(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバーに配置され、ターゲット（８）、第２ヨークプレート（21）、第１ヨークプレート（21’）、中空ねじ（20）および磁極片（14）を有し、第１ヨークプレート（21’）より小さい外径を有する第２ヨークプレート（21）と中空ねじ（20）とが連結され、第１ヨークプレート（21’）と磁極片（14）とが連結されることにより、磁力線がターゲットの背面に対して凸形状または平坦、あるいは平行なコースをとるターゲットの表面のエリアに磁場を含むスパッタリングカソード（２）を用いてマグネトロンカソードスパッタリングによって基板（27）をコーティングする方法であって、可変磁場を静磁場に重ねるように磁場が形成され、
（ａ）可変磁場がターゲットの背面（40）と少なくとも１つのヨークプレート（21、21’）との間の２つのコイル（76、77）によって形成され、
（ｂ）静磁場が、ヨークプレート（21、21’）のエリアまたはヨークプレート（21、21’）の外周のエリアにおいて、環状に配置された少なくとも１つの磁石（９）によって形成され、
（ｃ）ターゲット（８）と基板（27）との間のターゲット・スペース（84）が２つのコイル（76、77）の間の鉄芯（75）によって静磁場の短絡磁力線からシールドされ、
（ｄ）可変磁場が鉄芯（75）によって強くされる
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
磁場をコーティングプロセスの間に変化させる請求の範囲第１項に記載の方法。
【請求項３】
磁場を２つのコーティングサイクルの間に変化させる請求の範囲第１項または第２項に記載の方法。
【請求項４】
可変磁場がプリセットされた過程に従ってコントロールされる請求の範囲第１〜３項のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
基板上のコーティング厚さ、ターゲット表面の形状および／または磁場の形状を測定するセンサを用い、磁場がセンサの出力信号に従ってコントロールされる請求の範囲第１〜４項のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
マグネトロンカソードスパッタリングにより基板（27）をコーティングする装置であって、
（ａ）真空チャンバーに配置されるスパッタリングカソード（２）、磁極片（14）およびターゲット（８）、
（ｂ）ターゲット（８）の表面（41）のエリアにおいて連続的に変化し得る磁場を形成するアレンジメント（９、76、77）
を含み、
（ｃ）アレンジメント（９、76、77）が静磁場を形成する少なくとも１つの磁石（９）、および静磁場に重ねて連続的に変化し得る磁場を形成する磁気コイル（76、77）を含み、
（ｄ）磁気コイル（76、77）がターゲットの背面（40）と少なくとも１つのヨークプレート（21、21’）との間に設けられ、
（ｅ）少なくとも１つの環状に配置される磁石（９）がヨークプレート（21、21’）のエリアまたはヨークプレート（21、21’）の外周のエリアに設けられ、第２ヨークプレート（21）と中空ねじ（20）とが連結され、第１ヨークプレート（21’）と磁極片（14）とが連結されることにより磁力線がターゲットの背面に対して凸形状または平坦、あるいは平行なコースをとり、
（ｆ）鉄芯（75）が２つのコイル（76、77）の間に設けられている
ことを特徴とする装置。
【請求項７】
基板（27）上のコーティング厚さ、ターゲット表面（41）の形状および／または磁場の形状を測定するセンサにより特徴づけられる請求の範囲第６項に記載の装置。
【請求項８】
第１磁気コイル（76）がターゲット（８）の外周（55）のエリアに設けられ、第２磁気コイル（77）がターゲット（８）の内周（54）のエリアに設けられていることを特徴とする請求の範囲第６項または第７項に記載の装置。
【請求項９】
第１および第２磁気コイル（76、77）がターゲット（８）の頂面（57）または背面（40）に設けられていることを特徴とする請求の範囲第８項に記載の装置。
【請求項１０】
第１および第２磁気コイル（76、77）が横方向の同じ平面に配置されていることを特徴とする請求の範囲第８項または第９項に記載の装置。
【請求項１１】
第１および第２磁気コイル（76、77）が第１または第２ヨークプレート（21、21’）とターゲット（８）の背面（40）との間で横方向の同じ平面に配置されていることを特徴とする請求の範囲第８〜１０項のいずれかに記載の装置。
【請求項１２】
ヨークプレート（21）の外周のエリアに設けられる環状に配置される磁石（９）が、下側または第１ヨークプレート（21’）と上側または第２ヨークプレート（21）との間に配置されていることを特徴とする請求の範囲第６〜１１項のいずれかに記載の装置。
【請求項１３】
２つの磁気コイル（76、77）および環状に配置された磁石（９）がスパッタリングカソード（２）の中心軸（44）に関して同心状に配列されていることを特徴とする請求の範囲第６〜１２項のいずれかに記載の装置。
【請求項１４】
環状に配置された磁石（９）が第１磁気コイル（76）の外径とほぼ同じ、またはそれよりも小さいもしくは大きい外径を有する請求の範囲第６〜１３項のいずれかに記載の装置。
【請求項１５】
コイルまたは環状に配置されるコイル（76、77）を収容するリングチャンバー（86）が、ターゲット（８）と少なくとも１つのヨークプレート（21、21’）との間および／またはターゲット（８）に設けられた絶縁体（６）に設けられていることを特徴とする請求の範囲第６〜１４項のいずれかに記載の装置。
