JP5493196B2 - プラズマ密度またはその分布の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、マグネトロンソースのターゲット配列の全体に渡るプラズマ密度とその分布の制御方法、被膜したワークピースの製造方法ならびにマグネトロンソースに関する。

（定義）
ここに言うマグネトロンソースとは、放電がＤＣ、ＡＣまたは混合して、ＡＣおよびＤＣまたは脈動ＤＣによって駆動されるスパッタリングソースのことであり、その際にＡＣは高周波領域まで理解されている。このソースは、常法により、たとえばアルゴンのような作業ガスを入れた真空中で数ｍｂａｒから１０^-3ｍｂａｒの圧力で駆動される。反応プロセスのために、公知の方法で反応性の添加ガスを混合させてもよい。

ターゲット配列のスパッタ面の全体に渡って、マグネトロンソースでトンネル状の磁界が作られ、この磁界が被散乱面、つまりスパッタ面を上から見たとき、閉ループを形成する。ターゲット配列横断面方向に見たとき、少なくとも磁界の一部がスパッタ面から流出し、前記スパッタ面の中へ再び流入する。トンネルアーチ状。ターゲット面とも呼ばれる散乱面は、散乱過程のために正イオンをターゲット面へ加速させなければならないので、プラズマ放電区間の電極、カソードを形成する。この電極は、分割することもでき、その部分は個別的に給電することもできる。

従って、トンネル状の磁界のループの領域には、本質的にトンネル磁界の方へ曲げられた電界が支配する。この電界は、トンネル状の電子トラップと、本質的にトンネル状の磁界のループの内部および前記ループに沿って循環する顕著な電子流とを生じる。この電子流は、前記のループ状に循環するトンネル状の磁界の領域に前記磁界ループのさらに外方のプラズマ密度と比較して顕著なプラズマ密度の増大を生ぜしめる。

それによって、当業界において「レース・トラック」（“ｒａｃｅ ｔｒａｃｋ”）と呼ばれる、循環する電子流に沿って本質的に増大したスパッタリング速度が生じ、これがスパッタ面に、すなわちトンネル状に循環する磁界の基部で徐々に形成される侵食凹部をもたらす。

この増加しながら形成される侵食凹部は、基本的なマグネトロンソースの大きな長所と並んで
・被膜基板の被膜均質性
・ターゲット材料の利用率
に負の影響も及ぼす。

この欠点を少なくとも部分的に阻止するために、トンネル状にループの中で循環する磁界の全部または大部分をターゲット配列もしくはそのスパッタ面に対して移動させること、特に周期的に移動させることが知られている。それによって、斜線部のスパッタ面領域に沿って“ｒａｃｅ ｔｒａｃｋ”電子流作用の時間的分布が達成される。

常法により、ループしたトンネル状に循環する磁界が強い永久磁石の配列によってターゲット配列の下側で実現されることを考慮すると、一方で前記磁界のシフトのためにターゲット配列の下側で機械的に移動される既存の永久磁石配列が、様々な侵食プロフィール分布を実現するために、比較的多額の費用でのみ幾何学的に変更することができ、かつ、スパッタリング駆動においてこの永久磁石配列の前記分布もしくは形状の変化が殆ど不可能であることが識別できる。

本発明は、ターゲット配列のスパッタ面全体のプラズマ密度もしくはプラズマ密度分布を別様にまたは付加的に制御することができ、その際に前記制御を被膜プロセス中でも実施できる課題を目標とする。

これは、冒頭に述べた形式の方法において、局在的に、すなわちトンネル状の磁界の循環するループの制限された部分区間に沿って、前記磁界および／または電界を制御しながら変化させることによって達成される。第２の解決アプローチにおいて、設定した課題は、トンネル状の磁界に基本的に制御磁界を重畳させることによって解決される。つまり、第１のアプローチのもとに、対応する場が局在的に変化され、第２のアプローチのもとに付加的な磁界がトンネル状の磁界に重畳される。

米国特許第５５１２１５０号明細書からマグネトロンスパッタリングソースが公知であり、この場合はターゲット配列の全体のトンネル状の磁界がその半径方向の拡張に対して変化させることができる。そのために、前記ターゲット配列の下側に、鍋状に電流方向の逆転によって極性変更される電磁石が配列されている。この電磁石は、自体トンネル状の磁界を作る。従って、前記電磁石は非常に強くなければならず、これが対応する熱発生を伴う大容量のコイルに導く。

この公知の方式の欠点は、本発明によれば両方のアプローチのもとに回避される。

本発明により、電界および／またはトンネル状の磁界の局在的な変化によってのみ電子トラップが多少妨害されることが知られており、これがそれぞれ選択した動作点と駆動した変化とに応じて全電子トラップに沿ってプラズマ密度の増加または減少に導く。

電子トラップの平均円周に関しては、平面図で、その場合の前記局在的な介入が最大１／３周長の円周領域で、有利には最大１／４周長の領域で実現され、好ましくは本質的により短くなる領域で実現される。

トンネル状の磁界がスパッタ面から流出し、前記スパッタ面に再び流入する極領域の平均極距離ｄを基準にして、「局在的」な領域の有利な長さｌ_Bが生じ、この長さで有利には０＜ｌ_B≦４ｄ、有利には０＜ｌ_B≦２ｄ、特に０＜ｌ_B≦ｄで介入される。

