JPH036372A - 回転型複数磁石を特定のターゲット浸食プロフィールが得られるように幾何学的に配列したスパッタリング装置 - 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） 本発明はスパッタリング装置、特に回転型複数磁石を１
選択された浸食プロフィールが得られるように幾何学的
に配列したスパッタリング装置に関連するものである。

（従来技術） 半導体加工産業の集積回路製造においてはシリコンウェ
ーファーを種々の材料１例えはアルミニウムで被覆する
だめのスパックリング装置に平面マグネトロンが長年、
使用されている。

固定型平面マグネトロンを備えたスパッタリング装置は
通常、高速スパッタリング装置であり。

このことはタイオードスパッタリング法や蒸着法に比較
し、大きな改善を意味する。しかし、固定型平面マグネ
トロンを備えたスパックリング装置には実用−Ｌの欠点
があり、最も重大な欠点はプラズマ放電によってターゲ
ットに細い溝が浸食・発生ずることである。この局部的
な浸食によってスパッタリングで放出された原子の分布
が不均一となり２その結果、半導体ウェーファにおける
沈着が不均一で段差的なものとなる。

ターゲットの浸食を拡大し、スパッタリングによって放
出された原子の分布をより均一にするなめの装置を改良
する多くの試みがなされており。

一部はある程度成功している。例えば、ここで引用する
米国特許筒４．４４／１，６４３号には機械的に回転す
る永久磁石アセンブリーを０１５えたスパッタリング装
置が述べられている。永久磁石アセンブリーの回転によ
って浸食はターゲットのより広い範囲に及ぶ。

範囲の広い磁界を用いて、浸食をより広い表面積に拡大
する他の試みが行なわれている。このような方法に必要
な磁石は大型であり、複雑である。

また、ターゲットが浸食される場合にマグネトロンの性
質が変化しないことを保証することは困難である。した
がって、得られる浸食パターンを予測することは困難で
ある。

また、浸食をより均一にするための磁石の特殊配列法が
提案されている。このような配列法の１つが１９８７年
２月２５日に発行された欧州共同体特許出願筒２１１，
４１２号（表題、　Ｍａｇｎｅｔｒｏｎ　Ｓｐｕｔｔｅ
ｒｉｎｇ八ｐｐａｒａｔｕｓへａｎｄ　ｉｔｓ　ＨａＱ
ｎＱｔ＋Ｃ５ｏｕｃｅ）に述べられている。別の配列法
が１９８６年３月１１日に発行された白木特許出願（公
開）第６２−２１１□３７５号（表題。

Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ　Ａｐｐａｒａｔｕｓ）に述べら
れている０本発明の開示において考察するように１本発
明によって上記に提案されている配列法のいずれも均一
な浸食をもたらさないことが示される。

（発明が解決しようとする課題および、その手段）本発
明によって回転型磁石を備えたマグネトロン　スパック
リング装置が得られる。磁石は次の形の極座標（ｒ、θ
）による式によって、磁石の中心線の部分が表されるよ
うな′！ｆ４遣を持つ。

θ＝ｆ’、ｉコＪ　ｄｕ　＋　Ｃ ここで１ξ（Ｕ）はあらかじめ選択され、規格化された
浸食プロフィールであり、Ｃは選択された定数である。

一般に、上記の定積分は数値積分法を用いて評価するこ
とができる。

あらかじめ選択された浸食プロフィールが一定である１
重要で特殊なケースでは上記の式は次の通りになる。

θ″４「丁子−ａｒｃｔａｎ　ｆ７：］＋　Ｃ磁気手段
の中心線は対称法を用いて閉曲線とすることができる４
１つの実施例では、中心線の第１の部分がθの範囲をθ
。≦θ≦θ０　＋πとする上記の式の１つによって定義
され、閉鎖中心線は第１の部分を線θ−θ。に関して鏡
映させることによって作られる。幅および強度が実質的
に一定の磁石を上記のように作り、［ｉ座標に関して回
転させる場合には、スパッタリング装置が形成するター
ゲットの浸食プロフィールはあらかじめ選択された浸食
プロフィールとなる。

磁気手段の中心線のかなりの部分が上記の式のいずれか
によって定義される場合には、上記の式を満足しない１
種以上の曲線で上記の中心線のかなりの部分の終点を接
続することによって閉鎖中心線を作ることができるが、
この場合に形成される浸食プロフィールはあらかじめ選
択されたプロフィールとは多少、異なる。

浸食プロフィールを一定にするある実施例では寸法およ
び強度が同一の複数磁石を、その中心が上記の式の後者
によって定義される曲線上にあるように配列する。磁界
は磁石を保持し、磁石の磁力線を形成する磁気材料の保
磁子を用いることによって均一にする６ （実繕例および発明の効果） 第１図に固定型平面マグネトロン２を備えた先行技術の
スパッタリング装置１の部分的に図式化した透視図を示
した。マグネトロン２は接地した陽極４と高陰電圧源（
図には示していない）に接続した陰極（ターゲラＩ・）
６を持つ。ターゲット６は環状であり、ｉ初（すなわち
、スパッタリングが起きる前）は上面６ａが平坦である
。図１Ｂに示した複数の永久磁石８はターゲット６の下
部に円形に配列されている。低圧不活性ガス、例えば５
ミリトルのアルゴンをカス人口３からマグネトロン２が
入７ている真空チャンバー５に入れる。真空チャンバ−
５は不活性ガス導入前にチャンバを排気するために真空
ポンプ（図には示していない）に接続されている。

