JP6393826B2 - 回転カソード用のシールド装置、回転カソード、及び堆積機器中の暗部のシールド方法 - Google Patents

Description

本開示は、回転カソードをシールドする装置に関し、具体的には、シールド及び、該シールドを回転カソードに接続するための固定具を有するシールド装置、並びに堆積機器中の暗部領域をシールドする方法に関する。

多くの用途において、基板上に薄層を堆積することが望ましい。薄層を堆積するための既知の技法には、具体的には、蒸発、化学気相堆積、及びスパッタリング堆積がある。例えば、スパッタリングは、例えばアルミニウムといった金属、またはセラミックの薄層のような薄層を堆積するために使用され得る。スパッタリング処理の間、通常は不活性処理ガスのイオンを低圧でターゲットの表面に衝突させることにより、コーティングする材料のスパッタリング用ターゲットから、コーティング材料が移動される。イオンは、処理ガスの電子衝撃イオン化によって生成され、スパッタリングカソードとして機能するターゲットと、アノードとの間の電圧差によって加速される。ターゲットが受ける衝撃によって、コーティング材料の原子または分子が射出する結果となり、射出した原子または分子は、スパッタリングカソードに対向して、例えばスパッタリング用カソードの下方に、配列された基板上に堆積膜として蓄積される。

通常、回転カソードは、スパッタリング設備のカソード駆動ユニットによって支持されている。カソードの形状寸法及び設計により、回転ターゲットは、通常、平面ターゲットよりも活用度が高く、動作時間が長い。したがって、回転ターゲットの使用は通常、耐用年数を延長させ、コストを低減する。スパッタリングの間、カソード駆動ユニットは、回転カソードに回転自在に動きを伝達する。例えば最大約４ｍの回転カソードの長手方向への延伸と、数日間というスパッタリング設備の通常の連続動作時間とを踏まえると、カソード駆動ユニットの軸受部は、通常、長期間にわたって大きな機械的負荷を確実に支持することが望ましい。

ガス放電及びその結果生じるイオン衝撃からカソード本体を保護するため、カソードの駆動端及び自由端の両方に、暗室シールドが設けられてよい。カソード本体の駆動端周囲のシールドは、処理ガスの放電が該駆動端に接触することを防止すべきである。暗室シールドは、チャンバ壁または駆動ユニットに取り付けられていてよく、取付面からは電気的に絶縁されていてよい。

ターゲットの端面からスパッタリングされた材料は、不均一な堆積に寄与し得る。均一な堆積を促進するため、暗部シールド（単数または複数）をターゲットの端面付近に配置することがしばしば好まれる。暗部シールドは、ターゲット端面をプラズマからシールドすることによって、ターゲット端面のスパッタリングを減少させる。

スパッタリングの間、暗室シールドの表面の基板に面しているエリアで、堆積材料の膜が暗室シールドの表面上に成長する。最終的に、形成された膜は、通例、膜がより厚いエリアにおいて、破断して小片または断片になり始める。結果として生じた材料の断片が基板上に落下した場合、基板上で断片が落下したエリアでは、該断片が堆積を妨害し、欠陥品が生じる。したがって、こうした暗室シールドは頻繁に交換されなければならず、それによってスパッタリングユニットの維持コストは増大する。

さらに、熱サイクルの反復の間、暗室または暗部のシールド（単数または複数）は、しばしば熱膨張を起こす。したがって、暗室または暗部のシールド（単数または複数）は、しばしば、暗部シールドと堆積機器の他の特徴部との間に間隙または空間を設けることによって、長手方向及び横方向の熱膨張を許容できるように配設されている。

熱膨張の間の該暗部シールドの大きさの変化によって、望ましくない位置に間隙または空間が形成され得、それによって例えば、材料をターゲットから基板上にスパッタリングするためにターゲット上で利用可能な空間が減少し得る。

したがって、堆積機器の暗部をシールドするための、改良された装置及び方法の必要性が、引き続き存在している。

上記の観点から、一態様による、基板上に材料をスパッタリングするための回転ターゲットを有する、回転カソード用のシールド装置が提供される。シールド装置には、回転ターゲットの一部をカバーするように構成されたシールド、及び該シールドを回転ターゲットに接続するための固定具が含まれる。固定具は、シールドが回転ターゲットの軸方向に、基本的に回転ターゲットの中心から離れて膨張することができるようにしてシールドと係合するように、構成される。

さらに、別の態様による、基板上に材料をスパッタリングするための回転ターゲットを有する、回転カソード用のシールド装置が提供される。シールド装置には、回転ターゲットの一部をカバーするように構成されたシールド、及び該シールドを回転ターゲットに接続するための固定具が含まれる。固定具は、シールドが基本的に回転ターゲットの中心から離れて、回転ターゲットの軸方向に膨張することができるようにしてシールドを吊り下げるように、構成される。

さらに、堆積機器の動作中、堆積機器内の暗部領域をシールドする方法が提供される。本方法は、堆積機器の暗部領域をシールドするため、回転ターゲットの一部をカバーするシールドを形成する、複数のパートを組み立てて、シールドを堆積機器の回転ターゲットに接続するための固定具を提供する。シールドは、堆積機器の動作中、シールドが回転ターゲットの軸方向に、基本的に回転ターゲットの中心から離れて膨張するようにして回転ターゲットと係合するように、組み立てられる。

さらに、堆積機器の動作中、堆積機器内の暗部領域をシールドする方法が提供される。本方法は、堆積機器の暗部領域をシールドするため、回転ターゲットの一部をカバーするシールドを形成する、複数のパートを組み立てて、シールドを堆積機器の回転ターゲットに接続するための固定具を提供する。シールドは、堆積機器の動作中、シールドが回転ターゲットの軸方向に、基本的に回転ターゲットの中心から離れて膨張するようにして回転ターゲットから吊り下げられるように、組み立てられる。

本開示の更なる態様、利点、及び特徴は、従属請求項、明細書、及び添付の図面から明らかである。

上記の実施形態のうちのいくつかは、以下の図面を参照し、下記の典型的実施形態の記載の中でより詳細に記載されるであろう。

実施形態による、材料を基板上にスパッタリングする堆積機器の、シールド装置、回転ターゲット及びカソード駆動部の概略側面図である。 実施形態による、図１の部分６０の拡大図である。 実施形態による、シールド装置のシールドの概略分解図である。 実施形態による、暗部シールドを回転ターゲットに接続するためのシールド装置の一部の概略図である。 実施形態による、暗部シールドを回転ターゲットに接続するためのシールド装置のさらなる一部の概略図である。 実施形態による、暗室シールドの概略上面図である。 実施形態による、シールドのパートの概略３次元図である。 実施形態による、スパッタリング設備の概略断面図である。 実施形態による、スパッタリング設備の概略断面図である。

