JP2016507656A - 隣接スパッタカソードを用いた装置およびその操作方法 - Google Patents

Abstract

非可撓性基板上、またはキャリアによって供給される基板上に層スタックを堆積する装置について説明する。この装置は、真空チャンバと、輸送システムおよび真空チャンバがインライン堆積用に構成される輸送システムと、真空チャンバ内で第１の回転軸のまわりに回転可能な第１の回転スパッタカソードの第１の支持体であって、第１の材料を堆積するための第１の堆積ゾーンが設けられる第１の支持体と、真空チャンバ内で第２の回転軸のまわりに回転可能な第２の回転スパッタカソードの第２の支持体であって、第２の材料を堆積するための第２の堆積ゾーンが設けられる第２の支持体とを含み、第１の回転軸と第２の回転軸は互いに７００ｍｍ以下の間隔を有し、装置はまた、第１の回転軸と第２の回転軸の間に、第２の堆積ゾーンに向けてスパッタされた第１の材料、および第１の堆積ゾーンに向けてスパッタされた第２の材料を受けるように適合されているセパレータ構造体を含み、装置が、第１の材料の層および次の第２の材料の層を含む層スタックを堆積するように構成される。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、スパッタリング機器、装置およびシステムと、その操作方法とに関する。本発明の実施形態は、詳細には、非可撓性基板上、またはキャリアによって供給される基板上に層スタックを堆積する装置と、非可撓性基板上、またはキャリアによって供給される基板上に材料を堆積するシステムと、非可撓性基板上、またはキャリアによって供給される基板上に層スタックを堆積する方法とに関する。

基板上に材料を堆積するためのいくつかの方法が知られている。たとえば、基板は、物理的気相堆積（ＰＶＤ）処理、化学気相堆積（ＣＶＤ）処理、プラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）処理などによってコーティングすることができる。通常、この処理は、コーティングされるべき基板が置かれる処理装置または処理チャンバの中で行われる。堆積材料が装置内に供給される。複数の材料を、またその酸化物、窒化物または炭化物も基板上の堆積に使用することができる。

いくつかの応用例およびいくつかの技術分野では、コーティングされた材料を使用することができる。たとえば応用例が、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にある。また、表示装置用の基板は、ＰＶＤ処理でコーティングされることが多い。別の応用例には、絶縁パネル、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）パネル、ＴＦＴを有する基板、カラーフィルタ、または同様のものが含まれる。さらに、マザーボードの製造および半導体のパッケージングでもまた薄膜堆積を利用し、特に、様々な金属層の堆積を利用する。

通常、複数のチャンバを有する堆積システムでは、複数の処理が実施される。そのために、１つまたは複数のロードロックチャンバが設けられることがある。さらに、基板上に様々な層を堆積するために、通常は複数の堆積チャンバがシステム内に設けられる。

基板がスパッタリングカソードの前方を移動する従来の動的スパッタコータでは、異なる材料の多層堆積が多数の処理チャンバ内で実行される（すなわち、材料混合を回避するために、堆積させる材料ごとに１つの処理チャンバを使用して）。しかし、堆積システムの所有コストおよび設置面積が考慮すべき事項になり、改善のための継続的な取組みが望まれている。

上記に照らして、非可撓性基板上、またはキャリアによって供給される基板上に層スタックを堆積する装置と、非可撓性基板上、またはキャリアによって供給される基板上に材料を堆積するシステムと、非可撓性基板上、またはキャリアによって供給される基板上に層スタックを堆積する方法とが提供される。本発明のさらなる態様、利点および特徴は、従属請求項、本明細書、および添付の図面から明らかになる。

一実施形態によれば、非可撓性基板上、またはキャリアによって供給される基板上に層スタックを堆積する装置が提供される。この装置は、真空チャンバと、輸送システムおよび真空チャンバがインライン堆積用に構成される輸送システムと、真空チャンバ内で第１の回転軸のまわりに回転可能な第１の回転スパッタカソードの第１の支持体であって、第１の材料を堆積するための第１の堆積ゾーンが設けられる第１の支持体と、真空チャンバ内で第２の回転軸のまわりに回転可能な第２の回転スパッタカソードの第２の支持体であって、第２の材料を堆積するための第２の堆積ゾーンが設けられる第２の支持体とを含み、第１の回転軸と第２の回転軸は互いに７００ｍｍ以下の間隔を有し、装置はまた、第１の回転軸と第２の回転軸の間に、第２の堆積ゾーンに向けてスパッタされた第１の材料、および第１の堆積ゾーンに向けてスパッタされた第２の材料を受けるように適合されているセパレータ構造体を含み、装置が、第１の材料の層および次の第２の材料の層を含む層スタックを堆積するように構成される。

別の実施形態によれば、非可撓性基板上、またはキャリアによって供給される基板上に層スタックを堆積する装置が提供される。この装置は、真空チャンバと、輸送システムおよび真空チャンバがインライン堆積用に構成される輸送システムと、真空チャンバ内で第１の回転軸のまわりに回転可能な第１の回転スパッタカソードの第１の支持体であって、第１の材料を堆積するための第１の堆積ゾーンが設けられる第１の支持体と、真空チャンバ内で第２の回転軸のまわりに回転可能な第２の回転スパッタカソードの第２の支持体であって、第２の材料を堆積するための第２の堆積ゾーンが設けられる第２の支持体とを含み、第１の回転軸と第２の回転軸は互いに７００ｍｍ以下の間隔を有し、装置はまた、第１の堆積ゾーンと第２の堆積ゾーンの間に設けられた、かつ堆積時の第１の材料と第２の材料の混合を低減されるように構成された、セパレータ構造体を含み、このセパレータ構造体は、少なくとも第１の回転軸と第２の回転軸の間から輸送システムに向かって延び、装置が、第１の材料の層および次の第２の材料の層を含む層スタックを堆積するように構成される。

