプ７９によって吸引されるより多くのトラ
ップ・ボリュームがある。

【００６０】図１２は、相対的に大きく、平坦な基材を直線上に通過させるモードでコーテ
ィングする装置の第２実施形態の概念的設計を示している。このコーティング機
械は、ロード（装填）・ロックとアンロード（取出し）ロック・チャンバ８１，
堆積チャンバ８２，及び他の処理ステップ（例えば、加熱、エッチング、アニー
ルなど）に使用する補助チャンバ８３として機能する、適切に変形された個々の
チャンバ８０の組み合わせとして示されている。チャンバ８３が堆積チャンバ８
２の間に配置されると、それは処理分離の追加のポンプを備えたバッファ・チャ
ンバになる。ロードとアンロード・チャンバを除いて、機械の残りの部分を機能
を分離した内部区域を備えた単一の長いチャンバとすることができる。最小限、
機械はロード及びアンロード・チャンバ８１の端部に、処理のために基材を空気
中から真空へかつ最後に空気中へ戻すための真空分離バルブすなわちドア８４を
備えている。大きさが数フィートにもなる大きな平坦基材８５を機械的又は磁気
的浮遊搬送機構（図示せず）によって機械の中を通す。堆積チャンバ８２は両側
に垂直に取り付けられたデュアル回転円筒形マグネトロン２０及び関連する真空
バルブ６１とポンプ６２が取り付けられている。それらは図５ｂに示された直線
配列のスパッタリング・モジュールである。図示の機械はそれぞれの堆積チャン
バ８２の両側にデュアル回転マグネトロンの二つの対（２モジュール）が示され
ているが、単一モジュール又は３モジュール以上の実施形態も可能である。

【００６１】図１３は図１２の堆積処理チャンバ８２の拡大した、詳細な平面図である。図
１２の要素に対応している図１３の要素は同じ符号を付けている。堆積チャンバ
は基材搬送機構部を含むチャンバ８２に取り付けられた、四つの図５ｂに説明さ
れたものと同じ基礎スパッタリング・モジュールを備えている。デュアル回転円
筒形マグネトロン２０が以前のように共通フランジに取り付けられて示されてい
る。この構造は必ずしも必要ではないが、マグネトロンの正確な配置を維持した
り、取り外しやメンテナンスに便利である。交流電源が図５ｂに示されたように
安全に接地されてマグネトロン対に接続されている。この実施形態においては、
デュアルマグネトロン対の間で内部パネル９０がガス環境の分離を行って、基礎
スパッタリング・モジュール対を形成している。代わりに、マグネトロンの各セ
ットが独立した取り付けユニットとなるように、パネル９０を分離真空壁として
形成することができる。シールド９１は基材８５が（矢印方向に）通過中に堆積
源によって高度に均一にフラックスを分布させる（以前に説明した）要求に合致
するように設計され、設置されている。スパッタリング・ガスの混合又はスパッ
タリングモジュールの処理制御システム間の処理漏れがシールド９１の開口の結
果として生じる。

【００６２】コーティングが１タイプ、例えば酸化物であるとき、図１３に示されたモジュ
ールの４セットはそれぞれ独立に制御できるようにし、かつ類似のモジュールの
いくつかを互いに直接リンクすることもできる。しかし、酸化物コーティングが
窒化物（又は他のマッチしない反応）コーティングに続く場合は、窒化物モジュ
ールを酸化物モジュールに直接続けてはいけない。図１２に示したように、クロ
ス汚染を防ぎかつ独立に制御できるようにするために、自身の真空ポンプと部分
圧力分離バッファを含むバッファ・チャンバを酸化物処理モジュールと窒化物処
理モジュールとの間に配置する。

【００６３】本発明をある好ましい実施形態に関連してかなり詳細に説明したが、他の例も
可能である。したがって、添付した請求の範囲の精神と範囲は個々に含まれる好
ましい例の記載に限定されない。

【図面の簡単な説明】

【図１ａ】ＡＣ電源を使用する最近の従来技術のスパッタリング・システムの概略図であ
る。

【図１ｂ】図１ａに示した従来技術のスパッタリング・システムとともに使用されるシリ
ンダ形マグネトロンの断面図である。

【図２ａ】さまざまな装置実施形態で使用される一対の回転可能シリンダ形マグネトロン
の１つを示す３次元透視図である。

【図２ｂ】装置中で使用される回転可能シリンダ形マグネトロンの設計および構造の詳細
を示す垂直断面図である。

【図３ａ】装置中で使用される回転可能シリンダ形マグネトロンの設計および構造の詳細
を示す水平断面図である。それぞれのマグネトロンの２つのエロージョン・ゾー
ン間の間隔Ｄは変更することができる。

