JP3803382B2 - 陰極スパッター極板の超音波検査法 - Google Patents

Description

技術の分野
本発明はとくに集積回路の製造のための基盤の上への陰極スパッターを目的とする超高純度のアルミニウム系の極板または陰極ならびにこれらの極板または陰極の前駆体に関するものである。以下、「極板」という用語は陰極も意味するものとする。
本発明はもっと具体的には、極板と極板前駆体の内部健全性の、とくに超音波による、検査方法ならびにこれらの方法によって得られる選択された極板と前駆体に関するものである。
技術の現状と課題
陰極スパッターは付着技術の一つであり、その原理は専門科学文献に数多く記載されている。これは耐熱性または非耐熱性、合金または非合金、伝導体または誘電体、を問わずほとんどあらゆる種類の材料を、真空下におかれることとわずかに加熱することが可能なあらゆる種類の基盤に付着させることができる。この付着技術によって半導体シリコンウェハーのアルミニウム合金による被覆と集積回路の製造のためにエレクトロニクスにとくに大きな用途分野を見いだされた。例えば、容量が４ＭＢを超える動的記憶装置ＤＲＡＭなどの超高集積度の集積回路の製造には薄い厚み（約１μｍ）の相互接続金属層を付着させ、ついでそれぞれの記憶位置に個別にアクセスすることを可能にする、きわめて細い（幅０．５μｍ未満）線を形成するためにエッチする必要がある。
この様な条件の下で、相互接続線の幅に近いサイズの、金属被覆層のいっさいの欠陥が集積回路のエッチの際に致命的な欠陥に至り、集積回路の不良を招くことがあることは周知である。
金属極板から真空陰極スパッターによって得られた、金属被覆層のこれらの欠点の中で、もっとも頻繁なものの一つが極板の表面からの微粒子の剥離と金属被覆の際の半導体基盤上への固体または液体の微粒子または塵埃の再付着である。これらの塵埃、または粒子は、一般的に１０分の数ミクロンから数ミクロンの間の大きさである。
エッチの幅が数ミクロンであった集積回路の以前の世代では、基盤の金属被覆層の上にこの様に再付着した粒子の大半は有意のエッチ欠陥を引き起こさなかったし、これが原因のエッチ欠陥による金属被覆基盤の不良率は許容できるものであった。
反対に、１６ＭＢおよびそれを超えるＤＲＡＭ記憶装置などの、超集積回路の現在および将来の世代については、エッチの精細度が大幅に引き上げられ、線の幅が１０分の数ミクロンにされた（現在は、０．２から０．５μｍ程度）。これらの条件において、極板から引き剥がされ、半導体基盤に再付着した超微粒子は、集積回路不良の大きな原因になり、この欠陥は毎年世界の電子産業にとって、使用された金属被覆極板のコストの数倍程度を超える大変な金属の負担になっている。
言うまでもなく、この欠陥をなくすこと、あるいは少なくともそれを制限することは電子産業にとって大きな課題であり、この欠陥の原因を解明し、その解決策をもたらすために、当然この業界の非常に大きな研究開発努力が向けられている。
しかしながら、例えば、ＥＰ−Ａ−０４６６６１７（ＵＳ５１６０３８８）による、粒子のサイズを０．１ｍｍ未満に精錬化、均質化することによって、極板の製錬条件に働きかけることを目指す試みなどにもかかわらず、これらの努力は今日まで成果が上げられなかった。さらに注意すべきこととして、この分野では、ＵＳ５４０６８５０による、等価粒子の平均サイズを有する基準層に対する極板の有効金属層の規則性を超音波などによって検査する方法を始めとする、非破壊検査法はこの重大な欠陥を説明するための助けにはならず、ましてやそれを制限する助けには全くならない。
金属被覆の際に基盤に再付着する粒子の原因については様々な仮説が出されている：
・第一の仮説は２段階のメカニズムである：
−第一段階において、極板から原子単位で引き剥がされた金属の一部が、スパッタ反応装置の壁に、あるいはこの反応装置内に含まれる機器、例えば、スパッタ極板と基盤の間に位置付けられた視準格子などに付着し、そこに薄い付着を形成する。
−第二段階で、この付着が微粒子の形でその媒体から再び引き剥がされ、金属被覆の際に半導体基盤の上に放射される。
しかしながら、このメカニズムは、たとえ存在しても、下記のような主要な観察事実を説明できないので、全く二次的なものにすぎない：
連続する複数の基盤の上に、粒子の高い放射および再付着率が見られるとき、この現象を止めるにはスパッタ極板を交換するだけでよいことが多い：したがって、粒子の放射（および再付着）は極板に固有の特性である。
・スパッタ極板の未知の特性に結びつけられる、この特徴的効果を説明するために出された第二の仮説は、金属の中に微細な含有物が、例えば、酸化物、窒化物、炭化物の含有物などが極板を構成する金属母材内に存在するのではないかというものであった。
この耐熱性で非電気伝導性の粒子は、アルゴンイオンによる極板の照射の影響で帯電し、最終的に電弧の発生（”arcing”と呼ばれる現象）を招き、ついで粒子の周囲の金属の溶解および基盤上への多数のミクロン単位の液滴の形での放射（”splashing”または”はねかえり”と呼ばれる現象）、あるいはさらに蓄積された静電気の影響による耐熱性粒子の爆発（塵埃化または”dusting”と呼ばれる現象）を引き起こす恐れがある。
極板によって含有率が変動する含有物の存在を想定するこの仮説は、実験的に観察される現象のいくつか、とくに時々観察されることのある、使用中の、極板上の電弧の局部的発生現象をうまく説明している。
