(57)【要約】  このマグネトロンスパッタカソードは、ヨーク（１０）と、中央磁石部（２１），周縁磁石部（２２），補助磁石部（２３，２３ａ，２３ｂ，２５），及び平行領域（Ｓ）を有する磁気回路（２０）と、バッキングプレート（３０）とを含み、前記中央磁石部（２１），前記周縁磁石部（２２），及び前記補助磁石部（２３，２３ａ，２３ｂ，２５）の各々の先端部（３１，３２，３３ａ，３３ｂ）の極性が互いに隣接する磁石部の間で異なるように、前記中央磁石部（２１），前記周縁磁石部（２２），及び前記補助磁石部（２３，２３ａ，２３ｂ，２５）が配置され、前記バッキングプレート（３０）の上方から観測される磁場プロファイルは、水平方向の磁束密度（Ｂ／／）が前記中央磁石部（２１）に対応する位置を境界として第１領域において正の値、第２領域において負の値となるように設定されている。
2010023952.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マグネトロンスパッタカソードであって、
表面と中央領域とを有する平板状のヨークと、
前記ヨークの前記中央領域に直線状に配置された中央磁石部，前記中央磁石部の周囲に配置された周縁磁石部，及び前記中央磁石部と前記周縁磁石部との間に配置された補助磁石部を有し、前記中央磁石部，前記周縁磁石部，及び前記補助磁石部が互いに平行である平行領域を有し、前記ヨークの前記表面に設けられた磁気回路と、
前記磁気回路に重ねて配置されたバッキングプレートと、
を含み、
前記中央磁石部，前記周縁磁石部，及び前記補助磁石部の各々の先端部の極性が互いに隣接する磁石部の間で異なるように、前記中央磁石部，前記周縁磁石部，及び前記補助磁石部が配置され、
前記平行領域における前記中央磁石部，前記周縁磁石部，及び前記補助磁石部を縦断する方向であって前記中央磁石部が延在する方向に直交する軸方向において、前記中央磁石部から前記周縁磁石部に向けて、前記バッキングプレートの上方から観測される磁場プロファイルは、前記バッキングプレートに平行な面における水平方向の磁束密度が、前記中央磁石部に対応する位置を境界として、第１領域において正の値、第２領域において負の値となるように設定されていることを特徴とするマグネトロンスパッタカソード。
【請求項２】
請求項１に記載のマグネトロンスパッタカソードであって、
前記水平方向の磁束密度の値の正負の符号は、前記周縁磁石部の近傍において、反転していることを特徴とするマグネトロンスパッタカソード。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のマグネトロンスパッタカソードであって、
前記バッキングプレートに平行な面における垂直方向の磁束密度は、前記中央磁石部に対応する位置を境界として対称であり、
前記第１領域及び前記第２領域の各々は、前記垂直方向の磁束密度が０である点を３つ有していることを特徴とするマグネトロンスパッタカソード。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のマグネトロンスパッタカソードであって、
前記水平方向の磁束密度の最大強度は、１００ガウス以上６００ガウス以下であることを特徴とするマグネトロンスパッタカソード。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のマグネトロンスパッタカソードであって、
前記バッキングプレートと前記磁気回路との距離を調整する制御装置を含むことを特徴とするマグネトロンスパッタカソード。
【請求項６】
成膜装置であって、
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のマグネトロンスパッタカソードを含むことを特徴とする成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マグネトロンスパッタカソードに関し、より詳しくは、ターゲットの使用効率の向上が図れるマグネトロンスパッタカソード、及びこのカソードを備えた成膜装置に関する。
本願は、２００８年８月２９日に出願された特願２００８−２２２１７０号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）又はプラズマディスプレイ（ＰＤＰ）等の大面積のガラス基板上に、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）膜等の酸化物系透明電導膜を均一な膜厚で連続的に成膜するために、マグネトロンスパッタ装置を用いることが提案されている。
このスパッタ装置においては、ターゲットの裏面側に複数の磁気回路が配置され、ターゲットの表面側に基板が配置され、磁気回路から発生する磁場によってターゲット表面近傍にプラズマを発生させ、基板に成膜を行う。【０００３】
従来のマグネトロンスパッタ用の磁気回路を使用すると、ターゲットの使用効率は２０〜３０％程度である。このようにターゲットの使用効率が低い場合にはターゲットの寿命が短くなるため、ターゲットの材料費，ターゲット交換にかかる人件費，ターゲットのボンディングに要する費用等が増加し、生産性が悪くなるという問題があった。この問題を解決するカソードとしては、以下に述べる３つの例が挙げられる。【０００４】
特許文献１には、主マグネットの間に補助マグネットが配置された構造が開示されている。しかしながら、ただ単純に補助マグネットが配置された構造だけでは、ターゲットの使用効率は上がり難く、最適化が実現されたとは言いがたい。【０００５】
特許文献２には、複雑な磁気回路を組むことでターゲットの使用効率の向上を図った構造が開示されている。しかしながら、このような磁気回路は非常に複雑であり、多くの磁石を使用しているためコストが増加する。更に、多くの磁石が用いられているために、各々の磁石から生じる磁場の影響を考慮する必要があり、ターゲット表面と磁気回路との距離との間に制限が生じ、ターゲット表面と磁気回路との距離を短くしなければならない。従って、磁石表面から近い距離にしか磁場が届かないため、ターゲットの厚みを増やすことは困難である。
例えば、特許文献２に記載されている図４から明らかなように、ターゲットの中央部におけるエロージョンの深さは浅い。このようなエロージョンが生じる理由は、上述した影響によると考えられる。【０００６】
特許文献３又は特許文献４には、磁気回路の形状だけでなく、磁場を最適化することが開示されている。特許文献３又は特許文献４では、ターゲットの表面に対する磁場の垂直磁場成分の値が、ゼロもしくはゼロ近傍でフラットに分布する領域、あるいは、ゼロ点を３回交差するような領域が形成されるように、板状磁性体が配置されている。
しかしながら、特許文献３では磁場の垂直磁場成分の定義が不十分であるため、特許文献２と同様に、特許文献３のターゲットは中央部が積極的にスパッタされず、従って十分に利用されていない形状のエロージョンが生じる。
また、特許文献４では、磁石の相対位置を変化させる構造が開示されているが、この構造では十分な磁界を発生させることが難しく、十分に利用されていない形状のエロージョンが生じる。【０００７】
このように、従来からターゲットの使用効率を改善するために様々な工夫がなされているが、その殆どの従来技術は、ターゲットの表面に対して水平である磁場が増えるように磁気回路を形成し、ターゲットの表面におけるプラズマの集中を防ぐことで、このターゲットのエロージョンエリアが広くなるように工夫された構成を有していた。上述した特許文献２及び特許文献３に開示されたカソード構造を適用した場合であっても、ターゲットの使用効率は、５０％程度である。そのため、ターゲットの使用効率が５０％を超えるマグネトロンスパッタカソードの開発が望まれていた。【０００８】
また、従来のカソードでは、ターゲットが１０ｍｍ以下である場合に、上述したようなターゲットの使用効率が得られている。しかしながら、ターゲットの厚さが１０ｍｍ程度であると、使用寿命が短くなり、結果としてターゲットの材料費，ターゲット交換にかかる人件費，ターゲットのボンディングに要する費用等が増加し、生産性が悪くなる虞がある。
