JP4709358B2 - スパッタリングターゲットとそれを用いたスパッタリング装置、薄膜、および電子部品 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種電子部品の配線膜、電極、素子構成膜などを形成する際に用いられるスパッタリングターゲットとそれを用いたスパッタリング装置、薄膜、および電子部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体部品や液晶部品などを作製するにあたっては、配線や電極などとして使用される各種薄膜の形成にスパッタリング法が適用されている。具体的には、半導体基板やガラス基板などの被成膜基板上に、スパッタリング法を適用してＡｌ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｏ−Ｗ合金などの導電性金属の薄膜、ＭｏＳｉ2、ＷＳｉ2、ＴｉＳｉ2などの導電性金属化合物の薄膜、あるいはＴｉＮ、ＴａＮなどの金属化合物の薄膜を形成し、これら薄膜を配線、電極、バリア層などとして利用している。
【０００３】
スパッタリング法は、荷電粒子によりスパッタリングターゲット表面を衝撃して、ターゲットからスパッタ粒子を叩き出し、ターゲットと対向させて配置した基板上にスパッタ粒子を堆積させて薄膜を形成する成膜法である。このような成膜方法を適用する際に用いられるスパッタリングターゲットには、成膜材料からなるターゲット本体を、バッキングプレートと呼ばれる基板で保持した構造が一般的に適用されている。
【０００４】
ところで、上述したような従来のスパッタリングターゲットを用いた成膜工程においては、半導体素子や液晶表示素子などの高機能化、高集積化、高精細化などが進むにつれて、ターゲットに起因するダストの発生が重大な問題として認識されている。ここで言うダストとは、例えば直径が0.2μm以上の微細な粒子（パーティクル）であり、このような微細粒子が成膜した薄膜中に混入すると、配線間のショートや配線のオープン不良などの原因となるため、半導体素子や液晶表示素子などの電子部品の製造歩留りを低下させることになる。
【０００５】
例えば、工業的には効率のよいマグネトロンスパッタ法が主として適用されており、その原理からターゲット本体にはエロージョン部と非エロージョン部が存在する。スパッタされた粒子は基板に到達するものと、周辺に飛ぶもの、さらには再びターゲット本体側に戻ってくるものとがある。ターゲット側に戻ってくる粒子のうち、非エロージョン部に付着した粒子は基本的には再びスパッタされることがないため、スパッタの進行が進むにつれて再付着物として堆積していく。この再付着物が何等かの要因で剥離すると、ダストとして成膜した薄膜中に混入することになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、再付着物の剥離はダストの発生原因の一つとなっている。このようなダストの防止策としては、非エロージョン部の表面粗さをエロージョン部より粗くして、再付着物の剥離、脱落を防止する（例えば特開平6-306597号公報参照）、また非エロージョン部にブラスト粒子を打ち込み、アンカー効果で再付着物の剥離、脱落を防止する（例えば特開平9-176843号公報参照）、スパッタリング装置の構成部品表面に溶射膜を形成する（特開平9-272965号公報参照）など、種々の対策が採られている。
【０００７】
しかしながら、上述したような従来のダスト低減策は、ある一定の効果は認められているものの、ターゲットライフ近くまでスパッタリングが進行するにつれて、ダストが増加する傾向にあった。このようなことから、スパッタリングターゲットの非エロージョン部などに堆積した再付着物の剥離、脱落をより効果的に抑制し、ダストの発生をより一層低減することが求められている。
【０００８】
また、ターゲット中にガス成分などの不純物が存在すると、電界集中による異常放電が発生し、これによりいわゆるスプラッシュ現象が生じてしまうという問題がある。さらに、スパッタ面にスクラッチなどの加工傷による凹凸が存在していても、スパッタ時にスプラッシュ現象が生じやすい。スプラッシュ現象は、例えば塊状の異物がスパッタ膜中に混入する原因となっており、これにより半導体素子や液晶表示素子などの電子部品の製造歩留りを低下させている。
【０００９】
スプラッシュ現象は塊状の異物に限らず、通常サイズのダストの発生要因にもなっている。従って、半導体素子や液晶表示素子などに代表される電子部品の製造歩留りを向上させる上で、スプラッシュ現象などに基づく塊状の異物を含めて、ダストの発生を抑制することが急務とされている。
【００１０】
特に、最近の半導体素子においては、256M、1Gというような集積度を達成するために、0.2μm以下さらには0.13μmや0.1μmというような配線幅が求められており、また一部実用化が進められている。このように狭小化された高密度配線においては、極微小粒子が混入しても配線不良などを引起こすことから、高集積化された半導体素子などの製造歩留りを高める上で、ダストの発生量を大幅に低減する必要がある。そこで、ダスト発生の一因となっている再付着物の剥離、脱落やスプラッシュ現象を抑制することが強く求められている。
【００１１】
本発明はこのような課題に対処するためになされたもので、ターゲット本体の非エロージョン部などからの再付着物の剥離、脱落やスプラッシュ現象を有効に抑制することによって、ダストの発生を大幅に低減することを可能にしたスパッタリングターゲット、およびそれを用いたスパッタリング装置を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、ターゲット本体の非エロージョン部やバッキングプレートの露出表面に付着、堆積した再付着物の形態について、詳細に観察ならびに検討したところ、再付着物の堆積の仕方は下地の影響を大きく受け、下地表面に予めエッチング処理やポリッシング処理による表面処理を施しておくことによって、再付着物の緻密化や平坦化、さらには下地との密着強度の向上などを図ることができ、これらによってスパッタ後期でも再付着物の剥離、脱落によるダスト発生を有効に抑えることが可能であることを見出した。
【００１３】
さらに、ターゲット本体のスパッタ面を含む露出表面全面に予めエッチング処理やポリッシング処理による表面処理を施しておくことによって、スパッタ面の凹凸などに起因する異常放電の発生を抑制することができるため、異常放電に伴うスプラッシュ現象、ひいてはスプラッシュ現象に起因するダストの発生を有効に抑えることが可能であることを見出した。
【００１４】
本発明のスパッタリングターゲットはこのような知見に基づいて成されたものであり、本発明の第１のスパッタリングターゲットは請求項１に記載したように、成膜材料からなるターゲット本体を具備し、０．２μｍ以上のダストの発生を低減することが可能なスパッタリングターゲットにおいて、前記ターゲット本体の少なくとも非エロージョン部の一部に、エッチング処理が施された表面処理領域を有し、前記表面処理領域はＲａで０．４７μｍ〜１．５μｍでかつＲｙで３．６５μｍ〜１０μｍの表面粗さを有し、前記ターゲット本体は、Ｔｉ，Ｔａ，Ｍｏ及びＷから選ばれる金属元素の単体、又は前記金属元素を含む合金からなることを特徴としている。表面処理領域は請求項２に記載したように、ターゲット本体のスパッタ面を含む露出表面全面に設けられていることが好ましい。
【００１５】
本発明の第２のスパッタリングターゲットは、請求項３に記載したように、成膜材料からなるターゲット本体と、前記ターゲット本体を支持するバッキングプレートとを具備するスパッタリングターゲットにおいて、前記バッキングプレートの露出表面の少なくとも一部に、エッチング処理またはポリッシング処理が施された表面処理領域を有することを特徴としている。
【００１６】
本発明のスパッタリングターゲットにおいて、請求項４に記載したように、表面処理領域の表面粗さのバラツキＲａを15％以内とすることが好ましい。
【００１７】
本発明のスパッタリングターゲットは、請求項５に記載したように、例えばＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｃｕ、ＳｉおよびＧｅから選ばれる金属元素の単体、もしくは前記金属元素を含む合金または化合物からなるターゲット本体を使用する場合に適用される。
【００１８】
