(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板ターゲットを有する放電電極において、前記平板ターゲットの表面側の両側縁に沿うように設けられ、前記平板ターゲットを隔てて対向する磁性体と、該磁性体を隔てて前記平板ターゲットの反対側に前記磁性体と接して組み合わせて設けられ前記平板ターゲットを隔てて異極性の関係であるターゲット上部磁石を有することを特徴とする放電電極。
【請求項２】
前記磁性体の下面が前記平板ターゲットの表面と略同一か上方にあることを特徴とする請求項１に記載の放電電極。
【請求項３】
前記平板ターゲットの長手方向に垂直な断面において、前記磁性体間の対向面は前記平板ターゲット表面の法線方向に対して外側に角度θで傾斜し、θは０°＜θ≦４５°の範囲であることを特徴とする請求項１または２に記載の放電電極。
【請求項４】
前記平板ターゲットの厚み方向において前記平板ターゲットを隔てて前記磁性体と対向する位置である前記平板ターゲットの裏面側位置にターゲット下部磁石を有し、前記ターゲット下部磁石の磁力線放出の向きが前記平板ターゲットの厚み方向であって、前記磁性体と前記ターゲット下部磁石の磁極性が同極性であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の放電電極。
【請求項５】
前記平板ターゲットの表面側磁界がループを形成していることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の放電電極。
【請求項６】
前記平板ターゲットの表面側の磁束ループは、前記ターゲット上部磁石とヨークとを少なくとも備えた表面側磁気回路により生成されており、前記平板ターゲットの放電面側の表面を除いた表面側磁気回路の構成部材の少なくとも一部に、前記構成部材の外側に磁性材料からなる磁気シールドを備えたことを特徴とする請求項５に記載の放電電極。
【請求項７】
前記磁気シールドを前記ターゲット上部磁石の周りに備えたことを特徴とする請求項６に記載の放電電極。
【請求項８】
前記平板ターゲットの放電面側の表面を除いた、電極構成部材の最外周面の少なくとも一部に絶縁体のカバーを備えたことを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の放電電極。
【請求項９】
前記平板ターゲットの裏面側磁界がループを形成していることを特徴とする請求項４から８のいずれかに記載の放電電極。
【請求項１０】
前記磁性体、前記ターゲット上部磁石は温度制御手段を有することを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の放電電極。
【請求項１１】
前記ターゲット下部磁石は温度制御手段を有することを特徴とする請求項４から１０のいずれかに記載の放電電極。
【請求項１２】
前記平板ターゲットがＦｅ、Ｃｏ、またはＮｉを主成分とする磁性体材料であることを特徴とする請求項４に記載の放電電極。
【請求項１３】
平板ターゲットの表面へ形成した磁界を用いて放電を発生させる放電方法であって、前記平板ターゲットの表面側の両側縁に沿うように設けられ、前記平板ターゲットを隔てて対向する磁性体と、該磁性体を隔てて前記平板ターゲットの反対側に前記磁性体と接して組み合わせて設けられたターゲット上部磁石と、前記平板ターゲットの厚み方向において前記平板ターゲットを隔てて前記磁性体と対向する位置である前記平板ターゲットの裏面側位置にターゲット下部磁石を有し、前記ターゲット上部磁石同士の対向する磁極性は異極性であり、ターゲット厚み方向を隔てて対向するターゲット上部磁石とターゲット下部磁石との磁極性は同極性とすることにより、ターゲット表面の磁性体間に略平行な磁界を形成し、前記磁界を用いて放電を発生させることを特徴とする放電方法。
【請求項１４】
前記磁性体間の幅Ｗの中心から±０．３５Ｗの幅と、前記磁性体の高さＨに対する２Ｈで定義される磁界形成領域における高さ方向が０から２Ｈの範囲の任意の高さｈ位置の平行磁束密度の分布を、幅方向位置がＷの中心位置で高さ方向が前記高さｈ位置の平行磁束密度Ｂｃを基準としてＢｃ±２０％以内に形成し、その平行磁束を用いて放電を発生させることを特徴とする請求項１３に記載の放電方法。
【請求項１５】
前記平行磁束密度Ｂｃが１０ｍＴから５００ｍＴの範囲であることを特徴とする請求項１４に記載の放電方法。
【請求項１６】
請求項１から１２のいずれかの放電電極をスパッタ源として有することを特徴とするスパッタリング装置。
【請求項１７】
請求項１６のスパッタリング装置にガスを導入してターゲットをスパッタし薄膜を形成することを特徴とする薄膜形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は真空中にてプラズマ放電を行うプラズマ放電電極及びプラズマ放電方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ放電とは、一般に低真空雰囲気で正極と負極の間に電圧を印加し気体電離を発生させる放電形態であり、スパッタリング、プラズマＣＶＤ、プラスチック基材の表面処理など様々な形で利用されている。なかでもスパッタリングはプラズマの陽イオンをカソードと呼ばれる負極に設置されたターゲットに衝突させ、衝突によりスパッタされた粒子が基板に付着して薄膜を生成する方法であり、組成制御や装置の操作が比較的簡単であることから、広く成膜過程に使用されている。しかし、従来スパッタリング法は真空蒸着法などに比べ薄膜生成速度が遅いという欠点を有していた。このため、永久磁石や電磁石を磁気回路として用いてターゲット付近に磁場を形成するマグネトロンスパッタリング法が考案され、薄膜の形成速度が向上し、半導体部品や電子部品などの製造工程においてスパッタリング法による薄膜形成の量産化を可能にした。しかしながら通常のマグネトロンスパッタリング装置ではターゲット下面側にターゲット下部磁石のみを設置し、ターゲット表面へ露出した磁場を利用するため、磁場がターゲット表面で垂直方向に向けて円弧状に形成され、スパッタリングに寄与する平行磁場分布に大きな偏りが発生してしまう。この平行磁場分布の偏りによりターゲットエロージョンの偏りが避けられず、ターゲット利用効率に限界があった。例えば特許文献６，非特許文献２では、通常の平板型マグネトロン電極において、前記のエロージョンの偏りのために、ターゲット利用効率が２０〜３０％（あるいは通常２５％）にとどまることが記載されており、その改善のために回転ターゲット方式を採用している。また非特許文献１では通常のターゲット利用効率（２０〜４０％）を改善するために、磁石自体を回転させる技術が記載されている。さらに非特許文献３では磁性体であるＮｉターゲットにおいてターゲット利用効率が１２％まで減少してしまうことが記載されており、その改善のために非特許文献１と同様に磁石を回転させ、ターゲット利用効率を改善している。つまり従来のマグネトロンスパッタリングにおいてはターゲットを移動させるか磁石を移動させないとターゲット利用効率が上がらずターゲットコストが高くなってしまうという問題があった。一方プラズマ放電をＣＶＤ装置へ適用する場合も問題は同様であり、平行磁場分布で示される高密度プラズマの閉じ込め領域が偏ってしまうため、効率の良いガス分解・重合を妨げてしまうという問題があった。そこで前記問題に対しターゲットの側面や上面へ磁石を配置し、磁気回路を改善することでターゲット表面の平行磁場を強める構成とした、特許文献１、特許文献２、特許文献３などの取り組みがある。前記公報はターゲット下部磁石とターゲット上部磁石を同極性とし、両磁場の反発によりターゲット上の平行磁場を増やしている。また特許文献４もターゲット材をヨークの一部として使用し、磁石をターゲット表面あるいは側面へ配置し、ターゲット表面の平行磁場を強めている。
【０００３】
