JP6374531B2 - 基板表面上に材料をスパッタリングするためのスパッタリング装置 - Google Patents

基板表面上に材料をスパッタリングするためのスパッタリング装置 Download PDF

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Description

本開示の実施形態は、基板表面上に材料をスパッタリングするためのスパッタリング装置に関し、基板表面上に材料をスパッタリングするための方法に関する。
プラスチック膜又は箔などのフレキシブル基板の処理は、パッケージング業界、半導体業界、及びその他の業界で需要が高い。処理は、金属、半導体、及び誘電体材料などの所望の材料でのフレキシブル基板のコーティング、エッチング、並びに所望の用途のために基板に対して行われるその他の処理ステップから成り得る。この作業を実施するシステムは、一般に、基板を搬送するための処理システムに連結されたコーティングドラム、例えば、円筒形状のローラを含み、このコーティングドラム上で基板の少なくとも一部分が処理される。基板上に材料を堆積させる方法は、スパッタリング処理を含む。通常、スパッタリング処理は、その中に基板が配置されるところの真空チャンバ内で実行され、ソース(source)であるターゲットから基板表面上へ材料を取り出すことを含む。
コーティングされた層の厚さの均一性は、とりわけ、ソースと基板との間の距離に依存する。種々の材料を有する基板上への光学的応用(例えば、ウィンドウ膜、反射防止コーティング)のような真空コーティングシステムを使用して製造される新しい製品は、コーティングされた層のそのような均一性に対して増加された要件を課す。更に、(例えば、3000nmまで)基板の幅が増加するので、所与の均一性の要件を満たすことは困難である。
上述の観点から、当該技術分野での問題の少なくとも幾つかを克服する、新しいスパッタリング装置、及びその操作方法が望まれる
上述のことに照らして、基板表面上に材料をスパッタリングするためのスパッタリング装置及び基板表面上に材料をスパッタリングするための方法が提供される。本開示の更なる態様、利点、及び特徴は、特許請求の範囲、明細書、及び添付の図面から明らかとなる。
一態様によれば、基板表面上に材料をスパッタリングするためのスパッタリング装置が提供される。スパッタリング装置は、第1の末端部分及び第2の末端部分を有する少なくとも1つのスパッタリングカソードであって、第1の軸に沿って延在する、少なくとも1つのスパッタリングカソード、基板を支持するように構成され、少なくとも1つのスパッタリングカソードと対向して配置される少なくとも1つの基板支持体であって、第2の軸に沿って延在し、第2の軸が第1の軸と共に第1の角度を形成する、少なくとも1つの基板支持体、並びに少なくとも1つのスパッタリングカソード、特に、第1の末端部分及び/又は第2の末端部分と、連結可能な少なくとも1つの駆動デバイスを含む。少なくとも1つの駆動デバイスは、特にスパッタリング処理の間に、第1の角度を変更するように構成される。
別の一態様によれば、第1の末端部分及び第2の末端部分を有する少なくとも1つのスパッタリングカソードであって、第1の軸に沿って延在する、少なくとも1つのスパッタリングカソードを有するスパッタリング装置を用いて、基板表面上に材料をスパッタリングするための方法が提供される。該方法は、スパッタリング処理の間に第1の軸の方向を変更することを含む。
更に別の一態様によれば、スパッタリング装置を用いて基板表面上に材料をスパッタリングするための方法が提供される。スパッタリング装置は、第1の末端部分及び第2の末端部分を有する少なくとも1つのスパッタリングカソードであって、第1の軸に沿って延在する、少なくとも1つのスパッタリングカソード、基板を支持するように構成され、少なくとも1つのスパッタリングカソードと対向して配置される少なくとも1つの基板支持体であって、第2の軸に沿って延在し、第2の軸が第1の軸と共に第1の角度を形成する、少なくとも1つの基板支持体、並びに少なくとも1つのスパッタリングカソード、特に、第1の末端部分及び/又は第2の末端部分と、連結可能な少なくとも1つの駆動デバイスを含む。少なくとも1つの駆動デバイスは、特にスパッタリング処理の間に、第1の角度を変更するように構成される。該方法は、スパッタリング処理の間に第1の軸の方向を変更することを含み、第1の軸の方向を変更することが、第1の角度を変更することをもたらす。
実施形態は、本開示の方法を実行するためのデバイスも対象とし、各説明された方法ステップを実行するためのデバイス部分を含む。これらの方法ステップは、ハードウェア構成要素、適切なソフトウェアによってプログラムされたコンピュータを手段として、又はこれらの2つの任意の組合せによって、或いは任意の他の方式で実行することができる。更に、本発明による実施形態は、それによって説明される装置が動作するところの方法も対象とする。該方法は、該装置のあらゆる機能を実行するための方法ステップを含む。
本開示の上述の特徴を詳細に理解するために、上で短く要約された本発明のより具体的な説明が、実施形態を参照することによって得られるだろう。添付の図面は、本開示の実施形態に関連し、以下の記述において説明される。
本明細書で説明される実施形態を使用するためのスパッタリング装置の側面断面図を示す。 図1のコーティングドラム及びスパッタリングカソードの前面断面図を示す。 図1のコーティングドラム、レシピエントプレート(recipient plate)、及びスパッタリングカソードの上面断面図を示す。 本明細書で説明される実施形態を使用するための別のスパッタリング装置の側面断面図を示す。 図3Aのコーティングドラム、レシピエントプレート、及びスパッタリングカソードの上面断面図を示す。 本明細書で説明される実施形態による、スパッタリング装置の側面断面図を示す。 本明細書で開示される実施形態による、第1の角度を規定する第1の軸及び第2の軸を示す。 本明細書で説明される実施形態による、図4のスパッタリング装置の上面断面図を示す。 別のスパッタリング装置の側面断面図を示す。 図7Aのスパッタリング装置の別の側面断面図を示す。 本明細書で説明される実施形態による、スパッタリング装置の側面断面図を示す。 本明細書で説明される実施形態による、ウェブコーティングのための複数のコーティングドラムを含む、スパッタリング装置の前面断面図を示す。 本明細書で説明される実施形態による、基板表面上に材料をスパッタリングするための方法のフローチャートを示す。
