JP7471236B2 - マグネトロンスパッタリングのための方法および装置 - Google Patents

マグネトロンスパッタリングのための方法および装置 Download PDF

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Description

特許法第30条第2項適用 (1) SEMICON Europe 2017(平成29年11月14日から18日)にて頒布したLAYERS EDITION 3 (2) 平成29年10月23日にhttps://aip.scitation.org/doi/pdf/10.1063/1.4993688?class=pdfで公開されたAIP Advances、第8巻、第4号、第048002-1~048002-14頁
本発明は、マグネトロンスパッタリングを対象にしており、その一部の変形および実施形態では、一方向性となるように強磁性層における磁気異方性の方向を同時に制御することを対象にしている。
材料の磁気特性における当業者にはよく知られているが、我々は、「magnetic anisotropy」に関して、非特許文献1を参照し、特には20.8章「Magnetic Anisotropy」を参照する。
したがって、我々が一方向となるように強磁性材料のスパッタ堆積された層の磁気異方性を制御することについて話すとき、我々は、このような層の少なくとも支配的な領域の強磁性材料を通じて、「容易な磁化」、延いては、「容易な磁化」の方向に対して垂直な「困難な結晶学的方向」が、一方向性となり、層の対処される領域に沿う1つの方向の軸に対して定められることになることに対処する。
マグネトロンスパッタリングの技術において当業者にはさらによく知られているように、マグネトロンスパッタリングにおいて、ターゲットのスパッタ面に沿ってループするマグネトロン磁界は、いわゆる電子捕獲効果によって、増加したプラズマ密度のループを構築する。この効果は、スパッタ面と平行なマグネトロン磁界の成分と、スパッタ面に対して垂直な電界の成分とによって引き起こされる。ターゲットにおける腐食プロフィールは、マグネトロン磁界のループに従うループになる。結果生じる局所的な腐食プロフィールは、ターゲットの不十分な利用と、例えば腐食プロフィールの増加した深さによる、時間と共に変化するスパッタされたターゲット材料の角度の空間分布とをもたらす。ターゲットのスパッタ面に沿ってのより一様な摩耗によってターゲットの利用を向上するように、マグネトロン磁界のループをスパッタ面に沿って移動させることが知られている。これは、ターゲットの下方でターゲットに対して移動する磁石ダイポール配置を必要とする。
William D. Callister, Jr.、Department of Metallurgical Engineering、The University of Utah、「Material Science and Engineering, an Introduction」、Seventh Edition、John Wiley & Sons, Inc.
代替のマグネトロンスパッタリングの方法および装置を提供することが本発明の目的である。
これは、マグネトロンスパッタ堆積の方法、または、マグネトロンスパッタで堆積された層で被覆された基板を製造する方法であって、
・ スパッタ面を有し、ターゲット平面に沿って延びるターゲットを、真空筐体に提供するステップと、
・ スパッタ被覆される面を有する基板を提供するステップと、
・ スパッタ面と、スパッタ被覆される面との間に、反応空間を提供するステップと、
・ 反応空間においてマグネトロン磁界を発生させるステップであって、マグネトロン磁界の磁力線がスパッタ面の第1の外側極面と第1の内側極面との間で弧を描き、第1の外側極面は、スパッタ面を向く方向において見たとき、スパッタ面において第1の内側極面の周りに閉ループを形成する、ステップと、
・ 反応空間において、少なくとも1つの第2の外側極面と少なくとも1つの第2の内側極面との間に、さらなる磁界を発生させるステップと、
・ 反応空間において、マグネトロン磁界とさらなる磁界との重畳によって、合成磁界を発生させるステップであって、反応空間における軌跡においてターゲット平面と平行な合成磁界の方向成分が、少なくとも反応空間の支配的な体積-面積において、この軌跡においてターゲット平面と平行なマグネトロン磁界の方向成分より大きい、ステップと
を含む方法によって達成される。
定義
1) 我々は、本明細書および特許請求の範囲を通じて、図1を用いて説明されているように、スパッタリング装置、基板をスパッタ被覆する方法、または、スパッタ被覆された基板を製造する方法の文脈において、「極面」において、以下のことを理解している。
真空筐体4の空の容積Vが、筐体4の壁2の内側面2と、1以上のターゲット1のスパッタされるスパッタ面11とによって囲まれている。真空筐体4の壁2は、汲み上げる目的、フィードスルーなどのための開口を有してもよく、そのため、それ自体では必ずしも真空気密ではない。面2および11の表面領域8であって、この表面領域に沿って磁界Bの支配的な部分が固体材料から容積Vの気体の雰囲気へと伝わる、または、反対に伝わる、表面領域を「極面」と称する。表面領域8は、磁極性NまたはSの一方を有する。
2) 磁界Bが「磁気ダイポール配置」によって発生させられる(図1では示されていない)。このような磁気ダイポール配置は、並列または直列に連結される1以上の永久磁石または電磁石を備え、スパッタリング技術では、通常は永久磁石を備える。磁気ダイポール配置は、1以上の磁気ヨークの構造をさらに備え得る。実際、磁気ダイポール配置は、磁極性N、Sの極面8と、空の容積Vの一部とを含む磁気回路を完成させる。
3) 我々は、本明細書および特許請求の範囲を通じて、「支配的」において、50%超と理解している。
4) 我々は、本明細書および特許請求の範囲を通じて、「基板配向」において、以下のことを理解している。基板平面におけるx/y直交座標系と、x/y平面と平行な基板においてその基板にわたる直線とを定める場合、基板の角度の配向は、座標系のx軸またはy軸に対するこのような直線の角度である。直線は、基板において物理的に記されてもよいし記されなくてもよい。
5) 我々は、本明細書および特許請求の範囲を通じて、「基板平面」において、基板保持体によって定められ、基板保持体に保持された基板が沿って延びる平面と理解している。それによって、基板は必ずしも平面でなくてもよい。基板は、基板平面に沿って前後に平面状、弧状、または曲面状などであってもよい。
6) 我々は、本明細書および特許請求の範囲を通じて、「ターゲット平面」において、ほとんどの場合でターゲット保持体によって定められ、ターゲット保持体に搭載されたターゲットが沿って延びる平面と理解している。それによって、スパッタ面は、そのなおも腐食されていない状態において、必ずしも平面状ではなく、前後に平面状、場合によっては弧状、またはさらには曲面状などであってもよい。
ターゲットが駆動して回転可能な中空の円筒によって実現される場合、マグネトロン磁石配置は、例えば、中空の円筒の中で不動であり、基板を向く方向を指し、ターゲット平面は、ターゲットの円筒の回転軸と平行な断面の平面として理解され、ターゲットの円筒の区分がターゲットの円筒の残りの部分から基板に瞬間的に曝される範囲を定める。
さらなる磁界によって、ターゲットにおける腐食プロフィールループは拡大され、向上したターゲット材料の利用と、時間と共に変化しにくいスパッタされたターゲット材料の角度の分布とをもたらす。これは、ターゲットに対して磁気ダイポール配置を移動させることなく達成され得る。
さらに、対処されたような重畳は、マグネトロン磁界強度に対する反応空間における磁界の増加した強度をもたらし、増加したプラズマ密度と、延いては増加したスパッタ速度とをもたらす。
本発明による方法の一変形は、合成磁界を、スパッタ面の支配的な表面領域に沿って発生させるステップを含む。
本発明による方法の一変形は、合成磁界を、スパッタ被覆される基板の面の支配的な表面領域に沿って発生させるステップを含む。
マグネトロン磁界のループの伝搬軸に関して、スパッタ面と平行で、マグネトロン磁界のループの伝搬軸に対して垂直なマグネトロン磁界の成分に曝されるスパッタ面の領域がより大きくなると、レーストラックとも呼ばれるターゲットにおける腐食プロフィールを拡げるときにさらなる磁界の効果がより大きくなる。
これは、反応空間におけるマグネトロン磁界およびさらなる磁界の調整が、スパッタ面に向かう方向において見たとき、つまり、ターゲットにおける上面図で見たとき、さらなる磁界の力線が閉ループの少なくとも一部に沿うマグネトロン磁界の力線と平行になるように実施される。
本発明による方法の一変形によれば、少なくとも1つの第2の外側極面は、スパッタ面に向かう方向において見たとき、つまり、ターゲットにおける上面図で見たとき、第1の外側極面の外側に提供される。
本発明による方法の一変形は、第1の外側極面の磁極性と少なくとも1つの第2の外側極面の磁極性とを等しくなるように選択するステップと、第1の内側極面の磁極性と少なくとも1つの第2の内側極面の磁極性とを等しくなるように選択するステップとを含む。
本発明による方法の一変形では、少なくとも1つの第2の内側極面はスパッタ面の一部として提供される。
本発明による方法の一変形では、少なくとも1つの第2の内側極面は、前記スパッタ面から離れて前記スパッタ面の反対に提供される。
本発明による方法の一変形では、少なくとも1つの第2の内側極面は、例えば基板の後といった、基板に対してスパッタ面の反対に提供される。
本発明による方法の一変形では、少なくとも1つの第2の外側極面を、ターゲット平面と平行に見たとき、つまり、側面図において見たとき、以下の位置、すなわち、
・ 基板に対してスパッタ面の反対の位置、
・ 基板と整列させられた位置、
・ ターゲット平面と基板との間で、ターゲット平面より基板に近い位置、
・ ターゲット平面と基板との間で、ターゲット平面より基板から離れた位置、
・ ターゲット平面と基板との間で、基板とターゲット平面とから等距離の位置、
・ ターゲット平面と整列させられた位置、
・ ターゲット平面に対して基板の反対の位置
のうちの少なくとも1つにおいて実施される。
基板が平面ではなく、したがってこのような基板への距離を場合によっては明確に定めることができない場合、このような基板がそれぞれの基板保持体によって保持されるのに沿う代わりのこのような距離が、基板平面に対して定められることは、留意されたい。
本発明による方法の一変形では、ターゲットの材料は強磁性材料となるように選択され、基板にスパッタ堆積させられる層における、スパッタ被覆される基板の面の少なくとも支配的な部分に沿っての磁気異方性の方向は、一方向性であるように、または、一方向性となるように、合成磁界によって制御される。
ターゲットが、対処されたような強磁性材料から選択される本発明による方法の一変形は、合成磁界を、スパッタ被覆される基板の面の支配的な表面領域に沿って発生させるステップを含む。
一変形では、このような合成磁界は、対処された表面領域に沿って一様である。
ターゲットが、対処されたような強磁性材料から選択される本発明による方法の一変形は、反応空間におけるマグネトロン磁界およびさらなる磁界を、スパッタ面に向かう方向において見たとき、つまり、ターゲットに向かう上面図で見たとき、さらなる磁界の力線が閉ループの少なくとも一部に沿うマグネトロン磁界の力線と平行になるように調整するステップを含む。
ターゲットが、対処されたような強磁性材料から選択される本発明による方法の一変形では、少なくとも1つの第2の外側極面は、スパッタ面に向かう方向において見たとき、つまり、ターゲットに向かう上面図で見たとき、第1の外側極面の外側に提供される。
ターゲットが、対処されたような強磁性材料から選択される本発明による方法の一変形では、第1の外側極面の磁極性と少なくとも1つの第2の外側極面の磁極性とは等しくなるように選択され、第1の内側極面の磁極性と少なくとも1つの第2の内側極面の磁極性とは等しくなるように選択される。
ターゲットが、対処されたような強磁性材料から選択される本発明による方法の一変形では、少なくとも1つの第2の内側極面は、例えば基板の後といった、基板に対してスパッタ面の反対に提供される。
ターゲットが、対処されたような強磁性材料から選択される本発明による方法の一変形では、少なくとも1つの第2の外側極面は、前記ターゲット平面と平行に見たとき、以下の位置、すなわち、
