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WO2002016665A1 - Cible de pulverisation produisant peu de particules - Google Patents

Cible de pulverisation produisant peu de particules Download PDF

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WO2002016665A1
WO2002016665A1 PCT/JP2001/003386 JP0103386W WO0216665A1 WO 2002016665 A1 WO2002016665 A1 WO 2002016665A1 JP 0103386 W JP0103386 W JP 0103386W WO 0216665 A1 WO0216665 A1 WO 0216665A1
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WO
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sputtering target
target
sputtering
packing plate
particles
Prior art date
Application number
PCT/JP2001/003386
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English (en)
French (fr)
Inventor
Hirohito Miyashita
Takeo Okabe
Original Assignee
Nikko Materials Company, Limited
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nikko Materials Company, Limited filed Critical Nikko Materials Company, Limited
Priority to US10/297,265 priority Critical patent/US6875325B2/en
Priority to EP01921939A priority patent/EP1314795B1/en
Priority to DE60112101T priority patent/DE60112101T2/de
Priority to KR10-2003-7002530A priority patent/KR100515906B1/ko
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/56Apparatus specially adapted for continuous coating; Arrangements for maintaining the vacuum, e.g. vacuum locks
    • C23C14/564Means for minimising impurities in the coating chamber such as dust, moisture, residual gases
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C23C14/34Sputtering
    • C23C14/3407Cathode assembly for sputtering apparatus, e.g. Target
    • C23C14/3414Metallurgical or chemical aspects of target preparation, e.g. casting, powder metallurgy
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge

Definitions

  • the present invention relates to a sputtering target that generates less particles during film formation.
  • a target composed of a positive electrode and a negative electrode is opposed to each other, and a high voltage is applied between the substrate and the target under an inert gas atmosphere to generate an electric field.
  • the ionized electrons collide with the inert gas to form plasma, and the cations in the plasma collide with the surface of the target (negative electrode) and strike out the constituent atoms of the target.
  • the problem of particle generation has become a major issue.
  • the particles are caused by the target in the sputtering method
  • the target is sputtered
  • the thin film is deposited not only on the substrate but also on the inner wall of the thin film forming apparatus and on the parts inside the thin film forming apparatus.
  • the surface and side surface other than the erosion part of the target are no exception, and it is observed that sputtered particles are deposited.
  • the sprinkling target is joined to a packing plate having a larger dimension by welding, diffusion bonding, or soldering.However, due to the stability of the sputtering, the side of the sputtering target joined to the packing plate. Is formed so as to have a generally splaying inclined surface toward the backing plate.
  • the packing plate has a role of cooling the target by contacting the back surface with the coolant, and is made of a material such as aluminum, copper, or an alloy of these materials having good heat conductivity. I have.
  • the side surface of the sprinkling target is not a place where erosion by sputtering occurs (wear). However, because of the proximity to the erosion surface of the target, there is a tendency for sputter particles flying during the sputtering operation to adhere and accumulate more.
  • the erosion surface of the sputtering target is smoothed by lathing, and the inclined side surface is also lathed.
  • An object of the present invention is to provide a sputtering target that can directly prevent the separation and scattering of deposits generated from the side surface of the sputtering target and, in particular, between the target side surface and the packing plate.
  • the present inventors have conducted intensive research and as a result, by efficiently adjusting the sputtering target side surface and the structure between the target side surface and the packing plate, it is possible to efficiently generate particles during film formation. We learned that it can be suppressed.
  • the present invention is based on this finding,
  • FIG. 1 is an explanatory sectional view showing an example of a sputtering target backing plate assembly.
  • FIG. 2 is an explanatory sectional view showing another example of a three-dimensional assembly of a sputtering target and a packing plate.
  • the sputtering target of the present invention is applicable to targets having a rectangular shape, a circular shape, and other shapes. Since these targets are thick, they all have side surfaces. As described above, this side surface is often an inclined surface, but the present invention can also be applied to a vertical surface or a sputtering target having a structure having a continuous surface on these surfaces. The present invention includes all of them.
  • the erosion surface of the sputtering target is usually made smooth by lathing, and the slanted side surface is also lathed in the same manner. From a viewpoint, it was found that many steps were formed in a stepwise manner.
  • the attached sputtered particles When sputtering is performed using such a sputtering target, on a flat peripheral erosion surface and on an inclined surface in the vicinity of the erosion surface, the attached sputtered particles have relatively high speed and energy, so that They tend to be strong.
  • FIG. 1 a three-dimensional structure of a sputtering target and packing plate assembly is shown in FIG.
  • the sputtering target 1 is placed on the packing plate 2 and joined by brazing or the like.
  • FIG. 2 shows this modification.
  • the same material as the target 3 is used in the packing plate region where sputtered particles fly and attach during sputtering.
