JP4709358B2

JP4709358B2 - Sputtering target and sputtering apparatus, thin film, and electronic component using the same

Info

Publication number: JP4709358B2
Application number: JP2000261375A
Authority: JP
Inventors: 隆石上; 洋一郎矢部; 泰郎高阪; 光一渡邊; 高志渡辺; 幸伸鈴木; 直美藤岡; 隆中村; 透小松
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2000-08-30
Filing date: 2000-08-30
Publication date: 2011-06-22
Anticipated expiration: 2020-08-30
Also published as: JP2002069627A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種電子部品の配線膜、電極、素子構成膜などを形成する際に用いられるスパッタリングターゲットとそれを用いたスパッタリング装置、薄膜、および電子部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体部品や液晶部品などを作製するにあたっては、配線や電極などとして使用される各種薄膜の形成にスパッタリング法が適用されている。具体的には、半導体基板やガラス基板などの被成膜基板上に、スパッタリング法を適用してＡｌ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｏ−Ｗ合金などの導電性金属の薄膜、ＭｏＳｉ2、ＷＳｉ2、ＴｉＳｉ2などの導電性金属化合物の薄膜、あるいはＴｉＮ、ＴａＮなどの金属化合物の薄膜を形成し、これら薄膜を配線、電極、バリア層などとして利用している。
【０００３】
スパッタリング法は、荷電粒子によりスパッタリングターゲット表面を衝撃して、ターゲットからスパッタ粒子を叩き出し、ターゲットと対向させて配置した基板上にスパッタ粒子を堆積させて薄膜を形成する成膜法である。このような成膜方法を適用する際に用いられるスパッタリングターゲットには、成膜材料からなるターゲット本体を、バッキングプレートと呼ばれる基板で保持した構造が一般的に適用されている。
【０００４】
ところで、上述したような従来のスパッタリングターゲットを用いた成膜工程においては、半導体素子や液晶表示素子などの高機能化、高集積化、高精細化などが進むにつれて、ターゲットに起因するダストの発生が重大な問題として認識されている。ここで言うダストとは、例えば直径が0.2μm以上の微細な粒子（パーティクル）であり、このような微細粒子が成膜した薄膜中に混入すると、配線間のショートや配線のオープン不良などの原因となるため、半導体素子や液晶表示素子などの電子部品の製造歩留りを低下させることになる。
【０００５】
例えば、工業的には効率のよいマグネトロンスパッタ法が主として適用されており、その原理からターゲット本体にはエロージョン部と非エロージョン部が存在する。スパッタされた粒子は基板に到達するものと、周辺に飛ぶもの、さらには再びターゲット本体側に戻ってくるものとがある。ターゲット側に戻ってくる粒子のうち、非エロージョン部に付着した粒子は基本的には再びスパッタされることがないため、スパッタの進行が進むにつれて再付着物として堆積していく。この再付着物が何等かの要因で剥離すると、ダストとして成膜した薄膜中に混入することになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、再付着物の剥離はダストの発生原因の一つとなっている。このような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して、再付着物の剥離、脱落を防止する（例えば特開平6-306597号公報参照）、また非エロージョン部にブラスト粒子を打ち込み、アンカー効果で再付着物の剥離、脱落を防止する（例えば特開平9-176843号公報参照）、スパッタリング装置の構成部品表面に溶射膜を形成する（特開平9-272965号公報参照）など、種々の対策が採られている。
【０００７】
しかしながら、上述したような従来のダスト低減策は、ある一定の効果は認められているものの、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て、ダストが増加する傾向にあった。このようなことから、スパッタリングターゲットの非エロージョン部などに堆積した再付着物の剥離、脱落をより効果的に抑制し、ダストの発生をより一層低減することが求められている。
【０００８】
また、ターゲット中にガス成分などの不純物が存在すると、電界集中による異常放電が発生し、これによりいわゆるスプラッシュ現象が生じてしまうという問題がある。さらに、スパッタ面にスクラッチなどの加工傷による凹凸が存在していても、スパッタ時にスプラッシュ現象が生じやすい。スプラッシュ現象は、例えば塊状の異物がスパッタ膜中に混入する原因となっており、これにより半導体素子や液晶表示素子などの電子部品の製造歩留りを低下させている。
【０００９】
スプラッシュ現象は塊状の異物に限らず、通常サイズのダストの発生要因にもなっている。従って、半導体素子や液晶表示素子などに代表される電子部品の製造歩留りを向上させる上で、スプラッシュ現象などに基づく塊状の異物を含めて、ダストの発生を抑制することが急務とされている。
【００１０】
特に、最近の半導体素子においては、256M、1Gというような集積度を達成するために、0.2μm以下さらには0.13μmや0.1μmというような配線幅が求められており、また一部実用化が進められている。このように狭小化された高密度配線においては、極微小粒子が混入しても配線不良などを引起こすことから、高集積化された半導体素子などの製造歩留りを高める上で、ダストの発生量を大幅に低減する必要がある。そこで、ダスト発生の一因となっている再付着物の剥離、脱落やスプラッシュ現象を抑制することが強く求められている。
【００１１】
本発明はこのような課題に対処するためになされたもので、ターゲット本体の非エロージョン部などからの再付着物の剥離、脱落やスプラッシュ現象を有効に抑制することによって、ダストの発生を大幅に低減することを可能にしたスパッタリングターゲット、およびそれを用いたスパッタリング装置を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、ターゲット本体の非エロージョン部やバッキングプレートの露出表面に付着、堆積した再付着物の形態について、詳細に観察ならびに検討したところ、再付着物の堆積の仕方は下地の影響を大きく受け、下地表面に予めエッチング処理やポリッシング処理による表面処理を施しておくことによって、再付着物の緻密化や平坦化、さらには下地との密着強度の向上などを図ることができ、これらによってスパッタ後期でも再付着物の剥離、脱落によるダスト発生を有効に抑えることが可能であることを見出した。
【００１３】
さらに、ターゲット本体のスパッタ面を含む露出表面全面に予めエッチング処理やポリッシング処理による表面処理を施しておくことによって、スパッタ面の凹凸などに起因する異常放電の発生を抑制することができるため、異常放電に伴うスプラッシュ現象、ひいてはスプラッシュ現象に起因するダストの発生を有効に抑えることが可能であることを見出した。
【００１４】
本発明のスパッタリングターゲットはこのような知見に基づいて成されたものであり、本発明の第１のスパッタリングターゲットは請求項１に記載したように、成膜材料からなるターゲット本体を具備し、０．２μｍ以上のダストの発生を低減することが可能なスパッタリングターゲットにおいて、前記ターゲット本体の少なくとも非エロージョン部の一部に、エッチング処理が施された表面処理領域を有し、前記表面処理領域はＲａで０．４７μｍ〜１．５μｍでかつＲｙで３．６５μｍ〜１０μｍの表面粗さを有し、前記ターゲット本体は、Ｔｉ，Ｔａ，Ｍｏ及びＷから選ばれる金属元素の単体、又は前記金属元素を含む合金からなることを特徴としている。表面処理領域は請求項２に記載したように、ターゲット本体のスパッタ面を含む露出表面全面に設けられていることが好ましい。
【００１５】
本発明の第２のスパッタリングターゲットは、請求項３に記載したように、成膜材料からなるターゲット本体と、前記ターゲット本体を支持するバッキングプレートとを具備するスパッタリングターゲットにおいて、前記バッキングプレートの露出表面の少なくとも一部に、エッチング処理またはポリッシング処理が施された表面処理領域を有することを特徴としている。
【００１６】
本発明のスパッタリングターゲットにおいて、請求項４に記載したように、表面処理領域の表面粗さのバラツキＲａを15％以内とすることが好ましい。
【００１７】
本発明のスパッタリングターゲットは、請求項５に記載したように、例えばＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｃｕ、ＳｉおよびＧｅから選ばれる金属元素の単体、もしくは前記金属元素を含む合金または化合物からなるターゲット本体を使用する場合に適用される。
【００１８】
また、本発明のスパッタリング装置は、請求項６に記載したように、真空容器と、前記真空容器内に配置される被成膜試料保持部と、前記真空容器内に前記被成膜試料保持部と対向して配置されるターゲット部とを具備するスパッタリング装置において、前記ターゲット部は上記した本発明のスパッタリングターゲットを有することを特徴としている。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施するための形態について説明する。
【００２０】
図１は本発明の第１の実施形態によるスパッタリングターゲットの概略構造を示す断面図である。同図において、１は各種の金属材料や化合物材料などの成膜材料からなる、例えば円板状のターゲット本体である。このターゲット本体１は、バッキングプレート２により支持されており、これらによりスパッタリングターゲット３が構成されている。なお、バッキングプレート２は必要に応じて使用されるものである。
【００２１】
バッキングプレート２は、ターゲット本体１の支持部材であると共に、イオン衝撃（スパッタ熱）によるターゲット本体１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２の構成材料には、例えば熱伝導率が高い無酸素銅やＡｌ合金が用いられ、さらにバッキングプレート２には図示を省略した冷却管が内蔵されている。
【００２２】
ターゲット本体１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種々の単体金属材料、合金材料、金属化合物材料などが使用される。ターゲット本体１の構成材料の具体例としては、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｃｕ、ＳｉおよびＧｅ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や化合物が挙げられる。
【００２３】
ここで、図２に一般的なマグネトロンスパッタリング装置の構成を模式的に示す。一般的なマグネトロンスパッタリング装置においては、スパッタリングターゲット３と基板４とを対向配置し、これらの間に電界Ｅをかけると共に、これと直交する形でスパッタリングターゲット３の裏面側に配置したマグネット５によりターゲット表面に磁界Ｍを生じさせる。
【００２４】
これら磁界Ｍと電界Ｅとの作用によって、電子がサイクロン運動を起こし、ターゲット面内と上部磁界内に高密度のプラズマを生じさせ、磁界Ｈに囲まれた領域のターゲット面のエロージョンが進展していく。一方、磁界Ｈから外れたターゲット領域、すなわちターゲット本体１の表面（スパッタ面）の中央部Ａや外周部Ｂ、側面部Ｃはスパッタされないため、非エロージョン部として再付着物が堆積する。この非エロージョン部に堆積した再付着物の剥離、脱落がダスト発生の一因となっている。
【００２５】