また、本発明のスパッタリング装置は、請求項６に記載したように、真空容器と、前記真空容器内に配置される被成膜試料保持部と、前記真空容器内に前記被成膜試料保持部と対向して配置されるターゲット部とを具備するスパッタリング装置において、前記ターゲット部は上記した本発明のスパッタリングターゲットを有することを特徴としている。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施するための形態について説明する。
【００２０】
図１は本発明の第１の実施形態によるスパッタリングターゲットの概略構造を示す断面図である。同図において、１は各種の金属材料や化合物材料などの成膜材料からなる、例えば円板状のターゲット本体である。このターゲット本体１は、バッキングプレート２により支持されており、これらによりスパッタリングターゲット３が構成されている。なお、バッキングプレート２は必要に応じて使用されるものである。
【００２１】
バッキングプレート２は、ターゲット本体１の支持部材であると共に、イオン衝撃（スパッタ熱）によるターゲット本体１の温度上昇を抑制する冷却部材としての機能を有するものである。このため、バッキングプレート２の構成材料には、例えば熱伝導率が高い無酸素銅やＡｌ合金が用いられ、さらにバッキングプレート２には図示を省略した冷却管が内蔵されている。
【００２２】
ターゲット本体１の構成材料は特に限定されるものではなく、スパッタリングターゲットの使用目的に応じて種々の単体金属材料、合金材料、金属化合物材料などが使用される。ターゲット本体１の構成材料の具体例としては、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｃｕ、ＳｉおよびＧｅから選ばれる金属元素の単体、もしくは上記した金属元素を含む合金や化合物が挙げられる。
【００２３】
ここで、図２に一般的なマグネトロンスパッタリング装置の構成を模式的に示す。一般的なマグネトロンスパッタリング装置においては、スパッタリングターゲット３と基板４とを対向配置し、これらの間に電界Ｅをかけると共に、これと直交する形でスパッタリングターゲット３の裏面側に配置したマグネット５によりターゲット表面に磁界Ｍを生じさせる。
【００２４】
これら磁界Ｍと電界Ｅとの作用によって、電子がサイクロン運動を起こし、ターゲット面内と上部磁界内に高密度のプラズマを生じさせ、磁界Ｈに囲まれた領域のターゲット面のエロージョンが進展していく。一方、磁界Ｈから外れたターゲット領域、すなわちターゲット本体１の表面（スパッタ面）の中央部Ａや外周部Ｂ、側面部Ｃはスパッタされないため、非エロージョン部として再付着物が堆積する。この非エロージョン部に堆積した再付着物の剥離、脱落がダスト発生の一因となっている。
【００２５】
そこで、図１に示したスパッタリングターゲット３においては、ターゲット本体１の非エロージョン部、すなわちターゲット本体１の表面中央部、表面外周部および側面部にエッチング処理を施して表面処理領域６を設けている。なお、表面処理領域６は必ずしもターゲット本体１の非エロージョン部全体に形成しなければならないものではなく、その一部に形成した場合においても有効である。例えば、特に再付着粒子の剥離、脱落が問題となるターゲット本体１の表面外周部や側面部のみに表面処理領域６を形成することによっても、ダストの抑制に対して効果を示すものである。
【００２６】
表面処理領域６は、酸液やアルカリ溶液などの腐食液（薬液）を用いたウェットエッチング処理、あるいはプラズマエッチングや反応性イオンエッチングのようなドライエッチング処理などのエッチング処理を、ターゲット本体１の非エロージョン部に施すことにより形成したものである。エッチング処理を施した表面処理領域６は、一般的な機械研削などにより表面仕上げした状態に比べて、滑らかでかつ局所的な凹凸が低減されていることから、再付着粒子（スパッタ粒子）を高密度にかつ比較的平滑に堆積させることができる。
【００２７】
例えば、図３（ｂ）に示すように、ターゲット本体１の非エロージョン部に比較的大きな凹凸（局所的な凹凸）が存在していると、再付着粒子の付着が局所的になり、凹凸を有しながら再付着物Ｘが堆積していくと共に、堆積密度が低くなる。これらによって、再付着物Ｘの剥離、脱落が生じやすくなってダストの発生量が増加する。一方、図３（ａ）に示すように、ターゲット本体１の非エロージョン部に予めエッチング処理を施し、表面の局所的な凹凸を低減して滑らかにしておくことによって、再付着物Ｘを高密度にかつ比較的平滑に堆積させることができる。
【００２８】
このように、ターゲット本体１の非エロージョン部に予め表面処理領域６を形成しておくことによって、その上に付着、堆積する再付着物自体の密着強度や再付着物と下地（ターゲット本体１）との固着強度を高めることができる。これらによって、再付着物の剥離、脱落を有効に抑制することが可能となる。すなわち、再付着物の剥離、脱落によるダストの発生を大幅に低減することができる。
【００２９】
表面処理領域６の形成方法としては、上記したウェットエッチング処理およびドライエッチング処理のいずれであってもよいが、特に滑らかな表面を低コストで得られやすいことから、ウェットエッチング処理を適用することが好ましい。ウェットエッチング処理に使用する薬液（腐食液）は、ターゲット本体１の構成材料に応じて適宜選択するものとする。
【００３０】
ここで、表面処理領域６はエッチング処理に限らず、ポリッシング処理によって形成してもよい。ここで適用可能なポリッシング処理としては、ラップ装置を用いたケミカルポリッシングなどが挙げられる。このようなポリッシング処理をターゲット本体１の非エロージョン部に施すことによっても、再付着物Ｘの剥離、脱落を抑制することができる。ただし、表面の滑らかさなどの点からエッチング処理により表面処理領域６を形成することが好ましい。
【００３１】
また、上記したエッチング処理やポリッシング処理による表面処理領域６は、ターゲット本体１の非エロージョン部のみに限らず、図４に示すように、ターゲット本体１のスパッタ面（主表面）を含む露出面全面に設けてもよい。このような場合、エロージョン部に形成された表面処理領域６は異常放電の原因となる凹凸の除去に対して効果を発揮する。
【００３２】
すなわち、従来のスパッタリングターゲットにおける異物の発生、特に塊状の異物の発生は、スパッタ面の比較的大きな凹凸（例えばスクラッチと呼ばれる加工傷）の存在に基づいて異常放電が生じ、この異常放電によりスプラッシュ現象が発生することに主として起因している。また、スパッタ面の凹凸により選択的にスパッタが進む領域とそうでない領域が生じると、一般にノジュールと呼ばれる突起が発生しやすくなり、これもスプラッシュの原因となる。
【００３３】
従って、ターゲット本体１のスパッタ面に表面処理領域６を形成し、スパッタ面の比較的大きな凹凸（局所的な凹凸）を除去することによって、異常放電やノジュール、さらにはこれらに起因するスプラッシュ現象の発生を大幅に抑制することが可能となる。すなわち、スプラッシュ現象などに基づくダストの発生を大幅に低減することができる。
【００３４】
上述したエッチング処理やポリッシング処理による表面処理領域６の具体的な形態としては、ターゲット本体１の構成材料によっても異なるが、おおよそＲａで1.5μm以下でかつＲｙで10μm以下の表面粗さとすることが好ましい。このような表面粗さを有する表面処理領域６によれば、上記した再付着物の脱落防止効果、さらにはスプラッシュ現象などの抑制効果を再現性よく得ることが可能となる。
【００３５】
表面処理領域６のより具体的な表面粗さとしては、例えばターゲット本体１がＴｉ、Ｈｆ、Ｎｂなどの単体金属からなる場合にはＲａで0.7μm以下でかつＲｙで5μm以下とすることが好ましい。また、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗなどの比較的高硬度の単体金属からなるターゲット本体１においては、Ｒａで0.8μm以下でかつＲｙで7μm以下の表面粗さとすることが好ましい。Ｍｏ−Ｗ合金などにおいては、Ｒａで1.5μm以下でかつＲｙで10μm以下の表面粗さとすることが好ましい。
【００３６】
また、上記した表面粗さは表面処理領域６全体としてのバラツキを15％以内とすることがさらに好ましい。ここで、表面粗さのバラツキとは、表面処理領域６の表面粗さを複数（例えば5箇所以上）測定し、得られた表面粗さ（ＲａまたはＲｙ）の最大値および最小値から、｛（最大値−最小値）／（最大値＋最小値）｝×100の式に基づいて求めた値を示すものとする。このように、表面処理領域６の表面粗さのバラツキを小さくすることによって、再付着物の脱落防止効果やスプラッシュ現象の抑制効果などをより安定して得ることが可能となる。
