(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶解及び圧延によって製造されたＣｏ，Ｃｒ，Ｐｔ及びＢを原料とするスパッタリングターゲットであって、当該スパッタリングターゲットの延性に富むマトリックス相の体積比率が５０〜９９％であり、このマトリックス相内に、金属間化合物、酸化物、炭化物、炭窒化物、その他の延性のない物質が体積比率で１〜５０％存在すると共に、前記金属間化合物等が平均粒径で０．５〜５０μｍのサイズを有し、延性に富むマトリックス相のビッカース硬度が４００以下であり、前記金属間化合物等のビッカース硬度が４００以上で、その硬度差が少なくとも１．５倍であるターゲットの表面を、予め切削加工による一次加工によりターゲット素材の表面から１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲を切削し、次に研磨による仕上げ加工により、前記切削加工による一次加工後の表面から１μｍ〜５０μｍの範囲を研磨して得られた機械加工起因の１０μｍ以上の欠陥が存在しない表面欠陥の少ないスパッタリングターゲット。
【請求項２】
溶解及び圧延によって製造されたＣｏ，Ｃｒ，Ｐｔ及びＢを原料とするスパッタリングターゲットであって、当該スパッタリングターゲットの延性に富むマトリックス相の体積比率が５０〜９９％であり、このマトリックス相内に、金属間化合物、酸化物、炭化物、炭窒化物、その他の延性のない物質が体積比率で１〜５０％存在するとともに、前記金属間化合物等が平均粒径で０．５〜５０μｍのサイズを有し、延性に富むマトリックス相のビッカース硬度が４００以下であり、前記金属間化合物等のビッカース硬度が４００以上で、その硬度差が少なくとも１．５倍である、ターゲットの表面を、予め切削加工による一次加工によりターゲット素材の表面から１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲を切削し、次に研磨による仕上げ加工により、前記切削加工による一次加工後の表面から１μｍ〜５０μｍの範囲を研磨することを特徴とする、機械加工起因の１０μｍ以上の欠陥が存在せず、表面欠陥の少ないスパッタリングターゲットの表面加工方法。
【請求項３】
＃８０〜＃４００の粗い砥粒のサンドペーパー又は砥石を用いて研磨することを特徴とする請求項２記載のスパッタリングターゲットの表面加工方法。
【請求項４】
バイト又はチップを用いた旋盤加工により切削することを特徴とする請求項２記載のスパッタリングターゲットの表面加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターゲット表面にクラック、窪み、抜け等の表面欠陥の少ないスパッタリングターゲット及びその表面加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
スパッタリング法は薄膜の形成手段として、すでに広く知られた技術である。その基本原理は、アルゴン等の希薄ガス中で、薄膜が形成される基板（陽極側）とそれに少し距離をおいて対向させた薄膜形成物質からなるターゲット（陰極側）の間に電圧を印加し、それによってアルゴンガスをプラズマ化するものであり、そこで発生したアルゴンイオンが陰極物質であるターゲットに衝突し、そのエネルギーによってターゲットの物質を外部に飛翔させ（叩き出し）、それによって対向する基板面に、その飛翔した物質を積層するものである。【０００３】
このスパッタリングの原理を利用した薄膜形成装置は、２極バイアススパッタリング装置、高周波スパッタリング装置、プラズマスパッタリング装置などの、多くの工夫がなされているが、基本原理は同様である。
薄膜を形成する物質は、アルゴンイオンの標的になることからターゲットと称されるものであるが、イオンの衝突エネルギーによるものであるため、ターゲットを構成する薄膜形成物質が原子状又はその原子が集合したクラスター状として基板に積層されるので、微細かつ緻密な薄膜が形成される特徴があり、今日様々な電子部品に広範囲に適用されている理由である。【０００４】
