(57)【要約】【課題】スパッタリング中のアーキングを防ぐように、ＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲット（４２）中のＡｌ2Ｏ3介在物（３８）の直径の臨界寸法を決定する方法を提供する。さらに、アルゴンプラズマを有するスパッタリング装置を提供する。【解決手段】Ａｌ2Ｏ3介在物を含まないスパッタリング表面を有するＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲットを所定のスパッタリング環境下でスパッタリングすると、その間プラズマは既知の厚みのプラズマシースを有する。所定のスパッタリング環境下でシース厚みがわかっている場合、Ａｌ2Ｏ3介在物（３８）の臨界寸法はシース厚みに基づいて決定できる。具体的には、ＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲット（４２）中のＡｌ2Ｏ3介在物（３８）の直径は、所定のスパッタリング環境下でスパッタリングするあいだ、アーキングを防ぐようにプラズマシース厚み未満にする必要がある。
2004526865.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲット中のＡｌ2Ｏ3介在物の臨界寸法を決定する方法であって、
ａ）スパッタリング装置中のプラズマシースの厚みを決定する工程と、
ｂ）前記プラズマシースの略厚み以下の臨界寸法を選択する工程と
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１における工程ａ）は、前記スパッタリング装置中、イオン質量を規定するガス中でスパッタリング電圧をかけて、Ａｌ2Ｏ3介在物を実質上含まないＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲットをスパッタリングし；前記イオン質量を決定し；前記スパッタリング電圧を決定し；前記ＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲットの表面でのイオン電流密度を決定し；前記イオン質量、前記スパッタリング電圧、および前記イオン電流密度を用いて、前記プラズマシースの厚みを計算することを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
請求項１における工程ａ）は、前記スパッタリング装置中、イオン質量Ｍiを規定するガス中でスパッタリング電圧Ｖをかけて、Ａｌ2Ｏ3介在物を実質上含まないＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲットをスパッタリングし；前記イオン質量Ｍiを決定し；前記スパッタリング電圧Ｖを決定し；前記ＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲットの表面でのイオン電流密度Ｊiを決定し；方程式ｓ＝４．７×１０-11Ｖ3/4（Ｍi・Ｊi）1/4を使用して、前記プラズマシースの厚みｓを計算することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記プラズマシースの厚みは略３００μｍから６００μｍの間にあることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
スパッタリング装置で使用するＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲットを１つ以上選択する方法であって、
ａ）前記スパッタリング装置でのプラズマシースの厚みを決定する工程と、
ｂ）複数のＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲットの各ターゲットの表面に沿ってＡｌ2Ｏ3表面介在物の直径を決定する工程と、
ｃ）前記プラズマシースの厚み未満であるＡｌ2Ｏ3表面介在物直径を有するようなスパッタリングターゲットのみを前記複数のＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲットから選択する工程と
を含むことを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項５における工程ａ）は、前記スパッタリング装置中、イオン質量を規定するガス中でスパッタリング電圧をかけて、Ａｌ2Ｏ3介在物を実質上含まないＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲットをスパッタリングし；前記イオン質量を決定し；前記スパッタリング電圧を決定し；前記ＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲットの表面でのイオン電流密度を決定し；前記イオン質量、前記スパッタリング電圧、および前記イオン電流密度を用いて、前記プラズマシースの厚みを計算することを含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
請求項５における工程ａ）は、前記スパッタリング装置中、イオン質量Ｍiを規定するガス中でスパッタリング電圧Ｖをかけて、Ａｌ2Ｏ3介在物を実質上含まないＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲットをスパッタリングし；前記イオン質量Ｍiを決定し；前記スパッタリング電圧Ｖを決定し；前記ＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲットの表面でのイオン電流密度Ｊiを決定し；方程式ｓ＝４．７×１０-11Ｖ3/4（Ｍi・Ｊi）1/4を使用して、前記プラズマシースの厚みｓを計算することを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記プラズマシースの厚みは略３００μｍから６００μｍの間にあることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項９】
前記スパッタリング装置は、略８Ｗ／ｃｍ2から６０Ｗ／ｃｍ2の間のスパッタリング電力を用いアルゴン雰囲気下でスパッタリングできることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項１０】
ＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲット中のＡｌ2Ｏ3介在物の臨界寸法を決定する方法であって、
ａ）Ａｌ2Ｏ3介在物を含まないスパッタリング表面を有するＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲットを所定のスパッタリング環境下でスパッタリングしているときに既知の厚みのプラズマシースを伴うプラズマを有するスパッタリング装置を準備する工程と、
ｂ）前記プラズマシースの前記既知の厚み未満の直径を含む１つ以上のＡｌ2Ｏ3介在物と、前記所定のスパッタリング環境下において前記スパッタリング装置中でスパッタリングするためスパッタリング表面とを有するＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲットを準備する工程と
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１１】
前記１つ以上のＡｌ2Ｏ3介在物の前記直径は、前記１つ以上のＡｌ2Ｏ3介在物を有する前記ＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲットの前記スパッタリング表面と実質上平行な面に位置することを特徴とする請求項１０に記載のＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲット中のＡｌ2Ｏ3介在物の臨界寸法を決定する方法。
【請求項１２】
前記１つ以上のＡｌ2Ｏ3介在物はアスペクト比略１を有することを特徴とする請求項１０に記載のＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲット中のＡｌ2Ｏ3介在物の臨界寸法を決定する方法。
