JPH0373633B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はヨークと、該ヨーク上に設けられ、
各々閉鎖周囲線に沿つて極ユニツトを形成する、
反対の極性を有する磁極とからなる磁気システム
を有するカソード基体からなり、かつ外側磁極の
内側周囲線の共通平面への投影像が内側磁極の外
側周囲線の投影像を包含し、更に磁極と該磁極の
形と類似の出口面を有する少なくとも部分的にタ
ーゲツト材料からなる磁極片とが相互に配置され
ており、この際磁極片とヨークとの間の間隙に２
個の環状空〓をあけて、周囲でつながつた強磁性
材料からなるスパツタ面を有するターゲツトが配
置されており、この際磁極及びターゲツトはスパ
ツタ面に平行な平面へのその投影像面に関して重
ならず、かつ磁極片とターゲツトは相互に導電性
に連結している強磁性ターゲツトをスパツタする
ためのマグネトロンカソードに関する。

従来技術 平面状、又はアーチ状のスパツタ面を有するマ
グネトロンカソードはすでに公知である。この際
永久磁石及び／又は電磁石の空間的に限定された
配置をスパツタ面に対して、スパツタ面上に環状
に閉鎖した磁場線のトンネルが生じ、これにより
スパツタ工程に作用するグロー放電がスパツタ面
のすぐ近くの範囲に限定され、これによりスパツ
タ速度は10パーセントより上昇するような位置に
予め定める。“スパツタ面”とはグロー放電が行
なわれる、効果的なターゲツト表面であり、ここ
からスパツタした粒子が飛び出す、一般にはター
ゲツト前表面である（西ドイツ国特許公告第
2431832号公報）。

この種のマグネトロンカソードには多くの種類
が公知であるが、これらは限定された使用可能性
を有し、かつ／又はこれらにかけた期待を完全に
は満たさない。公知の実施例においては磁気シス
テムの磁極面はターゲツトのうしろに配置され、
多数の磁場線はターゲツト面を２回貫通する。し
かしながら、そのような構成は磁性材料からなる
ターゲツト、例えば磁気記録テープの製造のため
に必要なターゲツトのためには使用できないか、
又は付加的な処置を行なう場合のみ使用可能であ
る。

このような処置は、例えばターゲツトを非常に
薄く構成し、十分な数の磁場線がターゲツトを貫
通することができるようにすることである。しか
しながら、このような処置はしばしばターゲツト
を新らしくかえることが前提である。もう１つの
可能性は該装置をターゲツト材料の磁気飽和範囲
で作動することであるが、このことは従来達成さ
れるということはなかつたが、著しく強力な磁気
システムを前提とし、磁場のひずみが生じ、この
ひずみはターゲツト材料を何回も使用すると変化
する。

更に、ターゲツト材料を固有のキユリー点を越
える温度に加熱し、磁場線が厚いターゲツトプレ
ートを貫通することができるようにすることも可
能である。キユリー温度はそれぞれターゲツト材
料により約400〜1100℃の間にあり、著しい熱問
題がそのような解決と結びついている。この際、
ターゲツト面のノツチにより磁場線の流出を容易
にすることも公知である（米国特許第4299678号
明細書）。カソード前表面の空隙によるターゲツ
ト及び磁極片への分割はないが、作用は限定さ
れ、温度上昇による助けを必要とする。

米国特許第4198283号明細書によれば多くの小
片からなるターゲツトを軟磁性磁極片の間に固定
したマグネトロンカソードが公知である。ターゲ
ツト及び磁極面の、スパツタ面に平行な同一平面
への投影像面が重ならないことによりほぼ条件は
みたされる。固定方法により前記平面に平行なす
べての間隙は回避される。強磁性材料からなるタ
ーゲツトの使用はこれにより除外される。その理
由はこのような場合には磁場線は磁極片から横方
向にターゲツト中に入り、もはや磁性トンネルも
しくはマグネトロン効果の形成に導びかないから
である。

西ドイツ国特許第3012935号明細書により公知
のマグネトロンカソードにおいては相対する極性
の磁極は同一平面の間にあり、この際それぞれ末
端のない、同心的と呼ばれる閉鎖だ円形の形を有
する。内側極と外側極の間の磁場線はこれら磁極
の間の隔りを貫通する。この隔りの内部に幾何学
的に類似の、すなわちだ円形のスパツタするため
の材料からなるターゲツトが配置されている。し
かしながら、この配置は非強磁性材料のスパツタ
のためにのみ好適である。西ドイツ国特許第
3012935号明細書には、更にもう１つの磁気装置
により第２の磁場を形成するという処置による強
磁性ターゲツトのスパツタ可能性を記載してい
る。この第２の磁場は第１の磁場及びスパツタ面
に関して、第１の磁場の傾斜を著しく減少させ、
磁気透過性スパツタ面を通過するように延びるべ
きである。この配置は付加的に必要な磁気システ
ムに関して非常に費用がかかる。更に、プレート
状ターゲツト材料の完全利用は著しく悪いので、
棒状の強磁性ターゲツト材料のための公知解決法
とみなされる。

