JP2020015983A

JP2020015983A - スパッタリング装置

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Publication number: JP2020015983A
Application number: JP2019162610A
Authority: JP
Inventors: モーゼ，パトリック・ローレンス; Lawrence Morse Patrick
Original assignee: Buehler AG
Current assignee: Buehler AG
Priority date: 2012-09-04
Filing date: 2019-09-06
Publication date: 2020-01-30
Anticipated expiration: 2033-09-03
Also published as: JP6870045B2; TW201416474A; US9758862B2; CN104812934A; EP2880196A1; KR20150048142A; KR102101720B1; PL2880196T3; US20140061029A1; EP2880196A4; TWI598454B; CN104812934B; EP2880196B1; JP2015530482A; WO2014039426A1

Abstract

【課題】磁束がより高いマグネトロンの提供。【解決手段】複数の磁石と、複数の磁石を少なくとも４つの一直線の、平行な、独立した線形アレイに保持するように構成されたヨークとを備えたマグネトロンアセンブリに関する。複数の磁石９０２は、外側部および内側部を備えたパターンを形成するようにヨークに配置構成され、外側部は内側部の外周を実質的に囲む。線形アレイの端部は一対の方向転換部分９３０を備え、各方向転換部分は、外側部の一対の細長い部分９２８の各端部を実質的にわたる。各方向転換部分における磁石は、ターゲット回転軸に沿って各々からずらされる少なくとも２つ以上の種々の曲線を磁界内に形成するように配置構成される。【選択図】図９

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１２年９月４日に出願された、米国仮特許出願整理番号第６１／６９６，６１０号の利益を主張するものであり、これは、参照により本明細書に組み込まれる。

本出願は、２０１１年１月６日に出願された、米国仮特許出願整理番号第６１／４３０，３６１号、および２０１２年１月６日に出願された、米国特許出願整理番号第１３／３４４，８７１号に関する。これらの両方は、参照により本明細書に組み込まれる。

本記述は、一般的に、回転カソードのマグネトロンスパッタリングに関する。これは特に、ターゲット材料が、標準的なマグネトロンアセンブリがマグネトロンスパッタリングに好適な十分な磁束を供給できる点を超えて増大する場合に直面する特定の問題に対処する。また、本発明のいくつかの実施形態は、透明導電酸化物（ＴＣＯ）のような材料の堆積のためのプロセスの状態を改善する。

回転ターゲットのマグネトロンスパッタリングが、当技術分野において周知であり、種々の基板上に種々の薄膜を生成するために広く使用されている。回転カソードを用いたスパッタリングの妥当な概説は、一例として、（その内容が参照により本明細書に組み込まれる）米国特許第５，０９６，５６２号に見ることができる。

回転ターゲットマグネトロンスパッタリングの最も基本的な形態では、スパッタされる材料は、管の形状に形成される、または剛性の材料から作られた支持管の外表面に接着される。マグネトロンアセンブリは、管内に配置され、ターゲットの外表面に十分な磁束が存在するようにターゲットに広がる磁束を供給する。磁界は、ターゲットから放出された電子を保ち、電子が作動ガスとの電離衝突が起こる可能性が高まるように作られ、従って、スパッタリングプロセスの効率が向上する。

いくつかの材料、特にセラミックＴＣＯ材料におけるターゲットにかかる製造コストは、原材料のコストと比較して高い。これらのターゲットの経済性を改善するために、ターゲット材料の厚さを増大することが望ましい。このようにして、ターゲットの全体コストに最小限に追加されるだけでありながら、ターゲットは大いに、より使用に適した材料を有することとなる。なぜならば、これにより製造コストが著しくは変わらないからである。著しい増大は、使用される追加の原材料に起因するものだけである。より厚いターゲットは、ターゲットが変更される間のより長い生産キャンペーンを可能にするという追加の利益を有するはずである。

言及するように、ターゲットを厚くし過ぎると、その結果、標準的なマグネトロンアセンブリを使用する場合に、ターゲット表面における磁束が不十分となり得る。磁束がより高いマグネトロンを作る必要が生じることが明らかである。

しかしながら、磁束を増大する試みは、大抵、方向転換の幅が広げられるという新しい問題を生み出す。これが、ターゲット端部における相対侵食率を増大し、それ故に、ターゲットの「溶け落ち」に起因してターゲット寿命を短縮する。これは、ターゲットの厚さを増大する目的に反する。

回転カソードのための（図１Ａに示す）代表的なマグネトロンアセンブリ１００は、磁気回路の完成に役立つ、鋼などの磁気伝導性材料のヨーク１０４に取り付けられた３つの実質的に平行な磁石の列１０２を備える。磁石の磁化の方向は、スパッタリングターゲットの主軸に対して放射状となる。中心の列１０６は、２つの外側の列１０８と反対の極性を有する。このタイプのマグネトロン（図１Ｂ参照）の追加の記述は、（その内容が参照により本明細書に組み込まれる）米国特許第５，０４７，１３１号に見ることができる。磁石の内側の列１０６および外側の列１０８の磁束は、磁石の片側では、磁気伝導性のヨーク１０４を通じて連結される。ヨーク１０４と反対側の磁石の側面では、磁気伝導性材料内に磁束が含まれない。従って、磁束は、実質的に非磁性であるターゲットを実質的に妨げられずに通って広がる。それ故に、２つの弧状の磁界が、ターゲットの作業面およびその上にもたらされる。この磁界は、電子を保ち、それらを磁石の列１０２に対して平行である磁力線に対して垂直方向にドリフトさせる。このことは、ＥｘＢドリフトとして公知であり、あらゆる基礎のプラズマ物理学の教科書に記述されている。通常の配置構成では、このドリフト経路もまた、ターゲットの主軸に対して平行である。

また、外側の列１０８は、内側の列１０６よりもわずかに長く、そして外側の列１０８と同じ極性を持つ（図１Ｂに示す）追加の磁石１１０が、アセンブリの端部に、２つの外側の列１０８の間に配置され、ドリフト経路のいわゆる「方向転換」領域を作り出す。これは、２つのドリフト経路を接続する効果がある。従って、１つの連続的な卵型の「レーストラック」ドリフト経路を形成する。これは、電子の保持を最適化し、それ故に、スパッタリングプロセスの効率を最適化する。

磁界の強度を増大するための直観的な手段は、単に磁石の寸法または強度を増大させることである。磁気の強度を増大させることは、より強い磁石の利用の可能性によって制限される。また、非常に高い強度の磁石は、非常に高価であり、扱いが困難である。さらに、より強い磁石は、本発明の実施形態のものなどの、追加の利益のためのあらゆる優れた設計に適用される可能性がある。

より大きな断面を有する磁石を考慮するときに問題が発生する。半径方向における寸法を増大することは、ターゲット表面における磁束の比例的な増大をもたらさない。そのようなものとして、これは自己限定的な手法である。ターゲット表面に対して接線方向における寸法の増大も、その幾何学的形状が磁性材料の大半をターゲット表面からさらに離れるように移動させる必要があり、ターゲット表面における磁界を弱めるように機能することから自己限定的である。これは、所望の効果を達成するのに不利である（そのような設計の一例は図２を参照）。

磁石の寸法を増大する手法の別の悪影響には、レーストラックの幅が拡大されることである。すなわち、レーストラックの２つの長い部分が、互いから遠く離される。これは、レーストラックの方向転換部分を広げ、ターゲットの端部における相対侵食率の増大を招く。その結果、ターゲットのこれらの部分が、ターゲット材料のより多くの部分を使用する前に消費される。従って、ターゲットは、ターゲット材料が完全に使用される前に操業を中止しなければならない。

端部における侵食率の増大を理解するために、回転ターゲットの表面上の２つの点を考察できる。１つの点が、レーストラックの２つの脚部（長い部分）を通って回転し、もう１つの点が、方向転換部を通って回転する。方向転換部を通り進む点は、レーストラック内において遥かに長い時間を費やすため、より激しく侵食されることが分かる。この論題のさらなる考察は、（その内容が参照により本明細書に組み込まれる）米国特許第５，３
６４，５１８号に見ることができる。

前述の問題は、通例では３つの列の磁石の代わりに、４つ（または、それ以上）の列または他の独立した線形アレイの磁石を使用することによって克服できる。これにより、以前に考察された大き過ぎる磁石の問題を克服できる。しかし、より重要なことは、電子の保持に悪影響を及ぼすことなく（または、少なくとも悪影響を低減して）、ターゲットの端部における過度な侵食を最小限にする、方向転換に対する独特の修正を可能にする。

