JPH06505051A - マグネトロンスパッタコーテイング法と回転磁石陰極を備えた装置 - 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】 マグネトロンスパッタコーティング法と回転磁石陰極を備えた装置 発明の分野 本発明はスパッタコーティングに関し、特に、スパッタリング陰極ターゲットに 対して運動可能の磁石を採用したマグネトロン強化スパッタコーティング法と装 置とに関する。

発明の背景 スパッタコーティングは、一般的な化学的不活性ガスが充満している真空室であ って、その中で前記室の壁あるいは他の陽極に対して負の電位差を付与されたス パッタリング材料からなるターゲットからの材料で基層がコーティングされる真 空室において実施される方法である。

ターゲットの面に隣接する電位の傾きによって電子が夕活性ガスと衝突し、その あるものをイオン化する。形成された正のイオンは次いでそれが衝突する負のタ ーゲットに誘引され、慣性をターゲットの材料に転送し、ターゲットの表面から 材料の粒子を排出する。通常その表面をターゲットに向けて室に位置しているコ ーティングすべき基板は排出された粒子のあるものを受け取り、その粒子が基板 の面に接着しコーティングする。

マグネトロンスパッタリングにより、磁界がターゲットの表面の上方に形成され 、通常ターゲツト面に対して平行の磁界線を含み、多くの適用例においては閉鎖 磁性トンネルの形態である。磁界は放射された電子が自形のらせん状軌道を運動 するようにし、該軌道が磁界により密閉されたターゲットの面近傍の領域におい て電子を捕捉することによりガス原子との電子の衝突速度を増し、このためガス のイオン化とスパッタリング法の効率とを向上させる。

本明細書に参考のために明確に組み入れ、現在米国特許第４．９５７．６０５号 となっている、「段付きウェファをスパッタコーティングする方法と装置ｊ（“ ｖｅｔｈｏｄａｎｄＡｐｐａｒａｔｕｓ　ｆｏｒ　５ｐｕｔｔｅｒ　Ｃｏａｔｉ ｎｇ　５ｔｅｐｐｅｄ　Ｗａｆｅｒｓ”）という名称の１９８９年４月１７日出 願の本発明と共通に譲渡され、出願中の米国特許第０７／３３９．３０８号にお いては、凹状環状のターゲットに、一対の同心状プラズマリングを形成させる同 心状環状電磁石を設けているスパッタコーティング装置と方法とが開示されてい る。プラズマリングは、ターゲットの電力レベルが磁気コイルに対する電流の切 換えと同期的に切り換えられる開電流を交互に供給して磁気コイルを付勢するこ とにより交互に付勢される。このためターゲットの面の内側および外側の同心状 領域のスパッタリング速度を異なるようにし、各領域からのスパッタリングによ りコーティングされっつある基板即ちウェファに溶着されたスパッタリングした 材料の分布特性を種々のものとする。２個のターゲットの領域の付勢に影響する 相対的なパラメータを変えることにより基板の表面のコーティングの均一性を調 整する。このことは段付きの半導体ウェファの種々の面しかたをしている面にお いて特に重要である。前述の特願は特にターゲットの形状並びにターゲットおよ びプラズマの付勢に関する電気的パラメータによって生じるコーティングに対す る影響を述べている。

マグネトロンスパッタコーティング法においては、スパッタリングターゲットか らの材料のスパッタリングは磁界により捕捉されたプラズマが最も濃いターゲッ トの領域に最も急速に起る。このためターゲットの表面からのスパッタリング材 料が比例的に消費即ち侵食される。

スパッタリングターゲットの面の他の部分からのスパッタリング材料の侵食は一 般的に、ターゲットの表面のその部分にわたるプラズマの強度および／または持 続時間に比例して変動する速度で発生する。

従来技術においては、ある適用例においてターゲットを動かすか、あるいは磁界 を動かすかのいずれかによりスパッタリングターゲットの表面に対して磁界を動 かすことが提案されている。相互に対してターゲットあるいは磁界を相対的に動 かせることの目的はターゲットの表面にわたってスパッタリングターゲットの材 料をさらに均一に侵食即ち消費させることである。そのような装置は色々な理由 から不満足なものであった。

ターゲットを磁界に対して動かしながらスパッタリングターゲットからスパッタ リングすることによりターゲットの材料を均一に消耗するために望ましい侵食パ ターンが達成されるが、そのようなパターンはコーティングされつつある基板の 表面にスパッタコーティング材料の適正な、即ち望ましい分布を提供しない。さ らに、従来技術の装置は望ましい非均−侵食パターンを提供するためのプラズマ の分布あるいは運動しているプラズマの持続の制御が十分でなかった。

さらに、従来技術の回転磁石装置はターゲットの面全体のスパッタリングを効率 的に提供しなかった。ターゲットのいずれか所定の領域から少な（ともある程度 のスパッタリングが欠除するとスパッタリングの起っていない領域へターゲット の他の領域からスパッタリングしている材料を再溶着させる可能性があることが 判明している。このためスパッタリングの望ましくない堆積を発生させる。

従って、スパッタリングターゲットに対して運動可能であり、ターゲットの面全 体のスパッタリングの分布を精密に調整することの可能な磁石を採用している、 基板をスパッタコーティングする方法と装置とを提供する必要がある。

磁石構造体とターゲットとが相互に対して相対的に回転する場合、従来技術は、 例えばターゲットの中央部や縁部分のようなターゲットのある領域からの十分な スパッタリングを提供することができず、さらに、基板上に適正なコーティング 均一性を提供する望ましい侵食パターンを発生させるに効果的な要領でターゲッ トの表面にわたってスパッタリングを効果的に分布することかでき本発明の目的 は、スパッタリングターゲットの表面上でプラズマを捕捉した閉鎖磁界あるいは トンネルを発生させるべくスパッタリング面に対向してスパッタリングターゲッ トの背後に位置した磁石がターゲットの表面にわたって望ましい平均的なスパッ タリング分布を提供するような形状とされ、かつ回転しているスパッタリングコ ーティング法と装置とを提供することである。

