WO2005026407A1 - スパッタリングターゲット及び同ターゲットの表面仕上げ方法 - Google Patents

スパッタリングターゲット及び同ターゲットの表面仕上げ方法 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a sputtering target with less generation of particles and excellent surface cleanliness, and a method for finishing the surface of the sputtering target.
  • the sputtering method itself is a well-known method in the above fields. Recently, especially in the field of electoral ports, a sputtering target that is suitable for forming films with complicated shapes and forming circuits Is required! /
  • This holo-sword type sputtering target can generate high-density plasma in the target area, and by giving directivity in the sputtering direction, it is possible to use a conventional collimator without using a conventional collimator. The ability to fill vias with a high aspect ratio has been obtained.
  • the hollow sword type sputtering target has a function of a film forming method that is more efficient and more controllable than the conventional flat plate type target.
  • an erosion region where a target is sputtered and a deposition region where sputtered atoms are deposited exist inside a hollow single-sword type sputtering target.
  • a deposition area is formed on the bottom surface side, and in the vicinity of the deposition area, the redeposited film tends to peel off, which causes a serious problem that it flies or falls on the substrate and contaminates the substrate.
  • the erosion surface of the target is purified and the deteriorated layer and the like are removed to reduce the surface roughness, thereby suppressing the occurrence of partite. That's done.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-256843
  • Patent Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-98367
  • Patent Document 3 Japanese Patent Publication No. 2002-531690
  • Patent Document 4 JP-A-4-1304367
  • Patent Document 5 JP-A-11-1766
  • Patent Document 6 JP-A-173965
  • the present invention provides a film that is excellent in uniformity (uniformity) of a film of a holo-force sword type sputtering target, generates less arcing particles, and can suppress peeling of a redeposition film on the bottom surface. It is an object to obtain a target having excellent characteristics and a method for stably producing the target.
  • the present invention has improved and devised the inner bottom surface of a hollow sword type sputtering target, thereby achieving excellent film uniformity (uniformity). It has been found that it is possible to obtain a target having less filming and particles, and having excellent film forming characteristics capable of suppressing peeling of the re-deposited film on the bottom surface, and a method for stably manufacturing the target.
  • the present invention provides: 1) an inner bottom surface having a surface roughness of Ra ⁇ 1.0 xm, more preferably Ra ⁇ 0.5 xm, in a hollow single-sword sputtering target; Equipped with a sputtering target. 2) The sputtering target according to 1) above, wherein the sputtering target has a bottom surface having a surface roughness Ra equal to or less than that of a cylindrical inner peripheral surface. 3) The sputtering target according to the above 1) or 2), further comprising a roughened surface on an outer peripheral edge in a hollow single-sword type sputtering target.
  • the bottom surface of the target is polished and etched to make the inner bottom surface roughness Ra ⁇ 1.0 / im, more preferably Ra ⁇ 0.5 / im. Target surface finishing method.
  • the present invention provides excellent film uniformity (uniformity) from the initial stage of sputtering, excellent film formation characteristics with less generation of arcing particles, and good target use efficiency. This is an excellent effect that the holo-sword type sputtering target can be stably obtained.
  • FIG. 1 is a schematic explanatory view of a cross section and a plane of a hollow single-sword sputtering target showing respective measurement points of surface roughness.
  • FIG. 2 is a view showing a uniformity in a case where a hollow single-sword Ti target is sputtered.
  • FIG. 4 is a diagram showing uniformity when a holo-sword type Ta target is sputtered.
  • FIG. 5 is a graph showing the amount of particles generated when a hollow single-sword Ta target is sputtered.
  • the holo-sword type sputtering target of the present invention can be applied to ceramics such as various metals, alloys, silicides, and oxides, and is not particularly limited to materials.
  • ceramics such as various metals, alloys, silicides, and oxides
  • processing methods such as forging, rolling, rolling, and deep drawing are used. There are no particular restrictions on this manufacturing method.
  • a special consideration in manufacturing is the surface finish of the inner surface of the target. That is, after forming into a hollow force sword type sputtering target, the bottom surface of the target is turned, polished and etched to make the inner bottom surface roughness Ra ⁇ l0 / im, more preferably Ra ⁇ 0. It is important that 5 ⁇ ⁇ .
