JPH04350163A - Magnetron sputtering target for ferromagnetic material - Google Patents
Magnetron sputtering target for ferromagnetic materialInfo
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- JPH04350163A JPH04350163A JP12090791A JP12090791A JPH04350163A JP H04350163 A JPH04350163 A JP H04350163A JP 12090791 A JP12090791 A JP 12090791A JP 12090791 A JP12090791 A JP 12090791A JP H04350163 A JPH04350163 A JP H04350163A
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
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Abstract
Description
【0001】0001
【産業上の利用分野】本発明は強磁性体用マグネトロン
スパッタリングターゲットに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetron sputtering target for ferromagnetic materials.
【0002】0002
【従来の技術】薄膜作成において、薄膜形成速度が遅い
という欠点を改良し、スパッタリングの実用化を可能と
した方法の一つに、マグネトロンスパッタリング法があ
る。以下にこのマグネトロンスパッタリング法について
説明する。まず、真空容器内で、陽極と対向するように
配置された陰極ターゲットの背後に、一対の磁石を設置
し、放電空間に放電用の電場と直行した磁場を印加する
。すると、磁石から発生した磁束がターゲットの表面附
近で放電空間を飛行する電子を捕らえるため、ターゲッ
ト表面の電子密度が高くなる。よって電子と作動ガス分
子との衝突の確率が高くなり、プラズマ密度が上がるた
め、多くの原子または分子をターゲット表面から叩き出
すことが出来のである。このマグネトロンスパッタリン
グ法によってスパッタリング薄膜の形成速度は一桁以上
速くなったが、この方法はターゲット表面に生じる磁場
の分布が均一ではない。このため、スパッタリング前の
ターゲット全体の体積と実際にスパッタリングされて消
耗する部分のターゲット体積の比率をターゲットの利用
効率とすると、強磁性体ターゲットの場合は特に一部の
み急峻に侵食するため、利用効率は非常に低いものであ
った。2. Description of the Related Art In the production of thin films, magnetron sputtering is one of the methods that has improved the drawback of slow thin film formation speed and has made sputtering practical. This magnetron sputtering method will be explained below. First, a pair of magnets is installed behind a cathode target placed to face an anode in a vacuum container, and a magnetic field perpendicular to the electric field for discharge is applied to the discharge space. Then, the magnetic flux generated from the magnet captures electrons flying in the discharge space near the surface of the target, increasing the electron density on the target surface. Therefore, the probability of collision between electrons and working gas molecules increases, and the plasma density increases, making it possible to knock out many atoms or molecules from the target surface. Although this magnetron sputtering method has increased the formation speed of sputtered thin films by more than an order of magnitude, the distribution of the magnetic field generated on the target surface is not uniform in this method. For this reason, if the ratio of the target volume before sputtering to the volume of the target that is actually consumed by sputtering is defined as the target utilization efficiency, in the case of a ferromagnetic target, only a part of the target erodes sharply, so The efficiency was very low.
【0003】上述の問題を解消する方法としては、高橋
隆一 米田 政明 直江 正彦, 「封じ込め磁
界を利用したトロイダルプラズマ式マグネトロンスパッ
タ法の開発」(富山大学工学部紀要第40巻, 198
9, p13−20)で論じられているように、磁束を
漏洩しやすくするために円板ターゲットの中心に穴を開
ける方法等が考慮されている。しかし、特にターゲット
が強磁性体材料の場合は均一な消耗部を形成することが
非常に困難であったり、又は設備等で非常にコストが高
くなる等の理由から根本的な解決には至っていない。[0003] As a method to solve the above problems, Ryuichi Takahashi, Masaaki Yoneda, Masahiko Naoe, "Development of toroidal plasma type magnetron sputtering method using a confining magnetic field" (Toyama University Faculty of Engineering Bulletin Vol. 40, 198)
9, pp. 13-20), methods such as drilling a hole in the center of a disk target are being considered in order to facilitate leakage of magnetic flux. However, a fundamental solution has not been reached because it is extremely difficult to form a uniform consumable part, especially when the target is a ferromagnetic material, or the equipment costs are extremely high. .