西ドイツ国特許公開第3316640号公報には磁極
が磁性材料からなるターゲツトの中心部の後方に
配置されているマグネトロンカソードが記載され
ている。この中心部は空隙を保持してターゲツト
周囲部で囲まれ、この周囲部はある程度磁極片の
機能を有する。ターゲツト周囲部が空間的に中心
ターゲツト部の前にある場合、中心ターゲツト部
の前の空間中で同じ磁極が相対するので、中心部
を越えて延びる磁場線からなる閉鎖トンネルは構
成されない。従つて、磁場線は環状空隙の範囲に
のみターゲツト周囲部からターゲツト中心部に入
り、この際最大スパツタ作用は不都合にも空隙の
範囲に生じ、その空隙中には比較的少量のスパツ
タ材料が存在する。更に、特別な処置をほどこ
し、非相容性材料の場合析出する層を不純にする
材料が空隙の底からスパツタされないようにしな
ければならない。このような解決策においては空
隙に直接隣接する材料だけがスパツタされるの
で、材料の完全利用度は非常に低い。ターゲツト
材料の面的減少に害をおよぼす、１つの空隙の範
囲で局所的に高い磁場濃度は高い透過性材料を介
して磁極にターゲツト部を直接連結することによ
り更に強化される。

西ドイツ国特許公開第3244691号公報には冒頭
に述べた種類のマグネトロンカソードが記載され
ている。このマグネトロンカソードにおいては永
久磁石が、ターゲツトのスパツタ面により生じる
か、又は第１のスパツタ工程の開始のためのスパ
ツタ面が存在する平面上に配置されている。この
原理の１つの変法においてはターゲツト裏面が存
在する平面中に永久磁石がある。すべての場合に
おいて永久磁石は最高熱負荷の区域に存在する。
今日の高性能磁気材料はマグネトロンカソードで
容易に達成可能な150〜200℃の間の温度範囲です
でにその磁性を失なうので、該公知法には記載し
た装置を著しく効果的に冷却すべきであることが
述べられている。永久磁石は記載した磁化方向に
関して決められた約８〜10mmの軸線方向長さを下
まわることはできず、他方では磁気材料自体又は
そのまわりに配置された非強磁性材料部材のスパ
ツタは決して生じてはならないので、この位置に
存在する空隙は約１〜２mmの間隙幅を上まわつて
はならない。永久磁石の必要な長さに関して、こ
の空隙を小さく保持することは、内側縁部につば
状の突起を有する磁極片が存在することにより可
能である。つばの末端で出る磁場線は非常に短か
い工程でターゲツト材料中に導びかれる、ターゲ
ツト材料からこの磁場線は最も小さい抵抗の道を
つたつて再び永久磁石の対極に入る。それという
のも強磁性ターゲツト、強磁性支持プレート及び
永久磁石は空隙なしに直接相互に配置されている
からである。この結果は“磁気落下”のせまい限
定であり、ターゲツト材料の所望の面的減少のか
わりにつばの下側に二条の溝状浸食が生じる。つ
ばの設置により製造工程は著しく高く、このこと
は磁極片自体がスパツタ工程に関与し、非常にわ
ずかな耐用時間であるかぎり欠点である。

１方ではマグネトロンカソードはその高い特異
的なスパツタ能力により非常に好まれているが、
他方ではマグネトロン−原理によりターゲツト材
料の完全利用度は非常に悪い。すなわち、特にプ
ラズマは磁場線の頂点で深い浸食溝をつくり、こ
れはターゲツトを早々に使用不可能にする。すで
に浸食溝の拡張による手段が行なわれている：西
ドイツ国特許第2556607号明細書によれば磁場線
の形を、第２の振動する磁場を重ねることにより
周期的にずらすことが公知である。西ドイツ国特
許公開第2707144号公報により磁気システムをス
パツタ面に対し平行に周期的にずらすことが同じ
目的のために記載されている。更に、西ドイツ国
特許公開第3004546号公報によればターゲツト材
料の完全利用度を改良するために、回転対称マグ
ネトロンカソードにおいて主磁気システムに付加
的に多くの補助磁気システムを配置し、これによ
り外側に減少する主磁気システムの磁場線の密度
を補償することもすでに公知である。しかしなが
らすべて前記の処置は非強磁性材料からなるター
ゲツトにおいてのみ使用可能である。それという
のも強磁性材料において磁場線は経済的に十分な
厚さのターゲツトの材料を貫通することができな
いからである。

発明が解決しようとする問題点 従つて、本発明の課題は冒頭に記載した種類の
マグネトロンカソードを、その強磁性ターゲツト
材料で経済的に、すなわち高い比スパツタ率及び
高い材料利用においてスパツタすることができる
ように改良することである。

問題点を解決するための手段 該課題の解決は冒頭に記載したマグネトロンカ
ソードにおいて本発明により、磁極片はそれぞれ
非強磁性材料を中に有している距離“Ｓ”により
磁極から離れており、磁極はターゲツトのスパツ
タ面を通り延びる平面からヨークのベースの方向
に延びる範囲に存在し、かつ熱伝導性金属体は１
方では磁極片ターゲツトとの間、他方では磁極片
と磁極との間に配置されており、かつ該金属体は
少なくとも１個の冷媒溝と連結しており、かつ非
強磁性材料からなつていることにより行なわれ
る。

