JP2009503255A - Method and apparatus for sputtering on large flat panels - Google Patents

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昭弘 細川
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Abstract

矩形スパッタターゲット(16)の背面に配置され、ターゲットに近接するプラズマトラックに対応して、間にギャップを形成するように配置された反対の極性の磁石(164)を有し、プラズマを強化して、ターゲットからスパッタされた材料を矩形パネル(14)にコートさせる矩形マグネトロン(160)。ギャップは、蛇行又は螺旋形状を有する閉鎖ループで延在している。マグネトロンは、ターゲットより幾分小さなサイズであり、ターゲットの2つの垂直な方向に走査される。走査長は、例えば、2mのターゲットについては、約100mmである。走査は、ターゲット側部及び2つの接続対角に平行な2つのリンクに沿って、二重Zパターンに従う。チャンバ壁(276)で垂直にスライドするガントリ(364)からスライド可能に懸架されており、外部アクチュエータ(416)は、2次元パスに沿ってマグネトロンを動かす。  A magnet of opposite polarity (164) arranged on the back of the rectangular sputter target (16) and arranged to form a gap therebetween corresponding to the plasma track proximate to the target to enhance the plasma A rectangular magnetron (160) for coating the rectangular panel (14) with the material sputtered from the target. The gap extends with a closed loop having a serpentine or helical shape. The magnetron is somewhat smaller in size than the target and is scanned in two perpendicular directions of the target. The scan length is, for example, about 100 mm for a 2 m target. The scan follows a double Z pattern along two links parallel to the target side and two connecting diagonals. Suspended from a gantry (364) that slides vertically at the chamber wall (276), an external actuator (416) moves the magnetron along a two-dimensional path.

Description

発明の分野Field of Invention

本発明は、概して、材料のスパッタリングに関する。特に、本発明は、磁場を作成して、矩形ターゲットからのスパッタリングを向上する、マグネトロンの走査に関する。   The present invention generally relates to sputtering of materials. In particular, the present invention relates to magnetron scanning that creates a magnetic field to improve sputtering from a rectangular target.

過去10年間にわたって、例えば、コンピュータディスプレイ用、最近では、テレビスクリーン用に用いられるフラットパネルディスプレイ(FPD)を製造するために、重点的に、技術が開発されてきた。スパッタリングは、大きな略矩形のパネル上に堆積を行うフラットパネル製造において、好ましいアプローチである。パネルは、ガラス、ポリマーパネル又は可撓性シートでできており、アルミニウムやモリブデン等の金属、及び導電性金属酸化物、例えば、インジウム錫酸化物(ITO)等の透明導体を含む導電性層を備えている。完成したパネルには、薄膜トランジスタ、プラズマディスプレイ、フィールドエミッタ、液晶ディスプレイ(LCD)要素又は有機発光ダイオード(OLED)が組み込まれる。p−n又はp−i−n接合を有する太陽電池を、同様にして、低コスト基板上に形成してもよい。同様の技術を、光学層を有するガラス窓のコーティングや、FPDにカラーフィルタを形成するのに用いてもよい。特に、更に低コストの基板上に、太陽電池を製造するのに用いてもよい。フラットパネルスパッタリングは、基板の大きなサイズとその矩形形状により、長く開発されてきたウエハスパッタリング技術とは、基本的に区別される。ディマレイ(Demaray)らは、かかるフラットパネルスパッタリアクタを、本明細書に参考文献として組み込まれる米国特許第5,565,071号に記載している。そのリアクタには、図1の概略断面図に図示する通り、矩形形状のスパッタリング台座電極12が含まれており、これは、典型的には電気的に接地されていて、真空チャンバ18内で、矩形のスパッタリングターゲット16の反対に、矩形ガラスパネル14又はその他基板を保持するためのものである。ターゲット16、少なくとも、スパッタされる金属で構成されている表面は、アイソレータ20を隔てて、真空チャンバ18に真空シールされている。典型的に、スパッタされる金属の層は、バッキングプレートにボンドされていて、そこには冷却水チャネルが形成されていて、ターゲット16を冷却する。スパッタリングガス、典型的にはアルゴン、が、ミリトル範囲の圧力で保持された真空チャンバ18に供給される。バックチャンバ22をターゲット16の背面に真空シールし、低圧まで真空引きして、ターゲット16とそのバッキングプレートの圧力差を実質的に解消すると有利である。これによって、遥かに薄いターゲットアセンブリを作成することができる。台座電極12又は壁シールド等チャンバのその他接地部分に対して、負のDCバイアスを導電性ターゲット16に印加すると、アルゴンはイオン化されてプラズマとなる。正のアルゴンイオンは、ターゲット16に付加し、そこから金属原子をスパッタする。金属原子は、部分的にパネル14に指向され、ターゲット金属で少なくとも部分的に構成された層をその上に堆積する。金属のスパッタリング中、酸素又は窒素をチャンバ18へ追加供給することによる、反応性スパッタリングと呼ばれるプロセスで、金属酸化物又は窒化物を堆積してもよい。   Over the past decade, technology has been focused on producing, for example, flat panel displays (FPDs) used for computer displays, and more recently for television screens. Sputtering is a preferred approach in flat panel manufacturing where deposition is performed on large, generally rectangular panels. The panel is made of glass, polymer panel or flexible sheet, and includes a conductive layer including a metal such as aluminum or molybdenum and a transparent conductor such as a conductive metal oxide, for example, indium tin oxide (ITO). I have. The finished panel incorporates thin film transistors, plasma displays, field emitters, liquid crystal display (LCD) elements or organic light emitting diodes (OLEDs). A solar cell having a pn or pin junction may be similarly formed on a low cost substrate. Similar techniques may be used to coat glass windows with optical layers and to form color filters on FPDs. In particular, it may be used to manufacture solar cells on a lower cost substrate. Flat panel sputtering is fundamentally distinguished from the long-developed wafer sputtering technology due to the large size of the substrate and its rectangular shape. Demaray et al. Describe such a flat panel sputter reactor in US Pat. No. 5,565,071, incorporated herein by reference. The reactor includes a rectangular-shaped sputtering pedestal electrode 12, as illustrated in the schematic cross-sectional view of FIG. 1, which is typically electrically grounded and within the vacuum chamber 18, The rectangular glass panel 14 or other substrate is held on the opposite side of the rectangular sputtering target 16. The target 16, at least the surface made of the metal to be sputtered, is vacuum sealed to the vacuum chamber 18 with the isolator 20 therebetween. Typically, the sputtered metal layer is bonded to a backing plate, where cooling water channels are formed to cool the target 16. A sputtering gas, typically argon, is supplied to a vacuum chamber 18 held at a pressure in the millitorr range. Advantageously, the back chamber 22 is vacuum sealed to the back of the target 16 and evacuated to a low pressure to substantially eliminate the pressure differential between the target 16 and its backing plate. This makes it possible to create a much thinner target assembly. When a negative DC bias is applied to the conductive target 16 with respect to the pedestal electrode 12 or other grounded part of the chamber such as a wall shield, the argon is ionized into plasma. Positive argon ions are added to the target 16 from which metal atoms are sputtered. The metal atoms are directed partially to the panel 14 and deposit thereon a layer at least partially composed of the target metal. During metal sputtering, metal oxides or nitrides may be deposited in a process called reactive sputtering, with additional supply of oxygen or nitrogen to chamber 18.

スパッタリング速度を上げるために、図2の概略底面図に図示されたリニアマグネトロン24が、従来から、ターゲット16の背面に配置されている。そこには、垂直磁極の中央磁極26があり、反対の極性の外側磁極28がそれを取り巻くことで、チャンバ18内で、ターゲット16の前面に平行に磁場を突出させている。2つの磁極26、28は、実質的に一定のギャップ30により分離されていて、高密度プラズマが、適正なチャンバ条件下、チャンバ18に形成され、閉鎖ループ又はトラックに流れる。外側磁極28は、2つの半円円弧部分34により接続された2つの直線部分32からなっている。磁場が電子をトラップすることによって、プラズマの密度が増大し、その結果、ターゲット16のスパッタリング速度が上がる。リニアマグネトロン24及びギャップ30の幅が比較的小さいため、磁束密度が高くなる。単一の閉鎖トラックに沿った磁場分布の閉鎖形状が、ギャップ30に略従うプラズマループを形成し、端部からのプラズマの漏れを防ぐ。しかしながら、ターゲット16に対してマグネトロン24のサイズが小さいため、リニアマグネトロン24の長寸法を横断する方向に、ターゲット16の背面から、マグネトロン24を直線で相互に走査する必要がある。典型的には、リードねじ機構がリニア走査を駆動する。これは、ハルジー(Halsey)ら、米国特許第5,855,744号に、より複雑なマグネトロンに関して開示されている。馬蹄形磁石を用いてよいが、好ましい構造には、示した磁極形状で、2つの示した極性間で逆の方向に配置された、例えば、NdBFeの多数の円柱状の強磁石が含まれる。磁極片が、操作面をカバーしていて、磁極表面を画定し、2つの磁極26、28を橋懸けする磁性ヨークを、磁石の他端に磁気的に結合してもよい。   In order to increase the sputtering rate, a linear magnetron 24 shown in the schematic bottom view of FIG. There is a central magnetic pole 26 which is a vertical magnetic pole, and an outer magnetic pole 28 of opposite polarity surrounds it, causing a magnetic field to protrude parallel to the front surface of the target 16 in the chamber 18. The two magnetic poles 26, 28 are separated by a substantially constant gap 30 so that a high density plasma is formed in the chamber 18 under proper chamber conditions and flows into a closed loop or track. The outer magnetic pole 28 is composed of two straight portions 32 connected by two semicircular arc portions 34. As the magnetic field traps electrons, the density of the plasma increases and, as a result, the sputtering rate of the target 16 increases. Since the widths of the linear magnetron 24 and the gap 30 are relatively small, the magnetic flux density becomes high. The closed shape of the magnetic field distribution along a single closed track forms a plasma loop that generally follows the gap 30 and prevents plasma leakage from the ends. However, since the size of the magnetron 24 is small with respect to the target 16, it is necessary to scan the magnetron 24 in a straight line from the back surface of the target 16 in a direction crossing the long dimension of the linear magnetron 24. Typically, a lead screw mechanism drives linear scanning. This is disclosed for a more complex magnetron in Halsey et al., US Pat. No. 5,855,744. Although horseshoe magnets may be used, preferred structures include a number of cylindrical strong magnets, eg, NdBFe, arranged in opposite directions between the two shown polarities in the shown pole shape. A pole piece may cover the operating surface, define a pole surface, and magnetically couple a magnetic yoke that bridges the two poles 26, 28 to the other end of the magnet.

デ ボッシェ(De Bosscher)らは、かかるリニアマグネトロンの結合した2次元走査を、米国特許第6,322,679号及び第6,416,639号に記載している。   De Bosscher et al. Described such linear magnetron coupled two-dimensional scanning in US Pat. Nos. 6,322,679 and 6,416,639.

記載したマグネトロンは、元々、約400mmx600mmのサイズの矩形パネルのために開発された。しかしながら、長年にわたって、パネルサイズは、規模の経済性と、より大きなディスプレイスクリーンを提供することの両方のために、大型化の一途を辿っている。約2mx2mのサイズを有するパネルへスパッタするためのリアクタが開発されている。ある世代では、1.87mx2.2mのサイズを有するパネルを処理しており、合計面積が40,000cmを超えるため、40Kと呼ばれている。50Kと呼ばれる続く世代のサイズは、各辺で2mを超えている。しかしながら、本発明では、基板がガラスパネルでなく、スパッタリング装置に連続して提供される部品を有するロール基板をはじめとする、他のより経済的な基板の時は特に、太陽電池用に実施することができる。リニアマグネトロンの幅は、高磁場を生成すべき場合には、通常、比較的狭く制限される。その結果、1.8mを超える最低寸法を有する大きなパネルについては、リニアマグネトロンが、益々無効となっていき、大きなターゲットを均一にスパッタし、大きな基板をコートするには、長い堆積時間が必要である。 The described magnetron was originally developed for a rectangular panel with a size of about 400 mm x 600 mm. Over the years, however, panel sizes have been increasing in size both for economies of scale and for providing larger display screens. Reactors have been developed for sputtering into panels having a size of about 2mx2m. In certain generation, and it processes the panel having a size of 1.87Mx2.2M, because the total area of more than 40,000 cm 2, are referred to as 40K. The size of the next generation called 50K is over 2m on each side. However, the present invention is implemented for solar cells, especially when the substrate is not a glass panel but other more economical substrates, including roll substrates having components that are continuously provided to the sputtering apparatus. be able to. The width of the linear magnetron is usually limited relatively narrow when a high magnetic field is to be generated. As a result, for large panels with minimum dimensions of over 1.8 m, linear magnetrons are becoming increasingly ineffective and long deposition times are required to uniformly sputter large targets and coat large substrates. is there.

大きなターゲットに対応する1つの方法では、図2のレーストラックマグネトロン24を、走査方向に沿って横方向に、9回まで反復して、ターゲットの大部分をカバーする。米国特許第5,458,759号、細川(Hosokawa)らを参照のこと。磁場分布を平均するには、それでも走査が望ましい。しかしながら、この反復アプローチにはいくつかの欠点がある。第1に、分離したマグネトロンは、構成磁石の磁場を最適に利用しないものと考えられる。即ち、有効磁場が可能なものよりも低い。第2に、レーストラックマグネトロン24の外側磁極28の円弧部分34に近接するプラズマ暗部シールド近くのマグネトロンの部分で、プラズマのストライキング中に、多数のパーティクルの生成が観察されている。電子が、プラズマから、隣接するシールドまで漏れていると考えられる。約800VDCのストライキング電圧が必要である。かかる高電圧は、過剰のパーティクルを生成し不利であると考えられる。第3に、図2の単一のレーストラックマグネトロン24を用いる従来技術では、ターゲットサイズの大部分にわたって、比較的高速でマグネトロンを相互に走査して、代表的な1分スパッタ堆積期間中、約30〜40回の走査を実施する。かかる高走査速度には、大きなターゲットの大部分をカバーするかなり重いマグネトロンについての難しい機械的設計が必要とされる。第4に、1つ以上のレーストラックマグネトロンを含む走査マグネトロンは、均一性の問題を完全には解決しない。レーストラックマグネトロン24の端部の下にあるターゲット16の側端部分は、高時間積分磁束を受ける。円弧部分34が、走査方向に沿って、大部分、延在しているからである。また、マグネトロンの下にあるターゲットの軸方向端部は、走査方向が逆になっても、方向を逆にするのに必要とされる有限時間のために、高時間積分磁束を受ける。このように、ターゲット端部は、偏って侵食されて、ターゲットの有用性及びターゲットの寿命が減じ、且つ、不均一な堆積を招く。   One method for dealing with large targets is to repeat the racetrack magnetron 24 of FIG. 2 laterally along the scan direction, up to nine times to cover the majority of the target. See US Pat. No. 5,458,759, Hosokawa et al. Scanning is still desirable to average the magnetic field distribution. However, this iterative approach has several drawbacks. First, it is considered that the separated magnetron does not optimally use the magnetic field of the constituent magnets. That is, the effective magnetic field is lower than possible. Secondly, the generation of a large number of particles has been observed during plasma striking in the portion of the magnetron near the plasma dark shield near the arc portion 34 of the outer pole 28 of the racetrack magnetron 24. It is believed that electrons are leaking from the plasma to the adjacent shield. A striking voltage of about 800 VDC is required. Such a high voltage is considered disadvantageous because it produces excessive particles. Third, in the prior art using the single racetrack magnetron 24 of FIG. 2, the magnetrons are scanned with each other at relatively high speeds over a large portion of the target size, during a typical 1 minute sputter deposition period. Perform 30-40 scans. Such high scan speeds require difficult mechanical designs for fairly heavy magnetrons that cover the majority of large targets. Fourth, a scanning magnetron that includes one or more racetrack magnetrons does not completely solve the uniformity problem. The side end portion of the target 16 below the end of the racetrack magnetron 24 receives a high time integral magnetic flux. This is because most of the arc portion 34 extends along the scanning direction. Also, the axial end of the target underneath the magnetron receives a high time integral magnetic flux for the finite time required to reverse the direction even if the scanning direction is reversed. In this way, the target ends are eroded unevenly, reducing target usefulness and target life, and leading to non-uniform deposition.

発明の概要Summary of the Invention

本発明の一態様は、回旋プラズマループを有するマグネトロン、特に、略矩形の外形を有するものを含む。湾曲部分により接続された平行な直線部分を有する蛇行形状、又は直交方向に沿って配置された直線部分を有する矩形化螺旋形状で、ループを配置してよい。プラズマループは、回旋形状で形成された一方の磁気極性の内側磁極と、それを取り巻く反対の磁気極性の外側磁極の間に形成してもよい。内側磁極は、2つの端部を備えた単一パスに沿って延在すると説明できる、単純な褶曲形状を有しているのが好ましい。プラズマループの1つ又は2つの外側端部が、有用な矩形の外形の外側に延在するテールに延在している場合に、スパッタ侵食の均一性は増大する。   One aspect of the present invention includes magnetrons having convoluted plasma loops, particularly those having a generally rectangular profile. The loops may be arranged in a serpentine shape with parallel straight portions connected by curved portions, or a rectangular spiral shape with straight portions arranged along an orthogonal direction. The plasma loop may be formed between an inner magnetic pole of one magnetic polarity formed in a convoluted shape and an outer magnetic pole of the opposite magnetic polarity surrounding it. The inner pole preferably has a simple curved shape that can be described as extending along a single path with two ends. Sputter erosion uniformity increases when one or two outer ends of the plasma loop extend to a tail that extends outside the useful rectangular profile.

ループは、中心周囲で、多数回、例えば、2、4又は6回以上のラップでねじってよい。矩形化螺旋ループは、中心周囲をラップする、褶曲プラズマループにより形成されてもよい。   The loop may be twisted around the center with multiple wraps, eg, 2, 4 or 6 or more wraps. The rectangular spiral loop may be formed by a curved plasma loop that wraps around the center.

回旋形状は、合計パス長さの少なくとも50%、好ましくは75%を超える直線部分を好ましくは有するパスに従う。   The convoluted shape follows a path that preferably has a straight portion that is at least 50% of the total path length, preferably greater than 75%.

プラズマループは、2つの磁極により囲まれた褶曲トラックに従っており、平行な部分は、50〜125mm、75mmのピッチ離れていると、優れた結果が得られることが立証されている。走査は、このピッチよりも長い、例えば、少なくとも10mm長い距離にわたるものでなければならない。   The plasma loop follows a curved track surrounded by two magnetic poles, and it has been demonstrated that excellent results can be obtained if the parallel portions are separated by a pitch of 50-125 mm, 75 mm. The scan must be over a distance longer than this pitch, for example at least 10 mm longer.

マグネトロンは、走査されているターゲットよりも幾分小さいだけであり、ターゲットは、少なくとも1.8mの最低寸法を備えた矩形フラットパネル基板に対応して、比較的大きくてもよい。マグネトロンは、ターゲットの対応寸法の少なくとも80%、更に90%を超える側部を有する領域内で延在する有効磁界を有する。   The magnetron is only somewhat smaller than the target being scanned, and the target may be relatively large, corresponding to a rectangular flat panel substrate with a minimum dimension of at least 1.8 m. The magnetron has an effective magnetic field that extends in a region having sides that are at least 80% and more than 90% of the corresponding dimensions of the target.

本発明の他の態様は、矩形形状のターゲットの2次元に沿って、マグネトロンを走査することを含む。矩形ターゲットの単一の対角に沿って走査することができる。しかしながら、走査の2次元は、一緒に固定されていないのが好ましい。走査速度は、比較的低い、例えば、0.5〜5mm/sであり、対応する走査時間は、20〜200sである。パネルについて、1回の走査時間で十分である。   Another aspect of the invention involves scanning the magnetron along the two dimensions of a rectangular target. It is possible to scan along a single diagonal of a rectangular target. However, it is preferred that the two dimensions of the scan are not fixed together. The scanning speed is relatively low, for example 0.5-5 mm / s, and the corresponding scanning time is 20-200 s. For a panel, a single scan time is sufficient.

