WO2004113254A1

WO2004113254A1 - スパッタリングターゲットの焼結方法

Info

Publication number: WO2004113254A1
Application number: PCT/JP2004/004942
Authority: WO
Inventors: Mitsuyuki Konaka; Koichi Nakashima
Original assignee: Nikko Materials Co., Ltd.
Priority date: 2003-06-17
Filing date: 2004-04-06
Publication date: 2004-12-29
Also published as: TW200500318A; TWI241994B

Abstract

大気中又は処理ガス雰囲気中でセラミックス板を焼結する際に、焼結用原料を平板状のセラミックス多孔質体上に載置して焼結することを特徴とするスパッタリングターゲットの焼結方法及び平板状のセラミックス多孔質体がジルコニア又はアルミナである同スパッタリングターゲットの焼結方法。焼結体ターゲット、特にセラミックスターゲットの焼結に際して発生する反り及び密度のばらつきを効果的に抑制することができ、より低温で焼結が可能であり、製造歩留りと生産効率を向上できる焼結方法を提供する。

Description

スパッタリング夕一ゲットの焼結方法技術分野

本発明は、焼結体ターゲット、特にセラミックスターゲットの焼結に際して発生する密度むら及び反りを効果的に抑制することのできる焼結方法に関する。

明

背景技術

近年、半導体装置や各種電子機器等の薄書膜の形成に、スパッタリングが使用されている。このスパッタリング法は周知のように、荷電粒子をターゲットに向けて照射し、その粒子衝撃力によりターゲットから粒子を叩き出して、これを夕ーゲットに対向させた、例えばウ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。

このスパッタリング成膜法に使用される焼結体ターゲット、特に I τ〇等のセラミックスターゲットは通常、平板状を呈しているが、この焼結工程で比較的大きな反り及び密度むらが発生するという生産効率上及び品質上の大きな問題がある。

スパッタリングによる成膜において夕ーゲットは荷電粒子の大量の衝撃を受けるので、ターゲットの温度が徐々に上昇してくる。

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）をはんだ付け、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。

この接合の際に、ターゲットの表面が平坦でないと、十分な強度と熱伝達能力を持ったボンディングを行うことができない。反りの残ったターゲットを強引にパッキングプレートにボンディングしても、ボンディングが確実にできず、スパッタ中の熱伝導の差異によりターゲット内に温度分布が生じ、ターゲットの破壊につながる。また、ターゲットのスパッ夕面も、一般的には平面に加工する必要がある。このようなことから、焼結時にターゲットの反りが発生した場合、両面の平面を出すために、機械加工を行う必要が生じる。

セラミックスターゲットの場合は、一般にダイヤモンド砥石や C B N砥石を用いた研削加工を行う事が多い。

所定の板厚のターゲットを得るためには、反りの発生量分だけ厚く作り、機械加工で反り分を研削し平坦な板にする。このため、反りが大きいとその分、製品量より過剰な原料を使用する必要があり、歩留まりの低下を招く。

また、機械加工時間も反り量が大きいほど長時間になるため、製造能力の低下を招く。最近では、特に大型のターゲットが要求されているが、これを切削によつて平坦にした場合、反り量が大きいと歩留まりの低下および製造能力の低下がさらに著しくなるという問題がある。

このように焼結体夕一ゲットでは、焼結時の発生する反りが生産効率に大きな影響を与える為、特に大型の夕ーゲットにおいて製造コストの増大を招く結果となつていた。また、焼結が均一になされない場合にはターゲットに密度むらが生じることになる。これを用いてスパッタリングすると成膜中の様々なトラブル（ノジュール、パーティクル）が発生する事となり、均一な成膜を得ることができないという問題を生ずる。

—般に、セラミックスターゲットはセッ夕一と称されているセラミックス製の平板の上に載せて焼結されているが、上記のような問題をなるベく避けるために、このセラミックス製の平板に複数の穴を開け、あるいは平板の上面に溝を切る事や、セラミックス製のブロックを一定の間隔で並べて焼結体下面（セッ夕一面）の通気性を良くしょうとする試みがなされている（特開 2 0 0 1 - 1 2 2 6 6 8号公報、特開 2 0 0 2— 2 2 6 2 7 8号公報、参照）。これによつて、通気性はある程度向上すると考えられる。

