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
【課題】ターゲットが磁性体で厚かったり、ターゲットとして強磁性体を用いる場合であっても、ターゲットの表面に放電に必要な磁気トンネルを形成させるために十分な大きさの漏洩磁場を発生させることが可能な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を提供すること。
【解決手段】本発明のマグネトロンスパッタカソードは、ターゲット１０のスパッタ面１０ａに設けられた第２環状溝１４と、ターゲット１０の非スパッタ面１０ｂに設けられた第３環状凸部２３と、非スパッタ面１０ｂの、第３環状凸部２３の外側に設けられた第４環状溝２４と、非スパッタ面１０ｂの、第４環状溝２４の外側に設けられた第４環状凸部２５とを有するターゲットを備える。また、上記マグネトロンスパッタカソードは、非スパッタ面１０ｂ側に、第１磁石５、及び第１磁石５と極性の異なる第２磁石６を備える。
【解決手段】本発明のマグネトロンスパッタカソードは、ターゲット１０のスパッタ面１０ａに設けられた第２環状溝１４と、ターゲット１０の非スパッタ面１０ｂに設けられた第３環状凸部２３と、非スパッタ面１０ｂの、第３環状凸部２３の外側に設けられた第４環状溝２４と、非スパッタ面１０ｂの、第４環状溝２４の外側に設けられた第４環状凸部２５とを有するターゲットを備える。また、上記マグネトロンスパッタカソードは、非スパッタ面１０ｂ側に、第１磁石５、及び第１磁石５と極性の異なる第２磁石６を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＧＭＲ、ＴＭＲヘッドなどの磁気ヘッド製造プロセス、ＭＲＡＭ製造プロセス、高周波領域で使用可能な薄膜インダクタ製造プロセスなどにおいて、強磁性体材料を用いたスパッタリングプロセスが好んで用いられている。
【０００３】
スパッタリングプロセスのような真空における製造プロセスでは、ターゲット交換によるメンテナンスの時間を極力少なくすることで稼働率を向上させ、製造コストを低減することが従来から重要視されてきた。このような理由から、スパッタリングターゲットそのものの厚みを増やすことでターゲット寿命を延命させ、稼働率を高める方法が模索されている。
【０００４】
マグネトロンスパッタリングでは、スパッタリングターゲット放電面に閉回路状の磁気トンネルが形成できるように、スパッタリングターゲット後方にカソードマグネットを設置することが一般的である。
【０００５】
上記スパッタリングプロセス、特に磁気ヘッド製造プロセスでは、鉄・コバルト合金やニッケル・鉄合金などの強磁性材料からなるスパッタリングターゲットが用いられている。これらの強磁性体ターゲットは透磁率や飽和磁束密度が非常に高いので、強磁性体材料から成るスパッタリングターゲットの後方にカソードマグネットを設置しても、ほとんどの磁力線が強磁性体ターゲット内部を通ってしまうため、ターゲット放電面には磁気トンネルを形成できず、十分な磁場強度が得られない。
【０００６】
従来のスパッタリングカソードでは、上記のような問題を解決するため、ターゲット後方に載置されたカソードマグネットからターゲット前方へ磁力線を効率よく引き出すように、ターゲット形状を最適化する方法を採用している。
【０００７】
特許文献１は、ターゲットを補助ターゲットならびに主ターゲットの複数領域に分割して補助ターゲットの高さを主ターゲットの高さよりも高くすることで、補助ターゲット間に磁場を閉じ込めさせる方法を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特表２００５−５０９０９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に係る方法を飽和磁束密度が高い材料、例えば鉄・コバルト合金（飽和磁束密度２．４テスラ）のターゲットに適用して、漏洩磁場強度を求めるシミュレーションを行ったが、主ターゲット内にほとんどの磁力線が入り込んでしまい、主ターゲットの表面に実質的に平行な磁場強度は非常に小さくなってしまった。
【００１０】
このように、従来では、ターゲット寿命を長くして稼働率向上を図るためにターゲットの厚さを厚くすることが求められているが、ターゲットを厚くすればするほど、ターゲット放電面（スパッタ面）から漏洩する磁場は小さくなり、やがて該漏洩磁場は無くなる。すなわち、ターゲットの厚さを厚くすれば、ターゲットの寿命が延びるので、ターゲットの交換スパンも延びるので、稼働率は向上するが、ターゲットが厚くなることによりターゲットから漏洩する磁場が減少あるいは無くなってしまう。よって、従来では、ターゲット放電面に十分な磁場を形成することと、ターゲットの寿命を延ばすこととの双方を満たすには限界があった。
【００１１】
さらに、従来では、ターゲットとして透磁率や飽和磁束密度が高い強磁性体を用いる場合は、特許文献１に記載の方法を用いたとしても、ターゲット放電面の表面に十分な磁場を漏洩させることは難しかった。
【００１２】
そこで、本発明は、ターゲットが磁性体で厚かったり、ターゲットとして強磁性体を用いる場合であっても、ターゲットの表面に放電に必要な磁気トンネルを形成させるために十分な大きさの漏洩磁場を発生させることが可能な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を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
このような目的を達成するために、本発明の第１の態様は、マグネトロンスパッタカソードであって、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環状溝に対向する位置に少なくとも設けられた第１環状凸部と、前記第２面の、前記第１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環状溝と、前記第２面の、前記第２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環状凸部とを有するターゲット、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環状溝の外側に位置し、かつ前記第１磁石と極性の異なる第２磁石を備え、前記第１環状溝、前記第２環状溝、前記第１環状凸部、および前記第２環状凸部は、前記第１磁石および前記第２磁石の間に位置することを特徴とする。
【００１４】
本発明の第２の態様は、第１磁石および該第１磁石を囲むように配置され、該第１磁石と異なる磁性の第２磁石を備えるカソードに設けられるように構成されたターゲットであって、前記第１磁石と対向すべき第１の領域と、前記第２磁石と対向すべき第２の領域と、前記ターゲットの第１面に設けられた第１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環状溝に対向する位置に少なくとも設けられた第１環状凸部と、前記第２面の、前記第１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環状溝と、前記第２面の、前記第２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環状凸部とを備え、前記第１環状溝、前記第２環状溝、前記第１環状凸部、および前記第２環状凸部は、前記第１の領域および前記第２の領域の間に位置することを特徴とする。
