(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッキングプレートに接合するスパッタリングターゲットの側面が該バッキングプレートに向かって末広がりの傾斜面を持ち、スパッタリングターゲットの平坦なスパッタ面と傾斜側面との接点よりもやや離れた側面位置からバッキングプレート方向又はバッキングプレート面に亘って、表面粗さ１０〜２０μｍＲａ（中心線平均粗さ）の溶射皮膜を備えていることを特徴とするパーティクル発生の少ないスパッタリングターゲット。
【請求項２】
スパッタリングターゲットの側面及びバッキングプレートの面に亘って連続的に溶射皮膜を備えていることを特徴とする請求項１記載のパーティクル発生の少ないスパッタリングターゲット。
【請求項３】
溶射皮膜としてアルミニウム合金を用いることを特徴とする請求項１又は２記載のパーティクル発生の少ないスパッタリングターゲット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、成膜中にパーティクル発生の少ないスパッタリングターゲットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、膜厚や成分を容易に制御できるスパッタリング法が、電子・電気部品用材料の成膜法の一つとして多く使用されている。
このスパッタリング法は正の電極と負の電極とからなるターゲットとを対向させ、不活性ガス雰囲気下でこれらの基板とターゲットの間に高電圧を印加して電場を発生させるものであり、この時電離した電子と不活性ガスが衝突してプラズマが形成され、このプラズマ中の陽イオンがターゲット（負の電極）表面に衝突してターゲット構成原子を叩きだし、この飛び出した原子が対向する基板表面に付着して膜が形成されるという原理を用いたものである。
【０００３】
このスパッタリング法による薄膜の形成に際し、パーティクルの発生という問題が大きく取り上げられるようになってきた。このパーティクルは、例えばスパッタリング法におけるターゲット起因のものについて説明すると、ターゲットをスパッタリングした場合、薄膜は基板以外に薄膜形成装置の内壁や内部にある部材等のいたるところに堆積する。ターゲットのエロージョン部以外の面及び側面も例外ではなく、スパッタ粒子が堆積しているのが観察される。
そしてこのような薄膜形成装置内にある部材等から剥離した薄片が直接基板表面に飛散して付着することがパーティクル発生の大きな原因の一つであると考えられている。
なお、一般にはターゲットの側面は直接プラズマに向き合っている訳ではないので、側面からのパーティクルの発生を問題視している例は少ない。したがって、これまでターゲットの中央部と外周縁部の非エロージョン部に対策を講ずる例が多かったが、ターゲット使用効率向上のためスパッタ面の全面がスパッタされる傾向にあり、このような対策は逆にパーティクルを増加させる可能性がある。
【０００４】
最近では、ＬＳＩ半導体デバイスの集積度が上がる（１６Ｍビット、６４Ｍビットさらには２５６Ｍビット）一方、配線幅が０．２５μｍ以下になるなどにより微細化されつつあるので、上記のようなパーティクルによる配線の断線や短絡と言った問題が、より頻発するようになった。
このように、電子デバイス回路の高集積度化や微細化が進むにつれてパーティクルの発生は一層大きな問題となってきた。
【０００５】
一般に、スパッタリングターゲットはそれよりも寸法が大きいバッキングプレートに溶接、拡散接合あるいははんだ付け等の手段により接合されるが、スパッタリングの安定性から、バッキングプレートに接合するスパッタリングターゲットの側面が該バッキングプレートに向かって、通常末広がりの傾斜面を持つように形成されている。
既に知られているように、バッキングプレートは背面が冷却材と接触してターゲットを冷却する役目を持っており、熱伝導性の良いアルミニウムや銅又はこれらの合金等の材料が使用されている。
