(57)【要約】  スパッタ動作中にスパッタ率分布をスパッタ面（３Ｓ）に沿ってマグネトロン源で調節するために、ターゲット裏面（３Ｒ）にある磁石構造（７ａ，７ｂ）の１つの部分（７ａ１，７ｂ１）からターゲット裏面までの間隔が変更される。
2008514810.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マグネトロンで成膜された基板を製造する方法であって、ターゲットに沿って基板と反対を向いているほうの裏面に磁石構造があり、該磁石構造によってターゲットのスパッタ面に沿ってトンネル形をしたマグネトロン磁界の少なくとも１つのそれ自体閉じたループが生成される、そのような方法において、スパッタ率分布を調整するために磁石構造の１つの部分からターゲット裏面までの間隔が変更されることを特徴とする方法。
【請求項２】
磁気構造の少なくとも１つの部分がターゲット裏面に沿って動くことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
周回する磁気ループの１つの部分が間隔変更されることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
磁気ループ全体の間隔が変更されることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
磁気ループ対の間隔が変更されることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
成膜時間が進むにつれて、磁石構造の他の部分よりもターゲット縁部の近くにある磁石構造の１つの部分の間隔が広げられ、および／または前記他の部分の間隔が縮められることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
マグネトロン源に供給される電気出力が一定に保たれることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
一定に保たれたスパッタ出力で放電電圧が検出されて目標値と比較され、比較結果に依存して前記間隔が調節されることを特徴とする、請求項１から７までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
パラメータとしてのスパッタ出力を用いて時間依存的な間隔調整の関数が求められて記憶され、間隔調節が該関数によって時間とともに制御されることを特徴とする、請求項１から８までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
ターゲットが材料の異なるゾーンを有しており、該材料のスパッタ率の比率が間隔調節によって調整されることを特徴とする、請求項１から９までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
スパッタ面を備えるターゲットを備えるとともに、スパッタ面と反対を向いているほうのターゲット裏面に沿って磁石構造を備えているマグネトロン源において、前記磁石構造の１つの部分からターゲット裏面までの間隔が、制御される昇降駆動装置によって調節可能であることを特徴とするマグネトロン源。
【請求項１２】
前記磁石構造の少なくとも１つの部分が運動駆動装置と作用接続されており、該運動駆動装置によって前記部分がターゲット裏面に沿って駆動されて動くことを特徴とする、請求項１１に記載のマグネトロン源。
【請求項１３】
磁気ループの１つの部分が、制御される昇降駆動装置と作用接続されていることを特徴とする、請求項１１または１２に記載のマグネトロン源。
【請求項１４】
磁気ループ全体が、制御される昇降駆動装置と作用接続されていることを特徴とする、請求項１１から１３までのいずれか１項に記載のマグネトロン源。
【請求項１５】
磁気ループ対が、制御される昇降駆動装置と作用接続されていることを特徴とする、請求項１１から１４までのいずれか１項に記載のマグネトロン源。
【請求項１６】
少なくとも２つの磁気ループ対があり、前記対のうち少なくとも１つは回転軸に関して偏心的に構成されるとともに、前記回転軸を中心とする運動駆動装置と作用接続されていることを特徴とする、請求項１１から１５までのいずれか１項に記載のマグネトロン源。
【請求項１７】
制御される前記昇降駆動装置は制御部と作用接続されており、該制御部は成膜時間の関数で前記昇降駆動装置を制御して、他の部分よりもターゲットのさらに外側に位置している磁石構造の１つの部分の間隔が時間とともに広げられ、および／または前記他の部分の間隔が縮められることを特徴とする、請求項１１から１６までのいずれか１項に記載のマグネトロン源。
【請求項１８】
前記部分と昇降測定装置が作用接続されていることを特徴とする、請求項１１から１７までのいずれか１項に記載のマグネトロン源。
【請求項１９】
実質的に一定の出力を出す発電機とつながれていることを特徴とする、請求項１１から１８までのいずれか１項に記載のマグネトロン源。
【請求項２０】
前記マグネトロン源の陽極とターゲットとの間の放電電圧の測定機構が設けられており、その出力部は比較器と作用接続されるとともに、第２の入力部には設定ユニットが接続されており、前記比較器の出力部は、制御される前記昇降駆動装置の制御入力部と作用接続されていることを特徴とする、請求項１１から１９までのいずれか１項に記載のマグネトロン源。
【請求項２１】
ターゲットは材料が異なる少なくとも２つのゾーンで構成されていることを特徴とする、請求項１１から２０までのいずれか１項に記載のマグネトロン源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マグネトロンで成膜された基板を製造する方法、ならびにマグネトロンスパッタ源に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
