▶ ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッドの特許一覧
(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】
(24)【登録日】2022-10-31
(45)【発行日】2022-11-09
(54)【発明の名称】プロファイルされたスパッタリングターゲット及びその製造方法
(51)【国際特許分類】
C23C 14/34 20060101AFI20221101BHJP
【ＦＩ】
C23C14/34 B
【請求項の数】
3
(21)【出願番号】P 2019555477
(86)(22)【出願日】2018-04-17
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2020-06-18
(86)【国際出願番号】 US2018027934
(87)【国際公開番号】W WO2018195054
(87)【国際公開日】2018-10-25
【審査請求日】2021-04-12
(31)【優先権主張番号】62/487,617
(32)【優先日】2017-04-20
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】15/947,586
(32)【優先日】2018-04-06
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】500575824
【氏名又は名称】ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッド
【氏名又は名称原語表記】Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｃ．
(74)【代理人】
【識別番号】100118902
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 修
(74)【代理人】
【識別番号】100106208
【弁理士】
【氏名又は名称】宮前 徹
(74)【代理人】
【識別番号】100120112
【氏名又は名称】中西 基晴
(74)【代理人】
【識別番号】100120754
【弁理士】
【氏名又は名称】松田 豊治
(72)【発明者】
【氏名】シー－ヤオ・リン
(72)【発明者】
【氏名】ステファン・フェラッセ
(72)【発明者】
【氏名】ジェヨン・キム
(72)【発明者】
【氏名】フランク・シー・アルフォード
【審査官】今井 淳一
(56)【参考文献】
【文献】特表２０１１－５１８２５８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００３－１６６０５４（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｃ２３Ｃ １４／３４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
スパッタリング材料を含み、かつスパッタリングシステムでの使用による浸食の前に非平面スパッタリング表面を有するスパッタリングターゲットであって、前記非平面スパッタリング表面が、円形形状を有し、中心軸を有する中心軸領域と、
前記中心軸領域における非突出凹状湾曲特徴部であって、前記非突出凹状湾曲特徴部が、前記中心軸を中心として対称的に配置され、かつ前記中心軸と一致する第１の点を有し、前記非突出凹状湾曲特徴部の底面は凸状形状を有し、凸状形状は中心軸上に第１の点を有する、非突出凹状湾曲特徴部と、
中心軸領域を中心として配置された周囲領域であって、最上部平面及び少なくとも１つの凹溝を含み、第１の点が周囲領域の最上部平面より低く、非突出凹状湾曲特徴部の底面の最も低い面が、少なくとも１つの凹溝の底面より低い周囲領域と、を含み、
周囲領域の最上部平面から第１の点への軸方向距離は、全スッパタリングターゲット厚さの１５％～２０％であり、非突出凹状湾曲特徴部は中心軸から半径方向に、全スッパタリングターゲット半径に対して５％～４０％の長さの半径方向距離まで延びる、スパッタリングターゲット。
【請求項2】
非突出凹状湾曲特徴部は中心軸から半径方向に、全スッパタリングターゲット半径に対して２０％～３０％の長さの半径方向距離まで延びる、請求項１に記載のスパッタリングターゲット。
【請求項3】
非突出凹状湾曲特徴部は中心軸から半径方向に、全スッパタリングターゲット半径に対して２３％～２７％の長さの半径方向距離まで延びる、請求項１に記載のスパッタリングターゲット。
【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、２０１８年４月６日に出願された米国特許出願第１５／９４７，５８６号に対する優先権を主張し、２０１７年４月２０日に出願された米国仮特許出願第６２／４８７，６１７号に対する利益を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。
本出願は、２０１８年４月６日に出願された米国特許出願第１５／９４７，５８６号に対する優先権を主張し、２０１７年４月２０日に出願された米国仮特許出願第６２／４８７，６１７号に対する利益を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】
主題の分野は、より長いターゲット寿命及び均一な膜蒸着を提供するための中心軸領域の幾何学的形状を有するターゲットを含むスパッタリングシステムの設計及び使用である。
【背景技術】
【0003】
電子及び半導体コンポーネントは、ますます多くの消費者用及び商業用電子製品、通信製品、及びデータ交換製品に使用されている。これらの消費者用及び商業用製品のいくつかの例は、テレビ、コンピュータ、携帯電話、ページャー、ハンドヘルドオーガナイザー、ポータブルミュージックプレーヤ及びラジオ、カーステレオ、並びにリモコンである。これらの消費者用及び商業用電子機器の需要が増加するにつれて、それらの同じ製品が消費者及び企業にとってより小さく、かつよりポータブルになることも求められている。
【0004】
これらの製品のサイズの減少のその結果、製品を含むコンポーネントはまた、より小さく及び／又はより薄くなる必要がある。サイズの減少又は縮小が必要なこれらのコンポーネントのいくつかの例として、マイクロエレクトロニクスチップの相互接続、半導体チップコンポーネント、抵抗器、コンデンサ、プリント回路基板又は配線基板、配線、キーボード、タッチパッド、及びチップパッケージが挙げられる。
【0005】
電子及び半導体コンポーネントのサイズが減少又は縮小されると、より大きなコンポーネントに存在する欠陥は、縮小されたコンポーネントで誇張されることになる。したがって、より小さい電子製品のコンポーネントを縮小する前に、可能であれば、より大きいコンポーネントに存在する、又は存在し得る欠陥を特定して修正する必要がある。
【0006】
電子、半導体、及び通信コンポーネントにおける欠陥を特定及び修正するために、コンポーネント、使用される材料、及びこれらのコンポーネントを製造するための製造プロセスを細分化及び分析する必要がある。電子、半導体、通信／データ交換コンポーネントは、場合によっては、金属、金属合金、セラミック、無機材料、ポリマー、又は有機金属材料などの材料の層から構成される。材料の層は、しばしば薄い（数値が数十オングストローム未満の厚さ）。材料の層の品質を向上させるために、金属又は他の化合物の物理蒸着などの層を形成するプロセスを評価し、可能であれば変更しかつ向上させる必要がある。
【0007】
材料の層を蒸着するプロセスを向上させるために、表面及び／若しくは材料の組成を測定し、定量化し、欠陥又は欠点を検出する必要がある。材料の層（複数可）の蒸着の場合、監視すべきなのは、材料の実際の層（複数可）ではなく、基板又は他の表面に材料の層を製造するために使用されている材料及びその材料の表面である。例えば、その金属を含むターゲットをスパッタリングすることによって、表面又は基板上に金属の層を蒸着する場合、ターゲットから偏向又は遊離される原子及び分子は、均等かつ均一な蒸着を可能にする基板又は他の表面への経路を進行しなければならない。ターゲットからの偏向及び／又は遊離後に、自然な及び予期される経路を進行する原子及び分子は、表面又は基板内の溝及び穴を含む表面又は基板上に不均一に蒸着する可能性がある。特定の表面及び基板では、表面又は基板上でより均一な蒸着、コーティング、及び／又は膜を達成するために、ターゲットを離れる原子及び分子を再方向付けすることが必要であり得る。
【0008】
ＤＣマグネトロンスパッタリングシステムでは、浸食性の低いレーストラック上への絶縁層の蓄積と、このような層上の後続のアーク放電は、プロセスエンジニア及びターゲット製造業者の両方にとって重要な問題であった。磁石構成の性質に起因して、十分な浸食及び不十分な浸食「レーストラック」が発生する。不十分な浸食のレーストラックでは、ターゲットの用途（すなわち、Ａｌ、Ｔａ、及びＴｉターゲット用の酸化物又は窒化物膜）に伴って絶縁層がゆっくりと蓄積される。最終的に、誘電体層に電荷が蓄積すると、アーク放電及び粒子の生成につながる。アーク放電の傾向は、誘電体層の蓄積により、ターゲットの使用と共に増加する。
【0009】
例示的な物理蒸着装置１０の一部の概略図を、図１に示す。スパッタリングアセンブリ１０は、結合されたスパッタリングターゲット１４を有するバッキングプレート１２を備える。スパッタリングターゲット１４は、平面スパッタ表面１６を有する。半導体材料ウェハ１８は、アセンブリ１０内にあり、ターゲット１４のスパッタリング表面１６から離間して設けられる。動作中、粒子又はスパッタリングされた材料２２は、ターゲット１４の表面１６から変位し、ウェハ１８にコーティング（つまり薄膜）２０を形成するために使用される。
【0010】
通常、ターゲットは、アルゴンなどのプロセスガスを収容するＰＶＤチャンバ内のカソードアセンブリの一部を形成する。電界は、カソードアセンブリとチャンバ内のアノード（通常はＰＶＤ装置の側壁）との間に印加され、その結果、ガスは、カソードの表面から排出された電子と衝突することによってイオン化される。これにより、負に帯電したターゲット表面に向かって加速される正に帯電したガスイオンのプラズマが生成される。正のガスイオンは、ターゲットに衝突し、ターゲット材料から粒子を除去する。いったんターゲットから解放されると、これらの変位した（及び本質的に中性の）粒子は、プラズマを横切って進行し、それら自体を薄膜としてウェハ基板上に蒸着させる。