ここで、本開示の様々な実施形態が詳細に参照されることになり、その1以上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している。概して、個々の実施形態に関しての相違のみが説明される。本開示の説明として各実施例が与えられるが、本発明を限定するつもりはない。更に、1つの実施形態の部分として図示及び説明されている特徴は、更なる実施形態をもたらすために、他の実施形態と共に用いられてもよく、又は他の実施形態と併用してもよい。本明細書の説明は、かかる修正及び改変を含むことが意図されている。
図1は、分離された状態にある、本明細書で説明される実施形態を使用するためのスパッタリング装置10の側面断面図を示す。スパッタリング装置10は、真空チャンバ11及びコーティングドラム12を有する。コーティングドラム12は、真空チャンバ11内に配置され、(図示せぬ)コーティングされるべき基板を支持するように構成される。ある実施態様によれば、スパッタリング装置10の複数のスパッタリングカソード16は、「レシピエントプレート」とも呼ばれ得る保持デバイス14に取り付けられている。図1で示されているように、スパッタリングカソード16及び保持デバイス14は、カンチレバー構成として形成され得る。そこに取り付けられているスパッタリングカソード16を有する保持デバイス14は、搬送デバイス15上に提供され得る。スパッタリング装置10を組み立てるために、スパッタリングカソード16は、その開口部を通って真空チャンバ11の中へ移動される。図2Aの前面断面図及び図2Bの上面断面図で示されているように、スパッタリングカソード16は、コーティングドラム12を取り囲むように、真空チャンバ11内に配置される。レシピエントプレート又は保持デバイス14は、気密なやり方で真空チャンバ11の開口部を密封し得る。
ある実施態様では、スパッタリングカソード16と、コーティングドラム12と、オプションとして保持デバイス14及び/又はフレキシブル基板を搬送するための搬送手段などの更なる要素とを含むアセンブリが、真空チャンバ11に対して移動可能なように提供され得る。一実施例として、スパッタリングカソード16及びコーティングドラム12は、真空チャンバ11の中へ移動可能であり、且つ、真空チャンバ11から外へ移動可能な独立した物(entity)として提供され得る。
本明細書で説明される他の実施形態と組み合わせることが可能な、ある実施形態によれば、スパッタリング装置は、真空チャンバ11に連結され真空チャンバ11をポンプアウト(pump out)するように構成された(図示せぬ)1以上のポンプを更に含み得る。1以上のポンプは、真空チャンバ11の内側の中真空〜高真空を生成するように適合され得る。例えば、処理チャンバ11の内側の真空は、10−1mbar〜10−7mbarの範囲内、特に、10−2mbar〜10−6mbarの範囲内、例えば、10−3mbarなどであり得る。
図1、図2A、及び図2Bでは、スパッタリングカソード16とコーティングドラム12が平行であるように配置される、すなわち、スパッタリングカソード16とコーティングドラム12との間の距離が一定である、理想的な場合が示されている。しかし、図3A及び図3Bで示されるような実際のシステムでは、特に、重力とレシピエントプレート又は保持デバイス14に対するスパッタリングカソード16の一方の側の取り付けからもたらされるレバーアームとのせいで、レシピエントプレート及び/又はスパッタリングカソード16が曲がる。図3Bで示されるように、そのような曲げは、スパッタリングカソード16とコーティングドラム12の平行ではない構成をもたらす。
スパッタリングカソード16の曲げは、(例えば、機械的な応力のために、分離された状態及び組み立てられた状態などの)種々の状況において異なり、例えば、真空チャンバ11のポンピング及び通気の間に、特に、電極の位置に応じて変化し得る。曲げは、例えば、熱膨張のために、スパッタリング処理の間に更に変化し得る。そのような曲げは、コーティングされた層の厚さの不均一性をもたらす。一実施例として、スパッタリングカソード16とコーティングドラム12との間の約4mmの平行ではない構成は、均一性に約2%ほどの影響を与え得る。
本開示は、特に、スパッタリングカソード及び/又は保持デバイスの曲げを埋め合わせることを可能にする、基板表面上に材料をスパッタリングするためのスパッタリング装置を提供する。
一態様によれば、基板表面上に材料をスパッタリングするためのスパッタリング装置が提供される。スパッタリング装置は、第1の末端部分及び第2の末端部分を有する少なくとも1つのスパッタリングカソードであって、第1の軸に沿って延在する、少なくとも1つのスパッタリングカソード、基板を支持するように構成され、少なくとも1つのスパッタリングカソードと対向して配置される少なくとも1つの基板支持体であって、第2の軸に沿って延在し、第2の軸が第1の軸と共に第1の角度を形成する、少なくとも1つの基板支持体、並びに少なくとも1つのスパッタリングカソード、特に、第1の末端部分及び/又は第2の末端部分と、連結可能な少なくとも1つの駆動デバイスを含む。少なくとも1つの駆動デバイスは、特にスパッタリング処理の間に、第1の角度を変更するように構成される。
したがって、本開示は、スパッタリングカソードと基板支持体との間の角度のインシトゥ(その場)(例えば、真空下)での制御を可能にし、基板表面上にコーティングされた材料の層の厚さの均一性を増加させる。特に、本開示は、コーティングソースと基板との間の距離の、インシトゥ(その場)(例えば、真空下)での調整及び自動距離制御も可能にし、最良の可能な厚さの均一性を得る。
本開示は、以下の有用な効果を提供する。スパッタリング装置は、種々のタイプの真空システムのために使用され、特に、種々のタイプの真空堆積システム又は塗工機(coater)のために使用され得る。更に、種々のタイプのコーティング材料と同様に、回転可能な電極、平坦電極、MF電極、及びDC電極などの、種々のタイプの電極(例えば、カソード)が使用され得る。コーティングされた材料の厚さの均一性などの、質に関するスパッタリング装置又はシステムの性能は、例えば、真空チャンバのポンピング及び通気の間の電極の移動から独立している。均一性は、例えば、スパッタリング処理の前及び/又は間において、通気なしにインシトゥ(その場)で調整され得る。本開示は、レシピエントプレートなどの保持デバイスの曲げ及び電極それ自身の曲げの埋め合わせを更に提供し、例えば、ターゲットの重量変化によるターゲットの寿命の間の電極の曲げの埋め合わせを提供する。更に、均一性の要件に応じて、堆積のプロファイルを形作るための開孔は必要とされない。制御に関しては、例えば、統合された均一性の測定システムを使用して、自動閉ループ制御又は調整が可能である。
