JP4054411B2 - マグネトロンスパッタリング中における非平面磁石トラッキング - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の分野】
本発明は、マグネトロンの技術分野に関し、具体的には、スパッタで成膜される膜の厚さを制御するようスパッタリングチャンバと共にマグネトロンを用いるための構成に関する。特に、本発明は、スパッタリング中にスパッタリングターゲットの裏側に沿って横方向にマグネトロンが移動したときに、マグネトロンの磁石列をなす永久磁石の一部とスパッタリングターゲットとの間の距離を変化させることによって、基板上に成膜される膜の厚さを制御する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スパッタリングという語は、例えば、処理される基板やガラス板のような部材（基板）に、アルミニウム、アルミニウム合金、耐火金属珪化物、金、銅、チタン、チタン−タングステン合金、タングステン、モリブデン、タンタル、及び一般的ではないが二酸化珪素や珪素等の様々な金属の薄膜を成膜する半導体産業等で一般的に用いられる幾つかの物理的技術を表している。通常こうした技術においては、真空チャンバ内の電場を用いることによって、イオン化された希ガスの「粒子」（原子又は分子）を含むガスプラズマを発生させる。イオン化された粒子は「ターゲット」に向って進み、衝突する。衝突の結果、ターゲットの材料の自由原子又は中性もしくはイオン化された原子の集団がターゲットの表面から解き放たれる。すなわち、本質的に自由になったターゲットの材料がターゲット表面から解放される。これはターゲットの材料からなる、本質的に自由になった原子レベルの粒子である。ターゲットの表面から生じたこれらの自由粒子の多くは、ターゲットの比較的近傍に配置された処理対象物（例えばウエハや基板）の表面に凝結して薄膜を形成（成膜）する。
【０００３】
スパッタリング技術としてよく知られているものにマグネトロンスパッタリングがある。マグネトロンスパッタリングを用いて基板を処理する場合、ターゲットの表面の磁場の範囲内でスパッタリング作用が集中して起こるため、磁石なしのときと比較して、スパッタリングを高い比率で且つ低いプロセス圧で行うことができる。ターゲット自体は基板及びチャンバに対して電気的にバイアスされており、カソードとして作用する。カソードと、その関連の磁場とを用いる目的は、ターゲットを均一に侵食させると共に、処理される基板に純粋なターゲット材料を均一に成膜することにある。
【０００４】
仮に、スパッタリング中において、磁場を発生させる磁石が一定の箇所で静止していたとすると、連続的なスパッタリングによって、その部分でだけスパッタリングターゲットの厚さが不相応にすぐに消費されてしまい、スパッタリングの部分にホットスポットを生じてしまう。従って、磁石をターゲットの裏面側で常に動かし続けることで、ターゲットの表面を均一に利用すると共に、処理される基板に相応して均一な膜の厚さでスパッタ成膜されるようにしている。ターゲットをスパッタリングしたとき、基板上に成膜されるパターンはターゲットの表面の利用（侵食）パターンと概略一致する。
【０００５】
処理チャンバと、その中で処理された基板のコンタミネーションを避けるために、不均一なスパッタリングの侵食パターンによって、どこか一箇所でもターゲット材料の厚さすべてを消費してしまう前に、スパッタリングは中止される。どこか一箇所でもターゲットの裏にまで侵食が達すると、ターゲットの裏板材料（銅であることが多い）がスパッタリングされはじめ、真空チャンバの内部と処理される基板とはターゲットの裏板材料で汚染されてしまう。ターゲットの利用パターンが不均一であるので、ターゲットの大部分を残した段階でスパッタリングは中止されるのが通常である。
【０００６】
ターゲットが侵食されるにつれて、ターゲットの表面（侵食にともなって後退する）とスパッタリングされる基板との間の距離が少しずつ大きくなる。ターゲットの表面とスパッタリングされる基板との間の距離が変化すると、成膜されるスパッタリング材料の品質と均一性にも変化が生じる。材料がガラス板のように大きな面積に成膜される場合には、成膜されたスパッタリング材料の厚さの変化は測定可能であり、許容できない。
【０００７】
プラズマガスを発生させ、カソードを打撃するイオン流れを作り出す場合、非常に大きなエネルギーが供給される。構造部材や部品が溶けるなどしてしまうのを防止するために、このエネルギーは放散されなければならない。スパッタリングターゲットを冷却するための一般的な技術としては、スパッタリングターゲットの内部に設けられた通路に水又は他の冷却液を流通させるものがある。他の一般的な冷却技術としては、ターゲットの裏面側を冷却液槽にさらすものがある。液槽に冷却液を循環することで、ターゲットアセンブリの裏面の温度制御の助けとなる。冷却液槽を裏面に備えたターゲットにおいては、ターゲットの裏面側に配置された磁石アセンブリ（マグネトロン）は、冷却液槽の液体中を移動することになる。
【０００８】
図１、図２及び図３は従来技術によるスパッタリングチャンバ５０を示しており、ペデスタル５２上には矩形の基板６４（図１において一点鎖線で示す。）が支持されている。ターゲットアセンブリ５８は、ペデスタル５２に向けられた前面を有するターゲット５４とターゲット裏板５６とからなっており、処理チャンバの上部フランジを覆い、シールしている。ターゲットアセンブリの、ペデスタル５２とは反対の側では、マグネトロンチャンバ６０がマグネトロンアセンブリ６２を取り囲んでいる。マグネトロンチャンバ６０は真空に対して密閉されターゲットアセンブリ５８（その内部には冷却液が通される）に働く差圧を抑えることができるようになっている。あるいは、マグネトロンチャンバ６０には冷却液が満たされて、ターゲットアセンブリ５８の裏面に接する冷却液槽を形成してもよい。矩形の基板６４（チャンバ５０の外形とほぼ一致している）へのスパッタリング能力を高めるため、マグネトロンアセンブリ６２は両端が丸められた真っ直ぐな棒状に形成されている。マグネトロンアセンブリ６２は、マグネトロンチャンバ６０内を矢印６８にて示すように、水平方向に前後に（往復した）パターンで移動する。マグネトロンアセンブリはマグネトロンチャンバ６０内を移動して一点鎖線で示した位置６２ａに達する。マグネトロンの移動によってカバーされる範囲は、点線６６で示される通りとなる。
【０００９】
図３に示すように、マグネトロンアセンブリ６２はある高さでターゲットアセンブリ５８と平行に移動する。その高さは同図において誇張して示すような最低位から最高位（例えば９６，９８）の範囲内にある。具体的な高さ（例えば９６，９８）は、ターゲット５４の前面から所望の距離９２に従っており、これにより、使用される特定のスパッタリングプロセスやチャンバプロセス圧について望まれるスパッタリング促進の度合いが定められる。
【００１０】
図４の断面図は、マグネトロンアセンブリに用いられた強力なネオジム−ボロン−鉄−磁石の周りにおける磁場の様子の概略を示している。例えば符号７０で示される磁石の正極７２，７４，７６，７８は、永久磁石の外側ループ８４（図１参照）においては上向きに（スパッタリングターゲットと反対側に）、内側ループ８２（図１参照）においては下向きに（スパッタリングターゲットの側に）、それぞれ配置されるが、この極性は逆にしてもよい。磁石裏板８０はマグネトロンの上側の磁場の橋渡しをしており、マグネトロンアセンブリの上側へ磁場が延びていかないようにしている。これに対して、隣合う磁石間における下側の磁場は、ループ８６にて概念的に示すように、マグネトロンアセンブリ６２から下側に離れるに従って弱まるものとなっている。磁力線のループ８６は、磁石に隣接するループ８８における比較的強い磁場を示しており、距離の増加につれて急激に磁場の強さは弱まって、磁石から最も離れたループ９０では磁場の強さは相当弱くなっていることを示している。（ループは距離に応じて磁場が弱まる様子の概略である）。マグネトロンアセンブリ６２が上下方向（垂直方向ともいう）に動いて、マグネトロンアセンブリ６２とターゲットの表面との間の距離が増大して、距離９２（図３参照）から距離９４（図５参照）になると、図４で示した磁場の強さの曲線に対応するように、ペデスタル５２に向い合うターゲットの前面での磁場の強さは約１／５になる。
【００１１】
図６は、ターゲットとして６０６１アルミニウムを用いて２０００ｋＷｈのパワーをかけたときのターゲットの侵食の輪郭ないしはプロファイルを示している。プロットされた等高線によれば、ターゲットの利用は概略均一であって、プロファイルラインの端部付近（滞留位置）でわずかに侵食が大きくなっている。滞留位置で見られる形状はマグネトロンアセンブリが発生する磁場の形状と対応している。ここに示したようなターゲットの侵食プロファイルは、ターゲットに向き合わせて配置された基板上の膜の厚さの均一性ないしは厚さ制御性、及び、成膜速度に関係している（ターゲットの侵食が大きくなっている領域では、基板上への成膜も大きくなる）。図６の具体例では、侵食が相対的に大きな領域が２箇所あり、ひとつは右上の隅部２４２で、もうひとつは左下の隅部２４４であり、これらに対応するようにして、スパッタされる基板上には成膜の厚さの不均一が生じる。
【００１２】
