JP5651434B2 - スパッタリング用ターゲット材料の検査方法及びスパッタリングターゲットの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、原料金属を溶解し鋳造することで製造されるスパッタリング用ターゲット材料の検査方法及びスパッタリングターゲットの製造方法に関する。
基板上に金属膜を形成する技術として、スパッタリング法が知られている。スパッタリング法は、物理蒸着（ＰＶＤ）の一種で、真空装置内でスパッタリングガスを放電させ、そのイオンをスパッタリングターゲットに衝突させて基板上にターゲット成分を成膜する方法である。スパッタリング用のターゲット材料には、アルミニウム、銅等の純金属あるいは合金が用いられる。これらの金属ターゲットは、原料金属を溶解し、鋳造することで製造される。
一般に、溶解金属の鋳塊（インゴット）は、介在物の生成や内部クラック等に代表される内部欠陥を含む。これらの内部欠陥は、その大きさや量によってはスパッタリング時に異常放電を引き起こし、パーティクルを発生させて成膜品質を低下させる。したがって、スパッタリングに供されるターゲット材料には、内部欠陥が可及的に含まれないことが要求される。例えば下記特許文献１には、超音波探傷検査において検出される０．５ｍｍφ以上の内部欠陥が０．０１４個／ｃｍ2未満であるアルミニウムまたはアルミニウム合金スパッタリングターゲットが記載されている。
しかしながら、超音波探傷検査法による内部欠陥の検出分解能は比較的低く、０．２ｍｍφ未満の内部欠陥を検出することが困難であるという問題がある。このため近年では、微小な内部欠陥を検出することができるスパッタリング用ターゲット材料の欠陥検出法が求められている。
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、微小な内部欠陥を検出することができるスパッタリング用ターゲット材料の検査方法及びこの方法を用いたスパッタリングターゲットの製造方法を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るスパッタリング用ターゲット材料の検査方法は、スパッタリング用ターゲット材料の金属インゴットからサンプル片を切り出す工程を含む。
切り出された上記サンプル片は、水素化処理される。
水素化処理された上記サンプル片の内部欠陥が検査される。
切り出された上記サンプル片は、水素化処理される。
水素化処理された上記サンプル片の内部欠陥が検査される。
また本発明の一形態に係るスパッタリングターゲットの製造方法は、スパッタリング用ターゲット材料の金属インゴットを作製する工程を含む。
上記金属インゴットからサンプル片が切り出される。
切り出された上記サンプル片は、水素化処理される。
水素化処理された上記サンプル片の内部欠陥が検査される。
上記金属インゴットからサンプル片が切り出される。
切り出された上記サンプル片は、水素化処理される。
水素化処理された上記サンプル片の内部欠陥が検査される。
本発明の一実施形態に係るスパッタリング用ターゲット材料の検査方法は、スパッタリング用ターゲット材料の金属インゴットからサンプル片を切り出す工程を含む。
切り出された上記サンプル片は、水素化処理される。
水素化処理された上記サンプル片の内部欠陥が検査される。
切り出された上記サンプル片は、水素化処理される。
水素化処理された上記サンプル片の内部欠陥が検査される。
サンプル片を水素化処理することにより、ターゲット材料の母材と内部欠陥である介在物との間に侵入した水素の熱膨張により、母材と介在物との間の隙間が広げられる。これにより微小な介在物が見かけ上大きくなり、その検出が容易となる。したがって上記検査方法によれば、例えば０．２ｍｍφの微小な介在物をも検出することが可能となる。
サンプル片を水素化処理する方法は特に限定されず、例えば、希硫酸等の酸浴中でサンプル片を通電処理することで、サンプル片を水素化することができる。あるいは、加圧チャンバ内においてサンプル片を水素化処理する方法も採用可能である。