・ 基板に対してスパッタ面の反対の位置、
・ 基板と整列させられた位置、
・ ターゲット平面と基板との間で、ターゲット平面より基板に近い位置、
・ ターゲット平面と基板との間で、ターゲット平面より基板から離れた位置、
・ ターゲット平面と基板との間で、基板とターゲット平面とから等距離の位置、
・ ターゲット平面と整列させられた位置、
・ ターゲット平面に対して基板の反対の位置
のうちの少なくとも1つにおいて提供される。
ターゲットが、対処されたような強磁性材料から選択される本発明による方法の一変形では、少なくとも1つの第2の外側極面を、前記ターゲット平面と平行に見たとき、基板に対してスパッタ面の反対に提供される。
本発明による方法の一変形は、ループに最大ループ直径を提供するステップであって、少なくとも1つの第2の外側極面は、スパッタ面に向かう方向において見たとき、つまり、ターゲットに向かう上面図において見たとき、最大直径の一方の側における少なくとも1つの第2の極面の限定された程度の配置と、最大直径の他方の側における少なくとも1つの第2の極面の限定された程度のさらなる配置とを含む。
本発明による方法の対処されたような変形の一変形は、スパッタ面に向かう方向において見たとき、最大直径の一方の側において第1の直線的な軌跡、つまり真っ直ぐな軌跡に沿って延びる第1の外側極面の第1の脚部を提供するステップと、最大直径の他方の側において第2の直線的な軌跡、つまり真っ直ぐな軌跡に沿って延びる第1の外側極面の第2の脚部を提供するステップとを含み、一の配置は第1の脚部に沿って延び、さらなる配置は第2の脚部に沿って延びる。
「直線的または真っ直ぐな軌跡に沿って延びる」部分または面は、それ自体で真っ直ぐであってもよいし、例えば、このような軌跡について蛇行してもよいし、このような軌跡について弧状になってもよいことは、留意されたい。
本発明による方法の対処されたような変形の一変形では、第1の脚部および第2の脚部は直線的に延び、つまり、真っ直ぐな脚部である。
本発明による方法の対処されたような変形の一変形では、第1の脚部および第2の脚部は互いと平行になるように選択される。
本発明による方法の一変形では、一の配置およびさらなる配置は、スパッタ面に向かう方向において見たとき、つまり、ターゲットに向かう上面図において見たとき、それぞれの直線的な軌跡、つまり真っ直ぐな軌跡に沿って延びる。
本発明による方法の対処された変形の一変形では、一の配置およびさらなる配置は、直線的に延びるように選択され、つまり、真っ直ぐである。
本発明による方法の一変形では、一の配置およびさらなる配置は、それぞれの脚部の傍らにそれぞれの一定の間隔を伴って延びる。
本発明による方法の一変形は、真空筐体の真空に曝される面の一部を少なくとも1つの第2の外側極面として選択する、または、真空筐体に装着される部品の真空に曝される面を選択するステップを含む。
本発明による方法の一変形は、基板がターゲットにわたって通過するように基板とターゲットとを相対的に移動させるステップを含む。
本発明による方法の対処された変形の一変形は、基板のうちの2つ以上を提供するステップと、本発明による方法または本発明の変形のうちの少なくとも1つによる方法を前記2つ以上の基板に続けて実施するステップとを含む。
本発明による方法の一変形は、本発明による方法または本発明の変形のうちの少なくとも1つによる方法を、基板において2回以上続けて実施するステップを含む。
本発明による方法の一変形は、マグネトロン磁界とさらなる磁界とを、スパッタ面に向かって見たとき、つまり、ターゲットに向かう上面図において見たとき、合成磁界の力線がスパッタ面の支配的な部分にわたって方向の軸と平行に延びるように定めるステップと、基板をターゲットに対して、方向の軸に対して一定の基板の配向の角度で移動させるステップとを含む。
本発明による方法の一変形では、基板は、基板から遠くにある回転軸の周りでターゲットに対して回転させられる。
本発明による方法の一変形では、回転軸は、ターゲット平面における法線と、両方の限度を含む45°から0°の間の角度で交差する。回転軸が、対処された法線と0°の角度で「交差」する変形では、回転軸は、対処された法線と実際には平行であり、つまり、ターゲット平面に対して垂直である。
本発明による方法の一変形では、回転軸は、ターゲット平面における法線と、両方の限度を含む45°から90°の間の角度で交差する。回転軸が、対処された法線と90°の角度で「交差」する変形では、回転軸は、対処された法線に対して実際には垂直であり、つまり、ターゲット平面と平行である。
本発明による方法の一変形では、回転軸は、基板のスパッタ被覆される面における法線と、両方の限度を含む0°から45°の間の角度で交差し、一変形では0°の角度で交差する。この場合、回転軸は、基板のスパッタ被覆される面における法線と、または、それぞれの基板保持体によって定められたそれぞれの基板平面における法線と平行である。
本発明による方法の一変形では、回転軸は、基板のスパッタ被覆される面における法線と、両方の限度を含む45°から90°の間の角度で交差し、一変形では90°の角度で交差する。この場合、回転軸は、基板のスパッタ被覆される面における法線に対して、または、それぞれの基板保持体によって定められたそれぞれの基板平面における法線に対して垂直である。
本発明による方法の一変形は、スパッタ被覆される前記面のより近くで、マグネトロン磁界の強度より大きくなるようにさらなる磁界の強度を発生させ、スパッタ被覆される面からより遠くで、マグネトロン磁界の強度より小さくなるようにさらなる磁界の強度を発生させるステップを含む。
第1の外側極面と、一般的には少なくとも1つの第1の内側極面とが、それぞれスパッタリング面の一部であることは、マグネトロンスパッタリングにおける当業者には完全に明らかである。
本発明による方法の一変形では、第1の外側極面と、第2の外側極面と、第1の内側極面と、第2の内側極面とは少なくとも互いに対して不動である。それらの極面は、絶対的に不動である場合、1つの実体として一緒に移動させられる。
本発明による方法の一変形では、ターゲット平面と基板平面とは平行な平面である。
対処された方法の発明、または、対処されたような方法の一つ一つの変形は、矛盾していない場合、変形のうちの1以上、または、対処されたような他の変形の1以上と組み合わされてもよい。
本発明の対処された目的は、
・ 真空筐体と、その中に、
・ 基板平面を定め、スパッタ被覆される面を有する二次元で延ばされた基板を保持するように調整される基板保持体と、
・ ターゲット保持体に搭載され、ターゲット平面に沿って延び、スパッタ面および後面を有するターゲットと、
・ スパッタ面に向かう方向において見たとき、つまり、ターゲットに向かう上面図において見たとき、第1の外側極面と第1の内側極面とを備え、第1の外側極面は第1の内側極面の周りにスパッタ面に沿って閉ループを形成し、第1の外側極面は一方の磁極性のものであり、第1の内側極面は他方の磁極性のものである、マグネトロン磁石-ダイポールの配置と、
・ 少なくとも1つの第2の外側極面および少なくとも1つの第2の内側極面を有するさらなるマグネトロン磁石-ダイポールの配置であって、スパッタ面に向かう方向において見たとき、つまり、ターゲットに向かう上面図において見たとき、少なくとも1つの第2の内側極面は、第1の外側極面および少なくとも1つの第2の外側極面のループ内にあり、少なくとも1つの第2の外側極面は第2の内側極面から離れており、第2の外側極面は、対処されたような一方の磁極性を有し、第2の内側極面は、対処されたような他方の磁極性を有する、さらなる磁石-ダイポールの配置と
を備えるスパッタリング装置によってさらに解決される。
本発明による装置の一実施形態では、少なくとも1つの第2の外側極面は、スパッタ面に向かう方向において見たとき、つまり、ターゲットに向かう上面図において見たとき、第1の外側極面の外側に位置付けられる。
本発明による装置の一実施形態では、第2の外側極面は、スパッタ面に向かう方向において見たとき、基板保持体において基板の周囲の外側に位置付けられる。
本発明による装置の一実施形態では、第2の外側極面は、スパッタ面に向かう方向において見たとき、ターゲットの周囲の外側に位置付けられる。
本発明による装置の一実施形態では、マグネトロン磁石-ダイポールの配置およびさらなる磁石-ダイポールの配置は、マグネトロン磁石-ダイポールの配置によって発生させられるマグネトロン磁界の力線およびさらなる磁石-ダイポールの配置によって発生させられるさらなる磁界の力線が、スパッタ面に向かう方向において見たとき、閉ループの少なくとも一部に沿って相互に平行となるように調整される。
本発明の実施形態による装置の一実施形態では、ターゲットは強磁性材料のものである。
本発明による装置の一実施形態では、第1の外側極面はスパッタ面の一部である。
本発明による方法の一変形では、少なくとも1つの第2の内側極面はスパッタ面の一部である。
本発明による装置の一実施形態では、少なくとも1つの第2の内側極面は、スパッタ面から離れている。
本発明による装置の一実施形態では、少なくとも1つの第2の内側極面は、例えば基板の後といった、基板平面に対してスパッタ面の反対に位置付けられる。
本発明による装置の一実施形態では、少なくとも1つの第2の外側極面は、ターゲット平面と平行に見たとき、つまり、側面図において見たとき、以下の位置、すなわち、
・ 基板平面に対してターゲット平面の反対の位置、
・ 基板平面と整列させられた位置、
・ ターゲット平面と基板平面との間で、ターゲット平面より基板に近い位置、
・ ターゲット平面と基板平面との間で、ターゲット平面より基板平面から離れた位置、
・ ターゲット平面と基板平面との間で、基板平面とターゲット平面とから等距離の位置、
・ ターゲット平面と整列させられた位置、
・ ターゲット平面に対して基板平面の反対の位置
のうちの少なくとも1つにある。
本発明による装置の一実施形態では、第1の内側極面は、スパッタ面に向かう方向において見たとき、さらなる閉ループである。
本発明の対処された実施形態による装置の一実施形態では、第2の内側極面は、スパッタ面に向かう方向において見たとき、前記さらなる閉ループ内にある。
本発明による装置の一実施形態では、第1の内側極面の少なくとも一部と前記第2の内側極面の少なくとも一部とは、スパッタ面に向かう方向において見たとき、重なり合う。
本発明による装置の一実施形態では、第1の外側極面のループは最大ループ直径を有し、少なくとも1つの第2の外側極面は、スパッタ面に向かう方向において見たとき、最大直径の一方の側における少なくとも1つの第2の極面の限定された程度の配置と、最大直径の他方の側における少なくとも1つの第2の極面の限定された程度のさらなる配置とを含む。
本発明の対処された実施形態による装置の一実施形態は、スパッタ面に向かう方向において見たとき、最大直径の一方の側において第1の直線的な軌跡に沿って延びる第1の外側極面の第1の脚部と、最大直径の他方の側において第2の直線的な軌跡に沿って延びる第1の外側極面の第2の脚部とを備え、スパッタ面に向かう方向においてなおも見たとき、一の配置は第1の脚部に沿って延び、さらなる配置は第2の脚部に沿って延びる。
本発明の対処された実施形態による装置の一実施形態では、第1の脚部および第2の脚部は、スパッタ面に向かう方向において見たとき、直線的であり、つまり、真っ直ぐである。
本発明の対処された実施形態による装置の一実施形態では、第1の脚部および第2の脚部は、スパッタ面に向かう方向において見たとき、互いに対して平行である。
本発明による装置の一実施形態では、上記で対処されたような配置、および、上記で対処されたようなさらなる配置は、スパッタ面に向かう方向において見たとき、それぞれの直線的な軌跡に沿って延びる。
本発明の対処された実施形態による装置の一実施形態では、一の配置およびさらなる配置は、スパッタ面に向かう方向において見たとき、直線的に延び、つまり、真っ直ぐである。
本発明による装置の一実施形態では、一の配置およびさらなる配置は、前記スパッタ面に向かう方向において見たとき、それぞれの脚部の傍らにそれぞれの一定の間隔を伴って延びる。
本発明による装置の一実施形態では、真空筐体の真空に曝される面の一部が少なくとも1つの第2の外側極面である、または、真空筐体に装着される部品の真空に曝される面が少なくとも1つの第2の外側極面である。
