JP2015511667A - スパッタ堆積用の小型の回転可能なスパッタデバイス - Google Patents

Abstract

ウエブ上に堆積材料を堆積させる堆積装置および方法が記載される。堆積装置は、第１の回転可能なスパッタデバイスに対する第１の軸を画定する第１のスパッタデバイス支持体と、第２の回転可能なスパッタデバイスに対する第２の軸を画定する第２のスパッタデバイス支持体と、被覆窓とを含む。第１のスパッタデバイス支持体および第２のスパッタデバイス支持体は、少なくとも被覆ドラムの上のウエブ上に堆積させるべき堆積材料の成分を提供するために第１の回転可能なスパッタデバイスおよび第２の回転可能なスパッタデバイスを支持するように適合される。さらに、第１の軸と第２の軸との間の距離は、約２００ｍｍより小さい。

Description

本発明の実施形態は、堆積チャンバ内のスパッタデバイスおよび堆積プロセスで材料を堆積させる方法に関する。本発明の実施形態は、詳細には、回転可能なスパッタデバイス、特にスパッタ堆積チャンバ内の回転可能なスパッタデバイスに関する。

基板上に材料を堆積させるには、いくつかの方法が知られている。たとえば、スパッタプロセスなどの物理的気相堆積（ＰＶＤ）プロセスによって、基板を被覆することができる。典型的には、このプロセスは、プロセス装置またはプロセスチャンバ内で実行され、被覆すべき基板はこの装置内に配置される、または装置を通るように案内される。堆積材料は、装置内に提供される。ＰＶＤプロセスが実行される場合、堆積材料は典型的には固相であり、プロセス中に反応ガスを添加することができる。基板上の堆積には複数の材料を使用することができ、とりわけセラミックを使用することができる。

被覆された材料は、いくつかの用途およびいくつかの技術分野で使用することができる。たとえば、半導体デバイスの生成などのマイクロエレクトロニクスの分野で利用される。また、ディスプレイ向けの基板も、ＰＶＤプロセスによって被覆されることが多い。さらなる用途には、絶縁パネル、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）パネルだけでなく、ハードディスク、ＣＤ、ＤＶＤなどを含むことができる。

被覆プロセスを実行するために、基板は堆積チャンバ内に配置される、または堆積チャンバを通るように案内される。たとえば、被覆ドラムなどのいくつかの案内デバイスによって、堆積チャンバを通るように被覆すべきウエブを案内することができる。スパッタデバイスは、基板上に堆積させるべき材料から作られたターゲットを提供する。被覆すべき基板は、スパッタデバイスを通り過ぎて案内され、したがってターゲットから放出された材料は、スパッタデバイスを通過しながら基板に到達する。被覆ドラム上で基板を案内することは非常に空間効率がよいが、被覆ドラムのため、被覆すべき基板は短時間しかスパッタデバイスに面することがなく、その結果、ターゲットから放出された材料が被覆すべき基板上に堆積する割合が低くなる。したがって、堆積させるべき材料の大部分は、基板に到達することなく、堆積装置内で無駄になる。

上記を考慮して、本発明の目的は、当技術分野の問題の少なくともいくつかを克服する、堆積装置およびウエブ上に材料を堆積させる方法を提供することである。

上記に照らして、独立請求項１に記載の堆積装置、および独立請求項１２に記載の堆積材料を堆積させる方法が提供される。本発明のさらなる態様、利点、および特徴は、従属請求項、明細書、および添付の図面から明らかである。

一実施形態によれば、ウエブ上に堆積材料を堆積させる堆積装置が提供される。この堆積装置は、第１の回転可能なスパッタデバイスに対する第１の軸を画定する第１のスパッタデバイス支持体と、第２の回転可能なスパッタデバイスに対する第２の軸を画定する第２のスパッタデバイス支持体と、被覆窓とを含む。第１のスパッタデバイス支持体および第２のスパッタデバイス支持体は、被覆ドラムの上のウエブ上に堆積させるべき少なくとも堆積材料の成分を提供するために第１の回転可能なスパッタデバイスおよび第２の回転可能なスパッタデバイスを支持するように適合されてもよい。さらに、第１の軸と第２の軸との間の距離は、約２００ｍｍより小さくすることができる。

別の実施形態によれば、ウエブ上に堆積材料を堆積させる方法が提供される。この方法は、被覆ドラム上で第１のスパッタデバイスおよび第２のスパッタデバイスを通り過ぎてウエブを案内することを含む。第１のスパッタデバイスおよび第２のスパッタデバイスは、回転可能なツインスパッタデバイスであり、少なくとも堆積材料の成分を提供することができる。さらに、第１の回転可能なスパッタデバイスおよび第２の回転可能なスパッタデバイスは、第１のスパッタデバイスの回転軸と第２のスパッタデバイスの回転軸との間の距離が約２００ｍｍより小さくなるように配置される。この方法は、第１の回転可能なスパッタデバイスおよび第２の回転可能なスパッタデバイスを通り過ぎてウエブを案内しながら１回の被覆でウエブを堆積材料で被覆することをさらに含む。

実施形態はまた、開示の方法を実施する装置を対象とし、記載の各方法ステップを実行する装置の部品を含む。これらの方法ステップは、ハードウェア構成要素、適当なソフトウェアによってプログラムされたコンピュータ、これら２つの任意の組合せ、または任意の他の方法を用いて実行することができる。さらに、本発明による実施形態はまた、記載の装置が動作する方法を対象とする。本発明は、この装置のすべての機能を実施する方法ステップを含む。

本発明の上記の特徴を詳細に理解できるように、上記で簡単に要約した本発明のより詳細な説明は、実施形態を参照することによって得ることができる。添付の図面は本発明の実施形態に関し、以下に説明する。

