JPH0853764A - プラズマの均一性を改善するマグネトロンにおけるマルチプル・アノードの使用 - Google Patents

プラズマの均一性を改善するマグネトロンにおけるマルチプル・アノードの使用

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JPH0853764A
JPH0853764A JP7057354A JP5735495A JPH0853764A JP H0853764 A JPH0853764 A JP H0853764A JP 7057354 A JP7057354 A JP 7057354A JP 5735495 A JP5735495 A JP 5735495A JP H0853764 A JPH0853764 A JP H0853764A
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deposition
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Stephen C Schulz
シー シュルツ スティーヴン
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 均一の厚みを有する被膜を結果として得るた
めに薄膜を基板上に被着するために用いるマグネトロン
のプラズマを制御する技術を提供する。 【構成】 実施例の一グループでは、プラズマにわたる
密度プロファイルを制御するようにそれらの電力が個々
に制御されるある態様を伴って、マグネトロンにおいて
二つ以上の小さいアノードが互いに離間されている。実
施例の別のグループでは、一つ以上小さいアノードまた
はアノード・マスクを機械的に移動することによって同
じ効果が得られる。回転式円筒状カソードまたは固定プ
レーナカソードのいずれかを有しているマグネトロンで
使用しかつつ材料の膜を基板上にスパッタすべく設計さ
れたときに、基板にわたる被着の割合いの均一性が改善
される。また、絶縁材をスパッタリングすることの悪影
響が縮小される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般にマグネトロン及
びプラズマ処理に関し、より特定的には、材料の薄膜を
基板上にスパッタするためのそのような処理のアプリケ
ーションに関する。
【０００２】
【従来の技術】プラズマ生成を含む種々のアプリケーシ
ョンにおいて多数の処理が存在する。一例は、半導体回
路の製造及びその他で用いられるドライ・エッチング処
理である。別の例は、同様に半導体回路の製造及びその
他で用いられる、基板上への薄膜の被着である。工業的
に重要な被覆処理は、基板のある一定の光学的特性を規
定するために材料の複数の層が被着されるビルディング
または自動車ガラスのような大きな基板上に薄膜を被着
すべく大きいマグネトロンを用いる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記及び他のマグネト
ロン・アプリケーションにおいて、エッチング、スパッ
タリングまたは他のプラズマ処理のいずれからの、最終
生成物がこの分布によって影響を及ぼされるので、プラ
ズマ内のイオンの分布の制御を維持することができるこ
とは、非常に望ましい。大きな基板上への薄膜のスパッ
タリングにおいて、ターゲットにわたるプラズマ密度に
おける変化は、基板上への材料被着の割合いにおいて対
応する変化をもたらす。大部分のそのようなアプリケー
ションは、非常に小さい許容範囲内で、全基板にわたり
同じ厚みを有することを被膜に要求するので、プラズマ
密度のある非均一性に対して補償すべく他の計測が行わ
れるが、しかしそれらは、望んだように常に効果的では
ない。更に、ターゲットにわたるプラズマ密度プロファ
イルは、薄膜被着または他のプラズマ支援処理中にしば
しば変化する。従って、本発明の目的は、均一の厚みを
有する被膜を結果として得るために薄膜を基板上に被着
するために用いるマグネトロンのプラズマを制御する技
術を提供することである。
【０００４】本発明の別の目的は、絶縁膜を基板上にス
パッタリングする処理中にプラズマを制御する技術を提
供することである。本発明の更なる目的は、種々のプラ
ズマ処理の制御のレベルを改善する技術を提供すること
である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上述した本発明の目的
は、それを通るパスを移動する基板上に材料の薄膜をス
パッタリングする真空チャンバ内の装置であって、パス
に面してそのなかに磁石を含んでいる、基板パスにわた
り横断して延伸すべく指向されるその伸長軸について回
転自在な円筒状に形造られており、負電圧に維持され、
それにより該円筒状のターゲットの長さに沿って延伸す
る基板パスとターゲットの間に被着領域を規定したター
ゲット表面と、ターゲット表面に隣接する少なくとも一
つのアノードを含み、電源からの正電圧に接続された、
基板上への材料の被着の割合いの被着領域にわたるプロ
ファイルを調整する手段とを備えている装置によって達
成される。本発明では、被着割合いプロファイル調整手
段は、少なくとも一つのアノードをターゲット表面伸長
軸の方向に物理的に移動する手段を含むように構成して
もよい。本発明では、被着割合いプロファイル調整手段
は、少なくとも一つのアノードをシールドすべく配置さ
れた少なくとも一つのシャッタと、制御信号に応答し
て、シャッタによって覆われるアノードの量を調整する
手段とを含むように構成してもよい。
【０００６】本発明では、被着割合いプロファイル調整
手段は、ターゲット表面伸長軸の方向に離れて維持され
る二つ以上の個別アノードを含むように構成してもよ
い。本発明では、被着割合いプロファイル調整手段は、
制御信号に応答し、一つのアノードだけが連続して常に
露出されるようにタイム・シーケンスで二つ以上の個別
アノードのそれぞれを物理的に覆う手段を更に含むよう