上記内部欠陥は、典型的には、ターゲット母材の酸化物、硫化物、塩化物等の介在物が該当するが、空孔やクラック等も含まれる。ターゲット母材を形成する材料は特に限定されず、例えばアルミニウム、銅、鉄等の金属材料あるいはこれらの合金が挙げられる。内部欠陥を検査する手法としては、超音波探傷法でもよいし、光学顕微鏡や走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）等による直接観察であってもよい。また、超音波探傷検査と直接観察とを組み合わせてもよい。
上記内部欠陥を検査する工程においては、上記サンプル片に含まれる介在物の大きさが０．２ｍｍφ未満であり、かつ、０．００１ｍｍφ以上の上記介在物の平均個数が２５０個／ｃｍ2以下の場合に上記金属インゴットを良品と判定することができる。
これにより、スパッタリング時の異常放電を低減し、高品質の薄膜を安定して成膜することができる。
これにより、スパッタリング時の異常放電を低減し、高品質の薄膜を安定して成膜することができる。
本発明の一実施形態に係るスパッタリングターゲットの製造方法は、スパッタリング用ターゲット材料の金属インゴットを作製する工程を含む。
上記金属インゴットからサンプル片が切り出される。
切り出された上記サンプル片は、水素化処理される。
水素化処理された上記サンプル片の内部欠陥が検査される。
上記金属インゴットからサンプル片が切り出される。
切り出された上記サンプル片は、水素化処理される。
水素化処理された上記サンプル片の内部欠陥が検査される。
サンプル片を水素化処理することにより、ターゲット材料の母材と内部欠陥である介在物との間に侵入した水素の熱膨張により、母材と介在物との間の隙間が広げられる。これにより微小な介在物が見かけ上大きくなり、その検出が容易となる。したがって上記製造方法によれば、例えば０．２ｍｍφの微小な介在物をも検出することが可能となり、異常放電を抑制できるスパッタリングターゲットを製造することができる。
サンプル片の切り出しはいずれの段階で行ってもよく、金属インゴットの鍛造工程の後でもよいし、金属インゴットの熱処理工程の後でもよい。工程の比較的上流側で上述の検査を行うことで、欠陥の少ないターゲットを安定に製造することができる。また、最終加工の直前で上述の検査を行うことで、ターゲットの品質を確保することができる。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るスパッタリングターゲットの製造方法を説明する工程フローである。
本実施形態のスパッタリングターゲットの製造方法は、原料金属の溶解・鋳造工程（ＳＴ１０１）と、鍛造工程（ＳＴ１０２）と、圧延工程（ＳＴ１０４）と、熱処理工程（ＳＴ１０５）と、機械加工工程（ＳＴ１０７）と、組み立て工程（ＳＴ１０８）とを有する。また本実施形態のスパッタリングターゲットの製造方法は、上記各工程の適宜の後にターゲット材料の検査工程（ＳＴ１０３，ＳＴ１０６）を有する。
原料金属は、製造されるターゲットの材料の種類に応じて選定される。本実施形態ではアルミニウムターゲットを例に挙げて説明する。
高純度アルミニウムは、ルツボ内で溶解され、所定形状に鋳造される（ＳＴ１０１）。鋳造された金属インゴットは鍛造されることで組織制御される（ＳＴ１０２）。鍛造処理は熱間鍛造でもよいし、冷間鍛造でもよい。鍛造された金属インゴットは、圧延されることで板状に整形される（ＳＴ１０４）。次に、内部応力の除去を目的とした熱処理が実施されて、ターゲット材が作製される（ＳＴ１０５）。その後ターゲット材は、切断、研削等により所定のターゲット形状に加工され（ＳＴ１０７）、Ｉｎ等のロウ材を用いてバッキングプレートに接合される（ＳＴ１０８）。
一般に、溶解金属の鋳塊（インゴット）は、介在物の生成や内部クラック等に代表される内部欠陥を含む。これらの内部欠陥は、その大きさや量によってはスパッタリング時に異常放電を引き起こし、パーティクルを発生させて成膜品質を低下させる。したがって、スパッタリングに供されるターゲット材料には、内部欠陥を可及的に含まない素材が要求され、介在物や空孔の多くスパッタリングターゲットとして適さない素材は、その使用を控えなければならない。このためターゲットの製造工程は、ターゲット材をバッキングプレートに組み立てる前にターゲット材の内部欠陥を検査する工程が実施される。
一方、素材の内部欠陥を検出する方法として従来、超音波探傷法が広く用いられている。超音波探傷法は非破壊で材料を検査できるという特長を有する。しかし超音波探傷法による内部欠陥の検出分解能は比較的低く、０．２ｍｍφ未満の内部欠陥を検出することが困難である。このため、０．２ｍｍφ未満の内部欠陥に起因する異常放電を抑制できず、ターゲット材としての品質の確保に限界があった。