当技術分野で知られている堆積装置を示す図である。 本明細書に記載する実施形態による堆積装置の概略横断面図である。 本明細書に記載する実施形態による堆積装置の概略上面図である。 本明細書に記載する実施形態による堆積装置の概略側面図である。 本明細書に記載する実施形態による堆積装置のツインスパッタデバイスの概略図である。 本明細書に記載する実施形態による堆積装置のツインスパッタデバイスの概略図である。 本明細書に記載する実施形態による材料を堆積させる方法の流れ図である。

次に、本発明の様々な実施形態について詳細に参照し、これらの実施形態の１つまたは複数の例を図に示す。以下の図面の説明では、同じ参照番号が同じ構成要素を指す。概して、個々の実施形態に関する違いについてのみ説明する。各例は、本発明の説明を目的として提供されるものであり、本発明の限定を意味するものではない。さらに、一実施形態の一部として図示または説明する特徴を、他の実施形態で、または他の実施形態とともに使用して、さらなる実施形態を得ることができる。この説明は、そのような修正形態および変形形態を含むことが意図される。

さらに、以下の説明で、「スパッタデバイス」とは、基板上に堆積させるべき堆積材料または堆積材料の成分をターゲットの形で含むデバイスとして理解されたい。ターゲットは、堆積させるべき材料または少なくとも堆積させるべき材料の成分から作ることができる。さらに、スパッタデバイスは、回転軸を有する回転可能なスパッタデバイスとして設計することができる。いくつかの実施形態によれば、スパッタデバイスはバッキング管を含むことができ、バッキング管上に、堆積材料または堆積材料の成分から作られたターゲットを配置することができる。スパッタデバイスは、スパッタデバイスの動作中に磁場を生成する磁石アレンジメント（ｍａｇｎｅｔ ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）を含むことができる。スパッタデバイス内に磁石アレンジメントが設けられる場合、このスパッタデバイスをスパッタマグネトロンと呼ぶことができる。さらに、スパッタデバイスまたはスパッタデバイスの部品を冷却するために、スパッタデバイス内に冷却チャネルを設けることができる。いくつかの実施形態によれば、スパッタデバイスは、堆積装置または堆積チャンバのスパッタデバイス支持体に連結されるように適合されてもよい、たとえばスパッタデバイスの端部にフランジを設けることができる。いくつかの実施形態によれば、スパッタデバイスは、カソードまたはアノードとして動作させることができる。

「ツインスパッタデバイス」という用語は、１対のスパッタデバイスを指す。第１のスパッタデバイスおよび第２のスパッタデバイスが、ツインスパッタデバイス対を形成することができる。たとえば、ツインスパッタデバイス対の両方のスパッタデバイスを同じ堆積プロセスで同時に使用して、同じ基板を被覆することができる。ツインスパッタデバイスを使用して、基板の同じ区間を同時に被覆することもできる。さらに、ツインスパッタデバイスは、同様に設計することができ、すなわち、同じ材料をターゲットとして提供することができ、実質的に同じ寸法および実質的に同じ形状などを有することができる。場合によっては、ツインスパッタデバイスは、堆積装置内で互いに隣接して配置される。たとえば、ツインスパッタデバイスは、被覆窓内の基板上に堆積させるべき材料を提供するように、堆積チャンバ内で１つまたは複数のスパッタデバイス支持体によって保持することができる。本明細書に記載する他の実施形態と組み合わせることができるいくつかの実施形態によれば、ツインスパッタデバイスの２つのスパッタデバイスは、同じ材料をターゲットの形で含む。

「被覆窓」という用語は、堆積装置のうち、スパッタデバイスから放出された材料が基板に到達する区域として理解することができる。より詳細には、堆積させるべき材料は、スパッタデバイスのターゲットから放出される。いくつかの実施形態によれば、被覆窓は、２つ以上のスパッタデバイスの堆積材料分配特性によって画定することができ、かつ／または堆積材料の一部を遮蔽するマスクもしくは遮蔽部分によって画定することができる。本明細書に記載する実施形態によれば、被覆窓の寸法は、基板平面内で画定される。基板平面は、基板が動かされる平面とすることができる。さらに、基板が被覆ドラム上で案内されるとき、基板平面は、特定の点で基板に対して実質的に接線方向の平面とすることができる。基板上で基板に対して接線方向の平面を決定することができる点は、基板上でスパッタデバイスに対して最短距離を有する点とすることができる。さらなる実施形態によれば、被覆窓はまた、被覆ドラムの区間によって、すなわちスパッタデバイスに面する被覆ドラムの区間によって画定することができる。たとえば、被覆すべきウエブが被覆ドラムの上で案内される場合、基板平面に対して突出したドラム上のウエブの第１の位置と、基板平面に対して突出したドラム上のウエブの第２の位置とが存在する。図２に関して以下で詳細に説明するように、基板が第１の位置と第２の位置との間、すなわち基板平面内で測定されている被覆窓内に配置されたとき、堆積材料の粒子は基板に到達する。別の例では、被覆窓は、基板が通る被覆ドラムの角度区間、たとえば典型的には約１０°〜約９０°、より典型的には約１０°〜約４０°、さらに典型的には約１０°〜約２０°の範囲、たとえば１６°を含む角度区間によって画定することができる。

「堆積プロセス」という用語は、概して、スパッタデバイスのターゲットから材料を放出させて基板上に堆積させる任意のプロセス、たとえばＰＶＤプロセス、反応性スパッタプロセスなどを指すことができる。さらに、本明細書で「実質的に」という用語は、「実質的に」を伴って記載される特性からの特定の逸脱がありうることを意味することができる。たとえば、「実質的に接線方向」という用語は、正確な接線方向からの特定の逸脱、たとえば正確な接線方向の位置から約１％〜約１０％の逸脱を有する場合がある位置を指す。

