JP3972719B2

JP3972719B2 - Ｃｏ系スパッタリングターゲットの製造方法

Info

Publication number: JP3972719B2
Application number: JP2002113529A
Authority: JP
Inventors: 健司渡部; 昌高勝見
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 2002-04-16
Filing date: 2002-04-16
Publication date: 2007-09-05
Anticipated expiration: 2022-04-16
Also published as: JP2003306751A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コバルトからなるＣｏ系スパッタリングターゲットの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コバルトまたはコバルト基合金を熱間加工して所要の板形状に成形したスパッタリングターゲットは、スパッタ面と平行な方向の透磁率が大きく且つスパッタ面に垂直な方向の透磁率が小さくなる。
この結果、係るターゲットの裏面に配置した磁石から当該ターゲットのスパッタ面に垂直な方向に沿って放射される磁束漏洩量が少なくなるため、Ａｒ^＋イオンの補足率が低下する。これにより、スパッタリング速度が低下する。また、最悪の場合、スパッタリングに必要な放電(電界)の維持が困難となり、対向するアノードであるワークの表面に所要の薄膜を成膜できなくなる。
【０００３】
上記問題を解決するため、高純度コバルトを熱間加工して所要の板形状に成形した成形体に対して、冷間加工および温間加工の少なくとも一方を施し且つ再結晶させないで加工集合組織のままとしたコバルトスパッタリングターゲットも提案されている(特開平９−２７２９７０号公報参照)。
例えば、上記高純度コバルトの成形体に温間圧延や冷間圧延を施して加工集合組織とすることにより、圧延面にコバルトの金属格子における(００２)面が強く配向し、圧延面と垂直な面には上記(００２)面と直角の(１００)面が強く配向される。この結果、透磁率μが大きい磁化容易方向(軸)を、追ってスパッタ面となる圧延面と垂直な方向とし、且つ透磁率μが小さい磁化難易方向をスパッタ面と平行とした磁気異方性を付与することが可能となる。
【０００４】
しかしながら、前記高純度コバルトの成形体に対して温間圧延などを行うのみでは、得られるターゲットの磁気異方性が不十分であるため、スパッタリングを安定して行なえない場合がある、という問題があった。
しかも、前記高純度コバルトの成形体に強圧下の温間圧延を施すと、得られるターゲットの表面や縁にヒビ割れが生じたり、係る成形体に反りが生じ、上記成形体に温間圧延を施し更に冷間圧延を施しても、上記同様のヒビ割れが生じ且つ大きな反りが発生するため仕上げ加工が困難となる、という問題もあった。
【０００５】
【発明が解決すべき課題】
本発明は、以上にて説明した従来の技術における問題点を解決し、高い磁気異方性を有し且つヒビ割れしにくいコバルトからなるＣｏ系スパッタリングターゲットの製造方法を提供する、ことを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、熱間加工により所要の形状に成形されたコバルトまたはコバルト基合金の成形体に対し、相変態点未満の温度で温間加工し且つ熱処理を施して組織を均一化する、ことに着想して成されたものである。
即ち、本発明のＣｏ系スパッタリングターゲットの製造方法（請求項１）は、コバルトを１０５０〜１２５０℃で熱間加工して所要の形状の成形体に成形する成形工程と、係る成形体を、３７５℃以上で且つ４２２℃未満の温度域で、温間加工する温間加工工程と、係る温間加工後の成形体を上記温間加工と同じ温度域に加熱し且つ保持する熱処理工程と、からなる、ことを特徴とする。
【０００７】
これによれば、熱間加工により所要の形状に成形された成形体に対し、上記相変態点未満の温度域で温間加工および熱処理が施されるため、温間加工による加工誘起マルテンサイト変態により、残留している面心立方格子（ＦＣＣ）が稠密六方格子（ＨＣＰ）に変化する。この結果、スパッタ面にコバルトの（００２）面が強く配向され、スパッタ面と垂直な面には上記（００２）面と直角の（１００）面が強く配向される。更に、熱処理において、残っていた面心立方格子（ＦＣＣ）が稠密六方格子（ＨＣＰ）に更に変化するため、上記磁気異方性を一層促進することが可能となる。しかも、熱間加工で所要の形状に成形された成形体は、温間加工のみにおいて変形するため、表面や縁にヒビ割れが生じにくくなる。従って、高い磁気異方性を有し且つヒビ割れしにくいコバルトからなるＣｏ系スパッタリングターゲットを確実に提供することが可能となる。
【０００８】
尚、上記熱間加工には、熱間圧延や熱間鍛造などが含まれ、且つ熱間加工を前記温度範囲で行うとしたのは、十分な塑性加工を施すためである。
また、上記温間加工には、温間圧延や温間鍛造（例えば、据え込み鍛造）などが含まれる。
更に、前記コバルトの温度域の下限を３７５℃以上としたのは、これよりも低いと温間加工しにくくなり、一方、上限を４２２℃未満としたのは、４２２℃またはこれ以上になると、コバルトの組織が面心立方格子（ＦＣＣ）になり、磁気異方性の向上が期待できないためである。上記温度域の望ましい範囲は、３８０〜４１５℃である。
【０００９】