【請求項１３】
前記プラズマシースの前記既知の厚みは、３００から６００μｍの間にあることを特徴とする請求項１０に記載のＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲット中のＡｌ2Ｏ3介在物の臨界寸法を決定する方法。
【請求項１４】
前記プラズマがアルゴンであることを特徴とする請求項１０に記載のＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲット中のＡｌ2Ｏ3介在物の臨界寸法を決定する方法。
【請求項１５】
前記スパッタリング環境は、０．５Ｐａのアルゴン圧力および８Ｗ／ｃｍ2から６０Ｗ／ｃｍ2までのスパッタリング電力を含むことを特徴とする請求項１０に記載のＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲット中のＡｌ2Ｏ3介在物の臨界寸法を決定する方法。
【請求項１６】
前記Ａｌ2Ｏ3介在物を含まないスパッタリング表面を有する前記ＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲット、および前記１つ以上のＡｌ2Ｏ3介在物を有する前記ＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲットは、表面汚染されていないことを特徴とする請求項１０に記載のＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲット中のＡｌ2Ｏ3介在物の臨界寸法を決定する方法。
【請求項１７】
前記ｂ）工程において、前記ＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲットは、前記Ａｌ2Ｏ3介在物を含まないスパッタリング表面を有する前記ＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲットと形および寸法が類似していることを特徴とする請求項１０に記載のＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲット中のＡｌ2Ｏ3介在物の臨界寸法を決定する方法。
【請求項１８】
ＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲット中のＡｌ2Ｏ3介在物の臨界寸法を決定する方法であって、
ａ）Ａｌ2Ｏ3介在物を含まないスパッタリング表面を有するＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲットを準備する工程と、
ｂ）前記Ａｌ2Ｏ3介在物を含まないスパッタリング表面を所定のスパッタリング環境下でスパッタリングしているときに所定の厚みを有するプラズマシースを含むプラズマによって、前記Ａｌ2Ｏ3介在物を含まないスパッタリング表面を有する前記ＡｌまたはＡｌ合金スパッタをスパッタリングするスパッタリング装置を準備する工程と、
ｃ）前記所定のスパッタリング環境下での前記プラズマシースの前記厚みを測定する工程と、
ｄ）前記プラズマシースの前記測定された厚み未満の直径を含む１つ以上のＡｌ2Ｏ3介在物と、前記所定のスパッタリング環境下において前記スパッタリング装置中でスパッタリングするためのスパッタリング表面とを有するＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲットを準備する工程と
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１９】
前記プラズマシースの前記厚みを測定する前記ｃ）工程は、Ｃｈｉｌｄ−Ｌａｎｇｍｕｉｒ法則の適用を含むことを特徴とする請求項１８に記載のＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲット中のＡｌ2Ｏ3介在物の臨界寸法を決定する方法。
【請求項２０】
前記プラズマはアルゴンであることを特徴とする請求項１８に記載のＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲット中のＡｌ2Ｏ3介在物の臨界寸法を決定する方法。
【請求項２１】
前記１つ以上のＡｌ2Ｏ3介在物の前記直径は、前記１つ以上のＡｌ2Ｏ3介在物を有する前記ＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲットの前記スパッタリング表面と実質上平行な面に位置することを特徴とする請求項１８に記載のＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲット中のＡｌ2Ｏ3介在物の臨界寸法を決定する方法。
【請求項２２】
前記１つ以上のＡｌ2Ｏ3介在物はアスペクト比略１を有することを特徴とする請求項１８に記載のＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲット中のＡｌ2Ｏ3介在物の臨界寸法を決定する方法。
【請求項２３】
前記プラズマシースの前記測定された厚みは、３００から６００μｍの間にあることを特徴とする請求項１８に記載のＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲット中のＡｌ2Ｏ3介在物の臨界寸法を決定する方法。
【請求項２４】
前記スパッタリング環境は、０．５Ｐａのアルゴン圧力および８Ｗ／ｃｍ2から６０Ｗ／ｃｍ2までのスパッタリング電力を含むことを特徴とする請求項１８に記載のＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲット中のＡｌ2Ｏ3介在物の臨界寸法を決定する方法。
【請求項２５】
前記Ａｌ2Ｏ3介在物を含まないスパッタリング表面を有する前記ＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲット、および前記１つ以上のＡｌ2Ｏ3介在物を有する前記ＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲットは、表面汚染されていないことを特徴とする請求項１８に記載のＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲット中のＡｌ2Ｏ3介在物の臨界寸法を決定する方法。
【請求項２６】
請求項１８におけるｄ）工程において、前記ＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲットは、前記Ａｌ2Ｏ3介在物を含まないスパッタリング表面を有する前記ＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲットと形および寸法が類似していることを特徴とする請求項１８に記載のＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲット中のＡｌ2Ｏ3介在物の臨界寸法を決定する方法。
【請求項２７】
Ａｌ2Ｏ3介在物を有するＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲット中のアーキングを防止する方法であって、
ａ）前記Ａｌ2Ｏ3介在物を含まないスパッタリング表面を有するＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲットを所定のスパッタリング環境下でスパッタリングしているときに既知の厚みのプラズマシースを伴うプラズマを有するスパッタリング装置を準備する工程と、
ｂ）前記プラズマシースの前記既知の厚み未満の直径を含む１つ以上のＡｌ2Ｏ3介在物と、前記所定のスパッタリング環境下において前記スパッタリング装置中でスパッタリングするためのスパッタリング表面とを有するＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲットを準備する工程と、