例えば、１９９５年１０月、Minneapolisで米国真空学年次会に提出された発表"Effect of thin film oxide inclusions on aluminium target arcing and particulate"において、TOSOH SMD Inc.のA. Leybovich, R.S. Barley & J. Pooleは極板表面の局部的電気化学的酸化に由来し、この表面に平行に分布しているアルミニウム酸化物の大きな粒子（φ＞１ｍｍ）が"arcing"を発生することがあると指摘している。しかしながらこれほど広がった欠陥は１ＭＨｚと３ＭＨｚの間の従来の超音波検査でも検出可能であり、０．７ｍｍの欠陥を閾値として極板の除去を規定している標準化された検査済みの工業的極板内には通常存在しない。
したがってこの現象は一般的ではなく、「致命的」かつ破壊的な、幸いにもまれな現象であり、もっと広く観察される亜ミクロン単位の放射のごく限られた一部しか説明できないだろう、ただし極板製造に用いられた金属がとくに汚染され、例えば金属１キログラムあたり、平均サイズが３０μｍを超える、５ミリグラムを超える耐熱性粒子などの、液体金属内に当初から存在する、あるいは鋳造過程で放射した、大きなサイズの耐熱性含有物を大量に含むなどしている場合は別である。
さらに、この仮説は、粒子の放射率は極板を構成する合金に左右され、アルミニウム・ケイ素・銅合金（例えばＡｌ＋１％Ｓｉ＋０．５％Ｃｕ）は一番敏感で、次がアルミニウム・ケイ素合金（例えばＡｌ＋１％Ｓｉ）、また最後に銅の充填率が低いアルミニウム・銅合金（例えばＡｌ＋０．５％Ｃｕ）が一番鈍感であるという、集積回路の金属被覆の専門家には周知の、別の実験的観察を説明できない。
しかるに、極板を構成する合金の化学的組成と、その耐熱性含有物の含有率の間の相関が明らかにされたことはなく、また極板を構成する合金の性質と粒子放射率の間のこの関係は今日まで謎のままである。
したがって出願人は、使用されるアルミニウム系の合金の種類を問わず、粒子放射率が確実に極めて低く押さえられる電子産業用の陰極スパッター極板、ならびに極板前駆体、およびそれらを確実に、また良好に得られることを可能にする、中間製品を得ようとした。
発明の対象
本発明の対象は、有効部分が超高純度アルミニウムまたは極めて純粋なベースのアルミニウム合金で形成された、きわめて高い精細度のエッチを必要とする用途分野を初めとする集積回路または電子回路の金属被覆のためのスパッター極板において、固体または液体粒子の再付着による金属被覆基盤の不良率が５％未満になるように、非破壊的でとくに内部の亀裂に敏感な、金属内部の健全性を検査する方法を有利には使用する、適切な選択方法によって選択されることを特徴とする極板である。
本発明はまた、本発明による極板を得ることを可能にするアルミニウム製またはアルミニウム合金製の極板の検査方法も対象とする。本発明による方法はとくに極板の有効部分に適用される、すなわち陰極スパッターの際に除去することが可能で、より具体的には超高純度のアルミニウム製または非常に純粋なベースのアルミニウム合金製の極板の部分に適用される。
本発明による陰極スパッター極板検査方法は、非破壊的で内部亀裂に敏感な、金属の内部健全性検査方法を用いて、
・好適には基準極板、あるいはキャリブレーションを目的とした人工基準欠陥と比較して、検査する極板の亀裂のサイズを測定し、
・前記検査すべき極板の単位体積あたりの内部亀裂のサイズと数を数え、
・固体または液体粒子の再付着による金属被覆基盤の不良率を５％未満に減少させることができる極板を、亀裂のサイズと数の分布に基づく基準にしたがって選択する：
ことを特徴とする。
本発明は本発明による極板を得ることを可能にする極板前駆体、ならびに前記前駆体を得ることを可能にする同じく内部亀裂に敏感な検査方法も対象とする。前記前駆体はとくに超高純度のアルミニウム製または非常に純粋なベースのアルミニウム合金製の鋳放しのあるいは熱処理された開始ビレット、および前記ビレットの輪切り、極板ブランクなどの中間製品も含んでいる。
実際、本発明は上記の課題に解決をもたらすものであり、粒子の放射率と、亀裂に敏感な検査方法によって測定することのできる平坦亀裂の形を主として取る極板残留金属内の欠陥の数とサイズの間に相関が成立するという意外な事実に基づいている。亀裂の存在は極板の表面の小さな膨らみに結びつけられることがある。
発明の説明
本発明によって選択された超高純度のアルミニウム製または非常に純粋なベースのアルミニウム合金で有効部分が形成された集積回路または電子回路の金属被覆のためのスパッター極板は、好適には極板の有効金属１立方センチメートルあたりサイズが０．１ｍｍを超える亀裂が０．１以下の密度、さらに好適には前記金属の１立方センチメートルあたり０．０１未満の亀裂の密度を示すことを特徴とする。
本発明による陰極スパッター極板の検査方法は、
・内部亀裂に敏感な非破壊的金属の内部健全性検査方法を用いて、キャリブレーションを目的として、好適には基準極板と比較して、あるいは人工基準欠陥と比較して、検査する極板の亀裂のサイズを測定し、
・前記検査すべき極板の単位体積あたりの内部亀裂のサイズと数を数え、
・非常に高い精細度のエッチを必要とする用途分野などのために、好適には、極板の有効金属１立方センチメートルあたり、サイズが０．１ｍｍを超える亀裂が０．１以下の密度、さらに好適には、前記金属の１立方センチメートルあたり０．０１未満の亀裂密度を示す極板を選択する：