本発明による装置の一実施形態は、少なくとも1つのさらなる真空処理装置を備え、一方における基板保持体と、他方におけるターゲット保持体および少なくとも1つのさらなる真空処理装置とは、互いに対して駆動して移動可能であり、基板保持体をスパッタ面にわたって通過させ、基板保持体を、少なくとも1つのさらなる真空処理装置へと、または、少なくとも1つのさらなる真空処理装置から通過させる。
対処された実施形態による装置の一実施形態は、スパッタ面および少なくとも1つのさらなる真空処理装置に対して、移動可能であり、一実施形態では共通して移動可能である2つ以上の対処された基板保持体を備える。
本発明による装置の一実施形態では、対処されたさらなる真空処理装置の少なくとも1つは、本発明による、または、少なくとも本発明の実施形態による、対処されたようなスパッタリング室である。
本発明による装置の一実施形態において、提供されているようなスパッタリング装置のうちの少なくとも1つでは、そのスパッタ面に向かう方向において見たとき、マグネトロン磁石-ダイポールの配置とさらなる磁石-ダイポールの配置とは、マグネトロン磁石-ダイポールの配置によって発生させられるマグネトロン磁界と、さらなる磁石-ダイポールの配置によって発生させられるさらなる磁界との重畳から生じる合成磁界の力線が、スパッタ面と整列させられると、スパッタ面または基板保持体の支配的な部分にわたって方向の軸の方向において平行に延びるように構築され、少なくとも1つの基板保持体の相対移動は、方向の軸に対して一定の角度の配向でスパッタ面を通過するような様態で制御される。
本発明による装置の一実施形態では、基板保持体は、スパッタ面から遠くにある回転軸の周りに駆動して相対的に回転可能である。
本発明による装置の一実施形態では、回転軸は、基板平面における法線と、両方の限度を含む0°から45°の間の角度で交差する。一実施形態では、交差する角度は0°であり、したがって回転軸は、対処された法線と平行である。
本発明による装置の一変形では、回転軸は、基板平面における法線と、両方の限界を含む45°から90°の間の角度で交差する。一実施形態では、この角度は90°であり、したがって回転軸は、対処された法線に対して垂直である。
本発明による装置の一実施形態では、回転軸は、ターゲット平面における法線と、両方の限度を含む45°から0°の間の角度で交差する。回転軸が、対処された法線と0°の角度で「交差」する変形では、回転軸は、対処された法線と実際には平行であり、つまり、ターゲット平面に対して垂直である。
本発明による装置の一変形では、回転軸は、ターゲット平面における法線と、両方の限度を含む45°から90°の間の角度で交差する。回転軸が、対処された法線と90°の角度で「交差」する変形では、回転軸は、対処された法線に対して実際には垂直であり、つまり、ターゲット平面と平行である。
本発明による装置の一実施形態では、ターゲットは強磁性材料のものである。
本発明による装置の一実施形態では、マグネトロンダイポール配置とさらなるマグネトロン磁石-ダイポールの配置とは、少なくとも互いに対して不動である。それらは、移動可能である場合、一群として一緒に移動可能である。
本発明による装置の一実施形態では、ターゲット平面と基板平面とは平行な平面である。
対処された装置の発明、または、対処されたような装置の一つ一つの実施形態は、矛盾していない場合、実施形態のうちの1以上、または、対処されたような他の実施形態の1以上と組み合わされてもよい。
本発明は、図を用いてさらに例示されている。
「極面」という用語を定義するように、ターゲットと極面とを伴う最も単純化された真空筐体の図である。 本発明の方法および装置による一般的な手法を概略的および発見的に示す側面図である。 図2のさらなる磁界を発生させる点に関する、概略的に単純化された本発明による装置の異なる実施形態または方法の異なる変形の図2の描写と類似の描写の図である。 基板に隣接してさらなる磁界を発生させる点に関する、本発明による実施形態または変形の、ターゲットを示していない図3の描写と類似の描写の図である。 本発明による装置の実施形態または方法の変形における極面の相互の位置決めを示す概略的で単純化された上面図である。 本発明による装置の実施形態または方法の変形における極面の相互の位置決めを示す、図5の上面図と類似の概略的で単純化された上面図である。 合成磁界によって層堆積に影響することを特に考慮して、本発明による装置の実施形態または方法の変形における極面の相互の位置決めを示す、図5または図6の上面図と類似の概略的で単純化された上面図である。 合成磁界を整列磁界として利用するために、スパッタ面から基板に向かう間隔からの依存における磁界強度の分布を定性的に示す図である。 本発明の実施形態および変形によって実現されるような、強磁性層の磁気異方性を概略的および発見的に整列している上面図である。 本発明による実施形態および変形の極面の概略的に単純化された相互の位置および形の上面図である。 本発明による実施形態および変形の極面の概略的に単純化された相互の位置および形の、図10の描写と類似の描写の図である。 本発明の実施形態および変形の単純化された概略の側面図である。 図12の実施形態および変形の極面の相互の位置および形を単純化して概略的に示した上面図である。 本発明による少なくとも1つのスパッタリング装置を通過する複数の基板が移動させられる本発明の実施形態または変形の図である。 本発明による少なくとも1つのスパッタリング装置を通過する複数の基板が移動させられる本発明の実施形態または変形の図である。 本発明による少なくとも1つのスパッタリング装置を備え、本発明による方法を実施する真空処理装置を概略的に単純化して示した上面図である。 本発明による少なくとも1つのスパッタリング装置を備え、本発明による方法を実施する真空処理装置を概略的に単純化して示した側面図である。 磁気異方性を一様に整列させるように、合成磁界に対して維持される基板の空間配向を概略的に示す図である。 図17による装置における基板のための配向制御を機能的なブロック図で示す概略的に単純化された上面図である。
図2は、本発明の方法および装置による一般的な手法を、概略的および発見的に、つまり、非科学的な手法で示している。真空筐体または受容器(図2では示されていない)の中に、ターゲット保持体3に装着されたターゲット1が提供されている。電気供給源5および陽極7によって概略的に示されているように、ターゲット1は陰極として電気的に動作させられる。ターゲット保持体3は、ターゲット保持体3に装着されたターゲット1が延びるのに沿う軌跡としてターゲット平面9を定めている。スパッタされたターゲット1の面はスパッタ面11である。
基板13が、ターゲット1からのスパッタされた材料を含む材料でスパッタ被覆される面15を有する。基板13は、基板保持体17によって保持された基板13が延びるのに沿う軌跡として基板平面19を定める基板保持体17に装着されている。
マグネトロンスパッタリングに精通している当業者にはよく知られているように、スパッタ面11に沿って、反応空間Iでは、マグネトロン磁界Bが生成される。マグネトロン磁界Bは、その磁力線によって示されているように、太線によって示された第1の外側極面20から発する。第1の外側極面は、スパッタ面11に向かう方向S1において見たとき、つまり、ターゲット1に向かう上面図において見たとき、スパッタ面11に沿ってループになる。
マグネトロン磁界Bは、図2において太線によって示されてもいる1以上の第1の内側極面22に衝突する。第1の内側極面22は、点線によって示されてもいる単一の極面であり得る。
図2では、不動の磁気ダイポール配置24が、明確性の目的のために、マグネトロン磁界Bのループの右手側のみにおいて概略的に示されている。
方向S1において見たとき、つまり、スパッタ面11またはターゲット平面9に向かって、第1の外側極面20は、1以上の第1の内側極面22の周りに閉ループを形成する。図2では、第1の外側極面20は磁気的なN極性を有し、少なくとも1つの第1の内側極面22はSの磁極性を有する。これらの極性は逆にされてもよい。
マグネトロン磁界Bの方向は、ターゲット平面9と平行な成分Bmxと、ターゲット平面9に対して垂直な成分Bmzと見なされてもよい。
成分Bmxがマグネトロンの電子捕獲効果を支配し、したがって、スパッタ面11に隣接するそれぞれのプラズマ密度と、それぞれ形成されたレーストラック、つまり、スパッタ面11における腐食プロフィールとを支配することは、当業者にはよく知られている。より明白には、これらの成分Bmxはスパッタ面11に沿っており、レーストラックがより大きくなると、ターゲット材料の利用はより良好になる。
マグネトロン磁界Bの効果を向上させるために、本発明によれば、さらなる磁界Bが発生させられる。図2において概略的に示されているように、このさらなる磁界Bは、反応空間Iにおける軌跡において見なされ、前記軌跡におけるBおよびBの重畳から生じる合成磁界Bが、その軌跡における成分Bmxより大きいターゲット平面9と平行な成分Brxを有するように、反応空間Iにおいて発生させられる。図2から完全に明確であるように、さらなる磁界Bは、対処された向上を達成するために、方向xにおけるマグネトロン磁界Bの極性の方向と等しい方向において極性を持たされる。Bが消滅しない方向成分Baxを有する反応空間Iの軌跡ごとにおいて、このような向上はスパッタ面11の支配的な領域に沿って達成される。
図2に負担を掛け過ぎないように、図3および図4は、図2の描写と類似の描写で、さらなる磁界Bを発生させるための異なる可能性を示している。
対処されるすべての極面の磁極性は、図2によるマグネトロン磁界Bのための極面20および22の極性に基づかれている。すべてのこれらの磁極性は、一般的に逆にされてもよい。
図3によれば、さらなる磁界Bは第2の内側極面30と第2の外側極面32との間で発生させられる。
第2の内側極面30は、例えば基板13の後といった、基板平面19に関してスパッタ面11の反対に位置付けられる。第2の内側極面30は、後で検討されているように、いずれの場合でも、ターゲット1に向かう上面視S1において見られる第1の外側極面20のループ(図2参照)の内側において、基板保持体17の中心領域とさらに整列させられる。第1の内側極面22と類似して、第2の内側極面30は、複数のそれぞれの極面領域で分割されてもよい。
第2の外側極面32は、ここでも方向S1において見たとき、第1の外側極面20(図2参照)のループの外側に位置付けられている。図3によれば、S2によって示されているように、ターゲット平面9と平行な方向yにおいて、延いては、マグネトロン磁界ループの伝播の方向において見たとき、第2の外側極面または面32は、
(a) 基板平面19に対してスパッタ面11またはターゲット平面9の反対の位置、
(b) 基板平面19と整列させられた位置、
(c) 基板平面19とターゲット平面9との間で、ターゲット平面9より基板19に近い位置、
(d) 基板平面19およびターゲット平面9に対して中央とされ、したがって、基板19とターゲット平面9とから等距離の位置、
(e) 基板平面19とターゲット平面9との間で、基板平面19よりターゲット平面9に近い位置、
(f) ターゲット平面9と整列させられた位置、
(g) スパッタ面11に対して基板平面19の反対の位置
に位置付けられる。
それでもなお、1以上の第2の外側極面32は、方向S1において見たとき、第1の外側極面20のループの外側にある。
なおもこの方向S1において見たとき、第2の外側極面32は、第1のループする外側極面20(図2参照)に沿ってループを形成できる。この場合、単一の第2の外側極面32が提供される。
代替で、または、場合によっては追加で、2つ以上の異なる第2の外側極面32が第1の外側極面20のループに沿って提供されてもよい。
図3において、異なる可能性のある場所(a)~(g)における第2の外側極面32は、さらなる磁界Bの右手側の部分について示されていないことは、留意されたい。さらに、大まかな態様において、単一の第2の外側極面32または2つ以上の第2の外側極面32の(a)~(g)によって示されているような位置は、第1の外側極面20のループに沿って変化してもよく、つまり、異なる位置(a)~(g)において、複数の第2の外側極面または単一の第2の外側極面が設けられてもよい。
図3では、さらなる磁界Bを発生させる磁気ダイポール配置が符号34で示されている。
