JP2001507079A - カソードスパッタリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、真空チャンバーに取り付けることができるスパッタリングカソードによって基板に層を形成するカソードスパッタリング装置に関する。当該カソードは中心軸に関して同心状に配置された磁極片、ターゲットおよび少なくとも１つの磁石またはリング状磁石（９）を有し、分割されたヨークがスパッタリングカソードの中心軸に関して回転対称である。

Description

【発明の詳細な説明】 カソードスパッタリング装置 本発明は、スパッタリングカソード（または陰極）によって基板（または基体 ）にコーティングを形成するカソードスパッタリング装置に関するものであり、 当該装置は、真空チャンバーに設けられ、磁極片、ターゲット、少なくとも１つ の磁石を含み、スパッタリングカソードが円形である場合には、後者は磁極片、 ターゲットおよび磁石に関して同心状に配置される。ターゲットのスパッタリン グカソードの形状、磁極片（pole shoe）および磁石のアレンジメント（または 配列もしくは配置）は、基板の形状に合わせることができる。 少なくとも１つの開口部を有し、当該開口部がその上にスパッタリングカソー ドを配置させることによって外部から密閉された真空チャンバー中で、プラズマ によりディスク形状の基板を静的コーティングするためのカソードスパッタリン グ装置は、既に知られている（ＤＥ 43 15 023 Ａ１）。弾性を有する真空シー ルリングおよび環状アノードがカソードとチャンバー壁との間に設けられ、それ らは外部から開口部を放射状に密閉し、アノードはカソードと面する表面に平坦 な接触面を有する。公知のスパッタリングカソードはディスク形状の強磁性ヨー ク（継鉄）および冷却プレートから成る。ディスク形状の絶縁体がこれら両者の 間に挿入される。スパッタされるターゲットは、冷却プレートの前に配置され、 一方、環状に配置される磁石は、冷却プレートの背面のグルーブ（または溝）に 挿入される。環状に配置された磁石によって逆磁場が形成され、それは磁場の磁 力線の経路に影響を及ぼす。これにより、磁場の磁力線の経路はほぼ平行、また はレンズ形状、あるいは凸形状となる。 これに対し、本発明の目的は、最適な磁気フロー分布が得られるようにスパッ タリングカソードを構成することである。 この目的を達成するにあたり、本発明は、ヨークを対称的に分割するという基 本的な考えから出発した。円形のスパッタリングカソードの場合、分割されたヨ ークまたは２つのパーツから形成されるヨークは、スパッタリングカソードの中 心軸に関して軸対称に配置される。分割された、あるいはまたステップ状に形成 したヨークプレートは、非常に簡単な、そして費用効率の良いヨークプレートの 構成を可能とし、また、簡単な、例えば環状に配置される磁石の使用をも可能に する。磁石は例えば、リング状磁石としてではなく、正方形または矩形の磁石と して使用することができ、ヨークプレートの間に容易に設けることができる。リ ング状磁石はより複雑であり、従って、正方形または矩形の磁石よりもより高価 である。 例えば、ターゲットの下方または他のいずれかの場所に配置することができる 磁気コイルを使用することにより、プラズマを内側から外側へ放射状に移動させ 得るように、ターゲット・スペースにおける磁場に意図的に影響を及ぼす、また は当該磁場を変化させることができる。その結果、エロージョン（erosion；ま たは侵食）グルーブをターゲット上で放射状に移動させることができ、従って、 磁場を連続的に変化させることにより非常に幅の広いエロージョン・グルーブを 形成すること、または磁場を前後に段階的に切り替えることにより２つの互いに 隣り合うエロージョン・グルーブを形成することが可能である。 更に、分割されたヨークは、リング状磁石のエリアおよび可変磁場を形成する 少なくとも一部のエリアに設けることが好都合である。 本発明の装置の実施態様において、第１もしくは第２ヨークプレートのエリア 、または第１もしくは第２ヨークプレートの外周のエリアにおいて、少なくとも 環状に配置される磁石を設けることが更に可能であり、この態様において、ヨー クプレートとターゲットまたはターゲットの背面との間に少なくとも１つの環状 に配置される第１磁気コイルが設けられる。 本発明の別の態様においては、第１磁気コイルをターゲットの外周のエリアに 設け、第２磁気コイルを冷却ヘッドのエリアに設けることが好都合である。 本発明による解決手段の好ましい態様によれば、２つの磁気コイルが場合によ りターゲットの頂面（もしくは上側境界面）または背面の僅かに上方に設けられ る。 本発明において、２つの磁気コイルは第１または第２ヨークプレートおよび／ またターゲットの背面の間の横方向の同一平面に配置させることが特に重要であ る。 更に、第１および／または第２ヨークの外周のエリアに環状に配置される磁石 は、上側もしくは第２ヨークプレートと下側もしくは第１ヨークプレートとの間 、または１つの平面に配置されたヨークプレートの間に設けることが有利である 。 更に、２つの磁気コイルおよびリング状磁石はスパッタリングカソードの中心 軸に関して同心状に配置されることが有利である。 この点に関して、リング状磁石は、第１磁気コイルの外径とほぼ同じ大きさ、 またはそれよりも僅かに小さい、もしくは僅かに大きい外径を有することが好都 合である。 更に、ターゲットと少なくとも１つのヨークプレートとの間に設けられる絶縁 体および／またはターゲットに、磁気コイルを収容するリングチャンバーを設け ることが有利である。 本発明の別の態様においては、２つの磁気コイルが異なる外径を有することも また可能である。 本発明の別の態様においては、第２磁気コイルが第１磁気コイルの外径よりも 小さい外径を有することが好都合である。 更に、リング状磁石は基板に向かっているＮＳ極性を有することが好都合であ る。 シールド手段を２つの磁気コイルの間に設けることもまた好都合である。 本発明の装置の別の態様において、シールド手段をヨークプレートの１つとタ ーゲットとの間、またはヨークプレートと基板との間に設けることが更に可能で ある。 