以下に「局在的」に言及する場合、特に考察した介入領域における平均で、平均ループ周長および／または平均極距離との前記幾何学的関係によることが有利である。

本発明の第２のアプローチのもとに強制的に局在的ではなく、磁界の中へアノードが介入する質量が制御しながら変化されるように、トンネル状の磁界に制御磁界が重畳するときでも、制御しながら電子トラップの作用と循環する電子流とに影響が生じ、それによって全体に循環するループに沿ってプラズマ密度とスパッタリング速度とに影響が生じる。

有利な一実施形態において、本発明の前記第１のアプローチによってもトンネル状の磁界および／または電界を局在的に制御しながら、前記質量が変化されるように変化される。

本発明の第１のアプローチにより局在的にのみ磁界および／または電界に介入されるため、トンネル状の磁界および／または電界をその各発生器自体への制御介入によっても、つまり重畳なしに変化させることも充分可能である。

本発明の第２のアプローチにしたがって、循環するトンネル状の磁界に制御磁界が重畳される場合、これは有利な一実施形態においてトンネル状の磁界のループの少なくとも大部分に沿って行われる。重畳磁界は、有利には本質的にターゲットスパッタ面に対して垂直になり、別の有利な実施形態においては，本質的に均質に、すなわち局所的に一定の磁界強度分布で印加される。しかし、前記の重畳磁界を局在的に異なる強さで形成し、および／または異なる強さで制御しながら可変することも充分可能である。

第１および第２のアプローチは、組み合せても充分に実現することができる。

循環する電子流の変化は、補助図によれば、該当する放電ゾーンもしくはループのプラズマインピーダンスの変化とみなすこともできる。

ソース駆動においてターゲット配列に１以上の電子トラップが各磁界ループと共に設けられている場合、これは各々トンネル磁界ループに組み込まれたプラズマインピーダンスの平行回路とみなすことができる。そこから、今や別の非常に好ましい本発明の効果が生じる。本発明による制御−前記観点の一つまたは前記の両方の観点により−電子トラップの少なくとも１つが使用される場合、これがインピーダンス平行回路のインピーダンスの制御として作用し、そこから平行インピーダンスに対する電流分布の制御が生じる。その結果、所定のループもしくは電子トラップでのプラズマ密度、スパッタリング出力およびスパッタリング速度の制御および対応する分布変化が生じる。その場合、考察した少なくとも２つの電子トラップにおいて一方の電子トラップを他方の電子トラップの内部に、または両電子トラップを並置することができる。

以下、格段に有利な実施形態において、少なくとも１つの電子トラップがそのトンネル状の磁界のループと共にターゲット配列もしくはそのスパッタ面の全体に渡る駆動によって、これがたとえば往復動であれ、あるいは連続的な循環運動であれ、好ましくは制御され、好ましくは周期的に移動される。

特に第１の観点−局在的な制御変化の応用−のもとに、この変化により電子トラップのループの形状が制御されて変化され、有利には周期的にまたは別の時間プログラムにしたがって変化され、またはこの電子トラップが−これは第２の観点のもとに制御されて、好ましくは周期的にまたは別の時間プログラムにしたがって、そのスイッチオフおよびスイッチオンまで減衰もしくは増幅される。

本発明による制御は、不連続的なステップでまたは連続的に行うことができる。前記の２制御量、つまり磁界と電界が同時に使用されるときは、不連続的制御と連続的制御とを必要がある場合に組み合せることもできる。

特に本発明の第１の解決アプローチによる有利な実施形態において、磁界の制御変化のために制御可能の電磁石配列および／または機械的に制御されて移動可能の永久磁石配列および／または強磁性シャント配列が使用され、必要がある場合はそれらを組み合せて使用される。

さらに、１またはそれ以上のスパッタ面の全体に渡る駆動によってシフトもしくは移動した電子トラップの場合を考察すると、制御する電磁石配列および／または永久磁石配列および／またはシャント配列が１または複数の電子トラップとともに移動されることによって有利な実施形態が生じる。必要な給電は、たとえばスリップリングを介して実現することができる。これは特に低い必要駆動出力を考慮して行われる。

特に本発明の第２のアプローチのもとに、すなわち強制的に局在的にのみではなく、有利には本質的な領域に渡ってループ状に循環するトンネル磁界において、この磁界に制御磁界が重畳される場合、重畳された制御磁界が好ましくは耐ソース性に設けられる。

本発明は、さらに被膜ワークピースのための製造方法に関する。本発明によるマグネトロンスパッタリングソースは、基本的な課題の解決のための有利な実施形態を特徴とする。この場合にも、複数の方式は組み合せて使用することもできる。

本発明によるスパッタリング被膜チャンバもしくは真空処理設備により、本発明による方式に基づき、非常に好ましい真空処理を、常に本発明によるマグネトロンスパッタリングを包含して実施することができ、その際好適な層厚分布を有する基板および／または層組成の分布が生じ、これらの実現は従来本質的に費用のかかる方式でのみ可能であった。

ここで強調しておくべきことは、本発明による方法、製造方法、マグネトロンスパッタリングソース、真空処理チャンバおよび真空処理設備が当然ながら反応性の被膜法の枠内でも使用できることであり、前記被膜法においては、ターゲット配列からスパッタリングされた材料が被膜材料として各基板上または複数の基板上に置かれるプラズマ活性反応ガスと化合する。

本発明は、以下、例として図面を利用して説明する。
図１に、概略的にかつ学術的な厳密さを要求せずに、本発明を実現する際の関係をその第１アプローチのもとに示している。ターゲット配列３のスパッタ面１の全体に渡り、ここでより詳しく説明しない方法で、たとえば２つの冠状体と共に配列された永久磁石のターゲット配列３の下側でスパッタ面１の全体に渡り閉ループ５の中で循環するトンネル状の磁界Ｈが作られる。