さらに別の実施形態によれば、非可撓性基板上、またはキャリアによって供給される基板上に材料を堆積するシステムが提供される。このシステムは、基板をシステムの中に内向きに移送するための第１のロードロックチャンバと、非可撓性基板上、またはキャリアによって供給される基板上に層スタックを堆積する装置と、基板をシステムから外へ外向きに移送するための第２のロードロックチャンバとを含む。非可撓性基板上、またはキャリアによって供給される基板上に層スタックを堆積する装置は、真空チャンバと、輸送システムおよび真空チャンバがインライン堆積用に構成される輸送システムと、真空チャンバ内で第１の回転軸のまわりに回転可能な第１の回転スパッタカソードの第１の支持体であって、第１の材料を堆積するための第１の堆積ゾーンが設けられる第１の支持体と、真空チャンバ内で第２の回転軸のまわりに回転可能な第２の回転スパッタカソードの第２の支持体であって、第２の材料を堆積するための第２の堆積ゾーンが設けられる第２の支持体とを含み、第１の回転軸と第２の回転軸が互いに７００ｍｍ以下の間隔を有し、装置はまた、第１の回転軸と第２の回転軸の間に、第２の堆積ゾーンに向けてスパッタされた第１の材料、および第１の堆積ゾーンに向けてスパッタされた第２の材料を受けるように適合されているセパレータ構造体を含み、装置が、第１の材料の層および次の第２の材料の層を含む層スタックを堆積するように構成される。

別の実施形態によれば、非可撓性基板上、またはキャリアによって供給される基板上に層スタックを堆積する方法が提供される。この方法は、第１の材料を有する第１の材料層を第１の回転スパッタカソードからスパッタすることであって、第１の回転スパッタカソードの第１のターゲットから放出される第１の材料の第１の部分が基板上に堆積される、第１の材料層をスパッタすること、第２の材料を有する第２の材料層を第２の回転スパッタカソードからスパッタすること、ならびに、セパレータ構造体を設けることであって、このセパレータ構造体が、第１の材料の第１の部分以外の第１の材料の一部分の少なくとも１５％、特に、少なくとも５０％を受ける、セパレータ構造体を設けることを含む。

別の実施形態によれば、非可撓性基板上、またはキャリアによって供給される基板上に層スタックを堆積する方法が提供される。この方法は、第１の材料を有する第１の材料層を、第１の真空チャンバ内で、第１の回転軸を有する第１の回転スパッタカソードから基板上にスパッタすること、第２の材料を有する第２の材料層を、第１の真空チャンバ内で、第２の回転軸を有する第２の回転スパッタカソードから基板上にスパッタすることを含み、第１の回転軸と第２の回転軸は互いに７００ｍｍ以下の間隔を有し、この方法はまた、セパレータ構造体を設けて、インライン堆積プロセスの堆積時の第１の材料と第２の材料の混合を低減させることを含み、このセパレータ構造体は、少なくとも第１の回転軸と第２の回転軸の間から基板に向かって延びる。

実施形態はまた、開示された方法を実施するための装置を対象とし、記載されたそれぞれの方法ステップを実施するための装置部分を含む。これらの方法ステップは、ハードウェア構成要素、適切なソフトウェアで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、または他の任意のやり方によって実施することができる。さらに、本発明による実施形態はまた、記載の装置を動作させる方法も対象とする。この方法は、装置のすべての機能を実行する方法ステップを含む。

本発明の上記に特徴が列挙された手法が細部にわたり理解できるように、上で簡潔に要約した本発明のより具体的な説明が、諸実施形態を参照することによって得られる。添付の図面は、本発明の実施形態に関連しており、以下で説明される。

本明細書に記載の実施形態による、層材料の混合が低減される、層スタックを堆積するための堆積装置を示す概略図であり、２つの回転スパッタカソード、およびセパレータ構造体またはセパレータ板が１つの真空チャンバの中に設けられている。 本明細書に記載の実施形態による、層材料の混合が低減される、層スタックを堆積するための堆積装置を示す概略図であり、回転方向が反対の２つの回転スパッタカソード、およびセパレータ構造体またはセパレータ板が１つの真空チャンバの中に設けられている。 本明細書に記載の実施形態による、層材料の混合が低減される、層スタックを堆積するための堆積装置を示す概略図であり、磁石配置が傾いている２つの回転スパッタカソード、およびセパレータ構造体またはセパレータ板が１つの真空チャンバの中に設けられている。 本明細書に記載の実施形態による、層材料の混合が低減される、層スタックを堆積するための堆積装置を示す概略図であり、２つより多い回転スパッタカソード、およびセパレータ構造体またはセパレータ板が１つの真空チャンバの中に設けられている。 本明細書に記載の実施形態による、層材料の混合が低減される、層スタックを堆積するための堆積装置を示す別の概略図であり、セパレータ構造体またはセパレータ板が示されている。 本明細書に記載の実施形態による堆積装置が中に設けられ、層材料の混合が低減される、層スタックを堆積するための堆積システムを示す別の概略図である。 本明細書に記載の実施形態による、非可撓性基板上、またはキャリアによって供給される基板上に層スタックを堆積する方法を示す流れ図である。

