JPH0339469A - Sputtering device - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明はFeやCO2Niなどの強磁性体薄膜を作製す
るためのプレーナー型スパッタリング装置に関するもの
であり、光磁気記録媒体を作製するためのプレーナマグ
ネトロンカソードに関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application The present invention relates to a planar sputtering apparatus for producing a ferromagnetic thin film such as Fe or CO2Ni, and a planar magnetron cathode for producing a magneto-optical recording medium. It is related to.
従来の技術 スパッタリングによる薄膜作製は金属、半導体。Conventional technology Thin films can be fabricated using sputtering for metals and semiconductors.
誘電体などの無機材料のほぼ全てを薄膜化できる技術と
して発展してきており、特に非晶質合金など、非平衡状
態の合金作製によく利用される。近年、高速成膜が可能
なマグネトロンスパッタリングが開発されるようにおよ
び薄膜デバイスの工業分野で広く利用されるようになっ
てきている。It has been developed as a technology that can make almost all inorganic materials such as dielectrics into thin films, and is often used to fabricate non-equilibrium alloys such as amorphous alloys. In recent years, magnetron sputtering, which enables high-speed film formation, has been developed and has come to be widely used in the industrial field of thin film devices.
強磁性体をターゲットとするマグネトロンスパッタリン
グは、磁性薄膜を利用する産業分野で利用されている。Magnetron sputtering, which targets ferromagnetic materials, is used in industrial fields that use magnetic thin films.
特に、高密度記録媒体として注目されている光磁気ディ
スクの記録媒体である希土類金属と遷移金属の合金は、
マグネトロンスパッタリングによる作製が適している。In particular, alloys of rare earth metals and transition metals are used as recording media for magneto-optical disks, which are attracting attention as high-density recording media.
Fabrication by magnetron sputtering is suitable.
マグネトロンスパッタリング装置においては、一般に交
差した磁界と電界が形成される。その電界はアノード(
スパッタリング室の壁でもよい)とカソード(ターゲッ
トを含み、ターゲットがアノードと対向する)の間に印
加する。この電界の作用によりカソードから電子が飛び
出す、この電子はスパッタリング室雰囲気の気体をイオ
ン化しプラズマを形成させる。この気体イオンはターゲ
ットに向かって加速され、ターゲットに衝突する際にタ
ーゲットの構成原子を叩き出す、ターゲットから出た原
子はコーティングすべき物体(一般に基板と呼ぶ)の表
面に付着する。In magnetron sputtering equipment, crossed magnetic and electric fields are generally created. The electric field is the anode (
(which may be the wall of the sputtering chamber) and the cathode (which contains the target, with the target facing the anode). Electrons are ejected from the cathode by the action of this electric field, and these electrons ionize the gas in the sputtering chamber atmosphere to form plasma. These gaseous ions are accelerated toward the target, and when they collide with the target, they knock out constituent atoms of the target, and the atoms emitted from the target adhere to the surface of the object to be coated (generally referred to as a substrate).
気体のガス圧が低いときの付着速度を上げるために、上
記電界に交差した磁界を形成し、ターゲットから飛び出
た電子の運動距離を長くし、その電子のスパッタ室中の
気体に対するイオン化効率を高め、ターゲットに衝突す
る気体イオンの数を確保している。In order to increase the deposition speed when the gas pressure is low, a magnetic field that crosses the above electric field is created to increase the distance that electrons eject from the target can travel, increasing the ionization efficiency of the electrons with respect to the gas in the sputtering chamber. , ensuring the number of gaseous ions that collide with the target.