そこで、図１に示したスパッタリングターゲット３においては、ターゲット本体１の非エロージョン部、すなわちターゲット本体１の表面中央部、表面外周部および側面部にエッチング処理を施して表面処理領域６を設けている。なお、表面処理領域６は必ずしもターゲット本体１の非エロージョン部全体に形成しなければならないものではなく、その一部に形成した場合においても有効である。例えば、特に再付着粒子の剥離、脱落が問題となるターゲット本体１の表面外周部や側面部のみに表面処理領域６を形成することによっても、ダストの抑制に対して効果を示すものである。
【００２６】
表面処理領域６は、酸液やアルカリ溶液などの腐食液（薬液）を用いたウェットエッチング処理、あるいはプラズマエッチングや反応性イオンエッチングのようなドライエッチング処理などのエッチング処理を、ターゲット本体１の非エロージョン部に施すことにより形成したものである。エッチング処理を施した表面処理領域６は、一般的な機械研削などにより表面仕上げした状態に比べて、滑らかでかつ局所的な凹凸が低減されていることから、再付着粒子（スパッタ粒子）を高密度にかつ比較的平滑に堆積させることができる。
【００２７】
例えば、図３（ｂ）に示すように、ターゲット本体１の非エロージョン部に比較的大きな凹凸（局所的な凹凸）が存在していると、再付着粒子の付着が局所的になり、凹凸を有しながら再付着物Ｘが堆積していくと共に、堆積密度が低くなる。これらによって、再付着物Ｘの剥離、脱落が生じやすくなってダストの発生量が増加する。一方、図３（ａ）に示すように、ターゲット本体１の非エロージョン部に予めエッチング処理を施し、表面の局所的な凹凸を低減して滑らかにしておくことによって、再付着物Ｘを高密度にかつ比較的平滑に堆積させることができる。
【００２８】
このように、ターゲット本体１の非エロージョン部に予め表面処理領域６を形成しておくことによって、その上に付着、堆積する再付着物自体の密着強度や再付着物と下地（ターゲット本体１）との固着強度を高めることができる。これらによって、再付着物の剥離、脱落を有効に抑制することが可能となる。すなわち、再付着物の剥離、脱落によるダストの発生を大幅に低減することができる。
【００２９】
表面処理領域６の形成方法としては、上記したウェットエッチング処理およびドライエッチング処理のいずれであってもよいが、特に滑らかな表面を低コストで得られやすいことから、ウェットエッチング処理を適用することが好ましい。ウェットエッチング処理に使用する薬液（腐食液）は、ターゲット本体１の構成材料に応じて適宜選択するものとする。
【００３０】
ここで、表面処理領域６はエッチング処理に限らず、ポリッシング処理によって形成してもよい。ここで適用可能なポリッシング処理としては、ラップ装置を用いたケミカルポリッシングなどが挙げられる。このようなポリッシング処理をターゲット本体１の非エロージョン部に施すことによっても、再付着物Ｘの剥離、脱落を抑制することができる。ただし、表面の滑らかさなどの点からエッチング処理により表面処理領域６を形成することが好ましい。
【００３１】
また、上記したエッチング処理やポリッシング処理による表面処理領域６は、ターゲット本体１の非エロージョン部のみに限らず、図４に示すように、ターゲット本体１のスパッタ面（主表面）を含む露出面全面に設けてもよい。このような場合、エロージョン部に形成された表面処理領域６は異常放電の原因となる凹凸の除去に対して効果を発揮する。
【００３２】
すなわち、従来のスパッタリングターゲットにおける異物の発生、特に塊状の異物の発生は、スパッタ面の比較的大きな凹凸（例えばスクラッチと呼ばれる加工傷）の存在に基づいて異常放電が生じ、この異常放電によりスプラッシュ現象が発生することに主として起因している。また、スパッタ面の凹凸により選択的にスパッタが進む領域とそうでない領域が生じると、一般にノジュールと呼ばれる突起が発生しやすくなり、これもスプラッシュの原因となる。
【００３３】
従って、ターゲット本体１のスパッタ面に表面処理領域６を形成し、スパッタ面の比較的大きな凹凸（局所的な凹凸）を除去することによって、異常放電やノジュール、さらにはこれらに起因するスプラッシュ現象の発生を大幅に抑制することが可能となる。すなわち、スプラッシュ現象などに基づくダストの発生を大幅に低減することができる。
【００３４】
上述したエッチング処理やポリッシング処理による表面処理領域６の具体的な形態としては、ターゲット本体１の構成材料によっても異なるが、おおよそＲａで1.5μm以下でかつＲｙで10μm以下の表面粗さとすることが好ましい。このような表面粗さを有する表面処理領域６によれば、上記した再付着物の脱落防止効果、さらにはスプラッシュ現象などの抑制効果を再現性よく得ることが可能となる。
【００３５】
表面処理領域６のより具体的な表面粗さとしては、例えばターゲット本体１がＴｉ、Ｈｆ、Ｎｂなどの単体金属からなる場合にはＲａで0.7μm以下でかつＲｙで5μm以下とすることが好ましい。また、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗなどの比較的高硬度の単体金属からなるターゲット本体１においては、Ｒａで0.8μm以下でかつＲｙで7μm以下の表面粗さとすることが好ましい。Ｍｏ−Ｗ合金などにおいては、Ｒａで1.5μm以下でかつＲｙで10μm以下の表面粗さとすることが好ましい。
【００３６】
また、上記した表面粗さは表面処理領域６全体としてのバラツキを15％以内とすることがさらに好ましい。ここで、表面粗さのバラツキとは、表面処理領域６の表面粗さを複数（例えば5箇所以上）測定し、得られた表面粗さ（ＲａまたはＲｙ）の最大値および最小値から、｛（最大値−最小値）／（最大値＋最小値）｝×100の式に基づいて求めた値を示すものとする。このように、表面処理領域６の表面粗さのバラツキを小さくすることによって、再付着物の脱落防止効果やスプラッシュ現象の抑制効果などをより安定して得ることが可能となる。
【００３７】
上述したように、第１の実施形態のスパッタリングターゲット３においては、ターゲット本体１の非エロージョン部に予めエッチング処理やポリッシング処理を施して表面処理領域６を形成しているため、その上に再付着物粒子を高固着強度の下で高密度にかつ平滑に堆積させることができ、再付着物自体の密着強度や下地（ターゲット本体１）との固着強度を高めることが可能となる。これらによって、再付着物の剥離、脱落に起因するダスト、具体的には直径0.2μm以上の微細なダストの発生を有効に防止することができる。特に、スパッタ後期（ターゲットライフ近く）においても、再付着物の剥離、脱落によるダストの発生を有効に防止することが可能となる。
【００３８】
さらに、表面処理領域６を非エロージョン部に限らず、ターゲット本体１のスパッタ面を含む露出面全面に設けることによって、スパッタ面での異常放電やノジュールなどに起因するスプラッシュ現象の発生を大幅に抑制することができる。これによって、スプラッシュ現象などに基づくダストの発生を大幅に低減することが可能となる。
【００３９】
このようなスパッタリングターゲット３を使用することによって、それ自体に起因するダストの発生を有効にかつ大幅に抑制することができるため、高品質のスパッタ膜を再現性よく得ることが可能となる。すなわち、スパッタリングターゲット３を用いて成膜したスパッタ膜、すなわち金属薄膜や金属化合物薄膜などを、半導体素子や液晶表示素子などの電子部品の配線膜、電極、素子構成膜などに使用することによって、それらの製造歩留りの向上を図ることが可能となる。
【００４０】
次に、本発明の第２の実施形態によるスパッタリングターゲットについて説明する。図５は第２の実施形態によるスパッタリングターゲットの概略構造を示す断面図である。図５に示すスパッタリングターゲット７は、円板状のターゲット本体１をバッキングプレート２により支持した構造を有しており、これらの構成については前述した第１の実施形態と同様とされている。
【００４１】
ここで、図２に示したマグネトロンスパッタリング装置からも明らかなように、再付着粒子はターゲット本体１の非エロージョン領域に限らず、バッキングプレート２の露出表面Ｄにも付着、堆積する。そこで、図５に示したスパッタリングターゲット７においては、バッキングプレート２の露出表面にエッチング処理やポリッシング処理を施して表面処理領域６を形成している。なお、表面処理領域６の構成や条件などについては前述した第１の実施形態と同様である。
【００４２】
このように、バッキングプレート２の露出表面に表面処理領域６を形成することによっても、その上に付着した再付着物粒子を高固着強度の下で高密度にかつ平滑に堆積させることができるため、再付着物の剥離、脱落を抑制することができる。従って、再付着物の剥離、脱落に起因するダスト発生を防止することが可能となる。
【００４３】
表面処理領域６は、図６に示すように、ターゲット本体１の非エロージョン部、すなわちターゲット本体１の表面中央部、表面外周部および側面部と、バッキングプレート２の露出表面にそれぞれ形成したり、あるいは図７に示すように、ターゲット本体１のスパッタ面を含む露出表面全面と、バッキングプレート２の露出表面にそれぞれ形成することがさらに好ましい。これらによって、再付着物の剥離、脱落やスプラッシュ現象などに起因するダストの発生をより一層有効に抑制することが可能となる。
【００４４】
本発明のスパッタリング装置は、図２に示したような従来から一般的に用いられてきたスパッタリング装置のターゲット部に、本発明のスパッタリングターゲット（３，７）を適用したものである。なお、図２では図示を省略したが、被成膜試料である基板４はホルダなどに保持されており、また基板４とスパッタリングターゲット３は真空容器内に配置されている。
【００４５】
上述した本発明のスパッタリングターゲット３、７によれば、それ自体に起因するダストの発生を有効に防止することができる。従って、そのようなスパッタリングターゲットを用いたスパッタリング装置によれば、スパッタ膜の品質を大幅に高めることが可能となる。そして、本発明のスパッタリングターゲットを用いて成膜したスパッタ膜、すなわち金属薄膜や金属化合物薄膜などを、半導体素子や液晶表示素子などの電子部品の配線膜、電極、素子構成膜などに使用することによって、電子部品の製造歩留りの向上を図ることが可能となる。
【００４６】
【実施例】
次に、本発明の具体的な実施例について説明する。
【００４７】
実施例１
Ｔｉターゲット（ターゲット本体）として、直径250mm、厚さ15mm、純度5NのＴｉ円板を機械加工（旋盤加工）により作製した。このＴｉターゲット表面の内径240mmの部分を被覆するようにマスキングした。すなわち、Ｔｉターゲット表面の外周5mm幅の部分と側面部を露出させるように、マスキング処理を施した。これをフッ酸と硝酸を含む混酸溶液に浸漬し、露出表面を約5μm除去するようにエッチングした。このようにして、ターゲット表面の外周部と側面部に表面処理領域を形成したＴｉスパッタリングターゲットを、後述する成膜試験に供した。
【００４８】
実施例２
実施例１と同様なＴｉターゲットの表面に、内径125mmの部分を被覆するようにマスキング処理を施した。これをフッ酸と硝酸を含む混酸溶液に浸漬し、露出表面を約5μm除去するようにエッチングした。このようにして、ターゲット表面の外周部と側面部に表面処理領域を形成したＴｉスパッタリングターゲットを、後述する成膜試験に供した。
【００４９】
実施例３
実施例１と同様なＴｉターゲットの底面を除く全面を、フッ酸と硝酸を含む混酸溶液に浸漬して、表面を約5μm除去するようにエッチングした。このようにして、ターゲット表面と側面部に表面処理領域を形成したＴｉスパッタリングターゲットを、後述する成膜試験に供した。
【００５０】
比較例１
Ｔｉターゲットの表面に何等処理を施すことなく、実施例１と同様にしてＴｉスパッタリングターゲットを作製した。このＴｉスパッタリングターゲットについても、下記の成膜試験に供した。
【００５１】
上述した実施例１〜３および比較例１による各Ｔｉスパッタリングターゲットを用いて、スパッタ圧4×10-1Pa、スパッタ電流5A、Ａｒ流量15sccm、Ｎ2流量30sccmの条件でマグネトロンスパッタリングを行って、6インチＳｉウェハー上にＴｉ薄膜を形成した。そして、100ロット後、150ロット後、200ロット後の各Ｔｉ薄膜上の0.2μm以上のダスト（パーティクル）数をパーティクルカウンタでそれぞれ測定した。それらの測定結果を表１に示す。表１には表面処理領域の表面粗さを併せて示す。また、図８に実施例１によるＴｉターゲットの表面処理領域の微細構造を拡大した電子顕微鏡写真（850倍）を、図９に比較例１によるＴｉターゲットの機械加工表面の微細構造を拡大した電子顕微鏡写真（850倍）を示す。
【００５２】
【表１】

