JP6113841B2 - Apparatus and deposition system for coating a layer of sputtered material on a substrate - Google Patents

Apparatus and deposition system for coating a layer of sputtered material on a substrate Download PDF

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Description

本発明の実施形態は、基板上にスパッタリングされた材料の層をコーティングするための装置に関する。この装置は、少なくとも２つの磁石アセンブリを備え、各々の磁石アセンブリは、外側及び内側の磁石極性を有する。詳細には、本発明の実施形態は、このような装置を備える堆積システムに関する。   Embodiments of the invention relate to an apparatus for coating a layer of sputtered material on a substrate. The apparatus comprises at least two magnet assemblies, each magnet assembly having an outer and an inner magnet polarity. In particular, embodiments of the present invention relate to a deposition system comprising such an apparatus.

いわゆるスパッタリングプロセスによって、材料の層を基板上に適用することができる。通常、このようなスパッタリングプロセスでは、プラズマの内部のイオンは、ターゲット上の粒子の衝突によって、ターゲットから粒子をはじき出すために使用される。通常、基板はターゲットの反対側に位置決めされる。イオンは、ターゲット自体でありうるカソード又は基板からターゲットの方向へ見たときにターゲットの背後に置くことができるカソードによって引き付けられる。ターゲットからはじき出された粒子は、スパッタリングされた材料の層を形成するために基板上に堆積される。プラズマを閉じ込めるために、ターゲットに近接して磁石を配置することが可能である。これは、マグネトロンスパッタリングと呼ばれる。これらの磁石によって生成された磁場は、既存の磁場に重なり、いわゆるローレンツ力に従ってプラズマ内の電子の挙動に影響を与える。それにより、プラズマ内のプラズマ密度は、特にターゲット表面の近傍で系統的に制御することができる。これは、さらにターゲットからはじき出される粒子の数、ひいては堆積速度を増加させる。   A layer of material can be applied onto the substrate by a so-called sputtering process. Usually, in such sputtering processes, ions inside the plasma are used to eject particles from the target by collision of the particles on the target. Usually, the substrate is positioned on the opposite side of the target. The ions are attracted by a cathode that can be the target itself or by a cathode that can be placed behind the target when viewed in the direction of the target from the substrate. Particles ejected from the target are deposited on the substrate to form a layer of sputtered material. A magnet can be placed in close proximity to the target to confine the plasma. This is called magnetron sputtering. The magnetic field generated by these magnets overlaps the existing magnetic field and affects the behavior of electrons in the plasma according to the so-called Lorentz force. Thereby, the plasma density in the plasma can be systematically controlled, particularly near the target surface. This further increases the number of particles ejected from the target and thus the deposition rate.

基板上にスパッタリングされた材料の層をコーティングするための複数の装置及びそれぞれの堆積システムは、広範囲の種類の堆積目的のために使用される。このような装置及びシステムの設計は、堆積プロセスの特定の要件に応じて変わる。例えば、異なる種類のターゲット及びカソードが存在する。平面カソードでは、スパッタリングされるコーティング材料は平らな平面のターゲットの形で構成されるが、回転可能なカソードのターゲット表面は湾曲し特に筒状の管の形で構成される。マグネトロンスパッタリングでは、磁石アセンブリは、ターゲットとカソードの組み合わせと共に提供されうる。このような磁石アセンブリは、互いに異なり、且つリング状アセンブリを形成することができる、外側及び内側の磁石極性を備える。例えば、このような磁石アセンブリは、磁石ヨーク及び磁石の幾つかの配置を備え、各磁石配置は、プラズマに向かって面したその特定の磁石極性を有する。それにより、内側の磁石配置に比べて、外側の磁石リングは、プラズマに向かって面した異なる磁石極性を有することができる。   Multiple devices and respective deposition systems for coating a layer of sputtered material on a substrate are used for a wide variety of deposition purposes. The design of such equipment and systems will vary depending on the specific requirements of the deposition process. For example, there are different types of targets and cathodes. In a planar cathode, the sputtered coating material is configured in the form of a flat planar target, while the target surface of the rotatable cathode is curved and configured specifically in the form of a tubular tube. In magnetron sputtering, the magnet assembly can be provided with a target and cathode combination. Such a magnet assembly comprises outer and inner magnet polarities that are different from each other and can form a ring-like assembly. For example, such a magnet assembly comprises several arrangements of magnet yokes and magnets, each magnet arrangement having its particular magnet polarity facing towards the plasma. Thereby, compared to the inner magnet arrangement, the outer magnet ring can have a different magnet polarity facing towards the plasma.

基板上にスパッタリングされた材料の層をコーティングするための装置は、移動する基板に材料をコーティングする動的インラインプロセスにおいて使用されうる。さらに、この装置は、基板が固定されて動かない静的堆積プロセスにおいて使用されうる。特に、広領域堆積においては、２つ以上のターゲット又はカソードがプロセスチャンバ内で並ぶように配置され、それにより、ターゲットアレイ及び／又はカソードアレイが形成される。   An apparatus for coating a layer of sputtered material on a substrate can be used in a dynamic in-line process for coating material on a moving substrate. Furthermore, the apparatus can be used in static deposition processes where the substrate is fixed and does not move. In particular, in wide area deposition, two or more targets or cathodes are arranged side by side in the process chamber, thereby forming a target array and / or cathode array.

スパッタリングプロセスでは、ターゲットの均一なエロージョンに達することが望ましい。複数のカソードを有するカソードアレイを使用することは、ターゲットの端部領域においてホットリング（ｈｏｔｒｉｎｇ）を示すターゲットのエロージョンプロファイルに至ることが発見されている。   In the sputtering process, it is desirable to reach uniform erosion of the target. It has been discovered that the use of a cathode array having a plurality of cathodes leads to a erosion profile of the target that exhibits hot ringing in the end region of the target.

上記に照らして、独立請求項１に記載の装置及び独立請求項１３に記載の堆積システムが提供される。本発明のさらなる態様、利点、及び特徴は、従属請求項、本明細書の記載、及び添付の図面から明らかである。   In view of the above, an apparatus according to independent claim 1 and a deposition system according to independent claim 13 are provided. Further aspects, advantages and features of the invention will be apparent from the dependent claims, the description herein and the accompanying drawings.

一実施形態によると、基板上にスパッタリングされた材料の層をコーティングするための装置が提供される。この装置は、少なくとも２つの磁石アセンブリを有し、各磁石アセンブリは外側及び内側の磁石極性を有し、少なくとも２つの磁石アセンブリのうちの一方の磁石アセンブリの外側磁石極性は、少なくとも２つの磁石アセンブリのうちの他方の磁石アセンブリの隣接する外側磁石極性と異なる。   According to one embodiment, an apparatus is provided for coating a layer of sputtered material on a substrate. The apparatus has at least two magnet assemblies, each magnet assembly having an outer and inner magnet polarity, and the outer magnet polarity of one of the at least two magnet assemblies is at least two magnet assemblies. Of the other magnet assembly is different from the adjacent outer magnet polarity.

別の実施形態によると、基板上にスパッタリングされた材料の層をコーティングするためのこのような装置を備える堆積システムが提供される。堆積システムは、装置を収容するためのプロセスチャンバを含む。   According to another embodiment, a deposition system comprising such an apparatus for coating a layer of sputtered material on a substrate is provided. The deposition system includes a process chamber for housing the apparatus.

さらなる実施形態によると、基板上にスパッタリングされた材料の層をコーティングするための装置は、少なくとも２つの磁石アセンブリを備え、各磁石アセンブリは、外側磁石配置及び内側磁石配置を有する。この装置では、少なくとも２つの磁石アセンブリの一方の磁石アセンブリの外側磁石配置は、基板又はプラズマに向かって面するＳ極を有し、少なくとも２つの磁石アセンブリの他方の磁石アセンブリの隣接する外側磁石配置は、基板又はプラズマに向かって面するＮ極を有する。本発明の実施形態によると、この実施形態の装置の特徴を、本明細書に記載の他の実施形態の一又は複数の特徴と組み合わせることが可能である。   According to a further embodiment, an apparatus for coating a layer of sputtered material on a substrate comprises at least two magnet assemblies, each magnet assembly having an outer magnet arrangement and an inner magnet arrangement. In this apparatus, the outer magnet arrangement of one magnet assembly of at least two magnet assemblies has a south pole facing towards the substrate or plasma, and the adjacent outer magnet arrangement of the other magnet assembly of the at least two magnet assemblies. Has a north pole facing towards the substrate or plasma. According to an embodiment of the present invention, the features of the apparatus of this embodiment can be combined with one or more features of other embodiments described herein.

別の実施形態によると、基板上にスパッタリングされた材料の層をコーティングするための装置は、少なくとも２つの磁石アセンブリを備え、各磁石アセンブリは、外側磁石配置及び内側磁石配置を有する。この装置では、少なくとも２つの磁石アセンブリのうちの一方の磁石アセンブリの外側磁石配置は、基板に向けて方向づけられる第１の結果の磁石極性を有し、少なくとも２つの磁石アセンブリの他方の磁石アセンブリの隣接する外側磁石配置は、基板に向けて方向づけられる第２の結果の磁石極性を有する。それにより、第１の結果の磁石極性と第２の結果の磁石極性は、互いに異なる。本発明の実施形態によると、この実施形態の装置の特徴を、本明細書に記載の他の実施形態の一又は複数の特徴と組み合わせることが可能である。   According to another embodiment, an apparatus for coating a layer of sputtered material on a substrate comprises at least two magnet assemblies, each magnet assembly having an outer magnet arrangement and an inner magnet arrangement. In this apparatus, the outer magnet arrangement of one of the at least two magnet assemblies has a first resultant magnet polarity that is directed toward the substrate, and the outer magnet arrangement of the other magnet assembly of the at least two magnet assemblies. The adjacent outer magnet arrangement has a second resultant magnet polarity that is directed toward the substrate. Thereby, the magnet polarity of the first result and the magnet polarity of the second result are different from each other. According to an embodiment of the present invention, the features of the apparatus of this embodiment can be combined with one or more features of other embodiments described herein.

さらなる実施形態によると、基板上にスパッタリングされた材料の層をコーティングするための装置は、少なくとも２つの磁石アセンブリを備える。各磁石アセンブリは、互いに対して異なる磁石極性配向を有する複数の磁石を有する。それにより、少なくとも２つの磁石アセンブリのうち一方の磁石アセンブリの外側磁石は、２つの磁石アセンブリのうちの他方の磁石アセンブリの隣接する外側磁石に比べて、異なる磁石極性配向を有する。本発明の実施形態によると、この実施形態の装置の特徴を、本明細書に記載の他の実施形態の一又は複数の特徴と組み合わせることが可能である。別の実施形態によると、異なる磁石極性配向という用語は、隣接する外側磁石配向の間の角度が９０度よりも大きいことを意味する。詳細には、磁石極性配向の間の角度は、例えば１８０度など、１５０度よりも大きい。   According to a further embodiment, an apparatus for coating a layer of sputtered material on a substrate comprises at least two magnet assemblies. Each magnet assembly has a plurality of magnets having different magnet polarity orientations relative to each other. Thereby, the outer magnet of one of the at least two magnet assemblies has a different magnet polarity orientation compared to the adjacent outer magnet of the other of the two magnet assemblies. According to an embodiment of the present invention, the features of the apparatus of this embodiment can be combined with one or more features of other embodiments described herein. According to another embodiment, the term different magnet polarity orientations means that the angle between adjacent outer magnet orientations is greater than 90 degrees. Specifically, the angle between the magnet polar orientations is greater than 150 degrees, for example 180 degrees.

当業者にとっての、ベストモードを含む完全で有効な開示は、添付の図の参照を含む本明細書の残りの部分でより具体的に提示される。   For those skilled in the art, the complete and effective disclosure, including the best mode, is presented more specifically in the remainder of this specification, including reference to the accompanying figures.