被覆されるウェーファーの平面がターゲット６の平面６
ａに向い合い、また平行になるようにウェーファーＷは
チャンバー５に付随している適切なウェーファー保持手
段７によって保持されている。

作動時には、矢印Ｂで示した磁力線がプラズマの放電を
環状領域１２に拘束する。環状領域１２では放電された
エネルギーに富むイオンかターゲット６に衝突し、アル
ミニウム原子を弾き出すことによって浸食する。弾き出
されたアルミニウム原子の一部はウェーファーＷの平面
を被覆する。放電されたエネルギーに富むイオンはター
ゲット６を浸食し、環状の消３ができる。既に考察した
ように、この局部的浸食によってスパッタリングによっ
て放出された原子の分布が不均一となる。

第２Ａ図に本発明の出願人であるパリアン・アソシエイ
ツ・インコーホレイテッドが市販している先行技術によ
るＶａｒｓａｎａｇ”スパッタリング源の単純な図を示
した。スパッタリング源１４は真空チャンバー（図には
示していない）に入っており、不活性ガスは第１図に関
連して述べたようにチャンバーの中に入れるものと理解
する。

スパッタリング源１４は矢印へで示したように軸２０の
回りにシャフト２３を回転させるモータ１６を含む。磁
石支持シャフト１９はシャフト２３から直角に伸び、取
付けられている磁石アセンブリ２１を支持している。し
たがって、ｉ石アセンブリ２１の中心軸２４は軸２０か
ら距離Ｒだけ離れている。

磁石アセンブリは第１８図に示したのと同様の複０ 数磁石から構成されており、永久磁石は磁力線Ｂによっ
て拘束される円環状の放電が作動中にもなられされるよ
うに円形に配列されている。

ターゲット（陰極）１７は円盤状の形をしており。

高陰電圧源（図には示していない）に接続している。プ
ラズマシールド２２は真空チャンバー（図には示してい
ない）に接続しており、電気的に接地され、陽極となる
。ターゲット１７は支持プレート１８に取付けられてい
る。支持プレート１８は外被２６に取付４Ｊられており
、ターゲット１７を支持する。

外被２６は支持プレート１８と共に、ターゲットを冷却
する水浴を保持するための水密性チャンバー２８を形成
している。

ウェーファーＷが真空チャンバーに取イ（１りられてい
るウェーファー支持板（図には示していない）によって
支持され、その結果、ウェーファー■の被覆される上面
Ｗａがターゲットの下部になり。

また平行となっている。

作動時には、磁石アセンブリ２１全体が軸２０の回りで
回転するように、モータ１６がシャフト２３を回１ 転させる。この回転によってターゲット１７にできる浸
食パターンは単純な溝より複雑である。第２八図に対し
て垂直な第２Ｂ図にターゲット１７の部分的断面（理解
しやすいように垂直尺度を拡大しである）を示したが、
この断面図は磁石アセンブリ２１を軸２０の回りで一定
速度で何度も回転させることによってできるターゲット
１７の浸食深度プロフィールを示ず６トンツ一式点線２
７は軸２４０回転路を示ず、プラズマ放電１５は第２Ｂ
図では最初の位置で示しである。プラズマ放電１５が軸
２０の回りで軸２４と共に回転するのは当然である。第
２Ｂ図で分かるように７円環状プラズマ放電１５が回転
する場合。

ターゲット１７の浸食は均一ではない。

本発明は第２Ａ図に示した＃Ｉ造中の磁石アセンブリの
代りとなり、また１作動時に、軸２０の回りで回転する
場合、ターゲット１７にあらかじめ特定された浸食グロ
フィールを作る磁石アセンブリに関連するものである。

特に興味深いのは浸食プロフィールを深度が一定になる
ように選択するケースである。

２ 本発明の理論的根拠は先ず第２Ｂ図に示した浸食プロフ
ィールが不均一である理由を考えることによって理解し
やすくなるであろう。

第２八図に示した磁石アセンブリ２１では第１Ｂ図に示
したように磁石８が円形に配列されており、その結果、
得られる円形の放電１５（第２八図に示した）はターゲ
ット１７に近接する放電領域３０における強度が均一で
あると分析的に仮定される（強度の実際の分布はほぼガ
ウス分布である）。

参考のために、複数磁石２１が固定されている場合には
ターゲット１７の浸食プロフィールは第３八と共に配列
した第３Ｂ図に示した形になると仮定することができる
。ずなわち、浸食深度は円環３０の幅全体にわたり一定
である。浸食の実際の深度が放電強度およびターゲット
に対する放電の時間の長さによって変化するであろうこ
とは当然である。