  • the target 3 is embedded in the backing plate 4, but the edge of the target 3 has a shape exceeding the packing plate area where sputtered particles fly and attach during sputtering. It is.
  • the present invention is a sputtering target in which a thermal spray coating is formed on at least a side surface of such a sputtering target.
  • reference numeral 5 denotes a thermal spray coating. It is sufficient that the thermal spray coating is formed at a position lower than the sputter surface on the side surface of the target. This is because peeling hardly occurs at a position near the sputtering surface on the side surface of the target. In addition, if there is a concern that the sprayed material may cause contamination, rather, as shown in Figs. 1 and 2, from a position (lower position) slightly away from the sputter surface in the direction of the packing plate or over the backing plate It is desirable to form.
  • the material of the thermal spray coating the same material as the target material can be used, or another material can be used. In this case, the only limitation is that a material that does not contaminate the sputtering thin film on the substrate is desirable.
  • the thermal spray coating has a unique anchor effect, and is not particularly limited as long as the thermal spray coating is not brittle and the thermal spray coating itself peels off, thereby causing contamination. Examples include Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Mo, W, Al, Cu, alloys containing these as main components, nitrides, carbides, and charcoals. Nitride, oxide, etc. can be used.
  • the packing plate material copper, copper alloy-based, aluminum, aluminum alloy-based and the like which are usually used can be used, and these are not limited.
  • the side surface of the sputtering target is an inclined surface, it can be used particularly for a sputtering target in which the side surface of the sputtering target to be joined to the packing plate has an inclined surface diverging toward the packing plate 1.
  • the thermal spray coating of the present invention be formed continuously over the side surface of the sputtering target and the surface of the backing plate.
  • a thermal spray coating having an anchor effect particle generation can be effectively prevented.
  • the formation of the continuous thermal spray coating on the packing plate may be performed on all of the exposed surfaces of the target, or may be in the vicinity of the joint with the target.
  • the present invention includes all of these. Therefore, the present invention can be applied to the structure shown in FIG. 2, and it is a matter of course that a thermal spray coating can be continuously formed over the side surface of the sputtering target, the lower flat surface, and the surface of the packing plate.
  • a disk-shaped target of high purity T i (purity 5 N) with a diameter of 300 mm and a thickness of 1 O mm is bonded to a packing plate made of A1 alloy by diffusion bonding to obtain a total thickness of 17 A 3 mm solid sputtering target packing plate was prepared.
  • This structure is an assembly structure of the target and the packing plate shown in FIG. A1 was sprayed on the side surface of this target to form a sprayed film having a surface roughness of 16 and 14, ⁇ ⁇ m Ra, and a thickness of 250 m.
  • This is mounted on a magnet-sputtering sputter device, and TiN reactive (reactive) sputtering is performed to form a TiN film up to a thickness of 20 ⁇ m.
  • a target that does not satisfy the conditions of the present invention that is, a target that does not form a thermal spray coating on the side surface, was prepared, and reactive sputtering was performed on 4111 thick iN under the same conditions, and the generation of particles was examined.
  • a target that does not satisfy the conditions of the present invention that is, a target that does not form a thermal spray coating on the side surface, was prepared, and reactive sputtering was performed on 4111 thick iN under the same conditions, and the generation of particles was examined.
  • Samples Nos. 1 to 3 are examples of the present invention, and sample Nos. 4567 are comparative examples. In the table, each sample was observed for the form of spatter particle adhesion and the presence or absence of peeling.
  • Example 2 As in Example 1, a disk-shaped target having a high purity T i (purity of 5 N) having a diameter of 300 mm and a thickness of 10 mm was spread-bonded to an A1 alloy packing plate by diffusion bonding. Bonding was performed to produce a sputtering target-packing plate assembly having a total thickness of 17 mm and the structure shown in FIG.
  • A1 was continuously sprayed on the side surface of the target and on the packing plate to form a sprayed film having a surface roughness of 1612, 18 ⁇ mRa and a thickness of 300 ⁇ m. This was mounted on a magnetron sputtering sputtering device, and reactive sputtering of TiN was performed to form a TiN film up to a thickness of 30 m, and the generation state of particles was examined.
  • Table 2 shows the results of Example 2 together with Comparative Example 2.
  • Example 9 7 Yes 1 2 ⁇ m.
  • Sample Nos. 8 to 10 are examples of the present invention, and Sample Nos. 11 to 14 are comparative examples. In the same table, each sample was observed for the form of sputtered particles and the presence or absence of peeling.
  • samples Nos. 8 to 10 of this example sputtered particles were observed to be deposited uniformly in a layer, and there was no peeling.
  • the one in which A 1 is continuously sprayed on the side surface of the target and the packing plate has a high effect of preventing spattering particles from peeling, which is further effective in preventing generation of particles.
