WO2022145244A1 - スパッタリングターゲット部材及びその製造方法、スパッタ膜の製造方法、並びにマグネトロンスパッタリング装置 - Google Patents

スパッタリングターゲット部材及びその製造方法、スパッタ膜の製造方法、並びにマグネトロンスパッタリング装置 Download PDF

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base material
target member
target base
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善紀 今野
嗣人 鈴木
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デクセリアルズ株式会社
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    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
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    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers

Definitions

  • the present invention relates to a sputtering target member and a method for manufacturing the same, a method for manufacturing a sputtered film, and a magnetron sputtering apparatus.
  • Sputtering is a technique for forming a homogeneous film on the surface of a substrate using a material called a sputtering target, and is widely used in the manufacture of semiconductors, liquid crystals, plasma displays, optical disks, and the like.
  • the sputtering target member is formed by forming a target base material (deposition material) on a backing plate in a plane and in parallel. Further, particularly in magnetron type sputtering, the erosion generation region in the target member tends to be more local due to the concentration of plasma in a place where the magnetic field strength is high. Due to these circumstances, even though a relatively large amount of the target base material remains, it is often the case that the use of the target member is unavoidable in order to perform stable film formation.
  • the usage efficiency generally refers to the ratio of the amount of the target base material reduced by the end of the life to the total mass of the target base material before the start of use.
  • Patent Documents 1 and 2 So far, as a means for increasing the efficiency of using the target base material, some techniques for making the portion of the target base material where erosion occurs thicker have been reported (for example, Patent Documents 1 and 2).
  • the target member as described in Patent Documents 1 and 2 has a problem that the cost such as material cost and processing cost is higher than that of the target member in which the target base material is formed in a plane and in parallel. Further, since the distance between the target base material and the substrate to be formed is not constant due to the presence of the thick portion, there is also a problem that the film thickness distribution of the sputtered film is adversely affected. Therefore, there is a demand for a technique that can replace them.
  • an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems in the prior art and to achieve at least one of the following objects. That is, an object of the present invention is to provide a sputtering target member capable of using a target base material with high efficiency while enabling uniform sputtering. Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a sputtering target member, which can easily obtain the above-mentioned sputtering target member. Another object of the present invention is to provide a method for producing a sputtered film, which can efficiently obtain a sputtered film having a uniform thickness. Further, an object of the present invention is to provide a magnetron sputtering apparatus capable of using a target base material with high efficiency while enabling uniform sputtering.
  • the present inventors have conducted diligent studies in order to achieve the above object. Then, they have found that by incorporating a magnetic material in a sputtering target member in a predetermined manner, the magnetic field strength can be flattened, and as a result, uniform sputtering can be performed and the target base material can be used efficiently. Was completed.
  • the present invention is based on the above-mentioned findings by the present inventors, and the means for solving the above-mentioned problems are as follows.
  • a sputtering target member including a target base material layer. Further, the sputtering target member is provided with a magnetic layer containing a magnetic material so as not to be exposed on the sputter surface of the target base material layer.
  • ⁇ 2> The sputtering target member according to ⁇ 1>, wherein the magnetic material is at least one selected from iron, nickel, and cobalt.
  • ⁇ 3> The sputtering target member according to ⁇ 1> or ⁇ 2>, wherein the content ratio of the magnetic material to the total mass of the magnetic layer is 50% by mass or more.
  • ⁇ 4> The sputtering target member according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 3>, wherein the thickness of the magnetic layer is 100 ⁇ m or more.
  • ⁇ 5> The sputtering target member according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 4>, wherein the thickness of the magnetic layer is 1% or more and 50% or less with respect to the thickness of the target base material layer.
  • ⁇ 6> The sputtering target member according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 5>, wherein the target base material layer is cylindrical and the sputtering target member is cylindrical.
  • the magnetic layer is centered from one end position of the target base material layer by a distance of 1/4 of the total length of the target base material layer when viewed in the longitudinal direction of the cylinder.
  • the sputtering target member according to ⁇ 6> which is arranged between the position and the position close to.
  • ⁇ 8> The sputtering target member according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 7>, wherein the magnetic layer is partially arranged when viewed in the direction of the sputtering surface of the target base material layer.
  • ⁇ 9> The sputtering target member according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 8>, wherein the content ratio of silicon to the total mass of the target base material layer is 50% by mass or more.
  • ⁇ 10> The method for manufacturing a sputtering target member according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 9>, wherein the magnetic layer is formed by a plasma spraying method.
  • a sputtering film containing the constituent atoms of the target base material layer is formed on the substrate by sputtering.
  • a method for manufacturing a sputtered film is
  • a magnetron sputtering apparatus comprising the cylindrical sputtering target member according to ⁇ 6> or ⁇ 7> and a magnet member arranged inside the cylinder.
  • the magnetic layer in the sputtering target member is arranged completely outside the position of one end of the magnet member when viewed in the longitudinal direction of the cylinder of the sputtering target member, or the magnet member.
  • the magnetron according to ⁇ 12> which is arranged at least between one end position and a position closer to the center from the one end position by a distance of 1/4 of the distance between both ends of the magnet member. Sputtering equipment.
  • a sputtering target member capable of using a target base material with high efficiency while enabling uniform sputtering. Further, according to the present invention, it is possible to provide a method for manufacturing a sputtering target member, which can easily obtain the above-mentioned sputtering target member. Further, according to the present invention, it is possible to provide a method for producing a sputtered film capable of efficiently obtaining a sputtered film having a uniform thickness. Further, according to the present invention, it is possible to provide a magnetron sputtering apparatus capable of using a target base material with high efficiency while enabling uniform sputtering.
  • FIG. 1 It is a schematic cross-sectional view which shows the sputtering target member (plate shape) which concerns on one Embodiment of this invention. It is a schematic sectional drawing partially showing the sputtering target member which concerns on another aspect. It is a schematic sectional drawing partially showing the sputtering target member which concerns on another aspect. It is a schematic sectional drawing which shows the sputtering target member (cylindrical shape) which concerns on one Embodiment of this invention. It is an enlarged view of a part of FIG. It is a schematic sectional drawing which shows a part of the magnetron sputtering apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. It is a schematic perspective view of the magnet member which can be used in the magnetron sputtering apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. It is an enlarged view of a part of FIG.
  • the sputtering target member of the present embodiment (hereinafter, may be simply referred to as “target member”) includes a target base material layer, and further, a magnetic layer containing a magnetic material is sputtered on the target base material layer. It is characterized by being prepared so as not to be exposed to the surface. Since the target member contains the magnetic material in a predetermined manner, uniform sputtering can be performed and the target base material can be used with high efficiency.
  • the target member can be manufactured by, for example, the method for manufacturing the sputtering target member of the present embodiment, which will be described later.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of the target member of the first embodiment.
  • the sputtering target member 100 shown in FIG. 1 has a flat plate shape, and more specifically, the target base material layer 1 is formed in a flat plate shape on one surface of the flat plate-shaped backing plate 3a.
  • the plan view shape of the target base material layer 1 in FIG. 1 is not shown, it may be, for example, a rectangular shape, a perfect circle shape, an elliptical shape, or the like.
  • the sputtering target member 100 includes a magnetic layer 2 containing a magnetic material.
  • the shape of the magnetic layer 2 in FIG. 1 in a plan view is not shown, it may be, for example, a rectangular shape, a perfect circle shape, an elliptical shape, or the like.
  • Such a sputtering target member 100 was arranged at an appropriate position in a predetermined magnetron sputtering apparatus, and a predetermined magnet was further arranged under the target member 100 to perform sputtering film formation on a substrate facing each other at a distance.
  • the magnetic field strength in the upper region and / or the peripheral region where the magnetic layer 2 is arranged is suppressed. That is, by arranging the magnetic layer 2 at least in the vicinity of the region where the magnetic field strength is locally increased when the sputtering is actually performed in the sputtering target member 100, the magnetic field strength at the time of sputtering is flattened. (Reduction) can be achieved.
  • the localization of erosion is suppressed, so that uniform sputtering can be maintained, and in addition, the reduction of the target base material when viewed in the direction of the sputter surface becomes more uniform, so that the target mother is more uniform.
  • the efficiency of using the material can be improved.
  • the usage efficiency is the target base material that has decreased to the life end (or until the erosion depth arbitrarily determined by the user is reached in the vicinity of the life end) out of the total mass of the target base material before the start of use. Refers to the proportion of quantity.
  • the region in which the magnetic field strength can be suppressed can be controlled by appropriately changing the thickness, shape, and the like of the magnetic layer 2.
