(57)【要約】  金属材料の円筒形スパッタリングターゲットであって、パーティクルを低減させたスパッタリングターゲットを提供すること。スパッタリングターゲットは、円筒形スパッタリングターゲットであって、スパッタリングターゲットは、ターゲット材を少なくとも備え、ターゲット材は、１又は複数の金属元素からなり、結晶粒径が１０μｍ以下である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒形スパッタリングターゲットであって、
前記スパッタリングターゲットは、ターゲット材を少なくとも備え、
前記ターゲット材は、１又は複数の金属元素からなり、
結晶粒径が１０μｍ以下である、該スパッタリングターゲット。
【請求項２】
請求項１のスパッタリングターゲットであって、接合部位が少なくとも１つ存在する、該スパッタリングターゲット。
【請求項３】
請求項２のスパッタリングターゲットであって、前記接合部位が、ターゲットの長手方向に沿って存在する、該スパッタリングターゲット。
【請求項４】
請求項２又は３のスパッタリングターゲットであって、前記接合部位が、円周方向に沿って存在する、該スパッタリングターゲット。
【請求項５】
請求項１〜４いずれか１項のスパッタリングターゲットであって、前記金属元素がチタンである、該スパッタリングターゲット。
【請求項６】
請求項１〜５いずれか１項のスパッタリングターゲットの製造方法であって、
１枚又は複数枚の平板材料を曲げ加工する工程と、
前記曲げ加工した材料の端部同士を溶接する工程と、
を含む方法。
【請求項７】
請求項６の方法であって、
前記曲げ加工する工程が、１枚の平板材料を曲げ加工することで円筒形を形成することを含む、該方法。
【請求項８】
請求項６の方法であって、
前記曲げ加工する工程が、複数枚の平板材料を曲げ加工することで複数の円弧状材料を形成することを含み、及び
前記溶接する工程が、前記複数の円弧状材料を溶接して円筒形を形成することを含む、該方法。
【請求項９】
請求項６〜８いずれか１項の方法であって、複数の円筒形材料を、長手方向に溶接する工程を更に含む、該方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、スパッタリングターゲット及びその製造方法に関する。より具体的には、本開示は、円筒形スパッタリングターゲット及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体デバイスの分野では、より高いレベルでの集積化及び小型化が要求されている。例えば、半導体デバイスを製造する際に、各種薄膜を形成する。薄膜の材料としては、モリブデン、タングステン、チタン等が挙げられる。そして、薄膜の形成方法として、スパッタリングが用いられる。【０００３】
スパッタリングの原理は以下の通りである。まず、真空中で不活性ガス（例えば、Ａｒガス）を導入しながら基板とスパッタリングターゲットとの間に高電圧を印加する。そして、イオン化したＡｒ+などのイオンをスパッタリングターゲットに衝突させる。この衝突エネルギーでスパッタリングターゲット中の原子を放出させて基板上に堆積させる。これにより、薄膜を形成することができる。【０００４】
スパッタリングターゲットの形状として、平板又は円筒形等が挙げられる。特許文献１では、アルミニウム、銀、銅、チタンおよびモリブデンからなる群より選択される少なくとも１種の金属からなる円筒型スパッタリングターゲットを開示している。更に特許文献１は、円筒型スパッタリングターゲットの製造工程を開示している。具体的には、金属系のスパッタリングターゲットの場合は、円柱状のスパッタリングターゲットの材料を押出加工に供したり、中心部をくり貫いたりして円筒形状に加工すること、又は、鋳造によって円筒形状に成型することを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１８−０５３３６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、半導体デバイスの分野では、より高いレベルでの集積化及び小型化が要求されている。スパッタリングを行う際にパーティクルが発生すると、製品に対して様々な不具合をもたらすため望ましくない。そこで、本開示は、金属材料の円筒形スパッタリングターゲットであって、パーティクルを低減させたスパッタリングターゲット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】