距離“Ｓ”はかならずしも磁極片の下側と磁極
との間の全距離ではなく（この全距離には例えば
１部強磁性磁線流導体が存在する）、強磁性材料
以外のものが存在する間隙”である。

相互に相対する磁極片の出口面とターゲツトと
の間には装置の深さ方向に延びる２個の空隙が生
じるということはここでは重要である。この際、
ターゲツトは磁極片に対して深さ方向に後方に配
置されており、磁場線のほとんどの部分はスパツ
タ面を越えて磁極片から出る。この処置は磁極及
びターゲツトのスパツタ面に平行な平面への投影
像面は重ならず、この位置でも空隙が生じるとい
う上位概念中の処置と直接関係しているとみなさ
れるべきである。

作 用 西ドイツ国特許公開第3316640号公報と異なり、
環状ターゲツトの前、もしくは両方の空隙の前の
空間に反対の磁極が相対しており、磁場線もター
ゲツトを越える“橋”を形成することができると
いうことはこの際同様に重要である。西ドイツ国
特許公開第3244691号公報と異なり、磁場線は比
較的短かい道でそれぞれ橋をかけた空隙の向こう
側に再びターゲツト中へ入り込み、そこからわず
かな磁気抵抗で再び永久磁石の対極中に流れると
いうことはない。ターゲツト及び磁極はスパツタ
面に平行な平面へのその投影像面が重ならず、特
に有利な実施形においては距離“Ｘ”で相互に配
置されており、ターゲツトと磁石との間に磁気高
伝導性結合がないよう配置することによつて、む
しろ前記の道にできるだけ高い磁気抵抗を付与す
る。

磁極片及び磁極間の距離“Ｓ”は本発明による
配置において２つの非常に重要な機能を満たす。

１ 距離“Ｓ”は熱いスパツタターゲツトから熱
に敏感な永久磁石の熱的分離に作用し、これに
より非常に高い電力密度及びこれにより更に非
常に高いスパツタ速度が可能となる。

２ 距離“Ｓ”が完全に、又は部分的に非強磁性
材料、例えば鋼で満たされている場合、これは
空隙として作用する。これにより全磁気流は磁
極片中には入り込まず、散乱効果が生じる。磁
場線の一部は磁極片中に入り込み、その他の部
分はターゲツトの側面中に入る。このことは次
の効果をもたらす： 深さ方向及び横方向に配置された空隙の相対的
な寸法選定により、ターゲツトを介して流れる磁
気流の量をターゲツトの上方を流れる磁気流
（“橋”）の量に対して変化させる。このことは磁
場線の幾何学的形状、およびこれによりプラズマ
落とし穴並びにターゲツト使用の面的分布にも直
接影響を有する。詳細な記載につきよりくわしく
示すが、該比は容易に最適化することができ、ス
パツタ面はターゲツト材料の進んだ使用において
もほぼ平面で保持され、公知技術を著しくまさる
50％をこえるターゲツト利用が得られる。

磁極を装置の深さ方向ターゲツトのスパツタ面
後方に取り付けることにより、特にターゲツト及
び磁極片がその前面に存在する熱伝導性金属体の
後方に磁極を取り付けることにより、磁気システ
ムが高い熱負荷の範囲に配置されていないだけで
なく、簡単な処置により非常に著しく冷却するこ
ともできる。これにより磁気材料の選択も全く限
定されない。

更に、永久磁石の深さ延長部に関して磁極片に
つばを設ける必要がなく、磁極片の製造はプレー
ト材料から切り離すことにより相応して安く行な
われる。同時に、これによりつば状突起部の不所
望な磁気流に関する伝導作用もなくなる。

本発明によるマグネトロンカソードを用いて強
磁性材料からなる厚いターゲツトをスパツタする
ことができる。この可能性はターゲツト材料の磁
気飽和が必要でないために特に与えられる。ター
ゲツト交換までのマグネトロンカソードの著しく
大きな耐用時間がこのことと関係して得られる。
更に、非常に高いスパツタ速度が可能であり、こ
のことは厚い強磁性ターゲツトにおいては本発明
の装置を用いなければ不可能なことである。

本発明の課題の更に有利な実施形は従属請求項
に記載されており、後に詳細に説明する。

実施例 第１図はカソード基体１を有するマグネトロン
カソードを表わし、カソード基体の主要な部分は
磁気システム２である。“カソード基体”という
表現はその他の部材を支持する機能を有し、かつ
この基体でカソードを図示されていない真空室の
内部に固定するカソードの部分を表わす。磁気シ
ステムは永久磁石３及び４の限定された配置から
なり、該永久磁石はその裏側で空隙の中間接続な
しに磁気ヨークと結合している。磁化方向は永久
磁石中の矢印にり示した。これから永久磁石３及
び４は相互に反対の磁化方向を示し、この方向は
磁気ヨーク５の脚５ａ及び５ｂの方向に延びる。
これにより磁極３ａ及び４ａが形成され、これら
の極は同一平面にある。