また、本発明には、前記熱処理工程は、前記温間加工工程後の成形体に残留している面心立方格子を稠密六方格子に変化させるものである、Ｃｏ系スパッタリングターゲットの製造方法（請求項２）も含まれる。
これによれば、前記温間加工後の成形体に残留している面心立方格子（ＦＣＣ）を稠密六方格子（ＨＣＰ）に変化させられるため、得られるターゲットの磁気異方性を一層促進することができる。
【００１０】
更に、本発明には、前記温間加工後のＣｏ系スパッタリングターゲットを直ちに熱処理炉内に装入し、前記温間加工と同じ温度で前記熱処理を連続して施す、Ｃｏ系スパッタリングターゲットの製造方法（請求項３）も含まれる。
これによれば、温間加工と熱処理とを連続して行え、温度制御が容易で且つ効率的に行うことができる。
【００１１】
加えて、本発明には、前記熱処理工程における保持時間は、前記成形体の厚み１ｃｍ当たり１時間以上である、Ｃｏ系スパッタリングターゲットの製造方法(請求項４)も含まれる。
これによれば、温間加工の後で未だ残留する面心立方格子(ＦＣＣ)を稠密六方格子(ＨＣＰ)に確実に変化させられるため、得られるターゲットの磁気異方性を確実に高めることができる。尚、上記熱処理の保持時間の上限は、約１０時間であり、これを越えても上記の効果が飽和し且つコスト高になるためである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下において、本発明の実施に好適な形態を説明する。
本発明に用いるコバルトは、純度９９．９％以上である。これは、スパッタリングにより得られる半導体デバイスに含まれる有害な不純物を最小限にするためである。上記コバルトの原料を、溶解してインゴットを得る。
上記溶解方法には、例えば真空誘導炉（以下、ＶＩＦとする）で溶解した後、真空アーク炉（以下、ＶＡＲとする）で精錬を行う方法などが用いられる。溶解されたコバルトは、所定のインゴットに鋳造される。
【００１３】
次に、コバルトのインゴットは、１０５０〜１２５０℃で熱間加工され、ターゲットとしての所要の形状、例えば長方形の板材(成形体)に成形される（成形工程）。係る熱間加工には、熱間圧延または熱間鍛造などが含まれ、上記温度域で例えば高い圧下率を伴う熱間圧延を行うことにより、所要の形状に確実に塑性加工することができる。
次いで、得られたコバルトの成形体を、αＣｏ相とεＣｏ相との間の相変態温度未満の温度域に保って温間加工を施す（温間加工工程）。コバルトの成形体には、３７５℃以上で４２２℃（α相・ε相間の）相変態温度未満、望ましくは３８０〜４１５℃が適用される。
尚、温間加工には、温間圧延または温間鍛造などが含まれる。また、後述する熱処理と同じ温度にすると熱効率の上で好ましくなる。更に、温間加工時の雰囲気は、大気中でも不活性ガスの何れであっても良い。
【００１４】
例えば、上記成形体に１５〜７０％の圧下率を伴う温間圧延を行った際には、加工誘起マルテンサイト変態が生じる。これにより、残留している面心立方格子(ＦＣＣ)が稠密六方格子(ＨＣＰ)に変化する。この結果、成形体の圧延された表面でもあるスパッタ面にコバルトの(００２)面が強く配向され、係るスパッタ面と垂直な面には上記(００２)面と直角の(１００)面が強く配向される。しかも、この温間加工のみを施すため、得られるターゲットの表面や縁にヒビ割れや反りが生じにくくなる。
【００１５】
そして、温間加工されたコバルトの成形体を、それらの相変態温度未満の温度域に加熱し、且つその厚み１ｃｍ当たり１〜１０時間保持する熱処理を行う（熱処理工程）。コバルトの成形体は、３７５℃〜４２２℃未満の温度域に加熱される。尚、前記温間加工と同じ温度を採用することにより、温間加工の後で直ちにこの熱処理を行うことができる。また、この熱処理は、大気または不活性ガス雰囲気とした例えば熱処理炉内で行われる。
係る熱処理により、上記成形体中に残っていた面心立方格子（ＦＣＣ）が稠密六方格子（ＨＣＰ）に変化するため、得られるターゲットの磁気異方性を一層促進することが可能となる。この結果、スパッタ面にコバルトの（００２）面が強く配向され、スパッタ面と垂直な面には上記（００２）面と直角の（１００）面が強く配向されたＣｏ系スパッタリングターゲットを確実に提供することができる。
【００１６】
【実施例】
以下において、本発明の具体的な実施例を比較例と併せて説明する。
ＶＩＦで溶解し且つＶＡＲで精錬する溶解法により、純度９９．９％のコバルトを溶製した。得られた純コバルトを１１５０℃に加熱して、熱間鍛造および熱間圧延(熱間加工)した後、酸化スケールを除去した。
更に、表１に示す条件による温間圧延(温間加工)を行うと共に、係る圧延後の成形体うち、一部を除いて表１に示す条件の熱処理を大気下で施した。但し、表１中の熱処理時間は、実際に熱処理に要した時間を示す。
尚、板厚は、所定の圧下率で圧延後に５ｍｍ(０．５ｃｍ)になるようにし、圧延材の両面を０．５ｍｍずつ仕上げ研削して、ターゲットに仕上げた。上記圧下率とは、温間圧延によるものだけを指す。
【００１７】
これらのうち、温間圧延の温度が３７５℃〜４２２℃未満で且つ熱処理の温度が３７５℃〜４２２℃未満であったものを、実施例１〜１２とした。
一方、温間圧延の温度が上記温度範囲外であったもの、熱処理を施さなかったもの、あるいは、熱処理温度が上記温度範囲外であったものを比較例１〜１４とした。各例の板材(ターゲット)について、Ｘ線回折を行うにより、予め熱処理工程の直前に測定してあった面心立方格子(ＦＣＣ)の(３１１)面ピーク強度と比較して、その増減率を算出した。その結果も表１に示した。
【００１８】
【表１】

