专利名称：粉粒产生少的溅射靶及该靶的制造方法
技术领域：
本发明涉及在富有延性的基质相内存在金属间化合物、氧化物、碳化物、碳氮化物、其它无延性的物质的靶，其表面缺陷少，并且粉粒产生少；本发明还涉及该靶的表面加工方法。
背景技术：
溅射法作为薄膜的形成手段是已经广为人知的技术。其基本原理为在氩气等的稀薄气体中在需要形成薄膜的衬底(阳极侧)和与其间隔短间距相对的包含薄膜形成物质的靶(阴极侧)之间施加电压，由此将氩气等离子体化，由此产生的氩离子撞击作为阴极物质的靶，利用其能量使靶的物质飞出(击出)到外部，由此该飞出的物质层叠在相对的衬底面上。利用该溅射原理的薄膜形成装置，有偏压二极溅射装置、高频溅射装置、等离子体溅射装置等多种设计，但基本原理相同。形成薄膜的物质，由于作为氩离子的目标，因此称为靶，其具有如下特征由于利用离子的撞击能量，因此构成靶的薄膜形成物质以原子状或原子集合成的簇状层叠在衬底上，从而形成微细且致密的薄膜，这是广泛应用于目前的各种电子部件的原因。该薄膜形成中使用的溅射，最近要求非常高度的成膜方法，因此制作的薄膜中缺陷少成为大的课题。溅射中产生这样的缺陷，不仅是由溅射法引起的，而且多数起因于靶本身。这样的起因于靶的缺陷的产生原因有粉粒或结瘤的产生。从靶溅射的(飞出的)物质本来是附着到相对的衬底上的，但是，不一定是垂直溅射，而是从各种方向飞来。这样的飞出物质会附着到衬底以外的溅射装置内的设备上，有时其会剥离、漂浮并再次附着到衬底上或者产生靶表面的飞弧(由于异常放电，而成为Iym以下的微粒并附着到衬底上)。这样的物质称为粉粒，例如在电子设备的微细布线膜中造成短路，从而导致产生不合格品。已知，这样的粉粒产生，起因于物质从靶的飞出，即随靶的表面状态而增减。另外，一般而言，通过溅射并不是使靶面的物质均匀地减少(被剥蚀)，而是根据构成物质与溅射装置的固有特性、电压的施加方式等，而具有在特定的区域例如以环状剥蚀的倾向。另外，根据靶物质的种类或靶的制造方法，有时在靶上形成疹状的突起物质大量残留的、称为所谓的结瘤的物质。其为薄膜形成物质之一，因此，不会对薄膜直接造成影响，但是，观察到在该结瘤的突起上会产生微小的电弧(微弧放电)，并且这会造成粉粒增大。另外，结瘤大量产生时，溅射速度发生变化(延迟)，从而不能控制成膜。有时该粗大的结瘤剥离并附着到衬底上。此时，结瘤本身成为引起故障的重要原因。由于这样的情 况，有时要先停止溅射并进行除去结瘤的作业。这有时存在作业效率下降的问题。最近，多数情况下，靶并非由均匀的物质构成，而是在具有延性的基质相中混合存在有金属间化合物、氧化物、碳化物、碳氮化物、以及其它物质的状态下使用。这样的情况下，特别产生结瘤或粉粒产生变多的问题。作为现有技术，提出了将机械加工时在高熔点金属合金用溅射靶的表面部产生的微小裂纹或缺陷部等加工缺陷层(破碎层)除去后的溅射靶(参考专利文献I)。另外，公开了调节溅射靶的表面粗糙度，减少残留污染物的量、表面的氢含量以及加工改性层的厚度，而实现膜的均匀化，抑制结瘤或粉粒产生的技术(参考专利文献2)。另外，提出了为了抑制粉粒产生而进行机械化学研磨，由此将表面粗糙度Ra调节为O. 01 μ m以下的方案(参考专利文献3)、为了在钽靶溅射时抑制粉粒产生，而将结晶面(110)的半峰宽设定为O. 35以下的方案(专利文献4)。但是，虽然这些技术预想到结瘤或粉粒产生对靶的表面状态有显著影响，但是，现实情况是仍然没有解决问题。另外，提出了一种靶，其具有在富有延性的基质相内以f 50体积％存在金属间化合物、氧化物、碳化物、碳氮化物、其它无延性的物质的靶表面，并且不存在起因于机械加工的10 μ m以上的缺陷(参考专利文献5)。这是本申请人提出的方案，在公知文献中是有效的 方法，但是，为了防止结瘤或粉粒产生，尚有改良的余地。本申请发明对此进行了进一步改良。现有技术文献专利文献专利文献I :日本特开平3-257158号公报专利文献2 :日本特开平11-1766号公报专利文献3 日本特开平10-158828号公报专利文献4 :日本特开2003-49264号公报专利文献5 :国际公开W02005/083148号公报
