JP4367987B2 - スパッターカソード - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、少なくとも一つの部材から形成された扁平でプレート形状のターゲットと、
該ターゲット後方に配設され柱状部分を備えた凹み状のヨークと、
前記ターゲット面前方で弓状に湾曲する磁力線からなる閉鎖形のトンネルを形成するための磁石と、
前記ターゲットと、該ターゲットに向いた側のヨークの凹み状縁部の端面との間の平面内に設けられる磁性体材料からなる３つの裁断薄板を有しており、
前記２つの裁断薄板は、凹み状縁部と柱状部分の端面の上方領域を覆い、第３の裁断薄板又は第３の部分裁断片グループは、前記支柱部の端面と前記凹み状縁部の端面との間の領域の一部を覆っており、
前記全ての裁断薄板は共に、前記端面にほぼ並行して延在する２つの間隙を形成しているスパッターカソードに関している。
【０００２】
【従来の技術】
この種のタイプのスパッターカソードは、米国特許出願 US 4 865 708 明細書から公知である。この場合一方の側のターゲットと他方の側の磁石ヨークの間で、磁石列の平面内に、すなわちターゲットに近い側の磁石前面の下方に浸透性材料からなるセグメントが配設されている。これはターゲット前方に形成される湾曲した磁力線のトンネルが凹み状に偏向され、それによってターゲットにおける広幅な浸食溝とターゲット定常期間のレベルアップを可能にするためである。
【０００３】
さらにドイツ連邦共和国特許出願 DE 196 22 606.6 明細書からは次のようなスパッターカソードが公知である。すなわちプレート上のターゲットを備えたカソード基体部と、ターゲット後方に配設された磁石ヨークを有するスパッターカソードが公知である。この磁石ヨークは、２つの楕円状又は矩形状の形態を有し、相互に同軸的に、ターゲット面に並行する平面内に密に配設された種々の極性の一連の磁石を備えている。この場合はターゲットと、該ターゲットに向いた側の磁石端面との間に裁断薄板又は相応に形成された磁性体材料からなる部分裁断片が挿入されている。また２つの裁断薄板又は部分裁断片は、フレーム形状を有しており、それぞれ２つの直線状長手部分を相互に接続する弓形の裁断薄板区分が円形に湾曲する、例えば楕円状もしくは放物線状のあるいは不規則なアーチ状のエッジ延在部を有している。そのためそれぞれ２つの隣接するアーチ状の区分から形成される間隙が不規則な広幅延在部を有している。
【０００４】
さらにドイツ連邦共和国特許出願 DE 196 22 607.4 明細書からは次のようなスパッターカソードが公知である。すなわちターゲット後方に配設されたマグネットヨークと、２つの楕円状又は矩形状の構造を備え相互に同軸的にターゲット平面に対して並行する平面内に配設された一連の磁石と、ターゲットと該ターゲットに向いた側の磁石端面との間の平面内に設けられる３つの裁断薄板又は部分裁断片グループとを有しているスパッターカソードが公知である。この場合これらの裁断薄板又は部分裁断片グループのうちの２つは磁石上方の領域を覆っており、さらに残りの第３の裁断薄板又は第３の部分裁断片グループは一連の磁石の間の領域の一部を覆っており、そして全ての裁断薄板は共に一連の磁石に対してほぼ並行に延在する２つの間隙を形成している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、磁石及びセグメントを次のようには配設することである。すなわち一方ではスパッタリング期間中に比較的扁平で特に広幅な浸食溝が形成されかつ可及的に最適なターゲットの取り出しが行われ、他方では２つの並行して延在する磁気トンネルの間の領域が可及的に狭幅に形成されるように配設することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題は本発明により、磁石がそれぞれヨーク底部に含有ないし挿入されており、該磁石の、前記ターゲットに近い側及び遠い側の側面がヨーク底部と面一に終端しているように構成されることによって解決される。
【０００７】
本発明の別の有利な実施例は従属請求項に記載される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１及び図２によるスパッターカソードは、凹み状のカソード基体部２からなっており、この基体部２には同様に凹み状のヨーク３がはめ込まれている。この場合ヨーク３は、ヨーク３内の凹み４を長手方向で分割する柱状部分５を有している。この柱状部分５の長さは、楕円状の冷却路６が矩形状の断面で形成されるように選定されている。また密に整列された一連のサイコロ形永久磁石７,７′が設けられており、これらは次のようにヨーク３の底部に挿入されている。すなわちヨーク３の上方にそれぞれ配置されるターゲット８に近い側及び遠い側の側面が凹み４の基底面ないしヨーク３の背面と面一に終端するように挿入されている。さらにこのターゲット８とヨーク３との間に配設される３つの裁断薄板９,１０,１１が設けられており、これらのうちの相互に同軸的に配置される２つの裁断薄板９,１０は、楕円状のリングとして構成され、中央の薄板は、環状の裁断薄板９,１０に囲繞された帯状の裁断薄板１１として構成されている。
