JP4250526B2 - 磁界強度を調節可能なスパッタリングマグネトロン装置 - Google Patents

Description

発明の分野
この発明は、スパッタリングマグネトロン装置に関し、特に、スパッタリングマグネトロンの磁気出力を調節してターゲット面の領域での可変の磁界強度を実現するための装置および方法に関する。

発明の背景
犠牲ターゲットから材料を放出し、それを受入れ基板に膜として堆積するための技術の実現が知られている。１つのそのような技術は、当該技術分野ではスパッタ堆積として知られており、たとえば、コンピュータハードドライブまたは記憶装置もしくはガラスへの光学コーティングを製造するときに使用可能な薄い膜を堆積するのに特に有用である。

既知の（非マグネトロン）ダイオードスパッタリング技術では、ターゲット（カソード）に正の気体イオンが射突する。イオンとターゲットとの間の衝撃によって真空チャンバ内で射突が起こり、中性のカソード原子（すなわち、スパッタ粒子）が二次電子とともに放出される。カソードの暗い空間内で電子が加速すると、高エネルギの電子は、非弾性衝突によって新しいイオンを主に作り出す。それらは、ターゲットからあらゆる方向に排出され、これら粒子の一部はチャンバを横切り、基板に堆積されて薄い膜を形成する。

この機構にはいくつかの欠点があり、これらが相重なってシステムの物理的な構成およびスパッタパラメータの範囲を制限する。さらに、高エネルギの原子の衝撃による基板の過度な加熱の問題を緩和するための冷却装置が知られているが、この問題を避けるのは難しい。

ダイオードスパッタ堆積技術は、平板カソードの後ろに永久磁石を直接導入することで１９７０年代に改良された。これら磁石は、磁界線が平行でかつ正確にカソード面の前にあるように配置される。平板マグネトロン技術は、円筒形マグネトロンの発明によって、８０年代初期にさらに拡張された。この場合、円筒形のカソード管は、平板マグネトロンで使用されるものと同様に、静止した磁石構成のまわりで回転する。

マグネトロン装置の１つの種類が平板マグネトロンであり、この一例がＵＳ４，８１８，３５８に記載されている。ここでは、磁石のアレイが、長方形の平板マグネトロン上に２つの湾曲したレーストラック（racetrack）を形成するように方向付けられる。平板マグネトロンは長方形の形状に限定されず、円形であってもよく、位置的に固定された磁石を使用するそのような装置がＵＳ５，２６２，０２８に開示されている。

別の平板マグネトロンがＷＯ ９９／２２６２７４に開示されており、この開示をここに引用により援用する。この出願では、磁石アセンブリがターゲットに対して動きかつ可動の磁石を備えた平板マグネトロンとして見なすことのできる、平板マグネトロンが提案される。

さらに別の種類のマグネトロンは円筒形マグネトロンと称される。１つのそのような装置がＷＯ ９９／５４９１１に開示され、この開示をここに引用により援用する。この場合、磁石アセンブリは静止しており、ターゲットは回転する円筒の形である。

マグネトロンスパッタリングでは、負に荷電したターゲット面から出発する電子は、（
磁界内で荷電粒子が動く結果としての）付加的なローレンツ力を受け、これによってターゲット面に沿った経路に押しやられる。結果として、これら電子は、ターゲットの近くで気体原子との電離衝突に利用され得る。これによって、濃いプラズマ（さらに多くの電離）が生じ、高エネルギの電子の喪失が低減し、低い圧力での動作が可能となる。これら特徴のすべてによって、効率の高いスパッタプロセスが作られ、基板および堆積システムの構成の欠点が低減する。

この特徴を最適に使用するため、磁界線がターゲット面に対して平行であるべき閉ループ磁界トンネルを作ることが重要である。この原理の一般的な実施例が、磁界線および電子の動きの方向の詳細とともに図１に非常に概略的に示される。

電子はターゲットの表面に対して垂直に、すなわち、ｚ軸に沿ってターゲットから出発するため、ローレンツ力は、ｚ軸に対して垂直な平面、すなわち、ｘ−ｙ平面にある磁界線に対して最大になる。ｚ軸上の固定された高さについて、ｘ軸に沿ってｘ−ｙ平面の磁界ベクトルの大きさ（Ｂ_xとして示される）を評価すると、図２に示される曲線が得られる。

図２の最も左および最も右で偏位が小さいのは、レーストラックの外側で閉じる磁界線によるものである（図１の外側の磁界線も参照のこと）。主な偏位Ａ₁は、図１の外側左および中央の磁石によって形成され、負である。なぜなら、磁界ベクトルの方向付けがｘ軸と反対だからである。その絶対値は磁石の中間の近くで最大となる。磁界線がターゲット面に対して平行になるのはまさにこの点である。中央の磁石と外側右の磁石との間で、Ｂ_xの値は正になる。マグネトロン動作の効率は、面積Ａ₁およびＡ₂が示度である電子の磁気ボトリング（magnetic bottling）によって規定される。面積Ａ₁はおよびＡ₂は、目的によっては交換可能と見なされることがあり、このような状況では、参照を単純にするために、汎用的な参照Ａｉで置き換えられる。Ａ_iが使用される場合、Ａ₁およびＡ₂のどちらかまたは両方によって適宜置き換えられる。レーストラックは閉ループ磁界トンネルを形成するため、Ａ_iの面積の均一性は重要である。ある場所（たとえば、レーストラックの折り返し）で、Ａ_iの面積が非常に小さいかまたは形状が崩れていると、電子はレーストラックから失われ、スパッタリングプロセスの電離効率が大きく変化し得る。たとえば、増加または減少し得る。結果として、ｙ軸(図１および２には図示せず）に沿ったＡ_iの面積の高い均一性が最大のマグネトロンの効率を得るために重要である。たとえば、Ａ₁およびＡ₂がある特定のｙ軸の場所で非常に小さい場合、偏ったスパッタ率および基板へのコーティングの局所的な差が予想される。図３は、ターゲットの長さ（すなわち、ｙ軸）に沿ったあり得る不均一な磁界強度面積を示す。

図３では、３つの異なるゾーンが区別できる。ゾーン１は、Ａ₁およびＡ₂の面積が同様でありかつターゲットの長さに沿って比較的一定である理想的な事例である（折り返しに対応する両極端でのゼロの値は考慮しない）。ゾーン２では、｜Ａ₁｜＋｜Ａ₂｜の中間値は、ゾーン１の合計に相当する。結果として、ゾーン１およびゾーン２におけるスパッタ歩留まりは、基板を両方のスパッタゾーンＡ_i上を通って動かすことに相当する。一方、基板が静止している場合、ゾーン２の面積Ａ₂と比較して、面積Ａ₁上にある基板にはいくぶん厚い層があることが予想される。大面積をコーティングする場合は大抵、基板はターゲット全体にわたって動かされるため、合計が一定である限りレーストラックＡ_iの対向するセクションでの差には注意が払われてこなかった。しかしながら、ターゲットの長さに沿った合計｜Ａ₁｜＋｜Ａ₂｜（すなわち、ゾーン３）での重要な変化は、直接、コーティング層の厚みの比例的な変化につながる。しかし、合計｜Ａ₁｜＋｜Ａ₂｜が一定であっても、｜Ａ₁｜および｜Ａ₂｜の間に大きな反対のばらつきがあると、これら局所的な変動によって、レーストラック全体で効率が失われることがある。

局所的に磁界強度を調整するためにさまざまな技術が開発されており、Ａ_iの面積または形状はさまざまになっている。

ａ） 局所的な過度なターゲットの浸食を低減する方法として、磁気抵抗の低い材料で作られた磁気分流器をターゲットの下であってかつ内側および外側の磁極の間に挿入して置いてもよい（ＵＳ４，９６４，９６８、ＵＳ５，１７４，８８０、ＵＳ５，４１５，７５４）。ある特定の事例（ＵＳ５，６８５，９５９）では、分流器は、スパッタリングターゲットと磁束源との間で移動可能である。

ｂ） ターゲットをより均一に浸食するための方法として（すなわち、ターゲット面に対して平行な動き）、磁石装置は、個々に動かすか（ＷＯ００／３８２１４）または孔にいれて所望の位置に置き（ＵＳ６，１３２，５７６）、磁石装置の形状を変化させることのできる複数の磁石セグメントを含む。

ｃ） 堆積の厚みの均一性を向上するため（すなわち、ターゲット面に対して垂直な動き）、磁石アセンブリの磁石要素のターゲットの表面からの間隔は、さまざまであり得る（ＥＰ ０ ８５８ ０９５ Ａ３）。

ｄ） セグメントの磁石の各々は、上半分および下半分に分けられ、両方の半分の間に保持される隙間の空間は位置によって変わるため、磁界の均一性が増し、結果としてプラズマ濃度の均一性が増す（ＥＰ ０ ６６１ ７２８ Ａ１、ＥＰ ０ ７６２ ４７１
Ａ１）。

ｅ） 磁界の分布を変えるために、複数の磁石が、規定された個々の固定された長さを備えた鉄の棒に個々に装着され、内側および外側にスライドすることのできる磁気的に導電性のピンを受入れるための孔を有する（ＵＳ５，０７９，４８１）。