複数磁石を回転軸２０（第舒図においては軸２０は紙面
に垂直である）の回りで一定の角速度で回転させる場合
には、ターゲラｔ〜１７の中心からＲ直線単位の距離に
あるターゲット浸食表面上の点ｒに３ おいては、ターゲット１７上における放電領域３０の完
全な回転各１回によって得られる浸食の量（深度）　Ｅ
（Ｒ）が点「を通過・回転する領域３０の円弧断片の全
長、すなわち回転軸から距離Ｒにおける円弧断片の全長
に直接、比例する。第舒図では各回転の間に単一の円弧
断片Ａｒｃ（Ｒ）が点「１を通過・回転する。各回転の
間に２つの円弧断片。

八ｒｃ　　（Ｒ）およびＡｒＣ２（Ｉ′１２）が点「２
を通過２ ・回転する。また、単一の円弧断片、　Ａｒｃ（Ｒ３）
が点「３を通過・回転する。原点から距離Ｈにおける円
弧断片の全長はΣ（Ａｒｃ（Ｒ））で表される。

したがって、　Ｅ（Ｒ）はΣ（Ａｒｃ（Ｒ））に直接、
比例する。

他方、単位長さの円弧が回転軸から距離Ｈにある点を通
過・回転するのに掛かる時間はＨに反比例するので、浸
食深度Ｅ（Ｒ）はＩに反比例することになる。

　４ したがって。

ｋ　ΣＦ（八ｒｃ（Ｒ） Ｅ（Ｒ）＝ （１） である。ここで、には放電強度その他の要因によって変
化する比例定数である。

第３Ｂ図の複数磁石２１の回転による浸食の形を円弧の
長さを測定し、またに＝１と仮定した式１を用いてプロ
ットしたのが第３Ｃ図にである。第３Ｂ図に示した個々
の円弧の長さを柔軟性を持つ定規で測定し、第３Ｃ図を
得た。

第３Ｂ図の固定浸食パターンで用いた近似にもかかわら
ず、第３Ｃ図の予測平均浸食パターンは実測パターンに
近い、固定浸食パターンが狭くなるほど、近似は良くな
り、また回転によって得られる結果が固定浸食プロフィ
ールの正確な形に依存する度合いは低くなる。

第１次近似として９円弧の長さの合計が皐−回転につい
てであるか、Ｎ回転についてであるかに５ かかわらず１式（１）が成立すると仮定する。言いかえ
れば、Ｎ回転についての浸食深度は次式によって得られ
る。

ｋΣ［（Ａｒｃ（Ｒ）） Ｅ　Ｎ（Ｒ）　＝ ここで１円弧の長さはＮ回転について合計した。

また、単一回転についての浸食深度は次式によって得ら
れる。

ｋ−Ｎ　　Σ［（八ｒｃ（Ｒ）） Ｅ　Ｎ（ｎ）　＝ ここで２円弧の長さは単一回転について合計した。

この重畳原理から考えると、一方の浸食プロフィールが
他方のスカラー積である場合、双方の浸食プロフィール
は同一である。

第１次近似として、放電強度に特に依存する定６ 数ｋを例えば２倍にする場合１回転数を１７２とするこ
とによって浸食の全深度は同一となる。

円弧の長さの合計を１回転にするか、２回転以上につい
て行うかにかかわらず、第１次近似として１式（１）が
成立するという仮定は実験的に観察される浸食パターン
によって既に実証されており（Ｊｏｓｅｐｈ　Ｃｏおよ
びＪｏｌ＋ｎ　１ＩｅｌＩｅｒのパリアン研究センター
報告書（１９８５年９月）のＧａｒｔｅｋスパッタリン
グ源の浸食モデルを参照）、そのパターンは第３Ｃ図で
示した予測浸食パターンに近い。

放電路を回転する場合に浸食が均一（平均値が一定）と
なる放電１５の閉鎖路を幾何学的に構成するために式（
１）を用いることができる。このような構成路を第４図
に示した。第４図では回転中心を０で表しである。構成
は次のように行う、０から３６０°までの間隔を角度の
増加が等しくなるように分ける（第４図では２２．５°
）、長さ　１の最初の半径Ｒ１を０″線に沿って原点か
ら右側に引く。

Ａｒｃ（Ｒ１）は−２２１／２’線から＋２２１／２’
線に伸び。

［（Ａｒｃ（Ｒ１）　）　／Ｒ１＝ｘ　／４である。一
般に：＝１．−・・・・・・・・、８の場合、Ｒ１−旧
＋１７２である。Ａｒｃ（１÷１ Ｒ）は２２１／２　’と４５″との間の八ｒＣ１（Ｒ２
）と−２２１／２”と−４５６との間のＡｒｃ２　（Ｒ
２）からなり、双方の円弧断片の長さは等しい、ΣＬ（
Ａｒｃ（ｎ　　）　／ｎ　２　）＝　ｙｒ／４である。

同様に、八ｒｃ　１（Ｒ３）は４５°線から６７１／２
°線に伸び、また＾「Ｃ２（Ｒ３）は−４５＠線と一６
７１／２”線との間にｆ申び、［（Ａｒｃ　　　（Ｒ）
）＝Ｌ（八ｒＣ２（Ｒ３））３ であり、またΣＬ（Ａｒｃ（Ｒ３））／Ｉｔ　３＝　π
／４である。

このように全ての円弧を描くと、第４図に示したように
円弧終点の一方の組をむすべば、第１の円“滑油線Ｃ１
円弧路点の他方の組をむすべば第２の円滑曲線Ｃ２が得
られる。このような構成には曲線Ｃと曲線Ｃ２との間の
領域の幅が一定でないという欠点がある。