し力 ^し、上記のように穴を設けたセラミックス製の平板でも、その上に通気性のない被焼結体が載置されると、穴の片方が密閉状態となり、その穴に焼結ガスがこもってしまうので、通気性は殆ど無くなってしまうという問題が生ずる。

また、溝を切った場合でも、溝と外気の流通する箇所（入口と出口の個数）や、溝の間隔を充分に設ける事ができず、前記の穴以上に焼結ガスの流通性が劣ってしまうという欠点がある。発明の開示

本発明は、焼結体ターゲット、特にセラミックスターゲットの焼結に際して発生ずる反り及び焼結むらを、焼結時にターゲットを載置する支持板とそれを支持するセラミックスブロックの配置を改善することにより効果的に抑制することができ、製造歩留りと生産効率を向上できる焼結方法を提供することを課題とする。

本発明は、

1 . 大気中又は処理ガス雰囲気中でセラミックス板を焼結する際に、焼結用原料を平板状のセラミックス多孔質体上に載置して焼結することを特徴とするスパッ夕リングターゲットの焼結方法

2 . 平板状のセラミックス多孔質体がジルコニァ又はアルミナであることを特徴とする上記 1記載のスパッタリングターゲッ卜の焼結方法

3 . 多孔質体のカザ密度が 0 . 5〜1 . 5 g / c cであることを特徴とする上記 1又は 2記載のスパッタリング夕ーゲッ卜の焼結方法

4. 多孔質体における多数の孔がランダムに連通していることを特徴とする上記 1〜 3のいずれかに記載のスパッ夕リングターゲットの焼結方法

5 . 多孔質体の空孔率が 7 0〜9 0 %であることを特徴とする上記 1〜4のいずれかに記載のスパッタリング夕ーゲットの焼結方法

6 . 多孔質体の厚さが 5〜5 O mmであることを特徴とする上記 1〜5のいずれかに記載のスパッタリング夕一ゲットの焼結方法

7 . 間隔を置いたセラミックスブロックの上に多孔質体を配置し、さらにその上に被焼結体となるセラミックス板を載置して焼結することを特徴とする上記 1〜

5のいずれかに記載のスパッタリングターゲットの焼結方法

8 . 多孔質体を支持するセラミックスブロックがセラミックスブロックを設置する面から 2 0 mm〜3 0 O mm の高さであることを特徴とする、上記 1〜7のいずれかに記載のスパッタリングターゲッ卜の焼結方法

9 . 多孔質体を支持するセラミックスブロックの間隔がセラミックスブロック上に配置した多孔質体の厚さの 1〜1 0倍であることを特徴とする、上記 1〜8のいずれかに記載のスパッタリング夕ーゲットの焼結方法 1 0 . 多孔質体を支持するセラミックスブロックを配置したときのセラミックスブロックの開口部が、焼結炉の焼結ガスの吹き出し口に対して垂直な面を持つことを特徴とする、上記 1〜9のいずれかに記載のスパッタリングターゲットの焼結方法

1 1 . 多孔質体を支持するセラミックスブロックが多孔質製ブロックであることを特徴とする、上記 7〜1 0のいずれかに記載のスパッタリングターゲットの焼結方法、を提供する。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の焼結方法における平板状のセラミックス多孔質体（セッ夕一) 上へターゲットを配置した概略説明図（上段が平面図、下段が側面図）である。発明の実施の形態

本発明の焼結方法の一例を図に基づいて説明する。図 1は、本発明の焼結方法における平板状のセラミックス多孔質体（セッ夕一）上へターゲットを配置した概略説明図であり、上段が平面図、下段が側面図を示す。

焼結炉内にセラミックス製のブロック 1を設置し、その上に本発明の平板状のセラミックス多孔質体 2を載置し、さらにその上にスパッタリング夕ーゲットの焼結用原料であるセラミックス成型体 3を載せて焼結する。

