JPH0525626A - 選択された浸食のための回転スパツタリング装置 - Google Patents

選択された浸食のための回転スパツタリング装置

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JPH0525626A
JPH0525626A JP2382291A JP2382291A JPH0525626A JP H0525626 A JPH0525626 A JP H0525626A JP 2382291 A JP2382291 A JP 2382291A JP 2382291 A JP2382291 A JP 2382291A JP H0525626 A JPH0525626 A JP H0525626A
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erosion
target
magnet
magnetron
pole piece
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JP2382291A
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Richard E Demaray
リチヤード・アーネスト・デイマレイ
John C Helmer
ジヨン・シー・ヘルマー
Robert L Anderson
ロバート・エル・アンダーソン
Young Hoon Park
ヤング・ホーン・パーク
Ronald R Cochran
ロナルド・アール・コクラン
Jr Vance E Hoffman
ヴアンス・エバー・ホフマン・ジユニア
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Varian Associates Inc
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】回転スパッタリング装置に於て、プラズマ放電
により生ずるターゲットの浸食を均一化させ、ターゲッ
トの長寿命化を行うとともに、固定半導体ウェファ上へ
の蒸着を非常に均一に行う。 【構成】ターゲット（カソード）８の前面に閉じたロー
プ浸食経路を限定する磁場を発生させるため、ターゲッ
ト８の背面に、磁気アレー組立体１２を含む磁気アレー
ハウジング１０を設けると共に、磁気アレー組立体１２
と磁気アレーハウジング１０をターゲット８の表面に垂
直な軸線１００に関して回転させる。磁気アレー組立体
は第１の磁極片と、これとは反対の極性を有する第２の
磁極片とにより構成された、特有の形状及び磁力を有す
る。回転軸線１００は上記の第１の磁極片と第２の磁極
片との間を通っている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、均一な浸食のための回
転スパッタリング装置に関するもので、特に回転の中心
でディスク様領域に均一な浸食を得るための回転スパッ
タリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】平坦なマグネトロンは、半導体処理の業
界によって集積回路の製造中にシリコンウェーハをいろ
いろな材料、たとえばアルミニウムでコートするための
スパッタリング装置において使用されている。
【０００３】平坦な固定マグネトロンを有するスパッタ
リング装置は、典型的に、ダイオードスパッタリング、
あるいは蒸発技術に基づく装置を越えた素晴らしい改良
点をもつ効率の高いスパッタリング装置である。しか
し、平坦な固定マグネトロンを有するスパッタリング装
置は実際上の欠点をもち、その最も問題となるのはプラ
ズマ放電によりターゲットに細い溝が浸食されることで
ある。この局所的浸食はスパッタされた原子の非均一な
分布を発生させ、固定半導体ウエファ上の蒸着に非均一
な段階領域をもたらす。
【０００４】さまざまな試みが（いくつかは部分的に成
功している）、このようなスパッタ源を改良してターゲ
ットの浸食を広げるため、およびスパッタされた原子の
分布をより一様にするためになされてきた。たとえば、
米国特許第4,444,643号には、機械的に回転させられる
永久磁石組立体を有するスパッタリング装置が開示され
ている。永久磁石組立体の回転はターゲットの広い範囲
わたって浸食を生じさせる。
【０００５】磁石を特別に配列することもまた、より一
様な浸食を形成するために提案された。一つのこのよう
な配列は、米国特許第4,872,964号（名称 Ｐlanar Ｓ
puttering Ａpparatus Ａnd Ｉts Ｍagnetic Ｓou
rce）に記載されており、参考にこの明細書中に組み込
まれている。この公開された装置は、磁石装置の回転の
中心に共通の中心を有する二つの同心円間の環状領域に
均一の浸食を達成することを目的とする。
【０００６】日本の特開昭62−211375号（名称「スパッ
タリング装置」1986年3月11日発行））には別の回転ス
パッタリング装置が記載されており、それは、回転の中
心を含まない環状領域の均一な浸食を目的としている。
【０００７】環状領域に均一な浸食を得るためのもう一
つの方法が1989年5月22日発行の米国特許出願第355,713
号（名称 Ｓputtering Ａpparatus Ｗith Ａ Ｒot
ating Ｍagnet Ａrray Ｈaving Ａ Ｇeometry Ｆ
or Ｓpecified ＴargetＥrosion Ｐrofil）に記載さ
れている。
【０００８】上記装置のいずれも、磁石構造物の単純な
回転によっては、ディスク様領域の均一な浸食を得るこ
とはできない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、非常に均一
性の高いスパッタリングを実現し、また、ターゲットの
長寿命化を実現しようとするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】一つの軸線の回りに回転
し、ターゲットにあらかじめ選ばれた浸食プロファイル
を作り出すマグネトロンスパッタ装置であって、一つの
磁石手段を含むものが開示されている。その回転の軸線
はターゲットの表面に垂直であり、Ｐ点でターゲット表
面を通る。
【００１１】磁石手段は、ターゲット表面上に前記Ｐ点
を通る閉じたループ浸食経路を作り出すような形状であ
る。
【００１２】前記磁石手段とターゲット表面との間の距
離を制御するための手段が与えられる。ターゲットは動
作の間一定の距離または一定の蒸着率が維持されてもよ
い。一つの実施例における磁石手段は、該磁石手段が回
転するとき、その磁石手段の強さと輪郭がＰ点が中心の
ターゲット上の円形領域に均一な浸食を生じさせるよう
な浸食経路を作り出すように構成されている。
【００１３】一つの実施例ではターゲットは平坦であ
る。また別の実施例ではターゲットは皿形、即ち凸形又
は凹形であり、磁石手段は皿形ターゲットと同じ形状の
部分を含む。上記実施例の何れもスパッタエッチ装置の
ような形状をしている。
【００１４】もう一つの実施例において磁石手段は、該
磁石手段及びΣＬ（Arc(Ｒ)）／Ｒにより発生する磁場
の平均磁力が浸食輪郭に沿ってＲ１≦Ｒ≦Ｒ２の範囲の
Ｒによって変化する。
【００１５】
【実施例】図１は本発明の回転マグネトロン・スパッタ
リング装置１の一つの実施例の断面図である。スパッタ
リング装置１はステンレス鋼ハウジング２、基板Ｗを支
持するための基板支持テーブル４、カソード（ターゲッ
ト）８、磁石アレー組立体12を収容する磁石アレーハウ
ジング10及び前記磁石アレーハウジング10と磁石アレー
組立体12を軸線100に関して回転するためのモーター14
を含む。