更に、シールド手段をヨークプレートの１つおよび／または絶縁体とターゲッ トとの間に設けることが有利である。 重要な有利な態様は、２つのヨークプレートを中心軸に関して互いに間隔をあ けて、ターゲット・スペース内および／またはターゲット・スペースの外側の１ つの平面に配置させることにより達成される。 更に、２つのヨークプレートの間の距離は、リング状磁石の高さおよび／また は幅にほぼ相当することが好都合である。 更に、２つのヨークプレートが環状のプレートであること、それらの外径は異 なる寸法を有すること、ならびに／またはそれらはステップ状に配置されること が有利である。 本発明の装置の別の態様において、より小さい外径を有するヨークプレートを 冷却フィンガーおよび／または間接的もしくは直接的に中空ねじと連結させ、よ り大きい外径を有するヨークプレートを間接的もしくは直接的に磁極片と連結さ せることが更に可能である。 本発明の別の態様において、可変磁場を形成する手段は磁極片のエリアに設け ることが有利である。 本発明の解決手段の好ましい態様において、コイルに供給される電流を時間に 応じて変化させ得ることが場合により可能である。 本発明において、コイルに送られる電流またはコイルに供給される電流は、コ ントロール・カーブ（制御曲線）またはプリセットされたプログラムによってコ ントロールできること、およびこのために導線をカレント・ディバイダ（curren tdivider；または電流分割装置）を介してコンピュータと連動させることが特に 重要である。 本発明の展開またはアレンジメントに関して、第１コイルをより小さい外径を 有するヨークプレートの外周のエリアに設けること、および第２コイルを第２ヨ ークプレートの内周のエリアに設けることが好都合である。 更に、２つの環状のコイルがまたステップ状に配置されることが好都合である 。 このために、基板のエリアにおいて、ターゲット・スペース内および／または ターゲット・スペースの外側に配置されるシールド手段は、２つのコイルの間で コイルと同じ平面に配置されることが好都合である。 本発明の別の有利な態様は、少なくとも１つの回転し得る鉄芯を含む。 本発明の更なる利点および詳細は、請求の範囲および明細書において記載し、 図面において示す。 図１は、複数の同心状に配置されたコイルおよび永久磁石のリングを備えたタ ーゲットの断面図である。 図２は、ステップ状のヨークの模式図である。 図３は、磁極片および対応する磁力線を示す模式図である。 図４〜６は、種々のコイルまたはシールド手段のアレンジメントを有するステ ップ状のヨークの３種類の模式図である。 図７は、種々の鉄芯のアレンジメントを備えたステップ状のヨークの模式図で ある。 基板、例えばコンパクトディスク（ＣＤ）27上にコーティングを形成するカソ ードスパッタリング装置を図１に示す。プロセスを実施するために、スパッタリ ングカソード２は、カソードスパッタリング装置のチャンバー壁１に設置するこ とができる。カソードはディスク形状の強磁性の第１下側ヨーク21'（Ｉ）およ びそれから離れている第２または上側ヨーク21（II）を有する。第１ヨーク21' の直径は第２ヨーク21の直径よりも大きい。 図１および図２から明らかなように、２つのヨーク21、21'はステップ状の形 態で、スパッタリングカソード２の縦（または長手）方向の軸44に関して軸対称 に配置され、それらは互いに十分に間隔を置いて配置されており、この空間に、 環状に配置される磁石９もまた縦方向の軸44に関して軸対称に配置され得るよう になっており、当該空間は相応する高さを有する。この環状に配置される磁石９ はターゲット８に関してＮ／Ｓ極性を有する。 より小さい外径を有する内側ヨークプレート21は、間接的または直接的に冷却 フィンガー74と連結しており、より大きい外径を有するヨークプレート21’は、 間接的または直接的に磁極片14と連結している。 図３において、例えば、変化する磁場を形成する手段、または一もしくは複数 の磁気コイル76、77がヨークプレート21、21’のエリアに設けられている。 図１に示す２つの磁気コイル76、77は、ヨークプレート21’の下側水平面の下 で横方向の同じ平面に配置されている。 第１磁気コイル76はターゲット８の外周55のエリアに設け、第２磁気コイル77 は冷却フィンガーまたは冷却ヘッド74のエリアに設けてよい。２つの磁気コイル 76、77はターゲット８の頂面57または背面側40よりも僅かに上側に設けられる。 この点に関して、例えば環状に配置され、第１および／または第２ヨーク21、21 ’の外周のエリアに設けられる磁石９を、上側または第２ヨークプレート21と下 側 または第１ヨークプレート21’との間に設け、２つの磁気コイル76、77および環 状に配置される磁石９をスパッタリングカソード２の中心軸44に関して同心状に 配置すると、好都合である。 スパッタリングカソード２は更に冷却プレート７を含む。絶縁体６はヨーク21 ’と冷却プレート７との間で締着され、ねじ切りしたボルト91によって固定され る。 スパッタされるターゲット８は、冷却プレート７の前方に設けられる。内側お よび外側磁気コイル76、77を収容する１つまたは２つの環状のグルーブ86が冷却 プレート７の背面に設けられ、前記磁気コイル76、77はターゲット８の中心軸44 に関して同心状となるように配置される。 ヨークまたは絶縁体６および冷却プレート７はボルト91および冷却フィンガー 74によって固定される。絶縁体６はボルト91またはボルト73をヨークから有利に 絶縁する。 磁場を形成するための電力供給源は、導線78、79を介して磁気コイル76、77に 接続することができる。 磁石９は、磁束を導くようにヨーク21および／または21’ならびに磁極片14に 連結され、従って完全な磁気閉じ込めを形成する。 磁極片14の下端部はフランジ88を形成し、このフランジに外側マスク（または 遮蔽膜）またはアノード４が接続される。磁極片14の高さおよび／またはアノー ド４の高さは可変である。 基板27はアノード４の下端部に設けられて、ターゲット・スペース84をアノー ド４およびターゲット表面とともに包囲する。 装置全体に延び、中空のねじ20および冷却フィンガー74を収容する開口部67は 、スパッタリングカソード２の中心軸44のエリアに配置される。