本発明のさらに特定の目的はターゲットに非スパツタ領域が無いようにして、タ ーゲット上にスパッタされた材料の再溶着による堆積を排除する回転磁石マグネ トロンスパッタリング装置を提供することである。

着を発生させつる形状である磁石構造体を育する回転磁石によるターゲットスパ ッタリング装置と方法とを提供することである。

本発明のさらに別の目的は回転磁石構造体がスパッタリング陰極組立体のための 冷却流体を循環させやすくするスパッタコーティング装置における回転磁石構造 体を提供することである。

本発明の原理によれば、ターゲットの面上で閉鎖磁界を発生させるべく磁石をス パッタリングターゲットの背後に位置させて、スパッタリングターゲットを陰極 組立体に含めているスパッタコーティング装置が提供される。

磁石はスパッタリングターゲットの表面上で磁界を回転させるべ（回転可能に取 り付けられている。磁石は希望する要領で中心からの半径と共に変わる速度でタ ーゲットの中心からターゲットの外縁部までスパッタリングを提供するようター ゲットに対して相対的に形成されている。

本発明の好適な図示実施例においては、磁石は弾性の磁気帯片から形成された磁 性材料の閉鎖ループを含む永久磁石であることが好ましい。前記帯片は閉鎖ルー プが位置している平面において好ましくは全体的に、該帯片にわたって横方向に その極が離隔されている。磁石含浸プラスチックの弾性積層帯片から形成されて いる磁石は、あるものはターゲットの外縁部の近傍にあり、かつ帯片がターゲッ トの中心近くを通るが、中心を通らない少なくとも一点を有する複数の外方に凸 形の曲線を含む複数の曲線を有する形状でスパッタリングターゲットの背後の回 転プレート上に配置されている。磁石はターゲットの表面上で望ましい侵食パタ ーンを提供すべく所定時間中心からの種々の半径においてスパッタリングターゲ ットの諸々の部分上に磁界により捕捉されたプラズマが介在するような形状とさ れている。

本発明の好適実施例によれば、磁石は、一方の極が回転プレートの外縁部に対面 し、他方の極が回転軸心と対面することにより、特に外縁部において磁界が磁石 から発生し、ターゲットの外縁部を越えて延びる拡大磁石構造体を提供する必要 なくターゲットの縁部からのスパッタリングを促進するようターゲットの外縁部 を囲むように成極されている。

さらに、本発明の好適実施例によれば、ある望ましい磁界形状を提供すべく磁界 の諸部分に選択的に作用するよう磁性ループに沿った種々の点に種々磁性材料か らなる固定した磁石塊が位置している。特に、本発明のある好適実施例によれば 、磁石塊は一方の極がターゲットに向かって、他方の極がターゲットから離れる 方向に方向づけられることによって磁石塊により発生した磁界が磁性ループによ り提供された磁界と協働して種々の点において磁界を鋭くする。特に、磁石塊の あるものは、磁石が回転軸心に最も近接するループの点から回転軸心に対向して 設けられている。このように、さもなければターゲットの中心部分を横切って延 びない磁界の小さい部分が中心を横切って引き寄せられターゲットの中心部分に 対しである程度の侵食を、そしてそこからスパッタリングを提供する。さらに、 本発明のある実施例によれば、磁石塊はターゲットの縁部に近いループの最外方 部分において提供されこれらの領域において磁界をより精確に形成する。

本発明の別の目的によれば、ターゲット自身はターゲットの材料を最大限利用す べく磁石形状により発生するスパッタリングパターンと協力するように形成され ている。この点に関して、ターゲットは厚さが非均−で、例えば図示実施例にお いては外縁近傍の外方領域において特により厚くされている。

代替実施例においては、特に磁界強度を変える即ち調整することに関しである程 度利点がある場合は、磁石、特に閉鎖ループ磁石のいずれかを電磁石とすること ができる。

本発明のさらに別の目的によれば、ターゲットは、そのターゲット置きと緊密な 伝熱接触状態で接着あるいは池の方法で固定される。回転磁石を密閉しているタ ーゲット置きの背後に閉鎖された空洞が提供される。水あるいはその他の冷却流 体の乱流層が冷却水をターゲット置きの背後の空調中へ噴射することにより保持 される。流体は回転磁石とターゲット置きの後面との間の狭い空間を貫流すべく 磁石の回転軸心近傍でターゲット組立体の中心近くの空間へ噴射される。この空 間において、冷却流体は、磁石構造体の回転により、特に磁石自体の隆起面によ りターゲット置きの後面に沿って外方に圧送されターゲット置きの表面に隣接し て冷却水の乱流層を提供し、水の流れと、その冷却効果を向上させる。

本発明のこれら、およびその他の目的や利点は図面についての以下の詳細説明か ら直ちに明らかとなる。

図面の詳細説明 第１図は本発明の原理を実施した装置の一好適実施例によるターゲット組立体の 断面図、 第２図は回転可能プレートと磁石組立体の面を示す、第１図の線２−２に全体的 に沿って視た図、第３図は第２図の線３−３に沿って視た図、第４図は第２図の 線４−４に沿って視た部分断面図、第５図は代替回転磁石組立体構成を示す第２ 図と同様の図、 第６図は本発明のある特徴による主磁石に対する好適磁極方向を示すＡからＤま での一組の線図、第７図は本発明のある特徴による好ましい補助磁石配置を示す ＡからＤまでの一組の線図、 第８図は本発明の他の特徴による好ましい補助磁石配置を示すＡとＢの一組の線 図である。

