JPH01272765A

JPH01272765A - スパッタ被覆装置およびその被覆方法

Info

Publication number: JPH01272765A
Application number: JP1045078A
Authority: JP
Inventors: Walter H Class; ウォルター　ヘンリー　クラス; James F Smith; ジェームズ　フランク　スミス
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 1988-02-23
Filing date: 1989-02-23
Publication date: 1989-10-31
Also published as: US4842703A; EP0330445A1

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】（産業上の利用分野）本発明は、改良された転送効率およびターゲット利用″
４を有すると共に、シリコンウエーノ・ＩＮは剛性磁気
ディスクのような平担なディスク状基板を被覆（コーテ
ィング）するのに適する。マグネトロン・スパッタリン
グ陰極に関する。

（従来の技術および発明が解決しようとする問題点）ス
パッタ被覆は、エネルギーイオンが固体ターゲットに衝
突することにより、このターゲットの原子が放出される
技術工程である。これらのスパッタリングされた原子を
付近の対象物、いわゆる基板上に収集することにより、
基板がターゲット材料により被覆される。衝突イオン源
は通常、ガス放電であり、ここで電子と中性ガス原子と
の衝突の結果、電子およびガスイオン対が発生し、この
イオンは正電荷音響している。ガス放電中に置かれｔ負
電荷電極（陰極）は正イオンを誘引し、それによりスバ
ッタリングをも念らすイオン衝突が生じる。

ターゲットはスパッタリング工程により消耗され、周期
的に交換が必要になる。陰極装置はターゲットを支持し
、水冷手段全備え、ガス放電領域中に磁場を形成し、か
つ陰極の非ターゲット部分を望ましくないイオン衝突か
らシールドするようになっている。大部分のスパッタリ
ングシステムは、負ポテンシャルのターゲットと、陽極
として作用する接地金属チャンバとＫより作動が行なわ
れる。ガス放電は通常、１〜２０ミリトール（大気圧は
７６０トール）の圧力範囲において、アルゴンガス中で
行なわれる。

アルゴンはその化学的不活性、比較的大きい原子質量、
および比較的低価格であることから選択されたガスであ
る。ガス放電は任意のガスにおいて達成され得るが、化
学的反応性ガスが選択された場合は、ターゲットからス
パッタされた原子と反応し、２つの要素の反応生成物で
ある被膜が生成される。これが意図的に実施される時、
この工程は反応性スパッタリングと名づけられる。反応
性スパッタリングの例には、窒素−アルゴン混合ガス中
でチタンターゲットのスパッタリング全行ない、窒化チ
タンコーティングを生成するものがある。ガス放電中に
存在する残留大気ガス汚染物も被膜材料と反応して、そ
の被膜の汚染をもたらす。この点は避けられるべきであ
るから、多くのスパッタリング装置は放電領域において
、イオン供給ガスの導入前１／（１×１０−’）−ルあ
るいはそれより低王に減圧される。

被膜の汚染を最少化する別の方法は、被覆率全増大する
ことである。この方法は、所定の一定残留ガス圧力にお
いては、被膜純度が被覆率に直接比例することから、有
効である。　Ｌ７ｔがって、被覆率″ｆ：２倍にするこ
とは、残留ガス圧力管半分にすることと同一の効果を有
する。

多くのスパッタ被膜適用例においては、最適被膜品質を
達成する几めに、基板の温度を調整することが必要にな
る。しｔがりて基板支持体には、加熱および／まｔは冷
却手段が設けられる。同様に、基板がガス放電に関して
、適度の負のバイアスを受けるならば、被膜品質が改良
サレ得る。バイアススパッタリングと名づけられるこの
方法は、成膜過程で正アルゴンイオンを被膜に衝突させ
て、この衝突により被膜多孔度、応力および適合性に対
して有益な効果を与えるようにした方法である。

スパッタリング法は、材料除去ま友は表面洗浄方法とし
て利用することができる。この利用にあｔりては、放電
チャンバにはスパッタリング陰極は装着されない。それ
に代シ、洗浄ま几はエツチングされるべき物体が、基本
装置の陰極を構成することになる。続いて発生する基板
に対するイオン衝突により、表面汚染物が除去されると
共に、対象物からある程度のバルク原子も除去される。

この方法は、スパッタ・エツチングと名づけられると共
に、しばしば、ターゲット材料を基板上に溶着させる前
の準備工程として、スパッタリング装置において利用さ
れる。

スパッタ被覆ターゲットに関する移送効率値は、基板に
到達して被覆されるようにターゲットからスパッタされ
念材料の分数である。したがって５０％の効率は、イオ
ン衝撃によジターゲットからスパッタされた材料の半分
が、基板金被覆する状態ｋｆｆわす、スパッタされた残
りの材料は通常、スパッタリング・チャンバの他の部分
を被覆する。移送効率を増大することが極めて望ましい
、という点には多くの理由がある。

先ず、多くのスパッタ被覆材料はコストが高く、利用さ
れなかったスパッタ材料は有効に回復することができな
いから、これが重大な付加被覆コストを表わす。− 第２１Ｃ，利用されなかりたスパッタ材料は通常、他の
スパッタ・チャンバ要素を被覆し、その場合、所定時間
経過すると、これが粒子発生ま几は絶縁体の短絡のよう
な問題を引起こす。

その結果、この異質材料を除去する友めに、被覆作業を
中断しなければならない。このようなメインテナンスは
通常、被覆作業を再開するまでに長い経過時間を必要と
し、し友がって重大な運転コストを表わしている。

第３に％陰極の設計要件により制限される典型的なター
ゲットの大きさにより、消耗ターゲットの交換のために
スパッタ被覆作業が中断されることが必要になる。ここ
で再び、被覆作業が分断される。

第４に、スパッタリング法により達成できる溶着＊は本
来的に低く、かつ可能な電力供給量およびコスト、ある
いは陰極設計形態に固有の熱消散係数により、シばしば
制限される。、これらの７アクターは、材料がターゲッ
ト源からスパッタされ得る率を制限する。し次がって、
移送効率の改善が前述の制限内での被覆率の改善を可能
にし、その結果、被覆作業の生産性が改善される。

第５に、スパッタ被膜品質は、ｌ！素、窒素および水蒸
気のような大気ガスの混入により、しばしば損なわれる
。このガスの混入率は、基板におけるスパッタ原子に対
する、ガス原子の相対到達率に依存する。し定がって、
スパッタ原子の高い到達率が、被膜純度の増大に好まし
い。

スパッタ原子の到達率が低い場合は、大気ガス不純物の
到達率を低下する友めに、スパッタリング装置の設計形
態、構造および真空ポンプ構成に極めて厳しい処置が要
求される。このよプな処置は設備コストの増大に通じ、
通常は付加的メインテナンスおよび運転コス）を包含−
をる、多くの場合、スパッタ被膜品質は技術的に可能な
真空技術および熟練度により制限される。

米因特許第４，４２１Ｌ８１６号（クラス、外）および
同第４，４７２．２５９号（クラス、外）明細書には。

移送効率が改善されたマグネ）ｃｒン・スパッタリング
陰極が開示されている。この陰極は、基板が陰極を通過
して直線状に走行される時だけ、基板の被覆に適してい
る。し友がってこの陰極は、走行機構を包含するスパッ
タリング装置にのみ適する。このような基板の移動がな
い場合は、基板の被膜は容認できない不均一な肉厚にな
ってしまう。

基板の走行運動が必要となることが不便であることの理
由が、いくつかある。その第１の点は、「平担化」アル
ミニウム被覆を含む多くの被覆法において、基板温度の
厳密な制御が要求されると共に、さらに被覆作業中に無
線周波数（ＲＦ）の基板バイアス電圧（電力）を加える
ことが要求されることである。基板加熱の適用および制
御と、ＲＦ電圧および走行の要件とを組合せることによ
り、厳しい設計および取扱い問題が提示され、それによ
り設備コストが増大すると共に、性能の信頼性が低下す
る。

