特許 5656995 スパッタリングターゲットおよびその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5656995

(24)【登録日】2014年12月5日

(45)【発行日】2015年1月21日

(54)【発明の名称】スパッタリングターゲットおよびその製造方法

(51)【国際特許分類】

   C23C 14/34 20060101AFI20141225BHJP

【ＦＩ】

   C23C14/34 B

【請求項の数】7

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2012-520271(P2012-520271)

(86)(22)【出願日】2011年6月1日

(86)【国際出願番号】JP2011003091

(87)【国際公開番号】WO2011158455

(87)【国際公開日】20111222

【審査請求日】2012年12月4日

(31)【優先権主張番号】特願2010-136842(P2010-136842)

(32)【優先日】2010年6月16日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000231464

【氏名又は名称】株式会社アルバック

(74)【代理人】

【識別番号】100104215

【弁理士】

【氏名又は名称】大森 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100117330

【弁理士】

【氏名又は名称】折居 章

(72)【発明者】

【氏名】飯島 金之

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 隆治

【審査官】 末松 佳記

(56)【参考文献】

【文献】 特表２００５−５０８４４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−０１１４３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２０４２５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０１５９１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−３０７９０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−３４２５６２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２３Ｃ １４／００−１４／５８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

エロージョン領域を形成する第１のターゲット部と、
前記第１のターゲット部で被覆される第１の領域と、非エロージョン領域を形成する第２の領域とを有し、前記第１のターゲット部と摩擦撹拌接合により一体化された第２のターゲット部と
を具備し、
前記摩擦撹拌接合によって前記第１のターゲット部と前記第２のターゲット部との境界部を含む、前記第１のターゲット部の全域が摩擦撹拌される
スパッタリングターゲット。

【請求項2】

請求項１に記載のスパッタリングターゲットであって、
前記第１のターゲット部は、前記摩擦撹拌接合によって結晶調質されている
スパッタリングターゲット。

【請求項3】

請求項２に記載のスパッタリングターゲットであって、
前記エロージョン領域は環状であり、
前記摩擦撹拌接合は前記環状のエロージョン領域に対して径方向に走査される
スパッタリングターゲット。

【請求項4】

ターゲット表面のエロージョン領域に開口部を形成し、
前記開口部に、スパッタされるべきターゲット材料を充填し、
前記ターゲット材料と前記ターゲットの非エロージョン領域とを、前記ターゲット材料と前記非エロージョン領域との境界部を含む、前記ターゲット材料の充填領域の全域を摩擦撹拌する摩擦撹拌接合により一体化する
スパッタリングターゲットの製造方法。

【請求項5】

請求項４に記載のスパッタリングターゲットの製造方法であって、
前記ターゲット材料を前記摩擦撹拌接合によって結晶調質する
スパッタリングターゲットの製造方法。

【請求項6】

請求項４または５に記載のスパッタリングターゲットの製造方法であって、
前記開口部を形成する工程は、前記ターゲット表面のエロージョン領域を切除する工程を含む
スパッタリングターゲットの製造方法。

【請求項7】

請求項４〜６のいずれか１つに記載のスパッタリングターゲットの製造方法であって、
前記エロージョン領域は環状であり、
前記摩擦撹拌接合は前記環状のエロージョン領域に対して径方向に走査される
スパッタリングターゲットの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、経済的かつリサイクルに適したスパッタリングターゲットおよびその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、スパッタリングターゲットは、イオンによるスパッタ作用で消耗する領域（エロージョン領域）が限られている。このため、スパッタリングターゲットの使用効率は例えば３０％程度と低い。そこで、使用済みのスパッタリングターゲットを利用することで、経済的にターゲットを製造する技術が種々提案されている。例えば下記特許文献１には、使用済みのスパッタリングターゲットで形成された固体ブロックを、該固体ブロックと実質的に同一組成の粉末で覆うように充填し、熱間静水圧プレスで焼結する方法が記載されている。

【0003】

一方、下記特許文献２には、複数の板状ターゲット構成部材を同一平面内に並べて相互に摩擦撹拌接合することで、大型のスパッタリングターゲットを製造する方法が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００１−３４２５６２号公報

【特許文献2】特開２００５−１５９１５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

スパッタリングターゲットは、一般に、高品質な薄膜を安定して形成するため、イオンによってスパッタされるターゲット表面に、材料組織的な高い均一性が要求される。しかしながら、特許文献１および特許文献２に記載のスパッタリングターゲットの製造方法においては、上記ターゲット表面に、固体ブロックあるいはターゲット構成部材の接合部の存在が避けられない。このため、当該接合部がスパッタ時のパーティクルや異常放電等の発生要因となり得ることが懸念され、高品質の薄膜を安定して形成することができないおそれがある。

