JPH07166348A - マグネトロンスパッタリング方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 カソード表面積の広い領域にわたって、マグ
ネトロンスパッタリングを行なうことである。 【構成】 マグネトロンスパッタリング方法において、
スパッタリングされるカソード表面上の体積は磁界によ
り左右され、カソード表面と２回交わる上記磁界の磁力
線は、カソード表面積全体の８０％より大きい領域に広
がる。放電開始圧力は、３×１０^−２Ｐａ以上の値をも
ち、放電停止圧力は、１．５×１０^−２Ｐａ以上の値を
もつ。本方法は、スパッタリングされるカソード表面全
体の少なくとも８０％を占める有効カソード領域と、中
央カソード領域と、周辺カソード領域からなる、領域を
定められたスパッタリングされるカソード表面を備えた
マグネトロンスパッタリング装置において達成される。
カソードの形状と磁界供給源として、種々のものが説明
されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、マグネトロンスパッタ
リング方法および装置に関し、マグネトロン放電の放電
特性、特に放電開始圧力および／または放電停止圧力の
調節の問題を解決するものである。

【０００２】

【従来の技術】直流グロー放電におけるカソードスパッ
タリングは、たとえば薄膜の形成に用いられる公知のプ
ロセスである。カソードとアノード間のグロー放電にお
ける従来の二極型スパッタリングでは、１０〜１００Ｐ
ａ程度の高圧のプロセスガスが必要であり、効果的では
なかった。より低い動作圧力を達成するために、さまざ
まな方法が用いられている。最も一般的に用いられてい
るのは、米国特許第３８７８０８５号（１９７５年）お
よび米国特許第４１６６０１８号（１９７９年）に開示
されたマグネトロン原理に基づくものである。平板マグ
ネトロンスパッタリングにおいて、カソード上の磁界
は、２つの同心状に配置された磁極間の磁力線による閉
トンネルの形で発生する。交差した電界と磁界における
電子ドリフトの結果として、電子の軌道はかなり長くな
る。通常５×１０^−１Ｐａ〜１０Ｐａの放電開始圧力に
少なくとも等しい圧力において、通常約５００Ｖ〜１０
００Ｖの電圧をカソードと真空室との間に与えると、安
定したグロー放電が開始され、次いで、動作圧力を、放
電が自然停止する放電停止圧力よりも大きい値に調節す
る。マグネトロンスパッタリングにおける放電停止圧力
は、通常２×１０^−１〜１Ｐａの範囲にある。例外とし
て、Ｊ．Ｌ．ＶｏｓｓｅｎおよびＷ．Ｋｅｒｎ編「Ｔｈ
ｉｎ Ｆｉｌｍ Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ（薄膜プロセ
ス）」（アカデミック・プレス、ニューヨーク、１９７
８年発行）によれば、マグネトロングロー放電は、約１
０^−１Ｐａより低い動作圧力において安定であり、下限
は約５×１０^{− ２}Ｐａである。

【０００３】上述した従来の平衡マグネトロンのほか
に、非平衡マグネトロンも開発されており、「Ｊｏｕｒ
ｎａｌ ｏｆ Ｖａｃｕｕｍ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」Ａ４（１９８６年発行）の１
９６頁に掲載されたＢ．ＷｉｎｄｏｗおよびＮ．Ｓａｖ
ｖｉｄｅｓの論文、および、「Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆＶ
ａｃｕｕｍ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌ
ｏｇｙ」Ａ９（１９９１年発行）の１１７１頁に掲載さ
れたＪ．Ｍｕｓｉｌ、Ｓ．Ｋａｄｌｅｃ、Ｗ．Ｄ．Ｍｕ
ｎｚの論文などに記載されている。平衡マグネトロンと
非平衡マグネトロンの差異は、平衡マグネトロンにおい
てはカソード中心部の磁界が周縁部と同程度の強さをも
つのに対し、非平衡マグネトロンにおいては、中心部
（非平衡マグネトロン１型）もしくは周縁部（非平衡マ
グネトロン２型）のいずれかにおける磁界がより強くな
っていることである。非平衡マグネトロン２型において
は、中心軸における磁界の方向が、カソードから特定の
距離のところで反転し、ここで外側磁極の磁界は内側磁
極の磁界よりも優勢になる。実際のところ、「非平衡マ
グネトロン」という名称は、非平衡マグネトロン２型に
対して用いられはじめたものである。これは、平衡マグ
ネトロンおよび非平衡マグネトロン１型の両者に比べ
て、非平衡マグネトロン２型では、基板近傍におけるプ
ラズマ密度が高いからである。これらすべての型のマグ
ネトロンでは、カソード近傍の磁界は、２つの同心磁極
のあいだの磁力線の閉トンネルの形をした、同様な磁界
形状を有している。したがって、これらのマグネトロン
の磁界を「マグネトロン型の磁界」と呼ぶことができ
る。ところで、非平衡マグネトロンにおいてさえ、従来
のものよりも低い放電停止圧力は知られていない。