この磁界はターゲットのアノード側面に形成するもので
あり、通常ターゲットのアノード側面の逆側にフェライ
)m石やアルニコ強磁性磁石などの永久磁石を構成して
磁界を印加する(例えば、特開昭59−3546)、従
って、磁界はターゲットを通る磁束によりターゲツト面
上に形成されるため、透磁率の大きな強磁性体をターゲ
ットとして利用するマグネトロンスパッタリングを行う
場合には、該強磁性体ターゲットが磁路を形成し、磁束
の大部分がターゲット中を通るためマグネトロンスパッ
タリングに必要な磁界が得られない。This magnetic field is formed on the side of the anode of the target, and a permanent magnet such as a ferrite or alnico ferromagnetic magnet is usually configured on the opposite side of the anode side of the target to apply the magnetic field (for example, 59-3546), therefore, a magnetic field is formed on the target surface by the magnetic flux passing through the target, so when performing magnetron sputtering using a ferromagnetic material with high magnetic permeability as a target, the ferromagnetic material target is Since most of the magnetic flux passes through the target, the magnetic field required for magnetron sputtering cannot be obtained.
このため、ターゲットの厚みを薄くして利用している。For this reason, the thickness of the target is reduced.
以下、図面を参照しながら、上述した従来のスパッタリ
ング装置の一例について説明する。An example of the conventional sputtering apparatus mentioned above will be described below with reference to the drawings.
第5図は従来のスパッタリング装置の断面図を示すもの
である。第5図において、1は真空チャンバーで構成さ
れるスパッタリング室、2はターゲット、3及び4は着
磁の向きがターゲット2の長手方向に略垂直で着磁方向
が互いに逆向きの磁石(例えば第5図の矢印で示した方
向に着磁する)、5は透磁率の高い軟磁性材料で構成さ
れた磁芯、6はターゲット2の水冷用の容器、7は絶縁
材料、8は膜のコーティングを行う基板、9はターゲッ
ト2に高電圧を供給する電源、10はスパッタリング室
1にArなとの気体を供給するガスライン、11は真空
排気装置、12は磁力線である。FIG. 5 shows a cross-sectional view of a conventional sputtering apparatus. In FIG. 5, 1 is a sputtering chamber composed of a vacuum chamber, 2 is a target, and 3 and 4 are magnets whose magnetization directions are approximately perpendicular to the longitudinal direction of the target 2 and whose magnetization directions are opposite to each other (for example, 5 is a magnetic core made of a soft magnetic material with high magnetic permeability, 6 is a container for water cooling the target 2, 7 is an insulating material, and 8 is a film coating. 9 is a power supply for supplying a high voltage to the target 2, 10 is a gas line for supplying a gas such as Ar to the sputtering chamber 1, 11 is a vacuum exhaust device, and 12 is a line of magnetic force.
以上のように構成されたスパッタリング装置について、
以下その動作について説明する。Regarding the sputtering apparatus configured as above,
The operation will be explained below.
まず、ガスライン10からArを導入し且つ真空排気装
置fllで排気することによりスパッタリング室1を1
04〜10”Torr程度の真空度に保つ、ターゲット
2上には磁石3,4および磁芯5により構成された磁界
が存在する。その磁力線を概略的に破線12にて示す。First, by introducing Ar from the gas line 10 and evacuating it with the vacuum exhaust device fll, the sputtering chamber 1 is
A magnetic field constituted by the magnets 3 and 4 and the magnetic core 5 exists on the target 2, which is maintained at a degree of vacuum of about 0.04 to 10.0 Torr.The lines of magnetic force are schematically indicated by broken lines 12.
電源9にてターゲット2に高周波電力または負の直流電
圧を印加する。この電界の作用によりターゲット2から
電子が飛び出し、スパッタリング室l中のArをイオン
化しプラズマを形成させる。A power source 9 applies high frequency power or negative DC voltage to the target 2 . Due to the action of this electric field, electrons fly out from the target 2, ionize Ar in the sputtering chamber 1, and form plasma.
このプラズマは磁界の作用により低いA「圧力のものと
でも維持され、効率よ<Arイオンを形成する。このA
rイオンは電界の作用でターゲット2に向かって加速さ
れ、ターゲット2に衝突する際にターゲット2の構成原
子を叩き出す。ターゲット2から出た原子はコーティン
グすべき基板8の表面に付着する。This plasma is maintained even at low A pressures by the action of a magnetic field and efficiently forms Ar ions.