【０００７】
発明者らが鋭意検討したところ、別のアプローチで円筒形スパッタリングターゲットを製造することに成功した。より具体的には、金属板を曲げ加工することで、複数の円弧状の材料を形成し、更に、これらを溶接することで、円筒形を形成することができた。こうした方法だと、余分な熱処理が発生しない。従って、円筒形に加工した後のスパッタリングターゲットにおいて、粗大な結晶粒の量を低減することができる。【０００８】
上記知見に基づいて完成された発明は、一側面において、以下の発明を包含する。
（発明１）
円筒形スパッタリングターゲットであって、
前記スパッタリングターゲットは、ターゲット材を少なくとも備え、
前記ターゲット材は、１又は複数の金属元素からなり、
結晶粒径が１０μｍ以下である、該スパッタリングターゲット。
（発明２）
発明１のスパッタリングターゲットであって、接合部位が少なくとも１つ存在する、該スパッタリングターゲット。
（発明３）
発明２のスパッタリングターゲットであって、前記接合部位が、ターゲットの長手方向に沿って存在する、該スパッタリングターゲット。
（発明４）
発明２又は３のスパッタリングターゲットであって、前記接合部位が、円周方向に沿って存在する、該スパッタリングターゲット。
（発明５）
発明１〜４いずれか１項のスパッタリングターゲットであって、前記金属元素がチタンである、該スパッタリングターゲット。
（発明６）
発明１〜５いずれか１項のスパッタリングターゲットの製造方法であって、
１枚又は複数枚の平板材料を曲げ加工する工程と、
前記曲げ加工した材料の端部同士を溶接する工程と、
を含む方法。
（発明７）
発明６の方法であって、
前記曲げ加工する工程が、１枚の平板材料を曲げ加工することで円筒形を形成することを含む、該方法。
（発明８）
発明６の方法であって、
前記曲げ加工する工程が、複数枚の平板材料を曲げ加工することで複数の円弧状材料を形成することを含み、及び
前記溶接する工程が、前記複数の円弧状材料を溶接して円筒形を形成することを含む、該方法。
（発明９）
発明６〜８いずれか１項の方法であって、複数の円筒形材料を、長手方向に溶接する工程を更に含む、該方法。
【発明の効果】
【０００９】
一側面において、本開示のスパッタリングターゲットは、結晶粒径が１０μｍ以下である。これにより、スパッタリングの際のパーティクルの発生を、抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】一実施形態における円筒形スパッタリングターゲットの製造工程の一部を示す。
【図２】一実施形態における円筒形スパッタリングターゲットの製造工程の一部を示す。
【図３】一実施形態における円筒形スパッタリングターゲットの組織を示す。
【図４】一実施形態における円筒形スパッタリングターゲットの組織を示す。
【図５】一実施形態における円筒形スパッタリングターゲットの組織を示す。
【図６】一実施形態における円筒形スパッタリングターゲットの組織を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本開示の発明を実施するための具体的な実施形態について説明する。以下の説明は、本開示の発明の理解を促進するためのものである。即ち、本発明の範囲を限定することを意図するものではない。
【００１２】
１．スパッタリングターゲット
１−１．構造
一実施形態において、本開示の発明は、スパッタリングターゲットに関する。スパッタリングターゲットは、ターゲット材を少なくとも備え、該ターゲット材は、直接スパッタされる部位である。また、スパッタリングターゲットは、基材（バッキングチューブ）を更に備えてもよい。そして、必要に応じて、基材とターゲット材の間には、更にボンディング層を設けてもよい。基材及びボンディング層については、公知の材料を使用することができる。
【００１３】