高い移送効率と共に被膜厚の均一性を達成することは困
難である。これは、マグネトロン放電が本来的に、その
イオン化度（プラズマ密度）が−様でない、という理由
による。その結果、スパッタリングターゲットの表面か
らの材料の放出率も−様ではなく、「レーストラック（
ｒａｃｅｔｒａｃｋ）　Ｊ領域として知られるターゲッ
トの直線状連続領域において、局部集中する傾向がある
。基板がこれらレーストラック領域に接近すると、移送
効率（基板に到達するターゲットの一部分）は改善され
るが、被膜厚の均一性は損なわれる。

平担なターゲットのレーストラックパターンからスパッ
タされた材料により被覆され之基板の溶着プロフィルは
、クヌーセン（Ｋｎｕｄｓｅｎ）　余弦法則によりモデ
ル化することができる。余弦法則は放出面からスパッタ
される材料の最大放出が、前記表面に直交する方向に沿
って発生すること、を述べている。表面直交線に対して
角度、θ、で傾斜している任意の方向における放出量は
、この角度θの余弦値だけこの最大放出量より小さくな
る。平担なディスク状基板については、被覆源について
の自明な選択は、被覆材料の放出源であるリング状レー
ストラックをもｔらす陰極である。したがって、スパッ
タリングターゲットは、その上に円形レーストラックを
有する平担ディスクとすることができ、ま友基板はその
付近に置かれると共に、その表面はターゲ、）平面に平
行に、そしてその中心はレーストラックの中心線と同軸
心にさｎる。このようなリング供給源の溶着特性は１文
献に述べられている。念とえは、Ｌ・　ホランド、′薄
肉フィルムの真空蒸着”、チャプマン＆ホールＬｔｄ、
、　　ロンドン、１９６３．Ｐ、１５２〜１５６、およ
びり、マツセルおよびＲ，グラング、＠薄肉フィルム技
術ハンドブック”マグロウ−ヒル、ニューヨーク、１９
７０．Ｐ、１−５６〜１−５９を参照されたい。

これらの研究は、供給源と基板との間に、最大溶着＊ｑ
−性をも几らす最適間隔があることを示している。この
最適値より離隔されると溶着率は、ターゲットリングの
軸方向中心線が基板平面に交差する点において最大にな
る。この最大値から溶着″４は、中心点からの半径方向
距離と共に単調に減少し、ドーム状の溶着パターンを生
じる。最適値より小さい供給源および基板の離隔状態に
ついては、溶着パターンはサドル状の形状をなし、これ
はリング源半径に等しい基板半径位置において最大であ
ることを示す。

この最大値は、供給源および基板間距離がさらに減少す
るにつれて、強調される。

これらの理論をリング状マグネトロン源に対して実際に
適用する場合、−様溶着領域が基板径よりほぼ１０％大
きいことが要求される。この理由から、半径Ｒｓｉ有す
る基板上に−様な溶着を達成するには、レーストラック
半径がほぼｔ１几Ｓであり、かつ供給源と基板との間隔
がほぼ１−３Ｒｓに等しいことが要求される。このよう
な供給源は典型的には、１５〜１８％の移送効率を有す
る。し九がってこの種の供給源は移送効率が限定されて
おり、その理由は、供給源と基板との間の距離を減少し
よ５とすると、−様でないサドル状の溶着プロフィルが
形成されてしまうからである。

このマグネトロン・スパッタリング構成に関連して制限
をも几らす別の点は、ターゲットの漸進的腐食が被膜厚
と、ターゲットの利用効率との両方に影響することであ
る。マグネトロンの幾何形状に関連する局部的イオン衝
突が、ターゲット表面を局部的にスパッタリングさせる
原因になることが知られている。したがって、ターゲッ
ト表面はレーストラック領域に局部溝を展開するように
なる。スパッタリングの進展により、この溝は漸進的に
狭く、かつ深くなっていく、その結果、スパッタ原子が
ターゲット表面から放出される角度範囲が狭くなり、す
なわち［過剰余弦（ｏｖｅｒ　ｃｏｓｉｎｅ）　Ｊ状態
になる。

し友がって、基板上の被覆率は、基板上でターゲットの
レーストラック領域に直ぐ隣接する部分において漸進的
に増大すると共に、それ以外では漸進的に減少する。そ
の結果としての漸進性を有する被膜厚の非一様性が、タ
ーゲットの有用な被覆寿命を制限し、シ九がってターゲ
ットの交換に関連するコストが付随する。

この問題は、ターゲットと基板間の距離を減少すること
Ｋより強調される。これが生じる理由は、基板距離が大
きくなると、中性ガス原子とスパッタ原子との衝突が、
ターゲット表面から放出された後でスパッタ原子が走行
する角度範囲を広げる効果を有するからである。このガ
ス拡散は、深くなるターゲットレーストラック溝に関連
して狭くなる溶着プロフィルを、補償する効果を有する
。ターゲットと基板との間の距離が減少すると、ガスに
対する機会も減少し、したがりてフィルム肉厚の非一様
性およびターゲットの利用性についての前述の問題が強
調される。

深く、かつ狭いレーストラック溝の展開に関する別の型
筒しくない形態は、これが、最適体積のターゲット材料
が基板被覆を達成するために利用される前に、ターゲラ
）１−その有用肉厚において腐食させる原因にあること
である。その結果、頻繁にターゲットが交換されると共
に、付随コストが必要になる。これらの理由から。

広範なターゲット腐食パターンを達成することが望まし
い。

リング状マグネトロンのスパッタリング供給源を実際に
適用する際の別のファクターは、被膜の適用性に関連し
ている。半導体クエーへ基板は顕微鏡スケールで見た時
は、平担ではない。

その代りに１段部；および横寸法に等しい深さを有する
四面孔のような、マイクロメータ寸法の特徴を有してい
る。その−例は１例えば、長さおよび幅が１マイクロメ
ータで、かつ深さが１マイクロメータの四角形の孔であ
る。別の例は、例えば、幅および深さが１マイクロメー
タで、長さが数十ま九は数百マイクロメータの溝である
。被膜がこれらの特徴を順応性をもって被覆すること、
すなわち段部′！几は孔の底部まｔは側壁の被膜厚が、
頂部の厚さに等しいことが望ましい理由は多い、これは
スパッタ溶着に関連する問題であり、その理由は、ター
ゲットから放出され之スパッタ原子の大部分が、ガス拡
散なしで、かつ直線状径路に沿って走行するからである
。さらに、はとんどのスパッタ原子は到達後、基板表面
上をほんの短かい距離移動するだけである。その結果、
所定の基板領域が、ターゲットの放出領域に対する照準
経路の直線上にない場合は、ターゲットのその領域から
のスパッタ原子は陰になり、この所定の基板領域の被膜
の生成には寄与しない。あるいは、ある基板領域はター
ゲットの広い照準線領域を有し、したがりて平均より大
きい肉厚の被膜全達成するようになる。その結果、垂直
段部のスパッタ被覆においては、段部の頂部は厚肉で張
出しが形成され、かつ段部の側壁および底部に薄肉被膜
が形成される被膜層が達成される。マ几、リング形態を
用いて被覆された基板について、半径方向外方に面する
基板段部が、半径方向内方に面するものとは異なる被覆
範囲を経験することを発見することは、異常なことでは
ない。この点から、ターゲットの放出領域が極めて広範
で、あらゆる基板部位に対する可能照準角度が最大にな
るようにすることが望ましい。

前述の問題はこれまでに発行された特許明細書に開示さ
れた檀々の方法により、一部取扱われている。ターゲッ
トのレーストラックを確立する究めに必要な磁場の形状
が、レーストラック溝の幅に直接影響を与えることが知
られている。この磁場は、ターゲットの背部ま友は隣接
して配置された対向磁極により発生される。これにより
、北磁極付近でターゲットから流出する弓形磁束「ライ
ン」が形成され、この弓形はターゲットラ越え、重磁極
付近でターゲットに再流入する。放電電子は、磁場およ
び強力な負ポテンシャルのターゲット面の組合せにより
トラック（捕捉）される、この組合された電場および磁
場は、電子に対して側方マグネトロン・ドリフトを誘起
する。このような電子損失全防止するため、弓形磁場が
近接して形成され、それＫよりターゲット面に隣接する
無端「トンネル」を形成するようになっている。放電は
この領域に制限されると共Ｋ、弓形磁場が実質的にター
ゲット面に平行な位置において、最も高くイオン化さｎ
る傾向を有している。したがって、高い弓形磁場は狭い
レーストラックを発生し。

