JP3054441B2 - マグネトロンスパッタコーテイング法と回転磁石陰極を備えた装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明はスパッタコーティングに関し、特に、スパッ
タリング陰極ターゲットに対して運動可能の磁石を採用
したマグネトロン強化スパッタコーティング法と装置と
に関する。

発明の背景 スパッタコーティングは、一般的な化学的不活性ガス
が充満している真空室であって、その中で前記室のある
いは他の陽極に対して負の電位差を付与されたスパッタ
リング材料からなるターゲットからの材料で基層がコー
ティングされる真空室において実施される方法である。
ターゲットの面に隣接する電位の傾きによって電子がタ
ーゲットから放射されるようにし電子は接地された室の
壁によって通常一部形成される室の陽極へ向かう途中不
活性ガスと衝突し、そのあるものをイオン化する。形成
された正のイオンは次いでそれが衝突する負のターゲッ
トに誘引され、慣性のターゲットの材料に転送し、ター
ゲットの表面から材料の粒子を排出する。通常その表面
をターゲットに向けて室に位置しているコーティングす
べき基板は排出された粒子のあるものを受け取り、その
粒子が基板の面に接着しコーティングする。

マグネトロンスパッタリングにより、磁界がターゲッ
トの表面の上方に形成され、通常ターゲット面に対して
平行の磁界線を含み、多くの適用例においては閉鎖磁性
トンネルの形態である。磁界は放射された電子が曲形の
らせん状軌道を運動するようにし、該軌道が磁界により
密閉されたターゲットの面近傍の領域において電子を捕
捉することによりガス原子との電子の衝突速度を増し、
このためガスのイオン化とスパッタリング法の効率とを
向上させる。

本明細書に参考のために明確に組み入れ、現在米国特
許第4,957,605号となっている、「段付きのウエファを
スパッタコーティングする方法と装置」（“Method and
Apparatus for Sputter Coating Stepped Wafers"）と
いう名称の1989年４月17日出願の本発明と共通に譲渡さ
れ、出願中の米国特願第047/339,308号においては、凹
状環状のターゲットに、一対の同心状プラズマリングを
形成させる同心状環状電磁石を設けているスパッタコー
ティング装置と方法とが開示されている。プラズマリン
グは、ターゲットの電力レベルが磁気コイルに対する電
流の切換えと同期的に切り換えられる間電流を交互に供
給して磁気コイルを付勢することにより交互に付勢され
る。このためターゲットの面の内側および外側の同心状
領域のスパッタリング速度を異なるようにし、各領域か
らのスパッタリングによりコーティングされつつある基
板即ちウエファに溶着されたスパッタリングした材料の
分布特性を種々のものとする。２個のターゲットの領域
の付勢に影響する相対的なパラメータを変えることによ
り基板の表面のコーティングの均一性を調整する。この
ことは段付きの半導体ウエファの種々の面しかたをして
いる面において特に重要である。前述の特願は特にター
ゲットの形状並びにターゲットおよびプラズマの付勢に
関する電気的パラメータによって生じるコーティングに
対する影響を述べている。

マグネトロンスパッタコーティング法においては、ス
パッタリングターゲットからの材料のスパッタリングは
磁界により捕捉されたプラズマが最も濃いターゲットの
領域に最も急速に起る。このためターゲットの表面から
のスパッタリング材料が比例的に消費即ち侵食される。
スパッタリングターゲットの面の他の部分からのスパッ
タリング材料の侵食は一般的に、ターゲットの表面のそ
の部分にわたるプラズマの強度および／または持続時間
に比例して変動する速度で発生する。

従来技術においては、ある適用例においてターゲット
を動かすか、あるいは磁界を動かすかのいずれかにより
スパッタリングターゲットの表面に対して磁界を動かす
ことが提案されている。相互に対してターゲットあるい
は磁界を相対的に動かせることの目的はターゲットの表
面にわたってスパッタリングターゲットの材料をさらに
均一に侵食即ち消費させることである。そのような装置
は色々な理由から不満足なものであった。

ターゲットを磁界に対して動かしながらスパッタリン
グターゲットからスパッタリングすることによりターゲ
ットの材料を均一に消耗するために望ましい侵食パター
ンが達成されるが、そのようなパターンはコーティング
されつつある基板の表面にスパッタコーティング材料の
適正な、即ち望ましい分布を提供しない。

さらに、従来技術の装置は望ましい非均一侵食パター
ンを提供するためのプラズマの分布あるいは運動してい
るプラズマの持続の制御が十分でなかった。

さらに、従来技術の回転磁石装置はターゲットの面全
体のスパッタリングを効率的に提供しなかった。ターゲ
ットのいずれか所定の領域から少なくともある程度のス
パッタリングが欠除するとスパッタリングの起っていな
い領域へターゲットと他の領域からスパッタリングして
いる材料を再溶着させる可能性があることが判明してい
る。このためスパッタリングの望ましくない堆積を発生
させる。