一実施形態において、スパッタリングターゲット（及びターゲット材）の形状は円筒形である。大きさは特に限定されない。
【００１４】
１−２．ターゲット材の構成元素
一実施形態において、ターゲット材は、１又は複数の金属元素から構成される。金属元素の例としては、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｍｏ、及びＷ等が挙げられるがこれらに限定されない。また、１金属元素に限定されず、ターゲット材は、複数の金属元素の合金から構成されてもよい。合金の例としては、Ｔｉ合金、Ｎｂ合金、Ｔａ合金、Ｃｕ合金、Ｃｏ合金、Ｍｏ合金、及びＷ合金等が挙げられるがこれらに限定されない。Ｔｉ合金の例としては、ＴｉＡｌ合金、及びＴｉＮｂ合金等が挙げられるがこれらに限定されない。
【００１５】
ターゲット材が１金属元素から構成される場合（例えばＴｉ）、純度は、３Ｎ（９９．９質量％）以上、好ましくは４Ｎ（９９．９９質量％）以上、より好ましくは４Ｎ５（９９．９９５質量％）以上、さらに好ましくは５Ｎ（９９．９９９質量％）以上、最も好ましくは５Ｎ５（９９．９９９５質量％）以上である。上限値は特に限定されないが、８Ｎ以下である。上記の純度については、グロー放電質量分析法（ＧＤＭＳ）にて組成分析して得られる数値を意味する。例えば、４Ｎ以上の場合、チタン以外の元素（例えば、Ｎａ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｋ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｚｒなど）の合計量が０．０１質量％（１００質量ｐｐｍ）未満であることを意味する。
【００１６】
ターゲット材は、不可避的不純物を含んでもよい。不可避的不純物の例として、Ｏ、Ｃ等が挙げられる。含有量は特に限定されないが、Ｏの場合、例えば、１０００質量ｐｐｍ以下であってもよく、好ましくは２５０質量ｐｐｍ以下であってもよく、最も好ましくは１００質量ｐｐｍ以下であってもよい。Ｃの場合、例えば、２０質量ｐｐｍ以下であってもよい。
【００１７】
本開示のターゲット材において、上記のような不純物濃度を達成できる理由として、粉末焼結（原料粉末を型に入れて、プレスし、焼結する）によってターゲット材を製造しておらず、溶解法によって得られたインゴットを用いてターゲット材を製造していることが挙げられる。粉末の形態では表面積が大きくなり、表面酸化によって、より多くの酸素が原料粉末中に取り込まれる。このため、一般に、原料粉末中の酸素濃度は高く、１０００質量ｐｐｍを超える場合が多い。従って、粉末焼結によって形成されたターゲット材は、酸素濃度が高くなる。また、原料粉末中の酸素濃度が低かったとしても、粉砕等の工程により酸素濃度が上昇し、１０００質量ｐｐｍを超える蓋然性が高い。しかし、本開示のターゲット材は、粉末焼結による方法ではなく、圧延板を曲げ加工し、その後溶接するという方法を採用しているため、酸素濃度が高くなることを回避できる。
【００１８】
１−３．ターゲット材の結晶粒径
一実施形態において、ターゲット材を構成する金属は、特定の結晶粒径を有する。より具体的には、前記結晶粒径が１０μｍ以下である。好ましくは、前記結晶粒径が５μｍ以下、より好ましくは１μｍ以下である。下限値は特に限定されないが、典型的には、０．２μｍ以上である。結晶粒径が１０μｍ以下であることにより、即ち、結晶粒径が微細であることにより、パーティクルの発生を抑制することができる。
【００１９】
なお、ここで述べる結晶粒径は、以下の手順で測定して得られる。ＪＩＳ  Ｇ０５５１：２０１３の切断法に準拠し、スパッタリングターゲットの表面（スパッタリング面）において結晶粒内を横切る試験線の１結晶粒当たりの平均線分長から求める。この方法における結晶粒の観察には、光学顕微鏡（領域２００μｍ×２００μｍ）などを用いることができる。
【００２０】
本開示のターゲット材において、上記のような結晶粒径を達成できる理由として、粉末焼結によってターゲット材を製造しておらず、溶解法によって得られたインゴットを用いてターゲット材を製造していることが挙げられる。粉末焼結すると、原料粉末と同等の結晶粒径が、熱処理によりそれ以上の結晶粒径に成長する。しかし、本開示のターゲット材は、粉末焼結による方法ではなく、圧延板を曲げ加工し、その後溶接するという方法を採用しているため、結晶粒径が大きくなることを回避できる。
