JP2017511429A - 均一スパッタリングのためのスパッタシステム - Google Patents

Abstract

基板（１１１）上に被膜を形成するためのスパッタシステム（１００）が記載されている。スパッタシステムは、単一被膜を協働でスパッタリングするための少なくとも２つの円筒状スパッタユニット（１２５）を備えている。各スパッタユニット（１２５）は、細長の磁石構成を備えている。少なくとも１つの細長の磁石構成は、該細長の磁石構成の長さ方向に沿って複数の磁石構造（１４０）および磁石構造制御システム（１５０）を備えている。スパッタターゲット（１２１）がスパッタユニット上に取付けられている間に、少なくとも１つの磁石構造（１４０）の位置および／または形状が、磁石構造制御システム（１５０）によって調整可能になっている。

Description

本発明は、一般的に、被膜を形成するためのシステムおよび方法に関する。さらに詳細には、本発明は、基板上の堆積被膜のパラメータの均質性を制御するためのシステムおよび方法に関する。

フラットパネルディスプレイ技術（ＴＦＴ基ＬＣＤ技術またはＯＬＥＤ技術）を含む極めて多くの用途に対して、１つまたは複数の被膜が設けられた基板が利用されている。このような製品は、例えば、スパッタリングによって基板上に被膜を堆積することによって、作製することができる。これらの製品を効率的に作製するために、通常、大面積基板に対してスパッタリングが行なわれ、その後、該基板が任意選択的に分割されるようになっている。典型的には、スパッタリングに対して２つの解決策が用いられている。１つの解決策では、堆積は、例えば、基板がスパッタターゲットに対して移動するインライン堆積システムによって、連続的または準連続的に行なわれるようになっている。他の解決策では、堆積は、基板がスパッタターゲットに対して実質的に静止している間に行なわれるようになっている。後者の場合、典型的には、大きいスパッタターゲット面積を有する堆積システム、すなわち、スパッタターゲットが基板の寸法と同じかまたはより大きい寸法を有するシステム、が利用されている。

スパッタリングされた製品および対応する最終製品の品質は、とりわけ、被覆層の多数の欠陥およびいくつかのパラメータの均質性によって、決定される。

スパッタプロセス中の粒子の存在が、重要な欠陥源であることが判明している。欠陥をもたらす多数の粒子は、基板が実質的に静止しているスパッタプロセスにおけるよりも基板が移動するスパッタプロセスにおいて多くなることが、試験によって分かっている。従って、移動基板の使用は、粒子源をもたらし、これらの粒子が基板に残存し、これによって、堆積被膜を阻害することになる。それ故、本発明では、実質的に静止している基板を用いる堆積システムに重点を置いている。

前述したように、第２の重要な性状は、堆積層の均質性である。堆積層の１つまたは複数のパラメータのバラツキは、最終製品、例えば、フラットパネルディスプレイの次善の性能および変動品質をもたらすことがある。このような理由から、堆積層の均質性が強く求められている。

堆積層の１つまたは複数のパラメータに対して、様々な種類のバラツキが生じる可能性がある。

被膜のあるパラメータ、例えば、厚みのバラツキは、１つの方向において系統的に増減することがある。これらの系統的なバラツキは、典型的には、多要因によるバラツキと周期的なバラツキとに分類される。周期的なバラツキは、例えば、大きなスパッタターゲット面積をもたらすために互いに平行に隣接して配置された多数の個別のスパッタターゲットを用いるとき、特に引き起こされる可能性がある。スパッタプロセス中、複数のターゲットに対する基板の位置に依存して、異なる物質フラックが生じることがある。

いくつかのスパッタターゲットが並ぶ方向における周期的なバラツキに加えて、物質フラックスの他の典型的なバラツキが生じることもある。細長のスパッタターゲットの端の近くにおける物質フラックは、通常、スパッタターゲットの侵食プロフィルに沿った他の位置における物質フラックスと異なっている。

多数のスパッタターゲットが互いに平行に隣接して配置されるシステムでは、共通のスパッタターゲット面の特定のコーナにおいて、スパッタ効率のさらに特徴的なバラツキが生じることがある。これらのバラツキは、これらの特定の配置構成に対して行われる物理的なプロセスによって引き起こされる。これらのバラツキが生じると、その結果として、堆積被膜の１つまたは複数のパラメータのバラツキが一次元的ではなく、典型的には、二次元的に生じていることによって、多くの場合、その制御がさらに一層困難になる。

すなわち、被膜の１つまたは複数のパラメータの均一性の欠如は、用いられるスパッタガス（アルゴンまたは反応性ガス）の不均一な分圧、不均一な磁場分布、不均一な電場分布、不均一なスパッタターゲット面（例えば、不均一な形態および／または組成）、および／または実質的に静止基板を有するスパッタ堆積システムに固有の物理的プロセスによって、生じることがある。

均質性のバラツキを低減または排除するための種々の技術が、すでに先行技術において提案されている。これらの技術の例として
−小さい局所的バラツキを除去して均質な堆積をもたらすために、磁石および／または基板の移動を小さくする技術、
−スパッタ堆積システムの最適な機械的位置／方位を用いて、例えば、各スパッタターゲットと基板との間の距離を調整し、および／またはスパッタターゲットごとに電力を個別に調整することによって、堆積層のより最適な分布を得る技術、および
−長手方向における被膜の均一な厚みを得るために、（異なる組成を有する層が形成される可能性があるが）、長手方向におけるガス分布を調整する技術、
が挙げられる。

提案されている解決策の殆どは、単一方向における被膜パラメータのバラツキを相殺することができるが、二次元における被膜パラメータのバラツキを全くまたは殆ど相殺することができない。

先行技術の１つの解決策は、大面積の平板スパッタターゲットであって、その下方の磁石構造が二次元的マトリックス制御されるようになっており、具体的には、磁石構成のマトリックスが個別に制御可能になっている、大面積の平板スパッタターゲットの使用を提案している。しかし、磁石構成のこのような二次元的マトリクスを制御するには、堆積技術の効率を犠牲にして複雑な調整を行なう必要がある。