【0006】

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、経済性に優れ、高品質の薄膜を安定して形成することが可能なスパッタリングターゲットおよびその製造方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るスパッタリングターゲットは、第１のターゲット部と、第２のターゲット部とを具備する。
上記第１のターゲット部は、エロージョン領域を形成する。
上記第２のターゲット部は、上記第１のターゲット部で被覆される第１の領域と、非エロージョン領域を形成する第２の領域とを有する。上記第２のターゲット部は、上記第１のターゲット部と摩擦撹拌接合により一体化される。

【0008】

本発明の一形態に係るスパッタリングターゲットの製造方法は、ターゲット表面のエロージョン領域に開口部を形成する工程を含む。
上記開口部に、スパッタされるべきターゲット材料が充填される。
上記ターゲット材料と上記ターゲットの非エロージョン領域とが、摩擦撹拌接合により一体化される。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の一実施形態に係るスパッタリングターゲットの概略斜視図である。

【図2】本発明の一実施形態に係るスパッタリングターゲットの製造方法を説明する各工程の概略断面図である。

【図3】スパッタリングターゲットの再生方法を説明する、使用済みスパッタリングターゲットの概略断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本発明の一実施形態に係るスパッタリングターゲットは、第１のターゲット部と、第２のターゲット部とを具備する。
上記第１のターゲット部は、エロージョン領域を形成する。
上記第２のターゲット部は、上記第１のターゲット部で被覆される第１の領域と、非エロージョン領域を形成する第２の領域とを有する。上記第２のターゲット部は、上記第１のターゲット部と摩擦撹拌接合により一体化される。

【0011】

上記スパッタリングターゲットにおいては、エロージョン領域に第１のターゲット部と第２のターゲット部との境界領域が存在しないため、パーティクルや異常放電の発生を抑えて安定したスパッタ成膜が可能となる。また、第１のターゲット部と第２のターゲット部とが摩擦撹拌接合により一体化されているため、両ターゲット部間の材料組織的な一体化を実現することができ、ターゲット表面の外観が損なわれることはない。さらに、エロージョン領域のみを選択的に再生することができるため、ターゲット材料の利用効率を向上させることができるとともに、第２のターゲット部を共通に使用し続けることで、スパッタリングターゲットのリサイクル効果を高めることができる。

【0012】

ここで、「エロージョン領域」は、スパッタリングターゲットの使用前および使用後を問わず、未だ平坦であって使用時に浸食される領域と、使用により実際に浸食された凹凸領域との両方を含む。

【0013】

上記第１のターゲット部と上記第２のターゲット部とは、同種のターゲット材料で形成されてもよいし、異種のターゲット材料で形成されてもよい。
両ターゲット部が同種のターゲット材料で形成されている場合、両ターゲット部の良好な接合状態を容易に得ることができる。一方、両ターゲット部が異種のターゲット材料で形成されている場合、第１のターゲット部と比較して、成膜に寄与しない第２のターゲット部を材料的あるいはプロセス的に低コストで製作することができる。

【0014】

両ターゲット部が同種の材料で形成される場合、第１のターゲット部は、第２のターゲット部よりも高純度の材料で形成されてもよい。
これにより、要求される高品質な薄膜形成を確保しつつ、第２のターゲット部を比較的低コストで製作することができる。

【0015】

上記第１のターゲット部は、結晶調質されていてもよい。これにより、形成される薄膜の高品質化を図ることができる。第１のターゲット部の調質は、第２のターゲット部との摩擦撹拌接合工程で同時に実現することができ、撹拌条件を最適化することで、エロージョン領域に要求される微細かつ均一な結晶組織に第１のターゲット部を調質することができる。

【0016】

本発明の一実施形態に係るスパッタリングターゲットの製造方法は、ターゲット表面のエロージョン領域に開口部を形成する工程を含む。
上記開口部に、スパッタされるべきターゲット材料が充填される。
上記ターゲット材料と上記ターゲットの非エロージョン領域とが、摩擦撹拌接合により一体化される。