【図３ｂ】狭幅の平行エロージョン・ゾーン間の距離を可変にすることができる磁石アセ
ンブリの代替設計を示す水平断面図である。

【図３ｃ】第１の材料層の上に別の第２の材料層をエピタキシャル・コーティングする２
連シリンダ形マグネトロンの使用を示す水平断面図である。

【図４ａ】回転可能シリンダ形マグネトロン上の狭幅のエロージョン・ゾーンの１つから
の基材面内のスパッタリングされたフラックスのガウス分布状分布を示す概略図
である。Ｗは、ピーク高さの１／２での全体分布幅であり、ピークの周囲の比較
的に小さいが、ほぼ一定の堆積領域を分離するシールド開口が概略的に指示され
ている。

【図４ｂ】１つの回転可能シリンダ形マグネトロンの２重侵食ゾーンからの基材面での最
適フラックス分布を概略的に示す図である。

【図４ｃ】図４ｂの分布に対する基材面でのフラックス分布の最適組合せを示す概略図で
ある。破線は、一方の回転可能マグネトロンからのフラックス分布に対応し、実
線は、第２の回転可能マグネトロンからのフラックス分布に対応する。幅広く比
較的に均一な堆積ゾーンを分離するシールド開口が概略的に指示されている。

【図４ｄ】基材面でのフラックス分布の代替の最適組合せを示す概略図である。破線は、
一方の回転可能マグネトロンからのフラックス分布に対応し、実線は、第２の回
転可能マグネトロンからのフラックス分布に対応する。幅広く比較的に均一な堆
積ゾーンを分離するシールド開口が概略的に指示されている。

