(57)【要約】  スパッタリングチャンバ構成要素の少なくとも一部分上に形成されたスパッタトラップは、複数の粒子と、少なくとも２つの異なる分布を含む粒径分布プロットと、を有する。少なくとも２つの異なる分布を含む粒径分布プロットを有するスパッタトラップを形成する方法も提供される。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スパッタリングターゲットアセンブリであって、
前面と、
前記前面とは反対側の後面と、
前記前面の少なくとも一部分上のスパッタリング面と、
前記スパッタリング面から半径方向に延在するフランジと、
前記フランジの前面の少なくとも一部分上に形成されたスパッタトラップと、を備え、前記スパッタリングトラップが、複数の粒子を含み、少なくとも２つの異なる分布を含む粒径分布プロットを有する、スパッタリングターゲットアセンブリ。
【請求項２】
スパッタリングターゲットアセンブリ上にスパッタトラップを形成する方法であって、
第１のメッシュサイズを有する第１の粉末と第２のメッシュサイズを有する第２の粉末とを組み合わせて、複数の粒子を含む粉末混合物を形成することであって、前記第１のメッシュサイズ及び前記第２のメッシュサイズが異なる、形成することと、
コールドスプレー技術又は熱スプレー技術によって、前記複数の粒子を前記スパッタリングターゲットアセンブリの少なくとも一部分に付着させることであって、前記付着された粒子の前記粒径分布プロットが、少なくとも２つの異なる分布を有する、付着させることと、を含む、方法。
【請求項３】
前記複数の粒子が、チタン又はチタン合金粒子である、請求項１に記載のスパッタリングターゲットアセンブリ又は請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記スパッタトラップが、少なくとも３８μｍの表面粗さ（Ｒａ）を有する、請求項１に記載のスパッタリングターゲットアセンブリ又は請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記粒径分布プロットが、少なくとも３つの異なる分布を有する、請求項１に記載のスパッタリングターゲットアセンブリ又は請求項２に記載の方法。
【請求項６】
バッキングプレート上に取り付けられたスパッタリングターゲットを更に備え、前記バッキングプレートが、前記フランジを含む、請求項１に記載のスパッタリングターゲットアセンブリ又は請求項２に記載の方法。
【請求項７】
前記スパッタリングターゲットアセンブリが、モノリシック型スパッタリングターゲットアセンブリである、請求項１に記載のスパッタリングターゲットアセンブリ又は請求項２に記載の方法。
【請求項８】
ビードブラスト、ローレット、又は機械加工を用いて、前記スパッタリングターゲットアセンブリの少なくとも一部分上にテクスチャ加工された表面を形成することを更に含み、前記粒子が、前記テクスチャ加工された表面の少なくとも一部分に付着される、請求項２〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記第１のメッシュサイズが、４４μｍ（３２５メッシュ）〜２０μｍ（６３５メッシュ）であり、前記第２のメッシュが、２１０μｍ（７０メッシュ）〜５３μｍ（２７０メッシュ）である、請求項２〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１の粉末が、前記粉末混合物の約１５体積％〜約９５体積％の量で存在し、前記第２の粉末が、前記粉末混合物の約５体積％〜約８５体積％の量で存在する、請求項２〜９のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１７年１１月２８日に出願された米国特許出願第１５／８２４，８０２号に対する優先権を主張し、２０１６年１２月１５日出願された米国仮特許出願第６２／４３４，６７３号に対する優先権も主張するものであり、これらの両方は、参照によりそれらの全体が本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本開示は、スパッタリングチャンバ構成要素上で使用するためのスパッタトラップ又は粒子トラップ、及びその作製方法に関する。より具体的には、本開示は、多峰性の粒子分布を有するスパッタトラップに関する。
【背景技術】
【０００３】