基板上に均質な被膜、特に、高度の二次元的な均一性を有する被膜をスパッタリングするための効率的なスパッタ堆積システムおよび効率的な方法が必要とされている。

本発明の目的は、二次元基板の全体にわたる被膜の均質性を調整することができるシステムおよび方法を提供することにある。

前述の目的は、本発明による装置、システム、および／または方法によって達成されることになる。

本発明は、基板に被膜を堆積するためのスパッタシステムであって、
基板ホルダーであって、基板が、被膜の形成中実質的に静止するように、基板ホルダー上に配置可能になっている、基板ホルダーと、
単一の被膜、例えば、１つの同一被膜を協働してスパッタリングするための少なくとも２つの円筒状スパッタユニットであって、各スパッタユニットは、細長のスパッタ磁石構成を備えている、少なくとも２つの円筒状スパッタユニットと、
を備え、
少なくとも１つの細長の磁石構成は、該細長の磁石構成の長さ方向に沿って複数の磁石構造および磁石構造制御システムを備えており、スパッタリングされた被膜の均質性に影響を与えるために、スパッタターゲットがスパッタユニット上に取り付けられている間に、少なくとも１つの磁石構造の位置および／または形状が、磁石制御構造システムによって調整可能になっている、
スパッタシステムに関する。

磁石構造は、磁石アレイであってもよい。種々の磁石構造は、典型的には、互いに隣接して配置され、一緒になって、細長の磁石構成を形成するようになっている。従って、細長の磁石構成は、典型的には、スパッタターゲットの長さの全体にわたって延在するいくつかの互いに離接する磁石構造からなっている。被膜パラメータの均一性のバラツキは、被膜パラメータの平均値の２０％未満、１０％未満、さらに５％未満とすることができることが、本発明の実施形態の利点である。パラメータは、厚みであってもよいし、抵抗率であってもよいし、または被膜の電気的特性または光学的特性を特徴付けるものであってもよい。基板がスパッタシステムに対して固定して配置されたときにも、このような構成が可能であることが、本発明の実施形態の利点である。結局のところ、基板が移動するスパッタシステムでは、被膜の汚染リスクが増大する。スパッタ中、基板へのターゲット材料の堆積率が局所的に変わることがある。さらに、通常、基板の種々の方向における堆積率に固有の差が生じることもある。従って、１つまたは複数の磁石構成の磁石構造が、互いに独立して配置され、使用中、すなわち、スパッタターゲットが取り付けられているときに作動可能になっていることが、本発明の実施形態の利点である。磁気構成は、遠隔制御可能になっていてもよい。これによって、スパッタシステムが作動している間および／または真空下にある間に、堆積率を修正することが可能になる。これは、スパッタ機の汚染の増大および／または（侵食による）スパッタターゲットの厚みの変化を考慮することを可能にする。磁石構造を調整するためにスパッタターゲットを取り外す必要がないことが、本発明の実施形態の利点である。これによって、典型的には、時間的な利得が得られる。細長の磁石構成の少なくとも一部が、該細長の磁石構成の長さ方向に沿って複数の磁石構造および磁石構造制御システムを含んでいてもよく、この場合、磁石構造の一部の位置および／または形状が磁石構造制御システムによって遠隔制御可能になっている。堆積層の均質性の正確な制御が可能であることが、本発明の実施形態の利点である。

円筒スパッタユニットは、実質的に互いに平行に配向されていてもよい。

スパッタユニットの少なくとも１つの細長の磁石構成の磁気軸は、基板が基板ホルダーに配置されたとき、基板と平行になるように構成されていてもよい。

細長の磁石構成の磁石構造の位置および／または形状の個々の調整の影響は、細長の磁石構成の長さの一部にわたる磁場ベクトルによってのみ感受可能になっていてもよい。

磁場の局所的な調整が、スパッタターゲットの互いに隣接する部分または互いに隣接するスパッタターゲットに対してのみ、限定的な影響を及ぼすようになっていることが、本発明の実施形態の利点である。対照的に、磁場の局所的な調整は、局所的な磁場ベクトルに著しい影響を及ぼすようになっている。これによって、基板へのターゲット材料の物質フラックスベクトルを局所的に調整することができる。ここで、「局所的」という用語は、細長の磁石構成の長さの最大でも半分の長さを意味している。本発明の実施形態にもよるが、±４０％の物理的な変動が生じるように、磁場を変動させることが可能である。

磁石構造制御システムの１つまたは複数は、対応する磁石構造の位置を調整するように構成されていてもよい。

１つまたは複数の磁石構造制御システムは、対応する磁石構造を細長の磁石構成の長軸と平行の回転軸を中心として回転させることによって、対応する磁石構造の位置を調整するように構成されていてもよい。

横方向における被膜厚みの周期的バラツキを磁石構造を回転させることによって低減させることができることが、本発明の実施形態の利点である。ターゲット材料の堆積率を局所的にかつ連続的に調整することができることも、本発明の実施形態の利点である。これによって、過剰な量のターゲット材料が被膜に堆積しがちな位置における堆積率を減少させ、不十分なターゲット材料が被膜に堆積しがちな箇所における堆積率を増大させることができる。

１つまたは複数の磁石構造制御システムは、磁石構造を移行させることによって、磁石構造の位置を調整するように構成されていてもよい。本発明の実施形態では、磁石構造の一部が互いに対して移動するようになっていてもよい。これによって、移動が可能でない場合と比較して、磁場を修正するより大きい自由度が得られることになる。磁石構造によって誘発される磁場ベクトルを調整するより大きい自由度が得られることが、本発明の実施形態の利点である。

１つまたは複数の磁石構造制御システムは、対応する磁石構造の形状を調整するように構成されていてもよい。

１つまたは複数の磁石構造制御システムは、対応する磁石構造の一部のみを移行させることによって、対応する磁石構造の形状を調整するように構成されていてもよい。磁場ベクトルの大きさおよび方向または方位の両方が調整可能であることが、本発明の実施形態の利点である。磁場ベクトルの大きさおよび方向または方位が、細長の磁石構成の長さ方向に沿っておよび種々の細長の磁石構成間において調整可能であることが、本発明の実施形態の利点である。これによって、各磁石構成の長さ方向に沿った堆積率および種々の磁石構成を横断する方向における堆積率を迅速かつ容易に調整することができる。

１つまたは複数の磁石構造制御システムは、対応する磁石構造の一部を細長の磁石構成の長軸と平行の回転軸を中心として回転させることによって、磁石構造の形状を調整するように構成されていてもよい。