今日の成膜の膜厚の均一性についての仕様は、（図６に示すような例えば５０×６０ｃｍの大きな基板においても）、５％又はそれより良好であることが求められている。領域２４２，２４４に示したようなターゲットの隅部での大きな侵食の不均一は仕様を満たせるか否かに大きく影響しており、これらの部分で膜の厚さの均一性が損なわれるために、約７％の膜厚の均一性が達成されるに過ぎない。２つの領域２４２，２４４での余分な侵食を減らし、あるいは無くさなければ、膜の厚さの均一性の仕様を満たすことはできない。
【００１３】
隅部における大きな侵食の観察が、その真の原因を特定できぬままに、詳細に始められた。マグネトロンアセンブリ内の複数の永久磁石の位置決めにより、マグネトロンアセンブリ全体に均一な磁場が確保される。マグネトロンが発生する磁場がほぼ均一であることは、ターゲットの表面の中央部分にわたって侵食プロファイルが均一であることから確かめられる。隅部の不均一の原因の推測は、電気的な又は磁場的な不均一が特定されるかどうかについても行われたが、何も特定されなかった。
【００１４】
図７は基板の表面の膜の厚さを示すプロットである。これにより、矩形の基板の表面の膜の厚さの均一性が確かめられる。このプロットは、図６で示したターゲットの侵食とほぼ鏡像関係にあることを示している。
【００１５】
薄膜の成膜分野においては、基板の大きさは、大画面ＬＣＤスクリーンの要請が高まっているので、ますます大きくなっている。例えば、現在生産されている基板サイズは４００ｍｍ×５００ｍｍまでであるが、このサイズは将来的には６００ｍｍ×７００ｍｍかそれ以上になることだろう。
【００１６】
薄膜の成膜において最も難しい課題のひとつは、どうすれば基板全体に均一に成膜できるかである。この問題は、より大きなＬＣＤスクリーンの経済的な生産を妨げている主要因となっている。
【００１７】
上述したようなスパッタリングターゲットシステムにおける膜の厚さの均一性ないしは厚さの制御性の問題は、スパッタリングが効率的で低コストな手段として大型基板の表面コーティングに広く活用されることを妨げている。
【００１８】
【発明の概要】
本発明による構成及び方法では、上述したような膜の厚さの不均一を減少させる。
【００１９】
ターゲットの侵食の不均一が生じたとき、それらの箇所でターゲットにさらされている磁場の強さを変化させることで、成膜される膜の厚さの均一性ないし制御性を改善できることが見いだされた。このような箇所で膜の厚さを変化させるためのひとつの方法は、局部的には磁場の強さを変えると共に、ターゲットの残りの部分においては磁場の強さの均一性を維持することである。
【００２０】
磁石部材（マグネトロンアセンブリ）はスパッタリングターゲットの近傍に配置され、磁石部材の往復動システム（駆動システム）を備えており、この駆動システムにより、磁石部材は一定のもしくは繰返しのパターンにおいて移動される。繰返しのパターンは、パターン基準面を画す一組の点列によって定められる。パターン基準面は、パターンにおける一組の水平（横方向）座標と一組の垂直（上下方向）座標によって定められる。横方向座標は、横方向位置を画成する格子を形成し、各横方向位置で、上下方向座標はパターン基準面の高さを定める。パターン基準面は、基準面上又は（基準面と平行にオフセットした）オフセット基準面上にある。
【００２１】
パターン基準面は逸脱部分（相対的な移動の所定パターン）を含んでおり、この部分は、パターン基準面とスパッタリングターゲットの基準面との間の平行度についての誤差（公差）範囲から逸脱している別個の一連の高さを有している。マグネトロンが逸脱部分内で移動すると、ターゲット表面でのマグネトロンの磁場の強さが減少し又は増加する。
【００２２】
スパッタリングターゲットの基準面は、その前面でよいが、これはスパッタリングターゲットの中心軸にしてもよく、又、裏面としてもよい。磁場の強さはスパッタリングチャンバに向い合うスパッタリングターゲットの表面全域において概略等しくなければならないことは、当業者にとっては自明なことであろう。従って、スパッタリングターゲットの基準面は実在の面であれ仮想的な面であれ、又この面が平面であれ曲面であれ、幾何学的ないし数学的手段によって定められたスパッタリングターゲットの表面と平行な面となる。このような平面又は曲面は連続（段差がない）であると仮定され、スパッタリングが生じる前（未使用のスパッタリング前の形状）との平行度を参照するのに用いられる。スパッタリングが開始してターゲットの侵食によってターゲットの形状が変化すると、ターゲットの侵食率が表面の各所で異なることに起因する膜厚の変化が小さくても確実に生じはじめるからである。
【００２３】
基板のある部分では均一な膜の厚さとしておいて、他の部分では厚さを変えたいことがある。本発明による装置及び方法によれば、成膜する膜の厚さを磁場の強さを変化させることで制御できるようになる。概して均一な膜の厚さが得られるが、均一でない所定のパターンの膜厚を得ることもでき、例えば周縁部における厚さを増して外部へのワイヤリングを容易にすることもできる。
【００２４】
ひとつの構成においては、磁場の変化は、２本のベアリングレールシステムを用いた場合、向い合うレールの相対する端部を反対方向に傾けることによって達成され得る（マグネトロンはレール上を動く移動体ないしはトラックとなっている）。これは例えば、第１のベアリングレールの一端が高く他端が低く配置され、他方のベアリングレールの低くされた端部が第１のベアリングレールの高くされた端部と向い合うようにすることで実現される。このような傾いた構成によれば、マグネトロンアセンブリの移動経路ないし表面パターン（プロファイル）は、その一部の領域において、ターゲットの基準面とマグネトロンの移動経路のパターン基準面との間の平行度の標準公差をはずれることになる。ひとつの構成においては、マグネトロンは前後の移動の一方においてはある方向に傾き、他方においては逆方向に傾く。磁場の強さはほんの少し距離が離れただけで大きく減少するので、レールの高さの変化が移動の中央部でわずか０．０２０〜０．０３０インチ（５００〜７５０μｍ）でも顕著な効果が認められる。端から端まで２フィートの移動経路において、直線状レールの高さを０．０３０インチ変化させることで、膜厚の均一性は約８％から約３〜４％へと改善される（５％の仕様を満足することができる。）。
【００２５】
本発明の別の構成においては、２本のベアリングレールを曲げ、又は特別な形にすることにより、磁石部材（マグネトロンアセンブリ又はその一端部）を特定のパターンに従ってターゲット表面に近づけたり遠ざけたりして、磁場の強さを増減させて、成膜される膜厚の均一性ないし制御性を改善することができる。
【００２６】
磁石部材を横方向に（水平方向に）移動させるに際しては、幾つかの（３以上）軌道を用いてガイドすることもできる。磁石部材（マグネトロン）を２又はそれ以上のサブセクション（副構成部分）に分割することによって、ターゲットのプロファイルが均一なままに維持されるようにすることができる。例えば、略平行な３本のベアリングレール（一組の軌道）を用いて、これらの間に２個の磁石部材サブセクションを支持させるようにすることができる。外側のベアリングレールは比較的平坦で、内側のベアリングレールをたわませたり、せり上げたりして、磁場の強さを変化させる。同様に磁石部材についても、一連の磁石部材サブセクションからなる構造として（ハウジングにより連結されていても、ばらばらに分れていてもよい）、各磁石サブセクションを、処理チャンバの一端から他端に移動させる際に、それぞれのレール又は経路に従わせてもよい。
【００２７】
別の構成においては、カムプレート表面は、一連のスロットと、表面フォロアとを備えている。表面フォロアは磁石部材サブセクションに連結されている。磁石部材が端から端へと移動することにより、磁石部材の各独立サブセクションの高さはカム面のパターンに追従する。また、メカニカルなカム面・フォロアシステムを用いることにより磁石の小部分の高さを変化させる以外にも、モータや上下駆動装置などの上下駆動手段を用いて、磁石部材の各サブセクションを、予め横方向位置に対応してプログラムされた輪郭に従って上下方向に移動させることによる手段も考えられる。このような移動によれば、不均一な侵食を作り出してスパッタリングの不均一が現れている箇所でのスパッタリングの強さを変化させて、このような不均一をなくし、膜の厚さの均一性を改善できる。
【００２８】
スパッタリングターゲットの面とスパッタ成膜される基板との間の距離は基板に成膜される膜の厚さを決定するひとつの要素であることが知られている。しかし、大きな基板にスパッタリングする際には、ターゲットの中央はスパッタリングのパワーソースから離れているため、大きなターゲットの中央ではスパッタリングの強さが落込む傾向がある。従って、この落込みを補償するために、この箇所（領域）でマグネトロンをターゲットに近づけて磁場を徐々に強くしてもよく、膜の厚さの均一性を改善することができる。
【００２９】