そのため、ターゲットの使用効率が５０％を超え、かつ１０ｍｍ以上の厚さのターゲットにも適用することが可能なマグネトロンスパッタカソードの開発が望まれていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平５−２５６２５号公報
【特許文献２】特許第３４７３９５４号公報
【特許文献３】特開２００６−１６６３４号公報
【特許文献４】特開平２−３４７８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、５０％を超えるターゲットの使用効率が得られるマグネトロンスパッタカソードを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１態様のマグネトロンスパッタカソードは、表面と中央領域とを有する平板状のヨークと、前記ヨークの前記中央領域に直線状に配置された中央磁石部，前記中央磁石部の周囲に配置された周縁磁石部，及び前記中央磁石部と前記周縁磁石部との間に配置された補助磁石部を有し、前記中央磁石部，前記周縁磁石部，及び前記補助磁石部が互いに平行である平行領域を有し、前記ヨークの前記表面に設けられた磁気回路と、前記磁気回路に重ねて配置されたバッキングプレートと  を含む。また、このマグネトロンスパッタカソードにおいては、前記中央磁石部，前記周縁磁石部，及び前記補助磁石部の各々の先端部の極性が互いに隣接する磁石部の間で異なるように、前記中央磁石部，前記周縁磁石部，及び前記補助磁石部が配置されている。また、このマグネトロンスパッタカソードにおいては、前記平行領域における前記中央磁石部，前記周縁磁石部，及び前記補助磁石部を縦断する方向であって前記中央磁石部が延在する方向に直交する軸方向において、前記中央磁石部から前記周縁磁石部に向けて、前記バッキングプレートの上方から観測される磁場プロファイルは、前記バッキングプレートに平行な面における水平方向の磁束密度が、前記中央磁石部に対応する位置を境界として、第１領域において正の値、第２領域において負の値となるように設定されている。
本発明の第１態様のマグネトロンスパッタカソードにおいては、前記水平方向の磁束密度の値の正負の符号は、前記周縁磁石部の近傍において、反転していることが好ましい。
本発明の第１態様のマグネトロンスパッタカソードにおいては、前記バッキングプレートに平行な面における垂直方向の磁束密度は、前記中央磁石部に対応する位置を境界として対称であり、前記第１領域及び前記第２領域の各々は、前記垂直方向の磁束密度が０である点を３つ有していることが好ましい。
本発明の第１態様のマグネトロンスパッタカソードにおいては、前記水平方向の磁束密度の最大強度は、１００ガウス以上６００ガウス以下であることが好ましい。
本発明の第１態様のマグネトロンスパッタカソードは、前記バッキングプレートと前記磁気回路との距離を調整する制御装置を含むことが好ましい。
本発明の第２態様の成膜装置は、上述したマグネトロンスパッタカソードを含む。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のマグネトロンスパッタカソードにおいては、前記平行領域における前記中央磁石部，前記周縁磁石部，及び前記補助磁石部を縦断する方向であって前記中央磁石部が延在する方向に直交する軸方向において、前記中央磁石部から前記周縁磁石部に向けて、前記バッキングプレートの上方から観測される磁場プロファイルは、前記バッキングプレートに平行な面における水平方向の磁束密度（Ｂ／／）が、前記中央磁石部に対応する位置を境界として、第１領域において正の値、第２領域において負の値となるように設定されている。
そのため、ターゲット表面において、プラズマの局所的な集中が緩和され、プラズマがターゲットの中央（中央磁石部が配置された領域）から第１領域の周縁部及び第２領域の周縁部に拡がるように生成される。
そのため、ターゲットは、ターゲットの表面の広い領域にわたってスパッタされる。従って、ターゲットのエロージョンが生じる部位を従来よりも広くすることができ、ターゲットの使用効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１Ａ】本発明の第１実施形態に関るマグネトロンスパッタカソードを模式的に示す断面図である。
【図１Ｂ】本発明の第１実施形態に関るマグネトロンスパッタカソードを模式的に示す平面図である。
【図１Ｃ】本発明の第１実施形態に関るマグネトロンスパッタカソードにおいて観察される磁場プロファイルを示し、ターゲットの表面に平行磁場成分とターゲットの表面に垂直磁場成分とを示す図である。
【図２】本発明のマグネトロンスパッタカソードで得られる磁力線とプラズマを模式的に示す図である。
【図３Ａ】ターゲットの周縁部において、磁場プロファイルの水平方向の磁束密度が０より大きい場合に生成されたプラズマを模式的に示す図であって、ターゲットの周縁部で水平方向の磁束密度が反転しない場合のプラズマを示す図である。
【図３Ｂ】図３Ａにおける磁場プロファイル及びターゲット４０のエロージョンの深さを示す図である。
【図４】磁場プロファイルのうち、水平方向の磁束密度の最大強度を変えて測定した磁場プロファイルを示す図である。
【図５Ａ】水平方向の磁束密度の最大強度が１２００ガウスである場合に得られるターゲットのエロージョンを示す図である。
【図５Ｂ】水平方向の磁束密度の最大強度が１２００ガウスである場合に得られるターゲットのエロージョンを示す図であって、局所的なエロージョンが観察されたターゲットを示す図である。
【図６Ａ】本発明のマグネトロンスパッタカソードで観測される磁場プロファイルを示す図である。
【図６Ｂ】本発明のマグネトロンスパッタカソードで得られる磁力線を模式的に示す図である。
【図７】本発明のマグネトロンスパッタカソードで得られるターゲットのエロージョンを模式的に示す図である。
【図８Ａ】本発明の第２実施形態に関るマグネトロンスパッタカソードを模式的に示す図である。
【図８Ｂ】本発明の第２実施形態に関るマグネトロンスパッタカソードにおいて観察される磁場プロファイルを示す図である。
【図９Ａ】本発明の第３実施形態に関るマグネトロンスパッタカソードを模式的に示す図である。
【図９Ｂ】本発明の第３実施形態に関るマグネトロンスパッタカソードにおいて観察される磁場プロファイルを示す図である。
【図１０Ａ】本発明の第４実施形態に関るマグネトロンスパッタカソードを模式的に示す図である。
【図１０Ｂ】本発明の第４実施形態に関るマグネトロンスパッタカソードにおいて観察される磁場プロファイルを示す図である。
【図１１Ａ】本発明の第５実施形態に関るマグネトロンスパッタカソードを模式的に示す図である。
【図１１Ｂ】本発明の第５実施形態に関るマグネトロンスパッタカソードにおいて観察される磁場プロファイルを示す図である。
【図１２Ａ】本発明の第６実施形態に関るマグネトロンスパッタカソードを模式的に示す図である。
【図１２Ｂ】本発明の第６実施形態に関るマグネトロンスパッタカソードにおいて観察される磁場プロファイルを示す図である。
【図１３】本発明のマグネトロンスパッタカソードを適用したインライン型成膜装置を模式的に示す図である。
【図１４Ａ】本発明のマグネトロンスパッタカソードを適用した枚葉型成膜装置を模式的に示す上面図である。
【図１４Ｂ】本発明のマグネトロンスパッタカソードを適用した枚葉型成膜装置において、電源としてＤＣ電源を用いた際のマグネトロンスパッタカソードの構成を模式的に示した断面図である。
【図１４Ｃ】本発明のマグネトロンスパッタカソードを適用した枚葉型成膜装置において、電源としてＡＣ電源を用いた際のマグネトロンスパッタカソードの構成を模式的に示した断面図である。
【図１５】本発明のマグネトロンスパッタカソードを適用した巻き取り式成膜装置を模式的に示す断面図である。
【図１６】本発明のマグネトロンスパッタカソードを適用したカルーセル型成膜装置を模式的に示す断面図である。
【図１７】実施例１におけるマグネトロンスパッタカソードの磁場プロファイル及びエロージョン深さを示す図である。
【図１８】実施例２におけるマグネトロンスパッタカソードの磁場プロファイル及びエロージョン深さを示す図である。