【００１５】
本発明の第３の態様は、マグネトロンスパッタ装置であって、上記第１の態様に記載のマグネトロンスパッタカソードと、排気手段と、プロセスガスを導入するためのガス導入手段とを備えることを特徴とする。
【００１６】
本発明の第４の態様は、磁性デバイスの製造方法であって、上記第３の態様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。
【００１７】
こうすることにより、プラズマ空間側に設けられたターゲットの環状溝において径方向にトンネル状の磁力線を発生させることが可能になる。この磁力線と、環状溝の底面の電界によってプラズマが発生し、スパッタリングプロセスを行うことが可能になる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、ターゲット表面に実質的に平行な磁場を発生させることができるマグネトロンスパッタカソードを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係るスパッタカソードの構造を示す斜視断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るターゲットの上面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るスパッタカソードの構造を示す横断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るターゲットのエロージョンを説明する図である。
【図５】図１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。
【図６】本発明の一実施形態に係るスパッタカソードを説明する図である。
【図７】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。
【図８】本発明の一実施形態に係るスパッタカソードを説明する図である。
【図９】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。
【図１０】本発明の一実施形態に係る、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。
【図１１】本発明の一実施形態に係る、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。
【図１２】本発明の一実施形態に係る、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。
【図１３】本発明の一実施形態に係るマグネトロンスパッタカソードを備えるスパッタ装置を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１、図２及び図３を参照して、本発明に適用可能なマグネトロンスパッタカソードの構造について説明する。図１は、マグネトロンスパッタカソードの構造を示す斜視断面図である。図２は、ターゲットの上面図である。図３は、マグネトロンスパッタカソードの構造を示す横断面図である。
【００２１】
図１に示すように、マグネトロンスパッタカソード４０は、主なものとして円盤状ターゲット１０、ターゲット１０を取り付けるためのバッキングプレート３、ターゲット裏面中心部に位置するように設けられた円筒形状の第１磁石（例えばＳ極）５、及びターゲット裏面外周部に位置するように設けられ、第１磁石５とは極性の異なる環状の第２磁石（例えばＮ極）６を備えている。すなわち、ターゲット１０は、その中心部に第１磁石５と対向させる領域１０ｃと、上記中心部から径方向に所定距離だけ離れて、第２磁石と対向させる環状の領域１０ｄとを有する。従って、ターゲット１０がカソードに配置されると、第１磁石５上に領域１０ｃが位置し、第２磁石６上に領域１０ｄが位置することになる。
【００２２】
なお、第１磁石５は、円筒形状であり、第２磁石は第１磁石５の周囲を空間３０を隔てて包囲するように環状に配置されている。第１磁石５と第２磁石６は、極性が異なればよく、どちら一方がＮ極であれば、他方がＳ極になるように設定すればよい。例えば第１磁石５をＳ極とし、第２磁石６をＮ極とした場合、第２磁石６からターゲットの被スパッタ面を出て第１磁石５に向かう磁界は、ターゲット表面に実質的に平行になるように形成される。しかし、ターゲットとして強磁性材料を用いた場合、この磁界がターゲット内部を通ってしまい、ターゲット表面に実質的に平行な磁界を形成できない。そこで、本発明では、後述するようにターゲット形状を特徴付けている。
【００２３】
バッキングプレート３は、ステンレス又は銅等からなり、ターゲット１０とはインジウムでボンディングされている。また、バッキングプレート３は、ターゲット１０とは反対側で、第１磁石５と第２磁石６を固定している。また、第１磁石５と第２磁石６は、バッキングプレート３とは反対側でヨーク７に固定されている。
【００２４】
強磁性材料からなるターゲット１０のスパッタ面（第１面）１０ａには、第１環状溝１２と、第１環状溝１２の外側に設けられた第２環状溝１４と、第１環状溝１２と第２環状溝１４との間に設けられた第１環状凸部１３とが形成されている。また、ターゲット１０のスパッタ面（第１面）１０ａには、第１環状溝１１の内側（中心側）に円状凸部１１が形成されており、第２環状溝１４の外側（外周側）に環状凸部１５が形成されている。上記領域１０ｃは円状凸部１１に含まれ、上記領域１０ｄは環状凸部１５に含まれている。
【００２５】
一方、ターゲット１０の非スパッタ面（第２面）１０ｂには、第１環状溝１２に対向する第２面１０ｂの位置に少なくとも設けられた第２環状凸部２１と、第２環状凸部２１の外側で、第１環状凸部１３に対向する第２面１０ｂの位置に設けられた第３環状溝２２と、第３環状溝２２の外側で、第２環状溝１４に対向する第２面１０ｂの位置に少なくとも設けられた第３環状凸部２３と、第３環状凸部２３の外側に設けられた第４環状溝２４が形成されている。さらに、ターゲット１０の非スパッタ面（第２面）１０ｂには、円状凸部１１に対する第２面の位置に設けられた円状凹部２０、及び第４環状溝２４の外側に設けられた第４環状凸部２５が設けられている。
【００２６】
このように、スパッタ面１０ａにおいて、領域１０ｃと領域１０ｄとの間に、第１環状溝１２、第２環状溝１４、および第１環状凸部１３が形成されており、非スパッタ面１０ｂにおいて、第３環状溝２２、第４環状溝２４、第２環状凸部２１、第３環状凸部２３、および第４環状凸部２５が形成されている。
【００２７】
