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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-04-27
(54)【発明の名称】ＤＣパルス陰極アレイを用いる装置およびプロセス
(51)【国際特許分類】
C23C 14/35 20060101AFI20230420BHJP
【ＦＩ】
C23C14/35 B
C23C14/35 C
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022554901
(86)(22)【出願日】2021-02-01
(85)【翻訳文提出日】2022-11-11
(86)【国際出願番号】 EP2021052305
(87)【国際公開番号】W WO2021180396
(87)【国際公開日】2021-09-16
(31)【優先権主張番号】00291/20
(32)【優先日】2020-03-13
(33)【優先権主張国・地域又は機関】CH
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】518031387
【氏名又は名称】エヴァテック・アーゲー
(74)【代理人】
【識別番号】100108453
【弁理士】
【氏名又は名称】村山 靖彦
(74)【代理人】
【識別番号】100110364
【弁理士】
【氏名又は名称】実広 信哉
(74)【代理人】
【識別番号】100133400
【弁理士】
【氏名又は名称】阿部 達彦
(72)【発明者】
【氏名】モハメド・エルガザリ
(72)【発明者】
【氏名】オリヴァー・ラットゥンデ
(72)【発明者】
【氏名】クリスティアン・エグリ
【テーマコード（参考）】
4K029
【Ｆターム（参考）】
4K029CA05
4K029DC13
4K029DC40
4K029DC42
4K029DC45
(57)【要約】
基板上に材料をスパッタ堆積するための装置（３０）であって、
－ 堆積チャンバ（３１）と、
－ 堆積チャンバの中に取り付けられた陰極アレイであって、３つ以上の回転する陰極（１、２、３、４、ｎ）を有し、各陰極が、等しいターゲット長ＬＴの円筒状ターゲット（５、６、７、８、ｎ）および磁気システム（９、１０、１１、１２、ｎ）を有し、陰極が互いに間隔をあけて配置されており、したがって陰極の縦軸ＹＣｊは、基板平面Ｓからの距離ＴＳＤにおいて互いに平行であって、基板軸Ｘの投影に沿って距離ＴＴＴの間隔があり、陰極アレイの各陰極が磁気システム（９、１０、１１、１２、ｎ）を備え、少なくとも１つの陰極の磁気システム（９、１２、ｎ）が、磁気システムを旋回面ＰＴＳに、かつ旋回面ＰＴＳから旋回させるように、それぞれの陰極軸ＹＣｊの回りにスイベルマウントされている、陰極アレイと、
－ 最大寸法ｘ×ｙの少なくとも１つの基板（１４）を静的にコーティングするために支持するように設計された台座（１５）であって、堆積チャンバの中で、陰極アレイに関して前方かつ中央に配置されている台座と、
－ 陰極のうち少なくとも１つに電力を供給するとともに、この電力を制御するように構成された少なくとも１つのパルス電源（１３）と
を備える装置。
－ 堆積チャンバ（３１）と、
－ 堆積チャンバの中に取り付けられた陰極アレイであって、３つ以上の回転する陰極（１、２、３、４、ｎ）を有し、各陰極が、等しいターゲット長ＬＴの円筒状ターゲット（５、６、７、８、ｎ）および磁気システム（９、１０、１１、１２、ｎ）を有し、陰極が互いに間隔をあけて配置されており、したがって陰極の縦軸ＹＣｊは、基板平面Ｓからの距離ＴＳＤにおいて互いに平行であって、基板軸Ｘの投影に沿って距離ＴＴＴの間隔があり、陰極アレイの各陰極が磁気システム（９、１０、１１、１２、ｎ）を備え、少なくとも１つの陰極の磁気システム（９、１２、ｎ）が、磁気システムを旋回面ＰＴＳに、かつ旋回面ＰＴＳから旋回させるように、それぞれの陰極軸ＹＣｊの回りにスイベルマウントされている、陰極アレイと、
－ 最大寸法ｘ×ｙの少なくとも１つの基板（１４）を静的にコーティングするために支持するように設計された台座（１５）であって、堆積チャンバの中で、陰極アレイに関して前方かつ中央に配置されている台座と、
－ 陰極のうち少なくとも１つに電力を供給するとともに、この電力を制御するように構成された少なくとも１つのパルス電源（１３）と
を備える装置。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板上に材料をスパッタ堆積するための装置（３０）であって、－ 堆積チャンバ（３１）と、
－ 前記堆積チャンバの中に取り付けられた陰極アレイであって、前記陰極アレイが３つ以上の回転する陰極（１、２、３、４、ｎ）を有し、各陰極が、等しいターゲット長ＬＴの円筒状ターゲット（５、６、７、８、ｎ）および磁気システム（９、１０、１１、１２、ｎ）を有し、前記陰極が互いに間隔をあけて配置されており、したがって前記陰極の縦軸ＹＣｊは、基板平面Ｓからの距離ＴＳＤにおいて互いに平行であって、基板軸Ｘの投影に沿って距離ＴＴＴの間隔があり、前記陰極アレイの各陰極が磁気システム（９、１０、１１、１２、ｎ）を備え、少なくとも１つの陰極の前記磁気システム（９、１２、ｎ）が、前記磁気システムを旋回面ＰＴＳに、かつ旋回面ＰＴＳから旋回させるように、それぞれの陰極軸ＹＣｊの回りにスイベルマウントされている、陰極アレイと、
－ 最大寸法ｘ×ｙの少なくとも１つの基板（１４）を静的にコーティングするために支持するように設計された台座（１５）であって、前記堆積チャンバの中で、前記陰極アレイに関して前方かつ中央に配置されている台座と、
－ 前記陰極のうち少なくとも１つに電力を供給するとともに、この電力を制御するように構成された少なくとも１つのパルス電源（１３）と
を備える装置。
【請求項2】
（ＴＬＡ－３．９ＭＴＳＤ）≧ｙｍａｘ≧（ＴＬＡ－２ＭＴＳＤ）が当てはまる装置であって、ＴＬＡは前記ターゲット表面上の動作領域の長さであり、ｙｍａｘは縦軸ＹＣｊに対して平行な最大の基板寸法であり、ＭＴＳＤは前記ターゲットの外径ＤＴｎと前記基板平面Ｓとの間の平均最短距離である、請求項１に記載の装置。
【請求項3】
ＭＴＳＤ≒ＴＳＤ１≒ ．．． ≒ＴＳＤｎである、請求項２に記載の装置。
【請求項4】
隣接した陰極間のすべての距離ＴＴＴｋ－ｎに関して、前記隣接した陰極の軸の間の距離ＴＴＴが等しい、請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項5】
前記陰極が、前記基板平面Ｓから、法線距離ＴＳＣで等間隔に配置されている、請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項6】
外側陰極の少なくとも一方または両方の、ターゲット面Ｓまでの距離ＴＳＣｏが、内側陰極の、前記ターゲット面Ｓまでの距離ＴＳＣｉとは異なる、請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項7】
旋回面ＰＴＳと前記基板平面Ｓとの間の角度αについて４０°≦α≦１００°が当てはまる、請求項１から６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項8】
スイベルマウントされた前記少なくとも１つの磁気システムの最大の旋回角度βについて±０°≦│β│≦±８０°が当てはまる、請求項１から７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項9】
前記パルス電源がバイポーラパルス電源である、請求項１から８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項10】
前記バイポーラ電源がデュアルマグネトロン電源として構成されており、異なる極性の出力が、２つの隣接した電極の入力と電気的に接続されている、請求項９に記載の装置。
【請求項11】