図面の簡単説明 置は、参考のために本特願に全体的に明確に組み入れている以下の本特願と共通 に譲渡された米国特許と出願中の特願とに記載されている。

［ウェファ状材料を扱い、かつ処理する方法と装置］（“Ｍｅｔｈｏｄ　ａｎｄ 　Ａｐｐａｒａｔｕｓ　ｆｏｒ　Ｈａｎｄｌｉｎｇ　ａｎｄ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉ ｎｇＷａｆｅｒ−Ｌｉｋｅ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ”）という名称の米国特許第４ ．９０９、　６　９　５号および同第４，９１５，５６４号。

「段付きウェファをスパッタコーティングする方法と装置」（“Ｍｅｔｈｏｄ　 ａｎｄ　Ａｐｐａｒａｔｕｓ　ｆｏｒ　Ｓｐｕｔｔｅｒ　ＣｏａｔｉｎｇＳｔｅ ｐｐｅｄ　Ｗａｆｅｒｓ”）という名称の現在は米国特許第４．９５７、　６　 ０　５号である、１９８９年４月１７日出願された米国特願第０７／３３９．３ ０８号。

第１図は本発明の原理によるスパッタコーティング装置のスパッタコーティング 処理室ｌＯを断面で示す。前記室は米国特許第４，　９　０　９，　６　９　５ 号に開示のスパッタ処理装置の一部である。処理室ｌＯは主室１１の遮断された 部分から形成された真空処理室である。主室ｌ１はブレナム壁Ｉ４により機械環 境Ｉ２から遮断されている。

処理室１０はブレナム壁１４における開口１５（密封状態で示す）を介して主室 １ｌと連通ずることができる。

米国特許第４．９０９．６９５号に詳細に記載されているように、開口ｌ５を密 封することにより、処理室の後面部分Ｉ６を、該後面部分Ｉ６とブレナム壁ｌ４ の閏を密封関係（図示のように）に緊締するようディスク状の回転式ウェア搬送 部材ｌ７の一部に対して選択的に運動させることにより処理室１０を主処理室１ １から遮断することにより処理室ＩＯ内の後面空間ｌ９を密閉し、処理室１０を 主室ＩＩから遮断する。

搬送部材ｌ７の前面側において、後面部ｌ６とは反対側において処理室ｌＯは、 開口ｌ５を囲むブレナム壁１４に対して真空密封関係に取り付けられた陰極組立 体モジュール２０により機械環境ｌ２から遮断されている。

前記モジュール２０即ち処理室の前面部分は後面部分１６と搬送部材１７と協働 し、主室１１および機械の外部環境１２の双方とから遮断された密封遮断処理室 を形成する。

処理室ｌＯ内には、処理室１０内で実行されるスパッタコーティング法によりそ の上にコーティングが溶着される面２２を有する平坦なシリコンウエファ即ちデ ィスクの形態の基板即ち加工物２１が位置している。ウェファ２ｌは、搬送部材 １７により弾力的に担持されたウェファホルダ２５において一組のクリップある いはその他の保持装置２４により保持されている。搬送部材１７はホルダ２５と 加工物即ちウェファ２ｌを孔ｌ５との整合関係に持って来るよう回転可能であり 、それにより後面部分ｌ６を横方向に運動させ搬送部材ｌ７をブレナム壁ｌ４に 対して動かすことによりホルダ２５上のウェファ２Ｉの周りて処理室１０が形成 できる。搬送部材部分１７は、図示してはいないが前述の特許第４．　９　０　 ９，　６　７　５号と同第４．９１５，５６４号とに詳細に記載されている回転 可能の割出しプレートによって担持された横方向運動可能のリングである。

この好適実施例においては、ウェファ２１は、これもブレナム壁１４の孔ｌ５と 同心状である主室１０の中心軸２７に対して垂直で、かつ同心状の平面に支持さ れている。ディスク２９がホルダ２５上のウェファ２ｌを囲んでおり、前記ディ スクは、ウェファ２ｌの表面２２に対して所定のものであったが、そこから外れ た余分のコーティングがホルダ２５に堆積するのを少なくとも部分的に保護して いる。特にウェファ搬送部材１７、ウェファホルダ２５および後面部分ｌ６を含 む、処理室１０からの一部であるスパッタリング装置の詳細については参考とし て前述した米国特許第４，９０９，６９５号および同第４，９１５，５６４号に 記載され、かつ図示されている。

陰極組立体モジュール２０は２個の組立体、即ち着脱可能陰極組立体３０と固定 組立体部分３１とを含む。固定組立体部分３１は開口Ｉ５を囲んでいるブレナム 壁ｌ４に対して密封関係でしっかりと取り付けられた環状密閉体である。該組立 体部分はブレナムのフレームｌ４に接地されている、室ｌＯの円筒形の金属側壁 ３３と、開口ｌ５を囲んでいるウェファホルダ用シールド３４と、室のドアフレ ーム組立体３５とを含む。

陰極組立体３０はヒンジ付きドア組立体３７に取り付けられており、該ドア組立 体３７は陰極組立体３０を固定組立体３ｌに対して取外し可能であるが密封可能 に支持している。陰極組立体３０はスパッタリングターゲット４０を担持してい る。該ターゲットは連続して滑らかな凹形のスパッタリング面４１と裏面３９と を有する円形のターゲットである。陰極組立体３０はターゲット４０をその軸線 を室１０の軸線２７と整合させ、かつそのスパッタリング面４ｌをコーティング すべきウエファ２ｌの面に面するようにさせて支持している。