そこで本実施形態では、０．２ｍｍφ未満の内部欠陥の検出を容易にするため、金属インゴットからサンプル片を切り出し、そのサンプル片を水素化処理して内部欠陥を検査するようにしている。サンプル片を水素化することにより、ターゲット材料の母材と内部欠陥である介在物との間に侵入した水素の熱膨張により、母材と介在物との間の隙間が広げられる。つまり、素材の水素化により母材と内部欠陥とが乖離してこれらの境界部が明確となり、超音波探傷法では検出できなかった微小な介在物が顕在化することになる。これにより微小な介在物が見かけ上大きくなり、その検出が容易となる。したがって上記検査方法によれば、例えば０．２ｍｍφの微小な介在物をも検出することが可能となる。
サンプル片を水素化処理する方法は特に限定されず、例えば、希硫酸等の酸浴中でサンプル片を通電処理することで、サンプル片を水素化する陰極水素チャージ法が採用可能である。あるいは、加圧チャンバ内においてサンプル片を水素化処理する方法も採用可能である。
上記内部欠陥は、典型的には、ターゲット母材の酸化物、硫化物、塩化物等の介在物、いずれかの工程で混入した異種元素等が該当するが、これ以外にも空孔やクラック等も含まれる。内部欠陥を検査する手法としては、超音波探傷法でもよいし、光学顕微鏡や走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）等による直接観察であってもよい。また、超音波探傷検査と直接観察とを組み合わせてもよい。
陰極水素チャージ法により水素化処理したサンプル片から検出された内部欠陥のＳＥＭ写真を図２に示す。また参考として当該サンプル片表面のＥＤＸ分析結果の一例を図３（Ａ）に、ＥＤＸの分析から得られた質量濃度分布の測定結果を図３（Ｂ）にそれぞれ示す。
本例では、１４ｍｍ×２０ｍｍ×５０ｍｍの直方体形状のサンプル片を用い、前処理として、＃６００のエメリー紙で表面を研磨処理した。そして、１Ｎ希硫酸にチオ尿酸を添加した溶液にサンプル片を浸漬し、サンプル片を陰極に、触媒としての白金を陽極にそれぞれ用い、電流密度２５ｍＡ／ｃｍ2、処理時間１６８時間（１週間）の水素チャージを行った。処理後、サンプル片の表面を研磨し、その表面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した。図２に示すように、介在物周辺に亀裂が生じることで顕微鏡を用いた直接観察により、内部欠陥を容易に検出することが可能となった。
本実施形態では、上述したターゲット材料の検査工程を鍛造処理工程（ＳＴ１０２）と圧延処理工程（ＳＴ１０４）との間で第１の検査工程（ＳＴ１０３）を実施し、熱処理工程（ＳＴ１０５）と機械加工工程（ＳＴ１０６）との間で第２の検査工程（ＳＴ１０６）を実施するようにしている。
第１の検査工程では、例えば溶解・鋳造工程で混入したルツボ材あるいは鋳型を原因とする介在物等の検出を目的とする。工程の比較的上流側でターゲット材の検査を行うことで、欠陥の少ないターゲットを安定に製造することができる。第２の検査工程では、最終形状への加工前の素材の最終評価を目的とする。これにより、ターゲットの品質を確保することができる。
第１の検査工程と第２の検査工程はいずれも同一の条件で行われてもよいし、異なる条件で行われてもよい。例えば、第２の検査工程において、超音波探傷法による試験を追加してもよい。なお必要に応じて、いずれかの検査工程を省略してもよい。
ターゲット素材を構成する金属インゴットの評価基準は、仕様に応じて適宜設定することができる。本実施形態では、サンプル片に含まれる介在物の大きさが０．２ｍｍφ未満であり、かつ、０．００１ｍｍφ以上の上記介在物の平均個数が２５０個／ｃｍ2以下の場合に、上記金属インゴットが良品と判定される。これにより、スパッタリング時の異常放電を低減し、高品質の薄膜を安定して成膜することができる。
サンプル片の検査対象領域は、任意に選定可能であり、サンプル片の一表面だけでもよい。また、金属インゴットの適宜の領域からサンプル片を複数切り出し、これらについて上述と同様な欠陥検出を行うことで当該インゴットの適否を判定してもよい。
本実施形態における内部欠陥の検出限界は、処理条件や、ターゲット素材及び介在物の種類等に応じて異なるが、例えば０．００１ｍｍφ程度である。