【図１９】実施例３におけるマグネトロンスパッタカソードの磁場プロファイル及びエロージョン深さを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
本発明の技術範囲は以下に述べる実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【００１５】
＜第１実施形態＞
図１Ａ〜図１Ｃは、本発明の第１実施形態に関るマグネトロンスパッタカソードと、マグネトロンスパッタカソードにおいて観察される磁場プロファイルとを模式的に示す図である。
図１Ａは、マグネトロンスパッタカソード１Ａを模式的に示した断面図であり、図１ＢにおけるＬ−Ｌ´線の断面図である。
図１Ｂは、ヨークの表面に配置された磁気回路を模式的に示した平面図である。
図１Ｃは、本発明のマグネトロンスパッタカソードにおいて観察される磁場プロファイルを示し、ターゲットの表面に平行磁場成分とターゲットの表面に垂直磁場成分とを示す図である。図１Ｃにおいて、横軸は図１ＢのＬ−Ｌ´線における位置、即ち、マグネトロンスパッタカソード１Ａの幅方向の位置に対応している。図１Ｃの横軸において、０ｍｍの位置は、後述する中央磁石部２１の位置に対応しており、即ち、図１Ｃの横軸は、中央磁石部２１からの距離を示している。また、縦軸は磁束密度を示す。
【００１６】
第１実施形態におけるマグネトロンスパッタカソード１（１Ａ）は、平板状のヨーク１０と、ヨーク１０の表面に設けられた磁気回路２０と、磁気回路２０に重なるように配置されたバッキングプレート３０とによって構成されている。
また、磁気回路２０は、ヨーク１０の中央領域Ｃに直線状に配置された中央磁石部２１と、中央磁石部２１の周囲に配置された周縁磁石部２２と、中央磁石部２１と周縁磁石部２２との間に配置された補助磁石部２３とによって構成されている。また、磁気回路２０は、中央磁石部２１，周縁磁石部２２の一部，及び補助磁石部２３の一部が互いに平行である平行領域Ｓを有する。
また、中央磁石部２１，周縁磁石部２２，及び補助磁石部２３の各々の先端部（３１，３２，３３ａ，３３ｂ）の極性が互いに隣接する磁石部の間で異なるように、中央磁石部２１，周縁磁石部２２，及び補助磁石部２３は配置されている。
また、平行領域Ｓにおける中央磁石部２１，周縁磁石部２２，及び補助磁石部２３を縦断する方向であって中央磁石部２１が延在する方向（中央磁石部２１の直線部）に直交する軸方向において、中央磁石部２１から周縁磁石部２２に向けて、バッキングプレート３３の上方から観測される磁場プロファイルは、バッキングプレート３３に平行な面における水平方向の磁束密度（Ｂ／／）が、中央磁石部２１に対応する位置を境界として、第１領域（一方の領域）において正の値、第２領域（他方の領域）において負の値となるように設定されている。また、バッキングプレート３３の上方から観測される磁場プロファイルとは、ターゲットが配置される位置から観察される磁場プロファイルを意味する。
以下、マグネトロンスパッタカソード１Ａ（１）を詳細に説明する。
図１Ａ〜図１Ｃは、補助磁石部２３が第一補助磁石部２３ａと第二補助磁石部２３ｂとによって構成され、第一補助磁石部２３ａと第二補助磁石部２３ｂとが、中央磁石部２１を囲んで配置されている例を示している。
ここで、中央磁石部２１の先端部３１と第二補助磁石部２３ｂの先端部３３ｂの極性がＮ極であった場合、第一補助磁石部２３ａの先端部３３ａと周縁磁石部２２の先端部３２の極性はＳ極である。また、中央磁石部２１の先端部３１と第二補助磁石部２３ｂの先端部３３ｂの極性がＳ極であった場合、第一補助磁石部２３ａの先端部３３ａと周縁磁石部２２の先端部３２の極性はＮ極である。
また、先端部３１，３２，３３ａ，３３ｂは、バッキングプレート３０の裏面に接触又は対向する部位である。
また、図１Ａ〜図１Ｃは、バッキングプレート３０上には、ターゲット４０が配置されている例を示している。
磁場プロファイルは、磁気回路２０の表面から上方１５ｍｍ〜３５ｍｍの範囲にて、ガウスメーターを用いて測定される。
例えば、厚さ１５ｍｍのバッキングプレートを用いた際には、バッキングプレート３０の表面３０ａから上方０ｍｍ〜２０ｍｍの範囲にて磁場プロファイルが測定される。
なお、本発明のマグネトロンスパッタカソード１Ａには、ＤＣ電源、ＡＣ電源、ＲＦ電源のいずれも、適用することができる。
【００１７】
ヨーク１０は、平板状であり、ヨーク１０の表面１０ａに磁気回路２０（中央磁石部２１，周縁磁石部２２，及び補助磁石部２３）が設けられている。ヨーク１０は、一般的にマグネトロンスパッタカソードに用いられるヨークであり、ヨークの種類は限定されない。
このヨーク１０としては、例えばフェライト系のステンレス等を用いることができる。また、その大きさは例えば幅２００ｍｍ程度である。
【００１８】
バッキングプレート３０の表面３０ａには、ターゲット４０が載置される。バッキングプレート３０は、一般的なマグネトロンスパッタカソードに用いられるバッキングプレートであり、バッキングプレートの種類は限定されない。
なお、第１実施形態では、バッキングプレート３０を用いる場合を述べるが、本発明においては、バッキングプレート３０を省き、磁気回路２０の上方にターゲット４０を配置することも可能である。この場合、バッキングプレート３０を用いた際と同等な効果を得ることができる。
【００１９】
ターゲット４０は、例えば透磁率が３Ｈ／ｍ以下が好ましい。
このようなターゲット４０の構成材料としては、例えば、Ｍｇ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｚｎ，Ａｌ，Ｉｎ，Ｃ，Ｓｉ，及びＳｎ等から選ばれる元素を主成分とする材料が用いられる。
バッキングプレート３０とターゲット４０との総厚が１５ｍｍ以上３５ｍｍ以下であることが好ましい。例えば、１５ｍｍ厚のバッキングプレート３０を用いた際は、ターゲット４０の厚さは２０ｍｍ以下である。また、バッキングプレートを用いない場合は、３５ｍｍ以下のターゲット４０を用いることができる。ターゲット４０の幅は、例えば、２００ｍｍ程度である。
【００２０】
磁気回路２０は、ターゲット４０の表面４０ｂに水平磁界を発生させるようにヨーク１０の表面１０ａに配置されており、中央磁石部２１と周縁磁石部２２と補助磁石部２３とから構成されている。第１実施形態においては、補助磁石部２３は、第一補助磁石部２３ａと第二補助磁石部２３ｂとから構成されている。
中央磁石部２１は、ターゲット４０の長手方向において、ターゲット４０の中央部に直線状に配置されている。
周縁磁石部２２は、中央磁石部２１を包囲するようにヨーク１０の表面１０ａの周縁部に配置され、中央磁石部２１と平行な部位を有している。
第一補助磁石部２３ａ及び第二補助磁石部２３ｂは、中央磁石部２１を包囲するようにヨーク１０の表面１０ａに配置され、中央磁石部２１と平行な部位を有している。
中央磁石部２１，周縁磁石部２２，及び補助磁石部２３としては、例えばネオジウム，鉄，及びボロンを主成分とする異方性焼結磁石，サマリウムコバルト磁石，フェライト磁石等を用いることができる。
【００２１】
中央磁石部２１，周縁磁石部２２，及び補助磁石部２３の高さ，幅，及び各磁石部の間の距離は、図１Ｃに示す磁場プロファイルを満たすように、適宜調節することができる。
一例として、中央磁石部２１，周縁磁石部２２，及び補助磁石部２３がネオジウム，鉄，及びボロンを主成分とする異方性焼結磁石からなる場合、各磁石部の高さが３０ｍｍ、中央磁石部２１の幅が１５ｍｍ、第一補助磁石部２３ａの幅が１２．５ｍｍ、第二補助磁石部２３ｂの幅が７．５ｍｍ、周縁磁石部２２の幅が１２．５ｍｍである。
また、各磁石部の間の距離は、中央磁石部２１と第一補助磁石部２３ａとの距離が２１ｍｍ、第一補助磁石部２３ａと第二補助磁石部２３ｂとの距離が２０ｍｍ、第二補助磁石部２３ｂと周縁磁石部２２との距離が１５ｍｍである。
【００２２】
磁気回路２０によりターゲット４０の表面４０ｂ（バッキングプレート３０の上方）に発生された水平方向の磁束密度（Ｂ／／）は、図１Ｃに示すように、中央磁石部２１から周縁磁石部２２に向けて、第１領域において正の値、第２領域において負の値となるように設定されている。また、水平方向の磁束密度（Ｂ／／）は、図１Ｃの原点を対称の中心として、点対称に分布している。