に構成してもよい。本発明では、被着割合いプロファイ
ル調整手段は、アノードを電源に相互接続し、個々のア
ノードに供給される電力を個別に制御する手段を更に含
むように構成してもよい。本発明では、被着割合いプロ
ファイル調整手段は、二つ以上のアノードの個々のもの
を通る電流を個別に調整する手段を更に含むように構成
してもよい。本発明では、電流調整手段は、アノードの
それぞれに射出された気体の相対量を調整するための、
二つ以上のアノードのチャンバ隣接表面に処理気体を導
入する手段を含むように構成してもよい。更に、上述し
た本発明の他の目的は、気体が導入される真空チャンバ
内に配置されており、負電圧源に接続されたターゲット
から基板上に絶縁膜をスパッタリングする方法であり、
相対運動が一方向に直交する方向で基板にわたり延伸し
ているターゲットを有する一方向においてターゲットと
基板の間に供給されている方法であって、直交方向に沿
ってターゲットに関して異なるロケーションに少なくと
も二つの離間したアノードを位置決めし、少なくとも二
つのアノードのそれぞれへの正電圧の電力を個別に制御
して、それにより直交方向において基板にわたり膜をス
パッタリングする割合いのプロファイルを制御する段階
を具備する方法によって達成される。
【０００７】本発明では、電力制御段階は、シーケンス
で一度に一つ、少なくとも二つのアノードの個々のもの
に電流を流し、基板の所与のロケーションが、膜が基板
上に被着される領域を通過する間に、少なくとも５回電
流を流すべくアノードのそれぞれに対して十分な割合い
で少なくとも二つのアノードのそれぞれに交互に電流を
流す段階を含むように構成してもよい。
【０００８】
【作用】本発明は、マグネトロンによって実行されるエ
ッチング、スパッタリングまたは他の処理中に調整がな
されるように、プラズマ密度プロファイルに形造らせか
つ制御させる。処理中にプロファイルを制御するための
能力は、アノード表面がマグネトロン・チャンバ内の全
ての他の表面のように処理が進むにつれて絶縁材で被覆
されるので絶縁膜を被着するときに特に有利である。本
発明の好ましい実施例では、所望のものに可能な限り近
いプロファイル密度プロファイルを供給するために二つ
以上のそのような小さいアノードがカソードに関して配
置される。アノードへの電力は、各アノードまたはアノ
ード群に対して個別に制御される。一つの形式では、ア
ノードのそれぞれによって運ばれる電流の相対量は、制
御される。別の形式では、基板がある時間にわたる平均
プラズマ密度プロファイルをみる所与の処理に対して十
分に高い割合いで、二つ以上のアノードは、電源にシー
ケンスで一度に一つ接続される。これら技術の両方は、
処理中に発生する条件が変わることを補うために処理中
にプロファイルが変更されうるようにプラズマ・プロフ
ァイルを調整することを許容する。薄膜絶縁材料をスパ
ッタリングするときに、これらの技術は、スパッタされ
る絶縁材料によるアノード表面の連続被覆の悪影響に対
する補償を許容または供給する。
【０００９】本発明の種々の態様の追加の目的、特徴及
び利点は、添付した図面に関連して参照されるべき記載
のその好ましい実施例の以下の記載から明らかになるで
あろう。
【００１０】
【実施例】上記及び他の目的は、簡単にかつ一般に、一
つ以上のアノードが配置されかつマグネトロン・プラズ
マの少なくとも一つの方向にわたる密度プロファイルを
制御するように電力が供給される、本発明によって達成
される。これまでは、そのプラズマ分布におけるマグネ
トロン・アノードの役割について、特に処理が実行され
ている間にその分布が変化する絶縁材料をスパッタリン
グすることにおいて相対的にあまり注目されていなかっ
た。本発明を実行するために、プラズマ処理中に単一ア
ノード活性表面がマグネトロン・カソードに関して機械
的に移動されるか、またはマルチプル・スモール・アノ
ード(multiple small anodes) が個別ロケーションに固
定されかつ制御可能な電源に個々に接続される。いずれ
の場合にも、アノードは、少なくともプラズマ・プロフ
ァイルが制御されるべき方向において非常に小さく作ら
れるが、しかしそれらは、それらが運ぶ電流の量を適格
に取り扱うべく十分に大きいことが必要である。本発明
の種々な態様は、一般的にマグネトロン及びプラズマ処
理に対するアプリケーションを有するが、それらの実行
は、スパッタリング処理によって薄膜を大きな基板上に
被着する図面に関して記述される。開始点として、最初
に図１を参照すると、現在実施されているようなスパッ
タリング処理の一例と、それを行うべく用いられる装置
とが記述されている。図１に示すマグネトロンは、軸１
５の回りを等速で電動機駆動源１３によって回転される
伸長円筒形状を有するカソード１１を利用している形式
である。カソード１１の円筒外部表面に支持されるの
は、被着処理中にスパッタされるターゲット材料１７の
層である。基板１９は、電気駆動モータ２３によって駆
動される支持ローラ２１のような、都合のよい機構によ
ってそのパスに沿った一方向に移動される。伸長永久磁
石構造２５は、カソード１１内に配置され、かつ被覆さ
れる基板１９に面している。磁石構造２５は、ターゲッ
ト１１と一緒には回転しないが、しかしその固定位置
は、しばしば幾分回転可能に調整されうる。磁石構造２
５は、その長さに沿って連続的に磁石を包含する。この
長さは、被着領域の幅を決定する。基板１９の幅は、磁
石構造２５の長さよりも、最大で、多少小さい。
【００１１】被着処理は、図１の破線２７で概略的に示
されるように、金属壁によって一般に形成された真空チ
ャンバ内で行われる。真空ポンプ２９は、実行される処
理と一致した低いレベルにチャンバ内の圧力を維持す
る。処理気体(process gas) は、供給源３３から、管３
１、または導管の他の形式によってターゲット表面１７
に隣接して射出される。管３１は、一つの形式では、タ
ーゲット表面１７と基板１９の間の被着領域３５（図
