CN107002229B - 靶组件 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种靶组件，其可抑制背板的延伸部分和靶侧面之间发生异常放电，同时能可靠地防止接合靶和背板的粘接材料向外部渗出，并且背板很容易再利用。具有绝缘材料靶(21)和通过粘接材料接合在该靶的一面上的背板(22)，且背板具有比靶的外周边更向外延伸的延伸部分(22a)的本发明的靶组件(2)，其特征在于：还具有与靶侧面之间留出规定的间隙而围绕在靶周围，覆盖延伸部分的靶侧的面并在背板上装卸自如的环形绝缘板(23)。

Description

靶组件

技术领域

本发明涉及一种组装在溅射装置上的靶组件，具体而言涉及一种具有绝缘材料靶以及通过粘接材料与该靶的一面接合的背板，背板具有比靶的外周边更向外延伸的延伸部分的靶组件。

背景技术

例如在NAND型闪存或MRAM(磁阻存储器)的制造工序中，会实施形成氧化铝膜或氧化镁膜等绝缘膜的工序，为批量生产绝缘膜而使用溅射装置。在这种溅射装置中，装卸自如地组装在可抽真空的真空室内的靶组件由根据待成膜的薄膜的成分而适当选择的靶以及在溅射该靶进行成膜时用于冷却的背板一体成型构成。

这样的靶组件已知例如有专利文献1。在该靶组件中，背板由热传导性良好的铜等金属制成，具有比靶的外周边更向外延伸的延伸部分。并且，靶组件可利用该延伸部分而固定在溅射装置的规定位置上。再有，在将靶组件组装到溅射装置上后，为了使放电稳定等，通常与延伸部分相对设置围绕靶周围的环形屏蔽板。

然而，在将靶组件和屏蔽板组装到溅射装置上的状态下，靶侧面和屏蔽板之间存在间隙。并且，一旦成膜时在真空室中产生等离子体，则存在等离子体中的电子就会通过上述间隙使金属材质的延伸部分带电的情况。一旦延伸部分上带有电子，则由于靶是绝缘材料，所以导致因该靶侧面和延伸部分的电位差而发生异常放电，因此存在粘接材料向外部渗出的情况。在这种状态下成膜的话，在基板表面上形成的绝缘膜中会混入金属，即产生所谓的污染，因此而妨碍良好成膜。

为防止粘接材料渗出，本申请人在在先申请(专利申请2014－163095)中，提出一种阴极组件，其中接合有靶的背板的接合部分相对延伸部分而凸出设置，对从延伸部分到接合部分的侧面进行粗化处理，在从延伸部分到靶的侧面上形成绝缘材料膜。此处，在背板的寿命比靶长时，背板会被再利用。即一旦达到规定的处理片数，就从溅射装置中取下靶组件，除去粘接材料并将已使用完的靶和背板分离，使用粘接材料将未使用的靶接合在背板上，将如此得到的靶组件组装到溅射装置上。

但是，在上述在先申请中，在去除粘接材料前需要去除绝缘材料膜，而该绝缘材料膜很难去除。进而，需要在将未使用的靶接合到背板上后再次形成绝缘材料膜，背板很不方便再利用。

现有技术文献

专利文献

【专利文献1】专利公开2010－255052号公报

发明内容

发明要解决的问题

鉴于以上情况，本发明的课题是提供一种靶组件，其可抑制背板的延伸部分和靶侧面之间发生异常放电，同时可靠地防止接合靶和背板的粘接材料向外部渗出，并且背板很容易再利用。

解决技术问题的手段

为解决上述技术问题，本发明的靶组件具有绝缘材料靶和通过粘接材料接合在该靶的一面上的背板，且背板具有比靶的外周边更向外延伸的延伸部分，其特征在于：还具有与靶侧面之间留出规定的间隙而围绕在靶周围，覆盖所述延伸部分的靶侧的面并在背板上装卸自如的环形绝缘板。