【0017】

上記製造方法においては、ターゲットのエロージョン領域にターゲット材料を充填した後、当該ターゲット材料と上記ターゲットの非エロージョン領域とを摩擦撹拌接合により一体化することで、スパッタリングターゲットが製造される。したがって、エロージョン領域のみを選択的に再生することができるため、ターゲット材料の利用効率を向上させることができるとともに、第２のターゲット部を共通に使用し続けることで、スパッタリングターゲットのリサイクル効果を高めることができる。また、エロージョン領域に第１のターゲット部と第２のターゲット部との境界領域が存在しないため、パーティクルや異常放電の発生を抑えて安定したスパッタ成膜が可能となる。

【0018】

上記開口部を形成する工程は、上記ターゲット表面のエロージョン領域を切除する工程を含んでもよい。
これにより、回収された使用済みのスパッタリングターゲットを容易に再生することができる。また、スパッタリングターゲットのリサイクルの促進を図ることができる。

【0019】

上記ターゲット材料と上記非エロージョン領域とを摩擦撹拌接合する工程では、上記ターゲット材料と上記非エロージョン領域との境界部を含む、上記ターゲット材料の充填領域の全域が摩擦撹拌されてもよい。
これにより、エロージョン領域内のターゲット材料の材料組織を均一化し、スパッタ時の安定放電を実現して、高品質な薄膜を形成することができる。また、撹拌条件を最適化することによって、接合時に上記ターゲット材料の結晶組織の調質を同時に行うことができる。

【0020】

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。

【0021】

図１は、本発明の一実施形態に係るスパッタリングターゲットを模式的に示す外観斜視図である。本実施形態のスパッタリングターゲット１０は、正方形あるいは長方形の板状に形成されているが、図示する矩形状に限られず、円形、長円形、楕円形等の他の形状で形成されてもよい。

【0022】

スパッタリングターゲット１０は、被スパッタ面を形成する表面１１ａと、バッキングプレート２０に接合される裏面１１ｂとを有する。被スパッタ面１１ａは、図示しない真空チャンバ内において形成されるプロセスガスのプラズマ中のイオンによってスパッタされる。バッキングプレート２０は、スパッタリングターゲット１０を図示しないスパッタリングカソードへ接続し、真空チャンバ内に保持するための、適宜の形状を有する金属板で形成されている。バッキングプレート２０の内部には冷却水の循環経路が形成されており、スパッタ作用によるスパッタリングターゲット１０の発熱を抑制する。スパッタリングターゲット１０およびバッキングプレート２０は、ターゲット組立体として一体的に取り扱われてもよい。

【0023】

スパッタリングターゲット１０の表面１１ａは、エロージョン領域１２と非エロージョン領域１３とを有する。エロージョン領域１２は、イオンによるスパッタ作用によってターゲット表面が浸食される領域を意味し、非エロージョン領域１３は、エロージョン領域１２と比較して浸食されにくい領域を意味する。エロージョン領域１２と非エロージョン領域１３とに明確な境界がない場合もあるが、ここでは、主な浸食領域をエロージョン領域という。本実施形態において「エロージョン領域」には、スパッタリングターゲットの使用前および使用後を問わず、未だ平坦であって使用時に浸食される領域と、使用により実際に浸食された凹凸領域との両方が含まれる。

【0024】

エロージョン領域１２は、スパッタリング装置の仕様によって異なる形状を呈する。本実施形態では、エロージョン領域１２はターゲット表面１１ａに環状に形成される。このような形状のエロージョン領域１２は、マグネトロン型スパッタリング装置用のスパッタリングターゲットに多く見られる。この場合、エロージョン領域１２の大きさ、形状等は、バッキングプレート２０の裏面側に配置される、図示しないマグネットユニットの配置形態によって決まることが多い。図示の例では、スパッタリングターゲット１０の中央部と周縁部とにそれぞれマグネットが配置され、これらマグネットの間に形成される磁場によって高密度なプラズマが環状に形成されることで、図示する形態のエロージョン領域１２が形成される。なお、図示の例ではエロージョン領域１２の外周側および内周側の各コーナー部をほぼ直角に描いているが、これに限られず、各コーナー部は丸みを帯びた湾曲形状を有していてもよい。

【0025】

本実施形態に係るスパッタリングターゲット１０においては、エロージョン領域１２を形成する第１のターゲット部と非エロージョン領域１３を形成する第２のターゲット部との接合体で形成される。図２（Ａ）〜（Ｃ）は、スパッタリングターゲット１０の製造方法を説明する主要な工程の概略断面図である。

