JPH072989B2 - 基板被覆堆積用スパッタ装置及び方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、基板表面のスパッタ被覆、特に、マグネトロ
ン形スパッタ装置用ターゲットからスパッタ放出される
スパッタ材料を半導体ウエハ基板の有段又は無段表面へ
均一に分布する方法及び装置に関する。

［従来の技術］ スパッタ被覆は、スパッタ材料のターゲットのスパッタ
表面（以下ターゲット表面）にイオンを衝撃させること
によって、このターゲットからスパッタ材料の原子規模
の粒子をスパッタ放出させ、これをウエハ基板表面に薄
膜として再堆積させるプロセスを含む。このプロセス
は、イオン源としてアルゴンのような中性ガスを利用す
る真空室内で実施される。電離は、ターゲットを負電位
でバイアスしてターゲットから電子を離脱させかつ陽極
へ向けて運動させることによって、達成される。この運
動の行程中、電子はターゲットの上方にあるガスの原子
と衝突してこれを電離する。この結果生じる陽イオン
は、ターゲットの負電荷によってターゲット表面に向け
て吸引され、これに衝突すると、ターゲット表面へ運動
量を転送してターゲットから原子又は微粒子をスパッタ
放出させる。放出された原子は、ターゲット表面上のそ
れらの放出点から運動して、その行程内にある基板表面
の部分を衝突しかつこれに付着する。

マグネトロン形スパッタは、磁界がターゲット表面を覆
って形成されるエンハンスメントスパッタである。この
磁界は、ターゲットから放出される電子を偏向し、その
結果、この電子は閉じ込められた経路内を運動させら
れ、ターゲット表面上の閉じ込められた空間内に捕獲さ
れる。電子のこの閉じ込めは、著しくその密度を増大し
かつターゲット表面近くの空間内のガスの原子の電子と
の衝突の可能性を生じ、したがって、イオンの有効な生
成を増大するであろう。このように生成されたイオンの
濃度は、ターゲット表面の直上のこの閉じ込め空間内に
グローを生じるプラズマの形になって現れ、その結果、
プラズマ近傍のターゲット表面の領域のイオン衝撃速度
を向上する。これによって、スパッタ材料のスパッタ放
出速度を上昇し、したがって、プラズマ近傍のターゲッ
ト表面の浸食速度を向上する。

［発明が解決しようとする問題点］ 先行技術のスパッタ技術の主要な問題点は、基板表面に
施される被覆の均一性を達成することであった。基板
は、多くの場合、電子回路を形成するために導電材料で
被覆しようとするウエハである。スパッタプロセスの実
行に先立ち、基板は、多くの場合、多重回路層の堆積に
対してこれらを準備するために他の被覆又はエッチング
プロセスによって処理される。これらのプロセスの結
果、表面層に線形溝又はこの層を貫通する小孔（「ヴァ
イア」と呼ぶ）が形成され、これらの立て側壁は基板の
平坦表面に垂直である。スパッタプロセスにおいて、こ
れらの表面又は「段」は、これらの段付き表面によって
接合される各種導電回路層間の導電を与えるためにもま
た被覆されなければならない。その結果、基板を均一に
被覆する問題は、スパッタプロセスにおいて基板表面の
互いに垂直なかつ異なる向きの部分を均一に被覆する必
要によって複雑なものとなる。

先行技術のスパッタ被覆形成装置は、基板に所望分布の
被覆を生成するに当たり様々な問題に遭遇してきた。こ
れらいくつかの問題に対して提案された何らかの解決
が、他の問題を厳しくする始末である。

プレーナターゲットが、このターゲットの区域を覆う磁
界によって閉じ込められたプラズマと共に採用された。
米国特許第3,878,085号及び同第4,166,018号を参照され
たい。ターゲットの浸食を円滑化しようとする企図が、
先行技術において、しばしば行われてきた。この目的の
ために、運動磁界が採用され、この運動磁界は磁石要素
を機械的に運動させることによって及び磁石電流を変化
させて磁界を電気的に運動させることによって試みられ
た。米国特許第3,956,093号及び特公昭58−171−556号
参照。

いくつかの先行技術の装置においては、スパッタ材料の
流束を空間的に調節して、本来ならば起こるであろう基
板の有効範囲の不均一性をある程度まで補償する作業が
なされた。このような技術は、例えば、米国特許第4,74
7,926号に開示されている。この作業によって、先行技
術が到達したのは分離調節電源を備える分離絶縁ターゲ
ットを用意することであった。米国特許第4,606,806号
及び同第4,595,482号に開示されているこのようなター
ゲットは、プレーナターゲットをこのターゲットから電
気的に絶縁された環状切頭円すいターゲットで囲んで利
用するものである。分離絶縁ターゲットを使用するとき
は、各ターゲットはその表面を覆う磁界と他のターゲッ
ト表面への作用から分離されかつ明確に異なるプラズマ
を有する。米国特許第4,595,382号に開示されているよ
うな、分離した電源が各ターゲット部分を独立に附勢す
るために使用される。

しかしながら、複数のターゲットは、多数の電源構成要
素、重複する回路構成を必要とし、ターゲットの陰極電
源回路の各々ごとに及び磁界発生電流電源回路の各々ご
とに制御を必要とする。機械的観点から、これらの複数
のターゲットは、なおまた、室内の真空を維持する分離
した封止を必要とし、分離した施設を必要とし、分離し
た製造段を必要とし及びそのターゲットの適正な冷却を
保証する分離した装置を必要とする。これらの要求の全
ての結果、全般的に費用は極めて高くなり、製造上及び
保守上の問題を増大し及び機械の準備及び操作を極めて
複雑にする。

先行技術の単一片ターゲットは、スパッタ表面上の互い
に異なる領域からのスパッタ強度の調整に従うことがで
きなかった。ターゲットの分離領域からのスパッタ放出
を有効に制御する能力の欠如が先行技術の単一片ターゲ
ットの欠点であった。したがって、このことがその固有
の欠点を持つターゲットで多重ターゲット集合を開発す
る同期であった。

ターゲット集合のうちの単一ターゲット又は個個のター
ゲット要素に向けられた先行技術の開発は、米国特許第
4,401,539号に論じらているように、不均一浸食の防止
に集中された。ターゲット表面は、しばしば、好ましか
らざる浸食パターンを示し、これがターゲット表面の幾
何学を変更し、その結果、ターゲットの初期放出パター
ンからの逸脱を起こさせる。したがって、基板上の堆積
分析も、ターゲットが浸食されるに従い、また変化す
る。さらに、ターゲット表面にわたって放出強度が変動
し、その結果、時間と共に連続的に変化するはずの基板
表面にわたっての堆積の均一性に変動する。それゆえ、
例えば、米国特許第4,100,055号にあるように、不規則
浸食は、防止すべき現象として看なされている。例え
ば、米国特許第4,622,121号に開示されているように、
磁石の極の再構成又は磁極片の運動がターゲット浸食を
滑かにするために採用されている。先行技術において
は、単一片ターゲットの不均一浸食は、ターゲット表面
にわたってターゲットの不均一消費に因るスパッタ材料
の非効率な使用の結果であると看なされてきた。

浸食は、また、ターゲットが浸食されるに従いスパッタ
放出速度に変化、一般に、低下をきたす。不均一ターゲ
ット浸食に伴うこの速度の低下は、スパッタ表面にわた
って不均一に起こし及びターゲット表面上のスパッタ放
出電力分布に時間的に変動する変化を生じ、この結果、
基板上への堆積スパッタ材料の全量と分布に変化を生じ
る。分離した電気絶縁ターゲットを使用して、これらの
作用を測定することができまた電気的パラメータの制御
を通してこれを補償することができる。しかし、単一タ
ーゲット又はターゲット構成要素を使用する場合は、こ
れらの作用は、スパッタプロセスの行程中、これまで、
測定又は制御することのできなかった仕方で起こる。タ
ーゲット浸食の観察の経験に基づくターゲットの可視検
査及びターゲットの電気的パラメータの調節は、先行技
術が採用した唯一の行程であった。例えば、米国特許第
4,166,783号は、このような制御における１つの試行に
関連する。したがって、ターゲット表面からの不均一放
出速度を企図的に起こすことの目標は、主として多数部
分ターゲットの使用に限定され、単一片ターゲット上の
浸食パターンの制御の目標とは両立しなかった。

基板の面に垂直な側壁を有する段又はヴァイアを有する
基板を均一に被覆する必要は、先行技術では不適当に取
り扱われてきた。不均一ターゲットスパッタ放出速度及
びターゲット浸食制御は、特に単一片ターゲットに関し
て、先行技術にいくつかの問題を残している。

したがって、段付きウェハ基板を均一に被覆するマグネ
トロン形スパッタ装置用ターゲットを提供し、保守しか
つ制御する必要性がある。さらに、特に単一片ターゲッ
トにおいて、上に論じた先行技術の問題を解決するため
に、いままでは両立不可能だった特徴を、利用する特に
必要性がある。

［発明の要約］ 本発明の主目的は、互いに異なる方向を向き、基板の互
いに異なる区域に配置されているかつ基板の面に全体的
に垂直な段表面に対して、特に、基板上のスパッタ被覆
堆積の段付き有効範囲の均一性を向上することにある。
さらに特に、本発明の目的は、基板、特に互いに近傍の
平坦なかつ垂直な複数の基板表面区域によって形成され
る段を有する基板にわたってさらに均一なスパッタ被覆
を堆積する方法と装置を提供することにある。

本発明の追加の目的は、ターゲットの漸進的浸食によっ
て起こされるターゲット表面の幾何学的変化に因る均一
段付き有効範囲への時間的変動逆作用を最小化すること
にある。

本発明のこれらの目的の達成は、基板表面のどの点にお
けるスパッタ被覆もターゲット及び基板の形状及び相対
的間隔を規定する幾何学を含む多数のパラメータの関
数、並びにターゲットのスパッタに影響する電磁界の形
状を規定しかつ附勢する多数のパラメータの関数であ
る。

特に、ターゲット表面の増分の各々と放出スパッタ材料
が堆積される基板表面の増分の各々との間の点対点幾何
学は、この２つの増分の間の転送速度に影響すると考え
られる。これらの増分が粒子の経路との間に形成する経
路距離及び角は、増分の各対の間のスパッタ放出速度に
影響する幾何学的パラメータである。

さらに、プラズマをターゲットを覆って集中する磁界の
形状と強度、ターゲットと基板との間の電界と電位、及
びターゲットと基板を通る回路の電流、電圧、インピー
ダンスは、基板の被覆の分布に作用するパラメータと考
えられる。これらのパラメータがターゲットと基板との
間の空間内のイオンの電子の経路及び運動に及ぼす作
用、したがって、生成されたスパッタ放出粒子の放出パ
ターンと堆積パターンに及ぼす作用は、先行技術によっ
ては部分的にのみ制御され、したがって、被膜の均一性
を強化するには不適当に取り扱われてきた。