ループ５のゾーンの中で、さらに磁界Ｈと直交する電界Ｅが、カソードとしてのターゲット配列と公知の方法で設けた（図示しない）放電アノードとの間に構成されている。この電磁界条件に基づき、本質的に磁界ループ５の中で循環し、本質的に前記トンネル状の磁界から離れたプラズマ放電電流より大きい相当な電子流Ｉ _e を生ぜしめる効率的な電子トラップが形成される。この場所で支配する高い電子流密度に基づき、そこに高いプラズマ密度と、増加した局在的スパッタリング速度と、最終的にスパッタ面１の中にスパッタ侵食凹部７とが生じる。

本発明の前記第１のアプローチのもとに、ここで局在的な、領域Ｂ₁で、磁界ループ５に沿って当該箇所で支配するトンネル状の磁界Ｈが制御しながら妨害され、もしくは変化され、±Δ_SＨ、および／または前記トンネル状の磁界が電界Ｅを制御しながら、かつ、局在的に、領域Ｂ₂に±Δ_SＥで示したように妨害もしくは変化される。前記の２制御量は、個別的にまたは組み合せて、分離した領域Ｂ₁およびＢ₂にまたは同じ領域Ｂ₁₂に使用することができる。この局在的な介入によって、電子トラップの作用が全循環ループに渡って強く妨害され、もしくは変化される。

図１によりループ５の全平均周長Ｕを考察し、それらのうち５_Uで一部を図１にプロットしているが、前記全平均周長が本質的に凹部７の周長に相当するとき、領域Ｂ₁もしくはＢ₂の長さｌ_Bについて、ｌ_B≦１／３Ｕ、好ましくはｌ_B≦１／４Ｕ、有利には本質的により小さいことを明言することができる。

本質的にトンネル状の磁界Ｈを形成する磁極（図２参照）の距離に相当する平均極距離ｄを基準として、ｌ_Bについて、好ましくは：０＜ｌ_B≦４ｄ、有利には０＜ｌ_B≦２ｄ、特に０＜ｌ_B≦ｄが当てはまる。

前記第１の発明アプローチのさらなる考察において、図２、図３および図４に概略的に、磁界Ｈを局在的に図１による領域Ｂ₁で制御しながら変化する可能性を示している。

図２に、簡略に図示して、ループ状に循環するトンネル磁界Ｈを有する図１の配列の部分横断面図を示している。図１と同じ符号を使用する。磁界Ｈは、ここでスパッタ面１の下側にターゲット配列３の中またはその下側に設けた、本質的に磁界ループ５のように循環する磁石９ａもしくは９ｂの冠状体によって作られ、他方、磁界Ｈが永久磁石によって作られ、図２により図示した領域Ｂ₂で少なくとも１つの磁界発生磁石９ａが制御されて変化可能に形成されている。これは、電磁石配列の局在的設置によって実現することができ、またはその運動が、たとえばその作用強度または極性方向を領域Ｂ₁の横に配設した考察した冠状体の「主」磁石との関係で変化することを可能にする制御移動可能の永久磁石を有する局在的な配列によって実現することができる。別の可能性については、図４との関連で詳述する。

従って、図２により本発明で図１に従って使用した磁界変化±Δ_SＨを局在的にＨ磁界発生磁石配列自体によって実現することができる。

図３に、図２と類似の表示方法で、本発明の別の実現形態をその第１のアプローチのもとに示しており、この場合では再び局在的に領域Ｂ₁（図１）で磁界Ｈが制御されて変化される。図２との横断比較によって難なく明らかになるように、この場合はループ状に循環するトンネル磁界Ｈを発生する磁石配列９ａ’および９ｂが本発明による制御で変化されず、局在的にもう１つの磁石配列、たとえば駆動可能の磁石９ｃが設けられており、この磁石が磁界Ｈに重畳した磁界を作る。重畳した制御磁界とこの不変の磁界Ｈの重畳した結果が、再び本発明により領域Ｂ₁で使用した磁界変化±Δ_SＨをもたらす。この磁石配列９ｃは、再び電磁石配列および／または機械的に制御されて移動した永久磁石配列によって実現することができるが、その際図２記載の実施形態との比較でこの磁石配列はいずれにせよ制御磁界のみを作らなければならず、そのため図２よりも本質的に弱く形成することができる。

図４に、図２および図３と類似に表示して、トンネル状の磁界Ｈを本発明により変化する別の変形を示している。そのために、一緒になって磁界Ｈを作る磁石９ａ’もしくは９ｂが図３により制御されて多少磁気的に分路される。例えば、および図４により、バー状の強磁性シャント要素が機械的に制御されて駆動されて作用に持ち込まれ、もしくは作用から外される。それに対して、たとえばバー状の強磁性シャント要素９ｄが図示したフル−シャント位置からそれと斜交する「シャント−オフ」位置へ回転される。

ここで、引き続き本発明の第１のアプローチのもとに本発明に従いながら、しかし本発明により制御されて、局在的に変化した電界Ｅにおける以下の図５に概略的に表わした実現可能性に取り組むことにする。

図５では、つまり図２〜図４と類似の表示により、トンネル状の磁界Ｈが変化されない。その代わりに、図１による領域Ｂ₂に、好ましくはＵもしくはｄに関して上記のように配分して、電界Ｅがカソードスパッタ面１で局在的に変化される。そのために、Ｓで示したように領域Ｂ₂で非強磁性材料からなるアノード１がトンネル状の磁界Ｈの中へ挿入もしくは戻される。そのために、領域Ｂ₂でアノード１１がモータ制御された部分アノード１１ａとして形成されている。機械的な移動性に付加して、またはその代わりに、アノード部１１ａは、これを調節可能のソース１１ｂで示したように、制御されて変化可能の電位を印加することができる。

