JPH04268075A - 真空蒸着装置用の定置のマグネトロン−スパッタリング陰極 - Google Patents

真空蒸着装置用の定置のマグネトロン−スパッタリング陰極

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JPH04268075A
JPH04268075A JP3321682A JP32168291A JPH04268075A JP H04268075 A JPH04268075 A JP H04268075A JP 3321682 A JP3321682 A JP 3321682A JP 32168291 A JP32168291 A JP 32168291A JP H04268075 A JPH04268075 A JP H04268075A
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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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、陰極のそばを円軌道に
沿って運動し、回転可能な基板ホルダ上に配置された基
板のための、真空蒸着装置用の定置のマグネトロン−ス
パッタリング陰極であって、ターゲットと、該ターゲッ
トに対して一平行平面内に配置された支持−あるいはヨ
ーク板と、ターゲットの後方に設けられた磁石構成とを
有しており、該磁石構成が複数の永久磁石によって形成
されており、さらにターゲットの上方で自体閉じられた
トンネルが第１の列から出発しかつ第２の列に戻される
磁束が形成されるように、これらの永久磁石のうち第１
の磁石列がそれぞれ、同一極を有しており、かつ第２の
磁石列が対抗する極を有している形式のものに関する。
【０００２】
【従来の技術】マグネトロン−スパッタリング陰極は、
磁場の援助なしのスパッタリング機構に較べてファクタ
ー１０〜３０だけ高いスパッタリング率が特徴である。 しかし、このような利点は、マグネトロン内で磁気トン
ネルによって強制されるプラズマの収縮がスパッタリン
グ効果の相応するスペース的な制限に表れるので、ター
ゲットの著しく不均一なスパッタリングの欠点をも伴う
。最深個所が磁束線の極点の下側に位置するような深い
侵食溝の構成によって、スパッタリング過程を終了され
なければならず、それによりターゲット物質のほぼ２５
〜３０％しかスパッタリングされていない。従って、こ
のことにより、定置の蒸着装置においては、即ち陰極と
基板との間で相対運動しないような蒸着装置においては
、極めて不均一な層厚分布になってしまう。原則的に、
侵食溝は、基板上にほとんど写真のように生じるであろ
う。
【０００３】このような問題性並びに若干の解決策は、
ドイツ連邦共和国特許出願公開第２７０７１４４号明細
書及びドイツ連邦共和国特許出願公開第３６１９１９４
号明細書に記載されている。前記解決策のための特別な
マグネトロン−スパッタリング陰極においては、閉じら
れるそれぞれ唯１つの磁石構成が偏心位置で、円形状の
ターゲットの後方で回転し（ドイツ連邦共和国特許出願
公開第２７０７１４４号明細書の図２２から図２５）、
しかも磁石はそれぞれ２つの互いに内外に位置する閉じ
られた磁石列を形成している。
【０００４】さらに、ヨーロッパ特許公開第０３６５２
４９号明細書（図６）により、円盤状のターゲットを有
する回転するスパッタリング陰極に、磁石の一方部分を
磁石が非対称的なリングを形成するようにターゲットの
後方で配置し、かつ磁石の他方部分をほぼ島形状でター
ゲットの中央に集めて配置し、この場合リングを形成す
る磁石列が全てＳ−極を有して、かつ島のように集めら
れた磁石が全てＮ−極を有してターゲット上に整合され
ていることが公知である。
【０００５】さらに、ＶＥＢ　　Ｈｏｃｈｖａｋｕｕｍ
　　Ｄｒｅｓｄｅｎ発行の「Ｖａｋｕｕｍ−Ｉｎｆｏｒ
ｍａｔｉｏｎ」３１．Ｏｋｔ．１９８３，４４４頁、図