また特許文献５ではターゲット側面へ補助ターゲットと述べる磁性体部品を設置し、ターゲット裏面側の磁力線を吸引・放出することでターゲット表面へ形成する平行磁場を強める取り組みがなされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６１−１２４５６７号公報
【特許文献２】特開平７−２２８９７１号公報
【特許文献３】特開平８−１７６８１７号公報
【特許文献４】特公昭５９−５２９５７号公報
【特許文献５】特開２００５−５０９０９１号公報
【特許文献６】ＷＯ２００９−００５０６８号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】ELSEVIER社２０１０年出版のVACUUM84  Ｐ１３７２からＰ１３７６，「Completely Flat erosion magnetron sputtering using a rotating asymmetrical yoke magnet」
【非特許文献２】ELSEVIER社２００９年出版のVACUUM83  Ｐ５１８からＰ５２１，「New target materials for innovative applications on glass」
【非特許文献３】ELSEVIER社２００９年出版のVACUUM83  Ｐ４７０からＰ４７４，「Wide erosion nickel magnetron sputtering using an eccentrically Rotating center magnet」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしターゲットの側面や表面へ直接磁石を配置した、特許文献１、特許文献２、特許文献４の構成では磁石を安定的に活用することに問題があり、薄膜形成速度の向上も充分ではない。
【０００７】
例えば特許文献１の構成にてスパッタリングを行った場合を図１１へ示す。ターゲット下部磁石８２間の磁力線８４は磁性体であるターゲット８０の内部に吸収され、ターゲット上部磁石８１間の磁力線８３の作用によりマグネトロンスパッタを実施している。ところが陽イオン８５はターゲット８０へ衝突し、ターゲット材料であるターゲット粒子８６を弾き出すと共に、ターゲット上部磁石８１へも衝突する。この陽イオン８５の衝突衝撃によりターゲット上部磁石８１は急速に高温状態となる。これにより磁石自身がキュリー点を超えてしまい減磁するため、マグネトロンスパッタリングとしての機能が充分得られない状況となるか、高温化を防ぐために投入電力を下げ、薄膜形成速度を下げなければならない状況となる。よって磁界発生手段であるターゲット上部磁石８１を直接、プラズマ発生領域であるターゲット８０表面の側縁へ設置する構成は、良好なスパッタ機能を発揮できなかった。
【０００８】
同様に特許文献２も特許文献１と同じ問題を有している。さらに隣り合う磁石同士が逆極性になるよう定めているため、スパッタを行うメカニズム自体が本発明とは異なっている。
【０００９】
一方、特許文献４はターゲット上部に設置された磁石がスパッタされないよう磁石カバーを設置する構成としているが、結局磁石カバーが陽イオンの衝撃を受け発熱し、磁石カバーからの伝熱により磁石が高温となるため、特許文献１と同じく磁石が減磁してしまい、スパッタ機能が得られなくなる。
【００１０】
一方、特許文献３は図１２で示すとおり、ターゲット９０とターゲット上部磁石９３、９４の間に非接触で絶縁された冷却シールド９２を設置し、ターゲット上部磁石９３，９４をターゲット９０から遠ざけるという工夫を行っている。また特許文献１の構成と同じく、ターゲット下部磁石９５，９６も備えている。しかしこの構成では磁石は保護できるものの、ターゲット９０と離れてしまうためターゲット上部磁石９３，９４から放出された磁力線９８はターゲット中央部に近づくほど減衰し、ターゲット幅を広くすることができないという問題がある。更に図１３で示すとおり、ターゲットが磁性体ターゲット１１０の場合は、磁力線１１１の多くがターゲット端面から吸収され、よりターゲット表面に均一磁場を形成することは困難となるため適用することは難しい。つまり磁力線放出部品である磁石をターゲット近傍へ配置すればターゲット表面への平行磁場形成に有利であるが磁石自身が損壊してしまい、磁石を保護するためにターゲットから遠ざければ充分に磁場形成の効果が得られないという課題があった。
【００１１】
一方、図１４で示す特許文献５では、磁性体１２１，１２２（本公報では補助ターゲット）を用いてターゲット１２０表面へ磁力線１２５を誘導する点では同様であるが、本発明者らの知見によれば、ターゲット下部磁石１２３を配置し、ターゲット表面側へ磁石を有しない点について本発明とは根本的にメカニズムが異なる。また、特許文献５の構成では磁石損壊は発生しないが、ターゲット１２０が磁性体ターゲットである場合、ターゲット下部磁石１２３の磁場をターゲット表面側へ吸引・誘導するために、ターゲット裏面側磁石に近接させるべく図１４のようにターゲット側面位置へ磁性体１２１，１２２を配置する必要がある。これは例えば図１５のようにターゲット１３０の表面へ磁性体１３１、１３２を配置した場合、磁性体であるターゲット１３０内に磁力線１３３がほとんど吸収されてしまい、磁性体１３１，１３２の設置がターゲット表面の平行磁場向上に効果を発揮しなくなるためである。つまり特許文献５では磁性体１３１，１３２をターゲットの側面へ設置する事を特徴としているため、ターゲットの上方両側縁へ磁性体を配置することを特徴とする本発明とはメカニズムが異なる。また図１４に示す特許文献５の構成を用いても、ターゲット裏面側磁石１２３から発生した磁力線１２５は全て磁性体へ向かうわけではなく、多くが磁性体であるターゲット１２０内へ吸収されるため、ターゲット表面に形成される平行磁場強度は充分ではなく改善の程度は限定的である。
【００１２】
本発明は上記のこれらの問題を解決し、ターゲットが磁性体・非磁性体であるに関わらず、ターゲット上に均一な平行磁場分布を形成し、均一なエロージョンが得られ、ターゲット利用効率の向上やスパッタ薄膜形成速度向上あるいはＣＶＤ成膜速度向上の効果が得られるプラズマ放電電極及び放電方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明によれば、平板ターゲットを有する放電電極において、前記平板ターゲットの表面側の両側縁に沿うように設けられ、前記平板ターゲットを隔てて対向する磁性体と、該磁性体を隔てて前記平板ターゲットの反対側に前記磁性体と組み合わせて設けられ前記平板ターゲットを隔てて異極性の関係であるターゲット上部磁石を有する放電電極が提供される。
【００１４】
また、本発明の好ましい形態によれば、前記磁性体の下面が前記平板ターゲットの表面と略同一か上方にある放電電極が提供される。
【００１５】
また、本発明の好ましい形態によれば、前記平板ターゲットの長手方向に垂直な断面において、前記磁性体間の対向面は前記平板ターゲット表面の法線方向に対して外側に角度θで傾斜し、θは０°＜θ≦４５°の範囲である放電電極が提供される。
【００１６】
また、本発明の好ましい形態によれば、前記平板ターゲットの厚み方向において前記平板ターゲットを隔てて前記磁性体と対向する位置である前記平板ターゲットの裏面側位置にターゲット下部磁石を有し、前記ターゲット下部磁石の磁力線放出の向きが前記平板ターゲットの厚み方向であって、前記磁性体と前記ターゲット下部磁石の磁極性が同極性である放電電極が提供される。
【００１７】
また、本発明の好ましい形態によれば、前記平板ターゲットの表面側磁界と裏面側磁界がループを形成している放電電極が提供される。
【００１８】
また、本発明の好ましい形態によれば、前記磁性体、前記ターゲット上部磁石、前記ターゲット下部磁石は温度制御手段を有する放電電極が提供される。
【００１９】
また、本発明の好ましい形態によれば、前記平板ターゲットがＦｅ、Ｃｏ、またはＮｉを主成分とする磁性体材料である放電電極が提供される。
