WO2001034870A1

WO2001034870A1 - Cible de pulverisation et procede de broyage d'une cible de pulverisation

Info

Publication number: WO2001034870A1
Application number: PCT/JP2000/005173
Authority: WO
Inventors: Shinichi Arima; Keiichi Ishizuka
Original assignee: Nikko Materials Company, Limited
Priority date: 1999-11-09
Filing date: 2000-08-02
Publication date: 2001-05-17
Also published as: JP2001131737A

Description

明細書スパッタリングタ一ゲット及びその研削方法技術分野

本発明は、ターゲットのバッキングプレートへのボンディング工程時、搬送中、成膜装置への取付け中又は成膜時に発生するターゲットの欠けや割れを効果的に低減又は防止できるスパッタリングターゲット及びその研削方法に関する。背景技術

近年、半導体装置や各種電子機器等の薄膜の形成にスパッタリングが使用されているが、生産性向上のためにより高速でスパッタリングすることが行われている。

上記スパッタリング法は周知のように、荷電粒子をタ一ゲットに向けて照射し、その粒子種 ί撃力によりターゲットから粒子を叩き出して、これをターゲットに対向させた例えばゥェハ等の基板にターゲット材料から構成される物質を中心成分とする薄膜を形成する成膜方法である。

ターゲットはスパッタリング中に荷電子の大量の衝撃を受けるので、ターゲットに投入される熱量が次第に増大蓄積されてくる。このため、ターゲットを冷却させる必要があり、多くはターゲットの裏面に純銅や銅合金等の熱伝導性の良い材料（バッキングプレート）をろう付け、拡散接合、圧着、アンカー効果を利用した接合等の手段により接合し、かっこのバッキングプレートを外部からの冷却手段を通じて冷却し、ターゲットの熱を吸収するようにしている。

上記のように、ターゲットをバッキングプレートに接合する場合には、各種接合方法における適性温度まで加熱する必要があり、接合した後は冷却される。このような接合の際の加熱冷却過程で受ける熱影響により、ターゲットとバツキングプレートとの熱膨張率の差から反りによる割れが発生するという問題を生じた。また、割れない場合でも、ターゲット内部に歪が蓄えられた状態となり、その後の工程で割れる確率が高くなるといつた問題があった。

また、タ一ゲットがバッキングプレートに接着率 9 0 %以上で問題なく接合された場合でも、スパッタリング中の熱的応力によってターゲットに割れが発生する^がある。

スパッタリング中の割れの場合には、ターゲットが割れた瞬間に多量のパーティクルが発生し、膜が不良となったり、ターゲットが欠落してスパッタリングの «続が不可能になるとともに、スパッタリング装置に多大な損傷を与えるといつた大きな問題となることがある。

ターゲット材料の種類から見ると、セラミックスターゲットは脆性材料で熱膨張率が小さく、純銅や銅合金等のバッキングプレート材料との熱膨張率の差が大きい材料なので、 A 1 T i等の金属タ一ゲットよりも反りによる割れが発生し易い。

このような問題を解決しようとして、従来ターゲットとバッキングプレートとに高温度に熱がかからないように、接合用に低融点はんだを使用する提案がなされた。し力し、この場合は接合力が弱く、またスパッタリングを実施して高温にターゲットが加熱されたようなには、接合用のはんだが溶け出すという問題があり、解決に至っていない。

また、ターゲットとバッキングプレートとの熱膨張を緩和させるために、段階的に熱膨張の異なる複数の接合層を形成するという提案もなされた（特開昭 6 1— 2 5 0 1 6 7 ) 。しかし、このような手段は作業工程が煩雑となり製造コストが増大するため実用的ではない。

さらに、ターゲットとバッキングプレートとの接合工程で、反りが入ったタ一ゲットを機械的に逆方向の力を与えて矯正する手法、あるいは接合の前に、反りの発生量を見込んで、予めターゲットに逆反りを与えてから接合するといぅ提案（特許第 2 5 7 3 6 5 3 ) もなされた。しかし、特にセラミックスのような脆性材料ではこのように機械的な矯正や変形を与える過程で材料強度以上の機械的応力を負荷してしまうことによって、かえって割れを発生する場合があり、これらも有効な解決の手段とは言えなかつた。発明の開示

