JPH04254580A - マグネトロン陰極を用いた基板のコーティング法および装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、マグネトロン陰極の使
用の下に陰極スパッタリングにより基板をコーティング
するための方法であって、この場合、該マグネトロン陰
極はスパッタリング面、内側周縁および外側周縁有する
リング状に閉じられたターゲットを有し、さらに永久磁
石を含む磁石装置を有し、該磁石装置の、ターゲットに
幾何学的に類似する一方の磁極が外側周縁の外側に設け
られており、さらに該磁石装置の幾何学に類似する、か
つ同様にリング状に閉じられた他方の磁極が内側周縁の
内側に配置されており、この配置により、磁力線の少な
くとも主成分がほとんどわん曲されない経路上をスパッ
タリング面にわたり連行されるようにし、さらにリング
状の、スパッタリング面にわたり閉じられている磁気ト
ンネルが形成されるようにし、この場合、この磁気装置
はアース電位に対しても陰極電位に対しても自動的に設
定調整される電位へ置かれるようにした形式の基板の、
コーティング法に関する。

【０００２】

【従来技術】例えば論文、「Ｊｏｈｎ　　Ｓ．Ｃｈａｐ
ｉｎ著“Ｔｈｅ　　Ｐｌａｎａｒ　　Ｍａｇｎｅｔｒｏ
ｎ”，Ｒｅｓｅａｒｃｈ／Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，１
９７４．１」に示されている代表的なマグネトロン陰極
の場合、磁石装置の磁極面はターゲットの後側に設けら
れ、さらに磁極面は少なくともターゲットの新品状態に
おいてスパッタリング面に対して平行に走行する。さら
に磁極間隔は著しくわずかである。マグネトロンのこの
構造は、スパッタリング面から現われて、アーク状の経
路を走行した後に再びターゲットへもどる著しくわん曲
された磁力線を生ぜさせてしまう。その結果、ターゲッ
ト材料をわずかしか利用させないような著しく狭いかつ
深い侵食彫刻が生じてしまう。何故ならばターゲットは
“スパッタリングしつくされる”前に適切な時点に交換
しなければならないからである。

【０００３】ドイツ連邦共和国特許出願公報第２２４３
７０８号にも既に、ターゲット消もうを次のようにして
一様化する構成が示されている。即ち円筒−または円錐
コイルを設け、このコイルの軸を相応に形成された回転
対称のターゲットの軸に対して同軸に配置したことによ
り、一様化される。しかしこの種の装置の利点は、ここ
に記載さた中空陰極および柱状陰極の場合しか得られな
い。平面状の陰極装置が記載されている限り、磁力線の
著しいわん曲により、不所望の局所的に制限された深い
侵食彫刻が生じてしまう。

【０００４】既に次の試行も実施されている。即ち侵食
彫刻の幅を拡大しさらにターゲットの利用度を、いわゆ
る材料使用効率を次のようにして高めている。即ち永久
磁石の静止磁界に電磁石の振動磁界を重畳し、その結果
、競走路状に走行する閉じられた磁気トンネルを周期的
にターゲット表面において変位させる。この周期的変位
に、磁気トンネル中に閉じこめられたプラズマが追従し
、これにより侵食彫刻の幅の拡大が得られる（ドイツ連
邦共和国特許第２５５６６０７号）。しかし永久磁石の
磁力線の著しく大きいわん曲化（このわん曲化は例えば
、Ｃｈａｐｉｎの論文に示されているものに相応する）
の結果、重畳される磁界の顕著な変位を形成可能にする
ためには、磁石コイルの著しく高い磁界強度が必要とさ
れる。電磁石の現行の極性反転によりさらに、重畳され
た磁界は中央位置から始まってしか変位されず、この場
合この中央位置は、永久磁石の静止磁力線の経過により
前もって与えられる。その結果、磁石コイルの大きい電
流消費が生じ、これは冷却の問題を生じさせる。

【０００５】ドイツ連邦共和国特許出願公開公報第２７
２９２８６号に、永久磁界を機械的に変位させる構成も
既に示されている。しかしこのことは多額の技術費用を
必要とする。

【０００６】そのため冒頭に述べた方法が得られるよう
な別の方法も試みられている。

【０００７】請求項１の上位概念も形成する相応のマグ
ネトロン陰極が、ドイツ連邦共和国特許第３４１１５３
６号に示されている。このマグネトロン陰極の場合、磁
力線の著しくわずかわん曲された成分だけが、プラズマ
を陰極の表面へ集中させる目的で用いられる。このこと
は次のようにして達せられる、即ち磁石装置の磁極がタ
ーゲット横断面を両側でカバーする即ちターゲットがリ
ング状に構成されておりさらにその中央において開口を
有し、この開口に磁石装置の中央磁極が配置されている
。このようにして、振動する磁界の付加的な使用なしに
もターゲット彫刻を一様化できる。しかしこの一様化は
、例えばターゲットプレートが例えば１５ｍｍよりも大
きい比較的大きい厚さを有する時は、十分でない。