发明内容
本发明的目的在于提供可以改善在富有延性的基质相内大量存在金属间化合物、氧化物、碳化物、碳氮化物、其它无延性的物质的靶表面，从而防止或者抑制溅射时产生结瘤或粉粒的表面特性优良的溅射靶及其表面加工方法。本发明提供I) 一种粉粒产生少的溅射靶，其特征在于，在富有延性的基质相内以广50%的体积比率存在金属间化合物、氧化物、碳化物、碳氮化物、其它无延性的物质的靶表面中，缺陷面积率为O. 5%以下。2)上述I)所述的粉粒产生少的溅射靶，其特征在于，所述靶表面中，
O.00Γ0. 04 μ m2大小的缺陷个数为全部缺陷个数的90%以上。另外，本发明提供3) 一种粉粒产生少的溅射靶的表面加工方法，其特征在于，对在富有延性的基质相内以广50%的体积比率存在金属间化合物、氧化物、碳化物、碳氮化物、其它无延性的物质的靶的表面先通过切削加工进行一次加工，然后通过研磨进行精加工，由此形成靶表面中缺陷面积率为O. 5%以下的表面。4)上述3)所述的溅射靶的表面加工方法，其特征在于，通过所述加工，使所述靶表面中O. ΟΟΓΟ. 04 μ m2大小的缺陷个数为全部缺陷个数的90%以上。发明效果本发明对在富有延性的基质相内以广50%的体积比率存在金属间化合物、氧化物、碳化物、碳氮化物、其它无延性的物质的靶的表面先通过切削加工进行一次加工，然后通过研磨进行精加工，由此得到平缓表面的表面特性优良的靶，通过使用该靶进行溅射，具有粉粒产生以及靶使用后的结瘤的产生显著减少的优良效果。
图I是表示靶材料的车床加工面的代表例的显微镜照片(倍数X 6000)。图2是表示利用激光显微镜对图I所示的靶材料的车床加工面进行三维形状分析得到的图像的图。
图3是表示对图I所示的靶材料的车床加工面进一步进行研磨加工(表面抛光)后的靶面的显微镜照片(倍数X6000)。图4是表示利用激光显微镜对图3的研磨加工(表面抛光)后的靶面进行三维形状分析得到的结果的图。图5是以Co、Cr、Pt、SiO2为原料，进行本申请发明的切削和研磨后的实施例I的靶的显微镜照片(倍数X6000)。图6是表示选择任意的一个视野，考查所述靶表面的缺陷大小及个数的例子(靶表面的五个部位)的图。
具体实施例方式作为本发明的表面加工对象的靶，是富有延性的基质相和以f 50%的体积比率存在于其中的金属间化合物、氧化物、碳化物、碳氮化物、其它无延性的物质混合存在的靶。这样的靶的典型例子，为磁性材料，例如，作为具有延性的材料，可以列举Co、Cr、Pt、B、Ru等。另外，作为无延性的物质，可以列举Cr、Ta、Si、Ti、Zr、Al、Nb、B、Co等的氧化物、碳化物、碳氮化物等。另外，作为金属间化合物，有构成元素的金属间化合物。但是，这些为代表性的物质，本申请发明不限于这些材料，也可以应用于其它同样的材料。对这样的混合存在有无延性的物质的靶材料，例如使用车刀(bite)进行切削加工时，以金属间化合物、氧化物、碳化物、碳氮化物、其它无延性的物质存在的部位为起点，形成裂纹、由脱落造成的凹陷，以及根据情况在凹陷处残留碎片的形态的缺陷(疵点)。观察靶材料的车床加工面时，形成图I所示的车床加工面。此时，显示的是对在钴-铬-钼合金(CCP)中分散有氧化物(SiO2)微粒的磁性材料进行车床加工后的面，但是，在该车床加工面上在基质相中存在大量的氧化物(SiO2)微粒(呈黑斑状的部分)。另一方面，在车床加工面上存在由车刀造成的许多条纹，而且没有成为平滑的面。该状态如图2所
