JP2005113267A - 表面構造が改良されたスパッタターゲット及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】非スパッタ領域の、再蒸着したターゲットコート材を捕捉する能力を向上させ、スパッタの再蒸着の影響を軽減する。
【解決手段】スパッタの再蒸着の影響は、スパッタターゲット１の非スパッタ領域３，４に巨視的な凹凸を形成することにより軽減される。この巨視的な凹凸の形成は、非スパッタ領域３，４に巨視的なトラフパターンを形成することによる。この巨視的な凹凸の形成に加え、ショット、ビード又はグリットのブラスチング法によりこのトラフパターンに微視的な凹凸を付加する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、物理蒸着法によるプロセスで用いられるスパッタターゲット及びその製造方法に関し、詳細には、表面構造が改良されて、スパッタの再蒸着に関連する影響が最小化されたスパッタターゲット等に関する。

スパッタリング等の物理蒸着（ＰＶＤ）法は、原子レベルの平滑な表面を持つ、厚さが精密に制御された薄膜材料の堆積を提供する様々な分野で採用されている。スパッタリングプロセスでは、不活性ガスの雰囲気で満たされたチャンバ内に配置されたターゲットが電界に曝され、プラズマが発生する。このプラズマ中のイオンがスパッタターゲットの表面と衝突して、ターゲットの表面から原子を放出させる。ターゲットと、コーティングの対象となる基板との電圧の差に応じ、放出された原子がこの基板の表面上に所望のフィルムを形成する。

ここで、薄膜材料のスパッタコーティング、特に磁気データストレージ産業における薄膜のスパッタコーティングのできは、スパッタチャンバの清浄度に強く依存する。この工程で採用される真空レベルでは、ガス分子ほどの大きさの不純物により、スパッタターゲットから基板に移送される少量の材料の進路が大きく変更される場合がある。また、磁気媒体ディスクが取り出し可能であることを考えると、ほんの小さな破片により原子レベルの平面が損なわれる場合は、チャンバ内の雰囲気が清浄であることが何よりも重要となる。

スパッタリング法では、ターゲットをコーティングする材料の蒸着物が、チャンバ内にある基板以外のものの表面にも形成される。スパッタターゲットの非スパッタ領域をコーティングするに至ったコート材は、プラズマ雰囲気のエネルギー的な性質により再び脱離する危険性が高い。この脱離した除去片が致命的に大きな破片とともに媒体の表面に混入し、除去片によりこの破片がコーティングされ、フィルム構造に固定される場合がある。磁気データストレージ産業における清浄性の厳格な要求に鑑みれば、このスパッタの再蒸着の影響は、特に回避されるべきものである。

スパッタの再蒸着に関する問題の一般的な解決法には、スパッタターゲットの非スパッタ領域に微細な凹凸を形成する、ショット又はビードのブラスチング法の採用が含まれる。大抵の材料に適用される近年のブラスチング法によれば、１２０〜２００マイクロインチの値の、標準的な微細表面粗さを提供することができる。この粗さによりスパッタターゲットの表面積が拡大され、再蒸着したあらゆる材料を捕捉する能力を向上させ、これによりチャンバ内のより清浄な環境、延いてはより純粋な最終製品が提供される。しかしながら、スパッタの再蒸着の影響を更に抑制したいとする要求が、依然として存在する。

本発明は、スパッタターゲットの表面構造を変更することにより上記の要求を達成するものである。本発明は、特に、スパッタターゲットの非スパッタ領域に巨視的な凹凸を形成して、この非スパッタ領域の、再蒸着したターゲットコート材を捕捉する能力を向上させ、スパッタリングを適用する際のスパッタの再蒸着に関連する影響を軽減させるものである。