定義
図１には、マグネトロン源の構造が模式的に図示されている。このマグネトロン源は、スパッタ面３Ｓを備えるターゲット３を有しており、このスパッタ面からターゲット材料がはじき出され、反応性または非反応性の方式によって基板４に付着する。ターゲットの裏面３Ｒには磁石構造５が設けられている。この磁石構造は、ターゲットの裏面３Ｒのほうを向き、逆の磁気極性の面を有する、少なくとも１つの周回する磁気ループ対７ａおよび７ｂを有している。磁気ループ７ａないし７ｂは、それ自体で閉じたループをそれぞれ形成しており、このとき、「閉じた」という概念は、両方の磁気ループによってターゲット３のスパッタ面３Ｓにそれ自体閉じたマグネトロン磁界Ｈのループが生成されるのである限りにおいて、互いに間隔をおいた磁石も含んでいる。周回するトンネル形をしたマグネトロン磁界Ｈの生成に関して、両方の磁気ループ７ａおよび７ｂは、協同する１つの磁気ループ対７ａｂを形成する。マグネトロン磁界Ｈは、模式的に図示しているように、陽極と、陰極として配線されたターゲット３との間で生成される電界Ｅと交差する。マグネトロン磁界Ｈならびに電界Ｅに基づき、トンネル形のマグネトロン磁界Ｈの領域で周知の電子トラップ効果が発生し、このことは、その部位でプラズマ密度が高くなり、スパッタ作用が高くなることにつながる。その結果は、マグネトロン磁界の領域で、作動時間全体にわたって次第に深く周回する浸食溝が、スパッタ面３Ｓにできることである。両方の磁気極性のうちの一方をターゲット裏面３Ｒに提供する、周回する、閉じた磁石のループは、それがどのような形であろうと磁気ループと呼ぶことにする。図１では、このような磁気ループ７ａ，７ｂが２つ存在している。
【０００３】
互いに隣接するこの種の２つの磁気ループは、トンネル形をしたマグネトロン磁界Ｈの周回するループを生成するときに、図１の符号７ａｂで示す１つの磁気ループ対を形成する。磁石構造５は、１つまたは複数の周回する磁気ループと、マグネトロン磁界ループを形成するために別個に配置された追加の磁石を含むことができる。（図示しない）陽極とターゲット陰極との間の電界Ｅは、ＤＣ、パルス化されたＤＣ、重畳されたＤＣとＡＣ、ならびにＡＣにより、高周波領域まで生成することができる。成膜プロセスは、前述したように１つまたは複数のターゲット材料によってのみ行うことができ、もしくは、スパッタ面３Ｓと基板４の間のプロセス空間に送り込まれた反応性ガスと反応した後に行われる。異なる材料の領域を含んでいる同一のターゲット３で、そのまま成膜させるために、またはプロセス空間での反応性ガスとの反応後に、複数の材料を同時にプロセス空間へスパッタすることができる。
【０００４】
ターゲット３の耐用寿命を延ばすため、および／またはスパッタ率（単位時間あたりにはじき出される材料の量）を、１つまたは複数の浸食溝の形成にもかかわらずたとえば一定に保ち、それによって成膜率（単位時間あたりに基板４に付着する材料の量）も一定に保つために、磁石構造５の少なくとも１つの部分を、特にターゲット裏面に沿った１対または複数対の所定の磁気ループを動かすことが知られており、かつ広く普及しており、これは周期的な直線運動によってでも、回転運動によってでも、往復運動によってでもよい。それにより、マグネトロン磁界Ｈがスパッタ面に沿って動き、顕著な局所的な浸食溝をできるだけ生成させないようになる。
【０００５】
マグネトロン源が１つの磁気ループ対しか有していない場合には、それを単回路源と呼ぶことにする。マグネトロン源が２つまたはそれ以上の磁気ループ対を有しているときは、それを２回路源または多回路源と呼ぶことにする。３つの磁気ループによって、２つの磁気ループ対を形成できることに留意する。
【０００６】
本発明は、ターゲットに沿って基板と反対を向いているほうの裏面に磁石構造が設けられており、この磁石構造により、ターゲットのスパッタ面に沿って、少なくとも１つのそれ自体閉じたトンネル形の磁界のループが生成される、マグネトロン成膜された基板を製造する方法を前提とするものである。
【０００７】
特に面積の広いターゲットを使用する場合、１つまたは複数のスパッタ成膜される基板に意図どおりの層厚分布を実現し、特に均等な層厚分布を実現し、時間を通じてこれを維持することがよく知られた課題である。このとき問題点の１つは、ターゲット浸食に基づいて成膜状況は動的であるという点にあり、すなわち、ターゲットの耐用寿命中ないし利用期間中に変化するという点にある。着目する１つのターゲットの耐用寿命中に多数の基板を成膜する場合、前述した動的性格は、個々の基板の成膜時間によっては、その基板にわずかな影響しか与えないかもしれないが、ターゲット耐用寿命全体にわたって層厚分布を観察してみると、たとえばただ１枚の基板だけを成膜すると考えてみると、しばしば層厚分布の顕著な変化が観察される。
【０００８】
定義
ターゲット耐用寿命に至るまでの着目する時間的スパンを成膜時間として定義することにし、これは、着目する時間的スパンのあいだに、どれだけの個々の基板が同一のターゲットで成膜されるかを問わない。
【０００９】
ハート形またはメアンダ形の磁気ループ構造をもつ回転する単回路マグネトロン源は、マグネトロンスパッタの分野における用途の最大の部分をカバーしている。成膜時間に対するスパッタ率の分布を最適化するために考えられる単回路マグネトロン源は、たとえば米国特許出願公開第５１８８７１７号明細書に記載されている。静的な２回路マグネトロン源は、たとえば国際公開第９８／０３６９６号パンフレットまたは米国特許出願公開第５９９７６９７号明細書から公知である。磁気ループ対のうちの１つによるスパッタから、第２の磁気ループ対によるスパッタへと切り換えるための切換メカニズムを備える２回路マグネトロン源が、国際公開第０１／６３６４３号パンフレットに記載されている。
【００１０】