１つまたは複数の磁石構造制御システムは、対応する磁石構造の互いに異なる部分を細長の磁石構成の長軸と平行の回転軸を中心として異なって回転させることによって、磁石構造の形状を調整するように構成されていてもよい。基板と直交しかつ回転軸を含む仮想面における磁場強度を、１つの磁石構造の２つの部分を該仮想面から離れる方に回転させることによって減少させることができることが、本発明の実施形態の利点である。これによって、仮想面の位置において、より厚い被膜が基板に生じることを回避することができる。被膜の局所的な厚肉化を避けるために磁石構造の一部の方位を調整するために、スパッタリングを停止する必要がないことが、本発明の実施形態の利点である。

円筒状スパッタユニットは、円筒軸の長手方向に沿って延在する円筒空洞を備える円筒状スパッタターゲットを備えていてもよく、該円筒空洞内に、細長の磁石構成が配置可能になっていてもよい。

１つまたは複数の磁石構造制御システムは、モータおよび埋設された電子機器を備えていてもよい。また、１つまたは複数の磁石構造制御システムは、位置決定のためのセンサを備えていてもよい。磁石構成の位置決めを遠隔操作可能な構成要素によって達成することができることが、本発明の実施形態の利点である。従って、磁石構成の位置決めを調整するために、スパッタプロセスを停止する必要がなく、スパッタシステムを開放する必要がなく、またはスパッタターゲットを取り外す必要がない。

１つまたは複数の磁石構造制御システムは、モータの運動を対応する磁石構造の並進運動および／または回転運動に変換するためのアクチュエータをさらに備えていてもよい。

スパッタシステムは、複数の細長の磁石構成内の磁石構造制御システムを制御するための制御装置を備えていてもよい。この場合、該制御装置は、１つの磁石構成における要素を制御するとき、他の磁石構成における１つまたは複数の要素の制御も考慮するように構成されている。

各細長の磁石構成は、複数の磁石構造を制御するための複数の磁石構造制御システムを制御するための制御ユニットを備えていてもよい。磁石区画ごとの単一制御ユニットによって、種々の磁石位置決めシステムを十分に駆動させることができることが、本発明の実施形態の利点である。スパッタシステムは、中央制御ユニットをさらに備えていてもよく、この場合、該中央制御ユニットは、制御ユニットの各々に操作可能に接続されている。磁石位置決めシステムの全てが単一の中央制御ユニットを介して制御可能になっていることが、本発明のいくつかの実施形態の利点である。これによって、スパッタプロセスの連続的な集中調整が可能になる。

スパッタシステムは、スパッタリングされた被膜の種々の方向における複数の位置における該被膜の具体的な特性を監視するための監視システムを備えていてもよい。

監視システムは、フィードバックループによって制御装置に接続されていてもよく、これによって、制御装置は、測定されたパラメータ値の関数として制御を調整することができる。

スパッタリングされた被膜の少なくとも２つの異なる次元における該被膜の均質性に影響を与えるために、少なくとも１つの磁石構造の位置および／または形状が、磁石構造制御システムによって制御可能になっていてもよい。

本発明は、基板上に被膜をスパッタするための方法であって、
−スパッタリングされた被膜の均質性に影響を与えるために、少なくとも２つの円筒状スパッタユニットを備えるシステム内の円筒状スパッタユニットの少なくとも１つの細長の磁石構成の複数の磁石構造を、スパッタターゲットがスパッタユニットに取り付けられている間に少なくとも１つの磁石構造の位置および／または形状を調整することによって、調整すること
を含む、方法にさらに関する。スパッタリング中に磁石構成の位置を調整することができることが、本発明の実施形態の利点である。とりわけ、これによって、基板上へのスパッタ材料の均一被膜を得ることが可能である。

本方法は、スパッタリングされた被膜の複数の位置における被膜のパラメータの均質性を監視し、被膜の測定されたパラメータの関数として複数の磁石構造を調整することをさらに含んでいてもよい。

本発明の特定の好ましい態様は、添付の独立請求項および従属請求項に記載されている。従属請求項の特徴は、明示的に記載されていなくても、必要に応じて、独立請求項の特徴および他の従属請求項の特徴と組み合されてもよい。

本発明のこれらのおよび他の態様は、以下に述べる実施形態を参照することによって明らかになるだろう。

本発明の実施形態によるスパッタシステムの実施形態を示す図である。 本発明の実施形態による磁石構造の構成の長軸と直交する面における略断面図である。 本発明の実施形態による磁石構造の構成の可能な回転を示す概略図である。 本発明の実施形態による互いに独立して移動することができる多数のサブ構成からなる磁石構造の構成を示す概略図である。 本発明の実施形態による多数のサブ構成からなる磁石構造の構成の２つの軸を中心とする可能な回転を示す概略図である。 本発明の実施形態による多数のサブ構成からなる磁石構造の構成の１つの回転軸を中心とする可能な回転を示す概略図である。 本発明の実施形態による多数のサブ構成からなる磁石構造の構成の１つの回転軸を中心とする可能な回転を示す概略図である。 本発明の実施形態による互いに独立して移動することができる多数のサブ構成からなる磁石構造の構成を示す概略図である。 本発明の実施形態による磁石構造の構成のあるサブ構成の他のサブ構成に対する可能な変位を示す概略図である。 本発明の実施形態によるスパッタシステムを示す概略図である。 本発明の実施形態による磁石位置決めシステムの三次元図である。 本発明の実施形態による方法の種々のステップのシーケンスを示す図である。

図面は、概略にすぎず、制限するものではない。図面において、例示の目的から、要素のいくつかの大きさが、誇張され、縮尺通りに描かれていないことがある。

請求項におけるどのような参照符号も、請求項の範囲を制限すると解釈されるべきではない。種々の図面において、同一の参照符号は、同一または同様の要素を指すものとする。

以下、いくつかの図面を参照して、本発明を特定の実施形態に関して説明するが、本発明は、これらに制限されず、請求項によってのみ制限されるものとする。本明細書に含まれ、かつ説明される図面は、概略にすぎず、本発明の範囲を制限するものではない。図面において、例示の目的から、いくつかの要素の大きさは、誇張され、縮尺通りに描かれていないことがあることにも留意されたい。寸法および相対寸法は、本発明を実施する上での実際の縮尺に対応するものではない。

