(57)【要約】【課題】    ターゲットに対して磁石が移動する構成のリニアスパッタ装置のターゲットの縁部での侵食凹部の発生を防止することにある。【解決手段】    本発明は、マグネトロンおよびターゲットを有し、マグネトロンおよびターゲットが相対移動できるスパッタ装置に関する。マグネトロンは、ほぼ矩形のプラズマチューブ（その２つの長辺が互いに距離Ｃだけ隔てている）を形成する磁石システムを有している。ターゲットおよび磁石システムが、距離Ｃにほぼ等しい経路で相対移動される場合には、磁石システムは、プラズマチューブの端部の幅がプラズマチューブの直径に等しいか小さくなるようにレイアウトされる。しかしながら、相対移動の経路がＣより小さい場合には、磁石システムは、プラズマチューブの端部の幅ｄがプラズマチューブの直径の２倍に等しいか小さくなるようにレイアウトされる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マグネトロンおよびターゲットを有し、該マグネトロンおよびターゲットは相対移動でき、マグネトロンは少なくとも１つの内側磁石および該内側磁石を包囲する少なくとも１つの外側磁石を備えた磁石システムを有し、該磁石システムは内側磁石と外側磁石との間に少なくとも１つの閉プラズマチューブを形成し、該プラズマチューブが、互いに距離Ｃを隔てた２つの領域を有し、基板に対するマグネトロンの移動方向に対して実質的に垂直に延び、かつ直径ｄを有している構成のスパッタ装置において、経路Ｗ≒Ｃでターゲット（２）と磁石システム（１）とが相対移動するように、前記磁石システム（１）は、プラズマチューブ（９）の両端部の幅Ｂが条件Ｂ≦ｄを満たすようにレイアウトされることを特徴とするスパッタ装置。
【請求項２】
マグネトロンおよびターゲットを有し、該マグネトロンおよびターゲットは相対移動でき、マグネトロンは少なくとも１つの内側磁石および該内側磁石を包囲する少なくとも１つの外側磁石を備えた磁石システムを有し、該磁石システムは内側磁石と外側磁石との間に少なくとも１つの閉プラズマチューブを形成し、該プラズマチューブが、互いに距離Ｃを隔てた２つの領域を有し、基板に対するマグネトロンの移動方向に対して実質的に垂直に延び、かつ直径ｄを有している構成のスパッタ装置において、経路Ｗ＞Ｃでターゲット（２）と磁石システム（１）とが相対移動するように、磁石システム（１）は、プラズマチューブ（９）の両端部の幅Ｂが条件Ｂ≦２ｄを満たすようにレイアウトされることを特徴とするスパッタ装置。
【請求項３】
前記プラズマチューブ（９）の２つの領域（１６、１７）間の距離Ｃは、ターゲット（２）の表面に対して垂直な磁界ベクトルの成分がゼロとなる、相対移動方向のターゲット（２）の表面上の２つの位置の距離により定められることを特徴とする請求項１または２に記載のスパッタ装置。
【請求項４】
前記プラズマチューブ（９）の直径ｄは、磁界ベクトルがターゲット（２）の表面に対して約２０°の角度を形成する、ターゲット表面上および相対移動方向のターゲット（２）の長手方向の中心での２つの位置の距離により定められることを特徴とする請求項１または２に記載のスパッタ装置。
【請求項５】
前記プラズマチューブ（９）の両端部の幅Ｂは、磁界ベクトルがターゲット（２）の表面に対して約２０°の角度を形成する、相対移動方向のターゲット（２）の表面上の位置同士の最大距離に一致することを特徴とする請求項１または２に記載のスパッタ装置。
【請求項６】
前記相対移動は前後方向の移動であることを特徴とする請求項１または２に記載のスパッタ装置。
【請求項７】
前記外側磁石（２５）は２つの長い平行な棒磁石（３２、３３）を有し、該棒磁石（３２、３３）の端部は、屋根を形成する２つの小さい棒磁石（３４、３５；３６、３７）に終端していることを特徴とする請求項１または２に記載のスパッタ装置。
【請求項８】
前記内側棒磁石は、その中央の直径（ｍ）よりも両端部の直径（ｎ、ｏ）の方が小さいことを特徴とする請求項７に記載のスパッタ装置。
【請求項９】