  • Example 2 In the same manner as in Example 1, a flat disk-shaped target having a high bluntness Ti (purity: 5N) having a diameter of 300 mm and a thickness of 10 mm was bonded to an A1 alloy packing plate by diffusion bonding. A sputtering target-packing plate assembly with a total thickness of 17 mm and the structure shown in Fig. 1 was fabricated.
  • A1 + 5% Mg alloy was sprayed on the side surface of this target to form a sprayed film with a surface roughness of 14, 17, 19 / mRa and a thickness of 250 / zm.
  • Sample No. 15 17 is an example of the present invention
  • sample No. 18 20 is a comparative example.
  • each sample was observed for the form of spatter particle adhesion and the presence or absence of peeling.
  • Example 2 In the same manner as in Example 2, a flat disk-shaped target having a high purity T i (purity of 5 N) having a diameter of 300 mm and a thickness of 10 mm is diffusely bonded to an A1 alloy packing plate. Thus, a sputtering target-packing plate assembly having a total thickness of 17 mm and a structure shown in FIG. 2 was manufactured. A1 + 5% Mg alloy is continuously sprayed on the side surface of this target and on the packing plate to form a sprayed coating with a surface roughness of 15, 13, and 18 mRa and a thickness of 300 m. Formed.
  • a sputtering target with a surface roughness of 3, 8, and 26 mRa was formed on the side of the sputtering target-packing plate assembly of the same structure, and a 6 ⁇ m-thick T Reactive sputtering of iN was performed to examine the generation of particles (Comparative Example 4). The following results were the average of the tests of 10 samples.
  • Table 4 shows the results of Example 4 together with Comparative Example 4.
  • Samples Nos. 21 to 23 are examples of the present invention, and samples Nos. 24 to 26 are comparative examples. In the table, each sample was observed for the form of spatter particle adhesion and the presence or absence of peeling.

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Description

明 細 書 パーティクル発生の少ないスパッタリングターゲット 技術分野
本発明は、 成膜中にパーティクル発生の少ないスパッタリングターゲットに関 する。 背景技術
近年、 膜厚や成分を容易に制御できるスパッタリング法が、 電子 ·電気部品用 材料の成膜法の一つとして多く使用されている。
このスパッタリング法は正の電極と負の電極とからなるターゲットとを対向さ せ、 不活性ガス雰囲気下でこれらの基板とターゲットの間に高電圧を印加して電 場を発生させるものであり、 この時電離した電子と不活性ガスが衝突してプラズ マが形成され、 このプラズマ中の陽イオンがターゲット (負の電極) 表面に衝突 してターゲット構成原子を叩きだし、 この飛び出した原子が対向する基板表面に 付着して膜が形成されるという原理を用いたものである。
