JPS63244727A - スパツタリング用タ−ゲツトの製造方法 - 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］ この発明は、スパッタリング用ターゲットの製造方法に
かかるものであり、特にマグネトロン型のスパッタリン
グ装置で磁性薄膜を形成する場合に好適なスパッタリン
グ用ターゲットの製造方法に関するものである。

［従来の技術］ 近年においては、垂直磁気記録薄膜、磁気ディスク、磁
気バブル、磁気ヘッド等の分野で、種々の磁性薄膜が使
用されている。このような磁性薄膜の形成方法としては
、組成制御性および成膜速度の観点から、マグネトロン
スパッタ装置が多く用いられている。この装置は、直交
する電界と磁界によってプラズマ密度を高めることによ
り、高速成膜を実現している。

第５図には、かかるマグネトロンスパッタ装置の一例の
概略が示されている。この図において、カソード側であ
る永久磁石１０のＮＳ磁極上には、支持ないし補強用の
パッキングプレート１２を介して必要な磁性材料からな
るターゲット１４が配置されている。

該ターゲット１４の上方適宜位置には、磁性薄膜が形成
される基板１６がアノード側として配置されている。以
上の装置は、適宜の真空チャンバ内に配置され、必要な
スパッタ用のガス、例えばアルゴンが該チャンバ内に導
入されるようになっている。

以上のような装置において、磁石１ｏによる磁力線は、
図の矢印Ｆ１で示すように、Ｎ＆から出てＳ極に入り、
ターゲット１４の表面に平行磁界が形成されるようにな
っている。

他方、該ターゲット１４と基板１６との間には、図示し
ない適宜の電源手段によって、上記磁界と直交する方向
に電界が形成されている。

以上のようなターゲット１４と基板１６との間で適宜の
電源により放電が行なわれると、アルゴンイオン１８が
生成されるが、これらのアルゴンイオン１８は、上述し
た直交する磁界および電界の作用によってターゲット表
面付近に集められ、プラズマ密度か高められる。

かかるアルゴンイオン１８によって、ターゲット１４か
ら磁性粒子２０が叩き出され、基板１６上に磁性薄膜２
２が形成されることとなる。

ところで、スパッタを高速で行なうためには、ターゲッ
ト１４の表面に、相当な磁界を形成する必要がある。し
かし、特に強磁性体がターゲット１４として使用される
場合は、該ターゲット１４が磁気抵抗の小さい磁気回路
を構成することとなり、磁石１０から発生した磁束がタ
ーケラト内部にシールドされることとなる。

このため、ターゲット表面に高密度のプラズマを良好に
トラップできるような磁界が形成されず、結果的に成膜
速度が著しく低下して高速でスパッタを行なうことがで
きない。

かかる不都合を解決するための方法としては、まずター
ゲット１４を薄くすることによって断面積を小さくし、
磁気抵抗を高める方法がある。しかし、この方法では、
薄型化によってターゲット１４の寿命が低下し、頻繁に
その交換を行なう必要が生し、量産には好ましくない。

このため、特開昭５７−１８０１３号公報、特開昭５８
−１７７４６８号公報、特開昭５９−２１１２１１号公
報などに、ターゲットに溝ないしはギャップを形成する
ことによって見掛は上の透磁率を下げて高速成膜を可能
とした技術が開示されている。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら以上のような方法では、溝ないしギャップ
を形成する手間がかかるとともに、ターゲットをバッキ
ングプレートと一体として取扱う必要があり、また、該
バッキングプレートがスパッタされないように溝ないし
ギャップの形状を工夫する必要もあるという種々の不都
合がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、強磁
性薄膜の高速成膜に好適なスパッタリング用ターゲット
の製造方法を提供することを、その目的とするものであ
る。

［問題点を解決するための手段］ この発明は、磁性材料の表面及び内部の全体に、その材
料の再結晶温度以下で必要な歪を加えることによってタ
ーゲットを製造することを特徴とするものである。

この発明の主要な態様によれば、前記歪は、０．５％以
上の厚さの変形によってターゲットに加えられる。

更に別の態様によれば、材料には、歪を加える加工の後
に、再結晶温度以下で安定化焼鈍が行なわれる。

［作用コ この発明によれば、ターゲットに歪が加えられることに
より、該ターゲットの透磁率が低下し、磁気抵抗が増大
することとなる。

このため、磁界発生手段の磁束は良好にターゲット表面
に集められ、成膜速度が向上する。

［実施例］ 以下、この発明の実施例を、添付図面を参照しながら詳
細に説明する。

まず、本発明の概要について説明する。第６図には、タ
ーゲット１４部分でのＩｉｎ束の根子が示されている。

この図において、磁石１０のＮ極から発生した磁束は、
一部がバッキングプレート１２、ターゲット１４内を各
々透過し、その他の磁束がターゲット１４を透過して外
部に漏れ、ターゲット表面に６ｉｉ界が形成されること
となる。以上の各磁束の磁路のうち、バッキングプレー
ト１２内の磁路は、該バッキングプレート１２を非磁性
材料で形成するようにすれば、充分に磁気抵抗を高める
ことができる。