従って、スパッタリングターゲットに対して運動可能
であり、ターゲットの面全体のスパッタリングの分布を
精密に調整することの可能な磁石を採用している、基板
をスパッタコーティングする方法と装置とを提供する必
要がある。

磁石構造体とターゲットとが相互に対して相対的に回
転する場合、従来技術は、例えばターゲットの中央部や
縁部分のようなターゲットのある領域からの十分なスパ
ッタリングを提供することができず、さらに、基板上に
適正なコーティング均一性を提供する望ましい侵食パタ
ーンを発生させるに効果的な要領でターゲットの表面に
わたってスパッタリングを効果的に分布することができ
なかった。

発明の要約 本発明の目的は、スパッタリングターゲットの表面上
でプラズマを捕捉した閉鎖磁界あるいはトンネルを発生
させるべくスパッタリング面に対向してスパッタリング
ターゲットの背後に位置した磁石がターゲットの表面に
わたって望ましい平均的なスパッタリング分布を提供す
るような形状とされ、かつ回転しているスパッタリング
コーティング法と装置とを提供することである。

本発明のさらに特定の目的はターゲットに非スパッタ
領域が無いようにして、ターゲット上にスパッタされた
材料の再溶着による堆積を排除するマグネトロンスパッ
タリング装置を提供することである。

本発明の別の目的は磁石構造体がスパッタリングの間
回転させられているときに基板上に望ましいコーティン
グ溶着を発生させうる形状である磁石構造体を有する回
転磁石によるターゲットスパッタリング装置と方法とを
提供することである。

上記目的を達成する本発明の装置は、密封された室
（10）において基板（21）をスパッタコーティングする
マグネトロンスパッタコーティング装置であって、 基板ホルダ（25）と、 スパッタリング面を基板に対面させ、前記室（10）に
おいてスパッタコーティング材のターゲット（40）を支
持するターゲットホルダ部材（42）と、 基板（21）とは反対側で前記ターゲット（40）の背後
に位置され、且つターゲット（40）と基板（21）とに交
差する軸線（27）の周りでターゲットと基板とに対して
回転するように取り付けられた磁石キャリヤ（55）と、 前記磁石キャリヤ（55）および磁石キャリヤと共に回
転するように固定され且つ閉鎖ループ状に配置された主
磁石（80,80a）を回転させるための装置（65）とを有
し、前記主磁石は、その下でプラズマを捕捉する閉鎖さ
れた磁気トンネルを形成し且つ磁石キャリヤ（55）が回
転するにつれて軸線（27）の周りでターゲット（40）の
スパッタリング面上で回転する磁界（112）を生じさ
せ、 主磁石（80,80a）とは別個の補助磁石部材（90,91,9
2,95,96,97,98）が、主磁石（80,80a）の一部分の近く
で磁石キャリヤ（55）と共に回転するように装着され、
該補助磁石部材は主磁石の磁界を部分的に再形成し且つ
それに隣接するスパッタリング表面でのプラズマの位置
と強さを調整し、結果としてターゲット表面を横切る望
ましいスパッタリング分布を生じさせ、 磁石キャリヤ（55）は、基板（21）にほぼ平行な平面
内でターゲット（40）並びに基板（21）に対して回転す
るように装着され、 閉鎖ループ状に配置された主磁石は、一つの極性の内
周表面と他の極性の外周表面とを有し、閉鎖ループに沿
った磁極の軸線は閉鎖ループをほぼ横切って且つ平面に
平行に延在し、補助磁石部材（90,91,92,95,96,97）は
平面の外側にある磁極の軸線を有し且つ閉鎖ループの周
表面の一部分の近傍に位置していることを特徴とする。

上記目的を達成する本発明の方法は、スパッタリング
面を有する、スパッタコーティング材のターゲットであ
って、スパッタリング面をコーティングすべき製品に対
して対面させて密封された室において支持されたターゲ
ットを用いて密封された室でホルダに支持されたスパッ
タコーティングした製品を作る方法において、 スパッタリング面にわたってプラズマを発生させる段
階と、 スパッタリング面とは反対側でターゲットの背後に位
置し且つ閉鎖プール内に配置された主磁石により磁界を
発生させ、ターゲットのスパッタリング面にわたって閉
鎖磁気トンネルを形成し、それによりプラズマを捕捉す
る段階と、 スパッタリング面と交差する軸線の周りで主磁石を回
転させ、該閉鎖磁気トンネルをスパッタリング面の上方
で回転させることにより該軸線のまわりで且つターゲッ
トのスパッタリング面にわたってプラズマを運動させ、
それにより製品をスパッタコーティングする段階と、 主磁石に隣接し且つ該軸線のまわりで回転する、主磁
石と別個の補助磁石部材を設ける段階と、 スパッタリング面でのプラズマの位置あるいは強度を
修正するよう、該補助磁石部材によって磁界の少なくと
も一部を再形成し、ターゲット面にわたって望ましいス
パッタリング分布を生じさせる段階を有することを特徴
とする。

