JPH02200775A - スパッタリング用ターゲットおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野〕 本発明は基板表面にターゲット原子を付着させ薄膜を形
成するスパッタリングに用いられるターゲット、および
その製造方法に関するものである。

〔発明の背景〕

スパッタリングとは所定の基板表面に所定の材料の簿膜
を形成させる方法の一つであり、アルゴンガスのような
不活性ガス雰囲気下に基板とターゲットと呼ばれる薄膜
材料とを対向させ、該基板を陽極とし該ターゲットを陰
極として高電圧を印加することにより電気力線の向きが
該ターゲットの表面（スパッタ面）に対して垂直である
電界を形成し、このような電界空間内では不活性ガス原
子の一部が不活性ガス陽イオンと電子に電離し、この電
子が加速させられて、さらに該不活性ガス原子と衝突し
てプラズマが形成され、該プラズマ中の陽イオンが陰極
であるターゲットのスパッタ面に衝突して、該ターゲッ
トを構成する原子がエネルギーを受けてスパッタ面から
突出し、陽極である基板表面に付着して薄膜を形成する
のである。

マグネトロンスパッタリングと云うのは該ターゲットの
裏面に磁石を配置してスパッタリングを行なう方法であ
って、該磁石によってターゲットのスパッタ面近傍に磁
力線の向きが上記電界の電気力線の向きに直交する漏れ
磁界が形成される。

このような直交電磁界空間内においてはプラズマは安定
化されかつ高密度化されてスパッタリング速度が高めら
れるのである。

」二記マグネトロンスパッタリングにあってはしたがっ
てターゲットのスパッタ面近傍に形成される漏れ磁界の
強さを大とすることが望ましい。

〔従来の技術〕

従来は上記スパッタリングに用いられる特に強磁性体の
ターゲットとしではＧｏ、Ｇｏ−Ｎｉ合金、Ｇｏ−Ｎｕ
−Ｃｒ合金％Ｇｏ−Ｃｒ合金、Ｃｏ−Ｐｔ合金、Ｆｅ−
Ｎｉ合金、Ｆｅ−Ｃｏ合金等が材料として用いられ、該
ターゲットは上記材料を冷間または温間で圧延、鍛造、
押出等の塑性加工することによって製造されている（例
えば特開昭６３−２２７７７５号公報）。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながらこのような従来の製造方法にあってはター
ゲット内で結晶はほぼ等軸晶的となり、その結果該ター
ゲットは板厚がうすく、巨視的な形状異方性のために面
方向に磁化容易性を有するようになる。このような面方
向に磁化容易性を有するターゲットにおいては面方向の
磁気抵抗が小さくなり、ターゲット内を通る磁束が多く
なるので、ターゲットのスパッタ面から外部に漏れてく
る磁束の墓が相対的に少なく、充分強い漏れ磁界をター
ゲットのスパッタ面近傍に形成することが出来ず、マグ
ネトロン放電が効率的に起らなくなリマグネトロンスパ
ッタリングの特徴である高速性が失われてしまう上にタ
ーゲットの侵食が進むと漏れ磁界分布や大きさが大きく
変動し放電条件がシフトするなどして安定なスパッタリ
ングが出来にくくなる。

Ｃ課題を解決するための手段〕 本発明は一上記従来の課題を解決するための手段として
、マグネトロンスパッタリングのターゲットであり、板
厚方向に磁化容易性を有する強磁性体からなるス、バッ
タリング用ターゲットを提供するものである。