本発明者は、内部欠陥の量が異なる複数のサンプルを用いてスパッタリングターゲットを作製し、実際にスパッタテストを行ってアーキング（異常放電）の回数（回／分）を測定した。スパッタ圧力は、０．４Ｐａとした。その結果を表１に示す。
表１において、サンプル１については、０．２ｍｍφ未満であり０．００１ｍｍφ以上の介在物の平均個数が８５４個／ｃｍ2であり、１分当たり２０回のアーキングが確認された。サンプル２については、上記介在物の平均個数が３３３個／ｃｍ2であり、１分当たり１１回のアーキングが確認された。サンプル３については、上記介在物の平均個数が２２９個／ｃｍ2であり、１分当たり１回のアーキングが確認された。サンプル４については、上記介在物の平均個数が２５０個／ｃｍ2であり、１分当たり４回のアーキングが確認された。
以上のように本実施形態によれば、例えば０．２ｍｍφの微小な介在物をも検出することができる。これによりスパッタリング用ターゲット材の欠陥検出を高精度に行うことができる。また欠陥検出を高精度に行うことができるので、異常放電の少ないスパッタリングターゲットを安定して製造することができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
例えば以上の実施形態では、ターゲットの原料金属としてアルミニウムを用いたが、これに限られず、銅、鉄などのように水素化可能なすべての金属材料について本発明は適用可能である。
また、サンプル片の水素化処理の条件は上述の例に限られず、サンプル片の大きさ、溶液の酸濃度、電流密度、処理時間などは適宜変更することが可能である。さらに、スパッタリングターゲットの製造工程は図１に示した例に限られず、素材に応じて適宜変更することができる。
さらに以上の実施形態では、鍛造工程の後、及び、熱処理工程の後にターゲット材の検査工程をそれぞれ実施したが、検査工程の実施の実施タイミング、回数等は上述の例に限られない。例えば、溶解・鋳造工程の直後に検査工程を実施してもよい。
ＳＴ１０３，１０６…検査工程
Claims (6)
- スパッタリング用ターゲット材料の金属インゴットからサンプル片を切り出し、
切り出された前記サンプル片を水素化処理し、
水素化処理された前記サンプル片の内部欠陥を検査する
スパッタリング用ターゲット材料の検査方法であって、
前記内部欠陥を検査する工程は、前記サンプル片に含まれる介在物の大きさが０．２ｍｍφ未満であり、かつ、０．００１ｍｍφ以上の前記介在物の平均個数が２５０個／ｃｍ 2 以下の場合に前記金属インゴットを良品と判定する
スパッタリング用ターゲット材料の検査方法。 - 請求項１に記載のスパッタリング用ターゲット材料の検査方法であって、
前記金属インゴットは、アルミニウム、銅、鉄またはこれらの合金で形成される
スパッタリング用ターゲット材料の検査方法。 - スパッタリング用ターゲット材料の金属インゴットを作製し、
前記金属インゴットからサンプル片を切り出し、
切り出された前記サンプル片を水素化処理し、
水素化処理された前記サンプル片の内部欠陥を検査する
スパッタリングターゲットの製造方法であって、
前記内部欠陥を検査する工程は、前記サンプル片に含まれる介在物の大きさが０．２ｍｍφ未満であり、かつ、０．００１ｍｍφ以上の前記介在物の平均個数が２５０個／ｃｍ 2 以下の場合に前記金属インゴットを良品と判定する
スパッタリングターゲットの製造方法。 - 請求項３に記載のスパッタリングターゲットの製造方法であって、
前記金属インゴットを作製する工程は、前記金属インゴットを鍛造する工程を含み、
前記サンプル片は、鍛造された前記金属インゴットから切り出される
スパッタリングターゲットの製造方法。 - 請求項３に記載のスパッタリングターゲットの製造方法であって、
前記金属インゴットを作製する工程は、前記金属インゴットを熱処理する工程を含み、
前記サンプル片は、熱処理された前記金属インゴットから切り出される
スパッタリングターゲットの製造方法。 - 請求項３に記載のスパッタリングターゲットの製造方法であって、
前記金属インゴットは、アルミニウム、銅、鉄またはこれらの合金で形成される
スパッタリングターゲットの製造方法。
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