【発明の詳細な説明】
曲面又は扇状エンド・マグネットを持つ回転式マグネトロン発明の背景
本出願は、ジョン・Ｐ・リーハン及びヘンリー・バイオラム両発明者が１９９
５年１月１２日に提出した、出願番号０８／３７２，０２３「曲面又は扇状エン
ド・マグネットを持つ回転式マグネトロン」と題する出願の一部継続出願である
。
本発明は、基板上にコーティングを形成するためターゲットをスパッタリング
するのに、マグネトロンを用いるスパッタリング・システムに関するものである
。特に、本発明は円筒型マグネトロンを用いるスパッタリング・システムに関す
るものである。マグネトロン・スパッタリング・システムで成形される代表的コ
ーティングには、熱制御コーティング、建築用コーティング、自動車ガラス用コ
ーティングがある。
スパッタリング・システムにおいて、プラズマは減圧されたスパッタリング・
チャンバー内で発生する。プラズマ中のイオンはターゲットに引き寄せられ、タ
ーゲット材の一部をスパッタリングする。スパッタリング・システムで用いられ
るガスは、無反応スパッタリングとするために、アルゴン等の不活性ガスを含ん
でいてもよい。替わりに、反応スパッタリングでは窒化物又は酸化物の層を作る
ために、窒素又は酸素、或いは反応性ガスと不活性ガスの混合ガスが用いられる
。ターゲットの代表は高い負電圧の掛けられた陰極である。マグネトロンはター
ゲット近傍にプラズマを介在させることによりスパッタリング効果を上げるのに
用いられる。
平板型マグネトロン・システムは「レーストラック」のような長円形状のエロ
ージョン域を形成し、そこではターゲットを交換しなければならなくなる迄にタ
ーゲット材の約２５％しかエロージョンされない。円筒型マグネトロン・システ
ムはこれを改善し、ターゲット材を有効利用できるようにする。
円筒型マグネトロン・システムはマグネトロンの周りを回転する円筒型ターゲ
ットを使う。円筒型ターゲットを回転させることにより、時間が違えばエロージ
ョン域は円筒型ターゲット上の別の位置に来ることとなる。円筒型マグネトロン
・システムは、ウルフ他の米国特許５０４７１３１及びマッケルビィの米国特許
４３５６０７３に説明がある。最近の円筒型マグネトロン・システムでの代表的
ターゲット材有効利用率は６０％である。
この他に、円筒型マグネトロン・システムの先行技術はハーティグ他の米国特
許５３６４５１８で論議されている。図１はハーティグ他の特許の図５を改編し
たものである。この図はハーティグ特許のプラズマ・ループのレーストラック１
１５を示したものである。エンド・ストレッチ部１１０，１１２の幅１１８は直
線ストレッチ部１１４，１１６の幅１２０よりもかなり広くなっている。こうす
るために、エンド・ストレッチ部の磁界は弱くしてある。ハーティグ他の特許の
背景となる理論は、エンド・ストレッチ部の幅を広げることによって、この部分
でのプラズマの密度を落として円筒型ターゲットのエンド部の溝掘り効果を弱め
ることである。
ハーティグ他の特許を参考にした図１のようなレーストラック形状を作る際の
問題は、エンド部に溝を発生させないよう幅１１８を十分に広げるため、エンド
・ストレッチ部で磁場を極端に弱くしなければならないことである。エンド・ス
トレッチ部で磁場を弱くすれば、マグネトロンの「磁気ビン」効果が弱くなる。
この様に、装置に消費されるエネルギーの僅かがスパッタリングすることとなる
。
ある場合には、磁場の強さが弱くなるとシステムがマグネトロンとして機能し
なくなることもある。使用電圧４００ボルト、圧力３ミリトール下で適正プラズ
マを維持するのに必要な磁場の強さが３００ガウスであるマグネトロンを考える
。この条件下での電子のラーモア半径は約２ｍｍで、これは非励磁タウンゼント
放電に対する「暗黒部」よりも小さく、プラズマは安定である。図１に示す四角
形のエンド・トラックを作るためには、陰電極の回転を積分した後に平坦な溝と
するために、２分の１以下のスパッタリング速度の低減が必要となろう。磁場強
さを約１２０ガウスまで弱めなければならないことになる。電子のラーモア半径
は約６ｍｍにまで増大することとなり、これは非励磁タウンゼント放電に対する
「暗黒部」よりも大きく、磁界が弱くなった領域ではプラズマは不安定となる。
マグネトロンはもはや高速スパッタリング源としては機能しなくなる。簡単に言
えば、エンド・トラックの磁界強さを、エンド領域３９，４０を拡張するだけ十
分に弱くすれば、プラズマ安定性を損なう結果となり得るということである。
マグネトロン装置の能力を維持し且つプラズマが安定状態を保つ方法で、円筒
型マグネトロンのターゲット材の有効利用率を増加させるのが望ましい。発明の概要
本発明は、プラズマのレーストラックのエンド部を円筒型ターゲットの回転に
沿った方向に狭くするマグネトロンを使用する。これは、レーストラックのエン
ド部の形状を最適化し、ターゲット面において磁場を一定に保ちながら磁石間の
間隙を少なくすることによって達成される。この方法により、ハーティグ等のレ
ーストラックを作るのに必要とされる方法で磁場を弱くする必要は無くなる。
本発明では、規定するトラック内で、エンド部を含めレーストラックの全周に
亘って一定に保った磁場強さを使用する。レーストラックのエンド部は、スパッ
タリングされる全面に亘ってエロージョン溝の深さを一定に保つように制御する
必要がある。陰極は回転するので、エロージョンは事実上、円筒表面の各セグメ
ント全てを積分したものとなる。レーストラックのエンド部が直線部の幅の２倍
よりも長ければ、エンド部ではより多くの材料が表面からスパッタリングされ、
より深い溝となる。円形又は四角形の場合、レーストラックのエンド部は直線部
の幅の２倍よりも相当長くなり、必然的に、この領域では望ましい量よりも多い
量の材料がスパッタリングされる。
レーストラックエンド部として最良の形状は、三角形であろう。三角形エンド
部を積分しても、三角形の頂点部は２つの直線部の幅の和よりも長くはないから
、陰極の回転によって余分なエロージョンが発生することはない。
実際には、エンド・トラックの頂点部は必然的に僅かに丸くなり、この部分の
幅を狭くするか或いは磁界を弱くするかして補償しない場合には、このエンド部
に余分なエロージョンが発生する。しかし、たとえこの部分のレーストラックの
幅が狭められなくても、エンド・トラックが四角形又は円形の場合に生じる場合
のエロージョンの延長上にあるわけではない。実際、磁極片を本発明により形作
れば、エンド部形状はおよそ放物線若しくは半長円形となる。
レーストラックのエンド部はできるだけ尖っているのが望ましい。それ故、実
行可能であれば、最も望ましいのは三角形である。又、半長円形よりは放物線形
が望ましい。実際に手に入った放物線に近い形状のものでは、円筒型ターゲット
のエンド部におけるターゲット・エンド部のエロージョンは、レーストラックの
幅調整前であったが、直線部よりも僅かに多いだけであった。
レーストラックの「尖った」エンド部を作る方法は、マグネトロンのマグネッ
ト部を、四角形の外側のマグネットよりも、エンド部ではマグネット部が互いに
近づくように傾斜を付けるように形作ることである。このためには、外側マグネ
ット部を、三角形のような傾斜を持った形に配列された多数の四角形のマグネッ
トを含むように配列すればよい。その替わりに、外側マグネット部を、放物線の
ような傾斜の付いた形の１個のマグネットから形成してもよい。図面の簡単な説明
図１は円筒型マグネトロンと共に使用する、先行技術によるレーストラックの
線図である。
図２Ａは三角形エンド部を有する本発明によるレーストラック形状の線図であ
る。