本発明の一形態によれば、非スパッタ領域には、巨視的なトラフパターンが形成されることで、肉眼で見得るほどの凹凸が形成される。このトラフパターンは、スパッタターゲットの非スパッタ領域において、あらゆる多様な態様で形成することができる。また、異なる非スパッタ領域には、異なる巨視的なトラフパターンを形成することができる。このトラフパターンは、典型的なレーザ除去法又は機械加工により形成されるものである。

本発明の他の形態によれば、非スパッタ領域の巨視的なトラフパターンにおいて、典型的なビード又はグリットのブラスチング法を採用して形成された、微視的な（又は顕微鏡で見得るほどの）凹凸が設けられる。この微視的な凹凸の形成により、再蒸着したターゲットコート材を捕捉する能力が更に改善されるとともに、このターゲットコート材が基板に適用されたフィルムに混入することが防止される。

本発明の他の形態によれば、非スパッタ領域に巨視的なトラフパターンが形成されることに加え、この領域がスパッタターゲットの表面に段を付けて形成される。この段の形成により、非スパッタ領域がスパッタ領域よりもプラズマ環境から離れることとなり、再蒸着したターゲットコート材が脱離し及び基板に適用されたフィルムに混入する機会が減少する。

以上の説明は、本発明の本質の簡単な理解を可能にするためのものである。本発明のより完全な理解は、本発明に関する以下の詳細な説明により、添付の図面を参照して達成することができる。

以下に図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
本発明は、スパッタターゲットの表面構造を変更し、スパッタの再蒸着に関連する影響を最小化するものである。スパッタターゲットには、スパッタリングが実施される例に応じた多様な材料を採用することができる。当業者であれば理解し得るように、以下に説明する具体的な形態は、スパッタターゲットの材料に依存するものではなく、スパッタターゲット全般に適用可能なものである。このため、以下の説明では、特定のターゲット材について言及していない。

図１は、本発明の一実施形態に係るスパッタターゲット１の表面を示している。図示のように、スパッタターゲット１の表面には、スパッタ領域２と、非スパッタ領域３，４とが設けられている。本実施形態では、円形スパッタターゲットを採用しており、１つのスパッタ領域２がこのターゲット中央の非スパッタ領域４と、このターゲット外周の非スパッタ領域３とにより包囲されている。しかしながら、本発明は、この構成に限定されるものではなく、他の矩形又は不規則な形状等のスパッタターゲットに適用することができる。また、本発明において、スパッタターゲットには、異なる数又は配置のスパッタ又は非スパッタ領域を形成することができ、この数又は配置は、スパッタリング装置に採用されるカソードシステムの製造者又は操作者の修正に応じて異なる。

スパッタ領域２は、スパッタターゲット１のうち、スパッタチャンバ内の基板に適用するためにターゲット材が除去される領域である。このスパッタ領域２は、巨視的に平滑であるばかりでなく、微視的にもある程度は平滑である。たとえば、スパッタ領域２の標準的な平面粗さは、１００マイクロインチよりも小さな値とし、好ましくは、６５マイクロインチよりも小さな値とする。

既述のように、スパッタリングプロセスでは、スパッタターゲットの非スパッタ領域にターゲットコート材が蒸着する傾向にある。非スパッタ領域の付着性を向上させ、この再蒸着した材料が脱離し及び基板に混入するのを抑制するため、本実施形態では、スパッタターゲットのこの領域に、巨視的な凹凸を形成する。具体的には、本実施形態では、スパッタターゲットの非スパッタ領域に、巨視的なトラフパターンにより凹凸を形成する。

図１では、この巨視的なトラフパターンが、非スパッタ領域３，４に、一群の同心円として示されている。同心の形状は、本発明を実施するうえで採用することのできる唯一のトラフパターンではない。たとえば、本発明は、螺旋状又は網状等の他のトラフパターンを非スパッタ領域に採用して実施することもできる。また、それぞれの非スパッタ領域に採用されるトラフパターンを、他のスパッタ領域に採用されるものとは異ならせることもできる。