さらに、実施形態の説明および請求項における「第１の（first）」、「第２の（second）」、「第３の（third）」、などの用語は、同様の要素を識別するために用いられ、必ずしも、時間的、空間的、順位付け、などの順番を記述するために用いられるものではない。このように用いられる用語は、適切な状況下において置換え可能であること、および本明細書に記載されている本発明の実施形態は、本明細書に記載または図示されている順番と異なる順番で操作することができることを理解されたい。

さらに、実施形態の説明および請求項における「上端（top）」、「底（bottom）」、[〜の上に（above）]、「前（front）」、などの用語は、叙述的な目的のために用いられ、必ずしも、相対位置を記述するために用いられるものではない。このように用いられる用語は、適切な状況下において置換え可能であること、および本明細書に記載されている本発明の実施形態は、本明細書に記載または図示されている方位と異なる方位において操作することができることを理解されたい。

請求項に用いられる「〜を備える（comprising）」という用語は、その後に挙げられる手段に制限されると解釈されるべきはなく、他の要素またはステップを排除するものではないことに留意されたい。すなわち、この用語は、記述されている特徴部、完全体、ステップ、または構成要素の存在を特定するように解釈されるべきであるが、１つまたは複数の他の特徴部、完全体、ステップ、構成要素、またはそれらの群の存在または追加を排除するものではない。従って、「手段Ａ，Ｂを備える装置」という表現の範囲は、構成要素Ａ，Ｂのみからなる装置に制限されるべきではない。この表現は、本発明に関して、該装置の単に関連する構成要素がＡ，Ｂであることを意味している。

本明細書を通じて、「一実施形態（one embodiment）」または「ある実施形態（an embodiment）」という表現は、該実施形態に関連して記述されている特定の特徴、構造、または特性が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれていることを示している。従って、本明細書を通じて、種々の箇所において「一実施形態における」または「ある実施形態における」という表現が現れた場合、これらの全てが必ずしも同じ実施形態に言及するものではないが、同じ実施形態に言及することもある。さらに、当業者であれば、特定の特徴、構造、または特性は、１つまたは複数の実施形態においてどのような適切な態様で組み合されてもよいことは、この開示から明らかだろう。

同様に、本発明の例示的な実施形態の説明において、本発明の種々の特徴は、場合によっては、開示を合理化し、かつ１つまたは複数の種々の発明態様の理解を促すために、単一の実施形態、図面、またはその説明において、一緒にグループ化されていることがあることを理解されたい。しかし、この開示の方法は、請求項に係る発明が、各請求項に明記されている特徴よりも多くの特徴を必要とするという意図を反映していると解釈されるべきではない。むしろ、以下の請求項が示すように、発明の態様は、先に開示された単一の実施形態の全ての特徴よりも少なくなる。従って、実施形態の詳細な説明に続く請求項は、この実施形態の詳細な説明に明示的に含まれており、各請求項は、本発明の別々の実施形態として自立している。

さらに、本明細書に記載されているいくつかの実施形態は、他の実施形態に含まれるいくつかの特徴を含むが、他の実施形態に含まれる他の特徴を含まない。しかし、当業者によって理解されるように、種々の実施形態の特徴の組合せは、本発明の範囲内に含まれ、種々の実施形態を構成することが意図されている。例えば、以下の請求項において、請求項に記載の実施形態のいずれかが、どのような組合せで用いられてもよい。

本明細書の説明において、多くの具体的な詳細が記載されている。しかし、本発明の実施形態は、これらの具体的な詳細がなくても実施することができることを理解されたい。他の例では、周知の方法、手順、および技術は、本発明を不明瞭にしないために、詳細に示さないことにする。

第１の態様では、本発明は、基板上に被膜を形成するためのスパッタシステムに関する。スパッタシステムは、典型的には、基板ホルダーを備えており、例えば、基板が、被膜の形成中実質的に静止するように、基板ホルダー上に配置可能になっている。本発明において、「実質的に静止している基板」という言及がなされたとき、これは、基板の平均位置がスパッタプロセス中一定に保たれていることを意味している。例えば、被膜のより均一な堆積を得るための追加的な動作としての基板のわずかな位置変動も、基板が実質的に静止しているという定義内に含まれるものとする。連続的なインライン堆積システムにおいて通常用いられているような基板の移動は、実質的に静止している基板の定義内に含まれない。何故なら、この場合、基板は、時系列的な２つの異なる運動においてスパッタ源に対して同じ位置に存在しないからである。これは、時間と共に基板の全体が移動するような基板の移動に当てはまる。本発明の実施形態によるスパッタシステムは、少なくとも２つの円筒状スパッタユニットをさらに備えている。好ましい実施形態では、スパッタシステムは、互いに近接して配置された一組の平行の円筒状スパッタユニットを備えている。従って、各スパッタユニットは、細長の磁石構成を備えていることになる。細長の磁石構成の長さ方向における軸は、いずれも基板から等距離を隔てて配置されているとよいが、他の実施形態では、基板に対して種々の距離を隔てて配置されていてもよい。さらに、単一の細長の磁石構成の軸は、基板に対して一定の距離を有している必要がない。換言すれば、細長の磁石構成は、基板によって画定された面に対して傾斜していてもよい。

少なくとも１つの磁石構成は、該細長の磁石構成の長さ方向に沿って複数の磁石構造および磁石構造制御システムを備えている。本発明の実施形態では、スパッタターゲットがスパッタユニット上に取り付けられている間に、少なくとも１つの磁石構造の位置および／または形状が、磁石構造制御システムによって調整可能になっている。好ましい実施形態では、多数の細長の磁石構成の磁石構造の位置および／形状が、調整可能になっている。いくつかの実施形態では、磁石構造の位置および／または形状が、遠隔調整可能になっている。いくつかの実施形態では、これは、スパッタユニットに対して水冷源が接続されているときでも可能であり、冷却システムが作動して冷却液が循環しているときでも可能であり、スパッタターゲットに電力が供給されているときでも可能であり、またはスパッタユニットによるスパッタリング中でも可能である。少なくとも１つの磁石構造の位置および／または形状の制御によって、基板の全体にわたるスパッタリングされた被膜の均質性に影響を与え、かつ改良するようになっているとよい。磁石構造制御システムは、距離を隔てて遠隔操作可能である。スパッタリング中に、および／またはスパッタリングが例えば一時的に中断されているがスパッタシステム１００がさらに真空下にあるときに、磁石構成の位置を調整することできることが、本発明の実施形態の利点である。