パルス同期ユニットに接続された少なくとも２つのパルス電源を備える、請求項１から１０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項12】
両方の外側陰極がＤＣ電源に接続されている、請求項１から１１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項13】
前記台座が電気的に絶縁されている、請求項１から１２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項14】
前記台座がＲＦ源に接続されている、請求項１３に記載の装置。
【請求項15】
前記台座が電気的に接地されている、請求項１から１２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項16】
１つまたは複数のプロセスガスを供給するためのガス分配システムを備える、請求項１から１５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項17】
陽極が、プロセスチャンバによって形成された接地陽極である、請求項１から１６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項18】
請求項１から１７のいずれか一項に記載の装置を使用することを含む、コーティングを堆積するためのプロセスであって、基板を、前記堆積チャンバの中の前記台座に対して、位置決めして取り付け、前記堆積チャンバを真空引きしてから前記堆積チャンバにプロセスガスを導入し、前記アレイのうち少なくとも１つの陰極にパルス状のターゲット電力を印加することにより、少なくとも１つの寸法ｘ×ｙの範囲内の平坦な基板上で、ターゲット面Ｓに前記コーティングを堆積する、プロセス。
【請求項19】
（ＴＬＡ－３．９ＭＴＳＤ）≧ｙｍａｘ≧（ＴＬＡ－２ＭＴＳＤ）が当てはまるプロセスであって、ＴＬＡは前記ターゲット表面上の動作領域の長さであり、ｙｍａｘは縦軸ＹＣｊに対して平行な最大の基板寸法であり、ＭＴＳＤは前記ターゲットの外径ＤＴｎと前記基板平面Ｓとの間の平均最短距離である、請求項１８に記載のプロセス。
【請求項20】
前記基板寸法ｘ×ｙの範囲内でコーティング厚さの均一性ｕｎｉｆＴ≦５％がもたらされる、請求項１８または１９に記載のプロセス。
【請求項21】
少なくとも１つの電源がバイポーラ電源である、請求項１８から２０のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項22】
２つの隣接した陰極が、それぞれの隣接した電極に異なる極性の出力が接続されるデュアルマグネトロン構成のバイポーラパルス電源によって駆動される、請求項２１に記載のプロセス。
【請求項23】
Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、またはＷＴｉのターゲットのスパッタリングによって、クロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、またはタングステンチタン（ＷＴｉ）のコーティングが堆積される、請求項１８から２２のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項24】
前記基板が電気的フローティングまたはＲＦ電位で取り付けられる、請求項１８から２３のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項25】
前記基板が電気的に接地して取り付けられる、請求項１８から２４のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項26】
前記基板寸法ｘ×ｙの範囲内で、ｕｎｉｆＲ≦５％の抵抗率Ｒ［Ωｍ］の均一性ｕｎｉｆＲを有するコーティングをもたらす、請求項１から１７のいずれか一項に記載の装置、または請求項１８から２５のいずれか一項に記載のプロセスの使用。
【請求項27】
前記基板寸法ｘ×ｙの範囲内で、厚さの均一性ｕｎｉｆＴ≦５％を有するコーティングを備える基板を製造する、請求項１から１７のいずれか一項に記載の装置、または請求項１８から２５のいずれか一項に記載のプロセスの使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、請求項１に記載のＤＣパルス陰極アレイを備える装置と、それぞれの装置を用いてコーティングを付与するための請求項１８に記載のプロセスとに関係するものである。
【背景技術】
【0002】
回転陰極アレイは、たとえばガラスコーティング産業における大面積コーティングのためのパススルー真空蒸着プラントや、たとえばフラットパネル産業における静止基板上の層堆積のための高品質コーティング機器およびプロセスとともに広く使用されているが、コーティングの均一性および／または使用される機器の生産性に関して、なお改善が必要である。主要な理由の１つは、陰極軸ＹＣｊに対して垂直な基板軸Ｘの両側における中央域に沿って、回転する陰極の下や陰極の間の堆積の均一性を改善するために、陰極アレイの、２つ以上の隣接したターゲットが、スイベルマウントの磁石システムを用いて動かされるとき、陰極軸ＹＣｊに関して、はす向かいの堆積領域に、スイングによって厚さの非対称性が生じることである。これによって、同等な２次元の平坦なマグネトロン構成に必要なものよりも、かなり大きい容積の堆積チャンバを使用することが必要になる。その影響によって生じる非均一性の問題のために、図３とともに以下で詳細に論じられるように、現況技術の機器は、陰極軸のそれぞれの側において、使用可能なコーティング領域から、基板からのターゲット距離の少なくとも２倍突出する陰極領域を設ける必要がある。したがって、この影響によって、たとえば約１ｍ２以下の比較的小さい表示領域をコーティングするとき、回転陰極の生産性上昇がひどく損なわれる。
【0003】
定義
（最大の）旋回角度±βは、全体的な偏向の中央または中心を定義する旋回面ＰＴＳからの、スイベルマウントの磁気システムの最大の角偏向を定義する。全体的な偏向は、合計の旋回角度２βによって定義される。ターゲットｎの旋回面はそれぞれの陰極軸ＹＣｊを含み、基板平面Ｓに対して角度αを形成する。スパッタ堆積プロセス中に、磁気システムは一方の極位置から他方の極位置まで、すなわち＋βから－βまで、または－βから＋βまで移動される。これは、一定のやり方またはステップ状のやり方で、１回または繰り返し達成され得る。速度は時間とともに変化し得、またはステップごとに保持時間が異なり得、各ステップは磁気システムの別位置を表し、その結果、正の角セクタおよび負の角セクタ（すなわち、＋βから０まで、および－βから０まで。０は、基板平面Ｓの反対側の磁気システムのゼロ位置から枢動されるかまたは枢動されない旋回面の位置を定義する）に関して磁気システムのドウェル時間が異なる可能性があることに留意されたい。
（最大の）旋回角度±βは、全体的な偏向の中央または中心を定義する旋回面ＰＴＳからの、スイベルマウントの磁気システムの最大の角偏向を定義する。全体的な偏向は、合計の旋回角度２βによって定義される。ターゲットｎの旋回面はそれぞれの陰極軸ＹＣｊを含み、基板平面Ｓに対して角度αを形成する。スパッタ堆積プロセス中に、磁気システムは一方の極位置から他方の極位置まで、すなわち＋βから－βまで、または－βから＋βまで移動される。これは、一定のやり方またはステップ状のやり方で、１回または繰り返し達成され得る。速度は時間とともに変化し得、またはステップごとに保持時間が異なり得、各ステップは磁気システムの別位置を表し、その結果、正の角セクタおよび負の角セクタ（すなわち、＋βから０まで、および－βから０まで。０は、基板平面Ｓの反対側の磁気システムのゼロ位置から枢動されるかまたは枢動されない旋回面の位置を定義する）に関して磁気システムのドウェル時間が異なる可能性があることに留意されたい。
【0004】
