JP4495853B2

JP4495853B2 - Sputtering target and sputtering apparatus comprising the same

Info

Publication number: JP4495853B2
Application number: JP2000366979A
Authority: JP
Inventors: 部洋一郎矢; 上隆石; 邊光一渡; 辺高志渡; 阪泰郎高; 崎修山
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2000-12-01
Filing date: 2000-12-01
Publication date: 2010-07-07
Anticipated expiration: 2020-12-01
Also published as: JP2002173766A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スパッタリングターゲットおよびそれを具備するスパッタリング装置に関するものである。更に詳しくは、本発明は、ダストの発生が有効に防止されたスパッタリングターゲットおよびスパッタリング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体素子や液晶表示装置に代表される電子部品工業は急速に進捗しつつあり、２５６ＭビットＤＲＡＭ、ロジック、フラッシュメモリー等に代表される半導体素子においては、高集積化・高信頼性・高機能化が進むにつれて、電極や配線を形成する際の微細加工技術に要求される精度も益々高まりつつある。それにつれ、製造工程においてダストの発生を低減する必要が求められている。特に、スパッタリング工程では、スパッタリング時に発生した０．２μｍ程度の微細なダストでもそれが形成された薄膜中に混入すると素子の歩留まりに悪影響を及ぼすので、ダストを発生させないスパッタリングターゲットが望まれている。
【０００３】
一般に、工業的に行われているスパッタとしては効率の良いマグネトロンスパッタ法が主流になっており、その原理から、スパッタリングターゲット材にはエロージョン部と非エロージョン部が存在し、スパッタ面のエッジ部分や側面部分は非エロージョン部になる。スパッタリング装置内においてスパッタリングターゲット材からスパッタされた粒子は、半導体基板に正常に到達するものと、周辺に飛び装置内の基板外の部分に付着するもの、更には再びスパッタリングターゲットに戻ってスパッタリングターゲットに付着するもの（再付着膜）が有る。スパッタリングターゲットに戻って付着するもののうち、非エロージョン部に付着した粒子は再びスパッタされることが無いために次第に膜状に蓄積されることになるが、スパッタの進行が進むにつれそれが剥がれ脱落する事もダスト発生の要因になると言われている。
【０００４】
図１は、従来の一般的なマグネトロンスパッタリング装置を模式的に示す図である。同図において、２０はスパッタリングターゲットである。このスパッタリングターゲット２０は、スパッタリングターゲット材２１およびこのスパッタリングターゲッ材２１を固定し支持するためのバッキングプレート２２とからなっている。このバッキングプレート２２には冷却水流路（図示せず）が設けられていて、ここを流通する冷却水によってバッキングプレート２２およびスパッタリングターゲット材２１が冷却されるようになっている。
【０００５】
上記のスパッタリングターゲット２０の下方にはアースシールド２３が設けられており、その下方にはさらに上部防着板２４および下部防着板２５が配置されている。被成膜試料である基板２６は、スパッタリングターゲット２０と対向配置するように、被成膜試料保持部であるプラテンリング２７に保持されている。これらの各部材は真空容器（図示せず）の内部に配置されており、この真空容器にはスパッタリングガスを導入するためにガス供給系（図示せず）およびこの真空容器内を所定の真空状態まで排気する排気系（図示せず）とが接続されている。
【０００６】
図１のスパッタリングターゲット装置には、上記のスパッタリングターゲット材２１と基板２６との間に電界Ｅが印加されている。そして、スパッタリングターゲット２０の上方には、電界Ｅと直交する形でマグネット２８が設けられており、これによりスパッタリングターゲット材２１の表面に磁界Ｍが生じるようになっている。
【０００７】
このように構成されてなるスパッタリング装置では、磁界と電界との作用によって電子がサイクロン運動を起こし、スパッタリングターゲット材２１のスパッタ面内と磁界Ｍ内に高密度のプラズマが生じ、磁界Ｍに囲まれたスパッタリングターゲット面にエロージョンが進展していく。
【０００８】
この図１において、Ａ部のようなスパッタリングターゲットのスパッタ面端部、側面部、バッキングプレート端部など、磁界Ｍがかからない部分はスパッタされずエロージョンされないために、その部位にはスパッタされた粒子が付着し、それがスパッタ処理の回数に応じ層状に蓄積されることになる。これらの付着粒子はスパッタリング処理中、特にスパッタリングターゲットのターゲットライフ後期、において、ダストとして剥がれ脱落することがあった。
【０００９】
また、図２に示されるような、バッキングプレート２２にスパッタリングターゲット材２１が押え治具２９によって固定されるスパッタリングターゲット２０である場合には、スパッタリングターゲット材２１とバッキングプレート２２との接合部からダスト発生し、そのダストが基板上に脱落することがあった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
このようなメカニズムでスパッタリングターゲットから発生するダストの防止策としては、非エロージョン部の表面粗さをエロージョン部より粗くすることによって、付着粒子の脱落を防止するもの（例えば、特開平６−３０６５９７号公報）、非エロージョン部にブラスト粒子を打ち込んで、アンカー効果で付着粒子の剥離を防止するもの（例えば、特開平９−１７６８４３号公報）など、様々な剥離防止対策が採られている。
【００１１】
しかし、これまでのダスト低減策はある一定の効果は認めれられるものの、ターゲットライフ近くまでスパッタリングが進行するにつれ、ダストが増加する傾向があった。特に、スパッタリングターゲットの側面部および段付き部の剥離防止は困難であった。
【００１２】
また、使用する装置によっては、装置側にバッキングプレートが設置されており、センターキャップ及び押えリングなどの押え治具によってターゲット材を支持するものがある。このようなものは、スパッタリングターゲット材とバッキングプレートとの熱膨張特性が違うことによって、スパッタ時と非スパッタ時との間の温度変化によりスパッタリングターゲット材とバッキングプレートとの界面でこすれが生じて、ダストが発生することがある。
【００１３】
本発明は、このような課題に対処するために発明されたものであり、スパッタリングターゲット材からのダストの発生を効果的に防止することが可能なスパッタリングターゲット及びそれを具備したスパッタリング装置を提供するものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、スパッタリングターゲットの非エロージョン部に付着した付着膜の剥離原因を鋭意研究したところ、付着膜の剥離は、スパッタ時と非スパッタリング時に付着膜にかかる熱によるストレスの差異によって発生することが分かった。すなわち、スパッタリングターゲット材はスパッタ時に非常に高温になるため、通常はバッキングプレートに冷却水を流しながら使用する。非スパッタリング時にも冷却水は引き続き流れるため、スパッタリングターゲット材は急激に温度降下が進む。非エロージョン部も同様であり、そこに付着した膜は熱応力の変化によりストレスを受けて剥離しやすくなるのである。
【００１５】
本発明のスパッタリングターゲットは、バッキングプレートと一体的に配置して使用されるスパッタリングターゲット材、またはスパッタリングターゲット材とバッキングプレートとが接合一体化してなるスパッタリングターゲットであって、該スパッタリングターゲット材の該バッキングプレートとの接合面側の外縁部が該バッキングプレートと接触しない形状及び／又は該バッキングプレートの該スパッタリングターゲット材との接合面側の外縁部が該スパッタリングターゲット材と接触しない形状を有することを特徴とするものである。
【００１６】
さらに、本発明によるスパッタリング装置は、真空容器と、該真空容器内に設置される被成膜試料保持部と、該真空容器内に該被成膜試料保持部と対向して配置されるターゲット部を具備するスパッタリング装置において、該ターゲット部は、上記に記載のスパッタリングターゲットを具備することを特徴とするものである。
【００１７】
上記のように、スパッタリングターゲット材の外縁部をバッキングプレートと接触させないことによって外縁部の冷却を抑制して、非スパッタ時における外縁部の熱降下を緩やかにすることで、付着膜の応力変化を緩和し、ダストの発生を抑えることができる。
【００１８】
また、スパッタリングターゲット材の外縁部は、外縁部もバッキングプレートと接触しているときに比べて、スパッタ中も温度が上昇しているため、この結果、付着膜の密着強度が強くなり、スパッタ後期でも膜剥離によるダスト発生を抑えることができる。
【００１９】
