JPH0774439B2 - マグネトロンスパッタ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、大型のマグネト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、スパッタレートの変化を小さくしたマグネト
ロンスパッタ装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来のマグネトロンスパッタ装置を第19図によって説明
する。

第19図（ｂ）は、第19図（ａ）のP_A−P_B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ット材であり、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、前記ターゲット材
１と被スパッタ物（デイスク等、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に衝突し、ターゲットの物質をたた
き出し、被スパッ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
よく捕らえ、Arガスのイオン化を促進させスパッタの効
率を上げるためのものである。５はバッキングプレート
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、ドームに沿って運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る。

第21図はターゲット材１が強磁性体（例えば、鉄，コバ
ルト等）の場合を典型的な第19図のP_A−P_B間におけるタ
ーゲット材１のエロージョンの様子を示す断面図であ
る。この図からわかるようにし、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（GTターゲット：日本金属学会会報,V
ol.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ることが提案されている
が、ターゲット材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る。また、タ
ーゲット材１が強磁性体の場合はターゲット材１のエロ
ージョンが起こると、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ジョンがさら
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
装置でも採用できる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る。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線状になってい
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上の磁場分布を制御するための軟磁性体や
永久磁石を前記両磁極間に用いる場合には、ターゲット
材１上での磁場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。ターゲット材１のエロージョン
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線
をターゲット面にできる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、ターゲット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エロージョンを防止し、タ
ーゲット材の寿命を著しく長くした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。また、強磁性体の
ターゲット材においては、特にスパッタレートが操業中
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。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係るマグネトロンスパッタ装置は、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
外側磁極の外側面には、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
前記両磁極間に設けたものである。

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、さらに、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、両磁極に近く
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20〜70％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，
および前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
ト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、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、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ー
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ット材上面の磁場分布が精
密に制御される。

さらに、請求項（４）〜（６）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（７）〜（９）に記載の各発明は、それぞ
れ請求項（２）〜（６）に記載の発明の作用をよりよく
実現する。

さらに、請求項（10）に記載の発明は、請求項（３）に
記載された発明のスリット幅を調整し、最適値にするこ
とができる。

また、請求項（11）に記載の発明は、ターゲット材が強
磁性体に特に有効であり、エロージョンが均一に進む。

〔実施例〕

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_A−P_B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ｊ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、こうした構造を用いるとマグネトロンの大きさが小
さくなるという利点がある。また、この場合外側に用い
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
た外側磁極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る希土類等のプラ
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
5はバッキングプレートである。

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）〜（ｃ）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、このスリット幅は、0.01〜3mm程度、より好
ましくは0.1〜0.5mmであり、前記軟磁性体18の厚さは１
〜10mm、より好ましくは４〜8mm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プレート、15
は前記ターゲット材11を貼るためのパッキングプレート
である。この実施例では、８インチ、2.5mmの厚さを有
するFeCo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。この磁化はターゲット材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の上部付近では、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制御するためのも
のである。つまり、スリットがあることによって、スリ
ットの部分で磁束の涌きだしがおこり、各軟磁性体18a
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のスリッ
ト幅を適宜変化させて複数からなる軟磁性体18a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、
特にターゲット材11が強磁性体の場合、このスリット幅
の調整は重要である。通常のマグネトロンの場合、強磁
性体からなるターゲット材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だしがターゲット
材１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、ターゲット材11上の磁場が強く
なるだけでなく、同様にターゲット材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く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。複数の軟磁性体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
果はほぼ同一である。また、各軟磁性体18a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開始
前のターゲット面から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ット材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ット面から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（ａ），（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
マの閉じ込められる領域がエロージョンの進行に伴って
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、ターゲット材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ートの経時変化も
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/cm、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
小値を示す位置に極めて近い場所で垂直磁場の極性が変
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は問題としな
い。このようにした場合、第19図で示される従来のマグ
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1
2,13間における垂直磁場の勾配の小さい部分で勾配をほ
ぼゼ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。エロージョンパターンは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じ込
められたためと考えられる。したがって、特に強磁性体
のターゲット材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最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
をゼロではなく、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、ターゲット寿命が最
も長く、操業中のスパッタレート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非磁
性体ターゲットの場合について行った。第７図（ａ），
（ｂ），第８図はそれぞれスパッタ開始前のターゲット
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），第25図はそれぞ
れターゲット材11と同じターゲット材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ット材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ほどでは
ないが、やはり局所的に発生し、この場合のターゲット
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。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
合のターゲット利用効率は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
両磁極12,13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50％とした。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、ターゲット材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18a間のスリ
ット幅をややひろげる（0.2から0.3mm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
エロージョンパターンを第11図（ａ），（ｂ），第12図
に示した。この場合、ターゲット材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
明確にすることはできないが、プラズマをドーム状の磁
場で閉じ込める場合、両磁極12,13間中央部でターゲッ
ト材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くな
るためではないかと考えられる。したがって、極めて広
いエロージョン領域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考えられる。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型からほぼフラット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％以下、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。これは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
施例からわかるように、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
等のリボンを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18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,AL,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
部での磁束量が減り、また、後者においては軟磁性体18
B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大きくな
る部分での変化がより連続的となり、特にターゲット材
11が強磁性体の場合にスパッタレートの経時変化が少な
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,18D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くなされた
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がターゲット材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
ネト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、ターゲット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材においては、操業中
におけるスパッタレートの変化も極めて小さく抑えられ
る。

また、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
ト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），（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の実施例のターゲット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），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図は前記第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スパッタ装置の斜視
図およびP_A−P_B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），（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スパッタ装置
を使用したときの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23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
ンスパッタ装置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はターゲット材、12は内側磁極、13は外側磁
極、14はベースプレート、15はバッキングプレート、1
6,17は永久磁石、18は軟磁性体、19は支持板である。

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項４】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。
5. 【請求項５】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。
6. 【請求項６】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ッタ装置。
7. 【請求項７】請求項（２）〜（６）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。
8. 【請求項８】請求項（２）〜（７）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。
9. 【請求項９】請求項（８）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。
10. 【請求項１０】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。
11. 【請求項１１】請求項（１）〜（３），（６）〜（11）
    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。