図4は、分離された状態にある、本明細書で説明される実施形態による、スパッタリング装置20の側面断面図を示す。図5は、本明細書で開示される実施形態による、第1の角度を規定する第1の軸及び第2の軸を示している。
スパッタリング装置20は、第1の末端部分26及び第2の末端部分27を有する少なくとも1つのスパッタリングカソード25を含む。各スパッタリングカソード25は、それぞれの第1の軸28に沿って延在する。図4の実施例では3つのスパッタリングカソード25が示されているが、例えば、1つ、2つ、4つ、又は6つなどの、任意の適切な数のスパッタリングカソード25が提供され得る。
少なくとも1つの基板支持体22は、(図示せぬ)基板を支持するように構成され、少なくとも1つのスパッタリングカソード25と対向して又はフェイストゥフェイス(face to face)で配置される。通常、基板支持体22は、真空チャンバ21内に配置される。ある実施形態では、基板支持体22がコーティングドラムであり得る。基板支持体22は、第2の軸23に沿って延在する。図5で示されるように、第2の軸23は、第1の軸28の各々と、それぞれの第1の角度29を形成する。
本明細書で説明される他の実施形態と組み合わせることが可能な、ある実施形態によれば、スパッタリング装置20は、真空チャンバ21に連結され真空チャンバ21をポンプアウトするように構成された(図示せぬ)1以上のポンプを更に含み得る。1以上のポンプは、真空チャンバ21の内側の中真空〜高真空を生成するように適合され得る。例えば、処理チャンバ21の内側の真空は、10−1mbar〜10−7mbarの範囲内、特に、10−2mbar〜10−6mbarの範囲内、例えば、10−3mbarなどであり得る。
本明細書で説明される他の実施形態と組み合わせることが可能な、ある実施形態によれば、第1の角度は、第1の軸と第2の軸との間で形成される任意の角度であり得る。ある実施態様では、第1の角度が、第2の軸に対する第1の軸の傾きによって規定される角度であり得る。例えば、2つの軸は、それらの間で4つの角度を規定し、これらの4つの角度は、3次元座標系又は基準系において、すなわち、空間において任意に方向付けられ得る一平面内にある。2つのペアが4つの角度によって形成され、各ペアが2つの等しい角度を含む。第1の角度は、一平面、すなわち、任意に方向付けられた平面内の何れかの角度であり得る。
図4の実施例では、第1の角度29が、垂直方向(すなわち、重力と平行な方向)において、第2の軸23に対する第1の軸28の傾きによって規定された角度である。別の一実施例では、第1の角度29が、水平方向(すなわち、重力と垂直な方向)において、第2の軸23に対する第1の軸28の傾きによって規定された角度であり得る。しかし、第1の角度は、垂直及び水平方向に限られず、3次元空間内の任意の方向において規定され得る。
少なくとも1つの駆動デバイス30が、少なくとも1つのスパッタリングカソード25と連結可能である。ある実施形態では、少なくとも1つの駆動デバイス30が、第1の末端部分26及び/又は第2の末端部分27と連結可能である。少なくとも1つの駆動デバイス30は、特にスパッタリング処理の間に、第1の角度29を変更するように構成される。ある実施形態では、少なくとも1つの駆動デバイス30が、第2の軸23に対する第1の軸28の方向を変更するように構成され、それによって、第1の角度29を変更し得る。第1の角度をインシトゥ(その場)(例えば、真空下)で変更することによって、例えば、熱膨張及び/又は機械的な応力によるスパッタリングカソード25の曲げによってもたらされた第1の角度29の変化が相殺され、それによって、基板上にコーティングされた材料の層の厚さの均一性が増加され得る。本明細書で開示される他の実施形態と組み合わせることが可能な、ある実施形態によれば、駆動デバイス30は、真空チャンバ21内に提供される。
本明細書で説明される他の実施形態と組み合わせることが可能な、ある実施形態によれば、少なくとも1つの駆動デバイス30は、第1の角度29をほぼゼロ度に変更し又は調整するように構成され得る。これは、第1の軸28と第2の軸23の平行な構成に対応し得る。他の実施形態では、少なくとも1つの駆動デバイス30が、第1の角度29を第1の値に変更し又は調整するように構成され得る。第1の値は、所定の値、又は例えばスパッタリング処理の間にリアルタイムで決定及び/若しくは適合された値であり得る。第1の値は、基板表面上でスパッタリングされた材料の層の厚さ、真空パラメータ、スパッタリング材料、及び/又は処理電力などの、スパッタリング処理の少なくとも1つの処理パラメータに基づいて計算又は決定され得る。
本明細書で説明される他の実施形態と組み合わせることが可能な、ある実施形態によれば、駆動デバイス30は、第2の末端部分27と連結可能である。一実施例として、第1の末端部分26は適切な位置に固定され、第2の末端部分27は、そこに連結された駆動デバイス30によって移動可能又は変位可能に提供され得る。
本明細書で説明される他の実施形態と組み合わせることが可能な、ある実施形態によれば、少なくとも1つの駆動デバイス30は、少なくとも1つのスパッタリングカソード25の中間部分と連結可能であり得る。本明細書で使用されるように、「中間部分」という用語は、第1の末端部分26と第2の末端部分27との間の、少なくとも1つのスパッタリングカソード25の何れかの部分を指し得る。
本明細書で説明される他の実施形態と組み合わせることが可能な、ある実施形態によれば、1つの駆動デバイス30が、1つのスパッタリングカソード25に対して提供され得る。言い換えると、1つのスパッタリングカソード25が、それに関連付けられた1つの駆動デバイス30を有し得る。これは、スパッタリングカソード25の第1の末端部分26が、保持デバイス24、例えば、レシピエントプレートに固定された場合であり得る。そのとき、第2の末端部分27は、それぞれの駆動デバイス30と連結可能であり得る。ある実施形態では、1つの駆動デバイス30が、スパッタリングカソード25の各々に対して提供され、すなわち、駆動デバイス30の数が、スパッタリングカソード25の数と等しくなり得る。そのような場合では、それぞれの第1の角度29が、個別に及び/又は互いから独立して制御又は調整され得る。