膜厚の均一性を改善するための他の構成は、マグネトロンの端部だけをその移動範囲の端部近傍において傾け（ロールさせ又はピッチングさせ）るというものである。マグネトロンを支持するベアリングレールは真っ直ぐで水平なままであり、マグネトロンの端部は、局部的な斜面（カム）とローラ（カムフォロア）を用いることにより傾けられる。斜面又はローラはマグネトロンの端部に配置され、斜面又はフォロアは、処理チャンバに固定された固定サポートに配置される。特定位置でのマグネトロンの横方向移動により、カムはカムフォロアに係合して、傾動力を生じさせる。傾動力はマグネトロンの端部を上下方向に押して、磁石部材の基準面を逸脱部分となるようにする。この傾動動作はローリング動作又はピッチング動作であるとすることができるが、このローリング又はピッチングなる語は、飛行機の挙動を考慮し、また、磁石（マグネトロン）を飛行機の固定翼に対応させる場合、理解されるであろう。
【００３０】
マグネトロンに電磁石を用い、電磁石の磁場の強さを変化させて、膜の厚さを所望のとおりに制御することもできる。
【００３１】
本発明による方法は、磁石部材をスパッタリングターゲットの近傍で横方向に移動させるステップと、前記磁石の一部分を上下方向に動かすステップとを含み、その上下方向移動距離は基準面と所定の位置での移動平面との間の平行度の誤差より大きくなっており、平面から逸脱させることで磁場の強さを変化させ、膜の厚さの制御を改善する。本発明の他の方法は、磁石部材を軌道に沿って横方向に移動させるステップと、磁石部材の一部を上下方向にも横方向に動かすのと同時に動かして、磁場の強さを変化させ、軌道に沿った１又は複数の箇所においてスパッタリングの膜の厚さの均一性を改善する。
【００３２】
これらの装置及び方法によれば、従来技術では達成することのできなかった高い程度の膜の厚さの制御性を得ることができる。
【００３３】
【詳細な説明】
図７及び図８の膜の厚さの均一性を示すプロットを比較することで、本発明による改善を理解することができる。図７のプロット２５０では、等高線のプロットはいくつかの黒くて濃い等高線を示しており、これは基板の中心から周辺の領域にわたる膜の厚さの変化を示している。非対称な（ゆがんだ）プロットは、左上の隅部と右下の隅部の成膜が大きく変化していることを示している。図７の分析による膜の厚さの均一性の変化は約８％である。これに対して、図８に示すように、本発明の装置及び方法を用いての同様なプロット２６０は、膜厚の均一性のプロットとなっている。この分析によるプロットは中心に対して概略対称でゆがみのない矩形となっている。中心から周辺までの厚さの変化は縦軸の両側で概略等しくなっている。図８では図７のプロットよりも最大値と最小値との間の距離が小さくなっている。この結果、膜の厚さの均一性は約４％である。
【００３４】
［単一の梁型ベアリングサポート］
図９は本発明による装置の模式的な斜視図であって、この図において、マグネトロンアセンブリ２７２は、マグネトロンチャンバ２７０内を矢印２７４で示す方向に移動するようになっている。マグネトロンアセンブリ２７２は中央のベアリングサポート梁２７６によって支持されており、これは矢印２７８に示すように一様に上下動できるようになっている。一組のベアリングレール（例えば３８２，３８４）がマグネトロンアセンブリ２７２を、ベアリングトラック受け部材（例えば２８２）を介して、支持している。マグネトロンアセンブリの水平方向の移動は、ねじ付き駆動ロッド２８４を回転させることで行われ、この駆動ロッドは駆動ナットハウジング２８８に取り付けられた駆動ナット２８６と係合している。駆動ナットハウジングは結合ピン２９０ａ，２９０ｂに対して係合し上下に摺動可能となっており、これらのピンはマグネトロンアセンブリ２７２の上面に上方に向けて突設されている。結合ピン２９０ａ，２９０ｂと駆動ナットハウジング２８８とが摺動自在に結合されているため、マグネトロンチャンバ２７０の壁面に固定されたねじ付き駆動ロッド２８４と、サポート梁により支持されたマグネトロン２７２との間の上下方向の動きの差を許容することができる。摺動自在な結合によって、マグネトロンが端から端へ往復したとき、そして、図１０に示すようにマグネトロンが往復した際にマグネトロンが傾斜したとき、マグネトロンの一部が上下方向に移動することが許容されている。
【００３５】
図１０は、図９に示したマグネトロンアセンブリの移動のようすを誇張して示した模式的斜視図である。一端から他端にかけてねじれた中央ベアリングサポートレール３０２に支持されたマグネトロンアセンブリ３００は、横方向に移動する（この例では水平方向であるが、横方向の動きは湾曲された基板の表面（例えば球面）に沿うものでもよい）。点線３０４，３０６は、マグネトロン３００がチャンバの一端から他端に横方向に移動したときのマグネトロンアセンブリの両端の高さの変化を示している（飛行機の挙動の用語を用いればロール動作である）。マグネトロンアセンブリ２７２，３００がプロセスチャンバの一端から他端へ移動するとき、その左右の端部はそれぞれ上昇及び下降し、ターゲットアセンブリに対してそれぞれ遠くなったり近くなったりする。ターゲットの表面から離れているマグネトロンアセンブリの端部（一部分）は、スパッタリングを促進する磁場の影響を減じ、他方、ターゲットの表面に近いマグネトロンの端部は、スパッタリングを促進する磁場の影響を強める。この端部から端部へ向って傾斜する配置によれば、部材が横方向に端部から端部に動いたときに、マグネトロンとマグネトロンチャンバの両端での対向隅部におけるスパッタリングに大きな影響を与える。
【００３６】
従来一般の考えによれば、マグネトロンが移動したときターゲットの全域において磁場の強さは一定でなければならない。このような考えによれば、マグネトロンの軌道とターゲットの基準面（通常は前面）との間のトラッキングの平坦度ないしは平行度についての仕様を必要とする。両部材間の平行性は、一定の磁場を提供することを意味する。１フィートあたり約５０００分の１インチ若しくはそれ以下である平坦度又は平行度についての通常の誤差範囲の仕様は、請求項に記載した本発明の一態様を画す助けとなるであろう。このような誤差は、生産過程における自然な変動によるアライメントの変動を許容せず、機械的に相対する部品のアライメントも実際には制限する。本発明によるマグネトロンの端部間の高さの実際の差は、非常に微妙なものである。高さの変化が、１フィートあたり０．００７５インチ程度の、平坦度又は平行度についての仕様の誤差の通常範囲から僅かに外れることで、膜の厚さの均一性に影響を及ぼすが、これは磁場の強さが距離に応じて大きく変化するためである。高さを局地的に変化させれば効果も局地的に得られる。局地的な変化は逸脱部分（平坦度又は平行度についての誤差（平行度及び平坦度の誤差はともに、通常の条件下、横方向１フィートあたりの高さ変化がプラスマイナス０．００５インチ又はそれ以下、あるいは０．０５％以下と定められている）を越えるマグネトロンの移動基準面の部分）として定義できる。
【００３７】
従って、本発明による構成は、平坦度又は平行度についての誤差という語で定めることができる。マグネトロンが横方向及び上下方向に移動することにより形成される仮想的な面は、基準面に対する平坦度又は平行度に関して評価される。本発明による構成によれば、仮想面は、通常の平坦度及び／又は平行度の誤差範囲を越える当該仮想面の上下方向成分を有する逸脱部分を含み、この逸脱部分でのマグネトロンの移動の結果として、その移動が基板に成膜される膜の厚さの均一性が改善される。磁場の強さはマグネトロンからの距離に応じて大きく変化することから、平坦度又は平行度が次第に大きく外れるにつれて、膜厚も次第に大きく変化する。マグネトロンの軌道の端部において平坦度又は平行度から０．０３０インチ外れることで、若しくはマグネトロンの端部において約１０ｍｍ平面から外れることで、図９の構成において、基板及びターゲットの相対する隅部における膜の厚さの均一性を変動させるが、これは、図７のプロットに比較して明らかに改善される（図７の設定においては平坦度又は平行度の誤差はレールの端から端にわたって、最大で０．０１０インチの通常範囲に納っている）。高さを変化させることで、図８に示すように、膜の厚さの均一性は５％の仕様の要求を満たすように改善される。
【００３８】
この例は本発明のひとつの実施形態にすぎず、同様の技術を用いて膜の厚さの均一性又は制御性が必要な箇所での改善を図ることができる。マグネトロンの動きを調整して、マグネトロンの移動を表す仮想面パターンに、通常の平坦度又は平行度の誤差範囲を越え且つスパッタリングされるターゲット表面での磁場を変化させる逸脱部分を含めるようにすることで、基板に成膜される膜の厚さの均一性や制御性を改善することができる。
【００３９】
一端から他端へ、片側から反対側へと移動したときに、平坦度及び平行度についての仕様を越えた部分の上下方向の変化は、マグネトロンアセンブリ２７２の移動によって生じた仮想的な基準面パターンないしはプロファイルに重ね合わされた仮想的な基準面と対比して、計測される。マグネトロンアセンブリ２７２が平坦度又は平行度を離れる動きの特性を示す立面図が、直線的なマグネトロンアセンブリ２７２の傾動については図１１、図１２及び図１３に示されており、マグネトロンアセンブリの曲がりについては図２１、図２２及び図３０に示されている。両形態においても、マグネトロンアセンブリ２７２の移動の端部の近傍における当該マグネトロンアセンブリ２７２の端部は、いずれの実施形態においてもマグネトロンアセンブリ２７２の端部はその移動の端部付近において通常の（さもなければ選定された）誤差（例えば０．００５インチ／フィート，０．００７５インチ／フィート，０．０１０インチ／フィート，０．０１５インチ／フィート，０．０２０インチ／フィートインチ／フィート，０．０２５インチ／フィート，０．０３０インチ／フィート，０．０３５インチ／フィート，０．０４０インチ／フィート，０．０５０インチ／フィート（マグネトロンの端部において約１０ｍｍの高さ変化を生じさせる））を越えるよう上昇され、スパッタリング成膜される基板表面全域にわたる膜厚の均一性又は膜厚の制御性を改善するようになっている。
