JP2005060841A

JP2005060841A - カソードスパッタリング装置

Info

Publication number: JP2005060841A
Application number: JP2004232763A
Authority: JP
Inventors: Frank Fuchs; フックスフランク; Stefan Bangert; バンゲルトシュテファン; Ralph Lindenberg; リンデンベルクラルフ; Helmut Grimm; グリムヘルムート; Tobias Stolley; シュトレイトビアス; Uwe Schussler; シュスラーウヴェ
Original assignee: Applied Films GmbH and Co KG
Current assignee: Applied Materials GmbH and Co KG
Priority date: 2003-08-08
Filing date: 2004-08-09
Publication date: 2005-03-10
Also published as: CN1580319A; DE10336422A1; CH696972A5; TW200506084A; KR100656734B1; KR20050019030A; TWI287048B; US20050034981A1

Abstract

【課題】冒頭に記載した装置を、ターゲットが浸食されるターゲットの活性ゾーンの領域内の磁界強度を増強し、更に、活性ゾーンの幅を大きくして、ターゲット材料のスパッタリング速度を高め、それと同時に、ターゲット材料内に導入される熱パワー密度を低減するように構成すること。
【解決手段】マグネットシステムの一方の極性の磁極が、回転可能な管状坦体の外側に設けられていて、当該管状坦体を包囲している。
【選択図】図３

Description

本発明は、スパッタリングすべき材料用のほぼ管状の坦体を有しており、材料は、当該材料の長手方向軸線を中心にして回転することができ、スパッタリングすべき材料のターゲットの近傍に形成されるプラズマの磁気的な閉じ込めのために、スパッタリングすべき材料に長手方向軸線に沿って延在しているマグネットシステムを有しており、マグネットシステムは、極片及び透磁性金属製のマグネットヨーク及びマグネットシステム内に磁束を形成するのに適している磁化手段から構成されており、冷却システムを有しており、該冷却システムは、坦体の外側に設けられた冷却装置と結合された管状坦体内での冷却媒体を循環するのに適しており、給電回路と接続された装置と、坦体の長手方向軸線を中心にして回転可能な管状の当該坦体の回転作動用の装置とを有している真空内の基板の薄膜形成用カソードスパッタリング装置に関する。

カソードスパッタリング用の装置は、真空薄膜形成技術で用いられている。マグネトロン−スパッタリングカソードは、ターゲットと呼ばれる導電性の、一般的には金属製の材料貯蔵部を有しており、この材料貯蔵部の材料がスパッタリングされ、このようにして、適切にカソードに対向するように設けられている基板上に薄膜形成される。ターゲットの後ろ側に位置しているマグネットシステムは、磁場を形成し、この磁場は、ターゲットを透過し、ターゲット表面上に、閉ループ状の磁気トンネルを形成する。電場と磁場の協働によって、電子はプラズマ中をスパイラル状に移動し、高い速度で、このトンネル内の磁場に対して横方向にドリフトする。このようにして、電子は、ターゲット表面近傍の長い経路に保持され、この際、高い運動エネルギを受け取り、プロセスガスの中性原子をイオン化する状態になる。プロセスガスの正に帯電したイオンには、実質的に、負の電位にあるカソードターゲットの電磁吸引力が作用する。そうすることによって、イオンは、ターゲット表面に加速され、このターゲット表面で、イオンは、パルス状に送られて原子をターゲットからたたき出す。時間単位子毎に高い個数の原子がターゲット表面から求められるので、金属製ターゲットの使用時に実質的に金属蒸着のような特性の粒子流が得られる。これは、特に基板に達し、この基板の表面上にターゲット材料の薄膜が成長される。