本発明のこれら、およびその他の目的や利点は図面に
ついての以下の詳細説明から直ちに明らかとなる。

図面の詳細説明 第１図は本発明の原理を実施した装置の一好適実施例
によるターゲット組立体の断面図、 第２図は回転可能プレートと磁石組立体の面を示す、
第１図の線２−２に全体的に沿って視た図、 第３図は第２図の線３−３に沿って視た図、 第４図は第２図の線４−４に沿って視た部分断面図、 第５図は代替回転磁石組立体構成を示す第２図と同様
の図、 第６図は本発明のある特徴による主磁石に対する好適
磁極方向を示すＡからＤまでの一組の線図、 第７図は本発明のある特徴による好ましい補助磁石配
置を示すＡからＤまでの一組の線図、 第８図は本発明の他の特徴による好ましい補助磁石配
置を示すＡとＢの一組の線図である。

図面の詳細説明 本発明が係わる形式のマグネトロンスパッタリング装
置は、参考のために本特願に全体的に明確に組み入れて
いる以下の本特願と共通に譲渡された米国特許と出願中
の特願とに記載されている。

「ウエファ状材料を扱い、かつ処理する方法と装置」
（“Method and Apparatus for Handling and Processi
ng Wafer−Like Meterials"）という名称の米国特許第
4,909,695号および同第4,915,564号。

「段付きウエファをスパッタコーティングする方法と
装置」（“Method and Apparatus for Sputter Coating
Stepped Wafers"）という名称の現在は米国特許第4,95
7,605号である、1989年４月17日出願された米国特願第0
7/339,308号。

第１図は本発明の原理によるスパッタコーティング装
置のスパッタコーティング処理をおこなう室10を断面で
示す。前記室は米国特許第4,909,695号に開示のスパッ
タ処理装置の一部である。室10は主室11の遮断された部
分から形成された真空処理のための室である。主室11は
プレナム壁14により機械環境12から遮断されている。室
10はプレナム壁14における開口15（密封状態で示す）を
介して主室11と連通することができる。

米国特許第4,909,695号に詳細に記載されているよう
に、開口15を密封することにより、室の後面部分16を、
該後面部分16とプレナム壁14の間を密封関係（図示のよ
うに）に緊締するようディスク状で回転式のウエファ搬
送部材17の一部に対して選択的に運動させることにより
室10を主処理室11から遮断することにより室10内の後面
空間19を密閉し、室10を主室11から遮断する。

ウエファ搬送部材17の前面側において、後面部分16と
は反対側において室10は、開口15を囲むプレナム壁14に
対して真空密封関係に取り付けられた陰極組立体モジュ
ール20により機械環境12から遮断されている。前記陰極
組立体モジュール20即ち処理室の前面部分は後面部分16
とウエファ搬送部材17と協働し、主室11および機械の外
部環境12の双方とから遮断された密封遮断の室を形成す
る。

室10内には、室10内で実行されるスパッタコーティン
グ法によりその上にコーティングが溶着される面22を有
する平坦なシリコンウエファ即ちディスクの形態の基板
即ち加工物21が位置している。基板即ちウエファ21は、
ウエファ搬送部材17により弾力的に担持されたウエファ
ホルダ即ち基板ホルダ25において一組のクリップあるい
はその他の保持装置24により保持されている。搬送部材
17は基板ホルダ25と加工物即ちウエファ21を開口即ち孔
15との整合関係に持って来るよう回転可能であり、それ
により後面部分16を横方向に運動させウエファ搬送部材
17をプレナム壁14に対して動かすことにより基板ホルダ
25上のウエファ21の周りで室10が形成できる。ウエファ
搬送部材17は、図示してはいないが前述の特許第4,909,
675号と同第4,915,564号とに詳細に記載されている回転
可能の割出しプレートによって担持された横方向運動可
能のリングである。

この好適実施例においては、ウエファ21は、これもプ
レナム壁14の孔15と同心状である室10の中心軸線27に対
して垂直で、かつ同心状の平面に支持されている。ディ
スク29が基板ホルダ25上のウエファ21を囲んでおり、前
記ディスクは、ウエファ21の面22に対して所定のもので
あったが、そこから外れた余分のコーティングが基板ホ
ルダ25に堆積するのを少なくとも部分的に保護してい
る。特にウエファ搬送部材17、ウエファホルダ即ち基板
ホルダ25および後面部分16を含む、室10からの一部であ
るスパッタリング装置の詳細については参考として前述
した米国特許第4,909,695号および同第4,915,564号に記
載され、かつ図示されている。