【０００８】前述の全部のマグネトロン陰極に共通する
ことは、スパッタリングを作動させるプラズマがいずれ
にしてもターゲット表面の、いわゆるスパッタリング面
の直接近傍へ集中されることである。基板の方向へのプ
ラズマの拡張は、いくつかのコーティング過程のために
、例えば反応陰極スパッタリングの過程のために所望さ
れている。この拡張は公知の解決手段によっては可能で
なく、しかも振動する磁界を用いても用いなくても、可
能ではない。

【０００９】しかし他方、プラズマを次のようにして基
板の方向へさらに拡大することも既に公知である。即ち
公知のマグネトロン陰極を所期のように“離調”させて
、例えば外部磁極から始まる磁力線に、基板まで達する
比較的長い走行路を強制することによる。この種の構成
は、「ＷｉｎｏｄｏｗおよびＳａｖｖｉｄｅｓによる論
文“Ｃｈａｒｇｅｄ　　ｐａｒｔｉｃｌｅ　　ｆｌｕｘ
ｅｓ　　ｆｒｏｍｐｌａｎａｒ　　ｍａｑｎｅｔｒｏｎ
　　ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ　　ｓｏｕｒｃｅｓ”，Ｊ．
Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ａ４（２），Ｍａｅ
ｒｚ／Ａｐｒｉｌ１９８６、刊行”に示されている。し
かしこの場合もターゲット彫刻の一様化の問題点が生ず
る。

【００１０】この種の離調された即ちアンバランス化さ
れたマグネトロンは“アンバランスマグネトロン”とも
称される。これに関連してＢｉｅｄｅｒｍａｎ他の論文
“Ｈａｒｄ　　ｃａｒｂｏｎ　　ａｎｄ　　ｃｏｍｐｏ
ｓｉｔｅ　　ｍｅｔａｌ／ｈａｒｄｃａｒｂｏｎ　　ｆ
ｉｌｍｓ　　ｐｒｅｐａｒｅｄ　　ｂｙ　　ａ　　ｄｃ
　　ｕｎｂａｌａｎｃｅｄ　　ｐｌａｎａｒ　　ｍａｑ
ｎｅｔｒｏｎ”（ｖｅｒｏｅｆｆｅｎｔｌｉｃｈｔ　　
ｉｎ　　“Ｖａｃｕｕｍ”，Ｂａｎｄ４０，Ｎｒ．３，
１９９０，Ｓｅｉｔｅｎ２５１ｂｉｓ２５５）を指摘し
ておく。

【００１１】前述の公知のマグネトロン陰極を反応陰極
スパッタリングのために即ち化合−この化合においてタ
ーゲット材料（通常は金属）がわずか１つのエレメント
しか形成しない−のために用いると、別の問題が生ずる
：本来のスパッタリングとして通常は希ガスが例えばア
ルゴンが用いられる。酸化物の製造の場合、ちっ素化合
物の製造の場合、カーバイト，炭化水素ガス等の製造の
場合、この希ガスに相応の反応ガスが付加される。相応
の反応生成物は通常は電気不導体であり、これは部分的
にターゲット表面に形成される。この形成は完全には回
避されない。侵食彫刻の領域においてだけ、材料が、反
応生成物が形成できるよりもより迅速に消もうする。 しかし通常の表面領域において充電が形成され、これが
最終的に電圧を生ぜさせさらに不安定なスパッタリング
過程を引きおこす。もちろんその理由は、スパッタリン
グ陰極の調整された電流供給が当然この電圧スパークに
応動するからである。

【００１２】

【発明の解決すべき問題点】本発明の課題は、良好な材
料効率ないしターゲットの長い寿命時間を得ること、基
板におけるないしターゲットと基板との間の空間全体に
おける高いプラズマ密度を形成させること、しかもこの
場合、従来のマグネトロンの通常の値の領域における高
いスパッタリング速度を達成すること、である。

【００１３】反応陰極スパッタリング法の場合、スパッ
タリング面上の非導電性の有害な堆積物をしたがって電
気スパークを回避する別の課題を解決すべきである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】この課題の解決は、冒頭
に述べた方法において本発明により次のようにして解決
されている。即ち ａ）磁力線が少なくとも近似的に、ターゲットの新品状
態において存在するようなスパッタリング面に平行に走
行する磁気トンネルの領域が、永久磁石装置の相応の設
計により外側ターゲット周縁の近傍において変位される
ようにし、この構成により別の磁界が存在しない時に最
大のターゲット侵食のリング状の領域が外側のターゲッ
ト周縁の近傍へ変位されるようにし、ｂ）外側磁極の外
側で、リング状に閉じられた、磁極に幾何学に類似する
かつこの磁極を囲む磁石コイルを用いて時間的に変化す
る別の磁界を発生するようにし、この場合、励磁電流の
ゼロとは異なる少くとも一つの時間平均値により磁界を
形成するようにし、該磁界により磁極方向および、永久
磁石装置の磁界との重畳にもとづいて、最大のターゲッ
ト侵食のリング状領域が両方のターゲット周縁の間の中
央へ変位されるようにし、さらにｃ）励磁電流の周期的
変化により最大のターゲット侵食の領域を周期的に中央
位置から両側へ変位させるようにしたのである。