次に、図に１つまたは複数の例が示されている本発明の様々な実施形態について細部にわたり言及する。図面についての以下の説明の中で、同じ参照番号は同じ構成要素を指す。一般に、個々の実施形態に関し相違点のみについて説明する。各例は、本発明の説明として与えられており、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された特徴を他の実施形態に用いて、または他の実施形態と組み合わせて用いて、さらに別の実施形態を得ることができる。本明細書は、このような変更形態または変形形態を含むものである。

図１は、堆積装置１００を示す。堆積装置１００は、真空チャンバ１０２を含む。通常、真空チャンバ１０２は、側壁１０４、第１の側壁部１０５、および第２の側壁部１０３を有する。工業技術的な真空を真空チャンバ１０２内に設けることができるように、壁は真空気密筐体を形成する。通常、側壁１０４は、隣接チャンバ２０への、すなわち隣接チャンバ２０のそれぞれの側壁２４への連結を考慮しておく。これにより、本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる典型的な実施形態によれば、隣接チャンバ２０は、ロードロックチャンバ、移送チャンバ、堆積チャンバ、エッチングチャンバ、および処理チャンバからなる群から選択することができる。

堆積装置１００はさらに、輸送システム２１を含む。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる典型的な実施形態によれば、輸送システム２１は、複数のローラ、磁気レールシステム、およびこれらの組合せを含むことができる。通常、輸送システム２１は、堆積システムのチャンバのそれぞれに設けられる。これにより、基板１０、または１つもしくは複数の基板を支持するキャリアは、堆積システムおよび堆積装置１００の中を連続的または準連続的に、矢印１１で示されるように輸送することができる。

本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる典型的な実施形態によれば、本明細書に記載の装置、システム、および方法は特に、１つまたは複数の堆積システムに沿って基板が動く間に基板処理（たとえば、層スタックの堆積）が実施される動的堆積プロセスに対し有効である。これに関して、動的処理は、基板の動きがない短い期間、または（前後に）動揺する基板の動きがある期間を含み得る。しかし、基板処理の少なくとも一部分、または基板処理の少なくともかなりの部分（たとえば５０％以上）は、基板を動かしている間に実施される。

図１は、堆積装置１００の上面図を示す。したがって、図１に示される堆積装置では、処理時の基板の配向が垂直である。いくつかの実施形態によれば、基板またはキャリアはわずかに（たとえば、１０°以下で）傾斜させることができる。しかし、基板は本質的に垂直である。代替実施形態によれば、本明細書に記載の実施形態による装置、システムおよび方法はまた、水平堆積システムに適用することもできる。この場合、第１の側壁部１０５は下方壁部になり、第２の側壁部１０３は上方壁部になる。基板１０、または１つもしくは複数の基板が支持されているそれぞれのキャリアは、堆積装置１００の中を水平に動く。

本明細書に記載の実施形態によれば、第１の回転スパッタカソード１１０および第２の回転スパッタカソード１１４が真空チャンバ１０２内に設けられる。これに応じて、堆積装置１００は、動作時にそれぞれのスパッタカソードを支持するための第１の支持体および第２の支持体を含む。これに関して、これら支持体は、回転カソードをそれぞれの回転軸のまわりに回転させるように構成される。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる典型的な実施形態によれば、スパッタカソードは、動作時に矢印１１１および１１５で示されるように回転する回転スパッタカソードである。さらに、磁石配置１１２が第１のスパッタカソード１１０に設けられ、磁石配置１１６が第２のスパッタカソード１１４に設けられる。これらの磁石配置により、基板１０上にそれぞれの薄膜を堆積するためのマグネトロンスパッタリングが可能になる。

本明細書に記載の実施形態は、第１のスパッタカソード１１０が第１の材料のターゲットを有し、第２のスパッタカソード１１４が、第１の材料と異なる第２の材料のターゲットを有する場合に特に有効である。このような場合、一般的な堆積システムは、第１の材料を第１のチャンバ内で、第２の材料を第２のチャンバ内で堆積するために、少なくとも２つの異なるチャンバを含んでいた。これにより、堆積時の材料の混合を回避することができる。しかし、１つ１つの処理チャンバは、堆積システムの全体コストをかなり上げ、堆積システムの設置面積を増大させ、さらには堆積システムの長さが増大するので、堆積システムを通して基板、または１つもしくは複数の基板が支持されるキャリアを輸送する時間によって少なくとも一部はもたらされる処理タクトタイムを増大させる。

本明細書に記載の実施形態によれば、スパッタ堆積システムのコストを低減させるために、かつ処理タクトタイムを低減および／または最小限にするために、マルチレイヤ堆積が単一堆積チャンバ（たとえば真空チャンバ１０２）内で実施され、隣接するスパッタカソード（たとえばカソード１１０および１１４）それぞれが、第１の材料の層および第２の材料の層それぞれを同じチャンバ内で堆積する。これに関して、堆積時の材料の混合を低減または回避するために、セパレータ構造体１２０が真空チャンバ１０２内に設けられる。

典型的な実施形態によれば、セパレータ構造体は、第１のスパッタカソードまたはその回転軸と、第２のスパッタカソードまたはその回転軸との間に設けられる。さらに、セパレータ構造体は、第２のスパッタカソードの堆積ゾーンに向けてスパッタされた第１の材料を受ける、かつ／または阻止するように、また第１のスパッタカソードの堆積ゾーンに向けてスパッタされた第２の材料を受ける、かつ／または阻止するように適合される。

