(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
型鍛造により製造される深鍋状の銅製スパッタリングターゲットであって、該ターゲット内面の全ての部位においてビッカース硬度Ｈｖが７０以上であると共に、硬度Ｈｖの最も高い部位に比べ最も低い部位の硬度差が３０％以内であり、ターゲット内面のエロージョンを受ける全ての部位においてＸ線回折によって得られる（２２０）、（１１１）、（２００）、（３１１）の結晶配向を備えると共に、（２２０）の結晶配向が最も高い配向率を示すことを特徴とする深鍋状銅製スパッタリングターゲット。
【請求項２】
ターゲット内面の全ての部位において平均結晶粒径が７６μｍ以下であり、平均粒径の最も大きい部位の平均結晶粒径Ｄと平均粒径の最も小さい部位の平均粒径ｄとの関係において、最大平均結晶粒径Ｄ／最小平均結晶粒径ｄ＜２．０であることを特徴とする請求項１記載の深鍋状銅製スパッタリングターゲット。
【請求項３】
前記（２２０）の結晶配向が、ターゲット内面のエロージョンを受ける全ての部位において配向率４５％以上であることを特徴とする請求項１又は２記載の深鍋状銅製スパッタリングターゲット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、型鍛造により深鍋状に形成した銅製スパッタリングターゲットに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、エレクトロニクス分野、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いる。
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が、最近では、特にエレクトロニクスの分野において、複雑な形状の被膜の形成や回路の形成に適合する銅製スパッタリングターゲットが要求されている。例えば、深鍋状の三次元的構造を有する銅製ターゲット（HCMターゲット）が使用されるようになってきた。
【０００３】
図１ａに従来のターゲットを、図１ｂに深鍋状の三次元的構造を有する銅製ターゲットを例示する。深鍋状ターゲットを使用する場合は、イオン化スパッタリングを行う場合であり、その特徴は高密度プラズマが形成されることにある。
通常の平板ターゲットは、Ａｒイオンをターゲットに衝突させて金属原子を叩き出し成膜する。それに対しイオン化スパッタリングはＡｒイオンをターゲットに衝突させて金属原子を叩き出すまでは平板状ターゲットと同じであるが、金属原子が高密度プラズマによりイオン化され、これによりイオン化された金属原子に指向性を付与することが可能となり、ホール等の深い溝への金属原子の充填が可能となるという特徴がある。
【０００４】
一般に、このような三次元的構造を有する銅製ターゲットは、金属を溶解・鋳造したインゴット又はビレットを熱間鍛造した後、焼鈍し、さらに型鍛造して製造されている。このような製造工程において、インゴット又はビレットの熱間鍛造は、鋳造組織を破壊し、気孔や偏析を拡散、消失させ、さらにこれを焼鈍することにより再結晶化し、組織の緻密化と強度をある程度高めることができる。
次に、この鍛造及び再結晶焼鈍した材料を型鍛造により、所定の三次元的構造を有する銅製ターゲット形状とし、さらに型鍛造後の再結晶焼鈍及び歪み取り焼鈍を行い、最後に表面加工を行って、銅製ターゲットとすることが行われている。
【０００５】
このような銅製ターゲットの製造方法は、通常の平板型ターゲットの製造においては特に問題となることはないが、上記のような深鍋状の三次元的構造を有する銅製ターゲットでは、いくつかの問題がある。