アノード部は、機械的に移動した部分１１ａと同様に、前記アノード部が様々に制御された質量でこの磁界の中へ介入するように磁界Ｈと相対的に作用に持ち込まれる場合、−非常に敏感に−電子トラップが急激に妨害されて、ループ電流が前記アノード部の全体に渡って流れる。これは、磁界Ｈ（図２〜図４）の制御された変化によってアノード部近傍の電子トラップの磁界Ｈが前記電子トラップに対して変形される場合、またはこれが（図５）アノード部の制御作用によって行われる場合、あるいはまた、第２のアプローチによる方式において、アノード近傍の電子トラヅプが制御された全部または部分区間で放電アノードまたはアノード部から切り取られる場合にも行われる。

この効果の利用は、特に電子トラップのスイッチオン／スイッチオフに適している。逆に見れば、それによって特にアノード部近傍の電子トラップが、本発明によりスイッチオン／スイッチオフしながら駆動されるために適している。アノード部遠位の電子トラップは、それに対してむしろ局在的な磁界変化によるその常時のまたは切り換えられた形状変化に対する本発明による駆動に適している。

図６に、図１の表示と類似の表示で、本発明による方式を第２のアプローチに従いながら示されている。すでに図１に示して、説明した量については、同じ符号を使用している。それによれば、もはや局在的ではなく、本質的な領域に渡って、つまりループ状に循環するトンネル状の磁界Ｈの全領域に渡って、したがって有利には全ループ５に沿って、前記磁界Ｈに制御磁界Ｈ_Sが重畳され、±Δ_S'Ｈで表わしたように調節可能に制御される。この磁界は必ずしも無くてもよいが、有利には本質的にスパッタ面１と垂直に構成され、必ずしも無くてもよいが、付加的に、有利には均質に、すなわち一定の磁界強度で印加される。

図６により、制御磁界Ｈ_Sはループ状に循環するトンネル磁界Ｈの変化に対して責任があり、前記トンネル状の磁界の本来の形成には責任がないために、この制御磁界Ｈ_Sを作る磁石（図示せず）は、たとえば米国特許第５５１２１５０号明細書による方式において必要であるよりも本質的に弱く形成することができる。

図６に、アノード部１１ｃを概略的に示している。磁界Ｈ_Sの作用によって、電子トラップが全部または部分区間で多少強くアノード部１１ｃ−ループ５の区間でまたは前記ループの全円周で、つまりたとえば常法により設けられているソースの放電アノード−によって切り取られ、それによって電子トラップ作用が充分に妨害される。

特に有利な一実施形態において、−ソースアノードを利用するために−図６による方式がループ状に循環する磁界Ｈを有する電子トラップに使用され、これがスパッタ面１で最外側に、周辺領域に局在的化されている。その場合は、制御磁界Ｈ_Sが、後述するように、好ましくは周辺を循環するヘルムホルツ−コイルを利用して構成される。

図７に、再び概略的に、本発明によるマグネトロンソースもしくは本発明により制御されたマグネトロンソースの平面図を示している。単離されて、たとえばソースフレーム４の中にアノードで取り付けられているターゲット配列３の下側に、逆極に配列された永久磁石冠状体９_iおよび９_auを有する磁石配列９が設けられており、本質的にスパッタ面１に対して垂直に向けられた個別的永久磁石１０の極性で設けられている。永久磁石１０の磁気双極子の例としての向きは、Ｄ_9iならびにＤ_9auで示している。

永久磁石冠状体９_iおよび９_auは、循環するトンネル状の磁界Ｈのループ５を作る。図１を利用して説明した本発明の第１のアプローチにしたがって、この場合正確に図３記載のアプローチにしたがって、磁気双極子Ｄ_Sを作る制御磁石配列９ｃが設けられている。この双極子Ｄ_Sを作る磁石配列９ｃは、本実施例において、制御されて機械的に移動した永久磁石配列として形成されており、特に有利におよびωで表したように、軸Ａ周りに磁石冠状体９_i、９_auによって緊張された平面Ｆ₉に対して本質的に平行にモータで駆動されて回転される。その場合、軸Ａはさらに有利な実施形態において、および後述するように、非常に好ましく、本質的にそこでトンネル状の磁界Ｈの投影面で平面Ｆ₉上におかれる。双極子Ｄ_Sの制御回転によって、図３の磁石配列９ｃの調整と類似に、前記双極子の逆転方向に至るまで、局在的に、領域Ｂ₁で当該箇所に支配する磁界Ｈを±Δ_SＨ分だけ制御しながら変化される。上述のように、それによって電子トラップと、トンネル状の磁界Ｈのループ５の中のスパッタ面１の全体に渡って循環し、図１による電子流Ｉ_eとが動作点から出発して、たとえばＤ_Sで無効に向けられ、多少妨害され、それによってプラズマインピーダンスと一定の給電時にプラズマ密度とが考察したループ５の中で変化される。前調節された、ソースの固定アノード／カソード電圧で、対応する双極子Ｄ_Sの割当てとその制御方向とによって、プラズマ放電を前記ループ５の中で急激に妨害することができる。図示したようにアノード近傍の電子トラップでは、実質的に電子トラップ作用のスイッチオン／スイッチオフが行われる。

図７によりターゲット配列３ならびに磁石冠状体９_iおよび９_auが円形に形成されているにもかかわらず、図８に示したように、難なく四角形またはさらに別に成形されたターゲット配列３および対応して成形された磁石冠状体を設け、その場合本発明により、たとえば図７による上記説明による制御を行うことも可能である。

