JPWO2019167438A1 - Magnetron Sputtering Cathode and Magnetron Sputtering Equipment Using It - Google Patents

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Abstract

【課題】プラズマスパッタリング法においては、ターゲットの浸食領域を拡大させることにより、ターゲット材料の利用効率を向上させることができるが、現状のマグネトロンプラズマスパッタリングカソードを用いるとターゲットの利用効率が制限されていたため、カソードの改善が必要だった。【解決手段】対向するように配置された少なくとも２つの第１の磁性体１３１と、第１の磁性体の外側に対向するようにそれぞれ配置された少なくとも２つの第２の磁性体１３２と、第２の磁性体の外側に配置されたヨークとを具備し、２つの第１の磁性体は、ターゲット表面側で互いに交差する向きの磁化ベクトルＦＩをそれぞれ有し、２つの第２の磁性体は、ターゲット表面側で互いに交差し、かつ隣接する第１の磁性体の磁化ベクトルとの内積が負となる向きの磁化ベクトルＦＯをそれぞれ有する。【選択図】図４PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the utilization efficiency of a target material by expanding the erosion region of a target in the plasma sputtering method, but the utilization efficiency of the target is limited by using the current magnetron plasma sputtering cathode. , The cathode needed to be improved. SOLUTION: At least two first magnetic bodies 131 arranged so as to face each other, and at least two second magnetic bodies 132 arranged so as to face each other outside the first magnetic body, and a second The two first magnetic materials each have a magnetization vector FI in a direction intersecting each other on the target surface side, and the two second magnetic materials have a yoke arranged outside the two magnetic materials. Each has a magnetization vector FO that intersects with each other on the surface side of the target and has a negative inner product with the magnetization vector of the adjacent first magnetic material. [Selection diagram] Fig. 4

Description

本発明は、マグネトロンスパッタリングカソードおよびそれを用いたマグネトロンスパッタリング装置に関する。 The present invention relates to a magnetron sputtering cathode and a magnetron sputtering apparatus using the same.

スパッタリング現象を利用した成膜法とは、電極上に配置されたターゲット材料に、真空中で荷電粒子の陽イオン（Ａｒイオン等）を衝突させ、ターゲット材料をスパッタリングさせ、基板上に堆積させるという方法である。この成膜法の１つであるマグネトロンスパッタ法は、ターゲットの裏面側に配設した磁力線発生部を用いてターゲットの表面側に磁界（磁場）を形成し、プラズマ中の一次電子またはターゲット表面からスパッタリングされた二次電子をローレンツ力で捉えて周回ドリフト運動させることによりスパッタガス（Ａｒガス等）とのイオン化衝突の頻度を増大させ、ターゲット付近に高密度プラズマを生成させることにより、成膜速度を高速化できるという特性を有する。 The film formation method using the sputtering phenomenon is to collide the cations (Ar ions, etc.) of charged particles with the target material placed on the electrode in a vacuum, sputter the target material, and deposit it on the substrate. The method. In the magnetron sputtering method, which is one of the film forming methods, a magnetic field (magnetic field) is formed on the front surface side of the target by using the magnetic field line generating portion arranged on the back surface side of the target, and the primary electrons in the plasma or the target surface are used. The frequency of ionization collision with sputtered gas (Ar gas, etc.) is increased by capturing the sputtered secondary electrons with Lorentz force and causing them to drift around, and by generating high-density plasma near the target, the film formation rate. Has the characteristic of being able to speed up.

しかしながら、マグネトロンスパッタ法では、一次および二次電子を捕捉する磁気トンネルがターゲットの表面側のごく一部に局在するために、マグネトロン磁場が固定されている場合にはプラズマ生成領域が局在してしまうことになる。その結果、ターゲットのごく一部の領域（面積にして約２０〜３０％）が選択的に侵食されることになる。 However, in the magnetron sputtering method, since the magnetic tunnel that captures the primary and secondary electrons is localized in a small part on the surface side of the target, the plasma generation region is localized when the magnetron magnetic field is fixed. Will end up. As a result, a small part of the target area (about 20 to 30% in area) is selectively eroded.

特にターゲットが磁性材料で構成されている場合には、選択的に浸食（エロージョン）された部位から磁力線漏れが発生し、磁力線漏れ部のみで侵食が進み、放電状態も変化してしまう。その結果、使用率１５％以下でターゲットの交換を行わざるを得ず、ターゲット交換頻度の増大によるメンテナンス費用が嵩み、ランニングコスト悪化の要因となっていた。 In particular, when the target is made of a magnetic material, magnetic field line leakage occurs from the selectively eroded portion, erosion proceeds only at the magnetic field line leaking portion, and the discharge state also changes. As a result, the target had to be replaced at a usage rate of 15% or less, and the maintenance cost increased due to the increase in the target replacement frequency, which was a factor of deterioration of the running cost.

このような課題を解決するべく、各種の技術が提案されている。例えば特許文献１には、マグネトロン電極の磁場発生装置を、ターゲットの中央部から外周部に向かって順に、中心垂直磁石、内側平行磁石、外側平行磁石および外周垂直磁石を配置した構成とし、内側平行磁石をターゲットに近づけて配置する技術が開示されている。 Various techniques have been proposed to solve such problems. For example, in Patent Document 1, the magnetic field generator of the magnetron electrode has a configuration in which a central vertical magnet, an inner parallel magnet, an outer parallel magnet, and an outer peripheral vertical magnet are arranged in order from the central portion to the outer peripheral portion of the target. A technique for arranging a magnet close to a target is disclosed.

また、例えば特許文献２には、ターゲット裏面に配置した磁石の磁気回路によってターゲット表面に弧状の磁力線を描く漏れ磁場を発生するマグネトロンスパッタ装置用磁気回路であって、内側磁石と、該内側磁石と逆向きの磁化方向を有し該内側磁石を取囲む外側磁石と、内側磁石と外側磁石との間に配置され、内側磁石および外側磁石の磁化方向と直交し、かつ内側磁石から外側磁石に向かう方向またはその逆の方向に磁化された水平磁化磁石と、これらの磁石を挟んでターゲットと対向して配設され内側磁石と外側磁石との間で磁束を通すヨークとを備え、該水平磁化磁石の保磁力の値が、磁石内部中央よりもターゲット側に近い領域の方が高くなっているマグネトロンスパッタ装置用磁気回路が開示されている。 Further, for example, Patent Document 2 describes a magnetic circuit for a magnetron sputtering device that generates a leakage magnetic field that draws an arc-shaped magnetic field line on the target surface by a magnetic circuit of a magnet arranged on the back surface of the target, and the inner magnet and the inner magnet. The outer magnet having the opposite magnetization direction and surrounding the inner magnet is arranged between the inner magnet and the outer magnet, is orthogonal to the magnetization directions of the inner magnet and the outer magnet, and is directed from the inner magnet to the outer magnet. The horizontally magnetized magnet is provided with a horizontally magnetized magnet magnetized in the direction or the opposite direction, and a yoke arranged so as to face the target with these magnets interposed therebetween and passing a magnetic flux between the inner magnet and the outer magnet. A magnetic circuit for a magnetron sputtering apparatus is disclosed in which the value of the coercive force of the magnet is higher in a region closer to the target side than in the center inside the magnet.

さらに、例えば特許文献３には、主磁場を発生させる２以上の主磁極部と、発生した主磁場を調整するための副磁場を発生させる、複数に分割された第１の分割磁石を有する少なくとも１以上の副磁極部と、１以上の副磁極部のそれぞれに対応して、複数の第１の分割磁石と対向するように配置された１以上の第１のヨークを含むヨーク部とを具備する磁界発生装置が開示されている。 Further, for example, Patent Document 3 has at least two or more main magnetic poles for generating a main magnetic field and a first divided magnet divided into a plurality of magnets for generating a sub-magnetic field for adjusting the generated main magnetic field. It includes one or more sub-magnetic pole portions and a yoke portion including one or more first yokes arranged so as to face a plurality of first dividing magnets corresponding to each of the one or more sub-magnetic pole portions. The magnetic field generator to be used is disclosed.

また、例えば特許文献４には、ターゲットの面に対して平行な方向に極軸を持つ環状の第１の磁石体と、第１の磁石体の内側に配置され、第１の磁石体の極軸の方向と平行な方向に極軸を持つ第２の磁石体と、第１の磁石体および第２の磁石体を背面から支持する透磁性の基盤と、ターゲットの表面の磁界分布を変動させる磁界分布変動部材とを有し、磁界分布変動部材は、第１の磁石体および第２の磁石体の間に、かつ基盤によって背面から支持されるように配置されている磁場発生装置が開示されている。 Further, for example, in Patent Document 4, an annular first magnet body having a polar axis in a direction parallel to the target surface and a pole of the first magnet body arranged inside the first magnet body. A second magnet body having a polar axis in a direction parallel to the direction of the axis, a permeable magnetic base that supports the first magnet body and the second magnet body from the back surface, and a magnetic field distribution on the surface of the target are varied. Disclosed is a magnetic field generator having a magnetic field distribution variable member and the magnetic field distribution variable member arranged between a first magnet body and a second magnet body so as to be supported from the back surface by a base. ing.