【0011】
スパッタリングの有効性を支配するいくつかの重要なパラメータがある。これらは、蒸着された薄膜の均一性及び反射率と、基板上の欠陥（異物）の数と、蒸着率と、蒸着中の電流－電圧（Ｉ－Ｖ）特性と、ターゲット寿命と、を含む。
【0012】
スパッタリングによる蒸着は、様々な理由で不均一になり得る。プラズマ密度は、ＰＶＤ機器の幾何学的形状によって影響され得る。磁界は、動いている磁石間の変動、又は磁石とターゲットとの関係の変動に起因して、不均一に変化し得る。ガスの衝突率を高め、より良好なスパッタリング率及び蒸着される薄膜の均一性を達成するように、スパッタリングチャンバ内の電子がとる経路に影響を与えるために、ターゲットの裏側の後方に位置する磁石の最適な配列と回転速度を見つけることは困難であり得る。場合によっては、ターゲット上の異なる位置における温度の変動、並びにターゲット材料の粒径及びテクスチャもまた、不均一な蒸着をもたらし得る。
【0013】
一般に、原子は、広い角度分布でターゲット表面から排出される。しかしながら、他の粒子との衝突及びガス散乱により、ターゲットとウェハとの間の全進行距離に対する排出された金属原子の小さい平均経路に起因して、原子の軌跡がランダム化される。したがって、衝突の回数を制限し、かつランダム化を減少させるために、低圧（高真空）が実装されてきた。
【0014】
不均一な蒸着の別の原因は、スパッタリング中にターゲットが浸食されるにつれて、ターゲット表面の形状が変化することから生じる。この浸食プロファイルはまた、磁石の配列及び移動によって影響を受ける可能性がある。寿命の開始時の従来のターゲット設計は、一般に、図１に示すように、スパッタリングターゲットの中心における平面表面の幾何学的形状を含む。薄膜の均一性を向上させるために、ターゲット寿命を延長する必要性が存在する。
【発明の概要】
【0015】
これら及び他の必要性は、本開示の様々な態様、実施形態、及び構成によって対処される。
【0016】
本開示の実施形態は、スパッタリング材料を含み、かつスパッタリングシステムでの使用による浸食の前に非平面スパッタリング表面を有するスパッタリングターゲットを含み、非平面スパッタリング表面は、円形形状を有し、中心軸を有する中心軸領域と、中心軸領域における凹状湾曲特徴部であって、凹状湾曲特徴部が、中心軸を中心として対称的に配置され、かつ中心軸と一致する第１の点を有し、凹状湾曲特徴部が、少なくとも１，０００ｋＷｈｒｓのスパッタリングシステムでの使用による浸食の後の、かつ中心軸と一致する、基準スパッタリングターゲットの浸食プロファイルの基準突出凸状湾曲特徴部に対応し、基準スパッタリングターゲットが、スパッタリングターゲットのスパッタリング材料と同一の組成を有するスパッタリング材料を含み、基準スパッタリングターゲットが、スパッタリングシステムでの使用による浸食の前に平面スパッタリング表面を更に含む、凹状湾曲特徴部と、を含み、中心軸領域は、第１の高さと、第１の傾きを有する第１の外周摩耗表面とを含む隆起部を含む、少なくとも１，０００ｋＷｈｒｓのスパッタリングシステムでの使用による浸食の後の摩耗プロファイルを有し、基準突出凸状湾曲特徴部は、第２の高さと、第２の傾きを有する第２の外周摩耗表面とを含み、隆起部は、基準突出凸状湾曲特徴部と比較して減少した陰影を有するスパッタリングされたターゲットを提供し、第１の高さは、第２の高さよりも小さく、第２の高さを有する基準突出凸状湾曲特徴部は、中心軸に向かって半径方向内向きに方向付けられた軌跡を有し、かつターゲット上に再蒸着する、より多くのスパッタリングされた原子を遮断し、第１の傾きは、第２の傾きよりも急でなく、第２の傾きを有する第２の外周摩耗表面は、中心軸に対して半径方向外向きの軌跡を有する、より多くのスパッタリングされた原子をウェハから離れる方向に方向付ける。
【0017】
第１の傾きと第２の傾きとの間の減少率が、少なくとも約４０％である、段落［００１６］に記載のスパッタリングターゲット。
【0018】
第１の傾きと第２の傾きとの間の減少率が、約４０％～約１００％である、段落［００１６］又は段落［００１７］のいずれか１つに記載のスパッタリングターゲット。
【0019】
中心軸領域が、中心軸における全ターゲット厚さを更に含み、全ターゲット厚さが、浸食の前に平面スパッタリング表面を含む、基準スパッタリングターゲットの中心軸における全ターゲット厚さよりも約１０％～約３０％小さい、段落［００１６］～［００１８］のいずれか１つに記載のスパッタリングターゲット。
【0020】
全ターゲット厚さが、基準スパッタリングターゲットの中心軸における全ターゲット厚さよりも約１５％～約２５％小さい、段落［００１６］～［００１９］のいずれか１つに記載のスパッタリングターゲット。
【0021】
スパッタリングターゲットが、周囲領域における少なくとも１つの凹溝を更に含む、段落［００１６］～［００２０］のいずれか１つに記載のスパッタリングターゲット。
【0022】
スパッタリング材料が、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｗ、Ｃｒ、Ｔｉ合金、Ａｌ合金、Ｃｕ合金、Ｔａ合金、Ｎｉ合金、Ｃｏ合金、Ｍｏ合金、Ａｕ合金、Ａｇ合金、Ｐｔ合金、Ｗ合金、及びＣｒ合金から選択される少なくとも１つの材料を含む、段落［００１６］～［００２１］のいずれか１つに記載のスパッタリングターゲット。
【0023】
ターゲットがモノリシックである、段落［００１６］～［００２２］のいずれか１つに記載のスパッタリングターゲット。
【0024】
ターゲットが拡散接合されている、段落［００１６］～［００２３］のいずれか１つに記載のスパッタリングターゲット。
【0025】
本開示の実施形態はまた、スパッタリングチャンバでの使用のためのスパッタリングターゲットを設計する方法も含み、この方法は、スパッタリングターゲットの中心軸を中心として対称的に凹状湾曲特徴部を有する表面プロファイルを有するスパッタリングターゲットを形成することと、スパッタリングチャンバ内での少なくとも１，０００ｋＷｈｒｓのスパッタリング後のスパッタリングターゲットのスパッタリングされたプロファイルを測定することと、スパッタリングターゲットの中心軸領域における陰影を減少させるために、スパッタリングされたプロファイルの測定値に基づいて、修正された表面プロファイルを設計することと、修正された表面プロファイルを有する、修正されたスパッタリングターゲットを形成することと、を含む。
【0026】
少なくとも１，０００ｋＷｈｒｓの使用後の基準スパッタリングターゲットのスパッタリングされたプロファイルを測定することを更に含み、基準スパッタリングターゲットが、スパッタリングターゲットのスパッタリング材料と同一の組成を有するスパッタリング材料を含み、基準スパッタリングターゲットが、スパッタリングシステムでの使用による浸食の前に平面スパッタリング表面を更に含み、スパッタリングターゲットの測定されたスパッタリングされたプロファイルが、第１の傾きを有する第１の外周摩耗表面を含み、測定された基準スパッタリングターゲットが、第２の傾きを有する第２の外周摩耗表面を含み、第１の傾きが、第２の傾きよりも急でない、段落［００２５］に記載の方法。
【0027】
第１の傾きと第２の傾きとの間の減少率が、少なくとも約４０％である、段落［００２５］又は段落［００２６］のいずれかに記載の方法。
【0028】
修正された表面プロファイルを最適化するために、修正されたスパッタリングターゲットを測定、設計、及び形成する工程が繰り返される、段落［００２５］～［００２７］のいずれか１つに記載の方法。
【0029】
本開示の実施形態は、スパッタリング材料を含み、かつスパッタリングシステムでの使用による浸食の前に非平面スパッタリング表面を有するスパッタリングターゲットを含み、非平面スパッタリング表面は、円形形状を有し、中心軸を有する中心軸領域であって、中心軸を中心として対称的に配置され、かつ中心軸と一致する第１の点を有する少なくとも１つの非突出凹状湾曲特徴部を含む、中心軸領域であって、少なくとも１つの非突出凹状湾曲特徴部が、スパッタリングシステムでの使用による浸食の後の、かつ中心軸と一致する、基準スパッタリングターゲットの浸食プロファイルの基準突出凸状湾曲特徴部に対応し、基準スパッタリングターゲットが、スパッタリングターゲットのスパッタリング材料と同一の組成を有するスパッタリング材料を含み、基準スパッタリングターゲットが、スパッタリングシステムでの使用による浸食の前に平面スパッタリング表面を更に含む、中心軸領域と、中心軸に対して直角であり、スパッタリングシステムでの使用による浸食の前に、基準スパッタリングターゲット平面スパッタリング表面と同一線上にある、線であって、第１の点が、線からの第１の軸方向距離である、線と、中心軸領域を中心として配置された周囲領域と、を含み、周囲領域は、線と一致し、中心軸から第１の半径方向距離にある、第２の点を含み、中心軸領域が、中心軸と一致し、線からの第２の軸方向距離にある第３の点と、中心軸からの第１の半径方向距離にあり、かつ線からの第３の軸方向距離にある第４の点と、を有する隆起部を含むスパッタリングシステムでの使用による浸食の後の摩耗プロファイルを有し、第３の軸方向距離は、第１の軸方向距離及び第２の軸方向距離よりも大きいか又はそれらに等しい。
【0030】
基準スパッタリングターゲットが、線からの第４の軸方向距離で中心軸と一致する第５の点を含む使用後の摩耗プロファイルを有し、第１の軸方向距離及び第２の軸方向距離が、第４の軸方向距離よりも大きい、段落［００２９］に記載のスパッタリングターゲット。
【0031】
隆起部が、第１の傾きを有する第１の外周摩耗表面を含み、基準突出凸状湾曲特徴部が、第２の傾きを有する第２の外周摩耗表面を含み、第１の傾きが第２の傾きよりも急でない、段落［００２９］又は段落［００３０］のいずれかに記載のスパッタリングターゲット。
【0032】
少なくとも１つの非突出凹状湾曲特徴部が、内周面と、第１の点を含む底面とを含む、段落［００２９］～［００３１］のいずれか１つに記載のスパッタリングターゲット。
【0033】
底面が、平坦であるか、丸みを帯びているか、凹状であるか、又は凸状である、段落［００２９］～［００３２］のいずれか１つに記載のスパッタリングターゲット。
【0034】