ｃ）前記１つ以上のＡｌ2Ｏ3介在物を有する前記ＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲットを、前記所定のスパッタリング環境下において前記スパッタリング装置中でスパッタリングする工程とを含み、このようにすることでアーキングが発生しなくなる
ことを特徴とする方法。
【請求項２８】
前記プラズマはアルゴンであることを特徴とする請求項２７に記載のＡｌ2Ｏ3介在物を有するＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲット中のアーキングを防止する方法。
【請求項２９】
前記１つ以上のＡｌ2Ｏ3介在物の前記直径は、前記１つ以上のＡｌ2Ｏ3介在物を有する前記ＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲットの前記スパッタリング表面と実質上平行な面に位置することを特徴とする請求項２７に記載のＡｌ2Ｏ3介在物を有するＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲット中のアーキングを防止する方法。
【請求項３０】
前記１つ以上のＡｌ2Ｏ3介在物はアスペクト比略１を有することを特徴とする請求項２７に記載のＡｌ2Ｏ3介在物を有するＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲット中のアーキングを防止する方法。
【請求項３１】
前記Ａｌ2Ｏ3介在物を含まないスパッタリング表面を有する前記ＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲット、および前記１つ以上のＡｌ2Ｏ3介在物を含み前記ターゲット面を有する前記ＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲットは、表面汚染されていないことを特徴とする請求項２７に記載のＡｌ2Ｏ3介在物を有するＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲット中のアーキングを防止する方法。
【請求項３２】
前記プラズマシースの前記既知の厚みは、３００から６００μｍの間にあることを特徴とする請求項２７に記載のＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲット中のＡｌ2Ｏ3介在物の臨界寸法を決定する方法。
【請求項３３】
前記スパッタリング環境は、０．５Ｐａのアルゴン圧力および８Ｗ／ｃｍ2から６０Ｗ／ｃｍ2までのスパッタリング電力を含むことを特徴とする請求項２７に記載のＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲット中のＡｌ2Ｏ3介在物の臨界寸法を決定する方法。
【請求項３４】
請求項２７におけるｂ）工程において、前記ＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲットは、前記Ａｌ2Ｏ3介在物を含まないスパッタリング表面を有する前記ＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲットと形および寸法が類似していることを特徴とする請求項２７に記載のＡｌ2Ｏ3介在物を有するＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲット中のアーキングを防止する方法。
【請求項３５】
Ａｌ2Ｏ3介在物を有するＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲット中のアーキングを防止する方法であって、
ａ）Ａｌ2Ｏ3介在物を含まないスパッタリング表面を有するＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲットを準備する工程と、
ｂ）前記Ａｌ2Ｏ3介在物を含まないスパッタリング表面を所定のスパッタリング環境下でスパッタリングしているときに所定の厚みを有するプラズマシースを含むプラズマによって、前記Ａｌ2Ｏ3介在物を含まないスパッタリング表面を有する前記ＡｌまたはＡｌ合金スパッタをスパッタリングするスパッタリング装置を準備する工程と、
ｃ）前記所定のスパッタリング環境下での前記プラズマシースの前記厚みを測定する工程と、
ｄ）直径を含む１つ以上のＡｌ2Ｏ3介在物と、前記所定のスパッタリング環境下において前記スパッタリング装置中でスパッタリングするためのスパッタリング表面とを有するＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲットを準備する工程と、
ｅ）前記１つ以上のＡｌ2Ｏ3介在物の前記直径を測定する工程と、
ｆ）前記測定された直径を前記プラズマシースの前記測定された厚みと比較する工程と、
ｇ）アーキングを防止するために、前記１つ以上のＡｌ2Ｏ3介在物の測定された直径が前記プラズマシースの前記測定された厚み未満である前記１つ以上の前記ＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲットのうち少なくとも一つを、前記所定のスパッタリング環境下において前記スパッタリング装置中でスパッタリングする工程と
を含むことを特徴とする方法。
【請求項３６】
前記１つ以上のＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲットのそれぞれをスパッタリングターゲット許可クラスおよび除外クラスに分ける工程をｆ）工程およびｇ）工程の間にさらに含み、前記スパッタリングターゲット許可クラスは、前記測定された直径が前記プラズマシースの前記測定された厚み未満である前記１つ以上のＡｌ2Ｏ3介在物を有する前記１つ以上の前記ＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲットそれぞれを含むことを特徴とする請求項３５に記載のＡｌ2Ｏ3介在物を有するＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲット中のアーキングを防止する方法。
【請求項３７】
前記１つ以上の前記ＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲットのそれぞれをスパッタリングターゲット許可クラスおよび除外クラスに分けた後、前記スパッタリングターゲット除外クラスになった前記ＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲットをそれぞれ除外することをさらに含むことを特徴とする請求項３６に記載のＡｌ2Ｏ3介在物を有するＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲット中のアーキングを防止する方法。
【請求項３８】
前記Ａｌ2Ｏ3介在物を含まないスパッタリング表面を有する前記ＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲット、および前記１つ以上の前記ＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲットは、表面汚染されていないことを特徴とする請求項３５に記載のＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲット中のアーキングを防止する方法。
【請求項３９】
前記１つ以上のＡｌ2Ｏ3介在物の前記直径は、前記ＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲットの前記スパッタリング表面と実質上平行な面に位置することを特徴とする請求項３５に記載のＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲット中のアーキングを防止する方法。
【請求項４０】
前記プラズマシースの前記厚みを測定する前記ｃ）工程は、Ｃｈｉｌｄ−Ｌａｎｇｍｕｉｒ法則の適用を含むことを特徴とする請求項３５に記載のＡｌ2Ｏ3介在物を有するＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲット中のアーキングを防止する方法。
【請求項４１】