表１から明らかなように、実施例１〜３による各Ｔｉスパッタリングターゲットによれば、比較例１のＴｉスパッタリングターゲットに比べてダスト発生量が低減している。特に、ターゲットライフ近くのダスト発生量が大幅に低減していることが分かる。
【００５３】
実施例４
まず、Ｔｉターゲット（ターゲット本体）となる純度5NのＴｉ円板とバッキングプレートとなるＡｌ合金(6061)板とをホットプレスにより拡散接合した。これらを所望のターゲット形状およびバッキングプレート形状に機械加工した。具体的には、Ｔｉターゲットは外径312mm、厚さ10mmとした。バッキングプレートは外径400mmとした。
【００５４】
次に、Ｔｉターゲット表面の内径300mmの部分を被覆するようにマスキングした。すなわち、Ｔｉターゲット表面の外周6mm幅の部分と側面部を露出させるように、マスキング処理を施した。これをフッ酸と硝酸を含む混酸溶液に浸漬し、露出表面を約5μm除去するようにエッチングした。
【００５５】
このようにして、ターゲット表面の外周部と側面部に表面処理領域を形成したＴｉスパッタリングターゲットを、後述する成膜試験に供した。
【００５６】
実施例５
実施例４と同様にして、Ｔｉターゲットをフッ酸と硝酸を含む混酸溶液でエッチング処理した後、Ａｌ合金からなるバッキングプレートの露出表面を除いてマスキングした。これを水酸化ナトリウム溶液に浸漬し、Ａｌ合金の露出表面を約5μm除去するようにエッチングした。
【００５７】
このようにして、ターゲット本体の表面外周部と側面部およびバッキングプレートの露出表面に表面処理領域を形成したＴｉスパッタリングターゲットを、後述する成膜試験に供した。
【００５８】
比較例２
Ｔｉターゲット本体およびＡｌ合金バッキングプレートに何等処理を施すことなく、実施例４と同様にしてＴｉスパッタリングターゲットを作製した。このＴｉスパッタリングターゲットについても、下記の成膜試験に供した。
【００５９】
上述した実施例４〜５および比較例２による各Ｔｉスパッタリングターゲットを用いて、スパッタ圧4×10-1Pa、スパッタ電流5A、Ａｒ流量15sccm、Ｎ2流量30sccmの条件でマグネトロンスパッタリングを行って、6インチＳｉウェハー上にＴｉ薄膜を形成した。そして、100ロット後、150ロット後、200ロット後の各Ｔｉ薄膜上の0.2μm以上のダスト（パーティクル）数をパーティクルカウンタでそれぞれ測定した。それらの測定結果を表２に示す。表２には表面処理領域の表面粗さを併せて示す。
【００６０】
【表２】