極面32および30はここでも、以下の図における極面の描写についても有効である太線によって、図3において概略的に示されている。
さらなる磁界Bを調整するための代替の可能性が、図3において点線でのB’で示されている。ここで、第2の内側極面30’はスパッタ面11の一部として提供されている。BおよびB’によってさらなる磁界を発生させる組み合わせも可能であることは、留意されたい。いずれの場合でも、第2の1以上の第2の外側極面32についての様々な可能性(a)~(g)が、Bおよび/またはB’を発生させることに関係なく有効である。
明らかであるように、本発明は、それ自体は一般的に知られているマグネトロン磁界Bに加えて、さらなる磁界B、B’を使用する。これは、図3における符号34の追加の磁気ダイポール配置を必要とする。本発明の1つの変形および実施形態では、このような追加の磁気ダイポール配置は、真空筐体4の壁2(図1参照)の外側に位置付けられる。
図4は、図2または図3の描写と類似の描写において、例としてこのような変形および実施形態を示しており、それによって、図3の(a)に従う位置において、1以上の第2の外側極面32で、変形でのさらなる磁界Bを発生させている。磁気ダイポール配置34は、真空筐体4の壁2の外側に設けられている。ターゲット保持体、ターゲット、および、それぞれの極面によるマグネトロン磁界は、図4では示されていない。
真空筐体4の壁2は、スパッタ処理真空を、特には環境雰囲気である異なる気体の雰囲気Uから分離する。1以上の第2の外側極面32は、壁2の内側の処理真空に曝される面2に位置する。その面2における第2の内側極面30も同様である。さらなる磁気ダイポール配置34は、例えば環境雰囲気にといった、反応空間Iにおいて広がる真空スパッタ雰囲気の外側に位置付けられる。
さらなる磁界Bおよび/またはB’のための磁気ダイポール配置34を、反応空間Iにおける真空スパッタリング雰囲気から離して提供する一般的な概念は、図3およびその記載に従ってさらなる磁界B、B’を発生させる任意の変形から理解できる。
図4による例、つまり、少なくとも1つの第2の外側極面32と、少なくとも1つの第2の内側極面30とを基板平面19に隣接する真空筐体4の壁2の部分の内側面2に沿って有することは、それぞれの基板保持体17を伴う1以上の基板13が、図4において双方向または単方向の矢印Mによって概略的に示されているように、ターゲット1を通過するように移動させられる場合、特に適している。
ここまで、我々は、方向S1において見たとき、マグネトロン磁界Bについて、および、さらなる磁界B、B’について、極面の相互の位置決めを最終的に検討してこなかった。実際、この位置決めは、図3による方向S2において見たとき、極面の複数の位置から実質的に独立して選択され得る。方向S1において見られる対処された相互の位置決めに関して、我々は、1以上の第2の内側極面30(図3)が、ループする第1の外側極面20(図2)の内側に配置されるべきことと、少なくとも1つの第2の外側極面32(図3)が、ループする第1の外側極面20の外側に配置されるべきこととを記載してきただけである。
図5は、方向S1において見たとき、極面同士の相互の位置決めの概略的な実施形態を例示している。ループする第1の外側極面20は、例として、磁極性Nの円形のループを形成している。第1の外側極面20のループの内側には、磁極性Sを伴う内側極面22(図2参照)が設けられている。図5の例では、1つの第1の内側極面22が、第1の外側極面20のループと同心の円形のループを形成している。第2の外側極面32は、この例においても、第1の外側極面20と同心で、第1の外側極面20のループの外側でループしており、したがってこの例では、第1の外側極面20のループから一定の間隔にある。
少なくとも1つの第2の内側極面30または30’(図3参照)であって、ここでは1つだけの第2の内側極面が、第1の外側極面20のループの内側に位置決めされているが、ここでは任意に選択された位置にある。
マグネトロン磁界Bの方向とさらなる磁界BまたはB’の方向とは、方向S1において見たとき、それらの磁力線によって発見的に描写されている。見られるように、マグネトロン磁界Bの方向と、さらなる磁界BまたはB’の方向とは、方向S1において見たとき、それぞれの可変角度αで反応空間Iにおける多くの軌跡と交差する。このような変形または実施形態は、本発明による一般的な手法に該当するが、合成磁界Bは、マグネトロンレーストラックの伝播方向PRに対して傾斜させられる方向を有する。
したがって、マグネトロン効果は、一方では、ターゲット平面と平行な磁界成分を増加させることで向上させられるが、他方では、マグネトロン電子捕獲を逃れたマグネトロン伝播方向PRから離れる電子を加速させることで阻害されてしまう。
図6による本発明のさらなる変形および実施形態では、マグネトロン磁界Bの方向とさらなる磁界B、B’の方向とは、方向S1において見たときに相互に平行である。図6の変形または実施形態は、少なくとも1つの第2の内側極面30、30’が第1の内側極面22のループの内側にある点においてのみ、図5の変形または実施形態とは異なる。代替の実施形態または変形では、第1の内側極面22と第2の内側極面30、30’とは相互に重なり合う。
図5を考慮して、我々はαを限度内とするように実現することを提案する。
0≦α≦2°
例えば図2、図3、図4から分かるように、マグネトロン磁界Bとさらなる磁界B、B’との重畳から合成磁界Bは、基板13のスパッタ被覆される面15に沿っても存在する。したがって、追加的にターゲット1からのマグネトロンスパッタリングを向上させるために、本発明による方法および装置は、スパッタ被覆される基板13の面15における層堆積に明確に影響を与えるように調整され得る。
例えば図3からすでに明らかなように、合成磁界Bにおけるさらなる磁界B、B’の影響は、ターゲット平面9に隣接するよりも基板平面19に隣接することでより顕著になるように調整され得る。
1つの変形および実施形態では、マグネトロン磁界Bとさらなる磁界B、B’との重畳から生じる合成磁界Bは、少なくとも層の広がりの主要な部分において、一方向性となるようにスパッタ堆積されるような強磁性層における磁気異方性の方向を定めるように、つまり、強磁性層における磁気異方性の方向を制御するように、利用される。この変形および実施形態では、ターゲット保持体3に装着されたターゲット1、または、ターゲット保持体3に装着されるターゲット1は、強磁性材料のものである。
本発明による方法の変形および装置の実施形態の一般的な手法は、図7に示されている。この図は、方向S1において見たとき、極面同士の相互の位置を示している。図7に示されているような極面の形は、実際に利用された形ではほとんどないが、特定の用途に従って、それぞれの形を大きくは自由に調整されることを示している。
それぞれの極面について、ここまでの記載を通じて使用されたのと同じ符号が図7において使用されている。
一般的には、ループする第1の外側極面20は、例えばターゲット1の特定の形といった、基板13などの必要とされるようなループの形を有し得る。したがって、第1の内側極面または面22は、ループとして、または、単一または複数の極面として、第1の外側極面20のループの特定の形に適合される。
第1の外側極面20のループは最大直径Dmaxを有する。
最大直径Dmaxの両側および第1の外側極面20のループの外側には、第2の外側極面32が、最大直径Dmaxに沿ってそれぞれの距離に沿って延びる2つ以上の異なる極面32aおよび32bによって実現されている。異なる第2の外側極面32aおよび32bの形およびそれぞれの位置は、マグネトロン磁界Bおよびさらなる磁界B、B’の重畳から所望の合成磁界Bを達成するようにここでも選択され、合成磁界Bは、ここでは「整列磁界」ということができる。
図3を考慮すると、磁気異方性の方向を、基板13におけるスパッタリグによって堆積させられた強磁性層に沿って整列させるための合成磁界Bの利用について、基板13および特には、スパッタ被覆されるその面15は、マグネトロン磁界Bに対してどちらかと言えば遠い磁界領域と、どちらかと言えばさらなる磁界B、B’の近くの磁界領域とに位置付けられている。これは、図8において概略的および定性的に表されている。座標dは、ターゲット1のスパッタ面11から、鉛直方向において、スパッタ被覆される面15の位置に従う値dまでの距離で対処している。基板平面19およびターゲット平面9と平行なマグネトロン磁界Bの磁界成分の強度はdに向けて減少する一方で、さらなる磁界B、B’の成分のそれぞれの強度はdに向けて上昇する。これは、図3を考慮して、特に変形(a)、(b)、(c)のうちの1つに従って、第2の外側極面32の位置を適切に選択することで達成できる。
それによって、さらなる磁界Ba、Ba’がマグネトロンスパッタリングを向上させることをなおも達成するが、追加的に、基板13の面15に堆積させられるスパッタである強磁性材料層に沿って、方向の軸と平行な、磁気異方性の一方向性の整列を提供する。
同じく図3を考慮して、(a)に従って第2の外側極面32を位置決めする実施形態または変形は、一方で、図8に従って磁界強度の所望の分布を達成し、他方で、壁2を伴う真空筐体4の外側にダイポール配置34(図4参照)を提供することができることは、留意されたい。
図5および図6の検討から明らかなように、さらなる磁界B、B’は、方向S1において見たとき、マグネトロン磁界Bとできるだけ平行になるべきである。これは、さらなる磁界B、B’が、整列磁界として利用される場合、つまり、所定の基準方向に対して、または、基板にわたって、つまり、堆積させられるような層の面での広がりにわたって、配向軸に対して、磁気異方性の方向を、スパッタ堆積されるような強磁性材料層においてその強磁性材料層に沿って整列させる目的で利用される場合にも広がる。
図9では、スパッタ堆積されるような強磁性層における磁気異方性における合成磁界Brの効果が発見的に示されている。整列磁界Bを適用することなく、堆積させられている、または、堆積させられるような層14の強磁性材料では、磁気異方性は、容易軸eおよび困難軸hによって概略的に示されているように、不均一に分布させられる。
本発明による合成磁界Bを、軸rに沿って、スパッタ堆積された層材料の支配的な領域にわたって均一に適用することで、層14の材料における磁気異方性は、一方向性に作られ、つまり、容易軸と、それぞれの困難軸とは、eおよびhによって示されているように、それぞれの単一の方向e2dにおいて整列されることになる。それによって、適用された合成磁界Bの方向rに対する、例えば容易軸の一方向性に整列された異方性の交差する角度βは、0°に非常に近くなる。
図10は、図7の描写と類似の描写で、本発明のさらなる実施形態および変形を示している。この変形および実施形態によれば、第1の外側極面20は、最大直径Dmaxの一方側における第1の脚部21と、最大直径Dmaxの他方側における第2の脚部21とを有する。脚部21および21はそれぞれの直線的な軌跡LおよびLに沿って延びている。脚部は、それ自体で必ずしも直線的、つまり真っ直ぐである必要はなく、前後に湾曲させられてもよい、または、それぞれの直線的な軌跡L、Lに対して曲げられてもよい。最大直径は直線的な軌跡Lに沿って延びている。
はLと角度αで交差し、LはLと、図10では約0°である角度αで交差する。
異なるさらなる形が以下のように可能である。
(1) α=αであり、2つの脚部21および21が平行な軌跡L、Lに沿って延びる。
(2) α=α=0°であり、脚部がそれ自体で追加的に直線的であり、Dmaxにおいて鏡像とされる場合、結果的に、図11に示されているような第1の外側極面20のループの形になる。
図11の実施形態では、マグネトロン磁界Bは、方向S1において見たとき、Dmaxの支配的な長さの範囲に沿って、直径Dmaxに対して垂直に現れる。
図10によれば、第2の外側極面32の2つの部分32および32は、それぞれの直線的な軌跡LおよびLに沿って延びている。これらの部品は、それ自体で必ずしも直線的である必要はなく、前後に湾曲させられてもよい、または、それぞれの直線的な軌跡L、Lに対して曲げられてもよい。
はLと角度αで交差し、LはLと角度αで交差する。
異なるさらなる形態が以下のように可能である。
(3) α=αであり、2つの部分32および32が平行な軌跡L、Lに沿って延びる。