前記プラズマシースの前記測定された厚みは、３００から６００μｍの間にあることを特徴とする請求項３５に記載のＡｌ2Ｏ3介在物を有するＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲット中のアーキングを防止する方法。
【請求項４２】
前記スパッタリング環境は、０．５Ｐａのアルゴン圧力および８Ｗ／ｃｍ2から６０Ｗ／ｃｍ2までのスパッタリング電力を含むことを特徴とする請求項３５に記載のＡｌ2Ｏ3介在物を有するＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲット中のアーキングを防止する方法。
【請求項４３】
請求項３５におけるｄ）工程において、前記１つ以上の前記ＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲットのそれぞれは、前記Ａｌ2Ｏ3介在物を含まないスパッタリング表面を有する前記ＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲットと形および寸法が類似していることを特徴とする請求項３５に記載のＡｌ2Ｏ3介在物を有するＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲット中のアーキングを防止する方法。
【請求項４４】
スパッタリング装置で使用される１つ以上のＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲットを選択する方法であって、
ａ）複数のＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲットのそれぞれが前記スパッタリング装置中でスパッタリングされるときに前記スパッタリング装置中の仮想面と一致できるスパッタリング表面を、前記複数のＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲットのそれぞれが規定する前記複数のＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲットを準備する工程と、
ｂ）前記仮想面上の複数の位置でプラズマシースの厚みを決定する工程と、
ｃ）前記仮想面上の前記複数の位置に対応する前記スパッタリング表面上の複数の位置でＡｌ2Ｏ3表面介在物の直径を決定する工程と、
ｄ）前記スパッタリング表面上の前記位置の各位置でのＡｌ2Ｏ3表面介在物直径が前記仮想面上の前記複数の位置のうち対応する位置におけるプラズマシースの厚み未満であるような直径を有するスパッタリングターゲットのみを、前記複数のＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲットから選択する工程と
を含むことを特徴とする方法。
【請求項４５】
スパッタリングターゲット中の介在物の臨界寸法を決定する方法であって、
ａ）スパッタリング装置中のプラズマシースの厚みを決定する工程と、
ｂ）前記プラズマシースの略厚み以下の臨界寸法を選択する工程と
を含むことを特徴とする方法。
【請求項４６】
請求項４５におけるａ）工程は、前記スパッタリング装置中、イオン質量を規定するガス中でスパッタリング電圧をかけて、介在物を実質上含まないスパッタリングターゲットをスパッタリングし；前記イオン質量を決定し；前記スパッタリング電圧を決定し；前記スパッタリングターゲットの表面でのイオン電流密度を決定し；前記イオン質量、前記スパッタリング電圧、および前記イオン電流密度を用いて、前記プラズマシースの厚みを計算することを含む請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
スパッタリング装置で使用するスパッタリングターゲットを１つ以上選択する方法であって、
ａ）前記スパッタリング装置でのプラズマシースの厚みを決定する工程と、
ｂ）複数のスパッタリングターゲットの各ターゲットの表面に沿って表面介在物の直径を決定する工程と、
ｃ）前記プラズマシースの厚み未満である表面介在物直径を有するようなスパッタリングターゲットのみを前記スパッタリングターゲットから選択する工程と
を含むことを特徴とする方法。
【請求項４８】
請求項４７における工程ａ）は、前記スパッタリング装置中、イオン質量を規定するガス中でスパッタリング電圧をかけて、介在物を実質上含まないスパッタリングターゲットをスパッタリングし；前記イオン質量を決定し；前記スパッタリング電圧を決定し；前記スパッタリングターゲットの表面でのイオン電流密度を決定し；前記イオン質量、前記スパッタリング電圧、および前記イオン電流密度を用いて、前記プラズマシースの厚みを計算することを含むことを特徴とする請求項４７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
２００１年４月４日出願の米国特許仮出願第６０／２８１，４８２号の利益を本明細書で主張する。
【０００２】
本発明は、主に、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）介在物を有するアルミニウムスパッタリングターゲットまたはアルミニウム合金スパッタリングターゲットに関し、特にスパッタリング中の双極性アーキングを防ぐためにアルミニウムスパッタリングターゲットまたはアルミニウム合金スパッタリングターゲット中のＡｌ2Ｏ3介在物の臨界寸法を決定する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
ＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲット中にＡｌ2Ｏ3介在物が存在すると、ターゲットをスパッタリング装置内でスパッタリングしたとき、アーキング（異常放電）が発生してしまう。スパッタリング中、スパッタリング装置内のターゲットと陽極との間に電界が生ずる。この電界は、スパッタリング装置内でアルゴンのようなガスをイオン化して、プラズマを形成するためのものである。通常、プラズマシース、すなわち暗部が、スパッタリングターゲットからプラズマの陽光柱を隔てる。このシースにはいくらかの厚みがある。ターゲットの表面上にＡｌ2Ｏ3介在物の導出があると、電界が歪み、その結果、陽極プラズマ柱およびプラズマシースの形状が変化することがある。
【０００４】
電荷は、時間がたつと、Ａｌ2Ｏ3介在物の近くで増加する可能性がある。電荷の不均衡が十分強くなると、高電流密度の陰極アークが形成される。高電流密度の陰極アークによってターゲット表面上がわずかな部分でも加熱されると、その部分にあるターゲット材料が溶けてしまう。このようなことは頻繁に起きる。アーク圧力によって液体金属の滴が高速でスパッタリングターゲット表面から放出され、シリコンチップのような対象となる基板とぶつかる。この滴、すなわちマクロ粒子は基板上で凝固し、基板上に重大な欠陥が生じてしまう。このようなマクロ粒子は寸法が直径１μｍ未満のものから５０μｍを超えるものまでさまざまであり、集積回路生産などのデバイス生産高を著しく低下させてしまう。
【０００５】
誘電性介在物および誘電性表面層は、真空スパークギャップ中でも、プラズマ放電中でもアーキングを引き起こすことが以前から知られていた。スパッタリングプラズマ中のアーキングについての最近の研究によれば、アーキングを引き起こす介在酸化物および表面酸化物によって、アルミニウムスパッタリングターゲットから溶融金属マクロ粒子が放出し、基板上の粒子欠陥を生むことがわかった。高濃度ドープのアルミニウムスパッタリングターゲット−酸化アルミニウムスパッタリングターゲットからのアーキングを高速ビデオで分析すると、放出される溶融マクロ粒子は５００ｍ／秒を超える速度で放出され、温度が３０００Ｋであった。
【０００６】
放電電流０．１ｍＡ／ｃｍ2、水素圧力２．７〜１３Ｐａ、陰極バイアス１００〜５００ボルトの水素プラズマ中で０．１０から１０μｍの誘電性介在物があると、アークが発生し始めると報告された。さらに、１０14ｉｏｎｓ／ｃｍ3のアルゴン、水素、および窒素のプラズマ中で、直径１−μｍのＡｌ2Ｏ3介在物のあるアルミニウムターゲットをスパッタリングすると、陰極表面上にアーキングが発生することも報告された。水素トカマクプラズマでの介在物によるアーク発生に対して臨界寸法が及ぼす影響を示す証拠が報告されたということも付け加えておくが、介在物の臨界寸法の測定したものではなかった。