【００２０】
また、本発明の別の形態によれば、平板ターゲットの表面へ形成した磁界を用いて放電を発生させる放電方法であって、前記平板ターゲットの表面側の両側縁に沿うように設けられ、前記平板ターゲットを隔てて対向する磁性体と、該磁性体を隔てて前記平板ターゲットの反対側に前記磁性体と組み合わせて設けられたターゲット上部磁石と、前記平板ターゲットの厚み方向において前記平板ターゲットを隔てて前記磁性体と対向する位置である前記平板ターゲットの裏面側位置にターゲット下部磁石を有し、前記ターゲット上部磁石同士の対向する磁極性は異極性であり、ターゲット厚み方向を隔てて対向するターゲット上部磁石とターゲット下部磁石との磁極性は同極性とすることにより、ターゲット表面の磁性体間に略平行な磁界を形成し、前記磁界を用いて放電を発生させる除電方法が提供される。
【００２１】
また、本発明の好ましい形態によれば、前記磁性体間の幅Ｗの中心から±０．３５Ｗの幅と、前記磁性体の高さＨに対する２Ｈで定義される磁界形成領域における平行磁束密度の分布を、幅方向位置がＷの中心位置で高さ方向が０から２Ｈの範囲の任意の高さｈ位置の平行磁束密度Ｂｃを基準としてＢｃ±２０％以内に形成し、その平行磁束を用いて放電を発生させる除電方法が提供される。
【００２２】
また、本発明の好ましい形態によれば、前記平行磁束密度Ｂｃが１０ｍＴから５００ｍＴの範囲である除電方法が提供される。
【００２３】
また、本発明の好ましい形態によれば、前記放電電極をスパッタ源として有するスパッタリング装置が提供される。
【００２４】
また、本発明の好ましい形態によれば、前記スパッタリング装置にガスを導入してターゲットをスパッタし薄膜を形成することを特徴とする薄膜形成方法が提供される。
【００２５】
また、本発明の好ましい形態によれば、前記放電電極を原料ガス反応源として有することを特徴とするＣＶＤ装置が提供される。
【００２６】
また、本発明の好ましい形態によれば、前記原料ガスが炭化水素ガス、珪素化合物ガス、あるいはフッ素化合物ガスであるＣＶＤ装置が提供される。
【００２７】
また、本発明の好ましい形態によれば、前記ＣＶＤ装置に原料ガスとして炭化水素ガス、珪素化合物ガスあるいはフッ素化合物ガスを導入してＣＶＤ薄膜を形成することを特徴とする薄膜形成方法が提供される。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、ターゲットが磁性体・非磁性体であるに関わらず、ターゲット上に均一な平行磁場分布を形成し、均一なエロージョンが得られるため、ターゲット利用効率が大幅に向上し、スパッタ薄膜形成速度向上あるいはＣＶＤ成膜速度向上の効果が得られる放電電極及び放電方法を提供できる。またターゲットや磁石の移動機構を必要としないため、簡易で安価な放電電極によりその効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明にかかる第一の実施形態による放電電極の単一放電断面概略図。
【図２】本発明にかかる第二の実施形態による放電電極の単一放電断面概略図。
【図３】本発明にかかる第三の実施形態による放電電極の単一放電断面概略図。
【図４】第三の実施形態による放電電極を用いた成膜装置を示す概略図。
【図５】第一の実施形態による放電電極において、ターゲット上の平行磁束密度分布をグラフ化した図。
【図６】第二の実施形態による放電電極において、ターゲット上の平行磁束密度分布をグラフ化した図。
【図７】第三の実施形態による放電電極において、ターゲット上の平行磁束密度分布をグラフ化した図。
【図８】比較例１の放電電極形態による単一放電断面概略図。
【図９】比較例１の放電電極において、ターゲット上の平行磁束密度分布をグラフ化した図。
【図１０】比較例２の放電電極において、ターゲット上の平行磁束密度分布をグラフ化した図。
【図１１】従来技術（特許文献１）の構成における放電断面概略図。
【図１２】従来技術（特許文献３）で非磁性体ターゲットにて構成した場合の放電断面概略図。
【図１３】従来技術（特許文献３）で磁性体ターゲットにて構成した場合の放電断面概略図。
【図１４】従来技術（特許文献５）の構成における放電断面概略図。
【図１５】従来技術（特許文献５）の構成において磁性体をターゲット上へ設置した場合の放電断面概略図。
【図１６】本発明の実施形態に関わる放電電極の単一放電断面概略図。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の実施形態について図１６を用いて説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、本発明の技術的範囲は請求の範囲によって確定されるのであって、以下の個別の実施形態によって限定されるわけではない。
【００３１】
図１６は放電電極２０５においてターゲット１４０の長手方向に垂直な断面を示している。本発明は平板ターゲット１４０を有する放電電極２０５において、前記平板ターゲット１４０の表面側の両側縁に沿うように設けられ、前記平板ターゲットを隔てて対向する磁性体１４３，１５１と、該磁性体１４３,１５１を隔てて前記平板ターゲット１４０の反対側に前記磁性体１４３，１５１と組み合わせて設けられ、前記平板ターゲット１４０を隔てて異極性の関係であるターゲット上部磁石１４１，１５２とを有することを特徴とする。また前記磁性体１４３，１５１の下面が前記平板ターゲット１４０の表面と略同一か上方にあることが好ましい。
【００３２】
ここで放電電極２０５を上から見た状態において平板ターゲット１４０は平板であれば直方体でもドーナツ形状、楕円形状でも良く、放電電極の形態に合わせた形状を選択できる。一般には中央部をくり抜いた長円形状が多い。また１個で放電電極２０５に必要な平板ターゲット形状を形成しても、多数個を合わせて平板ターゲット形状を形成しても良い。また厚みや表面粗度なども任意に選択できる。
【００３３】
またターゲット表面側とは放電面のことであり、放電電極２０５がスパッタ電極であれば陽イオン１４４で平板ターゲット１４０がスパッタされる側のターゲット面を指す。ターゲット表面側の両側縁とは放電電極２０５を断面で見た図１６において、平板ターゲット１４０の放電面側の２箇所の角部を指し、本発明は該２箇所の角部へ近接するように磁性体１４３、１５１を配置したことを特徴とする。該磁性体の断面形状は角形でも丸形でも多角形でも良い。該磁性体１４３，１５１は平板ターゲット１４０を隔てて対向するように設け、ターゲット角部に沿ってその外側へ設置する必要があり、平板ターゲット上に乗り上げないことが好ましいが、多少の乗り上げは許容できる。また、磁性体下面が多少平板ターゲット表面より下側へ設置することも許容できる。ここで、磁性体下面とは、ターゲット角部に沿うように設置した磁性体１４３、１５１のターゲット厚み方向の面である。対向する該磁性体１４３、１５１のそれぞれ反ターゲット側にはターゲット上部磁石１４１、１５２が設けられ、放出する磁力線により該磁性体１４３、１５１と吸着させ組み合わせる。該ターゲット上部磁石１４１，１５２のそれぞれの磁極性は磁性体１４３、１５１、平板ターゲット１４０を隔てて対向する面で異極性とし、一方がＮ極であれば他方はＳ極に設定する。さらに本発明において磁性体下面が平板ターゲット表面と同一線上にあるか、より上方にあることが好ましい。上方とはターゲット厚み方向において平板ターゲットから離れる方向（高さ方向）を指す。本構成においてターゲット上部磁石１４１から放出された磁力線は磁性体１４３の反ターゲット面から吸収され、対向面から再び放出される。放出された磁力線１４６は平板ターゲット１４０を隔てて対向するもう一方の磁性体１５１へ吸収され該磁性体１５１を貫流して反ターゲット側のもう一方のターゲット上部磁石１５２へ吸収される。よって対向する磁性体間においてターゲット平面方向へ強い磁力線１４６が略平行に形成される。このようにターゲット表面へ強い平行磁束を形成することにより、平行磁束へトラップされる電子の量が飛躍的に増大するため、平板ターゲット上の広い範囲に安定な強い放電が得られマグネトロン放電の効率が向上する。また前記の効果で平板ターゲット上に衝突する陽イオン１４４の量が磁性体１４３，１５１間においておおよそ均一となるため、エロージョンが平板ターゲット表面に対しターゲット厚み方向へ略平行に進行し、局部的なエロージョンが解消され、ターゲット使用効率が飛躍的に向上する。また磁性体から磁石の磁力線を全て放出すべく、組み合わせたターゲット上部磁石１４１は磁性体１４３と同じ厚みか若干薄いことが好ましい。また磁性体下面がターゲット表面より下方にある場合、例えば平板ターゲット１４０の側面へ設置した場合は、磁性体から放出された磁力線の多くは平板ターゲット１４０内部を通過する為、ターゲット表面側の平行磁束が減少し、マグネトロン放電の効率向上が充分得られず効果は不十分となる。よって磁性体下面がターゲット表面と同一線上にあるかより上方にあることが好ましい。