【００１５】最初に次のことを明らかにしておく。即ち
“リング状”ということは、ターゲット，磁極ならびに
磁気トンネルないし（作動中の）プラズマに関して“円
形リング状”だけを意味するのではなく、だ円，走行路
および長方形の幾何学的形状も含むことである。広い面
積の基板の例えば３×４ｍ２の寸法の寸法を有する窓ガ
ラスのコーティングのために、いわゆる長方形陰極が必
要とされる。この場合、２つの互いに直線状にかつ平行
に走行するターゲット区間が、約３．５０ｍの長さを有
し、さらにその両端がターゲット区間により互いに結合
されている。これは、約３０ｃｍの外径を有する円形リ
ング状ターゲットを１／２にすることにより形成するこ
とが考えられる。これらの異なる陰極構成はドイツ連邦
共和国特許出願公報第３５２７６２８号に詳述されてい
る。

【００１６】磁極をそれぞれ隣り合うターゲット周縁に
“幾何学的に類似”させるべきであるとう記載も、磁極
が、記載されたターゲット構成の周縁に等間隔で従がう
ことを示す。この場合、比較的大きいターゲット長さの
場合および／または円形リングターゲットの外周におい
て、通常はこの外周の上に、永久磁石の閉ざされた列が
それぞれ等しい極性で配置されている。逆極性の磁極が
公知のようにターゲット横断面をカバーすることにより
、比較的わずかしかわん曲されないかまたはほとんど直
線状の経過を有するプラズマ形成用の磁界の部分しか用
いられない。スパッタリング速度は、電気力線および磁
力線が互いに直角に交差している個所で最大であるため
、磁力線の平らな経過から以下のことが生ずる：電気力
線は通常は新品のターゲット面に対して垂直方向に走行
する。磁力線がわずかしか曲げられないことにより、前
述のほとんど直角に交差する領域が、著しく曲げられた
磁力線を有する従来のマグネトロンの場合よりも、顕著
に広くなる。その結果、いわゆる侵食彫刻も磁力線の直
線性の増加と共にその幅において顕著に増加する。この
ことは−公知ではあるが−本発明の方法に対して重要な
前提である。

【００１７】

【発明の効果】実効磁力線の著しくフラットな即ちほと
んど直線的な経過は、次の利点も伴なう。即ちこの磁力
線の頂点（ターゲット表面を基準として）の変位が、磁
石コイルの方の著しくわずかな磁界の強さしか必要とせ
ず、このことはドイツ連邦共和国特許第２５５６６０７
号に示された解決手段よりも顕著な利点を有する。

【００１８】本発明の対称のその他の重要な特徴は次の
ように示される：構成要件ａ）による永久磁石装置の離
同調はまず第一に、これによりマグネトロン陰極に“ア
ンバランスマグネトロン”の特性を与える。もちろんマ
グネトロン陰極を磁石コイルの特別の電流供給源に投入
接続せずに作動させれば、侵食彫刻−磁力線のフラット
な経過により既に著しく幅が拡大されるにもかかわらず
−が外側ターゲット周縁の近傍に生じてしまう。

【００１９】構成要件ｂ）により達せられることは、電
磁石から発生される著しく弱い磁界を用いて、最大のタ
ーゲット侵食の領域の移行が、両方のターゲット周縁の
間の中央（ターゲットの横断面を基準として）へ変位さ
れる。このことは、励磁電流が常にゼロとは異なるが、
“アンバランスマグネトロン”の特性を再び問題にして
しまうような特別の値には達する必要がないことを、意
味する。

【００２０】構成要件ｃ）は実質的に、励磁電流のゼロ
とは異なる、しかも場合により値ゼロとなる時間平均値
を周期的に変化する構成を示し、これにより最大のター
ゲット侵食の領域を再び、この領域が永久磁石装置を設
けたことだけにもとづいて存在することによる領域の中
へ再び達する。他方、励磁電流を前述の時間平均値を越
えて高めることにより、最大のターゲット侵食の領域が
ターゲットの内側周縁の近傍へ変位される。ゼロとは異
なる平均値を中心に励磁電流を連続的に変化させること
により、侵食領域の連続的な変位が作動される。

【００２１】このことは次の利点と結び付けられる：良
好な材料効率ないしターゲットの長い寿命が得られ、同
様にこのことは、従来のマグネトロン陰極の場合に達せ
られた値に相応する。“アンバランスマグネトロン”の
特性の維持により、高いプラズマ密度が基板においても
ないしターゲットと基板との間の空間全体においても達
せられ、それと共に最適のコーティング過程のための有
利な前提が達せられる。

【００２２】この場合に注目すべきことは、個々の部分
課題は基本的に対立する解決手段に見えることである。 発明者は、１つの解決手段を提示したこの功績を、全部
の要求により最適に互いにまとめられている。

【００２３】反応スパッタリング過程の場合は付加的に
次の利点が得られる。即ちスパッタ速度に関連づけて反
応ガスの一層わずかな流れで十分であり、同時に基板表
面全体が実質的に完全に絶縁性の被膜が除去できる。そ
の結果、電圧スパークのおそれも回避される。