前記スパッタリングターゲットの側面は、スパッタリングによるエロージョンを受ける（摩耗）箇所ではない。しかし、ターゲットのエロージョン面に近接しているので、スパッタリング操作中に飛来するスパッタ粒子が付着し、より堆積するという傾向がある。
【０００６】
一般に、スパッタリングターゲットのエロージョン面は旋盤加工により平滑面としており、また前記傾斜している側面も同様に旋盤加工されている。
ところが、このような傾斜側面から、一旦付着したスパッタ粒子（堆積物）が再び剥離し、それが浮遊してパーティクル発生の原因となることが分かった。
また、このような堆積物の剥離は平坦な周辺のエロージョン面近傍よりもむしろ、そこから離れている箇所からの方が、堆積物の剥離が多くなっているのが観察された。
このような現象は、必ずしも明確に把握されていた訳でなく、また特に対策が講じられていた訳でもない。しかしながら、上記のように電子デバイス回路の高集積度化や微細化の要請から、このような箇所からのパーティクルの発生も大きな問題となってきた。
このような問題を解決しようとして、ターゲット側面及びバッキングプレートの近傍部分をブラスト処理し、アンカー効果により付着力を向上させる提案もなされた。
しかし、この場合、ブラスト材の残留による製品への汚染の問題、残留ブラスト材上に堆積した付着粒子の剥離の問題、さらには付着膜の選択的かつ不均一な成長による剥離の問題が新たに生じ、根本的解決にはならなかった。
また、特にこのようなブラスト処理しても、ターゲット側面及びバッキングプレートとの間には材質的な相違やそれによる熱膨張の差異、さらには材料間で明確な段差が生ずるので、パーティクル発生の原因となる傾向がある。そして、この場合には、上記のようにエロージョン部から距離があるので、これがパーティクル発生の原因となっていることに気付かなという問題がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、スパッタリングターゲットの側面及び、特にターゲット側面とバッキングプレート間から発生する堆積物の剥離・飛散を直接的に防止できるスパッタリングターゲットを得ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明者らは鋭意研究を行なった結果、スパッタリングターゲット側面及びターゲット側面とバッキングプレート間の構造を工夫することにより、成膜中のパーティクル発生を効率良く抑制できるとの知見を得た。
本発明はこの知見に基づき、
１  スパッタリングターゲットの少なくとも側面に、表面粗さ１０〜２０μｍＲａ(中心線平均粗さ)の溶射皮膜を備えていることを特徴とするパーティクル発生の少ないスパッタリングターゲット
２  スパッタリングターゲットの側面が傾斜面であることを特徴とする上記１記載のパーティクル発生の少ないスパッタリングターゲット
３  バッキングプレートに接合するスパッタリングターゲットの側面が該バッキングプレートに向かって末広がりの傾斜面を持つことを特徴とする上記１又は２記載のパーティクル発生の少ないスパッタリングターゲット
４  スパッタリングターゲットの側面及びバッキングプレートの面に亘って連続的に溶射皮膜を備えていることを特徴とする上記１〜３のそれぞれに記載のパーティクル発生の少ないスパッタリングターゲット
５  スパッタリングターゲットのスパッタ面よりもやや離れた側面位置からバッキングプレート方向又はバッキングプレート面に亘って溶射皮膜を備えていることを特徴とする上記１〜４のそれぞれに記載のパーティクル発生の少ないスパッタリングターゲット
６  溶射皮膜としてアルミニウム合金を用いることを特徴とする上記１〜５のそれぞれに記載のパーティクル発生の少ないスパッタリングターゲット。