本発明を追究するに当っては、これらの幾何学的及び電
気的パラメータもまた、ターゲットの浸食パターンに作
用すると考えられている。ターゲットから放出される粒
子又は原子は重くかつ、通常、中性であるゆえに、これ
らはターゲット上の放出点から伝搬して基板上のそれら
の目的点又はその他の箇所に到達すると考えられる。し
たがって、ターゲットの浸食パターンは、基板との関係
におけるターゲットの幾何学と共に、基板上に堆積され
るスパッタ材料の分布に強く相関することが判ってい
る。

本発明の目的を追及するに当たって、１つの磁界強度を
増加することは、ターゲット領域の１つの近傍のプラズ
マ内に捕獲された電子の密度を増加すると考えられてい
る。これらの増加は、強化磁界近傍領域におけるターゲ
ット表面へのイオン流束を増加させる。増加された流束
は、通常、部分的にターゲットの特定の領域と回路陽極
との間の電気的インピーダンスの低下及びターゲットの
その領域から放出される原子の数の増加の形になって現
れる。これはその領域においてターゲットの浸食速度を
上昇し、この速度の上昇がさらにこのターゲットのその
領域によって支配的に供給される基板表面の領域上の堆
積速度を上昇する。増加する堆積は、ターゲットのこの
領域に真正面に向く又はこの領域の近傍の基板面上で最
も著しい。

本発明の原理によれば、本発明の目的は、分離して附勢
される多数浸食領域を備える凹面環状スパッタ表面を有
する単一片ターゲットを提供することによって、部分的
に完成される。凹面ターゲット表面は、基板の互いに異
なる向きの段表面にほぼ向いている区域を含む。好適に
は、環状ターゲット表面は、各増分ごとに滑らかでかつ
連続的である。このターゲット表面上の多数のかつ、好
適には、同心の浸食領域は、好適には、ターゲットの附
勢と共にスイッチされるプラズマ閉じ込め磁界で以て分
離して制御される。

本発明のさらに原理によれば、本発明の目的は、さら
に、スパッタターゲットの互いに異なる領域の電気的パ
ラメータを分離して制御することによって完成される。
これらのパラメータは、ターゲットの各領域のスパッタ
放出エネルギーがスパッタ材料の放出を起こさせ、この
材料放出がターゲットの他の領域の全てからの基板表面
にわたって被覆の堆積と組み合わされて、均一になるよ
うに、制御される。このことは、好適には、ターゲット
の分離領域を交番的に附勢することによって行われる。
好適実施例においては、電磁石電流が分離ターゲットの
分離領域を覆うプラズマ閉じ込め磁界を交番的に活性化
させるようにオンオフスイッチされる一方、ターゲット
が附勢される電力レベルが電磁石のスイッチングに同期
してスイッチされる。好適には、このスイッチング順序
の使用率は、ターゲットの互いに異なる領域からのスパ
ッタ量を変動するように制御される、しかし、ターゲッ
ト電力又は他の電気的パラメータも、異なる領域を通じ
て同様に、制御することができる。この制御は、浸食の
測定に応答して行われる。この測定は、本発明のいくつ
かの実施例によれば、レーザ装置による、又は堆積速度
の監視によるなどのような浸食される表面の直接測定、
又はターゲット電力などの電気的パラメータを検出又は
調整することによって達成され、ターゲット電力等は、
そのスイッチングが電力消費を附勢されたターゲットの
領域に局部化するゆえに、ターゲット領域の特定の領域
にのみ関連する。

本発明のいくつかの他の原理によれば、ターゲットの下
に存在するいくつかの磁極片がターゲットの領域内へ延
長させられてこれらの磁極片の端をターゲットのスパッ
タ表面の近くに持たらして、これらの磁極片の上に配置
されている非浸食領域の幅を短縮し、これによってター
ゲットのスパッタ材料の使用効率を向上する。これらの
埋込み磁極片は、構造的にターゲットとその載持装置を
半径方向外向きへの熱膨張に対して補強するように働
き、これによって好ましからざる熱変形の公算を減少す
る。このような埋込み磁極片構造は、イオンで衝撃され
るときに加熱される傾向のあるターゲット容積内への追
加的な冷却を導入する手段である。

本発明の利点は、及び特に本発明の好適実施例は、凹面
環状単一片ターゲットを採用することができ、このター
ゲット表面を、例えば、旋盤上で実行されるような単純
な機械加工段によって形成することができるということ
である。したがって、このターゲットを、複雑な幾何学
形を有する多数の部分ターゲットの場合よりも遥かに容
易に製造することができる。単一片ターゲット構造は、
スパッタ真空室と共に封止するのにきわめて容易であ
り、また整列かつ調整するのに容易であり、交換に容
易、及び冷却に容易である。このターゲット表面の無数
の角は、段付き基板の互いに異なる向きの表面に対する
良好な近似とスパッタ角を生じる。分離浸食領域の分離
制御は、均一段付き有効範囲を強化するために不均一タ
ーゲット浸食の使用を可能にする。ターゲットの附勢と
同期して活性化プラズマをスイッチングすることによっ
て、単一電源回路をターゲットの２つ以上の領域に対し
て使用することができかつ同じターゲット表面の異なる
領域の分離制御を可能にする。

本発明は、さらに、単一片ターゲットの特定の既知の領
域からのスパッタ量の局部化制御、これによってターゲ
ットの浸食の局部化制御及び基板表面にわたってこの結
果生じる堆積分布の均一性の制御を行うという利点を有
する。したがって、本発明によりターゲットの幾何学的
パラメータを初期的に選択することによっ与えられる均
一段付き有効範囲及びターゲットを初期的に附勢するに
当たっての電気的パラメータを、ターゲットの浸食に従
うターゲットの時間的変動形状に係わらず維持すること
ができる。本発明の特徴を以てすれば、領域から領域へ
のターゲット性能または状態の制御において単一片ター
ゲットを使用しその２つ以上の領域のパラメータを決定
しかつ互いに異なるように制御することが可能である。

したがって、いままでに、単一片ターゲットにおいての
み得られた利点又は二部品絶縁ターゲットのみにおいて
得られた他の利点はもとより、さらにその他の利点が、
本発明の原理によれば、単一片ターゲット集合体におい
て実現される。

本発明のこれらの目的及び利点は、付図を参照して行わ
れる次の説明から容易に理解されるであろう。

［実施例］ 本発明が関係する形式のマグネトロン形スパッタ装置
は、次に掲げる米国の一般に譲わたされた同時継続出願
に記載されており、これらは参考試料として完全な形で
特に本願に収録されている： 「スパッタ被覆形成装置用陰極ターゲット設計（Cathod
Target Design for a Sputter Coating Apparatus）」
と称する米国同時係属特許出願第095,100号、提出1987
年９月10日であって米国特許出願第848,698号、提出198
6年８月４日かつ現在放棄されたものの継続出願；「マ
グネトロン形スパッタシステム内のイオン衝撃の均一性
を改善する装置（Apparatus for Imroving the Uniform
ity of Ion Bombardment In a Magnetoron Sputtering
System）」と称する米国系属特許出願第095,560号、提
出1987年９月10日であって米国特許第848,750号、提出1
986年４月４日かつ現在放棄されたものの継続出願；
「ウエハ状物品の取扱い及び処理方法及び装置（Method
and Apparatus for Handling and Processing Wafer-L
ike Articles）」と称する複数の米国係属特許出願、そ
の１つは米国特許出願第222,327号、提出1988年７月20
日であって米国特許出願第112,766号、提出1987年10月2
2日かつ現在放棄されたものの継続出願、後者は米国特
許出願第848,687号、提出1986年４月４日かつ現在放棄
されたものの継続、及び他の１つは米国特許出願第222,
328号、提出1988年７月20日であって米国特許出願第11
2,777号、提出1987年10月20日かつ現在放棄されたもの
の継続、後者は米国特許出願第848,297号、提出1986年
４月４日かつ現在放棄されたものの継続である。

第１図を参照すると、本発明の原理によるマグネトロン
形スパッタ装置10が、概略的に示されている。この装置
10の含む真空室11はその室壁12で境され、後者は電気的
接地線13に接続されている。真空室11内に支持体（図に
は示されていない）がありその上に加工物である基板14
が載持されている。基板14は、典型的にはシリコンウエ
ハ基板14であり、この上に装置10を使って実行されるス
パッタプロセスによって導体被覆が堆積される。基板14
は、通常は、プレーナ又はパターン化されたウエハであ
り、多くの場合、形状は円形であり、本発明の好適実施
例に関連する第１図では、縁を見る形で示されている。
基板14は、その規定面16に垂直な中心軸15によって規定
される幾何学的中心を有する。基板14はその面16に平行
な表面17を有し、この表面はスパッタ源からのスパッタ
材料の被覆堆積を受けるような向きを取っている。

陰極ターゲットアッセンブリ20は、図示の実施例では、
真空室壁12とで室11を封止する関係に配置され、かつこ
の関係をＯリング封止材18によって維持され、基板14を
被覆するスパッタ材料源を構成する。陰極ターゲットア
ッセンブリ20も、全体的に円形であり、真空室壁12内に
配置されるとき、集合体の軸19を基板14の軸15と一致さ
せる。陰極ターゲットアッセンブリ20は、基板14表面17
への堆積されるスパッタ材料で形成されたスパッタゲー
ト21を含む。

第１図と第２図を同時に参照することによって一層明ら
かなように、ターゲット21は、形状が環状でありその軸
19は基板14の中心軸15と同軸である。ターゲット21は、
スパッタ表面22を有しこれは円形内側リム23と円形外側
リム24によって境される。表面22は、内側リム23から外
側リム24にかけて滑らかでかつ連続的である。「滑らか
でかつ連続的」とは、ターゲット21の表面22は傾斜を連
続的に変動しており、傾斜を数学的に定義できないよう
な角又は点を全く持たないことを意味する。

好適には、表面22の湾曲は、各増分ごとに凹面を呈す
る。図示の実施例においては、表面22は、半径26の円の
軸19の回りの回転面でありその原点は軸19から距離29を
取る点27及び円28上に位置する。他の実施例において
は、距離29、点27及び半径26は、軸19からの表面22への
異なる距離に対して固定されないで変動し、したがっ
て、放物面、だ円面又は他の数学的関数又はこれらの関
数の組み合わせ又はこれらの倍数の関数である。１好適
実施例においては、この回転面は変調だ円であり、この
だ円において内側リム23に近い距離の表面、外側リム24
及び内側と外側リムとの間の中間の近傍の表面点は、互
いに異なる３つの点の回りの異なる３つの半径を有す
る。