/Jn ο图2是利用激光显微镜进行三维形状分析得到的图。该分析条件如下所述。对靶表面进行激光照射，基于从表面反射的激光反射光量的亮度信息，将靶表面的凹凸制成带有浓淡的测定图像(高度数据)，再将作为试样的测定面自身所具有的斜率用X轴、Y轴、将其各自用最小二乘法得到的近似曲线来表示，将其修正为平面，由此可以得到形状分析面。另外，将靶表面的最深地点作为O点，以μ m为单位(3位小数)进行测定和表示，由此可以用柱状图表示表面、凹凸(高度数据)。由此，可以确认高度数据分布(柱状图)的3 σ和平均值。上述的靶的表面状态，不能防止或抑制结瘤或粉粒产生。因此，要进行研磨加工(表面抛光)。关于该研磨加工条件如后所述，该研磨加工时的重点方面是，将靶表面中缺陷面积率调节为O. 5%以下。表面缺陷的代表例子为裂纹、由金属间化合物、氧化物、碳化物、碳氮化物、其它无延性的物质的脱落造成的凹陷、以及根据情况在凹陷处残留碎片的形态的缺陷(疵点)。本发明中，进行研磨加工(表面抛光)直到使该缺陷面积率为O. 5%以下。面积率为O. 5%以下可以容易地理解是指靶表面整体的缺陷数少。该条件对于防止或抑制靶中产生结瘤或粉粒是重要的条件。进行实现该条件的研磨加工(表面抛光)后的靶面的显微镜照片如图3所示。在该图3中，观察不到由车刀造成的磨削痕迹，可以观察到在钴-铬-钼合金(CCP)中分散有氧化物(SiO2)微粒的形态。另外，在图4中，显示了通过与上述同样的方法对图3的研磨加工(表面抛光)后的靶面利用激光显微镜进行三维形状分析而得到的结果。本申请发明中，特别是在靶表面中，O. 001、. 04 μ m2大小的缺陷个数为全部缺陷个数的90%以上，这在评价粉粒产生少的溅射靶方面是一个重要的条件。这表示缺陷越小，则粉粒产生越少，而且表示如果缺陷小，则溅射中的异常带电区域小，结果，可以抑制由于异常放电引起的飞弧。前述内容中，通过缺陷在靶表面整体中的面积率评价靶的好坏，这在防止或抑制结瘤或粉粒产生方面是决定性的评价，另外，通过缺陷的大小也可以评价靶的好坏。结瘤或粉粒产生的大多数原因是缺陷的多少，但是，通过控制该缺陷以及该缺陷的大小，可以进一步抑制靶产生结瘤或粉粒。通过O. OOfO. 04 μ m2大小的缺陷个数为全部缺陷个数的90%以上，可以得到更加良好的靶。另外，本申请发明中，靶表面中的缺陷如下所述进行定义。研磨加工(表面抛光)面中，对于作为粉粒产生的前阶段的飞弧产生部位，设定为“超过平均值+3σ ”的部位，并将其定义为缺陷。另一方面，在平面研磨加工面中，对于作为粉粒产生的前阶段的飞弧产生部位，设定为“平均值+3 σ以上”的部位以及“平均值-3 σ以下”的部位，并将其定义为缺陷。这些平均值以及3σ可以通过利用激光显微镜的三维形状分析来确认。另外，本申请发明可以提供起因于在富有延性的基质相内存在的金属间化合物、氧化物、碳化物、碳氮化物、其它无延性的物质的隆起水平相对于富有延性的基质相的水平为0.05 μ m以下的溅射靶。靶的结瘤或粉粒产生多数是由于靶表面中的突起物引起的。因此，尽可能减少靶的表面研磨后的靶表面的突起、即隆起物的存在可以进一步减少靶的结瘤或粉粒产生。本申请发明可以提供这样的靶，本申请发明包括这些方面。本发明中，通过切削加工进行一次加工，在进行从靶材料的表面切削优选 ImnTlOmm范围的一次加工后,通过研磨进行精加工。切削ImnTlOmm的理由在于,为了有效地除去先前形成的靶材料表面的缺陷。切削可以通过使用车刀或刀头(f ” 7)的车床加工来进行。另外，进行所述一次加工后，也可以进行磨削(平磨)加工。该磨削加工，并非必要工序，但是具有减少切削造成的缺陷(缺口(如(O、裂纹)或者未出现在表面上的加工破坏层的效果，结果，对粉粒的减少也有影响，因此可以说希望根据需要实施。通过该切削加工(一次加工)，如上所述，产生裂纹、由脱落造成的凹陷等缺陷，例如要使用#8(Γ#400的粗磨粒的砂纸或磨石对其进行研磨。由此，可以消除所述裂纹、由脱落造成的凹陷等缺陷，形成平滑的靶面。另外，本申请发明中进行研磨加工(表面抛光)。该研磨加工(表面抛光)，可以在所述切削后或者再使用#8(Γ#400的粗磨粒的砂纸或磨石进行研磨后进行。
