JPH0212747A - スパツタリングカソード - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、マグネトロン原理によるスパッタリングカソ
ードであって、少なくとも一部から成るターゲットと、
該ターゲットの後ろに配置されたマグネットシステムと
、互いに組み込まれた、交互に異なる極性を有する自己
閉鎖する複数のマグネットユニットとを有しており、こ
れら複数のマグネットユニットによって、アーチ状に湾
曲された磁場ラインより成る、少なくとも２つの互いに
入り込む磁気トンネルが形成されており、マグネットユ
ニットの、ターゲットとは反対側の極がマグネットヨー
クを介して互いに接続されていて、少なくとも一つの他
方の磁場の強さに対する少なくとも一つの一方の磁場の
強さが、調節装置によってマグネットユニットをターゲ
ットに対してずらすことによって変えられるようになっ
ている形式のものに関する。

従来の技術 ＤＥ−Ｏ３３４４２２０６号明細書によれば、強磁性材
料より成るターゲットをスパッタリングするために設け
られた、冒頭に述べた形式のスパッタリングカソードが
開示されている。

この公知のスパッタリングカソードにおいては、互いに
同心的に入り込む２つのマグネットユニットによって、
ターゲットに配置された２つの同心的な空気ギャップと
連絡して、アーチ状に湾曲された磁場ラインより成る、
互いに入り込む２つの閉鎖した磁気トンネルが形成され
るようになっている。この公知のスパッタリングカソー
ドでは、磁場が２つの空気ギャップを介して磁気的に直
列接続されているので、２つのトンネルの磁場強さは互
いに干渉し合う。これによって２つの磁気トンネルの範
囲で互いに異なるスパッタリング効率が生じ、ターゲッ
トに向き合う基体の範囲でも非常に異なる沈積効率が生
じるので、層厚の分布が非常に不均一になる。

マタ、ＤＥ−０５２２４３７０８号明細書によれば、ロ
ッド式のカソードにおいて複数のマグネットシステムを
軸方向で相前後して配置しこれによってターゲット材料
のスパッタリングを均一にすることが開示されている。

この公知例に記載された扁平なターゲットのためにも同
心的に互いに入り込む複数のマグネットユニット及び、
同心的に互いに入り込む複数の磁気トンネルを設けるこ
とが提案されている。この公知例においても、それぞれ
隣接する磁気トンネルとは無関係にそれぞれの磁気トン
ネルを個別に調節する可能性は提供されておらず、不可
能でもある。

ヴアリアン社（Ｆｉｒｍａ　Ｖａｒｉａｎ）の名称”Ｃ
ｏｎ　Ｍａｇ”で販売されている、冒頭に述べた形式の
スパッタリングカソードによれば、円環状のヨークプレ
ートの内部に間隔を保って円板状のヨークプレートを設
け、各ヨークプレートに、異なる極を有する互いに影響
し合わない２つのマグネットユニットを配置することが
知られている。

このスパッタリングカソードにおいては、円環状のマグ
ネットシステム上に円錐形のスパッタリング面を備えた
ターゲットが配置され、円板状のマグネットシステム上
に扁平なターゲットプレートが配置されている。形成さ
れた２つの磁気トンネルが互いに影響し合わないように
する手段は設けられていない。この公知のスパッタリン
グカソードにおいても、スパッタリング面に対する磁気
トンネルの相対位置によって規定されるスパッタリング
効果を考慮する必要がある。

前記ヴアリアン社のスパッタリングカソード”　Ｃｏｎ
　Ｍａｇ”は、マグネットシステムだけではなく、所属
のターゲット部分も電気的に完全に遮断することによっ
て、層厚の配分を改善しようとするものである。しかし
ながらこれは、各スパッタリングカソードにそれぞれ２
つの電流源を必要とし、さらに、ターゲット若しくはカ
ソード部分を電気的に互いに絶縁する必要もあるこのよ
うなシステムは、強磁性材料から成るターゲットをスパ
ッタリングするためには適していない。

