JP7735269B2 - Sputtering target and method of manufacturing the same - Google Patents
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Description
本開示は、極紫外(Extreme Ultra Violet:以下、EUV)光を用いてEUVリソグラフィを行うときに使用するマスクの原版となるマスクブランクスの保護膜又はマスクパターン面への異物付着を防止するためのペリクル膜などを形成するのに好適なスパッタリングターゲットに関する。 This disclosure relates to a sputtering target suitable for forming protective films on mask blanks, which serve as the original masks used in extreme ultraviolet (EUV) lithography using EUV light, or pellicle films for preventing foreign matter from adhering to the mask pattern surface.
半導体デバイスにおいて、電子部品のICチップを構成する電子回路の微細化が求められ、EUVリソグラフィなどの技術を用いて微細な回路パターンを形成することが行われているが、製造における数ナノメートル程度の微細なダスト又は疵などの欠陥が、動作における致命的欠陥になるため、マスクの原版となるマスクブランクスに用いられる薄膜の材質も重要となる。 In semiconductor devices, there is a demand for miniaturization of the electronic circuits that make up the electronic component IC chips, and techniques such as EUV lithography are being used to form fine circuit patterns. However, defects such as minute dust particles or scratches on the order of a few nanometers that occur during manufacturing can become fatal defects in operation, so the material of the thin film used in the mask blanks, which are the original plates for the masks, is also important.
EUV向けのブランクス又はペリクルと呼ばれる薄膜には、EUV光の透過または吸収、並びに熱伝導に対する優位性からルテニウムに添加した合金材料を使用することが行われ、薄膜形成方法としてスパッタリング法を用いて薄膜が形成されている。 Thin films called blanks or pellicles for EUV applications are made using alloy materials with ruthenium added because of their superiority in transmitting or absorbing EUV light and in thermal conductivity, and the thin films are formed using the sputtering method.
EUVリソグラフィ用反射型マスクブランクを製造する際に使用されるスパッタリングターゲットとして、ルテニウムと、ニオブ、モリブデン、ジルコニウム、チタン、ランタン、ケイ素、ホウ素及びイットリウムから選ばれる少なくとも一種とを含有するルテニウム化合物からなるスパッタリングターゲットが開示されている(例えば、特許文献1を参照。)。特許文献1には、ニオブ、モリブデン、ジルコニウム、チタン、ランタン及びケイ素については、化合物中の含有率が3~75原子%の範囲であることが好ましく、特に耐薬液性向上の観点からは、40~75原子%の範囲であることが望ましことが述べられている。また、特許文献1には、ホウ素及びイットリウムについては、酸化されやすい金属なので、これらの金属の含有率が多いと成膜されたルテニウム化合物膜の表面に酸化層が形成されて光学特性(例えばEUV光の反射率)が劣化するおそれがあるため、化合物中の含有率は3~50原子%の範囲であることが好ましいことが述べられている。また、特許文献1には、不純物の中でも特に酸素の含有量が2000ppm以下、炭素の含有量は200ppm以下で、酸素と炭素の含有量が何れも少ないことにより、成膜時にターゲットから生成されるパーティクルを減少することが述べられている。 As a sputtering target used in producing reflective mask blanks for EUV lithography, a sputtering target made of a ruthenium compound containing ruthenium and at least one element selected from niobium, molybdenum, zirconium, titanium, lanthanum, silicon, boron, and yttrium has been disclosed (see, for example, Patent Document 1). Patent Document 1 states that the content of niobium, molybdenum, zirconium, titanium, lanthanum, and silicon in the compound is preferably in the range of 3 to 75 atomic %, and that a range of 40 to 75 atomic % is desirable, particularly from the perspective of improving chemical resistance. Patent Document 1 also states that the content of boron and yttrium in the compound is preferably in the range of 3 to 50 atomic %, because these metals are easily oxidized and high contents of these metals may form an oxide layer on the surface of the deposited ruthenium compound film, resulting in degradation of optical properties (e.g., reflectivity of EUV light). Furthermore, Patent Document 1 describes that among impurities, the oxygen content is 2000 ppm or less, and the carbon content is 200 ppm or less, and that the low oxygen and carbon contents reduce particles generated from the target during film formation.
しかし、成膜中に膜の欠陥の原因となるパーティクルが発生すると、膜に付着して不良の原因となり、膜の歩留まりの低下を引き起こしてしまう。ブランクスではその上にパターニングが施され半導体の設計図となるため、膜へのパーティクル付着は極めて重要な問題である。ペリクルにおいてもパーティクルの付着部分はEUV光の透過能が下がるため、回路の転写への影響が出て歩留まりの低下を引き起こす。成膜中のパーティクルの発生要因は多々あるが、ターゲット起因でのパーティクルには、密度不良による空隙部分からのアーキング又はターゲット表面の酸化物からのアーキングなどがある。However, if particles that cause defects in the film are generated during film formation, they will adhere to the film, causing defects and reducing film yield. Since blanks are patterned on top to form the blueprints for semiconductors, particle adhesion to the film is an extremely serious issue. Pellicles also have a reduced ability to transmit EUV light in areas where particles adhere, which affects the transfer of circuits and reduces yield. There are many factors that cause particles to be generated during film formation, but particles originating from the target include arcing from voids due to poor density or arcing from oxides on the target surface.
また、ブランクス又はペリクルの場合、成膜される膜の厚みは極めて薄く、かつ成膜された膜の範囲は比較的広いため、膜の面内における膜厚の面内均一性及び組成の面内均一性が重要となる。従って、これまでスパッタリングターゲットではターゲットの密度の向上及び酸素量の低減が必要とされてきた。しかしながら、昨今は微細な回路パターンの形成に伴い、不良を引き起こすパーティクルの更なる微小化が進み、前記のパーティクル源だけではなく、ルテニウムに添加した材料自身が成膜中に飛散していることも疑われるようになってきた。 Furthermore, in the case of blanks or pellicles, the thickness of the film formed is extremely thin and the area of the formed film is relatively wide, so the in-plane uniformity of the film thickness and composition within the film surface are important. Therefore, up until now, sputtering targets have required improvements in target density and reductions in oxygen content. However, with the recent formation of finer circuit patterns, the particles that cause defects have become even smaller, and it has become suspected that not only the particle sources mentioned above but also the materials added to ruthenium themselves are being dispersed during film formation.
酸素量の低減又は密度の向上のため、溶解法によるスパッタリングターゲットの製造がおこなわれてきた。しかし、ルテニウム及びこれら添加する元素は概して融点が1600℃を超える高融点材料が多く、溶解は容易ではない。さらに、ルテニウムと添加元素で種々の金属間化合物(以下、IMC)を形成してしまうため、凝固過程においてクラックが起こりやすく、溶解凝固後の加工を施すと割れが発生してしまうため、ターゲット材の成形の難易度は高い。たとえ、ターゲット材を成形できたとしても凝固過程でIMCが析出・粗大化し、ターゲット面内方向ならびに断面方向(ターゲット厚さ方向ともいう。)での組成分布が悪化するため、スパッタリング時におけるスパッタリングレートがターゲット内の場所によって異なり、成膜した膜の面内組成分布や膜厚分布の均一性が悪化する。組織の微細化のためにターゲット材を熱間加工することは一般的であるが、IMCが析出・粗大化してクラック又は割れの問題が発生してしまうため、熱間加工することができない。To reduce oxygen content or improve density, sputtering targets have been manufactured using a melting method. However, ruthenium and its additive elements are generally high-melting materials with melting points exceeding 1600°C, making them difficult to melt. Furthermore, ruthenium and additive elements form various intermetallic compounds (IMCs), which are prone to cracking during the solidification process and can cause cracks during processing after melting and solidification, making target material difficult to form. Even if the target material can be formed, the IMCs precipitate and coarsen during solidification, degrading the composition distribution in the target's in-plane and cross-sectional directions (also known as the target thickness direction). This results in varying sputtering rates within the target and reduced uniformity in the in-plane composition and thickness distribution of the deposited film. While hot-working of target materials is common to refine the structure, hot-working is not possible due to the precipitation and coarsening of IMCs, which can lead to cracking or fracture problems.
添加元素をターゲット中に高分散させるために焼結法による手段もある。添加元素は微細な粉末を用いるほどターゲット中に分散されやすくなるが、非常に活性な添加元素の場合は火災を引き起こすことがあるため微細な粉末の取り扱いが難しい。また、安定な添加元素であっても微細な粉末ほど比表面積が大きくなり、酸化が進行しやすくなるためターゲットの酸素量は高くなってしまう。従って、比較的粒度が粗い粉末を用いざるを得ないが、これらを高分散させるには、高エネルギーでの混合処理などが必要になる。しかし、添加元素の酸化を抑制するためには大がかりな雰囲気制御が必要となったり、混合に用いる媒体からの不純物混入(コンタミネーション)を招いたりするため、高純度を求められるEUV向けスパッタリングターゲットには不向きであった。 Sintering methods can also be used to highly disperse additive elements within the target. The finer the additive element powder, the easier it is to disperse it within the target. However, handling fine powders is difficult when using highly reactive additive elements, as they can cause fires. Furthermore, even for stable additive elements, the finer the powder, the larger the specific surface area, making oxidation more likely to occur, resulting in a high oxygen content in the target. Therefore, relatively coarse-grained powders must be used, but achieving high dispersion requires high-energy mixing processes. However, preventing oxidation of additive elements requires extensive atmospheric control and can lead to the introduction of impurities (contamination) from the mixing medium, making this method unsuitable for EUV sputtering targets, which require high purity.
そこで本開示の目的は、成膜された膜の組成について、膜の面内方向並びに膜厚方向に対しても均一な組成分布を得ることができるスパッタリングターゲット及びその製造方法を提供することである。 The object of this disclosure is to provide a sputtering target and a method for manufacturing the same that can obtain a uniform composition distribution in the in-plane direction and thickness direction of the deposited film.
本発明者らは上記の課題を解決するために鋭意検討した結果、スパッタリングターゲット中の分散粒子の長径を所定の粒子径とすることによって、成膜された膜の組成について膜の面内方向並びに膜厚方向に対しても均一な組成分布を得ることができることを見出し、本発明を完成させた。すなわち、本発明に係るスパッタリングターゲットは、第1元素としてルテニウムと、第2元素としてホウ素、アルミニウム、チタン、ジルコニウム、バナジウム、ニオブ、クロム及びモリブデンの中から選ばれるいずれか一種と、で構成される合金のスパッタリングターゲットにおいて、前記スパッタリングターゲットは前記第1元素と前記第2元素との二種の元素からなる金属間化合物相を含む二相で構成された分散粒子を有し、前記分散粒子の最大長径が500μm以下であることを特徴とする。所定の粒子径にすることによってスパッタリングターゲット中に高分散させることができるため、前記ターゲットを使用して成膜された膜の組成について、膜の面内方向並びに膜厚方向に対しても均一な組成分布を得ることができる。 As a result of extensive research to solve the above-mentioned problems, the inventors discovered that by setting the major axis of dispersed particles in a sputtering target to a predetermined particle diameter, it is possible to obtain a uniform composition distribution in the in-plane direction of the film and in the thickness direction of the film formed, and thus completed the present invention. Specifically, the sputtering target according to the present invention is a sputtering target of an alloy composed of ruthenium as a first element and one selected from boron, aluminum, titanium , zirconium , vanadium, niobium, chromium , and molybdenum as a second element, characterized in that the sputtering target contains dispersed particles composed of two phases including an intermetallic compound phase composed of the first element and the second element, and the maximum major axis of the dispersed particles is 500 μm or less. Setting the predetermined particle diameter allows for high dispersion in the sputtering target, thereby enabling a uniform composition distribution in the in-plane direction of the film and in the thickness direction of the film formed using the target.
本発明に係るスパッタリングターゲットでは、前記二相は、(1)前記金属間化合物相と前記第1元素の金属相である金属ルテニウム相との組合せ、(2)二種の前記金属間化合物相の組合せ、又は(3)前記金属間化合物相と前記第2元素の金属相との組み合わせである形態を包含する。 In the sputtering target of the present invention, the two phases include (1) a combination of the intermetallic compound phase and a metallic ruthenium phase, which is the metallic phase of the first element; (2) a combination of two types of intermetallic compound phases; or (3) a combination of the intermetallic compound phase and a metallic phase of the second element.
本発明に係るスパッタリングターゲットは、第1元素としてルテニウムと、第2元素としてホウ素、アルミニウム、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン及びタングステンの中から選ばれるいずれか一種と、で構成される合金のスパッタリングターゲットにおいて、前記スパッタリングターゲットは前記第1元素と前記第2元素との二種の元素からなる金属間化合物相を含んだ分散粒子を有し、前記分散粒子の最大長径が500μm以下であり、(条件1)又は(条件2)において、スパッタリングターゲットのスパッタ面内方向のX線回折による第二ピークの相対積分強度が第一ピークの相対積分強度に対して60%以上である箇所が少なくとも1箇所存在し、(条件3)又は(条件4)における前記スパッタリングターゲットのスパッタ面内方向及びターゲット厚さ方向の組成は、いずれも基準となる組成に対して差が±1.5%以内であり、前記基準となる組成は(条件3)又は(条件4)に従って測定した総合計18箇所の組成の平均値であり、前記第一ピークの結晶子サイズが400Å以下であることを特徴とする。
(条件1)
スパッタ面内方向:前記スパッタリングターゲットが、中心O、半径rの円板状ターゲットであり、かつ、測定箇所を、中心Oを交点として直交する仮想十字線上であって、中心Oの1箇所、中心Oから0.45r離れた合計4箇所、及び、中心Oから0.9r離れた合計4箇所、の総合計9箇所とする。
(条件2)
スパッタ面内方向:前記スパッタリングターゲットが、縦の長さがL1であり、横の長さがL2である長方形(但し、L1とL2とが等しい正方形を含む。或いは、長方形には長さJ、周長Kの円筒形の側面を展開した長方形が含まれ、この形態において、L2が長さJに対応し、L1が周長Kに対応し、長さJと周長KにはJ>K、J=K又はJ<Kの関係が成立する。)であり、かつ、測定箇所を、重心Oを交点として直交する仮想十字線であって、仮想十字線が長方形の辺に直交するとき、重心Oの1箇所、仮想十字線上であって重心Oから縦方向に0.25L1の距離を離れた合計2箇所、重心Oから横方向に0.25L2の距離を離れた合計2箇所、重心Oから縦方向に0.45L1の距離を離れた合計2箇所、及び、重心Oから横方向に0.45L2の距離を離れた合計2箇所、の総合計9箇所とする。
第二ピークの相対積分強度と第一ピークの相対積分強度の差を少なくして、組織の異方性の程度を低くすることにより、成膜する際にスパッタレートの差異を抑制し、均一な膜厚を得ることができる。
(条件3)又は(条件4)における前記スパッタリングターゲットのスパッタ面内方向及びターゲット厚さ方向の組成は、いずれも基準となる組成に対して差が±1.5%以内であり、前記基準となる組成は(条件3)又は(条件4)に従って測定した総合計18箇所の組成の平均値であることによって、ターゲットの組成ズレを抑制することによって成膜時のスパッタレートが異なることを抑制し、成膜後の膜の組成ズレと膜厚ズレを抑制することができる。また、スパッタレートの違いによって生じる微小突起起因のパーティクルの混入を抑制することができる。
(条件3)
スパッタ面内方向:前記スパッタリングターゲットが、中心O、半径rの円板状ターゲットであり、かつ、測定箇所を、中心Oを交点として直交する仮想十字線上であって、中心Oの1箇所、中心Oから0.45r離れた合計4箇所、及び、中心Oから0.9r離れた合計4箇所、の総合計9箇所とする。
ターゲット厚さ方向:仮想十字線のうち、いずれか一つの線を通る断面を形成し、該断面が縦t(すなわちターゲットの厚さがt)、横2rの長方形であり、かつ、測定箇所を、中心Oを通る垂直横断線上の中心X及び中心Xから上下に0.45t離れた合計3箇所(a地点、X地点、b地点という。)、前記断面上であってa地点から左右の側辺に向って0.9r離れた合計2箇所、X地点から左右の側辺に向って0.9r離れた合計2箇所、及び、b地点から左右の側辺に向って0.9r離れた合計2箇所、の総合計9箇所を測定地点とする。
(条件4)
スパッタ面内方向:前記スパッタリングターゲットが、縦の長さがL1であり、横の長さがL2である長方形(但し、L1とL2とが等しい正方形を含む。或いは、長方形には長さJ、周長Kの円筒形の側面を展開した長方形が含まれ、この形態において、L2が長さJに対応し、L1が周長Kに対応し、長さJと周長KにはJ>K、J=K又はJ<Kの関係が成立する。)であり、かつ、測定箇所を、重心Oを交点として直交する仮想十字線であって、仮想十字線が長方形の辺に直交するとき、重心Oの1箇所、仮想十字線上であって重心Oから縦方向に0.25L1の距離を離れた合計2箇所、重心Oから横方向に0.25L2の距離を離れた合計2箇所、重心Oから縦方向に0.45L1の距離を離れた合計2箇所、及び、重心Oから横方向に0.45L2の距離を離れた合計2箇所、の総合計9箇所とする。
ターゲット厚さ方向:仮想十字線のうち、縦L1と横L2のいずれか一方の辺と平行な線を通る断面を形成し、一方の辺が横L2の場合、該断面が縦t(すなわち前記ターゲットの厚さがt)、横L2の長方形であり、かつ、測定箇所を、重心Oを通る垂直横断線上の中心X及び中心Xから上下に0.45t離れた合計3箇所(a地点、X地点、b地点という。)、前記断面上であってa地点から左右の側辺に向って0.45L2離れた合計2箇所、X地点から左右の側辺に向って0.45L2離れた合計2箇所、及び、b地点から左右の側辺に向って0.45L2離れた合計2箇所、の総合計9箇所を測定地点とする。
The sputtering target according to the present invention is an alloy sputtering target comprising ruthenium as a first element and any one selected from boron, aluminum, titanium, zirconium, hafnium, vanadium, niobium, tantalum, chromium, molybdenum, and tungsten as a second element, the sputtering target having dispersed particles containing an intermetallic compound phase consisting of two elements, the first element and the second element, the maximum major axis of the dispersed particles being 500 μm or less, and satisfying (Condition 1) or (Condition 2). the sputtering target has at least one location where the relative integrated intensity of the second peak in the sputtering in-plane direction of the sputtering target by X-ray diffraction is 60% or more of the relative integrated intensity of the first peak; the compositions of the sputtering target in the sputtering in-plane direction and the target thickness direction under (Condition 3) or (Condition 4) both differ by within ±1.5% from a reference composition; the reference composition is an average value of compositions measured at a total of 18 locations according to (Condition 3) or (Condition 4); and the crystallite size of the first peak is 400 Å or less .
