JP4566367B2 - パーティクル発生の少ないスパッタリングターゲット - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
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。
【０００２】
【従来の技術】
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。
【０００３】
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ってきた。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っ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、もっぱら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を上げるためにターゲットスパッタ面の全面がエロージョンされる傾向にあり、このような対策は逆にパーティクルを増加させてしまう可能性がある。
【０００４】
最近では、ＬＳＩ半導体デバイスの集積度が上がる（１６Ｍビット、６４Ｍビットさらには２５６Ｍビット）一方、配線幅が０．２５μｍ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。
【０００５】
一般に、スパッタリングターゲットはそれよりも寸法が大きいバッキングプレートに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、バ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垂直又は該バッキングプレートに向かって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、バ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。
前記スパッタ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、堆積するという傾向がある。
【０００６】
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っ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ィ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バッキングプレートの近傍部分をブラスト処理し、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、残留ブ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、特にこのようなブラスト処理しても、ターゲット側面及びバ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（離れている）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。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、スパッタリングターゲットの側面及び、特にターゲット側面とバ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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
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バッキングプレート間の構造を工夫することにより、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側面に、表面粗さを調節した金属箔又は板を接合した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 表面粗さを調節した金属箔又は板を溶着又は拡散接合した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タリングターゲット
３ スパッタリングターゲットの側面及びバッキングプレートの面に亘って、表面粗さを調節した金属箔又は板を設置したことを特徴とする上記１又は２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
４ 金属箔又は板がターゲットと異なる異種金属であ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エッジから０．５ｍｍ以上離れた側面位置からバッキングプレート方向又はバッキングプレート面に亘って金属箔又は板を設置した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ト
を提供する。
【０００９】
【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。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、後述する図２のような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、一旦付着したスパッタ粒子（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っていることが分かった。したがって、パーティ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。
【００１０】
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び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。
【００１１】
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、各段ごとに少量づつ、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。
【００１２】
本発明の説明に当たって、スパッタリングターゲットとバ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がバッキングプレート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とバッキングプレート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バ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バッキングプレート領域を超える形状としたものである。
【００１３】
本発明は、スパッタリングターゲットの側面に、表面粗さを調節した金属箔又は板を接合したスパッタリングターゲットに関する。この金属箔又は板をスパッタリングターゲットに溶着又は拡散接合することもできる。
この場合のスパッタリングターゲットの側面に接合する金属箔又は板は、事前に表面粗さを調節することが可能であり、その表面をめっき、エッチング又はブラスト処理等により表面を粗化することもできる。飛来するパーティクルを捕獲し、再剥離を防止する場合には、中心線平均粗さ（Ｒａ）が２．０μｍ〜１５μｍとすることが望ましい。この箔又は板の厚さは特に制限されるものではない。
このようなス金属箔又は板を使用することにより、スパッタリングターゲット側面の堆積物の再剥離を、より安定して防止できる効果を有する。
表面粗さを調節した金属箔又は板はスパッタリングターゲットの側面及びバッキングプレートの面に亘って設置することもできる。
また、この金属箔又は板はターゲット同種の材料でも良いし、また異種金属とすることもできる。その例を示すと、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｃｕ、これらを主成分とする合金を使用することができる。
また、バ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。
これによって、表面粗さを調節した箔又は板の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。
この場合、箔又は板の材料を選択する場合の制限となるのは、基板へのスパッタリング薄膜が汚染されない材料であり、またスパッタリンターゲット材に容易に接合できる材料が望ましいということだけである。
【００１４】
スパッタリングターゲットの側面が傾斜面である場合、特にバ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。
上記の通り、ターゲット側面及びバ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上記箔又は板を接合することにより、パーティクル発生を効果的に防止できる。
バッキングプレートへの箔又は板の接合は、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、下方平坦面及びバッキングプレートの面に亘って連続的に箔又は板の接合面を形成できるのは当然である。
さらに、箔又は板の接合はターゲット側面のスパッタ面エッジから０．５ｍｍ以上離れた（低い）位置に形成するのがよい。ターゲット側面のスパッタ面近傍のエッジ部は、スパッタされてしまうためである。
図３は、板をターゲットの側面に拡散接合した本発明のターゲット−バッキングプレート組立体を示す。符号５は金属板を示す。図４は、箔を側面に溶着させた本発明のターゲット−バッキングプレート組立体を示す。符号６は金属箔を示す。
【００１５】
【実施例】
次に、本発明の実施例及び比較例を説明する。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３００ｍｍ、厚み１０ｍｍの高純度Ｔｉ（純度５Ｎ）である平面的にみて円盤状のターゲットを、Ｃｕ合金製バ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１７ｍｍのスパッタリングターゲット−バ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、表面粗さを中心線平均粗さ２．５μｍ、５．０μｍ及び１２．０μｍに調節したＡｌ板（２．５ｍｍ厚）を拡散接合した。この構造は、図３に示すターゲットとバッキングプレートの組立て構造である。
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、Ｔｉ／ＴｉＮの成膜（積算電力値で２００ｋｗＨまで）を行い、パーティクルの発生状況を調べた。
対比のために、無処理の図１に示すターゲットを作製し、同様の条件で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。
下記の結果はそれぞれ成膜した８インチウエハー上のパーティクルの平均である。
以上の実施例の結果を、比較例とともに表１に示す。
【００１６】
【表１】

【００１７】
試料Ｎｏ．１〜３は本発明の実施例であり、試料Ｎｏ．４は比較例である。同表中、各試料についてテスト中８インチウエハー上での０．２μｍ以上のパーティクル数の平均値と成膜中の突発パーティクルの有無を示したものである。
テスト終了後、ターゲットの観察を実施したところ、比較例である試料Ｎｏ．４の側面無処理のものは、０．２μｍ以上のパーティクル数の平均値が３８．６ケと多く、また突発パーティクルが１００ケ以上あった。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。
これに対し、本実施例の試料Ｎｏ．１〜３については、０．２μｍ以上のパーティクル数の平均値が１３．６ケ以下と少なく、またパーティクル突発は全くなかった。
上記実施例では、一例を示したものであるが、ＴｉＮ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、また図２又は図４に示すようなスパッタリングターゲットの形状でも同様の結果が得られた。
【００１８】
【発明の効果】
スパッタリングターゲットの側面及び、特にターゲット側面とバ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し、パーティクルの発生を抑制できるという優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】スパッタリングターゲット−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】スパッタリングターゲット−バ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。
【図３】本発明の、板を側面に拡散接合したターゲット−バッキングプレート組立体
【図４】本発明の、箔を側面に溶着させたターゲット−バッキングプレート組立体
【符号の説明】
１、３ スパッタリングターゲット
２、４ バッキングプレート
５ 金属板
６ 金属箔

Claims (4)

1. スパッタリングターゲットの側面及びバッキングプレートの面に亘って、表面粗さを中心線平均粗さ（Ｒａ）で２．０〜１５μｍに調節した金属箔又は板を設置した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. 表面粗さを調節した金属箔又は板を溶着又は拡散接合したことを特徴とする請求項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. 金属箔又は板がターゲットと異なる異種金属であることを特徴とする請求項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スパッタ面エッジから０．５ｍｍ以上離れた側面位置からバッキングプレート方向又はバッキングプレート面に亘って金属箔又は板を設置したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか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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