【００１６】ハウジング２は該ハウジング２、基板支持
テーブル(アノード)４、カソード８、カソード受け板６
及び電気絶縁体20によって画成される真空チェンバ18を
排気するための真空ポンプ(図示せず)に接続されるポー
ト16を含む。Ｏ-リング26及び28はハウジング２と絶縁
体20との間を密閉し、絶縁体20とカソード受け板６との
間を密閉する。Ｏ-リング21はハウジング２と基板支持
テーブル４との間を密閉する。ハウジング２はまた基板
を真空チェンバ18に出し入れするための入口／出口の働
きをする。ポート22は在来のゲートバルブ（図示せず）
によって密閉可能である。基板支持テーブル４及びハウ
ジング２は電気的に接地されており、基板支持テーブル
４はクランピング手段(図示せず)によって固定された基
板Ｗの温度を制御するための在来の加熱手段（図示せ
ず）を有する。
【００１７】真空チェンバ18が排気をした後マグネトロ
ン放電38を補助するために、例えば0.1乃至１ミリトル
のアルゴンのような、低圧力に制御された不活性ガスが
ガス入口39を通して真空チェンバ18内に導入される。
【００１８】磁石アレーハウジング10はウォーターチェ
ンバ25の中に配設されており、該チェンバはカソード受
け板６とファイバーグラスハウジング３によって画成さ
れている。該ファイバーグラスハウジング３は複数の円
形に配置されたファスナーＳによって前記カソード受け
板６に固定されている。ファスナーＳ１はカソード受け
板６からコネクタ24への電線管として働く。前記コネク
タ24は負のＤＣ高圧電源との接続に適している。水又は
他の冷却液が入口23を通してチェンバ25に導入される。
モータ14はカップラー５を介してシャフト９を回転させ
る。モータシャフト９は上下する回転密閉手段７を貫い
てチェンバ25へ伸びる。密閉手段７はファスナー11によ
ってファイバーグラスハウジング３に取り付けられてい
る。シャフトフランジ29がファスナー31によって磁石ア
レーハウジング10に取り付けられている。
【００１９】モータマウント32はモータ14をブラケット
19によってハウジング２に取り付けられているシリンダ
ー17に取り付けている。リニアモータ15がシリンダー17
に取り付けられている。動作においては、リニアモータ
15は図１の矢印Ｃで示した軸線に沿って直線的に取り付
けられた、モータ14、モータシャフト９、磁石アレーハ
ウジング10及び磁石アレー12を駆動するために起動させ
られる。リニアモータ15は磁石アレー12とターゲット８
との間の距離を制御するために用いられる。この距離を
制御する能力は、オペレータがチェンバ18内のカソード
8の表面の下に曲がった矢印Ｂで示された磁場を調整す
ることを可能にする。
【００２０】図１の実施例では、ウエファ支持テーブル
４と相対するカソード８の平坦部分が11.25インチ（約2
8.58センチメートル）の直径を有し、８インチ（約20.3
2センチメートル）の直径を有する基板のスパッタコー
ティングに適している。ウエファテーブルの上面は、タ
ーゲット８の表面の下ほぼ１乃至３インチ（約2.54乃至
7.62センチメートル）の間で移動可能である。２インチ
（約5,08センチメートル）以下の距離は従来技術のマグ
ネトロンスパッタ構造体で用いられている距離よりも小
さい。にもかかわらず、磁石アレー12のデザインによっ
て基板Ｗの均一なスパッタコーティングが達成される。
前記磁石アレー12はターゲット８内で、中心が軸線100
に有り、直径がほぼ10インチ（約25.4センチメートル）
の円形領域40の均一な浸食を可能にしてる。この接近カ
ップリングは高フィルムコレクション効率をもたらす。
テーブル４からカソード８までの距離はスペーサリング
39の大きさを１乃至３インチ（2.54乃至7,62センチメー
トル）の間のものにすることでセットされてもよい。
【００２１】図２は磁石アレー12の平面図を示してい
る。正方形の磁石Ｍ１乃至Ｍ1９が内側磁極片35と外側
磁極片36との間に並べられている。内側磁極片は北極で
あり、外側磁極片は南極である。磁極片間の距離は一定
でＷである。正方形の磁石Ｍ４乃至Ｍ1７は35メガガウ
スオーステッド（ＭＧＯ）の等しい強さを持っている。
回転軸線100は磁石Ｍ１の中心を通っている。磁石Ｍ１
の強さは8.75ＭＧＯであり、磁石Ｍ４乃至Ｍ1７の強さ
のほぼ１／４である。磁石Ｍ２、Ｍ３、Ｍ1８、及びＭ
1９の強さは1.75ＭＧＯであり、磁石Ｍ４乃至Ｍ1７の強
さの半分である。Ｔ１乃至Ｔ６の各三角磁石は、左右何
れかの側にある正方形の磁石の強さの中間の強さを有す
る。磁石を拘束している磁極片35及び36は磁石受け板27
に取り付けられている。磁極片35及び36は、磁石Ｍ４と
Ｍ１との間の磁力及び磁石Ｍ1７とＭ１との間の磁力を
連続的に弱めて中心が接近するように磁場を分配する役
目を果たす。カウンタウェイト13は受け板27と磁石アレ
ー12とがモータ14によって軸線100に関して回転させら
れるとき、バランスを取る働きをする。
【００２２】図３は図２に示された磁石アレーの平面図
で有る。矢印Ｂで示された磁力線はターゲット８から伸
び、磁気トンネルを画成する。該磁気トンネルは、マグ
ネトロンディスチャージ38を浸食されるターゲットの表
面に近接する閉じたループ領域に制限する。放電中の活
発なイオンはターゲット８に衝突し、ターゲットの原子
を除けることによりターゲットを浸食する。それらの幾
つかは基板Ｗの平坦面をコートする。
【００２３】もし動作中、磁石アレー12が静止させられ
ているならば、磁石アレー12と同様の経路を有する溝が
ターゲット８に浸食されるであろう。しかし、下記のよ
うに磁石アレー12のセンターラインの特別な形状は、磁
石アレー12が回転させられるとき、磁石アレー12の磁石
Ｍ１乃至Ｍ1９の強さのグラデーションを伴って、中心
が軸線100にあるターゲット８の円形領域40の均一な浸
食を可能にする。円形領域に均一な浸食を達成するため
の磁力の選択及びセンターラインの形状を説明するため
に、従来技術のスパッタリング装置によって得られる非
均一の浸食について記載するのが良いであろう。
【００２４】図４は平坦な固定マグネトロン302を含む
従来のスパッタリング装置301の略示部分斜視図を示
す。マグネトロン302はアースされたアノード304および
負の高電圧源に接続されたカソード（ターゲット）306
を含む。ターゲット306は環状で、最初は（すなわちス
パッタリングが行われる前）平坦な上面306ａを有す
る。図５に示された複数の永久磁石308がターゲット306
の下に円形に配置されている。低圧の不活性ガス、たと
えば５ミリトルのアルゴンガスが、ガス入口303を通っ
てマグネトロン302を含む真空チェンバ305の中へと導入
される。真空チェンバ305は不活性ガスが導入される前
に、チェンバ内を排気するために真空源（図示せず）に
連結される。
【００２５】ウェーハＷがチェンバ305に取り付けられ
た適当なウェーハ保持手段307により保持され、コート
されるウェーハの平坦な表面が露出され、ターゲット30
6の平坦な表面306ａに平行となっている。
【００２６】動作中、矢印Ｂにより示された磁力線は環
状領域312への放電を制限する。ここで、放電でエネル
ギをもったイオンがターゲット306をたたき、アルミニ
ュウム原子を追い出してターゲット306を侵食する。ア
ルミニュウム原子はウェーハＷの平坦な表面をコートす
る。エネルギをもったイオンが上述したようにターゲッ
ト306に環状溝313を侵食し、この局在化した侵食はスパ
ッタされた原子の分布を不均一なものとする。
【００２７】図６は、従来のＶｅｒｓａｍａｇ（商標）
スパッタリング源314の略示図を示す。このスパッタリ
ング源314はバリアン・アソシエイツ・インコーポレイ