ターゲット製造の際の型鍛造において塑性変形を強く受ける場所と、殆ど受けない場所が出てくるために、その後の組織に差異が出てくることである。例えば、鍛造方向に対面する個所では、単に圧縮力を受けるだけであるが、鍛造方向に沿う個所すなわち深鍋状の構造の内側面ではしごきのような強い加工を受ける。
このように、塑性変形を強く受ける場所と弱い場所では、型鍛造前の、焼鈍時の再結晶粒の大きさが大きく影響し、結晶方位及び硬さが大きく変わる。すなわち、塑性変形を強く受けた場所では結晶が微細化し、弱い場所ではそれが粗大化する。また、このような塑性変形を強く受けた場所と弱い場所の境界領域では、それが不規則に混在した状態又は段階的に変化した結晶構造となる。
特に、深鍋状ターゲットは、内面組織が均一であることが必要であると共に、その形状を維持するために、十分な強度が必要であるが、従来ではその強度が得られず、クリープ現象のために、フランジ部が大きく変形するという問題を生じた。
【０００６】
一般に、スパッタリングを実施する場合、ターゲットの結晶が細かいほど均一な成膜が可能であり、アーキングやパーティクルの発生が少なく、均一でかつ安定した特性を持つ膜を得ることができる。したがって、型鍛造及びその後の焼鈍において発生する上記のような結晶粒の粗大化や不規則な結晶粒の存在は、アーキングやパーティクルの発生を増加させ、スパッタ成膜の品質を低下させるという大きな問題が発生する。
また、結晶配向の大きな変動、あるいはターゲットの各部位での硬さの相異は、スパッタレイトに大きな影響を与え、ターゲットの品質を低下させるという問題が発生する。
以上から、型鍛造により製造される深鍋状の構造を有する銅製スパッタリングターゲットは、ターゲットの部位における硬度の差異、結晶方位の差異、結晶粒の粗大化と不均一性に起因して、膜の性質を低下させるという問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記の問題を解決するために、鍛造工程及び熱処理工程を改良・工夫することにより、ターゲットの各部位における硬度が高くかつ均一であり、深鍋状ターゲットのフランジ部に変形が発生しない程度の十分な強度を有し、また結晶方位の変動を少なくし、さらに結晶粒径を微細かつ均一にして、スパッタリングの際のノジュールやパーティクルの発生が少なく、品質に優れたスパッタリングターゲット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、
１．型鍛造により製造される深鍋状の銅製スパッタリングターゲットであって、該ターゲット内面の全ての部位においてビッカース硬度Ｈｖが７０以上であると共に、硬度Ｈｖの最も高い部位に比べ最も低い部位の硬度差が３０％以内であり、ターゲット内面のエロージョンを受ける全ての部位においてＸ線回折によって得られる（２２０）、（１１１）、（２００）、（３１１）の結晶配向を備えると共に、（２２０）の結晶配向が最も高い配向率を示すことを特徴とする深鍋状銅製スパッタリングターゲット。
２．ターゲット内面の全ての部位において平均結晶粒径が７６μｍ以下であり、平均粒径の最も大きい部位の平均結晶粒径Ｄと平均粒径の最も小さい部位の平均粒径ｄとの関係において、最大平均結晶粒径Ｄ／最小平均結晶粒径ｄ＜２．０であることを特徴とする請求項１記載の深鍋状銅製スパッタリングターゲット。
３．前記（２２０）の結晶配向が、ターゲット内面のエロージョンを受ける全ての部位において配向率４５％以上であることを特徴とする請求項１又は２記載の深鍋状銅製スパッタリングターゲット、を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のターゲットは、ターゲットの各部位における硬度が高くかつ均一であり、結晶粒径を微細かつ均一にすると共に、結晶方位の変動を少なくすることにより、ターゲットの変形を抑制し、スパッタリングの際のノジュールやパーティクルの発生が少なく、品質に優れたスパッタリングターゲットを得ることができるという優れた効果を有する。