図１は、当技術分野で知られている堆積装置を示す。堆積装置１００は、回転可能なスパッタデバイス１１０および被覆ドラム１２０を提供する。ウエブ１３０などの被覆すべき基板が、被覆ドラムによって案内される。堆積装置の動作中、堆積させるべき材料、すなわち堆積材料が、スパッタデバイス１１０から放出される。粒子１４０がスパッタデバイスから広がり、ウエブ１３０上に堆積する。さらに、図１では被覆窓１５０を見ることができる。被覆窓は、被覆ドラム１２０の第１の位置１５１から被覆ドラム１２０の第２の位置１５２に及ぶ。被覆窓内では、堆積させる材料の約９９％が、被覆すべき基板に到達する。

しかし、基板が丸い被覆ドラムの上を進んでいるため、ウエブ被覆プロセスにおける図１の堆積装置などのスパッタ区画は、制限された寸法を有する。小さいチャンバ寸法が望ましいため、被覆窓も制限された寸法を提供する。図１の例では、被覆窓は、基板平面内で約２２０ｍｍの寸法を有する。すなわち、前述の堆積装置内では、収集効率、すなわち放出された材料が基板に到達する割合は、約３０％である。スパッタデバイスから放出された材料の残りは無駄になる。約４００ｍｍの寸法まで被覆窓を広げることで、堆積効率を増大させることができるが、１つの堆積機械内のカソードの数を低減させる。したがって、いくつかの被覆装置を有する堆積機械の全体的な効率は低下することになる。さらに、ガラス基板など、堆積チャンバ内を案内されている平面の基板に対して２つのスパッタデバイスを使用することが知られている。しかし、空間的な制限により、ウエブ被覆プロセスで２つのスパッタデバイスを使用することはできない。

本明細書に記載する実施形態は、いくつかの堆積装置を有する堆積機械の全体的な効率を低下させることなく堆積装置の収集効率を増大させる堆積装置を提供する。本明細書に記載する実施形態によれば、被覆すべきウエブが被覆ドラムによって案内されるウエブ被覆プロセスに対して、ツインスパッタデバイスが使用される。標準的な回転可能なツインカソードは、ウエブ被覆装置の典型的なスパッタ区画内に収まらない。既知の回転可能なツインスパッタデバイスを設置するには、より大きなカソード区画が必要とされ、それによって１つの被覆ドラム上で堆積させることができる様々な層の量が低減される。これは経済的ではない。本明細書に記載する実施形態は、ウエブ被覆装置内でツインスパッタデバイスを使用することを可能にするツインスパッタデバイスの設計を提供する。したがって、本明細書に記載する実施形態による堆積装置は、ウエブ被覆装置のスパッタ区画内にうまく収まる小さい回転可能なツインカソードを提供する。さらに、回転可能なスパッタデバイス内の磁石システムは、堆積率をさらに改善するように適合されてもよい。

図２は、本明細書に記載する実施形態による堆積装置を示す。堆積装置２００は、被覆ドラム２２０を提供し、被覆ドラム２２０上に、被覆すべき基板２３０が案内される。ツインスパッタデバイスをともに形成する第１のスパッタデバイス２１１および第２のスパッタデバイス２１２によって、堆積材料または堆積材料の成分が提供される。

既知の回転可能なツインスパッタデバイス設計は、ウエブ被覆装置の区画の典型的な寸法内に収まらない。したがって、ウエブ被覆装置内の回転可能なツインスパッタデバイスがまだ利用可能ではなかったため、以前は平面のツインスパッタデバイスのみが使用された。したがって、本明細書に記載する実施形態は、ウエブ被覆装置に対する標準的なスパッタ区画内に収まる回転可能なツインスパッタデバイスの特別な設計について説明する。

図２に見ることができるように、第１のスパッタデバイス２１１は第１の軸２１３を有し、第１の軸２１３は、第１のスパッタデバイスの回転軸とすることができる。第２のスパッタデバイス２１２は第２の軸２１４を有し、第２の軸２１４もまた、第２のスパッタデバイスの回転軸とすることができる。これらのスパッタデバイスは、堆積材料、すなわち被覆すべき基板上に堆積させる材料を、ターゲットの形で提供する。反応性堆積プロセスの場合、基板上に最後に堆積させる材料は、処理ガスの化合物をさらに含むことができる。したがって、たとえばシリコンまたはドープされたシリコンからなるターゲットは堆積材料としてシリコンを含み、例示的には、処理ガスとして酸素を添加して、最終的にＳｉＯ_２を堆積させることができることを理解されたい。

図２に例示するいくつかの実施形態によれば、被覆すべき基板はウエブ２３０であり、ウエブは、ローラまたはドラム２２０によってツインスパッタデバイス２１１および２１２を通り過ぎて案内される。概して、被覆すべきウエブは、箔またはプラスチックのウエブなど、可撓性の構造を提供することができる。被覆窓２５０は、基板平面２５３に対して突出したドラム２２０上のウエブ２３０の第１の位置２５１および基板平面２５３に対して突出したドラム２２０上のウエブ２３０の第２の位置２５２によって制限される。さらに、被覆窓は、基板のうち材料が堆積する区域を画定する。図２に見ることができるように、第１のスパッタデバイス２１１から放出された堆積材料の粒子２４１および第２のスパッタデバイス２１２から放出された堆積材料の粒子２４２は、被覆窓２５０を通って基板２３０に到達する。図２に見ることができるように、被覆窓２５０は基板平面内で測定される。基板平面は、１つの点で基板に対して実質的に接線方向の平面２５３とすることができる。