図２に示すように、ターゲット１０に形成された第１環状溝１２及び第２環状溝１４は、同軸Ｏを中心に形成されている。また、中心Ｏから第１環状溝１２の溝幅の中心との距離（ＭＲ１）と、図２からは明らかではないが、中心Ｏと第２環状凸部２１の凸幅の中心との距離（ＴＲ１）は、同一になるように設定されている。同様に、中心Ｏから第２環状溝１４の溝幅の中心との距離（ＭＲ２）と、図２からは明らかではないが、中心Ｏと第３環状凸部２３の凸幅の中心との距離（ＴＲ２）は、同一になるように設定されている。
【００２８】
また、図３に示すように、第１環状溝１２及び第２環状溝１４の溝の深さＤは、ぞれぞれの溝幅Ｗより小さくなるように形成されている。より好ましくは、第１環状溝１２及び第２環状溝１４の溝の深さＤは、それぞれ１０ｍｍ以下である。こうすることにより、溝の深さ方向に磁界が発生して、溝の側面が過度にスパッタされるのを防止することができる。
【００２９】
また、図３に示すように、第２環状溝１４と第４環状溝２４との距離Ｌ（中心Ｏからの所定の径方向において、第２環状溝１４の底面の最も外側部と第４環状溝２４の底面の最も内側部との間の距離Ｌ）は、４ｍｍ以下であるように設定されている。これは、これ以上にすると、第２磁石６からの磁界がターゲット内から、ターゲット表面に出にくくなり、ターゲット表面で実質的に平行な磁界を得るのは困難になるためである。
【００３０】
さらに、第１環状凸部１３の凸幅は、第３環状溝２２の溝幅より大きくなるように設定されている。こうすることで、図４に示すようにエロージョンを形成でき、ターゲットの利用効率を向上させることができる。第１環状凸部１３の凸幅を、第３環状溝２２の溝幅より小さくすると、エロージョンがターゲット側面を突き抜けて、側面のバッキングプレートがむき出しになってしまい、ターゲット交換頻度が高くなってしまう。
【００３１】
（第１の実施例）
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。
【００３２】
このように、本実施例では、ターゲット１０の、第１磁石５に対向する領域１０ｃと第２磁石６に対向する領域１０ｄとの間において、一方の磁石（図５では、第２磁石）と近接するように、第４環状凸部２５と、該第４環状凸部２５の、第２磁石６と反対側（第１磁石５側）に第４環状溝２４が形成されている。従って、第２磁石６から発生した磁力線は、磁性体であるターゲット１０の第４環状凸部２５に吸い込まれる。しかしながら、第４環状凸部２５の内側（第１磁石５側）には第４環状溝２４が形成されているので、ターゲット１０を構成する磁性体は上記第４環状溝２４の部分で不連続になる。よって、第４環状凸部２５から進入した磁力線のほとんどはターゲット１０の領域５０に集中する。磁性体に単位体積（単位面積）あたりの磁力線の最大通過数（「飽和磁力線数」と呼ぶことにする）は決まっているので、上記領域５０に進入する磁力線の数が、上記飽和磁力線数よりも多くなれば、磁力線はターゲット１０から漏洩することになる。この漏洩した磁力線のうち、スパッタ面１０ａ側に漏れた磁力線により、スパッタ面１０ａに対して平行な磁場が形成される。
【００３３】
すなわち、第４環状溝２４が形成されていない場合は、第４環状凸部２５からターゲット１０内に進入した磁力線は、ターゲットを構成する磁性体が不連続ではないので、磁性体で磁力線が局所的に集中すること無く、磁性体中に形成される。よって、ターゲットが厚い場合は、磁力線をスパッタ面１０ａから漏洩させることは難しい。しかしながら、本実施例では、磁力線を吸い込む構造の第４環状凸部２５の内側（第１磁石５側）に第４環状溝２４を形成してターゲット１０を構成する磁性体に不連続構造を作り、ターゲット内において磁力線を局所的に集中させている。磁力線を局所的に集中させることにより、スパッタに関わる領域である第３環状凸部２３の厚さが厚くても、磁力線をスパッタ面１０ａ側に漏洩させることができる。図４に示すように、第２環状凸部２１や第３環状凸部２３においてエロージョンが形成されるので、これらの厚さを厚くすることにより、ターゲットの寿命を延ばすことができる。すなわち、第２環状凸部２１や第環状凸部３の厚さを厚くすることによって、ターゲット１０の、寿命を考慮した実効的な厚さは厚くなる。よって、本実施例では、実効的にターゲット１０の厚さを厚くしても、スパッタ面１０ａにおいて放電に必要な磁気トンネルを形成するのに十分な漏洩磁場を発生することができる。
【００３４】
なお、本実施例では、スパッタ面１０ａの、第３環状凸部２３に対向する面に第２環状溝１４を形成しているので、領域５０をより狭くすることができ、該領域５０への局所的な磁力線の集中作用をより大きくすることができる。
【００３５】
また、上述のように、本実施例では、第４環状凸部２５および第４環状溝２４を形成することにより、広い領域（第４環状凸部２５）から進入した磁力線を、狭い領域（領域５０）に導く構成となる。よって、ターゲットの磁性材料に関わらずターゲット１０の領域５０の飽和磁力線数を超えた磁力線を領域５０に導くことができるので、ターゲット１０を強磁性体で構成しても、磁力線を上記領域５０から漏洩させることができる。よって、透磁率や飽和磁束密度が大きな強磁性体をターゲットとして用いても、第４環状凸部２５の大きさや、第４環状溝２４の深さ等を調節することにより、上記強磁性体の飽和磁力線数を超える磁力線を領域５０に集中させることができる。従って、強磁性体をターゲットとして用いても、スパッタ面１０ａにおいて放電に必要な磁気トンネルを形成するのに十分な漏洩磁場を発生することができる。
【００３６】
さて、通常、平行な磁力線が形成される距離（長さ）は、限られている。従って、例えば、第４環状溝２４と第１磁石５との間のターゲット１０部分が長い場合、第４環状溝２４および第４環状凸部２５とにより形成された磁場において、スパッタ面１０ａと平行では無い領域が形成されることがある。そこで、本実施例のように、第４環状溝２４の内側（第１磁石５側）に所定の距離だけ離間して第３環状溝２２を、第３環状凸部２３を形成するように設けることが好ましい。このように、第３環状溝２２を形成して再度磁力線を局所的に集中させることによって、上記と同様にして漏洩磁場を形成することができ、スパッタ面１０ａに平行な磁場を形成することができる。
【００３７】
このように、本発明において重要なことは、ターゲットの磁石と対向する面において、ターゲット内において磁力線を局所的に集中させるための構造を設けることである。そのために、本実施例では、広い範囲で磁力線を通過させるように構成されたターゲット領域と、狭い範囲で磁力線を通過させるように構成されたターゲット領域とを形成しており、該構成を形成するために、第４環状凸部２５および第４環状溝２４を設けている。すなわち、ターゲット１０の非スパッタ面１０ｂにおいて、第４環状溝２４を設けることによって、狭い範囲で磁力線が通過する領域５０と、広い範囲で磁力線が通過する第４環状凸部２５とが形成されることになるので、上述のように磁力線の局所的な集中が実現されるのである。
【００３８】
また、本実施例では、厚いターゲットの一方の面において、第４環状溝２４を通常の溝形成方法によって形成するだけで、厚い第３環状凸部２３、および磁力線を広い領域で通過させることができる第４環状凸部２５を形成することができる。よって、寿命を考慮した実効的なターゲット厚を厚くすることと、局所的な磁力線の集中とを簡便な方法で実現することができる。
