JP2008520838A - 三次元ｐｖｄターゲットの形成方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、物理気相成長法のターゲットを形成するために熱間等方圧加工工程を用いる方法を含む。特定の観点において、物理気相成長法のターゲットは、イリジウム、コバルト、ルテニウム、タングステン、モリブデン、チタン、アルミニウム及びタンタルの内の１つ又はそれ以上の材料を含むことができ、及び／又は、アルミナイド、シリサイド、カーバイド及びカルコゲニドの内の１つ又はそれ以上の材料を有する。また、本発明は、イリジウム、コバルト、ルテニウム、タングステン、モリブデン、チタン、アルミニウム及びタンタルの内の１つ又はそれ以上の材料を有する三次元ターゲットを含む。
【選択図】図１８

Description

本発明は、例えば、中空陰極マグネトロンターゲットのような三次元の物理気相成長法（ＰＶＤ）のターゲットの成形方法に関する。

物理気相成長法（ＰＶＤ）は、半導体製造工程において、材料の薄い層を形成するために一般的に用いられている方法である。ＰＶＤはスパッタリング工程を含む。例示的なＰＶＤ工程において、陰極ターゲットは高強度の粒子ビームにさらされる。高強度の粒子がターゲットの表面に衝突するので、粒子は材料をターゲットの表面から追い出す。材料は半導体基板上に堆積し、基板全体に渡って材料の薄膜を形成する。

ＰＶＤ工程において、半導体基板の表面に関連する起伏のある様々な特徴に渡って均一のフィルムの厚さを得ようとすることは困難である。このような問題点に、ターゲットの幾何形状で取り組む試みがなされてきた。従って、現在では多数のターゲットの幾何形状が商用に生産されている。例示的な幾何形状を図１乃至１２を参照しながら説明する。図１及び図２は、アプライドマテリアルズ社（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）のＳｅｌｆ Ｉｏｎｉｚｅｄ Ｐｌａｓｍａ Ｐｌｕｓ（登録商標）ターゲット構成１０の等角図及び断面側面図をそれぞれ示している。図３及び図４は、ノベラス社（Ｎｏｖｅｌｌｕｓ）のＨｏｌｌｏｗ Ｃａｔｈｏｄｅ Ｍａｇｎｅｔｒｏｎ（商標）のターゲット構成１２の等角図及び断面側面図をそれぞれ示している。図５及び図６は、アプライドマテリアルズ社のＥｎｄｕｒａ（登録商標）のターゲット構成１４の等角図及び断面側面図を示している。図７及び図８は、平面ターゲット構成１６の等角図及び断面側面図をそれぞれ示している。図９及び図１０は、東京エレクトロン社のターゲット構成１８の上面図及び断面側面図をそれぞれ示している。図１１及び図１２はアルバック社（ＵＬＶＡＣ）のターゲット構成２０の上面図及び断面側面図を示している。

図２、４、６、８、１０及び１２の各断面側面図は、水平方向「Ｘ」及び垂直方向「Ｙ」を有するように示されている。ターゲットがいわゆる三次元ターゲット又は二次元ターゲットであるならば、「Ｙ」と「Ｘ」の比を決定することができる。各ターゲットは約３８．１ｃｍ（１５インチ）から約５３．３４ｃｍ（２１インチ）の水平方向「Ｘ」の寸法を有している。アプライドマテリアルズ社のターゲット（図２）は典型的には、約１２．７ｃｍ（５インチ）の垂直方向「Ｙ」の寸法を有している。ノベラス社のターゲット（図４）は典型的には、約２５．４ｃｍ（１０インチ）の垂直方向の寸法を有している。Ｅｎｄｕｒａ（登録商標）ターゲット（図６）は典型的には、約５．０８ｃｍ（２インチ）から１５．２４ｃｍ（６インチ）の垂直方向の寸法を有している。平面ターゲットは、典型的には約２．５４ｃｍ（１インチ）以下の垂直方向の寸法を有している。本明細書及び添付した特許請求の範囲を解釈するに際して、ターゲットは、図８の単純な平面ターゲットよりも複雑な形状であるならば、三次元のターゲットであると考えられる。また、幾つかの観点から、三次元のターゲットは、垂直方向「Ｙ」の寸法と水平方向「Ｘ」の寸法との比が０．１５以上であるターゲットであるとすることができる。本発明の特定の観点から、三次元のターゲットは、垂直方向「Ｙ」の寸法と水平方向「Ｘ」の寸法との比が０．５以上であるということができる。垂直方向「Ｙ」の寸法と水平方向「Ｘ」の寸法との比が０．１５より小さいならば、ターゲットは二次元のターゲットであると考えられる。