図１は、本明細書に記載の実施形態による、例示的な堆積システムの内部の、基板上にスパッタリングされた材料の層をコーティングするための例示的な装置の概略図を示す。FIG. 1 shows a schematic diagram of an exemplary apparatus for coating a layer of material sputtered onto a substrate within an exemplary deposition system, according to embodiments described herein. 図２は、本明細書に記載の実施形態による、基板上にスパッタリングされた材料の層をコーティングするための装置で使用される回転可能な管カソードを通じる断面の概略図を示す。FIG. 2 shows a schematic diagram of a cross-section through a rotatable tube cathode used in an apparatus for coating a layer of material sputtered onto a substrate, according to embodiments described herein. 図３Ａは、本明細書に記載の実施形態による、基板上にスパッタリングされた材料の層をコーティングするための例示的な装置のための磁石アセンブリの概略図を示す。FIG. 3A shows a schematic diagram of a magnet assembly for an exemplary apparatus for coating a layer of material sputtered onto a substrate, according to embodiments described herein. 図３Ｂは、本明細書に記載の実施形態による、基板上にスパッタリングされた材料の層をコーティングするための例示的な装置の別の概略図を示す。FIG. 3B shows another schematic diagram of an exemplary apparatus for coating a layer of material sputtered onto a substrate, according to embodiments described herein. 図４は、本明細書に記載の実施形態による、基板上にスパッタリングされた材料の層をコーティングするための装置の幾つかの磁石アセンブリの概略上面図を示す。FIG. 4 shows a schematic top view of several magnet assemblies of an apparatus for coating a layer of material sputtered onto a substrate, according to embodiments described herein. 図５は、本明細書に記載の実施形態による、基板上にスパッタリングされた材料の層をコーティングするためのさらなる例示的な装置の概略図を示す。FIG. 5 shows a schematic diagram of a further exemplary apparatus for coating a layer of sputtered material on a substrate, according to embodiments described herein. 図６は、本明細書に記載の実施形態による、基板上にスパッタリングされた材料の層をコーティングするための装置で使用される単一の平面カソードに割り当てられた３つの磁石アセンブリを通じる断面の概略図を示す。FIG. 6 is a cross-sectional view through three magnet assemblies assigned to a single planar cathode used in an apparatus for coating a layer of sputtered material on a substrate, according to embodiments described herein. A schematic diagram is shown. 図７は、本明細書に記載の実施形態による、平行に位置決めされる幾つかのカソードを有する、別の例示的な堆積システムの概略図を示す。FIG. 7 shows a schematic diagram of another exemplary deposition system having several cathodes positioned in parallel, according to embodiments described herein.

これより、本発明の様々な実施形態が詳細に参照されることになり、その一又は複数の実施例が図示される。図面に関する以下の説明の中で、同じ参照番号は同じ構成要素を指す。一般的に、個々の実施形態に関する違いのみが説明される。各実施例は、本発明を説明する目的で提供されており、本発明を限定するものではない。さらに、１つの実施形態の一部として図示及び説明される特徴は、さらなる実施形態をもたらすために、他の実施形態において用いることができるか、又は他の実施形態と併用することができる。記載がそのような変更及び変形を含むことが意図されている。   Reference will now be made in detail to various embodiments of the invention, one or more examples of which are illustrated. Within the following description of the drawings, the same reference numbers refer to the same components. Generally, only the differences with respect to the individual embodiments are described. Each example is provided by way of explanation of the invention, not limitation of the invention. Furthermore, features illustrated and described as part of one embodiment can be used in other embodiments or combined with other embodiments to provide further embodiments. The description is intended to include such modifications and variations.

図１は、堆積システム１４の内部の基板１２上のスパッタリングされた材料の層をコーティングするための装置１０の概略図を示す。詳細には、図１は装置１０及びシステム１４を通じる断面を示す。堆積システム１４は、基板上にスパッタリングされた材料の層をコーティングするためのシステムである。本発明で使用される「基板」という用語は、例えば、ウエハ、サファイア又は同等物など水晶のスライス、或いはガラス板などの非フレキシブル基板、並びにウェブ又はホイルなどのフレキシブル基板の両方を含むものとする。   FIG. 1 shows a schematic diagram of an apparatus 10 for coating a layer of sputtered material on a substrate 12 inside a deposition system 14. Specifically, FIG. 1 shows a cross section through the apparatus 10 and the system 14. The deposition system 14 is a system for coating a layer of sputtered material on a substrate. The term “substrate” as used in the present invention shall include both non-flexible substrates such as wafers, crystal slices such as sapphire or the like, or glass plates, and flexible substrates such as webs or foils.

装置１０は、以下でカソード１６から２６と呼ばれる、６つのターゲット及び／又はカソード１６、１８、２０、２２、２４及び２６を備える。カソード１６から２６は、負電圧に接続される。カソード１６から２６の各々は、中空円筒又は管の形状を有し、その長手方向軸の周りで回転可能である。カソード１６から２６の各々は、スパッタリングプロセスにおいて基板１２をコーティングするための材料を提供する、通常はソリッドステートボディであるターゲットに割り当てられる。ここでは、それぞれのターゲットは中空円筒の形状を有する。さらに、磁石アセンブリがカソード１６から２６の各々に割り当てられる。各磁石アセンブリは、永久磁石の配置又は配列でありうる特定の数の磁石配置を備える。磁石列のうちの少なくとも１つが外側磁石極性を有し、磁石列のうちの少なくとも別の１つが内側磁石極性を有する。磁石アセンブリは、磁場がターゲットを通して浸透するように、ターゲットに近接して、中空筒状カソードの内部に位置決めされる。カソード１６から２６に割り当てられるターゲット及び磁石アセンブリは、図１には示されないが、図２に関連してより詳細に説明される。   The apparatus 10 comprises six targets and / or cathodes 16, 18, 20, 22, 24 and 26, hereinafter referred to as cathodes 16 to 26. Cathodes 16 to 26 are connected to a negative voltage. Each of the cathodes 16 to 26 has the shape of a hollow cylinder or tube and is rotatable about its longitudinal axis. Each of the cathodes 16 to 26 is assigned to a target, typically a solid state body, that provides a material for coating the substrate 12 in a sputtering process. Here, each target has the shape of a hollow cylinder. In addition, a magnet assembly is assigned to each of the cathodes 16-26. Each magnet assembly comprises a specific number of magnet arrangements, which can be permanent magnet arrangements or arrangements. At least one of the magnet rows has an outer magnet polarity and at least another one of the magnet rows has an inner magnet polarity. The magnet assembly is positioned inside the hollow cylindrical cathode in proximity to the target so that the magnetic field penetrates through the target. The target and magnet assembly assigned to cathodes 16-26 is not shown in FIG. 1, but will be described in more detail in connection with FIG.

本明細書に記載の実施形態によると、基板上にスパッタリングされた材料の層をコーティングするための装置が提供される。この装置は、例えば図３Ａで示されるように、少なくとも２つの磁石アセンブリ６０を含む。各磁石アセンブリ６０は、外側及び内側の磁石極性を有し、少なくとも２つの磁石アセンブリのうちの一方の磁石アセンブリの外側磁石極性が、少なくとも２つの磁石アセンブリのうちの他方の磁石アセンブリの隣接する外側磁石極性と異なる。図３Ｂで示されるように、図３Ａの外側磁石アセンブリ３６４、３６８、及び３６５は、基板及び／又はプラズマに向かって面する異なる極性を有し、これは、図３Ａの種々の構造（斜めの線対縦の線）によって示される。外側磁石配置は、内側磁石配置３６６を囲む測端部３５６によって閉ループを形成する。例えば、図３Ａの上側の磁石アセンブリ６０の内側磁石配置３６６は、プラズマ及び／又は基板に向かって面するＮ極を有し、且つ図３Ａの下側の磁石アセンブリ６０の内側磁石配置３６６は、プラズマ及び／又は基板に向かって面するＳ極を有することができ、図３Ａの上側の磁石アセンブリ６０の外側磁石配置３６４、３６５、及び３６８は、プラズマ及び／又は基板に向かって面するＳ極を有し、且つ図３Ａの下側の磁石アセンブリ６０の外側磁石配置３６４、３６５、及び３６８は、プラズマ及び／又は基板に向かって面するＮ極を有することができる。   According to embodiments described herein, an apparatus is provided for coating a layer of sputtered material on a substrate. The apparatus includes at least two magnet assemblies 60, for example as shown in FIG. 3A. Each magnet assembly 60 has outer and inner magnet polarities, and the outer magnet polarity of one of the at least two magnet assemblies is adjacent to the other outer magnet assembly of the at least two magnet assemblies. Different from magnet polarity. As shown in FIG. 3B, the outer magnet assemblies 364, 368, and 365 of FIG. 3A have different polarities that face toward the substrate and / or plasma, which is different from the various structures of FIG. Indicated by a vertical line). The outer magnet arrangement forms a closed loop with the end portion 356 surrounding the inner magnet arrangement 366. For example, the inner magnet arrangement 366 of the upper magnet assembly 60 of FIG. 3A has a north pole facing toward the plasma and / or the substrate, and the inner magnet arrangement 366 of the lower magnet assembly 60 of FIG. The outer magnet arrangements 364, 365, and 368 of the upper magnet assembly 60 of FIG. 3A can have south poles facing toward the plasma and / or substrate, and the south poles facing toward the plasma and / or substrate. And the outer magnet arrangements 364, 365, and 368 of the lower magnet assembly 60 of FIG. 3A can have north poles facing toward the plasma and / or the substrate.

磁石の配向が交互にならないカソードアレイでは、電子はカソードからカソードへと移動し、これは、効果がカソードからカソードへと積み重なるように、常に同一の方向で行われる。これは、すべてのカソードの間のクロストークに至る。図３Ａに関連して示されるように、これは、隣接するカソードの少なくとも１つのペアに対して、交互する磁石極性を使用することによって、回避することができる。反対の磁石極性によって、マグネトロンの内部の電子のドリフト方向が反転する。ドリフト方向の反転により、主な電子損失の位置は、ターンアラウンドの一方の側から他方の側へと移る。その結果、カソードアレイ全部について、ターゲット全体の長さにわたって均一なターゲットエロ―ジョンをもたらすことによって、ターゲットの使用の効率性を増大させることができる。   In a cathode array where the magnet orientation is not alternating, the electrons travel from cathode to cathode, which is always done in the same direction so that the effect is stacked from cathode to cathode. This leads to crosstalk between all cathodes. As shown in connection with FIG. 3A, this can be avoided by using alternating magnet polarity for at least one pair of adjacent cathodes. The opposite magnet polarity reverses the drift direction of the electrons inside the magnetron. Due to the reversal of the drift direction, the position of the main electron loss shifts from one side of the turnaround to the other. As a result, the efficiency of use of the target can be increased by providing uniform target erosion for the entire cathode array over the length of the entire target.

図１に戻って参照すると、幾つかの実施形態では、アノード２８、３０、３２、３４、３６、３８、及び４０をカソード１６から２６に隣接するように位置決めすることができる。アノード２８から４０は、円筒形状を有することができる。カソード１６から２６及びアノード２８から４０の長手方向軸は、平行に位置決めすることができる。アノード２８は、装置１０の内部のアノードとカソードの配置の始まりに、アノード４０はその終わりに位置決めされる。アノード２８から４０がカソード１６から２６と交互になるように、アノード３０から３８はカソード１６から２６の間に位置決めされる。したがって、カソード１６から２６の各々は、２つの隣接するアノードを有する。アノード２８から４０の各々は、正電圧に接続される。装置１０の内部のカソードとアノードの数を、特定用途のために、必要に応じて、変化及び適合させることができることは、明白であるべきである。   Referring back to FIG. 1, in some embodiments, the anodes 28, 30, 32, 34, 36, 38, and 40 can be positioned adjacent to the cathodes 16-26. The anodes 28 to 40 can have a cylindrical shape. The longitudinal axes of the cathodes 16 to 26 and the anodes 28 to 40 can be positioned in parallel. The anode 28 is positioned at the beginning of the anode and cathode arrangement within the device 10 and the anode 40 is positioned at the end. Anodes 30-38 are positioned between cathodes 16-26 such that anodes 28-40 are alternating with cathodes 16-26. Thus, each of the cathodes 16 to 26 has two adjacent anodes. Each of the anodes 28 to 40 is connected to a positive voltage. It should be apparent that the number of cathodes and anodes inside device 10 can be varied and adapted as needed for a particular application.