【００３９】
なお、本実施例では、ターゲットの磁石と対向する面において、ターゲット内において磁力線を局所的に集中させるための構造を設けることを本質としているので、磁力線を再度局所的に集中させるための構造（例えば、第３環状溝２３）を設けなくてもよい（第２の実施例参照）。また、上記磁力線を再度局所的に集中させるための構造を設ける場合は、本実施例のように１つに限らず、２つ以上であっても良い。
【００４０】
ここで、本実施例に係るターゲット１０の作製方法を説明する。
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。
【００４１】
次いで、ターゲット１０の非スパッタ面１０ｂにおいて、円筒状凸部１１と対向する位置に、機械加工により円柱状の凹部を形成することにより、領域１０ｃを形成する。次いで、非スパッタ面１０ｂにおいて、第１環状凸部１３と対向する位置に、機械加工により第３環状溝２２を形成する。これにより残った部分が第２環状凸部２１となる。次いで、非スパッタ面１０ｂにおいて、第３環状溝２２から離間した領域であって、環状凸部１５と対向する領域に、機械加工により第４環状溝２４を形成する。これにより残った部分が第３環状凸部２３となる。なお、第４環状溝２４は、第３環状凸部２３の外側の壁面と、第２環状溝１４の外側の壁面とが一致するように形成することが好ましい。このようにすることで、領域５０を可能な限り狭くすることができる。次いで、非スパッタ面１０ｂにおいて、第４環状溝２４から離間して、機会加工により溝を形成することにより、領域１０ｄを形成する。これにより残った部分が第４環状凸部２５となる。
【００４２】
（第２の実施例）
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。
【００４３】
本例におけるターゲットは、図１に示すターゲットと異なり、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（ターゲットのスパッタ面と対向する面）に形成された環状凸部が一つである。すなわち、本実施例では、ターゲット１０は、ターゲット１０のスパッタ面１０ａに形成された第１環状溝１２と、ターゲット１０の非スパッタ面１０ｂにおいて、第１環状溝１２の外側に形成された第４環状溝２４と、該非スパッタ面１０ｂにおいて、第４環状溝２４の外側に形成された第４環状凸部２５とを備えている。
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。
【００４４】
（第３の実施例）
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。
【００４５】
このように環状凸部をターゲットの内側に形成しても、図９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。
【００４６】
（第４の実施例）
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。
【００４７】
すなわち、エロージョンが形成されスパッタが行われる第２環状凸部２１の厚さを厚くすることにより、ターゲットの実効的な厚さを厚くしたり、ターゲットの材料として強磁性体を用いても、該第環状凸部２１上にはスパッタ面１０ａと平行な磁場を形成することができる。
【００４８】
（第５の実施例）
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。
【００４９】
（第６の実施例）
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。
【００５０】
図１３を参照して、本発明に係るマグネトロンスパッタカソードを備えるスパッタ装置について、説明する。
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。
【００５１】
なお、本発明に適用可能なターゲット材料としては、鉄・コバルト合金、ニッケル・鉄合金などが挙げられる。
【符号の説明】
【００５２】
３ バッキングプレート
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
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＧＭＲ、ＴＭＲヘッドなどの磁気ヘッド製造プロセス、ＭＲＡＭ製造プロセス、高周波領域で使用可能な薄膜インダクタ製造プロセスなどにおいて、強磁性体材料を用いたスパッタリングプロセスが好んで用いられている。
【０００３】
スパッタリングプロセスのような真空における製造プロセスでは、ターゲット交換によるメンテナンスの時間を極力少なくすることで稼働率を向上させ、製造コストを低減することが従来から重要視されてきた。このような理由から、スパッタリングターゲットそのものの厚みを増やすことでターゲット寿命を延命させ、稼働率を高める方法が模索されている。
【０００４】
マグネトロンスパッタリングでは、スパッタリングターゲット放電面に閉回路状の磁気トンネルが形成できるように、スパッタリングターゲット後方にカソードマグネットを設置することが一般的である。
【０００５】
上記スパッタリングプロセス、特に磁気ヘッド製造プロセスでは、鉄・コバルト合金やニッケル・鉄合金などの強磁性材料からなるスパッタリングターゲットが用いられている。これらの強磁性体ターゲットは透磁率や飽和磁束密度が非常に高いので、強磁性体材料から成るスパッタリングターゲットの後方にカソードマグネットを設置しても、ほとんどの磁力線が強磁性体ターゲット内部を通ってしまうため、ターゲット放電面には磁気トンネルを形成できず、十分な磁場強度が得られない。
【０００６】
従来のスパッタリングカソードでは、上記のような問題を解決するため、ターゲット後方に載置されたカソードマグネットからターゲット前方へ磁力線を効率よく引き出すように、ターゲット形状を最適化する方法を採用している。
【０００７】
特許文献１は、ターゲットを補助ターゲットならびに主ターゲットの複数領域に分割して補助ターゲットの高さを主ターゲットの高さよりも高くすることで、補助ターゲット間に磁場を閉じ込めさせる方法を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特表２００５−５０９０９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に係る方法を飽和磁束密度が高い材料、例えば鉄・コバルト合金（飽和磁束密度２．４テスラ）のターゲットに適用して、漏洩磁場強度を求めるシミュレーションを行ったが、主ターゲット内にほとんどの磁力線が入り込んでしまい、主ターゲットの表面に実質的に平行な磁場強度は非常に小さくなってしまった。
【００１０】