【0004】0004
【発明が解決しようとする課題】図2、図3、図4に従
来の強磁性体ターゲット及びそのターゲットから漏洩す
る磁束を示す。ここで3はターゲット、4はターゲット
を支持するバッキングプレ−ト、5は磁界を発生させる
為の磁石である。磁場と電場が直行する場所である磁石
5のポ−ルとポ−ルの中間部をAとする。まず、図2に
おいて説明する。磁石5の1つから発生した磁束10は
バッキングプレ−ト4を通過し、ターゲットが数十以上
と比較的高い透磁率を持つためターゲット3の内部で収
束される。ところで、このためスパッタリング初期の段
階では磁束の大部分は外部に漏洩する事なく別の磁極に
入り、ターゲット内で過飽和となった一部の磁束のみが
外部に漏洩する。更に、この漏洩磁界によるターゲット
表面での磁場が最も強くなる。2, 3, and 4 show conventional ferromagnetic targets and the magnetic flux leaking from the targets. Here, 3 is a target, 4 is a backing plate that supports the target, and 5 is a magnet for generating a magnetic field. Let A be the middle part between the poles of the magnet 5, where the magnetic field and the electric field are perpendicular to each other. First, explanation will be given with reference to FIG. A magnetic flux 10 generated from one of the magnets 5 passes through the backing plate 4 and is focused inside the target 3 because the target has a relatively high magnetic permeability of several tens or more. By the way, for this reason, in the initial stage of sputtering, most of the magnetic flux enters another magnetic pole without leaking to the outside, and only a part of the magnetic flux that has become oversaturated within the target leaks to the outside. Furthermore, the magnetic field at the target surface due to this leakage magnetic field becomes the strongest.
【0005】その結果、この部分でのプラズマ密度が上
がり、Aを中心にターゲットは次第に谷状に侵食してい
く。[0005] As a result, the plasma density in this part increases, and the target gradually erodes into a valley shape with A as the center.
【0006】一方、強磁性体ターゲットはプラズマの侵
食により部分的に板厚が薄くなるとその部分の磁気抵抗
が高くなるため、その場所での漏洩磁束が増す。これを
図3に示す。漏洩磁束が増加するとプラズマの局在化が
進み、その部分での侵食領域が小さくなる。更に侵食が
進むと、図4のように漏洩する磁束も増す。最終的にタ
ーゲットは、図5に示すようにをA中心に尾を引いたよ
うに急峻に侵食してしまう。これでは、ターゲットの利
用効率は非常に低い。現在、強磁体材料のターゲットは
、5mm前後が広く用いられているが、この板厚でのタ
ーゲットの利用効率は、約7%〜9%足らずであり、強
磁性体ターゲットの利用効率は極めて低いものとなって
いる。On the other hand, when the thickness of a ferromagnetic target partially becomes thinner due to plasma erosion, the magnetic resistance of the target increases, so that leakage magnetic flux increases at that location. This is shown in FIG. As the leakage magnetic flux increases, the localization of the plasma progresses, and the erosion area in that area becomes smaller. As the erosion progresses further, the magnetic flux leaking also increases as shown in FIG. Eventually, the target will erode steeply, with a trailing tail centered on A, as shown in FIG. In this case, the target utilization efficiency is extremely low. Currently, targets made of ferromagnetic materials are widely used with a thickness of around 5 mm, but the utilization efficiency of targets with this plate thickness is approximately 7% to 9%, and the utilization efficiency of ferromagnetic targets is extremely low. It has become a thing.
【0007】本発明の目的は、利用効率の高いマグネト
ロンスパッタリング用強磁性体ターゲットを提供するこ
とにある。An object of the present invention is to provide a ferromagnetic target for magnetron sputtering with high utilization efficiency.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は強磁性体ターゲットの板厚を2mm以下と
し、未使用の部分を減少させ、ターゲットの利用効率を
上げるものである。[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the present invention reduces the thickness of the ferromagnetic target to 2 mm or less, reduces the unused portion, and increases the utilization efficiency of the target.
【0009】[0009]
【作用】そこでターゲットの未使用部分の体積を減少さ
せて利用効率の向上を図るために、ターゲット消耗部の
尾を引いたようなカ−ブを減少させることを検討した。
つまり、ターゲットの侵食が、急峻になる前にターゲッ
トを消耗しきってしまえば、良いのである。そこで本発
明では、ターゲットの板厚を薄くすることを考えた。図
7にターゲット板厚と利用効率の関係を示す。これより
、ターゲットの板厚を薄くすると、利用効率が向上する
ことが良くわかる。よって、本発明はターゲットの板厚
を2mm以下として、ターゲットの利用効率を向上させ
た。[Operation] Therefore, in order to improve utilization efficiency by reducing the volume of the unused portion of the target, we have considered reducing the curve that resembles the tail of the target consumption portion. In other words, it is good if the target is completely consumed before the erosion of the target becomes steep. Therefore, in the present invention, we considered reducing the thickness of the target. Figure 7 shows the relationship between target plate thickness and utilization efficiency. This clearly shows that reducing the thickness of the target improves the utilization efficiency. Therefore, in the present invention, the plate thickness of the target is set to 2 mm or less, thereby improving the utilization efficiency of the target.