【００３７】
上述したように、第１の実施形態のスパッタリングターゲット３においては、ターゲット本体１の非エロージョン部に予めエッチング処理やポリッシング処理を施して表面処理領域６を形成しているため、その上に再付着物粒子を高固着強度の下で高密度にかつ平滑に堆積させることができ、再付着物自体の密着強度や下地（ターゲット本体１）との固着強度を高めることが可能となる。これらによって、再付着物の剥離、脱落に起因するダスト、具体的には直径0.2μm以上の微細なダストの発生を有効に防止することができる。特に、スパッタ後期（ターゲットライフ近く）においても、再付着物の剥離、脱落によるダストの発生を有効に防止することが可能となる。
【００３８】
さらに、表面処理領域６を非エロージョン部に限らず、ターゲット本体１のスパッタ面を含む露出面全面に設けることによって、スパッタ面での異常放電やノジュールなどに起因するスプラッシュ現象の発生を大幅に抑制することができる。これによって、スプラッシュ現象などに基づくダストの発生を大幅に低減することが可能となる。
【００３９】
このようなスパッタリングターゲット３を使用することによって、それ自体に起因するダストの発生を有効にかつ大幅に抑制することができるため、高品質のスパッタ膜を再現性よく得ることが可能となる。すなわち、スパッタリングターゲット３を用いて成膜したスパッタ膜、すなわち金属薄膜や金属化合物薄膜などを、半導体素子や液晶表示素子などの電子部品の配線膜、電極、素子構成膜などに使用することによって、それらの製造歩留りの向上を図ることが可能となる。
【００４０】
次に、本発明の第２の実施形態によるスパッタリングターゲットについて説明する。図５は第２の実施形態によるスパッタリングターゲットの概略構造を示す断面図である。図５に示すスパッタリングターゲット７は、円板状のターゲット本体１をバッキングプレート２により支持した構造を有しており、これらの構成については前述した第１の実施形態と同様とされている。
【００４１】
ここで、図２に示したマグネトロンスパッタリング装置からも明らかなように、再付着粒子はターゲット本体１の非エロージョン領域に限らず、バッキングプレート２の露出表面Ｄにも付着、堆積する。そこで、図５に示したスパッタリングターゲット７においては、バッキングプレート２の露出表面にエッチング処理やポリッシング処理を施して表面処理領域６を形成している。なお、表面処理領域６の構成や条件などについては前述した第１の実施形態と同様である。
【００４２】
このように、バッキングプレート２の露出表面に表面処理領域６を形成することによっても、その上に付着した再付着物粒子を高固着強度の下で高密度にかつ平滑に堆積させることができるため、再付着物の剥離、脱落を抑制することができる。従って、再付着物の剥離、脱落に起因するダスト発生を防止することが可能となる。
【００４３】
表面処理領域６は、図６に示すように、ターゲット本体１の非エロージョン部、すなわちターゲット本体１の表面中央部、表面外周部および側面部と、バッキングプレート２の露出表面にそれぞれ形成したり、あるいは図７に示すように、ターゲット本体１のスパッタ面を含む露出表面全面と、バッキングプレート２の露出表面にそれぞれ形成することがさらに好ましい。これらによって、再付着物の剥離、脱落やスプラッシュ現象などに起因するダストの発生をより一層有効に抑制することが可能となる。
【００４４】
本発明のスパッタリング装置は、図２に示したような従来から一般的に用いられてきたスパッタリング装置のターゲット部に、本発明のスパッタリングターゲット（３，７）を適用したものである。なお、図２では図示を省略したが、被成膜試料である基板４はホルダなどに保持されており、また基板４とスパッタリングターゲット３は真空容器内に配置されている。
【００４５】
上述した本発明のスパッタリングターゲット３、７によれば、それ自体に起因するダストの発生を有効に防止することができる。従って、そのようなスパッタリングターゲットを用いたスパッタリング装置によれば、スパッタ膜の品質を大幅に高めることが可能となる。そして、本発明のスパッタリングターゲットを用いて成膜したスパッタ膜、すなわち金属薄膜や金属化合物薄膜などを、半導体素子や液晶表示素子などの電子部品の配線膜、電極、素子構成膜などに使用することによって、電子部品の製造歩留りの向上を図ることが可能となる。
【００４６】
【実施例】
次に、本発明の具体的な実施例について説明する。
【００４７】
実施例１
Ｔｉターゲット（ターゲット本体）として、直径250mm、厚さ15mm、純度5NのＴｉ円板を機械加工（旋盤加工）により作製した。このＴｉターゲット表面の内径240mmの部分を被覆するようにマスキングした。すなわち、Ｔｉターゲット表面の外周5mm幅の部分と側面部を露出させるように、マスキング処理を施した。これをフッ酸と硝酸を含む混酸溶液に浸漬し、露出表面を約5μm除去するようにエッチングした。このようにして、ターゲット表面の外周部と側面部に表面処理領域を形成したＴｉスパッタリングターゲットを、後述する成膜試験に供した。
【００４８】
実施例２
実施例１と同様なＴｉターゲットの表面に、内径125mmの部分を被覆するようにマスキング処理を施した。これをフッ酸と硝酸を含む混酸溶液に浸漬し、露出表面を約5μm除去するようにエッチングした。このようにして、ターゲット表面の外周部と側面部に表面処理領域を形成したＴｉスパッタリングターゲットを、後述する成膜試験に供した。
【００４９】
実施例３
実施例１と同様なＴｉターゲットの底面を除く全面を、フッ酸と硝酸を含む混酸溶液に浸漬して、表面を約5μm除去するようにエッチングした。このようにして、ターゲット表面と側面部に表面処理領域を形成したＴｉスパッタリングターゲットを、後述する成膜試験に供した。
【００５０】
比較例１
Ｔｉターゲットの表面に何等処理を施すことなく、実施例１と同様にしてＴｉスパッタリングターゲットを作製した。このＴｉスパッタリングターゲットについても、下記の成膜試験に供した。
【００５１】
上述した実施例１〜３および比較例１による各Ｔｉスパッタリングターゲットを用いて、スパッタ圧4×10-1Pa、スパッタ電流5A、Ａｒ流量15sccm、Ｎ2流量30sccmの条件でマグネトロンスパッタリングを行って、6インチＳｉウェハー上にＴｉ薄膜を形成した。そして、100ロット後、150ロット後、200ロット後の各Ｔｉ薄膜上の0.2μm以上のダスト（パーティクル）数をパーティクルカウンタでそれぞれ測定した。それらの測定結果を表１に示す。表１には表面処理領域の表面粗さを併せて示す。また、図８に実施例１によるＴｉターゲットの表面処理領域の微細構造を拡大した電子顕微鏡写真（850倍）を、図９に比較例１によるＴｉターゲットの機械加工表面の微細構造を拡大した電子顕微鏡写真（850倍）を示す。
【００５２】
【表１】
表１から明らかなように、実施例１〜３による各Ｔｉスパッタリングターゲットによれば、比較例１のＴｉスパッタリングターゲットに比べてダスト発生量が低減している。特に、ターゲットライフ近くのダスト発生量が大幅に低減していることが分かる。
【００５３】
実施例４
まず、Ｔｉターゲット（ターゲット本体）となる純度5NのＴｉ円板とバッキングプレートとなるＡｌ合金(6061)板とをホットプレスにより拡散接合した。これらを所望のターゲット形状およびバッキングプレート形状に機械加工した。具体的には、Ｔｉターゲットは外径312mm、厚さ10mmとした。バッキングプレートは外径400mmとした。
【００５４】
次に、Ｔｉターゲット表面の内径300mmの部分を被覆するようにマスキングした。すなわち、Ｔｉターゲット表面の外周6mm幅の部分と側面部を露出させるように、マスキング処理を施した。これをフッ酸と硝酸を含む混酸溶液に浸漬し、露出表面を約5μm除去するようにエッチングした。
【００５５】
このようにして、ターゲット表面の外周部と側面部に表面処理領域を形成したＴｉスパッタリングターゲットを、後述する成膜試験に供した。
【００５６】
実施例５
実施例４と同様にして、Ｔｉターゲットをフッ酸と硝酸を含む混酸溶液でエッチング処理した後、Ａｌ合金からなるバッキングプレートの露出表面を除いてマスキングした。これを水酸化ナトリウム溶液に浸漬し、Ａｌ合金の露出表面を約5μm除去するようにエッチングした。
【００５７】
このようにして、ターゲット本体の表面外周部と側面部およびバッキングプレートの露出表面に表面処理領域を形成したＴｉスパッタリングターゲットを、後述する成膜試験に供した。
【００５８】