The r ions are accelerated toward the target 2 by the action of the electric field, and when they collide with the target 2, they knock out constituent atoms of the target 2. Atoms emitted from the target 2 adhere to the surface of the substrate 8 to be coated.
発明が解決しようとする課題
しかしながら上記のような構成では、磁石3゜4および
磁芯5によりターゲット2上に形成される磁界はターゲ
ット2を通過する漏れ磁束により形成されるものである
。したがってターゲット2が透磁率の大きな強磁性体の
場合には、ターゲット2が磁路を形成するため、マグネ
トロンスパッタリングに必要な磁界が得られない、この
ためターゲット2が強磁性体の場合、使用可能なターゲ
ット2は厚みの薄いものに限定されていた。したがって
ターゲット2の交換頻度が高く、連続して製造すること
が困難になり、作製コストが高いという課題を有してい
た。Problems to be Solved by the Invention However, in the above configuration, the magnetic field formed on the target 2 by the magnet 3.4 and the magnetic core 5 is formed by leakage magnetic flux passing through the target 2. Therefore, if the target 2 is a ferromagnetic material with high magnetic permeability, the magnetic field required for magnetron sputtering cannot be obtained because the target 2 forms a magnetic path. Therefore, if the target 2 is a ferromagnetic material, it can be used. The target 2 was limited to a thin one. Therefore, the target 2 has to be replaced frequently, making it difficult to continuously manufacture the target 2, resulting in high manufacturing costs.
本発明は上記課題に鑑み、板厚の比較的厚い強磁性体タ
ーゲットのスパックリングを可能にするスパッタリング
装置を提供するものである。In view of the above problems, the present invention provides a sputtering apparatus that enables sputtering of a relatively thick ferromagnetic target.
課題を解決するための手段
上記課題を解決するために本発明のスパッタリング装置
のマグネトロンカソードは、着磁方向が平板ターゲット
の長手方向に略平行であり、着磁方向が同一である一対
の板状もしくは棒状の磁石を画端とし、その間に軟磁性
材からなる磁芯を挿入した磁気回路で構成したものであ
る。Means for Solving the Problems In order to solve the above problems, the magnetron cathode of the sputtering apparatus of the present invention includes a pair of plate-shaped magnetron cathodes whose magnetization direction is approximately parallel to the longitudinal direction of a flat target, and whose magnetization directions are the same. Alternatively, it is composed of a magnetic circuit in which a rod-shaped magnet is used as the edge of the image and a magnetic core made of soft magnetic material is inserted between them.
作用
本発明は上記した構成によって透磁率の大きな強磁性体
ターゲット上にマグネトロンスパッタリングに必要な磁
界を形成できることとなり、故に板厚が比較的厚い強磁
性体ターゲットのスパッタリングが可能となる。Function The present invention can form a magnetic field necessary for magnetron sputtering on a ferromagnetic target with high magnetic permeability by the above-described configuration, and therefore, it becomes possible to sputter a ferromagnetic target with a relatively thick plate.
実施例
以下本発明の一実施例のスパッタリング装置について、
図面を参照しながら説明する。Example Below, regarding a sputtering apparatus according to an example of the present invention,
This will be explained with reference to the drawings.
第1図は、本発明の一実施例におけるスパッタリング装
置のマグネトロンカソードの略断面を示す図である。第
1図に於いて、22は強磁性体で構成されたターゲット
、13.14はその着磁の向きがターゲット22の長手
方向に略平行で、着磁方向が同一のSmCoやNdFe
Bなどの希土類磁石(例えば第5図中の矢印で示した方
向に着磁する)、15は透磁率の高い軟磁性材料で構成
された磁芯である。FIG. 1 is a diagram showing a schematic cross section of a magnetron cathode of a sputtering apparatus in an embodiment of the present invention. In FIG. 1, 22 is a target made of a ferromagnetic material, and 13.14 is a target made of SmCo or NdFe whose magnetization direction is approximately parallel to the longitudinal direction of the target 22, and whose magnetization direction is the same.
