JP4926428B2 - スパッタリングターゲット材の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、スパッタリングターゲット材のブラスト処理による製造方法に関するものである。

近年、電子機器類の分野を中心にスパッタリング法によって基材表面に薄膜を形成させる技術が適用されるようになり、一般的には同一組成の金属もしくはセラミックスで構成されたスパッタリングターゲットが使用されており、また、このスパッタリングターゲットとしては通常は溶解法もしくは粉末原料を粉末冶金法にて一体化し緻密化したものが用いられている。

図４は、ターゲット表面でのスパッタ現象を示す図である。この図に示すように、スパッタリングターゲット材２にＡｒなどの不活性な物質である入射イオン３を高速で衝突させると、スパッタリングターゲット材２の表面で原子や分子と衝突して種々の現象が起こる。この現象のうちで、スパッタリングターゲット材２を構成する原子や分子が叩き出される過程をスパッタリングといい、この叩き出されたスパッタ粒子４、マイナスイオン５、γ電子６、スパッタ粒子の逆戻り７および入射イオンの反射８並びに反跳粒子９等と同等に原子や分子を基板１上に付着させ薄膜を形成する技術をスパッタ法という。

上記したスパッタリングのためのターゲット材の製造方法において、上述のようなターゲットを使用したスパッタリング成膜法の需要増に伴い、スパッタリング時にターゲット表面にノジュール（針状の突起物）が発生し、これが異常放電やパーティクルの発生につながって作業性低下や形成される薄膜の品質劣化を引き起こす原因になっているととして問題視されている。このようなことから、スパッタリング時におけるノジュールの発生が少なく、異常放電やパーティクルが極力生じにくいスパッタリングターゲットとして、例えば特開平９−１０４９７３号公報（引用文献１）が開示されている。

一方、スパッタリングターゲットは使用初期における放電特性の安定化を重視して、ターゲット表面を高精度加工により平滑化して用いることが一般的である。しかしながら、スパッタリングによりターゲットの非エロージョン領域に堆積した膜は、ターゲット表面が平滑であることから密着性に乏しく、膜の堆積に伴う応力の増加などにより最終的には剥離にいたる場合もある。こうしてターゲットの非エロージョン領域から剥離した膜は異物として製品に付着することは勿論、電極間に付着して短絡や異常放電の原因にもなる。

そこで、スパッタリングターゲットの表面の非エロージョン領域に堆積した膜の密着性を向上させ剥離を軽減することを目的として、例えば特開平７−３１６８０４号公報（引用文献２）が開示されているように、スパッタリングターゲット表面の少なくとも非エロージョン領域を、Ｈｖ８００以上の硬質および１００μｍ以上の粒径を有する投射材によりブラスト処理することにより、表面を方向性の無いランダムな粗面に粗すことを特徴とするスパッタリングターゲットの表面処理方法が提案されている。

特開平９−１０４９７３号公報 特開平７−３１６８０４号公報

一方、図５は、スパッタリングターゲット材の側面にブラスト処理を示す図面である。この図に示すように、スパッタリングターゲット材２のスパッタ面に当たる凸部１１と非凸部１０および凸部の外周部１２にブラスト装置１７のノズルよりブラスト粒１８を噴射させて非凸部１０およびその凸部の外周部１２にブラスト処理を行い、スパッタリングターゲット表面の平均粗さが特定の範囲内に入るように表面調整を行うものである。

図６は、従来のブラスト処理を示す図であり、この図に示すように、スパッタリングターゲット材２のブラスト面に当たる非凸部１０の部分のみをブラストし、スパッタ面に当たる凸部１１にはブラスト粒が当たらないようにするため、塗装等に用いるマスキングテープを非ブラスト部に張り付けた状態でブラスト処理を行なう。この場合にブラストされた面は若干ではあるがブラスト粒が残存する。