テッドより市販されている。図４に関連して説明したよ
うに、スパッタリング源314が真空チェンバ（図示せ
ず）内に配置され、不活性ガスがチェンバ内に導入され
る。
【００２８】スパッタリング源314は矢印Ａにより示さ
れているように軸線320のまわりにシャフト323を回転さ
せるモータ316を含む。磁石支持シャフト319がシャフト
323から垂直に伸張し、そこに取り付けられた磁石組立
体321を支持している。従って、石組立体321の中心軸線
324は軸線320から距離Ｒだけ離れている。
【００２９】磁石組立体321は、円の上に配列された図
５のものに似た磁石の配列を含み、磁力線Ｂにより制限
された円形で環状の放電315が動作中に形成される。
【００３０】ターゲット（カソード）317はディスクの
形をし、負の高電圧源（図示せず）に接続されている。
真空チェンバ（図示せず）に取り付けられたプラズマシ
ールド322は接地されゼロ電位になり、アノードとして
機能する。ターゲット317は受け板318に接着されてい
る。ハウジング326に取り付けられている受け板318はタ
ーゲット317を支持している。ハウジング326は受け板31
8と一緒になってターゲットを冷却するための水槽を保
持する水密なチェンバ328を形成する。
【００３１】ウェーハＷは真空チェンバに取り付けられ
たウェーハ支持体（図示せず）により支持され、ウェー
ハＷのコートされるべき上面Ｗａがターゲット317の下
で、かつ平行になっている。
【００３２】動作中、モータ316がシャフト323を回転さ
せ、全磁石組立体321が軸線320のまわりを回転する。こ
の回転によりターゲット317に生じた浸食パターンは単
純な溝よりも複雑になる。図７（図６と垂直方向に整合
している）は、一定の速度で何度も軸線320のまわりで
磁石組立体321を回転させることにより生じたターゲッ
ト317の浸食の深さのプロフィールが示されたターゲッ
ト317の部分断面（ただし、垂直方向に誇張されてい
る）を示す。一点鎖線327は軸線324の経路を示す。放電
315が図７に示されている。もちろん、軸線324に関する
放電315は軸線320のまわりを回転する。図７に示されて
いるように、ターゲット317の浸食は環状の放電315が回
転するとき一定ではない。
【００３３】本発明の理論的根拠は図７に示す浸食プロ
フィールが一様でない理由をまず考慮することによりよ
り理解され得るであろう。図６に示す磁石組立体321は
図５に示すように円に沿って配置された磁石308をもつ
ことで、生じる円形の放電315は、ターゲット317に近接
した放電領域330で一様な分布（実際の強度の分布は以
下に記載するように、他の分布をもってもよい）の強度
をもつと仮定できる。
【００３４】磁石アレー321が固定して保持されるな
ら、ターゲット317の浸食プロフィールは図９と整合し
た図10に示された形状をもつと仮定できる。すなわち、
浸食に深さは環状の領域330の幅全体にわたって一定で
ある。もちろん、浸食の実際の深さは放電の強度および
放電がターゲット全体に維持されている時間の長さに依
存する。
【００３５】磁石アレーが回転の軸線320（軸線320は図
９において紙面に対して垂直である）に関して一定の角
速度で回転するとき、ターゲット317の侵食表面上の点
ｒ（この点はターゲット317上の放電領域330における完
全な回転毎により生じるターゲットの中心から直線でＲ
の距離の地点）における浸食量（Ｅ(Ｒ)で示す）は、点
ｒを通って回転する領域330での弧の全長、すなわち回
転の軸線から距離Ｒにおける弧の全長に正比例する。図
９において、一つの弧の部分、Arc（Ｒ1）は各回転の間
点ｒ1を通って回転する。二つの弧の部分、Arc
1（Ｒ2）、およびArc2（Ｒ2）は各回転の間点ｒ2を通っ
て回転する。一つの弧の部分、Arc（Ｒ3）は点ｒ 3を通
って回転する。原点から距離Ｒにおける弧の部分の全長
はΣＬ（Arc（Ｒ））と示される。ここでＬ（Arc(Ｒ)）
はArc（Ｒ）の長さである。したがって、Ｅ(Ｒ)はΣＬ
（Arc(Ｒ)）に正比例する。
【００３６】一方、回転の軸線から距離Ｒにおける点を
通って回転する単位長さ当たりの弧が要する時間はＲの
逆数で変化するので、侵食Ｅ(Ｒ)はＲに反比例する。
【００３７】したがって、以下の式１となる。
【数１】 １ ここで、ｋは放電強度および他の因子に依存する比例定
数である。
【００３８】図８において、図９に示す磁石アレー321
が回転するため浸食の形は、弧の長さを測定することに
より、式１を使用することにより（ここでｋ＝１と設定
した）、図にされている。図９に示す個々の弧の長さが
自在定規により測定され図８に示す。
【００３９】図９の固定浸食パターンに対して使用した
近似にもかかわらず、図８の予測した平均侵食パターン
は測定値に近いものとなっている。固定浸食パターンが
狭ければ狭いほど、近似はより良くなり、回転により得
られる結果は固定浸食プロフィールの正確な形に依存し
なくなる。
【００４０】式１が第１近似として、総和が一回転に対
する弧の長さにわたって取られようとも、あるいは総和
がＮ回転に対する弧の長さにわたって取られようとも妥
当であると仮定する。言い換えると、Ｎ回転に対する浸
食の深さは式２および式３により与えられる。
【数２】 ２ ここで、総和はＮ回転に対する弧の長さについて取って
いる。
【数３】 ３ ここで、総和は一回転に対する弧の長さについて取って
いる。
【００４１】この重ね合わせの原理より、二つの浸食プ
ロフィールは一方が他方のスカラー積となるならば同等
である。
【００４２】第１近似では、定数ｋ（これは中でも放電
の強度に比例する）が、たとえば因子２だけ増加するな
らば、回転数を因子２だけ減少させることで全深さが同
じ浸食が得られる。
【００４３】第１近似として、式１が、総和が一回転ま
たはそれ以上の回転にわたってとられようとも妥当なも
のであるとの仮定は、図８に示す予測された浸食パター
ンに近接したものとなった、実験的に測定されたパター
ン（Joseph Co とJohn Helmerによるガーテックスパッ
タリング源の浸食モデル（バリアンリサーチセンター）
１９８５年９月）を参照）により実証された。
【００４４】したがって、環状領域に均一な浸食を形成
するために、米国特許出願第355,713号のように解析的
に進め以下の式４を満たす浸食経路を見い出した。 Ｅ（Ｒ）＝ｋΣＬ（Arc(Ｒ)）／Ｒ＝Ｋ、 ４ ここでＫは任意の定数であり、経路の幅が一定ｗである
という付加的な性質をもつ。
【００４５】図11は、式が極座標でＲ＝Ｒ（θ）により
表される中央線をもつ経路の要素Ｐを示す。経路の幅ｗ
が一定とする。曲線Ｒ＝Ｒ（θ）と点（θ、Ｒ（θ））
での弧部分Arc(Ｒ)との間の鋭角をαとする。その弧部
分Arc(Ｒ)は経路部分Ｐの外端から経路部分の内端へと
伸びている。
【００４６】 Ｅ（Ｒ）＝ｋＬ／Ｒ＝Ｋ、 ５ とする。ここでＬ＝Ｌ（Arc(Ｒ)）で、ｋ、Ｋは定数で
ある。ｋ1＝Ｋ／ｋとして、 Ｌ／Ｒ＝ｋ1 ６ 図11から分かるように、tanα≒tanα′≒ｗ／ｄである
からtanα≒ｗ／√（Ｌ2−ｗ2）となる。
【００４７】この近似は経路幅ｗに対して良いもので、 tanα＝ｗ／√（Ｌ2−ｗ2） ７ とおく。一方、図11から tanα≒ΔＲ／ＲΔθ ということができる。
【００４８】曲線Ｒ＝Ｒ（θ）が点（θ、Ｒ（θ））で
微分可能であると、
【数８】 ８ または
【数９】 ９ となる。
【００４９】式７および９から
【数10】 10 式６からＬ＝ｋ1Ｒを代入すると、
【数11】 11 または
【数12】 12 を得る。
【００５０】 Ｒ0＝ｗ／ｋ1 13 を定義する。Ｒ＜ｗ／ｋ1のとき、√〔｛（ｋ１／ｗ）