ことを特徴とする。
検査方法は超音波法、好適には集束された、渦電流を元にした方法、あるいは好適には集束されたＸ線法などの、超高純度のアルミニウムまたはきわめて純粋なベースのアルミニウム合金内の亀裂のサイズを測定することを可能にする方法の中から選択される。
本発明の好適な実施態様によれば、当該方法は超音波検査法を用い、５ＭＨｚを超える、好適には１０と５０ＭＨｚの間の作業周波数で機能する超音波センサーを選択し、極板の表面に対する欠陥の位置に応じて、液体に浸漬した極板内の亀裂のように見せる、既知の寸法の人工欠陥の超音波反響振幅を示すのに適した測定チャンネルの調節の後、
・超音波制御によってパラメータ化した所与の体積内の人工欠陥によって得られた超音波反響の振幅と比較して、検査される極板の亀裂寸法を測定し、
・前記検査すべき極板の単位体積あたりの内部亀裂のサイズと数を数え、
・好適には極板の有効金属１立方センチメートルあたりサイズが０．１ｍｍを超える亀裂が０．１以下の密度、さらに好適には前記金属の１立方センチメートルあたり０．０１未満の亀裂密度を示す極板を選択する：
ことを特徴とする。
有利には、検査方法は作業周波数で調節したセンサーまたは調査器とともに、適切な測定チャンネル、すなわちセンサーの周波数と合った長さのパルスを発生する発信器と、感度が使用周波数帯で最大になる受信器を利用する。
高い粒子放射率を引き起こした、一部が使用された極板を注意深く観察することによって、出願人が興味深く発見したことは、これらの極板の中の複数がアークの影響で侵食された表面上に、直径が０．１ｍｍからときには１ｍｍまでの間に含まれるサイズの微小膨張（または気泡）を有し、これらの膨張のあるものはさらに縁が侵食されて開いていることである。
これらの膨張の切断を実施することによって、これらの膨張の内部が空洞であり、その基礎がほぼ平坦で、極板の初期表面に平行であることがわかった。この基礎にはときにはいくつかの酸化物の含有物または合金元素の沈着物が含まれていたが、それは一般的現象ではなかった。実際この現象は添加元素充填率の低い合金（例えば、Ａｌ＋０．５％Ｃｕ）ではより頻繁であるが、もっと充填率の高い合金（例えば、Ａｌ＋１％Ｓｉ＋０．５％Ｃｕ）では、はるかに頻繁ではない。
これらの極板の残留金属に対し、５ＭＨｚを超える高い周波数で検査を実施して、この金属の中に、極板基礎の表面に平行な、平坦亀裂の存在が検出された。この場合直径０．１ｍｍの平坦な穴の人工欠陥を基準に判断した、これらの亀裂の見かけ直径は、約０．０４ｍｍと０．４ｍｍの間に含まれていた。これらの欠陥の多さは変動的であったが、検査した金属の１立方センチメートルあたり０．０４ｍｍを超えるサイズの亀裂が１つを超え、たいていの場合は検査した金属の１立方センチメートルあたり０．１ｍｍを超える直径の亀裂が０．１を超えていた。
粒子の放射率と、極板残留金属内の寸法が０．０４ｍｍと０．４ｍｍの間に含まれる平坦亀裂の存在と、使用された極板の表面の、直径が一般的に０．１ｍｍを超えるが、ときには単に０．０４ｍｍを超える小さな膨張またはクレーターの存在の間の相関の意外な確認が発明の基礎になっている。
出願人は欠陥極板の元になった鋳放し品は微小穴、またはピンホールなどの小さな亀裂、あるいはさらに−大きさの程度において−極板上のこれらの欠陥と同等の寸法の、耐熱性含有物を、元々、含んでいることも確認した。
単なる説明の試みとして、使用中の欠陥極板による、亜ミクロン単位またはミクロン単位のサイズの固体または液体粒子の多量の放射に至るメカニズムは次のものだと考えることが可能である。
鍛造、プレスおよび／または圧延による極板のブランクへの加工の際に、任意の形状の亀裂は潰され、ブランクの表面に平行に平坦になる。極板の有効部分を構成する金属原子をそこから次第に引き剥がすためのイオンビームの衝撃によって極板にもたらされた熱の排除の局部的障害になるこれらの亀裂は、平坦亀裂を極板表面から分離する膜の、次第に加速される加熱を引き起こす。この膜の加熱は、膜厚が減少するほど大きくなるので、この膜がその溶融温度に達するほどの点に達することがある。溶融は、残留膜の厚みが亀裂の直径の約１／１０００から１／１０に達したときに起きるだろう。イオンアークによって極板の有効部分に伝達される出力、用いられる合金の熱伝導率または電気伝導率、その冶金的状態などの複数の要因が極板の使用の際に侵食された表面から、粒子放射の原因である亀裂を分離する膜の溶融を引き起こす亀裂の臨界サイズにさらに大きさにおいて影響を与える、すなわち粒子の再付着の原因になる亀裂の臨界サイズは、使用の正確な条件に応じて、０．０１ｍｍと１ｍｍの間になるだろうが、通常の工業的条件において、たいていの場合は０．０４と０．４ｍｍの間に位置する。
悪化現象も、極板の損傷の連続する段階を表す図１から５を参照して、次のように説明できる。加工の熱処理の際に、金属内に原子の形で、また過飽和状態で溶解した水素はこれらの亀裂に向かって拡散し、分子ガスの形でその中に放出される（その圧力は数気圧に達することがある）。
陰極スパッター装置内に設置するときに、欠陥極板は図１のごとく、極板の表面に平行で、さらに分子水素に満たされた、平坦亀裂を含み、これらの亀裂は場合によっては局所的に高い濃度の含有物または沈着物を含んでいることがある。
