JP3749178B2 - 切頭円錐形スパッタリングターゲットのためのターゲット利用率の高い磁気構成 - Google Patents
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Description
この出願は、1999年11月18日に提出し、参考までにここに明確に援用する、米国特許出願第09/442,600号の一部継続出願である。
【0002】
(発明の分野)
この発明は、マグネトロンスパッタリングに関し、更に詳しくは、スパッタリングターゲットを効率的に利用するためのマグネトロン磁石の設計に関する。
【0003】
(発明の背景)
マグネトロンスパッタリング、または磁気強化スパッタリングは、チェンバ内の基板上に真空中で気相蒸着のためのコーティング材料を提供するためのスパッタリングターゲットの使用を伴う。スパッタリングでは、このスパッタリングターゲットを負電位で付勢してグロー放電システムでカソードとして働かせる。マグネトロンスパッタリングでは、磁石がこのスパッタリングターゲットの表面上に閉ループ磁気トンネルの形で磁界を創る。この磁気トンネルが電子をこのターゲットの表面近くに閉込める。この電子閉込めは、与えられたプロセス圧力に対してかなり低い始動および消滅電圧で、並びに与えられたカソード電圧に対してかなり低い始動および消滅圧力でプラズマの形成を可能にする。
【0004】
従来の磁気トンネルは、ターゲットの表面近くに熱電子と2次電子の両方を閉込める。熱電子は、電子に異なる特性を与える、それらの起源によって2次電子と区別する。熱電子は、原子またはイオンと他の電子とのイオン化衝突によって創り出される。熱電子は、2次電子より遙かに多いが、遙かにエネルギーが低い。2次電子は、ターゲットのイオンによる衝突でこのターゲットから出る。
【0005】
このトンネルは、横断面内で未浸食のターゲット表面に平行な磁界の成分の影響によって、これらの2次電子をこの磁気トンネルの全長に亘って半円形軌道に押込める。この未浸食ターゲット表面に垂直なこの磁界の成分は、このトンネルの軸に平行に動く2次電子を平断面内で、未浸食のターゲット表面に垂直な磁界がゼロとなるターゲットの表面上の線となるトンネルの磁気中心線の方へ横に動かさせる。他方、熱電子は、このトンネルの平断面内で前後に動き、磁束線に沿って螺旋軌道を作る。磁束線に垂直な移動度が低いために、熱電子は、カソードの領域に閉込められる。磁気トンネルの縁で磁束線を覆うことによって形成された磁気ミラーは、磁束線に垂直な熱電子の低い移動度が熱電子を磁束線周りの螺旋軌道で運動させ続けるので、熱電子が左右に反射させる。このミラー効果は、磁気トンネルの縁で最強で、このトンネルの磁気中心線上で消滅し、それで熱電子は、このトンネルの磁気中心線に中心を置く1次元ポテンシャル井戸の中を水平に移動する。
【0006】
マグネトロンスパッタリングのこの電子閉込め特性は、ターゲット表面近くでプラズマ密度を向上する際に有効であり、磁気的に強化したスパッタリングを伝統的ダイオードスパッタリングより遙かに実用的にする。しかし、従来の磁気トンネルは、このトンネルの磁気中心線近くへの電子の集中がプラズマ密度も同様に濃縮し、この領域で浸食速度を最高にするので、ターゲット利用率が低い原因である。更に、ターゲットが浸食されると、中心線に隣接する領域のターゲット表面が更に強い磁界へ浸食され、それが浸食の集中を加速する。その上、集中した浸食がV形輪郭を作り、2次電子を対向両壁からこの浸食溝の中心へ方向転換し、プラズマをそこに更に集中する。典型的に、均一厚さのターゲットの利用率は、約25%であった。このターゲット利用率が低い理由で、ターゲット交換に要する機械休止時間は勿論、消費したターゲットの数および未使用ターゲット材料の量を増大して薄膜蒸着の経済性が問題となる。ターゲットの未浸食領域は、磁気トンネルの縁近くに起りがちである。そのような領域が存在する場合は、それらが再蒸着した材料を蓄積しがちであり、それが処理チェンバの中へ剥離して基板の微粒子汚染を生ずる。
【0007】
浸食分布を操作するためにターゲットに関して回転した非対称の形状を有する磁気トンネルが使われている。そのような回転は、基板上の膜均一性の改善の達成、高ターゲット利用率および磁気トンネルが静的であれば別のやり方では未浸食のままであったであろうターゲット上の浸食点の達成には有用である。このため回転装置は、丸い平面ターゲットにとってしか都合がよくない。矩形および環状ターゲットにとっては、静的磁気装置だけが実用的であった。
【0008】
切頭円錐形ターゲット、およびターゲットの中心に他のシステム部品がある他の環状またはリング形ターゲットに対して、従来技術のマグネトロン装置は、ターゲット利用率が低い。スパッタリングを磁気的に強化すれば、スパッタリングが薄膜蒸着に際し実用的で経済的な技術となるが、静的磁気装置の場合トータルの経済的可能性が、得られていない。
【0009】