  • the magnetic layer 2 is arranged in the target member 100 so as not to be exposed on the sputtered surface of the target member 100. Therefore, the magnetic layer 2 is not sputtered.
  • the magnetic layer 2 containing a magnetic material refers to the sputtered surface of the target base material layer 1 (the surface on which the constituent atoms of the target base material layer 1 are beaten out by sputtering.
  • the target mother is simply "target mother".
  • the material is partially arranged rather than the entire surface.
  • the magnetic layer 2 is arranged only in the vicinity of the left end and the right end of the target base material layer 1.
  • the shape of the magnetic layer 2 in a plan view is not shown, but may be, for example, a rectangular shape, a perfect circle shape, an elliptical shape, or the like.
  • the location of the magnetic layer 2 in the flat plate-shaped sputtering target member 100 as shown in FIG. 1 is not particularly limited, and is appropriately selected according to the purpose such as the structure of the magnetron sputtering apparatus to be applied (for example, the installation position of the magnet). can do. Further, the number of magnetic layers 2 arranged on the target member 100 is not particularly limited.
  • the magnetic layer 2 is not exposed from the side portion of the target base material layer 1 with respect to the sputtering surface.
  • the magnetic layer 2 may be exposed from the side portion of the target base material layer 1 with respect to the sputtered surface as shown in FIG. good.
  • the cross section of the magnetic layer 2 is rectangular.
  • the cross-sectional shape of the magnetic layer 2 is not limited to this, and may be, for example, a tapered shape as shown in FIG. 3, or may be a perfect circle, an ellipse, or the like.
  • the target member of the second embodiment has a cylindrical shape
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view (cross-sectional view when cut in a plane direction including the central axis of the cylinder) of the target member of the second embodiment.
  • the sputtering target member 100 shown in FIG. 4 has a cylindrical shape with the alternate long and short dash line as the central axis, and more specifically, the target base material layer 1 is formed in a cylindrical shape on the outer surface of the cylindrical backing tube 3b. Has been done.
  • the sputtering target material 100 includes a magnetic layer 2 containing a magnetic material.
  • the magnetic layer 2 is preferably arranged concentrically with the cylinder of the target base material layer 1.
  • Such a sputtering target member 100 is arranged at an appropriate position in a predetermined magnetron sputtering apparatus, and a predetermined magnet is further arranged inside the cylinder of the target member 100, and the target member 100 is rotated to a separated substrate.
  • the magnetic field strength in the upper region of the portion where the magnetic layer 2 is arranged is suppressed due to the presence of the magnetic layer 2.
  • the magnetic layer 2 is arranged in the target member 100 so as not to be exposed on the sputtered surface of the target member 100. The action and effect of these are the same as those described above for the target member of the first embodiment.
  • the magnetic layer 2 containing the magnetic material is partially arranged, not on the entire surface, when viewed in the longitudinal direction of the cylinder of the target base material layer 1.
  • the magnetic layer 2 is arranged in a cylindrical shape only in the vicinity of both ends of the target base material layer 1.
  • the location of the magnetic layer 2 in the cylindrical sputtering target member 100 as shown in FIG. 4 is not particularly limited.
  • the magnetic layer 2 is not exposed from the side portion of the target base material layer 1 with respect to the sputtering surface.
  • the magnetic layer 2 may be exposed from the side portion of the target base material layer 1 with respect to the sputtered surface (similar to FIG. 2). ..
  • the magnetic layer 2 is arranged alone when viewed from the surface of the target base material layer 1 toward the center of the cylinder (thickness direction of the target base material layer 1). ing. That is, in the target member 100 of FIG. 4, the magnetic layer 2 is a single layer.
  • the form of the magnetic layer 2 is not limited to this, and when viewed from the surface of the target base material layer 1 toward the center of the cylinder (the thickness direction of the target base material layer 1), the plurality of magnetic layers 2 are separated from each other. It may be arranged so as to. That is, the magnetic layer 2 may be a plurality of layers (a plurality of donut-shaped layers having different diameters) in which the layers are separated from each other. Alternatively, the magnetic layer 2 may be a single layer, or may be provided with an intermittent portion (slit) in the single layer.
  • the magnetic field strength is locally high regardless of the material of the target base material (and thus the deepest part of the erosion). It turned out that the place to be) was decided to some extent (generally near the end). Based on this viewpoint, a suitable arrangement location of the magnetic layer 2 will be described.
  • FIG. 4 (L1) refers to the total length (cylindrical length) of the target base material layer 1, and (T1) refers to the thickness of the target base material layer 1.
  • FIG. 5 is an enlarged view of the vicinity of one end of FIG. 4, in FIG. 5, (L2) refers to the length of the magnetic layer 2 in the longitudinal direction of the cylinder, and (T2) is magnetic. Refers to the thickness of layer 2.
  • (D) refers to the distance between one end position of the target base material layer 1 and one end position of the magnetic layer 2.
  • the total length (L1) of the target base material layer 1 is not particularly limited, and can be appropriately selected depending on various conditions such as the sputtering apparatus to be applied and the size of the substrate to be formed.
  • the magnetic layer 2 is the position of one end of the target base material layer 1 and the target base material layer 1 when viewed in the longitudinal direction of the cylinder. It is preferable that the cylinder is arranged between the one end position and the position closer to the center by a distance of 1/4 of the total length. In other words, in FIGS. 4 and 5, the magnetic layer 2 is arranged near at least one end of the target base material layer 1 so as to satisfy the following equation (1) (and equation (1')). Is preferable. (D) ⁇ ⁇ (L1) ⁇ 4 ⁇ ... (1) (D) / ⁇ (L1) ⁇ 4 ⁇ ⁇ 1 ... (1')
  • the magnetic layer 2 is only a distance of 1/4 of the total length of the target base material layer 1 from the position of one end of the target base material layer 1 when viewed in the longitudinal direction of the cylinder. It is preferable that the position is not closer to the center than the position closer to the center. In other words, in FIGS. 4 and 5, the magnetic layer 2 is arranged near at least one end of the target base material layer 1 so as to satisfy the following equation (2) (and equation (2')). Is preferable. ⁇ (D) + (L2) ⁇ ⁇ ⁇ (L1) ⁇ 4 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ (2) ⁇ (D) + (L2) ⁇ / ⁇ (L1) ⁇ 4 ⁇ ⁇ 1 ... (2')
  • the cylindrical sputtering target member 100 at least a part of the magnetic layer 2 is arranged at a position 5 to 30 mm closer to the center from the position of one end of the target base material layer 1 when viewed in the longitudinal direction of the cylinder. Is preferable. In this case, it is possible to more reliably flatten the magnetic field strength (reduce the peak strength).
  • the length (L2) of the magnetic layer 2 in the cylindrical longitudinal direction is preferably 5 mm or more and 50 mm or less. In this case, it is possible to effectively control the magnetic field strength (reduce the peak strength) with the minimum necessary magnetic material.
  • the two magnetic layers 2 are symmetrically arranged in the vicinity of both ends of the target base material layer 1.
  • the material (deposition material) of the target base material layer is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose.
  • At least silicon (Si) is used as the material (film forming material) of the target base material layer, and the content ratio (that is, purity) of the silicon to the total mass of the target base material layer is 50% by mass or more. Is preferable.
  • a sputter film of silicon oxide can be formed on the substrate by sputtering.
  • silicon oxide typically SiO 2
  • SiO 2 silicon oxide that does not reach or adhere to the substrate is deposited on the surface that is not sputtered (or is difficult to be sputtered) such as the end of the target. It tends to be easy.
  • the sputtering target member is cylindrical, if the peak intensity near the end can be reduced according to the above, the amount of silicon oxide deposited on the target end, which is often not sputtered, is also appropriate. Therefore, it is more advantageous for suppressing arcing.
  • the content ratio (that is, purity) of the above material to the total mass of the target base material layer is preferably 95% by mass or more. In this case, sputtering can be performed more efficiently, and a higher quality film can be obtained. From the same viewpoint, the content ratio is more preferably 99% by mass or more, further preferably 99.9% by mass or more.
  • the thickness of the target base material layer is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose, but can be, for example, 2.0 mm or more and 15 mm or less.
  • the magnetic material constituting the magnetic layer is preferably at least one selected from Fe (iron), Ni (nickel), and Co (cobalt) from the viewpoint of high magnetism.
  • the magnetic material may be used alone or as an alloy or a mixture of two or more.
  • the content ratio (that is, purity) of the magnetic material to the total mass of the magnetic layer is preferably 50% by mass or more. In this case, it is possible to more effectively control the magnetic field strength when sputtering is performed. From the same viewpoint, the content ratio is more preferably 70% by mass or more, further preferably 90% by mass or more.