  • the outer peripheral edge or outer peripheral surface of the hollow single-sword type sputtering target is a non-erosion surface, and it is preferable that the target has a roughened surface here. This is usually a getter for capturing particles.
  • the holo sword type sputtering target can be used alone, but the target can be composed of clad material.
  • the inner bottom surface of the holo-sword type sputtering target needs to have a surface roughness Ra ⁇ l. ⁇ , more preferably Ra ⁇ 0.5 / im, as described above.
  • Fig. 1 shows the outline of the holo-single-sword type sputtering target obtained in this way.
  • the surface roughness of the target was measured at each measurement point (1-16) shown in FIG.
  • Table 1 shows the surface roughness Ra ( ⁇ ) corresponding to the target inner surface. As shown in Table 1
  • the surface roughness Ra of the bottom surface corresponding to the measurement points of No. 6 was 0.5 / im or less, and the surface roughness Ra of the cylindrical inner peripheral surface was also 0.5 ⁇ or less.
  • Figures 2 and 3 show the results of a sputter test performed using this hollow single-sword target. The uniformity showed good values from the beginning, and the number of particles was about 900 for the first wafer. No peeling of the redeposited film on the inner surface bottom was observed until the end of life.
  • the inner surface of the target was finished by lathe processing, polishing (papering), and etching to obtain Ra (Aim) of 1.0 in a Ti holo-sword type target.
  • Ra (Aim) of 1.0 in a Ti holo-sword type target As in Example 1, the surface roughness Ra ( ⁇ m) of the target was measured at each of the measurement points (116) shown in FIG. Table 1 also shows the results.
  • FIGS. 2 and 3 show the results of a sputter test performed using this hollow single-sword target. As shown in FIG. 2, the uniformity showed good values from the beginning. As shown in FIG. 3, the number of particles was about 2500 at the wafer number. Also, no peeling of the redeposited film on the inner surface bottom was observed until the end of the life.
  • the inner surface of the target was finished only by lathing in the Ti holo sword type target.
  • the surface roughness of the target was measured at each measurement point (1-16) shown in FIG. 1 in the same manner as in Example 1.
  • Table 1 shows the surface roughness Ra (/ m) corresponding to the inner surface of the target.
  • the inner surface of the target was finished by lathe processing, polishing and etching in a Ta holo-sword type target. As in Example 1, the surface roughness of the target was measured at each measurement point (1-16) shown in FIG.
  • Table 1 shows the surface roughness Ra (xm) corresponding to the inner surface of the target. As shown in Table 1, at the 16 measurement points, the surface roughness Ra was 0.4-0.
  • the inner surface of the target was finished by lathe processing, polishing and etching in a Ta holo-sword type target. As in Example 1, the surface roughness of the target was measured at each measurement point (1-16) shown in FIG.
  • Table 1 shows the surface roughness Ra (xm) corresponding to the inner surface of the target. As shown in Table 1, at 16 measurement points, the surface roughness Ra was 0.7-1.
  • the uniformity showed a good value from the beginning.
  • the number of particles was about 1800 at the wafer number. No peeling of the redeposited film on the inner bottom was observed until the end of life.
  • the inner surface of the target of Ta's holo-sword type target was finished only by lathing. As in Example 1, the measurement was performed at each measurement point (116) shown in FIG.
  • Figures 4 and 5 show the measurement results of uniformity and the number of particles, with the results of the sputter test corresponding to Example 2.
  • the present invention stabilizes a target having excellent film uniformity (uniformity), low generation of arcing particles, and excellent film forming characteristics capable of suppressing peeling of a re-deposited film on the bottom surface. Therefore, there is a merit that the function of the hollow single-sword sputtering target can be further improved.