次に、ターゲット１４が強磁性体で形成されているとき
は、該ターゲット厚の磁路の磁気抵抗が著しく低いため
、磁束が集中する。このため、ターゲット表面の磁界の
強度が低下することとなる。

以上のように、強磁性ターゲットが使用される場合に該
ターゲット表面に磁界が形成されにくい理由は、強磁性
体ではその透磁率が大粗いためである。従って、強磁性
ターゲットの透磁率を下げることができれば、マグネト
ロンスパッタ装置の本来の高速成膜性能を得ることがで
きる。

ところで、一般的に、磁性体に歪（加工）を加えると透
磁率が下がることは、良く知られている。本願発明は、
かかる現象に着目したもので、歪を加えた素材によりタ
ーゲットを製造するようにしたものである。

第１図には、歪を加えて製造したＦｅ（鉄）ターゲット
を用いてマグネトロンスパッタ装置で成膜を行なった場
合のターゲットの透磁率と、成膜速度との関係例が示さ
−れている。

この図において、横軸は歪量であり、縦軸は最大比透磁
率または成膜速度である。なお、歪は、材料に対する圧
延、鍛造等によって加えることとし、歪量を、 （材料の元厚−仕上厚）／元厚 の百分率で表わすこととする。

この第１図に示すように、透磁率は０．１％という僅か
な歪の存在で大きく低下しており、更に歪を加えると、
透磁率も更に低下する。そして、かかる透磁率の低下に
伴って、成膜速度は顕著に増大する。

次に、第２図には、Ｆｅターゲットにおける材料に加え
る歪の大きさに対するターゲット厚さと成膜速度との関
係が示されている。横軸はターゲット厚であり、縦軸は
成膜速度である。この図に示すように、充分な歪を加え
るようにすれば、ターゲット厚を増しても充分な成膜速
度を得ることが可能となる。

これらの効果は、Ｆｅのみならず、Ｆｅ−３ｉ、Ｆｅ−
Ｎｉ、Ｃｏ−Ｃｒ、Ｃｏ−Ｎｉ。

Ｆｅ−３ｉ−Ａｊ２．Ｆｅ−Ｔｂ、Ｆｅ−Ｃｏ。

Ｇｄ−Ｔｂ、フェライト、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ等の強磁性体
で確認された。

たたし、歪は、なるべく均一に、内部も含めたターゲッ
ト全体に残留している必要があり、成膜速度を上げるに
は、０．５％以上の歪を加えることが好ましい。

なお、ターゲットの加工工程で入る歪は、その表層に限
定されて生ずるものであり、上述した歪とは異なる。す
なわち、ターゲットは、通常板材を所望の形状に機械加
工して得られるが、かかる機械加工時に、第６図に一点
鎖線で示すターゲット表面（例えば１〜２μｍ）に一定
の加工歪が生ずる。このような歪によっても、ターゲッ
トの透ｔｉｎ率が低下し、高速成膜は可能となるが、か
かる効果はターゲット表面のみの局部的な現象であり、
ターゲット表面がスパッタされるとかかる効果を得るこ
とはできない。

これに対し、本願発明では、ターゲットの内部をも含め
た全体に歪が加えられるので、高速成膜の効果を持続的
に得ることができる。

次に、第３図のフローチャートを参照しながら、本発明
にかかるスパッタリング用ターゲットの製造方法の基本
的な工程について説明する。

まず、必要とされる磁性材料の素材が用意され（ステッ
プＳＡ参照）、これに対して歪導入の加工が施される（
ステップＳＢ参照）。この加工は、基本的にはいかなる
方法であっても良く、圧延その他が適用可能である。

しかし、歪の程度は成膜速度に直接関係し、場合によっ
ては形成した膜の性質にも関係するので、好ましくはタ
ーゲット全体に対して均一に人ることが好ましい。また
、各ターゲット間でも均一であ条ごとが好ましい。

このような要求を満たす方法としては、鍛造。

圧延、押出し等の加工がある。

また、ターゲットに歪を加える温度としては、該歪が残
留する必要があるため、ターゲット材料の最結晶温度以
下とする必要がある。特に、難加工材料の場合には温間
加工とすることが好ましい。

次に、スパッタリング時には一般的にターゲットの温度
が上昇する。この温度上昇のため歪の開放が生じ、結果
的にスパッタリング特性が変化する。このような不都合
の発生を防ぐため、加工後に、最結晶温度以下の温度に
加熱冷却する安定化焼鈍を行なうことが好ましい（ステ
ップＳＣ参照）。ただし、加工を温間で行えば、安定化
焼鈍を省いても良い。

次に、以上の工程を経た素材に対して、ターゲットとし
ての形状加工が施される（ステップＳＣ参照）。具体的
には、素材の切断、研削、研磨などが行なわれる。この
加工によって、素材表面に加工歪が加えられることは、
上述した通りある。