また、スパッタリング装置側にバッキングプレートが設置され、センターキャップや押えリング等の押え治具でスパッタリングターゲット材を支持するスパッタ装置の場合には、上記理由にさらにスパッタリングターゲット材とバッキングプレートとの接合面長を減少させることにより両者間のこすれ量を低減してダストの発生自体を抑制するとともに、仮にダストが発生したとしてもそのダストが基板上に脱落するのを防止することができる。
【００２０】
さらに、上記のスパッタリングターゲットを使用することによりスパッタリング装置全体においてもダストの発生を抑えることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明によるスパッタリングターゲットは、スパッタリングターゲット材のバッキングプレートとの接合面側の外縁部がバッキングプレートと接触しないように形成されてなること、を特徴とするものである。
以下、本発明によるスパッタリングターゲットを図面を参照しながら説明する。
【００２２】
図３および図４は、本発明のスパッタリングターゲットの実施態様の一例の構造を示す断面図である。図３および図４において、２は円盤状のスパッタリングターゲット材である。このスパッタリングターゲット材２には、このスパッリングターゲット材２を保持および冷却するためのバッキングプレート５が接合一体化されてスパッタリングターゲット１を構成している。そして、図３に示されるようにスパッタリングターゲット材２の外縁部３が切り欠かれることにより、あるいは図４に示されるようにバッキングプレート５の外縁部６が切り欠かれることにより、スパッタリングターゲット材２のバッキングプレート５との接合面側の外縁部３がバッキングプレート５と接触しないように形成されている。
【００２３】
このように、スパッタリングターゲット材２の外縁部３はバッキングプレート５と接触していないので、外縁部３はバッキングプレート５との接触部分４に比べて、その冷却が抑制されている状態にある。従って、外縁部３は、非スパッタ時の熱降下が緩やかになっている。このことによって、外縁部３では、スパッタ時と非スパッタ時との温度変化が抑制され、温度変化による熱応力の変化が緩和されている。よって、付着膜の脱落によるダストの発生が有効に防止されている。
【００２４】
そして、この外縁部３は、スパッタ時においても、接触部分４に比べて温度が高くなっている。このことによって、従来よりも付着膜の密着強度が向上している。
【００２５】
このように、スパッタ時と非スパッタ時との温度変化が抑制されていることによって付着膜の応力変化が緩和されていること、および付着膜の密着強度が向上していることにより、付着膜が剥離しずらくなっている。よって、付着膜の脱落によるダストの発生が有効に防止されている。
【００２６】
スパッタリングターゲット材２とバッキングプレート５との非接触面積（即ち、外縁部３の面積）は、スパッタリングターゲット材２のスパッタ面の面積に対し、１０％以上であれば有効であるが、２０％以上であればさらに効果があり、３５％以上である場合にはさらに効果が顕著になる。
【００２７】
外縁部３におけるスパッタリングターゲット材２とバッキングプレート５との最小の間隔（即ち、切り欠き部の高さ）は、スパッタリングターゲット材２が使用時に若干反り、接触する可能性を見込んで０．５ｍｍ以上あれば十分である。
【００２８】
スパッリングターゲット材２とバッキングプレート５との接合一体化は、ろう接や拡散接合（固相接合）などによって行ってもよく、適当な押え治具を使用して行ってもよい。押え治具を使用する後者の方法は、スパッリングターゲット材２とバッキングプレート５とを着脱とすることが容易である。
【００２９】
図５は、本発明のスパッタリングターゲットの実施態様の他の断面構造を示すものであって、スパッタリングターゲット材２が押え治具（具体的にはセンターキャップ）７によってバッキングプレート５に着脱可能に取り付けられたものである。
【００３０】
以上のような本発明によるスパッタリングターゲット１は、スパッタリングターゲット材２の外縁部３をバッキングプレート５と接触させないようにし、かつスパッタリングターゲット材２とバッキングプレート５との接合面長および接合面積を制限することにより、スパッタリングターゲット材２とバッキングプレート５との熱膨張特性の違いに起因する両者間のこすれを緩和してダストの発生自体を抑制するとともに、仮にダストが発生したとしてもそのダストがを切り欠き部内に保持してダストが基板上に脱落するのを防止すことができるものである。
【００３１】
本発明でのスパッタリングターゲット材２の構成材料は特に限定されるものではなく、スパッタリングターゲットの使用目的に応じて数々の単体金属材料、合金材料、金属化合物材料などが使用される。スパッタリングターゲット材２の構成材料の具体例としては、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｓｉ、ＧｅおよびＦｅから選ばれる金属元素の単体、もしくは上記した金属元素を含む合金または化合物が挙げられる。
【００３２】
バッキングプレート５は、スパッタリングターゲット２の支持部材であると共に、イオン衝撃（スパッタ熱）によるスパッタリングターゲット２の温度上昇を抑制する冷却部材としての機能を有するものである。このため、バッキングプレート５の構成材料には、熱伝導率が高い無酸素銅やアルミニウム合金などを用いるのが好ましい。
【００３３】
本発明によるスパッタリングターゲットは、例えばスパッタリングターゲット材またはバッキングプレートを、前記スパッタリングターゲット材のバッキングプレートとの接合面側の外縁部分がバッキングプレートと接触しないように切り欠いたのち、前記スパッタリングターゲット材とバッキングプレートとを接合一体化、あるいはバッキングプレートと一体的に配置する方法によって製造することができる。
【００３４】
また、本発明において、欠き部の形状は任意であって、例えば図６（ａ）〜図６（ｃ）に示されるように、スパッタリングターゲット材２の外縁部３とバッキングプレート５との間隙が連続的にあるいは段階的に変化しているものでも良い。
【００３５】
具体的には、図６（ａ）はスパッタリングターゲット材２の外縁部３において、最外縁部から内部に向けての順次バッキングプレート５との距離が大きくなる切り欠き形状を有する構成、図６（ｂ）はスパッタリングターゲット材２の外縁部３においてバッキングプレート５との距離が他の部位より大きくなる切り欠き形状を有する構成、さらに図６（ｃ）はスパッタリングターゲット材２の外縁部３において、最外縁部から内部に向けてバッキングプレート５との距離を一定とし内部において順次その距離が小さくなる切り欠き形状を有する構成である。上記構成に限らず、各種の構成を採用する事が可能である。
【００３６】
上記説明においては、スパッタリングターゲット材またはバッキングプレートのいずれかの外縁部を切り欠き形状にすることについて説明したが、スパッタリングターゲット材およびバッキングプレートの両方の外縁部を切り欠き形状としてもよい。
【００３７】
本発明においては、上記円盤状のスパッタリングターゲット材に限らず、正方状、直方状などの各種形状のスパッタリングターゲットに適用することが可能である。
【００３８】
そして、本発明は、上記スパッタリングターゲットを、例えば図１に示すような、真空容器と、該真空容器内に設置される被成膜試料保持部と、該真空容器内に該被成膜試料保持部と対向して配置されるターゲット部を具備するスパッタリング装置に適用することにより、ダストの発生を抑えることが可能なスパッタリングターゲット装置を得ることができるのである。
【００３９】
【実施例】
次に、本発明の具体的な実施例について説明する。
＜実施例１＞
直径２５０ｍｍ、厚さ１５ｍｍ、純度５Ｎの、旋盤で仕上げたＴｉスパッタリングターゲット材の外縁部のうちバッキングプレートと一体的に配置した際に接触する部分を図５のように高さ１ｍｍ、幅１０ｍｍ（スパッタ面面積の約１５％）で切り欠き形状に加工した。
【００４０】
＜実施例２＞
直径２５０ｍｍ、厚さ１５ｍｍ、純度５Ｎの、旋盤で仕上げたＴｉスパッタリングターゲット材の側面部のうちバッキングプレートと一体的に配置した際に接触する部分を図５のように高さ１ｍｍ、幅３５ｍｍ（スパッタ面面積の約４８％）で切り欠き形状に加工した。
【００４１】
ダスト測定結果
上記の実施例１および実施例２で得たＴｉスパッタリングターゲットを用い、図１に示すスパッタリングターゲット装置側に組み込まれた６０６１系のＡｌ合金製バッキングプレートに押え治具により固定し、一体的に配置し、スパッタ圧：４×１０^−１（Ｐａ）、スパッタ電流５Ａ、アルゴン流量１５ｓｃｃｍ、窒素流量３０ｓｃｃｍの条件で、φ６インチのＳｉウェハー上にマグネトロンスパッタを行い、Ｔｉ膜を成膜した。この条件で、１００ロット、１５０ロットまたは２００ロット後のφ６インチのＳｉウェハー上のＴｉ膜中の０．２μｍ以上のダスト数をパーティクルカウンターで測定した。それらの結果を、表１に示す。
比較例１として、切り欠き加工を施していないＴｉスパッタリングターゲットを同条件でスパッタし、１００ロット、１５０ロットまたは２００ロット後のφ６インチのＳｉウェハー上のＴｉ膜中の０．２μｍ以上のダスト数をパーティクルカウンターで測定した。それらの結果を併せて表１に示す。
【００４２】
【表１】