永久磁石３はこの際周囲でつながつたシステム
を形成しており、これは有利に個々の永久磁石か
ら構成されていてよい。永久磁石３はＡ−Ａを軸
とする回転対称において、脚５ａの上側により構
成されている環状面の周囲上に密につなぎ合わさ
つて配置されている。

第２図及び第３図につき本発明が回転対称シス
テムに限定されず、いわゆる楕円形又は四角形カ
ソードにおいても使用できることを示した。しか
し、記載を簡単にするために回転対称システムに
つき説明をする。

磁気ヨーク５は“Ｅ”の形状の断面を有する
が、なべ状に構成されている。脚５ｂの上部前面
上にはずんぐりした円筒状の物１個からなつてい
てよい永久磁石４が配置されている。（第２図に
より示した長い実施形においては内側永久磁石４
は同一の磁化方向を有する多数の部分から構成さ
れていてもよい）。

記載したように磁極３ａ及び４ａは周囲でつな
がつた配置を構成しており、この配置は第１図の
場合同心的に構成されている。すなわち内側及び
該側磁極は反対の磁性で相対して配置されてお
り、この際磁極の近くに強磁性の材料が存在しな
い場合、磁場線は１方の磁極から垂直に出て、弓
状の軌道を経過した後それぞれ他の磁極に再び入
る。そのような磁場線を第１図の右側に示し、
“Ｍ”とした。磁極の範囲に強磁性材料が存在す
る場合にはこの関係は根本的に異なる。

永久磁石３及び４の間もしくはこれらと一列の
脚５ａ及び５ｂの間には中空円筒状の室６があ
り、この室は下側には磁気ヨーク５の上部円環状
面５ｃにより構成されている。この室６中には両
側に間隔“Ｘ”を保つて同様に円環状のターゲツ
ト７が配置されており、このターゲツトも複数の
部分片から構成されていてよい。部分片から構成
された永久磁石及びターゲツトはどちらの場合に
も“周囲でつながつた”というように表わされ
る。被覆目的に効果的なターゲツト７の面はター
ゲツトの上もしくは外を向いたスパツタ面７ａで
ある。

選択した配置もしくは間隔“Ｘ”の保持により
磁極３ａ及び４ａ並びにターゲツト７はスパツタ
面７ａに平行な面で重なり合わず、前記の間隔
“Ｘ”で相互に配置されるという条件が満たされ
る。

ターゲツト７が強磁性材料からなるということ
はこの場合には重要である。磁極片が存在しない
場合、磁場線はできるだけ短かい道でターゲツト
７中に入り込み、これにより第１図の右側に点線
で示した“Ｍ”のような、非強磁性ターゲツトに
おいて公知の所望の磁場線の形を達成することが
できないという結果になる。こうしていわゆるマ
グネトロン効果が成立せず、通常の、非常に低い
スパツタ速度が達成される。このことはいわゆる
ダイオードシステムから公知である。

本発明により磁極３ａ及び４ａと磁極片８及び
９とを関係づけて配置するが、スパツタ面７ａに
平行な面へのこれらの投影像面は円環表面もしく
は円表面である。これらの磁極片８及び９は少な
くとも部分的に、すなわちこの上もしくは外側に
向かう表面はターゲツト７と同じ材料すなわち強
磁性の材料からなつている。磁極片はその出口面
の範囲でスパツタ工程をわずかではあるが行なう
ので（第１０図）、磁極片の材料は同様に基材上
に析出する。しかし、材料の同一によりここでは
決して欠点と結びつかない。最も有利な場合、タ
ーゲツト及び磁極片は、例えば押し抜き又は焼き
切りにより１枚の同じ強磁性材料から製造するの
が良く、最適な材料利用が可能である。時間が経
過しても、磁極片のスパツタは出口面の位置の移
動を伴なわない。すなわち、ターゲツトからスパ
ツタされた材料が磁極片の出口面に析出し、これ
により出口面のスパツタは補償され、磁極片の防
護は放出と析出の間の動力学的平衡により生じる
ということが観察される。

磁極片８及び９を磁極３ａ及び４ａに対し距離
“ｓ”で配置し、この位置でのシステムの磁性最
適化のための介入可能性を与えている。すなわ
ち、磁極３ａもしくは４ａからの磁場線のどの程
度がターゲツトに、そしてどの程度が磁極片８及
び９に入るかということは特に距離の比ｘ：ｓに
より決まる。たいていの場合はｘ＝ｓを選択する
が、この際この両方の距離は数ミリメーターの範
囲である。距離“ｓ”を大きくとると永久磁石か
ら提供される磁気流全体の多くの部分がターゲツ
ト７の縁からターゲツト中に入り込む。これとは
反対に、距離“ｓ”を小さくすると磁極片８及び
９から導びかれる磁気流は上昇する。

この場合にはスパツタ面７ａは磁極３ａ及び４
ａの表面と同じ平面にある。しかしこの位置から
ずれることも可能であり、これは同様にシステム
の最適化のために使用することができる（第８〜
１０図）。