たとえば１２００ｃｍ２という広いターゲット面は限定的にしかカバーされないため、回転する単回路マグネトロン源を用いて、スパッタ率ならびに成膜率の均等な分布、および最終的に基板における層厚の均等な分布を成膜時間全体にわたって希望どおり実現することは、しばしば非常に困難である。その場合、磁気ループ対のメアンダ形またはハート形の構造がしばしば利用されるが、このような構造は広いターゲット面に対しては、複数の反転点を有しているか、または、ターゲットの広い領域を不十分にしか通過できないという欠点を有している。さらに、特に磁気ループ対の短い半径は、速度が上昇した場合に、たとえば磁石システムの回転数が上昇した場合に、高い渦電流損につながってしまう。このような渦電流損は、一方ではモータ出力によって補償され、他方ではマグネトロン磁界の減衰につながる。
【００１１】
国際公開第９８／０３６９６号パンフレットまたは米国特許出願公開第５９９７６９７号明細書に記載されているような２回路マグネトロン源は、静的な浸食跡がスパッタ面に刻印されるという欠点を有している。冒頭に述べたように、特にターゲットのスパッタが進むにつれて、スパッタ率、成膜率、およびこれに伴う基板での層厚分布も変化すること
がわかっている。したがって、特にスパッタ率分布の調節をターゲットでその耐用寿命全体にわたって可能にするメカニズムが原則として必要である。このことは、たとえば国際公開第０２／４７１１０号パンフレットから公知となっているように、磁石構造の磁石グループを横方向に、すなわちターゲット裏面３Ｒに沿って変位させることによって、しばしば解決される。その欠点は、磁気ループ対を含む回転するシステムに、さらに別の駆動を重ね合わせなくてはならず、そのために、たとえば電気的なスリップリングを通じてエネルギー供給を具体化しなければならないことである。前述した磁石グループの変位によって不均衡が生じ、これを適当な方策で補償しなければならない。国際公開第０１／６３６４３に記載されているような、一方または他方の磁気ループ対を選択的に活動化させるための切換メカニズムを備えた回転する２回路マグネトロン源は、電気機械式の駆動装置の高い負荷を結果として伴う。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の課題は、スパッタ動作中（成膜時間中）に、スパッタ率分布をスパッタ面に沿って現場で調節することができ、その際に、この点に関わる取組がなされている公知の方法ないしマグネトロン源の欠点が回避される、冒頭に述べた種類の方法ないしマグネトロン源を提案することにある。そのために、本発明によれば、冒頭に述べた種類の方法は、スパッタ率分布を調整するために、磁石構造の一部からターゲット裏面までの間隔が変更されることを特徴としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この方法の１つの優れた態様は、磁石構造の少なくとも１つの部分がターゲットの裏面に沿って動かされることによって得られる。それにより、スパッタ面に沿ってトンネル形をしたマグネトロン磁界のスパッタ作用の分布が得られる。
【００１４】
本発明による方法のさらに別の優れた態様の要諦は、周回する磁気ループの一部が、間隔を変更されることにある。それにより、ループによって一緒に生成されるマグネトロン磁界の領域で、スパッタ強度の変化が得られる。
【００１５】
さらに別の優れた態様の要諦は、場合により、着目する磁気ループまたはその他の磁気ループの一部の変更と組み合わせたうえで、磁気ループ全体の間隔が変更されることにある。
【００１６】
さらに別の優れた態様の要諦は、場合により前述した態様と組み合わせたうえで、磁気ループ対の間隔を変更することにあり、これは特に、マグネトロン源が２回路源または多回路源である場合に好ましい。その場合、１つを超える磁気ループ対でも、相応の間隔を変更することができる。
【００１７】
前述した間隔の本発明に基づく調節が、ターゲット裏面に沿って磁石構造が回転するマグネトロン源で具体化されるべき場合、および、ターゲットの耐用寿命に至るまでの成膜時間中に均一な層厚分布が実現されるべき場合、１つの優れた態様の要諦は、成膜時間が進むにつれて、磁石構造の他の部分よりもターゲット縁部の近くにある磁石構造の一部の間隔を広くし、および／または他の部分の間隔を縮めることにある。
【００１８】
さらに、前述したどの態様においても、スパッタ出力を一定に保つのが好ましい。さらに別の優れた思想は、一定に保たれたスパッタ出力で、陽極とターゲットの間の放電電圧を検出し、これを目標値と比較して、比較結果の関数で各部分の間隔を調節することである。さらに、ターゲットを材料の異なるゾーンに区分し、両方の材料のスパッタ率の比率を前述した間隔調節によって調整することも、１つの優れた思想である。
【００１９】
本発明によるマグネトロン源は、スパッタ面を備えるターゲットを有するとともに、スパッタ面と反対を向いているほうのターゲット裏面に沿って磁石構造を有している。前述した課題は、磁石構造の１つの部分からターゲット裏面までの間隔が、制御される昇降駆動装置によって調節可能であることによって解決される。
【００２０】
本発明によるマグネトロン源の１つの優れた構想は、磁石構造の少なくとも１つの部分が運動駆動装置と作用接続されており、この運動駆動装置によって、前記部分がターゲット裏面に沿って動くことである。
【００２１】
上述した構想と容易に組み合わせることができる、さらに別の優れた構想は、磁気ループの一部が、制御される昇降駆動装置と作用接続されることである。場合により前述した構想と組み合わされる、本発明によるマグネトロン源のこの構想のさらに別の優れた思想の要諦は、磁気ループ全体が、前述した制御される昇降駆動装置によって位置調節されることにある。この構想も、場合により前述した構想と組み合わせることができ、また磁気ループ対を、制御される駆動装置と作用接続するという優れた別の構想も同様である。さらに別の優れた構想の要諦は、マグネトロン源において、ターゲット裏面に関して外側の磁気ループ対ならびに内側の磁気ループ対を設け、これらループ対の少なくとも一方を回転軸に関して偏心的に構成し、回転軸に関して作用する回転駆動装置と作用接続することにある。
