JPH11510563A - 長手方向に延びている二つのマグネトロンを備えたスパッタリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 この発明は、互いに隣り合わせに配置され、上部に各々一つのターゲットのある長手方向に延びている二つのマグネトロンを備えたスパッタリング装置に関し、この発明の課題は隣り合わせの二つのマグネトロンを備えたスパッタリング装置中でターゲットの利用度を高めることにある。上記の課題は、案内線上のターゲットの一点の部分的な放電抵抗が案内線のターゲットの他の一点の部分的な放電抵抗と同じ大きさになるように、案内線に沿ったマグネトロンの放電抵抗が均一化されていることによって解決されている。

Description

【発明の詳細な説明】 長手方向に延びている二つのマグネトロンを備えたスパッタリング装置 この発明は、互いに隣り合わせに配置され、上側に各々一つのターゲットを有 する長手方向に延びている二つのマグネトロンを備えたスパッタリング装置に関 する。このターゲットの下には外部磁石と内部磁石から成る磁石を閉じ込めたＵ 字状の基本体がある。その場合、大地と一方のターゲットの間に正の電圧を、ま た大地と他方のターゲットの間に負の電圧を印加する。 互いに隣り合わせに配置された長手方向に延びているこの種のマグネトロンを 備えたスパッタリング装置は周知である。これ等の装置では、ターゲットを一体 に形成するか、あるいは多数の部材片で構成している。その場合、後者の実施態 様の方が有利である。 スパッタリングではターゲットから物質が噴出し、この物質がスパッタリング 装置内で被覆させたい材料に付着する。このスパッタリング過程では、ターゲッ トから物質が一様に除去されるのでなく、むしろ所謂「腐食溝」が生じる。この 腐食溝の最も深い個所の直線を案合線と称する。 ターゲットの一定個所でのみ材料の厚さが一定のしきい値以下になる程度に腐 食溝が深くなると、このターゲットは使い尽くしたと見なされる。このため、腐 食溝をできる限り広く形成し、一様な深さとなるように努力している。 しかし、長手方向に延びる二つのマグネトロンを備えた前記スパッタリング装 置では、ターゲットの各端部で腐食溝が他の領域より著し深くなることが分かっ ている。こお深い腐食のためターゲットは著しく早く消耗する。 外部磁石と内部磁石を有するこの種のマグネトロンを形成すると、長手方向に 延びたリング状の磁界が生じる。 両方のマグネトロンのターゲット電圧はそれぞれ異なった極性にされている。 つまり、或る時点で一方のターゲットには大地に対して正の電圧が、また他方の ターゲットには大地に対して負の電圧が印加する。これ等のターゲット電圧とリ ング状の磁界はターゲットにリング状の電子流を惹起する。その次の時点では、 両方の電圧の極性が切り換わる。ターゲット内の電子流の方向は磁石装置の極性 により決まる。 腐食溝のより深い窪みが生じる個所は、電子流がそれぞれ他方のマグネトロン に向かうマグネトロンの端部に正確に一致することが知られている。 この発明の課題は、互いに隣り合わせに配置されているマグネトロンを備えた スパッタリング装置でターゲット材料の利用度を高めることにある。 この発明によれば、上記の課題は、案内線上のターゲットの一点の部分的な放 電抵抗が案内線のターゲットの他の一点の部分的な放電抵抗と同じ大きさになる ように、案内線に沿ったマグネトロンの放電抵抗を均一化することによって解決 されている。 全てのマグネトロンの放電抵抗がターゲット電流に対するターゲット電圧の商 で決まる。ターゲットの平面状の分布のため、この放電抵抗は全ターゲット上に 分布している。その結果、放電抵抗は実質上多数の部分的な放電抵抗の和で与え られる。 案内線に沿って放電抵抗を均一化すると、電子流がそれぞれ他方のマグネトロ ンに向かうところの端部の腐食溝のくぼみが著しく低減することが判明している 。 