プロセスガスに、例えば、酸素又は窒素のような反応性ガスが混合されている場合、金属酸化物又は金属窒化物が形成される。この、反応性スパッタリングと呼ばれる薄膜形成プロセスでは、基板と遮蔽物の他に、スパッタリング過程によって浸食されるターゲット領域も、非導電性の反応性生成物も薄膜形成される（再堆積）。典型的には、数百ボルトが印加されるターゲットの表面上には、非常に薄い誘電層が堆積され、この誘電層の表面は、僅か数十ボルトのプラズマ電位にされており、その際、前述の両電圧は、アース電位に対して負である。そのようにして、この層材料内に生じる高い電場により、当業者に「アーク放電（”ａｒｃｉｎｇ”）」として公知であって、電気火花閃絡として可視である。アーク放電によって、特に、プラズマ放電の同形状性、並びに、基板に析出される層の質が妨害され、そのために、閃絡の発生を回避する必要がある。この問題の解決により、回転可能な円筒状のターゲットを有するカソードを使うことができるようになる。スパッタリングプロセス中、ターゲットが、静磁場系の前の長手方向軸線を中心にして回転し、その結果、ターゲットの方に散布される層材料は、閉じられた層を形成するのに十分な時間散布されない。誘電材料で僅かに薄膜形成されるターゲット領域が、完全に回転した後、再度プラズマゾーン内に達した場合、新たに、材料がターゲット表面から飛散され、その結果、そのようなターゲットは、誘電体がかなりの程度被覆されないままである。

チューブ状のプラズマが、狭幅に形成された磁場によって、ターゲット表面の小さな部分領域に凝縮されると、スパッタプロセスによって、ターゲット中に供給される出力が小さな面に集中される。これにより、熱的に緊張するか、又は、更に、ターゲットが局所的に溶融することがある。マグネットトンネルの幅が拡がることによって、プラズマは、ターゲット表面の比較的大きな領域に作用することにより、面出力密度が低下することがある。しかし、円筒状のターゲットを有するスパッタカソードでは、マグネットシステムのヨーク脚部が相互に十分広く離隔しているように簡単ではない。つまり、マグネットシステムは、円筒状ターゲット坦体の内部に収容されており、従って、スペースが狭いからである。ターゲット坦体の幾何形状に基づいて、ヨーク脚部が相互に十分に広い間隔を有していない場合、ターゲット表面の前に、十分な強度の磁場はもはや形成されない。つまり、比較的高い磁界強度の磁場の部分しか、ターゲット坦体内に延在していないからである。この問題を解決することが、本発明の別の部分アスペクトである。

そのような装置は、専門業界では十分に公知であり、文献に記載されている（例えば、特許文献１参照）。その際、円筒状ターゲットは、回転可能に設けられており、従って、新たなターゲット材料がスパッタリングゾーン内に案内されて、比較的長い固定時間、カソードを比較的大きな供給部を通ってターゲット材料に達することができ、又は、一方のターゲット材料から他方のターゲット材料に迅速に交換することができるようになる。

この公知の装置では、マグネットは、永久磁石として構成されており、その際、プラズマの電子を、閉じられたループ内で、管状ターゲットの長手方向軸線に対して平行に案内するのに必要なマグネットは、ターゲット坦体の内部に設けられている。変形実施例では、相互に平行に離隔して保持される管状カソードは、レーストラック（ｒａｃｅｔｒａｃｋｓ）の長手方向路を形成し、その際、２つの、ほぼ直線路を結合して、円筒状ターゲットの各々の各端部につながった曲線に、両ターゲット間に設けられている２つのＵ字形マグネットを用いて達成される。円筒状ターゲット坦体内部のマグネットシステムは、相互に鏡対称に構成されており、その結果、この装置の相互に同じ側の面に、一方の極性の同名の極が対向し合っており、相互に反対側の外側面に、他方の極性の同名の極が位置している。両ターゲット間に設けられているＵ字形永久磁石が、両ターゲット坦体内部の磁場を、閉じられたマグネットトンネルにつなぐように構成されている。

この装置の欠点は、円筒状ターゲットの両端にある材料が、カソードスパッタリングによって飛散されず、従って、基板の薄膜形成にとって十分でない点にある。更に、ターゲット材料のスパッタリングレート（Ａｂｓｔａｅｕｂｒａｔｅ）が、狭幅のマグネットトンネルによって生じるプラズマ領域によって僅かに保持されるという問題点がある。しかし、マグネットシステムの両極の間隔は、管状ターゲット坦体内で任意に拡張することはできない。スパッタリングレートは、プラズマ放電を作動する電力を高めることによっても達成することができる。しかし、この欠点は、狭幅のチューブ状プラズマ内に、ターゲット材料とターゲット材料との非常に高い熱負荷が生じて、脆いターゲット材料では、熱的なテンションクラッキング又は溶融点の低い材料では、ターゲット材料が局所的に溶融することがある点にある。適切に成形されたターゲット皿が、ある種のはんだを用いて、管状のターゲット坦体と結合されると、高い局所的な温度負荷によって、ターゲット皿が溶融することがある。