次に、各図に１または複数の例が示されている、様々な実施形態を細部にわたり参照する。各例は、説明として提示されており、限定を意味するものではない。例えば、一実施形態の一部として図示もしくは説明された特徴を用いて、または他の実施形態と組み合わせて、さらに別の実施形態を得ることができる。本開示は、このような修正または変形を含むことが意図されている。

本開示の実施形態は、薄膜及びコーティングの堆積で使用される設備、プロセス、及び材料を伴うナノマニュファクチャリング技術ソリューションに関する。代表例としては、限定するものではないが、半導体及び誘電体材料及び装置、シリコンベースのウエハ、フラットパネルディスプレイ（ＴＦＴなど）、マスク及びフィルタ、エネルギー変換及び貯蔵（太陽電池、燃料電池、及びバッテリなど）、ソリッドステート照明（ＬＥＤなど）、磁気及び光記憶装置、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）及びナノ電気機械システム（ＮＥＭＳ）、微小光及び光電子装置、建築用及び自動車用ガラス、金属箔及びポリマー箔並びにパッケージングのためのメタライゼーションシステム、並びに、マイクロ及びナノモールディング、に関係する応用形態が含まれる。

スパッタリングは、エネルギー粒子によってターゲットが衝撃を受けたために、固体のターゲット材料から原子が射出されるプロセスである。基板をコーティングするプロセスは、通常、薄膜を付けることを指す。用語「コーティング」及び用語「堆積」は、本明細書において交換可能に用いられる。用語「スパッタリング設備」及び用語「堆積機器」は、本明細書において交換可能に用いられ、通常は薄膜の基板上への堆積であるターゲット材料の堆積に、スパッタリングを使用する機器を指す。

典型的なターゲット材料は、限定しないが、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）や金（Ａｕ）といった純金属、アルミニウム−ニオブ（Ａｌ−Ｎｂ）合金やアルミニウム−ニッケル（Ａｌ−Ｎｉ）合金といった合金、シリコン（Ｓｉ）といった半導体材料、並びに、窒化物、炭化物、チタン酸塩、ケイ酸塩、アルミン酸塩、及び、例えばＺｎＯ：Ａｌなどの不純物ドープ酸化亜鉛ＺｎＯ、ＡｌＺｎＯ、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＳｎＯ_２やＣｄＯ、さらにはスズドープ酸化インジウムＩｎ_２Ｏ_３（ＩＴＯ）やフッ素ドープ二酸化ケイ素ＳｎＯ_２といった、透明導電性酸化物（ＴＣＯ）などの酸化物、といった誘電体材料、を含む。酸化物、窒化物、酸窒化物などもまた、ターゲット材料が処理ガス内の反応ガスと反応する、反応スパッタリングによって堆積することができる。

本明細書で用いられる用語「基板」は、例えば、ウエハまたはガラスプレートといった非フレキシブル基板、並びに、ウエブ及び箔といったフレキシブル基板の両方を指すものとする。

用語「暗部シールド」は、本明細書においては、カソードの望まない部分へのスパッタリングを概して防ぐシールドを指すものとする。用語「暗部シールド」と「暗室シールド」は、本明細書において交換可能に用いられる。

図１は、基板上に材料をスパッタリングする堆積機器の部分１００を、回転ターゲット１０によって規定される回転軸５０に平行な方向に沿った典型的な断面で示す。部分１００は、回転ターゲット１０と、回転ターゲット１０の少なくとも一部をカバーするために回転ターゲット１０に接続されたシールド装置２０とを回転する駆動ユニット３０を含む。堆積機器の動作の間、回転ターゲットは回転軸５０の周りを回転し得る。

本明細書に記載の実施形態によると、シールド装置２０のシールド２１は、例えば回転ターゲット１０の底端１５といった、回転ターゲット１０の部分をカバーし得る。回転ターゲット１０の底端１５は、回転ターゲット１０の、駆動ユニット３０に接続された端部として規定され得る。回転ターゲット１０の中間部分１６は、スパッタリング機器の動作中、基板上に材料を堆積させるために使用され得る。用語「中間部分」及び用語「非カバー部」は、本明細書において交換可能に用いられる。回転ターゲット１０の頂端１７は、例えば電界蓄積によって生じるガス放電を防ぐため、シールド装置（図示せず）によってカバーされていてよい。

この点に関して、「頂」「底」「上の」「下の」「上方に」「下方に」「上に」などといった方向を示す用語は、回転軸５０の方向に対して使用される。用語「軸方向」は、本明細書において使用される際、回転軸５０に平行な方向を示すことが意図される。同様に、用語「半径方向」は、本明細書で使用される際、回転軸５０と直交し、回転軸５０から遠ざかる方向を示すことが意図される。同様に、用語「軸距離」は、本明細書において使用される際、回転軸５０の方向における距離を示すことが意図される。用語「軸延伸」は、本明細書において使用される際、回転軸５０の方向における延伸を示すことが意図される。

図２は、図１に示す、基板上に材料をスパッタリングする堆積機器の部分１００の抜粋６０を概略的に示す。具体的には、本明細書の実施形態によるシールド装置２０は、回転ターゲット１０の駆動端の周囲で組み立てられて示されている。

シールド装置２０のシールド２１は、第１部分２６及び第２部分２７を含む。第１部分は、回転ターゲットの駆動部への取付点よりも上で、回転ターゲットの一部を回転ターゲットの軸方向にカバーしている、シールドの部分として示され得る。第２部分は、回転ターゲットの駆動部への取付点において、ターゲットの軸方向に、回転ターゲットの一部をカバーしている、シールドの部分として示され得、オプションで、第２部分は回転ターゲットの駆動部への取付点よりも下に軸方向に延伸し得る。