【請求項１６】
２つのコイルまたは環状に配置されたコイル（76、77）が異なる直径を有することを特徴とする請求の範囲第６〜１５項のいずれかに記載の装置。
【請求項１７】
第２の環状に配置されたコイル（77）が第１コイル（76）よりも小さい外径を有することを特徴とする請求の範囲第１６項に記載の装置。
【請求項１８】
環状に配置された磁石（９）が基板（27）の方に向けられたＮ／Ｓ極性を有することを特徴とする請求の範囲第６〜１７項のいずれかに記載の装置。
【請求項１９】
鉄芯（75）がヨークプレート（21、21’）の１つとターゲット（８）との間に設けられていることを特徴とする請求の範囲第６〜１８項のいずれかに記載の装置。
【請求項２０】
鉄芯（75）がヨークプレート（21、21’）の１つおよび／または絶縁体（６）とターゲット（８）との間に設けられていることを特徴とする請求の範囲第６〜１８項のいずれかに記載の装置。
【請求項２１】
２つのヨークプレート（21、21’）が中心軸（44）の方向において互いに離れていることを特徴とする請求の範囲第６〜２０項のいずれかに記載の装置。
【請求項２２】
２つのヨークプレート（21、21’）の間の距離が環状に配置される磁石（９）の高さにほぼ相当することを特徴とする請求の範囲第２１項に記載の装置。
【請求項２３】
２つのヨークプレート（21、21’）が異なる外径を有する、またはステップ状に配置されていることを特徴とする請求の範囲第２１項または第２２項に記載の装置。
【請求項２４】
小さい外径を有するヨークプレート（21）が冷却フィンガー（74）と連結され、大きい外径を有するヨークプレート（21’）が間接的または直接的に磁極片（14）と連結されていることを特徴とする請求の範囲第２２項に記載の装置。
【請求項２５】
コイル（76、77）に供給される電流を時間に応じて変化させ得ることを特徴とする請求の範囲第６〜２４項のいずれかに記載の装置。
【請求項２６】
コイル（76、77）に供給される電流またはコイルへの電流の供給をコントロール・カーブまたはプリセットされたプログラムによってコントロールすることができ、このために導線（78、79）がカレント・ディバイダ（80）を介してコンピュータ（82）と連動していることを特徴とする請求の範囲第６〜２５項のいずれかに記載の装置。
【請求項２７】
中心軸（44）の方向に見て、第１磁気コイル（76）が下側または第１ヨークプレート（21’）の上方に配置され、第２磁気コイル（77）が上側または第２ヨークプレート（21）の下方に配置されていることを特徴とする請求の範囲第６〜９項、および第１１〜２６項のいずれかに記載の装置。
【請求項２８】
第２の鉄芯（75’）および２つのリング形状の第２の磁気コイル（76’、77’）がターゲット・スペース（84）の外側に配置されていることを特徴とする請求の範囲第６〜２７項のいずれかに記載の装置。
【請求項２９】
基板（27）の下方で、第２の鉄芯（75’）および第２の磁気コイル（76’、77’）が鉄芯（75）および磁気コイル（76、77）に関して鏡面対称に配置されていることを特徴とする請求の範囲第２８項に記載の装置。
【請求項３０】
基板（27）のコーティングが、ターゲット（８）上で位置依存性のスパッタリングエネルギー（Ｅ’、Ｅ”）を調節することによってコントロールされる請求の範囲第１
〜５項のいずれかに記載の方法。
【請求項３１】
スパッタリング出力がプラズマ（93）の位置に応じてコントロールされることを特徴とする請求の範囲第３０項に記載の方法。
【請求項３２】
プラズマ（93）をターゲット（８）に対向する少なくとも１つの位置に調整することを特徴とする請求の範囲第３０項または第３１項に記載の方法。
【請求項３３】
プラズマ（93）の位置決めがターゲットの背面（40）に配置された磁気コイル（76、77）によって行われる請求の範囲第３２項に記載の方法。
【請求項３４】
プラズマをターゲット（８）上で連続的に移動させることを特徴とする請求の範囲第３０項または第３１項に記載の方法。
【請求項３５】
内側プラズマリング（93’）および外側プラズマリング（93”）がターゲット（８）に対向するように配置されることを特徴とする請求の範囲第３０〜３３項のいずれかに記載の方法。
【請求項３６】
中心軸（44）に関して同心状であるプラズマリングを、その半径を変化させることによってターゲット（８）上で移動させることを特徴とする請求の範囲第３４項に記載の方法。
【請求項３７】
請求の範囲第３０〜３６項のいずれかに記載の方法をコントロールする装置であって：
（ａ）層（92）のパラメータをコントロールするコントロールシステム（95）、
（ｂ）層（92）のパラメータが目標値と異なっている場合に補正値を算出する計算ユニット（82）、
（ｃ）補正値に従ってコーティングをコントロールするコントロールユニット（97）
を含む装置。
【請求項３８】
コントロールシステム（95）が、基板（27）の所定位置で、コートされた層（92）の反射、透過率および光学濃度等のパラメータを測定する測定アレンジメントを含むことを特徴とする請求の範囲第３７項に記載の装置。
【請求項３９】
フォトダイオード（101）が、コートされた層（92）の上方に配置され、発光ダイオードによって放射される光の透過率を測定するために光検出器（102）が基板（27）の下方に配置されていることを特徴とする請求の範囲第３８項に記載の装置。
【請求項４０】
スパッタリング出力、スパッタリング時間および磁場等のコーティング・パラメータが、コーティングプロセスの間に測定され、コントロールされることを特徴とする、請求の範囲第３７〜３９項のいずれかに記載の装置により実施される方法。