本発明者らはターゲット、特にセラミックスターゲットの製造工程において、割れが発生し易い方向があるという特有の現象を抗折試験等により、具体的に確認し、ターゲットとバッキングプレートとの接合工程において、ターゲット自体の反りによる割れを効果的に低減又は防止し、搬送中、装置への取付け中又はスパッタリング時においても、反りによる割れを効果的に低減又は防止できるスパッタリングタ一ゲットを得ることを Ι¾ とする。

本発明は、通常のターゲットの研削あるいは研磨等の加工工程に着目し、この操作を改善してタ一ゲットの欠け又は割れを防止又は低減するものであり、

1) 表面粗さ Ra≤0. 5 /zmであり、方向性のない研削面を備えていることを特徴とするスパッタリングタ一ゲット

2) 表面粗さ Ra≤0. 3 μπιであることを特徴とする請求項 1記載のスパッタリングターゲット

3) 表面粗さ Ra≤0. 1 /zmであることを特徴とする請求項 1記載のスパッタリングターゲット

4) セラミックスターゲットであることを特徴とする請求項 1〜 3のそれぞれに記載のスパッタリングタ一ゲットをする。

またさらに、本発明は、

5) 回転体を用いて研削する際に、該回転体の回転面に平行な面を用いて研削することを特徴とするスパッタリングターゲットの研削方法

6)回転体を用いて研削する際に、該回転体の回転面に TOな面を用いて研削し、表面粗さ Ra≤0. 5 ;zmに研削することを特徴とするスパッタリングターゲッ卜の研削方法 7 ) 表面粗さ R a≤0. 3 μ πιであることを特徴とする請求項 6記載のスパッタリングターゲットの研削方法

8 ) 表面粗さ R a≤0 . 1 mであることを特徴とする請求項 6記載のスパッタリングターゲットの研削方法

9 ) 方向性のなレ、研削を行うことをとする請求項 5〜 8のそれぞれに記載のスパッタリングターゲッ卜の研削方法

1 0 ) 回転体又はターゲットの相対移動により、ターゲットの一部又は全面に亘つて研削することを特徴とする請求項 5〜 9のそれぞれに記載のスパッタリングタ一ゲットの研削方法を ¾ ^するものである。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の研削の概念を示す説明図（A :正面の断面図、 B ：平面図）である。

図 2は、タ一ゲット表面の粗さ測定の位置を示す説明図である。

図 3は、反り方向と研削方向の関係を示す説明図（C：長手方向に研削、 D：幅方向に研削）である。発明の実施の形態

通常、セラミックスターゲットは熟膨張率が小さく、銅製等のバッキングプレートとの熱膨張率との差が大きい。このため、金属系のターゲットに比べ反りや割れの発生が多いが、特に割れについては表面の欠陥に大きく影響されることが知られている。

ターゲットの製作段階において表面研削が施されるが、本発明者はこの研削の方向によってバッキングプレートとの接合の際にある特有の現象を見出した。それは研削方向に対して平行な方向には割れの発生が多く、逆に研削方向に対して直角な方向には割れが少なくなることを抗折試験等により具体的に ¾ した。つまり、同じ品質の材料が研削方向によって方向性を有してしまうという事実である。一般に、特にセラミックスターゲットにおいては上記のように表面欠陥が割れの発生原因となり易いので、鏡面研磨又はそれに近い仕上げ加工をするのが理想である。ところが、このような加工を行うには、工程時間が長くなり製造コストも増大する。

また、従来は接合工程での反りによる割れ防止のためのターゲットの配置について、特に考慮されることはなかった。又、各工程での様々な力（変形）に対して、予め、反り方向を予想することは困難であった。

本発明は、ターゲットとバッキングプレートの接合工程、搬送工程、装置への取付け時又はスパッタリング操作時におけるタ一ゲッ卜の欠けや割れを容易力つ効果的に低減又は防止するものである。

これによつて、ターゲットの生産性が向上し製品の歩留りが改善され、かつ割れの低減につながるので、スパッタ膜のスパッタリングプロセスにおける不良やトラブルも低減できるといった電子 β等の製品の歩留りの改善も得られる効果を有する。