このスパッタリング法による薄膜の形成に際し、 パーティクルの発生という問 題が大きく取り上げられるようになつてきた。 このパーティクルは、 例えばスパ ッタリング法におけるターゲット起因のものについて説明すると、 ターゲットを スパッタリングした場合、 薄膜は基板以外に薄膜形成装置の内壁や内部にある部 材等のいたるところに堆積する。 ターゲットのエロージョン部以外の面及び側面 も例外ではなく、 スパッタ粒子が堆積しているのが観察される。
そしてこのような薄膜形成装置内にある部材等から剥離した薄片が直接基板表 面に飛散して付着することがパーティクル発生の大きな原因の一つであると考え られている。 なお、 一般にはターゲットの側面は直接プラズマに向き合つている訳ではない ので、側面からのパーティクルの発生を問題視している例は少ない。したがって、 これまでターゲットの中央部と外周縁部の非エロージョン部に対策を講ずる例が 多かったが、 ターゲット使用効率向上のためスパッタ面の全面がスパッタされる 傾向にあり、 このような対策は逆にパーティクルを増加させる可能性がある。 最近では、 L S I半導体デパイスの集積度が上がる (1 6 Mビット、 6 4 Mビ ットさらには 2 5 6 Mビット) 一方、 配線幅が 0 . 2 5 m以下になるなどによ り微細化されつつあるので、 上記のようなパーティクルによる配線の断線や短絡 と言った問題が、 より頻発するようになった。
このように、 電子デバイス回路の高集積度化や微細化が進むにつれてパーティ クルの発生は一層大きな問題となってきた。
一般に、 スパックリングターゲットはそれよりも寸法が大きいパッキングプレ ートに溶接、 拡散接合あるいははんだ付け等の手段により接合されるが、 スパッ タリングの安定性から、 パッキングプレートに接合するスパッタリングターゲッ トの側面が該バッキングプレートに向かって、 通常末広がりの傾斜面を持つよう に形成されている。
既に知られているように、 パッキングプレートは背面が冷却材と接触してター ゲットを冷却する役目を持っており、 熱伝導性の良いアルミニウムや銅又はこれ らの合金等の材料が使用されている。
前記スパックリングターゲットの側面は、 スパッタリングによるエロージョン を受ける (摩耗) 箇所ではない。 しかし、 ターゲットのエロージョン面に近接し ているので、 スパッタリング操作中に飛来するスパッタ粒子が付着し、 より堆積 するという傾向がある。
一般に、 スパッタリングターゲットのエロージョン面は旋盤加工により平滑面 としており、 また前記傾斜している側面も同様に旋盤加工されている。
ところが、 このような傾斜側面から、 一旦付着したスパッタ粒子 (堆積物) が 再ぴ剥離し、 それが浮遊してパーティクル発生の原因となることが分かった。 また、 このような堆積物の剥離は平坦な周辺のエロージョン面近傍よりもむし ろ、 そこから離れている箇所からの方が、 堆積物の剥離が多くなつているのが観 察された。
このような現象は、 必ずしも明確に把握されていた訳でなく、 また特に対策が 講じられていた訳でもない。 しかしながら、 上記のように電子デバイス回路の高 集積度化や微細化の要請から、 このような箇所からのパーテイクルの発生も大き な問題となってきた。
このような問題を解決しようとして、 ターゲット側面及びパッキングプレート の近傍部分をプラスト処理し、 アンカー効果により付着力を向上させる提案もな された。
しかし、 この場合、 ブラスト材の残留による製品への汚染の問題、 残留プラス ト材上に堆積した付着粒子の剥離の問題、 さらには付着膜の選択的かつ不均一な 成長による剥離の問題が新たに生じ、 根本的解決にはならなかった。
また、 特にこのようなプラスト処理しても、 ターゲット側面及びパッキングプ レートとの間には材質的な相違やそれによる熱膨張の差異、 さらには材料間で明 確な段差が生ずるので、 パーティクル発生の原因となる傾向がある。 そして、 こ の場合には、 上記のようにエロージョン部から距離があるので、 これがパーティ クル発生の原因となっていることに気付かなという問題がある。 発明の開示
本発明は、 スパッタリングターゲットの側面及ぴ、 特にターゲット側面とパッ キングプレート間から発生する堆積物の剥離 ·飛散を直接的に防止できるスパッ タリングターゲットを得ることを目的とする。
上記の課題を解決するために、 本発明者らは鋭意研究を行なった結果、 スパッ タリングターゲット側面及びターゲット側面とパッキングプレート間の構造をェ 夫することにより、 成膜中のパーティクル発生を効率良く抑制できるとの知見を 得た。 本発明はこの知見に基づき、
1 スパッタリングターゲッ トの少なく とも側面に、 表面粗さ 1 0〜2 0 μ πι Κ a (中心線平均粗さ)の溶射皮膜を備えていることを特徴とするパーティクル発生 の少ないスパッタリングターゲット
2 スパッタリングターゲットの側面が傾斜面であることを特徴とする上記 1記 載のパーティクル発生の少ないスパックリングターゲット
3 パッキングプレートに接合するスパッタリングターゲットの側面が該バツキ ングプレートに向かって末広がりの傾斜面を持つことを特徴とする上記 1又は 2 記載のパーティクル発生の少ないスパッタリングターゲット
4 スパッタリングターゲットの側面及びパッキングプレートの面に!:つて連続 的に溶射皮膜を備えていることを特徴とする上記 1〜 3のそれぞれに記載のパー ティクル発生の少ないスパックリングターゲッ ト
5 スパッタリングターゲットのスパッタ面よりもやや離れた側面位置からパッ キングプレート方向又はバッキングプレート面に亘つて溶射皮膜を備えているこ とを特徴とする上記 1〜4のそれぞれに記載のパーティクル発生の少ないスパッ タリングターゲッ 卜
6 溶射皮膜としてアルミニウム合金を用いることを特徴とする上記 1〜 5のそ れぞれに記載のパーティクル発生の少ないスパッタリングターゲット。