本明細書に示す実施形態によると、シールド２１の第１部分２６の直径は、シールド２１の第２部分２７の直径よりも小さくてよい。シールド２１の第１部分２６の直径は、回転ターゲット１０の直径と基本的に同じであってよい。本明細書に示す実施形態によると、回転ターゲット１０の直径は、回転ターゲット１０の、シールド装置２０のシールド２１の直ぐ上の部分の直径として規定され得る。回転ターゲット１０の、シールド２１の直ぐ上の回転軸５０に平行な軸方向の部分は、堆積機器の動作の間、基板上に材料を堆積させるために使用され得る。

図２に示すとおり、本明細書に示す実施形態では、シールド２１を回転ターゲット１０に接続する固定具８０は、シールド２１の第１部分２６においてシールド２１に接続されていてよい。具体的には、シールド２１と係合している固定具８０は、シールド２１の内周においてシールド２１に接続されていてよい。本明細書に示す他の実施形態と組み合わせることができるある実施形態によると、固定具は、１または複数のネジなどのような固定要素によってシールドを係合することができるか、及び／または、固定具は、本明細書に記載のように、シールドを固定具の箇所で吊り下げるように構成されることができる。

本明細書に示す実施形態では、シールドを安定させ及び／またはガイドするガイド装置９０が、堆積機器の駆動部に取り付けられていてよい。ガイド装置９０は、シールド２１の第２部分２７でカバーされていてよい。ガイド装置は、シールドの径中心方向にあってよい。

図３は、図１に示す、基板上に材料をスパッタリングする堆積機器の部分１００の抜粋６０の分解図を概略的に示す。本明細書に示す他の実施形態と組み合わせてよいある実施形態によると、シールドは、暗室シールド２１の径方向内周に沿って形成された１または複数のノッチ、トレンチ、チャネル、または窪みを含み得る。ノッチ２２は、シールド２１の上端から５０％以内、具体的には２０％以内の軸位置に配置されていてよい。本明細書に示す実施形態によると、ノッチ２２は、固定具８０とシールド２１とを互いに確実に接続するための、オーバーハングまたは突出部２３を含み得る。

本明細書に示す実施形態によると、ノッチ２２は、固定具８０の少なくとも一部を受容するようにサイズ決めされていてよい。それによって、シールド２１は固定具８０を介して回転ターゲット１０に接続され得る。本明細書に示す実施形態では、例えばＰＥＥＫリングといった固定具８０は、回転ターゲット１０にクランプ止めされていてよい。

本明細書に示す実施形態によると、回転ターゲット１０は、回転ターゲット１０の外周に沿って形成され、固定具８０を受容するように適合された、１または複数のノッチ、トレンチ、チャネル、または窪みを含み得る。ノッチ１１は、以降、第１ノッチ１１と呼ばれ得る。堆積機器の動作中、シールド装置２０のシールド２１でカバーされるように、第１ノッチ１１は、回転ターゲット１０の駆動端に配置され得る。

本明細書の実施形態によると、回転ターゲット１０は、凹部またはノッチを含み得る。以降第２ノッチ１２とも呼ばれる凹部またはノッチは、シールド装置２０が回転ターゲット１０に取り付けられる際、堆積プロセスに関わる回転ターゲット１０の外表面と、シールド２１の上端の外表面とが同一平面上にある（図２の平面７０参照）ようにして、シールド装置２０を受容するように適合され得る。

本明細書に示す実施形態によると、シールドを回転ターゲットに接続するための固定具を受容するように適合された第１ノッチ１１は、第２ノッチ１２内に配置され得る。堆積機器の動作中、固定具自体はシールドによってカバーされる。

本明細書に記載の実施形態によると、回転ターゲットの部分といった、ターゲットの部分をカバーし得る、シールド装置が提供される。シールド装置は、シールドと、該シールドをターゲットに接続する固定具とを含み得る。固定具は、シールドがターゲットの軸方向（図２の矢印２５参照）に、基本的にターゲットの中心から離れて膨張することを可能にするように構成され得る。シールドの軸方向の膨張を示すために使用される用語「基本的に」は、本明細書においては、シールドの大部分が、ターゲットの軸方向にターゲットの中心から離れて（図１の参照番号１３を参照）膨張し得ることを意味するとして理解されるべきである。例えば、シールドの５０％以上、具体的には７０％以上が、ターゲットの軸方向にターゲットの中心から離れて、膨張し得る。

シールドは、シールドの上端から５０％以内、具体的には２０％以内の軸位置で、固定具に接続可能であってよい。シールドの上端部は、回転ターゲットの中心に最も近いシールドの端部として規定され得る。代替方法では、シールドの上端は、駆動ユニットに面しているシールドの端部とシールドの軸方向に反対側にある、シールドの端部として規定され得る。本明細書に示す実施形態によると、シールドの重心は、シールドの回転ターゲットへの取付点よりも下であってよい。例えば、シールドがターゲットの一部の周囲に配設されているときのシールドの重心は、シールドをターゲットに接続する固定具よりも下であってよい。

固定具とシールドとを互いに接続するため、シールドは、シールドの上端から５０％以内、具体的には２０％以内に配置された、専用取付部位を含み得る。例えば、シールドはノッチを含み得る。ノッチは、シールドがターゲットの周囲に設置されているときにノッチがターゲットに面するように、シールドの内周に配置されていてよい。本明細書に示す実施形態によると、ノッチは、部分的または全面的にシールドの内周に沿って延伸し得る。

用語「ノッチ」及び用語「チャネル」は、本明細書において同義に使用される。シールドのノッチ、またはノッチの少なくとも一部は、両側の側壁によって取り囲まれた底部領域を含み得る。本明細書に示す実施形態では、側壁のうちの少なくとも１つは、固定具を既定の位置に保持するために側壁の少なくとも一部に沿って延伸する、オーバーハング構造または突出部を含み得る。

本明細書に示す実施形態では、シールド装置の固定具は、回転ターゲットといったターゲットからシールドを吊り下げるか懸下するように適合され得る。用語「吊り下げる」及び用語「懸下する」は、本明細書において、交換可能に使用される。本明細書に記載のようにシールドを吊り下げるかまたは懸下することは、概して、回転ターゲットの一部をカバーするためにシールドが回転ターゲットに接続されているとき、シールドが基本的に固定具より下では支持されていないことを意味する。熱サイクルの間、これによってシールドが固定具との取付点から下方に膨張することが可能になる（例えば図２を参照）。シールドは、回転ターゲットの軸方向にターゲットの中心から離れて、ターゲットの駆動端の方へ、膨張し得る。シールドの膨張は、こうして制御され得、既定の方向へガイドされ得る。本明細書に示す実施形態では、重力の影響により、シールドは基本的に地表に向けて単一の方向に膨張し得る。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わされてもよい、いくつかの実施形態によれば、固定具及び／またはガイド装置は、絶縁材料を含み得る。オプションで、絶縁体は耐熱プラスチックを含み得る。耐熱プラスチックは、スパッタ堆積チャンバ内における使用を改善することができる。