Abstract

　本発明は、表面粗さＲａ≦１．０μｍ、より好ましくはＲａ≦０．５μｍの内側底面を備えていることを特徴とするホローカソード型スパッタリングターゲットに関する。このホローカソード型スパッタリングターゲットは、スパッタ膜の均一性（ユニフォーミティー）に優れ、アーキングやパーティクルの発生が少なく、さらに底面の再デポ膜の剥がれを抑制でき、成膜特性に優れている。

Description

明 細 書
スパッタリングターゲット及び同ターゲットの表面仕上げ方法
技術分野
[0001] 本発明は、ホロ一力ソード型スパッタリングターゲットにおいて、パーティクルの発生 が少なぐ表面清浄性に優れたスパッタリングターゲット及び同ターゲットの表面仕上 げ方法に関する。
背景技術
[0002] 近年、エレクト口ュクス分野、耐食性材料や装飾の分野、触媒分野、切削 ·研磨材や 耐摩耗性材料の製作等、多くの分野に金属やセラミックス材料等の被膜を形成する スパッタリングが使用されてレ、る。
スパッタリング法自体は上記の分野で、よく知られた方法である力 最近では、特に エレクト口-タスの分野にぉレ、て、複雑な形状の被膜の形成や回路の形成に適合す るスパッタリングターゲットが要求されて！/、る。
[0003] このような中で、最近中空の力ソードスパッタリングターゲットが提案されている。この ターゲットはカップ形状を呈しており、その形状に由来してホロ一力ソード型スパッタリ ングターゲットと言われている (例えば、特許文献 1、 2、 3参照)。
このホロ一力ソード型スパッタリングターゲットは、ターゲットの領域内で高密度のプラ ズマを発生させることができ、さらにスパッタ方向に指向性を付与することにより、従来 のコリメーターを使用しなくても、高アスペクト比でビアへの充填が可能であるという性 能が得られている。
このようにホロ一力ソード型スパッタリングターゲットは、従来の平板型ターゲットに比 ベ効率的かつ、よりコントロールできる成膜方法の機能を有している。
[0004] 一般にホロ一力ソード型スパッタリングターゲットの内側には、ターゲットがスパッタさ れるエロージョン域とスパッタされた原子が堆積するデポジッシヨン域が存在する。 通常、底面側にデポジッシヨン域ができ、デポジッシヨン域の際付近において、再デ ポ膜が剥離し易ぐそれが基板へ飛来又は落下して基板を汚染するという大きな問 題が発生する。 [0005] 一般に、平板状のターゲットを使用した場合では、ターゲットのエロージョン面を清 浄化すると共に、加工変質層等を取り除き、表面粗さを小さくし、これによつてパーテ イタルの発生を抑制することが行われてレ、る。
他方、ターゲットのエロージョンされないターゲット面あるいは周辺の機器について は、逆に表面を粗ィ匕して、スパッタリング時のターゲットからの飛来物質を捕獲するよ うな対策が採られている（例えば、特許文献 4、 5、 6参照）。
特許文献 1：特開 2000 - 256843号公報
特許文献 2：特開 2001 - 98367号公報
特許文献 3：特表 2002 - 531690号公報
特許文献 4 :特開平 4一 304367号公報
特許文献 5：特開平 11 - 1766号公報
特許文献 6 :特開平 173965号公報
[0006] し力し、このような技術をホロ一力ソード型スパッタリングターゲットに適用し、ターゲ ットの底面を粗ィ匕し堆積物（再デポ膜)の剥離を防止しょうとしたが、成功しなかった。 逆に、スパッタリング開始段階で、成膜のユニフォーミティーが安定せず、またパーテ イタルの発生が多くなるとレ、う結果になった。
したがって、いままで通りのホロ一力ソード型スパッタリングターゲットを使用すること となり、膜の均一性 (ユニフォーミティー）が悪ぐまたアーキングゃパーティクルの発 生があり、かつスパッタ成膜の品質を低下させるという問題が発生していた。
