(57)【要約】  ポアの最大径が１ｍｍ以下であることを特徴とするイットリウム製スパッタリングターゲット。また、イットリウム製スパッタリングターゲットの任意の断面中に存在するポアの個数が０個以上２個以下であることが好ましい。また、クラックの最大長さが３ｍｍ以下であることが好ましい。また、イットリウム製スパッタリングターゲットの引張強さが１００ＭＰａ以上であることが好ましい。
2020090977.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポアの最大径が１ｍｍ以下であることを特徴とするイットリウム製スパッタリングターゲット。
【請求項２】
前記イットリウム製スパッタリングターゲットの任意の断面中に存在するポアの個数が０個以上２個以下であることを特徴とする請求項１記載のイットリウム製スパッタリングターゲット。
【請求項３】
イットリウムの純度が、希土類元素およびガス成分を除いて４Ｎ以上であることを特徴とする請求項１ないし請求項２のいずれか１項に記載のイットリウム製スパッタリングターゲット。
【請求項４】
クラックの最大長さが３ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のイットリウム製スパッタリングターゲット。
【請求項５】
イットリウム結晶の平均結晶粒経が０．３〜２５ｍｍの範囲内であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のイットリウム製スパッタリングターゲット。
【請求項６】
引張強さが１００ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のイットリウム製スパッタリングターゲット。
【請求項７】
スパッタ面の直径が１００ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のイットリウム製スパッタリングターゲット。
【請求項８】
スパッタ面の表面粗さＲａが２．０μｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載のイットリウム製スパッタリングターゲット。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の前記イットリウム製スパッタリングターゲットをスパッタリングすることにより、成膜する成膜方法。
【請求項１０】
成膜した膜が金属イットリウム膜であり、該金属イットリウム膜を酸化処理することにより酸化イットリウム膜を形成することを特徴とする請求項９記載の成膜方法。
【請求項１１】
酸素含有雰囲気中でスパッタリングすることにより、酸化イットリウム膜を形成することを特徴とする請求項９記載の成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の一態様は、イットリウム製スパッタリングターゲットおよびそれを用いた成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属イットリウムは、メタルゲート材料、高誘電率材料などの電子材料への適用が検討されている。また、酸化イットリウムは、プラズマや薬品に対する耐久性がよい。このため、酸化イットリウム膜をプラズマ処理装置用部品の保護膜に使うことが試みられている。
特許第６０８４４６４号公報（特許文献１）では、酸化イットリウム被膜を有するプラズマエッチング処理装置用部品が開示されている。特許文献１では、結晶構造などを制御した酸化イットリウム被膜が開示されている。これにより、特許文献１では耐プラズマ性を向上させている。特許文献１では、酸化イットリウム粉末をプラズマ燃焼炎を使って高速で噴射することで成膜している。プラズマ燃焼炎は約１００００℃程度の高温が必要である。このため、設備が高価であり、安全対策も必要であった。
プラズマ燃焼炎を使わない成膜方法としてはスパッタリング法が挙げられる。スパッタリング法は、真空チャンバ内にスパッタリングターゲットを配置し、スパッタリングターゲットにイオン化粒子を衝突させる方法である。これにより、スパッタリングターゲットの表面（スパッタ面）の原子または分子がはじき飛ばされて成膜が行われる。イオン化粒子には、希ガス元素や窒素が使われる。スパッタリング法は、プラズマ燃焼炎を使わないことから、比較的設備が安価である。また、真空チャンバ内での成膜工程を行うため、比較的安全な成膜方法である。