【０００９】
密に整列された一連の磁石７を伴ったヨーク３の上方には、ターゲット８が配設されている。このターゲット８は通常は一連の磁石７側に向いたその下方面にターゲット基底プレートを備えている（但し図には示されていない）。このターゲット下方面ないしターゲット基底プレートと、一連の磁石７，７′の上方面との間には位置される裁断薄板９,１０,１１は、それぞれ複数の個々の部分裁断片で統合されていてもよい。
【００１０】
３つの裁断薄板９,１０,１１はそれらの間に２つの間隙ａ及びｂを挟んでいる。これらの間隙ａ，ｂは、それらの全ての長さを同じ長さに選定してもよく、あるいは狭くしても広くしてもよい。この間隙幅ａないしｂに応じて、磁力線１５,１５′の偏向の強さも変化する。それにより磁力線１５,１５′による密閉的なトンネルが形成される。このトンネルは平面化され、それに伴ってスパッタリングレートも総体的に補償され、ターゲットの使用効率も向上する。
【００１１】
スタンダードマグネトロンカソードは、簡単な磁石装置（２つの磁石列、それらの極性は対向的に配置されている）からなり、そのターゲットにおいて一般的に先細のスパッタリング溝が形成される。この溝は通常は狭ければ狭いほど深くなる。本発明の利点は、ターゲット表面の上方とターゲット内部とで異なった磁界が形成される点にある。ターゲット表面上方の磁界は標準マグネトロンカソードに相応している。それらはターゲット表面にほぼ並行して延在し、ターゲットの一方の側面から出射しもう一方へ入射している。これはいわゆる屋根形磁界である。
【００１２】
ターゲットとヨークとの間に薄板が何も挿入されない従来のカソードとは異なって、本発明による実施形態では、ターゲット８内部に次のような磁界が形成される。すなわち前述したような少なくとも２つの屋根形磁界１６,１７からなる磁界が形成される。それによりターゲット表面に対するプラズマが相互に並んだ複数の部分プラズマに分割される。これにより、これまでのターゲットの各半部の中央領域だけの強化がもはや周縁領域にまでゆきわたるようになる。このことは結果的にターゲットの使用効率の著しいアップにつながる。なぜならスパッタリング溝がそれに伴って、より拡幅されるからである。
【００１３】
問題となる種類のスパッターカソードの構造では、従来構造のスパッターカソードよりも大きな励磁が必要とされる。なぜなら磁束成分の多くはヨークと薄板内に案内され、そのためターゲット表面に亘って案内されなくなるからである。つまり磁束密度全体を高める必要がある。
【００１４】
所要の磁石を内外に（すなわち柱状部分と凹み縁部に）配置するならば、磁石に対して得られる空間は、通常は外径（組み込み寸法）に制限される。その際幾何学的条件に応じて、所要磁石体の組み込みに対しては限られた容積しか使用できない。問題となる方式を適用する際には磁界の分散が、ほとんど間隙ａ，ｂにおける磁力の出射によって定まるので、磁石の実際の位置はここではさほど重要ではない。それにより、相対的磁界経過を大きく変えることなく磁石をヨーク３の底部に集積化することが可能である。このヨーク３の底部では磁石の組み込みに対して比較的多くのスペースが可用である。そのため磁石７,７′は水平方向でヨーク底部に組み込まれる。
【００１５】
磁石質量のさらなるアップは、磁石の組み合わせによって形成することが可能である。これはヨーク内で水平方向にも垂直方向にもあるいはその両方向で（図３参照）集積化させることもできる。すなわち底部に組み込まれる水平方向の磁石に加えてヨーク凹み１９の周辺縁部にさらなる磁石１８,１８′が設けられてもよい。
【００１６】
また本発明によるカソードでは、凹み状のヨーク３の縁部１４と柱状部分５には必ずしも磁石の必要はないので、この領域は特に狭幅に構成することが可能である。このことはターゲット使用効率の向上につながる。
【００１７】
さらに前述したタイプのカソードでは、磁石自体の水との接触なしでも磁石の水冷が比較的簡単に実施可能である（図４参照）。ここでは冷却路６内を流れる冷却媒体から磁石７,７′を保護するために、これらの磁石７,７′が密閉された楕円状の耐蝕性材料からなる保護薄板２０,２０′によって覆われている。この場合これらの薄板２０,２０′は凹み底部３に接着か又はろうづけないしは溶接されている。また図４による実施形態ではこれらの磁石７,７′の外面も保護薄板２１によって覆われており、それにより外部からの影響に対しても保護されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】 カソード半部の透視図である。