上記の表１から明らかなように、本発明のスパッタリングターゲットは、比較例のスパッタリングターゲットに比較しスパッタリングターゲット初期から後期にわたってのダストの発生が少なく優れている。
【００４３】
＜実施例３＞
直径３１３ｍｍ、厚さ１０ｍｍ、純度５Ｎの、旋盤でスパッタ面を仕上げたＴｉスパッタリングターゲット材の外縁部のうちバッキングプレートと接合する部分を図３のように高さ１ｍｍ、幅１０ｍｍ（スパッタ面積の約１２．４％）で切り欠き形状に加工した。このＴｉスパッタリングターゲット材と６０６１系のＡｌ合金からなるバッキングプレートを拡散接合により接合一体化してスパッタリングターゲットを得た。
【００４４】
＜実施例４＞
直径３１３ｍｍ、厚さ１０ｍｍ、純度５Ｎの、旋盤でスパッタ面を仕上げたＴｉスパッタリングターゲット材の外縁部のうちバッキングプレートと接合する部分を図３のように高さ１ｍｍ、幅３５ｍｍ（スパッタ面積の約３９．７％）で切り欠き形状に加工した。このＴｉスパッタリングターゲット材と６０６１系のＡｌ合金からなるバッキングプレートを拡散接合により接合一体化してスパッタリングターゲットを得た。
【００４５】
ダスト測定結果
上記の実施例３および実施例４で得たＴｉスパッタリングターゲットを用い、図１に示すスパッタリング装置（装置側にはバッキングプレートなし）を組み込み、スパッタ圧：４×１０^−１（Ｐａ）、スパッタ電流５Ａ、アルゴン流量１５ｓｃｃｍ、窒素流量３０ｓｃｃｍの条件で、φ６インチのＳｉウェハー上にマグネトロンスパッタを行い、Ｔｉ膜を成膜した。この条件で、１００ロット、１５０ロットまたは２００ロット後のφ６インチのＳｉウェハー上のＴｉ薄膜中の０．２μｍ以上のダスト数をパーティクルカウンターで測定した。それらの結果を、表２に示す。
比較例２として、切り欠き加工をしていないバッキングプレートとＴｉターゲットとを同条件で接合およびスパッタし、１００ロット、１５０ロットまたは２００ロット後のφ６インチのＳｉウェハー上のＴｉ膜中の０．２μｍ以上のダスト数をパーティクルカウンターで測定した。それらの結果を併せて表２に示す。
【００４６】
【表２】