冷却フィンガー 74は図示されていない冷却ラインに接続することができる。 ヨークプレートを有する第２ヨーク21（II）は、中空ねじ20と接触することな く、軸方向において中空ねじ20の上端部と近接している。 第２ヨーク21（II）はフランジ22によって冷却ヘッドまたは冷却フィンガー74 の上端部に連結され、一方、第１ヨーク21'（Ｉ）は磁極片14に連結され、ボル ト73、73’によって固定することができる。 センター・マスクまたはセンター・アノード26は着脱自在に冷却フィンガー74 のねじ部分90のフロント面または下端部に連結される。センター・アノード26は ターゲット８の中央の凹部に延びており、この中央の凹部はターゲットのフロン ト面に設けられ、その下端部は外側アノード４または外側マスクとともに、基板 27をマスクするリング形状のエリアを形成する。 環状に配置される磁石９と中心軸44との間の距離は態様に応じて変化させるこ とができる。いずれの場合においても、環状に配置される磁石９は中心軸44と磁 極片14との間に設けられる。図１から明らかなとおり、シールド手段75は２つの コイル76、77の間に設けられる。更に、シールド手段75を、ヨーク21、21’のう ちの１つとターゲット８との間に設けることが可能である。シールド手段75は、 一方では、コイル76、77の鉄芯として作用してそれらの磁場を強くし、他方では 、磁場の変動を磁気コイルにより比較的小さい電流にてもたらすことができるよ うに、ターゲットのスペース84を磁石９の短絡磁力線からシールドする。このた めに、シールド手段75は、ヨークプレート21、21’の１つおよび／または絶縁体 ６とターゲット８との間に設けてよい。磁石９はマグネトロンの磁場を形成する 作用をする。図３の右側において、カソードまたはスパッタリングマグネトロン の磁力線71は、ターゲットの背面に関して凸形状または平坦、あるいはほぼ平行 なコースをとっている。これはまた、有利にはシールド手段75によってもたらさ れる。そのようなアレンジメントは、非強磁性金属のターゲット、例えば金また はアルミニウムターゲットに特に適している。 ２つの磁気コイル76、77は環状に配置された磁石９の僅かに下側に配置される 。環状に配置される磁石９は多数の磁石から成る単一の環状に配置された磁石で 形成され得る。 例えば、アルミニウムターゲットまたは金ターゲットとして実施され得るター ゲット８の実施態様に応じて、絶対的な磁場の強度を大きくするために、第１の 環状に配置された磁石９に加え、少なくとも１つの環状に配置された別の磁石( 図示せず)を磁石９の付近に設けることができる。 図１から明らかなとおり、外側の環状に配置された磁石は、２つの磁気コイル 76、77よりもターゲットの背面40から離れた位置にある。 図３に示す磁気コイル76、77により主磁場は変化させることができ、これらの コイル76、77は所定の極性を有し得る。図３では、中心軸44と磁石９との間の半 径Ｒ₉は、図３に従って最適な磁場42を形成し得るように変化させたり、または 調節したりすることができる。 コイル76、77に供給される電流Ｉは時間に応じて変化し得る。コイル76、77に 供給される電流Ｉまたはコイルへの電流供給は、コンピュータ82にプリセットさ れたプログラムまたはコントロール・カーブによってコントロールすることがで き、このために、導線78、79はカレント・ディバイダ80を経由してコンピュータ 82と接続している（図１）。従って、ターゲットの表面に全体のスパッタリング プロセスを通じて意図的に影響を及ぼすことができ、同時に、基板27に形成され るコーティングが一定の厚さを有し、コーティングの厚さの偏差を±２％〜３％ の範囲とし得ることが確保される。必要とされるコントロール・カーブは経験的 に決定され得る。従って、対応するいずれのターゲット、例えば金またはアルミ ニウムターゲットについても、電流供給に最適なコントロール・カーブを決定す ることができる。 既に言及したように、ヨークが一体でなく、分割されており、２つの個々のパ ーツ、即ち、上側および下側ヨークプレート21、21’から構成されれば特に好都 合である。その場合、これらのパーツは軸対称である２つのディスクから成り、 互いに離れていて、それらの間に少なくとも１つの磁石９を設けることができる ようになっている。 図４〜図６は、基板27にコーティングを形成するカソードスパッタリング装置 の別の態様を示し、この態様において、ヨークプレート21、21’または磁極片14 およびコイル76、77はまた異なる形態にて配し又は実施することができる。 図４において、ヨークプレート21、21’は、ステップ状となるように実施され ている。この場合、図４の上側ヨークプレートの内側エッジは中空ねじ20と連結 され、外側エッジは、環状に配置された磁石９を介して、段になっている下側の 第１ヨークプレート21’の内側エッジと連結されている。第１ヨークプレート21 ’の外側エッジは磁極片14と連結している。 第２コイル77よりも大きな直径を有する第１コイル76は上側ヨークプレート21 の上方において、上側ヨークプレート21の外側エッジと下側ヨークプレートの外 側エッジとの間に配置される。一方、より小さい直径を有する第２コイル77は上 側ヨークプレート21の下方において、下側ヨークプレート21’の内側エッジと中 空ねじ20との間に配置される。この装置の残りのアレンジメントは、図１の装置 のアレンジメントに相応する。 図５の実施態様においても、ヨークプレート21、21’は分割されており、それ らはまた、異なる直径を有するリング形状のヨークプレート21、21’として実施 される。その場合、両方のヨークプレートは、装置のベースに関して水平であり 、中心軸44と直交する平面に配置されている。 リング状磁石９は２つのヨークプレート21、21’の間に設けられている。 ２つの環状に配置されたコイル76、77はシールド手段75を囲み、図５では、タ ーゲット・スペース84に配置されている。 図６の実施態様は、２つのリング状磁気コイル76’、77’を有する第２シール ド手段75’が図５と同じアレンジメントでターゲット・スペース84の外側に配置 されていることに関して、図５の実施態様とは異なる。 ２つの磁気コイル76、77または76’、77’を有する、ターゲット・スペース84 のシールドプレート75またはターゲット・スペース84の外側のシールドプレート 75’は、意図的にそしてより最適に磁場をコントロールする作用をする。従って 、磁束線のレンズ形状（磁場42参照）がコントロールされる。図３のようなレン ズ形状の磁場42を形成することにより、ターゲット８に、有効ガス原子、例えば アルゴン原子をスパッタリングチャンバーにおいてイオン化する作用をする電子 の閉じ込めがもたらされる。電子は磁場によってターゲット８の上方に保持され 、それらは最適な方法でアノードへ流れることができず、従って、イオン化プロ セスに数倍貢献する。従って、一定のコーティング厚さを基板２７の表面で達成 することが更に確保される。 この説明したアレンジメントによれば、そして電流−時間関数（ｆ_(I)＝Ｉ_(t) ）を考慮すれば、最適な一定のコーティング厚さが達成される。既に言及したよ うに、このアレンジメントにおいて、電流はターゲットの表面に応じて変化させ られる。種々の電流をコイル76、77に供給することにより、ターゲット表面41の 上 方でプラズマを放射状に変位させ得る。このことは、プラズマがターゲット８の 表面に関して左または右のどちらかに変位させられることを意味する。従って、 基板27の表面コーティングは、しっかりと方向付けられてスパッタされ、または 成長する。 ヨークプレート21、21’をステップ状に形成することにより、非常に簡単な、 費用効率のよい全体的なカソードの構成が得られ、簡単な環状に配置される磁石 を使用することもできる。磁石は、例えば、リング状磁石ではなく、正方形また は矩形の磁石に形成することができ、ヨークプレート21および21’の間に容易に 設けることができる。リング状磁石はより複雑であり、従って、正方形または矩 形の磁石よりもより高価である。 図４において、コイル76、77は、図５および６の実施態様のコイルよりも、タ ーゲット８から離れたところに配置される。従って、図１のコイルは図５および 図６の態様のコイル76、77よりも大きくする必要があり、当該コイルには、より 多くの電流を供給する必要がある。図１によれば、プラズマは他の実施態様と同 じ程度に変位させることができ、その場合、図１のエネルギーの所要量は僅かに 高い。 個々のコイルは種々の程度にコントロールすることができ、それらは実施態様 に応じて結合してもしなくてもよい。例えば、コイル76、77は直列に接続してよ い。 既に言及したように、ターゲットの下方または他の場所に配置して磁気コイル を用いることにより、プラズマが内側から外側へ放射状に変位し得るように、タ ーゲット・スペースにおいて磁場を意図的にコントロールし、そして変化させ得 ることは好都合である。従って、エロージョン・グルーブをターゲット上で半径 方向に変位させることが可能である。その結果、一方では、連続的に磁場を変化 させることによって非常に幅の広いエロージョン・グルーブを形成することがで き、他方では、磁場を前後に段階的に切り替えることによって互いに隣合う２つ のエロージョン・グルーブを形成することが可能である。 時間に関して変化する磁場を静磁場に追加することによって（またはこれらの ２つの磁場を重ねることによって）、一定のコーティング厚さが達成され得る。 この可変磁場はコーティング厚さをコーティングサイクルの間、最適化する作用 をする。このために、経験的に決定される電流−時間関数が、例えばＤＥ−Ｂ− 196 54 000においてより詳細に記載されているように、決定される。 ターゲット・スペース84に設けられる図５および図６のコイル76、77は、ター ゲット・スペースにおける磁場をコントロールする作用を主にする。ターゲット ・スペース84の外側の磁場をコントロールするために、図６では、追加のコイル 76’、77’およびシールドプレート75’が設けられている。 この実施態様においても、ヨーク21、21’を中心軸44に関して垂直に分割する ことができる。従って、磁石９は磁束が中空ねじ20および磁極片14の間で良好に 分布するように配置され得る。従って、ターゲット・スペース84において一様な 水平方向の磁場を得ることができる。既に言及したように、この磁場は意図的に コイル76、77によってコントロールすることができる。 図７は、軸44を中心として回転可能な４つの鉄芯83、85、92および93のアレン ジメントの実施態様を示す。鉄芯85の回転保持手段94を模式的に示す。１８０° 回転した後の鉄芯の位置を破線で表し、83’、85’、92’および93’で示す。本 発明の範囲内においては、当該鉄芯を所望の数だけ設けることができるが、１つ または２つの鉄芯が好ましい。図示した軸44を中心とする鉄芯の回転によって、 ターゲット８の表面のエリアにおける磁場は、時間に応じて変化させられ、極め て均一なコーティング厚さおよび高いターゲットの利用率を達成するために最適 化される。 図７の実施態様において示すように、ヨーク21、21’はまた、分割され軸対称 に配置される。更に、例えばリング状磁石９のエリアにおいて、可変磁場を形成 できる少なくとも１つの磁気コイル（図示せず）を更に設けてもよい。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１１年１月２５日（１９９９．１．２５） 【補正内容】 更に、２つのヨークプレートが環状のプレートであること、それらの外径は異 なる寸法を有すること、ならびに／またはそれらはステップ状に配置されること が有利である。 本発明の装置の別の態様において、より小さい外径を有するヨークプレートを 冷却フィンガーおよび／または間接的もしくは直接的に中空ねじと連結させ、よ り大きい外径を有するヨークプレートを間接的もしくは直接的に磁極片と連結さ せることが更に可能である。 本発明の別の態様において、可変磁場を形成する手段は磁極片のエリアに設け ることが有利である。 本発明の解決手段の好ましい態様において、コイルに供給される電流を時間に 応じて変化させ得ることが場合により可能である。 本発明において、コイルに送られる電流またはコイルに供給される電流は、コ ントロール・カーブ（制御曲線）またはプリセットされたプログラムによってコ ントロールできること、およびこのために導線をカレント・ディバイダ（curren tdivider；または電流分割装置）を介してコンピュータと連動させることが特に 重要である。 