を提供する。 図面の簡単な説明
図 1は、 スパッタリングターゲッ トーバッキングプレート組立体の一例を示す 断面説明図である。 図 2は、 スパッタリングターゲット一パッキングプレート組 立体の、 他の例を示す断面説明図である。 発明の実施の形態
本発明のスパッタリングターゲットは、 矩形、 円形、 その他の形状のターゲッ トに適用できるもので、 これらのターゲットは厚みがあるので、 全て側面を有し ている。 この側面は上記のように、 傾斜面とすることが多いが、 垂直な面あるい はこれらの面に継続した平面を持つ構造のスパッタリングターゲットにも適用で きる。 本発明はこれらを全て含むものである。
本発明の経緯を簡単に述べると、 上記の通りスパッタリングターゲットの傾斜 側面から、 ー且付着したスパック粒子 (堆積物) が再び剥離し、 それが浮遊して パーティクル発生の原因となることが観察されたが、 このような堆積物の剥離が 平坦な周辺のエロージョン面近傍よりもむしろ、 そこから離れている箇所からの 方が、 堆積物の剥離が多くなつていることが分かった。 したがって、 パーテイク ル発生原因を究明するために、 まずこのような現象の調査を進めた。
上記の通り、 スパッタリングターゲットのエロージョン面は通常旋盤加工によ り平滑面とし、 前記傾斜している側面も同様に旋盤加工されているが、 このよう な傾斜側面は旋盤加工の特性から、 微視的に見れば階段状に多数の段差が形成さ れていることが分かった。
このような、 スパッタリングターゲットを使用してスパッタリングした場合、 平坦な周辺のエロージョン面及ぴ該エロージョン面近傍の傾斜面では、 付着する スパッタ粒子は比較的スピードが速く、 エネルギーを持っているので、 付着力も 強いという傾向がある。
したがって、 スパッタリングで飛来するスパッタ粒子が層状に付着するが、 こ の層状付着物は剥離が少ない。 そのため、 これらの層が剥れて浮遊するというこ とは比較的少なく、 パーティクル発生としてはむしろ問題が小さかった。
しかし、 同じ傾斜面でも、 平坦なエロージョン面から遠くなるにしたがって、 スパッタリングターゲットの傾斜面に付着するスパッタ粒子の数、 厚さが少なく なるということがあるにもかかわらず、 このような付着粒子の剥離が多くなると いう全く逆の現象が見られた。 この理由を究明すると、 まずスパッタ粒子であるが、 このスパッタ粒子は量が 減るけれども、 飛来するスピードが遅くなり付着エネルギーも小さくなることが 分かった。
他方、 ターゲットの側面は上記の通り階段状になっているため、 平坦なエロー ジョン面から遠い側面では、 多量に層状に付着するのではなく、 各段ごとに少量 づっ、 柱状に分離した粒子が付着しているのが観察された。 そして、 このような 柱状の付着の形態は、 一面の層状付着に比べはるかに剥れやすいという傾向があ つた。
また、 このような現象及び傾向は側面が垂直な場合よりも傾斜を有している場 合に、 より顕著であることがわかった。
したがって、 このような剥離の形態を抑制し、 スパッタリングターゲット側面 からのパーティクル発生の原因となる付着粒子の剥離を防止することが急務であ ることが分かった。
本発明の説明に当たって、 スパッタリングターゲットとパッキングプレート組 立体の構造を図 1に示す。 通常、 スパッタリングターゲット 1がパッキングプレ ート 2の上に載せられ、 ロウ接等により接合されている。
図 2はこの変形であり、 スパッタリングターゲット 3とパッキングプレート 4 との組立体において、 スパッタリング中にスパッタ粒子が飛来して付着するパッ キングプレート領域をターゲット 3と同一の材料としたものである。
すなわち、 この例ではターゲット 3はバッキングプレート 4内に埋め込まれた 形態をしているが、 ターゲット 3の縁部がスパッタリング中にスパッタ粒子が飛 来して付着するパッキングプレート領域を超える形状としたものである。
本発明は、 このようなスパッタリングターゲットの少なくとも側面に、 溶射皮 膜を形成したスパッタリングターゲットである。 図 1及ぴ図 2において、 符号 5 は溶射皮膜を示す。 溶射皮膜はターゲット側面のスパッタ面よりも低い位置に形成するので十分 である。 ターゲット側面のスパッタ面近傍位置では、 殆ど剥離が生じないからで ある。 また、 溶射材による汚染が懸念されるような場合は、 むしろ図 1及び図 2 に示すようにスパッタ面よりも若干離れた位置 (低い位置) からパッキングプレ 一ト方向又はバッキングプレート上に亘つて形成するのが望ましい。
これによつて、 溶射皮膜固有の表面粗さと表面構造によるアンカー効果により、 該部分への堆積物の剥離が減少し、 パーティクルの発生が減少するという著しい 効果を示した。
溶射皮膜の材料としては、 ターゲット材料と同質の材料を使用できるし、 また 他の材料を使用することもできる。 この場合、 制限となるのは基板へのスパッタ リング薄膜が汚染されない材料であることが望ましいということだけである。 上 記の通り、 溶射皮膜は、 固有のアンカー効果を示すので、 溶射皮膜脆弱で溶射皮 膜自体が剥離することにより汚染の原因とならない限り、 特に制限を受けない。 その例を示すと、 T i、 Z r、 H f 、 N b、 T a、 M o、 W、 A l、 C u、 こ れらを主成分とする合金、 これらの窒化物、 炭化物、 炭窒化物、 酸化物等を使用 できる。 また、 パッキングプレート材としては、 通常使用されている銅、 銅合金 系、 アルミニウム、 アルミニウム合金系等を使用でき、 これらに制限はない。 スパッタリングターゲットの側面が傾斜面である場合、 特にパッキングプレー トに接合するスパッタリングターゲットの側面が該パッキングプレー 1、に向かつ て末広がりの傾斜面を持つスパッタリングターゲットにも使用できる。