【００２４】磁界を陰極表面前方の各々の個々個所にお
いて、陰極表面に平行の成分と陰極表面に垂直の成分と
に分解して考察することができる。１つの点におけるこ
れらの両方の成分の値または強さは、永久磁石のおよび
磁石コイルの各々の成分の加算重畳から、得られる。プ
ラズマは、加算磁界の垂直成分が消滅するかまたは著し
く小さい値を有している個所では、密度が最大である。 この場合、陰極表面にいわゆる侵食が形成される。磁石
コイルにより、陰極表面の前方に、主として陰極表面に
垂直な成分から生ずる磁界が形成される。そのため陰極
表面の前方の加算磁界に対する磁石コイルの寄与は垂直
成分だけから形成される；加算磁界の、陰極表面に水平
の成分は、実質的に永久磁石の相応の成分に相応する。 磁石コイルの励磁電流の周期的変化により、陰極表面の
前方の加算磁界の垂直成分が消滅するかまたは著しく小
さい値を有する個所が、陰極表面の上において内側から
外側へまたは逆の方向へ、変位される。このようにして
ターゲット表面における侵食彫刻が変位される。この場
合に重要なことは、この移動は０線に対称な交流電流に
より生ぜさせられるのではなく、交流電流成分が一定の
直流電流値へ重畳されることによる。この場合、アンバ
ランスのマグネトロンの効果は、磁石コイルの直流電流
により主として達せられる。重畳された交流電流成分は
、電流の極性が反転しない限り“アンバランス効果”を
低下させない。

【００２５】従来の陰極と、“アンバランスマグネトロ
ン”の効果に対するスタティックに励磁される磁石コイ
ルとの比較により次のことが示された。即ちプラズマ密
度が基板近傍で増加できたこと、しかし“アンバランス
マグネトロン”の効果にもとづいてプラズマがターゲッ
ト表面の近傍において陰極中央の方向へ著しく押圧され
る即ち絞られることが示された。そのため陰極のインピ
ーダンスが著しく増加する即ち陰極電位が同じ場合はプ
ラズマが低下される。

【００２６】永久磁石装置を次のように設計しないしそ
の対称性から“離調”し、かつ磁石コイルを投入接続す
ることなく侵食彫刻がターゲットの外側周縁の近傍にお
いて位置させるようにした本発明による永久磁石装置に
よりはじめて、本発明の対象の成果が得られる。磁石コ
イルが投入接続されて相応に変化する励磁電流が供給さ
れる時に、ターゲット表面における磁界の近接作用にも
とづいて、侵食彫刻がその都度のターゲット横断面の中
央へ移行され、他方、電磁界の比較的遠方において作用
する成分が基板近傍におけるプラズマ密度を増加させる
。

【００２７】さらに本発明は、冒頭に述べた陰極スパッ
タリング法を実施するためのマグネトロン陰極に関する
。

【００２８】実質的に同じ課題を解決する目的でこのマ
グネトロン陰極は次の特徴を有する。即ちａ）磁力線が
少なくとも近似的に、ターゲットの新品状態において存
在するようなスパッタリング面に平行に走行する、磁気
トンネルの領域が、永久磁石装置の相応の設計により外
側ターゲット周縁の近傍において変位されるようにし、
この構成により別の磁界が存在しない時に最大のターゲ
ット侵食のリング状の領域が外側のターゲット周縁の近
傍へ変位されるようにし、ｂ）外側磁極の外側で、リン
グ状に閉じられた、磁極に幾何学に類似するかつこの磁
極を囲む磁石コイルを用いて時間的に変化する別の磁界
を発生するようにし、この場合、励磁電流のゼロとは異
なる少くとも一つの時間平均値により磁界を形成するよ
うにし、該磁界により磁極方向および、永久磁石装置の
磁界との重畳にもとづいて、最大のターゲット侵食のリ
ング状領域が両方のターゲット周縁の間の中央へ変位さ
れるように構成したのである。

【００２９】この場合、永久磁石装置の離調は異なる形
式で行なわれる： １．　　ターゲットの内側周縁からの内側磁極の磁極間
隔“ａ”をターゲットの外側周縁からの外側磁極の磁極
間隔“ｂ”よりも大きくなるようにし、この場合、磁極
間隔が上下に平行の、ターゲットの新品状態において磁
極およびターゲット周縁を通って走行する平面に関連づ
けられている。

【００３０】２．　　選択的に、内側磁極の残留磁気を
、磁石材料の相応の選択により外側磁極の残留磁気より
も大くした。

【００３１】３．　　内側磁極の磁極面を外側磁極の磁
極面よりも小さくしたのである。

【００３２】これらの構成は個々にまたは任意に組み合
わせて部分的に組み合わせて使用できる。

【００３３】この場合、磁石コイルの構造も特に重要で
ある。必要とされるアンペアターンを細い銅線を複数回
巻回することにより形成することも考えられが、しかし
この場合は十分な冷却を実施することが困難である、何
故ならば冷却作用が真空中の対流により排除されさらに
放射による熱損失が、実際上の理由からわずかしか許容
されない温度差のため無視されるからである。この種の
コイルの中へ冷却体を組み込むとすると、構造の寸法が
著しく大きくなってしまう。