本発明の展開またはアレンジメントに関して、第１コイルをより小さい外径を 有するヨークプレートの外周のエリアに設けること、および第２コイルを第２ヨ ークプレートの内周のエリアに設けることが好都合である。 更に、２つの環状のコイルがまたステップ状に配置されることが好都合である 。 このために、基板のエリアにおいて、ターゲット・スペース内および／または ターゲット・スペースの外側に配置されるシールド手段は、２つのコイルの間で コイルと同じ平面に配置されることが好都合である。 本発明の別の有利な態様は、少なくとも１つの回転し得る鉄芯を含む。 本発明の更なる利点および詳細は、請求の範囲および明細書において記載し、 図面において示す。 図１は、複数の同心状に配置されたコイルおよび永久磁石のリングを備えたタ ーゲットの断面図である。 図２は、ステップ状のヨークの模式図である。 図３は、本発明に従って得られる磁場の磁力線のコースの模式図である。 図４〜６は、種々のコイルまたはシールド手段のアレンジメントを有するステ ップ状のヨークの３種類の模式図である。 図７は、種々の鉄芯のアレンジメントを備えたステップ状のヨークの模式図で ある。 基板、例えばコンパクトディスク（ＣＤ）27上にコーティングを形成するカソ ードスパッタリング装置を図１に示す。プロセスを実施するために、スパッタリ ングカソード２は、カソードスパッタリング装置のチャンバー壁１に設置するこ とができる。カソードはディスク形状の強磁性の第１下側ヨーク21'（Ｉ）およ びそれから離れている第２または上側ヨーク21（II）を有する。第１ヨーク21' の直径は第２ヨーク21の直径よりも大きい。 図１および図２から明らかなように、２つのヨーク21、21’はステップ状の形 態で、スパッタリングカソード２の縦（または長手）方向の軸44に関して軸対称 に配置され、それらは互いに十分に間隔を置いて配置されており、この空間に、 環状に配置される磁石９もまた縦方向の軸44に関して軸対称に配置され得るよう になっており、当該空間は相応する高さを有する。この環状に配置される磁石９ はターゲット８に関してＮ／Ｓ極性を有する。 より小さい外径を有する内側ヨークプレート21は、間接的または直接的に冷却 フィンガー74と連結しており、より大きい外径を有するヨークプレート21’は、 間接的または直接的に磁極片14と連結している。 図３において、例えば、変化する磁場を形成する手段、または−もしくは複数 の磁気コイル76、77がヨークプレート21、21’のエリアに設けられている。 図１に示す２つの磁気コイル76、77は、ヨークプレート21’の下側水平面の下 で横方向の同じ平面に配置されている。 第１磁気コイル76はターゲット８の外周55のエリアに設け、第２磁気コイル77 はターゲット８の内周54のエリアまたは冷却フィンガーもしくは冷却ヘッド74の エリアに設けてよい。２つの磁気コイル76、77はターゲット８の頂面57または背 面側40よりも僅かに上側に設けられる。この点に関して、例えば環状に配置され 、第１および／または第２ヨーク21、21’の外周のエリアに設けられる磁石９を 、 上側または第２ヨークプレート21と下側または第１ヨークプレート21'との間に 設け、２つの磁気コイル76、77および環状に配置される磁石９をスパッタリング カソード２の中心軸44に関して同心状に配置すると、好都合である。 スパッタリングカソード２は更に冷却プレート７を含む。絶縁体６はヨーク21 'と冷却プレート７との間で締着され、ねじ切りしたボルト91によって固定され る。 スパッタされるターゲット８は、冷却プレート７の前方に設けられる。内側お よび外側磁気コイル76、77を収容する１つまたは２つの環状のグルーブ86が冷却 プレート７の背面に設けられ、前記磁気コイル76、77はターゲット８の中心軸44 に関して同心状となるように配置される。 ヨークまたは絶縁体６および冷却プレート７はボルト91および冷却フィンガー 74によって固定される。絶縁体６はボルト91またはボルト73をヨークから有利に 絶縁する。 磁場を形成するための電力供給源は、導線78、79を介して磁気コイル76、77に 接続することができる。 磁石９は、磁束を導くようにヨーク21および／または21’ならびに磁極片14に 連結され、従って完全な磁気閉じ込めを形成する。 磁極片14の下端部はフランジ88を形成し、このフランジに外側マスク（または 遮蔽膜）またはアノード４が接続される。磁極片14の高さおよび／またはアノー ド４の高さは可変である。 基板27はアノード４の下端部に設けられて、ターゲット・スペース84をアノー ド４およびターゲット表面41とともに包囲する。 装置全体に延び、中空のねじ20および冷却フィンガー74を収容する開口部67は 、スパッタリングカソード２の中心軸44のエリアに配置される。冷却フィンガー 74は図示されていない冷却ラインに接続することができる。 ヨークプレートを有する第２ヨーク21（II）は、中空ねじ20と接触することな く、軸方向において中空ねじ20の上端部と近接している。 第２ヨーク21（II）はフランジ22によって冷却ヘッドまたは冷却フィンガー74 の上端部に連結され、一方、第１ヨーク21’（Ｉ）は磁極片14に連結され、ボル ト73、73'によって固定することができる。 センター・マスクまたはセンター・アノード26は着脱自在に冷却フィンガー74 のねじ部分90のフロント面または下端部に連結される。センター・アノード26は ターゲット８の中央の凹部に延びており、この中央の凹部はターゲットのフロン ト面に設けられ、その下端部は外側アノード４または外側マスクとともに、基板 27をマスクするリング形状のエリアを形成する。 環状に配置される磁石９と中心軸44との間の距離は態様に応じて変化させるこ とができる。いずれの場合においても、環状に配置される磁石９は中心軸44と磁 極片14との間に設けられる。図１から明らかなとおり、シールド手段75は２つの コイル76、77の間に設けられる。更に、シールド手段75を、ヨーク21、21'のう ちの１つとターゲット８との間に設けることが可能である。