Ｒ｝2−１〕は虚数となるから、Ｒ0は半径Ｒの最小値で
ある。実際上、Ｒ0は、ｋ1が任意であるから設計上任意
に選択することができる。
【００５１】 ｒ＝Ｒ／Ｒ0 14 を定義すると、 ｄｒ＝ｄＲ／Ｒ0 15 となる。このとき、式12は
【数16】 16 となる。これは、
【数17】 17 または、
【数18】 18 という既知の解をもつ微分方程式である。ここでＣは積
分定数である。
【００５２】方程式17は方程式18の正規化形と呼ばれ、
方程式18は方程式17の正規化形と呼ばれる。
【００５３】式17は、正のｒに対し、ｒ≧１、すなわち
Ｒ＝Ｒ0のとき実の解をもつことを示す。Ｃ＝０を選ぶ
と、ｒ＝１、すなわちＲ＝Ｒ0のとき、θ＝０である。
このようなＣの選択に対し、θ＝０のとき、Ｒ、Ｒ0の
最小値が生じる。
【００５４】図12は、Ｃ＝０のときの式17すなわち式19
【数19】 により定義されるθとｒ＝Ｒ／Ｒ0との関係を示す。
【００５５】経路の中央線が螺旋となって外に向かって
いることに注意することが重要であり、故に、式５、Ｅ
（Ｒ）＝ｋＬ／Ｒ＝Ｋを満たし、どの点でも微分可能な
一定の幅ｗをもつ閉じたループ経路を構成することが不
可能である。
【００５６】しかし、対称性を利用し、限定され数の点
（また当該点の近傍で均一でない幅の経路がある）の微
分可能性の条件を緩和することにより、等しい長さおよ
び幅の磁石の中央線が、経路の中心を定義する線上に配
置されるとき、実際上環状領域内に均一な浸食を産する
閉ループを構成でき、均一な幅の浸食経路（微分可能性
のない点を除く）を形成する。磁力線（図１および図４
に示す）がターゲットの表面と平行であるところでター
ゲット上の曲線に沿って、ターゲットに最大の浸食が生
じる。これは磁気手段の中央線であると定義される。こ
れはまたＢ=で示されるターゲットの表面に対して平行
な磁場の大きさが最大である線をも示す。この中央線は
式19により定義される曲線と一致する。たとえば、図12
に示す曲線の上半分Ａは０≦θ≦πで式19により定義さ
れる。その曲線の下半分Ｂは、極軸に関して上半分の鏡
像を取ることにより得られる。最終的な閉曲線は、２つ
の点（０，１）、（π，ｒ（π））で微分できない。
【００５７】他の閉ループ経路（図示せず）がθ0≦θ
≦θ0＋πで、θ0＞０が任意の角度で式19により定義さ
れる曲線のいずれかの180°部分を取ることにより、線
θ＝θ0に関してこの部分の鏡像をとることにより定義
され得る。
【００５８】図14は、上部曲線Ａの大部分を中心として
一定の幅ｗをもつ部分Ｐ1と下部曲線Ａの大部分を中心
とした部分Ｐ1とから成る経路Ｐを定義した図13正規化
されていないの拡大図である。注意する点は、一定の幅
をもつ経路を微分不可能な点の近傍Ｎ1、Ｎ2で定義され
ないことである。しかし、図13に示すように、これらの
点で一点鎖線により経路を閉じる。これら二つの別個の
点の近傍における一様でない経路幅の効果を無視できる
ことを実証した。
【００５９】ＲMINを経路Ｐの外側エッジＥ0が極軸（θ
＝０）と交差する点であると定義する。ＲMAXを経路Ｐ
の内側エッジＥ1が負の極軸（θ＝π）と交差する点で
あると定義する。ＲMINとＲMAXとの間の如何なる半径Ｒ
に対しても｛ΣＬ(Arc(Ｒ)）｝／Ｒ＝Ｋ1を得る。ここ
でＫ1は定数である。
【００６０】図15は図14に示した浸食経路を作り出すた
めの磁石の設計の配置である。
【００６１】Ｍ1からＭ14までの永久磁石は磁石を所定
の場所に維持する鉄製の保護器331、333の間に挟まれ、
磁場を磁石にそって均一にに分布させ、かつ磁石の形状
を正確に定義するために機能する。保護器は磁石支持体
に点熔接してもよい。ほかに、磁気手段は保護器331、3
33により定義される形状をもつ一体の磁石であってもよ
い。
【００６２】図14に示す曲線Ａ、Ｂは各磁石の中心を貫
通し、各磁石の中央線Ｃiが曲線Ａ、Ｂに垂直である。
保護器の厚さは、それが必要な形状に曲げるのに十分な
程度に柔軟であるように非常に小さいことが都合良い。
鉄製の保護器に対して必要な厚さを調べるために試験が
行われた。永久磁石はいろいろ異なる厚さの保護器の間
に配置された。使用された磁石は３／４″×３／４″×
０．３２″の寸法で、エネルギプロダクツが１８ＭＧＯ
のサマリウムコバルトである。多くの場合、二つの磁石
が、各ユニットを形成し、磁石の厚みが０．６４″とな
るように用いられる。磁石間の間隔もまた変化させる。
これらの試験から１／１６インチの厚さが十分であるこ
とが分かった。
【００６３】
【表１】
【００６４】図15に示された磁石アレーが軸線Ａの回り
に回転させられるとき、図14において破線で示したよう
に少なくともＲMINとＲMAXとの間の環状領域内に均一な
浸食帯を作る。
【００６５】図15に示した磁石アレーは、軸線100につ
いて回転させられるとき、回転の中心に均一な浸食をも
たらさない。
【００６６】図２に示された本発明の磁石アレーは、軸
線100について回転させられるとき、回転の中心に均一
な浸食をもたらす。
【００６７】図17は図２に示された本発明の磁石アレー
の磁極片の平面図である。図17においてＲ*はＲMINより
も大きい選択された半径である。Ｒ*＜Ｒ≦ＲMAXである
領域Ｉ及びＲMAX≦Ｒ≦Ｒ(π)である領域IVにおいて、
磁石アレーの上半分のセンターラインＡが式18で示され
る。ここでＣ＝０である。
【００６８】即ち、それは14に示した曲線Ａと一致す
る。同様にＲ＞Ｒ*に関しては、磁石アレーの下半分の
センターラインは図14に示した曲線Ｂと一致する。
【００６９】領域IIは回転の軸線100に中心を置かれた
円形領域に限定され、Ｗ／２の直径を有している（ここ
で、Ｗ／２は浸食領域の幅である）。この例において、
Ｗは磁極片35、36間の距離に等しい。領域IIにおけるセ
ンターライン101は回転軸線のところの出発点を通る直
線部分であり、磁極片35と36の対応する直線部分から当
距離にある。Ｗ／２≦Ｒ≦Ｒ*である領域IIIの上半分の
センターライン103は、領域IIのセンターラインを領域I
の上半分のセンターラインＡに接続している。このセン
ターラインは領域I及び領域IIのセンターラインをつな
ぐどのような都合の良いスムーズな弧であってもよい。
磁極片35及び36は次に磁極片間の距離が一定になるよう
に前記スムーズな弧に沿って屈曲する。領域IIの下半分
におけるセンターラインは、極軸に関して対称に示され
る。これは図２における磁石アレーのセンターラインの
限定を完成する。
【００７０】領域Ｉにおいては、 ｛ΣＬ（Arc(Ｒ)）｝／Ｒ＝Ｃ1 20 ここでＣ1は定数である。これより、
【数21】 21 を得る。ここで、Ｋ1は領域Ｉにおける放電の強さに依
存する比例定数である。
【００７１】領域IIにおいては、 ｛ΣＬ（Arc(Ｒ)）｝／Ｒ＝Ｃ2 22 であり、これより、
【数23】 23 を得る。ここで、Ｋ2は領域ＩIにおける放電の強さに依
存する比例定数である。方程式21と方程式23とを比較す
ると、領域Ｉ及びIIで同じである浸食に関して、 Ｋ1Ｃ1＝Ｋ2Ｃ2 24 でなければならない。
【００７２】図２及び17において示した実施例におい
て、Ｗ＝0.64であり、Ｃ1＝1.4（測定値）である。従っ
て、Ｃ2＝２π≒6.28 である。
【００７３】方程式24のこれらの値の代わりに、これら
の領域における浸食の強さの比が、 Ｋ2／Ｋ1＝1.4／6.28＝0.222 25 であり、領域Iにおいては、 ｛ΣＬ(Arc(Ｒ)）｝／Ｒ＝1.4 領域IIにおいては、 ｛ΣＬ（Arc(Ｒ)）｝／Ｒ＝6.28 領域IIIにおいては、｛ΣＬ（Arc(Ｒ)）｝／Ｒは6.28か
ら1.4に減少する。
【００７４】図18の曲線105は、｛ΣＬ（Arc(Ｒ)）｝／
ＲとＲに関するグラフである。
