JP2008524435A - マグネトロンスパッタリング装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はマグネトロンスパッタリングの分野に関する。これは、請求項の前文に記載の方法および装置に関する。係る方法および装置は、例えば表面処理技術、エッチング、およびコーティングに用途を見る。
本発明は一態様において、ターゲット利用の改善の必要性に取り組む。稼動時間と材料の効率的使用はスパッタリング技術の重要な経済的側面であり、本発明はこの側面の強化を可能にする。
ばターゲット利用と膜均質性の問題に対して異なる角度から取り組む。ただし、製品の品質(膜均質性)と経済的側面(産出高、保守、稼動時間、ターゲット利用)とに関し、今日の要求のもとでは両方の側面が重大である。
本発明の目的は、ターゲット利用の改善を図るマグネトロンスパッタリング機構をもたらすことであり、これは、非常に均一な厚み分布を有するスパッタ被覆膜を基板上に生成することを可能にする。
−スパッタリング表面の形状が、相互に垂直であって且つ少なくとも実質的にスパッタリング表面の鏡面対称軸である第1および第2の軸を規定するスパッタリング表面を有するターゲットを備えるターゲット機構と、
−前記スパッタリング表面の上で磁場を発生させるマグネット機構と、および
−前記磁場と前記スパッタリング表面との間で実質的に過渡的な相対移動を成立させることに適した駆動装置とを備え、
前記相対移動は、相互に垂直であって且つ経路の少なくとも凡そ鏡面対称軸である第3および第4の軸を規定する経路を描き、前記第3の軸は、前記第1の軸に対し少なくとも凡そ平行であり、前記経路は、少なくとも2つの尖ったコーナーを有し、各コーナーは、前記第3の軸と前記第4の軸の一方の上にある。
リング機構を備える。これはさらに、前記スパッタリング表面から距離を置き反対側に配置されスパッタ被覆される基板を保持する少なくとも1つの基板ホルダーを備える。
−前記スパッタリング表面の上で磁場を発生させるステップと、および
−相互に垂直であって且つ経路の少なくとも凡そ鏡面対称軸である第3および第4の軸を規定する経路を描く相対移動となるよう、前記スパッタリング表面に対し相対的に、凡そ併進移動にて、磁場を移動させるステップとを含み、尚前記第3の軸は、前記第1の軸に対し少なくとも凡そ平行であり、前記経路は、少なくとも2つの尖ったコーナーを有し、各コーナーは、前記第3の軸と前記第4の軸の内一方の上に少なくとも実質的に位置する。
少なくとも2つの尖ったコーナーの各々につき、
−尖ったコーナーに到達する前に相対移動の速度を減少させるステップと、
−尖ったコーナーに到達した後に相対移動の速度を増加させるステップとをさらに含み、−前記相対移動の最中に、相対移動の時間の少なくとも80%にわたり、具体的には少なくとも90%にわたり、より具体的には少なくとも95%にわたり実質的に一定の速度にて磁場を前記スパッタリング表面に対し相対的に移動させるステップをさらに含む。
−相互に垂直であって且つスパッタリング表面の少なくとも凡そ鏡面対称軸である第1および第2の軸を規定する形状を有するスパッタリング表面から距離を置き反対側に少なくとも1つの加工品を配置するステップと、
−前記スパッタリング表面の上で磁場を発生させるステップ;
−相互に垂直であって且つ経路の少なくとも凡そ鏡面対称軸である第3および第4の軸を規定する経路を描く相対移動となるよう、前記スパッタリング表面に対し相対的に、凡そ併進移動にて、磁場を移動させるステップと、尚前記第3の軸は、前記第1の軸に対し少なくとも実質的に平行であり、前記経路は、少なくとも2つの尖ったコーナーを有し、各コーナーは、前記第3の軸と前記第4の軸の内一方の上に少なくとも実質的に位置し、
−少なくとも1つの基板をスパッタ被覆するステップとを含む。
4の軸に対し少なくとも実質的に平行であり、
−第3の軸に対し平行な経路の最大延長に対する第4の軸に対し平行な経路の最大延長の比を表す値mを、スパッタリング材料に基づいて選ぶステップを含む。
さらなる好適な実施形態および利点は従属請求および図から現れる。
2004年12月17日出願の米国仮出願第60/637,164号は参照によりその全体が本願に援用される。
DC、AC、または混合(ACおよびDC)により、またはパルス電流により作動し、電場により放電を起こすスパッタリングソース。そこでACは、場合によってはRF範囲まで達すると理解する。ソースは通常、真空下で、ただし数mbarまでの圧力にて、アルゴン等の作業ガスにより作動する。公知の方法においては、反応性プロセスのため追加の反応性ガスを混合することがある。