ｆ） 永久磁石ではなく、幅広く調整可能な励磁電流を備えた電磁コイルを使用することで、広範な磁気特性を実現できる（ＵＳ ４，５００，４０９）。別個の電力制御を備えたいくつかの電磁石を組合せることで、別個に制御された放電が可能となる（ＵＳ ４，５９５，４８２）。永久磁石を、ターゲットの後ろ（ＵＳ ５，４１７，８３３）または基板の後ろ（ＵＳ ５，４３９，５７４）にある電磁石と組合わせてもよい。

ｇ） 磁石アセンブリは、磁石が上に装着された別個の磁石プレートからなり、少なくとも２つの磁石プレート（たとえば、１つは内側の磁石に対応し、１つは外側の磁石に対応する）が、互いに関して可動であり、アクチュエータによって動作される（ＵＳ ５，９８０，７０７）。

ｈ） ターゲットと磁石アセンブリとの間の距離を調節することによって、ターゲット面での磁束密度を調節して、ターゲットプレートが消費されるときにほぼ一定のスパッタリング条件を維持する（ＵＳ４，３０９，２６６、ＵＳ４，４２６，２６４）。

ｉ） マグネトロン（すなわち、磁石アセンブリ）またはマグネトロンの一部分とスパッタリングターゲットとの間の距離を調節することによって、膜の厚みの均一性が向上する（ＥＰ ０ ８２０ ０８８ Ａ３）。

ｊ） 円筒形のマグネトロンを回転させ、中央の保持管と軟鉄の局片との間に小さな詰め板を追加するかまたは取除くこと（および、冷却水がターゲット管に沿って流れて戻る前にターゲット管の端部に運ぶこと）によって、ターゲットに対する磁石の間隔を局所的に調節する、図４に示される概念も知られている。

先行技術の欠点
ａ） 磁気分流器は、主な機能として、反対の極性の磁石間の磁界線を短絡する。これを行なうことによって、ターゲット上方の磁界強度は、磁気分流器の位置で局所的に減少する。このため、磁気分流器の最適な位置は、ターゲットのちょうど下方（または、中間の冷却支持プレートの下方）であり、かつ磁石の上方であることが好ましい。結果として、多くの場合、磁気分流器の設置を可能にするため、磁石構成とターゲットまたは冷却プレートの裏側との間に何らかの固定された空間が必要となる。しかしながら、これはターゲット上方の全体的な磁界強度を低下させる。なぜなら、磁石がターゲットからさらに遠くに変位されるためである。さらに、この技術では、磁界強度を減少させることしかできない。たとえば、図３に示されるように、全体的な磁界の輪郭に局所的な下降のみが見られる場合、残りの磁気構造全体を分流してこの局所的な下降を補償する必要があり、最終的な結果として、磁界強度全体的に低下する（すなわち、磁気ボトリング効果の悪化）。これは、磁界が局所的に高すぎるが低すぎない場合に、ゾーン２の問題およびゾーン３の問題に対する解決策を提供する（さもなければゾーン１および２を調節しなければならない）。

ｂ）、ｃ）、ｄ）およびｅ）
個々の磁石、磁石部品または軟鉄部品の局所的な変位は、有用な選択肢であるが、何らかの機械的な限界によって適切な調節が妨げられることがある。冷却水を導くための銅管は、多くの場合、支持プレートの裏側に溶接されるか、またはろう付けされる。これら冷却チャネルの最適な場所は磁石の間である。なぜなら、ここがまさに熱が生成される場所（すなわち、プラズマレーストラックの場所）であり、かつターゲットにできるだけ近くになければならない磁石に冷却管が干渉しないためである。このことは、冷却チャネルが、しばしば反対の極性の磁石を互いに近くに置くのを妨げることを意味する。反対の極性の磁石を互いから遠くに設置することは、非常に限定されていることが多い。なぜなら、マグネトロンのハウジング内での磁石アレイの構成が小型であるためである。小型のマグネトロンでは、冷却水チャネルの問題は、特別な冷却プレートを設計することで回避することができる。しかしながら、大面積マグネトロンの場合は問題が残る。大面積マグネトロンでの一般的な選択肢は、軟鉄極片およびすべての磁石を冷却水に浸漬することである。しかしながら、腐食が激しいため、構成全体をコーティングするかまたは塗装して、瞬間的な劣化を防止しなければならない。この場合、個々の磁石の変位は非常に難しい。なぜなら、その都度、水の相互作用を防止するために何らかの再コーティングを行なわなければならないためである。磁石および極片を別個にコーティングするのが解決策である。磁石の変位後にも、すべての片をコーティングしなければならない。しかしここでも、コーティングを損傷することなく、極片上で磁石を変位させるのは非常に困難である。高い磁力のため、磁石は極片または隣接する磁石にかなり強い衝撃を与えることがあり、コーティングに擦り傷および破断を生じさせる。この結果、局所的な腐食および劣化が生じる。これは、所見を考慮に入れた、図３の種類のゾーン２およびゾーン３の問題に対する解決策である。

ｆ） 電磁石の使用は、小型のサイズのマグネトロンに対して、好ましくは円筒形のマグネトロンに対してのみ可能である。それは全体的な磁界強度に影響し、局所的な変化ハ不可能である。さらに、それはマグネトロンの概念を複雑にし、大きな値上げに対応する。これはゾーン１、ゾーン２およびゾーン３に等しく影響し、局所的な不整合性に対する解決策を提供しない。

ｇ）およびｈ） どちらも、磁界強度を変更するための価値のある選択肢である。しかしながら、どちらも全体的な強度に影響し、局所的な変更を行なうことはできない。これは、ゾーン１、ゾーン２およびゾーン３に等しく影響し、局所的な不整合性に対する解決
策を提供しない。

ｉ） この構成は、真っ直ぐな磁石構造（たとえば、数学的な線）を曲線に沿って動かせるようにすることで、ｇ）およびｈ）の可能性をいくぶん拡張する。この編成は、ターゲットの前で静止した基板をコーティングする場合に実現するとうまくいく。２Ｄターゲットの前のスパッタ歩留まりは、滑らかな表面に対応し、磁石構造の動きの方向に対して垂直な面を備えたその断面は常に真っ直ぐな線である。この技術では、局所的な隆起または下降は不可能である。これはゾーン２の問題には解決策とならないが、一部の単純な場合にゾーン３の問題に対する解決策を提供し得る。

ｊ） 特に図４を参照すると、ブラケット１２／水冷管１０と軟鉄片１６との間に詰め板を追加するかまたは取除くことで、磁石構造の高さを局所的に変化させることができる。しかしながら、実際の実現はかなり困難である。Ａ_iの最大値と最小値との間に極端な差が必要な場合、詰め板１４ａ〜ｄをまったく入れないことによってのみ磁界を減少させることができるが、詰め板１４ａ〜ｄを増やしすぎることはできない。なぜなら、磁石１７ａ〜ｄが回転するターゲット管に接触して回転を妨害してしまうからである。さらに詰め板１４ａ〜ｄを追加するか、またはいくつかの詰め板１４ａ〜ｄを取除くには、すべてのブラケット１２を緩めてその変更を可能にする必要がある。たとえば、磁石１７ａ〜ｄを局所的にターゲットに１ｍｍ近づけたい場合、図４（ａ）、（ｂ）に示されるように、マグネトロンの各端部に各々０．５ｍｍの２つの詰め板１４ａ、ｂを導入しようと考えるだろう。しかしながら、保持管内の現在の応力の状態によって、管自身が予期せぬ変形を起こし（図４にこれも示される）、満足のいかない調節となることがあるが、これは再度組立て、ポンプダウンし、スパッタリングして均一性を分析して初めてわかる。さらに、完全に冷却水に浸漬された構造を扱うため、変更を行なう毎に、上述の劣化が起こり得る。これはゾーン３の問題に対してのみの解決策である。１つのブラケット１２を小さな角度だけわずかに回すと横向きのスパッタリングになるが、Ａ₁およびＡ₂の側の間のバランスは変わらない（よって、ゾーン２の問題は解決されない）。なぜなら、このシステムは円筒形のターゲット管の値側で使用されるためである。ターゲットが平板であれば、ゾーン２の問題も解決する。

関連技術は、１つの調節可能なマグネトロンシステム内でのさまざまな不整合性をすべて解決するための真の解決策を提供しないが、完璧な解決策は、さらに別の課題にも対処しなければならない。図３を調整によって図５に変形できたと仮定する。最終的な顧客が超均一な磁界の磁石棒に満足しない可能性は非常に高い。複雑な反応性スパッタリングプロセスを行なうスパッタコーティング機に均一性の高い磁石システムを導入すると、図６に示されるような層の厚みの輪郭に繋がり得る。

特に反応性スパッタ堆積プロセス中に、なぜ均一な磁界が不均一な層の厚みにつながるかを説明するための理由がいくつかある。

・真空ポンプ孔は基板の幅にわたって均等に分布せず、基板の両端部に局所的に存在することがある。

・気体入口の分布が均一ではない。特に反応性の気体（すなわち、酸素または窒素）は局所的にターゲット材料と反応し、結果として、局所的な酸化または窒化を起こし堆積率が大きく低下することがある。

・一部のアノードが他のものより効率がよく、濃いプラズマをある位置に動かすことがある。

・２つのマグネトロン間でのＡＣ切換モードプロセスでは、２つのマグネトロン間に電磁気干渉が起こり得る。たとえば、一部の電子が１つのカソードの折り返しで失われると、アノードとして動作する他方のマグネトロンによって集められることがある。