【図２】 凹み状のヨーク底部に一連の磁石が組み込まれている図１によるカソードの断面図である。
【図３】 図１及び図２による実施形態に対して付加的に磁石が凹み縁部に配置されているカソードの断面図である。
【図４】 図１及び図２による実施形態に対して付加的に磁石の腐食を防ぐ保護薄板が設けられているカソードの断面図である。
【符号の説明】
２ カソード基体部
３ ヨーク
４ 凹み
５ 柱状部分
６ 冷却路
７,７′ 永久磁石
８ ターゲット
９,９′,１０,１０′,１１ 裁断薄板
１２,１３ 端面
１４ 凹み縁部
１５,１５′ 磁力線
１９ ヨーク
２０,２１ 保護薄板

Claims (6)

1. 少なくとも一つの部材から形成された扁平でプレート形状のターゲット（８）と、
   前記ターゲット（８）後方に当該ターゲットから間隔をおいて配置された柱状部分（５）と端面を備えた凹み縁部を有する凹み状のヨーク（３）と、
   前記ターゲット（８）の正面に弓状に湾曲する磁力線（１５,１５′）からなる閉鎖形のトンネルを形成するために前記ヨーク内に設けられている複数の磁石（７,７′）と、
   前記ターゲット（８）と、該ターゲットに向いた側のヨーク（３）の凹み縁部の端面との間の平面内に設けられる磁性体材料からなる３つの裁断薄板（９,１０,１１）を有しているスパッターカソードにおいて、
   前記２つの裁断薄板（９,１１）が、前記凹み縁部と柱状部分（５）の端面（１２,１３）の上方領域を覆い、第３の裁断薄板（１０）は、前記柱状部分（５）の端面（１３）と前記凹み縁部の端面（１２）との間の領域の一部を覆っており、
   前記全ての裁断薄板（９,１０,１１）は共に、前記凹み縁部と柱状部分の端面（１２,１３）にほぼ並行して延在する２つの間隙（ａ，ｂ）を形成しており、
   前記複数の磁石（７,７′）は、それぞれ前記ヨークの底部に挿入されており、さらに前記磁石（７,７′）の、前記ターゲット（８）に向いた側の面と、それとは反対方向に向いた側の面が前記ヨークの底部と面一に終端していることを特徴とするスパッターカソード。
2. 凹み状のヨーク（３）の底部に挿入された磁石（７,７′）がプレート又はシート（２０,２０′ないし２１）によって覆われており、該プレート又はシートの縁部は、ヨーク（３）の底面に固定されている、請求項１記載のスパッターカソード。
3. 少なくとも一つの部材から形成された扁平でプレート形状のターゲット（８）と、
   前記ターゲット（８）後方に当該ターゲットから間隔をおいて配置された柱状部分（５）と端面を備えた凹み縁部を有する凹み状のヨーク（３）と、
   前記ターゲット（８）の正面に弓状に湾曲する磁力線（１５,１５′）からなる閉鎖形のトンネルを形成するために前記ヨーク内に設けられている複数の磁石（７,７′）と、
   前記ターゲット（８）と、該ターゲットに向いた側のヨーク（３）の凹み縁部の端面との間の平面内に設けられる磁性体材料からなる３つの裁断薄板（９,１０,１１）を有しているスパッターカソードにおいて、
   前記２つの裁断薄板（９,１１）が、前記凹み縁部と柱状部分（５）の端面（１２,１３）の上方領域を覆い、第３の裁断薄板（１０）は、前記柱状部分（５）の端面（１３）と前記凹み縁部の端面（１２）との間の領域の一部を覆っており、
   前記全ての裁断薄板（９,１０,１１）は共に、前記端面（１２,１３）にほぼ並行して延在する２つの間隙（ａ，ｂ）を形成しており、
   前記複数の磁石（７,７′）は、それぞれ前記ヨークの底部に挿入されており、前記磁石（７,７′）の、前記ターゲット（８）に向いた側の面と、それとは反対方向に向いた側の面が前記ヨークの底部と面一に終端しており、さらに
   前記ヨーク（３）の底部に挿入されている磁石（７,７′）に対して付加的にさらなる一連の永久磁石（１８,１８′）が、前記凹み状のヨーク（３）の周縁部分における前記ターゲット（８）に向いた側の端面に設けられており、前記さらなる磁石（１８,１８′）を伴う周縁部分の高さは、前記柱状部分（５）の高さに相応していることを特徴とする、スパッターカソード。
4. 前記金属性シートは、前記ヨークに接着又は蝋付け又は溶接によって接続されている、請求項１〜３いずれか１項記載のスパッターカソード。
5. 前記複数の磁石は、前記ヨーク内を流れる冷却水によって冷却される、請求項１から３いずれか１項記載のスパッターカソード。
6. 前記凹み縁部にさらに付加的に複数の磁石が含まれている、請求項１から３いずれか１項記載のスパッターカソード。

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