実施形態によるシールド装置は、シールドを、垂直な方向またはシールドの軸方向と直角な方向にガイドし安定させるための、ガイド装置をさらに含み得る。ガイド装置は、シールドの回転軸から離れる方向への動きに抗して、シールドを安定させ得る。本明細書に示す実施形態によると、ガイド装置は、堆積機器の駆動部に接続されるように適合され得る。

ガイド装置は、シールドとの接点において１または複数の摩擦低減部を有し得る。該１または複数の摩擦低減部は、該シールドと共に移動し得る。本明細書に示す実施形態によると、摩擦低減部は、ガイド装置の他の部分から独立して可動である。例えば、摩擦低減部は１または複数のローラーであり得る。代替方法または追加方法として、本明細書に示す実施形態によると、シールドはガイド装置との接点において摩擦低減部を含み得る。

通常、シールドは回転ターゲットから電気的に絶縁されている。例えば、少なくとも固定具とガイド装置の、シールドとの接触面は、絶縁体材料で作られていてよい。絶縁材料は、例えば、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）といった耐熱プラスチックであってよい。

本明細書に示す実施形態によると、回転ターゲットは、固定具を介してシールドを回転ターゲットに接続するための専用取付部位を含み得る。例えば、該取付部位は、ターゲットの外周に沿って延伸する第１ノッチであり得る。第１ノッチは、部分的または全面的にターゲットの外周に沿って延伸し得る。固定具は、例えば、位置決め機能とロック機能（拘束機能）を有する回転ターゲットに対して、フォームフィットまたはスナップフィットによって装着されてよい。

回転ターゲットは、凹部または第２ノッチを含み得る。回転ターゲットの凹部または第２ノッチは、シールド装置を収容するための空間または間隙を設けるように適合され得る。この空間または間隙は、シールドと、基板に材料を堆積させるのに使用される回転ターゲットの面とが基本的に共通の表面にあるように、適合される。

本明細書に示す実施形態によると、シールドと回転ターゲットの接合部は、基本的に平坦または同一平面の移行領域を形成し得る。回転ターゲットの、シールド装置のシールドの上端の直ぐ上の部分と、シールド装置のシールドと上端とは、同一平面上にあってよい。これによって、堆積機器の動作中、材料の基板上への均一的な堆積が確保される。

本明細書に示す実施形態によると、シールド装置の固定具を接続するための回転ターゲットの第１ノッチは、回転ターゲットの第２ノッチ内または凹部内に配置され得る。

図面に示すシールド装置２０は、回転ターゲット１０と一緒に回転するように適合された、セグメント化された暗部シールド２１を含み得る。例えば、該セグメント化された暗部シールドは、２つのセグメント（本明細書では「パート」とも呼ばれる）に区分されていてよい。用語「セグメント化された」は、本明細書において、組み合わされた多数のパートからなる暗部シールドを示すことが意図される。用語「セグメント化された」「マルチパートの」及び「いくつかのパートの」は、本明細書において同時に使用される。通常、シールドは、典型的な粗さがＲＺ２５とＲＺ７０の間である、不均一の表面を有する。

暗部シールドは、複数のセグメントへとセグメント化され得、複数のセグメントは組み合わされ得る。シールドがターゲットに取り付けられる際、少なくとも２つのパートは、例えばファスナといった固定装置を使用することによって、共に固定されることができる。セグメント（複数）は別々のピースであるか、または代替方法では、例えばヒンジまたはジョイントによって共につなぎ合わされていてよい。具体的には、ヒンジまたはジョイントは、径方向に関してセグメントの内側に配置されていてよい。

暗部シールドがいくつかのパートを含むという事実を踏まえると、暗部シールドは、回転ターゲットの少なくとも一部を覆って容易に配置され得、その上に容易に取り付けられ得る。一体式のシールドは、ターゲットの少なくとも一部を覆って配置するためでも、ターゲットを覆って配置されなくてはならないであろう。ターゲットは、何メートルかに及ぶ相当な長さを有しているため、またターゲット材料はシールドとの接触によって容易に影響を受けやすいため、本明細書に記載のマルチパートシールドの使用によって、メンテナンスの労力を本質的に削減することができる。実施形態によると、シールドまたはシールドの少なくとも一部（パート）は、回転ターゲットに同心に組み付けられ得る。

用語「回転ターゲット」は、本明細書において、スパッタリング設備に回転可能に取り付けられるように適合された、任意のカソードアセンブリを指すものとする。通常、回転ターゲットは、スパッタリングされるように適合された、ターゲット構造体を含む。用語「回転ターゲット」は、本明細書において、具体的にはスパッタリングの向上のため、例えば永久磁石といった内部磁気ユニットを追加することによってアセンブリが強化された、磁気強化カソードアセンブリを指すものとする。

以下で回転スパッタリングカソードまたは回転カソードとも呼ばれる回転ターゲットは、ターゲット材料の中空シリンダ形物体から作られていてよい。これらの回転ターゲットはまた、一体型ターゲットとも呼ばれ、ターゲット材料からこれらのターゲットを鋳造または焼結することによって製造され得る。

非一体型の回転ターゲットは、通常、その外表面に、付けられたターゲット材料の層を有する、シリンダ形の回転チューブ、例えばバッキングチューブを含む。こうした回転スパッタリングカソードの製造において、ターゲット材料は、例えば、噴射、粉末のキャスティングまたは等方加圧によって、バッキングチューブの外表面上に付けられ得る。代替方法では、回転カソードを形成するため、ターゲットチューブとも称され得る中空シリンダ形のターゲット材料が、バッキングチューブ上に配設され得、且つ、例えばインジウムでバッキングチューブに接合され得る。さらなる代替形態によると、接合されていないターゲットシリンダを、バッキングチューブから径方向外向きに備えることができる。