(Condition 1)
Sputtering in-plane direction: The sputtering target is a disk-shaped target with a center O and a radius r, and the measurement locations are nine locations in total, on virtual cross lines that intersect at right angles with the center O as the intersection point, including one location at the center O, four locations at a distance of 0.45r from the center O, and four locations at a distance of 0.9r from the center O.
(Condition 2)
Sputtering in-plane direction: The sputtering target is a rectangle with a vertical length of L1 and a horizontal length of L2 (however, this includes a square where L1 and L2 are equal. Alternatively, the rectangle includes a rectangle formed by unfolding the side of a cylinder with length J and perimeter K, and in this form, L2 corresponds to the length J, L1 corresponds to the perimeter K, and the length J and the perimeter K have the relationship J>K, J=K, or J<K), and the measurement locations are virtual cross lines that intersect at right angles with the center of gravity O as the intersection point, and when the virtual cross lines are perpendicular to the sides of the rectangle, there are a total of nine measurement locations: one location at the center of gravity O, two locations on the virtual cross lines that are 0.25L1 vertically from the center of gravity O, two locations that are 0.25L2 horizontally from the center of gravity O, two locations that are 0.45L1 vertically from the center of gravity O, and two locations that are 0.45L2 horizontally from the center of gravity O.
By reducing the difference between the relative integrated intensity of the second peak and the relative integrated intensity of the first peak and lowering the degree of anisotropy of the structure, it is possible to suppress differences in sputtering rate during film formation and obtain a uniform film thickness.
The composition of the sputtering target in the sputtering in-plane direction and the target thickness direction under (Condition 3) or (Condition 4) both differs by within ±1.5% from a reference composition, and the reference composition is the average value of the compositions measured at a total of 18 locations according to (Condition 3) or (Condition 4). By suppressing deviation in the target composition, it is possible to suppress differences in the sputtering rate during film formation and to suppress deviations in the composition and film thickness of the film after film formation. In addition, it is possible to suppress the inclusion of particles caused by microprotrusions due to differences in the sputtering rate.
(Condition 3)
Sputtering in-plane direction: The sputtering target is a disk-shaped target with a center O and a radius r, and the measurement locations are nine locations in total, on virtual cross lines that intersect at right angles with the center O as the intersection point, including one location at the center O, four locations at a distance of 0.45r from the center O, and four locations at a distance of 0.9r from the center O.
Target thickness direction: A cross section passing through one of the imaginary cross lines is formed, and the cross section is a rectangle with a length of t (i.e., the thickness of the target is t) and a width of 2r. The measurement points are the center X on a vertical transverse line passing through the center O, three points in total (referred to as points a, X, and b) that are 0.45t above and below the center X, two points on the cross section that are 0.9r away from point a towards the left and right sides, two points in total that are 0.9r away from point X towards the left and right sides, and two points in total that are 0.9r away from point b towards the left and right sides, for a total of nine measurement points.
(Condition 4)
Sputtering in-plane direction: The sputtering target is a rectangle with a vertical length of L1 and a horizontal length of L2 (however, this includes a square where L1 and L2 are equal. Alternatively, the rectangle includes a rectangle formed by unfolding the side of a cylinder with length J and perimeter K, and in this form, L2 corresponds to the length J, L1 corresponds to the perimeter K, and the length J and the perimeter K have the relationship J>K, J=K, or J<K), and the measurement locations are virtual cross lines that intersect at right angles with the center of gravity O as the intersection point, and when the virtual cross lines are perpendicular to the sides of the rectangle, there are a total of nine measurement locations: one location at the center of gravity O, two locations on the virtual cross lines that are 0.25L1 vertically from the center of gravity O, two locations that are 0.25L2 horizontally from the center of gravity O, two locations that are 0.45L1 vertically from the center of gravity O, and two locations that are 0.45L2 horizontally from the center of gravity O.
Target thickness direction: A cross section is formed that passes through a line parallel to either the vertical side L1 or the horizontal side L2 of the imaginary cross line, and when one side is horizontal L2, the cross section is a rectangle with a vertical length of t (i.e., the thickness of the target is t) and a horizontal length of L2, and the measurement points are the center X on a vertical transverse line that passes through the center of gravity O, three points in total (referred to as point a, point X, and point b) that are 0.45t above and below the center X, two points on the cross section that are 0.45L2 away from point a towards the left and right sides, two points in total that are 0.45L2 away from point X towards the left and right sides, and two points in total that are 0.45L2 away from point b towards the left and right sides, for a total of nine measurement points.
本発明に係るスパッタリングターゲットでは、(条件1)又は(条件2)において、スパッタリングターゲットのスパッタ面内方向のX線回折による第二ピークの相対積分強度が第一ピークの相対積分強度に対して60%以上である箇所が40%以上存在することが好ましい。第二ピークの相対積分強度と第一ピークの相対積分強度の差の少ない領域が多く存在することで、組織の異方性の程度を低くすることにより、成膜する際にスパッタレートの差異を抑制し、均一な膜厚を得ることができる。In the sputtering target of the present invention, under (Condition 1) or (Condition 2), it is preferable that the relative integrated intensity of the second peak in the in-plane direction of the sputtering target be 60% or more of the relative integrated intensity of the first peak in 40% or more of the areas where this is the case. The presence of many areas where the difference between the relative integrated intensity of the second peak and the relative integrated intensity of the first peak is small reduces the degree of anisotropy in the structure, thereby suppressing differences in sputtering rate during film formation and achieving a uniform film thickness.
本発明に係るスパッタリングターゲットは、第1元素としてルテニウムと、第2元素としてホウ素、アルミニウム、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン及びタングステンの中から選ばれるいずれか一種と、で構成される合金のスパッタリングターゲットにおいて、前記スパッタリングターゲットは前記第1元素と前記第2元素との二種の元素からなる金属間化合物相を含んだ分散粒子を有し、前記分散粒子の最大長径が500μm以下であり、(条件1)又は(条件2)において、スパッタリングターゲットのスパッタ面内方向のX線回折による第二ピークの相対積分強度が第一ピークの相対積分強度に対して60%以上である箇所が少なくとも1箇所存在し、(条件1)又は(条件2)において、スパッタリングターゲットのスパッタ面内方向のX線回折による第二ピークの相対積分強度が第一ピークの相対積分強度に対して60%以上である箇所が40%以上存在し、前記第一ピークの結晶子サイズが400Å以下であることを特徴とする。The sputtering target according to the present invention is an alloy sputtering target composed of ruthenium as a first element and any one selected from boron, aluminum, titanium, zirconium, hafnium, vanadium, niobium, tantalum, chromium, molybdenum, and tungsten as a second element, characterized in that the sputtering target has dispersed particles containing an intermetallic compound phase composed of two elements, the first element and the second element, and the dispersed particles have a maximum major axis of 500 μm or less, and in (Condition 1) or (Condition 2), there is at least one location where the relative integrated intensity of the second peak measured by X-ray diffraction in the in-plane direction of the sputtering target is 60% or more of the relative integrated intensity of the first peak, and in (Condition 1) or (Condition 2), there are 40% or more locations where the relative integrated intensity of the second peak measured by X-ray diffraction in the in-plane direction of the sputtering target is 60% or more of the relative integrated intensity of the first peak, and the crystallite size of the first peak is 400 Å or less.
本発明に係るスパッタリングターゲットでは、前記第一ピークの結晶子サイズが400Å以下であることが好ましい。結晶子サイズを小さくすることによって均質な薄膜を形成することができる。In the sputtering target of the present invention, it is preferable that the crystallite size of the first peak is 400 Å or less. By reducing the crystallite size, a homogeneous thin film can be formed.
本発明に係るスパッタリングターゲットでは、前記第2元素の含有率が3~70原子%であることが好ましい。成膜された膜の組成について、耐腐食性が向上すると共に、EUVとして満たせる反射率を確保できる。 In the sputtering target according to the present invention, it is preferable that the content of the second element is 3 to 70 atomic %. This improves the corrosion resistance of the composition of the deposited film while ensuring a reflectivity that satisfies the EUV standard.
本発明に係るスパッタリングターゲットでは、酸素含有量が500ppm以下であることが好ましい。酸素が第2元素と結合してスパッタリングターゲット内で第2元素の酸化物が形成されることを抑制することで、第2元素の酸化物による異常放電を抑制することにより、パーティクルの発生を抑制することができる。 The sputtering target according to the present invention preferably has an oxygen content of 500 ppm or less. This prevents oxygen from bonding with the second element to form an oxide of the second element within the sputtering target, thereby suppressing abnormal discharge caused by the oxide of the second element and thereby suppressing the generation of particles.
本発明に係るスパッタリングターゲットでは、炭素含有量が200ppm以下であることが好ましい。炭素が第2元素と結合してスパッタリングターゲット内で第2元素の炭化物が形成されることを抑制することで、第2元素の炭化物による異常放電を抑制することにより、パーティクルの発生を抑制することができる。 In the sputtering target according to the present invention, the carbon content is preferably 200 ppm or less. This prevents carbon from bonding with the second element to form carbides of the second element within the sputtering target, thereby suppressing abnormal discharge caused by carbides of the second element and thereby suppressing the generation of particles.
本発明に係るスパッタリングターゲットの製造方法では、前記第1元素と前記第2元素とが所定の元素比となっている原料を準備する準備工程と、1×10-2Pa以下の真空雰囲気、水素ガスを0~4vol%以下含有する窒素ガス雰囲気あるいは水素ガスを0~4vol%以下含有する不活性ガス雰囲気で前記原料を用いてアトマイズ法によって合金粉末を得るアトマイズ工程と、前記合金粉末をホットプレス法(HP)、放電プラズマ焼結法(SPS)あるいは熱間等方圧焼結法(HIP)を用いて、50Pa以下の真空雰囲気、水素ガスを0~4vol%以下含有する窒素ガス雰囲気あるいは水素ガスを0~4vol%以下含有する不活性ガス雰囲気で焼結して焼結体を得る焼結工程と、を有し、前記アトマイズ法で得た合金粉末の最大長径が500μm以下であることを特徴とする。添加元素の酸化又は炭化を抑制させながらスパッタリングターゲット中に分散させることができるため、前記ターゲットを使用して成膜された膜の組成について、パーティクルの混入を抑制しながら膜の面内方向並びに膜厚方向に対しても均一な組成分布を得ることができる。 The method for manufacturing a sputtering target according to the present invention includes the steps of: preparing a raw material in which the first element and the second element are present in a predetermined element ratio; atomizing the raw material in a vacuum atmosphere of 1×10 −2 Pa or less, a nitrogen gas atmosphere containing 0 to 4 vol% or less of hydrogen gas, or an inert gas atmosphere containing 0 to 4 vol% or less of hydrogen gas, to obtain an alloy powder by atomizing the raw material; and sintering the alloy powder by hot pressing (HP), spark plasma sintering (SPS), or hot isostatic pressing (HIP) in a vacuum atmosphere of 50 Pa or less, a nitrogen gas atmosphere containing 0 to 4 vol% or less of hydrogen gas, or an inert gas atmosphere containing 0 to 4 vol% or less of hydrogen gas, to obtain a sintered body; and the alloy powder obtained by the atomizing method has a maximum major axis of 500 μm or less. Since the additive elements can be dispersed in the sputtering target while suppressing oxidation or carbonization, the composition of the film formed using the target can have a uniform composition distribution in the in-plane direction and in the film thickness direction while suppressing the inclusion of particles.
本発明に係るスパッタリングターゲットの製造方法は、前記アトマイズ工程と前記焼結工程との間に、前記アトマイズ法によって得られた前記合金粉末から最大長径が500μmを超える粒子を除去する分級工程を更に有することが好ましい。焼結体を得る工程において、密度の高いスパッタリングターゲットを形成することができるため、前記ターゲットを使用して成膜された膜の組成について、膜の面内方向並びに膜厚方向に対しても均一な組成分布を得ることができる。 The method for manufacturing a sputtering target according to the present invention preferably further includes a classification step between the atomization step and the sintering step, in which particles with a maximum major axis exceeding 500 μm are removed from the alloy powder obtained by the atomization method. Because a high-density sputtering target can be formed in the step of obtaining a sintered body, the composition of the film formed using the target can have a uniform composition distribution in both the in-plane direction and the thickness direction of the film.
本開示は、成膜された膜の組成について、膜の面内方向並びに膜厚方向に対しても均一な組成分布を得ることができるスパッタリングターゲット及びその製造方法を提供することができる。 The present disclosure provides a sputtering target and a method for manufacturing the same that can achieve a uniform composition distribution in the formed film both in the in-plane direction and in the thickness direction of the film.
以降、本発明について実施形態を示して詳細に説明するが本発明はこれらの記載に限定して解釈されない。本発明の効果を奏する限り、実施形態は種々の変形をしてもよい。 The present invention will be described in detail below with reference to exemplary embodiments, but the present invention should not be construed as being limited to these descriptions. Various modifications to the exemplary embodiments may be made as long as the effects of the present invention are achieved.
本実施形態に係るスパッタリングターゲットは、第1元素としてルテニウムと、第2元素としてホウ素、アルミニウム、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン及びタングステンの中から選ばれるいずれか一種と、で構成される合金のスパッタリングターゲットにおいて、スパッタリングターゲットは前記第1元素と前記第2元素との二種の元素からなる金属間化合物相を含む二相で構成された分散粒子を有し、分散粒子の最大長径が500μm以下である。スパッタリングターゲット中に存在する分散粒子は、例えば、スパッタリングターゲットが焼結体であるとき、焼結体の構成粒子に相当する。分散粒子は、複数の結晶粒を有している。 The sputtering target according to this embodiment is an alloy sputtering target composed of ruthenium as a first element and one selected from boron, aluminum, titanium, zirconium, hafnium, vanadium, niobium, tantalum, chromium, molybdenum, and tungsten as a second element. The sputtering target has dispersed particles composed of two phases including an intermetallic compound phase composed of the first element and the second element, and the maximum major axis of the dispersed particles is 500 μm or less. For example, when the sputtering target is a sintered body, the dispersed particles present in the sputtering target correspond to the constituent particles of the sintered body. The dispersed particles have a plurality of crystal grains.
分散粒子の最大長径は500μm以下であり、250μm以下であることが好ましく、200μm以下がより好ましく、150μm以下であることがより更に好ましい。分散粒子の最大長径が500μmより大きいと、スパッタリングターゲット中で分散粒子の偏りがあり、スパッタリングターゲットの箇所によって組成ズレが生じてしまう。組成ズレが生じているスパッタリングターゲットを使用して成膜すると、膜の面内方向並びに膜厚方向に対しても組成ズレが発生してしまうため、分散粒子の最大長径を500μm以下にすることが好ましい。ここで、最大長径を500μm以下にするとは、長径が500μmを超える粒子を含まないことを意味する。なお、最大長径の判定は、1200μm×1500μmの範囲内でSEM画像解析において、画像のスケールを基に一番大きな分散粒子の端から端までの距離を測定する。The maximum diameter of the dispersed particles is 500 μm or less, preferably 250 μm or less, more preferably 200 μm or less, and even more preferably 150 μm or less. If the maximum diameter of the dispersed particles is greater than 500 μm, the dispersed particles will be unevenly distributed within the sputtering target, resulting in compositional variations depending on the location on the sputtering target. If a sputtering target with compositional variations is used to form a film, compositional variations will occur in the in-plane direction and in the thickness direction of the film. Therefore, it is preferable to set the maximum diameter of the dispersed particles to 500 μm or less. Setting the maximum diameter to 500 μm or less means that no particles with a diameter exceeding 500 μm are included. The maximum diameter is determined by measuring the distance from one end of the largest dispersed particle to the other end of an SEM image within a 1200 μm x 1500 μm area, based on the image scale.