本明細書に記載する実施形態による堆積装置２００は、第１のスパッタデバイス２１１の第１の軸２１３から第２のスパッタデバイス２１２の第２の軸２１４までの約２００ｍｍより小さい距離２６０を提供するように適合される。典型的には、第１のスパッタデバイス２１１の第１の軸２１３から第２のスパッタデバイス２１２の第２の軸２１４までの距離２６０は、１５０ｍｍ〜２００ｍｍ、より典型的には１６０ｍｍ〜１９０ｍｍ、さらに典型的には１７０ｍｍ〜１８５ｍｍ、たとえば１８０ｍｍである。

図３は、本明細書に記載する実施形態による堆積装置の概略上面図を示す。堆積装置３００は、図２に関して説明した堆積装置とすることができる。図３では、ツインスパッタデバイスを保持するスパッタデバイス支持体を見ることができる。特に、第１のスパッタデバイス支持体３０１が第１のスパッタデバイス３１１を保持し、第２のスパッタデバイス支持体３０２が第２のスパッタデバイス３１２を保持する。いくつかの実施形態によれば、第１のスパッタデバイス支持体３０１および第２のスパッタデバイス支持体３０２は、互いに対して画定された距離で第１のスパッタデバイス３１１および第２のスパッタデバイス３１２を保持するように適合されてもよい。たとえば、第１のスパッタデバイス支持体３０１および第２のスパッタデバイス支持体３０２は、これらのスパッタデバイス間で所望の距離を提供するように相互に連結することができる。他の実施形態によれば、堆積装置のスパッタデバイス支持体は、２つの区間、すなわち第１のスパッタデバイスに対する区間（第１のスパッタデバイス支持体など）と、第２のスパッタデバイスに対する区間（第２のスパッタデバイス支持体など）とに分割された１つのスパッタデバイス支持体とすることができる。概して、スパッタデバイス支持体は、スパッタデバイスを保持して回転させることを可能にする機構（図示せず）を有することができる。たとえば、スパッタデバイス支持体は軸受を提供することができ、軸受は、スパッタデバイスの回転を可能にするが、それと同時にスパッタデバイスの長手方向および径方向に対して画定された位置でスパッタデバイスを保持する。

いくつかの実施形態によれば、スパッタデバイス支持体は、第１のスパッタデバイスおよび第２のスパッタデバイスの軸を画定する。たとえば、スパッタデバイスを保持してこれらのスパッタデバイスの回転を同時に可能にすることによって、スパッタデバイス支持体は、第１のスパッタデバイスおよび第２のスパッタデバイスの回転軸を画定することができる。さらに、スパッタデバイス支持体は、スパッタデバイス間に画定された距離を提供する。図３では、第１のスパッタデバイス３１１の第１の軸３１３と第２のスパッタデバイス３１２の第２の軸３１４との間の距離３６０（スパッタデバイス支持体３０１および３０２によって画定される）は、約２００ｍｍより小さく、典型的には１５０ｍｍ〜２００ｍｍ、より典型的には１６０ｍｍ〜１９０ｍｍ、さらに典型的には１７０ｍｍ〜１８５ｍｍ、たとえば１８０ｍｍである。

いくつかの実施形態によれば、第１のスパッタデバイスおよび第２のスパッタデバイスの外径は、典型的には約９０ｍｍ〜約１２０ｍｍの範囲、より典型的には約９５ｍｍ〜約１１５ｍｍ、さらに典型的には約１００ｍｍ〜約１１０ｍｍ、たとえば１０５ｍｍとすることができる。概して、第１のスパッタデバイスおよび第２のスパッタデバイスの外径は、あらゆるスパッタリング動作が行われる前に決定することができる。さらに、スパッタデバイス支持体３０１および３０２は、図３に示すように、堆積プロセス前のスパッタデバイスの外面間の距離を指す距離３７０が、典型的には約５０ｍｍ〜約１００ｍｍの範囲内、より典型的には約６０ｍｍ〜約９０ｍｍ、さらに典型的には約７０ｍｍ〜約８０ｍｍ、たとえば７５ｍｍになるように適合される。

図４では、堆積装置の概略側面図を見ることができる。堆積装置４００は、図２または図３に関して説明した堆積装置とすることができる。図４の側面図は、堆積チャンバ４００内のツインスパッタデバイスの第１のスパッタデバイス４１１を示す。スパッタデバイス支持体４０１は、スパッタデバイス４１１の軸４１３を画定する。さらに、被覆ドラム４２０を見ることができ、基板４３０がその上を案内されてもよい。図４の実施形態では、スパッタデバイス４１１の外面から被覆すべきウエブ４３０までの最短距離を指す距離４８０が示されている。ウエブとスパッタデバイスの表面との間の最短距離は、典型的には５０ｍｍ〜２００ｍｍ、より典型的には７０ｍｍ〜１９０ｍｍ、さらに典型的には約８０ｍｍ〜約１８０ｍｍとすることができる。一実施形態では、スパッタデバイスの表面と被覆すべき表面との間の最短距離は、約１００ｍｍである。

これらの図では、スパッタデバイスは、基板より上に配向されている。しかし、これは単なる一例であり、スパッタデバイスおよび基板の配向は、別の方法で定めることができ、たとえばスパッタデバイスを基板の隣に配置することができ、またはスパッタデバイスより上で基板を案内することができることを理解されたい。