そのため、図２に示すような磁力線ＧとプラズマＰの分布が生じ、ターゲット４０のエロージョンが生じる部位を広くすることができる。
なお、図１Ｃにおいて、第１領域とは第二象限及び第三象限であり、第２領域とは、第一象限及び第四象限である。
【００２３】
また、水平方向の磁束密度（Ｂ／／）は、周縁磁石部２２近傍で、正負の符号が逆転する（反転している）ように設定されていることが好ましい。即ち、水平方向の磁束密度（Ｂ／／）は、前記周縁磁石部の近傍において、第１領域において負、第２領域において正となるように設定されていることが好ましい。
【００２４】
次に、周縁磁石部２２の周辺（ターゲット４０の周縁）において水平方向の磁束密度（Ｂ／／）が反転していない場合について述べる。
図３Ａは、ターゲットの周縁部において水平方向の磁束密度が反転しない場合のプラズマを模式的に示す図である。図３Ｂは、図３Ａにおける磁場プロファイルおよびターゲット４０のエロージョンの深さを示す図である。図３Ｂにおいて、横軸はマグネトロンスパッタカソードの幅方向の位置を示し、縦軸は磁束密度とエロージョンの深さを示す。また、図３Ｂの横軸において、０ｍｍの位置は、中央磁石部の位置に対応しており、即ち、図３Ｂの横軸は中央磁石部からの距離を示している。
【００２５】
図３Ａ及び図３Ｂに示すように、周縁磁石部２２の周辺（ターゲット４０の周縁）において水平方向の磁束密度（Ｂ／／）が反転していないと、ターゲット４０の外側においても電子にローレンツ力が働く。そのため、プラズマＰがアースシールドに向けて広がり、図３Ａに示すように生成されたプラズマＰがターゲット４０の周縁部にシフトする。
そのため、図３Ｂに示すようにターゲット４０の周縁部までスパッタされる。また、ターゲット４０の中央部にはエロージョンが生じていない非エロージョン部が形成される。また、エロージョンが生じる部位の断面形状は、図１Ａ又は図７に示すような台形にはならない。従って、ターゲット４０の使用効率が低下する。
【００２６】
これに対し、本発明の第１実施形態における図１Ｃに示す磁場プロファイルのように、ターゲット４０の周縁部の磁場プロファイルにおいて、水平方向の磁束密度（Ｂ／／）を反転させることで、電子にかかるローレンツ力が進行方向とは逆方向に生じるため、ターゲット４０の周縁部では放電が生じ難くなる。
その結果、プラズマＰはアースシールド４５に向けてシフトせず、プラズマＰがターゲット４０の中央（中央磁石部２１が配置された領域）から周縁部（周縁磁石部２２が配置された領域）に拡がるように形成される。
そのため、ターゲット４０は、表面４０ｂのより広い領域にわたってスパッタされる。ゆえに、ターゲット４０のエロージョン５の断面形状が台形となって、従来のターゲットに形成されたエロージョンよりも、エロージョン５の形状を広くすることができ、ターゲット４０の使用効率の向上を図ることができる。
【００２７】
この際、ターゲット４０の表面４０ｂにおける水平方向の磁束密度（Ｂ／／）の最大強度が１００ガウス以上６００ガウス以下であることが好ましい。
図４は、水平方向の磁束密度（Ｂ／／）の最大強度を３００ガウス，６００ガウス，及び１２００ガウスに変化させた場合の磁場プロファイルを示している。
図４において、横軸は中央磁石部２１からの距離を示している。縦軸は磁束密度を示す。また、図４の横軸において、０ｍｍの位置は、中央磁石部２１の位置に対応している。
図４の中で符号１，２，３の各々は、水平方向の磁束密度（Ｂ／／）の最大強度を１２００，６００，及び３００ガウスに設定した場合の磁場プロファイルを示している。また、符号４，５，６の各々は、符号１，２，３に対応する垂直方向の磁束密度（Ｂ⊥）の磁場プロファイルを示している。
ターゲット４０の表面４０ｂと磁気回路２０との距離（Ｔ／Ｍ）を３５ｍｍとすることで水平方向の磁束密度（Ｂ／／）の最大強度が３００ガウスとなり、Ｔ／Ｍを２５ｍｍとすることで水平方向の磁束密度（Ｂ／／）の最大強度が６００ガウスとなり、Ｔ／Ｍを１５ｍｍとすることで水平方向の磁束密度（Ｂ／／）の最大強度が１２００ガウスとなる。
図４より、水平方向の磁束密度（Ｂ／／）の最大強度を１２００ガウスとした際は、水平方向の磁束密度（Ｂ／／）の極性の反転が観察された。
このように、極性の反転が生じる磁場プロファイルを有したマグネトロンスパッタカソードでは、バッキングプレートに平行な面における垂直方向の磁束密度（Ｂ⊥）の強度が、ターゲットの表面において０となる箇所付近にプラズマが集中してしまう。
そのため、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、プラズマが集中した箇所に局所的なエロージョンが観察される。図５Ａは、ターゲットの幅方向における位置とエロージョンの深さとの関係を示す図であり、図５Ｂは、局所的に生成されたエロージョンが観察されたターゲット４０を示す図である。
この現象は、水平方向の磁束密度（Ｂ／／）の最大強度が６００ガウスを超えると確認される。すなわち、例えば１５ｍｍ厚のバッキングプレートと２０ｍｍ厚のターゲットとを用いた場合、スパッタが開始される前の初期Ｔ／Ｍ値が３５ｍｍ、水平方向の磁束密度（Ｂ／／）の最大強度が３００ガウスであるが、エロージョンが進行し、例えば１０ｍｍを超えるエロージョンが生じた場合では、Ｔ／Ｍ値は２５ｍｍ未満、水平方向の磁束密度（Ｂ／／）の最大強度は６００ガウスを超える値となる。この場合、上述したように局所的なエロージョンが生じてしまうため、エロージョンの進行にともなって、水平方向の磁束密度（Ｂ／／）の最大強度が１００ガウス以上６００ガウス以下となるようにターゲット４０と磁気回路２０との距離を調節する（ターゲット４０から磁気回路２０を離す）必要がある。
ターゲット４０と磁気回路２０との距離を調整するには、後述するように、Ｚ軸方向に磁気回路２０を移動させる制御装置が用いられる。
一方、水平方向の磁束密度（Ｂ／／）の最大強度が１００ガウスよりも小さくなると放電現象が発生せず、スパッタを行うことができない。
【００２８】
第１実施形態のマグネトロンスパッタカソード１Ａによれば、図１Ｃに示すような磁場プロファイルが得られる。
また、垂直方向の磁束密度の磁場プロファイルは、第１領域及び第２領域の各々において、垂直方向の磁束密度が０である点を３つ有していることが好ましい。具体的には、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、第１領域でターゲット４０の中央磁石部２１の直線部と直交する軸方向において、ターゲット４０の半分を更に４等分する部位をＬ１，Ｌ３，Ｌ５とし、ターゲット４０の中央磁石部２１の直線部と直交する軸方向において、ターゲット４０の半分を更に３等分する部位をＬ２，Ｌ４とする。ターゲット４０に平行な面における垂直方向の磁束密度（Ｂ⊥）の磁場プロファイルは、Ｌ２〜Ｌ４の領域において０を３回クロスしていることが好ましい。
また、垂直方向の磁束密度（Ｂ⊥）の磁場プロファイルにおける中央部であって、値が０となる位置は、Ｌ３の近傍にあることが好ましい。
また、水平方向の磁束密度（Ｂ／／）の２つのピークの大きさが同等であり、各ピークはＬ１とＬ５の近傍に位置し、水平方向の磁束密度（Ｂ／／）の分布のボトムがＬ３の近傍に位置することが好ましい。
本実施形態のマグネトロンスパッタカソードが上記のような磁場プロファイルを有していることで、プラズマＰがＬ３を中心として広がり、エロージョン５の断面形状が図７に示すようなきれいな台形になり、ターゲット４０の使用効率をより向上させることができる。
この際、エロージョン５の断面形状は、台形の上底５ａ（ターゲット４０の表面４０ｂ側）がターゲット４０の幅の半分程度、台形５の下底５ｂ（ターゲット４０の裏面４０ｅ）がターゲット４０幅の１／６程度となる（図７参照）。なお、図７において、「１／２ＴＧ幅」とは、「ターゲットの幅の１／２の幅」を意味する。
上記条件を満たすことで、２０ｍｍ程度の厚さを有したターゲット４０を用いることができ、６０％程度の使用効率を得ることができる。
なお、ターゲット４０の使用効率は、使用前後におけるターゲット４０の重量変化から算出（使用後におけるターゲット４０の重量／使用前におけるターゲット４０の重量）することができる。