【０００４】磁界および電界の組合せを用い、マグネト
ロンカソードにおいて特に例外的に良好なプラズマ閉じ
込めを可能とした場合においては、ほぼ２×１０^−２Ｐ
ａの放電停止圧力値が得られた。このようなシステムの
１つとして、互いに反対向きにならべた複数個の磁石を
備えた、同じ大きさの２つの円形マグネトロンの組合せ
がある。「ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ
Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ」１６（５）号（１９８０年発
行）の６４６頁に掲載されたＭ．Ｎａｏｅ、Ｓ．Ｙａｍ
ａｎａｋａ、Ｙ．Ｈｏｓｈｉによる論文を参照された
い。チェコ特許出願第ＰＶ４８０４−８９号には、マグ
ネトロンスパッタリングにおいて低い放電停止圧力を達
成するための別の方法が記載されており、これは、従来
のまたは非平衡マグネトロンの磁界を多極磁界に組合せ
たものを利用している。これらのシステムは、しかしな
がら、従来のマグネトロンよりもかなり複雑である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、先行
技術の欠点を解決し、できるかぎり低い動作圧力でマグ
ネトロンスパッタリングを行なうことである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明によるマグネトロ
ンスパッタリング方法では、スパッタリングされるカソ
ードに、高周波電源または直流電源を印加して、アノー
ドおよび／または真空室に対してカソードをマイナスに
分極し、上記カソード上の磁力線のつくる閉トンネルの
磁界を上記カソード上に形成し、つぎに、放電開始圧力
以上の圧力において、上記カソードと、上記アノードお
よび／または上記真空室との間に安定したグロー放電を
開始し、つぎに、プロセスガスの動作圧力を放電停止圧
力よりも大きい値に調節する。本発明の本質は、スパッ
タリングされるカソード表面上の体積が、上記カソード
の形状に対応する形状をもつ磁界により左右されること
にある。上記カソード表面と２回交わる上記磁界の上記
磁力線は、できるだけ広いカソード領域に、特に、カソ
ード表面積全体の８０％より大きい領域に広がる。上記
カソード表面と２回交わる上記磁界の上記磁力線は、上
記カソードの中心近傍から発生し、中心から離れた位置
でふたたび上記カソードと交わる。あるいはその逆とな
る。すなわち、磁界は、カソード周縁部から生じる磁力
線の大多数がカソードの中心部と交わり、同様に、カソ
ードの中心部から生じる磁力線の大多数がカソード周縁
部と交わるという形状を有している。

【０００７】用途によっては、放電をできるかぎり低圧
で開始させることが重要となる。放電開始圧力は、たと
えば、３×１０^−２Ｐａ〜１０^−１Ｐａの範囲に調節さ
れる。ここで、上限はもっと高くてもよく、下限は、た
とえば、カソードの大きさおよび使用するプロセスガス
の種類に依存する。この範囲内で、カソードに接続され
る電圧を用いて放電開始圧力を最小にすることが可能で
ある。この電圧の値は、たとえば、２００Ｖよりも高
く、通常５００Ｖ〜９００Ｖの範囲において最小放電開
始圧力に達する。