本実施形態に係るスパッタリングターゲットでは、二相は、(1)金属間化合物相と第1元素の金属相である金属ルテニウム相との組合せ、(2)二種の金属間化合物相の組合せ、又は(3)金属間化合物相と第2元素の金属相との組み合わせである形態を包含する。本実施形態では、相の数は、X線回折で同定された相で判断される。また、粒界に形成された金属間化合物は二相の対象として含まれない。分散粒子は、二相に対応する二種類の結晶粒を有している。 In the sputtering target according to this embodiment, the two-phase structure includes (1) a combination of an intermetallic compound phase and a metallic ruthenium phase, which is the metallic phase of the first element; (2) a combination of two types of intermetallic compound phases; or (3) a combination of an intermetallic compound phase and a metallic phase of the second element. In this embodiment, the number of phases is determined by the phases identified by X-ray diffraction. Furthermore, intermetallic compounds formed at grain boundaries are not included in the two-phase structure. The dispersed particles have two types of crystal grains corresponding to the two phases.
粒界は、分散粒子と該分散粒子の隣にある分散粒子との境界、及び結晶粒と該結晶粒の隣にある結晶粒との境界を包含する。 Grain boundaries include the boundary between a dispersed particle and its neighboring dispersed particle, and the boundary between a crystal grain and its neighboring crystal grain.
金属間化合物の種類がRu2AE、RuAE及びRuAE2の3種類である場合を例にとって、「二相が(1)金属間化合物相と第1元素の金属相である金属ルテニウム相との組合せである」、「二相が(2)二種の金属間化合物相の組合せである」及び、「二相が(3)金属間化合物相と第2元素の金属相との組合せである」について説明する。この場合、出現する相の形態は、金属ルテニウム相のみの形態(ただし、ルテニウムに第2元素が固溶した固溶体を含む)、Ru相(ただし、ルテニウムに第2元素が固溶した固溶体を含む)とRu2AE相、RuAE相及びRuAE2相のうち、いずれか1相との形態、Ru2AE相のみの形態、Ru2AE相とRuAE相との形態、Ru2AE相とRuAE2相との形態、RuAE相のみの形態、RuAE相とRuAE2相との形態、RuAE2相のみの形態、RuAE2相、RuAE相及びRu2AE相のうち、いずれか1相とAE相(ただし、第2元素にルテニウムが固溶した固溶体を含む)との形態、及び第2元素の金属相のみの形態(ただし、第2元素にルテニウムが固溶した固溶体を含む)がある。このうち、「二相が(1)金属間化合物相と第1元素の金属相である金属ルテニウム相との組合せである」とは、Ru相とRu2AE相、RuAE相、RuAE2相のうち、いずれか1相との形態である。また、「二相が(2)二種の金属間化合物相の組合せである」とは、Ru2AE相とRuAE相との形態、Ru2AE相とRuAE2相との形態又はRuAE相とRuAE2相との形態である。さらに、「二相が(3)金属間化合物相と第2元素の金属相との組合せである」とは、RuAE2相、RuAE相、Ru2AE相のうち、いずれか1相とAE相との形態である。金属間化合物の種類が2種類又は4種類以上である場合についても、同様の考えに従って場合分けできる。 Taking the case where there are three types of intermetallic compounds, Ru2AE , RuAE, and RuAE2 , as an example, the following will be explained: "the two phases are (1) a combination of an intermetallic compound phase and a metallic ruthenium phase, which is a metal phase of the first element,""the two phases are (2) a combination of two types of intermetallic compound phases," and "the two phases are (3) a combination of an intermetallic compound phase and a metal phase of the second element." In this case, the morphologies of the phases that appear include a metallic ruthenium phase only (including a solid solution of ruthenium with a second element), a Ru phase (including a solid solution of ruthenium with a second element) and any one of the Ru 2 AE phase, RuAE phase, and RuAE 2 phase, a Ru 2 AE phase only, a Ru 2 AE phase and RuAE phase, a Ru 2 AE phase and RuAE 2 phase, a RuAE phase only, a RuAE phase and RuAE 2 phase, a RuAE 2 phase only, a RuAE 2 phase , a RuAE phase, and Ru 2 The AE phases include a combination of any one of the AE phases and the AE phase (including a solid solution of ruthenium in the second element), and a combination of only the metal phase of the second element (including a solid solution of ruthenium in the second element). Of these, "the two phases are (1) a combination of an intermetallic compound phase and a metallic ruthenium phase, which is the metal phase of the first element" refers to a combination of an Ru phase and any one of the Ru2AE phase, RuAE phase, and RuAE2 phase. Furthermore, "the two phases are (2) a combination of two types of intermetallic compound phases" refers to a combination of the Ru2AE phase and the RuAE phase, a combination of the Ru2AE phase and the RuAE2 phase, or a combination of the RuAE phase and the RuAE2 phase. Furthermore, "the two phases are a combination of (3) an intermetallic compound phase and a metal phase of a second element" means a combination of any one of the RuAE2 phase , RuAE phase, and Ru2AE phase and an AE phase. Cases in which there are two or four or more types of intermetallic compounds can be classified in the same way.
二相は、分散粒子中の組成の異なる二種類の結晶粒に起因して現れる。金属間化合物の種類がRu2AE、RuAE及びRuAE2の3種類である場合を例にとって、説明する。「二相が(1)金属間化合物相と第1元素の金属相である金属ルテニウム相との組合せである」とき、Ru相の結晶粒とRu2AE相、RuAE相及びRuAE2相のうち、いずれか一相の結晶粒が分散粒子内に存在する。また、「二相が(2)二種の金属間化合物相の組合せである」とは、Ru2AE相の結晶粒とRuAE相の結晶粒とが分散粒子内に存在する形態、Ru2AE相の結晶粒とRuAE2相の結晶粒とが分散粒子内に存在する形態又はRuAE相の結晶粒とRuAE2相の結晶粒とが分散粒子内に存在する形態である。さらに、「二相が(3)金属間化合物相と第2元素の金属相との組合せである」とは、RuAE2相、RuAE相及びRu2AE相のうち、いずれか一相の結晶粒とAE相の結晶粒とが分散粒子内に存在する形態である。金属間化合物の種類が2種類又は4種類以上である場合についても、同様の考えに従って場合分けできる。 The two phases appear due to two types of crystal grains with different compositions in the dispersed particles. An example will be described using three types of intermetallic compounds: Ru2AE , RuAE, and RuAE2 . When "the two phases are (1) a combination of an intermetallic compound phase and a metallic ruthenium phase, which is the metallic phase of the first element," crystal grains of the Ru phase and crystal grains of any one of the Ru2AE phase, RuAE phase, and RuAE2 phase are present in the dispersed particles. Furthermore, "the two phases are (2) a combination of two types of intermetallic compound phases" refers to a form in which crystal grains of the Ru2AE phase and crystal grains of the RuAE phase are present in the dispersed particles, a form in which crystal grains of the Ru2AE phase and crystal grains of the RuAE2 phase are present in the dispersed particles, or a form in which crystal grains of the RuAE phase and crystal grains of the RuAE2 phase are present in the dispersed particles. Furthermore, "the two phases are a combination of (3) an intermetallic compound phase and a metal phase of the second element" means that crystal grains of any one of the RuAE2 phase , RuAE phase, and Ru2AE phase and crystal grains of the AE phase are present in the dispersed particles. Cases in which there are two or four or more types of intermetallic compounds can also be classified according to the same concept.
本実施形態に係るスパッタリングターゲットは、第1元素としてルテニウムと、第2元素としてホウ素、アルミニウム、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン及びタングステンの中から選ばれるいずれか一種と、で構成される合金のスパッタリングターゲットにおいて、スパッタリングターゲットは前記第1元素と前記第2元素との二種の元素からなる金属間化合物相を含んだ分散粒子を有し、分散粒子の最大長径が500μm以下であり、(条件1)又は(条件2)において、スパッタリングターゲットのスパッタ面内方向のX線回折による第二ピークの相対積分強度が第一ピークの相対積分強度に対して60%以上である箇所が少なくとも1箇所存在する。第一ピークとは、X線回折スペクトルにおいてCuKα、2θ=20~90°の領域に現れる第1元素と第2元素との合金に由来するピークのうち、高さが1番高いピークである。第二ピークとは、X線回折スペクトルにおいてCuKα、2θ=20~90°の領域に現れる第1元素と第2元素との合金に由来するピークのうち、高さが2番目に高いピークである。
(条件1)
スパッタ面内方向:前記スパッタリングターゲットが、中心O、半径rの円板状ターゲットであり、かつ、測定箇所を、中心Oを交点として直交する仮想十字線上であって、中心Oの1箇所、中心Oから0.45r離れた合計4箇所、及び、中心Oから0.9r離れた合計4箇所、の総合計9箇所とする。
(条件2)
スパッタ面内方向:前記スパッタリングターゲットが、縦の長さがL1であり、横の長さがL2である長方形(但し、L1とL2とが等しい正方形を含む。或いは、長方形には長さJ、周長Kの円筒形の側面を展開した長方形が含まれ、この形態において、L2が長さJに対応し、L1が周長Kに対応し、長さJと周長KにはJ>K、J=K又はJ<Kの関係が成立する。)であり、かつ、測定箇所を、重心Oを交点として直交する仮想十字線であって、仮想十字線が長方形の辺に直交するとき、重心Oの1箇所、仮想十字線上であって重心Oから縦方向に0.25L1の距離を離れた合計2箇所、重心Oから横方向に0.25L2の距離を離れた合計2箇所、重心Oから縦方向に0.45L1の距離を離れた合計2箇所、及び、重心Oから横方向に0.45L2の距離を離れた合計2箇所、の総合計9箇所とする。
The sputtering target according to this embodiment is an alloy sputtering target composed of ruthenium as a first element and any one selected from boron, aluminum, titanium, zirconium, hafnium, vanadium, niobium, tantalum, chromium, molybdenum, and tungsten as a second element, the sputtering target having dispersed particles containing an intermetallic compound phase composed of two elements, the first element and the second element, the maximum major axis of the dispersed particles being 500 μm or less, and (Condition 1) or (Condition 2), at least one location exists where the relative integrated intensity of the second peak by X-ray diffraction in the in-plane direction of the sputtering target is 60% or more of the relative integrated intensity of the first peak. The first peak is the highest peak among the peaks derived from an alloy of the first element and the second element that appear in the CuKα, 2θ = 20 to 90° region in the X-ray diffraction spectrum. The second peak is the second highest peak among the peaks resulting from an alloy of the first element and the second element that appear in the CuKα, 2θ=20 to 90° region in the X-ray diffraction spectrum.
(Condition 1)
Sputtering in-plane direction: The sputtering target is a disk-shaped target with a center O and a radius r, and the measurement locations are nine locations in total, on virtual cross lines that intersect at right angles with the center O as the intersection point, including one location at the center O, four locations at a distance of 0.45r from the center O, and four locations at a distance of 0.9r from the center O.
(Condition 2)
Sputtering in-plane direction: The sputtering target is a rectangle with a vertical length of L1 and a horizontal length of L2 (however, this includes a square where L1 and L2 are equal. Alternatively, the rectangle includes a rectangle formed by unfolding the side of a cylinder with length J and perimeter K, and in this form, L2 corresponds to the length J, L1 corresponds to the perimeter K, and the length J and the perimeter K have the relationship J>K, J=K, or J<K), and the measurement locations are virtual cross lines that intersect at right angles with the center of gravity O as the intersection point, and when the virtual cross lines are perpendicular to the sides of the rectangle, there are a total of nine measurement locations: one location at the center of gravity O, two locations on the virtual cross lines that are 0.25L1 vertically from the center of gravity O, two locations that are 0.25L2 horizontally from the center of gravity O, two locations that are 0.45L1 vertically from the center of gravity O, and two locations that are 0.45L2 horizontally from the center of gravity O.
X線回折では、(条件1)又は(条件2)において、9箇所の測定範囲はそれぞれ10mm×10mmであることが好ましい。スパッタリングターゲットのスパッタ面内方向のX線回折による第二ピークの相対積分強度が第一ピークの相対積分強度に対して60%以上の判定は、X線回折で得られたグラフを基に第一ピークと第二ピークを選別し、X線回折の波形解析ソフトを用いて第一ピークの相対積分強度と第二ピークの相対積分強度を算出し、第二ピークの相対積分強度が第一ピークの相対積分強度に対して60%以上であるかどうかを判定する。 For X-ray diffraction, under (Condition 1) or (Condition 2), it is preferable that each of the nine measurement ranges be 10 mm x 10 mm. To determine whether the relative integrated intensity of the second peak obtained by X-ray diffraction in the in-plane direction of the sputtering target is 60% or more of the relative integrated intensity of the first peak, the first and second peaks are separated based on the graph obtained by X-ray diffraction, and the relative integrated intensities of the first and second peaks are calculated using X-ray diffraction waveform analysis software, and it is determined whether the relative integrated intensity of the second peak is 60% or more of the relative integrated intensity of the first peak.
スパッタリングターゲットのスパッタ面内方向のX線回折による第二ピークの相対積分強度は、第一ピークの相対積分強度に対して60%以上であり、65%以上であることが好ましく、70%以上であることがより好ましい。(条件1)又は(条件2)において、X線回折における第二ピークの相対積分強度が第一ピークの相対積分強度に対して60%より小さいと、成膜された膜厚にばらつきが生じてしまうため、X線回折における第二ピークの相対積分強度が第一ピークの相対積分強度に対して60%以上にすることが好ましい。 The relative integrated intensity of the second peak in the in-plane direction of the sputtering target by X-ray diffraction is 60% or more, preferably 65% or more, and more preferably 70% or more, of the relative integrated intensity of the first peak. In (Condition 1) or (Condition 2), if the relative integrated intensity of the second peak in X-ray diffraction is less than 60% of the relative integrated intensity of the first peak, variations in the thickness of the deposited film will occur. Therefore, it is preferable that the relative integrated intensity of the second peak in X-ray diffraction be 60% or more of the relative integrated intensity of the first peak.
本実施形態に係るスパッタリングターゲットでは、(条件1)又は(条件2)において、スパッタリングターゲットのスパッタ面内方向のX線回折による第二ピークの相対積分強度が第一ピークの相対積分強度に対して60%以上である箇所が40%以上存在することが好ましく、50%以上存在することがより好ましい。第二ピークの相対積分強度と第一ピークの相対積分強度の差の少ない領域が多く存在することで、組織の異方性の程度を低くすることにより、成膜する際にスパッタレートの差異を抑制し、均一な膜厚を得ることができる。(条件1)又は(条件2)において、「スパッタリングターゲットのスパッタ面内方向のX線回折による第二ピークの相対積分強度が第一ピークの相対積分強度に対して60%以上である箇所が40%以上存在する」とは、(条件1)又は(条件2)において測定箇所がそれぞれ9箇所あるところ、「スパッタリングターゲットのスパッタ面内方向のX線回折による第二ピークの相対積分強度が第一ピークの相対積分強度に対して60%以上である箇所」と「スパッタリングターゲットのスパッタ面内方向のX線回折による第二ピークの相対積分強度が第一ピークの相対積分強度に対して60%未満である箇所」とに分けて、「スパッタリングターゲットのスパッタ面内方向のX線回折による第二ピークの相対積分強度が第一ピークの相対積分強度に対して60%以上である箇所」が9箇所中、4箇所以上存在していれば、「スパッタリングターゲットのスパッタ面内方向のX線回折による第二ピークの相対積分強度が第一ピークの相対積分強度に対して60%以上である箇所が40%以上存在する」を満たすこととなる。 In the sputtering target according to this embodiment, under (Condition 1) or (Condition 2), it is preferable that 40% or more, and more preferably 50% or more, of the sputtering target have a region where the relative integrated intensity of the second peak in the in-plane direction of the sputtering target's X-ray diffraction is 60% or more of the relative integrated intensity of the first peak. The presence of many regions where the difference between the relative integrated intensity of the second peak and the relative integrated intensity of the first peak is small reduces the degree of anisotropy in the structure, thereby suppressing differences in sputtering rate during film formation and achieving a uniform film thickness. In (Condition 1) or (Condition 2), "there are 40% or more of the locations where the relative integrated intensity of the second peak by X-ray diffraction in the sputtering in-plane direction of the sputtering target is 60% or more of the relative integrated intensity of the first peak" means that, out of the nine measurement locations in (Condition 1) or (Condition 2), "there are 40% or more of the locations where the relative integrated intensity of the second peak by X-ray diffraction in the sputtering in-plane direction of the sputtering target is 60% or more of the relative integrated intensity of the first peak" and "there are 9 measurement locations where the relative integrated intensity of the second peak by X-ray diffraction in the sputtering in-plane direction of the sputtering target is 60% or more of the relative integrated intensity of the first peak" If there are four or more "locations where the relative integrated intensity of the second peak due to X-ray diffraction in the sputtering in-plane direction of the sputtering target is 60% or more of the relative integrated intensity of the first peak" out of nine locations, then "40% or more of the locations where the relative integrated intensity of the second peak due to X-ray diffraction in the sputtering in-plane direction of the sputtering target is 60% or more of the relative integrated intensity of the first peak" is satisfied.
