JPH02277772A

JPH02277772A - マグネトロンスパッタ装置

Info

Publication number: JPH02277772A
Application number: JP1499290A
Authority: JP
Inventors: Yoji Arita; 陽二有田
Original assignee: Mitsubishi Kasei Corp
Current assignee: Mitsubishi Kasei Corp
Priority date: 1989-01-30
Filing date: 1990-01-26
Publication date: 1990-11-14
Anticipated expiration: 2010-08-09
Also published as: EP0645798B1; SG50498A1; CA2008934C; JPH0774439B2; CA2008934A1; EP0381437B1; DE69027344D1; EP0381437A3; DE69031743T2; CA2202801A1; DE69027344T2; EP0381437A2; EP0645798A1; DE69031743D1

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〕この発明は、大型のマグネｊ・ロンの場合や強磁性体タ
ーゲットをスパッタする場合でも、安定なプラズマの保
持が容易なマグネトロンスパッタ装置に関するものであ
る。また、この発明はターゲット材の局所的なエロージ
ョンの発生を抑えて長寿命化をはかると同時に、操業中
において、スパッタし・−１−の変化を小さ（したマグ
ネトロンスパッタ装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来のマグネｊ・ロンスパッタ装置を第１９図によって
説明する。

第１９図（ｂｌは、第１９図（ａ）のＰ　Ａ　　Ｐ　ｓ
で示す部分での断面図である。この図において、１は非
磁性体または強磁性体からなるターゲラｊ・材であり、
この裏側に内側磁極２と、これを取り囲むようにこれと
反対の極性を持つ外側磁極３とが配置され、それらの底
部は通常、軟鋼等の強磁性体からなる磁気ヨーク４で結
合されている。

これらの各部は真空容器中に収容されている。

使用にあたっては、低圧のＡｒガス雰囲気とし、前記タ
ープ９１・材１と非スパツタ物（ディスク等、図示せず
）の間に電圧をかけ、ターゲット材１のターゲット面か
ら飛び出した電子により前記Ａｒガスをイオン化し、こ
のＡｒガスのイオンがターゲット材１に南突し、ターゲ
ットの物質をたたき出し、非スパツタ物質の表面に薄膜
を生成させている。

前記両磁極２，３がつくる漏洩磁場はこの電子を効率よ
（捕らえ、Ａｒガスのイオン化を促進させスパッタの効
率を上げろためのものである。

５ばバッキングプレー１・である。

〔発明が解決しようとする課題〕

このような従来のマグネトロンスパッタ装置では、ター
ゲット材１の表面付近で捕獲された電子は、第１９図（
ａ）の矢印で示した半円弧状の磁場のドーム内に閉じ込
められ、ドームに沿って連動するものと考えられる。し
たがって、ターゲット材１の表面でのエロージョンの起
り方はターゲット材１の上面での磁場分布、つまり水平
成分と垂直成分の分布によって左右されろ。

第２１図はターゲット材１が強磁性体（例丸ば、鉄、コ
バルト等）の場合を典型的な第１９図のＰ　Ａ　　Ｐ　
ｓ間におけるターゲット材１のエロジョンの様子を示す
断面図である。この図かられかるようにし、エロージョ
ンの部分は局所的に進行し、ターゲット材１の寿命を著
しく縮めるという問題点があった。

この解決方法の１つとして、ターゲット材１に数多くの
縦溝を設けること（Ｇ　７［’ターゲット材・：　日本
金属学会会報、Ｖｏｌ、２５．ｐ、５６２，１９８６参
照）によって、ターゲット材１の全面に磁場の水平成分
を発生させろことが提案されているが、ターゲラ１−材
１の加工が容易でないという欠点があった。

本発明者はエロージョンが主に進行する場所は、水平成
分の強度分布よりはむしろ磁場の垂直成分の極性が変化
する位置、つまり垂直成分の値が非常に小さいところと
よく対応することを見出した。

これは、第１９図（ａ）において電子がターゲット材１
の面上においてドーム状磁場内に沿って循環的な運動を
していると同時に、垂直磁場の勾配が存在する方向に対
しても周期的な運動をしており、垂直成分が小さくなる
部分で前記Ａｒガスをイオン化する電子の数が多くなる
ためと考えられろ。また、タープｙ　Ｉ・材１が強磁性
体の場合はクゲッｊ・材１のエローシリンが起こると、
第２１図に示すように漏れ磁場が大きくなり、その場所
での垂直磁場の勾配が大きくなり、水平磁場の強度も増
すため局所的なエローシリンがさらに加速される。また
、従来大型のマグネトロンスパッタ装置や強磁性ターゲ
ット用のマグネトロンスパッタ装置のようにターゲット
材１上の磁場強度を確保するのが難しい場合には、前述
の両磁極２，３として電磁石を採用する場合が多かった
が、電磁石ではランニングコストがかかることや、通電
に伴う発熱の問題があり、簡単にどの装置でも採用でき
ろものではないという欠点があった。