【0010】ここで、ターゲットの一部が消耗しつくす
までの時間をターゲットの寿命とすると、この場合、タ
ーゲット寿命が短くなることが考えられる。しかしなが
ら、従来のターゲットの利用効率は約7%〜9%に過ぎ
ず、また上述よりターゲットは急峻なカ−ブを持つ谷状
に侵食される事がわかっている。これは、実際に侵食さ
れるターゲットの体積がターゲットの底の部分では非常
にわずかであることを示す。つまり、ターゲットがスパ
ッタリングされている時間はターゲットの上部では長く
、ターゲットの下部では短い。このためターゲット厚さ
を薄くしても、ターゲットの寿命は実質的に変わらない
。[0010] If the life of the target is defined as the time it takes for a part of the target to wear out, then in this case it is conceivable that the target life will be shortened. However, the utilization efficiency of conventional targets is only about 7% to 9%, and it is known from the above that the target erodes into a valley shape with a steep curve. This indicates that the volume of the target that is actually eroded is very small at the bottom of the target. That is, the time the target is sputtered is longer at the top of the target and shorter at the bottom of the target. Therefore, even if the target thickness is reduced, the life of the target does not substantially change.
【0011】[0011]
【実施例】以下、本発明の実施例を図1より説明する。[Embodiment] An embodiment of the present invention will be explained below with reference to FIG.
【0012】<実施例1>図1に本実施例で使用したマ
グネトロンスパッタリング装置及び強磁性体ターゲット
の構成図を示す。ここで1は陽極、3は陰極ターゲット
、4はターゲットを保持するバッキングプレ−ト、5は
磁界を発生させるための磁石、7は真空容器である。
磁石はSmCoを用い、ターゲットの強磁性体材料には
本発明による2mmの板厚であるFeターゲット及び従
来使用していた5mmの板厚であるFeターゲットを用
い、両者のターゲットの消耗状態を比較した。<Example 1> FIG. 1 shows a block diagram of a magnetron sputtering apparatus and a ferromagnetic target used in this example. Here, 1 is an anode, 3 is a cathode target, 4 is a backing plate for holding the target, 5 is a magnet for generating a magnetic field, and 7 is a vacuum container. The magnet used was SmCo, and the ferromagnetic material of the target was an Fe target with a thickness of 2 mm according to the present invention and an Fe target with a thickness of 5 mm that had been used in the past, and the state of wear of both targets was compared. did.
【0013】図5に5mmの板厚であるFeターゲット
の消耗状態を断面図で示す。ターゲットの中心をOとし
た時の左右の径方向への距離を横軸に、膜厚を縦軸に示
す。ターゲットの表面付近は比較的均一に侵食している
が、表面から離れていくに従って磁石間中央部であるA
の部分に侵食が集中するようになり、最終的にはAの部
分のみが尾を引いたように急峻に侵食する。FIG. 5 is a sectional view showing the state of wear of an Fe target having a thickness of 5 mm. The horizontal axis represents the distance in the left and right radial directions when the center of the target is O, and the vertical axis represents the film thickness. The area near the surface of the target is eroded relatively uniformly, but as you move away from the surface, the erosion occurs in the central area between the magnets.
Erosion begins to concentrate on the part A, and eventually only the part A erodes steeply, as if it were a tail.
【0014】図6に2mmの板厚であるFeターゲット
の消耗状態を示す。5mm厚のターゲットと同様に表面
付近は比較的均一に侵食している。しかし、本発明によ
るターゲットは膜厚が薄いため、ターゲットの底の部分
でも図5に見られる尾を引いたような谷状の急激なカ−
ブはあまり観察されない。そのためターゲット消耗部の
未使用部分に占める割合が大きくなっていることがわか
る。そこで図7にFeターゲットの板厚とターゲットの
利用効率の関係を示す。ターゲットの板厚が減少するに
従って、利用効率は増加しており、2mmの板厚の強磁
性体ターゲットを使用することにより約25%以上の利
用効率を得ることができた。またターゲット寿命におい
ても5mm厚のターゲットの場合と大差なく使用するこ
とができた。FIG. 6 shows the state of wear of an Fe target with a plate thickness of 2 mm. Similar to the 5 mm thick target, the area near the surface is eroded relatively uniformly. However, since the target according to the present invention has a thin film thickness, even the bottom part of the target has a sharp valley-like curve with a tail as seen in FIG.