個の永久マグネット42を備え、同永久マグネットは、図1にて磁力線沿いの点線48で示された磁場48をスパッタリング表面4の上に作る(生成する)ために配置される。マグネトロン磁場48は閉ループトンネル形磁場である。
ターゲット3a1(またはターゲットプレート3a1)は通常、棒形であり、スパッタリング材料を備える。ターゲット機構3は、少なくとも1つのターゲット3a1を備え、さらに一般的には冷却手段と、ターゲット3a1を保持する保持手段(ターゲットプレートホルダー)とを備える。
、例えば、もしも経路沿いの動きが太い矢印で示すとおりに始まるなら、まずは単一の準菱形が互いの左側に配置され、暫くたった後には、単一の準菱形を互いの右側に配置でき、これは全て反復する。
スパッタリング材料 アルミニウム (Al)
1つのターゲット(ターゲットプレート)の(Yにおける)長さ 260cm (L)
1つのターゲット(ターゲットプレート)の(Xにおける)長さ 20cm (W)
距離スパッタリング表面、至基板(パネル) 16cm (D)
図2から4に示すとおりのマグネトロンマグネット機構ジオメトリー
X方向における移動の大きさは±4cmである(m=0だから、これはY方向でゼロ)。
場の線はそのプレートに対し、プレートのジオメトリーにかかわりなく、垂直である。スパッタリング材料の放出は事実上全ての方向で起こるが、確率は異なり、これはADSMによって決まる。
導体基板を被覆するために使用できるが、特にはフラットディスプレイパネルの、特にはTFTまたはPDPパネルの基板を被覆するために使用できる。ソース1は、特にITO膜による、前記基板の反応性被覆に、または非反応性スパッタ被覆による前記基板の金属被覆に、使用できる。
以下の例では、ソース1、または室10、または真空被覆設備の可能なサイズを提示する。
マルチターゲット機構における隣接ターゲット間の横方向距離d:単一ターゲット機構の幅Bの最高15%、または最高10%、または最高7%、および/または1mm≦d≦230mm、または7mm≦d≦20mm;1平面沿いに配置されるターゲット機構3の未使用表面;ターゲット機構の幅B:60mm≦B≦350mm、または80mm≦B≦200mm;ターゲット機構の長さL:少なくともB、通常はこれよりかなり長い、例えば400mm≦L≦2000mm;ターゲットの末端エリア:例えば長方形または半円形。
被覆される基板表面FSの面積に対するスパッタリング表面4の面積FQの比VQS:VQS≦3。未使用ソース表面/被覆表面の最短距離D:例えば60mm≦D≦250mm;基板サイズ:例えば750mm×630mm、スパッタリング表面4:920mm×900mmを有するソースにより被覆、または基板サイズ:1100mm×900mm、スパッタリング表面4:1300×1200mmを有するソースによる。
運転変数:ターゲット温度T:40℃≦T≦150℃、または60℃≦T≦130℃;単位スパッタリング表面当たりのスパッタ出力:10W/cm2から30W/cm2、または15W/cm2から20W/cm2
図22は、スパッタ被覆加工品を本発明に従い製造する方法のブロック図を示している。参照符号100から130は方法のステップを示す。まずは、相互に垂直であって且つスパッタリング表面の少なくとも凡そ鏡面対称軸である第1および第2の軸を規定する形状を有するスパッタリング表面から距離を置き反対側に少なくとも1つの加工品を配置する。次に、前記スパッタリング表面の上でマグネトロン磁場を発生させつつ、相互に垂直であって且つ経路の少なくとも凡そ鏡面対称軸である第3および第4の軸を規定する経路を描く相対移動となるよう、前記スパッタリング表面に対し相対的に、凡そ併進移動にて、マグネトロン磁場を移動させ、尚前記第3の軸は、前記第1の軸に対し少なくとも実質的に平行であり、前記経路は、少なくとも2つの尖ったコーナーを有し、各コーナーは、前記第3の軸と前記第4の軸の内一方の上に少なくとも実質的に位置し、前記少なくとも1つの基板はスパッタ被覆される。
。
−スパッタリング(陰極)材料利用の向上により、基板当たりの材料費は低下する。
−スパッタリング(陰極)材料利用の向上により、メンテナンスの間隔が広がる。
−例えばソフトウェアによる、マグネット移動の制御により、スパッタリング(陰極)材料を変更するための準備時間は短縮し、軟鉄部品の配置は不要となる。
−マグネット配列の修正や幾何学的修正をともなわずに侵食プロファイルを変えることができる。
−上述した形状に沿った移動。
−コンピュータシミュレーションによる値mの適合。
−経路形状沿いの加速/減速時間が厚みの均一性に与える影響を明確化する。
2 マグネトロンスパッタリング機構