従って、切頭円錐形およびその他の環状ターゲットで高ターゲット利用率を生ずる磁石設計を提供する必要性がまだある。
【0010】
(発明の概要)
本発明の目的は、マグネトロンスパッタリング装置の切頭円錐形ターゲットの利用率を改善し、全面浸食を提供することである。本発明の詳細な目的は、ターゲットの中心にある開口内の容積の、他のハードウェア、例えば、誘導結合プラズマ(ICP)源用に使うための可用性を制限することなく、環状ターゲットの利用率を改善することである。
【0011】
本発明の原理に従って、切頭円錐形または類似の環状スパッタリングターゲットを含むスパッタリング装置が、ターゲットの浸食を、ターゲットが浸食されるにつれ、このターゲット環の中心から内側および外側領域へ移動させる、マグネトロン磁石組立体を備える。この磁石組立体は、ターゲット中央の開口を囲む環状ターゲットの表面上に、このターゲットを覆う環状トンネルの形のプラズマ閉込め磁界を作るためにターゲットの後ろに配置してある。このターゲットの壁は、例えば、この中央開口の平面に対して約35°傾斜した切頭円錐を作る。
【0012】
この発明の一実施例では、三つの永久磁石リングが三つの磁気トンネルを作る。これら三つのトンネルの相対寄与がターゲットの表面に平行な磁束線の効果を生む。薄いターゲットに対し、および厚いターゲットの寿命の途中のある点として、内側磁気トンネルおよび外側磁気トンネルが主中央磁気トンネルと相互作用して、未浸食ターゲットの表面に平行な合成磁束を作る。そのような厚いターゲットでは、主中央トンネルがターゲットの寿命の初期にこのターゲットの中心線に沿うこの環状ターゲットの平均半径を浸食するように支配し、内側および外側トンネルがターゲットの寿命の後期にこのターゲット環の内側および外側縁に隣接する領域を浸食するように支配し、および浸食溝を、この磁束がこのターゲットの寿命全体に亘って未浸食ターゲットの表面に平行のままであるのと同じ方法で、ターゲット中心線の内方および外方へ拡げる。
【0013】
好適実施例では、スパッタリング装置真が、真空処理チェンバ、基板を処理のために支持するための、この処理チェンバ内の基板支持体、中央開口およびこの中央開口の誘電体窓の後ろの誘導結合プラズマ源を有する環状マグネトロンスパッタリングカソード組立体とを含むイオン化物理蒸着装置である。このマグネトロンカソード組立体は、この基板支持体に向いた内部円錐形スパッタリング面を有する切頭円錐形スパッタリングターゲットを含み、このターゲットの外縁がその内縁よりこの基板支持体に近い。切頭円錐形磁石組立体がこのスパッタリングターゲットの後ろに、且つそれに平行に位置する。この磁石組立体は、このスパッタリング面の主要部分に跨り且つこのスパッタリング面の中心線を越える磁力線を有する主磁気トンネル、このターゲット内縁と中心線の間に拡がる磁力線を有する内側磁気トンネル、および主としてこのターゲットの外縁と中心線の間に拡がる磁力線を有する外側磁気トンネルを作るように構成してある。これら三つのトンネルの磁界は、このターゲット表面に比較的平行な合成磁束を作りがちな方法で相互作用する。厚いターゲットに対して、この合成磁束は、ターゲット寿命の初期にターゲットの中心線を越えて弧を描き、ターゲット寿命の途中で平坦になりおよび次第に、ターゲット中心線の内側に一つおよびターゲット中心線の外側に一つの、二つのトンネルの形を採る傾向がある。この様にして、ターゲットの浸食がターゲット寿命の初期に中心線で大きい速度で進む場合は、ターゲット寿命の後期に補償浸食がターゲットの内縁および外縁の方に起り、それでターゲット利用率がターゲット寿命全体に亘って均一である。
【0014】
これらの磁界の相対強度は、それによって形作られた磁束が閉込めるプラズマが、ターゲットが未浸食のとき、この内側および外側領域よりこの中心線で大きいターゲット浸食速度を作り、それがこのターゲットが浸食されると、絶えず且つ次第にこの内側および外側領域よりこの中心線で小さい浸食速度へ変化するようになっている。この効果は、厚いターゲットに対してより大きい。ターゲット寿命のある点で、この磁束は、ターゲットが浸食される前にターゲットの表面であったものに平行である。非常に薄いターゲットに対して、この磁束形状は、ターゲット寿命の全体に亘って存在するかも知れない。厚いターゲットは勿論薄いターゲットに対して、この磁束の平坦な形状または磁束の漸進的平坦化は、三つの磁気トンネルを作る磁気リングの相対寄与の結果である。
【0015】
これらの磁気リングの構成および強度は、特定のターゲットに対して最適化するのが好ましい。例えば、ターゲットが非常に薄い場合、主トンネル並びに内側および外側トンネルの相対寄与を合成磁束線がターゲット表面に平行であるように調整する。厚いターゲットに対しては、主トンネル並びに内側および外側トンネルの相対寄与を合成磁束線がターゲット寿命の初期に従来の磁気装置のトンネルに類似するトンネルをターゲット表面に作るが、ターゲットが浸食されると、プラズマを締付けないようにこの磁束線の形状が平坦になるように調整する。ターゲットが更に浸食されると、ターゲット表面がこれらのトンネルの中へ後退するので、内側および外側トンネルがプラズマに曝され、この環状円錐形ターゲットの内縁および外縁近くでプラズマ濃度が高い結果となる。