ターゲット21の外側リム24は、その目的は下にさらに詳
しく論じられるが、基板14の直径よりも大きい直径を有
する。好適には、20.32cmまでの直径の基板に対して
は、約27.94cmのターゲットの直径が好適である。外側
リム24はターゲット21上の、基板14の面16に最も接近し
ている部分である。約10.16から20.34cmの基板14の直径
かつ約15.24から27.94cmのターゲット21の直径の場合、
基板14の面16からターゲット21の外側リム24までの間隔
は、好適には、約2.54cmである。

したがって、好適幾何学的形状に従えば、ターゲット表
面22は軸19から半径29の距離において基板14の面16から
最も遠く、内側リム23において基板14の面16に比較的近
く、及びターゲット21の外側リム24において基板14の面
16に最も近いことが認められるであろう。これにもかか
わらず、ターゲット表面22は、外側リム24から内側リム
23にかけてのターゲット21の広がりにわたって全体的に
凹面を呈する。このように構成配置されたターゲット21
は、好適には、スパッタ材料の単一片で形成され、旋盤
上の切断又は機械加工によって形成される。

ターゲット21は、ターゲット保持器30内に支持され、後
者は軸19に同心の全体的に円形背板31を有する。ターゲ
ット保持器30は円筒形外側壁32及び立上がり円筒形中間
壁33を有する。円筒形外側壁32は、ターゲット21の外側
リム24を囲む。保持器30は内側表面34を有し、後者は背
板31、円筒形外側壁32及び円筒形中間壁33を有し、ター
ゲット21を支持しかつこれからの熱を伝導する。ターゲ
ット21は外側冷却表面35を有し、この表面はターゲット
21が保持器30内に載持されたとき、保持器30の内側表面
34に適合しこれと冷却接触するように密着配置される。
ターゲット21は、また冷却表面35内に背面36を有し、後
者はターゲット保持器30の背板31の内側表面34と接触す
るように配置される。ターゲット21の背面36内に内側環
状溝37がありこの溝の内側表面は保持器30の円筒形中間
壁33と部分的に接触するように配置される。このように
して、ターゲット21の全表面が旋盤上で回転可能であ
る。

ターゲット保持器30は、熱伝導材料、通常、銅で作製さ
れ、また、通常、保持器30を低温に維持するために冷却
液と連絡し、これによってガスイオン衝撃によるスパッ
タ中に発生する熱をターゲット21から導出するために導
管等の装置39を具備する。このような装置は、線図的に
のみ示されているが、様々な形でスパッタ装置内に採用
される。

ターゲットアッセンブリ20は磁石アッセンブリ40を具備
し、後者は、好適には、１対の電磁石41a及び42aを含
み、これらの電磁石はそれぞれ環状内側巻線41と外側巻
線42を有し、これらの巻線は、第１図に示されるよう
に、典型的には、ターゲット保持器30の背後の面内に同
心的に軸19を中心のその回りにかつこれに垂直に配置さ
れる。いくつかの実施例の場合は、永久磁石又は永久磁
石と電磁石の組み合わせが採用される。堅牢な強磁性材
料がターゲットアッセンブリ20に対する構造的支持体を
形成しかつ磁極片を構成し、後者は電流が巻線41及び42
に供給されるとき磁石41′及び42′を形成する。この強
磁性材料は円形キャップ片44を含み、後者はターゲット
アッセンブリ20の平坦後部支持体を形成しかつ磁石41′
の磁極片と42′の磁石片との間に横方向磁界を維持す
る。円筒形外側磁極片45は、ターゲット保持器30の外側
壁32を取り囲む。上側露出表面は、この磁極片表面のス
パッタを防止する暗黒部遮蔽と称せられる遮蔽45aによ
って覆われる。円筒形内側磁極片46は、その軸として軸
19を有し、ターゲット21の内側リム23を通して突出す
る。この磁極片46もまた、遮蔽又はキャップ46aによっ
て覆われる。円筒形中間磁極片47もまた、その軸として
19を有し、ターゲット21内の環状溝37の下に存在する。
堅牢な強磁性材料で作られかつ中間磁極片47の直径と同
じ直径を有する環48が、ターゲット21の背面36内の環状
溝37内に存在しかつこれに埋め込まれている。中間磁極
片47の上端もまた、円筒形中間壁33と反対側の背板31の
表面内の環状溝49内に埋め込まれている。強磁性材料の
環48は、ターゲット保持器30の円筒形中間壁33を取り囲
みかつこの中間壁と共にターゲット21の背面36上の環状
溝37を充填する。

中間磁極片47は、強磁性材料の環48と一緒に、外側磁石
41a及び内側磁石42aが共通に有する１つの磁極片を形成
する。環48は、中間磁極片47と磁気的に結合されること
によって、その有効磁極片をターゲット21の環状溝37の
所でターゲット21の表面22に極めて近いしかしその下の
位置まで延長する。強磁性材料の環48は堅牢な強磁性材
料で作られているので、ターゲット保持器30の軟銅より
構造的上実質的に強固である。このため、環48は、保持
器30の中間壁33をターゲット21の加熱及び半径方向膨張
に起因して生起するその半径方向膨張に対して構造的に
補強し、これによってまたターゲット21を半径方向熱膨
張に対して拘束する。

真空室11の室壁12は、接地線13を通して接地電位に維持
される。基板14は、接地電位に又はこれに近い電位に維
持されるあるいは接地電位に対して実質的に負であるよ
うに強くバイアスされるように、接続されている。電源
兼制御回路50が配設されて、負電位をターゲット21に供
給しかつ磁石41′及び42′を活性化する。電源兼制御回
路50は、ターゲット21にスパッタ放出電力を供給するこ
とによってターゲット21を附勢する陰極電源回路51、磁
石巻線41,42に電流を供給することによってこれらの巻
線を活性化する１つ以上の磁石電源回路52、及び電源回
路51,52の動作を制御する制御回路53を、含む。電源兼
制御回路50は、接地線13へ接続される接地系を有しかつ
室壁12の陽極接地電位を確立する。ターゲット21は、陰
極電源回路51の出力線路54を通して接地線13に対して負
電位に附勢される。磁石電源回路52は、磁石巻線41及び
42のそれぞれ接続された出力線路55及び56を通してそれ
ぞれの巻線に電流を供給する。電源兼制御回路50の構成
要素及びこの回路の制御動作は、以下に詳しく記載され
る。

本発明の原理による磁石41′,42′及び磁極片45,46,47
のスパッタプロセス中のターゲット21の浸食に対する関
係は、第４図を参照することによって、良く理解される
であろう。しかしながら、これの理解を援けるために、
まず代替実施例を第３図に関して説明する。第３図は、
いままで説明を省略されていた本発明の好適実施例のい
くつかの特徴を有するターゲットアッセンブリを示す。

第３図を参照すると、環状単一片ターゲット61は保持器
（この図には示されていない）内に支持されかつ中央磁
極片62を取り囲み、自らは環状磁極片63によって取り囲
まれ、かつ環状中間磁極片64上に存在する。磁極片62,6
3及び64の磁気は、永久磁石によるか又は第３図に示さ
れている装置によるかのいずれかで維持され、この装置
は直流電流が中央磁極片62の回りを互いに逆方法に流れ
るように附勢される内側巻線66と外側巻線67を含む１対
の電磁石巻線によって構成される。環状単一片ターゲッ
ト61は、内側平坦表面68とこれを取り囲む外側切頭円す
い表面69を含み、後者は円70（第３図の断面図では点）
において表面69と交差することによってこれらの表面68
と69の間に鈍角を形成する。

第３図のターゲットにおいて、負電圧が陰極ターゲット
61に印加されることによって、電子をターゲット61から
放出させかつ接地された陽極壁12′に向けて走行させ、
陽極壁12′は、通常、真空室11′の室壁である。真空室
11′は、真空に維持されかつ不活性ガス、通常、アルゴ
ンを含む。ターゲット61から放出された電子はアルゴン
原子と衝突することによって、二次電子を解放しこれら
の二次電子がまた陽極壁12′に向けて運動してまたこれ
らの経路上で他のアルゴン原子と衝突する。これらの衝
突は、アルゴン原子から電子を奪うことによりこのプロ
セスを通じてアルゴン陽イオンを発生する。これらのア
ルゴンイオンは、次いで、負に帯電している陰極ターゲ
ット61に向けて吸引されターゲット61の表面68及び69を
衝撃し、これによってターゲットからそのスパッタ材料
の粒子又は原子の放出を起こさせる。ターゲット61から
放出されたこれらの粒子は、ターゲット61のこれらのス
パッタ表面から走行を続けこれらの多くは基板14′に衝
突して基板をスパッタ材料で被覆する。

磁界を第３図のプロセスに適正に導入することによっ
て、マグネトロン形スパッタとして定義されるものが創
出される。磁界71及び72は、互いに反対極性磁極片対62
と64との間に、及び互いに反対極性磁極片対63と64との
間にそれぞれ発生し、かつこれらの磁界の磁束を延ば
し、図示の場合、ターゲット61の各表面68及び69上のそ
れぞれターゲットの内側領域74及び外側領域75にそれぞ
れ股がって延びる。中央磁極片62と中間磁極片64との間
の磁界71の磁束はターゲット61の内側領域74を囲み、他
方、外側磁極片63と中間磁極片64との間の磁界72の磁束
はターゲット61の外側領域75を囲む。磁界71及び72は、
ターゲット61の領域74及び75の上に存在するこれらの磁
界内を運動する帯電粒子に横方向の力を作用させる。電
子は軽量であり、これらの磁界を通って運動するに従い
発生する力に対して低い慣性を有するので、偏向される
ことによって、ターゲットのそれぞれの領域74及び75の
直上の磁界により磁気的に囲まれた空間の回りの円形又
はら旋形の経路内を運動する。このような旋回運動を行
う電子は、それゆえ、捕獲されるようになり、各々がガ
ス原子との衝突の確率を増大して電子とアルゴン原子と
の衝突数を著しく増加し、したがって、ターゲット61の
これらの領域74及び75上側でのアルゴンイオンの生成を
強化する。この結果のイオン濃度によって、領域74及び
75の近傍でアルゴンガスがグローを生じ、このグロー
は、ターゲット61の領域74及び75それぞれの近傍におけ
る、１対のそれぞれ環状雲又はプラズマ84及び85として
可視される。