これらの他に、例えば特許文献５には、ターゲット載置面を有するターゲットホルダと、ターゲットホルダのターゲット載置面と反対の面側に配置され、長辺および短辺を有する矩形の磁石ユニットとを備え、磁石ユニットは、ターゲット載置面に対して垂直方向に磁化された第１磁石と、第１磁石の周囲に配置され、ターゲット載置面に対して垂直方向であり、かつ第１磁石の磁化方向と異なる逆方向に磁化された第２磁石と、短辺方向における第１磁石と第２磁石との間の一部であって、かつ第１磁石と第２磁石との間の少なくとも真ん中の位置に短辺方向に磁化された第３磁石を有し、第３磁石は、第２磁石と対向する面が、第２磁石のターゲットホルダ側の面と同極の極性を有し、第１磁石と対向する面が第１磁石のターゲットホルダ側の面と同極の極性を有することを特徴とするスパッタリング装置が開示されている。 In addition to these, for example, Patent Document 5 describes a target holder having a target mounting surface and a rectangular magnet unit arranged on the surface side of the target holder opposite to the target mounting surface and having a long side and a short side. The magnet unit includes a first magnet magnetized in a direction perpendicular to the target mounting surface, and a first magnet arranged around the first magnet, perpendicular to the target mounting surface, and the first magnet. A second magnet magnetized in a direction different from the magnetization direction of the magnet, and a part between the first magnet and the second magnet in the short side direction, and at least between the first magnet and the second magnet. It has a third magnet magnetized in the short side direction at the center position, and the surface of the third magnet facing the second magnet has the same polarity as the surface of the second magnet on the target holder side. A sputtering apparatus is disclosed in which a surface facing the first magnet has the same polarity as a surface of the first magnet on the target holder side.

特開２００９−１４９９７３号公報JP-A-2009-149973 特開２０１２−１１２０４０号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-112040 特開２０１５−１７３０４号公報JP 2015-17304 国際公開第２０１２/０３５９７０号International Publication No. 2012/035970 国際公開第２０１４/０１０１４８号International Publication No. 2014/010148

しかしながら、上述した技術では、浸食領域をある程度拡大することにより、ターゲット材料の利用効率をある程度向上させることはできるが、プラズマの閉じ込め領域が局在するために、ターゲットの利用効率をさらに向上させることができないという問題点があった。その結果、上述した技術では、複数のマグネトロン磁場を形成することなく、単一のマグネトロン磁場を用いた場合には、ターゲット利用効率が制限されるという問題点があった。 However, in the above-mentioned technique, the utilization efficiency of the target material can be improved to some extent by expanding the erosion region to some extent, but the utilization efficiency of the target can be further improved because the confinement region of the plasma is localized. There was a problem that it could not be done. As a result, the above-mentioned technique has a problem that the target utilization efficiency is limited when a single magnetron magnetic field is used without forming a plurality of magnetron magnetic fields.

本発明の発明者は、上述した問題点に関して鋭意研究を続けた結果、以下のような画期的なマグネトロンスパッタリングカソードおよびマグネトロンスパッタリング装置を創製した。 As a result of diligent research on the above-mentioned problems, the inventor of the present invention has created the following epoch-making magnetron sputtering cathodes and magnetron sputtering apparatus.

上記課題を解決するための本発明に係る第１の態様は、ターゲットの裏面側に配置され、ターゲット表面の上方に磁界を発生させるマグネトロンスパッタリングカソードであって、対向するように配置された少なくとも２つの第１の磁性体と、第１の磁性体の外側に対向するようにそれぞれ配置された少なくとも２つの第２の磁性体と、第２の磁性体の外側に配置されたヨークとを具備し、２つの第１の磁性体は、ターゲット表面側で互いに交差する向きの磁化ベクトルをそれぞれ有し、２つの第２の磁性体は、ターゲット表面側で互いに交差し、かつ隣接する第１の磁性体の磁化ベクトルとの内積が負となる向きの磁化ベクトルをそれぞれ有することを特徴とするマグネトロンスパッタリングカソードにある。 A first aspect of the present invention for solving the above problems is a magnetron sputtering cathode arranged on the back surface side of a target and generating a magnetic field above the target surface, and at least two arranged so as to face each other. It comprises one first magnetic material, at least two second magnetic materials arranged so as to face each other on the outside of the first magnetic material, and a yoke arranged on the outside of the second magnetic material. The two first magnetic materials each have a magnetization vector in a direction that intersects each other on the target surface side, and the two second magnetic materials intersect each other on the target surface side and are adjacent to each other. The magnetron sputtering cathode is characterized in that each has a magnetization vector in a direction in which the inner product with the magnetization vector of the body is negative.

ここで、「磁化ベクトルの向き」はＳ極からＮ極へ向かう向きに定義する。また、「少なくとも２つの第１の磁性体」とは、物理的に２つ以上の第１の磁性体を示すだけでなく、後述する内環状磁性体（内側磁性体）を１つの磁性体で一体的に作った場合のものも含まれる。「少なくとも２つの第２の磁性体」についても同様である。 Here, the "direction of the magnetization vector" is defined as the direction from the S pole to the N pole. Further, the "at least two first magnetic materials" not only physically indicate two or more first magnetic materials, but also an inner annular magnetic material (inner magnetic material) described later as one magnetic material. The one when made integrally is also included. The same applies to "at least two second magnetic materials".

かかる第１の態様では、磁気ミラー領域をターゲットの中心側に形成できるので、プラズマの閉じ込め領域を中心側に広げることができる。その結果、ターゲットの利用効率を向上させることができる。また、磁気ミラー領域が形成されることでプラズマ閉じ込め効果が向上し、５０Ｗ以下の低電力放電および１Ｐａ以下の低ガス圧力放電が可能になる。 In such a first aspect, since the magnetic mirror region can be formed on the central side of the target, the confinement region of the plasma can be expanded toward the central side. As a result, the utilization efficiency of the target can be improved. Further, the formation of the magnetic mirror region improves the plasma confinement effect, and enables low power discharge of 50 W or less and low gas pressure discharge of 1 Pa or less.

本発明に係る第２の態様は、第１の磁性体の磁化ベクトルの交差角α（度）が、次式に示す範囲にあることを特徴とする第１の態様に記載のマグネトロンスパッタリングカソードにある。 The second aspect according to the present invention is the magnetron sputtering cathode according to the first aspect, wherein the cross angle α (degree) of the magnetization vector of the first magnetic material is in the range shown in the following equation. is there.

かかる第２の態様では、磁気ミラー領域をターゲットのより中心側に形成できるので、プラズマの閉じ込め領域をより広げることができる。その結果、ターゲットの利用効率をより向上させることができる。 In such a second aspect, the magnetic mirror region can be formed closer to the center of the target, so that the plasma confinement region can be further expanded. As a result, the utilization efficiency of the target can be further improved.

本発明に係る第３の態様は、第２の磁性体の磁化ベクトルの交差角β（度）が、次式に示す範囲にあることを特徴とする第１または第２の態様に記載のマグネトロンスパッタリングカソードにある。 The magnetron according to the first or second aspect according to the third aspect of the present invention, wherein the cross angle β (degree) of the magnetization vector of the second magnetic material is in the range shown in the following equation. Located on the sputtering cathode.

かかる第３の態様では、磁気ミラー領域をターゲットのより中心側に形成できるので、プラズマの閉じ込め領域をさらに広げることができる。その結果、ターゲットの利用効率をさらに向上させることができる。 In such a third aspect, the magnetic mirror region can be formed closer to the center of the target, so that the plasma confinement region can be further expanded. As a result, the utilization efficiency of the target can be further improved.

本発明に係る第４の態様は、第１の磁性体の磁化ベクトルの交差角αが４０度〜１３５度の範囲にあり、第２の磁性体の磁化ベクトルの交差角βが４０度〜１３５度の範囲にあることを特徴とする第３の態様に記載のマグネトロンスパッタリングカソードにある。 In the fourth aspect of the present invention, the cross angle α of the magnetization vector of the first magnetic material is in the range of 40 degrees to 135 degrees, and the cross angle β of the magnetization vector of the second magnetic material is 40 degrees to 135 degrees. The magnetron sputtering cathode according to the third aspect, which is characterized by being in the range of degrees.

かかる第４の態様では、磁気ミラー領域をターゲットのより中心側に形成できるので、プラズマの閉じ込め領域をより一層広げることができる。 In such a fourth aspect, since the magnetic mirror region can be formed closer to the center of the target, the plasma confinement region can be further expanded.

本発明の第５の態様は、ターゲットの形状が略円盤状であり、複数の第１の磁性体で形成される内側磁性体および複数の第２の磁性体で形成される外側磁性体の形状がそれぞれ略環状であり、内側磁性体の外径ｒＯと、ターゲットの半径ＲＴおよび、外側磁性体の外径ＲＯとが次式の関係を満たすことを特徴とする第１〜第４の態様の何れか１つに記載のマグネトロンスパッタリングカソードにある。 In a fifth aspect of the present invention, the shape of the target is substantially disk-shaped, and the shape of the inner magnetic material formed of the plurality of first magnetic materials and the shape of the outer magnetic material formed of the plurality of second magnetic materials. Each of the first to fourth embodiments is characterized in that the outer diameter rO of the inner magnetic material, the radius RT of the target, and the outer diameter RO of the outer magnetic material satisfy the relationship of the following equation. The magnetron sputtering cathode according to any one.

ここで、外側磁性体の内径をＲＩとすると、ｒＯ、ＲＴ、ＲＩ、ＲＯは正の数、ｒＯ＜ＲＩ＜ＲＯである。また、「略円盤状」とは円盤状だけでなく、円盤状に近似する形状を含むものをいう。さらに、「略環状」とは環状だけでなく、環状に近似する形状を含むものをいう。ターゲットの形状が円盤状に近似し、かつ内側磁性体および外側磁性体の形状が環状に近似する場合には、それらのｒＯ、ＲＴ、ＲＯは、それらの形状から近似または換算して求めることができる。 Here, assuming that the inner diameter of the outer magnetic material is RI, rO, RT, RI, and RO are positive numbers, and rO <RI <RO. Further, the "substantially disk shape" means not only a disk shape but also a shape that approximates a disk shape. Further, the "substantially annular" means not only an annular shape but also a shape that approximates an annular shape. When the shape of the target is close to a disk shape and the shapes of the inner magnetic material and the outer magnetic material are close to an annular shape, their rO, RT, and RO can be obtained by approximating or converting from those shapes. it can.