物理蒸着（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、「ＰＶＤ」）方法を使用して、基板表面上に材料の膜又は層を形成することができる。ＰＶＤ方法は、例えば、集積回路構造及びデバイスの製造における金属化層を形成するための半導体製造プロセスにおいて使用され得る。スパッタ堆積は、グロープラズマ放電が、続いて基板上に堆積する原子を放出するスパッタリングターゲットに衝撃を与えるＰＶＤ方法である。
【０００４】
例示的なスパッタ堆積装置８の一部分の線図を図１に示す。ある構成では、スパッタリングターゲットアセンブリ１０は、接合されたターゲット１４を有するバッキングプレート１２を備える。半導体材料ウエハなどの基板１８は、スパッタ堆積装置８内にあり、ターゲット１４から離間して設けられる。図示するように、ターゲット１４は基板１８の上方に配置され、スパッタリング面１６が基板１８と面するように位置付けられる。
【０００５】
動作中、スパッタリングされた材料２２は、ターゲット１４の表面１６から離れ、基板１８上に薄膜２０を形成する。いくつかの実施形態では、好適な基板１８には、半導体製造で使用されるウエハが挙げられる。例えば、ターゲット１４は、表面１６からの原子が周囲大気中に放出され、続いて基板１８上に堆積するまで、エネルギーによる衝撃を受ける。いくつかの実施形態では、プラズマスパッタリングを使用して、電子機器で使用するチップ又はウエハに金属薄膜を堆積する。
【０００６】
粒子が形成される場合、これらの粒子が堆積した膜の中又は上に落下し、薄膜の所望の特性を破壊することがあるため、堆積プロセスにおいて問題が生じる場合がある。スパッタトラップ又は粒子トラップをスパッタリングターゲット上に含めて、堆積プロセス中に形成された粒子を捕捉することができる。追加的に、捕捉された粒子がスパッタリングターゲットから剥がれ落ち、薄膜を破壊する恐れがある。例えば、緩く保持された粒子は、繰り返し熱応力中にスパッタトラップから剥がれ落ちる場合がある。したがって、堆積プロセス中に形成された粒子を捕捉及び保持する、スパッタリングターゲットなどのスパッタリング構成要素に適用され得るスパッタトラップ又は粒子トラップを開発することが望ましい。かかる粒子の捕捉及び保持は、堆積プロセス中に粒子が堆積した膜の上に落ちる確率を低減する。
【発明の概要】
【０００７】
いくつかの実施形態では、スパッタリングターゲットアセンブリは、前面と、前面とは反対側の後面と、前面の少なくとも一部分上のスパッタリング面と、スパッタリング面から半径方向に延在するフランジと、フランジの前面の少なくとも一部分上に形成されたスパッタトラップと、を含む。スパッタリングトラップは、複数の粒子を含み、少なくとも２つの異なる分布を有する粒径分布プロットを有する。
【０００８】
いくつかの実施形態では、スパッタリングターゲットアセンブリ上にスパッタトラップを形成する方法は、コールドスプレー技術又は熱スプレー技術によって、粒子をスパッタリングターゲットアセンブリの少なくとも一部分に付着させることを含む。付着した粒子の粒径分布プロットは、少なくとも２つの異なる分布を有する。
【０００９】
いくつかの実施形態では、スパッタトラップは、スパッタリングチャンバ構成要素の少なくとも一部分上に形成される。スパッタトラップは、少なくとも２つの異なる分布を含む粒径分布プロットを有する複数の粒子を含む。
【００１０】
多数の実施形態が開示されるが、それでもなお当業者には、本発明の実例となる実施形態を示し、説明する以下の詳細な説明から、本発明の他の実施形態が明らかになるであろう。したがって、図面及び詳細な説明は、制限的なものではなく、本質的に実例とみなされるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】物理蒸着装置の一部分の概略図である。
【図２】例示的なスパッタリングターゲットアセンブリの概略平面図である。
【図３】図２の線３−３に沿った概略断面図である。
【図４】二峰性の粒径分布を有するスパッタトラップの実例となる粒径分布プロットである。
【図５】ウィットネスサンプルの多峰性のスパッタトラップの画像である。
【図６】ビードブラスト後のスパッタトラップの走査型電子顕微鏡の顕微鏡写真である。
【図７】多峰性のスパッタトラップの走査型電子顕微鏡の顕微鏡写真である。