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0007] 本発明は、ホロ一力ソード型スパッタリングターゲットの膜の均一性（ュニフォーミテ ィー）に優れ、アーキングゃパーティクルの発生が少なぐさらに底面の再デポ膜の剥 がれを抑制できる成膜特性に優れたターゲット及び該ターゲットを安定して製造でき る方法を得ることを課題とする。
課題を解決するための手段
[0008] 本発明は、上記の問題を解決するために、ホロ一力ソード型スパッタリングターゲット の内側底面を改良 ·工夫することにより、膜の均一性 (ユニフォーミティー）に優れ、ァ 一キングやパーティクルの発生が少なぐさらに底面の再デポ膜の剥がれを抑制でき る成膜特性に優れたターゲット及び該ターゲットを安定して製造できる方法を得ること ができるとの知見を得た。
[0009] 本発明は、このような知見に基づき、 1)ホロ一力ソード型スパッタリングターゲットに おいて、表面粗さ Ra≤l . 0 x m、より好ましくは Ra≤0. 5 x mの内側底面を備えて レ、るスパッタリングターゲット。 2)ホロ一力ソード型スパッタリングターゲットにおいて、 円筒形の内周面と同等又はそれ以下の表面粗さ Raを有する底面を備えている前記 1)記載のスパッタリングターゲット。 3)ホロ一力ソード型スパッタリングターゲットにお いて、外周縁部に粗ィ匕面を備えている前記 1 )又は 2)記載のスパッタリングターゲット 。 4)外周縁部をブラスト処理した粗ィヒ面を備えてレ、る前記 3)記載のスパッタリングタ ーゲット。 5)ターゲットがクラッド材力 構成されている前記 1)一 4)の何れかに記載 のスパッタリングターゲット。 6)ホロ一力ソード型スパッタリングターゲットにおいて、タ 一ゲットの底面を研磨及びエッチング加工して内側底面の表面粗さを Ra≤ 1. 0 /i m 、より好ましくは Ra≤0. 5 /i mとするターゲットの表面仕上げ方法。
を提供する。
発明の効果
[0010] 本発明は、これによつてスパッタリング初期段階から膜の均一性 (ユニフォーミティー )に優れ、またアーキングゃパーティクルの発生が少なぐ成膜特性に優れ、さらにタ 一ゲットの利用効率も良好であるホロ一力ソード型スパッタリング用ターゲットが安定 して得られるという優れた効果を有する。
さらに従来、特に問題となっていたホロ一力ソード型ターゲットの内側底面からも、 再デポ膜の剥離が著しく減少させることができるという、著しい効果が得られた。 図面の簡単な説明
[0011] [図 1]表面粗さの各測定点を示したホロ一力ソード型スパッタリングターゲットの断面と 平面の概略説明図である。
[図 2]ホロ一力ソード型 Tiターゲットをスパッタリングした場合のユニフォーミティーを示 す図である。
[図 3]ホロ一力ソード型 Tiターゲットをスパッタリングした場合のパーティクルの発生量 を示す図である。
[図 4]ホロ一力ソード型 Taターゲットをスパッタリングした場合のユニフォーミティーを 示す図である。
[図 5]ホロ一力ソード型 Taターゲットをスパッタリングした場合のパーティクルの発生量 を示す図である。
発明を実施するための最良の形態
[0012] 本発明のホロ一力ソード型スパッタリング用ターゲットは、各種金属、合金、珪素化 物、酸化物等のセラミックス類に適用でき、材料に特に制限されなレ、。中空体 (カップ 形状）に製造するには、鍛造、圧延、転造、深絞り等の加工法を用いる。この製造方 法にも特に制限がない。
製造上、特に注意すべき点はターゲットの内面の表面仕上げにある。すなわち、ホ ロー力ソード型スパッタリングターゲットに成形した後、ターゲットの底面を旋盤加工、 研磨及びエッチング加工して内側底面の表面粗さを Ra≤l . 0 /i m、より好ましくは R a≤0. 5 μ ΐηとすることが重要である。
[0013] このような表面粗さ Ra≤l . 0 /i m、より好ましくは Ra≤0. 5 /i mの内側底面を備え ているスパッタリングターゲットにおいて、特に円筒形の内周面と同等又はそれ以下 の表面粗さ Raを有する底面を備えてレ、ることが望ましレ、。
一方、エロージョン面につレヽても、少なくとも Ra≤l . 0 x m、より好ましくは Ra≤0.