またゆるやかな曲線の弓形は望ましい広範なレーストラ
ックを発生する。米国特許筒４．１６２，９５４号（モ
リスン）明細書において、これらのターゲットレースト
ラック特性が議論されている。

同様に、米国特許筒４．４５ス８２５号（ラモント、Ｊ
ｒ）明細書には、リング供給源に適用されたこの技術が
開示されている。米国特許筒４，４５７，８２５号明細
書には１円錐台形状のような内向き傾斜面を有するリン
グ状ターゲットの利用が開示さｎている。余弦法則全思
い起すと、そのようなターゲットは半径方向内方へ、よ
り多くのスパッタ材料を放出することが予期される。し
ｔがって、そのようなターゲットにおいては、サドル状
溶着プロフィルに関連する一様性の喪失を生じることな
く、より近接したターゲット−基板間隔を達成すること
ができる。

このような供給源の特性は、真空科学および技術ジャー
ナル、第２シリーズ、第４巻、第３号、第１部第１ガ４１２、におけるＪ．　Ｃ．ヘルマーの論文に記載され
ている。６　ｍＴｏｒｒ　（　）−ル）の圧力のアルゴ
ンガスにおいて、この陰極Ｆｉ２１．９％の移送効率を
示すと共に，１５６３ワツト直流電力を適用し次場合，
毎分はぼ１８００オングストロームのアルミニウムスパ
ッタ溶着率金もたらす．前述ヘルマーの引用論文から、
有用な溶着領域半径、Ｒｓは、等しい寸法のレーストラ
ック半径により、すなわち、Ｒ３＝ＲＲ，によりも几ら
され，かつ基板間隔がほぼα８７５ＲＲであることが推
論される．これより間隔が近接すると、サドル状溶着プ
ロフィルに似たものが生じ、溶着均一性は失なわれる。

平担ターゲット上に広範な腐食パターン金達成する別の
方法は、米国特許筒４，４４４，６４３号（Ｃ．Ｂ．ギ
ヤレフト）明細書に開示されている。

そこでは、全体的な磁場形成磁石構造体が機械的に移動
されて、関連するレーストラック放電が継続的にターゲ
ット面を移行（トラバース）するように構成されている
．この方法は本来的信頼性を有する機械的移動を必要と
する欠点を有する。この米国特許筒４，４４４，６４５
号ＢＡａ書においては、基板間隔は説明されていない。

このクラスの平担マグネトロン装置は、基板への電子衝
突を最少にする友め、５ｃｍ〜６１の最小基板間隔が必
要であることが知られている。（例えば、ンリッド・ス
テート・テクノロジー、１９８２年１２月、Ｐ．５５〜
６１、のＷ．クラスおよびＲ・ヒエロニミ，による論文
を参照）。この間隔においては、実質的な量のスパッタ
材料は、ターゲット周縁からｔｓｔｏＭの範囲内の環状
領域から失なわれる。

広範な腐食パターン全達成する定めのさらに別の方法が
、米国特許筒４，４０１，５３９号（アベ、外）明細書
に記載されており、そこでは、主磁場発生電磁石により
発生されるレーストラックの位置を移動させるｔめに，
補助磁場が利用されている．補助磁場は、主磁場発生電
磁石の２つの円筒極片の一方を分担する電磁コイルの利
用により達成される０円筒対称形状の主磁場発生電磁石
は，ディスク状平担ターゲットの面上に円形レーストラ
ックを発生させる．補助磁場コイルに電ａｔ供給すると
，これは主コイルにおける電流と反対の極性を有すると
共に．レーストラックの径を減少させる。この径の減少
は補助コイルの電流の大きさに比例する。この補助電磁
コイルに適用されるプログラム化コイル電流調整により
、補助コイル電流と同期して変１１１７ｆる径を有する
レーストラックの達成が可能になる．したがって、補助
コイル電流は，ターゲット上に広範な腐食パターンを生
じさせ、かつターゲット腐食の進行と共に展開する被膜
厚の不均一性を補償するために利用される。

この供給源の特性は以下のとおりである二Ｒｉ＝α８５
Ｒｓ　〜１．ＯＲｓ。

かつ、ターゲット−基板間隔はｔ３Ｒｓつこの供給源に
関する移送効″４特性は得られないが、その幾何形状か
ら１５〜２０％であることが予期される。この方法の主
な利点は、ターゲット利用性の改善とフィルム肉厚の均
一性にある。

前述の供給源はすべて、フィルム段部適用範囲において
欠点を有しており、その理由は、スパッタ原子が基板に
到達する角度範囲が制限されているからである。この範
囲は、ターゲットの腐食領域および基板−ターゲット間
隔の寸法により制限されるようになりておシ、その理由
は、所定の腐食領域幅に対して、到達角度範囲が前記間
隔に対して逆向きに変動するからである。

米国特許第４，６０４，１８０号（Ｙ、ヒリカワ）明細
書において、前述の点が２つの別々の同軸リング供給源
を組合せることにより扱っている。内側リング供給源が
ディスク状平担ターゲット上に達成され、１几外側リン
グ供給源が、円錐台形状として内向き面金有するターゲ
ット上に達成される。各リング供給源の相対スパッタ放
出率は、各リング供給源に対して別々に直流電力を適用
することによυ制御される。あるいは、リングが共通ポ
テンシャルに維持されると共に、電磁石のコイル電流を
変化させることにより。

リング供給源間の電力分割（スプリット）状態が制御さ
れる。

米国特許第４，６０１．．８０６号（Ｊ、ヘルマー）、
同第４，５９５，４８２号および第４，６２４９０４号
（Ｄ、ミンク）および同第４．５６９．７４６号（Ｍ、
ハッテンスン）明細書にも同様に、別々に電力を受ける
同軸リング供給源であって、一方が平担状および他方が
円錐台形状で構成されるものが開示されておシ、そこで
は磁場発生装置は、強磁性極片構造体に連結される２つ
の電磁コイルである。各コイルは１つの極片全共用し、
そのコイル電流は、コイルにより誘起される磁束が常に
前記共用された極片において付加形態金有するように構
成される。その結果、２つの別々のマグネトロン放電が
形成され、その一方は平担リング状ターゲットに隣接し
、他方は円錐リング状ターゲットに隣接して形成される
。溶着−様性は別々の放電に対する電力を別々に調整し
て、所定の基板間隔において、溶着量が所望の一様性を
も之らすよ５に付加されるようにすることにより達成さ
れる。

米国特許第４．６２ス９０４号（Ｄ、ｊンツ）明細書に
示されているように、外側リングターゲットに対する電
力量は、内側ターゲットに適用されるものの５〜１２倍
の大きさ金有する。ここに開示されるこの発明の詳細な
説明において示されるように、前述のような電力分割く
より、外側リング・レーストラック半径Ｒａがほぼ等し
い半径金有すると共に、基板間隔がほぼ［１８７５ＲＲ
に等しい時に、基板半径ＲｓＫ対して−様な溶着プロフ
ィルが提供される。これは、米国特許第４．４５７．８
２５号（ラモントＪｒ）明細書に記載される構成のもの
に良く似ている。し友がって同様の移送効率が予期され
る。この構成のものは、さらに近接した基板間隔におい
て長期運転を可能にするものではなく、その理由は、関
連する対のレーストラック溝を最少化する友めに限定さ
れた装置が設けられているにすぎ々いからであり、この
近接しｔ間隔においては、その溶着パターンは、内側お
よび外側ターゲット間の環状非スパツタリング領域に関
連する中間谷部を有する、２重ピーク部を有するものと
なる。

単一リング放出供給源の欠点を克服する別の装置は、米
国特許第４，６２２，１２１号（Ｕ、ウェブマン、外）
明細書に開示されている。ここでは再び、２つの別々の
環状スパッタリング領域が確立されると共に、溶着の一
様性を達成するために各領域からの溶着量を調整する装
置が設けられている。好ましい実施例において、この点
は、２つのターゲラ）１−電気的に絶縁すると共に。