以下では、ターゲットの外径から基板表面までの基本的に等しい距離ＴＳＤは、ｎ個の陰極のターゲットの外径ＤＴから基板平面Ｓまでのそれぞれの最短距離ＴＳＤ１～ＴＳＤｎの平均値
【0005】
【数1】
【0006】
から離れるにしても２ｍｍ以内であることを意味し、そこで、ＴＳＤ１～ＴＳＤｎのそれぞれについて、（ＭＴＳＤ－２ｍｍ）≦ＴＳＤｋ＝１．．．ｎ≦（ＭＴＳＤ＋２ｍｍ）が当てはまる。
【0007】
これは、ターゲット寿命の最後に許容できる最大の差と考えられ得るが、すべてが新規のターゲット構成を用いれば、差は基本的により小さくなり、たとえば約０ｍｍになる。これは、少なくとも、パルスＤＣ電源で駆動される、旋回角度β＞０のすべてのターゲットを表す。
【0008】
基板平面Ｓは、たとえば基板台座に取り付けられ得るウェーハといった、平坦な基板の表面によって定義される。しかしながら、基板平面Ｓ自体は、基板表面の制限された延長部にわたって延在する。
【0009】
陰極の縦軸またはターゲットの外径と基板平面Ｓとの間の通常の距離ＴＳＣまたはＴＳＤは、それぞれの縦軸ＹＣｊまたはそれぞれのターゲットの外径ＤＴｋと基板平面との間の最短距離である。
【0010】
台座は、最大ｘ×ｙ以下の寸法の基板を支持するように設計された、基本的に平坦な基板支持体である。「基板を静的に支持する」とは、台座が、堆積プロセス中に基板が移動しないように保持するように設計されていることを意味する。
【0011】
バイポーラパルスまたはバイポーラ電源は、少なくとも電圧反転を供給し、たとえばそれぞれの負のパルスの後に、相対的に短い正のパルスまたはスパイクを後続させて、被害の恐れがある電荷蓄積を一掃し、それによって電気アークの入射を低減するかまたは防止することができる電源を意味する。そのようなパルスシーケンスは、以下では標準的なシーケンスと見なされるが、代替として、プロセスの種々の要求次第で、パルス周期間のオフセット時間（休止期間）を伴う、または伴わない、種々の非対称または対称なパルスパターンのバイポーラパルスが使用され得る。
【0012】
内向きや外向きという用語の使用は、図に記載の中心面ＹＺに向かう方向や中心面ＹＺから遠ざかる方向を指す。中心面ＹＺは、通常は陰極アレイの対称面である。
【0013】
上、上方、下、下方、あるいは、より低い、より高い、等の用語の使用は、図に示されるように、図面に記載のｚ軸を指すが、陰極または基板が取り付けられるときの可能な方向に対する強制ではない。陰極と基板とは、たとえば真空チャンバの頂部、底部、または側壁といった様々な別位置に取り付けられ得るが、常に、たとえばチャンバの頂部対底部また両側といった、基本的に向かい合った位置に取り付けられる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0014】
現況技術の装置の短所は、請求項１に記載の装置を使用すること、または請求項１８に記載のプロセスを適用することにより、基本的に減少され得ることが判明している。驚くべきことに、たとえばコーティングの厚さに関連した均一性問題の効果的な改善に加えて、陰極アレイの相対的に使用可能なコーティング領域が著しく拡張され得る。
【0015】
本発明の第１の実施形態では、基板上に材料をスパッタリング堆積するための装置は、
－ 堆積チャンバと、
－ 堆積チャンバの中に取り付けられた陰極アレイであって、そのアレイが３つ以上の回転する陰極を有し、各陰極が、等しいターゲット長ＬＴの円筒状ターゲットおよび磁気システムを有し、陰極が互いに間隔をあけて配置されており、したがって陰極の縦軸ＹＣｊは、基板平面Ｓからの法線距離ＴＳＣにおいて互いに平行であって、基板軸Ｘの投影に沿って距離ＴＴＴの間隔があり、陰極アレイの各陰極が磁気システムを備え、少なくとも１つの陰極の磁気システムが、磁気システムを旋回面ＰＴＳに、かつ旋回面ＰＴＳから旋回させるように、それぞれの陰極軸ＹＣｊの回りに距離をとってスイベルマウントされており、旋回面ＰＴＳは、陰極軸ＹＣｊの中心を含み、基板平面Ｓの方に向けられており、磁気システムの旋回運動はターゲットの回転から独立したものである、陰極アレイと、
－ 最大寸法ｘ×ｙの少なくとも１つの基板を静的にコーティングするために基板を静的に支持するように設計された台座であって、静的に保持された基板の位置は、スパッタリング中に、たとえば装置およびその構成要素に関して、スパッタリング陰極の位置のように変化することはなく、台座は、堆積チャンバの中で、陰極アレイに関して前方かつ中央に配置されており、ｘは軸Ｘと平行であり、ｙは軸Ｙと平行であり、軸Ｘと軸Ｙは互いに垂直であって、陰極の縦軸ＹＣｊは軸Ｙと平行であり、Ｘ座標／Ｙ座標の中心は、ターゲット面Ｓの中心をも定義し、コーティングされる表面の最大寸法ｘ×ｙは、台座の支持境界線にも通常当てはまり、台座は、保持フレームであり得、凹部として形成され得、かつ／または基板を中心に置いたりかつ／もしくは固定したりするための、クランプもしくはＥＳＣを備えてよく、もしくはそのようなクランプもしくはＥＳＣから成り得、そのような装置は、たとえばｘ×ｙの寸法で、ｙは、それぞれ、有効なターゲット長ＴＬＡ、および基板表面の上のそれぞれの可能な最小のターゲット突出であるターゲット長ＴＬに依拠して、１０００ｍｍ以下、さらには７００ｍｍ以下の特に中程度から小さい基板寸法に適合し、ｘは、主に、使用される陰極の数および直径に依拠し、通常、ｘとｙとは、類似の寸法または基本的に同一の寸法になるが、最小のターゲット突出を所与として、それぞれのターゲット長および／または陰極の数によって、片側のより大きい寸法またはより小さい寸法が実現可能であり、以下も参照、基板寸法は、最大の基板寸法および何らかのより小さい寸法も含み、それによって、最大の基板寸法は、支持境界の最大寸法にも関連することが言及されるべきである、台座と、
－ 陰極のうち少なくとも１つに電力を供給するとともに、この電力を制御するように構成された少なくとも１つのパルス電源であって、陰極のうち少なくとも１つに、他の陰極に供給される電力と同一の電力が、または代替として、それとは異なる電力、もしくはそれから変化し得る電力が加えられ得る、パルス電源とを備える。
－ 堆積チャンバと、
－ 堆積チャンバの中に取り付けられた陰極アレイであって、そのアレイが３つ以上の回転する陰極を有し、各陰極が、等しいターゲット長ＬＴの円筒状ターゲットおよび磁気システムを有し、陰極が互いに間隔をあけて配置されており、したがって陰極の縦軸ＹＣｊは、基板平面Ｓからの法線距離ＴＳＣにおいて互いに平行であって、基板軸Ｘの投影に沿って距離ＴＴＴの間隔があり、陰極アレイの各陰極が磁気システムを備え、少なくとも１つの陰極の磁気システムが、磁気システムを旋回面ＰＴＳに、かつ旋回面ＰＴＳから旋回させるように、それぞれの陰極軸ＹＣｊの回りに距離をとってスイベルマウントされており、旋回面ＰＴＳは、陰極軸ＹＣｊの中心を含み、基板平面Ｓの方に向けられており、磁気システムの旋回運動はターゲットの回転から独立したものである、陰極アレイと、
－ 最大寸法ｘ×ｙの少なくとも１つの基板を静的にコーティングするために基板を静的に支持するように設計された台座であって、静的に保持された基板の位置は、スパッタリング中に、たとえば装置およびその構成要素に関して、スパッタリング陰極の位置のように変化することはなく、台座は、堆積チャンバの中で、陰極アレイに関して前方かつ中央に配置されており、ｘは軸Ｘと平行であり、ｙは軸Ｙと平行であり、軸Ｘと軸Ｙは互いに垂直であって、陰極の縦軸ＹＣｊは軸Ｙと平行であり、Ｘ座標／Ｙ座標の中心は、ターゲット面Ｓの中心をも定義し、コーティングされる表面の最大寸法ｘ×ｙは、台座の支持境界線にも通常当てはまり、台座は、保持フレームであり得、凹部として形成され得、かつ／または基板を中心に置いたりかつ／もしくは固定したりするための、クランプもしくはＥＳＣを備えてよく、もしくはそのようなクランプもしくはＥＳＣから成り得、そのような装置は、たとえばｘ×ｙの寸法で、ｙは、それぞれ、有効なターゲット長ＴＬＡ、および基板表面の上のそれぞれの可能な最小のターゲット突出であるターゲット長ＴＬに依拠して、１０００ｍｍ以下、さらには７００ｍｍ以下の特に中程度から小さい基板寸法に適合し、ｘは、主に、使用される陰極の数および直径に依拠し、通常、ｘとｙとは、類似の寸法または基本的に同一の寸法になるが、最小のターゲット突出を所与として、それぞれのターゲット長および／または陰極の数によって、片側のより大きい寸法またはより小さい寸法が実現可能であり、以下も参照、基板寸法は、最大の基板寸法および何らかのより小さい寸法も含み、それによって、最大の基板寸法は、支持境界の最大寸法にも関連することが言及されるべきである、台座と、