アプライドマテリアルズ社のターゲット（図２）及びノベラス社のターゲット（図４）は、複雑な三次元の幾何形状を有していると考えることができ、このようなターゲットの幾何形状を有する一体のターゲットを製造するのは難しい。アプライドマテリアルズ社のターゲット（図２）及びノベラス社のターゲット（図４）の両方は、一対の対向する端部１３及び１５を有する少なくとも１つのカップ１１を備えるという幾何学的特長が共通している。端部１５は開いており、端部１３は閉じている。カップ１１はカップ１１内を延びる凹部１９を備える。更に、カップ１１は、凹部１９の外面を画定する内部（又は内側）表面２１と、内側表面に対向する外側表面２３とを有している。外側表面２３はカップ１１の周りに延び、角部２５において閉じた端部１３を囲む。ターゲット１０及び１２はそれぞれ外側表面に画定される側壁２７を有し、側壁２７は端部１３の間及び端部１５の間を延びる。図２及び図４のターゲット１０及び１２は、側壁２７の周りに延びるフランジ２９を備えるという特徴が共通する。図４のターゲット１２と図２のターゲット１０との相違点は、ターゲット１０はターゲットの中心を通して下側に延びるキャビティ１７を備え、ターゲット１２のカップと比べてターゲット１０のカップ１１は狭いという点である。

物理気相成長法において三次元のターゲットを用いることは、二次元又は平面のターゲットを用いる場合に対して多数の利点がある。このような利点には、成長させる材料の量的及び／又は質的な均一性が含まれる。しかし、三次元のターゲットを形成することが困難な材料が多数存在する。例えば、相対的にもろい材料であるルテニウム、タングステン及びモリブデンの内の１つ又はそれ以上を有する、又は本質的にこれらの内の１つ又はそれ以上からなる、もしくはこれらの内の１つ又はそれ以上からなる材料を三次元のターゲットに成形することは困難である。しかし、スパッタリング成長工程で利用できるこれらの材料を備えることに対する需要がある。例えば、ルテニウムは半導体業界で、バリア材料に混入させるために用いられる。従って、相対的にもろい材料を使用して応用できるような三次元ターゲットの新規な形成方法の開発が望まれる。また、特にもろくはないが、従来の技術では三次元のターゲットを形成することが困難である材料も存在する。そこで、従来の技術では三次元のターゲットを成形することが困難であった様々な材料に応用可能な新規な方法が望まれる。

１つの観点として、本発明は中空陰極マグネトロンターゲットを形成する方法を含む。所望の中空陰極マグネトロンターゲットの形状と実質的に相補的な形状となるように、型を成形する。粉末状の材料が型内に配置される。粉末材料は、イリジウム、コバルト、ルテニウム、タングステン、モリブデン、チタン、アルミニウム及びタンタルの内の１つ又はそれ以上の材料を含み、及び／又はシリサイド、アルミナイド、カーバイド及びカルコゲニドからなる群から選択される１つ又はそれ以上の材料を含む。本発明の幾つかの観点からは、イリジウム、コバルト、ルテニウム、タングステン、モリブデン、チタン、アルミニウム及びタンタルの内の１つ又はそれ以上の材料は合金の形態で存在する。実質的に所望の中空陰極マグネトロンターゲットの形状を備える物理気相成長法のターゲットを成形するために、型内の粉末に熱間等方圧加工が施される。後の工程で、型の一部又は全部が取り除かれる。

１つの観点として、本発明は、三次元形状に押し出し形成することが困難又は不可能である材料から、物理気相成長法の三次元のターゲットを形成する方法を含む。所望の中空陰極マグネトロンターゲットの形状と実質的に相補的な形状となるように、型を成形する。粉末状の材料が型内に配置される。実質的に所望の中空陰極マグネトロンターゲットの形状を備える物理気相成長法のターゲットを成形するために、型内の粉末状の材料に熱間等方圧加工が施される。少なくとも型の一部が、物理気相成長法のターゲットから取り除かれる。幾つかの観点から、型の全体が、物理気相成長法のターゲットから取り除かれる。また他の観点から、型の一部だけを物理気相成長法のターゲットから取り除き、型の残存部分を、物理気相成長法のターゲットを取り付けるためのバッキングプレートとして結合させる。

型の一部を物理気相成長法のターゲットにバッキングプレートとして取り付けたままにするという観点において、型のこの部分にフランジを取り付けることができる。熱間等方圧加工工程の前にフランジを型の一部として取り付けることができ、あるいは熱間等方圧加工工程の後に取り付けることもできる。特定の観点から、フランジを、熱間等方圧加工工程の前に溶接により取り付けることができ、溶接は排気され、そして、熱間等方圧加工工程をフランジと型の残存部分との接合を増強するために用いることができる。型のこの部分は最終的に三次元ターゲットのバッキングプレートとして用いられる。

本発明の好ましい実施形態を添付図面を参照しながら以下に説明する。
ルテニウム及びタングステンターゲットは、従来、ホットプレス技術及び熱間等方圧加工（ＨＩＰ）技術を用いて平面形状のターゲットに成形されていた。ルテニウムは、次世代半導体チップ（４５ナノメートル及びそれ以下）の望ましいバリア材料と考えられており、またタングステンは、半導体チップに結合するために応用できると考えられている。従って、当業界は、ルテニウム又はタングステンを有する、又は本質的にこれらからなる、もしくはこれらからなる三次元のターゲット構成（例えば、中空陰極マグネトロン（ＨＣＭ）構成のターゲット）を求めている。しかし、ルテニウム及びタングステンのもろさゆえに、伝統的な深絞りや型鍛造のような方法で、これらの材料から三次元のターゲットを形成することを困難であった。本発明は三次元ターゲットの新しい形成方法を提供する。本発明の方法論は任意の多数の材料の三次元ターゲットを形成するために用いることができる。多数の材料は、例えば、イリジウム、コバルト、ルテニウム、タングステン、モリブデン、チタン、アルミニウム及びタンタルの内の１つ又はそれ以上の材料を有する、又は本質的にこれらからなる、もしくはこれらからなる材料を含む。