【請求項４１】
コーティング・パラメータが基板のコーティングが終了した後に測定され、次のコーティングプロセスにおいてプロセス・パラメータが測定結果に基づいて調節されることを特徴とする、好ましくは請求の範囲第４０項の方法と組み合わされて、請求の範囲第３７〜３９項のいずれかに記載の装置により実施される方法。
【請求項４２】
請求の範囲第４０項または第４１項に記載の方法であって、
（ａ）コーティング・パラメータを測定する工程、
（ｂ）計算ユニット（82）に測定値を送る工程、
（ｃ）プリセットされた目標値に基づいてコーティングプロセスの補正値を算出する工程、
（ｄ）補正値に基づいてコーティングプロセスをコントロールする工程
を含む方法。
【請求項４３】
工程（ａ）において、基板（27）が中心軸を中心として回転している間にコーティング・パラメータが測定され、それより平均が求められることを特徴とする請求の範囲第４２項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
本発明は、スパッタリングカソード（または陰極）によって基板（または基体）にコーティングを形成するためのマグネトロンカソードスパッタリング装置および方法に関する。スパッタリングカソードは、真空チャンバーに配置させることができ、好ましくは、スパッタリングカソードの中心軸に関して、磁極片（pole shoe）、ターゲットおよび少なくとも１つの同心状にまたは環状に配置された磁石を含む。
少なくとも１つの開口部を有し、当該開口部がその上にスパッタリングカソードを配置させることによって外部から密閉された真空チャンバー中で、プラズマによりディスク形状の基板を静的コーティングするためのカソードスパッタリング装置は、既に知られている（ＤＥ 43 15 023 Ａ１）。弾性を有する真空シールリングおよび環状アノードがカソードとチャンバー壁との間に設けられ、それらは外部から開口部を放射状に密閉し、アノードはカソードと面する表面に平坦な接触面を有する。公知のスパッタリングカソードはディスク形状の強磁性ヨーク（継鉄）および冷却プレートから成る。ディスク形状の絶縁体がこれら両者の間に挿入される。スパッタされるターゲットは、冷却プレートの前に配置され、一方、環状に配置される磁石は、冷却プレートの背面のグルーブ（または溝）に挿入される。環状に配置された磁石によって逆磁場が形成され、それは磁場の磁力線の経路に影響を及ぼす。これにより、磁場の磁力線の経路はほぼ平行、またはレンズ形状、あるいは凸形状となる。
ＵＳ−5 262 030は、コーティング中に磁場を変化させ得るマグネトロンスパッタリングカソードを開示している。磁場はターゲットのエリアを決定し、ターゲットから材料が放出される。この目的のために、数個の磁石を含むアレンジメント（または配列もしくは配置）が形成され、磁石がスパッタリングカソードの後ろに配置され、この磁石はターゲットの表面と平行である磁場を形成し、または形成しないように、選択的にスイッチオン（付勢）またはスイッチオフ（消勢）され得る。磁場は、重ねることによって放射状に外周側へ移動したり、またはターゲットの特定エリア上へ移行したりする。所定の磁場がスイッチオンまたはスイッチオフされるため、ターゲット表面のエリアにおける磁場は不連続的に変化させられる。
本発明の目的は、ターゲットの利用率が向上すると同時に極めて一定なコーティング厚さが得られる、改良されたカソードスパッタリング装置および改良されたカソードスパッタリング方法を提供することである。
この目的は請求の範囲に記載の特徴によって達成される。
基板の形状に合わせるために、基板が例えば円形、矩形、楕円形または他の形状を有する場合、カソード、ターゲット、ヨークおよび磁石のアレンジメントは、例えば、環状、矩形、楕円形または他の形状をとることができる。
好ましくは、連続的に変化し得る磁場を形成する少なくとも１つの別の手段が、基板の形状に従って配置された磁石に隣接して、ターゲットのエリアに設けられる。変化し得る磁場（可変磁場）を形成する手段に隣接する磁石の有利なアレンジメントのために、たとえ基板が種々のサイズを有していたとしても、一定のコーティング厚さが達成され、コーティング厚さの偏差は±２％〜３％の範囲とすることができる。スパッタリングのグルーブは、プリセットされた磁場に従って形成される。可変磁場を形成する手段と組み合わされたこの磁石のアレンジメントによって、主磁場は、プロセス全体を通じてエロージョン（erosion；または侵食）グルーブに意図的に影響を及ぼし得るように形成される。
可変磁場を形成する手段または少なくとも１つのコイルと組み合わされた磁石の有利なアレンジメント、例えば環状に配置された磁石のアレンジメントのために、磁場は、特にターゲット表面のエリアにおいて連続的に変化させられる。この点について、磁束線は中心から外側へ、または外側から内側へ延び、レンズ形状のコースをとり、その結果、可能な限り大きいエロージョン・グルーブが得られる。凹状のグルーブがかなり長いプロセスの後に得られる場合には、磁力線はターゲットの表面に対してほぼ平行なコースをとることが有利である。シールドプレートは磁力線がヨークに入ることを防止する。有利には、これらのコイルはまた時間に応じて調節することができ、その結果、一方においてはターゲットの寿命を、そして他方ではサイクル時間中の磁場を変化させることが可能となる。例えば、コントロール・カーブ（制御曲線）（ｆ(I)＝ｆ(t)）は経験的に決定することができ、このコントロール・カーブは、一方では基体が極めて均一にコートされることを確保し、他方ではターゲットが最適に活用されることを確保する。従って、例えば金のターゲットについて経験的に求められたコントロール・カーブは、コーティングプロセスに繰り返し使用され得る。コーティングプロセスのこのコントロール操作はまた、プログラムによってコントロールされ得る。