・コーティングゾーンの一般的な構造が、プラズマおよび気体の流れに影響するようなものであり得る。

・何らかのシールドがマグネトロンまたは基板の近くに存在して、表面に到達する材料の量に影響することがある。

これらの影響のいくつかは、コーティングシステムを適切に調節することで排除することができる。しかしながら、コーティングの均一性は、はるかに良好ではあるが、依然として不十分である確率が高い。

現在、大面積コーティング業界では、光学コーティングの積み重ねの役割が大きくなっている。たとえば、太陽制御膜は、太陽の熱を反射できる一方、中性で視覚的に透明である（すなわち、４００ｎｍから７００ｎｍ間の波長の領域で透過の量が等しい）。これらフィルタコーティングは、特定の光学特性を備えた４分の１の波長の層の原理で動作する。厚みでの小さな差が直接的にフィルタ特性の変化につながるか、または可視領域内での非中性の透過につながることがある。１０年前にはコーティングの積み重ねの重要性はずっと低く、最高±５％の広い許容差および不均一性が受入れられたが、今日の優れた設計の積み重ねは、性能ははるかに高いが、±１．５％を超えるばらつきは許されない。結果として、ある特定の真空コーティング機内のマグネトロンの概念の均一性の仕様は、最も厳しい要件を満たさなければならない。

結果として、超均一なマグネトロンシステムを提供するだけでは十分でなく、それをすばやくかつ信頼の置ける方法でチューニングすることができ、しかもそれは１パーセント未満以内の正確さでなければならない。さらに、マグネトロンの効率を最大限にするために、ゾーン２の不均一性にも対処しなければならない。図５の磁気均一性に対する図６の結果の場合、図７の磁気輪郭へとチューニングして、堆積されたコーティングの均一性を高めることができなければならない。

この発明の目的は、改良されたマグネトロン装置を提供することである。

発明の概要
この発明は、薄い膜を生成するのに好適なスパッタリングマグネトロン装置を提供し、この装置は、磁界生成器と、前記磁界生成器に関連付けられたターゲットとを含み、前記磁界生成器は、磁気的活性要素と、前記磁気的活性要素を局所的に変形または偏向させて、前記ターゲットに対して前記磁界生成器の少なくとも一部分の位置を変えるように適合された調節手段とを含む。磁気的活性要素は剛性であってもよく、たとえば、剛性のハウジングに内蔵された磁石のアレイを含んでもよい。

前記変形または偏向は、可塑性または弾性であってもよく、可逆的に可塑性または弾性であることが好ましい。前記変形または偏向は、前記ターゲットの浸食面にわたる磁界強度またはプラズマレーストラックの誘導を変えるために使用してもよい。前記変形または偏向は、基板への膜の堆積の厚みを制御するために付加的にまたは選択肢として使用してもよい。

前記調節手段は、支持構造と前記磁気的活性要素との間の分離線に沿って間隔をあけられた一連の力を作用させる装置を含んでもよく、前記変形または偏向は、１つまたは複数の前記力を作用させる装置の領域において、前記支持構造と前記磁気的活性要素との間の相対的な動きを含むことが好ましい。

前記力を作用させる装置は、局所的な力、好ましくは曲げの動きを機械的に適用することによって、前記磁気的活性要素の１つまたは複数の予め定められた部分に前記変形または偏向を適用してもよい。複数の前記力を作用させる装置を組合せて使用して、前記磁気的活性要素の予め定められた偏向または変形を生成してもよい。

前記力を作用させる装置は、各々が軌道を規定する関連付けられたチューニング部材の対を含んでもよく、前記軌道は、互いに異なる方向または平面に走るが、共通の変位要素を案内するため、前記軌道に沿った少なくとも１つの方向における前記変位要素の動きは、前記部材が他方の前記部材から離れて変位されるように前記部材間に相対的な動きを生じる。前記部材間の前記相対的な動きを使用して、前記磁気的活性要素の前記偏向または変形を行なってもよい。第１の前記チューニング部材は他方の前記部材によって自由度を制限してもよく、好ましくは、前記第１のチューニング部材による前記磁気的活性要素に対する変形または偏向の適用の平面である１つの平面で、前記第２のチューニング部材から離れる方へ、またはそれに向かってのみ動くことができるように、他方の前記部材によって自由度を制限してもよい。

前記調節手段は、前記変位要素を前記軌道に沿って動かすように適合された調節装置をさらに含んでもよい。前記調節装置は、前記チューニング部材の縦の軸に沿ってクリアランスホールを通りかつ係留されていることが好ましいねじ付きアジャスタを含んでもよく、前記変位部材はねじ付き孔を含み、前記ねじ付きアジャスタは、前記アジャスタの回転が前記変位部材の前記軌道に沿った併進運動を引き起こし、これによって前記回転が前記チューニング部材間の相対的な変位に変換されるようにねじ付き孔を通される。

前記調節手段は、前記磁気的活性要素に適用された前記変形または偏向の量のフィードバックを与えるための手段を含んでもよい。前記フィードバック手段は、前記変位要素の前記軌道での動きを別の前記チューニング部材に関連して１つの前記チューニング部材の変位に関連付ける尺度を含んでもよい。前記尺度は、ユーザに見えることが好ましく、前記変位部材上に前記チューニング部材に沿った尺度と比較される指標を含むことがさらに好ましい。

前記調節手段は、前記剛性の要素と前記ターゲットとの間の隙間の細かい調整を実現するように適合してもよい。前記磁界生成器は、磁石が位置する極片を含んでもよい。

磁気的活性要素は、前記磁界生成器の磁石のアレイを囲むハウジングを含んでもよい。前記ハウジングは、実質的に冷却水密封性でもよく、そのような水の密封性の完全性は、前記磁気的活性要素の変形または偏向の間およびその後に維持されることが好ましい。

前記ハウジングまたは支持構造のうちの少なくとも１つは、使用中に冷却水の流れを前記ターゲットの少なくとも一部分の近くまたはその上に導きかつ前記流れに乱流を生成するように適合された１つまたは複数の地形的な特徴を含んでもよい。

前記磁界生成器は、永久磁石または電磁石のアレイを含んでもよい。前記磁界生成器は、前記ターゲットの表面の領域にプラズマレーストラックを含み得り、このレーストラックは前記変形または偏向の適用によってチューニング可能である。

前記磁界生成器は、平板および円筒形マグネトロンのうちの少なくとも１つの中に含まれてもよく、前記平板マグネトロンは、固定および可動の磁石のうちの少なくとも１つを含むことが好ましい。

前記磁界生成器は、前記ターゲットに対して動くように適合されてもよく、または前記ターゲットに関して静止しているように適合されてもよい。

前記変形または偏向は、前記磁気的活性要素の１つまたは複数の部分に制限されてもよく、前記磁気的活性要素の別の部分は、実質的に独立した調節手段によって、位置的に固定されるかまたは調節可能であることが好ましい。前記磁気的活性要素は、セグメント化、窪み、切込みまたはしわゾーンなどの、剛性または機械的な強度を低減するように適合された形状または構成のうちの少なくとも１つの特徴を含み、その特徴は、たとえば、その極片に適用される。

前記磁界生成器の磁気出力は、側の分流によって、少なくとも部分的に変えることができる。前記側の分流は、たとえば、０．５ｍｍの厚さからの金属テープ／金属箔の１つまたはいくつかの層の積み重ねを使用して、前記磁気的活性要素などの磁気アレイの側に局所的に適用することができる。前記側の分流は、個々の永久磁石または永久磁石のグループの磁界強度を局所的に変化させることができるか、または電子のボトリング効果に対する集積された磁界強度での局所的な変化を実現できる。前記側の分流器は、関連付けられる磁石の上面を超えないようにかつ同じ磁石の反対の極の磁界線を磁気的に短絡するように適合してもよい。

この発明は、スパッタリングマグネトロンを制御する方法も提供し、この方法は、磁界生成器の磁気的活性要素を変形または偏向して、関連付けられるターゲットに関して前記磁界生成器の一部の位置を変えるステップを含む。磁気的活性要素は剛性であってもよく、たとえば、ハウジング内に封止された磁石のアレイを含んでもよい。

この方法は、前記位置を弾性的または可塑的に変えるステップを含んでもよく、好ましくは、可逆的に弾性的または可塑的に前記位置を変えるステップを含んでもよい。この方法は、前記ターゲッティングの浸食面にわたって磁界強度およびプラズマレーストラックの誘導のうちの少なくとも１つを変えるために、前記磁気的活性要素を変形または偏向するステップを含んでもよい。

この方法は、前記磁気的活性要素に剛性的に固定された１つのチューニング部材を、前記磁界生成器の支持構造に剛性的に固定された別のチューニング部材に対して動かすことによって、前記変形または偏向を生成するステップを含んでもよい。

この方法は、各前記チューニング部材の軌道に沿って変位要素を同時に動かすことで、前記チューニング部材間に前記相対的な動きを生成するステップを含んでもよい。

この方法は、送りねじ装置によって前記変位要素を動かすステップを含んでもよい。

この方法は、前記磁界生成器と前記ターゲットとの間の隙間に調節、好ましくは細かい調節を行なって、前記ターゲットの表面にわたって生成されるプラズマレーストラックをチューニングするかまたは前記ターゲットから基板への膜の堆積をチューニングするステップを含んでもよい。

