(57)【要約】本発明は、金属物品を形成する方法を包含している。金属材料のインゴットが提供され、このインゴットは初期の厚さを有する。このインゴットは熱間鍛造される。熱間鍛造製品は焼き入れされて、金属材料中に平均結晶粒度を250ミクロン未満に固定する。この焼入れ熱処理された材料が、三次元物理蒸着ターゲットに成形されることができる。本発明はまた、鋳込成形インゴットを成形する方法を包含している。特に、鋳込成形インゴットは、高純度銅材料である。本発明はまた、物理蒸着ターゲット及びマグネトロンプラズマスパッタ反応器アセンブリをも包含している。【選択図】図１６
2004535933.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
250 ミクロンより大きい初期結晶粒度と初期厚さを有する金属材料のインゴットを準備し；
このインゴットを、約 700 °Ｆ〜約1100 °Ｆの温度で、このインゴットの厚さを初期の厚さの約10％から約60％に減らすのに十分な圧力で、十分な時間、熱間鍛造して、そのインゴットを熱間鍛造物に変換し、そして
この熱間鍛造物を、その金属材料内での平均結晶粒度を 250ミクロンより小さく固定するために焼入れ処理する；ことを含む、焼入れ処理された材料である金属物品を調製する方法。
【請求項２】
その金属材料が、少なくとも 99.995 重量％の純度を有する銅を含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
その金属材料が、Ni、Co、Ta、AlおよびTiの一以上を含む請求項１に記載の方法。
【請求項４】
その固定された平均結晶粒度が 200ミクロンより小さい、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
その固定された平均結晶粒度が 100ミクロンより小さい、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
その熱間鍛造がプレス中で行われ、そしてその焼入れ処理は、熱間鍛造物をプレスから取出して約15分以内に、熱間鍛造物の全体の温度を、約 150 °Ｆより低いか、等しい温度に低下させることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
その金属物品を物理蒸着ターゲットに成形する工程をさらに含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項８】
その金属物品を三次元物理蒸着ターゲットに成形する工程をさらに含んでおり、その金属物品を三次元物理蒸着ターゲットに成形する工程が、
第２部分の中に受容できる第１部分を有するプレスを準備する工程；
そのプレスの第１部分と第２部分の間に金属物品を置く工程：および
その金属物品を第１部分と第２部分の間でプレスして、その金属物品を、おおよそ、三次元物理蒸着ターゲットの形状に成形する工程；を含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項９】
内部キャビティを有する金型を準備し；
この内部キャビティを、溶融金属材料の第１装填物で部分的に充填し、その内部キャビティの残りの未充填部分を後に残し；
この内部キャビティ内で溶融材料の第１装填物を冷却し、その冷却の少なくとも幾らかの時間の間、この第１装填物を内部キャビティ内で揺り動かしながら溶融材料の第１装填物を部分的に固化させ；
溶融材料の第１装填物が、ただ部分的に固化している間に、そのキャビティの残りの未充填部分を、溶融材料の第２装填物で少なくとも部分的に充填し；そして
この材料の第１および第２装填物を含むインゴットを調製するために、その第２装填物を冷却する少なくとも幾らかの時間の間、この第２装填物を内部キャビティ内で揺り動かしながら、この内部キャビティ内で溶融材料の第１および第２装填物を冷却する：ことを含む、鋳込成形インゴットを調製する方法。
【請求項１０】
そのインゴットが厚さと直径のある円筒形状を有し；そして鋳込成形中に、そのインゴットの最上部に生成した任意の収縮キャビティが、その円筒形状インゴットの厚さの10％より少ない深さを有する、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
そのインゴットが厚さと直径のある円筒形状を有し；そして鋳込成形中に、そのインゴットの最上部に生成した任意の収縮キャビティが、その円筒形状インゴットの厚さの 2％より少ない深さを有する、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
その溶融材料が基本的に金属材料からなる請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
その溶融材料が、少なくとも約99.995重量％の純度を有する銅を含む請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
第１装填物が、その内部キャビティの容積の約50％から約90％を充填する請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
第１装填物が、その内部キャビティの容積の約 5％から約50％を充填する請求項９に記載の方法。
【請求項１６】
第１装填物が内部キャビティの容積の約50％を充填し、第２装填物が内部キャビティの容積の約10％より少ないか、約10％に等しい容積を充填し、そしてさらに、第２装填物の供給に続いて、その内部キャビティ内に溶融材料の追加装填物を供給することを含み、各装填物は、先行する装填物からそのキャビティ内に供給された材料の少なくとも幾らかが、ただ部分的に固化した後に、そのキャビティ内に入れられる、請求項９に記載の方法。
【請求項１７】
第１エンドと、その第１エンドに向かい合う関係にある第２エンドを有する少なくとも一つのカップを含む形状で；その第１エンドは、その中に延びている開口部を有しており；そのカップは、その中にくぼみを有しており；そのくぼみは、第１エンド内の開口部から第２エンドに向かって延びており；そのカップは、そのくぼみの外囲を規定する内側面を有しており；その形状は、そのカップの外面の回りに延びていて、そしてその内側面に向かい合っている外側面を含んでおり；その外側面は丸くなっているコーナーを有する第２エンドの少なくとも一部の回りを包んでいる領域を含んでおり；その丸くなっているコーナーは、少なくとも約 1インチの曲率半径を有しており；そして
そのカップの内側面に沿って規定されるスパッタリング表面、
を含む物理蒸着ターゲット。
【請求項１８】
その内側面が、少なくとも約 1インチの曲率半径を有する丸くなったコーナー、を含まない請求項１７に記載の物理蒸着ターゲット。
【請求項１９】
その内側面が、少なくとも約 1インチの曲率半径を有する丸くなったコーナーを、含んでいる請求項１７に記載の物理蒸着ターゲット。
【請求項２０】
その内側面が、少なくとも約 1インチの曲率半径を有する丸くなったコーナーを含み、そして、その内側面の丸くなったコーナーが、その外側面の丸くなったコーナーの内部にある、請求項１７に記載の物理蒸着ターゲット。
【請求項２１】
基本的に高純度の銅からなる請求項１７に記載の物理蒸着ターゲット。
【請求項２２】
基本的にTaからなる請求項１７に記載の物理蒸着ターゲット。
【請求項２３】
基本的にTiからなる請求項１７に記載の物理蒸着ターゲット。
【請求項２４】
Cu、Ni、Co、Ta、AlおよびTiの一以上を含む請求項１７に記載の物理蒸着ターゲット。
【請求項２５】
その外表面が、その第２エンドの回り全体を包んでいる請求項１７に記載の物理蒸着ターゲット。
【請求項２６】
その曲率半径が少なくとも約 1.5インチである請求項１７に記載の物理蒸着ターゲット。
【請求項２７】
その曲率半径が少なくとも約 1.7インチである請求項１７に記載の物理蒸着ターゲット。
【請求項２８】