別々に給電することにより達成さｎる。別の実施例にお
いて、単一ターゲットまたは共通ポテンシャルに維持で
れた複数のターゲット上に、別々の電磁レーストラック
領域が確立され、かつ電磁コイル電流の調整により電力
分割が達成されている。

前述米国特許第４，６２２．１２１号明細書に開示され
た好ましい実施例は、磁場形成永久磁石構造体に偏心運
動を適用することＫより、レーストラック溝の広範化を
達成している。別の実施例はその種の装置を何ら備えて
いない０両実施例において、外側ターゲットは、基板平
面に対して垂直１友はほぼ垂直に配置された放出面を有
する。内側ターゲットは平担またはほぼ平担形状を有す
ると共に、標準的に基板平面方向を向いている。この構
成により、基板に対するスパッタ原子の広範な角度の到
達領域が提供され。

ここでは内側ターゲットの軸心方向中心線に沿う非スパ
ッタリング領域、および内側および外側レーストラック
間の環状非スパツタリング領域にのみ制限がもたらされ
る。この構成の別の限界事項は、外側ターゲットの垂直
１友はほぼ垂直の向きに関連するものである。この構成
により、余弦法則から予期されるように、一方のターゲ
ットから他方への認識できる程度の交差スパッタリング
がもたらされる。この構成はさらに、内側ターゲットが
基板に近接することを厳しく制限する。したがって、移
送効率は高くなる可能性があるが、高い度合いの交差ス
ノ（ツタリングの故に、予期されるように電力効率は低
下する。電力効率の低下に加えて、交差スノくツタリン
グはさらに、各ターゲットの非スノくツタリング領域に
過度のスパッタ材料を付着させる。という欠点を有して
いる。このような付着は、粒子の形成源および電気アー
ク発生源として知られておジ、これもスパッタ被膜の品
質を低下させるものである。

以上述べたことから本発明は、スパッタ原子全基板に到
達される角度範囲を広げ、高い移送および電力効率に基
づいて、良好なターゲット利用および、ターゲットの寿
命全体にわ几り溶着上向−に維持することが可能な、ス
パッタ被覆装置およびその被覆方法を提供することを目
的としている。

（！！！題を解決するための手段および作用）本発明は
請求項１〜１０記載の構成を有することを待機としてい
る。そして、％Ｋ、スパッタ被覆装置において、基板お
よびターゲットに交差する軸回りに対称に配置される２
つ又はそれ以上の電流保持コイルと、多数の強磁性極片
を備え、この極片のいくつかが隣接コイルによって共用
されている。

また、マグネトロンスパッタ被覆装置におい又は、特に
第１および第２ターゲット部分を包含し、第１ターゲッ
ト部分は被覆される基板表面に平行で平坦なターゲット
基部を形成し、第２ターゲット部分は基板表面に対して
角度をなす円形の環状外側ターゲット面を包含してこの
２つの部分により構成される凹面状消耗性ターゲットを
備えている。

本発明により構成されるマグネトロン・スパッタ被覆装
置は、従来の装置におけるよりタ−ゲラ）Ｋ対する基板
の間隔を小さくすることにより、はぼ４０％の移送効率
を達成する。この隔は、ターゲットスパッタリングに対
する制御、および特に多数のターゲットレーストラック
に対する制御（より、被膜の一様性を低下させることな
く、可能になる。

好ましいマグネトロン・スパッタ被覆装置は、支持体を
有する陰極を包含しておシ、この支持体は特別に構成さ
れた陰極ターゲットを、基板位ｆｌｔＫ関して固定して
いる。スパッタ被覆ターゲット面は基板位置に対面する
と共に、制御された濃度のイオン化可能ガスが、基板位
置とスパッタ被覆ターゲット面との間の領域に維持され
る。

基板位置とターゲットとの間の領域のガスイオンは、加
速されてターゲットに衝突し、基板を被覆するための被
膜材料を放出する。ターゲットスパッタリングの領域に
集中し、移動するように制御され得る多数の１磁石によ
り、可変磁場が発生される。ターゲットおよび基板間の
磁場の制御により、電子は特定領域に制限され、したが
ってその領域にガ１スのイオン化が集中する。

好ましいターゲットは、基板に直交する軸回りに対称な
ボウル状凹面構造体であり、これはシリコンウェーハを
被覆するために利用されることが好ましい。傾斜する外
側ターゲット壁部は、総体的に平坦な基部に向けて、−
様な率で傾斜している。この平坦基面と基板との間隔は
、前記ボウルの基部の径より小さく、また傾斜外側ター
ゲット領域と基板との間隔は小さく、典型的には、ＲＲ
を最大レーストラック半径とした場合、０．５　ＲＲよ
り小さくされる。

ターゲットは一部片から構成されるか、あるいはターゲ
ットの製造を容易圧するために２部片から構成される。

２部片からなるターゲットにおいては、第１ターゲット
部片が傾斜壁を画定し、第２部片が平坦基部を画定する
。岡部片は支持体に対して当接関係で結合されて、同−
負ボテンクヤルに維持される。

複数の極片がガス放電領域に相対的に陰極に固定されて
、ターゲット・レーストラックの画定を助けるようにな
っている。極片および２つの別々に励磁され得るコイル
が磁場を確立し、ターゲットに対してイオン／電子対を
形成させる。コイルの励磁状態をその大きさおよびその
性質の両者に関して制御することにより、レーストラッ
クの半径が調整される。

前述の説明から明らかなように、本発明の一目的は、被
膜の一様性を犠牲にすることなく、陰極の利用性、移送
効率および電力動車を増大するように構成されたマグネ
トロン・スパッタ陰極である０本発明のこの目的および
他の目的、利点および特徴は、図面を参照して記載され
るこの発明の一実施例の詳細な説明から理解されるであ
ろう。

（実施例）本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は、従来のスパッタ被覆装置１０を概略的に示し
ている。ここには消耗ターゲット１２が、ターゲット１
２に相対的に位置決めされた平坦基板１４を被覆するた
めに設けられている。

ターゲット１２はスパッタリング面１２ａを有し、この
面１２ａはガスイオン１３が十分なエネルギーをもって
そこに衝突すると腐食し、ターゲット材料を放出する。

ターゲット１２および基板１４は連貌排気室１６内に置
かれ、前記室１６内へはスパッタリングガスが供給され
ると共に、スパッタリング圧力を力学的に維持する几め
にモニターされている。さらに、ターゲット給１装［１
７、関連給框装置２０を備える基板ホルダー１８、およ
びシャッター２２が図示されている。この従来の装置に
おいて、被膜形成は以下の工程により実施される。

（１）装置は大気中にベントされ、開放されて基板１４
が基板ホルダー１８上Ｋ（ｌｉかれる。装置シャッター
２２がそれから、第１図に示されるように基板とターゲ
ットとの間に誼かれる。

（２）装置はポンプ２４により、高真空レベルまで排気
され、室内の残留大気ガスが最少にされ、必要な真空レ
ベル（１０〜１０トール）に到達すると、スパッタガス
が流入口２６を介して導入され、その流量は適切なガス
圧力（〜１０−２トール）を達成するように調整される
。

（３）シャッター２２を閉じ九状聾で、電力が基板ホル
ダー１８に適用され、続いて発生する放電（プラズマと
も呼ばれる）が、大気汚染ガスを吸収し九基板１４を洗
浄するために利用される。

（４）シャッター２２をなお閉じた状態で、電力ガスバ
ッタリングターゲット１２に適用され、かつ最初にター
ゲット表面を況浄し、次いでスパッタ・ターゲット原子
を放出させるために増大されるように調整される。

（５）基板電力は適切なバイアスレベルに調整される。

（６）シャッター２２が開放され、ターゲット材料５０
が基板１４上に時間を調整されて溶着される。この時間
の終了時にシャッターが閉じられ、ターゲットおよびバ
イアス成力がオフにされる。