【図５ａ】主にバッチ・コーティング機で使用される基本的なスパッタリング・モジュー
ルの一実施形態を示す上面図である。

【図５ｂ】主にインライン機で使用される基本的なスパッタリング・モジュールの一実施
形態を示す上面図である。

【図６】本発明の処理および制御特徴を使用した絶縁酸化アルミニウム・コーティング
に対する異なる圧力での堆積速度対放電電圧のグラフである。

【図７】連続環状モードでウェハ状基材をコーティングするのに有用な装置の一実施形
態を示す３次元透視図である。

【図８ａ】図７に示した装置実施形態の上面図である。

【図８ｂ】図７に示した装置実施形態の側面図である。

【図９ａ、９ｂおよび９ｃ】異なる形状の真空チャンバを使用する代替の装置実施形態を示す上面図である
。

【図１０ａ】２セットの２連回転可能シリンダ形マグネトロン間のガス分離を示す、一装置
実施形態の上面図である。

【図１０ｂ】図１０ａに示した実施形態の側面図である。

【図１１】４セットの２連回転可能シリンダ形マグネトロン間のガス分離を示す、一装置
実施形態の上面図である。

【図１２】比較的に大きな平面基材をシングル・パスでコーティングするためのインライ
ン装置実施形態を示す３次元透視図である。

【図１３】２連シリンダ形マグネトロン・スパッタリング・モジュールの詳細を示す、図
１２の堆積領域の上面図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ターゲット材にエロージョンを生じさせて基材上に堆積する
マグネトロン・システムであって：第１及び第２の円筒形チューブ状のターゲットを備え、それぞれのターゲット
はその中心軸線を中心に回転自在であり、それら第１及び第２のターゲットは、
それらの軸線が相互に平行であって且つそれらの表面が相互に接近した状態に、
配置されており；前記第１及び第２のターゲットそれぞれ中に、それぞれの長さに沿って配置さ
れた第１及び第２のマグネット・アセンブリを備え、各マグネット・アセンブリ
は各ターゲットの外表面上に磁界のレーストラックを与えるよう構成され、前記
磁界のレーストラックは、各ターゲットのターゲット材がターゲットの長さに沿
った相互に平行状の一対のエロージョン・ゾーンからエロージョンが生じるよう
、プラズマ・ガスを閉じこめ、前記一対のエロージョン・ゾーンは各ターゲット
のソース面を定め、各マグネット・アセンブリは、各ターゲットの平行状の一対
のエロージョン・ゾーン相互の距離を固定するよう構成されて各ターゲット用に
ターゲット材フラックスの領域を生成するものであり；各ターゲットからの全ターゲット・フラックスのより多くの部分が、すなわち
各ターゲット上の単一のゾーンからの場合に比べてより多くの部分が、前記基材
へのターゲット材の堆積に使用され；前記マグネット・アセンブリの相互の向きは、前記基材の位置において、前記
ソース面にそれぞれ垂直で前記ターゲットの軸線をそれぞれ通る１対の平面の相
互間に内角が形成され、各ターゲットのターゲット材フラックスは、組合わされ
れることにより、前記基材の位置に、ターゲット個々による場合に比べてより広
い領域にわたって一様なフラックスが生成されることを特徴とするマグネトロン・システム。
【請求項２】請求項１記載のマグネトロン・アセンブリにおいて、前記円
筒形チューブ状のターゲットは、ターゲット材を保持し且つそのターゲット材を前記マグネット・アセンブリに
対して回転可能にするターゲット・サポート・アセンブリを含むことを特徴とするマグネトロン・アセンブリ。
【請求項３】請求項２記載のマグネトロン・アセンブリにおいて、回転速
度およびエロージョン・ゾーンにおけるプラズマ・ガスの濃度は、前記ターゲッ
トの回転中にターゲット材が前記エロージョン・ゾーンから離れている前記ター
ゲット上の位置に堆積することを防止するものであることを特徴とするマグネトロン・アセンブリ。
【請求項４】請求項２記載のマグネトロン・アセンブリにおいて、前記回
転速度は、１０から１００ＲＰＭの範囲にあることを特徴とするマグネトロン・アセンブリ。
【請求項５】請求項１記載のマグネトロン・アセンブリにおいて、さらに
、前記第１の円筒形チューブ状のターゲットに電気的接触をしたアースされてい
ない第１電極を備え、前記第２の円筒形チューブ状のターゲットに電気的接触をしたアースされてい
ない第２電極を備え、前記第１の電極はＡＣ電源の第１の極から電力を受け且つ前記第２の電極はＡ
Ｃ電源の第２の極から電力を受け、前記第１のターゲットおよび第２のターゲッ
トは、前記ＡＣ電源の前記第１および第２の極の極性の交番に伴って、交互に活
動状態となってターゲット材を前記基材に堆積させ、活動状態にない方のターゲ
ットは、低く一定状の電気抵抗を呈して、前記ＡＣ電源への戻りパスを提供する
ことを特徴とするマグネトロン・アセンブリ。
【請求項６】請求項５記載のマグネトロン・アセンブリにおいて、前記ＡＣ電源の前記第１の極が前記第２の極に対して負であるとき、前記第１
の円筒形チューブ状のターゲットは、活動状態となってターゲット材を前記基材
に堆積させ；前記ＡＣ電源の前記第２の極が前記第１の極に対して負であるとき、前記第２
の円筒形チューブ状のターゲットは、活動状態となってターゲット材を前記基材
に堆積させることを特徴とするマグネトロン・アセンブリ。
【請求項７】請求項５記載のマグネトロン・アセンブリにおいて、前記Ａ
Ｃ電源のｒｍｓ電圧は一定であることを特徴とするマグネトロン・アセンブリ。