現時点では強度および幅が変化する磁界構造に対する浸
食プロフィ−に関してはほとんど知られ　７ ８ 広り郁Ｊす」Ｉｅ［Ｊ、　　Ｖａｃ　　Ｓｃｉ　　Ｔｅ
ｃｈｎｏｌ、　　八、　　６（５）、　　ｐ。

２９６０．５ｅｐｔ、１０ｃｔ、（１９８８））には将
来性のあるモデルは提案されている。このような事情の
下に１本発明では磁石の輪郭の幅を一定にする異なる方
法を採用する。このことによって浸食路に沿う磁界が均
一なマグネトロン磁石補遺の構成および浸食の予測が容
易になる。

したがって、浸食を均一にするために。

ｋ　Σ［（八ｒｃ（Ｒ）） Ｅ（Ｒ）＝　　　　　　　　　　　　　−Ｋ　　　　　
（２）（には任意定数） なる式を満たし、また浸食路の幅が一定のＷとなる性質
をも持つ浸食路を見出す分析に入る。

図５にｉ座標を用いる式がＩｔ＝Ｉｌ　（θ）で表され
る中心線を持つ輪郭の要素Ｐを示した９輪郭の幅Ｗは一
定と仮定する０曲線１１＝Ｒ（θ）と点（θ、　　Ｒ（
θ））における円弧断片＾ｒｃ（Ｒ）との間の鋭角をα
とする。円弧断片Ａｒｃ（Ｒ）は輪郭要素Ｐの外縁から
輪郭要素Ｐの内縁に伸びている。

９ １＜ ［ Ｅｆｌ＋） に と仮定する。

ここで。

［−１（八ｒｃ（Ｉｔ）） であり。

Ｋは定数であ る。

したがって し 　ｋ （４） ここで、に１＝に／にである。

第５図から、　ｔａｎα〜ｔａｎα とが分かる。したがって。

ζｗ／ｄ であるこ この近似によって される。

狭い輪郭幅Ｗ について改善 ０ 式 （５） ％式％ 他方、第５図から。

ΔＲ １ａｎ　　α菅 である。

ＲΔθ 式 （ ） と置換すると。

曲線Ｒ＝Ｉｔｆθ）が点（θ、　Ｒ（θ））で微分可能
と仮定すると。

または または。

ｄθ−Ｅ圓扁逼５ユｄＲ。

（８） ここで。

−ｗ／に １ （９） と定義する。

１ ２ Ｉｔ＜ｗ／に １ である場合には または。

６匹Ｗ丁丁 は虚数であるので、Ｒｏは半径Ｒの最小値である。

実際には、Ｒｏはに１が任意定数であるので。

設計の便宜上、任意に選択することができる。

ここで。

ｒ＝Ｒ／Ｒｏ　　　　　　　　　　（’Ｏ）と定義する
。

したがって。

ｄｒ＝ｄＲ／Ｒｏ　　　　　　　　　（１１）式（８）
は。

ｄθ＝ム”ＺＡ　ｄｒｆ となる。この微分方程式には。

６　＝　々−Ｔ−ａｒｃｔａｎ　（ｉ）→−Ｃ（１２）
　３ ｅ＝ａＩア了−ａｒＣｔａｎ（（Ｒ／Ｒ，）’　丁１）
　＋　Ｃ（１３）なる既知の解がある。ここで、Ｃは積
分定数である。

式（１２）を見ると、　ｊＥ数ｒについては、「≧１の
時のみ、すなわちｌ（≧Ｒｏの時のみ実数解があること
が分かる。Ｃ−０とすると、　ｒ＝１．すなわちＲ＝Ｉ
ｔ　ｏの時、θ−０となる。したがって、Ｃのこの選択
では２θ−０の時、Ｒは最小値Ｒ６どなる。

第６八図にＣ−０とする場合の式（１２）、すなわち。

によって定義されるθ　、ｒ＝Ｒ／ｎ　ｏ間の関係のグ
ラフを示した。

輪郭の中心線は外側に向かって螺旋形となることに注意
することが重要であり、したがって。

４ 全ての点で微分可能な式（３） ［ Ｅ（Ｉｔ）＝　　　　　　　＝に（定数）を満たし。

一定幅Ｗの自閉線型輪郭を構成することは不可能である
。

しかし、対照性を利用し、また微分可能性の条件を有限
数の点において緩和することによって（このことによっ
て幅が不均一の輪郭がみとめられられるのは上記の点の
近傍となる）、長さおよび幅が等しい磁石を１幅が等し
い浸食路（Ｒ分不可能な点を除く）を作るために、その
中心が浸食路の中心を定義する線上に来るように配置す
る場合には、実際上、浸食が均一な自閉線型輪郭を構成
することができる。磁力線（第１図および第９図に示し
た）に対する接平面（図には示していない）かターゲッ
トの表面に平行な場合に最大の浸食が起きる。これは磁
気手段の中心線と定義される。この中心線は式（１４）
で定義される曲線と一５ 致する。例えば第６Ｂ図に示した曲線の上半分＾は０≦
θ≦πの場合の式（１４）によって定義される。