特許第５７３８９９３号公報（特許文献２）には、高純度イットリウム製スパッタリングターゲットが開示されている。特許文献２では、溶融塩電解と電子ビーム溶解を組合せて高純度化していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第６０８４４６４号公報
【特許文献２】特許第５７３８９９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のスパッタリングターゲットでは、スパッタ工程中にターゲットが割れるなどの不具合が発生していた。この原因を追究したところ、ターゲット中に大きなポアやクラックがあることが原因であった。特許文献２では、電子ビーム溶解を２〜４回繰り返してイットリウム製インゴットを製造していた。電子ビーム溶解を４回程度行うことにより、高純度化できる。その一方で、インゴット中には大きなポアが残存していた。また、金属イットリウムは破壊靭性が低い材料であるため、ターゲットに加工する際にクラックが発生し易かった。
スパッタリング法は、イオン化させた希ガス元素をスパッタリングターゲットに衝突させる成膜方法である。大きなポアやクラックが残存したターゲットでは、衝突に耐えられず破損が起きていたのである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態にかかるイットリウム製スパッタリングターゲットは、ポアの最大径が１ｍｍ以下であることを特徴とするものである。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】実施形態にかかるイットリウム製スパッタリングターゲットの一例を示す図。
【図２】実施形態にかかるイットリウム製スパッタリングターゲットにおいて、イットリウム結晶の構造の一例を示す図。
【図３】実施形態にかかるイットリウム製スパッタリングターゲットにおいて、ポアの一例を示す図。
【図４】実施形態にかかるイットリウム製スパッタリングターゲットにおいて、クラックの一例を示す図。
【図５】実施形態にかかるイットリウム製スパッタリングターゲットにおいて、イットリウム結晶の構造の他の例を示す図。
【実施形態】
【０００７】
実施形態にかかるイットリウム製スパッタリングターゲットにおいて、ポアの最大径が１ｍｍ以下であることを特徴とするものである。
図１に実施形態にかかるイットリウム製スパッタリングターゲットの一例を示した。図中、１はイットリウム製スパッタリングターゲット（以下、単に「ターゲット」と称する場合もある）、２はスパッタ面、３は側面、である。図１ではイットリウム製スパッタリングターゲット１が円柱型ターゲットである場合を例示したが、四角柱型など特に形状が限定されるものではない。また、スパッタ装置に設置する場合は、必要に応じ、バッキングプレートを設けるものとする。
また、図２及び図５には、実施形態にかかるイットリウム製スパッタリングターゲット１の組織構造の一例を示した。図２及び図５中、４はイットリウム結晶、である。イットリウム結晶に囲まれた隙間が、ポアまたはクラックと呼ばれる。
実施形態にかかるイットリウム製スパッタリングターゲット１は多結晶体である。ポアとは、イットリウム結晶粒子同士の２粒子間または３粒子間（三重点）に形成された隙間である。また、クラックとは、４個以上のイットリウム結晶粒子間につらなった隙間のことである。
【０００８】
図３にポア、図４にクラックの一例を示した。図３ではイットリウム結晶４−１、４−２、４−３で囲まれた隙間がポア５となっている。図３では、３つの結晶粒間である三重点に形成されたポアの例である。また、図４では、イットリウム結晶４−１、４−２、４−３、４−４、４−５、４−６で囲まれた隙間がクラック６となっている。
ポアまたはクラックの測定はターゲット１の任意の断面を光学顕微鏡で観察するものとする。任意の断面とは、円柱形状のターゲット１の中心軸に直交する横断面、横断面に直交する縦断面、または、その他任意に切り出された断面を意味する。光学顕微鏡写真のコントラストの違いで、イットリウム結晶とポア（またはクラック）を区別することができる。光学顕微鏡写真は、倍率１０倍以上とする。また、必要に応じ、断面を表面粗さＲａが２μｍ以下になるように研磨加工するものとする。また、後述する単位面積を一視野で測定できないときは、複数に分けて測定しても良いものとする。また、複数に分けて測定する場合は、隣り合う視野を測定していくものとする。
また、超音波探傷検査またはＸ線レントゲン検査により、ポアおよびクラックの有無を検査することができる。これら検査は非破壊検査である。ターゲット１全体の内部のポアと、クラックとは、超音波探傷検査またはＸ線レントゲン検査により測定可能である。非破壊検査を行った後、断面を切り出す方法が有効である。
【０００９】