  • the thickness of the magnetic layer is preferably 100 ⁇ m or more. In this case, it is possible to more effectively control the magnetic field strength when sputtering is performed. From the same viewpoint, the thickness of the magnetic layer is more preferably 200 ⁇ m or more, and further preferably 500 ⁇ m or more. The thickness of the magnetic layer is not particularly limited, but can be 3 mm or less.
  • the ratio of the thickness of the magnetic layer to the thickness of the target base material layer is 1% or more and 50% or less.
  • the thickness of the magnetic layer with respect to the thickness of the target base material layer is more preferably 20% or more, and more preferably 40% or less.
  • the target member of the present embodiment further includes a target base material such as a backing plate (flat plate shape) or a backing tube (cylindrical shape), and the magnetic layer is directly formed on the surface of the target base material. Is preferable. In this case, since the process of forming the target base material layer is sufficient in one step, the production of the target member becomes easier.
  • a target base material such as a backing plate (flat plate shape) or a backing tube (cylindrical shape
  • the target base material can be made of a metal such as copper, stainless steel, aluminum, or titanium. Further, the target base material may have a water-cooled jacket structure. Further, the target base material may be provided with an arbitrary adhesion layer on the surface on which the target base material layer is arranged for the purpose of improving the adhesion with the target base material layer. In this case, the adhesion layer may contain the same material as the magnetic layer.
  • the target member of the present embodiment preferably has a flat surface of the target base material layer. In this case, since the distance between the target base material and the substrate to be formed can be made constant, a more uniform sputtered film can be obtained.
  • the method for manufacturing a sputtering target member of the present embodiment (hereinafter, may be simply referred to as "method for manufacturing a target member") is characterized in that the magnetic layer is formed by a plasma spraying method. Since the plasma spraying method has a high degree of freedom in design, the thickness can be easily adjusted. Further, since the plasma spraying method is a technique that can be customized for each device, it can be applied to many sputtering devices.
  • the target base material layer is not particularly limited, and may be formed by, for example, a plasma spraying method or a cold spray method. Both are methods that can easily form a target base metal layer.
  • a plasma spraying method a high-pressure gas at room temperature or heated is accelerated to supersonic speed by a special nozzle, and the powder material is also accelerated by introducing a powder material into the center of the gas flow, and ejected from the nozzle outlet.
  • This is a method in which a solid material is made to collide with a base material to form a film.
  • the surface of the target base material layer may be flattened, if necessary.
  • Examples of the flattening process include cutting and grinding.
  • the method for producing a sputtering film of the present embodiment is characterized in that a sputtering film containing constituent atoms of the target base material layer is formed on a substrate by sputtering using the above-mentioned sputtering target member. According to the method for manufacturing a sputtering film of the present embodiment, since the above-mentioned sputtering target member is used, the distance between the target base material and the substrate to be formed can be kept more constant even during sputtering. , It is possible to efficiently obtain a sputter film having a uniform thickness.
  • the occurrence of arcing can be significantly suppressed during sputtering, resulting in the generation of defects in silicon oxide particles, and eventually the film-formed product (oxidation).
  • the adverse effect on the quality of the silicon film) and the decrease in yield can be significantly suppressed. Therefore, it is possible to obtain a high quality sputter film with high productivity.
  • the composition of silicon oxide contained in the formed sputtering film includes, but is not limited to, SiO 2 .
  • a magnetron type sputtering can be preferably adopted. Further, in the method for producing a sputtered film of the present embodiment, preferably, the magnetron sputtering apparatus of the present embodiment described later can be used.
  • the magnetron sputtering apparatus of the present embodiment (hereinafter, may be simply referred to as “sputtering apparatus”) includes at least the above-mentioned cylindrical sputtering target member of the present embodiment and a magnet member arranged inside the cylinder. It is characterized by having and. According to the apparatus of the present embodiment, since the above-mentioned cylindrical sputtering target member is used, uniform sputtering can be performed and the target base material can be used with high efficiency. Further, when a sputtering target member provided with a Si-based target base material layer is used, it is possible to suppress the occurrence of arcing during sputtering.
  • the sputtering apparatus of the present embodiment includes, for example, a vacuum chamber, in which a cylindrical sputtering target member is arranged and a magnet member is arranged inside the cylinder of the target member.
  • the magnet member may be supported by a support member inside the cylindrical target member.
  • the substrate to be film-formed is arranged apart from the target member.
  • a gas argon gas or the like
  • the discharge plasma is excited in the vicinity of the surface of the target member by the magnetic field generated by the magnet member and the voltage supplied to the target member.
  • gas-derived ions argon ions and the like
  • argon ions and the like collide with the surface of the target member, and the constituent atoms of the target base material are knocked out and adhered to the substrate. In this way, a sputter film can be formed on the substrate.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a part (a part of a cylindrical sputtering target member) of the sputtering apparatus of this embodiment.
  • the magnet member 4 is arranged inside the cylindrical sputtering target member 100.
  • the magnet member 4 has a size that can be arranged inside the cylinder of the cylindrical sputtering target member.
  • the magnet member 4 may have a ring shape, for example, as shown in the perspective view shown in FIG. 7.
  • the magnet member 4 may be a unit composed of a plurality of magnets.
  • (L4) refers to the total length of the magnet member 4.
  • FIG. 8 is an enlarged view of the vicinity of one end of FIG. 6, and in FIG. 8, (D') is the position of one end of the target base material layer 1 and one of the magnet members 4. Refers to the distance from the end position.
  • the total length (L4) of the magnet member 4 is the same as or smaller than the total length (L1) of the target base material layer 1 ((L1) ⁇ (L4)). Therefore, the end position of the target base material layer 1 is usually the same as or outside the end position of the magnet member 4.
  • the magnetic layer 2 in the sputtering target member 100 is completely outside the position of one end of the magnet member when viewed in the longitudinal direction of the cylinder of the sputtering target member 100. Or between the position of one end of the magnet member 4 and the position closer to the center from the position of one end by a distance of 1/4 of the distance between both ends of the magnet member 4. It is preferable that it is arranged at least in. That is, in the sputtering apparatus as shown in FIGS. 6 and 8, the magnetic layer 2 satisfies the following equation (3) in the vicinity of at least one end of the target base metal layer 1, or the equation (4-).
  • a backing tube having an outer diameter of 133 mm and a cylinder length of 940 mm was prepared.
  • a target base material layer containing Si (purity of Si: 99.9% or more) was formed on the surface of this backing tube by a plasma spraying method to prepare a sputtering target member.
  • the formed target base metal layer had a length of 900 mm and a thickness of 6.0 mm in the longitudinal direction of the cylinder. That is, among the sputtering target members, The outer diameter of the portion where the target base material layer was formed was 145 mm.
  • a sputter film (SiO 2 film) containing Si derived from the target base material layer is placed on the substrate by a magnetron sputtering method at a sputter gas (Ar + O 2 ) pressure of 0.3 Pa and a power of 15 kW. Formed in. Then, the erosion depth was measured by a coordinate measuring machine at a position of 40 mm, a position of 80 mm, and a position of 120 mm from one end of the target base material layer. The magnetic field strength at each position was measured before sputtering.
  • the efficiency of use of the target base material layer was calculated from the ratio of the mass of the sputtering target member (without considering the mass of the backing tube) before and after sputtering.
  • the usage efficiency here means the usage efficiency when sputtering is performed until the maximum erosion depth reaches 4.5 mm, which is near the life end.
  • the erosion depth (the amount scraped off) was the largest at a position of 40 mm from the end of the target base metal layer at 5.0 mm, and this position was presumed to be the deepest part of the erosion. ..
  • Example 1 Similar to Comparative Example 1, a backing tube having an outer diameter of 133 mm and a cylinder length of 940 mm was prepared. A magnetic layer containing iron (Fe) (iron purity: about 99%) was formed on the surface of the backing tube near both ends by a plasma spraying method. Next, a target base material layer containing Si (purity of Si: 99.9% or more) was formed by a plasma spraying method so as to cover the magnetic layer. Then, the surface was flattened by cutting as appropriate to prepare a sputtering target member. The outline of the produced sputtering target member is as shown in FIGS. 4 and 5, and two magnetic layers are symmetrically arranged in the vicinity of both ends. Specifically, in FIGS.
  • the thickness was 40 mm, the thickness of the magnetic layer (T2) was 2.0 mm, and the distance (D) between one end position of the target base material layer and one end position of the magnetic layer was 15 mm.