比較例２
Ｔｉターゲット本体およびＡｌ合金バッキングプレートに何等処理を施すことなく、実施例４と同様にしてＴｉスパッタリングターゲットを作製した。このＴｉスパッタリングターゲットについても、下記の成膜試験に供した。
【００５９】
上述した実施例４〜５および比較例２による各Ｔｉスパッタリングターゲットを用いて、スパッタ圧4×10-1Pa、スパッタ電流5A、Ａｒ流量15sccm、Ｎ2流量30sccmの条件でマグネトロンスパッタリングを行って、6インチＳｉウェハー上にＴｉ薄膜を形成した。そして、100ロット後、150ロット後、200ロット後の各Ｔｉ薄膜上の0.2μm以上のダスト（パーティクル）数をパーティクルカウンタでそれぞれ測定した。それらの測定結果を表２に示す。表２には表面処理領域の表面粗さを併せて示す。
【００６０】
【表２】
表２から明らかなように、実施例４〜５による各Ｔｉスパッタリングターゲットによれば、比較例２のＴｉスパッタリングターゲットに比べてダスト発生量が低減している。特に、ターゲットライフ近くのダスト発生量が大幅に低減していることが分かる。
【００６１】
実施例６
Ｔａターゲット（ターゲット本体）として、直径312mm、厚さ10mm、純度5NのＴａ円板を機械加工（旋盤加工）により作製した。このＴａターゲット表面の内径300mmの部分を被覆するようにマスキングした。すなわち、Ｔａターゲット表面の外周6mm幅の部分と側面部を露出させるように、マスキング処理を施した。これをフッ酸と硝酸を含む混酸溶液に浸漬し、露出表面を約5μm除去するようにエッチングした。このようにして、ターゲット表面の外周部と側面部に表面処理領域を形成したＴａスパッタリングターゲットを、後述する成膜試験に供した。
【００６２】
実施例７
実施例６と同様なＴａターゲットの底面を除く全面を、フッ酸と硝酸を含む混酸溶液に浸漬して、表面を約5μm除去するようにエッチングした。このようにして、ターゲット表面と側面部に表面処理領域を形成したＴａスパッタリングターゲットを、後述する成膜試験に供した。
【００６３】
比較例３
Ｔａターゲットの表面に何等処理を施すことなく、実施例６と同様にしてＴａスパッタリングターゲットを作製した。このＴａスパッタリングターゲットについても、後述する成膜試験に供した。
【００６４】
実施例８
まず、Ｔａターゲット（ターゲット本体）となる純度5NのＴａ円板とバッキングプレートとなるＡｌ合金(6061)板とをホットプレスにより拡散接合した。これらを所望のターゲット形状およびバッキングプレート形状に機械加工した。具体的には、Ｔａターゲットは外径312mm、厚さ10mmとした。バッキングプレートは外径400mmとした。
【００６５】
上述したＴａターゲットに対して、その表面の内径300mmの部分を被覆するようにマスキング処理を施した。すなわち、Ｔａターゲット表面の外周6mm幅の部分と側面部を露出させるようにマスキングした。これをフッ酸と硝酸を含む混酸溶液に浸漬し、露出表面を約5μm除去するようにエッチングした。
【００６６】
次に、Ａｌ合金からなるバッキングプレートの露出表面を除いてマスキングし、これを水酸化ナトリウム溶液に浸漬して、Ａｌ合金の露出表面を約5μm除去するようにエッチングした。
【００６７】
このようにして、ターゲット本体の表面外周部と側面部およびバッキングプレートの露出表面に表面処理領域を形成したＴａスパッタリングターゲットを、下記の成膜試験に供した。
【００６８】
上述した実施例６〜８および比較例３による各Ｔａスパッタリングターゲットを用いて、スパッタ圧4×10-1Pa、スパッタ電流5A、Ａｒ流量15sccm、Ｎ2流量30sccmの条件でマグネトロンスパッタリングを行って、6インチＳｉウェハー上にＴａ薄膜を形成した。そして、100ロット後、150ロット後、200ロット後の各Ｔａ薄膜上の0.2μm以上のダスト（パーティクル）数をパーティクルカウンタでそれぞれ測定した。それらの測定結果を表３に示す。表３には表面処理領域の表面粗さを併せて示す。
【００６９】
【表３】
表３から明らかなように、実施例６〜８による各Ｔａスパッタリングターゲットによれば、比較例３のＴａスパッタリングターゲットに比べてダスト発生量が低減している。特に、ターゲットライフ近くのダスト発生量が大幅に低減していることが分かる。
【００７０】
実施例９
幅約600mm、長さ約650mmのＭｏ−Ｗ合金材の表面を平面研削盤で表面仕上げした後、このＭｏ−Ｗ合金材をフッ酸：硝酸：酢酸：リン酸＝1：2：2：5の割合で混合した混酸に浸漬し、その表面をエッチング処理した。この際、混酸への浸漬時間を1分、2分、2.5分、8分と変えて処理した。これら各Ｍｏ−Ｗ合金材をスパッタリングターゲットとして用いて、後述する特性評価に供した。
【００７１】
比較例４
幅約600mm、長さ約650mmのＭｏ−Ｗ合金材の表面をロータリー研磨にて表面仕上げした。このＭｏ−Ｗ合金材をスパッタリングターゲットとして用いて、後述する特性評価に供した。
【００７２】
上述した実施例９および比較例４による各Ｍｏ−Ｗ合金ターゲットの表面粗さ（ＲａおよびＲｙ）を接触式表面粗さ計により測定した。さらに、表面粗さＲａについてはそのバラツキ（Ｒａ）を求めた。次いで、各Ｍｏ−Ｗ合金ターゲットを用いて、スパッタ圧0.5Pa、スパッタ電流15A、Ｋｒ流量15sccmの条件でマグネトロンスパッタリングを行って、ガラス基板上に連続してＭｏ−Ｗ合金薄膜を形成した。そして、1枚目、5枚目、10枚目、15枚目、20枚目、25枚目の各Ｍｏ−Ｗ合金薄膜上のダスト数を、欠陥検査装置（ＫＬＡ）を用いてスプラッシュの個数のみとして測定した。それらの測定結果を表４に示す。
【００７３】
【表４】
実施例１０
幅約600mm、長さ約650mmのＭｏ−Ｗ合金材の表面を平面研削盤で加工した後、このＭｏ−Ｗ合金材の表面をポリッシング処理により表面仕上げした。ポリッシング処理は、ラップ装置を用いたケミカルポリッシングにより実施し、その際の条件を研磨時間5分、15分、30分、60分と変化させた。これら各Ｍｏ−Ｗ合金材をスパッタリングターゲットとして用いて、その特性を実施例９と同様にして評価した。その結果を表５に示す。
【００７４】
【表５】
【００７５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のスパッタリングターゲットによれば、それ自体からの再付着物の剥離、脱落やスプラッシュなどに起因するダストの発生を大幅に低減することができる。従って、高品質のスパッタ膜を再現性よく提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施形態によるスパッタリングターゲットの概略構成を示す断面図である。
【図２】 一般的なマグネトロンスパッタリング装置の構成を模式的に示す図である。
【図３】 表面処理領域による再付着物の脱落抑制作用を説明するための図である。
【図４】 本発明の第１の実施形態によるスパッタリングターゲットの変形例を示す断面図である。
【図５】 本発明の第２の実施形態によるスパッタリングターゲットの概略構成を示す断面図である。
【図６】 本発明の第２の実施形態によるスパッタリングターゲットの変形例を示す断面図である。
【図７】 本発明の第２の実施形態によるスパッタリングターゲットの他の変形例を示す断面図である。
【図８】 本発明の実施例１によるＴｉターゲットの表面処理領域の微細構造を拡大して示す電子顕微鏡写真である。
【図９】 比較例１によるＴｉターゲットの機械加工表面の微細構造を拡大して示す電子顕微鏡写真である。
【符号の説明】
１……ターゲット本体
２……バッキングプレート
３、７……スパッタリングターゲット
６……表面処理領域
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種電子部品の配線膜、電極、素子構成膜などを形成する際に用いられるスパッタリングターゲットとそれを用いたスパッタリング装置、薄膜、および電子部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体部品や液晶部品などを作製するにあたっては、配線や電極などとして使用される各種薄膜の形成にスパッタリング法が適用されている。具体的には、半導体基板やガラス基板などの被成膜基板上に、スパッタリング法を適用してＡｌ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｏ−Ｗ合金などの導電性金属の薄膜、ＭｏＳｉ2、ＷＳｉ2、ＴｉＳｉ2などの導電性金属化合物の薄膜、あるいはＴｉＮ、ＴａＮなどの金属化合物の薄膜を形成し、これら薄膜を配線、電極、バリア層などとして利用している。