さらに、少なくとも一部からなるターゲットと、このタ
ーゲットの後ろに配置されたマグネットシステムとを有
する、マグネトロン原理によるスパッタリングカソード
（Ｐ３６２４１５Ｑ、４号）も提案されている。このス
パッタリングカソードの前記マグネトロンシステムは、
互いに入り込みかつ自己閉鎖する、交互に異なる極を有
する多数のマグネットユニットを有しており、これらの
マグネットユニットによってアーチ状に湾曲された磁場
ラインより成る、同様に互いに入り込みかつ自己閉鎖す
る少なくとも２つの磁気トンネルが形成される。ターゲ
ットとは反対側のマグネットユニットの極はマグ不ツト
ヨー夕を介して互いに接続されており一方の磁気トンネ
ルを形成する少なくとも一つの磁場の磁場強さは、他方
の磁気トンネルを形成する少なくとも一つの別の磁場に
対して、マグネットユニットをずらすことによって変え
ることができるようになっている。

しかしながらこの公知のスパッタリングカソードにおい
ては、基体における層厚の均一性はターゲットホルダに
依存しているので、この層厚の均一性はいつでも保証さ
れるわけではないという点が欠点である。

発明の課題 そこで本発明の課題は、冒頭に述べた形式の装置で、マ
グネットユニットがターゲットの損耗に応じて自動的に
ずらされるようなものを提供することである。

課題を解決するための手段 この課題を解決した本発明によれば、調節装置が、少な
くとも一つの光学センサと協働する電気式の切換回路を
介して制御され、前記光学センサが、コーティング過程
時に調節される少なくとも一つのプラズマリングに整列
され、プラズマリングの輝度に反応するようになってい
る。

実施例 第１図にはスパッタリングカソードｌが示されている。

このスパッタリングカソード１の支持部分は中空の林状
のベース体２である。この林状のベース体２は、熱負荷
を受けるために良好な熱伝導材料（銅）より成っていて
、絶縁体４を介在させて環状７ランジ３によって、真空
室（詳しく図示せず）内に挿入されている。

林状のベース体２は大部分が平らな端面プレート６を有
している。端面プレート６の内側には３つの同心的な冷
却水通路７．８．９が存在する。

端面グレート６の外側には底部によってターゲット１１
が固定されている。林状のベース体２の後ろ側の開口内
には多数のマグネットユニット１４．１５．１６を備え
たマグネットシステム１３が存在する。これらのマグネ
ットユニットは軸線Ａ−Ａに関連して同心的に配置され
ていて、全体が永久磁石材料より成っている。

中央のマグネットユニット１４は短いシリンダの形状を
有している。マグネットユニット１５１６は、多数の方
形の永久磁石より組み合わされており、これらの永久磁
石の同極の極面はほぼ環状面内に位置している。このよ
うな永久磁石を互いに相前後して並べると実際は多角形
になるが、そのことは考慮しなくてもよい。マグネット
ユニット１４，１５．１６の、ターゲラ１−１１とは反
対側の極は軟磁性材料より成るマグネットヨーク１７を
介して、第１図に示した形式で互いに接続される。マグ
ネットヨーク１７は、ベース面が円環状面である外側の
ヨーク部分１７ａと、ベース面が環状面である内側のヨ
ーク部分１７ｂとから成っている。

マグネットユニットは交互に異なる極性を有している。

つまり、ターゲット１１側に向けられた極面はマグネッ
トユニット１４において北極を形成し、マグネットユニ
ット１５において南極を形式し、マグネットユニット１
６において再び北極を形成する。これによって、ターゲ
ット１１の間に存在する空気ギャップに関連した、軸線
Ａ−Ａ線を中心にして循環する閉鎖した２つの磁気トン
ネルが形成される。

内側のヨーク部分１７ｂは、外側のヨーク部分１７ａの
切欠１７ｅ内で、ターゲット１１の主平面に対して直角
方向で、つまり軸線Ａ−Ａ線方向で調節してオーバーラ
ツプの度合を変えることができる。この調節のために調
節装置２、ｌが設けられている。この調節装置２１によ
って内側のヨーク部分１７ｂが移動せしめられる２つの
外側のヨーク部分１７ａとマグネットヨーク１７との間
にスリーブ１９を介して滑動案内が形成されるので、ガ
イド部分２４を滑動装置２１のスピンドル１２によって
昇降させることによって内側のヨーク部分１７ｂは外側
のヨーク部分１７ａから退出又はこの外側のヨーク部分
１７ａ内に侵入運動せしめられる。調節装置２１によっ
て、マグネットヨーク１７とマグネットユニット１４と
の間の磁気流が、同じマグネットヨーク１７と残りのマ
グネットユニット１５．１６との間の磁気流に対して変
化せしめられる。マグネットユニット１５．１６間の磁
気流はいづれの場合においてもほとんど影響を受けない
。この手段によって、一方のトンネルを形成する磁場の
強さが他方のトンネルを形成する磁場の強さに対して変
えられる。このような形式で２つの磁気トンネルの範囲
のスパッタリング率が互いに変えられ、ひいては基体２
２における部分的な層厚を所望に変えることができる。