図１による堆積システム１４は、装置１０を収容するプロセスチャンバ４２を備える。プロセスチャンバ４２は、真空チャンバの真空フランジを通して排気されるように構成される真空チャンバであってもよい。イオンと電子を有するプラズマは、カソードに隣接する真空チャンバの内部で生成することができる。イオンは、ターゲットから粒子をはじき出すために使用され、電子は、プラズマをイオン化するために使用される。さらに、堆積システム１４は、プロセスチャンバ４２を保護するためのチャンバシールド４４、プレスパッタシールド４６、及びマスクシールド４８を備える。幾つかの実装態様では、プレスパッタシールド４６は、抵抗器５０を介してアノード２８から４０に接続することができる。チャンバシールド４４は、グランドに接続することができる。基板１２を保持するための基板支持体５２が、堆積システム１４内に設けられる。基板支持体５２は、ターゲットからはじき出された粒子が基板１２上に堆積されるように、カソード２８−３０に対して位置決めされる。   The deposition system 14 according to FIG. 1 includes a process chamber 42 that houses the apparatus 10. The process chamber 42 may be a vacuum chamber configured to be evacuated through the vacuum flange of the vacuum chamber. A plasma having ions and electrons can be generated inside a vacuum chamber adjacent to the cathode. Ions are used to eject particles from the target, and electrons are used to ionize the plasma. In addition, the deposition system 14 includes a chamber shield 44, a pre-sputter shield 46, and a mask shield 48 for protecting the process chamber 42. In some implementations, the pre-sputter shield 46 can be connected to the anodes 28 through 40 via a resistor 50. The chamber shield 44 can be connected to ground. A substrate support 52 for holding the substrate 12 is provided in the deposition system 14. The substrate support 52 is positioned relative to the cathode 28-30 such that particles ejected from the target are deposited on the substrate 12.

図２は、基板上にスパッタリングされた材料の層をコーティングするための装置１０で使用される回転可能なカソード１６を通じる断面の概略図を示す。カソード１６は、通常同じ構成を有する他のカソード１８から２６を代表的に表す。カソード１６は、管の形状の中空円筒などのバッキング管５４を備える。ターゲット５６は、バッキング管５４の外面に接続される。ターゲット５６は、さらに中空円筒形状を有する。ターゲット５６及びバッキング管５４は、矢印５８の方向、すなわち時計回りの方向に回転することができる。しかしながら、これらは、反時計回りの方向に回転することもできる。   FIG. 2 shows a schematic diagram of a cross-section through a rotatable cathode 16 used in the apparatus 10 for coating a layer of sputtered material on a substrate. Cathode 16 typically represents other cathodes 18 to 26 that typically have the same configuration. The cathode 16 includes a backing tube 54 such as a hollow cylinder in the shape of a tube. The target 56 is connected to the outer surface of the backing tube 54. The target 56 further has a hollow cylindrical shape. The target 56 and the backing tube 54 can rotate in the direction of the arrow 58, that is, in the clockwise direction. However, they can also rotate in a counterclockwise direction.

磁石アセンブリ６０は、カソード１６の内部に配置される。磁石アセンブリ６０は、３つの磁石６４、６６、及び６８が配置される円弧状ヨーク６２を含むことができる。磁石６４、６６、及び６８は、複数の単体の磁石からなる磁石配置であることができる。これらの単体の磁石は、適切な態様で共に接続される。有利には、これらの単体の磁石は、永久磁石である。各磁石配置６４から６８は、特定の磁石極性を有する。詳細には、これらの磁石極性は、ターゲット、プラズマ、及び／又は基板それぞれに対して効果的である。磁石配置６４から６８は、例えば、プラズマに向かって面する極によって特徴付けられうる。この極は、Ｓ極又はＮ極のいずれかであることができる。さらに、磁石６４から６８の磁石極性は、ターゲット、プラズマ、及び／又は基板それぞれに向けて方向付けられる結果の磁石極性の種類によって特徴付けられうる。磁石配置６４から６８は、内側磁石配置６６の周りにリングを形成するため、外側磁石配置と呼ばれる。したがって、磁石配置６４から６８の磁石極性は、外側磁石極性である。磁石配置６６は、外側磁石配置６４と６８の間の磁石アセンブリ６０の内部領域に位置決めされるため、内側磁石配置と呼ばれる。したがって、磁石列６６の磁石極性は、内側磁石極性である。外側磁石配置６４及び６８の各々は同一の磁石極性を有し、これは、内側磁石列６６の磁石極性と異なる。図２は、磁石列６４から６８によって設けられる磁場の磁力線７０及び７２を示す。   The magnet assembly 60 is disposed inside the cathode 16. The magnet assembly 60 can include an arcuate yoke 62 in which three magnets 64, 66, and 68 are disposed. The magnets 64, 66, and 68 can be a magnet arrangement consisting of a plurality of single magnets. These single magnets are connected together in an appropriate manner. Advantageously, these single magnets are permanent magnets. Each magnet arrangement 64 to 68 has a specific magnet polarity. In particular, these magnet polarities are effective for each target, plasma, and / or substrate. The magnet arrangements 64 to 68 can be characterized, for example, by poles facing towards the plasma. This pole can be either the S pole or the N pole. Further, the magnet polarity of the magnets 64 to 68 can be characterized by the type of resultant magnet polarity that is directed toward the target, plasma, and / or substrate, respectively. Magnet arrangements 64 to 68 are referred to as outer magnet arrangements because they form a ring around inner magnet arrangement 66. Therefore, the magnet polarity of magnet arrangements 64 to 68 is the outer magnet polarity. The magnet arrangement 66 is referred to as the inner magnet arrangement because it is positioned in the inner region of the magnet assembly 60 between the outer magnet arrangements 64 and 68. Therefore, the magnet polarity of the magnet row 66 is the inner magnet polarity. Each of the outer magnet arrangements 64 and 68 has the same magnet polarity, which is different from the magnet polarity of the inner magnet row 66. FIG. 2 shows magnetic field lines 70 and 72 provided by the magnet arrays 64 to 68.

図３Ｂは、基板１２上のスパッタリングされた材料の層をコーティングするための装置１０の別の概略図を示す。図３Ｂは、カソード１６から２６の断面を示すが、装置１０の他の特徴は、全体をより良く見渡すために除外された。単一のカソード１６から２６の構成は、図２で説明されるカソード１６の構成に対応する。図３Ｂで示されるように、カソード１６から２６は、そのそれぞれの磁石アセンブリの仕様において異なる。図３Ｂに関連して説明される実施形態によると、外側磁石配置の磁石極性は、磁石アセンブリから磁石アセンブリへと交互になる。これは、内側磁石列の磁石極性も磁石アセンブリから磁石アセンブリへと交互になることを意味する。   FIG. 3B shows another schematic diagram of an apparatus 10 for coating a layer of sputtered material on a substrate 12. FIG. 3B shows a cross-section of the cathodes 16 to 26, but other features of the device 10 have been omitted for a better overview. The configuration of the single cathodes 16 to 26 corresponds to the configuration of the cathode 16 described in FIG. As shown in FIG. 3B, cathodes 16 to 26 differ in their respective magnet assembly specifications. According to the embodiment described in connection with FIG. 3B, the magnet polarity of the outer magnet arrangement alternates from magnet assembly to magnet assembly. This means that the magnet polarity of the inner magnet row also alternates from magnet assembly to magnet assembly.

本実施形態では、カソード１６は、カソード１６から２６の列の左端における外側カソードである。カソード１６は、外側磁石列６４及び６８並びに内側磁石列６６を有する磁石アセンブリ６０を備える。外側磁石列６４、６８は、磁石極性Ｎである同一の外側磁石極性を有する。内側磁石列６６の内側磁石極性は、磁石アセンブリ６０の外側磁石極性Ｎと異なる磁石極性Ｓである。カソード１６から２６の列の次のカソードは、カソード１８である。カソード１８は、カソード１６に隣接して左側に位置決めされる。カソード１８は、外側磁石列７６及び７８並びに内側磁石列８０を有する磁石アセンブリ７４を備える。外側磁石列７６は、近接する磁石アセンブリ６０の外側磁石列６８に隣接して位置決めされる。有利には、外側磁石列７６の外側磁石極性は、磁石列６８の隣接する外側磁石極性と異なる。したがって、外側磁石列７６の外側磁石極性は、磁石極性Ｓである。外側磁石列７８が磁石列７６と同じ外側磁石極性を有するため、その外側磁石極性も磁石極性Ｓである。さらに、磁石アセンブリ７４の内側磁石列８０の内側磁石極性がその外側磁石極性と異なるため、内側磁石極性は磁石極性Ｎである。カソード１６から２６の列の次のカソードは、カソード２０である。カソード２０は、カソード１８に隣接して左側に位置決めされる。カソード２０は、外側磁石列８４及び８６並びに内側磁石列８８を有する磁石アセンブリ８２を備える。外側磁石列８４は、近接する磁石アセンブリ７４の外側磁石列７８に隣接して位置決めされる。有利には、外側磁石列８４の外側磁石極性は、磁石列７８の隣接する外側磁石極性と異なる。したがって、外側磁石列８４の外側磁石極性は、磁石極性Ｎである。外側磁石列８６が磁石列８４と同じ外側磁石極性を有するため、その外側磁石極性も磁石極性Ｎである。さらに、磁石アセンブリ８２の内側磁石列８８の内側磁石極性がその外側磁石極性と異なるため、内側磁石極性は磁石極性Ｓである。カソード１６から２６の列の次のカソードは、カソード２２である。カソード２２は、カソード２０に隣接して右側に位置決めされる。カソード２２は、外側磁石列９２及び９４並びに内側磁石列９６を有する磁石アセンブリ９０を備える。外側磁石列９２は、近接する磁石アセンブリ８２の外側磁石列８６に隣接して位置決めされる。有利には、外側磁石列９２の外側磁石極性は、磁石列８６の隣接する外側磁石極性と異なる。したがって、外側磁石列９２の外側磁石極性は、磁石極性Ｓである。外側磁石列９４が磁石列９２と同じ外側磁石極性を有するため、その外側磁石極性も磁石極性Ｓである。さらに、磁石アセンブリ９０の内側磁石列９６の内側磁石極性がその外側磁石極性と異なるため、内側磁石極性は磁石極性Ｎである。カソード１６から２６の列の次のカソードは、カソード２４である。カソード２４は、カソード２２に隣接して右側に位置決めされる。カソード２４は、外側磁石列１００及び１０２並びに内側磁石列１０４を有する磁石アセンブリ９８を備える。外側磁石列１００は、近接する磁石アセンブリ９０の外側磁石列９４に隣接して位置決めされる。有利には、外側磁石列１００の外側磁石極性は、磁石列９４の隣接する外側磁石極性と異なる。したがって、外側磁石列１００の外側磁石極性は、磁石極性Ｎである。外側磁石列１０２が磁石列１００と同じ外側磁石極性を有するため、その外側磁石極性も磁石極性Ｎである。さらに、磁石アセンブリ９８の内側磁石列１０４の内側磁石極性がその外側磁石極性と異なるため、内側磁石極性は磁石極性Ｓである。カソード１６から２６の列の次のカソード及び最後のカソードは、カソード２６である。カソード２６は、カソード２４に隣接して右側に位置決めされる。カソード２６は、外側磁石列１０８及び１１０並びに内側磁石列１１２を有する磁石アセンブリ１０６を備える。外側磁石列１０８は、近接する磁石アセンブリ９８の外側磁石列１０２に隣接して位置決めされる。有利には、外側磁石列１０８の外側磁石極性は、磁石列１０２の隣接する外側磁石極性と異なる。したがって、外側磁石列１０８の外側磁石極性は、磁石極性Ｓである。外側磁石列１１０が磁石列１０８と同じ外側磁石極性を有するため、その外側磁石極性も磁石極性Ｓである。さらに、磁石アセンブリ１０６の内側磁石列１１２の内側磁石極性がその外側磁石極性と異なるため、内側磁石極性は磁石極性Ｎである。   In this embodiment, cathode 16 is the outer cathode at the left end of the row of cathodes 16-26. The cathode 16 includes a magnet assembly 60 having outer magnet rows 64 and 68 and an inner magnet row 66. The outer magnet rows 64, 68 have the same outer magnet polarity, which is the magnet polarity N. The inner magnet polarity of the inner magnet row 66 is a magnet polarity S different from the outer magnet polarity N of the magnet assembly 60. The next cathode in the row of cathodes 16 to 26 is cathode 18. The cathode 18 is positioned on the left side adjacent to the cathode 16. The cathode 18 includes a magnet assembly 74 having outer magnet rows 76 and 78 and an inner magnet row 80. The outer magnet row 76 is positioned adjacent to the outer magnet row 68 of the adjacent magnet assembly 60. Advantageously, the outer magnet polarity of the outer magnet row 76 is different from the adjacent outer magnet polarity of the magnet row 68. Therefore, the outer magnet polarity of the outer magnet row 76 is the magnet polarity S. Since the outer magnet row 78 has the same outer magnet polarity as the magnet row 76, the outer magnet polarity is also the magnet polarity S. Further, since the inner magnet polarity of the inner magnet row 80 of the magnet assembly 74 is different from the outer magnet polarity, the inner magnet polarity is the magnet polarity N. The next cathode in the row of cathodes 16 to 26 is cathode 20. The cathode 20 is positioned on the left side adjacent to the cathode 18. The cathode 20 includes a magnet assembly 82 having outer magnet rows 84 and 86 and an inner magnet row 88. The outer magnet row 84 is positioned adjacent to the outer magnet row 78 of the adjacent magnet assembly 74. Advantageously, the outer magnet polarity of the outer magnet row 84 is different from the adjacent outer magnet polarity of the magnet row 78. Therefore, the outer magnet polarity of the outer magnet row 84 is the magnet polarity N. Since the outer magnet row 86 has the same outer magnet polarity as the magnet row 84, the outer magnet polarity is also the magnet polarity N. Furthermore, the inner magnet polarity is the magnet polarity S because the inner magnet polarity of the inner magnet row 88 of the magnet assembly 82 is different from the outer magnet polarity. The next cathode in the row of cathodes 16 to 26 is cathode 22. The cathode 22 is positioned on the right side adjacent to the cathode 20. The cathode 22 includes a magnet assembly 90 having outer magnet rows 92 and 94 and an inner magnet row 96. The outer magnet row 92 is positioned adjacent to the outer magnet row 86 of the adjacent magnet assembly 82. Advantageously, the outer magnet polarity of the outer magnet row 92 is different from the adjacent outer magnet polarity of the magnet row 86. Therefore, the outer magnet polarity of the outer magnet row 92 is the magnet polarity S. Since the outer magnet row 94 has the same outer magnet polarity as the magnet row 92, the outer magnet polarity is also the magnet polarity S. Further, the inner magnet polarity is the magnet polarity N because the inner magnet polarity of the inner magnet row 96 of the magnet assembly 90 is different from the outer magnet polarity. The next cathode in the row of cathodes 16 to 26 is cathode 24. The cathode 24 is positioned on the right side adjacent to the cathode 22. The cathode 24 includes a magnet assembly 98 having outer magnet rows 100 and 102 and an inner magnet row 104. The outer magnet row 100 is positioned adjacent to the outer magnet row 94 of the adjacent magnet assembly 90. Advantageously, the outer magnet polarity of the outer magnet row 100 is different from the adjacent outer magnet polarity of the magnet row 94. Therefore, the outer magnet polarity of the outer magnet array 100 is the magnet polarity N. Since the outer magnet row 102 has the same outer magnet polarity as the magnet row 100, the outer magnet polarity is also the magnet polarity N. Furthermore, the inner magnet polarity is the magnet polarity S because the inner magnet polarity of the inner magnet row 104 of the magnet assembly 98 is different from the outer magnet polarity. The next and last cathode in the row of cathodes 16 to 26 is cathode 26. The cathode 26 is positioned on the right side adjacent to the cathode 24. The cathode 26 includes a magnet assembly 106 having outer magnet rows 108 and 110 and an inner magnet row 112. The outer magnet row 108 is positioned adjacent to the outer magnet row 102 of the adjacent magnet assembly 98. Advantageously, the outer magnet polarity of the outer magnet row 108 is different from the adjacent outer magnet polarity of the magnet row 102. Therefore, the outer magnet polarity of the outer magnet row 108 is the magnet polarity S. Since the outer magnet row 110 has the same outer magnet polarity as the magnet row 108, the outer magnet polarity is also the magnet polarity S. Further, the inner magnet polarity is the magnet polarity N because the inner magnet polarity of the inner magnet row 112 of the magnet assembly 106 is different from its outer magnet polarity.