【0016】
この切頭円錐形磁石組立体は、第1極性の内側極および第2極性の外側極を含み、この内側極と外側極の間に拡がる第1磁界によってこの第1磁気トンネルを作るのが好ましい。この切頭円錐形磁石組立体は、更に、この第2極性の内側中央極およびこの第1極性の外側中央極を含み、このターゲットの中心線上でこの第1磁界に対抗する逆磁界を作り、それでこの第1および逆磁界の合成強度は、このスパッタリング面がこのターゲットの中へ浸食されると、この中心線上で減少する。この内側極およびこの内側中央極が、この主磁気トンネルの下に、この環状内側領域を覆う、この内側極およびこの内側中央極の間に拡がる磁力線から成るこの内側磁気トンネルを作り、一方、この外側極およびこの外側中央極が、この主磁気トンネルの下に、この環状外側領域を覆う、この外側極およびこの外側中央極の間に拡がる磁力線から成るこの外側磁気トンネルを作るのが好ましい。
【0017】
好適磁石組立体は、この円錐形スパッタリングターゲットの後ろに、且つそれに平行に円錐に配置した複数の、好ましくは三つの円形磁気リングの形をした永久磁石から成るのが好ましい。これらのリングは、切頭円錐形に配置した個々の正方形磁石で作り、それらの極軸をこれらのリングの円周に垂直に伸すのが好ましい。これら三つのリングは、内側磁気リング、外側磁気リングおよび中間磁気リングを含む。この内側および中間磁気リングの磁石の極軸は、この円錐に平行に向き、この外側リングのそれはこの円錐に垂直である。透磁性材料のヨークがこの円錐の後ろにあり、この内側磁気リングと外側磁気リングを磁気的に相互接続する。
【0018】
本発明は、切頭円錐形ターゲットの利用率を従来の約25%から50〜60%の範囲へ向上する。円錐形ターゲットの浸食がこのターゲットのスパッタリング面の全領域に亘って維持され、それによってスパッタリングチェンバの微粒子汚染の発生を避ける。
【0019】
本発明のこれらおよびその他の目的並びに利点は、以下の詳細な説明から更に容易に明白となろう。
【0020】
(詳細な説明)
図1は、本発明の一実施例による、スパッタコーティング装置、特にイオン化物理蒸着(IPVD)装置10を示す。このIPVD装置10は、チェンバ壁12によって区切られた真空チェンバ11を含む。このチェンバ11は、このスパッタリングチェンバ11の容積内にコーティング材料を蒸気の形で供給し且つこのスパッタリング材料蒸気をイオン化するために、イオン化物理蒸着(IPVD)源13を備える。このチェンバ11は、このIPVD源13の中央を貫通する中心軸15を有する。ウエハ支持体17も、処理中軸15に中心を置き、IPVD源13に向いた基板ウエハ18を保持するために、チェンバ11内に、その源13と反対の端に、軸15に中心を置いて設けてある。IPVD装置10の他の構成要素は、上に参照した米国特許出願第09/442,500号に更に詳しく記載してある。IPVD源13の一般的概念は、米国特許第6,080,287号に記載してあり、それを参考までにここに明確に援用する。
【0021】
IPVD源13は、形状が環状でその中央に軸15と同心の開口21を有する、マグネトロンスパッタリングカソード組立体20を含む。この開口21内に軸15に中心を置くのは、このチェンバ11内で高密度、誘導結合プラズマ(ICP)を付勢する高周波源組立体22である。カソード組立体20は、更に、その内部に支持体17上の基板に向き且つ軸15の方へ傾斜する円錐形スパッタリング面26を有する、切頭円錐形、または円錐台形のスパッタリングターゲット25を含む。
【0022】
スパッタコーティングプロセスでは、ターゲット25を作るコーティング材料を、このチェンバ11内に大気圧より低い圧力または真空圧力、典型的には13.3Pa未満に維持した、アルゴンのようなプロセスガス中に作った主スパッタリングプラズマからの正イオンによる衝撃によって気化する。IPVDシステムでは、ターゲット25から追出された材料の原子または微粒子が2次プラズマまたはICPによってイオン化される。
【0023】
カソード組立体20は、マグネトロン磁石組立体30を含み、それは、図2および図3に更に詳しく示し、ターゲット20の外面または背面にそれと平行に位置する円錐35に配置した複数、好ましくは三つの磁石リング31〜33を含む。磁石組立体30は、この主スパッタリングプラズマを維持するために電子をターゲット25の表面26近くに閉込める磁気トンネルを発生する。この磁石組立体またはパック30は、軟鋼またはその他の高透磁率材料のヨーク36を含む。磁石リング31〜33は、各々それぞれのリングに切頭円錐形に配置した一連または多数の個々の正方形磁石部品で作り、それらの極および極軸を各それぞれのリングの周りの円錐の半径方向−軸方向平面で同じ方向に向けたリング磁石の円形アレイであるのが好ましい。小さい個々の磁石をヨーク36に固定し、それがこの磁石組立体のための構造上の枠組の役をし、円錐35の形状を画成するようにしてもよい。