このようなことから、永久磁石の使用が望まれろ。また
、一般にターゲット材１上で磁束は内側磁極２から外側
磁極３に向って広がるため、外側磁極３付近での磁束密
度が内側磁極２付近に比べて減少する傾向にあり、ター
ゲット材１上のプラズマを安定に保つためには外側磁極
３の磁束密度を大きくする必要がある。なお、ここで磁
束密度を大きくする必要のある外側磁極３とは、第１９
図（ａ）に示す円弧状マグネトロンの全外周であり、第
２０図で示す角型マグネトロンの場合は特に、内側磁極
２から外側磁極３への磁束の広がりが放射綿状になって
いる外側磁極３の部分である。

後述するこの発明によるターゲット材１上の磁場分出を
制御するための軟磁性体や永久１１１１石を的記両磁極
間に用いろ場合には、ターゲット材１上での磁現強度が
減少するため、この技術は特に重要となる。いずれにし
ても、プラズマをターゲット材１上面で安定に保つため
には、内側、外側磁極２．３上部での磁束密度を十分に
高くする必要があり、また、ターゲット材１が強磁性体
の場合にはターゲット材１上面での磁場が減少するため
、外側磁極３の外側面に永久磁石を貼る方法は重要にな
る。クーデ・ソ１−材１のエローシリン分布を改善する
ために提案されている米国特許第４，１６２．９５４号
明細書、同じく第４，２６５，７２９号明細書で開示さ
れているマグネトロンにおいては、ターゲット上での磁
力綿をターゲット面にできろだけ平行にするために内側
磁極２付近で磁束の集中化を防ぎ、磁場の垂直成分が内
側磁極２付近においても大きくならないような磁石配置
になっている。こうしたマグネトロンにおいてはプラズ
マが不安定になり易く、またターゲット材１が強磁性体
の場合にはターゲット材１上の漏洩磁場が小さくなり、
プラズマが全く立たないといった欠点があった。

この発明は、上記の欠点を解決するためになされたもの
で、ターゲラ】・材上のプラズマを安定に保持すると同
時に、ターゲット材の局所的な二ロン７ンを防出し、タ
ーゲット材の寿命を著しく長クシたマゲ不トロンスバツ
ク装置を提供することを目的とする。また、強磁性体の
ターゲット材においては、特にスパッタし−−１−が操
業中において極めて安定なマグネトロンスパッタ装置を
提供することを目的とする、１〔課題を解決するための手段１この発明に係るマグネ１−ロノスバツタ装置は、垂直方
向の磁化を有する永久磁石、また（よ軟磁性体からなる
内側磁極と、この内側磁極を取り囲む外側磁極との間に
主に水平方向の磁化を有する永久磁石を設け、さらに、
前記外側磁極の外側向には、前記水平方向とは反対向き
の磁化を有する永久磁石を設けたものである。

また、この発明に係るマグネトロンスパッタ装置は、内
側磁極と、この内側磁極から外側磁極近傍の両磁極上に
配置されたターゲット材とを有し、前記ターゲット材の
上部で前記両磁極からの漏れ磁場の前記ターゲット材に
垂直な成分の勾配を前記両磁極間中央部では減少させ、
かつ前記両磁極付近では大きくし、また、前記磁場の水
平成分の強度分布は前記両磁極間においてＭ型の分布に
なるようにするための手段を前記ターゲット材の裏側の
的記両磁極間に設けたものである。

そして、ターゲット材の裏側の両磁極間に設けられる手
段は、狭い幅からなる透磁率の小さな物質または単なる
スリットによって分割された複数の軟磁性体であり、断
面積が中央部において太きく両端部において漸次小さく
なされた軟磁性体であり、あるいは、両端部におけろタ
ーゲット材からの距離が漸次大きくなるように屈曲した
軟磁性体であり、また、両磁極間の距離の２０〜８０％
の長さを有する板状または棒状の軟磁性体であり、ざら
に、主に水平方向の磁化を有し、かつその高さが中央部
で低く、両磁極に近ぺなるにしたがって漸次高くなされ
た永久磁石である。また、磁場の水平成分の強度分布が
Ｍ型の場合は、両磁極間中央部の最小値が最大値の２０
〜７５％にしたものであり、さらに、垂直磁場の極性が
変化するところを、垂直成分の勾配の小さいところとし
、かつＭ型の水平成分の中間部の極小値を示す位置から
両磁極間距離の±１０％としたものである。また、スリ
ットを有する軟磁性体を用いる場合には、スリット幅の
調整にリボン状の軟磁性体をスリットに挿入する。また
、ターゲット材は強磁性体を用いてもよいものである。