上述のように、カソードアレイのカソード内の磁石アセンブリの交互する極性は、アレイの内部のカソード間のクロストークを減少し、これは、幾つかの電子損失の回収のため、類似する磁石アセンブリで生じる可能性があり、その結果、アレイの外側カソードに沿って流れ、且つマグネトロンのターンアラウンドにおいてカソードからカソードへとジャンプする、アレイ電子電流（ａｒｒａｙ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｃｕｒｒｅｎｔ）が生成される。したがって、本明細書で説明される実施形態は、カソードアレイ全部について、ターゲット全体の長さにわたって均一なターゲットエロ―ジョンをもたらすことによって、ターゲットの使用の効率性を改善する。顧客にとっては、このような代わりの磁石アレイを使用することはカソードの寿命を延長し、ターゲット使用の効率向上により同じセットのターゲットを用いてより多くの基板をコーティングすることができるため、堆積された層のコストが減少する。   As mentioned above, the alternating polarity of the magnet assemblies within the cathodes of the cathode array reduces crosstalk between the cathodes inside the array, which is similar to the magnet assembly due to the recovery of some electron loss. As a result, an array electron current is generated that flows along the outer cathode of the array and jumps from cathode to cathode in the turnaround of the magnetron. Thus, the embodiments described herein improve the efficiency of target usage by providing uniform target erosion for the entire cathode array over the length of the entire target. For customers, deposition of such alternative magnet arrays is possible because it extends the life of the cathode and allows more substrates to be coated with the same set of targets due to increased efficiency of target use. The cost of the layer is reduced.

図４は、基板上にスパッタリングされた材料の層をコーティングするための装置１０の近接する磁石アセンブリ６０、７４、８２、９０、９８及び１０６の上面の概略図を示す。磁石アセンブリ６０、７４、８２、９０、９８及び１０６の配置及び構成は、図３Ｂに関連して説明される実施形態に対応する。装置１０の他の特徴は、全体をより良く見渡すために除外された。図４は、平行する磁石アセンブリ６０、７４、８２、９０、９８及び１０６の列の左手側に、磁石アセンブリ６０とともに、その外側磁石列６４及び６８並びにその内側磁石列６６を示す。外側磁石列６４、６８はそれぞれ外側磁石極性Ｎを有し、内側磁石列６６は内側磁石極性Ｓを有する。参照番号１１４は、磁石アセンブリ６０が割り当てられるカソード１６の長手方向軸を指す。磁石アセンブリ７４は、その外側磁石列７６及び７８、並びにその内側磁石列８０とともに、磁石アセンブリ６０に隣接して位置決めされる。外側磁石列７６、７８はそれぞれ外側磁石極性Ｓを有し、内側磁石列８０は内側磁石極性Ｎを有する。参照番号１１６は、磁石アセンブリ７４が割り当てられるカソード１８の長手方向軸を指す。次に、磁石アセンブリ８２は、その外側磁石列８４及び８６、並びにその内側磁石列８８とともに、磁石アセンブリ７４に隣接して位置決めされる。外側磁石列８４、８６はそれぞれ外側磁石極性Ｎを有し、内側磁石列８８は内側磁石極性Ｓを有する。参照番号１１８は、磁石アセンブリ８２が割り当てられるカソード２０の長手方向軸を指す。次に、磁石アセンブリ９０は、その外側磁石列９２及び９４、並びにその内側磁石列９６とともに、磁石アセンブリ８２に隣接して位置決めされる。外側磁石列９２、９４はそれぞれ外側磁石極性Ｓを有し、内側磁石列９６は内側磁石極性Ｎを有する。参照番号１２０は、磁石アセンブリ９０が割り当てられるカソード２２の長手方向軸を指す。磁石アセンブリ９８は、その外側磁石列１００及び１０２、並びにその内側磁石列１０４とともに、磁石アセンブリ９０に隣接して位置決めされる。外側磁石列１００、１０２はそれぞれ外側磁石極性Ｎを有し、内側磁石列１０４は内側磁石極性Ｓを有する。参照番号１２２は、磁石アセンブリ９８が割り当てられるカソード２４の長手方向軸を指す。最後に、磁石アセンブリ１０６は、その外側磁石列１０８及び１１０、並びにその内側磁石列１１２とともに、磁石アセンブリ９８に隣接して位置決めされる。外側磁石列１０８、１１０はそれぞれ外側磁石極性Ｓを有し、内側磁石列１１２は内側磁石極性Ｎを有する。参照番号１２４は、磁石アセンブリ１０６が割り当てられるカソード２６の長手方向軸を指す。   FIG. 4 shows a schematic view of the top surface of adjacent magnet assemblies 60, 74, 82, 90, 98 and 106 of apparatus 10 for coating a layer of sputtered material on a substrate. The arrangement and configuration of magnet assemblies 60, 74, 82, 90, 98 and 106 correspond to the embodiment described in connection with FIG. 3B. Other features of the device 10 have been excluded for a better overview. FIG. 4 shows the outer magnet rows 64 and 68 and the inner magnet row 66 along with the magnet assembly 60 on the left hand side of the row of parallel magnet assemblies 60, 74, 82, 90, 98 and 106. The outer magnet rows 64 and 68 each have an outer magnet polarity N, and the inner magnet row 66 has an inner magnet polarity S. Reference numeral 114 refers to the longitudinal axis of the cathode 16 to which the magnet assembly 60 is assigned. Magnet assembly 74 is positioned adjacent to magnet assembly 60 with its outer magnet rows 76 and 78 and its inner magnet row 80. The outer magnet rows 76 and 78 each have an outer magnet polarity S, and the inner magnet row 80 has an inner magnet polarity N. Reference numeral 116 refers to the longitudinal axis of the cathode 18 to which the magnet assembly 74 is assigned. The magnet assembly 82 is then positioned adjacent to the magnet assembly 74 along with its outer magnet rows 84 and 86 and its inner magnet row 88. The outer magnet rows 84 and 86 each have an outer magnet polarity N, and the inner magnet row 88 has an inner magnet polarity S. Reference numeral 118 refers to the longitudinal axis of the cathode 20 to which the magnet assembly 82 is assigned. The magnet assembly 90 is then positioned adjacent to the magnet assembly 82 along with its outer magnet rows 92 and 94 and its inner magnet row 96. The outer magnet rows 92 and 94 each have an outer magnet polarity S, and the inner magnet row 96 has an inner magnet polarity N. Reference numeral 120 refers to the longitudinal axis of the cathode 22 to which the magnet assembly 90 is assigned. The magnet assembly 98 is positioned adjacent to the magnet assembly 90 with its outer magnet rows 100 and 102 and its inner magnet row 104. The outer magnet rows 100 and 102 each have an outer magnet polarity N, and the inner magnet row 104 has an inner magnet polarity S. Reference numeral 122 refers to the longitudinal axis of the cathode 24 to which the magnet assembly 98 is assigned. Finally, the magnet assembly 106 is positioned adjacent to the magnet assembly 98 with its outer magnet rows 108 and 110 and its inner magnet row 112. The outer magnet rows 108 and 110 each have an outer magnet polarity S, and the inner magnet row 112 has an inner magnet polarity N. Reference numeral 124 refers to the longitudinal axis of the cathode 26 to which the magnet assembly 106 is assigned.

装置１０は、その磁石アセンブリ６０、７４、８２、９０、９８、１０６とともに、プロセスチャンバ４２内に位置決めされる。したがって、プラズマは、同様に磁石アセンブリ６０、７４、８２、９０、９８、１０６によって閉じ込められる。プラズマは、正電荷を有するイオン及び負電荷を有する電子を備える。電子及びそのドリフトは、プラズマの内部に追加のイオンを生成するために使用され、追加のイオンは、その後ターゲットから材料の粒子をはじき出す。これは、電子がターゲットのエロ―ジョンに影響を与えることを意味する。詳細には、電子のドリフト、ひいては追加のイオンの生成が、磁石アセンブリ６０、７４、８２、９０、９８、１０６によって影響される。特にそれぞれの磁石アセンブリ６０、７４、８２、９０、９８、１０６又はそれぞれのターゲットエロ―ジョンの中及び周囲でプラズマが流れる通路は、プラズマレーストラックと呼ばれる。例えば、プラズマは、それぞれの磁石アセンブリ６０、７４、８２、９０、９８、１０６の構成によって画定される。電子は、電場及び磁場に露出される。電子に作用する力は、いわゆるローレンツ力である。ローレンツ力の定義は、Ｆ（ローレンツ）＝ｑ＊（Ｅ＋ｖ×Ｂ）であり、ｑは荷電粒子の電荷（電子）、Ｅは電場の強度、ｖは荷電粒子の速度、及びＢは磁場の磁束密度である。   The apparatus 10 is positioned within the process chamber 42 along with its magnet assemblies 60, 74, 82, 90, 98, 106. Thus, the plasma is confined by the magnet assemblies 60, 74, 82, 90, 98, 106 as well. The plasma comprises ions having a positive charge and electrons having a negative charge. The electrons and their drift are used to generate additional ions inside the plasma, which then ejects particles of material from the target. This means that the electrons affect the erosion of the target. In particular, electron drift and thus the generation of additional ions is affected by the magnet assemblies 60, 74, 82, 90, 98, 106. In particular, the path through which the plasma flows in and around each magnet assembly 60, 74, 82, 90, 98, 106 or each target erosion is called a plasma race track. For example, the plasma is defined by the configuration of the respective magnet assembly 60, 74, 82, 90, 98, 106. Electrons are exposed to electric and magnetic fields. The force acting on the electrons is the so-called Lorentz force. The Lorentz force is defined as F (Lorentz) = q * (E + v × B), where q is the charge (electron) of the charged particle, E is the electric field strength, v is the velocity of the charged particle, and B is the magnetic flux of the magnetic field. Density.