なお、上記の第１実施形態においては、第１領域における磁場プロファイルを説明したが、第２領域における磁場プロファイルは第１領域と同様である。ただし、第２領域における水平方向の磁束密度（Ｂ／／）の値の符号は、第１領域における水平方向の磁束密度（Ｂ／／）の値の符号に対して反転する。
【００２９】
＜第２実施形態＞
図８Ａ及び図８Ｂは、本発明の第２実施形態に関るマグネトロンスパッタカソード１Ｂ（１）を模式的に示す図である。
図８Ａは、マグネトロンスパッタカソード１Ｂを模式的に示した断面図、図８Ｂは、第２実施形態のマグネトロンスパッタカソード１Ｂにおいて観察される磁場プロファイルを示す図である。図８Ｂにおいて、横軸はマグネトロンスパッタカソード１Ｂの幅方向の位置に対応している。図８Ｂの横軸において、０ｍｍの位置は、後述する中央磁石部２１の位置に対応しており、即ち、図８Ｂの横軸は、中央磁石部２１からの距離を示している。また、縦軸は磁束密度を示す。
第２実施形態のマグネトロンスパッタカソード１Ｂと第１実施形態のマグネトロンスパッタカソード１Ａとが異なる点は、シャント６が第二補助磁石部２３ｂの側面に配置されている点である。
【００３０】
シャント６は、各磁石部の磁場を調整するために設けられ、中央磁石部２１，周縁磁石部２２，第一補助磁石部２３ａ，及び第二補助磁石部２３ｂの磁力等に応じて、従来公知のシャントを用いることができる。
第２実施形態においては、第二補助磁石部２３ｂの外側面に配置されたシャント６を一例として示しているが、シャント６の形態は限定されない。例えば、中央磁石部２１，第一補助磁石部２３ａ，又は周縁磁石部２２の側面にシャント６を設けることも可能である。また、磁石部の外側面ではなく、磁石部の内側面に設けることも可能である。
シャント６のサイズは、図８Ｂに示す磁場プロファイルが得られるように、使用される各磁石部の磁力、又は各磁石部からターゲット４０の表面４０ｂまでの距離等に応じて、適宜調節される。
【００３１】
第２実施形態のようにシャント６を磁石の側面に設けた場合であっても、各磁石部の高さ，幅，及び各磁石部の間の距離は、図８Ｂに示すような、第１実施形態と同様な磁場プロファイルを満たすように適宜調節して設置することができる。
一例として、中央磁石部２１，周縁磁石部２２，及び補助磁石部２３がネオジウム，鉄，及びボロンを主成分とする異方性焼結磁石からなる場合、各磁石部の高さが３０ｍｍ、中央磁石部２１の幅が１５ｍｍ、第一補助磁石部２３ａの幅が１２．５ｍｍ、第二補助磁石部２３ｂの幅が７．５ｍｍ、周縁磁石部２２の幅が１２．５ｍｍである。
また、各磁石部の間の距離は、中央磁石部２１と第一補助磁石部２３ａとの距離が２１ｍｍ、第一補助磁石部２３ａと第二補助磁石部２３ｂとの距離が２０ｍｍ、第二補助磁石部２３ｂと周縁磁石部２２との距離が１５ｍｍである。
この際、シャント６としては、例えばＳＵＳ４３０からなる場合、幅が５ｍｍ、高さが３０ｍｍ（磁石と同じ高さ）の部材を用いることができる。
【００３２】
第２実施形態のように、シャント６を磁石の側面に配置し、磁場を調整した場合であっても、マグネトロンスパッタカソード１Ｂが図８Ｂに示すように第１実施形態と同様な磁場プロファイルを有することで、上述した第１実施形態と同様な効果が得られる。
【００３３】
＜第３実施形態＞
図９Ａ及び図９Ｂは、本発明の第３実施形態に関るマグネトロンスパッタカソード１Ｃ（１）を模式的に示す図である。
図９Ａは、マグネトロンスパッタカソード１Ｃを模式的に示した断面図、図９Ｂは、第３実施形態のマグネトロンスパッタカソード１Ｃにおいて観察される磁場プロファイルを示す図である。図９Ｂにおいて、横軸はマグネトロンスパッタカソード１Ｃの幅方向の位置に対応している。図９Ｂの横軸において、０ｍｍの位置は、後述する中央磁石部２１の位置に対応しており、即ち、図９Ｂの横軸は、中央磁石部２１からの距離を示している。また、縦軸は磁束密度を示す。
第３実施形態のマグネトロンスパッタカソード１Ｃと第１実施形態のマグネトロンスパッタカソード１Ａとが異なる点は、シャント６が磁石部とターゲット４０（図９Ａに示す例においてはバッキングプレート３０）との間に配置されている点である。
【００３４】
シャント６は、各磁石部の磁場を調整するために設けられ、第２実施形態と同様のシャントが用いられる。
第３実施形態において、シャント６は、第二補助磁石部２３ｂとバッキングプレート３０との間に配置された例を示している。第３実施形態は、この構成を限定するものではなく、例えば、中央磁石部２１，第一補助磁石部２３ａ，又は周縁磁石部２２とバッキングプレート３０との間に設けることも可能である。
なお、バッキングプレート３０を用いない場合は、各磁石部とターゲット４０との間にシャント６を設けてもよい。
【００３５】
第３実施形態のように磁気回路２０とターゲット４０（図９Ａに示す例においてはバッキングプレート３０）との間にシャント６を設けた場合であっても、磁石部２１，２２，２３ａ，２３ｂの高さ，幅，及び各磁石部の間の距離は、図９Ｂに示すように、第１実施形態と同様な磁場プロファイルを満たすように、適宜調節して設置される。
一例として、磁石部２１，２２，２３ａ，２３ｂがネオジウム，鉄，及びボロンを主成分とする異方性焼結磁石からなる場合、各磁石部の高さが３０ｍｍ、中央磁石部２１の幅が１５ｍｍ、第一補助磁石部２３ａの幅が１２．５ｍｍ、第二補助磁石部２３ｂの幅が７．５ｍｍ、周縁磁石部２２の幅が１２．５ｍｍである。
また、中央磁石部２１と第一補助磁石部２３ａとの距離が２１ｍｍ、第一補助磁石部２３ａと第二補助磁石部２３ｂとの距離が２０ｍｍ、第二補助磁石部２３ｂと周縁磁石部２２との距離が１５ｍｍである。
この際、シャント６としては、例えばＳＵＳ４３０からなる場合、厚さ２ｍｍの部材を用いることができる。
【００３６】
第３実施形態のように、シャント６を磁気回路２０とバッキングプレート３０との間に配置し、磁場を調整することにより、マグネトロンスパッタカソード１Ｃが図９Ｂに示すように第１実施形態と同様な磁場プロファイルを有することで、上述した第１実施形態と同様な効果が得られる。
【００３７】
＜第４実施形態＞
図１０Ａ及び図１０Ｂは、本発明の第４実施形態に関るマグネトロンスパッタカソード１Ｄ（１）を模式的に示す図である。
図１０Ａは、マグネトロンスパッタカソード１Ｄを模式的に示した断面図、図１０Ｂは、第４実施形態のマグネトロンスパッタカソード１Ｄにおいて観察される磁場プロファイルを示す図である。図１０Ｂにおいて、横軸はマグネトロンスパッタカソード１Ｄの幅方向の位置に対応している。図１０Ｂの横軸において、０ｍｍの位置は、後述する中央磁石部２１の位置に対応しており、即ち、図１０Ｂの横軸は、中央磁石部２１からの距離を示している。また、縦軸は磁束密度を示す。
第４実施形態のマグネトロンスパッタカソード１Ｄと第１実施形態のマグネトロンスパッタカソード１Ａとが異なる点は、第一補助磁石部２３ａ及び第二補助磁石部２３ｂの材質と中央磁石部２１及び周縁磁石部２２の材質とが互いに異なる点である。
【００３８】
具体的に、例えば、中央磁石部２１及び周縁磁石部２４の材質としてネオジウム，鉄，及びボロンを主成分とする異方性焼結磁石を用いる場合、第一補助磁石部２３ａ及び第二補助磁石部２３ｂとしては、サマリウムコバルト磁石，フェライト磁石等を用いることができる。
なお、必ずしも第一補助磁石部２３ａ及び第二補助磁石部２３ｂの材質を変える必要はなく、どちらか一方の磁石部の材質を変えても良いし、中央磁石部２１又は周縁磁石部２２の材質を変えた構成であってもよい。
【００３９】
第４実施形態のように各磁石部の材質を変えた場合であっても、磁石部２１，２２，２３ａ，２３ｂの高さ，幅，及び各磁石部の間の距離は、図１０Ｂに示すように第１実施形態と同様な磁場プロファイルを満たすように、適宜調節して設置される。
一例として、上述したように中央磁石部２１と周縁磁石部２２がネオジウム，鉄，及びボロンを主成分とする異方性焼結磁石からなり、第一補助磁石部２３ａと第二補助磁石部２３ｂとがサマリウムコバルト磁石またはフェライト磁石からなる場合、各磁石部の高さが３０ｍｍ、中央磁石部２１の幅が１５ｍｍ、第一補助磁石部２３ａの幅が１２．５ｍｍｎ第二補助磁石部２３ｂの幅が９ｍｍ、周縁磁石部２２の幅が１２．５ｍｍである。