ターゲット４０は前記面３９に一致し、軸線２７と同心状の前面４３を有するタ ーゲット置き４２において支持されている。ターゲット４０の裏面はターゲット 置き４２の前面４３に対して緊密な熱接触関係ではんだ付け、あるいはその他の 方法で接着されている。ターゲットの後面３９は冷却面であって、ターゲット４ ０がホルダ４２に取り付けられるとホルダ４２の面４３と一致し、緊密な冷却接 触関係で位置する。冷却面４３の反対側でターゲット置き４２の後ろには、一般 的には水であってスパッタリングの間にターゲット４０において発生する熱を伝 熱性のターゲットホルダ４２を冷却することにより除去する冷却液を循環させる 空間４４が設けられている。

冷却流体は後述する磁石組立体５０の入口ボート４５から出口ボート４６まで空 間４４を出入りして循環する。

空間４４はハウジング構造体４８によりターゲット置き４２の後ろで密閉されて いる。前記ハウジングにターゲット置き４２がしっかりと支持され、かつボルト ４９により固定されている。

ターゲット４０の表面形状は、全てのターゲットが旋盤でスパッタリング材料の 塊を回転させることにより形成しつるようなものであることが好ましい。ターゲ ットホルダ４０は導電性で好ましくは硬質焼ならしの０ＦＨＣ鋼あるいは合金１ １０から作ることが好ましい。

磁石組立体５０はねじを切った端部５２を有するシャフト５１を含み、前記ねじ 端部５２によりシャフト５１はターゲット置き４２の裏面の中央にあるねじ付き 孔５３にしっかりと取り付けられる。前記組立体５０はまた回転可能の磁石担持 組立体５５を含み、該組立体５５は中央孔５７を存する非磁性ステンレス鋼ある いはその他の材料製の円形ディスク５６を含み、前記中央孔においてディスク５ ６はベアリング組立体５９を介してハウジング４８を貫通しターゲット置き４２ に回転可能に取り付けられたスリーブ組立体５８にしっかりと取り付けられ軸線 ２７においてシャフト５１の周りを回転する。回転可能の磁石組立体はさらに、 ディスク５６にしっかりと取り付けられ該ディスクと共に回転する磁石構造体を 含む。磁石６０は、前面４３とは反対側で、かつターゲット置きに近接して軸線 ２７を囲み、かつターゲット置き４２の下方即ち背後に位置し、ターゲット置き ４２の面４３に取り付けられたターゲット４ｏのスパッタリング面４１の上方で 閉鎖された磁界を発生させる。

シャフト５１は貫通して延びる冷却流体用入口ダクト６２を有し、該ダクトは入 口ボート４５によりターゲット置き４２とハウジング４８との間で冷却室４４の 内部と連通ずる。ハウジング４８はその縁部の近傍で冷却流体用出口ダクト６３ を取り付けており、該出口ダクトは冷却空間４４において流体出口ポート４６と 連通ずる。

ハウジング４８の裏にはブラケット６４が取り付けられ、該ブラケットに磁石回 転駆動モータ６５が取り付けられている。モータ６５はコグ付き駆動ベルト６８ を駆動するためにコグ付き駆動輪６７をその端部に取り付けている出力軸６６を 有する。ベルト６８が駆動軸７０に取り付けられたコグ付き駆動輪６９の周りに 延在しており、駆動軸７０はハウジング４８に回転可能に取り付けられ該ハウジ ングを貫通して延び、自由端７１には駆動歯車７２が取り付けられている。駆動 歯車７２は空間４４内に位置し、該空間において回転可能の磁気組立体５５のデ ィスク５６に取り付けられた相手側歯車７４と噛み合っている。従って、モータ ６５は付勢されると磁石組立体５５を回転させ、ターゲット置き４２の背後で磁 石６０を回転させ、ターゲット４０のスパッタリング面４１の上方の磁界を回転 させる。磁石構造体６０の構造と磁石組立体５５上のその配置の詳細については 第２図から第４図までを参照すれば良好に理解できる。

第２図を参照すれば、本発明の一好適実施例による磁石構造体６０がディスク即 ちプレート５６上に支持された状態で示されている。磁石構造体６０は、プレー ト５６上に閉鎖された不規則ループ状に配設され、例えば数が２４個の複数の積 層した弾性プラスチック磁性リボン８０から作られた弾性磁石含浸プラスチック の帯片である。磁石８０の形状は、磁石が回転するにつれて、ターゲットのいず れか所定の半径におけるプラズマの強度と持続時間とがターゲット上で望ましい コーティング分布を提供するに必要な所定の望ましい平均速度でスパッタリング を発生させるように選択される。ターゲット４０の厚さはターゲットの半径にわ たってさらに変えられスパッタリング分布の要求に比例して材料を提供する。

リボン磁石８０は５個のクランプブロック８１−８５により、軸線２７を囲む特 定の所定形状で適所に保持されている。磁石８０のリボンは、形成された磁石の 一方の極がディスク５６の外縁部８７に向かって、かつクランプブロック８１， ８３．８４および８５に向かって外方に面し、一方他方の極がクランプブロック ８２に向かって内方に面するように成極されている。図示した特定の実施例にお いては、各リボンの北極は内方に、南極は外方に面している。

クランプ９４によりブロック８２に保持されている３個の永久磁石９０，９１． ９２がクランプブロック８２に取り付けられ、かつ中心軸２７の周りに位置して いる。

磁石９０．９１．９２の各々はその北極が全体的にターゲット置きに向かって面 し、その南極が全体的にプレート５６に向かって面するように方向づけられてい る。図示した特定実施例においては、磁石９０の北極は中心軸２７に向かって約 ４５度の角度で傾斜し、一方磁石９１と９２とは中心軸２７に対して平行に方向 づけられている。