【００２２】
さらに別の優れた思想は、制御部を設け、この制御部によって、磁石構造の別の部分よりもターゲットのさらに外側に位置決めされている磁石構造の部分の間隔を成膜時間中に広げ、および／または他方の部分の間隔を縮めることである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
次に、実施例と図面を参照しながら本発明について詳しく説明する。
図２ａには、本発明による方法ないし本発明によるマグネトロン源の第１実施形態が模式的な斜視図で示されており、図２ｂには、図２ａに示す構成の側面図が同じく模式化されて示されている。ターゲット３は、基板側（基板は図示せず）にスパッタ面３Ｓを有するとともに、基板と反対側に裏面３Ｒを有している。裏面３Ｒの領域には、少なくとも１つの、図２では１つの、トンネル形をした磁界Ｈのそれ自体閉じたループをスパッタ面３Ｓに生成する磁石構造５があり、この磁界は、当業者には十分に周知のマグネトロン磁界Ｈである。図２では、単回路マグネトロン源が図示されている。そのために磁石構造５は、実質的に閉じた状態で周回する第１の磁気ループ７ａと、前者の磁気ループの内部に位置する第２の磁気ループ７ｂとを有している。両方の磁気ループ７ａ，７ｂのうちの少なくとも一方は、一例として図２では外側の磁気ループ７ａは、少なくともほぼ永久磁石９によって生起される。前述した一例としての外側の磁気ループ７ａは、磁気極性（一例としてＮ極）がターゲット裏面３Ｒと向かい合っている。第２の磁気ループ７ｂは、少なくとも第２の磁気極性が、一例としてＳ極が、ターゲット裏面３Ｒと向かい合っている。図２ｃから容易にわかるように、磁気ループ対７ａｂの具体化は、ターゲット裏面３Ｒに沿って一方の磁気極性の周回するゾーンが生じるとともに、これに関して内側または外側で周回する、第２の磁気極性の第２のゾーンが生じるようになされている。そのために両方のループには永久磁石９が設けられており、ターゲット裏面３Ｒと反対を向いている側に強磁性結合部１０がある。別案として、それぞれ場合により区域的に、磁気ループに沿って見て一方の、たとえば外側の磁気ループには永久磁石９ａがあり、他方のループ、一例として内側のループ７ｂにおける、ターゲット裏面３Ｒのほうを向いている第２の磁気極性は、強磁性ヨーク１２によって形成される。
【００２４】
対７に沿って見たときに図２ｃの配置を入れ替えることもでき、同様に、ヨーク１２を
用いた具体化に着目した場合にも、永久磁石の配置を入れ替えることができる。
【００２５】
図２によれば、特に図２ｂによれば、ここに図示した実施例では制御入力部Ｓ１４で制御される駆動装置１４により、ターゲット裏面３Ｒに対する、対７の一方の磁気ループの１つの部分７ｂ１の間隔ｄｂ１（ｔ）が制御下で変更される。図２ｂでは、符号ｄａは一方の磁気ループ７ａの磁気極性面からターゲット裏面３Ｒまでの間隔を表しており、間隔ｄｂは第２の磁気ループ７ｂの同様の間隔を表しており、符号ｄｂ１は、両方のループのうち少なくとも一方における、一例として内側のループにおける、制御下で可変な部分７ｂ１の間隔を表している。対７ａｂによって生起されるマグネトロン磁界Ｈの作用が、制御下で変更される。当然ながら、着目する磁気ループにおいて両方の部分を互いに相対的に、両方の部分をターゲット裏面３Ｒに関して制御下で間隔移動させることも十分に考えられ、すなわち、たとえば図２ａで見て一部を上昇させると同時に、着目する磁気ループのその他の部分７ｂを降下させることも考えられる。重要なのは、磁気ループ対７ａｂに沿って見たときに、ターゲット裏面に対する磁気極性面の間隔状況が、磁気ループにおける制御される間隔変更によって、時間とともに変更されることである。
【００２６】
たとえば、図２ａに示すように、両方の磁気ループにおける対７ａｂに沿った着目する区域で、長さが等しい、または等しくない部分７ａ１，７ｂ１を制御下で同じ方向へ等しい長さまたは等しくない長さだけ、もしくは逆方向へ等しい長さまたは等しくない長さだけ、それぞれターゲット裏面３Ｒとの間隔に関して変更するというのが１つの優れた着想である。
【００２７】
図３には、図２ａの図面に準ずる図面で、本発明のさらに別の優れた実施形態が示されている。容易に見て取れるように、この場合、対７ａｂにおいて、一方の、たとえば外側の磁気ループ７ａで極性面全体とターゲットとの間隔ｄａ（ｔ）が駆動装置１４によって制御下で時間とともに調整され、それにより、ひいては生成されるトンネル形をした磁界Ｈの作用も調整される。この場合にも、場合によっては両方の磁気ループ７ａおよび７ｂの全体の間隔状況を同じ方向で等しい長さだけ、同じ方向で等しくない長さだけ、互いに逆方向で等しい長さだけ、または等しくない長さだけ、制御下で調整することができる。
【００２８】
図３の実施形態は、同じく単回路マグネトロン源を示している。
図４には、図２ｂの図面に準ずる図面として、本発明のさらに別の優れた実施形態が示されている。ここでは一般に奇数の、図示したケースでは３つの磁気ループ７ａから７ｃが設けられており、これらが共同で磁石構造５のループ対７ａｂ，７ｂｃを形成する。中央の磁気ループ７ｂの極性は、両方の隣接する磁気ループの極性と反対である。それにより、図示した実施例では、トンネル形をしたマグネトロン磁界Ｈ１，Ｈ２の２つの周回するループが形成される。図２の実施形態に準じて、図４の実施形態でも、中央の磁気ループ７ｂの少なくとも１つの部分７ｂ１の間隔ｄｂ１（ｔ）は、制御される駆動装置（図示せず）によって変更され、それに対して、着目する磁気ループ７ｂの１つまたは複数の残りの部分は、ターゲット３の裏面３Ｒに関して一定の間隔を保たれる。
【００２９】
