JP2662582B2 - 平坦化したアルミニウム膜を形成する方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、平坦なアルミニウム層の形成を容易にする
集積回路を製造する方法及び装置に関する。 従来技術 高性能の大領域集積回路（以下「IC」という）はいろ
いろなレベルの相互接続を必要とする。いろいろな製造
段階でICの表面を平滑且つ平坦にする平坦化処理は、高
分解能のフォトリソグラフに対しても、薄膜による十分
なカバレージ工程に対しても必須のものとなってきてい
る。マルチレベルのICの絶縁層、たとえばスピンオン絶
縁体、非選択的のエッチングやRFバイアススパッタ蒸着
が次に行われるスピンオン絶縁体、スピンオン犠牲層
（spin−on sacrificial layer）を平坦化する多くの技
術がある。CO₂レーザーが、アルミニウム相互結線全体
にわたって、素早くフォスフォシリケートガラスを流す
ためにCW動作、パルス動作のいずれにも使用された。 絶縁層の平坦化はそれだけで十分に平坦なマルチ相互
結線処理を行なしめることはない。絶縁体の深い垂直な
バイア（via）にわたって金属が蒸着（deposite）され
るときに、深刻なステップカバレージの問題が依然とし
て生じる。その問題は、バイアが垂直に積み重ねられる
ときにひどくなる。これらの困難は、バイア壁（これは
貴重な領域を使い尽くす）をテーパー付けすること、そ
れらの深さ／幅の比を制限すること、及びバイアの重な
りを禁止することにより緩和される。また、選択的蒸着
（デポジション）技術（タングステン蒸着もしくははく
離、又は金属ピラー製造）は深いバイアを確実に満す。
他の方策としては、パターン形成前に各金属膜を平坦化
することである。金属平坦化は、完全な平坦IC処理を行
うために絶縁体平坦化と組み合わされた。それは、それ
自身で電力及び接地面が信号レベルの間に点在する特定
のマルチレベルの相互結線構造物（たとえば、最近のIC
パッケージングのための“シリコンPCボード”）におい
て利用し得るものである。１つの金属平坦化技術はRFバ
イアス（bias）スパッタリングである。 RFバイアススパッタリングによるアルミニウム層の平
坦化に障害となるものは、装置内の酵素である。その酵
素はアルミニウムと結合して酸化アルミニウムを形成す
る。酸化アルミニウムの融点は、アルミニウムの融点よ
り非常に高く、酸化アルミニウで汚染されたアルミニウ
ム膜は平坦化を妨げる。 マグネトロン・スパツタ装置は、アルゴンのような不
活性でイオン化できるガスが導入される真空チエンバ内
の交差した電場と磁場によつて特徴づけられる。そのガ
スは電場によつて加速された電子によつてイオン化され
る。磁場はイオン化ガスを制限し、ターゲツト構造体の
近傍にプラズマを作る。ガスがターゲツトに衝突し、原
子の放出を引き起こす。その原子は被加工物であつて、
概して処理工程にある回路基板に入射する。一般に磁場
は永久磁石構造体によつて作られるが、電磁石装置がだ
んだんと磁場を作る目的のために使用されてきている。
コーテイングの応用において、マグネトロン・スパツタ
リング装置はしばしぼ電子集積回路型デバイスの製造に
おいて金属のデポジツトに使用される。磁気デイスクメ
モリーに使用するタイプの高密度磁気デイスクの製造に
おいて、磁性材料をデポジツトすることもまた知られて
いる。 従来技術のマグネトロン・スパツタリング装置におい
て、回路基板全体に渡る一様な厚さのコーテイングは、
コーテイングの間、回路基板を動かすことによつて得ら
れた。回路基板を動かすことは、段階的適用範囲、例え
ばステツプタイプの移動にわたる等角コーテイングを得
る助力にもなる。もちろん、スパツタリング装置の作動
中に回路基板を動かすことは多くの問題がある。ある場
合には異なる物質、特に合金を作ることが難かしいか、
又は不可能な物質、すなわち、単一のターゲツトに置く
のに適さない物質をコデポジツト（codeposit）するこ
ともまた望ましい。全ての場合において、スパツタリン
グ装置を可能な限り高率で作動させることが望ましい。 永久磁石のみを組み込むスパツタ源（典型的には従来
技術装置）は、磁場を制限するプラズマをターゲツトの
寿命にわたつて変化させることができない。その結果と
して、スパツタ装置のインピーダンス、すなわち、プラ
ズマ中を流れる放電電流に対する電場を作る放電電圧の
割合は、使用中のターゲツトの浸食に従つて、絶え間な
く減少する。それ故に、電場を作るのに必要な電源は、
ターゲツトの寿命にわたつて変化するスパツタ装置イン
ピーダンスに適合させようとするには、比較的複雑で高
価である。 使用中にターゲツト表面が浸食するとき、ターゲツト
はスパツタ源から放射した物質に対して影を作る傾向が
あつた。それによつて、使用中にターゲツトが浸食する
に従つて、スパツタ装置の能率が著しく減少する。影の
効果のために、物質が基板上でデポジツトされる割合は
ターゲツトの浸食に従つて普通は非線型的に減少する。 影の効果が原因であるテポジシヨン率の減少を最少に
する一つの試みは、永久磁石を含む組立体をスパツタリ
ング装置の一つの軸線に関して回転すること含んでい
る。磁石組立体を回転することは、ターゲツトの寿命の
末期近くのスパツタリング処置の効果の本質的な改善に
なるが、装置のインピーダンスの減少はターゲツトが浸
食するときなおも認められた。更に、ターゲツトから物
質がスパツタされる率もまた、このアプローチでターゲ
ツトが浸食するに従い減少する。もちろん、永久磁石構
造体を回転することは機構的に複雑である。 永久磁石装置に関連する問題の多くは電磁石を使用す
ることで除去されたが、電磁石装置は一般にほぼ１イン
チ（2.54cm）の比較的幅の狭い単一のターゲツトを使用
するという欠点を有した。最近、ターゲツトが概して互
いに同心の複数のターゲツト要素を有する組立体として
形成された改良装置があつた。一つの例はターゲツトが
どちらも平坦要素であり、第２の例は、内側のターゲツ
トが平坦で、外側のターゲツトが円錐台の側壁によつて
形成された放射面を有する凹面となつている。これらの
従来技術の装置は、コートされている基板のような広い
領域の被加工物全体に物質が一様にデポジツトされるの
に効果がある。 被加工物への２つのターゲツトの相対的な寄与は、使
用中、ターゲツトが浸食するに従つて特異に変化するこ
とが認められている。言い換えると、ターゲツトが消耗
し、又は浸食されるに従つて、第１ターゲツトから被加
工物に到達する物質の量が、第２ターゲツトから被加工
物に到達する物質の量に比例して変化する。従つて、複
数要素ターゲツト組立体がその有効期間の間、被加工物
上に物質の一様な衝突を達成するための制御器は複雑で
あり、かつ、簡単ではない。これは６インチ（15.24c
m）集積回路ウエーハ又はハードコンピユータ記憶磁気
デイスクのような比較的大きな被加工物上の一様なデポ
ジシヨンのための特別な場合である。この装置もまた、
ターゲツトの浸食に従つて現われる変化する状態の間に
放電するプラズマのインピーダンスを制御する必要性の
ために複雑である。 発明の目的 本発明の目的は、アルミニウム層の平坦化を容易にす
るためにアルミニウム層と酸素ベアリング層の間の酸素
に対してバリアを形成する構造物を製造する方法及び装
置を提供することである。 発明の概要 二酸化シリコン層のような、集積回路の酸素ベアリン
グ層は、酸素ベアリング層上に形成される層を汚染する
危険性がある。酸素ベアリング層全体にわたって形成さ
れる耐火金属ケイ化物の層は、次のアルミニウムの層が
平坦化され得るように酸素ベアリング層を不動態化す
る。特に、少なくとも200オングストロームの厚さのタ
ンタルのケイ化物の層が、アルミニウムを平坦化する高
温度で存続する耐久層を形成する。 本発明に従つて、カソードスパツタマグネトロン装置
は、物質がスパツタされる幾何学的に離して置かれた複
数のターゲツトの寿命に渡つて、比較的大きな面積を有
する被加工物に一様に物質が与えられるように制御さ
れ、そこでは各ターゲートが分離磁場によつて関連した
ターゲツトに制限される分離プラズマ放電を被る。本発
明の一つの見地に従うと、その一様性は分離プラズマ放
電の相対出力をターゲツト浸食状況の作用に従つて変化