第５図において、第２図に示す実施例の磁石６０と形状の異なる磁石構造体６０ ａの代替実施例が示されている。磁石構造体６０ａのリボン磁石８０ａは適当形 状のクランプブロック８１ａ−８５ａを介してディスク５６に固定されている。

この実施例においてもクランプ９９によりブロック８２ａに固定され、その北極 をターゲットとターゲット置きに向かって面し、その南極をプレート５６に向か って面し、それらの軸線を陰極組立体の軸線２７に対して全体的に平行にした付 加的な永久磁石９５．９６．９７および９８が設けられている。

磁石は、ターゲット４０からのスパッタリングが希望する分布、即ち通常は基板 ２０上でのコーテイング材の均一な分布を達成するように分布されるようにする 。図示実施例のように、全体的に円形のターゲット４０と円形の基板２０を用い 、ターゲット４０と基板２０の中心を通る軸線２７の周りを回転する磁石組立体 を用いると、相対的な平均スパッタリング速度はターゲットの中心からいずれの 所定の半径においても一定であるが、軸線２７からの距離と共に変動しうる。こ の変動はいずれか所定の半径におけるターゲツト面のイオンの衝撃の平均強度の 関数であり、イオンの衝撃の方はその所定の半径におけるターゲット領域にわた る平均プラズマ濃度の関数である。この変動は一般的に磁界によって密閉される いずれか所定の半径における円の部分に比例する。そのような円の周りのプラズ マ濃度を積分することによりターゲット中心からの所定の半径におけるターゲツ ト面４１から概ね相対的なスパッタリングを生ぜしめる。

ターゲットの全ての部分を侵食させるには、ターゲットの各領域にわたって磁石 の回転のある部分に対してプラズマが介在する必要がある。このことはターゲッ トからの材料のスパッタリングが必要でない領域に対してさえも望ましい。その 理由としてはいずれかの点においてターゲットの表面のイオン衝撃が全面的に欠 除すると通常スパッタリング材料を再溶着させるからである。このことはターゲ ットの縁部と中心とにおいて最も頻繁に起る。ターゲットの縁部近傍で磁界を発 生させることの難しさはある状況においては大径の磁石、特に回転磁石を含める よう陰極組立体を拡張することが望ましくないためである。回転磁石を用いると 、磁石はターゲットの中心を通して回転しないので回転軸線に磁石が介在するこ とにより中心において過度のスパッタリングを生せしめる。

第６図に示すように、本発明の特徴の中の一つの特性は一連の線図ＡからＤまで において提供される。第６図の線図Ａにおいては、ターゲット１０６上方で磁界 １０５を発生させるべく一対の磁石１０１および１０２が鋼製キャリヤ１０４上 の空隙１０３に対向して隔置されている磁石配置が示されている。磁界１０５０ 線はターゲットの面に対して概ね垂直で、磁石１０１および１０２のすぐ上方で ターゲット１０６の面１０７から全体的に出ている。磁石構造体はターゲット１ ０６に対して拡大されていなければ、ターゲット１０６の縁部１１０に隣接した 領域１０９が磁界１０５により捕捉されたプラズマが遠すぎてイオンの衝撃を受 け取りスパッタリングを発生させないことがよくある。その結果、第６図の線図 Ｂにおいて侵食プロフィル１１１で示すようにターゲット１０６の領域１０９に おいて再溶着しうる。

第６図の線図Ｃに示すように、本発明の特徴の１つによれば、磁石８０はキャリ ヤプレート５６の上において極がターゲットに対して平行に離隔されて方向づけ られることによって、磁界線１１２が磁石８０から出て再び入るがその成分はタ ーゲット４０の半径に沿って傾斜がつき、最も重要なことはターゲットの中心か ら離れる方向でターゲットの縁部１１５を囲んでいる。その結果、プラズマの一 部は、ターゲット４０の縁部近傍の領域からのスパッタリングを発生させること により再溶着したスパッタされた材料が堆積されるのを阻止し、かつ希望に応じ て縁部からの材料を余分にスパッタするに十分ターゲットの縁部に近接する。そ の結果、ターゲットの侵食された形状が第６図の線図りにおいて１１６で示すよ うになる。

本発明の他の特徴によりターゲットの中心において望ましいスパッタリング速度 を提供することが第７図の線図に示されている。第７図の線図Ａを参照すれば、 ターゲット４０の中心近傍の点における主磁石８０からの磁界は第７図の線図Ａ に示されている。そこでは、中央部での余分の侵食とターゲット４０の焼けを阻 止するためにターゲット４０の中心軸２７から磁界部分１２０が十分離隔される ことが必要である。その結果、ターゲットの中心ではスパッタリングは殆んど起 らず、従って、スパッタされた材料がターゲットの中心において再溶着して堆積 する傾向がある。補助磁石９０．９１および９２を軸線２７の周りで、それらの 磁界が磁石８０の磁界と組み合わされ、その結果磁界１１８を発生させるように それらの極を向けて設けることによりターゲット中心での再溶着した材料がター ゲットから再スパツタされるようにし、さらに、第７図の線図りの侵食形状１２ ２で示すように過度のスパッタリングがターゲットの中心で発生することなくタ ーゲット中心でのその他いずれかの材料がスパッタされるようにするに十分なプ ラズマをターゲットの中６Ｇこおいて誘引する。

本発明の他の特徴により第５図に示す磁石９５−９８のような補助磁石は第５図 の主磁石８０ａと協働してターゲットの侵食を再分布するよう磁界を鋭く再形成 する。

第８図の線図Ａに示すように、磁石８０ａの磁界１３０は例えば磁気トンネルの 内縁部のような一方の縁部に沿って過度の°スパッタリングを生せしめる。例え ば第８図の線図Ｂに示すような補助磁石９５を設けることにより、その結果の磁 界１３１は希望する侵食およびスパッタリング分布特性をより良好に達成するよ うに再形成される。