【図８】純チタン粉末のエネルギー分散型Ｘ線分光法（ｅｎｅｒｇｙ  ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ  Ｘ−ｒａｙ  ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ、ＥＤＳ）プロットである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本開示は、ＰＶＤ装置構成要素上で使用するためのスパッタトラップ又は粒子トラップ、及びその作製方法に関する。いくつかの実施形態では、ＰＶＤ装置構成要素は、ＰＶＤスパッタリングチャンバ内で使用するためのスパッタリングターゲットである。しかしながら、当業者であれば、粒子が懸念事項である物理蒸着装置の任意の構成要素上にスパッタトラップを形成することができることを認識されよう。
【００１３】
図２はスパッタリングターゲットアセンブリ３０の平面図であり、図３は図２の線３−３に沿って取られたスパッタリングターゲットアセンブリ３０の断面図である。スパッタリングターゲットアセンブリ３０は、スパッタリングターゲット３１と、バッキングプレート３４と、を含む。いくつかの実施形態では、スパッタリングターゲット３１及びバッキングプレート３４は、平面図において円形又は実質的に円形の断面形状を有する。使用時、バッキングプレート３４は、例えば、ボルト又はクランプによってスパッタ堆積装置に接続される。
【００１４】
スパッタリングターゲット３１は、前面又はスパッタリング面３２と、スパッタリング面３２とは反対側の後面２９と、スパッタリングターゲット３１の円周近くでスパッタリング面３２と後面との間に延在する側壁３５と、を有する。いくつかの実施形態では、スパッタリング面３２は、略平坦又は平面状であり得る。例えば、スパッタリング面３２は、水平な第１の平面に平行であり得る。他の実施形態では、スパッタリング面３２は、１つ以上の凸状又は凹状の部分若しくは特徴を有し得る。追加的に又は代替的に、スパッタリングターゲット３１の後面は、実質的に平面であり得る。代替的に、後面は、突出部又は凹部を有し得る。例えば、後面は、埋め込まれたバッキングプレートとして知られている設計であるバッキングプレート３４の一部分を受容し得るか、又はその中に受容され得る。
【００１５】
スパッタリングターゲット３１は、ＰＶＤ堆積プロセスに好適な任意の金属から形成され得る。例えば、スパッタリングターゲット３１は、アルミニウム（ａｌｕｍｉｎｕｍ、Ａｌ）、バナジウム（ｖａｎａｄｉｕｍ、Ｖ）、ニオブ（ｎｉｏｂｉｕｍ、Ｎｂ）、銅（ｃｏｐｐｅｒ、Ｃｕ）、チタン（ｔｉｔａｎｉｕｍ、Ｔｉ）、タンタル（ｔａｎｔａｌｕｍ、Ｔａ）、タングステン（ｔｕｎｇｓｔｅｎ、Ｗ）、ルテニウム（ｒｕｔｈｅｎｉｕｍ、Ｒｕ）、ゲルマニウム（ｇｅｒｍａｎｉｕｍ、Ｇｅ）、セレン（ｓｅｌｅｎｉｕｍ、Ｓｅ）、ジルコニウム（ｚｉｒｃｏｎｉｕｍ、Ｚｒ）、モリブデン（ｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍ、Ｍｏ）、ハフニウム（ｈａｆｎｉｕｍ、Ｈｆ）、及びそれらの合金、例えば、Ａｌ合金、Ｖ合金、Ｎｂ合金、Ｃｕ合金、Ｔｉ合金、Ｔａ合金、Ｗ合金、Ｒｕ合金、Ｇｅ合金、Ｓｅ合金、Ｚｒ合金、Ｍｏ合金、及びＨｆ合金を含み得る。好適な合金としては、銅−マンガン（ｃｏｐｐｅｒ−ｍａｎｇａｎｅｓｅ、ＣｕＭｎ）合金、アルミニウム−銅（ａｌｕｍｉｎｕｍ−ｃｏｐｐｅｒ、ＡｌＣｕ）合金、チタン−タングステン（ｔｉｔａｎｉｕｍ−ｔｕｎｇｓｔｅｎ、ＴｉＷ）合金、タンタル−アルミニウム（ｔａｎｔａｌｕｍ−ａｌｕｍｉｎｕｍ、ＴａＡｌ）合金、及びルテニウム（Ｒｕ）合金が挙げられるが、これらに限定されない。
【００１６】
バッキングプレート３４は、前面３７と、前面３７とは反対側の後面３９と、バッキングプレート３４の外側円周近くで前面３７から後面３９まで延在する側壁４１と、を有する。スパッタリングターゲット３１の後面は、バッキングプレート３４の前面３７に隣接しており、かつそれに接合されている。バッキングプレート３４の半径は、フランジ４４と称されるバッキングプレート３４の少なくとも一部分が、スパッタリングターゲット３１の外径又は半径縁部から半径方向外方に延在するように、スパッタリングターゲット３１の半径よりも大きい。いくつかの実施形態では、バッキングプレート３４は、スパッタリングターゲット３１と同じ材料から形成され得る。例えば、バッキングプレート３４及びスパッタリングターゲット３１は、一体型又はモノリシック型スパッタリングターゲットアセンブリ３０の一部であり得る。他の実施形態では、バッキングプレート３４及びスパッタリングターゲット３１は、互いに接合された別個の部品であり得る。かかる実施形態では、バッキングプレート３４は、スパッタリングターゲット３１と同じ又は異なる材料で形成することができる。