特に、 本発明の溶射皮膜は、 スパッタリングターゲットの側面及ぴバッキング プレートの面に亘つて連続的に溶射皮膜が形成されているのが望ましい。
上記の通り、 ターゲット側面及びパッキングプレートとの間には材質的な相違 やそれによる熱膨張の差異、 さらには材料間で明確な段差が生じ、 パーティクル 発生の原因となるが、 この部位により強固なアンカー効果を有する溶射皮膜を形 成することにより、 パーティクル発生を効果的に防止できる。 パッキングプレートへの連続した溶射皮膜の形成は、 ターゲットの露出した面 の全てであってもよいし、 またターゲットとの接合部近傍であってもよい。 本発 明はこれらの全てを含む。 したがって、 図 2に示す構造にも適用でき、 スパッタ リングターゲットの側面、 下方平坦面及びパッキングプレートの面に亘つて連続 的に溶射皮膜が形成できるのは当然である。
(実施例)
次に、 本発明の実施例及ぴ比較例を説明する。 なお、 実施例はあくまで本発明 の一例であり、 この実施例に制限されるものではない。 すなわち、 本発明の技術 思想に基づく、 変形や他の態様は全て本発明に包含される。
(実施例 1 )
直径 3 0 0 m m、 厚み 1 O m mの高純度 T i (純度 5 N ) である平面的にみて 円盤状のターゲットを、 A 1合金製パッキングプレートに拡散接合によりボンデ ィングし、 総厚み 1 7 m mのスパッタリングターゲット一パッキングプレート糸且 立体を作製した。
この構造は、図 1に示すターゲットとパッキングプレートの組立て構造である。 このターゲットの側面に、 A 1を溶射し表面粗さ 1 6、 1 4、 Π μ m R a , 厚さ 2 5 0 mの溶射皮膜を形成した。 これをマグネト口ンスパッタリングスパ ッタ装置に装着し、 T i Nの反応性 (リアクティブ) スパッタリングを行い、 2 0 μ m厚に至るまでの T i N膜を形成し、 パーティクルの発生状況を調べた。 対比のために、 本発明の条件から外れる、 すなわち側面に溶射皮膜を形成しな いターゲットを作製し、 同様の条件で 4 111厚丁 i Nの反応性スパッタリングを 実施し、 パーティクルの発生について調べた。 また同様に、 表面粗さ 5 m、 7 μ τη、 2 3 z m aの溶射皮膜を側面に形成したターゲットを作製して同様の条 件で 4 μ m厚の T i Nの反応性スパックリングを実施し、 パーティクルの発生に ついて調べた (比較例 1 ) 。 下記の結果は 1 0試料のテス トの平均とした。 以上の実施例 1の結果を、 比較例 1とともに表 1に示す。
Figure imgf000010_0001
試料 N o . 1 ~ 3は本発明の実施例であり、 試料 N o . 4 5 6 7は比較 例である。 同表中、 各試料について、 スパッタ粒子の付着形態と剥離の有無を観 察したものである。
上記表 1から明らかなように、 比較例である試料 N o . 4の側面に溶射皮膜を 形成していないものは、スパッタ粒子が柱状に堆積し、 4 μ m厚の T i N膜で(膜 厚が薄いにもかかわらず) 、 側面における堆積膜の多数の剥離が観察された。 こ れは、 側面のアンカー効果が殆ど無いためと考えられる。 また、 比較例である試 料 N o 5 6は、 溶射皮膜の表面粗さが小さくてアンカー効果が低かったものと 考えられる。 比較例である試料 7は溶射皮膜の各粒子結合が弱く、 溶射膜自体の 剥離が起こったものと考えられる。
これに対し、 本実施例の試料 N o . 1 3については、 スパッタ粒子が層状に 均一に堆積しているのが観察され、 剥離はなかった。
上記実施例では、 一例を示したものであるが、 T i Nの反応性スパッタリング 以外の、 他のスパッタ条件でも同様な結果となり、 またスパッタリングターゲッ トの形状を替えても同結果が得られた。 (実施例 2)
実施例 1と同様に、 直径 3 0 0 mm, 厚み 1 0 mmの高純度 T i (純度 5 N) である平面的にみて円盤状のターゲットを、 A 1合金製パッキングプレートに拡 散接合によりボンディングし、 総厚み 1 7mmの図 2に示す構造のスパッタリン グターゲットーパッキングプレート組立体を作製した。
このターゲットの側面及びパッキングプレートに、 連続的に A 1を溶射し表面 粗さ 1 6 1 2 1 8 μ mR aの、 厚さ 3 0 0 μ mの溶射皮膜を形成した。 これ をマグネトロンスパッタリングスパッタ装置に装着し、 T i Nの反応性 (リアク ティブ) スパッタリングを行い、 3 0 m厚に至るまでの T i N膜を形成し、 パ ティクルの発生状況を調べた。
対比のために、 同構造のスパッタリングターゲットーパッキングプレート組立 体の側面に溶射皮膜を形成しないターグットのパーティクルの発生状況調べた。 また同様に、 表面粗さ 5 8 2 5 mR a溶射皮膜を側面に形成したターゲッ トを作製して同様の条件で 3 /z m厚の T i Nの反応性スパッタリングを実施し、 パーティクルの発生について調べた (比較例 2) 。 下記の結果は 1 0試料のテス トの平均とした。
以上の実施例 2の結果を、 比較例 2とともに表 2に示す。
表 2
料 T i N膜厚 側面の溶射 溶射皮膜の表面 スパッタ粒子の N o . m) 皮膜の有無 粗さ (R a ) 剥離の有無
8 3 有 1 6 μ m
実施例 9 7 有 1 2 μ m.