更に、磁場形成装置と負電位のターゲットとアノードとから構成されていて、ターゲットとアノードとの間で電気放電が生じる、磁場強化された電気放電で、真空技術プロセスを実施する装置が公知であり（特許文献２参照）、その際、磁場形成装置は、その極片と共に環状且つカソードに対して同心状に構成されており、実行すべき真空技術上のプロセスに相応して、環状ターゲットの内部又は外側周囲に設けられており、軸線方向に限定された不均一なトーラス状の磁場が形成され、その主磁場方向は、ターゲットの領域内でその軸線方向に対して平行に配向されており、その際、アノードは、磁場形成装置の配列で、ターゲット内に当該ターゲットを管状に囲み、この配列で、ターゲットを中心にして、このターゲット内に管として、又は、全材料が設けられており、その際、磁場形成装置、管状ターゲット及びアノードは、相互に相対的に可動である。開示された実施例は全て、磁場を形成する装置は分割されず、ターゲットの一方の側にだけ設けられており、このターゲットはスパッタリングターゲット側に対向して設けられている。

更に、プラズマトロン方式による高レートスパッタリング用装置が公知文献から公知であり（特許文献３）、この装置は、リング状空隙、冷却された管状ターゲット及びアノードを有する磁場形成装置から構成されており、その際、磁場形成装置は、長手方向に延在している閉じられたリング状空隙を有しており、ターゲット内に、その大きな軸線がターゲットに対して平行であるように設けられており、アノードはターゲットを、リング状空隙領域が開けられていて、位置調整装置を用いて、アノードとターゲット表面との間の間隔が所定の固定値に調整可能であり、その際、相対運動を生じるために、ターゲットと磁場形成装置との間の大きな軸を中心にして作動部が設けられており、磁場形成装置に、当該装置とターゲットとの間の間隔を変えるための装置が設けられている。このスパッタリング装置でも、磁場を形成する装置は分割されておらず、スパッタリングすべきターゲット面に対向している、ターゲットの一方の側面上にだけ設けられている。

更に、カソードスパッタリング装置が公知であり（特許文献４参照）、この装置は、スパッタリングすべき面を有しているカソード、カソード近傍のマグネット装置、スパッタリングすべき面に対向している、磁力線形成用の面を有しており、この磁力線の少なくともいくらかは、スパッタリングすべき面内に入ったり、この面から再度出たりし、つまり、各磁力線が連続的に円弧状の各セグメントを、スパッタリングすべき面から所定の間隔をおいて形成する相互に間隔をおいている各交点に入ったり出たりし、その際、この各交点は、磁力線と共に、閉じられた領域用の境界を形成し、その結果、それにより定義された経路を介して、スパッタリングすべき面上に位置しているトンネル状の領域が形成され、その際、蓄積された粒子は、トンネル状の領域内に保持されて、この領域に沿って動く傾向を示し、並びに、カソードの隣のアノードと、カソードとアノードとを電源の電位に接続する端子とを有しており、その際、少なくとも、スパッタリングすべき面は真空化容器内に配置されており、その際、磁場とスパッタリングすべき表面との間の相対運動を、当該磁場と当該表面との空間的隣接関係を維持しつつ形成するための運動装置が設けられており、前述の経路は、スパッタリングすべき面を経過しており、つまり、静止状態の経路によって形成される面領域よりも大きな面領域となる。

ここで説明している円筒状カソードスパッタリング装置では、円筒状坦体に取り付けられたマグネット装置は、回転可能でもあり、接近したり離れたりするように動くことができ、その結果、表面全体上でスパッタリングを行うことができ、その際、所定の領域を選択することもでき、その際、マグネット装置全体がターゲットの一方の面上に設けられる。しかし、開示された実施例全てにおいて、磁場を形成する装置は分割されておらず、ターゲットの一方の面上にだけ設けられている。