陰極組立体モジュール20は２個の組立体、即ち着脱可
能な陰極組立体30と固定組立体31とを含む。固定組立体
31は開口15を囲んでいるプレナム壁14に対して密封関係
でしっかりと取り付けられた環状密閉体である。該固形
組立体はプレナムのプレナム壁即ちフレーム14に接地さ
れている、室10の円筒形の金属側壁33と、開口15を囲ん
でいるウエファホルダ用のシールド34と、室のドアフレ
ーム組立体35とを含む。

陰極組立体30はヒンジ付きのドア組立体37に取り付け
られており、該ドア組立体37は陰極組立体30を固定組立
体31に対して取外し可能であるが密封可能に支持してい
る。陰極組立体30はスパッタリング用のターゲット40を
担持している。該ターゲットは連続して滑らかな凹形の
スパッタリング面41と裏面39とを有する円形のターゲッ
トである。陰極組立体30はターゲット40をその軸線を室
10の軸線27と整合させ、かつそのスパッタリング面41を
コーティングすべきウエファ21の面に面するようにさせ
て支持している。

ターゲット40は前記裏面39に一致し、軸線27と同心状
の前面43を有するターゲット置き即ちターゲットホルダ
部材42において支持されている。ターゲット40の裏面は
ターゲット置き42の前面43に対して緊密な熱接触関係で
はんだ付け、あるいはその他の方法で接着されている。
ターゲットの裏面39は冷却面であって、ターゲット40が
ホルダ42に取り付けられるとターゲットホルダ部材42の
冷却面43となる裏当て板一致し、緊密な冷却接触関係で
位置する。裏当板である該冷却面43の反射側でターゲッ
ト置き42の後ろには、一般的には水であってスパッタリ
ングの間にターゲット40において発生する熱を伝熱性の
ターゲットホルダ部材42を冷却することにより除去する
冷却液を循環させる空間44が設けられている。冷却流体
は後述する磁石組立体50の入口ポート45から出口ポート
46まで空間44を出入りして循環する。空間44はハウジン
グ構造体48によりターゲット置き即ちターゲットホルダ
部材42の後ろで密閉されている。前記ハウジングにター
ゲット置き42がしっかりと支持され、かつボルト49によ
り固定されている。

ターゲット40の表面形状は、全てのターゲットが旋盤
でスパッタリング材料の塊を回転させることにより形成
しうるようなものであることが好ましい。ターゲットホ
ルダ部材は導電性で好ましくは硬質焼ならしのOFHC銅あ
るいは合金110から作ることが好ましい。

磁石組立体50はねじを切った端部即ち該裏当て板を支
持するための部材52を有するシャフト51を含み、前記端
部52によりシャフト51はターゲット置き42の裏面の中央
にあるねじ付き孔53にしっかりと取り付けられる。前記
磁石組立体50はまた回転可能の磁石キャリヤ即ち磁石担
持組立体55を含み、該磁石キャリヤ即ち磁石担持組立体
55は中央孔57を有する非磁性ステンレス鋼あるいはその
他の材料製の円形のディスク56を含み、前記中央孔にお
いてディスク56はベアリング組立体59を介してハウジン
グ構造体48を貫通しターゲット置き42に回転可能に取り
付けられたスリーブ組立体58にしっかりと取り付けられ
軸線27においてシャフト51の周りを回転する。回転可能
の磁石組立体はさらに、ディスク56にしっかりと取り付
けられ該ディスクと共に回転する磁石構造体60を含む。
磁石構造体60は、前面43とは反対側で、かつターゲット
置き42に近接して軸線27を囲み、かつターゲット置き42
の下方即ち背後に位置し、ターゲツト置き42の前面43に
取り付けられたターゲット40のスパッタリング面41の上
方で閉鎖された磁界を発生させる。

シャフト51は貫通して延在する冷却流体用の入口ダク
ト62を有し、該入口ダクトは入口ポート45によりターゲ
ット置き42とハウジング構造体48との間で冷却用の空間
44の内部と連通する。ハウジング構造体48はその縁部の
近傍で冷却流体用の出口ダクト63を取り付けており、該
出口ダクトは冷却用の空間44において流体用の出口ポー
ト46と連通する。

ハウジング構造体48の裏にはブラケット64が取り付け
られ、該ブラケットに主磁石を回転させるための装置即
ち磁石回転駆動モータ65が取り付けられている。磁力回
転駆動モータ65はコグ付き駆動ベルト68を駆動するため
にコグ付き駆動輪67をその端部に取り付けている出力軸
66を有する。ベルト68が駆動軸70に取り付けられたコグ
付き駆動輪69の周りに延在しており、駆動軸70はハウジ
ング構造体48に回転可能に取り付けられ該ハウジングを
貫通して延在し、自由端71には駆動歯車72が取り付けら
れている。駆動歯車72は空間44内に位置し、該空間にお
いて回転可能の磁石キャリヤ即ち磁気担持組立体55のデ
ィスク56に取り付けられた相手側歯車74と噛み合ってい
る。従って、磁石回転駆動モータ65は付勢されると磁石
担持組立体55を回転させ、ターゲット置き42の背後で磁
石60を回転させ、ターゲット40のスパッタリング面41の
上方の磁界を回転させる。磁石構造体60の構造と磁石担
持組立体55上のその配置の詳細については第２図から第
４図までを参照すれば良好に理解できる。