図５は、図４に準ずる図面として、さらに別の優れた実施形態（図３に示す実施形態に準ずる）を示しており、この場合、中央の磁気ループ７の全体が、符号ｄｂ（ｔ）で示すように、制御される駆動装置（図示せず）により、ターゲット３の裏面３Ｒとの間隔に関して変更される。
【００３０】
図４と図５に示す方策では、間隔ｄｂ（ｔ）ないしｄｂ１（ｔ）の的確な調節によって、両方のマグネトロン磁界Ｈ１およびＨ２に対して実質的に等しい作用がなされる。
【００３１】
図６に示す実施形態では、容易に理解されるように、外側の磁気ループ７ａの部分７ａ
１が、（図示しない）制御される駆動装置によってその間隔ｄａ１（ｔ）に関して動かされるのに対して、磁気ループ７ａのその他の部分は、ループ７ｂ，７ｃと同じく、一定の間隔のままに保たれる。
【００３２】
同じく優れた図７の実施形態では、外側の磁界ループ７ａ全体の間隔ｄａ（ｔ）が、制御される駆動装置（図示せず）により、ターゲット裏面３Ｒに対して変更される。
【００３３】
図４から図７に示す各実施形態は２回路マグネトロン源である。相応に制御される駆動装置を設けることで、図２から図７を参照して説明した個々のどの実施形態でも、場合により相互に組み合わせて、１つのマグネトロン源で適用することができる。
【００３４】
図４から図７に示す実施形態すなわち２回路マグネトロン源では、間隔調節によって、隣接するマグネトロン磁界Ｈが相互の依存性に関して調節され、すなわち一般的に言えば一方の磁界が弱まれば他方の磁界が強められ、その逆も言えるのに対して、このことは、以下に示す、優れた実施形態ではさほど顕著には当てはまらない。同じく優れた図８の実施形態では４つの、一般的には偶数の、互いに内外に位置する磁気ループ７ａから７ｄが設けられている。もっとも内側またはもっとも外側の磁気ループからこれに対して垂直に継続するように、それぞれ２ずつの連続する磁気ループが図８に符号７ａｂ，７ｃｄで示すように磁気ループ対の形成に関与しており、これらの磁気ループ対がマグネトロン磁界Ｈ１ないしＨ２を形成する。両方の対７ａｂ，７ｃｄで、それぞれ図２と図３を参照して説明した実施形態がそれぞれ具体化されていてよく、各対の一方または両方で具体化されていてよい。しかしながらこれに加えて、本発明のさらに別の優れた実施形態では図９に示すように、（図示しない）制御される駆動装置によって、ループ対全体の間隔ｄｃｄ（ｔ）を、図９では内側のループ対７ｃｄの間隔を、本発明に基づいて調節することができる。設けられている両方の磁気ループ対の間隔を、相応の駆動装置によって制御下で調節可能なように構成し、これらの間隔を同一方向で等しい長さだけ、同一方向で等しくない長さだけ、反対方向で等しい長さだけ、または反対方向で等しくない長さだけ調節し、場合によりこれらを任意に的確に組み合わせることも可能であり、優れた着想である。
【００３５】
これまでの図２から図９の実施形態では、設けられている磁石構造および磁気ループは、本発明に基づく間隔調節を別とすれば、ターゲット裏面３Ｒに対して定置であるとみなされていた。いずれの実施形態においても、本発明に基づく間隔調節の具体化に加えて、磁石構造５の少なくとも一部をターゲット裏面３Ｒに沿って相応の（図示しない）駆動装置により動かすことも、優れた構想である。それに応じて、図２ａに示すように、対７ａｂを運動軌道Ｂａｂで模式的に示すようにマグネトロン裏面３Ｒに沿って周期的に動かすことも、優れた構想である。同じことが図３の実施形態の場合にも当てはまる。このとき場合によっては、図２および図３に示す着目する単回路マグネトロン源において、対を形成する両方の磁気ループを、裏面３Ｒに沿ってそれぞれ異なる運動軌道で互いに相対的に動かすことも優れた構想である。
【００３６】
図４から図７に示す実施形態では、すなわち磁気ループの３つ組による２回路マグネトロン源を具体化する場合には、次の事項によって優れた構想が得られる。
・設けられているすべての磁気ループを、裏面３Ｒに沿って等しい長さだけ動かす；
・中央の磁気ループを、隣接する両方の磁気ループに対して動かす；
・３つ組の外側および内側の磁気ループの一方または両方を、３つ組の中央の磁気ループに対してそれぞれ等しい長さだけ、または等しくない長さだけ動かす。
【００３７】
図８ないし図９に示す実施形態では、次の事項が優れた構想である。
・設けられているすべての磁気ループ対を、ターゲット裏面３Ｒに沿って等しい長さだけ動かすか、または、
・一方の磁気ループ対を、他方の磁気ループ対に対して動かす。
【００３８】
磁気ループによってマグネトロン磁界を形成する構想、ないしターゲット３のスパッタ面３Ｓに沿って動かす構想をどのように選択するかに応じて、前述した運動方法が互いに組み合わせて適用され、相応の制御される駆動装置が設けられる。
【００３９】
図２から図９を参照して紹介した磁気ループは、スパッタ面３Ｓを平面図で見たときに円形、楕円形、長円形、あるいは近似的に長方形に周回することができ、もしくはハート形ないし腎臓形ないしメアンダ形である。
【００４０】
図１０には、原理的に図９に基づく本発明の源２０の優れた具体化形態が模式的に示されている。このマグネトロン源は、スパッタ面２３Ｓと裏面２３Ｒを備えるターゲット２３を有している。図９に示す外側の磁気ループ対７ａｂは、図２ａに示す強磁性ヨーク１０を介して、外側の支持体２５に取り付けられている。模式的にのみ図示する回転駆動装置２７により、外側の支持体２５は軸Ａ２５を中心として回転する。模式的にのみ図示するマグネトロン源ハウジングに対するさらに別の回転駆動装置２９によって内側の支持体３５が回転し、図示した例では、ここでは回転軸Ａ２５と一致する軸Ａ３５を中心として回転する。内側の支持体３５は、強磁性材料からなる、ターゲット２３のほうを向いた裏板３３を有しており、共同で対７ｃｄを形成する磁界ループ７ｃおよび７ｄを支持している。回転軸Ａ２５に関して、磁気ループ対７ａｂは同心的に外側の支持体２５に取り付けられているのに対し、磁気ループ対７ｃｄは回転軸Ａ３５に関して偏心的に内側の支持体３３に取り付けられている。