従来技術から、真空中でのカソードスパッタリング装置も公知であり（特許文献５参照）、この装置は、回転体の形式の中空体を有しており、この中空体は、その軸線を中心にして回転可能であり、この装置は、この軸線に沿って延在している側壁と、この軸線に対してほぼ垂直方向の２つの端面を有しており、その際、中空体は、少なくともその外側の側壁が、スパッタリングすべき材料から形成されており、ターゲットの近傍に設けられた、磁気的に閉じ込めるための磁気回路が設けられており、極、透磁性の金属及び磁化手段が設けられており、この磁化手段は、磁気回路内に磁束を形成するのに適切であり、中空体内の冷却流体の循環用の冷却回路と結合された装置と、給電回路と接続された装置と、中空体を当該中空体の軸線を中心にして回転するための作動部とを有しており、その際、磁気回路は、中空体に関して周辺に延在しており、磁化手段は、この磁気回路の外側に設けられており、磁気回路の極は、この中空体の２つの生成部に沿って設けられており、両生成部間に位置している中空体の側壁のアークを形成し、このアークは、ターゲットのスパッタリング領域を形成する。

円筒状ターゲットを有するカソードスパッタリング装置では、各永久磁石、電磁石、マグネットヨーク、及び、極片から構成された磁場形成装置は、ターゲットのほぼ外側に設けられていて、ターゲット坦体の内部を通る冷却手段の貫流を高めることができ、その際、両極性の磁場を形成する磁極は、ターゲットの外側に設けられている。

最期に、電気エネルギを用いて、回転可能な管状ターゲットの表面をスパッタリングすることによって、基板を薄膜形成するための装置が公知であり（特許文献６参照）、この装置では、ターゲット内に、導磁性材料製の極片が設けられており、その際、ターゲットの外側には、磁束導体が設けられており、この磁束導体は、中空体に向かって配向された３つの極片を有しており、各極片は、マグネットを介して相互に結合されており、その際、この各マグネットは、磁場を、ターゲットの内部に設けられた極片上に、ターゲットを貫通して狭幅の間隙を介して伝達し、装置の、基板側にトンネル状の磁場を形成し、その結果、スパッタリング面から出て、スパッタリング面に戻る磁力線が、閉ループの形状を有する放電領域を形成する。

円筒状ターゲットを有する、このカソードスパッタリング装置では、永久磁石、極片及び両極性の磁極のマグネットヨークからなる、磁場形成装置は、ターゲットの外側に設けられており、ターゲットの内部に、透磁性金属製の部品だけが設けられており、この部品は、磁力線を円筒状ターゲットを貫通して案内し、その際、磁場を形成する装置は、スパッタリング領域に直径方向両端に対向して配置されており、従って、スパッタプロセスによって、ターゲット内に入った熱負荷にさらされる。しかし、開示された、このマグネットシステムによって形成された磁場は、ターゲットが浸食される、ターゲットの活性ゾーンの領域内で、専ら、回転可能な管状ターゲット坦体の内部に設けられたマグネットシステムを用いて形成することができる磁場から殆ど区別されず、その結果、回転可能な管状ターゲットの前のマグネットトンネルは、拡張されず、又は増強されない。
ヨーロッパ特許公開第００７０８９９号公報ドイツ民主共和国特許公開第１２３９５２号公報ドイツ民主共和国特許公開第２１７９６４号公報ドイツ連邦共和国特許公開第２７０７１４４号公報ヨーロッパ特許公開第０４６１０３５号公報ドイツ連邦共和国特許公開第１９６２３３５９号公報

本発明の課題は、冒頭に記載した装置を、ターゲットが浸食されるターゲットの活性ゾーンの領域内の磁界強度を増強し、更に、活性ゾーンの幅を大きくして、ターゲット材料のスパッタリング速度を高め、それと同時に、ターゲット材料内に導入される熱パワー密度を低減するように構成することにある。

この課題は、本発明によると、スパッタリングすべき材料用のほぼ管状の坦体を有しており、材料は、当該材料の長手方向軸線を中心にして回転することができ、スパッタリングすべき材料のターゲットの近傍に形成されるプラズマの磁気的な閉じ込めのために、スパッタリングすべき材料に長手方向軸線に沿って延在しているマグネットシステムを有しており、マグネットシステムは、極片及び透磁性金属製のマグネットヨーク及びマグネットシステム内に磁束を形成するのに適している磁化手段から構成されており、冷却システムを有しており、該冷却システムは、坦体の外側に設けられた冷却装置と結合された管状坦体内での冷却媒体を循環するのに適しており、給電回路と接続された装置と、坦体の長手方向軸線を中心にして回転可能な管状の当該坦体の回転作動用の装置とを有している真空内の基板の薄膜形成用カソードスパッタリング装置において、マグネットシステムの一方の極性の磁極が、回転可能な管状坦体の外側に設けられていて、当該当該管状坦体を包囲していることにより解決される。