陰極スパッターの際に、図２のごとく、金属の薄い膜だけによって極板の内部の平坦亀裂がこの表面から分離されなくなるまで、極板の自由表面は次第に浸食される。
吸蔵された分子水素の存在による悪影響は、亀裂内に含まれる水素と、陰極スパッター室内の真空の間の圧力差の影響で、この薄膜が持ち上がってスパッターの際に、図３に示したように、極板の残りを構成する金属塊から分離された金属薄膜から成る膨張または隆起を発生させることである。
このとき、その塊の支えから分離され、大きな隆起を形成するこの膜はその後の陰極スパッターの際に固体または液体の小さな断片になって引き剥がされ、極板から引き剥がされたこれらの膜の断片が、図４に示したごとく、金属被覆の際に基盤に再付着すると考えられる。これらの膜の断片はさらに、亀裂を制限する表面上に最初から存在していた、金属間粒子または含有物などの固体粒子と組み合わせることができる。
最後に、極板の表面侵食に続く陰極スパッターは、図５に示したごとく、膜を消滅させ、したがって、粒子の放射の元になる欠陥を次第に消滅させる。
複数の観察結果がメカニズムのこれらの仮説の裏付けになる：
・一方では、半導体基盤への粒子の付着は突然出現し、連続するいくつかの基盤に影響し、ついで消滅することがきわめて頻繁に観察される。
これは、当初数ミクロンまたは数十ミクロンの厚みの膜が、完全に侵食され、したがって、欠陥が消滅するのに必要な時間に対応するかも知れない。
・他方では、粒子放射現象に一番敏感な合金は、その固化間隔（すなわち固化開始温度と固化終了温度の差）が一番大きなものであることがわかった。したがって、他の全ての条件（溶解ガスまたは含有物の含有率）を等しくしたとき、微小穴、あるいは固化終わりのピンホールの形成にもっとも敏感な合金でもある。
更に、高い粒子放射率を引き起こしたいくつかの欠陥極板において、直径が０．１ｍｍ未満の、非常に小さな膨張はいっさい発見されなかったが、極板残留金属内には寸法が０．１ｍｍ未満の平坦の多数の欠陥が、特にサイズが０．０４ｍｍを超える多数の欠陥が存在する。
このことはおそらく次のように説明できるだろう：
平坦亀裂内に含まれる水素の内圧の影響で、膨張が形成されるためには、侵食の際に極板表面から亀裂を分離する金属膜の厚みが、亀裂の直径に比例し、さらに合金と温度に応じて、水素内圧と膜の機械的強度に依存する臨界値未満に下がらなければならない。
非常にサイズが小さい（０．１ｍｍ未満）亀裂としては、この臨界厚みは非常に小さい（大きさの目安としては約１から１０μｍ）。
この様な条件で、イオン照射の影響の下での極板表面の加熱を考慮すると、膨張の形成を可能にする残留臨界厚みに達する前に、亀裂内に存在する水素は金属を通って、スパッター室の真空に向かって拡散する時間がある。これは、他方では、たとえサイズが小さなものであっても、亀裂によって及ぼされる断熱効果を変化させるものではなく、合金の溶融を招く可能性がある。
亀裂は、残留膜を通る拡散によって、それが含んでいる水素をこの様に排出するので、もはや膨張を形成することができない、なぜならその形成の原動力（水素内圧）が消滅するからである。
観察に基づくこの可能性の説明はすなわち０．２０ppm未満、好適には０．１０ppm未満である、したがって、金属については一般的な、水素を含有した０．１ｍｍ程度の、臨界サイズを超えるサイズの亀裂だけが作業中に膨張の形成を招き、したがって、粒子のより大量の放射と、その後の半導体基盤上への再付着を助長する可能性があることを示す。それにもかかわらず、イオンビームによってもたらされた熱の除去の熱障壁を形成するこの様なサイズの小さい亀裂が極板の有効部分を形成する合金の、これらの亀裂に直交した、局部的溶解を引き起こし、ひいては、許容できない液滴の、金属被覆される基盤上への放射を招くことがある。
当業者には理解されるように、粒子の放射を招くような欠陥の臨界サイズのおよその大きさは合金（残留膜の機械的強度）、付着条件（極板の表面温度、イオン照射による表面侵食速度）などに応じて変化する可能性があり、現在もっとも多く使用されている合金と付着態様に当てはまるおよその大きさだけを問題とする。場合によっては、サイズが０．０３ｍｍと０．０１ｍｍの間の亀裂も、溶解または吸蔵水素の高い含有率（＞０．２ppm）が存在しないときでも、固体または液体粒子の放射を招くことがある。
致命的な亀裂を当初から含んでいる前駆体の無用な加工を避けるように、それによって検査の際の不良率を低下させるのであるが、本発明による方法の変型はその内部健全性を測定する、すなわちそれに含まれている亀裂のサイズ、ならびに単位体積あたりの亀裂の数を測定することを可能にする前駆体および／または中間製品の検査を含んでいる。
とくに、これらの検査は有利には極板への加工のためのブルームに隣接する鋳放しビレットの小片の上で実施される。これらの検査は好適には小片の平坦な表面上で実施される。これらの検査の際に、好適にはサイズが０．１ｍｍを超える亀裂をいっさい含まず、その小片あたりの０．０４ｍｍを超えるサイズの亀裂が１０未満の前駆体および／または中間製品を選択する。
ビレットの小片に対する検査は有利には均質化熱処理の後で実施され、それによって亀裂と固化の際に沈着した金属間層の混同を防止することができる。