また、ＲＴおよびｒＯが次式の関係を満たす場合は、ループ磁場の外径がターゲットの外径よりも大きくなるため、磁気ミラー領域をターゲット外径より外側に形成することができる。その結果、プラズマ閉じ込め領域をターゲット外径以上に伸長することができる。 Further, when RT and rO satisfy the relationship of the following equation, the outer diameter of the loop magnetic field becomes larger than the outer diameter of the target, so that the magnetic mirror region can be formed outside the outer diameter of the target. As a result, the plasma confinement region can be extended beyond the outer diameter of the target.

本発明の第６の態様は、ターゲットの半径ＲＴと、外側磁性体の内径ＲＩと、外側磁性体の外径ＲＯとが、次式の関係を満たすことを特徴とする第５の態様に記載のマグネトロンスパッタリングカソードにある。 A sixth aspect of the present invention is described in the fifth aspect, wherein the radius RT of the target, the inner diameter RI of the outer magnetic material, and the outer diameter RO of the outer magnetic material satisfy the relationship of the following equation. Located on the magnetron sputtering cathode.

かかる第６の態様では、ループ磁場とターゲットとの外径が一致するので、ターゲット外径に最適化されたプラズマの閉じ込め領域を提供できる。 In such a sixth aspect, since the outer diameters of the loop magnetic field and the target match, it is possible to provide a plasma confinement region optimized for the target outer diameter.

本発明の第７の態様は、２つの第１磁性体のターゲット側の反対側に、２つの第１の磁性体に跨るように配置された第３の磁性体をさらに具備し、第３の磁性体は、少なくとも何れか一方の第１の磁性体の磁化ベクトルとの内積が正となる向きの磁化ベクトルを有することを特徴とする第１〜第６の態様の何れか１つに記載のマグネトロンスパッタリングカソードにある。 A seventh aspect of the present invention further comprises a third magnetic material arranged so as to straddle the two first magnetic materials on the opposite side of the target side of the two first magnetic materials. The description according to any one of the first to sixth aspects, wherein the magnetic material has a magnetization vector in a direction in which the inner product of at least one of the first magnetic materials with the magnetization vector is positive. Located on the magnetron sputtering cathode.

ここで、第３の磁性体は、第１の磁性体と接していてもよいし、接していなくてもよい。 Here, the third magnetic material may or may not be in contact with the first magnetic material.

かかる第７の態様では、ターゲットの外側に張り出すような磁気トンネルを形成することができるので、プラズマの閉じ込め領域をより広げることができる。 In such a seventh aspect, since a magnetic tunnel can be formed so as to project to the outside of the target, the confinement region of the plasma can be further expanded.

本発明に係る第８の態様は、第１の磁性体のターゲット側表面と、第２の磁性体のターゲット側表面と、ヨークのターゲット側表面が面一となっていることを特徴とする第１〜第６の何れか１つに記載のマグネトロンスパッタリングカソードにある。 An eighth aspect according to the present invention is characterized in that the target-side surface of the first magnetic material, the target-side surface of the second magnetic material, and the target-side surface of the yoke are flush with each other. The magnetron sputtering cathode according to any one of 1 to 6.

かかる第８の態様では、ターゲットの外周方向の磁力線をより垂直方向にすることができるので、プラズマの閉じ込め領域をより広げることができる。その結果、ターゲットの利用効率をさらに向上させることができる。 In such an eighth aspect, the magnetic field lines in the outer peripheral direction of the target can be made more vertical, so that the confinement region of the plasma can be further expanded. As a result, the utilization efficiency of the target can be further improved.

本発明に係る第９の態様は、第１〜第８の態様の何れか１つのマグネトロンスパッタリングカソードを備えたマグネトロンスパッタリング装置にある。 A ninth aspect according to the present invention is a magnetron sputtering apparatus provided with a magnetron sputtering cathode according to any one of the first to eighth aspects.

かかる第９の態様では、ターゲットの利用効率を向上させたマグネトロンスパッタリング装置を提供することができる。 In such a ninth aspect, it is possible to provide a magnetron sputtering apparatus having improved utilization efficiency of the target.

図１は実施形態１に係るマグネトロンスパッタリング装置の概略断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of the magnetron sputtering apparatus according to the first embodiment. 図２は実施形態１に係るターゲット、ターゲット支持部および磁力線発生部の概略断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the target, the target support portion, and the magnetic field line generating portion according to the first embodiment. 図３は実施形態１に係る各磁性体の概略上面図である。FIG. 3 is a schematic top view of each magnetic material according to the first embodiment. 図４はＡＡ’断面における各磁性体の磁化ベクトルの向きを示す概念図である。FIG. 4 is a conceptual diagram showing the direction of the magnetization vector of each magnetic material in the AA'cross section. 図５は実施形態１に係る各磁性体の磁化ベクトルの成分を示す概念図である。FIG. 5 is a conceptual diagram showing the components of the magnetization vector of each magnetic material according to the first embodiment. 図６は実施例１に係るマグネトロンスパッタリングカソードにより形成される磁場のシミュレーション結果を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a simulation result of a magnetic field formed by the magnetron sputtering cathode according to the first embodiment. 図７は比較例に係るマグネトロンスパッタリングカソードにより形成される磁場のシミュレーション結果を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a simulation result of a magnetic field formed by a magnetron sputtering cathode according to a comparative example. 図８は実施例２におけるアルミターゲットの輪郭形状を測定したグラフである。FIG. 8 is a graph obtained by measuring the contour shape of the aluminum target in the second embodiment. 図９は実施例２において生成したプラズマを上方から見た時の写真である。FIG. 9 is a photograph of the plasma generated in Example 2 when viewed from above. 図１０は実施形態２に係るターゲットおよび磁力線発生部の概略断面図である。FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of the target and the magnetic field line generating portion according to the second embodiment. 図１１は実施形態３に係るマグネトロンスパッタリングカソード（分割型）の概略上面図である。FIG. 11 is a schematic top view of the magnetron sputtering cathode (divided type) according to the third embodiment. 図１２は実施形態３に係るマグネトロンスパッタリングカソード（一体型）の概略上面図である。FIG. 12 is a schematic top view of the magnetron sputtering cathode (integrated type) according to the third embodiment. 図１３は実施形態４に係るマグネトロンスパッタリングカソードにより形成される磁場のシミュレーション結果を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a simulation result of a magnetic field formed by the magnetron sputtering cathode according to the fourth embodiment. 図１４は実施形態５に係るマグネトロンスパッタリングカソード（突出ヨーク無）により形成される磁場のシミュレーション結果を示す図である。FIG. 14 is a diagram showing a simulation result of a magnetic field formed by a magnetron sputtering cathode (without a protruding yoke) according to the fifth embodiment. 図１５は実施形態５に係るマグネトロンスパッタリングカソード（突出ヨーク有）により形成される磁場のシミュレーション結果を示す図である。FIG. 15 is a diagram showing a simulation result of a magnetic field formed by a magnetron sputtering cathode (with a protruding yoke) according to the fifth embodiment. 図１６は実施形態６に係るマグネトロンスパッタリングカソードにより形成される磁場のシミュレーション結果を示す図である。FIG. 16 is a diagram showing a simulation result of a magnetic field formed by the magnetron sputtering cathode according to the sixth embodiment.

以下に添付図面を参照して、本発明に係るマグネトロンスパッタリングカソードおよびマグネトロンスパッタリング装置の実施形態を説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。
（実施形態１）Hereinafter, embodiments of the magnetron sputtering cathode and the magnetron sputtering apparatus according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The present invention is not limited to the following embodiments.
(Embodiment 1)

図１は、本実施形態に係るマグネトロンスパッタリング装置の概略断面図である。図１に示すように、マグネトロンスパッタリング装置１は、真空チャンバ１０と、真空チャンバ１０の左側面部に排気管１１を介して取り付けられた真空ポンプ２０と、真空チャンバ１０の右側面部にガス配管１５を介して取り付けられたガス導入装置３０と、後述する基板支持部５５とターゲット支持部６５とに接続される電圧印加部４０とで構成されており、真空ポンプ２０を稼働させることによって真空チャンバ１０内のガスを外部に排出することができると共に、ガス導入装置３０によって真空チャンバ１０内にスパッタガス（水素、酸素、窒素・アルゴン等の不活性ガスや反応ガス等）を導入することができるようになっている。 FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of the magnetron sputtering apparatus according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the magnetron sputtering apparatus 1 has a vacuum chamber 10, a vacuum pump 20 attached to the left side surface of the vacuum chamber 10 via an exhaust pipe 11, and a gas pipe 15 on the right side surface of the vacuum chamber 10. It is composed of a gas introduction device 30 attached via the gas introduction device 30 and a voltage application unit 40 connected to a substrate support portion 55 and a target support portion 65, which will be described later, and by operating the vacuum pump 20, the inside of the vacuum chamber 10 Gas can be discharged to the outside, and sputter gas (inert gas such as hydrogen, oxygen, nitrogen / argon, reaction gas, etc.) can be introduced into the vacuum chamber 10 by the gas introduction device 30. It has become.

加えて、電圧印加部４０によってターゲット支持部６５と基板支持部５５との間に電圧を印加し、真空チャンバ１０内にプラズマを生成することができるようになっている。なお、排気管１１にはバルブ１２が取り付けられており、真空チャンバ１０内のガスの排出量を調整することができるようになっている。 In addition, the voltage application unit 40 can apply a voltage between the target support unit 65 and the substrate support unit 55 to generate plasma in the vacuum chamber 10. A valve 12 is attached to the exhaust pipe 11 so that the amount of gas discharged from the vacuum chamber 10 can be adjusted.

真空チャンバ１０の内部の上部には、基板支持部５５を介して取り付けられた基板５０が配置され、真空チャンバ１０の内部の下部には、基板５０に対向するようにターゲット６０および磁力線発生部１００が配置されており、生成されたプラズマを用いて基板５０上に所望の材料を成膜することができるようになっている。 A substrate 50 attached via a substrate support portion 55 is arranged in the upper part of the inside of the vacuum chamber 10, and a target 60 and a magnetic field line generating portion 100 are arranged in the lower part of the inside of the vacuum chamber 10 so as to face the substrate 50. Is arranged so that a desired material can be formed on the substrate 50 by using the generated plasma.