  • a sputtering film (SiO 2 ) containing Si derived from the target base material layer is used by a magnetron sputtering method at a sputtering gas (Ar + O 2 ) pressure of 0.3 Pa and a power of 15 kW, as in Comparative Example 1.
  • a film) was formed on the substrate.
  • the erosion depth is measured by a three-dimensional measuring machine at a position 40 mm (a position where the magnetic layer exists), a position 80 mm, and a position 120 mm from one end of the target base material layer. did.
  • the magnetic field strength at each position was measured before sputtering.
  • Example 1 From Table 2, in Example 1, the erosion depth is 3.5 mm at a position 40 mm from the end of the target base metal layer, that is, at a position estimated to be the deepest erosion when the magnetic layer is not provided. The result was that the erosion depth became deeper as it stayed and moved further away from the edge. Further, from the comparison of the standard deviations of the magnetic field strength, it is considered that the magnetic field strength was flattened by providing the magnetic layer as in the first embodiment.
  • Example 1 is 19 points higher than Comparative Example 1 (30%). ⁇ 49%).
  • the maximum erosion depth which is a guideline for the life end
  • the actual usage efficiency ratio of the target base material amount reduced by the life end
  • the efficiency of use of the sputtering target member can be improved by incorporating the magnetic layer containing the magnetic material in the sputtering target member provided with the target base material layer.
  • a Si-based target base material layer was used to form a sputter film containing Si, but it is considered that the above effect of improving the use efficiency can be achieved regardless of the material of the target base material layer. Be done.
  • the sputtering target member produced in each example is used, and Si derived from the target base material layer is contained at a sputtering gas (Ar + O 2 ) pressure of 0.3 Pa and a power of 15 kW by a magnetron sputtering method.
  • a sputtered film (silicon oxide film) was formed on the substrate. At this time, the number of arcing occurrences until the integrated power reached 241 kWh was measured. The results are shown in Table 3.
  • the sputtering target member, the method for manufacturing a sputtering target member, the method for manufacturing a sputtering film, and the magnetron sputtering apparatus according to the present invention can be applied to various types of sputtering films.
  • the present invention can be applied to the production of a sputter film constituting a functional film such as an antireflection film, a wavelength selective reflection (transmission) film, and a diffusion film.
  • the present invention can also be applied to the production of the above-mentioned hard coat film, protective film and the like of the functional film.
  • the present invention can also be applied to the manufacture of semiconductor devices such as TFTs (thin film transistors) and sputter films used in liquid crystal displays, organic EL displays and the like.
  • semiconductor devices such as TFTs (thin film transistors) and sputter films used in liquid crystal displays, organic EL displays and the like.
  • the silicon oxide sputtered film produced using the present invention can be suitably used as an insulating film, a protective film, and a passivation film for various devices.

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Abstract

均一なスパッタリングを可能にするとともに、ターゲット母材を高効率で使用することが可能なスパッタリングターゲット部材を提供する。スパッタリングターゲット部材は、ターゲット母材層を備えるスパッタリングターゲット部材であって、更に、磁性材料を含有する磁性層を、前記ターゲット母材層のスパッタ面に露出しないように備える、ことを特徴とする。

Description

スパッタリングターゲット部材及びその製造方法、スパッタ膜の製造方法、並びにマグネトロンスパッタリング装置
　本発明は、スパッタリングターゲット部材及びその製造方法、スパッタ膜の製造方法、並びにマグネトロンスパッタリング装置に関するものである。
　スパッタリングは、スパッタリングターゲットとよばれる材料を用い、基板表面に均質な膜を形成する技術であり、半導体、液晶、プラズマディスプレイ、光ディスク等の製造に広く用いられている。
　従来、スパッタリングターゲット部材を用いてスパッタリングを行うと、当該ターゲット部材の表面でエロージョン（機械的作用による浸食）が発生することが知られている。かかるスパッタリングターゲット部材においては、エロージョンの最深部の深さが、ライフエンド（使用限界）の目安となる。
　一般に、スパッタリングターゲット部材は、バッキングプレート上に、ターゲット母材（成膜材料）が平面且つ平行に形成されてなる。また、特にマグネトロン方式のスパッタリングでは、磁場強度が高い箇所にプラズマが集中することに起因して、ターゲット部材におけるエロージョン発生領域がより局所的となる傾向にある。これらの事情により、比較的多量のターゲット母材が残存しているにもかかわらず、安定した成膜を行うためにはターゲット部材の使用終了を余儀なくされるケースが多い。