通常ブラスト粒にはＡｌ₂ Ｏ₃ やＺｒＯ₂ 等のセラミック粒子が使われるため、その成分が残存してしまう。凸部の外周部１２にブラストをしてしまうとスパッタが進行する仮定で側面に残存するブラスト成分が基盤上にスパッタされてしまう場合もあるため好ましくない。凸部の外周部１２にマスキングテープを張りつける場合にはコーナー部に均一に張りつける必要があり時間がかかり作業効率が良くないという問題がある。

上述したような問題を解消するために、発明者らは鋭意開発を進めた結果、冶具をターゲットスパッタ部に挿入するだけの作業であるので、作業効率が向上し、かつ鉄製の冶具で覆われているためスパッタ面、側面がブラストされることがない側面にマスキングを施したブラスト処理が効率的に行われるスパッタリングターゲット材のブラスト処理による製造方法を提供するものである。その発明の要旨とするところは、
（１）断面が凸状のスパッタリングターゲット材をブラスト加工するに際し、少なくともスパッタリングターゲット材の断面中央部に位置する凸部（１１）の外周部に外接する管状の冶具を用い、該冶具を凸部（１１）の外周部に置いて凸部のブラストを抑制しながら非凸部（１０）をブラスト加工することを特徴とするスパッタリングターゲット材の製造方法。

（２）前記（１）に記載の管状冶具は非凸部側の端面の一部または全てが傾面であり、内周側で凸部（１１）と接する冶具であることを特徴とするスパッタリングターゲット材の製造方法。
（３）前記（２）に記載の管状冶具の傾斜と非凸部（１０）でスパッタ面と平行な面との角度を３０〜６０°としたことを特徴とするスパッタリングターゲット材の製造方法。
（４）前記（１）〜（３）のいずれかに記載の管状冶具は、凸部（１１）の一部または全部を覆う蓋が取り付けられていることを特徴とするスパッタリングターゲット材の製造方法。

（５）前記（４）に記載の管状冶具は突起部（１６）を有し、前記突起部は凸部（１１）の少なくとも一部を覆うように位置しており、この突起部をスパッタ部の上に置いて冶具を非凸部から浮上させてブラスト加工することを特徴とするスパッタリングターゲット材の製造方法。
（６）前記（１）〜（５）のいずれかに記載の管状冶具または蓋からなる冶具は鉄製よりなることを特徴とするスパッタリングターゲット材の製造方法にある。

以上述べたように、本発明による冶具をスパッタ部および側面にマスキングを施すのみであるのでブラスト処理の作業効率が極めて簡単な作業で効率よく行われる極めて優れた効果を奏するものである。

以下、本発明について図面に従って詳細に説明する。
図１は、本発明に係るスパッタリングターゲット材の凸部が円盤状である場合を示す図である。この図に示すように、スパッタリングターゲット材２の凸部１１が円盤状の場合には、管状冶具１３は円筒状であり、凸部１１が矩形の場合には管状冶具は角管の冶具から構成されている。また、管状冶具１３の長さは少なくとも凸部の厚さより長くする。ブラスト加工時の研磨材が凸部１１の外周およびスパッタ部に当たらないようにするためである。ただ、請求項４に相当する場合には管状冶具１３の長さはこれより短くても良い。一方、最大長さはブラストと囲う装置に挿入できる長さであれば良いが、ハンドリングの容易さから１００ｍｍ以下が望ましい。

図２は、本発明に係る側面にマスキングを施したブラスト処理を示す図面である。図２（ａ）はスパッタリングターゲット材の側面にマスキングを施したブラスト処理を示す全体正面断面図であり、図２（ｂ）は他の実施例を示す正面断面図である。この図に示すように、円筒形状の管状冶具１３と蓋１４より構成された冶具をスパッタリングターゲット材２にセットすることにより、ブラスト面に当たる非凸部１０の部分のみをブラストし、スパッタ面に当たる凸部１１にはブラスト粒が当たらないようにするため、塗装等に用いるマスキングテープを非ブラスト部に張り付けしない状態でブラスト処理を行なうことができる。