本発明において使用されるコイルにより、可変磁場が非常に経済的に形成される。
本発明においては、磁気コイルの使用により、プラズマを内側から外側に放射状に移動させ得るように、ターゲット・スペースにおける磁場を調節し、また意図的に変化させることが重要である。エロージョン・グルーブは、従って、ターゲット上を放射状に移動させてよく、または変化させてよい。従って、一方において、磁場を連続的に変化させることにより非常に幅の広いエロージョン・グルーブを形成でき、他方において、磁場を前後に段階的に切り替えることにより互いに隣接する２つのエロージョン・グルーブを形成することが可能である。
更に、少なくとも１つの第１コイルまたは、例えば環状に配置されるコイルを、ヨークプレートとターゲットとの間、またはヨークプレートとターゲットの背面との間に設けることが有利である。
本発明の装置の別の態様においては更に、少なくとも１つの環状に配置される磁石をヨークプレートのエリア、またはヨークプレートの外周のエリアに設けることが可能である。
本発明の別の態様においては、第１磁気コイルをターゲットの外周のエリアに設け、第２磁気コイルを冷却ヘッドのエリアに設けることが好都合である。
本発明による解決手段の好ましい態様によれば、２つの磁気コイルが場合によりターゲットの頂面（もしくは上側境界面）または背面の僅かに上方に設けられる。
本発明においては、２つの磁気コイルを横方向の同じ平面に配置させることが特に重要である。
本発明の態様とアレンジメントに関して、２つの磁気コイルを第１または第２のヨークプレートとターゲットの背面との間の横方向の同じ平面に配置させることが有利である。
更に、第１および／または第２ヨークまたはヨークプレートの外周のエリアに設けられる、例えば環状に配置される磁石は、下側または第１ヨークプレートと上側または第２ヨークプレートとの間に設けることが好都合である。
更に、２つの磁気コイルおよび環状に配置される磁石は、スパッタリングカソードの中心軸に関して同心状に配置させることが有利である。
このために、環状に配置された磁石は、第１コイルの外径とほぼ同じか、またはそれよりも小さいもしくは大きい外径を有することが好都合である。
更に、ターゲットと少なくとも１つのヨークプレートとの間に設けられた絶縁体および／またはターゲットに、コイルまたは環状に配置されるコイルを収容するリングチャンバーを設けることが有利である。
本発明の装置の別の態様において、２つのコイルまたは環状に配置されたコイルが異なる直径を有することもまた可能である。
本発明の別の態様によれば、環状に配置された第２コイルは、第１コイルよりも小さい外径を有することが好都合である。
本発明によるアレンジメントは、環状に配置された磁石が、基板に向けられたＮ／Ｓ極性を有することを保証する。
本発明の別の態様において、シールド手段が２つのコイルの間に設けられることが有利である。
本発明の励磁手段の別の態様によれば、シールド手段をヨークプレートのうちの１つとターゲットとの間に設けることもまた可能である。
更に、シールド手段はヨークプレートのうちの１つおよび／または絶縁体とターゲットとの間に設けることが好都合である。
重要な有利な態様は、２つのヨークプレートを中心軸に関して互いに間隔をあけることにより達成される。
更に、２つのヨークプレートの間の距離が、環状に配置される磁石の高さにほぼ相当することが好都合である。
更に、２つのヨークプレートが異なる外径を有すること、またはそれらがステップ状に配置されることが、好都合である。
本発明の装置の更に別の展開によれば、より小さい外径を有するヨークプレートは、冷却フィンガーと連結させ、より大きい外径を有するヨークプレートは間接的または直接的に磁極片と連結させることが更に可能である。
好ましくは、基板におけるコーティング厚さ、ターゲット表面の形状、および／または磁場の形状を決定するためにセンサが設けられる。
このために、コイルに供給される電流を時間および／またはセンサの信号に応じて変化させ得ることが好都合である。
更に、コイルに供給される電流またはコイルへの電流供給は、コントロール・カーブまたはプリセットされたプログラムによってコントロールできること、およびこのために導線をカレント・ディバイダ（current divider；または電流分割装置）を経てコンピュータと連動させることが好都合である。
有利には、極めて均一なコーティングおよびターゲットの活用が達成され得るように、スパッタリングエネルギーは位置および時間に応じてターゲットに与えてよい。更に、コーティングプロセスはプロセスの間、モニターされ、コントロールされてよい。
本発明の更なる利点および詳細は、請求の範囲および明細書において記載し、図面に示す。
図１は、複数の同心状に配置されたコイルおよび永久磁石のリングを備えたターゲットの断面図である。
図２は、ステップ状のヨークの模式図である。
図３は、磁極片および対応する磁力線を示す模式図である。
図４〜６は、種々のシールド手段のアレンジメントを有するステップ状のヨークの３種類の模式図である。
図７は、基板を連続的にコーティングするためのアレンジメントである。
図８は、２つの個々のスパッタリング位置でのスパッタリングプロセスの電流、出力およびエネルギーのダイヤグラムである。