この発明の特別な構成では両方のマグネトロンの間に軟磁性材料の分離壁を配 置している。分離壁をこのように配置すると、隣のマグネトロンの磁界の影響が 著しく低減する。従って、一つのマグネトロン内の磁界は両側でほぼ等しくなる 。磁界をこのように調節すると、特に有利に放電抵抗の均一化が達成される。 この発明の他の望まし構成では、外部および内部にある磁石の間にそれ自体周 知のシャント、即ち軟磁性材料の単層材が装着されている。この場合、他方のマ グネトロンの近くにある側のシャントは、他方のマグネトロンの反対側のシャン トに比べて大きい幅を有する。 この場合でも、一つのマグネトロンの両側の磁界はほぼ等しくなるので、両方 のマグネトロンの相互の影響は著しく低減する。このため、放電抵抗の均一化も 達成される。 分離壁や幅の異なるシャントを設けると、特に効果的である。それ故、特に合 理的な構成は請求項２と３の構成により特徴付けられる。 以下、一実施例に基づきこの発明をより詳しく説明する。付属する図面には、 図１，この発明によるスパッタリング装置の平面図、 図２，この発明によるスパッタリング装置の断面図、 図３，磁力線と電子流の形状を示す原理図、 が示してある。 この発明によるスパッタリング装置は、互いに隣り合わせに配置されている長 手方向に延びた二つのマグネトロン１で形成されている。マグネトロン１はＵ字 状の基本体２から成り、この基本体の上側は冷却板３で閉ざされている。この基 本体２は磁芯要素４を閉じ込めている。これ等の磁芯要素４はそれぞれ水平に置 かれた基本部材５とこの基本部材５の上に立ち上がっている支持部材６とで構成 されている。支持部材６の上側には外部磁石７と内部磁石８が配置されている。 基本部材５，支持部材６および冷却板３により中空空間９が形成され、この空間 が冷却板３から熱を奪う冷媒を入れるために使用されている。 冷却板３の内部にはシャント１０が配置されている。これ等のシャント１０は 軟磁性の単層材であり、外部磁石７と内部磁石８の間の磁界１１の領域内にある 。この磁界１１は冷却板３の上にありこの冷却板３に固定されているターゲット １２にも侵入する。 ターゲット１２と図示していない大地との間にはターゲット電圧が印加されて いる。磁界１１のためにターゲット１２内に電子の流れ１３が生じ、この流れの 向きは磁石７と８の磁極により定まる。 スパッタリング処理では、ターゲット１２内に腐食溝１４が生じる。腐食溝１ ４の最も深い点を結んだものが案内線１５である。 他方のマグネトロン１がそれぞれ対向する一方のマグネトロン１の側部にある シャント１０がマグネトロンのそれぞれ反対側のシャントより幅を広く形成され ていることにより、しかも両方のマグネトロン１の間に挿入された軟磁性材料の 分離壁１６により、磁界１１の相互の影響が最小になり、案内線１５に沿った放 電抵抗が均一化する。放電抵抗Ｒ_Eは、 で与えられる。ここで、Ｒ_Eiはターゲット上の一点の部分的な放電抵抗である。 Ｒ_E自体は、 と計算される。ここで、Ｕ_Tはターゲット電圧で、Ｉ_Eは放電電流である。これ等 の関係式から、案内線１５に沿って放電抵抗Ｒ_Eを均一化することは、案内線上 のターゲットの各点での部分的な放電抵抗Ｒ_Eiが案内線１５上のターゲット１２ の他の点の部分的な放電抵抗Ｒ_Eiと同じ値を有することを意味することが分かる 。 放電抵抗Ｒ_Eを均一化することにより、一方のマグネトロン１の電子流れ１３ が隣のマグネトロン１に向かう危険なターゲット領域１７の腐食溝１４が残りの ターゲット領域より深くならなくなる。こうして、腐食溝１４の深さを一様にす ると、危険なターゲット領域１７で腐食溝１４の窪みが生じていた従来の技術に 比べて、ターゲットの最大利用度を向上させることができる。 符号のリスト １ マグネトロン ２ 基本体 ３ 冷却板 ４ 磁芯要素 ５ 基本部材 ６ 支持部材 ７ 外部磁石 ８ 内部磁石 ９ 中空空間 １０ シャント １１ 磁界 １２ ターゲット １３ 電子流 １４ 腐食溝 １５ 案内線 １６ 分離壁 １７ 危険なターゲット領域 Ｒ_E 放電抵抗 Ｒ_Ei 部分的な放電抵抗 Ｕ_T ターゲット電圧 Ｉ_E 放電電流