３つの内側磁石（６１〜６３）および幾つかの外側磁石（６４〜７５）が設けられ、第１の外側磁石（６７）の領域は同時に第２の外側磁石の領域を形成し、第２の外側磁石（６６）の領域は同時に第３の外側磁石の領域を形成することを特徴とする請求項１または２に記載のスパッタ装置。
【請求項１０】
前記第１および第３の外側磁石の各々は、互いに平行に配置された２つの棒磁石（６４、６６；６５、６７）を有し、これらの棒磁石のうちの一方の棒磁石（６６、６７）は他方の棒磁石（６４、６５）より短く、２つの棒磁石の各端部は互いにＬ型構造（７０、９１；７３、７９または６８、７４；７１、７６）により連結されることを特徴とする請求項９に記載のスパッタ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特許請求の範囲の請求項１の前提部に記載の磁石装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
スパッタ装置では、スパッタチャンバ内の気孔（vacuo）内にプラズマが発生される。プラズマの陽イオンは、いわゆるターゲットが設けられたカソードの負の電位に誘引される。陽イオンはこのターゲットに衝突して小粒子を弾き出し、該粒子が基板上に堆積（蒸着）される。これらの粒子の弾き出し（knocking out）が、「スパッタリング」と呼ばれるものである。プラズマはガスで形成され、このガスは、非反応スパッタリングの場合には、例えばアルゴンのような不活性ガスを使用できる。反応スパッタリングでは、酸素が、単独でまたは不活性ガスと一緒に使用される。
【０００３】
スパッタ効果を高めるため、ターゲットの近傍には磁石が使用され、この磁界がプラズマをターゲット上に維持する。磁界は、プラズマ中の電子を特定経路内に向かわせる。電子は、この経路上で中性ガス（例えばアルゴン）をイオン化して、陽イオンを発生させる。これらのイオンは電子に比べて非常に重く、事実上全く影響を受けない。それどころか、イオンは、負の電極すなわちカソードとして機能するターゲット上に落下して、該電極すなわちカソードをスパッタリングする。イオン化は、実質的に、磁界ベクトルがターゲット表面に対して平行に延びている場所で行なわれる。ここはプラズマが最も濃密な場所であり、従ってターゲットはここで最も強く侵食される。以下の説明において、磁界により決定されるプラズマ経路を、プラズマチューブとも呼ぶことにする。
【０００４】
第１の磁極の棒磁石が第２の磁極の矩形磁石により包囲されている構成の平磁石システムが使用される場合には、これらの磁石間に矩形の侵食トラックが生じ、矩形のコーナが丸められる。
【０００５】
静止磁石群（stationary magnet aggregate）の回りで回転する回転円筒状ターゲットも既に知られている（下記特許文献１参照）。この技術では、矩形侵食トラックがターゲットの周囲の全部位に到達する。侵食矩形の幅狭側面では、ターゲットに凹部が生じる。プラズマ矩形の幅狭側面が好ましくない凹部を形成しているこれらの部位を除き、ターゲットは均一に侵食される。
【０００６】
また、静止ターゲットの場合に、侵食トラックが矩形でなく六角形を形成する磁石構造も知られている（下記特許文献２参照）。この六角形は２つの長い辺を有し、該辺の右側および左側に三角形が隣接している。隣接三角形の代わりに、パラボラまたは半楕円を設けることもできる。同じ磁石配置で異なる侵食輪郭を得ることもできる。この場合、磁石が静止して配置され、ターゲットが該磁石の回りで回転するが、ターゲットを静止して配置し、マグネットを回転させることもできる。
【０００７】