本明細書で説明される他の実施形態と組み合わせることが可能な、ある実施形態によれば、2つの駆動デバイス30が、1つのスパッタリングカソード25に対して提供され得る。言い換えると、1つのスパッタリングカソード25が、それに関連付けられた2つの駆動デバイス30を有し得る。これは、1つの駆動デバイス30が第1の末端部分26と連結可能であり、別の1つの駆動デバイス30が第2の末端部分27と連結可能である場合であり得る。ある実施形態では、2つの駆動デバイス30が、スパッタリングカソード25の各々に対して提供され、すなわち、駆動デバイス30の数が、スパッタリングカソード25の数の2倍であり得る。そのような場合では、それぞれの第1の角度29が、個別に及び/又は互いから独立して制御又は調整され得る。
上述したように、ある実施形態によれば、スパッタリング装置20は、2つの駆動デバイス30を含み、1つの駆動デバイス30が第1の末端部分26と連結可能であり、別の1つの駆動デバイス30が第2の末端部分27と連結可能であり得る。そのような場合では、第1の末端部分26は、適所に固定されないが、それに連結された他の駆動デバイス30によって移動可能であり得る。ある実施形態では、第1の末端部分26が、他の駆動デバイス30を介して保持デバイス24と連結され得る。第2の末端部分27と第1の末端部分26を互いに対して相対的に移動させることによって、第1の軸28と第2の軸23との間の第1の角度29が変更され得る。この実施例では、第1の角度29を変更するために、第1の末端部分26が移動され、一方、第2の末端部分27は移動されず若しくは適所に固定され、又は第1の末端部分26が移動されず若しくは適所に固定され、一方、第2の末端部分27が移動され、又は第1の末端部分26と第2の末端部分27の両方が、互いに対して相対的に移動され、特に、同時に互いに対して相対的に移動され得る。
本開示は、上述の構成に限定されず、任意の数の駆動デバイスが、第1及び/又は第2の末端部分のうちの少なくとも幾つかと連結されるように提供され得る。
本明細書で説明される他の実施形態と組み合わせることが可能な、ある実施形態によれば、保持デバイス24は、少なくとも1つのスパッタリングカソード25を保持するように構成され得る。一実施例として、少なくとも1つのスパッタリングカソード25は、保持デバイス24と連結され又は保持デバイス24に固定され得る。通常、保持デバイスは、プレート、特に、レシピエントプレートであり得る。典型的な実施形態では、第1の末端部分26が、保持デバイス24に固定され又は取り付けられ得る。一実施例として、第1の末端部分26は、適所に固定されるように保持デバイス24と連結され、第2の末端部分27は、移動可能又は変位可能な状態で少なくとも1つの駆動デバイス30に対して連結可能なように提供され得る。第1の末端部分26が適所に固定される一方で、第2の末端部分27を移動させることによって、第1の軸28と第2の軸23との間の第1の角度29が変更され得る。
ある実施形態では、スパッタリング装置20を組み立てるために、少なくとも1つのスパッタリングカソード25が、その開口部を通して真空チャンバ21の中へ移動され得る。真空チャンバ21内で、少なくとも1つのスパッタリングカソード25が、少なくとも部分的に基板支持体22を取り囲むように配置され得る。少なくとも1つのスパッタリングカソード25を真空チャンバ21内に配置する間に又はその後で、少なくとも1つのスパッタリングカソード25が、少なくとも1つの駆動デバイス30に、例えば、手動で又は自動で連結され得る。スパッタリング装置20が、2以上のスパッタリングカソード25を有しているときに、2以上のスパッタリングカソード25のうちの少なくとも1つが、少なくとも1つの駆動デバイス30と連結可能であり得る。ある実施形態では、全てのスパッタリングカソード25が、少なくとも1つの駆動デバイス30と連結可能であり得る。その後、真空チャンバ21は気密に密封され、それによって、真空チャンバ21内に真空が生成され得る。一実施例として、保持デバイス24は、そこを通ってスパッタリングカソード25が真空チャンバ21の中へ挿入されるところの開口部を密封するように構成され得る。
ある実施態様では、スパッタリングカソード25と、基板支持体22と、オプションとして保持デバイス24及び/又はフレキシブル基板を搬送するための搬送手段などの更なる要素とを含むアセンブリが、真空チャンバ21に対して移動可能に提供され得る。一実施例として、スパッタリングカソード25及び基板支持体は、真空チャンバ21の中へ移動可能であり、且つ、真空チャンバ21から外へ移動可能な独立した物として提供され得る。
本明細書で説明される他の実施形態と組み合わせることが可能な、ある実施形態によれば、少なくとも1つのスパッタリングカソード25は、平坦なスパッタリングカソード又は回転可能なスパッタリングカソードである。スパッタリングカソード25が、回転可能なスパッタリングカソードであるときに、第1の軸28は、回転可能なスパッタリングカソードの回転軸であり得る。
本明細書で説明される他の実施形態と組み合わせることが可能な、ある実施形態によれば、少なくとも1つの基板支持体22は、円筒形状であり、特に、コーティングドラムであり得る。一実施例として、第2の軸23は、円筒形状の基板支持体の回転軸であり、特に、コーティングドラムの回転軸であり得る。
通常の実施態様では、スパッタリング装置20が、2以上のスパッタリングカソード25を含み得る。スパッタリングカソード25の各々は、基板支持体22の第2の軸23と共にそれぞれの第1の角度29を形成し得る。少なくとも1つの駆動デバイス30は、これらの第1の角度29のうちの少なくとも1つ、例えば、最も曲がる傾向を有するカソードの第1の角度を変更するように構成され得る。
図6は、本明細書で説明される実施形態による、組み立てられた状態にある図4のスパッタリング装置20の上面断面図を示している。
図6の実施例では、2つのスパッタリングカソード25が示されている。各第2の末端部分に対して、それぞれの駆動デバイス30、30’が連結されている。駆動デバイス30、30’は、各々、調整ユニット31、31’を含み得る。