その曲率半径が少なくとも約 1.8インチである請求項１７に記載の物理蒸着ターゲット。
【請求項２９】
その形状が基本的に 250ミクロンより小さいか、等しい平均結晶粒度を有する材料からなる請求項１７に記載の物理蒸着ターゲット。
【請求項３０】
その形状が基本的に 200ミクロンより小さいか、等しい平均結晶粒度を有する材料からなる請求項１７に記載の物理蒸着ターゲット。
【請求項３１】
その形状が基本的に 100ミクロンより小さいか、等しい平均結晶粒度を有する材料からなる請求項１７に記載の物理蒸着ターゲット。
【請求項３２】
その形状が 250ミクロンより小さいか、等しい平均結晶粒度を有する材料からなる請求項１７に記載の物理蒸着ターゲット。
【請求項３３】
その形状が 200ミクロンより小さいか、等しい平均結晶粒度を有する材料から成る請求項１７に記載の物理蒸着ターゲット。
【請求項３４】
その形状が 100ミクロンより小さいか、等しい平均結晶粒度を有する材料からなる請求項１７に記載の物理蒸着ターゲット。
【請求項３５】
Cu、Ni、Co、Ta、Al、およびTi、の一以上を含む材料；
その材料内での、約 250ミクロンより小さいか、 250ミクロンに等しい平均結晶粒度；
第１エンドとその第１エンドに向かい合う関係にある第２エンドを有する少なくとも一つのカップを含む形状であって、その第１エンドは、その中に延びている開口部を有し；そのカップは、その中にくぼみを有し；そのくぼみは、第１エンド内の開口部から第２エンドに向かって延びており；そのカップは、そのくぼみの外囲を規定する内側面を有している、形状；そして
そのカップの内側面に沿って限定されるスパッタリング表面、
を含む、三次元物理蒸着ターゲット。
【請求項３６】
その材料が基本的に銅からなり、そしてそのターゲットが基本的にその材料からなる請求項３５に記載の三次元物理蒸着ターゲット。
【請求項３７】
その材料が基本的にタンタルからなり、そしてそのターゲットが基本的にその材料からなる請求項３５に記載の三次元物理蒸着ターゲット。
【請求項３８】
その平均結晶粒度が 200ミクロンより小さいか等しい、請求項３５に記載の三次元物理蒸着ターゲット。
【請求項３９】
その平均結晶粒度が 100ミクロンより小さいか等しい、請求項３５に記載の三次元物理蒸着ターゲット。
【請求項４０】
その平均結晶粒度が 90 ミクロンより小さいか等しい、請求項３５に記載の三次元物理蒸着ターゲット。
【請求項４１】
その平均結晶粒度が 85 ミクロンより小さいか等しい、請求項３５に記載の三次元蒸着ターゲット。
【請求項４２】
Applied Materials(登録商標）Self Ionized Plasma Plus( 登録商標）ターゲットの形状をしている、請求項３５に記載の三次元物理蒸着ターゲット。
【請求項４３】
Novellus Hollow Cathode Magnetron(登録商標）ターゲットの形状をしている、請求項３５に記載の三次元物理蒸着ターゲット。
【請求項４４】
スパッタリング・コートされるべき基材を収容するのに適したプラズマ・チャンバー；
そのチャンバー内で、そして次の形状を有するターゲット；その形状は、第１エンドと第１エンドに向かい合う関係にある第２エンドを有する少なくとも一つのカップを含み；その第１エンドはその中に延びている開口部を持ち；そのカップはその中にくぼみを持ち；そのくぼみは第１エンド内の開口部から第２エンドに向かって延びており；そのカップはくぼみの外囲を規定する内側面を持ち；その形状はそのカップの外側面の回りに延びていて、そしてその内側面に向かい合っている外側面を含んでおり；その外側面は丸くなっているコーナーを有する第２エンドの少なくとも一部の回りを包んでいる領域を含んでおり；その丸くなっているコーナーは少なくとも約 1インチの曲率半径を有している；そのターゲットはその内側面に沿って規定されるスパッタリング表面を持ち、該ターゲットは、該プラズマ・チャンバー内でプラズマを生成するための電力を受取るのに適合しており；そして、
そのターゲットに近く、そしてそのくぼみ内に延びている磁場線を有する磁場を発生するのに適している磁性材料の配置、
を含む、マグネトロン・プラズマ・スパッタ・リアクタ。
【請求項４５】
そのターゲットの内側面が、少なくとも約 1インチの曲率半径を有する丸くなったコーナーを含まない、請求項４４に記載のマグネトロン・プラズマ・スパッタ・リアクタ。
【請求項４６】
そのターゲットの内側面が、少なくとも約 1インチの曲率半径を有する丸くなったコーナーを含んでいる、請求項４４に記載のマグネトロン・プラズマ・スパッタ・リアクタ。
【請求項４７】
そのターゲットの内側面が、少なくとも約 1インチの曲率半径を有する丸くなったコーナーを含み、そして、その内側面の丸くなったコーナーが、その外側面の丸くなったコーナーの内部にある、請求項４４に記載のマグネトロン・プラズマ・スパッタ・リアクタ。
【請求項４８】
そのターゲットが、基本的に高純度の銅からなる、請求項４４に記載のマグネトロン・プラズマ・スパッタ・リアクタ。
【請求項４９】
そのターゲットが、基本的に高純度のTaからなる、請求項４４に記載のマグネトロン・プラズマ・スパッタ・リアクタ。
【請求項５０】
そのターゲットが、基本的に高純度のTiからなる、請求項４４に記載のマグネトロン・プラズマ・スパッタ・リアクタ。
【請求項５１】
そのターゲットが、Cu、Ni、Co、Ta、AlおよびTiの一以上を含む、請求項４４に記載のマグネトロン・プラズマ・スパッタ・リアクタ。
【請求項５２】
そのターゲットの外側面が、その第２エンドの回り全体を包んでいる請求項４４に記載のマグネトロン・プラズマ・スパッタ・リアクタ。
【請求項５３】
その曲率半径が少なくとも約 1.5インチである請求項４４に記載のマグネトロン・プラズマ・スパッタ・リアクタ。
【請求項５４】
その曲率半径が少なくとも約 1.7インチである請求項４４に記載のマグネトロン・プラズマ・スパッタ・リアクタ。
【請求項５５】
そのターゲット形状物が基本的に 250ミクロンより小さいか、等しい平均結晶粒度を有する材料からなる、請求項４４に記載のマグネトロン・プラズマ・スパッタ・リアクタ。
【請求項５６】
そのターゲット形状物が基本的に 200ミクロンより小さいか、等しい平均結晶粒度を有する材料からなる、請求項４４に記載のマグネトロン・プラズマ・スパッタ・リアクタ。
【請求項５７】
そのターゲット形状物が基本的に 100ミクロンより小さいか、等しい平均結晶粒度を有する材料からなる、請求項４４に記載のマグネトロン・プラズマ・スパッタ・リアクタ。
【請求項５８】
スパッタ・コートされるべき基材を収容するのに適合したプラズマ・チャンバー；
そのチャンバー内で、そして次の形状を持つターゲット：その形状は、第１エンドと第１エンドに向かい合う関係にある第２エンドを有する少なくとも一つのカップを含み；その第１エンドはその中に延びている開口部を持ち；そのカップはその中にくぼみを持ち：そのくぼみは第１エンド内の開口部から第２エンドに向かって延びており；そのカップはくぼみの外囲を規定する内側面を持ち；そのターゲットはその内側面に沿って規定されるスパッタリング表面を持ち；該ターゲットは、該プラズマ・チャンバー内でプラズマを生成するための電力を受取るのに適合しており；そのターゲットは、基本的に、Cu、Ni、Co、Ta、AlおよびTiの一以上を含む材料からなり；さらに、そのターゲット材料は、250 ミクロンより小さいかまたは等しい平均結晶粒度を有しており、そして、
そのターゲットに近く、そしてそのくぼみ内に延びている磁場線を有する磁場を発生するのに適合している磁性材料の配置、
を含む、マグネトロン・プラズマ・スパッタ・リアクタ。
【請求項５９】
そのターゲットの材料が基本的に銅からなる、請求項５８に記載のマグネトロン・プラズマ・スパッタ・リアクタ。
【請求項６０】
そのターゲットの材料が基本的にタンタルからなる、請求項５８に記載のマグネトロン・プラズマ・スパッタ・リアクタ。
【請求項６１】