を提供する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明のスパッタリングターゲットは、矩形、円形、その他の形状のターゲットに適用できるもので、これらのターゲットは厚みがあるので、全て側面を有している。この側面は上記のように、傾斜面とすることが多いが、垂直な面あるいはこれらの面に継続した平面を持つ構造のスパッタリングターゲットにも適用できる。本発明はこれらを全て含むものである。
本発明の経緯を簡単に述べると、上記の通りスパッタリングターゲットの傾斜側面から、一旦付着したスパッタ粒子（堆積物）が再び剥離し、それが浮遊してパーティクル発生の原因となることが観察されたが、このような堆積物の剥離が平坦な周辺のエロージョン面近傍よりもむしろ、そこから離れている箇所からの方が、堆積物の剥離が多くなっていることが分かった。したがって、パーティクル発生原因を究明するために、まずこのような現象の調査を進めた。
【００１０】
上記の通り、スパッタリングターゲットのエロージョン面は通常旋盤加工により平滑面とし、前記傾斜している側面も同様に旋盤加工されているが、このような傾斜側面は旋盤加工の特性から、微視的に見れば階段状に多数の段差が形成されていることが分かった。
このような、スパッタリングターゲットを使用してスパッタリングした場合、平坦な周辺のエロージョン面及び該エロージョン面近傍の傾斜面では、付着するスパッタ粒子は比較的スピードが速く、エネルギーを持っているので、付着力も強いという傾向がある。
したがって、スパッタリングで飛来するスパッタ粒子が層状に付着するが、この層状付着物は剥離が少ない。そのため、これらの層が剥れて浮遊するということは比較的少なく、パーティクル発生としてはむしろ問題が小さかった。
【００１１】
しかし、同じ傾斜面でも、平坦なエロージョン面から遠くなるにしたがって、スパッタリングターゲットの傾斜面に付着するスパッタ粒子の数、厚さが少なくなるということがあるにもかかわらず、このような付着粒子の剥離が多くなるという全く逆の現象が見られた。
この理由を究明すると、まずスパッタ粒子であるが、このスパッタ粒子は量が減るけれども、飛来するスピードが遅くなり付着エネルギーも小さくなることが分かった。
他方、ターゲットの側面は上記の通り階段状になっているため、平坦なエロージョン面から遠い側面では、多量に層状に付着するのではなく、各段ごとに少量づつ、柱状に分離した粒子が付着しているのが観察された。そして、このような柱状の付着の形態は、一面の層状付着に比べはるかに剥れやすいという傾向があった。
また、このような現象及び傾向は側面が垂直な場合よりも傾斜を有している場合に、より顕著であることがわかった。
したがって、このような剥離の形態を抑制し、スパッタリングターゲット側面からのパーティクル発生の原因となる付着粒子の剥離を防止することが急務であることが分かった。
【００１２】
本発明の説明に当たって、スパッタリングターゲットとバッキングプレート組立体の構造を図１に示す。通常、スパッタリングターゲット１がバッキングプレート２の上に載せられ、ロウ接等により接合されている。
図２はこの変形であり、スパッタリングターゲット３とバッキングプレート４との組立体において、スパッタリング中にスパッタ粒子が飛来して付着するバッキングプレート領域をターゲット３と同一の材料としたものである。
すなわち、この例ではターゲット３はバッキングプレート４内に埋め込まれた形態をしているが、ターゲット３の縁部がスパッタリング中にスパッタ粒子が飛来して付着するバッキングプレート領域を超える形状としたものである。
【００１３】
本発明は、このようなスパッタリングターゲットの少なくとも側面に、溶射皮膜を形成したスパッタリングターゲットである。図１及び図２において、符号５は溶射皮膜を示す。
溶射皮膜はターゲット側面のスパッタ面よりも低い位置に形成するので十分である。ターゲット側面のスパッタ面近傍位置では、殆ど剥離が生じないからである。また、溶射材による汚染が懸念されるような場合は、むしろ図１及び図２に示すようにスパッタ面よりも若干離れた位置（低い位置）からバッキングプレート方向又はバッキングプレート上に亘って形成するのが望ましい。
