JP2005232580A - 分割スパッタリングターゲット - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストが安く、かつ高速スパッタリングが可能な大型のスパッタリングターゲットを提供する。
【解決手段】ターゲットもしくは冷却板の成分元素の一部または全部を含む金属箔、もしくは、ターゲットもしくは冷却板と誘電率、透磁率、熱伝導率の同一または近似の材質の金属箔を使用して複数のターゲットを繋ぎ合わせて大型のスパッタリングターゲットを作製する。
【選択図】 図１

Description

発明の詳細な説明

本発明は薄膜形成用の分割スパッタリングターゲットに関する。

スパッタリング法とは真空中でＡｒイオンを原子レベルでスパッタリングターゲットに衝突させ、その結果として剥ぎ取られたターゲットの構成元素を対向する基板に堆積させる方法で、そのエネルギーは直流または交流電場であり、交直両方の電場の場合もある。

スパッタリングターゲットを成膜に使用する場合、ターゲットの昇温を防ぐため、冷却する必要がある。冷却方法には直接冷却法と間接冷却法があるが、生産用では直接冷却法が主体であり、直接冷却法では、ターゲットの種類や投入高周波電力、バイアス電圧などによって選択される半田、導電性或いは非導電性樹脂等を用いて冷却板に接合されたスパッタリングターゲットが使用される。

スパッタ装置の大型化が進む昨今、スパッタリングターゲットは大型化は製造コストの上昇を招き、大型のスパッタリングターゲットの製造がデバイス販売コストを押し上げる結果となる。このような場合、小型のスパッタリングターゲットを製造し、これをタイルのように連結して大型のスパッタリングターゲットとし、これを冷却板に接合するという方法が効果的であり、一般に行われている。

しかしながら、この方法はターゲットとターゲットのつなぎ目から、ターゲットと冷却板との接合に使用した半田等の接合材がスパッタ面の方向に浸透乃至は毛細管現象で上っていくため、スパッタリングの際にＡｒイオンの衝突によって接合材がはぎ取られ、成膜される基板に堆積することから、膜の不純物の原因となってしまう。

そこで従来は特許２９３９７５１号等に示されるように、耐熱樹脂テープを使用したり、分割の接合面に角度を設けることによって、半田等の接合材が分割スパッタリングターゲットのつなぎ目部分の隙間を上って行くことを阻止していた。

また、分割ターゲットには、スパッタリング装置の構造上の理由等から、顧客が隙間を設けて接合を要求する場合がある。この場合においても隙間から半田や樹脂が或いは半田等の盛り上がりを阻止するポリイミドやテフロン等の樹脂テープが露出してしまい、成膜された基板は予定された機能を発揮できない場合がある。この問題を防止するためには、冷却板の露出部分にある、樹脂テープとその下の半田成分を機械的に削除していた。

発明が解決しようとする課題

ポリイミド等の樹脂テープを使用することである程度は当初の目的を達成していたが、次のような大きな欠点があった。すなわち、ポリイミドやテフロンなどの樹脂テープは熱伝導が悪いので、樹脂テープを使用している部分のターゲットの冷却効率が低下するため、部分的な温度上昇が起こることによって、冷却板との接合の為の半田が溶け出したり、ターゲットの割れや欠けを引き起こしたり、酸化物ターゲットの場合は酸素を放出しやすくなって部分的に誘電率が低下して電場集中が起きることから異常放電が発生する。その結果、投入スパッタリング電力が制限されることになる。

また、分割スパッタリングターゲットと冷却板との接合に半田を使用した場合は、樹脂テープと半田の濡れ性が悪く、特にテフロンの使用は半田をはじく性質から上記特性を助長する傾向となり、分割スパッタリングターゲットと冷却板の密着性が著しく低下する。特に、分割スパッタリングターゲット間に隙間を故意に設ける場合、非常な製造上の困難も発生した。