本発明に用いられるターゲットの材料としてはＣｏ、Ｃ
ｏ−Ｎ、ｉ合金、ＣｏＮｉ−Ｃｒ合金、　Ｇ　ｏ　−Ｃ
ｒ合金、ＣｏＣｒ−Ｔｏ金合金のＣＯ系合金、　Ｆｅ−
Ｎｉ合金、Ｆｅ−Ｃｏ合金、Ｆｅ−Ａｌ合金、Ｆｅ−８
ｉ合金、Ｆａ−Ｃ合金等のＦｅ系合金、Ｔｂ−Ｆｅ合金
、Ｇｄ−Ｃｏ合金、Ｇｄ−Ｔｈ−Ｆｅ合金、Ｔｂ−Ｆｅ
−Ｃｏ合金等の希土類系合金等の強磁性体が例示される
。Ｌ記ＣＯ系合金は主として磁気記録媒体として用いら
れ、上記Ｆｅ系合金は主として磁気ヘッドとして用いら
れ、上記希土類系合金は光磁気記録媒体として用いられ
る６ 本発明のターゲット・は上記強磁性体からなり板厚方向
に磁化容易性を有するものであるが、このようなターゲ
ットを製造するには鋳造法が適用される。即ち上記材料
の溶湯を鋳造型に注入して冷却固化し゛Ｃｕ造物を製造
するのであるが、この際、該仙造物の一面に当接する鋳
造型の型面部分を冷却すると、板厚方向に柱状晶が形成
され易くなる。

このような形状異方性によっ゛Ｃ鋳造物は板厚方向に磁
化容易性を有することになる。上記方法番Ｊ−代えて鋳
造型内に注入された溶湯を冷却固化する際。

板厚方向に強磁場を印加すると材料の磁気原子が板厚方
向に配列されその結果板厚方向に磁化容易性を有する鋳
造物が製造される。また上記二つの方法を合せ鋳造物の
一面に当接する鋳造型の型面部分を冷却するとともに板
厚方向に強磁場を印加して鋳造型内の溶湯を冷却固化し
て鋳造物を製造してもよい。

上記鋳造型により製造される鋳造物はターゲット形状に
してそのまヘタ−ゲットとして用いるか、あるいは一般
にはターゲットに近い形状としてその後切削等の機械加
工によりターゲット形状とする。このように鋳造法にお
いては鋳造物はターゲット形状もしくはターゲットに近
い形状にされるから材料に無駄がなくかつ機械加工も容
易に行なえる。

なお上記鋳造法にあっては鋳造物の酸化を防止するため
に望ましくはＬ　Ｘ　１０’−’　Ｔｏｒｒ以下の真空
状態としたり、アルゴンガス、ヘリウムガス等の不活性
ガス雰囲気としたり、水素ガス、−酸化炭素ガス等の還
元ガス雰囲気とする。不活性ガスまたは還元ガス雰囲気
とするには鋳造型周囲を一旦望ましくはＩ　Ｘ　１０’
″’Ｔｏｒｒ以下に排気した後不活性ガスまたは還元ガ
スを置換する。

〔作用〕

第１図に本発明のターゲット（１，）のセット状態を示
す。図において（２）は例えばＦ　ａ−１２Ｃｒ合金の
ような軟磁性材料からなるヨークであり、該ヨーク（２
）上に中心磁石（３）と周縁磁石（４）とが支持される
。そして該中心磁石（３）と周縁磁石（４）とはフェラ
イト、サマリウム−コバルト等の材料からなる永久磁石
や電磁石であり、その上にはバッキングプレート（５）
が乗架せられ、該バッキングプレート（５）」二にター
ゲット（１）が支持されている。そしてバッキングプレ
ート（５）、ヨーク（２）、磁石（３）、（４）によっ
て画定される空間（６）には冷却水が導入される。

上記のようにセットされたターゲット（１）において、
磁束は周縁磁石（４）のＮ極から出て中心磁石（３）の
Ｓ極へ至るのであるが、該磁束はＡに示すようにターゲ
ット（１）内を通るものとＢに示すようにターゲット（
１）のスパッタ面から漏れろものとがある。しかし本発
明のターゲット（１）は板厚方向に磁化容易性を有する
から板厚方向の磁気抵抗が面方向の磁気抵抗より相対的
に小さくなり、したがって漏れ磁束Ｂの址が相対的に大
きくなり、ターゲット（１）のスパッタ面付近に強い漏
れ磁界が形成されろ。該漏れ磁界の磁力線の方向は基板
とターゲット（１）間に印加される高電圧により形成さ
れる電界の電気力線の方向に直交する。このような直交
電磁界空間内においては磁界と電界との作用により電子
が旋回運動してスパッタリング雰囲気の不活性ガス原子
と衝突し放電してプラズマが形成される１強い漏れ磁界
においては該放電は効率的に起りプラズマはターゲット
（１）のスパッタ面付近に濃縮されて高密度化され、プ
ラズマ中の陽イオンは陰極であるターゲット（１）のス
パッタ面に高速度で衝突し、該陽イオンのエネルギーを
授受したターゲット（１）を構成する原子がスパッタ面
より飛び出して陽極である基板表面に付着して薄膜を形
成する。なお基板の材質は例えばガラス、セラミックス
、プラスチック等の絶縁体やＡ１合金等の金属等である
。