【００１９】
また、各例の板材における圧延された表面、即ちスパッタ面と平行な方向における最大透磁率(μｍ)およびスパッタ面に垂直な方向における最大透磁率(μｍ)を測定した。これらの結果を表２に示した。更に、実施例１〜４，１１，１２および比較例１，２，５〜１４について、熱処理温度とスパッタ面に平行な方向における最大透磁率(μｍ)との関係を、図１(Ａ)のグラフによって示した。尚、図１(Ａ)のグラフにおいて、「実」は実施例を、「比」は比較例を示す。
表２および図１(Ａ)のグラフによれば、温間圧延の温度が４００℃で且つ熱処理温度が３７５〜４２０℃であった実施例１〜４，１１，１２は、最大透磁率が１３．５以下と低くなった。
係る結果は、表１における面心立方格子(ＦＣＣ)の(３１１)面ピーク強度比の減少率の大きい程、図１(Ａ)のグラフにおける透磁率が低くなったことを示し、前記熱処理の温度域による効果が裏付けられた。
【００２０】
加えて、実施例５〜１０および比較例３，４について、熱処理の時間とスパッタ面に平行な方向における最大透磁率(μｍ)との関係を、図１(Ｂ)のグラフによって示した。尚、図１(Ｂ)のグラフも、「実」は実施例を、「比」は比較例を示す。表２および図１(Ｂ)のグラフによれば、温間圧延の温度が４００℃で且つ熱処理時間を４００℃で１，５，１０時間と保持時間を長くする程、上記透磁率が低下したことが確認できた。
表２によれば、各実施例では、スパッタ面と平行な方向の最大透磁率(μｍ)が１３．５以下で且つ垂直な方向の最大透磁率が３７．５以上となった。
一方、各比較例は、スパッタ面と平行な方向の最大透磁率(μｍ)が１４．０以上で且つ垂直な方向の最大透磁率が３７．５以下であった。
【００２１】
【表２】