上記の表２から明らかなように、本発明のスパッタリングターゲットは、比較例のスパッタリングターゲットに比較しスパッタリングターゲット初期から後期にわたってのダストの発生が少なく優れている。
【００４７】
＜実施例５＞
直径２５０ｍｍ、厚さ１５ｍｍ、純度５Ｎの、旋盤で仕上げたＴｉスパッタリングターゲット材を一体的に載置するための図７（ａ）に示される形状の６０６１系のＡｌ合金製のバッキングプレートに、高さ１ｍｍ、幅３５ｍｍの切り欠き溝をＴｉスパッタリングターゲット材の外縁部形状に合わせて成形（本実施例の場合は、外径２５０ｍｍ、内径２３０ｍｍの切り欠き溝、スパッタ面積の約１５．３％）とした。
【００４８】
＜実施例６＞
直径２５０ｍｍ、厚さ１５ｍｍ、純度５Ｎの、旋盤で仕上げたＴｉスパッタリングターゲット材を一体的に載置するための図７（ａ）に示される形状の６０６１系のＡｌ合金製のバッキングプレートに、高さ１ｍｍ、幅３５ｍｍの切り欠き溝をＴｉスパッタリングターゲット材の外縁部形状に合わせて成形（本実施例の場合は、外径２５０ｍｍ、内径１８０ｍｍの切り欠き溝、スパッタ面積の約４８．１％）とした。
【００４９】
ダスト測定結果
上記の実施例５および実施例６で得たスパッタリングターゲットを、図１に示すスパッタリング装置に組み込んだ後、これらのバッキングプレートに直径２５０ｍｍ、厚さ１５ｍｍ、純度５Ｎの、旋盤で仕上げたＴｉスパッタリングターゲット材を押え治具（図示せず）により固定し、一体的に配置した。そして、スパッタ圧：４×１０^−１（Ｐａ）、スパッタ電流５Ａ、アルゴン流量１５ｓｃｃｍ、窒素流量３０ｓｃｃｍの条件で、φ６インチのＳｉウェハー上にマグネトロンスパッタを行い、Ｔｉ膜中の１００ロット、１５０ロットまたは２００ロット後のφ６インチのＳｉウェハー上のＴｉ膜中の０．２μｍ以上のダスト数をパーティクルカウンターで測定した。それらの結果を、表３に示す。
比較例３として、切り欠き溝がないバッキングプレートを使用した以外は、実施例３と同様にして、Ｔｉターゲットの接合およびスパッタを行い、１００ロット、１５０ロットまたは２００ロット後のφ６インチのＳｉウェハー上のＴｉ膜中の０．２μｍ以上のダスト数をパーティクルカウンターで測定した。それらの結果を併せて表３に示す。
【００５０】
【表３】