（７）それから作業ガスがオフにされ、ポンプはバルブ
（図示しない）により真空室から隔離され、この室１６
は大気中にベントされる。

（８）被覆された基板は室から取出され、新しい未被覆
基板がホルダー上に置かれて、工程が繰返される。

これまで説明した従来のスパッタリング装置は、多数の
基板を被覆する場合は実用的ではない。その場合、この
発明により構成される陰極装置と組合せて利用される、
自動基板取扱い装置の助けを受けるようにされる。その
ような装置においては、シリコンウェーハが基板を構成
する。これはウェーハカセット上に装填されて、ウェー
ハ取扱いアームにより、カセットから個々に引出される
と共に、ウェーハプラテンへ移動される。

プラテンの位置において、ウェーハはクランプされて、
プラテンに接触した状態に保持されると共に、プラテン
はピボット軸の回りで室１００方向に９０°回転される
。（第２図参照）この回転によりウェーハは垂直姿勢を
とシ、処理室１００内へ押入れられる。ウェーハ保持プ
ラテンは、室１００の内壁に対して真空シールを形成す
る。こうしてウェーハは、別々にポンプ吸引される処理
室において真空絶縁される。処理室１００は被覆室であ
るから、スパッタ陰極は消耗ターゲット１１２を有し、
このターゲット１１２はウェーハのスパッタ被覆のため
に、処理室１０００対向壁土に取付けられている。

被覆工程の完了により、プラテンが逆方向に９０回転さ
ｎで、ウェーハがプラテンから除去されて、別の処理ス
テージ１ンへ移送される。

ウェーハは一連の隔離された処理室を通して移送するこ
とにより、多層スパッタ被覆層の溶着のための単備エッ
チング工程を実施できるようにすることができる。

処理ステージ冒ンにおける単一または複数の旋動プラテ
ンには、制御された基板温度においてバイアススパッタ
被膜を達成するために必要な、給電接続部、加熱装置お
よび冷却装置が偏見られる。また、各処理室の真空絶縁
により、各室間に反応性ガスが流動することなく、一つ
の処理室において反応性スパッタリングを、そして隣接
する室において通常スパッタリングを利用することが可
能になる。同様に、処理室相互間汚染を生じることなく
、反応性ガスをエツチング工程に利用することが可能に
なる。

代表的処理室１００が第２図に示されている。

室１００は中央ステージ室１００人から、総体的に円形
の開口１０２を形成する壁部１０１により分離されてい
る。プラテンにクランプされたウェーハ基板１０４はス
テージ室から、第２図に示される総体的に垂直な方向ま
で上方へ回転し、被覆される表面１０４ａは、ステージ
室から離れる方向に対面している。

第２図に示される構成において、ウェーハ１０４に対面
すると共に室１００を画成する凹面ターゲット１１２は
、円形シリコンウェーハ１０４上に−様なアルミニウム
層を溶着させる。製造を容易にするため、ターゲット１
１２は２つのターゲット部片から構成することができ、
これら部片は別々に製造されてから、ターゲット支持体
１２０に対して当接関係で結合される。あるいは、ター
ゲット１１２は単一部片から構成するようにすることが
できる。

第２図におけるターゲット１２の断面図は、ターゲット
腐食前のターゲットを示している。

ターゲットの内側部分１１２ａは総体的に平坦な基部を
有し、この基部はその外周縁において、弧に沿ってウェ
ーハ１０４方向に広がっている。第２ターゲット部分１
１２ｂも最初は、総体的に平坦な表面を形成し、この表
面はウエーノ５１０４の平面に対してほぼ４５°の角度
をなしている。

支持体１２０は銅であることが好ましく、かつターゲッ
トを支持すると共に、約−４００Ｖ、Ｄ、Ｃ。

の負の電気ポテンシャルをバイアス付与している。内側
ターゲット部分１１２ａから隔置された円形陽極１５０
は、接地電位に維持される。多数の強磁性極片１４０〜
１４６が銅製ターゲット支持体１２０に連結される。こ
れらの極片１４０〜１４６は鉄から構成されると共に、
基板１０４とタープ。

トとの間の空間にイオン化電子を集中させるために用い
られる磁場を画定することを助けるようにすることが好
ましい。

２つの別々に励磁され得る電流保持コイル１５０、１５
２は、極片１４０〜１４６およびターゲット１２０によ
り定められる領域内に支持される。これらコイルを通る
電流を制御することにより、イオン化電子をターゲット
１１２およびウェーハ基板間のガス放心領域に集中する
ように、磁場を形成し、かつ限定することが可能になる
。イオン化電子の位ｔｋ２つのターゲット部分１１２ａ
。

１１２ｂと基板１０４との間に集中させることにより、
高集中度のターゲット腐食（レーストラック）領域を制
御することができる。

金属シールド１３２（好ましくは、アルミニウム合金）
がターゲット１１２を包囲すると共に、接地処理室ハウ
ジング１３４に連結されることにより接地されている。

シールド１５２　Ｈ摺片１４０に重なると共に、スパッ
タ溶着被膜を汚染する可能性のある迷走イオンが、極片
１４０に衝突することを防止するのを助けている。

複数の磁極片１４０〜１４６、ターゲット１１２、陽極
１３０、シールド１５２、および基体１０４のすべては
、陽極１３０の中心を通る中心軸１５４の回りに円筒対
称形状を有している。

２つのコイル１５０．１５２の励磁状態、およびイオン
化電子の集中度に対する活性化の効果を示すため、第２
図のターゲット１１２が第３〜５図に概略的に示される
と共に、そこでは選択的なコイル励磁により発生される
磁界（場）ライン１５６が、ターゲット・スパッタリン
グ面を通過することが示されている。個々の磁場極片１
４０〜１４６の効果は１つにまとめられるとともに、こ
れらの図において極１、極２、および罹３とラベル付け
される。

コイル電流と、２つの磁場発生コイル１５０゜１５２の
極性を変えることにより、ターゲットからの集中放出領
域が、その放出強度と同様に制御され得る。

第３図において、２つのコイル１５０．１５２における
Ｐ、Ｃ，電流は反対方向に流れている。室１００内の観
察位置から明らかなように、外側コイル１５２の電流は
反時計方向に流れている。内側コイル１５０の電流は時
計方向に流れている。その結果としての極片１４０〜１
４６における磁化により、第３図に示されるようにター
ゲット１１２に隣接する磁場が発生される。当該技術に
おいて知られているように、磁気放電領域は、磁界ライ
ンがほぼスパッタターゲット１１２に平行である領域に
集中される。中心軸１５４から距離Ｒ１゜Ｒ２における
平行力線からなる２つの環状磁気領域が、結果として得
られる。これらの励磁パターンは、半径方向距離Ｒ１お
よびＩｈの位置で、ターゲット上に２つの別々の磁気放
電集中領域をもたらす。コイルの励磁状態を変え、かつ
ターゲットに関して磁界ラインを再分配する能力がない
場合は、深いＶ字形の溝がこれらレーストラック領域に
沿って展開し、その結果ターゲット材料の利用性効率は
低下し、溶着パターンが大きく変動することになる。

第４図は、凹面スパッタターゲット１１２と基板位置と
の間の領域に異なる磁場を発生させるための、異なるコ
イル励磁状態を示している。

この磁場は、最外方コイル１５２が消磁されると共に、
磁場が室１００から見て時計方向に、内側コイル１５０
の励磁により発生されている状況に対応している。

磁界ラインがターゲット面に平行である位置は、半径Ｒ
３方向へ外側にシフトされている。さらに、磁界ライン
は小さい弧となっている。したがって、内側の平坦ター
ゲット部分１１２ａ上のレーストラックは広幅にされる
と共に、半径方向外方へ移動される。外側の傾斜ターゲ
ット部分１１２ｂＫ隣接する磁場は、ターゲット部分１
１２ａ上にマグネトロン放電を維持するには不適切な形
状を有している。一定の放電電力に維持きれている陰極
については、コイル１５２ｉ消磁し之結果、第３図の２
レーストラツク型スバ。