【００３４】そのための本発明の構成によれば、磁石コ
イルを管の、４〜２０回の巻回から例えば５〜１０回の
巻回から構成し、この管を、良好な電流−および熱伝導
性の材料から構成しさらに冷却剤源へ結合したのである
。この種のコイルは大きい電流が加えられるがそれにも
かかわらず冷却が良好に行なわれる。

【００３５】この冷却装置を大きいないし長い長方形陰
極において実現可能にする目的で好適に、個々の巻線が
流体的に（電気的にではなく）中断され、さらに個々の
コイル区間は電流技術的に並列接続の形式で作動される
。他方、励磁電流に対しては直列接続が維持される。 このようにして大きすぎる流れ抵抗が回避される。

【００３６】

【実施例】次に本発明の実施例を図面の第１図〜第４図
を用いて説明する。

【００３７】図１に電流案内プレート１が示されている
。このプレートは支持絶縁体２を介して真空室３と結合
されている。真空室はアース４へ接続されている。電流
案内プレートは後述の半径方向の切欠１ａを有し、さら
に線路１ｂを介して電流源１ｃと接続されている。この
電流源は、必要とされるスパッタリング電圧を即ち陰極
電流を供給する。

【００３８】電流案内プレート１により磁石ヨーク５は
絶縁されているが固定的に結合されている。磁石ヨーク
も実質的にプレート状に形成されている。磁石ヨークは
その上側に平面６を有し、この中にリング状に閉じられ
た載置面６ａおよび６ｂが永久磁石装置７に対して設け
られている。この永久磁石装置７は、内部リング磁石７
ａおよび、閉じられた、ロッド磁石７ｂの外側の列から
構成されている。これらのロッド磁石は全部、装置の軸
Ａ−Ａに関して軸方向へ次のように磁化されている。即
ち内側のリング磁石７ａの磁極方向が外側のロッド磁石
の磁極方向とは逆に走行するように、磁化されている。 磁極位置は図１に記入されている。永久磁石装置７は、
磁石ヨーク５とは反対側の上で磁極面により形成されて
いる磁極７ｃおよび７ｄを有する。これらの磁極は異な
る平面に存在し、かつこの平面は磁石陰極の前面から、
磁極７ｄによる平面よりもさらに後方に置かれる。この
構成の作用を図２を用いて説明する。

【００３９】載置面６ａと６ｂとの間にないし磁極７ｃ
と７ｄとの間にリング状に閉じられた載置面８が設けら
れている。この載置面の上にリング状の絶縁体１１およ
び、平らなスパッタリング面９ａを有するリング状ター
ゲット９が配置されている。絶縁体１１の厚さを相応に
選択することによりスパッタリング面９ａを陰極の深さ
方向において、磁極７ｃおよび７ｄへの所定の空間位置
へ、移行することができる。ターゲット９の裏側に周回
するリブ２ｂが設けられている。このリブの中へ、周縁
に分布されて、複数個のけん引ねじ１０のためのみぞが
刻まれている。このけん引ねじによりターゲット９が磁
石ヨーク５および電流案内プレート１に対してクランプ
されている；さらにこのけん引ねじ１０は陰極電流の伝
送のために用いられる。

【００４０】ターゲット９と絶縁体１１との間にターゲ
ット冷却装置１２が設けられている。これは、長方形の
断面を有する相応に曲げられた管から形成されている。 両方の端部１２ｂおよび１２ｃは十分な絶縁間隔をもっ
て、磁石ヨーク５における記号の付せられていない孔に
より、ないし電流案内プレート１における半径方向の切
欠１ａにより、貫通案内されている。けん引ねじ１０を
しめるとターゲット９はターゲット装置１２の上に支持
されてこの装置が絶縁体１１の上に支持される。

【００４１】図１に示されている様に平らな面６から孔
１３が、磁石ヨーク５の対向する平らな面１４へ走行す
る。図１に示されている孔１３は複数個のこの種の孔の
代表である。

【００４２】孔１３の中にスリーブ状の絶縁体１５が設
けられている。この絶縁体は孔１３の外側において、平
らな面１４の上に載置されたカラー１３を有する。この
カラーの上に電流案内プレートが、けん引ねじ１０の力
の下に、支持されている。

【００４３】このようにしてターゲット９を有する電流
案内プレート１が磁石装置７を有する磁石ヨーク５から
および真空室３ないしアース４から、電気的に絶縁され
ている。ターゲット９は電流案内プレート１を介して所
定の負の電位へ接続されさらにアース４も所定の電位（
ゼロ電位）を形成している。他方、磁石ヨーク５を有す
る磁石装置７は電気的に依存せずさらに作動条件により
前もって定められている中間電位へ設定され、そのため
磁石装置のスパッタリングが中止される。この種の電位
は“フローティング電位”とも称される。磁石ヨーク５
における冷却チャンネル２５は放熱の目的に用いられる
。