本発明の例示的な観点において、三次元ターゲットは、熱間等方圧加工工程により形成される。熱間等方圧加工工程は、所望の三次元ターゲットの形状に実質的に近似された型内において適当な組成の粉末を固体化させるために用いられる。

図１３に本発明の例示的な観点により用いられる例示的な型１００を示す。この型は図１３の工程段階において組立てられていない状態で示されており、従って第１のカップ１０２、及び第１のカップ１０２に嵌められるように構成された第２のカップ１０４を有するように示されている。第１のカップ１０２は第１の組成を有する。この組成は任意の適当な組成とすることができ、例えば、アルミニウム、銅、鋼鉄、チタン、合成材料等を備えることができる。特定の観点として、カップ１０２は、アルミニウム、銅及びチタンを有する、又は本質的にこれらからなる、もしくはこれからかなる。あるいは、アルミニウム、銅及び／又はチタンの合金を有するか、又は本質的にこれらからなるか、もしくはこれらからなる。本発明のある観点においては、カップ１０４はカップ１０２と同一の組成とすることができ、また他の観点においては互いに異なる組成とすることもできる。

次に図１４を参照すると、カップ１０４はカップ１０２に結合されて（例えば溶接によってこのような結合を実現する）、型１００が組立てられる。組立てられた型は内部に空洞１０６を有する。所望のターゲット組成の粉末１０７が空洞１０６内部に供給される。空洞１０６はほぼ所望の三次元ターゲットの形状である。従って、型１００は実質的にターゲットの所望の三次元形状と相補的な形状であると考えることができる。本発明の図示された観点によれば、型１００は実質的に、例えば図３及び図４と共に説明したＨＣＭターゲットの形状と相補的な形状である。しかし、本発明は、型が他の三次元ターゲット構成と実質的に相補的な形状に形成されるような他の実施形態（図示せず）をも包含することを理解されたい。

粉末状のターゲット材料は任意の所望の組成とすることができ、特定の観点では、ターゲット材料は、イリジウム、コバルト、ルテニウム、タングステン、モリブデン、チタン、アルミニウム及びタンタルの内の１つ又はそれ以上の材料を有し、又は本質的にこれらの内の１つ又はそれ以上からなり、もしくはこれらの内の１つ又はそれ以上からなる。またターゲット材料は、イリジウム、コバルト、ルテニウム、タングステン、モリブデン、チタン、アルミニウム及び／又はタンタルの任意の適当な合金を含んでもよい。いくつかの観点においては、粉末状のターゲット材料は、アルミナイド、シリサイド、カルコゲニド及び／又はカーバイドを含む。高純度のルテニウム、タングステン又はモリブデンのターゲットを形成することが望まれるような特定の観点においては、粉末状の材料は本質的にルテニウム、タングステン又はモリブデンからなり、またはこれらからなる。例えば、粉末状の材料は、少なくとも９９．９重量％以上の純度のルテニウム、タングステン又はモリブデンからなる。

空洞１０６は、空洞１０６を真空にするため及び実質的にガスを取り除くために接続される部分から延びて接管領域１０８を形成するように示されている。このような排気の後、接管領域を横切ってシールが形成され（このようなシールは例えば溶接により形成される）、空洞１０６内は排気状態が保たれ、空洞１０６内全体に粉末が供給される。接管領域は型の片側だけに示されているが、接管領域は型の周囲全体に延び、図１４の断面が中心軸について対称になるように形成できることを理解されたい。また、１つの接管領域だけが図示されているが、複数の接管領域を用いることもできることを理解されたい。さらに、接管領域は型の側面の側方外側に延びるように示されているが、接管は、例えば下方又は上方のような他の方向に延びるように形成できることを理解されたい。

図１５を参照すると、粉末（図１４）を固体１１０に固めるために、型に熱間等方加圧加工が施された後の型１００が示されている。この固体は、実質的に所望のＰＶＤターゲットの三次元形状の形状を有する物理気相成長法のターゲット構成に対応する。この形状は、実際の所望の三次元形状を得るために多少の機械加工が必要であることを示すために、実質的に所望の三次元形状と称する。粉末は、接管領域１０４に存在しないように示されているが、幾つかの観点においては、接管領域内に粉末が存在するようにしてもよいことを理解されたい。このような観点においては、接管領域を型の周囲の全体に延びるように形成することができ、接管領域内の固体化された粉末が固体１１０の周囲全体を延びるフランジを形成する。