【００３４】
更に本発明は図１６において、前記磁性体１４３、１５１間の対向面が前記平板ターゲット１４０表面の法線方向に対して外側に角度θで傾斜し、θは０°＜θ≦４５°の範囲であることを特徴とする。
【００３５】
ここで述べる角度θとは放電電極２０５を断面方向から見て、平板ターゲット１４０を隔てた磁性体１４３，１５１の対向面と、平板ターゲット１４０表面の法線方向（垂直方向）との交点における角度を示しており、９０°から磁性体対向面の先端角度引いた角度を指している。この角度θは０°以上４５°未満であればよいが、特に２０〜３０°が好適である。これは磁性体１４３の傾斜面から磁力線１４６が放出することにより、ターゲット上の平行磁束分布について平板ターゲットの法線方向（垂直方向、上方）に向かった減衰勾配が良好となるためである。具体的には磁性体１４３、１５１間の平行磁束密度の均一性は傾斜のない磁性体と同じく良好な状態で、更に平板ターゲット１４０の表面付近の平行磁束密度を最大として、法線方向に向かうほど緩やかに平行磁束密度が下がっていく勾配が得られる。このとき角度θが０°以上４５°未満であれば、ターゲットから法線方向に遠ざかっても平行磁束密度の減衰量が急激に下がりすぎることなく、マグネトロン放電に充分な平行磁束密度の領域を広く維持できる。つまりマグネトロン放電を行う領域であるターゲット上エリアの法線方向の平行磁束密度の減衰勾配を整えた効果により、傾斜のない磁性体を用いたものよりさらに放電状態が安定し良好となる。この平行磁束密度を法線方向に整えた効果により、安定して高電力が投入出来るようになるため、さらにスパッタレートが向上し、ターゲット利用効率も向上する。また傾斜効果によりターゲットから飛翔したスパッタ粒子１４５が磁性体対向面に衝突して付着、堆積する量が大幅に低減するため、スパッタレートも向上する。また磁性体対向面へスパッタ粒子の堆積が増えると、アーク放電が発生しやすくなるが、本問題も回避できる。
【００３６】
またさらに本発明では前記磁性体１４３，１５１と、ターゲット厚み方向においてターゲット厚みを隔てて対向するターゲット裏面側位置にターゲット下部磁石１４２、１５３を配置し、前記ターゲット下部磁石１４２、１５３の磁力線放出の向きはターゲット厚み方向であって、ターゲット厚みを隔てて対向する前記磁性体１４３とターゲット下部磁石１４２、または磁性体１５１とターゲット下部磁石１５３の磁極性が同極性であることを特徴とする。
【００３７】
本構成は平板ターゲット１４０がＦｅ、Ｃｏ、またはＮｉを主成分とする磁性体材料である場合、より好適な効果を示すものであるが、非磁性体ターゲットにも適用できる。前記ターゲット裏面側とは放電面である表面側に対する裏面を指しており、ターゲット幅の内側に範囲を限定するものではなく、ターゲットの裏面と同一線上か裏面より反ターゲット側（下方）の範囲全体を指している。該ターゲット裏面側位置に配置したターゲット下部磁石１４２、１５３はターゲット厚み方向を隔てて対向する磁性体１４３、１５１とそれぞれ同極性とし、その磁力線放出面は対向する磁性体１４３方向（ターゲット厚み方向）へ向けるものとする。ターゲット下部磁石１４２の磁力線放出面は磁性体１４３の磁力線放出面に対して、ターゲットを隔てた直下の位置が望ましいが、磁性体１４３に対向していれば問題はない。本構成によりターゲット下部磁石同士は異極性となり磁石間の空間及びターゲット内部へ磁力線１４７が流れ、磁界が形成される。特に図１６は磁性体ターゲットの場合を示しており、ターゲット内部へ多くの磁力線１４７が吸収される。そして本磁力線１４７はターゲット表面側の磁力線１４６と同極性（同方向性）であるため磁界間に反発力が発生し、ターゲット表面側の磁力線を押し上げる効果が生まれる。通常、磁性体ターゲットの場合、ターゲット表面側の両側縁に沿うように磁性体１４３を設けても、磁性体１４３から放出された磁力線１４６は若干平板ターゲット１４０へ吸収され、ターゲット表面の平行磁束密度全体が下がる傾向にある。しかし本構成を用いると、前記反発効果により磁性体ターゲットにおいてもターゲット表面へ強い平行磁束が形成でき、安定にマグネトロン放電が形成できる。また従来、磁性体ターゲットではターゲット使用効率が悪くなることが知られているが、本構成を用いれば飛躍的にターゲット使用効率を高めることが可能となる。平板ターゲット１４０内部を貫流した磁力線１４７は、もう一方の端面付近にてターゲット下部磁石１５３に吸収される。
【００３８】
また本発明は前記のターゲット下部磁石１４２、１５３を有する構成において、ターゲット表面側磁界とターゲット裏面側磁界がそれぞれループを形成していることを特徴としている。ここで述べる磁界のループとは、一方の磁石から放出した磁力線が他方の磁石へ吸収され、他方の磁石の逆極性側からヨーク部材等を介して、最初の磁石の逆極性側へ磁気的に接続されるような、磁力線の流れが開放形ではなくループ状に収束していることを指している。
【００３９】
具体的には、ターゲット上部磁石１４１から放出された磁力線は磁性体１４３内を貫流し、平板ターゲット１４０の表面側に磁力線１４６として形成された後、磁性体１５１を貫流してターゲット上部磁石１５２へ吸収される。しかしそこで磁力線の流れに終端を形成せず、ターゲット上部磁石１５２からヨーク１４８内部を貫流して、再度ターゲット上部磁石１４１へ戻る、いわゆる磁界のループ構成を形成することを特徴としている。前記はターゲットを囲む形状の磁界の流れを示すが、平板ターゲット１４０下面に設置される磁界も同様である。すなわち、ターゲット下部磁石１４２から放出された磁力線は平板ターゲット１４０内部へ磁力線１４７の状態で貫流し、ターゲット下部磁石１５３へ吸収されるが、さらにターゲット下部磁石１５３からヨーク１４９を貫流し、再びターゲット下部磁石１４２へ戻る磁界のループを形成することを特徴としている。つまりターゲット表面磁界の大きな磁界ループの内部に、ターゲット裏面磁界の小さな磁界ループを有する２重の磁界ループを形成することを特徴としている。前記の通り二重の磁界のループを形成することにより、不要な位置へ終端部の漏洩磁界を形成してしまうことなく、より強い磁界を効率よくターゲット表面へ形成することが可能となる。
【００４０】
また本発明は磁性体、ターゲット上部磁石およびターゲット下部磁石が温度制御手段を有することを特徴としている。
平板ターゲット１４０表面付近の放電領域へ接する部材は陽イオン１４４の衝突衝撃で全て加熱されるが、磁性体１４３、１５１が加熱され高温となると熱伝導によりターゲット上部磁石１４１、１５２も高温となるため、キュリー点を超えて磁石が減磁損傷してしまう。これを回避するため磁性体や磁石を温度制御することを特徴とする。温度制御方法は冷却水を通水し温度制御することが簡易であり好ましいが、冷媒は水でなくともオイルや気体冷媒のようなものでも良く、ペルチェ素子のような接触冷却方式でも良い。図１６では磁性体１４３に冷却水１５０を通水し、磁性体１４３およびターゲット上部磁石１４１の温度制御を行うことを示している。またターゲット下部磁石１４２，１５３は図示しない冷却水槽の中に設置されていることが望ましい。