【００１７】
スパッタリングターゲット３１から半径方向外方に延在するフランジ４４は、実質的に平坦又は平面状であり得る。いくつかの実施形態では、前面３７の露出部分は、水平な平面に対して平行又は実質的に平行であり得る。他の実施形態では、前面３７の露出部分は、第１の平面に対してある角度で平面内にあり得る。フランジ４４は、バッキングプレート３４をスパッタ堆積ソース又は装置に接続又はボルト止めするための１つ以上のカウンタボア穴又は／及び貫通穴４５を含み得る。
【００１８】
バッキングプレート３４は、任意の好適な金属から形成され得る。例えば、バッキングプレート３４は、アルミニウム（Ａｌ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、セレン（Ｓｅ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、ハフニウム（Ｈｆ）、並びにそれらの合金及びそれらの組み合わせを含み得る。例えば、合金としては、Ａｌ合金、Ｖ合金、Ｎｂ合金、Ｃｕ合金、Ｔｉ合金、Ｔａ合金、Ｗ合金、Ｒｕ合金、Ｇｅ合金、Ｓｅ合金、Ｚｒ合金、Ｍｏ合金、及びＨｆ合金が挙げられる。好適な合金としては、銅−マンガン（ＣｕＭｎ）合金、アルミニウム−銅（ＡｌＣｕ）合金、チタン−タングステン（ＴｉＷ）合金、タンタル−アルミニウム（ＴａＡｌ）合金、及びルテニウム（Ｒｕ）合金が挙げられるが、これらに限定されない。いくつかの実施形態では、バッキングプレート３４及びスパッタリングターゲット３１は、同じ材料で形成され得る。他の実施形態では、バッキングプレート３４及びスパッタリングターゲット３１は、異なる材料で形成され得る。
【００１９】
バッキングプレート３４はまた、フランジ４４の前面３７上に形成されたスパッタトラップ４６を含む。いくつかの実施形態では、スパッタトラップ４６は、スパッタリングターゲット３１の側壁がバッキングプレート３４の前面３７と交わる場所から延在し得る。例えば、スパッタトラップ４６は、スパッタリングターゲット３１の円周近くで半径方向に延在し得る。いくつかの実施形態では、ターゲット３１の後面は、外半径ｒ１を有し得、スパッタトラップ４６は、内半径ｒ１と、外半径ｒ２と、を有し得る。例えば、スパッタトラップ４６は、ターゲット３１がバッキングプレート３４に結合する場所に直接隣接して形成され得る。追加的に又は代替的に、スパッタリングターゲット３１の側壁３５上にスパッタトラップを形成することができる。
【００２０】
本明細書に論じられるように、スパッタリングプロセス中の粒子形成は、かかる粒子が、基板上に堆積する場合、形成される膜の均一性に影響を与えるため、懸念事項である。粒子がスパッタトラップ内に閉じ込められるか又は捕捉される場合であっても、スパッタリング堆積中に粒子が剥がれ落ち得る可能性がある。スパッタトラップ４６は、形成された膜の上にスパッタリング堆積プロセス中に形成される堆積粒子を捕捉及び阻止するように構成されている。追加的に、スパッタトラップ４６は、閉じ込められた粒子を保持するように構成されている。本明細書に記載されるように、スパッタトラップ４６は、粒子をバッキングプレート３４上に、及び／又はスパッタリングターゲット３１の円周に沿ってスプレーし、付着させることによって形成され得る。スパッタトラップ４６を形成するのに好適な粒子としては、金属及び金属合金、セラミック、炭化物、並びに半金属が挙げられる。好適な金属及び金属合金の粒子としては、チタン及びチタン合金が挙げられる。
【００２１】
例えば、粒子は、熱又はコールドスプレープロセスによって、フランジ４４に付着させて、スパッタトラップ４６を形成することができる。かかるプロセスは、ワイヤ又は粉末ソースから粒子を形成し得る。例えば、粒子は、ツインワイヤアークスプレープロセスによってワイヤソースから形成され得るか、又はプラズマスプレー若しくはコールドスプレープロセスを使用して粉末から形成され得る。フランジ４４上に形成された粒子は、粒径分布を有する。粒子分布プロットは、粒径を周波数（すなわち、粒子の百分率）に対してプロットすることによって形成される。対称分布を有する粉末では、粒子分布プロットは、下方に開いた放物線の形状の単一分布を有する。粒子分布プロットは、平均粒径に等しい単一の頂点又はピークを有する。対称分布の場合、平均値、メジアン、及びモードは、等しい。分布の幅又は広さは、粒子の標準偏差又は変動係数によって説明することができる。