一実施形態は、複数の磁石と、複数の磁石を少なくとも４つの一直線の、平行な、独立した線形アレイに保持するように構成されたヨークとを備えたマグネトロンアセンブリに関する。複数の磁石は、外側部および内側部を備えたパターンを形成するようにヨークに配置構成され、外側部は内側部の外周を実質的に囲む。線形アレイの端部は一対の方向転換部分を備え、各方向転換部分は、外側部の一対の細長い部分の各端部を実質的にわたる。各方向転換部分における磁石は、ターゲット回転軸に沿って各々からずらされる少なくとも２つ以上の種々の曲線を磁界内に形成するように配置構成される。

別の実施形態は、基板がそこの中を通り移動するチャンバを備えたスパッタリングシステムに関する。システムは、チャンバ内に備え付けられており、ターゲット表面を有する回転可能な円筒形の細長い管と、回転可能な円筒形の細長い管内に位置付けられたマグネトロンアセンブリを含むカソードアセンブリも備えている。マグネトロンアセンブリは、複数の磁石と、複数の磁石を少なくとも４つの一直線の、平行な、独立した線形アレイに保持するように構成されたヨークとを備える。複数の磁石は、外側部および内側部を備えたパターンを形成するようにヨークに配置構成され、外側部は内側部の外周を実質的に囲む。線形アレイの端部は一対の方向転換部分を備え、各方向転換部分は、外側部の一対の細長い部分の各端部を実質的にわたる。各方向転換部分における磁石は、ターゲット回転軸に沿って各々からずらされる少なくとも２つ以上の種々の曲線を磁界内に形成するように配置構成される。

別の実施形態は、基板上に材料をスパッタリングする方法に関する。方法は、回転可能な円筒形の細長い管内に配置されたマグネトロンアセンブリの一部として磁石のパターンを形成することを含む。この回転可能な円筒形の細長い管はターゲット表面を備える。方法は、回転可能な円筒形の細長い管をチャンバ内に備え付けることと、チャンバ内の真空を保つことと、チャンバ内において回転可能な円筒形の細長い管を回転させることと、マグネトロンアセンブリを使用してターゲット表面に磁束を供給することと、チャンバ内においてターゲット表面付近に基板を移動させることと、をさらに含む。マグネトロンアセンブリは、複数の磁石と、複数の磁石を少なくとも４つの一直線の、平行な、独立した線形アレイに保持するように構成されたヨークとを備える。複数の磁石は、外側部および内側部を備えたパターンを形成するようにヨークに配置構成され、外側部は内側部の外周を実質的に囲む。線形アレイの端部は一対の方向転換部分を備え、各方向転換部分は、外側部の一対の細長い部分の各端部を実質的にわたる。各方向転換部分における磁石は、ターゲット回転軸に沿って各々からずらされる少なくとも２つ以上の種々の曲線を磁界内に形成するように配置構成される。

回転カソードのための代表的なマグネトロンアセンブリの図である。図２Ａのマグネトロンアセンブリ内での磁石の磁化の方向を図示する。回転カソードのためのマグネトロンアセンブリの代替的な設計を示す図である。マグネトロンアセンブリの例示的な一実施形態の図である。図３Ａのマグネトロンアセンブリに使用されるヨークの例示的な一実施形態の図である。図３Ａのマグネトロンアセンブリに使用するのに好適な一例示的な磁石の配置構成を図示する。図３Ａのマグネトロンアセンブリに使用するのに好適な別の例示的な磁石の配置構成を図示する。図３Ａのマグネトロンアセンブリに使用するのに好適ななおも別の例示的な磁石の配置構成６００を図示する。マグネトロンアセンブリの別の例示的な実施形態の図である。図３Ａおよび図７のマグネトロンアセンブリを使用できるスパッタリングシステムの例示的な一実施形態の図である。ここに記述するマグネトロンアセンブリの使用に好適な別の例示的な磁石の配置構成を図示する。それぞれ、図９に示す例示的な磁石の配置構成の線１０Ａ〜線１０Ｅを横断する断面を図示する。それぞれ、図９に示す例示的な磁石の配置構成の線１０Ａ〜線１０Ｅを横断する断面を図示する。それぞれ、図９に示す例示的な磁石の配置構成の線１０Ａ〜線１０Ｅを横断する断面を図示する。それぞれ、図９に示す例示的な磁石の配置構成の線１０Ａ〜線１０Ｅを横断する断面を図示する。それぞれ、図９に示す例示的な磁石の配置構成の線１０Ａ〜線１０Ｅを横断する断面を図示する。図９に示す磁石の配置構成を使用して形成されたプラズマを図示する。基板上に材料をスパッタリングする方法の例示的な一実施形態のフロー図である。

図３Ａに参照する本発明の例示的な一実施形態では、マグネトロンアセンブリ３００は、複数の磁石３０２と、複数の磁石３０２を少なくとも４つの一直線の、平行な、独立した線形アレイ３０６に保持するように構成されたヨーク３０４とを備える。図３Ａに示す例示的な実施形態では、マグネトロンアセンブリ３００は、４つの列３０６に配置構成された、４つの一直線の、平行な、独立した磁石３０２の線形アレイ３０６を備える。

この例示的な実施形態では、磁石の列３０６は、ある極性を持つ２つの内側の列３０８と、それと反対の極性を持つ２つの外側の列３１０とを備える。磁石３０２の列３０６は、ヨーク３０４に取り付けられる。ヨーク３０４は、鋼または磁性ステンレス鋼などの磁気伝導性材料から作られる。この構成では、追加の磁気質量を与えるが、磁石３０２をターゲット表面に対して実現可能な最も近い位置に残すことができる。それ故に、余分な磁気質量に対する十分な利点を得られる。

図３Ｂに示すように、一実施形態では、ヨーク３０４は、磁石３０２の列３０６ごとに１つの複数のスリットまたはチャネル３１２を備える。（簡略化のために、特定の磁石の配置構成に関する詳細は図３Ｂには示さず、代わりに、図４〜図６に関連して以下により詳細に考察されることに留意されたい。）チャネル３１２は、対応する磁石３０２の一部分をチャネル３１２内に挿入して、ここに記述して示す磁石３０２の列３０６を形成できる寸法に形成される。磁石３０２は、磁力、摩擦ばめ、または接着剤の使用を含むが、これらに限定されないいくつかの方法により定位置に保持できる。ここに記述する磁石パターンを形成するようなそのようなチャネル３１２の使用により、ヨーク３０４の設計を変更することなく、マグネトロンアセンブリ３００全体を再構成できる。

好ましい実施形態では、磁石３０２の内側の列３０８および外側の列３１０は、アセンブリが「均衡マグネトロン」であるように、同一の強度および同一の横断寸法を有する。しかしながら、任意の選択で、内側の列３０８と外側の列３１０とに異種の磁石を配置して、「不均衡」マグネトロンを作成できる。

図４は、図３Ａのマグネトロンアセンブリ３００の使用に好適な一例示的な磁石の配置構成４００を図示する。この例示的な磁石の配置構成４００では、標準的な３列設計と同様に、外側の列４１０が内側の列４０８よりも長い。それ故に、レーストラックの方向転換部分の生成に使用される端部磁石４１４を配置するための空間がもたらされる。描写するように、方向転換部を形成する磁石４１４の横断寸法は、内側の列４０８の磁石のそれと同一であり、内側の列４０８と同一線上にずらされて配置されている。しかしながら、方向転換部を形成する磁石４１４は、外側の列４１０と極性が同一である。この設計は、方向転換領域の容易な修正に役立ち、より好ましい実施形態をもたらす。

図５は、別の例示的な磁石の配置構成５００を図示し、ここでは、磁石５０２の列５０６が互いから横方向にずれている。これにより段の付けられた方向転換部がもたらされ、実際の方向転換は、標準的な３列のマグネトロン設計のそれにまで半径が短縮される。従って、ターゲット端部の侵食率は、より大きな磁石を用いた３列設計の場合のように、標準的な設計のそれを超えることはない。方向転換と同様に、この構成によって生み出される、ドリフト経路において残された段は、別の高侵食率の領域を生じさせる。しかしながら、この領域は方向転換部からずれているため、方向転換領域以上には早く侵食せず、早過ぎるターゲットの溶け落ちには寄与しない。