堆積速度を増大させるために、磁気強化カソードを使用することが提案されている。これは、マグネトロンスパッタリングとも称されうる。磁石の配列を含み得る磁気ユニットが、スパッタリングカソードの内側、例えばバッキングチューブの内側または一体式ターゲットの内側に配設され得、磁気強化スパッタリングのための磁場を提供し得る。カソードは、磁気ユニットに対して回動し得るように、通常、カソードの長手方向軸の周囲で回転可能である。用語「端部」または「端」は、本明細書の回転ターゲットまたはカソードの文脈においては、カソードまたはターゲットの軸方向の端部または端を指すものとする。通常、ターゲットまたはカソードの外側断面は、例えば８ｃｍと３０ｃｍの間である直径を有する円形であり、一方該ターゲットまたはカソードの長さは、例えば最長０．３ｍ、または最長４ｍでさえある、何メートルかであり得る。

動作中、電気的に遮蔽されていないカソードは、電界蓄積によって、カソード端部においてガス放電（アーク発生）を蒙り得る。この放電は、望ましくない。カソード端部に隣接するガス放電領域は、「暗室」と呼ばれる。本明細書に示す実施形態によると、暗室シールドは、カソードの一端または両端をカバーするように配置され得る。

本明細書に示す実施形態によると、カソードの駆動端におけるガス放電を避けるため、ターゲットの暗室領域を遮蔽するようにシールドが設けられる。通常、シールドは絶縁体で作られている。回転しないシールドによって遮蔽されるターゲットは、スパッタリング処理の間、暗室シールドの一面のみに材料が堆積し得る。結果として暗室シールドの表面上に形成される膜は、何度かの堆積サイクルの後、断片化され得、材料の小片が解放されて、基盤表面上に堆積し得る。これによってスパッタリングされた材料の基板上への堆積がマスキングされ、製品に欠陥が生じる。前記の材料の小片は、概して蓄積し得、堆積機器を汚染し得る。

本明細書に示す、ターゲットと共に回転する暗室シールドによって、暗室シールドの表面は、材料の堆積に曝される。材料の層が均一な態様で堆積し、暗室シールドの表面全体にわたって膜が形成される。このことは、膜が断片化されるまでより長い間堆積され得ることを意味し、それによって膜の断片が基板上に落下する可能性が減少する。回転しない暗室シールドを扱う場合に比べて、基板及び堆積機器の汚染のリスク、並びにメンテナンスの時間及びコストは、こうして減少し得る。

実施形態によると、複数のセグメントは、組み立てられて一緒になったときにシリンダ形状のシールドを形成する、シリンダのセグメントであり得る。通常、それぞれがシリンダの外周の１８０°をカバーする、２つのセグメントが提供される。例えば図６に示すさらなる実施形態によると、シールド２１は３つのセグメント２４から組み立てられ得、各セグメントがシリンダの１２０°をカバーしている。

シールドは、１ピースごとに回転対称であってよい。少なくとも２つの、シールドのパートは、シリンダの切片をなすパートであり、例えば外周の１８０°または１２０°をカバーする。パートは組み立てられて一緒になると、パート同士の接合点を別にすると回転対称であり得る、シリンダを形成する。本開示によると、パートが「回転対称」であると言われる場合、回転した後も表面が同一である。回転は、シリンダの切片（複数）の場合、シリンダの中心である回転中心に対して行われる。３６０°／ｎ（例えば、ｎ＝２またはｎ＝３）をカバーするシリンダの切片は、こうして、最大３６０°／ｎまでの任意の度を回転されることができ、その結果、表面は同一である。表面という用語は、具体的に、径方向の外周上の表面を含む。本明細書のどの具体的な実施形態にも限定されることなく、シールドは、合わせてシリンダの３６０°をカバーする、３つを超えるパート、例えば４つ、６つ、またはそれよりも多くのパートを含んでよい。

回転対称のシリンダの切片の断面図が、図７に示されている。シリンダの１８０°をカバーするシールドのパートまたはセグメント２４は、中心２８を有する。例示的に示される矢印２５は、該パートを１８０°回転することができ、その結果、表面、具体的には径方向の外周上の表面が同一であることを示すものである。

具体的には、本明細書に示す実施形態によると、シールドのセグメントには、例えばネジまたはピンなどを受容するための孔があってはならない。孔があれば、シールドのパートが非回転対称になるであろう。既知のシールドにおいては、シールドを他のエレメントに組み付けるため、孔が設けられていた。しかし、シールドの非回転対称の形状はどれも、スパッタリングの間に電界による障害に結び付く。これは次に、コーティングされる基板上の層の均一性を低減させる結果となる。

さらに、孔は、ネジなどの挿入を可能にするために設けられていた。したがって、例えばメンテナンスでシールドを分解または取り外しするために、ネジを抜く必要がある。これには時間がかかる。なぜなら、スパッタリングの間にネジ頭がコーティングされており、シールドを分解または取り外しするためには、まずネジ頭からコーティングを除去し、次にネジを抜かなければならないからである。

したがって、孔といった、非回転対称の要素が全くない回転対称のシールドを提供することは、コーティングの品質を向上するだけでなく、メンテナンスの労力とコストの削減にもなる。

本明細書に示す他の実施形態と組み合わせることができる具体的な実施形態によると、回転ターゲットは、頂部シールドを含み得る。頂部シールドは、回転ターゲットの頂端に配置されている。用語「頂端」は、駆動部に接続された端部（本明細書では回転ターゲットの「駆動端」と呼ばれる）とはターゲットの軸方向に反対にある、ターゲットの端部であるとして理解されるべきである。頂部シールドは、回転ターゲットと共に回転するように適合される。駆動端シールドと同様、頂端シールドまたは頂端シールドの少なくとも一部は、回転ターゲットに同心に組み付けられ得る。

堆積チャンバの熱サイクルの反復の間、暗室または暗部のシールド（単数または複数）は、しばしば熱膨張を起こす。したがって、固定具即ちシールドを回転ターゲットに接続している要素は、回転ターゲットを損なうことなくこうした反復的な熱膨張を促進するように、適合されることができる。

当該技術では、シールドは、回転ターゲットの駆動端をカバーするためにカソード駆動部に取り付けられてよい。駆動部は、シールド及び回転ターゲットを支持する。こうしたケースでは、シールドは、ターゲットの軸方向に、支持している駆動部から離れ、回転ターゲットの中心に向かって、膨張する。したがって、シールドの熱膨張を許容するため、シールドの駆動端と回転ターゲットとの間に大きな空間または間隙が設けられてよい。これらの空間は、基板上への材料の堆積に使用されるターゲットの表面エリアを減少させ得る。