【０００３】
スパッタリング法は、荷電粒子によりスパッタリングターゲット表面を衝撃して、ターゲットからスパッタ粒子を叩き出し、ターゲットと対向させて配置した基板上にスパッタ粒子を堆積させて薄膜を形成する成膜法である。このような成膜方法を適用する際に用いられるスパッタリングターゲットには、成膜材料からなるターゲット本体を、バッキングプレートと呼ばれる基板で保持した構造が一般的に適用されている。
【０００４】
ところで、上述したような従来のスパッタリングターゲットを用いた成膜工程においては、半導体素子や液晶表示素子などの高機能化、高集積化、高精細化などが進むにつれて、ターゲットに起因するダストの発生が重大な問題として認識されている。ここで言うダストとは、例えば直径が0.2μm以上の微細な粒子（パーティクル）であり、このような微細粒子が成膜した薄膜中に混入すると、配線間のショートや配線のオープン不良などの原因となるため、半導体素子や液晶表示素子などの電子部品の製造歩留りを低下させることになる。
【０００５】
例えば、工業的には効率のよいマグネトロンスパッタ法が主として適用されており、その原理からターゲット本体にはエロージョン部と非エロージョン部が存在する。スパッタされた粒子は基板に到達するものと、周辺に飛ぶもの、さらには再びターゲット本体側に戻ってくるものとがある。ターゲット側に戻ってくる粒子のうち、非エロージョン部に付着した粒子は基本的には再びスパッタされることがないため、スパッタの進行が進むにつれて再付着物として堆積していく。この再付着物が何等かの要因で剥離すると、ダストとして成膜した薄膜中に混入することになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、再付着物の剥離はダストの発生原因の一つとなっている。このようなダストの防止策としては、非エロージョン部の表面粗さをエロージョン部より粗くして、再付着物の剥離、脱落を防止する（例えば特開平6-306597号公報参照）、また非エロージョン部にブラスト粒子を打ち込み、アンカー効果で再付着物の剥離、脱落を防止する（例えば特開平9-176843号公報参照）、スパッタリング装置の構成部品表面に溶射膜を形成する（特開平9-272965号公報参照）など、種々の対策が採られている。
【０００７】
しかしながら、上述したような従来のダスト低減策は、ある一定の効果は認められているものの、ターゲットライフ近くまでスパッタリングが進行するにつれて、ダストが増加する傾向にあった。このようなことから、スパッタリングターゲットの非エロージョン部などに堆積した再付着物の剥離、脱落をより効果的に抑制し、ダストの発生をより一層低減することが求められている。
【０００８】
また、ターゲット中にガス成分などの不純物が存在すると、電界集中による異常放電が発生し、これによりいわゆるスプラッシュ現象が生じてしまうという問題がある。さらに、スパッタ面にスクラッチなどの加工傷による凹凸が存在していても、スパッタ時にスプラッシュ現象が生じやすい。スプラッシュ現象は、例えば塊状の異物がスパッタ膜中に混入する原因となっており、これにより半導体素子や液晶表示素子などの電子部品の製造歩留りを低下させている。
【０００９】
スプラッシュ現象は塊状の異物に限らず、通常サイズのダストの発生要因にもなっている。従って、半導体素子や液晶表示素子などに代表される電子部品の製造歩留りを向上させる上で、スプラッシュ現象などに基づく塊状の異物を含めて、ダストの発生を抑制することが急務とされている。
【００１０】
特に、最近の半導体素子においては、256M、1Gというような集積度を達成するために、0.2μm以下さらには0.13μmや0.1μmというような配線幅が求められており、また一部実用化が進められている。このように狭小化された高密度配線においては、極微小粒子が混入しても配線不良などを引起こすことから、高集積化された半導体素子などの製造歩留りを高める上で、ダストの発生量を大幅に低減する必要がある。そこで、ダスト発生の一因となっている再付着物の剥離、脱落やスプラッシュ現象を抑制することが強く求められている。
【００１１】
本発明はこのような課題に対処するためになされたもので、ターゲット本体の非エロージョン部などからの再付着物の剥離、脱落やスプラッシュ現象を有効に抑制することによって、ダストの発生を大幅に低減することを可能にしたスパッタリングターゲット、およびそれを用いたスパッタリング装置を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、ターゲット本体の非エロージョン部やバッキングプレートの露出表面に付着、堆積した再付着物の形態について、詳細に観察ならびに検討したところ、再付着物の堆積の仕方は下地の影響を大きく受け、下地表面に予めエッチング処理やポリッシング処理による表面処理を施しておくことによって、再付着物の緻密化や平坦化、さらには下地との密着強度の向上などを図ることができ、これらによってスパッタ後期でも再付着物の剥離、脱落によるダスト発生を有効に抑えることが可能であることを見出した。
【００１３】
さらに、ターゲット本体のスパッタ面を含む露出表面全面に予めエッチング処理やポリッシング処理による表面処理を施しておくことによって、スパッタ面の凹凸などに起因する異常放電の発生を抑制することができるため、異常放電に伴うスプラッシュ現象、ひいてはスプラッシュ現象に起因するダストの発生を有効に抑えることが可能であることを見出した。
【００１４】
本発明のスパッタリングターゲットはこのような知見に基づいて成されたものであり、本発明の第１のスパッタリングターゲットは請求項１に記載したように、成膜材料からなるターゲット本体を具備し、０．２μｍ以上のダストの発生を低減することが可能なスパッタリングターゲットにおいて、前記ターゲット本体の少なくとも非エロージョン部の一部に、エッチング処理が施された表面処理領域を有し、前記表面処理領域はＲａで０．４７μｍ〜１．５μｍでかつＲｙで３．６５μｍ〜１０μｍの表面粗さを有し、前記ターゲット本体は、Ｔｉ，Ｔａ，Ｍｏ及びＷから選ばれる金属元素の単体、又は前記金属元素を含む合金からなることを特徴としている。表面処理領域は請求項２に記載したように、ターゲット本体のスパッタ面を含む露出表面全面に設けられていることが好ましい。
【００１５】
本発明の第２のスパッタリングターゲットは、請求項３に記載したように、成膜材料からなるターゲット本体と、前記ターゲット本体を支持するバッキングプレートとを具備するスパッタリングターゲットにおいて、前記バッキングプレートの露出表面の少なくとも一部に、エッチング処理またはポリッシング処理が施された表面処理領域を有することを特徴としている。
【００１６】
本発明のスパッタリングターゲットにおいて、請求項４に記載したように、表面処理領域の表面粗さのバラツキＲａを15％以内とすることが好ましい。
【００１７】
本発明のスパッタリングターゲットは、請求項５に記載したように、例えばＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｃｕ、ＳｉおよびＧｅから選ばれる金属元素の単体、もしくは前記金属元素を含む合金または化合物からなるターゲット本体を使用する場合に適用される。
【００１８】
また、本発明のスパッタリング装置は、請求項６に記載したように、真空容器と、前記真空容器内に配置される被成膜試料保持部と、前記真空容器内に前記被成膜試料保持部と対向して配置されるターゲット部とを具備するスパッタリング装置において、前記ターゲット部は上記した本発明のスパッタリングターゲットを有することを特徴としている。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施するための形態について説明する。
【００２０】
図１は本発明の第１の実施形態によるスパッタリングターゲットの概略構造を示す断面図である。同図において、１は各種の金属材料や化合物材料などの成膜材料からなる、例えば円板状のターゲット本体である。このターゲット本体１は、バッキングプレート２により支持されており、これらによりスパッタリングターゲット３が構成されている。なお、バッキングプレート２は必要に応じて使用されるものである。
【００２１】