したがって、本明細書に記載の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、セパレータ構造体は、少なくともスパッタカソードの回転軸間から輸送システム２１に向かって延びるプレート形の構造体とすることができる。これにより、本明細書に記載の実施形態によれば、第１のカソード、第２のカソードおよびセパレータ構造体は、単一真空チャンバ１０２の中に設けられることに留意されたい。したがって、第１のスパッタカソードと第２のスパッタカソードのそれぞれの回転軸の間隔は、約３００ｍｍまたは約２２０ｍｍなど、７００ｍｍ以下または５００ｍｍ以下（たとえば２００ｍｍから４００ｍｍ）とすることができる。これは、図１に参照符号Ｌで示されている。これにより、本明細書に記載の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、外側ターゲット面からセパレータ板までの距離は約１００ｍｍ以下、たとえば約３０ｍｍとすることができ、かつ／または外側ターゲット面のそれぞれの外面の間隔は２００ｍｍ以下、たとえば約６０ｍｍとすることができる。さらに、本明細書に記載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、２つのカソードのうちの少なくとも一方の直径に対する２つのカソードの軸の間隔の比は２．５以下、たとえば２以下とすることができる。

セパレータ板は、第２のターゲットの堆積ゾーンに向けてスパッタされる第１の材料の一部を受け、逆も同様である。これにより、スパッタカソードのターゲットから、ある量の第１の材料が放出される。放出材料の第１の部分が、基板上に要望通りに堆積する。残りの部分、すなわち基板上に堆積しない放出材料の一部は、たとえば、キャリア上、２つのキャリア間、マスクまたはシールド、およびセパレータ板上に堆積する。特に、主堆積方向または平均堆積方向がセパレータ板から遠ざかって傾斜している構成では、残りの部分の少なくとも１５％がセパレータ板で受けられる。主堆積方向または平均堆積方向がセパレータ板と平行である実施形態では、３０％以上をセパレータ構造体で受けることができる。

図２は別の堆積装置１００を示す。これにより、図１に示される堆積装置１００と比較して、第１のスパッタカソード１１０は、矢印２１１で示された方向に回転する。そのため、基板１０またはそれぞれのキャリアに面するカソードの側の回転方向は、スパッタカソード１１０と１１４の両方でセパレータ構造体１２０から遠ざかる向きになっている。したがって、回転方向２１１および１１５は、セパレータ構造体１２０への材料堆積を低減させるように構成されている。以下でより詳細に説明するように、セパレータ構造体１２０の寸法および位置は、図２に示された回転方向により低減した混合の確率が考慮に入れられるように構成することができる。

図３は、さらに別の堆積装置１００を示す。これにより、基板、基板支持体、または基板が支持されるキャリアに面する側のセパレータ構造体から遠ざかる向きになっている回転方向２１１および１１５に加えて、磁石配置３１２および３１６がセパレータ構造体３２０から遠ざかって傾いている。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる異なる実施形態によれば、図２および図３に関して述べたスパッタカソードの回転方向、および磁石配置の傾きは、互いに別法として、または一緒に利用することができる。両方の方策の結果として、セパレータ構造体から遠ざかって傾いている主堆積方向または平均堆積方向が得られる。これにより、第１の材料と第２の材料の混合のリスクが低減され、セパレータ構造体のサイズ、位置、または他の構成が、低減された混合の確率を考慮に入れるように適合させることができる。さらに、これらの方策の一方または両方は、混合を低減させ、また２つの材料を同一の真空チャンバ内に、混合が低減されて堆積することが見こめ、、その結果、層スタックが、１つの真空チャンバ内に設けられた複数のスパッタカソードから得られるようになるので、それらは有益である。

図３に示されたセパレータ構造体３２０は、板状部と、スパッタカソードからのそれぞれの材料の受取りの増大を可能にする、広げられた端部３２１とを有す。これにより、混合はさらに低減させることができる。

典型的な実施形態によれば、セパレータ構造体３２０の端部の間隔、または本明細書に記載の別のセパレータ構造体１２０の端部の間隔は５０ｍｍ以下、たとえば５ｍｍから２５ｍｍとすることができる。この間隔は、図３に参照記号ｄ１で示されている。したがって、輸送システム２１によって与えられる基板支持平面までの、参照符号ｄ２で示された間隔は７０ｍｍ以下、たとえば２５ｍｍから４５ｍｍとすることができ、２０ｍｍのキャリア厚さが考慮されている。さらには、輸送システムはまた、堆積平面（すなわち、処理される基板の面が動作時に位置する平面）が得られるように構成されたものとして描写することもできる。したがって、堆積平面は、動作時のセパレータ構造体からの間隔がｄ１になる。

本明細書に記載のように、異なる材料を有するターゲットがある２つ以上のスパッタカソードが真空チャンバ１０２内に設けられる。これにより、装置は、層スタック（すなわち、第１の層の上に第２の層）を堆積するように構成され、その材料が混合することは、所望の層スタック特性を得るには低減または回避されなければならない。そのために、別の選択肢によれば、真空チャンバまたは単一真空チャンバという用語は、いくつかの選択肢によって定義され得る。たとえば、図３に示された真空チャンバ１０２は、１つの真空フランジ３０２を有する。つまり、１つだけの単一フランジ３０２（たとえば、１つの方向に沿ってチャンバのほぼ中間に設けられた真空フランジ）が、少なくとも２つの堆積源が設けられているチャンバを排気するために設けられる。別の例として、真空チャンバ１０２の側壁１０４は、真空チャンバ１０２を隣接チャンバ２０に、隣接チャンバの対応するフランジ部３２４を用いて連結できるように、フランジ部３０４を有する。たとえば、真空チャンバ１０２を１つまたは複数の隣接チャンバ２０に連結するために、複数のねじ３１４をチャンバの周辺部に使用することができる。これに応じて、真空チャンバ１０２は、隣接チャンバとの連結のためのフランジがある２つの側壁１０４、すなわち２つしかない側壁１０４を有する。さらに、図３に示されるように、１つまたは複数のシール３３４が、真空チャンバ１０２とそれぞれの隣接チャンバ２０との間に設けられる。図３は、チャンバの周辺部に沿って延びる２つのＯリングを示す。通常、Ｏリングまたは他のシールは、真空チャンバの側壁の溝または凹部に設けられる。したがって、本明細書に記載の実施形態では、シールを受けるための溝、凹部、または別様に加工された面がある２つの側壁１０４、すなわち２つしかない側壁１０４を有する。さらに、本明細書に記載のセパレータ構造体は、厚さが１５ｍｍ以下である真空チャンバの壁とさらに区別することができる。つまり、セパレータ構造体は、所望の工業技術的な真空を得るための真空チャンバの壁を形成するには不十分な厚さである。さらに、真空チャンバの壁は通常、１つまたは複数のシールドで覆われる。これとは反対にセパレータ板は、薄膜堆積システムの真空筐体を形成できる壁部分がなくて、単なるシールドである。