マグネトロン形スパッタの使用は、スパッタ放出速度を
向上する。この結果は、ターゲット粒子又はスパッタ材
料の放出が増大する。しかしながら、この放出はまた、
プラズマ84及び85の局部化性質に因りターゲットの領域
74及び75に局部化される。これらのプラズマによって占
領される空間内にガスイオンの発生を集中することによ
って、磁極片64の外側及び内側に存在するターゲットの
領域内に不規則浸食パターン86及び87を、それぞれ、起
こさせる。しかしながら、磁界71及び72の磁束がターゲ
ット61の表面に垂直な所では、放出電子はこれらの磁束
の磁力線に平行に運動して偏向されることはない。した
がって、これらの電子は磁極片64を覆う領域内に捕獲さ
れることはなく、わずかなプラズマがこの領域に形成さ
れ、僅かな数のイオンがここの表面を衝撃し、それゆ
え、浸食速度はここではマグネトロン形スパッタによっ
て加速されることはない。したがって、磁極片64の真上
のターゲット61に、広い非浸食又は微小浸食領域88が発
達する。この領域88は環であり、領域86と87との間の磁
極片62を取り囲み、かつターゲット61表面上の磁極片64
の上に存在する。このような広い非浸食領域の結果、ス
パッタ材料の非効率的な使用が行われる。

本発明の好適実施例によれば、第４図に示されるよう
に、上掲の問題は、中間磁極片47′を環状溝33を介して
ターゲット21の背面36内へ埋め込むことによって抑制さ
れる。ターゲット21の表面22への磁極片47′の接近は、
ターゲットのスパッタ材料の効率的使用を強化する２つ
の効果を有する。その第１は、ターゲット21表面22に対
する磁極片47′の遠端の接近が磁極片47′の上のかつ磁
界89及び90がターゲット表面22に全体的に垂直であるよ
うな領域を狭めるということである。それゆえ、ターゲ
ット表面に平行な磁界が内側プラズマ91及び外側プラズ
マ92を支持するには強さが不充分であるのはターゲット
表面の小さい領域の上においてのみである。したがっ
て、ターゲット21の内側領域94及び外側領域95は、それ
ぞれ、互いに接近し、それゆえ、非浸食領域96は、第３
図の対応する領域88よりもかなり狭くなる。さらに、環
状溝33がスパッタ材料の容積を変位させ、その結果、本
来、非浸食領域93下に存在し、しかもこのスパッタプロ
セスでは使用されないスパッタ材料がターゲット21から
省略され、ひいては費用節約をもたらす。

さらに、第３図において、環状単一片ターゲット61は、
68及び69のような複数の表面セグメントにより構成され
る。これらの表面は、円である接合部70のように、第３
図の横断面図において角度をもった接合部70を形成す
る。このような角度をもった接合部の近くのターゲット
表面は、この表面の滑らかな領域よりも急速に浸食され
ること、及びこれらが第5C図に示されるように深いカス
プを形成することが判っている。本発明の好適実施例に
おいて、連続的に傾斜を変化する滑らかな表面は、好適
には、変形だ円横断面を持つ一定曲率のものであるか、
又は第４図に示されるように円形横断面のものであり、
このようにして、第5A図から第5C図の浸食の漸進ステッ
プにおいて示される深いカプスの形成を回避する。

第5A図を参照すると、いくつかの先行技術において見ら
れる、表面68及び69の接合部70が示されている。プラズ
マ85は、この表面69の上方に存在しかつイオンの一次源
となり、そのイオンはターゲット61を衝撃する。これら
のイオンが表面68と69の接合部70の近くのターゲット61
を衝撃すると、スパッタ材料の粒子又は原子が、第5a図
の分布パターンによって示されるような、近似的に余弦
法則に従う分布による放出角の関数として変動する速度
で放出される。したがって、他のいかなる角におけるよ
りも多い数の粒子がこの表面に垂直に放出される。それ
でもなお、放出粒子又は原子の予測される百分率がこの
面と鋭角方向に放出される。この様子は、放出パターン
77に示され、ここでは、矢印の長さはそれぞれの方向へ
の近似的相対スパッタ放出速度を表示する。

接合部70の形式のような鋭角の接合は、ターゲット表面
の局部浸食速度に影響する静電界及びその他の因子に影
響することが判っている。このような接合部の作用は、
接合部70の近くの浸食速度の上昇である。その結果の浸
食によって、接合部70の領域のターゲット61表面は次第
に急になるかつ対向する壁を有するＶ形カスプの形を取
るようになる。スパッタがさらに進行すると、この浸食
は、第5C図に示されるように、接合部70の領域内に過度
に広がる。このようなカスプは、ターゲットを通して成
長するであろう、またこれによってターゲットの寿命が
実質的に短縮されるであろう。この形式の浸食では、ス
パッタ材料の実質的な量が使用されないで済み、及び以
下にさらに詳しく説明するように、スパッタ放出効率は
接合部70の回りの浸食領域で急速にロールオフ、すなわ
ち、低下するであろう。

平坦でなく第5A図から第5C図の接合部70のような角度を
もった接合部を含む表面をイオンが衝撃する場合には、
この接合部の近くから広めの鋭角方向に放出される粒子
又は原子は、ある程度直ぐ近傍の表面を衝撃するであろ
う。例えば、接合部70の近傍の第5A図内の表面68上の点
78から矢印79で示されるように浅い角方向に放出される
原子は、表面69を衝撃するであろう。

これと対照的に、第6A図から第6C図に示されるように、
本発明の原理に従うターゲット21は、加速浸食作用をよ
り広く分布する。本発明の滑らかなかつ連続的に湾曲す
るターゲット表面22を使用することによって、この浸食
作用は均一にされる。好適には、ターゲット表面22は、
だ円形、円形又はこれらの類似の横断面を有する。ター
ゲット表面22が近似的に円形横断面の場合、放出粒子又
は原子が近傍のターゲット表面を衝撃する確率は、この
表面にわたって均一である。それゆえ、浸食に少しでも
不均一があるとすれば、それは、例えば、プラズマ92を
集中する磁界の変位又は強度などのような、他のより制
御可能な因子によって起こされるであろう。したがっ
て、浸食パターンは、スパッタプロセスが進行するに従
い第6B図及び第6C図に示される形状に次第に似てくるで
あろう。

ターゲットの寿命を制限することに加えて、カスプ形成
の他の好ましからざる作用は、次のような陰極「ロール
オフ」、すなわち、劣化作用を起こすということであ
る。第5A図から第5C図のようにターゲットが浸食される
に従い、深いカスプによってその近傍のターゲット表面
を衝撃する放出粒子又は原子の百分率が次第に増大させ
られる。これが起こると、第7A図から第7C図に示される
ようなステップを通して浸食が漸進して、粒子又は原子
がターゲット61表面から離れることのできる角97（第7B
図）及び97′（第7C図）が近傍の表面によってマスクさ
れかつ狭められるに従いセルフシャドーイング（自己隠
蔽）作用を起こす。これによって、スパッタ放出効率が
低下させられる。これによってまた、基板14′（第３
図）と浸食領域内ターゲット表面の部分との間の離隔が
増大させられる。幾何学的形状上の変化の結果、スパッ
タ放出速度に関する電気的特性が変化する。

さらに、このロールオフは、ターゲット表面に沿って均
一ではなく、スパッタ材料のターゲット表面からの放出
の不均一を誘い、この結果また被覆の基板表面にわたっ
て堆積の不均一を誘う。加えて、自己を隠蔽すること、
すなわち、セルフシャドーイングは、本来ならば基板に
衝突しこれを被覆するはずの放出粒子又は原子を遮り、
さらに基板を均一に被覆するように選択されたいかなる
設計幾何学の性能をも損なう。これと対照的に、第6a図
から第6C図に示された本発明の浸食パターンの場合は、
この現象に因るセルフシャドーイング作用及びロールオ
フが実質的に減少される。広めの角98（第8B図）及び9
8′（第8c図）の示すように、ターゲット21表面を離脱
する放出粒子又は原子はほとんど又は全くシャドーイン
グを伴わない。

先行技術のプレーナ又はその他のターゲット形態の平坦
表面は、カスプ形成問題をある程度回避したとしても、
第9A図及び第9B図に関連して示されるような他の好まし
からざる特徴を呈する。第9A図に示されるようにプレー
ナターゲット100は１対の同心プラズマ101及び102を有
し、これらはターゲット100上に２つの同心浸食領域103
及び194を生じる。ウエハ基板105は、ターゲット100に
平行に置かれたとき、第9A図の線図において輪郭106に
よって示されるようにプラズマ帯に正反対の領域におい
てより厚くなる被覆分布を発達させる傾向がある。この
作用は、基板105をターゲット100から大きな距離を取る
ことにより減少させることができるが、しかしこれを行
うと、スパッタ効率が低下する。それでも、中心にさら
に近接する基板の部分は、なお、ターゲットのリムに近
い領域で行われるよりもより強いかつ厚い被覆層の堆積
を受ける。

第9B図は、幾何学的にかつ電気的に特色のあるターゲッ
トを使用する先行技術による対策を示す。このようない
くつかの装置においては、ターゲットの外側リムの近傍
のプラズマ102′は内側プラズマ101′の濃度と異なる濃
度を有する。ある２部分ターゲットにおいて、ターゲッ
ト100′の外側リムは基板105′も縁を超え、したがっ
て、ターゲット100′は基板105′の直径よりも大きい直
径のものになっている。いくつかの先行技術のターゲッ
トアッセンブリにおいては、ターゲット100′の外側部
分は、その内側分107′よりも基板105′に接近してい
る。

いくつかの先行技術の装置において、ターゲットの外側
部分108へのターゲット電気エネルギーがその内側分107
に印加される電気エネルギーと異なる。しかしながら、
先行技術においては、ターゲットの様々な部分を異なる
ように附勢することは、ターゲット100′の内側部分107
をその外側分108から分離絶縁することを意味し、した
がって、実際は、２つのターゲットを使用する。これら
の対策の組合わせは、第9B図に示されており、これは、
依然として、基板105′上に全面的に均一な被覆106′を
生じるにはなお遠い。

第10図は、先行技術によっては満足に達成されない捜し
求める問題解決を、事実、達成する本発明のいくつかの
局面を示す。これらの問題、及び先行技術の抱える問題
の解決を与えるに当たっての本発明の価値は、被覆しよ
うとする基板が段付き表面を含み、その段の側壁が基板
面に垂直な表面を有する場合に最も明白である。このよ
うな表面は、また、基板の平坦表面に堆積される被覆に
比べて可なり厚い被覆を必要とする。このことは、以下
に第11図から第13図に関連してさらに詳しく説明され
る。