スパッタリングターゲットは、全ターゲット半径と、全ターゲット厚さと、を有し、第１の半径方向距離は、全ターゲット半径に対して約５％～約４０％であり、第１の軸方向距離は、全ターゲット厚さの約５％～約５０％である、段落［００２９］～［００３３］のいずれか１つに記載のスパッタリングターゲット。
【0035】
スパッタリング材料が、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｗ、Ｃｒ、Ｔｉ合金、Ａｌ合金、Ｃｕ合金、Ｔａ合金、Ｎｉ合金、Ｃｏ合金、Ｍｏ合金、Ａｕ合金、Ａｇ合金、Ｐｔ合金、Ｗ合金、及びＣｒ合金から選択される少なくとも１つの材料を含む、段落［００２９］～［００３４］のいずれか１つに記載のスパッタリングターゲット。
【図面の簡単な説明】
【0036】
添付の図面は、本開示のいくつかの実施例を示すために、本明細書に組み込まれ、その一部を形成する。これらの図面は、説明と共に、本開示の原理を説明する。図面は、本開示をどのように作製及び使用することができるかについての好ましい、かつ代替の実施例を単に例示するものであり、例示及び記載された実施例のみに本開示を限定するものとして解釈されるべきではない。更なる特徴及び利点は、以下で参照される図面によって示されるように、本開示の様々な態様、実施形態、及び構成の記載から明らかとなるであろう。
【0037】
【図1】例示的な物理蒸着装置１０の一部の概略図である。
【図2】ターゲット寿命の開始時（ｂｅｇｉｎｎｉｎｇ ｏｆ ｔａｒｇｅｔ ｌｉｆｅ、ＢＯＬ）及びターゲット寿命の終了時（ｅｎｄ ｏｆ ｔａｒｇｅｔ ｌｉｆｅ、ＥＯＬ）に示される、先行技術のようなコリメータを使用するシステムを示す概略図である。
【図3】約２，０００ｋＷｈｒｓ使用後の先行技術のスパッタリングターゲットの表面プロファイルである。
【図4A】本開示の一実施形態による、ターゲットの中心領域に変更されたプロファイルを有するスパッタリングターゲットのＢＯＬにおけるプロファイルである。
【図5】１，５００ｋＷｈｒｓ使用後の先行技術のスパッタリングターゲットの表面プロファイルである。
【図6】約１，５００ｋＷｈｒｓ使用後の中心領域に変更されたプロファイルを有するスパッタリングターゲットの表面プロファイルである。
【図7】本開示の一実施形態による、変更された中心軸領域を含むターゲットを形成するための方法を示すフロー図である。
【図8】本開示の一実施形態による、変更されたプロファイルを有するスパッタリングターゲットを示す。
【図11A】本開示の一実施形態による変更されたプロファイル及びスパッタリング使用前の先行技術のプロファイルを有するスパッタリングターゲットの表面プロファイルを示す。
【図13】本開示の別の実施形態による、変更されたプロファイルと、基準プロファイルと、有するスパッタリングターゲットを示す。
【図14】１，６５０ｋＷｈｒｓ及び１，８６０ｋＷｈｒｓスパッタリング使用後の図１３に示すような変更されたプロファイルの表面プロファイル、及び１，３５０ｋＷｈｒｓスパッタリング使用後の基準プロファイルを示す。
【図15】本開示の一実施形態による、変更された中心軸領域を含むターゲットを設計するための方法を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【0038】
物理蒸着法（ｐｈｙｓｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、「ＰＶＤ」）は、様々な基板の表面に材料の薄膜を形成するために広く使用されている。様々な金属及び合金は、ＰＶＤ技術を使用して蒸着することができ、例えば、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、及びこれらの元素の合金が挙げられる。スパッタ蒸着又はスパッタリングとして知られる１つのＰＶＤ処理では、粒子は、プラズマなどのガスイオンを用いた衝撃によって、スパッタリングターゲットの表面から排出される。そのため、スパッタリングターゲットは、半導体ウェハなどの基板上に蒸着される粒子の供給源である。スパッタリング使用中にターゲットが浸食されると、表面の幾何学的形状が変化する。ターゲット表面の幾何学的形状の変化は、スパッタリングによって均一な薄膜を蒸着させることを困難にし、このような摩耗は、ターゲット寿命を制限する。
【0039】
前述したように、均一な薄膜を蒸着させること及び／又はターゲット寿命を延長することに関する問題は、様々な方法で対処されてきた。これらは以下を含む：ｉ）特定の排出角度を有する特定の原子のみがウェハに達することを可能にするための、ターゲットとウェハとの間の距離の増加；ｉｉ）コリメータ又はフラックスオプティマイザとも呼ばれるフィルタリングデバイスを使用した、特定の軌跡を有する原子のみの選択；ｉｉｉ）新しい設計、配列、及び移動を伴う磁石の使用；ｉｖ）ウェハにおける負電荷の蓄積、及びウェハの法線に近い角度で金属イオンを蒸着させることを可能にする、ウェハでのＲＦバイアスの印加。上記の解決策は全て制限を有する。例えば、ターゲット源と基板との間の距離を増加させること、又はコリメータを使用することは、非効率的であり、チャンバ内又はコリメータの壁に付着された排出された原子のより多くの廃棄につながる。また、高周波（ｒａｄｉｏ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ、ＲＦ）バイアスの印加は、ウェハコンポーネントへの電気的応力をもたらし得る。
【0040】
コリメータ及び／又は新しい磁石設計及び移動を使用する最新のシステムもまた、問題に直面する。先行技術のようにコリメータを使用する実施例については、図２に概略的に示すように、薄膜の均一性が寿命にわたって減少する（又は同様に不均一性が増加する）。通常、スパッタリングターゲットの寿命の開始時（ＢＯＬ）から寿命の終了時（ＥＯＬ）まで、蒸着は、縁部と比較してウェハの中心で薄化することによって特徴付けられる。これは少なくとも部分的には、ＢＯＬのターゲット中心１４ａにおけるターゲット浸食プロファイルの、ＥＯＬのターゲット中心１４ｂへの変化に起因する。これは、コリメータ壁２４の位置に対して寿命にわたって、原子がスパッタリングターゲットから排出される方向に影響を与える。新しい磁石設計及び移動を使用する実施例では、Ｉ－Ｖスパッタリング特性の劣化がある。具体的には、電圧は、ターゲット寿命を延長する以下の２つの傾向に従う：ｉ）浸食ターゲットプロファイルと磁石との間の間隔の変化に起因する電圧の増加（実際には、ターゲット表面が、ターゲット裏側の近くに位置している磁石に平均して近くなる）、及びｉｉ）より深い又はより浅い浸食溝を有するターゲットの領域の下で、磁石がイン位置とアウト位置との間を移動するときに引き起こされる電圧変動の増加。寿命が延長するにつれて、ターゲット浸食プロファイルは、より均一でなくなり、これは電圧の局所的な差を悪化させる。
【0041】
本開示の実施形態は、ターゲット中心プロファイルに対処すること、及びターゲットの中心区域においてターゲットをスパッタリングするための新しい幾何学的形状を提案することによって、均一に薄い膜を蒸着させるという問題に対処する。本開示によれば、初期（すなわち、スパッタリング前）のターゲット表面は、ターゲットの中心において戦略的に変更される。戦略的に変更されたターゲットの中心は、本明細書では中心領域、中心軸領域、変更された中心軸領域、及び中心軸領域を含む変更されたプロファイルと互換的に称される。スパッタリングは、ターゲット形状及び表面プロファイルに影響を受けやすい。プラズマ放電の近傍における電界分布は、ターゲットの形状及び／又は表面プロファイルによって異なり、これはターゲットプロファイルが、電磁気学の既知の法則によって説明される磁場及び電界の境界条件を表すためである。その結果、ターゲット形状は、電磁界線の局所的な強度及び分布に影響を与えることになり、今度はそれが、排出された原子の蒸着率及び配向を左右する。
【0042】
更に、材料が浸食されるにつれてターゲット表面のプロファイルが変化するため、スパッタリングターゲットと電磁場との間の相互の影響と相互作用は、ターゲット寿命中に絶えず展開する。これは、電磁場の局所的な強度の継続的な再分布をもたらし、かつスパッタリングされた原子の方向の変化を引き起こす。
【0043】
スパッタリングターゲットの寿命にわたり、ウェハの中心に蒸着された膜の薄化に寄与するメカニズムは、使用中にごくわずかに局所的に浸食され、かつ中心における低スパッタリング率に対応するターゲットの中心に少なくとも部分的に影響されるか、又は影響を受けることが発見された。その結果、２５．４ｍｍ（１インチ）の厚さ及び２２１ｍｍ（８．７インチ）の半径を有する従来の平面（すなわち、平坦な又はプロファイルされていない表面）３００ｍｍのターゲットは、中心においてほぼ同じ高さを保持するが、中心の付近であるが、通常、中心から少なくとも約２５～約５０ｍｍ（１～２インチ）だけ離れている周囲領域の浸食は、通常、高いものであり、その結果、寿命の終了時にターゲット内に深い浸食された溝をもたらす。例えば、深さが約７．６ｍｍ～約１２．７ｍｍ（０．３～０．５インチ）の溝が、寿命の終了時に存在し得る。最初に平坦な又は平面の表面を有する３００ｍｍスパッタリングターゲットの例示的な寿命の終了時の浸食プロファイル２６を図３に示す。図示のように、ターゲットの摩耗プロファイルとも呼ばれる浸食プロファイル２６は、約２，０００ｋＷｈｒｓ使用後に、中心領域２８において高くなった隆起部（ハンプ又はバンプとも呼ばれる）３０を有する。中心領域２８は、約５０ｍｍ（２インチ）の半径を有する。本明細書における３００ｍｍのターゲットは、上部にターゲットがスパッタリングするウェハサイズを指す。
【0044】
隆起部３０は、ターゲットの寿命にわたって発達する。約１０ｍｍ（０．４インチ）の高さ又は元のターゲットの約４０％の厚さを有する中心バンプ３０は、矢印３２の第１のセットで表される軌跡を有する原子など、スパッタリング中に少なくともいくつかの原子を不利に遮断し、これはそれらの軌跡が中心プロファイルを横断するためである。これは、ターゲットの中心区域への原子の望ましくない再蒸着をもたらす。最も影響を受けるのは、浸食溝の底部３６又は側面３８に対応する、隆起部３０に隣接する周囲区域から除去されたそれらの原子である。
【0045】