【０００８】また、その他の用途の中には、できるかぎ
り低い動作圧力において安定したスパッタリングを達成
すること、すなわち、放電の開始後、できるかぎり低い
放電停止圧力に到達することを目標とするものがある。
放電停止圧力は、たとえば、１．５×１０^−２Ｐａ〜５
×１０^−２Ｐａの範囲に調節される。もちろん、上限は
さらに高くてもよく、下限は、やはり、たとえばカソー
ドの大きさおよび使用するプロセスガスの種類に依存す
る。

【０００９】カソード上の磁界の形が維持されていると
きには、カソード表面における磁束密度を調節すること
は依然として可能である。すなわち、まず第一に最小放
電停止圧力を調整することができるだけではなく、放電
開始圧力および放電電圧および／または放電電流をも調
節することができる。通常２５０Ｇ〜１０００Ｇの範囲
において最小放電停止圧力に達するにもかかわらず、磁
力線トンネルの中央における磁束密度は５０Ｇよりも高
い値をもつ。マグネトロンの動作は、得られる磁界の方
向、すなわち、磁界のＮ極がマグネトロンの中央にある
かその周縁にあるかということには依存しない。

【００１０】最小放電停止圧力は、放電電流を用いても
調節することができる。通常、低い値の放電電流におい
て最小放電停止圧力に到達する。但し、極めて低い電流
値は除く。カソードにおける最適電流密度は通常０．２
〜２０ｍＡ／ｃｍ^２の範囲にある。

【００１１】マグネトロンスパッタリング装置は、ガス
導入口とガス排気口を設けた真空室と、スパッタリング
される物質で表面を形成した少なくとも１つの平板カソ
ードと、カソードと真空室との間および／または、カソ
ードと、真空室から絶縁されるとともに真空室内に配置
された特殊アノードとの間に接続された高周波電源また
は直流電源から構成され、さらに、カソード冷却水路を
備えている。本発明の本質は、スパッタリングされるカ
ソードの形状および寸法に関連する磁界の空間的分布を
限定することにある。スパッタリングされるカソード表
面は、カソード表面と２回交わる磁力線により限定され
た有効カソード領域と、該有効カソード領域の内側に位
置しかつ限定された中央カソード領域と、該有効カソー
ド領域の外側に位置しかつ限定された周辺カソード領域
からなる。本発明による有効カソード領域は、できるか
ぎり大きく、スパッタリングされるカソード表面全体の
少なくとも８０％を占める。また、中央カソード領域、
もしくは、周辺カソード領域、または、その両方はゼロ
であってもよい。

【００１２】カソードは、円形または略円形の形状をも
ち、この場合、中央カソード領域はスパッタリングされ
るカソード表面全体の２％以下、周辺カソード領域はス
パッタリングされるカソード表面全体の２０％以下がの
ぞましい。ここで、両者の合計は２０％以下がのぞまし
い。

【００１３】また、カソードは、たとえば、長方形や楕
円形などの長形でもよい。この場合には、中央カソード
領域はスパッタリングされるカソード表面全体の１０％
以下、周辺カソード領域はスパッタリングされるカソー
ド表面全体の１５％以下がのぞましい。ここでも、両者
の合計は２０％以下とする。

【００１４】上記の領域の相対的限度は、厳密なもので
はなく、これらの限度を少しぐらい越えても、たとえ
ば、放電停止圧力の低減などにおいて、ある程度の効果
は達成される。しかし、最大の効果を上げるには、実際
の要件はなおいっそう厳密でなければならない。

【００１５】このような厳密な要件は、本発明の装置の
別の変形によって満足される。ここでは、カソードの形
状は、カソードの有効領域を画定する曲線の形状により
定められる。たとえば、磁界が軸対称であれば、カソー
ドは円形となる。矩形磁気回路により発生する磁界の場
合には、カソードは通常矩形とはならず、有効カソード
領域の形状および寸法で定められる形状、たとえば角を
丸めた長形となる。