このように、従来では、ターゲット寿命を長くして稼働率向上を図るためにターゲットの厚さを厚くすることが求められているが、ターゲットを厚くすればするほど、ターゲット放電面（スパッタ面）から漏洩する磁場は小さくなり、やがて該漏洩磁場は無くなる。すなわち、ターゲットの厚さを厚くすれば、ターゲットの寿命が延びるので、ターゲットの交換スパンも延びるので、稼働率は向上するが、ターゲットが厚くなることによりターゲットから漏洩する磁場が減少あるいは無くなってしまう。よって、従来では、ターゲット放電面に十分な磁場を形成することと、ターゲットの寿命を延ばすこととの双方を満たすには限界があった。
【００１１】
さらに、従来では、ターゲットとして透磁率や飽和磁束密度が高い強磁性体を用いる場合は、特許文献１に記載の方法を用いたとしても、ターゲット放電面の表面に十分な磁場を漏洩させることは難しかった。
【００１２】
そこで、本発明は、ターゲットが磁性体で厚かったり、ターゲットとして強磁性体を用いる場合であっても、ターゲットの表面に放電に必要な磁気トンネルを形成させるために十分な大きさの漏洩磁場を発生させることが可能な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を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
このような目的を達成するために、本発明の第１の態様は、マグネトロンスパッタカソードであって、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環状溝に対向する位置に少なくとも設けられた第１環状凸部と、前記第２面の、前記第１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環状溝と、前記第２面の、前記第２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環状凸部とを有するターゲット、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環状溝の外側に位置し、かつ前記第１磁石と極性の異なる第２磁石を備え、前記第１環状溝、前記第２環状溝、前記第１環状凸部、および前記第２環状凸部は、前記第１磁石および前記第２磁石の間に位置することを特徴とする。
【００１４】
本発明の第２の態様は、第１磁石および該第１磁石を囲むように配置され、該第１磁石と異なる磁性の第２磁石を備えるカソードに設けられるように構成されたターゲットであって、前記第１磁石と対向すべき第１の領域と、前記第２磁石と対向すべき第２の領域と、前記ターゲットの第１面に設けられた第１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環状溝に対向する位置に少なくとも設けられた第１環状凸部と、前記第２面の、前記第１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環状溝と、前記第２面の、前記第２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環状凸部とを備え、前記第１環状溝、前記第２環状溝、前記第１環状凸部、および前記第２環状凸部は、前記第１の領域および前記第２の領域の間に位置することを特徴とする。
【００１５】
本発明の第３の態様は、マグネトロンスパッタ装置であって、上記第１の態様に記載のマグネトロンスパッタカソードと、排気手段と、プロセスガスを導入するためのガス導入手段とを備えることを特徴とする。
【００１６】
本発明の第４の態様は、磁性デバイスの製造方法であって、上記第３の態様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。
【００１７】
こうすることにより、プラズマ空間側に設けられたターゲットの環状溝において径方向にトンネル状の磁力線を発生させることが可能になる。この磁力線と、環状溝の底面の電界によってプラズマが発生し、スパッタリングプロセスを行うことが可能になる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、ターゲット表面に実質的に平行な磁場を発生させることができるマグネトロンスパッタカソードを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係るスパッタカソードの構造を示す斜視断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るターゲットの上面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るスパッタカソードの構造を示す横断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るターゲットのエロージョンを説明する図である。
【図５】図１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。
【図６】本発明の一実施形態に係るスパッタカソードを説明する図である。
【図７】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。
【図８】本発明の一実施形態に係るスパッタカソードを説明する図である。
【図９】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。
【図１０】本発明の一実施形態に係る、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。
【図１１】本発明の一実施形態に係る、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。
【図１２】本発明の一実施形態に係る、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。
【図１３】本発明の一実施形態に係るマグネトロンスパッタカソードを備えるスパッタ装置を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１、図２及び図３を参照して、本発明に適用可能なマグネトロンスパッタカソードの構造について説明する。図１は、マグネトロンスパッタカソードの構造を示す斜視断面図である。図２は、ターゲットの上面図である。図３は、マグネトロンスパッタカソードの構造を示す横断面図である。
【００２１】
図１に示すように、マグネトロンスパッタカソード４０は、主なものとして円盤状ターゲット１０、ターゲット１０を取り付けるためのバッキングプレート３、ターゲット裏面中心部に位置するように設けられた円筒形状の第１磁石（例えばＳ極）５、及びターゲット裏面外周部に位置するように設けられ、第１磁石５とは極性の異なる環状の第２磁石（例えばＮ極）６を備えている。すなわち、ターゲット１０は、その中心部に第１磁石５と対向させる領域１０ｃと、上記中心部から径方向に所定距離だけ離れて、第２磁石と対向させる環状の領域１０ｄとを有する。従って、ターゲット１０がカソードに配置されると、第１磁石５上に領域１０ｃが位置し、第２磁石６上に領域１０ｄが位置することになる。
【００２２】