A rare earth magnet such as B (for example, magnetized in the direction shown by the arrow in FIG. 5), and 15 a magnetic core made of a soft magnetic material with high magnetic permeability.
第1図に示したマグネトロンカソードは従来例の構成の
第5図に示したスパッタリング室1内に設置され、1!
源9に接続され、冷却水が送り込まれている。The magnetron cathode shown in FIG. 1 is installed in the sputtering chamber 1 shown in FIG. 5 with a conventional configuration, and 1!
It is connected to a power source 9, and cooling water is fed thereto.
以上のように構成された本発明の一実施例に於けるスパ
ッタリング装置について、以下第1図を用いてその動作
を説明する。The operation of the sputtering apparatus in one embodiment of the present invention constructed as described above will be described below with reference to FIG.
交差する電界と磁界の作用によりスパッタリング室l中
の気体をイオン化してプラズマを維持し、ターゲット2
2の構成原子を基板上に付着する機構は従来例の構成と
同様である。しかしながら磁界の印加機構が異なるため
ターゲット22上での磁界分布が従来例の構成と異なる
。第2図は約10閣の厚さを有する強磁性体ターゲット
22上での水平磁界分布を示す図である。第2図から明
かなように本実施例による磁界分布は従来例の構成によ
るものに比べて磁界のターゲット22上の位置に対する
変化率が小さくなっている。The intersecting electric and magnetic fields ionize the gas in the sputtering chamber to maintain the plasma, and the target 2
The mechanism for attaching the constituent atoms of No. 2 onto the substrate is the same as the structure of the conventional example. However, since the magnetic field application mechanism is different, the magnetic field distribution on the target 22 is different from that of the conventional example. FIG. 2 is a diagram showing the horizontal magnetic field distribution on a ferromagnetic target 22 having a thickness of about 10 mm. As is clear from FIG. 2, in the magnetic field distribution according to this embodiment, the rate of change of the magnetic field with respect to the position on the target 22 is smaller than that in the conventional configuration.
われわれの詳細な実験によれば、A「イオンがターゲッ
ト22に衝突しターゲット22の構成原子を叩き出す速
度(ターゲット22のエツチング速度)はターゲット2
2上での磁界の位置に対する変化率と強い相関を持つこ
とが判明している。According to our detailed experiments, the speed at which ions collide with the target 22 and knock out constituent atoms of the target 22 (the etching speed of the target 22) is
It has been found that there is a strong correlation with the rate of change of the magnetic field with respect to the position on 2.
すなわち、磁界の位置に対する変化率が小さいほどこの
速度は均一になる。That is, the smaller the rate of change of the magnetic field with respect to the position, the more uniform this speed becomes.
また放電を維持するのに必要な磁界の大きさも実験的に
求めている。第3図はプラズマを維持するために必要な
磁界をスパッタリング室l中のArガス圧に対して表し
た図である。ターゲット22上で200 (Oe)の水
平磁界成分があればプラズマの維持が可能であることが
わかるつまり本発明の一実施例に於ける磁石構成では、
約10mという比較的厚いターゲット22を用いた場合
に於いてもプラズマの維持に必要な磁界が得られている
。これは保磁力が5X10’ (アンペアターン/m
)以上、残留磁束密度が1(テスラ)以上である希土類
磁石13.14を用いたこと、およびターゲット2の長
手方向に略平行に着磁した一対の希土[磁石13.14
を軟磁性材料で構成された磁芯15により結合し、その
漏れ磁界を有効に利用したことによるものである。They are also experimentally determining the magnitude of the magnetic field required to maintain the discharge. FIG. 3 is a diagram showing the magnetic field required to maintain the plasma versus the Ar gas pressure in the sputtering chamber l. It can be seen that plasma can be maintained if there is a horizontal magnetic field component of 200 (Oe) on the target 22. In other words, with the magnet configuration in one embodiment of the present invention,
Even when a relatively thick target 22 of approximately 10 m is used, the magnetic field necessary to maintain plasma is obtained. This has a coercive force of 5X10' (ampere turns/m
) As described above, rare earth magnets 13.14 having a residual magnetic flux density of 1 (Tesla) or more were used, and a pair of rare earth magnets [magnets 13.14] magnetized substantially parallel to the longitudinal direction of the target 2 were used.