本実施形態に係るスパッタリングターゲットでは、(条件3)又は(条件4)におけるスパッタリングターゲットのスパッタ面内方向及びターゲット厚さ方向の組成は、いずれも基準となる組成に対して差が±1.5%以内であり、基準となる組成は(条件3)又は(条件4)に従って測定した総合計18箇所の組成の平均値であることが好ましい。
(条件3)
スパッタ面内方向:前記スパッタリングターゲットが、中心O、半径rの円板状ターゲットであり、かつ、測定箇所を、中心Oを交点として直交する仮想十字線上であって、中心Oの1箇所、中心Oから0.45r離れた合計4箇所、及び、中心Oから0.9r離れた合計4箇所、の総合計9箇所とする。
ターゲット厚さ方向:仮想十字線のうち、いずれか一つの線を通る断面を形成し、該断面が縦t(すなわちターゲットの厚さがt)、横2rの長方形であり、かつ、測定箇所を、中心Oを通る垂直横断線上の中心X及び中心Xから上下に0.45t離れた合計3箇所(a地点、X地点、b地点という。)、前記断面上であってa地点から左右の側辺に向って0.9r離れた合計2箇所、X地点から左右の側辺に向って0.9r離れた合計2箇所、及び、b地点から左右の側辺に向って0.9r離れた合計2箇所、の総合計9箇所を測定地点とする。
(条件4)
スパッタ面内方向:前記スパッタリングターゲットが、縦の長さがL1であり、横の長さがL2である長方形(但し、L1とL2とが等しい正方形を含む。或いは、長方形には長さJ、周長Kの円筒形の側面を展開した長方形が含まれ、この形態において、L2が長さJに対応し、L1が周長Kに対応し、長さJと周長KにはJ>K、J=K又はJ<Kの関係が成立する。)であり、かつ、測定箇所を、重心Oを交点として直交する仮想十字線であって、仮想十字線が長方形の辺に直交するとき、重心Oの1箇所、仮想十字線上であって重心Oから縦方向に0.25L1の距離を離れた合計2箇所、重心Oから横方向に0.25L2の距離を離れた合計2箇所、重心Oから縦方向に0.45L1の距離を離れた合計2箇所、及び、重心Oから横方向に0.45L2の距離を離れた合計2箇所、の総合計9箇所とする。
ターゲット厚さ方向:仮想十字線のうち、縦L1と横L2のいずれか一方の辺と平行な線を通る断面を形成し、一方の辺が横L2の場合、該断面が縦t(すなわち前記ターゲットの厚さがt)、横L2の長方形であり、かつ、測定箇所を、重心Oを通る垂直横断線上の中心X及び中心Xから上下に0.45t離れた合計3箇所(a地点、X地点、b地点という。)、前記断面上であってa地点から左右の側辺に向って0.45L2離れた合計2箇所、X地点から左右の側辺に向って0.45L2離れた合計2箇所、及び、b地点から左右の側辺に向って0.45L2離れた合計2箇所、の総合計9箇所を測定地点とする。
In the sputtering target according to this embodiment, the composition of the sputtering target in the in-plane direction and the target thickness direction under (Condition 3) or (Condition 4) is preferably within ±1.5% of a reference composition, and the reference composition is preferably the average value of the compositions measured at a total of 18 locations according to (Condition 3) or (Condition 4).
(Condition 3)
Sputtering in-plane direction: The sputtering target is a disk-shaped target with a center O and a radius r, and the measurement locations are nine locations in total, on virtual cross lines that intersect at right angles with the center O as the intersection point, including one location at the center O, four locations at a distance of 0.45r from the center O, and four locations at a distance of 0.9r from the center O.
Target thickness direction: A cross section passing through one of the imaginary cross lines is formed, and the cross section is a rectangle with a length of t (i.e., the thickness of the target is t) and a width of 2r. The measurement points are the center X on a vertical transverse line passing through the center O, three points in total (referred to as points a, X, and b) that are 0.45t above and below the center X, two points on the cross section that are 0.9r away from point a towards the left and right sides, two points in total that are 0.9r away from point X towards the left and right sides, and two points in total that are 0.9r away from point b towards the left and right sides, for a total of nine measurement points.
(Condition 4)
Sputtering in-plane direction: The sputtering target is a rectangle with a vertical length of L1 and a horizontal length of L2 (however, this includes a square where L1 and L2 are equal. Alternatively, the rectangle includes a rectangle formed by unfolding the side of a cylinder with length J and perimeter K, and in this form, L2 corresponds to the length J, L1 corresponds to the perimeter K, and the length J and the perimeter K have the relationship J>K, J=K, or J<K), and the measurement locations are virtual cross lines that intersect at right angles with the center of gravity O as the intersection point, and when the virtual cross lines are perpendicular to the sides of the rectangle, there are a total of nine measurement locations: one location at the center of gravity O, two locations on the virtual cross lines that are 0.25L1 vertically from the center of gravity O, two locations that are 0.25L2 horizontally from the center of gravity O, two locations that are 0.45L1 vertically from the center of gravity O, and two locations that are 0.45L2 horizontally from the center of gravity O.
Target thickness direction: A cross section is formed that passes through a line parallel to either the vertical side L1 or the horizontal side L2 of the imaginary cross line, and when one side is horizontal L2, the cross section is a rectangle with a vertical length of t (i.e., the thickness of the target is t) and a horizontal length of L2, and the measurement points are the center X on a vertical transverse line that passes through the center of gravity O, three points in total (referred to as point a, point X, and point b) that are 0.45t above and below the center X, two points on the cross section that are 0.45L2 away from point a towards the left and right sides, two points in total that are 0.45L2 away from point X towards the left and right sides, and two points in total that are 0.45L2 away from point b towards the left and right sides, for a total of nine measurement points.
本実施形態に係るスパッタリングターゲットでは、(条件3)又は(条件4)における前記スパッタリングターゲットのスパッタ面内方向及びターゲット厚さ方向の組成は、いずれも基準となる組成に対して差が±1.5%以内であることが好ましく、±1.25%以内であることがより好ましく、±1%以内であることがより更に好ましい。基準となる組成は(条件3)又は(条件4)に従って測定した総合計18箇所の組成の平均値である。基準となる組成に対して差が±1.5%より大きいと、スパッタリングターゲットの箇所によって組成ズレが大きいため、組成ズレが生じているスパッタリングターゲットを使用して成膜すると、膜の面内方向並びに膜厚方向に対しても組成ズレが発生してしまうため、スパッタリングターゲットのスパッタ面内方向及びターゲット厚さ方向の組成が、いずれも基準となる組成に対して差が±1.5%以内にすることが好ましい。In the sputtering target according to this embodiment, the composition of the sputtering target in the sputtering plane direction and the target thickness direction under (Condition 3) or (Condition 4) preferably differs from the reference composition by within ±1.5%, more preferably within ±1.25%, and even more preferably within ±1%. The reference composition is the average value of the composition measured at a total of 18 locations according to (Condition 3) or (Condition 4). If the difference from the reference composition is greater than ±1.5%, there will be significant compositional variation depending on the location on the sputtering target. Therefore, if a film is formed using a sputtering target with such compositional variation, compositional variation will occur in the film's in-plane direction and thickness direction. Therefore, it is preferable that the composition of the sputtering target in the sputtering plane direction and the target thickness direction both differ by within ±1.5% from the reference composition.
組成では、(条件3)又は(条件4)において、9箇所の測定範囲はそれぞれ700μm×900μmであることが好ましい。 In terms of composition, under (Condition 3) or (Condition 4), it is preferable that the measurement ranges at the nine points are each 700 μm x 900 μm.
図1は、円板状ターゲットのスパッタ面内方向における測定箇所(以降、省略して、測定箇所ともいう。)を示す概略図であり、図1を参照して(条件1)及び(条件3)のスパッタリングターゲットのスパッタ面内方向における測定箇所について説明する。円板状ターゲットである場合、半径は25~225mmであることが好ましく、50~200mmであることがより好ましい。ターゲットの厚さは、3~30mmであることが好ましく、5~26mmであることがより好ましい。本実施形態では、大型のターゲットについてより効果が見込める。 Figure 1 is a schematic diagram showing measurement points (hereinafter simply referred to as measurement points) in the in-plane direction of the sputtering disk-shaped target. The measurement points in the in-plane direction of the sputtering targets under (Condition 1) and (Condition 3) will be explained with reference to Figure 1. For disk-shaped targets, the radius is preferably 25 to 225 mm, and more preferably 50 to 200 mm. The target thickness is preferably 3 to 30 mm, and more preferably 5 to 26 mm. This embodiment is expected to be more effective for larger targets.
図1において、スパッタリングターゲット200は、中心O、半径rの円板状ターゲットである。測定箇所は、中心Oを交点として直交する仮想十字線(L)上であって、中心Oの1箇所(S1)、中心Oから0.45r離れた合計4箇所(S3、S5、S6及びS8)、及び、中心Oから0.9r離れた合計4箇所(S2、S4、S7及びS9)、の総合計9箇所とする。 In Figure 1, the sputtering target 200 is a disk-shaped target with a center O and a radius r. The measurement locations are nine locations on imaginary cross lines (L) that intersect at right angles with the center O as the intersection point: one location (S1) at the center O, four locations (S3, S5, S6, and S8) 0.45r away from the center O, and four locations (S2, S4, S7, and S9) 0.9r away from the center O.
図2は、図1のB‐B断面で示される円板状ターゲットのターゲット厚さ方向における測定箇所を示す概略図であり、図2を参照して(条件3)のスパッタリングターゲットのターゲット厚さ方向における測定箇所について説明する。 Figure 2 is a schematic diagram showing the measurement points in the target thickness direction of the disk-shaped target shown in the B-B cross section of Figure 1. Referring to Figure 2, the measurement points in the target thickness direction of the sputtering target (Condition 3) will be explained.
図2において図1のB-B断面は縦t(すなわちターゲットの厚さがt)、横2rの長方形である。そして、測定箇所を、図1に示した中心Oを通る垂直横断線上の中心X(C1)及び中心Xから上下に0.45t離れた合計3箇所(a地点(C4)、X地点(C1)、b地点(C5)という。)、前記断面上であってa地点から左右の側辺に向って0.9r離れた合計2箇所(C6,C7)、X地点から左右の側辺に向って0.9r離れた合計2箇所(C2,C3)、及び、b地点から左右の側辺に向って0.9r離れた合計2箇所(C8,C9)、の総合計9箇所を測定地点とする。 In Figure 2, the B-B cross section of Figure 1 is a rectangle with a length of t (i.e., the thickness of the target is t) and a width of 2r. The measurement points are the center X (C1) on the vertical cross line passing through the center O shown in Figure 1, three points 0.45t above and below the center X (referred to as point a (C4), point X (C1), and point b (C5)), two points (C6, C7) on the cross section 0.9r away from point a towards the left and right sides, two points (C2, C3) 0.9r away from point X towards the left and right sides, and two points (C8, C9) 0.9r away from point b towards the left and right sides, for a total of nine measurement points.
図3は、正方形の板状ターゲットのスパッタ面内方向における測定箇所を示す概略図であり、図3を参照して(条件2)及び(条件4)のスパッタリングターゲットのスパッタ面内方向における測定箇所について説明する。長方形又は正方形のターゲットである場合、縦の長さ及び横の長さは50~450mmであることが好ましく、100~400mmであることがより好ましい。ターゲットの厚さは3~30mmであることが好ましく、5~26mmであることがより好ましい。本実施形態では、大型のターゲットについてより効果が見込める。 Figure 3 is a schematic diagram showing measurement points in the in-plane direction of sputtering for a square plate-shaped target. The measurement points in the in-plane direction of sputtering for sputtering targets under (Condition 2) and (Condition 4) will be explained with reference to Figure 3. For rectangular or square targets, the vertical and horizontal lengths are preferably 50 to 450 mm, and more preferably 100 to 400 mm. The target thickness is preferably 3 to 30 mm, and more preferably 5 to 26 mm. This embodiment is expected to be more effective for larger targets.
スパッタリングターゲット300は縦の長さがL1であり、横の長さがL2である長方形(但し、L1とL2とが等しい正方形を含む。)のターゲットであり、図3ではスパッタリングターゲット300がL1=L2である形態を示している。測定箇所は、重心Oを交点として直交する仮想十字線(Q)であって、仮想十字線が長方形(又は正方形)の辺に直交するとき、重心Oの1箇所(P1)、仮想十字線上であって重心Oから縦方向に0.25L1の距離を離れた合計2箇所(P6,P8)、重心Oから横方向に0.25L2の距離を離れた合計2箇所(P3,P5)、重心Oから縦方向に0.45L1の距離を離れた合計2箇所(P7,P9)、及び、重心Oから横方向に0.45L2の距離を離れた合計2箇所(P2,P4)、の総合計9箇所とする。なお、スパッタリングターゲットが長方形の場合、辺の長さに関係なくL1、L2を適宜選択できる。Sputtering target 300 is a rectangular target (including squares where L1 and L2 are equal) with a vertical length of L1 and a horizontal length of L2. Figure 3 shows sputtering target 300 in a configuration where L1 = L2. Measurement locations are nine in total: one location (P1) at the center of gravity O, two locations (P6, P8) on the virtual crosshairs that are 0.25L1 vertically from the center of gravity O, two locations (P3, P5) that are 0.25L2 horizontally from the center of gravity O, two locations (P7, P9) that are 0.45L1 vertically from the center of gravity O, and two locations (P2, P4) that are 0.45L2 horizontally from the center of gravity O, forming an imaginary crosshair (Q) that intersects at right angles with the sides of the rectangle (or square). When the sputtering target is rectangular, L1 and L2 can be appropriately selected regardless of the length of the sides.
図4は、図3のC‐C断面で示される正方形の板状ターゲットのターゲット厚さ方向における測定箇所を示す概略図であり、図4を参照して(条件4)のスパッタリングターゲットのターゲット厚さ方向における測定箇所について説明する。 Figure 4 is a schematic diagram showing measurement points in the target thickness direction of a square plate-shaped target shown in the C-C cross section of Figure 3.With reference to Figure 4, the measurement points in the target thickness direction of the sputtering target (condition 4) will be explained.
図4において図3のC‐C断面は横辺と平行な線を通る断面を形成し、該断面が縦t(すなわち前記ターゲットの厚さがt)、横L2の長方形であり、かつ、測定箇所を、重心Oを通る垂直横断線上の中心X及び中心Xから上下に0.45t離れた合計3箇所(a地点(D4)、X地点(D1)、b地点(D5)という。)、前記断面上であってa地点から左右の側辺に向って0.45L2離れた合計2箇所(D6、D7)、X地点から左右の側辺に向って0.45L2離れた合計2箇所(D2、D3)、及び、b地点から左右の側辺に向って0.45L2離れた合計2箇所(D8、D9)、の総合計9箇所を測定地点とする。 In Figure 4, the C-C cross section of Figure 3 forms a cross section passing through a line parallel to the horizontal side, and the cross section is a rectangle with a length of t (i.e., the thickness of the target is t) and a width of L2. The measurement points are the center X on a vertical transverse line passing through the center of gravity O, three points in total 0.45t above and below the center X (referred to as point a (D4), point X (D1), and point b (D5)), two points on the cross section 0.45L2 away from point a towards the left and right sides (D6, D7), two points in total 0.45L2 away from point X towards the left and right sides (D2, D3), and two points 0.45L2 away from point b towards the left and right sides (D8, D9), for a total of nine measurement points.