図５は、本発明の実施形態による堆積装置内で使用することができるツインスパッタデバイスおよびウエブを有する被覆ドラムの構成５００を示す。第１のスパッタデバイス５１１および第２のスパッタデバイス５１２が設けられ、第１のスパッタデバイス５１１に対する第１の軸５１３および第２のスパッタデバイス５１３に対する第２の軸５１４に配置される。ツインスパッタデバイス５１１および５１２は、堆積させるべき材料または堆積させるべき材料の成分から作られたターゲットを含むことができ、被覆窓５５０を通って基板５３０に対する堆積材料を提供するように適合される。基板５３０は、被覆ドラム５２０によって案内することができる。被覆窓５５０は、ツインスパッタデバイスから放出された粒子５４０が基板に到達する区域によって画定される。被覆ドラム５２０が湾曲していることは、基板５３０の小さい区間のみがターゲット材料粒子５４０に露出されることを意味する。基板の小さい区間は、基板平面５５３に対して突出した被覆ドラム５２０上のウエブ５３０の第１の位置５５１および基板平面５５３に対して突出した被覆ドラム５３０上のウエブ５３０の第２の位置５５２によって制限することができる。第１の位置５５１および第２の位置５５２はまた、被覆窓５５０の始端および末端を指すことができる。いくつかの実施形態によれば、被覆窓５５０の寸法は、平面５５３などの基板平面内で測定することができ、平面５５３は、少なくとも１つの点で被覆ドラム５２０上の基板に対して実質的に接線方向である。基板に対して実質的に接線方向の基板平面５５３を形成することができる点は、基板のうちスパッタデバイスの少なくとも１つに対して最短距離を有する点とすることができる。

さらに、いくつかの実施形態によれば、第１のスパッタデバイス５１１内に第１の磁石アレンジメント５１５が位置し、第２のスパッタデバイス５１２内に第２の磁石アレンジメント５１６が位置する。第１の磁石アレンジメントおよび第２の磁石アレンジメントはそれぞれ、磁場を生成する。磁石アレンジメント５１５および５１６によって生成される磁場は、概して、堆積効率を増大させるのに役立つ。さらに、スパッタデバイス内で磁石アレンジメントを使用することによって、堆積率に良い影響を与えることができる。

図６では、ツインスパッタデバイス、被覆ドラム、および被覆すべき基板を含む構成６００の一実施形態が示されている。構成６００は、たとえば、図２〜図４に関して上記で説明した堆積装置内で使用することができる。構成６００は、第１のスパッタデバイス６１１と、第２のスパッタデバイス６１２と、被覆ドラム６２０と、被覆すべき基板６３０とを含む。被覆すべき基板６３０は、被覆ドラム６２０上でスパッタデバイス６１１および６１２を通り過ぎて案内され、したがって被覆窓６５０を通過する。被覆窓６５０は、基板平面６５３に対して突出したドラム６３０上の基板６２０の第１の位置６５１および基板平面６５３に対して突出したドラム６３０上の基板６２０の第２の位置６５２によって制限される。被覆窓６５０を通って、ツインスパッタデバイスから放出された粒子６４０が基板６２０に到達する。

図６に示す実施形態では、第１のスパッタデバイス６１１は第１の磁石アレンジメント５１５を備え、第２のスパッタデバイス５１２は第２の磁石アレンジメント５１６を備える。磁石アレンジメント６１５および６１６は、それぞれ堆積効率を改善するために磁場を生成する磁石ヨークとすることができる。いくつかの実施形態によれば、これらの磁石アレンジメントは、互いの方へ傾斜させることができる。これは、磁石アレンジメント５１５および５１６によって図６に示されている。いくつかの実施形態によれば、これらの磁石アレンジメントは、第１のスパッタデバイス、第２のスパッタデバイス、第１の磁石アレンジメント、および／または第２の磁石アレンジメントをそれぞれ配置することによって、互いの方へ傾斜させることができる。

この文脈で、磁石アレンジメントが互いの方へ傾斜して配置されることは、磁石アレンジメントによって生成される磁場が互いの方へ誘導されることを意味する。たとえば、スパッタデバイスの回転軸から磁石アレンジメントまたは磁石アレンジメントの実質的に中心へ進む径方向軸は、他方のスパッタデバイスの対応する軸に対して角度を形成することができる。第１のスパッタデバイス６１１および第２のスパッタデバイス６１２の径方向軸は、図６に見ることができる。第１の径方向軸６１７は、第１のスパッタデバイス６１１の第１の回転軸６１３から第１の磁石アレンジメント６１５の中心へ延びる。第２の径方向軸６１８は、第２のスパッタデバイス６１２の第２の回転軸６１４から第２の磁石アレンジメント６１６の中心へ延びる。径方向軸６１７と径方向軸６１８との間には、磁石アレンジメントの互いの方への傾斜を示す角度６１９が示されている。いくつかの実施形態によれば、磁石アレンジメント間の角度、たとえば図６の角度６１９は、典型的には約５°〜約５０°の範囲内、より典型的には約１０°〜約４０°、さらに典型的には約１０°〜約３０°とすることができる。

いくつかの実施形態によれば、前述のスパッタデバイスを使用して、ウエブ上に絶縁材料を堆積させることができる。たとえば、スパッタデバイスは、シリコン、チタン、アルミニウムなどのターゲット材料を提供することができる。ガス入り口ともに、たとえば反応性スパッタリングプロセスによって、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化チタン、酸化アルミニウムなどの材料を基板上に堆積させることができる。さらに、上記の堆積装置は、ＳｉＯ_２の反応性スパッタリングなどの反応性スパッタプロセスに使用することができる。したがって、本明細書に記載する他の実施形態と組み合わせることができるいくつかの実施形態によれば、堆積装置は、真空ポンプ、プロセスガス（酸素または窒素など）に対するガス入り口、加熱手段、冷却手段、ドライバなどのさらなる機器を備えることができる。