調整ユニット31、31’は、モータ、ステッピングモータ、リニアモータ、機械的な調整ユニット、空気圧による調整ユニット、及び油圧による調整ユニットのうちの少なくとも1つを含み得る。機械的な調整ユニットは、真空チャンバの壁を通るフィードスルー(feed through)を含み得る。したがって、機械的な調整ユニット31、31’は、真空チャンバ21の外側から制御可能であり、特に、手動で制御可能である。
ある実施形態では、第2の末端部分を調整ユニット31、31’に連結させるために連結デバイス32、32’が提供され得る。連結デバイス32、32’は、スパッタリングカソード25が真空チャンバ21の中へ挿入又は移動されたときに、第2の末端部分との連結が確立されるように構成され得る。しかし、ある実施形態では、連結デバイスは提供されず、調整ユニット31、31’が、スパッタリングカソード25の第2の末端部分と直接的に連結され得る。
少なくとも1つの駆動デバイス30、30’は、特にスパッタリング処理の間に、第1の角度を変更するように構成される。第1の角度をインシトゥ(その場)(例えば、真空下)で変更することによって、例えば、熱膨張又は機械的な応力によるスパッタリングカソードの曲げによってもたらされた第1の角度29の変化が相殺され、それによって、基板上にコーティングされた材料の層の厚さの均一性が増加され得る。図では、駆動デバイス30、30’が、真空チャンバ21内に提供されている。
ある実施形態によれば、スパッタリングカソード25は、保持デバイス24はレシピエントプレートに取り付けられる。したがって、基板支持体22とスパッタリングカソード25との間の距離292及び294が固定され得る。スパッタリングカソード25の遊離端又は自由端における、基板支持体22とスパッタリングカソード25との間の距離291及び293は、(例えば、真空チャンバ内の圧力、カソードの位置、重量、スパッタリングカソード及び/又はレシピエントプレートの曲げなどに応じる)柔軟な独立した値であり得る。少なくとも1つの駆動デバイス30、30’を含むシステムは、各スパッタリングカソード25の自由端又は遊離端において統合され、例えば、同じ距離291と293を得るやり方で、すなわち、基板支持体22とスパッタリングカソード25の平行な構成を得るやり方で、スパッタリングカソード25を移動させ又は曲げるように適合され得る。
本明細書で説明される他の実施形態と組み合わせることが可能な、ある実施形態によれば、駆動デバイス30、30’は、距離291と293を、それぞれ、距離292と294に等しくさせるように変更し又は調整するように構成され得る。これは、基板支持体22とスパッタリングカソード25の平行な構成、すなわち、第1の軸28と第2の軸23の平行な構成に対応する。そのような制御は、例えば、少なくとも1つのスパッタリング処理パラメータに基づいて、スパッタリング処理の間にインシトゥ(その場)で及び/又はリアルタイムで実行され得る。スパッタリング処理パラメータは、基板表面上でスパッタリングされた材料の層の厚さ、真空パラメータ、スパッタリング材料、及び/又は処理電力から成るグループから選択された少なくとも1つのパラメータを含み得る。それによって、基板上にコーティングされた材料の層の厚さの均一性が増加される。
他の実施形態では、駆動デバイス30、30’が、距離291と293のうちの少なくとも1つを、それぞれの第1の値に変更し又は調整するように構成され得る。第1の値は、所定の値、又は例えばスパッタリング処理の間にリアルタイムで決定及び/若しくは適合された値であり得る。第1の値は、基板表面上でスパッタリングされた材料の層の厚さ、真空パラメータ、スパッタリング材料、及び/又は処理電力などの、スパッタリング処理の少なくとも1つの処理パラメータに基づいて計算又は決定され得る。距離291の第1の値は、距離293の第1の値から独立して計算又は決定され得る。或いは、一つの(すなわち、同じ)第1の値が、距離291と293の両方に対して使用され得る。
そのような調整は、システム(真空チャンバ)を通気することなしに、インシトゥ(その場)で容易に行われ得る。単一の層が、各カソードに順応(run with)し、均一性が、統合された光学的測定システムを用いて直接的に測定され得る。しかし、本開示は、単一の層に限定されず、統合された光学的測定システムは、多層システムに対して適合され得る。そのようなシステムを用いて得られたデータを使用して、必要とされる移動又は曲げ(の量)が直接的に計算され実行され得る。以下で説明するように、自動閉ループ制御も実施され得る。
本明細書で説明される他の実施形態と組み合わせることが可能な、ある実施形態によれば、スパッタリング装置20は、少なくとも1つの駆動デバイス30を制御して第1の角度を調整するように構成された(図示せぬ)コントローラを更に含み得る。一実施例として、(図示せぬ)コントローラは、駆動デバイス30を制御して、第1の角度29を上述のようにほぼゼロ度又は第1の値に変更するように構成され得る。一実施例として、第1の角度は、例えば、スパッタリング処理の間に、リアルタイムで決定及び/又は適合され得る。
ある実施形態では、コントローラが、1以上のスパッタリング処理パラメータに基づいて、少なくとも1つの駆動デバイス30を制御して、第1の角度を調整するように構成され得る。一実施例として、スパッタリング処理パラメータは、基板表面上でスパッタリングされた材料の層の厚さ、真空パラメータ、スパッタリング材料、及び処理電力のうちの少なくとも1つを含み得る。基板表面上でスパッタリングされた材料の層の厚さを測定するために、スパッタリング装置は、統合された均一性測定システム、特に、インシトゥ(その場)での均一性測定システムを含み得る。
図7A、図7B、及び図8は、マグネトロンスパッタリングのためのスパッタリング装置を示している。スパッタリングソースは、しばしば、強い電場及び磁場を利用して、荷電プラズマ粒子を、例えば、スパッタターゲットの表面に近いプラズマ雲内に閉じ込める、マグネトロンを採用する。
図7Aは、対称なプラズマ雲43がスパッタリングカソード42と基板支持体44との間に形成される、理想的な場合のスパッタリング装置40を示している。スパッタリングカソード42の第1の末端部分45は、保持デバイス41に取り付けられ、一方、スパッタリングカソード42の第2の末端部分46は、カンチレバーシステムを形成する遊離端又は自由端であり得る。空間的に変化する(均質ではない)磁場は、図7Bで示されているような非対称なプラズマ雲43をもたらし得る。非対称なプラズマ雲43は、今度は、コーティングされた層の均一性に影響を与え得る。特に、コーティングされた層は、不十分な均一性を有し得る。