(円筒形状のスパッタリングターゲット)
図5は円筒形状のターゲットの測定箇所を説明するための概念図である。スパッタリングターゲットが円筒形状の場合は、円筒の側面がスパッタ面であり、展開図は長方形(正方形を含む。)となることから、(条件2)又は(条件4)について図3及び図4の場合と同様に考えることができる。長方形には長さJ、周長Kの円筒形の側面を展開した長方形が含まれ、この形態において、L2が長さJに対応し、L1が周長Kに対応し、長さJと周長KにはJ>K、J=K又はJ<Kの関係が成立する。図5においてスパッタリングターゲット400が、高さ(長さ)J、胴の周長がKの円筒形状の場合、E‐E断面と、当該断面が両端になるようにD-D展開面とを考える。まず、ターゲット厚さ方向の測定箇所は、E-E断面において、図4と同様に考える。すなわち、円筒材の高さJが図4のL2に対応し、円筒材の厚さが図4の厚さtに対応すると考えて、測定箇所とする。また、スパッタ面内方向の測定箇所は、D-D展開面において、図3と同様に考える。すなわち、円筒材の高さJが図3のL2に対応し、円筒材の胴の周長Kが図3のL1に対応すると考えて、測定箇所とする。円筒形状のターゲットである場合、円筒の胴周の長さは100~350mmであることが好ましく、150~300mmであることがより好ましい。円筒の長さは300~3000mmであることが好ましく、500~2000mmであることがより好ましい。ターゲットの厚さは、3~30mmであることが好ましく、5~26mmであることがより好ましい。本実施形態では、大型のターゲットについてより効果が見込める。
(Cylindrical sputtering target)
FIG. 5 is a conceptual diagram illustrating the measurement location of a cylindrical target. When the sputtering target is cylindrical, the side surface of the cylinder is the sputtering surface, and the developed view is rectangular (including square). Therefore, (Condition 2) or (Condition 4) can be considered in the same manner as in FIGS. 3 and 4. The rectangle includes a rectangle obtained by developing the side surface of a cylinder with length J and perimeter K. In this form, L2 corresponds to length J, L1 corresponds to perimeter K, and the relationship between length J and perimeter K is J > K, J = K, or J < K. In FIG. 5, if the sputtering target 400 is cylindrical with a height (length) J and a perimeter of the barrel K, consider the E-E cross section and the D-D developed surface so that the cross section is at both ends. First, the measurement location in the target thickness direction is considered in the E-E cross section in the same manner as in FIG. 4. That is, the height J of the cylindrical material corresponds to L2 in FIG. 4, and the thickness of the cylindrical material corresponds to thickness t in FIG. 4, and these are the measurement locations. The measurement points in the sputtering in-plane direction are considered to be the same as those in FIG. 3 on the D-D expanded plane. That is, the measurement points are determined by considering that the height J of the cylindrical material corresponds to L2 in FIG. 3 and the circumferential length K of the cylindrical material's barrel corresponds to L1 in FIG. 3. In the case of a cylindrical target, the circumferential length of the cylindrical barrel is preferably 100 to 350 mm, more preferably 150 to 300 mm. The length of the cylinder is preferably 300 to 3000 mm, more preferably 500 to 2000 mm. The thickness of the target is preferably 3 to 30 mm, more preferably 5 to 26 mm. This embodiment is expected to be more effective for large targets.
本実施形態に係るスパッタリングターゲットは、第一ピークの結晶子サイズが400Å以下であることが好ましく、350Å以下がより好ましく、300Å以下がより更に好ましい。第一ピークの結晶子サイズが400Åより大きいと、結晶子の配向に偏りが生じてしまうため、箇所によってスパッタレートの差異が生じ、膜厚の差が生じるため、第一ピークの結晶子サイズを400Å以下にすることが好ましい。結晶子サイズの測定方法は、X線回折の波形解析ソフトを用いて結晶子サイズを測定する。 In the sputtering target according to this embodiment, the crystallite size of the first peak is preferably 400 Å or less, more preferably 350 Å or less, and even more preferably 300 Å or less. If the crystallite size of the first peak is larger than 400 Å, the orientation of the crystallites will be biased, resulting in differences in sputtering rate and film thickness depending on the location, so it is preferable to set the crystallite size of the first peak to 400 Å or less. The crystallite size is measured using X-ray diffraction waveform analysis software.
本実施形態に係るスパッタリングターゲットは、第2元素の含有率が3~70原子%であることが好ましく、5~65原子%がより好ましく、10~60原子%がより更に好ましい。含有率が3原子%より少ないと、ターゲットを用いて薄膜を形成したときに膜の反射率の向上が見込めず、含有率70原子%より多いと、ルテニウムが少ないため耐薬品性が低下してターゲットを用いて成膜しても膜の使用が難しくなるため含有率を3~70原子%にすることが好ましい。The sputtering target according to this embodiment preferably has a second element content of 3 to 70 atomic %, more preferably 5 to 65 atomic %, and even more preferably 10 to 60 atomic %. If the content is less than 3 atomic %, improvement in the reflectivity of the film cannot be expected when a thin film is formed using the target. If the content is more than 70 atomic %, the chemical resistance will be reduced due to the small amount of ruthenium, making it difficult to use the film even when formed using the target. Therefore, a content of 3 to 70 atomic % is preferred.
ホウ素の含有率は、25~65原子%であることが好ましく、30~60原子%であることがより好ましい。アルミニウムの含有率は、20~60原子%であることが好ましく、30~55原子%であることがより好ましい。チタンの含有率は、10~65原子%であることが好ましく、25~50原子%であることがより好ましい。ジルコニウムの含有率は、15~65原子%であることが好ましく、20~50原子%であることがより好ましい。ハフニウムの含有率は、15~65原子%であることが好ましく、20~50原子%であることがより好ましい。バナジウムの含有率は、35~65原子%であることが好ましく、40~60原子%であることがより好ましい。ニオブの含有率は、15~60原子%であることが好ましく、20~50原子%であることがより好ましい。タンタルの含有率は、10~65原子%であることが好ましく、25~40原子%であることがより好ましい。クロムの含有率は、30~65原子%であることが好ましく、40~60原子%であることがより好ましい。モリブデンの含有率は、25~65原子%であることが好ましく、30~60原子%であることがより好ましい。タングステンの含有率は、10~65原子%であることが好ましく、15~60原子%であることがより好ましい。 The boron content is preferably 25 to 65 atomic percent, more preferably 30 to 60 atomic percent. The aluminum content is preferably 20 to 60 atomic percent, more preferably 30 to 55 atomic percent. The titanium content is preferably 10 to 65 atomic percent, more preferably 25 to 50 atomic percent. The zirconium content is preferably 15 to 65 atomic percent, more preferably 20 to 50 atomic percent. The hafnium content is preferably 15 to 65 atomic percent, more preferably 20 to 50 atomic percent. The vanadium content is preferably 35 to 65 atomic percent, more preferably 40 to 60 atomic percent. The niobium content is preferably 15 to 60 atomic percent, more preferably 20 to 50 atomic percent. The tantalum content is preferably 10 to 65 atomic percent, more preferably 25 to 40 atomic percent. The chromium content is preferably 30 to 65 atomic %, more preferably 40 to 60 atomic %, the molybdenum content is preferably 25 to 65 atomic %, more preferably 30 to 60 atomic %, and the tungsten content is preferably 10 to 65 atomic %, more preferably 15 to 60 atomic %.
本実施形態に係るスパッタリングターゲットは、酸素含有量が500ppm以下であることが好ましく、400ppm以下であることがより好ましく、300ppm以下であることがより更に好ましい。酸素含有量が500ppmより多いと、ターゲット内の添加成分と酸素が結合して酸化物を形成してしまい、ターゲットを用いて薄膜を形成したときに、膜にパーティクルが混入してしまうことや、スパッタレートが箇所によって異なり、膜厚のばらつきが生じてしまうため、酸素を500ppm以下にすることが好ましい。 The sputtering target according to this embodiment preferably has an oxygen content of 500 ppm or less, more preferably 400 ppm or less, and even more preferably 300 ppm or less. If the oxygen content is greater than 500 ppm, the added components in the target will combine with oxygen to form oxides. This can result in particles being mixed into the film when a thin film is formed using the target, or the sputtering rate will vary from location to location, resulting in uneven film thickness. Therefore, it is preferable to keep the oxygen content at 500 ppm or less.
本実施形態に係るスパッタリングターゲットは、炭素含有量が200ppm以下であることが好ましく、150ppm以下であることがより好ましく、100ppm以下であることがより更に好ましい。炭素含有量が200ppmより多いと、ターゲット内の添加成分と炭素が結合して炭化物を形成してしまい、ターゲットを用いて薄膜を形成したときに、膜にパーティクルが混入してしまうことや、スパッタレートが箇所によって異なり、膜厚のばらつきが生じてしまうため、炭素を200ppm以下にすることが好ましい。The sputtering target according to this embodiment preferably has a carbon content of 200 ppm or less, more preferably 150 ppm or less, and even more preferably 100 ppm or less. If the carbon content is greater than 200 ppm, the carbon will bond with the additive components in the target to form carbides. This can result in particles being mixed into the film when a thin film is formed using the target, or the sputtering rate will vary from location to location, resulting in uneven film thickness. Therefore, it is preferable to keep the carbon content at 200 ppm or less.
本実施形態に係るスパッタリングターゲットの充填率は、80%以上であることが好ましく、95%以上であることがより好ましく、98%以上であることがより更に好ましい。充填率を高くすることで空隙が少ないスパッタリングターゲットとすることができ、当該スパッタリングターゲットを用いて成膜したときに、パーティクルの混入を抑制することができるとともに、スパッタレートが箇所によって異なることが少ないため、膜厚のズレ及び組成のズレが少ない薄膜を形成することができる。本実施形態では、分散粒子の最大長径を500μm以下とすることで、このような高充填率のスパッタリングターゲットとすることができる。 The filling rate of the sputtering target according to this embodiment is preferably 80% or more, more preferably 95% or more, and even more preferably 98% or more. Increasing the filling rate allows for a sputtering target with fewer voids. When a film is formed using this sputtering target, particle contamination can be suppressed, and the sputtering rate is less likely to vary from location to location, allowing for the formation of a thin film with minimal variation in film thickness and composition. In this embodiment, a sputtering target with such a high filling rate can be achieved by setting the maximum major axis of the dispersed particles to 500 μm or less.
本実施形態に係るスパッタリングターゲットの製造方法について説明する。本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、第1元素としてルテニウムと、第2元素としてホウ素、アルミニウム、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン及びタングステンの中から選ばれるいずれか一種と、で構成される合金のスパッタリングターゲットの製造方法において、第1元素と第2元素とが所定の元素比となっている原料を準備する準備工程(第1工程)と、1×10-2Pa以下の真空雰囲気、水素ガスを0~4vol%以下含有する窒素ガス雰囲気あるいは水素ガスを0~4vol%以下含有する不活性ガス雰囲気で前記原料を用いてアトマイズ法によって合金粉末を得るアトマイズ工程(第2工程)と、合金粉末をホットプレス法(HP)、放電プラズマ焼結法(SPS)あるいは熱間等方圧焼結法(HIP)を用いて、50Pa以下の真空雰囲気、水素ガスを0~4vol%以下含有する窒素ガス雰囲気あるいは水素ガスを0~4vol%以下含有する不活性ガス雰囲気で焼結して焼結体を得る焼結工程(第3工程)と、を有し、アトマイズ法で得た合金粉末の最大長径が500μm以下である。 The method for manufacturing a sputtering target according to this embodiment will be described. The method for manufacturing a sputtering target according to this embodiment is a method for manufacturing a sputtering target of an alloy composed of ruthenium as a first element and any one selected from boron, aluminum, titanium, zirconium, hafnium, vanadium, niobium, tantalum, chromium, molybdenum, and tungsten as a second element, and includes the steps of: preparing a raw material in which the first element and the second element are in a predetermined element ratio (first step) ; The method includes an atomization step (second step) in which the raw materials are used to obtain alloy powder by atomization in a vacuum atmosphere of 50 Pa or less, a nitrogen gas atmosphere containing 0 to 4 vol% or less of hydrogen gas, or an inert gas atmosphere containing 0 to 4 vol% or less of hydrogen gas; and a sintering step (third step) in which the alloy powder is sintered by hot pressing (HP), spark plasma sintering (SPS), or hot isostatic pressing (HIP) in a vacuum atmosphere of 50 Pa or less, a nitrogen gas atmosphere containing 0 to 4 vol% or less of hydrogen gas, or an inert gas atmosphere containing 0 to 4 vol% or less of hydrogen gas, to obtain a sintered body, wherein the alloy powder obtained by the atomization method has a maximum major axis of 500 μm or less.
[第1工程(準備工程)]
この工程は、第2工程で第1元素と第2元素との合金粉末を製造するときに使用する原料(以降、単に「原料」ともいう。)を作製する工程である。原料は、ルテニウム‐ホウ素の合金の原料、ルテニウム‐アルミニウムの合金の原料、ルテニウム‐チタンの合金の原料、ルテニウム‐ジルコニウムの合金の原料、ルテニウム‐ハフニウムの合金の原料、ルテニウム‐バナジウムの合金の原料、ルテニウム‐ニオブの合金の原料、ルテニウム‐タンタルの合金の原料、ルテニウム‐クロムの合金の原料、ルテニウム‐モリブデンの合金の原料、又は、ルテニウム‐タングステンの合金の原料である。第1工程において作製する、粉末を製造するための原料は、(1A)出発原材料として合金ターゲットの構成元素の単金属をそれぞれ準備し、これを混合して原料とする形態、(2A)出発原材料として合金ターゲットと同じ組成の合金を準備してこれを原料とする形態、又は(3A)出発原材料として合金ターゲットと構成元素は同じ又は一部欠落していて、組成比が所望の組成比とはずれている合金と、所望の組成に調整するために配合される単金属とを準備してこれらを混合して原料とする形態、が例示される。出発原材料として、ルテニウムとホウ素、ルテニウムとアルミニウム、ルテニウムとチタン、ルテニウムとジルコニウム、ルテニウムとハフニウム、ルテニウムとバナジウム、ルテニウムとニオブ、ルテニウムとタンタル、ルテニウムとクロム、ルテニウムとモリブデン、又は、ルテニウムとタングステンのいずれかを溶解装置に投入し、溶解して、原料を作製する。溶解した後に、原料の中に不純物が多量に混入しないように溶解装置に使用する装置や容器の材質も不純物が少ないものを用いることが好ましい。溶解法としては、以下の溶解温度に対応可能な方法を選択する。溶解温度としては、1400~2400℃でルテニウム‐ホウ素の合金の原料、1600~2400℃でルテニウム‐アルミニウムの合金の原料、1700~2400℃でルテニウム‐チタンの合金の原料、1700~2400℃でルテニウム‐ジルコニウムの合金の原料、2000~2500℃でルテニウム‐ハフニウムの合金の原料、1700~2400℃でルテニウム‐バナジウムの合金の原料、1600~2400℃でルテニウム‐ニオブの合金の原料、1900~2800℃でルテニウム‐タンタルの合金の原料、1600~2400℃でルテニウム‐クロムの合金の原料、1900~2400℃でルテニウム‐モリブデンの合金の原料、又は、2200~2900℃でルテニウム‐タングステンの合金の原料を加熱する。溶解装置内の雰囲気としては真空度が1×10‐2Pa以下の真空雰囲気、水素ガスを0~4vol%以下含有する窒素ガス雰囲気あるいは水素ガスを0~4vol%以下含有する不活性ガス雰囲気などとする。
[First step (preparation step)]
This step is a step of preparing the raw material (hereinafter also simply referred to as the "raw material") used when producing the alloy powder of the first element and the second element in the second step. The raw material is a raw material for a ruthenium-boron alloy, a raw material for a ruthenium-aluminum alloy, a raw material for a ruthenium-titanium alloy, a raw material for a ruthenium-zirconium alloy, a raw material for a ruthenium-hafnium alloy, a raw material for a ruthenium-vanadium alloy, a raw material for a ruthenium-niobium alloy, a raw material for a ruthenium-tantalum alloy, a raw material for a ruthenium-chromium alloy, a raw material for a ruthenium-molybdenum alloy, or a raw material for a ruthenium-tungsten alloy. The raw materials for producing the powder prepared in the first step can be exemplified by (1A) preparing the individual metals of the constituent elements of the alloy target as starting raw materials and mixing them to form the raw material, (2A) preparing an alloy of the same composition as the alloy target as the starting raw material and using this as the raw material, or (3A) preparing an alloy of the same or partially missing constituent elements as the alloy target as the starting raw material, whose composition ratio deviates from the desired composition ratio, and mixing these with the individual metals to adjust to the desired composition to form the raw material. As the starting raw materials, ruthenium and boron, ruthenium and aluminum, ruthenium and titanium, ruthenium and zirconium, ruthenium and hafnium, ruthenium and vanadium, ruthenium and niobium, ruthenium and tantalum, ruthenium and chromium, ruthenium and molybdenum, or ruthenium and tungsten are introduced into a melting device and melted to produce the raw material. It is preferable to use materials with low impurities for the melting device and containers to prevent large amounts of impurities from being mixed into the raw material after melting. The melting method should be selected according to the following melting temperatures: 1400 to 2400°C for ruthenium-boron alloy raw materials, 1600 to 2400°C for ruthenium-aluminum alloy raw materials, 1700 to 2400°C for ruthenium-titanium alloy raw materials, 1700 to 2400°C for ruthenium-zirconium alloy raw materials, 2000 to 2500°C for ruthenium-hafnium alloy raw materials, 1700 to 2400°C for ruthenium-zirconium alloy raw materials, 2000 to 2500°C for ruthenium-zirconium ...1700 to 2400°C for ruthenium-zirconium alloy raw materials, 1700 to 2400°C for ruthenium-zirconium alloy raw materials, 1700 to 2400°C for ruthenium-zirconium alloy raw materials, 1700 to 2400°C for ruthenium-zirconium alloy raw materials, 1700 to 2400°C for The raw materials for the ruthenium-vanadium alloy, the raw materials for the ruthenium-niobium alloy at 1600 to 2400° C., the raw materials for the ruthenium-tantalum alloy at 1900 to 2800° C., the raw materials for the ruthenium-chromium alloy at 1600 to 2400° C., the raw materials for the ruthenium-molybdenum alloy at 1900 to 2400° C., or the raw materials for the ruthenium-tungsten alloy at 2200 to 2900° C. The atmosphere inside the melting apparatus may be a vacuum atmosphere with a degree of vacuum of 1×10 −2 Pa or less, a nitrogen gas atmosphere containing 0 to 4 vol % or less of hydrogen gas, or an inert gas atmosphere containing 0 to 4 vol % or less of hydrogen gas.