２）に直接、気体を射出(deliver) すべくターゲット１
７に隣接してその長さに沿って穴を有する。第２の類似
な気体射出管は、カソード１１の反対側に供給されう
る。他の気体射出技術も代替的に利用される。図１及び
図２に示されたマグネトロンの種類は、直流(D.C.)電源
３７によって電気的な動力が供給される。マグネトロン
の別の種類は、交流またはパルス電流の種々の形式を利
用する。本発明の種々の態様もマグネトロンのその形式
に対する適用性を有する。しかし、図１及び図２に示さ
れたものでは、カソード１１は、一般に地電位に維持さ
れる、チャンバ壁２７のそれに関して負電圧に接続され
る。ターゲット１７に用いられた材料も、導電性である
べく作られてターゲット材料の外側表面も負電圧に維持
される。
【００１２】頻繁に、金属性真空チャンバ壁２７の内側
表面は、スパッタリング装置に対するアノードとして用
いられる。この場合には、壁は、まだ地電位に維持され
る。代替的に、他のものは、被着領域３５からカソード
１１の反対側に配置された個別(separate)アノード３９
を利用する。アノード３９は、電源３７への接続によっ
て正電圧に維持される。基板１９の幅にわたり一様な厚
みを有している膜を被着することができるようにするた
めには、基板にわたる材料被着の割合いは、均一（一
様）でなければならない。そのような均一性は、図３の
実線曲線４１で示す。そのような直線は、被着処理それ
自体によっては得られないが、しかし 破線曲線４３で
示したような被着割合いプロファイル(deposition rate
profile) が得られる。被着領域３５のいずれの側にト
リム・シールド４５及び４７を使用することにより、カ
ソード１１の長さに沿って分布を変更することは、常用
手段である。トリム・シールドは実質的に被着領域３５
を規定する。シールドは、基板１９への被着の割合いを
限定しかついずれかの端(end) で広い開口を有するため
に、システムから電気的に隔離されて維持されかつカソ
ード１１の長さの中間部分に狭い開口を有すべく形造ら
れる。トリム・シールドの使用は、曲線４３（図３）の
形状の被着割合いプロファイル(deposition rate profi
le) を、曲線４１の所望直線関数にアプローチングする
あるもの(something) に変更しうる。しかしながら、不
利な点（欠点）は、基板１９上に被着されうる材料がそ
の代わりにシールド４５及び４７上に被着されることで
あり、それゆえに、所望の材料層厚みを受け取るために
真空チャンバを通って基板１９が移動されうる電位割合
い(potential rate)を減少することである。
【００１３】動作において、管３１を通して導かれた適
当な気体とターゲット１７及びアノード３９にそれぞれ
印加された負及び正電圧の存在は、ターゲット１１内の
磁石構造２５によってほとんど規定される被着領域３５
にプラズマを生成する。別のプラズマは、アノード３９
に隣接して形成され、二つのプラズマは、それらの間の
更に別のプラズマ領域によってリンク（連結）される。
被着領域３５内のプラズマ内の自由電子及びイオンは、
原子をその表面から追い出すべくターゲット表面１７に
衝突する。トリム・シールド４５及び４７の使用に対す
る代替または補足（追加）として、他のものは、中間よ
りもターゲット１７の端で大きな流れを供給することに
よって、ターゲット１７の長さに沿って導入された反応
性気体(reactive gas)の相対量を制御した。ターゲット
にわたる反応性気体のそのような制御は、基板にわたる
被着プロファイルを、ある程度、調整するために用いる
こともできる。被着領域へ管３１を通して導かれた処理
気体が、不活性気体であるならば、基板１９上に被着さ
れる材料は、ターゲット１７のもの（材料）である。こ
の技術により、単独または一緒に、アルミニウム、亜
鉛、チタン、及び多くの他のもののような、金属の薄い
層（薄膜）を被着することは、よく知られている。ター
ゲット１７は、被着されるべき材料とターゲット１７に
必要な機械的特性を与えるべく要求される可能な少量の
他の材料で形成される。
【００１４】同じ一般的処理は、二酸化ケイ素、窒化ケ
イ素、オキシ窒化ケイ素、酸化アルミニウム、二酸化チ
タン、等のような、基板１９上に絶縁膜を被着するのに
用いられる。これらの状況では、ターゲット１７は、絶
縁膜の金属構成部分で作られ、管３１を通して供給され
た処理気体は、他の構成部分を供給する。そのような処
理では、処理気体は、酸化膜を被着するときには、一般
に純粋な酸素であり、窒化膜を被着するときには、純粋
な窒素であり、オキシ窒化膜を被着するときには、酸素
及び窒素の両方、等である。気体原子は、絶縁膜を供給
すべくターゲット１７からスパッタ・オフされた金属原
子と反応的に組合（結合）される。希ガス、または不活
性ガスの組合せは、反応気体と混合されうる。そのよう
な処理における最も大きい挑戦を生成するのは、絶縁材
の被着である。それは、絶縁材が基板上だけでなく真空
チャンパ内の全ての他の表面にも被着されるからであ
る。これは、被着が発生する時間中のＤＣマグネトロン
のオペレーションに大きな影響を及ぼす。最も重要なこ
とは、電気的に帯電した表面上への絶縁材の被着であ
る。しかしながら、ターゲット表面１７上に被着された
絶縁材は、一般に問題ではない、なぜならば、被着領域
３５を通るその回転は、あらゆるそのような絶縁材にそ
の表面（から）のスパッタ・オフをもたらす。これが、
マグネトロンの回転式円筒状カソード形式(rotating cy
lindrical cathode type of magnetron)がそのような処
理に対して有利な一つの理由である。プレーナ・マグネ
トロンもそのプランナ・カソード／ターゲット表面にわ
たり被着された絶縁材を有するが、しかしそれは、ター
ゲットの“レース・トラック(race track)”にのみスパ
ッタ・オフされる。ターゲットの他の領域は、絶縁材で
被膜されるようになり、結局、処理の継続を中断させう