磁石８０と８０ａとはターゲット置きの後面とキャリヤ５６との間の空間４４中 へ僅かの距離、即ち約０．７９ミリ（１／３２インチ）突出し、磁石とターゲッ ト置の裏面との間で約１．５９ミリ（１／１６インチ）、磁石保持ブロック８１ −８４および８１ａ−８４ａの間て約２゜３８ミリ（３／３２インチ）の空隙を 残す寸法とされている。磁石８０．８０ａはそのじゃ絞合状形状のため、磁石組 立体５０が回転するにつれて冷却水を空間４４を通して乱流させる。このため、 使用されている水あるいはその他の冷却液が第１図において矢印１４０で示すよ うに遠心力による汲上げ作用によりターゲット置き４２から熱をより効果的に除 去し、空間４４の中央部分から外方部分に向かって水の循環を促進する。この特 徴により、本装置は基板を水平にして方向づけることができる。

但し垂直平面にある場合は上方向が第１図の矢印１４２の方向で冷却水出口６３ は空間４４の頂部即ち高い点に来ることが好ましい。本発明をその好適実施例に ついて述べてきたが、以下を請求の範囲とする。

特表千６−５０５０５１　（’９４） フロントページの続き （８１）指定図　ＥＰ（ＡＴ、ＢＥ、ＣＨ，ＤＥ。

ＤＫ、　ＥＳ、　ＦＲ，ＧＢ、　ＧＲ，ＩＴ、　ＬＵ、　ＮＬ、　ＳＥ）、０Ａ （ＢＦ、ＢＪ、ＣＦ、ＣＧ、ＣＩ、ＣＭ、ＧＡ、ＧＮ、ＭＬ、ＭＲ，ＳＮ、ＴＤ 、ＴＧ）、ＡＴ、ＡＵ、　ＢＢ、　ＢＧ、　ＢＲ，ＣＡ、　ＣＨ，Ｃ３，ＤＥ、 　ＤＫ。

ＥＳ、　ＦＩ、　ＧＢ、　ＨＵ、ＪＰ、　ＫＰ、　ＫＲ，ＬＫ、　ＬＵ、ＭＣ， ＭＧ、ＭＮ、ＭＷ、ＮＬ、Ｎｏ、ＰＬ、ＲＯ、ＳＤ、ＳＥ、５Ｕ （７２）発明者　ワーグナー、イスラエルアメリカ合衆国１０９６２　ニューヨ ーク州モンシイ、メドウブルック　レーン　７

Claims (27)