合金粉末の原料の形態は、前記(1A)(2A)(3A)で記載した3つの原料形態のほか、合金粒又は合金塊であってもよく、或いは粉末、粒及び塊の組合せであってもよい。粉末、粒及び塊は、粒径の違いを表現したものであるが、いずれであっても、第2工程による粉末製造装置で使用できれば特に粒径の制限はない。具体的には、第2工程の粉末製造装置内で原料を溶解するため、粉末製造装置に供給可能な原料の大きさであれば特に制限はない。 In addition to the three raw material forms described above in (1A), (2A), and (3A), the alloy powder raw material may be in the form of alloy grains or alloy ingots, or a combination of powder, grains, and ingots. Powder, grains, and ingots represent different particle sizes, but there are no particular restrictions on the particle size as long as they can be used in the powder manufacturing equipment used in the second step. Specifically, since the raw materials are melted within the powder manufacturing equipment used in the second step, there are no particular restrictions on the size of the raw materials as long as they can be fed into the powder manufacturing equipment.
[第2工程(アトマイズ工程)]
この工程は、第1元素と第2元素との合金粉末を製造する工程である。第1元素と第2元素との合金粉末は、ルテニウム‐ホウ素の合金粉末、ルテニウム‐アルミニウムの合金粉末、ルテニウム‐チタンの合金粉末、ルテニウム‐ジルコニウムの合金粉末、ルテニウム‐ハフニウムの合金粉末、ルテニウム‐バナジウムの合金粉末、ルテニウム‐ニオブの合金粉末、ルテニウム‐タンタルの合金粉末、ルテニウム‐クロムの合金粉末、ルテニウム‐モリブデンの合金粉末、又は、ルテニウム‐タングステンの合金粉末である。第1工程で製造した原料を粉末製造装置に投入し、溶解して溶湯とした後、溶湯にガスを吹き付け、溶湯を飛散させて急冷凝固して粉末を作製する。溶解した後に第1元素と第2元素との合金粉末の中に不純物が多量に混入しないように粉末製造装置に使用する装置や容器の材質も不純物が少ないものを用いることが好ましい。溶解法としては、以下の溶解温度に対応可能な方法を選択する。溶解温度としては、1400~2400℃でルテニウム‐ホウ素の合金の原料、1600~2400℃でルテニウム‐アルミニウムの合金の原料、1700~2400℃でルテニウム‐チタンの合金の原料、1700~2400℃でルテニウム‐ジルコニウムの合金の原料、2000~2500℃でルテニウム‐ハフニウムの合金の原料、1700~2400℃でルテニウム‐バナジウムの合金の原料、1600~2400℃でルテニウム‐ニオブの合金の原料、1900~2800℃でルテニウム‐タンタルの合金の原料、1600~2400℃でルテニウム‐クロムの合金の原料、1900~2400℃でルテニウム‐モリブデンの合金の原料、又は、2200~2900℃でルテニウム‐タングステンの合金の原料を加熱する。粉末製造装置内の雰囲気としては真空度が1×10‐2Pa以下の真空雰囲気、水素ガスを0~4vol%以下含有する窒素ガス雰囲気あるいは水素ガスを0~4vol%以下含有する不活性ガス雰囲気などで行う。吹き付けを行うときの溶湯の温度としては、「第1元素と第2元素との合金の種類に応じてそれぞれの融点+100℃以上」で行うことが好ましく、「第1元素と第2元素との合金の種類に応じてそれぞれの融点+150~250℃」で行うことがより好ましい。温度が高すぎると造粒中の冷却が十分に行われず、粉末となりにくく、生産の効率が良くないためである。また、温度が低すぎると、噴射時のノズル詰まりが発生しやすくなる問題が生じやすい。吹き付けを行うときのガスは窒素、アルゴンなどを用いるがこれに限定されない。合金粉末の場合、海島構造の島に相当する析出粒子径が小さくなることがあり、合金粉体の段階において既にその状態が得られ、焼結した後又はターゲットを形成したときにおいても維持されるため、溶解法でスパッタリングターゲットを作製したときに発生する添加物の多く含まれる相の発生を、本工程を経て合金粉末を作製することにより抑制し、本工程を経て作製された合金粉末を用いてスパッタリングターゲットを作製の上、成膜したときに他箇所とのスパッタレートの差を抑制することができる。急冷された粉末は、第1工程で準備した原料における第1元素と第2元素との元素比となる。このとき、アトマイズ法で得た粉末の最大長径は500μm以下であり、400μm以下であることが好ましく、300μm以下であることがより好ましい。粉末の最大長径が500μmより大きいと、第3工程の焼結を行っても密度が不十分となり、ターゲットを用いて薄膜を形成したときに、パーティクルが混入してしまい、膜厚のばらつきが生じてしまうため、粉末の最大長径を500μm以下にすることが好ましい。ここで、最大長径を500μm以下にするとは、長径が500μmを超える粒子を含まないことを意味する。
[Second process (atomization process)]
This step is a step of producing an alloy powder of a first element and a second element. The alloy powder of the first element and the second element is a ruthenium-boron alloy powder, a ruthenium-aluminum alloy powder, a ruthenium-titanium alloy powder, a ruthenium-zirconium alloy powder, a ruthenium-hafnium alloy powder, a ruthenium-vanadium alloy powder, a ruthenium-niobium alloy powder, a ruthenium-tantalum alloy powder, a ruthenium-chromium alloy powder, a ruthenium-molybdenum alloy powder, or a ruthenium-tungsten alloy powder. The raw materials produced in the first step are charged into a powder production apparatus and melted to form a molten metal. Then, a gas is blown into the molten metal, causing it to scatter and rapidly solidify, producing a powder. It is preferable to use materials with low impurities for the equipment and container used in the powder production apparatus so that a large amount of impurities are not mixed into the alloy powder of the first element and the second element after melting. As a melting method, a method capable of handling the following melting temperatures is selected. The melting temperatures are 1400 to 2400°C for ruthenium-boron alloy raw materials, 1600 to 2400°C for ruthenium-aluminum alloy raw materials, 1700 to 2400°C for ruthenium-titanium alloy raw materials, 1700 to 2400°C for ruthenium-zirconium alloy raw materials, 2000 to 2500°C for ruthenium-hafnium alloy raw materials, and 1700 to 2400°C for ruthenium-zirconium alloy raw materials. The raw materials for the ruthenium-vanadium alloy, the raw materials for the ruthenium-niobium alloy at 1600 to 2400° C., the raw materials for the ruthenium-tantalum alloy at 1900 to 2800° C., the raw materials for the ruthenium-chromium alloy at 1600 to 2400° C., the raw materials for the ruthenium-molybdenum alloy at 1900 to 2400° C., or the raw materials for the ruthenium-tungsten alloy at 2200 to 2900° C. The atmosphere inside the powder manufacturing equipment is a vacuum atmosphere with a degree of vacuum of 1×10 −2 Pa or less, a nitrogen gas atmosphere containing 0 to 4 vol% or less of hydrogen gas, or an inert gas atmosphere containing 0 to 4 vol% or less of hydrogen gas. The temperature of the molten metal during spraying is preferably "at least 100°C above the melting point of the first and second elements, depending on the type of alloy." It is more preferable to spray at "at least 150 to 250°C above the melting point of the first and second elements, depending on the type of alloy." If the temperature is too high, cooling during granulation is insufficient, making it difficult to obtain powder and resulting in poor production efficiency. If the temperature is too low, nozzle clogging during spraying is likely to occur. Gases used during spraying include, but are not limited to, nitrogen and argon. In the case of alloy powder, the precipitated particle size corresponding to the islands in a sea-island structure may be small. This state is already achieved in the alloy powder stage and is maintained even after sintering or when the target is formed. Therefore, by producing alloy powder through this process, the generation of phases containing a large amount of additives, which occurs when a sputtering target is produced by a melting method, can be suppressed. When a sputtering target is produced using the alloy powder produced through this process and a film is formed, the difference in sputtering rate from other locations can be suppressed. The quenched powder has the same element ratio of the first element to the second element as the raw material prepared in the first step. In this case, the maximum major axis of the powder obtained by the atomization method is 500 μm or less, preferably 400 μm or less, and more preferably 300 μm or less. If the maximum major axis of the powder is greater than 500 μm, the density will be insufficient even after sintering in the third step, and when a thin film is formed using the target, particles will be mixed in, resulting in uneven film thickness. Therefore, it is preferable to set the maximum major axis of the powder to 500 μm or less. Here, setting the maximum major axis to 500 μm or less means that the powder does not contain particles with a major axis exceeding 500 μm.
本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、アトマイズ工程と焼結工程との間に、アトマイズ法によって得られた合金粉末から最大長径が500μmを超える粒子を除去する分級工程を更に有することが好ましい。分級して粒子径を調整することで、焼結体を得る工程において、密度のより高いスパッタリングターゲットを形成することができるため、前記ターゲットを使用して成膜された膜の組成について、膜の面内方向並びに膜厚方向に対しても均一な組成分布を得ることができる。 The method for manufacturing a sputtering target according to this embodiment preferably further includes a classification step between the atomization step and the sintering step to remove particles with a maximum major axis exceeding 500 μm from the alloy powder obtained by the atomization method. By adjusting the particle size through classification, a sputtering target with higher density can be formed in the step of obtaining a sintered body, and the composition of the film formed using this target can have a uniform composition distribution in both the in-plane direction and the thickness direction of the film.
[第3工程(焼結工程)]
この工程は、第2工程で得た粉末からターゲットとなる焼結体を得る工程である。焼結法としては、ホットプレス法(HP)、放電プラズマ焼結法(SPS)、又は熱間等方圧焼結法(HIP)によって焼結を行う。第2工程で得た第1元素と第2元素との合金粉末又は分級工程で分級した合金粉末を用いて焼結する。前記で示したいずれかの粉末を型に詰め、10~30MPaの予備加圧で粉末を型とパンチ等で密閉してから焼結することが好ましい。このとき、焼結温度を1100~2000℃とすることが好ましく、加圧力は、40~196MPaとすることが好ましい。焼結温度は、ルテニウム‐ホウ素の合金の粉末では1150~1300℃、ルテニウム‐アルミニウムの合金の粉末では1150~1500℃、ルテニウム‐チタンの合金の粉末では1150~1600℃、ルテニウム‐ジルコニウムの合金の粉末では1150~1300℃、ルテニウム‐ハフニウムの合金の粉末では1250~1400℃、ルテニウム‐バナジウムの合金の粉末では1250~1400℃、ルテニウム‐ニオブの合金の粉末では1150~1400℃、ルテニウム‐タンタルの合金の粉末では1400~1800℃、ルテニウム‐クロムの合金の粉末では1100~1250℃、ルテニウム‐モリブデンの合金の粉末では1400~1800℃、又は、ルテニウム‐タングステンの合金の粉末では1500~2000℃であることがより好ましい。焼結装置内の雰囲気としては真空度が50Pa以下の真空雰囲気、水素ガスを4vol%以下含有する窒素ガス雰囲気あるいは水素ガスを4vol%以下含有する不活性ガス雰囲気などで行う。水素ガスは0.1vol%以上は含まれていることが好ましい。
[Third step (sintering step)]
This step is a step of obtaining a sintered body that will become a target from the powder obtained in the second step. Sintering is performed by hot pressing (HP), spark plasma sintering (SPS), or hot isostatic pressing (HIP). Sintering is performed using the alloy powder of the first element and the second element obtained in the second step or the alloy powder classified in the classification step. It is preferable to pack any of the powders listed above into a mold, seal the powder with a mold and punch, etc., using a preliminary pressure of 10 to 30 MPa, and then sinter. In this case, the sintering temperature is preferably 1100 to 2000°C, and the applied pressure is preferably 40 to 196 MPa. The sintering temperature is 1150 to 1300°C for ruthenium-boron alloy powder, 1150 to 1500°C for ruthenium-aluminum alloy powder, 1150 to 1600°C for ruthenium-titanium alloy powder, 1150 to 1300°C for ruthenium-zirconium alloy powder, 1250 to 1400°C for ruthenium-hafnium alloy powder, and 1250 to 1400°C for ruthenium-vanadium alloy powder. For ruthenium-niobium alloy powder, the temperature is 1250 to 1400°C, for ruthenium-tantalum alloy powder, 1400 to 1800°C, for ruthenium-chromium alloy powder, 1100 to 1250°C, for ruthenium-molybdenum alloy powder, or more preferably, 1400 to 1800°C, or for ruthenium-tungsten alloy powder, the temperature is 1500 to 2000°C. The atmosphere inside the sintering apparatus may be a vacuum atmosphere with a degree of vacuum of 50 Pa or less, a nitrogen gas atmosphere containing 4 vol% or less of hydrogen gas, or an inert gas atmosphere containing 4 vol% or less of hydrogen gas. The hydrogen gas content is preferably 0.1 vol% or more.
少なくとも第1工程から第3工程を経ることにより、スパッタリングターゲットの面内方向及びターゲットの厚さ方向の組成ずれを抑え、薄膜形成時に影響を及ぼす不純物の含有量が少ないスパッタリングターゲットを作製することができる。 By going through at least steps 1 to 3, it is possible to reduce compositional deviations in the in-plane direction and thickness direction of the sputtering target, and to produce a sputtering target with a low content of impurities that affect thin film formation.
本実施形態において、(条件3)又は(条件4)における組成分析の方法は、エネルギー分散型X線分光法(EDS)、高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法(ICP)又は蛍光X線分析法(XRF)などがあるが、EDSによる組成分析が好ましい。 In this embodiment, the method of composition analysis under (Condition 3) or (Condition 4) may be energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS), inductively coupled plasma optical emission spectroscopy (ICP), or X-ray fluorescence spectroscopy (XRF), but composition analysis by EDS is preferred.
以下、実施例を示しながら本発明についてさらに詳細に説明するが、本発明は実施例に限定して解釈されない。 The present invention will be explained in more detail below with reference to examples, but the present invention should not be construed as being limited to these examples.
(実施例1)
純度3N5upのRu原料と純度3NのNb原料を粉末製造装置に投入し、次に、粉末製造装置内を5×10-3Pa以下の真空雰囲気に調整して、溶解温度1900℃でRu原料とNb原料を溶解して溶湯とし、次に、アルゴンガスを溶湯に吹き付け、溶湯を飛散させて急冷凝固して、最大長径が500μm以下のRu-20原子%Nb粉末(この場合、Ruは80原子%Ruであるが、Ruの原子百分率の記載を省略している。以降も同様。)を作製した。ここで、最大長径が500μm以下のRu-20原子%Nb粉末は分級で調整した。その後、Ru-20原子%Nb粉末を放電プラズマ焼結(以降、SPS焼結ともいう。)用のカーボン型に充填した。次に30MPaの予備加圧で合金粉末を型とパンチ等で密閉し、合金粉末を充填した型をSPS装置(型番:SPS-825、SPSシンテックス社製)に設置した。そして、焼結条件として、焼結温度を1250℃、加圧力55MPa、焼結装置内の雰囲気を20Pa以下の真空雰囲気の条件で焼結を実施した。Ru-20原子%Nb焼結体を研削加工機、旋盤等を用いて加工し、実施例1のΦ50.8mm×5mmtのRu-20原子%Nbターゲットを作製した。
Example 1
A 3N5up purity Ru raw material and a 3N purity Nb raw material were placed in a powder manufacturing apparatus, and the inside of the powder manufacturing apparatus was adjusted to a vacuum atmosphere of 5 × 10 -3 Pa or less. The Ru raw material and the Nb raw material were melted at a melting temperature of 1900 ° C to form a molten metal. Argon gas was then sprayed onto the molten metal, causing the molten metal to scatter and rapidly solidify. Ru-20 atomic % Nb powder (in this case, Ru is 80 atomic % Ru, but the atomic percentage of Ru is omitted. The same applies hereinafter) having a maximum diameter of 500 μm or less was produced. Here, the Ru-20 atomic % Nb powder having a maximum diameter of 500 μm or less was adjusted by classification. The Ru-20 atomic % Nb powder was then filled into a carbon mold for spark plasma sintering (hereinafter also referred to as SPS sintering). Next, the alloy powder was sealed using a mold and punch under a preliminary pressure of 30 MPa, and the mold filled with the alloy powder was placed in an SPS apparatus (model number: SPS-825, manufactured by SPS Syntex Co., Ltd.). Sintering was carried out under the following conditions: a sintering temperature of 1250°C, a pressure of 55 MPa, and a vacuum atmosphere of 20 Pa or less inside the sintering apparatus. The Ru-20 atomic % Nb sintered body was processed using a grinding machine, lathe, etc. to produce a Φ50.8 mm x 5 mmt Ru-20 atomic % Nb target of Example 1.