このような薄膜形成に利用されるスパッタリングは、最近では非常に高度な成膜法が要求されるようになり、作成された薄膜に欠陥が少ないことが大きな課題となっている。
スパッタリングにおけるこのような欠陥の発生は、スパッタリング法によるだけでなく、ターゲットそのものに起因することが多い。このようなターゲットに起因する欠陥の発生原因としてパーティクルやノジュールの発生がある。
本来ターゲットからスパッタされた（飛翔した）物質が対向する基板に付着するのであるが、必ずしも垂直にスパッタされるとは限らず、様々な方向に飛来する。このような飛来物質は基板以外のスパッタ装置内の機器に付着するが、それがある時、剥落かつ浮遊し、それが基板に再付着したものである。【０００５】
このような物質をパーティクルと称しているが、本来の予定された薄膜物質ではなく、また大きなクラスター状として付着することが多いので、例えば電子機器の微細な配線膜においては、短絡の原因となり、不良品発生の原因となる。このようなパーティクル発生は、ターゲットからの物質の飛来に原因し、すなわちターゲットの表面状態によって増減することが分かっている。【０００６】
また、一般にスパッタリングによってターゲット面の物質が均一に減っていく（エロージョンされる）のではなく、構成物質とスパッタリング装置の固有の特性、電圧のかけ方等により、特定の領域、例えばリング状にエロージョンされるという傾向がある。また、ターゲット物質の種類又はターゲットの製造方法により、ターゲットにぶつぶつ状の突起物質が無数に残存した、いわゆるノジュールと称する物質が形成されることがある。
これは薄膜形成物質の一つであるので、直接薄膜に影響を与えるものではないが、このノジュールの突起に微小なアーク（マイクロアーキング）を発生し、これが原因でパーティクルが増大する原因となっていることが観察される。【０００７】
また、ノジュールが多量に発生すると、スパッタレートが変化（遅延）し、成膜のコントロールができなくなる。時としてこの粗大なノジュールが剥れ、基板に付着するということもある。
この場合は、ノジュールそのものが、大きな障害要因となる。このようなことから、一旦スパッタリングを停止し、ノジュールを除去する作業を行うことがある。これは、作業能率の低下になるという問題がある。【０００８】
最近、ターゲットは均一な物質からなるのではなく、延性のあるマトリックス相に金属間化合物、酸化物、炭化物、炭窒化物、その他の物質が混在した状態で使用されることが多い。このような場合には、特にノジュールやパーティクルの発生が多くなるという問題が発生する。
従来技術としては、高融点金属合金用スパッタリングターゲットの表面部に、機械加工時に発生する微小クラック又は欠陥部などの加工欠陥層（破砕層）を除去したスパッタリングターゲット（特許文献１参照）あるいはスパッタリングターゲットの表面粗さを調節し、残留汚染物の量、表面の水素含有量及び加工変質層の厚さを減少させ、膜の均一化、ノジュール及びパーティクル発生の抑制する技術が開示されている（特許文献２参照）。
しかし、これらは脆さが異なる相を備えたスパッタリングターゲットについての問題を解決するには至っていない。
【特許文献１】特開平３−２５７１５８号公報
【特許文献２】特開平１１−１７６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、延性に富むマトリックス相内に、金属間化合物、酸化物、炭化物、炭窒化物、その他の延性のない物質が多く存在するターゲット表面を改善し、スパッタリングの際にノジュールやパーティクルの発生を防止又は抑制できる表面欠陥の少ないスパッタリングターゲット及びその表面加工方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、１）延性に富むマトリックス相内に、金属間化合物、酸化物、炭化物、炭窒化物、その他の延性のない物質が体積比率で１〜５０％存在するターゲットの表面であって、機械加工起因の１０μｍ以上の欠陥が存在しないことを特徴とする表面欠陥の少ないスパッタリングターゲット、２）延性に富むマトリックス相内に、金属間化合物、酸化物、炭化物、炭窒化物、その他の延性のない物質が、少なくとも平均粒径で０．５〜５０μｍのサイズを有することを特徴とする１）記載のスパッタリングターゲット、３）延性に富むマトリックス相のビッカース硬度が４００以下であり、金属間化合物、酸化物、炭化物、炭窒化物、その他の延性のない物質のビッカース硬度が４００以上で、その硬度差が少なくとも１．５倍であることを特徴とする１）又は２）記載のスパッタリングターゲット、を提供する。【００１１】