【００４０】
図１１、図１２及び図１３は、図９に示したマグネトロンチャンバ２７０の一端から他端にマグネトロンアセンブリ２７２が移動したときのその挙動（傾き又は曲り・ロール）を順次示す断面図である。中央サポートレール２７６は図９及び図１５に示した一体型（ｏｎｅ−ｐｉｅｃｅ）のベアリングフレーム３８０を支持している。概略的に言えば、ベアリングレール３８２，３８４は互いに平行になるように固定されるよう構成されている。しかし、図１６に示すように、ベアリングレールの一部について、図示された穴の間においてその上面に切込み３９２を設けると共に、そのプロセスに応じて通常は厚さ０．０１０インチの倍数で０．０６０インチまでの、例えば０．０５０インチのシム、例えば符号３９４，３９６のものを、一体型のベアリングフレーム３８０と中央ベアリングサポート梁２７６との間であって、その両端で、相対する側にて、適所に配置し固定するならば、シムはベアリングレール３８２及び３８４にわずかな高さ方向の曲げを生じさせる。中央ベアリングサポートにおけるわずかな高さ方向のずれ（オフセット）３７１（図１３）は、マグネトロンがその端部に向かって外方に行くにつれて拡大され、その端部では、高さ方向のずれが最大値（約１０ｍｍ）となる。ベアリングレール３８２，３８４の構成により、マグネトロンアセンブリ２７２は当該レールの経路に従う。マグネトロンが移動すると、その動きにより、マグネトロンアセンブリ２７２の各点をトレースした仮想面パターン（飛行軌跡）内の一連の点列が形成されている。仮想面パターンにおけるいくつかの点は、基準面との平坦度又は平行度の誤差よりも大きな距離で、仮想的な水平面に対して上下方向にオフセットしている（仮想的な水平面とは、仮にベアリングレールが横移動の中立軸３６８（図１２参照）から上下方向にオフセットされておらず、水平な基準面のパターンと交差していないとした場合、マグネトロンアセンブリが移動するであろう面である）。ベアリングレールの高さ方向の位置調整は、シム３９４，３９６に代えて、又はこれらと共に、一体型のベアリングフレームの側面に締め付けられるボルトが通る垂直なスロットを用いることにより、なされ得る。
【００４１】
図１３に示すように、ベアリングレールフレーム３６０に上下方向に切れ目を入れて、左側を上下方向に距離３７０だけオフセットさせることで、マグネトロンアセンブリは一点鎖線３７２に示すようなロール動作を行うことになる。中心軸３６４からのベアリングレールのオフセットは距離３６６にセットされている。図１１においては同様にベアリングレール３６２を分割している右側部分が、中心軸３６８に対して距離３７１（約１０ｍｍ）だけオフセットしており、マグネトロンは一点鎖線３７４に示すようなロール動作を行うよう、示されている。このように、中央サポートにおけるわずかな高さの変化は、中央サポートレール２７６を越えて延びるマグネトロンアセンブリ２７２の最端部において大きな高さの変化を生じさせる。
【００４２】
図１７〜図２０、図１７Ａ、図１８Ａ、図２０Ａ及び図２１〜図２４は、本発明により中央サポート梁２７６に支持されたマグネトロンの別の構成を示している。この構成においては、ベアリングレールを傾けるのではなく、ベアリングレールは本来の平坦で水平な姿勢に維持される。この姿勢は、干渉がなければ、ターゲットアセンブリの基準面に対してマグネトロンの平坦な平面上の移動軌跡を与えるものである。この構成においては、マグネトロンアセンブリ２７２は中央ベアリングサポート梁２７６のみによって支持されるわけではなく、マグネトロンアセンブリがチャンバの端部に近づいたときにはカムフォロア（ローラ）４４２が斜面（カム）４２２に係合して、マグネトロンアセンブリの端部が、スパッタリングターゲットアセンブリの上方に向けて屈曲され又は傾けられるようになっている。斜面４２２，４２８はチャンバの相対する隅部（スパッタリングターゲットの過度の侵食の変則性が観察される位置に対応する部分（図６））に配置されている。この構成では、剛性があり実質的に変形しないマグネトロンハウジングを、中央ベアリングレールのベアリングトラックに対してマグネトロンを保持するために、スプリング負荷式のジョイントと共に用いることができる。スプリングは、マグネトロンがベアリングレールに対して真っ直ぐで水平に保持されるように、負荷が加えられると共に、マグネトロンの端部がカムと接触して持上げられる状態になったときに、中央ベアリングレールを枢軸として傾動することができるよう、負荷が加えられている。他の構成では、マグネトロンハウジングを容易に変形できるプラスチックやゴム又はそれに類する材料で作っておき、中央ベアリングトラックに対して中央レールに剛的な結合を与え、マグネトロンの端部がカム（例えば４２２）に接触した状態では、マグネトロンが曲線状に湾曲し、その端部がターゲットアセンブリから持ち上げられるようにしている。このときのロール動作ないしはロール姿勢は図２１と図２１Ａ、及び、図２３と図２３Ａを比較されたい。
【００４３】
図１７、図１７Ａ、図１８、図１８Ａ、図１９、図２０及び図２０Ａは、一連の関連ある断面図であって、マグネトロンアセンブリ２７２の端部の動きを示しており、所定位置に配置されたカム（斜面）及びカムフォロア（ローラ）により、マグネトロン全体又はマグネトロンの一部がターゲットアセンブリに近づいたり離れたりする様子を示している。図１７に示されるように、マグネトロンアセンブリはカムフォロア（ローラ）４４２とカム面（斜面）４２２を用いることで寸法４３２に示されるような上下のロール動作を行う。マグネトロンアセンブリ２７２の端部４４０には、持上げローラ４４２を備えた持上げローラフレーム４４４が備えられている。持上げローラ４４２とフレーム４４４はマグネトロンアセンブリ２７２の端部（片端４４０のみを示している）と共に移動して、持上げローラ４４２が、サポート固定具（例えばサポートブロック４４６）によりチャンバに固定された持上げ斜面４２２に係合したときに、斜面４２２を転がり上がって上昇し、それにつれてマグネトロンアセンブリの端部は距離４３２だけ反り上がる。この構成においては、斜面４２２，４２８に係合したときには、マグネトロンアセンブリ２７２を端から端へと移動させようとする力は、マグネトロンの端部（例えば４４０）をそりあげさせる力にもなる。図２１、図２２及び図２３における一点鎖線４２４，４２０，４３０は、マグネトロン２７２が端から端へと移動したときの、理想的な曲げ、直線、曲げ挙動（形状）をそれぞれ示している。理想的な状態においては、マグネトロンアセンブリ２７２の一側はターゲットアセンブリの基準面に対して真っ直ぐで平行な状態で、他側だけが図示のように概ね屈曲して反り上がっているが（水平な一点鎖線の直線はマグネトロンアセンブリの端部の高さ変化を評価するための基準である）、実際には、トラックにおける直線状のベアリングとベアリングレールとの間にやや遊びがあり、自由端でも上下方向の動作が生じるので、アセンブリの自由端においてもある程度の影響が生じる。
【００４４】
図２４の平面図においては、左上の隅部の斜面４２２と右下の隅部の斜面４２８が示されている（この部分においてマグネトロンアセンブリは、例えばゴムのような容易に変形できる材料でできている場合、過度の応力を生ずることなく弾性的に曲る）。マグネトロンアセンブリ２７０が図２４の２２−２２線で示された中央の水平姿勢（形状）４２０から、２１−２１線で示された姿勢のチャンバの第１端に移動したときに、マグネトロンアセンブリの曲る様子は一点鎖線４２４にて示されており、マグネトロンアセンブリの端部は中心線（例えば４２０）から寸法４２６だけオフセットする。同様にして、２３−２３線に示されるチャンバの他端部にマグネトロンアセンブリ２７２が移動したときには、マグネトロンアセンブリの屈曲の姿勢は一点鎖線４３０で示され、中心線（例えば４２０）から寸法４３２だけオフセットすることになる。対称的なシステムにおいては、マグネトロンアセンブリの両端部が曲ることによる上下方向のオフセット寸法４３２，４２６はほぼ等しい値にすべきであるが、経験的なデータから、種々のオフセットが必要であることがわかっている場合、各端部における上下方向のオフセット寸法を異なるようにすることもできる。また所定のパターンでの均一ではない膜の厚さをスパッタリング制御することも可能である。
【００４５】