シールド手段75は、 一方では、コイル76、77の鉄芯であってそれらの磁場を強くし、同時に、磁場の 変動を磁気コイルにより比較的小さい電流にて形成できるように、ターゲットの スペース84を磁石９の短絡磁力線からシールドする。このために、シールド手段 75は、ヨークプレート21、21’の１つおよび／または絶縁体６とターゲット８と の間に設けてよい。磁石９はマグネトロンの磁場を形成する作用をする。図３で は、カソードまたはスパッタリングマグネトロンの磁力線71は、磁力線42のよう にターゲット表面41上で凸形状のコースを、磁力線42'のようにターゲットの背 面40に関して平坦または略平行なコースをとっている。これはまた、有利にはシ ールド手段75によってもたらされる。そのようなアレンジメントは、非強磁性金 属のターゲット、例えば金またはアルミニウムターゲットに特に適している。 ２つの磁気コイル76、77は環状に配置された磁石９の僅かに下側に配置される 。環状に配置される磁石９は多数の磁石から成る単一の環状に配置された磁石で 形成され得る。 例えば、アルミニウムターゲットまたは金ターゲットとして実施され得るター ゲット８の実施態様に応じて、絶対的な磁場の強度を大きくするために、第１の 環状に配置された磁石９に加え、少なくとも１つの環状に配置された別の磁石( 図示せず)を磁石９の付近に設けることができる。 図１から明らかなとおり、外側の環状に配置された磁石は、２つの磁気コイル 76、77よりもターゲットの背面40から離れた位置にある。 図３に示す磁気コイル76、77により主磁場は変化させることができ、これらの コイル76、77は所定の極性を有し得る。図３では、中心軸44と磁石９との間の半 径Ｒ₉は、図３に従って最適な磁場42を形成し得るように変化させたり、または 調節したりすることができる。 コイル76、77に供給される電流Ｉは時間に応じて変化し得る。コイル76、77に 供給される電流Ｉまたはコイルへの電流供給は、コンピュータ82にプリセットさ れたプログラムまたはコントロール・カーブによってコントロールすることがで き、このために、導線78、79はカレント・ディバイダ80を経由してコンピュータ 82と接続している（図１）。従って、ターゲットの表面41に全体のスパッタリン グプロセスを通じて意図的に影響を及ぼすことができ、同時に、基板27に形成さ れるコーティングが一定の厚さを有し、コーティングの厚さの偏差を±２％〜３ ％の範囲とし得ることが確保される。必要とされるコントロール・カーブは経験 的に決定され得る。従って、対応するいずれのターゲット、例えば金またはアル ミニウムターゲットについても、電流供給に最適なコントロール・カーブを決定 することができる。 既に言及したように、ヨークが一体でなく、分割されており、２つの個々のパ ーツ、即ち、上側および下側ヨークプレート21、21'から構成されれば特に好都 合である。その場合、これらのパーツは軸対称である２つのディスクから成り、 互いに離れていて、それらの間に少なくとも１つの磁石９を設けることができる ようになっている。 図４〜図６は、基板27にコーティングを形成するカソードスパッタリング装置 の別の態様を示し、この態様において、ヨークプレート21、21'または磁極片14 およびコイル76、77はまた異なる形態にて配し又は実施することができる。 図４において、ヨークプレート21、21'は、ステップ状となるように実施され ている。この場合、図４の上側ヨークプレートの内側エッジは中空ねじ20と連結 され、外側エッジは、環状に配置された磁石９を介して、段になっている下側の 第１ヨークプレート21'の内側エッジと連結されている。第１ヨークプレート21' の外側エッジは磁極片14と連結している。 第２コイル77よりも大きな直径を有する第１コイル76は上側ヨークプレート21 請求の範囲 １．磁極片（14）、ターゲット（８）および少なくとも１つの磁石またはリン グ状磁石（９）を含み、真空チャンバーに配置し得るスパッタリングカソード（ ２）によって基板（27）にコーティングを形成するカソードスパッタリングの装 置であって、 （ａ）第１および第２ヨークプレート（21、21'）が設けられ、それらはスパ ッタリングカソード（２）において内側から外側へ延在し、第２ヨークプレート （21'）は外側へ最も遠くに延在しており、 （ｂ）磁石（９）は第１および第２ヨークプレート（21、21'）の間に配置さ れている ことを特徴とする装置 ２．第１および第２ヨークプレート（21、21'）が垂直にずらされている請求 の範囲第１項に記載の装置。 ３．第１および第２ヨークプレート（21、21'）が１つの平面に配置されてい る請求の範囲第１項に記載の装置。 ４．スパッタリングカソード（２）が円形であり、磁極片（14）ならびに第１ および第２ヨークプレート（21、21'）がスパッタリングカソード（２）に関し て同心状に配置されている請求の範囲第１〜３項のいずれかに記載の装置。 ５．可変磁場を形成する少なくとも１つの手段（76、77）または少なくとも１ つの回転可能な鉄芯（83、85、92、93）が設けられている請求の範囲第１〜４項 のいずれかに記載の装置。 ６．ヨークプレート（21、21'）が、リング状磁石（９）および可変磁場を形 成する少なくとも１つの手段（76、77）または少なくとも１つの回転可能な鉄芯 （83、85、92、93）のエリアに設けられている請求の範囲第５項に記載の装置。 ７．少なくとも１つの環状に配置される磁気コイル（76）がターゲット（８） またはターゲットの背面（40）とヨークプレート（21、21'）との間に設けられ ている請求の範囲第５項または第６項に記載の装置。 ８．第１磁気コイル（76）がターゲット（８）の外周（55）のエリアに設けら れ、第２磁気コイル（77）がターゲット（８）の内周（54）のエリアに設けられ ている請求の範囲第５〜７項のいずれかに記載の装置。 ９．２つの磁気コイル（76、77）がターゲット（８）の頂面（57）または背面 （40）の僅か上方に設けられている請求の範囲第８項に記載の装置。 １０．２つの磁気コイル（76、77）が横方向の同じ平面に配置されている請求 の範囲第８項または第９項に記載の装置。 １１．