中心バンプ３０が浸食によって形成されると、中心バンプ３０の傾き４０は、図３の浸食プロファイル２６に示すように、更なるスパッタリング使用で急さが増加する。その結果、矢印３４の第２のセットで表される少なくともいくつかの原子は、中心領域の元の平面ターゲット表面からのように、ウェハに向かう方向ではなく、軸４２から離れる方向にスパッタリングする。したがって、元のターゲット表面からウェハ中心区域に達するはずであった、矢印３４の第２のセットの方向に進行する原子は、ウェハ基板の側面に向かってスパッタリングされる。軌跡３２及び３４は、スパッタリングにおいて望ましくない。
【0046】
更に、ターゲット寿命の開始時におけるターゲット表面１６ａ及びターゲット寿命の終了時における表面１６ｂを示す図２を再び参照すると、ターゲット表面とコリメータとの間の局所的な幾何学的関係及び間隔は、浸食の局所的最大値及び最小値の間に最大の差を有するプロファイルの区域で最も変化する。この差は、中心バンプ付近で最も高く、より多くの原子の寿命の開始時と終了時との間でのスパッタリング方向の変化をもたらし、その結果、図２に示すように、より大きい割合の原子がコリメータ２４の中心部分２５に捕捉されることが観察される。したがって、コリメータによって捕捉され、かつコリメータ壁に付着する少なくともこれらの原子は、ウェハに到達せずにウェハの薄化に寄与する。
【0047】
ウェハの薄化の問題を解決するために、本開示の少なくともいくつかの実施形態は、ターゲットの中心領域のプロファイルを変更する。図４Ａ及び図４Ｂを参照すると、ターゲットは、ａ）寿命の終了時における比較浸食プロファイルの中心バンプは、高さがより小さく、かつｂ）寿命の終了時における中心バンプの両側の傾きは、基準ターゲットと比較して急でないような方法で中心領域において変更される。少なくともいくつかの実施形態では、これは、図４Ａのターゲットプロファイル１００の中心部分において、本明細書では「凹状湾曲部」又は「凹状特徴部」とも互換的に称される空洞１５０を作製することによって達成される。プロファイル６０は、同じターゲット材料で作成されたが、中心領域に平面プロファイルを有する基準プロファイルである。なお、変更されたターゲットプロファイル１００及び基準ターゲットプロファイル６０は、図示のように中心部分において異なるが、残りの部分において、すなわち、約±５８．４ｍｍ（約２．３インチ）を超える半径方向距離において重なり合い、又は一致することに留意されたい。厚さ２５．４ｍｍ（１インチ）のターゲットの場合、空洞の深さｄ１は、約１．３ｍｍ～約１２．７ｍｍ（約０．０５０インチ～約０．５インチ）で変化し得る。換言すれば、空洞深さは、全ターゲット厚さの約５％～約５０％、又は全ターゲット厚さの約１０％～約３０％、又は全ターゲット厚さの約１５％～約２０％であり得る。例えば、図４Ａでは、空洞１５０は、４．６ｍｍ（約０．１８インチ）の最大深さｄ１を有する。中心部分が変更される絶対値の半径は、特定の初期ターゲットプロファイル、ターゲット源材料、及び寸法によって異なる。通常、変更された中心領域は、２２１ｍｍ（８．７インチ）のターゲット半径全体を有するターゲットに対して、約１．２７ｍｍ～最大約８９ｍｍ（約０．０５０インチ～最大約３．５０インチ）の範囲の半径を含む。図４Ａでは、中心ターゲットプロファイルが変化する最大半径ｒｍａｘは、例えば、約５８．４ｍｍ（約２．３インチ）である。換言すれば、空洞半径は、全ターゲット半径に対して５％～約４０％、又は全ターゲット半径に対して２０％～約３０％、又は全ターゲット半径に対して約２３％～約２７％であり得る。空洞の特定のプロファイルは変化し得るが、図４Ｂに示すように、寿命の終了時における浸食プロファイルの中心形状によって大部分が決定される。
【0048】
図４Ｂは、本開示の実施形態による、約１，５００ｋＷｈｒｓスパッタリング使用後の図４Ａのプロファイル１００に対応する変更されたプロファイル１１０を示す。１，５００ｋＷｈｒｓ後のプロファイル１１０は、従来のターゲットの約２，０００ｋＷｈｒｓである、寿命の終了時付近に対応する。比較のために、基準ターゲット（最初に平面中心プロファイル６０を有する）のプロファイル７０を図４Ｂに示す。特に、プロファイル１１０の隆起部１２０が、幅と高さの両方で基準プロファイル７０の隆起部８０よりも顕著に高くなっていない中心領域を除いて、プロファイル１１０は、１，５００ｋＷｈｒｓ後の基準プロファイル７０に類似している。
【0049】
１，５００ｋＷｈｒｓ使用後のスパッタリングされた原子の軌跡上で図４Ａの変更されたプロファイル１００を使用する利点を、図６に概略的に示す。使用後の基準ターゲットプロファイルを、比較のために図５に示す。１，５００ｋＷｈｒｓ後の先行技術の基準ターゲットプロファイル７０について図５に示すように、原子は、図３に関して同様に記載したように、ウェハの中心区域から離れる方向に方向付けられた（ウェハの側面に丁重に向かっている）再蒸着された原子（複数可）を含む、矢印３２及び３４によって表されるような問題のある軌跡を含む。これは、ターゲットの中心領域からウェハの中心領域に原子を導くであろう望ましい軌跡を遮断する高くなった隆起部８０によるものである。対照的に、図６は、１，５００ｋＷｈｒｓ後の変更されたプロファイル１１０を示し、隆起部１２０は、高さ及び幅の両方がより小さく、矢印６２及び６４で表されるように、所望の軌跡を遮断せず、そのため、ターゲットの中心領域からのスパッタリングされた原子は、ウェハの中心領域に方向付けられる。換言すれば、（図４Ａに示すように）中心領域内に配置された空洞１５０を含む変更されたプロファイル１００は、ターゲットの寿命が進むにつれて、中心スパッタリング原子の軌跡に以下の２つの有益な効果を提供する：（ａ）バンプ１２０が基準隆起部８０（図４Ｂ及び図５）と比較して高及び幅が大きくないため、（図４Ｂ及び図６の）中心バンプ１２０によって、より少ない原子がそれらの軌跡で妨げられ、より多くの原子がウェハの中心に達する可能性が高くなり、並びに（ｂ）中心バンプ１２０の形状は、スパッタリングされた原子の全体的な分布及びそれらの軌跡の角度方向を変化させ、換言すれば、バンプ区域１２０を残してスパッタリングされた原子は、中心バンプの両側のより急でない傾きに起因して、ウェハの中心に向かって方向付けられ、中心原子のより垂直に配向された排出をもたらし、フラックスコリメータを通過する中心原子のより高い割合をもたらす。これらの効果の両方は、中心におけるウェハの薄化を減少し、かつウェハへのより均一な蒸着を促進し、寿命の終了時における向上したウェハの膜の均一性をもたらす。
【0050】
再び図４Ａ、図４Ｂ、及び図６を参照すると、本開示の実施形態によれば、スパッタリングターゲットは、スパッタリングシステムでの使用による浸食前の非平面スパッタリング表面を有するスパッタリング材料を含む。非平面スパッタリング表面は、円形形状を有し、中心軸４２を有する中心軸領域１５２を含む。中心軸領域１５２は、中心軸４２を中心として対称的に配置され、かつ中心軸と一致する第１の点、すなわち点１を有する、少なくとも１つの非突出凹状湾曲特徴部１５０を含む。少なくとも１つの非突出凹状湾曲特徴部１５０は、スパッタリングシステムでの使用による浸食の後の、かつ中心軸４２と一致する、基準スパッタリングターゲットの浸食プロファイル７０の基準突出凸状湾曲特徴部７２に対応し、基準スパッタリングターゲットは、スパッタリングターゲットのスパッタリング材料と同一の組成を有するスパッタリング材料を含み、基準スパッタリングターゲットは、スパッタリングシステムでの使用による浸食の前に平面スパッタリング表面６０を更に含む。線３５は、中心軸４２に直角であり、スパッタリングシステムでの使用による浸食の前に、基準スパッタリングターゲット平面スパッタリング表面６０と同一線上にある。点１は、線３５からの第１の軸方向距離４４にある。周囲領域１５５は、中心軸領域１５２を中心として配置され、換言すれば、周囲領域は、中心軸４２から遠く、かつ中心軸領域１５２と重なり合わない。周囲領域１５５は、線３５と一致する第２の点、すなわち点２と、中心軸４２からの第１の半径方向距離１５６と、を含む。中心軸領域１５２は、中心軸４２と一致し、かつ線３５からの第２の軸方向距離４６にある第３の点、すなわち点３と、中心軸４２からの第１の半径方向距離１５６にあり、かつ線３５からの第３の軸方向距離４８にある第４の点、すなわち点４と、を有する隆起部１１５を含むスパッタリングシステムでの使用による浸食の後の摩耗プロファイル１１０を有し、第３の軸方向距離４８は、第１の軸方向距離４４及び第２の軸方向距離４６よりも大きいか又はこれらに等しい。
【0051】
使用後の摩耗プロファイル７０を有する基準スパッタリングターゲットは、線３５からの第４の軸方向距離５０において中心軸４２と一致する、第５の点、すなわち点５を含み、第１の軸方向距離４４及び第２の軸方向距離４６は、第４の軸方向距離５０よりも大きい。隆起部１１５は、傾きｍ１を有する第１の外周摩耗表面１１８を含み、浸食後の基準突出凸状湾曲特徴部７２は、傾きｍ２を有する第２の外周摩耗表面７８を含み、ｍ１は、ｍ２よりも急でない。本開示の少なくともいくつかの実施形態では、非突出凹状湾曲特徴部１５０は、内周面１４５と、点１を含む底面１４８とを、含む。底面１４８は平坦であり得る。あるいは、底面１４８は、丸みを帯びた、凹状、又は凸状であり得る。他の実施例では、底面１４８は、尖っており、又は角度付けされ得る（図示せず）。
【0052】
スパッタリングターゲットの非突出凹状湾曲特徴部１５０は、全ターゲット半径及び全ターゲット厚さを有する。非突出凹状湾曲特徴部の形状及び寸法は、変化し得る。いくつかの実施形態では、第１の半径方向距離１５６は、全ターゲット半径に対して約５％～約４０％であり、第１の軸方向距離４４は、全ターゲット厚さの約５％～約５０％である。他の実施形態では、第１の半径方向距離１５６は、全ターゲット半径に対して約２０％～約３０％であり、第１の軸方向距離４４は、全ターゲット厚さの約１０％～約３０％である。更に他の実施形態では、第１の半径方向距離１５６は、全ターゲット半径に対して約２３％～約２７％であり、第１の軸方向距離４４は、全ターゲット厚さの約１５％～約２０％である。
【0053】
本開示の実施形態によるスパッタリングターゲットは、図４Ａに示すように、周囲領域に少なくとも１つの凹溝、例えば溝８２及び／又は８４を更に含んでもよい。周囲領域は、ターゲットの半径方向縁部８６に達する中心軸領域１５２間の領域を含むことができる。
【0054】