図２Ｂは放物線状エンド部を有する本発明によるレーストラック形状の線図で
ある。
図２Ｃは半長円形エンド部を有する本発明によるレーストラック形状の線図で
ある。
図３は円筒型マグネトロンを示す図である。
図４は本発明のマグネトロン実施例を示す図である。
図５Ａ、Ｂ、Ｃは図４に示すマグネトロンの断面図である。
図６は本発明の実施例のエロージョン・パターンを示す、チューブ半径と位置
の関係を示すグラフである。
図７は本発明の円筒型ターゲットのエロージョンを示すグラフである。
図８は、外側マグネットが円筒型断面でその平面投影図が放物線状であるよう
な本発明の実施例を示す。実施例の詳細な説明
図３はマグネトロン部３２とターゲット部３４を有する円筒型マグネトロン３０
を示す。点線はマグネトロン３２に規定されるレーストラック３６の位置を示す
。レーストラック３６は、脚部３６ａ、３６ｂ及びエンド部或いは「旋回」部３
６ｃとから成る。レーストラック３６はターゲット３４が回転するにつれて、タ
ーゲット３４上の別の位置に移動する。イオンと電子はレーストラック３６に沿
って回り、イオンはターゲット３４の一部をスパッタリングする。
本発明のレーストラックの形状は図２Ａ、Ｂ、Ｃに示す通りである。これらの
図はレーストラックの形を分かり易く示すために平板的に示している。実際には
、この形は円筒型ターゲットの表面に沿ったものである。
図２Ａは、３角形のエンド部１２が付いた本発明のレーストラック形状１１の
図である。回転方向に沿った最も長い距離ＤTは次の式で与えられる。
伸長部Ｔが長くなるほどＤTの値は小さくなり、エンド部のエロージョンは少
なくなる。又、幅Ｗeが狭いほどＤTの値は小さくなり、エンド部のエロージョン
は少なくなる。
図２Ａに示すように、三角形の内側部と外側部とが同じ傾斜である場合は、回
転方向に沿った寸法ＤTは脚部幅の二倍即ち２ＷLに等しくなる。このことは、エ
ンド部１２のプラズマ密度が脚部１３、１４とたとえ同じでも、エンド部１２の
エロージョンは脚部におけるエロージョンより少ないか又はこれと等しくなるこ
とを意味する。
再度図１を眺めると、回転方向に沿った最も長い距離ＤTは四角形レーストラ
ック形状の脚部幅よりもはるかに長い。両脚部間を隔てる距離を２Ｓとすれば、
ＤT＝２Ｓ＋２ＷLとなる。
図２Ｂは放物線状のエンド部１７、１８が付いた本発明のレーストラック形状
１６の図である。放物線状のエンド部１７、１８は点線で示した円筒型エンド部
２０、２１よりも「尖って」いる。放物線状のエンド部での回転方向に沿った最
も長い距離ＤPは、図に点線で示した円筒型エンド部での回転方向に沿った最も
長い距離ＤCよりも短い。両者が等しくならない理由の一つは、放物線状のエン
ド部は円筒型エンド部よりも、回転と直角な方向に伸長していることにある。即
ちＴ＞Ｓということである。
円筒型エンド部での回転方向に沿った最も長い距離ＤCは次の式で与えられる
。
本発明の一つの実施例においては、エンド部での回転方向に沿った最も長いレ
ーストラックの距離は、円筒型エンド部での回転方向に沿った最も長い距離より
も短い。即ち、回転方向でのレーストラックの最も長い距離は、脚部間の距離２
Ｓに脚部幅ＷLを掛けこれに脚部幅の二乗を加えたものの平方根の２倍よりも短
い。即ち、Ｄ＜ＤCである。
放物線状エンド部の回転方向に沿った最も長い距離ＤPは次の式で与えられる
。
伸長部Ｔが長くなるほど、距離ＤPは短くなり、エンド部のエロージョンは少
なくなる。又、幅Ｗeが狭くなるほど、距離ＤPは短くなり、エンド部のエロージ
ョンは少なくなる。
図２Ｃは長円形のエンド部２４、２５が付いた本発明のレーストラック形状２
３の図である。長円形のエンド部は放物線状エンド部程には尖っていない。長円
形エンド部の回転方向に沿った最も長い距離Ｄellは次の式で与えられる。
Ｗe＝ＷLとすれば、Ｔ＞Ｓである限り、Ｄell＜ＤCである。
エンド部の幅Ｗeが脚部の幅ＷLとほぼ同じであれば、エンド部での磁界強さは
脚部での磁界強さ近くに維持でき、それ故マグネトロンの効率が維持できるこ
ととなる。
上記各式は理想化したレーストラック・プラズマの近似式である。実際のレー
ストラック・エンド部はおおよそ放物線、長円形、あるいは三角形の形状である
に過ぎない。又、この各方程式は、イオン電流密度がレーストラック全幅に亘っ
て均等ではないことを考慮に入れてはいない。又、レーストラックは平らな表面
ではなく、円筒型ターゲットの外側にある。
本発明のマグネット・アッセンブリーの好適な実施例では、プラズマ・レース
トラックのエンド部はいくらか放物線状となる。この好適な実施例の図を図４、
５に示す。図４は本発明によるマグネトロンの好適な実施例の平面図である。
マグネット５６、５９、５８、６０、４８は内部マグネット部５０の中心軸周
りに傾斜状に配置されている。これらエンド・マグネットの配列は幾分三角形状
である。各マグネット或いは中央マグネット部以外のエンド部のマグネットが、
中央マグネットの中心軸に向かって緩やかに傾斜しているのは有益である。各マ
グネット或いはマグネットが緩やかに傾斜していることによって、レーストラッ
クがより「尖った」形となる。この仕様において、三角形、放物線形、長円形等
の四角形又は丸形エンド部よりも丸みの少ない形状が「緩やかな傾斜」を持って
いると定義される。
図４に示すようにエンド部に多数の四角形マグネットを使えば、商業ベースで
入手できるマグネットを利用できるので、設計コストを低減できる。
マグネット５６、５８、５９、６０と共に、サイド・マグネット５２、５４、
エンド・マグネット４８を含む外側マグネットは全て一つの方向を向いており、
中央マグネット５０だけが違う。
マグネット・アッセンブリーに好適なマグネット材はＳＡＭ−１５である。Ｓ
ＡＭ−１５の特性を下表に示す。
但し、Ｂrは残留磁気、Ｈcは飽和保磁力、Ｔcはキュリー温度、ηbは可逆温度係
数である。
図５Ａ、５Ｂ、５Ｃは各々図４のＣ−Ｃ’、Ｄ−Ｄ’、Ｅ−Ｅ’から見た断面
図である。又、図５Ａ、５Ｂ、５Ｃ中の寸法の単位はインチである。他の直径は
容易に調整できるが、好適な実施例におけるターゲットの外径は６インチである
。
円筒型マグネトロンであることによって、円筒型ターゲットの回転が異なる角
度へのエロージョンを平準化するために、材料の有効利用化は実際には軸方向の
位置に沿っての一次元の問題となるので、この材料の有効利用を最大化するため
のマグネトロンの設計は僅かながら容易になる。平板型マグネトロンでのエロー
ジョン最大化は２次元の問題である。
好適な実施例においては、マグネットを据える分路６６は軟鋼製である。
図６は、本発明の試作品でのエロージョンされたターゲットのチューブ半径と
軸方向位置の実験結果のグラフである。図３の「旋回」位置３６Ｃに対応するエ
ンド位置８０のエロージョンは、レーストラックの「脚部」に対応する図６上の
位置８２と概略同じである。こぶ状突起８４は、外側マグネットとして単一の連
続したマグネットではなく多数の四角形マグネットを使用したためである。
図７は支持されたチューブについて、その８０％以上が利用されたことを示す
試作円筒型チューブのエロージョンの実験結果である。点９０はチューブが裏金
まで貫通してエロージョンされた点である。点９０は完全エロージョン即ちグラ
フの水平目盛り上の「１」の位置に対応する。グラフの水平目盛り上の「０」の
位置はエロージョンされていないところに対応する。計測された有効利用度は、
背景となる技術システムで見られる６０％有効利用度をはるかに凌駕している。
図８は本発明の最高推奨実施例ではないが、外側マグネットが円筒断面でその
