TWI684657B - 背板一體型之金屬製濺鍍靶及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種背板一體型之金屬製濺鍍靶，其特徵在於：周圍具備成為背板之與靶一體之凸緣部，該凸緣部具備反覆進行局部鍛造而成之組織。如此，本發明之課題在於，於背板一體型濺鍍靶中，藉由僅提高靶之凸緣部之機械強度，可抑制濺鍍中之靶變形，進而不會改變習知之濺鍍特性，藉此可形成均一性(uniformity)優異之薄膜，提昇微細化、高積體化發展之半導體製品之良率或可靠性。

Description

背板一體型之金屬製濺鍍靶及其製造方法
本發明係關於一種半導體裝置之薄膜形成用濺鍍靶。尤其關於一種背板一體型金屬製濺鍍靶及其製造方法。再者，金屬製靶包含金屬製及合金製。尤其於鈦製靶之情形時，包含鈦合金製。
近年來，使用金屬或合金製濺鍍靶，而進行針對各種電子零件之成膜。尤其是鈦(鈦合金)製濺鍍靶之使用正在增加。
一般，多數情況下濺鍍靶係使用背板及黏合材料等進行接合，於使用靶後，必須停止濺鍍裝置來更換使用過之靶。然而，該停止時間(downtime)會使生產效率降低。
因此，為儘量縮短停止時間並且縮減製造成本，要求使靶與背板為一體型，並增加靶本身之厚度。然而，此種一體型之靶存在機械強度不足，濺鍍中靶產生翹曲等變形之缺點。
為克服此種缺點，例如專利文獻1中揭示有如下技術：於靶及背板以相同材料製作之一體結構型靶中，對靶進行塑性加工，提高機械強度，藉此即便以高輸出進行濺鍍，亦不會產生靶之翹曲等。
然而，若為提高靶整體之機械強度而變更塑性加工之條件，則存在靶 本身之濺鍍特性發生變化，而無法滿足所期望之製品性能之問題。
專利文獻2中記載有如下技術：對濺鍍靶之非濺蝕部照射雷射而形成凹部，使該凹部之底面之硬度小於非濺蝕部表面之硬度，藉此阻止粗大粒子(particle)之產生。然而，其係藉由雷射照射而軟化熔體部分，使凹部之底面之硬度小於非濺蝕部之表面之硬度，而並非提高靶之強度來抑制濺鍍時之靶變形。
專利文獻3中提供一種鋁或鋁合金濺鍍靶及製造該靶之方法。對純鋁或鋁合金進行機械加工而製成圓形坯料(blank)後，對該坯料實施再結晶熱處理，而實現必需之結晶粒徑及結晶聚集組織。於該熱處理步驟後對該坯料賦予10~50%之追加應變，而增大機械強度。進而，於該靶之凸緣區域，應變大於其他之靶區域，該凸緣區域被賦予約20~60%比例之應變。其次，記載有對該坯料進行精加工，製成具有必需之結晶聚集組織及充分之機械強度之濺鍍靶。
專利文獻4中記載有一種背板一體型濺鍍靶，其特徵在於：凸緣部之維氏硬度Hv為90以上，且凸緣部之0.2%降伏應力為6.98×107N/m2以上。
上述專利文獻3及專利文獻4中雖記載有背板一體型濺鍍靶，但存在如下問題：由於該等之製造條件係對凸緣部同時進行塑性加工，故伴隨凸緣部之塑性加工，可能會自靶之周圍向中心部賦予應變，而使靶之硬度不均一。
專利文獻1：日本特開2002-121662號公報
專利文獻2：日本特開平9-209133號公報
專利文獻3：日本特表2012-515847號公報
專利文獻4：國際公開WO2013/047199號公報
本發明之課題在於，於背板一體型濺鍍靶中，藉由僅提高靶之凸緣部之機械強度，可抑制濺鍍中之靶之變形，進而不會改變習知之濺鍍特性，藉此可形成均一性(uniformity)優異之薄膜，提昇微細化、高積體化發展之半導體製品之良率或可靠性。