［第一の実施形態］
次に第一の実施形態について詳細を述べる。
【００４１】
第１図は第一の実施形態による放電電極の単一放電断面概略図を示す。放電電極２００のカソード１において１０は生成すべき膜によって材料が選択されるターゲットであり、このターゲット１０の表面側の両側縁に沿うようにターゲット１０を隔てて磁性体１１a、１１ｂが設けられる。磁性体１１a、１１ｂの下面はターゲット１０の表面と略同一か上方位置に設置される。そして磁性体１１ａ、１１ｂのターゲット１０との反対面にはそれぞれターゲット上部磁石１２ａ、１２ｂが組み合わされており、ターゲット上部磁石１２ａ、１２ｂは磁性体１１ａ、１１ｂ及びターゲット１０を挟んで逆極性で対向している。ターゲット１０はターゲット押さえ２０とねじ２１によってバッキングプレート２２へ押さえつけられ、バッキングプレート２２とターゲット押さえ２０は共に水冷ケース２３へねじ２１によって固定されている。水冷ケース２３の内部は温度制御された冷却水２４が循環しており、バッキングプレート２２を介してターゲット１０を冷却する。バッキングプレート２２と水冷ケース２３の接触面にはＯリング２５が設置され、冷却水２４をシールする。
【００４２】
一方、ターゲット上部磁石１２ａ、１２ｂの反ターゲット面には磁性体材料からなるヨーク部品１３、補助磁石１４、ヨーク部品１５、ヨーク板１６を接触接続し、ターゲット上部磁石１２ａ、１２ｂを磁気的に接合させる。よって前記の部品を介してターゲット上部磁石１２ａ，１２ｂはターゲット１０や水冷ケース２３の外周で磁界ループを形成する。本発明における磁界ループとは環状に収束する磁界の流れを指している。すなわち第１図においてターゲット上部磁石１２ａのＮ極から磁性体１１ａを介して磁力線２８が放出され、ターゲット上を略平行に横切り、ターゲット表面のもう一方の側縁に設置された磁性体１１ｂへ吸収され、磁性体１１ｂと組み合わせたもう一方のターゲット上部磁石１２ｂのＳ極へと吸収される。ターゲット上部磁石１２ｂのＮ極磁力線はヨーク部品１３、補助磁石１４、ヨーク部品１５、ヨーク板１６の部材を貫流し、再びターゲット上部磁石１２ａのＳ極へ吸収され、磁束ループを終端させる。つまり本発明は、磁性体１１ａ，１１ｂをターゲット１０表面の両側縁に設置し、またターゲット１０を環状に囲むような磁界の流れを形成することにより、ターゲット１０上に強く均一な平行磁束領域を形成できることが特徴である。特に磁性体１１ａ，１１ｂ間の対向距離Ｗの中心Ｃに対し±０．３５Ｗの幅と、磁性体１１ａ，１１ｂの高さＨに対する２Ｈで定義される磁界形成領域における平行磁束密度の分布を、幅方向位置がＷの中心位置で高さ方向が０から２Ｈの範囲の任意の高さｈ位置の平行磁束密度Ｂｃを基準としてＢｃ±２０％以内に均一化できることが特徴である。このとき平行磁束密度Ｂｃは１０ｍＴから５００ｍＴの範囲に設定する。このターゲット１０上の強い平行磁束領域に電子が捕獲されて、マグネトロン放電が発生し、マグネトロンスパッタの放電状態が安定し、高電力の投入ができるため、スパッタレートが向上する。またターゲット１０上に均一な平行磁束領域が形成できるため、ターゲット１０の利用効率が飛躍的に向上する。一方、磁性体１１ａ、１１ｂの下面がターゲット表面より下にある場合（ターゲット側面にある場合）、磁性体１１ａから放出されるＮ極磁力線はその一部、あるいは大半がターゲット１０の内部を通過し、磁性体１１ｂへ吸収され、ターゲット１０の表面に形成すべき平行磁束が減少してしまうこととなる。この状態はターゲット１０の材料が磁性体材料であった場合、特に顕著となる。その結果、マグネトロンスパッタの放電状態が著しく不安定な状態となるか、低電力しか投入できず、低いスパッタレートしか得られない状態となり、ターゲット利用効率も減少する。すなわち、磁性体１１ａ，１１ｂがターゲット１０の表面側両側縁に位置することにより、前記の効果が得られることとなる。また前記の磁束ループが形成されていない場合もターゲット１０表面に形成すべき平行磁束が減少してしまい、不安定な放電や低スパッタレート、低ターゲット利用効率となる。また磁性体１１ａ、１１ｂの内部には冷却水１９が循環しており、磁性体１１ａ，１１ｂが陽イオンの衝撃を受けても高温にならないよう温度制御を行う。つまりマグネトロンスパッタリングの効率を高めるためにターゲット１０表面の両縁部から強力��磁力線を放出できる構成としながら、その磁力線放出部品がターゲット上部磁石１２ａ．１２ｂではなく温度制御された磁性体１１ａ，１１ｂとすることにより、高温化による磁石能力の損壊を防止し、安定な磁力線放出によるマグネトロン放電が可能となる。
【００４３】
次に構成部材の詳細について述べる。ターゲット１０は銅などの非磁性体材料が好ましいが、磁性体材料でも適用できる。ターゲットの厚みは１ｍｍ程度から３０ｍｍ程度まで任意に選択でき、ターゲット幅Ｗ２も１０ｍｍ程度から１００ｍｍ程度まで任意に選択できる。磁性体１１ａ、１１ｂの材質は磁性体であれば問題ないが、耐蝕性を有するＳＵＳ４３０やニッケルなどが好適である。またターゲット１０が磁性体材料の場合、同じ材料を用いることが好ましい。第１図において磁性体１１ａ、１１ｂの形状は角形としているが多角形や丸形でも良い。磁性体１１ａ，１１ｂ間の対向距離Ｗはターゲット幅Ｗ２と同幅か、あるいはやや狭く設定することがターゲット利用効率の点から望ましい。ターゲット上部磁石１２ａ，１２ｂは磁力強度の高いものが好適であり、ネオジム磁石、サマリウムコバルト磁石、アルニコ磁石などが良い。ただし、フェライト磁石のような磁力が低いものもスパッタレートは下がるが使用することはできる。ヨーク部品１３、１５は磁性体材料で耐蝕性の良いＳＵＳ４３０やニッケルが好適であり、補助磁石１４もターゲット上磁石１２ａ，１２ｂと同様に磁力強度の高い磁石が好適である。磁石の強度が強すぎる場合やヨーク設計との兼ね合いの問題で、ターゲット上部磁石１２ａ，１２ｂおよび補助磁石１４のところに不要な意図しない磁束ループが形成されることがあり、それによって不要な意図しないマグネトロンプラズマ放電を誘発する場合がある。その場合は、意図しない材料がスパッタリングされることによってコンタミネーションの原因となったり、不要なプラズマ放電に電力が消費されるため成膜効率が低下したり、冷却を考慮していない部材が不要なプラズマにより加熱され磁石や樹脂等の構成部材が熱損傷を受けたり、異常放電の起点となったり、さまざまなトラブルの要因となることがある。このような不要な意図しないマグネトロンプラズマ放電を発生させないためには、不要な意図しない磁束ループが形成されている部分を覆い隠すように磁性体を用いて製作された磁気シールドを設けるか、不要な意図しない放電が生じる部分の電極表面に絶縁体カバーを設けるのが好ましい。特に磁石の周りは、磁石自身が磁束ループを形成しやすいため、ターゲット上部磁石１２ａ，１２ｂおよび補助磁石１４の近傍を磁気シールドするのがより好ましい。磁石の周りとは、たとえば、図１で示すと、カバー１７、カバー１８のことを示す。このことはほかの実施形態においても同じことが言える。なお、補助磁石１４はターゲット上部磁石１２ａ，１２ｂの反ターゲット側磁力線を偏向・吸引する為にあるので、フェライト磁石などの磁力の弱いものでも良く、磁石でなくとも磁性体でも適用可能である。ヨーク板１６も磁性体材料であればよいがＳＵＳ４３０やニッケルが好適である。ターゲット押さえ２０及びバッキングプレート２２は非磁性体材料が望ましく、熱伝導率がよい銅などの材料が望ましい。ねじ２１はＳＵＳ３０４などの非磁性体材料で耐蝕性の良いものが好ましい。水冷ケース２３は非磁性体材料で耐蝕性の高いものが好ましく、ＳＵＳ３０４が好適である。