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９８年５月２９日 【補正内容】 明細書 長手方向に延びている二つのマグネトロンを備えたスパッタリング装置 この発明は、互いに隣り合わせに配置され、上側に各々一つのターゲットを有 する長手方向に延びている二つのマグネトロンを備えたスパッタリング装置に関 する。このターゲットの下には外部磁石と内部磁石から成る磁石を閉じ込めたＵ 字状の基本体がある。その場合、大地と一方のターゲットの間に正の電圧が、ま た大地と他方のターゲットの間に負の電圧が印加する。 互いに隣り合わせに配置された長手方向に延びているこの種のマグネトロンを 備えたスパッタリング装置は欧州特許第 0 502 242号明細書により周知である。 この明細書には基体を反応性に被覆する装置が開示されている。この装置では互 いに隣り合わせに配置された長手方向に延びている二つのマグネトロンが使用さ れている。この場合、蒸着させるべきターゲットは付着させる基体に対向してい る。各ターゲットは陰極本体に接続し、この陰極本体はそれぞれ３つの磁石を持 つ磁石ヨークを収納している。ターゲットに向かう磁石の磁極が交互に替わるの で、この磁石はターゲットを通過する円弧状の磁界を与える。これによりターゲ ットの前にプラズマを濃縮し、このプラズマはイオンの浸透作用を与え、これ等 のイオンが電界により加速され、基板の上に付着する。このスパッタリング過程 では、ターゲットから物質が一様に除去されるのでなく、むしろ所謂「腐食溝」 が生じる。この腐食溝の最も深い個所の直線を案合線と称する。 これ等の装置では、ターゲットを一体に形成するか、あるいは多数の部材片で 構成している。その場合、後者の実施態様の方が有利である。 ターゲットの一定個所でのみ材料の厚さが一定のしきい値以下になる程度に腐 食溝が深くなると、このターゲットは使い尽くしたと見なされる。このため、腐 食溝をできる限り広く形成し、一様な深さとなるように努力している。 しかし、長手方向に延びる二つのマグネトロンを備えた前記スパッタリング装 置では、ターゲットの各端部で腐食溝が他の領域より著し深くなることが分かっ ている。こお深い腐食のためターゲットは著しく早く消耗する。 外部磁石と内部磁石を有するこの種のマグネトロンを形成すると、長手方向に 延びたリング状の磁界が生じる。 両方のマグネトロンのターゲット電圧はそれぞれ異なった極性にされている。 つまり、或る時点で一方のターゲットには大地に対して正の電圧が、また他方の ターゲットには大地に対して負の電圧が印加する。これ等のターゲット電圧とリ ング状の磁界はターゲットにリング状の電子流を惹起する。その次の時点では、 両方の電圧の極性が切り換わる。ターゲット内の電子流の方向は磁石装置の極性 により決まる。 腐食溝のより深い窪みが生じる個所は、電子流がそれぞれ他方のマグネトロン に向かうマグネトロンの端部に正確に一致することが知られている。 この発明の課題は、互いに隣り合わせに配置されているマグネトロンを備えた スパッタリング装置でターゲット材料の利用度を高めることにある。 この発明によれば、上記の課題は、案内線上のターゲットの一点の部分的な放 電抵抗が案内線のターゲットの他の一点の部分的な放電抵抗と同じ大きさになる ように、案内線に沿ったマグネトロンの放電抵抗を均一化することによって解決 されている。 全てのマグネトロンの放電抵抗がターゲット電流に対するターゲット電圧の商 で決まる。ターゲットの平面状の分布のため、この放電抵抗は全ターゲット上に 分布している。その結果、放電抵抗は実質上多数の部分的な放電抵抗の和で与え られる。 案内線に沿って放電抵抗を均一化すると、電子流がそれぞれ他方のマグネトロ ンに向かうところの端部の腐食溝のくぼみが著しく低減することが判明している 。 