また、中央磁石部２１と第一補助磁石部２３ａとの距離が１８．５ｍｍ、第一補助磁石部２３ａと第二補助磁石部２３ｂとの距離が１９．５ｍｍ、第二補助磁石部２３ｂと周縁磁石部２２との距離が１４ｍｍである。
【００４０】
第４実施形態のように、磁石の材質を変更して磁場を調整することにより、マグネトロンスパッタカソード１Ｄが図１０Ｂに示すように第１実施形態と同様な磁場プロファイルを有することで、上述した第１実施形態と同様な効果が得られる。
【００４１】
＜第５実施形態＞
図１１Ａ及び図１１Ｂは、本発明の第５実施形態に関るマグネトロンスパッタカソード１Ｅ（１）を模式的に示す図である。
図１１Ａは、マグネトロンスパッタカソード１Ｅを模式的に示した断面図、図１１Ｂは、第５実施形態のマグネトロンスパッタカソード１Ｅで得られる磁場プロファイルを示す図である。図１１Ｂにおいて、横軸はマグネトロンスパッタカソード１Ｅの幅方向の位置に対応している。図１１Ｂの横軸において、０ｍｍの位置は、後述する中央磁石部２１の位置に対応しており、即ち、図１１Ｂの横軸は、中央磁石部２１からの距離を示している。また、縦軸は磁束密度を示す。
第５実施形態のマグネトロンスパッタカソード１Ｅと第１実施形態のマグネトロンスパッタカソード１Ａとが異なる点は、磁石部の大きさが異なる点である。
【００４２】
図１１Ａに示す例においては、第一補助磁石部２３ａ及び第二補助磁石部２３ｂの高さが磁石部２１，２２よりも小さく設定されており、バッキングプレート３０との間に空隙７が形成されている。
なお、必ずしも第一補助磁石部２３ａと第二補助磁石部２３ｂの大きさを変える必要はなく、どちらか一方の磁石部の大きさを変えても良いし、中央磁石部２１又は周縁磁石部２２の大きさを変えてもよい。
【００４３】
磁石部の大きさとしては、図１１Ｂに示すように第１実施形態と同様な磁場プロファイルを満たすようなサイズが採用され、磁石部のサイズは特に限定されない。また、マグネトロンスパッタカソード１Ｅにおいて用いられる磁石の磁力等に応じて適宜調節して、磁石部を設置してもよい。
一例として、磁石部２１，２２，２３ａ，２３ｂがネオジウム，鉄，及びボロンを主成分とする異方性焼結磁石からなる場合、中央磁石部２１の幅が１５ｍｍ、第一補助磁石部２３ａの幅が１７ｍｍ、第二補助磁石部２３ｂの幅が１３ｍｍ、周縁磁石部２２の幅が１２．５ｍｍである。
また、中央磁石部２１と第一補助磁石部２３ａとの距離が１２．５ｍｍ、第一補助磁石部２３ａと第二補助磁石部２３ｂとの距離が２３ｍｍ、第二補助磁石部２３ｂと周縁磁石部２２との距離が８ｍｍである。
この際、中央磁石部２１の高さが３０ｍｍ、第一補助磁石部２３ａの高さが２０ｍｍ、第二補助磁石部２３ｂの高さが２０ｍｍ、周縁磁石部２２の高さが３０ｍｍである。
【００４４】
第５実施形態のように、磁石の大きさを変更して磁場を調整することにより、マグネトロンスパッタカソード１Ｅが、図１１Ｂに示すように第１実施形態と同様な磁場プロファイルを有することで、上述した第１実施形態と同様な効果が得られる。
【００４５】
＜第６実施形態＞
図１２Ａ及び図１２Ｂは、本発明の第６実施形態に関るマグネトロンスパッタカソード１Ｆ（１）を模式的に示す図である。
図１２Ａは、マグネトロンスパッタカソード１Ｆを模式的に示した断面図、図１２Ｂは、第６実施形態のマグネトロンスパッタカソード１Ｆで観測される磁場プロファイルを示す図である。図１２Ｂにおいて、横軸はマグネトロンスパッタカソード１Ｆの幅方向の位置に対応している。図１２Ｂの横軸において、０ｍｍの位置は、後述する中央磁石部２１の位置に対応しており、即ち、図１２Ｂの横軸は、中央磁石部２１からの距離を示している。また、縦軸は磁束密度を示す。
第６実施形態のマグネトロンスパッタカソード１Ｆと第１実施形態のマグネトロンスパッタカソード１Ａとが異なる点は、第一補助磁石部２３ａ及び第二補助磁石部２３ｂに変えて、一つの補助磁石部２３が横向きにバッキングプレート３０の裏面３０ｂに配置されている点である。
【００４６】
補助磁石部２５の構成材料としては、上述した第一補助磁石部２３ａの構成材料或いは第二補助磁石部２３ｂの構成材料と同様な材料を用いることができる。
また、補助磁石部２５の第１端２５ａ（一端、中央磁石部２１に近い端部）は中央磁石部２１（先端部３１）とは異なる極性を有し、補助磁石部２５の第２端２５ｂ（他端、周縁磁石部２２に近い端部）は周縁磁石部２２（先端部３２）とは異なる極性を有している。
補助磁石部２５の大きさとしては、図１２Ｂに示すように第１実施形態と同様な磁場プロファイルを満たすようなサイズが採用され、補助磁石部２５のサイズは特に限定されない。また、マグネトロンスパッタカソード１Ｆにおいて用いられる磁石の磁力等に応じて適宜調節して設置することができる。
一例として、中央磁石部２１，周縁磁石部２２，及び補助磁石部２５がネオジウム，鉄，及びボロンを主成分とする異方性焼結磁石からなる場合、中央磁石部２１の幅が１３ｍｍ、補助磁石部２５の幅が４０．５ｍｍ、周縁磁石部２２の幅が１２．５ｍｍである。
また、中央磁石部２１と補助磁石部２５との距離が２７．５ｍｍ、補助磁石部２５と周縁磁石部２２との距離が１３ｍｍである。
また、中央磁石部２１及び周縁磁石部２２の高さが３０ｍｍ、補助磁石部２５の高さが１３ｍｍである。
【００４７】
第６実施形態のように、第一補助磁石部２３ａ及び第二補助磁石部２３ｂに変えて、横向きに配置された補助磁石部２５を用い、バッキングプレート３０の裏面３０ｂに補助磁石部２５を配置することにより磁場を調整することにより、マグネトロンスパッタカソード１Ｆが図１２Ｂに示すように第１実施形態と同様な磁場プロファイルを有することで、上述した第１実施形態と同様な効果が得られる。
【００４８】
なお、上述した第１実施形態〜第５実施形態のマグネトロンスパッタカソード１（１Ａ〜１Ｅ）において、ターゲット４０の厚さ方向（Ｚ軸方向）に磁気回路２０を移動できる制御装置、すなわち、磁気回路２０が配置されたヨーク１０をターゲット４０の厚さ方向に移動させることができる制御装置を備えていることが好ましい。
エロージョン５が進行したターゲット４０においても、制御装置を配置することで、ターゲット４０の表面４０ｂと磁気回路２０との距離を調節し、ターゲット４０の表面４０ｂにおける磁場プロファイル（水平方向及び垂直方向の磁束密度（Ｂ／／及びＢ⊥））を一定に保つことができる。
すなわち、エロージョン５が進行したターゲット４０の表面４０ｂであっても、磁場プロファイルは、図６Ａ及び図６Ｂで説明したように、垂直方向の磁束密度（Ｂ⊥）が、Ｌ２〜Ｌ４の領域において０を３回クロスし、垂直方向の磁束密度（Ｂ⊥）の中央であって値が０となる位置はＬ３近傍に位置し、水平方向の磁束密度（Ｂ／／）の２つのピークの大きさが同等で、各ピークはそれぞれＬ１とＬ５の近傍に位置し、水平方向の磁束密度（Ｂ／／）のボトムがＬ３近傍に位置するため、プラズマがＬ３を中心として広がる。
そのため、従来のようにターゲットの内側及び外側においてエロージョンの進行速度が変わることに起因して生じる、ターゲットの片掘れを回避することができる。ゆえに、ターゲット４０の厚みが２０ｍｍ以上と厚い場合であってもエロージョン５の断面形状が図７に示すようなきれいな台形になり、ターゲット４０の使用効率をより向上させることができる。
【００４９】
制御装置としては、磁気回路２０をヨーク１０と共にＺ軸方向に移動できる装置が採用される。制御装置の種類は、特に限定されない。
また、ターゲット４０のエロージョン５が進行して磁場の強度が強くなれば、スパッタ電圧が下がるため、スパッタでの電力を固定した場合には電圧の低下あるいは電流の増加が観察される。
したがって、積算電力あるいは電圧をモニタリングすることで、磁気回路２０とターゲット４０の表面４０ｂとの距離を経時的に調節することができる。
【００５０】
＜成膜装置＞
次に、本発明のマグネトロンスパッタカソード１が適用された成膜装置を説明する。本発明のマグネトロンスパッタカソード１は、例えばインライン型成膜装置，枚葉型成膜装置，巻き取り式成膜装置，カルーセル型成膜装置等に適用することができる。以下、成膜装置に関して説明する。
【００５１】
＜インライン型成膜装置＞