型１００は図１５の工程段階において固体１１０上につぶされるように示されている。型のつぶれは、典型的には熱間等方圧加工工程の間に生じるが、幾つかの観点では、図示しないが、粉末を固体１１０に固める工程の後でも、型内に幾つかの空間が残る。

構造１１０を形成するために用いられる熱間等方圧加工工程は、任意の適当な条件を含むことができる。例示的な工程では、熱間等方圧加工工程は、ルテニウム、タングステン及びモリブデンの内の１つ又はそれ以上の材料から本質的になる、あるいはこれらからなる粉末を固体化するために用いられる。このような例示的な熱間等方圧加工工程は、約２０６．８４ＭＰａ（３００００ポンド／平方インチ、ｐｓｉ）の等方圧を約１５００℃の温度と組み合わせて用いることができる。しかし、圧力及び温度は適当な任意の条件とすることができる。従って、幾つかの観点から温度を１５００℃未満とすることもできるし、他の観点から温度を１５００℃より高くすることもできる。また、幾つかの観点から圧力を２０６．８４ＭＰａ（３００００ポンド／平方インチ、ｐｓｉ）未満とすることもできるし、他の観点から圧力を２０６．８４ＭＰａ（３００００ポンド／平方インチ、ｐｓｉ）より大きくすることもできる。

型の組成は、熱間等方圧加工工程の高温度において熔けることなく耐えられる材料であることが好ましく、従って型の材料としてチタンを用いることが望ましい。
熱間等方圧加工工程の後、固体１１０からなる一体型のターゲットを残すために型１００（図１５）は固体１１０から取り除かれる。図１６は、固体１１０からなる一体型のターゲット１２０を示す。他の観点においては、型の一部だけを取り除き、型の他の部分を残すようにしてもよい。型の残留部分はターゲット／バッキングプレート構成を形成するためにターゲットに接合されている。図１７に示されているように、ターゲット／バッキングプレート構成１３０は、カップ１０２の一部に接合された固体１１０を有するように示されている。ターゲット／バッキングプレート構成１３０は、ターゲットの内部にスパッタリング表面１３２を有し、また、ターゲットの外部表面とカップ１０２との間の境界面１３４を有している。カップ１０２はこの境界面を介してテーゲット１１０に接合されている。この接合は、熱間等方圧加工工程において生成された拡散接合である。

型全体の取り外し、及び型の一部の取り外しを、適当な任意の機械加工及び／又は化学処理を用いて実現することができる。
図１６及び図１７のターゲット１２０及び１３０は、フランジ２９を有さないという点を除いて、図３及び図４のターゲット構成１２と類似している。このようなフランジは、最終的にターゲットをスパッタリング装置に保持するために用いられる。従って、ターゲット構成にこのようなフランジを設けることが望ましい。フランジをターゲット材料に形成することができ、熱間等方圧加工工程において一体ターゲット構成の一部として製造することができる。図１６のターゲット構成１２０は、本発明の様々な観点（図示せず）によって形成されるフランジを備えることができる。しかし、例えばルテニウムのようなもろい材料からなるターゲットの場合、フランジももろい材料からなり、スパッタリング装置内でターゲットに力が加えられた場合や、ターゲットをスパッタリング装置に挿入するときに、壊れ得るという問題がある。さらに、このような材料はしばしば高価であり、従って、このような高価なターゲット材料でフランジを形成するよりも、相対的に安価な材料でフランジを形成するほうがコスト効率がよくなる。

図１７に示す構成のカップ１０２は、図１８に示すように、フランジを保持するために用いることができる。特に図１８は、フランジ１３６がカップ１０２に取り付けられた後の図１７の構成１３０を示している。電子ビーム溶接及び／又は他の適当な取り付け手段によりフランジを取り付けることができる。フランジ１３６は型１０２と同じ組成であってもよいし、異なる組成であってもよい。

図１８のフランジ１３６を、熱間等方圧加工工程の後に取り付けられるものとして説明したが、本発明は、フランジを熱間等方圧加工工程の前に取り付けるような他の実施形態を包含することを理解されたい。図１９乃至２３は、フランジを熱間等方圧加工工程の前に取り付けるという例示的な概念を図解している。

まず図１９を参照すると、予備工程段階における型の構成２００が示されている。この型の構成は、内部カップ２０４及び内部カップに結合される外部カップ２０２を有する。型の構成は、内部カップと外部カップとの間に空洞２０６を有し、さらに接管領域２０８を有する。空洞領域内における気体の排気のために接管領域２０８を用いることができる。また、型の構成は、外部カップ２０２に取り付けられたフランジ２１０を有する。図１９の断面図では、フランジ２１０は２つ分離したフランジのように示されているが、図１９の構成２００は、典型的には下から見た場合に円形であり、フランジ２１０はこのような円形の構成の周囲全体に延びる単一のフランジであるということを理解されたい。