本申请发明的研磨加工，为包括通过滴加纯水进行的湿式一次研磨工序一通过滴加氧化铝研磨剂进行的湿式二次研磨工序的SSP (溅射靶表面抛光)加工。由此，可以制作平滑并且裂纹、由脱落等造成的凹陷等表面缺陷少的靶。本申请发明研磨加工的方法之一是在(A)纯水(流水速度0. 51/分钟)、研磨压力(O. 3MPa)、祀及垫的转速(祀400rpm,垫130rpm)、各氧化物种的金刚石垫(#800)、研磨时间1(Γ20分钟(根据靶直径而变化)条件下进行。另外，本申请发明的研磨加工，通过设定为(B)氧化铝研磨剂(种类中性类型，pH :7±0· 5)、滴加速度(任意调节)、研磨压力(O. 3MPa)、革巴及垫的转速(革巴400rpm,垫130rpm)、各氧化物种的研磨时间15 20分钟(根据靶直径而变化)、研磨材料为中性类型，可以防止金属部的侵蚀，可以进行将金属部与氧化物的磨削性的不同抑制到最小的研磨。本发明中重要的一点是通过该研磨加工的调节，使靶表面中缺陷面积率为O. 5%以下。由此，可以实现以下优良效果可以改善在富有延性的基质相内大量存在金属间化合物、氧化物、碳化物、碳氮化物、其它无延性的物质的靶的表面，在溅射时可以防止或抑制结瘤或粉粒产生。实施例以下，对实施例进行说明。另外，本实施例用于说明本发明的一个例子，本发明不限于这些实施例。(实施例I)在本实施例I中，通过使用车床的切削对以Co、Cr、Pt、Si02为原料、通过包括粉末混合和烧结(粉末冶金)的制造工序制造的祀原料进行一次加工，使得Ra为O. 30 μ m, Rz为I. 50 μ m。然后，再进行包括通过滴加纯水进行的湿式一次研磨工序一通过滴加氧化铝研磨剂进行的湿式二次研磨工序的SSP (溅射靶表面抛光)加工对表面进行调节，得到靶。该靶的表面的显微镜照片的一例如图5所示。如该图5所示，在具有延性的C0-Cr-Pt合金的基质中观察到SiO2微粒的存在。然后，对该靶考查缺陷面积率以及(O. 00Γ0. 04 μ m2大小的缺陷个数/全部缺陷个数)的比例。结果，分别为O. 486%和86. 69%。另外，缺陷面积率以及缺陷个数，如图6所示，对于180mm Φ的靶表面的5个部位，各自选择任意的一个视野(100 μ mX 80 μ m)，根据前述的靶表面的缺陷的定义，考查、求出缺陷的大小以及缺陷个数。然后，使用该祀，在I. 5Pa的Ar气氛中、30W/cm2的DC 贱射条件下在基板上形成派射膜。对溅射后的粉粒进行观察，粉粒的尺寸为约O. 8 μ πΓ约18 μ m(“平均直径”，下同)，并且可以将起因于粉粒的不合格产生率减少到I. 5%。结果如表I所示。表1表面不存在磨削加工引起的突起的磁性材料靶
权利要求
1.一种粉粒产生少的溅射靶，其特征在于，在富有延性的基质相内以广50%的体积比率存在金属间化合物、氧化物、碳化物、碳氮化物、其它无延性的物质的靶表面中，缺陷面积率为O. 5%以下。
2.如权利要求I所述的粉粒产生少的溅射靶，其特征在于，所述靶表面中，O.00Γ0. 04 μ m2大小的缺陷个数为全部缺陷个数的90%以上。
3.一种粉粒产生少的溅射靶的表面加工方法，其特征在于，对在富有延性的基质相内以f 50%的体积比率存在金属间化合物、氧化物、碳化物、碳氮化物、其它无延性的物质的靶的表面先通过切削加工进行一次加工，然后通过研磨进行精加工，由此形成靶表面中缺陷面积率为O. 5%以下的表面。
4.如权利要求3所述的溅射靶的表面加工方法，其特征在于，通过所述加工，使靶表面中O. 00Γ0. 04 μ m2大小的缺陷个数为全部缺陷个数的90%以上。
全文摘要
本发明涉及粉粒产生少的溅射靶，其特征在于，在富有延性的基质相内以1~50%的体积比率存在金属间化合物、氧化物、碳化物、碳氮化物、其它无延性的物质的靶表面中缺陷面积率为0.5%以下；还涉及该靶的制造方法。本发明提供可以改善存在大量无延性的物质的靶表面，可以防止或抑制溅射时结瘤或粉粒产生的溅射靶及其表面加工方法。
文档编号C22C1/10GK102666912SQ20108005814
公开日2012年9月12日 申请日期2010年12月6日 优先权日2009年12月25日
发明者小出启 申请人:吉坤日矿日石金属株式会社