実施形態にかかるイットリウム製スパッタリングターゲット１において、ポアの最大径が１ｍｍ以下であることを特徴とするものである。また、イットリウム製スパッタリングターゲット１の任意の断面中に存在するポアの個数が０個以上２個以下であることが好ましい。なお、イットリウム製スパッタリングターゲット１の任意の断面の全体を任意の断面の視野とする場合のみならず、任意の断面のうち、任意の面積、例えば単位面積１０ｍｍ×１０ｍｍをつなげて任意の断面の視野としてもよい。
単位面積１０ｍｍ×１０ｍｍの光学顕微鏡写真に写るポアの最も長い対角線を最大径とする。ここで、対角線とは、ポア外周上の各点から他の複数点までの長さをいう。各点から他の複数点までの長さは、各点から他の複数点までの直線距離であればよい。単位面積１０ｍｍ×１０ｍｍを３箇所行い、その中で最も大きな値をポアの最大径とする。ポアの最大径が１ｍｍを超えて大きいとターゲット１の強度が低下する。スパッタリング法は、イオン化粒子をターゲット１に衝突させる成膜方法である。ターゲットのスパッタ面には、イオン粒子が衝突していく。スパッタリングが進行するに従い、スパッタ面が削られていく。最大径が１ｍｍを超えたポアが存在すると、イオン粒子の衝突によりポアを起点にターゲットに割れが発生してしまう。このため、従来のターゲットでは、その交換時期を早めないといけなかった。
また、ポアが形成された箇所はスパッタレートが変わりやすい。スパッタレートが変わると、成膜される膜が不均一になり易くなる。このため、ターゲット１のポアの最大径は１ｍｍ以下、さらには０．５ｍｍ以下が好ましい。また、ポアがないこと（＝ポアの最大径が０ｍｍ）が最も好ましい。
また、単位面積１０ｍｍ×１０ｍｍ中に存在するポアの個数が０個以上２個以下であることが好ましい。ポアの最大径が１ｍｍ以下であったとしても、ポアが近くに集まっていると、ターゲットの割れやスパッタレートの不均一の原因となり易い。このため、ターゲット１において、単位面積１０ｍｍ×１０ｍｍにおいて、最大径１ｍｍ以下のポアの個数が２個以下であれば、ターゲットの割れの発生やスパッタレートの不均一性を抑制することができる。
【００１０】
また、ターゲット１のクラックの最大長さが３ｍｍ以下であることが好ましい。クラックとは、４個以上のイットリウム結晶粒子間につらなった隙間のことである。４個以上のイットリウム結晶粒子間につながったポアがクラックとなる。クラックの最大径の測定も光学顕微鏡写真を使って行うものとする。ポアと同様にクラックもコントラストの差で判別することができる。また、クラックとは４個以上の結晶粒間につらなってできた空間であるため、直線的な形状に限らず、うねり形状などになる。なお、クラックの最大長さは光学顕微鏡に写るクラックの長手方向における第１の端部から反対側の第２の端部までの長さを言う。第１の端部から第２の端部までの長さは、第１の端部から第２の端部までの直線距離でもよいし、第１の端部から、クラックの軸心を通り第２の端部に至る曲線距離でもよい。前者は、直線的な形状または比較的小さいうねり形状のクラックの場合に有効であり、後者は、比較的大きいうねり形状のクラックの場合に有効である。クラックの長さが３ｍｍを超えて大きいと、ターゲットの割れやスパッタレートの不均一の原因となり易い。このため、クラックの最大長さは３ｍｍ以下、さらには２ｍｍ以下であることが好ましい。また、最も好ましくはクラックがない（＝クラックの最大長さが０ｍｍ）ことである。また、ポアやクラックは光学顕微鏡写真ではイットリウム結晶とのコントラストの違いで区別できる。
クラックの最大長さの測定は、ターゲット１の任意の断面の光学顕微鏡写真を観察して行うものとする。単位面積３０ｍｍ×３０ｍｍ中に観察されるクラックの中で最も長いものをクラックの最大長さとする。単位面積３０ｍｍ×３０ｍｍをつなげて断面の視野にしてもよい。また、クラックについてもターゲット１全体の内部を超音波探傷検査またはＸ線レントゲン検査により測定可能である。非破壊検査を行った後、断面を切り出す方法が有効である。
また、クラックは単位面積３０ｍｍ×３０ｍｍ中に０個以上２個以下であることが好ましい。３ｍｍ以下のクラックであっても、単位面積３０ｍｍ×３０ｍｍ中に３個以上存在すると、ターゲットの割れやスパッタレートの不均一の原因となり易い。
【００１１】
また、イットリウムの純度が、希土類元素およびガス成分を除いて４Ｎ以上であることが好ましい。