亀裂が致命的になるほどそのサイズを拡大する傾向のある、ビレット小片の第一の鍛錬段階で得られた中間製品に対しても内部健全性検査を実施するのが有利である。鍛錬は一般的には加圧、鋳造、圧延によって得られる。これらの中間検査によって最終段階への極板の製造の無駄な核を続けることを回避できる。これらの検査の際に、好適にはサイズが０．１ｍｍを超える亀裂をいっさい含まず、その１個あたりの０．０４ｍｍを超えるサイズの亀裂が１０未満の前駆体および／または中間製品を選択する。
集積回路または電子回路の金属被覆ための、超高純度のアルミニウム製または極めて純粋なベースのアルミニウム合金製の陰極スパッター極板の前駆体は、したがって、好適には１００ｃｍ³あたりの０．０４ｍｍを超えるサイズの１０未満の亀裂を含む。
本発明の実施は後述の詳細な実施例からより良く理解されるであろう。
実施例
本発明による方法の好適な実施態様はここでは極板のための珪素が１％、銅が０．５％のアルミニウム合金に適用されるが、もちろんこのアルミニウム合金だけに限定されるものではない。
極板の作製
Ａｌ＋１％Ｓｉ＋０．５％Ｃｕの同じ合金の１３の異なる鋳造品から出願人は単位長さ６００ｍｍ、粗直径１３７ｍｍの粗ビレット輪切りを採取した。これらの鋳造品の水素含有率は、鋳造の際に液体金属で、ＡＬＳＣＡＮ（登録商標）ブランドの機器で測定し、採取された輪切りに隣接するビレットの小片内で採取した固体標本に対して、ＳＴＲＯＥＨＬＥＩＮ（登録商標）ブランドの、真空溶解気体抽出装置で測定して確認されたごとく、一貫して０．２０ppm未満で、一般的に０．１０ppm未満であった。
長さ６００ｍｍのブルームに隣接するこれらの小片で、アルミニウム合金の母材を溶解し、不溶性の非金属含有物を濾過（濾過限度≧２μｍ）によって回収し、乾燥後に重量を測定し、ついで走査型顕微鏡で個数を数え、測定することによって含有物の含有率測定試験も実施した。
表面の鋳造皮を除去するために、第一段階で１３のビレット輪切りを旋盤にかけて皮を剥ぎ、その直径を１３０ｍｍにした。ついでこの様に皮を剥いだビレットの輪切りを５ＭＨｚの周波数の従来の超音波検査にかけて、この種の鋳造粗製品について、既存のもっとも厳しい規格である、フランス規格ＡＩＲ第９０５１号に従って、直径０．７ｍｍの平坦な底で表された人工欠陥を上回る反響を示さない輪切りだけを採用した。これによって不合格になった輪切りは１つである。
超音波センサーと従来の測定チャンネルの選択によってこのレベルの周波数に調節されたこの検査の感度は、０．３ｍｍと０．８ｍｍの間の等価欠陥の検出を可能にする。好適には、規格ＡＩＲ第９０５１号の変型である、いわゆる螺旋検査を用いて、ビレットの体積を１００％検査することが可能になる、なぜならセンサーは回転駆動されているビレットに対して直角に並進運動で駆動されるからであり、一方、規格による基本検査ではビレットの面と３つの母線しか検査されないからである。
これによって不合格になった輪切りは１つであり、それによって、さらにこの輪切りに隣接する区分の一つで測定された含有物の含有率が金属１ｋｇあたり２μｍを超えるサイズの含有物が１０ｍｇを超え、他方この第一の超音波検査に合格した１２の輪切りに隣接する全ての区分の金属１ｋｇあたりの２μｍを超えるサイズの含有物が５ｍｇ未満の含有率に留まることがわかった。
この様にして選択した１２の輪切りをつぎに、とくにこの合金のためにわずかに適合させただけの均質化処理にすぎないが、出願人によるＥＰ−Ａ−０４６６６１７（ＵＳ ５１６０３８８）に記載の操作方法に従って、極板ブランクに加工した。
この均質化は２段階で行われ、第一段階は８時間５１０℃に維持して、固化の最後に出現した三元共晶の構成成分を溶解させることからなり、それに続く第二段階はさらに４時間５６０℃に維持して、個別粒子のレベルで、製品の化学組成の均質化を完全にすることからなる。厚みが約６００ｍｍのそれぞれのビレットを検査片に分離された幅１６０ｍｍの３つの断片に輪切りにした後、上記の特許の教示に完全に従って作業を実施し、初期長さ６００ｍｍのブルームあたり３つの割合で、プレス加工、交差圧延、再結晶化の最終熱処理を含む鍛錬の後、直径約３３０ｍｍ、厚み２５ｍｍの極板ブランクが得られた。
つぎにそれぞれのブランクの一つの面を加工し、研磨して加工済み製品の顕微鏡的構造を検査した。この検査によって、製品には珪素とＡｌ₂Ｃｕの金属間微細沈着物が含まれ、その平均サイズが５から１０ミクロンに近く、これらの再結晶製品の粒子サイズは０．１ｍｍ未満であり、平均して０．０７ｍｍ程度であることがわかった。さらに、Ｘ線検査で判明した、これらの極板の構造（極１１１と２００の図）はほぼ等方性で、粒子の偏った配向はなかった。
この様にして製造した全てのブランクは、したがって、これら全ての基準で（沈着物サイズ、粒子サイズ、粒子配向構造）、集積回路の金属被覆のための極板の満足できる使用のために期待される全ての基準を満たしていた。
したがって、これらのブランクは最終的に旋盤で加工して、直径３００mm、厚み２０mm、単位重量約３．８kg、体積が１，４００cm³に近い円盤が得られた。周波数５ＭＨｚで鉱油型グリースによってセンサー・極板の接触を実現して極板の表面に平行にセンサーを移動して超音波検査を手動で実施して、フランス規格ＡＩＲ第９０５１号に従って、０．７ｍｍの平坦な底の穴から成る人工欠陥と同等の欠陥を示す円盤を除去することができた。好適には鋳造粗製品に用いられるこの規格は、ＡＥＣＭＡ−Ｐｒ ＥＮ２００３−８およびＰｒ ＥＮ２００４−２、あるいはさらにＭＩＬ ＳＴＤ ２１５４およびＰｒ ＥＮ ４０５０−４などの加工製品にもっと頻繁に用いられる規格に有利には代えることができる。この様にして、この検査で３６のブランクの中の６個を除去した。