平面投影が放物線状のものを示す。現在は実際的ではないが、外側マグネット１
０２と内側マグネット１００を円筒又は円筒状チューブの磁性材料で作るという
ものも考えられる。
器具、方法についての様々な細部にわたる事柄は単に発明の説明のためのもの
である。本発明の範囲内において細部で様々な変更を行うことができ、本発明が
付属する請求項のみによって制限されることは言うまでもない。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Rotary Magnetron with Curved or Sector End Magnet Background of the Invention This application is an application filed on Jan. 12, 1959, by both John P. Leehan and Henry Bioram. No. 08 / 372,023 is a continuation-in-part of the application entitled "Rotating Magnetron with Curved or Fan End Magnets". The present invention relates to a sputtering system that uses a magnetron to sputter a target to form a coating on a substrate. In particular, the present invention relates to a sputtering system using a cylindrical magnetron. Typical coatings formed with magnetron sputtering systems include thermal control coatings, architectural coatings, and automotive glass coatings. In a sputtering system, the plasma is generated in a reduced pressure sputtering chamber. The ions in the plasma are attracted to the target and sputter a part of the target material. The gas used in the sputtering system may include an inert gas, such as argon, for non-reactive sputtering. Alternatively, reactive sputtering uses nitrogen or oxygen or a mixed gas of a reactive gas and an inert gas to form a nitride or oxide layer. Representative of the target is a high negative voltage applied cathode. The magnetron is used to increase the sputtering effect by interposing a plasma near the target. Plate magnetron systems create an elliptical erosion zone, such as a "race track," where only about 25% of the target material is eroded before the target must be replaced. Cylindrical magnetron systems improve this and make better use of the target material. Cylindrical magnetron systems use a cylindrical target that rotates around the magnetron. By rotating the cylindrical target, at different times, the erosion zone will be at different positions on the cylindrical target. Cylindrical magnetron systems are described in U.S. Pat. No. 5,047,131 to Wolf et al. And U.S. Pat. The typical target material utilization in modern cylindrical magnetron systems is 60%. Other prior art cylindrical magnetron systems are discussed in Hartig et al., US Pat. No. 5,364,518. FIG. 1 is a modified version of FIG. 5 of Hartig et al. This figure shows the race track 115 of the plasma loop of the Hartig patent. The width 118 of the end stretch portions 110, 112 is considerably larger than the width 120 of the straight stretch portions 114, 116. To do this, the magnetic field at the end stretch is weakened. The theory behind the Hartig et al. Patent is to increase the width of the end stretch to reduce the density of the plasma at this end and reduce the trenching effect at the end of the cylindrical target. The problem in making the race track shape as shown in FIG. 1 referring to the Hartig et al. Patent is that the magnetic field is extremely weakened in the end stretch portion in order to sufficiently widen the width 118 so as not to generate a groove in the end portion. That is something that must be done. Weakening the magnetic field at the end stretch weakens the "magnetic bin" effect of the magnetron. In this way, a small amount of energy consumed in the apparatus is sputtered. In some cases, a weak magnetic