最適化とはスパツタ面７ａからのターゲツト材
料のできるだけ同じ形の析出と共に、できるだけ
大きなスパツタ速度を考えに入れたシステムの設
計を表わす。この要求が満たされるかどうかは比
較的簡単な方法により確認される：数時間又は数
日間かけてターゲツト７をスパツタし、次いで残
りのターゲツト７を幾何学的に測定する。距離
“ｘ”及び“ｓ”を相対的に相互に前記のように
変化させることにより示した意味の補正が可能で
ある。

システムの最適化のためのもう１つの影響程度
は重なり“ｄ”の大きさである。この重なりは第
１図左側に示すようにプラスであつてよい。すな
わち、同一の、スパツタ面７ａに平行な平面上の
投影像面は重なる。しかし、重なりは第１図右側
に示すようにｄ＝０であつてもよい；重なり
“ｄ”は第６及び第７図に示すようにマイナスで
あつてもよい。すなわち、前記の投影像面は重な
らないだけではなく、相互に距離がある。第６及
び７図に示したようにマイナスの重なりの場合、
そのマイナスの重なりが非常にわずかであるとし
ても、磁極片より著しく速く消耗するターゲツト
を磁極片の解体なしに交換することができ、これ
によりこの装置の停止時間は著しく短縮される。

第１図に示した配置によれば磁極片８及び９は
出口面１０及び１１を有し、この出口面の周囲は
閉じられており、この出口面と想像上の母線はス
パツタ面に対し垂直である。出口面の円周での形
は磁極及びターゲツト縁の形と幾何学的に類似で
ある。すなわち距離“ｘ”並びにプラス又はマイ
ナスの重なり“ｄ”の寸法は全周囲に関して同じ
である。更に、軸Ａ−Ａのそれぞれの側に、装置
の深さ方向でターゲツト７及び磁極片８並びにタ
ーゲツト７及び磁極片９の間に記載された空隙１
２及び１３があり、この空隙により磁気流は少な
くとも部分的に出口面１０及び１１から出て、更
に上に記載した経過をたどる。

ターゲツト７はスパツタ面７ａの両側に２つの
円筒状で、従つて環状の側面７ｂ及び７ｃを有
し、これは一般に記載された幾何学的に類似の形
を有し、第１図の右側のような特別な場合にはス
パツタ面７ａに平行な面上への投影像面において
出口面１０及び１１と合同である。

第２図にはターゲツト７のスパツタ面の平面図
において種々の幾何学的な形を有するマグネトロ
ンカソードからの部分図が図示されている。この
際、ターゲツト幅はそれぞれ“Ｂ”で両端矢印に
より示されている。左側半分はターゲツト７及び
磁極片８もしくは９は第１図左側及び第５図によ
るプラスの重なり“ｄ”を有する。その結果、タ
ーゲツトの側面７ｂ及び７ｃは覆われており、断
線で示した。第２図の右側にはターゲツト７及び
磁極片８及び９の間に第６図及び第７図に示した
負の重なりがあり、側面７ｂ及び７ｃは出口面１
０及び１１と同様に可視である。第３図にもこれ
らのことはあてはまる。

第２図には上方及び下方にそれぞれ第１図によ
るマグネトロンカソードの半分H₁及びH₂が示さ
れている。すなわち半分H₁及びH₂をあわせると
第１図による一個の軸Ａ−Ａを有する回転対称マ
グネトロンとなる。両方の半分H₁及びH₂の間に
直線部Ｔを入れた場合、全側面、出口面及び空隙
は段差なく回転対称半分の相当する部分に接合
し、こうして長く延びたマグネトロンカソードは
ほぼ任意の長さを有する。約４ｍの長さを有する
この種のマグネトロンカソードが製造され、これ
で大きな面積の基体、例えば建築用ガラスの被覆
も可能である。磁場によりつかまえられたプラズ
マの形はターゲツト７の形にこの際相当するの
で、プラズマが形成される閉鎖範囲に関しては同
様に“走路”という語を使用する。

長いマグネトロンカソードの末端部が第２図の
ように回転対称に構成されている必要はなく、末
端は第３図に図示されているように四角形を構成
していてもよい。

第４図中には第１図と同じ部分が同じ記号で示
されている。磁気システム２、特に永久磁石３及
び４が絶縁サツク１４及び１５により囲まれてお
り、このサツクは１方ではターゲツト７及び磁極
片８／９と、そして他方ではカソード基体との間
の電位分離に作用する。１方では磁極片８及び９
並びにターゲツト７と、他方では磁気ヨーク５を
含む磁極３ａ及び４ａとの間には更に熱伝導性金
属体１６が配置されており、この金属体は冷媒溝
１７と連結している。冷媒溝１７は２条に巻かれ
た四角形の管からなり、この管は金属体１６と面
で溶接されている。この金属体は示したように断
面において曲折した形を構成しており、前記の間
隔及び空隙を有している。“空隙”とは磁気シス
テム内部の、非強磁性材料により、例えば絶縁サ
ツク１４／１５及び例えばアルミニウム、銅又は
非磁性スチールからなつていてよい金属体１６に
より充填されている距離をも意味する。