第２の発明は、管状冶具１３が非凸部側の端面の１部または全てが斜面１５であり、内周側で非凸部１０と接する冶具であるスパッタリングターゲット材の製造方法にある。ここで、端面の全てが斜面とは、端面の最内周側で非凸部１０と接し、その位置から直ちに端面が斜面１５となっていることをいい、端面が刃物の刃先のように尖っていることを言う。一方、端面の一部が斜面とは、端面の内周側は内周面と垂直であり、端面の内周と外周の間の位置から外周面にかけての部位が斜面になっており、この垂直な端面と斜めの端面とからなる端面を言う。

ここで、管状冶具１３は、冶具の斜面１５と非凸部１０でスパッタ面との平行な面との角度（θ）が３０〜６０°であること。３０°未満ではブラスト加工時に研磨材が冶具の端面下の非凸部１０に十分に届かず、加工不十分となりスパッタ中にスパッタリング時にターゲット表面にノジュールが発生するためである。また、６０°を超えると冶具の先端が早期に磨耗し冶具が使用不可となるためである。内周面との垂直部の幅（内周面から斜面との境界部までの長さ）は３ｍｍ以下、望ましくは０．５ｍｍ以下とする。だだし、冶具端面が鋭角だと冶具が磨耗し冶具の寿命が短くなる。しかし、３ｍｍを超えると非凸部でブラストされない部位が増加し、ノジュールが発生するためである。

図３は、本発明に係る他の実施例である側面にマスキングを施したブラスト処理を示す図面である。図３（ａ）はスパッタリングターゲット材が長方形のものであり、図３（ｂ）は円筒形のものを示し、このいずれも管状冶具は蓋を構成するものでなく、突起部１６を構成し、この突起部１６は内周側の少なくとも一部を覆うように位置しており、この突起部分をスパッタ部の上に置いて冶具を非凸部から浮上させてブラスト加工をすることにある。ここで、浮上させるのは管状冶具１３のために研磨材が凸部１１と非凸部１０の境界付近にまで十分には届かず、この境界付近の非凸部１０ではブラスト加工が不十分となるため、境界部にまで研磨材が十分届き、かつ凸部１１の側面の境界部付近の側面には実用上許容できる程度の僅かな可能な程度の軽度の加工に止めるためである。

浮上は０ｍｍ（スパッタ面に多くが接触し、かつ管状冶具１３の突起部１６が凸部１１にも接触している状態）以上、１ｍｍ以下である。０ｍｍ未満、つまりマイナスの場合には突起部１６は内周側の少なくとも一部を覆うように位置し、スパッタ部から浮上するからである。また、１ｍｍを超えると凸部側面の下の方にまで研磨材が届き、この側面も研磨されてしまうためである。

以下、本発明について実施例によって具体的に説明する。
図１に示すスパッタリングターゲット材としてＣｒターゲット材を用い、ＳＵＳ３０４よりなる５ｍｍ厚、径１６４ｍｍの円筒形状のリングと厚さ５０ｍｍの蓋より構成された冶具にて、径１８０ｍｍ、凸部をなるスパッタ部からなるターゲット材上に覆うようにセットし側面をマスキングテープを非ブラスト部に張り付けしない状態でブラスト処理を行う。ブラスト装置としては、ニューマブラスター（不二製作所製）を用い、ブラスト粒としてＡｌ₂ Ｏ₃ もしくはＳｉＯ₂ （＃６０〜１５０）、ブラスト圧としては、０．３〜０．５ＭＰａ、ブラスト時間としては、３０ｓｅｃ〜２ｍｉｎなる条件で行ったものを表１に示す。評価項目としては１時間当たりの処理枚数で示し、品質評価は側面にブラスト痕が確認された場合を×印で評価した。