図５は、好ましい一例示的な配置を示すが、この設計は他の状況において有用となり得るあらゆる数の広がりに適することが明らかとなるはずである。例えば、種々の磁石強度、形状、幾何学的形状、寸法、向き、および列間の種々のギャップ間隔を有する磁石も実施できる。そのような１つの例示的な磁石の配置構成６００を図６に示す。しかし、他の配置構成も可能であることが理解されるはずである。

さらに、図３Ａ、図３Ｂおよび図４〜図６に示す実施形態では、磁石の各列を、ヨーク内に形成された異なるそれぞれのチャネル内に挿入する。しかしながら、他の実施形態では、２つ以上の列（または、他の独立した線形アレイ）の磁石を、単一のチャネル内に収容できる。そのような実施形態の一例を図７に示す。図７に示す例では、磁石７０２の２つの内側の列７０８の両方が、共通の単一のチャネル７１２内に収容されており、一方で、磁石７０２の２つの外側の列７１０の各々は、別個のそれぞれのチャネル７１２内に収容される。

本発明の実施形態は、ターゲット材料をより厚くすることによって、ターゲットの経済性を改善することを意図しているが、より一般的な材料厚のターゲットに対しても有益となり得る。磁界の強度を増大して、電子の旋回半径を低減し、より大きな電子密度をプラズマ内に生じさせることによって、電子のイオン化ポテンシャルが増大し、電子保持が改善されるからである。これにより、より低いターゲット電圧がもたらされ、これはＴＣＯなどのいくつかの材料を堆積させる場合に有利である。当技術分野では、ＴＣＯのスパッタ堆積プロセスにおいて、より低いターゲット電圧が堆積された薄膜の性能を改善することが周知となっている。

別の４列のマグネトロン設計が、米国特許第５，３６４，５１８号に開示されている。しかしながら、’５１８号特許における設計の意図は、別の様式において方向転換のより容易な操作を可能にすることである。’５１８号特許では、その意図は、磁石間の距離を増大して磁界をレーストラックのより長い脚部に対して広げることによって、方向転換部
を修正することであった。米国特許第５，３６４，５１８号に開示されている発明が実現可能であるかどうか、または今までに現実の世界において組み立てられて試験されたことがあるかどうかは明らかではない。（その内容が参照により本明細書に組み込まれる）米国特許第６，３７５，８１４号には、’５１８号特許の発明がスパッタリングプロセスに不安定性をもたらすことが示唆されている。

米国特許第６，３７５，８１４号は、４列設計についても言及している。しかしながら、描写されているように、２つの内側の列が単に便宜上単一の中心の列に置き換えられ、これは、楕円形状の方向転換部を形成する目的のため、またはスパッタする方向を操作するために、レーストラックの２つの長い脚部を離すのに役立つ。実際面で、’８１４号特許の設計は、アセンブリの長さの大半において単一の列の磁石を使用できる。

本発明の実施形態は、’８１４号特許よりも優れたさらなる利点を有する。すなわち、同一の単純な長方形の幾何学的形状を有する種々の全長の磁石、および非常に単純な卵黄の設計から完全に組み立てることができる。’８１４号特許の楕円形のアセンブリは複雑な卵黄を必要とするが、好ましい実施形態では、特別に設計されて製造された磁石を必要とする。さらに、本発明の少なくともいくつかの実施形態の設計は、一旦組み立てられても容易に修正できるが、’８１４号特許の設計は固定されており、完全に再製造する以外には修正できない。

（その内容が参照により本明細書に組み込まれる）米国特許第６，２６４，８０３号は、２つの完全かつ平行なレーストラックを形成する５つの平行な列の磁石を用いるマグネトロンが開示されている。これは、本発明の実施形態のより強い磁界に伴う利点は有さない。しかしながら、’８０３号特許の発明は、本発明の実施形態と同様の段の付けられた方向転換部と類似の利点を達成するように２つのレーストラックをずらしている。

本発明の実施形態の単一かつ連続的なレーストラックは、’８０３号特許の二重レーストラック設計よりも優れた重要な利点を有する。二重レーストラック設計では、単一レーストラック設計と比較して、最も外側の脚部の間の空間が、ターゲットの外周において互いからより遠くに間隔をあけられる。これは、基板の平面に対してスパッタされる材料の排出間の相対角度を変える。これは、基板上に堆積されている材料の平均入射角を増大する。このことは、多くの場合に許容できない程度にまで分子密度を低下させることなどによって、堆積された薄膜の構造に影響を及ぼす。ＴＣＯ薄膜の場合には、密度は非常に重要である。

’８０３号特許の設計の別の不利な結果は、スパッタされる材料の実質的により大きい部分が、プロセスチャンバの壁に堆積することであり、従って、所望の薄膜の形成に使用される材料がより少なくなることである。この損失は、本発明のいくつかの実施形態では低減または排除できる。

’８０３号特許の設計のレーストラックの外側の脚間同士の間の角度は、標準的な３列設計のそれのおよそ３倍であるが、本発明のいくつかの実施形態の設計の脚部同士の間の角度は、標準的な設計の２倍未満である。

図８は、前述のマグネトロンアセンブリ３００および７００を使用できるスパッタリングシステム８００の例示的な一実施形態を図示する。図８に示すスパッタリングシステム８００の例示的な実施形態は、（その内容が参照により本明細書に組み込まれる）米国特許第５，０９６，５６２号の図１に示され、’５６２号特許の第２段の５５行目〜第４段の２３行目に記述されているスパッタリングシステムと実質的に同様であり、主な違いは、前述のタイプのマグネトロンアセンブリ１８の使用であり、ここでは少なくとも４つの列（他の独立した線形アレイ）の磁石がヨークに取り付けられる、さもなければその内側部に保持されることである。

プラズマが、封入型のリアクションチャンバ１０内に形成され、ここでは、基板１２がチャンバ１０の中を移動するときに、基板１２上に材料の薄膜を堆積させる目的で真空が維持される。基板１２は、その上に堆積する薄膜を受け入れる大抵のものであり得、通常、金属、ガラスおよびいくつかのプラスチックなどの何らかの真空に対応可能な材料である。薄膜は、基板の表面上にすでに形成されている他の薄膜または被膜の上にも堆積できる。

カソードアセンブリ１４は、概して、リアクションチャンバ１０内に備え付けられており、ターゲット表面２０を有する、回転可能な円筒形の細長い管１６を備える。前述のタイプのマグネトロンアセンブリ１８は、管１６の下部内に担持され、管１６と一緒には回転しない。管１６の内部は、後述するようにシステムが高い電力レベルで動作することを可能にするために、通常、水冷式である。管１６は、水平位置に支持され、その長手方向軸を中心として、駆動システム２２によって、一定速度で回転する。

管１６は、円筒形の表面２０の外側にさらされることになるターゲット材料の特性および組成物に依存して、多くの異なる形態のうちの１つに構成できる。一構造は、実質的に全体が固体ターゲット材料から作られた壁を有する。別の構造では、例えば、真ちゅうまたはステンレス鋼などの適切な非磁性材料の芯から形成され、特定の操作を行うために必要な直径、壁の厚さおよび長さに形成される。芯の外表面に塗布されるのは、被膜されている基板１２上に堆積されることになる、選択されたターゲット材料２０の層である。いずれの場合でも、管１６およびターゲット材料２０の層は、より従来型の平面的なターゲットの代わりに、管状のターゲットまたはスパッタリング源を構成する。

スパッタリングを生じさせるのに十分なカソード電位は、電源３０から、従来型の電気ブラシによって、管１６との滑り接触３４を有する電力線３２を通じて回転カソード１４に供給される。電源３０は、記述する例では直流タイプであるが、交流電源もそのような構造に使用できる。リアクションチャンバ１０のエンクロージャは、伝導性であり、電気的に接地される。これは、スパッタリングプロセスにおいてアノードの役割を果たす。個別のアノードが任意選択により用いられ、小さい正の電圧に維持されてもよい。

被覆動作を行うために必要な低い圧力を得るために、リアクションチャンバ１０は、真空ポンプ３８に通じる排出管３６を備える。

被覆動作に必要なガスをチャンバ１０に供給するために、ガス供給システムが含まれる。第１のガス供給管４０が、不活性ガスの供給源４２から、被膜チャンバ１０内へと延在する。注入管４０に接続されたノズル４４が、回転カソード１４の上の領域に不活性ガスを分散させる。ターゲット表面２０と、接地されたチャンバのエンクロージャ１０との間に確立された電場の影響下で、不活性ガスは荷電イオンに分解される。正イオンが、ターゲット表面２０の、それらが磁界によって閉じ込められる領域に引き付けられて衝突し、磁石アセンブリ１８の反対側の、円筒１６の長さに沿ってその底部において、対向する磁極の各々の間にそれぞれがある、主として２つの平行な帯状になる。