そのターゲットの材料の平均結晶粒度が 200ミクロンより小さいか、等しい、請求項５８に記載のマグネトロン・プラズマ・スパッタ・リアクタ。
【請求項６２】
そのターゲットの材料の平均結晶粒度が 100ミクロンより小さいか、等しい、請求項５８に記載のマグネトロン・プラズマ・スパッタ・リアクタ。
【請求項６３】
そのターゲットの材料の平均結晶粒度が 90 ミクロンより小さいか、等しい、請求項５８に記載のマグネトロン・プラズマ・スパッタ・リアクタ。
【請求項６４】
そのターゲットの材料の平均結晶粒度が 85 ミクロンより小さいか、等しい、請求項５８に記載のマグネトロン・プラズマ・スパッタ・リアクタ。
【請求項６５】
そのターゲットの形状が、Applied Materials(登録商標）Self Ionized Plasma Plus( 登録商標）ターゲットの形状をしている、請求項５８に記載のマグネトロン・プラズマ・スパッタ・リアクタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明の技術的分野
本発明は、鋳込成形インゴットを調製する方法に関し、そしてまた高純度の金属物品を調製する方法に関する。さらに本発明は、スパッタリング・ターゲットットを調製する方法に関し、そしてスパッタリング・ターゲット構造物(target constructions)に関する。本発明はまた、スパッタ・リアクタ・アセンブリにも関する。特定の態様では、本発明は、非磁性材料を含んでいるか、基本的に非磁性材料からなるか、または非磁性材料からなる、スパッタリング・ターゲット構造物に関する。
【０００２】
本発明の背景
半導体製作工程において、材料の薄層を調製するために普通用いられている方法は物理蒸着(PVD) である。PVD はスパッタリング法を含む。典型的な PVD法では、カソードターゲットが高強度粒子のビームに曝される。この高強度粒子がターゲットの表面に衝突すると、それら粒子に強制されて、物質がターゲット表面から追出される。次いで、この物質が半導体基材の上に沈着し、基材を横断して、その物質の薄膜を形成する。
【０００３】
PVD工程で、半導体基材の表面に関連する可能性のある、様々な起伏のある面（undulating feauture)を横断して均一な厚さのフィルム得ることを試みる場合、困難に遭遇する。このような困難をターゲットの幾何学的形状により処理するための多くの試みがなされてきた。かくして、現在、数多くの幾何学的形状のターゲットが商業的に製造されている。典型的な複数の形状を、図１‐８を参照して説明する。図１および２は、それぞれ Applied Materials Self Ionized Plus（登録商標）ターゲット構造物 10 の等角投影図と横断側面図を例示している。図３および４は、それぞれ Novellus Hollow Cathode Magnetron（登録商標）ターゲット構造物12の等角図と横断側面図を例示している。図５および６は、それぞれ Honeywell,International Endura （登録商標）ターゲット構造物14の等角図と横断側面図を例示している。最後に、図７および８は、それぞれ、フラット（平たい）ターゲット構造物16の等角図と横断側面図を例示している。
【０００４】
図２、４、６および８の横断側面図の各々は、水平寸法“Ｘ”と垂直寸法“Ｙ”を含めて示している。この“Ｙ”／“Ｘ”比が、そのターゲットがいわゆる三次元ターゲットであるか、または二次元ターゲットであるかを決めることができる。特定的にいえば、これらターゲットの各々の水平方向の寸法“Ｘ”は、普通、約15〜約17インチである。Applied Materials(登録商標）ターゲット（図２）の、垂直方向の寸法“Ｙ”は普通、約5 インチであろうし、Novellus（登録商標）ターゲット（図４）の垂直方向の寸法は普通、約10インチであろうし、 Endura(登録商標）ターゲット（図６）の垂直方向の寸法は普通、約 2〜約6 インチであろうし、そしてフラット・ターゲットの垂直方向の寸法は普通、約 1インチより小さいかまたは約 1インチに等しいかである。本明細書および特許請求の範囲を解釈することを目的とする場合、その垂直寸法“Ｙ”／水平寸法“Ｘ”比が、0.15インチより大きいかまたは 0.15 インチに等しい場合、ターゲットは三次元ターゲットであると考えられる。本発明の特定の態様では、三次元ターゲットは 0.5インチより大きいかまたは等しい垂直寸法“Ｙ”／水平寸法“Ｘ”比を有している。垂直寸法“Ｙ”／水平寸法“Ｘ”比が 0.15 インチより小さいなら、そのターゲットは、二次元ターゲットであると考えられる。
【０００５】
Applied Materials(登録商標）ターゲット（図２）と Novellus(登録商標）ターゲット（図４）は、このようなターゲットの幾何学的形状を有するモノリシック・ターゲットを製造するのは困難であるという点で、複雑な三次元の幾何学的形状からなると考えられる。この Applied Materials（登録商標）ターゲット（図２）と Novellus(登録商標）ターゲット（図４）は共に、一対の向きあったエンド 13 および 15 を持つ少なくとも一つのカップ 11 を含むことを特徴とする幾何学的形状を有している。エンド 15 は開いており、エンド 13 は閉じている。カップ 11 は、その中に延びているくぼみ(hollow)19を有している。さらに各カップ 11 はくぼみ 19 の円周を規定する内面[internal surface;または内側面(interior surface)] 21と、その内側面に対面する関係にある外側面 23 を有している。この外側面 23 は、各カップ 11 の回りに延びており、コーナー 25 のところで、閉じたエンド 13 の回りを包んでいる。ターゲット 10 と 12 は、それぞれ外側面で規定され、そしてエンド 13 と 15 の間に延びている側壁 27 を有している。図２および４のターゲット 10 と 12 は、さらに側壁 27 の回りに延びているフランジ 29 を共有しているのが特徴である。図２のターゲット 10 と図４のターゲット 12 との差は、ターゲット 10 はそのターゲットの中心を通って下方に延びているキャビティ 17 を有しており、ターゲット 10 のカップ 11 はターゲット 12 のカップに比べて狭いことである。
【０００６】
図２の Applied Materials（登録商標）ターゲット 10 を使用できる典型的なスパッタリング装置が、米国特許第 6,251,242号明細書に記載されている。このような装置の一つが、図９に図解的に示されている。特定して説明すれば、図９は、その中に備えられたスパッタリング・ターゲット 10 を有するマグネトロン・プラズマ・スパッタ・リアクタ 200を例示している。ターゲット 10 は、図９中では、このターゲットのもう一つの説明をするために、図２中とは別の代りの用語と番号付けを用いて説明される。
【０００７】
リアクタ 200は、中心軸 204の回りに対称的に配置されたマグネトロン 202を含んでいる。ターゲット 10 または少なくともその内側面は、スパッタ蒸着されるべき材料からなる。このターゲットは、例えば、Ti、Taまたは高純度の銅からなる。ターゲット10は、スパッタ・コーティングされているウエハ 208に向き合っている環状で下向きの表面仕上げブォールト 206(vault)(即ち、図２で説明したくぼみ 19)を含んでいる。或いはまた、ブォールト 206は、環状で下向きの表面仕上げトラフ（trough）として特徴を表わすことができる。ブォールト 206は、その深さ／半径方向の幅の縦横比が少なくとも 1:2であり、そして特定の用途では少なくとも 1:1である。このブォールトは、ウエハ 208の外周の外側の外側壁 210、ウエハ 208の上方にある内側壁 212、および一般に平たいブォールトの最上部壁またはルーフ216 を有している。ターゲット10は、内側壁 212とウエハ 208に平行に向き合っている普通平たい面 220を含むポスト218 を形成する中心部分を含んでいる。