好ましい走査パターンは、連続走査を含む二重Zであり、これは、ターゲットの側部と並んだ矩形の2つの反対の側部に沿って、且つ、矩形の側部の端部を接続する2つの対角に沿ってなされる。マグネトロンが、ターゲットの端部でフレームから十分に離れている場合には、ターゲット出力をオフにしたり、側部に沿った走査を減じたり、又はオンのままにしてもよい。二重Z走査は、好ましくは、2つの側部に垂直な方向に、走査間で少し変位させて繰り返してもよく、一方、そして、次に、他方の垂直方向に、近接する走査間で変位させるのがより好ましい。変位のオフセットは、5〜15mm、好ましくは、8〜12mmの範囲である。   A preferred scan pattern is double Z with continuous scan, which is along the two opposite sides of the rectangle aligned with the sides of the target and connects the ends of the sides of the rectangle 2. Made along two diagonals. If the magnetron is sufficiently far from the frame at the end of the target, the target output may be turned off, scanning along the side may be reduced, or left on. The double Z scan may be repeated with a slight displacement between the scans, preferably in the direction perpendicular to the two sides, and then between the adjacent scans in the other vertical direction. More preferably. The displacement offset is in the range of 5-15 mm, preferably 8-12 mm.

ターゲットのデカルト座標に対して傾斜した対角及びその他走査は、デカルト座標に沿って、ジグザグパターンでなされるのが好ましい。ジグザグパターンの各直線部分の長さは、好ましくは0.4〜3mm、より好ましくは0.8〜1.2mmである。   Diagonal and other scans that are tilted with respect to the Cartesian coordinates of the target are preferably made in a zigzag pattern along the Cartesian coordinates. The length of each linear portion of the zigzag pattern is preferably 0.4 to 3 mm, more preferably 0.8 to 1.2 mm.

本発明の更に他の態様は、プラズマ点火前に、チャンバ壁を画定している接地フレーム又はシールドから、好ましくは1〜5mmの距離、走査したマグネトロンを動かすものである。   Yet another aspect of the present invention is to move the scanned magnetron, preferably a distance of 1-5 mm, from the ground frame or shield defining the chamber walls prior to plasma ignition.

中心近くに強い磁石を用いることにより、又は、1つ以上の磁性シムを、中心近くの磁石とヨークの間に配置して、中心磁石をターゲットに、より近づけ、プラズマループを、異なる強度の磁石により形成するか、又は、マグネトロンプレートのシムのある、及びシムのない部分に延在することにより、磁性均一性は改善される。   By using a strong magnet near the center, or by placing one or more magnetic shims between the magnet near the center and the yoke, the center magnet is closer to the target and the plasma loop is a magnet of different strength Or by extending to shimmed and unshimted portions of the magnetron plate, the magnetic uniformity is improved.

磁石は、ヨークとして作用する磁性マグネトロンプレートにより磁気的に保持され、マグネトロンプレートにねじ留めされた反対の非磁性リテーナにより側部に並べてもよい。リテーナは、垂直セットで配置された直線リテーナへ分割して、湾曲させて接続してもよい。リテーナは、鋸歯内側端部を有していて、1列又は2列の互い違いの列の円柱状磁石をその間に並べてもよい。   The magnet may be held magnetically by a magnetic magnetron plate acting as a yoke and arranged side by side with an opposite non-magnetic retainer screwed to the magnetron plate. The retainer may be split into curved retainers connected in a vertical set. The retainer has a serrated inner end and may have one or two alternating rows of columnar magnets in between.

マグネトロンは、オーバーヘッド機構により、少なくとも部分的にサポート及び走査されてもよい。オーバーヘッド機構は、垂直に配置された反対の対のレールで、2つの垂直な方向について、別々のアクチュエータによりスライドするものである。2つのアクチュエータで十分であるが、追加のアクチュエータがあると、押す動作のみ可能となる。この代わりに、マグネトロンは、スライダー又はローラを通して、ターゲットアセンブリに少なくとも部分的にサポートされて、ターゲットアセンブリ表面に沿って押されてもよい。   The magnetron may be at least partially supported and scanned by an overhead mechanism. The overhead mechanism is a pair of vertically arranged rails that slide by two separate actuators in two vertical directions. Two actuators are sufficient, but with an additional actuator, only a pushing action is possible. Alternatively, the magnetron may be pushed along the surface of the target assembly at least partially supported by the target assembly through a slider or roller.

好ましい実施形態の詳細な説明Detailed Description of the Preferred Embodiment

本発明の一態様は、図2のリニアレーストラックでなく、回旋状のマグネトロンの形状を含む。回旋状とは、閉鎖プラズマトラックを形成するマグネトロンを意味し、つまり、360°を超える、好ましくは720°を超える円弧に延在する湾曲部分を含んでいる。他の定義では、リニアレーストラックマグネトロンがねじられて、例えば、褶曲、又は螺旋形状となっていながら、平行なプラズマトラックを導くギャップ部分の略一定した分離を維持している。図3の平面図に概略を示す一実施形態において、マグネトロンプレート42に形成された蛇行マグネトロン40は、端部44により平坦に連結されたピッチPに配置された多数の長い平行な直線部分43を含んでいる。端部44は、円弧形状であっても、又は、直線部分43を接続する湾曲コーナーを備えた短い直線部分であってよい。蛇行マグネトロン40は、一方の側面から他方まで平行なセクションで褶曲されており、側面に垂直な2つの側部に近接する実質的に短いセクションを有している。本明細書に記載したマグネトロンは、概して、成型されて、閉鎖プラズマループを形成するため、図示したピッチPは、ループピッチと呼ばれ、後述するトラックピッチとは区別される。ターゲット面に平行な磁場分布の外側の略矩形の外形により画定される蛇行マグネトロン40の有効領域は、ターゲット領域の大部分である。蛇行マグネトロン40は、ピッチPのオーダーに密接に関連した距離を超えて、長い直線部分43を横断して走査される。ターゲット領域を完全に走査して、ターゲットのその領域からの材料をより均一にスパッタするためである。   One aspect of the present invention includes a convoluted magnetron shape rather than the linear racetrack of FIG. By convoluted is meant a magnetron that forms a closed plasma track, that is, it includes a curved portion that extends into an arc of greater than 360 °, preferably greater than 720 °. In another definition, the linear racetrack magnetron is twisted to maintain a substantially constant separation of the gap portions leading to parallel plasma tracks, for example, in a fold or spiral shape. In one embodiment, schematically illustrated in the plan view of FIG. 3, the serpentine magnetron 40 formed in the magnetron plate 42 includes a number of long parallel straight portions 43 arranged at a pitch P that are connected flat by the ends 44. Contains. The end 44 may be arcuate or may be a short straight part with a curved corner connecting the straight part 43. The serpentine magnetron 40 is curved in parallel sections from one side to the other and has a substantially short section adjacent to two sides perpendicular to the side. Since the magnetron described herein is generally molded to form a closed plasma loop, the illustrated pitch P is referred to as the loop pitch and is distinct from the track pitch described below. The effective area of the serpentine magnetron 40 defined by the substantially rectangular outline outside the magnetic field distribution parallel to the target surface is the majority of the target area. The serpentine magnetron 40 is scanned across the long straight section 43 beyond a distance closely related to the order of the pitch P. This is because the target region is completely scanned to more uniformly sputter the material from that region of the target.

図4の平面図に概略を示した関連の実施形態において、螺旋マグネトロン50は、連続したシリーズの直線部分52、54を含んでおり、これらは、垂直軸に沿って延在していて、矩形螺旋で滑らかに一緒に連結されている。隣接する平行な直線部分52又は54は、ループピッチQ離れている。螺旋マグネトロン50は、マグネトロンの中心点周囲の多数のラップと考えられる。螺旋マグネトロン50は、ループピッチPの半分であるトラックピッチQを超えて、例えば、直線部分54に沿って、矩形方向の1つで走査される。   In the related embodiment outlined in the plan view of FIG. 4, the helical magnetron 50 includes a series of straight sections 52, 54 that extend along a vertical axis and are rectangular. They are smoothly connected together in a spiral. Adjacent parallel straight portions 52 or 54 are separated by a loop pitch Q. The helical magnetron 50 is considered a number of wraps around the center point of the magnetron. The helical magnetron 50 is scanned in one of the rectangular directions beyond the track pitch Q, which is half the loop pitch P, for example along the straight portion 54.

上述したマグネトロンの形状は幾分概略的なものである。マグネトロン40、50の褶曲部又はラップの数を大幅に増やしてもよい。必要なことではないが、各マグネトロンは、図2の伸長型レーストラックマグネトロンの褶曲、又は螺旋ラップ版と考えられる。プラズマループが、内側磁極と、周囲の外側磁極の間で形成されている。図2のリニアマグネトロン24を褶曲すると、隣接する褶曲部の磁極が融合する。図5の平面図に示す通り、蛇行マグネトロン60は、内側磁極64、内側磁極64を完全に取り巻いている外側磁極66、その間の、閉鎖蛇行ギャップ62で形成されている。プラズマループは、2つの狭い間隔の非平行に広がるプラズマトラックを含んでおり、これらは、トラックピッチQ離れていて、褶曲されて、トラックピッチQの周期で、図示したx方向に略周期的であり、y方向に沿って略一定の端部を有する構造を形成する。単一褶曲トラック、即ち、マグネトロンは、中央線M周囲の一方向に対称に延在する長い直線部分68と、他方向に延在する短い直線部分70に略従った形状を有している。湾曲部72、74、76は、直線部分68、70を接続している。内側曲線部分74及び端部曲線部分76は、約180°で鋭く湾曲している。図では、外側磁極66の最外部分が、内側部分よりも薄く示されているが、これは、相対的な磁束密度を表している。蛇行マグネトロン60は、特に、大きなターゲットサイズについては、プラズマループの追加の褶曲部を含んでいてもよいものと考えられる。   The magnetron shape described above is somewhat schematic. The number of folds or wraps in the magnetrons 40, 50 may be greatly increased. Although not required, each magnetron is considered a fold or spiral wrap version of the elongate racetrack magnetron of FIG. A plasma loop is formed between the inner magnetic pole and the surrounding outer magnetic pole. When the linear magnetron 24 of FIG. 2 is bent, the magnetic poles of the adjacent bent portions are fused. As shown in the plan view of FIG. 5, the serpentine magnetron 60 is formed by an inner magnetic pole 64, an outer magnetic pole 66 that completely surrounds the inner magnetic pole 64, and a closed meandering gap 62 therebetween. The plasma loop includes two closely spaced non-parallel spreading plasma tracks, which are separated by a track pitch Q, are curved, and are approximately periodic in the x-direction shown in the cycle of the track pitch Q. There is formed a structure having a substantially constant end along the y direction. The single curved track, that is, the magnetron, has a shape substantially following a long straight portion 68 extending symmetrically in one direction around the center line M and a short straight portion 70 extending in the other direction. The curved portions 72, 74, 76 connect the straight portions 68, 70. Inner curve portion 74 and end curve portion 76 are sharply curved at approximately 180 °. In the figure, the outermost portion of the outer pole 66 is shown thinner than the inner portion, which represents the relative magnetic flux density. It is believed that the serpentine magnetron 60 may include additional folds of the plasma loop, especially for large target sizes.

しかしながら、かかる蛇行マグネトロン60を試験すると、マグネトロン60の端部湾曲部分76の下にあるターゲットの領域78は、非常に低いスパッタリング速度を示した。走査長を増やしたり、マグネトロンの全体のサイズを増やすのではなく、図6の平面図に示した改善された蛇行マグネトロン80は、テール部分82を含んでおり、内側及び外側磁極64、66が両方共、ギャップ62の端部湾曲部分84を取り巻く領域に延在していて、端部湾曲部分84は、マグネトロン80の有効領域の矩形の外形外となっている。その結果、図5のあまり侵食されていない領域78が、有効ターゲット領域外となる。ターゲットは、テール部分82に対応するために多少大きくする必要があるが、そこはスパッタリングがあまり生じないため、テール部分82は、マグネトロン80の残りの部分よりもターゲット周囲近くに延在し、恐らく、ターゲットの端部まで延在していてもよい。プラズマループの褶曲回数が奇数の場合には、マグネトロンプレート42の反対の側面に2つのテール部分82が生じるものと考えられる。同様のテール部分82が、図4の螺旋マグネトロン50の単一の外側端部から延在していてもよい。   However, when testing such a serpentine magnetron 60, the target region 78 under the end curved portion 76 of the magnetron 60 exhibited a very low sputtering rate. Rather than increasing the scan length or increasing the overall size of the magnetron, the improved serpentine magnetron 80 shown in the plan view of FIG. 6 includes a tail portion 82 and both inner and outer poles 64, 66 are included. Both extend to a region surrounding the end curved portion 84 of the gap 62, and the end curved portion 84 is outside the rectangular outer shape of the effective region of the magnetron 80. As a result, the region 78 that is not so eroded in FIG. 5 is outside the effective target region. The target needs to be somewhat larger to accommodate the tail portion 82, but there is less sputtering, so the tail portion 82 extends closer to the target periphery than the rest of the magnetron 80 and possibly , May extend to the end of the target. When the number of times the plasma loop is bent is odd, it is considered that two tail portions 82 are formed on the opposite side surfaces of the magnetron plate 42. A similar tail portion 82 may extend from a single outer end of the helical magnetron 50 of FIG.

図7の平面図に示す二重櫛型マグネトロン90は、対向する2列の略直線の歯部分94で形成された内側磁極92と、閉鎖ギャップ98により内側磁極から分離された外側磁極96とを含んでいる。ギャップ98の直線部分は、略対称な2本の線QとQ辺りに配置されている。蛇行マグネトロン60、80及び二重櫛型マグネトロン90は、見かけは異なるが、位相的には同様で、同様の磁場分布を与える。両者共、合計トラック長の少なくとも50%、好ましくは75%を超える直線部分を有しているのが有利である。しかしながら、櫛型マグネトロンは、多くの突出部のある複雑な形状を有するその内側磁極92により、蛇行マグネトロン60及び後述する螺旋マグネトロンからは、区別され、図2の伸長型リニアマグネトロン24をねじる単一パスでは説明できない。対照的に、蛇行及び螺旋マグネトロンの内側磁極は、略一定の幅を有していて、一端から他端まで延在する単一回旋又は褶曲パスに従う。違う表現をすると、蛇行及び螺旋マグネトロンの内側磁極は、閉鎖プラズマループの端部を画定する2つの端部のみを有しており、一方、櫛型マグネトロンの内側磁極は、プラズマループに対して、多くが等価の端部である3つ以上の端部を有している。後述する通り、これらの端部は、それらのきつい曲率に明らかに関連する問題を生じさせるため、その数を最小にするのが有利である。ホープ(Hope)らは、米国特許第4,437,966号に一重櫛型マグネトロンを開示しており、リベイロ(Ribeiro)は、米国特許第4,826,584号に二重櫛型マグネトロンを記載している。 A double comb magnetron 90 shown in the plan view of FIG. 7 includes an inner magnetic pole 92 formed by two opposing rows of substantially straight tooth portions 94 and an outer magnetic pole 96 separated from the inner magnetic pole by a closing gap 98. Contains. Linear portion of the gap 98 is arranged in two lines Q 1, Q 2 around a substantially symmetrical. The serpentine magnetrons 60, 80 and the double comb magnetron 90 are similar in phase but different in appearance and provide similar magnetic field distributions. Both advantageously have a linear portion of at least 50%, preferably more than 75% of the total track length. However, the comb magnetron is distinguished from the meandering magnetron 60 and the helical magnetron described below by its inner magnetic pole 92 having a complicated shape with many protrusions, and a single twisting the elongated linear magnetron 24 of FIG. The path cannot explain it. In contrast, the inner poles of serpentine and helical magnetrons have a substantially constant width and follow a single convolution or folding path that extends from one end to the other. In other words, the inner poles of serpentine and helical magnetrons have only two ends defining the ends of the closed plasma loop, while the inner poles of the comb magnetron are It has three or more ends, many of which are equivalent ends. As will be described later, these ends advantageously cause problems that are clearly related to their tight curvature, so it is advantageous to minimize their number. Hope et al. Disclose a single comb magnetron in US Pat. No. 4,437,966, and Ribeiro describes a double comb magnetron in US Pat. No. 4,826,584. is doing.

図8の平面図に示した矩形化螺旋マグネトロン100は、例えば、6061アルミニウムで形成された、非磁性マグネトロンプレート106に形成された連続溝102、104を有している。反対の極性の図示しない円柱状磁石が夫々、2つの溝102、104を充填して、それらの間にプラズマトラックを形成する。溝102は、溝104を完全に取り巻いている。2つの溝102、104は、トラックピッチQで配置され、実質的に一定の幅のメサ108により互いに分離されている。前述の記載からすると、メサ108は、対極間のギャップを表している。一方の溝102は、外側磁極を表している。他方の溝104は、外側磁極に取り巻かれた内側磁極を表している。レーストラックマグネトロンと同様に、ねじられていてもいなくても、溝104により表わされる一方の磁極は、溝102により表わされる他方の磁極に完全に取り巻かれている。これによって、磁場を強化し、1つ以上のプラズマループを形成して、端部損失を防ぐ。溝102の最外部分の幅は、溝102の内側部分及び他方の溝104の全ての部分の幅の半分より僅かに大きい。最外部分は、一列の磁石のみを収容し、他方の溝部分は、互い違いの配置で2列を収容するためである。マグネトロン100の溝102、104を修正して、図6のテール部分82と同様に、メサ108の180°湾曲端部110周囲にテール部分を含むようにしてもよい。一枚の磁性ヨークプレートで、マグネトロンプレート106の背面をカバーして、全磁石を磁気的に結合してもよい。   The rectangular spiral magnetron 100 shown in the plan view of FIG. 8 has continuous grooves 102 and 104 formed in a nonmagnetic magnetron plate 106 made of, for example, 6061 aluminum. Cylindrical magnets (not shown) of opposite polarity each fill the two grooves 102, 104 and form a plasma track between them. The groove 102 completely surrounds the groove 104. The two grooves 102 and 104 are arranged at a track pitch Q and are separated from each other by a mesa 108 having a substantially constant width. From the above description, the mesa 108 represents the gap between the counter electrodes. One groove 102 represents the outer magnetic pole. The other groove 104 represents the inner magnetic pole surrounded by the outer magnetic pole. Similar to the racetrack magnetron, one magnetic pole, represented by groove 104, whether twisted or not, is completely surrounded by the other magnetic pole, represented by groove 102. This intensifies the magnetic field and forms one or more plasma loops to prevent edge losses. The width of the outermost portion of the groove 102 is slightly larger than half the width of the inner portion of the groove 102 and all the portions of the other groove 104. This is because the outermost portion accommodates only one row of magnets, and the other groove portion accommodates two rows in a staggered arrangement. The grooves 102, 104 of the magnetron 100 may be modified to include a tail portion around the 180 ° curved end 110 of the mesa 108, similar to the tail portion 82 of FIG. A single magnetic yoke plate may cover the back of the magnetron plate 106 and magnetically couple all the magnets.

矩形化螺旋マグネトロンは、溝102、104、そして、磁石が装着されると、磁極を有し、垂直方向に沿って延在し、湾曲コーナーにより互いに連結された直線部分を有している。直線部分は、パターンの合計長の好ましくは少なくとも50%、より好ましくは75%である。   The rectangular spiral magnetron has grooves 102, 104, and straight sections that, when fitted with magnets, have magnetic poles, extend along the vertical direction and are connected to each other by curved corners. The straight portion is preferably at least 50%, more preferably 75% of the total length of the pattern.