電子に作用する力のため、各磁石アセンブリ６０、７４、８２、９０、９８、１０６に対して個別の電子ドリフト流が生成される。個別の電子ドリフト流の方向は、磁石アセンブリ６０、７４、８２、９０、９８、１０６それぞれの内側及び外側磁石列の極性、ひいてはそれぞれの磁場の方向によって定義される。詳細には、個別の電子ドリフト電流は、磁石アセンブリ６０、７４、８２、９０、９８、１０６それぞれの外側磁石列と内側磁石列の間を流れる。図４では、このような電子ドリフト電流の例が示される。図４は、磁石アセンブリ６０に関連する電子ドリフト電流１２６、磁石アセンブリ７４に関連する電子ドリフト電流１２８、磁石アセンブリ８２に関連する電子ドリフト電流１３０、磁石アセンブリ９０に関連する電子ドリフト電流１３２、磁石アセンブリ９８に関連する電子ドリフト電流１３４、及び磁石アセンブリ１０６に関連する電子ドリフト電流１３６を示す。電子ドリフト電流１２６から１３６が流れる方向は、図４の矢印によって示される。個々の電子ドリフト電流１２６から１３６の方向は、磁石アセンブリから磁石アセンブリへ交互になることに留意されたい。これは、磁石アセンブリから磁石アセンブリへ、外側及び内側の磁石列の磁石極性が交互することの結果である。電子ドリフト電流１２６、１３０及び１３４は反時計回りに流れ、電子ドリフト電流１２８、１３２、及び１３６は時計回りに流れる。   Due to the forces acting on the electrons, a separate electron drift flow is generated for each magnet assembly 60, 74, 82, 90, 98, 106. The direction of the individual electron drift flow is defined by the polarity of the inner and outer magnet rows of each of the magnet assemblies 60, 74, 82, 90, 98, 106 and thus the direction of the respective magnetic field. Specifically, individual electron drift currents flow between the outer and inner magnet rows of each of the magnet assemblies 60, 74, 82, 90, 98, 106. FIG. 4 shows an example of such an electron drift current. 4 illustrates an electron drift current 126 associated with magnet assembly 60, an electron drift current 128 associated with magnet assembly 74, an electron drift current 130 associated with magnet assembly 82, an electron drift current 132 associated with magnet assembly 90, a magnet assembly. The electron drift current 134 associated with 98 and the electron drift current 136 associated with the magnet assembly 106 are shown. The direction in which the electron drift currents 126 to 136 flow is indicated by the arrows in FIG. Note that the direction of the individual electron drift currents 126 to 136 alternate from magnet assembly to magnet assembly. This is a result of alternating magnet polarity of the outer and inner magnet rows from magnet assembly to magnet assembly. Electron drift currents 126, 130, and 134 flow counterclockwise, and electron drift currents 128, 132, and 136 flow clockwise.

個々の電子ドリフト電流の流れに沿ったプラズマの閉じ込めは、２つの平行且つ真っ直ぐな中央部、左中央部１３８と右中央部１４０、並びに２つのターンアラウンド、上側ターンアラウンド１４２と下側ターンアラウンド１４４を有する。左中央部１３８は、磁石アセンブリ６０、７４、８２、９０、９８、１０６それぞれの、左の細長い外側磁石列と細長い内側磁石列の間を通り、右中央部１４０は、右の細長い外側磁石列と細長い内側磁石列の間を通る。上側ターンアラウンド１４２は、その上端において中央部１３８、１４０を接続し、下側ターンアラウンド１４４は、その下端において中央部１３８、１４０を接続する。   The confinement of the plasma along the flow of individual electron drift currents consists of two parallel and straight centers, a left center 138 and a right center 140, and two turnarounds, an upper turnaround 142 and a lower turnaround 144. Have The left central portion 138 passes between the left elongated outer magnet row and the elongated inner magnet row of each of the magnet assemblies 60, 74, 82, 90, 98, 106, and the right central portion 140 is the right elongated outer magnet row. And between the elongated inner magnet rows. The upper turnaround 142 connects the central portions 138, 140 at its upper end, and the lower turnaround 144 connects the central portions 138, 140 at its lower end.

通常、ターンアラウンド１４２、１４４内のプラズマ密度は、中央部１３８、１４０と異なる。これは、ターゲットの局所的なエロ―ジョンにおける違いに至る場合がある。ターゲットのエロ―ジョンは、スパッタリングプロセスの間に不均一になる。これを避ける手段は、ターンアラウンド１４２、１４４内の磁場を弱めることである。例えば、これは、ターンアラウンド１４２、１４４内の磁石列にシャントを適用することによって達成することができる。シャントは、例えば強磁性金属シートである。これは、結果としてターンアラウンド１４２、１４４内のより低いターゲットエロ―ジョンとなる。しかしながら、ターンアラウンド１４２、１４４内のより弱い磁場の副影響は、より弱い局所的なプラズマの閉じ込めであり、これは、結果としてカソードとその磁石アセンブリの周辺部分への電子損失となる。詳細には、電子損失は、電子ドリフト電流の電子が真っ直ぐな中央部１３８、１４０に再び入る前に、ターンアラウンド１４２、１４４の端部において強い。   Usually, the plasma density within the turnarounds 142, 144 is different from the central portions 138,140. This can lead to differences in the local erosion of the target. Target erosion becomes non-uniform during the sputtering process. A means to avoid this is to weaken the magnetic field in the turnaround 142, 144. For example, this can be accomplished by applying a shunt to the magnet rows in turnaround 142, 144. The shunt is, for example, a ferromagnetic metal sheet. This results in a lower target erosion within turnaround 142, 144. However, a side effect of the weaker magnetic field in turnarounds 142, 144 is weaker local plasma confinement, which results in electron loss to the cathode and its surrounding magnet assembly. Specifically, the electron loss is strong at the end of the turnaround 142, 144 before the electrons of the electron drift current reenter the straight center 138,140.

幾つかの実施形態によると、磁石アセンブリを有する２つ以上のカソードは、２つの隣接するカソードが互いに相互作用を及ぼすように、互いに近接するように位置決めされる。これらのカソードは、カソードアレイを構築する。しかしながら、２つのカソードの間の隣接性は、隣接するカソードの隣接する磁石アセンブリが、電子損失の一部を回収できるという効果に至ることができる。磁石アセンブリの個々の電子ドリフト電流の電子は、ターンアラウンドの端部において、１つの磁石アセンブリから隣接する磁石アセンブリへと流れる。これは、隣接する磁石アセンブリ間のクロストークに至る。１つの磁石アセンブリから隣接する磁石アセンブリへの電子のジャンプの方向及び位置は、特に個々の電子ドリフト電流の方向に依存する。そして、個々の電子ドリフト電流の方向は、磁石アセンブリそれぞれの外側及び内側の磁石列の極性の構成に依存する。したがって、本明細書に記載の実施形態は、カソードアレイ内の、複数のカソード、大部分のカソード、又は全てのカソードの間のクロストークを回避する。これは、少なくとも２つの近接するカソードの磁石アセンブリの間の交互する磁石配向に起因する。   According to some embodiments, two or more cathodes having a magnet assembly are positioned adjacent to each other such that two adjacent cathodes interact with each other. These cathodes constitute a cathode array. However, the adjacency between two cathodes can lead to the effect that adjacent magnet assemblies of adjacent cathodes can recover some of the electron loss. The electrons of the individual electron drift current of the magnet assembly flow from one magnet assembly to the adjacent magnet assembly at the end of the turnaround. This leads to crosstalk between adjacent magnet assemblies. The direction and position of the electron jump from one magnet assembly to the adjacent magnet assembly depends in particular on the direction of the individual electron drift current. The direction of the individual electron drift current then depends on the polarity configuration of the outer and inner magnet rows of each magnet assembly. Thus, the embodiments described herein avoid crosstalk between multiple cathodes, most cathodes, or all cathodes in a cathode array. This is due to the alternating magnet orientation between at least two adjacent cathode magnet assemblies.