本發明之課題尤其在於提供如下背板一體型之金屬製濺鍍靶：使背板一體型之鈦製濺鍍靶之成為背板之凸緣部之維氏硬度Hv為110以上，並且鈦製靶之濺鍍面之硬度均一。
為解決上述之課題，本發明提供以下之發明。
1)一種背板一體型之金屬製濺鍍靶，其周圍具備成為背板之與靶一體之凸緣部，該凸緣部具備反覆進行局部鍛造而成之組織。
2)如上述1)之背板一體型金屬製濺鍍靶，其為切削鍛造後之靶之外周，去除因鍛造而產生應變之部分之靶。
3)如上述1)至2)中任一項之背板一體型之金屬製濺鍍靶，其為圓盤形、橢圓形或矩形。
4)如上述1)至3)中任一項之背板一體型之金屬製濺鍍靶，其由鈦或鈦合金所構成，成為背板之凸緣部之維氏硬度Hv為110以上。
又，本案提供以下之發明。
5)一種背板一體型金屬製濺鍍靶之製造方法，其係製造背板一體型之金屬製濺鍍靶之方法，其特徵在於：於鍛造成為背板之凸緣部時，進行局部鍛造，最後，對材料之整個外周進行鍛造而製成凸緣部。
6)如上述5)之背板一體型金屬製濺鍍靶之製造方法，其於1次之鍛造中設定為金屬材料之全周之1/5以下。
7)如上述5)至6)中任一項之背板一體型金屬製濺鍍靶之製造方法，其中，於鍛造後，切削靶之外周，去除因鍛造而產生應變之部分。
8)如上述5)至7)中任一項之背板一體型金屬製濺鍍靶之製造方法，其成型為圓盤形、橢圓形或矩形。
9)如上述5)至8)中任一項之背板一體型金屬製濺鍍靶之製造方法，其中，背板一體型之金屬製濺鍍靶係由鈦或鈦合金所構成，且將成為背板之凸緣部之維氏硬度Hv設為110以上。
本發明之背板一體型濺鍍靶具有如下優異之效果：藉由僅對靶之凸緣部提高機械強度，可抑制濺鍍中之靶之變形，進而不會改變習知之濺鍍特性，藉此可形成均一性(uniformity)優異之薄膜，可提昇微細化、高積體化發展之半導體製品之良率或可靠性。
尤其具有可提供如下背板一體型之金屬製濺鍍靶之優異效果：使背板一體型之鈦製濺鍍靶之成為背板之凸緣部之維氏硬度Hv為110以上，並且鈦製靶之濺鍍面之硬度均一。
圖1係表示習知之鍛造(模鍛)之步驟之圖。
圖2係表示本案發明之鍛造之步驟之圖。
於本發明中，背板一體型濺鍍靶意指使濺鍍靶與背板一體化，且以相同材料製造。於習知之濺鍍靶與背板為兩部分之製品中，藉由背板可保持機械強度，故即便如本發明般機械強度不足，亦不存在濺鍍中靶產生變形(翹曲等)之問題。變形之問題對於如本發明之將濺鍍靶與背板一體化且使之具有充分之厚度者而言較為顯著。
然而，習知之濺鍍靶與背板為兩部分之製品於多數情況下係使用黏合材料等進行接合，存在如下問題：使用靶後，必須停止濺鍍裝置來更換使用過之靶，而該停止時間(downtime)會使生產效率降低。
又，為縮減製造成本而要求將靶與背板製為一體型，並增加靶本身之厚度，但由於背板本身不同於靶，故存在僅該部分厚度有限制之問題。
本發明提供一種背板一體型之金屬製濺鍍靶，其特徵在於：周圍具備成為背板之與靶一體之凸緣部，該凸緣部具備反覆進行局部鍛造而成之組織。一般，靶及背板係各自不同體地製作，最後將該等進行組裝(視需要藉由焊接等進行接合)而製作，但本案發明係使用相同材料並使之為一體型。即，本案發明中使用之加工(鍛造)之前之靶及背板材料的成分組成及組織相同。
如上所述，本發明之凸緣部具備反覆進行局部鍛造而成之組織，該組 織實質上為鍛造組織。然而，由於局部鍛造與進行一次性鍛造之情形相比，應變之產生量較少，故具有與習知之鍛造法(進行一次性鍛造之方法)相比，可大幅減少對靶造成之應變之特徵。