バッキングプレート２は、ターゲット本体１の支持部材であると共に、イオン衝撃（スパッタ熱）によるターゲット本体１の温度上昇を抑制する冷却部材としての機能を有するものである。このため、バッキングプレート２の構成材料には、例えば熱伝導率が高い無酸素銅やＡｌ合金が用いられ、さらにバッキングプレート２には図示を省略した冷却管が内蔵されている。
【００２２】
ターゲット本体１の構成材料は特に限定されるものではなく、スパッタリングターゲットの使用目的に応じて種々の単体金属材料、合金材料、金属化合物材料などが使用される。ターゲット本体１の構成材料の具体例としては、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｃｕ、ＳｉおよびＧｅから選ばれる金属元素の単体、もしくは上記した金属元素を含む合金や化合物が挙げられる。
【００２３】
ここで、図２に一般的なマグネトロンスパッタリング装置の構成を模式的に示す。一般的なマグネトロンスパッタリング装置においては、スパッタリングターゲット３と基板４とを対向配置し、これらの間に電界Ｅをかけると共に、これと直交する形でスパッタリングターゲット３の裏面側に配置したマグネット５によりターゲット表面に磁界Ｍを生じさせる。
【００２４】
これら磁界Ｍと電界Ｅとの作用によって、電子がサイクロン運動を起こし、ターゲット面内と上部磁界内に高密度のプラズマを生じさせ、磁界Ｈに囲まれた領域のターゲット面のエロージョンが進展していく。一方、磁界Ｈから外れたターゲット領域、すなわちターゲット本体１の表面（スパッタ面）の中央部Ａや外周部Ｂ、側面部Ｃはスパッタされないため、非エロージョン部として再付着物が堆積する。この非エロージョン部に堆積した再付着物の剥離、脱落がダスト発生の一因となっている。
【００２５】
そこで、図１に示したスパッタリングターゲット３においては、ターゲット本体１の非エロージョン部、すなわちターゲット本体１の表面中央部、表面外周部および側面部にエッチング処理を施して表面処理領域６を設けている。なお、表面処理領域６は必ずしもターゲット本体１の非エロージョン部全体に形成しなければならないものではなく、その一部に形成した場合においても有効である。例えば、特に再付着粒子の剥離、脱落が問題となるターゲット本体１の表面外周部や側面部のみに表面処理領域６を形成することによっても、ダストの抑制に対して効果を示すものである。
【００２６】
表面処理領域６は、酸液やアルカリ溶液などの腐食液（薬液）を用いたウェットエッチング処理、あるいはプラズマエッチングや反応性イオンエッチングのようなドライエッチング処理などのエッチング処理を、ターゲット本体１の非エロージョン部に施すことにより形成したものである。エッチング処理を施した表面処理領域６は、一般的な機械研削などにより表面仕上げした状態に比べて、滑らかでかつ局所的な凹凸が低減されていることから、再付着粒子（スパッタ粒子）を高密度にかつ比較的平滑に堆積させることができる。
【００２７】
例えば、図３（ｂ）に示すように、ターゲット本体１の非エロージョン部に比較的大きな凹凸（局所的な凹凸）が存在していると、再付着粒子の付着が局所的になり、凹凸を有しながら再付着物Ｘが堆積していくと共に、堆積密度が低くなる。これらによって、再付着物Ｘの剥離、脱落が生じやすくなってダストの発生量が増加する。一方、図３（ａ）に示すように、ターゲット本体１の非エロージョン部に予めエッチング処理を施し、表面の局所的な凹凸を低減して滑らかにしておくことによって、再付着物Ｘを高密度にかつ比較的平滑に堆積させることができる。
【００２８】
このように、ターゲット本体１の非エロージョン部に予め表面処理領域６を形成しておくことによって、その上に付着、堆積する再付着物自体の密着強度や再付着物と下地（ターゲット本体１）との固着強度を高めることができる。これらによって、再付着物の剥離、脱落を有効に抑制することが可能となる。すなわち、再付着物の剥離、脱落によるダストの発生を大幅に低減することができる。
【００２９】
表面処理領域６の形成方法としては、上記したウェットエッチング処理およびドライエッチング処理のいずれであってもよいが、特に滑らかな表面を低コストで得られやすいことから、ウェットエッチング処理を適用することが好ましい。ウェットエッチング処理に使用する薬液（腐食液）は、ターゲット本体１の構成材料に応じて適宜選択するものとする。
【００３０】
ここで、表面処理領域６はエッチング処理に限らず、ポリッシング処理によって形成してもよい。ここで適用可能なポリッシング処理としては、ラップ装置を用いたケミカルポリッシングなどが挙げられる。このようなポリッシング処理をターゲット本体１の非エロージョン部に施すことによっても、再付着物Ｘの剥離、脱落を抑制することができる。ただし、表面の滑らかさなどの点からエッチング処理により表面処理領域６を形成することが好ましい。
【００３１】
また、上記したエッチング処理やポリッシング処理による表面処理領域６は、ターゲット本体１の非エロージョン部のみに限らず、図４に示すように、ターゲット本体１のスパッタ面（主表面）を含む露出面全面に設けてもよい。このような場合、エロージョン部に形成された表面処理領域６は異常放電の原因となる凹凸の除去に対して効果を発揮する。
【００３２】
すなわち、従来のスパッタリングターゲットにおける異物の発生、特に塊状の異物の発生は、スパッタ面の比較的大きな凹凸（例えばスクラッチと呼ばれる加工傷）の存在に基づいて異常放電が生じ、この異常放電によりスプラッシュ現象が発生することに主として起因している。また、スパッタ面の凹凸により選択的にスパッタが進む領域とそうでない領域が生じると、一般にノジュールと呼ばれる突起が発生しやすくなり、これもスプラッシュの原因となる。
【００３３】
従って、ターゲット本体１のスパッタ面に表面処理領域６を形成し、スパッタ面の比較的大きな凹凸（局所的な凹凸）を除去することによって、異常放電やノジュール、さらにはこれらに起因するスプラッシュ現象の発生を大幅に抑制することが可能となる。すなわち、スプラッシュ現象などに基づくダストの発生を大幅に低減することができる。
【００３４】
上述したエッチング処理やポリッシング処理による表面処理領域６の具体的な形態としては、ターゲット本体１の構成材料によっても異なるが、おおよそＲａで1.5μm以下でかつＲｙで10μm以下の表面粗さとすることが好ましい。このような表面粗さを有する表面処理領域６によれば、上記した再付着物の脱落防止効果、さらにはスプラッシュ現象などの抑制効果を再現性よく得ることが可能となる。
【００３５】
表面処理領域６のより具体的な表面粗さとしては、例えばターゲット本体１がＴｉ、Ｈｆ、Ｎｂなどの単体金属からなる場合にはＲａで0.7μm以下でかつＲｙで5μm以下とすることが好ましい。また、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗなどの比較的高硬度の単体金属からなるターゲット本体１においては、Ｒａで0.8μm以下でかつＲｙで7μm以下の表面粗さとすることが好ましい。Ｍｏ−Ｗ合金などにおいては、Ｒａで1.5μm以下でかつＲｙで10μm以下の表面粗さとすることが好ましい。
【００３６】
また、上記した表面粗さは表面処理領域６全体としてのバラツキを15％以内とすることがさらに好ましい。ここで、表面粗さのバラツキとは、表面処理領域６の表面粗さを複数（例えば5箇所以上）測定し、得られた表面粗さ（ＲａまたはＲｙ）の最大値および最小値から、｛（最大値−最小値）／（最大値＋最小値）｝×100の式に基づいて求めた値を示すものとする。このように、表面処理領域６の表面粗さのバラツキを小さくすることによって、再付着物の脱落防止効果やスプラッシュ現象の抑制効果などをより安定して得ることが可能となる。
【００３７】
上述したように、第１の実施形態のスパッタリングターゲット３においては、ターゲット本体１の非エロージョン部に予めエッチング処理やポリッシング処理を施して表面処理領域６を形成しているため、その上に再付着物粒子を高固着強度の下で高密度にかつ平滑に堆積させることができ、再付着物自体の密着強度や下地（ターゲット本体１）との固着強度を高めることが可能となる。これらによって、再付着物の剥離、脱落に起因するダスト、具体的には直径0.2μm以上の微細なダストの発生を有効に防止することができる。特に、スパッタ後期（ターゲットライフ近く）においても、再付着物の剥離、脱落によるダストの発生を有効に防止することが可能となる。
【００３８】
さらに、表面処理領域６を非エロージョン部に限らず、ターゲット本体１のスパッタ面を含む露出面全面に設けることによって、スパッタ面での異常放電やノジュールなどに起因するスプラッシュ現象の発生を大幅に抑制することができる。これによって、スプラッシュ現象などに基づくダストの発生を大幅に低減することが可能となる。