再び図４Ａ、図４Ｂ、及び図６を参照すると、本開示の実施形態によれば、スパッタリングターゲットは、スパッタリング材料を含み、かつスパッタリングシステムでの使用による浸食の前に非平面スパッタリング表面を有し、非平面スパッタリング表面は、円形形状を有し、中心軸４２を有する中心軸領域１５２を含む。中心軸領域１５２は、中心軸４２を中心として対称的に配置され、かつ中心軸４２と一致する第１の点、すなわち点１を有する、凹状湾曲特徴部１５０を含む。凹状湾曲特徴部１５０は、少なくとも１，０００ｋＷｈｒｓのスパッタリングシステムでの使用による浸食の後の、かつ中心軸４２と一致する、基準スパッタリングターゲットの浸食プロファイル７０の基準突出凸状湾曲特徴部７２に対応し、基準スパッタリングターゲットは、スパッタリングターゲットのスパッタリング材料と同一の組成を有するスパッタリング材料を含み、基準スパッタリングターゲットは、スパッタリングシステムでの使用による浸食の前に平面スパッタリング表面６０を更に含む。中心軸領域１５２は、隆起部１１５を含む少なくとも１，０００ｋＷｈｒｓのスパッタリングシステムでの使用による浸食の後の摩耗プロファイル１１０を有する。隆起部１１５は、距離４８が距離４６未満であるように、図４Ｂに示される第１の高さを含む。隆起部１１５は、第１の傾きｍ１を有する第１の外周摩耗表面１１８を更に含む。基準突出凸状湾曲特徴部７２は、距離４８が距離５０未満であるように、図４Ｂに示される第２の高さを含む。基準突出凸状湾曲特徴部７２は、第２の傾きｍ２を有する第２の外周摩耗表面７８を更に含む。隆起部１１５は、図５及び図６に示すように、基準突出凸状湾曲特徴部７２に対して減少された陰影を有するスパッタリングされたターゲットを提供する。第１の高さ（図４Ｂの距離４８から距離４６を引いた距離）は、第２の高さ（図４Ｂの距離４８から距離５０を引いた距離）よりも小さく、これは第２の高さを有する基準突出凸状湾曲特徴部７２が、中心軸４２に向かって半径方向内向きに方向付けられた軌跡を有し、かつターゲット上に再蒸着する、より多くのスパッタリングされた原子を遮断するためである。また、第１の傾きｍ１は、第２の傾きｍ２よりも急でなく、そのため第２の外周摩耗表面７８は、中心軸４２に対して半径方向外向きの軌跡を有するより多くのスパッタリングされた原子を、ウェハから離れる方向に方向付ける。スパッタリング材料は、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｗ、Ｃｒ、Ｔｉ合金、Ａｌ合金、Ｃｕ合金、Ｔａ合金、Ｎｉ合金、Ｃｏ合金、Ｍｏ合金、Ａｕ合金、Ａｇ合金、Ｐｔ合金、Ｗ合金、及びＣｒ合金から選択される少なくとも１つの材料を含む。いくつかの実施形態では、ターゲットは、当該技術分野において既知であるようにモノリシックである。他の実施形態では、ターゲットは、当該技術分野において既知であるように拡散接合されている。本開示の本発明のターゲットの外周摩耗表面の傾き（例えば、図４Ｂのような第１の傾きｍ１）と、本発明の実施形態のうちの少なくともいくつかの基準ターゲットの外周表面の傾き（例えば図４Ｂのような第２の傾きｍ２）との間の減少率は、少なくとも約４０％である。他の実施形態では、本開示の本発明のターゲットの外周摩耗表面の傾きと、基準ターゲットの外周面の傾きとの間の減少率は、少なくとも約４５％、又は少なくとも約５０％、又は少なくとも約５５％、又は少なくとも約６０％、又は少なくとも約６５％、又は少なくとも約７０％、又は少なくとも約７５％、又は少なくとも約８０％、又は少なくとも約８５％、又は少なくとも約９０％、又は少なくとも約９５％である。少なくともいくつかの実施形態では、第１の傾きと第２の傾きとの間の減少率は、約４０％～約１００％である。本開示のこれら及び他の実施形態では、中心軸領域１５２は、スパッタリング使用前のターゲットの中心軸領域１５０の中心軸４２における全ターゲット厚さを更に含み、中心軸領域に平面表面を有する基準ターゲットの全ターゲット厚さｔＴ未満である、距離４４未満の距離ｔＴとして図４Ａに示される。いくつかの実施形態では、本発明のターゲットの全ターゲット厚さは、浸食の前に平面スパッタリング表面を含む基準スパッタリングターゲットの中心軸における全ターゲット厚さよりも約１０％～約３０％小さい。他の実施形態では、全ターゲット厚さは、基準スパッタリングターゲットの中心軸における全ターゲット厚さよりも約１５％～約２５％小さい。更に他の実施形態では、全ターゲット厚さは、基準スパッタリングターゲットの中心軸における全ターゲット厚さよりも約１８％～約２２％小さい。いくつかの実施形態では、スパッタリングターゲットは、周囲領域１５５に少なくとも１つの凹溝を更に含む。
【0055】
本開示の少なくともいくつかの実施形態は、変更された中心軸領域を含むターゲットを形成するための図７の流れ図に示される方法を含む。方法は、所望に応じて、特定のターゲット構成及び供給源材料に合わせて調整することができる。スパッタリングシステムでの使用による浸食の前に、非平面スパッタリング表面を有するスパッタリング材料を含む、スパッタリングターゲットを製造する方法であって、非平面表面が、円形形状を有する方法は、図７に示すような工程を含む。工程１０００において、中心軸領域を有するターゲットが形成される。中心軸領域は、中心軸を中心として対称的に配置され、かつ中心軸と一致する第１の点（図４Ａの点１）を有する非突出凹状湾曲特徴部を含み、少なくとも１つの非突出凹状湾曲特徴部は、スパッタリングシステムでの使用による浸食の後の、かつ中心軸に一致する、基準スパッタリングターゲットの浸食プロファイルの基準突出凸状湾曲特徴部に対応する。基準スパッタリングターゲットは、スパッタリングターゲットのスパッタリング材料と同一の組成を有するスパッタリング材料を含み、基準スパッタリングターゲットは、スパッタリングシステムでの使用による浸食の前に平面スパッタリング表面を更に含む。第１の点は、中心軸に直角な線から第１の軸方向距離にあり、かつスパッタリングシステムでの使用による浸食の前に、基準スパッタリングターゲット平面スパッタリング表面と同一線上にある。工程１０１０は、中心軸領域を中心として配置された周囲領域を形成することを含み、周囲領域は、線と一致し、かつ中心軸から第１の半径方向距離にある、第２の点（図４Ａの点２）を含む。本方法は、第１の軸方向距離及び半径方向距離を最適化することを更に含む。工程１０２０において、基準スパッタリングターゲットの対応する中心軸領域及び対応する周囲領域の浸食率が測定される。換言すれば、プロファイルに沿った様々な半径における寿命にわたる浸食率は、ターゲットの寿命全体にわたって基準ターゲットをスパッタリングすることによって実験的に測定及び記録される。少なくともいくつかの実施形態では、測定値は、ターゲット表面の縁部から縁部まで、約２．５４ｍｍ（０．１００インチ）刻みで取られる。工程１０２０において、任意の潜在的な新しい候補プロファイルの寿命にわたる浸食率は、先行技術のターゲットと同様であると想定される。この仮定は、ほとんどのターゲット設計についてスパッタリングが低いターゲットの中心区域では特に、第１の程度に許容可能である。潜在的な新しい候補及び基準ターゲットは、同じ材料又は合金で作製される。工程１０３０は、工程１０２０で決定された浸食率に基づいて、非突出凹状湾曲特徴部の寿命の終了時の浸食プロファイルを計算することを含む。工程１０３０と同様に計算する工程は、複数の非突出凹状特徴部候補の寿命の終了時に複数の浸食プロファイルを計算して、工程１０４０のようにプロファイルデータセットを生成することを更に含んでもよい。工程１０５０のように、プロファイルデータセットに基づいて複数の非突出凹状特徴部候補から選択される最良の候補を使用して、工程１０６０のように中心軸と一致する点を含む凹状特徴部を有する最適化されたターゲット中心軸領域を形成する。本方法の実施形態によれば、スパッタリングターゲットは、全ターゲット半径及び全ターゲット厚さを有することができ、第１の半径方向距離は、全ターゲット半径に対して約５％～約４０％であり、第１の軸方向距離は、全ターゲット厚さの約５％～約５０％である。他の実施形態では、第１の半径方向距離は、全ターゲット半径に対して約２０％～約３０％であり、第１の軸方向距離は、全ターゲット厚さの約１０％～約３０％である。更に他の実施形態では、第１の半径方向距離は、全ターゲット半径に対して約２３％～約２７％であり、第１の軸方向距離は、全ターゲット厚さの約１５％～約２０％である。
【0056】
本開示の実施形態によるスパッタリングターゲットに好適な材料としては、純粋な元素及び合金が挙げられる。例えば、スパッタリングターゲットに好適なスパッタリング材料としては、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｗ、Ｃｒ、Ｔｉ合金、Ａｌ合金、Ｃｕ合金、Ｔａ合金、Ｎｉ合金、Ｃｏ合金、Ｍｏ合金、Ａｕ合金、Ａｇ合金、Ｐｔ合金、Ｗ合金、及びＣｒ合金から選択される少なくとも１つの材料が挙げられる。いくつかの実施形態では、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｗ、及びＣｒから選択される材料などの単一元素から作製されるターゲットの場合、スパッタリングターゲットは実質的に純粋であり、又は純粋である。実質的に純粋とは、元素含有量がほぼ純粋であり、又は少なくとも９９．９％であることを意味する。例えば、スパッタリングターゲットの好適なスパッタリング材料は、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｗ、及びＣｒから選択される少なくとも１つの実質的に純粋な材料を含むことができる。他の実施形態では、スパッタリングターゲットのスパッタリング材料は合金である。合金は、周期表から少なくとも１つの他の元素と混合された主元素を含み、スパッタリング材料は、混合される１つ以上の元素よりも多量の主元素を含有する。標準の命名規則に従って、合金は主要元素の合金として参照されることがある。例えば、主元素がＡｌである合金は、Ａｌ合金と称される。スパッタリングターゲットの好適なスパッタリング材料は、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｗ、及びＣｒから選択される少なくとも１つの主元素を含むことができる。このような材料は、それぞれ、Ｔｉ合金、Ａｌ合金、Ｃｕ合金、Ｔａ合金、Ｎｉ合金、Ｃｏ合金、Ｍｏ合金、Ａｕ合金、Ａｇ合金、Ｐｔ合金、Ｗ合金、及びＣｒ合金と称されることがある。