第２のガス供給管４６が、反応性ガス供給源４８からチャンバ１０内に延在する。注入管４６に接続されたノズル５０が、被膜されている基板１２の幅に近接するかつその幅にわたる領域に反応性ガスを分散させる。イオン衝撃の結果、反応性ガスの分子は、ターゲット表面からスパッタされた分子と組み合わされて、基板１２の上面上に堆積される所望の分子を形成する。

示すガス供給システムの多くの変形態様もまた実現可能である。供給源４２および４８からの不活性ガスおよび反応性ガスは、組み合わされて、共通の管およびノズルの組を通じてチャンバ１０内に送出できる。これが終了すると、送出管は、好ましくは、回転ターゲット管１６の側面に沿って、その長手方向軸に平行に位置付けられる。ターゲット管１６の両側に、その長手方向軸に平行に１つずつ、２つのそのような管を使用でき、その各々が、不活性ガスと反応性ガスの同一の組み合わせを送出する。また、堆積される薄膜によっては、２つ以上の反応性ガスを同時に供給できる。

前述の例示的な磁石の配置構成では、個々の列（または、他の独立した線形アレイ）内の全ての磁石の磁極は、全て同一の平面内に含まれる。すなわち、全てのそれらの磁石の磁極は同一平面上にある。例えば、図４に示す例示的な磁石の配置構成では、外側の列４１０は単一の磁石のみを含み、必然的に、それ自体と同一平面の１つの磁極を有する。内側の列４０８については、パターンの外側部にある磁石は下向きの磁極を有し（図４の「Ｓ」の極性に示す）、パターンの内側部における磁石は上向きの磁極を有する（図４の「Ｎ」の極性に示す）。すなわち、内側の列４０８については、パターンの外側部における磁石の磁極は、パターンの内側部における磁石の磁極と位相が１８０度ずれるが、両方の組の磁石の磁極は、なおも同一平面上にある。

図９は、前述のヨークおよびマグネトロンアセンブリの使用に好適な別の例示的な磁石の配置構成９００を図示する。例えば、図９に示す磁石の配置構成９００は、前述のタイプの再構成可能なヨークに使用できる。また、前に示す例と同様に、図９に示す磁石の配置構成９００の磁石９０２は、さまざまな方法（例えば、放射状パターン、階段パターンまたは平坦パターン）でヨークに配置構成できる。また、例示的な図９に示す磁石の配置構成９００は、例えば、図８に関連する前述のスパッタリングシステム８００に使用できる。しかし、他の実施形態を他の方法で実施できることが理解されるはずである。

この例示的な磁石の配置構成９００では、それぞれ、図４、図５および図６に関連する前述の磁石の配置構成４００、５００および６００と同様に、磁石９０２は、４つの一直線の、平行な、独立した磁石９０２の線形アレイ９０６に配置構成される。この例では、４つの独立した線形アレイ９０６は、２つの内側の列９０８および２つの外側の列９１０を備えた４列９０６の形状をとる。

この例では、磁石９０２は、外側部（レーストラック）および内側部（レーストラックの内側）を備えたレーストラックパターンを形成するように配置構成される。内側部の磁石９２０は、斜交平行模様で図９に示し、外側部における磁石９２２、９２４および９２６は、網掛け模様をかけずに図９に示す。内側部の磁石９２０は、ここでは「内側部磁石」９２０とも呼ばれる。図９に示す例では、レーストラックパターンの内側部は、内側の列９０８の各々に含まれる複数個の内側部磁石９２０から形成される（ただし、各内側の列９０８の内側部は、図９に示す２つの磁石９２０よりも多いまたは少ない磁石を使用しても形成できる）。

外側部は内側部の外周を実質的に囲む。配置９００の外側部は、互いに実質的に平行な一対の細長い部分９２８を備える。図９に示す例では、細長い部分９２８は、外側の列９１０に複数個の磁石９２２から形成される（ただし、細長い部分９２８は、図９に示す４つの磁石９２２よりも多いまたは少ない磁石を使用しても形成できる）。

磁石の配置構成９００の外側部は、一対の方向転換部分９３０も備える。各方向転換部分９３０は、一対の細長い部分９２８の各端部を実質的にわたる。図９に示す例では、各方向転換部分９３０は、各内側の列９０８に、その内側の列９０８内の最も近い内側部磁
石９２０に直接隣接して位置付けされる（以下に記述する）少なくとも１つの回転磁石９２４、およびその内側の列９０８の端に位置付けられた１つ以上の端部磁石９２６を使用して形成される。

この例示的な磁石の配置構成９００では、図４、図５および図６に関連する前述の磁石の配置構成４００、５００および６００と同様に、外側の列９１０に形成された細長い部分９２８が、内側の列９０８に形成されたパターンの内側部よりも長い。これにより内側の列９０８に、回転磁石９２４および端部磁石９２６を配置するための空間がもたらされ、レーストラックパターンの外側部の方向転換部分９３０を形成する。内側の列９０８に形成された内側部は、互いから横方向にずれている。これにより各方向転換部分９３０の半径が短縮された段の付けられた方向転換部分９３０がもたらされる。

この実施形態では、列９０６の少なくとも１つにおいて、その列９０６内の少なくとも２つの磁石９０２は、同一の平面にない（すなわち、同一平面上にはない）それぞれの磁極を有する。図９に示す特定の例示の磁石の配置構成９００では、各方向転換部分９３０の実施に使用される磁石（回転磁石９２４）の１つは、９０度「回転される」。図１０Ａは、図９に示す磁石の配置構成９００の線１０Ａを横断する断面を図示する。この図は、両方の外側の列９１０の細長い部分の磁石９２２、および両方の内側の列９０８の回転磁石９２４の断面を含む。図１０Ｂは、図９に示す磁石の配置構成９００の線１０Ｂを横断する断面を図示する。この図は、両方の外側の列９１０の細長い部分の磁石９２２、および両方の内側の列９０８の内側部磁石９２０の断面を含む。

図１０Ａ〜図１０Ｅは、それぞれ、図９に示す例示的な磁石の配置構成の線１０Ａ〜線１０Ｅを横断する断面を図示する。図１０Ａに示すように、（「Ｓ」の極性を有するものとして示す）細長い部分の磁石９２２の磁極９３２の方向は、（「Ｎ」の極性を有するものとして示す）内側部磁石９２０の磁極９３４の方向と位相が１８０度ずれている。

図１０Ｂおよび図１０Ｃに示すように、回転磁石９２４の各々の磁極９３６の方向は、同一の内側の列９０８の内側部磁石９２０の磁極９３４の方向と同一平面上にはなく、垂直である。すなわち、各磁石９２４の磁極９３６の方向は、それぞれの近接する細長い部分の磁石９２２の磁極９３２の方向に対して９０度回転される。また、図１０Ｃに示すように、各方向転換部分９３０内の回転磁石９２４の磁極９３６の方向は、互いに１８０度位相がずれている（一方は「ＮＳ」の極性を有するものとして示され、他方は「ＳＮ」の極性を有するものとして示されている）。

また、図１０Ｄおよび図１０Ｅに示すように、（「Ｓ」の極性を有するものとして示す）端部磁石９２６の磁極９３８の方向は、細長い部分の磁石９２２の磁極９３２の方向と同一である。