図１７Ａ、図１８Ａ及び図２０Ａは、４つの斜面（又はカム）４１５，４１６，４１７，４１８を用いた例を示しており、これは、中央ベアリングレールトラックに対するスプリング負荷式の中央マグネトロン結合部（図示せず）を有している。マグネトロンの端部の平面図は図１７Ａに示されており、マグネトロン２７２ａの側面の側方に２組のローラ４３４，４３６が配置されている。マグネトロンがその横方向動作の端部に近づくと、片側に２つずつ設けられたローラ（ここでは一方のみを例えば４３４として示している）が２つの斜面（すなわち４１５，４１８）に接触し、マグネトロンは上方へのピッチ（揺れ）を受け、チャンバの縁部に最も近いマグネトロンの縁部が距離４３２ａだけ持ち上げられる。マグネトロンのピッチ（再び飛行機の挙動について参照されたい）の変動によるこのような縁部の持上りにより、ターゲットアセンブリの縁部における磁場の強さは減少し、このようにしなければエッヂ効果で発生するであろう余分な成膜が避けられる。このように、マグネトロンはロール及びピッチの挙動変化を受けるようになっている。ヨーイング挙動の変化についても、ベアリングの軌道を直線形状にしないようにした場合、又は、マグネトロンの隣合うベアリングトラック間の差動を許容するサスペンションをベアリングトラックに設けた場合には、可能となる。
【００４６】
上記において概念的に説明したマグネトロンアセンブリの構成は、実際のメカニズムとしては、図２５及び図２６に示すようになる。
【００４７】
図２５及び２６はマグネトロンアセンブリ１１８の底面図及び断面図であり、マグネトロンアセンブリ１１８は、直線状ベアリングサポート部１４２と水平延長部１４４とからなる中央ベアリングサポートフレーム１３６によって支持されている。直線状ベアリングサポート部１４２は、その両側のベアリングレール１３８，１４０（一組の軌道）に固定されている。マグネトロンアセンブリ１１８は、一組の直線状レールトラック１２０，１２１を介してベアリングレール１３８，１４０によって支持されている。直線状レールトラックはマグネトロンアセンブリ１１８に固定されており、直線状リニアレール１３８，１４０上を前後に摺動する。マグネトロンアセンブリの前後方向（水平ないしは横方向）への移動は、ねじ駆動ロッド（ボールねじ）１１２の回転によって行われ、ボールねじはボールねじ受け用ナット１２２に螺入され、ナットには一組のナットハウジングピン受け用穴１２６，１２８が備えられている。一組の駆動ピンがマグネトロンアセンブリ１１８から上下方向に延び、穴１２６，１２８内に上下方向に摺動自在に挿入され、直線状レール１３８，１４０と回転可能なねじ駆動ロッド１１２との間の不整列による機構の拘束を防止するようになっている。ねじ駆動ロッドは、チャンバ上部外側で支持されたボールねじ駆動モータ１１４によって回転され、ボールねじの第２端部はボールねじ端部ベアリング１１６によって支持されている。この構成では、中央ベアリングサポートフレーム１３６の上下方向の移動は、垂直に配置された一組のリードねじ１４８，１５０，１５２を回転させることで達成され、これらには、歯付き駆動ベルトプーリが取り付けられている。駆動プーリ・モータ１５６は、歯付き駆動ベルト１５４によって歯付ベルトプーリに連結されている。ベルト駆動プーリ・モータ１５６が回転すると、これと同時にプーリ１４８，１５０，１５２が回転し、固定されたナットに螺合しているピッチの等しいリードねじが回転し、中央ベアリングサポートフレーム１３６を昇降させ、このとき直線状ベアリングサポート部１４２とターゲットとの平行度は維持されるようになっている。
【００４８】
伝統的な構成では、マグネトロンアセンブリ１１８の水平挙動は、きわめて精密に整列配置されたベアリングレール１３８，１４０に対する摺動取付具により制御される。
【００４９】
この態様では、マグネトロンアセンブリの動きは、ターゲットが侵食され又は用いられる前のスパッタリングされていないほぼ平坦な前面形状に対しては平行で均一となる。この構成は、サイズが最大約４００ｍｍ×５００ｍｍまでの比較的小さな矩形基板のスパッタリングに用いられる。
【００５０】
本発明による構成を用いてマグネトロンを傾動すべき場合には、ベアリングレール１３８，１４０を傾動する（例えば図２２の構成により示されるように）と共に、中央ベアリングサポートフレーム１３６を、ターゲットアセンブリに対して平行な状態を保ったままで昇降させるようにする。
【００５１】
本発明による方法においては、図２５及び図２６に示すようなマグネトロンアセンブリがターゲットアセンブリに沿って横方向に移動したときに、マグネトロンアセンブリを上下方向に移動させる。しかしながら、図６に示したようなターゲットの深さ方向の侵食プロファイル（形状）の変化が与えられたときには、マグネトロンアセンブリを平行に上下させることによっては、現在の垂直に固定された構成と比較しても、膜厚の均一性や膜厚の制御性の改善を行うことはできない。他の構成としては、それぞれの上下方向サポートを個々独立のモータ又はアクチュータによって駆動して、サポート梁とマグネトロンアセンブリの上下方向の移動の制御をマグネトロンアセンブリの横方向の位置と関連づけて電気的に制御することも可能である。
【００５２】
［２本の平行な梁型ベアリングサポート］
約６００ｍｍ×７００ｍｍのサイズのより大きな矩形基板に対しては、図２７及び図２８に概要を示し、図３４及び図３５に詳細を示した第２の機構を用いる。
【００５３】
図２７は本発明による第２の機構の概略を示している。マグネトロンチャンバ３１０には、マグネトロンアセンブリ３１２が設けられている。マグネトロンアセンブリ３１２は２本のベアリングサポート梁３１６，３１７によって支持されており、これらは、一組のベアリングトラック（例えば３２４）に固定されたマグネトロンアセンブリ３１２が、一組のベアリングレール（例えば３２２）に沿って矢印３１４に示すように横方向に移動できるようにしている。ベアリングサポート梁３１６及び３１８の上下方向の移動は、矢印３２０によって示されている。マグネトロンアセンブリ３１２をベアリングレール３２２に沿って横方向に移動させるにはねじ駆動ロッド３２６の回転によって行う。このロッド３２６は、駆動ナットハウジング３３０内に収容された駆動ナット３２８と係合している。駆動ナットハウジング３３０は、可撓性のあるスプリング状の結合部材３３２の弓状部分に固定されている。この結合部材３３２はマグネトロンアセンブリ３１２に固定され、ベアリングサポート梁３１６，３１７と駆動ナット３２６との間の不整列ないしは相対的な動きが上下方向において柔軟な結合性を与え、一方、横方向においては剛性を与えるようにしている。図２８は、図２７の構成におけるマグネトロンアセンブリ３１２の理想的なトラッキング（軌道）を示している。図２８において、マグネトロンアセンブリ３４２は２本のベアリングサポート梁３４４，３４６に支持されており、これらの梁は端部フレーム３４８，３５０により支持されている。この構成では端部フレーム３４８，３５０は互いに平行で水平になっている。左側のレール３４４の位置状態は、マグネトロン３４２の左側端部がフレーム３４８の下縁部からその反対側のフレーム３５０の上縁部へと、上下方向に変化していることを示している。また、右側のベアリングサポート３４６の位置状態は、端部フレーム３４８の上縁部からその反対側の端部フレーム３５０の下縁部へと、上下方向に変化していることを示している。
【００５４】
端部レールにより支持されたマグネトロンは、図２９〜図３３に図示されている。図２９はマグネトロンアセンブリ３１２を含むプロセスチャンバの断面図を示しており、このマグネトロンアセンブリ３１２は２本の支持レール４００，４０２によって支持されている。この構成は図２７及び図２８の概念的に図示したものに対応している。図３０（図３３の３０−３０線の位置に対応する）に示される一方の最端部において、レール４０２の端部における上下方向のオフセット量は、距離４０８ａとして示され、マグネトロンアセンブリの挙動（傾き）は、ほぼ一点鎖線４１２で示した通りとなる。図３１（図３３の３１−３１線の位置に対応する）に示された中央の位置においては、水平の姿勢４０４は、マグネトロンがターゲット表面又はターゲットの基準面（通常は平面）に対して平行になるようにしている。図３３の３２−３２線に沿っての断面図である図３２に示されるプロセスチャンバの第２端部では、ベアリングレール４００はターゲットアセンブリの基準面（例えば、図３１の４０４と平行な面）より上方に位置し、これにより、マグネトロンアセンブリ３１２を一点鎖線４１４で概ね示したように挙動（傾け）させる。上下方向のオフセット距離は４０８ｂとして示されている。この例においては、処理チャンバの横に延びる中心線４０６からの水平方向オフセットは距離４１０であり、そのために梁での上下方向のオフセット寸法４０８ａ，４０８ｂを大きくしなければ、図１１〜図１６に示した形態のマグネトロンアセンブリと比較して同様な挙動（傾き）変化を生じさせることはできない。図１１〜図１６の場合では、相対する支持レールの近傍に配置されたベアリングレールにおける小さな上下方向のオフセットが、マグネトロンアセンブリ３１２の一端から他端にかけて、単位長さあたりの同様な挙動変化（傾き）を生じさせる。
【００５５】