させるように制御することによつて達成される。 分離プラズマ放電の相対出力を変化させることは、タ
ーゲツトの寿命に渡つて一様性を維持することが可能で
あると認められた。ターゲツトが消耗する間、ターゲツ
ト要素におけるセルフ・シヤドウイング（self−shadow
ing）の度合が変化するので、プラズマ放電の相対出力
における変化が所望の一様性を与えることを必要とす
る。ターゲツトの浸食形状は、外側のターゲツト（内側
のターゲツトより浸食は速い）が内側のターゲツトより
もずつと高い率でセルフ・シヤドウイングを発展させる
ものである。外側のターゲツトが内側のターゲツトより
も速く浸食するので、外側のターゲツトはターゲットの
浸食が進むに従つて起こるデポジシヨン効率の低化を償
うためにより大きな電力を必要とする。 本発明の別の重要な見地に従うと、分離放電のインピ
ーダンスがターゲツトの浸食に従つて制御される。イン
ピーダンスは別々に制限する磁場の各々を変化させるこ
とによつて制御される。各磁場は各放電のインピーダン
スを制御する可変電流が与えられる電磁石によつて得ら
れる。放電の初めのインピーダンスはその代りにセツト
された値と比較される。初めの放電に対して電磁石に与
えられる電流は、その比に応答して制御される。第２の
放電に対して電磁石に与えられる電流は、好適には初め
の放電に対して電磁石に与えられる電流の一定要素であ
るように制御される。 好適には、放電の相対出力及びインピーダンスは所望
の一様な結果の最大のものを達成するために同時に制御
される。第１及び第２のターゲツトに対する放電の出力
は、ターゲツトの浸食が生じるに従つて第１ターゲツト
に与えられる電力の量に関する第２ターゲツトに与えら
れる出力の量が増加し、ターゲツトが浸食するに従つて
ターゲツトが被加工物上への物質の入射の差のあるもの
にする傾向を克服するように調節される。 本発明の別の特徴に従うと、ターゲツト支持構造物内
にバヨネツトスロツトを設け、スロツトと噛み合うター
ゲツト内のピンと組み合わせることによつて、カソード
スパツタターゲツトを所定位置に保持し、また、支持構
造物から容易に離すことができる。 本発明のスパツタ・コート器と関連してなされた独自
の仕事において、一つは各ターゲツトの放電のためのも
のである一対の磁気回路からの磁場は、一対のターゲツ
トの間の単一の中間ポールピース（pole piece）部材と
結合された。磁束場は好適な作動を行うために中間ポー
ルピース部材と付加的に連結されなければならないこと
も分つた。中間ポールピース部材は最大の性能を与える
ために好適にはテーパー状が良いことが分つた。 本発明の一つの検知はスパツタリング装置に向けられ
ているが、本質的にターゲツトに適用でき、特に、好適
実施例において円錐台の側壁によつて形成される凹面を
有するターゲツト組立体に対して適用できる。好適実施
例では凹面は円錐の底面に関してほぼ45゜に含まれてお
り、大きな面積のターゲツトに対してすばらしい段階適
用範囲の角度であることが分つた。このような第２ター
ゲツトは、最初は半径R2の円形の周辺部をもつ平坦放射
表面を有する第１ターゲツト要素とともに使用される。
凹面はR3の内半径とR4の外半径を有し、ここでR2＜R3＜
R4である。好適には第１ターゲツトは内半径R1（R1＜R
2）を有するリングに形成される。 本発明の別の見地において、基板を加熱することに加
えて基板にR.F.バイアスをかけることによつて、コーテ
イングの質が改善されることが分つた。概して、低出力
R.F.バイアスはコーテイングの質をを改善するが、高出
力R.F.バイアスはプラズマが基板に触れるために基板を
損傷させることがある。基板に近接する磁気ミラー（基
板のまわりのコイルの形状にすることができる）はプラ
ズマを基板から遠ざけるように動かすために使用でき、
それによつて、基板を損傷することなく、増加するR.F.
バイアス出力レベルが許容される。 本発明の上記及び他の目的、特徴及び利点は下記の本
発明の一つの好適実施例に関する詳細な説明と図面によ
つて明らかとなるであろう。 好適実施例 第１図を参照すると、真空チエンバ12を有するマグネ
トロン・スパタリング装置11が図示されており、閉じら
れたスパツタコーテイング処理又はデポジツト室13があ
つて、その中で被加工物14が加熱されたチヤツク15にし
つかりと取り付けられている。磁気ミラー17は、磁場線
が基板に垂直になるように基板の後ろに設置されてい
る。典型的には基板14は比較的大きい直径（４乃至６イ
ンチ（10.16乃至15.24cm））を有する集積回路ウエーハ
の一部で、その上には電気的連絡のためにデポジツトさ
れた物質の選択された領域の二次的分離によつて物質が
デポジツトされる。このような状況においては通常、非
磁性材料が基板上にデポジツトされる。 しかし、本発明は磁気デイスクメモリーのようなデバ
イスを形成するために基板14上には磁性材料をデポジツ
トすることに適用できることが理解される。磁性材料の
デポジシヨンに対する最適の結果を得るために、第２−
４図に関する特徴的な構造にいくらかの変更が概して必
要である。磁性材料をスパツタリングするための各ター
ゲツトは、非磁性の金属ホルダーに取り付けられた比較
的薄い磁気ストリツプを有する。磁気ストリツプは比較
的薄く、1/4〜1/2インチ（0.635〜1.27cm）なので、磁
場線がそれらによつて著しい影響を受けることはない。
磁性材料はそこを通る磁束上の影響を最小にするために
飽和される。異なる材料の属が、カソード組立体15に対
するターゲツト材の適切な選択をすることで第１図に図
示された装置によつて、基板14上にデポジツトされる。 チエンバ12は高い電気伝導度を有する物質で作られた
金属性の電気的に伝導し、アースされた外部ハウジング
16を有する。ハウジング16はアノード組立体の一部で、
概して基板14と同心の軸線を有し、カソード組立体15と
同心の円筒のように形成される。カソード組立体15内の
ターゲツトはDC電源18によつて大地電位に対して負の高
電位に維持されている。 処理室13内でカソード組立体15の近くにプラズマを作
るために、不活性ガス（典型的にはアルゴン）が圧力の
かかつた不活性ガス源19から処理室に供給される。その
処理室は真空ポンプ20によつて排気される。ガス源19と
真空ポンプ20の組合わせは処理室13を比較的低い圧力、
例えば７ミリトルに維持する。 図示された実施例において、カソード組立体15は２つ
のターゲツト要素22及び23を有し、各々平坦で環状の原
子放射面24と、凹状の原子放射面25を有す。その凹状の
形状は底面47を有する円錐台の側壁のようで、デイスク
状ターゲツト要素22の長手方向の軸線に対して右の角度
にある。表面25はその全長に渡つて底面47に対して45゜
の角度で傾斜している。ターゲツト要素22及び23は互い
に同心であり、基板14の軸線27に沿つて一致した軸線を
有する。ターゲツト要素22と23の特別な形状が第２−４
図に関して詳しく下に記載されている。 分離プラズマ放電がターゲツト要素22及び23上に作ら
れ、制限される。分離放電は分離した可変磁場によつて
制限され、その磁場はソレノイドの電磁石29及び30から
引き出される磁場に応答して磁性（好適には鉄）ポール
ピース組立体28によつてターゲツト要素22及び23に連結
されている。ポールピース組立体28及びコイル29と30は
軸対称で軸線27と同心であり、コイル30はコイル29の外
側に置かれている。 ポールピース組立体28はディスク形底面32を含み、底
面32は軸線27に対して直角に位置され、中央スタッド33
及び34、35に結合している。スタッド33は軸線27に沿っ
て延在し、リング34、35は軸線27に同心的である。スタ
ッド及び各リングは、底面32から基板14に向けて縦軸方
向に延在する。スタッド33はコイル29内部の円筒形空間
内に同心的に位置し、リング34はコイル29と30との間に
延在する。リング35は、コイル30及びターゲット素子23
の外側にある。リング34は環状ターゲット素子22の外径
及びターゲット素子23の下面に接近し、中央スタッド33
はターゲット素子22の内径に接近している。 直流電源37、38から、別個独立に制御された電流がそ
