JP4353323B2 - Ferromagnetic target backing plate and ferromagnetic target / backing plate assembly - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マグネトロンスパッタリングに用いるための強磁性体ターゲット用のバッキングプレートおよび強磁性体ターゲット／バッキングプレート組立体に関する。
【０００２】
【従来技術および問題点】
半導体薄膜の形成方法として、スパッタリング法が盛んに用いられている。スパッタリング法は、基板とターゲットとを対向させ、基板を陽極、ターゲットを陰極とし、不活性ガス雰囲気下でこの両者間に高電圧を印加し電場を発生させ、電離した電子が不活性ガスと衝突してプラズマが形成され、プラズマ中の陽イオンがターゲット表面に衝突することによりターゲット構成原子が飛び出し、基板表面に付着して膜を形成する方法である。
【０００３】
現在、一般に行われているスパッタリングのほとんどは、いわゆるマグネトロンスパッタリング法と呼ばれる方法である。マグネトロンスパッタリング法は、ターゲットの裏側に磁石をセットしてターゲット表面に電界と垂直方向に磁界を発生させてスパッタリングを行う方法であり、このような直交電磁界空間内ではプラズマの安定化および高密度化が可能であり、スパッタ速度を大きくすることができる。
【０００４】
非磁性体ターゲットを用いる場合には、磁石から発生した磁力線は装置の設計通りの形状（Ｎ極とＳ極間でドーム状）になり、磁力線はターゲットの外側に広がることはない。しかし、ＣｏやＮｉなどの強磁性体ターゲットを陰極に装着した場合には、磁力線がターゲット自体の影響を受けて曲げられ広がったり、ターゲット側面に漏洩し、磁力線の一部が周辺のパーツやバッキングプレート側面にまで及び、そのために周辺パーツやバッキングプレートがエロージョンされ、膜中にこれらの元素が混入するという問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、強磁性体ターゲットをマグネトロンスパッタする際の磁力線の広がりを抑制し、スパッタ面以外への磁力線の漏洩をなくし、ターゲット周囲のパーツやバッキングプレート側面がエロージョンされ膜中にターゲット以外の元素が混入することを防止することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明者らは鋭意研究を行った結果、バッキングプレート側面に高透磁率材料を配置することにより、スパッタ面以外への磁力線の漏洩を防止することが可能であるとの知見を得た。本発明は、この知見に基づき、
１．強磁性体ターゲット／バッキングプレート組立体において、ターゲットとバッキングプレートとの接着面直下のバッキングプレートの外周部に、ターゲットよりも透磁率が高い高透磁率材料をリング状に配置し、ターゲットのスパッタ面以外から磁力線が漏洩しないようにしたことを特徴とするマグネトロンスパッタリング用強磁性体ターゲット／バッキングプレート組立体
２．高透磁率材料として、軟磁性材料を用いたことを特徴とする上記１記載のマグネトロンスパッタリング用強磁性体ターゲット／バッキングプレート組立体
３．ターゲットに接合するバッキンプレートの上部の外径がターゲットの外径よりもやや小さく、ターゲットとバッキンプレートが接合した場合に形成されるターゲットとバッキンプレートの間であり、かつバッキングプレートの外周であるリング状の窪みに、高透磁率材料のリングを配置したことを特徴とする上記１又は２記載のマグネトロンスパッタリング用強磁性体ターゲット／バッキングプレート組立体
４．強磁性体ターゲットが高純度コバルトまたは高純度コバルト合金、高純度ニッケルまたは高純度ニッケル合金であることを特徴とする上記１〜３のいずれかに記載のマグネトロンスパッタリング用強磁性体ターゲット／バッキングプレート組立体
、を提供する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明は、半導体や磁気ヘッド、ハードディスクなどの強磁性体薄膜を作製するための強磁性体ターゲット用のバッキングプレートに適用することが可能である。強磁性体材料としては、Fe,Co,Niの単体金属あるいはその合金、希土類金属のGd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm等がある。また、これらの化合物、合金も強磁性を示す。さらに、単体では非強磁性金属であるが合金になった場合には強磁性を示すものもあり、その代表的な例はCu2MnAl（ホイスラー合金）やMnAl,MnBi等である。これらの強磁性体材料からなるスパッタリングターゲット用のバッキングプレートのいずれに対しても本発明を適用することができる。
【０００８】
バッキングプレートとしては、通常は無酸素銅が使用されるが、他に軽量化のためにＡｌ合金を用いたり、特殊な場合ではあるがチタン合金を用いる場合もある。
【０００９】