ここで、真空チャンバ１０は、内部を真空状態にすることができ、かつ内部がプラズマに対する耐性を有するものであれば、形状・材質・大きさは特に限定されない。また、真空ポンプ２０も真空チャンバ１０内を真空状態（例えば１０−７Ｔｏｒｒ以下）にすることができるものであればその種類は特に限定されない。さらに、ガス導入装置３０も、スパッタガス（水素、酸素、窒素・アルゴン等の不活性ガスや反応ガス等）を真空チャンバ１０内に導入することができるものであれば特に限定されない。また、電圧印加部４０も真空チャンバ１０内にプラズマを生成することができるものであれば特に限定されない。Here, the shape, material, and size of the vacuum chamber 10 are not particularly limited as long as the inside can be evacuated and the inside has resistance to plasma. Further, the type of the vacuum pump 20 is not particularly limited as long as the inside of the vacuum chamber 10 can be evacuated (for example, 10-7 Torr or less). Further, the gas introduction device 30 is not particularly limited as long as it can introduce a sputtering gas (an inert gas such as hydrogen, oxygen, nitrogen / argon, a reaction gas, etc.) into the vacuum chamber 10. Further, the voltage application unit 40 is not particularly limited as long as it can generate plasma in the vacuum chamber 10.

この他、基板５０、基板支持部５５、ターゲット６０、ターゲット支持部６５、排気管１１、ガス配管１５およびバルブ１２も特に限定されない。 In addition, the substrate 50, the substrate support 55, the target 60, the target support 65, the exhaust pipe 11, the gas pipe 15, and the valve 12 are not particularly limited.

次に、図２を参照して、磁力線発生部１００について詳細に説明する。図２は、本実施形態に係るターゲット、ターゲット支持部および磁力線発生部の概略断面図である。図２に示すように、本実施形態に係る磁力線発生部１００は、ターゲット支持部６５を介してターゲット６０の下方に配置されている。 Next, the magnetic field line generation unit 100 will be described in detail with reference to FIG. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a target, a target support portion, and a magnetic field line generating portion according to the present embodiment. As shown in FIG. 2, the magnetic field line generating portion 100 according to the present embodiment is arranged below the target 60 via the target supporting portion 65.

磁力線発生部１００は、真空チャンバ１０に固定するための絶縁体の固定部１１０上に、中央部に凹部１２５が形成されたヨーク１２０と、その凹部１２５内に配置された第１の磁性体１３１と第２の磁性体１３２と、ヨーク１２０を取り囲むようにヨーク１２０の外側に配置されたシールド１４０で構成されている。本実施形態では、これら全体をマグネトロンスパッタリングカソード１３０という。 The magnetic field line generating portion 100 includes a yoke 120 having a recess 125 formed in a central portion on a fixing portion 110 of an insulator for fixing to the vacuum chamber 10, and a first magnetic body 131 arranged in the recess 125. It is composed of a second magnetic body 132 and a shield 140 arranged outside the yoke 120 so as to surround the yoke 120. In the present embodiment, all of them are referred to as magnetron sputtering cathode 130.

なお、図示しないが、ヨーク１２０には、冷却水路が形成されており、冷却水路に冷却水を流すことによって、スパッタリング時に、後述する内環状磁性体および外環状磁性体の温度がキュリー温度以下の適切な温度に維持されるようになっている。 Although not shown, a cooling water channel is formed in the yoke 120, and by flowing cooling water through the cooling water channel, the temperatures of the inner annular magnetic material and the outer annular magnetic material described later are equal to or lower than the Curie temperature during sputtering. It is designed to be maintained at an appropriate temperature.

ここで、ヨーク１２０は、透磁率が高い材質で構成されているものであれば特に限定されず、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ４３０）等が挙げられる。また、シールド１４０を構成する材質も特に限定されない。 Here, the yoke 120 is not particularly limited as long as it is made of a material having a high magnetic permeability, and examples thereof include stainless steel (SUS430). Further, the material constituting the shield 140 is not particularly limited.

さらに、マグネトロンスパッタリングカソード１３０について説明する。図３は本実施形態に係るマグネトロンスパッタリングカソード１３０に配置される第１の磁性体１３１および第２の磁性体１３２の概略上面図であり、図４は図３に示すＡＡ’断面におけるマグネトロンスパッタリングカソード１３０を構成する各磁性体の磁化ベクトルの向きを示す概念図である。 Further, the magnetron sputtering cathode 130 will be described. FIG. 3 is a schematic top view of the first magnetic body 131 and the second magnetic body 132 arranged on the magnetron sputtering cathode 130 according to the present embodiment, and FIG. 4 is a schematic top view of the magnetron sputtering cathode in the AA'cross section shown in FIG. It is a conceptual diagram which shows the direction of the magnetization vector of each magnetic material which constitutes 130.

図３に示すように、第１の磁性体１３１と第２の磁性体１３２は、リング状の内環状磁性体（内側磁性体）ＭＩと、その外側に配置されたリング状の外環状磁性体（外側磁性体）ＭＯとをそれぞれ構成している。すなわち、内環状磁性体ＭＩは、４つの第１の磁性体１３１で構成され、外環状磁性体ＭＯは、４つの第２の磁性体１３２で構成されている。 As shown in FIG. 3, the first magnetic material 131 and the second magnetic material 132 are a ring-shaped inner annular magnetic material (inner magnetic material) MI and a ring-shaped outer annular magnetic material arranged outside the ring-shaped inner annular magnetic material (inner magnetic material) MI. Each of the (outer magnetic material) MO is configured. That is, the inner annular magnetic material MI is composed of four first magnetic materials 131, and the outer annular magnetic material MO is composed of four second magnetic materials 132.

そして、図４に示すように、ＡＡ’断面において互いに対向する第１の磁性体１３１Ａ、１３１Ｂは、各第１の磁性体１３１Ａ、１３１Ｂのターゲット側で互いに交差する向きの磁化ベクトルＦＩＡ、ＦＩＢをそれぞれ有している（図４中では、磁化ベクトルＦＩＡと磁化ベクトルＦＩＢとの交差位置は、ターゲット６０より上方に位置している）。また同様に、互いに対向する第２の磁性体１３２Ａ、１３２Ｂは、ターゲット側で互いに交差し、かつ隣接する第１の磁性体１３１Ａ、１３１Ｂの磁化ベクトルＦＩＡ、ＦＩＢとの内積が負となる向きの磁化ベクトルＦＯＡ、ＦＯＢをそれぞれ有している。 Then, as shown in FIG. 4, the first magnetic bodies 131A and 131B facing each other in the AA'cross section have magnetization vectors FIA and FIB in directions intersecting each other on the target side of the first magnetic bodies 131A and 131B, respectively. Each has (in FIG. 4, the intersection position of the magnetization vector FIA and the magnetization vector FIB is located above the target 60). Similarly, the second magnetic bodies 132A and 132B facing each other intersect each other on the target side, and the inner product of the adjacent first magnetic bodies 131A and 131B with the magnetization vectors FIA and FIB becomes negative. It has magnetization vectors FOA and FOB, respectively.

すなわち、図５に示すように、一方の第１の磁性体１３１Ａの磁化ベクトルＦＩＡは、ターゲット６０側方向とは反対側向きの磁化ベクトル成分ＦＩＡｙと、対向する他の第１の磁性体１３１Ｂ側方向とは反対側向きの磁化ベクトル成分ＦＩＡｘとに分解できる。That is, as shown in FIG. 5, the magnetization vector FIA of one of the first magnetic bodies 131A is the magnetization vector component FIA y of the direction opposite to the target 60 side direction, and the other first magnetic body 131B facing the target 60 side direction. It can be decomposed into the magnetization vector component FIA x in the direction opposite to the side direction.

一方の第２の磁性体１３２Ａの磁化ベクトルＦＯＡは、ターゲット６０側向きの磁化ベクトル成分ＦＯＡｙと、対向する他の第２の磁性体１３２Ｂ側向きの磁化ベクトルＦＯＡｘとに分解できる。また、他方の第１の磁性体１３１Ｂおよび他方の第２の磁性体１３２Ｂも同様に水平成分（ｘ方向）と垂直成分（ｙ方向）に分解できる磁化ベクトル成分を有している。The magnetization vector of one of the second magnetic body 132A FOA can be decomposed and the magnetization vector component FOA y of the target 60 side facing, in the magnetization vector FOA x other second magnetic body 132B side facing opposite. Further, the other first magnetic body 131B and the other second magnetic body 132B also have a magnetization vector component that can be decomposed into a horizontal component (x direction) and a vertical component (y direction).

すなわち、第１の磁性体１３１Ａの磁化ベクトルの成分ＦＩＡｘと、第１の磁性体１３１Ａに対向する第１の磁性体１３１Ｂの磁化ベクトルの成分ＦＩＢｘとは、以下の関係にある。That is, the component FIA x of the magnetization vector of the first magnetic body 131A and the component FIB x of the magnetization vector of the first magnetic body 131B facing the first magnetic body 131A have the following relationship.

同様に、第１の磁性体１３１Ａの磁化ベクトルの成分ＦＩＡｙと、第１の磁性体１３１Ａに対向する第１の磁性体１３１Ｂの磁化ベクトルの成分ＦＩＢｙとは、以下の関係にある。Similarly, the component FIA y of the magnetization vector of the first magnetic body 131A and the component FIB y of the magnetization vector of the first magnetic body 131B facing the first magnetic body 131A have the following relationship.

式１と式２の関係は、ＦＩＡとＦＩＢをＦＯＡとＦＯＢと読み替えても同様に成り立つ。 The relationship between Equation 1 and Equation 2 holds similarly even if FIA and FIB are read as FOA and FOB.