【００１６】装置のさらに別の変形によれば、カソード
は矩形を有し、カソードの周辺部は、非磁性の電導体に
より構成されたシールドカバーで被覆されている。シー
ルドカバーはカソードから電気的に絶縁され、その内寸
は、カソードの有効領域の寸法に対応する。このシール
ドカバーは、アノードまたは真空室に電気的に接続して
もよいし、あるいは、プラズマにおける浮動電位を含む
選択された電位に維持してもよい。この場合、放電はシ
ールドカバーとカソード周辺部の間の空間では開始され
ず、有効カソード領域に閉じ込められる。

【００１７】磁界供給源が、基本的に、スパッタリング
されるカソード領域全体の１０％を越える中央カソード
領域をもつ従来のマグネトロンの磁界供給源と同一の場
合には、軟磁性材で構成されたフレームを、カソードの
外縁部の上方に配置し、カソードに電気的に接続する。
これは、カソード中心から発生される磁力線を引きつ
け、有効カソード領域を広げるものである。

【００１８】装置のこれらの変形には、たとえばカソー
ドの裏側に配置されるとともに、たとえば複数個の永久
磁石または１つの電磁石から構成された磁気回路を利用
できる。別の変形は、より柔軟なレイアウトを述べてお
り、有効カソード領域と、中央カソード領域と、周辺カ
ソード領域の面積を最適に調節することを可能とする。
この変形の本質は、得られる磁界が、少なくとも２つの
独立した磁界供給源、すなわち、カソード表面に垂直な
中心軸と同軸的にカソードの裏側に配置されたマグネト
ロン型の磁界供給源と、カソード表面に垂直な中心軸と
同軸的にカソードの裏側に配置された非平衡磁界の供給
源の磁界から構成されることにある。ここで、両供給源
の少なくとも一方は、電磁石である。マグネトロン型の
磁界供給源として、カソード表面に垂直な中心軸と同軸
的にカソードの裏側に配置されるとともに第１の電流供
給源に接続された第１のコイルを用いることができ、第
１のコイルの内側には、軟磁性材からなる第１のコアを
配置する。非平衡磁界の供給源として、概ねカソードよ
りも大きい第２のコイルを用いることができ、この第２
のコイルは、カソード表面に垂直な中心軸と同軸的にカ
ソードの裏側に配置され、第２の電流供給源に接続され
る。カソードの裏側には、第１のコイルのまわりに、透
磁率の高い材料から形成されたリング状の第２のコアが
配置される。第２のコイルは第２のコア上に配置され、
第１のコアは第２のコアとともに、透磁率の高い材料か
ら形成されたプレートを用いて、第１のコイルの裏側に
接続される。

【００１９】

【実施例】実施例１ 図１を参照すると、真空室１には、ガス導入口２および
ガス排気口３が設けられ、真空室１の内部には電気的に
絶縁された平板円形カソード４が配置されている。直流
電源５がカソード４と真空室１の間に接続されている。
冷却水路６は、冷却液を流通させる。２つの電磁石から
なる磁界供給源がカソード４の裏側に配置されている。
マグネトロン型の磁界供給源として、第１のコイル７
が、第１の電源８に接続されている。第１のコイル７の
内側には、磁性材料からなる第１のコア９が配置されて
いる。非平衡磁界の供給源として、カソードとほぼ同じ
大きさをもつ第２のコイル１１が、第２の電源１２に接
続されている。カソード４の裏側には、第１のコイル７
の周囲で且つ第２のコイル１１の内側に、軟質磁性材料
から構成されたリング状の第２のコア１３が配置されて
いる。第１のコア９は第２のコア１３とともに、透磁率
の高い材料からなるプレート１４を用いて、第１のコイ
ル７の裏側に磁気的に接続されている。この実施例にお
いて、カソード４の大きさと磁界の形状の関係は、つぎ
のとおりである。すなわち、磁力線３０１により限定さ
れる有効カソード領域１５が、カソード表面のほぼ全体
をもって構成され、中央カソード領域１６はスパッタリ
ングされるカソード表面４全体のわずかに約０．０５％
を占めるにすぎず、周辺カソード領域１７はない。磁力
線３０２は有効カソード領域１５を画定する。中央カソ
ード領域１６と、周辺カソード領域１７と、有効カソー
ド領域１５とは、電流比Ｉ_２／Ｉ_１を利用して調節する
ことができる。ここでＩ_１は第１の電源８から第１のコ
イル７への電流、Ｉ_２は第２の電源１２から第２のコイ
ル１１への電流である。