3 ターゲット機構
3a1 ターゲット、スパッタリングターゲット、ターゲットプレート、陰極
4 スパッタリング表面
6 レーストラック、プラズマレーストラック
8 基板
10 処理室
40 マグネット機構、マグネトロンマグネット機構、永久マグネット機構、マグネット構成
42、42a、42b、42c、42d、42e、42f 永久マグネット
48 マグネトロン磁場
50 スパッタ被覆システム
53 ガスタンク機構
60 スパッタ被覆室
62 発電機
64 バルブ、サーボバルブ
65 駆動ブロック
66 基板ホルダー
70 駆動装置、x−y駆動装置、X−Yテーブル、スピンドル駆動装置、モータースピンドル、リニア駆動装置、二重リニア駆動装置
71 ベースプレート、X−Yテーブルのプレート
80 経路
81 経路のコーナー、尖ったコーナー
100 ステップ
110 ステップ
120 ステップ
130 ステップ
A1 第1の軸
A2 第2の軸
A3 第3の軸
A4 第4の軸
B 個別ターゲット機構の幅
d 個別ターゲット機構の横方向距離
D 未使用スパッタリング表面と基板との間の距離
FQ スパッタされたソース表面、スパッタリング表面の面積
FS 基板表面、基板表面の面積
HZ 方向
l 第4の軸沿いの経路の長さ
B 個別ターゲット機構の長さ
m 第3の軸に対し平行な経路の最大延長に対する第4の軸に対し平行な経路の最大延長の比を表す値;経路によって規定される形状の幅に対する長さの比
r 半径ベクトル
t (1反復移動サイクル中に)加速または減速が起こる時間
T 反復移動のサイクル時間(周期)
w 第3の軸沿いの経路の幅
X 座標、横方向
Y 座標、横方向
Z 座標
Claims (28)
- マグネトロンスパッタリング(2)機構であって、
−スパッタリング表面の形状が、相互に垂直であって且つスパッタリング表面の少なくとも凡そ鏡面対称軸である第1(A1)および第2の軸(A2)を規定するスパッタリング表面(4)を有するターゲット(3a1)を備えるターゲット機構(3)と、
−前記スパッタリング表面(4)の上でマグネトロン磁場を発生させるマグネット機構(40)と、および
−前記マグネトロン磁場と前記スパッタリング表面(4)との間で実質的に過渡的な相対移動を成立させることに適した駆動装置(70)とを備え、
前記相対移動は、相互に垂直であって且つ経路の少なくとも凡そ鏡面対称軸である第3(A3)および第4の軸(A4)を規定する経路(80)を描き、前記第3の軸(A3)は、前記第1の軸に対し少なくとも凡そ平行であり、前記経路(80)は、少なくとも2つの尖ったコーナー(81)を有し、各コーナーは、前記第3の軸(A3)および前記第4の軸(A4)の内一方の上に少なくとも実質的に位置する、機構。 - 前記ターゲットは長円形であり、前記第1の軸に対し平行な前記スパッタリング表面の最大延長が前記第2の軸に対し平行な前記スパッタリング表面の最大延長より大きい、請求項1に記載の機構。
- 前記スパッタリング表面は概して長方形を規定する、請求項1または請求項2に記載の機構。
- 相対移動は反復移動である、先行する請求項の1項に記載の機構。
- 経路は少なくとも4つの尖ったコーナーを有し、各コーナーは前記第3の軸と前記第4の軸の内一方の上に少なくとも実質的に位置する、先行する請求項の1項に記載の機構。
- 前記第3の軸に対し平行な前記経路の最大延長は前記第3の軸上に位置することと、前記第4の軸に対し平行な前記経路の最大延長は前記第4の軸上に位置することとの内少なくとも一方は有効である、先行する請求項の1項に記載の機構。
- 経路は実質的に菱形を描く、先行する請求項の1項に記載の機構。
- 前記第3の軸に対し平行な前記経路の最大延長に対する前記第4の軸に対し平行な前記経路の最大延長の比を表す値mは、0と10との間、具体的には0.3と3との間、より具体的には0.38と2.6との間、なお、さらに具体的には0.41と2.4との間である、先行する請求項の1項に記載の機構。
- 値mは、スパッタリング表面の材料に基づいて求める、請求項8に記載の機構。
- 第1の軸に対し平行なスパッタリング表面の最大延長は、第2の軸に対し平行なスパッタリング表面の最大延長の少なくとも4倍、具体的には少なくとも6倍、より具体的には少なくとも8倍である、先行する請求項の1項に記載の機構。
- ターゲットは実質的に棒形である、先行する請求項の1項に記載の機構。
- スパッタリング表面は静止している、先行する請求項の1項に記載の機構。
- 前記
−ターゲット機構と、
−マグネット機構と、および