これに関して、キャリアまたは基板、したがってチャンバの壁は通常、サイズが大きいことを考慮する必要もある。チャンバの寸法の大きいものは、本明細書に記載の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、少なくとも２ｍ、通常は少なくとも３ｍある。これにより、大面積の基板またはキャリアを処理することができる。いくつかの実施形態によれば、大面積の基板またはキャリアは、少なくとも０．１７４ｍ^２のサイズを有することができる。典型的には、そのサイズは約１．４ｍ^２から約８ｍ^２であり、より典型的には約２ｍ^２から約９ｍ^２、または１２ｍ^２までにもなり得る。

図４は、真空チャンバ１０２および隣接チャンバ２０がある別の堆積装置を示し、基板１０は、矢印１１で示されるように輸送システム２１の上を動く。これにより、第１のカソード１１０は、セパレータ構造体１２０（たとえば板）によって隣接カソード４１４に対し分離される。本明細書に記載のいくつかの実施形態によれば、１つ、２つ、または３つ以上のカソード４１４を設けることができる。図４に示された例では、セパレータ構造体１２０によってカソード１１０から分離されている３つのカソード４１４を示す。これにより、第１のターゲット材料がカソード１１０に与えられ、カソード４１４のそれぞれは、第１の材料と異なる第２の材料を用いたターゲットを有する。したがって、層スタックは、第１の材料の薄い第１の層と、第２の材料の厚い第２の層とを有するように堆積することができる。第２の材料の堆積速度が第１の材料の堆積速度と比較して小さい場合にも、同様の配置を利用することができる。図４は、１つの真空フランジ３０２を有する真空チャンバ１０２を示し、これにより、カソードおよびセパレータ構造体がすべて１つの真空チャンバの中に設けられることが示されている。

図５は、真空チャンバ１０２の別の概略図を示す。これに関して、輸送システム２１は、基板１０またはそれぞれのキャリアが、図５の紙面に対し垂直の方向に動くように設けられる。カソード１１０、カソードのそれぞれのベアリング、およびカソードの駆動装置５１４が点線で示されている。真空フランジ３０２は、チャンバが排気されるように構成されてチャンバに設けられる。

図５に示されるように、また本明細書に記載の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、セパレータ構造体１２０（たとえば板）は、セパレータ構造体と、チャンバの少なくとも２つの壁（通常はチャンバの３つの壁）との間に間隙が得られるように、真空チャンバ１０２内に設けられる。図５で３つの壁は、セパレータ構造体１２０と基板１０の間に間隔ｄ１が設けられている輸送システムの方の壁、ならびに間隙５２１が示されている２つの側壁である。したがって、セパレータ構造体は間隙を備える。第１の材料を用いたカソード、および第２の材料が中に設けられたカソードを有する２つの領域は、両方とも１つの真空フランジ３０２を利用して容易に排気することができる。チャンバの内部の幅（図５で左側から右側まで）は約３ｍとすることができるのに対し、対応するセパレータ板の寸法は約２．８ｍである。すなわち、典型的な実施形態によれば、回転スパッタターゲットの軸に平行な方向のセパレータ板の寸法は、対応する真空チャンバの内部寸法の約８５％から９９％とすることができる。

本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる、さらに別の実施形態によれば、チャンバの側壁とセパレータ構造体１２０の間に、間隙の代わりに接点を設けることができる。しかし、この場合、接点領域は封止および／またははんだ付けされない。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる、さらに別の実施形態によれば、セパレータ構造体は、処理ガス混合物と、セパレータ構造体の反対側の処理雰囲気とが本質的に類似するように設けられる。

図６は、堆積システム６００を示す。本明細書に記載の実施形態によれば、堆積システムは、本明細書に記載の実施形態による少なくとも１つの堆積装置を含む。図６は、たとえば図１から図５に示されたように設けることができる、例示的な２つの堆積装置１００および１００Ｒを示す。一般に、システム６００は２つの隣接堆積ラインを含み、一方は第１の方向の基板移動用に設けられ、他方のラインは逆方向の基板移動用に設けられる。これは矢印で示されている。これに関して、チャンバ６１２は、真空回転モジュールなどの回転モジュールとすることができる。基板は、一方のライン（たとえば、図６の下方ライン）から、図６の上方の反対ラインへと移送することができる。