【０００８】
このマグネトロン・リアクタ 200は、第１垂直磁気分極、およびこの第１分極に向き合っていて、そして環状パターンに整列している第２垂直磁気分極の一以上の外側の磁石 226を有する一以上の中心の磁石 224を含んでいる。これらの磁石 224および 226は、永久磁石であり、従って、強磁性材料からなる。内側の磁石 224は、ターゲットの内側壁 212の向き合った部分の間に形成している円筒状の中心ウエル 228（即ち、図２のキャビティ 17)の中に位置しており、そして外側の磁石 226は、一般に、ターゲットの外側壁 210の半径の外側に位置している。円形の磁性ヨーク（継鉄）230 が、内側および外側の磁石 224および 226の最上部を磁気的に連結している。このヨークは、例えば、磁石 224および 226により生じる磁気のための磁気回路を形成させるために磁化され得る常磁性材料のような磁気的にソフトな（帯磁し易い）材料から構成されていてもよい。
【０００９】
磁気的にソフトな材料の円筒状内部ポール・ピース(pole piece)232 は、内側の磁石224 の下の端に接しており、そしてターゲットの内側壁 212に隣接している、ターゲット・ウエル 228の内部に深く延びている。磁性ピース 230と 232は、対応する関連磁石 224と 226の磁場に実質的に垂直である（ブォールト 206内の点線の矢印で例示されている）磁場を放出(emit)するのに適した大きさである。従って、この磁場も、そのターゲット・ブォールトの側壁 210と 212に実質的に垂直である。
【００１０】
リアクタ 200は、その中に備えられている誘電性ターゲット絶縁体（示されていない）を有する真空チャンバー・ボディー 222を含んでいる。ウエハ 208は、適当な機構、例えばクランプ・リング（示されていない）によって、ヒーター台座電極（heater pedestal electrode) 250に締め付けられている。電気的に接地されているシールド（示されていない）が、普通、カソードターゲットに対してアノードとして作用するように取付けられており、そして電源（示されていない）は、カソードターゲットに負のバイアスをかけるために供給される。図９の装置で利用できる各種シールドおよび電源が、例えば、米国特許第 6,251,242号明細書に記載されている。
【００１１】
ボディー 222から延びたポート252 が備わっており、そしてポート252 を通してチャンバー 200内を真空に吸引するために、真空吸引装置 254が用いられる。台座 250にRFバイアスをかけるためにRF電源 256が用いられ、そして、図に示されているように、制御装置 258が、例えば、RF制御装置 256および真空ポンプ 254を含む、装置200 の様々な態様を制御するために備えられている。
【００１２】
平均結晶粒度の小さいスパッタリング・ターゲットを調製することが望まれる場合がある。その中で用いられている材料の平均結晶粒度の小さいターゲットでは、平均結晶粒度のより大きい同じ材料を有するターゲットで予想されるよりもより均一に蒸着したフィルムが生成することがしばしば観測された。蒸着フィルムの均一性に及ぼす、より小さい結晶粒度の効果を説明するための仮定の機構は、小さい結晶粒度は、大きい結晶粒度に比べて、マイクロアーキング(micro-arcing)の問題を低減できることである。より小さい結晶粒度を有する材料で、蒸着フィルムの均一性の改善が達成できることは、小さい結晶粒度の材料をスパッタリング・ターゲットに取込む希望をもたらした。結晶粒度の小さい材料は、ターゲット材料を、その材料の調製中に単に強い圧縮処理にかけることにより、二次元スパッタリング・ターゲット内で生成し得ることが見いだされた。二次元ターゲットは、基本的にフラットであるから、高圧縮技法は二次元ターゲットの調製工程に容易に組込むことができる。対照的に、その中の結晶粒度が小さい三次元ターゲットを調製するのは困難であることが証明された。図２および図４の複雑な幾何学的形状を有し、一方で平均結晶粒度も小さいモノリシック銅ターゲットを調製することが特に切望されるに違いない。
【００１３】
数多くの材料がスパッタリング・ターゲットの調製に利用できるが、典型的な材料は（例えば、Cu、Ni、Co、Mo、Ta、Al、およびTiの一以上からなる材料のような）金属材料であり、その中の幾つかは非磁性でもよい。スパッタリング・ターゲットに利用するために特に望まれる材料の一つは高純度の銅である（ここで“高純度”という用語は、少なくとも 99.995 重量％の純度を有する銅材料を意味する）。高純度銅材料は、半導体製作工程中で、半導体サーキットリー(circuitry) に関連する電気的相互結合を調製するために、よく用いられる。約 250ミクロンより小さいか、等しい平均結晶粒度を有する三次元高純度銅ターゲットを調製できる加工法を開発することが切望される。
【００１４】
本発明の概要
一つの態様で、本発明は、例えば、スパッタリング・ターゲットのような金属物品を調製する方法を包含している。この金属物品の金属は、例えば、Cu、Ni、Co、Ta、Al、および Ti の一以上からなり、そして特定の態様では、Ta、Ti、またはCuからなる。特定の態様では、本発明は、高純度の銅物品を調製する方法を包含している。銅材料のインゴットであって、銅の純度が少なくとも 99.995 重量％で、そしてさらに、 250ミクロンより大きい初期（initial）の結晶粒度とその初期の厚さを有するインゴットが提供される。このインゴットは、約 700 °Ｆ〜約1100 °Ｆの温度で、そのインゴットの厚さを、初期の厚さの約40％〜約90％にまで減らすのに十分な圧力と時間をかけて熱間鍛造される。この熱間鍛造の生成物を、その高純度の銅材料内での平均結晶粒度を250 ミクロン未満に固定するために、焼入れ熱処理する。その平均結晶粒度は 200ミクロン未満に、そしてさらに 100ミクロン未満であるように固定されてもよい。特定の態様では、この焼入れ熱処理された材料が、三次元物理蒸着ターゲットに成形される。
【００１５】
もう一つの態様は、本発明は、鋳込成形インゴットを調製する方法を包含している。金型が準備される。このような金型は、内部キャビティ(cavity)を有している。その内部キャビティは、溶融材料の第１装填物で部分的に充填される。この第１装填物は、このような第１装填物を部分的に固化するために、この内部キャビティ内で冷却される。溶融材料のこの第１装填物が、ただ部分的に固化される間に、その内部キャビティの残りの部分が、この溶融材料の第２充填物で少なくとも部分的に充填される。この第１および第２装填物は、その内部キャビティ内で冷却されて、この材料の第１および第２装填物を含むインゴットが生成する。この鋳込成形インゴットは、高純度銅材料である。
【００１６】
さらにもう一つの態様では、本発明は、特別の幾何学的形状を有し、そして／または約 250ミクロンより小さい平均結晶粒度を有している様々なターゲット構造物を包含している。
【００１７】
さらにもう一つの態様では、本発明は、その銅の平均結晶粒度が約 250ミクロンより小さい様々なモノリシック銅ターゲット構造物を包含している。
本発明の推奨される態様が、以下の添付図面を参照して、下に説明される。
【００１８】
推奨される実施態様の詳細な説明