5 μ mの表面粗さを備えてレ、ることが望ましレ、。
また、ホロ一力ソード型スパッタリングターゲットの外周縁部又は外周面は非エロー ジョン面であり、ここでは粗ィ匕面を備えていることが望ましい。これは通常パーティクル を捕獲するためのゲッターとなるものである。
[0014] ホロ一力ソード型スパッタリングターゲットは単体でも良レ、が、ターゲットがクラッド材 力、ら構成されていても良レ、。ホロ一力ソード型スパッタリングターゲットの内側底面は、 前記と同様に表面粗さ Ra≤l . Ο μ ΐη、より好ましくは Ra≤0. 5 /i mであることが必要 である。
ホロ一力ソード型ターゲットの底面と筒状の周面との境に曲面が存在する力 本発 明はこのような曲面部も同様に、表面粗さ Ra≤l . 0 /i m、より好ましくは Ra≤0. 5 μ mとなるような表面に研磨することが望ましレ、。すなわち本発明はこのような曲面部を 含むものとする。
実施例
[0015] 次に、実施例について説明する。なお、本実施例は発明の一例を示すためのもの であり、本発明はこれらの実施例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及び変形を含むものである。
[0016] (実施例 1)
Tiのホロ一力ソード型ターゲットにおいて、ターゲット内面を旋盤加工、研磨（ぺー パーがけ）及びエッチングにより仕上げた。これによつて得られたホロ一力ソード型ス パッタリングターゲットの概略を、図 1に示す。ターゲットの表面粗さの測定を、図 1に 示す各測定点（1一 6)で行った。
表 1に、ターゲット内面に対応する表面粗さ Ra ( μ ΐη)を示す。表 1に示すように 1一
6の測定点に対応する底面の表面粗さ Raは 0. 5 /i m以下であり、筒状の内周面も、 同様に表面粗さ Raは 0· 5 μ ΐη以下であった。
このホロ一力ソード型ターゲットを用いてスパッタ試験を行った結果を図 2、図 3に示 す。ユニフォーミティーは初期から良好な値を示し、パーティクルはウェハー枚目で 約 900個であった。また、ライフエンドまで内面底の再デポ膜の剥離は観察されなか つた。
[0017] [表 1]
Figure imgf000006_0001
[0018] (実施例 2)
Tiのホロ一力ソード型ターゲットにおいて、ターゲット内面を旋盤加工、研磨（ぺー パーがけ）及びエッチングにより仕上げ、 Ra ( Ai m)く 1 · 0とした。 実施例 1と同様に、図 1に示す各測定点（1一 6)において、ターゲットの表面粗さ Ra ( μ m)の測定を行った。その結果を同様に表 1に示す。
この表 1に示すように、 1一 6の測定点に対応する底面の表面粗さ Raは、いずれも 1 . O z m以下であり、筒状の内周面も、同様に表面粗さ Raは 1. O x m以下であった。 このホロ一力ソード型ターゲットを用いてスパッタ試験を行った結果を、図 2及び図 3 に示す。図 2に示すように、ユニフォーミティーは初期から良好な値を示した。また、 図 3に示すように、パーティクルはウェハー枚目で約 2500個であった。また、ライフエ ンドまで内面底の再デポ膜の剥離は観察されなかった。
[0019] (比較例 1)
Tiのホロ一力ソード型ターゲットにおいて、ターゲット内面を旋盤加工のみで仕上げ た。ターゲットの表面粗さの測定を実施例 1と同様に、図 1に示す各測定点（1一 6)で 行った。
同様に、表 1にターゲット内面に対応する表面粗さ Ra ( / m)を示す。表 1に示すよ うに、 1一 6の測定点に対応する表面粗さにおいて、底面 Ra= l . 3— 2· 5 μ ΐη、側 面 Ra= l . 0—1. 7 mであった。
スパッタ試験の結果を実施例 1、 2と対応させて、ユニフォーミティーとパーテイクノレ 数の測定結果を図 2と図 3に示す。
これらの図に示すように、ユニフォーミティーは初期に悪ぐウェハ 1枚目のパーティ クノレ数は約 25000個と実施例 1、 2と比較して多カゝつた。さらに約 8000kWhr使用後 におレ、て、内面底の再デポ膜に剥離が確認された。
[0020] (実施例 3)