【０００７】
そこで、介在物寸法を測定して上記の結果を再現する試みがなされた。その結果、アークが介在物の寸法ではなく介在物の表面汚染の結果だったことが決定付けられた。アーク発生の原因として小さい臨界寸法の介在物が当初報告されていたが、これは表面汚染が原因だと考えられるのではないかと報告された。このため、アーク発生に対する介在物寸法の影響を調べるときは、汚染物質のないスパッタリングターゲットを準備することが重要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以上説明したように、Ａｌ2Ｏ3介在物を有するＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲットで双極性アーキングを防ぐ方法が当該技術分野で必要とされている。このような方法は、デバイス生産高を向上し不良廃棄物を少なくし、これによって集積回路の製造などの分野での製造原価を下げることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、スパッタリング中のアーキングを防ぐためにＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲット中のＡｌ2Ｏ3介在物の臨界寸法を決定する方法を提供するものである。
【００１０】
本方法には、アルゴンなどのプラズマ柱を有するスパッタリング装置を提供することも含まれている。このプラズマは、Ａｌ2Ｏ3介在物のないスパッタリング表面を有するＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲットを所定のスパッタリング環境下でスパッタリングしているときに、既知の厚みのプラズマシースを有する。シースの厚みが未知の場合、スパッタリング装置中で所定のスパッタリング環境下におけるスパッタリングを行うために、Ａｌ2Ｏ3介在物のないスパッタリング表面を有するＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲットを用意し、その上で厚みを測定するのが好ましい。このとき、スパッタリング電圧、イオン質量、およびイオン電流密度を含む所定のスパッタリング環境の既知の条件を考慮し、チャイルドラングミュアの法則（Ｃｈｉｌｄ−Ｌａｎｇｍｕｉｒ  Ｌａｗ）を使用してシース厚みを計算できる。
【００１１】
所定のパッタリング環境に対してシースの厚みが分かっている場合や、厚みを測定した場合、Ａｌ2Ｏ3介在物の臨界寸法はシースの厚みに基づいて決定することができる。具体的には、ＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲット中のＡｌ2Ｏ3介在物の直径または有効直径は、アーキングを防ぐための所定のスパッタリング環境下でスパッタリングを行うときのプラズマシースの厚み未満にする必要がある。Ａｌ2Ｏ3介在物の臨界寸法を決めてしまえば、所定のスパッタリング環境下でスパッタリング装置によるスパッタリングを行うために、プラズマシースの厚み未満である既知の直径のＡｌ2Ｏ3介在物を有するＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲットを提供することが可能になり、これによって、ＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲットの双極性アーキングを防ぐことができる。スパッタリングターゲットのスパッタリングはスパッタリング表面で行うので、Ａｌ2Ｏ3介在物の直径の測定は、スパッタリング表面と実質上平行な面で行うことが好ましい。
【００１２】
ＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲット中のＡｌ2Ｏ3介在物の臨界寸法を決定できるので、集積回路生産などでのデバイスの生産高を増やすことができ、また廃棄製品を減らすことができ、これによって、関連するすべての費用を節約できるという結果が得られる。
【００１３】
従って、本発明の目的の一つは、スパッタリング装置中でプラズマによりスパッタリングされるアルミニウムスパッタリングターゲットまたはアルミニウム合金スパッタリングターゲット中のＡｌ2Ｏ3介在物の臨界寸法を決定することである。
【００１４】
本発明の別の目的は、Ａｌ2Ｏ3介在物を有するＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲットのスパッタリング中にアーキングが発生しないよう防ぐことである。
【００１５】
本発明のさらに別の目的は、介在物寸法と、スパッタリング電力と、アーキングおよび溶融マクロ粒子放出の傾向との関連性を見つけるほか、スパッタリングプラズマからのアーク発生傾向に介在酸化物または表面酸化物の寸法がどのように影響しているのか究明することである。
【００１６】
本発明の他の目的および利点については、以下の記載、添付図面、および添付の請求項から明らかになるであろう。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によるＡｌ2Ｏ3介在物の臨界寸法を決定する方法によれば、スパッタリング装置中でプラズマによりスパッタリングされるアルミニウムスパッタリングターゲットまたはアルミニウム合金スパッタリングターゲット中のＡｌ2Ｏ3介在物の臨界寸法を決定することができるようになる。また、このように臨界寸法を決定しておけば、Ａｌ2Ｏ3介在物を有するＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲットのスパッタリング中にアーキングが発生しないよう防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明者らは、ＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲットをスパッタリング装置でプラズマによってスパッタリングしているあいだのアーキング発生および溶融マクロ粒子の放出に対し、Ａｌ2Ｏ3介在物の臨界寸法があることを思いもよらず発見した。図１に示すように、好ましくはスパッタリングターゲットアセンブリ１０は、互いに接着（ボンディング）されたバッキングプレート１２およびターゲット１４を含み、バッキングプレート１２およびターゲット１４は両方ともＡｌまたはＡｌ合金で作られている。ターゲット１４は、スパッタリング装置（不図示）の中でスパッタリングされるスパッタリング表面１６を含んでおり、好ましくは高純度のＡｌまたはＡｌ合金を含む。ターゲット１４およびバッキングプレート１２に使用される好ましいＡｌ合金として、Ａｌ−Ｃｕ合金が挙げられる。ターゲットおよびバッキングプレートの間に中間層（不図示）を設けてもよい。
【００１９】
プラズマ、好ましくはアルゴンプラズマでターゲットをスパッタリングするための装置として、通常用いられている任意の市販スパッタリング装置を使用することができる。このような通常の装置によるプラズマは、所定のスパッタリング環境下で既知または測定可能な厚みのプラズマシースを形成する。シースの厚みが未知の場合、スパッタリング装置中で所定のスパッタリング環境下におけるスパッタリングを行うために、Ａｌ2Ｏ3介在物のないスパッタリング表面を有し汚染物質を含まないＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲットを用意し、その上で厚みを測定することが好ましい。このとき、特にスパッタリング電圧、イオン質量、およびイオン電流密度を含む所定のスパッタリング環境に対する既知の条件を考慮し、Ｃｈｉｌｄ−Ｌａｎｇｍｕｉｒの法則を使用してシース厚みを計算できる。具体的には、スパッタリング電圧をＶ、イオン質量をＭi、イオン電流密度をＪjとして、シース厚みｓをＭＫＳ単位で表すと、ｓ＝４．７×１０-11Ｖ3/4／（Ｍi・Ｊi）1/4になる。
【００２０】