−駆動装置との内少なくとも2つを、具体的には少なくとも3つを備える、先行する請求項の一項に記載のマグネトロンスパッタリング機構。 - 駆動装置は1つの駆動装置として具現される、請求項13に記載の機構。
- ターゲット機構は実質的に同じ種類のものである、請求項13または請求項14に記載の機構。
- マグネット機構は実質的に同じ種類のものである、請求項13から15の1項に記載の機構。
- ターゲット機構は相互に電気的に絶縁される、請求項13から16の1項に記載の機構。
- 経路は実質的に同じ形状を描く、請求項13から17の1項に記載の機構。
- 請求項1から12の1項に記載の少なくとも1つのマグネトロンスパッタリング機構を備え、さらに前記スパッタリング表面から距離を置き反対側に配置されスパッタ被覆される基板を保持する少なくとも1つの基板ホルダーを備える、スパッタ被覆室。
- 請求項1から12の1項に記載の少なくとも1つのマグネトロンスパッタリング機構を備える真空被覆設備。
- スパッタリング表面の形状が、相互に垂直であって且つスパッタリング表面の少なくとも凡そ鏡面対称軸である第1および第2の軸を規定する、スパッタリング表面を有するターゲットを有するターゲット機構を備えるマグネトロンスパッタリング機構を作動させる方法であって、
−前記スパッタリング表面の上で磁場を発生させるステップと、および
−相互に垂直であって且つ経路の少なくとも凡そ鏡面対称軸である第3および第4の軸を規定する経路を描く相対移動となるよう、前記スパッタリング表面に対し相対的に、凡そ併進移動にて、磁場を移動させるステップとを含み、前記第3の軸は、前記第1の軸に対し少なくとも凡そ平行であり、前記経路は、少なくとも2つの尖ったコーナーを有し、各コーナーは、前記第3の軸と前記第4の軸の内一方の上に少なくとも実質的に位置する、方法。 - 少なくとも2つの尖ったコーナーの各々につき、
−尖ったコーナーに到達する前に相対移動の速度を減少させるステップと、
−尖ったコーナーに到達した後に相対移動の速度を増加させるステップとをさらに含み、−前記相対移動の最中に、相対移動の時間の少なくとも80%にわたり、具体的には少なくとも90%にわたり、より具体的には少なくとも95%にわたり実質的に一定の速度にてマグネトロン磁場を前記スパッタリング表面に対し相対的に移動させるステップをさらに含む、請求項21に記載の方法。 - 経路は実質的に菱形を描く、請求項21または請求項22に記載の方法。
- 少なくとも1つのスパッタ被覆加工品を製造する方法であって、
−相互に垂直であって且つスパッタリング表面の少なくとも凡そ鏡面対称軸である第1および第2の軸を規定する形状を有するスパッタリング表面から距離を置き反対側に少なく
とも1つの加工品を配置するステップと、
−前記スパッタリング表面の上でマグネトロン磁場を発生させるステップと、
−相互に垂直であって且つ経路の少なくとも凡そ鏡面対称軸である第3および第4の軸を規定する経路を描く相対移動となるよう、前記スパッタリング表面に対し相対的に、凡そ併進移動にて、マグネトロン磁場を移動させるステップとを含み、前記第3の軸は、前記第1の軸に対し少なくとも実質的に平行であり、前記経路は、少なくとも2つの尖ったコーナーを有し、各コーナーは、前記第3の軸と前記第4の軸の内一方の上に少なくとも実質的に位置し、
−前記少なくとも1つの基板をスパッタ被覆するステップとを含む、方法。 - 経路は実質的に菱形を描く、請求項24に記載の方法。
- 第3の軸に対し平行な経路の最大延長に対する第4の軸に対し平行な経路の最大延長の比を表す値mは、スパッタリング表面の材料に基づいて求める、請求項24または請求項25に記載の方法。
- スパッタリング材料を備えるスパッタリングターゲットのスパッタリング表面を横断する侵食プロファイルを改善する方法であって、同侵食は、マグネトロンスパッタリングプロセスにて果たされ、同プロセスにおいては、相互に垂直であって且つ経路の少なくとも凡そ鏡面対称軸である第3および第4の軸を規定する経路を描く相対移動となるよう、前記スパッタリング表面に対し相対的に、凡そ併進移動にて磁場が動かされ、前記スパッタリング表面は、相互に垂直であって且つスパッタリング表面の少なくとも凡そ鏡面対称軸である第1および第2の軸を規定する形状を有し、前記第3の軸は前記第4の軸に対し少なくとも実質的に平行であり、
−第3の軸に対し平行な経路の最大延長に対する第4の軸に対し平行な経路の最大延長の比を表す値mを、スパッタリング材料に基づいて選ぶステップを含む、方法。 - スパッタリングターゲットの寿命にわたって値mを変更するステップを含む、請求項27に記載の方法。
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