【００４４】磁石装置７は、非磁性体材料から成るケー
シング１６の中に取り付けられる。このケーシング１６
は２つの回転対称の部材から即ちポット状の中心ケーシ
ング部材１６ａからおよび外側ケーシング部材１６ｂ形
成されている。この部材１６ａはリング磁石７ａを囲み
さらにねじ１７を用いて磁石ヨーク５とクランプされて
いる。部材１６ｂは−横断面から見て−ロッド磁石７ｂ
を、エンドレスの即ち閉じられた列において囲み、さら
に複数個のねじ１８を用いて−そのうちの１つが図示さ
れている−同様に磁石５と螺合されている。ケーシング
１６は端面１６ｅを有し、これは、円形面（ケーシング
部１６ａの）およびこれと同心の円形リング面（ケーシ
ング部１６ｂ）から形成されている。この端面１６ｅか
ら始まってケーシング１６はターゲット９の後方へ凹欠
されるように構成されている。

【００４５】さらに第１図に示されている様に両方のケ
ーシング部材１６ａおよび１６ｂは端面１６ｅから始ま
って、磁石７ａおよび７ｂないしその磁極７ｃおよび７
ｄをカバーし、さらに２つの円筒状の側板の形式で、タ
ーゲット９の円筒状の内側面および円筒状の外側面を、
両方の中空円筒状の空隙を残して、カバーする。

【００４６】磁極７ｄがケーシングの端面１６ｅに裏面
の近傍へ当接する。これに対して磁極７ｃとケーシング
の端面１６ｅの裏面との間に室２２が形成されている。 この室の中を、絶縁スリーブ２１により囲まれているね
じ１７が貫通案内されている。中空室の残りのスペース
はもちろん、非磁性体材料から成る充てん部材により充
てんすることができる。

【００４７】さらに図１に次の構成が示されている：タ
ーゲット９は内側周縁９ｃと外側周縁９ｄを有し、これ
らはスパッタリング面９ａの間に含まれている。このス
パッタリング面はターゲットの新品状態において平らに
形成されているが、しかし消もうが増加するにつれてタ
ーゲット材料の破線９ｅの方向へ移行する。ターゲット
９のこの種の消もうは“侵食彫刻”とも称される。

【００４８】磁極７ｃは内側周縁９ｃの内部に存在し、
磁極７ｄは外側周縁９ｄの外側に設けられている。その
ため載置面８への投射において磁極７ｃないし７ｄとタ
ーゲット９は互いに交差せず、さらに空隙１９および２
０および、ケーシング１６の側面が介在接続されている
。

【００４９】ケーシング１６の外側の円筒面は、磁石コ
イル２６−図３を用いて説明する−により囲まれている
。この磁石コイルとしてはこの実施例においては、円筒
コイルが用いられる。これは磁石陰極をその軸方向に延
在する主要部を囲む。磁石コイル２６は線２７を介して
電流源２８と接続されており、さらにこの電流源は線２
９を介して制御装置３０へ接続されている。この制御装
置３０は可変の出力電圧−第図４を用いて説明する−を
発生する。個々の電圧経過は調整可能である。

【００５０】この場合、制御装置は次のように設計され
ている、即ち励磁電流の、ゼロとは異なる時間平均値に
よりおよび磁石コイル２６により磁界が発生され、この
磁界により、磁極方向と、永久磁石装置の磁界との重畳
にもとづいて最大のターゲット侵食のリング状の領域が
両方のターゲット周縁９ｃと９ｄとの間の中央へ移行す
るように、設計されている。さらに図４に示されている
ように励磁電流を周期的に変化することにより、最大の
ターゲット侵食の領域を周期的に、中央位置から両側へ
変位される。この場合、この変位の停滞時間および変位
速度は、試験により求めることができる。

【００５１】第２図において第１図におけるものと同じ
部分には同じ記号が付されている。しかし第２図の場合
はスパッタリング面９ａが両側（横断面から見て）にお
いて、スパッタリング面９ａに対して斜めの傾斜面９ｈ
および９ｉを有するリング隆起９ｆおよび９ｇにより囲
まれている。傾斜角度は次の利点を有する。即ちリング
隆起の内側周縁に、しばらくたつと砕けて基板をおよび
／またはターゲットを汚染する材料が沈着しない利点を
有する。

【００５２】第２図に、磁極７ｃの磁極面と磁極７ｄの
磁極面との間に延在する磁力線が記入されている。図示
されている様に、磁極面の段階付けによる磁力線の頂点
“Ｋ”は左の方へ即ち外周縁９ｄの方向へずれている。 磁石コイル２６を励磁電流が流れない限り、プラズマの
最大強度がこの頂点の下方に生じ、その結果この個所に
破線９ｋで示されている侵食彫刻が形成されてしまう。 第４図に示されているように励磁電流の相応の変化によ
り、侵食彫刻が第１図に線９ｅで示された経過を有する
ようにできる。