第11図を参照すると、第３図の構成を簡単化した線図が
示されている。被覆しようとする基板14′は基板表面1
7′内の穴又は直線形溝109a,109b及び109cの形で多数の
ヴァイア（vias）を含み、これらの穴又は溝はほぼ垂直
な側壁を有し、段と称される。これらの段109aから109c
もまた、例えば、導電材料の様々な層間を接続を与える
ために、ターゲット61から放出されるスパッタ材料で以
て被覆されなければならない。これらの段109a,109b及
び109cは、基板14′の平坦表面17′及び面16′に垂直な
側壁表面110′及び111′を有する。側壁表面110′及び1
11′は、適当なかつ充分に均一な導電率を維持するため
に基板の面16′に平行な表面の被覆の実質的な部分の厚
さと等しい厚さで以て被覆される必要がある。これらの
段109aから109cの側壁表面110′及び111′上の被覆の厚
さを、上に論じられた２つの現象、すなわち、（１）基
板に関するターゲットの相対幾何学の作用、及び（２）
ターゲットの浸食パターン、に関して分析することがで
きる。

まず第１に、スパッタ材料を放出する、ターゲット61の
ような、ターゲット表面のどの部分の各増分も、基板1
4′表面の所与のどの増分からもある距離にある。この
距離は、このターゲットのこの増分からのターゲット材
料の放出に因るその基板増分上へのスパッタ被覆の密度
に影響する。また、衝突する放出粒子又は原子の基板へ
の入射角、並びにターゲットからの発射角によって、基
板表面上へのその分布は、２つの増分の接合線とこれら
２つの増分に垂直な線との間の角の余弦に比例して概略
的には減少させられる。加えて、もし入射角が浅過ぎる
と、放出粒子又は原子の表面への接着の公算は低下す
る。これに加えて、上に第７図及び第８図に関連して説
明されたセルフシャドーイング作用が、ターゲットの浸
食に連れて基板帯及びターゲットのある部分を互いから
遮蔽する。鋭角方向から基板に接近する衝突する放出粒
子又は原子はまた、実際の表面区域を覆ってより広く分
布される。さらに、基板表面の増分、すなわち、段の側
壁表面は、これらが向くターゲットの部分のみを「見
る」。これらの段の側壁表面はまた、互いに異なる強度
のプラズマに向いており、このことがさらにその下に存
在するターゲット領域からの放出粒子又は原子の濃度に
影響を及ぼす。これによってもまた、ターゲットの異な
る増分から放出されたスパッタ材料の量が異なってく
る。

要約すると、上述の現象の結果、基板表面の所与の増分
上の被覆の厚さは、その基板表面の各増分の上に存在す
る半球にわたっていくつかの変数に関する積分の結果で
あるであろう。一般に、先行技術によって経験した結果
は、第12図に示されるような不均一段有効範囲である。
第11図の幾何学的形状が示すように、いくつかの寄与因
子から生じる状態によって、基板14′の外側縁に近い段
109aのような、段の外向き側壁表面110′は内向き側壁
表面111′よりも薄い被覆厚さを受ける。他方、基板1
4′の中心近くに配置される、段109bのような、同等な
段の外向き及び内向き側壁表面110″及び111″は、それ
ぞれ、このような影響のされ方が少ない。

堆積分布に到達するために積分しなければならないパラ
メータには、上述の幾何学的パラメータ及びターゲット
の各増分でのスパッタ放出速度に影響する他のパラメー
タが含まれる。これら後者のパラメータには、ターゲッ
トの局部区域でのスパッタ放出電力に関連する電気的パ
ラメータが含まれ、この電気的パラメータにはそれぞれ
のターゲット領域の上のプラズマ支持磁界を形成し維持
する磁石電流の強度、陰極回路に供給される電流またそ
れゆえ電力、及び各ターゲット領域におけるデューティ
サイクル、またそれゆえ、ターゲットの各領域における
全エネルギー、が含まれる。

互いに異なる向きの基板表面上の被覆の厚さに影響する
幾何学的因子は、本発明のターゲット21の滑らかな輪郭
の凹面表面に関連して第13図に示されている。表面22の
半径方向断面は、好適には、円のセグメント、すなわ
ち、一定半径のセグメントである。ターゲット表面22の
外側リム24は、基板14の外側に存在するが、しかしター
ゲット21の内側リム23よりも基板の面16に接近してい
る。したがって、基板14の各増分は、少なくともターゲ
ット表面22のある部分を「見る」。しかしながら、本発
明によれば、ターゲット21は、基板の各増分から見るこ
とのできる全ターゲットの区域から基板その増分上へ放
出される材料の合計が基板の各増分ごとに近似的に同じ
であるように、形状を与えられかつ附勢される。

さらに特別には、ターゲットの増分112は、内側リム23
の近くにある。ターゲットの増分112は、その法線単位
ベクトル115によって示されるように僅かに外方へ向い
ている。スパッタ材料は、ターゲットの増分112におい
て表面22の法線方向に放出される。しかしながら、第５
図から第８図に関連して先に説明されたように、スパッ
タ材料はターゲット表面に対してあらゆる鋭角方向に、
しかし法線方向におけるよりも低い強度で放出される。
第13図に示されているように、特定の段109aは、基板14
の縁に近い内向き側壁を有する。基板の増分、すなわ
ち、段の側壁表面111は、法線単位ベクトル115から角11
3を取る矢印114の方向に放出された粒子又は原子を受け
るであろう。矢印114の方向の放出強度は矢印114の長さ
によって表示され、この長さは法線単位ベクトル115に
よって、かつ近似的に角113の余弦化によって表示され
る、ターゲットの増分112に垂直な強度に関連する。同
様に、増分112からの放出された粒子又は原子は、角116
から段の側壁表面111に衝突する。これらの粒子又は原
子は、また距離117の長さによって表示される距離を通
り走行する。粒子又は原子が距離117を走行するに連れ
て、これらは発散し、したがってこれらがさらに走行す
ればするほど、そのターゲットの増分からの被覆堆積は
ますます薄くなる。

基板の段の内向き側壁表面111は、これから見ることの
できるターゲット21の全ての増分又は点から放出される
スパッタ材料の堆積を受け、その強度は上に述べた距離
及び角の増大と共に減少する。

したがって、スパッタ材料の粒子又は原子は、ターゲッ
トの増分122から放出されかつこの増分122の法線単位ベ
クトル125から角123の方向の基板の段の側壁表面111へ
向かう。法線ベクトル125の方向における強度に対する
その強度は、角123の余弦であり、矢印124によって表示
される。この放出されるスパッタ材料は、距離127を走
行して基板の段の側壁表面111に入射角126で衝突する。

相対的距離117と127は、段側壁表面111に衝突する被覆
スパッタ材料の粒子又は原子の強度をこれらの距離の平
方に近似的に逆比例して希釈するように作用する。しか
しながら、ターゲットの増分130は、基板の段の側壁表
面111からは「見る」ことができないので、増分130のよ
うな見えない点又は増分からのエネルギーは側壁表面11
1に衝突することはないであろうことが、判る。しかし
ながら、増分130から放出された粒子又は原子は、基板
の段の外向き側壁表面に衝突するであろう。上に論じた
のと同様な角と距離に対する関係は、ターゲット増分11
2及び122から基板の段の側壁表面111へ放出される粒子
又は原子についても適用される。

基板の段の側壁表面111からよりも遥かに少しのターゲ
ットしか側壁表面110から見られないことは、ただちに
判る。しかしながら、第13図に示されるターゲットの形
態では、ターゲット増分112及び122が基板の段の側壁表
面111に対するよりも、ターゲット増分130は、基板の段
の側壁表面110にさらに接近している。このさらに接近
していることが、部分的に、側壁表面110から見えるタ
ーゲット区域の欠如を保障する。さらに、ターゲット21
の外側リム24の近い方の表面22の増分130及びその他の
増分は、基板14の面16近くに配置されている。それゆ
え、ターゲットの外側リム24へ近ずくほどその表面22の
増分は次第にほぼ内向きになり、基板の段109aの側壁表
面110のような、外向き側壁表面と整列するようにな
る。したがって、ターゲットの増分の法線ベクトルとこ
れらの増分の接合線との間の角は小さくなり、その結
果、ターゲット表面22の外側リム24に近い増分から放出
されるスパッタ材料の大きな比率が、基板の段の側壁表
面110上へ堆積される。

第13図に関連して行われた幾何学的パラメータについて
の上の分析は、スパッタ材料を同一速度で放出するもの
としてターゲットの各増分を取り扱っている。しかしな
がら、ターゲットの各増分の実際のスパッタ放出速度
は、このような各増分へのイオン衝撃速度を決定する電
気的パラメータに依存する。これらのパラメータは、先
ず第１に、プラズマ及びターゲットエネルギーの強度と
配置に作用するパラメータを含む。

したがって、本発明は、内側プラズマ91領域からよりも
外側プラズマ92領域からの浸食速度及び粒子放出速度が
増大するように企図している。このことは、プラズマ91
のプラズマ92に関する相対的強度を増大することによっ
て行われる。これは、さらに、好適には、プラズマ92に
印加される電力を増大することによって達成される。そ
れゆえ、ターゲットの増分130のような、プラズマ92の
下に存在するターゲットの領域から基板の段の側壁表面
110上への被覆堆積速度は、相対的に弱いプラズマ91の
下に存在するターゲット領域、例えば、表面増分112か
ら基板の段の側壁表面111上への堆積に対して増大され
る。強いプラズマ92の下になおまた存在するターゲット
の増分122のような増分を含むターゲットの遠い側の領
域からの放出は、遠くから運動させられて、被覆の厚さ
には僅かしか作用しない。

プラズマ91及び92の強度を決定する電気的パラメータ
は、これらをターゲット21の幾何学の知識を使用して達
成することができる。磁石を通る電流は、プラズマ91及
び92支持磁界を発生する。これらを、基板14の表面17上
のスパッタ材料の被覆堆積の均一分布に寄与するレベル
において達成することができる。しかしながら、ターゲ
ットの浸食が起こるに連れてスパッタプロセスの行程中
にさらにいろいろ複雑な問題を生じる。

基板の均一段有効範囲を提供するパラメータを確立する
ための上述の特徴は、ターゲット21からの放出の時間的
変動を計算に入れていない。第14図に示されているよう
に、かつ第３図から第８図に関連して上に論じられたよ
うに、ターゲット21の浸食は、プラズマ91及び92の下に
それぞれ存在する局部化浸食内側領域94及び浸食外側領
域95内においてターゲット表面22も凹面性を増大する結
果を招くであろう。このことによって、浸食内側領域94
及び外側領域95内でターゲット表面22からの粒子又は原
子の放出の有効速度が減少させられる。さらに、これら
の領域の浸食は、等しくないであろう。