この発明は、スパッタリングマグネトロンのための磁界生成器も提供し、これは、磁気
的活性要素と、前記磁気的活性要素の局所的な変形および／または変更のための調節手段とを含む。磁気的活性要素は、実質的に剛性であってもよく、たとえば、ハウジング内に磁石のアレイを含んでもよい。

前記調節手段は、複数の力を作用させる装置を含んでもよく、その動作は前記磁気的活性要素の局所的な偏向または変形につながる。

前記磁界生成器は、磁気的活性要素の一部を形成する水密封性のハウジングに入れてもよく、その場合、前記偏向または変形は、前記ハウジングの水密封性の完全性を損なわないことが好ましい。

この発明は、ターゲットと、ターゲットに隣接する磁界生成器とを備えたスパッタリングマグネトロンを実現することができ、剛性の要素を有する磁界生成器は、剛性の要素を局所的に変形または偏向させて磁界生成器の一部の位置をターゲットに関して調節するための手段もさらに含む。変形または変更は弾性的または可塑的であってもよい。変形または偏向手段は、剛性の要素を可逆的に弾性変形または塑性変形してもよい。剛性の要素は、たとえば、磁石を囲むハウジングであってもよく、または磁石のアレイが位置する極片であってもよい。ハウジングは冷却流体密封性であり得る。支持構造を設けてもよく、この場合、変形手段は、支持構造に関して剛性の要素の一部の位置を変化させる。位置の変化は、ハウジングの流体密封性に関する完全性を変えることなく行なうことができる。磁界生成器は、永久磁石または電磁石のアレイであってもよい。磁界生成器は、ターゲットの表面でプラズマレーストラックを誘導し得る。マグネトロンは、平板マグネトロンまたは円筒形マグネトロンであってもよい。磁気生成器は、ターゲットに関して動いてもよいし、または静止していてもよい。変形手段は、支持構造とハウジングとの間の分離線に沿って間隔をあけられた一連の力を作用させる装置を含んでもよい。

この発明は、ターゲットとターゲットに隣接する磁界生成器とを有するスパッタリングマグネトロンを調節する方法を含み得り、磁界生成器は剛性の要素を有し、この方法は、剛性の要素を局所的に変形または偏向してターゲットに関して磁界生成器の一部の位置を調節するステップを含む。変形または偏向は、弾性的または可塑的であり得る。変形は、可逆的に弾性的または可塑的な態様で行なわれ得る。剛性の要素は、たとえば、磁石を囲むハウジングであってもよく、または磁石のアレイが位置する極片であってもよい。ハウジングは冷却流体密封性であり得る。支持構造を設けてもよく、この場合、変形手段は、支持構造に関して剛性の要素の一部の位置を変化させる。磁界生成器は、永久磁石または電磁石のアレイであってもよい。磁界生成器は、ターゲットの表面でプラズマレーストラックを誘導し得る。マグネトロンは、平板マグネトロンまたは円筒形マグネトロンであってもよい。磁界生成器は、ターゲットに関して動いてもよいし、または静止していてもよい。

この発明は、剛性の要素と剛性の要素を局所的に変形または偏向するための手段とを含む、スパッタリングマグネトロンのための磁界生成器も提供し得る。磁界生成器は支持要素と協働してもよい。局所的に変形または偏向するための手段は、複数の圧力装置を含んでもよく、圧力装置の相対的な差動動作によって局所的な偏向または変形が起こる。磁界生成器は、冷却流体密封性のハウジングに囲まれていてもよい。圧力装置の動作がハウジングの冷却流体密封性の完全性を損なわないことが好ましい。磁界生成器は永久磁石のアレイを含んでもよい。

この発明は、磁界生成器と前記磁界生成器に関連付けられるターゲットとを含むスパッタリングマグネトロン装置も提供し得り、前記磁界生成器は、実質的に剛性の要素と、前記剛性の要素を局所的に変形または偏向して、前記ターゲットに関して前記磁界生成器の
少なくとも一部分の位置を変えるように適合された調節手段とを含む。実質的に剛性の要素は、ハウジングに入れられかつ予め定められた限界内で前記ハウジングと実質的に調和して変形または偏向できることが好ましい磁気的活性要素を含んでもよい。このような態様で、前記ハウジングの変形または偏向は、前記磁気的活性要素の関連した変形または偏向に変換され得る。

この発明を添付の図面を参照して単なる例によって説明する。

好ましい実施例の詳細な説明
図を参照して、この発明をある図面および円筒形のマグネトロン装置を含む特定の実施例に関して説明する。しかしながら、この発明の範囲はそのように限定されず、当該技術分野へのこの発明の寄与の本質および精神を離れることなく、さまざまな変形および均等の構造／方法が可能であることが理解されるであろう。特に、円筒形のマグネトロン以外にも、たとえば静止した磁石を備えた平板マグネトロンを含めて適用可能であり、かつ可動の磁石を含む平板マグネトロンにも適用可能である。

特に図８、図１０から１３を簡単に参照すると、円筒形のマグネトロンは、たとえば、磁石のアレイなどのマグネトロンの磁界生成器の局所的な位置をターゲットに関して調節してマグネトロンの動作をチューニングするための装置を含む。たとえば、ターゲットの侵食率を局所的に変調するかまたは基板への堆積率を変調して、たとえば、ターゲットの実質的に均等な侵食および／または関連付けられる基板への膜の均等な堆積を実現することができる。後に詳しく述べるように、チューニングは、ターゲットにわたって磁界強度が局所的に可変であるように磁石のアレイを偏向または変形することによって行なわれる。

マグネトロン磁界生成器は、各々を他方から独立して使用することができる磁界強度を調節するための２つの別個のシステムを有してもよい。粗いシステムは、真空システムの影響（たとえば、構造、気体の流れ、アノード等）を考慮して、磁界生成器の構築中にチューニングされる。システムの影響は、（すなわち、図５に示されるような）均一な棒磁石などの磁界生成器を導入し、かつこの特定の棒磁石（すなわち、図６に示されるような）によって生成された基板上の層の厚みを測定することで規定することができる。層の厚みの輪郭が±１０％内に十分あるとき、すなわち、ピークからピークで２０％未満にあるときは、粗いチューニングを省いてもよく、細かいチューニングシステムを調節するのみで非常に均一な厚みの輪郭が得られる。

しかしながら、非常に均一な棒磁石を使用しているときに基板上に明らかなＶ型もしくはΛ型またはＷ型もしくはＭ型の厚みの輪郭が見られるときは、粗い調節を行なうことを勧める。この場合、すべての堆積スロットに対する粗くチューニングされた棒磁石の交換可能性は保証され、依然として細かいチューニングをそのスポットに行なうことができる。ユーザは粗いチューニングの設定を調節することはできないが、細かいチューニングシステムの調節は、非常に素早く、非常に正確にかつユーザにやさしい態様で行なうことができる。さらに、細かいチューニングの設定は、尺度上で読取り、記録し、あらたな研究および生産の設定の基準として後に使用することができる。

粗いチューニングシステムに戻ると、典型的な棒磁石システムの断面が図１に示される。ゾーンＡ₁およびゾーンＡ₂の磁界を別個に調節するために提案された解決策が、平板マグネトロンの場合に対して別個に図９に示される。すべての例において、ゾーンＡ₂は触れられないままで、効果が容易にわかるようにゾーンＡ₁のみが調節される。

ａ） この事例は、中立かつ対称である基準の編成であり、Ａ₁およびＡ₂のゾーンの両方が等しい図１に対応する。

ｂ） この事例では、左外側の磁石１１には磁石の半分の厚みの側の分流器１２が内側に（中央の磁石１３に向かって）取付けられている。左の磁石１１の右半分側から出発する磁界線はすべて分流され、左の磁石の左半分側から出発する磁界線のみが中央の磁石１３に達することができる。この状況は、左の磁石の左半分にある半分の幅の左の磁石に相当する。Ａ₁は均一に減少し、Ａ₂ゾーンはわずかに増加する。中央の磁石１３の半分より多くがＡ₂ゾーンの形成に参加している。結果として、側の分流のこの技術は、Ａ_iゾーンを全体的に均一に減少させ、反対のゾーンをわずかに増加させるのに非常に有効である。

ｃ） この事例では、中央の磁石１３のＡ₁側に、すなわち、磁石１１に向かって取付けられた同様の側の分流器１４によってｂ）の事例がさらに拡張されている。これはｂ）の事例に見られるようにＡ₂側に対するＡ₁の相対的な大きさを変化させないが、磁気強度を全体的に減少させる。ここでは、中央の磁石１３も弱められ（その左側が分流器によって短くされ）、事実上より小さい外側左の磁石に対して小さい部分をＡ₁ゾーンに届け、より大きい部分をＡ₂ゾーンに届ける。なぜなら、もともとの外側右の磁石１５があるためである。