〔作用〕

この発明の請求項（１）に記載の発明は、軟鋼等の軟磁
性体からなる内側磁極と、この内側磁極を取り囲む外側
磁極との間に設けた水平方向の磁化を有する永久磁石、
および自記外側磁極の外側面の前記水平方向とは逆向き
の磁化を有する永久磁石によって、外側磁極付近の磁束
密度が十分大きくなる。その結果として、大型のマグネ
）・ロンの場合や強磁性体のターゲット材を受用した場
合においても、ターゲット材上で十分な強度の磁場が得
られ、プラズマの保持が容易であり、通常のマグネトロ
ンを１史用した場合と比べるとスパッタレトも大幅に増
大する。

また、請求項（２）に記載の発明では、内側、外側磁極
からの漏れ磁場のターゲット材に垂直な勾配を両磁極間
中央部で減少させ、両磁極付近で大きくし、磁場の水平
成分の強度分布がＭ型になるようにするための手段をタ
ーゲット材の裏側に設けたので、ターゲット材のエロ−
ジョンがより平均化される。

また、請求項（３）に記載の発明では、スリットの幅を
調整することによってターゲラ！・材上面の磁場分布が
Ｍ＋Ｘｇ！に制御される。

さらに、請求項（４）〜（８）に記載の各発明は、それ
ぞれ請求項（２）に記載された発明の作用をよりよく実
現する。

また、請求項（９）〜（１１）に記載の各発明は、それ
ぞれ請求項（２）〜（８）に記載の発明の作用をよりよ
く実現する。

さらに、請求項（１２）に記載の発明は、請求項（３）
に記載された発明のスリッＩ・幅を調整し、最適値にす
ることができる。。

また、請求項（１３）に記載の発明は、ターゲラ）・材
が強磁性体に特に有効であり、エロージョンが均一に進
む。

〔＊施例］第１図（ａ）はこの発明の第１の実施例を示すもので、
第１９図のＰ　ｓ　　Ｐ　ｍの断面に相当するものであ
る。この図において、１１はターゲット材、１２．１３
は軟磁性体からなる内側、外側磁極であり、両磁極１２
，１３間に水平方向の磁化】を有する永久磁石１６およ
びこれと反対向きの磁化Ｊ　を有する永久磁石１７を外
側磁極１３の外面に貼ったものである。なお、これらの
磁化ｊ。

ｊ′の向きは水平方向から多少ずれていても良く、その
主たる成分が図示したように水平で互いに反対向きにな
っていれば良い。また、内側、外側磁極１２．１３は垂
直方向の磁化を有する永久磁石であっても良いが、通常
、永久磁石はエネルギー積にばらつきがあるため、精密
な磁場分布をつくるためには、軟鋼等の軟磁性体が望ま
しい。特に、外側磁極１３は外周部分での磁束密度の均
一性が要求される場合、軟磁性体を用いる必要がある。

また、第１図（ｂ）に示すように、外側磁極１３は内側
に傾斜した軟磁性体を用いてもよい。この場合、外側磁
極１３の磁束密度を十分大きくするためには、特に外側
に用いる永久磁石１７はエネルギー積の高いものが必要
となるが、こうしな構造を用いるとマグネトロンの大ぎ
さが小さくなるという利点がある。また、乙の場合外側
に用いる永久磁石１７の磁化の方向は第１図（Ｃ）に示
すように、外側磁極１３に対して直角の方向にすると、
外側磁極１３の磁束密度を上げる効果がさらに大きくな
る。こうした外側ｂｉ１極１３に接する特殊な形状をも
つ永久磁石１７には、プレス成形や射出成形で製造され
ろ希土類等のプラスチック磁石を利用すると容易に組み
立てることができる。

なお、１４は軟鋼等の強磁性体からなる磁気ヨーク、１
５２よバッキングプレー１・である。

第２図はこの発明の第２の実施例を示す要部の断面図で
、第１図（ａ）〜（ｅ）と同様に中心から右半分を示し
ている。１８ａはこの発明により配置される磁界中に設
けられた狭い幅のスリットによって４個に分割された複
数の軟磁性体であり、全体を示すときは符号１８を用い
る。通常、乙のスリブ）・幅は、０．０１〜３１１１ｒ
１１程度、よ吟好ましくは０．１〜０．５ｍｌ＋１であ
り、前記軟磁性体１８の厚さは１〜１０１ｎｒＩ１１よ
り好ましくは４〜８　ｒｎ　ｍである。なお、前記各軟
磁性体１８ａは非磁性体の支持板１９によって固定され
ている。また、１４は非磁性体からなるベースブレ〜ｌ
・、１５は前記ターゲット材１１を貼るためのバッキン
グプレー１・である。この実施例では、８インチ、２．
５ｍｒｎの厚さを有するＦ”　ｅ　Ｃｏ強磁性体のター
ゲット材１１を用いた。