本発明における高透磁率材料は、少なくともターゲットよりは透磁率が高いことが必要であり、透磁率５０以上のものが好ましい。
一般的に透磁率が大きく磁化しやすい材料であるいわゆる軟磁性材料が適している。軟磁性材料としてはFe合金、例えばパーマロイ（Fe-Ni合金）や純鉄、珪素鋼板等が代表的に挙げられる。
【００１０】
強磁性体ターゲットの場合の磁力線の広がりを抑えるためには、高透磁率材料を磁力線の軌跡内に配置すれば良い。しかし、その配置の仕方によっては、磁力線のターゲット表面への漏洩が小さくなりプラズマの発生・維持に悪影響を与えることになる。高透磁率材料の配置方法としては、バッキングプレートの側面またはバッキングプレートのターゲットとの接着面外周部下部に、リング状に高透磁率材料を配置して、ターゲットのスパッタ面以外から磁力線が漏洩しないようにすることが重要である。
【００１１】
図１は、高透磁率材料をバッキングプレートの側面にリング状に配置した場合の例を模式的に示した断面図である。また、図２は高透磁率材料をバッキングプレートのターゲットとの接着面外周部下部にリング状に配置した場合の例を模式的に示した断面図である。
強磁性体ターゲットの影響で曲げられ広がった磁力線はＳ極近傍に配置した高透磁率材料に集中するため磁力線が広がるのを効果的に防止することが可能である。さらに、一端、高透磁率材料を通過した磁力線は外に漏洩することはないのでスパッタ面以外への漏洩を防止することができる。
【００１２】
高透磁率材料からなるリング状部材は、溶接、ロウ付け、拡散接合などの方法によってバッキングプレートに接合したり、あるいはネジ止めなどの方法でバッキングプレートに固定しても良い。
このようにして、リング状の高透磁率材料を側面または外周部下部に配置したバッキングプレートは、強磁性体ターゲットとボンディングを行い、ターゲット／バッキングプレート組立体とする。
【００１３】
【実施例】
（実施例１）
強磁性体ターゲットとして直径33cm、厚さ3mmの高純度コバルトターゲットを作製した。
直径36cmの無酸素銅製バッキングプレートの側面に、高透磁率材料であるNi-Fe製（透磁率：100）のリング状部材（厚さ5mm）を溶接によって接合した。
この、高透磁率材料を側面に配置したバッキングプレートと高純度コバルトターゲットとをロウ付けによってボンディングし一体化させ、ターゲット／バッキングプレート組立体とした。
このターゲット／バッキングプレート組立体をマグネトロンスパッタ装置に装着し、マグネトロンスパッタ成膜試験を行った。
ターゲットのスパッタ面以外から漏洩する磁力線は実質上ほとんどなかった。
スパッタリング条件は下記の通りである。
Arガス圧 ：10mTorr
入力パワー：1kW
基板距離 ：50mm
ターゲットシールド：ステンレス
スパッタによって成膜した高純度コバルト薄膜中の不純物量を測定した。表１にその結果を示す。
【００１４】
【表１】
薄膜中にはバッキングプレート材料である銅や周辺パーツ材料であるTi,Al,Fe,Ni,Crなどの不純物の混入はほとんど見られなかった。
【００１６】
（比較例１）
バッキングプレートに高透磁率材料を装着しないこと以外は実施例１と全く同じ方法で高純度コバルトスパッタリングターゲット／バッキングプレート組立体を作製し、このターゲット／バッキングプレート組立体をマグネトロンスパッタ装置に装着し、マグネトロンスパッタ成膜試験を行った。
ターゲットのスパッタ面以外からも磁力線の漏洩が見られた。
ターゲットのシールドとしてTi,Al,ステンレスを用いた場合に、スパッタによって成膜した高純度コバルト薄膜中の不純物量の測定結果を表１に示す。
【００１７】
実施例１の場合と比較してもわかるように、薄膜中にはバッキングプレート材料である銅や周辺パーツ材料であるTi,Alやステンレスに起因すると思われるFe,Ni,Crなどの不純物が混入していた。
【００１８】
【発明の効果】
本発明により、強磁性体ターゲットをマグネトロンスパッタする際に、磁力線の広がりを抑制し、スパッタ面以外への磁力線の漏洩をなくすることができる。
これにより、従来、問題となっていた漏洩磁力線によって生じるターゲット近傍のパーツやバッキングプレートのエロージョンを効果的に防止することでき、スパッタ膜中にターゲット以外の不純物元素が混入するのを防止することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における、高透磁率材料をバッキングプレートの側面にリング状に配置した場合の例を模式的に示した断面図。
【図２】本発明における、高透磁率材料をバッキングプレートのターゲットとの接着面外周部下部にリング状に配置した場合の例を模式的に示した断面図。
【符号の説明】
１ 強磁性体ターゲット
２ リング状高透磁率材料[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a ferromagnetic target backing plate and a ferromagnetic target / backing plate assembly for use in magnetron sputtering.