夕放出から、半径位１ｉＲ３における単一レーストラッ
ク屋放出への遷移状態となる。この遷移状態の詳細をよ
り良く理解するためには第６図が参照され、そこには、
＠３図に示される状態から第４図に示される状態への遷
移状態を表わす、覆々の異なるコイル電流付勢状態にお
いて達成される。７．５鋤の半径のウェーハ上に溶着さ
れるアルミニウムフィルムのスパッタ被膜の肉厚プロフ
ィルが示されている。

コイル励磁状態を説明するために、用語「時計方向」お
よび「反時計方向」が用いられているが、その関係は逆
にすることが可能であり、すなわち反時計方向の付勢状
態を時計方向に、そして時計方向の付勢状態を反時計方
向にすることができる。重要な概念は、コイル励磁状態
が同一極性か、あるいは逆の極性状態にあるが、という
点である。

第６図に示される溶着プロフィルは、すべて、適用陰極
電力が５キロワツト、アルゴンスパッタリング圧力が５
ミリトールで、溶着時間が１分間、そして基板１０４が
ボウル状ターゲット１１２の外縁部を越えて、１．６　
ｔｙｍ　（第２図において“Ｓ″）に位置された状態で
得られたものである。外側コイル１５２を流れる電流の
極性は、内側コイル１５０のものと反対の極性を有して
いる。

溶着プロフィル２３５は、外側コイル１５２の電流が＆
５アンペア、そして内側コイル１５０の電流が１５アン
ペアにおいて達成された。陽極１５０および外側シール
ド１５２における放電電流の測定値から、内側平坦ター
ゲット部分１１２ａにおいては、わずかに３５ワツトが
消散され、また傾斜外側ターゲット部分１１２ｂにおい
ては、４９６５ワツトが消散されることが示される。Ｒ
Ｒ＝Ｒ８であり、かつ間隔がほぼα１２５ＲＲであるこ
とから、予期された丈ドル形溶着プロフィルが得られて
いる。

溶着プロフィル２３６については、外側コイル１５２の
電流は１０アンペアで、内側コイル１５０の電流は１５
アンペアであった。ここでは、外側ターゲット部分１１
２ｂに対する電力は３６５５ワツト、そして内側ターゲ
ット部分１１２ａに対しては１３４５ワツトであった。

作動陰極形態は、２重レーストラック型マグネトロン放
電を示している。

プロフィル２３７は、外側コイル１５２の底流が２アン
ペア、内側コイル１５０の電流が１５アンペアにおいて
得られた。外側ターゲット部分１１２ｂに対する電力は
７５０ワツト、そして内側ターゲット部分１１２ａは４
２５０ワツトであった。作動陰極形態は、陽極１３０に
極めて近接して内側ターゲット部分１１２ａ上に一つの
狭いレーストラックを示している。

最後に、溶着プロフィル２５８は、外側コイル１５２が
消磁され、かつ内側コイル１５０が１５アンペアの状態
で得られた。内側ターゲット部分において消散される電
力は５０００ワツトで、かつレーストラックは広幅であ
ると共に、プロフィル２３７をもたらす溶着作業に対し
て、外方へ移動されている。

したがって、内側コイルの電流を一定に維持しながら、
外側コイル１５２の底流を逆の極性において徐々に減少
させることにより、放ｉｔ力が内側ターゲット部分へ移
動され、それに伴なって内側マグネトロン・レーストラ
ックが広幅化されると共に、半径方向外方に移動される
。

この動きは、内側ターゲット部分１１２ａの面上に展開
する腐食溝の有利な広幅化をもたらす。また、外側コイ
ル１５２に対する電流を一定に維持しながら・内側コイ
ル１５０に対する電流を、反対の極性において徐々に減
少させることにより、放電電力が内側ターゲット部分１
１２ａから外側ターゲット部分１１２ｂへ移転され、そ
れに伴なって外側マグネトロン・レーストラックが広幅
化されると共に、半径方向内方に移動される。この動き
は、外側ターゲット部分１１２ｂの面上に展開する腐食
溝の有利な広幅化をもたらす。

内側および外側コイル１５０．１５２のコイル電流が逆
の極性含有する時、第３．４および５図の中間磁極、す
なわち磁極２に常にコイル磁束が付加される。これによ
り磁極２は磁気的に活性化し、２つのマグネトロン放電
を分離させる。

磁極２はさらに、各放電に抵抗する作用を有し、それに
より内側マグネトロン放電が半径方向内方へ押され、ま
た外側マグネトロン放電が半径方向外方へ押てれる。し
たがって、磁極２に隣接する環状ターゲット領域からは
スパッタリングが何ら行なわれない。このコイル電流極
性において、磁気構成は、米国特許筒４，６２７，９０
４号、第４，６０４，１８０号、第４，６０６，８０６
号、第４，５９５，４８２号、第４，５６９，７４６号
および第４，６２２，１２１号明細書に開示嘔れる磁気
構成のものと類似のものであるが、レーストラックの移
動および電力分配をもたらす装置におけるものとは相違
する。実際問題として、この陰極はこのモードにおいて
運転することができ、かつ米国番許第４，６２ス９０４
号明細書に述べられる５：１の電力分割により、第７図
に示される溶着プロフィルが得られる。

溶着条件は前述のとおりであり、すなわち、溶着電力は
５キロワツト、基板間隔「Ｓ」は１．６（至）、そして
スパッタリング圧力は５ミリトールである。周知のサド
ル状溶着プロフィルは、このモードにおける運転が、基
板と陰極とが異常に近接して配置でれた場合に、満足で
きる。−様な溶着プロフィルをもたらさないことを、明
瞭に示している。

前述の点を思い起こすと、第５図において、コイル１５
２．　１５０の電流が同様極性を有し、たとえば第５図
に示されるように、共に時計方向状態の場合の、一つの
磁場構成が示されている。

この状態において、２つのコイルからの磁束は第２磁極
において減算的となり、適切な相対コイル電流状態てお
いて、第２磁極の磁束が零になる。第５図に示される磁
場構成が生じる。ここではマグネトロン放電は極めて広
範であり、かつ磁極２に直ぐ隣接する環状ターゲット領
域に中心を有しており、この領域は従来の装置において
、イオン衝突を受けず、かつターゲット材料のスパッタ
放出を生じない領域である。

このような磁場構成により達成できる溶着プロフィルの
性質は、第８図に示される。ここでは溶着条件は前と同
様であり、すなわち溶着電力は５キロワツト、溶着圧力
は５ミリトール、基板間隔はｔ６清である。溶着プロフ
ィル２３９は、内側コイル１５０に１５アンペアが適用
され、外側コイル１５２に電流が適用されない状態で得
らｎる。したがって、第６図の溶着プロフィル２５８が
再現される。溶着プロフィル２４０は、内側コイル１５
０に１５アンペアが適用され、かつ外側コイル１５２に
１８５アンペアが適用された状態で得らｎる。溶着プロ
フィル２４１および２４２は、内側コイル１５０に同じ
１５アンペアが適用され、かつ外側コイル１５２にそれ
ぞれ１．７アンペアおよび２．５アンペアが適用された
状態で得られる。外側コイル電流はすべての場合に、内
側コイル電流と同一極性状態である。作動陰極は、コイ
ル１５２の電流が増大されるにつれて外方へ漸進的に移
動する、内側ターゲット部分１１２ａと外側ターゲット
部分１１２ｂとの間の領域を徐々に移行する広範なレー
ストラックを示している。

これまでの説明から明らかなように、コイル１５０、　
１５２の電流を適切にプログラム化して操作すると共に
、その間その相対的な大きさおよび電流極性を変化式せ
ることにより、−様な溶着プロフィルを得ることができ
、それによりターゲット部分１１２ａ、　１１２ｂから
広範なスノ（ツタリングが可能になり、これにはターゲ
ット基部分１１２ａおよび傾斜壁部分１１２ｂ間で中間
磁極１４４゜１４５にわたる遷移領域が含まれており、
さらに基板においてスパッタ原子の極めて広範な到達角
度範囲が可能に々る。±ｔ５％の一様性を有する溶層プ
ロフィルが、１５違の径の溶着領域において達成され、
かつ毎分１１キロオングストロームの溶着率が、５キロ
ワツトの電力の使用により達成された。