所定のスパッタリング環境に対してシース厚みが既知または測定可能であれば、Ａｌ2Ｏ3介在物の臨界寸法をシースの厚みに基づいて決定することができる。具体的には、所定のスパッタリング環境下でのアーキングを防ぐために、ＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲット中のＡｌ2Ｏ3介在物の直径、または最小有効直径をスパッタリング中のプラズマシースの厚み未満にする必要がある。直径測定が容易にできそうな実質的にほとんど丸い形の介在物もあると思われるが、多少不規則な、または非円形の形をしたＡｌ2Ｏ3介在物の場合最小有効直径で表すことができると考えてよい。このため、直径は、最小有効直径とほとんど同じ意味で使用されているものとする。この測定された直径が測定されたプラズマシースの厚みと比較される。さらに、スパッタリングターゲットのスパッタリングがスパッタリング表面で行われるので、スパッタリング表面と実質上平行な面に沿ってＡｌ2Ｏ3介在物の直径測定を行うことが好ましい。
【００２１】
ＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲットのスパッタリング表面に位置するＡｌ2Ｏ3介在物は、例えば走査型電子顕微鏡のほか、適切な測定装置または手段によってやや単純化して測定できる。対照的に、表面上にではなくスパッタリングターゲットに含まれる介在物の場合、他のより複雑な方法、例えば本明細書中に引用により組み込むものとする米国特許第５，４０６，８５０号に示されるような超音波走査方法によって測定する必要がある。適切だと考えられる別の測定法として、２０００年１１月９日出願の米国特許仮出願第０９／７００，２６８号、発明の名称「スパッタリングターゲットの清浄度および特徴の定量方法および装置（Method and Apparatus for Quantitative Sputter Target Cleanliness and Characterization）」や、２０００年４月１４日出願の米国特許仮出願第６０／１９７，７９０号、発明の名称「マクロ粒子を含まない金属スパッタリングターゲット（Macroparticle Free Metallic Sputtering Targets）」、２００１年８月９日出願の米国特許仮出願第６０／３１１，１５２、発明の名称「寸法および位置によって分類された欠陥のタイプによる非破壊性ターゲットの清浄度および特徴評価の方法および装置（Method and Apparatus for Non-Destructive Target Cleanliness and Characterization by Types of Flaws Sorted by Size and Location）」、２００１年５月４日出願の国際出願第ＰＣＴ／ＵＳＯ１／１４４０３、発明の名称「フェーズを用いたスパッタリングターゲットの清浄度評価（Cleanliness Evaluation in Sputter Targets using Phase」が挙げられ、この文献すべてを引用により本明細書中に組み込むものとする。
【００２２】
Ａｌ2Ｏ3介在物がシース厚み未満の直径を有する場合、介在物がスパッタリングプラズマに露出されても、アーキング現象は阻害される。介在物が実質上プラズマシースと同等以上の直径を有する場合は、双極性アーキングが生じ、これが原因となって、スパッタリングプラズマと帯電した誘電体介在物表面との相互作用から溶融マクロ粒子が放出されるとともに、スパッタリング中に深刻なアーキング現象が生じる。したがって、ＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲット中のＡｌ2Ｏ3介在物の直径が大きすぎる場合、このようなターゲットは除外する。
【００２３】
Ａｌ2Ｏ3介在物の臨界寸法を決めてしまえば、所定のスパッタリング環境下でスパッタリング装置によるスパッタリングを行うために、プラズマシースの厚みを超える直径のＡｌ2Ｏ3介在物を含まず汚染物質のないＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲットを提供することが可能になる。その結果、所定のスパッタリング環境下、スパッタリング装置中でスパッタリングターゲットをスパッタリングできる。このようにすることでアーキングが発生しなくなる。
【実施例】
【００２４】
以下、単に例示を目的とする実施例について述べる。
【００２５】
Ｉ．実験方法
スパッタリング中にスパッタリング装置のプラズマが崩壊してアークを発生するという傾向に対し、ＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲット中のＡｌ2Ｏ3介在物寸法がどのように影響しているのか究明するために、７．６ｃｍ直径のアルミニウムスパッタリングターゲットを使用して、クライオ真空ポンプチャンバで以下のスパッタリング実験を行った。この研究では、後述するような所定のスパッタリング環境下でアルミニウムターゲットをスパッタリングする間、プラズマシースの厚みを３００から６００μｍの間になるように制御して厚みを決めた。
【００２６】
まず、スパッタリングターゲットの表面に小さな穴をドリルで開け、ピンセットを使用して、小さな（０．０１〜３ｍｍ）Ａｌ2Ｏ3介在物を穴に入れた。このとき、実験用としてアスペクト比約１のＡｌ2Ｏ3介在物のみをテストした。
【００２７】
アルミニウムの軟性およびＡｌ2Ｏ3介在物の硬さを利用して、アルミニウムターゲットのスパッタリング表面に介在物を機械的にはめこんで固定した。介在物粒子は、スパッタリングがより頻繁に行われるターゲット上のマグネトロンによるエロージョン部またはスパッタトラックの中心に常に置いた。
【００２８】
図２は、スパッタリング表面２１に埋め込まれたＡｌ2Ｏ3介在物２０をアルミニウムターゲットプレート１８が有する実験用構成物の概略図を示す。各Ａｌターゲットプレート１８をスパッタリング装置（不図示）内に置き、０．５Ｐａアルゴン圧力、８Ｗ／ｃｍ2から６０Ｗ／ｃｍ2の範囲の電力というスパッタリング環境下でスパッタリングする。これによって生成されたアルゴンプラズマは、ＤＣマグネトロンスパッタリングモードでターゲットを処理するために、磁気を帯びて含まれるようにした。この研究で使用した１０ｋＷスイッチングスパッタリング電源は、アドバンスド・エナジー（Advanced Energy）社のモデル２０１２−０６１−ｍＭＤＸ−１０Ｋである。ターゲット／基板間隔は１４３ｍｍとした。スパッタリング電力密度は、各ターゲットにつき１２．７ｃｍ2のスパッタリングトラック２３の面積でスパッタリング電力を割ることにより計算した。
【００２９】
下記の表１は、この研究で使用したスパッタリング条件であるスパッタリング電圧、電流、イオン電流密度、およびシース厚みを示す。
【００３０】
【表１】
2004526865.tif 000003
【００３１】
二次電子係数を０．０４５と仮定してイオン電流密度を計算した。スパッタリングトラックのシース厚みをＣｈｉｌｄ−Ｌａｎｇｍｕｉｒの法則を使用して計算した。表１に示すように、この研究で使用した実験条件のシース厚みは、低電力条件の６００μｍから高電力条件の３００μｍまで減った。２４Ｗ／ｃｍ2スパッタリング電力のシース厚みは４４０μｍであった。
【００３２】
図３および図４は、アルミニウムターゲットプレート２６のスパッタリング表面２４へ埋め込まれた寸法３ｍｍのＡｌ2Ｏ3介在物２２のスパッタリング前後の状態を拡大して示す。図４に示すように、介在物２２は、スパッタリング後、スパッタリング表面２４へしっかりと固定されたまま、寸法または形が少し変化している。スパッタリングプロセスによってスパッタリング表面２４が腐食をうけ、スパッタリング後に図４に示すような粒界構造２８が多少みられるようになる。
【００３３】
上記実験の基板として１５０ｍｍ直径の研磨シリコンウェーハを使用した。テンコール（Tencor）６４２０表面分析器を使用して、微粒子の欠陥について堆積膜を解析した。各ウェーハは、１分間スパッタリングコーティングを行った後に解析した。０．５から１２μｍの範囲の寸法ビン数での見かけ寸法を基に、堆積膜の微粒子欠陥をグループ分けした。埋め込み介在物のないウェーハにアルミニウム膜を堆積し、バックグラウンド粒子密度を測定した。バックグラウンド粒子密度は全体で８．５ｃｍ-2だった。
【００３４】