【００７５】領域IIIにおいては、Ｅ(Ｒ)＝Ｋ3(Ｒ)｛Σ
Ｌ（Arc(Ｒ)）｝／Ｒであり、ここでＫ3(Ｒ)は比例係数
である。領域IIIにおける浸食Ｅ(Ｒ)を一定に維持する
ために、比例係数は｛ΣＬ（Arc(Ｒ)）｝／Ｒが減少す
るに従って増加しなければならない。即ち、Ｋ3(Ｒ)は
｛ΣＬ（Arc(Ｒ)）｝／Ｒに反比例して変化しなければ
ならない。
【００７６】もし領域Iにおける浸食の値が均一にセッ
トされているならば、 Ｋ3(Ｒ)＝１／〔｛ΣＬ（Arc(Ｒ)）｝／Ｒ〕 と成る。
【００７７】このＫ3(Ｒ)と１／〔｛ΣＬ（Arc(Ｒ)）｝
／Ｒ〕との間の反比例の関係は、図18における曲線105
及び108によって示されている。
【００７８】点Ｐ(Ｒ，θ）でのターゲットの表面に平
行なターゲット表面での磁場の成分の大きさは、Ｂ
=(Ｒ，θ）で示される。点Ｐ(Ｒ，θi-1）及び点Ｐ
(Ｒ，θi）で浸食経路境界を横切る浸食経路中の半径Ｒ
の弧上の平均磁力は、
【数26】 26 によって示される。ここで、 αi＝θi−θi-1 27 である。
【００７９】さらに、半径Ｒでの平均磁力を、
【数28】 28 と定義する。ここでＮはこのような全ての弧の数を示
す。
【００８０】もし、半径Ｒの完全な円が浸食経路に含ま
れるなら、
【数29】 29 と定義する。
【００８１】要素Ｋ3(Ｒ)は半径Ｒでの平均磁力にほぼ
比例する。実際に我々は半径Ｒでの平均磁力を制御する
ことによってＫ3(Ｒ)の値を制御する。
【００８２】図２及び17の実施例に戻ると、Ｋ2／Ｋ1＝
0.222（方程式25を参照）であるので、領域IIにおける
磁石が領域Ｉの磁石の強さのほぼ１／４であるように選
んだ。Ｋ3(Ｒ)は領域IIIのＲが領域Ｉにおける値から領
域IIにおける値に増加するとともに増加するので（図18
参照）、領域IIIにおける磁石は、領域Ｉと領域IIの磁
石の強さの中間の強さを持つように選択した。領域Ｉ及
び領域IIの大部分でＢ=の大きさが実質的に一定である
ように、領域Ｉ及び領域IIのための磁石をターゲットの
表面の下に選択された距離をもって配置されても良いこ
とが分かるであろう。特に半径Ｒでの平均磁力が領域Ｉ
及び領域IIにおいて実質的に一定であることが分かろ
う。
【００８３】このことは動作中、領域Ｉ及び領域IIにお
ける半径Ｒでの放電の平均量が実質的に一定であること
を意味する。
【００８４】図20は、本発明に代わる実施例の磁極片10
9及び110の外形の平面図である。ここでも磁極片間の距
離は一定である。領域Ｉ及び領域IVの外形は図17に関し
て上記したものと同様である。図20と図17の主な違い
は、センターラインの平坦部分116が回転の中心を通ら
ない、即ち、磁極片によって限定される経路が中心から
外れているということである。
【００８５】領域IIIのセンターラインはここでも領域
Ｉと領域IIをつなぐスムーズな曲線として選ばれてい
る。また、領域IIのための磁石は半径Ｒでの平均磁力が
領域II内で実質的に一定（Ｒには依存しない）であるよ
うに選択されるべきである。
【００８６】図21は図20の磁極片の外形に関する磁石ア
レー組立体の平面図である。この場合、各磁石Ｍは一対
の磁石Ｍ′、Ｍ″から成る。領域Ｉの各磁石のための一
対の磁石のための各磁石Ｍ′、Ｍ″は35ＭＧＯの同じ磁
力に選ばれている。磁石Ｍ0は二つの磁石Ｍ0′とＭ0″
とから成り、各々17.5ＭＧＯと8.75ＭＧＯの磁力を有す
る。
【００８７】領域IIIの磁石84は17.5ＭＧＯの磁力を有
する磁石85及び86とから成る。領域IIIの磁石89は、各
々26ＭＧＯの磁力を有する磁石87及び88とから成る。領
域IIIの残りの磁石は対称的になされている。領域IIに
磁極片は領域IIIの磁石から幾らかの磁力を誘導してい
る。この磁力の移送は領域IIIにわたる平均磁力の変化
を減ずるのに役立つ。
【００８８】図22は図20に示した磁極片の外形に代わる
別の磁石組立体である。この実施例では一片の磁石Ｍが
用いられている。領域Ｉでは各磁石Ｍは35ＭＧＯの磁力
を有する。領域IIIにおいては、磁石111及び112は領域
Ｉにおける磁石の磁力のほぼ１／２に消磁されている。
磁石110及び111は回転軸線100からのそれらの距離を調
節できるようになっている。領域Ｉ内の平均磁力は磁極
片109、110の幅（0.092インチ）、磁石111と112の磁
力、及び軸線100からの磁石の距離によって決定され
る。
【００８９】図23は本発明に用いるのに適した35ＭＧＯ
の磁力を有する各磁石70の断面（拡大率は正確ではな
い）を示しており、その磁石は例えば磁極片35及び36の
断面を含む図２の磁石Ｍiである。鉄の磁極片35及び36
は0.125インチの厚さを有する。磁石70は0.75インチの
高さと0.95インチの幅（極と極との間）を有する。
【００９０】図23はまたターゲット８のスパッタリング
面Ｔ上に伸びる磁場（Ｂ）のいわゆる「磁束管」の断面
図（拡大率は不正確）を示している。
【００９１】スパッタリング面Ｔと磁石の表面との距離
ｄは、磁石アレー12を軸線100に沿って直線的に動かす
スライダモータ15によって制御される。図を分かりやす
くするためにターゲット面Ｔの変化した位置Ｔ′及び
Ｔ″を破線で示してある。
【００９２】概して、ターゲットの表面上のマグネトロ
ン浸食経路は、磁束がターゲットと直交する二つの点Ｐ
1とＰ2との間のターゲットの領域に限定される。言い換
えると、Ｂ=がゼロでない二つの点の間の領域に限定さ
れる。浸食領域の外ではＢ=の値は浸食領域を維持する
働きはしない。ターゲット面に直交する磁束線管の領域
の外ではどこでもＢ=はゼロにされるであろう。
【００９３】図23から分かるように、浸食領域の幅は磁
石と浸食されるターゲット面との間の距離の増加に従っ
て増加する。例えば、ターゲットＴが位置Ｔ′にあると
きは、マグネトロン浸食経路がＰ1′とＰ2′との管の幅
にわたって伸びる。
【００９４】図24は、図23の磁石に対するターゲットの
表面に沿ったＢ=の大きさのグラフであり、距離ｄが0.5
インチ（曲線Ａ）、0.75インチ（曲線Ｂ）及び１インチ
（曲線Ｃ）に対するものである。特に、距離が0.5イン
チのものに関する曲線ＡについてはＢ=の大きさがほぼ
−2500ガウスの一定値を取ることに注意されたい。従っ
て、Ｂ=の大きさがほほ一定であるようなこのような磁
石位置は、図２のように回転の中心が磁極片間の浸食領
域の中間にあるような構成及び回転の中心に関してほぼ
一定のＢ=場を有することが望ましい構成に適する。
【００９５】図25には第２の永久磁石71の断面図が示さ
れており、その磁石の幅及び高さは各々0.64インチ及び
0.75インチである。磁石71は35ＭＧＯの磁力を有し、鉄
の磁極片は0.92インチの厚さを有する。
【００９６】図26は、磁石面とターゲットの浸食面との
間の距離が0.5インチ、0.75インチ及び1.0インチの場合
にターゲットの表面で交差するＢ=の大きさを示す曲線
Ｄ、Ｅ、Ｆのグラフである。
【００９７】磁石71のこの構成では、0.5インチの距離
の場合のＢ=（曲線Ｄ）が図23の対応する曲線よりも中
心でのピークが鋭いことに注意されたい。
【００９８】図27は第３の磁石デザインを示している。
磁石72は厚さがほぼ0.5インチの鉄磁極片61と62及び２
つの永久磁石63と64とから成る。その２つの永久磁石は
各々35ＭＧＯの磁力を有し、平行かつ逆向きに鉄のエン
ドピース65に取り付けられている。磁石の幅Ｗmはほぼ
0.95インチである。磁石63及び64の高さは0.75インチで
ある。磁石の幅は0.34インチである。
【００９９】図28は磁石72がターゲット面から0.5イン
チ、1インチ及び1.5インチの距離に有るときの、ターゲ