るアーキング(arcing)をもたらす。
【００１５】カソード／ターゲット表面上に被着された
絶縁材のこの影響を克服することに大きな注目が払われ
たけれども、システムの第２の電気的に帯電された要素
である、アノード表面上のそのような被着の影響に対し
て相対的にあまり注目が払われなかった。アノードの目
的は、電子を収集することである。D.C.システムでは、
絶縁材によるアノードの被覆は、それを非常に困難にし
うる。本発明の一部として、見出されたことは、アノー
ドの被覆も基板の幅にわたる被着割合いのプロファイル
に影響を及ぼすことである。真空チャンバの金属壁２７
の全内部（図１の個別（分離）アノード３７なしで）が
システムのアノードであるならば、影響が最も顕著であ
る。その大きな表面領域は、被着処理中に絶縁材で非平
坦に被覆され、そしてこれは、チャンバ内の回りを移動
している実効アノード表面を明らかに結果として生ず
る。電子は、最も薄い絶縁材を有しているこの拡張した
アノード表面の領域に引き寄せられ、かつこのロケーシ
ョンは、処理が継続するに従って変化しうる。チャンバ
の内部の回りのアノード・プラズマの合成リロケーショ
ンは、被着領域３５内のカソード・プラズマにわたる密
度プロファイルに影響することが見出された。そのプロ
ファイルへの極端な影響は、図３の破線曲線４９によっ
て示される。トリム・シールド４５及び４７をリシェー
ピング（新形態に）することは、曲線４９の分布が処理
中に変化し続けるので、曲線４１の均一プロファイルを
得るために効果的でない。これは、内部チャンバ壁内を
回って移動している実効アノード表面によってもたらさ
れる。図１に示した個別アノード３９の使用は、実効ア
ノードが移動する領域がかなり小さいので、これらの変
形を幾らか縮小すが、しかしスパッタリング処理のコー
ス中の合成プロファイル変化(resulting profile chang
es) は、基板にわたり均一な厚みの膜が要求されるなら
ば、なお望ましくない。この影響は、幅が容易に１メー
タ、２メータ、またはそれ以上でありうるビルディング
や自動車ガラスで遭遇するような、基板が大きいとき
に、悪化する。被着領域３５の幅は、それゆえに少なく
とも（ある程度）大きい必要がある。
【００１６】本発明の一態様によれば、絶縁膜の被着中
のこの動的プロファイル偏移は、実効アノード表面の大
きさを縮小することによって削除できる。図４を参照す
ると、非常に小さいアノード５１が図１のシステムにお
ける大きなアノード３９に対して置き換えられている。
自由電子は、それにわたり最小絶縁膜厚を探索するため
のかなり縮小された領域を有する。最も重要なことは、
カソード回転軸１５と並行な方向に延伸するアノード５
１のディメンション（寸法）“Ｄ”である。制御される
ことが望ましいことは、その方向における被着割合いプ
ロファイルであるので、その方向におけるアノード５１
のディメンションが非常に小さく維持されることは、最
も重要である。その方向におけるアノード・プラズマの
移動は、それゆえに、束縛されて、それにより図３の曲
線４９で示された影響を除去する。軸１５に直交する方
向におけるアノード５１のディメンションは、図１のシ
ステムで用いられるときにはあまり重要ではないが、し
かしプラズマ密度がその直交方向で制御されることも望
ましいならば、同様に重要でありうる。しかしながら、
アノード５１の大きさは、運ぶべく求められる電流を取
り扱うために十分に大きくなければならない。電流のこ
のレベルに対してあまりにも小さくなされるならば、ア
ノード５１は、加熱によって破損しうる。望ましい最大
ディメンション“Ｄ”は、カソード１１の長さに関係な
く、８センチメータであり、３センチメータ以下が好ま
しい。
【００１７】単一の小さなアノード５１は、絶縁材の被
着中に変化する被着プロファイルの問題を解決しない
が、それは、被着プロファイル４３（図３）にある程度
の非対象を呈することをもたらさないためにカソード１
１の長さの中間に必然的に配置されなけらばならない。
これは、カソード１１の長さに沿った金属部分における
被着の割合いに、端方向の被着割合いに関して更に増加
をもたらす。トリム・シールド４５及び４７は、基板１
９がその幅にわたり均一被着割合いを受け取るようにリ
シェープ（新形態に）されうるけれども、これは、シス
テムの処理能力に更なる縮小をもたらす。従って、本発
明の別の態様によれば、そして図５に示すように、二つ
のそのような小さなアノード５３及び５５がカソード１
１の対向端(opposite ends) に隣接して配置される。電
源５７は、同じ一定電圧レベルをこれらのアノードのそ
れぞれに接続する。この位置決めの影響（効果）は、カ
ソード１１の端で被着割合いプロファイルを上昇させ、
中間でそれを低下させて、その結果、それをより均一に
しかつトリム・シールド４５及び４７がなすべくことが
必要な役割を縮小する。金属が被着されるときにでさえ
も、被着割合いプロファイルを変更することが望ましい
状況が存在しうる。プロファイルは、真空チャンバの形
状（シェープ）及びその構成部分の分布、一度の調整を
要求する影響(effects that requirea one-time adjust
ment)により、スキューされうる。また、プロファイル
は、あるパラメータが変化するので延長された被着処理
中の時間にわたり変化しうる。絶縁材が被着されるとき
には、二つの離間したアノード表面の使用は、カソード
１１の長さに沿った被着割合いプロファイルにおける重
要な変化をうながしうる。実効アノードは、まず二つの
アノード５３及び５５の一つがなり、次に他のものがな
る。
【００１８】従って、図５に示したシステムは、アノー
ド５３及び５５のそれぞれが受け入れうる電流のレベル
を個々に制御するために供給される。これは、図１また
は図２に示すような被着領域３５よりも、これらのアノ
ード表面に処理気体を導入することによって達成され
る。セラミック・ノズル５９及び６１がアノード５３及