ｄ） 分流器の使用については、この出願の導入部分で既に論じた。磁界線の分布によって、磁気源の上面より部分的に高いところにありかつ２つの磁石１１、１３の間にある磁気分流器１６が異なる磁石の反対の極からの、すなわち、外側および中央の磁石１１、１３の反対の極からの磁界を短くすることがわかる。さらに、この方法に対する関連特許の請求項に記載されるように、この構成は、局所的に磁界強度を減少させ（図９．ｄの分流器の真上の磁界線の密度が低くなっていることでわかる）、その特定の場所における過度の侵食を補償する。図２の分流器１６の真上は、Ａ₁のゾーンの平らにされた最低のところに対応するはずで、均一な磁界の領域を大きくし、結果として、侵食溝の最も深い点をわずかに排除することで均一な侵食を実現する。実施例９．ｄが、たとえば、実施例９．ｂ、９．ｃ、９．ｅ、９．ｆ、９．ｇおよび９．ｉとは違うことは明確である。なぜなら、９．ｄの磁気分流器１６は、部分的に磁気源（たとえば、この場合、永久磁石）の上面の上方にあり、かつ異なる磁石の反対の極性の磁界線を短くすることを主に意図しているからである。これに対し、側の分流器は、磁気手段の上面を超えることはなく、同じ磁石の反対の極の磁界線を短くすることを主に意図している。結果として、９．ｄは、面積を維持しつつＡ_i領域の形状を変形しピークを排除することを主に意図し、一方、側の分流器はＡ_iの面積を全体として減少させることに焦点を置いている。

ｅ） この事例は、左外側の磁石１１の左側に取付けられた同様の分流器１７を用いて９．ｂをさらに拡張したものである。ここでは、左の磁石の左側から出発する磁界線の大半は、左側の分流器によって分流され、左の磁石の右側から出発する磁界線の大半は、右側の分流器によって分流される。左の磁石の中央の磁界線のわずかな部分のみが中央の磁石１３に達することができる。この状況は、もともとの左の磁石に関して中央にある、約４分の１の幅の左側の磁石に相当する。Ａ₁は均一に減少し、Ａ₂ゾーンはわずかに増加する。ここでは、中央の磁石の半分より多くがＡ₂ゾーンの形成に参加している。結果として、２重に側で分流するこの技術は、Ａ_iを全体として均一に減少させつつ反対のゾーンをわずかに増加させるのに極めて有効である。実際、９．ｈは、もともとの左の磁石に関して４０％のサイズを備えた左の磁石を示す。磁界線の分布の形は、９．ｅの事例に相当するが、９．ｈの事例の４０％の幅の磁石は、９．ｅの二重に分流されたもともとの磁石よりも依然としてかなり強い。

ｆ） この事例は、事例９ｃに基底分流器１８を取付けたものである。図からわかるよ
うに、影響は非常に小さく、無視することができる。このことから、基底分流器１８の効果は極めて小さいことがわかる。

ｇ） この事例では、基準の９ａから出発して、磁石の半分の高さの基底分流器１８が外側左および中央の磁石１１、１３の間に導入される。磁界線の分布の形は大きくは変化しないが、強度がわずかに減少することがわかる。このことは、Ａ₁ゾーンの形状は実質的には変化しないが、その面積はわずかに減少するということを意味する。基底分流器の高さのわずかな変化（ただし、磁石の高さの半分未満にとどめる）が、Ａ_iゾーンに与える影響は極めて小さい。

ｈ） ４分の１の幅の左手の磁石１９が説明される９．ｅの事例の説明を参照されたい。

ｉ） この事例は９．ｇをさらに拡張したものであり、基底分流器１８の高さが磁石の高さ未満に保たれつつさらに増やされている。予想されるように、挙動は９．ｃの事例にかなり類似しており、左の磁石の右側から出発する磁界線は分流され、中央の磁石の左側から出発する磁界線も分流される。ここでは、ｃ）の説明が有効である。しかしながら、基底分流器が磁石の高さの半分よりも高くなったときに影響が急速に増加することが興味深い。したがって、基底分流器は、低いときには小さな変化に対して非常に正確であり、高いときはその影響がはるかに大きくなる。

ｊ） この事例では、基準の９ａから出発して、外側左の磁石１１が中央の磁石１３からさらに遠くに変位される。この事例の影響は、導入部分で論じた先行技術の開示の一部（たとえば、「ｂ」）にいくらか類似点があるが、決定的な違いがある。これら特許に記載される磁石の変位は、レーストラックの変位を純粋に意図しており、結果として、ターゲットの侵食が良好になる。しかしながら、この事例では、レーストラックの幅およびゾーンＡ_iの形状を変化させてスパッタ歩留りに局所的に影響を及ぼす。磁石がさらに離されると、ゾーンＡ_iの形状は幅が広くなり、面積は最大効率のある点まで増加する。磁石がさらに間隔をあけられると、ゾーンは幅が広くなるが、磁界強度は最適の磁気ボトリングの点を下回る。

ｋ）およびｌ） 中央の磁石１３と右外側の磁石１５との間の距離と比較して、外側左の磁石１１は、中央の磁石１３の近くに変位される。磁界強度は局所的に非常に高くなるが（すなわち、Ａ_i曲線の鋭いピーク）、全体の面積は減り、磁界は弱まり、結果としてスパッタ歩留りは低くなることが予想される。外側左の磁石が中央の磁石１３に取付けられ、全体的な磁界強度が非常に低下することもあり得る。

側の分流の技術および個々の磁石を変位させる技術は、どちらも磁界強度を局所的な調節を実現する上で非常に強力であるが、側の分流が最も実用的である。この事例では、磁石は常に実質的に同じ位置にあり、調節は、１つの外側もしくは内側の磁石に取付けられるかまたは磁石の間に置かれるが、磁石の上面より下にある正しい形状の軟鉄片を置くことで実現される。

磁界生成器の磁気出力は、たとえば、０．５ｍｍの厚さからの金属テープの１つのまたは複数の層の積み重ねを使用して、磁気的活性要素の一部を形成する磁気アレイの側に側の分流を局所的に適用することで、少なくとも部分的に変えられる。側の分流は、磁気的活性要素を形成する個々の永久磁石または永久磁石のグループの磁界強度の局所的な変化を実現することができる。または、電子のボトリング効果に対する集積された磁界強度における局所的な変化を実現することができる。さらに、側の分流器は、関連付けられる磁石の上面を超えないように、かつ磁石のアレイ内の同じ磁石の反対の極の磁界線を磁気的
に短絡させるように適合することができる。

磁気アレイを形成するすべての磁石の上面より下に留まることには、行なわれる分流の量と関係なく、磁石が常にターゲットに最も近い位置にありかつ常に同じハウジング内に嵌合するという別の利点がある。

分流器（６，８）の実際の実現例が磁気的活性要素の形で図１０に示され、この実施例では、磁石のアレイ１およびハウジング３を含む。２つの外側の磁石のアレイ５、９は、中央の磁石のアレイ７の側面に位置する。分流器８および６は、磁石のアレイの対７、９および５、７の間にそれぞれある。分流器６、８の深さは磁石アセンブリ５、７、９の長さに沿って変わる。図６の結果によって、側の分流器の形状は、必要な調節を実現するように徐々に変化し得る。

この発明による細かいチューニングシステムは、選ばれた粗いチューニング技術と関係なく用いることができる。この細かいチューニング機構は、磁気的活性要素を変形または偏向するように適合された１つまたは複数の力を作用させる装置の形で実現される。そのような力を作用させる要素が図１２に示され、図１１に定位置で示される。各力を作用させる装置（２１〜２５、ａ〜ｅ）は、磁気的活性要素とターゲット４との間の距離を変えるような態様でそのような変形／偏向を実現するように適合される。これはターゲット４の侵食部分の領域における磁界強度を変え、ターゲット４から堆積される層の堆積の厚みおよびターゲット４の侵食の局所的な侵食率のうちの少なくとも１つを制御するために使用される。理解されるように、図１０に部分的に示され組立てられた磁石アレイのみから形成される磁気的活性要素は、水の影響を受けやすく、結果として腐食しやすい。これを防止するため、磁石構造１（図１０）は、たとえば、溶接によって閉鎖されたステンレス鋼キャビネットなどの閉鎖された耐水性のハウジング３に装着されることが好ましい。ハウジング３は、剛性であるかまたは剛性のセクションから組み立てられることが好ましく、たとえば、自立型であることが好ましい。磁石ハウジング構造３、支持構造２０および細かいチューニング機構２１〜２５が図１１に示され、チューニング機構２１〜２５自身は、分解された形で図１２に示され、アセンブリ全体は図８に示される。図１０のチューニングされた磁石システムは、磁石ハウジング３（図１１の上部に示される）へとスライドされて磁気的活性要素を形成し、次に、このハウジング３に固定されて収納される。その後、２つの月形の端部キャップ部品が磁石ハウジング３の両端を密閉し、たとえば冷却流体などの環境とさらに相互作用を起こすのを防止する。磁石ハウジング３の封止を壊すことなくさらに粗いチューニングを行なうことは不可能であることが理解されるであろう。

磁石ハウジング３の各側の長さに沿って固定された間隔で、内側のブロック２１（図１２の「ｂ」）の形のチューニング部品が設けられ、磁石ハウジング３の縦の軸に関して傾斜した溝を規定する。ブロック２１は、支持構造２０とハウジング３との間の分離線の端縁に沿って実質的に等しい距離で磁石ハウジング３のそれぞれの側に固定されて取付けられる。

中央の支持導水管２は、内部の補強材を含む構造で拡張される。支持構造２０の外側のケーシングは、一般的に円筒形で、外径は周囲のターゲット管４の内径よりも数ミリメートル小さい。支持構造２０の付加的な補強材には２つの機能がある。