溝102、104は、通常、それらの間でプラズマトラックを画定する2つの磁極を表している。しかしながら、構造は、もっと複雑である。本実施形態において、溝102、104は、例えば、アルミニウムの非磁性マグネトロンプレート42へと機械加工されて、円柱状穴又は鋸歯端部の配列を含むようにして、最密構成で別々の円柱状永久磁石を捕捉する。溝102、104の肉厚部分の円柱状穴が、互い違いの2つの線状に延在する平行な列を形成して、磁石充填密度を増大してもよい。一方、溝102、104の外側部分は、1つのみのかかる線状配列を有していてもよい。典型的に、磁気的に軟性のステンレス鋼で形成された2つの任意の磁極片は、溝102、104の形状及び近似の幅を有している。任意の磁極片を、溝102、104の上のマグネトロンプレートの下部に、ねじ留めして、下方で対向する溝102、104内の磁石を両方とも捕捉し、磁極片として作用させる。しかしながら、磁性ヨークプレートによって、磁極片もねじ留め手段も必要ないよう、十分な保持力を与えてもよい。これについては、磁石を並べる非磁性リテーナに関して後述してある。   The grooves 102, 104 typically represent two magnetic poles that define a plasma track between them. However, the structure is more complex. In this embodiment, the grooves 102, 104 are machined into, for example, an aluminum non-magnetic magnetron plate 42 to include an array of cylindrical holes or serrated ends, so that they are separate cylindrical permanent magnets in a close-packed configuration. To capture. The cylindrical holes in the thick portions of the grooves 102, 104 may form parallel rows extending in two staggered lines to increase the magnet packing density. On the other hand, the outer portions of the grooves 102, 104 may have only one such linear array. Typically, two optional pole pieces formed of magnetically soft stainless steel have the shape of the grooves 102, 104 and approximate width. An optional pole piece is screwed to the bottom of the magnetron plate above the grooves 102, 104 to capture both the magnets in the lower facing grooves 102, 104 and act as pole pieces. However, the magnetic yoke plate may provide a sufficient holding force so that neither pole pieces nor screwing means are required. This will be described later with respect to a nonmagnetic retainer for arranging magnets.

ラップの褶曲の数、又は褶曲を大幅に増やすことができる。マグネトロンについてその他の回旋形状も可能である。例えば、蛇行及び螺旋マグネトロンを、違うやり方で組み合わせることができる。螺旋マグネトロンを、蛇行マグネトロンに連結してもよい。両者共、単一のプラズマループで形成されている。2つの螺旋マグネトロンを一緒に、例えば、反対のねじりで、連結してもよい。2つの螺旋マグネトロンで、蛇行マグネトロンを囲ってもよい。典型的に、単一のプラズマループが望ましい。しかしながら、多数の回旋プラズマループでも本発明の利点は享受される。   The number of raps or folds can be greatly increased. Other convoluted shapes for the magnetron are possible. For example, serpentine and helical magnetrons can be combined in different ways. A helical magnetron may be coupled to the serpentine magnetron. Both are formed by a single plasma loop. Two helical magnetrons may be joined together, eg, with opposite twists. Two helical magnetrons may surround the serpentine magnetron. Typically, a single plasma loop is desirable. However, the advantages of the present invention are also enjoyed with multiple convoluted plasma loops.

矩形化螺旋マグネトロン100は、有効であることが分かっているが、その均一性には改善の余地がある。問題がいくつかある。コールドスポット、即ち、ギャップ108の湾曲コーナー112に関連した堆積速度の遅い領域、プラズマトラックの湾曲外部端部110に近接する末端領域、及び磁場の減じた螺旋プラズマループの外部端部近くの凹領域114がある。更に、中央の略矩形の領域は、大きな外側領域に対して堆積が減じることが観察されている。マグネトロン100については、いくつかの改善が可能である。   Although the rectangular helical magnetron 100 has been found to be effective, there is room for improvement in its uniformity. There are some problems. Cold spots, i.e., regions with slow deposition rates associated with the curved corner 112 of the gap 108, end regions near the curved outer end 110 of the plasma track, and concave regions near the outer end of the helical plasma loop with reduced magnetic field. There are 114. Furthermore, it has been observed that the central, generally rectangular region has reduced deposition relative to the large outer region. For the magnetron 100, several improvements are possible.

図9の平面図及び図10にコーナーの拡大平面図に示した単一螺旋マグネトロン120は、一方の磁極の外側磁極122と、それが取り巻く他方の磁極の内側磁極124とを含んでおり、その間に略一定の幅のギャップ126がある。図示した構造は、対のリテーナの回旋リテーナ構造として実施されており、簡単に述べると、その間に磁石を並べ、穴の軸に沿って2つの垂直な磁極のいずれかで、円柱状磁石を収容するための、磁石穴又は位置128を有している。反対の磁石は、2つの反対の磁極を表している。スルーホール130がリテーナに開けられて、直線リテーナ132と湾曲リテーナ134の反対の対を、磁性ヨークとして作用する磁性プレートに留めるねじを受ける。リテーナ構造は、外側及び内側磁極122、124で約6000個の磁石を収容でき、75mを超える長さの回旋プラズマトラックを作成することができる。しかしながら、全ての穴又は位置を充填する必要はない。   The single helical magnetron 120 shown in the plan view of FIG. 9 and the enlarged plan view of the corner in FIG. 10 includes an outer magnetic pole 122 of one magnetic pole and an inner magnetic pole 124 of the other magnetic pole that surrounds it. There is a gap 126 having a substantially constant width. The structure shown is implemented as a swivel retainer structure of a pair of retainers. Briefly stated, the magnets are arranged in between and contain cylindrical magnets in one of two perpendicular magnetic poles along the hole axis. There are magnet holes or positions 128 to do so. The opposite magnets represent two opposite magnetic poles. A through hole 130 is opened in the retainer to receive a screw that secures the opposite pair of linear retainer 132 and curved retainer 134 to a magnetic plate acting as a magnetic yoke. The retainer structure can accommodate about 6000 magnets at the outer and inner poles 122, 124 and can create a convoluted plasma track with a length of more than 75m. However, it is not necessary to fill all holes or locations.

まず、回旋パスに沿って、外側磁極122の外部部分の1本のラインに、対で、内部部分に、磁石を配置する。それによって、ギャップ126に対応する各プラズマトラックは、そのトラック用の磁石に実質的に等しい数の反対の2列の磁石間で囲まれる。しかしながら、矩形化トラックのコーナーは、別々の湾曲リテーナ134により形成される。湾曲リテーナ134の少なくとも内側には、磁石穴の単一の円弧形状のラインの法線成分ばかりでなく、追加の磁石を収容するための、ギャップ126から離れた穴136の追加の円弧形状のラインも形成される。これらの追加の磁石は、90°のコーナーで生じると考えられる堆積の減少を補うためのものである。これらの追加の磁石の位置は、均一な堆積を得るのに必要とされる、その磁極と同じ極性の磁石で充填される。   First, magnets are arranged on the inner part in pairs along one line of the outer part of the outer magnetic pole 122 along the spiral path. Thereby, each plasma track corresponding to the gap 126 is surrounded between a number of opposite two rows of magnets substantially equal in number to the magnets for that track. However, the corners of the rectangular track are formed by separate curved retainers 134. At least inside the curved retainer 134 is an additional arc-shaped line of the hole 136 away from the gap 126 to accommodate not only the normal component of a single arc-shaped line of magnet holes, but also additional magnets. Is also formed. These additional magnets are to compensate for the reduction in deposition that would occur at the 90 ° corner. The location of these additional magnets is filled with a magnet of the same polarity as its magnetic pole that is required to obtain a uniform deposit.

全体の構造が、約6−3/4回のラップ、即ち、図8の2未満のラップより非常に多い矩形化螺旋プラズマループを形成する。各ラップは、2つのプラズマトラックに対応している。二次元走査の必要性、大体、2つ又は多数のプラズマトラックの分離の長さにわたって少なくとも実施されるのが好ましい。ラップの回数が増えるということは、走査長を減少できることを意味している。   The overall structure forms a rectangularized helical plasma loop that is about 6-3 / 4 wraps, ie, much more than the less than 2 wraps of FIG. Each lap corresponds to two plasma tracks. It is preferably carried out at least over the length of the separation of the two-dimensional scanning needs, roughly two or many plasma tracks. An increase in the number of laps means that the scanning length can be reduced.

図11の平面図及び図12のコーナーの拡大平面図に示した二重螺旋マグネトロン140は、内側磁極144を取り巻く外側磁極142を含んでおり、略一定の幅のギャップ146により分離されている。ここでも、図示した構造には、対のリテーナ132、134があり、磁性ベースプレートにねじ留めされ、多数の磁石を保持している。磁石の場所が磁極を示している。この図には、リテーナの二重鋸歯構造に装着された磁石は示されておらず、本実施形態では、追加のコーナー磁石位置は図示されていない。しかしながら、本実施形態では、螺旋のラップは、違う形で実施されている。まず、図2のリニアプラズマループマグネトロン24の細長くしたものを褶曲し、2つの端部34が、互いに側面で近接するようにし、磁極26、28の軸の中間とギャップ30が、広い半径の半円形端部で曲がるようにする。図11の構成では、矩形化螺旋が、4つの近接する略平行なプラズマトラックを有する外部端部150と、二重プラズマトラックについて2つの別々の端部を有する内部端部152とを含んでいる。この構造は、4つの平行なギャップ146を備えた大きな直線部分を有しており、4つの平行なプラズマトラックを生成する。この4トラック構造を、略中心の約30のプラズマトラックを有する図示した矩形化螺旋においてラップする。図2の褶曲したリニアマグネトロンの広い半径の端部が外側に、2つの短い半径の端部30が内側になるようにして、ラップすることに留意する。他のやり方でラップすることも可能であるが、中心があまり対称にならなくなる。   The double helical magnetron 140 shown in the plan view of FIG. 11 and the enlarged plan view of the corner of FIG. 12 includes an outer magnetic pole 142 that surrounds the inner magnetic pole 144 and is separated by a gap 146 having a substantially constant width. Again, the illustrated structure includes a pair of retainers 132, 134 that are screwed to the magnetic base plate to hold multiple magnets. The location of the magnet indicates the magnetic pole. This figure does not show magnets mounted on the retainer double sawtooth structure, and in this embodiment, no additional corner magnet positions are shown. However, in this embodiment, the spiral wrap is implemented differently. First, the elongate linear plasma loop magnetron 24 of FIG. 2 is bent so that the two end portions 34 are close to each other on the side surface, and the middle of the axis of the magnetic poles 26 and 28 and the gap 30 are half of a wide radius. Make a bend at the circular end. In the configuration of FIG. 11, the rectangularized helix includes an outer end 150 having four adjacent generally parallel plasma tracks and an inner end 152 having two separate ends for the dual plasma track. . This structure has a large straight section with four parallel gaps 146 and produces four parallel plasma tracks. This 4-track structure is wrapped in the illustrated rectangularized helix with approximately 30 plasma tracks in the approximate center. Note that the curved linear magnetron of FIG. 2 wraps with the wide radius ends on the outside and the two short radius ends 30 on the inside. It is possible to wrap in other ways, but the center will not be very symmetric.

両マグネトロン120、150は、マグネトロンの中心近傍で堆積が尚少なく、例えば、図13の平面図及び図14のコーナーの拡大平面図に図示されたマグネトロン156は、概して、合計マグネトロン領域の約10%を占める矩形内部領域158を含んでおり、スパッタ堆積速度が減じてしまう。格差のある堆積は、領域158外で磁石を用いるよりも、堆積の少ない内部領域158内で、強い円柱状磁石を用いることにより、減じることができる。円柱状磁石、例えば、NdBFeの希土類磁石が、38MgOの磁性強度を有していれば、全体の堆積速度は十分である。MgOは、メガガウスエルステッドを表している。強い磁石は、48MgOの磁性強度で、即ち、26%強いものが市販されている。これより強い磁石は、入手できる量が限られており、コストが非常に高くなる。マグネトロン156のメイントラックに、堆積の少ない内部領域158外で、38MgO磁石を装着し、48MgO磁石が内部領域158内側になるようにすると、堆積均一性が大幅に改善されるが、完全ではなかった。   Both magnetrons 120, 150 are still less deposited near the center of the magnetron, for example, the magnetron 156 illustrated in the plan view of FIG. 13 and the enlarged plan view of the corner of FIG. 14 is generally about 10% of the total magnetron region. Occupying a rectangular inner region 158, which reduces the sputter deposition rate. Disparate deposition can be reduced by using a strong cylindrical magnet within the less deposited interior region 158 than using magnets outside the region 158. If a cylindrical magnet, for example, a rare earth magnet of NdBFe has a magnetic strength of 38MgO, the overall deposition rate is sufficient. MgO represents Mega Gauss Oersted. Strong magnets are commercially available with a magnetic strength of 48 MgO, ie 26% stronger. Stronger magnets are available in limited quantities and are very expensive. When a 38MgO magnet is mounted on the main track of the magnetron 156 outside the low deposition internal region 158 and the 48MgO magnet is located inside the internal region 158, deposition uniformity is greatly improved, but not completely. .

図15の平面図及び図16の拡大平面図に図示した蛇行マグネトロン160は、10回褶曲したリニアレーストラックマグネトロンを有している。そのリテーナ構造は、螺旋マグネトロンよりも規則的である。外側リテーナ161及び内側リテーナ162は、通常、プラズマトラックに関連したギャップ163により分離されていて、図示する通り、内部が2列、2つの側端に1列、で構成された規則的な略直線の配列を有している。リテーナ161、162はまた、多数の追加の磁石位置165も有しており、180°屈曲部の両側に、ギャップ163の長い180°屈曲部で、曲がったリテーナに組み込まれている。外側磁極に関連したスタブリテーナ166の端部は、ギャップ163の鋭い180°屈曲部で、追加の磁石位置167を有している。更に追加の磁石位置168が、図示する通り、2つの外側上部に近接する長い180°屈曲部と、マグネトロン160の下端の間にある。   The serpentine magnetron 160 shown in the plan view of FIG. 15 and the enlarged plan view of FIG. 16 has a linear racetrack magnetron that is bent ten times. Its retainer structure is more regular than a helical magnetron. The outer retainer 161 and the inner retainer 162 are typically separated by a gap 163 associated with the plasma track, and as shown, a regular, generally straight line with two rows inside and one row at the two side edges. It has the arrangement of. The retainers 161, 162 also have a number of additional magnet positions 165 that are incorporated into the bent retainer at the long 180 ° bends of the gap 163 on either side of the 180 ° bends. The end of the stub retainer 166 associated with the outer pole has an additional magnet position 167 with a sharp 180 ° bend in the gap 163. In addition, an additional magnet position 168 is between the long 180 ° bend close to the two outer tops and the lower end of the magnetron 160, as shown.

特に、螺旋マグネトロンにおいて、中央領域158の磁石の強度を変える以外に、中央堆積速度を増やす別の方法には、マグネトロンの垂直構造をある程度理解する必要がある。図17の断面図に示す通り、磁性マグネトロン又はバックプレート170は、可動マグネトロン及び磁性ヨーク用の主たるサポート部材として作用する。それは厚いプレートで、例えば、厚さ1/2”(12mm)で、軟磁性材料、即ち、鋼、例えば、冷延鋼A36又はステンレス鋼で形成されている。非磁性リテーナ172は、非磁性ねじ174により、その操作方向に、バックプレート170の下部に固定されている。リテーナ172は、アルミニウム(例えば、6061 Al)又は非磁性ステンレス鋼又は黄銅で構成されていてもよい。反対の磁気極性の円柱状磁石176、178は、間にギャップ180のある、2つのリテーナ172間で遊嵌合されており、強い磁力により、磁性バックプレート170に保持されている。平行なリテーナ172間で保持された磁石176、178は、反対の極性を有しており、磁石176、178間のギャップ180を超えて磁場Bを生成する。リテーナ172、174は、保持されている磁石176、178の長さと同じくらい厚くする必要はない。磁極片は、磁石176、178の上部に固定してもよいが、必要ではない。近接する磁石176、178が、図示する通り、反対の極性を有する場合には、バックプレート170は、磁性ヨークとして作用し、反対の磁石176、178はそれらの間で磁場Bを生成する。非磁性リテーナ172は、磁場を妨害しないので、反対の磁極間のギャップ180は、異なるラインの反対の極性の磁石176、178間の距離と考えられる。リテーナ172には、典型的に、磁性ヨーク170よりも軽い材料でできていて、別々に設計及び据え付けできるという利点がある。   In particular, in spiral magnetrons, other than increasing the strength of the magnet in the central region 158, another way to increase the central deposition rate requires some understanding of the vertical structure of the magnetron. As shown in the cross-sectional view of FIG. 17, the magnetic magnetron or back plate 170 acts as a main support member for the movable magnetron and magnetic yoke. It is a thick plate, e.g. 1/2 "(12 mm) thick, made of soft magnetic material, i.e. steel, e.g. cold-rolled steel A36 or stainless steel. Non-magnetic retainer 172 is a non-magnetic screw. It is fixed to the lower part of the back plate 170 in its operating direction by 174. The retainer 172 may be made of aluminum (eg 6061 Al) or non-magnetic stainless steel or brass. The columnar magnets 176 and 178 are loosely fitted between two retainers 172 having a gap 180 therebetween, and are held by the magnetic back plate 170 by a strong magnetic force, and are held between the parallel retainers 172. The magnets 176 and 178 have opposite polarities and generate a magnetic field B beyond the gap 180 between the magnets 176 and 178. The corners 172, 174 need not be as thick as the length of the magnets 176, 178 that are held in. The pole pieces may be fixed on top of the magnets 176, 178, but are not required. If the magnets 176, 178 have opposite polarities as shown, the back plate 170 acts as a magnetic yoke, and the opposite magnets 176, 178 generate a magnetic field B. Non-magnetic retainer. Since 172 does not interfere with the magnetic field, the gap 180 between the opposite poles is considered the distance between the opposite polarity magnets 176, 178 in different lines The retainer 172 is typically more than the magnetic yoke 170. The advantage is that it is made of light material and can be designed and installed separately.

マグネトロン120、140、156、160の最大部分は、2つの近接する互い違いの列の磁石を含んでいる。図18の平面図に示す通り、2つの直線リテーナ190、192は、対向する鋸歯又はスカラップ端部を有しており、磁石194より僅かに大きな半径の円弧形状のポケット194が、それらに保持されている。非磁性ねじ196が、リテーナ190、192をバックプレート170に保持し、ポケット194は、磁石の直径の半分で互いに軸方向にオフセットであり、最密な2列の磁石198を収容するスペースがある。   The largest portion of magnetrons 120, 140, 156, 160 includes two adjacent alternating rows of magnets. As shown in the plan view of FIG. 18, the two linear retainers 190, 192 have opposing serrated or scalloped ends, and an arcuate pocket 194 with a slightly larger radius than the magnet 194 is retained in them. ing. A non-magnetic screw 196 holds the retainers 190, 192 on the back plate 170, and the pockets 194 are axially offset from each other at half the diameter of the magnet and have space to accommodate the two closest rows of magnets 198. .

外側磁極の外部部分は、典型的に、1列の磁石で充填されている。これらの外部部分の直線リテーナ190、192は、同様の鋸歯設計を有することができるが、バックプレート170に固定されている。ポケット194は互いに並んでいて、1列の磁石198を捕捉するためのスペースが間にある。直線セクションを連結しているコーナーセクションは、湾曲部分を含んでおり、これは、1列又は2列の磁石を90°曲げている。コーナーセクションは、同様のリテーナを含んでいてよいが、湾曲部分は異なる半径を有している。コーナーセクションは、個々に製造して、隣接する直線リテーナ190、192に並べてバックプレート170にねじ留めされる。   The outer portion of the outer pole is typically filled with a row of magnets. These external portion linear retainers 190, 192 can have a similar sawtooth design but are secured to the backplate 170. The pockets 194 are side-by-side with a space for capturing a row of magnets 198. The corner section connecting the straight sections includes a curved portion, which bends one or two rows of magnets 90 °. The corner section may include a similar retainer, but the curved portion has a different radius. The corner sections are individually manufactured and screwed to the back plate 170 side by side with adjacent linear retainers 190, 192.