また、本発明は、４）延性に富むマトリックス相内に、金属間化合物、酸化物、炭化物、炭窒化物、その他の延性のない物質が体積比率で１〜５０％存在するターゲットの表面を、予め切削加工による一次加工を行い、次に研磨による仕上げ加工を行うことを特徴とする表面欠陥の少ないスパッタリングターゲットの表面加工方法、５）切削加工による一次加工により、ターゲット素材の表面から１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲を切削することを特徴とする４）記載のスパッタリングターゲットの表面加工方法、６）研磨による仕上げ加工により、切削加工による一次加工後の表面から１μｍ〜５０μｍの範囲を研磨することを特徴とする４）又は５）記載のスパッタリングターゲットの表面加工方法、７）＃８０〜＃４００の粗い砥粒のサンドペーパー又は砥石を用いて研磨することを特徴とする４）〜６）のいずれかに記載のスパッタリングターゲットの表面加工方法、８）バイト又はチップを用いた旋盤加工により切削することを特徴とする４）〜７）のいずれかに記載のスパッタリングターゲットの表面加工方法、９）延性に富むマトリックス相内に、金属間化合物、酸化物、炭化物、炭窒化物、その他の延性のない物質が、少なくとも平均粒径で０．５〜５０μｍのサイズを有することを特徴とする４）〜８）のいずれかに記載のスパッタリングターゲットの表面加工方法、１０）延性に富むマトリックス相のビッカース硬度が４００以下であり、金属間化合物、酸化物、炭化物、炭窒化物、その他の延性のない物質のビッカース硬度が４００以上で、その硬度差が少なくとも１．５倍であることを特徴とする４）〜９）のいずれかに記載のスパッタリングターゲットの表面加工方法、を提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、延性に富むマトリックス相内に、金属間化合物、酸化物、炭化物、炭窒化物、その他の延性のない物質が体積比率で１〜５０％存在するターゲットの表面を、予め切削加工による一次加工を行い、次に研磨による仕上げ加工することにより、クラック、窪み、抜け等の欠陥のないターゲットが得られ、このターゲットを用いてスパッタリングすることにより、１０μｍ以上の欠陥が実質的に無くなり、表面粗さが向上し、またパーティクルの発生及びターゲット使用後のノジュールの発生が著しく減少するという優れた効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の表面加工の対象となるターゲットは、延性に富むマトリックス相とその中に体積比率で１〜５０％の金属間化合物、酸化物、炭化物、炭窒化物、その他の延性のない物質が混在しているターゲットである。
このような延性のない物質が混在しているターゲット素材を、例えばバイトによる切削加工を行うと、金属間化合物、酸化物、炭化物、炭窒化物、その他の延性のない物質が存在する場所を起点として、クラック、抜け落ちによる窪み、場合によってはかけらが窪みに残存したような形の疵（きず）が形成される。【００１４】
このような表面欠陥は、延性のない材料の部分が平均粒径で０．５〜５０μｍ以上のサイズに均一に微細分散していても発生し易い。また、その場合の硬度を測定すると、延性に富むマトリックス相のビッカース硬度が４００以下であり、金属間化合物、酸化物、炭化物、炭窒化物、その他の延性のない物質のビッカース硬度が４００以上であり、その硬度差が１．５倍である場合が多い。
したがって、このような場合に、本発明の表面加工方法が、特に効力を発揮する。【００１５】