・長い磁石へのカテナリー曲げを絶対最小限に制限する。これらの力は、処理中の重力または他の力（たとえば、水中に吊り下げられたときは上向きの力）によって起こり得る。

・支持構造全体の剛性を改善して、磁石ハウジング３と支持構造との間の局所的な圧縮力または引張り力が磁石ハウジング３の比較的局所的な変形に完全に変換され、支持構造２０は実質的に変化しないようする。

結果として、支持構造２０は、両端部の孔２８を通じて低質量硬化発泡材料で充填されることが好ましい。最後に、これらの孔２８も閉鎖される。

チューニング機構部品２１〜２５の特有だが非限定的な構造が図１２にさらに詳しく示される。支持構造２０の両方の側に、磁石ハウジング（磁石ハウジング３に取付けられた部品２１に完全に対応する）の長さに沿って固定された間隔で、チューニング機構２１〜２５のさらなる部品が外側のブロック２２（図１２の「ｃ」）の形で取付けられる。外側のブロック２２は各々、磁石ハウジング３の縦の軸に関して平行な溝を規定する。閉鎖された磁石ハウジング３および発泡体が充填されかつ閉鎖された支持構造２０は、スライド可能なくさび２３（図１２の「ａ」）およびアジャスタボルト２４（図１２の「ｄ」）の形の送りねじを導入することによって、固定されたチューニング部品２１、２２を通じて互いに接続される。支持構造２０に取付けられたチューニング部品（ｃ）２２は、真っ直ぐな溝を有し、これは片全体に延在する。スライド可能なくさび（ａ）２３は、（ｂ）２１の溝に嵌合する傾斜したスプラインと、（ｃ）２２の溝に嵌合する（ねじ付き孔の軸に関して）真っ直ぐなスプラインとを含む。スライド可能なくさび（ａ）２３は、外側のブロック（ｃ）２２の溝に嵌合するスプラインの外側に面する側に基準の印を有し、ボルト（ｄ）２４のねじに対応するねじ付き孔を有する。一例では、内側のブロック（ｂ）２１によって規定される傾斜した溝の角度は比較的小さく、１５°より小さいことが好ましい。

磁石ハウジング３を支持構造２０に装着しかつ部品（ｂ）を部品（ｃ）の分岐した端部内に嵌合させた後、くさび（ａ）が部品（ｃ）の外側の開口部を通じて導入され、この後、ボルト（ｄ）が部品（ｃ）のねじ付きでないクリアランスホールを通じて装着され、くさび（ａ）へねじ止めされる。装着ボルト（ｄ）を完全に部品（ｃ）に通した後、小さなねじ（ｅ）２５が、たとえば、溶接によってボルト２４の他方の側に固定され、ボルト２４が外れるのを防止する。

システムが最も延ばされた位置にある場合（図１２のＩ）、ボルト２４を反時計回りに回してくさび２３を他方の側へ動かさなくてはならず、この間に部品（ｂ）は部品（ｃ）内でわずかに下へ動く。同時に、部品（ｂ）の動きは、磁石ハウジング３の局所的な下方への動きにつながり、ねじ（ｅ）はボルト（ｂ）が回って部品（ｃ）から外れるのを防止する。

チューニングシステムが最も小型の位置にあるとき（図１２のＩＩ）、ボルト２４を時計方向に回すと、くさび２３は他方の側へと動かされ、この間に部品（ｂ）は部品（ｃ）から上方へ押される。同時に、部品（ｂ）は磁石ハウジングを局所的に押し上げ、磁石ハウジング３を上方へ偏向／変形させ、ボルト（ｄ）２４の頭部は、部品（ｃ）に対して力を作用させる。部品（ｂ）の傾斜の角度は比較的小さいため、くさび２３（ａ）の大きな変位は、部品（ｃ）に対する部品（ｂ）の小さな上向きの変位に対応する。この大きな減少係数（reduction factor）はいくつかの理由で重要である。

・それによって、部品（ｃ）内での部品（ｂ）の正確な位置付けが可能となる。

・磁石ハウジングを変形させる大きな力を低減し、容易に調節可能なボルトに応力を加えて最大限のトルクレベルにする。

部品（ｃ）に尺度を適用しかつくさび（ａ）上の基準の印を使用することで、さらに機能を追加することができる。この尺度上では、サブミリの精度を容易に実現することができ、ボルト（ｄ）の角位置と組合せて使うこともできる。結果として、ある位置を容易に調べることができ、別の条件を得るためにどの程度追加するかまたは減ずるかを知り、ある特定の設定に対応する絶対値を記録することができる。１つの例示的な実際の実現例では、傾斜した溝の角度は５．７３°であり、くさびの全範囲は５０ｍｍである。ボルトはＭ５の種類であり、回転ごとに．８ｍｍのピッチを有する。５．７３°の傾斜のため、約４０ｍｍくさびを動かすことは、部品（ｃ）に対して部品（ｂ）を約４ｍｍにわたって動かすことに対応する。システム調整において最良の精度でボルトを９０°にわたって回すと、これはくさび（ａ）の０．２ｍｍおよび部品（ｂ）の２０μｍの動きに対応する。部品（ｃ）に対する部品（ｂ）の相対的な動きは、磁石ハウジング３の動きに変換され、そこに入れられた磁石のアレイ１の動きに変換されるが、支持構造２０の動きには変換されない。なぜなら、後者の構造の結果としての剛性のためである。

変形または偏向によって、ターゲット面４に関して磁気的活性要素内で磁石アレイ１を１ｍｍ動かすことは、５％の磁界強度の変化に対応することが実験でわかっている。上述の細かいチューニング機構を用いて、磁石を少なくとも４ｍｍの範囲にわたって（ピークからピークで）動かすことができるため、磁界強度は２０％の程度で調節可能である。ある特定の事例では、きちんと規定されたさまざまな磁界強度のゾーンを備えた予めチューニングされた不均一な棒磁石が、結果的な層の厚みの均一性と比較された（すなわち、図６の種類の比較）。この事例では、層の厚みと磁界強度との間に線形の関係が見られ、傾斜係数は１に近かった。この特定の事例での結果として、たとえば、５％の磁界強度の変化は、約５％の比例的な層の厚みの変化にも対応する。

上述の細かいチューニングシステムを用いて得られる精度を考慮しかつ上述の例で与えられる数字を使用すると、９０°にわたってボルトを回すことは磁石の２０μｍの変位につながり、これは、０．１％の磁界強度の変化に対応し、場合によっては０．１％の層の均一性の変化に対応する。許容差は±５％（すなわち、ピークからピークで１０％）から±１．５％（すなわち、ピークからピークで３％）であることが好ましいため、この発明の実施例による細かいチューニングシステムは、これら要件に対処するのに十分正確である。

現実の構成では、いくつかのチューニング条件を使用してもよい（図１３は、隙間２９が完全に閉鎖されているかまたは完全に開口している極端な設定を示す）。対向するチューニングセット（すなわち、図１３の上面図の左および右のセット）を個別に調整することで、図３のゾーン２の問題が解決される。対向するチューニングセットを等しく調節することで、ゾーン３の問題を解決することができ、磁界強度を増加および減少させることができる。個々のチューニングセットの調節は、問題を引き起こさない。磁石ハウジングに取付けられた部品（ｂ）の全長は、部品（ｂ）を受入れるために使用される部品（ｃ）の分岐の窪みよりもいくぶん小さい。結果として、１つのチューニングセットを調節することによって、部品（ｂ）と部品（ｃ）との間に横向きの力を作用することなく、隣接するセットをわずかに横向きに動かすことができる。さらに、部品（ｂ）が部品（ｃ）内で有する小さな遊びによって、隣接の細かいチューニングセットが反対の方に調節されている場合に旋回が可能となる。

大半の状況を受け入れるために必要とされる細かいチューニングセットの量は、棒磁石の長さ、および基板の幅上で必要とされる精度に依存する。しかしながら、何らかの指針を適用してもよい。対向するセットの最低限の数は、メートルでの棒磁石の長さよりも少なくとも１大きい。棒磁石がたとえば１．５ｍの長さであれば、最低３つの対向するセット（すなわち、合計で６セット）が推奨される。なぜなら、システムの機械的な丈夫さの
ためである。３．５ｍよりも長い大きな棒磁石は、少なくとも対向する５つのセットを必要とする。（たとえば、５０ｃｍの棒磁石に対して）２つのセットしか有さない場合、基板の幅にわたって段階的な線形の変化を導入することしかできない。使用されるセットが多くなるほど、形状はより複雑になる。しかしながら、５つのセットよりも多くなる場合、本当に必要かを慎重に検討する必要がある。図６はすでにかなり複雑な状況を示すが、これは、実際には５セットのみで調整できる。最も一般的なＶ型またはΛ型の不均一性は、３つの対向するセットのみで解決することができる。しかしながら、Ｗ型またはＭ型も５つのセットの構成によって調節可能である。実際には、調整は、ベジエ曲線またはスプラインアルゴリズムによる、ある数の点（対向する細かいチューニングセットの数に対応する）を通る滑らかな線を引くことに相当する。