ット面上でのＢ=の各大きさを示す曲線Ｇ、Ｈ及びＩの
グラフである。曲線Ｇはピークが鋭く、三角形の断面を
有することが分かる。
【０１００】図24、図26及び図28に示した全ての曲線に
ついて、ターゲット面上の浸食経路の幅は曲線の各々が
例えばＢ=が０であるところの水平軸線と交差する点の
間の距離によって決定される。浸食経路の幅は示した距
離の範囲でｄの増加関数であることも分かる。最大磁力
及び平均磁力は示した距離の範囲でｄの減少関数であ
る。
【０１０１】図25及び図27に示した磁石形状は、回転の
中心がＢ=の大きさが最大となる点から外れており、そ
れによって領域IIにおける平均磁力が実質的に一定であ
るような図20、図21及び図22に示した実施例に最適であ
る。
【０１０２】上記の全ての実施例において、磁極片間の
距離は一定であるが、浸食領域の幅及び強さは磁石アレ
ーとターゲット表面との間の距離を調整することにより
変えることができる。
【０１０３】図29は、幅が一定でない磁石構造を用いて
回転の中心（100）に均一な浸食を伸ばすための本発明
のもう一つの実施例の部分略示図である。
【０１０４】領域Ｉにおいて磁極片は、Ｒ*がＲMINに選
ばれていることを除いて、図２及び４で領域Ｉを示す磁
極片に与えられたものと同じ形状である。図２において
領域Ｉのために用いられた磁石と同じものが図29の領域
Ｉに用いられている。領域IIは弧部分で限定されたとが
った領域であり、その弧の端点Ｇ、Ｈは半径ＲMINの円
が内側磁極片と交差する点として定められている。これ
はパイの形状に例えられる。
【０１０５】領域IIの形状を有する磁石は既知の粉末冶
金技術によって造られ、均一に磁化されるので、領域II
において平均磁力は一様になる。従って、領域IIにおい
ては、 Ｌ(Arc(Ｒ)）／Ｒ＝α となる。領域Ｉにおいては ΣＬ（Arc(Ｒ)）／Ｒ＝Ｃ であるが、弧は明らかに半径ＲMINを有する円上の境界
で等しいので、α＝Ｃである。
【０１０６】図30はＲに対するＬ(Arc(Ｒ)）／Ｒのグラ
フを示し、領域Ｉ及び領域IIの双方で一定である。
【０１０７】図31は本発明のもう一つの実施例であり、
領域IIにおいて磁極片間の距離が一定でないものであ
る。磁石アレーは図29に示した実施例と同じである。領
域IIのための内側磁極片115は回転の中心100の何れかの
側で極軸との交点が調整可能な柔軟性の有る磁極片であ
る。調整は磁極片115を磁極片35にスライド嵌合させる
手段によってなされる。
【０１０８】もし、
【数30】 30 がＲに依存せず一定であるならば、概して、均一な浸食
（Ｅ(Ｒ)＝Ｋ）がターゲットの中心に関して２πの角度
を通じて浸食経路の回転の上に得られる。
【０１０９】それ故、
【数31】 31 が直接Ｋに比例する。しかし、浸食領域において点Ｐ
(Ｒ,θi-1）から点Ｐ(Ｒ,θi)の弧の部分を除いて、Ｂ=
(Ｒ,θ)はゼロであるので、
【数32】 32 となる。従って、
【数33】 33 ここで、αi＝θi−θi-1 である。しかし、
【数34】 34 である。
【０１１０】それ故、
【数35】 35 となる。一般的な場合、全ての実施例について
【数36】 36 となる。ここで、Ｃは一定である。
【０１１１】それ故、平均磁力
【数37】 37 は、均一な浸食のためにΣＬ(Arc(Ｒ)）／Ｒと正反対に
変化する。
【０１１２】もし、
【数38】 38 がＲの区間で増加関数であるならば、浸食Ｅ(Ｒ）は増
加関数になるであろう。もし、
【数39】 39 がＲの区間で減少関数であるならば、浸食Ｅ(Ｒ）は減
少関数になるであろう。例えば、数39が区間θ≦Ｒ≦
Ｒ′で一定であるならば、回転の中心に中心があり、
Ｒ′の外半径を有するディスク状領域にわたって均一な
浸食が達成されうる。浸食は、区間 Ｒ′＜Ｒ≦Ｒ″で
数39を均一に増加させることにより、区間 Ｒ′＜Ｒ≦
Ｒ″において均一に増加するようになされ得る。
【０１１３】変動のない浸食の経路幅はその経路に沿っ
て変化してもよく、それ故ΣArc(Ｒ)／Ｒの値はＲと共
に変化してもよい。しかし、もし、数37がΣArc(Ｒ)／
Ｒに反比例して変化するならば、均一は浸食がマグネト
ロンターゲットの中心についての浸食の回転経路上にな
される。
【０１１４】均一でない場合、予め選択された浸食プロ
ファイルＥ(Ｒ）が与えられるなら、方程式36がみたさ
れるように磁力と変動のない浸食プロファイルを選択す
ることによって、回転上に予め選択された浸食プロファ
イルを作る磁石アレーを構成する。図32は図22に示した
実施例を軸線100に関して回転させたときに作られる浸
食の均一性のグラフである。ほぼ135キロワット時の動
作の後、10インチのターゲットの中心を通る浸食は本質
的に均一（±1.3％）である。425キロワット時の動作の
後、浸食は領域内で約±２インチ減少し、中心で幾分増
加するが、浸食の均一性はまだ平均浸食の±8.7％であ
る。図32に示された２つの曲線は、ターゲットが浸食さ
れるに従ってターゲットの表面までの距離が変化するよ
うに、磁石組立体とターゲット背面との距離を維持させ
ている間に生じるものである。もし組立体がターゲット
の背面までの距離を固定して動作されたならば、浸食の
深さが増すにつれ、浸食はより非均一になり、特に、タ
ーゲットの中心での深さが増すにつれ、非均一になる。
にもかかわらず、これらの寿命がつきるまでの均一性
は、表２に見られるように何千ものウエファをコートす
るのに十分なものである。表２は図１及び22に示された
実施例によりデポジットされたアルミニュームフィルム
についてのフィルム特性に関するものである。
【表２】
【０１１５】ターゲットの上面と磁石アレーとの距離を
浸食が進む間ほぼ一定に維持するように調節すること
で、長い動作の間、均一性を維持することができる。図
33は図20に示した実施例のためにスパッタチェンバ18
（図１参照）に供給されたミリトル単位のアルゴンガス
の圧力に対するインピーダンスのグラフである。放電の
インピーダンスは示した圧力の全範囲にわたって７キロ
ワット及び５キロワットで低い。これは非常に良いマグ
ネトロン放電の特徴である。特に、マグネトロン放電は
実質的に１ミリトル以下の分圧に維持される。このよう
に、回転の中心付近の値が中心から離れたところの値よ
りも低いような平均磁力を有する本発明の設計は、マグ
ネトロン放電の効果を減じることはない。図34は、コー
トされる基板とターゲットのスパッタ表面との間の距離
の関数としての捕集率のグラフである。捕集率は、キロ
ワット秒毎にデポッジトされたフィルム厚のアルゴンの
単位をもって測定される。表２からは、2.5ミリトルの
圧力下で、ターゲットの直径の18％である5.4ｃｍの基
板距離のソースをもって図１及び20乃至22の実施例を動
作させることにより、素晴らしく均一なフィルム厚、優
秀な捕集率及び非常に良いアルミニュームフィルム特性
が得られることが分かる。図35は本発明の別の実施例で
あり、以下の３つの点を除いて図１に示した実施例と同
じである。(１)ターゲット受け板６及びターゲット８が
何れも基板支持テーブル４から見ると凹面上に形成され
ている。(２)磁石アレーハウジング10が受け板６と一致
するように屈曲している。(３)磁石アレーのための磁極
片が磁石アレーの受け板から伸び、屈曲したハウジング
10に非常に近い磁極片の端部が屈曲したハウジング10に
相似している（図36参照）。アレー中の各磁石の各々が
内側磁極片の相似した端部に近接して配置されている。
屈曲したターゲット８と磁石アレー12の回転動作による
均一な浸食はコートされる基板の表面にスパッタされた
蒸気を集中させるのに役立ち、フィルム捕集率を改善す
る。屈曲したターゲットは、基板の外縁でのスパッタさ
れた蒸気の到達率を増加させることによってフィルム厚