図19の断面図に図示する通り、中心堆積を増大する他の方法は、上述した冷延鋼等の磁性材料のシム200を、低い堆積速度を示す中央領域158において、ターゲットに向いたバックプレート170の側部に固定するものであり、シムの厚さは、2〜8mmの範囲、例えば、5mmで、その表面の高さを効率的に上げる。リテーナを、中央領域158において、中央領域158外のバックプレート170へ直接、シム190にねじ留めすると、リテーナにより保持される磁石202の高さは、低堆積中央領域158において効率的に上がり、中央領域158外に保持される磁石204に対して、それらをターゲット近くにする。このように、中央領域158に近接するターゲットで磁場を増大し、プラズマ密度及びスパッタリング速度を上げる。所望であれば、薄めの、例えば、2mmのトランジションシム206を中央シム200周囲でバックプレート170に固定し、磁石リテーナを更にトランジションシム206に固定して、異なる高さで保持された磁石202、204間のトランジションを容易にし、堆積均一性を改善してもよい。この代わりに、トランジションシム206を、メインシム200の下にするが、それを超えるように側方に延在させてもよい。追加の周囲シムを用いたり、合わせた外形のシムを機械加工して、シムとしてもよい。外形を機械加工して、バックプレート170とすることも可能である。しかしながら、1つ以上のシムを用いることにより、可撓性が強化される。   As illustrated in the cross-sectional view of FIG. 19, another method of increasing central deposition is to use a shim 200 of magnetic material, such as cold rolled steel, as described above, with a backplate facing the target in the central region 158 that exhibits a low deposition rate. The thickness of the shim is in the range of 2 to 8 mm, for example, 5 mm, and the surface height is efficiently increased. When the retainer is screwed to the shim 190 directly in the central region 158 to the back plate 170 outside the central region 158, the height of the magnet 202 held by the retainer is effectively increased in the low deposition central region 158, For magnets 204 held outside area 158, they are brought close to the target. Thus, the magnetic field is increased at the target close to the central region 158 to increase the plasma density and sputtering rate. If desired, a thinner, eg 2 mm, transition shim 206 is secured to the back plate 170 around the central shim 200 and a magnet retainer is further secured to the transition shim 206 to hold the magnets 202 at different heights, The transition between 204 may be facilitated and deposition uniformity may be improved. Alternatively, the transition shim 206 is below the main shim 200 but may extend laterally beyond that. An additional peripheral shim may be used, or a shim having a combined outer shape may be machined to form a shim. It is also possible to machine the outer shape to form the back plate 170. However, using one or more shims enhances flexibility.

図13に戻ると、前述したマグネトロンは、均一性を増大するために、矩形のマグネトロンの側部に平行な直線部分に重点がおかれている。直線部分は、湾曲部分又はコーナー210により連結されており、これらは、矩形マグネトロンの2つの対角に略位置しており、詳細は図14に図示されている。コーナーは、概して、同じ極めて小さな半径を有している。その結果、反対の磁石間のギャップの幅が、コーナー210の湾曲部分内で増大し、ターゲットの前に突出した磁場を減少し、スパッタリング速度も下がることとなる。少し、又は多くの追加の磁石を、湾曲リテーナ134に形成された追加の穴136に配置して、コーナー210の減少した磁場を補ってもよい。コーナー210は、装置の開発においてばかりでなく、機械を異なるスパッタリング材料及びスパッタリング条件に適用する時も調整が必要なものと考えられる。即ち、コーナー210は、開発研究室と、現場での両方で多くの調整が必要である。   Returning to FIG. 13, the above-described magnetron focuses on straight portions parallel to the sides of the rectangular magnetron in order to increase uniformity. The straight portions are connected by curved portions or corners 210, which are generally located at the two diagonals of the rectangular magnetron, details of which are illustrated in FIG. The corners generally have the same very small radius. As a result, the gap width between the opposite magnets increases within the curved portion of the corner 210, reducing the magnetic field protruding in front of the target and reducing the sputtering rate. A few or many additional magnets may be placed in additional holes 136 formed in the curved retainer 134 to compensate for the reduced magnetic field at the corner 210. The corner 210 may need to be adjusted not only in the development of the apparatus, but also when the machine is applied to different sputtering materials and sputtering conditions. In other words, the corner 210 needs a lot of adjustment both in the development laboratory and on site.

バックプレート170は、大きく非常に重い片である。機械工場で製造され、発送されたら、磁石の数を調整するだけでなく、より安価に機械加工でき、より容易に発送し、現場に据え付けられる新しいリテーナ及びシムを設計することにより、開発研究室又は現場で修正を行うのが望ましい。例えば、図20〜22に、この例では、1列の磁石を収容するために、互いに並んだポケット222を備えた直線リテーナ220を示す。ただし、他の実施形態では、複数列の磁石を含んでいてもよい。ねじ196は、直線リテーナ220を、バックプレート170の所定の位置に固定する。垂直方向に延在する直線リテーナ220は、内側コーナーリテーナ224及び外側コーナーリテーナ226により連結されていて、これらも、1列の磁石を収容するように設計されている。図20〜22の異なる図面に図示した3つのセットのコーナーリテーナ224、226は、異なる半径の湾曲部分と、3つの実施形態間で範囲が減少している直線部分を含んでいる。しかしながら、端部は、互いに同様に配置されており、両コーナーリテーナ224、226のねじ196のねじ穴とバックプレート170は、3つの全ての実施形態において、同様に配置されている。その結果、マグネトロンのコーナーで、磁場分布を調整するためには、異なるセットのコーナーリテーナ224、226を、バックプレート170に開けられた既存のセットのねじ穴に替える必要があるだけである。   The back plate 170 is a large and very heavy piece. Once manufactured and shipped at the machine shop, the development lab is designed not only by adjusting the number of magnets, but also by designing new retainers and shims that can be machined cheaper, shipped more easily and installed on site Or it is desirable to make corrections on site. For example, FIGS. 20-22 illustrate a linear retainer 220 with pockets 222 aligned with each other to accommodate a row of magnets in this example. However, in other embodiments, a plurality of rows of magnets may be included. The screw 196 fixes the linear retainer 220 at a predetermined position on the back plate 170. The vertically extending linear retainer 220 is connected by an inner corner retainer 224 and an outer corner retainer 226, which are also designed to accommodate a single row of magnets. The three sets of corner retainers 224, 226 illustrated in the different figures of FIGS. 20-22 include curved portions of different radii and straight portions that have a reduced range between the three embodiments. However, the ends are similarly arranged with each other, and the screw holes of the screws 196 of both corner retainers 224, 226 and the back plate 170 are similarly arranged in all three embodiments. As a result, in order to adjust the magnetic field distribution at the corners of the magnetron, it is only necessary to replace the different sets of corner retainers 224, 226 with existing sets of screw holes drilled in the back plate 170.

コーナーに強度の大きな磁石を、直線部分に強度の小さな磁石を用いることにより、磁場強度を増大することができる。
2列コーナーを、図23の平面図に図示する。これは、2つの垂直なセットの直線リテーナ230、232を有しており、これらは、外側コーナーリテーナ234及び内側コーナーリテーナ236により、コーナーで連結している。直線リテーナ230、232のポケットが、互い違いに、最密な2列の円柱状磁石238を収容している。コーナーリテーナ234、236は、曲率が許すだけ密集した、湾曲した2列の磁石238も収容するように配置されている。コーナーリテーナ234、236は、異なる曲率を有し、直線部分が短い、又は長い他のコーナーリテーナ234、236に容易に交換される。
The magnetic field strength can be increased by using a high strength magnet at the corner and a low strength magnet at the straight portion.
Two row corners are illustrated in the plan view of FIG. It has two vertical sets of linear retainers 230, 232 that are connected at the corners by an outer corner retainer 234 and an inner corner retainer 236. The pockets of the linear retainers 230, 232 accommodate the two closest rows of cylindrical magnets 238 in an alternating fashion. The corner retainers 234, 236 are arranged to also accommodate two curved rows of magnets 238 that are as dense as the curvature allows. The corner retainers 234, 236 have different curvatures and are easily exchanged for other corner retainers 234, 236 with short or long straight sections.

コーナーリテーナ234、236はまた、2列の磁石238の内側及び外側に、補助の磁石穴240、242を有していてよいことが更なる特徴である。コーナーでの磁場分布を最適化するのに必要とされる通り、補助の磁石を、補助の磁石穴240、242の1つ以上に配置して、コーナーでの磁場強度を増大してよい。補助の磁石穴240、242はまた、図21〜22の1列のコーナーリテーナ234、236に形成してもよい。   It is a further feature that the corner retainers 234, 236 may also have auxiliary magnet holes 240, 242 inside and outside the two rows of magnets 238. As required to optimize the magnetic field distribution at the corner, an auxiliary magnet may be placed in one or more of the auxiliary magnet holes 240, 242 to increase the magnetic field strength at the corner. Auxiliary magnet holes 240, 242 may also be formed in the row of corner retainers 234, 236 of FIGS.

更なる特徴を図23に図示する。ねじ196のためのねじ穴の位置を正確に選択して、2つの逆の方向を両方共満足させる場合には、一対の直線リテーナ230、232を、その長手方向軸周囲で反転させて、直線リテーナ230’、232’を形成することができ、鋸歯端部244が外側に向き、平坦な端部246が内側に向いて、図の面に垂直に偏極した一連の矩形又はバー磁石248を収容する。バー磁石248は、単一充填因子のために、大きな磁場強度を与える可能性がある。当然のことながら、平坦な端部のみを有する特別な直線リテーナを設計してもよい。   Additional features are illustrated in FIG. If the exact location of the screw hole for the screw 196 is selected to satisfy both two opposite directions, the pair of linear retainers 230, 232 are inverted around their longitudinal axis to create a straight line Retainers 230 ', 232' can be formed, with a series of rectangular or bar magnets 248 polarized perpendicular to the plane of the figure with the serrated end 244 facing outward and the flat end 246 facing inward. Accommodate. The bar magnet 248 can provide a large magnetic field strength due to a single fill factor. Of course, special linear retainers having only flat ends may be designed.

蛇行マグネトロン60、80、160は、大半が180°の湾曲セクションにより接続された直線セクション220、222の単一の主要セットを有しており、矩形化螺旋マグネトロン100、120、140、156は、平行な直線セクション220、222の2つのセットを有している。両方共、大半が90°の湾曲セクション204、206又は234、236により接続された主要セットと考えられる。全てのマグネトロンが、直線セクションの主要セットの1つに対して横方向で、ピッチPを超えた1次元走査による利点がある。しかしながら、かかる1次元走査には尚欠点がある。第1に、スパッタリングの均一性が大幅に損なわれることである。マグネトロンの大部分が、走査方向に平行なコンポーネントを有する方向に延在しているためである。その影響は、直線セクションが、走査方向に沿って延在していて、走査方向に対して横の方向に大きな不均一性のある矩形化螺旋マグネトロンにおいて最も顕著である。蛇行マグネトロンにおいても、180°湾曲セクションの領域において、高磁気密度が生じる傾向があり、ターゲットの側端を、ターゲットの中央部分よりも早く侵食させる。これらのマグネトロンでも、ターゲットの中央部分を、側部よりは少ないが、侵食する。第2に、他の予防措置が講じられないと、全てのマグネトロンが、プラズマシールド近くのターゲットの側端近傍にプラズマを作成し続けることである。リニアレーストラックマグネトロンで前に説明した通り、近接していると、プラズマ点火中、パーティクルの生成を大幅に増大させる。第3に、マグネトロンを即時に、且つ、相互に走査すると、エンドドエルの結果、過侵食が続くことである。   The serpentine magnetrons 60, 80, 160 have a single main set of straight sections 220, 222, mostly connected by 180 ° curved sections, and the rectangular spiral magnetrons 100, 120, 140, 156 are: It has two sets of parallel straight sections 220, 222. Both are considered the main set connected mostly by 90 ° curved sections 204, 206 or 234, 236. All magnetrons benefit from a one-dimensional scan beyond pitch P, transverse to one of the main sets of straight sections. However, such one-dimensional scanning still has drawbacks. First, the sputtering uniformity is greatly impaired. This is because most of the magnetron extends in a direction having components parallel to the scanning direction. The effect is most noticeable in a rectangular spiral magnetron where the straight section extends along the scanning direction and has a large non-uniformity in the direction transverse to the scanning direction. Even in a serpentine magnetron, high magnetic density tends to occur in the region of the 180 ° curved section, causing the side edges of the target to erode faster than the central portion of the target. These magnetrons also erode the central part of the target, but less than the sides. Second, if no other precautions are taken, all magnetrons will continue to create plasma near the side edges of the target near the plasma shield. As previously described in the Linear Racetrack Magnetron, close proximity greatly increases particle generation during plasma ignition. Third, when magnetrons are scanned immediately and with respect to each other, end erosion results in excessive erosion.

スパッタリング均一性は、矩形ターゲットについて、直交する2次元で、回旋マグネトロンを走査することにより増大し得る。走査機構は、所望の走査パターンの複雑さに応じて、異なる形態が想定できる。図24に図示した走査機構260において、ターゲット16は、その背面で、上側に、磁石を含むマグネトロンプレート262を、マグネトロンプレート262の下部の穴に保持された複数の絶縁パッド264又はころ軸受を通してサポートしている。パッド264が、そのようなものである場合、テフロン(登録商標)プラスチック(デュポン(DuPont)の登録商標製品)又はその他軟性ポリマー材料で構成されており、直径は5cm、マグネトロンプレート262から2mm突出している。外部駆動源268により駆動される反対にある押し込みロッド266は、真空シール後壁22を貫いて、連結器270を通して、マグネトロンプレート262とは、反対方向に押す。2次元走査については、連結器270は、マグネトロンプレート262を選択的且つ平滑に押す回転可能な車輪で形成してよい。ただし、軟らかいテフロンパッドで十分である。動力源268は、典型的には、後壁22に対して回転シールを有する駆動シャフトを駆動する双方向回転モータである。後壁22の内側の親ねじ機構が、回転運動を、直線運動に変換する。この代わりに、親ねじ機構は、シールされた後壁22の外部にあって、後壁22を通して、シールされたベローズアセンブリにより、押し込みロッド266に結合されていてもよい。垂直に配置された2対の押し込みロッド266と動力源268は、独立した二次元走査を与える。ターゲットに沿って対角に並んだ1対の押し込みロッド266と動力源268は、ターゲットの側部に対して、連結された2次元走査を与える。低圧バックチャンバの内側と外側の両方に、空気圧式シリンダ、ステッピングモータ及びラックアンドピニオンをはじめとするその他のタイプのアクチュエータも可能である。   Sputtering uniformity can be increased by scanning a convoluted magnetron in two orthogonal directions for a rectangular target. The scanning mechanism can assume different forms depending on the complexity of the desired scanning pattern. In the scanning mechanism 260 shown in FIG. 24, the target 16 supports a magnetron plate 262 including a magnet on the back side and on the upper side through a plurality of insulating pads 264 or roller bearings held in holes at the bottom of the magnetron plate 262. is doing. If the pad 264 is such, it is composed of Teflon plastic (a registered trademark of DuPont) or other soft polymer material, with a diameter of 5 cm and protruding 2 mm from the magnetron plate 262. Yes. An opposing push rod 266 driven by an external drive source 268 passes through the vacuum seal back wall 22 and through the coupler 270 in the opposite direction from the magnetron plate 262. For two-dimensional scanning, the coupler 270 may be formed with rotatable wheels that selectively and smoothly push the magnetron plate 262. However, a soft Teflon pad is sufficient. The power source 268 is typically a bi-directional rotary motor that drives a drive shaft having a rotational seal with respect to the rear wall 22. A lead screw mechanism inside the rear wall 22 converts rotational motion into linear motion. Alternatively, the lead screw mechanism may be external to the sealed rear wall 22 and coupled to the push rod 266 through the rear wall 22 by a sealed bellows assembly. Two pairs of push rods 266 and power source 268 arranged vertically provide independent two-dimensional scanning. A pair of push rods 266 and a power source 268 diagonally along the target provide a coupled two-dimensional scan for the sides of the target. Other types of actuators are possible, including pneumatic cylinders, stepping motors, and rack and pinions, both inside and outside the low pressure back chamber.

図25の平面図に図示した他の実施形態において、スプリング272、好ましくは、押し込み駆動力については、図示した幾何形状の圧縮スプリングを、対向する押し込みロッド266と交換してよい。また、押し込みロッド266とマグネトロンプレート262の間で連結器274を固定して、単一のロッド266が、スプリング262、ここでは好ましくは引張りスプリングに対して、マグネトロンプレート262を押したり引いたりすることができる。対角走査パターンを実施するには、図25の平面図に図示した、マグネトロンプレート262に形成された回旋マグネトロンを、後壁22部分を形成する矩形フレーム276内でサポートする。蛇行マグネトロンが図示されているが、他のマグネトロン形状に替えてもよい。固定した連結器274により、マグネトロンプレート262に結合されたアクチュエータ268が、フレーム276の対角に沿って、即ち、北西から南東の方向に、駆動する。これは、マグネトロンの直線部分の主要セットの方向に、平行と横方向の両方である。図示した実施形態において、スプリング272は、アクチュエータ268に反作用する。対角走査の結果、ターゲットの北及び南側での過侵食は減少する。   In another embodiment illustrated in the plan view of FIG. 25, the spring 272, preferably the illustrated compression spring, may be replaced with an opposing push rod 266 for push drive force. Also, the coupler 274 is secured between the push rod 266 and the magnetron plate 262 so that a single rod 266 pushes or pulls the magnetron plate 262 against the spring 262, preferably a tension spring. Can do. To implement a diagonal scan pattern, the convoluted magnetron formed on the magnetron plate 262, illustrated in the plan view of FIG. 25, is supported within a rectangular frame 276 that forms the rear wall 22 portion. Although a serpentine magnetron is illustrated, other magnetron shapes may be used. A fixed coupler 274 drives an actuator 268 coupled to the magnetron plate 262 along the diagonal of the frame 276, ie, from northwest to southeast. This is both parallel and transverse to the direction of the main set of linear portions of the magnetron. In the illustrated embodiment, the spring 272 reacts with the actuator 268. As a result of the diagonal scan, hypererosion on the north and south sides of the target is reduced.

プラズマをオンにした状態で、フレーム対角に沿って、又はその主軸の1つに沿って、走査を前後走査まで広げ、マグネトロンを、元の位置まで戻して、次のパネルのスパッタリングの準備をすることができる。この代わりに、プラズマをオフにした状態で、バック走査を実施して、新しいパネルを、スパッタリアクタに配置し、スパッタチャンバをポンプダウンして、平衡にすることができる。更なる変形例において、最初のパネルを、フォワード走査中にスパッタ堆積し、次のパネルを、後のバック走査中に堆積することができる。   With the plasma on, along the diagonal of the frame or along one of its principal axes, the scan is extended to the front-rear scan and the magnetron is returned to its original position to prepare the next panel for sputtering. can do. Alternatively, a back scan can be performed with the plasma turned off, a new panel placed in the sputter reactor, and the sputter chamber pumped down to equilibrate. In a further variation, the first panel can be sputter deposited during the forward scan and the next panel can be deposited during the subsequent back scan.