－ 陰極のうち少なくとも１つに電力を供給するとともに、この電力を制御するように構成された少なくとも１つのパルス電源であって、陰極のうち少なくとも１つに、他の陰極に供給される電力と同一の電力が、または代替として、それとは異なる電力、もしくはそれから変化し得る電力が加えられ得る、パルス電源とを備える。
【0016】
この装置のさらなる実施形態では、縦軸ＹＣｊに対して平行な、最大の基板寸法または最大の支持境界寸法ｙｍａｘには次式が当てはまり、
（ＴＬＡ－３．９ＭＴＳＤ）≧ｙｍａｘ≧（ＴＬＡ－２ＭＴＳＤ）
特に（ＴＬＡ－３．５ＭＴＳＤ）≧ｙｍａｘ≧（ＴＬＡ－２．５ＭＴＳＤ）であって、ＴＬＡはターゲット表面上の動作領域の長さであり、ＭＴＳＤはターゲットの外径ＤＴｎと基板平面Ｓとの間の平均の最短距離である。
（ＴＬＡ－３．９ＭＴＳＤ）≧ｙｍａｘ≧（ＴＬＡ－２ＭＴＳＤ）
特に（ＴＬＡ－３．５ＭＴＳＤ）≧ｙｍａｘ≧（ＴＬＡ－２．５ＭＴＳＤ）であって、ＴＬＡはターゲット表面上の動作領域の長さであり、ＭＴＳＤはターゲットの外径ＤＴｎと基板平面Ｓとの間の平均の最短距離である。
【0017】
一例として、最大の基板寸法／境界寸法はｙｍａｘ＝ＴＬＡ－３ＭＴＳＤになり得る。このことは、ｘ×ｙの面の各「ｙ」側におけるターゲット突出を、ターゲット面Ｓとターゲットの外径ＤＴまたはＭＤＴｎとの間の距離ＭＴＳＤの約１．５倍に小さくできることを意味する。ＭＤＴｎは、パルス電源および旋回角度β＞０を用いて駆動されるターゲットの平均外径を指す。しかしながら、これは、静止している基板上にスパッタリングするのに、スイングによって厚さの非対称性が誘起されるのを防止するために、通常、ターゲットの少なくとも４倍の突出を必要とする、いかなる現況技術の突出よりも基本的に小さい。
【0018】
幾何学的ターゲット長は、有効なターゲット長にほぼ等しいかまたは有効なターゲット長よりも長く、すなわちＴＬＡ≒ＴＬまたはＴＬＡ≦ＴＬであって、ＴＬはターゲット長の合計を表すことが言及されるべきである。
【0019】
平均値ＭＴＳＤは、それぞれのターゲットの外径とターゲット面との間の特定の距離値ＴＳＤｋ＝１ ．．． ＴＳＤｎの値に、近似的または正確に対応し得、すなわちＭＴＳＤ≒ＴＳＤｋ＝１ ．．．≒ＴＳＤｎであり、そのため、基本的に等しい距離ＴＳＤの定義に該当し、上記を定義とともに参照されたい。そのため、ターゲットの外径ＤＴは、基板平面Ｓから基本的に法線距離ＴＳＤにおいて等距離に配置される。これは、有利にはプロセス効率に関連して、すべてのターゲットが同一の材料で作られていて、基本的に同一の電力で駆動される限り、すべてのターゲットが新品のとき、さらにはターゲット寿命の最後における場合となる。
【0020】
さらなる実施形態では、たとえば基板平面Ｓと平行な面において、隣接した陰極または電極の間のすべての距離ＴＴＴｋ－ｎについて、隣接した陰極または電極の軸の間の距離ＴＴＴは等しい。
【0021】
本発明のさらなる実施形態では、陰極は、基板平面Ｓから等しい距離ＴＳＣに配置され得る。
【0022】
さらなる実施形態では、外側陰極の少なくとも一方または両方の、ターゲット面Ｓまでの距離ＴＳＣｏは、内側陰極の、ターゲット面Ｓまでの距離ＴＳＣｉとは異なり得る。
【0023】
旋回面ＰＴＳと基板平面Ｓとの間の角度αは、４０°≦α≦１００°によって定義され得る。
【0024】
スイベルマウントされた少なくとも１つの磁気システムの最大の旋回角度βについて、０°≦│β│≦８０°、たとえば２０°≦│β│≦７０°が当てはまり、上限に近い値は、９０°またはほぼ９０°のαに当てはまる。それによって、最大の旋回角度βは、磁気システムの旋回面ＰＴＳからの最大の偏差を定義する。隣接した陰極に対する磁石システムの位置詰めを防止するべき明白な理由がある。これは、±β以内のあらゆる旋回角度が、隣接した陰極と交差することなく、基板平面Ｓに対する見通し内にあるべきことを意味する。
【0025】
好ましい実施形態では、外側の旋回面ＰＴＳｏは、基板平面Ｓに対して角度αｏ＝５０°±１０°に傾斜される。外側の旋回面ＰＴＳｏの傾斜は、常に基板平面Ｓや中央断面ＹＺの方へ向けられ、すなわち内側へ向けられることに留意されたい。そのため、２つの外側陰極の最大の旋回角度βｏは、３０°～５０°、すなわち３０°≦│βｏ│≦５０°に選択され得、たとえば旋回面ＰＴＳｏからβｏ＝±４０°に、すなわち合計の旋回角度２βｏ＝８０°に選択され得る。この場合、内側の旋回面ＰＴＳｉは、基板平面Ｓに対して角度αｉ＝９０°±１０°に傾斜され得、内側の磁石システムの最大の旋回角度βｉは５０°≦│βｉ│≦７０°となり、たとえばβｉ＝±６０°となって合計の旋回角度２βｉ＝１２０°を表す。
【0026】
さらなる実施形態では、パルス電源はバイポーラパルス電源であり得る。バイポーラパルス電源はデュアルマグネトロン電源として構成され得、隣接した電極が陰極および陽極として交互に働く場合と同様に、極性の異なる出力が、ここでは電極と名付けられた２つの隣接した陰極の入力に対して電気的に接続されている。
【0027】
陰極アレイの各陰極は、たとえばバイポーラ電源またはデュアルマグネトロン電源といった専用のパルス電源に接続され得る。４つの陰極アレイを用いる一例として、内側陰極はデュアルマグネトロン電源の異極性に接続され得る。これらの陰極は、極性が交番する性質により、電極と称される。同時に、外側陰極は専用のバイポーラパルスＤＣ電源に接続され得る。デュアルマグネトロン電源は、専用のバイポーラ電源と同期している。さらなる例については、図１および図２およびそれぞれの説明を参照されたい。複数のパルス電源が使用される限り、これらの電源は、たとえばクロックでパルスを同期させるように、パルス同期ユニットに接続される。
【0028】
さらなる実施形態では、少なくとも一方または両方の外側の電源がＤＣ電源でよい。
【0029】
堆積プロセス中に、台座は、基板をフローティング電位に保つように電気的に絶縁され得、あるいは電気的に接地され得る。
【0030】
通常、発明の装置は、１つまたは複数のプロセスガスを供給するためのガス分配システムを備え得る。陽極は、プロセスチャンバによって形成された接地陽極でよく、シールド、ライナまたは同様なもののような、それぞれの電気的に接続された要素を備え得る。
【0031】
本発明は、上記で説明されたような発明の装置の使用を含む、コーティングを堆積するためのプロセスにも関し、このプロセスでは、基板は、堆積チャンバの中の台座に対して、位置決めして取り付けられる。堆積チャンバを真空引きしてから、プロセスガスを、たとえば基準圧力に達するまで導入したとき、アレイのうち少なくとも１つの陰極にパルス状のターゲット電力を印加することにより、少なくとも１つの寸法ｘ×ｙの範囲内の平坦な基板上で、ターゲット面Ｓにおけるコーティングの堆積が開始される。
【0032】
発明のプロセスを適用することにより、基板寸法ｘ×ｙの範囲内のコーティングの、ｕｎｉｆＴ≦５％の厚さの均一性ｕｎｉｆＴがもたらされ得る。均一性は
ｕｎｉｆ＝（Ｍａｘ－Ｍｉｎ）／（２×Ｍｅａｎ）
と定義され、ＭａｘおよびＭｉｎはそれぞれ測定された最大値および最小値である。
ｕｎｉｆ＝（Ｍａｘ－Ｍｉｎ）／（２×Ｍｅａｎ）
と定義され、ＭａｘおよびＭｉｎはそれぞれ測定された最大値および最小値である。
【0033】