ターゲツト７並びに磁極片８／９は比較的高い
電位にあり、金属体と導電性に結合しているの
で、冷媒溝１７の両方の接続端部１７ａ及び１７
ｂは相応する絶縁間隔でカソード基体１を通つて
導出されなければならない。

ターゲツト７は金属体１６及び冷媒溝１７と共
に周囲に配置された多くのテンシヨンボルト１８
によりカソード基体１にささえられる。このこと
は圧力プレート１９を中間接続することによりお
こなわれ、これは同時にカソード電圧のための接
続部（示していない）でもある。必要な電圧絶縁
は中間に配置した絶縁体２０及び２１により行な
われる。第１図との差はターゲツト７はその裏側
にテンシヨンボルト１８のためのネジをそれぞれ
有するブシユ７ｄを複数有する。

ターゲツト７及び磁極片８もしくは９は一般に
同じ電位（カソード電位）にあるが、ターゲツト
と磁極片との間に電位差（相対電圧）があつても
よい。この目的のためには主要供給電圧がかかつ
ている圧力プレート１９と磁極片８もしくは９の
間に更に、１０及び１００ボルトの間の所望の電
位差をプラス又はマイナスに生じさせる、もう１
つの電圧源２２を配置する。この場合にはターゲ
ツト７と磁極片８／９は相互に絶縁されていなけ
ればならない。このことは、更なる絶縁体を中間
接続することにより容易に行なわれ、この絶縁体
は第４図に特別に示されていないが金属体１６上
の好適な位置に載置される。

第５図には第１図左側の装置と同じ装置を実線
で示した。しかし、左外側に変形を示した。これ
は次のものを用件としている：磁極片８／９の距
離は変化せず、磁気ヨーク５はその半径を拡大
し、軸線方向により長い脚５ｄを有し、その円環
面５ｅは磁極片８／９の上部限界面があると同一
面E₁にある。この（環状の）脚５ｄにはその半
径の内側にのみ磁石３に相当する磁石３ｂが設置
されているが、磁極片８の円筒の外側面に相対し
ている。これによりターゲツト７への距離は大き
くなり、磁気流のより多くの部分で磁極片８に流
れ込む。第５図においては、重なり“ｄ”はプラ
スである。

第６図は類似の配置を示すが、この場合には重
なり“ｄ”は前記のようにマイナスである。この
ような処置は、ターゲツト７を磁極片８及び９の
間の中間空間を通して上方にとりはずすことを可
能とするので、ターゲツト７の取りはずしを容易
にする。相対する極性の両方の磁極片８及び９は
同じ平面E₁及びE₂の間に存在するということは
特に認められる。

第７図も類似の配置を示し、同様にマイナスの
重なり“ｄ”を有する。しかしながら、ここでは
磁気システム２の変換を行なう。すなわち磁気ヨ
ークと永久磁石の位置を交換する。この場合連続
の磁気ヨークは存在せず、その位置に永久磁石２
３が入り、これは矢印が示すように半径方向に磁
化されている。磁極面は円筒状、強磁性核２４並
びに強磁性中空円筒２５と連結しており、その上
部表面は磁極４ａもしくは３ａを構成する。この
際、磁気流の流れは前記実施形とほぼ同じである
が、永久磁石２３の配置、すなわち永久磁石の長
く延びた配置は容易に設計される。磁気システム
２が好適な方法で磁化されている硬質磁気材料の
部材からなつている実施形も考えられる。

前記マグネトロンカソードを用いて鉄からなる
ターゲツトは25W／cm²の比電力において平均スパ
ツタ速度約9.0nｍ／秒でスパツタされた。ターゲ
ツトの減少はこの際全スパツタ面７ａにおいて著
しく均一である（第１０図参照）。実験において
は磁極片及びターゲツトは10mmの厚さの軟鉄部材
からなつており、これらの中で磁気流は磁気飽和
より十分に低い。スパツタ雰囲気は８×10^-4〜
10^-2ミリバールの圧力のアルゴンからなる。その
他の使用可能な材料は例えばパーマロイ、CoCr
合金（例えば80／20）である。

第８図には同じ部材又は同じ機能を有する部材
を前記と同じ記号で示した。ここで示した場合に
おいては、カソード基体１は磁気ヨークと同一で
はなく、付加的な中空体として構成されており、
金属体１６により閉鎖されており、この金属体１
６は非磁性剤材料（銅）からなる平行な平面を有
するプレートとして構成されている。カソード基
体１に対するシールは詳細に記載していないシー
ル環及びテンシヨンボルト２７及び２８により行
なわれる。金属体１６とカソード基体１との間に
は冷媒溝１７があり、この中に永久磁石３及び４
並びに磁気ヨークが包含されている。固定は絶縁
体２７及びテンシヨンボルト２８を介して行なわ
れる。