他のタイプの走査機構も可能である。スライディングパッド264を、車輪、ころがり、又はころ軸受に替えることができる。2006年2月3日出願の米国特許出願第11/347,677号、稲川(Inagawa)らに開示されており、本明細書に参考文献として組み込まれる。車輪、ころがり、又はころ軸受けは、電気的に絶縁されていて、マグネトロンプレート262を接地し、バイアスのかかったターゲット16にサポートされているのが好ましい。単純な移動については、マグネトロンプレート262とターゲット16の中間のガイドプレートが、走査を誘導する。上述したハルジー(Halsey)特許に記載した通り、マグネトロンプレート262は、上から、1つ以上のガイドプレートにより、車輪及びサポートロッドを通してサポートされてもよい。   Other types of scanning mechanisms are possible. The sliding pad 264 can be replaced with wheels, rolling or roller bearings. US patent application Ser. No. 11 / 347,677, filed Feb. 3, 2006, Inagawa et al., Which is incorporated herein by reference. The wheels, rolling or roller bearings are preferably electrically isolated, grounded to the magnetron plate 262 and supported by the biased target 16. For simple movements, a guide plate intermediate the magnetron plate 262 and the target 16 guides the scan. As described in the Halsey patent mentioned above, the magnetron plate 262 may be supported from above through the wheels and support rods by one or more guide plates.

走査の範囲は比較的限定される。走査長さは、少なくとも、隣接するプラズマトラック間のピッチで、そのピッチに略等しい、又はその数倍であるのが好ましい。例えば、隣接する非平行のトラック間のピッチが75mmで、2mのターゲットについて設計された、比較的少ない数の褶曲又はラップのマグネトロンについては、走査距離は少なくとも75mmとしなければならない。多数の褶曲又はラップのマグネトロン、例えば、マグネトロン120、140、156、160については、走査距離は減らすことができる。磁石強度と位置を可変とするためには、走査距離を、プラズマトラックのピッチよりも、少なくとも10mm長くするのが推奨される。ピッチよりも50%以上長い走査距離だと、本発明の利点が損なわれる。実験によれば、85〜100mmの走査距離だと優れた侵食を与えることが分かっている。磁石溝間、即ち、プラズマトラック間の75mmのピッチだと、非常に有効であることが証明されており、ピッチについては、50〜125mmの好ましい範囲が示されている。回旋マグネトロンにおいて、ラップや褶曲の数が増えると、必要な走査長が減る。   The range of scanning is relatively limited. The scanning length is preferably at least the pitch between adjacent plasma tracks and is approximately equal to or several times the pitch. For example, for a relatively small number of fold or lap magnetrons designed for a 2 m target with a pitch between adjacent non-parallel tracks of 75 mm, the scan distance should be at least 75 mm. For many fold or wrap magnetrons, eg, magnetrons 120, 140, 156, 160, the scanning distance can be reduced. In order to make the magnet strength and position variable, it is recommended that the scanning distance be at least 10 mm longer than the pitch of the plasma track. If the scanning distance is 50% or more longer than the pitch, the advantage of the present invention is impaired. Experiments have shown that excellent erosion is provided at a scanning distance of 85-100 mm. A pitch of 75 mm between the magnet grooves, that is, between the plasma tracks has proved to be very effective, and a preferred range of 50 to 125 mm is indicated for the pitch. In a convoluted magnetron, the required scan length decreases as the number of wraps and folds increases.

走査には、2つの操作上の特徴による利点がある。1つ目は、走査が、約1mm/sの比較的低速で実施でき有利であり、フレーム対角の1回走査、又は、後述する通り、数回のかかる対角走査で、完全な堆積が実施される。2mm/sの走査速度で、非常に良好な結果が得られており、好ましい範囲は0.5〜5mm/sである。100mmの走査については、完全な走査が、20〜200sで実施できる。低速によって、重い機構が単純化される。2つ目は、プラズマが消えてから、スロー走査を開始し、マグネトロンが、接地したフレーム276の極く近くから外れた後、例えば、2mm、好ましくは1〜5mmの初期走査後に、プラズマをストライクし、有利である。ストライキングが遅延されると、走査速度を平衡させることができる。しかしながら、重要なのは、フレーム266から離れたストライキングは、プラズマストライキング中の制御されないアーク放電に由来するものと考えられている、パーティクルの生成を大幅に減じることである。   Scanning has the advantage of two operational features. The first is advantageous because the scan can be performed at a relatively slow rate of about 1 mm / s, and complete deposition can be achieved with a single scan of the frame diagonal, or several such diagonal scans as described below To be implemented. Very good results have been obtained at a scanning speed of 2 mm / s, the preferred range being 0.5-5 mm / s. For a 100 mm scan, a full scan can be performed in 20-200 s. Low speed simplifies heavy mechanisms. Second, after the plasma is extinguished, a slow scan is started and the magnetron strikes the plasma after the initial scan of 2 mm, preferably 1-5 mm, for example, after the magnetron has come off very close to the grounded frame 276. It is advantageous. When striking is delayed, the scanning speed can be balanced. Importantly, however, striking away from the frame 266 significantly reduces particle generation, which is believed to result from uncontrolled arcing during plasma striking.

実験を実施して、リニアレーストラックマグネトロンを、定電源により、フレームを横切るように走査した。ターゲット電圧を観察し、図26のグラフのプロット278により示される通り、中央の約500Vから、フレーム276又はシールド近くで略600Vまで上がり、プラズマインピーダンスのマグネトロン位置への依存を示している。フレーム近傍のこの高電圧は、電子がフレーム276に漏れた結果と考えられ、ストライキング中の過剰のアーク放電に関連している。この代わりに、プラズマを、曲線の平坦な部分でストライクすると、アーク放電は大幅に減る。また、マグネトロンが他の対角コーナーに到達する前に、プラズマを消すと有利である。周知の通り、プラズマをストライクしたり、消すことは、スパッタリングターゲットに印加された電力を、夫々、上げたり下げたりすることにより、主になされる。更に堆積を同じ基板で実施する場合には、完全にプラズマを消すよりも、低密度のプラズマを得るために、ターゲット電力を減じることができ、それによって、ターゲット端部で、パーティクルの生成が大幅に減る。電圧の同じ変動を、フレーム276の側部に垂直な走査に適用してよい。電圧を減じるか、又は、プラズマをフレーム276近くで消す。   Experiments were performed and a linear racetrack magnetron was scanned across the frame with a constant power source. Observing the target voltage, as shown by the plot 278 in the graph of FIG. 26, it rises from about 500V in the middle to about 600V near the frame 276 or shield, indicating the dependence of plasma impedance on the magnetron position. This high voltage near the frame is thought to be the result of electrons leaking into the frame 276 and is associated with excessive arcing during striking. Instead, arcing is greatly reduced when the plasma is striked on a flat portion of the curve. It is also advantageous to extinguish the plasma before the magnetron reaches the other diagonal corner. As is well known, the strike and extinguishment of the plasma are mainly performed by raising and lowering the power applied to the sputtering target, respectively. Furthermore, if the deposition is performed on the same substrate, the target power can be reduced to obtain a low density plasma rather than completely extinguishing the plasma, thereby significantly generating particles at the target edge. Reduce to. The same variation in voltage may be applied to a scan perpendicular to the side of the frame 276. Reduce voltage or extinguish plasma near frame 276.

図8の矩形化螺旋マグネトロン100でのターゲット電圧は、僅か約350Vであることも観察されており、非常に効率的なマグネトロンであることが示されている。   It has also been observed that the target voltage in the rectangular spiral magnetron 100 of FIG. 8 is only about 350V, indicating a very efficient magnetron.

図27に図示するマグネトロン280で、図25の対角走査機構と若干同様の効果が得られる。フレーム276の矩形構成に対して、傾斜した角度、例えば、45°で、又はフレーム対角に平行に形成された、1つ又は2つの主要セットの直線セクション282を備えたマグネトロンプレート262が形成されている。対角に配置されたマグネトロンの効果は、図示した蛇行マグネトロンにおいて最も明白であるが、フレームの側部及び単軸の動きに対して、相補的傾斜角で配置された直線セクションを有する矩形化螺旋マグネトロンで同様の効果を得ることができる。2つの矩形構成の1つに沿って並んだ反対のアクチュエータ268が、その構成に沿って、マグネトロンプレート262を走査する。本実施形態において、走査は、1次元であるが、マグネトロン形状は、明らかに、フレーム276に対して2次元である。ストライキングの際の端部の影響を排除するために、側部に沿って追加のターゲットスペースを与えなければならない。   With the magnetron 280 shown in FIG. 27, the same effect as the diagonal scanning mechanism of FIG. 25 can be obtained. With respect to the rectangular configuration of the frame 276, a magnetron plate 262 is formed with one or two main sets of straight sections 282 formed at an inclined angle, for example 45 ° or parallel to the frame diagonal. ing. The effect of a diagonally arranged magnetron is most apparent in the serpentine magnetron shown, but a rectangularized helix with straight sections arranged at complementary tilt angles for side and uniaxial movement of the frame The same effect can be obtained with a magnetron. Opposite actuators 268 aligned along one of the two rectangular configurations scan the magnetron plate 262 along that configuration. In this embodiment, the scan is one dimensional, but the magnetron shape is clearly two dimensional with respect to the frame 276. In order to eliminate the edge effects during striking, additional target space must be provided along the sides.

2つの対角に沿った走査は、図28の概略平面図に図示した走査機構290で行うことができる。4つのアクチュエータ268が、2つのフレーム対角に沿って反対の対で並んでいる。各アクチュエータ268は、コーナー押し込みロッド266の1つに固定されている。押し込みロッド266の端部に接続されたコーナーブラケット292は、2つの垂直なアーム294を有しており、夫々、複数の車輪296又はその他スライド手段を有しており、マグネトロンプレート262の各コーナーを平滑に係合し、並べて、フレーム対角の1つに沿ってそれを正確に押すことができる。蛇行マグネトロンを図示しているが、その他の回旋マグネトロン形状を、この機構及びその他2次元走査機構に用いてよい。いずれかの対角に沿った走査は、アクチュエータ268のいずれか1つのみを必要とする。走査は、1つの対角から、他方へと移る。これは、第1の対角と並んだアクチュエータの1つによって、第1の対角に沿って、マグネトロンプレート262を、第2の対角が通過する中央点まで押すことによりなされる。その後、第2の対角と並んだアクチュエータ268の1つが、マグネトロンプレート262と係合して、第2の対角に沿ってそれを押す。   The scanning along two diagonals can be performed by the scanning mechanism 290 illustrated in the schematic plan view of FIG. Four actuators 268 are arranged in opposite pairs along two frame diagonals. Each actuator 268 is secured to one of the corner push rods 266. The corner bracket 292 connected to the end of the push rod 266 has two vertical arms 294, each having a plurality of wheels 296 or other sliding means, each corner of the magnetron plate 262 being Engage smoothly, line up, and push it exactly along one of the frame diagonals. Although a serpentine magnetron is illustrated, other convoluted magnetron shapes may be used for this and other two-dimensional scanning mechanisms. A scan along any diagonal requires only one of the actuators 268. The scan moves from one diagonal to the other. This is done by pushing the magnetron plate 262 along the first diagonal to the center point through which the second diagonal passes by one of the actuators aligned with the first diagonal. Thereafter, one of the actuators 268 aligned with the second diagonal engages the magnetron plate 262 and pushes it along the second diagonal.

図29に図示した矩形配置の走査機構300は、8つのアクチュエータ268を含んでおり、これらは、矩形フレーム276の4つの側部に沿って対をなして配置されていて、押し込みロッド266の端部に、夫々、車輪302又はその他回転部材を有していて、垂直なフレーム側部は、コーナーで係合している。軟性押し込みパッド、例えば、テフロンのものを、車輪302の代替としてもよい。対をなしたアクチュエータ268を、同じようにして制御して、関連した押し込みロッド266を同じように伸長する。アクチュエータ268と、マグネトロンプレート262の間に固定した連結部がなく、押す力だけを出すときは、対をなすのが好ましい。1対のみの車輪付きアクチュエータ押し込みロッド266を、マグネトロンプレート262と係合して、デカルト方向に沿ってそれを動かす必要がある。   The rectangular arrangement scanning mechanism 300 shown in FIG. 29 includes eight actuators 268, which are arranged in pairs along the four sides of the rectangular frame 276 and are arranged at the end of the push rod 266. Each part has a wheel 302 or other rotating member, and the vertical frame side is engaged at the corner. A soft push pad, such as that of Teflon, may be substituted for the wheel 302. Paired actuators 268 are controlled in the same manner to extend the associated push rod 266 in the same manner. When there is no fixed connecting portion between the actuator 268 and the magnetron plate 262 and only a pressing force is generated, it is preferable to make a pair. Only one pair of wheeled actuator push rod 266 needs to engage the magnetron plate 262 and move it along the Cartesian direction.

図30に正投影で図示した他のオーバーヘッド走査及びサポート機構310は、フレーム276にサポートされており、フレーム276は、ターゲットバッキングプレートの周囲にサポートされている。冷却マニホルド312は、供給ライン314からターゲットバッキングプレートへ、冷却流体を分配する。反対側にある対応のドレインマニホルドとドレインラインは図示されていない。タナセ(Tanase)らは、本明細書に参考文献として組み込まれる2005年7月27日出願の特許出願第11/190,389号に、改善された冷却バッキングプレート及びマニホルドを記載している。タナセ(Tanase)の冷却プレートは、一体型バッキングプレートの側方に開いた冷却穴を有しており、冷却液体マニホルドが、平面に配置されていて、逆流する冷却液体を、プレートに形成している。タナセ(Tanase)の参考文献にはまた、概して矩形のマルチタイルターゲットは、外側プラズマトラックに従うコーナーを有していてよいことも教示されている。スライダープレート320は、2つの逆のサイドレール322、324を含んでおり、フレーム276に装着された一連の各車輪軸受けに沿って、その上部で、第1の方向にスライドする。2つのスロット326、328が、スライダープレート320に形成されていて、垂直な第2の方向に延在している。マグネトロンプレート170に固定され、それをサポートする2つの逆のレール330、332が、2つのスロット326、328を通して延在しており、スライダープレート320に装着された一連の各車輪軸受けにスライド可能にサポートされていて、第2の方向に動くことができる。即ち、マグネトロンプレート170及び関連のマグネトロンは、垂直の第1及び第2の方向にスライドできる。更に、重いマグネトロンは、フレーム276及びターゲットバッキングプレートにサポートされ、それ自身は直接、チャンバ壁にサポートされ、ターゲット及びターゲットバッキングプレートの比較的薄いカンチレバーの内側部分にはサポートされない。2006年2月3日出願で、本明細書に参考文献として組み込まれる米国特許出願第11/347,667号、稲川(Inagawa)らには、サスペンションシステムが開示されており、マグネトロンプレート170が、スプリングを通して、レール330、332により部分的に、そして、ローラを通して、ターゲットバッキングプレートに部分的にサポートされている。即ち、稲川(Inagawa)システムは、図24と30の特徴を組み合わせている。   The other overhead scanning and support mechanism 310 illustrated in orthographic projection in FIG. 30 is supported by a frame 276, which is supported around the target backing plate. The cooling manifold 312 distributes cooling fluid from the supply line 314 to the target backing plate. The corresponding drain manifold and drain line on the opposite side are not shown. Tanase et al. Describe an improved cooling backing plate and manifold in patent application 11 / 190,389, filed July 27, 2005, which is incorporated herein by reference. The Tanase cooling plate has a cooling hole that opens to the side of the integrated backing plate, and a cooling liquid manifold is arranged in a plane to form a counterflowing cooling liquid on the plate. Yes. The Tanase reference also teaches that a generally rectangular multi-tile target may have corners that follow the outer plasma track. The slider plate 320 includes two opposite side rails 322, 324 and slides along a series of wheel bearings mounted on the frame 276 at the top thereof in a first direction. Two slots 326, 328 are formed in the slider plate 320 and extend in a second vertical direction. Two reverse rails 330, 332 fixed to and supporting the magnetron plate 170 extend through two slots 326, 328 and are slidable on a series of wheel bearings mounted on the slider plate 320. It is supported and can move in the second direction. That is, the magnetron plate 170 and associated magnetron can slide in vertical first and second directions. In addition, the heavy magnetron is supported by the frame 276 and the target backing plate, which itself is directly supported by the chamber walls and not by the relatively thin inner part of the target and target backing plate. US patent application Ser. No. 11 / 347,667, filed Feb. 3, 2006, which is incorporated herein by reference, Inagawa et al. Discloses a suspension system in which a magnetron plate 170 is Partly supported by the rails 330, 332 through the springs and partly on the target backing plate through the rollers. That is, the Inagawa system combines the features of FIGS.

スライダーレール322の方向に沿って、反対の第1のセットのアクチュエータ334、336は、フレーム276にサポートされており、夫々、独立して制御される双方向モータ338、340及び押し込みロッド344を駆動するワームギア342を含んでいる。これによって、スライダープレート320から上方に延在する各ボス346、348に、選択的に、隣接させ、係合させ、力を選択的に印加する。マグネトロンプレートレール330、332の方向に沿って、反対の第2のセットの同様に構成されたアクチュエータ352、354は、フレーム276にサポートされている。これによって、マグネトロンプレート170に固定され、スライダープレート320において、上方に延在していて、ウィンドウ360、362を通過する各ボス356、358を選択的に係合する。ウィンドウ360、362は、関連のボス356、358よりもかなり大きなサイズとし、ボス356、358が、2つの直交する方向において、全走査距離を動けるようにする。   Along the direction of the slider rail 322, opposite first sets of actuators 334, 336 are supported by the frame 276 and drive independently controlled bidirectional motors 338, 340 and push rod 344, respectively. A worm gear 342 is included. Accordingly, the bosses 346 and 348 extending upward from the slider plate 320 are selectively adjacent to and engaged with each of the bosses 346 and 348 to selectively apply a force. Along the direction of the magnetron plate rails 330, 332, opposite second sets of similarly configured actuators 352, 354 are supported by the frame 276. Accordingly, the bosses 356 and 358 that are fixed to the magnetron plate 170 and extend upward on the slider plate 320 and pass through the windows 360 and 362 are selectively engaged. The windows 360, 362 are much larger in size than the associated bosses 356, 358, allowing the bosses 356, 358 to move the full scan distance in two orthogonal directions.

反対の対のアクチュエータ334、336、352、354を用いて、マグネトロンプレート170を動かし、磁石を直交方向に取り付けることができる。マグネトロンプレート170に固定されたボス356、358は、比較的広い面364を有しており、アクチュエータ334、336の他のセットが、マグネトロンプレート170を横方向に動かす際に、関連のアクチュエータ352、354の押し込みロッド344が、それらとスライド可能に係合できるようにする。   The opposite pair of actuators 334, 336, 352, 354 can be used to move the magnetron plate 170 and attach the magnets in the orthogonal direction. The bosses 356, 358 secured to the magnetron plate 170 have a relatively wide surface 364 so that when another set of actuators 334, 336 moves the magnetron plate 170 laterally, the associated actuator 352, The push rods 344 of 354 allow slidable engagement therewith.