各陰極は個別の電源によって駆動され得、電源は、すべてがパルス電源であり得、または、たとえば内側陰極用の少なくとも１つのパルス電源と、たとえば外側陰極用のＤＣ電源との組合せであり得る。
【0034】
少なくとも１つの電源がバイポーラ電源であり得る。
【0035】
さらなる実施形態では、ここでは電極である２つの隣接した陰極が、それぞれの隣接した電極に異なる極性の出力が接続されるデュアルマグネトロン構成のバイポーラ電源によって駆動され得る。一例として、４つの陰極アレイのうち内側陰極、または代わりに、そのようなアレイの左右の陰極対が、デュアルマグネトロン構成のそれぞれのバイポーラ電源によって駆動され得る。
【0036】
現況技術のプロセスおよび機器では、スイングで誘起された厚さの非対称性の強い表れが認められている、クロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、タングステンチタン（ＷＴｉ）のコーティングも、説明された発明のプロセスを使用して堆積され得、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、ＷＴｉのターゲットは、基板表面にわたって短縮された横向きの突出を有する。
【0037】
台座は、電気的フローティング、電気的接地、またはＲＦ電圧を供給することができるバイアス発生器によって与えられる定義されたバイアス電位で、取り付けられ得る。
【0038】
本発明は、発明の装置またはプロセスを使用して、基板寸法ｘ×ｙの範囲内で、抵抗率Ｒ（Ωｍ）の均一性ｕｎｉｆＲ≦５％および／または厚さの均一性ｕｎｉｆＴ≦５％を有するコーティングを備える製品の製造をさらに対象とするものである。
【0039】
本発明による装置の２つ以上の実施形態は、矛盾しなければ組み合わされ得ることが言及されるべきである。これは、そのような組合せが、たとえば接地とフローティングバイアスとを同時に使用するような、またはそれと類似の、当技術者には不適当であると明白に認識されるものでない限り、本発明の実施形態または例のうち１つだけに関連して示され、または論じられてはいても、他の実施形態または例とともに論じられてはいないすべての特徴が、本発明の他の実施形態の性能を改善するためにも、うまく適合され得る特徴と見なされ得ることを意味する。したがって、言及された例外を除いて、特定の実施形態または例の特徴のすべての組合せは、そのような特徴が明示的に言及されていなくても、他の実施形態または例と組み合わされ得る。
【0040】
次に、本発明を、図面を活用してさらに例示する。図は、単なる実証的な目的のために例示的に描かれており、したがって、実際の機器寸法や、当技術者に既知の、本発明の理解にとって不可欠ではない詳細を示すものではない。同一の番号や参照符号はまた、別々の図での同一の特徴を表す。アポストロフィ、ならびに内側陰極の特徴に関して添えられたインデックス「ｉ」および外側陰極の特徴に関して添えられたインデックス「ｏ」、または番号は、特定の陰極の代案または特定の特徴を指す。
【図面の簡単な説明】
【0041】
【図1】装置の垂直投影図である。
【図2】装置の水平投影図である。
【図3】基板平面Ｓにおける堆積である。
【図4】陰極の側面図である。
【図5】Ｘ座標に沿った厚さ分布である。
【図6】パルス方式（バイポーラ）である。
【図7】パルス方式（デュアルマグネトロン）である。
【図8】シミュレートされた厚さ方式である。
【図9】ｙ座標に沿った厚さ分布（ＤＣ）である。
【図10】ｙ座標に沿った相対的厚さ（ＤＣ）である。
【図11】ｙ座標に沿った相対的厚さ（パルス）である。
【図12】表面走査の厚さ分布（ＤＣ）である。
【図13】表面走査の厚さ分布（パルス）である。
【発明を実施するための形態】
【0042】
図１は、主回転軸ＸおよびＺに沿って４つの陰極１、２、３、４のアレイを備える発明の装置３０の垂直投影図である。陰極に備わっている回転ターゲット５、６、７、８とスイベルマウントの磁気システム９、１０、１１、１２との両方が、陰極のそれぞれの縦軸ＹＣ１、ＹＣ２、ＹＣ３、ＹＣ４の回りで移動する。磁気システム１０および１１は、基板表面または基板平面Ｓに向き合う位置に示されているが、磁気システム９および１２は中心に対して旋回し、すべての磁気システムが、それぞれの旋回面ＰＴＳ内にあるように示され、たとえば内側陰極の旋回角度に関するそれぞれの合計の旋回角度２βの中心を定義し、ここで、内側陰極２、３の旋回面ＰＴＳｉと基板平面Ｓとの間の角度はαｉ＝９０°であって、２βｉ＝│＋βｉ│＋│－βｉ│かつ│－βｉ│＝│＋βｉ│であり、同じことが±βｏについて有効であり、ここで、外側陰極１、４の旋回面ＰＴＳｏと基板平面Ｓとの間の角度はαｏ＝４５°である。そのような構成では、磁気システムが次の隣接した陰極に直面して相互の陰極析出を生じる位置を防止するために、外側旋回角度と内側旋回角度とは、通常は、たとえばβｏ＜βｉと異なったものになる。
【0043】
内側陰極２および外側陰極４とともに、陰極軸ＹＣ２、ＹＣ４のシャフト３３および伝達スポーク３４が示されており、外側陰極１および内側陰極３とともに、内側の旋回面ＰＴＳｉおよび外側の旋回面ＰＴＳｏ（一点鎖線）、ならびにそれぞれの内側の旋回角度±βｉおよび外側の旋回角度±βｏ（破線）が、例示的に示されている。磁気システム９、１０を有する陰極装置１、２は、磁気システム１１、１２を有するそれぞれの装置３、４と、ＹＺ平面において鏡像対称になっていると見なされ得る。内側の旋回面ＰＴＳｉの角度αｉは基板平面Ｓに対して垂直であるのに対し、外側の旋回面ＰＴＳｏの角度αｏは基板平面Ｓに対してほぼ４５°に傾斜しており、その結果、面ＰＴＳｏは、軸ＹＣｏから見て、中央断面ＹＺに対して下方へ傾斜している。ここで、インデックス「ｉ」および「ｏ」は、内側陰極および外側陰極、ならびにそれぞれの寸法、角度、旋回面等を指す。旋回面ＰＴＳからのマグネットスイングの最大値は、それぞれの角度±βによって与えられる。外側の旋回角度±βｏは約２０°であり、内側の旋回角度±βｉは約４０°であって、それぞれが、それぞれのプロセスの要求まで変化することができる。半導体産業における多くのプロセスに関して、たとえば数ｎｍ～約５００ｎｍの薄層のために、大きな陰極電力の印加を意味する高いプロセス効率は、通常、最大位置の間、すなわち＋βの位置～－βの位置の間の１回のマグネットスイングであり、必要な層の厚さを堆積するのに十分なものであることが言及されるべきである。旋回運動は、一定のやり方またはステップ状のやり方で実現され得る。連続した旋回位置に対して速度が変化するかまたは保持時間が異なり得、その結果、磁石システムのドウェル時間が変化する可能性があり、たとえば＋β～０の角度範囲と０～－βの角度範囲とで異なり得る。図１および図２に示されるように、外側陰極１、４の陰極軸ＹＣ１、ＹＣ４は、最大の基板寸法に対して、ｘ方向に、たとえば５ｍｍ～６０ｍｍといった数ｍｍのオフセットを有し得る。あるいは、図３に示されるように、陰極軸ＹＣ１およびＹＣ４は、それぞれのｙ側の最大基板寸法と、たとえば±１０ｍｍ以内の基本的に面一であり得る。いずれの場合も、外側陰極の軸ＹＣ１とＹＣ４とは対称であって、中心ｙ軸に対して平行である。
【0044】
ターゲット５、６、７、８を取り付けられた陰極１、２、３、４は、それぞれ同一の直径ＤＴで同一のサイズであり、互いから等しい距離ＴＴＴ（すなわちＴＴＴｉ＝ＴＴＴｏ）に配置されており、また、少なくともターゲット面Ｓから等しい距離ＴＳＤ（すなわちＴＳＤ１＝．．．＝ＴＳＤ４）またはほぼ等しい距離ＭＴＳＤ±２ｍｍに配置されている。あるいは、点線で示されるように、ターゲット５’、８’を有する外側陰極１’、４’の位置は、垂直に、たとえば示されるように下方へ移動され得、その結果、外側ターゲット１’、４’のターゲット面までの距離ＴＳＤｏ’は、内側ターゲット２、３のターゲット面Ｓまでの距離ＴＳＤｉとは異なる。加えて、ターゲット５’、８’を有する外側陰極１’、４’の位置は、たとえば、示されるように中央に向かって横に移動され得、その結果、２つの内側ターゲットの間の距離ＴＴＴｉは、外側ターゲットから次の内側ターゲットまでの距離ＴＴＴｏとは異なる。論じられた代替形態は、たとえば、中央に配置された基板の長さｘが、陰極１、２、３、４で示されるような等距離の機構における２つの外側の軸の間の距離よりも短いとき、より公式には、ＴＴＴ＝ＴＴＴｋ＝１．．．＝ＴＴＴｎ（ここではｎ＝３）、同時にＴＳＤ≒ＴＳＤｋ＝１≒．．．≒ＴＳＤｍ（ここではｍ＝４）かつＴＳＣ＝ＴＳＣｏ＝ＴＳＣｉについて、