これによって、溶射皮膜固有の表面粗さと表面構造によるアンカー効果により、該部分への堆積物の剥離が減少し、パーティクルの発生が減少するという著しい効果を示した。
溶射皮膜の材料としては、ターゲット材料と同質の材料を使用できるし、また他の材料を使用することもできる。この場合、制限となるのは基板へのスパッタリング薄膜が汚染されない材料であることが望ましいということだけである。上記の通り、溶射皮膜は、固有のアンカー効果を示すので、溶射皮膜脆弱で溶射皮膜自体が剥離することにより汚染の原因とならない限り、特に制限を受けない。
その例を示すと、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｃｕ、これらを主成分とする合金、これらの窒化物、炭化物、炭窒化物、酸化物等を使用できる。また、バッキングプレート材としては、通常使用されている銅、銅合金系、アルミニウム、アルミニウム合金系等を使用でき、これらに制限はない。
【００１４】
スパッタリングターゲットの側面が傾斜面である場合、特にバッキングプレートに接合するスパッタリングターゲットの側面が該バッキングプレートに向かって末広がりの傾斜面を持つスパッタリングターゲットにも使用できる。
特に、本発明の溶射皮膜は、スパッタリングターゲットの側面及びバッキングプレートの面に亘って連続的に溶射皮膜が形成されているのが望ましい。
上記の通り、ターゲット側面及びバッキングプレートとの間には材質的な相違やそれによる熱膨張の差異、さらには材料間で明確な段差が生じ、パーティクル発生の原因となるが、この部位により強固なアンカー効果を有する溶射皮膜を形成することにより、パーティクル発生を効果的に防止できる。
バッキングプレートへの連続した溶射皮膜の形成は、ターゲットの露出した面の全てであってもよいし、またターゲットとの接合部近傍であってもよい。本発明はこれらの全てを含む。したがって、図２に示す構造にも適用でき、スパッタリングターゲットの側面、下方平坦面及びバッキングプレートの面に亘って連続的に溶射皮膜が形成できるのは当然である。
【００１５】
【実施例】
次に、本発明の実施例及び比較例を説明する。なお、実施例はあくまで本発明の一例であり、こ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基づく、変形や他の態様は全て本発明に包含される。
（実施例１）
直径３００ｍｍ、厚み１０ｍｍの高純度Ｔｉ（純度５Ｎ）である平面的にみて円盤状のターゲットを、Ａｌ合金製バッキングプレートに拡散接合によりボンディングし、総厚み１７ｍｍのスパッタリングターゲット−バッキングプレート組立体を作製した。
この構造は、図1に示すターゲットとバッキングプレートの組立て構造である。
このターゲットの側面に、Ａｌを溶射し表面粗さ１６、１４、１７μｍＲａ、厚さ２５０μｍの溶射皮膜を形成した。これをマグネトロンスパッタリングスパッタ装置に装着し、ＴｉＮの反応性（リアクティブ）スパッタリングを行い、２０μｍ厚に至るまでのＴｉＮ膜を形成し、パーティクルの発生状況を調べた。
対比のために、本発明の条件から外れる、すなわち側面に溶射皮膜を形成しないターゲットを作製し、同様の条件で４μｍ厚ＴｉＮの反応性スパッタリングを実施し、パーティクルの発生について調べた。また同様に、表面粗さ５μｍ、７μｍ、２３μｍＲａの溶射皮膜を側面に形成したターゲットを作製して同様の条件で４μｍ厚のＴｉＮの反応性スパッタリングを実施し、パーティクルの発生について調べた（比較例１）。下記の結果は１０試料のテストの平均とした。
以上の実施例１の結果を、比較例１とともに表１に示す。
【００１６】
【表１】
0003791829.tif 000002
【００１７】
試料Ｎｏ．１〜３は本発明の実施例であり、試料Ｎｏ．４、５、６、７は比較例である。同表中、各試料について、スパッタ粒子の付着形態と剥離の有無を観察したものである。