巨視的なトラフパターンの形成のため、非スパッタ領域の表面には、レーザ除去法又は物理的な機械加工のいずれかを採用して巨視的な凹凸が形成される。たとえば、高出力ＹＡＧレーザ又はこれに似たレーザを採用して、円形、矩形又は不規則な形状のスパッタターゲットの表面に正確なパターンを形成することができる。レーザ出力は、レーザ除去トラフ（トラフパターンを形成する。）の幅及び深さを制御するうえでの最終的な目標を勘案して、使用されるレーザの種類及びスパッタターゲットの材料に基づいて設定する。あるいは、巨視的なトラフパターンは、旋盤、ミル又は他のカッティングツール等の加工装置を採用して形成することもできる。

トラフパターンの形成に採用されるトラフの種類には、これに限定されるものではないが、方形（ここでは、正方形）トラフ及び角形（ここでは、三角形）トラフが含まれる。図２は、方形トラフを採用して非スパッタ領域３，４に形成された巨視的なトラフパターンの一部を、断面で示している。この図２に示される方形トラフの幅ｘ１は、０．０２５インチであるのが好ましいが、０．０２０〜０．０５０インチの範囲内であればよい。また、この方形トラフの深さｈ１は、０．０１０インチであるのが好ましいが、０．００２〜０．０２０インチの範囲内であればよい。各方形トラフは、０．０２５インチの間隔ｙ１で相互に離間するのが好ましいが、それぞれの間隔は、０．００５インチよりも大きければよい。

図３は、角形トラフを採用して非スパッタ領域３，４に形成された巨視的なトラフパターンの一部を、断面で示している。この図３に示された角形トラフの幅ｘ２は、０．０４０インチであるのが好ましいが、０．０３０〜０．０５０インチの範囲内であればよい。この角形トラフの深さｈ２は、０．０３５インチであるのが好ましいが、０．００９〜０．０４３インチの範囲内であればよい。トラフ角θは、６０°であるのが好ましいが、６０〜１２０°の範囲内であればよい。この図３に示された角形トラフは、底部がＶ字状であるが、他の実施形態では、底部を円形とした角形トラフを採用することができる。

図２及び３は、非スパッタ領域３，４に形成されたトラフパターンを形成するものとして、２つのトラフを示している。しかしながら、非スパッタ領域３，４にトラフパターンを形成するのに採用されるトラフの数は、トラフパターン、採用されるトラフの大きさ及び非スパッタ領域の大きさに応じて変更される。
本発明の他の実施形態では、トラフパターンにより形成される巨視的な凹凸に加え、非スパッタ領域３，４に微視的な凹凸が形成される。この微視的な凹凸（図示せず。）は、典型的には、ショット、ビード又はグリットのブラスチング法を採用して、非スパッタ領域３，４に形成されたトラフパターンに僅かな大きさの表面粗さを付加することにより形成される。この方法によれば、非スパッタ領域３，４の表面積が増大するとともに、この領域３，４の付着性が改善される。

図４は、本発明の更に別の実施形態に係るスパッタターゲット１の断面を示しており、このスパッタターゲット１において、非スパッタ領域３，４でこの表面に段が形成され、非スパッタ領域３，４がスパッタ領域２よりもこのスパッタチャンバのプラズマ環境に関して下方に位置している。この段は、旋盤、ミル又は他のカッティングツール等の物理的な加工装置を使用して形成される。この段の切除部には、図４に示すように、スパッタターゲット１の表面に対して９０°に設定された壁面が形成される。しかしながら、この壁面は、他の角度に設定することもできる。この段の切除部は、ターゲットの上面から０．０１０インチから、ターゲットの底面から０．１００インチほどまでの間の深さであるとよい。