【0026】

まず、図２（Ａ）に示すように、表面に環状の開口部１３１が形成された第２のターゲット部１３０を作製する。開口部１３１は、第２のターゲット部１３０の表面のエロージョン領域に形成され、後述するように第２のターゲット部１２０で被覆される領域（第１の領域）を形成する。第２のターゲット部１３０は、金型成形により開口部１３１と同時に成形されてもよいし、板材の成形後、別工程で開口部１３１が形成されてもよい。

【0027】

開口部１３１は、第２のターゲット部１３０の厚みよりも小さい深さ寸法で形成される。図示の例では、開口部１３１の断面は矩形状となるように形成されるが、これに限られず、例えば底部が湾曲した曲面形状に形成されてもよい。開口部１３１が形成されないターゲット部１３０の表面領域（第２の領域）は、非エロージョン領域１３を形成する。

【0028】

次に、図２（Ｂ）に示すように、開口部１３１の内部に、第１のターゲット部１２０を充填する。第１のターゲット部１２０は、あらかじめ開口部１３１の形状に対応して形成された環状のブロック体で構成され、開口部１３１に嵌め込まれる。第１のターゲット部１２０は、開口部１３１の深さと同等以上の厚みを有し、その表面は、必要に応じて、第２のターゲット部１３０の表面に整列するように平坦化される。

【0029】

続いて、図２（Ｃ）に示すように、第１のターゲット部１２０と第２のターゲット部１３０とが接合され、一体化される。本実施形態では、接合方法として、摩擦撹拌接合（ＦＳＷ：Friction Stir Welding）法が採用される。摩擦撹拌接合とは、回転ツール１００と被接合材料（第１、第２のターゲット部１２０、１３０）間で発生する摩擦熱および加工熱により被接合材料を軟化、撹拌させながら、被接合材料同士を固相接合する技術をいう。回転ツール１００は、各ターゲット部１２０、１３０へ侵入する回転子１０１を先端部に有し、当該回転子１０１を回転させながら図中矢印方向へ移動することで、両ターゲット部１２０、１３０を相互に接合する。

【0030】

回転ツール１００の回転子１０１は、開口部１３１の深さ（第１のターゲット部１２０の厚み）よりも大きな長さ寸法を有しており、回転子１０１の先端部は開口部１３１の底部よりも更に深く侵入することが可能である。回転ツール１００は、第１のターゲット部１２０と第２のターゲット部１３０の境界部近傍の非エロージョン領域と、上記境界部を含むエロージョン領域の全域とを走査するように移動させられる。これにより、図２（Ｄ）に示すように、回転ツール１００によって形成された接合部Ｊを有するスパッタリングターゲット１０が作製される。接合工程後、必要に応じて、スパッタリングターゲット１０の表面１１ａの平坦化処理が実施されてもよい。

【0031】

以上のようにして製造されるスパッタリングターゲット１０は、図２（Ｄ）に示すように、接合部Ｊ上の表面領域がエロージョン領域１２とされ、接合部Ｊの境界領域近傍と接合部Ｊの非形成領域が非エロージョン領域１３とされる。すなわち、接合部Ｊの主要領域は第１のターゲット部１２０によって構成され、接合部Ｊの境界領域近傍は両ターゲット部１２０、１３０の混合領域とされる。

【0032】

本実施形態のスパッタリングターゲット１０においては、エロージョン領域１２に第１のターゲット部１２０と第２のターゲット部１３０との境界領域が存在しないため、使用時におけるパーティクルや異常放電の発生を抑えて安定したスパッタ成膜が可能となる。

【0033】

また、第１のターゲット部１２０と第２のターゲット部１３０とが摩擦撹拌接合により一体化されているため、両ターゲット部１２０、１３０間の材料組織的な一体化を実現することができ、ターゲット表面の外観が損なわれることはない。

【0034】

さらに、エロージョン領域１２のみを選択的に再生することができるため、ターゲット材料の利用効率を向上させることができる。また、第２のターゲット部１３０が共通に使用され続けることで、スパッタリングターゲット１０のリサイクル効果を高めることができる。

【0035】

第１のターゲット部１２０と第２のターゲット部１３０とは、同種のターゲット材料で形成されてもよいし、異種のターゲット材料で形成されてもよい。ターゲット材料としては、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｎｂなどの各種金属材料およびこれらの合金あるいは化合物などを用いることができる。特に、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕなどのような軟化温度が比較的低い金属は、摩擦撹拌接合が容易であるという利点がある。

【0036】

第１および第２のターゲット部１２０、１３０がそれぞれ同種のターゲット材料で形成されている場合、両ターゲット部１２０、１３０の良好な接合状態を容易に得ることができる。