【００２２】
球状粒子の粒径は、直径によって説明することができる。非球状粒子は、典型的には、等価球径によって説明される。等価球径は、散乱光などの物理的特性を測定し、測定値を生成することになる球体のサイズを判定することによって判定される。
【００２３】
スパッタトラップ４６の粒子の粒径は、例えば、走査型電子顕微鏡（ｓｃａｎｎｉｎｇ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ、ＳＥＭ）、レーザ回折粒子分析器、又はエネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＳ）を使用して判定され得る。スパッタトラップ４６は、少なくとも２つの別々の正常分布を有する粒子分布プロットを有し、各分布は平均値を有する。例えば、スパッタトラップ４６の粒子の粒子分布プロットは、２つの部分的に重なり合う放物線に似ている場合がある。第１の分布Ｄ１の第１の平均値Ｍ１と、第２の分布Ｄ２の第２の平均値Ｍ２と、を有する、実例となるプロットを図４に示す。いくつかの実施形態では、粒径分布プロットは、スパッタトラップ４６の代表的なサンプル領域からのものである。例えば、スパッタトラップ４６の近くで等しく離間された４つの位置で取られた４つの等しくサイズ決めされたサンプルから粒径分布プロットを作り出すことができる。
【００２４】
スパッタトラップ４６の平均表面粗さ（ｓｕｒｆａｃｅ  ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ、Ｒａ）は、少なくとも５μｍ（２００マイクロインチ）、少なくとも１０μｍ（４００マイクロインチ）、少なくとも２５μｍ（１０００マイクロインチ）、又は３８μｍ（１５００マイクロインチ）以上であってもよい。いくつかの実施形態では、スパッタトラップ４６のＲａは、約１５μｍ（６００マイクロインチ）〜約５０μｍ（２０００マイクロインチ）であってもよい。表面粗さは、表面粗さ試験機を使用して判定され得る。好適な表面粗さ試験機としては、Ｓｕｒｆｔｅｓｔ  ＳＪ−４１０シリーズ及びＳｕｒｆｔｅｓｔ  ＳＪ−２０１Ｐシリーズが挙げられ、これらは両方ともＭｉｔｕｔｏｙｏ（Ａｕｒｏｒａ、Ｉｌｌｉｎｏｉｓ）から入手可能である。
【００２５】
スパッタトラップ４６は、粉末粒子などの粒子をテクスチャ加工された表面に付着させることによって形成され得る。いくつかの実施形態では、粒子の付着前に、テクスチャをスパッタトラップ４６上に形成することができる。例えば、鋸、ローレットデバイス、コンピュータ数値制御（ｃｏｍｐｕｔｅｒ  ｎｕｍｅｒｉｃａｌｌｙ  ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ、ＣＮＣ）デバイス、手動旋盤、又は他の好適な機械加工工具によって、テクスチャ加工された表面を形成してランダム又は反復パターンを形成することができる。いくつかの実施形態では、鋸を使用して表面を彫って、パターンを残すことができる。代替的に又は追加的に、ローレットデバイスを使用して材料の表面を押し、所望のパターンを残すことができる。
【００２６】
いくつかの実施形態では、テクスチャ加工された表面は、最大の高さから最小の高さまで測定した場合、約１４μｍ（５５０マイクロインチ）〜約３０μｍ（１１５０マイクロインチ）、約１９μｍ（７５０マイクロインチ）〜約２９μｍ（１１２５マイクロインチ）、又は約２３μｍ（９００マイクロインチ）〜約２８μｍ（１１００マイクロインチ）の高さの差を有し得る。例えば、テクスチャ加工された表面は、約１３μｍ（５００マイクロインチ）〜約１８μｍ（７００マイクロインチ）、約１３．５μｍ（５２５マイクロインチ）〜約１７μｍ（６７５マイクロインチ）、又は約１４μｍ（５５０マイクロインチ）〜約１６．５μｍ（６５０マイクロインチ）の高さの差を有し得る。他の実施形態では、テクスチャ加工された表面は、約２４μｍ（９５０マイクロインチ）〜約２９μｍ（１１５０マイクロインチ）、約２５μｍ（９７５マイクロインチ）〜約２８．５μｍ（１１２５マイクロインチ）、又は約２５．５μｍ（１０００マイクロインチ）〜約２８μｍ（１１００マイクロインチ）の高さの差を有し得る。