【００２１】
また、本開示のターゲット材において、上記のような結晶粒径を達成できる別の理由として、金属材料を押し出し法によって成型してターゲット材を製造しておらず、溶解法によって得られたインゴットを用いてターゲット材を製造していることが挙げられる。押し出し法の場合、金属材料を溶融させる必要がある等の理由で、材料に対して熱処理が行われる。これにより、材料内の結晶粒が粗大化してしまう（例えば、材料がＴｉの場合、押し出し加工の温度は１０００℃程度になり、結晶粒は数百μｍになる）。しかしながら、押し出し法によって成型する場合、熱処理が不可避である。本開示のターゲット材は、押し出し法による方法ではなく、圧延板を曲げ加工し、その後溶接するという方法を採用しているため、結晶粒径が大きくなることを回避できる。仮に溶接部分で結晶粒径が大きくなったとしても、その影響は局所的なものとすることができる。
【００２２】
１−４．ターゲット材の接合部位
一実施形態において、ターゲット材は、１つ又は複数の接合部位を有する。ここで、「接合部位」とは、複数のターゲット材同士が接合された痕跡部分を指す。より具体的には、エッチング後に組織を観察したときに、例えば、溶接などにより結晶粒が粗大化して、材料全体の結晶粒径より２０％以上大きくなった部位を、「接合部位」と呼ぶ。ここで、接合部位の粒径の測定方法は、上記材料全体の結晶粒径の測定方法と同様である。また、接合部位の存在を検証する際には、ターゲット材の表面ではなく、内部（例えば、深さ２ｍｍより深い位置）にて、組織を観察することによって行うことが好ましい。理由として、ターゲット材を表面加工することにより（例えば研削することにより）、ターゲット材表面上に観察される接合部位を消すことができるからである。その点、ターゲット材内部の組織であれば、表面加工によって、接合部位が消失することはないので、正確な判定が可能となる。
【００２３】
更なる一実施形態において、前記接合部位は、ターゲット材の長手方向に沿って存在してもよい。接合部位が長手方向に存在するということは、図１に示すように、１つ又は複数の平板材料を曲げ加工することで円筒形が形成されたことを示す。長手方向に存在する接合部位が１つの場合には、１枚の平板を曲げ加工することで円筒が形成されたことを示す。長手方向に存在する接合部位が複数の場合には、その数に対応する枚数の平板を曲げ加工し、複数の円弧状材料が形成されたことを示す。例えば、長手方向に存在する接合部位が３つの場合には、３枚の１２０°の円弧状材料を接合して形成されたことを示す。好ましくは、長手方向に存在する接合部位は２つ存在し、この理由は、最も製造が簡単であることが挙げられる。
【００２４】
更なる別の一実施形態において、前記接合部位は、ターゲット材の円周方向に沿って存在してもよい。接合部位が円周方向に存在するということは、図２に示すように、複数の円筒形材料が長手方向に連結されたことを示す。例えば、円周方向に存在する接合部位が１つの場合には、２つの円筒形材料が長手方向に沿って連結されたことを示す。無論、こうした接合を行わない場合、接合部位が円周方向に存在しなくてもよい。
【００２５】
接合部位の幅は、円周方向及び長手方向とも、特に限定されず、１ｍｍ〜１５ｍｍであってもよい。幅の上限値は、好ましくは、１０ｍｍ以下、更に好ましくは５ｍｍ以下であってもよい。幅の下限値は、好ましくは、２ｍｍ以上、更に好ましくは３ｍｍ以上であってもよい。幅が１０ｍｍ以下であることで、粗大な結晶粒による悪影響を極力小さなものとすることができる。また、幅が１ｍｍ以上であることで、接着強度を確保すること、及び／又は内部ポアを回避することが可能となる。
【００２６】
２．製造方法
一実施形態において、本開示の発明は、スパッタリングターゲットの製造方法に関する。前記方法は、少なくとも以下の工程を含む。
１つ又は複数の平板材料を曲げ加工することで円筒形を形成する工程、及び、
前記材料の端部同士を溶接する工程。
以下、詳細に説明する。