field may cause the system to fail as a magnetron. Consider a magnetron with a field strength of 300 gauss required to maintain a proper plasma at a working voltage of 400 volts and a pressure of 3 mTorr. Under these conditions, the Larmor radius of the electrons is about 2 mm, which is smaller than the "dark area" for a non-excited Townsend discharge, and the plasma is stable. In order to create the square end track shown in FIG. 1, a reduction in sputtering rate of less than half would be required to integrate the cathode rotation into a flat groove. The field strength must be reduced to about 120 gauss. The Larmor radius of the electrons increases to about 6 mm, which is larger than the "dark area" for the non-excited Townsend discharge, and the plasma becomes unstable in a region where the magnetic field is weakened. Magnetrons no longer function as high-speed sputtering sources. Simply stated, if the field strength of the end tracks is made weak enough to extend the end regions 39, 40, this can result in impaired plasma stability. It is desirable to increase the effective utilization of the target material of a cylindrical magnetron in a manner that maintains the capability of the magnetron device and maintains the plasma in a stable state. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention uses a magnetron that narrows the end of a plasma racetrack in a direction along the rotation of a cylindrical target. This is achieved by optimizing the shape of the end of the race track and reducing the gap between the magnets while keeping the magnetic field constant at the target surface. In this way, the magnetic field does not need to be weakened in the manner required to make a racing track, such as a hartig. In the present invention, a magnetic field strength that is kept constant over the entire circumference of the race track including the end portion within the specified track is used. It is necessary to control the end of the race track so that the depth of the erosion groove is kept constant over the entire surface to be sputtered. As the cathode rotates, the erosion is effectively an integral of each and every segment of the cylindrical surface. If the end of the racetrack is longer than twice the width of the straight section, more material will be sputtered from the surface at the end, resulting in a deeper groove. In the case of a circle or square, the end of the racetrack is much longer than twice the width of the straight section, and inevitably more material is sputtered in this area than desired. The best shape for a race track end would be a triangle. Even when the end of the triangle is integrated, the vertices of the triangle are not longer than the sum of the widths of the two straight portions, so that no extra erosion occurs due to the rotation of the cathode. In practice, the apex of the end track will necessarily be slightly rounded, and if this area is not compensated for by reducing its width or weakening the magnetic field, extra erosion will occur at this end. I do. However, even if the width of the race track in this area is not reduced, it is not on the extension of the erosion that would occur if the end track were square or circular. In fact, if the pole piece is shaped according to the invention, the end shape will be approximately parabolic