【００２０】実施例２ 図２は、図１に示す装置における放電開始圧力と放電停
止圧力とを、非平衡磁界とマグネトロン型磁界の強さの
比の関数として示すグラフである。この装置は、銅およ
び亜鉛の合金から形成された直径１２４ｍｍの円形カソ
ードを備えている。プロセスガスにはアルゴンを用い
た。放電電流は１Ａ、放電開始電圧は１０００Ｖであっ
た。電流比Ｉ_２／Ｉ_１は、両磁界の比率の尺度である。
ここでＩ_１は第１の電流供給源８から第１のコイル７へ
の電流、Ｉ_２は第２の電源１２から第２のコイル１１へ
の電流である。電流比Ｉ_２／Ｉ_１の関数として、曲線２
０１は放電開始圧力を示し、曲線２０２は放電停止圧力
を示す。両曲線２０１および２０２は、電流比Ｉ_２／Ｉ
_１＝２．１３に対応する点Ｂにおいて明らかな最小値を
示す。この比率は図４に示す磁界形状に対応する。Ａ点
は、電流比Ｉ_２／Ｉ_１＝１．２５に対応し、図３に示す
磁界形状に対応する。Ｃ点は、電流比Ｉ_２／Ｉ_１＝５．
０に対応し、図５に示す磁界形状に対応する。図３、図
４、図５は、カソード中心軸を含む平面で切った円形マ
グネトロンの断面の半分における磁力線の形状を示す。
磁力線３０１はカソード表面４と２回交わり、磁力線３
０２はこのような磁力線のうちでもっとも遠くにある。
すなわち、磁力線３０２とカソード表面４との交差部に
より、有効カソード領域１５が画定される。図３の磁力
線３０３は、中央カソード領域１６から発生し、カソー
ド４とは２回交わらないが、これらはたとえばカソード
４の外側の真空室１と交わる。同様に、図５の磁力線３
０４は周辺カソード領域１７から発生し、カソード４と
２回交わることはない。図４において、中央カソード領
域１６と周辺カソード領域１７は、ほとんど存在せず、
磁力線３０２は、カソード４の中心点とその周縁とをぴ
ったり接続している。すなわち、有効カソード領域１５
は、スパッタリングされるカソード表面４の全体を実質
的に占め、まさにこの構成において、マグネトロンカソ
ード４において、最高のプラズマ閉じ込めと最小の放電
開始圧力および放電停止圧力とを達成できる。

【００２１】実施例３ 銅で形成した直径１００ｍｍの円形カソードと、チタニ
ウムで形成した別のカソードをそれぞれ備えたマグネト
ロンにおいても、実施例２と同様に、カソード上の磁界
形状と最小の放電開始圧力および放電停止圧力の相互関
係について同一の結論が得られた。

【００２２】実施例４ 電流比Ｉ_２／Ｉ_１＝２．１３で、実施例１と同一の構成
において、放電を開始させるためにカソードに導かれる
４００Ｖ〜１０００Ｖの範囲の電圧の関数として、放電
開始圧力を測定した。放電開始圧力は３×１０^−２Ｐａ
〜８×１０^−２Ｐａの範囲にあり、最小値は７００Ｖ〜
７５０Ｖの範囲において観察された。

【００２３】実施例５ 電流比Ｉ_２／Ｉ_１＝２．０および放電電流１７５ｍＡ
で、実施例１と同様な構成において、磁力線トンネルの
中心のカソード表面における１６０Ｇ〜６００Ｇの範囲
の磁束密度値の関数として、放電停止圧力を測定した。
放電停止圧力は１．５×１０^−２Ｐａ〜２．３×１０
^−２Ｐａの範囲であった。最小値は、約４００Ｇの磁束
密度において観察された。本実施例を実施例２と比較す
ると、磁束密度よりも、磁界形状と有効カソード領域
が、放電停止圧力値に対してより顕著な効果を与えるこ
とがわかる。