この課題は、当該ターゲット坦体の長手方向軸線を中心にして回転することができる、ターゲット坦体を有する管状ターゲット、ターゲットに直ぐ隣接してプラズマを磁気的に閉じ込めるためのマグネットシステム、透磁性金属製の磁場導体、及び、マグネットシステム中に磁束を形成するための磁化手段、ターゲット用の冷却システム、及び、給電回路を有しており、その際、マグネットシステムは、２つの部品から構成されており、そのうち一方には、管状ターゲット坦体の内部の一方の磁極性が設けられており、逆極性のマグネットシステムの第２の部品には、ターゲット用の電気コンタクトを用いずに、管状ターゲット坦体をフレーム状に囲むようにした、カソードスパッタリング用のマグネトロンにより解決される。

管状ターゲットの外側に設けられた、マグネットシステムの部分によって、ターゲットの前に高い磁界強度を形成することができ、従って、高いプラズマ密度を達成することができる。マグネットシステムの両部分は、マグネットシステムの両部分は、管状ターゲットの外側のプラズマチューブを定義しない磁力線が、磁化手段の、プラズマとは反対側の極面から、マグネットヨークを介して最短経路で各々反対の磁極に戻されるように構成されている。そのために、極片部分は、出来る限りギリギリの間隔で、管状ターゲットの内部及び外部に対向している。このようにして、管状ターゲットの前に位置しているトンネル状及び閉じた磁場経過を達成することができ、その際、カソードの後ろ側の空間では、副次的なプラズマの形成を助長することがある磁場は磁場導体から出ない。専ら、管状ターゲットの内部にあるマグネットシステムで、スパッタリング領域の拡張のために、外側に出たトンネル状の磁場が所定のプラズマゾーンに対して、プラズマを高い信頼度で点火するのがもはや補償されず、且つ、プラズマの磁気閉じ込めがもはやなされないように持続的に減衰されないで、両磁極をターゲット上に相互に比較的大きな間隔で設けることができない。また、磁力線は、各磁極相互の間隔が大きすぎる場合、プラズマを閉じるのに必要なフィールド強度が管状ターゲット内部に位置していて、その結果、ターゲットの前でプラズマを磁気的に閉じ込めることがもはやできない曲線形状となる。

本発明のマグネット装置の別の利点は、管状ターゲットの外側に設けられた、マグネットシステムのフレーム状の部分を、ターゲット浸食が生じるターゲットの活性ゾーンの外側領域を完全に囲む、箱形のカソード囲み部上に載置することができる点にある。スパッタガス混合体又はその構成成分を、この箱形のカソード囲み部内に導入することによって、ガスは、マグネット極片とターゲット表面との間の狭幅の間隙を通って入り、直接プラズマ放電部内に達するようになり、このプラズマ放電部内では、プラズマが部分的にイオン化されている。このようにして、プロセスガス混合体からの反応性ガスが、強化された程度で活性化されるようにすることができ、それにより、ターゲット材料と反応性ガスとの間の化学反応が軽減され、析出された層が高い値の質を有するようになる。

この種のガス供給、及び、ターゲットを部分的に囲んで閉じ込めることにより、別の利点、つまり、ガス混合体又は選択されたガス構成成分の、狭い間隙を通ることによる高い流速度によって、ターゲットによってスパッタリングされた材料が再び、ターゲットが浸食される、ターゲットのターゲット活性ゾーンの領域の外側及び近傍のターゲット表面上に堆積されるのを阻止することができる。反応性のプロセスでは、導電性であって、従って、プラズマ放電が否定的な影響を及ぼすことがある材料成分が形成される。箱状のカソード囲み部により、スパッタリングされた反応性の材料又は汚染物質が、ターゲットが浸食される、ターゲットの活性ゾーンの外側に位置している、かなり離れた位置のターゲット領域上に達することがある。従って、本発明の装置は、高い作動確実性を有しており、特に安定した、アーク放電のない薄膜形成プロセスを行うことができる。