一つの態様で、本発明は、約 250ミクロンより小さい、望ましくは約 200ミクロンより小さい、そしてより望ましくは約 100ミクロンより小さくさえある結晶粒度を有する金属物品を調製する方法を包含している。そのような態様は、図１０〜１５を参照して説明される。まず図１０を参照すると、金属材料のインゴット 20 が例示されている。特定の態様で、インゴット 20 は鋳込成形材料を含む場合もある。インゴット 20 の典型的金属成分は、Cu、Ni、Co、Ta、Al、および Ti の一以上であり、適した金属は、少なくとも 99.995 重量％の純度を有する銅である。この金属材料は、Cu、Ni、Co、Ta、Al、および Ti の一以上を含んでいる合金、例えば少なくとも 99.9995 重量％の純度を有する Ti/Zr合金の場合もある。インゴット 20 は直径“Ｄ”および厚さ“Ｔ”の実質的に円筒形の形状をしている。厚さ“Ｔ”とは、インゴット 20 の最初の厚さを意味するとして引用される。インゴット 20 の形状は、その形状の真の円筒からのずれは僅かであることを示すために“実質的に”円筒形の形状として引用される。さらにインゴット 20 は向かい合っているエンド 22 と 24 を含んでいる。エンド 22 は第１エンドとして引用され、そしてエンド 24 は第２エンドとして引用される。
【００１９】
図１１を参照すると、インゴット 20 は、鍛造装置 30 内に置かれている。装置 30 は、インゴットが、室温より高い温度にある間にインゴット 20 を圧縮するのに好ましい形であるということから熱間鍛造用であると考えられる。インゴット 20 は、普通、そのインゴットのバルク(bulk)が、約 700 °Ｆ〜約1100 °Ｆの温度にある間に、そしてより望ましくは、そのインゴットのバルクが、約 850 °Ｆ〜約1050 °Ｆの温度にある間に圧縮される（“バルク”という用語は、そのインゴットの質量の95％以上を意味する）。
【００２０】
装置 30 は、インゴット 20 の向き合っているエンド 22 と 24 を圧縮するのに適した構造のプレスを含んでいると考えられる。装置 30 は、第１部材 32 および、向き合っている第２部材 34 を含んでいる。操業時には、インゴット 20 は、部材 32 と 34 の間に置かれ、第１エンド 22 は第１部材 32 のすぐ近くに面して位置し、そして第２エンド 24 は第２部材 34 のすぐ近くに面して位置している。次いで、部材 32 と 34 は、それらの間でインゴット 20 を圧縮するためにお互いの配置を変える。部材 32 と 34 のこの配置変えは、図１１中に矢印３７により例示されており、この矢印は、部材 32 が部材 34 に向かって移動することを示している。部材 32 と 34 のこの配置変えは、代りに、部材 34 の部材 32 に向かう移動を含んでいてもよく、または部材 32 と 34 の両方がお互いに向っていく移動を含んでいてもよい。インゴット 20 のこの圧縮は、そのインゴットの厚さを、その初期の厚さの約40％〜約90％減らす（即ち、そのインゴットをその初期の厚さの約10％〜約60％である厚さにまで減らす）ために十分な圧力で、そして十分な時間の間行われるのが望ましい。
【００２１】
この熱間鍛造は、インゴット 20 を（図１２に示されている）熱間鍛造物(hot-forged product) に変える。インゴット 20 の圧縮に適した圧力は、約10,000ポンド／平方インチ(psi) より小さいかまたは、等しい圧力であり、典型的な圧力は約 9,700psi である。本発明の特定の方法では、インゴット 20 は、約10インチの直径“Ｄ”を有し、そして約1,100 トンの圧力が、エンド 22 と 24 の表面の全体にわたって加えられる。
【００２２】
インゴット 20 は、そのインゴットが鋳込成形材料であるなら、初期、普通約10,000ミクロンの平均結晶粒度を有しており、そしてそのような結晶粒度は、本発明の熱間鍛造により 250ミクロン以下、 200ミクロン以下、さらにまた 100ミクロン以下にまでも減らすことができる。例えば、高純度銅インゴット 20 の厚さが、約 1時間より短い時間の間に初期の約30％にまで減らされる典型的な工程では、得られる熱間鍛造物は、約70 °Ｆの温度に焼入れした後で測定した平均結晶粒度が、約85〜90ミクロンであった。
【００２３】
図１１の圧縮により得られる熱間鍛造物内に最後に形成される結晶粒度に影響することがあるパラメータの一つは圧縮の継続時間である。特に、インゴット20は、熱間鍛造で考えられる比較的高い温度で、約15分〜約 3時間の間、そして望ましくは約30分〜約 1時間の間、処理されるのが望ましい。またインゴット 20 の厚さの低減量も、得られる平均結晶粒度に影響を及ぼし得る。特定的にいえば、インゴット 20 の厚さが60％未満まで減られされると、得られる結晶粒度は 100ミクロンを超えて増加し得ることが見いだされた。例えば、高純度銅材料の厚さが50％まで減られされると、得られる結晶粒度は 200ミクロンであり、一方、約60％〜90％まで厚さを減らすと、得られる平均結晶粒度を約 100ミクロン以下にすることができることが見いだされた。熱間鍛造に関わる温度には、インゴット 20 をオーブン中で 700 °Ｆより高い（望ましくは 800 °Ｆより高い）希望の温度まで加熱する工程での温度、そして次いで、そのインゴット 20 のバルク（そのインゴットの“バルク”とは、そのインゴットの質量の95％以上と考えられる）の温度を 700 °Ｆより高い（望ましくは 800 °Ｆより高い）温度に維持しながら、そのインゴット 20 をホットプレスする温度が含まれる。熱間鍛造温度の継続時間には、そのインゴット 20 が、オーブン中で希望の温度にある時間、およびそのインゴットがその希望の温度でホットプレスされる時間が含まれると考えられる。
【００２４】
この示された推奨される態様では、インゴット 20 と、装置 30 の部材 32 および 34 との間に、それぞれ潤滑用材 36 および 38 が準備されている。潤滑用材 36 と38は、例えば、黒鉛ホイルのような固体潤滑材からなるのが望ましい。本発明の熱間鍛造法で用いられる高温では固体の潤滑材がより適していることが見いだされているので、固体潤滑材が、液体の潤滑剤より推奨される。余り推奨されない態様では、液体の潤滑剤が用いられることもある。しかし、液体の潤滑剤は、本発明の加工条件では普通、燃焼することが知られている。
【００２５】
この黒鉛ホイル 36 は、約 0.01 インチ〜約 0.100インチの厚さで提供されるのが望ましく、推奨される厚さは、約 0.030インチ〜約 0.060インチである。黒鉛ホイル38は、類似の厚さの範囲が推奨される。黒鉛ホイル 36 またはホイル 38 のいずれも、0.01インチより薄いと、本発明の加工中に破れることが見いだされ、そしてそのホイルが 0.100インチより厚いと、ホイル自身の機械的性質が加工工程に関与することにより、鍛造工程を妨害することがある。潤滑用ホイルの機械的性質が、加工にこのように関与すると、加工条件の再現性を乱す可能性があり、そしてさらに、インゴット 20 のエンドに関する結晶粒度を、インゴット 20 の内部領域（即ち、両エンドの間の領域）内の平均結晶粒度と異なったものにする原因になり得る。この黒鉛ホイルは、数枚の薄いホイルをお互いの上に積み重ねることにより、約 0.030インチから約 0.060インチの厚さにして、希望の厚さにすることができる。或いはまた、希望の厚さを有する固体潤滑剤の単一のシートを用いることができる。
【００２６】
装置 30 内でインゴット 20 を圧縮した後、得られた熱間鍛造物は、その鍛造物内での平均結晶粒度を 250ミクロン、200 ミクロンまたは 100ミクロンより小さくさえある平均結晶粒度に固定するために、焼入れ熱処理される。“固定する”という用語は、その焼入れ後の材料中で、その平均結晶粒度が変化するのを止めることを示すために用いられ、そしてより特定すれば、その材料が 100 °Ｆ以下の温度に保たれることを条件に、その平均結晶粒度が、その材料内で固定されたまま残ることを意味する。その材料が 100 °Ｆを超える温度に、そして特に 150 °Ｆを超える温度にまで再加熱されると、材料内の平均結晶粒度が増加し始めることがある。熱間鍛造物の焼入れは、普通、その熱間鍛造物をプレス 30 から取出して約 15 分以内に起り、そして普通、その熱間鍛造物の全体の温度を、約 150 °Ｆ以下に下げることからなる。これは、その熱間鍛造物を、ほぼ室温近く（約70 °Ｆ）の温度に維持された流体のタンクの中に浸漬することにより達成される。本発明の推奨される態様では、その熱間鍛造物をプレス 30 から取出して約 15 分以内に、熱間鍛造物の全体を、約70 °Ｆ以下の温度に冷却する。