【0024】
内リング31の磁石の極軸は、ターゲット表面26に平行に向いている。ヨーク36は、内リング31の磁石の、この図ではS極Sである、全磁極面がヨーク36と磁気的に接触、即ち、物理的に接触または極めて接近しているように、形作ってある。この図では、リング33の磁石のN極NとS極Sを通る線である、外リング33の磁石の極軸は、ターゲット表面26に垂直に向き、外リング33の磁石の全磁極面がヨーク36と磁気的に接触している。磁石リング31、33の間の磁束線51が主磁気トンネル41を作る。
【0025】
中央磁石リング32は、内磁石リング31の最内、またはN、極と外磁石リング33の中央の間のほぼ中間に位置し、主磁気トンネル41の中心線40の有効位置を画定する。中央リング32の磁石は、ヨーク36と直接物理的接触または実質的磁気接触していてもよいが、必ず必要ではない。中央リング32の磁石の極軸は、主としてターゲット表面26に平行に向いている。中央リング32の磁石のどの磁極面もヨーク36と接触していない。中央リング32の磁石磁極は、図2に示す、内リング31の磁極と反対方向に向き、中央リング32のS極が内リング31のS極に向いている。それで、内列31と中央列32の間の磁束線52は、主磁気トンネル41を形成する磁束線51の下で、内側の、小磁気トンネル42を形成する。この内側の、小磁気トンネル42は、ターゲット表面26の内環状領域46に関して、ターゲット25の寿命の終り近くでターゲットの浸食に影響する。磁束または磁力線は、図2に軸15を含む半径方向平面で示す。
【0026】
中央リング32と外リング31の間の磁束線53が、主磁気トンネル41を形成する磁束線51の下で、外側の、小磁気トンネル43を形成する。この外側の、小磁気トンネル43は、ターゲット表面26の外環状領域47に関して、ターゲット25の寿命の終り近くでターゲットの浸食に影響する。中央リング32の極間の磁束線54は、主トンネル41を形成する磁束線51に対向して、ターゲット25が浸食されると主トンネル41の影響を軽減する。中心線40に沿ってターゲット25の中への主トンネルを作る磁束線51の絶え間のない漸進的平坦化は、それぞれ、領域46、47でターゲット25の中への小トンネル42、43を作る磁束線53、53の寄与の絶え間のない漸進的増加によって生ずる。磁石リング31〜33からの対向する磁力線が相殺するゼロ点55は、磁石組立体40からの合成磁界に存在するだろう。この点は、中央磁石リング32に近い中心線40近くに位置する。このゼロ点は、ターゲット寿命中、ターゲット表面26の後ろにある。
【0027】
ターゲット25の表面26に平行な磁石の内リング31の向きは、内側磁気トンネル52の形成を強化し、与えられたターゲット幅に対してより攻撃的磁界形状を可能にする。その上、ターゲット表面26に平行な内リング31の極軸の向きは、ターゲット25の内径近くでより多くのターゲット浸食を見込む。これは、源13の中央開口21でのスペース制限を緩和する。これらの利点は、内リング31の磁石がターゲット表面と平行に向き、これらの内リング磁石の最内極からの内側磁気トンネルの磁束線の形成が、既にそれらがこれらの磁石を出るときに反対極の方へ巻き戻り、ターゲットの内縁でより多くの浸食を促進しながら、この内側トンネルを、これらの内側磁石がターゲット表面に垂直に向いているときより少量のスペースで形成できるようにし、それによって粒状物質の生成を最小にするので生ずる。外リングの磁石は、ターゲット表面に垂直に向き、磁束線のゆがみを防ぎ、全面浸食を達成するためにターゲットの外縁にオーバハンド(overhand)し、それによってターゲット外縁に追加のスペースを占める。この発明は、ターゲット内縁に追加のスペースを要さずに有利な浸食を達成する。
【0028】
内磁石リング31と外磁石リング33の間の磁力線によって作る主トンネル41がターゲット寿命の最初にターゲット浸食に影響する。厚いターゲットに対しては、プラズマを環状ターゲット25の中間半径でターゲット面26上の円形中心線40上のターゲット25の表面26に沿う浸食溝に閉込める。そのような厚いターゲットのターゲット寿命の末期に、表面26が浸食されて中心線40に沿うターゲット25の中央へ退却すると、トンネル41を形成する磁力線が、中央磁石リング32の対向磁界の影響並びに主磁気トンネルの形状に対する内および外トンネルの影響のために中心線40に沿って次第に平坦化する。これらの磁気トンネルの浸食分布に対する相対的影響は、厚いターゲット25が未浸食のとき、それぞれのトンネルが閉込めるプラズマが内および外領域46、47より中心線40で大きいターゲット浸食速度を作るようになっている。この比は、ターゲットが浸食されると、絶えず且つ次第に内および外領域46、47より中心線40で小さい浸食速度へ変化する。内側および外側磁気トンネル、それぞれ、52、53は、ターゲット寿命の終り近くでターゲット浸食をこのターゲット環の内および外縁の方へ分布する。それによって、ターゲットが浸食されると、浸食溝が広がり、より均一なターゲット浸食およびそれによるターゲット材料利用率の向上に繋がる。