システム６００は、基板、または１つもしくは複数の基板を支持するキャリアにシステム内でロードすることができるように、ロードロック６０２を含む。チャンバ６０４は、ローディング後に動的堆積プロセスを行うために複数のチャンバのローディング処理および排気をすることが可能であるように、移送チャンバになっている。基板の処理のために１つまたは複数のチャンバを連結および排気するために、ロードロックは大気に対して開放する必要がある。次に、基板またはキャリアをシステムに挿入し、ロードロックを閉じ、第１の移送チャンバを排気することができる。次の基板または次のキャリアをシステムに導入するためにロードロックを開放することが可能になる前に、第１の移送チャンバ６０４に通風できるように、基板が第２の移送チャンバ６０６の中に移送される。

本明細書に記載の実施形態によれば、異なる材料の２つの層を含む層スタックが、堆積装置１００（すなわち、少なくとも２つの異なるスパッタカソードと、これらカソード間のセパレータ構造体とがある１つの真空チャンバ）の中で堆積される。これにより、２つの材料の混合を回避または大幅に低減することができる。その後、チャンバ６０８内で、別の基板処理ステップ、たとえばイオン加工を行うことができる。

チャンバ６１０、６１２および６１０Ｒは、図６の下方ラインから図６の上方ラインへの移送をするための別の移送チャンバである。上方ラインには、基板が移送チャンバ６０４Ｒおよび６０６Ｒを経由してロードロック６０２Ｒを通りシステムから外へ移動する前に、別の処理チャンバおよび／または堆積チャンバが設けられる。

図７は、非可撓性基板上、またはキャリアによって供給される基板上に層スタックを堆積する実施形態の例を示し、さらに別の実施形態を説明するのに使用することができる。ステップ７０２で、第１の材料を有する第１の材料層が、第１の真空チャンバ内に第１の回転軸を有する第１の回転スパッタカソードから、基板上にスパッタされる。ステップ７０４で、第２の材料を有する第２の材料層が、第１の真空チャンバ内に第２の回転軸を有する第２の回転スパッタカソードから基板上にスパッタされる。これに関して、セパレータ構造体が、第１の回転軸と第２の回転軸の間に設けられ、第２の堆積ゾーンに向けてスパッタされた第１の材料と、第１の堆積ゾーンに向けてスパッタされた第２の材料とを受けるように適合される。セパレータ板は、インライン堆積プロセスの堆積時の、第１の材料と第２の材料の混合を低減させるために設けられ、このセパレータ板は、少なくとも第１の回転軸と第２の回転軸の間から基板に向かって延びる。

その追加または代替の改変形態によれば、ステップ７０６で、各ロータリスパッタカソードは、反対方向に、すなわちそれぞれ時計回りおよび反時計回りに回転させることができ、かつ／またはステップ７０８で、磁石配置は、セパレータ構造体から遠ざけて傾けること、またはセパレータ構造体から遠ざかって傾いた配向で設けることができる。

したがって、本明細書に記載の実施形態は、非可撓性基板上、またはキャリアによって供給される基板上に層スタックを堆積する装置および方法に関する。真空チャンバ内で第１の回転軸のまわりに回転可能な第１の回転スパッタカソードの第１の支持体であって、第１の材料を堆積するための第１の堆積ゾーンが設けられる第１の支持体と、真空チャンバ内で第２の回転軸のまわりに回転可能な第２の回転スパッタカソードの第２の支持体であって、第２の材料を堆積するための第２の堆積ゾーンが設けられる第２の支持体とが設けられる。カソードは１つのチャンバ内に設けられ、これにより、第１の回転軸と第２の回転軸は、互いに５００ｍｍ以下の間隔を有することができる。第１の回転軸と第２の回転軸の間に、第２の堆積ゾーンに向けてスパッタされた第１の材料と、第１の堆積ゾーンに向けてスパッタされた第２の材料とを受けるように適合されているセパレータ構造体が設けられる。これにより、次の層の材料の混合を低減または回避することができる。

本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる典型的な実施形態によれば、特に、第１の材料層が金属層であり、第２の材料層が金属層であり、第１の材料層は、Ｔｉ、ＮｉＶおよびＭｏからなる群から選択され、第２の材料層は、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇからなる群から選択される。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる、さらに別の実施形態によれば、これらの材料の合金、たとえばＡｌ：Ｎｄ、Ｍｏ：Ｎｂなどもまた、第１の材料および／または第２の材料として供給することができる。

本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる、さらに別の実施形態によれば、堆積される第１の材料および／または堆積される第２の材料は、非反応性で堆積することができる、すなわち、非反応性堆積材料とすることができる。たとえば、真空チャンバ内の第１の堆積プロセスを非反応性堆積プロセスとすることができ、真空チャンバ内の第２の堆積プロセスを非反応性堆積プロセ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および第２の堆積プロセスのどちらか一方または両方は、反応性堆積プロセスとすることもできる可能性があり得る。さらに、１つまたは複数の反応性堆積プロセスが真空チャンバ内で実施される場合には、真空チャンバ内の所望の雰囲気および／または所望の動作パラメータの調整が複雑になり得る。したがって、通常は、本明細書に記載の実施形態によれば、２つの非反応性堆積プロセスが行われ、本明細書に記載の実施形態による装置は、２つの非反応性堆積プロセスを実施するように構成される。

通常、第１の金属層は、第２の金属層の接着層とすることができる。接着層は、１００ｎｍ以下の厚さを有することができる。第２の金属層は、３００ｎｍから１０００ｎｍ、または５００ｎｍ以下、たとえば約５００ｎｍの厚さを有することができる。これにより、第２の金属層を堆積して、接着層の上にシード層を形成することができる。このシード層により、後に続く電気メッキ処理が可能になる。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる典型的な実施形態によれば、第１の層および第２の層は、たとえば、ある元素の酸化物で形成された酸化物層とは反対の金属層である。具体的には、接着層としてのＴｉと、シード層としてのＣｕの組合せを形成することができる。したがって、Ｔｉ層を基板の上に、またＣｕ層をＴｉ層の上に形成するために本明細書の実施形態のいずれかによる装置を使用することに関連して、本明細書に記載の実施形態を用いてさらに他の実施形態を形成することができる。

