JP5502442B2 - マグネトロンスパッタカソード、マグネトロンスパッタ装置及び磁性デバイスの製造方法 - Google Patents
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Description
上述した図1、図2及び図3で示したターゲット10とカソード40を以下に示す大きさで作製した。
ターゲットの材質 鉄・コバルト合金
ターゲット10の直径 164mm
第1環状溝12幅×深さ 16mm×4mm
第2環状溝13幅×深さ 16mm×4mm
第2環状凸部21幅×高さ 10mm×10mm
第2環状凸部23幅×高さ 10mm×10mm
MR1=TR1 36mm
MR2=TR2 54mm
第2環状溝14と第4環状溝24との距離L 2mm
ターゲット10の厚みT 16mm
マグネット5、6の高さMT 30mm
マグネット材質 ネオジウム・鉄・ボロン合金(48MGOe)
本発明を適用することでターゲット上に水平磁場が発生していることを視覚的に説明すべく、上記ように作成したターゲット及びカソードを、モデリングし積分要素法によりシミュレーションした結果を図5に示す。なお、図5は、簡略のため、軸X−Xを通る断面図のうち、軸の半分側しか表示されていない。図1〜3に示すターゲットおよびカソードを用いると、図5に示すような磁力線形状となり、本実施例により溝部(第1環状溝12上、および第2環状溝14上)において、底面と実質的に平行な磁力線が形成していることが確認された。また、その磁束密度はどちらの環状溝にも放電に必要な磁場500ガウス以上が得られることを確認した。
本実施例では、平板のターゲット10のスパッタ面10aにカッタ等の機械加工によって、円筒状凸部11が形成されるように第1環状溝12を形成し、第1環状溝12から離間して第2環状溝14を形成する。これら溝形成により、第1環状溝12と第2環状溝14との間に残った部分が第1環状凸部13となり、第2環状溝14の外周部に残った部分が環状凸部15となる。
図6は、マグネトロンスパッタカソードの第2の実施例を説明する図である。図7は、図6に示すターゲット及びカソードを、積分要素法によりシミュレーションした結果を説明する図である。なお、図7は、簡略のため、軸X−Xを通る断面図のうち、軸の半分側しか表示されていない。
これは、ターゲット直径が140mm以下の場合には、このように溝を一つで形成しても、図7に示すように、溝部において、底面と実質的に平行な磁力線が形成していることが確認された。
図8はスパッタカソードの第3の実施例を説明する図である。図9は図8に示すターゲット及びカソードを、積分要素法によりシミュレーションした結果を説明する図である。なお、図9は、簡略のため軸X−Xを通る断面図のうち、軸の半分側しか表示されていない。本例では、図1に示すターゲットと異なり、ターゲットの内周側にある第1磁石5側で、かつ非スパッタ面10bに内側環状溝26と内側環状凸部27が設けられている。
図10は、本実施例のターゲット及びカソードを、積分要素法によりシミュレーションした結果を説明する図である。なお、図10は、簡略のため、軸X−Xを通る断面図のうち、軸の半分側しか表示されていない。図1に示すターゲットと異なり、本例におけるターゲットには、第4環状凸部25がない。このように第4環状凸部25をターゲットに形成しない場合、図10に示すように、溝部に底面と実質的に平行な磁力線が形成できない領域が存在するが、第3環状溝22により、ターゲット10内において、磁力線を局所的に集中させることができるので、溝部に底面と実質的に平行な磁力線が形成される領域を形成することができる。
図11は、本実施例のターゲット及びカソードを、積分要素法によりシミュレーションした結果を説明する図である。なお、図11には、簡略のため、軸X−Xを通る断面図のうち、軸の半分側しか表示されていない。図1に示すターゲットと異なり、本例におけるターゲットには、第3環状溝22がない。このように第3環状溝22をターゲットに形成しない場合、図11に示すように、溝部に底面と実質的に平行な磁力線が形成できない領域が存在するが、溝部に底面と実質的に平行な磁力線が形成される領域を形成することもできる。
図12は、本実施例のターゲット及びカソードを、積分要素法によりシミュレーションした結果を説明する図である。なお、図12には、簡略のため、軸X−Xを通る断面図のうち、軸の半分側しか表示されていない。本例は、図6及び図7で示した第2の実施例と基本的構成は同一であるが、ターゲットの直径を140mm以上とした点で相違する。このようにターゲットの直径を140mm以上として、ターゲットのスパッタ面に形成された環状溝が一つで、ターゲットの非スタッパ面に形成された環状凸部が一つである場合、図12に示すように、溝部に底面と実質的に平行な磁力線が形成できない領域が存在するが、溝部に底面と実質的に平行な磁力線が形成される領域を形成することもできる。