希土類元素とは、イットリウム（Ｙ）以外の希土類元素である。このため、イットリウム以外の希土類元素とはランタノイド元素およびアクチノイド元素となる。イットリウム以外の希土類元素は合計で５００ｗｔｐｐｍ以下が好ましい。ランタノイド元素は、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕである。ランタノイド元素に比べて、アクチノイド元素が不可避不純物として含有される量は非常に少ない。また、ランタノイド元素の中では、Ｌａ（ランタン）、Ｃｅ（セリウム）、Ｈｏ（ホルニウム）、Ｅｒ（エルビウム）、Ｎｄ（ネオジム）が主な不可避不純物になる。また、不純物金属成分の含有量はＧＤＭＳ分析（グロー放電質量分析）にて行うものとする。ＧＤＭＳ分析は、金属成分の定量分析に適している。また、一度に多数の元素を分析することができる。このため、希土類元素およびその他の金属不純物元素の含有量を分析することができる。
【００１２】
また、ガス成分とは、Ｏ（酸素）、Ｎ（窒素）、Ｃ（炭素）、Ｓ（硫黄）、Ｈ（水素）である。ガス成分は、これら元素単体や、他の成分との化合物となっているものも含まれる。他の成分との化合物には、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ２）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、不純物希土類元素の酸化物などが挙げられる。なお、化合物になっているものは、ガス成分単体に換算するものとする。例えば、Ｙ２Ｏ３で検出されたものは、Ｙ２Ｏ３中の酸素をガス成分とカウントする。
ガス成分の合計量は１質量％以下であることが好ましい。ガス成分の中では酸素が最も多い元素となる。これはイットリウムが酸化し易い元素であるためである。酸素含有量は０．６質量％以下であることが好ましい。また、ガス成分の含有量の分析は、ＩＧＡ（Ｉｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌ  Ｇａｓ  Ａｎａｌｙｓｉｓ）法にて行うものとする。ＩＧＡ法であれば、Ｏ（酸素）、Ｎ（窒素）、Ｃ（炭素）、Ｓ（硫黄）、Ｈ（水素）の含有量を測定することができる。
【００１３】
また、希土類元素およびガス成分を除いた不純物元素としては、Ａｌ（アルミニウム）、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｎａ（ナトリウム）、Ｆｅ（鉄）、Ｚｎ（亜鉛）、Ｃａ（カルシウム）、Ｋ（カリウム）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｕ（銅）、Ｗ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｔａ（タンタル）が挙げられる。
後述するようにイットリウム製スパッタリングターゲット１をスパッタして得られる膜は、プラズマ処理装置用部品に好適である。プラズマ処理装置は、半導体素子を製造することに使われる。
Ｎａ、Ｋ、Ｃａ、Ｍｇが半導体膜に混入すると、半導体性能に悪影響を与える。よって、ターゲットの段階１や、インゴットの段階から、これら元素が少ない方がよい。
また、Ａｌ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａは、プラズマとの反応性が高い。得られた膜にこれら元素が混入していると、膜の耐プラズマ性が低下する。
ターゲット１中のＡｌ（アルミニウム）の含有量は、３００質量ｐｐｍ以下が好ましい。Ｍｇ（マグネシウム）の含有量は、５０質量ｐｐｍ以下が好ましい。Ｎａ（ナトリウム）の含有量は、１００質量ｐｐｍ以下が好ましい。Ｆｅ（鉄）の含有量は、８００質量ｐｐｍ以下が好ましい。Ｚｎ（亜鉛）の含有量は、１００質量ｐｐｍ以下が好ましい。Ｃａ（カルシウム）の含有量は、４０００質量ｐｐｍ以下が好ましい。Ｋ（カリウム）の含有量は、１０質量ｐｐｍ以下が好ましい。Ｎｉ（ニッケル）の含有量は、３００質量ｐｐｍ以下が好ましい。Ｃｕ（銅）の含有量は、２００質量ｐｐｍ以下が好ましい。Ｗ（タングステン）の含有量は、６０００質量ｐｐｍ以下が好ましい。Ｍｏ（モリブデン）の含有量は、３０００質量ｐｐｍ以下が好ましい。Ｔａ（タンタル）の含有量は、８０００質量ｐｐｍ以下が好ましい。
【００１４】
また、イットリウム結晶の平均結晶粒経は０．３ｍｍ以上２５ｍｍ以下であることが好ましい。平均結晶粒経が０．３ｍｍ未満であると、粒界が増える。粒界が増えると、クラックも形成され易くなる。一方、平均結晶粒経が２５ｍｍを超えて大きいと、イットリウム結晶同士の三重点が大きくなる。三重点が大きくなると、大きなポアが形成され易くなる。このため、平均結晶粒経は０．３〜２５ｍｍ、さらには１〜２０ｍｍの範囲内であることが好ましい。
