JP2009503255A - Method and apparatus for sputtering on large flat panels - Google Patents
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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
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
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
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40,000cm2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
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
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.
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
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
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
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
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Q1とQ2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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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,
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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。
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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.
Claims (57)
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.
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.
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.
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.
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