この発明による軟磁性体１８は、両磁極１２゜１３の作
る磁場によって内側磁極１２から外側磁極１３に向かう
方向に磁化される。この磁化はターゲラＩ・材１１の上
面において、前記両磁極１２゜１３の中央部で水平磁場
の絶対値と垂直磁場の勾配を減少させるように作用する
。

また、両磁極１２．１３の上部付近で１よ、前記軟磁性
体１８による磁場の影響は小さいので、その結果、両磁
極１２．１３付近の垂直磁場の勾配は増大する。この軟
磁性体１８が有するスリットは前記両磁極１２，１３が
作る磁場により軟磁性体１８が磁化するときに磁化の強
さをＩＪｔｊｓするためのものである。つまり、スリブ
）・があることによって、スリットの部分で磁束の涌き
たしがおこり、各軟磁性体１８．ａの部分で反対方向の
磁場が発生するために、軟磁性体１８の磁化の強さが抑
えられる。結局、ターゲット材１１上面の磁場分布を精
密に制御するには、軟磁性体１８のスリ・ツトＩ１４を
適宜変化させて？ｊｔ数からなる軟磁性体］８ａの各部
分での磁化の強さをうまく調節してやれば良い。また、
特にターゲラ）・材１１が強磁性体の場合、このスリッ
Ｉ−幅の調整は重要である。通常のマグネトロンの場合
、強磁性体からなるタゲ・ソト材１１で、エロージョン
が進行すると、第２１図に示すように磁束の涌きたしが
ターゲット材１１自身からおこるため、エロージョンの
進行部分で磁場が強くなり、その両側ではその磁場によ
って前記両磁極１２．１３が作っている磁場が弱められ
る。したがって、プラズマはエロージョン部分のみに局
在し、その両側では全くプラズマが立たなくなる。その
結果、加速度的にエロージョンが進む。強磁性体のター
ゲット材１１のエロージョンが進行すると、ターゲラ）
・材１１上の磁場が強ぺなるだけでなく、同様にターゲ
ラＩ・材１１の下面においても磁場は増大する。この発
明による軟磁性体１８は、この増加した磁場によってそ
の磁化が大きくなり、ターゲット上の磁場が局所的に大
きくなるのを防ぐ働きを持つ。この制御機能をうま（発
揮させるためには、ターゲット材１１の磁気特性やター
ゲット厚さに応じて軟磁性体１８の磁気特性、つまり軟
磁性体１８の分割数やスリット幅を最適なものとする必
要がある。Ｗ。

数の軟磁性体１８ａは互いにギャップを持つため、疑似
的に軟磁性体１８の磁気特性を変える効果がある。

非磁性体のターゲット材１１ではエロージョンの進行に
よってターゲット材１１上の磁場分布が影響を受けるこ
とはないが、ターゲット材１１上の磁場分布を精度よく
設定する場合に、前記各スリット幅を適宜調整するよう
にすれば良く、非常に簡単に調整できる利点がある。な
お、ここで述べた上記スリットは前記軟磁性体１８を完
全に分断するものでなくても良く、一部分でつながって
いても効果はほぼ同一であ゛ろ。また、各軟磁性体１８
ａは必ずしも同じ厚さ、長さ、あるいは同じ磁気特性の
ものである必要はなく、必要に応じてそれらの厚さ、長
さ、磁気特性を変えても良い。

第３図（ａ）　　　（ｂ）？第４図はそれぞれスパッタ
ＩＪｔｌ始前のターゲット面から２ｆｆＩｍ上での水平
。

垂直磁場の分布およびスパッタ後のターゲ、ソト材１１
のエロージョンの様子を示したものである。

また、第２２図（ａ）　　　（ｂ）、第２３図はそれぞ
れ同じターゲラ）・材１を第１９図で示した従来のマグ
ネトロンスパッタ装置を使用した場合のスパッタ開始前
のターゲラ）・面から２ｍｍ上での水平、垂直磁場の分
布およびスパッタ後のターゲット材１のエロージョンの
様子を示したものである。

第２２図Ｃａ）　　　（ｂ）−、第２３図から明らかな
ように、従来のマグネトロンスパッタ装置ではエロージ
ョンは局所的に発生し、しかもその進行の様子は加速度
的でプラズマの閉じ込められろ領域がエロー：）ヨンの
進行に伴って狭くなるためスパッタレートも時間ととも
に急激に低下する。