【００２４】実施例６ 電流比Ｉ_２／Ｉ_１＝２．１３で、実施例１と同様な構成
において、５０ｍＡ〜３Ａの範囲内の放電電流の関数と
して、放電停止圧力を測定した。放電停止圧力は１．５
×１０^−２Ｐａ〜３×１０^−２の範囲にあった。最小値
は約１７５ｍＡの放電電流において観察された。これ
は、約１．５ｍＡ／ｃｍ^２の放電電流密度に対応する。

【００２５】実施例７ 本発明による別の実施例を図６に示す。図６ａは、先行
技術による従来のマグネトロンのカソード４および磁気
回路６０２の概略断面図である。図６ｂは、本発明によ
る装置の例を示し、図６ａと比較すると、軟磁性材から
形成されたフレーム６０１がカソード４の外縁部上に追
加されており、このフレーム６０１はカソード４に電気
的に接続されている。フレーム６０１は、非常に効果的
に磁力線を引きつけ、有効カソード領域１５を拡大し、
スパッタリングされるカソード４の上部に、より優れた
磁界閉じ込めを構成する。この設計により放電停止圧力
はかなり低減する。

【００２６】実験的に次のことが確認された。直径１０
０ｍｍのＴｉ製カソードを備えた従来のマグネトロン
は、放電電流０．５Ａにおいて８．２×１０^−２Ｐａの
最小放電停止圧力を示し、同じマグネトロンにフレーム
６０１を追加した場合には、その放電停止圧力は、４．
３×１０^−２Ｐａまで、すなわち、約半分にまで低減さ
れる。さらに別の利点は、Ｆｅ製フレーム６０１を用い
た場合には、放電停止圧力を最小にするために必要なコ
イル電流が１．４Ａから０．９Ａに低下することであ
る。

【００２７】実施例８ 図７は、矩形磁気回路７０１により磁界が発生される設
計の例を示す。磁力線３０２は有効カソード領域１５の
周縁を画定する。カソード４の形状は、有効カソード領
域１５の外縁により定められる。すなわち、カソード４
は、角を丸めた長形を有する。したがって、周辺カソー
ド領域はなくなり、小さな中央カソード領域１６だけが
残されている。

【００２８】実施例９ 図８は、磁気回路８０１を備えたカソード４の断面図で
ある。カソード４の周辺はシールドカバー８０２で被覆
されている。シールドカバー８０２の内寸は、有効カソ
ード領域１５の外縁により定められる。シールドカバー
８０２は非磁性の導体から形成され、カソード４からは
電気的に絶縁されている。シールドカバー８０２は、絶
縁部８０３を介して真空室１に機械的に固定されてい
る。したがって、これは電位的に浮いた状態に保たれ
る。このシールドカバー８０２は、放電アノードを形成
してもよいし、真空室に電気的に接続されてもよい。こ
の場合、放電はシールドカバー８０２とカソード４の周
辺部の間の空間においては開始されず、有効カソード領
域１５に閉じ込められる。したがって、この設計におい
ては、シールドカバー８０２で被覆された周辺カソード
領域１７がどのくらい大きいかは重要ではない。

【００２９】

【発明の効果】本発明は、特に、約１．５×１０^−２Ｐ
ａの値までの、非常に低い圧力におけるマグネトロング
ロー放電の開始と維持に利用することができる。このよ
うなマグネトロン放電は、動作パラメータをより広い範
囲にできるという利点をもつ。薄膜形成に用いた場合、
プロセスガスの種類によって起こる膜汚染を低減させ、
形成される膜の特性の範囲を広げ、スパッタリングされ
た原子とガスとの衝突の確率を下げ、これにより原子の
熱上昇を減少させ、粒子の直線的移動が可能となる。本
発明の方法は、いわゆるリフトオフ技術のための膜形成
や、ステップ高とステップ幅の比率が大きいステップ状
構造の被覆や、深さ／直径比が大きい穴の充填などに応
用できる。しかしながら、本発明の用途は必ずしも薄膜
形成だけに限定されるものではなく、たとえば低圧エッ
チングなどにも用いることができることはいうまでもな
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるマグネトロンスパッタリング装置
の１実施例の概略図である。