表２から明らかなように、実施例４〜５による各Ｔｉスパッタリングターゲットによれば、比較例２のＴｉスパッタリングターゲットに比べてダスト発生量が低減している。特に、ターゲットライフ近くのダスト発生量が大幅に低減していることが分かる。
【００６１】
実施例６
Ｔａターゲット（ターゲット本体）として、直径312mm、厚さ10mm、純度5NのＴａ円板を機械加工（旋盤加工）により作製した。このＴａターゲット表面の内径300mmの部分を被覆するようにマスキングした。すなわち、Ｔａターゲット表面の外周6mm幅の部分と側面部を露出させるように、マスキング処理を施した。これをフッ酸と硝酸を含む混酸溶液に浸漬し、露出表面を約5μm除去するようにエッチングした。このようにして、ターゲット表面の外周部と側面部に表面処理領域を形成したＴａスパッタリングターゲットを、後述する成膜試験に供した。
【００６２】
実施例７
実施例６と同様なＴａターゲットの底面を除く全面を、フッ酸と硝酸を含む混酸溶液に浸漬して、表面を約5μm除去するようにエッチングした。このようにして、ターゲット表面と側面部に表面処理領域を形成したＴａスパッタリングターゲットを、後述する成膜試験に供した。
【００６３】
比較例３
Ｔａターゲットの表面に何等処理を施すことなく、実施例６と同様にしてＴａスパッタリングターゲットを作製した。このＴａスパッタリングターゲットについても、後述する成膜試験に供した。
【００６４】
実施例８
まず、Ｔａターゲット（ターゲット本体）となる純度5NのＴａ円板とバッキングプレートとなるＡｌ合金(6061)板とをホットプレスにより拡散接合した。これらを所望のターゲット形状およびバッキングプレート形状に機械加工した。具体的には、Ｔａターゲットは外径312mm、厚さ10mmとした。バッキングプレートは外径400mmとした。
【００６５】
上述したＴａターゲットに対して、その表面の内径300mmの部分を被覆するようにマスキング処理を施した。すなわち、Ｔａターゲット表面の外周6mm幅の部分と側面部を露出させるようにマスキングした。これをフッ酸と硝酸を含む混酸溶液に浸漬し、露出表面を約5μm除去するようにエッチングした。
【００６６】
次に、Ａｌ合金からなるバッキングプレートの露出表面を除いてマスキングし、これを水酸化ナトリウム溶液に浸漬して、Ａｌ合金の露出表面を約5μm除去するようにエッチングした。
【００６７】
このようにして、ターゲット本体の表面外周部と側面部およびバッキングプレートの露出表面に表面処理領域を形成したＴａスパッタリングターゲットを、下記の成膜試験に供した。
【００６８】
上述した実施例６〜８および比較例３による各Ｔａスパッタリングターゲットを用いて、スパッタ圧4×10-1Pa、スパッタ電流5A、Ａｒ流量15sccm、Ｎ2流量30sccmの条件でマグネトロンスパッタリングを行って、6インチＳｉウェハー上にＴａ薄膜を形成した。そして、100ロット後、150ロット後、200ロット後の各Ｔａ薄膜上の0.2μm以上のダスト（パーティクル）数をパーティクルカウンタでそれぞれ測定した。それらの測定結果を表３に示す。表３には表面処理領域の表面粗さを併せて示す。
【００６９】
【表３】

表３から明らかなように、実施例６〜８による各Ｔａスパッタリングターゲットによれば、比較例３のＴａスパッタリングターゲットに比べてダスト発生量が低減している。特に、ターゲットライフ近くのダスト発生量が大幅に低減していることが分かる。
【００７０】
実施例９
幅約600mm、長さ約650mmのＭｏ−Ｗ合金材の表面を平面研削盤で表面仕上げした後、このＭｏ−Ｗ合金材をフッ酸：硝酸：酢酸：リン酸＝1：2：2：5の割合で混合した混酸に浸漬し、その表面をエッチング処理した。この際、混酸への浸漬時間を1分、2分、2.5分、8分と変えて処理した。これら各Ｍｏ−Ｗ合金材をスパッタリングターゲットとして用いて、後述する特性評価に供した。
【００７１】
比較例４
幅約600mm、長さ約650mmのＭｏ−Ｗ合金材の表面をロータリー研磨にて表面仕上げした。このＭｏ−Ｗ合金材をスパッタリングターゲットとして用いて、後述する特性評価に供した。
【００７２】
上述した実施例９および比較例４による各Ｍｏ−Ｗ合金ターゲットの表面粗さ（ＲａおよびＲｙ）を接触式表面粗さ計により測定した。さらに、表面粗さＲａについてはそのバラツキ（Ｒａ）を求めた。次いで、各Ｍｏ−Ｗ合金ターゲットを用いて、スパッタ圧0.5Pa、スパッタ電流15A、Ｋｒ流量15sccmの条件でマグネトロンスパッタリングを行って、ガラス基板上に連続してＭｏ−Ｗ合金薄膜を形成した。そして、1枚目、5枚目、10枚目、15枚目、20枚目、25枚目の各Ｍｏ−Ｗ合金薄膜上のダスト数を、欠陥検査装置（ＫＬＡ）を用いてスプラッシュの個数のみとして測定した。それらの測定結果を表４に示す。
【００７３】
【表４】

実施例１０
幅約600mm、長さ約650mmのＭｏ−Ｗ合金材の表面を平面研削盤で加工した後、このＭｏ−Ｗ合金材の表面をポリッシング処理により表面仕上げした。ポリッシング処理は、ラップ装置を用いたケミカルポリッシングにより実施し、その際の条件を研磨時間5分、15分、30分、60分と変化させた。これら各Ｍｏ−Ｗ合金材をスパッタリングターゲットとして用いて、その特性を実施例９と同様にして評価した。その結果を表５に示す。
【００７４】
【表５】