模式的に図示する制御可能な昇降駆動装置３７により、内側の支持体３５は、ターゲット２３の裏面２３Ｒとの間隔ｄｃｄ（ｔ）に関して調節される。このとき、外側と内側の支持体２５，３５の回転速度ω３５およびω２５ないし回転方向は互いに等しく、または別様に選択することができる。しかしながら、図１１に磁石構造の平面図で示すように、磁気ループ対７ａｂが外側の支持体２５に偏心的に、かつ図示しているように一例として円形に具体化されており、磁気ループ対７ｃｄが軸Ａ３５を中心として回転する内側支持体３５に同じく偏心的に取り付けられていると、１つの優れた構想が得られる。図１２では、直径が４００ｍｍである円形のターゲット２３における推移（ａ）は、両方の磁気ループ対のうちの一方が、図１０では一例として外側の対７ａｂが、同心的に配置され、他方の磁気ループ対が、図１０では対７ｃｄが、偏心的に配置された場合における浸食プロフィルを示している。推移（ｂ）は、両方すなわち内側と外側の対７ａｂおよび７ｃｄが、図１１に示すように一致する回転軸Ａ２５，Ａ３５に関して偏心的に具体化されているときの浸食プロフィルを示している。図１１の構成では、内側の磁気ループ対７ａｂと外側の磁気ループ対７ｃｄの間の中間領域で、さほど浸食が少なくない領域が生じていることがわかる。着目する磁気ループ対の最適化された偏心度により、浸食プロフィルを最善に覆うことができる。図１１に示す構成では、図１０の回転駆動装置２７および２９が等しい回転速度で作動することが必然的に生じる。駆動装置３７によって制御下で調整される昇降運動により、および、それに伴う間隔ｄｃｄ（ｔ）の変化により、後でまたあらためて示すように、いっそう均等な浸食分布ないしスパッタ分布を実現することができ、それによって基板で希望どおりの最善の層厚分布を実現することができ、もしくは、できるだけ均一なターゲット面の剥離によって、ターゲットの利用度を最適化することができる。
【００４１】
異なる昇降運動で実現される、ないし図１０で言えば間隔ｄｃｄ（ｔ）の異なる昇降運動で実現される層厚分布が、図１３では、直径が３００ｍｍの円形基板で達成される層厚分布として、スパッタリングされる銅層のシート抵抗を用いて図示されている。それに応じて高い抵抗値は薄い層に相当しており、この逆も当てはまる。磁石構造としては、図１１に示す２倍に偏心された構造を採用している。基板の中央領域で銅層が周辺領域よりもはるかに薄くなっている推移（ａ）に示す結果では、内側の対７ｃｄの昇降運動は、外側
の対７ａｂの間隔ｄａと等しい図１０の間隔ｄｃｄ（ｔ）に準じて調整されている。そして、間隔ｄｃｄ（ｔ）（内側のループ対！）を０．５ｍｍだけ短くすると、このことはターゲットの中央領域におけるスパッタ率の上昇につながり、すなわち、基板における成膜率の上昇につながり、図１３の推移（ｂ）に示すはるかに改善された基板の層厚分布という結果をもたらす。
【００４２】
昇降運動ｄｃｄ（ｔ）をさらに０．５ｍｍだけ減らすと（図１３には図示せず）、ターゲットの中心部における最後の成膜段階でスパッタ率が再度上昇し、それによって基板の中央領域で結果的に生じる層厚がいっそう増えることによって、最高度に均等な層厚分布が基板で得られ、図１３で言えば、いっそう低減された銅層のシート抵抗を基板中央領域でもたらす。
【００４３】
図１３を見ると、磁界を生成する磁石構造の各部分で間隔を時間制御することで、一方では、スパッタ率の推移およびこれに伴う成膜率およびこれに伴う所定時間後に結果として生じる基板の層厚分布を、微調整することができることが明らかにわかる。図１３に示す結果を得るために、マグネトロンスパッタ源における放電電圧には影響が及ぼされておらず、供給される電気放電出力も一定に保たれている。
【００４４】
図１１の２つの偏心的な磁気ループ対７ａｂおよび７ｃｄを備える図１０の構成で、間隔ｄｃｄ（ｔ）を時間依存的に制御するには、基板にできるだけ均一な層厚分布を実現したい場合、次のような考察が有益であり得る。それによって当業者は、本発明のマグネトロン源が別様に構成されていて、達成されるべき分布が異なっている場合に、これに準じた思考過程をたどることができる。すなわち、基板での最適化された層厚分布のために、円板形のターゲットで希望される浸食プロフィルについて、最初に図１４を参照して検討すべきである。的確な間隔制御がなされない場合、図１０に示す構成および図１１に示す磁石構成により、外側領域で上昇した浸食率ＥＲが生じるが、これは縁部効果修正のためには十分に望ましい。この外側領域では、顕著な浸食溝の形成に基づいてスパッタ率がいっそう高くなっていくので、時間の経過とともに、ターゲットの外側領域では相対的な浸食強度が弱まることになる。これは、時間に対して均一な層厚分布を基板で実現するためである。ターゲットの外側領域における浸食強度の低下は、ターゲットの中央領域における浸食強度に対して相対的に観察されるものである。すなわち、ターゲットの外側領域で浸食強度を低下させるか、または、中央領域で浸食強度を上昇させることができる。図１３に関する説明では、後者の方法について説明している。
【００４５】
つまり（図１４に示すように）ターゲットの外側領域における相対的なスパッタ強度ないしスパッタ率は、開始時に比較的高い値ＥＲ１から、成膜時間の終わりごろには比較的低い値ＥＲ２へと低下する。内側の支持体のｄｃｄ（ｔ）の間隔短縮はどの程度であるべきか、ないし、外側の支持体における間隔増大はどの程度であるべきかという大まかな取組として、次のように事前に見積もることができる。すなわち、まず所与の成膜時間の最後に、たとえばターゲット耐用寿命の最後に、外側および内側の浸食溝の浸食深さの差を測定する。これは、図１０に示す外側および内側の支持体２５ないし３５の所定の一定の間隔で行う。この浸食深さ差が判定され、たとえばターゲット縁部領域で浸食深さが７ｍｍだけ大きいときは、同じ成膜時間中に、ターゲットの外側領域におけるスパッタ強度を７ｍｍの相対的な昇降運動の変更によって相対的に減少させ、すなわち、成膜時間中に外側支持体３５の間隔を７ｍｍだけ増やすか、ないしは内側支持体２５の間隔を７ｍｍだけ減らすように努める。このとき昇降運動の変更は、外側支持体だけで行うか、または内側支持体だけで行うことができ、あるいは、これらを組み合わせて内側支持体と外側支持体で反対向きに行うことができる。