れぞれ電磁石コイル29、30に供給される。電源37、38は
制御器39から得られた信号に応答して個別的に制御され
る。それにより、ターゲット要素22、23が使用中に侵食
されるにつれて、コイル29、30に供給される電流が変化
して、放電インピーダンスを比較的一定に維持する。 分離放電を確立するためにDC電源18はターゲツト要素
22と23を各々異なる負のDC高電圧レベル−EaとEbに維持
する。ポールピース組立体28の詳細な構造とターゲツト
要素22と23にDC電力を供給するための詳細な構造は下に
第２−４図に関連して記載されている。 制御器39はターゲツト要素22と23を含むターゲツト組
立体の浸食及び１つのターゲツト要素に関するプラズマ
放電のインピーダンスの指示に応答し、ターゲツト要素
が浸食するとき放電の出力とインピーダンスを制御す
る。ターゲツトの浸食はターゲツト要素22と23に供給さ
れる総エネルギーによつて決定され、或いは、コイル29
と30に供給された電流に比例する電気信号を得ることに
より、或いは又、市販用の入手可能な渦電流損失測定装
置を使用するデポジシヨンの一様性のオンライン測定に
より決定できる。放電インピーダンスは放電中の電圧及
び電流に応答して測定される。記載した実施例におい
て、ターゲツト要素23に供給された総エネルギーはター
ゲツトの浸食の表示を得るために計算される。 これらの目的のためにDC電源18は、導線に電圧−Ea及
び−Ebを通じるために電源18によつて給電された電圧レ
ベル−Eaと−Eb及び電流IaとIbをモニターするための在
来の装置を有する。制御器39は電源18から測定信号、例
えば信号Eam、Ebm、IamとIbm及び、ターゲツト組立体が
ターゲツト組立体によつて供給され、消費されたエネル
ギーを計算する総時間及びターゲツトカソード23のため
の放電のインピーダンスを示す信号などに応答する。計
算された信号に応答して制御器39はセツトポイント（se
t point）信号If1sとIf2sをコイル電源37と38に送る。
更に制御器39は電源18の出力セツトポイント値PasとPbs
のための信号を導引き出す。電源18は一定の出力装置で
あつて、それによつてターゲツト要素24と25に供給され
る電力がターゲツト要素のための放電電圧及び電流の関
数として一定であるように構成される。それによつて、
電源18によつてターゲツト要素22と23に連結された電流
及び電圧がPasとPbsの値の関数として変化する。要素22
と23を含むターゲツト組立体が浸食するに従つて、その
要素に関する放電における出力の割合が変化する。初め
は要素22と23のための放電における出力の割合は比較的
低く、ターゲツト要素の浸食に従つて要素22と23のため
の放電の出力比が増加する。例えば１つの実際の装置で
は、ターゲツト要素22、23のための放電のために供給さ
れる電力の初期の割合は1:5であるが、最終的割合は1:1
2であり、ターゲート要素23へ供給される出力Pbはター
ゲツト要素22に供給される出力Paを上回る。 概して、コイル29と30及びポールピース組立体28の構
造体に給電されるDC電流はターゲツト要素22と23内に磁
束線を作る。その磁束線は放射面24と交差し、第１の一
般に鉛直な方向、すなわち上方へ、環状放射面24の境界
でその放射面の外径に最も近いところを通つて抜ける。
同じ磁束線は第２の一般に鉛直な方向、すなわち下方へ
放射面24の内径に最も近いところを通つて抜ける。同様
に放射面25の外径近くを通つて軸線27に向う磁束線はま
た、ターゲツト要素23の内径近くを通つて後ろへ抜け
る。それによつて、分離プラズマ放電が放射面24と25の
上で囲まれ、ターゲツト22と23の浸食輪郭がターゲツト
の放射表面の中央に集中する。表面24と25によつて限定
される境界を横切る磁場線間の角度は、磁場が極めて一
様に放射面24と25を覆うように磁気ポール組立体によつ
て極めて低く維持されている。放射表面からの一様な浸
食をさせるために、放射表面24と25のすぐ上でプラズマ
密度をできる限り一様にすることが重要であり、それに
よつて、放射物質によるターゲツト・セルフシヤドウイ
ングを引き起こす“V"形浸食の傾向を最小化する。セル
フシヤドウイングはターゲツトから放射され、又はスパ
ツタされた物質がターゲツト上に集まり、いつそうの物
質がターゲツトから基板に出てゆくことを妨げる現象で
ある。 コイル29によつてポールピース組立体28に結合された
磁場は、磁束を第１磁気回路の通させる。第１磁気回路
内の磁束はリング34に沿つて軸線方向に流れ、そこから
ターゲツト要素22を通つて半径方向内側へ流れ、放射面
24のわずかに上を流れる。ターゲツト要素22及び放射面
24にほとんど接した上方の空間から磁束が半径方向内側
にスタツド33の方へ流れ、そこからスタツド33から底面
32に沿つて軸線方向へ流れる。底面32において、第１磁
気回路が半径方向にリング34に戻るように流れる磁束に
よつて完成される。 電磁石30によつて作られた磁束は第２磁気回路を通つ
て流れる。第２磁気回路内の磁束はリング34を通つて軸
線方向に流れ、ターゲツト要素23内に入る。磁束はター
ゲツト要素23内に入り、放射面25のわずか上方を流れ、
そこからフランジ36を通つてリング35内に入る。リング
35内では、磁束が軸線方向に流れて底面32に戻り、そこ
で半径方向内側にリング34へと流れて第２磁気回路が完
成する。電磁石29と30の巻き線の向き及び電源37と38に
よつて電磁石に供給される電流の極性は、リング34内を
流れる第１及び第２の磁気回路束が同じ方向にあるよう
な向きである。リング34内での磁束レベルは飽和状態以
下で、その理由からリング34はリング35よりもかなり厚
い。 もしターゲツト要素22と23が磁性を帯びうるならば、
プラズマを放射面22と23のすぐ上方に制限するために、
外縁磁場がターゲツト上に存在するように、十分な電流
が電源37と38によつて電磁石29と30に供給され、磁性タ
ーゲツトを飽和する。 ターゲツト22と23は互いに関連して置かれており、物
質が基板の表面にわたつて一様にコートされることが可
能なように基板14から離されている。放射面24と25から
の相対的スパツタ率は出力セツトポイントPasとPbsの調
節により装置11の寿命の間調節される。PasとPbsは各々
電源18にターゲツト22と23へ電力PaとPbを給電させる。
ターゲツト22と23の放射面24と25が浸食するとき、Pas
とPbsの値は基板14の異なるものの上における一様なデ
ポジシヨンを維持する。 ターゲツト要素22と23はポールピース組立体28と同
様、以下で第２−４図に関して詳しく記載されるように
冷却される。ターゲツト要素22と23を冷却する同様の構
造体が電源18からそれらへDC作動電圧を給電する。ポー
ルピース組立体28に冷却液供給する構造体はまた、ポー
ルピース組立体を支持する助けとなる。 第２−４図を参照すると、カソード組立体15の詳細な
図が示されている。第２図と第３図の比較から言えるの
は、第２図の断面図は第３図の点線２−２によつて示さ
れたどちらかというと直接的でない経路に沿つており、
このような断面図はカソード組立体15の最も重要な特徴
を最も明瞭に図示できるものである。 デイスク状ターゲツト要素22は平坦で環状の放射面24
を有するほかにテーパー状の内側表面41を有し、その面
は概してターゲツト22の鉛直方向で放射面24と向い合つ
て平行になつている平坦面42に向つて伸びるに従い、軸
線から外に向つて広がる。ターゲツト22の外周部は面42
と交差する軸線方向に伸びる部分43を有し、更に半径方
向に伸びるリム44を有しており、そのリムは面24と42に
平行に置かれている。面24とリム44の間で概して軸線方
向に伸びているのは傾斜した面45を有する外周面であ
る。軸線方向に伸びる壁部43は２つの正反対に向い合つ
た穴46を有し、その各々はターゲツト要素22を所定位置
に保持するのを助けるために（好適には）非磁性ピンを
受け止める。カツトアウト部分46内のピンは好適にはベ
リリウム−銅合金で作られる。 ターゲツト要素23は底面47及び側壁48と組み合わさつ
た凹面の放射面25を有するリングのように形成される。