This is because the magnetic cores 15 are coupled by a magnetic core 15 made of a soft magnetic material, and the leakage magnetic field is effectively utilized.
以上のように本実施例によればターゲット22の長手方
向に略平行に着磁した一対の希土類磁石13.14を磁
芯15により結合した磁気回路を設けることにより、比
較的厚いターゲットのスパッタリングを行うことができ
る。さらに、ターゲット2上に形成される磁界の分布が
均一になっているためターゲット22のエツチング速度
を揃えることができ、ターゲット22の利用率が向上す
るものである。As described above, according to this embodiment, by providing a magnetic circuit in which a pair of rare earth magnets 13 and 14 magnetized approximately parallel to the longitudinal direction of the target 22 are coupled by the magnetic core 15, sputtering of a relatively thick target is prevented. It can be carried out. Furthermore, since the distribution of the magnetic field formed on the target 2 is uniform, the etching speed of the target 22 can be made uniform, and the utilization rate of the target 22 is improved.
なお、実施例に於いて希土類磁石13.14および磁芯
15は環状としたが、第4図に示すようにターゲット2
2が短冊状の場合には、希土類磁石13.14および磁
芯15は帯状としても同様な効果が得られ、その上希土
類磁石13,14および磁芯15で構成される磁気回路
の作製が容易になるという効果も得ることができる。In the example, the rare earth magnets 13, 14 and the magnetic core 15 were annular, but as shown in FIG.
When 2 is in the shape of a strip, the same effect can be obtained even if the rare earth magnets 13, 14 and the magnetic core 15 are in the form of a strip, and furthermore, it is easy to create a magnetic circuit composed of the rare earth magnets 13, 14 and the magnetic core 15. You can also get the effect of
発明の効果
以上のように本発明は平板ターゲットの長手方向に略平
行に着磁した、保磁力が5X105 (アンペアター
ン/ m )以上、残留磁束密度が1(テスラ)以上の
一対の磁石を、高透磁率を有する軟磁性材料からなる磁
芯により結合した磁気回路を設けることにより、比較的
板厚の厚い強磁性体のターゲットのスパッタリングが可
能となり、またターゲットのエツチング速度を揃えるこ
とができるため、ターゲットの利用率が向上し、ターゲ
ットの交換頻度が小さくなり連続して製造することがで
きるため、作製コストの低減を図ることができる。Effects of the Invention As described above, the present invention provides a pair of magnets that are magnetized substantially parallel to the longitudinal direction of a flat target, have a coercive force of 5 x 105 (ampere turns/m) or more, and a residual magnetic flux density of 1 (tesla) or more. By providing a magnetic circuit coupled by a magnetic core made of a soft magnetic material with high magnetic permeability, it is possible to sputter relatively thick ferromagnetic targets, and the etching speed of the targets can be made uniform. , the utilization rate of the target is improved, the frequency of target replacement is reduced, and continuous manufacturing is possible, so that the manufacturing cost can be reduced.