第２図を参照すれば、本発明の一好適実施例による磁
石構造体60がディスク即ちプレート56上に支持された状
態で示されている。磁石構造体60は、ディスク即ちプレ
ート56上に閉鎖された不規則ループ状に配設され、例え
ば数が24個の複数の積層した弾性プラスチックの磁性リ
ボン即ち主磁石80から作られた弾性磁石含浸プラスチッ
クの帯片である。主磁石80の形状は、磁石が回転するに
つれて、ターゲットのいずれか所定の半径におけるプラ
ズマの強度と持続時間とがターゲット上で望ましいコー
ティング分布を提供するに必要な所定の望ましい平均速
度でスパッタリングを発生させるように選択される。タ
ーゲット40の厚さはターゲットの半径にわたってさらに
変えられたスパッタリング分布の要求に比例して材料を
提供する。

主磁石即ち磁性リボン80は５個のクランプブロック81
−85により、軸線27を囲む特定の所定形状で適所に保持
されている。主磁石80のリボンは、形成された主磁石の
一方の極がディスク56の外縁部87に向かって、かつ外側
にあるクランプブロック81,83,84および85に向かって外
方に面し、一方他方の極が内側にあるクランプブロック
82に向かって内方に面するように成極されている。図示
した特定の実施例においては、各リボンのＮ極は内方
に、Ｓ極は外方に面している。

クランプ94により内側にあるクランプブロック82に保
持されている３個の永久磁石即ち補助磁石部材90,91,92
がクランプブロック82に取り付けられ、かつ中心軸27の
周りに位置している。磁石即ち補助磁石部材90,91,92の
各々はそのＮ極が全体的にターゲット置きに向かって面
し、そのＳ極が全体的にディスク即ちプレート56に向か
って面するように方向づけられている。図示した特定実
施例においては、補助磁石部材即ち磁石90のＮ極は中心
軸27に向かって約45度の角度で傾斜し、一方補助磁石部
材即ち磁石91と92とは中心軸27に対して平行に方向づけ
られている。

第５図において、第２図に示す実施例の磁石60と形状
の異なる磁石構造体60aの代替実施例が示されている。
磁石構造体60aの磁性リボン即ち主磁石80aは適当形状の
クランプブロック81a−85aを介してディスク56に固定さ
れている。この実施例においてもクランプ99によりブロ
ック82aに固定され、そのＮ極をターゲットとターゲッ
ト置きに向かって面し、そのＳ極をプレート56に向かっ
て面し、それらの軸線を陰極組立体の軸線27に対して全
体的に平行にした付加的な永久磁石即ち補助磁石部材9
5,96,97および98が設けられている。

磁石は、ターゲット40からのスパッタリングが希望す
る分布、即ち通常は基板21上でのコーティング材の均一
な分布を達成するように分布されるようにする。図示実
施例のように、全体的に円形のターゲット40と円形の基
板21を用い、ターゲット40と基板21の中心を通る軸線27
の周りを回転する磁石組立体を用いると、相対的な平均
スパッタリング速度はターゲットの中心からいずれの所
定の半径においても一定であるが、軸線27からの距離と
共に変動しうる。この変動はいずれか所定の半径におけ
るターゲット面のイオンの衝撃の平均強度の関数であ
り、イオンの衝撃の方はその所定の半径におけるターゲ
ット領域にわたる平均プラズマ濃度の関数である。この
変動は一般的に磁界によって密閉されるいずれか所定の
半径における円の部分に比例する。そのような円の周り
のプラズマ濃度を積分することによりターゲット中心か
らの所定の半径におけるターゲット面41から概ね相対的
なスパッタリングを生ぜしめる。

ターゲットの全ての部分を侵食させるには、ターゲッ
トの各領域にわたって磁石の回転のある部分に対してプ
ラズマが介在する必要がある。このことはターゲットか
らの材料のスパッタリングが必要でない領域に対してさ
えも望ましい。その理由としてはいずれかの点において
ターゲットの表面のイオン衝撃が全面的に欠除すると通
常スパッタリング材料を再溶着させるからである。この
ことはターゲットの縁部と中心とにおいて最も頻繁に起
る。ターゲットの縁部近傍で磁界を発生させることの難
しさはある状況においては大径の磁石、特に回転磁石を
含めるよう陰極組立体を拡張することが望ましくないた
めである。回転する磁石を用いると、磁石はターゲット
の中心を通して回転しないので回転軸線に磁石が介在す
ることにより中心において過度のスパッタリングを生ぜ
しめる。