しかしながら、磁石構造が駆動手段によりターゲットの平坦面に対して平行に移動されるスパッタ装置も知られている（下記特許文献３参照）。磁石構造の移動は、前後方向の移動、すなわちターゲットの両端部で磁石構造がその移動方向を反転する移動である。プラズマは、長楕円の形状を有するプラズマトラックを形成する。この楕円の長手方向は、移動方向に対して垂直に延びている。この磁石構造の場合には、ターゲットの両端部の近くに凹部が形成され、該凹部は、ターゲットの残りの領域内の侵食より大きい。ターゲットをより良く利用するため、或る長さの時間の経過後に９０°だけ回転され、これにより、前に形成された凹部に対して垂直に更に２つの凹部が形成される。従ってこのリニア構造の場合には、回転構造と同様にして、ターゲットの縁（へり）部に凹状トラックが発生される。
【０００８】
【特許文献１】ドイツ国特許ＤＥ ４１ １７ ５１８Ａ１
【特許文献２】国際特許公開ＷＯ ９６／２１７５０
【特許文献３】米国特許第５ ８７３ ９８９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、ターゲットに対して磁石が移動する構成のリニアスパッタ装置のターゲットの縁部での侵食凹部の発生を防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的は、特許請求の範囲の請求項１または２に記載の特徴により達成される。
【００１１】
従って、本発明は、マグネトロンおよびターゲットを有し、マグネトロンおよびターゲットが相対移動できるスパッタ装置に関する。マグネトロンは、ほぼ矩形のプラズマチューブ（その２つの長辺が互いに距離Ｃだけ隔てている）を形成する磁石システムを有している。ターゲットおよび磁石システムが、距離Ｃに等しい経路で相対移動される場合には、磁石システムは、プラズマチューブの端部の幅がプラズマチューブの直径に等しいか小さくなるようにレイアウトされる。しかしながら、相対移動の経路がＣより小さい場合には、磁石システムは、プラズマチューブの端部の幅ｄがプラズマチューブの直径の２倍に等しいか小さくなるようにレイアウトされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
添付図面には本発明の実施例が示されており、以下、添付図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
【００１３】
図１には、ターゲット２の上方に配置される磁石システム１が示されている。ターゲット２は、基板（図１には示されていない）上にスパッタリングされかつ蒸着すべき特定材料からなる。磁石システム１は、フレームの形態をなす外側磁石３と、棒の形態をなす内側磁石４とからなる。フレームは、２つの長い棒磁石５、６および２つの短い棒磁石７、８からなり、短い棒磁石７、８は長い棒磁石５、６に対して垂直である。長い棒磁石５、６および短い棒磁石７、８の図面に見える方の側は例えばＳ極であり、一方、内側磁石４の図面に見える方の側はＮ極である。ターゲット２に対面する見えない方の側では、磁極関係は上記とは逆である。この見えない方の側で延びている磁界は、パラボラの形状に湾曲しており、かつ外側磁石３からターゲット２を通って内側磁石４へと延びている。電子は、プラズマチューブ９が形成されるように、これらの磁界を通って偏向され、一方、プラズマチューブ９内の陽に荷電した粒子（例えばアルゴンイオン）は、電界を通ってターゲット上に向かって加速される。このプラズマチューブ９は、垂直領域１６、１７および水平領域１８、１９を有している。プラズマチューブ９に対応して、イオンはまた、ターゲット２の見えない裏面からプラズマチューブの形態をなして粒子を弾き出す。すなわち、ターゲットには、凹部がプラズマチューブの形状に形成される。磁石システム１が、静止しているターゲット２上で、右側位置を占めるまで矢印１０の方向に移動されると、ターゲット２の裏面には、ターゲット２の外縁領域を除き、実質的に同じ材料の侵食が生じる。縁領域には、凹部すなわち侵食チャネル１１、１２が形成される。このような凹部１１、１２が形成される理由は次の通りである。すなわち、プラズマチューブ９の垂直および水平領域が同一の幅すなわち厚さｄにあるとき、プラズマ粒子は、内側磁石４の長さまたは領域１８、１９により定められる中央領域ではターゲット２の２ｄの寸法のストリップ上に衝突するが、プラズマチューブ９の上下の湾曲部１８、１９の近くではｄ×Ｂ（ここで、Ｂは湾曲領域でのプラズマチューブの幅、ｄはプラズマチューブの直径である）のストリップ上に衝突する。ｄ×Ｂ＞ｄ×２であるので、ターゲット２の上下の領域は、中央領域よりも一層強くイオンによる衝撃を受ける。従って、凹部１１、１２が形成され、これらの凹部は侵食溝とも呼ばれる。