上述凸緣部係用於將背板一體型靶安裝於濺鍍裝置之接頭部分，並不會對凸緣部本身進行濺鍍。由於以依序傳送之方式加工相當於凸緣部之部分，故每次均成為低於靶之面。凸緣部為背板一體型靶之最大直徑之20%左右之範圍，但可視背板一體型靶之尺寸而任意決定，其範圍亦可為10~30%之範圍。
於靶整體之機械強度(硬度)不充分之情形時，濺鍍中之靶產生翹曲，而使膜厚均一性(uniformity)降低，故不佳。因此，就進行均一之濺鍍之方面而言，靶之濺鍍面之硬度均一為非常重要之要件。
一般，於製造靶之情形時，根據如圖1所示之步驟進行。背板一體型濺鍍靶之製造係例如鑄造熔解所獲得之金屬或合金而製作鑄錠(billet)，並以特定之鍛造比鍛造該鑄錠，之後以特定之軋縮率進行壓延而獲得壓延板。
進而，對該壓延板之外周部(相當於凸緣部)進行鍛造(錘鍛、模鍛等)而提高機械強度。即，如圖1所示，將金屬靶原料(圖1中為Ti材)置於鐵砧上，於其上放置具有空間部之金屬模具，藉由鐵砧進行壓製並藉由模鍛使凸緣部成型。
若為如此般製作成為背板部分之凸緣部而藉由鍛造(塑性加工)使靶原料之全周一次性變形，則應變之產生變大，該應變亦產生於靶之濺鍍面。若該應變存在於靶之外周部，則產生靶中心部與外周部之硬度 差，而導致不均一。
其係對濺鍍特性造成影響。如此般產生應變之靶之外周部必須藉由切削而去除。由於應變之產生量越多，自靶之周緣部切削之量越增加，故導致良率降低，增加生產成本。
因此，於本案發明中，如上所述，於鍛造成為背板之凸緣部之情形時，藉由1次之鍛造對金屬材料之外周進行局部鍛造，以製成凸緣部。具體而言，如圖2所示，並非於形成凸緣之全部，而是局部安置抵壓治具而進行壓製。藉由進行此種局部鍛造(局部抵壓)，而使靶周緣之應變之產生顯著減少。又，關於未壓製之部分，可旋轉靶再次進行壓製。
即，於使成為背板之凸緣部成形時，藉由第1次之鍛造對金屬材料之外周進行局部鍛造壓製，其次旋轉金屬模具，對金屬材料之外周再次進行局部鍛造，反覆該操作，最終鍛造整個外周部而製成凸緣部。
藉由1次之鍛造，可減少靶上之應變之產生量，即便進而實施全周之鍛造，亦因1次之鍛造所產生之少量之應變重複，故而可大幅減少靶周緣之應變之產生。
該鍛造可藉由變更抵壓治具之尺寸而任意調節鍛造之大小及頻率。即藉由進行多次鍛造，可製造背板一體型金屬製濺鍍靶。
關於1次之鍛造，其較理想為金屬材料之全周之1/5以下，較佳為1/6~1/8。又，亦可於鍛造後，切削靶之外周，去除因鍛造而產生應變之部分，但本案發明之背板一體型金屬製濺鍍靶之製造方法可顯著減少其之量。
通常，鍛造品之靶之濺鍍面產生應變之部分係距外周3mm以內，可謂 切削而去除之量極少。
如此，可製作周面為低於靶之面之成為背板之凸緣部，並製造使靶之濺鍍面之硬度均一的背板一體型之金屬製濺鍍靶。
一般，背板一體型之金屬製濺鍍靶係圓盤形，但亦可成型為橢圓形或矩形。於應用於鈦製或鈦合金製之背板一體型濺鍍靶之情形時，可將成為背板之凸緣部之維氏硬度Hv設為110以上，且使濺鍍面之硬度均一。鍛造條件可視材料而任意決定，例如於鈦製或鈦合金製之情形時，可在鍛造時之加熱溫度為700℃以下、鍛造軋縮率為10%以上進行。
而且，藉由提高凸緣部之機械強度而抑制濺鍍中之翹曲，又，如上所述般消除靶之濺鍍面之應變之殘留，可使濺鍍特性穩定化。