【００４６】
時間に対して管理されるべき昇降運動の変更は高い精度で行わなければならず、また、
成膜時間に対して求められる浸食プロフィルの推移、ターゲット材料、ターゲットの厚み、層厚分布に関して課せられる基板への要求事項、およびスパッタ出力などにも左右される。制御される間隔状況の監視と制御のために、１つまたは複数の直接的または間接的な現場での間隔測定が行われる。図１０には、そのためのセンサ機構４０が模式的に図示されている。この実施形態では外側の支持体は昇降調節されないので、この機構は、外側の支持体２５と内側の支持体３５の間で現在設定されている間隔を測定し、すなわち、ｄｃｄ（ｔ）の推移ないし現在値を測定する。センサ機構４０は、たとえば三角測量の原理で作動させることができ、容量式もしくは光学式のセンサとして構成されていてよく、機械式の探触子等であってよい。このとき、磁石構造をターゲットに対して電気絶縁しなくてもよいようにして、磁石構造の極性面とターゲット裏面との間の間隔を最低限に選択ないし設定できるようにするために、無接触で測定をするセンサ機構を利用するのが優れた着想である。
【００４７】
原則として、本発明の方策により、時間に対して希望どおりのスパッタ率分布の推移を調整することができる。したがって、たとえば図１０に示す構成で内側の磁気ループ対７ｃｄが第１の材料からなる第１のターゲット領域に沿って案内され、それに対して外側の磁気ループ対７ａｂは第２の材料からなるターゲット領域に沿って案内され、材料の異なる２つのゾーンでターゲットが構成されている場合、本発明の方策によって、両方の材料の相対的な成膜率を基板で調整することもできる。
【００４８】
図１５には、図１０の図面に準ずる図面として、原理的に図７に示すものに相当する実施形態が模式的に示されている。ここでも２回路マグネトロン源が図示されている。もっとも外側の磁気ループ７ａだけが、内側に位置する２つの磁気ループ７ｂおよび７ｃに対して間隔調節される。外側の磁気ループ７ａは、マグネトロン源ハウジング３１に関して固定された状態で取り付けられている。内側の磁気ループ対７ｃｂは、回転駆動される支持体３５ａに取り付けられており、回転軸Ａ３５ａに関して偏心的である。図１０についての説明に基づいて、簡略化して図示されている図１５の実施形態は当業者にとって容易に理解することができる。
【００４９】
図１６には、スパッタ出力をパラメータとして、正規化された基板の層厚分布が、成膜時間としてのターゲットの耐用寿命にわたって示されている。図１０に示す外側の磁気ループ対７ａｂの間隔は、内側の磁気ループ対７ｃｄの間隔よりも１ｍｍだけ広い。推移（ａ）は３２ｋＷのスパッタ出力で測定されたものであり、（ｂ）は２８ｋＷ，推移（ｃ）は２４ｋＷ、（ｄ）は１６ｋＷ、最後に推移（ｅ）は２０ｋＷで測定されたものである。
【００５０】
この図により、設定されたスパッタ出力に対する、結果的に生じる層厚分布の強い依存性が明らかである。したがって、本発明に基づいて時間的に制御される、マグネトロン磁界を生成する磁石構造の少なくとも１つの部分の間隔のターゲット裏面に関する調節を実行するときには、スパッタ出力を一定に保つというのが優れた構想である。
【００５１】
さらに、放電電圧ＵＥと、ターゲットにおける現在のスパッタ率分布との間には一義的な依存性がある。経験が示すところでは、ターゲット利用が進むにつれて、ターゲットの外側領域で浸食が増えるために放電電圧は低下する。それにより、放電電圧を測定された基準量として検出し、目標値と比較して、制御が行われるように外側の磁気ループ対の間隔を追従することによって、一定に保つという可能性が得られる。
【００５２】
基本的に、多回路スパッタ源の場合、放電電圧は実質的に、ターゲットでもっとも高いスパッタ強度を惹起する磁気ループ対のスパッタ作用によって規定されるという証拠が得られている。
【００５３】
通常は事前にスパッタ出力をパラメータとして、成膜時間内に所望の層厚分布を基板で実現するために、本発明による間隔調節を時間に対してどのように行うべきかが記録される。こうして得られた特性曲線が表として記憶される。
そして間隔調節は、スパッタ出力依存的に、記憶されている推移にしたがって管理される。放電電圧ＵＥの制御は、そのつどの間隔状況の設定によって行われ、場合によっては動作点制御として行われる。
【００５４】
図１７には、模式的な信号流／機能ブロック図を用いて、本発明によるマグネトロン源を電気式に管理するために考えられる構想が示されている。マグネトロン源４２は、本発明に基づいて時間に対して調節される、マグネトロン磁界を生成する磁石構造の少なくとも１つの部分の間隔についての制御入力部Ｓ４２を有している。マグネトロン源は、調整可能な一定の出力Ｐを、電気的にジェネレータ４４から供給される。着目するターゲットの動作時に設定される電気出力Ｐは表記憶装置４６に供給され、この表記憶装置には、さまざまな出力設定について、必要であると事前に判定された時間的な間隔関数がｄ（ｔ，Ｐ）として記憶されている。着目するターゲットを用いてスパッタ成膜が開始されてから、時間測定部４８が、最新の成膜時間に対応する間隔値の表記憶装置４６からの読み取りを制御する。間隔制御入力部Ｓ４２を介して、要求された間隔値がマグネトロン源で設定される。たとえば図１０を参照して説明した位置センサ４０を通じて、現在要求されている間隔の厳密な遵守をコントロールすることができる。この位置制御ループは、図１７には図示していない。さらに放電電圧ＵＥが実際量として測定され、所定の目標放電電圧ＵＳＯＬＬと比較器５０で比較される。比較結果が制御誤差Δとしてコントローラ５２および重ね合せユニット５４を介して、調節信号としてマグネトロン源４２の入力部Ｓ４２に送られる。それにより、放電電圧の制御によって、動作点を表４６に基づく所定の値に保つことができる。