図示されたフランジは中空であり、従って内部領域２１２を有する。フランジは、フランジ内部に延びる入口２１４を備えるように示されており、入口２１４は熱間等方圧加工工程の前に、フランジから排気するために用いられる。フランジは、例えば、Ｔｉｇ（例えば、タングステン不活性ガス）溶接のような溶接によってカップ２０２に取り付けることができ、あるいは他の適当な接合方法によって取り付けることができる。溶接が排気できるように、中空のフランジとして示されているが、本発明は、フランジを中実とするという他の観点（このような観点の例示的な実施形態は、図２４乃至２６を参照して以下に説明される）も包含することを理解されたい。また、フランジはカップ２０２とは別の部品として示されているが、本発明は、フランジとカップとが一部品構成の一部となるような他の観点を包含することを理解されたい（このような観点の例示的な実施形態は、図２４乃至２６を参照して以下に説明される）。

図２０は、図１９の工程の後の工程段階における構成２００を示しており、特に空洞２０６が排気された後にシールされた接管領域２０８を示しており、また、フランジの内部領域２１２が排気された後でシールされたフランジ２１０の入口２１４を示している。空洞２０６及び空洞２１２は、完全に気体が排気されたというより、空洞が所望の状態に排気されたということを示すために、実質的に完全に排気されたと考えることができる、
図２１を参照すると、図２０に示す工程の後の工程における構成２００が示されており、特に粉末を固体化し粉末からターゲット構成２２０を形成するための熱間等方圧加工を施した後の構成が示されている。熱間等方圧加工工程は、フランジ２１０の型２０６への接合を増強することができる。熱間等方圧加工工程は、型をつぶしてターゲットの形状にする。

次に図２２を参照すると、型の内部カップ２０４（図２１）を取り除き、一方、外部カップ２０２（又は外部カップの少なくとも一部）をターゲット／バッキングプレート構成２３０を形成するために残す。また、ターゲット／バッキングプレート構成２３０において、フランジ２１０は外部カップ２０２の残留部分に取り付けられたままである。

図２２に示される工程段階において、ターゲット及びバッキングプレートは、フランジ２１０の上に延びる領域２４０を有する。これは、ターゲット／バッキングプレート構成の最終構成とすることができる。代替的に、材料２０２及び２２０の最上面がフランジ２１０の最上面と同一平面上になるように、ターゲット２２０及びカップ２０２の材料を取り除くための後続の機械加工を施すことができる。図２３は、このような取り除き工程の後のターゲット／バッキングプレート２３０を示す。「最上面」という用語は、図２２及び図２３において、図示された方向において最上の面であることを示すために用いられているのであり、なんらかのターゲット／バッキングプレートの応用における特定の最上の面を示すものではないことに注意されたい。実際、スパッタリング応用においては、ターゲット／バッキングプレート構成は、典型的には図２２及び図２３に示す向きに対して上下反転され、図２２及び図２３の最上面は、本構成のスパッタリング応用においては、実際には最下面となるであろう。

図１９乃至２３の実施形態のフランジ２１０は中空であり、また型２０２とは異なる材料でであるが、フランジを中実にし、また型２０２と同じ材料とすることもできることを理解されたい。本発明のこのような観点は、図２４乃至２６に示されており、これらは図２１乃至２３に類似しているが、構成２０１及び２３１は、型２０２と一体の中実フランジ２１１を有する。

本発明による方法論により形成されたターゲット（例えば、図１６、１７及び１８のターゲット１１０、及び図２２、２３、２５及び２６のターゲット）は、任意の多数の組成を有することができる。特定の観点として、ターゲットは、イリジウム、コバルト、ルテニウム、タングステン、モリブデン、チタン、アルミニウム及びタンタルの内の１つ又はそれ以上の材料を有するか、又は実質的にこれらからなるか、もしくはこれらからなる。あるいはターゲットは、アルミナイド、シリサイド、カーバイド及びカルコゲニドからなる群から選択される組成を有する。特定の観点として、ターゲットは、例えばタングステン及びチタンの混合物（即ちタングステン／チタン）、タングステン及びアルミニウムの混合物（即ちタングステン／アルミニウム）、又はタンタル及びアルミニウムの混合物（即ちタンタル／アルミニウム）のような混合材料を有するか、又は実質的にこれらからなるか、もしくはこれらからなる。ターゲットは所望の組成において高純度とすることができ、例えば、９９．９重量％以上の純度の所望の組成とすることができる。特定の観点では、ターゲットは９９．９９重量％以上の、イリジウム、コバルト、ルテニウム、タングステン、モリブデン、チタン、アルミニウム及びタンタルの内の１つ又はそれ以上の材料を有し、これにはターゲットが実質的に純粋なルテニウム、タングステン及びモリブデンであるという観点を含む。また、タングステン及びチタンの混合物、タングステン及びアルミニウムの混合物、及びタンタル及びアルミニウムの混合物を含む材料の混合物又は合金であるとう観点も含まれる。さらにターゲットは高密度とすることができる（ある観点では、ターゲット内の組成の密度は、ターゲット組成の理論上の最大密度の９８％以上とすることができる）。さらに、ターゲット組成が結晶であるならば、本発明の観点により形成されるターゲット内の組成を相対的に小さな粒子寸法とすることができる（例えば、本発明の幾つかの観点では、結晶の平均粒子寸法は約１５０ミクロン以下である）。本技術分野における当業者に知られているように、小さいな粒子寸法及び高密度であることは、大きな粒子サイズ及び／又は低密度のターゲットと比べてスパッタリング特性を改良する。