図９に、引き続き概略的に、図７を利用して説明した制御磁石配列９ｃの現在有利な実現形態を示している。磁石冠状体９_auおよび９_iが組み付けられており、回転軸Ａ周りに駆動されて回動でき、上記のように磁界Ｈに向けられた支持板１７上に、双極子Ｄ_Sで極性化されたマグネットシリンダ１９が旋回支承されている。前記マグネットシリンダの駆動は、制御されて駆動磁界Ｈ_Aを作る駆動コイル２１を介して行われる。磁界Ｈに対するマグネットシリンダ１９、その双極子Ｄ_Sの相対位置に基づき、この強い磁界Ｈにもかかわらずシリンダ１９が非常に少ない回転モーメントの克服によって回転することができ、それによりコイル２１で極く小さい駆動磁界Ｈλが作られる。この磁界もしくは磁石の前記配列および極性化により、磁界Ｈがシリンダ１９の回動と、安定した最終位置の順守とを支援する。マグネットシリンダ１９が決して駆動磁界Ｈ_Aに対して回転モーメント中立位置へ旋回しないことを保証するために−これを図１０に概略的に表したように−有利にはマグネットシリンダ１９の回動がばね付勢式に予緊張され、これがマグネットシリンダ１９を連続的に任意の双極子角度位置へ動かし、このようにして常にもしくは連続的に本発明による制御を行うことも可能にする。これは、特にアノード遠位の電子トラップで使用される。電子トラップのもしくは電子トラップで制御された変形および／または常時の作用変化が行われる。

図１０により、たとえば支持板１７とマグネットシリンダ１９との間に作用する、たとえばばね機構２３、たとえば渦巻ばねが軸Ａ上に設けられる。

図７に、永久磁石冠状体９_iおよび９_auが円形状にかつターゲット配列３に対して固定された実施形態を示している。

しかし、すでに導入部で説明したように、磁石冠状体をターゲット配列３の下側で全ユニットとして移動させると共に、電子トラップもしくはトンネル状の磁界Ｈのループ５をスパッタ面１の全体に渡る駆動時にシフトすることが知られている。これは、常法により往復もしくは循環または回転しながら制御された運動で実現される。ただし、この場合には、難なく分かるように、磁石冠状体が９_i、９_auにしたがってもはや図７に示したように円形に形成されず、もしくはもはやターゲット配列３の中心Ｚと同心的に形成されていない。むしろ、前記磁石冠状体はこの場合に常法により楕円形、ハート形または腎臓形に形成される。従って、前記実施形態において、トンネル状の磁界Ｈのループ５の場所はスパッタ面１の全体に渡ってシフトされる。特に大型の、四角形のターゲットのような別の構造形状が知られており、この場合には、往復しながら駆動されるマグネットローラがトンネル状の磁界Ｈのアペックスまたはローエンドを往復運動で往復してシフトすることによって、最大のプラズマ密度の場所の往復シフトが行われる。上記の全ての構造形状において、本発明による付加的な制御を使用することができる。

図１１（ａ）、（ｂ）に、平面図で、外部の永久磁石冠状体９_auで、やや腎臓形の、かつ、円形のターゲット配列３の中心Ｚに対して偏心して、ならびに内部の磁石冠状体９_iで、顕著な腎臓形および中心Ｚを外側に置いて循環する本発明によるマグネトロンソースを示している。領域Ｂ₁に、本発明により図３にしたがって作動する制御磁石配列が設けられており（図示せず）、有利には図７〜図１０を利用して説明したように形成されている。トンネル状の磁界Ｈのループ５の中で生じるより高いプラズマ密度の「チューブ」は、図１１の両方の考察から生じるように、本発明による制御を利用して領域Ｂ₁で前記チューブの形状に対して（ａ）および（ｂ）により、Ωで表したように、中心Ｚ周りに回転する磁石冠状体配列および制御磁石配列で制御変更される。駆動領域Ｂ₁が放電アノード（図示せず）から遠位にあるため、この場合は難なく常時制御変更することができる。これは、以下の図１２についても当てはまる。

図１２（ａ）および（ｂ）に、もう１つの本発明により制御変更したソース構成が図１１（ａ）および（ｂ）と類似に表されており、図１３、１４、１５および１６で、ソースのそれぞれの駆動に応じて図１１もしくは１３により、もしくは目標厚さに標準化して、それぞれ平面の被膜基板で駆動された層厚分布が達成されている。

図１１および図１２による実施形態において、それぞれの電子トラップがアノードで駆動された部分から離れている領域Ｂ₁で局在的に変化される。従って、電子トラップ作用自体の変化がより少なくなり、電子トラップが変形される。

時間的に制御された、たとえば時間制御プログラムによる電子トラップの変形によって、スパッタ面での散乱分布を付加的に最適化することができる。

特にトンネル状の磁界のループ５がスパッタ面の全体に渡って移動しない場合、制御永久磁石配列の代わりに、または機械的に制御しながら移動した制御永久磁石配列に補足して、図１７に示したように、ターゲット配列３の下側でトンネル状の磁界Ｈを本発明により変化させるために、電磁石配列１９ａが局在的に設けられている。