　現状として、ターゲット母材の使用効率が比較的高いとされる円筒状のターゲット部材においても、当該使用効率は３０％程度である。なお、使用効率とは、一般には、使用開始前のターゲット母材全質量のうち、ライフエンドまでに減少したターゲット母材質量の割合を指す。
　これまで、ターゲット母材の使用効率を高める手段としては、ターゲット母材のうちエロージョンが発生する部分をより肉厚にする技術が、いくつか報告されている（例えば、特許文献１、２）。
特開２０００－１１９８４７号公報 特開２００２－３０２７６２号公報
　しかしながら、特許文献１，２に記載されたようなターゲット部材は、ターゲット母材が平面且つ平行に形成されてなるターゲット部材に比べ、材料費及び加工費等のコストが嵩むという問題がある。更に、肉厚部分の存在に起因して、ターゲット母材と成膜対象の基板との距離が一定ではないため、スパッタ膜の膜厚分布に悪影響を及ぼすという問題もある。そのため、これらに代替される技術が求められている。
　本発明は、従来における前記諸問題を解決し、以下の目的の少なくとも一つを達成することを課題とする。即ち、本発明の目的は、均一なスパッタリングを可能にするとともに、ターゲット母材を高効率で使用することが可能なスパッタリングターゲット部材を提供することにある。
　また、本発明の目的は、上述したスパッタリングターゲット部材を容易に得ることが可能な、スパッタリングターゲット部材の製造方法を提供することにある。
　また、本発明の目的は、均一な厚みを有するスパッタ膜を効率的に得ることが可能な、スパッタ膜の製造方法を提供することにある。
　更に、本発明の目的は、均一なスパッタリングを可能にするとともに、ターゲット母材を高効率で使用することが可能なマグネトロンスパッタリング装置を提供することにある。
　本発明者らは、前記目的を達成すべく、鋭意検討を行った。そして、スパッタリングターゲット部材に対し、磁性材料を所定の態様で内蔵させることで、磁場強度を平坦化できる結果、均一なスパッタリングの実施とターゲット母材の効率的使用とを両立できることを見出し、本発明の完成に至った。
　本発明は、本発明者らによる前記知見に基づくものであり、前記課題を解決するための手段としては以下の通りである。
＜１＞　ターゲット母材層を備えるスパッタリングターゲット部材であって、
　更に、磁性材料を含有する磁性層を、前記ターゲット母材層のスパッタ面に露出しないように備えることを特徴とする、スパッタリングターゲット部材。
＜２＞　前記磁性材料が、鉄、ニッケル及びコバルトから選択される少なくとも１種である、＜１＞に記載のスパッタリングターゲット部材。
＜３＞　前記磁性層の質量全体に対する前記磁性材料の含有割合が５０質量％以上である、＜１＞又は＜２＞に記載のスパッタリングターゲット部材。
＜４＞　前記磁性層の厚みが１００μｍ以上である、＜１＞～＜３＞のいずれかに記載のスパッタリングターゲット部材。
＜５＞　前記ターゲット母材層の厚みに対する前記磁性層の厚みが、１％以上５０％以下である、＜１＞～＜４＞のいずれかに記載のスパッタリングターゲット部材。
＜６＞　前記ターゲット母材層が円筒状であり、前記スパッタリングターゲット部材が円筒状である、＜１＞～＜５＞のいずれかに記載のスパッタリングターゲット部材。
＜７＞　前記磁性層が、円筒長手方向で見て、前記ターゲット母材層の一方の端部位置と、前記ターゲット母材層の全長の１／４の距離だけ当該一方の端部位置から中央に寄った位置との間に配置された、＜６＞に記載のスパッタリングターゲット部材。
＜８＞前記磁性層が、前記ターゲット母材層のスパッタ面方向で見て部分的に配置された、＜１＞～＜７＞のいずれかに記載のスパッタリングターゲット部材。
＜９＞前記ターゲット母材層の質量全体に対するケイ素の含有割合が５０質量％以上である、＜１＞～＜８＞のいずれかに記載のスパッタリングターゲット部材。
＜１０＞　前記磁性層をプラズマ溶射法により形成する、ことを特徴とする、＜１＞～＜９＞のいずれかに記載のスパッタリングターゲット部材の製造方法。
＜１１＞　＜１＞～＜９＞のいずれかに記載のスパッタリングターゲット部材を用い、スパッタリングにより、前記ターゲット母材層の構成原子を含むスパッタ膜を基板上に形成する、ことを特徴とする、スパッタ膜の製造方法。
＜１２＞　＜６＞又は＜７＞に記載の円筒状のスパッタリングターゲット部材と、当該円筒の内部に配置されたマグネット部材とを備える、ことを特徴とする、マグネトロンスパッタリング装置。
＜１３＞　前記スパッタリングターゲット部材における前記磁性層が、前記スパッタリングターゲット部材の円筒長手方向で見て、前記マグネット部材の一方の端部位置よりも完全に外側に配置されるか、或いは、前記マグネット部材の一方の端部位置と、前記マグネット部材の両端の距離の１／４の距離だけ当該一方の端部位置から中央に寄った位置との間に少なくとも配置された、＜１２＞に記載のマグネトロンスパッタリング装置。
　本発明によれば、均一なスパッタリングを可能にするとともに、ターゲット母材を高効率で使用することが可能なスパッタリングターゲット部材を提供することができる。
　また、本発明によれば、上述したスパッタリングターゲット部材を容易に得ることが可能な、スパッタリングターゲット部材の製造方法を提供することができる。
　また、本発明によれば、均一な厚みを有するスパッタ膜を効率的に得ることが可能な、スパッタ膜の製造方法を提供することができる。
　更に、本発明によれば、均一なスパッタリングを可能にするとともに、ターゲット母材を高効率で使用することが可能なマグネトロンスパッタリング装置を提供することができる。
本発明の一実施形態に係るスパッタリングターゲット部材（平板状）を示す模式断面図である。 別の態様に係るスパッタリングターゲット部材を部分的に示す模式断面図である。 別の態様に係るスパッタリングターゲット部材を部分的に示す模式断面図である。 本発明の一実施形態に係るスパッタリングターゲット部材（円筒状）を示す模式断面図である。 図４の一部分を拡大した図である。 本発明の一実施形態に係るマグネトロンスパッタリング装置の一部を示す模式断面図である。 本発明の一実施形態に係るマグネトロンスパッタリング装置で使用可能なマグネット部材の模式斜視図である。 図６の一部分を拡大した図である。
　以下、本発明を、実施形態に基づき詳細に説明する。
（スパッタリングターゲット部材）
　本実施形態のスパッタリングターゲット部材（以下、単に「ターゲット部材」と称することがある。）は、ターゲット母材層を備えるとともに、更に、磁性材料を含有する磁性層を、上記ターゲット母材層のスパッタ面に露出しないように備える、ことを特徴とする。かかるターゲット部材は、磁性材料を所定の態様で内蔵しているので、均一なスパッタリングを可能にするとともに、ターゲット母材を高効率で使用することが可能である。
　なお、上記ターゲット部材は、例えば、後述する本実施形態のスパッタリングターゲット部材の製造方法により製造することができる。
　まず、第１実施形態のターゲット部材について説明する。図１は、第１実施形態のターゲット部材の模式断面図である。図１に示すスパッタリングターゲット部材１００は、平板状であり、より具体的には、平板状のバッキングプレート３ａの一方の面上に、ターゲット母材層１が平板状に形成されている。なお、図１のターゲット母材層１の平面視形状は、図示しないが、例えば、矩形状、真円状、楕円状等であってもよい。
　また、図１に示すように、上記スパッタリングターゲット部材１００は、磁性材料を含有する磁性層２を備える。なお、図１の磁性層２の平面視形状は、図示しないが、例えば、矩形状、真円状、楕円状等であってもよい。
　このようなスパッタリングターゲット部材１００を、所定のマグネトロンスパッタリング装置内の適所に配置し、更にターゲット部材１００の下部に所定のマグネットを配置して、離間して対向する基板へのスパッタリング成膜を行った場合には、磁性層２の存在に起因して、磁性層２が配置された箇所の上部領域及び／又は周辺領域における磁場強度が抑えられる。即ち、磁性層２を、スパッタリングターゲット部材１００の中でも、実際にスパッタリングを行った際に磁場強度が局所的に高くなるような領域の近傍に少なくとも配置することで、スパッタリングの際の磁場強度の平坦化（低減）を図ることができる。これにより、エロージョンの局所化が抑えられるので、均一なスパッタリングを維持することができ、これに加えて、スパッタ面方向で見たときのターゲット母材の減り方がより均一となるので、ターゲット母材の使用効率を高めることができる。なお、使用効率とは、使用開始前のターゲット母材全質量のうち、ライフエンドまで（或いは、ライフエンド近傍において使用者が任意に決定したエロージョン深さに到達するまで）に減少したターゲット母材質量の割合を指す。また、磁場強度を抑制可能な領域は、磁性層２の厚みや形状等を適宜変更することより、制御することができる。
　更に、磁性層２は、図１に示すように、ターゲット部材１００のスパッタ面に露出しないように当該ターゲット部材１００内に配置されている。そのため、磁性層２がスパッタされることはない。
　上記スパッタリングターゲット部材１００において、磁性材料を含有する磁性層２は、ターゲット母材層１のスパッタ面（ターゲット母材層１の構成原子がスパッタリングによって叩き出される表面をいう。以下、単に「ターゲット母材層の表面」又は「ターゲット部材の表面」ということがある。）方向で見たときに、全面にではなく、部分的に配置されていることが好ましい。例えば、図１では、上記磁性層２が、ターゲット母材層１の左端近傍及び右端近傍のみに配置されている。磁性層２の平面視形状は、図示しないが、例えば、矩形状、真円状、楕円状等であってもよい。