基体２２は、ターゲット１１に対して普通の間隔を保っ
て配置されていて、ターゲット１１の材料（又は反応生
成物）によってコーティングされる。

調節装置は図示の実施例では電動モータ１０として構成
されていて、該電動モータ１０の回転子は滑り子の回転
軸線に沿って延びるねじ孔を有しており、このねじ孔と
スピンドル１２が協働する。スピンドル１２自体は中央
部分２０を備えており、該中央部分２０は６角形に形成
されていて、中央で６角形孔を備えたブシュ２３内でガ
イドされている。

さて電動モータ又はアクチュエータＩＯに電気が供給さ
れると、スピンドル１２はモータ回転方向に応じて鉛直
な軸線Ａ−Ａ線に沿って昇降運動する。中央のマグネッ
トユニット１４は内側のヨーク部分１７ｂに例えば接着
によって接続されていて、内側のヨーク部分１７ｂ自体
は、スリーブ１９内に軸受されスピンドル１２に固く結
合されたガイド部分２４に接続されているので、マグネ
ットユニット１４は正確にコントロールできる程度だけ
押圧ばね２５のばね力に抗してずらされる。この押圧ば
ね２５自体は一方では電動モータ１０を支持するソッケ
ト部２６で支えられていて、他方ではソッケト部２６の
孔２７内でガイドされたガイド部分２４で支えられてい
る。ターゲット１１の下側にはコーテイング室のケーシ
ングに光学センサ２８が定置に配置されている。排気さ
れたコーテイング室内にアルゴン−ガスが入れられて、
カソードが圧力を受けると、磁気トンネルの範囲で２つ
のプラズマリング２９．３０が形成される。プラズマリ
ング２９．３０の輝度は、カソ−ドの全効率及びマグネ
ットユニット１４．１５若しくは１５．１６の相対位置
に基づいているので、一方のプラズマリング２９（又は
２つのプラズマリング２９．３０）、製品への磁束帰路
、及び例えば円板状の基体２２のコーティングの一様性
を正確に観察することができる。

このプラズマリング２９の観察は、基体２２とターゲッ
ト１１との間に取り付けられた光学センサ２８によって
行われる。この光学センサ２８によって得られた情報は
、特にターゲットの切り取りによって生ぜしめられる分
配の変化を補償する調整回路を可能にする。光学センサ
２８は、プラズマリング２９の輝度（光学スペクトルの
広い範囲に互って積分される）を規定しコリメータ、レ
ンズシステム、光導体、７オトダイオード及び前置増幅
器３１（図面では詳しく示されていない）から成ってい
る。増幅器３２とコンピュータ３３とステップモータ制
御装置３４とによって切換回路が形成されており、増幅
器３２で生ぜしめられる信号はＡ／Ｄ変換器を介してコ
ンピュータ３３に送られ、ここで評価されてさらにステ
ップモータ制御装置３４に送られる。このステップモー
タ制御装置３４はアクチュエータ若しくは電動モータ１
０に接続されている。