図１３は、本発明のマグネトロンスパッタカソード１を適用したインライン型成膜装置５０の断面図を模式的に示す図である。
インライン型成膜装置５０は、仕込み室５１，成膜室５２，及び取り出し室５３を順に備えている。
この成膜装置５０では、基板５７を縦方向（基板と重力方向とが一致する方向）に支持して仕込み室５１に搬入し、粗引き排気部５４によって仕込み室を減圧する。
次に、高真空排気部５５によって、高真空に減圧された成膜室５２に基板５７を搬送し、成膜処理を行う。
成膜後の基板５１は、粗引き排気部５６によって減圧された取り出し室５３から成膜装置５０の外部に搬出する。
【００５２】
成膜室５２には、電源５８と電気的に接続された複数のマグネトロンスパッタカソード１が基板５７の搬送方向に並んで配置されている。
電源としては、ＤＣ電源、ＡＣ電源、ＲＦ電源を用いることができる。
複数のマグネトロンスパッタカソード１の前を基板５７が通過する過程で、各マグネトロンスパッタカソード１を用いて基板５７の表面に薄膜が成膜される。
これにより、均質な膜を基板５７上に成膜することができ、また、成膜処理のスループットを向上させることができる。
本発明のマグネトロンスパッタカソード１をインライン型成膜装置５０に適用することで、ターゲット４０の使用効率が向上し、ターゲット４０の寿命の延長，ターゲット４０交換にかかる人件費，ターゲット４０の材料費及びターゲット４０をボンディングする際の費用の低下，さらにターゲット４０のダウンタイムの低減等が図れ、生産性が増大する。
また、揺動型カソードを搭載した成膜装置に比べて、本発明の成膜装置はコンパクトである。また、揺動機構等が不要なため、成膜装置にかかるコストを低減させることができる。
さらに、投入電力を固定した場合、広い領域に電力がかかるため、単位面積当たりの電力密度が下がり、アーキングにも有利である。
【００５３】
＜枚葉型成膜装置＞
図１４Ａ〜図１４Ｃは、本発明のマグネトロンスパッタカソード１を適用した枚葉型成膜装置６０を模式的に示す図である。
図１４Ａは、枚葉型成膜装置６０の上面図である。図１４Ｂは、電源６８としてＤＣ電源６８Ａを用いた際のマグネトロンスパッタカソード１の構成を模式的に示した断面図である。図１４Ｃは、電源６８としてＡＣ電源６８Ｂを用いた際のマグネトロンスパッタカソード１の構成を模式的に示した断面図である。
枚葉型成膜装置６０は、ロードロック室６１と、複数の成膜室６２と、基板搬送室６３とを含む。ロードロック室６１においては、枚葉型成膜装置６０とは異なる装置から枚葉型成膜装置６０に向けて搬送された基板６７が一時的に保管され、枚葉型成膜装置６０において成膜された基板も一時的に保管される。ロードロック室６１において一時的に保管され、かつ、成膜された基板は、枚葉型成膜装置６０とは異なる装置へと受け渡しされる。複数の成膜室６２（図１４Ａにおいては３つ）においては、基板６７に薄膜が形成される。基板搬送室６３は、基板６７を搬送するための基板搬送ロボットを有する。また、枚葉型成膜装置６０においては、基板搬送室６３を中心に、ロードロック室６１と成膜室６２とが四角形の各辺に対応するように配置されている。
【００５４】
ロードロック室６１においては、成膜前の基板６７又は成膜前の基板６７が載置される。また、ロードロック室６１は、成膜前の基板６７又は成膜前の基板６７を搬送する搬送機構を有してもよい。また、ロードロック室６１には、室内を真空状態に保持できるように、不図示の真空ポンプが接続されている。
基板搬送室６３には、基板６７を載置して各室間を搬送可能に構成された基板搬送ロボットが設けられている。基板搬送ロボットには、水平方向又は垂直方向に移動可能に構成されたロボットアームが形成されている。
【００５５】
成膜室６２は、基板６７表面に成膜を行うためのマグネトロンスパッタカソード１を有する。電源６８としてＤＣ電源６８Ａを用いる場合には、図１４Ｂに示すようにマグネトロンスパッタカソード１とＤＣ電源６８Ａとを配置する。電源６８としてＡＣ電源６８Ｂを用いる場合には、図１４Ｃに示すようにマグネトロンスパッタカソード１とＡＣ電源６８Ｂとを配置する。
成膜室６２は３室設けられているため、基板６７一枚あたりのスループットを短縮することができる。
本発明のマグネトロンスパッタカソード１を枚葉型成膜装置６０に適用することで、ターゲット４０の使用効率が向上し、ターゲット４０の寿命の延長，ターゲット４０交換にかかる人件費，ターゲット４０の材料費及びターゲット４０をボンディングする際の費用の低下，さらにターゲット４０のダウンタイムの低減等が図れ、生産性が増大する。
また、揺動型カソードを搭載した成膜装置と比べて、本発明の成膜装置はコンパクトである。また、揺動機構等が不要なため、成膜装置にかかるコストを低減させることができる。
さらに、投入電力を固定して考えた場合、広い領域に電力がかかるため、単位面積当たりの電力密度が下がり、アーキングにも有利である。
【００５６】
＜巻き取り式成膜装置＞
図１５は、本発明のマグネトロンスパッタカソード１を適用した巻き取り式成膜装置７０を模式的に示した断面図である。
巻き取り式成膜装置７０は、巻き取り室７１と、スパッタ室７２と、蒸着室７３とから構成されている。
【００５７】
巻き取り室７１内においては、ロール上に巻装された基板が保持されて順次に基板を送り出す巻き出しロール７４と、複数のガイドロール７５と、成膜後の基板を巻き取る巻き取りロール７６とが少なくとも設けられている。基板は巻き出しロール７４に装填されている。
また、スパッタ室７２内おいては、基板を蒸発源に対向する用に保持するローラ状のキャン７７と、ターゲット４０を備えた本発明のマグネトロンスパッタカソード１とが設けられている。
【００５８】
まず、基板は、巻き出しロール７４から巻き出された後、複数のガイドロール７５に導かれてキャン７７に外接し、さらに別のガイドロール７５を経て巻き取りロール７６に至る（巻回される）。
キャン７７の周りにはターゲット４０を備えた複数のマグネトロンスパッタカソード１が設置されており、キャン７７に巻き回された基板の表面に、スパッタリング法により薄膜が成膜される。
次いで、薄膜が成膜された基板は、反対側のガイドロール７５に導かれ、巻き取りロール７６により巻き取られる。
このスパッタリング法による成膜の際、巻き取り式成膜装置７０内は不図示の真空ポンプにより常に減圧され、成膜に必要な作用ガス又は反応ガスが不図示のボンベにより導入される。
巻取りの際に用いられるガイドロール７５ａは、ガイドロール内に冷却装置を有し、表面に巻き回される基板を冷却するように構成されている。この冷却装置としては、例えば回転ロール内に冷媒配管が配置されている。
本発明のマグネトロンスパッタカソード１を巻き取り式成膜装置７０に適用することで、ターゲット４０の使用効率が向上し、ターゲット４０の寿命の延長，ターゲット４０交換にかかる人件費，ターゲット４０の材料費及びターゲット４０をボンディングする際の費用の低下，さらにターゲット４０のダウンタイムの低減等が図れ、生産性が増大する。
また、揺動型カソードを搭載した成膜装置に比べて、本発明の成膜装置の方がコンパクトである。また、揺動機構等が不要なため、成膜装置にかかるコストを低減させることができる。
さらに、投入電力を固定して考えた場合、広い領域に電力がかかるため、単位面積当たりの電力密度が下がり、アーキングにも有利である。
【００５９】
＜カルーセル型成膜装置＞
図１６は、本発明のマグネトロンスパッタカソード１を適用したカルーセル型成膜装置８０を模式的に示した断面図である。
カルーセル型成膜装置８０は、ターボ分子ポンプ８１と、メカニカルブースターポンプ８２と、ロータリーポンプ８３と、真空チャンバ８４によって構成されている。真空チャンバ８４内には、複数のマグネトロンスパッタカソード１と、複数の基板８７を側面に保持する多角形のカルーセル基板トレイ８５と、酸化源８６とが配置されている。真空チャンバ８４は、ターボ分子ポンプ８１とメカニカルブースターポンプ８２とロータリーポンプ８３との組み合わせによって減圧される。
【００６０】
図１６に示すカルーセル基板トレイ８５は８角柱形状であり、その側面に８枚の基板８７を保持することができる。