図９に示すように、各方向転換部分９３０における磁石は、その方向転換部分９３０内の磁石によって形成される２つ以上の種々の曲線を磁界内に形成するように配置構成される。いくつかの実施形態では、少なくとも４つの種々の曲線が形成される。曲線は、（図９に示す例では、回転可能な円筒形の細長い管の回転に関連して）それぞれの少なくとも４つの種々の平面に形成される。図９に示す実施形態では、各方向転換部分９３０内の磁石は、その方向転換部分９３０内の磁石によって形成された４つの種々の曲線９５０、９５２、９５４および９５６を磁界内に形成するように配置構成される。より具体的には、第１の曲線９５０は、第１の外側の列９１０における（「Ｓ」の極性を有するものとして示す）細長い部分の磁石９２２の１つと、第１の内側の列９０８における（「ＳＮ」の極性を有するものとして示す）それと近接する回転磁石９２４とに交わるように形成される。第２の曲線９５２は、その回転磁石９２４と、その同一の第１の内側の列９０８における（「Ｓ」の極性を有するものとして示す）端部磁石９２６との間に形成される。第３の曲線９５４は、その端部磁石９２６と、他の内側の列９０８における（「ＮＳ」の極性を有するものとして示す）回転磁石９２４との間に形成される。そして第４の曲線９５６は、その回転磁石９２４と、他の外側の列９１０における（「Ｓ」の極性を有するものとして示す）細長い部分の磁石９２２との間に形成される。図９に示す例では、４つの曲線９５０、９５２、９５４および９５６の各々は、互いに対して回転する（特に、互いに対して少なくとも９０度回転する）、磁極を有する２つ（または、それ以上）の磁石の間に形成される。

曲線９５０、９５２、９５４および９５６は、図９では一端のみにマークされているが、同様の曲線が他の端にも形成されることが理解されるはずである。

図１１は、図９の磁石の配置構成９００の一端を図示し、配置９００によって生成されたプラズマ９３８をそこにオーバーレイする。図１１に示すように、その方向転換部分９３０内の磁石によって形成された４つの種々の曲線９５０、９５２、９５４および９５６を磁界に形成した結果として、各方向転換部分９３０内に結果生じたプラズマ９３８の各隅部が４つの異なる曲線になる（形成されたプラズマ９３８は、列の間のギャップではなく、回転磁石９２４の上に位置する）。プラズマ９３８の各隅部をより小さい曲線にすることによって、ターゲットが回転するときにスパッタされる表面積の総和が各隅部によって減少し、これが、方向転換部分９３０におけるターゲットの侵食を低減する。

一方では、これらの複数個の曲線は、４つの一直線のかつ個々の列９０６をなおも使用して、磁石の列の軸を支点にして回転磁石９２４を９０度回転させることによって生成できる。磁石９２４のこの回転によって、プラズマ９３８が磁石の列９１０と列９０８との間のギャップからシフトして、回転磁石９２４の上に位置し、これによって、磁界に追加の曲線および結果生じるプラズマ９３８を生成できる。交互パターンを保持することによって、これらの曲線が、ターゲットの回転に関連して個々の平面に位置できる。その結果として、方向転換部分がレーストラックパターンの直線コースの前のターゲットをもはや侵食しないため、ターゲット材料の利用が、通常、大いに増大される。また、何らかの重大な損失をせずにホール電流を維持するのに十分に方向転換部分が強いため、さもなければ発生し得る横断する隅部の影響が大いに低減される。

図９〜図１１に示す磁石の配置構成９００が単なる例示であり、この磁石の配置構成９００の変形態様も実施できることが理解されるはずである。例えば、図１０Ａ〜図１０Ｅに示すようなこれらの例では、方向転換部分９３０の形成に使用される、内側の列９０８における端部磁石９２６および回転磁石９２４の横断寸法は、内側の列９０８における内側部磁石９２０と同一である。しかしながら、他の実施形態では、これは必須ではない。また、交互に位置する磁石間の距離は変更でき、回転磁石９２４同士が互いと向かう角度も変更できる。また、より一般的には、図４〜図６に関連する前述の他の変形態様に加えて、磁石９０２の全長も変更でき、列９０６間の距離も変更できる。さらに、内側の列９０８のまさに端部における端部磁石９２６を除去することもできる。他の変形態様も可能である（例えば、少なくとも１つの磁石の幾何学的形状、寸法、向きまたは磁気の強度を、少なくとも１つの他の磁石と異ならせることができる）。

図１２は、基板上に材料をスパッタリングする方法１２００の例示的な一実施形態のフロー図である。図１２に示す例示の方法１２００は、図８に関連する前述のスパッタリングシステム８００において実施されるものとしてここに記述する。しかし、他の実施形態を他の方法で実施できることが理解されるはずである。

方法１２００は、回転可能な円筒形の細長い管１６内に配置されたマグネトロンアセン
ブリ１８の一部として図９〜図１１に示す磁石の配置構成９００を形成することを含む（ブロック１２０２）。これは、前述のタイプのヨークに磁石の配置構成９００を形成することによって行うことができる。

方法１２００は、チャンバ１０内に回転可能な円筒形の細長い管１６を備え付けること（ブロック１２０４）と、チャンバ１０内の真空を保つこと（ブロック１２０６）と、をさらに含む。方法は、チャンバ１０内において回転可能な円筒形の細長い管１６を回転させること（ブロック１２０８）と、マグネトロンアセンブリ１８を使用してターゲット表面２０に磁束を供給すること（ブロック１２１０）と、チャンバ１０内においてターゲット表面２０付近に基板１２を移動させること（ブロック１２１２）と、をさらに含む。

多くの実施形態を記述した。それでもなお、記述した実施形態にさまざまな修正が、請求の範囲に記載されている発明の趣旨および範囲を逸脱することなくされ得ることを理解されたい。また、前述の実施形態の個々の特徴の組み合わせが、ここに開示した本発明の範囲内にあると考慮される。

実施例の実施形態
実施例１は、複数の磁石と、複数の磁石を少なくとも４つの一直線の、平行な、独立した線形アレイに保持するように構成されたヨークとを備えたマグネトロンアセンブリを含む。複数の磁石は、外側部および内側部を備えたパターンを形成するようにヨークに配置構成され、外側部は内側部の外周を実質的に囲む。線形アレイの端部は一対の方向転換部分を備え、各方向転換部分は、外側部の一対の細長い部分の各端部を実質的にわたる。各方向転換部分における磁石は、ターゲット回転軸に沿って各々からずらされる少なくとも２つ以上の種々の曲線を磁界内に形成するように配置構成される。

実施例２は、実施例１のマグネトロンアセンブリを含む。ただし、各方向転換部分における磁石が、ターゲット回転軸に沿って各々からずらされる少なくとも２つ以上の種々の曲線を磁界内に形成するように配置構成される。これにより、結果生じる各曲線におけるターゲット侵食構成要素が、ターゲット材料が回転するときに互いに重ならない。

実施例３は、実施例１および２のいずれかのマグネトロンアセンブリを含む。ただし、磁石は、各方向転換部分における磁石によって形成された、磁界における少なくとも２つ以上の曲線の各々が、互いに対して回転する、磁極を有する２つの磁石の間に形成されるように、その方向転換部分に配置構成される。

実施例４は、実施例１〜３のいずれかのマグネトロンアセンブリを含む。ただし、磁石は、各方向転換部分における磁石によって形成された、磁界における少なくとも２つ以上の曲線の各々が、互いに対して少なくとも９０度回転する、磁極を有する２つ以上の磁石の間に形成されるように、その方向転換部分に配置構成される。

実施例５は、実施例１〜４のいずれかのマグネトロンアセンブリを含む。ただし、磁石の個々の線形アレイが、放射状パターン、階段パターンまたは平坦パターンを形成するようにヨークに配置構成される。

実施例６は、実施例１〜５のいずれかのマグネトロンアセンブリを含む。ただし、複数の磁石の少なくとも１つの幾何学的形状、寸法、向きまたは磁気の強度が、少なくとも１つの他の磁石のそれらとは異なる。

実施例７は、実施例１〜６のいずれかのマグネトロンアセンブリを含む。ただし、パターンの外側部が、一対の方向転換部分を備える。各方向転換部分が一対の細長い部分の各端部を実質的にわたり、方向転換部分が２つ以上の段を備える。

実施例８は、実施例１〜７のいずれかのマグネトロンアセンブリを含む。ただし、ヨークが、ヨークの設計を変更せずに複数の磁石によって形成されたパターンを再構成できるように構成される。

実施例９は、基板がそこの中を通り移動するチャンバと、チャンバ内に備え付けられており、ターゲット表面を有する回転可能な円筒形の細長い管、および回転可能な円筒形の細長い管内に位置付けられたマグネトロンアセンブリを備えたカソードアセンブリと、を備えたスパッタリングシステムを含む。マグネトロンアセンブリは、複数の磁石と、複数の磁石を少なくとも４つの一直線の、平行な、独立した線形アレイに保持するように構成されたヨークとを備える。複数の磁石は、外側部および内側部を備えたパターンを形成するようにヨークに配置構成され、外側部は内側部の外周を実質的に囲む。線形アレイの端部は一対の方向転換部分を備え、各方向転換部分は、外側部の一対の細長い部分の各端部を実質的にわたる。各方向転換部分における磁石は、ターゲット回転軸に沿って各々からずらされる少なくとも２つ以上の種々の曲線を磁界内に形成するように配置構成される。