第６図に示すように、本発明の特徴の中の一つの特性
は一連の線図ＡからＤまでにおいて提供される。第６図
の線図Ａにおいては、ターゲット106上方で磁界105を発
生させるべく一対の磁石101および102が鋼製の磁石キャ
リヤ104上の空隙103に対向して隔置されている磁石配置
が示されている。磁界105の線はターゲットの面に対し
て概ね垂直で、磁石101および102のすぐ上方でターゲッ
ト106の面107から全体的に出ている。磁石構造体はター
ゲット106に対して拡大されていなければ、ターゲット1
06の縁部110に隣接した領域109が磁界105により捕捉さ
れたプラズマが遠すぎてイオンの衝撃を受け取りスパッ
タリングを発生させないことがよくある。その結果、第
６図の線図Ｂにおいて侵食プロフイル111で示すように
ターゲット106の領域109において再溶着しうる。

第６図の線図Ｃに示すように、本発明の特徴の１つに
よれば、主磁石80はキャリヤプレート即ちディスク56の
上において極がターゲットに対して平行に離隔されて方
向づけられることによって、磁界線112が主磁石80から
出て再び入るがその成分はターゲット40の半径に沿って
傾斜がつき、最も重要なことはターゲットの中心から離
れる方向でターゲットの縁部115を囲んでいる。その結
果、プラズマの一部は、ターゲット40の縁部近傍の領域
からのスパッタリングを発生させることにより再溶着し
たスパッタされた材料が堆積されるのを阻止し、かつ希
望に応じて縁部からの材料を余分にスパッタするに十分
ターゲットの縁部に近接する。その結果、ターゲットの
侵食された形状が第６図の線図Ｄにおいて116で示すよ
うになる。

本発明の他の特徴によりターゲットの中心において望
ましいスパッタリング速度を提供することが第７図の線
図に示されている。第７図の線図Ａを参照すれば、ター
ゲット40の中心近傍の点における主磁石80からの磁界は
第７図の線図Ａに示されている。そこでは、中央部での
余分の侵食とターゲット40の焼けを阻止するためにター
ゲット40の中心軸27から磁界部分120が十分離隔される
ことが必要である。その結果、ターゲットの中心ではス
パッタリングは殆んど起らず、従って、スパッタされた
材料がターゲットの中心において再溶着して堆積する傾
向がある。永久磁石即ち補助磁石部材90,91および92を
軸線27の周りで、それらの磁界が主磁石80の磁界と組み
合わされ、その結果磁石118を発生させるようにそれら
の極を向けて設けることによりターゲット中心での再溶
着した材料がターゲットから再スパッタされるように
し、さらに、第７図の線図Ｄの侵食形状122で示すよう
に過度のスパッタリングがターゲットの中心で発生する
ことなくターゲット中心でのその他いずれかの材料がス
パッタされるようにするに十分なプラズマをターゲット
の中心において誘引する。

本発明の他の特徴により第５図に示す磁石95−98のよ
うな補助磁石は部材第５図の主磁石80aと協働してター
ゲットの侵食を再分布するよう磁界を鋭く再形成する。
第８図の線図Ａに示すように、主磁石80aの磁界130は例
えば磁気トンネルの内縁部のような一方の縁部に沿って
過度のスパッタリングを生ぜしめる。例えば第８図の線
図Ｂに示すような補助磁石部材95を設けることにより、
その結果の磁界131は希望する侵食およびスパッタリン
グ分布特性をより良好に達成するように再形成される。

主磁石80と80aとはターゲット置きの後面とキャリヤ5
6との間の空間44中へ僅かの距離、即ち約0.79ミリ（1/3
2インチ）突出し、磁石とターゲット置の裏面との間で
約1.59ミリ（1/16インチ）、磁石保持のためのクランプ
ブロック81−84および81a−84aの間で約2.38ミリ（3/32
インチ）の空隙を残す寸法とされている。主磁石80,80a
はそのじゃ絞岩状形状のため、磁石組立体50が回転する
につれて冷却水を空間44を通して乱流させる。このた
め、使用されている水あるいはその他の冷却液が第１図
において矢印140で示すように遠心力による汲上げ作用
によりターゲット置き42から熱をより効果的に除去し、
空間44の中央部分から外方部分に向かって水の循環を促
進する。この特徴により、本装置は基板を水平にして方
向づけることができる。但し垂直平面にある場合は上方
向が第１図の矢印142の方向で冷却水出口即ち出口ダク
ト63は空間44の頂部即ち高い点に来ることが好ましい。
本発明をその好適実施例について述べてきたが、以下を
請求の範囲とする。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ワーグナー，イスラエル アメリカ合衆国10962 ニューヨーク州 モンシィ，メドウブルック レーン ７ (56)参考文献 特開 昭63−149374（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−7852（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−72121（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−215484（ＪＰ，Ａ) 実公 昭58−4923（ＪＰ，Ｙ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C23C 14/00 - 14/58 H01J 37/34