なお、カルーセル基板トレイ８５は８角柱形状に限定されず、８面以上の形状を有してもよい。この場合、保持する基板８７の数も８枚以上でもよい。
【００６１】
真空チャンバ８４内に供給された複数の基板８７は、カルーセル基板トレイ８５の回転によって、マグネトロンスパッタカソード１に対向するように搬送され、基板８７上に薄膜が成膜される。
その後、基板８７はカルーセル基板トレイ８５の回転によって基板供給取り出し位置に搬送され、取り出される。
本発明のマグネトロンスパッタカソード１をカルーセル型成膜装置８０に適用することで、ターゲット４０の使用効率が向上し、ターゲット４０の寿命の延長，ターゲット４０交換にかかる人件費，ターゲット４０の材料費及びターゲット４０をボンディングする際の費用の低下，さらにターゲット４０のダウンタイムの低減等が図れ、生産性が増大する。
また、揺動型カソードを搭載した成膜装置と比べて、本発明の成膜装置の方がコンパクトである。また、揺動機構等が不要なため、成膜装置にかかるコストを低減させることができる。
さらに、投入電力を固定して考えた場合、広い領域に電力がかかるため、単位面積当たりの電力密度が下がり、アーキングにも有利である。
【実施例】
【００６２】
＜実施例１＞
図１に示すマグネトロンスパッタカソードを作製した。
ターゲットとしては、幅２００ｍｍ、厚み２０ｍｍのＣｕを用いた。また、Ｔ／Ｍは３５ｍｍであり、ヨーク幅が２００ｍｍ（ＳＵＳ４３０）であるヨークを用いた。また、各磁石部の高さは３０ｍｍであり、材質はＮＥＯＭＡＸ  ＨＳ−５０ＡＨである。
中央磁石部は幅１５ｍｍ、第一補助磁石部は幅１２．５ｍｍ、第二補助磁石部は幅７．５ｍｍ、周縁磁石部は幅１２．５ｍｍとした。中央磁石部から第一補助磁石部までの距離は２１ｍｍ、第一補助磁石部から第二補助磁石部までの距離は２０ｍｍ、第二補助磁石部から周縁磁石部までの距離は１５ｍｍ、周縁磁石部からヨーク端までの距離は６．５ｍｍとした。
長時間放電を行い、ターゲットに形成されたエロージョンの確認を行った。その結果を図１７に示す。
図１７において、横軸はマグネトロンスパッタカソードの幅方向の位置を示し、縦軸は磁束密度とエロージョンの深さを示す。また、図１７の横軸において、０ｍｍの位置は、中央磁石部の位置に対応しており、即ち、図１７の横軸は中央磁石部からの距離を示している。なお、以下に述べる図１８，１９における縦軸及び横軸は、図１７と同じである。
図１７に示すように、エロージョンの深さがおよそ１２．５ｍｍを超えると、エロージョンの片掘れが観察された。
この原因は、図１７で示すように、エロージョンが進行すると電力量（積算電力）が増加するため、水平方向の磁束密度（Ｂ／／）における最大強度が大きくなるためである。この場合、Ｔ／Ｍが２５ｍｍ未満となり最大強度が６００ガウスを超えると、図３Ａ及び図３Ｂに示すように水平方向の磁束密度（Ｂ／／）の分布のボトムにおける値の符号が反転する。
その結果、水平方向の磁束密度（Ｂ／／）の分布のボトムでは電子にかかるローレンツ力が逆向きにかかるため、プラズマが局所集中しやすくなって二つに分かれる。そのため、ターゲットに片掘れが生じた。
この理由は、実施例１のマグネトロンスパッタカソードはＴ／Ｍ３５ｍｍで理想磁場を得るための設計によって作製されているため、Ｔ／Ｍが２５ｍｍ未満と小さくなると理想磁場が変化してしまうからである。
これは、後述する実施例２に示すとおり、磁気回路全体をターゲット面からＺ軸方向に下げる制御装置を導入することで回避することができる。
なお、実施例１におけるターゲットの使用効率は５０％程度であった。【００６３】
＜実施例２＞
実施例２においては、実施例１のマグネトロンスパッタカソードに、水平方向の磁束密度（Ｂ／／）の分布のボトムにおける値が反転する前に磁気回路全体をターゲット面からＺ軸方向に下げる制御装置を導入した。実施例２においては、積算電力からエロージョンが５ｍｍ進行したら、磁気回路を５ｍｍ下げた。その結果を、図１８に示す。
図１８から、エロージョンの深さがおよそ１２．５ｍｍを超えた場合であっても片掘れが改善し、ターゲットの使用効率も６０％以上を達成した。【００６４】
＜実施例３＞
図１に示すマグネトロンスパッタカソードを作製した。
ターゲットとしては、幅１３５ｍｍ、厚み１２ｍｍのＣｕを用いた。また、Ｔ／Ｍは２７ｍｍであり、ヨーク幅が１３５ｍｍ（ＳＵＳ４３０）であるヨークを用いた。磁石部の高さ及び材質は実施例１と同様である。
また、中央磁石部は幅１２．５ｍｍ、第一補助磁石部は幅９．５ｍｍ、第二補助磁石部は幅７．５ｍｍ、周縁磁石部は幅１０．０ｍｍとした。中央磁石部から第一補助磁石部までの距離は９ｍｍ、第一補助磁石部から第二補助磁石部までの距離は１５．５ｍｍ、第二補助磁石部から周縁磁石部までの距離は７ｍｍとした。実施例１と同様に放電を行い、ターゲットに形成されたエロージョンの確認を行った。その結果を図１９に示す。
図１９に示すように、ターゲットは厚さ１２ｍｍの内８ｍｍ程度しか掘られていないが、既に使用効率は６０％であり、ターゲットを最後まで使用すれば７０％以上の使用効率が見込まれる。【００６５】
以上より、ターゲット表面において、本発明のマグネトロンスパッタカソードを用いれば、マグネットの材質，マグネット間の距離，磁気回路の構造に関らず、６０％以上の高使用効率のカソードを得られることが確認された。
さらにＺ軸を用いることにより、本発明ではターゲットが２０ｍｍ以上であっても使用することが可能となり、ターゲットの使用寿命を延ばせることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明は、マグネトロンスパッタカソードを用いた成膜装置に適用することができ、従来のものよりもターゲットの使用効率を高めることができるとともに、ターゲットの厚さが２０ｍｍを超える場合であっても、適用することができる。
【符号の説明】
【００６７】
１（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ）  マグネトロンスパッタカソード、１０  ヨーク、２０  磁気回路、２１  中央磁石部、２２  周縁磁石部、２３，２５  補助磁石部、２３ａ  第一補助磁石部、２３ｂ  第二補助磁石部、３０  バッキングプレート、４０  ターゲット、４５  アースシールド、５  エロージョン、６  シャント、７  間隙、５０  インライン型成膜装置、５１  仕込み室、５２，６２  成膜室、５３  取り出し室、５４，５６  粗引き排気部、５５  高真空排気部、５７，６７，７７  基板、５８  電源、６０  枚葉型成膜装置、６１  ロードロック室、６３  基板搬送室、６８  電源、６８Ａ  ＤＣ電源、６８Ｂ  ＡＣ電源、７０  巻き取り式成膜装置、７１  巻き取り室、７２  スパッタ室、７３  蒸着室、７４  巻き出しロール、７５，７５ａ  ガイドロール、７６  巻き取りロール、７７  キャン、８０  カルーセル型成膜装置、８１  ターボ分子ポンプ、８２  メカニカルブースターポンプ、８３  ロータリーポンプ、８４  真空チャンバ、８５  カルーセル基板トレイ、８６  酸化源、Ｇ  磁力線、Ｐ  プラズマ、Ｃ  ヨークの中央領域。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１５】
2010023952.tif 000028
【図１６】
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【図１７】
2010023952.tif 000030
【図１８】
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【図１９】
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【図５Ｂ】
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【国際調査報告】
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2010023952.tif 000035
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