実施例１０は、実施例９のシステムを含む。ただし、各方向転換部分における磁石は、ターゲット回転軸に沿って各々からずらされる少なくとも２つ以上の種々の曲線を磁界内に形成するように配置構成される。これにより、結果生じる各曲線におけるターゲット侵食構成要素が、ターゲット表面が回転するときに互いに重ならない。

実施例１１は、実施例９および１０のいずれかのシステムを含む。ただし、磁石は、各方向転換部分における磁石によって形成された、磁界における少なくとも２つ以上の曲線の各々が、互いに対して回転する、磁極を有する２つの磁石の間に形成されるように、その方向転換部分に配置構成される。

実施例１２は、実施例９〜１１のいずれかのシステムを含む。ただし、磁石は、各方向転換部分における磁石によって形成された、磁界における少なくとも２つ以上の曲線の各々が、互いに対して少なくとも９０度回転する、磁極を有する２つ以上の磁石の間に形成されるように、その方向転換部分に配置構成される。

実施例１３は、実施例９〜１２のいずれかのシステムを含む。ただし、磁石の個々の線形アレイが、放射状パターン、階段パターンまたは平坦パターンを形成するようにヨークに配置構成される。

実施例１４は、実施例９〜１３のいずれかのシステムを含む。ただし、複数の磁石の少なくとも１つの幾何学的形状、寸法、向きまたは磁気の強度が、少なくとも１つの他の磁石のそれらとは異なる。

実施例１５は、実施例９〜１４のいずれかのシステムを含む。ただし、パターンの外側部が、一対の方向転換部分を備える。各方向転換部分が一対の細長い部分の各端部を実質的にわたり、方向転換部分が２つ以上の段を備える。

実施例１６は、実施例９〜１５のいずれかのシステムを含む。ただし、ヨークは、ヨークの設計を変更せずに複数の磁石によって形成されたパターンを再構成できるように構成される。

実施例１７は、実施例９〜１６のいずれかのシステムを含む。ただし、このシステムは、回転可能な円筒形の細長い管を支持および回転するための駆動システムをさらに備える。

実施例１８は、実施例９〜１７のいずれかのシステムを含む。ただし、このシステムは、基板がチャンバの中を移動するときに、基板上への薄膜の堆積に関連するプラズマをチャンバ内に形成するように構成される。

実施例１９は、基板上に材料をスパッタリングする方法を含む。この方法は、ターゲット表面を備えた回転可能な円筒形の細長い管内に配置されたマグネトロンアセンブリの一部として磁石のパターンを形成することと、チャンバ内に回転可能な円筒形の細長い管を備え付けることと、チャンバ内の真空を保つことと、チャンバ内において回転可能な円筒形の細長い管を回転させることと、マグネトロンアセンブリを使用してターゲット表面に磁束を供給することと、チャンバ内においてターゲット表面付近に基板を移動させることと、を含む。マグネトロンアセンブリは、複数の磁石と、複数の磁石を少なくとも４つの一直線の、平行な、独立した線形アレイに保持するように構成されたヨークとを備える。複数の磁石は、外側部および内側部を備えたパターンを形成するようにヨークに配置構成され、外側部は内側部の外周を実質的に囲む。線形アレイの端部は一対の方向転換部分を備え、各方向転換部分は、外側部の一対の細長い部分の各端部を実質的にわたる。各方向転換部分における磁石は、ターゲット回転軸に沿って各々からずらされる少なくとも２つ以上の種々の曲線を磁界内に形成するように配置構成される。

実施例２０は、実施例１９の方法を含む。ただし、各方向転換部分における磁石は、ターゲット回転軸に沿って各々からずらされる少なくとも２つ以上の種々の曲線を磁界内に形成するように配置構成される。これにより、結果生じる各曲線におけるターゲット侵食構成要素が、ターゲット材料が回転するときに互いに重ならない。

端部における侵食率の増大を理解するために、回転ターゲットの表面上の２つの点を考察できる。１つの点が、レーストラックの２つの脚部（長い部分）を通って回転し、もう１つの点が、方向転換部を通って回転する。方向転換部を通り進む点は、レーストラック内において遥かに長い時間を費やすため、より激しく侵食されることが分かる。この論題のさらなる考察は、（その内容が参照により本明細書に組み込まれる）米国特許第５，３６４，５１８号に見ることができる。

一実施形態は、複数の磁石と、複数の磁石を少なくとも４つの一直線の、平行な、独立した線形アレイに保持するように構成されたヨークとを備えたマグネトロンアセンブリに関する。複数の磁石は、外側部および内側部を備えたパターンを形成するようにヨークに配置構成され、外側部は内側部の外周を実質的に囲む。線形アレイの端部は一対の方向転換部分を備え、各方向転換部分は、外側部の一対の細長い部分の各端部を実質的にわたる。各方向転換部分における磁石は、ターゲット回転軸に沿って各々からずらされる少なくとも２つ以上の種々の曲線を磁界内に形成するように配置構成される。なお、本明細書中において、「各々からずらされる」とは、各方向転換部分における磁石の各々が、ターゲット回転軸に沿って完全にずれなくとも良く部分的に重なりつつずらされることを含む（図９参照）。

別の４列のマグネトロン設計が、米国特許第５，３６４，５１８号に開示されている。しかしながら、’５１８号特許における設計の意図は、別の様式において方向転換のより容易な操作を可能にすることである。’５１８号特許では、その意図は、磁石間の距離を増大して磁界をレーストラックのより長い脚部に対して広げることによって、方向転換部を修正することであった。米国特許第５，３６４，５１８号に開示されている発明が実現可能であるかどうか、または今までに現実の世界において組み立てられて試験されたことがあるかどうかは明らかではない。（その内容が参照により本明細書に組み込まれる）米国特許第６，３７５，８１４号には、’５１８号特許の発明がスパッタリングプロセスに不安定性をもたらすことが示唆されている。

磁石の配置構成９００の外側部は、一対の方向転換部分９３０も備える。各方向転換部分９３０は、一対の細長い部分９２８の各端部を実質的にわたる。図９に示す例では、各方向転換部分９３０は、各内側の列９０８に、その内側の列９０８内の最も近い内側部磁石９２０に直接隣接して位置付けされる（以下に記述する）少なくとも１つの回転磁石９２４、およびその内側の列９０８の端に位置付けられた１つ以上の端部磁石９２６を使用して形成される。

図９に示すように、各方向転換部分９３０における磁石は、その方向転換部分９３０内の磁石によって形成される２つ以上の種々の曲線を磁界内に形成するように配置構成される。いくつかの実施形態では、少なくとも４つの種々の曲線が形成される。曲線は、（図９に示す例では、回転可能な円筒形の細長い管の回転に関連して）それぞれの少なくとも４つの種々の平面に形成される。図９に示す実施形態では、各方向転換部分９３０内の磁石は、その方向転換部分９３０内の磁石によって形成された４つの種々の曲線９５０、９５２、９５４および９５６を磁界内に形成するように配置構成される。より具体的には、第１の曲線９５０は、第１の外側の列９１０における（「Ｓ」の極性を有するものとして示す）細長い部分の磁石９２２の１つのＳ極と、第１の内側の列９０８における（「ＳＮ」の極性を有するものとして示す）それと近接する回転磁石９２４のＮ極とに交わるように形成される。第２の曲線９５２は、その回転磁石９２４のＮ極と、その同一の第１の内側の列９０８における（「Ｓ」の極性を有するものとして示す）端部磁石９２６のＳ極との間に形成される。第３の曲線９５４は、その端部磁石９２６のＳ極と、他の内側の列９０８における（「ＮＳ」の極性を有するものとして示す）回転磁石９２４のＮ極との間に形成される。そして第４の曲線９５６は、その回転磁石９２４のＮ極と、他の外側の列９１０における（「Ｓ」の極性を有するものとして示す）細長い部分の磁石９２２のＳ極との間に形成される。図９に示す例では、４つの曲線９５０、９５２、９５４および９５６の各々は、互いに対して回転する（特に、互いに対して少なくとも９０度回転する）、磁極を有する２つ（または、それ以上）の磁石の間に形成される。なお、上記４つの曲線９５０、９５２、９５４および９５６以外にも、磁石９２２〜９２６の隣り合うＮ極及びＳ極間に曲線が形成されることは当業者には自明である。