１により公知であるように、スパッタリング陰極のター
ゲットが、ほぼ正三角形として形成されており、かつ磁
石がその背面に１列に配置されており、さらにこの磁石
列がこの三角形ターゲットの２つの縁にほぼ平行に、か
つ第３の縁範囲で内側へループ状の湾のように延びてい
る。 三角形−プラズマトロンとして示されたこのような陰極
は、その特別な形状により、ターゲットのそばを円弧に
沿って運動する基板において良好な層厚分布を可能にす
る。
【０００６】さらにアメリカ合衆国特許第４６３１１０
６号明細書（図７）により、回転する円盤状のヨーク板
の後方に、複数の磁石が２列の渦巻状磁石列で配置され
ており、しかも同一極を有する一方の磁石列に、反対の
極を有する他方の磁石列が並行に対向して位置している
。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、蒸着
しようとする基板上の層厚分布が広く均一であり、かつ
同時にターゲット物質が良好に利用されるように、マグ
ネトロン−スパッタリング陰極を改良することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
めに講じた本発明の手段は、ヨーク板が円盤状に形成さ
れており、さらに第１の磁石列が、ほぼ閉じられた円形
リングを形成してヨーク板の縁範囲に設けられており、
さらに第２の磁石列が、規則なしに、しかしほぼ対称的
な形状を形成してヨーク板の中央範囲に設けられており
、さらにヨーク板の、基板ホルダの回転軸とは反対側の
半部で延びている磁気トンネル区分が、ヨーク板の、前
記回転軸に向かう側の半部に存在する磁気トンネル区分
より全体的に長い長さを有していることにある。
【０００９】
【実施例】真空蒸着装置は、主に、円筒状のプロセス室
３と、基板ホルダ４とを有しており、該基板ホルダの回
転軸５は底部材８を貫通案内されておりかつ伝動装置６
を介して電動機７によって駆動される。さらに真空蒸着
装置は、蓋部材９の開口内に配置された陰極１０を有し
ており、該陰極は、絶縁リング１１によって開口１２の
縁に支持かつ保持されており、さらにスパッタリングし
ようとする物質を有するターゲット１３を有しており、
該ターゲットの後方には、複数の永久磁石１４が配置さ
れており、この永久磁石は円盤状のヨーク板１５を介し
て互いに結合されており、さらにターゲット１３、磁石
１４及びヨーク板１５は、陰極基体又は支持プレート１
６と結合されており、該支持プレート自体はその支持プ
レートの円形状のカラー部材によって絶縁リング１１に
支承されている。
【００１０】蒸着プロセス中に、プロセス室３内に真空
が形成され、この際ケーシング自体が陽極を、部材１３
〜１６が陰極を形成し、さらにプロセス室からターゲッ
ト物質が、基板ホルダ４上に位置していて図１に示すよ
うに円軌道Ｋに沿ってゆっくり陰極１０の前を運動され
、しかも伝動装置６及び下方の底部材８内に軸受けされ
た回転軸５を介して基板ホルダ４を駆動するような電動
機７によって運動される基板１７，１７′，…上に流れ
る。
【００１１】処で、陰極１０は円盤状の横断面もしくは
投影面を有しているので、陰極１０の残りの構成も、特
に磁石１４の構成も完全に均一及び対称的であると、即
ちターゲット１３の下側に形成されたプラズマ柱が円形
リングを形成すると、円軌道Ｋに沿ってそのそばを運動
される基板１７の下に不均一な蒸着を有することになる
。
【００１２】本発明によれば、磁石列１４ａ，１４ｂ，
…がヨーク板１５，１５′，…上でそれぞれ次のように
、つまり、形成された閉じられた磁気トンネルｔがヨー
ク板１５の区分ＩＶ（図３の上方区分）では他の区分Ｉ
（図３の下方縁における同じ大きさの区分）より長く構
成されているように選ばれている（図３から図６参照）
。要するに、磁気トンネルｔによって規定されるプラズ
マ柱は、陰極１０の上方半部（半径方向外側半部ＩＩＩ
＋ＩＶ）では下方半部におけるより有効であり（このこ
とは図４に示される磁石列１４ａ′，１４ｂ′により特