図９ａは、コントロール前の基板上のコーティング厚さの分布である。
図９ｂは、コントロール後の基板上のコーティング厚さの分布である。
図１０ａは、静止したプラズマを用いたターゲットのスパッタリングである。
図１０ｂは、移動するプラズマを用いたターゲットのスパッタリングである。
図１１は、コーティングプロセスのコントロールループである。
図１２ａは、柱状の対称的な基板を測定するアレンジメントである。
図１２ｂは、図１２ａの測定アレンジメントのコーティング厚さ（透過）のダイヤグラムである。
基板、例えばコンパクトディスク（ＣＤ）27上にコーティングを形成するカソードスパッタリング装置を図１に示す。プロセスを実施するために、スパッタリングカソード２は、カソードスパッタリング装置のチャンバー壁１に設置することができる。カソードはディスク形状の強磁性の第１下側ヨーク21’（Ｉ）およびそれから離れている第２または上側ヨーク21（II）を有する。第１ヨーク21’の直径は第２ヨーク21の直径よりも大きい。
図１、２および３から明らかなように、２つのヨーク21、21’はステップ状の形態で、スパッタリングカソード２の縦（または長手）方向の軸44に関して軸対称に配置され、それらは互いに十分に間隔を置いて配置されており、この空間に、環状に配置される磁石９もまた縦方向の軸44に関して軸対称に配置され得るようになっている。この環状に配置される磁石９はターゲット８に関してＮ／Ｓ極性を有する。ヨーク21、21’、磁石９、およびヨーク21’上の磁極片14は縦方向の軸44を中心として駆動手段89によって回転させることができる。
より小さい外径を有する内側ヨークプレート21は、間接的または直接的に冷却フィンガー74と連結しており、より大きい外径を有するヨークプレート21’は、間接的または直接的に磁極片14と連結している。
図３において、例えば、変化する磁場を形成する手段、または一もしくは複数の磁気コイル76、77がヨークプレート21、21’のエリアに設けられている。
図１に示す２つの磁気コイル76、77は、ヨークプレート21’の下側水平面の下で横方向の同じ平面に配置されている。第１磁気コイル76はターゲット８の外周55のエリアに設け、第２磁気コイル77はターゲット８の内周のエリア54または冷却フィンガーもしくは冷却ヘッド74のエリアに設けてよい。２つの磁気コイル76、77はターゲット８の頂面57または背面40よりも僅かに上側に設けられる。この点に関して、環状に配置され、第１および／または第２ヨーク21、21’の外周のエリアに設けられる磁石９を、上側または第２ヨークプレート21と下側または第１ヨークプレート21’との間に設け、２つの磁気コイル76、77および環状に配置される磁石９をスパッタリングカソード２の中心軸44に関して同心状に配置すると、好都合である。
スパッタリングカソード２は更に冷却プレート７を含む。絶縁体６はヨーク21’と冷却プレート７との間で締着され、ねじ切りしたボルト91によって固定される。
スパッタされるターゲット８は、冷却プレート７の前方に設けられ、そこでボルト５により固定される。内側および外側磁気コイル76、77を収容する１つまたは２つの環状のグルーブ86が冷却プレート７の背面に設けられ、前記磁気コイル76、77はターゲット８の中心軸44に関して同心状となるように配置される。
ヨークまたは絶縁体６および冷却プレート７はボルト91および冷却フィンガー74によって固定される。絶縁体６はボルト91またはボルト73をヨークから有利に絶縁する。
磁場を形成するための電力供給源は、導線78、79を介して磁気コイル76、77に接続することができる。
磁石９は、磁束を導くようにヨーク21および／または21’ならびに磁極片14に連結され、従って完全な磁気閉じ込めを形成する。
磁極片14の下端部はフランジ88を形成し、このフランジに外側マスク（または遮蔽膜）またはアノード４が接続される。磁極片14の高さおよび／またはアノード４の高さは可変である。
基板27はアノード４の下端部に設けられて、ターゲット・スペース84をアノード４およびターゲット表面41とともに包囲する。
装置全体に延び、中空のねじ20および冷却フィンガー74を収容する開口部67は、スパッタリングカソード２の中心軸44のエリアに配置される。冷却フィンガー74は図示されていない冷却ラインに接続することができる。
ヨークプレートを有する第２ヨーク21は、中空ねじ20と接触することなく、軸方向において中空ねじ20の上端部と近接している。
第２ヨーク21（II）はフランジ22によって冷却ヘッドまたは冷却フィンガー74の上端部に連結され、一方、第１ヨーク21’（Ｉ）は磁極片14に連結され、ボルト73、73’によって固定することができる。
センター・マスクまたはセンター・アノード26は着脱自在に冷却フィンガー74のねじ部分90のフロント面または下端部に連結される。センター・アノード26はターゲット８の中央の凹部に延びており、この中央の凹部はターゲットのフロント面に設けられ、その下端部は外側アノード４または外側マスクとともに、基板27をマスクするリング形状のエリアを形成する。