課題を解決するための手段

本発明の分割スパッタリングターゲットはつなぎ目に適切な金属箔を用いることを特徴としており、スパッタリング中に蒸発しやすい樹脂等が隙間等にはなく、或いは粘着樹脂が僅かに残留した場合でも、金属箔の熱伝導性の良好さから、樹脂の蒸発を最小限阻止でき、かく異常放電も発生しにくく、その結果、スパッタ時の投入電力を向上することができた。また誘電率等の物理常数を同一或いは近似とすることで、スパッタリングターゲットの消費が均一に行えることがわかった。

使用できる金属箔としては、ターゲットもしくは冷却板の組成元素の一部または全部を含む材質ものが挙げられる。たとえば酸化チタンのターゲットに対してチタン箔、銅冷却板に対して銅箔、などである。またターゲットもしくは冷却板と誘電率、透磁率、熱伝導率の同一または近似の材質のものも使用できる。近似の材質とは、たとえば９９．９９％純度のチタンターゲットに対して９８％純度のチタン箔なども含まれる。

図１は本発明の分割スパッタリングターゲットのつなぎ目部分の断面図である。いずれも分割スパッタリングターゲットのつなぎ目部分をスパッタ面の反対側から金属箔を貼り付けて被覆した後、冷却板に接合したものである。このことで冷却板接合用の半田や樹脂が露出したり、つなぎ目部分の間隙を上ったりしない。

また、図２は分割スパッタリングターゲットの間隙を意識的にあけた場合のつなぎ目部分の断面図である。金属でない箔でつないだ場合に必要な隙間の樹脂や半田の除去が不要となり特に有効であることがわかった。

以下、本発明を実施例を用いて具体的に説明するが、実施例によって本発明の範囲が限定されるものではない。

幅１２７ｍｍ、長さ５０８ｍｍ、厚さ６ｍｍのチタン板２枚をチタン箔を用いて結合部分を被覆しポリイミド系粘着材を用いて繋ぎ合わせた。これを超音波を利用したインジウム半田を使用して、冷却板に接合した。

このようにして作製した分割スパッタリングターゲットをＤＣマグネトロンスパッタリング装置に取り付け、ガラス基板上へチタン膜を印加電圧５００Ｖで成膜したところ、１８０ｎｍ／ｍｉｎの成膜速度でチタン膜が作製できた。

比較例１

チタン箔の代わりにポリイミドシートを用いた以外は実施例１と同じ分割スパッタリングターゲットを作製してスパッタリング装置に取り付け、ガラス基板上へのチタン膜の成膜を実施例１と同じ条件で試みた。その結果、成膜開始後５分で異常放電が発生したため、成膜を中止してスパッタリングターゲットを取り出したところ、つなぎ目部分付近のインジウム半田が溶けだし、ターゲットと冷却板との間に空間が生じていた。

幅１２７ｍｍ、長さ２５４ｍｍ、厚さ６ｍｍの３枚の酸化チタンの板からなる分割スパッタリングターゲットをチタン箔を用いて結合部分を被覆しアクリル系粘着材で繋ぎ合わせた。これを１５０℃にて温度硬化型シリコン樹脂で冷却板に接合したところ、樹脂は２箇所の結合部には入り込まず、良好に冷却板と分割ターゲットの接合ができた。分割スパッタリングターゲットの分割部分はチタン箔で覆われているので冷却板との接合の為のシリコン樹脂の影響は皆無となった。

この分割スパッタリングターゲットをＲＦスパッタリング装置に取り付け、ガラス基板上への酸化チタン膜の成膜を印加電圧５００Ｖで１０分間試みたところ膜厚３００ｎｍの均一な酸化チタン膜が作製できた。成膜後取り出した分割スパッタリングターゲットのつなぎ目部分には変化は見られなかった。

比較例２

チタン箔の代わりにテフロンシートを用いた以外は実施例２と同様に分割スパッタリングターゲットの作製を試みたが、テフロンシートとターゲットの接着強度が弱く、冷却板との接着強度も不十分であった。

この分割スパッタリングターゲットをＲＦスパッタリング装置に取り付け、ガラス基板上への印加電圧５００Ｖで１０分間酸化チタン膜の成膜を試みたところ、膜厚３４０ｎｍの酸化チタン膜が作製できた。成膜後取り出した分割スパッタリングターゲットのつなぎ目部分を観察すると、ターゲットにいくつかの微細なクラックが見られた。