提案される調節可能な棒磁石システムには、既存の関連技術の解決策を上回る重要な利点があると考えられる。

・この解決策は、たとえば、円筒形および平板の種類（固定または可動磁石）の両方などの多くの種類のマグネトロンに適用することができる。

・磁気源（たとえば、永久磁石）の隣に位置しかつそれよりも高くないことが好ましい側の分流器を使用することで、磁界強度をかなり正確に調節することができる。

・１つの極性の磁石を反対の極性の磁石に対して変位させることによって、磁界強度をかなり正確に調節することができる。

・提案される概念によって得られる磁界強度の均一性の細かいチューニングの程度は、極めて高く、絶対的でありかつ尺度を読取ることによって容易に量子化することができる。

・提案される概念によって得られるスパッタ歩留まりの均一性の細かいチューニングの程度は、極めて高く、絶対的でありかつ尺度を読取ることによって容易に量子化することができる。

・提案される概念によって得られるスパッタ堆積された層の厚みの均一性の細かいチューニングの程度は、極めて高く、絶対的でありかつ尺度を読取ることによって容易に量子化することができる。

・磁石は水に浸漬されず、結果として腐敗しにくい。

・磁界強度をチューニングすることで腐敗耐性の完全性に問題は生じず、いつでも所望のときに行なうことができる。

レーストラックの１つの側のチューニングが可能であり、マグネトロン効率の最適化が可能である。

棒磁石ハウジングは冷却水をターゲット管の近くに押しやり、最適な熱伝達および冷却効率につながる。

・棒磁石の外側のハウジングには、冷却効率をさらに高める乱流の水の流れを強化するための仕組みを設けてもよい。

・磁気手段の一部を制御された形で機械的に変形させることによって、ターゲット面と
磁気手段との間の距離を変化させるための方法が提供される。

・回転の動きを垂直の横向きの動きに変換するためのシステムとともに、この動きに垂直な線形の尺度による横向きの動きの正確な読取が提供される。

提案される調節可能な磁石構成は、以下に適用可能である。

・ターゲット面の大きな部分にわたって均一かつ均質な磁界強度を実現するための粗いチューニング
・ターゲット面の大きな部分にわたって均一かつ均質な磁界強度を実現するための細かいチューニング
・ターゲット面の大きな部分にわたって均一かつ均質な侵食を実現するための粗いチューニング
・ターゲット面の大きな部分にわたって均一かつ均質な侵食を実現するための細かいチューニング
・基板の幅の大きな部分にわたってスパッタ堆積によって均一かつ均質な堆積された層の厚みを実現するための粗いチューニング
・基板の幅の大きな部分にわたってスパッタ堆積によって均一かつ均質な堆積された層の厚みを実現するための細かいチューニング。

この発明によって、磁界強度の調節での非常に高い精度とユーザの使いやすさとともに、マグネトロンスパッタリングのためのあり得る磁石調節での大きな柔軟性が得られる。

ゾーン２およびゾーン３の不整合性は、個々に調節してもよい。磁界強度の非常に大きな差を実現することもでき、非常に大きな絶対的な磁界強度を実現することもできる。全く同じ用途に対して利用可能な既存の市販の磁石構成と比較して（たとえば、図４に中立の位置で示される）、新しい発明の中立の磁界強度は約６０％高い。

当業者には、この発明による調節可能な磁界生成器が、磁界強度を調節するための２つのシステムのうち少なくとも１つを含むことが理解されるであろう。第１のシステムは粗い調節のためのものであり、ある特定の真空コーティングシステムの構成および／または気体の流れによって生成される不整合性を補償するためにのみ行われることが好ましい。このシステムを用いると、たとえば、＋０％から−４０％内で磁界強度を局所的に調節することができる。最悪の補償においても、磁界強度は、磁気ボトリングを支持するのに十分な大きさであり、実際に市販の磁気システムの中立の位置に相当する。外側または内側の磁石での側の分流器の正しい位置、および磁石の左側または右側での側の分流器の正しい位置は、電子の必要なボトリングを維持する上で重要な役割を果たす。

第２の調節システムは、最終的な数パーセントの均一性を実現するために必要な細かい調節のためのものである。このシステムを用いると、磁界強度における約０．１％の均一性の精度で＋１０％から−１０％の局所的な調節が行なえる。どちらの調節システムともＡ₁および／またはＡ₂の面積のどちらかまたはその両方に働く。

磁石構造および／または支持構造の塑性および／または弾性変形／偏向は、十分に制御される。弾性変形は細かいチューニングシステムに対して行なうことができ、この事例では、変形の合計量は制限される。なぜなら、微小な調節に焦点が置かれているからである。さらに、支持構造は、磁石構造が調節されたときに曲がらない剛性の構造を実現するために、比較的大きくかつ内部で補強されている。結果として、細かいチューニング調節は絶対的である。

磁気的活性要素の変形または偏向は、磁気的活性要素の１つまたは複数の部分に制限してもよいことも理解されるであろう。磁気的活性要素のさらに別の部分は、実質的に独立した調節手段によって、位置的に固定されるかまたは調節可能であることが好ましい。磁気的活性要素は、セグメント化、窪み、切込み、またはしわゾーンなどの剛性または機械的強度を低減するように適合された形状または構成のうちの少なくとも１つの特徴を含んでもよく、前記特徴は、たとえば、その極片に適用される。

この発明では、磁石構造全体、すなわち、磁石、軟鉄極片および中間の詰め木は、冷却流体と磁石との接触を防止するために、封じ込められることが好ましい。たとえば、それらは、特にステンレス鋼ハウジングなどの耐水性のハウジングに内蔵されてもよい。磁気的活性要素を形成する各磁石の保護コーティングの損傷は腐敗につながり得るが、ターゲット管内の新しい調節可能な磁石構造のアセンブリは、それを損傷する危険がない。磁石構造を耐水性のハウジング内に置いたままで細かいチューニングが可能であるため、水による腐食の危険性がすべて避けられる。

偏向を支援するため、磁気的活性要素の機械的剛性を低減する対策をとってもよい。これは、たとえば、別個の部品として互いに接続されかつ互いに対して動くことのできるセグメント化された構成部品を使用して実現可能である。これに代えて、またはこれに加えて、機械的強度はアレイ１を形成する磁石にしわゾーンまたは窪み／切込みを設けることで減少させることができる。

この発明は、磁石のアレイが平板のターゲットに関して静止しているかまたは可動の平板マグネトロンに適用可能であり、磁石のアレイが円筒形のターゲットに関して静止しているかまたは可動の円筒形マグネトロンにも適用可能である。この発明を回転する円筒形のターゲット管に適用した場合、ターゲット内面を最適に冷却することができる。

ここで図１４ａおよび図１４ｂを参照すると、この発明のある実施例が平板マグネトロンに適用された概略的な形式で例として示される。図１４ａでは、各角に位置付けられた隙間チューニング機構２１０の形の調節手段によって実質的に剛性の支持構造２００に担持された実質的に平板の磁気的活性要素１００が示される。左手の図は正面図であり、右手の図は側面図である。隙間チューニング機構２１０は、図１２に関して既に述べたものと同じかまたは動作的に同等の調節可能な機構を含むため便利であり、図１４ａでは、それらが延ばされていないことがわかる。図１４ｂでは、磁気的活性要素１００の一端のチューニング機構２１０のうちの２つが調節手段によって調節されて、その端部を上方に変形または偏向して、ターゲット４の侵食面の領域における磁界強度の局所的な変動を生じさせるのがわかる。各角のチューニング機構２１０は互いに独立して動作し、磁界強度の調節において利用可能な最大限の柔軟性を実現することが理解されるであろう。

各実施例の冷却水はターゲット管の端縁の近くに押しやられることが好ましく、最適な熱伝達が得られる。ハウジングと支持材料またはターゲット材料との間隔が比較的細いため、層状の流れが主な冷媒の流れの形になり得る。これは最適な熱伝達には理想的でなく、磁気的活性要素の上または近くで冷却水の流れに乱流を生成するように、ハウジングまたは支持構造のうちの少なくとも１つの上の専用の地形的特徴を適用かつ適合してもよい。