【0057】
工程１０２０において、中心領域における複数の変化するプロファイルが、候補設計を表すように設計される。工程１０２０は、ステップ１０００で決定された使用時間の関数としての浸食率の実験的測定値によって決定されるような基準ターゲットの対応する複数のライフステージの基準計算を使用して、複数の変化するプロファイルの複数のライフステージ（ｋＷｈｒｓでの使用時間に漸進的に関連する）において、候補設計の中心領域におけるプロファイルを予測することを更に含む。工程１０３０において、候補設計の寿命にわたる予測プロファイルが評価され、最良の候補設計は、寿命の終了時に向かうプロファイルの中心部分の寸法及び形状に基づいて選択される。加えて、工程１０４０は任意に、ターゲット中心におけるスパッタリングされた原子の角度分布を確認するための、局所電磁場とターゲット表面との間の相互作用のモデリングを含む。
【0058】
有利には、本開示の少なくともいくつかの実施形態によれば、中心領域空洞を有する変更されたプロファイルは、モノリシックなターゲット設計又は拡散接合ターゲット設計のいずれかで有用である。
【0059】
いくつかの実施形態では、本開示による非突出凹状湾曲特徴部を含むスパッタリングターゲットは、モノリシックである。換言すれば、中心領域空洞を有するスパッタリングターゲットは、１つの単一部品から形成されてもよい。これらのターゲットは、本明細書では、モノリシック及び／又はモノロックアセンブリと互換的に称される。単一材料から構成されるモノリシック設計は、スパッタリングターゲット内の電圧変動を含む電磁特性のより良好な制御を提供することができる。
【0060】
本開示による他の実施形態では、スパッタリングターゲットは、例えば、拡散接合によって、バッキングプレートに結合され、又は取り付けられる。本開示の少なくともいくつかの実施形態は、ターゲットが拡散接合されることを含む。スパッタリングターゲットは、バッキングプレートを更に含んでもよい。拡散接合ターゲットと同様のバッキングプレートの使用は、スパッタリングプロセス中のスパッタリングターゲットに支持を提供して、例えば、ターゲットの寿命にわたるスパッタリングターゲットの反りを有利に減少させることができる。スパッタリングターゲットをバッキングプレートに付着する１つの方法の非限定的な一例は、熱間等方加圧（「ヒッピング（ＨＩＰｉｎｇ）」又は「ヒッピング（ｈｉｐｐｉｎｇ）」）である。ヒッピングを使用して、スパッタリングターゲットとバッキングプレートとをヒッピング温度に加熱した後に互いに押し付けることによって、スパッタリングターゲットをバッキングプレートに拡散接合することができる。Ｔｉで作製されたターゲットは、中心領域空洞を有する拡散接合ターゲットの例である。拡散接合設計の場合、バッキングプレート材料は、コアターゲット材料とは異なり、したがって、ＣＴＥ、電気抵抗率、及び熱伝導率などの異なる電気磁気特性及び他の物理的特性を有し得る。コア材料とバッキングプレート材料との間のこれらの差は、局所的な電圧差を悪化させる可能性がある。したがって、バッキングプレートの選択は、ターゲットコア材料のものを補完するために、電気磁気特性及び物理的特性を慎重に考慮する必要がある。通常、拡散接合設計における浸食中の局所的変動を制御及び予測することは、モノリシック設計と比較してより困難である。スパッタリングターゲットは、溝付きフランジを含むバッキングプレートを更に含んでもよく、溝付きフランジは、例えば冷却を提供するために更に凹んでいてもよい。
【0061】
モノリシック設計及びバッキングプレート設計の両方に関して、ターゲット材料は、例えば、熱機械（ｔｈｅｒｍｏ－ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ、ＴＭＰ）プロセスで処理されて、ターゲットの強度を向上させ得る。例えば、粒径が大きい（通常、３０～１００ミクロン）ときに低い強度を有するＡｌ、Ａｌ合金、Ｃｕ、及びＣｕ合金は、材料の強度を高めるためにＴＭＰプロセスで処理されてもよい。
【0062】
１つの特に有効なＴＭＰプロセスは、等チャネル角押し出し（Ｅｑｕａｌ Ｃｈａｎｎｅｌ Ａｎｇｕｌａｒ Ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ、ＥＣＡＥ）であり、この技術は、米国特許第５，８５０，７５５号、同第７，１９１，６３０号、及び同第７，７６７，０４３号に開示され、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。本開示の少なくともいくつかの実施形態によれば、ＥＣＡＥを有利に使用して、金属及び合金のバルク片に激しい塑性変形を与え、かつこれらの材料に更なる強度を与えることができる。ＥＣＡＥは、特定の角度で接触するほぼ等しい断面の２つのチャネルで構成される押出技術であり、角度は約９０°～約１４０°の範囲である。一実施形態では、角度は９０°である。ビレット及び壁の良好な潤滑を提供する条件下では、２つのチャネル間の交差平面で層ごとに均一な単純せん断変形が生じる。ＥＣＡＥの主なプロセス特性は、（ｉ）パスごとの高い変形（９０°で、真歪が１．１７である）、（ｉｉ）複数パスのＥＣＡＥは、各パス後のビレットの形状及び容積を変化させることなく、極端な変形のレベルに達することができ、（ｉｉ）各パス間のビレットの回転又は反転は、粒形状及び結晶学的テクスチャを制御するための様々なひずみ経路を達成することができること、である。ＥＣＡＥ中に強化するための２つの主要なメカニズムをここに記載する。第１に、構造単位、例えば、細胞、サブグレイン及びグレインのサブミクロンレベルへの精密化。これは、ホールペッチ強化とも呼ばれる。
【0063】
【数1】
【0064】
式中、σｙが降伏応力であり、σｏが転位移動の開始応力（又は格子の転位運動に対する抵抗）の材料的な定数であり、ｋｙが強化係数（各材料に特有の定数）であり、ｄが平均粒径である。この式に基づいて、粒径ｄが１マイクロメートル未満であるとき、強化は特に効果的となる。ＥＣＡＥ中に強化するための第２の主要なメカニズムは、細胞、サブグレイン、及び高歪みに起因するグレイン内の複数の転位の存在である。
【0065】
材料に強度を与えるための他の効果的なＴＭＰプロセスとしては、再結晶熱処理工程後に材料で実施される圧延、延伸、押出、又は鍛造などの従来の方法による硬化工程が挙げられる。本開示のいくつかの実施形態では、硬化は、約３０マイクロメートル～約１００マイクロメートルの範囲の平均粒径を有する中心領域空洞を有するターゲットをもたらし、このようなターゲットとしては、Ａｌ合金及びＣｕ合金が挙げられ、実用的に達成可能な強度は、低強度の完全に再結晶した材料と高強度のサブミクロンＥＣＡＥ材料との間の中間範囲にある。いくつかのＡｌ合金、及び特にＣｕ合金、並びにＴｉ、Ｔａ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｗなどのより硬い材料の場合、溶液などのＮｉは、モノリシック設計に十分な強度を提供できる。
【0066】
一般に、例えば、ＥＣＡＥを介して得られるような高強度材料は、より強い材料がより深くスパッタリングされ、したがってより長くスパッタリングされ得るため、モノリシック設計において特に有利である。例えば、設計に応じて、２００ｍｍ／３００ｍｍのモノリシックターゲットの寿命は、ＥＣＡＥ材料を使用するとき、標準的な拡散接合ターゲットと比較して、通常は２０％～１００％だけ延長できる。
【0067】
サブミクロン粒子構造を有する高強度のＥＣＡＥ材料、及びより低い程度の従来の硬化材料は、電圧変動の低減を提供できる。電圧変動のこれらの減少は、わずかに高い電気抵抗率に起因するＥｄｄｙ電流の減少を含み得る。これは、電圧変動、プラズマ不安定性、及びＤＣ電力異常の減少に積極的に寄与する。更には、電圧変動の減少は、寿命にわたるターゲットの反りに対するより良好な抵抗を含むことができ、これは寿命と共に増加する現象である。反りが少ないと、磁石と寿命全体の浸食プロファイルとの間の距離の良好な一貫性が可能になり、これは今度は、局所的な電圧に直接関連する。したがって、より良好な電圧変動制御を得ることができる。更に、本開示の実施形態のうちの少なくともいくつかによる、ターゲットプロファイルにおける中心領域空洞の使用は、ターゲットアセンブリの全体的な機械的強度を弱めることにも留意されたい。ターゲット材料のより高い強度を促進することは、ターゲット偏向を制限するために、より重要かつ有益となる。
【0068】
本開示の実施形態の少なくともいくつかにおいて、ターゲットアセンブリの裏側の様々な幾何学的形状が好適である。例えば、ターゲットアセンブリの裏側は、冷却効率を向上させ、かつターゲット偏向の減少に寄与するチャネルを含んでもよい。ターゲットの裏側のチャネルなどの特徴部の別の利点は、Ｅｄｄｙ電流の減少であり、これもまた、プラズマの不安定性を減少させるのに役立つ。
【0069】
本開示の少なくともいくつかの実施形態は、以下の非限定的な実施例によって示される。
【0070】
実施例１：図８は、基準ターゲット（プロファイル９０）、及び本開示の少なくともいくつかの実施形態による中心空洞領域を含む、変更されたプロファイル（プロファイル１３０）を有するターゲットの、寿命の開始時の表面プロファイルである。基準ターゲット、及び変更されたプロファイルを有するターゲットは両方とも、同じ組成を有する３００ｍｍのＣｕ合金モノリシックターゲットであり、かつ同じＥＣＡＥ処理条件に供された。ターゲットは、表面プロファイルが異なっていた。プロファイル１３０の中心部分は、半径＋／－５８．４ｍｍ（２．３インチ）以内に深さ４．５７ｍｍ（０．１８インチ）の空洞を有する。プロファイル１３０を有するターゲットの全ターゲット厚さは、１７．８ｍｍ（０．７インチ）であり、これは、基準プロファイル９０を有するターゲットと比較して、厚さが１８．９％減少している。プロファイル１３０を有するターゲットは、機械的安定性を提供することを可能にするために、高強度サブミクロンＥＣＡＥ Ｃｕ合金を有するモノリシック設計構成を使用した。中心領域に変更を加えていない標準の基準プロファイル９０もまた、比較のために示される。
【0071】