【００２７】
図１２は、装置 30(図１１）内でインゴット 20(図１０）を圧縮して得られた熱間鍛造物を例示している。鍛造物40は、直径“Ｅ”で厚さ“Ｗ”の実質的に円筒形状を有する。厚さ“Ｗ”はインゴット 20 （図１０）の元の厚さ“Ｔ”の約10％〜約40％であるのが望ましい。鍛造物 40 はインゴット 20 の向き合ったエンド 22 と 24 を含んでおり、それらエンドは、この時点では、インゴット 20 の直径“Ｄ”より大きい直径“Ｅ”を有する。
【００２８】
熱間鍛造物 40 はスパッタリング・ターゲットに成形される。鍛造物 40 をスパッタリング・ターゲットに成形する典型的な方法が、図１３を参照して説明される。特定的に示すと、鍛造物 40 は、横断側面図の中に示されており、そしてターゲット構造物42が鍛造物 40 の内部に含まれて示されている。ターゲット構造物 42 は図１と２の三次元ターゲットに大体対応している。しかし、ターゲット構造物 42 は、例えば図３〜６の二次元ターゲット構造物または三次元ターゲット構造物 12 および 14 のような他の構造物に対応し得ると解釈されるべきである。鍛造物 40 は、ターゲット構造物 42 を取囲む材料の塊 44 を含んでいる。塊 44 は機械的加工により除去され、ターゲット構造物 42が後に残される。
【００２９】
鍛造物 40 からターゲット構造物を調製するもう一つの方法を、図１４と１５を参照して説明する。まず図１４を参照して説明すると、プレス 50 の中にに熱間鍛造物40が設置される。プレス 50 は第１部材 52 と第２部材 54 からなる。部材 52 と 54 は、それらの間の鍛造物 40 を圧縮するためにお互いに配置変えされる。この示された態様で、部材 52 と 54 のこの配置変えは、矢印 56 と 58 により例示されており、これは、部材 52と 54 の両方がお互いに向かって移動することを示している。しかし本発明は、部材 52と 54 のお互い対する配置変えには、部材 52 と 54 の一方だけが動く他の態様をも包含すると解釈すべきである。
【００３０】
図１５は、鍛造物 40 が、部材 52 と 54 の間で圧縮された後での装置 50 を例示している。ターゲット 10 （図１および２）の形状に大体対応する三次元ターゲット構造に成形された鍛造物 40 が示されている。鍛造物 40 は、正確にはターゲット 10 、そして本態様の形状にではなく、余剰材料 60 が、そのターゲット材料の両側から外側に向かって押出れていることが示されていることが分かる。このような余剰材料は、適切な機械的加工で除去される。鍛造物 40 が希望のターゲット形状に正確に成形されない任意の他の程度に応じて、その鍛造物の形状を改善(refine)するために、その鍛造物は機械的に加工される。一般に、プレス 50 は、ターゲット 40 を正確なターゲット形状に成形するためには用いられず、むしろ、希望のターゲット形状に大体近い形状にターゲット 40を成形するために用いられ、余剰の材料は、希望のターゲット形状の材料の上に残る。この余剰の材料は、次いで、適切な機械的加工で除去され、希望のターゲット形状に成形される。
【００３１】
鍛造物 40 の材料が希望のターゲット形状に押出成形されるのを可能にするためには、プレス 50 は、鍛造物 40 が、約 5分以下、そして望ましくは約 3分以下の経過時間の間、約1300 °Ｆ〜約1700 °Ｆの温度範囲に保持される条件で運転されるのが望ましい。鍛造物 40 は、最初、オーブン中で、1300 °Ｆより高い温度に予備加熱され、次いでプレス 50 内でプレス処理にかけられてもよい。プレス 50 だけで、鍛造物 40 を1300 °Ｆを超える希望の温度に加熱するのは、普通実用的でないので、一般に、オーブンでの予備加熱が推奨される。
【００３２】
鍛造物 40 の材料は、プレス 50 により希望のターゲット形状物に圧縮された後、装置 30 （図１１）からの鍛造物の熱間焼入れ処理について上で論議したのと同一の条件で焼入れされ得る。従って、プレス 50 内での鍛造物 40 の圧縮処理から得られるターゲット形状物は、プレス 50 の中からそのターゲット形状物を取出して約 15 分以内に、そのターゲット形状物全体が、約 150 °Ｆより低いかまたは等しい温度（そして望ましくは約70 °Ｆより低いかまたは等しい温度）にまで冷却されるように焼入れ処理され得る。
【００３３】
図１３を参照して、上で論議した態様に比べて、図１４と１５の態様を利用することの利点は、図１４と１５の態様は、図１３の態様より、材料の廃棄物がより少なくなり得ることである。図１３の態様で用いられる熱間鍛造物は、普通、厚さが約 5インチで直径が約 17 インチの形状をしているが、一方で、図１４と１５の態様で用いられる鍛造物は、より小さくてもよく、そして特定の態様では、厚さが約 5インチで直径が約 17インチの材料を図１３の加工法で処理して成形したのと同じ生成物を成形するために、厚さが約 4インチで直径が約 15 インチのオーダーであり得る。これにより、図１４と１５の態様に従って加工される材料は、図１３の態様に従って加工される材料に比べて、約40％〜50％減らすことが可能である。例えば、三次元ターゲットを調製するために加工にかけられる高純度銅材料は、三次元スパッタリング・ターゲットを調製するために用いられる場合、数百ポンドの塊からなることがある。図１４と１５の態様を利用すると、図１３の態様を利用する場合に比べて、約 180ポンドの銅材料を節約できることが見いだされている。
【００３４】
図１４と１５の加工時に鍛造物 40 の表面に潤滑剤が適用される。このような加工時には高い温度が用いられるにも拘らず、推奨される潤滑剤は液体の潤滑剤であり得る。何故なら、液体の潤滑剤は、プレス 50 の様々な波動中に、固体の潤滑剤より良く流動し得るからである。特定の態様では、高温クッキングオイルが潤滑剤として用いられる。
【００３５】
図１４と１５の手法は多数の複雑な幾何学的形状のターゲットを成形するために用いられ得る。典型的なターゲット形状が図１６〜１８を参照して説明される。先ず図１６を見ると、ターゲット 300が例示されている。ターゲット 300は、図２のターゲット10の形状に類似の幾何学的形状［即ち、Applied Materials(登録商標）ターゲットに似た幾何学的形状］をしている。ターゲット 300は、その中に延びているくぼみ 302を有するカップ 301を含む形状をしている。内側面 308がこのくぼみの外囲を規定しており、そして外側面 309は、その内側面に向き合う関係にある。カップ 301は、第１エンド 305と向き合っている第２エンド 307を有する。エンド 305は開放されており、この示された態様では、エンド 307は閉じている。しかし、エンド 307は、それを突抜けて延びている開口部を含む場合もあると解釈すべきである。
【００３６】
外表面 309は、エンド 307の回りに延びている（示されている本態様では、その外側面は、その閉じているエンドの回り全体に延びているが、本発明は、その外側面が開放エンド 307の回りに部分的に延びているだけである他の態様（示されていない）も包含していると解釈すべきである）。外側面 309は、丸くなったコーナー 304でエンド 307の回りを包んでいる。このような丸くなったコーナーは、一つの点（例示されている典型的な点は 311) の回りに少なくとも約１インチの曲率半径を有している。特定の態様では、丸くなったコーナー 304の回りの曲率半径が、少なくとも約 1.25 インチ、1.5 インチ、1.75インチ、2 インチ、もしくはそれより大きい場合もある。この曲率半径は、カーブした領域 304の近くの場所でターゲット材料が薄くなり過ぎるのを避けるために十分小さいことが望ましい。薄くなり過ぎるというのは、ターゲットの実用性能に有害な影響を与える程度に薄くなることと解釈される。