【請求項８】請求項１記載のマグネトロン・アセンブリにおいて、前記円
筒形チューブ状のターゲットの表面の相互間は、３．８１〜２．５４ｃｍ（１．
５〜１インチ）の範囲の距離だけ離間されていることを特徴とするマグネトロン
・アセンブリ。
【請求項９】請求項１記載のマグネトロン・アセンブリにおいて、前記基
材は、前記ソース面に直交する一対の平面の交線の位置ではないが当該位置の近
傍の距離に位置させられていることを特徴とするマグネトロン・アセンブリ。
【請求項１０】請求項９記載のマグネトロン・アセンブリにおいて、前記
基材は、前記交線よりも近い距離に位置させられていることを特徴とするマグネ
トロン・アセンブリ。
【請求項１１】請求項９記載のマグネトロン・アセンブリにおいて、前記
基材は、前記交線よりも遠い距離に位置させられていることを特徴とするマグネ
トロン・アセンブリ。
【請求項１２】請求項９記載のマグネトロン・アセンブリにおいて、前記
交線は、前記円筒形チューブ状のターゲットから数インチにあることを特徴とす
るマグネトロン・アセンブリ。
【請求項１３】請求項１記載のマグネトロン・アセンブリにおいて、単一
のエロージョン・ゾーンからのターゲット材フラックスは、ガウス・カーブの分
布を持ち、そのガウス・カーブの幅は当該カーブの２つの１／２点の間の距離で
ある、ことを特徴とするマグネトロン・アセンブリ。
【請求項１４】請求項１３記載のマグネトロン・アセンブリにおいて、各
前記ターゲットにおける平行なエロージョン・ゾーンの相互間の距離は、単一の
エロージョン・ゾーンに対するガウス・カーブの幅にほぼ等しく、前記基材にお
ける前記一対のエロージョン・ゾーンからのターゲット材フラックスは、単一の
エロージョン・ゾーンの場合に比べて大きなフィールドにわたって一様であり、
前記一対のエロージョン・ゾーンに対するガウス・カーブが交差する点に中心を
有している、ことを特徴とするマグネトロン・アセンブリ。
【請求項１５】請求項１４記載のマグネトロン・アセンブリにおいて、前記第１及び第２のターゲットに関する前記平面の相互間に形成される前記内
角は、それらのターゲットからの分布の中心間が、所望の基材位置に、単一のガ
ウス・カーブの幅の２倍だけ離間しており；双方の前記ターゲットからのターゲット・フラックスがほぼ一様であるフィー
ルドには、双方の前記ターゲットからの全フラックスの相当の部分が含まれてい
ることを特徴とするマグネトロン・アセンブリ。
【請求項１６】請求項１５記載のマグネトロン・アセンブリにおいて、ターゲット・フラックスがほぼ一様である前記フィールドには、双方の前記タ
ーゲットからの全フラックスの７５％が含まれていることを特徴とするマグネトロン・アセンブリ。
【請求項１７】請求項１３記載のマグネトロン・アセンブリにおいて、各
前記ターゲットにおける平行な前記エロージョン・ゾーン間の距離は、単一のエ
ロージョン・ゾーンの場合のガウス・カーブの幅のほぼ２倍であり、前記基材に
おける前記一対のエロージョン・ゾーンからのターゲット材フラックスの分布の
中心は、前記ソースに対するガウス・カーブが相互に交差する点にあることを特徴とするマグネトロン・アセンブリ。
【請求項１８】請求項１７記載のマグネトロン・アセンブリにおいて、前記第１及び第２のターゲットに関する前記平面の相互間に形成される前記内
角は、各前記ターゲットからの分布の中心は、前記基材の所望位置において、単
一のガウス・カーブの幅だけ離間しており、双方の前記ターゲットからのターゲット・フラックスがほぼ一様である前記フ
ィールドには、双方の前記ターゲットの全フラックスの相当の部分が含まれてい
ることを特徴とするマグネトロン・アセンブリ。
【請求項１９】請求項１８記載のマグネトロン・アセンブリにおいて、タ
ーゲット・フラックスがほぼ一様である前記フィールドには、双方の前記ターゲ
ットの全フラックスの７５％の部分が含まれていることを特徴とするマグネトロン・アセンブリ。
【請求項２０】ターゲット材にエロージョンを生じさせて基材上に堆積す
るマグネトロン・システムであって：第１及び第２の円筒形チューブ状のターゲットを備え、前記第１のターゲット
のターゲット材は前記第２のターゲット材と異なっており、それぞれのターゲッ
トはその中心軸線を中心に回転自在であり、それら第１及び第２のターゲットは
、それらの軸線が相互に平行であって且つそれらの表面が相互に接近した状態に
、配置されており；前記第１及び第２のターゲットそれぞれ中に、それぞれの長さに沿って配置さ
れた第１及び第２のマグネット・アセンブリを備え、各マグネット・アセンブリ
は各ターゲットの外表面上に磁界のレーストラックを与えるよう構成され、前記
磁界のレーストラックは、各ターゲットのターゲット材がターゲットの長さに沿
った相互に平行状の一対のエロージョン・ゾーンからエロージョンが生じるよう
、プラズマ・ガスを閉じこめ、前記一対のエロージョン・ゾーンは各ターゲット
のソース面を定め；各前記マグネット・アセンブリは、各ターゲットの平行状の一対のエロージョ
ン・ゾーン相互の距離を固定するよう構成されて各ターゲット用にターゲット材
フラックスのほぼ一様な領域を生成するものであり；各前記ターゲットからの全ターゲット・フラックスのうちの、各ターゲットに
単一ソースを用いた場合に比べて、より多くの部分を、前記基材にターゲット材
を堆積するのに用いることができ；前記ターゲットの相互間に配置されたバッフルを備えて、前記基材における前