底面47は軸線27と直角であり、側壁48は平行である。凹
形放射面25は、その全長に渡つて底面47及び壁部48に関
して45゜に傾斜した円錐台の壁部のように形成されてい
る。側壁48内で正反対に向い合つて設けられた穴49は非
磁性ベリリウム−銅合金ピンを受け止めてターゲツト要
素を定位置に保持する。 ターゲツト要素22及び23は、半径R2を有する平坦環状
放射面24の外半径が、傾斜した放射面25の内半径Ｒより
も小さいように配置されている。もちろん放射面25の外
半径R4は半径R3よりも大きく、面24の内半径R1は半径R2
よりも小さい。 ターゲツト要素22上で、放射面24とテーパー状内面41
の交線のところで軸線27に平行な0.03インチ（0.076c
m）の平坦部419が形成されている。放射面24での内半径
R1は0.49インチ（1.24cm）に形成されている。環状後部
面42での内半径R5は0.72インチ（1.82cm）である。放射
面24と斜面45の交線のところで、軸線27に平行な0.03イ
ンチ（0.076cm）の別な平坦面421がある。 放射面24に形成された外径R2は3.125インチ（7.938c
m）である。傾斜面45は軸線27に対して34度の角度であ
るか、又は放射面24に対して56度の角度である。軸線方
向に伸びる壁部43までの半径R6は2.72インチ（6.9cm）
で、その壁部43の厚さは0.375インチ（0.953cm）であ
る。ターゲツト要素の全体の厚さT4は0.600インチ（1.5
2cm）である。ピンホール46は環状後部面42の上方へ0.1
62インチ（0.411cm）距離Ｈのところにある。 ターゲツト23上で放射面25と底面47の交線上に軸線27
と平行に形成された0.03インチ（0.076cm）の第１平坦
部427があり、側壁48と放射面25の交線上に底面47と平
行に形成された0.03インチ（0.076cm）の第２平坦部429
がある。従つてリングの内半径R3は3.38インチ（8.59c
m）に形成され、外半径R4は4.84インチ（12.29cm）であ
り、第２平坦部429から底部47の厚さT2は1.470インチ
（3.73cm）である。穴49の中心は底面47の上方0.352イ
ンチ（0.894cm）の距離Ｄにある。放射面25と底部47の
間の角Ｂは45度である。 第２図に示されているように、ポールピース組立体28
は中央ポールピーススタツド33、中間ポールピースリン
グ34及び外部ポールピースリング35が螺子51によつて底
部32に取り付けられ、固定されるようないくつかの個々
の構造体を有する。コイル29と30は底部32に取り付けら
れ、同一のフイードスルー組立体52によつて電源37と38
からそのコイルへ電流が送られる。 第２図に示されるように、組立体52の１つは電気的に
絶縁するスリーブ53を有し、そのスリーブは内壁に比較
的厚い金属コーテイング54がなされ、スリーブ内には金
属性平坦ワツシヤー56を押しつける金属螺子55が螺合し
ている。ターミナルラグ（図示せず）が螺子55の頭部と
ワツシヤー56の間で電源37への導線に接続されている。
ラグをスパツタリング装置の残りの部分から電気的に絶
縁するために、絶縁性のワツシヤー57がワツシヤー56と
スリーブ53の先端面との間に置かれている。 所望の磁場形状の供給を助けるために、中央ポールピ
ーススタツド33は円筒形であり、上方内向きの傾斜部を
有し、磁性金属（好適には強磁性のステンレススチー
ル）ポールピース挿入物69によつてキヤツプされてい
る。スタツド33の上部58と挿入物69はどちらもターゲツ
ト22の内側面41の傾斜と同じ角度で軸線27に関して傾斜
している。その結果、部分58と挿入物69の間には一定の
空間があり、プラズマやスパツタされた物質のスパツタ
源への貫入を防ぐことに役立つている。キヤツプ58は非
磁性体（好適にはオーステナイトのステンレススチール
螺子59）によつてスタツド33上の所定位置に保持され
る。 リング34は軸線27と平行な上方部分と下方部分を有
し、また、軸線27に関して外側に傾斜した内壁部分を有
する中央部分を有する。リング34の下方部分の磁場の浸
透は、それによつて、その中を通る磁束に与えられた比
較的大きな断面領域のために避けられる。 リング35は実質的にその全長にわたつて一定の厚さの
壁を有する。リング35の上端部は内側に伸びるフランジ
36であつて、２つの分離接触金属要素で形成され、それ
らは換言すれば外部磁気ポールピース挿入物61及びシー
ルド62であり、ターゲツト23の外壁48から離して置かれ
ており、それによつてターゲツトとボールピースの間の
一定空間を有する間隙が確保される。 中間リング34からの磁束をターゲツト22及び23の双方
に連結するために、中間ボールピース挿入物64が金属性
の非磁性（好適にはオーステナイトステンレススチー
ル）の螺子65によつて、中間リングの上端面上に取り付
けられている。ボールピース64は、それとターゲツト22
と23の対面する面45と47との間に一定の間隙を与えるよ
うに形成されている。この端部でポールピース挿入物64
は外に向つてテーパー状になつた内側の円筒状壁365を
有し、その円筒状壁はターゲツト面24の平坦部の下の平
面からポールピース挿入物の頂上面へ伸びている。ポー
ルピース64の頂上は平坦環状に形成され、ターゲツト23
の定面47と平行に置かれている。面66は軸線27から放射
に外側へ伸び、放射面25とターゲツト23の平坦面47の交
線のちようど外側の点から放射方向にある面47の長さの
ほぼ４分の１の点まで伸びている。その結合構造はポー
ルピース挿入物64とターゲツト22と23の各々との間に一
定の間隙を与える。 ターゲツトカソード22及び23はアースされたポールピ
ース組立体28に関して、異なる高電圧の負の電位に維持
され、ターゲツト22は−Eaの電圧に維持され、ターゲツ
ト23は−Ebの電圧に維持される。ターゲツト22及び23と
近接したポールピース要素（すなわち、中央ポールピー
ス33上の中央ポールピース挿入物69、中間ポールピース
挿入物64及び外部ポールピース挿入物61とシールド62）
との間のあらかじめ維持された間隙におけると同様、プ
ラズマの存在中で電気力線がターゲツト22と23の表面24
と25に沿つて存在する。 ターゲツト22は軸線方向に伸びる金属の非磁性（好適
には銅）管71によつて−Eaの電圧が与えられており、そ
の非磁性管71は金属の非磁性（好適には銅）リングと機
構的及び電気的に連結され、軸線27と一致した軸線を有
する。リング72もまたターゲツトの水平及び鉛直に伸び
て交差する面42と43に対して接触することによつてター
ゲツト22の下側を支える。リング72内に設けられた小さ
なカツトアウトはバヨネツトマウントのように働き、穴
46内に取り付けられたピンを使用してターゲツト22を所
定位置に保持する。リング72と面42はターゲツト22の外
縁の間でその中央に向つて42の直径のほぼ４分の１の距
離を通して互いに接触する。 管71は底面部32を通るが、軸線方向に伸びる絶縁性ス
リーブ73によつてその底面部から電気的に絶縁されてい
る。リング72に隣接する管71の端部はスリーブに似た絶
縁性スペーサ74によつて支持され、そのスペーサは逆に
金属に非磁性（好適にはステンレススチール）の隔壁75
によつて支持され、その隔壁75は中央ポールピース33と
中間ポールピース34との間で放射状に伸びて連結されて
いる。クランプ（図示せず）が銅製管71の上で合つて、
導線に接続され、その導線は逆に電源18の電圧ターミナ
ルEaに接続される。 軸線27の反対側のターゲツト22の一部が非磁性スタツ
ド275によつて支持されており、そのスタツドは軸線方
向に穴を有し、その中に非磁性の金属螺子76が螺合して
いる。螺子76は隔壁75の螺子穴中に伸びており、スタツ
ド275を正常位置に保持している。スタツド275には半径
方向に伸び、軸線方向に間隔を取つて置かれたスロツト
77が設けられ、そのスロツトはスタツドと近接した金属
部分との間の電気的ブレイクダウンを防ぐことを助けて
いる。スロツト77はターゲツト22及び23からの金属粒子
に対して高いフロ（flow）インピーダンスを有し、金属