図３４及び３５の詳細図は、スパッタリングチャンバと共にあるべきマグネトロンチャンバにおいて使用されるマグネトロンアセンブリ１７８を示している。マグネトロンアセンブリ１７８（図３４においてはマグネトロンアセンブリの一の位置と別の位置が示されている）は、一組のベアリングレール２０６，２０８上に支持されており、これらのレールは一組の擬似的な平行縁部ベアリングサポート１９８，２００上に支持されている。一組の直線状レールトラック１８０，１８２がベアリングレール２０６，２０８と係合しており、ねじ駆動ロッド（ボールねじ）１７２（図３４においては一点鎖線のみで示している）を駆動することで前後に移動される。この機構において、マグネトロンアセンブリ１７８の前後の動きは駆動ロッド１７２の回転によってなされ、駆動ロッド１７２はボールねじ駆動モータ１７４とボールねじ端部ベアリング１７６との間に取り付けられている。ボールねじ１７２は、ボールねじナット受けハウジング１８６に取り付けられたボールねじ受けナット１８４と係合している。ボールねじ受けハウジング１８６は、可撓性のある板ばね状の結合部材１８８に固定されており、この結合部材１８８はマグネトロンアセンブリ１７８の端部付近にてマグネトロンアセンブリ１７８に結合されている。上述の機構と同様に、ベアリングレール２０６，２０８は、互いに平行に且つスパッタされるターゲットの面に対しても平行となるように正確に配置されており、基板への均一な成膜が行われるようにしている。
【００５６】
図３４及び図３５のマグネトロンアセンブリはベアリングサポート１９８，２００に支持されており、これらのサポートは端部サポートフレーム部材２０２，２０４と共にフレームとして機能するよう互いに整列されている。上下方向の調整を可能とするために、フレーム上のねじ受けナットと係合される４本のねじ付サポートロッド（ベアリングに取り付けられている）が、歯付きプーリ２１０，２１２，２１４及び２１６に固定されている。歯付き駆動ベルト２２２は歯付きプーリ２１０，２１２，２１４及び２１６と共にアイドラプーリ２１８，２２０を一周するように掛け渡され、駆動プーリ及びモータ２２４によって駆動される。ベルト駆動プーリ及びモータ２２４が回転すると、四隅に配置されたリードねじの各々が、それぞれに取り付けられた歯付きプーリを介して回転させられ、ベアリングサポートフレームが水平状態を保ったまま、上下方向に調整される。他の構成としては、各上下方向のサポートを別々のモータ又はアクチュータによって駆動し、サポート梁とマグネトロンアセンブリの上下方向の動作の制御をマグネトロンアセンブリの横方向の位置に関連づけられた電気的な制御により行うようにしてもよい。
【００５７】
［２ピース・ヒンジ結合型のマグネトロン］
図３６及び図３７には、他の構成によりマグネトロンアセンブリ４６０及びその上下方向の動作についての他の形態が示されている。これらの図においては、中央サポートレール４６２を用いてヒンジ式ないしは蝶番式に結合されたマグネトロンアセンブリ４６０の断面を示しており、中央サポートレール４６２は、図３７に示されるように連続的に湾曲され得るもの、或は、一連の直線状セグメントからなるものとすることができる。これらの構成において、マグネトロンアセンブリ４６０のヒンジ結合された２つのセクションの中央交差部分は、中央ベアリングレール４６２から支持されており、マグネトロンアセンブリが一端から他端にサイクル運動したときにマグネトロンアセンブリ４６０の中央部とスパッタリングターゲットとの間の距離を変化させることができる。ヒンジ式に結合されたマグネトロンと真っ直ぐなマグネトロンとを比較した場合の水平方向の寸法差による水平方向の距離の変化は、周辺のベアリング梁を内側に湾曲させることにより、又は、中央サポートレール４６２に取り付けられたベアリングトラック間を固定的に結合することにより（しかし、側部サポートレール４６４，４６６に対するベアリングトラックの結合は、自由に、中央ベアリングレール４６２に対して接近又は後退運動（摺動）を可能とする）、許容され得る。なお、このような結合部の詳細構造は、当業者によって作り実施され得る。
【００５８】
［基準プロファイルに追従する分割型マグネトロン］
図３８は、本発明による他の実施形態を示している。この実施形態においては、１又は複数のカム面とカムフォロアが用いられ、それぞれ独立に移動できるマグネトロン・サブセクションを有するマグネトロンアセンブリの部分間での距離を変化させると共に、マグネトロンの磁石列における隣合う永久磁石同士が連続したループを描く外形を維持するようにしている。磁石サブセクション（一連の磁石部材サブセクション）は、枢動自在とすることができ、連続した磁場を提供すべく鎖のように互いにヒンジ結合されることができ、或は、可撓性のあるハウジング内に収容されることができる。図３８に示すように、いくつかのカム面（一連のカム面）は、マグネトロンの各サブセクション、ひいてはマグネトロンアセンブリが全体として追従するプロファイル（ｐｒｏｆｉｌｅ）／パターンを反映する連続したカム面板４７６を形成すべく、互いに組み合わされ得る。カム面板４７６にはいくつかのカム面スロット（例えば４７８）が備えられており、これを通ってカムフォロアロッド（例えば４７４）が、カムフォロア（例えば４８２）とマグネトロンアセンブリのサブセクション（例えば４７２）とを結合している。マグネトロン輪郭（ｃｏｎｔｏｕｒ）トラッキングフレーム４８６は、カムフォロア（例えば４８２）とマグネトロン・サブセクション（例えば４７２）との間の上下方向の整列状態を維持し、これらが一体的にトラッキング（水平方向の駆動手段によって駆動された場合）することで、膜の厚さの制御性及び／又は膜の厚さの均一性を改善するようにしている。プロファイル面パターンの各トラッキング（追随）によって、マグネトロンアセンブリの特定のサブセクション（例えば４７２）の各々とその下のターゲットとの間の距離が変化する。
【００５９】
図３８Ａは本発明による他の構成を示している。図３８Ａにおいては、マグネトロン４８８は可撓性のある材料でできており、各上下方向の制御部材（一連の上下駆動部材の制御部材）がマグネトロン４８８の各部分の垂直上下動を制御するようになっている。トラッキングフレーム４８６はわかりやすくするために、破断して示している。この構成においては、上下方向制御部材（プッシュ／プルロッド）の数を増加させることにより、及び／又は、マグネトロンの各側にこのような上下方向制御部材を設けて必要なピッチ挙動が得られるようにすることにより、マグネトロン４８８のターゲットに対する影響を精密に制御することが可能である。
【００６０】
図３９〜図４２は、カム面４７６に利用可能ないろいろな面パターン／プロファイルのうち三種類を理想化された概念図として示したものである。
【００６１】
図３９における面パターン／プロファイルは、図９〜図１５に示した構成のマグネトロンアセンブリによりトラッキングされた面パターン／プロファイルと同様になっている（相対する隅部が高く、他の相対する隅部が低くなっている）。このプロファイルにおいては、後方の隅部４９４と前方の隅部４９８が低くされ、一方、右側の隅部４９２と左側の隅部４９６が持上げられている。従って、右の隅部４９２に低い隅部４９８を表面上連結しているレール間の高さの変化は、低から高へと変化し、一方、後側の隅部４９４から左の隅部４９６に連結しているレールは高から低へとなっている。
【００６２】
図４０には、２次元の円形状の若しくはパラボラ型の曲面を示している。湾曲面ないしは円弧形状の面の高位点は水平な中心軸５０３に沿って配置されている。実際にはベアリングレールの高さは図示の曲面の縁に沿って追従し、例えば右隅部５０４から下隅部５１０にかけて、又は上隅部５０６から左隅部５０８へと追従している。
【００６３】
図４１に示した面プロファイル／パターンの輪郭は、上方に開いたパラボラ型ないし円形型を示しており、これにおいてはすべての隅部、すなわち右隅５１６、後ろの隅部５１８、左隅部５２０及び前方の隅部５２２が略等しい高さに持上げられており、中央部５１５は低い位置になっている。この面パターンに従うマグネトロンアセンブリは、マグネトロンアセンブリの磁石列の各磁石サブセクションを有しており、これらのサブセクションによって、磁石列の中央部分はターゲットの裏面に近づいて、その場所におけるスパッタリングを増強させる。或はまた、この構成は、磁場の影響が円形もしくはパラボラ型のターゲットを均一にスパッタリングして、特別な形状のマグネトロンを形成する必要なく、同様な円形やパラボラ型の基板（例えばパラボラ型反射鏡）にスパッタリング成膜するよう、用いられることもできる。この構成を用いた場合、図４１に示したようなマグネトロン・サブセクション用の面パターン／プロファイルを用いることで、成膜される膜の厚さを比較的一定に保つことができる。
【００６４】
図４２には凹形の下向きの円形ないしパラボラ型を示しており、４つの隅部５２８，５３０，５３２，及び５３４はこのプロファイル／パターン面の低位置になっており、中央の５２７の点がプロファイル／パターン面の高い点となっている。
【００６５】
当業者は理解するであろうが、機械的なカム形状（例えば図３８）又はその他の全体に適度に連続的なカム面プロファイル／パターンを用いて、マグネトロン・サブセクションとターゲットアセンブリとの間の距離を変化させることができる。しかし、図に示した面パターン／プロファイルは、多くの面パターンのバリエーションのうちの利用可能ないくつかのものに過ぎない。カム面／プロファイルの変化は、特定の場所においてスパッタリングを局所的に変化させたい場合にそれに応じてカム面を変形することで適用することができる。
【００６６】
［上下アクチュータ］