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】密封された室（10）において基板（21）を
   スパッタコーティングするマグネトロンスパッタコーテ
   ィング装置であって、 基板ホルダ（25）と、 前記室（10）においてスパッタコーティング材のターゲ
   ット（40）をそのスパッタリング面を基板に対面させて
   支持するターゲットホルダ部材（42）と、 基板（21）側とは反対側である前記ターゲット（40）の
   背後に位置され、且つターゲット（40）および基板（2
   1）とに交差する軸線（27）の周りでターゲットおよび
   基板とに対して回転するように取り付けられた磁石キャ
   リヤ（55）と、 前記磁石キャリヤ（55）および磁石キャリヤと共に回転
   可能に固定され且つ閉鎖ループ状に配置された主磁石
   （80,80a）とを回転させるための装置（65）とを有し、
   前記主磁石は、その下でプラズマを捕捉する閉鎖された
   磁気トンネルを形成し且つ磁石キャリヤ（55）が回転す
   るにつれて軸線（27）の周りでターゲット（40）のスパ
   ッタリング面上で回転する磁界（112）を生じさせ、 主磁石（80,80a）とは別個の補助磁石部材（90,91,92,9
   5,96,97,98）が、主磁石（80,80a）の一部分の近くで磁
   石キャリヤ（55）と共に回転するように装着され、該補
   助磁石部材は主磁石の磁界を部分的に再形成し且つそれ
   に隣接するスパッタリング表面でのプラズマの位置と強
   さを調整し、結果としてターゲット表面を横切る望まし
   いスパッタリング分布を生じさせ、 磁石キャリヤ（55）は、基板（21）にほぼ平行な平面内
   でターゲット（40）並びに基板（21）に対して回転する
   ように装着され、 閉鎖ループ状に配置された主磁石は、一つの極性の内周
   表面と他の極性の外周表面とを有し、閉鎖ループに沿っ
   た磁極の軸線は閉鎖ループをほぼ横切って且つ平面に平
   行に延在し、補助磁石部材（90,91,92,95,96,97）は平
   面の外側にある磁極の軸線を有し且つ閉鎖ループの周表
   面の一部分の近傍に位置している、マグネトロンスパッ
   タコーティング装置。
2. 【請求項２】磁石構造体（60,60a）は、閉鎖ループを形
   成するように配置された主磁石即ち磁性材料の連続した
   帯片（80,80a）を有し、 該磁性材料の連続した帯片（80,80a）は、一つの極性の
   内周面と他の極性の外周部とを有し、 複数のクランプブロック（81−85,81a−85a）が設けら
   れ、該クランプブロックは、該磁性材料の連続した帯片
   （80,80a）の内周部の少なくとも一部分に隣接した磁石
   キャリヤ（55）に装着された少なくとも一つの内側にあ
   るクランプブロック（82）と、該磁性材料の連続した帯
   片（80,80a）の外周に隣接した磁石キャリヤ（55）に装
   着された少なくとも一つの外側にあるクランプブロック
   （81,83−85）とを有し且つこれらの間で該磁性材料の
   連続した帯片（80,80a）を固定し、 該クランプブロック（81−85,81−85a）は、磁石キャリ
   ヤ（55）での該閉鎖ループの形状と位置とを画定するよ
   うに該磁石キャリヤ（55）に位置し且つ形ち作られ、更
   にターゲト表面を横切って望ましいスパッタリング分布
   を生じさせるようにターゲットに対して該磁性材料の連
   続した帯片（80,80a）を配置させている、請求の範囲１
   に記載のマグネトロンスパッタコーティング装置。
3. 【請求項３】補助磁石部材（90,91,92,95,96,97）は、
   主磁石（80）の磁界を再作成するように軸線（27）に対
   して位置され、それにより軸線（27）でのスパッタリン
   グ表面から少なくともいくらかのスパッタリングが生じ
   るようにプラズマの一部分が、軸線（27）に近いスパッ
   タリング表面の近傍に充分に延在している、請求の範囲
   １および２のいずれか一項に記載のマグネトロンスパッ
   タコーティング装置。
4. 【請求項４】ターゲット（40）は、ターゲット（40）の
   スパッタリング表面を横切るあらかじめ定められた分布
   に従ってスパッタリング材料を設けるため、軸線（27）
   からの距離と共に変動する厚さを有し、 主磁石（80,80a）あるいは主磁石の磁界は、軸線（27）
   からの異なる半径においてプラズマの強さと持続期間に
   作用するように形成されあるいは補助磁石部材（90,91,
   92,95,96,97）によって再形成され、結果としてスパッ