本発明の様々な観点から用いられる型の組成は、適当な任意の組成とすることができる。幾つかの観点において、型の内側カップをターゲットから容易に取り外すことができるようにし、一方で、型の外側カップがターゲットにきつく接合されたままにできるように、型の内側カップを外側カップと異なる組成にすることが望ましい。図２７は、外側カップ３０２と異なる組成を有する内側カップ３０４を備える例示的な型３００を示している。

上述の実施形態において、均一な単一な組成を有するカップを用いて型の組成を議論したが、カップは多数層を有することができることを理解されたい。多数層を用いることは、ターゲット材料に対するよい接着性を提供するという利点を有し、あるいは代替的に、ターゲット材料からカップを取り外しやすくするという利点を有する。

図２８は、第１の層４０１及び第２の層４０３を備える外側カップ４０２と、第１の層４０５及び第２の層４０７を備える内側カップ４０４とを有する型４００を示す。幾つかの観点において、外側カップ４０２の層４０３は外側カップのターゲットに対する接着性を増強し、バッキングプレートとしてターゲットに取り付けられる外側カップを備えるターゲット／バッキングプレート構成を形成するに際して、外側カップのターゲットに対する接合性を増強する。幾つかの観点において、内側カップの層４０７は、内側カップをターゲットから取り外しやすくし、従って、これは取り外し層に相当する。例示的な取り外し層はグラファイトオイルである。

層４０１及び４０５の組成は互いに実質的に同一にすることができ、あるいは互いに異なるようにすることもできる。幾つかの観点において、層４０１及び４０５は、それぞれ、カップ４０２及び４０４の最外殻ということができる。また、層４０３及び４０７は、これらの最外殻と型４４０内に最終的に形成されるターゲットとの間の材料であるということができる。

層４０３及び４０７は金属として示されているが、これらの層は任意の物理状態とすることができ、幾つかの観点では、アモルファス、粉末状などとすることができることを理解されたい。特定の観点において、これらの層の内の少なくとも１つは、１つ又はそれ以上のセラミック材料を有する。

図２９は、図２８の型４００を用いて形成されたターゲット／バッキングプレート構成４３０を示す。特に、このターゲット／バッキングプレート構成は、バッキングプレートとして層４０１及び４０３を含む外側カップ４０２を有し、また、熱間等方圧加工工程において型４００内で固体化される粉末から形成されるターゲット構成４５０を有する。この熱間等方圧加工工程は、図１４を参照して説明した工程、あるいは図２０を参照してい説明した工程と類似の方法論を用いることができる。ターゲット／バッキングプレート構成４３０は、介在材料４０３を介してターゲット４５０に接合された最外殻４０１を備えるバッキングプレートを有すると考えることができる。特定の観点において、ターゲット４５０は、実質的にルテニウムを有し、又は本質的にルテニウムからなり、もしくはルテニウムからなり、殻４０１はアルミニウム、チタン及び／又は銅を有し、又は本質的にこれらからなり、もしくはこれらからなり、介在材料４０３はバッキングプレートとターゲットとの間の接合を増強するための適当な任意の材料とすることができる。

上述の方法は本発明の例示的な方法であり、本発明は、上述の方法の変形例を含むことを理解されたい。例えば、幾つかの観点において、所望の三次元ターゲットと相補的な形状を有するバッキングプレート（例示的なバッキングプレートは、フランジ付き又はフランジ無しの図２６のカップの形状であり、バッキングプレートは適当な任意の材料を有する。この材料には、例えば、アルミニウム、銅及びチタンの内の１つ又はそれ以上からなる材料が含まれる。）に対して、１つ又はそれ以上の上述の粉末状材料を真空ホットプレスして、三次元ターゲットを形成することができる。代替的に、粉末材料を真空ホットプレスし、続いて三次元ターゲットの製造中に熱間等方圧加工による高密度化工程を施すことができる。