基板の表面の一次元的または二次元的被膜のバラツキを減少または回避させることができることが、本発明の実施形態の特別の利点である。

本発明の実施形態では、典型的には、スパッタターゲットは、磁石構成と基板との間に配置されることになる。本発明によるシステムに用いられるスパッタターゲットは、典型的には、円筒状スパッタターゲットである。磁石構成の調整の前にスパッタターゲットを取り外す必要がないことが、本発明の実施形態の利点である。

本発明の実施形態では、１つまたは複数の細長の磁石構成内の磁石構造のいくつかまたは全てが、個々に制御されてもよい。磁石構造制御システムは、個々の磁石構造または磁石構造の群を制御することができるように構成されているとよい。

本発明において、磁石構造の制御、またはさらに具体的にその位置および／または形状の制御について言及されるとき、これは、形状または位置の選択を意味し、または磁石構造が特定の形状または位置を得るような磁石構造の効果的な構成を意味している。磁石構造の形状または位置の調整は、スパッタターゲットに対する距離の調整および／または磁石構造の方位の調整を含んでいる。方位の調整によって、磁場ベクトルの方向を変化させることができる。スパッタターゲット面に対する距離を調整することによって、磁場強度を変化させることができる。これらの調整の各々によって、物質フラックスベクトルを局所的に制御して変化させることが可能である。

本発明の実施形態は、例示にすぎず、これに制限されるものではないが、以下、図１−１１を参照して、スパッタシステム１００のいくつかの実施形態の標準的かつ任意選択的な特徴について説明する。

図１は、スパッタシステム１００を示す本発明の考えられる実施形態を示している。この例では、図面を煩雑にしないために、２つのスパッタユニット１２５しか示されていないが、本発明のいくつかの実施形態において３つまたは４つ以上のスパッタユニット１２５が設けられてもよいことは、当業者にとって明らかだろう。図１の実施形態では、スパッタユニット１２５は、複数の磁石構造１４０を有する細長の磁石構成を備えている。この実施形態では、細長の磁石構成は、複数の磁石構造１４０および磁石構造制御システム１５０を備えており、この例では、磁石構造１４０ごとに１つの磁石構造制御システム１５０が設けられている。ただし、本発明の実施形態は、これに制限されるものではなく、種々の磁石構造１４０が、共通の磁石構造制御システム１５０によって制御されるようになっていてもよい。図１の実施形態では、各磁石構造制御システムは、サーボモータ１５１のような位置決めシステム、埋設された制御電子機器１５２、位置決定のためのセンサ１５３、および変換システム１５４を備えている。変換システム１５４は、サーボモータ１５１の回転運動を磁石構造１４０の所望の形状または位置をもたらす運動に変換するものである。サーボモータ１５１は、例えば、ブラシレスＤＣモータであるとよい。図１の種々のスパッタユニットは、共通の制御ユニットまたは種々の制御ユニット１６０をさらに備えている。制御ユニット１６０は、種々の磁石構造制御システム１５０を互いに独立して制御することができる中心ポイントである。従って、制御ユニット１６０は、典型的には、磁石構造制御システム１５０の各々に接続されており、種々の磁石構造制御システム１５０を制御することが可能になっている。この接続は、機械的接続であってもよいが、埋設された電子機器１５２との通信インターフェイスも可能である。制御ユニット１６０は、種々の磁石位置決めシステムを制御することができる中心ポイントである。制御ユニット１６０は、外界および磁石構造１４０との通信を支援する中央処理ユニット（ＣＰＵ）１６１を備えているとよい。制御ユニットは、例えば、所望の位置を磁石構造制御システム１５０の１つの埋設された制御電子機器１５２に送信するようになっているとよい。次いで、埋設された制御電子機器１５２が、センサ１５３から得られた位置情報および所望の位置に基づいて、サーボータ１５１を制御するようになっているとよい。所望の位置は、制御ユニット１６０を介してユーザーによって入力可能になっている。位置決定のためのセンサ１５３は、光学的センサであるとよい。いくつかの実施形態では、位置は、ブラシレスＤＣモータであるとよいサーボモータ１５１からの符号化パルスによって決定されるようになっていてもよい。

本発明のいくつかの実施形態では、サーボモータ１５１の運動が、変換システム１５４によって、並進移動、回転移動、またはその組合せに変換されるようになっている。このような変換システム１５４は、ギアボックスであるとよい。磁石構造制御システム１５０は、場合によっては、例えば、良好な定値設定が見出されたとき、磁石構成１４０の特定の位置を保証するために固定されてもよい。いくつかの実施形態では、回り止めブロック１１０１がこの目的のために設けられている。

図１に示されている本発明の実施形態では、制御ユニット１６０と中央制御ユニット１７０との間の通信が可能である。この通信のための物理的なリンクは、種々の方法によって、例えば、国際特許出願公開第２０１３／１２０９２０号に記載されているようなケーブル、ガラス繊維、プラスチック繊維、ワイヤレスによって、実現可能である。

このようにして、磁石構造制御システム１５０の各々は、中央制御ユニット１７０を介して制御可能である。これによって、ユーザーは、必要なインターフェイス（例えば、ユーザーインターフェイス）を設けることによって、スパッタプロセスを制御することができる。多数の制御ユニット１６０に接続された中央制御ユニット１７０の例が、図１０に概略的に示されている。

図１は、例えば、スパッタターゲット１２１が取り付けられたスパッタターゲットホルダー１２０も示している。図１のスパッタターゲットは、この実施形態では、円筒状スパッタターゲットであり、円筒状磁石区画１２５の周りに配置されている。図１のスパッタターゲットは、基板１１１が配置された基板ホルダー１１０も備えている。細長の磁石構成の軸は、この例では、基板と平行であるが、本発明の実施形態は、これに制限されるものではない。

本発明の実施形態では、磁石構造１４０の位置または形状の調整は、スパッタユニット１２５の細長の磁石構成の長さの一部の磁場においてのみ感知可能または感受可能になっている。この一部は、例えば、細長の磁石構成の長さの５０％未満であるとよい。調整が感受されるこの一部は、典型的には、細長の磁石構成ごとに存在する磁石構造１４０の数に関連する。磁石構造１４０の数が多いほど、感受の距離が短くなる。結果的に、多数の磁石構造を設けることによって、磁場を高解像度で調整することが可能になる。従って、磁場ベクトルの大きさおよび方向または方位を局所的に調整することができることが、本発明の実施形態の利点である。