2 1 0 3 0 有 1 8 μ m
1 1 4 有 (剥離多い) 比較例 1 2 3 有 5 μ m 有 (剥離多い) 2 1 3 3 有 8 μ m 有 (やや剥離)
1 4 3 有 2 5 μ m 溶射皮膜自体の 剥離有 試料 No. 8〜 10は本発明の実施例であり、 試料 N o . 1 1〜14は比較例 である。 同表中、 各試料について、 スパッタ粒子の付着形態と剥離の有無を観察 したものである。
上記表 2から明らかなように、 比較例である試料 No. 1 1の側面に溶射皮膜 を形成していないものは、 スパッタ粒子が柱状に堆積し、 4 Juπl厚のT i N膜で
(膜厚が薄いにもかかわらず)、側面における堆積膜の多数の剥離が観察された。 これは、 側面のアンカー効果が殆ど無いためと考えられる。
また比較例である試料 N o . 1 2, 1 3は溶射皮膜の表面粗さが小さくてアン カー効果が低かったものと考えられる。 比較例である No. 14は溶射皮膜の各 粒子統合が弱く溶射膜自体の剥離がおこったものと考えられる。
これに対し、 本実施例の試料 No. 8〜 10については、 スパッタ粒子が層状 に均一に堆積しているのが観察され、 剥離はなかった。
本実施例のように、 ターゲットの側面及ぴパッキングプレートに連続的に A 1 を溶射したものは、 スパッタ粒子の剥離防止効果が高く、 パーティクルの発生防 止にさらに有効である。
(実施例 3 )
実施例 1と同様に、 直径 300mm、 厚さ 10 mmの高鈍度 T i (純度 5N) である平面的にみて円盤状のターゲットを、 A 1合金製パッキングプレートに拡 散接合によりボンディングし、 総厚み 1 7 mmの図 1に示す構造のスパッタリン グターゲット一パッキングプレート組立体を作製した。
このターゲットの側面に A 1 + 5 %Mg合金を溶射し、 表面粗さ 1 4、 1 7、 1 9 / mR a、 厚さ 250 /z mの溶射皮膜を形成した。
これをマグネト口ンスパッタリングスパッタ装置に装着し、 T i Nの反応性 (リアクティブ) スパッタリングを行い、 35 μ m厚に至るまでの T i N膜を形 成し、 パーティクルの発生状況を調べた。 対比のために、 同構造のスパッタリングターゲットーバッキングプレート組立 体の側面に表面粗さ 4 7 2 7 /z mR a溶射皮膜を形成したターゲットを作製 して同様の条件で 5 μ m厚の T i Nの反応性スパッタリングを実施し、 パーティ クルの発生について調べた (比較例 3 ) 。 下記の結果は 1 0試料のテストの平均 とした。
以上の実施例 3の結果を、 比較例 3とともに表 3に示す。
表 3
Figure imgf000013_0001
試料 N o . 1 5 1 7は本発明の実施例であり、 試料 N o . 1 8 2 0は比較 例である。 同表中、 各試料について、 スパッタ粒子の付着形態と剥離の有無を観 察したものである。
上記表 3から明らかなように、 比較例である試料 N o . 1 8 1 9はスパッタ 粒子の剥離が観察された。 これは、 溶射皮膜の表面粗さが小さくてアンカー効果 が低かったのが原因と考えられる。
また、 比較例である N o . 2 0は溶射膜自体の剥離が観察されたが、 これは溶 射皮膜の各粒子結合が弱く、 その結果溶射皮膜自体の剥離がおこったものと考え られる。
これに対し、 本実施例の試料 N o . 1 5 1 7については、 スパック粒子が層 状に均一に堆積しているのが観察され、 剥離はなかった。 (実施例 4 )
実施例 2と同様に、 直径 3 0 0 m m、 厚さ 1 0 m mの高純度 T i (純度 5 N ) である平面的にみて円盤状のターゲットを、 A 1合金製パッキングプレートに拡 散接合によりボンディングし、 総厚み 1 7 m mの図 2に示す構造のスパッタリン グターゲットーパッキングプレート組立体を作製した。 このターゲットの側面及 びパッキングプレートに、連続的に A 1 + 5 %M g合金を溶射し、表面粗さ 1 5 、 1 3 、 1 8 m R a、 厚さ 3 0 0 mの溶射皮膜を形成した。