焼結炉は炉壁にヒ一夕一を設けて、スパッタリング夕ーゲッ卜の焼結用原料であるセラミックス成型体 3を加熱する。また、焼結時の雰囲気とするガスの導入口 4を炉壁又は炉床に設ける。

本件発明では、簡単に平板状のセラミックス多孔質体上に置くだけで均一な焼結が可能であり、密度のばらつきや反りを防止できる。

また、本発明の対象となる被焼結体は大気を含む各種雰囲気ガス中で焼結することが可能であり、セラミックス材料一般に、広範囲に適用できる。本発明はこれらを全て包含する。

従来の単純な平板状のセラミックス製の支持板を用いた焼結方法においては、焼結後のスパッタリングターゲットに大きな反りの発生があり、多くの場合、焼結後に、かなりの量を研削して平坦性を持たせる必要があつた。この反りの発生は、焼結の際にスパッタリングターゲッ卜にかかる熱の不均一性と、ターゲット下面（セッ夕一面）と上面および側面のガス雰囲気がアンバランスであることに起因する。

例えば、焼結炉の炉壁に取付けたヒーターからの加熱による場合、炉壁に近い部分のターゲットの加熱は早く、かつ高温に加熱される傾向があり、炉の中側ではヒーターに遠いために加熱速度は遅くなり、より低温に加熱される傾向にある。

したがって、焼結の際の熱影響が夕一ゲット内でアンバランスとなるために焼結体に密度むらが生じ、スパッタリングターゲットに反りが発生し易くなる。

また、焼結中の炉内雰囲気が焼結挙動に大きな影響を与える為、ターゲット近傍のガス雰囲気が重要となる。夕ーゲット上面及び側面では炉内に吹き込むガスが常に表面付近に流れているのに対し、セッターに接するターゲットの下面では、夕一ゲット側面から拡散して進入するガスしかない為、夕ーゲッ卜の中央部ではより焼結し難い傾向にあり、やはり焼結体中に密度むらを発生させ、反りの原因となる。これは、特に 3 0 O mm口を越えるような大型の夕一ゲットでは顕著となる。

以上から、反りの発生防止には、焼結炉内の焼結ガスの流通性が極めて重要であることが分かる。本発明の多孔質性の板（セッター）は、ガスの流通性を向上させる上で極めて有効であり、加熱された焼結用ガスは被焼結ターゲッ卜の上面はもとより、下面のいずれの角度からでもガスが多孔質性の板を通して出入する。

多孔質性の板は無数に存在する通気孔がランダムに連通しているので、このようなガスの均一流動が可能となるのである。

また、多孔質性の板を、本来ターゲットを載置していた位置より嵩上げし、その下部に焼結用ガスを導入することによつて更に均一性を高めることが出来る。

この結果、ターゲットの原料である平板状の被焼結体は均一に焼結され、スパッ夕リング夕一ゲッ卜の反りの発生を著しく低減させることが可能となった。

平板状のセラミックス多孔質体は、ジルコニァ又はアルミナであることが望ましい。ここで使用するセラミックス多孔質体は、例えば黒崎播磨（株）製のセラミックフォームなどがある。対象物が I T Oの場合、アルミナはアルミナ含有量が 9 5 %以上、好ましくは 9 8 %以上が良いが、耐火性に富み、高温強度及び耐反応性がある耐火材であれば、特に制限はない。また、多孔質体の空孔率は通気性を持たせる意味で、 7 0〜9 0 % であることが適当である。また、多孔質体にある程度の強度を持たせるためにカザ密度は 0 . 5〜1 . 5 %であることが望ましい。

また、多孔質体の厚さは 5〜5 0 mmとするのが良い。薄い場合には、通気性がより優れているので好ましいが、強度的には劣る。また厚くした場合には強度的に優れているが、通気性が低下する。したがって、上記の範囲とするのが適当である。しかし、この範囲に制限されるものではなく、被焼結体の材料、焼結温度、焼結時間によって、任意に変えることができる。本発明は、このような条件の全てを包含する。