本発明の特定の実施形態では、磁石構造制御システム１５０は、磁石構造１４０を細長の磁石構造の軸と平行の回転軸３１０を中心として回転させるように構成されているとよい。回転可能な角範囲は、少なくとも−６０°から＋６０°の間、好ましくは、少なくとも−３０°から＋３０°の間である。本発明の実施形態では、回転は、１°、または１°を越える精度を有している。本発明の考えられる実施形態が、図３に概略的に示されている。図３は、磁石構造１４０および該磁石構造が回転することができる回転軸３１０の断面を示している。この実施形態では、磁石構造１４０が全体として回転するようになっている。本発明の実施形態では、個々の磁石構造１４０は、互いに独立して回転するようになっているとよい。図２−９は、本発明の実施形態による磁石構成１４０の移動の種々の可能性を示している。ここで、図２は、これらの例の基礎をなす基本的な磁石構造１４０を示している。図５−９では、この基本的な磁石構造が、本発明の種々の実施形態によって、多数のサブ構成４１０に分割されている。図３の例では、磁石構造１４０の位置は、基板上の被膜が可能な限り均一になるように、連続的に調整可能になっている。

任意選択的に、スパッタシステム１００の磁石構造１４０は、いくつかのサブ構成４１０に分割可能である。これらのサブ構成は、個々に移動するようになっているとよい。サブ構成は、互いの移動を妨げないように、例えば、互いの移動を妨げない程度に、互いに対して移動可能になっている。可能なサブ構成への分割が、図４に示されている。この図では、磁石構成１４０は、２つの対称的なサブ構成４１０、すなわち、第１のサブ構成４１０ａと第２のサブ構成４１０ｂとに分割されている。他の例が図８に示されている。この例では、磁石構造１４０は、３つのサブ構成４１０、すなわち、第１のサブ構成４１０ａと、第２のサブ構成４１０ｂと、第３のサブ個性４１０ｃとにさらに分割されている。サブ構成への分割によって、これらのサブ構成を互に独立して移動させることができ、これによって、磁場分布をさらに柔軟に調整することができるという利点が得られることになる。

さらに具体的には、本発明のある実施形態では、磁石構成１４０は、第１のサブ構成４１０ａと、第２のサブ構成４１０ｂとに分割されている。第１のサブ構成４１０ａは、磁石区画軸と平行の第１の回転軸３１０ａを中心として回転可能であり、第２のサブ構成４１０ｂは、磁石区画軸と平行の第２の回転軸３１０ｂを中心として回転可能である。本発明のこのような実施形態の例は、図５に示されている。第１および第２の回転軸３１０ａ，３１０ｂは、この場合、第１および第２のサブ構成４１０ａ，４１０ｂの外側隅部に位置している。この目的を達成するために、これらの実施形態では、基板から最も遠くに位置する最隅部が選ばれている。

本発明のさらに他の実施形態では、第１の回転軸３１０ａおよび第２の回転軸３１０ｂが一致している。この例は、図６，７に示されている。図６に示されている実施形態では、磁石構造１４０は、２つの対称的な部分に分割されている。ここで、仕切り面は、基板１１１と直交する面である。２つの部分が回転する回転軸３１０は、２つのサブ構成４１０ａ，４１０ｂの共通リブであり、このリブは、仕切り面に位置しており、かつ基板１１１から最も遠くに位置している。第１のサブ構成４１０ａおよび第２のサブ構成４１０ｂを回転させることによって、両方の磁石構成によって誘発される磁場を調整することができる。例えば、磁石区画の長さ方向において両方のサブ構成と向き合う基板の被膜の部分が被膜の残りよりも薄い場合、両方のサブ構成を互いに離れる方に回転させ、これによって、磁石構成４１０と向き合う側の物質フラックスベクトルを低減させることができる。図７に示されているような本発明の実施形態では、両方のサブ構成４１０ａ，４１０ｂが回転する回転軸３１０は、両方のサブ構成４１０ａ，４１０ｂの共通リブである。このリブは、両方のサブ構成間の仕切り面に位置しており、基板１１１の最も近くに位置している。

本発明の実施形態では、磁石構造１４０は、磁石構造制御システム１５０によって移行（shift）可能になっていてもよい。磁石構造をスパッタターゲット面から離れる方に移行させることによって、磁石構造１４０の位置において、ターゲット材料の物質フラックスベクトルを減少させることができる。同一の磁石区画内の複数の磁石構造が互いに独立して移動可能になっている場合、これによって、スパッタユニット１２５内の細長の磁石構成の長さ方向において、物質フラックスベクトルを調整することが可能になる。従って、物質フラックスベクトルが、種々のスパッタユニット間において調整可能であるのみならず、スパッタユニットの長さ方向においても調整可能であることが、本発明の実施形態の利点である。さらに、磁石構造１４０は、本発明のいくつかの実施形態において、互いに独立して移行することができるサブ構成に分割されている。この例は、図８，９に示されている。図８は、３つのサブ構成４１０ａ，４１０ｂ，４１０ｃに分割された磁石構成１４０を示している。その仕切面は、基板１１１と直角に配向された面である。この例では、図９に示されているように、中間のサブ構成４１０ｂが、磁石構造制御システム１５０によって移行可能になっている。１つのサブ構成しか移行しないという事実によって、磁石構造１４０の近傍における磁場ベクトルの大きさおよび方向または方位の両方を調整することができる。「近傍（vicinity）」という用語は、磁石構造１４０の位置および／または形状の調整が感受される領域または空間を意味している。磁場の調整におけるこれらの自由度によって、ある厚み、具体的には、そのバラツキが被膜の全厚みの１％未満の厚みを有する被膜を得ることが可能になる。他のパラメータ、例えば、抵抗率のバラツキもこの方法によって制御可能である。さらに、磁場の調整におけるこれらの自由度によって、種々の次元における被膜の１つまたは複数のパラメータを制御することが可能になる。これは、基板の面の二次元制御を含むことができる。