【００７５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のスパッタリングターゲットによれば、それ自体からの再付着物の剥離、脱落やスプラッシュなどに起因するダストの発生を大幅に低減することができる。従って、高品質のスパッタ膜を再現性よく提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態によるスパッタリングターゲットの概略構成を示す断面図である。
【図２】一般的なマグネトロンスパッタリング装置の構成を模式的に示す図である。
【図３】表面処理領域による再付着物の脱落抑制作用を説明するための図である。
【図４】本発明の第１の実施形態によるスパッタリングターゲットの変形例を示す断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態によるスパッタリングターゲットの概略構成を示す断面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態によるスパッタリングターゲットの変形例を示す断面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態によるスパッタリングターゲットの他の変形例を示す断面図である。
【図８】本発明の実施例１によるＴｉターゲットの表面処理領域の微細構造を拡大して示す電子顕微鏡写真である。
【図９】比較例１によるＴｉターゲットの機械加工表面の微細構造を拡大して示す電子顕微鏡写真である。
【符号の説明】
１……ターゲット本体
２……バッキングプレート
３、７……スパッタリングターゲット
６……表面処理領域[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a sputtering target used when forming wiring films, electrodes, element constituent films and the like of various electronic components, and a sputtering apparatus using the sputtering target. , Thin films, and electronic components About.
[0002]
[Prior art]
In manufacturing semiconductor components, liquid crystal components, and the like, sputtering is applied to the formation of various thin films used as wirings, electrodes, and the like. Specifically, a thin film of conductive metal such as Al, Cu, Ti, Mo, W, Mo-W alloy, MoSi2, WSi2 is applied to a deposition substrate such as a semiconductor substrate or a glass substrate by applying a sputtering method. A thin film of a conductive metal compound such as TiSi2 or a thin film of a metal compound such as TiN or TaN is formed, and these thin films are used as wirings, electrodes, barrier layers, and the like.
[0003]
The sputtering method is a film forming method in which the surface of a sputtering target is impacted by charged particles, sputtered particles are knocked out of the target, and the sputtered particles are deposited on a substrate arranged to face the target to form a thin film. As a sputtering target used when such a film forming method is applied, a structure in which a target body made of a film forming material is held by a substrate called a backing plate is generally applied.
[0004]
By the way, in the film forming process using the conventional sputtering target as described above, the generation of dust due to the target is progressed as the function, integration, and definition of semiconductor elements and liquid crystal display elements increase. Is recognized as a serious problem. The dust mentioned here is, for example, fine particles (particles) with a diameter of 0.2 μm or more. If such fine particles are mixed in the thin film, the cause of short-circuiting between wirings or poor wiring opening Therefore, the manufacturing yield of electronic parts such as semiconductor elements and liquid crystal display elements is reduced.
[0005]
For example, an industrially efficient magnetron sputtering method is mainly applied, and an erosion part and a non-erosion part exist in the target body from the principle. Some of the sputtered particles reach the substrate, some fly to the periphery, and some return to the target body again. Of the particles returning to the target side, the particles adhering to the non-erosion portion are basically not sputtered again, and therefore accumulate as reattachment as the progress of sputtering progresses. When the reattachment is peeled off due to some factor, it is mixed in the thin film formed as dust.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, peeling of the reattachment is one of the causes of dust generation. As a measure for preventing such dust, the surface roughness of the non-erosion portion is made rougher than that of the erosion portion to prevent the reattachment from peeling off or falling off (see, for example, JP-A-6-306597), or non-erosion A blast particle is implanted into the portion to prevent the reattachment from peeling or dropping by the anchor effect (see, for example, JP-A-9-76843), and a sprayed film is formed on the surface of the components of the sputtering apparatus (JP-A-9-272965). Various measures have been taken, such as the Japanese Patent Gazette.
[0007]
However, although the conventional dust reduction measures as described above are recognized to have a certain effect, the dust tends to increase as sputtering progresses to near the target life. For this reason, it is required to more effectively suppress the peeling and dropping off of the reattachment deposited on the non-erosion part of the sputtering target and to further reduce the generation of dust.
[0008]
In addition, when impurities such as gas components are present in the target, abnormal discharge due to electric field concentration occurs, thereby causing a so-called splash phenomenon. Furthermore, even if the sputter surface has irregularities due to scratches such as scratches, a splash phenomenon tends to occur during sputtering. The splash phenomenon causes, for example, massive foreign matters to be mixed into the sputtered film, thereby reducing the manufacturing yield of electronic components such as semiconductor elements and liquid crystal display elements.
[0009]
The splash phenomenon is not only a massive foreign substance but also a cause of generation of normal size dust. Therefore, in order to improve the manufacturing yield of electronic parts typified by semiconductor elements and liquid crystal display elements, there is an urgent need to suppress the generation of dust, including massive foreign matters based on the splash phenomenon.
[0010]
In particular, in recent semiconductor elements, wiring widths of 0.2 μm or less, 0.13 μm or 0.1 μm are required in order to achieve a degree of integration such as 256M and 1G, and some practical applications have been made. It is being advanced. In such a narrowed high-density wiring, even if ultrafine particles are mixed, it causes wiring defects, etc., so that the amount of dust generated is increased in increasing the manufacturing yield of highly integrated semiconductor devices. Must be significantly reduced. Therefore, there is a strong demand to suppress the peeling, dropping off, and the splash phenomenon of the reattachment that contributes to dust generation.
[0011]
The present invention has been made to cope with such problems, and by effectively suppressing the peeling, dropping off and splashing phenomenon of the reattachment from the non-erosion part of the target body, the generation of dust is greatly reduced. It is an object of the present invention to provide a sputtering target that can be reduced, and a sputtering apparatus using the sputtering target.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors have observed and examined in detail the form of the reattachment adhered to and deposited on the non-erosion portion of the target body and the exposed surface of the backing plate. Receiving a large amount, surface treatment by etching treatment or polishing treatment in advance on the surface of the base, densification and flattening of the re-adhered matter, further improvement of adhesion strength with the base, etc. It has been found that it is possible to effectively suppress the generation of dust due to the separation and removal of the reattachment even in the latter stage of sputtering.
[0013]
Furthermore, the surface of the exposed surface including the sputtering surface of the target body is pre-treated by etching or polishing so that abnormal discharge caused by unevenness on the sputtering surface can be suppressed. It has been found that it is possible to effectively suppress the occurrence of the splash phenomenon due to the discharge, and consequently the dust caused by the splash phenomenon.
[0014]
The sputtering target of the present invention is made on the basis of such knowledge, and the first sputtering target of the present invention comprises a target body made of a film forming material as described in claim 1. And the generation of dust of 0.2 μm or more can be reduced. In the sputtering target, at least a part of the non-erosion part of the target body, Etched Having a surface treatment area, The surface treatment region has a surface roughness of Ra of 0.47 μm to 1.5 μm and Ry of 3.65 μm to 10 μm, and the target body is a single metal element selected from Ti, Ta, Mo and W Or an alloy containing the metal element It is characterized by that. As described in claim 2, the surface treatment region is preferably provided on the entire exposed surface including the sputtering surface of the target body.
[0015]
The second sputtering target of the present invention is claimed 3 As described above, in a sputtering target including a target body made of a film forming material and a backing plate that supports the target body, at least a part of the exposed surface of the backing plate is subjected to an etching process or a polishing process. It is characterized by having a surface treatment region.
[0016]
In the sputtering target of the present invention, the claim 4 As described above, the variation Ra of the surface roughness of the surface treatment region is preferably within 15%.
[0017]
The sputtering target of the present invention is claimed 5 For example, a metal selected from Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Pt, Ag, Ir, Ru, Fe, Ni, Co, Al, Cu, Si and Ge This is applied when a target body made of an elemental element or an alloy or compound containing the metal element is used.
[0018]
The sputtering apparatus of the present invention is also claimed 6 As described above, a vacuum container, a film formation sample holding unit disposed in the vacuum container, and a target unit disposed in the vacuum container so as to face the film formation sample holding unit are provided. In the sputtering apparatus, the target unit has the above-described sputtering target according to the present invention.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, modes for carrying out the present invention will be described.
[0020]
FIG. 1 is a sectional view showing a schematic structure of a sputtering target according to the first embodiment of the present invention. In the figure, reference numeral 1 denotes, for example, a disk-shaped target body made of various film materials such as metal materials and compound materials. This target body 1 is supported by a backing plate 2, and a sputtering target 3 is constituted by these. The backing plate 2 is used as necessary.
[0021]
The backing plate 2 is a support member for the target body 1 and has a function as a cooling member for suppressing a temperature rise of the target body 1 due to ion bombardment (sputtering heat). For this reason, for example, oxygen-free copper or Al alloy having high thermal conductivity is used as a constituent material of the backing plate 2, and a cooling pipe (not shown) is built in the backing plate 2.
[0022]
The constituent material of the target body 1 is not particularly limited, and various simple metal materials, alloy materials, metal compound materials, and the like are used depending on the purpose of use of the sputtering target. Specific examples of the constituent material of the target body 1 include Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Pt, Ag, Ir, Ru, Fe, Ni, Co, Al, Cu, Si, and A single element of a metal element selected from Ge, or an alloy or compound containing the metal element described above can be used.
[0023]
Here, FIG. 2 schematically shows a configuration of a general magnetron sputtering apparatus. In a general magnetron sputtering apparatus, a sputtering target 3 and a substrate 4 are arranged to face each other, an electric field E is applied between them, and a target is formed by a magnet 5 arranged on the back surface side of the sputtering target 3 in a form orthogonal thereto. A magnetic field M is generated on the surface.
[0024]
Due to the action of the magnetic field M and the electric field E, electrons cause a cyclonic motion to generate high-density plasma in the target surface and in the upper magnetic field, and erosion of the target surface in the region surrounded by the magnetic field H progresses. Go. On the other hand, the target region deviated from the magnetic field H, that is, the central portion A, the outer peripheral portion B, and the side surface portion C of the surface (sputtering surface) of the target main body 1 is not sputtered. The peeling and dropping off of the re-adhered material deposited on the non-erosion part contributes to dust generation.
[0025]
Therefore, in the sputtering target 3 shown in FIG. 1, the surface treatment region 6 is provided by etching the non-erosion portion of the target body 1, that is, the surface center portion, the surface outer peripheral portion and the side surface portion of the target body 1. . Note that the surface treatment region 6 does not necessarily have to be formed on the entire non-erosion portion of the target body 1, and is effective even when formed on a part thereof. For example, even if the surface treatment region 6 is formed only on the outer peripheral surface or the side surface of the target main body 1 in which peeling and dropping of the reattached particles is a problem, the effect is shown for suppressing dust.
[0026]
In the surface treatment region 6, a wet etching process using a corrosive liquid (chemical solution) such as an acid solution or an alkali solution, or an etching process such as a dry etching process such as plasma etching or reactive ion etching is performed. It is formed by applying to the erosion part. Since the surface treatment region 6 subjected to the etching treatment is smoother and has less local unevenness than a state where the surface is finished by general mechanical grinding or the like, the reattached particles (sputter particles) are increased. It can be deposited to a density and relatively smoothly.
[0027]
For example, as shown in FIG. 3B, if relatively large unevenness (local unevenness) exists in the non-erosion part of the target body 1, the adhesion of the reattached particles becomes local, and the unevenness is reduced. The deposit X is deposited and the deposition density is lowered. As a result, the reattachment X is easily peeled off and dropped off, and the amount of dust generated increases. On the other hand, as shown in FIG. 3A, the non-erosion portion of the target main body 1 is preliminarily etched to reduce the local unevenness on the surface and smooth the surface, whereby the reattachment X is increased in density. And relatively smoothly deposited.
[0028]
In this way, by forming the surface treatment region 6 in advance in the non-erosion portion of the target main body 1, the adhesion strength of the reattachment itself that adheres and deposits on it, the reattachment and the base (target main body 1) The fixing strength can be increased. By these, it becomes possible to suppress effectively the peeling and dropping of the reattachment. That is, it is possible to greatly reduce the generation of dust due to peeling and dropping of the reattachment.
[0029]
The method for forming the surface treatment region 6 may be any of the wet etching process and the dry etching process described above. However, since a smooth surface can be easily obtained at a low cost, it is possible to apply the wet etching process. preferable. The chemical solution (corrosive solution) used for the wet etching process is appropriately selected according to the constituent material of the target body 1.
[0030]
Here, the surface treatment region 6 may be formed not only by the etching process but also by a polishing process. Examples of the polishing process applicable here include chemical polishing using a lapping apparatus. By applying such a polishing process to the non-erosion portion of the target body 1, the reattachment X can be prevented from being peeled off and dropped off. However, it is preferable to form the surface treatment region 6 by etching treatment in view of the smoothness of the surface.
[0031]
Further, the surface treatment region 6 by the above-described etching process or polishing process is not limited to the non-erosion portion of the target body 1, and as shown in FIG. 4, the entire exposed surface including the sputtering surface (main surface) of the target body 1. May be provided. In such a case, the surface treatment region 6 formed in the erosion portion is effective in removing the unevenness that causes abnormal discharge.
[0032]
In other words, the occurrence of foreign matters, particularly the occurrence of massive foreign matters, in the conventional sputtering target causes abnormal discharge based on the presence of relatively large irregularities (for example, scratches called scratches) on the sputtering surface, and this abnormal discharge causes a splash phenomenon. This is mainly due to the occurrence of Further, when a region where sputtering is selectively advanced and a region where sputtering is not selectively generated due to the unevenness of the sputtering surface, projections generally called nodules are likely to occur, which also causes splash.
[0033]
Therefore, by forming the surface treatment region 6 on the sputtering surface of the target body 1 and removing relatively large unevenness (local unevenness) on the sputtering surface, abnormal discharge and nodules, and further, a splash phenomenon due to these are caused. Occurrence can be greatly suppressed. That is, the generation of dust based on the splash phenomenon or the like can be greatly reduced.
[0034]
Although the specific form of the surface treatment region 6 by the above-described etching treatment or polishing treatment varies depending on the constituent material of the target body 1, the surface roughness is approximately 1.5 μm or less for Ra and 10 μm or less for Ry. preferable. According to the surface treatment region 6 having such a surface roughness, it is possible to obtain the above-described effect of preventing the reattachment from dropping off and further to suppress the splash phenomenon with good reproducibility.
[0035]
As a more specific surface roughness of the surface treatment region 6, for example, when the target body 1 is made of a single metal such as Ti, Hf, or Nb, it is preferable that Ra is 0.7 μm or less and Ry is 5 μm or less. . Further, in the target body 1 made of a single metal of relatively high hardness such as Ta, Mo, and W, it is preferable that Ra has a surface roughness of 0.8 μm or less and Ry of 7 μm or less. In a Mo—W alloy or the like, it is preferable that Ra has a surface roughness of 1.5 μm or less and Ry of 10 μm or less.
[0036]
Further, the above-described surface roughness is more preferably within 15% of the variation of the surface treatment region 6 as a whole. Here, the variation in the surface roughness is obtained by measuring the surface roughness of the surface treatment region 6 in a plurality (for example, five or more locations), and from the maximum and minimum values of the obtained surface roughness (Ra or Ry), { The value obtained based on the formula of (maximum value−minimum value) / (maximum value + minimum value)} × 100 shall be indicated. Thus, by reducing the variation in the surface roughness of the surface treatment region 6, it is possible to more stably obtain the effect of preventing the reattachment from falling off and the effect of suppressing the splash phenomenon.
[0037]
As described above, in the sputtering target 3 of the first embodiment, the surface treatment region 6 is formed by performing etching treatment or polishing treatment in advance on the non-erosion portion of the target main body 1, so that the surface is reapplied thereon. Kimono particles can be deposited with high density and smoothness under a high adhesion strength, and the adhesion strength of the reattachment itself and the adhesion strength with the base (target body 1) can be increased. By these, generation | occurrence | production of the dust resulting from peeling and dropping of a reattachment, specifically, the fine dust with a diameter of 0.2 micrometer or more can be prevented effectively. In particular, it is possible to effectively prevent the generation of dust due to separation and removal of the reattachment even in the latter stage of sputtering (near the target life).
[0038]
Furthermore, by providing the surface treatment region 6 not only in the non-erosion part but on the entire exposed surface including the sputtering surface of the target body 1, the occurrence of a splash phenomenon due to abnormal discharge or nodules on the sputtering surface is greatly suppressed. can do. As a result, the generation of dust based on the splash phenomenon or the like can be greatly reduced.
[0039]
By using such a sputtering target 3, it is possible to effectively and significantly suppress the generation of dust due to itself, so that a high-quality sputtered film can be obtained with good reproducibility. That is, by using a sputtered film formed by using the sputtering target 3, that is, a metal thin film or a metal compound thin film, as a wiring film, an electrode, an element constituent film, or the like of an electronic component such as a semiconductor element or a liquid crystal display element, The production yield can be improved.
[0040]
Next, a sputtering target according to the second embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 is a sectional view showing a schematic structure of the sputtering target according to the second embodiment. A sputtering target 7 shown in FIG. 5 has a structure in which a disk-shaped target body 1 is supported by a backing plate 2, and these configurations are the same as those in the first embodiment described above.
[0041]
Here, as is apparent from the magnetron sputtering apparatus shown in FIG. 2, the reattached particles adhere not only to the non-erosion region of the target body 1 but also to the exposed surface D of the backing plate 2. Therefore, in the sputtering target 7 shown in FIG. 5, the surface treatment region 6 is formed by performing an etching process or a polishing process on the exposed surface of the backing plate 2. The configuration and conditions of the surface treatment region 6 are the same as those in the first embodiment described above.
[0042]
As described above, by forming the surface treatment region 6 on the exposed surface of the backing plate 2, the reattachment particles adhering to the surface treatment region 6 can be deposited with high density and smoothness under a high fixing strength. Further, it is possible to suppress the peeling and dropping of the reattachment. Therefore, it is possible to prevent the generation of dust due to peeling and dropping of the reattachment.
[0043]
As shown in FIG. 6, the surface treatment region 6 is formed on the non-erosion part of the target body 1, that is, the surface center part, the surface outer peripheral part and the side part of the target body 1, and the exposed surface of the backing plate 2. Alternatively, as shown in FIG. 7, it is more preferable to form each on the entire exposed surface including the sputtering surface of the target body 1 and on the exposed surface of the backing plate 2. By these, generation | occurrence | production of the dust resulting from peeling of the reattachment, drop-off, a splash phenomenon, etc. can be suppressed still more effectively.
[0044]
In the sputtering apparatus of the present invention, the sputtering target (3, 7) of the present invention is applied to a target portion of a sputtering apparatus that has been generally used conventionally as shown in FIG. Although not shown in FIG. 2, the substrate 4 as a film formation sample is held by a holder or the like, and the substrate 4 and the sputtering target 3 are arranged in a vacuum vessel.
[0045]
According to the sputtering targets 3 and 7 of the present invention described above, it is possible to effectively prevent the generation of dust due to itself. Therefore, according to the sputtering apparatus using such a sputtering target, the quality of the sputtered film can be greatly improved. Then, a sputtered film formed using the sputtering target of the present invention, that is, a metal thin film or a metal compound thin film is used for a wiring film, an electrode, an element constituent film, etc. of an electronic component such as a semiconductor element or a liquid crystal display element. As a result, it becomes possible to improve the manufacturing yield of electronic components.
[0046]
【Example】
Next, specific examples of the present invention will be described.
[0047]
Example 1
As a Ti target (target body), a Ti disk having a diameter of 250 mm, a thickness of 15 mm, and a purity of 5N was produced by machining (turning). The Ti target surface was masked so as to cover a portion having an inner diameter of 240 mm. That is, the masking process was performed so that the outer peripheral 5 mm width part and side part of the Ti target surface were exposed. This was immersed in a mixed acid solution containing hydrofluoric acid and nitric acid, and etched to remove about 5 μm of the exposed surface. Thus, the Ti sputtering target in which the surface treatment region was formed on the outer peripheral portion and the side surface portion of the target surface was subjected to a film formation test described later.
[0048]
Example 2
The same Ti target surface as in Example 1 was masked so as to cover a portion having an inner diameter of 125 mm. This was immersed in a mixed acid solution containing hydrofluoric acid and nitric acid, and etched to remove about 5 μm of the exposed surface. Thus, the Ti sputtering target in which the surface treatment region was formed on the outer peripheral portion and the side surface portion of the target surface was subjected to a film formation test described later.
[0049]
Example 3
The entire surface except the bottom surface of the Ti target similar to that in Example 1 was immersed in a mixed acid solution containing hydrofluoric acid and nitric acid, and etched to remove the surface by about 5 μm. Thus, the Ti sputtering target in which the surface treatment region was formed on the target surface and the side surface portion was subjected to a film formation test described later.
[0050]
Comparative Example 1
A Ti sputtering target was produced in the same manner as in Example 1 without performing any treatment on the surface of the Ti target. This Ti sputtering target was also subjected to the following film formation test.
[0051]
Using each Ti sputtering target according to Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 described above, magnetron sputtering was performed under the conditions of sputtering pressure 4 × 10 −1 Pa, sputtering current 5 A, Ar flow rate 15 sccm, N 2 flow rate 30 sccm, and 6 inches. A Ti thin film was formed on a Si wafer. The number of dust (particles) of 0.2 μm or more on each Ti thin film after 100 lots, 150 lots, and 200 lots was measured with a particle counter. The measurement results are shown in Table 1. Table 1 also shows the surface roughness of the surface treatment region. Further, FIG. 8 shows an electron micrograph (magnified 850 times) in which the fine structure of the surface treatment region of the Ti target according to Example 1 is enlarged, and FIG. 9 shows an electron in which the fine structure of the machined surface of the Ti target according to Comparative Example 1 is enlarged. A micrograph (850 times) is shown.
[0052]
[Table 1]