or semi-oval. The end of the race track should be as sharp as possible. Therefore, where feasible, triangles are most desirable. Also, a parabolic shape is preferable to a semi-oval shape. In the case of a shape similar to a parabola actually obtained, the erosion of the target end portion at the end portion of the cylindrical target before the race track width adjustment was slightly larger than that of the straight portion. Was. A way to make the "pointed" end of the race track is to shape the magnet section of the magnetron so that the magnet sections are inclined closer to each other at the end than at the outer magnets in the square. For this purpose, the outer magnet section may be arranged so as to include a large number of quadrangular magnets arranged in an inclined shape such as a triangle. Alternatively, the outer magnet portion may be formed from a single magnet with a slanted shape, such as a parabola. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a diagram of a prior art racetrack for use with a cylindrical magnetron. FIG. 2A is a diagram of a racetrack shape according to the present invention having a triangular end. FIG. 2B is a diagram of a racetrack shape according to the present invention having a parabolic end. FIG. 2C is a diagram of a racetrack shape according to the present invention having a semi-elliptical end. FIG. 3 is a view showing a cylindrical magnetron. FIG. 4 is a diagram showing a magnetron embodiment of the present invention. 5A, 5B, and 5C are cross-sectional views of the magnetron shown in FIG. FIG. 6 is a graph showing the relationship between the tube radius and the position, showing the erosion pattern according to the embodiment of the present invention. FIG. 7 is a graph showing the erosion of the cylindrical target of the present invention. FIG. 8 shows an embodiment of the invention in which the outer magnet has a cylindrical cross section and its plan view is parabolic. DETAILED DESCRIPTION Figure 3 embodiment illustrates a cylindrical magnetron 30 having a magnetron 32 and the target unit 34. The dotted line indicates the position of the race track 36 defined by the magnetron 32. The race track 36 is composed of legs 36a, 36b and end portions or "turns" 36c. The race track 36 moves to another position on the target 34 as the target 34 rotates. The ions and electrons travel along the race track 36 and the ions sputter a portion of the target 34. The shape of the race track of the present invention is as shown in FIGS. 2A, 2B and 2C. In these figures, the shape of the race track is shown as a flat plate for easy understanding. In practice, this shape is along the surface of the cylindrical target. FIG. 2A is a diagram of a racetrack shape 11 of the present invention with a triangular end 12. The longest distance D T along the direction of rotation is given by: As the extension T becomes longer, the value of DT becomes smaller, and the erosion at the end becomes smaller. Also, the value of D T is smaller the smaller the width W e, erosion of the end portion is reduced. As shown in FIG. 2A, when the inner portion of the triangle and the outer part are the same inclination, dimensions D T along the direction of rotation is equal to twice i.e. 2W L leg width. This means that even though the plasma density at the end 12 is the