【００５３】第３図は磁石コイル２６の詳細を示す。こ
の磁石コイルは、ケーシング１６を周回している銅管の
全部で６回の巻回から構成されている。相応の絶縁間隔
の保持の目的でケーシング１６の上に間隔を置いて絶縁
体３２が取り付けられている。これらの絶縁体のうち第
３図には一つだけが示されている。この絶縁体は直方体
の形状を有しておりその１つの長長側面に溝３２ａが設
けられている。これらの溝は管の直径に相応する。溝の
間に設けられている突起３２ｂおよび３２ｃが、必要と
される絶縁間隔を保証する。管の端部は冷却剤管路２６
ｂおよび２６ｃを介して冷却剤源２６ｄと結合されてい
る。この冷却剤源は簡単な形式では熱交換器として構成
されている。

【００５４】第４図に示されたグラフの場合、横軸にｔ
がおよびたて軸に励磁電流ｉが、それぞれ大きさの単位
なしで示されている。

【００５５】曲線３３は、ゼロとは異なる平均値Ｍを有
する電流経過を示す。この平均値を維持する場合、励磁
電流が変化されないとすれば、最大のターゲット侵食の
領域がかなり正確に、ターゲット周縁９ｃと９ｄとの間
に形成される。しかし上方へおよび下方へ変化すること
により最大のターゲット侵食の領域が中央からはじまっ
て両側へ移動される。その結果、侵食彫刻が第１図にお
ける線９ｅに示されている様に形成される。平均値Ｍか
らの正または負の偏差に対する時間成分は、前述の様に
、試行により定められる。場合によれば、例えばスパッ
タリング面上に形成される反応物を除去する目的で行程
の各々の終りにプラズマの著しく小さい停滞時間で既に
十分である。

【００５６】破線３４は励磁電流の変形のもう一つの形
式を示す：この場合、励磁電流は正弦波の経過を実施す
る、しかしゼロ線を中心に（公知の様に）ではなく前述
の平均値Ｍを中心に経過する。

【００５７】基板は図には示されていない：スパッタリ
ング面９ａは数センチの間隔で対向する。平らな被膜面
を有する１つまたは複数個の基板が対象とされる場合は
これらの被膜面はないしその搬送路はスパッタリング面
に平行に走行する。

【００５８】マグネトロン陰極は第１図の場合とは異な
り頭部の上方位置に取り付けて作動することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実質的に回転対称のマグネトロン陰極により軸
方向断面図である。

【図２】第１図に部分切欠図の、異なる構成のターゲッ
トを有する拡大図である。

【図３】磁石コイルを有するマグネトロン陰極の側面の
切欠図である。

【図４】磁石コイル用の励磁電流の異なる曲線経過図で
ある。

【符号の説明】

１　　　　電流案内プレート ２　　　　支持絶縁体 ３　　　　真空室 ４　　　　アース ５　　　　磁石ヨーク ６　　　　平らな面 ７　　　　永久磁石装置 ７ａ　　　　リング磁石 ７ｂ　　　　ロッド磁石 ７ｃ，７ｄ　　　　磁極 ８　　　　載置面 ９　　　　リング状ターゲット ９ａ　　　　スパッタリング面 ２ｂ　　　　リブ １０　　　　引っ張りボルト １１　　　　絶縁体 １２　　　　ターゲット冷却剤 １２ｂ，１２ｃ　　　　端部 １３　　　　孔 １４　　　　平らな面 １５ｃ　　　　カラー １６　　　　ケーシング １６ａ　　　　中央ケーシング部材 １６ｂ　　　　リング状の外部ケーシング部材１７，１
８　　　　ねじ １９，２０　　　　空隙 ２１　　　　絶縁材料スリーブ ２６　　　　磁石コイル ２７，２９　　　　線 ２８　　　　電流源 ３０　　　　制御装置