また、平均結晶粒径の測定は、スパッタ面２を光学顕微鏡観察により行うものとする。スパッタ面２を光学顕微鏡写真（倍率１０倍以上）にて撮影する。スパッタ面２を一視野で撮影できないときは複数に分けて撮影してもよいものとする。また、スパッタ面２は粒界が確認できる程度にエッチング加工を施してもよいものとする。
まず、光学顕微鏡写真に写るイットリウム結晶の個数をカウントする。この作業により、スパッタ面２に観察されるイットリウム結晶の個数を求める。なお、一視野でスパッタ面２を撮影できないときは、複数回に分けて撮影してもよいものとする。それぞれの写真をつなぎ合わせてイットリウム結晶の個数を求めることができる。
次に、「スパッタ面の面積÷スパッタ面に観察されるイットリウム結晶の個数」により結晶１個の面積を計算する。結晶１個を真円と仮定して直径を求めるものとする。この直径を平均結晶粒径とするものとする。イットリウム結晶は輪郭がランダムな波型形状を有していることが好ましい。輪郭が波型形状を有することにより、結晶同士の結合が強くなる。
【００１５】
また、イットリウム製スパッタリングターゲット１の引張強さが１００ＭＰａ以上であることが好ましい。引張強さは、試料に引張荷重を加えて破断させたときの最大荷重を断面積（試料の断面積）で割った値である。引張強さが大きいほど、破断しにくいものであるといえる。
また、ターゲット１の引張強さの測定はＪＩＳ−Ｚ−２２４１に準じて行うものとする。試料サイズは直径６ｍｍ±０．１ｍｍのものとする。直径６ｍｍは試料の断面積が２８．２６ｍｍ２となる。測定装置は、インストロン社製５５６７型精密万能試験機またはそれに準じた性能を有するものとする。測定条件は、室温、大気中、引張速度１２．６ｍｍ／ｍｉｎとする。
実施形態にかかるターゲット１は、ポアまたはクラックを小さくしているので引張強さを向上させることができる。金属イットリウムは、もろい材料である。一方、ターゲット１は、スパッタ面２を平坦にする必要がある。凹凸の大きなスパッタ面ではスパッタレートが安定しないためである。平坦面を得るには、スパッタ面２に研磨加工などの表面加工が必要である。引張強さが１００ＭＰａ未満の場合は、表面加工の際にクラックが発生し易くなる。このため、引張強さは１００ＭＰａ以上、さらには１３５ＭＰａ以上であることが好ましい。
また、ターゲット１の破断伸びが５〜３０％であることが好ましい。破断伸びとは、引張試験を行った際の破断点までの試料の伸びのことである。破断伸びが大きい方が破壊までの変形量が多いことになる。破断伸びが５％未満では、破断までの変形量が小さすぎて加工の応力への耐久性が低い。また、破断伸びが３０％を超えて大きいと、変形量が大きすぎてターゲット１が平坦面を得難くなる。そのため、破断伸びは５〜３０％、さらには１０〜２０％が好ましい。
破断伸びの測定についてもＪＩＳ−Ｚ−２２４１に準じて行うものとする。試料サイズは引張強さのものと同様である。また、測定装置も同様のものであることが好ましい。また、破断伸びの測定条件は標点間距離（Ｇａｇｅ  Ｌｅｎｇｔｈ）＝３０ｍｍとする。
【００１６】
また、スパッタ面２の直径が１００ｍｍ以上であることが好ましい。スパッタ面２が大きいほど、一回のスパッタ工程で成膜できる量が大きくなる。ターゲット１の交換の手間を考慮すると、量産性が向上する。実施形態にかかるターゲット１は、ポアを小さくしているため、ターゲット１を大きくしたとしてもスパッタレートを均一にできる。また、スパッタ工程中に、ターゲット１の割れの発生を抑制できる。
このため、スパッタ面２の直径を１００ｍｍ以上、さらには１６０ｍｍ以上にすることができる。また、ターゲット１の厚みは１０ｍｍ以上、さらには１６ｍｍ以上にすることができる。なお、スパッタ面２の直径の上限は特に限定されるものではないが、直径４００ｍｍ以下が好ましい。また、ターゲット１の厚みの上限は特に限定されるものではないが、３０ｍｍ以下が好ましい。ターゲット１の直径または厚みが大きくなりすぎると、平均結晶粒径の制御が困難となる恐れがある。このため、ターゲット１のスパッタ面２の直径は１００〜４００ｍｍ、さらには１６０〜３５０ｍｍの範囲内が好ましい。また、ターゲット１の厚みは、１０〜３０ｍｍ、さらには１６〜２５ｍｍが好ましい。
【００１７】
また、スパッタ面２の表面粗さＲａが２．０μｍ以下であることが好ましい。スパッタ面２は、イオン化粒子が衝突する面である。スパッタ面２の表面が荒れていると、イオン化粒子の衝突の仕方が不均一になる。この結果、スパッタレートが不均一になる。スパッタ面２の表面粗さＲａは２．０μｍ以下、さらには１．２μｍ以下が好ましい。実施形態にかかるターゲット１は、引張強さを向上させているので研磨加工を行ったとしてもクラックの発生を抑制できる。