次に、本発明にかかるスパッタリング用ターデッドの製
造方法の実施例について説明する。

Ｋ五■ユ・ ２０ｍｍ厚の純鉄板を冷間鍛造して６ｍｍ厚の純鉄板と
することにより、７０％の歪を加えた。これを、４５０
℃で１時間焼鈍した後、機械加工を行なって２ｍ＋ｎ厚
と５＋ｎｍ厚の平板ターゲットを製造した。

一方、特性比較のため、２０ｍｍ厚の純鉄板より、歪を
加えず焼鈍も行なわずに２　ｍｍ４Ｆと５ｎ＋ｍ厚のタ
ーゲットを製造した。

これらのターゲットを、同一のＤＣマグネトロンスパッ
タ装置により、下記の条件でスパッタリングを行い、３
０分後および１００時間後の成膜速度を測定した。また
１００時間後のエロージョン面積を求めた。結果を表１
に示す。これより、本実施例によれば、強磁性薄膜が高
速で、しかもターゲットの使用歩留り良く成膜できる。

スパッター条件 電圧・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・３１０Ｖ電流・・・・・・・・・
川・・・・・・・・・・・・・・・・・・７００ｍＡア
ルゴン圧・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
１０ｍｔｏｒｒ基板／ターゲット距離・・・・・・・・
・・・・７０ｍ＋ｎ表！ 例えば、厚さ２ｍｍのターゲットを比較すると、３０分
後の成膜速度は１０倍になっており、１００時間後の成
膜速度は約１６倍にもなっている。また、スパッタの歩
留りの程度を示すエロージョン面積は、約２．６倍にも
なっている。

衷」Ｃ粗λ・ 厚さ２０ｍｍのＴ　ｂ　ｓｏＦ　ｅ　ｔｏ金合金、４５
０℃に加熱後に温間圧延して板圧２．５ｍｍとし、８７
．５％の歪を加えた。これに機械加工を施して、２ｍｍ
厚の平板ターゲットを製造した。

一方、特性比較のため、同じ２０ｍｍ厚の素材から２Ｉ
ＩＩＩｌ＋厚の平板ターゲットを歪加工、焼鈍を行なう
ことなく機械加工で製造した。

これらのターゲットをＤＣマグネトロンスパッタ装置で
スパッタを行い、成膜速度の経時変化を調べた。スパッ
タ条件は実施例１と同じであり、結果を第４図に示す。

この図において、横軸は累計のスパッタリング時間であ
り、縦軸は成膜速度である。

この図から明らかなように、本実施例のターゲットは、
安定化焼鈍をしていないが、温間圧延して歪を加えてい
るため、長時間にわたって高い成膜速度を示し、スパッ
タリング特性は安定である。

これに対し、比較ターゲットでは、機械加工による表層
部の歪の残留のため、最初は高い成膜速度が得られる。

しかし、かかる効果は、逆スパツタによるターゲットの
クリーニング工程中、もしくは成膜スパッタリング工程
のごく初期に失われてしまう。

以上この発明の実施例について説明したが、この発明は
何ら上記実施例に限定されるものではなく、例えは複合
ターゲットに対しても本願発明は適用可能である。

かかる複合ターゲットの場合には、複合される材料間に
異る割合の歪を加えることにより、各材料におけるスパ
ッタリング速度が異なるようにし、これによって形成膜
に含まれる各材料の組成比率を変更することも可能とな
る。

［発明の効果コ 以上説明したように、この発明によるスパッタリング用
ターゲットの製造方法によれば、強磁性薄膜の高速成膜
を良好に行なうことができるスパッタリング用ターゲッ
トを簡易に製造することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明におけるターゲットの歪と透磁率および
成膜速度との関係の一例を示す線図、第２図は歪に対す
るターゲット厚さと成膜速度との関係の一例を示す線図
、第３図はこの発明の製造方法の基本的な工程を示すフ
ローチャート、第４図は実施例における累積スパッタリ
ング時間と成膜速度との関係を示す線図、第５図はマグ
ネトロンスパッタの例を示す説明図、第６図はターゲッ
ト付近の磁束の状態を示す説明図である。 １０・・・磁石、１２・・・バッキングプレート、１４
・・・ターゲット、１６・・・基板、２２・・・薄膜。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）磁界発生手段によってターゲット表面に形成され
   る磁界を利用して、マグネトロンスパッタによる膜形成
   を行なうために使用され、強磁性材料によって形成され
   るスパッタリング用ターゲットの製造方法において、 形成材料の再結晶温度以下で、その表面及び内部の全体
   に必要な歪を加える工程を含む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。
2. （２）前記工程は、０．５％以上の厚さの変形によって
   材料に歪を加える特許請求の範囲第１項記載のスパッタ
   リング用ターゲットの製造方法。
3. （３）前記工程は、材料に歪を加えた後に、前記再結晶
   温度以下で安定化焼鈍を行なう特許請求の範囲第１項ま
   たは第２項記載のスパッタリング用ターゲットの製造方
   法。