第1図は本発明の一実施例に於けるスパッタリング装置
のマグネトロンカソードの略断面図、第2図は本発明の
一実施例に於けるスパッタリング装置のマグネトロンカ
ソードに於いて強磁性体ターゲット上での水平磁界を分
布を示す図、第3図はプラズマを維持するために必要な
磁界をスパッタリング室中のArガス圧に対して表した
図、第4図は本発明の一実施例に於けるスパッタリング
装置のマグネトロンカソードに於いて、ターゲットが短
冊状の場合の磁石及び磁芯の帯状配置を示す図、第5図
は従来のスパッタリング装置の断面図である。
■・・・・・・スパッタリング室、2・・・・・・ター
ゲット、3.4・・・・・・磁石、5・・・・・・磁芯
、6・・・・・・水冷用の容器、7・・・・・・絶縁材
料、8・・・・・・基板、9・・・・・・電源、10・
・・・・・ガスライン、11・・・・・・真空排気装置
、12・・・・・・磁力線、13.14・・・・・・希
土類磁石、15・・・・・・磁芯、22・・・・・・強
磁性体ターゲット。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a magnetron cathode of a sputtering apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a magnetron cathode of a sputtering apparatus according to an embodiment of the present invention. Figure 3 is a diagram showing the distribution of the horizontal magnetic field in the sputtering chamber, Figure 3 is a diagram showing the magnetic field required to maintain plasma versus Ar gas pressure in the sputtering chamber, and Figure 4 is a diagram showing the distribution of the horizontal magnetic field in one embodiment of the present invention. FIG. 5 is a cross-sectional view of a conventional sputtering device, which shows a strip-like arrangement of magnets and magnetic cores when the target is in the form of a strip in a magnetron cathode of a sputtering device. ■...Sputtering chamber, 2...Target, 3.4...Magnet, 5...Magnetic core, 6...Water cooling Container, 7... Insulating material, 8... Substrate, 9... Power supply, 10.
... Gas line, 11 ... Vacuum exhaust device, 12 ... Lines of magnetic force, 13.14 ... Rare earth magnet, 15 ... Magnetic core, 22...Ferromagnetic target.
Claims (3)
である一対の板状もしくは棒状の磁石を画端とし、その
間に軟磁性材料からなる磁芯を挿入した磁気回路が前記
平板ターゲットの非スパッタ面に隣接していることを特
徴とするスパッタリング装置。(1) A magnetic circuit consisting of a pair of plate-shaped or rod-shaped magnets whose magnetization direction is approximately parallel to the longitudinal direction of the flat target is used as the image edge, and a magnetic core made of a soft magnetic material is inserted between them. A sputtering device characterized by being adjacent to a sputtering surface.
異なることを特徴とする請求項(1)記載のスパッタリ
ング装置。(2) The sputtering apparatus according to claim (1), wherein the polarities of the magnet surfaces facing each other via the magnetic core are different from each other.
/m)以上、残留磁束密度が1(テスラ)以上であるこ
とを特徴とする請求項(1)記載のスパッタリング装置
。(3) The sputtering apparatus according to claim 1, wherein the magnet has a coercive force of 5×10^5 (ampere turns/m) or more and a residual magnetic flux density of 1 (tesla) or more.
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ID=15983418
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP17471789A Pending JPH0339469A (en) | 1989-07-06 | 1989-07-06 | Sputtering device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0339469A (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5239851B2 (en) * | 1975-12-02 | 1977-10-07 | ||
JPS5562164A (en) * | 1979-10-01 | 1980-05-10 | Tokuda Seisakusho Ltd | Sputtering unit |
JPS5952957A (en) * | 1982-09-20 | 1984-03-27 | Aihon Kk | Signal transmitting circuit for interphone |
-
1989
- 1989-07-06 JP JP17471789A patent/JPH0339469A/en active Pending
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5239851B2 (en) * | 1975-12-02 | 1977-10-07 | ||
JPS5562164A (en) * | 1979-10-01 | 1980-05-10 | Tokuda Seisakusho Ltd | Sputtering unit |
JPS5952957A (en) * | 1982-09-20 | 1984-03-27 | Aihon Kk | Signal transmitting circuit for interphone |
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