厚さ０．０２ｍｍの銅箔を幅１０ｍｍ長さ１５０ｍｍの短冊状に細長く切った。真空中で耐熱性のあるシリコン系硬化剤（耐熱温度２００℃）を、１０ｍｍ幅に対して両端から４ｍｍずつ帯状に塗布した。これを用いて分割スパッタリングターゲット（シリコン製）９０ｍｍ幅、長さ約１５０ｍｍを３枚を３ｍｍの隙間を空けて結合し硬化させた。繋ぎ合わせた分割シリコンスパッタリングターゲットを無酸素銅の冷却板にインジウム半田で接合し固化させた。分割シリコンスパッタリングターゲットの３ｍｍ幅のつなぎ目部分は、インジウム半田のスパッタ面への滲入はなく僅かに冷却板と同質の銅箔が目視観測された。

この分割スパッタリングターゲットをＤＣマグネトロンスパッタリング装置に取り付け、シリコン基板上へのシリコン膜の成膜を試みた。印加電圧５００Ｖで５分間成膜したところ膜厚６００ｎｍのシリコン膜が作製できた。

比較例３

銅箔の代わりにポリイミドシートを使用した以外は実施例３と同様に分割スパッタリングターゲットを作製したところ、つなぎ目部分にポリイミドシートが目視確認された。

この分割スパッタリングターゲットをスパッタリング装置に取り付け、シリコン基板上へのシリコン膜の成膜を試みた。印加電圧５００Ｖで成膜したところ成膜開始後２分で異常放電が発生したため、成膜を中止してスパッタリングターゲットを取り出したところ、つなぎ目部分付近のターゲットに欠けが生じているのが目視確認された。

発明の効果

本発明によって分割スパッタリングターゲットができる限り同質の金属箔をその繋ぎ目部分に使用することで、クリーンなスパッタリングが実現した。使用方法の工夫によって、アルミ箔、銅箔、チタン箔などが自由に使用できることが判明した。その接着強度も冷却能力も金属箔の使用で強化され、マグネトロンスパッタリング法においてもまったく磁場を乱すことがない方法であることが判明した。これによりスパッタリングターゲットへの印加電圧を高めることが出来ることから、高速なスパッタリングに寄与し、経済効率が向上することで、環境への廃棄物が減少する一助にもつながる。

金属箔を熱硬化型樹脂にてターゲットを接合した後に接合材で冷却板と接合して作製した分割スパッタリングターゲットのつなぎ目部分の断面を示した図である。 つなぎ目に故意に隙間が空けられた分割スパッタリングターゲットのつなぎ目部分の断面を示した図である。

符号の説明

１ スパッタリングターゲット
２ 接合材
３ 熱硬化型樹脂
４ 金属箔
５ 冷却板

Claims (5)

1. セラミック或いは金属およびその混合体で構成されるスパッタリングターゲットを２枚以上繋ぎ合わせて作製する分割スパッタリングターゲットにおいて、２枚以上のスパッタリングターゲットの繋ぎ目を冷却板に接合する面から金属シートにより被覆し高温半田もしくは耐熱樹脂により接合して繋ぎ合わせることで一体化させた形状をもつことを特徴とする分割スパッタリングターゲット。
2. 請求項１記載の金属シートとして、スパッタリングターゲットもしくは接合する冷却板の成分の一部または全部と同じ材質のものを用いることを特徴とする分割スパッタリングターゲット。
3. 請求項１記載の金属シートとして、スパッタリングターゲットもしくは半田接合する冷却板と近似のまたは同様な誘電率、透磁率、熱伝導率を有した材質のものを用いることを特徴とする分割スパッタリングターゲット
4. 請求項２および３記載の分割スパッタリングターゲットにおいて、個々のターゲットのつなぎ目の間隔を故意に空けた形状を特徴とする分割スパッタリングターゲット
5. 請求項１から４記載の分割スパッタリングターゲットを半田もしくは耐熱樹脂を用いて冷却板に接合された形状をもつことを特徴とする分割スパッタリングターゲット

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