(4) α=α=0°であり、部分32および32がそれ自体で追加的に直線的であり、Dmaxにおいて鏡像とされ、さらに追加的に、(2)において先に対処されたすべての条件が広がる場合、結果的に、図11に示されているような第1の外側極面20のループの形と、第2の外側極面32の部分32および32の形および位置決めとになる。
本発明のこの変形および実施形態では、特に、図8において概略的に示されているような磁界強度の進路の場合、以下の結果となる。
a) マグネトロン効果がさらなる磁界B、B’によって相当に向上させられる。
b) さらなる磁界B、B’は、先に対処されているような整列磁界とされ得る、または、そのような整列磁界として使用される。
図11では、強磁性材料でスパッタ被覆され、磁気異方性の方向が一方向性で整列されることになるのに沿う基板13の領域15mが、点線で示されている。
さらには、図11に示されているように、第1および第2の内側極面22、30、30’は、一般的には、相互に重なり合う単一の面であり得る、または、単一の共通の極面によって実現され得る。
例えば図3での文脈において検討してきたように、(a)に従っての第2の外側極面32と、符号30において示されているような第2の内側極面とを提供することは、ターゲット1と、マグネトロン磁界Bを発生させるダイポール配置とを備えるマグネトロンから遠くにさらなる磁界Bを発生されるためにダイポール配置34を柔軟に位置決めする能力を開く。ダイポール配置34は、スパッタ被覆される基板13の一方の側に位置付けられ、マグネトロンは他方の側に位置付けられ得る。特には、ダイポール配置34は、基板13がスパッタ被覆される反応空間Iの外側に位置決めされ得る。
これは、図12において単純化された手法で概略的に示されているように、本発明による変形および実施形態をもたらす。
真空筐体40が、反応空間Iを画定する2つの相対する壁42および43を有する。
真空ポンプ46によって概略的に示されているように、反応空間Iは、スパッタリング雰囲気条件において動作させられる。基板13は、スパッタリング動作において、基板保持体17に保持される。ターゲット1と、ターゲット1のスパッタ面に沿ってマグネトロン磁界Bを発生させるためのマグネトロンダイポール配置(図示せず)とを含むマグネトロン48が、壁42に沿って装着されている。
磁気ダイポール配置34は、反応空間Iにおける真空処理雰囲気と、特には環境雰囲気Uである非真空の処理雰囲気との間の境界面を形成する内側面43の後に、または、内側面43に沿って、装着される。図3に従って、符号32はここでも第2の外側極面に対処しており、符号30は第2の内側極面に対処している。この配置は、それぞれの基板保持体17を伴う1以上の基板13が、後で対処されているように、直線的な移動で、または、円形の移動でといった、反応空間Iに沿って、ターゲット1にわたって、二重矢印Mで示されているように駆動して移動可能である場合に特に適している。
図13は、図12に示されているような本発明の実施形態または変形において実現される極面の相互の位置決めおよび形をここでも概略的に単純化して示している。図11に提供された説明を考慮して、図13における極面の位置決めおよび形は、さらなる説明を必要としない。
1以上の基板13の移動Mが、座標z方向と一致する方向S1において見たとき、さらなる磁界Bおよびマグネトロン磁界Bと平行であり、そのためこの配置は、1以上の基板13にスパッタ堆積させられた強磁性材料層において、1以上の基板13の面全体にわたって対処されたような一方向性の磁気異方性を定めるのに完全に適していることは、留意され得る。
図14は、本発明の方法の変形による、または、本発明の装置の実施形態による最も概略的な基板13を示しており、基板13は回転軸Aの周りに駆動して回転可能になっている。それによって、それぞれの基板保持体(図示せず)の基板平面における法線nは、軸Aと、両方の限度を含む45°から0°の間である角度φで交差する。角度φが0°である場合、法線nは軸Aと平行であり、回転軸Aは、平面の軌跡LPに沿って配置されているそれぞれの基板平面に対して垂直である。
図15は、本発明の方法の変形による、または、本発明の装置の実施形態による最も概略的な基板13を示しており、基板13は回転軸Aの周りに駆動して回転可能になっている。それによって、それぞれの基板保持体(図示せず)の基板平面における法線nは、軸Aと、両方の限度を含む45°から90°の間である角度φで交差する。角度φが90°である場合、法線nは軸Aに対して垂直であり、回転軸Aは、円筒の軌跡LCに沿って配置されているそれぞれの基板平面と平行である。
図14の変形または実施形態では、回転軸Aは、ターゲット1のターゲット平面に対して特に垂直とでき、一方、図15の変形または実施形態では、回転軸はターゲット1のターゲット平面と特に平行とできる。
図16は、本発明によるスパッタリング方法または基板製造方法を実施する本発明による真空処理装置45を概略的に単純化して示している。主に、真空処理装置45は、φ=0°と、それぞれのターゲット平面と平行な軸Aとを伴う図15の変形または実施形態に従って構築されている。真空処理装置45は、本発明により、図11~図13の変形または実施形態により、場合によっては、図10の変形または実施形態にもよる、整列ステーション50とも呼ばれる少なくとも1つのスパッタリングおよび整列の装置を備える。真空処理装置45は、軸Aを伴い、内側円筒面52を伴う外側の不動の円筒52と、軸Aと同軸に、外側面54を伴う内側の不動の円筒54とを備える。内側面52と外側面54とは、汲み上げ構成56によって汲み上げられる円筒形の反応空間Iを共同して定めている。
円筒形の反応空間Iの中において、基板保持体回転コンベア57が、軸Aの周りに回転可能ωであり、駆動部58によって制御可能に駆動される。基板保持体回転コンベア57は、真空処理される複数の基板13を保持する。スパッタおよび整列のステーション50を考慮して、マグネトロン48は、例えば外側円筒52に装着され、一方、整列磁界Bを発生させるためのダイポール配置34は、反応空間Iの外側で、内側円筒54に装着される。基板13のすべての領域は、S1方向と一致する、z方向において見たときにBおよびBと平行である移動方向で、スパッタおよび整列のステーション50を通過する。したがって、基板13に堆積された強磁性層における磁気異方性の方向は、1つの基準方向の軸r(図9参照)に対して整列させられる。基板は、例えば円形の板の形、長方形、または正方形といった任意の形のものであり得る。強磁性材料の複数の薄い層が、基板13をそれぞれのスパッタおよび整列のステーション50に続いて通過させることで、基板に堆積させることができ、場合によっては、例えばスパッタステーション51によって、中間の非強磁性の層を堆積させる。
図16による装置では、スパッタおよび整列のステーション50のターゲットが強磁性材料のものであることは、留意されたい。それでもなお、一方もしくは他方、またはすべてのスパッタおよび整列のステーション50に非強磁性のターゲットを提供し、マグネトロン効果を向上させるだけのために、発明的に適用されたさらなる磁界を利用することも可能である。そのため、これらのステーション50は、スパッタリングおよび整列のステーションと言うよりは、向上したスパッタリングステーションになる。
さらに、図16の実施形態では、マグネトロン48は内側円筒54に装着でき、ダイポール配置34は、外側円筒52に、または、外側円筒52に沿って装着できる。これは、内側円筒54が中空とされ、例えばターゲット1の交換といった、マグネトロン48の容易な取り扱いを可能にする場合、特にそうである。
明らかなように、真空処理装置45は、本発明による1以上のスパッタおよび整列のステーション50と、本発明による1以上の向上したスパッタリングステーション50と、エッチングステーション、スパッタリングステーションなどの1以上のさらなる真空処理ステーション51とを備え得る。
図16の実施形態または変形では、基板は、軸Aに対して径方向を指す延長した面における法線Nを伴って、軸Aの周りに回転させられる。
図16および図17は、本発明によるスパッタリング方法または基板製造方法を実施する本発明によるさらなる真空処理装置55を、概略的に単純化して示している。この変形または実施形態は、ターゲット平面に対して垂直な回転軸Aを伴う図14の変形または実施形態と一般的に一致する。
この実施形態または変形では、基板13は、複数の基板13のための円板または環に成形された基板回転コンベア67に置かれる。円板または環に成形された基板回転コンベア67は、軸Aの周りに回転可能であり、駆動部68によって制御可能に駆動させられる。真空筐体60は、円板または環に成形された反応空間Iを定め、円板または環に成形された基板回転コンベア67は回転可能である。軸Aと同軸な円筒の壁69以外に、真空筐体60は、内側面70を伴う上壁70と、軸Aに対して垂直に延びる内側面72を伴う下壁72とを備える。基板13は、軸Aと平行な延長した面における法線Nを伴って、基板保持体回転コンベア67の周囲に沿って配置される。
スパッタリングおよび整列のステーション50では、磁気ダイポール配置34は、反応空間Iの外側において、下壁72に沿って、または、下壁72の外側に装着され、マグネトロン48は上壁70に装着される。本発明によるスパッタおよび整列のステーション50は、軸Aの周りで回転させられるとき、基板13の移動経路と整列して装着される。
図16による変形および実施形態と類似して、図17の変形および実施形態でも、複数のスパッタおよび整列のステーション50が、スパッタステーション51によってスパッタ堆積させられるような非強磁性材料の介在させられた層を場合によっては伴って、複数の薄い強磁性層を基板13に堆積させるように提供され得る。
ステーション50が、強磁性材料のそれぞれ堆積させられた層における方向の軸に沿って磁界を整列させるために利用されないが、向上したマグネトロンスパッタリングステーションとしてのみ利用される場合、基板13は、図16の実施形態におけるこのような場合についても広がっているそれらの中心軸A13の周りで駆動して回転ω13させることができる。
スパッタリングステーションを整列ステーションとして利用することを考慮して、基板13が、軸r(図9参照)に沿って堆積させられるような強磁性の層において磁気異方性を整列させるためにこのようなステーション50を通過して移動させられる場合、基板は、ステーション50の合成磁界Bの方向に対して一定の方向の配向を維持してステーション50を通過すると見なすべきである。これは、図18において例示されている。
不動のステーション50は、方向S1において見たとき、直線的な軌跡L50に従って、一様な合成磁界Bを一方向において発生させる。基板13は、ステーション50に対して移動M13させられ、それによって、基板の完全に延びた面は、磁界Bの領域を通過する。V13は、x/y平面における基板13の配向を指示している。少なくとも、基板13がステーション50の磁界Bに曝されることになる時間の長さの間、基板13の配向V13と軌跡L50との間の角度γは一定に保たれるべきである。
図16による変形および実施形態では、これは実現されている。
図17による変形および実施形態では、軸Aの周りでの回転移動において通過する基板13の移動は、スパッタおよび整列のステーションとして作用する1以上のステーション50が、図18との文脈で記載されているような条件を満たすために追加的に制御されるものである。
図19は、図17の変形および実施形態において図18で例示されたような条件を満たす概略的に単純化された1つの可能性を示している。
スパッタおよび整列のステーションとして作用するステーション50は、概略的に示されているように、真空受容器60に対してしっかりと装着されている。選択された角度の基準Rに関して、合成磁界Bの配向の方向の角度βは分かっている。
長方形として示されているが、任意の所望の形のものであり得る基板13は、基板保持体回転コンベア67において軸A13の周りに回転可能である。基板における基準の配向の方向は定められているため分かっている。このような基準の配向は、平坦によるとして基板13において印され得るが、基板13において物理的に認識可能である必要はない。基板保持体66の回転軸A13に結合された角度センサ74を用いて、基板の広がる配向の方向V13と、磁界Brの方向V50との間の広がる角度γ’が測定される。負のフィードバック制御ループを用いて、角度γ’は、選択された角度の値γにおいて一定となるように制御される。広がる測定された角度γ’は、差異形成ユニット76において、所望の角度γと比較され、結果生じる差異Δ、制御差異は、適切な制御装置(図示せず)を介して、負のフィードバック制御ループにおける調節部材としての、軸A13の周りでの基板保持体66のための回転駆動部80の制御入力部へと導かれる。それによって、基板13は、磁界Bの方向に対する一定の選択可能な角度γにおいて、ステーション50を通過する。