図４は、実施形態による、暗部シールドを回転ターゲットに接続するためのシールド装置の一部を概略的に示す。具体的には図４は、図２に示す実施形態の、抜粋６１の拡大図である。固定具８０は、回転ターゲット１０の第１ノッチ１１に接続されていてよい。本明細書に示す実施形態によると、第１ノッチ１１は、例えば回転ターゲットの内部に刻まれていてよい。

本明細書に示す実施形態によると、固定具８０は、シールド２１のノッチ２２内に埋め込まれたフック形状部を含み得る。シールド２１は、フック形状部から吊り下げられるか、または懸下されていてよい。

本明細書に示す実施形態では、オーバーハング構造または突出部２３は、固定具８０をノッチ２２の内部に配置して保持し得る。例えば、オーバーハング構造または突出部２３は、シールド２１の軸方向に、シールド２１の底端に向かって延伸し得る。本明細書に示す実施形態によると、オーバーハング構造または突出部２３は、ノッチ２２の端部、具体的には、シールド２１の上端に最も近いノッチ２２の端部に配置され得る。

本明細書に示す実施形態によると、固定具８０は、シールドが回転ターゲットから１．５ｍｍから４．５ｍｍまでの距離、例えば約３ｍｍ±０．５ｍｍで離れているように、構成され得る。シールド２１は固定具８０から吊り下げられているかまたは懸下していてよいため、該シールドと回転ターゲットとの間の空隙または距離４０、４１は、熱サイクル工程の間、基本的には一定に保たれていてよい。具体的には、シールド２１の上端と回転ターゲット１０との間の軸方向のギャップまたは距離４０は、シールド２１を吊り下げるように適合された専用の固定具８０によって、熱サイクルの間、基本的に一定に保たれてよい。それによって、熱サイクルの間、シールド２１が回転ターゲットの中心から離れて基本的に下方に膨張することが可能になる。有益には、基板への材料の堆積のために堆積機器の動作中に使用される回転ターゲットの表面の範囲は、基本的に一定に保たれ、それによって、基板上に堆積される材料の層の均一性が確保され得る。

図５は、実施形態による、暗部シールドを回転ターゲットに接続するためのシールド装置のさらなる一部を概略的に示す。図５は、図２に示す実施形態の、抜粋６２の拡大図である。具体的には、図５は、シールド装置２０の底部を示す。本明細書に示す実施形態によると、堆積機器の動作中、シールド装置２０のシールド２１の底部は、回転ターゲット１０の底部をカバーするように適合され得る。回転ターゲット１０の底端は、回転ターゲットの、堆積機器の駆動部に接続された部分を含み得る。

本明細書に示す実施形態によると、シールド装置２０のシールド２１は、回転ターゲットの軸方向と垂直な方向に、回転ターゲットから距離４１だけ離間していてよい。この空間４１は、堆積機器の熱サイクル工程の間、一定に保たれてよい。実施形態によると、回転ターゲットとシールド２１の間の距離４１または間隙は、１．５ｍｍから４．５ｍｍまで、例えば約３ｍｍ±０．５ｍｍであってよい。

本明細書に示す実施形態によると、シールド装置２０は、シールド装置２０のシールド２１の底端を安定させるためのガイド装置９０を含み得る。ガイド装置は、シールドの軸方向に垂直な方向、または回転ターゲットと直角の方向に、シールド２１を安定させ得る。

ガイド装置は、堆積機器の駆動部に接続されるように適合され得る。本明細書に記載の実施形態では、ガイド装置は、シールド装置２０のシールド２１との接点において、摩擦低減部を含み得る。例えば、摩擦低減部は可動部であり得る。摩擦低減部の可動部は、堆積機器の動作中、シールド２１と共に可動であるように適合され得る。

ガイド装置９０とシールド装置２０のシールド２１は、間隙４２または空間が、ガイド装置９０とシールド装置２０のシールド２１との間に、軸方向に形成されるように構成され得る。間隙４２は、シールド２１が、堆積機器の熱サイクル工程の間、回転ターゲットの中心から下方に自由に膨張することを許容するように適合され得る。本明細書に示す実施形態によると、間隙４２は、シールド２１が非膨張状態にあるときに対比して、シールドが膨張状態にあるときには、大きさがより小さくてよい。

図８は、実施形態による、スパッタリング設備２００の、回転軸５０に沿った概略断面図である。スパッタリング設備２００は通常、壁２３１及び２３２によって形成される処理チャンバ２２０を含む。典型的な実施形態によると、カソード、ターゲット、またはバッキングチューブの回転軸５０は、基本的には壁２３１に平行であり、その場合、カソードの差し込み式の構成が実現される。

実施形態によると、回転ターゲットを回転させる駆動部を含み得る少なくとも１つのエンドブロック１０１が、処理チャンバ２２０に取り付けられている。基体１１０は、典型的には、絶縁プレート１１６を介して、処理チャンバ２２０のフラップまたは扉２３０に固定されている。スパッタリングの間、フラップまたは扉２３０は閉鎖されている。したがって基体１１０はスパッタリングの間、通常静止しているか、少なくとも回転不能である。代替方法では、外部ハウジング１２５は、処理チャンバ２２０の壁２３１に直接固定されてよい。

実施形態によると、典型的には電気駆動部である回転駆動部１５０が、取付支持体１５２を介して処理チャンバ２２０の外側に配設されている。しかし、回転駆動部１５０はまた、外部ハウジング１２５の内部に設置されていてもよい。典型的には、回転駆動部１５０は、スパッタリングの間、回転駆動部のモータ軸１５４、モータ軸に接続されたピニオン１５３、及び、 ピニオン１５３と、ロータ１２２のベアリングハウジング１２３に取り付けられた大歯車１５１との周囲にループを形成するチェーンまたは歯付きベルト（図示せず）を介して、回転ターゲット１０を駆動する。

典型的には、冷却剤サポートチューブ１３４及び／または電気サポートラインは、冷却剤供給／排出ユニット１３０及び／または電気サポートユニットから、外部ハウジング１２５を通って、処理チャンバ２２０の外部まで、供給されている。