【００２２】
以上の実施例によれば、本発明によるＣｏ系スパッタリングターゲートの製造方法の作用が理解され且つその効果が裏付けられたことが明らかである。
本発明は、以上に説明した実施の形態および実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で変更することも可能である。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によるＣｏ系スパッタリングターゲートの製造方法（請求項１）によれば、熱間加工で成形された成形体に対し、相変態点未満の温度域で温間加工および熱処理が施される。このため、温間加工による加工誘起マルテンサイト変態により、残留している面心立方格子（ＦＣＣ）が稠密六方格子（ＨＣＰ）に変化すると共に、コバルトの（００２）面が加工面に沿って強く配向される。
この結果、スパッタ面にコバルトの（００２）面が強く配向され、スパッタ面と垂直な面には上記（００２）面と直角の（１００）面が強く配向される。更に、残っていた面心立方格子が稠密六方格子に熱処理で変化するため、上記磁気異方性を一層促進することが可能となる。しかも、熱間加工で所要の形状に成形された成形体は、温間加工のみにおいて変形するため、表面や縁にヒビ割れが生じにくくなる。従って、高い磁気異方性を有し且つヒビ割れしにくいコバルトからなるＣｏ系スパッタリングターゲットを確実に提供することが可能となる。
【００２４】
また、請求項２および請求項４の少なくとも一つの製造方法によれば、温間加工後の成形体における残留面心立方格子を稠密六方格子に変化させ且つその磁気異方性を確実に高めることができる。
更に、請求項３の製造方法によれば、温間加工した後、直ちに同様の温度の熱処理を連続して施されるため、温間加工と熱処理工程とを連続して行え、温度制御が容易となり且つ熱エネルギを効率的に活用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 (Ａ)は熱処理温度とスパッタ面に平行な方向における最大透磁率との関係を示すグラフ、(Ｂ)は熱処理時間と上記透磁率との関係を示すグラフ。

Claims

コバルトを１０５０〜１２５０℃で熱間加工して所要の形状の成形体に成形する成形工程と、
上記成形体を、３７５℃以上で且つ４２２℃未満の温度域で、温間加工する温間加工工程と、
上記温間加工後の成形体を上記温間加工と同じ温度域に加熱し且つ保持する熱処理工程と、からなる、
ことを特徴とするＣｏ系スパッタリングターゲットの製造方法。
前記熱処理工程は、前記温間加工工程後の成形体に残留している面心立方格子を稠密六方格子に変化させるものである、
請求項１に記載のＣｏ系スパッタリングターゲットの製造方法。
前記温間加工後のＣｏ系スパッタリングターゲットを直ちに熱処理炉内に装入し、前記温間加工と同じ温度で前記熱処理を連続して施す、
請求項１または２に記載のＣｏ系スパッタリングターゲットの製造方法。
前記熱処理工程における保持時間は、前記成形体の厚み１ｃｍ当たり１時間以上である、
請求項１乃至３の何れかに記載のＣｏ系スパッタリングターゲットの製造方法。