采用本发明，由于通过围绕在靶周围的环形绝缘板覆盖延伸部分的靶侧的面，绝缘板和靶侧面之间存在规定的间隙，所以可防止等离子体中的电子通过该间隙使延伸部分带电，抑制异常放电的发生，从而能可靠地防止接合靶和背板的粘接材料向外部渗出。并且，由于绝缘板是装卸自如的，所以在更换靶时，只要从背板上取下绝缘板，去除粘接材料就能很容易地将已使用完的靶和背板分离，不像上述在先申请那样需要去除或再形成绝缘材料膜，背板很容易再利用。

在本发明中，当在组装到溅射装置上的状态下，在配置了与靶侧面之间留出规定间隙并围绕靶周围的环状屏蔽板时，优选在面向靶和屏蔽板之间间隙的绝缘板的内周边部上具有朝向靶侧凸出设置的凸条。此处，一旦加厚绝缘板，一方面等离子体中的电子将难以通过靶侧面和绝缘板之间的间隙，可增加该间隙的幅度，另一方面从绝缘板到屏蔽板的距离缩短，两者之间容易发生异常放电。采用本发明，由于可增加绝缘板的内周边部的厚度，所以即可防止绝缘板和屏蔽板之间发生异常放电，又可增加靶侧面和绝缘板之间间隙的幅度，是有利的。

在本发明中，优选绝缘板具有在圆周方向上留出一定间距开设的多个通孔，通过与各通孔的内壁之间留出间距而插设在通孔内的间隔件固定在背板上，以绝缘板的背板侧为上，设置有在间隔件的下端部朝径向外侧伸出的凸缘部，该凸缘部的上表面与绝缘板的下表面抵接。由此，即便靶因为等离子体发出的辐射热而在径向上延伸并推压绝缘板，绝缘板也只会在径向上移动通孔的内壁和间隔件之间的间隙的量，所以可防止绝缘板破裂。

在本发明中，优选绝缘板分成多个圆弧形部件，在各圆弧形部件的圆周方向一端处具有下部比上部突出的第一阶梯部的同时，在圆周方向另一端处设置上部比下部突出的第二阶梯部，相邻的圆弧形部件的第一阶梯部和第二阶梯部的阶梯面彼此抵接。由此，可在径向上移动各圆弧形部件，从而可在靶的整个周长上大致均匀地调整靶侧面和绝缘板之间的间隙。

附图说明

图1是示出组装了本发明的实施方式的靶组件的溅射装置的剖面示意图。

图2是从箭头A方向看图1所示的靶组件的示意图。

图3是放大显示靶组件的主要部分的剖面图。

图4是图2的IV－IV剖面图。

图5是放大显示靶组件的变形例的主要部分的剖面图。

具体实施方式

下面参照附图，以安装在溅射装置上的产品为例，对本发明的实施方式的靶组件进行说明。下文以图1为基准，以真空室1的内顶部侧为“上”，其底部侧为“下”进行说明。

如图1所示，溅射装置SM具有限定处理室1a的真空室1。真空室1的底部通过排气管与由涡轮分子泵或旋转泵等构成的真空泵P相连，可抽真空至规定压力(例如10^－5Pa)。与省略图示的气源相连通并插设有质量流量控制器11的气管12与真空室1的侧壁相连，能以规定流量向处理室1a内导入由Ar等稀有气体构成的溅射气体。

真空室1的内顶部上设置有阴极单元C。阴极单元C由靶组件2和磁铁单元3构成。进一步参照图2和图3，由根据需形成的薄膜的组成而适当选择的绝缘材料制成的靶21和用于在溅射成膜过程中冷却该靶21的金属材质的背板22一体成型形成靶组件2，靶21和背板22通过铟或锡等粘接材料(省略图示)接合。来自具有公知结构的作为溅射电源E的高频电源的输出连接在靶21上，在溅射时施加交流电力。磁铁单元3具有在靶21的溅射面21a的下方空间中产生磁场，捕捉溅射时在溅射面21a的下方电离的电子等，并有效地使从靶21飞散的溅射粒子离子化的公知结构。