其於其他金屬(包含合金)中亦相同，藉由視各金屬(合金)之材料特性而實施本發明之鍛造，可提高凸緣部之機械強度而抑制濺鍍中之翹曲。又，同樣地具有可減少靶之濺鍍面之應變之殘留，使濺鍍特性穩定化，且提高靶之良率之顯著優點。
此種特性之提昇可謂本案發明之背板一體型金屬製濺鍍靶及該靶之製造方法中共通之屬性。
其次，基於實施例說明本發明。以下所示之實施例係便於理解者，並非由該等實施例限制本發明。即，基於本發明之技術思想之變化及其他實施例當然包含於本發明。
(實施例1)
對Ti一體式靶用壓延板實施使用上述圖2所說明之藉由局部抵壓之鍛造。鈦之加熱溫度為500℃，凸緣部之鍛造軋縮率為30%。相對於濺鍍面中 心部之硬度為Hv=100，凸緣部因塑性變形而硬度為Hv=110~140。關於濺鍍面外周部，距最外周2.0mm之範圍因鍛造時之應變，而硬度Hv為110以上。
凸緣部之硬度測定係每隔90°進行測定而測定4處。具體而言，一面使測定位置沿凸緣部每次繞90°，一面對該繞到之凸緣長度之中心位置進行測定。
該靶之最外周之較硬部分係藉由精加工而除去。該切除部分之量與習知相比，為極少之量，實施例之效果非常高。
進行濺鍍評價之結果，均一性良好，為約4%，粒子亦較少，為7個/晶圓。使用後之靶翹曲為0.1mm，可獲得良好之Ti製濺鍍靶。
(實施例2)
對Ti一體式靶用壓延板實施使用上述圖2所說明之藉由局部抵壓之鍛造。鈦處於室溫25℃下，凸緣部之鍛造軋縮率為20%。
相對於濺鍍面中心部之硬度為Hv=100，凸緣部因塑性變形而硬度為Hv=160~170。關於濺鍍面外周部，距最外周3.0mm之範圍因鍛造時之應變，而硬度Hv為120以上。
該最外周之較硬部分係藉由精加工而除去。該切除部分之量與習知相比，為極少之量，實施例之效果非常高。
進行濺鍍評價之結果，均一性良好，為約4.5%，粒子亦較少，為6個/晶圓。使用後之靶翹曲為0.1mm，可獲得良好之Ti製濺鍍靶。
(實施例3)
對Ti一體式靶用壓延板實施使用上述圖2所說明之藉由局部抵壓之鍛 造。鈦之加熱溫度為700℃，凸緣部之鍛造軋縮率為30%。
相對於濺鍍面中心部之硬度為Hv=100，凸緣部因塑性變形而硬度為Hv=110~130。關於濺鍍面外周部，距最外周1.5mm之範圍因鍛造時之應變，而硬度Hv為110以上。
該最外周之較硬部分係藉由精加工而除去。該切除部分之量與習知相比，為極少之量，實施例之效果非常高。
進行濺鍍評價之結果，均一性良好，為約5%，粒子亦較少，為9個/晶圓。使用後之靶翹曲為0.2mm，可獲得良好之Ti製濺鍍靶。
(實施例4)
對Ti一體式靶用壓延板實施使用上述圖2所說明之藉由局部抵壓之鍛造。鈦之加熱溫度為500℃，凸緣部之鍛造軋縮率為10%。
相對於濺鍍面中心部之硬度為Hv=100，凸緣部因塑性變形而硬度為Hv=110~130。關於濺鍍面外周部，距最外周2.0mm之範圍因鍛造時之應變，而硬度Hv為110以上。
該靶之最外周之較硬部分係藉由精加工而除去。該切除部分之量與習知相比，為極少之量，實施例之效果非常高。
進行濺鍍評價之結果，均一性良好，為約5%，粒子亦較少，為10個/晶圓。使用後之靶翹曲為0.2mm，可獲得良好之Ti製濺鍍靶。
(比較例1)
對Ti一體式靶用壓延板實施作為習知法之藉由全面抵壓之模鍛。鈦之加熱溫度為500℃，凸緣部之鍛造軋縮率為30%。相對於濺鍍面中心部之硬度為Hv=100，濺鍍面外周部係於距最外周5.0mm之範圍，硬度Hv為110 以上。該最外周之較硬部分即便進行精加工亦無法完全除去，殘留3.0mm左右。