【0029】
これらの磁石パックは、ターゲット25への水および直流電力用のフィードスルーを通す、軸15に平行に明けた多数の孔(図示せず)を含む。磁石組立体30は、ポリウレタンのような硬質ポリマ被膜で塗被し、または磁石パック30に接着した非磁性、金属またはプラスチックの被覆品に封入してある。この被膜は、リング31〜33の磁石およびヨーク36が空気中で酸化されるのを防ぎ、および焼結構造であるかも知れない、リング31〜33の磁石が汚染粒子源になるのも防ぐ。ターゲット25への冷却水は、ヨーク36からスタブ組立体(図示せず)を貫通してもよい。
【0030】
上記の説明および添付の図面は、この発明の種々の実施例を示すが、当業者には、この発明の原理から逸脱することなく付加および修正をできることが明白だろう。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の原理を具体化した、イオン化物理蒸着装置の概略図である。
【図2】 図1のカソード組立体を通る拡大断面図である。
【図3】 図1および図2のマグネトロン磁石組立体の透視図である。
Claims (20)
- スパッタリング装置であって:
真空処理チェンバ;
基板を処理のために支持するための、この処理チェンバ内の基板支持体;
マグネトロンスパッタリングカソード組立体で:
この基板支持体に向き且つ内縁を有する内部円錐形スパッタリング面、この内縁 よりこの基板支持体に近い外縁およびこの内縁と外縁の間の中心線を有する切頭円錐 形スパッタリングターゲット、並びに
このスパッタリングターゲットの後ろに、且つそれに平行に位置して:
半径方向平面に沿って伸び、このスパッタリング面の中心線を越えてこのス パッタリング面の主要部分に跨る第1磁力線を有する第1磁気トンネル、
この半径方向平面に沿って伸び、このスパッタリング面の環状内側領域を覆 う、主としてこの内側領域を覆うこの内縁とその中心線の間の、この第1磁力線 を維持するように指向された第2磁力線を有する第2磁気トンネル、および
この半径方向平面に沿って伸び、このスパッタリング面の環状外側領域を覆 う、主としてこの外側領域を覆うこの外縁とその中心線の間の、この第1磁力線 を維持するように向いた第3磁力線を有する第3磁気トンネルを作るように構成 した切頭円錐形磁石組立体を含むカソード組立体を含み、
これらの磁力線が作る磁界は、それらが閉込めるプラズマが、このターゲットが未浸食のとき、この内側および外側領域よりこの中心線で大きいターゲット浸食速度となり、且つこのターゲットが浸食されるにつれて、連続して次第にこの内側および外側領域のターゲット浸食速度よりこの中心線で小さい浸食速度となるように変化するような装置。 - 請求項1の装置に於いて:
前記切頭円錐形磁石組立体が第1極性の内側極および第2極性の外側極を含み、前記内側極と外側極の間に拡がる第1磁界によって前記第1磁気トンネルを作る装置。 - 請求項2の装置に於いて:
前記切頭円錐形磁石組立体が、更に、前記第2極性の内側中央極および前記第1極性の外側中央極を含み、前記ターゲットの中心線上で前記第1磁界に対向する逆磁界を作り、それで前記第1および逆磁界が作った合成磁束は、前記スパッタリング面が前記ターゲットの中へ浸食されると、前記中心線上で平坦化する装置。 - 請求項3の装置に於いて:
前記内側極および前記内側中央極が、前記第1磁気トンネルの下に、前記スパッタリング面の環状内側領域を覆う、主として前記内縁とその中心線の間で前記内側極および前記内側中央極の間に拡がる第2磁力線から成る前記第2磁気トンネルを作り、並びに
前記外側極および前記外側中央極が、前記第1磁気トンネルの下に、前記スパッタリング面の環状外側領域を覆う、主として前記外縁とその中心線の間で前記外側極および前記外側中央極の間に拡がる第3磁力線から成る前記第3磁気トンネルを作る装置。 - 請求項4の装置に於いて、前記磁石組立体が、更に:
前記円錐形スパッタリングターゲットの後ろに、且つそれに平行に円錐に配置した複数の円形磁気リングで、各リングが円周、直径並びに前記円錐の中心および前記ターゲットの中心を通る共通中心軸を有し、これらの磁気リングが各々第1および第2磁極並びにそのこれらの極の間に伸び且つ前記リングの前記円周に垂直な極軸を有し、前記複数の磁気リングがそれの前記第1極を形成する内側極を有する内側磁気リング、それの前記第2極を形成する外側極を有する外側磁気リング並びにそれの前記第1極を形成する外側中央極およびそれの前記第2極を形成する内側中央極を有する中間磁気リングを含み、前記内側磁気リングの直径が前記中間磁気リングの直径より小さく、その中間磁気リングの直径が前記外側磁気リングの直径より小さく;
これらの磁気リングの極軸が、更に:
前記内側磁気リングに関してはその第1極をその第2極より前記軸に近付けてこの円錐に平行に、
前記中間磁気リングに関してはその第2極をその第1極より前記軸に近付けて前記円錐に平行に、および
前記外側磁気リングに関してはその第2極をその第1極より前記軸に近付けて前記円錐に垂直に向けてある磁気リング;並びに
前記円錐の後ろにあり、前記内側磁気リングの第2極を前記外側磁気リングの第1極と磁気的に相互接続する透磁性材料のヨークを含む装置。 - 請求項4のマグネトロンスパッタリングカソード組立体に於いて、前記磁石組立体が、更に:
前記円錐形スパッタリングターゲットの後ろに、且つそれに平行に円錐に配置した複数の円形磁気リングで、各リングが円周、直径並びに前記円錐の中心および前記ターゲットの中心を通る共通中心軸を有し、これらの磁気リングが各々第1および第2磁極並びにそのこれらの極の間に伸び且つ前記リングの前記円周に垂直な極軸を有し、前記複数の磁気リングがそれの前記第1極を形成する内側極を有する内側磁気リング、それの前記第2極を形成する外側極を有する外側磁気リング並びにそれの前記第1極を形成する外側中央極およびそれの前記第2極を形成する内側中央極を有する中間磁気リングを含み、前記内側磁気リングの直径が前記中間磁気リングの直径より小さく、その中間磁気リングの直径が前記外側磁気リングの直径より小さい磁気リングを含むカソード組立体。 - 請求項4のマグネトロンスパッタリングカソード組立体に於いて、前記磁石組立体が、更に:
前記円錐形スパッタリングターゲットの後ろに、且つそれに平行に円錐に配置した複数の円形磁気リングで、各リングが円周、直径並びに前記円錐の中心および前記ターゲットの中心を通る共通中心軸を有し、これらの磁気リングが各々第1および第2磁極並びにそのこれらの極の間に伸び且つこのリングのこの円周に垂直な極軸を有し;
これらの磁気リングの極軸が、更に:
前記内側磁気リングに関してはその第1極をその第2極よりこの軸に近付けてこの円錐に平行に、
前記中間磁気リングに関してはその第2極をその第1極より前記軸に近付けて前記円錐に平行に、および
前記外側磁気リングに関してはその第2極をその第1極より前記軸に近付けて前記円錐に垂直に向けてある磁気リングを含むカソード組立体。 - 請求項4のマグネトロンスパッタリングカソード組立体に於いて、前記磁石組立体が、更に:
前記円錐形スパッタリングターゲットの後ろに、且つそれに平行に円錐に配置した複数の円形磁気リングで、各リングが円周、直径並びにこの円錐の中心および前記ターゲットの中心を通る共通中心軸を有し、これらの磁気リングが各々第1および第2磁極並びにそのこれらの極の間に伸び且つ前記リングの前記円周に垂直な極軸を有する磁気リング;並びに
前記円錐の後ろにあり、前記内側磁気リングの第2極を前記外側磁気リングの第1極と磁気的に相互接続する透磁性材料のヨークを含むカソード組立体。 - 請求項1の装置に於いて、前記磁石組立体が、更に:
前記円錐形スパッタリングターゲットの後ろに、且つそれに平行に円錐に配置した複数の円形磁気リングで、各リングが円周、直径並びに前記円錐の中心および前記ターゲットの中心を通る共通中心軸を有し、これらの磁気リングが各々第1および第2磁極並びにそのこれらの極の間に伸び且つ前記リングの前記円周に垂直な極軸を有し、前記複数の磁気リングが内側磁気リング、外側磁気リングおよび中間磁気リングを含み、前記内側磁気リングの直径が前記中間磁気リングの直径より小さく、その中間磁気リングの直径が前記外側磁気リングの直径より小さく;
これらの磁気リングの極軸が、更に:
前記内側磁気リングに関してはその第1極をその第2極より前記軸に近付けて前記円錐に平行に、
前記中間磁気リングに関してはその第2極をその第1極より前記軸に近付けてこの円錐に平行に、および
前記外側磁気リングに関してはその第2極をその第1極より前記軸に近付けて前記円錐に垂直に向けてある磁気リング;並びに
前記円錐の後ろにあり、前記内側磁気リングの第2極を前記外側磁気リングの第1極と磁気的に相互接続する透磁性材料のヨークを含む装置。 - 請求項1のマグネトロンスパッタリングカソード組立体に於いて、前記磁石組立体が、更に:
前記円錐形スパッタリングターゲットの後ろに、且つそれに平行に円錐に配置した複数の円形磁気リングで、各リングが円周、直径並びに前記円錐の中心および前記ターゲットの中心を通る共通中心軸を有し、これらの磁気リングが各々第1および第2磁極並びにそのこれらの極の間に伸び且つ前記リングの前記円周に垂直な極軸を有し、前記複数の磁気リングが内側磁気リング、外側磁気リングおよび中間磁気リングを含み、前記内側磁気リングの直径が前記中間磁気リングの直径より小さく、その中間磁気リングの直径が前記外側磁気リングの直径より小さい磁気リングを含むカソード組立体。 - 請求項1のマグネトロンスパッタリングカソード組立体に於いて、前記磁石組立体が、更に:
前記円錐形スパッタリングターゲットの後ろに、且つそれに平行に円錐に配置した複数の円形磁気リングで、各リングが円周、直径並びに前記円錐の中心および前記ターゲットの中心を通る共通中心軸を有し、これらの磁気リングが各々第1および第2磁極並びにそのこれらの極の間に伸び且つ前記リングの前記円周に垂直な極軸を有し;
これらの磁気リングの極軸が、更に:
前記内側磁気リングに関してはその第1極をその第2極より前記軸に近付けて前記円錐に平行に、
前記中間磁気リングに関してはその第2極をその第1極より前記軸に近付けて前記円錐に平行に、および
この外側磁気リングに関してはその第2極をその第1極より前記軸に近付けて前記円錐に垂直に向けてある磁気リングを含むカソード組立体。 - 請求項1のマグネトロンスパッタリングカソード組立体に於いて、前記磁石組立体が、更に:
前記円錐形スパッタリングターゲットの後ろに、且つそれに平行に円錐に配置した複数の円形磁気リングで、各リングが円周、直径並びに前記円錐の中心およびこのターゲットの中心を通る共通中心軸を有し、これらの磁気リングが各々第1および第2磁極並びにそのこれらの極の間に伸び且つこのリングの前記円周に垂直な極軸を有する磁気リング;並びに
前記円錐の後ろにあり、前記内側磁気リングの第2極を前記外側磁気リングの第1極と磁気的に相互接続する透磁性材料のヨークを含むカソード組立体。 - マグネトロンスパッタリングカソード組立体であって:
内部円錐形スパッタリング面、円形内縁、円形外縁およびこの内縁と外縁の間の円形浸食中心線を有する切頭円錐形スパッタリングターゲット、並びに
前記スパッタリングターゲットの後ろに、且つそれに平行に位置する切頭円錐形磁石組立体で:
第1極性の内側極および第2極性の外側極であって、前記内側極と外側極の間に
拡がる第1磁界により第1磁気トンネルを形成する内側および外側極と、並びに
前記第2極性の内側中央極および前記第1極性の外側中央極であって、前記ター
ゲットの中心線上で前記第1磁界に対向する逆磁界を作り、それで前記第1および逆
磁界が作った合成磁束は、このスパッタリング面がこのターゲットの中へ浸食される
と、この中心線上で平坦化するようになっている内側および外側中央極と、
を有し、
前記内側極および前記内側中央極が、前記第1磁気トンネルの下に、このスパッ
タリング面の環状内側領域を覆う、主として前記内縁とその中心線の間で前記内側極
および前記内側中央極の間に拡がる第2磁力線から成る第2磁気トンネルを作り、並
びに
前記外側極および前記外側中央極が、前記第1磁気トンネルの下に、このスパッ
タリング面の環状外側領域を覆う、主として前記外縁とその中心線の間で前記外側極
および前記外側中央極の間に拡がる第3磁力線から成る第3磁気トンネルを作り;
それによってこれらの磁気トンネルの相対寄与は、閉込められたプラズマが、前
記ターゲットが未浸食のとき、前記内側および外側領域より前記中心線で大きいター
ゲット浸食速度となり、且つ前記ターゲットが浸食されるにつれて、連続して次第に
前記内側および外側領域のターゲット浸食速度より前記中心線で小さい浸食速度とな
るように変化するような磁石組立体を含むカソード組立体。 - 請求項13のマグネトロンスパッタリングカソード組立体に於いて、前記磁石組立体が、更に:
前記円錐形スパッタリングターゲットの後ろに、且つそれに平行に円錐に配置した複数の円形磁気リングで、各リングが円周、直径並びに前記円錐の中心およびこのターゲットの中心を通る共通中心軸を有し、これらの磁気リングが各々第1および第2磁極並びにそのこれらの極の間に伸び且つ前記リングのこの円周に垂直な極軸を有し、前記複数の磁気リングがそれの前記第1極を形成する内側極を有する内側磁気リング、それの前記第2極を形成する外側極を有する外側磁気リング並びにそれの前記第1極を形成する外側中央極およびそれの前記第2極を形成する内側中央極を有する中間磁気リングを含み、前記内側磁気リングの直径が前記中間磁気リングの直径より小さく、その中間磁気リングの直径がこの外側磁気リングの直径より小さく;
これらの磁気リングの極軸が、更に:
前記内側磁気リングに関してはその第1極をその第2極より前記軸に近付けてこの円錐に平行に、
前記中間磁気リングに関してはその第2極をその第1極より前記軸に近付けて前記円錐に平行に、および
前記外側磁気リングに関してはその第2極をその第1極より前記軸に近付けて前記円錐に垂直に向けてある磁気リング;並びに
前記円錐の後ろにあり、前記内側磁気リングの第2極を前記外側磁気リングの第1極と磁気的に相互接続する透磁性材料のヨークを含むカソード組立体。 - 請求項13のマグネトロンスパッタリングカソード組立体に於いて、前記磁石組立体が、更に:
前記円錐形スパッタリングターゲットの後ろに、且つそれに平行に円錐に配置した複数の円形磁気リングで、各リングが円周、直径並びに前記円錐の中心および前記ターゲットの中心を通る共通中心軸を有し、これらの磁気リングが各々第1および第2磁極並びにそのこれらの極の間に伸び且つ前記リングの前記円周に垂直な極軸を有し、前記複数の磁気リングがそれの前記第1極を形成する内側極を有する内側磁気リング、それの前記第2極を形成する外側極を有する外側磁気リング並びにそれの前記第1極を形成する外側中央極およびそれの前記第2極を形成する内側中央極を有する中間磁気リングを含み、前記内側磁気リングの直径が前記中間磁気リングの直径より小さく、その中間磁気リングの直径が前記外側磁気リングの直径より小さい磁気リングを含むカソード組立体。 - 請求項13のマグネトロンスパッタリングカソード組立体に於いて、前記磁石組立体が、更に:
前記円錐形スパッタリングターゲットの後ろに、且つそれに平行に円錐に配置した複数の円形磁気リングで、各リングが円周、直径並びに前記円錐の中心およびこのターゲットの中心を通る共通中心軸を有し、これらの磁気リングが各々第1および第2磁極並びにそのこれらの極の間に伸び且つ前記リングのこの円周に垂直な極軸を有し;
これらの磁気リングの極軸が、更に:
前記内側磁気リングに関してはその第1極をその第2極より前記軸に近付けて前記円錐に平行に、
前記中間磁気リングに関してはその第2極をその第1極より前記軸に近付けて前記円錐に平行に、および
前記外側磁気リングに関してはその第2極をその第1極より前記軸に近付けて前記円錐に垂直に向けてある磁気リングを含むカソード組立体。 - 請求項13のマグネトロンスパッタリングカソード組立体に於いて、前記磁石組立体が、更に:
前記円錐形スパッタリングターゲットの後ろに、且つそれに平行に円錐に配置した複数の円形磁気リングで、各リングが円周、直径並びに前記円錐の中心および前記ターゲットの中心を通る共通中心軸を有し、これらの磁気リングが各々第1および第2磁極並びにそのこれらの極の間に伸び且つ前記リングの前記円周に垂直な極軸を有する磁気リング;並びに
前記円錐の後ろにあり、前記内側磁気リングの第2極を前記外側磁気リングの第1極と磁気的に相互接続する透磁性材料のヨークを含むカソード組立体。 - 円形内縁および円形外縁によって区切られた内部円錐形スパッタリング面を備える円錐形スパッタリングターゲットを有し且つこの内縁と外縁の間にこのスパッタリング面上に中心線を有するマグネトロンスパッタリングカソード組立体用の磁石組立体であって:
前記円錐形スパッタリングターゲットの後ろに、且つそれに平行に位置すべく円錐に配置した複数の円形磁気リングで、各リングが共通中心軸、円周および直径を有し、これらの磁気リングが各々第1および第2磁極並びにこれらそれぞれの極の間に伸び且つこれらそれぞれの円周に垂直な極軸を有し、前記複数の磁気リングが内側磁気リング、外側磁気リングおよび中間磁気リングを含み、この内側磁気リングの直径が前記中間磁気リングの直径より小さく、その中間磁気リングの直径が前記外側磁気リングの直径より小さく;
これらの磁気リングの極軸が、更に:
前記内側磁気リングに関してはその第1極をその第2極より前記軸に近付けて前記円錐に平行に、
前記中間磁気リングに関してはその第2極をその第1極より前記軸に近付けて前記円錐に平行に、および
前記外側磁気リングに関してはその第2極をその第1極より前記軸に近付けて前記円錐に垂直に向けてある磁気リング;並びに
前記円錐の後ろにあり、前記内側磁気リングの第2極を前記外側磁気リングの第1極と磁気的に相互接続する透磁性材料のヨークを含む磁石組立体。 - スパッタリング方法であって:
処理チェンバ内の真空中に基板を支持体上で支持する工程;
切頭円錐形スパッタリングターゲットを付勢してプラズマを作り、前記プラズマでその環状外部領域によって囲まれる環状内部領域を囲む中心線を有する内部円錐形スパッタリング面から材料をスパッタする工程;
前記スパッタリングターゲットの後ろに切頭円錐形磁石組立体を用意し、それで:
半径方向平面に沿って伸び、前記スパッタリング面の主要部分に跨る第1磁力線を有する第1磁気トンネル、
前記半径方向平面に沿って伸び、前記スパッタリング面の前記環状内側領域を覆う前記第1磁力線を支持するように指向された第2磁力線を有する第2磁気トンネル、並びに
前記半径方向平面に沿って伸び、前記スパッタリング面の前記環状外側領域を覆う前記第1磁力線を支持するように向いた第3磁力線を有する第3磁気トンネルを作る工程を含み;
それによってこの円錐形スパッタリングターゲットを覆う半径方向断面に効果的に平坦な磁束を作る方法。 - 請求項19の方法に於いて:
前記ターゲットが浸食されると、前記ターゲットの前記中心線を越える浸食面でのこの第1磁束が平坦化され、一方前記第2および第3磁気トンネルがそれぞれ前記スパッタリング面の前記内側領域および外側領域の上に現れ、これらの磁気トンネルがプラズマを閉込めて、最初前記中心線で前記内側および外側領域よりターゲット浸食速度が大きいが、ターゲットが浸食されるにつれて、連続して次第に前記中心線でのターゲット浸食速度が前記内側および外側領域のターゲット浸食速度より小さくなるターゲット浸食速度を作る方法。
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