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　マグネトロン陰極の使用の下に陰極ス
   パッタリングにより基板をコーティングするための方法
   であって、この場合、該マグネトロン陰極はスパッタリ
   ング面、内側周縁および外側周縁を有するリング状に閉
   じられたターゲットを有し、さらに永久磁石を含む磁石
   装置を有し、該磁石装置の、ターゲットに幾何学的に類
   似する一方の磁極が外側周縁の外側に設けられており、
   さらに該磁石装置の、幾何学に類似するかつ同様にリン
   グ状に閉じられた他方の磁極が内側周縁の内側に配置さ
   れており、この配置により、磁力線の少なくとも主成分
   がほとんどわん曲されない経路上をスパッタリング面に
   わたり連行されるようにし、さらにリング状の、スパッ
   タリング面にわたり閉じられている磁気トンネルが形成
   されるようにし、この場合、この磁気装置はアース電位
   に対しても陰極電位に対しても自動的に設定調整される
   電位へ置かれるようにした形式の基板のコーティング法
   において、ａ）磁力線が少なくとも近似的に、ターゲッ
   トの新品状態において存在するようなスパッタリング面
   に平行に走行する磁気トンネルの領域が、永久磁石装置
   の相応の設計により外側ターゲット周縁の近傍において
   変位されるようにし、この構成により別の磁界が存在し
   ない時に最大のターゲット侵食のリング状の領域が外側
   のターゲット周縁の近傍へ変位されるようにし、ｂ）外
   側磁極の外側で、リング状に閉じられた、磁極に幾何学
   に類似するかつこの磁極を囲む磁石コイルを用いて時間
   的に変化する別の磁界を発生するようにし、この場合、
   励磁電流のゼロとは異なる少くとも一つの時間平均値に
   より磁界を形成するようにし、該磁界により磁極方向お
   よび、永久磁石装置の磁界との重畳にもとづいて、最大
   のターゲット侵食のリング状領域が両方のターゲット周
   縁の間の中央へ変位されるようにし、さらにｃ）励磁電
   流の周期的変化により最大のターゲット侵食の領域を周
   期的に中央位置から両側へ変位させるようにしたことを
   特徴とするマグネトロン陰極の使用の下での陰極スパッ
   タリングによる基板のコーティングする方法。
2. 【請求項２】　　磁石コイルに対してコイル長さの１ｃ
   ｍ毎に１００から１０００アンペアターンを選定した請
   求項１記載のコーティング法。
3. 【請求項３】　　マグネトロン陰極の使用の下に陰極ス
   パッタリングにより基板をコーティングするための方法
   であって、この場合、該マグネトロン陰極はスパッタリ
   ング面（９ａ）、内側周縁（９ｃ）および外側周縁（９
   ｄ）有するリング状に閉じられたターゲット（９）を有
   し、さらに永久磁石（７ａ，７ｂ）を含む磁石装置（７
   ）を有し、該磁石装置の、ターゲットに幾何学的に類似
   する一方の磁極（７ｄ）が外側周縁の外側に設けられて
   おり、さらに該磁石装置の幾何学に類似する、かつ同様
   にリング状に閉じられた他方の磁極（７ｃ）が内側周縁
   の内側に配置されており、この配置により、磁力線の少
   なくとも主成分がほとんどわん曲されない経路上をスパ
   ッタリング面にわたり連行されるようにし、さらにリン
   グ状の、スパッタリング面にわたり閉じられている磁気
   トンネルが形成されるようにし、この場合、この磁気装
   置はアース電位に対しても陰極電位に対しても自動的に
   設定調整される電位へ置かれるようにした形式の請求項
   １記載の陰極スパッタリング法による基板のコーティン
   グ法において、ａ）磁力線が少なくとも近似的に、ター
   ゲット（９）の新品状態において存在するようなスパッ
   タリング面（９ａ）に平行に走行するような、磁気トン
   ネルの領域が、永久磁石装置（７）の相応の設計により
   外側ターゲット周縁（９ｄ）の近傍において変位される
   ようにし、この構成により別の磁界が存在しない時に最
   大のターゲット侵食のリング状の領域が外側のターゲッ
   ト周縁の近傍へ変位されるようにし、ｂ）外側磁極（７
   ｄ）の外側で、リング状に閉じられた、磁極に幾何学に
   類似するかつこの磁極を囲む磁石コイル（２ｂ）が設け
   られており、該磁石コイルは、時間的に変化する別の磁
   界を発生する制御装置（３０）へ接続されており、この
   場合、励磁電流のゼロとは異なる少くとも一つの時間平
   均値により磁界を形成するようにし、該磁界により磁極
   方向および、永久磁石装置（７）の磁界との重畳にもと
   づいて、最大のターゲット侵食のリング状領域が両方の
   ターゲット周縁（９ｃ，９ｄ）の間の中央へ変位される
   ようにし、この場合さらに励磁電流の周期的変位により
   、最大のターゲット侵食の領域を周期的に、中央位置か
   ら両側へ変位させるようにしたマグネトロン陰極。
4. 【請求項４】　　磁石コイルに対してコイル寸法の長さ
   の１ｃｍ毎に１００から１０００アンペアターンを選定
   した請求項３記載のマグネトロン陰極。
5. 【請求項５】　　ターゲット（９）の内側周縁（９ｃ）
   からの内側磁極の磁極間隔“ａ”をターゲット（９）の
   外側周縁（９ｄ）からの外側磁極（７ｄ）の磁極間隔“
   ｂ”よりも大きくなるようにし、この場合、磁極間隔が
   上下に平行の、ターゲット（９）の新品状態において磁
   極およびターゲット周縁を通って走行する平面に関連づ
   けられている請求項３記載のマグネトロン陰極。
6. 【請求項６】　　内側磁極（７ｃ）の残留磁気を磁石材
   料の相応の選択により外側磁極（７ｄ）の残留磁気より
   も大くした請求項３記載のマグネトロン陰極。
7. 【請求項７】　　内側磁極（７ｃ）の磁極面を外側磁極
   （７ｄ）の磁極面よりも小さくした請求項３記載のマグ
   ネトロン陰極。
8. 【請求項８】　　磁石コイル（２６）を管の、４〜２０
   回の巻回から例えば５０〜１０回の巻回から構成し、該
   管を、良好な電流−および熱伝導性の材料から構成しさ
   らに冷却剤源（２７）へ結合した請求項３記載のマグネ
   トロン陰極。