比較可能な装置で通常のようなマグネットシステムは、永久磁石を含むことができるが、１つ又は複数の電磁石を使用することもできる。

以下、図示の実施例を用いて、本発明について詳細に説明する。図面で、同じ又は相応の要素は、各々同じ参照番号が付けられている。

以下説明する装置全てにおいて、図面で、真空室、真空ポンプ、弁、ロック室及び圧力測定装置が示されていない場合でも、スパッタリングすべき面は真空中にある。同様に、ターゲットの冷却及び回転並びに電気コンタクトに必要な、従来技術の手段は図示していない。

図１には、従来技術のターゲット坦体２を備えた、回転可能な円筒状ターゲットを有するカソードスパッタリング装置１の横断面略図が示されている。透磁性金属製のマグネットヨーク、及び、複数の永久磁石５からなる、内部に設けられたマグネットシステム３は、ターゲット坦体２を有する円筒状ターゲットの内部管壁の近傍に設けられている。永久磁石５の、マグネットヨークとは反対側の極片から、磁力線６が出て、ターゲット坦体２を有する管状ターゲットを貫通し、その際、両構成部品を図に個別に図示していない。相互に異なる極性の各磁極間に、プラズマ放電部７を閉じ込めるための略示された磁力線６を有する磁場が形成される。作動に必要な手段及び装置、例えば、ターゲットの冷却及び回転、マグネットシステム３の固定に必要な手段及び装置、及び、ターゲットとの給電用の端子は、図１に示されていない。図１に示された矢印は、中心に示した十字によって示されている回転軸を中心にターゲットが回転することができることが示されており、その際、矢印方向とは逆方向に回転することができる。

図２には、部分的にしか示していない曲げられた外套面を有するターゲットの下側の、従来技術により設けられたマグネットセットを、ターゲットを貫通する磁場と共に示した斜視略図が示されている。マグネットシステム３は、ほぼ矩形状で、ターゲット２０の外套面に対して平行に設けられた極片を収容しており、その際、中間極片は、マグネットシステムの端領域内に、長手方向に延在している直線状部分上に取り付けられている、外側の極片に対してほぼ同じ間隔で終わっている。そうすることによって、マグネットシステム３は、磁気トンネルを、略示した磁力線６を用いて示したように形成し、即ち、この磁力線は、ここに示していないプラズマを、２つの直線部分及び２つのカーブ部分からなる、閉ループの形式で管状ターゲットの長手方向軸線に対して平行に経路上、所謂レーストラック上に閉じ込める。ターゲットの端領域内には、半円状のマグネットトンネルを用いて、第１の方向に対して平行であって、反対方向に経過する経路上に戻るように向けられており、その際、第２の曲線の経過後、ループが閉じられる。磁化手段５の、マグネットヨーク側の極側では、磁場が空間内に出ない。つまり、磁化手段は、高磁化率の軟磁性マグネットヨーク内に完全に収容されていて、逆の極に戻されているからである。

図３には、ターゲット坦体２を備えた、回転可能な円筒状ターゲットを有する本発明のカソードスパッタリング装置８の主要部が略示されている。円筒状ターゲット２の外套線の下側の、ターゲット２の内部の、一方の極性の磁極は可視ではなく、反対の磁極性を形成するマグネット５は、ターゲット２の外側に、ターゲット２の周囲に設けられている。マグネット５の極片からマグネットヨーク４の、外側に位置している部分に出ている磁束は、このマグネットヨークを介してマグネットヨークの、内部に設けられている可視でない部分に案内され、その際、磁束は、非磁化ターゲットを通って案内される。マグネット５の極面から外側に位置している、図示していない極片９，１０出た磁束は、この極片９，１０を介して、外側のターゲット表面１８に案内され、その際、磁力線の一部分がターゲットを内側に向かって透過し、この磁力線は、大部分ターゲットの前で円弧状に円筒形ターゲット２の頂点線の方に向けられており、そこで、磁力線はターゲットを横断し、内側に位置している磁極に達する。

円筒状ターゲット２の両端領域内の磁場が、プラズマが閉ループ内で相互にほぼ平行な２つの長手方向のプラズマゾーンを形成する、半円形マグネットトンネルとなるように形成するために、カソード８の端面に、円筒状ターゲット２の曲率に適合されている。カソード８の端面側の磁化手段５は、直線上に写像したように設けることができ、磁束は、極片１０を介して、適切なやり方で、ターゲットの方に案内される。曲線磁場の特別な作用又は成形を達成するために、マグネット５をカソード８の端面にて、円筒状ターゲットの長手方向軸線に対して垂直方向の１平面内に位置している曲線上に設けてもよい。