【００３７】
ターゲット 300は、従来技術のApplied Materials(登録商標）ターゲットと実質的に同じであるか、または、特定の態様では、Applied Materials(登録商標）ターゲットに正確に同じである、外周面 308により規定された内部形状からなり、そしてなお従来技術のApplied Materials(登録商標）ターゲットとは異なる、外周面 309により規定された外部形状からなる。
【００３８】
カーブしたコーナー 304を作ることの利点は、このようなコーナーは、より直角に近い、または角ばったコーナーを作る場合に比べて図１４および１５の工程が簡単になり得ることである。特定していえば、そのような四角いコーナーの回りでの材料の流れは良くないので、図１４および１５のプレス 50 内での圧縮は、実質的に、直角のコーナーに比べて困難であることが分かった。しかし、カーブしたコーナーを利用すれば、材料の流れが良くなり、かくして図１４および１５の圧縮により成形される製品の品質が向上する。外周面 309に関連する四角いコーナーの幾つかだけが丸くされているが、本発明の他の態様では、（例えば 310および 312の番号が付いているコーナーのような）他のコーナーを丸くすることもできることに留意すべきである。丸くなっていないコーナーの 310と 312の利点は、実質的に直角のコーナー 310および 312を含むターゲット装置は、そのターゲットまたはその装置のいずれかを修正しなくても、従来技術のApplied Materials(登録商標）スパッタリング装置内に適合するであろうことである。三次元ターゲット構造物のコーナーの少なくとも幾つかを丸くすることの利点は、そのターゲット構造物に組込まれる材料の量を減らすことができ、かくて、ターゲット構造物の材料に関連する無駄を減らすことができる。
【００３９】
この示したターゲットは、フランジ 318を通して延びている孔（オリフィス) 316 を有しており、このターゲットをスパッタリング装置に取付けるのに適合している。しかし、この例示したフランジ 318とオリフィス 316は、典型的なものであり、本発明のターゲット構造物で他の構造も利用できると解釈されるべきである。
【００４０】
ターゲット 300は、基本的に、Ni、Co、Ta、Al、および Ti の一以上を含む材料からなり、そして特定の態様では、この材料は、基本的にCuまたはTiから構成される。
図１７と１８は、本発明の方法に従って調製され得るターゲット構造物の追加の態様を示している。特定して説明すると、図１７は、図４の Novellus （登録商標）ターゲットに似ているが、そのターゲットの外周 354に沿って丸くなっているコーナー 352を持つターゲット 350を示している。このターゲット 350は、従来技術の Novellus(登録商標）ターゲットの内周面と同じ内周面 356を有する。丸くなっている角 352の曲率半径は、図１６のターゲット 300を参照して上に説明した曲率半径と同一であり得る。
【００４１】
図１８を参照すると、ターゲット 360が例示されている。ターゲット 360も図４の Novellus （登録商標）ターゲットに似ているが、内周 362に沿って、さらに外周 364に沿って丸くなったコーナーを含んでいる。より特定して説明すれば、内周 362は丸くなったコーナー 366を含み、そして外周 364は丸くなったコーナー 368を含んでいる。示されているこの態様では、丸くなっているコーナー 368と 366は、お互いに同じ曲率半径を有し、そして内側の丸いコーナー 366は、外側の丸いコーナー 368の内部で放射状になっている。コーナー 366と 368の曲率半径は、例えば、図１６を参照して前に説明した曲率半径と同じである。本発明は、内周コーナー 366が、外周コーナー 368と異なる曲率半径を有する他の態様（示されていない）も包含していると解釈すべきである。
【００４２】
図１９を参照すると、マグネトロン・スパッタ・リアクタ 400が、図１６を参照して説明したタイプのターゲット 300を含めて例示されている。図９のリアクタ 200の説明で上に用いられたのと類似の番号付けを用いて、リアクタを 400で記述するのが適切であろう。リアクタ 400は、磁石 226と 224を含んでいる。ターゲット 10(図９）の利用とターゲット 300の利用の間の差は、カーブしたコーナー304 が、ターゲット 300の外周壁 306と、磁石 224および 226の間に空隙 402が生じる原因になることである。その空隙に関連する透磁率はターゲット 300の材料を通過する磁束に評価できる程影響しないので、空隙 402は一般に問題はない。しかし、ターゲット 300が、その磁石のカップ形状の一つの部分で、その磁石のカップ形状のもう一つの部分内でよりも、磁石とスパッタリング面の間で厚さが異なると問題になり得る。例えば、示されているこのターゲット 300は、側壁のより低い部分を通して延ばした第１の厚さ“Ａ”と，側壁の第２部分を通して延ばした、より厚い第２の厚さ“Ｂ”とを有している。“Ａ”／“Ｂ”の相対比が、そのターゲットの異なる部分に関連する透磁率の差の原因になり、かくして、そのターゲットの一つの部分のスパッタリング挙動が他の部分に比べて変わる原因になる。しかし、そのターゲットが、（例えば、銅のような）非磁性材料からなる態様では、そのターゲット構造物のカップの回りの厚さが異なることによる影響は無視できる。そのターゲット構造物の厚さが異なることが問題になることが見つかる態様では、ターゲット構造物は、スパッタリング操作中のそのターゲットの異なる領域での磁束の差を最小にするか、或いは無くするように選ばれた曲率半径と幾何学的形状比を持つカーブしたコーナーになるように成形される。
【００４３】
図１０〜１９の加工法を利用する場合に見られる困難は、この加工に適した出発インゴットを入手することである。図２０は、従来技術でのインゴット 70 を断面図で例示しており、そして通常の鋳込成形加工での問題を示している。特定的に説明すれば、インゴット 70 は、厚さが“Ｒ”で、そして、その厚さ“Ｒ”の利用可能量を減少させる有意の深さまでインゴット材料の中へ延びている収縮キャビティ 72 を含んでいる。点線74は、その点線の上方の使用できない部分 76 と、点線の下の使用できる部分 78 に、インゴット 70 を分けるために，インゴット 70 を横断して記されている。実際には、インゴット 70 は点線 74 に沿って裁断されるに違いなく、従って、その厚さは、そのインゴットの使用できる部分の厚さに対応する第２の厚さ“Ｘ”に減らされる。伝統的な鋳込成形法では、初期の厚さ“Ｒ”約15インチで成形された高純度の銅インゴット 70 は、普通、2 インチより大きい厚さに達する収縮キャビティ 72 を有するであろう。このような収縮キャビティは、約13インチより薄い厚さ“Ｘ”にまで、インゴット 70 の使用できる部分を減らすであろう。言い換えれば元の厚さ“Ｒ”の少なくとも約13％が収縮欠損 72に因り犠牲になる。
【００４４】
収縮欠損 72 は、鋳込成形工程中にインゴット 70 を冷却する時に生じる。本発明を適用する場合、インゴットは少なくとも厚さ14インチの利用可能部分を持つことを希望することが可能で、そして幾つかの適用例では、そのインゴットの利用できる厚さが、最初約 17 インチであることを望むことができる。そのようなインゴットを得る一つの方法は、希望より遥かに厚いインゴットを最初に調製し、そして次いで、収縮欠損を除くために、そのインゴットの有意量を切取る方法である。しかし、インゴット内の収縮欠損の生成を実質的に減らすインゴットを調製する方法を開発することが望ましい。
【００４５】