As apparent from Table 1, according to the Ti sputtering targets according to Examples 1 to 3, the amount of dust generated is reduced as compared with the Ti sputtering target of Comparative Example 1. In particular, it can be seen that the amount of dust generated near the target life is greatly reduced.
[0053]
Example 4
First, a 5N purity Ti disc serving as a Ti target (target body) and an Al alloy (6061) plate serving as a backing plate were diffusion-bonded by hot pressing. These were machined into the desired target shape and backing plate shape. Specifically, the Ti target had an outer diameter of 312 mm and a thickness of 10 mm. The backing plate had an outer diameter of 400 mm.
[0054]
Next, the Ti target surface was masked so as to cover a portion having an inner diameter of 300 mm. That is, a masking process was performed so as to expose the outer peripheral 6 mm width portion and the side surface portion of the Ti target surface. This was immersed in a mixed acid solution containing hydrofluoric acid and nitric acid, and etched to remove about 5 μm of the exposed surface.
[0055]
Thus, the Ti sputtering target in which the surface treatment region was formed on the outer peripheral portion and the side surface portion of the target surface was subjected to a film formation test described later.
[0056]
Example 5
In the same manner as in Example 4, the Ti target was etched with a mixed acid solution containing hydrofluoric acid and nitric acid, and then masked except for the exposed surface of the backing plate made of an Al alloy. This was immersed in a sodium hydroxide solution and etched to remove about 5 μm of the exposed surface of the Al alloy.
[0057]
Thus, the Ti sputtering target in which the surface treatment region was formed on the outer peripheral portion and the side surface portion of the target body and the exposed surface of the backing plate was subjected to a film formation test described later.
[0058]
Comparative Example 2
A Ti sputtering target was produced in the same manner as in Example 4 without performing any treatment on the Ti target body and the Al alloy backing plate. This Ti sputtering target was also subjected to the following film formation test.
[0059]
Using each Ti sputtering target according to Examples 4 to 5 and Comparative Example 2 described above, magnetron sputtering was performed under conditions of a sputtering pressure of 4 × 10 −1 Pa, a sputtering current of 5 A, an Ar flow rate of 15 sccm, and an N 2 flow rate of 30 sccm. A Ti thin film was formed on a Si wafer. The number of dust (particles) of 0.2 μm or more on each Ti thin film after 100 lots, 150 lots, and 200 lots was measured with a particle counter. The measurement results are shown in Table 2. Table 2 also shows the surface roughness of the surface treatment region.
[0060]
[Table 2]