【００３９】
このようなスパッタリングターゲット３を使用することによって、それ自体に起因するダストの発生を有効にかつ大幅に抑制することができるため、高品質のスパッタ膜を再現性よく得ることが可能となる。すなわち、スパッタリングターゲット３を用いて成膜したスパッタ膜、すなわち金属薄膜や金属化合物薄膜などを、半導体素子や液晶表示素子などの電子部品の配線膜、電極、素子構成膜などに使用することによって、それらの製造歩留りの向上を図ることが可能となる。
【００４０】
次に、本発明の第２の実施形態によるスパッタリングターゲットについて説明する。図５は第２の実施形態によるスパッタリングターゲットの概略構造を示す断面図である。図５に示すスパッタリングターゲット７は、円板状のターゲット本体１をバッキングプレート２により支持した構造を有しており、これらの構成については前述した第１の実施形態と同様とされている。
【００４１】
ここで、図２に示したマグネトロンスパッタリング装置からも明らかなように、再付着粒子はターゲット本体１の非エロージョン領域に限らず、バッキングプレート２の露出表面Ｄにも付着、堆積する。そこで、図５に示したスパッタリングターゲット７においては、バッキングプレート２の露出表面にエッチング処理やポリッシング処理を施して表面処理領域６を形成している。なお、表面処理領域６の構成や条件などについては前述した第１の実施形態と同様である。
【００４２】
このように、バッキングプレート２の露出表面に表面処理領域６を形成することによっても、その上に付着した再付着物粒子を高固着強度の下で高密度にかつ平滑に堆積させることができるため、再付着物の剥離、脱落を抑制することができる。従って、再付着物の剥離、脱落に起因するダスト発生を防止することが可能となる。
【００４３】
表面処理領域６は、図６に示すように、ターゲット本体１の非エロージョン部、すなわちターゲット本体１の表面中央部、表面外周部および側面部と、バッキングプレート２の露出表面にそれぞれ形成したり、あるいは図７に示すように、ターゲット本体１のスパッタ面を含む露出表面全面と、バッキングプレート２の露出表面にそれぞれ形成することがさらに好ましい。これらによって、再付着物の剥離、脱落やスプラッシュ現象などに起因するダストの発生をより一層有効に抑制することが可能となる。
【００４４】
本発明のスパッタリング装置は、図２に示したような従来から一般的に用いられてきたスパッタリング装置のターゲット部に、本発明のスパッタリングターゲット（３，７）を適用したものである。なお、図２では図示を省略したが、被成膜試料である基板４はホルダなどに保持されており、また基板４とスパッタリングターゲット３は真空容器内に配置されている。
【００４５】
上述した本発明のスパッタリングターゲット３、７によれば、それ自体に起因するダストの発生を有効に防止することができる。従って、そのようなスパッタリングターゲットを用いたスパッタリング装置によれば、スパッタ膜の品質を大幅に高めることが可能となる。そして、本発明のスパッタリングターゲットを用いて成膜したスパッタ膜、すなわち金属薄膜や金属化合物薄膜などを、半導体素子や液晶表示素子などの電子部品の配線膜、電極、素子構成膜などに使用することによって、電子部品の製造歩留りの向上を図ることが可能となる。
【００４６】
【実施例】
次に、本発明の具体的な実施例について説明する。
【００４７】
実施例１
Ｔｉターゲット（ターゲット本体）として、直径250mm、厚さ15mm、純度5NのＴｉ円板を機械加工（旋盤加工）により作製した。このＴｉターゲット表面の内径240mmの部分を被覆するようにマスキングした。すなわち、Ｔｉターゲット表面の外周5mm幅の部分と側面部を露出させるように、マスキング処理を施した。これをフッ酸と硝酸を含む混酸溶液に浸漬し、露出表面を約5μm除去するようにエッチングした。このようにして、ターゲット表面の外周部と側面部に表面処理領域を形成したＴｉスパッタリングターゲットを、後述する成膜試験に供した。
【００４８】
実施例２
実施例１と同様なＴｉターゲットの表面に、内径125mmの部分を被覆するようにマスキング処理を施した。これをフッ酸と硝酸を含む混酸溶液に浸漬し、露出表面を約5μm除去するようにエッチングした。このようにして、ターゲット表面の外周部と側面部に表面処理領域を形成したＴｉスパッタリングターゲットを、後述する成膜試験に供した。
【００４９】
実施例３
実施例１と同様なＴｉターゲットの底面を除く全面を、フッ酸と硝酸を含む混酸溶液に浸漬して、表面を約5μm除去するようにエッチングした。このようにして、ターゲット表面と側面部に表面処理領域を形成したＴｉスパッタリングターゲットを、後述する成膜試験に供した。
【００５０】
比較例１
Ｔｉターゲットの表面に何等処理を施すことなく、実施例１と同様にしてＴｉスパッタリングターゲットを作製した。このＴｉスパッタリングターゲットについても、下記の成膜試験に供した。
【００５１】
上述した実施例１〜３および比較例１による各Ｔｉスパッタリングターゲットを用いて、スパッタ圧4×10-1Pa、スパッタ電流5A、Ａｒ流量15sccm、Ｎ2流量30sccmの条件でマグネトロンスパッタリングを行って、6インチＳｉウェハー上にＴｉ薄膜を形成した。そして、100ロット後、150ロット後、200ロット後の各Ｔｉ薄膜上の0.2μm以上のダスト（パーティクル）数をパーティクルカウンタでそれぞれ測定した。それらの測定結果を表１に示す。表１には表面処理領域の表面粗さを併せて示す。また、図８に実施例１によるＴｉターゲットの表面処理領域の微細構造を拡大した電子顕微鏡写真（850倍）を、図９に比較例１によるＴｉターゲットの機械加工表面の微細構造を拡大した電子顕微鏡写真（850倍）を示す。
【００５２】
【表１】
【００５３】
実施例４
まず、Ｔｉターゲット（ターゲット本体）となる純度5NのＴｉ円板とバッキングプレートとなるＡｌ合金(6061)板とをホットプレスにより拡散接合した。これらを所望のターゲット形状およびバッキングプレート形状に機械加工した。具体的には、Ｔｉターゲットは外径312mm、厚さ10mmとした。バッキングプレートは外径400mmとした。
【００５４】
次に、Ｔｉターゲット表面の内径300mmの部分を被覆するようにマスキングした。すなわち、Ｔｉターゲット表面の外周6mm幅の部分と側面部を露出させるように、マスキング処理を施した。これをフッ酸と硝酸を含む混酸溶液に浸漬し、露出表面を約5μm除去するようにエッチングした。
【００５５】
このようにして、ターゲット表面の外周部と側面部に表面処理領域を形成したＴｉスパッタリングターゲットを、後述する成膜試験に供した。
【００５６】
実施例５
実施例４と同様にして、Ｔｉターゲットをフッ酸と硝酸を含む混酸溶液でエッチング処理した後、Ａｌ合金からなるバッキングプレートの露出表面を除いてマスキングした。これを水酸化ナトリウム溶液に浸漬し、Ａｌ合金の露出表面を約5μm除去するようにエッチングした。
【００５７】
このようにして、ターゲット本体の表面外周部と側面部およびバッキングプレートの露出表面に表面処理領域を形成したＴｉスパッタリングターゲットを、後述する成膜試験に供した。
【００５８】
比較例２
Ｔｉターゲット本体およびＡｌ合金バッキングプレートに何等処理を施すことなく、実施例４と同様にしてＴｉスパッタリングターゲットを作製した。このＴｉスパッタリングターゲットについても、下記の成膜試験に供した。
【００５９】
上述した実施例４〜５および比較例２による各Ｔｉスパッタリングターゲットを用いて、スパッタ圧4×10-1Pa、スパッタ電流5A、Ａｒ流量15sccm、Ｎ2流量30sccmの条件でマグネトロンスパッタリングを行って、6インチＳｉウェハー上にＴｉ薄膜を形成した。そして、100ロット後、150ロット後、200ロット後の各Ｔｉ薄膜上の0.2μm以上のダスト（パーティクル）数をパーティクルカウンタでそれぞれ測定した。それらの測定結果を表２に示す。表２には表面処理領域の表面粗さを併せて示す。
【００６０】
【表２】
【００６１】
実施例６
Ｔａターゲット（ターゲット本体）として、直径312mm、厚さ10mm、純度5NのＴａ円板を機械加工（旋盤加工）により作製した。このＴａターゲット表面の内径300mmの部分を被覆するようにマスキングした。すなわち、Ｔａターゲット表面の外周6mm幅の部分と側面部を露出させるように、マスキング処理を施した。これをフッ酸と硝酸を含む混酸溶液に浸漬し、露出表面を約5μm除去するようにエッチングした。このようにして、ターゲット表面の外周部と側面部に表面処理領域を形成したＴａスパッタリングターゲットを、後述する成膜試験に供した。