【００５５】
図１８には、メアンダ状の磁気ループ７ａおよび７ｂを有する、単回路マグネトロン源の磁石構造５が示されている。両方の磁気ループ７ａおよび７ｂ、すなわち対７ａｂは、軸Ａを中心として回転する。図１９には、その結果として生じる、直系３００ｍｍの基板での層厚分布が示されており、推移（ａ）では、ターゲット裏面からループ７ｂまでの間隔が、外側の磁気回路７ａの間隔よりも２ｍｍ大きい場合であり、推移（ｂ），（ｃ），（ｄ）では連続して２ｍｍずつ狭まっている。この図から明らかなように、単回路源の場合でも、ないしは、図２および特に図３を参照して示したように単回路源を用いた本発明の方策でも、目下のスパッタ率の制御およびそれに伴う基板の目下の成膜率の制御が可能であり、それにより、ターゲット耐用寿命に至るまでの着目する成膜時間にわたって、基板での所望の層厚分布の調整ないし維持を保証することができる、このとき特に、均一な層厚分布すなわち均等な層厚保分布の調整ないし維持を保証することができる。
【００５６】
さらに、図１１の実施形態に基づいて具体化された図１０に着目すると、このような２回路マグネトロン源の配置の場合、図１８に示す単回路源と比べて渦電流損の低減が得られることが判明しており、このような低減は、そのつどの回転駆動のために必要な駆動モータ出力の約２０％の削減を可能にする。これに加えて、渦電流の低減により、回転する磁石構造の周囲で結果として生じる漂遊磁界が低下し、それにより、周囲にある設備コンポーネントの障害という潜在的危険が減る。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】マグネトロン源の構造を模式的に示す斜視図である。
【図２ａ】本発明による方法ないし本発明によるマグネトロン源の第１実施形態を示す模式的な斜視図である。
【図２ｂ】図２ａに示す構成を同じく模式的に示す側面図である。
【図２ｃ】たとえば図２ａに示す構成でマグネトロン磁界を形成するための磁石構造の２通りの態様を同じく模式的に示す図である。
【図３】図２ａに準ずる図面で、本発明の別の実施形態を示す図である。
【図４】図２ｂの図面に準ずる、本発明の別の実施形態を示す模式的な図である。
【図５】図４の図面に準ずる、本発明の別の実施形態を示す模式的な図である。
【図６】図４ないし図５の図面に準ずる、同じく本発明の別の実施形態を示す図である。
【図７】図４から図６の図面に準ずる、同じく本発明のさらに別の実施形態を示す図である。
【図８】図４から図７の図面に準ずる、さらに別の磁気ループ構造を示す図であり、図２および図３を参照して説明した予防策が具体化されている。
【図９】本発明の別の実施形態を示す、同じく前述したとおりの図である。
【図１０】原理的に図９の実施形態に基づいて構想された、本発明によるスパッタ源の具体化形態を模式的に示す図である。
【図１１】本発明に基づいて用いられる磁石構造を示す平面図である。
【図１２】同心的な磁気ループ対と偏心的な磁気ループ対における、図１０に示す構成における円形ターゲットの浸食プロフィルの推移（ａ）、および、磁石昇降運動の調節が行われず、両方の磁気ループ対が偏心的に構成されている場合における推移（ｂ）である。
【図１３】昇降運動が別様に調整される場合の層厚分布推移（ａ，ｂ）である。
【図１４】求められる浸食プロフィルについて議論するために、円板形ターゲットでの浸食プロフィルを模式的に示す図である。
【図１５】原理的に図７の実施形態で本発明の構成を示す、図１０の図面に準ずる図である。
【図１６】スパッタ出力をパラメータとする、基板における正規化された層厚分布である。
【図１７】本発明によるマグネトロン源を電気式に管理するための実施形態の模式的な信号流／機能ブロック図である。
【図１８】本発明による単回路マグネトロン源における磁石構造を示す、一例としての簡略化した平面図である。
【図１９】図１８の磁石構造によって生じる層厚分布を、間隔調節の関数として示す図である。
【図１】
2008514810.tif 000003
【図２ａ】
2008514810.tif 000004
【図２ｂ】
2008514810.tif 000005
【図２ｃ】
2008514810.tif 000006
【図３】
2008514810.tif 000007
【図４】
2008514810.tif 000008
【図５】
2008514810.tif 000009
【図６】
2008514810.tif 000010
【図７】
2008514810.tif 000011
【図８】
2008514810.tif 000012
【図９】
2008514810.tif 000013
【図１０】
2008514810.tif 000014
【図１１】
2008514810.tif 000015
【図１２】
2008514810.tif 000016
【図１３】
2008514810.tif 000017
【図１４】
2008514810.tif 000018
【図１５】
2008514810.tif 000019
【図１６】
2008514810.tif 000020
【図１７】
2008514810.tif 000021
【図１８】
2008514810.tif 000022
【図１９】
2008514810.tif 000023
【国際調査報告】
2008514810.tif 000024
2008514810.tif 000025
2008514810.tif 000026
2008514810.tif 000027
2008514810.tif 000028
2008514810.tif 000029