As is clear from Table 2, according to the Ti sputtering targets of Examples 4 to 5, the amount of dust generated is reduced as compared with the Ti sputtering target of Comparative Example 2. In particular, it can be seen that the amount of dust generated near the target life is greatly reduced.
[0061]
Example 6
As a Ta target (target body), a Ta disk having a diameter of 312 mm, a thickness of 10 mm, and a purity of 5N was produced by machining (turning). Masking was performed so as to cover a portion having an inner diameter of 300 mm on the surface of the Ta target. That is, a masking process was performed so as to expose the outer peripheral 6 mm width portion and the side surface portion of the Ta target surface. This was immersed in a mixed acid solution containing hydrofluoric acid and nitric acid, and etched to remove about 5 μm of the exposed surface. Thus, the Ta sputtering target in which the surface treatment region was formed on the outer peripheral portion and the side surface portion of the target surface was subjected to a film formation test described later.
[0062]
Example 7
The entire surface except the bottom surface of the Ta target similar to that in Example 6 was immersed in a mixed acid solution containing hydrofluoric acid and nitric acid, and etched to remove the surface by about 5 μm. Thus, the Ta sputtering target in which the surface treatment region was formed on the target surface and the side surface portion was subjected to a film formation test described later.
[0063]
Comparative Example 3
A Ta sputtering target was produced in the same manner as in Example 6 without performing any treatment on the surface of the Ta target. This Ta sputtering target was also subjected to a film formation test described later.
[0064]
Example 8
First, a 5N purity Ta disk serving as a Ta target (target body) and an Al alloy (6061) sheet serving as a backing plate were diffusion bonded by hot pressing. These were machined into the desired target shape and backing plate shape. Specifically, the Ta target had an outer diameter of 312 mm and a thickness of 10 mm. The backing plate had an outer diameter of 400 mm.
[0065]
The above Ta target was subjected to a masking process so as to cover a portion having an inner diameter of 300 mm on the surface. That is, the Ta target surface was masked so as to expose the outer peripheral 6 mm width portion and the side surface portion. This was immersed in a mixed acid solution containing hydrofluoric acid and nitric acid, and etched to remove about 5 μm of the exposed surface.
[0066]
Next, the exposed surface of the backing plate made of an Al alloy was removed except for masking, which was immersed in a sodium hydroxide solution and etched to remove the exposed surface of the Al alloy by about 5 μm.
[0067]
In this way, the Ta sputtering target in which the surface treatment region was formed on the outer peripheral surface and side surfaces of the target body and the exposed surface of the backing plate was subjected to the following film formation test.
[0068]
Using each Ta sputtering target according to Examples 6 to 8 and Comparative Example 3 described above, magnetron sputtering was performed under the conditions of sputtering pressure 4 × 10 −1 Pa, sputtering current 5 A, Ar flow rate 15 sccm, N 2 flow rate 30 sccm, and 6 inches. A Ta thin film was formed on a Si wafer. The number of dust (particles) of 0.2 μm or more on each Ta thin film after 100 lots, 150 lots, and 200 lots was measured with a particle counter. The measurement results are shown in Table 3. Table 3 also shows the surface roughness of the surface treatment region.
[0069]
[Table 3]