び５５の表面に隣接してそれぞれ配置される。ソース
（発生源）３３からの気体は、それぞれが電気的に制御
された流量調整弁(flow regulators) ６３及び６５を通
してこれらノズルのそれぞれに供給される。電子システ
ム６７は、これらの弁を動作し、かつ二つのアノードの
それぞれに供給される気体の相対量を制御する。これら
の量は、制御回路７１によって電源５７からフィードバ
ックされて、アノード５３及び５７のそれぞれを通る所
定の電流を維持すべくインタフェース回路６９を介して
使用者によって設定されうる。時間にわたり二つのアノ
ード電流のそれぞれを同一かつ一定に保つべく気体流量
が維持されるならば、例えば、二つのアノード表面上の
絶縁材の非均一ビルド・アップは、被着割合いプロファ
イルに変化をもたらさない。電流における不均衡を感知
することに応じて、電源５７は、閉ループフィードバッ
ク制御システムにおいて、電流均衡を復活すべく気体流
が調整される原因となる。これは、時間にわたる望まし
くない被着割合いプロファイル変化を回避する。更に、
制御回路６７は、長い被着処理を通じて維持される被着
割合いプロファイルに対する調整を行うために、非均一
であるがしかし二つのアノード５３及び５５のそれぞれ
を通る固定された電流で意図的に動作すべく設定されう
る。
【００１９】よく知られるように、マグネトロンに対応
付けられた磁場は、電子にカソード１１の回りの所定の
流れパターンにおける移動をもたらす。図５のシステム
は、ガス・ノズル５９及び６１が、この電子流れが向け
られる方向に対抗してそれらのそれぞれの小さなアノー
ド５３及び５５のエッジに隣接して配置されるならば、
最もよく機能する。そのような処理気体の導入は、気体
ストリームがアノードに隣接した局所的高圧領域を生成
するので、アノード電流を制御すると確信する。アノー
ドがそれらに隣接して配置された磁石を有さないので、
真空チャンバ内の大気圧よりも高い圧力の生成が、より
強く良好なアノード・プラズマを促進（助長）すると確
信する。図６を参照すると、図５の実施例の調整可能気
体システムを必要としない、同じ結果を達成するための
電気的技術が記載されている。図６の実施例では、処理
された気体は、図１及び図２に示されたように通常の方
法でチャンバに導入される。同じ小さいアノード５３及
び５５は、回路７７を通して供給される使用者設定パラ
メータの影響下で制御システム７５によって制御される
異なる電源７３にここでは接続される。電源７３の二つ
の異なる実施例は、図７及び図８に示されている。図７
をまず参照すると、アナログ・システムは、個別に制御
された電源７９及び８１からアノード５３及び５５へそ
れぞれ電流を供給する。別の個別電源８３がカソード１
１に接続されている。これら電源のそれぞれは、抵抗８
７を通してチャンバ壁の地電位に接続される共通ノード
８５を基準にする。
【００２０】被着プロファイルの所望の制御は、一つの
特定な例では、それぞれによって供給される電流の一定
レベルが制御ユニット７５を通して調整可能である、電
源７９及び８１のそれぞれに対する個別一定電流源を利
用することによって得られる。これは、電流レベルに、
処理中に所望の被着割合いプロファイル特性を得るべく
設定させ、かつ電源７９及び８１の相対電流レベルを調
整することによって処理中でさえも変化されうる。一定
電流源の使用は、アノード自体のへのいかなる非均一な
被着も一定電流可能出力によって自動的に補償されるの
で、絶縁材の被着中にこのプロファイルが変化しないこ
とを確実にする。図８を参照すると、電源７３（図６）
の異なる形式の動作が示されている。この実施例では、
電源は、同期で小さなアノード５３及び５５のそれぞれ
に対して“オン”及び“オフ”に交互にターンされる。
電源は、二つのアノードの間で効果的に切替えられる。
これは、あらゆる一瞬間に、ただ一つのアノード表面が
電源に接続されかつそれゆえに収集されるべき自由電子
に対してただ一つの場所が存在する。従って、このシス
テムは、絶縁材が被着されているシステムの動作に関し
ては、図４の単一アノードシステムの利点を有する。し
かし、二つのそのようなアノードが用いられるので、こ
の実施例は、被着割合いプロファイルを別の方法で制御
することができる利点をも有する。
【００２１】図８を再び参照すると、二つのアノードに
対する電源の繰り返し“オン”及び“オフ”サイクル
は、ある一定の方法で制御される。アノード５５は、ア
ノード５３が“オフ”時間９３を有する間に“オン”時
間９１を有する。逆に、次のサイクルでは、アノード５
３は、アノード５５が時間９７に対して“オフ”にター
ンされる間に時間９５に対して電源に接続される。アノ
ードのそれぞれが“オン”にターンされる期間が少しの
量オーバーラップすることに注目すべきである。即ち、
アノード・プラズマが維持されることを確実にするため
に、一つから他に切替えられるときに両方のアノードが
電源に接続される。一つの切替えサイクルは、期間τを
有する。オーバーラップ時間は、τの１００分の一（１
／１００）よりも小さくあるべくされる。典型的なオー
バーラップ時間は、約１００マイクロ秒である。図３に
示した形式の被着割合いプロファイルは、一つのアノー
ドに電流が流されたとききと他のアノードに電流が流さ
れたときとで非常に異なるということが認識されるであ
ろう。従って、基板のいずれかの一部分が被着領域内で
あるときに少なくとも複数のサイクルが発生するように
十分に速くスイッチングが発生する。図２を参照する
と、基板の幅にわたるライン（線）は、それがカソード
１１を通過して移動すると、ある時間、被着領域３５に
停まるということに気付くであろう。基板１９のそのラ
インが被着領域３５を通って移動するために要する時間
中に５以上のサイクルτが発生することが望ましい。そ
のラインは、被着領域を通るラインの横断中にプロファ
イルが一定に停まるときと同じ結果を有する多数のサイ
クルにわたる連続（揺動）(oscillating) 被着割合いプ