炉内では、間隔を置いたセラミックスブロックの上に多孔質体を配置し、さらにその上に被焼結体となるセラミックス板を載置して焼結する。このときセラミツクスブロックは炉床から 2 0 mm〜3 0 0 mm に嵩上げする事が好ましい。嵩上げする高さが 2 0 mm未満だとセラミックスブロック間に流れるガスが滞留し易くなり、効果が少なくなる。 3 0 0 mm以上だとセラミックスブロック自体が不安定になり多孔質体を支持するのが困難になる他、セラミックスブロックの蓄熱が大きくなり、力^って温度分布を悪化させる原因となる。

また、セラミックスブロックの間隔は多孔質体の厚みに対して 1〜1 0倍であることが好ましい。セラミックスブロックの間隔はガスの流動を考慮すれば、より広いほうが好ましいが、多孔質体の反りを招く結果となり多孔質体の厚みに対して適度な大きさが必要である。

さらに、配置したセラミックブロックは、ブロック間の開口部が焼結炉の焼結ガスの吹き出し口に対して垂直であること、すなわち図 1に示すように、開口部にガスが直接導入される構造が好ましい。

配置したセラミックスブロックの開口部が吹き出し口に対して垂直な面を持たない場合、セラミックスブロック間のガスが滞留し易くなり、効果が少なくなる。また、焼結用ガスの吹き出し口は、多孔質板の下部、つまりセラミックスブロックの位置にあることがより好ましい。しかし、のような配置形態に特に制限されるものではなく、平板状のセラミックス多孔質体の機能を損なわない限り、特に制限されるものではない。

また、セラミックス多孔質体の形状を炉に合わせて任意に設計でき、また任意の切り込み又は孔を設けても良いが、同様にセラミックス多孔質体の機能を損なわないことが前提である。

さらに、多孔質体を支持するセラミックスブロックを多孔質製プロックとすることができる。この多孔質製ブロックは、前記多孔質体と同様の構造とすることができる。これによつて、処理ガスの通気性をさらに向上させることができる。

このように多孔質製プロックを使用した場合には、ガスの吹き出し口の配置に制限を設ける必要がなくなる。例えば、図に示す多孔質製ブロックの下側 5からブロックを貫通させてガスを吹き出させることもできる。セラミックスブロックを多孔質製プロックとすることはガスの流通 ·流動に有効である。

以上によって、ターゲットの支持体の構造 ·材質を変更することにより、発生する反りを効果的に低減又は防止することができ、ターゲットの生産率を向上させ、製品の歩留りを改善することができるという優れた効果が得られた。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一例であり、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 )

酸化インジウム粉と酸化スズ粉を重量比 9 ： 1の割合で混合し、ビーズミルで湿式粉砕を行った後、バインダーを加えて乾燥を行い、酸ィ匕ィンジゥムと酸化スズの混合乾燥粉を得た。次にプレス法により被焼結体として幅 3 9 O mm、長さ 5 4 0 mm、厚さ 8 . 5 mm、重量 7. 2 k gの矩形セラミックス成型体（I TO) を作製した。上記の図 1に示すターゲットの炉床への配列を使用して焼結を実施した。セッ夕一にはアルミナ製多孔質板を使用し、多孔質板の厚さは 25 mmであり、それぞれカサ密度 1. 07c c/g (空孔率 73. 2%)、カサ密度 0. 75 c cZg (空孔率 81. 2%) 、カサ密度 0. 97 c cZg (空孔率 75. 7%) である 3種類の多孔質板を使用した。

多孔質板を支えるセラミックスブロックは 400X100X25mmのアルミナブロックを使用し、 400 X 25 mmの面が多 3=し質セッ夕一に接する面になるようにし、ブロックの間隔は 87. 5mmとした。

これらを室温から 1500° Cまで昇温し、同温度に保持後、自然放冷する焼結パターンにより焼結した。また、焼結の最初から保持が終了するまで純酸素を炉内に流し、酸素雰囲気に保持した。