不規則浸食の防止は、先行技術の多数の努力が重点的に
なされてきたように、浸食によって起こされる時間的に
変動する放出の問題の解決にならない。この問題は、不
平等浸食が、幾何学的因子によって起こされる不均一堆
積分布に対する修正を助援する不平等プラズマ強度の使
用の自然な結果である、からである。浸食外側領域95
は、好適には、浸食内側領域94よりも一層活性的なプラ
ズマ92によって動作させられるゆえに、浸食が浸食外側
領域で必然的に大きい。この理由から、本発明のターゲ
ット21は、他よりも浸食外側領域95の下で一層厚いこと
によって不規則浸食を可能とするに必要な要件を供給す
る。それでもなお、浸食のロールオフ、又はターゲット
の浸食の結果としてスパッタ放出速度の低下が、第15図
のグラフに示されるように浸食内側領域94に対するより
も浸食外側領域95に対する方が大きいであろう。したが
って、もし被覆の均一性をターゲットの寿命にわたって
維持しようとするならば、確立された電気的及び幾何学
的パラメータは選択調節が可能でなければならない。

ターゲットの特定の外側及び内側領域からのスパッタ材
料の放出が所望の速度で進行する公算を高めるために、
陰極ターゲットのそれぞれ外側及び内側領域のスパッタ
放出電力を本発明により特定的にかつ分離して制御する
ことができる。

第16図は、先行技術のターゲットアッセンブリ100′を
示し、この構造において、内側ターゲット141及び外側
ターゲット142を含む２つの互いに分離したかつ電気的
絶縁ターゲットが採用されている。このようなターゲッ
トアッセンブリは、先行技術に普通に見られ、内側ター
ゲット141は円盤形プレーナターゲット、他方、外側タ
ーゲット142は環状切頭円すい面ターゲットであって内
側ターゲット141を取り囲むような形態を取る。この形
態の場合は、磁石145及び146を、それぞれ、附勢するこ
とによるプラズマ支持磁界の発生を通して、互いに分離
した環状プラズマ143及び144がそれぞれターゲット141
及び142の近傍に維持される。第16図に示される構成に
おいては、磁石145及び146を含むターゲットアッセンブ
リ100′は、このアッセンブリの軸上の中央磁極片147、
外側ターゲット142を囲む外側磁極片148及びターゲット
141と142との間のギャップの下に存在する中間磁極片14
9を含む。これらは磁石145及び146、ある場合には永久
磁石であるが、しかし多くの場合は、それぞれ、巻線15
1及び152によって活性化される電磁石である。磁石の巻
線151及び152は、１対の電源回路153及び154によって、
それぞれ、附勢され、及び互いに分離かつ電気的に絶縁
された内側ターゲット141及び外側ターゲット142が、そ
れぞれ、電源回路155及び156によって附勢される。制御
回路158が、場合によっては配設されて電源回路153から
156を制御する。

このような形態の場合には、それぞれのプラズマ支持磁
界の強度及びターゲット141及び142に供給される電力レ
ベルの両方を調整することが可能である。この形態の欠
点は、２つの分離ターゲットが採用されかつ、これに加
えて、４つの分離電源回路出力が要求されるということ
である。このような追加の電源回路は、装置の複雑性と
費用を増大する。分離かつ電気的絶縁ターゲットの使用
は、なおまた、追加の機械動作と構成、２つのターゲッ
ト部分の電気的絶縁を維持するための追加の注意、複雑
なターゲットによって生じる多数の継目で真空室を封止
する追加の作業と追加の手段及びこのような装置の追加
構造詳細に明示されるその他の複雑性を必要とすること
において、ターゲットアッセンブリの複雑性を増大す
る。さらに、異なる基板を被覆しようとするとき、ター
ゲットのみならず、このアッセンブリの多数の部品を交
換しなければならない。

第17A図及び第17B図は、本発明の原理によるスパッタ装
置を概略的に示す。この装置は、滑らかな凹面環状単一
片ターゲット21、それぞれ、外側磁極片45、内側磁極片
46、中間磁極片47、及びそれぞれ内側磁石巻線41、外側
磁石巻線42を含む。単一陰極電源回路51がターゲットを
活性化する。磁石電源回路52は、磁石を附勢する。制御
回路53は、電源回路51及び52の両方を制御する。

第17A図に示された実施例においては、磁石電源回路
は、２つの分離磁石電源回路161及び162を含みこれら
で、それぞれ、磁石巻線41及び42を附勢し、電源回路16
1及び162はコントローラ又は制御回路53を通し分離して
制御される。

本発明の第17B図の場合は、磁石電源回路52は、単一磁
石電源回路165及びスイッチング回路166を含み、後者は
電源回路165の出力を出力線路55及び56を通して、それ
ぞれ、内側巻線41及び外側巻線42へ交番的に送る。制御
回路53は、スイッチング回路166及び磁石電源回路165を
制御する。

第17A図及び第17B図の実施例の場合は、分離かつ電気的
絶縁ターゲットではなくて、一体形成の単一片ターゲッ
ト21のみが使用される。単一電源回路51のみが、ターゲ
ット21を附勢するために配設される。１つか又は２つか
いずれかの磁石電源回路が、巻線41及び42を動作させ
る。

本発明の原理に従い、この装置の方法及び全般的動作と
制御を第17A図、第17B図及び第18図を参照してまず説明
し、次いで、回路の詳細を第１図を再び参照し説明しよ
う。

第18図の波形Ａ及びＢは、それぞれ、磁石電源回路52を
内側磁石巻線41及び外側磁石巻線42に接続する出力線路
55及び56内の電流波形を示す。これらの電流波形は、方
形波であり、交番的にオンフンして、その度に零から制
御回路53によって決定されるレベルの電流にスイッチさ
れて、それぞれ、磁石巻線41及び42に大きさI₁及びI₂の
電流を供給することによって、ターゲット表面22のそれ
ぞれの内側領域94及び外側領域95の近傍のプラズマ支持
磁界（第４図）を活性化する。レベルI₁及びI₂の電流
は、第17A図の実施例においては磁石電源回路161及び16
2の出力をスイッチングすることによって、又は第17B図
の実施例においてはスイッチング回路166のスイッチン
グによって、それぞれ、出力線路55及び56へ交互に供給
される。レベルI₁及びI₂の電流は、制御回路53によって
確立される、それぞれ、所定時間T₁及びT₂中持続し、か
つこのようにして、それぞれ、内側及び外側ターゲット
領域のデューティサイクルを構成する。

制御回路53の制御の下で動作する磁石巻線41及び42内の
電流は、好適実施例においては、交番的にオンオフされ
る。デューティサイクル、すなわち、各反復使用サイク
ルの少なくとも部分中、そして好適には、各反復使用サ
イクルの全体中、２つの磁石巻線のいずれかの電流がオ
ンである間他方の磁石巻線の電流がオンであることはな
い。この作用により、２つのプラズマ91及び92が交番的
に活性化される。スパッタ放出速度は、活性化されてい
ないプラズマによるよりも活性化されているプラズマに
よる方が実質的に高いので、スパッタ材料は環状プラズ
マ91及び92の下に存在するターゲット領域94及び95から
交互に放出される。それゆえ、陰極電源回路51からの電
力は、内側プラズマ91から外側プラズマ92へスイッチン
グされるに従い、ターゲットの内側領域94へ、次いで外
側領域95へと交番的にほとんど全面的に供給されるであ
ろう。

内側プラズマ91のみが活性化されているとき、電源回路
51の全出力又は実質的に全出力が、プラズマ91の下に存
在するターゲットの内側領域94へ供給されるであろう。
プラズマの活性化は、活性化されているプラズマの下に
存在するターゲットの領域のインピーダンスを減少させ
る。残りの全てのターゲット領域では、インピーダンス
は、非常に高く維持される。したがって、実質的に、全
てのターゲットエネルギーが、活性化されているプラズ
マ91内に拡がる。交番的に、磁石巻線42を附勢すること
によって外側プラズマ92がオンへスイッチされると、電
源回路51からの電力の全て又は実質的に全てがプラズマ
92の下に存在するターゲットの領域95に供給されるであ
ろう。

したがって、スパッタ放出エネルギはターゲットの内側
領域94と外側領域95との間でほとんど完全にスイッチさ
れ、この場合、どちらかの領域が有意なスパッタ材料を
発生又は放出しないならば、この間他の領域がそれゆえ
活性化されている。この結果、単一陰極電源回路51のあ
る確立した電気的パラメータは、ターゲット21の選択表
面領域が附勢されている間のみその領域に関係する。さ
らに重要なことは、互いに分離した電気的パラメータ
は、ターゲット21を物理的に互いに明確な又は電気的に
絶縁された複数の部品に分割する必要も伴わず、このタ
ーゲットの異なる領域に対して確立される。このような
パラメータは、例えば、電源回路51によってターゲット
21へ供給される電流、電圧及び（又は）デューティサイ
クルを含む。

重要なことは、電源回路51から単一片ターゲット21の特
定の領域へ供給される電力に関係する動作パラメータの
測定は、いまや、本発明により可能であるということで
ある。このような測定から、単一片ターゲットのそれぞ
れ内側領域94及び外側領域95のエネルギー量及びスパッ
タ放出速度を分離して測定することができる。このよう
な測定は、内側プラズマ91又は外側プラズマ92のいずれ
かが活性化される各サイクルの部分中に電源回路51から
供給されている電力量、すなわち、エネルギーを正確に
決定することを可能とする。

もし、例えば、陰極電圧などのような１つの電気的パラ
メータがターゲットへ供給されつつあるとするならば、
その電圧を測定しかつ調整することができる。さらに、
動作中にターゲットへ供給される電流の変化を監視する
ことができる。これらの変化及び他の電気的パラメータ
の変化は、ターゲットの浸食に因るターゲットの変化又
は表面の他の幾何学的特性の変化の結果として、起こ
る。このような変化は、ターゲットの異なる、すなわ
ち、内側領域94及び外側領域95に局部的に起こるであろ
う、そして、本発明で以てすれば、これを電源回路51の
出力側の検出器によって測定することができる。したが
って、ターゲットのそれぞれの領域からの動作電気的パ
ラメータの選択測定から導出された情報に応じて制御回
路によって他の電気的パラメータを変化させることがで
き、これによってターゲットのこれら領域の浸食を補償
して、基板表面にわたって均一な積分分布を維持するこ
とができる。このような制御に応答する電源回路51の出
力は、第18図の波形Ｃに示されている。