上記の表２から明らかなように、本発明のスパッタリングターゲットは、比較例のスパッタリングターゲットに比較しスパッタリングターゲット初期から後期にわたってのダストの発生が少なく優れている。
【００５１】
【発明の効果】
以上に示したように、本発明は、薄膜を形成する際にダストの少ないスパッタリングターゲットおよびスパッタリング装置を提供することができ、半導体はもとより、液晶ディスプレイ用、記録用のためのスパッタリングターゲット等多方面に活用することができ、その工業的価値が極めて高いものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の一般的なスパッタリング装置を模式的に示す図。
【図２】従来のスパッタリングターゲットの一例を示す断面図。
【図３】本発明によるスパッタリングターゲットの好ましい一具体例の概略を示す断面図。
【図４】本発明によるスパッタリングターゲットの好ましい一具体例の概略を示す断面図。
【図５】本発明によるスパッタリングターゲットの好ましい一具体例の概略を示す断面図。
【図６】本発明によるスパッタリングターゲットの切り欠き部を拡大して示す断面図。
【図７】本発明によるスパッタリングターゲットの好ましい具体例の概略を示す断面図であって、図７（ａ）は実施例５のスパッタリングターゲットを、図７（ｂ）は実例６のスパッタリングターゲットを、示す図。
【符号の説明】
１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材
３スパッタリングターゲット材の外縁部
５バッキングプレート
６バッキングプレートの外縁部
７押え治具[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a sputtering target and a sputtering apparatus including the sputtering target. More specifically, the present invention relates to a sputtering target and a sputtering apparatus in which generation of dust is effectively prevented.
[0002]
[Prior art]
In recent years, the electronic component industry represented by semiconductor elements and liquid crystal display devices is rapidly progressing, and semiconductor elements represented by 256 Mbit DRAM, logic, flash memory, etc. have high integration, high reliability, and high reliability. As the functionalization progresses, the precision required for the microfabrication technology when forming electrodes and wirings is increasing. Accordingly, it is necessary to reduce the generation of dust in the manufacturing process. In particular, in the sputtering process, even if fine dust of about 0.2 μm generated at the time of sputtering is mixed into the thin film on which it is formed, the yield of the element is adversely affected. Therefore, a sputtering target that does not generate dust is desired.
[0003]
In general, an efficient magnetron sputtering method has become the mainstream as an industrially performed sputtering, and due to its principle, the sputtering target material has an erosion portion and a non-erosion portion, and the sputter surface edge portion and The side part becomes a non-erosion part. The particles sputtered from the sputtering target material in the sputtering apparatus normally arrive at the semiconductor substrate, jump to the periphery, adhere to the portion outside the substrate in the apparatus, and then return to the sputtering target and return to the sputtering target. There is something that adheres (reattachment film). Of those that adhere back to the sputtering target, the particles that adhere to the non-erosion part will not be sputtered again and will gradually accumulate in the form of a film, but as the progress of sputtering progresses, it will peel off and fall off. This is also said to be a cause of dust generation.
[0004]
FIG. 1 is a diagram schematically showing a conventional general magnetron sputtering apparatus. In the figure, 20 is a sputtering target. The sputtering target 20 includes a sputtering target material 21 and a backing plate 22 for fixing and supporting the sputtering target material 21. The backing plate 22 is provided with a cooling water passage (not shown), and the backing plate 22 and the sputtering target material 21 are cooled by the cooling water flowing therethrough.
[0005]
An earth shield 23 is provided below the sputtering target 20, and an upper deposition plate 24 and a lower deposition plate 25 are further disposed below the ground shield 23. A substrate 26 that is a film formation sample is held by a platen ring 27 that is a film formation sample holding unit so as to face the sputtering target 20. Each of these members is arranged inside a vacuum vessel (not shown), and a gas supply system (not shown) and a predetermined vacuum state in the vacuum vessel are introduced into this vacuum vessel in order to introduce sputtering gas. An exhaust system (not shown) for exhausting the exhaust gas is connected.
[0006]
In the sputtering target apparatus of FIG. 1, an electric field E is applied between the sputtering target material 21 and the substrate 26. A magnet 28 is provided above the sputtering target 20 so as to be orthogonal to the electric field E, whereby a magnetic field M is generated on the surface of the sputtering target material 21.
[0007]
In the sputtering apparatus configured as described above, electrons cause a cyclonic motion due to the action of the magnetic field and the electric field, and high-density plasma is generated in the sputtering surface of the sputtering target material 21 and in the magnetic field M, and is surrounded by the magnetic field M. Erosion progresses on the surface of the sputtering target.
[0008]
In FIG. 1, since the part where the magnetic field M is not applied, such as the sputter surface end, the side part, and the backing plate end of the sputtering target such as part A, the sputtered particles are not sputtered and eroded. It adheres and accumulates in layers according to the number of sputtering processes. These adhering particles may be peeled off and fall off as dust during the sputtering process, particularly in the latter stage of the target life of the sputtering target.
[0009]
In addition, when the sputtering target material 21 is fixed to the backing plate 22 by the pressing jig 29 as shown in FIG. 2, dust is generated from the joint between the sputtering target material 21 and the backing plate 22. In some cases, the dust was dropped on the substrate.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
As a measure for preventing dust generated from the sputtering target by such a mechanism, the surface roughness of the non-erosion portion is made rougher than that of the erosion portion, thereby preventing adhesion particles from falling off (for example, JP-A-6-306597). Various anti-peeling measures have been taken, such as a method in which blast particles are driven into a non-erosion portion to prevent exfoliation of adhered particles by an anchor effect (for example, JP-A-9-176843).
[0011]
However, although conventional dust reduction measures have a certain effect, the dust tends to increase as sputtering progresses to near the target life. In particular, it was difficult to prevent peeling of the side surface portion and the stepped portion of the sputtering target.
[0012]
Further, depending on the device used, there is a device in which a backing plate is installed on the device side, and the target material is supported by a pressing jig such as a center cap and a pressing ring. Such a thing, because the thermal expansion characteristics of the sputtering target material and the backing plate are different, rubbing occurs at the interface between the sputtering target material and the backing plate due to the temperature change during sputtering and non-sputtering, Dust may be generated.
[0013]
The present invention has been invented to cope with such problems, and provides a sputtering target capable of effectively preventing the generation of dust from the sputtering target material and a sputtering apparatus equipped with the sputtering target. Is.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, we have intensively studied the cause of the adhesion film adhering to the non-erosion part of the sputtering target. The adhesion film exfoliation occurs due to the difference in stress caused by the heat applied to the adhesion film during sputtering and non-sputtering. I found out that That is, since the sputtering target material becomes very high at the time of sputtering, it is usually used while flowing cooling water through the backing plate. Since cooling water continues to flow even during non-sputtering, the temperature of the sputtering target material rapidly decreases. The same applies to the non-erosion portion, and the film adhering to the non-erosion portion is subject to stress due to a change in thermal stress and easily peels off.
[0015]
The sputtering target of the present invention is a sputtering target material used by being arranged integrally with a backing plate, or a sputtering target formed by joining and integrating a sputtering target material and a backing plate, and the backing of the sputtering target material. The outer edge portion on the bonding surface side with the plate has a shape that does not contact the backing plate and / or the outer edge portion on the bonding surface side of the backing plate with the sputtering target material has a shape that does not contact the sputtering target material. It is what.
[0016]
Furthermore, the sputtering apparatus according to the present invention includes a vacuum vessel, a film formation sample holder installed in the vacuum vessel, and a target unit arranged in the vacuum container so as to face the film formation sample holder. In the sputtering apparatus comprising: the target unit comprises the sputtering target described above.
[0017]
As described above, the outer edge portion of the sputtering target material is not brought into contact with the backing plate to suppress the cooling of the outer edge portion, and the thermal drop of the outer edge portion during non-sputtering is moderated, thereby changing the stress of the adhesion film. It can alleviate and suppress the generation of dust.
[0018]
In addition, the outer edge portion of the sputtering target material has a higher temperature during sputtering compared to when the outer edge portion is also in contact with the backing plate. However, dust generation due to film peeling can be suppressed.
[0019]
In addition, in the case of a sputtering apparatus in which a backing plate is installed on the sputtering apparatus side and the sputtering target material is supported by a holding jig such as a center cap or a holding ring, the bonding surface between the sputtering target material and the backing plate is added for the above reason. By reducing the length, the amount of rubbing between the two can be reduced to suppress the generation of dust itself, and even if dust is generated, it can be prevented from dropping on the substrate.
[0020]
Furthermore, generation of dust can be suppressed in the entire sputtering apparatus by using the above sputtering target.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The sputtering target according to the present invention is characterized in that the outer edge portion of the sputtering target material on the bonding surface side with the backing plate is formed so as not to contact the backing plate.
Hereinafter, the sputtering target by this invention is demonstrated, referring drawings.
[0022]
3 and 4 are cross-sectional views showing the structure of an example of an embodiment of the sputtering target of the present invention. 3 and 4, reference numeral 2 denotes a disk-shaped sputtering target material. A backing plate 5 for holding and cooling the sputtering target material 2 is joined and integrated with the sputtering target material 2 to form the sputtering target 1. Then, the outer edge 3 of the sputtering target material 2 is notched as shown in FIG. 3, or the outer edge 6 of the backing plate 5 is notched as shown in FIG. The outer edge portion 3 on the side of the joint surface with the backing plate 5 is formed so as not to contact the backing plate 5.
[0023]
Thus, since the outer edge portion 3 of the sputtering target material 2 is not in contact with the backing plate 5, the outer edge portion 3 is in a state where its cooling is suppressed as compared with the contact portion 4 with the backing plate 5. Accordingly, the outer edge portion 3 has a gentle heat drop during non-sputtering. Thereby, in the outer edge part 3, the temperature change at the time of a sputter | spatter and the time of non-sputtering is suppressed, and the change of the thermal stress by a temperature change is relieved. Therefore, generation of dust due to falling off of the attached film is effectively prevented.
[0024]
The outer edge portion 3 has a higher temperature than the contact portion 4 even during sputtering. As a result, the adhesion strength of the adhesion film is improved as compared with the prior art.
[0025]
As described above, the temperature change between the sputtering time and the non-sputtering time is suppressed, the stress change of the adhesion film is alleviated, and the adhesion strength of the adhesion film is improved. It is difficult to peel off. Therefore, generation of dust due to falling off of the attached film is effectively prevented.
[0026]
The non-contact area between the sputtering target material 2 and the backing plate 5 (that is, the area of the outer edge 3) is effective if it is 10% or more with respect to the area of the sputtering surface of the sputtering target material 2, but 20% or more. If it is 35% or more, the effect is further remarkable.
[0027]
The minimum distance between the sputtering target material 2 and the backing plate 5 at the outer edge 3 (ie, the height of the notch) is 0.5 mm or more in anticipation of the possibility that the sputtering target material 2 warps slightly during use and comes into contact. If there is enough.
[0028]
Bonding and integration of the sparring target material 2 and the backing plate 5 may be performed by brazing, diffusion bonding (solid phase bonding), or the like, or using an appropriate holding jig. In the latter method using the holding jig, it is easy to attach and detach the sparring target material 2 and the backing plate 5.
[0029]
FIG. 5 shows another cross-sectional structure of the embodiment of the sputtering target of the present invention, in which the sputtering target material 2 is detachably attached to the backing plate 5 by a holding jig (specifically, a center cap) 7. It is what was done.
[0030]
The sputtering target 1 according to the present invention as described above prevents the outer edge 3 of the sputtering target material 2 from coming into contact with the backing plate 5 and limits the joining surface length and joining area between the sputtering target material 2 and the backing plate 5. As a result, the rubbing between the sputtering target material 2 and the backing plate 5 due to the difference in thermal expansion characteristics is alleviated to suppress dust generation itself, and even if dust is generated, the dust is cut off. The dust can be prevented from falling on the substrate by being held in the notch.
[0031]
The constituent material of the sputtering target material 2 in the present invention is not particularly limited, and various simple metal materials, alloy materials, metal compound materials, and the like are used according to the purpose of use of the sputtering target. Specific examples of the constituent material of the sputtering target material 2 include Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Pt, Ir, Ru, Ni, Co, Al, Cu, Si, Ge, and Fe. Or a single element of a metal element selected from the above, or an alloy or compound containing the above metal element.
[0032]
The backing plate 5 is a support member for the sputtering target 2 and has a function as a cooling member that suppresses the temperature rise of the sputtering target 2 due to ion bombardment (sputtering heat). For this reason, it is preferable to use oxygen-free copper, aluminum alloy or the like having high thermal conductivity as the constituent material of the backing plate 5.
[0033]
The sputtering target according to the present invention is formed by, for example, cutting a sputtering target material or a backing plate so that an outer edge portion of the sputtering target material on the bonding surface side with the backing plate does not come into contact with the backing plate, and then backing the sputtering target material with the sputtering target material. It can be manufactured by a method in which the plate and the plate are joined together or integrated with the backing plate.
[0034]
Further, in the present invention, the shape of the notch is arbitrary, and the gap between the outer edge 3 of the sputtering target material 2 and the backing plate 5 is, for example, as shown in FIGS. 6 (a) to 6 (c). It may be changed continuously or stepwise.
[0035]
Specifically, FIG. 6A shows a configuration in which the outer edge portion 3 of the sputtering target material 2 has a notch shape in which the distance from the outermost edge portion to the inside of the backing plate 5 sequentially increases, FIG. FIG. 6B shows a configuration in which the outer edge 3 of the sputtering target material 2 has a notch shape in which the distance from the backing plate 5 is larger than that of other parts, and FIG. 6C shows the outermost edge 3 of the sputtering target material 2. This is a configuration having a notch shape in which the distance from the outer edge portion toward the inside is constant and the distance is gradually reduced inside. Not limited to the above configuration, various configurations can be employed.
[0036]
In the above description, the outer edge portion of either the sputtering target material or the backing plate has been cut into a shape, but the outer edge portions of both the sputtering target material and the backing plate may have a cut shape.
[0037]
In the present invention, the present invention can be applied not only to the disk-shaped sputtering target material but also to sputtering targets having various shapes such as a square shape and a rectangular shape.
[0038]
In the present invention, the sputtering target is made up of, for example, a vacuum container as shown in FIG. 1, a film formation sample holding unit installed in the vacuum container, and the film formation sample holding in the vacuum container. By applying this method to a sputtering apparatus having a target portion arranged opposite to the portion, it is possible to obtain a sputtering target device capable of suppressing the generation of dust.
[0039]
【Example】
Next, specific examples of the present invention will be described.
<Example 1>
Of the outer edge portion of the Ti sputtering target material finished with a lathe having a diameter of 250 mm, a thickness of 15 mm, and a purity of 5 N, the portion that comes into contact with the backing plate when placed integrally with the backing plate is 1 mm high and 10 mm wide as shown in FIG. It was processed into a notch shape with about 15% of the sputter surface area).
[0040]
<Example 2>
Of the side part of the Ti sputtering target material finished with a lathe having a diameter of 250 mm, a thickness of 15 mm, and a purity of 5 N, the part that comes into contact with the backing plate when it is arranged integrally with the backing plate is 1 mm high and 35 mm wide as shown in FIG. It was processed into a notch shape with about 48% of the sputter surface area).
[0041]
Dust measurement results Using the Ti sputtering target obtained in Example 1 and Example 2 above, using a holding jig on a 6061 Al alloy backing plate incorporated on the sputtering target device side shown in FIG. Fixed and integrated, sputter pressure: 4 × 10 ⁻¹ (Pa), sputtering current 5A, argon flow rate 15 sccm, nitrogen flow rate 30 sccm, magnetron sputtering is performed on a φ6 inch Si wafer, Ti film Was deposited. Under this condition, the number of dusts of 0.2 μm or more in the Ti film on the φ6 inch Si wafer after 100 lots, 150 lots or 200 lots was measured with a particle counter. The results are shown in Table 1.
As Comparative Example 1, a Ti sputtering target not cut is sputtered under the same conditions, and the number of dusts of 0.2 μm or more in the Ti film on a φ6 inch Si wafer after 100 lots, 150 lots, or 200 lots. Was measured with a particle counter. The results are also shown in Table 1.
[0042]
[Table 1]