【００２７】
テクスチャ加工された表面は、ビードブラストによって追加的に又は代替的に形成され得る。ビードブラストを使用する場合、研磨粒子を表面上に、例えば、バッキングプレート３４の前面に沿って、及び／又はスパッタリングターゲット３１の円周に沿って、スプレーすることができる。スパッタトラップ４６をテクスチャ加工するのに好適な研磨粒子としては、金属粉末、セラミック、炭化物、硬化合金、ガラスビード、酸化アルミニウム、ジルコニア酸化アルミニウム、炭化ケイ素、スチールグリット、スチールショット、及びセラミックビードが挙げられる。概して、ビードブラスト技術の粒子は、テクスチャを作り出す表面に影響を及ぼし、表面から除去される。粒子は、表面に接合又は付着しない。同様に、ローレットプロセスはパターンを表面に押し込んでテクスチャを作り出し、機械加工はパターンを表面に彫って（すなわち、材料を除去して）テクスチャを作り出す。ローレット及び機械加工は、粒子をスパッタトラップ４６の表面に接合又は付着させることを意図するものではない。
【００２８】
粒子をスパッタトラップ４６の表面に付着させる前に、スパッタトラップ４６をグリットブラストに供することもできる。例えば、次いで、テクスチャ加工された表面を有するスパッタトラップ４６をグリットブラストに供し、続いて粒子をスパッタトラップ４６の表面に付着させることができる。グリットブラストの好適な媒体としては、例えば、金属粉末、セラミック、炭化物、硬化合金、ガラスビード、酸化アルミニウム、ジルコニア、酸化アルミニウム、炭化ケイ素、スチールグリット、スチールショット、及びセラミックビードが挙げられる。いくつかの実施形態では、スパッタトラップ４６は、約２．５μｍ（１００マイクロインチ）〜約１５μｍ（６００マイクロインチ）のＲａにグリットブラストされ得る。いくつかの実施形態では、グリットブラストプロセスは、後続のプロセスで適用される粒子の付着を増加させることができる。
【００２９】
スパッタトラップ４６は、粉末粒子又はワイヤの粒子などの粒子を表面上に付着させるか又はコーティングすることによって形成される。本明細書で論じられるように、スパッタトラップ４６は、粒子をスパッタトラップ４６の表面に付着させるか又はコーティングする前にテクスチャ加工され、かつ／又はグリットブラストに供され得る。いくつかの実施形態では、スパッタトラップ４６は、プラズマスプレー、高速酸素燃料（ｈｉｇｈ  ｖｅｌｏｃｉｔｙ  ｏｘｙｇｅｎ  ｆｕｅｌ、ＨＶＯＦ）コーティングなどの熱スプレー技術に供され得る。粒子をスパッタトラップ４６に付着させるための更なる好適な方法としては、ワイヤを使用するフレームスプレーコーティング技術又はツインワイヤアークスプレーコーティング技術が挙げられる。いくつかの実施形態では、スパッタトラップ４６は、粉末粒子などのコーティング材料が、コーティング材料の融点未満の温度で超音波圧縮ガスによって高速に加速されるコールドスプレー技術によって、ターゲットアセンブリ又はバッキングプレート上に形成され得る。得られたコーティングは、多くのスプレーされた粒子の蓄積によって形成されるスパッタトラップ４６である。
【００３０】
スパッタトラップ４６を形成するために使用される粉末粒子は、少なくとも２つのピークを有する粒子分布プロットを有する。例えば、コールドスプレー装置に供給される粉末混合物は、異なるメッシュサイズを有する２つの粉末組成物を混合することによって形成され得る。メッシュサイズは、メッシュ数（米国測定標準）であり、メッシュ内の開口部のサイズ、ひいてはこれらの開口部を通過することができる粒子のサイズとの関係である。例えば、２０μｍ（６３５メッシュ）、２５μｍ（５００メッシュ）、３７μｍ（４００メッシュ）、又は４４μｍ（３２５メッシュ）のメッシュサイズを有する第１の粉末を、２１０μｍ（７０メッシュ）、７４μｍ（２００メッシュ）、８８μｍ（１７０メッシュ）、又は１０５μｍ（１４０メッシュ）のメッシュサイズを有する第２の粉末と組み合わせて、コールドスプレー技術によってスパッタリングターゲットアセンブリに適用される粉末混合物を形成することができ、（より小さい開口部のサイズに対応する）第１の粉末のメッシュサイズは、（より大きい開口部のサイズに対応する）第２の粉末のメッシュサイズよりも大きく、第１及び第２の粉末のメッシュサイズは異なる。