same as the legs 13, 14, the erosion at the end 12 is less than or equal to the erosion at the legs. Referring again to FIG. 1, the longest distance D T along the direction of rotation is much longer than the leg width of the square racetrack shape. If the distance separating between legs and 2S, the D T = 2S + 2W L. FIG. 2B is a view of a racetrack configuration 16 of the present invention with parabolic ends 17 and 18. The parabolic ends 17, 18 are more "pointed" than the cylindrical ends 20, 21 shown by dotted lines. The longest distance D P along the rotation direction at the parabolic end is shorter than the longest distance D C along the rotation direction at the cylindrical end shown by the dotted line in the figure. One reason that they are not equal is that the parabolic end extends in a direction perpendicular to the rotation than the cylindrical end. That is, T> S. The longest distance D C along the rotation direction in a cylindrical end portion is given by the following equation. In one embodiment of the invention, the longest racetrack distance along the direction of rotation at the end is shorter than the longest distance along the direction of rotation at the cylindrical end. That is, the longest distance of the race track in the direction of rotation is shorter than 2 times the square root of added square of this leg width multiplied by the leg width W L of the distance 2 S between the legs. That is, D <D C. The longest distance D P along the rotation direction of the parabolic end portion is given by the following equation. As the extension T becomes longer, the distance D P becomes shorter, and the erosion at the end becomes smaller. Further, as the width W e is narrowed, the distance D P is shortened, the erosion of the end portion is reduced. FIG. 2C is a view of the racetrack shape 23 of the present invention with oval end portions 24,25. The oblong end is not as sharp as the parabolic end. The longest distance Dell along the direction of rotation of the oval end is given by: If W e = W L, T> as long as S, a D ell <D C. If the width W e of the end portion is approximately the same as the width W L of the leg, the magnetic field strength at the end portion can be kept close to the magnetic field strength at the legs, and that therefore the magnetron efficiency can be maintained . The above equations are approximate equations of the idealized race track plasma. The actual racetrack end is roughly parabolic, oval, or triangular in shape. Also, the equations do not take into account that the ion current density is not uniform across the entire width of the racetrack. Also, the racetrack is not on a flat surface, but on the outside of the cylindrical target. In a preferred embodiment of the magnet assembly of the present invention, the end of the plasma racetrack is somewhat parabolic. A diagram of this preferred embodiment is shown in FIGS. FIG. 4 is a plan view of a preferred embodiment of the magnetron according to the present invention. The magnets 56, 59, 58, 60, 48 are arranged obliquely around the central axis of the internal magnet part 50. The arrangement of these end magnets is somewhat triangular. It is advantageous that each magnet or the magnet at the end other than the central magnet is gently inclined toward the central axis of the central