なお、第１磁石５は、円筒形状であり、第２磁石は第１磁石５の周囲を空間３０を隔てて包囲するように環状に配置されている。第１磁石５と第２磁石６は、極性が異なればよく、どちら一方がＮ極であれば、他方がＳ極になるように設定すればよい。例えば第１磁石５をＳ極とし、第２磁石６をＮ極とした場合、第２磁石６からターゲットの被スパッタ面を出て第１磁石５に向かう磁界は、ターゲット表面に実質的に平行になるように形成される。しかし、ターゲットとして強磁性材料を用いた場合、この磁界がターゲット内部を通ってしまい、ターゲット表面に実質的に平行な磁界を形成できない。そこで、本発明では、後述するようにターゲット形状を特徴付けている。
【００２３】
バッキングプレート３は、ステンレス又は銅等からなり、ターゲット１０とはインジウムでボンディングされている。また、バッキングプレート３は、ターゲット１０とは反対側で、第１磁石５と第２磁石６を固定している。また、第１磁石５と第２磁石６は、バッキングプレート３とは反対側でヨーク７に固定されている。
【００２４】
強磁性材料からなるターゲット１０のスパッタ面（第１面）１０ａには、第１環状溝１２と、第１環状溝１２の外側に設けられた第２環状溝１４と、第１環状溝１２と第２環状溝１４との間に設けられた第１環状凸部１３とが形成されている。また、ターゲット１０のスパッタ面（第１面）１０ａには、第１環状溝１１の内側（中心側）に円状凸部１１が形成されており、第２環状溝１４の外側（外周側）に環状凸部１５が形成されている。上記領域１０ｃは円状凸部１１に含まれ、上記領域１０ｄは環状凸部１５に含まれている。
【００２５】
一方、ターゲット１０の非スパッタ面（第２面）１０ｂには、第１環状溝１２に対向する第２面１０ｂの位置に少なくとも設けられた第２環状凸部２１と、第２環状凸部２１の外側で、第１環状凸部１３に対向する第２面１０ｂの位置に設けられた第３環状溝２２と、第３環状溝２２の外側で、第２環状溝１４に対向する第２面１０ｂの位置に少なくとも設けられた第３環状凸部２３と、第３環状凸部２３の外側に設けられた第４環状溝２４が形成されている。さらに、ターゲット１０の非スパッタ面（第２面）１０ｂには、円状凸部１１に対する第２面の位置に設けられた円状凹部２０、及び第４環状溝２４の外側に設けられた第４環状凸部２５が設けられている。
【００２６】
このように、スパッタ面１０ａにおいて、領域１０ｃと領域１０ｄとの間に、第１環状溝１２、第２環状溝１４、および第１環状凸部１３が形成されており、非スパッタ面１０ｂにおいて、第３環状溝２２、第４環状溝２４、第２環状凸部２１、第３環状凸部２３、および第４環状凸部２５が形成されている。
【００２７】
図２に示すように、ターゲット１０に形成された第１環状溝１２及び第２環状溝１４は、同軸Ｏを中心に形成されている。また、中心Ｏから第１環状溝１２の溝幅の中心との距離（ＭＲ１）と、図２からは明らかではないが、中心Ｏと第２環状凸部２１の凸幅の中心との距離（ＴＲ１）は、同一になるように設定されている。同様に、中心Ｏから第２環状溝１４の溝幅の中心との距離（ＭＲ２）と、図２からは明らかではないが、中心Ｏと第３環状凸部２３の凸幅の中心との距離（ＴＲ２）は、同一になるように設定されている。
【００２８】
また、図３に示すように、第１環状溝１２及び第２環状溝１４の溝の深さＤは、ぞれぞれの溝幅Ｗより小さくなるように形成されている。より好ましくは、第１環状溝１２及び第２環状溝１４の溝の深さＤは、それぞれ１０ｍｍ以下である。こうすることにより、溝の深さ方向に磁界が発生して、溝の側面が過度にスパッタされるのを防止することができる。
【００２９】
また、図３に示すように、第２環状溝１４と第４環状溝２４との距離Ｌ（中心Ｏからの所定の径方向において、第２環状溝１４の底面の最も外側部と第４環状溝２４の底面の最も内側部との間の距離Ｌ）は、４ｍｍ以下であるように設定されている。これは、これ以上にすると、第２磁石６からの磁界がターゲット内から、ターゲット表面に出にくくなり、ターゲット表面で実質的に平行な磁界を得るのは困難になるためである。
【００３０】
さらに、第１環状凸部１３の凸幅は、第３環状溝２２の溝幅より大きくなるように設定されている。こうすることで、図４に示すようにエロージョンを形成でき、ターゲットの利用効率を向上させることができる。第１環状凸部１３の凸幅を、第３環状溝２２の溝幅より小さくすると、エロージョンがターゲット側面を突き抜けて、側面のバッキングプレートがむき出しになってしまい、ターゲット交換頻度が高くなってしまう。
【００３１】
（第１の実施例）
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。
【００３２】
このように、本実施例では、ターゲット１０の、第１磁石５に対向する領域１０ｃと第２磁石６に対向する領域１０ｄとの間において、一方の磁石（図５では、第２磁石）と近接するように、第４環状凸部２５と、該第４環状凸部２５の、第２磁石６と反対側（第１磁石５側）に第４環状溝２４が形成されている。従って、第２磁石６から発生した磁力線は、磁性体であるターゲット１０の第４環状凸部２５に吸い込まれる。しかしながら、第４環状凸部２５の内側（第１磁石５側）には第４環状溝２４が形成されているので、ターゲット１０を構成する磁性体は上記第４環状溝２４の部分で不連続になる。よって、第４環状凸部２５から進入した磁力線のほとんどはターゲット１０の領域５０に集中する。磁性体に単位体積（単位面積）あたりの磁力線の最大通過数（「飽和磁力線数」と呼ぶことにする）は決まっているので、上記領域５０に進入する磁力線の数が、上記飽和磁力線数よりも多くなれば、磁力線はターゲット１０から漏洩することになる。この漏洩した磁力線のうち、スパッタ面１０ａ側に漏れた磁力線により、スパッタ面１０ａに対して平行な磁場が形成される。
【００３３】
すなわち、第４環状溝２４が形成されていない場合は、第４環状凸部２５からターゲット１０内に進入した磁力線は、ターゲットを構成する磁性体が不連続ではないので、磁性体で磁力線が局所的に集中すること無く、磁性体中に形成される。よって、ターゲットが厚い場合は、磁力線をスパッタ面１０ａから漏洩させることは難しい。しかしながら、本実施例では、磁力線を吸い込む構造の第４環状凸部２５の内側（第１磁石５側）に第４環状溝２４を形成してターゲット１０を構成する磁性体に不連続構造を作り、ターゲット内において磁力線を局所的に集中させている。磁力線を局所的に集中させることにより、スパッタに関わる領域である第３環状凸部２３の厚さが厚くても、磁力線をスパッタ面１０ａ側に漏洩させることができる。図４に示すように、第２環状凸部２１や第３環状凸部２３においてエロージョンが形成されるので、これらの厚さを厚くすることにより、ターゲットの寿命を延ばすことができる。すなわち、第２環状凸部２１や第環状凸部３の厚さを厚くすることによって、ターゲット１０の、寿命を考慮した実効的な厚さは厚くなる。よって、本実施例では、実効的にターゲット１０の厚さを厚くしても、スパッタ面１０ａにおいて放電に必要な磁気トンネルを形成するのに十分な漏洩磁場を発生することができる。
【００３４】