なお、第１の磁性体１３１Ａの磁化ベクトルＦＩＡの向きに対する第２の磁性体１３２Ａの磁化ベクトルＦＯＡの向きは、ＦＩＡとＦＯＡとの内積が負になるものであれば、特に限定されない。また、同様に、第１の磁性体１３１Ｂの磁化ベクトルＦＩＢの向きに対する第２の磁性体１３２Ｂの磁化ベクトルＦＯＢの向きも、ＦＩＢとＦＯＢとの内積が負になるものであれば、特に限定されない。さらに、例えば、第２の磁性体１３２Ａの磁化ベクトルＦＯＡは、隣接する第１の磁性体１３１Ａの磁化ベクトルＦＩＡと平行となってもよいし、平行でなくてもよい。同様に、第２の磁性体１３２Ｂの磁化ベクトルＦＯＢは、隣接する第１の磁性体１３１Ｂの磁化ベクトルＦＩＢと平行となってもよいし、平行でなくてもよい。 The direction of the magnetization vector FOA of the second magnetic body 132A with respect to the direction of the magnetization vector FIA of the first magnetic body 131A is not particularly limited as long as the inner product of the FIA and the FOA is negative. Similarly, the direction of the magnetization vector FOB of the second magnetic body 132B with respect to the direction of the magnetization vector FIB of the first magnetic body 131B is not particularly limited as long as the inner product of the FIB and the FOB is negative. .. Further, for example, the magnetization vector FOA of the second magnetic body 132A may or may not be parallel to the magnetization vector FIA of the adjacent first magnetic body 131A. Similarly, the magnetization vector FOB of the second magnetic body 132B may or may not be parallel to the magnetization vector FIB of the adjacent first magnetic body 131B.

また、図４に示す第１の磁性体１３１Ａの磁化ベクトルＦＩＡと第１の磁性体１３１Ｂの磁化ベクトルＦＩＢとの交差角αは特に限定されないが、０度より大きく１８０度より小さい範囲が生成されるプラズマの閉じ込め領域を広げることができるので好ましく、４０度〜１３５度の範囲が生成されるプラズマの閉じ込め領域をより広げることができるのでより好ましく、４５度〜９０度の範囲が生成されるプラズマの閉じ込め領域をさらに広げることができるので特に好ましい。 Further, the crossing angle α between the magnetization vector FIA of the first magnetic body 131A and the magnetization vector FIB of the first magnetic body 131B shown in FIG. 4 is not particularly limited, but a range larger than 0 degrees and smaller than 180 degrees is generated. It is preferable because the confinement region of the plasma can be expanded, and more preferably because the confinement region of the plasma in which the range of 40 degrees to 135 degrees is generated can be further expanded. The plasma in which the range of 45 degrees to 90 degrees is generated is more preferable. It is particularly preferable because the confinement area of the plasma can be further expanded.

さらに、第２の磁性体１３２Ａの磁化ベクトルＦＯＡと第２の磁性体１３２Ｂの磁化ベクトルＦＯＢとの交差角βも特に限定されないが、０度より大きく１８０度より小さい範囲が生成されるプラズマの閉じ込め領域を広げることができるので好ましく、４０度〜１３５度の範囲が生成されるプラズマの閉じ込め領域をより広げることができるのでより好ましく、４５度〜９０度の範囲が生成されるプラズマの閉じ込め領域をさらに広げることができるので特に好ましい。 Further, the crossing angle β between the magnetization vector FOA of the second magnetic body 132A and the magnetization vector FOB of the second magnetic body 132B is not particularly limited, but the confinement of plasma in which a range larger than 0 degrees and smaller than 180 degrees is generated is generated. It is preferable because the region can be expanded, and more preferably because the confinement region of the plasma in which the range of 40 degrees to 135 degrees is generated can be expanded, and the confinement region of the plasma in which the range of 45 degrees to 90 degrees is generated is preferable. It is particularly preferable because it can be further expanded.

なお、第１の磁性体１３１Ａ、１３１Ｂおよび第２の磁性体１３２Ａ、１３２Ｂは永久磁石であれば、大きさ、形状（断面の形状を含む）および材質は特に限定されないが、材質としては保磁力が大きく、耐熱性が良いサマリウムコバルト磁石のようなものが好ましい。これらの他、内環状磁性体ＭＩを構成する他の第１の磁性体と、外環状磁性体ＭＯを構成する他の第２の磁性体も、上述したものと同様の構成となっている。
＜実施例１＞If the first magnetic bodies 131A and 131B and the second magnetic bodies 132A and 132B are permanent magnets, the size, shape (including the shape of the cross section) and the material are not particularly limited, but the material is a coercive force. It is preferable to use a magnet such as a samarium-cobalt magnet, which has a large size and good heat resistance. In addition to these, the other first magnetic material constituting the inner annular magnetic material MI and the other second magnetic material constituting the outer annular magnetic material MO have the same configurations as those described above.
<Example 1>

次に、表１に示す２つのマグネトロンスパッタリングカソードにより形成される磁場のシミュレーション結果を図６および図７に示す。なお、このシミュレーションは、内環状磁性体１３１の内径を２ｍｍ、外径を３１ｍｍ、厚みを１０ｍｍ、外環状磁性体１３２の内径を３５ｍｍ、外径を５５ｍｍ、厚みを１０ｍｍ、シールド厚み５ｍｍ、シールド上面とターゲットの上面との距離を８ｍｍとし、内環状磁性体１３１と外環状磁性体１３２にサマリウムコバルト磁石（残留磁束密度１．０７５Ｔ、保持力０．８４Ｔ）を用いて行ったものである。また、比較例における内環状磁性体は、１つの円盤状磁石（外形３１ｍｍ、厚み１０ｍｍ）で構成されたものとしてシミュレーションを行った。なお、シミュレーションには、ＴｒｉＣｏｍｐ Ｐｒｏ ｖｅｒｓｉｏｎ ８（Ｍｅｓｈ、ＰｅｒＭａｇ）６４−ｂｉｔを用いた。 Next, the simulation results of the magnetic field formed by the two magnetron sputtering cathodes shown in Table 1 are shown in FIGS. 6 and 7. In this simulation, the inner diameter of the inner annular magnetic material 131 is 2 mm, the outer diameter is 31 mm, the thickness is 10 mm, the inner diameter of the outer annular magnetic material 132 is 35 mm, the outer diameter is 55 mm, the thickness is 10 mm, the shield thickness is 5 mm, and the upper surface of the shield is used. The distance between the magnet and the upper surface of the target is 8 mm, and a samarium-cobalt magnet (residual magnetic flux density 1.075T, holding force 0.84T) is used for the inner annular magnetic material 131 and the outer annular magnetic material 132. Further, the simulation was performed assuming that the inner annular magnetic material in the comparative example was composed of one disk-shaped magnet (outer diameter 31 mm, thickness 10 mm). For the simulation, TriComp Production 8 (Mesh, PerMag) 64-bit was used.

ここで、各磁化ベクトルの向きは、紙面に対して右側方向（３時の方向）の向きを０度とし、反時計回りを正の向きと定め、したがって直下方向で２７０度となるように定めた。なお、実施例１は、本実施形態に係るマグネトロンスパッタリングカソードであり、比較例１は従来のマグネトロンスパッタリングカソードである。 Here, the direction of each magnetization vector is set so that the direction to the right side (3 o'clock direction) with respect to the paper surface is 0 degree, the counterclockwise direction is set to the positive direction, and therefore the direction is set to 270 degrees in the direct downward direction. It was. Example 1 is a magnetron sputtering cathode according to the present embodiment, and Comparative Example 1 is a conventional magnetron sputtering cathode.

図６と図７から分かるように、実施例１（図６）は、比較例（図７）と比較して、ターゲット上方に発散する磁力線数が減少していることから、磁気ミラー領域をターゲット６０の中心側に、効果的に形成できるので、プラズマの閉じ込め領域をターゲット中心まで広げることができることが分かった。その結果、ターゲットの利用効率を向上できることが分かった。
＜実施例２＞As can be seen from FIGS. 6 and 7, in Example 1 (FIG. 6), the number of magnetic lines diverging above the target is reduced as compared with Comparative Example (FIG. 7), so that the magnetic mirror region is targeted. It was found that the confinement region of the plasma can be extended to the target center because it can be effectively formed on the center side of the 60. As a result, it was found that the utilization efficiency of the target can be improved.
<Example 2>

図３および図４に示すような形状のマグネトロンスパッタリングカソードを構成し、実際に生成されるプラズマを観測する実験を行った。 An experiment was conducted in which magnetron sputtering cathodes having the shapes shown in FIGS. 3 and 4 were constructed and the plasma actually generated was observed.

内環状磁性体としては、内径：２ｍｍ、外径：２６ｍｍ、厚み：１０ｍｍのサマリウムコバルト磁石を用い、外環状磁性体としては、内径３１ｍｍ、外径：５５ｍｍ、厚みを１０ｍｍのサマリウムコバルト磁石を用いた。 A samarium-cobalt magnet having an inner diameter of 2 mm, an outer diameter of 26 mm, and a thickness of 10 mm is used as the inner annular magnetic material, and a samarium-cobalt magnet having an inner diameter of 31 mm, an outer diameter of 55 mm, and a thickness of 10 mm is used as the outer annular magnetic material. There was.

ここで、内環状磁性体の磁化ベクトルの交差角αおよび外環状磁性体の磁化ベクトルの交差角βは、共に９０度になる（マグネトロンスパッタリングカソードの上方で直交する）ようにマグネトロンスパッタリングカソードを構成した。なお、このマグネトロンスパッタリングカソードの上部表面の磁力は、内環状磁性体の中心で約０．９４Ｔ、内環状磁性体と外環状磁性体との間隙で約０．５８Ｔであった。 Here, the magnetron sputtering cathode is configured so that the intersection angle α of the magnetization vector of the inner annular magnetic material and the intersection angle β of the magnetization vector of the outer annular magnetic material are both 90 degrees (orthogonal above the magnetron sputtering cathode). did. The magnetic force on the upper surface of the magnetron sputtering cathode was about 0.94 T at the center of the inner annular magnetic material and about 0.58 T at the gap between the inner annular magnetic material and the outer annular magnetic material.

