JP2013124379A - ターゲット装置、スパッタリング装置、ターゲット装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ガス放出量が少なく、再生も容易なターゲット装置を提供する。
【手段】本発明は、バッキングプレートと、バッキングプレートに金属のろう材で固定されたターゲット板とを有するターゲット装置であって、バッキングプレートの露出部分には、(１ １ １)面の割合が最も大きいＴｉＮ薄膜から成る保護膜が形成されており、ガス放出量が少なく、また、ターゲット板を固定する際に付着したろう材の剥離が容易である。
【選択図】図１

Description

本発明は、保護膜が設けられたターゲット装置とそのターゲット装置を有するスパッタリング装置に関し、特に、バッキングプレートを保護する保護膜を有するターゲット装置とそのターゲット装置を有するスパッタリング装置に関する。

現在では、半導体装置や平面型表示装置の電極等の薄膜はスパッタリング装置を用いて成膜しており、スパッタリング装置では、薄膜の構成材料から形成されたターゲット板を有するターゲット装置が、真空槽内に配置され、真空槽内にプラズマが形成され、プラズマ中のイオンが加速されてターゲット板に衝突し、ターゲット板がスパッタリングされて、基板表面に薄膜が形成されている。

ターゲット板には、通常、負電圧が印加されるため、ターゲット板はカソード電極となる金属製のバッキングプレートに取り付けられており、バッキングプレートは、ターゲット板と共に、真空雰囲気内に配置されるようになっている。

バッキングプレートは、アルミニウムや銅又は銅合金で構成される場合が多く、真空雰囲気中でのガス放出が少ない材料が望まれており、また、使用済みのターゲット板を未使用のターゲット板に交換してバッキングプレートを再利用するときの、変色や表面荒れが生じない性質も求められている。
それに対応し、例えば、バッキングプレート表面に、バッキングプレートを保護する薄膜を形成する技術が知られている。

特開２００２−１４６５２３号公報

しかしながら、従来の薄膜は、溶射薄膜よりも表面平滑性が高いものが得られているものの、バッキングプレートを充分に保護できず、ガス放出量も多い。
また、ろう材によってターゲット板をバッキングプレートに取り付ける際に、はみ出したろう材がバッキングプレートに付着し、除去するのに手間がかかるという問題がある。

本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、その目的は、ガス放出量が少なく、保護能力が高いターゲット装置用の保護膜を提供することにある。

上記課題を解決するために本発明は、バッキングプレートと、前記バッキングプレートに金属のろう材で固定されたターゲット板とを有するターゲット装置であって、前記バッキングプレートの露出部分には、ＴｉＡｌＮ薄膜か、又は、(１ １ １)面の割合が最も大きいＴｉＮ薄膜のいずれか一方の薄膜から成る保護膜が形成されたターゲット装置である。
本発明はターゲット装置であって、前記バッキングプレートは、純銅又は銅合金から成るターゲット装置である。
本発明はスパッタリング装置であって、上記いずれかのターゲット装置を有するスパッタリング装置である。
本発明はスパッタリング装置であって、前記ターゲット装置が真空槽内に配置されたスパッタリング装置である。
本発明は、バッキングプレートを１気圧よりも低い圧力の窒素ガス雰囲気中に配置し、金属チタンをイオン化させて蒸発させ、負電圧で絶対値が１００Ｖ以上の電圧を前記バッキングプレートに印加しながら、前記イオンを到達させ、前記バッキングプレートの表面に窒化チタンから成る保護膜を形成した後、前記バッキングプレートにターゲット板を取り付けるターゲット装置の製造方法である。

本発明の保護膜は、(１ １ １)の面方位の面が表面に露出するＴｉＮ薄膜から成り、インジウムのろう材の接着性が低い。
また、ガス放出量が少なく、高真空雰囲気で使用することが可能である。

(ａ)〜(ｆ)：本発明のターゲット装置を製造する工程図 本発明のターゲット装置を用いたスパッタリング装置の例 本発明のターゲット装置を製造するためのイオンプレーティング装置の例 本発明に設けられた保護膜のＸ線回折解析チャート 本発明に設けられた保護膜のガス放出量と、ステンレスのガス放出量とを比較するグラフ 本発明に設けられた保護膜が放出するガスの分析結果 色々な薄膜の硬度を比較したグラフ 色々な被膜の摩擦係数 色々な被膜の耐酸化温度

図２は、スパッタリング装置３０であり、真空槽３１を有している。本発明のターゲット装置１０は、真空槽３１の内部に配置されている。
このターゲット装置１０は、図１(ｆ)に示されており、金属製のバッキングプレート１２を有しており、バッキングプレート１２上には、金属ろう材１５によって、ターゲット板１７が取り付けられている。この例では、バッキングプレート１２は、純銅又は銅合金から成り、金属ろう材１５は添加物を含有するインジウムから成る。

真空槽３１のターゲット板１７と向かい合う位置には、基板ホルダ３６が設けられており、基板ホルダ３６上には基板３５が配置されている。
真空槽３１の内部は、真空排気系３７によって予め真空排気されており、ガス導入系３９から真空槽３１内にスパッタリングガスを導入し、スパッタ電源３４によって、ターゲット装置１０に電圧を印加すると、ターゲット板１７の表面がスパッタリングされ、基板ホルダ３６上の基板３５に薄膜が形成される。

一般に、ターゲット装置１０の裏面には、マグネトロン磁石３２が配置されており、マグネトロン磁石３２が形成する磁界によって、ターゲット板１７のスパッタリング速度が向上するようにされている。

