JP2005307337A

JP2005307337A - スパッタリング用ターゲットのエロージョン領域決定方法

Info

Publication number: JP2005307337A
Application number: JP2005016643A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Morikoshi; 広樹守越
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2004-03-26
Filing date: 2005-01-25
Publication date: 2005-11-04

Abstract

【課題】マグネトロンスパッタ装置に取り付ける新規のターゲットのエロージョン領域は、使用する装置や、マグネットの種類、ターゲット組成により変化するため、その領域を特定することは困難であった。このため、組成微調整用のタブレットを設置する場所を正確に決定することができていなかった。
【解決手段】本願発明は、マグネトロンスパッタ装置に取り付けた新規のターゲットに対して、磁性に感応する器具をターゲットの中心から半径方向に沿って動かし、該器具に力が働かない点およびこの点と同一円周の領域をエロージョン領域とするものである。
【選択図】図２

Description

本願発明は、マグネトロンスパッタリングにおいて、ターゲットのエロージョン領域を簡易に決定する方法に関する。

工業的に薄膜を形成する手段として、よく使用されているのはスパッタリングであり、その中でも最も使用されているのがマグネトロンスパッタリングである（例えば、下記特許文献１、２参照）。マグネトロンスパッタ装置は、真空容器中にスパッタリング用のガスを注入し、ターゲット表面に形成した磁場により、プラズマ化したガスの密度を向上させ、スパッタリングによりターゲット表面のエロージョンを行うものであり、比較的低電圧でスパッタリング速度を高めることができる電力効率のよいスパッタ装置として知られる。

該マグネトロンスパッタ装置の概略図を図１に示す。
図１において、１はターゲット２に対向して配置され、スパッタリングにより薄膜が堆積される基板、２はターゲット、３Ａは中心部磁石、３Ｂは周辺部磁石、４はターゲット２を固定するバッキングプレート、５はヨーク、６は磁石３及びターゲット２を冷却するための冷却管、７は磁石３を固定したカソードである。９は真空チャンバー８内を減圧雰囲気にするための真空排気ポンプ、１０は真空チャンバー８内に放電ガスおよび反応ガスを供給するためのガス供給系である。１１はカソード７に電圧を印加し、ターゲット２の表面でプラズマを発生させるための電源である。

以上のように構成されたマグネトロンスパッタ装置についてその動作を図面を参照して説明する。まず、真空チャンバー８の内部を真空排気ポンプ９により１０×^-6Torr台の真空度まで真空排気する。その後、ガス供給系１０により真空チャンバー８内部にアルゴンガスを導入し、５×１０^-3Torr程度の真空度に設定し、電源１１によりカソード７に直流または高周波の電圧を印加し、真空チャンバー８の内部にプラズマを発生させる。これによりアルゴンイオンが発生する。また、磁石３の磁界１２によりプラズマ密度の高い部分１３が発生し、アルゴンイオンのターゲット５への衝突量が増加する。そして、主にそのプラズマ密度の高い領域、すなわちエロージョン領域から粒子が飛散し、対向して配置された基板１の表面に堆積し薄膜が形成される。

ここで、問題になるのは、基板に形成する所望の薄膜組成と同一の組成のターゲットを用いてスパッタリングを行っても、必ずしも所望の組成の薄膜を形成できないことである。それは、組成の各成分によりスパッタリングの相互作用に多少の違いがあることに起因している。そこで、従来は、薄膜が目的組成と合致するようにターゲットを何回か作り直す必要があり、作業工程上効率的ではなかった。さらに、ターゲットの多くは高価であり、製造コストの面においても問題であった。

これを解消する手段として、ターゲットのエロージョン領域に、ターゲットの構成元素の単体を含む焼結体であるタブレットを貼り付け、組成の微調整を図る方法が考案されている（例えば、下記特許文献３参照）。
特開平７−３４２４５号公報特開２０００−３１９７８０号公報特開２００３−１３２１３号公報

しかしながら、ターゲットのエロージョン領域は、使用する装置の種類や、マグネットの種類や形状および配置、あるいは、ターゲット組成により変化するため、その領域を特定することはなかなか困難であった。また、エロージョン領域外にタブレットを貼り付けると、タブレットのスパッタ効果を得られないため、膜の組成調整を行うことが困難であった。このため、組成微調整用のタブレットを設置する場所を正確に決定する方法が求められていた。

したがって、本願発明の目的は、マグネトロンスパッタ装置において、新規のターゲットを用いる場合にエロージョン領域を簡便に決定できる方法を提供することである。

本願発明は、マグネトロンスパッタ装置に取り付けた新規のターゲットに対して、磁性に感応する器具をターゲットの中心から半径方向に沿って動かし、該器具に働く漏洩磁力による引力が反転する点をエロージョン領域とする。周辺の磁石が同一円周状にない場合は、各方向の半径方向に対して上記反転する点を調査する必要があるが、周辺の磁石が同一円周状に配置されている場合には、上記引力が反転する点と同一円周領域をエロージョン領域とするものである。

従来困難であった、マグネトロンスパッタ装置用の新規ターゲットのエロージョン領域を簡便に決定することができるため、タブレットによる組成微調整を再現性良くおこなうことが可能になる。これにより、何度もターゲットを作製する時間とコストが省け、工業的に安価な製造方法を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ、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るものではない。