いくつかの実施形態によれば、上記の堆積装置および構成は、２つの金属スパッタデバイスが約１０ｋＨｚ〜約５０ｋＨｚの周波数範囲などの中間周波数（ＭＦ）で動作するプロセスで使用することができる。一実施形態では、堆積装置および／または堆積装置のスパッタデバイス支持体は、スパッタデバイスのうちの一方をアノードとして使用し、他方をカソードとして使用するように適合されてもよい。概して、堆積装置は、アノードおよびカソードとしてのスパッタデバイスの動作を交互にすることができるように適合される。すなわち、前にアノードとして使用されているスパッタデバイスをカソードとして使用することができ、前にカソードとして使用されているスパッタデバイスをアノードとして動作させることができる。

一実施形態では、上記の堆積装置は、１つのスパッタデバイス支持体に対して１つのスパッタデバイスを設けることができる。すなわち、１つのスパッタデバイス支持体内に１つの回転可能なスパッタデバイスのみが設けられる。たとえば、第１のスパッタデバイス支持体内に１つの第１のスパッタデバイスが配置され、第２のスパッタデバイス支持体内に１つの第２のスパッタデバイスが配置される。いくつかの実施形態によれば、１対のツインスパッタデバイス、すなわち１つの第１のスパッタデバイスおよび１つの第２のスパッタデバイスが、１つの被覆窓に対して設けられる。堆積装置は、概して、いくつかの被覆窓を有することができ、各被覆窓に対して、それぞれ１つの第１のスパッタデバイスおよび１つの第２のスパッタデバイスのみを使用することができる。被覆窓は、堆積させるべき材料が基板に到達する区間として画定されると理解することができる。それによって、基板は、被覆窓を通過することによって第１のスパッタデバイスおよび第２のスパッタデバイスを通過する。

図７は、本明細書に記載する実施形態によるウエブ上に堆積材料を堆積させる方法の流れ図を示す。いくつかの実施形態によれば、この方法は、図２〜図４に関して上述した堆積装置または図５および図６に示す構成を動作させるために使用することができる。この方法は、ブロック７１０で、被覆ドラム上で第１のスパッタデバイスおよび第２のスパッタデバイスを通り過ぎてウエブを案内することを含むことができる。いくつかの実施形態によれば、これらのスパッタデバイスは、ウエブなどの基板上に堆積させるべき材料を提供する上記のスパッタデバイスとすることができる。たとえば、本明細書に記載する実施形態によるウエブは、ブロック７１５に示すように、ツインスパッタデバイスを通過する。スパッタデバイスは、それぞれ回転軸を有する回転可能なスパッタデバイスとすることができる。いくつかの実施形態によれば、第１の回転可能なスパッタデバイスおよび第２の回転可能なスパッタデバイスは、図７にブロック７２０として示すように、第１のスパッタデバイスの回転軸と第２のスパッタデバイスの回転軸との間の距離が約２００ｍｍより小さくなるように配置される。いくつかの実施形態では、第１のスパッタデバイスの回転軸と第２のスパッタデバイスの回転軸との間の距離は、１５０ｍｍ〜２００ｍｍ、より典型的には１６０ｍｍ〜１９０ｍｍ、さらに典型的には１７０ｍｍ〜１８５ｍｍ、たとえば１８０ｍｍである。

さらに、本明細書に記載する実施形態による方法は、ブロック７３０で、第１のスパッタデバイスおよび第２のスパッタデバイスからの堆積材料でウエブを被覆することを含む。概して、ウエブ上に堆積させる材料は、スパッタデバイスから放出され、１つの被覆窓内でウエブ上に堆積する。被覆窓は、基板平面内で堆積材料が通過して基板に到達する区間として画定することができる。ウエブが被覆窓を通過するとき、ウエブは、スパッタデバイスから放出された粒子に露出される。いくつかの実施形態によれば、ウエブが被覆ドラム上で第１のスパッタデバイスおよび第２の回転可能なスパッタデバイスを通り過ぎて案内される間に、被覆が行われる。

いくつかの実施形態によれば、被覆窓は、基板平面内で典型的には約１５０ｍｍ〜約２５０ｍｍ、より典型的には約１８０ｍｍ〜約２４０ｍｍ、さらに典型的には約２００ｍｍ〜２３０ｍｍ、たとえば２２０ｍｍの寸法を有することができる。被覆窓の幅は、基板平面に対して突出して被覆窓を制限する被覆ドラム上の第１の位置および第２の位置によってさらに画定することができる。たとえば、被覆窓の幅は、図２〜図６で被覆窓２５０、３５０、４５０、５５０、および６５０として見ることができる。

本明細書に記載する実施形態による方法は、第１のスパッタデバイスおよび第２のスパッタデバイスのうちの一方をアノードとして使用し、第１のスパッタデバイスおよび第２のスパッタデバイスのうちの他方をカソードとして使用することをさらに含むことができる。本明細書に記載する他の実施形態と組み合わせることができる本明細書に記載するいくつかの実施形態によれば、堆積装置、特に堆積装置のスパッタデバイス支持体は、対応する機能を提供するように適合することができ、すなわち一方のスパッタデバイスをアノードとして、他方のスパッタデバイスをカソードとして、交互に使用することを可能にする。

一実施形態では、ウエブ上に材料を堆積させる方法は、第１のスパッタデバイス内の第１の磁石アレンジメントによって第１の磁場を生成し、第２のスパッタデバイス内の第２の磁石アレンジメントによって第２の磁場を生成することをさらに含む。上記の構成は、図５に例示されている。さらに、いくつかの実施形態によれば、これらの磁石アレンジメントは、第１のスパッタデバイス、第２のスパッタデバイス、第１の磁石アレンジメント、および／または第２の磁石アレンジメントをそれぞれ配置することによって、互いの方へ傾斜させて配置することができる。そのような構成は図６に示されており、径方向軸６１７および６１８は、角度６１９とともに、傾斜した構成を示す。