なお、本実施例では、スパッタ面１０ａの、第３環状凸部２３に対向する面に第２環状溝１４を形成しているので、領域５０をより狭くすることができ、該領域５０への局所的な磁力線の集中作用をより大きくすることができる。
【００３５】
また、上述のように、本実施例では、第４環状凸部２５および第４環状溝２４を形成することにより、広い領域（第４環状凸部２５）から進入した磁力線を、狭い領域（領域５０）に導く構成となる。よって、ターゲットの磁性材料に関わらずターゲット１０の領域５０の飽和磁力線数を超えた磁力線を領域５０に導くことができるので、ターゲット１０を強磁性体で構成しても、磁力線を上記領域５０から漏洩させることができる。よって、透磁率や飽和磁束密度が大きな強磁性体をターゲットとして用いても、第４環状凸部２５の大きさや、第４環状溝２４の深さ等を調節することにより、上記強磁性体の飽和磁力線数を超える磁力線を領域５０に集中させることができる。従って、強磁性体をターゲットとして用いても、スパッタ面１０ａにおいて放電に必要な磁気トンネルを形成するのに十分な漏洩磁場を発生することができる。
【００３６】
さて、通常、平行な磁力線が形成される距離（長さ）は、限られている。従って、例えば、第４環状溝２４と第１磁石５との間のターゲット１０部分が長い場合、第４環状溝２４および第４環状凸部２５とにより形成された磁場において、スパッタ面１０ａと平行では無い領域が形成されることがある。そこで、本実施例のように、第４環状溝２４の内側（第１磁石５側）に所定の距離だけ離間して第３環状溝２２を、第３環状凸部２３を形成するように設けることが好ましい。このように、第３環状溝２２を形成して再度磁力線を局所的に集中させることによって、上記と同様にして漏洩磁場を形成することができ、スパッタ面１０ａに平行な磁場を形成することができる。
【００３７】
このように、本発明において重要なことは、ターゲットの磁石と対向する面において、ターゲット内において磁力線を局所的に集中させるための構造を設けることである。そのために、本実施例では、広い範囲で磁力線を通過させるように構成されたターゲット領域と、狭い範囲で磁力線を通過させるように構成されたターゲット領域とを形成しており、該構成を形成するために、第４環状凸部２５および第４環状溝２４を設けている。すなわち、ターゲット１０の非スパッタ面１０ｂにおいて、第４環状溝２４を設けることによって、狭い範囲で磁力線が通過する領域５０と、広い範囲で磁力線が通過する第４環状凸部２５とが形成されることになるので、上述のように磁力線の局所的な集中が実現されるのである。
【００３８】
また、本実施例では、厚いターゲットの一方の面において、第４環状溝２４を通常の溝形成方法によって形成するだけで、厚い第３環状凸部２３、および磁力線を広い領域で通過させることができる第４環状凸部２５を形成することができる。よって、寿命を考慮した実効的なターゲット厚を厚くすることと、局所的な磁力線の集中とを簡便な方法で実現することができる。
【００３９】
なお、本実施例では、ターゲットの磁石と対向する面において、ターゲット内において磁力線を局所的に集中させるための構造を設けることを本質としているので、磁力線を再度局所的に集中させるための構造（例えば、第３環状溝２３）を設けなくてもよい（第２の実施例参照）。また、上記磁力線を再度局所的に集中させるための構造を設ける場合は、本実施例のように１つに限らず、２つ以上であっても良い。
【００４０】
ここで、本実施例に係るターゲット１０の作製方法を説明する。
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。
【００４１】
次いで、ターゲット１０の非スパッタ面１０ｂにおいて、円筒状凸部１１と対向する位置に、機械加工により円柱状の凹部を形成することにより、領域１０ｃを形成する。次いで、非スパッタ面１０ｂにおいて、第１環状凸部１３と対向する位置に、機械加工により第３環状溝２２を形成する。これにより残った部分が第２環状凸部２１となる。次いで、非スパッタ面１０ｂにおいて、第３環状溝２２から離間した領域であって、環状凸部１５と対向する領域に、機械加工により第４環状溝２４を形成する。これにより残った部分が第３環状凸部２３となる。なお、第４環状溝２４は、第３環状凸部２３の外側の壁面と、第２環状溝１４の外側の壁面とが一致するように形成することが好ましい。このようにすることで、領域５０を可能な限り狭くすることができる。次いで、非スパッタ面１０ｂにおいて、第４環状溝２４から離間して、機会加工により溝を形成することにより、領域１０ｄを形成する。これにより残った部分が第４環状凸部２５となる。
【００４２】
（第２の実施例）
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。
【００４３】
本例におけるターゲットは、図１に示すターゲットと異なり、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（ターゲットのスパッタ面と対向する面）に形成された環状凸部が一つである。すなわち、本実施例では、ターゲット１０は、ターゲット１０のスパッタ面１０ａに形成された第１環状溝１２と、ターゲット１０の非スパッタ面１０ｂにおいて、第１環状溝１２の外側に形成された第４環状溝２４と、該非スパッタ面１０ｂにおいて、第４環状溝２４の外側に形成された第４環状凸部２５とを備えている。
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。
【００４４】
（第３の実施例）
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。
【００４５】
このように環状凸部をターゲットの内側に形成しても、図９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。
【００４６】
（第４の実施例）
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。
【００４７】
すなわち、エロージョンが形成されスパッタが行われる第２環状凸部２１の厚さを厚くすることにより、ターゲットの実効的な厚さを厚くしたり、ターゲットの材料として強磁性体を用いても、該第環状凸部２１上にはスパッタ面１０ａと平行な磁場を形成することができる。
【００４８】
（第５の実施例）
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。
【００４９】
（第６の実施例）
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。
【００５０】
図１３を参照して、本発明に係るマグネトロンスパッタカソードを備えるスパッタ装置について、説明する。
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。
【００５１】
なお、本発明に適用可能なターゲット材料としては、鉄・コバルト合金、ニッケル・鉄合金などが挙げられる。
【符号の説明】
【００５２】
３ バッキングプレート
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