電源からスパッタリング陰極までの主要電気リード上の電流パルスを検出しモニタリングすることによってアーク率を測定した。アークが生じたときに、陰極電力ケーブルの周囲に設置されたコイルによって誘導的に電流パルスを検知した。またオシロスコープおよびパルスカウンタによって検出コイルに誘導された電圧パルスを記録した。アーク率はアーク数合計を堆積時間で割って得た。
【００３５】
ＩＩ．結果
スパッタリングターゲットのアーキング中に、溶融マクロ粒子が放出され、溶融場所から独特の形態をもつ欠陥が生じる。図５は、アルミニウムスパッタリング堆積中にシリコンウェーハ３２上に捕らえられたアルミニウムマクロ粒子３０を示す。図５に示すような比較的かさ高く大型のマクロ粒子３４や平らな形のものが、大きなマクロ粒子としてよく見られる。アークの初期段階中または表面汚染の結果として放出されたマクロ粒子３０の形は、小さめで球状に近くなる傾向がある。凝固した後のマクロ粒子３０の形は、液体の表面張力およびウェーハ３２上で凝結する前のマクロ粒子滴の直径に左右される。
【００３６】
さまざまな寸法の介在物をターゲットエロージョントラックの表面へ埋め込み、さまざまなスパッタリング電力で１分間スパッタリングした後、ウェーハ上にある全マクロ粒子の密度を測定した。これを次の表２に示し、また図６にグラフとして示した。
【００３７】
【表２】
2004526865.tif 000004
【００３８】
表２中、ＲaおよびＰdは、アーク率およびウェーハ上にある粒子の測定密度を表わす。低スパッタリング電力密度では、バックグラウンドレベルを超えるマクロ粒子は検出されなかった。介在物の直径が３４０μｍ未満の場合、電力密度が５０Ｗ／ｃｍ2を超えても測定可能なマクロ粒子の放出が発生しなかった。介在物の直径が３４０μｍから増えるにつれ、ウェーハ上にある全粒子密度は増加した。さらに、ウェーハ上の粒子欠陥を発生させるのに要するスパッタリング電力密度は低下し、例えば、直径２９４０μｍの介在物の場合、スパッタリング電力密度がたった１６Ｗ／ｃｍ2であってもウェーハ上の粒子欠陥密度は著しく増加するというレベルにまで低下することがわかった。
【００３９】
したがって、このデータから、スパッタリングターゲットからのマクロ粒子放出を支配していると要因として二つの要因：スパッタリングプラズマ条件および誘電性介在物の寸法があると、結論づけることができる。誘電性介在物の直径が限界値を下回ると、アーキングおよびマクロ粒子放出は生じない。
【００４０】
ターゲット表面の介在物が２９４０μｍである場合のスパッタリング後のウェーハ上にあるマクロ粒子欠陥の粒度分布を図７に示す。このデータによれば、スパッタリング電力密度が増加すると、ウェーハ上の粒子欠陥数はどの粒度レベルでも増加した。さらに、大部分の粒子欠陥（＞６０％）の寸法は１．１μｍ未満だった。このようなタイプのマクロ粒子粒度分布は、清浄な金属表面を用いて真空アークを実験したときの放出マクロ粒子の粒度分布測定結果と一致している。アーク発生中に放出されるほとんどの粒子は、陰極の平面からの３０°の角度で放射される高速の小さい粒子である。しかし、非常に大きく動きの遅い粒子が少数ではあるものの、陰極表面にほぼ垂直な軌道に沿って放出される。図５に示す粒子がこのようなタイプの粒子であり、また図７の粒度分布の最後に示されている大きな寸法もこのタイプに該当する。
【００４１】
図８は、スパッタリング電力密度を８から３２Ｗ／ｃｍ2まで増やし、埋め込まれた介在物の寸法を変化させると、ウェーハ上の全粒子密度はどのように変化するのかを示している。介在物寸法が約５００μｍを下回っていると、バックグラウンド粒子密度を超える欠陥粒子密度をウェーハ上に見出すことはできない。３４０μｍより大きい介在物寸法のデータのフィッティングを最小二乗法で行って、バックグラウンドレベルを上回るマクロ粒子がウェーハ上に生成するときの臨界介在物寸法を各電力密度に対して決定した。図８に示す線は、さまざまな電力密度でのデータを最小二乗法によってフィッティングしたものを示す。粒子密度対介在物寸法の直線の傾きは、明らかにスパッタリング電力とともに増加する。しかし、ｘ切片は、スパッタリング電力が変化しても大きく変化しない。ｘ軸切片はすべて介在物寸法５００μｍ付近であると考えられる。
【００４２】
介在物寸法を変数としてアーク率をプロットしても、同様の結果が得られる。このデータを図９に示す。この場合も同様に、電力密度が増加すると、ｘ切片は比較的一定のままであるが、アーク率対介在物寸法の曲線の傾きが増える。２４および３２Ｗ／ｃｍ2の曲線の場合、両方の曲線の傾きは実験誤差の範囲内で等しくなっている。このため、２４Ｗ／ｃｍ2でアーク率は飽和条件に達しているので、スパッタリング電力密度を増加させても、このような高電力密度下ではアーク率は増加しないと考えられる。
【００４３】
上記の一連の各データに対し、スパッタリング電力密度を変数としたときのアーキングおよび溶融マクロ粒子放出が発生する臨界介在物寸法を図１０に示す。エラーバーは、図８および図９の最小二乗法フィッティングから得られた概算の誤差から導き出したものである。図１０中のデータから、臨界介在物寸法の平均値４４０±１６０μｍが得られる。また、図１０からわかるように、臨界介在物寸法は、スパッタリング電力密度と関係なく、実験誤差の範囲内にある。この研究で使用した条件、すなわちプラズマシース厚みが３００から６００μｍの範囲であるという条件での臨界寸法は４４０±１６０μｍである。
【００４４】
市販のスパッタリング源を使用して２００ｍｍ直径のシリコンウェーハ上にアルミニウム合金を堆積し、上述したように介在物を一つ埋め込む実験を繰り返した。このスパッタリング源ではプラズマを閉じ込めるために、また膜の均一性およびターゲットの利用度を改善するために回転磁石を使用した。寸法４５０および７３０μｍの介在物を、アルミニウムスパッタリングターゲット表面中に埋め込み、０．５Ｐａのアルゴン圧力、１０．６ｋＷ電力でターゲットをスパッタリングした。１分間スパッタリングした後、アーク率および２００ｍｍシリコンウェーハ上の粒子欠陥密度を測定すると、本明細書中で報告した直径７．６ｃｍのターゲットのデータと一致する結果が得られた。４５０−μｍ介在物の場合アーク率は２．５秒-1であったが、７３０−μｍ介在物を埋め込んだ場合５２秒-1まで増加した。同様に、４５０−μｍ介在物を用いた場合シリコンウェーハ上で検出された全粒子欠陥密度は３ｃｍ-2であったが、７３０μｍ介在物の場合１１ｃｍ-2に増加した。これらの値は図９および１０の電力密度２４Ｗ／ｃｍ2のデータと合っている。
【００４５】
ＩＩＩ．  考察
上記結果から考えると、臨界介在物寸法は、アーク発生条件と関係があり、かつターゲット表面上の溶融金属形成条件、または陰極表面からの溶融マクロ粒子放出の原因となる溶融金属の表面張力の破壊条件と関係がないと考えられる。表面張力に打ち勝って溶融マクロ粒子を放出するのに十分足りる力よりも大きい力が、アークによって陰極表面に及ぼされているということは既に示された。したがって、アークが一旦生じると、マクロ粒子放出も起こると考えられる。これは、本願発明者等が測定したアーク率とウェーハ上の粒子欠陥密度を比較すればわかる。アーク率および全粒子欠陥密度のあいだには、明らかに相互関係がある。図１１は、ウェーハ上にある全粒子欠陥密度Ｐdおよびアーク率Ｒaの膜堆積時における関係を示している。この研究で用いたターゲット−基板の幾何学的配置では、アーク率が約２５００秒-1を下回るとき、アーク１０回ごとに粒子が一つウェーハ上に検知される。
【００４６】
アーク形成および溶融マクロ粒子放出は、何らかの動作原理にとらわれるつもりはないが、スパッタリングプラズマと介在物の誘電性表面との相互作用に基づいていると考えられる。図１２は、ターゲットプレート４２の陰極スパッタリング表面４０上にＡｌ2Ｏ3介在物３８が存在するときのプラズマ３６の概略図である。なお、Ａｌ2Ｏ3介在物３８の直径（ｄ）はターゲットプレート４２のＡｌ2Ｏ3介在物を含まないエリアの上に位置するプラズマシース４４の厚み（ｓ）より大きいものとする。明らかに、プラズマシース４４は、プラズマ３６の陽光柱と陰極スパッタ表面４０とを隔てている。ターゲットプレート４２のスパッタリング表面４０上へ介在物３８を導入することによって、プラズマ３６およびシース４４にひずみが発生してしまう。ターゲットプレート４２のスパッタリングがスパッタリング表面４０で行われるので、スパッタリング表面４０と実質上平行な面４５に沿ってＡｌ2Ｏ3介在物３８の直径（ｄ）の測定を行うことが好ましい。