粒子のスロツト中への移動を防ぎ、従つて、スタツドの
電気絶縁特性を維持する。スタツド275は更に半径方向
に伸びるスロツト78を有し、その中でリング72の底面部
の水平方向に伸びた支持肩部79を捕捉している。前記の
ことから、ターゲツト22は同様の構造によつて、機構的
に支持され、電気的に−Eaの電位に維持され、大地及び
ターゲツト23から電気的に絶縁されている。 ターゲツト22のための支持構造物は、ターゲツトが冷
却されることも可能にしている。この目的のためにリン
グ72は管71の内側と流体連通する環状で軸線方向に伸び
る一対のスロツト81及び82が設けられている。冷却液は
好適には水であり、リング72の内周部に供給される。ス
ロツト81及び82はリング72の全体にわたつて鉛直方向に
伸びている。スロツト81と82中の水は、第３図に示され
るように、管71に近接した銅管70を通つてスロツトの外
へ出る。環状ガスケツト84が銅リングの底面上に取り付
けられ、スロツトが管71及び70に接続されている所を除
き、スロツト81及び82をカバーしており、スロツトと装
置の他の部分との間の流体密閉をしている。管70は管71
と同様な方法で底面部32を通つて伸び、スリーブ73と同
じスリーブによつて底面部から電気的に絶縁されてい
る。リング72は穴46に嵌合する非磁性ピンと同じピンを
受け止めて、ターゲツト22を正常位置に保持するための
小さなバヨネツトカツトアウト413（第７図参照）を有
する。 従来技術においては、ターゲツトはボルト又は他のフ
アスナー使用する冷却面に取り付けられ、そのフアスナ
ーはターゲツトと冷却面との間に良い熱伝導をさせる力
を提供する。この点で、バヨネツトマウントの使用は室
温でターゲツトが素早く冷却リング内に挿入されること
を可能にする。バヨネツトとピンの装置では、スプリン
グその他の引つ張り装置は必要がない。本発明における
熱的接触は、ターゲツトとリング間の密着によって達成
される。ターゲツトは冷却リングよりも加熱されるの
で、ターゲツトは冷却リングよりも大きな熱膨張をする
であろう。ターゲツトが膨張するに従つて、ターゲツト
は冷却リングに更に近接して保持され、熱的接触が増大
する。良好な熱接触を維持するために、前記R4とR6の大
きさは約５千分の１インチ（５千分の2.54cm）の許容誤
差で形成されなばならない。 磁場のゆがみを防ぐために、ピンは好適には非磁性材
で作られる。ピンホールは各ターゲツトの１つの部分に
設けられねばならず、その場所は異なる物質のスパツタ
リングを防ぐためにターゲツトの寿命がくる前に浸食さ
れない所である。 ターゲツトは単一のもの（ピンを除く）で作られても
よいし、又は、各々が個々の材料によつて必要とされる
ような複合構造でもよい。例えば銅製の取付リング上に
珪素化合物が形成されてもよく、又、アルミニウムの底
面部上にプラチナ製フオイルを形成してもよい。このよ
うな複合構造体の場合、ターゲツト全体の大きさは、そ
れでも前記と同様である。銅のように熱膨張係数の低い
取付け金属の使用では前記よりも、より近い許容差を必
要とする。 ターゲツト23は電気的に電源電圧−Ebに接続されてい
るが、ターゲツト22に関して記載したのと同様の方法で
機械的に支持され、冷却される。特に、ターゲツト23は
軸線方向に伸びる銅管85及び86と電気的に接続されてい
る。その銅管は底面部32を通り、スリーブ73と同じ絶縁
スリーブ87によつて底面部が電気的に絶縁されている。
銅管85からの流れはリング88へ進み、ターゲツト23の交
差する円筒壁48と平坦面47に接触し保つ。リング88はタ
ーゲツト23を正常位置に保持するために、穴49に嵌合す
る同じ非磁性ピンを受け止めるための小さなバヨネツト
カツトアウト411（第８図参照）を有する。リング88は
軸線方向に伸びる絶縁スリーブ91とスタツド92によつて
機械的に支持され、また、装置の他の部分から電気的に
絶縁される。 スリーブ91には銅管85が通つて伸びる中央孔がある。
スリーブ91は下方で金属製の非磁性体であつて、好適に
はステンレススチールの隔壁93と接触する肩部を有す
る。その隔壁93は中間ポールピース34と外側ポールピー
ス35の間で半径方向に伸び、それらと機械的に接続され
ている。 隔壁93の内壁に沿つているのは環状チヤネル94で、下
記のようにそこを通つて冷却液が循環される。リング支
持スタツド92は銅リング88の内側に伸びるフランジ96を
受け止め、支える放射状スロツト95を有する。スタツド
92はまた、半径方向に伸びるスロツト97を有し、そのス
ロツトはスタツド275の同様のスロツトと同じ機能を果
たす。 ターゲツト23を冷却するために、リング88には管85及
び86の内壁に流体連通する一対の環状で軸線方向に伸び
るスロツト98及び99が設けられている。スロツト98及び
99は、リング72のスロツト81及び82に関して記載したの
と同じようにリング88の全体に及んでそのまわりに伸び
ている。スロツト98及び99は環状ガスケツト101によつ
て流体密閉される。ガスケツトはスロツト98及び99が管
85及び86の内壁と接触する領域を除いてリング88の下面
と接触し、それに沿つて半径方向に伸びる。 プラズマ及びスパツタされた金属が高電圧ターゲツト
22と23及びまわりのカソード組立体15の電気的にアース
された部分との間の間隙に透入するのを防ぐために、金
属性で非磁性体の好適にはアルミニウムである環状スペ
ーサ103と104与えられている。内側のスペーサ103は金
属性で非磁性の螺子304によつて隔壁75にしつかりと取
り付けられている。スペーサ103は中央ポールピース33
のわずかに外側の領域から中間ポールピース34のわずか
に内側の領域へ放射状に伸びている。スペーサ104は螺
子105によつて隔壁93にしつかりと取り付けられてい
る。スペーサ104は中間ポールピース34の外壁と一列に
なつた位置からポールピース35の内壁のちようど内側へ
半径方向に伸びている。高電圧放電を最小にし、それに
よつて装置の寿命を延ばすために、スペーサ103と104及
び隣接する金属部分との間に一定の間隙が存在する。 効率を最大にするために、ポールピース組立体28及び
ターゲツト要素22と23を有するターゲツト組立体が冷却
される。ポールピース組立体28を冷却するために中央ポ
ールピース33は軸線方向及び半径方向に伸びる穴107、1
08及び109を有する。半径方向に伸びる穴109はターゲツ
ト22に隣接したポールピース33の頂上部に近い所にあ
る。穴107と108は底面部32を通つて伸びる管111と112を
通して給水源及び水だめに連通している。ポールピース
34を冷却するためにポールピースは軸線方向に伸びる穴
113と114を有し、その各々が底面部32を通つて給水源及
び水だめに伸びる管115及び116に連通している。穴113
の終端部で隔壁93に近接するのは外へ向つて伸びる通路
117で、そこを通つて冷却液が穴113と環状流路94との間
を流れる。それによつて冷却液はポールピース34の周辺
部を回つて流れ、そのポールピースを冷却する。外側ポ
ールピースはその大きな露出された部分とカソード組立
体15の中央からの遠隔性のために冷却する必要のないこ
とが分つた。 操作中、ターゲツト22と23は物質がターゲツトからス
パツタされるとき消散する放電電源からの熱によつて膨
張する。ターゲツト22と23の膨張はターゲツトと支持リ
ング72と88との間のより本質的な接触をもたらす。それ
によつて、ターゲツト22及び23とリング72及び88との間
にしつかりとした接触が作られ、ターゲツトとリングと
の間により良い熱伝導がもたらされ、それによつてター
ゲツトからリングに熱が伝わるときの冷却効果が上が
る。 隔壁75と93によつてカソード組立体15と基板14との間
にプラズマ放電が制限される領域におけるものと同様
に、ターゲツト22と23の上方の空間で真空状態が維持さ
れる。隔壁を貫通して適合した全ての要素がＯ−リング
121によつて隔壁内で壁部に密閉されている。例えば、
絶縁スリーブ74と91はＯ−リング121によつて各々隔壁7
5と93に密閉されている。 カソード組立体15は軸線方向に動かされて半径方向に
伸びる取り付けフランジ211によつてチエンバ16に固定