【0045】
【数2】
【0046】
と表現されるとき、（厚さまたは抵抗率）のようなｘ方向における層の均一性パラメータを改善するための助けになり得る。
【0047】
したがって、点で描いた陰極１’、２’、３’、４’で示されるような機構により、外側陰極の、コーティングされる基板表面までの最も近い距離を、たとえば内側陰極２および３の法線距離ＴＳＤｉに一致する距離値│ＴＳＤｉ│に調節することが可能になる。そのように、ターゲットから基板平面までの距離が異なる場合、所与の陰極アレイに関して、ターゲット突出の最小値を計算するため、または基板領域の最大のｙ値を計算するために、より長い距離を用いる必要がある。そのような機構は、外側陰極が、たとえば大電力もしくは小電力といった異なる電力、またはＡＣ電源もしくはＤＣ電源といった異なる電源で駆動されるときにも役立ち得、下記を参照されたい。
【0048】
陰極に対する対極として、接地陽極１９が陰極アレイを取り巻いて設けられる。これは、たとえば、陰極１、２、３、４および基板１４用の台座１５を除く、堆積チャンバ３１の基本的にすべての内側表面を、取り巻き、かつ／または形成する、それぞれのライナまたはシールドによって実現され得る。
【0049】
台座は、たとえばＲＦのバイアス、接地、またはそれぞれのプロセスの要求までのフローティング基板電位を可能にするために、絶縁または絶縁ＥＳＣ １６をさらに包含する。冷却または加熱の流体入口１７および流体出口１８を備える冷却／加熱回路が設けられてよい。通常、冷却液として水が使用される。
【0050】
台座は、台座１５と台座に取り付けた平坦な基板１４との間の熱移動を良くする裏面ガス供給源２０をさらに備え得る。裏面ガス供給源２０は、たとえばＨｅおよび／またはＡｒといった少なくとも１つの不活性ガスのためのガス供給源と、たとえば絶縁ＥＳＣ １６の表面といった、台座１５の表面に通じる少なくとも１つのガス入口２１ａとを備え得る。あるいは、裏面ガスを低い流れ抵抗で移送するための流量範囲を有して、たとえば中心からさらに外側の台座またはＥＳＣの表面領域の方へ通じる、いくつかの入口またはガス分配ダクトがあってよい。ダクトは、ウェーハの裏面に対して部分的または全面的に開かれてよく、ガスチャネルに接続されており、ガスチャネルは、深さはたとえば１０μｍ～１００μｍまたは５０±１０μｍと浅いが、広幅であり、裏面ガスによってウェーハと台座／ＥＳＣ表面との間に効果的な熱移動をもたらすために、ダクトよりもかなり大きい流れ抵抗を有し、台座／ＥＳＣ表面の基本的な領域をカバーする。あるいは、ウェーハは、たとえば言及されたチャネル深さに応じて、スペーサの上に、台座またはＥＳＣ表面に接近して配置されてよく、それによってウェーハと台座／ＥＳＣとの間に別の種類のチャネルを形成する。両方の変形形態を用いて、基板は、より大きい裏面ガス圧力を可能にするために、たとえばガスケットといった周囲の突出部上にさらに配置され得る。さらなる実施形態では、突出部には、プロセス空気のための小さい出口開口が備わっていてよく、あるいは、裏面ガスを高真空ポンプ２３のポンプソケット２２へ直接導くための裏面ガス出口２１ｂが設けられてもよい。
【0051】
上昇ロッド２４により、台座を垂直方向に移動させて、たとえば降下位置（図示せず）において台座に基板１４を載せ、堆積チャンバ３１を閉じ、かつ／または、示されるように、基板を、上の方の位置における陰極距離へと調節することが可能になる。
【0052】
アルゴン、ネオンおよび／またはクリプトンのような不活性スパッタガスと、ターゲット材料の化合物を堆積するために反応プロセスを実行するべきである場合の、たとえば窒素、炭素、または酸素を含むそれぞれの反応ガスとのためのプロセスガス入口３６が、堆積チャンバ３１の中にプロセスガスを均一に分配するためのガス分配システム３７に接続され得る。
【0053】
図２には、図１に類似のシステムが水平投影図で示されている。同一の参考番号については図１が参照されてよい。陰極１、２、３、４は、ターゲット５、６、７、８を移動させるための駆動ギア２６および他の貫通接続のような機械的装置を保護するためのターゲットキャップ３５を有し、また、通常は、陰極２のみに加えて、概略的に示された、さらなるターゲットキャップ３５’も備わっており、どちらも、中空のターゲットカソードと堆積チャンバとの間の粒子のやり取りを防止するためのものである。加えて、キャップ３５、３５’は、ターゲット冷却システムのための真空ガスケットおよび／またはシールを備え得る。従来通り、ターゲットおよびそれぞれの陰極の電圧の接続のみがそれぞれの電圧源１３に接続され、陰極の他の部分はターゲットから絶縁して接地される。
【0054】
図１の装置に備わっている電源システムと、それと異なる、図２の装置に備わっている電源システムとに注目する。図１において、陰極１または１’と２とは、陰極３と４または４’とのように、それぞれがデュアルマグネトロン構成である、それぞれの２つの電源１３に接続されており、各パルス電源１３が、それぞれ、陰極１（１’）および２と、陰極３および４（４’）とに、対称な負の信号および正の信号を交互に供給する。同期ユニット３８が、それぞれの電源１３の信号を同期させる。信号の高さおよび時間において対称な信号を供給するデュアルマグネトロン電源からの一般的な電圧信号が、図７に示されている。
【0055】
図２のものとは対照的に、各外側陰極１、４および各内側陰極２、３に、それぞれ電源１３ｏおよび１３ｉが備わっている。同調ユニット３８と電源との間の破線および実線の接続ラインを含む第１の実施形態では、すべての電源１３ｏおよび１３ｉはパルス電源であるが、デュアル電力パルス電源と同一の信号基準を満たす必要はない。図６に見られるように、そのような電源では、周期時間ｔは、それぞれのサブ周期について、より長い負の期間ｔ－と、より短い正の期間ｔ＋とを有し得、正の放電電圧Ｖ＋は、負の電圧Ｖ－よりも基本的に絶対値が小さい。グラフの右側に例示的に示されるような正のスパイク放電Ｓｐでも、スイングによって誘起される陰極アレイにおける側方領域の厚さの非対称性を最小化するための本発明の効果をもたらすのに十分であり得る。
【0056】
図２に示されたさらなる実施形態は、内側陰極２、３のパルス電源１３ｉと同調ユニット３８との間の実線の接続ラインしか含まず、外側陰極１、４にはＤＣ電源が備わり得る。
【0057】
図２に示されるような電源方式は、図１に示されるような陰極アレイにも適用得、たとえば、下方に、かつ／または側方のｘ方向に移動した外側陰極１’、４’にはパルス電源１３ｏまたはＤＣ電源が適用され得て、少なくとも１つの「内側の」パルス電源１３ｉが、すべての陰極用の個別の電源とともに、あるいは内側陰極２および３を備えるデュアルマグネトロン構成で、内側陰極に接続され得ることを理解する必要がある。
【0058】
図２にはまた、基板表面の最大寸法ｘｙと、たとえば幾何学的ターゲット長ＴＬ、およびスパッタリングが生じる有効なターゲット長を指すターゲット長ＴＬＡといったターゲット寸法に対する最大寸法ｘｙの関係とが示されている。理想的なカソード設計では、磁気システム９、１０、１１、１２のタイプによる影響が強いので、すべてのターゲット表面が同等にスパッタリングされ得るように、ＴＬＡはＴＬに等しくされる。図２には、明瞭さのために、磁気システム９および１１しか示されていないことが言及されるべきである。図３は、図２からの基板平面Ｓのみを表し、基板表面の最大寸法ｙの両側におけるそれぞれの突出ＴＳＤのようなさらなる詳細を示す。さらに、中心にある、ｘ＝ｘおよびｙ＝ＴＬＡの寸法の面において、各軸ＹＣ１、ＹＣ２、ＹＣ３、ＹＣ４の両側に、はす向かいに、より厚い領域４５が示されている。領域４５は、言及されたように、それぞれの軸の回りの磁気システムの旋回中にスイングによって誘起される厚さの非対称性によるものである。