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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環状溝に対向する位置に少なくとも設けられた第１環状凸部と、
前記第２面の、前記第１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環状溝と、
前記第２面の、前記第２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環状凸部と
を有するターゲット、
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環状溝の外側に位置し、かつ前記第１磁石と極性の異なる第２磁石を備え、
前記第１環状溝、前記第２環状溝、前記第１環状凸部、および前記第２環状凸部は、前記第１磁石および前記第２磁石の間に位置することを特徴とするマグネトロンスパッタカソード。
【請求項２】
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に記載のマグネトロンスパッタカソード。
【請求項３】
前記第１環状溝と前記第２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に記載のマグネトロンスパッタカソード。
【請求項４】
前記第１環状溝の深さは、該第１環状溝の溝幅より小さいことを特徴とする請求項１に記載のマグネトロンスパッタカソード。
【請求項５】
第１磁石および該第１磁石を囲むように配置され、該第１磁石と異なる磁性の第２磁石を備えるカソードに設けられるように構成されたターゲットであって、
前記第１磁石と対向すべき第１の領域と、
前記第２磁石と対向すべき第２の領域と、
前記ターゲットの第１面に設けられた第１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環状溝に対向する位置に少なくとも設けられた第１環状凸部と、
前記第２面の、前記第１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環状溝と、
前記第２面の、前記第２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環状凸部とを備え、
前記第１環状溝、前記第２環状溝、前記第１環状凸部、および前記第２環状凸部は、前記第１の領域および前記第２の領域の間に位置することを特徴とするターゲット。
【請求項６】
請求項１に記載のマグネトロンスパッタカソードと、
排気手段と、
プロセスガスを導入するためのガス導入手段と
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７】
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６に記載のマグネトロンスパッタ装置。
【請求項８】
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。
【請求項１】
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環状溝に対向する位置に少なくとも設けられた第１環状凸部と、
前記第２面の、前記第１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環状溝と、
前記第２面の、前記第２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環状凸部と
を有するターゲット、
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環状溝の外側に位置し、かつ前記第１磁石と極性の異なる第２磁石を備え、
前記第１環状溝、前記第２環状溝、前記第１環状凸部、および前記第２環状凸部は、前記第１磁石および前記第２磁石の間に位置することを特徴とするマグネトロンスパッタカソード。
【請求項２】
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に記載のマグネトロンスパッタカソード。
【請求項３】
前記第１環状溝と前記第２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に記載のマグネトロンスパッタカソード。
【請求項４】
前記第１環状溝の深さは、該第１環状溝の溝幅より小さいことを特徴とする請求項１に記載のマグネトロンスパッタカソード。
【請求項５】
第１磁石および該第１磁石を囲むように配置され、該第１磁石と異なる磁性の第２磁石を備えるカソードに設けられるように構成されたターゲットであって、
前記第１磁石と対向すべき第１の領域と、
前記第２磁石と対向すべき第２の領域と、
前記ターゲットの第１面に設けられた第１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環状溝に対向する位置に少なくとも設けられた第１環状凸部と、
前記第２面の、前記第１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環状溝と、
前記第２面の、前記第２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環状凸部とを備え、
前記第１環状溝、前記第２環状溝、前記第１環状凸部、および前記第２環状凸部は、前記第１の領域および前記第２の領域の間に位置することを特徴とするターゲット。
【請求項６】
請求項１に記載のマグネトロンスパッタカソードと、
排気手段と、
プロセスガスを導入するためのガス導入手段と
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７】
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６に記載のマグネトロンスパッタ装置。
【請求項８】
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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１０−２２２６９８（Ｐ２０１０−２２２６９８Ａ）
【公開日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２７６６８９（Ｐ２００９−２７６６８９）
【出願日】平成２１年１２月４日（２００９．１２．４）
【出願人】（０００２２７２９４）キヤノンアネルバ株式会社 (564)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月４日（２００９．１２．４）
【出願人】（０００２２７２９４）キヤノンアネルバ株式会社 (564)
【Ｆターム（参考）】
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