【図２】電流比Ｉ_２／Ｉ_１の関数として、図１に示す装
置における放電開始圧力と放電停止圧力を示すグラフで
ある。

【図３】カソード中心軸を含む平面で切った、円形マグ
ネトロンの断面の半分における磁力線の形状を示す図で
あり、図２の点Ａに対応し、電流比Ｉ_２／Ｉ_１＝１．２
５に対応する。

【図４】図２の点Ｂに対応し、電流比Ｉ_２／Ｉ_１＝２．
１３に対応する、図３と同様な図である。

【図５】図２の点Ｃに対応し、電流比Ｉ_２／Ｉ_１＝５．
００に対応する、図３と同様な図である。

【図６】従来のマグネトロンのカソードと磁界の形状
と、軟磁性材から形成したフレームを備えた本発明の設
計とを比較して示す図である。

【図７】有効領域の形状をもって定められる形状をもつ
カソードを詳細に示す図である。

【図８】シールドカバーを備えたカソードを詳細に示す
図である。

【符号の説明】

１ 真空室 ２ ガス入口 ３ ガス出口 ４ カソード ５ 電圧電流供給源 ６ 冷却回路 ７ 第１のコイル ８ 第１の電流供給源 ９ 第１のコア １１ 第２のコイル １２ 第２の電流供給源 １３ 第２のコア １４ プレート １５ 有効カソード領域 １６ 中央カソード領域 １７ 周辺カソード領域 ３０１ 磁力線 ３０２ 磁力線 ３０３ 磁力線 ３０４ 磁力線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ライスキー アントニン チェッコ，プラハ ３，コネヴォヴァ 1728−118