されている。そのフランジはポールピース35の外側壁上
にしつかりと取り付けられている。適切な密閉を得るた
めにフランジ211はオーリング213を支えるためのスロツ
トを有する。Rf密閉214はフランジ211内のスロツト内に
置かれている。 第５図を参照すると、第１図の制御器の略示線図が示
されている。制御器39は電源18から得られるアナログ信
号EbmとIbmに応答する。その信号は各々、ターゲツト要
素23に給電された電圧に対する測定値及びターゲツト要
素23に関する放電における電流を示す。信号EbmとIbmは
アナログマルチプライヤー301とアナログデイバイダー3
03に送られる。放電におけるターゲツト23への電力はマ
ルチプライヤー301で信号Ebm及びIbmを増幅することに
よつて決定される。マルチプライヤー301の出力Pbは外
側のターゲツト要素23によつて消費される瞬間電力の総
計を示すアナログ信号で、アナログ−デジタル変換器30
5によつてデジタル信号に変換される。 変換器305の出力信号を示す電力は、ターゲツト22と2
3が操動する間にわたつて積分される。この目的のため
に、アキユムレータ306は変換器305の瞬間出力に応答
し、ターゲツト要素22と23から物質がスパツタされると
きに現われるように閉じた状態のスタート／ストツプ・
スイツチ307に応答できる。新らしいターゲツト要素が
スパツタリング装置11に挿入されるとき、アキユムレー
タ306はゼロにリセツトされる。それによつて、アキユ
ムレータ306はターゲツト要素23によるエネルギー消費
を示す出力を得る。ターゲツト要素23の消費量は、アキ
ユムレータ306内のスケーリングフアクター（scaling f
actor）によつてターゲツトの浸食と関係づけられる。 アキユムレータ306のデジタル出力信号を示す浸食
は、同時に読み取り専用メモリ308及び309に与えられ
る。読み取り専用メモリ308及び309は、ターゲツト浸食
の関数としてのターゲツト要素22及び23における電力消
費の予め定められた望ましい割合に関連してプログラム
されている。DC電源18はターゲツト要素22及び23に一定
電力レベルを与えるので、読み取り専用メモリ308及び3
09は各々、ターゲツト22及び23に給電される電力のため
のセツトポイント値Pas及びPbsを示すデジタル信号を記
憶する。読み取り専用メモリ308及び309から連続的に読
み出されるPas及びPbsに対応する信号が、各々、Pas及
びPbsに対応するアナログ信号を引き出すデジタル−ア
ナログ変換器311及び312に与えられる。デジタル−アナ
ログ変換器311及び312によつて引き出されたPas及びPbs
に対応するアナログ信号はDC電源18に送られる。 ターゲツト要素22及び23に関する放電のインピーダン
スは、ターゲツト要素が浸食するに従つて、ターゲツト
要素23に関する放電インピーダンスがターゲツト要素23
の測定されたインピーダンスに応答して一定に保たれる
ように制御される。ターゲツト22に関する放電インピー
ダンスは制御される必要がなく、制御されない。ターゲ
ツト23に関する放電インピーダンスはターゲツト23に関
する放電のインピーダンスを測定すること及び、それに
より測定されたインピーダンスをセツトポイント値と比
較することによつて制御される。生じたエラー信号がコ
イル電源38の電流制御のために引き出され、それによつ
てターゲツト要素23に関する放電のインピーダンスを制
御する。コイル29のための電源37に与えられる電流は、
それが常に電源38によつてコイル30に連結された電流の
固定された比であるように変化させられる。 この目的のために、信号Ebm及びIbm（各々、ターゲツ
ト23の電圧及びターゲツト23に関する放電における電流
を示す。）は、非線形にデジタル分割回路に結合されて
いる。ティバイダー303はEam/Iam＝Zb（ターゲツト23に
関する放電の測定されたインピーダンス）に対応するア
ナログ信号を引き出す。ターゲツト23に関する放電のイ
ンピーダンスの測定値は電磁石コイル電流制御器313で
セツトポイント値（Zbs）と比較される。制御器313は信
号If2sを引き出すためにZbとZbsの値の間のエラー信号
に応答する。信号If2sはコイル30のための定電流電源38
に与えられる。電源37及び38によつてコイル29及び30に
供給される電流のためのセツトポイント値の間の比は一
定である。 第６図を参照すると制御器313を含む回路の詳細なブ
ロツク線図が示されている。コイル電流制御器313はタ
ーゲツト要素23に関する放電の測定されたインピーダン
スに応答し、監視された値とセツトポイント値Zbsとの
間のずれを示すエラー信号を引き出す。セツトポイント
値Zbsは実際は、Zbに対する許容値の領域を形成する値
の範囲である。許容範囲を上回り、又は下回るZbの各々
の測定値に応答してカウンターは増加され、また、減少
される。そのカウンターは、使用されたターゲツトの放
電のための所望のインピーダンスを得るために、カウン
ターは初めに、使用されたターゲツト23に供給される電
流の値にロードされる。 これらの目的のために、第５図のZcを示すデイバイダ
ー303のアナログ出力信号は、同時に振幅弁別器314と31
5に与えられる。弁別器314及び315は値の許容範囲を上
回るか下回る入力信号に応答するようにセツトされ、二
値のレベルがそれぞれ弁別器から引き出される。弁別器
314及び315によつて引き出される二値のレベルは交差し
て結合したNANDゲート317及び318を含むフリツプ・フロ
ツプ316に与えられる。NANDゲートは各々弁別器314及び
315の出力に応対する入力を有する。NANDゲート318はカ
ウンター319のアツプ／ダウン入力制御ターミナル333に
結合される出力を有する。カウンター319はワンシヨツ
ト321の出力信号に応答するクロツク入力ターミナル334
を有する。ワンシヨツト321は弁別器314又は315のどち
らかの出力で引き出される二値と応答可能であり、この
目的のために弁別器314及び315の出力端子はワンシヨツ
ト321の入力ターミナルに連結された出力を有するORゲ
ート322に結合されている。 カウンター319は複数のステージを有し、初めは、浸
食されていないターゲツト要素23に関する放電のインピ
ーダンス値Zbsを得るための電流に対する所望の値又は
セツトポイント値に比例した二元値にマルチビツト・パ
ラレルデジタルソース327によつてセツトされる。カウ
ンター319はマルチビツトのパラレル出力を有し、そこ
で、電源38によつて電磁石30に連結された電流に対する
制御値を示す信号が得られる。弁別器314及び315によつ
て確立された範囲の外にあるターゲツト23に関する放電
に対する測定されたインピーダンス値Zbに応答し、カウ
ンター319によつて得られた出力信号が増加され又は減
少される。 ワンシヨツト321は、ORゲート322の出力によつて二値
を与えられると、カウンター319のクロツク入力に周期
パルスを与える。そのパルス又は遅延回路323の出力の
制御のもとで選択的に遅延される。当業者には周知の方
法で遅延回路323は１秒の何分の１かの十分大きな時間
にORゲート322からワンシヨツト321の入力への出力レベ
ルの変化の供給を選択的に遅延させる。遅延はカウンタ
ー319によつて得られた値をただゆつくりとするように
変えることができ、それによつてコイル29及び30に与え
られる電流におけるジターを防ぐ。もし、弁別器314及
び315のどちらも二元出力を引き出すならば、ワンシヨ
ツト321によつて制御器319に与えられるパルスはない。 電源38の出力電流に対するセツトポイント値If2sを示
すカウンター319の出力信号は、マルチプレクサ324を介
してデジタル−アナログ変換器325と選択的に連結され
る。放電が始められるとき（例えば新らしい被加工物14
が正常位置に置かれるとか、新らしいターゲツト組立体
が取り付けられてるので）、マルチプレクサ324はマル
チビツト初期プリセット値をデジタル−アナログ変換器
325に与える。初期プリセット値は通常の作動中よりも
高い値のIf2sを設定し、ターゲツト22及び23に対する放
電を起こすために必要な、より高い磁場を与える。If2s