　図１に示すような平板状のスパッタリングターゲット部材１００における磁性層２の配置箇所は、特に限定されず、適用するマグネトロンスパッタリング装置の構造（例えば、マグネットの設置位置）などの目的に応じて適宜選択することができる。また、ターゲット部材１００に配置される磁性層２の数も、特に限定されない。
　例えば、図１のターゲット部材１００では、磁性層２が、ターゲット母材層１のスパッタ面に対する側部からは露出していない。しかしながら、磁性材料がスパッタ面に存在しなければ成膜に影響がないことから、磁性層２は、図２に示すように、ターゲット母材層１のスパッタ面に対する側部から露出していてもよい。
　また、例えば、図１のターゲット部材１００では、磁性層２の断面が矩形状である。しかしながら、磁性層２の断面形状は、これに限定されず、例えば、図３に示すようにテーパ形状であってもよく、或いは、真円状、楕円状等であってもよい。
　次に、第２実施形態のターゲット部材について説明する。第２実施形態のターゲット部材は、円筒状であり、図４は、第２実施形態のターゲット部材の模式断面図（円筒の中心軸を含む面方向に切断したときの断面図）である。図４に示すスパッタリングターゲット部材１００は、一点鎖線を中心軸とする円筒状であり、より具体的には、円筒状のバッキングチューブ３ｂの外表面上に、ターゲット母材層１が円筒状に形成されている。
　また、図４に示すように、上記スパッタリングターゲット材１００は、磁性材料を含有する磁性層２を備える。なお、磁性層２は、ターゲット母材層１の円筒と同心円状に配置されていることが好ましい。
　このようなスパッタリングターゲット部材１００を、所定のマグネトロンスパッタリング装置内の適所に配置し、更にターゲット部材１００の円筒内部に所定のマグネットを配置して、ターゲット部材１００を回転させながら、離間した基板へのスパッタリング成膜を行った場合には、磁性層２の存在に起因して、磁性層２が配置された箇所の上部領域における磁場強度が抑えられる。更に、磁性層２は、図４に示すように、ターゲット部材１００のスパッタ面に露出しないように当該ターゲット部材１００内に配置されている。これらによる作用効果は、第１実施形態のターゲット部材について既述したものと同様である。
　上記スパッタリングターゲット部材１００において、磁性材料を含有する磁性層２は、ターゲット母材層１の円筒長手方向で見たときに、全面にではなく、部分的に配置されていることが好ましい。例えば、図４では、上記磁性層２が、ターゲット母材層１の両端近傍のみに、円筒状に配置されている。
　図４に示すような円筒状のスパッタリングターゲット部材１００における磁性層２の配置箇所は、特に限定されない。
　例えば、図４のターゲット部材１００では、磁性層２が、ターゲット母材層１のスパッタ面に対する側部からは露出していない。しかしながら、磁性材料がスパッタ面に存在しなければ成膜に影響がないことから、磁性層２は、ターゲット母材層１のスパッタ面に対する側部から露出していてもよい（図２と同様）。
　また、例えば、図４のターゲット部材１００では、磁性層２が、ターゲット母材層１の表面から円筒中心方向（ターゲット母材層１の厚み方向）に向かって見たときに、単体で配置されている。即ち、図４のターゲット部材１００では、磁性層２が単層である。しかしながら、磁性層２の形態はこれに限定されず、ターゲット母材層１の表面から円筒中心方向（ターゲット母材層１の厚み方向）に向かって見たときに、複数が互いに離間しているように配置されていてもよい。即ち、磁性層２は、各層が互いに離間した複層（径が異なる複数のドーナツ状の層）であってもよい。或いは、磁性層２は、単層であっても、単層の中に間欠する部分（スリット）が設けられていてもよい。
　但し、円筒状のスパッタリングターゲット部材の内部にマグネットを配置してスパッタリング成膜を行う際には、ターゲット母材の材料に関わらず、磁場強度が局所的に高くなる場所（ひいては、エロージョン最深部となる場所）がある程度決まっていることが判明した（概ね、端部近傍である）。かかる観点を踏まえ、磁性層２の好適な配置箇所について、説明する。
　ここで、図４において、（Ｌ１）は、ターゲット母材層１の全長（円筒長）を指し、（Ｔ１）は、ターゲット母材層１の厚みを指す。また、図５は、図４の一方の端部付近を拡大した図であり、当該図５において、（Ｌ２）は、磁性層２の円筒長手方向の長さを指し、（Ｔ２）は、磁性層２の厚みを指す。更に、図５において、（Ｄ）は、ターゲット母材層１の一方の端部位置と磁性層２の一方の端部位置との間隔を指す。
　なお、ターゲット母材層１の全長（Ｌ１）は、特に限定されず、適用するスパッタリング装置や、成膜対象の基板のサイズなどの諸条件に応じて、適宜選択することができる。
　図４及び図５に示すような円筒状のスパッタリングターゲット部材１００においては、磁性層２が、円筒長手方向で見て、ターゲット母材層１の一方の端部位置と、ターゲット母材層１の全長の１／４の距離だけ当該一方の端部位置から中央に寄った位置との間に配置されていることが好ましい。言い換えると、図４及び図５において、磁性層２が、ターゲット母材層１の少なくとも一方の端部近傍に、下式（１）（及び式（１’））を満たすように配置されていることが好ましい。
　　　（Ｄ）≦｛（Ｌ１）÷４｝　　　・・・（１）
　　　（Ｄ）／｛（Ｌ１）÷４｝≦１　　　・・・（１’）
　更に、円筒状のスパッタリングターゲット部材１００においては、磁性層２が、円筒長手方向で見て、ターゲット母材層１の一方の端部位置からターゲット母材層１の全長の１／４の距離だけ中央に寄った位置よりも中央寄りには配置されていないことが好ましい。言い換えると、図４及び図５において、磁性層２が、ターゲット母材層１の少なくとも一方の端部近傍に、下式（２）（及び式（２’））を満たすように配置されていることが好ましい。
　　　｛（Ｄ）＋（Ｌ２）｝≦｛（Ｌ１）÷４｝　　　・・・（２）
　　　｛（Ｄ）＋（Ｌ２）｝／｛（Ｌ１）÷４｝≦１　　　・・・（２’）
　更に、円筒状のスパッタリングターゲット部材１００においては、磁性層２の少なくとも一部が、円筒長手方向で見て、ターゲット母材層１の一方の端部位置から５～３０ｍｍ中央寄りの位置に配置されていることが好ましい。この場合、より確実に、磁場強度の平坦化（ピーク強度の低減）を図ることができる。
　また、円筒状のスパッタリングターゲット部材１００においては、磁性層２の円筒長手方向の長さ（Ｌ２）が、５ｍｍ以上５０ｍｍ以下であることが好ましい。この場合、必要最小限の磁性材料で、効果的に、磁場強度のコントロール（ピーク強度の低減）を図ることができる。
　そして、円筒状のスパッタリングターゲット部材１００においては、２つの磁性層２が、ターゲット母材層１の両端近傍に、対称的に配置されていることが好ましい。
　次に、ターゲット部材の形状に関わらない、本実施形態のターゲット部材の好適態様について説明する。
　ターゲット母材層の材料（成膜材料）としては、特に限定されず、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ケイ素（Ｓｉ）、ニオブ（Ｎｂ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、酸化ニオブ、酸化チタン、アルミニウム合金等が挙げられる。
　特に、ターゲット母材層の材料（成膜材料）としては、少なくともケイ素（Ｓｉ）を用い、ターゲット母材層の質量全体に対する当該ケイ素の含有割合（即ち、純度）が、５０質量％以上であることが好ましい。このようなＳｉ系のターゲット母材層を用いれば、スパッタリングにより、酸化ケイ素のスパッタ膜を基板上に形成することができる。
　この点、酸化ケイ素のスパッタ膜の形成においては、ターゲット端部などのスパッタリングされない（又はされ難い）表面には、基板に到達又は付着しなかった酸化ケイ素（代表的にはＳｉＯ２）が堆積し易い傾向にある。また、酸化ケイ素は、絶縁性であるため、ターゲット上に酸化ケイ素が堆積すると、そこに電荷が溜まり、アーキング（異常放電）が発生する。そして、かかるアーキングが頻発すると、ターゲット表面の溶融及び飛散が生じ、酸化ケイ素粒子の欠陥の発生、ひいては、成膜品の品質への悪影響及び歩留まりの低下をもたらす、という虞があった。しかしながら、上述のように、磁性層を所定の態様で内蔵させたスパッタリングターゲット部材を用いれば、酸化ケイ素の飛散量、及びスパッタリングされない（又はされ難い）表面への当該酸化ケイ素の堆積量が低減するので、アーキングの発生を有意に抑制できる、という更なる効果も奏され得る。
　更に、スパッタリングターゲット部材が円筒状である場合には、上述に従って端部近傍のピーク強度を低減することができれば、スパッタリングされないことが多いとされるターゲット端部への酸化ケイ素の堆積量も相応して低減されるので、アーキングの抑制には一層有利である。
　ターゲット母材層の質量全体に対する上記材料の含有割合（即ち、純度）は、９５質量％以上であることが好ましい。この場合、より効率的にスパッタリングを実施でき、また、より高品質の膜を得ることができる。同様の観点から、上記含有割合は、９９質量％以上であることがより好ましく、９９.９質量％以上であることが更に好ましい。
　ターゲット母材層の厚みとしては、特に限定されず、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、２．０ｍｍ以上１５ｍｍ以下とすることができる。