このマグネトロンスパッタリングカソードを備えたマグネトロンスパッタ装置に、ターゲットとしてアルミターゲット（直径：５０ｍｍ）を用い、アルゴンガス（流量：１４ｓｃｃｍ（校正温度２０度））、直流電力（ＤＣ電力：１００Ｗ）で、スパッタリングを２時間行った後のアルミターゲットの輪郭形状を測定したグラフを図８に示す。なお、測定装置としては、触針式段差計（株式会社東京精密製：ＳＵＲＦＣＯＭ １８００Ｄ）を用いた。 In this magnetron sputtering apparatus equipped with a cathode, an aluminum target (diameter: 50 mm) is used as a target, and sputtering is performed with argon gas (flow rate: 14 sccm (calibration temperature 20 degrees)) and DC power (DC power: 100 W). FIG. 8 shows a graph in which the contour shape of the aluminum target was measured after 2 hours. As a measuring device, a stylus type step meter (manufactured by Tokyo Seimitsu Co., Ltd .: SURFCOM 1800D) was used.

この図から分かるように、最深部（０．４５ｍｍ）において、およそ０．２３ｍｍ／ｈのターゲットエロージョン速度（浸食速度）であった。これは、従来機（参考文献：Ｔ.Ｍｏｔｏｍｕｒａ ａｎｄ Ｔ.Ｔａｂａｒｕ, ＡＩＰ Ａｄｖａｎｃｅｓ ７,１２５２２５（２０１７）.）と比較して、およそ２．５倍のターゲットエロージョン速度である。 As can be seen from this figure, the target erosion rate (erosion rate) was about 0.23 mm / h at the deepest part (0.45 mm). This is about 2.5 times the target erosion speed of the conventional machine (reference: T. Motomura and T. Tabaru, AIP Advances 7,125225 (2017).).

また、直径３０ｍｍ、高さ０．４５ｍｍの円筒形状の体積に対して、この図から算出されるスパッタリングされた部分のターゲットの体積の比率を計算すると、その比率はおよそ５０％であった。このことは、本実施例のマグネトロンスパッタリングカソードを用い、直径３０ｍｍのターゲットをスパッタした場合におけるターゲット使用効率が５０％になることを示す。 Further, when the ratio of the volume of the target of the sputtered portion calculated from this figure to the volume of the cylindrical shape having a diameter of 30 mm and a height of 0.45 mm was calculated, the ratio was about 50%. This indicates that the target use efficiency becomes 50% when a target having a diameter of 30 mm is sputtered using the magnetron sputtering cathode of this example.

このことから、本実施例のマグネトロンスパッタリングカソードを用いることにより、一般的なマグネトロンスパッタリングカソードと比較して、ターゲットの使用効率がおよそ１０％の向上を見込めることが分かった。 From this, it was found that by using the magnetron sputtering cathode of this example, the utilization efficiency of the target can be expected to be improved by about 10% as compared with the general magnetron sputtering cathode.

なお、上述した条件で、ターゲットから１５０ｍｍ離した位置に、１０ｍｍ角の非加熱ガラス基板を配置して成膜実験を行ったところ、非加熱ガラス基板上に、膜厚が８００ｎｍのアルミ膜が成膜された。この時の成膜速度は、およそ６．７ｎｍ／ｍｉｎであり、実際に使用できる十分な成膜速度であることが分かった。 When a 10 mm square unheated glass substrate was placed at a position 150 mm away from the target under the above-mentioned conditions and a film formation experiment was conducted, an aluminum film having a film thickness of 800 nm was formed on the unheated glass substrate. It was filmed. The film formation rate at this time was about 6.7 nm / min, which was found to be a sufficient film formation rate that could actually be used.

また、上述した条件で生成したプラズマを上方から見た時の写真を図９に示す。中央部の白く表示されている部分が、プラズマが生成されている領域（直径２５ｍｍ程度）であるが、プラズマ自体は、白く表示されている部分の外側にある灰色の領域（直径３０ｍｍ程度）まで広がっていることが分かった。 Further, FIG. 9 shows a photograph of the plasma generated under the above-mentioned conditions when viewed from above. The white part in the center is the area where plasma is generated (about 25 mm in diameter), but the plasma itself extends to the gray area (about 30 mm in diameter) outside the white part. It turned out to be spreading.

また、この図から、ターゲット中心部までプラズマを生成できることが分かった。従来のマグネトロンスパッタリングカソードは、中心部までプラズマを生成することができなかったが、本発明に係るマグネトロンスパッタリングカソードは、このような形状のプラズマを生成することができた。このような形状のプラズマは、従来にはなかったものである。 In addition, from this figure, it was found that plasma can be generated up to the center of the target. The conventional magnetron sputtering cathode could not generate plasma up to the center, but the magnetron sputtering cathode according to the present invention was able to generate plasma having such a shape. A plasma having such a shape has never existed in the past.

さらに、この図から、プラズマが直径３０ｍｍ以上の径方向外側に生成されていないことも分かった。このことは、ターゲット以外がスパッタリングされにくいことを示す。したがって、本発明に係るマグネトロンスパッタリングカソードを用いることにより、他の構成部品がスパッタリングされることを防止することができ、結果として不純物混入（コンタミネーション）しにくい膜を成膜できることが分かった。
（実施形態２）Furthermore, from this figure, it was also found that plasma was not generated radially outside with a diameter of 30 mm or more. This indicates that it is difficult for anything other than the target to be sputtered. Therefore, it has been found that by using the magnetron sputtering cathode according to the present invention, it is possible to prevent other components from being sputtered, and as a result, it is possible to form a film in which impurities are less likely to be mixed (contamination).
(Embodiment 2)

実施形態１では、図５に示すように、一方の第１の磁性体１３１Ａの磁化ベクトルＦＩＡは、ターゲット６０側とは反対側向きの磁化ベクトル成分ＦＩＡｙと、対向する他の第１の磁性体１３１Ｂ側方向とは反対側向きの磁化ベクトル成分ＦＩＡｘを有している。また、一方の第２の磁性体１３２Ａの磁化ベクトルＦＯＡは、ターゲット６０側向きの磁化ベクトル成分ＦＯＡｙと、対向する他の第２の磁性体１３２Ｂ側向きの磁化ベクトル成分ＦＯＡｘを有するようにマグネトロンスパッタリングカソードを構成したが、本発明はこれに限定されない。In the first embodiment, as shown in FIG. 5, the magnetization vector FIA of one of the first magnetic bodies 131A has the magnetization vector component FIA y facing the opposite side to the target 60 side and the other first magnetism facing the target 60 side. The body 131B has a magnetization vector component FIA x in the direction opposite to the side direction. Moreover, the magnetization vector FOA of one of the second magnetic body 132A, as has a magnetization vector component FOA y of the target 60 side facing the magnetization vector component FOA x other second magnetic body 132B side facing the opposing Although the magnetron sputtering cathode was constructed, the present invention is not limited to this.

例えば、図１０に示すように、第１の磁性体１３１ａ、１３１ｂおよび第２の磁性体１３２ａ、１３２ｂが実施形態１のものとは反対向きの磁化ベクトルＦＩａ、ＦＩｂ、ＦＯａ、ＦＯｂをそれぞれ有するようにマグネトロンスパッタリングカソードを構成してもよい。このように構成しても実施形態１のマグネトロンスパッタリングカソードと同様の効果が得られる。
（実施形態３）For example, as shown in FIG. 10, the first magnetic bodies 131a and 131b and the second magnetic bodies 132a and 132b have magnetization vectors FIa, FIb, FOa and FOb in opposite directions to those of the first embodiment, respectively. May be configured with a magnetron sputtering cathode. Even with this configuration, the same effect as that of the magnetron sputtering cathode of the first embodiment can be obtained.
(Embodiment 3)

実施形態１では、上述したような第１の磁性体および第２の磁性体は、４つの永久磁石でそれぞれ構成されるようにしたが、本発明はこれに限定されない。 In the first embodiment, the first magnetic material and the second magnetic material as described above are each composed of four permanent magnets, but the present invention is not limited thereto.

例えば、図１１に示すように、１６個の第１の磁性体１３１ｃで内環状磁性体（内側磁性体）ＭＩｃを、１６個の第２の磁性体１３２ｃで外環状磁性体（外側磁性体）ＭＯｃを構成してもよい。 For example, as shown in FIG. 11, 16 first magnetic materials 131c are inner ring magnetic materials (inner magnetic materials) MIc, and 16 second magnetic materials 132c are outer ring magnetic materials (outer magnetic materials). MOc may be configured.

このように構成しても、実施形態１のマグネトロンスパッタリングカソードと同様の効果が得られる。なお、第１の磁性体１３１ｃおよび第２の磁性体１３２ｃが有する各磁化ベクトルは、実施形態１の第１の磁性体および第２の磁性体が有する各磁化ベクトルと同様の関係となっているか、または実施形態２の第１の磁性体および第２の磁性体が有する各磁化ベクトルと同様の関係になっているのは言うまでもない。 Even with this configuration, the same effect as that of the magnetron sputtering cathode of the first embodiment can be obtained. Does each magnetization vector of the first magnetic body 131c and the second magnetic body 132c have the same relationship as each magnetization vector of the first magnetic body and the second magnetic body of the first embodiment? , Or, needless to say, it has the same relationship as each magnetization vector of the first magnetic material and the second magnetic material of the second embodiment.

また、例えば図１２に示すように、１つの第１の磁性体１３１ｄで一体的に内環状磁性体（内側磁性体）を、１つの第２の磁性体１３２ｄで一体的に外環状磁性体（外側磁性体）をそれぞれ構成してもよい。 Further, for example, as shown in FIG. 12, one first magnetic body 131d integrally forms an inner annular magnetic body (inner magnetic body), and one second magnetic body 132d integrally forms an outer annular magnetic body (inner ring magnetic body). The outer magnetic material) may be configured respectively.