本発明による装置の他の構成では、図４３に示すように、略平板からなる平坦なフォロア板５４６と、マグネトロンの各サブセクション（例えば５４２）の横方向位置と上下方向位置とを関連づける構造とを用いている。各サブセクション（例えば５４２）は縦棒（例えば５４４）を介して輪郭プレートフォロアアクチベータ（例えば５５２）に結合されている。これらによってアクチベータアセンブリ（例えば５５０）ができている。アクチベータアセンブリ（例えば５５０）は、平坦なフォロア板５４６のスロット（例えば５４８）内をマグネトロン輪郭トラッキングフレーム５５８（一点鎖線にて示す）の動きに従って移動する。マグネトロントラッキングフレームによって全てのアクチベータアセンブリが結合され、マグネトロンアセンブリ（全てのマグネトロン・サブセクションを含む）がターゲットアセンブリに沿って横方向に掃引動作（scanning）した場合に、これらが横方向に同時に動くようになっている。各マグネトロン・サブセクション５４２の上下方向位置は制御システム５５４により設定され、制御システムは、マグネトロンが端から端へと移動したときの各マグネトロン・サブセクションについての高さを定める高さ制御データを受け取るようになっている。高さ制御データにより、磁石サブセクションは、プログラムされた面プロファイル／パターンによるプログラムさせた態様で移動される。電気的プログラミング（輪郭ジェネレータ５５６のプログラムに従ってアクチベータがマグネトロン・サブセクションを移動させるプログラム）を用いて、プログラムされたパターンは磁石の小部分をあたかもメカニカルなカム面（例えば図３８に示したような）に従うようにして移動させる。なお、輪郭ジェネレータは、制御システム５５４に基準輪郭ないしは基準等高線を提供するものである。輪郭データのプログラミングは簡単に変更することができ、所望の面パターン／プロファイルに応じたマグネトロンのトラッキングを調整できる。
【００６７】
［スパッタリングの電磁石式マグネトロン制御］
図４４及び図４５は、スパッタリングを制御するために用いられ得る電磁石を用いたマグネトロンの構成を示している。マグネトロン５６０はターゲットの表面とほぼ平行な面内で保持されており、ターゲットアセンブリの裏面に沿って前後に掃引動作するようになっている。マグネトロン５６０が移動されると、マグネトロン内の電磁石は付勢され、列をなす各電磁石のそれぞれが発生させる磁場の強さが輪郭プロット５５６ａに従って変化される。このプロット５５６ａは、物理的形状の変化についての経験的な知識にもとづいた所望の成膜プロファイルを示したものである。従って、マグネトロンが前後に移動したとき、磁場は電気的に変化させられ、永久磁石によるマグネトロンをターゲットアセンブリの裏面に近づけたり遠ざけたりしたときと同様な結果が得られる。このような構成における磁石列には、永久磁石と電磁石を組み合わせてたものを含ませるようにしてもよく、また、このような電磁石を高さ方向の移動に関連して、あるいは、水平方向の移動に関連して用いてもよい。極端な例においては、電磁石の列を、基板表面全体をカバーするエリアを有するように固定して、磁場の強さの変化を、選択された電磁石への通電及び断電を制御することで電気的に制御するようにしてもよい。
【００６８】
図４５は、マグネトロン５６０に電磁石を用いた構成を示している。磁石は図４におけるのと同様に配列されており、違うのは各永久磁石セグメントの代りに電磁石コア（好ましくは鉄）（可能ならば図示のようにスプール５６４の形状のコア）を配置している。なお、各スプールにはワイヤ巻線が巻き付けられている。磁場の強さは輪郭コントローラ５５４ａに接続された配線５７６によって独立に制御される。マグネトロンが前後に移動したとき、磁場の強さは電磁石のコイルに供給される電流の大きさを可変することで変化させられ、スパッタリングもこれに従って促進される。
【００６９】
本発明における方法であって、スパッタリング中に基板に成膜される膜の厚さを選択的に制御するものにおいては、スパッタリングターゲットの近傍で磁石部材を横方向に移動させるステップと、磁石部材が水平方向に動いたときに磁場の強さを変化させてターゲット表面でのスパッタリングを促進させ、スパッタリング中に処理中の基板上に特定の膜厚のパターンを成膜するステップとを含んでいる。膜厚を均一にするよりも違えることが望ましい場合もある。例えば、基板に成膜された導電層とのワイヤリング結線の耐久性を増し、割れが生じにくくするために、基板の縁部での膜の厚さを増加させることが望まれる場合もある。一般的には、局部的な膜の厚さの不均一が望まれるかどうかにかかわらず、基板のほぼ全体にわたる膜厚の均一性についての誤差（公差）が維持されなければならないことが望まれる。本発明による構成及び方法によれば、膜の厚さが均一であることが望まれる箇所では均一に、不均一であることが望まれる箇所では不均一にすることができる。
【００７０】
本発明の方法によれば、マグネトロンアセンブリ又は磁石セクションを横方向に動かすと共に、垂直サポートによりマグネトロンアセンブリの少なくとも一部をその水平方向の位置に応じて高さ方向に移動させて、膜の厚さの均一性を改善する。
【００７１】
本発明による方法においては、磁石部材をスパッタリングターゲットの近傍で横方向に移動させるステップと、前記磁石の一部を上下方向に移動させるステップとを含み、その距離を基準面と所定の位置での移動平面との間の平行度の誤差（公差）範囲より大きくすることで、平面から逸脱する磁場の強さを変化させて、膜の厚さの制御を改善する。本発明の他の方法では、磁石部材を軌道に沿って横方向に移動させるステップと、磁石部材の一部を横方向に移動させると同時に上下方向にも移動させて、軌道に沿った１つ以上の箇所におけるスパッタリングに対して用いられる磁場の強さを変化させて、スパッタリングに関する膜の厚さの均一性又は制御性を改善するステップとを含んでいる。磁石部材は軌道に沿って横方向に移動され、且つ、磁石部材の横方向の動きと同時に磁石部材の一部は上下方向に移動させられ、軌道に沿った１又は複数の箇所におけるスパッタリングに対して用いられる磁場の強さを変化させ、スパッタリング中に成膜される膜の厚さの制御性を改善することができる。
【００７２】
本発明による方法では、磁場の強さを変化させるステップは、磁石部材の横方向の位置に応じたパターンに従って磁石部材の電磁石の強さを変化させることを含んでいる。
【００７３】
本発明は上述のように具体的な実施形態に基づいて説明したが、当業者ならば本発明の範囲及び精神から逸脱することなくその形態や詳細部分を変更することができることを理解するであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術によるマグネトロン装置の模式的な平面図である。
【図２】図１の従来技術によるマグネトロンチャンバから、ターゲットアセンブリによって隔てられたスパッタリングチャンバを示す断面図である。
【図３】図２の装置の側面断面図であって、マグネトロンの磁場がスパッタリングターゲットを越えて延びているようすを概念的に示している図である。
【図４】永久磁石を含むマグネトロンと、そこから下向きに磁場が発生している様子を概念的に示した断面図である。
【図５】図２の装置についての第２の側面断面図であって、マグネトロンを最上位の位置に持上げたときにマグネトロンの磁場がかろうじてスパッタリングターゲットを越えるようすを概念的に示している図である。
【図６】従来技術によるターゲットの浸食プロファイルであって、スパッタリングの最中のスパッタリングターゲットの浸食（利用）のパターンを示している図である。
【図７】従来技術によるマグネトロンチャンバを用いたスパッタリングターゲットについての基板上の膜厚プロファイルを示すもので、５点式プローブを用いて測定したシート抵抗値（膜の厚さと逆比例する）分析により得られたプロファイルを示す図である。
【図８】本発明の構成及び方法を用いた場合におけるスパッタリングターゲットアセンブリの膜厚の等高線プロットであって、５点式プローブを用いて測定したシート抵抗値（膜の厚さと逆比例する）分析からの等高線プロットを示す図である。
【図９】マグネトロンを支持するために中央ベアリングレールを用いているマグネトロンチャンバを示す模式的な斜視図である。
【図１０】図９の中央マグネトロンサポート梁を寸法的に誇張して示す模式図であって、当該サポート梁が中央梁サポートに沿って移動した場合にサポート梁がねじれる様子を示す図である。
【図１１】図１４のマグネトロンサポート梁の１１−１１線における断面図である。
【図１２】図１４のマグネトロンサポート梁の１２−１２線における断面図である。
【図１３】図１４のマグネトロンサポート梁の１３−１３線における断面図である。
【図１４】中央マグネトロンサポート梁を備えている本発明によるマグネトロンチャンバの平面図である。
【図１５】例えば図９に示すような中央梁に支持されたベアリング軌道（レール）を備えたベアリングチャンネル梁を示す斜視図である。
【図１６】ベアリング支持レールを改良したものを示す図であって、チャンネルが分割され、チャンネルの両端の片方が持上げられて、マグネトロンの一部分を上下方向に移動させるようにしているものを示す図である。
【図１７】図１８に示すマグネトロンの端部を示す平面図であって、斜面（カム）に係合して持上げられようとしている状態を示す図である。
【図１７Ａ】図１８Ａに示すマグネトロンの端部を示す平面図であって、斜面（カム）に係合して持上げられようとしている状態を示す図である。