プロファイル１３０のターゲットは、３，９５０ｋＷｈｒｓに達し、これは通常、最大３，３００～３，５００ｋＷｈｒｓで動作するプロファイル９０を有するＥＣＡＥ Ｃｕ合金モノリシックターゲットと比較して、寿命が更に４５０～６５０ｋＷｈｒｓ長いことを表している。この実質的な寿命延長の理由の１つは、向上された膜の均一性である。理論に束縛されるものではないが、中心領域で変更されたプロファイル１３０は、より多くの原子がウェハの中心部分に達することが可能となり、スパッタリングされた原子の軌跡は、標準的なターゲットの過剰な隆起部によって妨げられなかったと考えられる。
【0072】
同じチャンバ構成の標準拡散接合ターゲットの寿命と比較して、プロファイル１３０を有するターゲットの寿命の向上は、約２，２００～２，４００ｋＷｈｒｓであり、それによって約６５％～約８０％だけ延長されたターゲット寿命を示す。
【0073】
スパッタリング前後の浸食プロファイルを、それぞれプロファイル１３０及びプロファイル１４０として図９に示す。３，９５０ｋＷｈｒｓスパッタリング使用後にプロファイル１４０を記録した。最も深い浸食区域は、ターゲット厚さの８９％をスパッタリングし、すなわち、約２．７９～３．０５ｍｍ（０．１１～０．１２インチ）のみが最も深い溝に残された。これは、この設計のターゲット寿命の達成可能な最大限界に近いことを表している。延長された寿命を有するこのほぼ最適な場合であっても、ターゲット全体の反りは低く、磁石に対して最大０．６９ｍｍ（０．０２７インチ）であり、ターゲットと磁石との間の接触の根拠は見られなかった。
【0074】
図１０Ａ～図１０Ｃは、寿命の開始時（ＢＯＬ）における基準プロファイル９０及び変更されたプロファイル１３０を有する図８に示されるような、ターゲットの寿命の様々な時点での基準及び変更されたターゲットのプロファイルの進展を示す。図１０Ａは、ＢＯＬ（０ｋＷｈｒｓ）における基準プロファイル９０ターゲット、及び３，０００ｋＷｈｒｓ後の対応するプロファイル９０Ａ、並びにＢＯＬ（０ｋＷｈｒｓ）における変更されたプロファイル１３０ターゲット、及び３，０００ｋＷｈｒｓのスパッタリング後の対応するプロファイル１３０Ａを示す。図１０Ｂは、ＢＯＬ（０ｋＷｈｒｓ）における基準プロファイル９０ターゲット、及び３，５００ｋＷｈｒｓ後の対応するプロファイル９０Ｂ、並びにＢＯＬ（０ｋＷｈｒｓ）における変更されたプロファイル１３０ターゲット、及び３５００ｋＷｈｒｓのスパッタリング後の対応するプロファイル１３０Ｂを示す。図１０Ｃは、ＢＯＬ（０ｋＷｈｒｓ）における基準プロファイル９０ターゲット、及び３，９５０ｋＷｈｒｓ後の対応するプロファイル９０Ｃ、並びにＢＯＬ（０ｋＷｈｒｓ）における変更されたプロファイル１３０ターゲット、及び３，９５０ｋＷｈｒｓのスパッタリング後の対応するプロファイル１４０を示す。ＢＯＬプロファイル９０（基準）と、プロファイル１３０（実施例１に従って変更された）と、を有するターゲットが浸食されるときに、中心空洞領域の高さ及び傾きに差がある。図１０Ｃに示すように、プロファイル９０Ｃの傾きＭ２は、プロファイル１４０の傾きＭ１よりも急であり、各々の傾きは、３，９５０ｋＷｈｒｓのスパッタリング後に取られる。表１は、２，５００、３，０００、３，５００、及び３，９５０ｋＷｈｒｓを含む様々な寿命時間で計算された傾きＭ１及びＭ２のデータを含む。プロファイル１３０のターゲットの傾きは、２，５００～３，９５０ｋＷｈｒｓの範囲のスパッタリング時間におけるプロファイル９０の基準ターゲットの傾きと比較して、約－４３％～約－５０％まで著しく減少した。
【0075】
【表1】
【0076】
実施例２：本開示の少なくともいくつかの実施形態による中心空洞領域を含む変更されたプロファイルを有する３００ｍｍのＣｕ合金ターゲットは、スパッタリング前の図１１Ａに示されるようなプロファイル１６０として、及び図１１Ｂの３，９５０ｋＷｈｒｓ後のプロファイル１７０として提供される。実施例１に記載したプロファイル１３０と比較して、プロファイル１６０は、プロファイル１６０が約７．６ｍｍ（約０．３インチ）のより深い中心空洞を含むという点で、中心領域に少なくとも１つの変更を含む。プロファイル１６０はまた、半径８８．９～１３９．７ｍｍ（３．５～５．５インチ）のプロファイルの変化、及び－８８．９～１３９．７ｍｍ（－３．５～５．５インチ）の対称性によるプロファイルの変化も含む。
【0077】
図１２Ａ～１２Ｃは、寿命の開始時（ＢＯＬ）における基準プロファイル９０及び変更されたプロファイル１６０を有するターゲットのスパッタリング寿命の様々な時間におけるプロファイルの進展を示す。図１２Ａは、ＢＯＬ（０ｋＷｈｒｓ）における基準プロファイル９０ターゲット、及び３，０００ｋＷｈｒｓ後の対応するプロファイル９０Ａ、並びにＢＯＬ（０ｋＷｈｒｓ）における変更されたプロファイル１６０ターゲット、及び３，０００ｋＷｈｒｓのスパッタリング後の対応するプロファイル１６０Ａを示す。図１２Ｂは、ＢＯＬ（０ｋＷｈｒｓ）における基準プロファイル９０ターゲット、及び３，５００ｋＷｈｒｓ後の対応するプロファイル９０Ｂ、並びにＢＯＬ（０ｋＷｈｒｓ）における変更されたプロファイル１６０ターゲット、及び３，５００ｋＷｈｒｓのスパッタリング後の対応するプロファイル１６０Ｂを示す。図１２Ｃは、ＢＯＬ（０ｋＷｈｒｓ）における基準プロファイル９０ターゲット、及び３，９５０ｋＷｈｒｓ後の対応するプロファイル９０Ｃ、並びにＢＯＬ（０ｋＷｈｒｓ）における変更されたプロファイル１６０ターゲット、及び３，９５０ｋＷｈｒｓのスパッタリング後の対応するプロファイル１７０を示す。ＢＯＬプロファイル９０（基準）と、プロファイル１６０（実施例２に従って変更された）と、を有するターゲットが浸食されるときに、中心空洞領域の高さ及び傾きに差がある。表２は、３，０００、３，５００、及び３，９５０ｋＷｈｒｓを含む様々な寿命時間で計算された傾きＭ２及びＭ３のデータを含む。プロファイル１６０のターゲットの傾きは、３，０００～３，９５０ｋＷｈｒｓの範囲のスパッタリング時間におけるプロファイル９０の基準ターゲットの傾きと比較して、約－７７％～約－９６％まで劇的に減少した。
【0078】
【表2】
【0079】
プロファイル１６０は、寿命の終了時におけるターゲット中心の更により厚い膜を提供し、これは、寿命の終了時におけるプロファイル１３０よりも良好なウェハ膜均一性をもたらすと考えられる。これは、中心バンプの高さの減少、及びプロファイル１４０と比較して、プロファイル１７０の中心バンプの両側に急な傾きがないことに起因するものである。
【0080】
また、新しいプロファイル１６０は、電圧変動及び最終的にはＤＣ電力異常に対するより良好な抵抗を提供する。図１０Ｂに示すように、新しいプロファイルは、寿命の終了時の絶対値において、８８．９～１３９．７ｍｍ（３．５インチ～５．５インチ）の半径における局所的に浸食されない区域の高さを減少させる。これにより、実際には、その位置とより多い浸食を有する隣接区域との間の高さの差が減少し、より低い電圧変動をもたらす。
【0081】
実施例３：図１３は、基準ターゲット（プロファイル１９０）、及び本開示の少なくともいくつかの実施形態による中心空洞領域を含む変更されたプロファイル（プロファイル２３０）を有するターゲットの、寿命の開始時の表面プロファイルである。図１３に示すように、プロファイル２３０の中心部分は、半径＋／－４０．６ｍｍ（１．６インチ）以内に深さ３．３０ｍｍ（０．１３インチ）の空洞を有する。プロファイル２３０はまた、周囲領域において最大厚さ２６．７ｍｍ（１．０５インチ）を含み、これは、２５．４ｍｍ（１．０インチ）のプロファイル１９０の最大厚さよりも大きい。プロファイル２３０は、ターゲットの周辺外縁部において、減少した厚さを更に含む。
【0082】
図１４は、ターゲットのスパッタリング寿命の様々な時点におけるプロファイルの伸展を示している。寿命の終了時である１，３５０ｋＷｈｒｓ後のプロファイル１９５は、寿命の開始時（ＢＯＬ）に基準プロファイル１９０を有するターゲットに対応する。プロファイル２４０及び２５０は、ＢＯＬ（０ｋＷｈｒｓ）におけるプロファイル２３０ターゲットを有する変更されたターゲットについて、それぞれ、１，６５０ｋＷｈｒｓ及び１，８５０ｋＷｈｒｓ後のプロファイルを示す。１，３５０ｋＷｈｒｓにおけるプロファイル１９５と１，８５０ｋＷｈｒｓにおけるプロファイル２５０は、それぞれ初期プロファイル１９０及び２３０を有する参照及び変更されたターゲットの寿命の終了時を示している。プロファイル１９０と比較して、初期プロファイル２３０を有する変更されたターゲットの寿命の向上は、より良好なウェハの均一性に起因するものである。
【0083】
本開示の少なくともいくつかの実施形態は、変更された中心軸領域を含むターゲットを設計するための図１５の流れ図に示される方法を含む。方法は、所望に応じて、特定のターゲット構成及び供給源材料に合わせて調整することができる。スパッタリングシステムでの使用による浸食の前に、非平面スパッタリング表面を有するスパッタリング材料を含む、スパッタリングターゲットを設計する方法であって、非平面表面が円形形状を有する、方法は、図１５に示すような工程を含む。工程２０００は、スパッタリングターゲットの中心軸を中心として対称的に凹状湾曲特徴部を有するプロファイルされた表面を有するスパッタリングターゲットを形成することを含む。工程２０１０は、スパッタリングチャンバにおけるスパッタリング後のスパッタリングターゲットのスパッタリングされたプロファイルを測定することを含む。工程２０２０は、スパッタリングターゲットの中心軸領域における陰影を減少させるために、スパッタリングされたプロファイルの測定値に基づいて、修正された表面プロファイルを設計することを含む。工程２０３０は、修正された表面プロファイルを有する、修正されたスパッタリングターゲットを形成することを含む。必要に応じて、工程２０１０～２０３０を繰り返して、表面プロファイルを最適化してもよい。
【0084】
上記では、全ての温度は摂氏度で修正されずに記載され、全ての部及び百分率は、別途記載のない限り、重量基準である。
【0085】
前述の説明から、当業者は、本発明の本質的な特徴を容易に確認することができ、その
趣旨及び範囲から逸脱することなく、本発明の様々な変更及び修正を行って、本発明を様
々な用途及び条件に適合させることができる。
本明細書は以下の発明の態様を包含する。
［１］
スパッタリング材料を含み、かつスパッタリングシステムでの使用による浸食の前に非平面スパッタリング表面を有するスパッタリングターゲットであって、前記非平面スパッタリング表面が、円形形状を有し、