従来の一対のアプライドマテリアルズ社のスパッタリングターゲットを示す等角図である。 図１に示すスパッタリングターゲットの断面側面図である。 従来のノベラス社の中空陰極スパッタリングターゲットを示す等角図である。 図３に示すスパッタリングターゲットの断面側面図である。 従来のアプライドマテリアルズ社のＥｎｄｕｒａ（登録商標）スパッタリングターゲットを示す等角図である。 図５に示すスパッタリングターゲットの断面側面図である。 従来の平面スパッタリングターゲットを示す等角図である。 図６に示すスパッタリングターゲットの断面側面図である。 従来のスパッタリングターゲットを示す上面図である。 図９に示すスパッタリングターゲットの断面側面図である。 従来のスパッタリングターゲットを示す上面図である。 図１１に示すスパッタリングターゲットの断面側面図である。 本発明の例示的な方法による、予備工程段階における例示的な型を示す断面線図である。 図１３に示す工程の後の工程段階における、粉末状のターゲット材料がその中に提供されている図１３の型を示す図である。 粉末状のターゲット材料がターゲット構成に固体化された後の、図１４に示す工程の後の工程段階のける図１３の型を示す図である。 型を取り除いた後の図１５のターゲット構成を示す図である。 図１６に示す実施形態とは別の実施形態による、図１５の工程の後の工程段階における図１５のターゲット構成を示す図である。 図１７に示す工程の後の工程における図１７のターゲット構成を示す図である。 本発明による他の実施形態により形成された、内部に粉末状のターゲット材料が提供された例示的な型を示す断面線図である。 図１９の工程の後の工程における図１９の型の構成を示す図である。 図２０の工程の後の工程における図１９の構成であり、特に粉末状のターゲット材料がターゲット構成に固体化した後の状態を示す図である。 図２１の工程の後の工程段階における図２１の構成であり、特に型の一部を取り除き、ターゲット／バッキングプレートを残した構成を示す図である。 図２２の工程の後の、例示的な最終的なターゲット／バッキングプレートを形成するための工程段階のおける図２２の構成を示す図である。 本発明の他の側面を示す、図２１と類似の構成を示す図である。 図２４の工程の後の工程段階における図２４の構成であり、特に型の一部を取り除き、ターゲット／バッキングプレートを残した構成を示す図である。 図２５の工程の後の、例示的な最終的なターゲット／バッキングプレートを形成するための工程段階のおける図２５の構成を示す図である。 本発明の他の側面により形成された例示的な型を示す断面線図である。 本発明の他の側面により形成された型を示す断面線図である。 図２８に示す型を用いて形成された例示的なターゲット／バッキングプレート構成を示す断面線図である。

Claims (43)