【００２７】
２−１．平板材料
以下ではチタンを例に説明する。まず、溶解法によってチタンインゴットを準備する。チタンインゴットの純度は、３Ｎ（９９．９質量％）以上、好ましくは４Ｎ（９９．９９質量％）以上、より好ましくは４Ｎ５（９９．９９５質量％）以上、さらに好ましくは５Ｎ（９９．９９９質量％）以上、最も好ましくは５Ｎ５（９９．９９９５質量％）以上である。
【００２８】
次に、インゴットを締め鍛造してビレットを作製し、このビレットを切断して平板材料を作製する。或いは、インゴットを締め鍛造せずにインゴットを切断して平板材料を作製してもよい。そして、平板材料を、室温〜４００℃（例えば３００℃）で冷間圧延して、所望の厚さに加工する。冷間圧延の条件としては、圧延率３０％〜９５％、好ましくは、５０％以上、更に好ましくは７０％以上である。上限値として、好ましくは、９０％以下、更に好ましくは、８５％以下である。また、圧延時の温度は、後述するその後の熱処理の温度よりも低くすることが好ましい。
【００２９】
冷間圧延後は、熱処理を行う。圧延板を熱処理した場合、熱処理温度が低いほど、結晶粒径が微細化する傾向にある。熱処理条件として、温度は、２００℃〜５５０℃であり、好ましくは、３５０℃以上、更に好ましくは４００℃以上である。上限値として、好ましくは、５５０℃以下、更に好ましくは、５００℃以下である。熱処理時間として、０．２５ｈ〜３ｈ、好ましくは、０．２５ｈ以上、更に好ましくは０．５ｈ以上である。上限値として、好ましくは、２ｈ以下、更に好ましくは、１ｈ以下である。上記の条件で熱処理することで、所望の結晶粒を有する平板材料が得られる。
【００３０】
２−２．曲げ加工
上記平板材料は、適宜切断を行うことで矩形（図１  １０）に仕上げることができる。その後、平板材料を円弧状に曲げ加工をする（図１  ２０）。加工手段としては、円柱状の金型を用いたプレス加工など、公知の手段を用いることができる。
【００３１】
また、溶接する際他の端部と隙間なく接合できるようにするため、曲げ加工を行う前、及び／又は後で、平板の端部を適宜研削してもよい。
【００３２】
円弧状に曲げ加工する際の角度は特に限定されない。しかし、半円形状（即ち１８０°）が好ましい。この理由として、他の角度で曲げ加工された場合と比べて、組み立てが行いやすいこと、及び後述する接合が行いやすいことが挙げられる。
【００３３】
２−３．接合方法
上記の方法で、円弧状に曲げ加工された材料を得られた後は、当該材料を複数用意して、円筒形に組み立てる。例えば、半円状に曲げ加工された２枚の材料を、円筒形に組み立てる（図１  ３０）。
【００３４】
その後、材料の端部同士を溶接することにより、一体化された円筒形に仕上げることができる（図１  ４０）。溶接の手段としては、電子ビーム溶接、レーザービーム溶接、プラズマ溶接等が挙げられるが、これらに限定されない。好ましい溶接手段は、電子ビーム溶接である。この理由としては、溶接の際に材料に熱が付与されることになるものの、熱の影響を受ける範囲を小さくできるからである。そして、熱の影響を受ける範囲を小さくできることで、結晶粒が粗大化した範囲を小さくすることができる。電子ビーム溶接の条件については、特に限定されず、公知の条件で溶接することができる。
【００３５】
また、留意されたい点として、円筒形に組み立てるために、平板材料は必ずしも複数用意する必要はない。例えば、１枚の平板材料であっても、円筒形の金型の周囲を１周するように曲げ加工することにより（そして、端部を溶接することにより）、円筒形に加工することができる。
【００３６】
以上の工程で、ターゲット材が得られる。当該ターゲット材は、元々平板として存在していた材料の端部同士を一体化させているため、接合部位が円筒形の長手方向に沿って直線状に存在することとなる。そして、平板材料の枚数に応じた数の接合部位が存在する（例えば、２枚の平板材料から形成された場合には２本の接合部位）。
【００３７】
２−４．長手方向の組み立て
上記曲げ加工工程及び溶接工程を繰り返すことで、複数の円筒形ターゲット材が得られる。複数の円筒形ターゲット材（図２  ５０）を、長手方向に沿って接合させて溶接してもよい。これにより、長手方向にサイズが拡大した円筒形ターゲット材が得られる（図２  ６０）。また、このように溶接した場合、円周方向に沿って接合部位が形成される。