記ターゲット材フラックスの領域を相互に分離し、前記基材が第１のターゲット
材を受けて前記基材上に第１の層が形成され、そして、前記基材が各ターゲット
からのターゲット材領域を抜けるにともなって、前記基材が第２のターゲット材
を受けて前記第１の層の上に第２の層が形成されるよう構成されていることを特徴とするマグネトロン・システム。
【請求項２１】ターゲット材にエロージョンを生じさせて基材上に堆積す
るマグネトロンであって：円筒形チューブ状のターゲットであって、その中心軸線を中心に回転自在であ
る円筒形チューブ状のターゲットを備え；前記ターゲットそれぞれ中に、その長さに沿って配置されたマグネット・アセ
ンブリを備え、そのマグネット・アセンブリは前記ターゲットの外表面上に磁界
のレーストラックを与えるよう構成され、前記磁界のレーストラックは、各ター
ゲットのターゲット材がターゲットの長さに沿った相互に平行状の一対のエロー
ジョン・ゾーンからエロージョンが生じるよう、プラズマ・ガスを閉じこめ、前
記マグネット・アセンブリは、各ターゲットの平行状の一対のエロージョン・ゾ
ーン相互の距離を固定するよう構成され、全ターゲット・フラックスの多くの部
分が、ターゲット材を前記基材に一様に堆積することに使用されることを特徴とするマグネトロン。
【請求項２２】請求項２１記載のマグネトロンであって：前記ターゲットに電気的接触をした電極を備え、前記電極は外部電源から電力
を受けて前記ターゲット材の前記基材への堆積に十分な電位で前記ターゲットが
チャージされるようにされている、ことを特徴とするマグネトロン。
【請求項２３】請求項２１記載のマグネトロンであって、前記円筒形チュ
ーブ状のターゲットはターゲット材支持アセンブリを備え、このターゲット材支
持アセンブリは：ターゲット・サポート・チューブを備え；チューブ状のターゲット材を保持する円筒形のターゲット支持チューブを備え
；このターゲット支持チューブの端部にそれぞれ設けられた第１及び第２のター
ゲット支持チューブ用支持体を備え、前記第１の支持体は前記ターゲット・サポ
ート・チューブに同軸に設けられ、これらのターゲット支持チューブ用支持体お
よび前記ターゲット支持チューブとによりチャンバが形成され；ターゲット材支持アセンブリを回転させる回転力を受ける手段を備えていることを特徴とするマグネトロン。
【請求項２４】回転ドライブを受けるための手段はプーリであることを特
徴とする請求項２３記載のマグネトロン。
【請求項２５】回転ドライブを受けるための手段はギアであることを特徴
とする請求項２３記載のマグネトロン。
【請求項２６】ターゲットサポート・チューブ内に取り付けられ、バッキ
ングチューブおよびターゲットサポート・チューブを介して第２のターゲットバ
ッキングチューブサポートから延びるサブチューブと、ターゲット材料のために充分なチャージを供給するサブチューブと接触して基
材上へのターゲット材料の堆積中にカソードとして機能する、サブチューブ上に
実装された電気整流子とをさらに備えることを特徴とする請求項２５記載のマグネトロン。
【請求項２７】マグネット組立体はサブチューブに実装されることを特徴
とする請求項２６記載のマグネトロン。
【請求項２８】サブサポート・チューブ内に取り付けられ、注入される冷
却液を受ける入力孔を第２のバッキングチューブサポートの近くに有する冷却液
チューブをさらに備え、冷却液は、入力孔を持つ一端と反対のサブチューブ他端の近くの冷却液用出力
孔から排出されることを特徴とする請求項２６記載のマグネトロン。
【請求項２９】マグネット組立体はサブチューブに実装され、マグネット
組立体は冷却液チューブからの冷却液によって冷却されることを特徴とする請求
項２８記載のマグネトロン。
【請求項３０】マグネット組立体は、水密性マグネット合金から構成されるバッキングプレートと、バッキングプレート上に置いてシールされた状態でチューブ状のターゲットの
内周部分に取り付けられ、かつバッキングプレートとの間の複数のマグネット室
および筒状ターゲットおよびハウジングの湾曲部分の間に形成された複数の冷却
室を定義する半円非磁性ハウジングと、ターゲット材料に対する磁界を生じるために、マグネット室内に配置された複
数のマグネットと、筒状ターゲット上に取り付けられ、筒状ターゲットとの間には固定サイズのギ
ャップが存在し、かつプラズマガスによる浸食に対して筒状ターゲット物体のゾ
ーンを定義するためにプラズマガスに筒状ターゲットを露出させる開口を有する
筒状形状のークスペースシールドとを含むことを特徴とする請求項２１のマグネトロン。
【請求項３１】マグネットは非常に高いエネルギー密度を有する希土類元
物質料から作られることを特徴とする請求項３０のマグネトロン。
【請求項３２】希土類元物質料はＮｅＦｅＢであることを特徴とする請求
項３１のマグネトロン。
【請求項３３】複数のマグネットの各マグネットは個々により小さいマグ
ネットのアレイを含み、アレイから生じる磁界を収める磁極片を有することを特
徴とする請求項３０のマグネトロン。
【請求項３４】複数のマグネットは中央グループと２つの外側グループと
から構成され、グループの両極性は筒状ターゲット上に１対の磁界アーチを定義
するようであり、各アーチの各頂点間のスペースはマグネットグループ間の適切
な距離によって定義されることを特徴とする請求項３０のマグネトロン。
【請求項３５】複数のマグネットは２つの中央グループと２つの外側グル