回転ターゲット１０は、典型的にはエンドブロック１０１によって支持されている。加えて、回転ターゲット１０は、上端においてさらに支持され得る。本明細書に示す実施形態によると、上記の各図面を参照してより詳細に記載されたシールド装置２０は、回転ターゲット１０の少なくとも一部をカバーし得る。シールド装置は、回転ターゲット１０の回転軸５０の軸方向に延伸し得、回転ターゲット１０とエンドブロック１０１との接合点の少なくとも一部をカバーし得る。

本明細書に示す実施形態によると、回転ターゲット１０は、回転軸５０に沿ってエンドブロックのターゲットフランジ１２１に取り付けられ得る。実施形態によると、ターゲットフランジ１２１と回転ターゲット１０は、互いに同軸である。シールド装置２０は、ターゲットフランジ１２１の少なくとも一部をカバーするため、ターゲットの回転軸５０の軸方向に延伸し得る。

回転ターゲット１０は、回転ターゲット１０をターゲットフランジ１２１に押し付ける環状クランプを使用して、ターゲットフランジ１２１の上部にはめ込まれ得る。ターゲットフランジ１２１と、隣接するバッキングチューブ及び回転ターゲット１０のそれぞれの隣接部との間に、Ｏリングシールが配置され得る。したがって、回転ターゲット１０はターゲットフランジ１２１に真空気密に取り付けられ得る。

実施形態によると、回転ターゲット１０は、例えば低圧処理チャンバへの流体の漏出を防止するために、ターゲットフランジ１２１の上部に真空気密に取り付けられ得る。これは、典型的には環状シーリング（図示せず）によって達成される。

スパッタリングの間、回転ターゲット１０をカソードとして作用させるため、回転ターゲット１０用の少なくとも１つの電気供給（図示せず）もまた、ターゲットフランジ１２１を通じて提供され得る。

本開示の他の実施形態と組み合わされ得る実施形態によると、ターゲットフランジ及びベアリングハウジングの両方とも、例えば鋼といった導電性材料から作られていてよい。これらの実施形態では、電流は、電流コレクタプレートから、ベアリングハウジング及びターゲットフランジを通って、回転ターゲットまで流れ得る。

本開示の他の実施形態と組み合わされ得る実施形態によると、ターゲットフランジは、回転ターゲットを機械的に支持するように適合され得る。加えて、ターゲットチューブ用の冷却剤と電気の供給は、ターゲットフランジを通じて提供され得る。

図９は、図８に示すスパッタリング設備２００を示す。図９の概略図の断面は、図８の断面と直交する方向である。実施形態によると、スパッタリング設備２００は、例えばアルゴンといった処理ガスを真空処理チャンバ２２０に供給するためのガス注入口２０１を含む、真空処理チャンバ２２０を有する。真空処理チャンバ２２０は、基板支持体２０２及び、基板支持体２０２上に配置された基板２０３をさらに含む。さらに、真空処理チャンバ２２０は回転ターゲット１０を含む。

カソードとして作用している回転ターゲット１０とアノードとして作用している基板支持体２０２との間に、高い電圧差が印加され得る。プラズマは、典型的には、例えばアルゴン原子といった加速された電子の衝撃イオン化によって生成される。生成されたアルゴンイオンは、典型的には原子である回転ターゲット１０の粒子が、スパッタリングされ、続いて基板２０３上に堆積するように、回転ターゲット１０の方向に加速される。

実施形態では、例えばクリプトンなどの他の不活性ガス、または酸素もしくは窒素といった反応ガスといった他の好適なガスが、プラズマを作り出すために使用され得る。本開示の他の実施形態と組み合わされ得る典型的な実施形態によると、プラズマエリアの圧力は、約１０^−４ｍｂａｒから約１０^−２ｍｂａｒ、典型的には約１０^−３ｍｂａｒであることができる。さらなる実施形態では、真空チャンバ２２０は、基板２０３を真空処理チャンバ２２０の中に取り入れるか、または真空処理チャンバ２２０から外に引っ込めるかするための、１または複数の開口部、及び／またはバルブを含み得る。

マグネトロンスパッタリングは、堆積速度がやや速いという点で特に有利である。１または複数の磁石１４を回転ターゲット１０の内部に配置することによって、ターゲット表面の直下にある、生成された磁場内の自由電子は、捕捉され得る。このことは、ガス分子をイオン化する確率を、通常数桁高める。次いで、堆積率が顕著に増大し得る。用途とスパッタリングされる材料とに応じて、静止磁場または時変磁場が使用され得る。さらに、磁石１４及び／または回転ターゲット１０を冷却するため、冷却流体が回転ターゲット１０内部で循環され得る。

回転ターゲット１０は、示される断面図では不可視で、したがって破線円で示される、エンドブロック１０１によって支持され得る。エンドブロック１０１は、示される断面図では不可視で、したがって破線長方形で示される、処理チャンバ２２０の壁２３１または扉２３０またはフラップに、回転不能に取り付けられていてよい。

本明細書に示す実施形態によると、堆積機器の動作の間、堆積機器内の暗部領域をシールドする方法が提供される。方法は、シールドを堆積機器の回転ターゲットに接続する固定具を提供することを含み、固定具を提供することは、該固定具を回転ターゲットに接続することを含み得る。方法は、堆積機器内の暗部領域をシールドするため、回転ターゲットの一部をカバーするシールドを形成するように、複数のパートを組み立てることをさらに含み得る。シールドは、堆積機器の動作の間、シールドが回転ターゲットの軸方向に、基本的に回転ターゲットの中心から離れて膨張することができるよう、シールドは回転ターゲットから吊り下げられるように、及び／または回転ターゲットと係合するように、組み立てられる。複数のパートを組み立てることは、例えば、シールドを形成するために２以上のシールド用パートを組み立てることを含み得る。

本明細書に示す実施形態によると、堆積機器の動作の間に堆積機器内の暗部領域をシールドする方法は、取付点においてシールドが回転ターゲットから吊り下げられるように、且つシールドの重心が取付点よりも下であるように、シールドを組み立てることをさらに含み得る。方法は、シールドの軸方向と垂直な方向にシールドを安定させることも、また含み得る。

本開示の様々な実施形態の具体的な特徴は、一部の図面に示され、他の図面には示されていないことがあるが、これは単に便宜のためにすぎない。ある図面のどの特徴も、他の任意の図面のどの特徴とも組み合わせて参照および／または特許請求することができる。