図１１は、図９の磁石の配置構成９００の一端を図示し、配置９００によって生成されたプラズマ９４０をそこにオーバーレイする。図１１に示すように、その方向転換部分９３０内の磁石によって形成された４つの種々の曲線９５０、９５２、９５４および９５６を磁界に形成した結果として、各方向転換部分９３０内に結果生じたプラズマ９４０の各隅部が４つの異なる曲線になる（形成されたプラズマ９４０は、列の間のギャップではなく、回転磁石９２４の上に位置する）。プラズマ９４０の各隅部をより小さい曲線にすることによって、ターゲットが回転するときにスパッタされる表面積の総和が各隅部によって減少し、これが、方向転換部分９３０におけるターゲットの侵食を低減する。

一方では、これらの複数個の曲線は、４つの一直線のかつ個々の列９０６をなおも使用して、磁石の列の軸を支点にして回転磁石９２４を９０度回転させることによって生成できる。磁石９２４のこの回転によって、プラズマ９４０が磁石の列９１０と列９０８との間のギャップからシフトして、回転磁石９２４の上に位置し、これによって、磁界に追加の曲線および結果生じるプラズマ９４０を生成できる。その結果として、方向転換部分がレーストラックパターンの直線コースの前のターゲットをもはや侵食しないため、ターゲット材料の利用が、通常、大いに増大される。また、何らかの重大な損失をせずにホール電流を維持するのに十分に方向転換部分が強いため、さもなければ発生し得る横断する隅部の影響が大いに低減される。

方法１２００は、回転可能な円筒形の細長い管１６内に配置されたマグネトロンアセンブリ１８の一部として図９〜図１１に示す磁石の配置構成９００を形成することを含む（ブロック１２０２）。これは、前述のタイプのヨークに磁石の配置構成９００を形成することによって行うことができる。

実施例２０は、実施例１９の方法を含む。ただし、各方向転換部分における磁石は、ターゲット回転軸に沿って各々からずらされる少なくとも２つ以上の種々の曲線を磁界内に形成するように配置構成される。これにより、結果生じる各曲線におけるターゲット侵食構成要素が、ターゲット材料が回転するときに互いに重ならない。以下は、本願出願当初の本発明の各種形態である。
（形態１）マグネトロンアセンブリであって、
複数の磁石と、
前記複数の磁石を少なくとも４つの一直線の、平行な、独立した線形アレイに保持するように構成されたヨークと
を備えており、
前記複数の磁石が、外側部および内側部を備えたパターンを形成するように前記ヨークに配置構成され、前記外側部が前記内側部の外周を実質的に囲み、
前記線形アレイの端部が一対の方向転換部分を備え、各方向転換部分が前記外側部の一対の細長い部分の各端部を実質的にわたり、
各方向転換部分における前記磁石が、ターゲット回転軸に沿って各々からずらされる少なくとも２つ以上の種々の曲線を磁界内に形成するように配置構成された
マグネトロンアセンブリ。
（形態２）各方向転換部分における前記磁石が、前記ターゲット回転軸に沿って各々からずらされる少なくとも２つ以上の種々の曲線を前記磁界内に形成するように配置構成されており、これにより、結果生じる各曲線におけるターゲット侵食構成要素が、ターゲット材料が回転するときに互いに重ならない、形態１に記載のマグネトロンアセンブリ。
（形態３）前記磁石が、各方向転換部分における前記磁石によって形成された、前記磁界における少なくとも２つ以上の曲線の各々が、互いに対して回転する、磁極を有する２つの磁石の間に形成されるように、その方向転換部分に配置構成された、形態１に記載のマグネトロンアセンブリ。
（形態４）前記磁石が、各方向転換部分における前記磁石によって形成された、前記磁界における少なくとも２つ以上の曲線の各々が、互いに対して少なくとも９０度回転する、磁極を有する２つ以上の磁石の間に形成されるように、その方向転換部分に配置構成された、形態１に記載のマグネトロンアセンブリ。
（形態５）前記磁石の個々の線形アレイが、放射状パターン、階段パターンまたは平坦パターンを形成するように前記ヨークに配置構成された、形態１に記載のマグネトロンアセンブリ。
（形態６）前記複数の磁石の少なくとも１つの幾何学的形状、寸法、向きまたは磁気の強度が、少なくとも１つの他の磁石のそれらとは異なる、形態１に記載のマグネトロンアセンブリ。
（形態７）前記パターンの前記外側部が一対の方向転換部分を備えており、各方向転換部分が前記一対の細長い部分の各端部を実質的にわたり、前記方向転換部分が２つ以上の段を備えた、形態１に記載のマグネトロンアセンブリ。
（形態８）前記ヨークが、前記ヨークの設計を変更せずに前記複数の磁石によって形成された前記パターンを再構成できるように構成された、形態１に記載のマグネトロンアセンブリ。
（形態９）スパッタリングシステムであって、
基板がそこの中を通り移動するチャンバと、
カソードアセンブリであって
前記チャンバ内に備え付けられており、ターゲット表面を有する回転可能な円筒形の細長い管と、前記回転可能な円筒形の細長い管内に位置付けられたマグネトロンアセンブリであって、
複数の磁石と、
前記複数の磁石を少なくとも４つの一直線の、平行な、独立した線形アレイに保持するように構成されたヨークと
を備えたマグネトロンアセンブリと
を備えたカソードアセンブリと
を備えており、
前記複数の磁石が、外側部および内側部を備えたパターンを形成するように前記ヨークに配置構成され、前記外側部が前記内側部の外周を実質的に囲み、
前記線形アレイの端部が一対の方向転換部分を備え、各方向転換部分が前記外側部の一対の細長い部分の各端部を実質的にわたり、
各方向転換部分における前記磁石が、ターゲット回転軸に沿って各々からずらされる少なくとも２つ以上の種々の曲線を磁界内に形成するように配置構成された
スパッタリングシステム。
（形態１０）各方向転換部分における前記磁石が、前記ターゲット回転軸に沿って各々からずらされる少なくとも２つ以上の種々の曲線を前記磁界内に形成するように配置構成されており、これにより、結果生じる各曲線におけるターゲット侵食構成要素が、ターゲット表面が回転するときに互いに重ならない、形態９に記載のシステム。
（形態１１）前記磁石が、各方向転換部分における前記磁石によって形成された、前記磁界における少なくとも２つ以上の曲線の各々が、互いに対して回転する、磁極を有する２つの磁石の間に形成されるように、その方向転換部分に配置構成された、形態９に記載のシステム。
（形態１２）前記磁石が、各方向転換部分における前記磁石によって形成された、前記磁界における少なくとも２つ以上の曲線の各々が、互いに対して少なくとも９０度回転する、磁極を有する２つ以上の磁石の間に形成されるように、その方向転換部分に配置構成された、形態９に記載のシステム。
（形態１３）前記磁石の個々の線形アレイが、放射状パターン、階段パターンまたは平坦パターンを形成するように前記ヨークに配置構成された、形態９に記載のシステム。
（形態１４）前記複数の磁石の少なくとも１つの幾何学的形状、寸法、向きまたは磁気の強度が、少なくとも１つの他の磁石のそれらとは異なる、形態９に記載のシステム。
（形態１５）前記パターンの前記外側部が一対の方向転換部分を備えており、各方向転換部分が前記一対の細長い部分の各端部を実質的にわたり、前記方向転換部分が２つ以上の段を備えた、形態９に記載のシステム。
（形態１６）前記ヨークが、前記ヨークの設計を変更せずに前記複数の磁石によって形成された前記パターンを再構成できるように構成された、形態９に記載のシステム。
（形態１７）前記回転可能な円筒形の細長い管を支持および回転するための駆動システムをさらに備えた、形態９に記載のシステム。
（形態１８）前記基板が前記チャンバの中を移動するときに、前記基板上への薄膜の堆積に関連するプラズマを前記チャンバ内に形成するように構成された、形態９に記載のシステム。
（形態１９）基板上に材料をスパッタリングする方法であって、
ターゲット表面を備えた回転可能な円筒形の細長い管内に配置されたマグネトロンアセンブリの一部として磁石のパターンを形成することと、
チャンバ内に前記回転可能な円筒形の細長い管を備え付けることと、
前記チャンバ内の真空を保つことと、
前記チャンバ内において前記回転可能な円筒形の細長い管を回転させることと、
前記マグネトロンアセンブリを使用して前記ターゲット表面に磁束を供給することと、
前記チャンバ内において前記ターゲット表面付近に前記基板を移動させることと
を含み、
前記マグネトロンアセンブリが、
複数の磁石と、
前記複数の磁石を少なくとも４つの一直線の、平行な、独立した線形アレイに保持するように構成されたヨークと
を備えており、
前記複数の磁石が、外側部および内側部を備えたパターンを形成するように前記ヨークに配置構成され、前記外側部が前記内側部の外周を実質的に囲み、
前記線形アレイの端部が一対の方向転換部分を備え、各方向転換部分が前記外側部の一対の細長い部分の各端部を実質的にわたり、
各方向転換部分における前記磁石が、ターゲット回転軸に沿って各々からずらされる少なくとも２つ以上の種々の曲線を磁界内に形成するように配置構成された
方法。
（形態２０）各方向転換部分における前記磁石が、前記ターゲット回転軸に沿って各々からずらされる少なくとも２つ以上の種々の曲線を前記磁界内に形成するように配置構成されており、これにより、結果生じる各曲線におけるターゲット侵食構成要素が、ターゲット材料が回転するときに互いに重ならない、形態１９に記載の方法。