図４では、本明細書に記載の幾つかの実施形態について、１つの磁石アセンブリから隣接する磁石アセンブリへの電子のジャンプの効果が示される。図４に関連して説明される実施形態によると、磁石アセンブリ６０の電子ドリフト電流１２６の方向は反時計回りである。したがって、電子のジャンプ、すなわち、電子クロストークは、電子ドリフト電流１２６から隣接する磁石アセンブリ７４の電子ドリフト電流１２８へ、磁石アセンブリ６０の下側ターンアラウンド１４４の端部において行われる。このクロストークは、矢印１４６によって示される。磁石アセンブリ７４の電子ドリフト電流１２８の方向は、時計周りである。したがって、電子のジャンプは、電子ドリフト電流１２８から隣接する磁石アセンブリ６０の電子ドリフト電流１２６へ、磁石アセンブリ７４の下側ターンアラウンド１４４の端部において行われる。このクロストークは、矢印１４８によって示される。クロストーク１４６とクロストーク１４８は互いに逆になり、それにより、概してこれらの電子ドリフト電流１２６、１２８の電子損失が補償される。さらに、電子のジャンプは、電子ドリフト電流１２８から隣接する磁石アセンブリ８２の電子ドリフト電流１３０へ、磁石アセンブリ７４の上側ターンアラウンド１４２の端部において行われる。このクロストークは、矢印１５０によって示される。次の磁石アセンブリ８２において、電子ドリフト電流１３０の方向は、再び反時計回りである。電子のジャンプは、電子ドリフト電流１３０から隣接する磁石アセンブリ７４の電子ドリフト電流１２８へ、磁石アセンブリ８２の上側ターンアラウンド１４２の端部において行われる。このクロストークは、矢印１５２によって示される。クロストーク１５０とクロストーク１５２が互いに逆になるため、電子ドリフト電流１２８、１３０の電子損失は、少なくともほぼ補償される。電子のジャンプは、電子ドリフト電流１３０から隣接する磁石アセンブリ９０の電子ドリフト電流１３２へ、磁石アセンブリ８２の下側ターンアラウンド１４４の端部においてさらに行われる。このクロストークは、矢印１５４によって示される。磁石アセンブリ９０では、電子ドリフト電流１３２の方向は、再び時計回りである。電子のジャンプは、電子ドリフト電流１３２から隣接する磁石アセンブリ８２の電子ドリフト電流１３０へ、磁石アセンブリ９０の下側ターンアラウンド１４４の端部において行われる。このクロストークは、矢印１５６によって示される。クロストーク１５４とクロストーク１５６が互いに逆になるため、電子ドリフト電流１３０、１３２の電子損失は、少なくともほぼ補償される。さらに、電子のジャンプは、電子ドリフト電流１３２から隣接する磁石アセンブリ９８の電子ドリフト電流１３４へ、磁石アセンブリ９０の上側ターンアラウンド１４２の端部において行われる。このクロストークは、矢印１５８によって示される。磁石アセンブリ９８では、電子ドリフト電流１３４の方向は、反時計回りである。電子のジャンプは、電子ドリフト電流１３４から隣接する磁石アセンブリ９０の電子ドリフト電流１３２へ、磁石アセンブリ９８の上側ターンアラウンド１４２の端部において行われる。このクロストークは、矢印１６０によって示される。クロストーク１５８とクロストーク１６０が互いに逆になるため、これらの電子ドリフト電流１３２、１３４の電子損失は、少なくともほぼ補償される。電子のジャンプは、電子ドリフト電流１３４から隣接する磁石アセンブリ１０６の電子ドリフト電流１３６へ、磁石アセンブリ９８の下側ターンアラウンド１４４の端部においてさらに行われる。このクロストークは、矢印１６２によって示される。磁石アセンブリ１０６では、電子ドリフト電流１３６の方向は、時計回りである。電子のジャンプは、電子ドリフト電流１３６から隣接する磁石アセンブリ９８の電子ドリフト電流１３４へ、磁石アセンブリ１０６の下側ターンアラウンド１４４の端部において行われる。このクロストークは、矢印１６４によって示される。クロストーク１６２とクロストーク１６４が互いに逆になるため、これらの電子ドリフト電流１３４、１３６の電子損失は、少なくともほぼ補償される。   In FIG. 4, the effect of an electron jump from one magnet assembly to an adjacent magnet assembly is shown for some embodiments described herein. According to the embodiment described in connection with FIG. 4, the direction of the electron drift current 126 of the magnet assembly 60 is counterclockwise. Thus, an electron jump, or electron crosstalk, occurs from the electron drift current 126 to the electron drift current 128 of the adjacent magnet assembly 74 at the end of the lower turnaround 144 of the magnet assembly 60. This crosstalk is indicated by arrow 146. The direction of the electron drift current 128 of the magnet assembly 74 is clockwise. Thus, an electron jump is made at the end of the lower turnaround 144 of the magnet assembly 74 from the electron drift current 128 to the electron drift current 126 of the adjacent magnet assembly 60. This crosstalk is indicated by arrow 148. Crosstalk 146 and crosstalk 148 are opposite to each other, thereby generally compensating for the electron loss of these electron drift currents 126, 128. Furthermore, an electron jump is made at the end of the upper turnaround 142 of the magnet assembly 74 from the electron drift current 128 to the electron drift current 130 of the adjacent magnet assembly 82. This crosstalk is indicated by arrow 150. In the next magnet assembly 82, the direction of the electron drift current 130 is again counterclockwise. An electron jump occurs from the electron drift current 130 to the electron drift current 128 of the adjacent magnet assembly 74 at the end of the upper turnaround 142 of the magnet assembly 82. This crosstalk is indicated by arrow 152. Since the crosstalk 150 and the crosstalk 152 are opposite to each other, the electron loss of the electron drift currents 128 and 130 is at least substantially compensated. An electron jump is further made at the end of the lower turnaround 144 of the magnet assembly 82 from the electron drift current 130 to the electron drift current 132 of the adjacent magnet assembly 90. This crosstalk is indicated by arrow 154. In the magnet assembly 90, the direction of the electron drift current 132 is again clockwise. An electron jump occurs at the end of the lower turnaround 144 of the magnet assembly 90 from the electron drift current 132 to the electron drift current 130 of the adjacent magnet assembly 82. This crosstalk is indicated by arrow 156. Since the crosstalk 154 and the crosstalk 156 are opposite to each other, the electron loss of the electron drift currents 130 and 132 is at least substantially compensated. In addition, an electron jump is made at the end of the upper turnaround 142 of the magnet assembly 90 from the electron drift current 132 to the electron drift current 134 of the adjacent magnet assembly 98. This crosstalk is indicated by arrow 158. In the magnet assembly 98, the direction of the electron drift current 134 is counterclockwise. An electron jump is made at the end of the upper turnaround 142 of the magnet assembly 98 from the electron drift current 134 to the electron drift current 132 of the adjacent magnet assembly 90. This crosstalk is indicated by arrow 160. Since the crosstalk 158 and the crosstalk 160 are opposite to each other, the electron loss of these electron drift currents 132 and 134 is at least substantially compensated. An electron jump is further made at the end of the lower turnaround 144 of the magnet assembly 98 from the electron drift current 134 to the electron drift current 136 of the adjacent magnet assembly 106. This crosstalk is indicated by arrow 162. In the magnet assembly 106, the direction of the electron drift current 136 is clockwise. An electron jump is made at the end of the lower turnaround 144 of the magnet assembly 106 from the electron drift current 136 to the electron drift current 134 of the adjacent magnet assembly 98. This crosstalk is indicated by arrow 164. Since the crosstalk 162 and the crosstalk 164 are opposite to each other, the electron loss of these electron drift currents 134 and 136 is at least substantially compensated.

図４による実施形態では、磁石アセンブリから磁石アセンブリへと磁石極性が交互になることは、電子損失が少なくともほぼ補償されることに至ることを明白に示す。交互する磁石極性は、磁石アセンブリから磁石アセンブリへの電子ドリフト電流の方向の反転を引き起す。これは、下側ターンアラウンド１４４から上側ターンアラウンド１４２へ、そしてその逆を意味する、ターンアラウンドの一方の側から他方の側への電子損失の位置の移動に至る。   In the embodiment according to FIG. 4, the alternating magnet polarity from magnet assembly to magnet assembly clearly indicates that the electron loss is at least substantially compensated. The alternating magnet polarity causes a reversal of the direction of electron drift current from magnet assembly to magnet assembly. This leads to a shift in the position of electron loss from one side of the turnaround to the other, meaning from the lower turnaround 144 to the upper turnaround 142 and vice versa.

有利には、隣接するカソード間のクロストーク、すなわち電子損失は、本発明に従って回避することができる。このクロストークは、類似する磁石アセンブリを有する隣接するカソードのアレイにわたって流れる又はその周囲を流れるアレイの電子ドリフト電流の結果として生じうる。アレイの電子ドリフト電流は、カソードアレイの外側カソードに沿って流れ、磁石アセンブリのターンアラウンド内でカソードからカソードへとジャンプする。アレイの電子ドリフト電流は、カソードの内部の個々の電子ドリフト電流に重なる。アレイの電子ドリフト電流に起因して、プラズマ密度は、主にカソードアレイの内側のカソードの磁石アセンブリのターンアラウンドにおいて増加しうる。これは、特に磁石アセンブリのターンアラウンドの近傍内のターゲット位置において、局所的なターゲットエロ―ジョンの増大に至ることがある。したがって、ターゲットの均一なエロ―ジョン、特に複数の隣接するカソードのアレイの内側のカソードのターゲットの均一なエロ―ジョンは、本発明の利点に従って到達することができる。それゆえ、アレイの電子ドリフト電流の生成が回避される。   Advantageously, crosstalk between adjacent cathodes, ie electron loss, can be avoided according to the present invention. This crosstalk can occur as a result of the array's electron drift current flowing across or around an array of adjacent cathodes having similar magnet assemblies. The array's electron drift current flows along the outer cathode of the cathode array and jumps from cathode to cathode within the turnaround of the magnet assembly. The electron drift current of the array overlaps the individual electron drift current inside the cathode. Due to the electron drift current of the array, the plasma density can increase primarily at the turnaround of the cathode magnet assembly inside the cathode array. This can lead to increased local target erosion, particularly at target locations within the vicinity of the magnet assembly turnaround. Thus, a uniform erosion of the target, in particular a uniform erosion of the cathode target inside the array of adjacent cathodes, can be reached according to the advantages of the present invention. Therefore, generation of electron drift current in the array is avoided.

図５は、基板１２上にスパッタリングされた材料の層をコーティングするためのさらなる例示的な装置１６６の概略図を示す。概して、図５による装置１６６の構成は、図３Ｂによる装置１０の構成に対応する。図５は、カソード１６８、１７０、１７２、１７４、１７６及び１７８の断面を示すが、装置１６６の他の特徴は、全体をより良く見渡すために除外された。単一のカソード１６８から１７８の構成は、図２を用いて説明されるカソード１６の構成に対応する。図３Ｂに関連して説明される実施形態とは違い、図５による本実施形態は、外側磁石列の磁石極性は、磁石アセンブリから磁石アセンブリへと交互にならない。本実施形態では、同一の磁石極性の隣接する外側磁石極性を有する２つの近接する磁石アセンブリは、２つの近接する磁石アセンブリの隣接する外側磁石極性と異なる外側磁石極性を有する磁石アセンブリと交互になる。したがって、図５は、２つのＮ−Ｓ−Ｎカソードアセンブリが互いに隣接して設けられてＮ−Ｓ−Ｎカソードのペアを形成し、１つのＳ−Ｎ−ＳカソードがＮ−Ｓ−Ｎカソードのペアの隣に設けられる、カソードアレイを示す。それにより、アレイ全体に沿った或いはアレイ全体にわたるプラズマ電子の電流ループが遮断される。上記に照らして、本明細書に記載の種々の実施形態によると、カソードアレイは少なくとも２つの磁石アセンブリを含み、少なくとも２つの磁石アセンブリのうちの一方の磁石アセンブリの外側磁石極性は隣接する外側磁石極性と異なる。したがって、２つの隣接するカソードの間の外側（及び内側）磁石極性の磁石極性において少なくとも１つの交互配列が設けられる。通常、図３Ｂ及び図４に関連して示されているように、各カソードは、近接するカソードに関連して交互する磁石極性を有することができる。２つの近接するカソードにおいて交互配列が設けられる限り、交互配列の選択肢の複数の組み合わせが設けられうることを理解することができる。   FIG. 5 shows a schematic diagram of a further exemplary apparatus 166 for coating a layer of sputtered material on the substrate 12. In general, the configuration of the device 166 according to FIG. 5 corresponds to the configuration of the device 10 according to FIG. 3B. FIG. 5 shows a cross-section of the cathodes 168, 170, 172, 174, 176 and 178, but other features of the device 166 have been omitted for a better overview. The configuration of the single cathodes 168 to 178 corresponds to the configuration of the cathode 16 described with reference to FIG. Unlike the embodiment described in connection with FIG. 3B, this embodiment according to FIG. 5 does not alternate the magnet polarity of the outer magnet row from magnet assembly to magnet assembly. In this embodiment, two adjacent magnet assemblies having adjacent outer magnet polarities of the same magnet polarity alternate with magnet assemblies having outer magnet polarities different from the adjacent outer magnet polarities of the two adjacent magnet assemblies. . Accordingly, FIG. 5 illustrates that two NSN cathode assemblies are provided adjacent to each other to form an NSN cathode pair, with one SNS cathode being an NS The cathode array provided next to a pair of is shown. Thereby, the current loop of plasma electrons along or across the entire array is interrupted. In light of the above, according to various embodiments described herein, the cathode array includes at least two magnet assemblies, and the outer magnet polarity of one of the at least two magnet assemblies is adjacent to the outer magnet. Different from polarity. Accordingly, at least one alternating arrangement is provided in the magnet polarity of the outer (and inner) magnet polarity between two adjacent cathodes. Typically, as shown in connection with FIGS. 3B and 4, each cathode can have an alternating magnet polarity with respect to adjacent cathodes. It can be appreciated that multiple combinations of alternating options can be provided as long as alternating arrangements are provided at two adjacent cathodes.

図６は、基板上１２のスパッタリングされた材料の層をコーティングする装置２２４において使用される単一の平面カソード２２２に割り当てられる３つの近接する磁石アセンブリ２１６、２１８、及び２２０を通した断面の概略図を示す。カソード２２２は、ターゲット２２６に接続される。磁石アセンブリ２１６は、外側磁石極性Ｎを有する外側磁石列２２８及び２３０を備える。磁石アセンブリ２１６は、外側磁石列２２８、２３０の間に内側磁石極性Ｓを有する内側磁石列２３２を備える。内側磁石極性Ｓは、外側磁石極性Ｎと異なる。磁石アセンブリ２１８の外側磁石列２３４は、外側磁石列２３０に隣接して位置決めされる。外側磁石列２３４は、外側磁石列２３０の外側磁石極性Ｎと異なる外側磁石極性Ｓを有する。磁石アセンブリ２１８の外側磁石列２３６は、さらに外側磁石極性Ｓを有し、磁石アセンブリ２１８の内側磁石列２３８は、内側磁石極性Ｎを有する。第３の磁石アセンブリ２２０の構成は、第１の磁石アセンブリ２１６の構成に対応する。したがって、外側磁石列２４０及び２４２は外側磁石極性Ｎを有し、内側磁石列２４４は内側磁石極性Ｓを有する。   FIG. 6 is a cross-sectional schematic through three adjacent magnet assemblies 216, 218, and 220 assigned to a single planar cathode 222 used in an apparatus 224 for coating a layer of sputtered material on a substrate 12. The figure is shown. The cathode 222 is connected to the target 226. The magnet assembly 216 includes outer magnet rows 228 and 230 having an outer magnet polarity N. The magnet assembly 216 includes an inner magnet row 232 having an inner magnet polarity S between the outer magnet rows 228, 230. The inner magnet polarity S is different from the outer magnet polarity N. The outer magnet row 234 of the magnet assembly 218 is positioned adjacent to the outer magnet row 230. The outer magnet row 234 has an outer magnet polarity S different from the outer magnet polarity N of the outer magnet row 230. The outer magnet row 236 of the magnet assembly 218 further has an outer magnet polarity S, and the inner magnet row 238 of the magnet assembly 218 has an inner magnet polarity N. The configuration of the third magnet assembly 220 corresponds to the configuration of the first magnet assembly 216. Accordingly, the outer magnet rows 240 and 242 have an outer magnet polarity N and the inner magnet row 244 has an inner magnet polarity S.