第９図はそのような制御された基板被覆プロフィルを示
している。内側コイル１５０の電流は１５アンペアで、
外側コイル１５２の電流は制御された時間間隔に対して
変動されている。電流は１３４分間にわたって、コイル
１５０と同一１性で＆８アンペアに維持され、それから
［１４９分間にわたって、コイル１５０と同−蓮性で１
．７アンペアに減少され、それから１分間にわたって電
流が流れないように減少された。コイル１５２ヲ通る電
流はそれから、コイル１５０におけるのと反対の極性に
変化されると共に、５アンペアの強度でα３９３９分間
加れ、そｎからコイル１５０と反対の極性で、６．５ア
ンペアの電流に増大されて、Ｑ、３３分間加えられた。

陰極電力は５キロワツトで、第９図の肉厚プロフィルは
、−分間の総溶着時間に標進化された。

これらの装置率は、適用さｎる１力に比例している。こ
れにより、米国特許第４．４５ス８２５号明細書に開示
きれる陰極に対して効率的に匹敵することが可能であり
、なお後者の陰極は前述のように、１．５６キロワツト
の電力の適用においテ、毎分１８００オングストローム
のアルミニウム溶着率をもたらしている。単位戒力当り
の率は、この陰極より１．９倍の大きさを有している。

米国特許第４．４５ス８２５号明細書の陰極に対して報
告されている移送効率２１．９％に基づいて、この陰極
は４１．６’ｌの移送効率をもたらしている。

第２図において、ターゲット１１２はボウル形状を有し
、そこに異なる半径の多数のマグネトロン・レーストラ
ックが、コイル電流の大きさおよび極性を適切に選択す
ることにより発生される。基板１０４とターゲット１１
２０周縁部との間隔「Ｓ」は、従来のマグネトロン・ス
パッタ被覆装置より小さい。このような基板１０４とタ
ーゲット１１２との間隔が近接した結果生じる非一様性
は、選択的なコイル励磁条件により低減され、それに伴
ない制御されたターゲット利用性が達成され、したがっ
て、より一様な基板被膜およびより一様なターゲット腐
食が提供される。

前述のように、室１００は排気され、かつ制御された濃
度のアルゴンガスが室１００内に導入されて、スパッタ
被覆作業のためのイオン化可能原子を提供している。タ
ーゲット支持体１２０は中心軸１５４の回りに対称であ
ると共に、ねじ結合部１６２により処理室の壁部１６０
に結合される。

絶縁リング１６４が支持体１２０をハウジング壁部１６
０から隔置している。この構成により支持体１２０はタ
ーゲット１１２と同一電位、はぼ−４００Ｖ、Ｄ、Ｃ，
を有することができる。シールド１３２は接地電位状轢
にあり、したがって結合部１６６によりハウジング１３
４に直接結合されている。室１００が真空ポンプ（図示
しない）により排気されることを可能にする念め、ハウ
ジング１３４と、室壁部１６０と、ターゲット支持体１
２０とにより定められる溝内に「０」リングが配置され
る。

ターゲット１１２に対するイオン衝突中、第２図に示さ
れる陰極装置の温度が上昇する。ターゲットの支持体１
２０は、２つの導管１８０．１８１を介して、流体配送
通路１８２ａ、　　１８３ａを定める内側および外側流
体マニホルド１８２．１８５へ流体を流動させることに
より冷却される。両マニホルド１８２．１８３は、ター
ゲット支持体１２０のほぼ平坦な外面に係合し、かつマ
ニホルド１８２゜１８３ヲ通してターゲット支持体１２
０内へ通過するねじ結合部により、軸心１５４の回りに
同軸関係で支持体１２０に結合されている。２つの環状
通路１９０．１９２がターゲット支持体１２０に機械加
工され、導管１８１によりマニホルド１８３へ送給され
之冷却剤を、支持体１２０の大きい面積領域に接触させ
るようになっている。

第２冷却剤配送導管２１０が、水を接地陽極１３０付近
へ送給する。導管２１０は陽極支持体２１２に連結され
る。強磁性極片１４３は中央通路を画定し、陽極支持体
２１２および電気絶縁スイープ２２０ヲ収容している。

水が導管２１０を介して、支持体２１２に係合するＴ型
取付は具２２２へ送給される。支持体２１２および極片
１４３の溝内に支持される金属製「０」リングは、極片
１４３゜絶縁体２２０、および支持体２１２間の面保合
部と、室１００の外側との間で圧力分離状態を維持する
。

ターゲット１１２はクランプリング２３０により所定位
置に保持されており、クランプリング２５０は内側ター
ゲット部分１１２ａに重なると共に、ねじ結合部（図示
しない）により極片１４６に対して物理的に結合されて
いる。ターゲットの外側部分は５クリツプ２３２により
所定位ｔＶＣ保持されており、クリップ２３２はターゲ
ット外周縁（第２人図参照）にわ念って等しい間隔で配
置されると共に、ターゲットに重なり、かつねじ結合部
２３４により極片１４０に連結されている。

ターゲットが腐食した時に周期的にターゲットを交換す
る場合、陽極１３０が取はずされると共に、クランプ２
５０が極片１４６から分離される。

さらに、極片１４０に結合された３つのクリ、プ２３２
が、ターゲットがその支持体１２０から持上げられるよ
うに取はずされる。

第１１および１２図は金属スプール２５０の立面図およ
び断面図であり、金属スプール２５０はコイル１５０を
中央軸心１５４の回りに同軸関係に支持している。スプ
ール２５０は、極片１４２．１４３゜１４４およびマニ
ホルド１８２により画定される空所内に支持される。付
勢入力部２６０．２６２がスプール２５０の開口２６４
ヲ介して、コイル１５０に連結される。コイルの励磁の
極性は、これら人力部２６０．２６２に対する入力電圧
を制御することにより制御され得る。

スプール２５０は、コイル１５０を冷却する流体導管２
７４を受容するスロット２７０．２７２（第１１図）を
画定している。導管２７４はスプール２５０に入６と共
に、曲がりくねった経路を形成するように湾曲されてお
り、さらに巻きもどされてコイル外面１５０ａに沿って
進み、コイル周縁のほとんどを包囲している。コイル１
５０は多数巻き絶縁導体である。同様の外側コイル１５
２もスプール（図示しない）により支持されており、こ
のスプールは、極片１４１．１４２．１４４およびマニ
ホルド１８５により画定される空所内に位置される。こ
の第２コイル１５２も導管により冷却されており、この
導管は第２スプールて入ると共に、コイル１５２の外面
に接触している。

ここに開示もれる陰極は非平坦状ボウル形ターゲットを
備えると共に、５つの磁１および２つのコイルからなる
磁石構造体を備えており、ここで２つのコイルは１つ共
通磁極を共用する。

この概念は、隣接配置されると共に共通極片を共用する
ようにし几任意数のコイルを備える構造に延長すること
ができる。２つのコイルが反対極性の電流を有する時、
共通極片は磁化されると共に、２つのマグネトロン・レ
ーストラックを形成させる。隣接コイルが同様極性を有
する時は、共用極片は磁気的に不活性になり、現時点で
不活性となっている極片にわ九って単一のマグネトロン
・レーストラックを形成させる。

したがって、電流の太ささおよび極性をプログラム化し
て頭次逆転させることにより、ターゲット面上を多数の
レーストラックが移行てれて、ターゲットスパブター腐
食および溶臂プロフィルのプログラム制御が可能になる
。

第１０図はたとえば、極片構造体５００を断面図で示し
てお９、構造体３００が備える環状溝内に、すべて平坦
ターゲット３０２の背部に位置される６つのコイルが配
置されている。５つの異なる構成が示され、ｒＣＪによ
り時計方向のコイル電流が表示され、また「ＣＣ」によ
り反時計方向のコイル電流が表示されている。その結果
としての弧状磁場５０４は、ターゲット面上に環状マグ
ネトロン・レーストラックを画定している。

第９ａ図に６つのレーストラックが、第９ｂ図に３つの
レーストラックが、そして第９Ｃ図に４つのレーストラ
ックが示されている。異なるレーストラック状態は、コ
イル電流の極性を選択的に逆転することにより達成され
る。