環状に配置される磁石９と中心軸44との間の距離は態様に応じて変化させることができる。いずれの場合においても、環状に配置される磁石９は中心軸44と磁極片14との間に設けられる。図１から明らかなとおり、シールド手段75は２つのコイル76、77の間に設けられる。更に、シールド手段75を、ヨーク21、21’のうちの１つとターゲット８との間に設けることが可能である。シールド手段75は、一方では、コイル76、77の鉄芯であってそれらの磁場を強くし、他方では、磁場の変動を磁気コイルにより比較的小さい電流にてもたらすことができるように、ターゲットのスペース84を磁石９の短絡磁力線からシールドする。このために、シールド手段75は、ヨークプレート21、21’の１つおよび／または絶縁体６とターゲット８との間に設けてよい。磁石９はマグネトロンの磁場を形成する作用をする。図３では、カソードまたはスパッタリングマグネトロンの磁力線71は、磁力線42のようにターゲット表面41上で凸形状のコースを、磁力線42’のようにターゲットの背面40に関して平坦または略平行なコースをとっている。これはまた、有利にはシールド手段75によってもたらされる。そのようなアレンジメントは、非強磁性金属のターゲット、例えば金またはアルミニウムターゲットに特に適している。
２つの磁気コイル76、77は環状に配置された磁石９の僅かに下側に配置される。環状に配置される磁石９は多数の磁石から成る単一の環状に配置された磁石で形成され得る。図１から明らかなとおり、外側の環状に配置された磁石は、２つの磁気コイル76、77よりもターゲットの背面40から離れた位置にある。
例えば、アルミニウムターゲットまたは金ターゲットとして実施され得るターゲット８の実施態様に応じて、絶対的な磁場の強度を大きくするために、第１の環状に配置された磁石９に加え、少なくとも１つの環状に配置された別の磁石（図示せず）を磁石９の付近に設けることができる。
図３に示す磁気コイル76、77により主磁場は変化させることができ、これらのコイル76、77は所定の極性を有し得る。
コイル76、77に供給される電流Ｉは時間に応じて変化し得る。コイル76、77に供給される電流Ｉまたはコイルへの電流供給は、コンピュータ82にプリセットされたプログラムまたはコントロール・カーブによってコントロールすることができ、このために、導線78、79はカレント・ディバイダ80を経由してコンピュータ82と連動している。従って、ターゲットの表面41に全体のスパッタリングプロセスを通じて意図的に影響を及ぼすことができ、同時に、基板27に形成されるコーティングが一定の厚さを有し、コーティングの厚さの偏差を±２％〜３％の範囲とし得ることが確保される。必要とされるコントロール・カーブは経験的に決定され得る。従って、対応するいずれのターゲット、例えば金またはアルミニウムターゲットについても、電流供給に最適なコントロール・カーブを決定することができる。更に、基板上のコーティング厚さ、ターゲット表面の形状および／または磁場の形状はセンサーによってモニターすることができ、コイル76、77への電力供給はそれに応じて調節され得る。
既に言及したように、ヨークが一体でなく、分割されており、２つの個々のパーツ、即ち、上側および下側ヨークプレート21、21’から構成されれば特に好都合である。その場合、これらのパーツは軸対称である２つのディスクから成り、互いに離れていて、それらの間に少なくとも１つの磁石９を設けることができるようになっている。
図４および５は、基板27にコーティングを形成するカソードスパッタリング装置の別の実施態様を示す。この態様において、コイル76、77またはヨークプレート21、21’および磁極片14はまた、図１に示す態様とは異なる形態にて配し又は実施することができる。
図４においても、ヨークプレート21、21’は、ステップ状となるように形成されている。この場合、図４の上側ヨークプレートの内側エッジは中空ねじ20と連結され、外側エッジは、環状に配置された磁石９を介して、段になっている下側の第１ヨークプレート21’の内側エッジと連結されている。第１ヨークプレート21’の外側エッジは磁極片14と連結している。第２コイル77よりも大きな直径を有する第１コイル76は下側ヨークプレート21’の上方において、下側ヨークプレート21’の外側エッジと下側ヨークプレートの外側エッジとの間に配置される。一方、より小さい直径を有する第２コイル77は上側ヨークプレート21の下方において、下側ヨークプレート21’の内側エッジと中空ねじ20との間に配置される。この装置の残りのアレンジメントは、図１の装置のアレンジメントに相応する。
図４において、コイル76、77は、図１、５および６の実施例のコイルよりも、ターゲット８から離れたところに配置される。従って、図４のコイルは図１、５および６の実施例のコイル76、77よりも大きくする必要があり、当該コイルには、より多くの電流を供給する必要がある。図４によれば、プラズマは他の実施態様と同じ程度に変位させることができ。その場合、図４のエネルギーの所要量は僅かに高い。
図５の実施態様においても、ヨークプレート21、21’は分割されており、それらはまた、異なる直径を有するリング形状のヨークプレート21、21’として実施される。その場合、両方のヨークプレートは、装置のベースに関して水平であり、中心軸44と直交する平面に配置されている。リング状磁石９は２つのヨークプレート21、21’の間に設けられている。２つの環状に配置されたコイル76、77はシールド手段75を囲み、図５では、ターゲット・スペース84に配置されている。図５の実施態様において、ヨーク21、21’は中心軸44に関して放射状に分割されている。従って、磁石９は、磁束が中空ねじ20および磁極片14の間で良好に分布するように配置し得る。従って、ターゲット・スペース84において一様な水平方向の磁場を得ることができる。既に言及したように、この磁場は、コイル76、77によって意図的にコントロールされ得る。図５によれば、中心軸44と磁石９との間の半径Ｒ９は、最適な磁場42を形成し得るように変化させたり、または調節したりすることができる。