実験的な試験では、従来の構成（すなわち、２つの異なる処理チャンバ）と、ロータリカソードが同一の処理チャンバ内においてセパレータ構造体で分けられている隣接カソード構成とで、２つの異なる金属層（Ｔｉ接着層、Ｃｕシード層）をスパッタすることによって、同等の抵抗値および等しい最適接着を実現できることが示される。

たとえば、動的スパッタリング処理の、たとえば０．４ｍ／分の同様の基板速度、０．４から０．６Ｐａの範囲のチャンバ圧力、ならびにＴｉで８ｋＷから１１ｋＷ、Ｃｕで３３ｋＷから３６ｋＷの範囲の同じスパッタ電力に対し、表１に示される以下の結果を得ることができた。ここで、デュアルスパッタリング＝「いいえ」は、別々の２つの真空チャンバ内での従来のスパッタリングの結果を指し、デュアルスパッタリング＝「はい」は、セパレータ板で分離された１つの真空チャンバ内の２つのカソードでの結果を指す。

上述のように、また表１に記載の結果が示すように、特に、上記の技術的解決策、すなわちセパレータ構造体、磁石ヨーク傾き（たとえば、約２０°の磁石ヨーク角度）およびカソード回転方向の組合せにより、多数の材料を堆積するための隣接カソード構成が可能になる。本明細書に記載の、異なる材料を有する２つの層による層スタックを主に指す他の実施形態と組み合わせることができる、さらに別の実施形態によれば、層スタックはまた、異なる材料の２つより多い層、たとえば異なる材料の３つ、４つ、または５つの層を含むこともできる。そのため、通常は、異なるターゲット材料を用いた各回転カソードが、本明細書に記載のセパレータ構造体によって隣接カソードから分離される。

本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる、さらに別の実施形態によれば、異なるスパッタ材料の混合は、各磁石ヨークを反対の方向に傾けることによって、また各ロータリカソードを反対方向に回転させることによって、さらに最小限にすることができる。さらに加えて、または別法として、異なる回転方向により、特に高い回転速度（たとえば、１０ｒｐｍ以上の、または２０ｒｐｍ以上もの回転速度）において、セパレータ構造体から遠ざかって傾斜した主堆積方向または平均堆積方向が得られ、その結果、さらに混合が低減されることになる。これに関して、回転方向が主堆積方向または平均堆積方向のシフトの方向を規定するのに対し、より速い回転速度では、主堆積方向または平均堆積方向がさらにシフトされる。すなわち、セパレータから遠ざかる堆積方向は、より速いカソード回転によって大きくすることができる。

本明細書に記載の実施形態のさらに別の使用法によれば、セパレータ板を用いた隣接カソード構成はまた、基板移送速度を変えることによって、光学的および電気的膜特性の水平調節を可能にする。

さらに別の実施形態によれば、基板または基板支持平面からのセパレータ構造体の距離、すなわちセパレータ構造体またはセパレータ板の端部の、基板または基板支持平面までの距離は、次のように記述することができる。Ｌ［ｍｍ］は回転カソードの２つの隣接回転軸間の距離であり、ｄ_１［ｍｍ］はセパレータ構造体の、基板までの距離であり、ａ_１［°］およびａ_２［°］はセパレータ構造体から遠ざかる傾き角度であり、ｖ_１［ｒｐｍ］およびｖ_２は、回転カソードの基板に面する側のセパレータ構造体から遠ざかる方向の回転速度である。これに関して、ａ_１、ａ_２、ｖ_１およびｖ_２は、カソードがセパレータ構造体の左側にあるか右側にあるかに応じて、数学的な意味でその符号を変えることに留意されたい。本明細書に記載の実施形態により与えることができる最大距離ｄ１は、次式の通りである。

ｄ_１＝Ｌ×Ｃ_Ｌ＋ａ_１×Ｃ_Ａ＋ａ_２×Ｃ_Ａ＋ｖ_１×Ｃ_Ｖ＋ｖ_２×Ｃ_Ｖ

いくつかの実施形態によれば、距離Ｌに関連する第１の定数Ｃ_Ｌは１／１０から１／５０の範囲（たとえば１／４０）にすることができ、ヨークの傾き角度に関連する第２の定数Ｃ_Ａは１／２から１／１０の範囲（たとえば１／５）にすることができ、単位［ｍｍ／°］を有し、カソードの回転速度と関連する第３の定数Ｃ_Ｖは１／１０から１／３０の範囲（たとえば１／２０）にすることができ、単位［ｍｍ／ｒｐｍ］を有する。したがって、セパレータ構造体から遠ざかる向きの回転方向、およびセパレータ構造体から遠ざかる磁石配置（すなわちヨーク）の傾きにより、セパレータ構造体（たとえば板）の基板からの距離ｄ１を大きくすることが可能になり、混合がなお十分に低減される。基板支持板と関係するセパレータ構造体の距離は、基板、または基板が支持されるキャリアの厚さを加えることによって、その分だけ増大する。

上記は本発明の実施形態を対象としているが、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく、本発明のその他のさらなる実施形態を考案することができ、また本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって決定される。

Claims (15)