本発明に従ってインゴットを調製する方法が、図２１〜２４を参照して説明される。先ず、図２１を参照すると、金型 100が断面図で示されている。推奨される態様で、金型 100は、円筒形状であり得る内部キャビティ 102を含んでいる。溶融金属材料の第１装填は、このキャビティをただ部分的に満たすために、キャビティ 102内に供給される。推奨される態様では、この第１装填は、内部キャビティ 102の容積の約50％以下を満たすために供給される。材料 104は、金型 100を揺り動かしながら冷却される。この揺動は、矢印 106で示されているように機械的に揺り動かすのが望ましい。この揺動は、示されている左右運動でよいが、また他の運動であってもよい。この揺動は、この材料を冷却している間に溶融材料内部からガスを追出すのを助ける。特定の態様では、材料 104は、初期に、約2200 °Ｆ〜約2800 °Ｆの温度で金型 100の中で準備された高純度の銅からなり、そして金型 100は、材料 104の融解点より低い冷却温度に保たれる。材料 104は、材料 104の上表面が部分的に固化するように、約30秒〜約40秒の時間の間、放冷される。
【００４６】
図２２を参照して説明すると、材料 104の第２装填は、部分固化した第１装填物の上に供給される。次いで、金型 100は、第２装填物 104が約30秒〜約40秒の間放冷されている間、揺り動かされる。
【００４７】
図23を参照して説明すると、材料 104の第３装填は、第２装填の上に供給され、そして金型 100は、第１、第２および第３装填物が、完全に冷えて固化する間、揺り動かされる。材料 104のより早い装填物が、後からの装填物の添加時に、ただ部分的にだけ固化している理由は、これら各装填物の間に界面が生成するのを避けるためである。図２２と２３は、第１、第２および第３装填物の間に界面を示しているが、このような界面は例示の目的だけで示されてるのであって、実際には、各装填物は、ただ部分的に固化していたので、これらの界面は回避される。従って、得られるインゴットは、そのインゴットの最下部から最上部まで均質な組成を有している。
【００４８】
図２４は、本発明の方法に従って調製されたインゴット 130の側断面図を例示している。インゴット 130は、厚さ“Ｒ”と、その厚さ“Ｒ”に沿って部分的に延びている収縮キャビティ 132を含んでいる。しかし収縮キャビティ 132は、図２０に示されている従来技術のインゴット 70 の収縮キャビティ72より有意に小さい。従って、インゴット 130の利用可能な部分“Ｘ”は、従来技術のインゴット 70 の利用可能な部分“Ｘ”より非常に大きい。特定の適用例では、総厚さ“Ｒ”15インチ中の0.25インチより浅い深さのキャビティを、そしてまた、総厚さ“Ｒ”18インチ中の0.25インチより浅い深さのキャビティを、有するインゴットが成形されている。従って、インゴット 130は、そのインゴットの総厚さ“Ｒ”の約10％より少ないか約10％に等しい、そして特定の態様では、そのインゴットの総厚さ“Ｒ”の約 5％より少ないか約 5％に等しい、そしてさらに他の態様では、そのインゴットの総厚さ“Ｒ”の約 2％より少ないか約 2％に等しい、ところまで延びている収縮キャビティを有するインゴット 130が調製され得る。
【００４９】
特定の態様では、第１装填後に内部キャビティ 102の内部に逐次装填される溶融材料の各々は、その内部キャビティの元の容積の約10％に対応する容積を充填する。従って、もし第１装填が元のキャビティの容積の約50％を充填するなら、各追加装填は、元のキャビティのこのような容積の約10％を充填するであろう、そして、このインゴットの金型を完全に充填するために用いられる追加の装填は、約 5回になるであろう。もう一つの特定の態様では、第１回目の装填が、内部キャビティの元の容積の約90％を充填し、そして残りの容積は、単一回の次の装填で充填される。本発明の鋳込成形は、真空チャンバー中で、そして約 200 mTorrの圧力下で行われる真空鋳込成形でもよい。
【００５０】
本発明の手法を用いて、250 ミクロン、200 ミクロンさらにまた 100ミクロン以下の平均結晶粒度を有する三次元ターゲットを調製することができる。例えば、本発明の手法は、少なくとも 99.995 重量％の銅純度を有し、そして図２および４に例示されたタイプの複雑な三次元形状を有するモノリシック銅ターゲットを調製するために利用できる。もう一つの例として、本発明の手法は、Taまたは Ti からなり、そして図２および４に例示されたタイプの複雑な三次元形状を有するモノリシック・ターゲットを調製するために利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】図１は従来技術の Applied Materials（登録商標）スパッタリング・ターゲットの等角投影図である。
【図２】図２は図１のスパッタリング・ターゲットの横断側面図である。
【図３】図３は従来技術の Novellus(登録商標）Hollow Cathodeスパッタリング・ターゲットの等角投影図である。
【図４】図４は図３のスパッタリング・ターゲットの横断側面図である。
【図５】図５は従来技術の Honeywell International Endura （登録商標）スパッタリング・ターゲットの等角投影図である。
【図６】図６は図５のスパッタリング・ターゲットの横断側面図である。
【図７】図７は従来技術のフラット(flat)）スパッタリング・ターゲットの等角投影図である。
【図８】図８は図７のスパッタリング・ターゲットの横断側面図である。
【図９】図９は従来技術のマグネトロン・スパッタ・リアクタの図解的横断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の方法の予備的加工工程におけるインゴットの等角投影図である。
【図１１】図１１は熱間鍛造により圧縮されている、図１０のインゴットの図である。
【図１２】図１２は図１１の熱間鍛造で得られた熱間鍛造物の図である。
【図１３】図１３は、図１２の鍛造物から機械加工され得る三次元ターゲットのプロフィールを例示しているところの、図１２の鍛造物を通して見た横断側面図である。
【図１４】図１４は、図１２の鍛造物から三次元ターゲット形状物を成形するのに適合したプレスの内部に置かれた図１２の鍛造物の図である。
【図１５】図１５は、図１４の加工工程に続く加工工程で示された図１４の図であり、そして図１２の熱間鍛造物から形成された三次元ターゲットの形状物を例示している。
【図１６】図１６は、本発明に包含される、第１態様のスパッタリング・ターゲットの幾何学的形状物の図解的横断面図である。
【図１７】図１７は、本発明に包含される、第２態様のスパッタリング・ターゲットの幾何学的形状物の図解的横断面図である。
【図１８】図１８は、本発明に包含される、第３態様のスパッタリング・ターゲットの幾何学的形状物の図解的横断面図である。
【図１９】図１９は、本発明に包含される、第１態様のスパッタリング・ターゲットの幾何学的形状からなるマグネトロン・スパッタ・リアクタの図解的横断面図である。
【図２０】図２０は従来技術の鋳込成形インゴットを通して見た図解的横断面図である。
【図２１】図２１は本発明の方法に従う鋳込成形インゴットの調製に用いられる装置の図解的横断面図である。
【図２２】図２２は図２１の加工工程に続く加工段階で示された図２１の装置の図である。
【図２３】図２３は図２２の加工工程に続く加工段階で示された図２１の装置の図である。
【図２４】図２４は、本発明の手法に従って、調製された鋳込成形インゴットの図解的横断側面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１９】
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【図２０】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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