この結果、 3条件の I TO焼結体ターゲットの、反りの平均値はそれぞれ 0. 55mm 0. 72mm、 0. 65mmであった。また、焼結体の密度を測定した結果、全て 7. 13g/ccであった。反りの発生部分を平面研削機により研削し、平坦にした結果、これによる歩留まりは、下記に示す比較例 1の従来法による歩留まりを 100とすると、それぞれ 124、 121、 122に向上した。 (実施例 2)

実施例 1と同様の方法で成型体を得て、上記の図 1に示すターゲットの炉床への配列を使用して焼結を実施した。セッ夕一はジルコニァ製の多孔質板を使用し、多孔質の厚みは 25mm、カサ密度 0. 94g/c c (空孔率 83. 1 %) である物を使用した。他の条件は実施例 1と同様に焼結を行った。

この結果、 I TO焼結体ターゲットの、反りの平均値は 0. 68mmであった。また、焼結体密度を測定した結果 7. 13gZc cであった。反りの発生部分を実施例 1と同様に研削した結果、これによる歩留まりは、下記に示す比較例 1の従来法による歩留まりを 100とすると、 122に向上した。 (比較例 1 )

実施例 1と同様の方法で成型体を得て、上記の図 1に示す夕ーゲッ卜の炉床への配列を使用して焼結を実施した。セッターには通常のアルミナ製板（多孔質ではない）を使用した。これを実施例 1と同様の条件で焼結を行った。

この結果、 I TO焼結体ターゲットの反りの平均値は 2. 02mmであった。また、得られた焼結体の焼結密度を測定した結果、 7. 09gZc cであった。

実施例 1と同様に研削した。他の実施例 1 2及び比較例 2—4との比較のために、これによつて得られた歩留まりを 100とした。

(比較例 2)

実施例 1と同様の方法で成型体を得て、上記の図 1に示す夕ーゲッ卜の炉床への配列を使用して焼結を実施した。セッ夕一にはジルコニァ製のカサ密度 0. 94g Ze e (空孔率 83. 1%) の多孔質板を使用した。多孔質板を支えるセラミックスブロックは、 400 X 20 X 25mmのアルミナブロックを使用し、 400 X2 5mm の面が多孔質セッターに接する面になるようにし、ブロックの間隔は 87. 5mmとした。他の条件は実施例 1と同様の条件で焼結を行った。

この結果、 I TO焼結体ターゲットの反りの平均値は 1. 05mmであった。また、得られた焼結体の焼結密度を測定した結果、 7. 13gZccであった。

反りの発生部分を実施例 1と同様に研削した結果、これによる歩留まりは、比較例 1の従来法による歩留まりを 100とすると、 117に向上したが実施例 1及び 2より劣る結果となった。 (比較例 3 )

実施例 1と同様の方法で成型体を得て、上記の図 1に示す夕ーゲッ卜の炉床への配列を使用して焼結を実施した。セッ夕一にはジルコニァ製のカザ密度 0. 94g Ze e (空孔率 83. 1%) の多孔質板を使用した。多孔質板を支えるセラミックスプロックの間隔をそれぞれ 25mm, 200 mmとした。他の条件は実施例 1と同様の条件で焼結を行った。この結果、この 2条件の I TO焼結体ターゲットの反り平均値はそれぞれ 1.

22mm, 1. 85mmであった。得られた焼結体の焼結密度を測定した結果、それぞれ 7. 12 g/c 7. 13gZccであった。

また、セラミックスブロッグの間隔を 200mm とした場合は、多孔質板に 0.