上記表１から明らかなように、比較例である試料Ｎｏ．４の側面に溶射皮膜を形成していないものは、スパッタ粒子が柱状に堆積し、４μｍ厚のＴｉＮ膜で（膜厚が薄いにもかかわらず）、側面における堆積膜の多数の剥離が観察された。これは、側面のアンカー効果が殆ど無いためと考えられる。また、比較例である試料Ｎｏ５、６は、溶射皮膜の表面粗さが小さくてアンカー効果が低かったものと考えられる。比較例である試料７は溶射皮膜の各粒子結合が弱く、溶射膜自体の剥離が起こったものと考えられる。
これに対し、本実施例の試料Ｎｏ．１〜３については、スパッタ粒子が層状に均一に堆積しているのが観察され、剥離はなかった。
上記実施例では、一例を示したものであるが、ＴｉＮの反応性スパッタリング以外の、他のスパッタ条件でも同様な結果となり、またスパッタリングターゲットの形状を替えても同結果が得られた。
【００１８】
（実施例２）
実施例１と同様に、直径３００ｍｍ、厚み１０ｍｍの高純度Ｔｉ（純度５Ｎ）である平面的にみて円盤状のターゲットを、Ａｌ合金製バッキングプレートに拡散接合によりボンディングし、総厚み１７ｍｍの図２に示す構造のスパッタリングターゲット−バッキングプレート組立体を作製した。
このターゲットの側面及びバッキングプレートに、連続的にＡｌを溶射し表面粗さ１６、１２、１８μｍＲａの、厚さ３００μｍの溶射皮膜を形成した。これをマグネトロンスパッタリングスパッタ装置に装着し、ＴｉＮの反応性（リアクティブ）スパッタリングを行い、３０μｍ厚に至るまでのＴｉＮ膜を形成し、パーティクルの発生状況を調べた。
対比のために、同構造のスパッタリングターゲット−バッキングプレート組立体の側面に溶射皮膜を形成しないターゲットのパーティクルの発生状況調べた。また同様に、表面粗さ５、８、２５μｍＲａ溶射皮膜を側面に形成したターゲットを作製して同様の条件で３μｍ厚のＴｉＮの反応性スパッタリングを実施し、パーティクルの発生について調べた（比較例２）。下記の結果は１０試料のテストの平均とした。
以上の実施例２の結果を、比較例２とともに表２に示す。
【００１９】
【表２】
0003791829.tif 000003
【００２０】
試料Ｎｏ．８〜１０は本発明の実施例であり、試料Ｎｏ．１１〜１４は比較例である。同表中、各試料について、スパッタ粒子の付着形態と剥離の有無を観察したものである。
上記表２から明らかなように、比較例である試料Ｎｏ．１１の側面に溶射皮膜を形成していないものは、スパッタ粒子が柱状に堆積し、４μｍ厚のＴｉＮ膜で（膜厚が薄いにもかかわらず）、側面における堆積膜の多数の剥離が観察された。これは、側面のアンカー効果が殆ど無いためと考えられる。
また比較例である試料Ｎｏ．１２，１３は溶射皮膜の表面粗さが小さくてアンカー効果が低かったものと考えられる。比較例であるＮｏ．１４は溶射皮膜の各粒子統合が弱く溶射膜自体の剥離がおこったものと考えられる。
これに対し、本実施例の試料Ｎｏ．８〜１０については、スパッタ粒子が層状に均一に堆積しているのが観察され、剥離はなかった。
本実施例のように、ターゲットの側面及びバッキングプレートに連続的にＡｌを溶射したものは、スパッタ粒子の剥離防止効果が高く、パーティクルの発生防止にさらに有効である。
【００２１】
（実施例３）
実施例１と同様に、直径３００ｍｍ、厚さ１０ｍｍの高純度Ｔｉ（純度５Ｎ）である平面的にみて円盤状のターゲットを、Ａｌ合金製バッキングプレートに拡散接合によりボンディングし、総厚み１７ｍｍの図１に示す構造のスパッタリングターゲット−バッキングプレート組立体を作製した。
このターゲットの側面にＡｌ＋５％Ｍｇ合金を溶射し、表面粗さ１４、１７、１９μｍＲａ、厚さ２５０μｍの溶射皮膜を形成した。
これをマグネトロンスパッタリングスパッタ装置に装着し、ＴｉＮの反応性（リアクティブ）スパッタリングを行い、３５μｍ厚に至るまでのＴｉＮ膜を形成し、パーティクルの発生状況を調べた。