ープとから構成され、グループの両極性は筒状ターゲット上に１対の磁界アーチ
を定義するようであり、各アーチの各頂点間のスペースはマグネットグループ間
の適切な距離によって定義され、中央グループの１つのグループが使用されると
きに各磁束アーチの各頂点間のスペースはそれら頂点間のスペースよりも大きい
ことを特徴とする請求項３０のマグネトロン。
【請求項３６】複数のマグネットは、それらの間にスペースを有する２つの中央グループと、中央グループから所定距離隔ててすぐ近くに配置された２つの外側グループと
、グループの両極性は筒状ターゲット上に１対の磁界アーチを定義するようであ
り、各アーチの各頂点間のスペースはマグネットグループ間の適切な距離によっ
て定義され、かつ中央マグネットの２つのグループのみがそれらの間のスペース
無しで使用されるときに各アーチの各頂点間のスペースはそれら頂点間のスペー
スよりも大きい、を備えることを特徴とする請求項３０のマグネトロン。
【請求項３７】スパッタリングエンクロージャと、スパッタリングエンクロージャからの排出ガス用にスパッタリングエンクロー
ジャ上に実装された真空システムと、スパッタリングエンクロージャ内に直ぐ近くかつ互いに平行に配置された一対
の円筒形マグネトロンとを備え、各マグネトロンは、円筒形ターゲットの中央を通る軸に対し回転自在である円筒形ターゲットと、円筒形ターゲットの長手方向に沿ってその中に配置され、筒状ターゲットの外
面上に磁束路を供給するように構成されたマグネット組立体と、磁束路は筒状タ
ーゲットの長手方向に沿って一対のほぼ平行浸食ゾーンからターゲット材料を浸
食するためにプラズマガスを制限し、浸食ゾーンの各ペアは各ターゲットのソー
ス面を定義し、マグネット組立体は基材で実質的に均一なターゲット材料溶剤の
エリアを生じるように浸食ゾーン間の距離を固定して構成される、トータルター
ゲット溶剤の比較的大きな断片は単一ソースを持つよりも基材上にターゲット材
料を不均一に堆積させるのに利用される、マグネット組立体は、基材の位置で夾角が一対の面間にソース面に垂直にかつ
各ターゲットの軸を通って形成されるように互いに関連して方向付けされ、各タ
ーゲットのターゲット材料溶剤は各ターゲット別々よりは基材での均一な溶剤の
より広いエリアを生じるように併合する、各マグネトロンは電極を有し、それによってプラズマガスの組成を可能とする
ように電界がマグネトロン間に確立される、表面の実質的な断片が単一の回転においてマグネット組立体によるパスを引き
起こすように、マグネット組立体に対する回転速度を各筒状ターゲット表面に伝
える回転手段と、回転速度およびスパッタリング源におけるプラズマガスの密度
は筒状ターゲットの回転中にスパッタリング源から離れたターゲットに領域上に
おけるターゲット材料の蓄積を実質的に妨げるようであり、両磁極に交互に第１および第２の極を有する交流電流電源供給と、第１の極は
１つのマグネトロンの電極に接続されかつ第２の極は他のマグネトロンの電極に
接続され、交流電流電源供給は予め選択された定電圧で動作し、各マグネトロン
は両磁極における交互の極として基材上にターゲット材料を交互に堆積する、を備えることを特徴とする基材上にターゲット材料を堆積するためのスパッタ
リングモジュール。
【請求項３８】エンクロージャは、バフルと、マグネトロンの直線アレイ
用のシールディング手段を含むことを特徴とする請求項３７記載の装置。
【請求項３９】マグネトロンは、スパッタリングエンクロージャ内に垂直
に実装されることを特徴とする請求項３７記載の装置。
【請求項４０】反応ガスはスパッタリングエンクロージャ内に取り入れら
れ、反応ガスの流れは一定に維持されることを特徴とする請求項３７記載の装置
。
【請求項４１】反応ガスはスパッタリングエンクロージャ内に取り入れら
れ、反応ガスの流れは定電流を維持するようにサーボコントロールされることを
特徴とする請求項３７記載の装置。
【請求項４２】マグネット組立体の各々は、固定された基材位置に関し所
定パターンでマグネット組立体を独立してスキャンするデバイスを含むことを特
徴とする請求項３７記載の装置。
【請求項４３】交流電流電源供給は、十〜数百キロヘルツの周波数レンジ
で作動されることを特徴とする請求項３７記載の装置。。
【請求項４４】回転手段は１０〜１００ＲＰＭのレンジでマグネトロン用
の回転速度を供給し、マグネトロンはダイナミック真空−冷却液シールを含まな
いことを特徴とする請求項３７記載の装置。
【請求項４５】異なるターゲット材料およびバフルは、基材上の先行する
ターゲット材料上にエピタキシャルターゲット材料を形成するために用いられる
ことを特徴とする請求項３７記載の装置。
【請求項４６】ウェハ状の基材上に絶縁および半導体薄膜を堆積させるバ
ッチ・スパッタリング・マシンであって、真空チャンバ内に配置された１またはそれ以上の請求項３７に記載されたスパ
ッタリング・モジュールと、前記真空チャンバ内に配置され、基材を順次運搬しかつ前記スパッタリング・
モジュールの堆積領域を繰り返し通過させる取り外し可能な回転基材ホルダと、スタートアップ期間中に回転可能な前記円筒マグネトロンから基材を隔離する
シャッター手段とを備えるバッチ・スパッタリング・マシン。
【請求項４７】前記基材ホルダは、異なる材料のコーティングを順次および同時に可能とする前記スパッタリング
・モジュール間の動的シールを形成する請求項４６記載のバッチ・スパッタリング・マシン。