本発明の実施形態では、磁石構成１４０は、全体として移行することができる。

本発明の実施形態では、磁石構造１４０またはそのサブ構成は、０．１ｍｍの精度または０．１ｍｍを上回る精度で１０ｍｍの距離にわたって調整可能である。

本発明の実施形態によるスパッタシステム１００では、ターゲット材料を形成することが可能である。この目的を達成するために、スパッタターゲットホルダー１２０が、スパッタシステム１００内に配置されている。このスパッタターゲットホルダー１２０によって、スパッタターゲット１２１を磁石区画１２５と基板１１１との間に取り付けることが可能である。基板１１１は、基板ホルダー１１０上に配置されることになる。本発明の実施形態では、スパッタユニット１２５ごとに１つのスパッタターゲットホルダー１２０が配置されている。各スパッタターゲットホルダー１２０によって、円筒状スパッタターゲット１２１を対応するスパッタユニット１２５に取り付けることが可能である。さらに、本発明の特定の実施形態では、スパッタターゲット１２１をスパッタターゲットホルダー１２０によって回転させることができる。円筒状スパッタターゲット１２１に対するスパッタターゲットホルダー１２０の例が、図１に示されている。

図１１は、本発明のある実施形態による磁石構造制御システム１５０の概略的な３次元図である。磁石構造制御システム１５０は、埋設された制御電子機器１５２によって制御されるサーボモータ１５１を備えている。サーボモータの位置は、センサ１５３によって決定可能である。この運動は、回り止めブロック１１０１によって、特定位置に固定されてもよい。

本発明の好ましい実施形態では、磁石区画に取り付けられたときに機械的な接続、通信相互接続、および電力相互接続が自動的に達成されるようになっている。

本発明の好ましい実施形態では、スパッタターゲット１２１および磁石構造１４０を冷却するために、冷却システムがさらに設けられている。スパッタユニット内に通常設けられる当業者にとって周知の他の構成要素も、システム内に組み込まれてもよい。

第２の態様では、本発明は、基板１１１上に被膜をスパッタリングするための方法１２００に関する。この方法によって、堆積された被膜のパラメータの良好な均質性を得ることが可能になる。このようなパラメータは、厚みであってもよいが、他の物理的パラメータ、例えば、抵抗率、または他の電気的なパラメータ、光学的パラメータ、などであってもよい。

基板上に被膜をスパッタリングする方法１２００は、典型的には、基板をスパッタターゲット材料と向き合わせて配置し、その後、スパッタプロセスを開始することを含んでいる。基板上に均一な被膜を得るために、スパッタプロセス中に磁石構造１４０の位置および／または形状が調整されるとよい。

任意選択的に、第１の基板上に被膜をスパッタリングする時点と、第１の基板の検査後に第２の基板上に被膜をスパッタリングする時点との間に、磁石構造１４０の位置および／または形状を調整することも可能である。磁石構造１４０の調整は、第１の基板上の被膜の検査後に第２の基板上に被膜をスパッタリングしている間に行われてもよい。基板の検査および磁石構造１４０の適切な調整は、アルゴリズムおよび論理プロセッサを介して、手動によって行なわれてもよいし、または自動的に行なわれてもよい。

方法１２００は、個々に制御可能な（例えば、遠隔制御可能な）磁石構造１４０が設けられているスパッタシステムを利用すること（１２１０）を含んでいる。

その後、基板が配置され（１２２０）、スパッタプロセスが開始可能になる。この方法は、典型的には、スパッタターゲットがスパッタユニット上に取り付けられている間に磁石構造の位置を調整すること（１２４０）を含んでいる。これは、作動していないスパッタシステムに対して行なわれてもよいし、作動しているスパッタシステムに対して、すなわち、スパッタリング中に行なわれてもよい。好ましくは、この調整は、システムが真空下にある間に行なうことができ、その結果、調整を行なうために真空を解除する必要がない。この調整は、好ましくは、水冷源が接続されている間に行なわれてもよい。いくつかの実施形態では、この制御は、スパッタターゲットに電力供給されている間またはスパッタリング中に行なわれてもよい。１つまたは複数の磁石構造の位置および／または形状を修正することによって、物質フラックスベクトルの大きさおよび方位の両方を適合させることができる。磁石構造の位置および形状を互いに独立して変化させることができるので、磁場ベクトルを局所的に調整することができる。磁場ベクトルは、基板上のターゲット材料の局所的な物質フラックスベクトルに直接影響を及ぼし、これによって、これらの物質フラックスベクトルも局所的に調整することができる。物質フラックスベクトルを局所的に調整することによって、基板上に均質な被膜を得ることができる。これは、厚みの均質性のみならず、抵抗率のような他のパラメータ、または他の電気的パラメータ、光学的パラメータ、などの均質性も含んでいる。

後続のステップにおいて、基板が取り外され（１２５０）、その後、任意選択的にスパッタリングが次の基板に対して再開されてもよいし、またはスパッタプロセスが停止されてもよい（１２６０）。

さらに、任意選択的なステップが、後続のスパッタプロセスを改良するために基板上への被膜の検査（１２７０）を含んでいてもよいし、または該被膜の検査に関連付けられていてもよい。先に堆積された被膜の結果に基づいて、調整ステップ１２４０が更新、例えば、微調整されてもよい。これは、手動によって達成されてもよいし、または自動的に達成されてもよい。また、次の基板の準備（１２９０）の前に磁気構成の初期位置が調整されてもよく、この後、次のスパッタプロセスが開始されるとよい（１２３０）。

これらの種々の態様は、互いに対して容易に組合せ可能であり、従って、その組合せも本発明の実施形態に対応することになる。

Claims (22)