タ一ゲットの割れ又は欠けを防止又は低減するには、研削に方向性を持たせないことが極めて有効である。また、表面粗さをできるだけ小さくすることも、さらに効果的であり、表面粗さ R a≤0 . 5 m、好ましくは R a≤0 . 3 // m、より好ましくは R a≤0 . 1 /z mとすることが有効である。

特に、矩形のセラミックスターゲットにおいては、長板方向への反りにより幅方向への割れが発生し易いが、この等方性の研削により幅方向の割れを効果的に防止又は低減できる。

本発明による等方性の研削は、図 1に示すように回転面 3に平行な下面に研削用»を備えた回転体 2を用いてターゲット 1研削するのが有効である。すなわち、回転体 2の回転面 3に平行な面を用いて研削する。

回転体 2の下面には固定砥粒を装着し研削するが、遊離砥粒用スポンジを装着し、遊離 ΐ 立により研削を行うことも可能である。これにより、表面粗さ R a ≤0 . 5 111、好ましくは1 3≤0 . 3 m、より好ましくは R a≤0 . 1 μ ια に調整することができる。研削に際し、被研削体であるターゲット 1を固定し、研削用砥粒を備えた回転体 2の位置を移動させてタ一ゲット 1の一部又は全面を研削しても良いし、また逆に同回転体 2の位置を固定し、被研削体であるターゲット 1を X軸方向及び Y軸方向に移動させて、研削しても良い。また、被研削体であるターゲット 1と回転体 2を同時に移動させてターゲット 1の一部又は全面を研削しても良い。また、研削用砥粒を備えた回転体 2を複数個取付け、又は交換可能に設置し、研削の進行と共にこれらを段階的に、例えば砥粒の粗レ、ものから順次細かいものに移行（交換）させながら、半連続的に研削するようにしても良い。

このように、回転体 2及び又はターゲット 1の相対移動により、ターゲット 1の一部又は全面に亘つて研削することにより、方向性のない研削面が得られ、ターゲット 1の欠け又は割れを効果的に防止又は低減することができる。

セラミックスターゲットは脆性材料で熱膨張率が小さく、純銅や銅合金等のバッキングプレート材料との熱膨張率の差が大きい材料なので、反りによる割れの生ずる確率は高いが、本発明はこのようなセラミックスタ一ゲットにおける割れの発生防止は極めて有効である。実施例および比較例

以下、実施例および比較例に基づいて説明する。なお、本実施例はあくまで —例であり、この例のみ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含まれる他の態様または変形を包含するものである。

(実施例 1〜 6及び比較例：！〜 4 )

I T O ( I n ₂ 0 ₃ - l 0 w t % S n O ₂ ) のターゲット素材（焼結体）について、図 2に示す下面に研削用砥粒を備えた回転体を用い、該回転体の回転面に平行な面を用いて研削した。砥粒にはダイヤモンドを使用した。回転体の速度は 3 0 0 r p mであり、押し付け圧力を 3 k g Z c m ²とした。

表面粗さ R aは、それぞれ 0 . 5 /z m以下、 0 . 3 μ m以下、 0 . 1 μ m以下となるように複数枚タ一ゲッ卜について研削を実施した。いずれも等方的に研削した本発明の実施例である。比較例として、ターゲットの長手方向に平行に研削を施し R aが 0.

以下のもの及び R aが 0. 5 zm以上のもの、幅方向に研削を施し同じく： aが 0. 5 μπι以下のもの及び R aが 0. 5 μπι以上のものを示す。

図 2に実施例のタ一ゲット表面の粗さ測定の概念を示す。符号 5は長手方向、符号 6は幅方向の測定を示す。また、図 3に比較例のターゲット表面の粗さ測定の概念図を示す。符号 7は研削方向を示す。符号 8の長手方向に粗さ測定を実施した。

以上の研削例を採用し、かつ表面粗さを調節した研削面の表面粗さ R aと平均強度を下記に示す。強度は、 3点曲げ試験（ J I SR 1 601) による抗折試験である。そして、この抗折試験の強度によりターゲットの割れに対する抵抗を評価した。