の均一性を改善する。皿形カソードの屈曲は、真空及び
水圧の複合効果により歪みを防ぐ働きがある。このよう
な歪みはターゲットの剥離、漏れ及びターゲットの寿命
を短くする原因となる。磁極片は磁極片の端部をターゲ
ット８に相似するように一致させるために長さが異なっ
ている。磁極片のこのような変更は磁束管に何の影響も
与えない。図36はエッチ装置としての動作に適した本発
明の実施例を示している。図37に示されたエッチ装置20
0は以下の点を除き図１のスパッタ装置と同じである。
即ち、ターゲット８（図１）が移され、基板Ｗが周辺ウ
エファ固定手段201によってカソード６に固定されてい
ることである。この形態では、シリコンウエファのよう
な基板を絶縁するために、別の電源が電気接続24とアノ
ードの役目をするハウジング部分４に接続されている。
この実施例によってターゲットウエファ即ち基板の均一
なマグネトロン浸食が得られる。図37には本発明の別の
実施例であって、スパッタ又はエッチ或は基板Ｗを同じ
にスパッタリングし、エッチングするのに適した装置を
示している。スパッタエッチ装置300の線210よりも上の
部分は、図１に示した対応する部分と同じである。スパ
ッタエッチ装置300の線210よりも下の部分は、図36に示
した対応する部分と同じである。この場合は、電気接続
310は交流電源又は負のＤＣ電源に何れかに接続されて
おり、電気接続311は同様に負のＤＣ電源又はＡＣ電源
に接続されている。この実施例ではハウジング２はアー
スされており、アノードとしての役目を果たす。対向す
るカソード８及び４は平行であり、動作中ターゲット８
及びターゲット４上の基板Ｗの表面からスパッタリング
が現れる。このようにして基板Ｗは、上部マグネトロン
の動作によるスパッタターゲット８の表面からの追い出
された原子によるスパッタコート及び下部マグネトロン
の動作による基板Ｗの表面から追い出された原子による
スパッタエッチが同時になされる。図38、39及び40は図
１に示された磁石12のための別の実施例である。図38は
電磁石500の断面図である。図38の磁極片401及び402は
図２の磁極片35及び36と同じ形状である。コイル403は
図２の永久磁石の代わりである。その磁石の強さは磁極
片間の薄い磁気分路405によって調節しうる。孤のよう
な磁気分路の使用により、ターゲット表面でのＢ=の平
均値が浸食経路の選ばれた領域内で制御されうる。図40
は磁極片の別の実施例を示している。磁極片406及び407
は端部408及び409を有し、それら端部は何れも指定した
領域で指定しただけ磁石の強さを減じる部分分路として
の役目をし、磁束線をターゲットの表面上の浸食領域の
幅に合うように形づける役目をもするような形状に作ら
れている。上記の本発明の実施例は例示であり、限定を
意味するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の回転マグネトロン装置の１実施例の断
面図である。
【図２】図１の磁石アレー組立体の平面図である。
【図３】図２の磁石アレーによって発生する磁力線の略
示図である。
【図４】平坦な固定マグネトロンを含む従来技術のスパ
ッタリング装置の略示図を示す。
【図５】図４の装置のための磁石アレーの平面図であ
る。
【図６】回転磁石組立体を含む従来技術のスパッタリン
グ装置の略示図である。
【図７】図６に示されたスパッタリング源によって生成
された浸食プロフィールを示す。
【図８】図９に示された磁石アレーの回転により生成さ
れた浸食プロフィールを示す。
【図９】固定の環状磁気形状により生じたターゲット上
の浸食領域を示す。
【図10】図９の磁石組立体が固定されたときにその組立
体によって生じた固定浸食プロフィールを示す。
【図11】一定の幅をもち、経路の中央線の方程式を導出
する関連した量をもつ経路要素を示す。
【図12】方程式(18)の解のグラフである。
【図13】図12に示された曲線の部分を軸線に関して鏡像
を取ることにより図12の曲線から得られた閉ループ曲線
である。
【図14】図13の拡大図であり、閉ループ曲線の上部及び
下部の回りに中心をもつθ＝０及びθ＝πの比較的小さ
な領域を除いて一定幅をもつ経路を示している。
【図15】環状領域に均一な浸食を生成させるための磁石
アレーの平面図である。
【図16】図15の磁石アレーの側面図を示す。
【図17】図２の磁石アレーの磁極片の平面図である。
【図18】図18及び19は、図17に示した場合のΣArc(Ｒ)
／ＲとＫ(Ｒ)が正反対の関係にあることを示す。
【図20】本発明の別の実施例のための磁極片109及び110
の外形の平面図である。
【図21】図20の磁石アレー組立体の平面図である。
【図22】図20の磁極片の外形の別の磁石組立体を示す。
【図23】磁石の断面と磁束線を示す。
【図24】３つの異なる距離に対する図23の磁石に関する
ターッゲト表面に沿ったＢ=の大きさのグラフである。
【図25】第２の磁石の断面図である。
【図26】図25の磁石アレーとターッゲトの表面との間の
３つの異なる距離についてのターッゲトの表面上でのＢ
=のグラフである。
【図27】第３の磁石の断面を示す。
【図28】図27の磁石についてのターッゲトの表面に沿っ
たＢ=の大きさを示すもので、磁石とターッゲトとの間
の３つの異なった距離の関数としてのものである。
【図29】幅が一定でない磁石を用いるかいたんの中心へ
浸食を伸ばすための本発明の実施例の部分略示図であ
る。
【図30】図29の実施例についてのＬ(Arc(Ｒ))／ＲとＲ
の関係を示す。
【図31】図29と同じ実施例を示し、位置調節可能な磁極
片を有する。
【図32】図22に示された実施例を軸線100の回りに回転
したときに得られる浸食に均一性のグラフである。
【図33】図20の実施例についてのミリトルの圧力に対す
るインピーダンスのグラフである。
【図34】距離の関数としての捕集率のグラフである。
【図35】凹面カソードを有する本発明の実施例である。
【図36】エッチ装置としての動作に適する本発明の実施
例である。
【図37】基板を同時にスパッタリングし、エッチングす
るための本発明の実施例である。
【図38】、
【図39】、
【図40】図１の磁石アレー12に代わる別の実施例であ
る。
【符号の説明】
６ 受け板 ８ ターゲット 12 磁石アレー組立体 18 チェンバ
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成４年６月５日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の回転マグネトロン装置の１実施例の断
面図である。
【図２】図１の磁石アレー組立体の平面図である。
【図３】図２の磁石アレーによって発生する磁力線の略
示図である。
【図４】平坦な固定マグネトロンを含む従来技術のスパ
ッタリング装置の略示図を示す。
【図５】図４の装置のための磁石アレーの平面図であ
る。
【図６】回転磁石組立体を含む従来技術のスパッタリン
グ装置の略示図である。
【図７】図６に示されたスパッタリング源によって生成
された浸食プロフィールを示す。
【図８】図９に示された磁石アレーの回転により生成さ
れた浸食プロフィールを示す。
【図９】固定の環状磁気形状により生じたターゲット上
の浸食領域を示す。
【図１０】図９の磁石組立体が固定されたときにその組
立体によって生じた固定浸食プロフィールを示す。
【図１１】一定の幅をもち、経路の中央線の方程式を導
出する関連した量をもつ経路要素を示す。
【図１２】方程式（１８）の解のグラフである。
【図１３】図１２に示された曲線の部分を軸線に関して
鏡像を取ることにより図１２の曲線から得られた閉ルー
プ曲線である。