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スパッタリングされるカソードに、高周
   波電源または直流電源を印加して、アノードおよび／ま
   たは真空室に対してカソードをマイナスに分極し、上記
   カソード上の磁力線のつくる閉トンネルの磁界を上記カ
   ソード上に形成し、つぎに、放電開始圧力以上の圧力に
   おいて、上記カソードと、上記アノードおよび／または
   上記真空室との間に安定したグロー放電を開始し、つぎ
   に、プロセスガスの動作圧力を放電停止圧力よりも大き
   い値に調節するマグネトロンスパッタリング方法におい
   て、スパッタリングされるカソード表面上の体積は磁界
   により左右され、上記カソード表面と２回交わる上記磁
   界の上記磁力線は、カソード表面積全体の８０％より大
   きい領域に広がることを特徴とするマグネトロンスパッ
   タリング方法。
2. 【請求項２】 上記放電開始圧力は、３×１０^−２Ｐａ
   以上の値をもつことを特徴とする請求項１に記載の方
   法。
3. 【請求項３】 上記放電停止圧力は、１．５×１０^−２
   Ｐａ以上の値をもつことを特徴とする請求項１に記載の
   方法。
4. 【請求項４】 上記カソードに接続される電圧を用い
   て、最小放電開始圧力を調節することを特徴とする請求
   項２に記載の方法。
5. 【請求項５】 上記カソード表面における磁束密度を用
   いて、最小放電停止圧力を調節することを特徴とする請
   求項２に記載の方法。
6. 【請求項６】 放電電流を用いて、最小放電停止圧力を
   調節することを特徴とする請求項３に記載の方法。
7. 【請求項７】 ガス導入口およびガス排気口を設けた真
   空室と、スパッタリングされる物質で表面を形成し、上
   記真空室内に配置されるとともに冷却回路を備えた少な
   くとも１つの平板カソードと、上記カソードと上記真空
   室との間および／または、上記カソードと、上記真空室
   から絶縁されるとともに上記真空室内に配置された特殊
   アノードとの間に接続された高周波電源または直流電源
   とを備え、さらに、カソード上の磁力線の閉トンネルか
   ら構成される磁界の供給源を設けた、請求項１による方
   法を実行するマグネトロンスパッタリング装置におい
   て、スパッタリングされるカソード表面（４）は、上記
   カソード表面と２回交わる磁力線（３０１，３０２）に
   より限定される有効カソード領域（１５）と、上記有効
   カソード領域（１５）の内側に位置しかつ限定された中
   央カソード領域（１６）と、上記有効カソード領域（１
   ５）の外側に位置しかつ限定された周辺カソード領域
   （１７）からなり、上記有効カソード領域（１５）は上
   記スパッタリングされるカソード表面（４）全体の少な
   くとも８０％を占めることを特徴とするマグネトロンス
   パッタリング装置。
8. 【請求項８】 上記カソード（４）は円形であり、上記
   中央カソード領域（１６）は上記スパッタリングされる
   カソード表面（４）全体の２％以下、上記周辺カソード
   領域（１７）は、上記スパッタリングされるカソード表
   面（４）全体の２０％以下であり、両者の合計は２０％
   以下であることを特徴とする請求項７に記載の装置。
9. 【請求項９】 上記カソード（４）は、たとえば矩形ま
   たは楕円形などの長形を有し、上記中央カソード領域
   （１６）は上記スパッタリングされるカソード表面
   （４）全体の１０％以下、上記周辺カソード領域（１
   ７）は上記スパッタリングされるカソード表面（４）全
   体の１５％以下であり、両者の合計は２０％以下である
   ことを特徴とする請求項７に記載の装置。
10. 【請求項１０】 上記カソード（４）の形状は、上記カ
    ソード（４）の上記有効領域（１５）を画定する曲線の
    形状により定められることを特徴とする請求項７に記載
    の装置。
11. 【請求項１１】 上記カソード（４）の周辺部は、非磁
    性の電導体からなるシールドカバー（８０２）で被覆さ
    れ、上記シールドカバーは上記カソード（４）から電気
    的に絶縁され、その内寸は、上記カソード（４）の上記
    有効領域（１５）の寸法に対応することを特徴とする請
    求項７に記載の装置。
12. 【請求項１２】 軟磁性材から形成されたフレーム（６
    ０１）を、上記カソード（４）の外縁部の上方に配置
    し、上記フレームを上記カソード（４）に対して電気的
    に接続したことを特徴とする請求項７に記載の装置。
13. 【請求項１３】 上記磁界供給源は、少なくとも２つの
    独立した磁界供給源、すなわち、上記カソード表面に垂
    直な中心軸と同軸的に上記カソードの裏側に配置された
    マグネトロン型の磁界供給源と、上記カソード表面に垂
    直な中心軸と同軸的に上記カソードの裏側に配置された
    非平衡磁界の供給源からなり、これら供給源の少なくと
    も１つは電磁石であることを特徴とする請求項７に記載
    の装置。
14. 【請求項１４】 上記マグネトロン型の磁界供給源は、
    上記カソード（４）表面に垂直な中心軸と同軸的に上記
    カソード（４）の裏側に配置されるとともに第１の電流
    供給源（８）に接続された第１のコイル（７）であり、
    上記第１のコイル（７）の内側には、軟磁性材からなる
    第１のコア（９）を配置し、上記カソード（４）の裏側
    の第１のコイル（７）のまわりに、透磁率の高い材料か
    らなるリング状の第２のコア（１３）を配置し、上記非
    平衡磁界の供給源は、概ね上記カソード（４）よりも大
    きい第２のコイルであり、上記第２のコイルは、上記カ
    ソード（４）表面に垂直な中心軸と同軸的に上記カソー
    ド（４）の裏側に配置され、第２の電流供給源（１２）
    に接続され、上記第２のコア上に配置され、上記第１の
    コア（９）は上記第２のコア（１３）とともに、透磁率
    の高い材料から形成されたプレート（１４）を用いて上
    記第１のコイル（７）の裏側に磁気的に接続されている
    ことを特徴とする請求項７に記載の装置。