本明細書では諸例を用いて、ベストモードを含めて本開示を開示し、また当業者が本開示の主題を実施することを、任意のデバイスまたはシステムを作製および使用すること、および組み込まれる任意の方法を実施することを含めて可能にしている。様々な具体的な実施形態を上記で開示したが、当業者には、特許請求の趣旨及び範囲で、等しく効果的な修正形態が可能であることが理解されよう。特に、上述の実施形態の相互に非排他的な特徴は、互いに組み合わされ得る。特許を受けることができる範囲は、特許請求の範囲によって規定され、こうした修正形態及び、当業者に想到される他の例も含むことができる。このような他の例は、それが特許請求の範囲の文字通りの言葉と相違しない構造要素を有する場合、または特許請求の範囲の文字通りの言葉とは実質的な違いがない等価の構造要素を有する場合には、特許請求の範囲内にあるものとする。

Claims (15)

1. 基板に材料をスパッタリングするための回転ターゲット（１０）を有する、回転カソード用のシールド装置（２０）であって、
   − 前記回転ターゲット（１０）の一部をカバーするように構成されたシールド（２１）、及び
   − 前記シールド（２１）を、前記回転ターゲット（１０）の外周で、前記回転ターゲット（１０）に接続するための固定具（８０）を備え、
   前記固定具（８０）は、
   前記シールド（２１）が、前記回転ターゲットの軸方向に、基本的に前記回転ターゲット（１０）の中心（１３）から離れて膨張することができるよう、前記シールドの上端から５０％以内である前記シールド（２１）の軸位置で、前記シールド（２１）と係合するように構成される、シールド装置（２０）。
2. 前記シールド（２１）は、前記シールドの上端から２０％以内である前記シールド（２１）の軸位置で、前記固定具（８０）に接続可能である、請求項１に記載のシールド装置（２０）。
3. 前記固定具（８０）は、回転ターゲットの軸方向と垂直な方向に、前記回転ターゲット（１０）から一定の距離で前記シールド（２１）を保持するように構成される、請求項１または２に記載のシールド装置（２０）。
4. 前記固定具（８０）は、前記回転ターゲットの前記軸方向と垂直な方向に、前記回転ターゲット（１０）から、１．５ｍｍから４．５ｍｍまでの間の前記一定の距離（４１）で前記シールド（２１）を保持するように構成される、請求項３に記載のシールド装置（２０）。
5. 前記シールド（２１）の重心は、前記シールドを回転ターゲットに接続する前記固定具（８０）よりも下である、請求項１から４のいずれか一項に記載のシールド装置（２０）。
6. 前記シールド（２１）を、前記シールドの軸方向と垂直な方向に安定させるためのガイド装置（９０）をさらに含む、請求項１から５のいずれか一項に記載のシールド装置（２０）。
7. 前記ガイド装置（９０）は前記シールド（２１）との接点において摩擦低減部を含む、請求項６に記載のシールド装置（２０）。
8. 前記摩擦低減部は前記シールド（２１）と一緒に可動である、請求項７に記載のシールド装置（２０）。
9. 固定具（８０）及び／またはガイド装置（９０）は絶縁材料を含み、前記絶縁材料はオプションで耐熱プラスチックを含む、請求項１から８のいずれか一項に記載のシールド装置（２０）。
10. 固定具（８０）は、シールド（２１）を吊り下げるためのＰＥＥＫリングを備える、請求項１から９のいずれか一項に記載のシールド装置（２０）。
11. 堆積機器内の基板上にスパッタリングされるための材料を有する回転ターゲット（１０）であって、前記回転ターゲットは、請求項１から１０のいずれか一項に記載のシールド装置を接続するため、前記回転ターゲットの外周に沿って第１ノッチ（１１）を備える、回転ターゲット（１０）。
12. 前記回転ターゲット（１０）は、前記シールドと前記回転ターゲットが互いに対して基本的に同一平面であるようにして前記シールド（２１）の少なくとも一部を収容するため、前記回転ターゲットの外周に沿って第２ノッチ（１２）を含む、請求項１１に記載の回転ターゲット（１０）。
13. 第１ノッチ（１１）は前記第２ノッチ（１２）内に配置される、請求項１２に記載の回転ターゲット（１０）。
14. 堆積機器の動作の間、堆積機器内の暗部領域をシールドする方法であって、
    − シールド（２１）を、前記堆積機器の回転ターゲット（１０）の外周で、前記回転ターゲット（１０）に接続するための固定具（８０）を提供することと、
    − 前記堆積機器内の前記暗部領域をシールドするため、前記回転ターゲット（１０）の一部をカバーする前記シールド（２１）を形成するように複数のパートを組み立てることとを含み、
    前記シールド（２１）は、前記堆積機器の動作の間、前記シールドが前記回転ターゲットの軸方向に、基本的に前記回転ターゲット（１０）の中心から離れて膨張するよう、前記シールドの上端から５０％以内である前記シールド（２１）の軸位置で、前記回転ターゲットと係合するように組み立てられる、方法。
15. 基板上に材料をスパッタリングするための回転ターゲット（１０）を有する回転カソード用のシールド装置（２０）であって、前記シールド装置は、
    − 前記回転ターゲット（１０）の一部をカバーするように構成されたシールド（２１）、及び
    − 前記シールド（２１）を、前記回転ターゲット（１０）の外周で、前記回転ターゲット（１０）に接続するための固定具（８０）を備え、
    前記固定具（８０）は、前記シールド（２１）が前記回転ターゲットの軸方向に、基本的に前記回転ターゲット（１０）の中心（１３）から離れて膨張するよう、前記シールドの上端から５０％以内である前記シールド（２１）の軸位置で、前記シールドと係合するように構成され、前記固定具（８０）は、前記回転ターゲットの前記軸方向と垂直な方向に、前記回転ターゲット（１０）から一定の距離で前記シールド（２１）を保持するように構成され、かつ前記シールド装置は、
    − 前記シールドを、前記シールドの前記軸方向と垂直な方向に安定させるためのガイド装置（９０）をさらに備え、
    前記回転ターゲット（１０）は、前記シールド装置（２０）を接続するため、前記回転ターゲットの外周に沿って第１ノッチ（１１）を備える、装置（２０）。
    

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