【図１４】図１３の拡大図であり、閉ループ曲線の上部
及び下部の回りに中心をもつθ＝０及びθ＝πの比較的
小さな領域を除いて一定幅をもつ経路を示している。
【図１５】環状領域に均一な浸食を生成させるための磁
石アレーの平面図である。
【図１６】図１５の磁石アレーの側面図を示す。
【図１７】図２の磁石アレーの磁極片の平面図である。
【図１８】図１７に示した場合のΣＡｒｃ（Ｒ）／Ｒと
Ｋ（Ｒ）が正反対の関係にあることを示す。
【図１９】図１７に示した場合のΣＡｒｃ（Ｒ）／Ｒと
Ｋ（Ｒ）が正反対の関係にあることを示す。
【図２０】本発明の別の実施例のための磁極片１０９及
び１１０の外形の平面図である。
【図２１】図２０の磁石アレー組立体の平面図である。
【図２２】図２０の磁極片の外形の別の磁石組立体を示
す。
【図２３】磁石の断面と磁束線を示す。
【図２４】３つの異なる距離に対する図２３の磁石に関
するターッゲト表面に沿ったＢ＝の大きさのグラフであ
る。
【図２５】第２の磁石の断面図である。
【図２６】図２５の磁石アレーとターッゲトの表面との
間の３つの異なる距離についてのターッゲトの表面上で
のＢ＝のグラフである。
【図２７】第３の磁石の断面を示す。
【図２８】図２７の磁石についてのターッゲトの表面に
沿ったＢ＝の大きさを示すもので、磁石とターッゲトと
の間の３つの異なった距離の関数としてのものである。
【図２９】幅が一定でない磁石を用いるかいたんの中心
へ浸食を伸ばすための本発明の実施例の部分略示図であ
る。
【図３０】図２９の実施例についてのＬ（Ａｒｃ
（Ｒ））／ＲとＲの関係を示す。
【図３１】図２９と同じ実施例を示し、位置調節可能な
磁極片を有する。
【図３２】図２２に示された実施例を軸線１００の回り
に回転したときに得られる浸食に均一性のグラフであ
る。
【図３３】図２０の実施例についてのミリトルの圧力に
対するインピーダンスのグラフである。
【図３４】距離の関数としての捕集率のグラフである。
【図３５】凹面カソードを有する本発明の実施例であ
る。
【図３６】エッチ装置としての動作に適する本発明の実
施例である。
【図３７】基板を同時にスパッタリングし、エッチング
するための本発明の実施例である。
【図３８】図１の磁石アレー１２に代わる別の実施例で
ある。
【図３９】図１の磁石アレー１２に代わる別の実施例で
ある。
【図４０】図１の磁石アレー１２に代わる別の実施例で
ある。
【符号の説明】 ６ 受け板 ８ ターゲット １２ 磁石アレー組立体 １８ チェンバ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジヨン・シー・ヘルマー アメリカ合衆国カリフオルニア州メンロ・ パーク、サウス・バルサミナ・ウエイ260 (72)発明者 ロバート・エル・アンダーソン アメリカ合衆国カリフオルニア州パロ・ア ルト、エマーソン3169 (72)発明者 ヤング・ホーン・パーク アメリカ合衆国カリフオルニア州サン・ラ モン、ボリヴアー815 (72)発明者 ロナルド・アール・コクラン アメリカ合衆国カリフオルニア州マウンテ ン・ヴユー、ウエスト・ミドルフイール ド、ナンバー23，2040 (72)発明者 ヴアンス・エバー・ホフマン・ジユニア アメリカ合衆国カリフオルニア州ロス・ア ルトス、ルークス295

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 マグネトロンスパッタ装置であって、 a) 真空チェンバ、 b) 一つのアノードを有する第１のマグネトロン構造
    体、 c) 前記真空チェンバ内の前面と、背面とを有するカソ
    ード、 d) 前記前面に閉じたロープ浸食経路を限定する磁場を
    発生させるために前記背面の後方に配設された磁石手
    段、ならびに e) 前記磁石手段を前記表面に垂直な軸線であって、点
    Ｐで前記浸食経路を通る軸線に関して回転させるための
    手段、 とから成る装置。
  2. 【請求項２】 前記前面が平坦であり、前記磁石手段の
    回転が前記前面の円形浸食領域を掃引する請求項１のマ
    グネトロン装置。
  3. 【請求項３】 前記磁石手段が第１の磁極片と第２の磁
    極片とから成り、前記第１の磁極片が前記第２の磁極片
    と反対の極性を有し、前記回転の軸線が前記第１の磁極
    片と前記第２の磁極片との間を通る請求項１のマグネト
    ロン装置。
  4. 【請求項４】 前記磁石手段は、前記浸食経路が点Ｐに
    中心がある半径Ｒ1の円形領域を含み、数(37)で示され
    た半径Ｒでの前記磁場の平均磁力がＲ≦Ｒ1に対して実
    質的に一定であるように形作られている請求項２のマグ
    ネトロン装置。
  5. 【請求項５】 前記円形領域内で前記磁場の平行成分が
    実質的に一定である請求項４のマグネトロン装置。
  6. 【請求項６】 前記磁石手段は、ゼロよりも大きい数Ｒ
    1及びＲ2があり、半径Ｒの前記磁場の平均磁力がＲ1≦
    Ｒ≦Ｒ2（Ｒは前記点Ｐからの距離）に対して実質的に
    一定値をとるように形作られている請求項２のマグネト
    ロン装置。
  7. 【請求項７】 前記磁石手段は、数(37)で示された半径
    Ｒでの前記磁場の平均磁力が一定ではなく、｛ΣＬ(Arc
    (Ｒ))｝／Ｒに反比例して変化するようなゼロより大き
    い数Ｒ1及びＲ2をもつように形作られている請求項２の
    マグネトロン装置。
  8. 【請求項８】 前記磁石手段が磁極片から成り、前記軸
    線が前記磁極片の一つを通る請求項１のマグネトロン装
    置。
  9. 【請求項９】 前記磁石手段は、前記点Ｐが前記経路の
    境界を通り、半径Ｒでの前記磁場の平均磁力が０≦Ｒ≦
    Ｒ1（Ｒは前記点からの距離）に対して実質的に一定値
    をとるような数Ｒ1を持つように形作られている請求項
    １のマグネトロン装置。
  10. 【請求項10】 前記経路の境界が点Ｐの隣でＶ形の形状
    をしている請求項９のマグネトロン装置。
  11. 【請求項11】 前記磁石手段が前記点Ｐの近くに調節可
    能な磁極片を有する請求項１のマグネトロン装置。
  12. 【請求項12】 更に、前記磁石手段と前記前面との間の
    距離を制御するための手段を含む請求項１のマグネトロ
    ン装置。
  13. 【請求項13】 前記前面が皿形である請求項１のマグネ
    トロン装置。
  14. 【請求項14】 前記磁石手段の一部が前記皿形表面の部
    分と一致するように形成された磁極片から成る請求項13
    のマグネトロン装置。
  15. 【請求項15】 前記カソードの前記前面が、ウエファを
    支持するのに適しており、前記浸食経路が前記ウエファ
    のスパッタエッチングのために前記ウエファの表面を通
    る請求項１のマグネトロン装置。
  16. 【請求項16】 更に、前記第１マグネトロン構造物と対
    向するように置かれた第２マグネトロン構造物を含む請
    求項１のマグネトロン装置。
  17. 【請求項17】 前記磁石手段は、ゼロよりも大きい数Ｒ
    1及びＲ2があり、半径Ｒ及び｛ΣＬ(Arc(Ｒ))｝／Ｒで
    の前記磁場の平均磁力数(37)がＲ1≦Ｒ≦Ｒ2のＲととも
    に浸食プロファイルＥ(Ｒ)に従って変化するように形作
    られている請求項２のマグネトロン装置。
JP2382291A 1990-01-26 1991-01-25 選択された浸食のための回転スパツタリング装置 Pending JPH0525626A (ja)

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