同曲線の下半分Ｂは上半分を原線に関して鏡映させるこ
とによって得られる。得られる自閉線は（０，１）およ
び（π、「（π））の２点で微分不能であることに注意
する。

別の自閉線型輪郭（図には示していない）をθ０≦θ≦
θ　＋πおよびθ。〉０を任意の角度とする式（１４）
によって定義される曲線のいずれかの１８０°部分を取
り、この部分を線θ＝θ０に関して鏡映させることによ
って定義することができる。

第６Ｃ図は第６Ｂ図の拡大図であり、ここでは中心が」
二部の曲線への大半にある幅Ｗが一定の部分Ｐ１と中心
が下部の曲ｉＢの大半にある部分Ｐ２から構成される輪
郭Ｐを定義した。微分不能の点であるＮ　およびＮ２の
近傍では幅が一定の輪郭を定義できないことに注意する
。しかし１図６０で示した点線でこれらの点の輪郭を閉
じた。これらの特別の点の近傍において輪郭の幅が一定
でない影６ 皆は無視できることを既に証明している。第７八図およ
び７Ｂ図に磁石の中心線の位置を決める別の多葉型実施
例を示した。第７八図の第２象限の中心線Ｃ２はπ／２
≦θ≦πとした場合の式（１４）によって定義される。

曲線Ｃ２を原線に関して鏡映させ。

曲線Ｃ３を得る。曲線Ｃ２およびＣ３をπ／２に関して
鏡映させて１曲Ｂｃ　　およびＣ４を得る。

第７Ｂ図では中心線を　、０≦θ≦２７０”　とする場
合の式（１４）およびＢとＣとの間の帰還輪郭の部分に
ついての式（１３）によって定義する。へＢ問およびＣ
，０間の輪郭の短い部分を任意に選択して閉鎖路を得た
。

一葉の心臓型の磁石に対する多葉型磁石の利点は次の通
りである。

ａ、同一の平均化のために一葉型と同一の速度で回転さ
せる必要がない、１葉型磁石の回転速度は１／２．二葉
型の回転速度は１／３であればよい。

ｂ、磁石は回転中心に関して対称であり、ａ械的にバラ
ンスがとれている。

Ｃ１多葉性および、それに付随する尖頭は必要なら７ ば別個に調節することができるので自由度が増す。

例えは、尖頭を別個に調節することによって　ターゲッ
トの中心そのものを浸食することができた。

ｄ、固定浸食消の長さはより長いので、装置の電気的イ
ンピーダンスはより小さくなる。

第７８図に示した設計は浸食を第７八図の路に比較し、
装置の中心により接近させることが自然にできる点で有
用である。この磁石による固定浸食グロフィールは最も
長く、シたがってインピーダンスは最も低い、装置の直
径が大きいほど、この設計の効果が向上する。直径が非
常に大きい装置に関しては最善の設計であろう。

次の設計上の点を考慮して、第６Ｂ図に示した曲線に基
づくスパッタリング装置を製作した。

ａ、＠石は軽量で比較的容易に製作できる必要がある。

ｂ、ｒｔａ界は数学的予測が正しくなるように範囲全体
にわたり均一で狭い必要がある。

Ｃ１設計は必要な輪郭を正確に追随できるようなもので
ある必要がある。

８ ｄ、？ｉｉｉ界は装置のインピーダンスを低く保つため
に高くする必要がある。

第８八図にこれらの条件を満たず１本発明で製作した磁
石の設計の見取図を示した。この磁石は第２八図の複数
磁石２１に用いることができる。磁石を正しい位置に保
持し、また磁界を磁石に沿って均一に分布させ磁石の輪
郭を正確に決める働きを持つ鉄保磁子３１　、３３の間
に永久磁石Ｈ１からＨ２までが挟まれている。保磁子は
磁石支持板に点溶接することができる。あるいは、磁気
手段を保磁子３１および３３が決める輪郭を持つ単一磁
石とすることもできる。

第６Ｂ図に示した曲１ｉＡ、Ｂは各磁石の中心を通り。

また各磁石の中心線Ｃ１は曲線Ａ、Ｂに垂直である。

保持の厚みは充分薄く、必要な輪郭まで曲げられるほど
柔軟であるのが便利である。鉄保磁子に必要な厚みを測
定する試験を行った。すなわち、永久磁石を種々の厚み
の保磁子の間に配置した。使用した磁石はザマリウム・
コバルトであり、エネルギー積カ月８ＮＧＯ，寸法は３
／４”Ｘ３／４”Ｘ　Ｏ，３２”で９ あった。大半の場合には各装置に２個の磁石を用いたの
で、磁石の深さは０．６４”であった、磁石間の空間も
変化させた。以上の試験から厚みは１７１６インチで充
分であることが見い出された（次の表１を参照）。