これをマグネト口ンスパッタリングスパッタ装置に装着し、 T i Nの反応性 (リアクティブ) スパッタリングを行い、 3 7 m厚に至るまでの T i N膜を形 成し、 パーティクルの発生状況を調べた。
対比のために、 同構造のスパッタリングターゲットーパッキングプレート組立 体の側面に表面粗さ 3 、 8 、 2 6 m R a溶射皮膜を形成したターゲットを作製 して同様の条件で 6 μ m厚の T i Nの反応性スパッタリングを実施し、 パーティ クルの発生について調べた (比較例 4 ) 。 下記の結果は 1 0試料のテス トの平均 とした。
以上の実施例 4の結果を、 比較例 4とともに表 4に示す。
表 4
試料 No. T i N 側面の溶射皮 スパッタ粒子の剥離
膜厚 膜の表面粗さ の
、 m) ( R a ) ¾難
2 1 6 1 5 // m ハ、ヽ
実施例 4 2 2 2 1 1 3 m ハ、、
2 3 3 7 1 8 m ノ、、ヽ
2 4 6 3 m 有 (剥離多い)
比較例 4 2 5 6 8 m 有 (やや剥離)
2 6 6 2 6 m 溶射膜自体の剥離有 試料 N o . 2 1〜 2 3は本発明の実施例であり、 試料 N o . 2 4〜 2 6は比較 例である。 同表中、 各試料について、 スパッタ粒子の付着形態と剥離の有無を観 察したものである。
上記表 4から明らかなように、 比較例である試料 N o . 2 4、 2 5はスパッタ 粒子の剥離が観察された。 これは、 溶射皮膜の表面粗さが小さくてアンカー効果 が低かったことが原因と考えられる。
比較例である N o . 2 6は溶射膜自体の剥離が観察されたが、 これは溶射皮膜 の各粒子結合が弱く溶射皮膜自体の剥離が起こつたことが原因と考えられる。 これに対し、 本実施例の試料 N o . 2 1〜2 3については、 スパッタ粒子が層 状に均一に堆積しているのが観察され、 剥離はなかった。
実施例 3、 4のように、 アルミニウム合金を溶射したものはアルミニウムを溶 射した実施例 1、 2に比較して、 スパッタ粒子の剥離防止効果がより高く、 パー ティクルの発生防止にさらに有効である。 発明の効果
スパッタリングターゲットの側面及ぴ、 特にターゲット側面とパッキングプレ ート間から発生する堆積物の剥離 ·飛散を直接的に防止できるという優れた効果 を有する。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . スパックリングターゲッ トの少なく とも側面に、 表面粗さ 1 0〜 2 0 m R a (中心線平均粗さ) の溶射皮膜を備えていることを特徴とするパーティクル 発生の少ないスパッタリングターゲット。
2 . スパッタリングターゲットの側面が傾斜面であることを特徴とする請求の 範囲 1記載のパーティクル発生の少ないスパッタリングターゲット。
3 . パッキングプレートに接合するスパッタリングターゲッ トの側面が該パッ キングプレートに向かって末広がりの傾斜面を持つことを特徴とする請求の範囲 1又は 2記載のパーティクル発生の少ないスパッタリングターゲット。
4 . スパッタリングターゲッ トの側面及ぴパッキングプレートの面に亘つて連 続的に溶射皮膜を備えていることを特徴とする請求の範囲 1〜 3のそれぞれに記 載のパーティクル発生の少ないスパッタリングターゲット。
5 . スパッタリングターゲットのスパッタ面よりもやや離れた側面位置からパ ッキングプレート方向又はパッキングプレート面に亘つて溶射皮膜を備えている ことを特徴とする請求の範囲 1〜4のそれぞれに記載のパーティクル発生の少な いスパッタリングターゲッ ト。
6 . 溶射皮膜としてアルミニウム合金を用いることを特徴とする請求の範囲 1 〜 5のそれぞれに記載のパーティクル発生の少ないスパッタリングターゲッ ト。
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