図8は、本明細書で説明される実施形態による、スパッタリング装置50を示している。スパッタリング装置50は、(図示せぬ)基板を支持するように構成された基板支持体44と、第1の末端部分45及び第2の末端部分46を有するスパッタリングカソード42とを含む。スパッタリングカソード42の第1の末端部分45は、保持デバイス41に取り付けられ、一方、スパッタリングカソード42の第2の末端部分46は、カンチレバーシステムを形成する遊離端又は自由端であり得る。ある実施形態によれば、スパッタリングカソード42は第1の軸47に沿って延在し、基板支持体44は第2の軸48に沿って延在する。第1の軸47と第2の軸48は、第1の角度を形成する。言い換えると、第1の軸47と第2の軸48は、第1の角度を形成するように互いに対して方向付けられている。
本明細書で説明される他の実施形態と組み合わせることが可能な、ある実施形態によれば、第1の角度は、第1の軸と第2の軸との間で形成される任意の角度であり得る。特に、第1の角度は、第1の軸と第2の軸の交差点であり得る、共通の終点を共有する2つの軸によって形成され得る。一実施例として、2つの軸が1つのポイントで交差するときに、4つの角度が形成される。ペアのこれらの角度は、互いに対するそれらの位置に従って名前が付けられる。2つの交差している軸によって形成された、互いに対向する角度のペアは、「垂直角度」又は「対向角度」又は「垂直対向角度」と呼ばれる。垂直に対向する(vertically opposite)角度は等しい。ある実施態様では、第1の角度が、第2の軸に対する第1の軸の傾きによって規定される角度であり得る。
図8の実施例では、第1の角度が、垂直方向(すなわち、重力と平行な方向)において、第2の軸48に対する第1の軸47の傾きによって規定された角度である。別の一実施例では、第1の角度が、水平方向(すなわち、重力と垂直な方向)において、第2の軸48に対する第1の軸47の傾きによって規定された角度であり得る。しかし、第1の角度は、垂直及び水平方向に限られず、3次元空間内の任意の方向において規定され得る。
本開示のある実施形態によれば、図8で示されるように、スパッタリング装置50は、スパッタリングカソード42の第2の末端部分46に連結可能な少なくとも1つの駆動デバイス300を更に有する。少なくとも1つの駆動デバイス300は、上述された駆動デバイス30、30’と同様に構成され、特に、調整ユニット310及び連結デバイス320を含み得る。上述の駆動デバイス30、30’の説明、特に、調整ユニット31、31’及び連結デバイス32、32’の説明は、駆動デバイス300、調整ユニット310、及び連結デバイス320にも適用され、したがって、繰り返すことはしない。
通常の実施態様では、少なくとも1つの駆動デバイス300が、特にスパッタリング処理間に、第1の末端部分45が適所にほぼ固定されている一方で、第2の末端部分46を移動又は変位させることによって、第1の角度を変更するように構成され得る。少なくとも1つの駆動デバイス300は、基板支持体44の第2の軸48に対して、スパッタリングカソード42、特に、第1の軸47の方向を変化させ、それによって、第1の角度29を変更し得る。
本明細書で説明される他の実施形態と組み合わせることが可能な、ある実施形態によれば、1つの駆動デバイス300が、スパッタリングカソード42に対して提供される。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わせることが可能な、ある実施形態によれば、2つの駆動デバイス300が、スパッタリングカソード42に対して提供され得る。言い換えると、スパッタリングカソード42は、それに関連付けられた2つの駆動デバイス300を有し得る。例えば、一方の駆動デバイス300は、第1の末端部分45に連結可能であり、他方の駆動デバイス300は、第2の末端部分46に連結可能であり得る。
本明細書で説明される他の実施形態と組み合わせることが可能な、ある実施形態によれば、少なくとも1つの駆動デバイス300は、スパッタリングカソード42の中間部分と連結可能であり得る。「中間部分」という用語は、第1の末端部分45と第2の末端部分46との間のスパッタリングカソード42の何れかの部分を指し得る。
スパッタリング装置50は、スパッタリングカソード42の方向を曲げ又は調整することによって、プラズマの不均一性に対する埋め合わせを提供する。それによって、基板上にコーティングされた材料の層の厚さの均一性が増加される。
図9は、本明細書で説明される実施形態による、スパッタリング装置を有する薄膜堆積システム1000を示している。
薄膜堆積システム1000は、巻き戻しステーション110、巻き取りステーション110’、第1のスパッタリング装置120、及び第2のスパッタリング装置130を含む。スパッタリング装置120と130は、各々、処理チャンバとして構成され得る真空チャンバを含む。ロードロックチャンバ1010は、巻き戻しステーション110と第1のスパッタリング装置120の第1のチャンバとの間に提供され得る。更なるロードロックチャンバ1010が、レーザスクライビングチャンバ1020と巻き取りステーション110’との間に提供され得る。ロードロックチャンバ1010は、各々、シール1012を含み、シール1012は、例えば、フレキシブル基板100が薄膜堆積システム1000を通って搬送される間に、又はフレキシブル基板100の存在なしに閉じられ(closed)得る。それによって、巻き取りステーション110及び巻き戻しステーション110’は、オープンになり、残りのシステムが排気されている間に大気圧を有し得る。更に、ロードロックチャンバ1010は、中真空段階を提供するために使用され、それによって、例えば、巻き取りステーション110と第1のスパッタリング装置120の真空チャンバとの間の圧力差が増加され得る。
フレキシブル基板100は、「ウェブ」とも呼ばれ得る。「ウェブ」という用語は、特に、何らかの種類のフレキシブル基板を指し得る。一実施例として、ウェブは、任意の適切な帯形状のフレキシブル材料であり得る。典型的な例は、箔である。