　磁性層を構成する磁性材料は、高磁性の観点から、Ｆｅ（鉄）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｏ（コバルト）から選択される少なくとも１種であることが好ましい。なお、磁性材料は、１種単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせた合金又は混合物として用いてもよい。
　磁性層の質量全体に対する前記磁性材料の含有割合（即ち、純度）は、５０質量％以上であることが好ましい。この場合、より効果的に、スパッタリングを行った際の磁場強度のコントロールを図ることができる。同様の観点から、上記含有割合は、７０質量％以上であることがより好ましく、９０質量％以上であることが更に好ましい。
　磁性層の厚みは、１００μｍ以上であることが好ましい。この場合、より効果的に、スパッタリングを行った際の磁場強度のコントロールを図ることができる。同様の観点から、磁性層の厚みは、２００μｍ以上であることがより好ましく、５００μｍ以上であることが更に好ましい。また、磁性層の厚みは、特に限定されないが、３ｍｍ以下とすることができる。
　また、ターゲット母材層の厚みに対する磁性層の厚みの割合（磁性層の厚み／ターゲット母材層の厚み）が、１％以上５０％以下であることが好ましい。上記割合が１％以上であれば、より確実に、スパッタリングを行った際の磁場強度のコントロールを図ることができる。また、上記割合が５０％以下であれば、ターゲット母材の使用効率を十分良好に維持することができる。同様の観点から、ターゲット母材層の厚みに対する前記磁性層の厚みは、２０％以上であることがより好ましく、また、４０％以下であることがより好ましい。
　本実施形態のターゲット部材は、バッキングプレート（平板状）又はバッキングチューブ（円筒状）等のターゲット基材を更に備えるとともに、上記磁性層が、当該ターゲット基材の表面上に直接形成されていることが好ましい。この場合、ターゲット母材層の形成工程が１回で足りるため、ターゲット部材の製造がより容易となる。
　なお、ターゲット基材は、例えば、銅、ステンレス、アルミニウム、チタン等の金属製とすることができる。また、ターゲット基材は、水冷のジャケット構造を有していてもよい。更に、ターゲット基材は、ターゲット母材層との密着性を向上させる目的で、当該ターゲット母材層が配置される表面上に任意の密着層を備えていてもよい。この場合、密着層は、磁性層と同じ材料を含有していてもよい。
　本実施形態のターゲット部材は、ターゲット母材層の表面が平坦であることが好ましい。この場合、ターゲット母材と成膜対象の基板との距離を一定にすることができるため、より均一なスパッタ膜を得ることができる。
（スパッタリングターゲット部材の製造方法）
　本実施形態のスパッタリングターゲット部材の製造方法（以下、単に「ターゲット部材の製造方法」と称することがある。）は、上記磁性層を、プラズマ溶射法により形成する、ことを特徴とする。プラズマ溶射法は、設計自由度が高いため、厚みの調整を容易に行うことができる。更に、プラズマ溶射法は、装置毎にカスタマイズが可能な技術であるため、多くのスパッタリング装置に応用することができる。
　一方、ターゲット母材層は、特に限定されず、例えば、プラズマ溶射法により形成することもできるし、或いは、コールドスプレー法により形成することもできる。いずれも、ターゲット母材層を容易に形成できる方法である。ここで、コールドスプレー法とは、常温の又は加熱した高圧ガスを特殊ノズルによって超音速に加速し、そのガス流の中心に粉末材料を投入することにより当該材料も加速させて、ノズル出口より噴出した材料を固体のまま基材に衝突させて成膜する方法である。
　なお、磁性層及びターゲット母材層を形成にした後は、必要に応じて、ターゲット母材層の表面の平坦化処理を行ってもよい。平坦化処理としては、例えば、切削加工、研削加工等が挙げられる。
（スパッタ膜の製造方法）
　本実施形態のスパッタ膜の製造方法は、上述したスパッタリングターゲット部材を用い、スパッタリングにより、前記ターゲット母材層の構成原子を含むスパッタ膜を基板上に形成する、ことを特徴とする。かかる本実施形態のスパッタ膜の製造方法によれば、上述したスパッタリングターゲット部材を用いるので、スパッタリングの際にもターゲット母材と成膜対象の基板との距離をより一定に保持することができる結果、均一な厚みを有するスパッタ膜を効率的に得ることが可能である。
　更に、Ｓｉ系のターゲット母材層を備えるスパッタリングターゲット部材を用いた場合には、スパッタリングの際にアーキングの発生を有意に抑制できる結果、酸化ケイ素粒子の欠陥の発生、ひいては、成膜品（酸化ケイ素膜）の品質への悪影響及び歩留まりの低下も有意に抑えることができる。従って、高品質のスパッタ膜を高い生産性をもって得ることが可能である。なお、Ｓｉ系のスパッタリングターゲット部材を用いる場合、形成されるスパッタ膜に含まれる酸化ケイ素の組成としては、ＳｉＯ２が挙げられるが、これに限定されない。
　本実施形態のスパッタ膜の製造方法では、好適には、マグネトロン式のスパッタリングを採用することができる。また、本実施形態のスパッタ膜の製造方法では、好適には、後述する本実施形態のマグネトロンスパッタリング装置を用いることができる。
（マグネトロンスパッタリング装置）
　本実施形態のマグネトロンスパッタリング装置（以下、単に「スパッタリング装置」と称することがある。）は、少なくとも、上述した本実施形態の円筒状のスパッタリングターゲット部材と、当該円筒の内部に配置されたマグネット部材とを備える、ことを特徴とする。かかる本実施形態の装置によれば、上述した円筒状のスパッタリングターゲット部材を用いるので、均一なスパッタリングを可能にするとともに、ターゲット母材を高効率で使用することが可能である。
　更に、Ｓｉ系のターゲット母材層を備えるスパッタリングターゲット部材を用いた場合には、スパッタリング時におけるアーキングの発生を抑制することもできる。
　本実施形態のスパッタリング装置は、例えば、真空チャンバを備え、当該真空チャンバ内において、円筒状のスパッタリングターゲット部材が配置されるとともに、当該ターゲット部材の円筒内部にマグネット部材が配置される。なお、マグネット部材は、円筒状のターゲット部材の内部で、支持部材により支持されていてもよい。更に、当該真空チャンバ内においては、成膜対象の基板が、当該ターゲット部材から離間して配置される。そして、所定の圧力に調整された真空チャンバ内にガス（アルゴンガスなど）を導入し、ターゲット部材を回転させながら、当該ターゲット部材に電力を供給する。このとき、マグネット部材による磁場と、ターゲット部材に供給される電圧とにより、ターゲット部材の表面近傍で放電プラズマが励起される。この励起されたプラズマにより、ガス由来のイオン（アルゴンイオンなど）がターゲット部材の表面に衝突し、ターゲット母材の構成原子が叩き出されて、基板上に付着する。このようにして、基板上にスパッタ膜を形成することができる。
　図６は、本実施形態のスパッタリング装置の一部（円筒状のスパッタリングターゲット部材の部分）を示す模式断面図である。図６では、円筒状のスパッタリングターゲット部材１００の内部に、マグネット部材４が配置されている。マグネット部材４は、円筒状のスパッタリングターゲット部材の円筒内部に配置可能なサイズを有する。また、マグネット部材４は、例えば、図７に示す斜視図の通り、輪状とすることができる。或いは、マグネット部材４は、複数のマグネットからなるユニットであってもよい。
　ここで、図６において、（Ｌ４）は、マグネット部材４の全長を指す。また、図８は、図６の一方の端部付近を拡大した図であり、当該図８において、（Ｄ’）は、ターゲット母材層１の一方の端部位置とマグネット部材４の一方の端部位置との間隔を指す。通常、マグネット部材４の全長（Ｌ４）は、ターゲット母材層１の全長（Ｌ１）と同じか、又はそれよりも小さい（（Ｌ１）≧（Ｌ４）である）。そのため、通常、ターゲット母材層１の端部位置は、マグネット部材４の端部位置と同じか、又はそれよりも外側にある。
　ここで、本実施形態のスパッタリング装置においては、スパッタリングターゲット部材１００における上記磁性層２が、上記スパッタリングターゲット部材１００の円筒長手方向で見て、前記マグネット部材の一方の端部位置よりも完全に外側に配置されるか、或いは、上記マグネット部材４の一方の端部位置と、上記マグネット部材４の両端の距離の１／４の距離だけ当該一方の端部位置から中央に寄った位置との間に少なくとも配置されていることが好ましい。即ち、図６及び図８に示すようなスパッタリング装置においては、磁性層２が、ターゲット母材層１の少なくとも一方の端部近傍に、下式（３）を満たすか、或いは、式（４－１）及び式（４－２）の両方を満たすように配置されていることが好ましい。
　　　（Ｄ）＋（Ｌ２）≦（Ｄ’）　　　・・・（３）
　　　（Ｄ）＋（Ｌ２）≧（Ｄ’）　　　・・・（４－１）
　　　（Ｄ）≦（Ｄ’）＋｛（Ｌ４）÷４｝　　　・・・（４－２）
　このような配置でスパッタリングを行うことで、より効果的に、磁場強度の平坦化を図ることができる。
　次に、実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記実施例に制限されるものではない。
（比較例１）
　外径１３３ｍｍ、筒長９４０ｍｍのバッキングチューブを準備した。このバッキングチューブの表面に、プラズマ溶射法により、Ｓｉを含有するターゲット母材層（Ｓｉの純度：９９．９％以上）を形成して、スパッタリングターゲット部材を作製した。形成したターゲット母材層は、円筒長手方向の長さ９００ｍｍ、厚み６．０ｍｍとした。即ち、スパッタリングターゲット部材のうち、