図６の実施態様は、２つのリング状のコイル76’、77’を有する第２のシールド手段75’がターゲット・スペース84の外側に位置し、図５におけるように配置されていることに関して、図５の実施態様と異なっている。２つのコイル76、77または76’、77’を有するターゲット・スペース84内またはターゲットスペース84の外側にある追加のシールドプレート75は、意図的にそしてより最適に磁場をコントロールする作用をする。従って、磁束線（磁場42参照）のレンズ形状がコントロールされる。
図３のようなレンズ形状の磁場42を形成することにより、ターゲット８に、有効ガス原子、例えばアルゴン原子をスパッタリングチャンバー内でイオン化する作用をする電子の閉じ込めがもたらされる。電子は磁場によってターゲット８の上方に保持され、それらは従ってアノードへ流れることができない。従って、電子は実際にはイオン化プロセスに数倍貢献し得る。その結果、一定のコーティング厚さを基板27の表面において達成することが更に確保される。
説明したアレンジメントによれば、そして電流−時間関数（ｆ(I)＝Ｉ(t)）を考慮すれば、最適な一定のコーティング厚さが達成される。既に言及したように、このアレンジメントにおいて、電流はターゲットの表面に応じて変化させられる。種々の電流をコイル76、77に供給することにより、ターゲット表面41の上方でプラズマを放射状に変位させ得る。このことは、プラズマがターゲット８の表面に関して左または右のどちらかに変位させられることを意味する。従って、基板27の表面コーティングは、しっかりと方向付けられてスパッタされ、または成長する。
ヨークプレート21、21’をステップ状に形成することにより、非常に簡単な、費用効率のよい全体的なカソードの構成が得られ、簡単な環状に配置される磁石を使用することもできる。磁石は、例えば、リング状磁石ではなく、正方形または矩形の磁石に形成することもでき、ヨークプレート21および21’の間に容易に設けることができる。リング状磁石はより複雑であり、従って、正方形または矩形の磁石よりもより高価である。
個々のコイルには種々の程度に影響を及ぼすことができ、それらは実施態様に応じて結合してもしなくてもよい。例えば、図１および３〜６のコイル76、77は直列に接続してよい。
既に言及したように、ターゲットの下方または他の場所に配置して図１および３〜６のようにコイルを用いることにより、プラズマが内側から外側へ放射状に変位し得るように、ターゲット・スペースにおいて磁場を意図的にコントロールし、そして変化させ得ることは好都合である。従って、エロージョン・グルーブをターゲット上で半径方向に変位させることが可能である。その結果、一方では、連続的に磁場を変化させることによって非常に幅の広いエロージョン・グルーブを形成することができ、他方では、磁場を前後に段階的に切り替えることによって互いに隣合う２つのエロージョン・グルーブを形成することが可能である。
従って、一定のコーティング厚さは、カソード（ターゲット）のエリアにおいて、時間に関して変化する磁場を追加する（重ねる）ことによって達成され得る。この可変磁場は、コーティングのサイクル中にコーティング厚さを最適化する作用をする。このために、経験的に決定され、磁気コイルを選択する役割をする電流−時間関数が決定される。
図５および６に従って、ターゲット・スペース84に設けられるコイル76、77は、主にターゲット・スペースにおいて磁場をコントロールする作用をする。ターゲット・スペース84の外側の磁場をコントロールするために、図６では、追加のコイル76’、77’およびシールドプレート75’が設けられている。
本発明は一定のコーティング厚さ、向上したターゲット利用率、およびターゲット表面のコンディショニングを調節する方法を更に提供する。この方法は、従来の技術においてありがちな基板のエッジにおけるコーティング厚さが不均一になることを防止し得るように、ターゲット上で調節し得る位置依存性のスパッタリングエネルギーに基づくものである。
図７は、例えばターゲットの背面に配置した磁気コイル76および77を好適にコントロールすることにより、内側のプラズマリング93’および外側のプラズマリング93”をターゲット８上において２つの特定の位置に配置するアレンジメントを示している。プラズマリング93’および93”は特定のスパッタリングエネルギーＥ’およびＥ”をそれぞれ有する。種々のスパッタリングエネルギーによってもたらされるコーティング92の種々の付着の割合（またはレート）が基板27上において部分的に重なった場合に、図においてはコーティングの付着を破線で示しているが、一定の厚さのコーティング92が形成される。コーティング92の付着の間、基板またはターゲットは中心軸44を中心として回転し得る。図７に示すように、プラズマはターゲット上（即ち、基板27に面する表面上）で、２つまたはそれ以上の静止した位置に配することができる。更に、ターゲット上でプラズマを連続的に移動または揺動させることも可能である。この点に関して、スパッタリング出力（または性能）は、カソード電流およびカソード電圧を調節することより、プラズマの位置に応じて調節され得る。本発明によれば、中心軸44に関して同心状であるプラズマリングは、その半径を変化させることによってターゲット８上を移動し得る。