表」 保磁子の影響 ０．３ ０．３ ０．３ ０．４５ ０．４５ 保磁子 ７１６ ３／３２ （１／１６＋１／３２） ７８ （１／１６−１／１６） １／８ ７１６ ７８ 間隔 ０．３インチ ０、５７０インチにおける８ ５３０ガウス ５０ ５０ ５０ ５０ ５０ ０ 磁界は１ｌａｌｌプローブで測定し、得られた磁界をプ
ロットしたものを第９図に示した。測定は厚み１７１６
インチの保磁子を用い、磁石間の間隔を０．４インチと
した以前の試験で用いた複数磁石で行った６磁石の上１
７２インチ（ターゲットと支持板ににとって通常、必要
な距離である）の点における最大磁界は５００ガウスを
越えている。この磁界は必要な磁界より強い磁界である
。磁石が強力であれば１必要の際にはターゲットの厚み
を増すことができるほど、磁界をさらに高めることがで
きる。

磁力線の形からは非常に狭い固定浸食溝が予測される。

このことは固定浸食プロフィールを充分に定義し、また
予測が可能であるので本発明の設泪にとって利点である
。

磁石の運動によって生じるターゲットおよび支持板の渦
電流が磁界を乱し、装置の作動に有害な影響を及ぼずこ
とは重要な問題である。このような影響を実験的に測定
した。厚み　１７４インチのアルミ製および銅製の２枚
の大きな円板を一緒にボルトで締め、スパッタリング源
のターゲットお１ よび支持板のシミュレーション実験を行った。円板を旋
盤に取付け１種々の速度で回転させた。第１０八図に示
した磁石アセンブリを一方の側に、　Ｈａプ冒−ブを他
方の側に取付すな６図に示したように磁石のへ−１１を
種々の位置にして測定を行った。

Ｖｅｒｓａｎａｇ”スハタツ！Ｊ　’／グ源（第２図）
では１通常の作動時には磁石は５７ｒρｍ以下で回転さ
せる。

この回転速度での渦電流の影響は第１０Ｂ図から分かる
ように小さい。予測されるように、渦電流の影響は位置
によって変化する。磁石の輪郭に沿うＡ−Ｃのある位置
についての渦電流の影響は第１１八図および１１Ｂ図か
ら分かるように磁力線が一方の側に移動することである
。この場合も５７ｒｐｌ′ｎ未満では、影響は無視でき
るようである。

上記に示した分析および構成は重要な場合に一般化でき
る。すなわち、浸食プロフィールが一定でないケースに
敷桁できる。

この場合も固定放電路の幅を定数Ｗと仮定する。

Ｅ（Ｉｔ）をあらかじめ選択された。一定でない浸食プ
ロフィールとすると、やはり。

２ または ｋＬ（Ａｒｃ（Ｒ）） Ｅ（ｌｉｔ）＝ ＲＥ（Ｒｏ＞ ＝　１と定義する。ここで、Ｒ は Ｗ 最小半径、　Ｅ（Ｉｔ　ｏ）はＲ＝Ｆｌ　ｏにおける浸
食である。

したがって１式（Ｇ−２）は次のようになる。

Ｅ（Ｒ）＝　　ｋＬ／Ｒ である。

ここで、　Ｌ＝Ｌ（Ａｒｃ（Ｒ））である。

既に述べたように、第５図から （Ｇ−１） 式（Ｇ−１）を用いると。

規格化された半径をｕ＝Ｒ／Ｒ、規格化された漫食をξ
（ｔｌ）＝　Ｅ（Ｒ）／Ｅ（Ｒｏ）と定義する。

この時。

１”ｅｎｄｌ−ｖ門ｉτ丁、。

したがって・ （ｒは積分の上限である） ３ ４ または。

である。

あらかじめ選択された浸食プロフィールξ（１４）には
本質的に全く制約はない。ただし、特にξ（Ｕ）がそれ
ぞれの部分に関して連続であり。

ξ（ｕ）ｕ＞１である場合に満たされる定積分。

た角度範囲にわたる輪郭の中心線を定義することができ
る。例えは、　（Ｇ−４）が０≦θ≦πについての中心
線部分を定義する場合には、この部分を原線に関して鏡
映させることによって自閉線型中心線を構成することが
できる。

ｒ≧π／２の場合には１次の形の便利な近似が成立する
ことを見出している。

θ＝　Ｃ（ｒ）　（、／？て１−　ａｒＣｔａｎ石Ｔ７
「）　＜　ａ　−ｅ　）が存在する必要がある場合を除
く。

式（Ｇ−４）はθと「との間の関係を定義するものであ
り１式（Ｇ−４）において必要な積分は数値的計算によ
って行い、θと「との関係のグラフを作成することがで
きる。

既に述べた方法にしたがい１式（Ｇ−４）ｔたは（Ｇ−
５）を用いて自閉線型輪郭を栴成し１選択され＝３５ ２ Ｕ≧Ｕｏの場合にＵ　ξ　〉〉 式（Ｇ−４）を。

１である場合には。

に変えることができるという事実によってＣ（「）の形
か示唆される。

６ 他方、「＞＞ｉの場合の（Ｇ−６）からθ−Ｃ（ｒＨｒ
−π／２）　　’　　　　　　　（Ｇ−８）したかって
、　ｃ（ｒ）は次の式によって定義される。

１≦ｒくπ／２である場合には（Ｇ−５）においてＣ（
ｒ）＝１とすることによって均一な浸食に対する式が得
られる。この近似によって、　１≦ｒ≦π／２の場合に
は浸食を均一にし、「〉π／２の場合には浸食を任意に
する輪郭を設計することができる。