magnet. The gentle inclination of each magnet or magnets results in a more "sharp" race track. In this specification, a shape that is less rounded than a square or round end, such as a triangle, a parabola, or an oval, is defined as having a “slow slope”. As shown in FIG. 4, if a large number of rectangular magnets are used in the end portion, a commercially available magnet can be used, so that the design cost can be reduced. The outer magnets, including the side magnets 52, 54 and the end magnet 48, as well as the magnets 56, 58, 59, 60, all face one direction, only the center magnet 50 differs. A preferred magnet material for the magnet assembly is SAM-15. The characteristics of SAM-15 are shown in the table below. However, B r is the residual magnetism, H c is the coercivity, T c is the Curie temperature, the eta b is reversible temperature coefficient. 5A, 5B, and 5C are cross-sectional views as viewed from CC ', DD', and EE 'in FIG. 4, respectively. The units of the dimensions in FIGS. 5A, 5B, and 5C are inches. The outer diameter of the target in the preferred embodiment is 6 inches, although other diameters can be easily adjusted. Because of the cylindrical magnetron, the effective utilization of the material is actually a one-dimensional problem along the axial position because the rotation of the cylindrical target equalizes the erosion to different angles. Designing a magnetron to maximize the effective use of this material is slightly easier. Erosion maximization in a planar magnetron is a two-dimensional problem. In the preferred embodiment, the shunt 66 for mounting the magnet is made of mild steel. FIG. 6 is a graph of the experimental results of the tube radius and the axial position of the eroded target in the prototype of the present invention. The erosion of the end position 80 corresponding to the "turn" position 36C in FIG. 3 is substantially the same as the position 82 on FIG. 6 corresponding to the "leg" of the race track. The bump-like projection 84 is because a large number of square magnets are used as the outer magnet instead of a single continuous magnet. FIG. 7 shows the experimental results of erosion of a prototype cylindrical tube showing that 80% or more of the supported tubes were used. Point 90 is the point where the tube penetrated to the back metal and was eroded. Point 90 corresponds to the complete erosion, ie, the position of "1" on the horizontal scale of the graph. The position of “0” on the horizontal scale of the graph corresponds to a position where erosion is not performed. The measured effective utilization far exceeds the 60% effective utilization found in the underlying technology systems. FIG. 8 is not the highest recommended embodiment of the present invention, but shows a case where the outer magnet has a cylindrical cross section and its planar projection is parabolic. Although not currently practical, it is conceivable that the outer magnet 102 and the inner magnet 100 are made of magnetic material in a cylindrical or cylindrical tube. Various details of the apparatus and methods are merely illustrative of the invention. Various changes may be made in the details within the scope of the invention and it is obvious that the invention is limited only by the appended claims.
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