さらにターゲットの無駄なスパッタを防止できるので、ターゲットのライフを向上させることができるという効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明のスパッタリングターゲットは次のような工程によって製造する。その具体例を示すと、まず銅を溶解・鋳造し、インゴット又はビレットを製造する。次に、このインゴット又はビレットを７００〜９００°Ｃで熱間鍛造した後、室温で５０％以上の加工比のプレフォーミングを行う。前記鍛造によって、鋳造組織を破壊し、気孔や偏析を拡散あるいは消失させることができる。
【００１１】
さらに、これを１００〜２００°Ｃの温度で再結晶化焼鈍を行い、結晶粒を調整する。さらにこの再結晶焼鈍材を１００〜２００°Ｃの温度で深鍋状に型鍛造して深鍋状銅製スパッタリングターゲットとする。
前記熱間鍛造はこねくり鍛造（Kneading）が望ましく、繰返しによる熱間鍛造は特性改善に有効である。なお、再結晶温度は、歪みの量と温度及び時間を考慮して最適な温度を決定する。前記熱間こねくり鍛造において、真歪の絶対値の合計を４以上とすることが望ましい。
【００１２】
前記プレフォーミングは、室温で実施する。また、この際加工度は最終的に要求される結晶粒径によって異なるが、２０％以上が好ましい。特に５０〜９０％の加工比による加工が望ましい。これによって、材料中に強度の加工歪みがもたらされる。このように、冷間プレフォーミングを行う理由は、より大きな加工歪みを導入すること、及びプレフォーミング工程中の材料の温度を可能な限り、一定に保つためである。これによって、導入される歪みを十分大きく、かつ均一にすることが可能となる。
【００１３】
この冷間プレフォーミングを行った後、再結晶焼鈍を行って結晶粒を調整する。この冷間プレフォーミング後の再結晶焼鈍は、比較的低温の１００〜２００°Ｃで行う。低温での焼鈍でもプレフォーミングにより十分な歪みが入っているため、再結晶が可能となる。これによって、平均結晶粒径を７６μｍ以下にすることが可能となる。
また、平均結晶粒径の最も大きい部位の平均結晶粒径Ｄ０と平均結晶粒径の最も小さい部位の平均結晶粒径ｄ０とにおいてＤ０／ｄ０＜２．０とすることができる。このように、深鍋状に加工するという過酷な加工を伴うにもかかわらず、このように深鍋状ターゲットの各部位において、平均結晶粒径を細かくすることが可能であり、さらに結晶粒径の変化が少ないのは、本願発明の特異な製造方法に拠る。
前記冷間プレフォーミングは本発明の重要な工程の１つであり、これによって、最終工程において微細かつ均一な結晶もつターゲットを得ることが可能となる。
【００１４】
次に、このような微細かつ均一な結晶をもつ冷間プレフォーミング材を型鍛造する。なお、本型鍛造にはスピンニング加工が含まれる。すなわち、本明細書に記載する全ての型鍛造はこのスピンニング加工を含むものとする。さらに、型鍛造後、結晶均質化焼鈍又は歪取り焼鈍を行うことができる。
この型鍛造において、前記のような歪みを強く受ける場所と、殆ど受けない場所が出てくるが、歪みを強く受けない場所においては、すでに前工程の冷間プレフォーミングにおいて結晶粒は微細に調整されているので、他の歪みを強く受けた場所との結晶粒径に大きな差異が出てくることはない。
これによって、型鍛造後の結晶均一化焼鈍又は歪取り焼鈍により、内部に発生した歪みが除去され、全体に渡り、ほぼ均一な結晶粒径を持つターゲットを得ることができる。そして、平均結晶粒径の最も大きい部位の平均結晶粒径Ｄと平均結晶粒径の最も小さい部位の平均結晶粒径ｄとの関係をＤ／ｄ＜２．０とする深鍋状銅スパッタリングターゲットが得られる。
【００１５】