本発明は、切削加工による一次加工により、ターゲット素材の表面から、好ましくは１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲を切削する一次加工を行った後に、研磨による仕上げ加工を行う。１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲を切削する理由は、それ以前に形成されたターゲット素材表面の欠陥を効果的に除去するためのものである。切削は、バイト又はチップを用いた旋盤加工により行うことが望ましい。
この研削加工（一次加工）により、上記のように、クラック、抜け落ちによる窪み等の欠陥が発生するが、これを例えば＃８０〜＃４００の粗い砥粒のサンドペーパー又は砥石を用いて研磨する。これによって、上記のクラック、抜け落ちによる窪み等の欠陥が消去され、平滑なターゲット面が形成される。
＃８０〜＃４００の粗い砥粒のサンドペーパー又は砥石は、切削加工によって生じた金属間化合物、酸化物、炭化物、炭窒化物、その他の延性のない物質を起点とした欠陥を効率良く除去し、延性に富んだマトリックス相を含め、平滑な面を作製できる最適範囲である。この場合、鏡面研磨の必要は無く、クラックの抜け落ち、くぼみが除去できれば良い。【００１６】
平滑でクラック、抜け落ちによる窪み等の表面欠陥のないターゲットを作製刷る場合に、ターゲット素材を最初から＃８０〜＃４００の粗い砥粒のサンドペーパー又は砥石を用いて研磨することが考えられる。しかし、この場合は研磨加工に要する時間が膨大となり、また延性に富んだマトリックスの物質が砥石に付着して砥石のメンテナンス頻度が高くなるという問題が発生する。
しかも、特に手加工による研磨加工では、表面粗さでは差がない場合でも、外周と中心部が多く研磨されるということが起こり易く、ターゲット表面にうねりが生じるという問題が発生する。したがって、研削加工を行わずに研磨加工のみでターゲットの表面加工を行うことは現実としては、実施不能である。【００１７】
本発明のターゲットの表面を予め切削加工による一次加工を行い、次に研磨による仕上げ加工を行って得たスパッタリングターゲットは、後述する実施例に示すように、１０μｍ以上の欠陥が実質的に無くなり、表面粗さが向上し、またパーティクルの発生及びターゲット使用後のノジュールの発生が著しく減少するという効果が得られる。
【実施例】
【００１８】
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。【００１９】
（実施例１）
本実施例１では、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｐｔ、Ｂを原料とし、溶解及び圧延からなる製造条件で製造したターゲットを使用し、旋盤を用いた切削による一次加工を行い、次に＃２８０のサンドペーパーで１０分間研磨加工を行った。
次に、このターゲットを使用し、Ａｒ１．５Ｐａ雰囲気中、３０ｗ／ｃｍ２のＤＣスパッタリング条件で基板上にスパッタ膜を形成した。
この場合の、１０μｍ以上の欠陥密度、平均表面粗さ、使用後のノジュール数、パーティクル数及び表面加工条件を表１に示す。
また、研削加工した後のターゲットの表面状態及び研磨加工後の、ターゲットの表面状態の顕微鏡写真を図１及び図２に示す。図１には、多数のクラック、抜け落ちによる窪み等の欠陥が認められる。しかし、研磨後の図２では表面欠陥が全く認められない。【００２０】
【表１】
0004827033.tif 000002
【００２１】
（実施例２）
本実施例２では、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｐｔ、Ｂを原料とし、実施例１と同様に、溶解及び圧延からなる製造条件で製造したターゲットを使用し、旋盤を用いた切削による一次加工を行い、次に＃４００のサンドペーパーで３０分間研磨加工を行った。
このターゲットを用いて、実施例１と同様にスパッタリングを行い、１０μｍ以上の欠陥密度、平均表面粗さ、使用後のノジュール数、パーティクル数を調べた。この結果を同様に、表１に示す。
また、研削加工した後のターゲットの表面状態及び研磨加工後の、ターゲットの表面状態を顕微鏡により観察した。研削加工した後のターゲットの表面には、多数のクラック、抜け落ちによる窪み等の欠陥が認められる。しかし、研磨後のターゲットでは、実施例１と同様に表面欠陥は全く認められなかった。【００２２】