[0002]
[Prior art and problems]
As a method for forming a semiconductor thin film, a sputtering method is actively used. In the sputtering method, the substrate and the target are opposed to each other, the substrate is the anode, the target is the cathode, and an electric field is generated by applying a high voltage between the two in an inert gas atmosphere. The ionized electrons collide with the inert gas. In this method, plasma is formed, and cations in the plasma collide with the surface of the target, so that atoms constituting the target jump out and adhere to the surface of the substrate to form a film.
[0003]
At present, most of the sputtering generally performed is a so-called magnetron sputtering method. The magnetron sputtering method is a method in which a magnet is set on the back side of a target and a magnetic field is generated in a direction perpendicular to the electric field on the target surface to perform sputtering. In such an orthogonal electromagnetic field space, plasma stabilization and high density are performed. The sputter speed can be increased.
[0004]
When a non-magnetic target is used, the magnetic field lines generated from the magnet have a shape as designed by the apparatus (dome shape between the N and S poles), and the magnetic field lines do not spread outside the target. However, when a ferromagnetic target such as Co or Ni is attached to the cathode, the magnetic field lines are bent and spread under the influence of the target itself, or leak to the side of the target, and some of the magnetic field lines are in the surrounding parts and backing. As a result, the peripheral parts and the backing plate are eroded to the side of the plate, and there is a problem that these elements are mixed in the film.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The object of the present invention is to suppress the spread of magnetic lines of force when magnetron sputtering a ferromagnetic target, eliminate the leakage of magnetic lines to areas other than the sputtering surface, erosion of parts around the target and the side of the backing plate, This is to prevent the elements from being mixed.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present inventors have conducted intensive research, and as a result, by arranging a high permeability material on the side of the backing plate, it is possible to prevent leakage of magnetic lines of force to other than the sputtering surface. The knowledge that there is. The present invention is based on this finding,
1. In the ferromagnetic target / backing plate assembly, a high-permeability material having a higher magnetic permeability than the target is arranged in a ring shape on the outer periphery of the backing plate immediately below the bonding surface between the target and the backing plate, and the sputtering surface of the
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention can be applied to a backing plate for a ferromagnetic target for producing a ferromagnetic thin film such as a semiconductor, a magnetic head, or a hard disk. Examples of the ferromagnetic material include Fe, Co, Ni simple metals or alloys thereof, rare earth metals Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, and the like. These compounds and alloys also exhibit ferromagnetism. Furthermore, although it is a non-ferromagnetic metal by itself, some alloys exhibit ferromagnetism, and typical examples thereof include Cu 2 MnAl (Heusler alloy), MnAl, MnBi, and the like. The present invention can be applied to any of the backing plates for sputtering targets made of these ferromagnetic materials.
[0008]
As the backing plate, oxygen-free copper is usually used. In addition, an Al alloy is used for weight reduction, or a titanium alloy is used in a special case.
[0009]
The high magnetic permeability material in the present invention needs to have a magnetic permeability higher than at least the target, and preferably has a magnetic permeability of 50 or more.
In general, a so-called soft magnetic material, which has a high magnetic permeability and is easily magnetized, is suitable. Typical examples of the soft magnetic material include Fe alloys, such as permalloy (Fe—Ni alloy), pure iron, silicon steel plates, and the like.
[0010]
In order to suppress the spread of the lines of magnetic force in the case of a ferromagnetic target, a high permeability material may be disposed within the locus of the lines of magnetic force. However, depending on the arrangement, the leakage of magnetic field lines to the target surface is reduced, which adversely affects the generation and maintenance of plasma. As a method of arranging the high magnetic permeability material, a magnetic permeability line is not leaked from other than the sputtering surface of the target by arranging the high magnetic permeability material in a ring shape on the side of the backing plate or the lower part of the outer peripheral portion of the bonding surface with the backing plate. It is important to do so.