金属体１６の平らな外側表面上には環状に閉じ
たターゲツト７並びに中心磁極片９及び周辺磁極
片８が配置されている。この際、ターゲツト縁の
形にそつて延びる両方の空隙１２及び１３をマグ
ネトロンの深さ方向に保持するために磁極片８及
び９はターゲツト７の厚さより空隙１２及び１３
の幅だけ大きい高さを有するスペーサ−ブロツク
２９及び３０上に固定される。これにより磁極片
８及び９とそれぞれに属する永久磁石３及び４の
磁極との間の距離が増大するので、金属体１６の
上側と磁極片８及び９の下側との間の間隔を強磁
性体３４及び３５により橋をかける。この強磁性
体は非磁性材料からなるスペースブロツク２９及
び３０の内部に設置される。外側の強磁性体３４
及び内側の強磁性体３５は矩形カソードの場合そ
の形が磁極片８の形と同じであるフインとして構
成されている。

距離“ｓ”は金属体１６の厚さと、磁極と金属
体１６の内側との間を構成する距離とから構成さ
れているということは第８図から明らかである。
すでに前記のように著しく大きな磁気抵抗を形成
するような距離の保持はターゲツト７と磁極片８
及び９との間の磁気流分配に関して重要である。

永久磁石３及び４並びに強磁性体３４及び３５
のターゲツト面７ａに平行な同一平面上への投影
像面が合同である必要がないことも第８図から明
らかである。図示したように、むしろ著しい側方
へのずれた配置も可能である。これにより一方で
はターゲツト７中への、そして他方では磁極片８
もしくは９中へ入り込む磁気流の量の割合いを変
えることもでき、この際強磁性体３４及び３５と
ターゲツト７との間の磁気短絡をどんなことがあ
つても回避しなければならない。このような理由
から強磁性体３４及び３５とターゲツト７との間
にはそれぞれ非磁性材料からなるスペースブロツ
ク２９及び３０の相当する部分がある。

第９図には第８図から平らな金属体１６の上方
のターゲツト７及び磁極片８もしくは９のみを示
し、空隙１２及び１３の位置はスパツタ面７ａと
の関係からわかる。マグネトロンの軸は“Ａ”で
示してある。すなわち、半分のマグネトロンの部
分のみが示されている。

第９図の上方には磁場強度の水平成分Hxの経
過を軸Ａへの完全に半径座標に記載した、すなわ
ち磁極片表面８ａもしくは９ａの上方２mmの距離
における磁場強度である。水平成分は出口面１０
及び１１の範囲でそれぞれ最高値を示すというこ
とが認識されるしかし、最高値の間でこのカーブ
は決してゼロにはならず、ターゲツト横断面の中
心上にある最低の位置でも著しく水平成分が存在
する。両方の最高値の間にあるカーブの経過は磁
場線F₁からなるターゲツト７を越えて延びる
“橋”の存在及び付加的にターゲツト７中に直接
入り込む磁場線F₂が存在していることの証明で
ある。この橋は従来公知の平面なマグネトロンに
おいて存在する“磁気トンネル”と比較可能であ
る。これにより全ターゲツト範囲中で効果的なプ
ラズマ包囲が達せられ、このことは観察された、
著しく平らな浸食プロフイールに導びく（第１０
図参照）。

第９図による配置においても強磁性体３４及び
３５が存在しているということを協調する。外側
の強磁性体３４を省略して行なつた実験は第８図
による配置での実験と同じ良好な結果を示さな
い。外側の強磁性体３４により磁場は特にターゲ
ツト断面の中心及び外側ターゲツト縁部で明らか
に強化され、均一なターゲツト材料の減少を生ぜ
しめる。このことは圧力５×10^-3ミリバールにお
いてほぼ均一に全ターゲツト範囲にわたつて分配
されたプラズマの光学的観察においても示され
る。スパツタ面７ａに関しては22.0Wcm^-2の比ス
パツタ率を連続作業において保持した。

第１０図においては第９図と同じ装置部分を斜
線で示した。これは第１のスパツタ工程の開始前
である。点線で示した線はマグネトロンカソード
を全体で82時間の間使用した後の磁極片８及び９
の表面とターゲツト７の表面を示す。これは、タ
ーゲツト材料の利用が断面にわたりほぼ均一であ
り、特におそれていた、非磁性材料のスパツタに
おいてさえも生じるＶ型の浸食穴が生じないこと
を示している。ここでは、磁場の機械的又は電気
的移動のための付加的な手段がないだけにいつそ
う優れている。

第１１図は第８図によるマグネトロンを５×
10^-3ミリバールのアルゴン圧で作動する際に得ら
れた典型的なマグネトロン特性曲線を示す。非強
磁性ターゲツトを有する平面マグネトロンの場合
通常であるように、約400Vの電圧からカソード
流Ｉは比較的僅かな電圧上昇により直線関係にお
いて著しく上昇する。示した特性曲線の終点はタ
ーゲツトの平均の電力密度22Wcm^-2である。