に良く判る）、従って高速で陰極１０の下側を通過する
、基板１７の半径方向外側に位置する半部ａは、基板１
７の下側半部ｂと同じ層厚でスパッタリングされる。
【００１３】図５及び図６による実施例では、種々の区
分もしくは区域の記載は省略されている。しかし、この
磁石列１４ａ″，１４ｂ″及び１４ａ″′，１４ｂ″′
でも既に述べた条件を満たしており、つまりプラズマ柱
がターゲットもしくはヨーク板１５の半部では他方の半
部におけるよりそれぞれ長く形成されていることが明ら
かである。しかも磁気トンネルｔ″もしくはｔ″′の相
応する延びが、図面で破線として示されている。
【００１４】図３から明らかなように、グループあるい
は列を形成された、例えば半円内に配置された第１の磁
石列１４ａがそれぞれ、磁石の閉じた円を形成しかつこ
の円形磁石に別の直線磁石列が接続されているような第
２の磁石列１４ｂに対して種々の極を有している。第１
の（内側に位置する）列において、それぞれＳ極が基板
１７に向いており、これに対して第２の列ではＮ極が基
板１７に向いている。勿論、図４〜図６による実施例で
は個々の磁石は、同じ形式で、即ち同方向の極を有して
配置されている。
【００１５】特に図５から明らかなように、磁石列１４
ａ″，１４ｂ″の個々の磁石は種々の大きさもしくは出
力で構成されることもでき、このことは勿論、プラズマ
柱の経過もしくはプラズマ柱の出力に影響を及ぼす。
【００１６】従来技術のマグネトロン−円形陰極では、
永久磁石がヨーク板に回転対称的に配置されているのに
対して、本発明による円形陰極では、永久磁石はヨーク
板に設けられており、該ヨーク板は基板ホルダの半径方
向ビームｚに関して鏡像対称的でもよく、あるいは規定
された対称を形成せずに構成されることもできる。
【００１７】全ての場合において目的は、プラズマ包括
（レース−トラック）の延びを生ぜしめることであり、
このプラズマ包括は基板範囲で所望の分布を可能にする
。使用されるターゲット物質、使用されるスパッタリン
グ陰極（ＤＣ−スパッタリング、ＲＦ−スパッタリング
）及び特別な装置及びその形状に関連して、種々の磁石
構成が必要である。
【００１８】さらに、固有の構成では唯１つの「ゲージ
−磁石」が、層厚均一の精密ゲージングを可能にするた
めに、ある程度の枠でその長さ及び／又はその大きさを
確定しないままにする必要がある（例えば図３による実
施例の磁石１８）。
【００１９】既に、マグネトロン−円形陰極において層
厚均一化は、孔付き遮蔽板の構成によって可能である。 この場合、陰極から来る物質ビームからの一部分が、所
望の層厚均一性が得られるように指向される。この場合
の欠点は、有効スパッタリング率が、遮蔽板及びこの遮
蔽板において成長する層によって減少することである。 このような問題は、本発明による前述の円形陰極によっ
て排除される。
【００２０】セグメント形陰極もしくはトラペツ形陰極
に較べて、本発明の円形陰極は、極めて簡単に、ひいて
は安価に製造され、しかもこれらの陰極を既に存在する
装置に組み込むことが、一般的には問題なくでき、この
ことは同様に顕著な利点を示す。
【図面の簡単な説明】
【図１】真空蒸着装置の概略的平面図である。
【図２】真空蒸着装置の一部を破断して示す側面図であ
る。
【図３】磁石構成の一実施例を有するヨーク板の拡大平
面図である。
【図４】磁石構成の一実施例を有するヨーク板の拡大平
面図である。
【図５】磁石構成の一実施例を有するヨーク板の拡大平
面図である。
【図６】磁石構成の一実施例を有するヨーク板の拡大平
面図である。
【符号の説明】

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　陰極（１０）のそばを円軌道（Ｋ）に
    沿って運動し、回転可能な基板ホルダ（４）上に配置さ
    れた基板（１７）のための、真空蒸着装置用の定置のマ
    グネトロン−スパッタリング陰極であって、ターゲット
    （１３）と、該ターゲットに対して一平行平面内に配置
    された支持−あるいはヨーク板（１５）と、ターゲット