一方、この発明によるマグネトロンスパッタ装置を使っ
た場合は、エロージョンは広く、ターゲタｌ−材１１の
エロージョンの進行に伴い軟磁性体１８がターゲット材
１１上の磁場分布の補償を行うためスパッタレ−１・の
経時変化も極めて少ない。

第３図（ａ）　　　（ｂ）、第４図に示す実施例におい
ては、内側、外側磁極１２，１３付近での垂直磁場の勾
配を約３５０ガウス／ｃｒｎ、両磁極１２゜１３間中央
部での勾配を約２０ガウス／ｃｍに設定し、この垂直磁
場の勾配の小さい部分、かつ、この場合、前記Ｍ型の水
平磁場の極Ｊ」〜値を示す位置に極めて近い場所で垂直
磁場の権性が変化するように設定した。

なお、第３図（ｂ）の垂直磁場の分布において、内側磁
極１２の外側付近で磁場の値が最も高く、内側磁極１２
の中心部ではむしろ小さくなっているが、この内側磁極
１２の上部付近においてはプラズマが生じない部分であ
るので、この部分での磁場分布はこの発明で；よ問題と
しない。このようにした場合、第１９図で示されろ従来
のマグネ）・ロンスパッタ装置では、ターゲット材１の
寿命が投入電力で約１０ｋｗｈであったのに対し、この
実施例においては約５５ｋｗｈと５倍以上になった。

第３の実施例である第５図（ａ）　　　（ｂ）、第６図
は、軟磁性体１８の各スリットの幅を狭くして、前記両
磁極１２，１３間における垂直磁場の勾配の小さい部分
で勾配をほぼセロとした場合の水平、垂直磁場分布とエ
ロージョンの様子を示したものである。エロージョンバ
クーンはＷ型となり、ターゲット寿命は約３０ｋｗｈと
なった。これは垂直磁場の勾配の立ち上がりが急激な部
分でターゲットのエロージョンがやや速く、また、その
部分では軟磁性体１８の磁場補償作用があまり大きくな
いためと考えられる。また、第６図において示したよう
なターゲット材１１からの磁束の部分的なループによっ
てプラズマが閉し込められたためと考えられる。したが
って、特に強磁性体のターゲラＩ・材１１においては、
前記垂直磁場の勾配をターゲット材１１の磁気特性に応
じてｆｊｉ！：適なものとする必要がある。この実験結
果によれば、強磁性体のターゲット材１１でも特に透磁
率の大きなものは前記垂直磁場の勾配をセロではなく、
ある程度小さな値にした方が良い結果が得られた。

また、前記垂直磁場の極性の変化する場所を、垂直磁場
の勾配の大きいところに設定した場合も、あまり良い結
果は得られず、前記Ｍ型の水平磁場の極小値を示す位置
に極めて近い場所に設定した場合、ターゲラ）−寿命が
最も長く、操業中のスバッタレ−１・の変化が最も少な
かった。

第４の実施例は、８インチ、６ｍｍの厚さを有するＴａ
非非磁性体ターフッ・の場合について行った。第７図（
ａ）　　　（ｂ）、第８図はそれぞれスバ・ンタ開始的
のターゲラＩ−ｉから２ｍｍ上での水平、垂直磁場の分
布およびスバ・ツク後のターゲラ１−材１１のエロージ
ョンの様子を示したものである。また、第２４図（ａ）
　　　（ｂ＞ｐ第２５図はそれぞれターゲット材１１と
同じターゲラ）−材１を第１９図で示した従来のマグネ
トロンで使用した場合のスパッタ開始前のターゲット面
から、２ｍｍ上での垂直、水平磁場の分布およびスパッ
タ後のターゲ・ソト材１のエロージョンの様子を示した
ものである。第２４図（ａ）、（ｂ）、第２５図から明
らかなように、非磁性体のターゲット材１においても、
従来のマグネトロンスパッタ装置ではエロージョンは強
磁性体のターゲット材１はどではないが、やはり局所的
に発生し、この場合のターゲラ１〜材１の利用効率は約
２５％であった。

一方、第７図の実施例では軟磁性体１８の分割数は３で
、軟磁性体１８の両磁極１２．１３間距離に占める割合
は約５０％とし、第７図（ａ）（ｂ）に示すように両磁
極１２，１３間中央部での垂直成分の勾配をゼロとし、
かつ水平成分を一定の値になるように設定した１、この
場合、第８図から明らかなように、エロージョンの領域
は広がってはいるが、やはり両磁極１２．１３間の中央
部でエロージョンが大きく、そのパターンはゆるやかな
Ｕ型であり、この場合のターゲラ）・利用効率は４１％
であった。