【0037】

この場合、第１のターゲット部１２０は、第２のターゲット部１３０よりも高純度の材料で形成されてもよい。例えば、第１のターゲット部１２０のターゲット材料には５Ｎ以上（９９．９９９％以上）の純度の材料が用いられ、第２のターゲット部１３０のターゲット材料には４Ｎ以下の純度の材料が用いられる。これにより、要求される高品質な薄膜形成を確保しつつ、第２のターゲット部を比較的低コストで製作することができる。

【0038】

一方、第１および第２のターゲット部１２０、１３０が異種のターゲット材料で形成されている場合、第１のターゲット部１２０と比較して、成膜に寄与しない第２のターゲット部１３０を材料的あるいはプロセス的に低コストで製作することができる。

【0039】

さらに、第１のターゲット部１２０と第２のターゲット部１３０との接合工程と同時に、第１のターゲット部１２０を摩擦撹拌作用によって結晶調質することができる。これにより、形成される薄膜の高品質化を図ることができる。特に本実施形態においては、第１のターゲット部１２０の充填領域の全域が摩擦撹拌されることにより、エロージョン領域１２内のターゲット材料の材料組織を均一化し、スパッタ時の安定放電を実現して、高品質な薄膜を形成することができる。また、撹拌条件を最適化することによって、接合時に上記ターゲット材料の結晶組織の調質を同時に行うことができる。

【0040】

第１のターゲット部１２０の調質は、第２のターゲット部との摩擦撹拌接合工程で同時に実現することができ、撹拌条件を最適化することで、エロージョン領域に要求される微細かつ均一な結晶組織に第１のターゲット部を調質することができる。例えば、回転子１０１の軸径を２０ｍｍ、回転速度を１５００ｒｐｍ、移動速度を０．００８ｍ／ｓとすることで、Ａｌ材料の第１のターゲット部１２０を平均結晶粒径６０μｍに調質することができる。

【0041】

そして、本実施形態によれば、実質的に成膜に寄与する領域にのみ高精度に結晶制御された材料を用いてスパッタリングターゲットを製造することができる。これにより、ターゲット全体が同等の結晶状態となるように製造される従来のスパッタリングターゲットに比べて、材料コストを大幅に削減することができる。

【0042】

また、上記スパッタリングターゲットの製造方法によれば、使用済みのスパッタリングターゲットを容易に再生することができるという利点がある。例えば、図３に使用済みスパッタリングターゲット１の一例を示す。図示するスパッタリングターゲット１は、エロージョン領域１２が凸状に浸食されている。本実施形態では、このような使用済みスパッタリングターゲット１を上述のような工程を経て再生することができる。

【0043】

すなわち、図３に示すスパッタリングターゲット１のエロージョン領域を切除することで、ターゲット表面に開口部１３１（図２（Ａ））が形成される。開口部１３１の形成には、ボール盤などを用いた機械加工、レーザ光を用いた溶断、薬液を用いた化学エッチングなどが利用可能である。なお、開口部１３１の形成に先立って、ターゲット表面を平坦化する目的で研削処理が実施されてもよい。

【0044】

開口部１３１の形成後は、図２（Ｂ）および（Ｃ）を参照して説明したターゲット材の充填工程および摩擦撹拌接合工程を実施することで、図１および図２（Ｄ）に示した構成のスパッタリングターゲット１０を製造することができる。

【0045】

以上のように、本実施形態によれば、スパッタリングターゲットの再利用が容易であるため、経済性を高めることができる。また、エロージョン領域にのみ高精度に結晶制御されたターゲット材料が用いられるため、高品質な薄膜形成を確保しながら、材料コストの大幅な削減を図ることができる。

【0046】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。

【0047】

例えば以上の実施形態では、スパッタリングターゲット１０とバッキングプレート２０とが別部材で構成された例を説明したが、これに限られず、バッキングプレートと一体的なスパッタリングターゲットにも本発明は適用可能である。

【0048】

また、第１のターゲット部１２０および第２のターゲット部１３０は、鋳造体で形成される例に限られず、スパッタ材料粉末の焼結体で形成されてもよい。

【符号の説明】

【0049】

１…使用済みスパッタリングターゲット
１０…スパッタリングターゲット
１２…エロージョン領域
１３…非エロージョン領域
２０…バッキングプレート
１００…回転ツール
１０１…回転子
１２０…第１のターゲット部
１３０…第２のターゲット部
１３１…開口部

【図1】

【図2】

【図3】