以上の工程によって、深鍋状ターゲット内面の全ての箇所におけるビッカース硬度Ｈｖを７０以上とすることができる。これが、本願発明の著しい特徴である。この硬度が高く均一な深鍋状銅ターゲット条件が達成されれば、フランジ部が変形することなく、またスパッタリングの際のノジュールやパーティクルの発生が少なく、スパッタ特性に優れたターゲットを得ることができる。このように、この深鍋状銅ターゲットのフランジ部はスパッタリング時のエロージョン部とはならないが、他の部位と同様に硬度が高いので変形することがないという特徴を有している。
【００１６】
したがって、本願発明の深鍋状ターゲット内面の全ての箇所において、ビッカース硬度Ｈｖが７０以上を達成した深鍋状銅ターゲットが、本願発明の主たる構成であることが容易に理解されるべきである。特に、この平均ビッカース硬度Ｈｖは８０以上であることが望ましい。
さらに、硬度Ｈｖの最も高い部位に比べ最も低い部位の硬度差が３０％以内とすることができる。これも、本願発明の著しい特徴の一つであり、さらに良好なターゲットを得ることができる。
【００１７】
このようにして製造した深鍋状銅スパッタリングターゲットの内部の面を、Ｘ線回折によって得られる（２２０）、（１１１）、（２００）、（３１１）の結晶配向を備えさせ、該深鍋状ターゲットのエロージョンを受ける面の結晶配向を（２２０）主配向とすることができる。特に、結晶配向（２２０）の配向率が４５％以上であることが望ましい。なお、上記の通り、本発明は第一義的にはターゲット内面の硬度達成であることは言うまでもない。
【００１８】
本発明では、深鍋状ターゲットのエロージョンを受ける面の結晶配向を（２２０）主配向としているが、深鍋状ターゲットのエロージョンを受ける面は、全部の内面というわけではない。すなわち、深鍋状ターゲットのフランジ部及び底面中央部はエロージョンを受けない。むしろスパッタ粒子が付着する（デポジットする）領域である。これは深鍋状ターゲットの固有の現象である。
これらの部位は、結晶配向を（２００）主配向とする必要がないことは容易に理解されるべきである。すなわち、これらの部位が（２２０）主配向であっても、他の結晶配向を有していても良く、特に問題となるものではない。
なお、エロージョンの受けないフランジ部及び底部の中央は、後述する図２のＡ及びＦの部分であるが、それぞれターゲット内面全体の面積のおよそ１５％（Ａ部）、８％（Ｆ部）の範囲である。
【００１９】
上記のように深鍋状ターゲット内面のエロージョン部において（２２０）が主配向である点において、特異なスパッタ現象が見られる。それを、以下に説明する。
ＨＣＭターゲットは、通常ターゲット側面がスパッタされ、スパッタされた原子は、高密度プラズマによりイオン化されウエハに降り注ぐが、前述のように全ての原子がイオン化されるわけではなく、スパッタされた原子は四方八方に飛び、ターゲットの底面側にも堆積する。したがって、原子のイオン化率を上げるためには、スパッタされる原子を少なくするのが望ましいと言える。
【００２０】
通常、スパッタリングに用いられるターゲットのエロージョン面は、スパッタ率を上げる工夫がなされるが、前記（２２０）を主配向とする場合には、通常のターゲットに全く逆の機能を持つ。すなわち、スパッタレイトが大きい（１１１）配向に比べて、（２２０）主配向は、スパッタレイトがより小さくなるという特徴がある。
これはむしろ好ましい現象であり、スパッタされる原子の数を減らし、原子のイオン化率を上げることができる。したがって、ウエハに降り注ぐイオンの数を相対的に増加させることができる。このように、ターゲットの無駄なスパッタを防止できるので、ターゲットのライフを向上させることができる効果を持つ。
【００２１】
以上から、深鍋状ターゲットの内部のエロージョン面が（２２０）結晶配向が多く占めるということは、この点からも、極めて望ましい形態と言える。特に、結晶配向（２２０）の配向率が、４５％以上、特に平均で５０％以上を備えていることが望ましい。