本明細書に記載する実施形態による堆積装置および堆積材料を堆積させる方法を使用することで、高いスパッタデバイスの利用率（最大約８０％）および再堆積のない浸食プロファイルが可能になる。これにより、材料コストが節約され、プロセスがより効率的になる。さらに、ウエブ被覆装置で使用される上向きのスパッタを利用した場合、粒子がスパッタデバイス上に落下する可能性がなく、それによってアークを発生させ、したがって層の特性を制限することがないため、スパッタプロセスの品質を改善することができる。さらに、本明細書に記載する実施形態は、スパッタカソードに対して制限された寸法を有し、空間的な制限のために回転可能なツインスパッタデバイスを使用することができないシステムにも適用することができる。

一態様では、ウエブ上に堆積材料を堆積させる堆積装置が提供される。堆積装置は、第１の回転可能なスパッタデバイスに対する第１の軸を画定する第１のスパッタデバイス支持体と、第２の回転可能なスパッタデバイスに対する第２の軸を画定する第２のスパッタデバイス支持体と、被覆窓とを含むことができる。いくつかの実施形態によれば、第１のスパッタデバイス支持体および第２のスパッタデバイス支持体は、被覆ドラムの上のウエブ上に堆積させるべき堆積材料を提供するために第１の回転可能なスパッタデバイスおよび第２の回転可能なスパッタデバイスを支持するように適合される。第１の軸と第２の軸との間の距離は、約２００ｍｍより小さくすることができる。さらに、本明細書に記載する他の実施形態と組み合わせることができるいくつかの実施形態によれば、堆積装置は、第１の回転可能なスパッタデバイスおよび第２の回転可能なスパッタデバイスのうちの一方の回転可能なスパッタデバイスをアノードとして使用し、第１の回転可能なスパッタデバイスおよび第２の回転可能なスパッタデバイスのうちの他方の回転可能なスパッタデバイスをカソードとして使用するように適合されてもよい。一実施形態では、堆積装置は、第１の回転可能なスパッタデバイスおよび第２の回転可能なスパッタデバイスをさらに含むことができる。本明細書に記載する他の実施形態と組み合わせることができるいくつかの実施形態によれば、第１の磁場を生成する第１の磁石アレンジメントを第１の回転可能なスパッタデバイス内に配置することができ、第２の磁場を生成する第２の磁石アレンジメントを第２の回転可能なスパッタデバイス内に配置することができる。第１の磁石アレンジメントおよび第２の磁石アレンジメントは、被覆窓内の堆積材料の堆積を増大させるようにさらに適合されてもよい。一実施形態では、第１の磁石アレンジメントおよび第２の磁石アレンジメントが互いの方へ傾斜して配置されるように、第１の回転可能なスパッタデバイスおよび第２の回転可能なスパッタデバイスを配置することができる。本明細書に記載する他の実施形態と組み合わせることができるいくつかの実施形態によれば、第１のスパッタデバイス支持体および第２のスパッタデバイス支持体のうちの少なくとも１つは、約１００ｍｍと約１２０ｍｍの間、特に約１０５ｍｍの外径を有する回転可能なスパッタデバイスを保持するように適合されてもよい。さらに、一実施形態では、第１のスパッタデバイス支持体および第２のスパッタデバイス支持体は、１つの被覆窓に対して、第１のスパッタデバイス支持体内に１つの第１の回転可能なスパッタデバイスのみを提供し、第２のスパッタデバイス支持体内に１つの第２の回転可能なスパッタデバイスのみを提供するように適合されてもよい。さらなる実施形態によれば、第１のスパッタデバイス支持体は第１のスパッタデバイスを保持するように適合され、第２のスパッタデバイス支持体は第２のスパッタデバイスを保持するように適合され、第１のスパッタデバイスおよび第２のスパッタデバイスはツインスパッタデバイスである。概して、被覆窓は、約２００ｍｍと約２５０ｍｍの間、特に約２２０ｍｍの幅を提供することができる。本明細書に記載する他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、堆積させるべき材料は、絶縁材料とすることができる。たとえば、堆積させるべき材料は、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化チタン、および酸化アルミニウムの群から選択することができる。

さらなる態様では、ウエブ上に堆積材料を堆積させる方法が提供される。この方法は、被覆ドラム上で第１のスパッタデバイスおよび第２のスパッタデバイスを通り過ぎてウエブを案内することを含むことができ、第１のスパッタデバイスおよび第２のスパッタデバイスは、回転可能なツインスパッタデバイスであり、堆積材料または堆積材料の成分を提供する。さらに、第１の回転可能なスパッタデバイスおよび第２の回転可能なスパッタデバイスは、第１のスパッタデバイスの回転軸と第２のスパッタデバイスの回転軸との間の距離が約２００ｍｍより小さくなるように配置することができる。この方法は、第１の回転可能なスパッタデバイスおよび第２の回転可能なスパッタデバイスを通り過ぎてウエブを案内しながら１回の被覆でウエブを堆積材料で被覆することをさらに含むことができる。いくつかの実施形態によれば、ウエブを被覆することは、約２２０ｍｍの被覆窓内でウエブを被覆することを含む。本明細書に記載する他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、この方法は、第１のスパッタデバイスおよび第２のスパッタデバイスのうちの一方をアノードとして使用し、第１のスパッタデバイスおよび第２のスパッタデバイスのうちの他方をカソードとして使用することをさらに含む。いくつかの実施形態によれば、材料を堆積させる方法は、第１のスパッタデバイス内の第１の磁石アレンジメントによって第１の磁場を生成し、第２のスパッタデバイス内の第２の磁石アレンジメントによって第２の磁場を生成することをさらに含むことができる。概して、第１の磁石アレンジメントおよび第２の磁石アレンジメントが互いの方へ傾斜して配置されるように、第１のスパッタデバイス、第２のスパッタデバイス、第１の磁石アレンジメント、および第２の磁石アレンジメントのうちの少なくとも１つを配置することができる。