本構成ではターゲット押さえ２０とねじ２１によってターゲット１０をバッキングプレート２２へ接触させ冷却しているが、ターゲット押さえ２０を用いず、ターゲット１０を直接バッキングプレート２２へボンディングによって接合することや、バッキングプレート２２を用いず、水冷ケース２３と同じ幅のターゲットを直接水冷ケース２３へねじ止めしても良い。また、ターゲット１０とバッキングプレート２２の界面にカーボンシートなどの熱伝導補助素材を挟み込んでもよい。ターゲット上部磁石１２ａ，１２ｂの上面にはカバー１７を設置し、補助磁石１４の反ターゲット方向の面にもカバー１８を設置する。カバー１７，１８は非磁性体材料でも良いが、磁性体材料を用いると、磁界シールド効果もあり、より放電が安定する。カソード１の周囲にはカソードを囲むような形でアノード２７が形成されている。アノード２７とカソード１０との間隙は絶縁部材からなるスペーサ２６を介して一定に保たれるものとする。カソード１はアノード２７に対し、スペーサ２６によってお互い電気的に絶縁されている。アノード２７は非磁性体材料で耐蝕性を有するＳＵＳ３０４が好適であり、その開口部は磁性体１１間の距離Ｗと同一かより広いことが好ましい。また図示しないが、温度制御された冷却水管などを接合し、アノード２７も温度制御することが更に望ましい。
［第二の実施形態］
第２図は本発明にかかる第二の実施形態による放電電極の単一放電断面概念図を示す。放電電極２０１の部品構成は第１図に示す第１の実施形態と同様であるが、ターゲット１０表面の両縁部に沿うように設けられ対向する磁性体が傾斜磁性体３０ａ，３０ｂであり、その対向面がθの角度で対称形に傾斜する。ここで述べる角度θとは放電電極２０１を断面方向から見て、平板ターゲット１０を隔てた磁性体３０ａ，３０ｂの対向面と、平板ターゲット１０表面の法線方向（垂直方向）との交点における角度を示しており、９０°から磁性体対向面の先端角度引いた角度を指している。この角度θは０°以上４５°未満であればよいが、特に２０〜３０°が好適である。これは磁性体３０ａの傾斜面から磁力線３１が放出することにより、ターゲット上の平行磁束分布について平板ターゲットの法線方向（垂直方向、上方）に向かった減衰勾配が良好となるためである。
具体的には磁性体３０ａ，３０ｂ間距離Ｗの平行磁束密度の均一性は第一の実施形態と同じく良好な状態で、更にターゲット１０の表面付近の平行磁束密度を最大として、垂直方向に向かうほど緩やかに平行磁束密度が下がっていく勾配が得られる。すなわち垂直方向の平行磁束密度の減衰勾配を整えた本効果により、垂直方向の部分的な磁束密度の強弱で放電が乱されることなく第一の実施形態よりさらに放電状態が安定し良好となる。この平行磁束密度を垂直方向に整えた効果により、第一の実施形態と比較し、さらにターゲット利用効率が向上する。また傾斜磁性体３０ａ，３０ｂの傾斜効果によりターゲット１０から飛翔したスパッタ粒子が磁性体対向面に衝突して付着、堆積する量が大幅に低減するため、第一の実施形態よりもスパッタレートが向上する。また磁性体対向面へのスパッタ粒子堆積が増えると、アーク放電が発生しやすくなるが、本問題も回避できる。ただし、傾斜磁性体３０ａ，３０ｂの角度θが４５°以上の場合、ターゲット表面から垂直方向へ向かうほど磁力線放出面の距離（傾斜面同士の距離）がお互い遠ざかることとなる。これにより垂直方向の平行磁束密度の減衰量が大きくなり、ターゲット上方の平行磁束密度が低くなりすぎるため、マグネトロン放電を形成できるエリアが狭まることとなる。これにより低電力投入しかできず、スパッタレートが低下し、ターゲット利用効率も減少することとなってしまう。
［第三の実施形態］
第３図は本発明にかかる第三の実施形態による放電電極の概念図を示す。本構成ではターゲット１０に非磁性体材料を用いても良いが、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ等の磁性体材料においてより好適な結果を示すものである。放電電極２０２におけるカソード１においてターゲット１０の上部から磁力線を形成する構成は第二の実施形態と同様であるが、傾斜磁性体３０ａ，３０ｂとターゲット厚み方向を隔て対向する位置である水冷ケース２３の内部にターゲット下部磁石４０ａ，４０ｂを有する。図３に示すようにターゲット下部磁石４０ａ，４０ｂの磁力線放出面は、ターゲットを隔てて対向する傾斜磁性体３０ａ，３０ｂの方向へ向けることが好ましく、その磁気極性は対向する傾斜磁性体３０ａ，３０ｂと同一極性とする。また水冷ケース２３内のターゲット下部磁石４０ａ，４０ｂの磁力線放出面同士はお互い異極性で対向し、磁力線放出面と逆側にてヨーク板４１と組み合わされ、磁束ループを形成する。水冷ケース２３内は温度制御された冷却水２４が通水され、バッキングプレート２２、水冷ケース２３及びターゲット下部磁石４０ａ，４０ｂを冷却する。第一、第二の実施形態において、ターゲット１０が磁性体材料である場合、磁性体１１ａや傾斜磁性体３０ａから放出された磁力線２８，３１は、ターゲット１０内に若干吸収され、ターゲット表面の平行磁束密度の全体レベルが下がってしまう場合があるが、本構成によればターゲット下部磁石４０ａから放出された磁力線４２の多くがターゲット内を通過し、さらに同極性である傾斜磁性体３０ａから放出された磁力線４３を反発力により持ち上げる効果があるため、磁力線４３のターゲット１０へ吸収される量が大幅に低減し、ターゲット表面へより強い磁力線が略平行に形成される。さらに第一、第二の実施形態の場合、磁性体ターゲットにおいてはターゲット表面の平行磁束密度は磁性体間距離Ｗの中央部分にて僅かに下がる傾向があるが、本構成ではターゲット１０を通過してターゲット表面へ漏れ出たターゲット下部磁石４０からの磁力線４２がターゲット中央部の平行磁束を補完するため、ターゲット上の平行磁束密度分布を更に均一化できるようになる。ターゲット下部磁石４０ａ，４０ｂはターゲット１０が磁性体である場合、ターゲット厚みが厚いほど強力な磁力のものが好ましく、ネオジム磁石、サマリウムコバルト磁石、アルニコ磁石などが好適である。ただし、磁性体ターゲットが１〜２ｍｍと薄い場合や、非磁性体材料を用いている場合はフェライト磁石などの低磁力のものでも問題はない。
【００４４】
第４図は本発明にかかる第三の実施形態の放電電極を用いた成膜装置３００を示す概略図である。ただし、本図では例として第三の実施形態である放電装置２０２を用いているが、成膜装置としては第一、第二の実施形態の放電電極２００，２０１を用いて成膜することに問題はない。本図における本発明の放電装置を用いた成膜装置は、真空チャンバー５０が排気ポンプ５１に接続され真空チャンバー５０内を排気する。真空チャンバー５０内部には基板ホルダー５２，５３により基板５４が支持され、基板５４の正面へ対向する位置に放電電極２０３が設置される。基板５４はガラス基板やシリコンウェハー等が用いられるが、プラスチックフィルムや金属板でも良い。また、プラスチックフィルムの場合はフィルム搬送機構を設けたウェブコーター形式の真空チャンバーでも良い。第一から第三の実施形態における放電電極２００〜２０２は放電部分断面の単一形状を模式的に示したが、実際の断面は本図のように放電面を２箇所有する対称形断面となり、上から見た平面方向の放電面がドーナツ状の円形、あるいはレーストラック状の長円形でループを形成する。これにより平行磁束で捕捉した電子の旋回回数を増やすことができ、放電効率を向上させることができる。放電電極１０３においてカソード１とアノード２７とはスペーサ２６を介して電気的に絶縁され、カソード１はプラズマ電源５６に接続される。アノード２７は本構成では接地としているが、真空チャンバー５０から電気絶縁を設けた支持構成とし、プラズマ電源のアノード極性側へ接続することでも問題ない。プラズマ電源は直流電源、交流電源、高周波電源、パルス電源など一般的なプラズマ電源が適用できる。またカソード１には第三の実施形態にて述べた冷却水が通水される。