背板22具有比靶21的外周边更靠外且水平延伸的延伸部分22a，该延伸部分22a经绝缘部件I安装在真空室1内。由此，靶组件2安装在溅射装置SM上，在该状态下围住靶21并使环形屏蔽板4与延伸部分22a相对配置。在从屏蔽板4的外周边部向上竖立的侧壁部的上端设置有凸缘部4a，将该凸缘部4a固定在真空室1的上壁内面上，使屏蔽板4设置为接地电位。此外，屏蔽板4也可以是浮动式的。此外，背板22上接合有靶21的接合部分22b相对于延伸部分22a向下方凸出设置。凸出设置的量即从接合部分22b的下表面到延伸部分22a的下表面的长度设定在0.5～10mm的范围内。

但是，为了放电稳定等，在屏蔽板4和靶21之间设置通常例如0.5～2mm的间隙d4。一旦等离子体通过该间隙到达背板22的延伸部分22a，则通过施加到延伸部分22a的交流电压使等离子体流通电流而发生异常放电。

此处，本实施方式的靶组件2还具有与靶21的侧面之间留出规定的间隙d1而围绕在靶21周围、覆盖延伸部分22a的靶21侧的面并在背板22上装卸自如的环形绝缘板23。绝缘板23可由氧化铝等绝缘材料制成，在靶21的厚度设置为通常的2～16mm的范围内时，绝缘板23的板厚度t1可设定为绝缘板23的下表面处于不低于靶21的表面(下表面)的位置范围例如1mm～15mm的范围内。但是，如图3所示，当背板22上绝缘板23的设置面(即延伸部分22a的下表面)处于高于靶21和背板22的接合面的位置时，可以绝缘板23下表面处于不低于靶21表面的位置为限度，将板厚度t1设定为15mm以上。绝缘板23具有在面向靶21和屏蔽板4之间的间隙的内周边部上朝向靶21侧凸出设置的凸条23a。包含凸条23a的绝缘板23的内周边部的板厚度t2例如可设定在1.5mm～15.5mm的范围内。特别是，当靶21的厚度较薄时，由于无法保证从背板22到等离子体所存在的空间的爬电距离，所以设置凸条23a的效果增加。再有，如果增大屏蔽板4和靶21之间的间隙d4的话，可增大(高)凸条23a，但由于会失去设置接地电位的屏蔽板4带来的等离子体屏蔽效果，在绝缘板23和靶21之间的间隙附近的等离子体密度增加，凸条23a与靶21同样被溅射而造成污染。因此，优选将间隙d4和凸条23a的高度保持在凸条23a不会被溅射到的范围内。间隙d4优选例如设定在0.5mm～6mm的范围内，更为优选设定在0.5mm～3.5mm的范围内，进一步优选设定在1.5mm～3.5mm的范围内。再有，凸条23a的尖端(下端)优选位于比屏蔽板4的下表面更靠上，更为优选位于屏蔽板4的上表面和下表面之间，优选比屏蔽板4的上表面更靠上。

绝缘板23具有在圆周方向上留出间距开设的多个(图2中为6个)通孔23b，在通孔23b内与各通孔23b的内壁面之间留出间距d2而内插设有间隔件24，使用螺丝25通过该间隔件24将绝缘板23固定在背板22上。由此，绝缘板23只会在径向上移动该间距d2的量，所以即便靶21因为等离子体发出的辐射热而在径向上延伸并推压绝缘板23，也可防止绝缘板23破裂。间隔件24在下端部具有朝径向外侧伸出的凸缘部24a，该凸缘部24a的上表面与绝缘板23的下表面抵接，由此既将绝缘板23按压在背板22上，又防止露出背板22。