特にトンネル状の磁界のループ５がスパッタ面１全体に渡って固定されている場合、図１８に概略的に示した実施変形態様も本発明の第１のアプローチのもとにその実現に適している。スパッタ面１を有するターゲット配列３は、電気的に絶縁され、アノードリング３０によって取り囲まれている。アノードリング３０とスパッタ面１との間に、カソード面として、たとえば図１にプロットした電界Ｅが生じる。図１による領域Ｂ₂においても、制御アノード３２が設けられている。可能性切換装置３４で概略を示したように、制御アノード３２は機械的に磁界ループ５に対してもしくはその中へ進入もしくは巻戻され−ｑ−および／または固定して制御ソース３６により可変制御電位φ_sに印加される。それによって、図５に概略を示した実施形態が実現される。

この方式は、必要がある場合は−シフト時に生じる−局在的な磁界Ｈの変化と組み合せて、特にターゲット配列（図示せず）の中心領域Ｚで制御電極を図１８の制御電極３２と類似に組み込むことができる場合にも、スパッタ面１に対して駆動中に移動したトンネル状の磁界Ｈのループ５で使用することができる。

図１９に、図６を利用して上述した本発明の第２のアプローチによる実施変形態様を示している。これは、例示だけのマグネトロンソースであり、これによりトンネル状の磁界Ｈのループ５が、永久磁石冠状体９_auと９_iの間に組み込まれて、ターゲット配列３の中心Ｚ周りに駆動中に駆動装置Ｍで概略的に示したように、制御駆動されて移動される。すでに図６を利用して説明した、トンネル状の磁界Ｈに重畳した制御磁界Ｈ_Sは、たとえばソースに固定して周辺に設けたヘルムホルツ−コイル３８によって作られる。この磁界Ｈ_Sにより、トンネルの拡張を制御することができ、対応する配列によってアノード（３０の斜線）に対して前記配列の中へ引き込むことができ、これがさらに所望の充分な電子トラップ作用の妨害効果を生じる。

図２０に、トンネル状の磁界Ｈ_aおよびＨ_iの２ループ５_a、５_iを実現するために平面図で永久磁石冠状体９_au、９_m、９_iを示している。この永久磁石冠状体は−Ωで示したように−ここに例示したソースに円板として形成されたターゲット配列３の中心Ｚ周りに回転される。領域Ｂ_1aおよび／またはＢ_1iには、制御磁石配列９_caもしくは９_ciが図３と類似に設けられており、有利には図７ないし図１０を利用して説明したように構成されている。図２１（ａ）および（ｂ）に、図２０による制御磁石配列９_caの作用を示している。この配列９_caによって外部の電子トラップがアノード近傍の領域で妨害される場合（図（ａ）から図（ｂ）へ移行）、その中でプラズマインピーダンスの相当な増大が生じる。放電電流は、ループ５_iを有する内部の電子トラップへ切り替える（ｋｏｍｕｔｉｅｒｔ）。それにより、本発明による方式でプラズマ密度もしくはプラズマ分布がトンネル状の磁界のループ５に対応するリングゾーンで制御されるのみならず、２つおよびそれ以上の前記のようなループ５_i、５_aの間のプラズマ密度の分布も制御される。

図２２に、図２１の表示と類似に表示して、たとえばトンネル状の磁界の２つの設けたループ５₁、５₂が図２１のように互いに内側ではなく、どのように並設することができ、かつ、制御磁石配列９_c1および／または９_c2の設置によって、例としてのみ斜線で暗示したように、どのようにプラズマ密度分布を両方のループ５₁および５₂の間で変化させることができるかを示している。

図２３（ａ）、（ｂ）に、図６ならびに図１９を利用して説明した本発明の実施形態の作用をその第２のアプローチのもとに示している。この場合、２つの同心的なトンネル状の磁界のループ５_a、５_iが実現されている。図６による重畳した磁界±Δ_S'Ｈの駆動によって、有利には図１９を利用して説明したヘルムホルツ−コイル配列３８を利用して（図２３（ａ）から図２３（ｂ）へ移行）、外側のループ５_aが半径方向外方へアノードの中へ拡張されると共に、電子トラップを併せて形成する磁界Ｈが拡張される。外側のループ５_aがアノード（図示せず）からターゲット配列３の周辺で徐々に切り取られ、電極が徐々にプラズマ放電区間の周辺アノードで引き抜かれるため、当該箇所のプラズマ放電が消弧する。前記切替によってここで増大したプラズマ密度もしくはプラズマ放電出力の内部のループ５_iもしくは内部の電子トラップが残留する。これはスパッタリングゾーンの延長と、それによる被膜速度の分布とを生ぜしめる。その結果、この場合にもスパッタリング速度分布をスパッタ面の全体に渡り制御して調節することができる。

図２０に、実用的な実施例で、前記基準量「平均円周」５ｕと、局在的な極領域距離ｄ_xとを点線で表した。

平均の周長５ｕは、一緒になって電子トラップを同時に定義する永久磁石冠状体９_au／９_mもしくは９_m／９_iの平均長さから生じ、他方、平均極領域距離は、永久磁石冠状体が少なくとも近似的に平行に延びる領域Ｂ_mで平均した、極領域距離ｄ_xの平均から生じる。

ここで、本発明のもう１つの最大の明確な効果が明らかである。
本発明によるマグネトロンソースに２またはそれ以上のループ状に循環する、トンネル状に循環する磁界が設けられ、この磁界がそれぞれ少なくとも主としてターゲット配列の異種材料のゾーンで作用する場合、本発明による制御の導入によって、２種またはそれ以上の材料のスパッタリング速度分布を全時間に渡って制御すると共に、被膜速度分布を前記材料からワークピースもしくは基板で非反応性の被膜法でも反応性の被膜法でも制御することが可能になる。