の初期値はデジタル信号源326から得られ、カウンター3
19が応答する入力バスから離れたマルチプレクサ324の
入力バスと連結される。マルチプレクサ324が始めにカ
ウンター319の出力の代わりにデジタル信号源326に応答
するように起動されると同時に、カウンター319は所望
の初期電流を設定する電流値に対するデジタル信号源32
7の出力に応答する状態にある。 デジタル−アナログ変換器325はDC演算増幅器328によ
つて計測され、反転されるアナログDC信号を得るために
マルチプレクサ324によつて変換器に与えられる入力信
号に応答する。増幅器328の出力はコイル30のための電
源38に入力信号If2aを給電する緩衝増幅器329と連結さ
れる。増幅器329の出力信号は均一制の異つた一定のゲ
インフアクター（gain factor）を有する増幅器に連結
される。増幅器331のDC出力信号はコイル29のための電
源37に与えられる。電源38によつて電磁石30に給電され
る電流は、それ故に電源37によつて電磁石29に連結され
る電流の一定の割合になつている。それによつて、電磁
石29及び30に給電される磁場電流の割合は、要素22及び
23を含むターゲツト組立体の作動寿命にわたつて一定と
なる。電磁石29及び30の起動により得られる磁場の形状
は、たとえ電磁石29及び30に関する磁場の大きさが変化
しても一定に維持される。電源37及び38によつて電磁石
29及び30に結合される電流は、ターゲツト23に関する放
電に対し固定された有効インピーダンスを維持するため
に、記載されたフイードバツクループによつて調節され
る。それによつて電源18の電力利用は増加する。 低電力R.F.バイアスは低デポジシヨン率の装置におけ
る基板形状上のフイルムの適合性を改善する。本発明に
従う高デポジシヨン率の装置において、高いR.F.電力が
有効性のために必要であつた。しかし、高いR.F.電力は
デポジツトされたフイルムの局所的曇り及び溶解を引き
起こす可能性がある。高いR.F.電力を供給するためにプ
ラズマを基板から十分に離すように移動させる磁気ミラ
ーを基板の付近に置くことは本発明の重要な点である。
磁気ミラーは基板の表面の後ろに置かれたコイル17の形
を取ることができ、基板に垂直な磁場線を当てる。コイ
ル17は真空装置の外側に置くこともできる。磁気ミラー
コイル中の電流の方向はプラズマを基板から遠ざけるよ
うに移動させ、電源からの有力な磁場と向い合う方向で
ある。アルミニウムスパツタリング処置についてはウエ
ーハは約500℃に加熱される。デポジシヨン中に基板を
加熱するための装置は米国特許第4,261,762号（発明者K
ing）及び同第4,512,391号（発明者Harra）に開示され
てい。150mmの直径に対する1.5W/cm²のオーダーのR.F.
バイアスをウエーハにかけることができ、ウエーハの加
熱及び本発明のスパツタ源の高デポジシヨン率と相まつ
て、基板表面に対する高い均一性を有するフイルムとな
る。この出力密度は基板での350〜400ボルトのDC自己バ
イアスに相当する。 磁気ミラーソレノイド17の使用は高出力R.F.バイアス
を可能にする利点をもたらす一方で、もし、磁気ミラー
ソレノイドであまりに多くの磁場が発生するとターゲツ
トの寿命が短くなるという欠点を有する。スパツタリン
グ源コイルの電流に比例して磁気ミラーソレノイドに電
流を送る制御回路がこの問題を最小化する。好適実施例
において、ミラーソレノイドへの電流ＹはＹ＝Ａ＋BXの
形をとる。ここＡ及びＢは定数であり、Ｘはマグネトロ
ンスパツタ源コイルへの電流である。 好適例として、アルミニウム層の非常に優れた平坦化
は、酸素ベアリング層又は窒素ベアリング層全体にわた
って薄い耐火金属又は耐火金属ケイ化物を付着すること
により成し遂げられ得る。RFバイアスの使用を減すこと
ができ、ウエーハをウェーハの背後から約490℃以上に
加熱することができる。第11図は、本発明に従って形成
された集積回路構成物の略示断面図を示す。従前の回路
410は、ハイポイント412、ローポイント414及び下層416
へのバイアホールを有する。二酸化ケイ素のような酸素
ベアリング又は窒素ベアリング層418が、下層と次の伝
導層との間の電気絶縁層を形成するために蒸着（デポジ
ット）される。酸素又は窒素に対するバリアーを形成す
るために、耐火金属又は耐火金属ケイ化物の層が酸素又
は窒素ベアリング全体にわたって形成される。次に、ア
ルミニウム層422がその耐火金属又は耐火金属ケイ化物
全体にわたって形成することができ、そして平坦化され
る。 また、耐火金属又はそれらのケイ化物の層は、米国特
許第3,540,920号及び第3,658,577号（ウェークフィール
ドによる）、並びに第4,392,299号（ショーによる）に
示された化学蒸着処理により形成することができる。 本発明は、少なくとも２つのスパッタコーティング工
程がウェーハを空気に露出させることなく連続的に実行
できるようにマルチステーションを組み込んだスパッタ
コーティング装置において実施することができる。この
ようなスパッタ装置は、米国特許第4,306,731号（アー
ル・ハワード・ショーによる）に開示されている。 本発明の重要な特徴は、酸素又は窒素ベアリング層を
分離している耐火金属又は耐火金属ケイ化物層が、アル
ミニウム層が耐火金属又は耐火金属ケイ化物表面上に形
成される前に、空気のような酸素又は窒素ベアリングガ
スにさらされないことである。耐火金属又は耐火金属ケ
イ化物層が第１の装置で形成され、アルミニウム層が第
２の装置で形成され、そのときの第１と第２の装置の間
で空気による露出があるときは、アルミニウム層を形成
する前に耐火金属ケイ化物の表面から酸素を除去するた
めに付加的なエッチング工程が第２の装置内で実施され
なければならない。 耐火金属ケイ化物層は特に適切な不動態化層である。
それら層が次のアルミニウム平坦化工程で熱に耐えるも
のであるからである。耐火金属ケイ化物の例として、T
i、Ta、Ｗ及びMoのケイ化物がある。またZr、Hf、Cr、N
i、Ｖ、Co、及びPtのケイ化物が適切である。 例えば、200オングストロームを越える厚さのTaのケ
イ化物の適切な層が、RFバイアスがあるときは400℃を
越え、RFバイアスがないときは約490゜の基板温度で二
酸化ケイ素の層上にスパッタされた。RFバイアスを使用
すると、低温度で処理ができ、したがってウェーハに対
するリスクが少なくなる。温度の上昇よりもRFバイアス
を利用した平坦化により、より大きなウェーハ全体にわ
たってより一様な平坦化を行うことができる。その層
は、アルミニウム蒸着の間の損傷を防止すべく良いカバ
レージ及び十分な厚さを確保するために少なくとも200
オングストロームの厚さとなっていなければならない。
基板の温度は、基板とタンタルのケイ化物とのよい結合
を行わせるために400℃以上でなければならない。400℃
以下の温度では、タンタルのケイ化物にピンホールが生
ずる。 シリコン対タンタルの比が2.6:1であるタンタルのケ
イ化物のスパッタターゲットは満足のいくものだった。
分晶（fractionation）は、この比が基板上で2.4:1に減
少するときに生ずると考えられている。他の耐火金属も
アルミニウムに溶解する、タングステンのようなある種
の金属の場合には適しているが、溶解を補償するために
厚い金属又は金属のケイ化物の層が使用されなければな
らない。 上記本発明に従って形成される構造物は、迅速な処理
を可能にし、低コストで、高度の真空を要しないという
利点を有する。 本発明の１つの特別な実施例を記載し、また図示した
が、実施例の詳細、特に図示し記載したものは添付の特
許請求の範囲に限定される本発明の真の精神及び範囲か
ら離れることなく変更態様がなされることは明らかであ
る。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の好適実施例に従って制御器と組み合わ
さる一対のターゲット要素を有するスパッタリング装置
の略示線図である。 第２図は、第2A図及び第2B図の配置図である。第2A図及
び第2B図は、第３図の２−２線における、第１図で概略
的に図示されたターゲット組立体のそれぞれ左半分断面