1. 非可撓性基板上、またはキャリアによって供給される基板上に層スタックを堆積する装置であって、
   真空チャンバと、
   輸送システムおよび前記真空チャンバがインライン堆積用に構成される前記輸送システムと、
   前記真空チャンバ内で第１の回転軸のまわりに回転可能な第１の回転スパッタカソードの第１の支持体であって、第１の材料を堆積するための第１の堆積ゾーンが設けられる第１の支持体と、
   前記真空チャンバ内で第２の回転軸のまわりに回転可能な第２の回転スパッタカソードの第２の支持体であって、第２の材料を堆積するための第２の堆積ゾーンが設けられる第２の支持体と
   を備え、
   前記第１の回転軸と前記第２の回転軸が互いに７００ｍｍ以下の間隔を有し、
   前記第１の回転軸と前記第２の回転軸の間に、前記第２の堆積ゾーンに向けてスパッタされた前記第１の材料、および前記第１の堆積ゾーンに向けてスパッタされた前記第２の材料を受けるように適合されているセパレータ構造体を備え、
   前記第１の材料の層および次の前記第２の材料の層を含む前記層スタックを堆積するように構成される装置。
2. 前記セパレータ構造体が、少なくとも前記第１の回転軸と前記第２の回転軸の間から前記輸送システムに向かって延びる、請求項１に記載の装置。
3. 前記真空チャンバが、第１の側壁と第２の側壁と、チャンバ連結アセンブリとを備え、該チャンバ連結アセンブリが前記第１の側壁にある隣接チャンバへの真空相互連結部の１つの第１の真空フランジと前記第２の側壁にある別の隣接チャンバへの真空相互連結部の１つの第２の真空フランジとを有する、請求項１又は２に記載の装置。
4. 前記真空チャンバが排気システムの連結用の１つの単一真空フランジを備える、請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
5. 前記セパレータ構造体の厚さが、前記第１および第２の側壁の厚さよりも薄い、請求項３又は４に記載の装置。
6. 前記輸送システムが、堆積平面を提供するように構成され、前記セパレータ構造体が、前記セパレータ構造体と前記堆積平面の間の距離が５ｃｍ以下に、通常は０．５ｃｍから２．５ｃｍになるように前記堆積平面に向かって延びる、請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。
7. 前記真空チャンバが、底部壁および上部壁である別の２つの側壁を備え、前記セパレータ構造体が、前記真空チャンバの前記壁のうちの１つ以下とのガス密連結部を有して設けられ、特に、前記セパレータ構造体の長さが、前記チャンバ壁間の対応する間隔の距離よりも短い、請求項１から６に記載の装置。
8. 前記第１の回転軸および前記第２の回転軸が互いに５００ｍｍ以下の、特に３００ｍｍ以下の間隔を有する、請求項１から７に記載の装置。
9. 第１のマグネトロン磁石アセンブリを有する前記第１の回転スパッタカソードと、第２のマグネトロン磁石アセンブリを有する前記第２の回転スパッタカソードとを備え、前記第１のマグネトロン磁石アセンブリおよび前記第２のマグネトロン磁石アセンブリそれぞれが、セパレータ平面から遠ざかって１０°以上傾いている磁石ヨーク角度を有する、請求項１から８に記載の装置。
10. 非可撓性基板上、またはキャリアによって供給される基板上に材料を堆積するシステムであって、
    前記基板をシステムの中に内向きに移送するための第１のロードロックチャンバと、
    請求項１から９のいずれか一項に記載の装置と
    を備えるシステム。
11. 非可撓性基板上、またはキャリアによって供給される基板上に層スタックを堆積する方法であって、
    第１の材料を有する第１の材料層を第１の回転スパッタカソードからスパッタすることであって、前記第１の回転スパッタカソードの第１のターゲットから放出される前記第１の材料の第１の部分が前記基板上に堆積される、第１の材料層をスパッタすること、
    第２の材料を有する第２の材料層を第２の回転スパッタカソードからスパッタすること、ならびに
    セパレータ構造体を設けることであって、前記セパレータ構造体が、前記第１の材料の前記第１の部分以外の前記第１の材料の部分の少なくとも１５％、特に、少なくとも３０％を受ける、セパレータ構造体を設けること
    を含む方法。
12. 前記第１の材料層が金属層であり、前記第２の材料層が金属層であり、特に、前記第１の材料層が、Ｔｉ、ＮｉＶおよびＭｏからなる群から選択され、前記第２の材料層が、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇからなる群から選択される、請求項１１に記載の方法。
13. 前記第１の回転スパッタカソードが第１のマグネトロン磁石アセンブリを有し、前記第２の回転スパッタカソードが第２のマグネトロン磁石アセンブリを有し、前記第１のマグネトロン磁石アセンブリおよび前記第２のマグネトロン磁石アセンブリそれぞれが、セパレータ平面から遠ざかって１０°以上傾いている磁石ヨーク角度を有する、請求項１１又は１２に記載の方法。
14. 前記第１の回転スパッタカソードが、前記第１のカソードの前記基板に向けられた側が前記セパレータ構造体から遠ざかる向きの接線速度を有するような回転方向を有し、前記第２の回転スパッタカソードが、前記第２のカソードの前記基板に向けられた側が前記セパレータ構造体から遠ざかる向きの接線速度を有するような回転方向を有する、請求項１１から１３のいずれか一項に記載の方法。
15. 前記第１の材料層が、１００ｎｍ以下の、具体的には２０ｎｍから５０ｎｍの厚さを有するようにスパッタされ、次に、前記第２の材料層が前記第１の材料層の上に、８００ｎｍ以下の、具体的には１００ｎｍから５００ｎｍの、さらに具体的には１２０ｎｍから２５０ｎｍの厚さを有するようにスパッタされる、請求項１１から１４のいずれか一項に記載の方法。

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