【請求項４８】前記基材ホルダは、コーティング動作中に前記基材ホルダ内に冷却液を通すための内部通路とフィ
ード・スルー手段を含む請求項４６記載のバッチ・スパッタリング・マシン。
【請求項４９】基材上に絶縁および半導体薄膜を堆積させるインライン・
スパッタリング・マシンであって、真空チャンバ内に配置された１またはそれ以上の請求項３７に記載されたスパ
ッタリング・モジュールと、基材を前記スパッタリング・モジュールを繰り返し通過させる直線運搬手段と
、連続的な流れの中で基材を大気からプロセスのための真空へし、大気へ戻す真
空ロード／アンロード手段とを備えるインライン・スパッタリング・マシン。
【請求項５０】前記スパッタリング・モジュールは、垂直方向に取り付けられて、基材の両面を同時にコーティングするために１対
が互いに対向して配置されている請求項４９記載のインライン・スパッタリング・マシン。
【請求項５１】筒状のターゲットと；前記筒状ターゲットを保持するターゲット保持アセンブリであって、外部駆動源から回転を受ける手段と、前記筒状ターゲットを支持する第１および第２の筒状ターゲット・サポート
であって、前記筒状ターゲットの一の開口に固定された前記第１の筒状ターゲッ
ト・サポートと他の開口に固定された前記第２の筒状ターゲット・サポートと；前記回転を受ける手段を前記第１の筒状ターゲット・サポートに接続するタ
ーゲット・サポート・チューブと；前記第１および第２の筒状ターゲット・サポートを前記筒状ターゲットにそ
れぞれシールする第１および第２のスタティック・Ｏリングの集合と；前記回転を受ける手段と前記ターゲット・サポート・チューブとの間の環状
リング内に配置され、回転を許容する一組のベアリングとを含む前記ターゲット保持アセンブリと；前記ターゲット保持アセンブリの回転を確保する取り付けアセンブリであって
、ボアを有し、静止した保持面に固定された断熱された取り付けフランジと；ボアを有し、前記取り付けフランジの前記ボア内に配置されたロータリー真
空フィードスルーであって、前記ロータリー真空フィードスルーの前記ボアは前
記ターゲット・サポート・チューブを受け、前記第１の筒状ターゲット・サポー
トは前記フィードスルー・ボアの一の開口に対して配置され、前記回転を受ける
手段は前記フィードスルー・ボアの他の開口の近傍に配置された前記ロータリー
真空フィードスルーと；前記取り付けフランジに対して前記フィードスルーをシールする一組のスタ
ティック・Ｏリングと；前記フィードスルー・ボア内に配置された前記ターゲット・サポート・チュ
ーブ前記フィードスルーをシールする一組のスタティック・Ｏリング・シールと
；回転のために前記ロータリー真空フィードスルーと前記ターゲット・サポー
ト・チューブとの間の第１および第２の環状リングとともにそれぞれ配置された
第１および第２のベアリングの組と；前記フランジ内の円筒状ポケット内において、前記第２の筒状ターゲット・
サポートを受け、回転を支持する断熱アライメント・フランジであって、前記フ
ランジ・ポケットと前記下部筒状ターゲット・サポートとの間の前記環状リング
内に配置された一組のベアリングを有する前記断熱アライメント・フランジとを
含む前記取り付けアセンブリと；前記筒状ターゲット内にその長さ方向に沿って配置されたマグネット・アセン
ブリであって、前記筒状ターゲット上に磁場を供給して前記筒状ターゲットのエ
ロージョン・ゾーンを規定するとともに、前記アセンブリを冷却する冷却液が流
れるパッセージを有するマグネット・アセンブリと；静止アセンブリであって、前記ターゲット・サポート・チューブ内に、前記筒状ターゲット内で同心円
状にかつ前記筒状ターゲットの長さ方向に沿って配置された二次サポート・チュ
ーブと；前記二次サポート・チューブに接続され、前記回転を受ける手段と電気的に
接触する電気整流子と；前記二次サポート・チューブ周辺に固定され、前記筒状ターゲットの内面に
前記マグネット・アセンブリを近接して保持する少なくとも２つのマグネット・
アセンブリ・サポート・クランプと；前記二次サポート・チューブとと前記第１および第２のターゲット・サポー
トとの間の第１および第２の環状ギャップ内にそれぞれ配置され、前記二次サポ
ート・チューブに関して上部および下部のターゲット・サポートの回転を許容す
る第１および第２のベアリングの組とを含む前記静止アセンブリと；冷却アセンブリであって、前記二次サポート・チューブ内でその長さ方向に沿って配置された冷却チュ
ーブであって、前記マグネット・アセンブリ内の前記冷却パッセージに接続され
て、前記マグネット・アセンブリ内および前記筒状ターゲットのエロージョン・
ゾーン近傍に冷却液を運ぶ前記冷却チューブと；冷却液を注入しかる加熱された液を前記冷却チューブから取り出す液入力お
よび出力ポートとを含む前記冷却アセンブリとを備えるマグネトロン・アセンブリ。
【請求項５２】前記ターゲット・サポート・チューブに対して前記フィー
ドスルーをシールするシールは、フェロフルイディック・タイプのシールである
請求項５１記載のマグネトロン・アセンブリ。
【請求項５３】前記取り付けアセンブリは、水平面に対して固定され、前
記筒状ターゲットが空中で垂直方向を向く請求項５１記載のマグネトロン・アセ
ンブリ。
【請求項５４】前記筒状ターゲットはキャリア・チューブを有し、前記キャリア・チューブは、前記第１および第２のターゲット・サポートに接
続され、前記ターゲット物質は前記キャリア・チューブの外面を覆っている請求
項５１記載のマグネトロン・アセンブリ。