上記の通り、深鍋状ターゲットのフランジ部及び底部はエロージョン部とならないので、結晶配向（２２０）の配向率は、全く無視することができる。
【実施例】
【００２２】
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。なお、下記に比較例も示すが、この比較例は従来の製造工程の例である。
【００２３】
銅（６Ｎ）材料を溶解・鋳造し、インゴットを作成した。次に、このインゴットに対し８００°Ｃで熱間こねくり鍛造を行った。この熱間こねくり鍛造によって、鋳造組織を破壊し、気孔や偏析を拡散及び消失させることができ、均一な組織の鍛造品が得られた。
次に、この熱間こねくり鍛造材を用いて、室温で９０％の加工比によるプレフォーミングを実施した。このプレフォーミングを実施した後、１５０°Ｃにて２時間の再結晶化焼鈍を行い、結晶粒を調整した。これによって平均結晶粒径が７６μｍ以下の微細かつ均一な結晶粒度に調整することができた。
このような微細かつ均一な結晶を持つプレフォーミング材を、深鍋状ターゲットに型鍛造した。型鍛造は１００°Ｃで行った。
【００２４】
図２は、この工程で作成した深鍋状ターゲットの断面図である。図２のＡはフランジ部、Ｂ，Ｃは側部、Ｄは連結部、Ｅ，Ｆ（中央）は鍋底部を示す。なお、上記の通り、この図２の部位で、フランジ部Ａと底部Ｆはスパッタリングの際にエロージョンを受けない。Ｘ線回折（ＸＲＤ）によって得られた結晶配向の強度を規格化したもの（ＸＲＤピーク強度をＪＣＰＤＳ（カード番号４０８３６）の相対強度で割った値）を表１に示す。
【００２５】
【表１】
0004650811.tif 000002
【００２６】
この表１に示す通り、Ｘ線回折によって得られる（２２０）、（１１１）、（２００）、（３１１）の結晶配向を備えていた。そしてエロージョン部となるＢ〜Ｅは全て（２２０）が主配向であった。そして、この結晶配向の中の（２２０）の配向率は４５％以上である特徴を備えていることが分かる。
【００２７】
平均粒径を表２に示す。それぞれＡ：６４μｍ、Ｂ：６３μｍ、Ｃ：６１μｍ、Ｄ：７６μｍ、Ｅ：５０μｍ、Ｆ：４２μｍであり、平均結晶粒径の最も大きい部位の平均結晶粒径Ｄと、平均結晶粒径の最も小さい部位の平均結晶粒径ｄとの関係はＤ／ｄ＝１．８であった。このように、粗大粒や極端な微細粒がない比較的均一で微細な組織を有するターゲットを作製することができた。
型鍛造では前記のような歪みを強く受ける場所と、ほとんど受けない場所が生じるが、すでに前工程の冷間プレフォーミング・再結晶化焼鈍において結晶粒は微細に調整されており、本方法での工程を行う限り著しい粒成長をすることはなく、歪みを受けた場所との結晶粒径に大きな差は生じなかった。
【００２８】
【表２】
0004650811.tif 000003
【００２９】
上記の工程で作成した深鍋状ターゲットのビッカース硬度（Ｈｖ）の測定結果を表３に示す。本来はＨｖ７０以上でも効果を達成できるが、この表３に示す通り、それぞれＡ：９３、Ｂ：１０１、Ｃ：８２、Ｄ：８０、Ｅ：９７、Ｆ：１０２で、全ての箇所でＨｖ８０を超えており、さらに高い強度を有していることが分かる。
また、硬度Ｈｖの最も高い部位に比べ最も低い部位の硬度差が３０％以内であり、均質な硬度を有していることが確認できる。これは、冷間プレフォーミングと低温での再結晶化焼鈍において結晶粒を微細なものに調整した結果であり、本願発明の大きな特徴の一つである。なお、上記の通り深鍋状のターゲットにおけるフランジ部ＡにおいてもＨｖ９３という高硬度を達成していた。このようなフランジ部Ａの高硬度化は、変形を防止する上で、さらに好ましい結果となった。
【００３０】