効果 以上のように本発明によれば、ターゲットの損耗に基づ
いてマグネットユニットを自動的にずらすことのできる
スパッタリングカソードが得られた。

【図面の簡単な説明】

第１図は移動可能なマグネットシステムを備えたスパッ
タリングカソードの部分的な断面図、第２図は円板状の
基体の平面図、第３図は第１図によるスパッタリングカ
ソードの調節装置の拡大図、第４図は第１図によるカソ
ードの林状のベース体を断面した斜視図、第５図は調節
装置の制御装置のブロック回路図である。 ｌ・・・スパッタリングカソード、２・・・林状のベー
ス体、３・・・環状７ランジ、４・・・絶縁体、５・・
・壁部、６・・・端面プレート、７，８．９・・・冷却
水通路、ＩＯ・・・電動モータ、１１・・・ターゲット
、１２・・・スピンドル、１３・・・マグネットシステ
ム１４．１５．１６・・・マクネットユニット、１７・
・・マグネットヨーク、１７ａ・・・外側のヨーク部分
、１７ｂ・・・内側のヨーク部分、１７ｅ・・・外側の
ヨーク部分の切欠、１９・・・スリーブ、２０・・・ス
ピンドルの中央部分、２１・・・調節装置、２２・・・
基体、２３・・・６角孔付きブシュ、２４・・・ガイド
部分、２５・・・押圧ばね、２６・・・ソツヶト部２７
・・・孔、２８・・・光学センサ、２９．３０・・・プ
ラズマリング、３１・・・前置増幅器、３２・・・増幅
器、３３・・・コンピュータ、３４・・・ステップモー
タ制御装置 ］ １４・マグネットユニット ２１　・調節装置 １７．１７ａ、１７ｂ−７グ不ノトヨークＦＩＧ、３ 奪１頁の続き ■発明者 ９発 ）発 ダグマール・フェレン ノ（ツノλ トーマス・マステンス べ一ター・ヴイルッ ドイツ連邦共和国アー ドイツ連邦共和国クロ ーセ　２ ドイツ連邦共和国ヴア ラーセ　５ 一ヘン・グアイシュトラーセ ′ルデルンバツハ・クロスターシュト

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、マグネトロン原理によるスパッタリングカソードで
   あって、少なくとも一部から成るターゲット（１１）と
   、該ターゲット（１１）の後ろに配置されたマグネット
   システムと、互いに組み込まれた、交互に異なる極性を
   有する自己閉鎖する複数のマグネットユニット（１４、
   １５、１６）とを有しており、これら複数のマグネット
   ユニットによって、アーチ状に湾曲された磁場ラインよ
   り成る、少なくとも２つの互いに入り込む磁気トンネル
   が形成されており、マグネットユニット（１４、１５、
   １６）の、ターゲット（１１）とは反対側の極がマグネ
   ットヨーク（１７、１７ａ、１７ｂ）を介して互いに接
   続されていて、少なくとも一つの他方の磁場の強さに対
   する少なくとも一つの一方の磁場の強さが、調節装置（
   ２１）によってマグネットユニット（１４）をターゲッ
   ト（１１）に対してずらすことによって変えられるよう
   になっている形式のものにおいて、前記調節装置（２１
   ）が、少なくとも一つの光学センサ（２８）と協働する
   電気式の切換回路（３２、３３、３４）を介して制御さ
   れ、前記光学センサ（２８）が、コーティング過程時に
   調節される少なくとも一つのプラズマリング（２９）に
   整列され、プラズマリング（２９）の輝度に反応するこ
   とを特徴とする、スパッタリングカソード。 ２、光学センサ（２８）を介して半径方向外側のプラズ
   マリング（２９）が検出され、該光学センサ（２８）に
   よって生ぜしめられた信号を介して、所定のカソード効
   率において、他方のプラズマリングに対する一方のプラ
   ズマリングの効率比が切換回路によって規定され、電動
   モータ（１０）と協働するステップモータ制御装置（３
   ４）に相応の信号が送られる、請求項１記載のスパッタ
   リングカソード。 ３、電動モータ（１０）の回転子がスピンドル（１２）
   と協働し、該スピンドル（１２）の一方の端部が内側の
   ヨーク部分（１７ｂ）に連結されていて、該内側のヨー
   ク部分（１７ｂ）自体がマグネットユニット（１４）に
   固く接続されている、請求項２記載のスパッタリングカ
   ソード。 ４、スピンドル（１２）に連結された、マグネットユニ
   ット（１４）を備えた内側のヨーク部分（１７ｂ）が押
   圧ばね（２５）のばね力に抗して移動可能であって、該
   押圧ばねが、一方では電動モータ（１０）を有する定置
   のソッケト部（２６）で支えられていて、他方ではガイ
   ド部分（２４）で支えられており、該ガイド部分（２４
   ）が、内側のヨーク部分（１７ｂ）に接続されていてソ
   ッケト部（２６）の孔（２７）内で案内されている、請
   求項１から３までのいずれか１項記載のスパッタリング
   カソード。