なお、スパッタ面２の表面粗さとは、スパッタ工程を行う前の新品のターゲットのスパッタ面の表面粗さを意味する。
【００１８】
以上のようなイットリウム製スパッタリングターゲット１は、スパッタリングすることにより、成膜する成膜方法に用いるものである。
成膜される膜は、金属イットリウム膜、イットリウム化合物膜が挙げられる。
イットリウム化合物は、酸化物、窒化物、フッ化物、それらの複合化合物などが挙げられる。具体的には、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、窒化イットリウム（ＹＮ）、フッ化イットリウム（ＹＦ３）、酸フッ化イットリウム（ＹＯＦ）から選ばれる１種である。
酸化イットリウム膜を形成する場合は、酸素含有雰囲気中でスパッタする方法が挙げられる。酸素含有雰囲気を使って、酸化反応を行いながらスパッタする方法を反応性スパッタと呼ぶ。また、金属イットリウム膜を成膜した後、酸化処理する方法も挙げられる。窒化物膜、フッ化物膜、複合化合物膜についても、反応性スパッタを用いる方法または金属イットリウム膜を化合物膜に反応させる方法が適用できる。
また、スパッタ装置としては、ＤＣスパッタ、マグネトロンスパッタ、イオンビームスパッタなどが挙げられる。ＤＣスパッタは、電極間に直流電圧をかける方式である。また、マグネトロンスパッタは、ターゲット１側に磁石を配置し、電極間に直流電圧をかける方式である。マグネトロンスパッタはＤＣスパッタの一種である。磁石を配置することにより、ターゲット１周囲に磁界を発生させることができ、電子の移動方向を制御できる。これにより、スパッタ速度を速めることができる。イオンビームスパッタは、イオン銃から放出されたイオンをターゲット１のスパッタ面２に照射する方式である。イオンビームスパッタは、スパッタに利用したいイオンのみを使うので不純物の混入を抑制できる。
また、スパッタ工程は、真空度０．５Ｐａ以下であることが好ましい。また、スパッタ装置の電源出力を８００Ｗ（０．８ｋＷ）以上にすることが好ましい。スパッタ装置の電源出力とは、電極間に印加する電圧のことである。
スパッタ装置の電源出力を大きくすることにより、成膜速度を早めることができる。これにより、量産性が上がる。実施形態にかかるターゲット１は、スパッタ装置の電源出力を８００Ｗ以上にしたとしても、ターゲット１の割れが発生しない。このため、スパッタ装置の電源出力を１０００Ｗ（１ｋＷ）以上にすることもできる。また、スパッタ装置の電源出力を大きくすると、スパッタ面２へのイオンまたは電子の衝突エネルギーが強くなる。実施形態にかかるターゲット１は、衝突エネルギーが大きくなってもターゲット１の割れが抑制できる。このため、ターゲット１の長寿命化をなしえることができる。スパッタ面２の大型化と併せて、量産性に優れた成膜方法を得ることができる。なお、スパッタ装置の電源出力の上限は特に限定されるものではないが、５０ｋＷ以下であることが好ましい。電源出力が５０ｋＷを超えると、ターゲット１が割れる可能性が高くなる。言い換えると、スパッタ装置の電源出力が０．８ｋＷ以上５０ｋＷ以下、さらには１ｋＷ以上４０ｋＷ以下のものに好適である。
【００１９】
次に、実施形態にかかるイットリウム製スパッタリングターゲット１の製造方法について説明する。実施形態にかかるイットリウム製スパッタリングターゲット１は上記構成を有していれば、その製造方法は特に限定されるものではないが、歩留り良く得るための方法は次の通りである。
第１の製造方法は、電子ビーム溶解（ＥＢ溶解）を使う方法である。市販の金属イットリウムは、Ｙ以外の希土類元素およびガス成分を除いた純度が２Ｎ〜３Ｎ程度である。市販レベルの金属イットリウムを原料とし、ＥＢ溶解を行うものとする。ＥＢ溶解は、電子ビームを原料に照射し、溶解させた後、固めていく方法である。このＥＢ溶解を２回以上、繰り返してイットリウムインゴットを作製していくものとする。ＥＢ溶解を行うことにより、不純物元素が低減していく。また、３回以上繰り返すことにより、インゴット中のポアが形成され難くなる。つまり、ＥＢ溶解後のインゴットを繰り返しＥＢ溶解することにより、ポアを消滅させることができるのである。このため、ＥＢ溶解の回数は２回以上、さらには３回以上が好ましい。なお、ＥＢ溶解の回数の上限は特に限定されるものではないが１０回以下が好ましい。１０回を超えて増やしても、それ以上の効果が得難く、コストアップの要因となる。また、電子ビームの出力は１〜１０００ｋＷの範囲内であることが好ましい。電子ビームの出力が１ｋＷ未満では溶解するのに時間がかかる。１０００ｋＷを超えるとレーザ出力が強すぎて結晶粒径のばらつきが発生し易くなる。このため、電子ビーム出力は１〜１０００ｋＷ、さらには５〜３００ｋＷが好ましい。