bu is not often observed. Therefore, it can be seen that the ratio of the unused portion of the target consumption portion to the unused portion is increasing. Therefore, FIG. 7 shows the relationship between the plate thickness of the Fe target and the target utilization efficiency. As the plate thickness of the target decreases, the utilization efficiency increases, and by using a ferromagnetic target with a plate thickness of 2 mm, it was possible to obtain a utilization efficiency of about 25% or more. In addition, the life of the target was not significantly different from that of a target with a thickness of 5 mm.
【0015】<実施例2>表1に各強磁性体材料による
本発明である2mm厚のターゲットの利用効率を示す。<Example 2> Table 1 shows the utilization efficiency of a 2 mm thick target according to the present invention using various ferromagnetic materials.
【0016】[0016]
【表1】[Table 1]
【0017】これより、本発明によるターゲットを用い
た場合、ターゲットの利用効率が25%以上となり、従
来値の約7%〜9%と比較して高い値を得る事ができる
ことがわかる。From this, it can be seen that when the target according to the present invention is used, the target utilization efficiency is 25% or more, which is higher than the conventional value of about 7% to 9%.
【0018】[0018]
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、強磁性
体ターゲットの厚さを2mm以下としたためターゲット
の未使用部分の体積を減少させることができ、25%以
上という高い利用効率を得る事が出来る。As described above, according to the present invention, since the thickness of the ferromagnetic target is set to 2 mm or less, the volume of the unused portion of the target can be reduced, and a high utilization efficiency of 25% or more can be achieved. You can get it.
【図1】本発明の一実施例を示すマグネトロンスパッタ
リング装置構成図[Fig. 1] A configuration diagram of a magnetron sputtering apparatus showing an embodiment of the present invention.
【図2】強磁性体タ−ゲットとその漏洩磁束の原理図1
[Figure 2] Principle of ferromagnetic target and its leakage magnetic flux Figure 1
【図3】強磁性体タ−ゲットとその漏洩磁束の原理図2
[Figure 3] Principle diagram of ferromagnetic target and its leakage magnetic flux 2
【図4】強磁性体タ−ゲットとその漏洩磁束の原理図3
[Figure 4] Principle diagram of ferromagnetic target and its leakage magnetic flux 3
【図5】従来ターゲットの消耗状態断面図[Figure 5] Cross-sectional view of a conventional target in a worn state
【図6】本発
明によるターゲットの消耗状態断面図[Fig. 6] Cross-sectional view of the target in a worn state according to the present invention
【図7】ターゲッ
ト板厚と利用効率の関係図[Figure 7] Relationship diagram between target plate thickness and utilization efficiency
1…陽極、 2…基板、 3…ターゲット、 4…バッキングプレート、 5…磁石、 6…ヨーク、 7…真空容器、 8…電源、 9…真空ポンプ、 10…磁束。 1...Anode, 2...Substrate, 3...Target, 4...backing plate, 5...Magnet, 6... York, 7...Vacuum container, 8...Power supply, 9...Vacuum pump, 10...Magnetic flux.
Claims (1)
石より漏洩する磁界を用いて前記ターゲットの表面のプ
ラズマ密度を向上させ、スパッタリングを行うマグネト
ロンスパッタリング法において、強磁性体材料から成る
ターゲットの厚さを2mm以下としたことを特徴とする
強磁性体用マグネトロンスパッタリングターゲット。1. In a magnetron sputtering method in which a magnet is placed on the back surface of a target and a magnetic field leaking from the magnet is used to improve the plasma density on the surface of the target to perform sputtering, the target is made of a ferromagnetic material. A magnetron sputtering target for ferromagnetic materials characterized by having a thickness of 2 mm or less.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP12090791A JPH04350163A (en) | 1991-05-27 | 1991-05-27 | Magnetron sputtering target for ferromagnetic material |
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JP12090791A JPH04350163A (en) | 1991-05-27 | 1991-05-27 | Magnetron sputtering target for ferromagnetic material |
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JPH04350163A true JPH04350163A (en) | 1992-12-04 |
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JP12090791A Pending JPH04350163A (en) | 1991-05-27 | 1991-05-27 | Magnetron sputtering target for ferromagnetic material |
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1991
- 1991-05-27 JP JP12090791A patent/JPH04350163A/en active Pending
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