２つの磁気コイル（76、77）が、第１または第２ヨークプレート（21、 21'）および／またはターゲット（８）の背面（40）の間で横方向の同じ平面に 配置されている請求の範囲第１０項に記載の装置。 １２．リング状磁石（９）が、上側第１（21）と下側第２ヨークプレート（21 '）との間、または１つの平面に配置されるヨークプレート（21、21'）の間で、 第１ヨークプレート（21）の外周のエリアに設けられている請求の範囲第２〜１ １項のいずれかに記載の装置。 １３．２つの磁気コイル（76、77）がスパッタリングカソード（２）の中心軸 （44）に関して同心状に配置されている請求の範囲第８〜１２項のいずれかに記 載の装置。 １４．磁石（９）が、第１コイル（76）の外径とほぼ同じ、またはそれよりも 僅かに小さいもしくは僅かに大きい外径を有する請求の範囲第７〜１３項に記載 の装置。 １５．磁気コイル（76、77）を収容するリングチャンバー（86）が絶縁体（６ ）に設けられ、当該絶縁体はターゲット（８）と少なくとも１つのヨークプレー ト（21、21’）との間、および／またはターゲット（８）に設けられている請求 の範囲第８〜１４項のいずれかに記載の装置。 １６．２つの磁気コイル（76、77）が異なる直径を有する請求の範囲第８〜１ ５項のいずれかに記載の装置。 １７．第２磁気コイル（77）が第１リングコイル（76）よりも小さい外径を有 する請求の範囲第１６項に記載の装置。 １８．リング状磁石（９）が基板（27）に向けられたＮ／Ｓ極性を有する請求 の範囲第１〜１７項のいずれかに記載の装置。 １９．鉄芯（75）が２つのコイル(76、77)の間に設けられている請求の範囲第 ８〜１８項のいずれかに記載の装置。 ２０．鉄芯（75）がヨークプレート（21、21'）の１つとターゲット（８）と の間、またはヨークプレート（21、21'）と基板（27）との間に設けられている 請求の範囲第１９項に記載の装置。 ２１．鉄芯（75）がヨークプレート（21、21'）の１つおよび／または絶縁体 （６）とターゲット（８）との間に設けられている請求の範囲第１９項または第 ２０項に記載の装置。 ２２．２つのヨークプレート（21、21'）がスパッタリングカソード（２）の 中心軸（44）に関して互いに間隔を置いて配置され、ターゲット（８）および基 板（27）によって画定されたターゲット・スペース（84）内および／またはター ゲット・スペース（84）の外側の平面に配置されている請求の範囲第３〜２１項 のいずれかに記載の装置。 ２３．２つのヨークプレート（21、21'）の間の距離が磁石（９）の高さおよ び／または幅にほぼ相当する請求の範囲第１〜２２項のいずれかに記載の装置。 ２４．２つのヨークプレート（21、21'）が、異なる外径を有する、及び／ま たはステップ状に配置されている環状のプレートである請求の範囲第１〜２３項 のいずれかに記載の装置。 ２５．より小さい外径を有するヨークプレート（21）が、スパッタリングカソ ード（２）の中央部で冷却フィンガー（74）と、および／または間接的もしくは 直接的に中空ねじ（20）と連結しており、より大きい外径を有するヨークプレー ト（21'）が間接的もしくは直接的に磁極片（14）と連結している請求の範囲第 １〜２４項のいずれかに記載の装置。 ２６．可変磁場を形成する手段が磁極片（14）のエリアに設けられている請求 の範囲第１〜２５項のいずれかに記載の装置。 ２７．第１コイル（76）がより小さい外径を有するヨークプレート（21）の外 周のエリアに設けられており、第２コイル（77）が第２ヨークプレート（21'） の内周のエリアに設けられている請求の範囲第５〜７項のいずれかに記載の装置 。 ２８．２つのリングコイル（76、77）がステップ状に配置されている請求の範 囲第２７項に記載の装置。 ２９．コイル（76、77）への電流供給が時間に応じて変化させ得る請求の範囲 第１〜２８項のいずれかに記載の装置。 ３０．コイル（76、77）に供給される電流またはコイルへの電流供給が、コン トロール・カーブまたはプリセットされたプログラムによってコントロールする ことができ、このために導線（78、79）がカレント・ディバイダ（80）を介して コンピュータ（82）と連結している請求の範囲第１〜２９項のいずれかに記載の 装置。 ３１．ターゲット（８）に関して、鉄芯（75'）が、基板（27）の後ろにおい て、２つのコイル（77'および76'）の間でコイルと同じ平面に配置されている請 求の範囲第１〜３０項のいずれかに記載の装置。 ３２．鉄芯（75）が２つのコイル（77、76）の間でコイルと同じ平面に配置さ れている請求の範囲第８〜２７項、第２９項および第３０項のいずれかに記載の 装置。 【図１】 【図３】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 １９６５４００７．０ (32)優先日 平成８年12月21日(1996．12．21) (33)優先権主張国 ドイツ（ＤＥ） (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＪＰ，ＵＳ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．磁極片（14）、ターゲット（８）および少なくとも１つの磁石またはリン グ状磁石(９)を含み、真空チャンバーに配置し得るスパッタリングカソード(２) によって基板（27）にコーティングを形成するカソードスパッタリングの装置で あって、分割されたヨークまたは２つのパーツ（21、21’）で形成されるヨーク が設けられていることを特徴とする装置。 ２．スパッタリングカソード（２）が円形であり、磁極片（14）および分割さ れたヨークがスパッタリングカソード（２）に関して同心状に配置されている請 求の範囲第１項に記載の装置。 ３．可変磁場を形成する少なくとも１つの手段（コイル76、77）または少なく とも１つの回転可能な鉄芯（83、85、92、93）が設けられていることを特徴とす る請求の範囲第１項または第２項に記載の装置。 ４．分割されたヨーク（21、21’）がリング状磁石（９）および可変磁場を形 成する少なくとも１つの手段（コイル76、77）または少なくとも１つの回転可能 な鉄芯（83、85、92、93）のエリアに設けられていることを特徴とする請求の範 囲第３項に記載の装置。 ５．少なくとも１つの環状に配置される磁石（９）が第１または第２ヨークプ レート（21、21’）のエリア、または第１または第２ヨークプレート（21、21’ ）の外周のエリアに設けられ、少なくとも１つの環状に配置される第１磁気コイ ル（76）がターゲット（８）またはターゲットの背面（40）とヨークプレート（ 21、21’）との間に設けられていることを特徴とする請求の範囲第１、２、３ま たは４項に記載の装置。 ６．第１磁気コイル（76）がターゲット（８）の外周（55）のエリアに設けら れ、第２磁気コイル（77）が冷却ヘッド（74）のエリアに設けられていることを 特徴とする請求の範囲第１〜５項に記載の装置。 ７．２つの磁気コイル（76、77）がターゲット（８）の頂面（57）または背面 （40）の僅か上方に設けられていることを特徴とする請求の範囲第６項の装置。 ８．２つの磁気コイル（76、77）が横方向の同じ平面に配置されていることを 特徴とする請求の範囲第６項または第７項に記載の装置。 ９．２つの磁気コイル（76、77）が、第１または第２ヨークプレート（21、21 ’）および／またはターゲット（８）の背面（40）の間で横方向の同じ平面に配 置されていることを特徴とする請求の範囲第８項に記載の装置。 １０．環状に配置される磁石（９）が、上側または第２ヨークプレート（21’ ）の間もしくは１つの平面に配置されたヨークプレート（21、21’）の間で第１ および／または第２ヨーク（21、21’）の外周のエリアに設けられていることを 特徴とする請求の範囲第１〜９項のいずれかに記載の装置。 １１．２つの磁気コイル（76、77）がスパッタリングカソード（２）の中心軸 （44）に関して同心状に配置されていることを特徴とする請求の範囲第６〜１０ 項のいずれかに記載の装置。 １２．磁石（９）が、第１コイル（76）の外径とほぼ同じ、またはそれよりも 僅かに小さいもしくは僅かに大きい外径を有することを特徴とする請求の範囲第 ５〜１１項に記載の装置。 １３．磁気コイル（76、77）を収容するリングチャンバー（86）が絶縁体（６ ）に設けられ、当該絶縁体はターゲット（８）と少なくとも１つのヨークプレー ト（21、21’）との間、および／またはターゲット（８）に設けられていること を特徴とする請求の範囲第６〜１２項のいずれかに記載の装置。 １４．２つの磁気コイル（76、77）が異なる直径を有することを特徴とする請 求の範囲第６〜１３項のいずれかに記載の装置。 １５．第２磁気コイル（77）が第１リングコイル（76）よりも小さい外径を有 することを特徴とする請求の範囲第１４項に記載の装置。 １６．リング状磁石（９）が基板（27）に向けられたＮ／Ｓ極性を有すること を特徴とする請求の範囲第１〜１５項のいずれか１つまたは複数に記載の特徴を 有する装置。 １７．シールド手段（75）が２つのコイル（76、77）の間に設けられているこ とを特徴とする請求の範囲第６〜１６項のいずれかに記載の装置。 １８．シールド手段（75）がヨークプレート（21、21’）の１つとターゲット （８）との間、またはヨークプレート（21、21’）と基板（27）との間に設けら れていることを特徴とする請求の範囲第１７項に記載の装置。 １９．シールド手段（75）がヨークプレート（21、21’）の１つおよび／また は絶縁体（６）とターゲット（８）との間に設けられていることを特徴とする請 求の範囲第１７項または第１８項に記載の装置。 ２０．２つのヨークプレート（21、21’）が中心軸（44）に関して互いに間隔 を置いて配置され、ターゲット・スペース（84）内および／またはターゲット・ スペース（84）の外側の平面に配置されていることを特徴とする請求の範囲第１ 〜１９項のいずれか１つまたは複数に記載の特徴を有する装置。 ２１．２つのヨークプレート（21、21’）の間の距離が磁石（９）の高さおよ び／または幅にほぼ相当することを特徴とする請求の範囲第１〜２０項のいずれ か１つまたは複数に記載の特徴を有する装置。 ２２．２つのヨークプレート（21、21’）が、異なる外径を有する、及び／ま たはステップ状に配置されている環状のプレートであることを特徴とする請求の 範囲第１〜２１項のいずれか１つまたは複数に記載の特徴を有する装置。 ２３．より小さい外径を有するヨークプレート（21）が冷却フィンガー（74） および／または間接的もしくは直接的に中空ねじ（20）と連結しており、より大 きい外径を有するヨークプレート（21’）が間接的もしくは直接的に磁極片（14 ）と連結していることを特徴とする請求の範囲第１〜２２項のいずれか１つまた は複数に記載の特徴を有する装置。 ２４．可変磁場を形成する手段が磁極片（14）のエリアに設けられていること を特徴とする請求の範囲第１〜２３項のいずれか１つまたは複数に記載の特徴を 有する装置。 ２５．コイル（76、77）への電流供給が時間に応じて変化させ得ることを特徴 とする請求の範囲第１〜２４項のいずれか１つまたは複数に記載の特徴を有する 装置。 ２６．コイル（76、77）に供給される電流またはコイルへの電流供給が、コン トロール・カーブまたはプリセットされたプログラムによってコントロールする ことができ、このために導線（78、79）がカレント・ディバイダ（80）を介して コンピュータ（82）と連結していることを特徴とする請求の範囲第１〜２５項の いずれか１つまたは複数に記載の特徴を有する装置。 ２７．第１コイル（76）がより小さい外径を有するヨークプレート（21）の外 周のエリアに設けられており、第２コイル（77）が第２ヨークプレート（21’） の内周のエリアに設けられていることを特徴とする請求の範囲第１〜２６項のい ずれか１つまたは複数に記載の特徴を有する装置。 ２８．２つのリングコイル（76、77）がステップ状に配置されていることを特 徴とする請求の範囲第１〜２７項のいずれか１つまたは複数に記載の特徴を有す る装置。 ２９．基板（27）のエリアにおいて、ターゲット・スペース（84）内および／ またはターゲット・スペースの外側に配置されるシールド手段（75）が、２つの コイル（77、77’および76、76’）の間でコイルと同じ平面に配置されているこ とを特徴とする請求の範囲第１〜２８項のいずれか１つまたは複数に記載の特徴 を有する装置。