1. 基板上に被膜を形成するためのスパッタシステム（１００）において、
   −基板ホルダー（１１０）であって、基板が、被膜の形成中に実質的に静止するように、前記基板ホルダー（１１０）上に配置可能になっている、基板ホルダー（１１０）と、
   −被膜を協働してスパッタリングするための少なくとも２つの円筒状スパッタユニット（１２５）であって、各スパッタユニット（１２５）は、細長のスパッタ磁石構成を備えている、少なくとも２つの円筒状スパッタユニット（１２５）と、
   を備え、
   −少なくとも１つの細長の磁石構成は、前記細長の磁石構成の長さ方向に沿って複数の磁石構造（１４０）および磁石構造制御システム（１５０）を備えており、前記基板上のスパッタリングされた被膜の均質性に影響を与えるために、スパッタターゲットが前記スパッタユニット上に取り付けられている間に、少なくとも１つの磁石構造（１４０）の位置および／または形状が、磁石構造制御システム（１５０）によって調整可能に構成されていることを特徴とする、スパッタシステム。
2. 前記細長の磁石構成の少なくとも一部は、前記細長の磁石構成の長さ方向に沿って、複数の磁石構造（１４０）および磁石構造制御システム（１５０）を備えており、これによって、前記磁石構造（１４０）の一部の位置および／または形状が、磁石構造制御システム（１５０）によって遠隔調整可能に構成されていることを特徴とする、請求項１に記載のスパッタシステム。
3. 前記円筒状スパッタユニット（１２５）は、実質的に互いに平行に配向されていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のスパッタシステム。
4. 前記スパッタユニット（１２５）の少なくとも１つの前記細長の磁石構成の磁気軸は、前記基板が前記基板ホルダーに配置されたときに、前記基板と平行になるように構成されていることを特徴とする、請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のスパッタシステム。
5. 細長の磁石構成の磁石構造の位置および／または形状の個々の調整の影響は、前記細長の磁石構成の長さの一部にわたる磁場ベクトルにおいてのみ感受可能に構成されていることを特徴とする、先行する請求項のいずれかに記載のスパッタシステム。
6. １つまたは複数の磁石構造制御システム（１５０）は、前記対応する磁石構造の位置を調整するように構成されていることを特徴とする、先行する請求項のいずれかに記載のスパッタシステム。
7. 前記１つまたは複数の磁石構造制御システム（１５０）は、前記対応する磁石構造（１４０）を前記細長の磁石構成の長軸と平行の回転軸（３１０）を中心として回転させることによって、前記対応する磁石構造の位置を調整するように構成されていることを特徴とする、請求項６に記載のスパッタシステム。
8. 前記１つまたは複数の磁石構造制御システム（１５０）は、前記磁石構造（１４０）を移行させることによって、前記磁石構造の位置を調整するように構成されていることを特徴とする、請求項６または請求項７に記載のスパッタシステム。
9. １つまたは複数の磁石構造制御システム（１５０）は、前記対応する磁石構造の形状を調整するように構成されていることを特徴とする、先行する請求項のいずれかに記載のスパッタシステム。
10. 前記１つまたは複数の磁石構造制御システム（１５０）は、前記対応する磁石構造（１４０）の一部のみを移行させることによって、前記対応する磁石構造の形状を調整するように構成されていることを特徴とする、請求項９に記載のスパッタシステム。
11. 前記１つまたは複数の磁石構造制御システム（１５０）は、前記対応する磁石構造（１４０）の一部を前記細長の磁石構成の長軸と平行の回転軸（３１０）を中心として回転させることによって、前記対応する磁石構造の形状を調整するように構成されていることを特徴とする、請求項９または請求項１０に記載のスパッタシステム。
12. 前記１つまたは複数の磁石構造制御システム（１５０）は、前記対応する磁石構造（１４０）の個々の部分を前記細長の磁石構成の長軸と平行の回転軸（３１０）を中心として異なって回転させることによって、前記磁石構造の形状を調整するように構成されていることを特徴とする、請求項９または請求項１０に記載のスパッタシステム。
13. 前記円筒状スパッタユニットは、円筒状スパッタターゲットを備えており、前記円筒状スパッタターゲット（１２１）は、円筒軸の長手方向に沿って延在する円筒空洞を備えており、該円筒空洞内に、前記細長の磁石構成が配置可能になっていることを特徴とする、先行する請求項のいずれかに記載のスパッタシステム。
14. １つまたは複数の磁石構造制御システム（１５０）は、モータ（１５１）および埋設された制御電子機器（１５２）を備えていることを特徴とする、先行する請求項のいずれかに記載のスパッタシステム。
15. 前記１つまたは複数の磁石構造制御システムは、モータの運動を前記対応する磁石構造の並進運動および／または回転運動に変換するためのアクチュエータをさらに備えていることを特徴とする、請求項１４に記載のスパッタシステム。
16. 前記スパッタシステムは、前記複数の細長の磁石構成内の磁石構造制御システムを制御するための制御装置を備えており、前記制御装置は、１つの磁石構成の要素を制御するときに１つまたは複数の他の磁石構成の要素の制御を考慮に入れるように、構成されていることを特徴とする、先行する請求項のいずれかに記載のスパッタシステム。
17. 各細長の磁石構成は、前記複数の磁石構造（１４０）を制御するための前記複数の磁石構造制御システム（１５０）を制御するための制御ユニット（１６０）を備えていることを特徴とする、先行する請求項のいずれかに記載のスパッタシステム。
18. 前記スパッタシステム（１００）は、スパッタリングされた被膜の種々の方向における複数の位置における該被膜の特性を監視するための監視システムをさらに備えていることを特徴とする、先行する請求項のいずれかに記載のスパッタシステム。
19. 前記監視システムは、フィードバックループで前記制御装置に接続されており、前記制御装置は、特定パラメータの測定値の関数として前記制御を調整することができるようになっていることを特徴とする、請求項１６または請求項１８に記載のスパッタシステム。
20. 前記スパッタリングされた被膜の少なくとも２つの異なる次元における該被膜の均質性に影響を与えるために、少なくとも１つの磁石構造（１４０）の位置および／または形状が、磁石構造制御システム（１５０）によって制御可能になっていることを特徴とする、先行する請求項のいずれかに記載のスパッタシステム。
21. 基板上に被膜をスパッタリングするための方法（１２００）であって、前記システムは、
    −スパッタリングされた被膜の均質性に影響を与えるために、少なくとも２つの円筒状スパッタユニットを備えるシステムにおける円筒状スパッタユニットの少なくとも１つの細長の磁石構成の複数の磁石構造を、スパッタターゲットが前記スパッタユニットに取り付けられている間に少なくとも１つの磁石構造の位置および／または形状を調整することによって、調整するステップ
    を含むことを特徴とする、方法。
22. 前記スパッタリングされた被膜にわたる複数の位置における前記被膜のパラメータの均質性を監視し、前記被膜の測定されたパラメータの関数として前記複数の磁石構造を調整することをさらに含むことを特徴とする、請求項２１に記載の方法。
    

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