【請求項５５】前記冷却チューブは、前記マグネット・アセンブリの前記
パッセージの一端に接続された第１の開口部と、前記マグネット・アセンブリの
前記パッセージの他端に接続された第２の開口部とを有する請求項５１記載のマ
グネトロン・アセンブリ。
【請求項５６】移動する基材上にターゲット物質を堆積し、所与の化学量
論量のコーティングを達成するスパッタリング処理を動作させる方法において、スパッタリング・ガスのフローを前記基材とターゲット物質とが存在する退避
チャンバ内に導入するステップと；反応ガスのフローを前記退避チャンバ内に導入し、前記ターゲット物質と前記
反応ガスとの組み合わせを前記基材上に堆積させるステップと；前記ターゲット物質を電圧源に接続し、スパッタリング・ガス・イオンに前記
ターゲット物質を侵食させるステップと；前記ターゲット物質上に強力な磁場を形成し、前記スパッタリング・ガス・イ
オンを前記ターゲット物質上の実質的に平行な一対のエロージョン・ゾーンに閉
じこめ、前記エロージョン・ゾーンが組み合わさって前記基材における実質的に
不均一なターゲット物質フラックスを生成するステップと；前記反応ガス・フローを制御し、前記移動する基材によるポンピング速度の変
動によって生じるコーティングの変動を補償するステップとを備えたスパッタリング処理を動作させる方法。
【請求項５７】請求項５６記載のスパッタリング処理を動作させる方法に
おいて：前記電圧源は、イオン化されたスパッタリング・ガスに電流を与え；フィード・バック・ループは、前記電流を一定に保持するよう反応ガス流を制
御することを特徴とする、スパッタリング処理を動作させる方法。
【請求項５８】請求項５６記載のスパッタリング処理を動作させる方法に
おいて：前記電圧源は、スパッタリング処理で消費される電力の指示を与え；フィード・バック・ループは、前記電力を一定に保持するよう反応ガス流を制
御することを特徴とする、スパッタリング処理を動作させる方法。
【請求項５９】請求項５６記載のスパッタリング処理を動作させる方法に
おいて：前記ターゲット物質は円筒形であり；前記ターゲット物質を、その中心軸線の周りで且つ前記ターゲットへの磁界に
対して回転させるステップを備え、ターゲット物質の利用度を向上させることを特徴とする、スパッタリング処理を動作させる方法。
【請求項６０】一対のターゲットからの物質を静止した基材へと、所与の
化学量論量のコーティングの達成するよう、堆積させるスパッタリング処理を動
作させる方法において：基材およびターゲット物質を収容している排気されたチャンバ内にスパッタリ
ング・ガス流を導入するステップを備え；前記排気されたチャンバ内に反応ガス流を導入してターゲット物質および反応
ガスの組み合わせを前記基材に堆積を生じさせる、反応ガス流を導入するステッ
プを備え；各ターゲット物質を電圧源に接続してスパッタリング・ガス・イオンが各ター
ゲットのエロージョンを生じさせる、電圧源に接続するステップを備え；各ターゲット物質上に強力な磁界を形成してスパッタリング・ガス・イオンを
各ターゲット物質上の平行な一対のエロージョン・ゾーンに閉じこめる磁界を形
成するステップを備え、それらのエロージョン・ゾーンの組み合わせにより基材
に一様なターゲット物質フラックスが生じ；スパッタリング・ガス流，電圧およびポンプ動作速度をほぼ一定に保つ維持ス
テップを備え；各ターゲット物質上に同期させて磁界をスキャンさせて各ターゲットからのタ
ーゲット物質フラックスを基材にわたってスイープさせるステップを備えている
ことを特徴とする、スパッタリング処理を動作させる方法。
【請求項６１】第１および第２のターゲットから第１及び第２の物質を交
互に層として静止した基材へ堆積させるスパッタリング処理を動作させる方法に
おいて：基材および第１及び第２のターゲット物質を収容している排気されたチャンバ
内にスパッタリング・ガス流を導入するステップを備え；第１及び第２のターゲット物質をそれぞれ電圧源に接続してスパッタリング・
ガス・イオンが各ターゲットのエロージョンを生じさせる、電圧源に接続するス
テップであって、第１及び第２のターゲット物質から交互に基材へと層が堆積さ
れるよう各ターゲットを交互に活性化させるステップを備え；前記第１のターゲット物質上に強力な磁界を形成してスパッタリング・ガス・
イオンを前記第１のターゲット物質上の平行な一対のエロージョン・ゾーンに閉
じこめる磁界を形成するステップを備え、前記第２のターゲット物質上に強力な磁界を形成してスパッタリング・ガス・
イオンを前記第２のターゲット物質上の平行な一対のエロージョン・ゾーンに閉
じこめる磁界を形成するステップを備え、各ターゲット物質のエロージョン・ゾ
ーンの組み合わせにより基材に一様なターゲット物質フラックスが生じ；スパッタリング・ガス流，電圧およびポンプ動作速度をほぼ一定に保つ維持ス
テップを備え；活性化されたターゲット物質上に個別に磁界をスキャンさせてターゲット物質
フラックスを基材にわたってスイープさせ、前記第１および第２のターゲット物
質からの層を前記基材に交互に堆積させるステップを備えていることを特徴とする、スパッタリング処理を動作させる方法。
【請求項６２】請求項６１記載の方法において、前記排気されたチャンバ内に反応ガス流を導入するステップを備え、第１及び
第２のターゲット物質からの層は、ターゲット物質および反応ガスの組み合わせ
できまり；反応ガス流を一定に保つステップを備えることを特徴とする、スパッタリング処理を動作させる方法。