（図４では図示省略）基板５４と放電電極２０３の側面周囲には防着板ホルダー５７にて支持された防着板５８を設け、真空チャンバー５０内にスパッタ粒子が付着する事を低減させる。また防着板５８を貫通してガス管５５が接続される。ガス管５５は制御弁６０とプラズマガス供給源５９へ接続され、放電電極２０３の表面にプラズマガスを供給する。前記プラズマガス供給状態でカソード１へプラズマ電源５６から電圧を印可し放電電極２０３のターゲット表面へマグネトロン放電を発生させる。本放電によってガスをイオン化し、ターゲットをスパッタすることによって基板５４へ成膜を行う。プラズマガスは不活性ガスであるアルゴンやヘリウムが好適であるが、窒素や酸素などの活性ガスでもスパッタできる。その場合はターゲット材料を窒化あるいは酸化した膜が成膜できる。またＣＶＤ成膜の場合、プラズマガス供給源５９に合わせ、反応性のＣＶＤ用ガス供給源６１を設け、制御弁６２を操作し、反応性のＣＶＤ用ガスをプラズマガスと合わせてチャンバー内へ導入し、ガスを分解・重合することにより、基板５４へのＣＶＤ成膜を行う。ＣＶＤガスは炭化水素ガス、珪素化合物ガスあるいはフッ素化合物ガスが好適である。前記炭化水素ガスとしてはメタン、エタン、プロパン、ブタン等のアルカン類や、エチレン、プロピレン、ブテン等のアルケン類や、アセチレン等のアルキン類が挙げられる。珪素化合物ガスとしてはシラン、ジシラン、ポリシラン、シロキサン、シラノール、ＴＥＯＳなどが好適である。ただしその他の有機珪素化合物ガスやＳｉ系水素化合物やハロゲン化物でも良い。またフッ素化合物ガスとしてはテトラフルオロメタン（ＣＦ４）、六フッ化エタン（Ｃ２Ｆ６）、トリフルオロメタン（ＣＨＦ３）、オクタフルオロシクロブテン（Ｃ４Ｆ８）等のフッ化炭素水素及びその誘導体のほか、六フッ化硫黄（ＳＦ６）、三フッ化窒素（ＮＦ３）等のガスが好適である。
【実施例】
【００４５】
次に本発明の実施例について詳細に説明する。背景技術で述べたとおり、一般に非磁性体ターゲットにおけるターゲット利用効率は２０〜３０％程度であり、磁性体ターゲットでは１０〜１５％前後にとどまる。本発明では磁石、ターゲット固定方式でありながら通常より２倍程度ターゲット利用効率が向上できることを目的とした。また以下実施例における平行磁束密度はカネテック株式会社製テスラメータ（形式：TM-701）を用いて計測した。
（実施例１）
図１に示すような放電電極を以下のとおり構成した。ターゲット１０の材料は銅を使用し、ターゲット幅Ｗ２は４２ｍｍ、ターゲット厚みは１０ｍｍとした。磁性体１１の高さＨ及び幅は１５ｍｍ角で材料はＳＵＳ４３０とし、磁性体１１ａ，１１ｂ間の対向距離Ｗは４０ｍｍとした。ターゲット上部磁石１２ａ，１２ｂは断面形状が１０ｍｍ角のネオジム磁石を用い、補助磁石１４は断面形状が幅１０ｍｍ高さ２０ｍｍのネオジム磁石を用いた。ヨーク部品１３，１５及びヨーク板１６はＳＵＳ４３０で構成した。またターゲット押さえ２０、バッキングプレート２２は銅で構成し、水冷ケース２３及びねじ２１はＳＵＳ３０４にて構成した。そこで本構成における放電電極１００のターゲット表面平行磁束密度分布を幅Ｗ高さ２Ｈの範囲において計測した。その結果を図５に示す。縦軸を平行磁束密度とし、横軸を磁性体１１間の距離Ｗとした上で、Ｗの中心Ｃ上にあり、高さ２Ｈの範囲における任意の点における平行磁束密度Ｂｃに対し、Ｂｃと同じ高さで±０．３５Ｗ幅の範囲における平行磁束密度分布は−５％〜＋１５％となり、ターゲット１０上に±２０％以内の均一な平行磁束密度分布が形成できていることを確認した。また傾向として高さ１．０Ｈ部分の平行磁束密度が平均的に高くなることを確認した。
【００４６】
そこで図４に示すような成膜装置にて本実施例の放電電極を用いてスパッタ成膜を行った。すなわち成膜装置３００において放電電極２０３部分に放電電極２００を用いた構成とした。放電電極はドーナツ状に放電エリアを有する構成とし外周直径は２５０ｍｍを用いた。放電電極の水冷ケース２３及び磁性体１１へは冷却水２４，１９を通水し、冷却後の水温が５０℃以下となるように、図示しない給水手段と温度制御手段を用いて水量と制御温度を調節した。プラズマ電源５６は１０ＫＷ容量のＤＣ電源を用いた。真空ポンプ５１はロータリーポンプを用いて排気し、図示しない圧力制御手段で真空チャンバー５０内の圧力を１Ｐａに制御した。基板５４は２５０ｍｍ径の円形ガラス基板を用い、放電電極１０３と基板５４との距離は１００ｍｍとした。スパッタ成膜においてプラズマガス供給源５９はアルゴンガスを用い、ガス流量は２００ｓｃｃｍとした。本構成によりＤＣ電源を６ＫＷにて出力しスパッタ成膜を実施したところ、基板には均一な膜厚にて銅薄膜が形成できた。次に前記同様の設備構成でＣＶＤ成膜を行った。ＣＶＤ用ガス供給源６１はＨＭＤＳＯ（ヘキサメチルジシロキサン）を用い、制御弁６２を操作してガス流量を１５０ｓｃｃｍとし、プラズマガス供給源５９のアルゴンガスを５０ｓｃｃｍとして、両ガスを混合して真空チャンバー５０内に導入した。本条件でＣＶＤ成膜したところ、基板５４の表面にＳｉＯ２を主体としたＣＶＤ膜が均一に成膜できた。ただし前記２様の成膜ともアーク放電など放電異常は磁性体１１の角部にて若干観測され、磁性体１１の対向面にスパッタ滓やＣＶＤ膜が若干付着したが成膜に影響はなかった。また前記スパッタ成膜を継続しターゲットエロージョン深さが９ｍｍまで進行したところでターゲット利用効率を測定したところ、ターゲット利用効率は５０％であった。
（実施例２）
図２に示すような放電電極を以下のとおり構成した。傾斜磁性体３０ａ，３０ｂの角度θは７０°とし、他の部材の形状、材質などは実施例１と同様とした。その結果、図６に示すとおり、任意の点の平行磁束密度Ｂｃに対し、Ｂｃと同じ高さで±０．３５Ｗ幅の範囲における平行磁束密度分布は実施例１と同じく−５％〜＋１５％以内となり、ターゲット１０上にＢｃ±２０％以内の均一な平行磁束密度分布が形成できていることを確認した。また図５と比較すると判るように、磁性体１１の角部に対応する高さ１．０Ｈ位置の平行磁束密度の集中が無くなり、ターゲット１０の表面から高さ２Ｈに至るまで徐々に平行磁束密度が弱まっていく、垂直方向にバランスの良い分布が得られた。
【００４７】
そこで図４に示すような成膜装置にてスパッタ成膜及びＣＶＤ成膜を行った。すなわち成膜装置３００における放電電極２０３部分に放電電極２０１の構成を用いた構成とした。傾斜磁性体３０ａ、３０ｂの傾斜形状以外は実施例１と同様の条件にて構成した。その結果実施例１と同様に、スパッタ成膜、ＣＶＤ成膜共、基板には均一な薄膜が形成でき、さらにアーク放電など放電異常は全く発生しなかった。また傾斜磁性体３０ａ、３０ｂの対向面（傾斜面）へのスパッタ滓やＣＶＤ膜付着も大きく低減し、実施例１より成膜レートが向上したことを確認した。本スパッタ成膜を継続しターゲットエロージョン深さが９ｍｍまで進行したところでターゲット利用効率を測定したところ、ターゲット利用効率は６０％となり実施例１よりさらにターゲット利用効率が向上したことを確認した。
（実施例３）
図３に示すような放電電極を以下のとおり構成した。本実施例においてターゲット１０は磁性体であるニッケルを用い、ターゲット形状は実施例１，２と同様とした。また水冷ケース２３内のターゲット下部磁石４０ａ、４０ｂはネオジム磁石とし、傾斜磁性体３０ａ、３０ｂとの対向面を磁力線放出面とし、その磁石幅は１０ｍｍとした。また磁力線放出面の磁極性は対向する傾斜磁性体３０ａ、３０ｂと同極性とした。ターゲット下部磁石４０ａ、４０ｂの高さは２０ｍｍとし、ターゲット１０と逆側の磁石面はＳＵＳ４３０にて形成したヨーク板４１で磁石同士を結合し、磁束ループを形成した。また他の構成は実施例２と同様とした。その結果、図７に示すとおり、ターゲットが磁性体であるにもかかわらず、平均的な磁束密度レベルが約２倍に向上し、任意の点の平行磁束密度Ｂｃに対し、Ｂｃと同じ高さで±０．３５Ｗ幅の範囲における平行磁束密度分布も−１０％〜＋５％となり、ターゲット１０上にＢｃ±２０％以内の均一な平行磁束密度分布が形成できていることを確認した。