第18図の波形Ｃに示すように、電源回路51の出力のレベ
ルは、内側領域94と外側領域95のそれぞれレベル間に電
力レベル差を維持するように初期的には第１レベルP₁か
ら第２レベルP₂にスイッチされる。このようなレベル
は、いったん確立されると、ターゲットがその元の条件
にある限り維持されるであろう。しかしながら、ターゲ
ットが浸食されると、これらのレベルは第18図の波形Ｃ
の右に示されるように、時間と共に変化する。例えば、
小さい量の浸食に因り、内側領域94は、それが初期的に
附勢されたレベルP₁よりも僅かに高い新しい電力レベル
P₃に附勢される。外側領域95は、この領域に起こると期
待される一層厳しい浸食に因りその初期電力レベルP₂よ
りも実質的に高いレベルP₄に附勢される。

制御機能を電源回路51からの電力を制御することにより
説明したけれども、電流、電圧、インピーダンスのよう
な電気的パラメータ又はこれらのいくつか又は全ての組
合わせ又はその他の関連するパラメータも、制御回路53
によって、これらのパラメータ又はその他のパラメータ
を時間と共に調整又は変調するのに使用される。例え
ば、このような測定は、第18図の波形Ａ及びＢに示され
る電磁石への電流パルスの強度又は所要時間を、したが
って、ターゲットのそれぞれの領域のデューティを制御
するのに使用される。さらに、これらの実施例はターゲ
ットの２つの領域に関して説明されたけれども、３つ以
上の領域もこの仕方で制御することができる。

第18図の波形ＡからＣは、ターゲットをその領域から領
域へ繰り返し交番的に附勢することによるターゲットか
らの放出の制御を示す。ターゲット領域の附勢を各基板
の被覆形成中に繰り返し行うのが、好適である。第18図
の波形ＡからＣは、また、ターゲットの２つの領域が同
時に附勢されないようにこれらの領域を附勢するタイミ
ングを示す。このようにして、ターゲットの各領域に消
費されるスパッタ放出エネルギを、一層容易に理解する
ことができる。これから、このようなタイミングが好適
であることが判る。１つ以上の領域が同時に附勢される
場合は、すなわち、２つの領域に関連する波形が時間的
に重なり合う場合は、消費電力は、追加的測定、分析又
は計算を伴わなくては、ターゲットの１つの域に関連す
ることはできない。これと対照的に、ターゲットの１つ
の領域のみが附勢される時間中に測定を行うとき、動作
電気的パラメータの測定は、直接的に行われかつターゲ
ットの個別領域に関する情報を導出する。したがって、
本発明のいくつかの特徴の認識に当たっては、ターゲッ
トの各領域は他のいずれの領域も附勢されないある時間
の間に附勢されるということが、重要である。また、本
発明の多くの利点の認識に当たっては、いつでもターゲ
ットの１つの領域のみが附勢されるということが、重要
でありかつ好適である。

さて、第１図を再び参照して、本発明の好適実施例の電
気的制御部分をさらに詳しく説明することができる。第
１図に示すように、制御兼電源回路50は、制御回路53を
含み、後者はマイクロプロセッサ、タイマ及びここに説
明されるスパッタを実行するための他の適当な回路を含
む。制御回路53は１対のアナログ出力線路172及び173を
含み、これら後者の伝送する信号は磁石電源回路による
出力線路55及び56へ交番的に加えられる活性化及び附勢
レベルのタイミングを決定し、これらの出力線路は、そ
れぞれ、磁石巻線41及び42に接続される。

波形176（第18図）で線図的に示されるように、制御回
路53により制御されるにつれてある状態において所要時
間T₁を有し、他の状態において所要時間T₂を有する方形
波であり、波形176は、スイッチング回路166（第17A
図）の出力線路172及び173に印加され、これらそれぞれ
の線路上の信号をスイッチすることによって、第18図に
示される波形に従って、磁石電源回路の出力電流を出力
線路55と56との間に交番的にスイッチする。波形176
は、また、スイッチ179のトリガ入力線路178に印加さ
れ、後者はその入力をマイクロプロセッサ171の電流レ
ベル出力線路172及び173に接続されている。スイッチ17
9は、スイッチング回路166に同期して電流をレベルI₁と
I₂の電流との間にスイッチするように動作することによ
って、それぞれの所要時間T₁及びT₂の間にそれぞれの磁
石巻線41及び42を適正なレベルI₁及びI₂の電流を供給す
る。

マイクロプロセッサ171は、また、望ましい電力レベル
を表す出力のための１対のアナログ出力線路181及び182
を有し、これらの線路を経由して出力は磁石巻線41及び
42が、それぞれ、活性化されるそれぞれの所要時間T₁及
びT₂のそれぞれ部分中にターゲット21を電源51がその電
力レベルで励磁する。出力線路181及び182は、それぞ
れ、差動増幅器183及び184に送られ、これら後者は、そ
れぞれの出力を、それぞれ、ANDゲート185及び196に接
続されている。ANDゲート185及び186のトリガ入力は、
スイッチング回路166の出力線路55及び56に接続される
ことによって、それぞれ、出力線路181及び182のレベル
設定出力を、それぞれ、磁石41′及び42′の活性化に同
期させ、このようにして、例えば、出力増幅器188の出
力電圧の調整を通して電力を調整する。

電源回路51内に含まれる出力増幅器は、また、その出力
を、それぞれ、磁石巻線41及び42の附勢に同期して制御
回路53によって予め決定された２つのレベルの間にスイ
ッチする。電源回路51の出力190は、制御回路53に接続
され、制御回路53に望まれるような有効電力、インピー
ダンス、電流、又はその他これらに類するパラメータに
関する情報を供給する。制御回路53は、同様に、制御出
力線路191を有し、これによって、電源回路51の動作を
制御する。この制御は、本発明の好適実施例において
は、第18図の波形Ｃに従う。さらに、特に、検出信号
は、出力線路172及び173上の出力によって制御される磁
石巻線41及び42への電流、電源回路51の動作の制御レベ
ル、使用率又は所要時間T₁及びT₂又はその他の電気的制
御可能パラメータなどのような電気的パラメータを再調
整又は変化させるのに使用される。この制御は、例え
ば、基板14上の被覆の堆積分布の均一性を固定するよう
に行われる。

出力線路190上の期間信号は、浸食に因るターゲットの
幾何学的形状の変化に関連する。しかしながら、ターゲ
ットの浸食又はスパッタ放出速度を測定するために、本
発明によれば、制御回路53の入力に接続される出力線路
197及び198を有する第１図に示される基板堆積速度監視
装置194又はターゲット浸食深さ監視装置195の採用のよ
うな、他の装置が企図される。パラメータの再調整は、
線路190,197,198のいずれかからの信号またはターゲッ
ト浸食に関する限り、例えば、幾何学パラメータのよう
なパラメータの変化に応答するようなその他の信号に従
い、制御回路53によって実行される。このようにして、
I₁、I₂、T₁、T₂、あるいはP₁又はP₂成分あるいはその他
のパラメータなどのような電気的パラメータが、再調整
される。

本発明によるこの実施例についての議論は電源回路51か
らの電力の制御を参照しているけれども、電圧又は電流
レベルなどのような他のパラメータもいずれも同様の仕
方で制御されるか、さもなくば、各々が、制御回路53の
論理又はこの回路内に予め規定されているパラメータに
従って変動させられる。

ターゲット浸食深さ監視装置195は、レーザ計装技術の
距離測定への、またしたがって、監視装置195からのレ
ーザビームが向けられる領域におけるターゲット表面22
の浸食への適用である。このような監視装置は、基板の
近くに配置される。

基板堆積速度監視装置194は、スパッタ技術において周
知の水晶式のもの、又は開発された又は今後開発される
であろう他の形式のものでよい。このような監視装置
は、基板の近くに配置され、幾何学的関係が計算に入れ
られるならば、入射スパッタ材料を測定しかつターゲッ
トのスパッタ放出速度に比例する信号を発生する。この
ような信号は、本発明の場合は、ターゲットの異なる領
域が附勢されるに従って異なるスパッタ放出速度を反映
する。したがって、この測定は、磁石の活性化に同期す
るならば、制御回路53からの動作の制御に使用されるた
めの、ターゲットの分離領域に関連する情報を発生する
であろう。