【００３８】
２−５．基材、及びボンディング層
上述したターゲット材は、基材（バッキングチューブ）と接合させてもよい。これにより、基材とターゲット材を備えるスパッタリングターゲットを得ることができる。また、ろう材等を用いて接合することにより、基材とターゲット材との間にボンディング層が形成されてもよい。
【００３９】
３．スパッタリングターゲットの利用
上述したスパッタリングターゲットは、薄膜形成に利用することができる。薄膜形成の手段としてスパッタリングが用いられるが、スパッタリングの条件は特に限定されず、当分野で設定される条件でスパッタすることができる。
【実施例】
【００４０】
（実施例１）
純度４Ｎ５以上のチタンからなる平板を２枚準備した（酸素含有量は１８０質量ｐｐｍであった）。これらの平板の粒径を光学顕微鏡で観察して測定したところいずれも８μｍであった。【００４１】
次に、これらの平板を半円状に曲げ加工を行った。そして、端部同士を電子ビーム溶接により溶接させ、円筒形になるようにした。【００４２】
その後、溶接部分と非溶接部分の結晶組織を光学顕微鏡で観察した。まず、図３に非溶接部分の結晶組織を示す。非溶接部分においては、厚みの外側（Ｔｏｐ）、中央（Ｍｉｄ）、及び内側（Ｂｔｍ）のいずれにおいても、同様の結晶組織を有していた。結晶粒径（Ｇ．Ｓ）についても、曲げ加工前と同じ８μｍであった。即ち、曲げ加工以降の工程による影響は見られなかった。【００４３】
次に、図４に、溶接部分の結晶組織を示す。微細粒部分（Ｆｉｎｅ  ｇｒａｉｎ  ｐａｒｔ）と、電子ビーム溶接部分（ＥＢ  Ｗｅｌｄｉｎｇ  ｐａｒｔ）との間に明瞭な境界が生じていた。そして、溶接部分は、微細組織と比べて、結晶粒が粗大化していた。【００４４】
（実施例２）
鍛造及び圧延の条件を適宜変更したことを除いて、実施例１と同様にして曲げ加工及び溶接を行い、これを円筒形に形成した。なおこの平板は、実質的に平均粒径のみが実施例１のものと異なる。
その後、非溶接部分の結晶組織を光学顕微鏡で観察した。その結晶組織を図５に示す。非溶接部分の結晶粒径を、先述したように光学顕微鏡（領域２００μｍ×２００μｍ）のよる観察で切断法により測定したところ、結晶粒径は曲げ加工前と同じ９．６μｍであった。【００４５】
（実施例３）
鍛造及び圧延の条件を適宜変更したことを除いて、実施例１と同様にして曲げ加工及び溶接を行い、これを円筒形に形成した。なおこの平板は、実質的に平均粒径のみが実施例１のものと異なる。
その後、非溶接部分の結晶組織を光学顕微鏡で観察した。その結晶組織を図６に示す。非溶接部分の結晶粒径を、先述したように光学顕微鏡（領域２００μｍ×２００μｍ）のよる観察で切断法により測定したところ、結晶粒径は曲げ加工前と同じ４．１μｍであった。【００４６】
以上、本開示の発明の具体的な実施形態について説明してきた。上記実施形態は、具体例に過ぎず、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、上述の実施形態の１つに開示された技術的特徴は、他の実施形態に適用することができる。また、特記しない限り、特定の方法については、一部の工程を他の工程の順序と入れ替えることも可能であり、特定の２つの工程の間に更なる工程を追加してもよい。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって規定される。
【図１】
2020066956.tif 000003
【図２】
2020066956.tif 000004
【図３】
2020066956.tif 000005
【図４】
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【図５】
2020066956.tif 000007
【図６】
2020066956.tif 000008
【国際調査報告】
2020066956.tif 000009
2020066956.tif 000010
2020066956.tif 000011
2020066956.tif 000012