【００４７】
シース崩壊および図１２の矢印４６に示すようなアーク形成をもたらすプロセスについて詳細に調べた。このプロセスは、スパッタリングプロセス中にイオン衝撃によって誘電性表面層が荷電することから始まる。この荷電は、誘電領域付近の暗部中の電界を歪める。この電界ひずみの深刻さは、誘電性介在物の直径（ｄ）とシース厚み（ｓ）との関係に左右される。直径の小さい介在物の場合、プラズマに露出される介在物がシース厚みよりもはるかに小さい場合、暗部中の電界の崩壊は介在物近くに集中する。実際、プラズマに露出される誘電性介在物の寸法がプラズマシース厚み（ｓ０よりはるかに小さいと、介在物表面上やその表面から離れたところにあるプラズマシースの乱れは無視できる。
【００４８】
プラズマ３６に露出された介在物３８の直径（ｄ）がシース厚み（ｓ）以上の値に近づくと、介在物３８上の電荷は、介在物３８の上にある本来のシース領域の電界をほぼ中和するよう作用する。これによってプラズマ境界が介在物３８の方向に下がり、帯電された介在物３８の上の空間部分へプラズマ陽光柱が拡がるとともに、介在物３８の上にあるプラズマシース厚みが減少する。プラズマ柱が内側へ拡がり、陰極からプラズマ３６を隔てる境界領域が小さくなるとともに、プラズマチャンネルが介在物の上に生じる。このプラズマチャンネルは、主にプラズマ３６の放射状拡散によって成長する。
【００４９】
介在物が完全に対称であるとは考えられないので、介在物周囲の電界分布も対称にはない。電界ひずみは介在物の非対称性に似る傾向があるので、プラズマチャンネルの放射状の成長も非対称になる。プラズマチャンネルが成長すると、崩壊可能な条件下に達し、介在物近くの陰極表面上のある場所とプラズマチャンネルとの間でアークが出る。アークが生じると、エネルギーが電源（不図示）に溜まって、接続ケーブル（不図示）が放電し、アークとなる。このようにしてアークが形成されてしまうと、アーク軌跡を描きながらアークは陰極表面４０を横切るように自由に動き、溶融マクロ粒子を放出する。
【００５０】
上述したように、このようなモデルのアーク地点は、介在物３８周囲の金属陰極表面４０に生じる傾向がある。これは、アークトラックが介在物３８と交差しないものの、介在物３８の周辺にあるという観察と一致している。
【００５１】
このモデルが正しければ、介在物３８のアスペクト比が１から外れている場合、介在物３８の小さいほうの寸法が介在物３８上の電界分布ひずみを支配し、つまりシースひずみの程度およびアーキングの傾向を支配することになると考えられる。したがって、上記のモデルによれば、介在物３８のアスペクト比は重要な変数となる。また、このモデルによれば、アーク率は介在物３８の面積から比較的影響を受けないとも推測される。例えば、面積が広くて非常に細長い介在物は、このかなり広い面積の細長い介在物の狭いほうの寸法と同じ寸法でアスペクト比が１の介在物と同じ率でアークを発生する。
【００５２】
また、アーク率は、局所電流密度およびシース厚みという点から考えると、介在物の位置に左右される。すなわち、スパッタリング表面４０がスパッタリング装置内の仮想面（不図示）に相当する場合、アーク率はその仮想面に沿った位置に左右され、このため局所臨界直径も同様に左右される。典型的な固定磁石板マグネトロンスパッタリングシステムでは、ターゲット表面上の電流密度の不均一度が高いので、シース厚みも、局所電流密度に影響を受けて不均一になる。Ｃｈｉｌｄ−Ｌａｎｇｍｕｉｒの法則によれば、例えば電流密度が５０ｍＡ／ｃｍ2という典型的なスパッタリング条件の場合スパッタリングトラック領域のシース厚みは０．４ｍｍになる。一方、スパッタリングトラックから外れて、電流密度が１０ｍＡ／ｃｍ2にまで減少する領域へ移ると、シース厚みが０．９ｍｍに増える。このため、固定磁石システムでのアーキングの臨界介在物寸法は、ターゲット表面４０上の介在物３８の位置に左右される。臨界介在物寸法は、スパッタリングターゲット領域（高電力密度および小さいシース厚み）では小さくなり、非スパッタリングターゲット領域（低電力密度および大きいシース厚み）では大きくなる。結局、薄い介在物がスパッタリングターゲット表面に存在する場合、アーキングは依然として生じる虞があり、介在物の厚みの様子がプロセスで重要な役割を果たすとは考えられないということがわかった。
【００５３】
本明細書中に記載の方法は、本発明の好ましい実施の形態を構成しているが、本発明はこれらの詳細な方法に制限されるものではなく、添付の請求項に定義されている本発明の範囲を逸脱せず変更可能であるのは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】バッキングプレートおよびターゲットを有する一般的なスパッタリングターゲットアセンブリの斜視図である。
【図２】酸化アルミニウム介在物のあるスパッタトラックを有するアルミニウムターゲットの概略斜視図である。
【図３】酸化アルミニウム介在物を含むアルミニウムスパッタリングターゲットの上面部分斜視図である。
【図４】図３に示すスパッタリングターゲットをスパッタリングした後の図である。
【図５】シリコンウェーハ上のアルミニウムマクロ粒子の上面部分斜視図である。
【図６】スパッタリング電力密度および介在物寸法に対するシリコンウェーハ上の全粒子密度の変化を表わすグラフである。
【図７】ターゲットスパッタトラック中に２９４０μｍ介在物を有するシリコンウェーハを８、１６、２４、３２Ｗ／ｃｍ2電力密度でスパッタリングした後のウェーハ上の粒度分布を表すグラフである。
【図８】スパッタリング電力密度を８、１６、２４、３２Ｗ／ｃｍ2とし、埋め込まれた介在物寸法を変化させてスパッタリングした後のウェーハ上の全粒子欠陥密度変化を表わすグラフである。
【図９】スパッタリング電力密度を８、１６、２４、３２Ｗ／ｃｍ2とし、埋め込まれたＡｌ2Ｏ3介在物寸法を変数させたときのアーク率を表わすグラフである。
【図１０】粒子密度測定およびアーク率測定時のスパッタリング電力密度に対する介在物臨界寸法の変化を表わすグラフである。
【図１１】アーク率とウェーハ上の全粒子欠陥密度との相関性を表わすグラフである。
【図１２】スパッタリングターゲットの表面に位置するＡｌ2Ｏ3介在物によって引き起こされる介在物の帯電によりスパッタリング装置のプラズマがひずみを生じることを示す概略図である。
【符号の説明】
【００５５】
１０    スパッタリングターゲットアセンブリ
１２    バッキングプレート
１４    ターゲット
１６    スパッタリング表面
１８    アルミニウムターゲットプレート
２０    Ａｌ2Ｏ3介在物
２１    スパッタリング表面
２３    スパッタリングトラック
２４    スパッタリング表面
２６    アルミニウムターゲットプレート
２８    粒界構造
３０    アルミニウムマクロ粒子
３２    シリコンウェーハ
３４    マクロ粒子
３６    プラズマ
３８    Ａｌ2Ｏ3介在物
４０    陰極スパッタリング表面
４２    ＡｌスパッタリングターゲットまたはＡｌ合金スパッタリングターゲット
４４    プラズマシース
４５    面
４６    アーク形成
【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１０】
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【図１１】
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【図１２】
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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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【国際調査報告】
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