カソードの後ろ側は、箱形の遮蔽部又はカソード囲み部１１によって囲まれており、遮蔽部又はカソード囲み部１１は、それと同時に、マグネットシステムの外部構成部品用の坦体としても使うことができる。円筒状の回転可能なターゲット２の懸架部、並びに、回転作動部、電気エネルギ及び冷却媒体の供給部が設けられており、その結果、これらは、特に、ターゲットから飛散する材料によって薄膜形成されないように保護される。

本発明のマグネットシステムは、１つ又は複数のマグネットコイル又は永久磁石を有しており、そのことは、殊に、外部部品で技術的に簡単に解決される。つまり、回転部品による給電を行う必要がないからである。

図４は、本発明のスパッタリング装置８の横断面図である。ターゲット坦体２を備えたターゲットは、箱状の遮蔽部又はカソード囲み部１１によって囲まれており、カソード囲み部は、それと同時に、マグネットシステム５，９，１３の外部部分及び遮蔽部１４の坦体として使うことができる。マグネットシステムのヨークは、内部に設けられた構成部品１２及び外部に設けられた構成部品１３とに分けられる。マグネットシステムの外部部品からターゲット２に磁力線６を適切に案内するために、極片９が設けられている。これは、非遮蔽材料製の遮蔽部１４によって、薄膜形成や損傷したりしないように保護される。磁力線６は、ターゲット２の近傍で極片９から出て、内部に設けられた、反対極性の磁極に入るために、円弧を描く。そこから、磁力線は、内部に位置しているヨーク部１２が、回転可能な管状ターゲットの内側に案内され、そこで、磁力線は、非磁性ターゲット及びターゲット坦体２を透過し、マグネットヨーク１３の外部部分に対しての適切な間隔に基づいて、磁界強度がさほど損失せずに、外部に設けられた磁化手段５に戻る。

箱形の遮蔽部乃至カソード囲み部１１は、一方では、マグネットシステムの外部部分を収容し、他方では、ターゲット坦体２の回転可能なターゲットの支承部を収容して、プロセスガス流を方向付けて供給するのに使うことができる。後者の場合、箱形の遮蔽部又はカソード囲み部１１の後ろ側には、ガス供給部１５が設けられており、このガス供給部を通して反応性ガス、不活性ガス又はプロセスガス混合体が、カソード囲み部１１の内部に達する。反応性ガス、不活性ガス又はプロセスガス混合体が、外部ターゲット表面１８と、外部に設けられたヨーク部１３、磁化手段５、極片９及び遮蔽部１４との間の狭幅の間隙を通って流れる。そうすることによって、プロセスガスは、直接プラズマ領域７内に導入され、プラズマ領域７によって、高いイオン化レート、従って、反応性の薄膜形成方法では、ターゲット材料と反応性ガスとの間の改善された化学反応が達成される。

図４に示されている矢印は、中心の十字によって示された回転軸を中心にしたターゲットの回転を示し、その際、回転方向は、矢印方向又は矢印方向の逆方向に行うことができる。

ターゲットの外套面に対して平行な外部マグネット５、極片９、並びに、遮蔽部１４は、図４に示されているように、マグネットシステムの中間マグネットの方に傾けて設けてもよく、その際、例えば、マグネットヨーク１３の外部部分、又は、図示してないが、極片９は、適切な横断面を有している。同様に、この部分は、矩形状の横断面とも、図３に示されているように設けることができ、その結果、この部分の、基板に整列された前面は、内部中間マグネット５の中心点及び回転軸によって形成される面に対して直角となる。

図５に示された、本発明の別の有利な実施例は、付加的に、基板１７の後ろ側に設けた、制御磁化手段１９用の保持部１６を有しており、この保持部は、カソード８に対する所定間隔，及び／又は、制御磁化手段１９の極性を変えることができる。この保持部を用いて、プラズマ７を誘導する、基板１７の薄膜形成すべき表面領域内の磁場６を、プラズマ密度分布を特定のプロセス制御に適合させ、及び／又は、プラズマを基板表面上に作用させることができる。制御磁化手段１９は、図５に示されているように永久磁石から構成することができ、同様に、マグネットコイルを設けてもよく、その際、保持部１６には、図示していない極片又は鉄心を設けてもよい（永久磁石１９の代わりに設けられている）。