[付記項1]
マグネトロンスパッタ堆積の方法、または、マグネトロンスパッタで堆積された層で被覆された基板を製造する方法であって、
スパッタ面(11)を有し、ターゲット平面(9)に沿って延びるターゲット(1)を、真空筐体(4、40、60)に提供するステップと、
スパッタ被覆される面(15)を有する基板(13)を提供するステップと、
前記スパッタ面(11)と、スパッタ被覆される前記面(15)との間に、反応空間(I)を提供するステップと、
前記反応空間(I)においてマグネトロン磁界(Bm)を発生させるステップであって、前記マグネトロン磁界(Bm)の磁力線が前記スパッタ面(11)の第1の外側極面(20)と第1の内側極面(22)との間で弧を描き、前記第1の外側極面(20)は、前記スパッタ面(11)を向く方向(S1)において見たとき、前記スパッタ面(11)において前記第1の内側極面(22)の周りに閉ループを形成する、ステップと、
前記反応空間(I)において、少なくとも1つの第2の外側極面(32)と少なくとも1つの第2の内側極面(30)との間に、さらなる磁界(Ba)を発生させるステップと、
前記反応空間(I)において、前記マグネトロン磁界(Bm)と前記さらなる磁界(Ba)との重畳によって、合成磁界(Br)を発生させるステップであって、前記反応空間(I)における軌跡において前記ターゲット平面(9)と平行な前記合成磁界(Br)の方向成分が、少なくとも前記反応空間(I)の支配的な体積-面積において、前記軌跡において前記ターゲット平面(9)と平行な前記マグネトロン磁界(Bm)の方向成分より大きい、ステップと
を含む方法。
[付記項2]
前記合成磁界を、前記スパッタ面の支配的な表面領域に沿って発生させるステップを含む、付記項1に記載の方法。
[付記項3]
前記合成磁界を、スパッタ被覆される前記基板の前記面の支配的な表面領域に沿って発生させるステップを含む、付記項1または2に記載の方法。
[付記項4]
前記反応空間における前記マグネトロン磁界と前記さらなる磁界とを、前記スパッタ面に向かう方向において見たとき、前記さらなる磁界の力線が前記閉ループの少なくとも一部に沿う前記マグネトロン磁界の力線と平行になるように調整されるステップを含む、付記項1から3のいずれか一項に記載の方法。
[付記項5]
前記スパッタ面に向かう方向において見たとき、前記第1の外側極面の外側に前記少なくとも1つの第2の外側極面を提供する、付記項1から4のいずれか一項に記載の方法。
[付記項6]
前記第1の外側極面の磁極性と前記少なくとも1つの第2の外側極面の磁極性とを等しくなるように選択し、前記第1の内側極面の磁極性と前記少なくとも1つの第2の内側極面の磁極性とを等しくなるように選択する、付記項1から5のいずれか一項に記載の方法。
[付記項7]
前記少なくとも1つの第2の内側極面を前記スパッタ面の一部として提供する、付記項1から6のいずれか一項に記載の方法。
[付記項8]
前記少なくとも1つの第2の内側極面を、前記スパッタ面から離れて前記スパッタ面の反対に提供する、付記項1から6のいずれか一項に記載の方法。
[付記項9]
前記少なくとも1つの第2の内側極面を、前記基板に対して前記スパッタ面の反対に提供する、付記項8に記載の方法。
[付記項10]
前記ターゲット平面と平行に見たとき、前記少なくとも1つの第2の外側極面を、以下の位置、すなわち、
前記基板に対して前記スパッタ面の反対の位置、
前記基板と整列させられた位置、
前記ターゲット平面と前記基板との間で、前記ターゲット平面より前記基板に近い位置、
前記ターゲット平面と前記基板との間で、前記ターゲット平面より前記基板から離れた位置、
前記ターゲット平面と前記基板との間で、前記基板と前記ターゲット平面とから等距離の位置、
前記ターゲット平面と整列させられた位置、
前記ターゲット平面に対して前記基板の反対の位置
のうちの少なくとも1つにおいて提供する、付記項1から9のいずれか一項に記載の方法。
[付記項11]
強磁性材料となるように前記ターゲットの材料を選択し、前記合成磁界によって、前記基板にスパッタ堆積させられる前記層における磁気異方性の方向を、一方向性となるように、スパッタ被覆される前記基板の前記面の少なくとも支配的な部分に沿って制御する、付記項1から10のいずれか一項に記載の方法。
[付記項12]
前記合成磁界を、スパッタ被覆され、好ましくは一様とされる前記基板の前記面の支配的な表面領域に沿って発生させるステップを含む、付記項11に記載の方法。
[付記項13]
前記反応空間における前記マグネトロン磁界と前記さらなる磁界とを、前記スパッタ面に向かう方向において見たとき、前記さらなる磁界の力線が前記閉ループの少なくとも一部に沿う前記マグネトロン磁界の力線と平行になるように調整されるステップを含む、付記項11または12に記載の方法。
[付記項14]
前記スパッタ面に向かう方向において見たとき、前記第1の外側極面の外側に前記少なくとも1つの第2の外側極面を提供する、付記項11から13のいずれか一項に記載の方法。
[付記項15]
前記第1の外側極面の磁極性と前記少なくとも1つの第2の外側極面の磁極性とを等しくなるように選択し、前記第1の内側極面の磁極性と前記少なくとも1つの第2の内側極面の磁極性とを等しくなるように選択する、付記項11から14のいずれか一項に記載の方法。
[付記項16]
前記少なくとも1つの第2の内側極面を、前記基板に対して前記スパッタ面の反対に提供する、付記項11から15のいずれか一項に記載の方法。
[付記項17]
前記少なくとも1つの第2の外側極面を、前記ターゲット平面と平行に見たとき、以下の位置、すなわち、
前記基板に対して前記スパッタ面の反対の位置、
前記基板と整列させられた位置、
前記ターゲット平面と前記基板との間で、前記ターゲット平面より前記基板に近い位置、
前記ターゲット平面と前記基板との間で、前記ターゲット平面より前記基板から離れた位置、
前記ターゲット平面と前記基板との間で、前記基板と前記ターゲット平面とから等距離の位置、
前記ターゲット平面と整列させられた位置、
前記ターゲット平面に対して前記基板の反対の位置
のうちの少なくとも1つにおいて提供する、付記項11から16のいずれか一項に記載の方法。
[付記項18]
前記少なくとも1つの第2の外側極面を、前記ターゲット平面と平行に見たとき、前記基板に対して前記スパッタ面の反対に提供する、付記項11から17のいずれか一項に記載の方法。
[付記項19]
前記ループに最大ループ直径を提供するステップであって、前記少なくとも1つの第2の外側極面は、前記スパッタ面に向かう方向において見たとき、前記最大直径の一方の側における少なくとも1つの第2の極面の限定された程度の一の配置と、前記最大直径の他方の側における少なくとも1つの第2の極面の限定された程度のさらなる配置とを含む、付記項1から18のいずれか一項に記載の方法。
[付記項20]
前記スパッタ面に向かう方向において見たとき、前記最大直径の一方の側において第1の直線的な軌跡に沿って延びる前記第1の外側極面の第1の脚部を提供するステップと、前記最大直径の他方の側において第2の直線的な軌跡に沿って延びる前記第1の外側極面の第2の脚部を提供するステップとを含み、前記一の配置は前記第1の脚部に沿って延び、前記さらなる配置は前記第2の脚部に沿って延びる、付記項19に記載の方法。
[付記項21]
前記第1の脚部および前記第2の脚部は直線的に延びる、付記項20に記載の方法。
[付記項22]
互いと平行な前記第1の脚部および前記第2の脚部を提供するステップを含む、付記項21に記載の方法。
[付記項23]
前記スパッタ面に向かう方向において見たとき、それぞれの直線的な軌跡に沿って延びる前記一の配置および前記さらなる配置を提供する、付記項19から22のいずれか一項に記載の方法。
[付記項24]
直線的に延ばすように前記一の配置および前記さらなる配置を選択する、付記項23に記載の方法。
[付記項25]
前記一の配置および前記さらなる配置は、それぞれの前記脚部の傍らにそれぞれの一定の間隔を伴って延びる、付記項19から24のいずれか一項に記載の方法。
[付記項26]
前記真空筐体の真空に曝される面の一部を前記少なくとも1つの第2の外側極面として選択する、または、前記真空筐体に装着される部品の真空に曝される面を選択するステップを含む、付記項1から25のいずれか一項に記載の方法。
[付記項27]
前記基板が前記ターゲットにわたって通過するように前記基板と前記ターゲットとを相対的に移動させるステップを含む、付記項1から26のいずれか一項に記載の方法。
[付記項28]
前記基板のうちの2つ以上を提供するステップと、付記項1から27のいずれか一項に記載の前記方法を、前記基板のうちの前記2つ以上に続けて実施するステップとを含む、付記項27に記載の方法。
[付記項29]
付記項1から27のいずれか一項に記載の前記方法を、基板において2回以上続けて実施するステップを含む、付記項27または28に記載の方法。
[付記項30]
前記マグネトロン磁界と前記さらなる磁界とを、前記スパッタ面に向かって見たとき、前記合成磁界の力線が前記スパッタ面の支配的な部分にわたって方向の軸と平行に延びるように定めるステップと、
前記基板を前記ターゲットに対して、前記方向の軸に対して一定の基板の配向の角度で移動させるステップと
を含む、付記項27から29のいずれか一項に記載の方法。
[付記項31]
前記基板から遠くにある回転軸の周りに前記基板を前記ターゲットに対して回転させるステップを含む、付記項27から30のいずれか一項に記載の方法。
[付記項32]
前記回転軸は、前記基板のスパッタ被覆される前記面における法線と、両方の限度を含む0°から45°の間の角度で交差し、好ましくは0°の角度で交差し、したがって前記法線と平行である、付記項31に記載の方法。
[付記項33]
前記回転軸は、前記基板のスパッタ被覆される前記面における法線と、両方の限度を含む45°から90°の間の角度で交差し、好ましくは90°の角度で交差し、したがって前記法線に対して垂直である、付記項31に記載の方法。
[付記項34]
スパッタ被覆される前記面のより近くで、前記マグネトロン磁界の強度より大きくなるように前記さらなる磁界の強度を発生させ、スパッタ被覆される前記面からより遠くで、前記マグネトロン磁界の強度より小さくなるように前記さらなる磁界の強度を発生させるステップを含む、付記項1から33のいずれか一項に記載の方法。
[付記項35]
前記ターゲットは強磁性材料のものである、付記項1から34のいずれか一項に記載の方法。
[付記項36]
前記第1の外側極面と、前記第2の外側極面と、前記第1の内側極面と、前記第2の内側極面とは少なくとも互いに対して不動である、付記項1から35のいずれか一項に記載の方法。
[付記項37]
真空筐体と、その中に、
基板平面を定め、スパッタ被覆される面を有する二次元で延ばされた基板を保持するように調整される基板保持体と、
ターゲット保持体に搭載され、ターゲット平面に沿って延び、スパッタ面および後面を有するターゲットと、
前記スパッタ面に向かう方向において見たとき、第1の外側極面と第1の内側極面とを備え、前記第1の外側極面は前記第1の内側極面の周りに前記スパッタ面に沿って閉ループを形成し、前記第1の外側極面は一方の磁極性のものであり、前記第1の内側極面は他方の磁極性のものである、マグネトロン磁石-ダイポールの配置と、
少なくとも1つの第2の外側極面および少なくとも1つの第2の内側極面を有するさらなる磁石-ダイポールの配置であって、前記スパッタ面に向かう方向において見たとき、前記少なくとも1つの第2の内側極面は、前記第1の外側極面の前記ループ内にあり、前記少なくとも1つの第2の外側極面は前記第2の内側極面から離れており、前記第2の外側極面は前記一方の磁極性を有し、前記第2の内側極面は前記他方の磁極性を有する、さらなるマグネトロン磁石-ダイポールの配置と
を備えるスパッタリング装置。
[付記項38]