式（Ｇ−６）および（Ｇ−９）を用いて、数種の選択さ
れた浸食プロフィールに対するある一定の浸食プロフィ
−を得るために必要な磁石の輪郭を計算した。第１２＾
−１図に計算結果を示した。各輪郭の中心線（図には示
していない）を式（Ｇ−４）によって定義し９式（Ｇ−
６）および（Ｇ−９）によって近似する。

各輪郭の幅は一定であり、また細いことが望まし７ い。

第１２Ａ−１２Ｅ図の第１欄にはあらかじめ選択された
浸食プロフィールを示した。第３欄には第１ｎのあらか
じめ選択された浸食プロフィールに対応する磁石の形を
計算したものを示した。磁石の中心線を決定するために
は式（Ｇ−６）および（Ｇ−９）を用いた。補遺１に第
１２八図の一定浸食プロフィールおよび第１２Ｂおよび
１２Ｃ図の勾配型浸食プロフィールに対応する中心線を
計算するためのコンピュータプログラムを示した。

第２１１１１には上記に説明した第３Ｃ図を構成するた
めに用いた方法によって得られる浸食プロフィールのシ
ミュレーション結果をグラフで表示した。

設計浸食プロフィール（第１欄）とグラフによるチエツ
クで得られるプロフィールとの一致性は非常に良好であ
る。磁石の形は一見、非常に似ているようであるか、注
意深く点検すると異なる浸食を生じる重要な違いが明ら
かである。

選択された性質を持つスパッタリング薄膜を得るために
予測可能で調節された方式で浸食の形を８ 変えることができるので、あらかじめ選択された浸食プ
ロフィ−が得られる磁石を設計できることは重要である
。最も重要なことは究極的にはスパタリング薄膜の性質
および量を選択できることである。より均一な薄膜や他
の選択された深度特性を持つ薄膜が得られる場合には、
最適ではない浸食プロフィールか望ましい場合もある。

浸食プロフィールを調節することかできるのでターゲッ
トの高さおよびウェーファー圧部をより少なくして作動
させることが可能となる。特に。

第８図の複数磁石で得られる均一な浸食プロフィルによ
ってウェーファーとターゲットとの間の結合を密接にす
ることができる。このことによって、ガス散乱は低下し
、スパッタリング速度は増加するので、一定時間内の加
工量は増加する。スパッタリングで放出された原子の５
ｉｄｅ　１ｏｓｓが少なくなるので、ターゲットの利用
度も向上する。

均一浸食では、ターゲットの浸食にしたがい、タゲット
と磁石の距龍を変化さぜることかでき（装置別には示し
ていない）、ターゲットが寿命９ を持つ間、装置の電気的性質を一定に維持することがで
きる。

第８図に示した複数磁石を第２Ｂ図に示したスパッタリ
ング源の先行技術型磁石アセンブリ２１の位置に用いて
試験を行った。その結果、この新規のスパッタリング源
は０．２ミリトルの低圧で作動することが見い出された
。新規のスパッタリング源については２から１０ミリト
ルの圧力でも試験を行った。電流が５アンペア、圧力が
５ミリトルの場合の静的インピーダンスは約７０オーム
、動的インピーダンスは約１５オームである。

第１３図にこの新規のスパッタリング源の浸食プロフィ
ールの測定結果を示し、第３Ａ図および３０図と関連し
て説明したグラフシミュレーション法を用いて予測され
るプロフィールの結果と比較した。

測定結果と予測との一致は非常に良好である。

上記の実施例と既に引用した欧州共同体特許出願第２１
１４１２号および日本特許出願第６２−２１１１．３７
５号で提案されている設計とを比較することは有益であ
る。

　０ 第１４Ａ図に上記出願第゛４１２号の教示にしたがって
構成した磁石を示した。第１４Ｂ図にこのような磁石に
ついて計算した浸食プロフィールを示した。

半径の小さい部分で浸食が均一でないことに注意する。

上記出願第°３７５号は次式。

ｒ＝Ｉ−ａ＋２ａ　ｌ　　θ　１　π　　　　　　　　
　　　　　　　（＾−１）によって表される心臓型自閉
線に沿って配列した磁石では浸食が均一（ただし、薄膜
の厚みは不均一）となると主張している。第１５Ａ図で
上記出願°３７５号の式（Ａ−１）と浸食が均一になる
ように本発明で誘導した同格の式（１４）を比較した。

これらの曲線は実質的に浸食パターンが異なる点で相違
が有意である。第１５Ｂ図は式（１４）についての浸食
プロフィールが平坦であるのに対し１式（Ａ−１）に対
応する浸食プロフィ−は一定でなく、実際には同一の範
囲のＲについて約４８％異なることを示す。