図9の実施例に対して示されているように、チャンバ及びステーションは、薄膜堆積システム1000を異なる領域へ分離させ得る。それによって、領域を分割するように適合された分離手段が、異なる領域内のフレキシブルユースモジュール(flexible use module)の概念に基づいて提供され得る。ある実施形態によれば、ガス分離163、ガス分離1163、及び/又はガス分離1164が提供され得る。それによって、異なる処理雰囲気、例えば、異なる処理圧が、薄膜堆積システム1000内の異なる領域内に提供され得る。
例えば、システムは、巻き取りステーション110’、巻き戻しステーション110内の領域1110、ロードロックチャンバ1010内の領域1011、レーザスクライビングチャンバ1020内の領域1024、スパッタリング装置120及び130の真空チャンバ内のガスクッション領域1123、スパッタリング装置120及び130の真空チャンバ内のウェブガイディング領域1122、並びにスパッタリング装置120及び130の真空チャンバ内の処理領域1121及び1120を示している。これらの領域の1以上は、各々、異なる雰囲気、例えば、圧力を有し得る。例えば、ガスクッション領域によるガス投入は、ガス分離手段によって分離されて、他の領域への影響を低減させ得る。
本明細書で説明される他の実施形態と組み合わせることが可能な、異なる実施形態によれば、ガスクッション領域1123は、1mbarから約1・10−2mbarまでの圧力を有し、一方、動作の間に、他の領域は、1・10−2mbarから1・10−4mbarの圧力まで排気され得る。
本明細書で説明される他の実施形態と組み合わせることが可能な、また更なる実施形態によれば、スパッタリング装置120及び130の各々の後で、レーザスクライビングチャンバ1020が提供され得る。レーザスクライビングチャンバ1020は、各々、フレキシブル基板100の前面をレーザ処理するための装備を含む。異なる実施形態によれば、レーザ1022、1以上の鏡1025、及び/又は少なくとも1つのレンズ1026が、レーザスクライビングチャンバ1020内に提供される。レーザビーム1028は、フレキシブル基板100の前面、すなわち、以前の処理チャンバ内で、その上に薄膜が堆積されたところの表面上に導かれる。
本明細書で説明される他の実施形態と組み合わせることが可能な、ある実施形態によれば、スパッタリング装置120は、ウェブ(例えば基板100を搬送するように構成された2以上のコーティングドラム61、62、63を含み、且つ、少なくとも1つのスパッタリングカソード64を含み得る。図9の実施例では3つのコーティングドラム61、62、63が示されているが、本開示は、それらに限定されるものではなく、任意の適切な数のコーティングドラムが提供され得る。一実施例として、2つ又は4つのコーティングドラムが提供され得る。本開示のいくつかの実施形態によれば、コーティングドラムは回転可能な基板支持体とも呼ばれうる。よって、2以上の回転可能な基板支持体が、図9の左側の堆積チャンバに示されるようにフリースパン堆積システムを提供しうるか、又は、1つのコーティングドラムが、図9の右側の堆積チャンバに示されるようにウェブがコーティングドラムと接触している間に材料を堆積するために利用されうる。
ある実施形態によれば、2以上のコーティングドラム61、62、63は、2以上のコーティングドラム61、62、63の間に形成される隔たりを伴って平行に配置される。一実施例として、第1のコーティングドラム61及び第2のコーティングドラム62が提供され、第1のコーティングドラム61と第2のコーティングドラム62との間に隙間が形成され得る。ある実施態様では、少なくとも1つのスパッタリングカソード64が、隙間に面する領域内に配置され得る。それによって、隙間領域、すなわち、ウェブが自由でありコーティングドラム61、62、63によって支持されていない領域内で堆積が生じる。これは、「フリースパン堆積(free span deposition)」とも呼ばれる。
ある実施形態によれば、各スパッタリングカソード64は、それぞれの第1の軸に沿って延在し、コーティングドラム61、62、63は、それぞれの第2の軸に沿って延在する。第2の軸は、それぞれのコーティングドラム61、62、63の回転軸であり得る。第1の軸と第2の軸は、第1の角度を形成する。言い換えると、第1の軸と第2の軸は、第1の角度を形成するように互いに対して方向付けられている。
本開示のある実施形態によれば、スパッタリング装置120は、スパッタリングカソード64のうちの少なくとも1つに連結可能な(図示せぬ)少なくとも1つの駆動デバイスを有し得る。少なくとも1つの駆動デバイスは、コーティングドラム61、62、63のうちの少なくとも1つに対する少なくとも1つのスパッタリングカソード64の方向を変更し、それによって、少なくとも1つの第1の角度を調整するように構成され得る。少なくとも1つの駆動デバイスは、上述された駆動デバイス30、30’、及び300と同様に構成され、特に、調整ユニット及び連結デバイスを含み得る。上述の駆動デバイス30、30’、300の説明、特に、調整ユニット及び連結デバイスの説明は、この駆動デバイスにも適用され、したがって、繰り返すことはしない。
本明細書で説明される他の実施形態と組み合わせることが可能な、ある実施形態によれば、スパッタリング装置130は、図1から図8に関して詳細に説明されたスパッタリング装置のうちの何れか一つとして構成され得る。
図10は、本明細書で説明される実施形態による、基板表面上に材料をスパッタリングするための方法80のフローチャートを示している。
基板表面上に材料をスパッタリングするための方法は、第1の末端部分及び第2の末端部分を有する少なくとも1つのスパッタリングカソードであって、第1の軸に沿って延在する、少なくとも1つのスパッタリングカソードを有するスパッタリング装置を使用する。該方法は、スパッタリング処理の間に第1の軸の方向を変更すること(ブロック81)を含む。スパッタリング装置は、上述されたスパッタリング装置のうちの何れか一つとして構成され得る。
該方法において使用されるスパッタリング装置は、基板を支持するように構成され、且つ、少なくとも1つのスパッタリングカソードと対向して配置される少なくとも1つの基板支持体であって、第2の軸に沿って延在し、第2の軸が第1の軸と共に第1の角度を形成する、少なくとも1つの基板支持体を更に含み得る。該方法では、第1の軸の方向の変更が第1の角度の変更を提供し得る。それによって、基板上にコーティングされた材料の層の厚さの均一性が増加される。