タ一ゲット（焼結体）の曲げ試験条件は次の通りである。

ターゲット素材： I TO ( I n₂O_s-l 0w t%S nO₂)

ターゲット密度： 7. 1 2 g/cm³

使用研削砲石 : #400、 # 800、 #4000の各ダイヤモンド固定砥粒砲石

支点間距離 7 Omm

o mm

板幅 2 Omm

テストスピード： 0 5 mm/ m 1 n

以上の結果を表 1及び表 2に示す。表 1において、実施例 1〜3は試験片の長さ方向に対する R aと抗折試験の結果、及び長手方向に研削した比較例 1、 2 の長さ方向に対する R aと抗折試験の結果を示す。

また表 2において、実施例 4〜 6は試験片の幅方向に対する R aと抗折試験の結果、及験片を幅方向に研削した場合である比較例 3、 4の長さ方向に対する R aと抗折試験の結果を示す。これらの表 1及び表 2から明らかなように、実施例 1〜6において、 # 40 0、 # 800、 #4000にて実施した粗さ測定の結果、長手方向と幅方向に殆ど差がなかった。また、抗折強度にも差は見られなかった。

これに対し、比較例 1〜4に示すように、 # 400及ぴ # 80にて一方向研削を実施したものについては、粗さ測定の結果、長手方向に研削した^と幅方向に研削した場合とに差が見られ、抗折強度にも明らかな差が見られた。

表 1

表 2

研削砥石の種 Ra 平均強度

類と方向性、μ m) ( k g/ mm²)

実施例 4 #4000 0. 009 1 1. 0

方向性無し

実施例 5 # 800 0. 1 27 1 1. 7

方向性無し

実施例 6 #400 0. 302 1 1. 0

方向性無し

比較例 3 #400 0. 383 1 0. 2

方向性有り

比較例 4 # 80 2. 91 5 5. 8

方向性有り上記に示すように、表面粗さが粗い場合には強度の低下が大きくなり、方向性のある研磨、特に曲げ方向に直角な方向に研削したケースでは極端に強度が低下しているが、等方的にターゲットを研削した^こは、ターゲットの全ての方向に対して、強度が一様に改善していることが確認できた。発明の効果

回転体の回転面に ¥ίϊな面を用いて研削し、方向性のない研削を行うことにより、また必要に応じて表面粗さ R aを適宜調整することにより、ターゲット、特にセラミックスターゲットの製造工程において、ターゲット自体の反りによる割れゃ欠けを効果的に低減又は防止し、搬送中、装置への取付け中又はスパッタリング時においても、反りによる割れや欠けを低減又は防止できるという優れた効果を有する。

Claims

請求の範囲

1. 表面粗さ Ra≤0. 5/zmであり、方向性のない研削面を備えていることを特徴とするスパッタリングタ一ゲット。

2. 表面粗さ Ra≤0. 3 / mであることを特徴とする請求の範囲 1記載のスパッタリングターゲット。

3. 表面粗さ Ra≤0. 1 μπιであることを特徴とする請求の範囲 1記載のスノッタリングターゲット。

4. セラミックスターゲットであることを特徴とする請求の範囲 1〜3のそれぞれに記载のスパッタリングタ一ゲット。

5. 回転体を用いて研削する際に、該回転体の回転面に平行な面を用いて研削することを特徴とするスパッタリングターゲットの研削方法。

6. 回転体を用いて研削する際に、該回転体の回転面に平行な面を用いて研削し、表面粗さ Ra≤0. 5 μπιに研削することを特徴とするスパッタリングターゲットの研削方法。

7. 表面粗さ Ra≤0. 3 / mであることを特徴とする請求の範囲 6に記載のスパッタリングターゲットの研削方法。

8. 表面粗さ Ra≤0. 1 mであることを特徴とする請求の範囲 6に記載のスパッタリングターゲットの研削方法。

9. 方向性のない研削を行うことを特徴とする請求の範囲 5〜 8のそれぞれに記載のスパッタリングターゲットの研削方法。

10. 回転体又はターゲットの相対移動により、ターゲットの一部又は全面に亘つて研削することを特徴とする請求の範囲 5〜 9のそれぞれに記載のスパックリングターゲットの研削方法。