粉末は、等量の体積で組み合わされてもよい。代替的に、粉末混合物は、より多くの量の体積でより大きなメッシュサイズの粉末を含有するか、又はより多くの量の体積でより小さなメッシュサイズの粉末を含有することができる。例えば、粉末混合物は、４５体積％の第１の粉末と５５体積％の第２の粉末とを混合することによって形成され得る。各粉末のメッシュサイズ及び体積は、スパッタトラップの所望の表面粗さを達成するように選択され得る。粉末混合物のための第１の粉末及び第２の粉末の好適なメッシュサイズ及び体積含量を、表１に示す。
【００３１】
【表１】
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【００３２】
粉末は、同じ材料又は異なる材料のものであり得る。例えば、第１及び第２の粉末は、チタン粉末であり得る。粉末混合物は、異なるメッシュサイズに対応する３つ以上の粉末を等量又は非等量の体積で組み合わせることによって形成されることも企図される。いくつかの実施形態では、粉末は、スパッタリングターゲット３１と同じタイプの材料であり得る。例えば、粉末及びスパッタリングターゲット３１は、ニッケル合金材料であり得る。
【００３３】
代替的に、超高速（ｕｌｔｒａ  ｈｉｇｈ  ｖｅｌｏｃｉｔｙ、ＵＨＶ）、高速酸素燃料（ＨＶＯＦ）、プラズマフレームスプレー、ツインワイヤアーク、溶融接合、及びワイヤ金属化などの熱スプレーコーティング技術を用いて、粒子をバッキングプレートに適用することができる。熱スプレー技術では、コーティング材料が溶融又は加熱され、表面上にスプレーされる。コーティング材料は、粉末又はワイヤ形態で熱スプレーデバイスに供給され得る。熱スプレーデバイスは、コーティング材料を溶融又は半溶融状態に加熱し、マイクロメートルサイズの粒子の形態で材料をフランジに向かって加速させる。得られたコーティングは、粉末粒子又は溶融材料などの多くのスプレーされた粒子の蓄積によって形成されるスパッタトラップ４６である。
【００３４】
一実施形態では、スパッタトラップは、スパッタリングターゲットアセンブリのフランジ上に、４４μｍ（３２５メッシュ）及び２１０μｍ（７０メッシュ）のチタン粉末を含有する粉末混合物をプラズマスプレーすることによって形成される。いくつかの実施形態では、混合物は、約５０体積％〜約４５体積％の４４μｍ（３２５メッシュ）のチタン粉末と、約５０体積％〜約５５体積％の２１０μｍ（７０メッシュ）のチタン粉末と、を含み得る。
【００３５】
熱スプレーコーティングプロセスのコーティング材料が粉末である場合、コーティング材料は、コールドスプレー技術に関して本明細書に記載されるように、異なるメッシュサイズを有する２つ以上の粉末組成物を混合することによって形成され得る。熱スプレーコーティングプロセスのコーティング材料がワイヤ形態である場合、熱スプレーコーティングプロセスは、熱スプレーデバイスからスプレーされた材料が少なくとも２つのピークを有する粒径分布を有するように設計又は制御される。
【００３６】
１つの粉末で形成されたスパッタトラップは、単一のピークを有する粒子分布プロット（すなわち、単峰性の粒径分布）を有するであろう。本明細書に開示されるスパッタトラップは、異なるメッシュサイズを有する２つ以上の粉末の混合物で形成され、２つ以上のピークを有する粒子分布プロット（すなわち、多峰性の粒径分布）によって図示されるような、２つ以上の異なる分布又は独立分布を有する粒子分布プロットを有する。例えば、異なるメッシュサイズを有する２つの粉末の混合物で形成されたスパッタトラップは、２つの別個の分布を有し、２つのピークを有する粒子分布プロットを有し、３つの異なるメッシュサイズを有する３つの粉末の混合物で形成されたスパッタトラップは、３つの分布を有し、３つのピークを有する粒子分布プロットを有する。
【００３７】
本明細書に記載される多峰性の粒径分布を有するスパッタトラップは、ＰＶＤスパッタリングプロセス中のスパッタトラップに沿った、幾何学的効果又は粗さ効果である、スパッタトラップのＲａによる平坦化されていない再堆積膜と比較して、より応力を受けた膜である、普及している平坦化された再堆積膜の潜在的な剥離を緩和し得る。多峰性の粒径分布は、ＰＶＤプロセス中に、スパッタトラップに沿ってクラスタタイプの再堆積膜を形成し、繰り返し熱応力による落下した粒子の低減を助ける。多峰性の粒径分布はまた、繰り返し熱応力中に、緩く保持された再堆積粒子の潜在的な剥離を緩和し得る。つまり、スパッタトラップの多峰性の粒径分布は、スパッタリングプロセス中の粒子の低減をもたらし得る。