    （１３）の後方に設けられた磁石構成とを有しており、
    該磁石構成が複数の永久磁石（１４ａ，１４ｂ）によっ
    て形成されており、さらにターゲット（１３）の上方で
    自体閉じられたトンネルが第１の列から出発しかつ第２
    の列に戻される磁束が形成されるように、これらの永久
    磁石のうち第１の磁石列（１４ｂ，１４ｂ′，…）がそ
    れぞれ、同一極を有しており、かつ第２の磁石列（１４
    ａ，１４ａ′，…）が対抗する極を有している形式のも
    のにおいて、前記ヨーク板（１５）が円盤状に形成され
    ており、さらに第１の磁石列（１４ｂ，１４ｂ′，…）
    が、ほぼ閉じられた円形リングを形成してヨーク板（１
    ５）の縁範囲に設けられており、さらに第２の磁石列（
    １４ａ，１４ａ′，…）が、規則なしに、しかしほぼ対
    称的な形状を形成してヨーク板（１５）の中央範囲に設
    けられており、さらにヨーク板（１５）の、基板ホルダ
    （４）の回転軸（５）とは反対側の半部（ＩＩＩ＋ＩＶ
    ）で延びている磁気トンネル区分が、ヨーク板（１５）
    の、前記回転軸（５）に向かう側の半部（Ｉ＋ＩＩ）に
    存在する磁気トンネル区分より全体的に長い長さを有し
    ていることを特徴とする真空蒸着装置用の定置のマグネ
    トロン−スパッタリング陰極。
  2. 【請求項２】　　第１の磁石列（１４ｂ，１４ｂ′，…
    ）も、第２の磁石列（１４ａ，１４ａ′，…）も、種々
    の形状及び大きさを有している請求項１記載の真空蒸着
    装置用の定置のマグネトロン−スパッタリング陰極。
  3. 【請求項３】　　ヨーク板（１５）の中央に、円筒状に
    形成され磁石（１８）が設けられており、該磁石から、
    直列に配置された磁石の第１の磁石列（１４ｂ）が半径
    方向で、同一極の円形リング状に配置された外側の磁石
    列まで延びており、さらに中央の磁石（１８）が、開放
    する円形リングを形成する第２の磁石列（１４ａ）によ
    って取り囲まれており、さらに中央の磁石（１８）と第
    ２の磁石列（１４ａ）との間隔が、この第２の磁石列（
    １４ａ）と外側の磁石列（１４ｂ）との間隔にほぼ相応
    している請求項１又は２記載の真空蒸着装置用の定置の
    マグネトロン−スパッタリング陰極。
  4. 【請求項４】　　ヨーク板（１５）の中央区分に第２の
    磁石列（１４ａ′，１４ａ″）が配置されており、該第
    ２の磁石列が、Ｘ−字状又はＩ−字状の、しかしほぼ対
    称的な形状を有しており、さらに対称軸線（Ｚ）が、回
    転軸線（５）からヨーク板（１５）の中央を通って延び
    る直線にほぼ平行に延びており、さらに第１の磁石列（
    １４ｂ′，１４ｂ″）が第２の磁石列（１４ａ′，１４
    ａ″）をリング状に取り囲んでいる請求項１又は２記載
    の真空蒸着装置用の定置のマグネトロン−スパッタリン
    グ陰極。
  5. 【請求項５】　　ヨーク板（１５）の中央区分に、第２
    の磁石列（１４ａ″′）がほぼＵ−字状の形状で配置さ
    れており、かつ第１の磁石列（１４ｂ″′）が前記第２
    の磁石列（１４ａ″′）をリング状に取り囲んでおり、
    さらにこのリング状の磁石構成に接続された付加的な磁
    石（１９）の列が設けられており、この磁石（１９）の
    列は、曲げられたフィンガーの形状で半径方向でヨーク
    板（１５）のほぼ中央まで突入して延びており、さらに
    Ｕ−字状に配置された磁石（１４ａ″′）が、このＵ−
    字形状の両脚が対称軸線（Ｚ）に対して直角に向く直線
    にほぼ平行に延びるように整合されている請求項１又は
    ２記載の真空蒸着装置用の定置のマグネトロン−スパッ
    タリング陰極。
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