绝缘板23可以一体成型，但优选如图2和图4所示，将绝缘板23分成多个(图2中为三个)圆弧形部件230。分别在各圆弧形部件230的圆周方向一端处设置下部比上部突出的第一阶梯部23c，在圆周方向另一端处设置上部比下部突出的第二阶梯部23d，相邻的圆弧形部件230、230的第一阶梯部23c和第二阶梯部23d的阶梯面彼此抵接。由此，可在径向上单独移动各圆弧形部件230，其结果是可在靶21的整个周长上大致均匀地调整靶21侧面和绝缘板23之间的间隙d1。

在真空室1的底部设置有与靶21的溅射面21a相对的台架5，将基板W定位并保持为其成膜面为上侧。上述溅射装置SM虽未特别图示但包括具有微电脑或定序器等的公知的控制装置，通过控制装置统一管理电源E的运行、质量流量控制器11的运行或真空泵P的运行等。

接着，对上述靶组件2的制造方法进行说明。首先，通过粘接材料将背板22的接合部分22b和氧化铝制成的靶21接合。作为粘接材料可使用铟，作为接合方法可使用公知方法。并且，用绝缘板23覆盖延伸部分22a的靶21侧的面，通过装设在该绝缘板23的通孔23b内的间隔件24螺丝固定在背板22。

将这样制成的靶组件2组装到溅射装置SM上。此时，通过使构成绝缘板23的三个圆弧形部件230分别在径向上适当移动，可在靶21的整个周长上大致均等地调整靶21侧面和绝缘板23之间的间隙S1。以下，对使用组装了靶组件2的溅射装置SM在基板W表面形成氧化铝膜的方法进行说明。

首先，将基板W设置在真空室1内的台架5上后，启动真空排气装置P将处理室1a内抽真空到规定的真空度(例如1×10^－5Pa)。一旦处理室1a内达到规定压力，就控制质量流量控制器11以规定的流量导入氩气(此时，真空处理室1a的压力在0.01～30Pa的范围内)。与之配合，从溅射电源E向靶21施加交流电力从而在真空室1内形成等离子体。由此，对靶21的溅射面21a进行溅射，使飞散的溅射粒子附着、堆积在基板W表面上，从而形成氧化铝膜。

采用本实施方式，即便靶21和屏蔽板4之间有间隙，但因为用绝缘板23覆盖背板22的延伸部分22a的靶21侧的面，所以会防止等离子体中的电子使延伸部分22a带电，可抑制背板22和靶21之间的异常放电，从而可可靠地防止接合靶21和背板22的粘接材料的渗出。并且，由于绝缘板23是装卸自如的，所以在更换靶21时，只要从背板22上取下绝缘板23，去除粘接材料B的话就很容易将已使用完的靶21和背板22分离，不像上述在先申请那样需要去除或再形成绝缘材料膜，背板22很容易再利用。

再有一旦加厚绝缘板23的厚度t1，虽然等离子体中的电子将难以通过靶21侧面和绝缘板23之间的间隙d1，可增加该间隙d1的幅度，但从绝缘板23到屏蔽板4的距离d3缩短，两者之间容易发生异常放电。采用本发明，通过设置凸条23a，无需缩短上述距离d3就能增加绝缘板23的内周边部的厚度t2，所以即可防止绝缘板23和屏蔽板4之间发生异常放电，又可增加间隙d1的幅度，是有利的。

此处，由于靶21的制造偏差等原因，导致在靶21的全周长上产生上述间隙d1的偏差，在间隙d1大的部分可能局部发生异常放电。采用本实施方式，将绝缘板23分为多个圆弧形部件230，分别在各圆弧形部件230的圆周方向一端处设置下部比上部突出的第一阶梯部23c，在圆周方向另一端处设置上部比下部突出的第二阶梯部23d，优选相邻的圆弧形部件230、230的第一阶梯部23c和第二阶梯部23d的阶梯面彼此抵接。由此，可在径向上单独移动各圆弧形部件230，从而可在靶21的整个周长上大致均匀地调整靶21侧面和绝缘板23之间的间隙d1，是有利的。