上記結果を表１に示す。Ｎｏ．１〜１１は本発明例であり、Ｎｏ．１２〜１６は比較例である。比較例Ｎｏ．１２は角度が小さいためにブラスト加工時に研磨材が冶具の端面下の非凸部に十分に届かず、加工不十分となりスパッタ中にスパッタリング時にターゲット表面にノジュールが発生し、品質が劣る。比較例Ｎｏ．１３は角度が大きいために冶具の先端が早期に磨耗し冶具が使用不可となる結果品質が劣る。比較例Ｎｏ．１４は側面が大きく浮上し、研磨材が凸部と非凸部の境界付近にまで十分には届かず、この境界付近の非凸部ではブラスト加工が不十分となるため、その結果品質が劣る。

比較例Ｎｏ．１５は凸部となるスパッタ部のマスキングテープを側面に張り付けた場合であり、１時間当たりの処理枚数が少なく、ブラスト処理の作業効率の悪いことを示す。また、比較例Ｎｏ．１６は凸部となるスパッタ部のマスキングテープを側面に張り付けない場合であり、１時間当たりの処理枚数は本発明と同じであるが、品質評価は側面にブラスト痕が確認された。これに対し、本発明例Ｎｏ．１〜１１はいずれも１時間当たりの処理枚数がマスキングテープを側面に張り付けた場合に比較して極めて優れて能率効果を示し、かつ品質も優れていることが分かる。

以上述べたように、冶具をターゲットスパッタ部に挿入するだけで作業効率を向上させることが可能となり、また、鉄製、特にステンレス等鋼であれば錆等がターゲットを汚す恐れも無く、また、ブラスト粒子がどのようなものでもマスキングが可能となり、これらの冶具により覆われているために、スパッタ面、側面がブラストされることなく効率よく、ブラストすることが出来る極めて優れた効果を奏するものである。

本発明に係るスパッタリングターゲット材の凸部が円盤状である場合を示す図である。 本発明に係る側面にマスキングを施したブラスト処理を示す図面である。 本発明に係る他の実施例である側面にマスキングを施したブラスト処理を示す図面である。 ターゲット表面でのスパッタ現象を示す図である。 スパッタリングターゲット材の側面にブラスト処理を示す図面である。 従来のブラスト処理を示す図である。

符号の説明

１ 基板
２ スパッタリングターゲット材
３ 入射イオン
４ スパッタ粒子
５ マイナスイオン
６ γ電子
７ スパッタ粒子の逆戻り
８ 入射イオンの反射
９ 反跳粒子
１０ 非凸部
１１ 凸部
１２ 凸部の外周部
１３ 管状冶具
１４ 蓋
１５ 斜面
１６ 突起部
１７ ブラスト装置
１８ ブラスト粒

Claims (6)

1. 断面が凸状のスパッタリングターゲット材をブラスト加工するに際し、少なくともスパッタリングターゲット材の断面中央部に位置する凸部（１１）の外周部に外接する管状の冶具を用い、該冶具を凸部（１１）の外周部に置いて凸部のブラストを抑制しながら非凸部（１０）をブラスト加工することを特徴とするスパッタリングターゲット材の製造方法。
2. 請求項１に記載の管状冶具は非凸部側の端面の一部または全てが傾面であり、内周側で凸部（１１）と接する冶具であることを特徴とするスパッタリングターゲット材の製造方法。
3. 請求項２に記載の管状冶具の傾斜と非凸部（１０）でスパッタ面と平行な面との角度を３０〜６０°としたことを特徴とするスパッタリングターゲット材の製造方法。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の管状冶具は、凸部（１１）の一部または全部を覆う蓋が取り付けられていることを特徴とするスパッタリングターゲット材の製造方法。
5. 請求項４に記載の管状冶具は突起部（１６）を有し、前記突起部は凸部（１１）の少なくとも一部を覆うように位置しており、この突起部をスパッタ部の上に置いて冶具を非凸部から浮上させてブラスト加工することを特徴とするスパッタリングターゲット材の製造方法。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の管状冶具または蓋からなる冶具は鉄製よりなることを特徴とするスパッタリングターゲット材の製造方法。

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