ロファイルの平均をみる。実際には、スイッチイング・
サイクルの回数は、基板のいずれかの一部分が被着領域
内であるときに８〜１０サイクルτまたはそれ以上が発
生するように選択される。
【００２２】アノードの時間シーケンス(time sequenci
ng) は、絶縁材の被着に固有な問題を解決する。この技
術は、アノードのそれぞれが電源７３に接続されている
間に相対“オン”時間を調整することによって図３に示
した形式のプロファイル特性を永久的に変更させる。即
ち、“オン”時間９１及び９５（図８）が同じであるよ
りも、説明したように、二つのアノードに隣接する領域
の被着割合いプロファイルにおけるある固有な非均一性
を補償するために一つが他よりも短いことがありうる。
また、これら相対“オン”時間は、その処理中に発生す
る変化を補償するために被着処理中に調整できる。図５
から図８に関する本発明の種々の態様の説明の基礎とし
て二つのアノードを用いたが、追加のアノードを利用し
うる。図７の一定電流制御電源の場合には、追加の一定
電流源が追加のアノードのそれぞれに対して追加され
る。図８のシーケンス実施例の場合には、既存のアノー
ドが“オフ”にターンされる直前に“オン”にターンさ
れるシーケンスにおける次のアノードの小さなオーバー
ラップを除いて、他の全てが“オフ”状態であるとき
に、各アノードは、シーケンスで“オン”にターンされ
る。
【００２３】更に、アノードは、水平に向けられた表面
で形造られたプレートである必要は必ずしもない。図９
は、カソード１１の長さに沿って延伸している４つのア
ノード１０１、１０３、１０５及び１０７の使用を示
す。これらのアノードは、それらが装着された伸長コア
から外側に延伸している多数のワイヤ・セグメントをそ
れぞれ形成する。これらのコアは、カソード１１の回転
の軸１５に垂直な方向に伸長している。これらワイヤの
端は、円筒の軸に沿って配置されたそのコアを有してい
る円筒形状を形成する。そのようなワイヤ・ブラシ・ア
ノードの構造及びオペレーションは、その開示がこの参
考によってここに取り入れられる、Siecket al.による
１９９３年７月１日に出願した出願継続中の米国特許出
願第08/086,136号に更に詳しく示されている。それは、
通常のスパッタリング・アプリケーションであるので、
前述の説明は、均一被着割合いが維持されることを仮定
する。材料は、それにわたり均一厚みを有している層の
平坦な基板表面上に被着される。しかしながら、被着さ
れた層の厚みにおいてある変化が望ましいアプリケーシ
ョンが存在する。本発明のアプリケーション制御技術
は、基板の幅にわたりある所定の厚み勾配を有している
層を被着することを容易にする。被着割合いプロファイ
ルは、非均一であるが制御された被着割合いプロファイ
ルを有すべく、個別アノード特性の調整を介して制御さ
れる。自動車のウイン・シールドが例である、基板が平
坦でないアプリケーションも存在する。被覆されたウイ
ン・シールド表面の部分は、カソードに向けて上向きに
カールしかつ実質的に真っ直ぐに延伸しうる。この場合
には、被着プロファイルは、基板の全てにわたり均一厚
み層(uniform thickness layers)を得るために意図的に
非均一にされる。
【００２４】上述の実施例のそれぞれにおいて、アノー
ドは、被覆される基板の上に配置される。被着処理中に
アノードから追い出された粒子は、各アノードの下にバ
スケットまたは他のバリアを配置することによって基板
に到達することからブロックされる。これは、広く用い
られる技術なので、そのようなバリアは、図示されてい
ない。代替的に、マグネトロンの構成部分は、反転され
うる；即ち、基板がカソード／ターゲットの上に、そし
てアノードをその下に配置することができる。アノード
から追い出された粒子は、基板から落ち去る。好ましく
はないが、上述したのと同じ有益な結果が複数の機械的
システムの一つによって得られうる。図１０を参照する
と、小さなアノード１０９は、適当な電子回路１１３の
制御下でモータ源１１１によってターゲット１７’の長
さに沿って前後に移動される。単一の小さなアノードの
使用は、絶縁材の被着に関しては、図４の実施例に関し
て上述した利点を有する。図３に示した形式の被着割合
いプロファイルは、このパスに沿ってアノード１０９の
移動の速度プロファイルを変化することによって調整可
能である。例えば、アノード１０９は、中間でよりもタ
ーゲット１７’の端でより長い時間の割合いで停まるこ
とができる。アノードは、その端でよりもその横移動(t
raverse)の中央部分でより速く移動しうる。少なくとも
５以上のサイクル、好ましくは８〜１０以上が、被着領
域を通過するために基板の幅にわたるあらゆるラインが
ついやす時間中に発生する。
【００２５】図１１は、小さなアノードを前後に移動す
る代わりに、伸長したアノード１１５がターゲット１７
の長さに沿って配置されかつ開口１１９を有しているマ
スク１１７がアノード１１５の長さに沿って前後に移動
することを除いて、類似のシステムを示す。アノード１
１５ の長さの方向における開口１１９のディメンショ
ンは、図４の実施例における単一アノード５１に対して
記述されたのと同じ小さなディメンション“Ｄ”を有す
べく作られる。図１２では、二つの小さなアノード１１
９及び１２１がターゲット１７’の長さに関して固定し
て保持される。しかしながら、それぞれは、アノードと
ターゲット表面１７’の間に配置された動作可能なシャ
ッタを備えており、シャッタ１２３及び１２５がそれぞ
れ示されている。それぞれのモータ源１２７及び１２９
は、電子回路１３１の制御下で、シャッタ１２３及び１
２５を個別に移動する。シャッタ１２３及び１２５は、
それらの対応するアノード１１９及び１２１の上に完全
に配置されうるし、その外に完全に移動されうるし、ま
たはその間のどこかに維持されうる。二つのアノードの
電流が一定に維持されるようにシャッタ１２３及び１２