図７におけるアレンジメントは図８でより詳細に説明される。図８の時間軸（横座標）上において、内側および外側磁気コイル（例えば、図１のコイル76および77）の励磁電流を上部の図に示しており、ターゲットの内側および外側の位置でのスパッタリング出力を真中の図に示しており、ターゲットの内側および外側の位置で得られるスパッタリングエネルギーを下の図に示している。コーティングのサイクルの時間ｔz中、まず、内側コイルが時間ｔiの間に電流Ｉinsideによって励磁され、内側プラズマリングが形成される。同時に、時間ｔiの間にスパッタリングエネルギーＥinsideの増加をもたらすスパッタリング出力Ｐinsideが、カソードとアノードとの間の電圧によって内側のターゲット位置で調節される。時間ｔiが経過した後、内側磁気コイルはスイッチオフされ、外側磁気コイルが時間ｔaの間に励磁され、外側プラズマリングが形成される。同時に、時間ｔaの間にスパッタリングエネルギーＥoutsideの増加をもたらすスパッタリング出力Ｐoutsideが、カソードとアノードとの間の電圧によって外側のプラズマ位置で調節される。外側磁気コイルをスイッチオフした後、コーティングサイクルは終了する。
ターゲット８に存在する位置依存性のスパッタリングエネルギーがコーティングの厚さに影響を及ぼすことは、図９ａおよび９ｂの比較から明らかである。図において、コーティング92の厚さは基板上に半径方向において内側から外側へ付着する。本発明の方法を用いない場合、図９ａに示すようにコーティング厚さには依存性が生じる。本発明の方法によれば、図９ｂに示すようにコーティングの厚さはかなりの程度まで均一化され得る。
位置依存性のスパッタリングエネルギーの本発明の方法はまた、ターゲット効率およびターゲット表面のコンディショニングに非常に好ましい影響を与える。
図１０ａは、低いスパッタリングエネルギーによりバックコーティング94がターゲットのエッジにて形成され得ることを示す。この点に関連して、望ましくない粒状構造が生じ得る。
図１０ｂは、本発明に従ってプラズマ92がターゲット８上を移動する場合に、エッジにおけるバックコーティングまたは反転コーティング（reverse-coating）が避けられることを示している。
特に、ターゲットにおけるバックコーティングは、１回のサイクルにおけるスパッタリングの量をバックコーティングの量と少なくとも同程度に調節することによって避けることができる。この点について、スパッタリングプロセスの反応性はターゲット表面での出力（または電力）密度に依存する。スパッタリング出力が同じである場合において、出力密度は大きなターゲット表面よりも小さなターゲット表面においてより大きくなる。出力密度が非常に高い場合、プロセスは金属的、即ち、金属ターゲットだけがスパッタされ、その結果、反応性スパッタリングは起こらない。従って、出力密度は対応するターゲット表面に適合させる必要がある。本発明によれば、これは磁気コイルを適当にコントロールすること、およびカソード／アノード電圧を適当に調節することによってなされる。本発明の方法は、ターゲット−基板間の距離が小さく、ターゲットが厚い場合であっても、極めて一定なコーティング厚さを与える。
図１１は、コーティング厚さをコントロールし、一定のコーティング厚さが確実に達成されるように、本発明の方法に従って、並びに基板およびそのコーティングを測定することによって、後のコーティングサイクルのプロセス・パラメータを調節することができるコントロールループを示している。
コーティング92を形成した後、基板27はコーティング厚さまたはコーティング厚さの分布を測定するコントロールシステム95に供給される。その結果は、コンピュータ82に送られ、コンピュータ82はこの値を、例えばオペレータによって入力ユニット96を介して入力され得る目標値と比較する。測定された値と目標値が一致しない場合、コンピュータはコーティング厚さの補正値を計算する。補正値は、スパッタリング装置100でコートされる次の基板27でのコーティング厚さを再調整するために、プラズマ電流供給98および磁場偏向99をコントロールするコントロールユニット97に送られる。
図１２ａは、柱状の対称的な基板のコーティング厚さを決定する測定アレンジメントの例を示す。３つ又はそれ以上のフォトダイオード101がコーティング92の上に配置されている。各フォトダイオードに割り当てられた３つ又はそれ以上のフォトセンサ102が基板27の下に配置されている。そして、コーティング厚さは、測定する光の透過率に基づいて決定することができる。光の透過率は、一定の基板の厚さでのコーティング92の厚さに反比例する。
コーティング厚さを表す、半径に関して対応する透過率値を、図１２ｂに示す。不規則な値の平均をとるために（誤差範囲は垂直方向のエラー・バーとして模式的に示している）、コートした基板を測定の間、中心軸44を中心として回転させる。
反射を用いて測定を行ってもよい。
コーティングプロセスの間にコーティング厚さを測定し、コーティングプロセスの間にコーティング厚さをコントロールすることが可能である。
本発明の方法は、コーティング、ターゲット効率、およびターゲットのコンディショニングを連続的に修正変更し得る点において有利である。
【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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【図８】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【図１１】
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【図１２ａ】
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【図１２ｂ】
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