1. 物理気相成長法の三次元ターゲットを形成する方法であって、
   前記ターゲットの所望の三次元形状と実質的に相補的な形状の型を形成する工程と、
   前記型内に粉末状の材料を配置する工程と、
   前記粉末状の材料を、実質的に前記所望の三次元形状を有する物理気相成長法のターゲットに形成するために、前記型内の粉末に熱間等方圧加工を施す工程と、
   前記物理気相成長法のターゲットから前記型の一部を取り除く工程と、を有することを特徴とする方法。
2. 更に、前記熱間等方圧加工工程の前に、前記粉末状の材料に真空ホットプレス加工を施す工程を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記材料は、イリジウム、コバルト、ルテニウム、タンタル、タングステン、クロム及びモリブデンの内の１つ又はそれ以上を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 前記材料は、イリジウム、コバルト、ルテニウム、タンタル、タングステン、クロム及びモリブデンの内の１つ又はそれ以上から本質的になることを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 前記材料は、イリジウム、コバルト、ルテニウム、タンタル、タングステン、クロム及びモリブデンの内の１つ又はそれ以上からなることを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 前記型はアルミニウム、チタン及び銅の内の少なくとも１つを有することを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 前記材料は本質的にルテニウムからなることを特徴とする請求項１に記載の方法。
8. 前記所望の三次元形状は、中空陰極マグネトロンターゲットの形状であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
9. 前記型の一部を取り除く工程は、型の一部をバッキングプレートとして前記物理気相成長法のターゲットに残存させることを特徴とする請求項８に記載の方法。
10. 前記型の取り除かれる部分は、前記バッキングプレートとして前記物理気相成長法のターゲットに残存する部分とは異なる組成を有することを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. 前記型の残存する部分はチタンを有し、前記物理気相成長法のターゲットはルテニウムを有することを特徴とする請求項９に記載の方法。
12. 更に、前記型の前記バッキングプレートとして残存する部分にフランジを取り付ける工程を有することを特徴とする請求項８に記載の方法。
13. 前記フランジの全体は、前記熱間等方圧加工工程の後に取り付けられることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
14. 前記フランジは、前記熱間等方圧加工工程の前に取り付けられることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
15. 前記フランジは、前記熱間等方圧加工工程の前に、前記型の残存部分に溶接により取り付けられ、
    前記溶接されたフランジを通る開口を提供し、前記フランジの内側は実質的に前記開口通じて排気され、その後、前記開口は前記熱間等方圧加工工程の前にシールされ、
    前記熱間等方圧加工工程は、前記フランジの前記型の残存部分への接合を改良するために用いられることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
16. 中空陰極マグネトロンターゲットを形成する方法であって、
    所望の中空陰極マグネトロンターゲット形状と実質的に相補的な形状の型を形成する工程と、
    前記型の内部に粉末状の材料を配置する工程とを有し、前記粉末状の材料は、イリジウム、コバルト、ルテニウム、タングステン、モリブデン、チタン、アルミニウム及びタンタルの内の１つ又はそれ以上を含み、
    前記方法はさらに、前記型内の粉末状の材料を、実質的に前記所望の中空陰極マグネトロンターゲットの形状を有する物理気相成長法のターゲットに実質的に成形するために、熱間等方圧加工工程を施す工程と、
    前記物理気相成長法のターゲットから前記型の第１の部分を取り除き、前記物理気相成長法のターゲットに取り付けられるバッキングプレートとして、前記型の第２の部分を残存させる工程とを有することを特徴とする方法。
17. 更に、前記熱間等方圧加工工程の前に、前記粉末状の材料に真空ホットプレス加工を施す工程を有することを特徴とする請求項１６に記載の方法。
18. 前記熱間等方圧加工工程中における前記型内の前記粉末状の材料の全体は、本質的にルテニウムからなることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
19. 前記熱間等方圧加工工程中における前記型内の前記粉末状の材料の全体は、本質的にタングステンからなることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
20. 前記熱間等方圧加工工程中における前記型内の前記粉末状の材料の全体は、本質的にモリブデンからなることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
21. 前記熱間等方圧加工工程中における前記型内の前記粉末状の材料の全体は、本質的にタンタルからなることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
22. 前記熱間等方圧加工工程中における前記型内の前記粉末状の材料の全体は、本質的にタングステン及びチタンからなることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
23. 前記熱間等方圧加工工程中における前記型内の前記粉末状の材料の全体は、本質的にタングステン及びアルミニウムからなることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
24. 前記熱間等方圧加工工程中における前記型内の前記粉末状の材料の全体は、本質的にタンタル及びアルミニウムからなることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
25. 前記型の第１及び第２の部分は、互いに実質的に同一の化学組成を有することを特徴とする請求項１６に記載の方法。
26. 前記型の第１及び第２の部分は、互いに実質的に同一でない化学組成を有することを特徴とする請求項１６に記載の方法。
27. 請求項１６に記載の方法であって、
    前記ターゲットは、本質的に第１の材料からなり、
    前記型の第２の部分は、本質的に第２の材料からなる最外殻を有し、
    前記方法は更に、前記熱間等方圧加工工程の前に、前記最外殻と前記ターゲットとの間の接合を増強するために、前記型の前記最外殻と前記粉末との間に第３の材料を提供する工程を有することを特徴とする方法。
28. 前記第１の材料はルテニウムであり、前記第２の材料はチタンであることを特徴とする請求項２７に記載の方法。
29. 請求項１６に記載の方法であって、
    前記ターゲットは、本質的に第１の材料からなり、
    前記型の前記第１の部分は、本質的に第２の材料からなる最外殻を有し、
    前記方法は更に、前記熱間等方圧加工工程の前に、前記最外殻と前記ターゲットとの間の接合を弱めるために、前記型の前記最外殻と前記粉末との間に第３の材料を提供する工程を有することを特徴とする方法。
30. 前記第１の材料はルテニウムであり、前記第２の材料はチタンであることを特徴とする請求項２９に記載の方法。
31. 前記第３の材料はセラミック材料であることを特徴とする請求項２９に記載の方法。
32. 三次元の物理気相成長法のターゲットを形成する方法であって、
    イリジウム、コバルト、ルテニウム、タングステン、モリブデン、チタン、アルミニウム、タンタル、アルミナイド、シリサイド、カルコゲニド及びカーバイドの内の１つ又はそれ以上を含む組成物を提供する工程と、
    アルミニウム、チタン及び銅の内の少なくとも１つを含み、所望の三次元ターゲットと相補的な形状を有するバッキングプレートを提供する工程と、
    前記バッキングプレートに対して前記組成物を真空ホットプレス加工する工程とを有することを特徴とする方法。
33. 前記組成物は、イリジウム、コバルト、ルテニウム、タングステン、モリブデン、チタン、アルミニウム、タンタル、アルミナイド、シリサイド、カルコゲニド及びカーバイドの内の１つ又はそれ以上を有し、前記バッキングプレートはアルミニウム、チタン及び銅の内の１つ又はそれ以上からなることを特徴とする請求項３２に記載の方法。
34. 三次元の物理気相成長法のターゲットであって、イリジウム、コバルト、ルテニウム、カルコゲニド及びカーバイドの内の１つ又はそれ以上を含む組成物を有することを特徴とするターゲット。
35. 前記イリジウム、コバルト、ルテニウムの内の少なくとも１つは合金の成分として存在することを特徴とする請求項３４に記載のターゲット。
36. 前記ターゲットの組成物は、理論的な最大密度の少なくとも９８％の密度を有することを特徴とする請求項３４に記載のターゲット。
37. 前記組成物は結晶であり、平均結晶粒径は１５０ミクロン以下であることを特徴とする請求項３４に記載のターゲット。
38. 前記ターゲットは、中空陰極マグネトロンターゲットであることを特徴とする請求項３４に記載のターゲット。
39. 前記ターゲットはルテニウムを含むことを特徴とする請求項３４に記載のターゲット。
40. 前記ターゲットは本質的にルテニウムからなることを特徴とする請求項３４に記載のターゲット。
41. 前記ターゲットは、本質的にルテニウムからなり、本質的にアルミニウム、チタン又は銅からなるバッキングプレートに接合されていることを特徴とする請求項３４に記載のターゲット。
42. 前記ターゲットは、中空陰極マグネトロンターゲットであることを特徴とする請求項４１に記載のターゲット。
43. 前記ターゲットはルテニウムからなることを特徴とする請求項３４に記載のターゲット。

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