【００４８】
そこで図４に示すような成膜装置にてスパッタ成膜及びＣＶＤ成膜を行った。すなわち成膜装置３００における放電電極２０３部分に放電電極２０２の構成を用いた構成とした。そしてターゲット１０がニッケルであること、ターゲット下部磁石４０ａ、４０ｂ、ヨーク板４１を設けたこと以外は実施例２と同様の条件にて構成した。その結果、スパッタ成膜ではニッケル膜が、ＣＶＤ成膜ではＳｉＯ２主体の薄膜が基板上に均一に形成でき、さらにアーク放電など放電異常は全く発生しなかった。本スパッタ成膜を継続しターゲットエロージョン深さが９ｍｍまで進行したところでターゲット利用効率を測定したところ、４０％であった。
（比較例１）
図８に示すとおりターゲットの下部のみに磁石を有する一般的な放電電極２０４を用い、非磁性体ターゲットをスパッタした場合の比較例を示す。放電電極２０４においてカソード７２は実施例３のターゲット上部磁気回路部材（傾斜磁性体３０ａ，３０ｂやターゲット上部磁石１２ａ，１２ｂ等）が無い構成のものと同形状とし、カソード７２の周囲は絶縁部材であるスペーサ２６を隔てて、アノード７０で覆われる構成とした。ターゲット１０の形状も実施例１から３と同様とし、材質は銅を用いた。よってターゲット１０の表面磁界はターゲット下部磁石４０ａ，４０ｂとヨーク板４１で形成される磁界ループのみにより形成される。そこで前記実施例と同様にターゲット表面の平行磁束密度分布を測定した結果を図９に示す。その結果、任意の点の平行磁束密度Ｂｃに対し、Ｂｃと同じ高さで±０．３５Ｗ幅の範囲における平行磁束密度分布のバラツキは０％〜−７０％となり、ターゲット１０上が非常に不均一な平行磁束密度分布となっていることを確認した。さらに図４に示すような成膜装置にてスパッタ成膜及びＣＶＤ成膜を行った。すなわち成膜装置３００における放電電極２０３部分に放電電極２０４の構成を用いた構成とした。放電電極２０４は実施例１〜３と同様にドーナツ状に放電エリアを有する構成とし外周直径は２５０ｍｍ程度とした。またプラズマガスやＣＶＤガスも実施例１〜３と同様とした。その結果、スパッタ成膜時の銅薄膜やＣＶＤ成膜時のＳｉＯ２主体の薄膜はターゲット１０の中心Ｃに対応する部分へ最も厚く基板へ堆積し、不均一な膜厚状態となった。また本スパッタ成膜を継続しターゲットエロージョン深さが９ｍｍまで進行したところでターゲット利用効率を測定したところ、２５％であった。
（比較例２）
比較例１で示した図８に示す一般的な放電電極２０４を用い、磁性体ターゲットをスパッタした場合の比較例を示す。ターゲット材料はニッケルとした。この場合ターゲット厚みが実施例３と同様の１０ｍｍではターゲット上にはほとんど平行磁束が形成できないため、ここでは平行磁束が形成できる程度までターゲットを薄くすることとし、ターゲット１０厚みを３ｍｍとし、それ以外は比較例１と同様の構成とした。よってターゲット１０の表面磁界はターゲット下部磁石４０ａ，４０ｂとヨーク板４１で形成される磁束ループのみにより形成される。そこで前記実施例と同様にターゲット表面の平行磁束密度分布を測定した結果を図１０に示す。その結果、任意の点の平行磁束密度Ｂｃに対し、Ｂｃと同じ高さで±０．３５Ｗ幅の範囲における平行磁束密度分布は０％〜−８０％となり、非常に不均一な平行磁束密度分布となっていることを確認した。さらに図４に示すような成膜装置にてスパッタ成膜およびＣＶＤ成膜を行った。すなわち成膜装置３００における放電電極２０３部分に放電電極２０４の構成を用い、ターゲット１０は３ｍｍ厚みのニッケルを用いた構成とした。放電電極２０４は実施例１〜３と同様にドーナツ状に放電エリアを有する構成とし外周直径は２５０ｍｍ程度とした。その結果、スパッタ成膜時のニッケル薄膜、ＣＶＤ成膜時のＳｉＯ２薄膜はターゲット１０の中心Ｃに対応する部分へ最も厚く堆積し、非常に不均一な膜厚状態となった。また本スパッタ成膜を継続しターゲットエロージョン深さが２ｍｍまで進行したところでターゲット利用効率を測定したところ、１５％であった。
以下に本実施例及び比較例で示した結果を表にして示す。
【００４９】
【表１】
0005853487.tif 000002
【００５０】
（実施例４）
図３に示す電極を実施例３に記載の通り構成し、図４に示す成膜装置においてスパッタリング法による成膜実験を実施した。この際、カバー２１１は３ｍｍ厚のＳＵＳ３０４板を用いていたところ、カバー２１１表面にごく小さなマグネトロンプラズマ放電が発生した。このごく小さなマグネトロンプラズマ放電は本来意図していない不要な放電ではあるが、成膜機能への影響は見られなかった。
（実施例５）
実施例４に示す内容の成膜実験を、カバー２１１を５ｍｍ厚のＳＵＳ４３０板に変更して実施したところ、不要な意図しないマグネトロンプラズマ放電は発生しなかった。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は放電電極としてスパッタ成膜装置やＣＶＤ成膜装置に利用に限らず、プラズマを利用した表面処理装置やエッチング装置などにも適用でき、さらにこれらの適用範囲に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００５２】
１    カソード
１０  ターゲット
１１a  磁性体
１１b  磁性体
１２a  ターゲット上部磁石
１２b  ターゲット上部磁石
１３  ヨーク部品
１４  補助磁石
１５  ヨーク部品
１６  ヨーク板
１７  カバー
１８  カバー
１９  冷却水
２０  ターゲット押さえ
２１  ねじ
２２  バッキングプレート
２３  水冷ケース
２４  冷却水
２５  Ｏリング
２６  スペーサ
２７  アノード
３０ａ  傾斜磁性体
３０ｂ  傾斜磁性体
３１  磁力線
４０  ターゲット下部磁石
４１  ヨーク板
４２  磁力線
４３  磁力線
５０  真空チャンバー
５１  真空ポンプ
５２  基板ホルダー
５３  基板ホルダー
５４  基板
５５  ガス管
５６  プラズマ電源
５７  防着板ホルダー
５８  防着板
５９  プラズマガス供給源
６０  制御弁
６１  ＣＶＤ用ガス供給源
６２  制御弁
７０  アノード
７１  磁力線
７２  カソード
８０  ターゲット
８１  ターゲット上部磁石
８２  ターゲット下部磁石
８３  磁力線
８４  磁力線
８５  陽イオン
８６  スパッタ粒子
９０  ターゲット
９１  バッキングプレート
９２  冷却シールド
９３  ターゲット上部磁石
９４  ターゲット上部磁石
９５  ターゲット下部磁石
９６  ターゲット下部磁石
９７  ヨーク
９８  磁力線
９９  磁力線
１１０  ターゲット
１１１  磁力線
１１２  磁力線
１２０  ターゲット
１２１  磁性体
１２２  磁性体
１２３  ターゲット下部磁石
１２４  ヨーク
１２５  磁力線
１３０  ターゲット
１３１  磁性体
１３２  磁性体
１３３  磁力線
１４０  平板ターゲット
１４１  ターゲット上部磁石
１４２  ターゲット下部磁石
１４３  磁性体
１４４  陽イオン
１４５  スパッタ粒子
１４６  磁力線
１４７  磁力線
１４８  ヨーク
１４９  ヨーク
１５０  冷却水
１５１  磁性体
１５２  ターゲット上部磁石
１５３  ターゲット下部磁石
２００  放電電極
２０１  放電電極
２０２  放電電極
２０３  放電電極
２０４  放電電極
２０５  放電電極
２１１  カバー
３００  成膜装置
【図１】
0005853487.tif 000003
【図２】
0005853487.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
0005853487.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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