3 mm程度の反りが発生した。

反りの発生部分を実施例 1と同様に研削した結果、これによる歩留まりは、比較例 1の従来法による歩留まりを 100とすると、それぞれ 113、 102に向上したが実施例 1及び 2より劣る結果となった。

(比較例 4)

実施例 1と同様の方法で成型体を得て、上記の図 1に示す夕ーゲットの炉床への配列を使用して焼結を実施した。

セッ夕一にはジルコニァ製のカザ密度 0. 94g/c c (空孔率 83. 1) の多孔質板を使用した。多孔質板の厚みをそれぞれ 10mm、 50mmとし、他の条件は実施例 1と同様の条件で焼結を行った。

この結果、この 2条件の I TO焼結体夕ーゲットの反り平均値はそれぞれ 1. 97mm, 1. 42mmであった。得られた焼結体の焼結密度を測定した結果、それぞれ 7. 13g/c c、 7. 12gZccであった。

また、セラミックスブロックの厚みを 10mm とした場合は、多孔質板に 0. 5 mm程度の反りが発生した。

反りの発生部分を実施例 1と同様に研削した結果、これによる歩留まりは、比較例 1の従来法による歩留まりを 100とすると、それぞれ 101、 110に向上したが実施例 1及び 2より劣る結果となった。以上の実施例及び比較例から明らかなように、本発明の多孔質板をセッター（支持板）として使用することにより、焼結の際の熱及び焼結用ガスがターゲットの寸法及び形状によらず均一に付与され、焼結密度が均一となり、研削歩留まりが大幅な向上が確認できた。産業上の利用可能性

本発明は、多孔質板のセッ夕一（支持板）を使用することにより、焼結体ターゲット、特にセラミックスターゲットの焼結に際して発生する反り及び焼結密度のばらつきを効果的に抑制することができ、またより低温で焼結が可能であり、製造歩留りと生産効率を向上できるという優れた特徴を有する。

Claims

請求の範囲 1 . 大気中又は処理ガス雰囲気中でセラミックス板を焼結する際に、焼結用原料を平板状のセラミックス多孔質体上に載置して焼結することを特徴とするスパッ夕リングターゲッ卜の焼結方法。

2 . 平板状のセラミックス多孔質体がジルコニァ又はアルミナであることを特徴とする請求の範囲第 1項記載のスパッタリングタ一ゲットの焼結方法。

3 . 多孔質体のカサ密度が 0 . 5〜1 . 5 g / c cであることを特徴とする請求の範囲第 1項又は第 2項記載のスパッ夕リングターゲットの焼結方法。

4. 多孔質体における多数の孔がランダムに連通していることを特徴とする請求の範囲第 1項〜第 3項のいずれかに記載のスパッタリングターゲットの焼結方法。

5 . 多孔質体の空孔率が 7 0〜9 0 %であることを特徴とする請求の範囲第 1 項〜第 4項のいずれかに記載のスパッタリング夕一ゲットの焼結方法。

6 . 多孔質体の厚さが 5〜 5 0 mmであることを特徴とする請求の範囲第 1項〜第 5項のいずれかに記載のスパッタリング夕ーゲットの焼結方法。

7 . 間隔を置いたセラミックスブロックの上に多孔質体を配置し、さらにその上に被焼結体となるセラミックス板を載置して焼結することを特徴とする請求の範囲第 1項〜第 5項のいずれかに記載のスパッタリング夕ーゲッ卜の焼結方法。

8 . 多孔質体を支持するセラミックスプロックがセラミックスブロックを設置する面から 2 0 mm〜3 0 O mmの高さであることを特徴とする、請求の範囲第 1 項〜第 7項のいずれかに記載のスパッタリングターゲットの焼結方法。

9 . 多孔質体を支持するセラミックスプロックの間隔がセラミックスブロック上に配置した多孔質体の厚さの 1〜1 0倍であることを特徴とする、請求の範囲第

1項〜第 8項のいずれかに記載のスパッ夕リング夕ーゲットの焼結方法。

1 0 . 多孔質体を支持するセラミックスブロックを配置したときのセラミックスブロックの開口部が、焼結炉の焼結ガスの吹き出し口に対して垂直な面を持つことを特徴とする、請求の範囲第 1項〜第 9項のいずれかに記載のスパッタリング夕ーゲッ卜の焼結方法。 3

1 1 . 多孔質体を支持するセラミックスブロックが多孔質製ブロックであることを特徴とする、請求の範囲第 7項〜第 1 0項のいずれかに記載のスパッタリングターゲットの焼結方法。