図５に示されている矢印は、中心の十字によって示された回転軸を中心にしたターゲットの回転の可能性を示し、その際、回転方向は、矢印方向又は矢印方向の逆方向に行うことができる。

従来技術の回転可能なターゲットを有するカソードスパッタリング装置の横断面図。

従来技術の、ターゲットの下側に、曲げられた外套面に設けられたマグネットセットの斜視略図。

マグネットシステムの外部構成部によって囲まれた、回転可能なターゲットを有する本発明のカソードスパッタリング装置の斜視図。

回転可能なターゲットを有する本発明のカソードスパッタリング装置の横断面図。

マグネットシステムの別の構成での回転可能なターゲットを有する本発明のカソードスパッタリング装置の横断面図。

符号の説明

１回転可能なターゲット、カソードを備えたカソードスパッタリング装置
２ターゲット坦体を備えた円筒状ターゲット
３マグネットシステム
４磁場導体、マグネットヨーク
５磁化手段、永久磁石
６磁力線
７プラズマ放電部、プラズマ
８本発明のカソードスパッタリング装置、カソード
９マグネットセットの外部の長手方向部分内の極片
１０マグネットセットの外部の端部の極片
１１箱形カソード囲み部又は遮蔽部
１２本発明のマグネットヨークのターゲット坦体の内部に設けられた構成部品
１３本発明のマグネットヨークの外部構成部
１４遮蔽部
１５ガス供給部
１６制御磁化手段用の保持部
１７基板
１８外部ターゲット表面
１９制御磁化手段
２０曲げられた外套面を有するターゲットの部分

Claims

スパッタリングすべき材料（２）用のほぼ管状の坦体を有しており、前記材料（２）は、当該材料（２）の長手方向軸線を中心にして回転することができ、前記スパッタリングすべき材料（２）のターゲットの近傍に形成されるプラズマの磁気的な閉じ込めのために、前記スパッタリングすべき材料（２）の前記長手方向軸線に沿って延在しているマグネットシステムを有しており、前記マグネットシステムは、極片（９，１０）及び透磁性金属製のマグネットヨーク（１２，１３）及び前記マグネットシステム内に磁束を形成するのに適している磁化手段（５）から構成されており、冷却システムを有しており、該冷却システムは、前記坦体の外側に設けられた冷却装置と結合された前記管状坦体内で冷却媒体を循環するのに適しており、給電回路と接続された装置と、前記坦体の長手方向軸線を中心にして回転可能な管状の当該坦体の回転作動用の装置とを有している、真空内の基板の薄膜形成用カソードスパッタリング装置（８）において、
マグネットシステムの一方の極性の磁極が、回転可能な管状坦体（２）の外側に設けられていて、当該管状坦体（２）を包囲している
ことを特徴とするカソードスパッタリング装置。
外部極片（１０）は、円筒状ターゲットの端領域内でターゲットの湾曲にほぼ適合された形状を有している請求項１記載のカソードスパッタリング装置。
外部磁化手段（５）は、マグネットシステムの端面で、ターゲットの回転軸に対して垂直方向の平面内に、当該平面内で湾曲線上に設けられている請求項１又は２記載のカソードスパッタリング装置。
外部に設けられたマグネットシステムは、カソードを半分のスペース内で囲むように把持するカソード囲み部（１１）と結合されている請求項１から３迄の何れか１記載のカソードスパッタリング装置。
プロセスガス又はプロセスガス混合体の成分が、カソードを半分のスペース内で囲むように把持するカソード囲み部（１１）を通して供給される請求項４記載のカソードスパッタリング装置。
カソードマグネットシステムに対向していて、基板の後ろ側に設けられた制御マグネットシステム（１６，１９）が設けられている請求項１から５迄の何れか１記載のカソードスパッタリング装置。
制御磁化手段（１９）は、永久磁石を含む請求項６記載のカソードスパッタリング装置。
制御磁化手段（１９）は、マグネットコイルを含む請求項６記載のカソードスパッタリング装置。