Claims

マグネトロンアセンブリであって、
複数の磁石と、
前記複数の磁石を少なくとも４つの一直線の、平行な、独立した線形アレイに保持するように構成されたヨークと
を備えており、
前記複数の磁石が、外側部および内側部を備えたパターンを形成するように前記ヨークに配置構成され、前記外側部が前記内側部の外周を実質的に囲み、
前記線形アレイの端部が一対の方向転換部分を備え、各方向転換部分が前記外側部の一対の細長い部分の各端部を実質的にわたり、
各方向転換部分における前記磁石が、ターゲット回転軸に沿って各々からずらされる少なくとも２つ以上の種々の曲線を磁界内に形成するように配置構成された
マグネトロンアセンブリ。
各方向転換部分における前記磁石が、前記ターゲット回転軸に沿って各々からずらされる少なくとも２つ以上の種々の曲線を前記磁界内に形成するように配置構成されており、これにより、結果生じる各曲線におけるターゲット侵食構成要素が、ターゲット材料が回転するときに互いに重ならない、請求項１に記載のマグネトロンアセンブリ。
前記磁石が、各方向転換部分における前記磁石によって形成された、前記磁界における少なくとも２つ以上の曲線の各々が、互いに対して回転する、磁極を有する２つの磁石の間に形成されるように、その方向転換部分に配置構成された、請求項１に記載のマグネトロンアセンブリ。
前記磁石が、各方向転換部分における前記磁石によって形成された、前記磁界における少なくとも２つ以上の曲線の各々が、互いに対して少なくとも９０度回転する、磁極を有する２つ以上の磁石の間に形成されるように、その方向転換部分に配置構成された、請求項１に記載のマグネトロンアセンブリ。
前記磁石の個々の線形アレイが、放射状パターン、階段パターンまたは平坦パターンを形成するように前記ヨークに配置構成された、請求項１に記載のマグネトロンアセンブリ。
前記複数の磁石の少なくとも１つの幾何学的形状、寸法、向きまたは磁気の強度が、少なくとも１つの他の磁石のそれらとは異なる、請求項１に記載のマグネトロンアセンブリ。
前記パターンの前記外側部が一対の方向転換部分を備えており、各方向転換部分が前記一対の細長い部分の各端部を実質的にわたり、前記方向転換部分が２つ以上の段を備えた、請求項１に記載のマグネトロンアセンブリ。
前記ヨークが、前記ヨークの設計を変更せずに前記複数の磁石によって形成された前記パターンを再構成できるように構成された、請求項１に記載のマグネトロンアセンブリ。
スパッタリングシステムであって、
基板がそこの中を通り移動するチャンバと、
カソードアセンブリであって
前記チャンバ内に備え付けられており、ターゲット表面を有する回転可能な円筒形の細長い管と、
前記回転可能な円筒形の細長い管内に位置付けられたマグネトロンアセンブリであって、
複数の磁石と、
前記複数の磁石を少なくとも４つの一直線の、平行な、独立した線形アレイに保持するように構成されたヨークと
を備えたマグネトロンアセンブリと
を備えたカソードアセンブリと
を備えており、
前記複数の磁石が、外側部および内側部を備えたパターンを形成するように前記ヨークに配置構成され、前記外側部が前記内側部の外周を実質的に囲み、
前記線形アレイの端部が一対の方向転換部分を備え、各方向転換部分が前記外側部の一対の細長い部分の各端部を実質的にわたり、
各方向転換部分における前記磁石が、ターゲット回転軸に沿って各々からずらされる少なくとも２つ以上の種々の曲線を磁界内に形成するように配置構成された
スパッタリングシステム。
各方向転換部分における前記磁石が、前記ターゲット回転軸に沿って各々からずらされる少なくとも２つ以上の種々の曲線を前記磁界内に形成するように配置構成されており、これにより、結果生じる各曲線におけるターゲット侵食構成要素が、ターゲット表面が回転するときに互いに重ならない、請求項９に記載のシステム。
前記磁石が、各方向転換部分における前記磁石によって形成された、前記磁界における少なくとも２つ以上の曲線の各々が、互いに対して回転する、磁極を有する２つの磁石の間に形成されるように、その方向転換部分に配置構成された、請求項９に記載のシステム。
前記磁石が、各方向転換部分における前記磁石によって形成された、前記磁界における少なくとも２つ以上の曲線の各々が、互いに対して少なくとも９０度回転する、磁極を有する２つ以上の磁石の間に形成されるように、その方向転換部分に配置構成された、請求項９に記載のシステム。
前記磁石の個々の線形アレイが、放射状パターン、階段パターンまたは平坦パターンを形成するように前記ヨークに配置構成された、請求項９に記載のシステム。
前記複数の磁石の少なくとも１つの幾何学的形状、寸法、向きまたは磁気の強度が、少なくとも１つの他の磁石のそれらとは異なる、請求項９に記載のシステム。
前記パターンの前記外側部が一対の方向転換部分を備えており、各方向転換部分が前記一対の細長い部分の各端部を実質的にわたり、前記方向転換部分が２つ以上の段を備えた、請求項９に記載のシステム。
前記ヨークが、前記ヨークの設計を変更せずに前記複数の磁石によって形成された前記パターンを再構成できるように構成された、請求項９に記載のシステム。
前記回転可能な円筒形の細長い管を支持および回転するための駆動システムをさらに備えた、請求項９に記載のシステム。
前記基板が前記チャンバの中を移動するときに、前記基板上への薄膜の堆積に関連するプラズマを前記チャンバ内に形成するように構成された、請求項９に記載のシステム。
基板上に材料をスパッタリングする方法であって、
ターゲット表面を備えた回転可能な円筒形の細長い管内に配置されたマグネトロンアセンブリの一部として磁石のパターンを形成することと、
チャンバ内に前記回転可能な円筒形の細長い管を備え付けることと、
前記チャンバ内の真空を保つことと、
前記チャンバ内において前記回転可能な円筒形の細長い管を回転させることと、
前記マグネトロンアセンブリを使用して前記ターゲット表面に磁束を供給することと、
前記チャンバ内において前記ターゲット表面付近に前記基板を移動させることと
を含み、
前記マグネトロンアセンブリが、
複数の磁石と、
前記複数の磁石を少なくとも４つの一直線の、平行な、独立した線形アレイに保持するように構成されたヨークと
を備えており、
前記複数の磁石が、外側部および内側部を備えたパターンを形成するように前記ヨークに配置構成され、前記外側部が前記内側部の外周を実質的に囲み、
前記線形アレイの端部が一対の方向転換部分を備え、各方向転換部分が前記外側部の一対の細長い部分の各端部を実質的にわたり、
各方向転換部分における前記磁石が、ターゲット回転軸に沿って各々からずらされる少なくとも２つ以上の種々の曲線を磁界内に形成するように配置構成された
方法。
各方向転換部分における前記磁石が、前記ターゲット回転軸に沿って各々からずらされる少なくとも２つ以上の種々の曲線を前記磁界内に形成するように配置構成されており、これにより、結果生じる各曲線におけるターゲット侵食構成要素が、ターゲット材料が回転するときに互いに重ならない、請求項１９に記載の方法。