〔発明の効果〕

本発明は上記したようにターゲットとして板厚方向に磁
化容易性を有する強磁性体を用いるから。

強い漏れ磁界が形成されてターゲットのスパッタ面付近
に濃縮された高密度化のプラズマが生じ、スパッタリン
グ速度が高められる。即ち本発明においては雰囲気ガス
圧を低くしても放電が効率的に起るから雰囲気ガス圧を
低くして基材表面に形成される８１１１％に雰囲気ガス
の混入が防止されてｌ１便質が向上し、更に基材が高温
のプラズマに曝されなくなるから基材の温度セ、昇が抑
えられる。

〔実施例〕

以下実施例により其体的に説明するが１本発明はこれら
に限定されるものではない。

実施例１ 第２図に本実施例に用いたターゲットの製造装置を示す
。図において、扉（１１）Ａと排気口（１１）Ｂとを有
するペルジャー（１１）内には純銅製の鋳造型（１２）
が設置され、該鋳造型（１２）のに面には径５．２ｉｎ
ｃｈ、深さ５．１ｍｍの型凹部（１２）＾が形成され、
該型四部（１２）Ａは目的とするターゲット形状に略近
い形状とされており、そして該型凹部（１２）Ａの底面
（１２）Ｂは冷却水入口径路（１２）Ｃと冷却水出口径
路（］、、　２　”）　Ｄとからなる冷却水径路（１２
）Ｈに送通される冷却水によって冷却される。上記ペル
ジャー（１１）内はＩ　Ｘ　１．０”’　Ｔｏｒｒ以下
の真空として該鋳造型（１２）の型ｐＪ１部（１２）Ａ
に電気炉（１６）内に転倒可能にセクトしたルツボ（１
３）内で融解したＣｏ−３ＯＮｉ　−７，５Ｃｒ合金の
溶湯（１４）をガイド０５）を介して注入し冷却固化す
る。なおルツボ（１３）内の該溶湯（１４）は充分溶解
、攪拌、脱酸素されている。該溶湯（１４）は型四部（
１２）Ａの底面（１２）Ｂ接触部分から冷却されるので
主として板厚方向ド柱状品が形成された内部構造となっ
ている。＆Ｉ造物が充分冷却固化したらペルジャー（１
１）内に窒素ガスをリークして大気圧に戻し、鋳造物を
鋳造型（１２）から取出し切削加工によって径５ｉｒ＋
ｅｈ　、厚さ５．０　ｓａの板厚方向に磁化容易性を有
するターゲット（１）を製造した。

該ターゲット（＋、）は第１図に示すようにスパッタリ
ング装置の陰極側に取り付けられた。なおヨーク（２）
はＦｅ−１２ｃｒ合金を材料とし、磁石（３）、（４）
は５ＬＩ−Ｃｏ合金からなる永久磁石である。この状態
にして磁石（３）、（４）而より１．３ｍの高さにおけ
る漏れ磁界の水平分布を測定した。比較としてターゲッ
ト（１）に同材質同形状で従来の塑性加工によって製造
されたターゲットを同様に陰極側に取り付けて漏れ磁界
の水平分布を測定した。その結果は第４図に示される。

図において横軸にターゲット中心からの距離Ｄ（＋ｍ）
、縦軸に水平漏れ磁界強度Ｂｘ（にＧ）をとり、実線グ
ラフは本実施例のターゲット、点線グラフは比較ターゲ
ットに関するものであり、本実施例のターゲットは板厚
方向紅磁化容易性を有するから比較ターゲットに比して
約２０％以上磁界強度が向上している。