また、引き上げ速度を遅くすることも有効である。ＥＢ溶解は電子ビームにより溶解した溶解物を引き上げながら固めていく方式である。引き上げ速度を速めると、十分に固化していないため、ポアが発生する可能性が高くなる。このため、引き上げ速度は、１ｍｍ／ｍｉｎ未満が好ましい。また、引き上げ工程は、途中で止めずに連続的に行うことが好ましい。引き上げ速度を変えると、平均結晶粒径のばらつきが生じ易くなる。
また、インゴットの直径は、目的とするターゲット１の直径に対し、プラス２０ｍｍ以上になってから取り出すものとする。金属イットリウムは酸化し易い材料である。インゴットの表面が酸化され易く、インゴット表面にポアが形成され易い。このため、ターゲット１のターゲットサイズよりも２０ｍｍ以上大きなインゴットにする方法が有効である。これにより、インゴットからポアの小さい部分をターゲット１として用いることができる。
【００２０】
また、第２の製造方法は、高周波溶解法を使う方法である。高周波溶解法は、誘導コイルを用いて金属を溶解する方法である。コイルに高周波電流を印加すると、金属に渦電流が生じ、熱が発生する。この熱により金属を溶解する方法である。高周波電流としては５００Ｈｚ以上が好ましい。発生する熱エネルギーは、金属の半径に比例し、高さに反比例する。また、発生する熱エネルギーは、電流の周波数の２乗に比例する。このため、溶解する金属のサイズや電流の周波数を制御することにより、熱エネルギーを調整することができる。
また、高周波溶解法としては、誘導スカル溶解が好ましい。誘導スカル溶解とは、水冷金属ルツボと誘導コイルを組み合わせた溶解法である。水冷金属ルツボとしては、水冷銅ルツボが挙げられる。ルツボ内に金属材料を配置する。誘導コイルに高周波電流を印加すると、ルツボ内の金属材料は溶解していく。ツルボの底部には金属材料の溶湯が凝結し、スカルを形成する。また、誘導コイルに高周波電流を印加すると磁界が発生する。磁界はルツボ内の金属溶湯を攪拌する。強力な攪拌力により、均質な溶解を行うことができる。また、ルツボ内を真空にすることにより、脱ガス効果や不純物の揮発効果を得ることができる。
また、金属溶湯を鋳造することにより、インゴットを作製することができる。目的とするターゲット１のターゲットのサイズに合わせた鋳型を使うことにより、ターゲットサイズに近いインゴットを製造することができる。つまり、インゴットから削除する量を１０ｍｍ以下に減らすことができる。このようなインゴットであれば、鍛造や圧延加工を施さなくてもターゲット１を仕上げることができる。
【００２１】
また、第１の製造方法または第２の製造方法により得られたインゴットを切断加工、研磨加工などを施してターゲット１に仕上げていく。スパッタ面は表面粗さＲａが２．０μｍ以下になるように研磨加工を施すものとする。
また、必要に応じ、鍛造加工、圧延加工などを施すものとする。鍛造加工または圧延加工を行うことにより、ターゲットサイズを調整し易い。また、インゴット内に存在するポアをつぶして小さくすることができる。一方、加工時の応力が大きすぎると、インゴットにクラックが形成され易くなる。
なお、上記インゴットの製造方法により得られたインゴットは、ポアの発生が抑制されているので、鍛造加工または圧延加工を行わなくてもターゲット１に加工することができる。
また、必要に応じ、バッキングプレートを接合するものとする。
【００２２】
（実施例）
（実施例１〜８、比較例１）
市販のイットリウムを原料として用意した。市販のイットリウムは、Ｙ以外の希土類元素とガス成分を除いた純度は３Ｎである。
次に、市販のイットリウムに対し、実施例１〜５にかかる条件と、比較例１にかかる条件とによりＥＢ溶解をそれぞれ実施した。ＥＢ溶解の電子ビーム出力は２０ｋＷで統一した。得られたインゴットからターゲットを切り出した。また、スパッタ面を研磨加工した。ＥＢ溶解の回数、引き上げ速度およびインゴットサイズ、ターゲットサイズ、スパッタ面の表面粗さＲａは表１に示した通りのものとした。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
また、市販のイットリウムに対し、実施例６〜８にかかる条件により、誘導スカル溶解を行った。印加する高周波電流は５００Ｈｚ以上とした。また、真空中で溶解した。得られたインゴットの直径、ターゲットサイズ、スパッタ面の表面粗さＲａは表２に示した通りのものとした。
【００２５】
【表２】
2020090977.tif 000004
【００２６】