５のそれぞれがその対応するアノードの部分を露出する
ならば、図１２のシステムは、図６及び７に関して記載
されたものの機械的な相似形になる。他方、一度にアノ
ードの一つだけが露出される（他が開いた直後に一つが
閉じる小さなオーバーラップを除いて）ようにシャッタ
１２３及び１２５がシーケンスで動作されるならば、図
６及び８に関して記載されたシステムの機械的な相似形
が結果として生ずる。
【００２６】単一の回転円筒状カソード及びターゲット
・アッセンブリを有しているシステムで実行されるよう
な、種々の実施例が上記に説明されたけれども、本発明
は、他の構成にも適用できる。例えば、あるスパッタリ
ング・システムは、それらの回転の軸が互いに並列に向
けられている、単一の真空チャンバ内の二つ以上の円筒
状ターゲットを用いる。そのような場合には、円筒状カ
ソードのそれぞれは、上述した実施例の一つのアノード
構造の複製を備え、電源及び制御システムが両方の円筒
状ターゲットに共通である。代替的に、二つ以上の回転
円筒状カソードは、単一アノードシステムを共有でき
る。本発明は、更に、円筒状マグネトロンに限定されな
い。それは、一例が図１３及び図１４に概略的に示され
ている、プレーナ・マグネトロンにも適用できる。被覆
されるべき基板１３３は、基板１３３のそれに並行なプ
レーナ・ターゲット表面１３７を有しているカソード１
３５を通って移動される。ターゲット１３７は、基板１
３３の幅にわたり延伸している軸１３６について対称で
ある。個別の小さなアノード１３９、１４１、１４３及
び１４５は、カソード１３５の隅に隣接して備えられて
いる。これらのアノードは、図５〜図８に関して記述さ
れた実施例の一つに従って動作されうる。代替的に、カ
ソード１３５の斜め対向隅( diagonally opposite corn
ers)に配置されている、二つのアノードだけが用いられ
る。
【００２７】本発明の種々な態様がそれらの好ましい実
施例に関して記述されたけれども、本発明は、添付した
特許請求の範囲の完全なる保護を与えられることを理解
されたい。
【００２８】
【発明の効果】本発明の装置は、それを通るパスを移動
する基板上に材料の薄膜をスパッタリングする真空チャ
ンバ内の装置であって、パスに面してそのなかに磁石を
含んでいる、基板パスにわたり横断して延伸すべく指向
されるその伸長軸について回転自在な円筒状に形造られ
ており、負電圧に維持され、それにより該円筒状のター
ゲットの長さに沿って延伸する基板パスとターゲットの
間に被着領域を規定したターゲット表面と、ターゲット
表面に隣接する少なくとも一つのアノードを含み、電源
からの正電圧に接続された、基板上への材料の被着の割
合いの被着領域にわたるプロファイルを調整する手段と
を備えているので、マグネトロンによって実行されるエ
ッチング、スパッタリングまたは他の処理中に調整がな
されるように、プラズマ密度プロファイルを形成しかつ
制御することができる。また、上記構成により、処理中
にプロファイルを制御するための能力は、アノード表面
がマグネトロン・チャンバ内の全ての他の表面のように
処理が進むにつれて絶縁材で被覆されるので効率よく絶
縁膜を被着することができる。更に、処理中に発生する
条件が変わることを補うために処理中にプロファイルが
変更されうるようにプラズマ・プロファイルを調整する
ことを許容する。薄膜絶縁材料をスパッタリングすると
きに、スパッタされる絶縁材料によるアノード表面の連
続被覆の悪影響に対する補償を提供する。
【００２９】本発明の方法は、気体が導入される真空チ
ャンバ内に配置されており、負電圧源に接続されたター
ゲットから基板上に絶縁膜をスパッタリングする方法で
あり、相対運動が一方向に直交する方向で基板にわたり
延伸しているターゲットを有する一方向においてターゲ
ットと基板の間に供給されている方法であって、直交方
向に沿ってターゲットに関して異なるロケーションに少
なくとも二つの離間したアノードを位置決めし、少なく
とも二つのアノードのそれぞれへの正電圧の電力を個別
に制御して、それにより直交方向において基板にわたり
膜をスパッタリングする割合いのプロファイルを制御す
る段階を具備するので、マグネトロンによって実行され
るエッチング、スパッタリングまたは他の処理中に調整
がなされるように、プラズマ密度プロファイルを形成し
かつ制御することができる。また、アノード表面がマグ
ネトロン・チャンバ内の全ての他の表面のように処理が
進むにつれて絶縁材で被覆されるので効率よく絶縁膜を
被着することができる。更に、処理中に発生する条件が
変わることを補うために処理中にプロファイルが変更さ
れうるようにプラズマ・プロファイルを調整することを
許容する。薄膜絶縁材料をスパッタリングするときに、
スパッタされる絶縁材料によるアノード表面の連続被覆
の悪影響に対する補償を提供する。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術の薄膜スパッタリング装置及び処理を
概略的に示す図である。
【図２】セクション２−２で切り取った、図１に示した
スパッタリング装置の断面図である。
【図３】図１に示した装置の被着領域にわたる被着の割
合いの種々のプロファイルを複数の曲線で示す図であ
る。
【図４】本発明の一態様による、単一の小さいアノード
の使用を示す図である。
【図５】本発明の別の態様による、可変気体供給（源）
を有する二つ以上の小さいアノードの使用を示す図であ
る。
【図６】それぞれが個別に制御された電力を有する二つ
以上の小さなアノードを有しているシステムを示す図で
ある。
【図７】図６のアノード電力制御の第１実施例を示す図
である。
【図８】図６の電力制御の第２実施例を示す図である。
【図９】図３〜図８に示す本発明の態様のいずれかを実
行するためのアノードの好ましい形式及び配置を示す図
である。
【図１０】被着処理中に単一の小さいアノードを移動す
る機械的技術を概略的に示す図である。
【図１１】被着処理中に伸長アノードにわたり小さな開