図及び右半分断面図である。 第３図は第２図に示した組立体の平面図である。 第４図は第２図に示した組立体の底面図である。 第５図は第１図に示した制御器の詳しい線図である。 第６図は第５図に示した制御器の詳しい線図である。 第７図は内部カソードのための冷却リング組立体でバヨ
ネットカットアウトを示している。 第８図は外部カソードのための冷却リング組立体でバヨ
ネットカットアウトを示している。 第９図は内部カソードの部分断面図である。 第10図は外部カソードの部分断面図である。 第11図は、本発明を実施した集積回路構造の略示断面図
である。 ［主要符号の説明］ 11……マグネトロンスパッタリング装置 12……真空チェンバ、14……被加工物 19……ガス源、20……真空ポンプ 22、23……ターゲット、24……放出面 25……放出面、27……軸線 28……磁気ポールピース組立体 33……ポールピーススタッド 34、35……ポールピーススタッド

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．半導体ウエーハ上に平坦化したアルミニウム層を形
   成する装置であって、 ウエーハ全体にわたって耐火性金属ケイ化物層を形成す
   る蒸着手段と、 耐火性金属ケイ化物層全体にわたってスパッタ蒸着によ
   りアルミニウム層を形成するスパッタ手段と、 から成り、 前記スパッタ手段が、 スパッタリングする一方で、ウェーハを背後から約400
   ℃の温度に加熱する手段、 プラズマをウェーハから遠ざけるための、 被加工物の後方に配置された磁気ミラー手段、及び 前記付着手段及び前記スパッタ手段の前に次々にウェー
   ハを酸素ベアリングガスにさらすことなくウェーハを配
   置する手段、 を有する、 ところの装置 ２．特許請求の範囲第１項に記載された装置であって、 前記スパッタ手段が、 円形の外周をもつ平坦な材料放出面を有する、実質的に
   アルミニウムの第１のターゲット、及び外周の軸線方向
   の厚さが内周の軸線方向の厚さよりも大きく、前記平坦
   な放出表面に対して傾斜した放出表面を有する、実質的
   にアルミニウムの第２のターゲットを有し、 更に排気されるターゲットと被加工物との間の空間にイ
   オン化が可能なガスを供給する手段、 空間内のガスに対してイオン化電場を形成する電場形成
   手段、 第１及び第２の放出面の近傍に電場によりイオン化した
   ガスに対して限定磁場を形成する磁場形成手段、 放出物質が第１の傾斜した放出外周面からスパッタされ
   るようにターゲットを取り付ける手段、及び RFバイアス電力源を被加工物に接続する手段を有する、 ところの装置。 ３．特許請求の範囲第１項に記載された装置であって、 前記磁気ミラーが被加工物の後ろにソレノイドを有する
   ところの装置。 ４．特許請求の範囲第３項に記載された装置であって、 スパッタリングの間、被加工物を背後から加熱するため
   の手段を有するところの装置。 ５．特許請求の範囲第４項に記載された装置であって、 電場形成手段及び磁場形成手段が第１及び第２のターゲ
   ットの放出面のすぐ上方のイオン化したガスに分離した
   第１及び第２放電を形成する手段を有し、 前記分離した放電生成手段が、 前記第１及び第２のターゲットの各々の上方にあるガス
   に対して分離した第１及び第２のイオン化電場と形成す
   るための手段、 及び 第１及び第２ターゲットの放出面近傍に電場によってイ
   オン化されたガスに対して異なる制限磁場を形成するた
   めの手段、 を有し、 前記制限磁場形成手段が各々、第１及び第２の磁場源及
   び該磁場源から第１及び第２のターゲットに磁束を結合
   させるポールピースを有する、 ところの装置。 ６．特許請求の範囲第５項に記載された装置であって、 磁場源が異なる調節可能な電流源に応答する電磁石であ
   るところの装置。 ７．特許請求の範囲第６項に記載された装置であって、 ターゲット取付け手段により取り付けられたターゲット
   の傾斜面が平坦な放出面から45゜の角度をもっていると
   ころの装置。 ８．特許請求の範囲第７項に記載された装置であって、 第１ターゲットの放出面が各々半径R₁及びR₂の内径及び
   外径をもつ環状であり、第２ターゲットの放出面が第１
   ターゲットの放出面の長手方向の軸線に対称で各々R₃の
   内径とR₄の外径を有し、R₁＜R₂＜R₃＜R₄の関係を有する
   ところの装置。 ９．半導体ウェーハ上の酸素ベアリング層上に平坦なア
   ルミニウム層をスパッタ付着する方法であって、 酸素ベアリング層上に耐火性金属ケイ化物層を形成する
   工程と、 次に、前記耐火性金属ケイ化物を酸素ベアリングガスに
   さらすことなく、前記耐火性金属ケイ化物上にアルミニ
   ウム層をスパッタリングする工程と、 から成り、 アルミニウムのスパッタリングが、RFバイアスをウェー
   ハにかけ、プラズマをウェーハから遠ざける極性の、ウ
   ェーハの中心に垂直な磁場を形成している間に行われ
   る、 とろの方法。 １０．特許請求の範囲第９項に記載された方法であっ
   て、 前記耐火性金属ケイ化物層が少なくとも200オングスト
   ロームの厚さを有しているところの方法。 １１．特許請求の範囲第10項に記載された方法であっ
   て、 前記耐火性金属ケイ化物層がスパッタ蒸着によって蒸着
   されるところの方法。 １２．半導体ウェーハをコーティングする装置であっ
   て、 ウェーハをコートするための位置で支持する支持手段を
   含む真空チェンバと、 前記支持手段にあるウェーハ上にプラズマのスパッタ蒸
   着により薄膜を形成するスパッタ手段と、 前記支持手段にあるウェーハの表面から前記プラズマを
   はね返すための、前記ウェーハ支持手段に並置された磁
   気手段と、 から成る装置。 １３．特許請求の範囲第12項に記載された装置であっ
   て、 前記スパッタ手段が前記プラズマを制御するための、第
   １の極性の磁場を形成するための付加的磁気手段を含
   み、 前記磁気手段が第２の極性の磁場を形成し、前記第２の
   極性が前記支持手段にあるウェーハから前記プラズマを
   はね返すために第１の極性と反対の極となっている、 ところの装置。 １４．特許請求の範囲第12項に記載された装置であっ
   て、 スパッタリングの間にウェーハを背後から加熱する手段
   を含む、ところの装置。 １５．特許請求の範囲第13項に記載された装置であっ
   て、 ウェーハにRFバイアスをかける手段を含む、ところの装
   置。 １６．特許請求の範囲第12項に記載された装置であっ
   て、 前記磁気手段が前記支持手段にあるウェーハの背後に位
   置するソレノイドコイルから成る、ところの装置。 １７．半導体ウェーハ上の酸素又は窒素ベアリング層上
   に平坦なアルミニウム層をスパッタ蒸着する方法であっ
   て、 酸素又は窒素をベアリングする層上に耐火性金属を含む
   層を蒸着する工程と、 ウェーハを背後から少なくとも490℃の温度に加熱して
   いる間、前記耐火性金属を含む層を酸素又は窒素ベアリ
   ングガスにさらすことなく、前記耐火性金属を含む層上
   にアルミニウム層をスパッタリングする工程と、から成
   る方法。 １８．特許請求の範囲第17項に記載された方法であっ
   て、 前記耐火性金属を含む層が少なくとも200オングストロ
   ームの厚さとなっている、ところの方法。 １９．特許請求の範囲第18項に記載された装置であっ
   て、 前記耐火性金属を含む層がスパッタ蒸着によって蒸着さ
   れる、ところの方法。 ２０．特許請求の範囲第19項に記載された方法であっ
   て、 前記耐火性金属を含む層が耐火性金属のケイ化物を含む
   層である、ところの方法。 ２１．特許請求の範囲第17項に記載された方法であっ
   て、 前記耐火性金属を含む層が、スパッタ蒸着により蒸着さ
   れた少なくとも200オングストロームの厚さのタンタル
   のケイ化物の層である、ところの方法。 ２２．特許請求の範囲第18項に記載された方法であっ
   て、 前記耐火性金属を含む層がタンタルのケイ化物の層であ
   る、ところの方法。