上記は本発明の実施形態を対象とするが、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく、本発明の他のさらなる実施形態を考案することもでき、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。

Claims (15)

1. ウエブ上に堆積材料を堆積させる堆積装置であって、第１の回転可能なスパッタデバイスに対する第１の軸を画定する第１のスパッタデバイス支持体と、第２の回転可能なスパッタデバイスに対する第２の軸を画定する第２のスパッタデバイス支持体と、被覆窓とを備え、
   前記第１のスパッタデバイス支持体および前記第２のスパッタデバイス支持体が、被覆ドラムの上の前記ウエブ上に堆積させるべき少なくとも前記堆積材料の成分を提供するために前記第１の回転可能なスパッタデバイスおよび前記第２の回転可能なスパッタデバイスを支持するように適合され、
   前記第１の軸と前記第２の軸との間の距離が約２００ｍｍより小さい、堆積装置。
2. 前記堆積装置が、前記第１の回転可能なスパッタデバイスおよび前記第２の回転可能なスパッタデバイスのうちの一方の回転可能なスパッタデバイスをアノードとして使用し、前記第１の回転可能なスパッタデバイスおよび前記第２の回転可能なスパッタデバイスのうちの他方の回転可能なスパッタデバイスをカソードとして使用するように適合される、請求項１に記載の堆積装置。
3. 第１の回転可能なスパッタデバイスおよび第２の回転可能なスパッタデバイスをさらに備える、請求項１または２に記載の堆積装置。
4. 第１の磁場を生成する第１の磁石アレンジメントが前記第１の回転可能なスパッタデバイス内に配置され、第２の磁場を生成する第２の磁石アレンジメントが前記第２の回転可能なスパッタデバイス内に配置され、前記第１の磁石アレンジメントおよび前記第２の磁石アレンジメントが、前記被覆窓内の堆積材料の堆積を増大させるように適合される、請求項３に記載の堆積装置。
5. 前記第１の磁石アレンジメントおよび前記第２の磁石アレンジメントが互いの方へ傾斜して配置されるように、前記第１の回転可能なスパッタデバイスおよび前記第２の回転可能なスパッタデバイスが配置される、請求項４に記載の堆積装置。
6. 前記第１のスパッタデバイス支持体および前記第２のスパッタデバイス支持体のうちの少なくとも１つが、約１００ｍｍと約１２０ｍｍの間、特に約１０５ｍｍの外径を有する回転可能なスパッタデバイスを保持するように適合される、請求項１から５のいずれか一項に記載の堆積装置。
7. 前記第１のスパッタデバイス支持体および前記第２のスパッタデバイス支持体が、１つの被覆窓に対して、前記第１のスパッタデバイス支持体内の１つの第１の回転可能なスパッタデバイスのみと、前記第２のスパッタデバイス支持体内の１つの第２の回転可能なスパッタデバイスのみを提供するように適合される、請求項１から６のいずれか一項に記載の堆積装置。
8. 前記第１のスパッタデバイス支持体が前記第１のスパッタデバイスを保持するように適合され、前記第２のスパッタデバイス支持体が前記第２のスパッタデバイスを保持するように適合され、前記第１のスパッタデバイスおよび前記第２のスパッタデバイスがツインスパッタデバイスである、請求項１から７のいずれか一項に記載の堆積装置。
9. 前記被覆窓が、約２００ｍｍと約２５０ｍｍの間、特に約２２０ｍｍの幅を提供する、請求項１から８のいずれか一項に記載の堆積装置。
10. 堆積させるべき前記材料が絶縁材料である、請求項１から９のいずれか一項に記載の堆積装置。
11. 堆積させるべき前記材料が、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化チタン、および酸化アルミニウムの群から選択される材料である、請求項１から１０のいずれか一項に記載の堆積装置。
12. ウエブ上に堆積材料を堆積させる方法であって、
    被覆ドラム上で第１のスパッタデバイスおよび第２のスパッタデバイスを通り過ぎて前記ウエブを案内することであって、前記第１のスパッタデバイスおよび前記第２のスパッタデバイスが、回転可能なツインスパッタデバイスであり、少なくとも前記堆積材料の成分を提供し、前記第１のスパッタデバイスの回転可能な軸と前記第２のスパッタデバイスの回転軸との間の距離が約２００ｍｍより小さくなるように、前記第１の回転可能なスパッタデバイスおよび前記第２の回転可能なスパッタデバイスが配置される、案内することと、
    前記第１の回転可能なスパッタデバイスおよび前記第２の回転可能なスパッタデバイスを通り過ぎて前記ウエブを案内しながら１回の被覆で前記ウエブを堆積材料で被覆することとを含む方法。
13. 前記ウエブを被覆することが、約２２０ｍｍの被覆窓内で前記ウエブを被覆することを含む、請求項１２に記載の方法。
14. 前記第１のスパッタデバイスおよび前記第２のスパッタデバイスのうちの一方をアノードとして使用し、前記第１のスパッタデバイスおよび前記第２のスパッタデバイスのうちの他方をカソードとして使用することをさらに含む、請求項１２または１３に記載の方法。
15. 前記第１のスパッタデバイス内の第１の磁石アレンジメントによって第１の磁場を生成することと、前記第２のスパッタデバイス内の第２の磁石アレンジメントによって第２の磁場を生成することとをさらに含み、前記第１の磁石アレンジメントおよび前記第２の磁石アレンジメントが互いの方へ傾斜して配置されるように、前記第１のスパッタデバイス、前記第２のスパッタデバイス、前記第１の磁石アレンジメント、および前記第２の磁石アレンジメントのうちの少なくとも１つが配置される、請求項１２から１４のいずれか一項に記載の方法。

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