【0059】
図４は、陰極１のさらなる詳細を側面図で示すものであり、磁気システム１０の、基板１４に対面する状態を実線で示し、旋回したために基板平面Ｓに対して傾斜した状態を破線で示す。磁気システム１０は、周囲の雰囲気にあり得る冷却管４０の内側空間内で旋回し、冷却管４０はまた、スパッタターゲットの冷却回路４４の内側境界を定義し、冷却回路４４の外側境界は、ターゲットの機械的支持も与えるバッキングチューブ３９によって定義される。ターゲット冷却システム用のそれぞれの真空ガスケットおよび／またはシールは、キャップ３５、３５’を備え得る。ターゲット冷却水の入口および出口は軸方向に設けられ、たとえば陰極の反対端において半径方向に分配され得る。
【0060】
Ｔａｂｌｅ １（表１）には、２つの異なる基板ジオメトリのための２つの発明の装置の主要な寸法が示されている。どちらの装置も、変更されたＣｌｕｓｔｅｒｌｉｎｅ ＰＮＬタイプである。Ｃｌｕｓｔｅｒｌｉｎｅ ＰＮＬ５００モデルに基づく装置１（Ａｐｐａｒ．１）については、５００±１５ｍｍ×５００±１５ｍｍの範囲内の基板が、３つの陰極アレイを用いてコーティングされ得る。Ｃｌｕｓｔｅｒｌｉｎｅ ＰＬＮ６００モデルに基づく装置２（Ａｐｐａｒ．２）については、６００±２０ｍｍ×６００±２０ｍｍの範囲内の基板が、４つの陰極アレイを用いてコーティングされ得る。
【0061】
【表1】
【0062】
表中の式は、それぞれの基板の１つの側部ごとに使用されるそれぞれのターゲット突出を定義する。１４０ｍｍ～１６０ｍｍの直径ＤＴを有するターゲットが使用された。
【0063】
そのような装置を使用して、スイベルマウントの磁気システムを備えるターゲットとともに、現況技術のプロセス用のＤＣ電源および発明のプロセス用のバイポーラパルスＤＣ電源が使用された。基板表面をどちらのｙ方向にも拡大するために、スイングで誘起される厚さの非対称性が効率よく改善され得ることを示すように、Ｔａｂｌｅ ２（表２）に示されるパラメータが適用された。
【0064】
【表2】
【0065】
＊ 任意の遷移金属すなわち周期系の３族～１２族、またはＡｌ、あるいはそれらの組合せ
＊＊ 任意の４族～１０族の要素、Ａｌ、またはＣｕ、あるいはそれらの組合せ。
＊＊ 任意の４族～１０族の要素、Ａｌ、またはＣｕ、あるいはそれらの組合せ。
【0066】
そのようなパラメータを適用して、Ｔａｂｌｅ ３（表３）に示されるようなコーティング特性に達することができた。
【0067】
【表3】
【0068】
上記に列挙されたパラメータを用い、Ｃｕターゲットを使用して、４つの陰極アレイの陰極軸ＹＣｎに対して垂直な基板の中央のＸ座標に沿って、図５に示されるような厚さ分布が堆積され得た。スイングで誘起された厚さの非対称性は基板平面Ｓの外側のｙ座標でしか見えないので、ＤＣ駆動のプロセスまたはパルスＤＣ駆動のプロセスによって堆積されたコーティングの、相対的厚さ変動のｘ軸に沿った分布の場合にはほぼ同じであることが言及されるべきである。ｘ軸に沿ったそのような偏差は、Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから市販されている最適化プログラムによって前もって最適化された。４つの陰極アレイに関するそのような計算の一例が図８に示されている。示されるような４つの陰極の厚さ分布を重ね合わせた累積曲線は、約±０．３４％の中央の均一性偏差を示す。ＰＮＬ６００スパッタリング装置に対してそのような最適化を適用したとき、図５のＣｕ層の場合、中央の均一性偏差は約±２％であった。図１および図２の４つの陰極アレイに対して示されるように、外側陰極の軸ＹＣ１およびＹＣ４の突出部は、最大の基板寸法から外へ向かうオフセットである。
【0069】
図１０および図１１には、Ｃｌｕｓｔｅｒｌｉｎｅ ＰＮＬ６００システムにおいて堆積された２つのチタンの単一層の比較の厚さ分布が示されている。使用されたＰＮＬ６００機器の装置ジオメトリについては、Ｔａｂｌｅ １（表１）のＡｐｐａｒ．２の列を参照されたい。厚さ分布は、陰極軸ＹＣｊおよび６００ｍｍ×６００ｍｍの基板表面の中心軸Ｙと平行な、Ｘ座標が一定のラインに沿って測定された。これらの実験のために、現況技術のプロセスによって、４つの陰極アレイのうち２つの陰極のみがＤＣモードで使用され、静止した磁気システムの位置は、基板平面Ｓに対して枢動されていないゼロ位置と、磁気システムのゼロ位置からピボット角度γ＝６０°に枢動された位置とであった。γ＝０°およびγ＝６０°は、基板平面Ｓおよび旋回角度β＝０°に対して、それぞれの旋回面角度α＝９０°およびα＝３０°を指し、この実験と同様に、磁気システムは静止して使用されたことに留意されたい。距離ｘは、基板表面のｘ軸に沿った最大の絶対的な厚さに応じて選択されたものであり、最大の絶対的な厚さはまた、ｘ軸に対して陰極軸ＹＣｊが直交する機構による、同一のＸ座標の他のｙ値を有する最大の相対的な厚さを指す。最大厚さ値は、ｘ＝約４００ｍｍにおいて静止している磁気システムの場合には、磁気システムが基板の方へ向けられて、ターゲットが法線距離ＴＳＤ２で基板に面する位置のものである。
【0070】
ゼロ位置から中央のＺＹ面の方へγ＝６０°に枢動された磁気システムの場合には、厚さ最大値は中心の方へ側方に約３２５ｍｍ移動し、基板中心は３００ｍｍのところにあるとわかる。ゼロ位置の磁気システムを用いる堆積に関する測定ポイントは四角であってＤＣ γ＝０°と称され、枢動された磁気システムを用いる堆積に関する測定ポイントは丸であってγ＝６０°と称される。陰極が静止モードで駆動されたとき、図９から約３７５ｎｍの中間の厚さが計算され得、枢動された陰極については、約２８０ｎｍのそれぞれのより薄い中間の厚さが計算され得る。しかしながら、図９に示されるような絶対的な厚さよりも興味深いのは、図１０に示されるような２つのコーティングのそれぞれの中間の厚さに正規化された相対的な厚さである。そこから、ゼロ位置の磁気システムでの堆積に関する厚さの均一性ｕｎｉｆＴ（γ＝０°）＝±１．５％が推定され得るが、枢動された磁気システムで実現される厚さの均一性は、均一性ｕｎｉｆＴ（γ＝６０°）＝±７．８％と非常に劣るものであった。同時に、この分布は非対称性が強く、ｙ座標の一端において薄く、他端において厚くなっている。これらの測定は、最大厚さの１つのＸ座標においてのみ、なされたものであることに再度留意されたい。基板全面の厚さ分布を考慮すると、図８に示されるような、中央のＸ座標に沿った厚さ分布のための最適化プログラムを適用しても、ｙ座標に沿った厚さ非均一性が依然として課題であることは明らかである。これらの結果は、陽極アレイ機構を用いて静的にコーティングされる基板のＸ座標に沿った厚さ分布を最適化するために、枢動する磁気システムまたは旋回する磁気システムが使用されるとき、ｙ座標に沿って少なくともなんとか許容できる厚さの均一性に達するためには、両方のターゲット端に、基板寸法を上回る、たとえば各側部において≧２ＴＳＤといった過度の突出を与えることの必要性をも明瞭に示すものである。インラインシステムでは、基板が、異なる堆積速度の領域を通って移動されることによって、ｘ方向における厚さの差がならされるので、磁石は常にα＝９０°にとどまることができ、枢動または旋回の必要性がなく、この影響はそれほど重要ではないことが言及されるべきである。
【0071】