以上对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不仅限于上述内容。虽然以用氧化铝作为靶21和绝缘板23的材料为例进行了说明，但并不仅限于此，可适当选择如氧化镁这样的其他绝缘材料。再有，靶21和绝缘材料膜23的材质也可以不同。再有，作为绝缘板23，除只使用绝缘材料制作的产品外，可使用以喷涂法等在金属等基材表面覆盖绝缘材料膜的产品。

在上述实施方式中，对接合部分22b的侧面和靶21的侧面相对延伸部分22a垂直的情况进行了说明，但如图5所示，如果将靶21和接合部分22b的接合部分在径向内侧凹陷地设置而形成凹部21b、22c，将凸部23e向绝缘板23的内周面凸出设置以使该凹部21b，22c之间存在规定的间隙的话，即形成迷宫结构的话，则等离子体中的电子更难以到达延伸部分22a，是有利的。

接着，为确认上述效果，使用上述溅射装置SM进行了接下来的实验。在本实验中，使用Φ200mm的Si基板作为基板W，以通过铟接合Φ300mm的氧化铝制成的靶21和铜制成的背板22而形成的产品作为靶组件2，并以板厚度t1为1.5mm且板厚度t2为2.3mm的绝缘板23覆盖延伸部分22a，在将基板W设置在安装了该靶组件2的真空室1内的台架5上后，通过溅射法在基板W表面上形成氧化铝膜。成膜条件为氩气流量为29sccm(处理室1a内的压力为0.15Pa)，对靶21施加的电力为13.56MHz、4000W(Vpp：2300V)，靶21和绝缘板23之间的间隙d1分别调整为0.15mm、0.2mm、0.25mm、0.3mm并形成薄膜。成膜过程中，分别测量Vdc(流入背板22的电子导致的背板22的带电电位)确认有无异常放电时，确认了如果将间隙d1调整到0.2mm以下的话，Vdc稳定、不发生摆动，没有发生异常放电。

再有，除使用没有凸条23a且板厚度t1是1.5mm的绝缘板23这一点外，其他与上述相同而进行成膜，在确认成膜过程中有无异常放电时，确认了如果将间隙d1调整到0.15mm以下的话，则Vdc稳定、不发生摆动，没有发生异常放电。

通过上述内容，可知以绝缘板23覆盖延伸部分22a可抑制异常放电的发生。再有，可知通过设置凸条23a可增加间隙d1的幅度。

附图标记说明

SM…溅射装置、2…靶组件、21…绝缘材料靶、22…背板、22a…延伸部分、23…绝缘板、23a…凸条、23b…通孔、23c…第一阶梯部、23d…第二阶梯部、24…间隔件、24a…凸缘部、230…圆弧形部件、4…屏蔽板。

Claims (3)

1.一种靶组件，其具有绝缘材料靶，以及通过粘接材料接合在该靶的一面上的背板，且背板具有比靶的外周边更向外延伸的延伸部分，其特征在于：

在组装到溅射装置上的状态下，配置了与靶侧面之间留出规定间隙并围绕靶的周围的环状屏蔽板；

还具有与靶侧面之间留出规定的间隙而围绕在靶周围，覆盖所述延伸部分的靶侧的面并在背板上装卸自如的环形绝缘板；

在面向靶和屏蔽板之间的间隙的绝缘板的内周边部上具有朝向靶侧凸出设置的凸条。

2.根据权利要求1所述的靶组件，其特征在于：

绝缘板具有在圆周方向上留出间距开设的多个通孔，通过与各通孔的内壁之间留出间距而插设在通孔内的间隔件固定在背板上，以绝缘板的背板侧为上，在间隔件的下端部设置有朝径向外侧伸出的凸缘部，该凸缘部的上表面与绝缘板的下表面抵接。

3.根据权利要求2所述的靶组件，其特征在于：

绝缘板分成多个圆弧形部件，在各圆弧形部件的圆周方向一端处具有下部比上部突出的第一阶梯部，在圆周方向另一端处还设置有上部比下部突出的第二阶梯部，相邻的圆弧形部件的第一阶梯部和第二阶梯部的阶梯面彼此抵接。