図２において、ターゲットの裏面にそれぞれ極の異なる中心部磁石３Ａと、周辺部磁石３Ｂが設置されている。これらの磁石によりターゲット上に漏洩磁力線が生成され、陰極（ターゲット表面）から発生する電子をその磁力線の作用により閉じこめることができ、スパッタガスであるアルゴンを効率よく陽イオン化することができる。

したがって、磁性体の棒（例えば、鉄棒）を垂直に保持した状態において、ターゲットの中心から半径方向に沿って外側に向かって移動すると、ターゲット中心付近においては、鉄棒が中心部磁石３Ａに引かれるが、ある位置から周辺部磁石３Ｂからの漏洩磁力による引力を感じ、漏洩磁力による引力が外側に反転することが認識される。

周辺部磁石３Ｂの配置が中心部磁石３Ａを中心にして、同心的な場合においては、ターゲット中心から鉄棒の反転する位置までの距離を測り、その距離を半径Ｒとすると、ターゲットの中心からこの半径Ｒで円を描いた際の円周がエロージョン領域となる。なお、本実施例においては、Ｒ＝７０mmである。本実施例では、手動により磁力を検知したが、例えば、ガウスメーターを用いて、漏洩磁力の反転を検知することも可能である。

また周辺部磁石３Ｂの配置が同心円状でない場合には、各方向について鉄棒が反転する箇所を調査して、エロージョン領域を決定することになる。

タブレットをターゲットに貼り付ける方法としては、PET（ポリエチレンフタレート）シート等の樹脂シートを用いて、ターゲットに貼り付けるための用具とした。この取り付け用シートは、前記方法により決定したエロージョン領域（本実施例の場合、Ｒ＝７０mm）に合わせてタブレット取付穴を等間隔に設けたものであり、貼り付けるタブレットの数と取り付け穴の数は等しい。このシートの中心をターゲットの中心に合わせて、小型磁石でシートを固定した。このシートに開けたタブレット取り付け穴を通して、タブレットをターゲット円周上に均等に貼り付けた。貼り付けは、市販の導電ペースト（MUNG
II）を用いた。タブレットの形状はφ１３．５mmで厚み１mmである。このターゲットは、酸素元素を含む３元系複合酸化物ターゲットであり、残りの元素はＮｄとＧａからなる。

タブレットは、Ｇａと酸素からなる酸化物で作製し、７０mmを半径とする円周上に８つ貼り付けた。比較のためエロージョン領域と異なるＲ＝３０mmの円周上にも同じ数のタブレットを貼り付けた。その結果、R=７０mmの場合には、Ｇａ酸化物のタブレットの効果によって、Ｎｄ元素量が約１．５ｗｔ％低下した。また、膜厚はタブレット無しの場合と比較して、ほぼ同一であった。しかし、Ｒ＝３０mmの場合には、エロージョン領域でないためにＮｄ元素量の低下が全くみられなかった。なお、Ｎｄ元素量や膜厚の測定には蛍光Ｘ線分析装置（リガク電機製３２７２）を用いた。この様に、エロージョン領域にタブレットを貼り付け、また、タブレットの数を調整すれば、膜厚を変えずに目的組成に調整することが可能になることが判明した。

なお、本実施例は、デポダウン型マグネトロンスパッタリング装置についてのものであったが、本発明はデポアップ型マグネトロンスパッタリング装置にも適用可能である。

本願発明は、マグネトロンスパッタリングを行うにおいて、ターゲットのエロージョン領域を簡易に決定する方法を提供するものである。

マグネトロンスパッタ装置の概略図本願発明を説明する図

符号の説明

１基板
２ターゲット
３Ａ中心部磁石
３Ｂ周辺部磁石
４パッキングプレート
５ヨーク
６冷却管
７カソード
８真空チャンバー
９真空排気ポンプ
１０ガス供給系
１１電源
１２磁界
１３プラズマ密度の高い部分（エロージョン領域に対応）
１４エロージョン領域
１５組成微調整用タブレット

Claims

マグネトロンスパッタ装置に取り付けたターゲットのエロージョン領域決定方法であって、磁石に感応する器具をターゲットの中心から半径に沿ってターゲット上を動かし、該器具に作用する漏洩磁力による引力が反転する点を検知することにより、エロージョン領域を決定することを特徴とするターゲットのエロージョン領域決定法。
上記ターゲットの中心と上記反転する点とを結ぶ線を半径とする円周をエロージョン領域とすることを特徴とする請求項１に記載のターゲットのエロージョン領域決定法。
マグネトロンスパッタ法であって、磁石に感応する器具をターゲットの中心から半径に沿ってターゲット上を動かし、漏洩磁力による引力が反転する点を検知し、上記ターゲットの中心と上記反転する点とを結ぶ線を半径とする円周をエロージョン領域と決定し、該円周上に組成微調整用のタブレットを配置することを特徴とするマグネトロンスパッタ法。
上記タブレットは、ターゲットの構成元素の単体を含む焼結体であることを特徴とする請求項３記載のマグネトロンスパッタ法。