【００６２】
実施例７
実施例６と同様なＴａターゲットの底面を除く全面を、フッ酸と硝酸を含む混酸溶液に浸漬して、表面を約5μm除去するようにエッチングした。このようにして、ターゲット表面と側面部に表面処理領域を形成したＴａスパッタリングターゲットを、後述する成膜試験に供した。
【００６３】
比較例３
Ｔａターゲットの表面に何等処理を施すことなく、実施例６と同様にしてＴａスパッタリングターゲットを作製した。このＴａスパッタリングターゲットについても、後述する成膜試験に供した。
【００６４】
実施例８
まず、Ｔａターゲット（ターゲット本体）となる純度5NのＴａ円板とバッキングプレートとなるＡｌ合金(6061)板とをホットプレスにより拡散接合した。これらを所望のターゲット形状およびバッキングプレート形状に機械加工した。具体的には、Ｔａターゲットは外径312mm、厚さ10mmとした。バッキングプレートは外径400mmとした。
【００６５】
上述したＴａターゲットに対して、その表面の内径300mmの部分を被覆するようにマスキング処理を施した。すなわち、Ｔａターゲット表面の外周6mm幅の部分と側面部を露出させるようにマスキングした。これをフッ酸と硝酸を含む混酸溶液に浸漬し、露出表面を約5μm除去するようにエッチングした。
【００６６】
次に、Ａｌ合金からなるバッキングプレートの露出表面を除いてマスキングし、これを水酸化ナトリウム溶液に浸漬して、Ａｌ合金の露出表面を約5μm除去するようにエッチングした。
【００６７】
このようにして、ターゲット本体の表面外周部と側面部およびバッキングプレートの露出表面に表面処理領域を形成したＴａスパッタリングターゲットを、下記の成膜試験に供した。
【００６８】
上述した実施例６〜８および比較例３による各Ｔａスパッタリングターゲットを用いて、スパッタ圧4×10-1Pa、スパッタ電流5A、Ａｒ流量15sccm、Ｎ2流量30sccmの条件でマグネトロンスパッタリングを行って、6インチＳｉウェハー上にＴａ薄膜を形成した。そして、100ロット後、150ロット後、200ロット後の各Ｔａ薄膜上の0.2μm以上のダスト（パーティクル）数をパーティクルカウンタでそれぞれ測定した。それらの測定結果を表３に示す。表３には表面処理領域の表面粗さを併せて示す。
【００６９】
【表３】
【００７０】
実施例９
幅約600mm、長さ約650mmのＭｏ−Ｗ合金材の表面を平面研削盤で表面仕上げした後、このＭｏ−Ｗ合金材をフッ酸：硝酸：酢酸：リン酸＝1：2：2：5の割合で混合した混酸に浸漬し、その表面をエッチング処理した。この際、混酸への浸漬時間を1分、2分、2.5分、8分と変えて処理した。これら各Ｍｏ−Ｗ合金材をスパッタリングターゲットとして用いて、後述する特性評価に供した。
【００７１】
比較例４
幅約600mm、長さ約650mmのＭｏ−Ｗ合金材の表面をロータリー研磨にて表面仕上げした。このＭｏ−Ｗ合金材をスパッタリングターゲットとして用いて、後述する特性評価に供した。
【００７２】
上述した実施例９および比較例４による各Ｍｏ−Ｗ合金ターゲットの表面粗さ（ＲａおよびＲｙ）を接触式表面粗さ計により測定した。さらに、表面粗さＲａについてはそのバラツキ（Ｒａ）を求めた。次いで、各Ｍｏ−Ｗ合金ターゲットを用いて、スパッタ圧0.5Pa、スパッタ電流15A、Ｋｒ流量15sccmの条件でマグネトロンスパッタリングを行って、ガラス基板上に連続してＭｏ−Ｗ合金薄膜を形成した。そして、1枚目、5枚目、10枚目、15枚目、20枚目、25枚目の各Ｍｏ−Ｗ合金薄膜上のダスト数を、欠陥検査装置（ＫＬＡ）を用いてスプラッシュの個数のみとして測定した。それらの測定結果を表４に示す。
【００７３】
【表４】
幅約600mm、長さ約650mmのＭｏ−Ｗ合金材の表面を平面研削盤で加工した後、このＭｏ−Ｗ合金材の表面をポリッシング処理により表面仕上げした。ポリッシング処理は、ラップ装置を用いたケミカルポリッシングにより実施し、その際の条件を研磨時間5分、15分、30分、60分と変化させた。これら各Ｍｏ−Ｗ合金材をスパッタリングターゲットとして用いて、その特性を実施例９と同様にして評価した。その結果を表５に示す。
【００７４】
【表５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のスパッタリングターゲットによれば、それ自体からの再付着物の剥離、脱落やスプラッシュなどに起因するダストの発生を大幅に低減することができる。従って、高品質のスパッタ膜を再現性よく提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施形態によるスパッタリングターゲットの概略構成を示す断面図である。
【図２】 一般的なマグネトロンスパッタリング装置の構成を模式的に示す図である。
【図３】 表面処理領域による再付着物の脱落抑制作用を説明するための図である。
【図４】 本発明の第１の実施形態によるスパッタリングターゲットの変形例を示す断面図である。
【図５】 本発明の第２の実施形態によるスパッタリングターゲットの概略構成を示す断面図である。
【図６】 本発明の第２の実施形態によるスパッタリングターゲットの変形例を示す断面図である。
【図７】 本発明の第２の実施形態によるスパッタリングターゲットの他の変形例を示す断面図である。
【図８】 本発明の実施例１によるＴｉターゲットの表面処理領域の微細構造を拡大して示す電子顕微鏡写真である。
【図９】 比較例１によるＴｉターゲットの機械加工表面の微細構造を拡大して示す電子顕微鏡写真である。
【符号の説明】
１……ターゲット本体
２……バッキングプレート
３、７……スパッタリングターゲット
６……表面処理領域
Claims (11)
- 成膜材料からなるターゲット本体を具備し、０．２μｍ以上のダストの発生を低減することが可能なスパッタリングターゲットにおいて、
前記ターゲット本体の少なくとも非エロージョン部の一部に、エッチング処理が施された表面処理領域を有し、
前記表面処理領域はＲａで０．４７μｍ〜１．５μｍでかつＲｙで３．６５μｍ〜１０μｍの表面粗さを有し、
前記ターゲット本体は、Ｔｉ，Ｔａ，Ｍｏ及びＷから選ばれる金属元素の単体、又は前記金属元素を含む合金からなることを特徴とするスパッタリングターゲット。 - 請求項１記載のスパッタリングターゲットにおいて、前記表面処理領域は、前記ターゲット本体のスパッタ面を含む露出表面全面に設けられていることを特徴とするスパッタリングターゲット。
- 請求項１または請求項２記載のスパッタリングターゲットにおいて、前記ターゲット本体はバッキングプレートにより支持されていることを特徴とするスパッタリングターゲット。
- 請求項１ないし請求項３のいずれか１項記載のスパッタリングターゲットにおいて、
前記ターゲット本体を支持するバッキングプレートとを具備し、前記バッキングプレートの露出表面の少なくとも一部に、エッチング処理またはポリッシング処理が施された表面処理領域を有することを特徴とするスパッタリングターゲット。 - 請求項１記載のスパッタリングターゲットにおいて、前記表面処理領域の表面粗さＲａのバラツキが１５％以内であることを特徴とするスパッタリングターゲット。
- 真空容器と、前記真空容器内に配置される被成膜試料保持部と、前記真空容器内に前記被成膜試料保持部と対向して配置されるターゲット部とを具備するスパッタリング装置において、前記ターゲット部は、請求項１ないし請求項５のいずれか１項記載のスパッタリングターゲットを有することを特徴とするスパッタリング装置。
- 請求項１ないし請求項５のいずれか１項記載のスパッタリングターゲットを用いて薄膜を形成することを特徴とする薄膜の形成方法。
- 請求項１ないし請求項５のいずれか１項記載のスパッタリングターゲットを用いて形成された薄膜を具備することを特徴とする電子部品の形成方法。
- 請求項８記載の電子部品の形成方法において、
前記薄膜は配線膜、電極、または素子構成膜であることを特徴とする電子部品の形成方法。 - 請求項８または請求項９記載の電子部品の形成方法において、
半導体素子であることを特徴とする電子部品の形成方法。 - 請求項８または請求項９記載の電子部品の形成方法において、
液晶表示素子であることを特徴とする電子部品の形成方法。
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