本出願で述べた本発明の実施例は実例的なものであり１
本発明を制約するものではなく、上記間１ 示内容を考慮する場合、この分野の技術の同業者には多
くの多様化および代替法が明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図に固定型平面マグネトロンを使用する。 先行技術によるスパッタリング装置を部分的に図式化し
た透視図を示した。 第２八図に回転型磁石アセンブリーを使用した。 先行技術によるスパッタリング装置を単純化した図を示
した。 第２Ｂ図に第２八図の装置によって形成される浸食プロ
フィールを示した。 第３＾図に固定型円環状磁石１ｍ造によって形成される
ターゲットの浸食領域を示した。 第３Ｂ図に第易図の磁石アセンブリが固定型である場合
に形成されると仮定される固定浸食プロフィールを示し
た。 第３Ｃ図に第３八図に示した複数磁石の回転によって形
成される浸食プロフィールを示した。 ２ 第４図に幅切が不均一で次式。 舷ΣＬ（ａｒｃ（Ｉｔ）） Ｅ（Ｒ）＝　　　　　　　　　　　　　　　　　　　−
Ｋ（１（は定数） を満たず浸食領域を形成するための幾何学的構成を示し
た。 第５図に磁石輪郭の中心線の式を誘導するための幅が一
定で、それに関連する量を持つ輪郭要素を示した。 第６八図に式（１３）の解のグラフを示した。 第６Ｂ図に第６八図に示した曲線部分を原線に関して鏡
映させることによって形成される自閉線型曲線を示した
。 第６Ｃ図は第６Ｂ図を拡大したものであり、自閉線型曲
線の上部および下部に中心を持ち１幅が一定値と異なる
θ＝０およびθ−πの位置で領域が比較的狭いことを除
き１幅が一定の輪郭を示す。 第７八および７Ｂ図に磁石の中心線の位置を示す。 別の多葉型実施例を示した。 ３ 第８八図に本発明の一つの実施例を示した。 第８Ｂ図に第８八図の実施例によって形成される浸食プ
ロフィールを示した。 第９図に第８図の実施例の磁界を示した。 第１０八図に渦電流測定に使用した円形複数磁石を示し
た。 第１０Ｂ図に第１０八図の磁石の回転中に、符号へ−１
１で示した位置に対して及ぼす渦電流の影響を示した。 第１１Ａ図に円形複数磁石を示した。 第１１Ｂ図に第１１八図の複数磁石の回転による渦電流
の影響を第１１八図に示した位置＾−Ｃの関数として示
した。 第１２＾−１図にあらかじめ選択された浸食プロフィー
ルに対応する本発明の磁気手段の中心線の別の実施例を
示した。 第１３図に予測プロフィールと比較した場合の第８図の
実施例の浸食プロフィール測定結果を示した。 第１４図に欧州共同体特許出願第２１１４１２号の教示
４ にしたがい構成した磁石構造を示した。 第１４８図に第１４Ａ図の磁石ｊｖＪ造について計算し
た浸食プロフィールを示した。 第１５Ａ図は日本特許出願第６２−２１１，３７５号に
おいて均一な浸食のために提案されている式と１本出願
で教示する均一な浸食形成のための式とを比較したもの
である。 第１５Ｂ図は第１５八図で示した２つの曲線に関連する
浸食プロフィールを比較したものである。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. １．マグネトロン　スパッタリング装置であり，真空チ
   ャンバー，真空チャンバー中で前面を持つターゲット保
   持手段およびターゲットの前面に磁界を形成する回転型
   磁気手段からなり，上記磁気手段が磁気手段の規格化さ
   れた中心線の少くとも第１の部分が次式によって表され
   るように作られている装置である。 ▲数式、化学式、表等があります▼ ここで，ξ（ｕ）は上記磁気手段の回転時に上記ターゲ
   ットに生成されるようにあらかじめ選択され，規格化さ
   れた浸食プロフィールであり，Ｃは選択された定数，θ
   は選択された範囲の角度である。
2. ２．上記のあらかじめ選択された浸食プロフィールξ（
   ｕ）が一定であり，上記第１の部分がθ＝√（ｒ＾２−
   １）−ａｒｃｔａｎ√（ｒ＾２−１）＋Ｃの形の式（こ
   こでＣは選択された定数である）で表される請求項１の
   スパッタリング装置。
3. ３．上記中心線が閉鎖曲線を形成し，この曲線の各部分
   が選択されたＣおよび選択された範囲のθについて上記
   の形の式によって表される請求項１のスパッタリング装
   置。
4. ４．上記中心線の第２の部分が選択された軸に関して上
   記第１の部分を鏡映させることによって得られる請求項
   １のスパッタリング装置。
5. ５．上記磁気手段が長さが均一の第１の複数磁石から構
   成され，上記第１の複数磁石の各磁石の磁極を隔てる中
   心線の中心が上記第１の部分にある請求項１のスパッタ
   リング装置。
6. ６．上記磁気手段が第１の複数磁石および第２の複数磁
   石から構成され，第１の複数磁石の各磁石の磁極を隔て
   る中心線の中心が上記第１の部分にあり，また第２の複
   数磁石の各磁石の磁極を隔てる中心線の中心が上記第２
   の部分にある請求項４のスパッタリング装置。
7. ７．磁気材料の第１および第２保持手段を含み，上記磁
   気手段が形成する磁界を上記第１の部分に均一に沿うよ
   うに分布させるために，上記各手段が第１の部分の大半
   について第１の部分から均一な間隔で離れている請求項
   １のスパッタリング装置。
8. ８．上記磁気手段が柔軟性を持つ請求項７のスパッタリ
   ング装置。
9. ９．θが０≦θ≦π／２の範囲である請求項１のスパッ
   タリング装置。