[0011]
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an example in which a high magnetic permeability material is arranged in a ring shape on the side surface of a backing plate. FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing an example in which a high magnetic permeability material is arranged in a ring shape at the lower part of the outer peripheral portion of the bonding surface with the backing plate target.
The magnetic field lines that are bent and spread due to the influence of the ferromagnetic target are concentrated on the high magnetic permeability material arranged in the vicinity of the S pole, so that it is possible to effectively prevent the magnetic field lines from spreading. Furthermore, since the magnetic field lines that have passed through the high permeability material at one end do not leak to the outside, it is possible to prevent leakage to other than the sputtering surface.
[0012]
The ring-shaped member made of a high magnetic permeability material may be bonded to the backing plate by a method such as welding, brazing, or diffusion bonding, or may be fixed to the backing plate by a method such as screwing.
Thus, the backing plate in which the ring-shaped high magnetic permeability material is disposed on the side surface or the lower portion of the outer peripheral portion is bonded to the ferromagnetic target to form a target / backing plate assembly.
[0013]
【Example】
(Example 1)
A high purity cobalt target having a diameter of 33 cm and a thickness of 3 mm was prepared as a ferromagnetic target.
A ring-shaped member (thickness 5 mm) made of Ni-Fe (permeability: 100), which is a high magnetic permeability material, was joined to the side surface of an oxygen-free copper backing plate having a diameter of 36 cm by welding.
The backing plate having the high magnetic permeability material disposed on the side surface and the high purity cobalt target were bonded and integrated by brazing to obtain a target / backing plate assembly.
This target / backing plate assembly was mounted on a magnetron sputtering apparatus, and a magnetron sputtering film formation test was performed.
There were virtually no magnetic field lines leaking from other than the sputtering surface of the target.
The sputtering conditions are as follows.
Ar gas pressure: 10mTorr
Input power: 1kW
Substrate distance: 50mm
Target shield: The amount of impurities in the high purity cobalt thin film formed by stainless sputtering was measured. Table 1 shows the results.
[0014]
[Table 1]
In the thin film, impurities such as copper, which is the backing plate material, and Ti, Al, Fe, Ni, Cr, which are the peripheral parts materials, were hardly seen.
[0016]
(Comparative Example 1)
A high-purity cobalt sputtering target / backing plate assembly was prepared in exactly the same manner as in Example 1 except that the high permeability material was not attached to the backing plate, and this target / backing plate assembly was attached to the magnetron sputtering apparatus. A magnetron sputter film formation test was conducted.
Magnetic field lines leaked from other than the sputtering surface of the target.
Table 1 shows the measurement results of the amount of impurities in the high-purity cobalt thin film formed by sputtering when Ti, Al, and stainless steel are used as the target shield.
[0017]
As can be seen from the comparison with the case of Example 1, impurities such as Fe, Ni, and Cr, which are thought to be caused by copper as the backing plate material, Ti, Al, and stainless steel as the peripheral parts material, are mixed in the thin film. Was.
[0018]
【The invention's effect】
According to the present invention, when a ferromagnetic target is magnetron sputtered, the spread of magnetic lines of force can be suppressed, and the leakage of magnetic lines of force to other than the sputtering surface can be eliminated.
This can effectively prevent erosion of parts in the vicinity of the target and the backing plate caused by leakage magnetic field lines, which has been a problem in the past, and can prevent impurity elements other than the target from being mixed into the sputtered film. Is possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an example in which a high magnetic permeability material is arranged in a ring shape on a side surface of a backing plate in the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing an example in which a high magnetic permeability material according to the present invention is arranged in a ring shape at the lower part of the outer peripheral portion of the bonding surface with the backing plate target.
[Explanation of symbols]
1
Claims (4)
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|---|---|---|---|
| JP04289197A JP4353323B2 (en) | 1997-02-13 | 1997-02-13 | Ferromagnetic target backing plate and ferromagnetic target / backing plate assembly |
Publications (2)
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| JPH10219446A JPH10219446A (en) | 1998-08-18 |
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|---|---|---|---|---|
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- 1997-02-13 JP JP04289197A patent/JP4353323B2/en not_active Expired - Fee Related
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