図１１には、図１０と同様に静止した磁気システムで堆積されたチタンコーティングの、類似の、比較の相対的な厚さ分布の結果が示されている。しかしながら、この場合、図９および図１０における現況技術のプロセスとは対照的に、アレイのうち電力を供給される唯一の陰極３に、バイポーラパルスＤＣ電源が接続されている。ここでは陰極３の、ゼロ位置における堆積に関する測定ポイントはパルスＤＣ γ＝０°と称され、四角であり、枢動された磁気システムを用いる堆積に関する測定ポイントは三角であり、パルスＤＣ γ＝６０°と称される。γ＝６０°だけ枢動された磁気システムを用いる厚さ分布の均一性は、図１０に示されたそれぞれのＤＣ駆動の枢動された陰極と比較して、均一からのより小さい偏差すなわちｕｎｉｆＴ（γ＝６０°）＝±２．１％と約１／３にすることができたので、ＤＣ駆動の陰極に対する差は、当技術者には非常に驚くべきものである。同時に、分布の対称性は、ここでは、枢動されていないシステムを用いて堆積されたコーティングの分布に類似であり、少し厚い中央部と、側方領域に向かってコーティング厚さのそれぞれの減少とを示す。
【0072】
図１２は現況技術のＤＣプロセスで堆積されたコーティングの表面の走査厚さ分布を示し、図１３は発明のパルスＤＣプロセスで堆積されたコーティングの表面の走査厚さ分布を示し、どちらのプロセスも、図１および図２に概略的に示されたＰＬＮ６００（ａｐｐａｒ．２）システムおよびＴａｂｌｅ １（表１）におけるそれぞれの寸法を用いた。すべての４つの陰極は、それぞれ銅ターゲットであり、陰極面Ｓから同一の距離ＴＳＤにあった。電力は、現況技術のプロセスについては４つの専用のＤＣ電源を使用して、本発明のプロセスについては４つのパルス同期式ＤＣ電源を使用して、供給した。
【0073】
ＤＣスパッタリングのために１０ｍｍの縁部を除外した６００ｍｍ×６００ｍｍのガラス基板上の表面領域の厚さの均一性の測定結果が図１２に示されており、スイングで誘起された明瞭な厚さ非対称性を示す。実用的な理由から、図１２および図１３では、軸の原点は基板の左下隅にある。グレースケールは、平均値に対する－１５％～＋１５％の範囲を示すように調整されている。図１２における現況技術のプロセスは、測定された基板寸法の範囲内で、約２３８ｎｍの平均厚さおよび均一性ｕｎｉｆＴ＝７．１６％をもたらした。測定は、４ポイントのプローブ表面抵抗Ｒｓ測定デバイスを用いて実行され、測定されたシート抵抗は、一定の抵抗率を想定して、フィルム厚値に変換された。
【0074】
しかしながら、本発明によるパルスＤＣプロセスを用いてコーティングされたガラス基板に対する同一の測定では、約２０５ｎｍの平均厚さおよび最小値と最大値との間のｕｎｉｆＴ＜５．０％の均一性がもたらされ、これは、ＤＣ法の均一性よりも３０％超優れたものである。特に２００≧ｙと４００≦ｙとの間の側方領域において地形的な差が際立って低減している。
【0075】
したがって、図９～図１３に示された実験結果は、バイポーラパルス電源を使用することによって厚さの均一性がかなり改善され得ることを明瞭に示しており、それによって、所与の陰極ジオメトリを用いて基板表面を拡大すること、または所与の基板ジオメトリを用いて陰極長さを短縮することができる。
【符号の説明】
【0076】
１ 陰極（デュアルマグネトロン電源の場合の電極）
２ 陰極（デュアルマグネトロン電源の場合の電極）
３ 陰極（デュアルマグネトロン電源の場合の電極）
４ 陰極（デュアルマグネトロン電源の場合の電極）
５ ターゲット
６ ターゲット
７ ターゲット
８ ターゲット
９ 磁気システム
１０ 磁気システム
１１ 磁気システム
１２ 磁気システム
１３ パルス電源
１３’ 電力ライン
１４ 基板
１５ 台座
１６ 絶縁、または絶縁ＥＳＣ（静電チャック）
１７ 冷却液入口
１８ 冷却液出口
１９ 陽極
２０ 裏面ガス供給源
２１ａ 裏面ガス入口
２１ｂ 裏面ガス出口
２２ ポンプチャネル
２３ ポンプ
２４ 上昇ロッド
２５ ターゲット駆動装置
２６ 駆動ギア
２７ 底部
２８ 側壁
２９ 頂部
３０ 装置
３１ 堆積チャンバ
３２ 磁石モータ
３３ シャフト
３４ スポーク
３５ ターゲットキャップ
３６ プロセスガス入口
３７ ガス分配システム
３８ 同期ユニット
３９ バッキングチューブ
４０ 冷却管
４１ 内側磁石
４２ 外側磁石
４３ 磁石ヨーク
４４ 冷却回路
４５ コーティングがより厚い領域
ｉ 内側陰極およびその寸法、角度、旋回面、電源等を指すインデックス
ｏ 外側陰極およびその寸法、角度、旋回面、電源等を指すインデックス
αｏ 面ＰＴＳｏと垂直面との間の角度
αｉ 面ＰＴＳｉと垂直面との間の角度
β 磁石システムの最大旋回角度
βｉ 内側磁石システムの最大旋回角度
βｏ 外側磁石システムの最大旋回角度
ＣＬ 陰極長さ
ＤＴ ＤＴ１．．．ＤＴｎ、ＤＴｍａｘ、ＤＴｉ、またはＤＴｏのいずれかを指示する、ターゲットの直径
ＰＴＳｏ 外側陰極の磁石の旋回面
ＰＴＳｉ 内側陰極の磁石の旋回面
Ｓ 基板平面
Ｓｐ 電気的スパイク
ＴＬ ターゲット長
ＴＬＡ 有効なターゲット表面領域の長さ
ＴＳＣ 等しい距離または異なる距離であり得るＴＳＣｉまたはＴＳＣｏのいずれかを指示する、陰極軸から基板平面Ｓまでの距離
ＴＳＤ 等しい距離または異なる距離であり得るＴＳＤ１．．．ＴＳＤｎ、ＴＳＤｉ、ＴＳＤｏ、およびＭＴＳＤのいずれかを指示する、ターゲットから基板平面Ｓまでの距離
ＭＴＳＤ ＭＴＳＤ＝（ＴＳＤ１＋．．．＋ＴＳＤｎ）／ｎである、距離の平均値
ＴＴＴ 等しい距離または異なる距離であり得るＴＴＴｉまたはＴＴＴｏのいずれかを指示する、ターゲット軸の間の距離
ｘ×ｙ 基板表面の最大寸法
Ｘ、Ｙ、Ｚ 軸
ＹＣｊ 軸ＹＣ１．．．ＹＣ４、ＹＣｉおよびＹＣｏのいずれかを指示する、陰極の縦軸
２ 陰極（デュアルマグネトロン電源の場合の電極）
３ 陰極（デュアルマグネトロン電源の場合の電極）
４ 陰極（デュアルマグネトロン電源の場合の電極）
５ ターゲット
６ ターゲット
７ ターゲット
８ ターゲット
９ 磁気システム
１０ 磁気システム
１１ 磁気システム
１２ 磁気システム
１３ パルス電源
１３’ 電力ライン
１４ 基板
１５ 台座
１６ 絶縁、または絶縁ＥＳＣ（静電チャック）
１７ 冷却液入口
１８ 冷却液出口
１９ 陽極
２０ 裏面ガス供給源
２１ａ 裏面ガス入口
２１ｂ 裏面ガス出口
２２ ポンプチャネル
２３ ポンプ
２４ 上昇ロッド
２５ ターゲット駆動装置
２６ 駆動ギア
２７ 底部
２８ 側壁
２９ 頂部
３０ 装置
３１ 堆積チャンバ
３２ 磁石モータ
３３ シャフト
３４ スポーク
３５ ターゲットキャップ
３６ プロセスガス入口
３７ ガス分配システム
３８ 同期ユニット
３９ バッキングチューブ
４０ 冷却管
４１ 内側磁石
４２ 外側磁石
４３ 磁石ヨーク
４４ 冷却回路
４５ コーティングがより厚い領域
ｉ 内側陰極およびその寸法、角度、旋回面、電源等を指すインデックス
ｏ 外側陰極およびその寸法、角度、旋回面、電源等を指すインデックス
αｏ 面ＰＴＳｏと垂直面との間の角度
αｉ 面ＰＴＳｉと垂直面との間の角度
β 磁石システムの最大旋回角度
βｉ 内側磁石システムの最大旋回角度
βｏ 外側磁石システムの最大旋回角度
ＣＬ 陰極長さ
ＤＴ ＤＴ１．．．ＤＴｎ、ＤＴｍａｘ、ＤＴｉ、またはＤＴｏのいずれかを指示する、ターゲットの直径
ＰＴＳｏ 外側陰極の磁石の旋回面
ＰＴＳｉ 内側陰極の磁石の旋回面
Ｓ 基板平面
Ｓｐ 電気的スパイク
ＴＬ ターゲット長
ＴＬＡ 有効なターゲット表面領域の長さ
ＴＳＣ 等しい距離または異なる距離であり得るＴＳＣｉまたはＴＳＣｏのいずれかを指示する、陰極軸から基板平面Ｓまでの距離
ＴＳＤ 等しい距離または異なる距離であり得るＴＳＤ１．．．ＴＳＤｎ、ＴＳＤｉ、ＴＳＤｏ、およびＭＴＳＤのいずれかを指示する、ターゲットから基板平面Ｓまでの距離
ＭＴＳＤ ＭＴＳＤ＝（ＴＳＤ１＋．．．＋ＴＳＤｎ）／ｎである、距離の平均値
ＴＴＴ 等しい距離または異なる距離であり得るＴＴＴｉまたはＴＴＴｏのいずれかを指示する、ターゲット軸の間の距離
ｘ×ｙ 基板表面の最大寸法
Ｘ、Ｙ、Ｚ 軸
ＹＣｊ 軸ＹＣ１．．．ＹＣ４、ＹＣｉおよびＹＣｏのいずれかを指示する、陰極の縦軸
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【国際調査報告】