実施例２ 第３図に本実施例に用いたターゲットの爬造装鱈が示さ
れる１本実施例においては実施例１と同様な装置に更に
ソレノイドコイル（１７）が追加され、該ソレノイドコ
イル（１７）によって囲繞される鋳造型（１２）の型凹
部（１２）Ａの底部（１，２）Ｂに近接してヒーター（
１８）および永久磁石（１９）　、　（２０）が追加さ
れる。

本実施例においてはＦ’５−５Ｇｏ合金がターゲット材
料としてルツボ（１３）内で融解された溶湯（１４）Ａ
がガイド（１５）を介して鋳造型（１２）の型四部（１
２）Ａに注入される実施例１と同様にして鋳造されるが
、鋳造過程において鋳造物（１４）Ａが冷却固化する前
にソレノイドコイル（１７）および永久磁石（１，９）
。

（２０）による磁界（磁界強度約５にＧ）を板厚方向に
印加することによって磁気原子を板厚方向に配列しつつ
冷却固化した。冷却は６００℃までは冷却水径路（１，
２）Ｈに冷却水を送通することにより冷却し、それ以下
ではヒーターと冷却水とにより５００℃／ｈｒの冷却速
度に調節した。磁界の印加は鋳造物が室温に冷却される
まで継続した。鋳造物冷却後ペルジャー（目）内に窒素
ガスをリークして大気圧に戻して磁場を切り鋳造型（１
２）より鋳造物を取出し切削加工によって径５１ｎｃｈ
　、厚さ５Ｊ　ｍｍの板厚方向に磁化容易性を有するタ
ーゲット（１）を製造した。該ターゲット（１）は実施
例１と同様にしてスパッタリング装置の陰極側に取り付
けて漏れ磁界の水平分布を測定した。その結果は第５図
に示される１図によれば本実施例のターゲットは比較タ
ーゲットに比して３０％以上磁界強度が向上している。

なお実線グラフは本実施例のターゲット・、点線グラフ
は比較ターゲット（実施例１で用いたものと同じ）に関
するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はターゲットをスパッタリング装置の陰極側へ取
り付けた状態の説明図、第２図は実施例１で用いたター
ゲット製造装置の説明図、第３図は実施例２で用いたタ
ーゲット製造装置の説明２図、第４図は実施例１の漏れ
磁界水平分布のグラフ、第５図は実施例２の漏れ磁界水
平分布のグラフである。 図中（１）・・・ターゲラｌ−１（１１）・・・ペルジ
ャー（１２）・・・鋳造型、（１２）Ａ・・・型凹部、
　（１２）Ｂ・・・底部、（１２）Ｈ・・・冷却水径路
、（１４）　、　［４）、ｑ・・・溶湯、（１７）・・
・ソレノイドコイル、＜１９）、（２０）・・・永久磁
石、 第３０ ２Ｄ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、マグネトロンスパッタリングのターゲットであり、
   板厚方向に磁化容易性を有する強磁性体からなることを
   特徴とするスパッタリング用ターゲット ２、真空または不活性ガスまたは還元ガス雰囲気中にお
   いて鋳造型に溶湯を注入し冷却固化せしめることにより
   ターゲットを鋳造する際に、該ターゲットの一面に当接
   する鋳造型の型面部分を冷却することを特徴とするスパ
   ッタリング用ターゲットの製造方法 ３、真空または不活性ガスまたは還元ガス雰囲気中にお
   いて鋳造型に溶湯を注入し冷却固化せしめることにより
   ターゲットを鋳造する際に、該ターゲットの板厚方向に
   強磁場をを印加しつゝ冷却することを特徴とするスパッ
   タリング用ターゲットの製造方法 ４、真空または不活性ガスまたは還元ガス雰囲気中にお
   いて鋳造型に溶湯を注入し冷却固化せしめることにより
   ターゲットを鋳造する際に、該ターゲットの一面に当接
   する鋳造型の型面部分を冷却するとともに該ターゲット
   の板厚方向に強磁場を印加しつゝ該溶湯を冷却固化せし
   めることを特徴とするスパッタリング用ターゲットの製
   造方法