複数の条件で市販のイットリウムから得られた複数のターゲットはいずれもＹ以外の希土類元素およびガス成分を除いた純度は４Ｎ以上のものであった。なお、不純物金属成分の含有量はＧＤＭＳ分析により行った。また、ガス成分の含有量は、ＩＧＡ法により行った。
次に、複数の条件で市販のイットリウムから得られた複数のターゲットのポアの最大径、クラックの最大長さ、平均結晶粒経、引張強さをそれぞれ測定した。
ポアの最大径の測定は、ターゲットの任意の断面において、単位面積１０ｍｍ×１０ｍｍの光学顕微鏡写真（５０倍）を撮影することで行われる。写真に写るポアの中で最も長い対角線を測定する。この作業を単位面積（１０ｍｍ×１０ｍｍ）の３箇所分行い、その中で最も大きな対角線を最大径とした。また、単位面積（１０ｍｍ×１０ｍｍ）を３箇所分で、最も多かったポアの個数を示した。
また、クラックの最大長さの最大径は、単位面積３０ｍｍ×３０ｍｍの光学顕微鏡写真（５０倍）を撮影する。写真に写るクラック（４つの結晶粒子につらなったポア）の長さを求めた。単位面積（３０ｍｍ×３０ｍｍ）の３箇所分行い、その中で最も長いものをクラックの最大長さとした。また、単位面積（３０ｍｍ×３０ｍｍ）を３箇所分で、最も多かったクラックの個数を示した。
平均結晶粒径の測定は、ターゲットのスパッタ面を光学顕微鏡写真（５０倍）で撮影することで行われる。写真上に写るイットリウム結晶の個数をカウントする。「スパッタ面の面積÷スパッタ面に観察されるイットリウム結晶の個数」により結晶１個の面積を計算する。結晶１個を真円と仮定して直径を求めたものである。
また、引張強さの測定はＪＩＳ−Ｚ−２２４１に準じて行った。試料サイズは直径６ｍｍ×長さ１００ｍｍの円柱をターゲットから切り出した。測定装置として、インストロン社製５５６７型精密万能試験機を用いた。測定条件は、室温、大気中、引張速度１２．６ｍｍ／ｍｉｎとした。また、破断伸びの測定は標点間距離＝３０ｍｍで行った。
その結果を表３に示す。
【００２７】
【表３】
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【００２８】
実施例１〜８にかかる条件で得られた複数のターゲット１は引張強さが１００ＭＰａ以上、さらには１３５ＭＰａ以上であった。これはポアやクラックが小さいためである。また、実施例１〜８にかかる条件で得られた複数のターゲット１はイットリウム結晶の輪郭が波型形状を有していた。なお、実施例１〜８にかかる条件で得られる複数のインゴットについても、複数のターゲット１と同様に、ポア、クラックが小さく、個数も少ない。
次に、実施例１〜８にかかる条件で得られた複数のターゲット１と、比較例１にかかる条件で得られたターゲットとを用いて、スパッタリングを行った。スパッタリングは真空度０．５Ｐａ以下で行った。
スパッタ装置の電源出力を８００Ｗ、２０００Ｗの２つで行い、ターゲットの割れの発生の有無を確認した。
また、スパッタレートの変化率を測定した。スパッタレートの変化率は、積算投入電力量の変化量により求めた。変化量が５％以下を「Ａ」、５％を超えて１０％以下のものを「Ｂ」、１０％を超えて２０％以下のものを「Ｃ」、２０％を超えたものを「Ｄ」とした。つまり、変化量が優れているものから順に「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」、「Ｄ」とした。
その結果を表４に示す。
【００２９】
【表４】
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【００３０】
表４から分かる通り、実施例１〜８にかかる条件で得られた複数のターゲット１ではスパッタ工程中に割れが発生しなかった。また、実施例１〜８にかかる条件で得られた複数のターゲット１では安定したスパッタレートも得られた。また、ポアの最大径を０．５ｍｍ以下、クラックの最大長さが１．２ｍｍ以下である、実施例３〜８にかかる条件で得られた複数のターゲット１では、特に安定したスパッタレートが得られた。また、実施例４〜８にかかる条件で得られた複数のターゲット１ではクラックがないため、スパッタ装置の電源出力を大きくしたとしてもスパッタレートは安定した。
【００３１】
以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。
【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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【国際調査報告】
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