As apparent from Table 1 above, the sputtering target of the present invention is superior in the generation of dust from the initial stage to the late stage of the sputtering target as compared with the sputtering target of the comparative example.
[0043]
<Example 3>
Of the outer edge portion of the Ti sputtering target material having a diameter of 313 mm, a thickness of 10 mm, and a purity of 5 N and having a sputter surface finished with a lathe, the portion to be joined to the backing plate is 1 mm in height and 10 mm in width as shown in FIG. 12.4%) and processed into a notch shape. This Ti sputtering target material and a backing plate made of 6061 series Al alloy were joined and integrated by diffusion bonding to obtain a sputtering target.
[0044]
<Example 4>
Of the outer edge portion of the Ti sputtering target material having a diameter of 313 mm, a thickness of 10 mm, and a purity of 5 N and having a sputter surface finished with a lathe, the portion to be joined to the backing plate is 1 mm high and 35 mm wide (about the sputter area) as shown in FIG. 39.7%) and processed into a notch shape. This Ti sputtering target material and a backing plate made of 6061 series Al alloy were joined and integrated by diffusion bonding to obtain a sputtering target.
[0045]
Result of dust measurement Using the Ti sputtering target obtained in the above-described Example 3 and Example 4, the sputtering apparatus shown in FIG. 1 (without a backing plate on the apparatus side) was incorporated, and the sputtering pressure: 4 × 10 ^{− A} Ti film was formed by magnetron sputtering on a φ6 inch Si wafer under the conditions of ¹ (Pa), sputtering current 5A, argon flow rate 15 sccm, nitrogen flow rate 30 sccm. Under this condition, the number of dusts of 0.2 μm or more in the Ti thin film on the φ6 inch Si wafer after 100 lots, 150 lots or 200 lots was measured with a particle counter. The results are shown in Table 2.
As Comparative Example 2, a backing plate that was not notched and a Ti target were bonded and sputtered under the same conditions, and 0. 0 in a Ti film on a φ6 inch Si wafer after 100, 150, or 200 lots. The number of dusts of 2 μm or more was measured with a particle counter. The results are also shown in Table 2.
[0046]
[Table 2]