(比較例1)
実施例1において、アルゴンガスを溶湯に吹き付け、溶湯を飛散させて急冷凝固して、最大長径が500μm以下のRu-20原子%Nb粉末を作製する代わりに、アルゴンガスを溶湯に吹き付け、溶湯を飛散させて急冷凝固して、最大長径が500μmより大きいRu-20原子%Nb粉末を作製した以外は、実施例1と同様にしてRu-20原子%Nb焼結体を得た。ここで、最大長径が500μmより大きいRu-20原子%Nb粉末は分級で調整した。Ru-20原子%Nb焼結体について研削加工機を用いて加工しようとしたが、研削加工では板の外周に欠けが発生し、欠けを起点に板にクラックが発生し、スパッタリングターゲットを作製することができなかった。
(Comparative Example 1)
In Example 1, instead of spraying argon gas onto the molten metal, scattering the molten metal, and rapidly solidifying it to produce Ru-20 atomic % Nb powder with a maximum diameter of 500 μm or less, argon gas was sprayed onto the molten metal, scattering the molten metal, and rapidly solidifying it to produce Ru-20 atomic % Nb powder with a maximum diameter of more than 500 μm. Except for this, a Ru-20 atomic % Nb sintered body was obtained in the same manner as in Example 1. Here, the Ru-20 atomic % Nb powder with a maximum diameter of more than 500 μm was adjusted by classification. An attempt was made to process the Ru-20 atomic % Nb sintered body using a grinding machine, but chips occurred on the outer periphery of the plate during grinding, and cracks occurred in the plate starting from the chips, making it impossible to produce a sputtering target.
(比較例2)
粒子径が100μm以下、純度3N5upの純Ru粉末と、粒子径が100μm以下、純度3N5upのNb粉末とを用いてRu-20原子%Nbとなるように各粉末の量を調整の上、混合を行った。その後、実施例と同様にして、Ru-20原子%Nb焼結体を作製した。焼結後のRu-20原子%Nb焼結体を研削加工機、旋盤等を用いて加工し、比較例2のΦ50.8mm×5mmtのRu-20原子%Nbターゲットを作製した。
(Comparative Example 2)
Pure Ru powder with a particle size of 100 μm or less and a purity of 3N5 up was used, and Nb powder with a particle size of 100 μm or less and a purity of 3N5 up was used, and the amounts of each powder were adjusted to obtain Ru-20 atomic % Nb, and then mixed. Thereafter, a Ru-20 atomic % Nb sintered body was produced in the same manner as in the examples. The sintered Ru-20 atomic % Nb sintered body was processed using a grinding machine, lathe, etc., to produce a Φ50.8 mm x 5 mmt Ru-20 atomic % Nb target of Comparative Example 2.
(比較例3)
純度3N5upのRu原料と純度3NのNb原料をRu-20原子%Nbとなるように秤量し、アーク溶解装置(ULVAC社製 AME-300型)にて溶解し、60mm角×6mm程度の溶解した板を得た。次にこの板を機械加工してΦ50.8mm×5mmtのスパッタリングターゲットを作製しようと試みたが、研削加工では板の外周に欠けが発生し、ワイヤー放電加工による切断加工では板にクラックが発生し、スパッタリングターゲットを作製することができなかった。
(Comparative Example 3)
A 3N5up purity Ru raw material and a 3N purity Nb raw material were weighed to give Ru-20 atomic % Nb, and melted in an arc melting apparatus (AME-300 model, manufactured by ULVAC) to obtain a melted plate of approximately 60 mm square x 6 mm. Next, an attempt was made to machine this plate to produce a sputtering target of Φ50.8 mm x 5 mmt, but grinding caused chipping on the outer periphery of the plate, and cutting by wire electric discharge machining caused cracks in the plate, making it impossible to produce a sputtering target.
(SEM観察による分散粒子の最大長径)
実施例1、比較例1及び比較例2のターゲットについて、電子顕微鏡(型番JSM-6010:JEOL社製)を用いて1200μm×1500μmのSEM画像内による直接観察における分散粒子の長径を測定した。測定結果を表1に示す。観察した結果、実施例1の分散粒子の最大長径は250μmであり、スパッタリングターゲット中に分散粒子が分散されていることが確認された。一方、比較例1の分散粒子の最大長径は984μmであった。比較例2の分散粒子の最大長径は80μmであった。
(Maximum major axis of dispersed particles observed by SEM)
For the targets of Example 1, Comparative Example 1, and Comparative Example 2, the major axis of the dispersed particles was measured by direct observation in a 1200 μm × 1500 μm SEM image using an electron microscope (model number JSM-6010: manufactured by JEOL). The measurement results are shown in Table 1. As a result of the observation, the maximum major axis of the dispersed particles in Example 1 was 250 μm, and it was confirmed that the dispersed particles were dispersed in the sputtering target. On the other hand, the maximum major axis of the dispersed particles in Comparative Example 1 was 984 μm. The maximum major axis of the dispersed particles in Comparative Example 2 was 80 μm.
(EDSによる含有率調査)
実施例1及び比較例2のターゲットについて、図1のS1~S9のNbの含有率及び図2のC1~C9のNbの含有率をエネルギー分散型X線分光法(EDS)による組成分析を行った。測定範囲は700μm×900μmとした。測定結果を表2~表5に示す。表2より、実施例1におけるS1~S9のNbの含有率の平均値は、19.95%であり、S1~S9の各点のNbの含有率とS1~S9のNbの含有率の平均値との差は、実施例1では最大で0.41、最小は0.03であった。表2より、実施例1におけるC1~C9のNbの含有率の平均値は、20.04%であり、C1~C9の各点のNbの含有率とC1~C9のNbの含有率の平均値との差は、実施例1では最大で0.52、最小は0.03であった。実施例1のターゲットは、スパッタ面内方向及びターゲット厚さ方向のいずれにおいても場所の違いによる組成のズレが小さかった。また、表3より、実施例1におけるS1~S9及びC1~C9のNbの含有率の平均値は、19.99%であり、S1~S9及びC1~C9の各点のNbの含有率とS1~S9及びC1~C9のNbの含有率の平均値との差は、実施例1では最大で0.47、最小は0.00であった。実施例1のターゲットは、各点における組成のズレが小さく、すなわち、ターゲットの面内方向及び厚さ方向の場所の違いによる組成のズレが小さかった。一方、表4より、比較例2におけるS1~S9のNbの含有率の平均値は、20.00%であり、S1~S9の各点のNbの含有率とS1~S9のNbの含有率の平均値との差は、比較例2では最大で0.98、最小は0.25であった。表4より、比較例2におけるC1~C9のNbの含有率の平均値は、20.24%であり、C1~C9の各点のNbの含有率とC1~C9のNbの含有率の平均値との差は、比較例2では最大で1.03、最小は0.06であった。比較例2のターゲットはスパッタ面内方向及びターゲット厚さ方向のいずれにおいても場所の違いによる組成のズレが小さかった。また、表5より、比較例2におけるS1~S9及びC1~C9Nbの含有率の平均値は、20.12%であり、S1~S9及びC1~C9の各点のNbの含有率とS1~S9及びC1~C9のNbの含有率の平均値との差は、比較例2では最大で1.10、最小は0.18であった。比較例2のターゲットは各点における組成のズレが小さく、すなわち、ターゲットの面内方向及び厚さ方向の場所の違いによる組成のズレが小さかった。
(Content survey by EDS)
For the targets of Example 1 and Comparative Example 2, compositional analysis was performed by energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) to measure the Nb content of S1 to S9 in FIG. 1 and the Nb content of C1 to C9 in FIG. 2 . The measurement range was 700 μm × 900 μm. The measurement results are shown in Tables 2 to 5. From Table 2, the average Nb content of S1 to S9 in Example 1 was 19.95%, and the difference between the Nb content of each point S1 to S9 and the average Nb content of S1 to S9 in Example 1 was a maximum of 0.41 and a minimum of 0.03. From Table 2, the average Nb content of C1 to C9 in Example 1 was 20.04%, and the difference between the Nb content of each point C1 to C9 and the average Nb content of C1 to C9 in Example 1 was a maximum of 0.52 and a minimum of 0.03. The target of Example 1 had small variations in composition due to differences in location in both the in-plane direction of sputtering and the thickness direction of the target. Furthermore, as shown in Table 3, the average Nb content of S1 to S9 and C1 to C9 in Example 1 was 19.99%, and the difference between the Nb content at each point of S1 to S9 and C1 to C9 and the average value of the Nb content of S1 to S9 and C1 to C9 in Example 1 was a maximum of 0.47 and a minimum of 0.00. The target of Example 1 had small variations in composition at each point, i.e., the variations in composition due to differences in location in the in-plane direction and thickness direction of the target were small. On the other hand, from Table 4, the average value of the Nb content of S1 to S9 in Comparative Example 2 was 20.00%, and the difference between the Nb content of each point S1 to S9 and the average value of the Nb content of S1 to S9 was a maximum of 0.98 and a minimum of 0.25 in Comparative Example 2. From Table 4, the average value of the Nb content of C1 to C9 in Comparative Example 2 was 20.24%, and the difference between the Nb content of each point C1 to C9 and the average value of the Nb content of C1 to C9 was a maximum of 1.03 and a minimum of 0.06 in Comparative Example 2. The target of Comparative Example 2 had small deviations in composition due to location in both the sputtering in-plane direction and the target thickness direction. Furthermore, from Table 5, the average value of the Nb content of S1 to S9 and C1 to C9 in Comparative Example 2 was 20.12%, and the difference between the Nb content of each point of S1 to S9 and C1 to C9 and the average value of the Nb content of S1 to S9 and C1 to C9 was a maximum of 1.10 and a minimum of 0.18 in Comparative Example 2. The target of Comparative Example 2 had small deviations in composition at each point, that is, the deviations in composition due to differences in location in the in-plane direction and thickness direction of the target were small.
(XRDによるピーク強度)
実施例1、比較例2のターゲットについて、(条件1)のS1~S9の箇所においてX線回折を行った。CuKα、2θ=20~90°の範囲でRu-20原子%Nb合金に由来する第一ピークの相対積分強度と第二ピークの相対積分強度を比較し、第二ピークの相対積分強度/第一ピークの相対積分強度の割合を算出した。算定結果を表6に示す。表6の結果から、実施例1では、第一ピークの相対積分強度に対して第二ピーク相対積分強度の割合が81.8%~84.9%と高いため、(条件1)のS1~S9の全ての箇所において第二ピークの相対積分強度が第一ピークの相対積分強度に対して60%以上であり、実施例1のスパッタリングターゲットは異方性の程度が低いものであることが確認された。このターゲットを使用して成膜された膜の組成について、膜の面内方向並びに膜厚方向に対しても均一な組成分布を得ることができた。一方、比較例2では、第一ピークの相対積分強度に対して第二ピークの相対積分強度の割合が38.4%~52.6%と低いため、(条件1)のS1~S9の全ての箇所において第二ピークの相対積分強度が第一ピークの相対積分強度に対して60%より低く、比較例2のスパッタリングターゲットは(101)方向の配向が強く、異方性の程度が高いものであることが確認された。このターゲットを用いて薄膜を形成したときに、スパッタレートが箇所によって異なり、膜厚のばらつきが生じてしまった。
(XRD peak intensity)
X-ray diffraction was performed on the targets of Example 1 and Comparative Example 2 at positions S1 to S9 under Condition 1. The relative integrated intensity of the first peak and the relative integrated intensity of the second peak derived from the Ru-20 atomic % Nb alloy were compared over the CuKα, 2θ = 20 to 90° range, and the ratio of the relative integrated intensity of the second peak to the relative integrated intensity of the first peak was calculated. The calculation results are shown in Table 6. From the results in Table 6, in Example 1, the ratio of the relative integrated intensity of the second peak to the relative integrated intensity of the first peak was high, ranging from 81.8% to 84.9%, and therefore the relative integrated intensity of the second peak was 60% or more of the relative integrated intensity of the first peak at all positions S1 to S9 under Condition 1, confirming that the sputtering target of Example 1 has a low degree of anisotropy. The composition of the film deposited using this target was able to obtain a uniform composition distribution in both the in-plane direction and the thickness direction of the film. On the other hand, in Comparative Example 2, the ratio of the relative integrated intensity of the second peak to the relative integrated intensity of the first peak was low at 38.4% to 52.6%, and therefore the relative integrated intensity of the second peak was lower than 60% of the relative integrated intensity of the first peak at all points S1 to S9 of (Condition 1), confirming that the sputtering target of Comparative Example 2 had a strong orientation in the (101) direction and a high degree of anisotropy. When a thin film was formed using this target, the sputtering rate varied depending on the point, resulting in variations in film thickness.
(酸素と炭素の含有量)
実施例1及び比較例2のターゲットについて、質量分析装置(型番:Element GD、Thermo Fisher Scientific社製)を用いて酸素と炭素の含有量を測定した。測定結果を表7に示す。実施例1の酸素の含有量は43ppm、炭素の含有量は9ppmであり、酸素及び炭素の含有量が少なかった。このため、添加元素の酸化及び炭化を抑制させながらスパッタリングターゲット中に分散させることができ、このターゲットを使用して成膜された膜の組成について、膜の面内方向並びに膜厚方向に対しても均一な組成分布を得ることができた。また、パーティクルの混入を低減することができ、膜厚のばらつきを抑制させることができた。一方、比較例2の酸素の含有量は695ppm、炭素の含有量は13ppmであり、酸素の含有量が多かった。このため、成膜するときにターゲットの加熱などが行われると、ターゲット内の添加成分と酸素が結合して酸化物が形成されることが生じるため、ターゲットを用いて薄膜を形成したときに、スパッタレートが箇所によって異なり、膜厚のばらつきが生じてしまった。
(oxygen and carbon content)
The oxygen and carbon contents of the targets of Example 1 and Comparative Example 2 were measured using a mass spectrometer (model number: Element GD, manufactured by Thermo Fisher Scientific). The measurement results are shown in Table 7. The oxygen content of Example 1 was 43 ppm, and the carbon content was 9 ppm, indicating low oxygen and carbon contents. Therefore, the additive elements could be dispersed in the sputtering target while suppressing oxidation and carbonization, and the film formed using this target had a uniform composition distribution in both the in-plane direction and the film thickness direction. Furthermore, particle contamination could be reduced, thereby suppressing film thickness variation. On the other hand, the oxygen content of Comparative Example 2 was 695 ppm, and the carbon content was 13 ppm, indicating a high oxygen content. For this reason, when the target is heated during film formation, the additive components in the target combine with oxygen to form oxides, and when a thin film is formed using the target, the sputtering rate varies from place to place, resulting in variations in film thickness.
(充填率)
実施例1、比較例1及び比較例2のターゲットの充填率について、アルキメデス法を用いて算定した。算定結果を表8に示す。算定方法としては、(アルキメデス法により測定される焼結体の実測密度)を(焼結体の理論密度)で除してからパーセント換算するために100を乗じた値を充填率とした。実施例1の充填率は99.7%であり、充填率が高くて空隙が少ないスパッタリングターゲットが得られた。それに対し、比較例1の充填率は75.2%であり、充填率が低く空隙が多いスパッタリングターゲットが得られた。比較例2の充填率は99.9%であり、充填率が高くて空隙が少ないスパッタリングターゲットが得られた。
(filling rate)
The packing fractions of the targets of Example 1, Comparative Example 1, and Comparative Example 2 were calculated using the Archimedes method. The calculation results are shown in Table 8. The calculation method was to divide (the actual density of the sintered body measured by the Archimedes method) by (the theoretical density of the sintered body), and then multiply this by 100 to convert to a percentage, to obtain the packing fraction. The packing fraction of Example 1 was 99.7%, and a sputtering target with a high packing fraction and few voids was obtained. In contrast, the packing fraction of Comparative Example 1 was 75.2%, and a sputtering target with a low packing fraction and many voids was obtained. The packing fraction of Comparative Example 2 was 99.9%, and a sputtering target with a high packing fraction and few voids was obtained.