高周波超音波検査後の選択
残った円盤を、溶接によって、銅製のその支え板に接続する前に、高周波超音波による追加検査にかけた。
この追加検査は、加工したそれぞれの円盤を水を充填したタンクに浸漬するものである。ついで、円盤の表面に平行に、Ｘ−Ｙ走査にそって、周波数１５ＭＨｚで作動するセンサーまたは超音波検査器を移動させた。このセンサーは検査される製品に類似した冶金特性を有する同一の合金の表面の下６mm、１２mmおよび１８mmの深さにおいた、直径０．１ｍｍの平坦な底の穴からなる人工欠陥を基準に、あらかじめキャリブレーションされる。この点について注意するのは、それ自体が０．０７mmの平均粒子サイズと、等方性粒子配向と、小さなサイズ（平均１０μｍ未満）の金属間沈着物を有するこの標準板は、同一の形態特性を有する充填率の低い他のアルミニウム合金の欠陥サイズの検定も同じように可能にすることである。
これによって平坦底の等価の穴に対応する反響の振幅測定を表す検定曲線を描くことが可能になった。
つぎに、それぞれの円盤について、最大有効体積、すなわち、表面下１８mmの深さの、直径２８０mmの有効表面積に対応する約１０００cm³の体積内の、ノイズレベルを超える反響の数と関連する信号の振幅、ならびに０．１mmの人工欠陥に対応する振幅を超える反響数を数えた。
この様に検査した円盤を５つの区分に分類した：
区分１：円盤あたり０．１mmを超える反響を１０００を超えて示す円盤（１cm³あたり１を超える反響）
区分２：円盤あたり０．１mmを超える反響を１００から１０００示す円盤（１cm³あたり０．１から１の反響）
区分３：円盤あたり０．１mmを超える反響を１０から１００示す円盤（１cm³あたり０．０１から０．１の反響）
区分４：円盤あたり０．１mmを超える反響を１０未満示す円盤（１cm³あたり０．０１未満の反響）
区分５：円盤は０．０３と０．１mmの間に含まれる標示しか示さず、そのどれも円盤あたり０．１mmを超えない。
粒子サイズ、配向構造、沈着物のサイズおよび０．７mmを超える欠点の不在に関する、スパッター極板のための既存の選択基準に全て合致している、これら５つの区分の円盤はつぎに溶接によって銅製のそれらの支えに接続された。
これによって次の極板が得られた：
・区分１の３つの極板（有効金属１cm³あたり１を超える反響）
・区分２の１０の極板（有効金属１cm³あたり０．１から１の反響）
・区分３の１２の極板（有効金属１cm³あたり０．０１から０．１の反響）
・区分４または５の５つの極板（有効金属１cm³あたり０．０１未満の反響）
これらの極板はつぎに集積回路メーカーにおいて、１６ＭＢのＤＲＡＭ記憶措置の製造を目的として、直径８インチの基盤の金属被覆のために用いられた。
金属被覆比較試験の結果
・区分１の３つの極板のうち２つについては微小アークがきわめて頻繁に発生し、基盤の上に粒子が多量に付着し、これらの基盤が１００％不良品になったのですぐに停止しなければならなかった。３番目の極板は標準寿命の終わりまで使用されたが結果は思わしくなく、この極板で金属被覆された基盤は、サイズが０．５ミクロンを超える粒子があまりに大量に存在するので、２０％を超える不良率になった。
・区分２の１０の極板については、微小アークが非常に頻繁に発生し、基盤の上に粒子が多量に付着したので、そのうち２つを標準寿命の前に停止しなければならなかった。他の８つについては思わしくない結果で、平均して１０％を超える基盤が金属被覆の後、廃棄された。
・区分３の１２の極板に関しては、使用中に停止されたものはなく、平均で、粒子の多量の存在によって廃棄しなければならない金属被覆基盤は５％未満であった。
最後に、区分４または５の５つの極板に関しては、問題を起こしたものは一切なく、粒子の多量の存在によって除去しなければならない金属被覆基盤の割合は平均で２％未満であった。
区分３，４および５の極板がそこから得られた部分に隣接する小片に対して含有物の含有率を測定したところ、これら全ての極板について金属１キログラムあたり含有物が５ミリグラムを下回る重量含有率を示すことがわかった。反対に、このブルームから同じように得られ、したがって、同様な含有物の含有率を示す、前記区分１と２の、複数の極板によって、低い含有物の含有率がおそらく必要条件であるが、如何なる場合にも粒子の低い再付着率を得るための十分条件ではないことが確認できた。
水素と含有物の含有率の破壊測定の前に、極板に加工した輪切りに隣接するビレットの小片に対して、極板に対して実施した検査と同様な条件で、収束ビームを用いて、高周波超音波検査を実施した。これらの検査によって、陰極スパッターの際に多数の欠陥を引き起こした極板は、少なくとも一つの隣接する小片が０．１mmを超えるサイズの複数個の亀裂をすでに含んでいたビレットの輪切りに由来し、一方、欠陥発生が少ない極板は隣接する小片が０．０４mmを超えるサイズの亀裂をほとんど、すなわち小片あたり１０未満の亀裂しか含んでいないブルームに由来することがわかった。