スパッタ装置55は、排気系303と接続された処理チャンバ300と、処理チャンバ300に設けられた強磁性材料からなるターゲット10を載置するためのカソード40と、処理チャンバ300に不活性ガス(例えば、アルゴン)などのプロセスガスを導入するためのガス導入手段307と、処理チャンバ300に設けられた基板ホルダ301と、を備えている。また、カソード40には、DC電源321及び整合回路317を介して高周波電源320が接続されている。なお、本発明に係るマグネトロンスパッタカソードは、基板と対向させて配置するいわゆる静止対向成膜に用いられるため、ターゲットを回転させる回転機構は不要である。なお、スパッタ装置55は、主にTMR素子を有するMRAM、GMR素子やTMR素子を有する磁気ヘッドや磁気センサなどの磁性デバイスを製造するために用いられる。
5 第1磁石
6 第2磁石
10 ターゲット
11 円状凸部
12 第1環状溝
13 第1環状凸部
14 第2環状溝
15 環状凸部
21 第2環状凸部
22 第3環状溝
23 第3環状凸部
24 第4環状溝
25 第4環状凸部
26 内側環状溝
27 内側環状凸部
40 カソード
Claims (7)
- ターゲットであって、
前記ターゲットの第1面に設けられた第1の環状溝と、
前記第1面と反対側にある前記ターゲットの第2面において、前記第1の環状溝に対向する位置に少なくとも設けられた第1の環状凸部と、
前記第2面の、前記第1の環状凸部の外側または内側の少なくとも一方に設けられた第2の環状溝と、
前記第2面の、前記第2の環状溝の外側または内側の少なくとも一方に設けられた第2の環状凸部と
を有する強磁性材料からなるターゲット、
前記ターゲットの前記第2面側であって、前記ターゲットの前記第1の環状溝の内側に位置する第1磁石、
前記ターゲットの前記第2面側であって、前記ターゲットの前記第1の環状溝の外側に位置し、磁化方向が第1磁石と逆向きである第2磁石、および、
前記第1磁石および前記第2磁石が配されたヨークを備え、
前記第1の環状溝、前記第2の環状溝、前記第1の環状凸部、および前記第2の環状凸部は、前記第1磁石および前記第2磁石の間に位置し、
前記第1磁石および前記第2磁石は、前記ヨークの前記第1磁石および前記第2磁石が配された面に垂直な方向に磁化していること
を特徴とするマグネトロンスパッタカソード。 - ターゲットであって、
前記ターゲットの第1面に設けられた第1の環状溝と、
前記第1面と反対側にある前記ターゲットの第2面において、前記第1の環状溝に対向する位置に少なくとも設けられた第1の環状凸部と、
前記第2面の、前記第1の環状凸部の外側または内側の少なくとも一方に設けられた第2の環状溝と、
前記第2面の、前記第2の環状溝の外側または内側の少なくとも一方に設けられた第2の環状凸部と
を有する強磁性材料からなるターゲット、
前記ターゲットの前記第2面側であって、前記ターゲットの前記第1の環状溝の内側に位置する第1磁石、及び、
前記ターゲットの前記第2面側であって、前記ターゲットの前記第1の環状溝の外側に位置する第2磁石を備え、
前記第1の環状溝、前記第2の環状溝、前記第1の環状凸部、および前記第2の環状凸部は、前記第1磁石および前記第2磁石の間に位置し、
前記第1磁石と前記第2磁石のどちらか一方は、前記第2の環状溝の深さ方向に磁化しており、前記第1磁石と前記第2磁石の他の一方は、前記深さ方向と逆の方向に磁化していること
を特徴とするマグネトロンスパッタカソード。 - 前記ターゲットと、前記第1磁石及び前記第2磁石との間にバッキングプレートが設けられていることを特徴とする請求項1または2に記載のマグネトロンスパッタカソード。
- 前記第1の環状溝と前記第2の環状溝との間の距離は、4mm以下であることを特徴とする請求項1または2に記載のマグネトロンスパッタカソード。
- 前記第1の環状溝の深さは、該第1の環状溝の溝幅より小さいことを特徴とする請求項1または2に記載のマグネトロンスパッタカソード。
- 処理チャンバと、
前記処理チャンバ内にプロセスガスを導入するためのガス導入手段と、
前記処理チャンバ内に設けられた基板ホルダと、
前記処理チャンバ内であって、前記基板ホルダと対向する位置に設けられた、請求項1乃至5のいずれか1項に記載のマグネトロンスパッタカソードと、を備えることを特徴とするマグネトロンスパッタ装置。 - 請求項6に記載のマグネトロンスパッタ装置を用いて磁性デバイスを製造することを特徴とする磁性デバイスの製造方法。
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