また、（２２０）配向を主配向とすることにより、スパッタされる原子の数を減らし、原子のイオン化率を上げ、ウエハに降り注ぐイオンの数を相対的に増加させることが可能であり、これはターゲットの無駄なスパッタを防止できるので、スパッタレイトが大きい（１１１）配向に比べて、ターゲットのライフを向上させることができるという効果も認められた。
【００３１】
【表３】
0004650811.tif 000004
【００３２】
（比較例）
実施例と同様の銅（６Ｎ）インゴットを作成した。このインゴットを冷間鍛造により、冷間で５０％の加工比によるプレフォーミングを行い、３００°Ｃにて２時間の再結晶化焼鈍を行った。このプレフォーミング材を４００°Ｃで同様に深鍋状のターゲットに型鍛造した。さらに、型鍛造後４２５°Ｃで結晶粒均一化・歪取り焼鈍を行った。
実施例と同様に、Ｘ線回折（ＸＲＤ）によって得られた結晶配向の強度を規格化したもの（ＸＲＤピーク強度をＪＣＰＤＳ（カード番号４０８３６）の相対強度で割った値）を表１に示す。
【００３３】
表１に示す通り、Ｘ線回折によって得られる（２２０）、（１１１）、（２００）、（３１１）の結晶配向を備えているが、この結晶配向の中の（２２０）が必ずしも主配向であるとは限らず、エロージョン部である箇所（Ｄ）において主配向が（１１１）であり、箇所（Ｅ）の主配向が（３１１）となった。このように、主配向がまちまちであり、本願発明の条件、すなわち（２２０）主配向の条件を満たしていなかった。
【００３４】
実施例と同様に、図２のＥ，Ｆは鍋底部、Ａはフランジ部、Ｂ，Ｃ，Ｄは側部の、いずれもターゲット側（スパッタリングの際エロージョンを受ける側）であるが、このターゲット内部のＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆの平均粒径を表２に示す。それぞれ、Ａ：８８μｍ、Ｂ：９１μｍ、Ｃ：８８μｍ、Ｄ：９６μｍ、Ｅ：８６μｍ、Ｆ：８８μｍであり、結晶粒径は８５μｍを超え粗大化していた。
【００３５】
さらに、比較例の工程で作成した深鍋状ターゲットのビッカース硬度（Ｈｖ）の測定結果を、同様に表３に示す。この表３に示す通り、それぞれＡ：４６、Ｂ：４７、Ｃ：４５、Ｄ：４４、Ｅ：４７、Ｆ：４７であり、全ての箇所でＨｖ５０を下回っており、十分な硬度を有していなかった。このような平均粒径の粗大化と硬度の低下は、型鍛造温度及び型鍛造後の焼鈍温度が高過ぎたことによると考えられる。
【００３６】
また、上記の通り、フランジ部Ａの硬度はＨｖ４６で、十分な硬度が得られておらず、不均一な組織でかつ強度不足となりターゲットフランジ部に変形が生じた。
また、スパッタレイトが大きい（１１１）配向率が全体的に高いため、スパッタされる原子の数が多く、原子のイオン化率が低下し、ウエハに降り注ぐイオンの数を相対的に減少する傾向があった。これはターゲットの無駄なスパッタが多くなるので、ターゲットのライフが実施例に比べ低下するという結果になった。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、ターゲットの各部位における硬度が高くかつ均一であり、結晶粒径を微細かつ均一にすることができると共に、結晶方位の変動を少なくすることにより、ターゲットの変形を抑制し、スパッタリングの際のノジュールやパーティクルの発生が少なく、品質に優れたスパッタリングターゲットを得ることができるという効果を有するので、イオン化スパッタリング用銅ターゲット材として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】平板状ターゲットと深鍋状ターゲットのスパッタ状況を説明する概略説明図である。
【図２】型鍛造後の深鍋状銅ターゲットの断面図である。
【図１】
0004650811.tif 000005
【図２】
0004650811.tif 000006