同様に、線路190上の出力信号は、ターゲットの領域の
活性化に同期させられるであろう。

［発明の効果］ 本発明の原理によれば、上に挙げられた及びその他の利
点が実現されかつ基板表面にわたっての被覆堆積分布の
向上した均一性が完成される。

単一片ターゲットの異なる領域の動作に関連する各種パ
ラメータを隔離しかつ分離して測定する能力が本発明に
よって提供されるけれども、パラメータを監視する又は
本発明の利点を実現するであろう今後開発される他の装
置を採用することも企図されている。浸食深さ又は堆積
速度の測定に加えて又は代えて、陰極電流、電圧、イン
ピーダンス、及び電力測定、グロー放電分光分析、薄膜
反射性監視、又はその他の類似の測定を採用することも
できる。本発明は、ターゲット領域のそれぞれの附勢周
期中に、このような周期中のスパッタ動作に相当するパ
ラメータを測定するのとは異なる各種測定にとっても特
に利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、スパッタ陰極ターゲットの軸に沿う断面とこ
のターゲットの制御回路の概略ブロック図と論理回路図
を含む本発明の原理による好適実施例のスパッタ装置の
概略線図、 第２図は、第１図のターゲットの部分切り取り及び第１
図の線２−２に沿う横断面を含む横面図、 第３図は、本発明のいくつかの特徴を有するが他のいく
つかの特徴は省略されたスパッタ陰極ターゲットの磁界
の磁束、プラズマ領域及び浸食領域を示すスパツタ陰極
ターゲットの簡単化線図、 第４図は、第３図に類似の図式しかし第１図の本発明の
好適実施例のターゲットの簡単化線図、 第5A図、第5B図及び第5C図は、先行技術のターゲット設
計により経験される漸進浸食の各ステップにおけるパタ
ーン線図、 第6A図、第6B図及び第6C図は、第5A図〜第5C図に類似の
図式しかし本発明による実施例のターゲットの漸進浸食
パターン線図、 第7A図、第7B図及び第7C図は、第5A図〜第5C図の浸食パ
ターンに関連するスパッタ放出パターン線図、 第8A図、第8B図及び第8C図は、第7A図〜第7C図に類似の
図式しかし第6A図〜第6C図の本発明のターゲットにより
発生される浸食パターン線図、 第9A図は、先行技術のプレーナターゲットによる基板の
典型的堆積パターン線図、 第9B図は、先行典型的二部品ターゲットについての第9B
図に類似の図示の堆積パターン図、 第10図は、第9A図及び第9B図に類似の図式しかし単一片
ターゲットにおいて本発明の原理をさらに説明する堆積
パターン図、 第11図は、第３図において示された特徴を有するターゲ
ットの形態の場合にウエハ基板の段付き有効範囲への被
覆厚さに作用するいくつかの現象を示す線図的構成配置
図、 第12図は、第11図のターゲットの形態の場合における基
板の段付き有効範囲への堆積分布線図、 第13図は、基板上の段付き有効範囲内のスパッタ材料の
堆積分布に作用するいくつかの原理を本発明の原理に従
い示した原理図、 第14図は、第13図のターゲットの多数の領域に対する浸
食パターン線図、 第15図は、時間の関数としてのターゲットの互いに異な
る領域に対する浸食に因るターゲットからの放出のロー
ルオフを説明するグラフ図、 第16図は、先行技術の多数放出領域ターゲット集合体の
制御回路のブロック線図、 第17A図は、本発明の原理によるターゲット集合体に対
する第１図の装置の制御回路の簡単化ブロック線図、 第17B図は、第17A図の制御回路の他のかつ好適実施例の
ブロック線図、 第18図は、第17A図及び第17B図の制御回路の時分割制御
構想を示すタイミング線図、 第19図は、第１図の装置の制御回路の動作を示す流れ
図、である。 ［記号の説明］ 10:マグネトロン形スパッタ装置 11:真空室 12:真空室の室壁 14:基板 15:基板の中心軸 16:基板の規定面 17:基板表面 19:ターゲットの軸 20:陰極ターゲット集合体 21:ターゲット 22:スパッタ表面 23:ターゲットの内側リム 24:ターゲットの外側リム 30:ターゲット保持器 31:ターゲット保持器の背板 32:ターゲット保持器の外側壁 33:ターゲット保持器の中間壁 34:ターゲット保持器の内側表面 35:ターゲット保持器の冷却表面 36:ターゲットの背面 40:磁石集合体 41a,41b:電磁石 41,42:磁石巻線 44:キャップ片 45:外側磁極片 46:内側磁極片 47,47′：中間磁極片 48:フェリ磁性体の環 49:環状溝 50:電源兼制御回路 51:陰極電源回路 52:磁石電源回路 53:制御回路 89:内側プラズマ閉じ込め磁界 90:外側プラズマ閉じ込め磁界 91:内側プラズマ 92:外側プラズマ 94:ターゲットの内側領域 95:ターゲットの外側領域 96:ターゲットの非浸食領域 110:基板の増分である段の外向き側壁表面 111:基板の増分である段の内向き側壁表面 112:ターゲットの増分 122:ターゲットの増分 130:ターゲットの増分 161,162:分離磁石電源回路 165:単一磁石電源回路 166:スイッチング回路（第１図に脱落、ただし、第17B
にあり） 171:マイクロプロセッサ（第１図に脱落） 179:スイッチ（第１図に脱落） 183,184:差動増幅器（第１図に脱落） 185,186:ANDゲート（第１図に脱落） 188:出力増幅器（第１図に脱落） 194:基板体堆積速度監視装置 195:ターゲット浸食深さ監視装置

フロントページの続き (72)発明者 ロバート ジー．ヒーロニイミ アメリカ合衆国ニューヨーク州ロック タ バーン，ステーション ロード ボックス 144，アールアール ナンバー １ (72)発明者 チャールズ エヌ．バンナット アメリカ合衆国ニューヨーク州モンロー, レベアー ロード ９ (56)参考文献 特開 昭63−7366（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−156766（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−107063（ＪＰ，Ａ) 特公 昭58−10989（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】マグネトロンスパッタリング装置における
   交換用スパッタリングターゲットであって、 少なくとも、スパッタリングが起きる領域に渡って滑ら
   かな輪郭を示す連続的にほとんど凹状のスパッタリング
   表面を有するスパッタリング材料の単一ブロックを具備
   し、前記ブロックは、スパッタリングプロセスの間に不
   均一な材料の離脱を提供するように、前記スパッタリン
   グ表面に垂直な断面に沿って厚さが変わり、 更に、内部軸表面と外部表面により仕切られた環状リン
   グを具備し、前記スパッタリング表面下の材料の厚さは
   前記内部軸表面から外部軸表面に向かって漸進的に増加
   し、 更に、環状磁極片を受け付けるために、その背面に設け
   られた円形の溝を有し、前記溝は前記ターゲットの前記
   内部軸表面と外部軸表面の中間に位置決めされることを
   特徴とするスパッタリングターゲット。
2. 【請求項２】少なくとも、スパッタリングが起きる領域
   に渡って滑らかな輪郭を示す連続的にほとんど凹状のス
   パッタリング表面を有するスパッタリング材料の単一ブ
   ロックを具備し、前記ブロックは、スパッタリングプロ
   セスの間に不均一な材料の離脱を提供するように、前記
   スパッタリング表面に垂直な断面に沿って厚さが変わ
   り、 更に、内部軸表面と外部表面により仕切られた環状リン
   グを具備し、前記スパッタリング表面下の材料の厚さは
   前記内部軸表面から外部軸表面に向かって漸進的に増加
   し、 更に、環状磁極片を受け付けるために、その背面に設け
   られた円形の溝を有し、前記溝は前記ターゲットの前記
   内部軸表面と外部軸表面の中間に位置決めされるような
   スパッタリングターゲットを有する、基板上に制御され
   た分布の被覆材料を体積するためのスパッタリング装置
   において、 前記スパッタリング表面の第１と第２の領域にそれぞれ
   隣接して、前記各領域内に第１と第２のプラズマ支持磁
   界を選択的に確立するための少なくとも第１と第２の磁
   石と、 前記各磁界の提供に従って、前記ターゲートの前記第１
   と第２の領域から前記材料をスパッタするように前記タ
   ーゲットを電気的に励起するための手段と、及び 前記装置内の電気的動作パラメータの別々の組を確立す
   るための制御手段とを具備し、 前記領域の各々に対する１つの組は、前記領域の全てか
   らスパッタされる材料の総和の堆積が前記基板の表面に
   望ましい分布であるようにさせるものであることを特徴
   とするスパッタリング装置。
3. 【請求項３】スパッタリング表面を有するターゲットを
   具備し、基板上に制御された分布の被覆材料を堆積する
   ためのスパッタリング装置において、 前記スパッタリング表面の第１と第２の領域にそれぞれ
   隣接して、前記領域内にプラズマ支持磁界をそれぞれ選
   択的に確立するための少なくとも第１と第２の電磁石
   と、 前記第１と第２の電磁石を交互に活性化するための電流
   発生手段と、及び 前記装置内の電気的動作パラメータの別々の組を確立す
   るための制御手段と、前記領域の各々に対する１つの組
   は、前記領域の全てからスパッタされる材料の総和の堆
   積が前記基板の表面に望ましい分布であるようにさせる
   ものであり、前記制御手段は、前記第１と第２の電磁石
   を活性化し、それによりそれらの動作の少なくとも一部
   の間に、前記第１と第２の電磁石のうち一方が活性化さ
   れ、他方が同時に非活性化され、あるいは逆のことがな
   されるためのタインミング回路を含み、及び 前記それぞれの磁界の提供に従って前記ターゲットの前
   記第１と第２の領域から前記材料をスパッタするように
   前記ターゲットを電気的に励起するための手段であっ
   て、前記各対応するターゲット領域に対して確立された
   前記電気的パラメータに従って、前記それぞれの領域に
   隣接する前記磁界の活性化に同期して前記ターゲットの
   前記領域を励起するように動作可能な手段を含む、前記
   手段 とを具備することを特徴とするスパッタリング装置。
4. 【請求項４】前記磁界の活性化に対応する前記ターゲッ
   トの条件を検出するための手段を更に具備し、前記制御
   回路は、前記検出された条件に応答して前記電気的パラ
   メータの少なくとも１つを変更するように動作可能であ
   ることを特徴とする請求項第２又は３のいずれかに記載
   のスパッタリング装置。
5. 【請求項５】前記検出された条件は、前記ターゲットに
   より消費される電力に関係する電気的パラメータであ
   り、電源が前記磁界の活性化に同期して前記ターゲット
   の前記電気的パラメータを調整するように制御可能であ
   ることを特徴とする請求項４に記載のスパッタリング装
   置。
6. 【請求項６】前記タイミング回路は、前記電磁石の各々
   の活性化の相対的な期間を制御するように選択的に動作
   可能であり、選択可能なディユーティ比で前記電磁石を
   周期的に活性化するように動作可能であることを特徴と
   する請求項３に記載のスパッタリング装置。
7. 【請求項７】基板の表面に望ましい分布のスパッタされ
   た材料を堆積し、ターゲットのスパッタリング表面の、
   異なる割合で侵蝕される異なる領域からの堆積割合を制
   御する方法であって、 前記複数の異なるスパッタリング領域が定義された前記
   スパッタリング表面を有する前記ターゲットを提供する
   ことと、 前記領域の全てからスパッタされた材料の総和の前記堆
   積を前記基板表面の前記分布に対応させるように、前記
   領域の各々に対して電気的パラメータの決定された値を
   確立することと、 前記ターゲットが励起されるとき、第１のターゲット領
   域において、スパッタされる材料の放出と前記ターゲッ
   トの侵蝕を生じさせるように、前記第１のターゲット領
   域に隣接する第１のプラズマ支持磁界を活性化すること
   と、 前記第１の磁界が活性化され、かつ他の磁界が非活性化
   されている間、前記第１のターゲット領域に対して確立
   された電気的パラメータ値に従って前記ターゲットを励
   起することと、 前記ターゲットが励起されるとき、第２のターゲット領
   域において、スパッタされる材料の放出と前記ターゲッ
   トの侵蝕を生じさせるように、前記第２のターゲット領
   域に隣接する第２のプラズマ支持磁界を活性化すること
   と、及び 前記第２の磁界が活性化され、かつ他の磁界が非活性化
   されている間、前記第２ターゲット領域に対して確立さ
   れた電気的パラメータ値に従って前記ターゲットを励起
   すること とを具備することを特徴とするスパッタ制御方法。
8. 【請求項８】前記磁界の１つが活性化され、かつ前記他
   の磁界が非活性化されている間、前記ターゲットと関連
   する１又はそれ以上の電気的パラメータを測定すること
   と、前記測定ステップの結果に従って、前記領域の少な
   くとも１つと関連する前記確立された電気的パラメータ
   値の少なくとも１つを修正することと、及び 前記修正されたパラメータ値に従って、前記活性化する
   ステップと前記励起するステップを繰り返すこと とを更に具備することを特徴とするスパッタ制御方法。