本発明は特許請求の範囲の記載の範囲内において、好ま
しい実施例からのすべての修正および変更形態を包含す
る。

（発明の効果）本発明は以上説明したことから明らかなように、複数の
強磁性極片と底流保持コイルの配置に基づき、共用され
た極片の磁化を増大および減少させ、ターゲットの腐食
を制御するとともに基板とターゲット間のイオン形成を
制御するノテ、スパッタ被膜の均一性を長期にわ之って
維持できる。

また本発明によｎば２つの別々の同軸心放電間における
環状の非スパツタ領域を完全に除去でき、すべてのター
ゲット放出面間の間隔を近接させることにより高い移送
および電力効率を与えることができる。

さらに、別々の放電間における非スパブタ環状領域への
スパッタ材料の蓄積を減少し、それと共に粒子形成およ
びターゲットのアーク発生を低減できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来のスパッタ被覆装置の概略図、第２図は
、マグネトロン・スパッタ被覆陰極装置の断面図、第２
人図は、第２図の２人−２人平面に沿う断面図、第３〜
５図は、ターゲット利用性全制御する九めの異なる磁気
コイル励磁条件を表わす各概略図、第６図は、異なる磁
気コイル電流活性状態において達成される、スパッタア
ルミニウムの肉厚を示すグラフ、第７図は、被膜におけ
る満足できない不均一性を示す、基板上の半径位置に対
するスパッタ厚を示すグラフ、第８図は、第５図のコイ
ル励磁形態の結果生じる異なる被膜プロレイルのグラフ
、第９図は、制御され念順序によるコイル励磁により達
成される基板上の被膜の均−性全示すグラフ、第１０図
はレーストラックの形成状態を制御するように、２つを
越えるコイルが独立して励磁されるようにし友コイル励
磁形態を示す概略図、第１１および１２図は電磁コイル
を支持するコイル取付は装置の立面図および断面図であ
る。１０４・・・基板、１１２・・・ターゲット装置、１４
０、１４１．１４２．１４５．１４４．１４５．１４６
・・・強磁性極片、１５０、１５２・・・電流保持コイ
ル特許出願人　　イートン　コーポレーション（ほか２名
）々卸（媒＃）ＦＩＧ、１ＦＩＧ、６ＦＩＧ、７ＦＩＧ、８ＦＩＧ、９

Claims

【特許請求の範囲】１、ａ）略円形の基板（１０４）を被覆位置に支持する
装置；ｂ）前記基板を被覆する被覆材料からなるターゲット装
置（１１２）であって、前記基板に関して固定されると
共に、前記円形の基板に対面する被覆材料のスパッタ面
を有するターゲット装置（１４２）；ｃ）ターゲットおよび基板間の領域にイオンを供給する
装置；ｄ）ターゲットおよび基板間の領域におけるイオンを加
速して、イオンをターゲットに衝突させ、かつ前記スパ
ッタリング面から被覆材料を放出させて、基板を被覆さ
せるようにした加速装置；およびｅ）ターゲットおよび基板間の領域に磁場を発生させて
、前記領域における電子により、ガス分子のイオン化を
集中させる磁場発生装置であって、前記基板およびター
ゲットに交差する軸回りに対称に配置される２つ又はそ
れ以上の電流保持コイル（１５０、１５２）と、多数の
強磁性極片（１４０、１４１、１４２、１４３、１４４
、１４５、１４６）を備え、この極片のいくつかが隣接
コイルによって共用され、前記コイルの特定の極性およ
び電流値による制御された励磁とにより、共用された極
片の磁化状態が増大および減少し、前記共用された極片
付近におけるターゲットの腐食を制御することを特徴と
するもの；からなるスパッタ被覆装置。２、ターゲット装置が凹面状スパッタ面を画定しており
、そこにほぼ平担な底部分（１１２ａ）が設けられると
共に、その外周縁に傾斜壁部（１１２ｂ）が包囲配置さ
れている、請求項１記載のスパッタ被覆装置。３、前記ターゲットの平担底部分が、基板に対して平行
である、請求項２記載のスパッタ被覆装置。４、前記ターゲットの底面と基板との間の距離が、円形
基板の径より小さい、請求項３記載のスパッタ被覆装置
。５、電流保持コイルの数が、コイルを通る電流の方向お
よび大きさの両方を制御する装置に結合されている、請
求項１記載のスパッタ被覆装置。６、平担で、かつ円形の基板（１０４）を処理するマグ
ネトロン・スパッタ被覆装置において、第１および第２
ターゲット部分を包含し、前記第１ターゲット部分（１１２ａ）が、処理される基
板の表面に平行に整合する円形の対称内側ターゲット基
部を形成しており、この基部が前記第２ターゲット部分
（１１２ｂ）により包囲されていると共に、第２ターゲ
ット部分が、基板に対して角度をもって対面する円形の
対称環状外側ターゲット面を包含してなる凹面状消耗性
ターゲット（１１２）；基板の中心に交差する中心軸（１５４）に関してターゲ
ットを固定すると共に、イオンをターゲット方向に誘引
するようにターゲットを片寄らせるターゲット支持体（
１２０）；消耗性ターゲットと基板との間のガス放電領域において、前記内側ターゲット部分から隔置される
と共に、前記ターゲットに関して一定の電圧に維持され
て、前記ガス放電領域に電界を発生させて、前記イオン
を前記ターゲットに誘引する、円形の対称形陽極（１３
０）；ターゲットをターゲット支持体に固定するクランプ装置（２３０）；およびターゲットに関して固定されて、ターゲットと基板との
間の領域に磁場を確定するようにした複数の磁極片（１
４０、１４１、１４２、１４３、１４４、１４５、１５
６）；を備え、さらにターゲットに関して固定され、中央軸回
りに同軸状に巻回されるとともに、共用される磁極片に
より隔置されたコイル（１５０、１５２）であつて、タ
ーゲットと基板との間の領域の磁場を制御的に調整して
、第１および第２ターゲット部分に続く制御された領域
と、前記第１および第２ターゲット部分間の遷移領域に
イオン形成を集中化させる２またはそれ以上の別々に制
御され得る電流保持コイル（１５０、１５２）；を備えることを特徴とする、マグネトロン・スパッタ被覆装置。７、前記第１および第２ターゲット部分が、前記基板方
向に傾斜する凹弧面状遷移部分によりブリッジを形成し
ている、請求項６記載のマグネトロン・スパッタ被覆装
置。８、前記第１および第２ターゲット部分が環状の接触面
を画定し、この接触面が、増大されたターゲット腐食の
レーストラック領域において、前記第１および第２ター
ゲット部分の肉厚より小さい肉厚を有している、請求項
７記載のマグネトロン・スパッタ被覆装置。９、略円形
で、かつ平担な基板をターゲット材料によりスパッタ被
覆する方法であって、ａ）平担な基部（１１２ａ）と傾
斜壁（１１２ｂ）を有する凹面状ターゲット（１１２）
を、前記基板がターゲットの平担な基部に対してほぼ平
行になるように前記基板付近に位置決めし、ｂ）複数の電磁極片（１４０、１４１、１４２、１４３
、１４４、１４５、１４６）を、ターゲットおよび基板
の両方に交差する軸回りに対称関係で位置決めし；ｃ）２またはそれ以上の電磁コイル（１５０、１５２）
を前記軸回りに同軸状に位置決めして、基板およびター
ゲット間の領域の磁場を調整し；そして、ｄ）基板とターゲットとの間の領域に電界を確定して、
前記領域におけるイオンを前記ターゲットに衝突させ、
さらにｅ）前記２またはそれ以上の電磁コイルの電流の極性お
よび大きさを調整して、前記イオンを、前記軸回りの集
中円形領域において前記ターゲットに衝突させると共に
、前記コイルの励磁により、前記集中領域を前記ターゲ
ットの基部および傾斜壁に沿って、半径方向内方および
外方へ移動させて、前記ターゲットを、前記基部および
傾斜壁に沿うのみならず、基部および傾斜壁間の遷移領
域においても腐食させる各工程を含んでいる、スパッタ被覆方法。１０、コイルが調整工程中に、同一極性および逆極性で
励磁されている、請求項９記載の方法。