対比のために、同構造のスパッタリングターゲット−バッキングプレート組立体の側面に表面粗さ４、７、２７μｍＲａ溶射皮膜を形成したターゲットを作製して同様の条件で５μｍ厚のＴｉＮの反応性スパッタリングを実施し、パーティクルの発生について調べた（比較例３）。下記の結果は１０試料のテストの平均とした。
以上の実施例３の結果を、比較例３とともに表３に示す。
【００２２】
【表３】
0003791829.tif 000004
【００２３】
試料Ｎｏ．１５〜１７は本発明の実施例であり、試料Ｎｏ．１８〜２０は比較例である。同表中、各試料について、スパッタ粒子の付着形態と剥離の有無を観察したものである。
上記表３から明らかなように、比較例である試料Ｎｏ．１８、１９はスパッタ粒子の剥離が観察された。これは、溶射皮膜の表面粗さが小さくてアンカー効果が低かったのが原因と考えられる。
また、比較例であるＮｏ．２０は溶射膜自体の剥離が観察されたが、これは溶射皮膜の各粒子結合が弱く、その結果溶射皮膜自体の剥離がおこったものと考えられる。
これに対し、本実施例の試料Ｎｏ．１５〜１７については、スパッタ粒子が層状に均一に堆積しているのが観察され、剥離はなかった。
【００２４】
（実施例４）
実施例２と同様に、直径３００ｍｍ、厚さ１０ｍｍの高純度Ｔｉ（純度５Ｎ）である平面的にみて円盤状のターゲットを、Ａｌ合金製バッキングプレートに拡散接合によりボンディングし、総厚み１７ｍｍの図２に示す構造のスパッタリングターゲット−バッキングプレート組立体を作製した。このターゲットの側面及びバッキングプレートに、連続的にＡｌ＋５％Ｍｇ合金を溶射し、表面粗さ１５、１３、１８μｍＲａ、厚さ３００μｍの溶射皮膜を形成した。
これをマグネトロンスパッタリングスパッタ装置に装着し、ＴｉＮの反応性（リアクティブ）スパッタリングを行い、３７μｍ厚に至るまでのＴｉＮ膜を形成し、パーティクルの発生状況を調べた。
対比のために、同構造のスパッタリングターゲット−バッキングプレート組立体の側面に表面粗さ３、８、２６μｍＲａ溶射皮膜を形成したターゲットを作製して同様の条件で６μｍ厚のＴｉＮの反応性スパッタリングを実施し、パーティクルの発生について調べた（比較例４）。下記の結果は１０試料のテストの平均とした。
以上の実施例４の結果を、比較例４とともに表４に示す。
【００２５】
【表４】
0003791829.tif 000005
【００２６】
試料Ｎｏ．２１〜２３は本発明の実施例であり、試料Ｎｏ．２４〜２６は比較例である。同表中、各試料について、スパッタ粒子の付着形態と剥離の有無を観察したものである。
上記表４から明らかなように、比較例である試料Ｎｏ．２４、２５はスパッタ粒子の剥離が観察された。これは、溶射皮膜の表面粗さが小さくてアンカー効果が低かったことが原因と考えられる。
比較例であるＮｏ．２６は溶射膜自体の剥離が観察されたが、これは溶射皮膜の各粒子結合が弱く溶射皮膜自体の剥離が起こったことが原因と考えられる。
これに対し、本実施例の試料Ｎｏ．２１〜２３については、スパッタ粒子が層状に均一に堆積しているのが観察され、剥離はなかった。
実施例３、４のように、アルミニウム合金を溶射したものはアルミニウムを溶射した実施例１、２に比較して、スパッタ粒子の剥離防止効果がより高く、パーティクルの発生防止にさらに有効である。
【００２７】
【発明の効果】
スパッタリングターゲットの側面及び、特にターゲット側面とバッキングプレート間から発生する堆積物の剥離・飛散を直接的に防止できるという優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】スパッタリングターゲット−バッキングプレート組立体の一例を示す断面説明図である。
【図２】スパッタリングターゲット−バッキングプレート組立体の、他の例を示す断面説明図である。
【符号の説明】
１、３  スパッタリングターゲット
２、４  バッキングプレート
５  溶射皮膜
【図１】
0003791829.tif 000006
【図２】
0003791829.tif 000007