【００１４】
図１の右側に示された磁石システム１′は左側に示した磁石システム１と同じで、異なる位置を占めているに過ぎず、ダッシュ付きの参照番号で示されている。セグメントＡは、磁石システム１がターゲット２の上方で右方にシフトされる距離を示す。多くの場合、セクションＡは、セクションＣ、すなわちプラズマチューブ９の２つの長い部分１６、１７の間の距離に一致するように選択される。
【００１５】
右側への移動つまり経路Ｗが距離Ｃに等しい場合には、磁界は、移動中に後方ターゲット表面の各部分がプラズマにより１回覆われるように移動される。大面積のターゲット２の場合には、これは、隣接して配置された幾つかの磁石システム１により実現できる。一般に、この移動方向は、距離Ｃが横行した後に反転される。この場合、ターゲット２の侵食深さは、駆動経路に沿って侵食速度を積分することにより計算される。侵食は、近似値として、ターゲット表面上の一点上を移動するプラズマチューブ９のアーム１６、１７の幅ｄによっても見積ることができる。
【００１６】
この場合、プラズマ密度が一定で、Ｂ≦ｄであるとすると、プラズマチューブの上端部および下端部には凹部すなわち侵食チャネル１１、１２は生じない。
【００１７】
第２実施例では、磁石システム１が移動するセグメントＡは、両アーム１６、１７間の距離Ｃより大きい。磁石システム１の磁界は、移動中に、ターゲット表面の各部分がプラズマチューブ９の両垂直アームにより１回覆われるように移動される。これは次々に配置される幾つかの磁石システム１によっても実現される。ターゲットの外縁に到達したとき、移動方向が反転される。この場合、駆動経路に沿う侵食速度の積分により侵食深さを計算することもできる。侵食は、ターゲット表面上の一点上を移動するプラズマの全ての幅ｄの合計により近似的に見積もられる。プラズマチューブ９の上方および下方の端部１９、１８では、プラズマチューブ９の下方または上方のアーム１９、１８の幅Ｂがプラズマチューブの垂直アームの幅ｄの２倍に等しい場合、従ってプラズマ密度が一定で、Ｂ≦２ｄである場合にのみ、侵食溝１１、１２は発生されない。
【００１８】
図２には、図１の装置を通るＩ−Ｉ線断面が示されている。図２には、ターゲット２をパラボラ状に透過する磁界３０、３１が明示されている。ターゲット２の下には、ターゲット２から弾き出さた粒子でコーティングされる基板２０が配置される。ターゲット２と基板２０との間の空間内にはプラズマが配置され、その陽イオンは、陰極（図示せず。該陰極は、一般に、磁石システムの近傍でターゲット２とのユニットを形成し、ターゲット２から粒子を弾き出す）に向かって加速される。
【００１９】
図２に示す装置全体が、真空コーティングチャンバ２９内に配置される。
【００２０】
図３には特殊な磁石システム２５が示されており、該磁石システム２５は、２つの長い垂直棒磁石３２、３３および４つの小さい棒磁石３４、３５、３６、３７を有し、これらの小さい棒磁石のうちの各２つの棒磁石３４、３５または３６、３７は、長い棒磁石３２、３３の端部に終端する屋根の形式を形成している。
【００２１】
内側磁石３８は長手方向に異なる直径を有しており、中央部分は大きい直径を、外側部分は小さい直径ｎ、ｏを有している。
【００２２】
図４には、外側磁石を有する他の磁石システム２６が示されている。外側磁石は、２つの長い棒磁石２７、２８と、該棒磁石２７、２８に対してずれて配置された２つの正方形磁石４０、４１または４２、４３と、該正方形磁石４０、４１に対してさらにずれて配置された２つの小さい棒磁石４４、４５または４６、４７と、該棒磁石４４、４５または４６、４７に対して垂直に延びている２つの小さい棒磁石４８、４９または５０、５１とを有している。