極板は上述のものとほぼ同じ条件で、しかし隣接する小片が０．０４mmを超えるサイズの亀裂を小片あたり６未満示すブルームだけから開始して実現された。検査した体積は６０cm³、直径１２５mmで検査した厚みは５mm、０．０４mmを超えるサイズの亀裂の数は１００cm³あたり１０未満である。さらに均質化し、最終極板の厚みの二倍に等しい値に厚みを減少して得られた製品を特性評価し、それによってこれらの中間製品の５％未満が大きなサイズの、すなわち０．１mmを超える、亀裂の数が１００cm³あたり１を超えることがわかった。厚みを最終値に減じ、加工した後に得られた最終極板は９０％を超える割合で０．１mmを超えるサイズの亀裂がなく、１００cm³あたり０．０４mmを超えるサイズの亀裂は３０未満含まれていた。０．１mmを超えるサイズの亀裂がなく、１００cm³あたり０．０４mmを超えるサイズの亀裂が１０未満含まれる極板で陰極スパッターによる付着の際に得られた結果は優秀であった。０．１mmを超えるサイズの亀裂はないが、１００cm³あたり０．０４mmを超えるサイズの亀裂が１０を超えて含まれる極板で得られた結果は大幅に劣っていた。
その他の実施例
Ａ）珪素を１％含有するアルミニウム合金
異なる鋳造に由来し、重量で１％の珪素の添加を含む、９９．９９９％を超える、超高純度の同一のアルミニウム合金で実現された陰極スパッター極板の既存のロットに対して、浸漬して高周波（１５メガヘルツ）の超音波検査を実施して、下記のように選択した：
・一方では、金属１立方センチメートルあたり、０．１mmを超える等価サイズの亀裂を０．１未満含むが、０．７mmを超える欠陥がない５つの極板の第一のロット
・他方では、金属１立方センチメートルあたり、０．１mmを超える等価サイズの亀裂が２を超えて含まれるが、これらの欠陥のどれも０．７mmを超える等価サイズを超えることがない５つの極板の第二のロット。
サイズが０．１mmと０．７mmの間の欠陥の密度によってこの様に選択した極板は、実験的に、交互に、同じ陰極スパッター装置内で使用して、付着アルミニウム厚みが１μｍの、直径６インチ（約１５０mm）の一連の半導体基盤を金属被覆した。したがって、それぞれの極板は数十の連続する基盤の金属被覆に使用された。
つぎに、０．３５μｍのエッチ精細度で、１６ＭＢのＤＲＡＭ記憶装置タイプの集積回路のエッチのために使用された基準を元にこれらの基盤を選別した。
このとき０．１mmを超える亀裂の密度がきわめて低い極板から金属被覆された９５％を超える基盤が、付着粒子の有無に関するこれらの基準に従ってこの用途分野に適していると判断された。
他方、０．１mmを超えるが０．７mm未満の亀裂密度が高い極板から金属被覆した２０％を超える基盤が、これらの同じ基準に従ってこの用途分野に不適であると判断された。
Ｂ）銅を０．５％含有するアルミニウム合金
超高集積度の半導体基盤の金属被覆装置内で使用した後、この様に金属被覆された基盤上への固体または液体粒子の再付着率は高く、その高い再付着率のために１０％を超えるこれらの基盤が不良になった、Ａｌ＋０．５％Ｃｕの二元合金製の一部が使用された（５mm程度の侵食深度）極板を選択した。
これらの一部が使用された極板は、第一段階で銅製のその支え板から分離され、酸化したり汚染したりしていることのあるその表面部分を除去するように、乾式で（加工潤滑剤なしで）、ダイアモンドバイトで再加工した。
この様に加工したこれらの極板はつぎに、先ず１０から２５ＭＨｚの広い周波数帯、ついで１５ＭＨｚを中心とし、直径０．１mmの標準平坦底の穴の０．４倍以上の直径の欠陥を検出し、数えることを可能にする周波数帯で、超音波検査にかけた。
つぎに、欠陥極板から得られた、この様に再加工したこれら全ての極板は検査した金属の１立方センチメートルあたり、０．０４mmを超える等価サイズの欠陥密度が１を超えることがわかった。
他方、固化間隔が短いこの合金について、興味深いことに、検査した金属の１立方センチメートルあたり、０．１mmを超える等価サイズの欠陥を０．０５を超えて含んでいる極板は４つのうち２つしかなかった。
この様にして検査したそれぞれの極板はつぎに、２つの半円形の半極板が得られるように、直径に沿って裁断された。
・つぎに極板あたり１つの半円盤は、アルミニウム合金母材を溶解し、最初の極板の、不溶性耐熱性含有物の当初の含有率を定量化するための、溶解試験にかけられた。
このときこの試験にかけた全ての欠陥極板が合金１キログラムあたり、耐熱性含有物を５ミリグラムを超えて含んでいることがわかった。
・それぞれの極板から得られた別の半円盤は、ＳＴＲＯＥＨＬＥＩＮ（登録商標）装置によって、標本の溶解または吸収された水素含有率測定のために、固体の円筒状の標本をそこから抜き取るように加工した。このとき欠陥極板から得られた金属の水素含有率が０．１２ppmを超えることがわかった。
比較のために、制限された時間のスパッター試験（その標準寿命の約２５％）の後、かなり長いが制限された時間のこの試験の際に、固体または液体粒子の再付着による不良率がきわめて低い（不良率１％未満）４つの金属被覆極板を採取した。
一部が使用されたこれらの極板は欠陥極板に対応するものと同じ検査にかけられた。このときこれらの優れた品質の極板が金属１kgあたり４ｍｇを下回る耐熱性含有物の含有率と０．０７ppmを下回る溶解または吸蔵水素含有率を一貫して示すことがわかった。これらの極板の中でサイズが０．１mmを超える内部亀裂を示すものはなく、このように検査した金属１立方センチメートルあたり、０．０４mmを超えるサイズの亀裂を０．０５未満しか含んでいなかった；これは「欠陥」極板で認められたものによりはるかに低かった。