【特許請求の範囲】
1. １．加圧密封された室において基板をスパッタコーティングするマグネトロンス パッタコーティング装置において、 前記室において基板を支持する手段を有する基板ホルダと、 外縁部によって囲まれたスパッタリング面を有する、スパッタコーティング材の ターゲットであって、スパッタリング面を全体的に基板に対面させて前記室にお いて支持されているターゲットと、 スパッタリング面とは反対側で前記ターゲットの背後に位置され、ターゲットと 基板とに交差する軸線の周りでターゲットと基板とに対して回転するように取り 付けられた磁石キャリヤと、 前記キャリヤを軸線のまわりで回転させる手段と、キャリヤと共に回転するよう に固定された主磁石であって、磁性材料で作られ閉鎖ループを形成するよう配置 され、前記材料は一方の極性の内周面と反対の極性の外周面とを有することによ って磁石内の磁界線が磁石ループの平面に対して全体的に平行に延び、前記磁石 はその下でプラズマを捕捉する閉鎖された磁気トンネルを形成し、かつキャリヤ が回転するにつれて軸線の周りでターゲットのスパッタリング面上方を回転する 磁界を有する主磁石とを含み、 前記ループが、キャリヤが回転するにつれて、縁部に隣接したスパッタリング面 から少なくとも若干のスパッタリングを発生させるようプラズマの一部が縁部に 隣接したスパッタリング面に充分近くを通るように配設されていることを特徴と するマグネトロンスパッタコーテイング装置。
2. ２．主磁石が永久磁石であることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。
3. ３．前記ループが、軸線から離れてキャリヤと共に運動可能であり、ターゲット の縁部近傍でスパッタリング面の下に位置している磁性材料の半径方向外方部分 と、キャリヤと共に運動可能で、軸線近傍でスパッタリング面の下に位置する磁 性材料の半径方向内方部分とを含むことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の 装置。
4. ４．前記材料が、それぞれが内方部分よりも軸線からより離れている複数の外方 部分を有するような形状に配置されていることを特徴とする請求の範囲第３項に 記載の装置。
5. ５．前記ループの内方部分が、軸線においてスパッタリング面から少なくとも若 干のスパッタリングを生じさせるように軸線に隣接したスパッタリング面に十分 近くでプラズマの一部が介在するように軸線に対して位置している磁界形成手段 を含んでいることを特徴とする請求の範囲第３項に記載の装置。
6. ６．主磁石により形成された磁界と組み合わされてプラズマの一部が軸線におい てスパッタリング面に十分近くまで延び軸線においてスパッタリング面から少な くとも若干のスパッタリングを生ぜしめるようにキャリヤと共に回転するように 取り付けられ、かつループの内方部分近傍に位置している少なくとも１個の補助 磁石をさらに含むことを特徴とする請求の範囲第３項に記載の装置。
7. ７．前記主磁石により形成された磁界と組み合わせ、該磁界を再形成してそれに 隣接したプラズマの位置即ち強度を修正するための磁界を発生させるよう前記キ ャリヤと回転するよう取り付けられ、かつ前記ループの周面近傍に位置している 少なくとも１個の補助磁石をさらに含むことを特徴とする請求の範囲第１項に記 載の装置。
8. ８．前記磁石とキャリヤとを含みその中に冷却流体を入れる手段であって、ター ゲットの裏面と伝熱関係に保たれた壁を含んでいる手段と、 前記キャリヤと共に回転可能で壁に沿った冷却流体の流れを促進する手段とをさ らに含むことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。
9. ９．主磁石がキャリヤから突出している構造体を含み、壁に沿った冷却流体の流 れを促進するためのキャリヤにある手段が主磁石の突出構造体を含むことを特徴 とする請求の範囲第８項に記載の装置。
10. １０．ターゲットが該ターゲットのスパッタリング面にわたる所定の分布に従っ てスパッタリング材料を提供するよう軸線からの距離と共に変わる厚さを有し、 スパッタリング面にわたる所定の分布に従ってスパッタリング材料を使用すべく 軸線からの異なる半径においてプラズマの強度あるいは持続時間に作用するよう 帯片が形成されていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。
11. １１．加圧密封された室において基板をスパッタコーティングするマグネトロン スパッタコーティング装置において、 前記室において基板を支持する手段をその上に有する基板ホルダと、 外縁により囲まれたスパッタリング面を有するスパッタコーティング材のターゲ ットであって、全体的に基板にスパッタリング面を対面させて前記室に支持され ているターゲットと、 スパッタリング面の反対側でターゲットの背後に位置し、ターゲットと基板とに 交差する軸線の周りでターゲットと基板とに対して回転するように取り付けられ た磁石キャリヤと、 軸線上でキャリヤを回転させる手段と、キャリヤと共に回転するように固定され た主磁石であって、閉鎖ループ伏に配置され、その下でプラズマを捕捉する閉鎖 磁気トンネルを形成し、キャリヤが回転するにつれて軸線の周りでターゲットの スパッタリング面上方で回転する主磁石とを含み、 前記ループが、プラズマの一部が、軸線においてスパッタリング面から少なくと も若干のスパッタリングを生ぜしめるに十分軸線の近くのスパッタリング面に近 くまでプラズマの一部が延びるよう主磁石の磁界を再形成するよう軸線に対して 位置した磁界形成手段を含むことを特徴とするマグネトロンスパッタコーティン グ装置。
12. １２．磁界形成手段が、キャリヤと共に回転するよう該キャリヤに取り付けられ た少なくとも１個の補助磁石を含むことを特徴とする請求の範囲第１１項に記載 の装置。
13. １３．前記ループが軸線から離れてキャリヤと共に運動可能でターゲットの縁部 近傍においてスパッタリング面の下に位置する磁性材料の半径方向外方部分と、 キャリヤと共に運動可能で軸線近傍でスパッタリング面の下に位置する磁性材料 の半径方向内方部分とを含むことを特徴とする請求の範囲第１１項に記載の装置 。
14. １４．軸線においてスパッタリング面近傍にプラズマの一部がそこから少なくと も若干のスパッタリングを発生させるに十分延びるよう主永久磁石の磁界と組み 合わされる磁界を提供するようにループの内方部分近傍に位置していることを特 徴とする請求の範囲第１３項に記載の装置。
15. １５．加圧密封室において基板をスパッタコーティングするマグネトロンスパッ タコーティング装置において、前記室において基板を支持する手段をその上に有 する基板ホルダと、 外縁部により囲まれたスパッタリング面を有するスパッタコーテイング材料のタ ーゲットであって、スパッタリング面を全体的基板に対面させて前記室において 支持されているターゲットと、 スパッタリング面とは反対側でターゲットの背後に位置され、ターゲットと基板 とに交差する軸線の周りでターゲットと基板とに対して回転するように取り付け られている磁石キャリヤと、 軸線の周りでキャリヤを回転させる手段と、キャリヤと共に回転するよう固定さ れた主磁石であって、閉鎖ループ状に配置され、その下でプラズマを捕捉する閉 鎖磁石トンネルを形成し、キャリヤが回転するにつれて軸線の周りでターゲット のスパッタリング面上方で回転する磁界を有する主磁石と、 キャリヤと共に回転するように取り付けられ、それに隣接してスパッタリング面 にあるプラズマの位置即ち強度を修正するよう主磁石の磁界と組み合わされ、該 磁界を再形成する磁界を提供するようループの周面に十分近く位置している少な くとも１個の補助磁石とを含むことを特徴とするマグネトロンスパッタコーティ ング装置。