図７は、基板１２上にスパッタリングされた材料の層をコーティングするための例示的な堆積システム１４の概略図を示す。堆積システム１４は、装置１０を備える。装置１０は、すべて平行して位置決めされるカソード１６から２６及びアノード２８から４０を保持する。図７は、カソード１６から２６の長手方向軸１１４から１２４、並びに隣接するカソード間の距離２４６を示す。有利には、カソードは、２つの隣接するカソードが互いに相互作用を及ぼすほどに互いに近接するように位置決めされる。好ましくは、２つの隣接するカソードの間の距離は５００ｍｍを下回る。より好ましくは、２つの隣接するカソードの間の距離は３００ｍｍと４００ｍｍの間であり、さらにより好ましくは２３５ｍｍと２５０ｍｍの間である。   FIG. 7 shows a schematic diagram of an exemplary deposition system 14 for coating a layer of sputtered material on a substrate 12. The deposition system 14 includes an apparatus 10. The device 10 holds cathodes 16 to 26 and anodes 28 to 40, all positioned in parallel. FIG. 7 shows the longitudinal axes 114 to 124 of the cathodes 16 to 26 and the distance 246 between adjacent cathodes. Advantageously, the cathodes are positioned so that two adjacent cathodes are close enough to interact with each other. Preferably, the distance between two adjacent cathodes is less than 500 mm. More preferably, the distance between two adjacent cathodes is between 300 mm and 400 mm, and even more preferably between 235 mm and 250 mm.

有利には、本発明によると、スパッタリングされた材料を用いて基板の均一なコーティングを達成することが可能である。さらに有利には、コーティング用に使用されるターゲットの非常に均一なエロ―ジョンプロファイルを提供することが可能である。これは、ターゲットの使用において高い効率性を保証する。先行技術のシステムに比べて、ターゲットの寿命は増大する。これは、先行技術のシステムに比べて、１つのターゲット及び同一のターゲット又はターゲットのセットを用いてより多くの基板をコーティングすることができるため、コストが減少する。さらに、堆積システムは、保守又は予防保守がなくてもより長く動作することができる。したがって、システムの使用可能時間が向上し、これにより、先行技術のシステムに比べてシステムの使用のより高い効率性が可能になる。   Advantageously, according to the invention, it is possible to achieve a uniform coating of the substrate using the sputtered material. Further advantageously, it is possible to provide a very uniform erosion profile of the target used for coating. This ensures high efficiency in target use. Compared to prior art systems, the lifetime of the target is increased. This reduces costs because one target and the same target or set of targets can be used to coat more substrates compared to prior art systems. Further, the deposition system can operate longer without maintenance or preventive maintenance. Thus, the uptime of the system is improved, which allows a higher efficiency of use of the system compared to prior art systems.

詳細には、本発明による堆積システムは、大面積を有する基板をコーティングするためのＰＶＤ（物理的気相堆積）大面積堆積システムである。通常、堆積システム、並びに基板上にスパッタリングされた材料の層をコーティングするための装置は、基板が固定されて動かない静的堆積プロセスに適している。しかしながら、基板が動く動的堆積プロセスに本発明を用いることも可能である。さらに、本発明は、様々な異なる種類の基板に適し、例えば、基板は小さな面積を有することができる。本発明は、回転可能なターゲット並びに平面のターゲット、ＡＣ（交流）システム及びＤＣ（直流）システムに適用することができる。好ましくは、本発明は、堆積システム及び３つ以上の磁石アセンブリを備える基板上にスパッタリングされた材料の層をコーティングするための装置に適用することができる。さらに好ましくは、これらの磁石アセンブリは並ぶように配置される。   Specifically, the deposition system according to the present invention is a PVD (Physical Vapor Deposition) large area deposition system for coating a substrate having a large area. Typically, deposition systems, as well as apparatus for coating a layer of sputtered material on a substrate, are suitable for static deposition processes where the substrate is stationary and does not move. However, it is also possible to use the present invention in a dynamic deposition process in which the substrate moves. Furthermore, the present invention is suitable for a variety of different types of substrates, for example, a substrate can have a small area. The present invention is applicable to rotatable targets as well as planar targets, AC (alternating current) systems and DC (direct current) systems. Preferably, the present invention can be applied to an apparatus for coating a layer of sputtered material on a substrate comprising a deposition system and three or more magnet assemblies. More preferably, these magnet assemblies are arranged side by side.

本明細書に記載の実施形態によると、当該方法は、静的堆積プロセスのために基板を位置決めするスパッタ堆積を提供する。通常、垂直に配向された大面積基板の処理など、特に大面積基板処理については、静的堆積と動的堆積の間で区別することができる。動的スパッタリング、すなわち、基板が堆積源に沿って連続的又は準連続的に動くインラインプロセスは、基板が堆積領域に移動する前にプロセスを安定化し、次いで、基板が堆積源を通過するにつれて一定に保つことができるため、より簡単である。しかし、動的堆積は、例えば粒子生成などの他の欠点を有することがある。これは、特にＴＦＴバックプレーン堆積（ＴＦＴ ｂａｃｋｐｌａｎｅ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）に適用されうる。本明細書に記載の実施形態によると、例えばＴＦＴ処理のために、静的スパッタリングを提供することができ、初期基板上への堆積の前にプラズマを安定化させることができる。したがって、動的堆積プロセスに比べると異なる静的堆積プロセスという用語は、当業者が認識する基板の任意の動きを除外するものではないことに留意するべきである。静的堆積プロセスは、例えば、堆積中の静的基板位置と、堆積中の振動基板位置と、堆積中に実質的に一定である平均基板位置と、堆積中のディザリング基板位置（ｄｉｔｈｅｒｉｎｇ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｐｏｓｉｔｉｏｎ）と、堆積中の搖動基板位置と、カソードが１つのチャンバ内に設けられる、すなわち、所定のセットのカソードがチャンバ内に設けられる堆積プロセスと、堆積チャンバが、例えば、層の堆積中にチャンバを隣接するチャンバから分離する弁ユニットを閉じることによって、近接するチャンバに関連して密閉雰囲気を有する基板位置と、又はその組み合わせとを含むことができる。したがって、静的堆積プロセスは、静的位置を有する堆積プロセス、実質的に静的な位置を有する堆積プロセス、又は基板の部分的な静的位置を有する堆積プロセスとして理解することができる。それにより、本明細書に記載の静的堆積プロセスは、静的堆積プロセスのための基板位置が堆積中に任意の動きが全くないという必要性なしに、動的堆積プロセスと明確に区別することができる。   According to embodiments described herein, the method provides sputter deposition that positions a substrate for a static deposition process. A distinction can be made between static deposition and dynamic deposition, particularly for large area substrate processing, such as processing of vertically oriented large area substrates. Dynamic sputtering, i.e., an in-line process in which the substrate moves continuously or quasi-continuously along the deposition source stabilizes the process before the substrate moves to the deposition region and then remains constant as the substrate passes the deposition source. It is easier because it can be kept in. However, dynamic deposition can have other drawbacks, such as particle generation. This can be applied in particular to TFT backplane deposition. According to embodiments described herein, static sputtering can be provided, eg, for TFT processing, and the plasma can be stabilized prior to deposition on the initial substrate. Thus, it should be noted that the term static deposition process, as compared to a dynamic deposition process, does not exclude any movement of the substrate recognized by those skilled in the art. The static deposition process includes, for example, a static substrate position during deposition, an oscillating substrate position during deposition, an average substrate position that is substantially constant during deposition, and a dithering substrate position during deposition. ), A peristaltic substrate position during deposition, a deposition process in which a cathode is provided in one chamber, ie, a predetermined set of cathodes is provided in the chamber, and a deposition chamber, for example, during chamber deposition By closing a valve unit that separates the adjacent chambers from the adjacent chambers, a substrate location having a sealed atmosphere associated with adjacent chambers, or a combination thereof, can be included. Thus, a static deposition process can be understood as a deposition process having a static position, a deposition process having a substantially static position, or a deposition process having a partial static position of the substrate. Thereby, the static deposition process described herein should be clearly distinguished from the dynamic deposition process without the need for the substrate position for the static deposition process to be free of any movement during the deposition. Can do.

本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態によると、本明細書に記載の実施形態は、ディスプレイＰＶＤ、すなわち、ディスプレイ市場のための大面積基板上のスパッタ堆積のために利用することができる。幾つかの実施形態によると、大面積基板又は複数の基板を有するそれぞれのキャリアは、少なくとも０．６７ｍ２の大きさを有することができる。典型的には、大きさは、約０．６７ｍ２（０．７３ｍ×０．９２ｍ−ＧＥＮ４．５）から約８ｍ２、より典型的には、約２ｍ２から約９ｍ２、又は最大１２ｍ２とすることができる。典型的には、本明細書に記載された実施形態による構造体、カソードアセンブリなどの装置、及び方法が提供される基板又はキャリアは、本明細書に記載された大面積基板である。例えば、大面積基板又はキャリアは、約０．６７ｍ２の基板（０．７３ｍ×０．９２ｍ）に対応するＧＥＮ４．５、約１．４ｍ２の基板（１．１ｍ×１．３ｍ）に対応するＧＥＮ５、約４．２９ｍ２の基板（１．９５ｍ×２．２ｍ）に対応するＧＥＮ７．５、約５．７ｍ２の基板（２．２ｍ×２．５ｍ）に対応するＧＥＮ８．５、又は約８．７ｍ２の基板（２．８５ｍ×３．０５ｍ）に対応するＧＥＮ１０とすることができる。ＧＥＮ１１及びＧＥＮ１２などのさらに大きい世代並びに対応する基板面積も、同様に実装することができる。 According to some embodiments that can be combined with other embodiments described herein, the embodiments described herein can be used for sputter deposition on display PVD, ie, large area substrates for the display market. Can be used for. According to some embodiments, each carrier having a large area substrate or a plurality of substrates can have a size of at least 0.67 m 2 . Typically, the size is from about 0.67 m 2 (0.73 m × 0.92 m-GEN4.5) to about 8 m 2 , more typically from about 2 m 2 to about 9 m 2 , or up to 12 m 2. It can be. Typically, the substrate or carrier on which the structures, devices such as cathode assemblies, and methods according to the embodiments described herein are provided is a large area substrate as described herein. For example, large area substrates or carriers, corresponding to GEN4.5 corresponding to the substrate of about 0.67m 2 (0.73m × 0.92m), of about 1.4 m 2 substrate (1.1 m × 1.3 m) GEN5, corresponding to a substrate of about 4.29 m 2 (1.95 m × 2.2 m), GEN 8.5 corresponding to a substrate of about 5.7 m 2 (2.2 m × 2.5 m), or GEN10 corresponding to a substrate of about 8.7 m 2 (2.85 m × 3.05 m) can be used. Larger generations such as GEN11 and GEN12 and corresponding substrate areas can be implemented as well.

上記に照らして、カソードアレイの少なくとも１つの近接するカソードのペア内の磁石アセンブリが、その極性に関連してカソードからカソードへ交互になる、すなわち、内側及び外側の磁石が、１つのカソード内でＮ−Ｓ−Ｎ極性配置、近接するカソード内でＳ−Ｎ−Ｓ極性配置を形成する、複数の実施形態が記載される。図６に示されるように、例えば１つのカソードが２つ以上の磁石アセンブリを有する場合に、類似する交互配列を磁石アセンブリから磁石アセンブリへと設けることができる。   In light of the above, the magnet assemblies in at least one adjacent cathode pair of the cathode array alternate from cathode to cathode with respect to their polarity, ie, inner and outer magnets are within one cathode. Embodiments are described that form an NS-polarity configuration, an NS-polarity configuration within adjacent cathodes. As shown in FIG. 6, a similar alternating arrangement can be provided from magnet assembly to magnet assembly, for example where a cathode has more than one magnet assembly.