図４には示されていないが、段が付された非スパッタ領域３，４には、上記の巨視的なトラフパターンも形成される。また、本発明の他の実施形態では、段が付され、トラフパターンにより巨視的な凹凸が形成されたうえ、非スパッタ領域３，４に微視的な凹凸が形成される。この方法によれば、再蒸着したターゲットコート材を捕捉する非スパッタ領域３，４の能力が改善され、スパッタの再蒸着の影響が抑制される。

以上では、本発明を実施するうえで最良と考えられる形態及び／又は他の形態について説明したが、各形態に関して様々な変更が可能であって、ここで説明した主題が多様な形態により実現可能であるとともに、多様な例に適用可能であることが理解される。以上では、このうち幾つかについて説明したに過ぎない。

本発明の一実施形態に係るスパッタターゲットの表面 本発明の一実施形態に係る矩形トラフパターンの部分断面 本発明の他の実施形態に係る角形トラフパターンの部分断面 本発明の更に別の実施形態に係るスパッタターゲットの断面

符号の説明

１…スパッタターゲット、２…スパッタ領域、３，４…非スパッタ領域。

Claims (20)

1. スパッタ領域と、
   巨視的なトラフパターンが形成された非スパッタ領域と、が設けられたスパッタターゲット。
2. 複数の非スパッタ領域が設けられ、
   各非スパッタ領域に、巨視的なトラフパターンが形成された請求項１に記載のスパッタターゲット。
3. 前記複数の非スパッタ領域のうち１つが、スパッタターゲットの中央部に設けられた請求項２に記載のスパッタターゲット。
4. 前記複数の非スパッタ領域のうち他の１つが、スパッタターゲットの外周部に設けられた請求項２に記載のスパッタターゲット。
5. 前記巨視的なトラフパターンが、一群の同心形状を形成する複数のトラフを含んで構成される請求項１に記載のスパッタターゲット。
6. 前記巨視的なトラフパターンが、螺旋パターンを形成するトラフを含んで構成される請求項１に記載のスパッタターゲット。
7. 前記非スパッタ領域が、スパッタターゲットの表面に段を付けて設けられた請求項１に記載のスパッタターゲット。
8. 前記巨視的なトラフパターンが、方形トラフパターンである請求項１に記載のスパッタターゲット。
9. 前記巨視的なトラフパターンが、角形トラフパターンである請求項１に記載のスパッタターゲット。
10. 前記非スパッタ領域に、微視的な凹凸が形成された請求項１に記載のスパッタターゲット。
11. 非スパッタ領域において、巨視的なトラフパターンをエッチングする工程を含んで構成されるスパッタターゲットの製造方法。
12. 複数の非スパッタ領域において、巨視的なトラフパターンをエッチングする工程を含んで構成される請求項１１に記載のスパッタターゲットの製造方法。
13. 前記巨視的なトラフパターンを、一群の同心形状を形成する複数のトラフを含んで構成する請求項１１に記載のスパッタターゲットの製造方法。
14. 前記巨視的なトラフパターンを、螺旋パターンを形成するトラフを含んで構成する請求項１１に記載のスパッタターゲットの製造方法。
15. 前記巨視的なトラフパターンを、方形トラフパターンとする請求項１１に記載のスパッタターゲットの製造方法。
16. 前記巨視的なトラフパターンを、角形トラフパターンとする請求項１１に記載のスパッタターゲットの製造方法。
17. 前記巨視的なトラフパターンを、機械加工を採用して前記非スパッタ領域に刻み込む請求項１１に記載のスパッタターゲットの製造方法。
18. 前記巨視的なトラフパターンを、レーザ除去法を採用して前記非スパッタ領域に刻み込む請求項１１に記載のスパッタターゲットの製造方法。
19. 前記非スパッタ領域の巨視的なトラフパターンに、微視的な粒子によりブラスチングする工程を更に含んで構成される請求項１１に記載のスパッタターゲットの製造方法。
20. スパッタターゲットの表面において、前記非スパッタ領域を掘り下げる工程を更に含んで構成される請求項１１に記載のスパッタターゲットの製造方法。