進行濺鍍評價之結果，粒子為8個/晶圓，使用後之靶翹曲良好，為0.1mm，但均一性較差，為約7%。
(比較例2)
對Ti一體式靶用壓延板利用切削而製作靶。濺鍍面、凸緣部均硬度為Hv=100左右。濺鍍評價之結果為，均一性稍差，為6%，粒子亦較多，為13個/晶圓。使用後之靶翹曲為0.5mm。該比較例之較大問題在於，產生因大量切削所導致之材料浪費，而且由於凸緣部之強度不足，故濺鍍中大量產生因熱所導致之翹曲，均一性惡化。
(比較例3)
對Ti一體式靶用壓延板實施作為習知法之藉由全面抵壓之模鍛。鈦之加熱溫度為800℃，凸緣部之鍛造軋縮率為30%。相對於濺鍍面中心部之硬度為Hv=100，凸緣部之硬度為Hv=100~120。關於濺鍍面外周部，距最外周3.0mm之範圍因鍛造時之應變，而硬度為Hv=110~120。
進行濺鍍評價之結果為，粒子為12個/晶圓，使用後之靶翹曲較大為0.4mm，均一性較差，為約6%。
再者，上述實施例及比較例之濺鍍條件係如下所述般進行。
<濺鍍條件>
．功率20kW
．將厚度20nm之TiN膜成膜於SiO2基板上
．均一性係利用KLA-Tencor公司製造之OmniMap(RS-100)測定
．粒子係利用KLA-Tencor公司製造之粒子計數器(Surfscan SP1-DLS)測定。測定0.2μm以上者。
[產業上之可利用性]
本發明提供一種背板一體型濺鍍靶，其具有如下優異之效果：藉由僅提高靶之凸緣部之機械強度，可抑制濺鍍中之靶之變形，進而不會改變習知之濺鍍特性，藉此可形成均一性(uniformity)優異之薄膜，故可提昇微細化、高積體化發展之半導體製品之良率及可靠性。
尤其可提供一種凸緣部之維氏硬度Hv為110以上，且鈦製靶之濺鍍面之硬度均一的背板一體型之金屬製濺鍍靶，故對背板一體型之鈦製濺鍍靶之背板較為有用。

Claims (9)

  1. 一種背板一體型之金屬製濺鍍靶，其周圍具備成為背板之與靶一體之凸緣部，該凸緣部具備反覆進行局部鍛造而成之組織，該背板一體型之金屬製濺鍍靶由鈦或鈦合金所構成，成為背板之凸緣部維氏硬度Hv為110以上。
  2. 如申請專利範圍第1項之背板一體型金屬製濺鍍靶，其為對鍛造後之靶之外周進行切削，去除因鍛造而產生應變之部分而成之靶。
  3. 如申請專利範圍第1項之背板一體型之金屬製濺鍍靶，其為圓盤形、橢圓形或矩形。
  4. 如申請專利範圍第2項之背板一體型之金屬製濺鍍靶，其為圓盤形、橢圓形或矩形。
  5. 一種背板一體型金屬製濺鍍靶之製造方法，用於製造背板一體型之金屬製濺鍍靶，其特徵在於：於鍛造成為背板之凸緣部時，進行局部鍛造，最後，對材料之整個外周進行鍛造而製成凸緣部；該背板一體型之金屬製濺鍍靶係由鈦或鈦合金所構成，且將成為背板之凸緣部之維氏硬度Hv設為110以上。
  6. 如申請專利範圍第5項之背板一體型金屬製濺鍍靶之製造方法，其於1次之鍛造中設定為金屬材料之全周之1/5以下。
  7. 如申請專利範圍第5項之背板一體型金屬製濺鍍靶之製造方法，其於鍛造後，切削靶之外周，去除因鍛造而產生應變之部分。
  8. 如申請專利範圍第6項之背板一體型金屬製濺鍍靶之製造方法，其於鍛造後，切削靶之外周，去除因鍛造而產生應變之部分。
  9. 如申請專利範圍第5至8項中任一項之背板一體型金屬製濺鍍靶之製造方法，其成型為圓盤形、橢圓形或矩形。
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