口を有するマスクを走査する代替の技術を示す図であ
る。
【図１２】二つ以上の小さなアノードの表面にわたり電
気的に制御された機械的シャッタの使用を示す図であ
る。
【図１３】本発明によるマルチプルな小さなアノードを
利用しているプレーナ・マグネトロンの平面図である。
【図１４】図１３に示す本発明によるマルチプルな小さ
なアノードを利用しているプレーナ・マグネトロンの側
面図である。
【符号の説明】
１１ カソード １５ 軸 １７ ターゲット ３３ 処理気体供給源 ５３，５５ アノード ５７ 電源 ５９，６１ セラミック・ノズル ６３，６５ 電気的制御された流量調整弁 ６７ 電子システム ６９ インタフェース回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ２３Ｆ 4/00 Ｃ 9352−4Ｋ Ａ 9352−4Ｋ Ｈ０１Ｌ 21/203 Ｓ 9545−4Ｍ 21/205 21/285 Ｓ Ｈ０５Ｈ 1/46 Ａ 9216−2Ｇ (72)発明者 リチャード ニューカム アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94571 リオ ヴィスタ ガーディナー ウェイ 129 (72)発明者 テリー エイ トランブリー アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94523 プレザント ヒル ハミルトン ドライヴ 723 (72)発明者 スティーヴン シー シュルツ アメリカ合衆国 ニュージャージー州 08540プリンストン ホーナー レーン ９

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 それを通るパスを移動する基板上に材料
    の薄膜をスパッタリングする真空チャンバ内の装置であ
    って、 前記パスに面してそのなかに磁石を含んでいる、前記基
    板パスにわたり横断して延伸すべく指向されるその伸長
    軸について回転自在な円筒状に形造られており、負電圧
    に維持され、それにより該円筒状のターゲットの長さに
    沿って延伸する該基板パスと該ターゲットの間に被着領
    域を規定したターゲット表面と、 前記ターゲット表面に隣接する少なくとも一つのアノー
    ドを含み、電源からの正電圧に接続された、前記基板上
    への前記材料の被着の割合いの前記被着領域にわたるプ
    ロファイルを調整する手段とを備えていることを特徴と
    する装置。
  2. 【請求項２】 前記被着割合いプロファイル調整手段
    は、前記少なくとも一つのアノードを前記ターゲット表
    面伸長軸の方向に物理的に移動する手段を含むことを特
    徴とする請求項１に記載の装置。
  3. 【請求項３】 前記被着割合いプロファイル調整手段
    は、前記少なくとも一つのアノードをシールドすべく配
    置された少なくとも一つのシャッタと、 制御信号に応答して、前記シャッタによって覆われる前
    記アノードの量を調整する手段とを含むことを特徴とす
    る請求項１に記載の装置。
  4. 【請求項４】 前記被着割合いプロファイル調整手段
    は、前記ターゲット表面伸長軸の方向に離れて維持され
    る二つ以上の個別アノードを含むことを特徴とする請求
    項１に記載の装置。
  5. 【請求項５】 前記被着割合いプロファイル調整手段
    は、制御信号に応答し、一つのアノードだけが連続して
    常に露出されるようにタイム・シーケンスで前記二つ以
    上の個別アノードのそれぞれを物理的に覆う手段を更に
    含むことを特徴とする請求項４に記載の装置。
  6. 【請求項６】 前記被着割合いプロファイル調整手段
    は、前記アノードを前記電源に相互接続し、前記個々の
    アノードに供給される前記電力を個別に制御する手段を
    更に含むことを特徴とする請求項４に記載の装置。
  7. 【請求項７】 前記被着割合いプロファイル調整手段
    は、前記二つ以上のアノードの個々のものを通る前記電
    流を個別に調整する手段を更に含むことを特徴とする請
    求項４に記載の装置。
  8. 【請求項８】 前記電流調整手段は、前記アノードのそ
    れぞれに射出される気体の相対量を調整するための、前
    記二つ以上のアノードの前記チャンバ隣接表面に処理気
    体を導入する手段を含むことを特徴とする請求項７に記
    載の装置。
  9. 【請求項９】 気体が導入される真空チャンバ内に配置
    されており、負電圧源に接続されたターゲットから基板
    上に絶縁膜をスパッタリングする方法であり、相対運動
    が一方向に直交する方向で前記基板にわたり延伸してい
    るターゲットを有する該一方向において該ターゲットと
    該基板の間に供給されている方法であって、 前記直交方向に沿って前記ターゲットに関して異なるロ
    ケーションに少なくとも二つの離間したアノードを位置
    決めし、 前記少なくとも二つのアノードのそれぞれへの正電圧の
    電力を個別に制御して、それにより前記直交方向におい
    て前記基板にわたり前記膜をスパッタリングする割合い
    のプロファイルを制御する段階を具備することを特徴と
    する方法。
  10. 【請求項１０】 前記電力制御段階は、 シーケンスで一度に一つ、少なくとも二つのアノードの
    個々のものに電流を流し、 前記基板の所与のロケーションが、前記膜が前記基板上
    に被着される領域を通過する間に、少なくとも５回電流
    を流すべく該アノードのそれぞれに対して十分な割合い
    で前記少なくとも二つのアノードのそれぞれに交互に電
    流を流す段階を含むことを特徴とする請求項９に記載の
    方法。
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