前記少なくとも1つの第2の外側極面は、前記スパッタ面に向かう方向において見たとき、前記第1の外側極面の外側に位置付けられる、付記項37に記載のスパッタリング装置。
[付記項39]
前記第2の外側極面は、前記スパッタ面に向かう方向において見たとき、前記基板保持体において基板の周囲の外側に位置付けられる、付記項37または38に記載のスパッタ装置。
[付記項40]
前記第2の外側極面は、前記スパッタ面に向かう方向において見たとき、前記ターゲットの周囲の外側に位置付けられる、付記項37から39のいずれか一項に記載のスパッタ装置。
[付記項41]
前記マグネトロン磁石-ダイポールの配置および前記さらなる磁石-ダイポールの配置は、前記マグネトロン磁石-ダイポールの配置によって発生させられるマグネトロン磁界の力線および前記さらなる磁石-ダイポールの配置によって発生させられるさらなる磁界の力線が、前記スパッタ面に向かう方向において見たとき、前記閉ループの少なくとも一部に沿って相互に平行となるように調整される、付記項37から40のいずれか一項に記載のスパッタ装置。
[付記項42]
前記ターゲットは強磁性材料のものである、付記項41に記載のスパッタ装置。
[付記項43]
前記第1の外側極面は前記スパッタ面の一部である、付記項37から42のいずれか一項に記載の装置。
[付記項44]
前記少なくとも1つの第2の内側極面は前記スパッタ面の一部である、付記項37から43のいずれか一項に記載の装置。
[付記項45]
前記少なくとも1つの第2の内側極面は前記スパッタ面から離れている、付記項37から43のいずれか一項に記載の装置。
[付記項46]
前記少なくとも1つの第2の内側極面は前記基板平面に対して前記スパッタ面の反対に位置付けられる、付記項45に記載の装置。
[付記項47]
前記少なくとも1つの第2の外側極面は、前記ターゲット平面と平行に見たとき、以下の位置、すなわち、
前記基板平面に対して前記ターゲット平面の反対の位置、
前記基板平面と整列させられた位置、
前記ターゲット平面と前記基板平面との間で、前記ターゲット平面より前記基板平面に近い位置、
前記ターゲット平面と前記基板平面との間で、前記ターゲット平面より前記基板平面から離れた位置、
前記ターゲット平面と前記基板平面との間で、前記基板平面と前記ターゲット平面とから等距離の位置、
前記ターゲット平面と整列させられた位置、
前記ターゲット平面に対して前記基板平面の反対の位置
のうちの少なくとも1つにある、付記項37から46のいずれか一項に記載の装置。
[付記項48]
前記第1の内側極面は、前記スパッタ面に向かう方向において見たとき、さらなる閉ループである、付記項37から47のいずれか一項に記載のスパッタ装置。
[付記項49]
前記第2の内側極面は、前記スパッタ面に向かう方向において見たとき、前記さらなる閉ループ内にある、付記項48に記載のスパッタ装置。
[付記項50]
前記第1の内側極面の少なくとも一部と前記第2の内側極面の少なくとも一部とは、前記スパッタ面に向かう方向において見たとき、重なり合う、付記項37から49のいずれか一項に記載の装置。
[付記項51]
前記第1の外側極面の前記ループは最大ループ直径を有し、前記少なくとも1つの第2の外側極面は、前記スパッタ面に向かう方向において見たとき、前記最大直径の一方の側における少なくとも1つの第2の極面の限定された程度の一の配置と、前記最大直径の他方の側における少なくとも1つの第2の極面の限定された程度のさらなる配置とを含む、付記項37から50のいずれか一項に記載の装置。
[付記項52]
前記スパッタ面に向かう方向において見たとき、前記最大直径の一方の側において第1の直線的な軌跡に沿って延びる前記第1の外側極面の第1の脚部と、前記最大直径の他方の側において第2の直線的な軌跡に沿って延びる前記第1の外側極面の第2の脚部とを備え、前記スパッタ面に向かう方向において見たとき、前記一の配置は前記第1の脚部に沿って延び、前記さらなる配置は前記第2の脚部に沿って延びる、付記項51に記載の装置。
[付記項53]
前記第1の脚部および前記第2の脚部は、前記スパッタ面に向かう方向において見たとき、直線的に延びる、付記項52に記載の装置。
[付記項54]
前記第1の脚部および前記第2の脚部は、前記スパッタ面に向かう方向において見たとき、互いに対して平行である、付記項53に記載の装置。
[付記項55]
前記一の配置および前記さらなる配置は、前記スパッタ面に向かう方向において見たとき、それぞれの直線的な軌跡に沿って延びる、付記項51から54のいずれか一項に記載の装置。
[付記項56]
前記一の配置および前記さらなる配置は、前記スパッタ面に向かう方向において見たとき、直線的に延びる、付記項55に記載の装置。
[付記項57]
前記一の配置および前記さらなる配置は、前記スパッタ面に向かう方向において見たとき、それぞれの前記脚部の傍らにそれぞれの一定の間隔を伴って延びる、付記項52から56のいずれか一項に記載の装置。
[付記項58]
前記真空筐体の真空に曝される面の一部が前記少なくとも1つの第2の外側極面である、または、前記真空筐体に装着される部品の真空に曝される面が前記少なくとも1つの第2の外側極面である、付記項37から57のいずれか一項に記載の装置。
[付記項59]
少なくとも1つのさらなる真空処理装置を備え、一方における前記基板保持体と、他方における前記ターゲット保持体および前記少なくとも1つのさらなる真空処理装置とは、互いに対して駆動して移動可能であり、前記基板保持体を前記スパッタ面にわたって通過させ、前記基板保持体を、前記少なくとも1つのさらなる真空処理装置へと、または、前記少なくとも1つのさらなる真空処理装置から通過させる、付記項37から58のいずれか一項に記載の装置。
[付記項60]
前記スパッタ面および前記少なくとも1つのさらなる真空処理装置に対して移動可能である2つ以上の前記基板保持体を備える、付記項59に記載の装置。
[付記項61]
前記さらなる真空処理装置のうちの少なくとも1つが付記項37から57のいずれか一項に記載のスパッタリング装置である、付記項59または60に記載の装置。
[付記項62]
前記スパッタリング装置のうちの少なくとも1つで、その前記スパッタ面に向かう方向において見たとき、前記マグネトロン磁石-ダイポールの配置と前記さらなる磁石-ダイポールの配置とは、前記マグネトロン磁石-ダイポールの配置によって発生させられるマグネトロン磁界と、前記さらなる磁石-ダイポールの配置によって発生させられるさらなる磁界との重畳から生じる合成磁界の力線が、前記スパッタ面の支配的な部分にわたって方向の軸の方向において平行に延びるように構築され、前記少なくとも1つの基板保持体の相対移動は、前記方向の軸に対して一定の角度の配向で前記スパッタ面を通過するような様態で制御される、付記項59から61のいずれか一項に記載の装置。
[付記項63]
前記基板保持体は、前記基板保持体から遠くにある回転軸の周りに駆動して相対的に回転可能である、付記項59から62のいずれか一項に記載の装置。
[付記項64]
前記回転軸は、前記基板平面における法線と、0°以上45°以下の角度で交差し、好ましくは0°の角度で交差し、したがって前記基板平面に対して垂直である、付記項63に記載の装置。
[付記項65]
前記回転軸は、前記基板平面における法線と、45°以上90°以下の角度で交差し、好ましくは90°の角度で交差し、したがって前記基板平面と平行である、付記項63に記載の装置。
[付記項66]
前記ターゲットは強磁性材料のものである、付記項37から65のいずれか一項に記載の装置。
[付記項67]
前記マグネトロンダイポール配置と前記さらなる磁石-ダイポールの配置とは、少なくとも互いに対して不動である、付記項37から66のいずれか一項に記載の装置。
1 ターゲット、2 壁、2 内側の処理真空に曝される面、3 ターゲット保持体、4 真空筐体、5 電気供給源、7 陽極、8 表面領域,極面、9 ターゲット平面、11 スパッタ面、13 基板、14 層、15 スパッタ被覆される面、15m 領域、20 第1の外側極面、21 第1の脚部、21 第2の脚部、22 第1の内側極面、24 磁気ダイポール配置、30,30’ 第2の内側極面、32,32,32 第2の外側極面、34 磁気ダイポール配置、40 真空筐体、42,43 壁、43 内側面、45 真空処理装置、48 マグネトロン、50 スパッタリングおよび整列の装置,整列ステーション、51 スパッタステーション,真空処理ステーション、52 外側円筒、52 内側円筒面、54 内側円筒、54 外側面、55 真空処理装置、56 汲み上げ構成、57 基板保持体回転コンベア、60 真空筐体,真空受容器、67 基板保持体回転コンベア、68 駆動部、69 円筒の壁、70 上壁、70 内側面、72 下壁、72 内側面、74 角度センサ、80 回転駆動部、A13 中心軸、A,A 軸、A 回転軸、B,B’ さらなる磁界、Bax Baが消滅しない方向成分、B マグネトロン磁界、Bmx ターゲット平面9と平行な成分、Bmz ターゲット平面9に対して垂直な成分、B 合成磁界,整列磁界、Brx ターゲット平面9と平行な成分、Dmax 最大直径、e 容易軸、e2d 単一の方向、h 困難軸、I 反応空間、L50 軌跡、L,L,L,L,L 直線的な軌跡,LC 円筒の軌跡、LP 平面の軌跡、M,M13 基板13の通過する方向,基板13の移動、n,N 法線、r 磁界Bの方向、基準方向の軸、S1 スパッタ面11に向かう方向,上面視、S2 ターゲット平面9と平行な方向,マグネトロン磁界ループの伝播の方向、U 気体の雰囲気,環境雰囲気、V 容積、V13 x/y平面における基板13の配向,基板の広がる配向の方向、V50 磁界Brの方向、α,α,α,α,α,β 交差する角度、β 合成磁界Bの配向の方向の角度、γ’ 方向V13と方向V50との間の広がる角度、γ 選択された角度の値、φ 角度、ω 基板保持体回転コンベア57の回転、ω13 基板13の回転

Claims (37)

  1. マグネトロンスパッタ堆積の方法、または、マグネトロンスパッタで堆積された層で被覆された基板を製造する方法であって、
    強磁性材料のものであるターゲット(1)であって、スパッタ面(11)を有し、ターゲット平面(9)に沿って延びる、ターゲット(1)を、真空筐体(4、40、60)に提供するステップと、
    スパッタ被覆される面(15)を有する基板(13)を提供するステップと、
    前記スパッタ面(11)と、スパッタ被覆される前記面(15)との間に、反応空間(I)を提供するステップと、
    前記反応空間(I)においてマグネトロン磁界(B)を発生させるステップであって、前記マグネトロン磁界(B)の磁力線が前記スパッタ面(11)の第1の外側極面(20)と第1の内側極面(22)との間で弧を描き、前記第1の外側極面(20)は、前記スパッタ面(11)を向く方向(S1)において見たとき、前記スパッタ面(11)において前記第1の内側極面(22)の周りに閉ループを形成する、ステップと、
    前記反応空間(I)において、前記スパッタ面(11)を向く方向(S1)において見たとき、前記第1の外側極面(20)の前記閉ループの外側に位置付けられている少なくとも1つの第2の外側極面(32)と前記第1の外側極面(20)の前記閉ループ内に位置付けられている少なくとも1つの第2の内側極面(30)との間に、さらなる磁界(B)を発生させるステップと、
    前記反応空間(I)において、前記マグネトロン磁界(B)と前記さらなる磁界(B)との重畳によって、合成磁界(B)を発生させるステップであって、前記反応空間(I)における軌跡において前記ターゲット平面(9)と平行な前記合成磁界(B)の方向成分が、少なくとも前記反応空間(I)の支配的な体積-面積において、前記軌跡において前記ターゲット平面(9)と平行な前記マグネトロン磁界(B)の方向成分より大きい、ステップと、それにより、
    前記合成磁界を、スパッタ被覆される前記基板の前記面の50%を超える表面領域に沿って発生させるステップと、
    前記第1の外側極面の磁極性と前記少なくとも1つの第2の外側極面の磁極性とを等しくなるように選択し、前記第1の内側極面の磁極性と前記少なくとも1つの第2の内側極面の磁極性とを等しくなるように選択するステップと、
    最大ループ直径を有するように前記第1の外側極面の前記閉ループを提供するステップと、
    前記スパッタ面に向かう方向において見たとき、前記少なくとも1つの第2の外側極面は、前記最大ループ直径の一方の側における前記少なくとも1つの第2の外側極面の限定された程度の一の配置を提供するステップと、