中心軸を有する中心軸領域と、
前記中心軸領域における凹状湾曲特徴部であって、前記凹状湾曲特徴部が、前記中心軸を中心として対称的に配置され、かつ前記中心軸と一致する第１の点を有し、前記凹状湾曲特徴部が、少なくとも１，０００ｋＷｈｒｓのスパッタリングシステムでの使用による浸食の後の、かつ前記中心軸と一致する、基準スパッタリングターゲットの浸食プロファイルの基準突出凸状湾曲特徴部に対応し、前記基準スパッタリングターゲットが、前記スパッタリングターゲットの前記スパッタリング材料と同一の組成を有するスパッタリング材料を含み、前記基準スパッタリングターゲットが、スパッタリングシステムでの使用による浸食の前に平面スパッタリング表面を更に含む、凹状湾曲特徴部と、を含み、
前記中心軸領域が、第１の高さと、第１の傾きを有する第１の外周摩耗表面とを含む隆起部を含む、少なくとも１，０００ｋＷｈｒｓのスパッタリングシステムでの使用による浸食の後の摩耗プロファイルを有し、前記基準突出凸状湾曲特徴部が、第２の高さと、第２の傾きを有する第２の外周摩耗表面とを含み、前記隆起部が、前記基準突出凸状湾曲特徴部と比較して減少した陰影を有するスパッタリングされたターゲットを提供し、
前記第１の高さが、前記第２の高さよりも小さく、前記第２の高さを有する前記基準突出凸状湾曲特徴部が、前記中心軸に向かって半径方向内向きに方向付けられた軌跡を有し、かつ前記ターゲット上に再蒸着する、より多くのスパッタリングされた原子を遮断し、
前記第１の傾きが、前記第２の傾きよりも急でなく、前記第２の傾きを有する前記第２の外周摩耗表面が、前記中心軸に対して半径方向外向きの軌跡を有する、より多くのスパッタリングされた原子をウェハから離れる方向に方向付ける、スパッタリングターゲット。
［２］
スパッタリングチャンバでの使用のためのスパッタリングターゲットを設計する方法であって、
前記スパッタリングターゲットの中心軸を中心として対称的に凹状湾曲特徴部を有する表面プロファイルを有するスパッタリングターゲットを形成することと、
スパッタリングチャンバ内での少なくとも１，０００ｋＷｈｒｓのスパッタリング後の前記スパッタリングターゲットのスパッタリングされたプロファイルを測定することと、
前記スパッタリングターゲットの中心軸領域における陰影を減少させるために、前記スパッタリングされたプロファイルの前記測定値に基づいて、修正された表面プロファイルを設計することと、
前記修正された表面プロファイルを有する、修正されたスパッタリングターゲットを形成することと、を含む、方法。
［３］
少なくとも１，０００ｋＷｈｒｓの使用後の基準スパッタリングターゲットのスパッタリングされたプロファイルを測定することを更に含み、前記基準スパッタリングターゲットが、前記スパッタリングターゲットの前記スパッタリング材料と同一の組成を有するスパッタリング材料を含み、前記基準スパッタリングターゲットが、スパッタリングシステムでの使用による浸食の前に平面スパッタリング表面を更に含み、
前記スパッタリングターゲットの前記測定されたスパッタリングされたプロファイルが、第１の傾きを有する第１の外周摩耗表面を含み、
前記測定された基準スパッタリングターゲットが、第２の傾きを有する第２の外周摩耗表面を含み、前記第１の傾きが、前記第２の傾きよりも急でない、［２］に記載の方法。
［４］
前記第１の傾きと前記第２の傾きとの間の減少率が、少なくとも約４０％である、請求項１に記載のスパッタリングターゲット又は［３］に記載の方法。
［５］
前記中心軸領域が、前記中心軸における全ターゲット厚さを更に含み、前記全ターゲット厚さが、浸食の前に前記平面スパッタリング表面を含む、前記基準スパッタリングターゲットの前記中心軸における全ターゲット厚さよりも約１０％～約３０％小さい、請求項１に記載のスパッタリングターゲット。
［６］
前記スパッタリングターゲットが、周囲領域における少なくとも１つの凹溝を更に含む、［１］に記載のスパッタリングターゲット又は［２］に記載の方法。
［７］
前記スパッタリング材料が、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｗ、Ｃｒ、Ｔｉ合金、Ａｌ合金、Ｃｕ合金、Ｔａ合金、Ｎｉ合金、Ｃｏ合金、Ｍｏ合金、Ａｕ合金、Ａｇ合金、Ｐｔ合金、Ｗ合金、及びＣｒ合金から選択される少なくとも１つの材料を含む、［１］に記載のスパッタリングターゲット又は［２］に記載の方法。
［８］
前記ターゲットがモノリシックである、［１］に記載のスパッタリングターゲット又は［２］に記載の方法。
［９］
前記ターゲットが拡散接合されている、［１］に記載のスパッタリングターゲット又は［２］に記載の方法。
［１０］
前記修正された表面プロファイルを最適化するために、修正されたスパッタリングターゲットを測定、設計、及び形成する工程が繰り返される、［２］に記載の方法。
趣旨及び範囲から逸脱することなく、本発明の様々な変更及び修正を行って、本発明を様
々な用途及び条件に適合させることができる。
本明細書は以下の発明の態様を包含する。
［１］
スパッタリング材料を含み、かつスパッタリングシステムでの使用による浸食の前に非平面スパッタリング表面を有するスパッタリングターゲットであって、前記非平面スパッタリング表面が、円形形状を有し、
中心軸を有する中心軸領域と、
前記中心軸領域における凹状湾曲特徴部であって、前記凹状湾曲特徴部が、前記中心軸を中心として対称的に配置され、かつ前記中心軸と一致する第１の点を有し、前記凹状湾曲特徴部が、少なくとも１，０００ｋＷｈｒｓのスパッタリングシステムでの使用による浸食の後の、かつ前記中心軸と一致する、基準スパッタリングターゲットの浸食プロファイルの基準突出凸状湾曲特徴部に対応し、前記基準スパッタリングターゲットが、前記スパッタリングターゲットの前記スパッタリング材料と同一の組成を有するスパッタリング材料を含み、前記基準スパッタリングターゲットが、スパッタリングシステムでの使用による浸食の前に平面スパッタリング表面を更に含む、凹状湾曲特徴部と、を含み、
前記中心軸領域が、第１の高さと、第１の傾きを有する第１の外周摩耗表面とを含む隆起部を含む、少なくとも１，０００ｋＷｈｒｓのスパッタリングシステムでの使用による浸食の後の摩耗プロファイルを有し、前記基準突出凸状湾曲特徴部が、第２の高さと、第２の傾きを有する第２の外周摩耗表面とを含み、前記隆起部が、前記基準突出凸状湾曲特徴部と比較して減少した陰影を有するスパッタリングされたターゲットを提供し、
前記第１の高さが、前記第２の高さよりも小さく、前記第２の高さを有する前記基準突出凸状湾曲特徴部が、前記中心軸に向かって半径方向内向きに方向付けられた軌跡を有し、かつ前記ターゲット上に再蒸着する、より多くのスパッタリングされた原子を遮断し、
前記第１の傾きが、前記第２の傾きよりも急でなく、前記第２の傾きを有する前記第２の外周摩耗表面が、前記中心軸に対して半径方向外向きの軌跡を有する、より多くのスパッタリングされた原子をウェハから離れる方向に方向付ける、スパッタリングターゲット。
［２］
スパッタリングチャンバでの使用のためのスパッタリングターゲットを設計する方法であって、
前記スパッタリングターゲットの中心軸を中心として対称的に凹状湾曲特徴部を有する表面プロファイルを有するスパッタリングターゲットを形成することと、
スパッタリングチャンバ内での少なくとも１，０００ｋＷｈｒｓのスパッタリング後の前記スパッタリングターゲットのスパッタリングされたプロファイルを測定することと、
前記スパッタリングターゲットの中心軸領域における陰影を減少させるために、前記スパッタリングされたプロファイルの前記測定値に基づいて、修正された表面プロファイルを設計することと、
前記修正された表面プロファイルを有する、修正されたスパッタリングターゲットを形成することと、を含む、方法。
［３］
少なくとも１，０００ｋＷｈｒｓの使用後の基準スパッタリングターゲットのスパッタリングされたプロファイルを測定することを更に含み、前記基準スパッタリングターゲットが、前記スパッタリングターゲットの前記スパッタリング材料と同一の組成を有するスパッタリング材料を含み、前記基準スパッタリングターゲットが、スパッタリングシステムでの使用による浸食の前に平面スパッタリング表面を更に含み、
前記スパッタリングターゲットの前記測定されたスパッタリングされたプロファイルが、第１の傾きを有する第１の外周摩耗表面を含み、
前記測定された基準スパッタリングターゲットが、第２の傾きを有する第２の外周摩耗表面を含み、前記第１の傾きが、前記第２の傾きよりも急でない、［２］に記載の方法。
［４］
前記第１の傾きと前記第２の傾きとの間の減少率が、少なくとも約４０％である、請求項１に記載のスパッタリングターゲット又は［３］に記載の方法。
［５］
前記中心軸領域が、前記中心軸における全ターゲット厚さを更に含み、前記全ターゲット厚さが、浸食の前に前記平面スパッタリング表面を含む、前記基準スパッタリングターゲットの前記中心軸における全ターゲット厚さよりも約１０％～約３０％小さい、請求項１に記載のスパッタリングターゲット。
［６］
前記スパッタリングターゲットが、周囲領域における少なくとも１つの凹溝を更に含む、［１］に記載のスパッタリングターゲット又は［２］に記載の方法。
［７］
前記スパッタリング材料が、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｗ、Ｃｒ、Ｔｉ合金、Ａｌ合金、Ｃｕ合金、Ｔａ合金、Ｎｉ合金、Ｃｏ合金、Ｍｏ合金、Ａｕ合金、Ａｇ合金、Ｐｔ合金、Ｗ合金、及びＣｒ合金から選択される少なくとも１つの材料を含む、［１］に記載のスパッタリングターゲット又は［２］に記載の方法。
［８］
前記ターゲットがモノリシックである、［１］に記載のスパッタリングターゲット又は［２］に記載の方法。
［９］
前記ターゲットが拡散接合されている、［１］に記載のスパッタリングターゲット又は［２］に記載の方法。
［１０］
前記修正された表面プロファイルを最適化するために、修正されたスパッタリングターゲットを測定、設計、及び形成する工程が繰り返される、［２］に記載の方法。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10A】
【図10B】
【図10C】
【図11A】
【図11B】
【図12A】
【図12B】
【図12C】
【図13】
【図14】
【図15】