このように構成しても、実施形態１のマグネトロンスパッタリングカソードと同様の効果が得られる。なお、この場合においても、第１の磁性体１３１ｄおよび第２の磁性体１３２ｄが有する各磁化ベクトルは、内環状磁性体および外環状磁性体の中心を通るＢＢ’断面で考えると、実施形態１または実施形態２の第１の磁性体および第２の磁性体が有する各磁化ベクトルと同様の関係となっているのは言うまでもない。
（実施形態４）Even with this configuration, the same effect as that of the magnetron sputtering cathode of the first embodiment can be obtained. Even in this case, the magnetization vectors of the first magnetic body 131d and the second magnetic body 132d are considered in the BB'cross section passing through the centers of the inner annular magnetic body and the outer annular magnetic body, the first embodiment. It goes without saying that the relationship is the same as each magnetization vector of the first magnetic material and the second magnetic material of the second embodiment.
(Embodiment 4)

実施形態１では、ターゲットの半径と外環状磁性体（外側磁性体）との外径とが等しくなるようにマグネトロンスパッタリングカソードを構成して、マグネトロンスパッタリング装置を小型化できるように構成したが、本発明はこれに限定されない。 In the first embodiment, the magnetron sputtering cathode is configured so that the radius of the target and the outer diameter of the outer annular magnetic material (outer magnetic material) are equal to each other, so that the magnetron sputtering apparatus can be miniaturized. The invention is not limited to this.

例えば、内側磁性体（内環状磁性体）の外径ｒＯと、ターゲットの半径ＲＴおよび外側磁性体（外環状磁性体）の外径ＲＯとが次式の関係を満たすようにマグネトロンスパッタリングカソードを構成してもよい。 For example, the magnetron sputtering cathode is configured so that the outer diameter rO of the inner magnetic material (inner annular magnetic material), the radius RT of the target, and the outer diameter RO of the outer magnetic material (outer annular magnetic material) satisfy the relationship of the following equation. You may.

このようにマグネトロンスパッタリングカソードを構成することによって、図１３に示すように、実施形態１のマグネトロンスパッタリングカソードと比較して、形成されるループ磁場がよりマグネトロンスパッタリングカソードの外側に寄るように形成された場合（例えば、ＲＴ≦ｒＯの形態において）は、ターゲット外径よりもループ磁場の半径が大きくなるので、プラズマの閉じ込め領域をターゲット外径以上に広げることができる。 By configuring the magnetron sputtering cathode in this way, as shown in FIG. 13, the loop magnetic field formed is formed so as to be closer to the outside of the magnetron sputtering cathode as compared with the magnetron sputtering cathode of the first embodiment. In the case (for example, in the form of RT ≦ rO), the radius of the loop magnetic field is larger than the outer diameter of the target, so that the confinement region of the plasma can be expanded beyond the outer diameter of the target.

なお、この際に、第１の磁性体の高さ方向の長さ（厚み）と、第２の磁性体の高さ方向の長さ（厚み）は異なっていてもよい。
（実施形態５）At this time, the length (thickness) of the first magnetic material in the height direction and the length (thickness) of the second magnetic material in the height direction may be different.
(Embodiment 5)

上述した実施形態では、第１の磁性体および第２の磁性体以外の磁性体を用いなかったが、これら以外の磁性体をさらに用いてマグネトロンスパッタリングカソードを構成してもよい。 In the above-described embodiment, no magnetic material other than the first magnetic material and the second magnetic material is used, but magnetic materials other than these may be further used to form the magnetron sputtering cathode.

例えば、図１４および図１５に示すように、第１の磁性体の下方（マグネトロンスパッタリングカソードの中央部の下方）に、第１の磁性体（内環状磁性体）の内側半径よりも大きな外径を持ち、上方から下方に向かう磁化ベクトルを有する第３の磁性体を付加してもよい。 For example, as shown in FIGS. 14 and 15, an outer diameter larger than the inner radius of the first magnetic material (inner annular magnetic material) below the first magnetic material (below the central portion of the magnetron sputtering cathode). A third magnetic material having a magnetization vector from above to below may be added.

ここで、第３の磁性体の磁化ベクトルの向きは、第３の磁性体が中実の構造であれば何れか一方の第１の磁性体の磁化ベクトルとの内積が正となる向きであれば特に限定されない。ただし、第３の中実の構造の磁性体の磁化ベクトルの向きとしては、第１の磁性体の少なくとも何れか１つの磁化ベクトルとの内積が正で、かつ第３の磁性体のターゲット側表面に対して鉛直方向のものが好ましい。 Here, the direction of the magnetization vector of the third magnetic material is such that the inner product with the magnetization vector of any one of the first magnetic materials is positive if the third magnetic material has a solid structure. There is no particular limitation. However, as for the direction of the magnetization vector of the magnetic material having the third solid structure, the inner product of the magnetization vector of at least one of the first magnetic materials is positive, and the surface of the third magnetic material on the target side. The one in the vertical direction is preferable.

また、第３の磁性体が実施形態１の内側磁性体のように複数の磁性体でリング状に構成されている場合には、実施形態１の第１の磁性体のように、対向する他の第３の磁性体の磁化ベクトルと交差する向きの磁化ベクトルをそれぞれ有する方が好ましい。なお、磁化ベクトルが交差する位置は、実施形態１の第１の磁性体と同様に、ターゲット側でもよいし、逆にターゲット側とは反対側であってもよい。 Further, when the third magnetic material is formed of a plurality of magnetic materials in a ring shape like the inner magnetic material of the first embodiment, the third magnetic material is opposed to the other magnetic material like the first magnetic material of the first embodiment. It is preferable to have a magnetization vector in a direction intersecting the magnetization vector of the third magnetic material of the above. The position where the magnetization vectors intersect may be on the target side as in the first magnetic material of the first embodiment, or on the contrary, on the opposite side to the target side.

このようにマグネトロンスパッタリングカソードを構成することにより、ターゲット上方の磁場強度を増加させ、プラズマの閉じ込め領域を広げることができる。 By configuring the magnetron sputtering cathode in this way, the magnetic field strength above the target can be increased and the plasma confinement region can be widened.

なお、図１５に示すマグネトロンスパッタリングカソードは、図１４に示すマグネトロンスパッタリングカソードと比較して、２つの第１の磁性体の間に上方に向かって突出しているヨーク（突出ヨーク）がさらに形成されている。この他の構成は、図１４のマグネトロンスパッタリングカソードと同様であり、実施形態１のマグネトロンスパッタリングカソードと同様の効果が得られる。 In the magnetron sputtering cathode shown in FIG. 15, a yoke (protruding yoke) projecting upward is further formed between the two first magnetic materials as compared with the magnetron sputtering cathode shown in FIG. There is. The other configuration is the same as that of the magnetron sputtering cathode of FIG. 14, and the same effect as that of the magnetron sputtering cathode of the first embodiment can be obtained.

図１５から分かるように、このようにマグネトロンスパッタリングカソードを構成することにより、図１４のマグネトロンスパッタリングカソードと比較して、ターゲットの径方向外側に張り出すようなループ磁場を抑制することができる。その結果、プラズマの閉じ込め領域をターゲット表面内で制御できる。さらに、図１５に示すマグネトロンスパッタリングカソードは、ターゲット上方の磁場強度をも増加させることができる。 As can be seen from FIG. 15, by configuring the magnetron sputtering cathode in this way, it is possible to suppress a loop magnetic field that projects outward in the radial direction of the target as compared with the magnetron sputtering cathode of FIG. As a result, the confinement region of the plasma can be controlled within the target surface. In addition, the magnetron sputtering cathode shown in FIG. 15 can also increase the magnetic field strength above the target.

なお、第１の磁性体の磁化ベクトルの方向が逆方向になった場合には、それに合わせて第３の磁性体も磁化ベクトルが逆方向のものを用いなければならないのは言うまでもない。
（実施形態６）Needless to say, when the direction of the magnetization vector of the first magnetic material is opposite, the third magnetic material must also have a magnetization vector in the opposite direction.
(Embodiment 6)

上述した実施形態では、第１の磁性体のターゲット側表面と、第２の磁性体のターゲット側表面と、ヨークのターゲット側表面とが面一（同一平面上）になるようにマグネトロンスパッタリングカソードを構成したが、本発明はこれに限定されない。 In the above-described embodiment, the magnetron sputtering cathode is provided so that the target-side surface of the first magnetic material, the target-side surface of the second magnetic material, and the target-side surface of the yoke are flush with each other (on the same plane). Although configured, the invention is not limited to this.

例えば、図１６に示すように、第１の磁性体のターゲット側表面が、第２の磁性体のターゲット側表面およびヨークのターゲット側表面よりも下方に位置するようにマグネトロンスパッタリングカソードを構成するようにしてもよい。このようにマグネトロンスパッタリングカソードを構成しても、実施形態１のマグネトロンスパッタリングカソードと同様の効果が得られる。 For example, as shown in FIG. 16, the magnetron sputtering cathode is configured so that the target-side surface of the first magnetic material is located below the target-side surface of the second magnetic material and the target-side surface of the yoke. It may be. Even if the magnetron sputtering cathode is configured in this way, the same effect as that of the magnetron sputtering cathode of the first embodiment can be obtained.

さらに、第１の磁性体、第２の磁性体およびヨークのそれぞれのターゲット側表面が面一にならないように、すなわち何れか１つのターゲット側表面が他のもののターゲット側表面とズレていたり、または各ターゲット側表面がそれぞれズレているマグネトロンスパッタリングカソードを構成するようにしてもよい。
（他の実施形態）Further, the target-side surfaces of the first magnetic material, the second magnetic material, and the yoke are not flush with each other, that is, one of the target-side surfaces is deviated from the target-side surface of the other, or A magnetron sputtering cathode in which each target-side surface is displaced may be formed.
(Other embodiments)

上述した実施形態では、第１の磁性体および第２の磁性体は、それぞれ円形状に配置されるように構成したが、本発明はこれに限定されない。第１の磁性体および第２の磁性体が楕円形を形成するように配置されてもよいし、正方形または長方形を形成するように配置（形成）されてもよい。このようにマグネトロンスパッタリングカソードを構成しても実施形態１のマグネトロンスパッタリングカソードと同様の効果が得られる。 In the above-described embodiment, the first magnetic material and the second magnetic material are configured to be arranged in a circular shape, respectively, but the present invention is not limited thereto. The first magnetic material and the second magnetic material may be arranged so as to form an ellipse, or may be arranged (formed) so as to form a square or a rectangle. Even if the magnetron sputtering cathode is configured in this way, the same effect as that of the magnetron sputtering cathode of the first embodiment can be obtained.