【図１８】図２０及び図２４中の１８−１８線におけるマグネトロンチャンバの部分断面図であって、チャンバの端部において斜面によってマグネトロンの端部が持上げられるようすを示す図である。
【図１８Ａ】図２０Ａ中の１８Ａ−１８Ａ線におけるマグネトロンチャンバの部分断面図であって、チャンバの端部において斜面によってマグネトロンの端部が引っ掛けられるようすを示している図である。
【図１９】マグネトロンと斜面との位置関係を示す断面側面図である。
【図２０】マグネトロンチャンバの平面図であって、相対する隅部の斜面によってマグネトロンの端部が持上げられるようになっているものを示す図である。
【図２０Ａ】マグネトロンチャンバの平面図であって、各隅部の斜面によってマグネトロンの端部が持上げられるようになっているものを示す図である。
【図２１】図２４中の２１−２１線における模式的な断面図であって、変形可能な水平なマグネトロンの端部がそり上げられて曲線形状になったようすを示している図である。
【図２１Ａ】図２４中の２１−２１線における模式的な断面図であって、剛的な水平なマグネトロンの端部が持上げられたようすを示す図である。
【図２２】図２４中の２２−２２線における模式的な断面図であって、変形可能な水平なマグネトロンを示す図である。
【図２２Ａ】図２４中の２２−２２線における模式的な断面図であって、剛的な水平なマグネトロンを示す図である。
【図２３】図２４中の２３−２３線における模式的な断面図であって、変形可能な水平なマグネトロンの端部がそり上げられたようすを示す図である。
【図２３Ａ】図２４中の２３−２３線における模式的な断面図であって、剛的な水平なマグネトロンの端部が持上げられたようすを示す図である。
【図２４】マグネトロンチャンバの模式的な平面図であって、マグネトロンは中心部付近において支持されており、相対する隅部には斜面が設けられ、マグネトロンがいずれかの端に近づいたときにマグネトロンの端部の上下方向の位置が可変されるようになっているものを示す図である。
【図２５】マグネトロン軌道に中央サポート梁を用いた場合のマグネトロンチャンバの底面図である。
【図２６】図２５のマグネトロンチャンバを示す断面図である。
【図２７】マグネトロンチャンバの模式的な斜視図であって、内部の可動マグネトロンが両端部付近で２本の水平梁により支持されたものを示す図である。
【図２８】図２７に示すような傾斜軌道に沿ってマグネトロンが一端から他端へ移動するにつれて当該マグネトロンの高さが変化する（傾動する）ようすを模式的に示した説明図である。
【図２９】本発明による２本のほぼ平行なレール（軌道）によって支持されたマグネトロンを示す模式的な断面図である。
【図３０】図３３中の３０−３０線における断面図であって、マグネトロンサポートレールとマグネトロンの挙動を示す図である。
【図３１】図３３中の３１−３１線における断面図であって、マグネトロンサポートレールとマグネトロンの挙動を示す図である。
【図３２】図３３中の３２−３２線における断面図であって、マグネトロンサポートレールとマグネトロンの挙動を示す図である。
【図３３】マグネトロンチャンバの模式的な平面図であって、マグネトロンが２本の水平なサポートレールによって端部付近で支持されている状態を示す図である。
【図３４】マグネトロンの底面図であって、マグネトロンが２本のほぼ平行な梁によってマグネトロンチャンバの縁部で支持されている状態を示す図である。
【図３５】図３４の断面図である。
【図３６】例えば図３７に示すように、マグネトロンチャンバ内に設けられたヒンジ結合されたマグネトロンを示す断面図である。
【図３７】本発明によるヒンジ結合されたマグネトロンと弓なりに下がった中央軌道とを示す模式的な斜視図である。
【図３８】永久磁石サブセクション（副構成部分）を有するマグネトロンアセンブリ（装置）が移動する状態を示す図であって、マグネトロンが横方向に移動する際に、スパッタリング中のターゲットと各磁石サブセクションとの間の上下方向の空間を変化させる輪郭板によって、各磁石サブセクションの上下方向移動が影響を受けるところを示している図である。
【図３８Ａ】何本かのカムフォロアリンクを介して輪郭板に結合された変形可能なマグネトロンを有するマグネトロンアセンブリ（装置）が移動する状態を示す図であって、マグネトロンが横方向に移動する際に、スパッタリング中のターゲットとマグネトロンの各部分（カムフォロアリングに連結された部分）との間の上下方向の距離を変化させる輪郭板によって、マグネトロンの前記部分の上下方向移動が影響を受けるところを示している図である。
【図３９】輪郭板に関するマグネトロン基準面パターンを市松模様で概念的に示す図であって、その右隅部及び左隅部が高くされ、前隅部及び後隅部が低くされていることを示す図である。
【図４０】磁石基準面を概念的に示す図であって、水平な中心軸に対してパラボラ状ないし円弧状に下を向いて曲った形状で、横軸と直交する全ての軌道が等しくなっているものを示す図である。
【図４１】磁石セクションガイド（磁石構成部分ガイド）として用いられる椀状のパラボラ型パターンプレートを概念的に示した図であって、図３８に示した形状と同様な形状になっているものを示す図である。
【図４２】磁石パターン輪郭板として用いられる凸面型の基準面パターンを概念的に示した図である。
【図４３】前もってプログラムされたパターンに従って、電気的アクチベータ又は他のアクチベータを個々に用いて磁石セクションを上下動させるための、アクチベータを用いた平坦な磁石輪郭板アセンブリを示す図である。
【図４４】磁石が電磁石であるマグネトロンを示す図であって、スパッタリング中にマグネトロンが水平に動いたときにマグネトロンの電磁石セグメントの各々に供給される電気エネルギーの強さを変化させることにより、磁場の強さを制御するものを示している図である。
【図４５】図４４に示した構成に用いられる本発明による電磁石マグネトロンの断面図である。

Claims (9)

1. 一連のレール上に支持されると共に、前記一連のレール上を移動するトラックとして機能する磁石部材を備える磁石スキャニング機構であって、
   前記レールは、前記トラックが前記一連のレールの第１の端部から前記一連のレールの第２の端部に移動する際に前記トラックの略一定の軌道幅を可能とするよう、互いに隣接して延びており、
   スパッタリング中に、基板と前記磁石部材との間に配置されたターゲットに対向する前記基板上にスパッタリング成膜された膜の厚さの均一性を改善するために、前記磁石部材が前記一連のレールの前記第１の端部から前記一連のレールの前記第２の端部に移動する際における前記磁石部材の前記移動によって、前記磁石部材が前記移動中に傾けられる、磁石スキャニング機構。
2. 略平行に配置された一組の互いに独立した直線状のベアリングレール上でトラックとして移動する磁石部材を備える磁石スキャニング装置であって、
   スパッタリング中に、基板と前記磁石部材との間に配置されたターゲットに対向する前記基板上にスパッタリング成膜された膜の厚さの均一性を改善するために、前記一組のベアリングレールにおける第１のレールの第１の端部が、前記一組のベアリングレールにおける前記第１のレールの第２の端部よりも前記ターゲットから離れるよう持ち上げられている、磁石スキャニング装置。
3. スパッタリング中に、スパッタリング成膜された膜の厚さの均一性を更に改善するために、前記一組のベアリングレールにおける第２のレールの第２の端部は、前記一組のベアリングレールにおける前記第２のレールの第１の端部よりも前記ターゲットから離れるよう持ち上げられ、前記一組のベアリングレールにおける前記第２のレールの前記第２の端部が、前記一組のベアリングレールにおける前記第１のレールの前記第２の端部に対応している、請求項２記載の磁石スキャニング装置。
4. 前記一連のレールにおける前記第１の端部及び前記第２の端部についての一組の上下方向位置が、前記磁石部材の軌跡を設定するよう、前記第１のレール及び前記第２のレールの前記第１の端部及び前記第２の端部を上下させることのできる上下移動機構により設定される、請求項３記載の磁石スキャニング装置。
5. 前記上下移動機構は、スパッタリング中及び前記磁石部材のトラッキング中に動作する請求項４記載の磁石スキャニング装置。
6. ２つのレールに沿って磁石部材が移動する際に、基板と前記磁石部材との間に配置されたターゲットに対向する前記基板上にスパッタリング成膜される膜の厚さの均一性を改善するために、所定の非平行度で設定された前記２つのレールに移動可能に支持された前記磁石部材を備える磁石スキャニング装置。
7. 基板とマグネトロンの間に配されるターゲットに近接しており、第１の方向に移動可能な可撓性を有する前記マグネトロンを備え、
   前記マグネトロンは、前記マグネトロンと前記ターゲットの間に前記第１の方向に対して垂直な第２の方向に沿って可変する高さを与えるように可撓性を有し、これにより前記基板にスパッタリング成膜された膜の厚さの均一性を改善する、磁石スキャニング装置。
8. 前記マグネトロンは、互いにヒンジ結合されて連続した磁場を提供する複数の磁石部材サブセクションを備える、請求項７記載の磁石スキャニング装置。
9. 前記磁石部材サブセクションのそれぞれが垂直部材で支持されている、請求項８記載の磁石スキャニング装置。

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