    前記スパッタ面に向かう方向において見たとき、前記少なくとも1つの第2の外側極面は、前記最大ループ直径の他方の側における前記少なくとも1つの第2の外側極面の限定された程度のさらなる配置を提供するステップと、
    を含み、
    前記第2の外側極面は、前記スパッタ面に向かう方向において見たとき、前記基板の周囲の外側に位置付けられる、方法。
  2. 前記反応空間における前記マグネトロン磁界と前記さらなる磁界とを、前記スパッタ面に向かう方向において見たとき、前記さらなる磁界の力線が前記閉ループの少なくとも一部に沿う前記マグネトロン磁界の力線と平行になるように調整されるステップを含む、請求項1に記載の方法。
  3. 前記合成磁界によって、前記基板にスパッタ堆積させられる前記層における磁気異方性の方向を、一方向性となるように、スパッタ被覆される前記基板の前記面の少なくとも50%を超える部分に沿って制御するステップを含む、請求項1または2に記載の方法。
  4. 前記基板が前記ターゲットにわたって通過するように前記基板と前記ターゲットとを相対的に移動させるステップを含む、請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。
  5. 前記基板のうちの2つ以上を提供するステップと、請求項1から3のいずれか一項に記載の前記方法を、前記基板のうちの前記2つ以上に続けて実施するステップとを含む、請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。
  6. 請求項3から5のいずれか一項に記載の前記方法を、基板において2回以上続けて実施するステップを含む、請求項4または5に記載の方法。
  7. 前記マグネトロン磁界と前記さらなる磁界とを、前記スパッタ面に向かって見たとき、前記合成磁界の力線が前記スパッタ面の支配的な部分にわたって方向の軸と平行に延びるように定めるステップと、
    前記基板を前記ターゲットに対して、前記方向の軸に対して一定の基板の配向の角度で移動させるステップと
    を含む、請求項4から6のいずれか一項に記載の方法。
  8. 前記基板から遠くにある回転軸の周りに前記基板を前記ターゲットに対して回転させるステップを含む、請求項4から7のいずれか一項に記載の方法。
  9. スパッタ被覆される前記面のより近くで、前記マグネトロン磁界の強度より大きくなるように前記さらなる磁界の強度を発生させ、スパッタ被覆される前記面からより遠くで、前記マグネトロン磁界の強度より小さくなるように前記さらなる磁界の強度を発生させるステップを含む、請求項1から8のいずれか一項に記載の方法。
  10. 前記第1の外側極面と、前記第2の外側極面と、前記第1の内側極面と、前記第2の内側極面とは少なくとも互いに対して不動である、請求項1から9のいずれか一項に記載の方法。
  11. 真空筐体と、その中に、
    基板平面を定め、スパッタ被覆される面を有する二次元で延ばされた基板を保持するように調整される基板保持体と、
    強磁性材料のものであるターゲットであって、ターゲット保持体に搭載され、ターゲット平面に沿って延び、スパッタ面および後面を有する、ターゲットと、
    前記スパッタ面に向かう方向において見たとき、第1の外側極面と第1の内側極面とを備え、前記第1の外側極面は前記第1の内側極面の周りに前記スパッタ面に沿って閉ループを形成し、前記第1の外側極面は一方の磁極性のものであり、前記第1の内側極面は他方の磁極性のものである、マグネトロン磁石-ダイポールの配置と、
    前記第1の外側極面の前記閉ループの外側に位置付けられている少なくとも1つの第2の外側極面および少なくとも1つの第2の内側極面を有するさらなる磁石-ダイポールの配置であって、前記スパッタ面に向かう方向において見たとき、前記少なくとも1つの第2の内側極面は、前記第1の外側極面の前記ループ内にあり、前記第2の外側極面は前記一方の磁極性を有し、前記第2の内側極面は前記他方の磁極性を有する、さらなるマグネトロン磁石-ダイポールの配置と
    を備え、
    前記第1の外側極面の前記ループは最大ループ直径を有し、前記スパッタ面に向かう方向において見たとき、前記少なくとも1つの第2の外側極面は、前記最大ループ直径の一方の側における少なくとも1つの第2の外側極面の限定された程度の一の配置と、前記最大ループ直径の他方の側における少なくとも1つの第2の外側極面の限定された程度のさらなる配置とを含み、
    前記スパッタ面と、スパッタ被覆される前記面との間にある反応空間において、前記第1の外側極面と前記第1の内側極面との間で発生する第1の磁界(B )と前記第2の外側極面と前記第2の内側極面との間で発生する第2の磁界(B )との重畳によって発生された合成磁界の前記反応空間における軌跡において前記ターゲット平面と平行な方向成分が、少なくとも前記反応空間の支配的な体積-面積において、前記軌跡における前記ターゲット平面に平行な前記第1の磁界(B )の方向成分より大きい、スパッタリング装置。
  12. 前記少なくとも1つの第2の外側極面は、前記スパッタ面に向かう方向において見たとき、前記第1の外側極面の外側に位置付けられる、請求項11に記載のスパッタリング装置。
  13. 前記第2の外側極面は、前記スパッタ面に向かう方向において見たとき、前記ターゲットの周囲の外側に位置付けられる、請求項11または12に記載のスパッタリング装置。
  14. 前記マグネトロン磁石-ダイポールの配置および前記さらなる磁石-ダイポールの配置は、前記マグネトロン磁石-ダイポールの配置によって発生させられるマグネトロン磁界の力線および前記さらなる磁石-ダイポールの配置によって発生させられるさらなる磁界の力線が、前記スパッタ面に向かう方向において見たとき、前記閉ループの少なくとも一部に沿って相互に平行となるように調整される、請求項11から13のいずれか一項に記載のスパッタリング装置。
  15. 前記第1の外側極面は前記スパッタ面の一部である、請求項11から14のいずれか一項に記載のスパッタリング装置。
  16. 前記少なくとも1つの第2の内側極面は前記スパッタ面の一部である、請求項11から15のいずれか一項に記載のスパッタリング装置。
  17. 前記少なくとも1つの第2の内側極面は前記スパッタ面から離れている、請求項11から16のいずれか一項に記載のスパッタリング装置。
  18. 前記少なくとも1つの第2の内側極面は前記基板平面に対して前記スパッタ面の反対に位置付けられる、請求項17に記載のスパッタリング装置。
  19. 前記少なくとも1つの第2の外側極面は、前記ターゲット平面と平行に見たとき、以下の位置、すなわち、
    前記基板平面に対して前記ターゲット平面の反対の位置、
    前記基板平面と整列させられた位置、
    前記ターゲット平面と前記基板平面との間で、前記ターゲット平面より前記基板平面に近い位置、
    前記ターゲット平面と前記基板平面との間で、前記ターゲット平面より前記基板平面から離れた位置、
    前記ターゲット平面と前記基板平面との間で、前記基板平面と前記ターゲット平面とから等距離の位置、
    前記ターゲット平面と整列させられた位置、
    前記ターゲット平面に対して前記基板平面の反対の位置
    のうちの少なくとも1つにある、請求項11から18のいずれか一項に記載のスパッタリング装置。
  20. 前記第1の内側極面は、前記スパッタ面に向かう方向において見たとき、さらなる閉ループである、請求項11から19のいずれか一項に記載のスパッタリング装置。
  21. 前記第2の内側極面は、前記スパッタ面に向かう方向において見たとき、前記さらなる閉ループ内にある、請求項20に記載のスパッタリング装置。
  22. 前記第1の内側極面の少なくとも一部と前記第2の内側極面の少なくとも一部とは、前記スパッタ面に向かう方向において見たとき、重なり合う、請求項11から21のいずれか一項に記載のスパッタリング装置。
  23. 前記スパッタ面に向かう方向において見たとき、前記最大ループ直径の一方の側において第1の直線的な軌跡に沿って延びる前記第1の外側極面の第1の脚部と、前記最大ループ直径の他方の側において第2の直線的な軌跡に沿って延びる前記第1の外側極面の第2の脚部とを備え、前記スパッタ面に向かう方向において見たとき、前記一の配置は前記第1の脚部に沿って延び、前記さらなる配置は前記第2の脚部に沿って延びる、請求項11から22のいずれか一項に記載のスパッタリング装置。
  24. 前記第1の脚部および前記第2の脚部は、前記スパッタ面に向かう方向において見たとき、直線的に延びる、請求項23に記載のスパッタリング装置。
  25. 前記第1の脚部および前記第2の脚部は、前記スパッタ面に向かう方向において見たとき、互いに対して平行である、請求項24に記載のスパッタリング装置。
  26. 前記一の配置および前記さらなる配置は、前記スパッタ面に向かう方向において見たとき、それぞれの直線的な軌跡に沿って延びる、請求項23から25のいずれか一項に記載のスパッタリング装置。
  27. 前記一の配置および前記さらなる配置は、前記スパッタ面に向かう方向において見たとき、直線的に延びる、請求項26に記載のスパッタリング装置。
  28. 前記一の配置および前記さらなる配置は、前記スパッタ面に向かう方向において見たとき、それぞれの前記脚部の傍らにそれぞれの一定の間隔を伴って延びる、請求項23から27のいずれか一項に記載のスパッタリング装置。
  29. 前記真空筐体の真空に曝される面の一部が前記少なくとも1つの第2の外側極面である、または、前記真空筐体に装着される部品の真空に曝される面が前記少なくとも1つの第2の外側極面である、請求項11から28のいずれか一項に記載のスパッタリング装置。
  30. 少なくとも1つのさらなる真空処理装置を備え、一方における前記基板保持体と、他方における前記ターゲット保持体および前記少なくとも1つのさらなる真空処理装置とは、互いに対して駆動して移動可能であり、前記基板保持体を前記スパッタ面にわたって通過させ、前記基板保持体を、前記少なくとも1つのさらなる真空処理装置へと、または、前記少なくとも1つのさらなる真空処理装置から通過させる、請求項11から29のいずれか一項に記載のスパッタリング装置。
  31. 前記スパッタ面および前記少なくとも1つのさらなる真空処理装置に対して移動可能である2つ以上の前記基板保持体を備える、請求項30に記載のスパッタリング装置。
  32. 前記さらなる真空処理装置のうちの少なくとも1つがスパッタリング装置である、請求項30または31に記載のスパッタリング装置。
  33. 前記スパッタリング装置のうちの少なくとも1つで、その前記スパッタ面に向かう方向において見たとき、前記マグネトロン磁石-ダイポールの配置と前記さらなる磁石-ダイポールの配置とは、前記マグネトロン磁石-ダイポールの配置によって発生させられるマグネトロン磁界と、前記さらなる磁石-ダイポールの配置によって発生させられるさらなる磁界との重畳から生じる合成磁界の力線が、前記スパッタ面の支配的な部分にわたって方向の軸の方向において平行に延びるように構築され、前記基板保持体の相対移動は、前記方向の軸に対して一定の角度の配向で前記スパッタ面を通過するような様態で制御される、請求項30から32のいずれか一項に記載のスパッタリング装置。
  34. 前記基板保持体は、前記基板保持体から遠くにある回転軸の周りに駆動して相対的に回転可能である、請求項30から33のいずれか一項に記載のスパッタリング装置。
  35. 前記回転軸は、前記基板平面における法線と、0°以上45°以下の角度で交差し、好ましくは0°の角度で交差し、したがって前記基板平面に対して垂直である、請求項34に記載のスパッタリング装置。
  36. 前記回転軸は、前記基板平面における法線と、45°以上90°以下の角度で交差し、好ましくは90°の角度で交差し、したがって前記基板平面と平行である、請求項34に記載のスパッタリング装置。
  37. 前記マグネトロン磁石-ダイポールの配置と前記さらなる磁石-ダイポールの配置とは、少なくとも互いに対して不動である、請求項11から36のいずれか一項に記載のスパッタリング装置。
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