As is apparent from Table 2 above, the sputtering target of the present invention is superior to the sputtering target of the comparative example with less dust generation from the initial stage to the latter stage of the sputtering target.
[0047]
<Example 5>
To a backing plate made of 6061 series Al alloy having a shape shown in FIG. 7A for integrally mounting a Ti sputtering target material having a diameter of 250 mm, a thickness of 15 mm, and a purity of 5 N, which is finished with a lathe, A notch groove having a thickness of 1 mm and a width of 35 mm is formed according to the shape of the outer edge portion of the Ti sputtering target material (in this embodiment, a notch groove having an outer diameter of 250 mm and an inner diameter of 230 mm, approximately 15.3% of the sputtering area). It was.
[0048]
<Example 6>
To a backing plate made of 6061 series Al alloy having a shape shown in FIG. 7A for integrally mounting a Ti sputtering target material having a diameter of 250 mm, a thickness of 15 mm, and a purity of 5 N, which is finished with a lathe, A notch groove having a thickness of 1 mm and a width of 35 mm is formed according to the shape of the outer edge portion of the Ti sputtering target material (in this embodiment, a notch groove having an outer diameter of 250 mm and an inner diameter of 180 mm, approximately 48.1% of the sputtering area). It was.
[0049]
Dust measurement results After the sputtering targets obtained in Example 5 and Example 6 above were incorporated into the sputtering apparatus shown in Fig. 1, these backing plates had a diameter of 250 mm, a thickness of 15 mm, and a purity of 5N. The Ti sputtering target material finished with a lathe was fixed by a pressing jig (not shown) and arranged integrally. Then, magnetron sputtering is performed on a φ6 inch Si wafer under the conditions of sputtering pressure: 4 × 10 ⁻¹ (Pa), sputtering current 5A, argon flow rate 15 sccm, nitrogen flow rate 30 sccm, and 100 lots and 150 lots in the Ti film. Alternatively, the number of dusts of 0.2 μm or more in the Ti film on a φ6 inch Si wafer after 200 lots was measured with a particle counter. The results are shown in Table 3.
As Comparative Example 3, a Ti target was joined and sputtered in the same manner as in Example 3 except that a backing plate without a notch was used, and a φ6 inch Si wafer after 100, 150, or 200 lots was used. The number of dusts of 0.2 μm or more in the upper Ti film was measured with a particle counter. The results are also shown in Table 3.
[0050]
[Table 3]