図31の分解正投影図に図示した更に他の走査及びサポート機構370は、図30を改善したものであり、より完全に図示されている。フレーム276は、フレームの反対の側部に2列のローラ372をサポートしている。これらは、それらの間でガントリ374をサポートする逆のフレームレール322、324を転動可能にサポートする。ガントリ374は、図30のスライダープレート320よりも、開いた格子構造を有しているが、略同じ機能を提供する。ガントリ374は、内側支材376、378及び外側支材380、382に、図示しない4列のローラを含んでいる。4つの支材は、逆ガントリ内側レール384、386及び外側レール388、390を転動可能にサポートする。ガントリレールは、その下側に磁石を含むマグネトロンプレート170を部分的にサポートする。外側支材380、382及び外側レール388、390は、任意であるが、重いマグネトロンプレート170の側部で更なるサポートを与えて、図30の2本のレールサポートに比べて、端部近くの垂下量を軽減する。ブラケット形のベースプレート392は、ガントリ374を形成するフレーム構造に固定されている。   Still another scanning and support mechanism 370 illustrated in the exploded orthographic view of FIG. 31 is an improvement over FIG. 30 and is more fully illustrated. Frame 276 supports two rows of rollers 372 on the opposite side of the frame. These movably support the opposite frame rails 322, 324 that support the gantry 374 between them. The gantry 374 has an open lattice structure than the slider plate 320 of FIG. 30, but provides substantially the same function. The gantry 374 includes four rows of rollers (not shown) in the inner support members 376 and 378 and the outer support members 380 and 382. Four struts support the reverse gantry inner rails 384, 386 and outer rails 388, 390 in a rollable manner. The gantry rail partially supports a magnetron plate 170 that includes a magnet on its underside. The outer struts 380, 382 and the outer rails 388, 390 are optional but provide additional support at the sides of the heavy magnetron plate 170, closer to the end compared to the two rail supports of FIG. Reduce the amount of drooping. The bracket-shaped base plate 392 is fixed to a frame structure that forms the gantry 374.

図1のバックチャンバ22の上壁を形成する磁石チャンバルーフ400は、間にガントリ構造を有するフレーム276にサポートされ、シールされており、マグネトロンを収容するチャンバの上部に真空壁を提供している。磁石チャンバルーフ400は、矩形アパーチャ402及びブラケットリセス404の下部を含んでいる。ブラケットチャンバ406は、ブラケットリセス404内に嵌合しており、矩形アパーチャ404周囲のチャンバルーフ400にシールされている。上部プレート408は、ブラケットチャンバ406の上部にシールされて、真空シールが完成する。   A magnet chamber roof 400 forming the upper wall of the back chamber 22 of FIG. 1 is supported and sealed by a frame 276 having a gantry structure therebetween, and provides a vacuum wall on top of the chamber containing the magnetron. . Magnet chamber roof 400 includes a rectangular aperture 402 and a lower portion of bracket recess 404. The bracket chamber 406 is fitted in the bracket recess 404 and is sealed to the chamber roof 400 around the rectangular aperture 404. The top plate 408 is sealed to the top of the bracket chamber 406 to complete the vacuum seal.

ブラケットチャンバ406内に可動配置されたガントリブラケット410は、ガントリ374のベースプレート392に固定されている。磁石チャンバルーフ400の外部に固定されたサポートブラケット401及び中間山形鋼414が、真空シール外のルーフ400にあるアクチュエータリセス418に、アクチュエータアセンブリ416を保持している。サポートブラケット412は、更に、磁石チャンバルーフ400において、トラスシステムの一部としても作用する。アクチュエータアセンブリ416は、2つのシールされた真空ポートを通して、ブラケットチャンバ400の内部に結合している。   A gantry bracket 410 movably disposed in the bracket chamber 406 is fixed to a base plate 392 of the gantry 374. Support bracket 401 and intermediate angle steel 414 secured to the exterior of magnet chamber roof 400 hold actuator assembly 416 in actuator recess 418 in roof 400 outside the vacuum seal. Support bracket 412 also acts as part of the truss system in magnet chamber roof 400. Actuator assembly 416 is coupled to the interior of bracket chamber 400 through two sealed vacuum ports.

アクチュエータアセンブリ416は、ガントリのベースプレート392に固定されたガントリブラケット410を通して印加された力により、一方向に、ガントリ374を独立して動かし、マグネトロンプレート170に固定された端部を有するベルトを備えたベルトドライブにより垂直方向に、マグネトロンプレート170を動かす。   Actuator assembly 416 includes a belt having an end fixed to magnetron plate 170, independently moving gantry 374 in one direction by a force applied through gantry bracket 410 fixed to gantry base plate 392. The magnetron plate 170 is moved in the vertical direction by the belt drive.

図32の詳細正投影図に図示したアクチュエータアセンブリ416は、2つのアクチュエータを含んでおり、それらは、各ベローズ420、422を含む2つのシールされたポートを通して、ブラケットチャンバ406の内部に結合されている。ベローズは、図31のブラケットチャンバ406の側壁424を貫通している。ベローズ420、422は、夫々、軸方向に波形の一体型管状部材で、フレームサイドレール322、324に沿った走査距離と同じ距離、アクチュエータ軸に沿って膨張可能な十分な弾性を有している。ベローズ420、422は、側壁424のアパーチャ周囲にシールされた一端と、各真空シールキャップ426、428を有する他端を有している。   The actuator assembly 416 illustrated in the detailed orthographic view of FIG. 32 includes two actuators that are coupled to the interior of the bracket chamber 406 through two sealed ports including each bellows 420, 422. Yes. The bellows penetrates the side wall 424 of the bracket chamber 406 of FIG. Each of the bellows 420 and 422 is an integral tubular member that is corrugated in the axial direction, and has sufficient elasticity to expand along the actuator axis by the same distance as the scanning distance along the frame side rails 322 and 324. . Bellows 420, 422 have one end sealed around the aperture of side wall 424 and the other end with respective vacuum seal caps 426, 428.

図33の正投影図の反対の側部からも図示されたアクチュエータアセンブリ416は、2つの垂直な動きのために、2つのアクチュエータを含んでいる。この図には、アクチュエータアセンブリ416と、ガントリ374が含まれているが、中間磁石チャンバルーフ400は含まれていない。図32及び33は両方共、図31のフレーム構造ではなく、ガントリ374のためのプレート構造を図示している。   The actuator assembly 416 also illustrated from the opposite side of the orthographic view of FIG. 33 includes two actuators for two vertical movements. This view includes an actuator assembly 416 and a gantry 374 but does not include the intermediate magnet chamber roof 400. 32 and 33 both illustrate a plate structure for the gantry 374 rather than the frame structure of FIG.

アクチュエータアセンブリ416のリニアアクチュエータは、第1のステッパモータ430、ギアボックス432及びワームギア434を含んでいる。ワームギア434により直線で駆動されるアクチュエータロッド436は、ベローズ422のエンドキャップ428に接続されている。これは、中空でない。エンドキャップ428の他端に接続された押し込みロッド438は、ねじ留め固定具440により、ガントリブラケット410に固定されている。しかしながら、他の直線真空ポートも可能である。例えば、リードねじ機構を、ガントリブラケット410で回転するリードナット及びリードねじに組み込むことができる。リードねじは、回転シールを通して真空チャンバに貫通している第1のステッパモータ430の回転出力シャフトの端部に形成されている。   The linear actuator of actuator assembly 416 includes a first stepper motor 430, a gear box 432 and a worm gear 434. An actuator rod 436 driven in a straight line by the worm gear 434 is connected to the end cap 428 of the bellows 422. This is not hollow. The push rod 438 connected to the other end of the end cap 428 is fixed to the gantry bracket 410 by a screw fixing fixture 440. However, other straight vacuum ports are possible. For example, the lead screw mechanism can be incorporated into a lead nut and lead screw that rotates with the gantry bracket 410. The lead screw is formed at the end of the rotary output shaft of the first stepper motor 430 that passes through the rotary seal into the vacuum chamber.

アクチュエータアセンブリ416の回転アクチュエータは、リニアスライド446を通して、山形鋼414にサポートされ、回転出力シャフト448を有する第2のステッパモータ444を含んでいる。シャフト448は、他のベローズ420を通して、シールされたブラケットチャンバ側壁424に貫通している。ベローズ420は、回転シャフト448用に、そのエンドキャップ426に回転シールを含んでいる。リニアスライド446によって、第2のステッパモータ444及びその出力シャフト448が、ルーフ400及びフレーム276に対して、回転シャフト448の軸に沿って動く。リニア及び回転の動きを伝える真空ポートについて、その他の手段も可能である。回転シャフト448の他端は、ガントリブラケット410に保持されたベアリング450によりサポートされている。回転シャフト448は、歯付きプーリ又はキャプスタン452を保持しており、その周囲は、リブ付きベルト454で巻かれている。ベースペール392に、又はマグネトロンプレート170に装着された2つの支材460、462に回転可能にサポートされた2つのプーリ又はローラ456、458は、ベルト444を下に、そして、その2つの端部に向って外方へ導く。それらは、夫々、2つの台座450、452に固定されており、台座450、452は、マグネトロンプレート170に固定されていて、ガントリ364において、ウィンドウ468を通して上方に延在している。ベルト構造は、他の構造に替えることができる。例えば、回転シャフト438のピニオンギアが、マグネトロンプレート170の歯付きラックと係合してもよい。   The rotary actuator of actuator assembly 416 includes a second stepper motor 444 that is supported on angle iron 414 through linear slide 446 and has a rotary output shaft 448. The shaft 448 passes through the other bellows 420 to the sealed bracket chamber side wall 424. Bellows 420 includes a rotational seal at its end cap 426 for the rotating shaft 448. The linear slide 446 moves the second stepper motor 444 and its output shaft 448 along the axis of the rotating shaft 448 relative to the roof 400 and the frame 276. Other means are possible for the vacuum port that conveys linear and rotational movement. The other end of the rotating shaft 448 is supported by a bearing 450 held by the gantry bracket 410. The rotating shaft 448 holds a toothed pulley or capstan 452 and is wrapped around a ribbed belt 454. Two pulleys or rollers 456, 458 rotatably supported by two supports 460, 462 mounted on the base pail 392 or on the magnetron plate 170 have belt 444 down and their two ends. Lead outward toward. They are fixed to two pedestals 450 and 452, respectively, and the pedestals 450 and 452 are fixed to the magnetron plate 170 and extend upward through the window 468 in the gantry 364. The belt structure can be replaced with other structures. For example, the pinion gear of the rotating shaft 438 may engage the toothed rack of the magnetron plate 170.

組み合わせると、リニアアクチュエータは、ガントリ374を、フレームサイドレール322、324の方向に沿って動かし、回転アクチュエータは、マグネトロンプレート170を、ガントリ374に固定された支材376、378、380、382の垂直に向いた方向に沿って動かす。   When combined, the linear actuator moves the gantry 374 along the direction of the frame side rails 322, 324, and the rotary actuator moves the magnetron plate 170 perpendicular to the supports 376, 378, 380, 382 fixed to the gantry 374. Move along the direction facing.

図31〜33の走査機構370は、2つのアクチュエータとマグネトロンプレート170の間に固定した接続を提供して、完全な垂直の動きのためには、4つ以上のアクチュエータを必要とする、他の実施形態の単方向又はスライディング接続又は接触とは対照的に、夫々、独立した垂直の双方向の動きを提供する。   The scanning mechanism 370 of FIGS. 31-33 provides a fixed connection between the two actuators and the magnetron plate 170, requiring four or more actuators for full vertical motion, In contrast to the unidirectional or sliding connection or contact of the embodiments, each provides an independent vertical bidirectional movement.

図1のスパッタチャンバは、典型的に、一連のパネル14を処理するためのレシピセットに従って操作される、図示しないコンピュータ化された制御システムにより制御される。制御システムは、ターゲット16に電力を供給するDC電源、スパッタリングチャンバ18及びバックチャンバ22の内部を、所望の低圧までポンピングする真空ポンピングシステム、チャンバ内部を移動チャンバに接続するスリットバルブ、及び移動チャンバ内に主に配置されていて、基板14をスパッタリングチャンバ18に出し入れするロボットを制御する。制御システムは、様々な実施形態のアクチュエータに更に接続されていて、ターゲット16の裏で、所望の2次元パターンで大きなマグネトロンを走査する。   The sputter chamber of FIG. 1 is typically controlled by a computerized control system, not shown, operated according to a recipe set for processing a series of panels 14. The control system includes a DC power source that supplies power to the target 16, a vacuum pumping system that pumps the inside of the sputtering chamber 18 and the back chamber 22 to a desired low pressure, a slit valve that connects the chamber interior to the moving chamber, and a moving chamber interior. The robot controls the robot that moves the substrate 14 in and out of the sputtering chamber 18. The control system is further connected to the actuators of various embodiments and scans a large magnetron behind the target 16 in a desired two-dimensional pattern.

所望の走査パターンを与えるのと組み合わせて、多数のアクチュエータを制御してよい。同時操作の1つのモードは、図25の装置特有の対角走査に従う。例えば、北西から南東である。ただし、南西から北東の走査も可能である。操作の第2のモードは、図34のマップに図示する通り、単一の対角方向に沿って第1の対角走査460を実施して、対角走査470の端部近くでプラズマを消す(又はターゲットパワーを減じる)ことによる、完全二重Zパターンの走査により侵食均一性を改善するものである。その後、プラズマを消す、又は減らして、デカルト座標に平行な直線パス472に沿って、ターゲット端部近くで、マグネトロンを走査する。次に、活性プラズマで、他の対角に沿って第2の対角走査474を実施するが、プラズマは、第2の対角走査474の端部近くで消す。最後に、プラズマを消して、他のターゲット端部近く、デカルト(矩形)座標に非平行の直線走査476に沿って、マグネトロンを走査バックする。このパターンを二重Zと呼ぶ。示したパスは、走査寸法、例えば、75又は100mmにわたってのみ延在しており、約10倍以上大きな側部を有する全体のターゲットにわたっては延在していないことに留意する。即ち、マグネトロンは、フレーム内のターゲットの対応する寸法の80%又は90%以上の側部のある領域内で延在する有効磁場を有している。図5及び6の蛇行マグネトロン60、80を参照すると、二重Z走査を実施して、端部走査472、476を、直線セクション68の主要セットに平行か、それに垂直かのいずれかで実施することができる。螺旋ラップマグネトロンについては、端部の選択はそう重要ではない。   Multiple actuators may be controlled in combination with providing the desired scan pattern. One mode of simultaneous operation follows the device specific diagonal scan of FIG. For example, from northwest to southeast. However, scanning from southwest to northeast is also possible. The second mode of operation is to perform a first diagonal scan 460 along a single diagonal direction and extinguish the plasma near the end of the diagonal scan 470 as illustrated in the map of FIG. (Or reduce target power) improves erosion uniformity by scanning a full double Z pattern. The plasma is then extinguished or reduced, and the magnetron is scanned near the target end along a linear path 472 parallel to the Cartesian coordinates. Next, a second diagonal scan 474 is performed along the other diagonal with the active plasma, but the plasma is extinguished near the end of the second diagonal scan 474. Finally, the plasma is extinguished and the magnetron is scanned back along a linear scan 476 that is non-parallel to Cartesian (rectangular) coordinates near the other target end. This pattern is called double Z. Note that the path shown extends only over the scan dimension, e.g., 75 or 100 mm, and does not extend over the entire target with sides about 10 times larger. That is, the magnetron has an effective magnetic field that extends in a region with sides that are 80% or 90% or more of the corresponding dimensions of the target in the frame. Referring to the serpentine magnetrons 60, 80 of FIGS. 5 and 6, a double Z scan is performed and the end scans 472, 476 are performed either parallel to or perpendicular to the main set of straight sections 68. be able to. For helical wrap magnetrons, the end selection is not so important.

二重Z走査は、1枚の基板で実施することができる。この代わりに、プラズマを励起せずに、矩形走査472、476の夫々の間に、新たな基板に替えることができ、チャンバ圧及びガス状周囲は、比較的、重要ではない。二重Zパターンのサイズは、十分に小さく、端部の影響を、プラズマの存在下、端部パス472、476で排除する場合には、有利な走査パターンが、プラズマを点火する中心で開始される。完全な二重Zパターンを通して、マグネトロンを走査している間、プラズマは点火されたままで、最終的に中心に戻って終わる。プラズマ点火は、このように、接地したフレーム276のいずれの部分からも最大の距離で生じる。   Double Z scanning can be performed on a single substrate. Alternatively, a new substrate can be replaced during each of the rectangular scans 472, 476 without exciting the plasma, and the chamber pressure and gaseous ambient are relatively unimportant. The size of the double Z pattern is small enough that if the end effect is eliminated in the end passes 472, 476 in the presence of the plasma, an advantageous scan pattern is initiated at the center where the plasma is ignited. The While scanning the magnetron through a complete double Z pattern, the plasma remains ignited and eventually ends back to the center. Plasma ignition thus occurs at the maximum distance from any part of the grounded frame 276.

二重Z走査及びその他タイプの走査は、1つのステップから次へ正確に繰り返す必要がない。ターゲットの寿命を決めるターゲット侵食不均一性は、図34の二重Z走査を、図35のマップに図示された回転二重Z走査に替えることにより改善することができる。これは、同じく、2つの対角走査480、484及び2つの直線走査482、486を有しているが、二重Zパターンは、図34の二重Zパターンから90°回転している。特に、直線走査482、486中、プラズマが点火されると、回転二重Z走査が、図34の第1の二重Z走査においては効率的に走査されなかったターゲットの部分を侵食する。   Double Z scans and other types of scans do not need to be repeated exactly from one step to the next. The target erosion non-uniformity that determines the life of the target can be improved by replacing the double Z scan of FIG. 34 with the rotating double Z scan illustrated in the map of FIG. It also has two diagonal scans 480, 484 and two linear scans 482, 486, but the double Z pattern is rotated 90 ° from the double Z pattern of FIG. In particular, during the linear scans 482, 486, when the plasma is ignited, the rotating double Z scan erodes the portion of the target that was not efficiently scanned in the first double Z scan of FIG.

ターゲットの侵食均一性はまた、1又は2方向における連続した二重Z走査にオフセットをかけることによっても改善することができる。例えば、図36のマップに図示する通り、対角走査490、492及び端部走査494、496による第1のベースライン二重Z走査後、パターンは、短い距離、例えば、10mm、デカルト座標に沿って移動する。これは、第2の二重Z走査498の実行のために、端部走査494、496に垂直であるのが好ましい。オフセットの範囲は5〜15mm、好ましくは8〜12mmである。第3の二重Z走査500の実行のために、ベースライン走査から反対の方向に等しい移動により、更なる均一性が得られる。その後、走査パターンを、ベースライン走査に戻してもよい。更なるオフセット値を用いてよい。完全走査の様々な部分を、1枚の基板、又は多数の連続して挿入された基板への堆積のために実施してもよい。単一の完全二重Z走査を、1枚の基板へのスパッタ堆積で有利に実施し、後の移動した二重Z走査を、後の基板で実施する。   Target erosion uniformity can also be improved by offsetting successive double Z scans in one or two directions. For example, as illustrated in the map of FIG. 36, after a first baseline double Z scan with diagonal scans 490, 492 and end scans 494, 496, the pattern is along a short distance, eg, 10 mm, Cartesian coordinates. Move. This is preferably perpendicular to the end scans 494, 496 for the execution of the second double Z scan 498. The range of the offset is 5 to 15 mm, preferably 8 to 12 mm. For the execution of the third double Z-scan 500, more uniformity is obtained by equal movement in the opposite direction from the baseline scan. Thereafter, the scan pattern may be returned to the baseline scan. Additional offset values may be used. Various portions of the full scan may be performed for deposition on a single substrate or multiple consecutively inserted substrates. A single full double Z scan is advantageously performed with sputter deposition on a single substrate, and a later transferred double Z scan is performed on the subsequent substrate.