Taのホロ一力ソード型ターゲットにおいて、ターゲット内面を旋盤加工、研磨及びェ ツチングにより仕上げた。実施例 1と同様に、ターゲットの表面粗さの測定を、図 1に 示す各測定点（1一 6)で行った。
表 1に、ターゲット内面に対応する表面粗さ Ra ( x m)を示す。表 1に示すように 1一 6の測定点において、表面粗さ Raは 0. 4—0. であった。
このホロ一力ソード型ターゲットを用いてスパッタ試験を行った結果、図 4に示すよう に、ユニフォーミティーは初期から良好な値を示した。また図 5に示すように、パーティ クルはウェハー枚目で約 500個であった。また、ライフエンドまで内面底の再デポ膜 の剥離は観察されなかった。
[0021] (実施例 4)
Taのホロ一力ソード型ターゲットにおいて、ターゲット内面を旋盤加工、研磨及びェ ツチングにより仕上げた。実施例 1と同様に、ターゲットの表面粗さの測定を、図 1に 示す各測定点（1一 6)で行った。
表 1に、ターゲット内面に対応する表面粗さ Ra ( x m)を示す。表 1に示すように 1一 6の測定点において、表面粗さ Raは 0. 7—1. であった。
このホロ一力ソード型ターゲットを用いてスパッタ試験を行った結果、図 4に示すよう に、ユニフォーミティーは初期から良好な値を示した。また図 5に示すように、パーティ クルはウェハー枚目で約 1800個であった。また、ライフエンドまで内面底の再デポ 膜の剥離は観察されなかった。
[0022] (比較例 2)
Taのホロ一力ソード型ターゲットにおいて、ターゲット内面を旋盤加工のみで仕上 げた。実施例 1と同様に、図 1に示す各測定点（1一 6)で行った。
同様に、表 1にターゲット内面に対応する表面粗さ Ra ( / m)を示す。表 1に示すよ うに、 1一 6の測定点に対応する表面粗さにおいて、底面 Ra = 2. 4— 3· 5 μ ΐη、側 面 Ra = 2. 0—3. 5 mであった。
スパッタ試験の結果を，実施例 2と対応させて、ユニフォーミティーとパーティクル数 の測定結果を図 4と図 5に示す。
これらの図に示すように、ユニフォーミティーは初期に悪ぐウェハ 1枚目のパーティ クル数は約 6000個と、実施例 3、 4と比較して多かった。また、ライフエンド後に内面 底の再デポ膜に剥離が確認された。 産業上の利用可能性
[0023] 本発明は、膜の均一性 (ユニフォーミティー）に優れ、アーキングゃパーティクルの発 生が少なぐさらに底面の再デポ膜の剥がれを抑制できる成膜特性に優れたターゲ ットを安定して製造できるので、ホロ一力ソード型スパッタリングターゲットの機能をさ らに向上できるメリットがある。

Claims

請求の範囲
[1] ホロ一力ソード型スパッタリングターゲットにおいて、表面粗さ Ra≤l . O z mの内側 底面を備えていることを特徴とするスパッタリングターゲット。
[2] ホロ一力ソード型スパッタリングターゲットにおいて、表面粗さ Ra≤0. の内側 底面を備えていることを特徴とするスパッタリングターゲット。
[3] ホロ一力ソード型スパッタリングターゲットにおいて、円筒形の内周面と同等又はそ れ以下の表面粗さ Raを有する底面を備えていることを特徴とする請求項 1又は 2記 載のスパッタリングターゲット。
[4] ホロ一力ソード型スパッタリングターゲットにおいて、外周縁部に粗ィ匕面を備えてい ることを特徴とする請求項 1一 3のいずれかに記載のスパッタリングターゲット。
[5] 外周縁部をブラスト処理した粗ィ匕面を備えてレ、ることを特徴とする請求項 4記載のス パッタリングターゲット。
[6] ターゲットがクラッド材力 構成されていることを特徴とする請求項 1一 5のいずれか に記載のスパッタリングターゲット。
[7] ホロ一力ソード型スパッタリングターゲットにおいて、ターゲットの底面を研磨及びェ ツチング加工して内側底面の表面粗さを Ra≤ 1. 0 μ mとすることを特徴とするターグ ットの表面仕上げ方法。
[8] ホロ一力ソード型スパッタリングターゲットにおいて、ターゲットの底面を研磨及びェ ツチング加工して内側底面の表面粗さを Ra≤0. 5 z mとすることを特徴とするターグ ットの表面仕上げ方法。
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