【図面の簡単な説明】

第１図はマグネトロンの主要部分の概略縦断面
図であり、第２図及び第３図は種々の形のマグネ
トロン及びその改変可能なマグネトロンの平面図
である。第４図は第１図と同様な縦断面図である
が、その他の部材との集合である、すなわち１つ
の特別な実施例を示した概略縦断面図である。第
５図は磁極が磁極片の外側を囲む変形と、第１図
の左側を示すマグネトロンの主要部の概略縦断面
図である。第６図は第５図と類似であるがマイナ
スの重なり“ｄ”を有する概略縦断面図である。
第７図は第６図と類似であるが永久磁石が反対の
配置である縦断面図である。第８図は第４図によ
るマグネトロンの変形の概略縦断面図であり、こ
の変形においては熱伝導性金属体がターゲツトと
磁気システムの間に平版として構成されている。
第９図は第８図の左側半分の拡大部分図を図表と
関連させた図であり、この図表中の水平成分Hx
は磁極片上側表面の上方２mmの距離の磁場強度を
表わし、マグネトロンの半径方向距離に関係づけ
られている。第１０図は第９図と類似の概略部分
図であるが、“浸食プロフイール”（点線で示し
た）が記入されており、第１１図は第８図による
マグネトロンの作動特線を示したグラフ図であ
る。 １……カソード基体、２……磁気システム、
３，３ｂ，４，２３……永久磁石、３ａ，４ａ…
…磁極、５……磁気ヨーク、５ａ，５ｂ，５ｄ…
…脚、５ｃ……円環状面、５ｅ……円環面、６…
…室、７……ターゲツト、７ａ……スパツタ面、
７ｂ，７ｃ……側面、７ｄ……ブシユ、８，９…
…磁極片、１０，１１……出口面、１２，１３…
…空隙、１４，１５……絶縁サツク、１６……金
属体、１７……冷媒溝、１７ａ，１７ｂ……接続
端部、１８，２７，２８……テンシヨンボルト、
１９……圧力プレート、２０，２１……絶縁体、
２２……電圧源、２４……核、２５……中空円
筒、２９，３０……スペーサ−ブロツク、３４，
３５……強磁性体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ヨーク５と、該ヨーク上に設けられ、各々閉
   鎖周囲線に沿つて極ユニツトを形成する、反対の
   極性を有する磁極３ａ，４ａとからなる磁気シス
   テム２を有するカソード基体からなり、かつ外側
   磁極３ａの内側周囲線の共通平面への投影像が内
   側磁極４ａの外側周囲線の投影像を包含し、更に
   磁極３ａ，４ａと該磁極の形と類似の出口面１
   ０，１１を有する少なくとも部分的にターゲツト
   材料からなる磁極片８，９とが相互に配置されて
   おり、この際磁極片８，９とヨーク５との間の間
   隙に２個の環状空〓１２，１３をあけて、周囲で
   つながつた強磁性材料からなるスパツタ面７ａを
   有するターゲツトが配置されており、この際磁極
   ３ａ，４ａ及びターゲツト７はスパツタ面に平行
   な平面へのその投影像面に関して重ならず、かつ
   磁極片８，９とターゲツト７は相互に導電性に連
   結している強磁性ターゲツトをスパツタするため
   のマグネトロンカソードにおいて、磁極片８，９
   はそれぞれ非強磁性材料を中に有している距離
   “Ｓ”により磁極３ａ，４ａから離れており、磁
   極３ａ，４ａはターゲツト７のスパツタ面７ａを
   通り延びる平面からヨーク５のベースの方向に延
   びる範囲に存在し、かつ熱伝導性金属体１６は１
   方では磁極片８，９とターゲツト７との間、他方
   では磁極片８，９と磁極３ａ，４ａとの間に配置
   されており、かつ該金属体は少なくとも１個の冷
   媒溝１７と連結しており、かつ非強磁性材料から
   なつていることを特徴とする強磁性ターゲツトを
   スパツタするためのマグネトロンカソード。 ２ ターゲツト７に向いた磁極片８，９の面は平
   面である特許請求の範囲第１項記載のマグネトロ
   ンカソード。 ３ 磁極片の出口面１０，１１はスパツタ面７ａ
   に対しほぼ垂直に配置されている特許請求の範囲
   第１項記載のマグネトロンカソード。 ４ 磁極片８，９の出口面１０，１１及びターゲ
   ツト７の環状側面７ｂ，７ｃのスパツタ面に平行
   な平面への投影像面は２つずつほぼ合同である特
   許請求の範囲第１項記載のマグネトロンカソー
   ド。 ５ 磁極片８，９の出口面１０，１１及びターゲ
   ツト７の環状側面７ｂ，７ｃのスパツタ面に平行
   な平面への投影像面が重なり合わずに相互に距離
   を有している特許請求の範囲第１項記載のマグネ
   トロンカソード。 ６ 磁気ヨーク５を包含する磁気システム２がタ
   ーゲツト７から、及び磁極片８，９から電気的に
   絶縁されている特許請求の範囲第１項記載のマグ
   ネトロンカソード。 ７ 金属体１６が断面において曲折して構成され
   ている特許請求の範囲第１項記載のマグネトロン
   カソード。 ８ 磁極片８，９と熱伝導性金属体１６との間に
   強磁性体３４，３５が磁気流路として配置されて
   いる特許請求の範囲第１項記載のマグネトロンカ
   ソード。