ターゲット母材層が形成された箇所の外径は、１４５ｍｍとした。
　作製したスパッタリングターゲット部材を用い、マグネトロンスパッタリング方式により、スパッタガス（Ａｒ＋Ｏ２）圧０．３Ｐａ、電力１５ｋＷにて、ターゲット母材層に由来するＳｉを含有するスパッタ膜（ＳｉＯ２膜）を基板上に形成した。その後、ターゲット母材層の一方の端部から４０ｍｍの位置、８０ｍｍの位置、及び１２０ｍｍの位置において、三次元測定機によりエロージョン深さを測定した。また、各位置における磁場強度については、スパッタリング前に測定した。更に、スパッタリング前後におけるスパッタリングターゲット部材の質量（バッキングチューブの質量は考慮せず）の比から、ターゲット母材層の使用効率を算出した。ここでの使用効率とは、最大エロージョン深さが、ライフエンド近傍である４．５ｍｍに到達するまでスパッタリングを行った場合の使用効率を意味する。これらの結果を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１より、比較例１では、ターゲット母材層の端部から４０ｍｍの位置において、エロージョン深さ（削り取られた量）が５．０ｍｍと最も大きく、この位置が、エロージョン最深部と推測された。なお、エロージョン深さ５．０ｍｍは、ターゲット母材層の残存高さが１．０ｍｍ（＝６．０－５．０）であることを意味するところ、かかる残存高さは、スパッタリングターゲット部材のライフエンドの目安となる。
（実施例１）
　比較例１と同様、外径１３３ｍｍ、筒長９４０ｍｍのバッキングチューブを準備した。このバッキングチューブの両端近傍の表面に、プラズマ溶射法により、鉄（Ｆｅ）を含有する磁性層（鉄の純度：９９％程度）をそれぞれ形成した。次いで、上記磁性層を覆うようにして、プラズマ溶射法により、Ｓｉを含有するターゲット母材層（Ｓｉの純度：９９．９％以上）を形成した。その後、適宜、切削により表面の平坦化処理を行って、スパッタリングターゲット部材を作製した。作製したスパッタリングターゲット部材の概形は、図４及び図５に示す通りであり、２つの磁性層が、両端近傍に対称的に配置された。具体的に、図４及び図５において、ターゲット母材層の全長（Ｌ１）＝９００ｍｍ、ターゲット母材層の厚み（Ｔ１）＝６．０ｍｍ、磁性層の円筒長手方向の長さ（Ｌ２）＝４０ｍｍ、磁性層の厚み（Ｔ２）＝２．０ｍｍ、また、ターゲット母材層の一方の端部位置と磁性層の一方の端部位置との間隔（Ｄ）＝１５ｍｍとした。
　作製したスパッタリングターゲット部材を用い、マグネトロンスパッタリング方式により、比較例１と同様、スパッタガス（Ａｒ＋Ｏ２）圧０．３Ｐａ、電力１５ｋＷにて、ターゲット母材層に由来するＳｉを含むスパッタ膜（ＳｉＯ２膜）を基板上に形成した。その後、比較例１と同様、ターゲット母材層の一方の端部から４０ｍｍの位置（磁性層が存在する位置）、８０ｍｍの位置、及び１２０ｍｍの位置において、三次元測定機によりエロージョン深さを測定した。また、各位置における磁場強度については、スパッタリング前に測定した。更に、比較例１と同様、スパッタリング前後におけるスパッタリングターゲット部材の質量（バッキングチューブの質量は考慮せず）の比から、ターゲット母材層の使用効率（最大エロージョン深さが、ライフエンド近傍である４．５ｍｍに到達するまでスパッタを行った場合の使用効率）を算出した。これらの結果を表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表２より、実施例１では、ターゲット母材層の端部から４０ｍｍの位置、即ち、磁性層を設けない場合にエロージョン最深部になると推測される位置においては、エロージョン深さは３．５ｍｍに留まり、更に端部から離れるにつれて、エロージョン深さが深くなる結果となった。また、磁場強度の標準偏差の比較から、実施例１のように磁性層を設けることで、磁場強度の平坦化が図れたものと考えられる。
　そして、使用効率（最大エロージョン深さが、ライフエンド近傍である４．５ｍｍに到達するまでスパッタを行った場合の使用効率）について、実施例１は比較例１よりも１９ポイント上昇した（３０％→４９％）。この点に関し、上述の通り、ライフエンドの目安となる最大エロージョン深さが５．０ｍｍであることを踏まえると、実際の使用効率（ライフエンドまでに減少したターゲット母材質量の割合）については、実施例１と比較例１とのポイント差が更に大きくなることが推測される。
　以上のように、ターゲット母材層を備えるスパッタリングターゲット部材において、磁性材料を含有する磁性層を内蔵させることで、スパッタリングターゲット部材の使用効率を高めることができることが分かる。なお、上記例では、Ｓｉ系のターゲット母材層を用い、Ｓｉを含むスパッタ膜を形成したが、使用効率を向上という上記効果は、ターゲット母材層の材料に関わらず、達成できるものと考えられる。
（アーキング発生回数の測定）
　また、上記と同様に、各例で作製したスパッタリングターゲット部材を用い、マグネトロンスパッタリング方式により、スパッタガス（Ａｒ＋Ｏ２）圧０．３Ｐａ、電力１５ｋＷにて、ターゲット母材層に由来するＳｉを含有するスパッタ膜（酸化ケイ素膜）を基板上に形成した。このとき、積算電力２４１ｋＷｈに達するまでのアーキング発生回数を測定した。結果を表３に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　表３より、Ｓｉ系のターゲット母材層を備えるスパッタリングターゲット部材において、磁性材料を含有する磁性層を内蔵させることで、スパッタリング時におけるアーキングの発生も有意に抑制できることが分かる。
　本発明に係るスパッタリングターゲット部材、スパッタリングターゲット部材の製造方法、スパッタ膜の製造方法、及びマグネトロンスパッタ装置は、様々な種類のスパッタ膜に適用することが可能である。一例を挙げると、本発明は、反射防止フィルム、波長選択反射（透過）膜、拡散フィルムなどの機能性フィルムを構成するスパッタ膜の製造に適用可能である。また、本発明は、上述した機能性フィルムのハードコート膜や保護膜等の製造にも適用可能である。更に、本発明は、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）などの半導体素子や、液晶ディスプレイ及び有機ＥＬディスプレイ等に用いられるスパッタ膜の製造にも、適用可能である。
　特に、本発明を用いて作製される酸化ケイ素のスパッタ膜は、各種デバイスの絶縁膜、保護膜、パッシベーション膜として、好適に用いることができる。
１００　スパッタリングターゲット部材
１　ターゲット母材層
２　磁性層
３ａ　バッキングプレート
３ｂ　バッキングチューブ
４　マグネット部材
 

Claims (13)

  1. 　ターゲット母材層を備えるスパッタリングターゲット部材であって、
    　更に、磁性材料を含有する磁性層を、前記ターゲット母材層のスパッタ面に露出しないように備える、ことを特徴とする、スパッタリングターゲット部材。
  2. 　前記磁性材料が、鉄、ニッケル及びコバルトから選択される少なくとも１種である、請求項１に記載のスパッタリングターゲット部材。
  3. 　前記磁性層の質量全体に対する前記磁性材料の含有割合が５０質量％以上である、請求項１又は２に記載のスパッタリングターゲット部材。
  4. 　前記磁性層の厚みが１００μｍ以上である、請求項１～３のいずれかに記載のスパッタリングターゲット部材。
  5. 　前記ターゲット母材層の厚みに対する前記磁性層の厚みが、１％以上５０％以下である、請求項１～４のいずれかに記載のスパッタリングターゲット部材。
  6. 　前記ターゲット母材層が円筒状であり、前記スパッタリングターゲット部材が円筒状である、請求項１～５のいずれかに記載のスパッタリングターゲット部材。
  7. 　前記磁性層が、円筒長手方向で見て、前記ターゲット母材層の一方の端部位置と、前記ターゲット母材層の全長の１／４の距離だけ当該一方の端部位置から中央に寄った位置との間に配置された、請求項６に記載のスパッタリングターゲット部材。
  8. 　前記磁性層が、前記ターゲット母材層のスパッタ面方向で見て部分的に配置された、請求項１～７のいずれかに記載のスパッタリングターゲット部材。
  9. 　前記ターゲット母材層の質量全体に対するケイ素の含有割合が５０質量％以上である、請求項１～８のいずれかに記載のスパッタリングターゲット部材。
  10. 　前記磁性層をプラズマ溶射法により形成する、ことを特徴とする、請求項１～９のいずれかに記載のスパッタリングターゲット部材の製造方法。
  11. 　請求項１～９のいずれかに記載のスパッタリングターゲット部材を用い、スパッタリングにより、前記ターゲット母材層の構成原子を含むスパッタ膜を基板上に形成する、ことを特徴とする、スパッタ膜の製造方法。
  12. 　請求項６又は７に記載の円筒状のスパッタリングターゲット部材と、当該円筒の内部に配置されたマグネット部材とを備える、ことを特徴とする、マグネトロンスパッタリング装置。
  13. 　前記スパッタリングターゲット部材における前記磁性層が、前記スパッタリングターゲット部材の円筒長手方向で見て、前記マグネット部材の一方の端部位置よりも完全に外側に配置されるか、或いは、前記マグネット部材の一方の端部位置と、前記マグネット部材の両端の距離の１／４の距離だけ当該一方の端部位置から中央に寄った位置との間に少なくとも配置された、請求項１２に記載のマグネトロンスパッタリング装置。
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