次に、第５の実施例として軟磁性体１８の分割数を５．
軟磁性体１８の長さを両磁極１２．１３間距離の約８０
％と長くし、第９図（ａ）　　　（ｂ）に示すように両
磁極１２．１３間中央部での垂直成分の勾配をほぼゼロ
とし、かつ水平成分が両磁１１１２．１３間においてＭ
型になるように磁場分布を設定した場合について実験を
行った。なお、水平成分の中央部での値は最大値の約５
０％としな。この場合、第１０図から明らかなように、
エロージョン領域は極めて広い領域で発生し、タゲ？／
　ｌ−材１１の利用効率は５２％となった。

なお、この場合、垂直磁場の勾配が急激に立ち上がる外
側磁極１３に近い部分でエロージョンがやや大きいため
、次に、この部分での垂直磁場の勾配の立ち上がりが滑
らかになるように磁場分布を設置した。

第６の実施例における設定の方法は第５の実施例におけ
る軟磁性体１８において外側２つの軟磁性体１８８間の
スリット幅をややひろげる（０．２、から０．３　ｍ　
ｍとする）ことによっておこなった。

このときの水平、垂直磁場分布および二ロージシンパタ
ーンを第１１図（ａ）　　　（ｂ）、第１２図に示した
。この場合、ターゲラ）・材１１の使用効率はさらに上
がり、６６％となった。これらの実験結果を理論的に明
確にする乙とはできないが、プラズマをドーム状の磁場
で閉し込める場合、両磁極１２，１３間中央部でターゲ
ラ）・材１１の面に対してほとんど平行な磁場を作って
も、両磁極１２．１３付近での磁束密度が大きく、その
部分での磁気圧が大きいためにプラズマは両側から中央
部に向って押され、両磁極１２．１３間中央部で電子濃
度がやや高（なるためではないかど４左られろ。したが
って、極めて広いエロージョン分布を実現するためには
両磁極１２，１３間中央部での磁束密度をやや小さくし
て、中央部での電子の逸脱がある程度発生した方が良い
と４丸られる。

垂直磁場の勾配をほぼゼロとした場合、エロージョン分
布がＵ型からほぼフラジＩ・になるのは水平磁場の強度
分布で、中央部の値が最大値の７５％以上、２０％以上
において、そうなる場合が多いことが、いくつかの実験
結果から示された。そして、好ましくは３０〜６０％の
範囲がよい。なお、前記Ｍ型の水平磁場の極小値の値が
７０ガウスより小さくなると、プラズマが不安定になる
傾向が見られた。これば磁束密度の低下によってプラズ
マが保持できなくなるためと考えられる。したがって、
前記両磁極１２，１３間中央部でのターゲット材１１の
表面近傍の水平成分の最小値は７０ガウス、望ましくは
１５０ガウス以上の値が必要である。また、第９図、第
１０図で示した第５の実施例かられかるように、磁場の
曲率の変化も重要な因子であり、垂直磁場の勾配が小さ
い部分から大きくなる部分での変化はあまり急激でない
方が望ましい。単純にターゲット材１１上の磁場の向き
をターゲット材１１面に平行にしただけではターゲット
材１１の利用効率はそれほど上がらない。そこで、ター
ゲット材１１のエロージョン分布を観察しながら磁場分
布の最適化をはかる必要がある。

また、以上述べたようなスリット幅の調整においては、
あらかじめスリット幅を大きくしておき、その間に軟鋼
等のリボンン挿入するようにすれば軟磁性体１８ａを多
数用意しなくても良いという長所がある。また、前記ス
リット部分を単なる空隙にするのではなく、軟磁性体１
８の各構成部分の位置決めをしやすいように、適当な非
透磁率の小さな物質、例えばＣｕ、Ａｊ’、ステンレス
、磁化を持っていない保磁力の高い永久磁石等に代えて
もよい。

第１３図および第１４図で示す第７．第８の実施例の場
合、前者では軟磁性体１８Ａの両端の断面積が小さいた
め、両端部での磁束量がｇｂ、また、後者においては前
記軟磁性体１８Ｂの両端部で前記ターゲット材１１の面
から距離が離れるために、前記垂直磁場の勾配の小さい
部分から太き（なる部分での変化がより連続的となり、
特にタゲッＩ・材１１が強磁性体の場合にスパッタし・
−Ｉ・の経時変化が少なくなる。

また、第１５図、第１６図、および第１７図の第９．第
１０．第１１の実施例において、第９゜第１０の実施例
では板状の単純な軟鋼などからなる軟磁性体１８Ｃ，１
８Ｄを、また、第１１の実施例は主に水平方向の磁化を
有し、かつその高さが中央部で低く、両端部になるにし
たがって漸次高（なされた永久磁石１８Ｅを用いたもの
である。