16. １６．磁石とキャリヤとを囲みその中に冷却流体を入れる手段であって、ターゲ ットの裏面と伝熱関係に保たれた壁を含む手段と、 キャリヤが回転するにつれて壁に沿って冷却流体を流れやすくするためのキャリ ヤ上の手段とをさらに含むことを特徴とする請求の範囲第１５項に記載の装置。
17. １７．主磁石がキャリヤから突出した構造体を含み、壁に沿って冷却流体を流れ やすくするためのキャリヤ上の手段が主磁石の突出構造体を含むことを特徴とす る請求の範囲第１６項に記載の装置。
18. １８．補助磁石が、軸線におけるスパッタリング面の領域に、そこから少なくと も若干のスパッタリングを発生させるに十分近くまでプラズマの一部が延びるよ うにさせるよう位置していることを特徴とする請求の範囲第１５項に記載の装置 。
19. １９．ターゲットが、該ターゲットのスパッタリング面にわたって所定の分布に 従ってスパッタリング材料を提供するよう軸線からの距離と共に変動する厚さを 有し、補助磁石が、スパッタリング面にわたる所定の分布に従ってスパッタし、 それによりスパッタリング材料を使用するよう軸線からの種々の半径におけるプ ラズマの強度と持続時間に作用するよう主磁石の磁界と組み合わされる磁界を発 生させるよう位置していることを特徴とする請求の範囲第１５項に記載の装置。
20. ２０．加圧密封室において基板をスパッタコーティングするマグネトロンスパッ タコーティング装置において、前記室において基板を支持する手段をその上に有 する基板ホルダと、 外縁により囲まれたスパッタリング面を有し、スパッタコーティング材料からな るターゲットであって、スパッタリング面を基板に対面させて前記室において支 持されているターゲットと、 スパッタリング面とは反対側でターゲットの背後に位置し、ターゲットと基板と に交差する軸線の周りでターゲットと基板とに対して回転するように取り付けら れた磁石キャリヤと、 軸線の周りでキャリヤを回転させる手段と、キャリヤに固定され、該キャリヤと 共に回転可能の主永久磁石と、 磁石とキャリヤとを囲みその中に冷却流体を入れる手段であって、ターゲットと 伝熱関係で保持された壁を含む手段と、 キャリヤが回転するにつれて壁に沿って冷却流体が流れやすくするための、キャ リヤ上の手段とを含むことを特徴とするマグネトロンスパッタコーティング装置 。
21. ２１．主磁石がキャリヤから突出した構造体を含み、壁に沿って冷却流体が流れ やすくするための、キャリヤ上の手段が主磁石の突出構造体を含むことを特徴と する請求の範囲第２０項に記載の装置。
22. ２２．外縁により囲まれたスパッタリング面を有する、スパッタコーティング材 のターゲットであって、スパッタリング面をコーティングすべき製品に対して全 体的に対面させて加圧密封室において支持されたターゲットを用いて加圧密封室 でホルダに支持されたスパッタコーティングした製品を作る方法において、 スパッタリング面にわたってプラズマを発生させる段階と、 スパッタリング面とは反対側でターゲットの背後に位置した主磁石により磁界を 発生させ、ターゲットのスパッタリング面にわたって閉鎖磁気トンネルを形成し 、それによりプラズマを捕捉する段階とを含み、磁界を発生させる段階が、プラ ズマの一部が縁部に隣接したスパッタリング面に、前記縁部に隣接したスパッタ リング面から少なくとも若干のスパッタリングを発生させるに十分スパッタリン グ面に近くまで延びるよう磁界の少なくとも一部をターゲットの縁部の周りに延 在させる段階を含み、かつ スパッタリング面と交差する軸線の周りで磁石を回転させ、トンネルをスパッタ リング面の上方で回転させることによりターゲットのスパッタリング面にわたっ てプラズマを運動させターゲットをその縁部の周りでスパッタし、それにより製 品をスパッタコーティングする段階を含むことを特徴とするスパッタコーティン グした製品を作る方法。
23. ２３．磁界を発生させる段階がさらに、プラズマの一部が、軸線におけるスパッ タリング面から少なくとも若干のスパッタリングが発生するようにするに十分、 軸線に隣接したスパッタリング面の近くに介在するよう磁界の一部を軸線を横切 って延在させる段階を含むことを特徴とする請求の範囲第２２項に記載の方法。
24. ２４．主磁石と共に回転するように取り付けられ、主磁石に隣接したプラズマの 位置即ち強度を修正するよう主磁石によって形成された磁界と組み合わさせ再形 成する少なくとも１個の補助磁石を採用する段階をさらに含むことを特徴とする 請求の範囲第２２項に記載の方法。
25. ２５．外縁により囲まれたスパッタリング面を有し、スパッタコーティング材の ターゲットであって、スパッタリング面をコーティングすべき製品に対して全体 的に対面させて加圧密封室に支持されているターゲットを用いて加圧密封室にお いてホルダに支持されたスパッタコーティングした製品を作る方法において、ス パッタリング面の上方でプラズマを発生させる段階と、 スパッタリング面とは反対側でターゲットの背後に位置した主磁石を用いて磁界 を発生させ、磁界によりターゲットのスパッタリング面の上方で閉鎖磁気トンネ ルを形成し、該トンネルによりプラズマを捕捉する段階を含み、 磁界を発生させる段階がさらに、軸線におけるスパッタリング面から少なくとも 若干のスパッタリングが生じるよう軸線に隣接するスパッタリング面に十分近く プラズマの一部が介在するよう磁界の少なくとも一部を軸線を横切って延在させ る段階をさらに含み、かつ、スパッタリング面と交差する軸線の周りで磁石を回 転させ、トンネルをその上で回転させることによりターゲットのスパッタリング 面にわたってプラズマを運動させターゲットをその縁部の周りでスパッタし、そ れにより製品をスパッタコーテイングする段階を含むことを特徴とする製品をス パッタコーテイングする方法。
26. ２６．主磁石と共に回転するように取り付けられ、隣接するプラズマの位置即ち 強度を修正するよう主磁石によって形成された磁界と組み合わされ、再形成する 磁界を発生させる少なくとも１個の補助磁石を採用する段階をさらに含むことを 特徴とする請求の範囲第２５項に記載の方法。
27. ２７．ターゲットの上方で運動するプラズマ支持磁界を発生させる回転磁石を有 するマグネトロンスパッタコーテイング装置のスパッタリングターゲットを冷却 する方法において、 空間を画成する壁で磁石を囲み、その中へ冷却流体を入れる段階と、 ターゲットと伝熱関係に壁を保つ段階と、冷却流体と接触して磁石と共に回転可 能の不規則な面構造を提供する段階と、 磁石と面構造とを回転させることにより壁に沿って冷却流体を流れやすくする段 階とを含むことを特徴とするスパッタリングターゲットを冷却する方法。