【００３８】
多峰性の粉末のメッシュサイズの差はまた、粒径のうちの１つのみで形成された表面と比較して、表面粗さが増加した表面を形成し得る。例えば、２１０μｍ（７０メッシュ）の粉末と４４μｍ（３２５メッシュ）の粉末との混合物で形成されたスパッタトラップは、２１０μｍ（７０メッシュ）の粉末のみ又は４４μｍ（３２５メッシュ）の粉末のみで形成されたスパッタトラップよりも大きい表面粗さを有し得る。
【００３９】
図５は、ウィットネスサンプルのスパッタトラップの画像である。ウィットネスサンプルをグリットブラストに供した。グリットブラストに続いて、ウィットネスサンプルの側面Ｂをプラズマスプレープロセスに供し、二峰性のチタン粉末粒子をスパッタトラップの表面に付着させた。第１のメッシュサイズ及び第２のメッシュサイズを有するチタン粉末を混合することによってチタン粉末を形成し、チタン粉末をスパッタトラップ上にプラズマスプレーした。大きな粒径及び小さな粒径が、図５に見られる。要約すると、ウィットネスサンプルの側面Ａをグリットブラストに供した。ウィットネスサンプルの側面Ｂを、二峰性のチタン電力のプラズマスプレー後にグリットブラストに供した。
【００４０】
図６は、ビードブラスト後であるが粒子付着前のスパッタトラップの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の顕微鏡写真である。図７は、二峰性のチタン粉末をスパッタトラップの表面に付着させたプラズマスプレープロセス後の多峰性のスパッタトラップのＳＥＭの顕微鏡写真である。第１のメッシュサイズ及び第２のメッシュサイズを有するチタン粉末を混合することによって二峰性のチタン粉末を形成した。図８は、エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＳ）を使用した図７の高純度の二峰性のチタン粉末の元素分析を示すプロットである。
【００４１】
本発明の範囲から逸脱することなく、記載した例示的な実施形態に対して様々な修正及び付加を行うことができる。例えば、上述の実施形態は、特定の特徴に言及するものであるが、本発明の範囲はまた、異なる特徴の組み合わせを有する実施形態及び上述の特徴の全てを含むわけではない実施形態を含む。
【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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【手続補正書】
【提出日】令和1年6月17日(2019.6.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スパッタリングターゲットアセンブリであって、
前面と、
前記前面とは反対側の後面と、
前記前面の少なくとも一部分上のスパッタリング面と、
前記スパッタリング面から半径方向に延在するフランジと、
前記フランジの前面の少なくとも一部分上に形成されたスパッタトラップと、を備え、前記スパッタリングトラップが、複数の粒子を含み、少なくとも２つの異なる分布を含む粒径分布プロットを有する、スパッタリングターゲットアセンブリ。
【請求項２】
スパッタリングターゲットアセンブリ上にスパッタトラップを形成する方法であって、
第１のメッシュサイズを有する第１の粉末と第２のメッシュサイズを有する第２の粉末とを組み合わせて、複数の粒子を含む粉末混合物を形成することであって、前記第１のメッシュサイズ及び前記第２のメッシュサイズが異なる、形成することと、
コールドスプレー技術又は熱スプレー技術によって、前記複数の粒子を前記スパッタリングターゲットアセンブリの少なくとも一部分に付着させることであって、前記付着された粒子の前記粒径分布プロットが、少なくとも２つの異なる分布を有する、付着させることと、を含む、方法。
【請求項３】
前記複数の粒子が、チタン又はチタン合金粒子である、請求項１に記載のスパッタリングターゲットアセンブリ又は請求項２に記載の方法。
【国際調査報告】
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