また、上述した実施形態では、内環状磁性体ＭＩを構成する第１の磁性体のすべてが有する磁化ベクトルおよび外環状磁性体ＭＯを構成する第２の磁性体のすべてが有する磁化ベクトルは、上述したような方向を有していたが、本発明はこれに限定されない。例えば、マグネトロンスパッタリングカソードを構成する一部の磁性体が第１の磁性体と第２の磁性体とで構成され、それらの磁性体が有する磁化ベクトルが上述したような方向を有するように、マグネトロンスパッタリングカソードを構成してもよい。このようにマグネトロンスパッタリングカソードを構成しても、実施形態１に係るマグネトロンスパッタリングカソードと比較して効果は小さくなるかもしれないが、実施形態１のマグネトロンスパッタリングカソードと同様の効果が得られる。 Further, in the above-described embodiment, the magnetization vector possessed by all the first magnetic materials constituting the inner annular magnetic material MI and the magnetization vector possessed by all the second magnetic materials constituting the outer annular magnetic material MO are described above. However, the present invention is not limited to this. For example, a magnetron so that some magnetic materials constituting the magnetron sputtering cathode are composed of a first magnetic material and a second magnetic material, and the magnetization vectors of these magnetic materials have the directions as described above. A sputtering cathode may be configured. Even if the magnetron sputtering cathode is configured in this way, the effect may be smaller than that of the magnetron sputtering cathode according to the first embodiment, but the same effect as that of the magnetron sputtering cathode of the first embodiment can be obtained.

さらに、上述した実施形態では、各第１の磁性体の磁化ベクトルおよび各第２の磁性体の磁化ベクトルは、ターゲット側で交差するようにマグネトロンスパッタリングカソードを構成したが、本発明はこれに限定されない。 Further, in the above-described embodiment, the magnetron sputtering cathode is configured so that the magnetization vector of each first magnetic material and the magnetization vector of each second magnetic material intersect on the target side, but the present invention is limited thereto. Not done.

また、実施形態１に係るマグネトロンスパッタリング装置は、磁力線発生部とターゲット支持部とをそれぞれ別個のもので構成したが、本発明はこれに限定されず、磁力線発生部とターゲット支持部とを一体的に形成してもよい。 Further, in the magnetron sputtering apparatus according to the first embodiment, the magnetic field line generating portion and the target supporting portion are separately configured, but the present invention is not limited to this, and the magnetic field line generating portion and the target supporting portion are integrated. May be formed in.

さらに、実施形態１に係るマグネトロンスパッタリング装置は、基板の軸方向から見て、基板とターゲットとが対向するように構成したが、本発明はこれに限定されず、基板とターゲットとが対向しないように（基板の軸方向から見て、基板とターゲットとが、ズレて配置されるように）構成してもよい。 Further, the magnetron sputtering apparatus according to the first embodiment is configured so that the substrate and the target face each other when viewed from the axial direction of the substrate, but the present invention is not limited to this, and the substrate and the target do not face each other. (So that the substrate and the target are misaligned when viewed from the axial direction of the substrate).

１ マグネトロンスパッタリング装置
１０ 真空チャンバ
１１ 排気管
１２ バルブ
１５ ガス配管
２０ 真空ポンプ
３０ ガス導入装置
４０ 電圧印加部
５０ 基板
５５ 基板支持部
６０ ターゲット
６５ ターゲット支持部
１００ 磁力線発生部
１１０ 固定部
１２０ ヨーク
１２５ 凹部
１３０ マグネトロンスパッタリングカソード
１３１、１３１Ａ、１３１Ｂ、１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃ、１３１ｄ 第１の磁性体
１３２、１３２Ａ、１３２Ｂ、１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｃ、１３１ｄ 第２の磁性体
１４０ シールド


1 Magnetron Sputtering device 10 Vacuum chamber 11 Exhaust pipe 12 Valve 15 Gas piping 20 Vacuum pump 30 Gas introduction device 40 Voltage application part 50 Board 55 Board support part 60 Target 65 Target support part 100 Magnetic field line generator 110 Fixed part 120 York 125 Recess Magnetron Sputtering Cavity 131, 131A, 131B, 131a, 131b, 131c, 131d First Magnetic Material 132, 132A, 132B, 132a, 132b, 132c, 131d Second Magnetic Material 140 Shield

Claims (9)

ターゲットの裏面側に配置され、当該ターゲット表面の上方に磁界を発生させるマグネトロンスパッタリングカソードであって、
対向するように配置された少なくとも２つの第１の磁性体と、当該第１の磁性体の外側に対向するようにそれぞれ配置された少なくとも２つの第２の磁性体と、当該第２の磁性体の外側に配置されたヨークとを具備し、
前記２つの第１の磁性体は、前記ターゲット側で互いに交差する向きの磁化ベクトルをそれぞれ有し、
前記２つの第２の磁性体は、前記ターゲット側で互いに交差し、かつ隣接する前記第１の磁性体の磁化ベクトルとの内積が負となる向きの磁化ベクトルをそれぞれ有する
ことを特徴とするマグネトロンスパッタリングカソード。A magnetron sputtering cathode that is placed on the back surface side of the target and generates a magnetic field above the target surface.
At least two first magnetic bodies arranged so as to face each other, at least two second magnetic bodies arranged so as to face each other outside the first magnetic body, and the second magnetic body. Equipped with a yoke placed on the outside of
The two first magnetic materials each have magnetization vectors in directions intersecting each other on the target side.
The two second magnetic materials intersect each other on the target side and each have a magnetization vector in a direction in which the inner product with the magnetization vector of the adjacent first magnetic material is negative. Sputtering cathode. 前記第１の磁性体の磁化ベクトルの交差角α（度）が、次式に示す範囲にあることを特徴とする請求項１に記載のマグネトロンスパッタリングカソード。
The magnetron sputtering cathode according to claim 1, wherein the intersection angle α (degree) of the magnetization vector of the first magnetic material is in the range shown in the following equation.
前記第２の磁性体の磁化ベクトルの交差角β（度）が、次式に示す範囲にあることを特徴とする請求項１または２に記載のマグネトロンスパッタリングカソード。
The magnetron sputtering cathode according to claim 1 or 2, wherein the cross angle β (degree) of the magnetization vector of the second magnetic material is in the range shown in the following equation.
前記第１の磁性体の磁化ベクトルの交差角αが４５度〜１３５度の範囲にあり、前記第２の磁性体の磁化ベクトルの交差角βが４５度〜１３５度の範囲にあることを特徴とする請求項３に記載のマグネトロンスパッタリングカソード。 The cross angle α of the magnetization vector of the first magnetic material is in the range of 45 degrees to 135 degrees, and the cross angle β of the magnetization vector of the second magnetic material is in the range of 45 degrees to 135 degrees. The magnetron sputtering cathode according to claim 3. 前記ターゲットの形状が略円盤状であり、複数の前記第１の磁性体で形成される内側磁性体および複数の前記第２の磁性体で形成される外側磁性体の形状がそれぞれ略環状であり、
前記ターゲットの半径ＲＴと、前記内側磁性体の外径ｒＯと、前記外側磁性体の外径ＲＯとが次式の関係を満たすことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のマグネトロンスパッタリングカソード。
The shape of the target is substantially disk-shaped, and the shapes of the inner magnetic material formed of the plurality of first magnetic materials and the outer magnetic material formed of the plurality of second magnetic materials are substantially annular, respectively. ,
The invention according to any one of claims 1 to 4, wherein the radius RT of the target, the outer diameter rO of the inner magnetic material, and the outer diameter RO of the outer magnetic material satisfy the relationship of the following equation. Magnetron sputtering cathode.
前記ターゲットの半径ＲＴと、前記外側磁性体の内径ＲＩと、前記外側磁性体の外径ＲＯとが、次式の関係を満たすことを特徴とする請求項５に記載のマグネトロンスパッタリングカソード。
The magnetron sputtering cathode according to claim 5, wherein the radius RT of the target, the inner diameter RI of the outer magnetic material, and the outer diameter RO of the outer magnetic material satisfy the relationship of the following equation.
前記ターゲット側の反対側に、前記２つの第１の磁性体に跨るように配置された第３の磁性体をさらに具備し、
前記第３の磁性体は、少なくとも何れか一方の前記第１の磁性体の磁化ベクトルとの内積が正となる向きの磁化ベクトルを有することを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載のマグネトロンスパッタリングカソード。On the opposite side of the target side, a third magnetic material arranged so as to straddle the two first magnetic materials is further provided.
Any one of claims 1 to 6, wherein the third magnetic material has a magnetization vector in a direction in which the inner product of at least one of the first magnetic materials with the magnetization vector is positive. The magnetron sputtering cathode described in. 前記第１の磁性体の前記ターゲット側表面と、前記第２の磁性体の前記ターゲット側表面と、前記ヨークの前記ターゲット側表面が面一となっていることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載のマグネトロンスパッタリングカソード。 Claims 1 to 7 are characterized in that the target-side surface of the first magnetic material, the target-side surface of the second magnetic material, and the target-side surface of the yoke are flush with each other. The magnetron sputtering cathode according to any one of the above items. 請求項１〜８の何れか１項に記載のマグネトロンスパッタリングカソードを備えたマグネトロンスパッタリング装置。

The magnetron sputtering apparatus provided with the magnetron sputtering cathode according to any one of claims 1 to 8.
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