ｃ）純度４Ｎから６Ｎの非合金アルミニウム
非制限的な例として、純度が９９．９９８％を超えるアルミニウムの長方形断面の鋳放しブランクから圧延によって得られた陰極スパッター極板の既存のロットに対して、１５ＭＨｚでの超音波検査の後、下記を選択した：
・一方では、金属１立方センチメートルあたり、０．１mmを超える等価サイズの亀裂を０．０１未満含むが、０．７mmを超える欠陥がない５つの長方形の極板の第一ロット
・他方では、金属１立方センチメートルあたり、０．１mmを超える等価サイズの亀裂が０．５を超えて含まれるが、これらの欠陥のどれも０．７mmを超える等価サイズを超えることがない５つの極板の第二のロット。
サイズが０．１mmと０．７mmの間の欠陥密度によってこの様に選択した極板は、実験的に、交互に陰極スパッター機械内で使用して、付着アルミニウム厚みが１μｍでエッチ幅が１０μｍ（したがって、町集積回路のそれをはるかに上回る）の、寸法約２１×２８cmの液晶画面（いわゆる「１４インチ」型画面）の製作のための、５００の一連の長方形基盤を金属被覆した。それぞれの極板は連続する５０の基盤の金属被覆に使用された。
つぎに、エッチのいっさいの局部的欠陥が金属被覆基盤全体の不良に至る、かなり大きなサイズのこれらの画面のエッチに通常用いられる基準に従ってこれらの基盤の選別した。
このとき０．１mmを超える亀裂の密度がきわめて低い極板から金属被覆された９５％を超える基盤が、付着粒子の有無に関するこれらの基準に従ってこの用途分野に適していると判断された。
他方、０．１mmを超えるが０．７mm未満の亀裂密度が高い極板から金属被覆された１５％を超える基盤が、これらの同じ基準に従ってこの用途分野に不適であると判断された。
発明の利益
これら各種の実施例は、本発明の経済的に非常に大きな利益を証明している、なぜなら極板の非破壊的方法で適切に選択した、集積回路または電子回路の金属被覆のための、陰極スパッター極板から、固体または液体粒子の再付着による金属被覆基盤の不良率を５％未満に下げることが可能だからである。

Claims (9)

1. 有効部分が超高純度のアルミニウム製または非常に純粋なベースのアルミニウム合金製である、集積回路または電子回路の金属被覆のための陰極スパッター極板の検査方法において、非破壊的で内部亀裂に敏感な、金属の内部健全性検査方法を用いて、
   ・検査する極板の亀裂のサイズを測定し、
   ・前記の検査すべき極板の単位体積あたりの内部亀裂のサイズと数を数え、
   ・極板の有効金属１立方センチメートルあたり、サイズが０．１ｍｍを超える亀裂が０．１以下の、亀裂密度を示す極板を、選択することを特徴とする方法。
2. 請求項１に記載の方法において、基準極板と比較して、あるいは人工基準欠陥と比較して、検査する極板の亀裂のサイズを測定することを特徴とする方法。
3. 請求項１または２に記載の方法において、
   亀裂に敏感な非破壊的方法が超音波法から選択されることを特徴とする方法。
4. 請求項３に記載の方法において、１０ＭＨｚから５０ＭＨｚの間の作業周波数で作動する超音波センサーを選択し、極板の表面に対する欠陥の位置に応じて、液体に浸漬した極板内の亀裂を模倣した、既知の寸法の人工欠陥の超音波反響振幅を示す測定チャンネルを調節した後、
   ・超音波検査によってパラメータ化した所与の体積内の人工欠陥によって得られた超音波反響の振幅と比較して、検査されるそれぞれの極板の亀裂のサイズを測定し、
   ・前記の検査すべき極板の単位体積あたりの内部亀裂のサイズと数を数えることを特徴とする方法。
5. 請求項３に記載の方法において、１０ＭＨｚから２５ＭＨｚの間の作業周波数で作動する超音波センサーを選択し、極板の表面に対する欠陥の位置に応じて、液体に浸漬した極板内の亀裂を模倣した、既知の寸法の人工欠陥の超音波反響振幅を示す測定チャンネルを調節した後、
   ・超音波検査によってパラメータ化した所与の体積内の人工欠陥によって得られた超音波反響の振幅と比較して、検査されるそれぞれの極板の亀裂のサイズを測定し、
   ・前記の検査すべき極板の単位体積あたりの内部亀裂のサイズと数を数えることを特徴とする方法であって、
   極板の有効金属の１立方センチメートルあたり、サイズが０．１ｍｍを超える内部亀裂がなく、０．０４ｍｍを超えるサイズの亀裂が０．１未満の極板を選択することを特徴とする方法。
6. 請求項１から５のいずれか一つに記載の方法において、有効金属１立方センチメートルあたりサイズが０．１ｍｍを超える内部亀裂がなく、０．０４ｍｍを超えるサイズの亀裂が０．０５未満含まれ、２μｍを超えるサイズの含有物の総含有率が合金１ｋｇあたり４ｍｇ未満である極板を選択することを特徴とする方法。
7. 請求項１に記載の方法において、選択された極板が、内部亀裂に敏感な、非破壊的な金属の内部健全性検査方法を用いる適切な方法によって選択された前駆体から得られることを特徴とする方法。
8. 請求項７に記載の方法において、前駆体が１００ｃｍ³あたり、サイズが０．０４ｍｍを超える亀裂を１０未満含んでいることを特徴とする方法。
9. 請求項１に記載の方法において、選択された極板が、内部亀裂に敏感な、非破壊的な金属の内部健全性検査方法を用いる適切な方法によって選択された中間製品から得られることを特徴とする方法。

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