図１による有利な局在的領域Ｂ₁もしくはＢ₂を決定するために、一方で冒頭の前記領域の長さｌ_Bがそれぞれの電子トラップもしくはトンネル状の磁界の閉ループ（平面図で）の平均周長によって、ならびにそれぞれの極領域距離ｄに対して関係づけられる。

本発明の方式の第１のアプローチを示す、ターゲット全体に渡って閉ループの中で作られた電子トラップのトンネル状の磁界を有するマグネトロンソースの前記ターゲットの概略断面図である。 図１による電子トラップで実現した本発明による磁界駆動の概略の第１の実施形態である。 図２と類似の表示における、第２の大抵が有利な実施形態である。 シャントの使用下の図２および図３に類似の表示における第３の実施形態である。 図２〜図４と類似の表示における、電界関係の制御変化による本発明による駆動の実現形態である。 図１と類似の表示における、制御磁界の重畳による、第２のアプローチによる本発明の実現である。 概略平面図における、本質的に図３による、この場合に有利な実施形態における本発明による方式の部分切断したターゲット配列および構成による本発明のマグネトロンスパッタリングソースである。 概略的に矩形ターゲットでの図７による実現形態である。 概略側面図における、図７による本発明による駆動の有利な実現形態である。 側面図における、図９記載の有利な実施形態である。 本質的に図７により構成したマグネトロンソースでの、プラズマ密度もしくはその分布に及ぼす本発明による駆動の影響である。 図１１と類似の表示における、プラズマ密度分布に及ぼす本発明による駆動の影響のもう１つの例である。 直観的例として、図１１もしくは図１２記載の方式で実現可能の基板表面の層厚分布である。 直観的例として、図１１もしくは図１２記載の方式で実現可能の基板表面の層厚分布である。 直観的例として、図１１もしくは図１２記載の方式で実現可能の基板表面の層厚分布である。 直観的例として、図１１もしくは図１２記載の方式で実現可能の基板表面の層厚分布である。 図３記載の本発明によるスパッタリングソースの実現を前提とした、概略的なもう１つの実現可能性である。 図５による本発明のスパッタリングソースの原理を前提として、概略的平面図における実現形態である。 概略平面図における、本発明による方式をその図６による第２のアプローチのもとに実現した、本発明によるマグネトロンスパッタリングソースである。 平面図における、本発明による別の実施形態のマグネトロンスパッタリングソースの磁石冠状体配列である。 プラズマ密度分布に及ぼす図２０記載のソースに設けた本発明による制御の影響である。 平面図および図１１もしくは図１３と類似の表示における、本発明により駆動可能の、本発明によるマグネトロンソースの別の実施形態である。 本発明によるマグネトロンソースで、本質的に図６もしくは図１９により構成されたプラズマ密度分布に及ぼす本発明による駆動の影響である。

Claims (31)

1. マグネトロンスパッタリングソースのターゲット配列（３）のスパッタ面（１）の全体に渡るプラズマ密度分布の被膜プロセス中の制御方法であって、
   前記ターゲット配列（３）の横断面方向に見てトンネル状である磁界（Ｈ）により、前記ターゲット配列（３）のスパッタ面（１）の全体に渡って少なくとも１つの電子トラップが、前記ターゲット配列を上から見て閉ループ（５）に形成され、アノードとカソードとしてのターゲットとの間に作られる電界（Ｅ）により、前記ループ（５）の中に前記ループ（５）に沿った電子流（Ｉ_e）が形成されるものにおいて、
   前記ループ（５）の周長（Ｕ）の最大１／４の長さｌ _B の局在的な領域で、前記ループ（５）に沿ったトンネル状の磁界強度を制御しながら変化（±Δ _S Ｈ）させることによって、前記電子流（Ｉ_e）の一部または全部をアノードに流すことを特徴とする、方法。
   
2. トンネル状の磁界（Ｈ）が、スパッタ面（１）から流出し、再び流入する磁極の平均距離ｄに対して０＜ｌ_B≦ｄが当てはまることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
   
3. アノードが、トンネル状の磁界（Ｈ）の中へ介入する質量が局在的な領域の磁界強度の変化によって制御されることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
   
4. トンネル状の磁界（Ｈ）が、局在的な磁界の発生器（９_a）に制御された介入をすることによって変化し、電界（Ｅ）が、局在的なアノードの制御された介入によって変化することを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の方法。
   
5. トンネル状の磁界（Ｈ）にそのループ（５）の少なくとも大部分に沿って制御磁界（Ｈ_S）が、スパッタ面（１）に対して垂直に重畳することを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の方法。
   
6. 制御磁界（Ｈ_S）がループ（５）に沿って均質に印加されることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
   
7. ターゲット配列（３）のスパッタ面（１）の全体に渡って少なくとも２つの電子トラップが作られ、制御された変化が前記電子トラップの少なくとも１つで実現されると共に、プラズマ密度比が前記電子トラップの間で制御されて変化することを特徴とする、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の方法。
   
8. 一方の電子トラップが他方の電子トラップの内側で実現されることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
   
9. 両方の電子トラップが並設されて実現されることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
   
10. 少なくとも１つの電子トラップが、スパッタ面（１）の全体に渡り、周期的にシフトされることを特徴とする、請求項１ないし９のいずれか１項に記載の方法。
    
11. 磁界強度の変化と共に、電子トラップのループ（５）の形状が制御されて変化し、前記電子トラップがそのスイッチオフおよびスイッチオンまで制御されて減衰もしくは増幅されることを特徴とする、請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の方法。
    
12. 前記形状の変化が、トンネル状の磁界の局在的な変化によって実施されることを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
    
13. 磁界強度の制御が、不連続的に少なくとも１回のステップで一方の状態から他方の状態へ実施されることを特徴とする、請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の方法。
    