マグネトロンの動作の原理の概略図であり、磁界線、電子のドリフトの方向および３Ｄの調整システムとともに、典型的なマグネトロン構成内の標準的な磁石構成の断面の形で示される。 図１による装置によって生成される磁界強度のグラフである。ターゲット面に平行な磁界強度の大きさＢ_xが、ｘ軸に沿った位置の関数として示される。 一般に図１による装置によってターゲットにわたって生成される磁界強度を積分したグラフであり、幾分均一性に欠ける。ターゲット面に平行な集積された磁界強度面積｜ΣＢ_x｜がｙ軸に沿った位置の関数として示される。 図１の装置のある変形例の一連の断面（ａ）から（ｃ）を示し、中央の水保持管、ブラケット当り２つの詰め板を含むブラケット、軟鉄極片および４つの磁石アレイを取付けるためのブラケット当り２つのボルトの、（ａ）はｘ−ｚ平面の図であり、（ｂ）はｙ−ｚ平面の図であり、（ｃ）は、ターゲット面上で左側が低い磁気領域になり（１つの詰め板）、右側が高い領域となる（３つの詰め板）の調節のｙ−ｚ平面の図である。 ターゲット面にわたる理論的に理想的な集積された磁界のグラフである。ターゲット面に平行な集積された磁界強度の面積｜ΣＢ_x｜は、ｙ軸に沿った位置の関数として示され、調節可能な磁石構造が図３の不整合性を補償する。 図５による磁界の適用から生じる堆積層のあり得る相対的な厚みのグラフであり、均一性の高い磁界強度を備えたマグネトロンを使用した、大面積の基板の幅にわたる相対的な層の厚みが示される。 図６の結果を補償して、高い均一性を備えた堆積層にわたる相対的な厚みを実現するためにターゲット面にわたって必要とされる最適な集積された磁界のグラフである。ターゲット面に平行な集積された磁界強度面積｜ΣＢ_x｜は、ｙ軸に沿った位置の関数として示され、調節可能な磁気構造が不均一な層の堆積を補償する。 この発明の一実施例による円筒形のマグネトロンアセンブリの等角切欠図であり、円筒形のターゲット管内に装着された調節可能な棒磁石アセンブリの等角切欠図を含む。 さまざまな磁石構成の一連のサムネイル図であり、磁界線の分布がマグネトロン内のさまざまな磁石構成の断面に対して示され、磁界線は．５ｍＷｂ／ｍの縮尺である。 図８に関して示される実施例で使用可能な湾曲した鉄極片での磁気的な側の分流の等角図であり、円筒形マグネトロンで使用するための湾曲した軟鉄極片での磁気的な側の分流の実際の実現例の例である。左下が最大に分流し、事例９．ｉに対応し、分流器の形状は変化し、棒磁石の右上の場所では分流しない。 図８の円筒形マグネトロンの構造の一部の分解図であり、図１０の極片は示されていない。磁石ハウジング、支持構造および中間のチューニングシステムを含む棒磁石システムを示す。 図８、１０および１１に関して示される実施例による力を作用させる装置の形のマグネトロンの細かいチューニング／調節装置の分解図である。極端な設定が左下（最大の延び）および右下（最小の延び）に示される。 図８および図１０から１２の実施例による組立てられた円筒形マグネトロン装置の２つの構成の上面図および側面図である。 平板マグネトロンに適用されたこの発明のある実施例の概略図である。 平板マグネトロンに適用されたこの発明のある実施例の概略図である。

Claims (32)

1. 円筒形スパッタリングマグネトロン装置であって、
   磁界生成器と、円筒形ターゲットとを含み、
   前記磁界生成器は、磁気的活性要素と、前記ターゲットの位置に対して前記磁界生成器の少なくとも一部分の位置を変えるように、前記磁気的活性要素を局所的に変形または偏向するための調節手段とを含む、スパッタリングマグネトロン装置。
2. 前記変形または偏向は、可塑的または弾性的である、請求項１に記載の装置。
3. 前記変形または偏向は、前記ターゲットの侵食面にわたって磁界強度またはプラズマレーストラックの誘導を変えるために使用される、請求項１または２に記載の装置。
4. 前記変形または偏向は、基板への膜の堆積の厚みを制御するために使用される、請求項１から３のいずれかに記載の装置。
5. 前記調節手段は、支持構造と前記磁気的活性要素との間の分離線に沿って間隔をあけられた一連の力を作用させる装置を含み、前記変形または偏向は、１つまたは複数の前記力を作用させる装置の領域で前記支持構造と前記磁気的活性要素との間の相対的な動きを含む、請求項１から４のいずれかに記載の装置。
6. 前記力を作用させる装置は、局所的な力を前記磁気的活性要素の１つまたは複数の予め定められた部分に機械的に適用することによって前記変形または偏向を適用する、請求項５に記載の装置。
7. 複数の前記力を作用させる装置が、前記磁気的活性要素の予め定められた偏向または変形を生成するために使用される、請求項５または６に記載の装置。
8. 前記力を作用させる装置は、各々が軌道を規定する関連付けられたチューニング部材の対を含み、前記軌道は、互いに異なる方向または平面に走るが共通の変位要素を案内する
   ため、前記軌道に沿った少なくとも１つの方向での前記変位要素の動きは、前記部材が他方の前記部材から離れて変位されるように前記部材の間に相対的な動きを引起こす、請求項５から７のいずれかに記載の装置。
9. 前記部材間の前記相対的な動きは、前記磁気的活性要素の前記偏向または変形を行なうために使用される、請求項８に記載の装置。
10. 第１の前記チューニング部材は、前記第１のチューニング部材によって前記磁気的活性要素に偏向または変形の力が適用される平面である１つの面で前記第１のチューニング部材が前記第２のチューニング部材から離れてまたはそれに向かってのみ動くことができるように、他方の前記部材よって自由度を制限される、請求項８または９に記載の装置。
11. 前記調節手段は、前記軌道に沿って前記変位要素を動かすように適合される調節装置をさらに含む、請求項８から１０のいずれかに記載の装置。
12. 前記調節装置は、前記チューニング部材の縦軸に沿ってクリアランスホールを通りかつ係留されるねじ付きアジャスタを含み、前記変位部材は、ねじ付きの孔を含み、前記のねじ付きアジャスタは、前記アジャスタの回転が前記軌道に沿って前記変位部材の並進運動を起こしかつ前記回転を前記チューニング部材の間の相対的な変位に変換するようにその孔を通される、請求項１１に記載の装置。
13. 前記調節手段は、前記磁気的活性要素に適用された前記変形または偏向の量のフィードバックを与えるための手段をさらに含む、請求項８から１２のいずれかに記載の装置。
14. 前記フィードバック手段は、前記変位要素の前記軌道での位置を別の前記チューニング部材の位置に対して１つの前記チューニング部材の変位に関連付ける尺度を含み、前記尺度は、ユーザに見え、前記チューニング部材に沿った尺度と比較される前記変位部材上の指標を含む、請求項１３に記載の装置。
15. 前記調節手段は、前記磁界生成器と前記ターゲットとの間の隙間を少な くとも２０μｍ刻みで調整するよう適合される、請求項１から１４のいずれかに記載の装置。
16. 前記磁界生成器は、磁石が位置する極片を含む、請求項１から１５のいずれかに記載の装置。
17. 前記磁気的活性要素は、前記磁界生成器を囲むハウジングを含む、請求項１から１６のいずれかに記載の装置。
18. 前記ハウジングは耐水性であり、そのような水密封性の完全性は、前記磁気的活性要素の前記変形または偏向の間およびその後に維持される、請求項１７に記載の装置。
19. 前記ハウジングまたは支持構造のうちの少なくと１つは、冷却水の流れを前記ターゲットの少なくとも一部分の上に導き、かつ前記流れの中に乱流を生成するための１つまたは複数の地形的特徴を含む、請求項１７または１８に記載の装置。
20. 前記磁界生成器は、永久磁石または電磁石のアレイを含む、請求項１から１９のいずれかに記載の装置。
21. 前記磁界生成器は、前記ターゲットの表面の領域でプラズマレーストラックを誘導し、このレーストラックは、前記変形または偏向を適用することによってチューニング可能で
    ある、請求項１から２０のいずれかに記載の装置。
22. 前記磁界生成器の位置は、前記ターゲットの位置に対して動くように適合される、請求項１から２１のいずれかに記載の装置。
23. 前記変形または偏向は、前記磁気的活性要素の１つまたは複数の部分に制限され、前記磁気的活性要素のさらに別の部分は、実質的に独立した調節手段によって、位置的に固定されるかまたは調節可能であることが好ましい、請求項１から２２のいずれかに記載の装置。
24. 前記磁気的活性要素は、前記磁気的活性要素の剛性または機械的強度を低減するように適合された形状または構成のうちの少なくとも１つの特徴を含み、前記形状または構成のうちの少なくとも１つの特徴は、前記磁気的活性要素のセグメント化、窪み、切込みまたはしわゾーンである、請求項１から２３のいずれかに記載の装置。
25. 前記磁界生成器の磁気出力は、側の分流によって少なくとも部分的に変えられる、請求項１から２４のいずれかに記載の装置。
26. 円筒形スパッタリングマグネトロンを制御する方法であって、
    請求項１から２５のいずれかに記載の円筒形スパッタリングマグネトロンを提供するステップを含み、
    前記磁気的活性要素を局所的に変形または偏向することによって前記ターゲットの位置に対して前記磁界生成器の少なくとも一部の位置を調節するステップを含む、方法。
27. 前記位置を弾性的または可塑的に調節するステップを含む、請求項２６に記載の方法。
28. 前記剛性の要素を変形または偏向して、前記ターゲットの侵食面にわたって磁界強度およびプラズマレーストラックの誘導のうちの少なくとも１つを変えるステップを含む、請求項２６または２７に記載の方法。
29. 前記磁気的活性要素に剛性的に固定されている１つのチューニング要素の位置を、前記磁界生成器の支持構造に剛性的に固定されている別のチューニング部材の位置に対して動かすことによって、前記変形または偏向を生成するステップを含む、請求項２６から２８のいずれかに記載の方法。
30. 各前記チューニング部材の軌道に沿って同時に変位要素を動かすことによって、前記チューニング部材間の前記相対的な動きを生成するステップを含む、請求項２９に記載の方法。
31. 送りねじ装置によって、前記変位要素を動かすステップを含む、請求項３０に記載の方法。
32. 前記磁気的活性要素と前記ターゲットとの間の隙間に調節を行なって、前記ターゲット面にわたって生成されるプラズマレーストラックをチューニングするかまたは前記ターゲットから基板への膜の堆積をチューニングするステップを含む、請求項２６から３１のいずれかに記載の装置。

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