As is clear from Table 3, according to each Ta sputtering target according to Examples 6 to 8, the amount of dust generated is reduced as compared with the Ta sputtering target of Comparative Example 3. In particular, it can be seen that the amount of dust generated near the target life is greatly reduced.
[0070]
Example 9
After the surface of a Mo-W alloy material having a width of about 600 mm and a length of about 650 mm is surface-finished by a surface grinder, the Mo-W alloy material is hydrofluoric acid: nitric acid: acetic acid: phosphoric acid = 1: 2: 2: 5 The surface was dipped in a mixed acid mixed at a ratio of 1 and the surface was etched. At this time, the immersion time in the mixed acid was changed to 1 minute, 2 minutes, 2.5 minutes, and 8 minutes. Each of these Mo-W alloy materials was used as a sputtering target and subjected to the characteristic evaluation described later.
[0071]
Comparative Example 4
The surface of a Mo—W alloy material having a width of about 600 mm and a length of about 650 mm was surface-finished by rotary polishing. This Mo—W alloy material was used as a sputtering target and subjected to characteristic evaluation described later.
[0072]
The surface roughness (Ra and Ry) of each Mo—W alloy target according to Example 9 and Comparative Example 4 described above was measured with a contact-type surface roughness meter. Further, the variation (Ra) of the surface roughness Ra was determined. Next, using each Mo—W alloy target, magnetron sputtering was performed under the conditions of a sputtering pressure of 0.5 Pa, a sputtering current of 15 A, and a Kr flow rate of 15 sccm, and a Mo—W alloy thin film was continuously formed on the glass substrate. And the number of dust on each Mo-W alloy thin film of the 1st sheet, 5th sheet, 10th sheet, 15th sheet, 20th sheet, and 25th sheet is the number of splashes using a defect inspection device (KLA). Measured as only. Table 4 shows the measurement results.
[0073]
[Table 4]

Example 10
The surface of a Mo—W alloy material having a width of about 600 mm and a length of about 650 mm was processed with a surface grinder, and then the surface of the Mo—W alloy material was finished by polishing. The polishing process was performed by chemical polishing using a lapping apparatus, and the conditions at that time were changed to polishing times of 5, 15, 30, and 60 minutes. Each of these Mo—W alloy materials was used as a sputtering target, and the characteristics were evaluated in the same manner as in Example 9. The results are shown in Table 5.
[0074]
[Table 5]

[0075]
【The invention's effect】
As described above, according to the sputtering target of the present invention, it is possible to greatly reduce the generation of dust due to peeling, dropping off, splashing, and the like of the reattachment from itself. Therefore, it is possible to provide a high-quality sputtered film with good reproducibility.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a sputtering target according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram schematically showing a configuration of a general magnetron sputtering apparatus.
FIG. 3 is a diagram for explaining an action of suppressing re-deposition matter dropout by a surface treatment region.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a modification of the sputtering target according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a sputtering target according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a modification of the sputtering target according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing another modification of the sputtering target according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is an electron micrograph showing an enlarged microstructure of a surface treatment region of a Ti target according to Example 1 of the present invention.
9 is an electron micrograph showing an enlargement of the microstructure of the machined surface of the Ti target according to Comparative Example 1. FIG.
[Explanation of symbols]
1 …… Target body
2 ... Backing plate
3, 7 ... Sputtering target
6. Surface treatment area

Claims

In a sputtering target comprising a target body made of a film forming material and capable of reducing the generation of dust of 0.2 μm or more ,
At least a part of the non-erosion part of the target body has a surface treatment region subjected to an etching treatment ,
The surface treatment region has a surface roughness Ra of 0.47 μm to 1.5 μm and Ry of 3.65 μm to 10 μm,
The target body is made of a single metal element selected from Ti, Ta, Mo and W, or an alloy containing the metal element .

The sputtering target according to claim 1, wherein the surface treatment region is provided on the entire exposed surface including a sputtering surface of the target body.

3. The sputtering target according to claim 1, wherein the target body is supported by a backing plate.

In the sputtering target according to any one of claims 1 to 3,
A sputtering target comprising: a backing plate that supports the target body, and having a surface treatment region that is subjected to an etching process or a polishing process on at least a part of an exposed surface of the backing plate.

2. The sputtering target according to claim 1, wherein a variation in surface roughness Ra of the surface treatment region is within 15%.

In the sputtering apparatus comprising: a vacuum vessel; a film formation sample holding unit disposed in the vacuum vessel; and a target unit disposed in the vacuum container so as to face the film formation sample holding unit. A sputtering apparatus characterized in that the target unit has the sputtering target according to any one of claims 1 to 5 .

Method of forming a thin film, and forming a thin film using the sputtering target according to any one of claims 1 to 5.

Method of forming an electronic component, characterized by comprising a thin film formed using the sputtering target according to any one of claims 1 to 5.

In the formation method of the electronic component of Claim 8 ,
The method of forming an electronic component, wherein the thin film is a wiring film, an electrode, or an element constituent film.

In the formation method of the electronic component of Claim 8 or Claim 9 ,
A method of forming an electronic component, which is a semiconductor element.

In the formation method of the electronic component of Claim 8 or Claim 9 ,
A method for forming an electronic component, which is a liquid crystal display element.