14. トンネル状の磁界（Ｈ）が、電磁石配列（１９ａ、３８）、機械的に制御されて回転可能な永久磁石配列（１９）、または機械的に制御されて回転可能な強磁性シャントによって変化することを特徴とする、請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の方法。
    
15. 磁界強度の変化が、電磁石配列（１９ａ、３８）、機械的に制御されて回転した永久磁石配列（１９）、または機械的に制御されて回転した強磁性シャントによって実施され、その場合に、前記電磁石配列、永久磁石配列、または強磁性シャントが、電子トラップと共にターゲット配列（３）に対してシフトされることを特徴とする、請求項１ないし１４のいずれか１項に記載の方法。
    
16. 少なくとも１つの電子トラップがスパッタ面（１）の全体に渡ってシフトされ、ターゲット配列に対して固定して設けられた制御磁界（Ｈ_S）がトンネル状の磁界（Ｈ）に重畳されていることを特徴とする、請求項１ないし１５のいずれか１項に記載の方法。
    
17. それぞれの電子トラップに割り当てられたターゲット配列の表面領域が異種材料から選ばれることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
    
18. 被膜速度および被膜材料の分布が、少なくとも前記被膜の一部で、請求項１ないし１７のいずれか１項に記載の方法によって制御されることを特徴とする、被膜基板の製造方法。
    
19. スパッタ面（１）を備えたターゲット配列（３）と、前記スパッタ面（１）の全体に渡って、前記スパッタ面（１）から流出し、前記スパッタ面（１）の中へ再び流入するトンネル状の磁界（Ｈ）の少なくとも１つの閉ループ（５）を作る前記スパッタ面（１）の反対側の磁石配列（９、９_a、９_au、９_m、９_i）と、さらに前記ターゲット配列（３）に対してアノードに駆動される電極配列（３２、３０）とを有するマグネトロンスパッタリングソースにおいて、
    前記ループ（５）の周長（Ｕ）の最大１／４の長さｌ _B の局在的な領域に、前記ループ（５）に沿ったトンネル状の磁界強度の被膜プロセス中の制御機構を設け、アノードに駆動された前記電極配列が、前記磁界（Ｈ）の領域に配列された少なくとも１つの部分を有し、前記制御機構が前記部分で磁界強度を調整することを特徴とする、マグネトロンスパッタリングソース。
    
20. トンネル状の磁界（Ｈ）を発生する磁石配列の磁極の平均距離ｄに対して、０＜ｌ _B ≦ｄであることを特徴とする、請求項１９に記載のマグネトロンスパッタリングソース。
    
21. 制御機構が、少なくとも１つのヘルムホルツ−コイル配列（３８）を包含することを特徴とする、請求項１９または２０に記載のマグネトロンスパッタリングソース。
    
22. 制御機構が、電磁石配列（１９ａ）、機械的に制御されて回転可能な永久磁石配列（１９）、または機械的に制御されて回転可能な強磁性シャント配列を包含することを特徴とする、請求項１９ないし２１のいずれか１項に記載のマグネトロンスパッタリングソース。
    
23. 制御可能な永久磁石配列が、少なくとも１つの駆動されて回動可能に支承されたマグネットシリンダ（１９）を包含することを特徴とする、請求項２２に記載のマグネトロンスパッタリングソース。
    
24. マグネットシリンダ（１９）のための駆動装置が、コイル配列（２１）を包含し、前記コイル配列の磁界（Ｈλ）が前記マグネットシリンダ（１９）の磁気双極子（Ｄ_S）に作用することを特徴とする、請求項２３に記載のマグネトロンスパッタリングソース。
    
25. トンネル状にスパッタ面（１）から流出し、前記スパッタ面（１）の中へ再び流入する磁界（Ｈ）を作る磁石配列（９_i、９_m、９_a、９_au）が、ターゲット配列（３）に対して駆動されて移動可能であり、制御機構が、前記磁石配列と共に移動することを特徴とする、請求項１９ないし２４のいずれか１項に記載のマグネトロンスパッタリングソース。
    
26. 各々１つのトンネル状にスパッタ面（１）から流出し、前記スパッタ面（１）の中へ再び流入する磁界（Ｈ_a、Ｈ_i）の２つのループ（５ａ、５ｉ）を作る磁石配列（９_i、９_m、９_a、９_au）が設けられていることを特徴とする、請求項１９ないし２５のいずれか１項に記載のマグネトロンスパッタリングソース。
    
27. 制御機構が、少なくとも磁石配列によって作られたトンネル状にスパッタ面から流出し、前記スパッタ面の中へ再び流入する磁界（Ｈ_i、Ｈ_a）の２つのループ（５ａ、５ｉ）の１つに作用することを特徴とする、請求項２６に記載のマグネトロンスパッタリングソース。
    
28. スパッタ面（１）が前記磁界（Ｈ_i、Ｈ_a）の２つのループ（５ａ、５ｉ）の領域で異種材料からなることを特徴とする、請求項２６または２７に記載のマグネトロンスパッタリングソース。
    
29. 制御機構が、機械的にトンネル状の磁界の中へ、かつ、前記トンネル状の磁界から外へシフトされるアノード電極を包含することを特徴とする、請求項１９ないし２８のいずれか１項に記載のマグネトロンスパッタリングソース。
    
30. 請求項１９ないし２９のいずれか１項に記載のマグネトロンスパッタリングソースを備えたスパッタリングチャンバ。
    
31. 請求項３０に記載の少なくとも１つのスパッタリングチャンバを備えた真空処理設備。

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