二重Z走査の移動は、図37及び38に続けて示したマップに図示する通り、2方向で実施してよい。正確なシーケンスは、重大なことではないが、図37の第1の二重Z走査510は、南西コーナーに最も近い使用可能点を含んでおり、東側の使用可能領域までは延在していない。図38の第2の二重Z走査512は、東側に向って移動しており、南東コーナーに最も近い使用可能点を含んでいる。スパッタリングのある方法において、二重Z走査510、512を、夫々、スパッタコートされる単一のパネルに用いる。図37に戻ると、第3の二重Z走査514は、第1の二重Z走査510から北側に向って移動している。例えば、第2の走査514は、第1の走査510からx方向に、距離Z移動してよく、第3の走査514は、第1の走査510からy方向に同じ又は異なる距離Z移動してよい。このプロセスを4回、5回、6回、二重Z走査516、518、520について繰り返す。北西及び北東の両方の最も近い使用可能点が走査されるまで、追加の二重Z走査、例えば、合計で10回の走査について、このプロセスを続けてもよい。西から東への3回以上の移動も可能である。   Double Z-scan movement may be performed in two directions as illustrated in the maps shown following FIGS. The exact sequence is not critical, but the first double Z-scan 510 of FIG. 37 includes the usable point closest to the southwest corner and does not extend to the eastern usable region. . The second double Z scan 512 of FIG. 38 is moving towards the east and includes the usable point closest to the southeast corner. In one method of sputtering, double Z scans 510, 512 are used for each single panel that is sputter coated. Returning to FIG. 37, the third double Z scan 514 is moving north from the first double Z scan 510. For example, the second scan 514 may move a distance Z from the first scan 510 in the x direction, and the third scan 514 may move the same or different distance Z from the first scan 510 in the y direction. Good. This process is repeated 4 times, 5 times, 6 times, for double Z scans 516, 518, 520. This process may continue for additional double Z scans, eg, a total of 10 scans, until the closest usable point in both northwest and northeast has been scanned. It is possible to move more than three times from west to east.

1回の二重Z走査は、約1分かかり、これは、例えば、1μmの厚さまで層をスパッタするのに十分なものである。しかしながら、中には、もっと薄い厚さに堆積する必要のある層がある。特に、短い堆積時間について、1つの有利な走査パターンは、図39の蛇行パターンである。第1の直線走査530は、2つの反対側間の合計走査領域の片側に沿って延在し、その間に、プラズマがオンとなり、スパッタ堆積が生じる。第1の直線走査530は、第1のパネルに必要な厚さをスパッタコートするのに十分短くてもよい。走査は、第1の側部に垂直な、合計走査領域の第2の側部に沿って、第1の垂直走査532において、垂直方向に移動する。垂直走査532は、プラズマを消して、スパッタチャンバにおいて、第1のパネルを第2のパネルに替える間に実施する。次に、第1の直線走査530に非平行の第2の直線走査534を、プラズマをオンにして実施し、スパッタされた材料の同じ薄層を有する第2のパネルを、スパッタコートする。走査を垂直方向に再び移動する間、プラズマをオフにし、スパッタチャンバにおいて、第2のパネルを第3のパネルに替える。有用な走査領域がなくなるまでこのプロセスを続ける。最初の点からか、直線と垂直走査の方向を交換することを含めて、反対方向又は他の同様の走査パスにおいて、前の走査を取り消すかのいずれかで、このプロセスを繰り返す。   A single double Z scan takes about 1 minute, which is sufficient to sputter the layer to a thickness of, for example, 1 μm. However, some layers need to be deposited to a thinner thickness. In particular, for short deposition times, one advantageous scanning pattern is the serpentine pattern of FIG. The first linear scan 530 extends along one side of the total scan area between the two opposite sides, during which the plasma is turned on and sputter deposition occurs. The first linear scan 530 may be short enough to sputter coat the required thickness for the first panel. The scan moves vertically in the first vertical scan 532 along the second side of the total scan area, which is perpendicular to the first side. The vertical scan 532 is performed while the plasma is extinguished and the first panel is replaced with the second panel in the sputtering chamber. Next, a second linear scan 534 that is non-parallel to the first linear scan 530 is performed with the plasma on, and a second panel having the same thin layer of sputtered material is sputter coated. While moving the scan back in the vertical direction, the plasma is turned off and the second panel is replaced with a third panel in the sputter chamber. This process continues until there is no useful scan area. This process is repeated either from the first point or in a reverse direction or other similar scan pass, including exchanging the direction of the straight and vertical scans, canceling the previous scan.

図40のマップに図示した単純なデカルト走査パターンは、O−パターンと呼ばれる、間に90°のコーナーが配置された4つの側部540、542、544、546を有する閉鎖矩形パターンに従う。東及び西側542、546に平行に配置された長いセクションを有する蛇行マグネトロンと同時に用いると、東及び西側542、546を走査しながら、プラズマをオフにし、北及び南側540、546を走査しながら、オンにすると有利である。この代わりに、北及び南側540、544を走査する際は、これより高い強度まで、東及び西側542、546を走査する際は、これより低い強度まで、プラズマを励起してもよい。異なる電力供給のこのタイプは、かなり均一な堆積パターンをパネルに与え、ターゲットのより均一な侵食を与える。   The simple Cartesian scan pattern illustrated in the map of FIG. 40 follows a closed rectangular pattern with four sides 540, 542, 544, 546 with 90 ° corners between them, called the O-pattern. When used simultaneously with a serpentine magnetron having a long section arranged parallel to the east and west sides 542, 546, the plasma is turned off while scanning the east and west sides 542, 546, while scanning the north and south sides 540, 546, It is advantageous to turn it on. Alternatively, the plasma may be excited to a higher intensity when scanning the north and south sides 540, 544 and to a lower intensity when scanning the east and west sides 542, 546. This type of different power supply gives the panel a fairly uniform deposition pattern and more uniform erosion of the target.

2つの垂直配置のアクチュエータを同時に始動して、マグネトロンを、図41に図示する対角パス550に沿って動かすことができる。しかしながら、場合によっては、この代わりに、ジグザグパスに従うのが好ましい。ジグザグパスは、デカルト座標に沿った小さな移動552と、他方に沿って、デカルト座標に垂直配置された、交互の小さな移動554からなっている。例えば、各移動552、554は約1mmである。移動552、554の長さの範囲は、0.4〜3mm、好ましくは0.8〜1.2mmである。対角パス550が、デカルト座標に対して45°で配置されていない場合には、移動552、554は、それらの間の長さが異なり、対角走査550に近づく。例えば、ステッパモータに、垂直な移動の正確な比を与えることが難しい場合には、同じ方向における違う移動は、異なる長さを有し、平均で、所望の方向に、全体パス550を生成する。この交互の移動によって、広い有効走査領域が得られ、スパッタリング均一性が増大する。交互の移動は、更に、図30の垂直に配置された押し込みアクチュエータの場合に利点がある。この場合、垂直方向における同時の移動によって、ロッド接触部の少なくとも1つが、マグネトロンプレート、ボス又はガントリブラケットに対してスライドする。対照的に、交互の移動により、用いていないアクチュエータを、マグネトロンプレートから後退させて、側部を通り過ぎる際に、マグネトロンプレートと接触しないようにすることができる。   Two vertically arranged actuators can be activated simultaneously to move the magnetron along a diagonal path 550 illustrated in FIG. However, in some cases, it is preferable to follow a zigzag path instead. The zigzag path consists of small movements 552 along Cartesian coordinates and alternating small movements 554 arranged perpendicular to the Cartesian coordinates along the other. For example, each movement 552, 554 is about 1 mm. The range of the length of the movements 552, 554 is 0.4-3 mm, preferably 0.8-1.2 mm. If the diagonal path 550 is not positioned at 45 ° with respect to Cartesian coordinates, the movements 552, 554 are different in length between them and approach the diagonal scan 550. For example, if it is difficult to give the stepper motor an accurate ratio of vertical movement, different movements in the same direction will have different lengths and, on average, produce a whole path 550 in the desired direction. . This alternating movement provides a wide effective scanning area and increases sputtering uniformity. The alternating movement is further advantageous in the case of the vertically arranged push-in actuator of FIG. In this case, due to simultaneous movement in the vertical direction, at least one of the rod contacts slides relative to the magnetron plate, boss or gantry bracket. In contrast, alternating movement allows unused actuators to be retracted from the magnetron plate so that they do not contact the magnetron plate as they pass by the sides.

フルセットのアクチュエータだと、場合によっては、曲線部分を含め、より複雑な略不定の走査パターンが可能となる。例えば、図42に示す数字8の走査560は、横方向に操作される4つのセットの押し込みアクチュエータ又は2つの双方向アクチュエータの制御を連続的に変えることにより得られる。数字8の走査560は、本発明により得られる略不定の走査パターンを示す例である。   In the case of a full set actuator, depending on the case, a more complicated substantially indefinite scan pattern including a curved portion is possible. For example, the number 8 scan 560 shown in FIG. 42 is obtained by successively changing the control of four sets of push actuators or two bidirectional actuators operated in the lateral direction. A scan 560 of numeral 8 is an example showing a substantially indefinite scan pattern obtained by the present invention.

実験によれば、矩形ターゲットは、フレームの150mm以内まで延在する中心領域にわたって実質的に均一にできることが分かった。一方向の均一性は、蛇行マグネトロンの直線部分の長さを増やすことにより拡大され、他の方向の均一性は、マグネトロン走査により増大する。   Experiments have shown that a rectangular target can be substantially uniform over a central region that extends to within 150 mm of the frame. Uniformity in one direction is increased by increasing the length of the straight portion of the serpentine magnetron, and uniformity in the other direction is increased by scanning the magnetron.

記載した実施形態では、単一の走査可能なマグネトロンを用いたが、走査装置と、走査パターンの両方の多くの態様を、夫々が、別々に、且つ大きな部分を独立して走査できる多数のマグネトロンを有するスパッタリアクタに適用してよい。特に、多くの異なる形態のマグネトロンについて、ターゲットの有用性を増大することができる。同様に、本発明は、連動走査される多数の別々のマグネトロンを有するマグネトロンアセンブリに適用してよい。ターゲットを、間にギャップがあって、アノード又は外部カソード電極を含んでいる、又は、DC又はAC電力により隣接するストリップに異なるバイアスをかけて、ストリップへと分割する場合は、分割マグネトロンが特に有用である。Leらは、本明細書に参考文献として組み込まれる2005年6月6日出願の米国特許出願第11/146,762号に、フラットパネルスパッタリングにおける、多数の個々に可動するマグネトロンを記載している。   In the described embodiment, a single scannable magnetron was used, but many aspects of both the scanning device and the scan pattern, each of which can be scanned separately and large portions independently. It may be applied to a sputter reactor having In particular, the usefulness of the target can be increased for many different forms of magnetrons. Similarly, the present invention may be applied to magnetron assemblies having multiple separate magnetrons that are scanned in conjunction. Split magnetrons are particularly useful when the target is split into strips with gaps in between and containing anodes or external cathode electrodes, or adjacent strips with DC or AC power being biased differently It is. Le et al. Describe a number of individually movable magnetrons in flat panel sputtering in US patent application Ser. No. 11 / 146,762, filed Jun. 6, 2005, incorporated herein by reference. .

本発明の利点の多くは、2次元走査又は遅延プラズマ点火を、従来のマグネトロンに適用すると、達成できるものである。従来のマグネトロンは、図2の、複数の平行だが、独立したリニアマグネトロン24から構成されており、単一の外側磁極32に全て取り巻かれた複数の平行な内側磁極26で形成されている。また、内側磁極26と各プラズマループについて、複数の平行な開口部がある。しかしながら、本発明の蛇行及び螺旋マグネトロンの回旋単一プラズマループは、より効率的且つ制御可能なスパッタリングを提供するものと考えられる。   Many of the advantages of the present invention can be achieved when two-dimensional scanning or delayed plasma ignition is applied to conventional magnetrons. The conventional magnetron is composed of a plurality of parallel but independent linear magnetrons 24 of FIG. 2 and is formed of a plurality of parallel inner magnetic poles 26 all surrounded by a single outer magnetic pole 32. There are also a plurality of parallel openings for the inner pole 26 and each plasma loop. However, the serpentine and helical magnetron convoluted single plasma loops of the present invention are believed to provide more efficient and controllable sputtering.

本発明の異なる態様は、非常に大きな矩形のスパッタターゲットで、より均一なターゲット侵食及びスパッタ堆積を提供する。回旋マグネトロンは、コストを殆ど増大せずに得られる。2次元走査は、走査機構を複雑なものとさせるが、特に、大きなマグネトロンで、減少した走査長に沿った遅い走査により、走査機構の体積及びコストが減少する。   Different aspects of the present invention provide more uniform target erosion and sputter deposition with very large rectangular sputter targets. A convoluted magnetron can be obtained with little increase in cost. Two-dimensional scanning adds complexity to the scanning mechanism, but particularly with large magnetrons, slow scanning along the reduced scan length reduces the volume and cost of the scanning mechanism.

矩形フラットパネルにスパッタ堆積するよう構成された従来のプラズマスパッタリアクタの概略側面図である。1 is a schematic side view of a conventional plasma sputter reactor configured to sputter deposit on a rectangular flat panel. FIG. 図1のスパッタリアクタに有用な従来のリニアレーストラックマグネトロンの平面図である。FIG. 2 is a plan view of a conventional linear racetrack magnetron useful for the sputter reactor of FIG. 1. 本発明の一態様による蛇行マグネトロンの概略平面図である。1 is a schematic plan view of a serpentine magnetron according to an aspect of the present invention. 本発明の矩形化螺旋マグネトロンの概略平面図である。It is a schematic plan view of the rectangular spiral magnetron of the present invention. 蛇行マグネトロンのより実際的な平面図である。It is a more practical plan view of a meandering magnetron. 改善された蛇行マグネトロンの平面図である。FIG. 6 is a plan view of an improved serpentine magnetron. 蛇行マグネトロンの変形実施形態の平面図である。It is a top view of the deformation | transformation embodiment of a meandering magnetron. 矩形化螺旋マグネトロンのより写実的な平面図である。It is a more realistic top view of a rectangular spiral magnetron. 多数のラップ及び組み込みリテーナを有する螺旋マグネトロンの平面図である。1 is a plan view of a helical magnetron with multiple wraps and built-in retainers. FIG. 図9のマグネトロンのコーナーの拡大平面図である。FIG. 10 is an enlarged plan view of a corner of the magnetron of FIG. 9. 二重ラップ螺旋マグネトロンの平面図である。It is a top view of a double wrap helical magnetron. 図11のマグネトロンのコーナーの拡大平面図である。FIG. 12 is an enlarged plan view of a corner of the magnetron of FIG. 11. 堆積の減少した領域を示す螺旋マグネトロンの平面図である。FIG. 2 is a plan view of a helical magnetron showing a region with reduced deposition. 追加の磁石穴を含む図13のマグネトロンのコーナーの拡大平面図である。FIG. 14 is an enlarged plan view of a corner of the magnetron of FIG. 13 including additional magnet holes. 大型蛇行マグネトロンの平面図である。It is a top view of a large meandering magnetron. 様々な場所に追加の磁石穴を含む図14のマグネトロンのコーナーの拡大平面図である。FIG. 15 is an enlarged plan view of a corner of the magnetron of FIG. 14 including additional magnet holes at various locations. 円柱状磁石を捕捉するのに用いるリテーナの断面図である。It is sectional drawing of the retainer used for catching a cylindrical magnet. 磁性バックプレートにねじ留めされ、マグネトロンを形成する磁石を捕捉しているリテーナの平面図である。FIG. 5 is a plan view of a retainer that is screwed to a magnetic back plate and captures a magnet that forms a magnetron. 堆積均一性を改善するためにシムを組み込んだマグネトロンの断面図である。2 is a cross-sectional view of a magnetron incorporating shims to improve deposition uniformity. FIG. ~ 異なる半径の交換可能なコーナーリテーナの平面図である。FIG. 6 is a plan view of an interchangeable corner retainer with different radii. 2列の円柱状磁石を捕捉し、また、バー磁石を捕捉するリテーナの平面図である。It is a top view of the retainer which captures two rows of cylindrical magnets and also captures bar magnets. ターゲットにスライド可能にサポートされたマグネトロンを有するリニア走査機構の正面図である。It is a front view of the linear scanning mechanism which has the magnetron supported by the target so that sliding was possible. 対角走査機構の平面図である。It is a top view of a diagonal scanning mechanism. 走査位置によるターゲット電圧の変動を示すグラフである。It is a graph which shows the fluctuation | variation of the target voltage by a scanning position. 対角走査のいくつかの結果が得られる傾斜マグネトロンと組み合わせたリニア走査機構の平面図である。FIG. 6 is a plan view of a linear scanning mechanism combined with a tilted magnetron that provides some results of diagonal scanning. 二次元走査機構の第1の実施形態の平面図である。It is a top view of 1st Embodiment of a two-dimensional scanning mechanism. 二次元走査機構の第2の実施形態の平面図である。It is a top view of 2nd Embodiment of a two-dimensional scanning mechanism. 二次元走査機構の第3の実施形態及びマグネトロンのサポート構造の正投影図である。It is an orthographic view of the third embodiment of the two-dimensional scanning mechanism and the support structure of the magnetron. 二次元走査機構の第4の実施形態の分解正投影図である。It is an exploded orthographic view of a fourth embodiment of a two-dimensional scanning mechanism. ~ 図31の走査機構のアクチュエータ部分の詳細正投影図である。FIG. 32 is a detailed orthographic view of an actuator portion of the scanning mechanism of FIG. 31. 二重Z走査パスのマップである。2 is a map of a double Z scan path. 図34から90°回転した、互い違いに実施される他の二重Z走査パスのマップである。FIG. 35 is a map of another double Z scan pass that is rotated 90 degrees from FIG. 34 and performed alternately. オフセット二重Z走査のシーケンスのためのパスのマップである。Fig. 6 is a path map for a sequence of offset double Z scans. ~ 直交する方向にオフセットの二重Z走査のシーケンスのパスのマップを含む図である。FIG. 6 includes a map of a path of a double Z-scan sequence offset in an orthogonal direction. 蛇行走査パスのマップである。It is a map of a meandering scanning path. 矩形走査パスのマップである。It is a map of a rectangular scanning path. ジグザグ対角走査パスのマップである。Fig. 3 is a map of a zigzag diagonal scan path. 二次元曲線走査パスの一例としての数字8の走査パスのマップである。It is a map of the scanning path of number 8 as an example of a two-dimensional curved scanning path.