（比較例１）
比較例１では、実施例１と同様にＣｏ、Ｃｒ、Ｐｔ、Ｂを原料とし、溶解及び圧延からなる製造条件で製造したターゲットを使用し、旋盤を用いた切削による一次加工を行った。この場合の切り込み量は０．５ｍｍである。この後研磨加工を行ってはいない。
このターゲットを用いて、実施例１と同様にスパッタリングを行い、１０μｍ以上の欠陥密度、平均表面粗さ、使用後のノジュール数、パーティクル数を調べた。この結果を同様に、表１に示す。
また、研削加工した後のターゲットの表面状態を顕微鏡により観察したところ、研削加工した後のターゲットの表面には、多数のクラック、抜け落ちによる窪み等の欠陥が認められ、１０μｍ以上の欠陥密度が増大した。ノジュール数及びパーティクル数も増大した。【００２３】
（比較例２）
比較例２では、旋盤を用いた切削による一次加工を行った際の切り込み量を０．１ｍｍとした以外は比較例１と同様の条件である。研磨加工は実施していない。
このターゲットを用いて、実施例１と同様にスパッタリングを行い、１０μｍ以上の欠陥密度、平均表面粗さ、使用後のノジュール数、パーティクル数を調べた。この結果を同様に、表１に示す。
また、研削加工した後のターゲットの表面状態を顕微鏡により観察したところ、研削加工した後のターゲットの表面には、多数のクラック、抜け落ちによる窪み等の欠陥が認められ、１０μｍ以上の欠陥密度が増大した。表１に示すように、ノジュール数及びパーティクル数も増大した。【００２４】
（比較例３）
比較例３では、旋盤を用いた切削による一次加工を行った際の切り込み量を０．０５ｍｍとした以外は比較例１と同様の条件である。研磨加工は実施していない。
このターゲットを用いて、実施例１と同様にスパッタリングを行い、１０μｍ以上の欠陥密度、平均表面粗さ、使用後のノジュール数、パーティクル数を調べた。この結果を同様に、表１に示す。
また、研削加工した後のターゲットの表面状態を顕微鏡により観察したところ、研削加工した後のターゲットの表面には、多数のクラック、抜け落ちによる窪み等の欠陥が認められ、１０μｍ以上の欠陥密度が増大した。
切り込み量が比較例１及び２に比べて小さいので、欠陥量がやや少ないが、同様の傾向にあった。表１に示すように、ノジュール数及びパーティクル数も増大した。【００２５】
（比較例４）
比較例４では、実施例１と同様にＣｏ、Ｃｒ、Ｐｔ、Ｂを原料とし、溶解及び圧延からなる製造条件で製造したターゲットを使用し、最初から手加工による研磨を行い、＃８０、＃１５０、＃２８０、＃４００の順に仕上げた。
この場合は、研磨加工に要する時間が膨大となり、また延性に富んだマトリックスの物質が砥石に付着して砥石のメンテナンス頻度が高くなるという問題が発生した。
しかも、特に手加工による研磨加工では、表面粗さでは差がない場合でも、外周と中心部が多く研磨されるということが起こり、ターゲット表面にうねりが生じた。ターゲットとしては不良であった。【００２６】
上記の実施例１−２に示すように、１０μｍ以上の欠陥密度は０個／ｃｍ２となり、比較例に比べて著しく減少している。また、平均表面粗さも比較例に比べ向上している。また、薄膜の形成において特に問題となるターゲットのスパッタリング使用後のノジュール発生数及びパーティクル数が著しく減少しているのが分かる。
したがって、本発明の切削加工と研磨加工による表面加工方法は、延性に富むマトリックス相内に、金属間化合物、酸化物、炭化物、炭窒化物、その他の延性のない物質が体積比率で１〜５０％存在するターゲットの表面加工において、優れた効果を有することが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明は、ターゲットの表面を、予め切削加工による一次加工を行い、次に研磨による仕上げ加工することにより、クラック、窪み、抜け等の欠陥のないターゲットが得ることができ、このターゲットを用いてスパッタリングすることにより、パーティクルの発生及びターゲット使用後のノジュールの発生が著しく減少するという優れた効果を有するので、特に延性に富むマトリックス相内に、金属間化合物、酸化物、炭化物、炭窒化物、その他の延性のない物質が体積比率で１〜５０％存在するターゲットに有効である。