   タリング表面を横切る所定の分布に従ってスパッタリン
   グ材料を利用する、請求の範囲１から３までのいずれか
   一項に記載のマグネトロンスパッタコーティング装置。
5. 【請求項５】主磁石（60）と磁石キャリヤ（55）とを取
   り囲む、冷却用流体を収容する磁石組立体（50）を更に
   有し、 該磁石組立体（50）は、ターゲット（40）の裏面（39）
   と熱を移動させる関係に保持されている冷却面（43）
   と、磁石キャリヤの回転と共に該冷却面（43）に沿って
   冷却用の流体が流れるのを容易にするための該磁石キャ
   リヤに設けられた装置とを有する、請求の範囲１から４
   までのいずれか一項に記載のマグネトロンスパッタコー
   ティング装置。
6. 【請求項６】ターゲットホルダ部材（42）はターゲット
   裏当て板即ち冷却面（43）を有し、 ターゲット（40）は、外方リムによって取り囲まれ、 ターゲットホルダ部材（42）は、ターゲットリムの近傍
   で且つ軸線（27）の近傍の中心軸（51）に裏当て板（4
   3）を支持するための部材（52）を有し、 磁石キャリヤ（55）を回転させるための装置（59）は、
   軸（51）に支持され且つ磁石キャリヤ（55）に連結され
   ている、請求の範囲１から５までのいずれか一項に記載
   のマグネトロンスパッタコーティング装置。
7. 【請求項７】スパッタリング面を有する、スパッタコー
   ティング材のターゲットであって、スパッタリング面を
   コーティングすべき製品に対して対面させて、密封され
   た室において支持されたターゲットを用いて密封された
   該室でホルダに支持されたスパッタコーティングした製
   品を作る方法において、 スパッタリング面にわたってプラズマを発生させる階段
   と、 スパッタリング面とは反対側でターゲットの背後に位置
   し且つ閉鎖ループ内に配置された主磁石により磁界を発
   生させ、ターゲットのスパッタリング面にわたって閉鎖
   磁気トンネルを形成し、それによりプラズマを捕捉する
   段階と、 スパッタリング面と交差する軸線の周りで主磁石を回転
   させ、該閉鎖磁気トンネルをスパッタリング面の上方で
   回転させることにより該軸線のまわりで且つターゲット
   のスパッタリング面にわたってプラズマを運動させ、そ
   れにより製品をスパッタコーティングする段階と、 主磁石に隣接し且つ該軸線のまわりで回転する、主磁石
   と別個の補助磁石部材を設ける段階と、 スパッタリング面でのプラズマの位置あるいは強度を修
   正するよう、該補助磁石部材によって磁界の少なくとも
   一部を再形成し、ターゲット面にわたって望ましいスパ
   ッタリング分布を生じさせる段階を有することを特徴と
   するスパッタコーティングした製品を作る方法。
8. 【請求項８】密封された室内でスパッタコーティングし
   た製品を作る方法において、 コーティングする製品を真空処理のための密閉された室
   に支持する段階と、 ターゲットのスパッタリング面を該製品に対して対面さ
   せて、密封された室内で軸線上にターゲットを支持する
   段階と、 スパッタリング面とは反対側でターゲットの背後に磁性
   材料の閉鎖ループを形成している磁石を設け且つターゲ
   ットのスパッタリング表面にわたって閉鎖したプラズマ
   捕捉磁気トンネルを生じさせる段階と、 ターゲットを付勢して、該密封された室内で且つ該磁気
   トンネル内のターゲットの表面にガスのプラズマを発生
   させる段階と、 該軸線のまわりで該磁石を回転させて該磁気トンネルと
   プラズマを回転させることにより物品にターゲットから
   の材料をスパッタする段階とを有する、密封された室内
   でスパッタコーティング物品を製造する方法に於いて、 該ターゲットのスパッタリング表面を横切る所定の分布
   に従ってスパッタリング材料を設けるため該ターゲット
   は、該軸線からの距離と共に変動する厚さを有し、 更に該方法は、該軸線からの種々の半径におけるプラズ
   マの強さあるいは持続時間に作用するように磁石を形成
   しあるいは磁界を再形成し、該軸線のまわりに磁石が回
   転したときにスパッタリング表面を横切る所定の分布に
   従って且つ種々の半径でほぼ所定の分布に従ってスパッ
   タリング材料を使用する段階と、 軸線に隣接するスパッタリング面近くでプラズマの一部
   が充分に存在することで軸線でのスパッタリング表面か
   ら少なくとも若干のスパッタリングが発生するように、
   補助磁石部材により、磁界の少なくとも一部を軸線を横
   切って延在させる段階とを有する、該方法。