また、第１８図は第１２の実施例で、１８Ｆで示される
ような永久磁石を階段状に設けたもので、効果としては
第１７図に示した実施例と同等である。これらの装置に
おいては前述のようなターゲット材１１が強磁性体の場
合における磁場補償作用は小さいが、ターゲット材１１
が非磁性体の場合には十分利用でき、前記磁場分布の設
定を可能にするものである。

なお、第１６図においては、外側磁極１３がターツト材
１１の外周よりも外側に張り出した形になっているが、
外側の永久磁石１７のエネルギー積が十分大きい場合、
あるいは永久磁石１７の厚さを十分に厚くできる場合に
こうした構造が可能となり、この場合スパッタ領域をタ
ーゲット材１１の外縁まで広げることが可能となる。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明したように、垂直方向の磁化を有す
る永久磁石、または軟磁性体からなる内側磁極と、この
内側磁極を取り囲む同様の材料からなる外側磁極との間
に水平方向の磁化を有する永久磁石を設け、さらに、前
記外側磁極の外側面に前記水平方向とは反対向きの磁化
を有する永久磁石を設けたことにより、外側磁極付近の
磁束密度が十分大きくなり、その結果として大型のマグ
ネ）・ロンの場合や強磁性体のターゲット材を使用した
場合においてもプラズマの保持が容易であり、通常のマ
グネトロンを使用した場合と比べるとスパッタレートも
大幅に増大する。

また、この発明は、内側磁極と、この内側磁極から外側
磁極近傍の両磁極上に配置されたターゲット材上部で前
記両磁極からの漏れ磁場の前記ターゲット材に垂直な成
分の勾配を前記両磁極間中央部では減少させ、かつ前記
両磁極付近では大きくし、また、前記磁場の水平成分の
強度分布は前記両磁極間においてＭ型の分布に、なるよ
うにするための手段を、前記ターゲット材の裏側の前記
両磁極間に設けたため、ターゲラＩ・材の局所的なエロ
ージョンが回避でき、ターゲット材の寿命が大幅に長く
なる。また、強磁性体のターゲットＨにおいては、操業
中におけるスパツタレ−１・の変化も極めて小さく抑え
られる。