Claims (57)

略矩形の外形を有する面にあるスパッタリングマグネトロンであって、前記面に垂直な一方の磁極の外側磁極と、他方の磁極の内側磁極であって、前記外側磁極に取り巻かれた内側磁極と、その間のギャップとを含み、前記ギャップが、前記面内の点周囲の3回以上のラップで形成された閉鎖ループを形成するように、前記磁極が配置されているスパッタリングマグネトロン。   A sputtering magnetron on a surface having a substantially rectangular outer shape, the outer magnetic pole of one magnetic pole perpendicular to the surface, the inner magnetic pole of the other magnetic pole, and the inner magnetic pole surrounded by the outer magnetic pole, A sputtering magnetron in which the magnetic poles are arranged such that the gap forms a closed loop formed by three or more wraps around a point in the plane. 閉鎖ループが、5回以上の前記ラップで形成されている請求項1記載のマグネトロン。   The magnetron according to claim 1, wherein a closed loop is formed by five or more times of the wrap. 前記閉鎖ループが、5つ以上のトラックを提供し、これらを前記マグネトロンの中心から外側に放射しているラインが横断する請求項1記載のマグネトロン。   The magnetron of claim 1, wherein the closed loop provides more than four tracks, which are traversed by a line radiating outward from the center of the magnetron. 前記ループが褶曲されて、褶曲ループを形成し、前記褶曲ループが、2回以上のラップにより、前記点周囲でラップされている請求項1記載のマグネトロン。   The magnetron according to claim 1, wherein the loop is bent to form a bent loop, and the bent loop is wrapped around the point by two or more wraps. 前記内側及び外側磁極を形成する反対の極性の磁石を含み、前記マグネトロンの中央部分の前記磁石が、その外側の部分の前記磁石よりも実質的に強い請求項1〜4のいずれか1項記載のマグネトロン。   5. The magnet according to claim 1, comprising magnets of opposite polarities forming the inner and outer magnetic poles, wherein the magnet in the central part of the magnetron is substantially stronger than the magnet in the outer part. Magnetron. 走査機構であって、前記ループにおける前記ギャップの平行部分の分離と少なくとも同じ距離にわたって、2次元の夫々に延在するパターンで、前記マグネトロンを走査する走査機構を含む請求項1〜4のいずれか1項記載のマグネトロン。   5. A scanning mechanism comprising a scanning mechanism that scans the magnetron in a two-dimensionally extending pattern over at least the same distance as the separation of parallel portions of the gap in the loop. The magnetron according to item 1. 請求項1〜4のいずれか1項記載の前記マグネトロンを含むスパッタリングリアクタで実施されるスパッタリング方法。   The sputtering method implemented with the sputtering reactor containing the said magnetron of any one of Claims 1-4. 前記ループにおける前記ギャップの平行部分の分離と少なくとも同じ距離について、2つの垂直な方向に延在するパターンにわたって、前記マグネトロンを走査することを含む請求項7記載の方法。   8. The method of claim 7, comprising scanning the magnetron over two perpendicularly extending patterns for at least the same distance as the separation of parallel portions of the gap in the loop. 前記ギャップが、前記面内の点周囲の3回以上の螺旋ラップで形成された閉鎖ループを形成するように、前記磁極が配置されている請求項1記載のスパッタリングマグネトロン。   The sputtering magnetron according to claim 1, wherein the magnetic pole is arranged such that the gap forms a closed loop formed by three or more spiral wraps around a point in the plane. 前記閉鎖ループが、5回以上の前記ラップで形成されている請求項9記載のマグネトロン。   The magnetron according to claim 9, wherein the closed loop is formed by five or more times of the wrap. 前記閉鎖ループが、5つ以上のプラズマトラックを提供し、これらを前記マグネトロンの中心から外側に放射しているラインが横断する請求項9記載のマグネトロン。   The magnetron of claim 9, wherein the closed loop provides five or more plasma tracks, which are traversed by a line radiating outward from the center of the magnetron. スパッタリングマグネトロンであって、
強磁性バックプレートと、
少なくとも2つの非磁性リテーナであって、磁石を収容するためにその間に形成された回旋ギャップを設けて、前記バックプレートに固定された非磁性リテーナとを含み、前記ギャップが、回旋パターンで配置された閉鎖ループを形成する、スパッタリングマグネトロン。
A sputtering magnetron,
A ferromagnetic backplate;
At least two non-magnetic retainers provided with a convoluted gap formed therebetween to accommodate the magnet and secured to the back plate, wherein the gap is arranged in a convoluted pattern. Sputtering magnetron that forms a closed loop.
前記ラップされた閉鎖ループが、前記バックプレート内の点周囲で螺旋パターンでラップされている請求項12記載のマグネトロン。   The magnetron of claim 12, wherein the wrapped closed loop is wrapped in a spiral pattern around a point in the backplate. 1列の円柱状磁石と2列の最密な円柱状磁石の両方を収容するように、前記リテーナが構成されている請求項12記載のマグネトロン。   The magnetron according to claim 12, wherein the retainer is configured to accommodate both one row of columnar magnets and two rows of close-packed columnar magnets. 前記リテーナが、垂直方向に沿って延在する複数の直線リテーナと、垂直な前記直線リテーナ同士を接続する湾曲部分を有するコーナーリテーナとを含む請求項12記載のマグネトロン。   The magnetron according to claim 12, wherein the retainer includes a plurality of linear retainers extending along a vertical direction, and a corner retainer having a curved portion connecting the vertical linear retainers. 前記直線及びコーナーリテーナが、前記バックプレートの穴に脱着可能に固定されていて、前記コーナーリテーナの異なる構成を、前記穴に脱着可能に固定できる請求項15記載のマグネトロン。   The magnetron according to claim 15, wherein the straight and corner retainers are detachably fixed to the holes of the back plate, and different configurations of the corner retainers can be detachably fixed to the holes. 対の前記コーナーリテーナが、各対の間で1又は2列の円柱状磁石を保持し、更に、前記1列又は2列の内側又は外側に放射状に、少なくとも1つの追加の磁石を保持できるよう構成されている請求項16記載のマグネトロン。   A pair of the corner retainers can hold one or two rows of columnar magnets between each pair and can further hold at least one additional magnet radially inside or outside the one or two rows. The magnetron according to claim 16, wherein the magnetron is configured. 前記コーナーリテーナの少なくともいくつかが、少なくとも1つの磁石を保持するための少なくとも1つの追加の円柱状穴を含んでいる請求項16記載のマグネトロン。   The magnetron of claim 16, wherein at least some of the corner retainers include at least one additional cylindrical hole for holding at least one magnet. 請求項12〜17のいずれか1項記載の前記マグネトロンを含むスパッタリングリアクタで実施されるスパッタリング方法。   The sputtering method implemented with the sputtering reactor containing the said magnetron of any one of Claims 12-17. 前記ループにおける前記ギャップの平行部分の分離と少なくとも同じ距離について、2つの垂直な方向に延在するパターンにわたって、前記マグネトロンを走査することを含む請求項19記載の方法。   20. The method of claim 19, comprising scanning the magnetron over two perpendicularly extending patterns for at least the same distance as the separation of parallel portions of the gap in the loop. マグネトロンであって、
強磁性バックプレートと、
反対の極性の磁石を取り付けることのできる前記バックプレートの中央領域に固定された第1の強磁性シムとを含むマグネトロン。
A magnetron,
A ferromagnetic backplate;
A magnetron including a first ferromagnetic shim secured to a central region of the backplate to which a magnet of opposite polarity can be attached.
前記磁石を保持し、前記第1のシムと前記シムの外側の前記バックプレートの部分の両方に固定された非磁性リテーナを含む請求項23記載のマグネトロン。   24. The magnetron of claim 23, comprising a non-magnetic retainer that holds the magnet and is secured to both the first shim and a portion of the back plate outside the shim. 前記中央領域が、前記マグネトロンの領域の10%〜40%である請求項21記載のマグネトロン。   The magnetron according to claim 21, wherein the central region is 10% to 40% of the region of the magnetron. 前記第1のシムの周囲の少なくとも一部に配置された前記第1のシムより薄い第2のシムを含む請求項21記載のマグネトロン。   The magnetron of claim 21, further comprising a second shim thinner than the first shim disposed at least partially around the first shim. 前記磁石が円柱状である請求項21記載のマグネトロン。   The magnetron according to claim 21, wherein the magnet is cylindrical. 前記磁石が配置されて、回旋形状へとねじられた閉鎖ループにおいて、前記第1のシムの領域及び前記第1のシムの外側の領域を超えて延在する反対の極性の磁石間にギャップを形成している請求項21記載のマグネトロン。   In a closed loop where the magnet is placed and twisted into a convoluted shape, a gap is formed between the opposite polarity magnet extending beyond the first shim region and the outer region of the first shim. The magnetron according to claim 21, wherein the magnetron is formed. 請求項21〜26のいずれか1項記載の前記マグネトロンを含むスパッタリングリアクタで実施されるスパッタリング方法。   27. A sputtering method carried out in a sputtering reactor including the magnetron according to any one of claims 21 to 26. 前記ループにおける前記ギャップの平行部分の分離と少なくとも同じ距離について、2つの垂直な方向に延在するパターンにわたって、前記マグネトロンを走査することを含む請求項27記載の方法。   28. The method of claim 27, comprising scanning the magnetron over two perpendicularly extending patterns for at least the same distance as the separation of parallel portions of the gap in the loop. チャンバを有し、矩形ターゲットと適合可能で、前記ターゲットの堆積材料を、矩形基板へスパッタリングし、前記基板の反対の前記ターゲットの背面にある使い捨てサポートプレートにサポートされたマグネトロンを含むプラズマスパッタリアクタにおいて、走査機構が、
ガントリであって、前記チャンバの2つの反対の側壁にサポートされ、第1の方向にスライド可能で、前記マグネトロンプレートをそこからサポートし、前記第1の方向に直交する第2の方向に、それをスライドできるように構成されたガントリと、
前記ガントリに結合されていて、それを前記第1の方向に動かす第1のアクチュエータと、
前記マグネトロンプレートに結合可能で、それを前記第2の方向に動かす第2のアクチュエータとを含む走査機構。
In a plasma sputter reactor comprising a magnetron having a chamber, compatible with a rectangular target, sputtering the deposited material of the target onto a rectangular substrate and supported by a disposable support plate on the back of the target opposite the substrate The scanning mechanism
A gantry, supported on two opposite sidewalls of the chamber, slidable in a first direction, from which the magnetron plate is supported and in a second direction orthogonal to the first direction; A gantry configured to slide
A first actuator coupled to the gantry and moving it in the first direction;
And a second actuator coupled to the magnetron plate and moving it in the second direction.
前記第1の方向に配置され、前記2つの反対の側壁にサポートされ、前記ガントリを転動可能にサポートする第1の対のセットのローラと、
前記第2の方向に配置され、前記ガントリにサポートされ、前記マグネトロンプレートを転動可能にサポートする第2の対のセットのローラとを含む請求項29記載の走査機構。
A first pair of rollers disposed in the first direction and supported on the two opposite side walls to movably support the gantry;
30. A scanning mechanism according to claim 29, comprising a second pair of rollers disposed in the second direction, supported by the gantry and movably supported by the magnetron plate.
前記第1のアクチュエータがまた、前記第2のアクチュエータを前記第1の方向に動かす請求項29記載の走査機構。   30. The scanning mechanism of claim 29, wherein the first actuator also moves the second actuator in the first direction. 前記ターゲット、マグネトロン及びガントリが、真空引きされた前記チャンバの内側に配置されていて、前記アクチュエータが、前記チャンバの外側に配置されている請求項29記載の走査機構。   30. The scanning mechanism of claim 29, wherein the target, magnetron, and gantry are disposed inside the evacuated chamber and the actuator is disposed outside the chamber. 前記第1のアクチュエータの出力シャフトが、シールされたエンドプレートを有するベローズアセンブリにより、前記チャンバの壁を通して結合されており、前記第2のアクチュエータの出力シャフトが、その端部に回転シールを含むベローズアセンブリを通して、前記チャンバに結合されている請求項32記載の走査機構。   The output shaft of the first actuator is coupled through the chamber wall by a bellows assembly having a sealed end plate, and the output shaft of the second actuator includes a rotary seal at its end. The scanning mechanism of claim 32, wherein the scanning mechanism is coupled to the chamber through an assembly. 前記第1のアクチュエータの出力が、前記第1の方向の反対の方向に、前記ガントリを動かし、前記第2のアクチュエータが、前記第2の方向の反対の方向に、前記マグネトロンプレートを動かす請求項29記載の走査機構。   The output of the first actuator moves the gantry in a direction opposite to the first direction, and the second actuator moves the magnetron plate in a direction opposite to the second direction. 29. A scanning mechanism according to 29. 前記第1のアクチュエータの出力シャフトが、前記ガントリに固定されている請求項29記載の走査機構。   30. The scanning mechanism according to claim 29, wherein an output shaft of the first actuator is fixed to the gantry. 前記第2のアクチュエータの回転出力シャフトと、
前記回転出力シャフトに固定されたプーリと、
前記プーリ周囲を少なくとも部分的にラップし、前記サポートプレートに固定された端部を有するベルトとを含む請求項29記載の走査機構。
A rotational output shaft of the second actuator;
A pulley fixed to the rotary output shaft;
30. The scanning mechanism of claim 29, further comprising: a belt having an end portion at least partially wrapped around the pulley and secured to the support plate.
前記サポートプレートが、磁性で、磁性ヨークとして作用する請求項29〜36のいずれか1項記載の走査機構。   37. The scanning mechanism according to claim 29, wherein the support plate is magnetic and acts as a magnetic yoke. チャンバを有し、矩形ターゲットと適合可能で、前記ターゲットの堆積材料を、矩形基板へスパッタリングし、前記基板の反対の前記ターゲットの背面にある使い捨てサポートプレートにサポートされたマグネトロンを含むプラズマスパッタリアクタにおいて、走査機構が、
前記サポートプレートに固定接続されていて、それを、非平行の第1の方向に動かす第1のアクチュエータと、
前記サポートプレートに固定接続されていて、それを、前記第1の方向に垂直な、非平行の第2の方向に動かす第2のアクチュエータとを含む走査機構。
In a plasma sputter reactor comprising a magnetron having a chamber, compatible with a rectangular target, sputtering the deposited material of the target onto a rectangular substrate and supported by a disposable support plate on the back of the target opposite the substrate The scanning mechanism
A first actuator fixedly connected to the support plate and moving it in a non-parallel first direction;
And a second actuator fixedly connected to the support plate and moving it in a non-parallel second direction perpendicular to the first direction.
前記第1及び第2のアクチュエータが、独立操作される請求項38記載の走査機構。   The scanning mechanism according to claim 38, wherein the first and second actuators are operated independently. 前記第1のアクチュエータが、リニアアクチュエータであり、前記第2のアクチュエータが、回転アクチュエータである請求項38記載の走査機構。   39. The scanning mechanism according to claim 38, wherein the first actuator is a linear actuator, and the second actuator is a rotary actuator. 前記第2のアクチュエータが、前記第1のアクチュエータにより可動するスライダーに装着されている請求項40記載の走査機構。   41. The scanning mechanism according to claim 40, wherein the second actuator is attached to a slider that is movable by the first actuator. 矩形基板にスパッタリングする方法であって、少なくとも1つの直線部分を有する第1の2次元マルチパートパスに沿って、スパッタリングターゲットの背面で、マグネトロンを走査する工程を含む方法。   A method of sputtering a rectangular substrate, comprising scanning a magnetron on the back side of the sputtering target along a first two-dimensional multipart path having at least one straight portion. 前記第1のパスが、2つの平行な部分と、前記2つの平行な部分の間の各対の端部を接続する2つの交差する部分とを有する二重Zパスである請求項42記載の方法。   43. The double Z path of claim 42, wherein the first path is a double Z path having two parallel portions and two intersecting portions connecting each pair of ends between the two parallel portions. Method. 前記第2のパスが、蛇行パスである請求項42記載の方法。   43. The method of claim 42, wherein the second pass is a serpentine pass. 第1の方向に沿って、前記第1のパスからオフセットの第2の2次元マルチパートパスに沿って、前記スパッタリングターゲットの背面で、前記マグネトロンを走査することを含む請求項42記載の方法。   43. The method of claim 42, comprising scanning the magnetron at a back surface of the sputtering target along a second direction along a second direction that is offset from the first pass along a first direction. 前記第1の方向に垂直な第2の方向に沿って、前記第1のパスからオフセットの第3の2次元マルチパートパスに沿って、前記スパッタリングターゲットの背面で、前記マグネトロンを走査することを含む請求項45記載の方法。   Scanning the magnetron on the back side of the sputtering target along a second two direction perpendicular to the first direction and along a third two-dimensional multipart path offset from the first pass. 46. The method of claim 45, comprising. 矩形基板にスパッタリングする方法であって、互いに非平行の直線部分を有するパスに沿って、実質的に矩形のスパッタリングターゲットの背面で、マグネトロンを走査する工程を含む方法。   A method of sputtering onto a rectangular substrate, comprising scanning a magnetron with a back surface of a substantially rectangular sputtering target along a path having straight portions that are non-parallel to each other. 前記マグネトロンが、実質的に矩形であり、回旋形状を有する閉鎖プラズマループを形成する請求項47記載の方法。   48. The method of claim 47, wherein the magnetron is substantially rectangular and forms a closed plasma loop having a convoluted shape. 前記ターゲットと並んだ矩形の2つの反対の側部に沿って、且つ、前記2つの反対の側部の端部を接続する対角に沿って、二重Zパターンで、前記マグネトロンが走査される請求項47記載の方法。   The magnetron is scanned in a double Z pattern along two opposite sides of the rectangle aligned with the target and along the diagonal connecting the ends of the two opposite sides 48. The method of claim 47. 前記マグネトロンが、互いにオフセットの複数の二重Zパターンで走査される請求項49記載の方法。   50. The method of claim 49, wherein the magnetron is scanned with a plurality of double Z patterns offset from each other. 前記複数の二重Zパターンが、直交オフセットの組み合わせで、互いにオフセットである請求項50記載の方法。   51. The method of claim 50, wherein the plurality of double Z patterns are offset from each other in a combination of orthogonal offsets. 前記マグネトロンが、蛇行パターンで走査され、前記蛇行パターンが、第1の方向において、第1の走査距離を実質的に超えて夫々延在している第1の直線部分と、前記第1の走査距離より短い夫々の第2の走査距離だけを超えて、前記第2の方向に直交する第2の方向に、夫々延在している第2の部分とを有する請求項49記載の方法。   The magnetron is scanned in a serpentine pattern, the serpentine pattern extending in a first direction substantially beyond a first scan distance, respectively, and the first scan 50. The method of claim 49, further comprising: a second portion extending in each of a second direction orthogonal to the second direction beyond a respective second scanning distance that is less than the distance. 略矩形のターゲットの前記背面周囲でマグネトロンを走査する方法であって、前記ターゲットの第1の端部に平行な2つの反対の側部と、前記2つの側部の反対の端部を接続する2つの対角とを有するパスにおいて、前記マグネトロンを動かすことを含む方法。   A method of scanning a magnetron around the back surface of a substantially rectangular target, connecting two opposite sides parallel to the first end of the target and opposite ends of the two sides Moving the magnetron in a path having two diagonals. 前記ターゲットの前記第1の端部に垂直な2つの反対の第2の側部と、前記2つの第2の側部の反対の端部を接続する2つの第2の対角とを有する第2のパスにおいて、前記マグネトロンを前記ターゲットの前記背面周囲で動かす第2の工程を含む請求項53記載の方法。   A second having two opposite second sides perpendicular to the first end of the target and two second diagonals connecting the opposite ends of the two second sides. 54. The method of claim 53, comprising a second step of moving the magnetron around the back surface of the target in two passes. 前記第1及び第2の動かす全工程の間、前記ターゲットに近接するプラズマを励起させることを含む請求項54記載の方法。   55. The method of claim 54, comprising exciting a plasma proximate to the target during the first and second moving steps. 略矩形のターゲットの背面周囲で、マグネトロンを走査する方法であって、前記ターゲットが、夫々垂直に配置された第1及び第2の方向に沿って延在する側部を有し、
連続走査された第1、第2、第3及び第4のセクションを含む第1の閉鎖パスにおいて、前記マグネトロンを走査する第1の工程であって、前記第1及び第3のセクションが、前記第1の方向に沿って延在しており、前記第2及び第4のセクションが、前記第1及び第2の方向に対して対角に配置されていて、前記第1及び第3のセクションの反対に配置された端部を接続する第1の工程と、
連続走査された第5、第6、第7及び第8のセクションを含む第2の閉鎖パスにおいて、前記マグネトロンを走査する第2の工程であって、前記第5及び第8のセクションが、前記第2の方向に沿って延在しており、前記第6及び第8のセクションが、前記第1及び第2の方向に対して対角に配置されていて、前記第5及び第7のセクションの反対に配置された端部を接続する第2の工程とを含む方法。
A method of scanning a magnetron around the back of a substantially rectangular target, the target having side portions extending along first and second directions, respectively, arranged vertically,
A first step of scanning the magnetron in a first closed pass including first, second, third and fourth sections scanned in succession, wherein the first and third sections are Extending along a first direction, wherein the second and fourth sections are arranged diagonally with respect to the first and second directions, the first and third sections A first step of connecting ends arranged opposite to each other;
A second step of scanning the magnetron in a second closed pass including continuously scanned fifth, sixth, seventh and eighth sections, wherein the fifth and eighth sections are Extending along a second direction, wherein the sixth and eighth sections are arranged diagonally with respect to the first and second directions, the fifth and seventh sections A second step of connecting oppositely disposed ends.
前記第1及び第2の工程が、複数回交互に実施される請求項56記載の方法。   57. The method of claim 56, wherein the first and second steps are alternately performed a plurality of times.
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