【００２３】
内側磁石は棒磁石５２により形成されており、該棒磁石５２の各端部には、小さい直径をもつ段状小径部５３、５４または５５、５６が設けられている。
【００２４】
図５には、図４による磁石システムにより得られるプラズマチューブ５７が示されている。
【００２５】
図６には他の磁石構造６０が示されており、該磁石構造６０は、外側磁石により包囲された３つの内側磁石６１、６２、６３を有している。これらの外側磁石は、２つの長い外側棒磁石６４、６５と、これらの棒磁石６４、６５の間に配置された２つの短い棒磁石６６、６７と、棒磁石６４、６５の各端部に対して垂直に延びている３つの端磁石６８、６９、７０、７１、７２、７３と、傾斜して延びておりかつ棒磁石６６の下端部と端磁石６８または６９とを連結している２つの薄い棒磁石７４、７５と、傾斜して延びておりかつ棒磁石６６の上端部と端磁石７１、７２とを連結している２つの薄い棒磁石７６、７７とを有している。また、端磁石６９、７０または７２、７３は、薄い棒磁石９０、９１および７８、７９を介して棒磁石６７の各端部に連結されている。
【００２６】
図７には、図６に示した磁石システム６０を使用する場合に生じる３つのプラズマチューブ８０、８１、８２が示されている。
【００２７】
セグメントＢ、ｄ、Ｃの決定に関する限り、プラズマ幅Ｂは直接的には決定されない。従って、セグメントＢ、ｄは磁界を用いて定められるに過ぎない。なぜならば、セグメントＢ、ｄはプラズマ閉込めを決定するものだからである。プラズマは本質的にこれらの部位、すなわち磁力線従って磁界ベクトルがターゲット表面に対して平行に延びる部位で燃焼する。これらの部位では、磁界ベクトルのターゲット表面に対して垂直な成分はゼロである。これらの部位は、ターゲット表面上の磁界強度を測定することにより実験的に決定できる。従って、プラズマチューブの２つの領域１６、１７間の距離Ｃは、磁界ベクトルの垂直成分がゼロとなる、相対移動方向のターゲット表面上の位置の距離により定められる。これに対応して、プラズマチューブ９の直径ｄは、磁界ベクトルがターゲット表面に対して２０°の角度を形成する、ターゲット表面上での相対移動方向の位置の距離として定められる。これは、磁力線が２０°の角度でターゲット表面と交差する部位に一致する。これらの位置はターゲット２の長手方向の中心、従って、ほぼ図１に距離符号Ｃが存在する位置にある。幅狭側のプラズマチューブの幅Ｂは、磁界ベクトルがターゲット表面に対して２０°の角度を形成する、ターゲット表面上での相対移動方向の位置の最大距離として定められる。この連結部の最大距離は、図３の中心に位置する双頭矢印で近似されることを意味する。双頭矢印を上方または下方にシフトすると、距離は小さくなる。
【００２８】
従って、値Ｂ、ｄ、Ｃは、測定および／または計算により正確に決定できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】ターゲット上を移動する磁石システムの基本構成図である。
【図２】図１の構造のＩ−Ｉ断面図である。
【図３】ターゲットの均一侵食が得られる磁石システムを示す図面である。
【図４】ターゲットの均一侵食が得られる他の磁石システムを示す図面である。
【図５】図３または図４による磁石構造により得られるプラズマチューブを示す図面である。
【図６】３つの中央磁石を有する他の磁石システムを示す図面である。
【図７】図６による磁石システムで構成されるプラズマチューブを示す図面である。
【符号の説明】
【００３０】
１  磁石システム
２  ターゲット
３  外側磁石
４  内側磁石
５、６  長い棒磁石
７、８  短い棒磁石
９  プラズマチューブ
１１、１２  凹部（侵食チャネル）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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