本明細書で説明される他の実施形態と組み合わせることが可能な、ある実施形態によれば、該方法は、特に閉ループ制御によって、少なくとも1つのスパッタリング処理パラメータに基づいて、第1の角度を変更すること(ブロック82)を更に含み得る。一実施例として、スパッタリング処理パラメータは、基板表面上でスパッタリングされた材料の層の厚さ、真空パラメータ、スパッタリング材料、及び処理電力から成るグループから選択された少なくとも1つの処理パラメータを含み得る。基板表面上でスパッタリングされた材料の層の厚さを測定するために、スパッタリング装置は、統合された均一性測定システムを含み得る。
ある実施形態によれば、統合された均一性測定システムは、閉ループ制御、特に、自動閉ループ制御を実施するために使用され得る。一実施例として、そのようなシステムを用いて得られたデータを使用して、必要とされる移動又は曲げ(の量)が、例えば、コーティングされた層の均一性を順応させ又は改良するために決定及び実行され得る。
本開示は、スパッタリングカソードと基板支持体との間の角度のインシトゥ(その場)(例えば、真空下)での制御を可能にし、基板表面上にコーティングされた材料の層の厚さの均一性を増加させる。特に、本開示は、コーティングソースと基板との間の距離の、インシトゥ(その場)(例えば、真空下)での調整及び自動距離制御を可能にして、最良の可能な厚さの均一性を得る。
以上の説明は本開示の実施形態を対象としているが、本開示の基本的な範囲を逸脱することなく本開示の他の追加の実施形態を考案することができ、本開示の範囲は添付の特許請求の範囲によって定められる。

Claims (13)

  1. 基板表面上に材料をスパッタリングするためのスパッタリング装置であって、
    第1の末端部分及び第2の末端部分を有する少なくとも1つのスパッタリングカソードであって、第1の軸に沿って延在する、少なくとも1つのスパッタリングカソード、
    前記基板を支持するように構成され、前記少なくとも1つのスパッタリングカソードと対向して配置される少なくとも1つの基板支持体であって、前記少なくとも1つの基板支持体が、第2の軸に沿って延在し、前記第2の軸が前記第1の軸第1の角度を成す、少なくとも1つの基板支持体、並びに
    前記少なくとも1つのスパッタリングカソードと連結可能な少なくとも1つの駆動デバイスであって、前記第1の角度を変更するために、前記第2の軸に対する第1の軸の方向を変更するように構成された、少なくとも1つの駆動デバイスを備え
    前記少なくとも1つの基板支持体が、コーティングドラムであり、前記第2の軸が、前記コーティングドラムの回転軸である、スパッタリング装置。
  2. 前記少なくとも1つの駆動デバイスが、第1の末端部分及び第2の末端部分で前記少なくとも1つのスパッタリングカソードと連結可能で、前記少なくとも1つの駆動デバイスが、スパッタリング処理の間に、前記第1の角度を変更するように構成されている、請求項1に記載のスパッタリング装置。
  3. 前記少なくとも1つのスパッタリングカソードを保持するように構成された保持デバイスを更に含む、請求項1に記載のスパッタリング装置。
  4. 前記第2の末端部分と連結可能な1つの駆動デバイスを含み、又は2つの駆動デバイスであって、前記2つの駆動デバイスのうちの一方の駆動デバイスが前記第1の末端部分と連結可能であり、前記2つの駆動デバイスのうちの他方の駆動デバイスが前記第2の末端部分と連結可能である、2つの駆動デバイスを含む、請求項1から3の何れか一項に記載のスパッタリング装置。
  5. 前記少なくとも1つのスパッタリングカソードが、平坦なスパッタリングカソード、又は回転可能なスパッタリングカソードであって、前記第1の軸が前記回転可能なスパッタリングカソードの回転軸である、回転可能なスパッタリングカソードである、請求項1から4のいずれか一項に記載のスパッタリング装置。
  6. 前記基板を搬送するための第1の回転可能な基板支持体と第2の回転可能な基板支持体との間に形成される隔たりを伴って平行に配置された、前記第1の回転可能な基板支持体と前記第2の回転可能な基板支持体を備える、請求項1からのいずれか一項に記載のスパッタリング装置。
  7. 前記駆動デバイスが、前記第1の角度をほぼゼロ度に変更するように構成される、請求項1からのいずれか一項に記載のスパッタリング装置。
  8. 1以上のスパッタリング処理パラメータに基づいて、前記駆動デバイスを制御して、前記第1の角度を調整するように構成されたコントローラを更に含む、請求項1からのいずれか一項に記載のスパッタリング装置。
  9. 少なくとも2つのスパッタリングカソード、3個のスパッタリングカソード、又は6個のスパッタリングカソードを含む、請求項1からのいずれか一項に記載のスパッタリング装置。
  10. 真空チャンバであって、前記少なくとも1つの基板支持体及び/又は前記少なくとも1つの駆動デバイスが前記真空チャンバ内に提供された、真空チャンバを更に含む、請求項1からのいずれか一項に記載のスパッタリング装置。
  11. 第1の末端部分及び第2の末端部分を有する少なくとも1つのスパッタリングカソードであって、第1の軸に沿って延在する、少なくとも1つのスパッタリングカソードを有するスパッタリング装置を用いて、基板表面上に材料をスパッタリングするための方法であって、
    スパッタリング処理の間に前記第1の軸の方向を変更することを含み、
    前記スパッタリング装置が、
    前記基板を支持するように構成され、前記少なくとも1つのスパッタリングカソードと対向して配置される少なくとも1つの基板支持体であって、前記少なくとも1つの基板支持体が、第2の軸に沿って延在し、前記第2の軸が、前記第1の軸と第1の角度を成し、前記少なくとも1つの基板支持体が、コーティングドラムであり、前記第2の軸が、前記コーティングドラムの回転軸である、少なくとも1つの基板支持体を更に備え、
    前記第1の軸の前記方向を変更することが、前記第1の角度を変更することをもたらす、方法。
  12. 少なくとも1つのスパッタリング処理パラメータに基づいて、前記第1の軸の前記方向を変更することを更に含む、請求項11に記載の方法。
  13. 前記スパッタリング処理パラメータが、前記基板表面上でスパッタリングされた前記材料の層の厚さ、真空パラメータ、スパッタリング材料、及び処理電力から成るグループから選択された少なくとも1つのパラメータを含む、請求項12に記載の方法。
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