As is apparent from Table 2 above, the sputtering target of the present invention is superior to the sputtering target of the comparative example with less dust generation from the initial stage to the latter stage of the sputtering target.
[0051]
【The invention's effect】
As described above, the present invention can provide a sputtering target and a sputtering apparatus with less dust when forming a thin film. In addition to semiconductors, the sputtering target for liquid crystal displays and recording can be used in various fields. The industrial value is extremely high.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram schematically showing a conventional general sputtering apparatus.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of a conventional sputtering target.
FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a preferred specific example of a sputtering target according to the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a preferred specific example of a sputtering target according to the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing a preferred specific example of a sputtering target according to the present invention.
FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view showing a notch portion of the sputtering target according to the present invention.
7 is a cross-sectional view schematically showing a preferred specific example of the sputtering target according to the present invention, in which FIG. 7 (a) shows the sputtering target of Example 5, FIG. 7 (b) shows the sputtering target of Example 6, and FIG. FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Sputtering target 2 Sputtering target material 3 Outer edge part 5 of sputtering target material Backing plate 6 Outer edge part of backing plate 7 Holding jig

Claims

Sputtering target material used by being arranged integrally with a backing plate, or a sputtering target formed by joining and integrating a sputtering target material and a backing plate, on the side of the joint surface of the sputtering target material with the backing plate outer edge have a shape which the outer edge of the joining surface side of the said sputtering target material of the shape and / or the backing plate does not contact with the backing plate does not contact with the sputtering target material, at the outer edge portion of the sputtering target material A sputtering target, wherein a non-contact area with a backing plate is 10% or more of an area of a sputtering surface of the sputtering target material .

With notched outer edge of the sputtering target material shape, the outer edge of the joining surface side of the backing plate of the sputtering target material having a shape that is not in contact with the backing plate, the sputtering target of claim 1.

By the notch shape an outer edge of the backing plate, the outer edge of the joining surface side of the backing plate of the sputtering target material having a shape that is not in contact with the backing plate, the sputtering target of claim 1.

Non contact area between the backing plate in the outer edges of the sputtering target material is not less than 40% of the area of the sputtering surface of the sputtering target material, the sputtering target of claim 1.

Non contact area between the sputtering target material at the outer edge of the backing plate is at least 10% of the area of the sputtering surface of the sputtering target material, the sputtering target according to any one of claims 1 or 3.

Non contact area between the sputtering target material at the outer edge of the backing plate is not less than 35% of the area of the sputtering surface of the sputtering target material, the sputtering target of claim 5.

Sputtering target material is a simple substance of a metal element selected from Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Pt, Ir, Ru, Ni, Co, Al, Cu, Si, Ge and Fe, Or the sputtering target in any one of Claim 1 thru | or 6 which consists of an alloy or a compound containing an above-described metal element.

The sputtering target according to any one of claims 1 to 7, wherein the bonding and integration of the sputtering target material and the backing plate is performed by diffusion bonding or use of a holding jig.

In a sputtering apparatus comprising: a vacuum vessel; a film formation sample holding unit installed in the vacuum vessel; and a target unit disposed in the vacuum container so as to face the film formation sample holding unit. The part comprises the sputtering target according to claim 1, and a sputtering apparatus.