実施例1と比較例1~比較例3の結果から、実施例1では、分散粒子の最大長径、組成ズレ、第一ピークの相対積分強度に対して第二ピーク相対積分強度の割合、酸素含有量、炭素含有量及び充填率の全てを満足させる値であった。このため、目的とするNb濃度のバラツキが小さい薄膜を形成することができた。また、パーティクルの混入を抑制することができるとともに、スパッタレートが箇所によって異なることが少ないため、膜厚のズレや組成のズレが少ない薄膜を形成することができた。添加元素の酸化や炭化を抑制させながらスパッタリングターゲット中に分散させることができるため、このターゲットを使用して成膜するときに膜へのパーティクルの混入を抑制できた。またこのターゲットを使用して成膜された膜の組成について、膜の面内方向並びに膜厚方向に対しても均一な組成分布を得ることができた。また、このターゲットを使用して成膜された膜について、均一な膜厚を得ることができた。一方、比較例1では分散粒子の長径が大きく、充填率が低いため、研削加工の際に割れが生じて作製することができなかった。また、比較例2では第一ピークの相対積分強度に対して第二ピークの相対積分強度の割合が少ないことと、酸素含有量が多いため、スパッタリングターゲットを用いて成膜したときに、膜厚にばらつきが生じてしまった。比較例3では、溶解ルテニウムが硬すぎたことにより、研削加工や切断加工の際に割れが生じて作製することができなかった。 The results of Example 1 and Comparative Examples 1 to 3 show that in Example 1, the maximum diameter of the dispersed particles, compositional deviation, ratio of the relative integrated intensity of the second peak to the relative integrated intensity of the first peak, oxygen content, carbon content, and packing ratio were all satisfactory. Therefore, a thin film with minimal variation in the target Nb concentration was formed. Furthermore, particle contamination was suppressed, and the sputtering rate was minimally varied from location to location, resulting in the formation of a thin film with minimal variation in film thickness and composition. Because the additive elements could be dispersed in the sputtering target while suppressing oxidation and carbonization, particle contamination into the film was suppressed when this target was used for film formation. Furthermore, the film formed using this target achieved a uniform composition distribution in both the in-plane and thickness directions. Furthermore, the film formed using this target achieved a uniform film thickness. On the other hand, in Comparative Example 1, the dispersed particles had a large diameter and a low packing ratio, which resulted in cracks occurring during the grinding process, making it impossible to produce a film. In Comparative Example 2, the ratio of the relative integrated intensity of the second peak to the relative integrated intensity of the first peak was small, and the oxygen content was high, so when a film was formed using the sputtering target, the film thickness varied. In Comparative Example 3, the dissolved ruthenium was too hard, so cracks occurred during grinding and cutting, making it impossible to produce a film.
200,300,400 スパッタリングターゲット
O 中心、重心
L,Q 仮想十字線
S1~S9 スパッタ面内方向の測定箇所
C1~C9 ターゲット厚さ方向の測定箇所
P1~P9 スパッタ面内方向の測定箇所
D1~D9 ターゲット厚さ方向の測定箇所
200, 300, 400 Sputtering target O Center, center of gravity L, Q Virtual cross lines S1 to S9 Measurement points in the sputtering in-plane direction C1 to C9 Measurement points in the target thickness direction P1 to P9 Measurement points in the sputtering in-plane direction D1 to D9 Measurement points in the target thickness direction
Claims (10)
前記スパッタリングターゲットは前記第1元素と前記第2元素との二種の元素からなる金属間化合物相を含む二相で構成された分散粒子を有し、
前記分散粒子の最大長径が500μm以下であることを特徴とするスパッタリングターゲット。 A sputtering target of an alloy comprising ruthenium as a first element and any one selected from boron, aluminum, titanium, zirconium, vanadium , niobium, chromium , and molybdenum as a second element,
the sputtering target has dispersed particles composed of two phases including an intermetallic compound phase composed of two elements, the first element and the second element,
A sputtering target characterized in that the dispersed particles have a maximum major axis of 500 μm or less.
前記スパッタリングターゲットは前記第1元素と前記第2元素との二種の元素からなる金属間化合物相を含んだ分散粒子を有し、
前記分散粒子の最大長径が500μm以下であり、
(条件1)又は(条件2)において、スパッタリングターゲットのスパッタ面内方向のX線回折による第二ピークの相対積分強度が第一ピークの相対積分強度に対して60%以上である箇所が少なくとも1箇所存在し、
(条件3)又は(条件4)における前記スパッタリングターゲットのスパッタ面内方向及びターゲット厚さ方向の組成は、いずれも基準となる組成に対して差が±1.5%以内であり、前記基準となる組成は(条件3)又は(条件4)に従って測定した総合計18箇所の組成の平均値であり、
前記第一ピークの結晶子サイズが400Å以下であることを特徴とするスパッタリングターゲット。
(条件1)
スパッタ面内方向:前記スパッタリングターゲットが、中心O、半径rの円板状ターゲットであり、かつ、測定箇所を、中心Oを交点として直交する仮想十字線上であって、中心Oの1箇所、中心Oから0.45r離れた合計4箇所、及び、中心Oから0.9r離れた合計4箇所、の総合計9箇所とする。
(条件2)
スパッタ面内方向:前記スパッタリングターゲットが、縦の長さがL1であり、横の長さがL2である長方形(但し、L1とL2とが等しい正方形を含む。或いは、長方形には長さJ、周長Kの円筒形の側面を展開した長方形が含まれ、この形態において、L2が長さJに対応し、L1が周長Kに対応し、長さJと周長KにはJ>K、J=K又はJ<Kの関係が成立する。)であり、かつ、測定箇所を、重心Oを交点として直交する仮想十字線であって、仮想十字線が長方形の辺に直交するとき、重心Oの1箇所、仮想十字線上であって重心Oから縦方向に0.25L1の距離を離れた合計2箇所、重心Oから横方向に0.25L2の距離を離れた合計2箇所、重心Oから縦方向に0.45L1の距離を離れた合計2箇所、及び、重心Oから横方向に0.45L2の距離を離れた合計2箇所、の総合計9箇所とする。
(条件3)
スパッタ面内方向:前記スパッタリングターゲットが、中心O、半径rの円板状ターゲットであり、かつ、測定箇所を、中心Oを交点として直交する仮想十字線上であって、中心Oの1箇所、中心Oから0.45r離れた合計4箇所、及び、中心Oから0.9r離れた合計4箇所、の総合計9箇所とする。
ターゲット厚さ方向:仮想十字線のうち、いずれか一つの線を通る断面を形成し、該断面が縦t(すなわちターゲットの厚さがt)、横2rの長方形であり、かつ、測定箇所を、中心Oを通る垂直横断線上の中心X及び中心Xから上下に0.45t離れた合計3箇所(a地点、X地点、b地点という。)、前記断面上であってa地点から左右の側辺に向って0.9r離れた合計2箇所、X地点から左右の側辺に向って0.9r離れた合計2箇所、及び、b地点から左右の側辺に向って0.9r離れた合計2箇所、の総合計9箇所を測定地点とする。
(条件4)
スパッタ面内方向:前記スパッタリングターゲットが、縦の長さがL1であり、横の長さがL2である長方形(但し、L1とL2とが等しい正方形を含む。或いは、長方形には長さJ、周長Kの円筒形の側面を展開した長方形が含まれ、この形態において、L2が長さJに対応し、L1が周長Kに対応し、長さJと周長KにはJ>K、J=K又はJ<Kの関係が成立する。)であり、かつ、測定箇所を、重心Oを交点として直交する仮想十字線であって、仮想十字線が長方形の辺に直交するとき、重心Oの1箇所、仮想十字線上であって重心Oから縦方向に0.25L1の距離を離れた合計2箇所、重心Oから横方向に0.25L2の距離を離れた合計2箇所、重心Oから縦方向に0.45L1の距離を離れた合計2箇所、及び、重心Oから横方向に0.45L2の距離を離れた合計2箇所、の総合計9箇所とする。
ターゲット厚さ方向:仮想十字線のうち、縦L1と横L2のいずれか一方の辺と平行な線を通る断面を形成し、一方の辺が横L2の場合、該断面が縦t(すなわち前記ターゲットの厚さがt)、横L2の長方形であり、かつ、測定箇所を、重心Oを通る垂直横断線上の中心X及び中心Xから上下に0.45t離れた合計3箇所(a地点、X地点、b地点という。)、前記断面上であってa地点から左右の側辺に向って0.45L2離れた合計2箇所、X地点から左右の側辺に向って0.45L2離れた合計2箇所、及び、b地点から左右の側辺に向って0.45L2離れた合計2箇所、の総合計9箇所を測定地点とする。 A sputtering target of an alloy comprising ruthenium as a first element and any one selected from boron, aluminum, titanium, zirconium, hafnium, vanadium, niobium, tantalum, chromium, molybdenum, and tungsten as a second element,
the sputtering target has dispersed particles containing an intermetallic compound phase consisting of two elements, the first element and the second element,
The dispersed particles have a maximum major axis of 500 μm or less,
In (Condition 1) or (Condition 2), there is at least one location where the relative integrated intensity of the second peak in the in-plane direction of the sputtering target by X-ray diffraction is 60% or more of the relative integrated intensity of the first peak,
The composition of the sputtering target in the in-plane direction and the thickness direction of the target under (Condition 3) or (Condition 4) is within ±1.5% of a reference composition, and the reference composition is an average value of the compositions measured at a total of 18 locations under (Condition 3) or (Condition 4),
A sputtering target characterized in that the crystallite size of the first peak is 400 Å or less .
(Condition 1)
Sputtering in-plane direction: The sputtering target is a disk-shaped target with a center O and a radius r, and the measurement locations are nine locations in total, on virtual cross lines that intersect at right angles with the center O as the intersection point, including one location at the center O, four locations at a distance of 0.45r from the center O, and four locations at a distance of 0.9r from the center O.
(Condition 2)
Sputtering in-plane direction: The sputtering target is a rectangle with a vertical length of L1 and a horizontal length of L2 (however, this includes a square where L1 and L2 are equal. Alternatively, the rectangle includes a rectangle formed by unfolding the side of a cylinder with length J and perimeter K, and in this form, L2 corresponds to the length J, L1 corresponds to the perimeter K, and the length J and the perimeter K have the relationship J>K, J=K, or J<K), and the measurement locations are virtual cross lines that intersect at right angles with the center of gravity O as the intersection point, and when the virtual cross lines are perpendicular to the sides of the rectangle, there are a total of nine measurement locations: one location at the center of gravity O, two locations on the virtual cross lines that are 0.25L1 vertically from the center of gravity O, two locations that are 0.25L2 horizontally from the center of gravity O, two locations that are 0.45L1 vertically from the center of gravity O, and two locations that are 0.45L2 horizontally from the center of gravity O.
(Condition 3)
Sputtering in-plane direction: The sputtering target is a disk-shaped target with a center O and a radius r, and the measurement locations are nine locations in total, on virtual cross lines that intersect at right angles with the center O as the intersection point, including one location at the center O, four locations at a distance of 0.45r from the center O, and four locations at a distance of 0.9r from the center O.
Target thickness direction: A cross section passing through one of the imaginary cross lines is formed, and the cross section is a rectangle with a length of t (i.e., the thickness of the target is t) and a width of 2r. The measurement points are the center X on a vertical transverse line passing through the center O, three points in total (referred to as points a, X, and b) that are 0.45t above and below the center X, two points on the cross section that are 0.9r away from point a towards the left and right sides, two points in total that are 0.9r away from point X towards the left and right sides, and two points in total that are 0.9r away from point b towards the left and right sides, for a total of nine measurement points.
(Condition 4)
Sputtering in-plane direction: The sputtering target is a rectangle with a vertical length of L1 and a horizontal length of L2 (however, this includes a square where L1 and L2 are equal. Alternatively, the rectangle includes a rectangle formed by unfolding the side of a cylinder with length J and perimeter K, and in this form, L2 corresponds to the length J, L1 corresponds to the perimeter K, and the length J and the perimeter K have the relationship J>K, J=K, or J<K), and the measurement locations are virtual cross lines that intersect at right angles with the center of gravity O as the intersection point, and when the virtual cross lines are perpendicular to the sides of the rectangle, there are a total of nine measurement locations: one location at the center of gravity O, two locations on the virtual cross lines that are 0.25L1 vertically from the center of gravity O, two locations that are 0.25L2 horizontally from the center of gravity O, two locations that are 0.45L1 vertically from the center of gravity O, and two locations that are 0.45L2 horizontally from the center of gravity O.
Target thickness direction: A cross section is formed that passes through a line parallel to either the vertical side L1 or the horizontal side L2 of the imaginary cross line, and when one side is horizontal L2, the cross section is a rectangle with a vertical length of t (i.e., the thickness of the target is t) and a horizontal length of L2, and the measurement points are the center X on a vertical transverse line that passes through the center of gravity O, three points in total (referred to as point a, point X, and point b) that are 0.45t above and below the center X, two points on the cross section that are 0.45L2 away from point a towards the left and right sides, two points in total that are 0.45L2 away from point X towards the left and right sides, and two points in total that are 0.45L2 away from point b towards the left and right sides, for a total of nine measurement points.
前記スパッタリングターゲットは前記第1元素と前記第2元素との二種の元素からなる金属間化合物相を含んだ分散粒子を有し、
前記分散粒子の最大長径が500μm以下であり、
(条件1)又は(条件2)において、スパッタリングターゲットのスパッタ面内方向のX線回折による第二ピークの相対積分強度が第一ピークの相対積分強度に対して60%以上である箇所が少なくとも1箇所存在し、
(条件1)又は(条件2)において、スパッタリングターゲットのスパッタ面内方向のX線回折による第二ピークの相対積分強度が第一ピークの相対積分強度に対して60%以上である箇所が40%以上存在し、
前記第一ピークの結晶子サイズが400Å以下であることを特徴とするスパッタリングターゲット。 A sputtering target of an alloy comprising ruthenium as a first element and any one selected from boron, aluminum, titanium, zirconium, hafnium, vanadium, niobium, tantalum, chromium, molybdenum, and tungsten as a second element,
the sputtering target has dispersed particles containing an intermetallic compound phase consisting of two elements, the first element and the second element,
The dispersed particles have a maximum major axis of 500 μm or less,
In (Condition 1) or (Condition 2), there is at least one location where the relative integrated intensity of the second peak in the in-plane direction of the sputtering target by X-ray diffraction is 60% or more of the relative integrated intensity of the first peak,
In (Condition 1) or (Condition 2), there are 40% or more portions where the relative integrated intensity of the second peak by X-ray diffraction in the sputtering in-plane direction of the sputtering target is 60% or more of the relative integrated intensity of the first peak,
A sputtering target characterized in that the crystallite size of the first peak is 400 Å or less .
前記第1元素と前記第2元素とが所定の元素比となっている原料を準備する準備工程と、
1×10-2Pa以下の真空雰囲気、水素ガスを0~4vol%以下含有する窒素ガス雰囲気あるいは水素ガスを0~4vol%以下含有する不活性ガス雰囲気で前記原料を用いてアトマイズ法によって合金粉末を得るアトマイズ工程と、
前記合金粉末をホットプレス法、放電プラズマ焼結法(SPS)あるいは熱間等方圧焼結法(HIP)を用いて、50Pa以下の真空雰囲気、水素ガスを0~4vol%以下含有する窒素ガス雰囲気あるいは水素ガスを0~4vol%以下含有する不活性ガス雰囲気で焼結して焼結体を得る焼結工程と、を有し、
前記アトマイズ法で得た合金粉末の最大長径が500μm以下であることを特徴とするスパッタリングターゲットの製造方法。 A method for producing a sputtering target of an alloy comprising ruthenium as a first element and any one element selected from boron, aluminum, titanium, zirconium, hafnium, vanadium, niobium, tantalum, chromium, molybdenum, and tungsten as a second element, comprising:
a preparation step of preparing a raw material in which the first element and the second element have a predetermined element ratio;
an atomization step of obtaining alloy powder by atomization using the raw materials in a vacuum atmosphere of 1×10 −2 Pa or less, a nitrogen gas atmosphere containing 0 to 4 vol % of hydrogen gas, or an inert gas atmosphere containing 0 to 4 vol % of hydrogen gas;
a sintering step of sintering the alloy powder by hot pressing, spark plasma sintering (SPS), or hot isostatic pressing (HIP) in a vacuum atmosphere of 50 Pa or less, a nitrogen gas atmosphere containing 0 to 4 vol% of hydrogen gas, or an inert gas atmosphere containing 0 to 4 vol% of hydrogen gas to obtain a sintered body,
The method for producing a sputtering target, wherein the alloy powder obtained by the atomization method has a maximum major axis of 500 μm or less.
前記アトマイズ法によって得られた前記合金粉末から最大長径が500μmを超える粒子を除去する分級工程を更に有することを特徴とする請求項9に記載のスパッタリングターゲットの製造方法。 Between the atomizing step and the sintering step,
The method for producing a sputtering target according to claim 9 , further comprising a classification step of removing particles having a maximum major axis exceeding 500 μm from the alloy powder obtained by the atomization method.
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