さらに、追加で又は互いに交互に、複数の任意の修正を提供することができる。さらなる実施形態によると、少なくとも２つの磁石アセンブリは、近接する磁石アセンブリである。別の実施形態によると、少なくとも２つの磁石アセンブリの各々の断面は、２つの外側磁石極性及び１つの内側磁石極性を有し、内側磁石極性は外側磁石極性と異なる。さらなる実施形態によると、装置は少なくとも３つの磁石アセンブリを備える。好ましくは、装置は少なくとも５つの磁石アセンブリを備える。さらなる実施形態によると、一群の磁石アセンブリの少なくとも２つの近接する磁石アセンブリの隣接する外側磁石極性は同じ磁石極性を有する。さらなる実施形態によると、同じ磁石極性の隣接する外側磁石極性を有する少なくとも２つの近接する磁石アセンブリは、少なくとも２つの近接する磁石アセンブリの隣接する外側磁石極性と異なる外側磁石極性を有する少なくとも１つの磁石アセンブリと交互になる。さらなる実施形態によると、磁石アセンブリの外側磁石極性は、磁石アセンブリから磁石アセンブリへと交互になる。別の実施形態によると、磁石アセンブリは一又は複数のカソードに対応する。さらなる実施形態によると、各カソードは磁石アセンブリのうちの１つに対応する。さらなる実施形態によると、２つの隣接するカソードの間の距離は、２つの隣接するカソードが互いに相互作用を及ぼす距離である。好ましくは、２つの隣接するカソードの間の距離は、５００ｍｍを下回る。より好ましくは、２つの隣接するカソードの間の距離は、３００ｍｍと４００ｍｍの間である。さらに好ましくは、２つの隣接するカソードの間の距離は、２３５ｍｍと２５０ｍｍの間である。別の実施形態によると、カソードは平面カソードである。好ましくは、装置は単一の平面カソードを備える。堆積システムの別の実施形態によると、装置は、長手方向軸を有する回転可能なカソードを備える。これらの長手方向軸は平行に位置決めされる。堆積システムのさらなる実施形態によると、堆積システムは、基板上にスパッタリングされた材料の層をコーティングするためのシステムである。   Furthermore, a plurality of arbitrary modifications can be provided in addition or alternately with each other. According to a further embodiment, the at least two magnet assemblies are adjacent magnet assemblies. According to another embodiment, each cross section of the at least two magnet assemblies has two outer magnet polarities and one inner magnet polarity, the inner magnet polarity being different from the outer magnet polarity. According to a further embodiment, the device comprises at least three magnet assemblies. Preferably, the device comprises at least 5 magnet assemblies. According to a further embodiment, adjacent outer magnet polarities of at least two adjacent magnet assemblies of a group of magnet assemblies have the same magnet polarity. According to a further embodiment, at least two adjacent magnet assemblies having the same magnet polarity and adjacent outer magnet polarities are at least one magnet having an outer magnet polarity that is different from the adjacent outer magnet polarities of at least two adjacent magnet assemblies. Alternating with assembly. According to a further embodiment, the outer magnet polarity of the magnet assembly alternates from magnet assembly to magnet assembly. According to another embodiment, the magnet assembly corresponds to one or more cathodes. According to a further embodiment, each cathode corresponds to one of the magnet assemblies. According to a further embodiment, the distance between two adjacent cathodes is the distance at which the two adjacent cathodes interact with each other. Preferably the distance between two adjacent cathodes is less than 500 mm. More preferably, the distance between two adjacent cathodes is between 300 mm and 400 mm. More preferably, the distance between two adjacent cathodes is between 235 mm and 250 mm. According to another embodiment, the cathode is a planar cathode. Preferably, the device comprises a single planar cathode. According to another embodiment of the deposition system, the apparatus comprises a rotatable cathode having a longitudinal axis. These longitudinal axes are positioned in parallel. According to a further embodiment of the deposition system, the deposition system is a system for coating a layer of sputtered material on a substrate.

以上の説明は本発明の実施形態を対象としているが、本発明の基本的な範囲を逸脱することなく本発明の他の及び追加の実施形態を考案することができ、本発明の範囲は、以下の添付の特許請求の範囲によって定められる。   While the above description is directed to embodiments of the invention, other and additional embodiments of the invention may be devised without departing from the basic scope of the invention, It is defined by the following appended claims.

Claims (14)

基板（１２）上にスパッタリングされた材料の層をコーティングするための装置（１０； １６６； ２２４）であって、
少なくとも２つの磁石アセンブリ（６０、７４、８２、９０、９８、１０６）を備え、各磁石アセンブリ（６０、７４、８２、９０、９８、１０６）が外側磁石極性（６４、６８、７６、７８、８４、８６、９２、９４、１００、１０２、１０８、１１０）及び内側磁石極性（６６、８０、８８、９６、１０４、１１２）を有し、
前記少なくとも２つの磁石アセンブリ（６０、７４、８２、９０、９８、１０６）のうちの１つの磁石アセンブリの外側磁石極性が、前記少なくとも２つの磁石アセンブリ（６０、７４、８２、９０、９８、１０６）のうちの他の１つの磁石アセンブリの隣接する外側磁石極性と異なり、
前記磁石アセンブリ（６０、７４、８２、９０、９８、１０６）が２以上のカソード（１６、１８、２０、２２、２４、２６）に対応し、２つの隣接するカソード（１６、１８、２０、２２、２４、２６）の間の距離（２４６）が、前記２つの隣接するカソード（１６、１８、２０、２２、２４、２６）が互いに相互作用を及ぼすような距離であり、前記２つの隣接するカソードの間の距離が５００ｍｍを下回り、静的堆積のために構成された、装置。 An apparatus (10; 166; 224) for coating a layer of sputtered material on a substrate (12), comprising:
Comprising at least two magnet assemblies (60, 74, 82, 90, 98, 106), each magnet assembly (60, 74, 82, 90, 98, 106) having an outer magnet polarity (64, 68, 76, 78, 84, 86, 92, 94, 100, 102, 108, 110) and inner magnet polarity (66, 80, 88, 96, 104, 112),
It said outer magnet polarity of one magnet assemblies of the at least two magnetic assemblies (60,74,82,90,98,106) comprises at least two magnet assemblies (60,74,82,90,98, 106) unlike the adjacent outer magnet polarity of the other one of the magnet assemblies,
The magnet assembly (60, 74, 82, 90, 98, 106) corresponds to two or more cathodes (16, 18, 20, 22, 24, 26), and two adjacent cathodes (16, 18, 20, 22, 24, 26) is such that the two adjacent cathodes (16, 18, 20, 22, 24, 26) interact with each other, and the two adjacent the distance between the cathode of the Ri fall below the 500 mm, which is configured for static deposition apparatus. 前記少なくとも２つの磁石アセンブリ（６０、７４、８２、９０、９８、１０６）が、近接する磁石アセンブリ（６０、７４、８２、９０、９８、１０６）である、請求項１に記載の装置。   The apparatus of claim 1, wherein the at least two magnet assemblies (60, 74, 82, 90, 98, 106) are adjacent magnet assemblies (60, 74, 82, 90, 98, 106). 前記少なくとも２つの磁石アセンブリ（６０、７４、８２、９０、９８、１０６）の各々の断面が、２つの外側磁石極性（６４、６８、７６、７８、８４、８６、９２、９４、１００、１０２、１０８、１１０）及び１つの内側磁石極性（６６、８０、８８、９６、１０４、１１２）を有し、前記内側磁石極性が前記外側磁石極性と異なる、請求項１又は２に記載の装置。   Each cross-section of the at least two magnet assemblies (60, 74, 82, 90, 98, 106) has two outer magnet polarities (64, 68, 76, 78, 84, 86, 92, 94, 100, 102). , 108, 110) and one inner magnet polarity (66, 80, 88, 96, 104, 112), wherein the inner magnet polarity is different from the outer magnet polarity. 前記装置（１０； １６６； ２２４）が、少なくとも３つの磁石アセンブリ（６０、７４、８２、９０、９８、１０６）を備える、請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。   The device according to any one of the preceding claims, wherein the device (10; 166; 224) comprises at least three magnet assemblies (60, 74, 82, 90, 98, 106). 前記磁石アセンブリの一群のうちの少なくとも２つの近接する磁石アセンブリの隣接する外側磁石極性が、同一の磁石極性を有する、請求項４に記載の装置。   The apparatus of claim 4, wherein adjacent outer magnet polarities of at least two adjacent magnet assemblies of the group of magnet assemblies have the same magnet polarity. 前記同一の磁石極性の隣接する外側磁石極性を有する少なくとも２つの近接する磁石アセンブリが、前記少なくとも２つの近接する磁石アセンブリの前記隣接する外側磁石極性と異なる外側磁石極性を有する少なくとも１つの磁石アセンブリと交互になる、請求項５に記載の装置。   At least two adjacent magnet assemblies having adjacent outer magnet polarities of the same magnet polarity and at least one magnet assembly having an outer magnet polarity different from the adjacent outer magnet polarity of the at least two adjacent magnet assemblies; The apparatus of claim 5, which alternates. 磁石アセンブリ（６０、７４、８２、９０、９８、１０６； ２１６、２１８、２２０）の外側磁石極性が、磁石アセンブリ（６０、７４、８２、９０、９８、１０６； ２１６、２１８、２２０）から磁石アセンブリ（６０、７４、８２、９０、９８、１０６； ２１６、２１８、２２０）へと交互になる、請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。   The outer magnet polarity of the magnet assembly (60, 74, 82, 90, 98, 106; 216, 218, 220) is magnetized from the magnet assembly (60, 74, 82, 90, 98, 106; 216, 218, 220). 5. Apparatus according to any one of claims 1 to 4, alternating into assemblies (60, 74, 82, 90, 98, 106; 216, 218, 220). 前記カソード（１６、１８、２０、２２、２４、２６）が、回転可能なカソードである、請求項１に記載の装置。   The apparatus of claim 1, wherein the cathode (16, 18, 20, 22, 24, 26) is a rotatable cathode. 各カソード（１６、１８、２０、２２、２４、２６； ２２２）が、前記磁石アセンブリ（６０、７４、８２、９０、９８、１０６； ２１６、２１８、２２０）のうちの１つに対応する、請求項１から８のいずれか一項に記載の装置。   Each cathode (16, 18, 20, 22, 24, 26; 222) corresponds to one of the magnet assemblies (60, 74, 82, 90, 98, 106; 216, 218, 220), Apparatus according to any one of claims 1 to 8. 前記２つの隣接するカソードの間の距離が３００ｍｍと４００ｍｍの間であるか又は２３５ｍｍと２５０ｍｍの間である、請求項１から９のいずれか一項に記載の装置。   10. A device according to any one of the preceding claims, wherein the distance between the two adjacent cathodes is between 300 mm and 400 mm or between 235 mm and 250 mm. 前記カソードが平面カソード（２２２）である、請求項１に記載の装置。   The apparatus of claim 1, wherein the cathode is a planar cathode (222). 請求項１から１１のいずれか一項に記載の装置（１０； １６６； ２２４）と、前記装置（１０； １６６； ２２４）を収容するためのプロセスチャンバ（４２）とを備える堆積システム（１４）。 A deposition system (14) comprising an apparatus (10; 166; 224) according to any one of claims 1 to 11 and a process chamber (42) for receiving said apparatus (10; 166; 224). . 前記装置が、請求項１から１０のいずれか一項に記載の装置（１０； １６６； ２２４）であり、前記カソード（１６、１８、２０、２２、２４、２６）が、平行に位置決めされる長手方向軸（１１４、１１６、１１８、１２０、１２２、１２４）を有する、請求項１２に記載の堆積システム。 11. The device (10 ; 166 ; 224) according to any one of claims 1 to 10, wherein the cathode (16, 18, 20, 22, 24, 26) is positioned in parallel. 13. A deposition system according to claim 12 , having a longitudinal axis (114, 116, 118, 120, 122, 124). 前記システムが、基板（１２）上にスパッタリングされた材料の層をコーティングするためのシステム（１４）である、請求項１２又は１３に記載の堆積システム。 14. A deposition system according to claim 12 or 13 , wherein the system is a system (14) for coating a layer of sputtered material on a substrate (12).
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