以下、一実施例に基づきこの発明をより詳しく説明する。付属する図面には、 図１，この発明によるスパッタリング装置の平面図、 図２，この発明によるスパッタリング装置の断面図、 図３，磁力線と電子流の形状を示す原理図、 が示してある。 この発明によるスパッタリング装置は、互いに隣り合わせに配置されている長 手方向に延びた二つのマグネトロン１で形成されている。マグネトロン１はＵ字 状の基本体２から成り、この基本体の上側は冷却板３で閉ざされている。この基 本体２は磁芯要素４を閉じ込めている。これ等の磁芯要素４はそれぞれ水平に置 かれた基本部材５とこの基本部材５の上に立ち上がっている支持部材６とで構成 されている。支持部材６の上側には外部磁石７と内部磁石８が配置されている。 基本部材５，支持部材６および冷却板３により中空空間９が形成され、この空間 が冷却板３から熱を奪う冷媒を入れるために使用されている。 冷却板３の内部にはシャント１０が配置されている。これ等のシャント１０は 軟磁性の単層体であり、外部磁石７と内部磁石８の間の磁界１１の領域内にある 。 請求の範囲 １．互いに隣り合わせに配置され、上側に各々一つのターゲットのある長手方向 に延びている二つのマグネトロンを備え、ターゲットの下に外部磁石と内部磁石 とから成る磁石を内部に閉じ込めたＵ字状の基本体があり、大地と一方のターゲ ットの間に正の電圧が、また大地と他方のターゲットの間に負のターゲット電圧 が印加されるスパッタリング装置において、両方のマグネトロン（１）の間に軟 磁性材料の分離壁（１６）を配置して、および／または外部磁石と内部磁石の間 にそれ自体周知のシャント（１０），つまり軟磁性材料の単層材を挿入して、案 内線（１５）上のターゲットの点の部分的な放電抵抗（Ｒ_Ei）が案内線（１５） のターゲットの他の点の部分的な放電抵抗（Ｒ_Ei）と同じ大きさになるように、 案内線（１５）に沿ったマグネトロン（１）の放電抵抗（Ｒ_E）を均一化してい て、それぞれ他方のマグネトロン（１）の近くの側のシャント（１０）が、それ ぞれ他方のマグネトロン（１）とは反対側のシャント（１０）が大きい幅を有す ることを特徴とするスパッタリング装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 エルプカム・ヴォルフガング ドイツ連邦共和国、Ｄ―01257 ドレスデ ン、ヘンニッヒスドルファー・ストラー セ、５ (72)発明者 レーン・スタンライ ドイツ連邦共和国、Ｄ―01099 ドレスデ ン、アム・イェーゲルパルク、53

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．互いに隣り合わせに配置され、上側に各々一つのターゲットのある長手方向 に延びている二つのマグネトロンを備え、ターゲットの下に外部磁石と内部磁石 とから成る磁石を閉じ込めたＵ字状の基本体があり、大地と一方のターゲットの 間に正の電圧を、また大地と他方のターゲットの間に負のターゲット電圧を印加 するスパッタリング装置において、案内線（１５）上のターゲットの点の部分的 な放電抵抗（Ｒ_Ei）が案内線（１５）のターゲットの他の点の部分的な放電抵抗 （Ｒ_Ei）と同じ大きさになるように、案内線（１５）に沿ったマグネトロン（１ ）の放電抵抗（Ｒ_E）を均一化していることを特徴とするスパッタリング装置。 ２．両方のマグネトロン（１）の間には軟磁性材料製の分離壁（１６）が配置さ れていることを特徴とする請求項１に記載のスパッタリング装置。 ３．外部磁石と内部磁石の間には軟磁性材料の単層材であるシャント（１０）が 挿入されていて、他方のマグネトロン（１）に近い側のシャント（１０）は他方 のマグネトロン（１）とは反対側のシャント（１０）に比べてより広い幅を有す ることを特徴とする請求項１に記載のスパッタリング装置。 ４．請求項２と請求項３を特徴とする請求項１に記載の装置。