また、前記磁場発生手段である外側磁極の外側面に設け
た永久磁石は極めて強力であるため、ターゲット材上面
の磁場に対してシールド効果のある前記軟磁性体による
手段、あるいは永久磁石による手段を組み合わせるとプ
ラズマの保持が安定で、しかもスパッタ領域の広いマグ
ネＩ・ロンスパッタ装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）Ｉ　（Ｃ）はこの発明の第１の実
施例を示す要部の断面図、第２図はこの発明の第２の実
施例を示す要部の断面図、第３図（ａ）。（ｂ）はターゲット材が強磁性体の時のこの発明の第１
の実施例におけるターゲット材上面における磁場の水平
、垂直成分の分布図、第４図は第１の実施例におけるタ
ーゲット材のエロージョンを示す断面図、第５図（ａ）
、（ｂ）はこの発明の第３の実施例のターゲラ）・材上
面における磁場の水平、垂直成分の分布図、第６図はそ
の時のエロージョンを示す断面図、第７図（ａ）、（ｂ
）ｊ第９図（ａ）　、　（ｂ）　、第１１図（ａ）　、
　（ｂ）はターゲット材が非磁性体の時のこの発明によ
る第４゜５．６の実施例におけるターゲット材上面にお
ける磁場の水平、垂直成分の分布図、第８図、第１０図
、第１２図は的記第４．５，６の実施例におけるターゲ
ット材のエロージョンを示す断面図、第１３図〜第１６
図はターゲット材上面における磁場分布の制御手段が軟
磁性体の場合の第７〜第１０の実施例をそれぞれ示す要
部の断面図、第１７図、第１８図はターゲット材上面に
おける磁場分布の制御手段が永久磁石の場合の第１１．
第１２の実施例を示す要部の断面図、第１９図（ａ）（
ｂ）は円形の従来のマグネトロンの斜視図およびＰａ−
Ｐａ間での断面図、第２０図は従来例である角型マグネ
トロンの斜視図、第２１図は従来のマグネトロンで強磁
性体のターゲット材をスパッタしたときの典型的なエロ
ージョンを示す断面図、第２２図（ａ）　Ｐ　　（ｂ）
　、第２４図（ａ）。（ｂ）はターゲット材がそれぞれ強磁性体、非磁性体の
場合に従来のマグネトロンを使用したときのターゲラ！
・材上面における磁場の水平、垂直成分の分布図、第２
３図、第２５図はターゲット材がそれぞれ強磁性体、非
磁性体の時の従来のマグネトロンを使用したときのター
ゲット材のエロージョン分布を示す断面図である。図中、１１はターゲラ）・材、１２は内側磁極、１３は
外側磁極、１４はベースプレー１・、１６はバッキング
プレート、１６．１７は永久磁石２１８は軟磁性体、１
９は支持板である。第１　図（ａ）第］図（ｂ）第図第図第図１日ま持雁第図第図第図１″＋Ａ第］２図ピ＾第図第］３図第図第図第］６図第］９図（ａ）第図第］８図第図第図第図第図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）内側磁極と、この内側磁極を取り囲んだ反対の極
性を持つ外側磁極と、前記内側磁極から外側磁極近傍の
両磁極上に配置されたターゲット材とを有するプレーナ
マグネトロンスパッタ装置において、前記両磁極は垂直
方向の磁化を有する永久磁石、または軟磁性体からなり
、前記両磁極間に、水平方向の磁化を有する永久磁石を
設け、さらに前記外側磁極の外側面に前記水平方向とは
逆向きの磁化を有する永久磁石を設けたことを特徴とす
るマグネトロンスパッタ装置。
（２）請求項（１）に記載の装置において、前記ターゲ
ット材の上部で前記両磁極からの漏れ磁場の前記ターゲ
ット材に垂直な成分の勾配を前記磁極間中央部では減少
させ、かつ前記両磁極付近では大きくし、また前記磁場
の水平成分の強度分布は前記両磁極間においてＭ型の分
布になるようにするための手段を、前記ターゲット材の
裏側の前記両磁極間に設けたことを特徴とするマグネト
ロンスパッタ装置。
（３）ターゲット材の裏側の両磁極間に設けられる手段
が、狭い幅からなる透磁率の小さな物質または単なるス
リットによって分割された複数の軟磁性体であり、かつ
ターゲット材の磁気特性、または前記ターゲット材の厚
さに対応して、前記軟磁性体の数および前記透磁率の小
さな物質またはスリットの幅を設定したことを特徴とす
る請求項（２）に記載のマグネトロンスパッタ装置。
（４）ターゲット材の裏側の両磁極間に設けられる手段
が、断面積が中央部において大きく両端部において漸次
小さく形成された軟磁性体であることを特徴とする請求
項（２）に記載のマグネトロンスパッタ装置。
（５）ターゲット材の裏側の両磁極間に設けられる手段
が、両端部におけるターゲット材からの距離が漸次大き
くなるように屈曲した軟磁性体であることを特徴とする
請求項（２）に記載のマグネトロンスパッタ装置。
（６）ターゲット材の裏側の両磁極間に設けられる手段
が、前記両磁極間距離の２０〜８０％の長さを有する板
状または棒状の軟磁性体であることを特徴とする請求項
（２）に記載のマグネトロンスパッタ装置。
（７）ターゲット材の裏側の両磁極間に設けられる手段
が、水平方向の磁化を有し、かつその高さが中央部で低
く、両端部に近くなるにしたがって漸次高くなされた永
久磁石であることを特徴とする請求項（２）に記載のマ
グネトロンスパッタ装置。
（８）請求項（２）に記載された装置において、前記Ｍ
型の水平成分の強度分布で、前記磁極間中央部の最小値
が最大値の２０〜７５％の範囲内にあることを特徴とす
るマグネトロンスパツタ装置。
（９）請求項（２）〜（８）のいずれかに記載された装
置において、前記垂直成分の勾配が小さい範囲において
、垂直磁場の極性が変化するようにしたことを特徴とす
るマグネトロンスパッタ装置。
（１０）請求項第（２）〜（９）のいずれかに記載され
た装置において、前記垂直成分の勾配が小さい範囲で、
かつ前記Ｍ型の水平成分の中間部の極小値を示す近傍で
、前記垂直磁場の極性が変化するようにしたことを特徴
とするマグネトロンスパッタ装置。
（１１）請求項（１０）に記載された装置において、前
記Ｍ型の水平成分の中間部の極小値を示す近傍の範囲を
、前記極小値を示す位置から前記両磁極間距離の±１０
％としたことを特徴とするマグネトロンスパッタ装置。
（１２）請求項（３）に記載の装置において、前記スリ
ット幅を調整するために、リボン状の軟磁性体を前記ス
リットに挿入したことを特徴とするマグネトロンスパッ
タ装置。
（１３）請求項（１）〜（５）、（８）〜（１２）のい
ずれかに記載された装置において、前記ターゲット材が
強磁性体であることを特徴とするマグネトロンスパッタ
装置。