このターゲット装置１０では、バッキングプレート１２の表面のうち、ターゲット板１７が取り付けられておらず、露出している部分には、保護膜が形成されており、従って、このターゲット装置１０では、ターゲット板１７の表面又は保護膜の表面が露出されている。

このターゲット装置１０の製造工程を説明すると、先ず、バッキングプレート１２の表面のうち、後でターゲット板１７が配置される部分に防着板１３を配置し、保護膜を形成するための成膜対象物１１を構成させる。成膜対象物１１は、ターゲット板１７が配置される場所が防着板１３で覆されており、防着板１３は、バッキングプレート１２の表面に仮固定されている。

図３の成膜装置の真空槽５１内に、成膜対象物１１を、一枚乃至複数枚搬入し、真空排気系５８によって真空雰囲気にされた真空槽５１内のプレートホルダ５６に保持させる。
真空槽５１内では、プレートホルダ５６の下方位置に、一台乃至複数台のるつぼ５２Ｌ，５２Ｒが配置されている。各るつぼ５２Ｌ，５２Ｒには、保護膜の原材料５３Ｌ，５３Ｒが配置されている。

原材料５３Ｌ，５３Ｒは金属であり、各るつぼ５２Ｌ，５２Ｒに近接して配置されたホローカソード内でアルゴンガスプラズマを発生させ、アルゴンイオン又は熱電子を引き出して、各るつぼ５２Ｌ，５２Ｒ内の原材料にそれぞれ照射すると、各るつぼ５２Ｌ，５２Ｒ内の原材料５３Ｌ，５３Ｒから、それぞれ金属イオンが放出される。

金属イオンの放出が安定した後、シャッタを開けると、原材料の金属イオンは成膜対象物１１に向かって進行する。
このとき、予め、反応性ガスをガス導入管５９から真空槽５１内に導入させておき、真空槽５１の内部は、反応性ガスを含む真空雰囲気にしておく。

プレートホルダ５６には、バイアス電源５４が接続されており、真空槽５１を接地電位に接続し、プレートホルダ５６を介して、各成膜対象物１１に負電圧を印加しておき、プレートホルダ５６に配置された成膜対象物１１に金属イオンを到達させる。

成膜対象物１１は、ヒータ５８Ｕ，５８Ｂによって加熱し、昇温させておき、窒素ガス雰囲気中でイオンが成膜対象物１１に到達すると、成膜対象物１１の表面で原材料の金属イオンと反応性ガスとが反応し、図１(ｂ)に示すように、露出したバッキングプレート１２と防着板１３の表面に、反応生成物の薄膜２１が形成される。

ここでは原材料として金属チタンが配置され、反応性ガスには窒素ガスが用いられており、窒化チタンの薄膜が形成される。特に、バイアス電圧等の窒化チタン薄膜の成膜条件が制御されており、保護膜として、表面に（１ １ １)面が露出する窒化チタン薄膜を形成するようにしている。

次に、防着板１３をバッキングプレート１２の表面から取り外すと、反応生成物の薄膜２１のうち、防着板１３が位置していた部分が除去され、その薄膜２１によって、図１(ｃ)に示すような保護膜２２が形成される。バッキングプレート１２のうち、防着板１３を取り外した後の部分１４は、バッキングプレート１２の材質が露出されている。

保護膜２２を構成させた後、洗浄し、図１(ｄ)に示すように、バッキングプレート１２の露出された表面である部分１４に、ろう材(ここではインジウム)１５を配置する。
次に、図１(ｅ)に示すように、ろう材１５上にターゲット板１７を配置し、加熱しながら押圧し、ろう材を軟化・溶融させた後、冷却して固化させると、図１(ｆ)に示されるように、ターゲット板１７は、バッキングプレート１２に取り付けられ、ターゲット装置１０が得られる。

なお、ターゲット板１７をバッキングプレート１２に取り付ける際に、軟化・溶融したろう材１５は、ターゲット板１７とバッキングプレート１２との間から押し出され、ターゲット板１７の外側にはみ出るが、ターゲット板１７の外側には、保護膜２２が露出しており、はみ出されたろう材は保護膜２２と接触した状態で固化するので、ろう材はバッキングプレート１２とは接触しないで固化する。ろう材１５の軟化・溶融物は保護膜２２に接着できず、固化物は保護膜２２から簡単に剥離させることができるので、保護膜２２表面の固化物はクリーニングによって除去されている。

本発明のターゲット装置１０に形成された保護膜２２のバイアス電圧Ｖｂと、表面の結晶方位面との関係を、図４のＸ線回折解析のチャートに示す。バイアス電圧(負電圧に限る)が絶対値で−１００Ｖ以上になると、面方位が（１ １ １)面の強度が他の面方位(２ ０ ０)の強度よりも大きくなり、（１ １ １)の面の割合が最大になるから、ろう材の剥離が容易になる。

図４のチャート中、符号“SS”で示したピークは、ステンレスの表面の面方位のピークである。
次に、保護膜２２と、ステンレスとのガス放出量の相違を図５のグラフに示す。ＴｉＮ群が本発明の保護膜２２であり、ガス放出量は、ステンレスよりも一桁以上少なくなっている。図６は、ＴｉＮ薄膜から放出されるガスの分析結果である。

図７は、本発明の保護膜２２の硬度と、保護膜としての使用が考えられる他の材質の薄膜との硬度を比較したグラフである。ＴｉＮ薄膜と、ＴｉＡｌＮ薄膜とは硬度が高く、ガス放出量が低い点で優れており、イオンプレーティング方法によって、バッキングプレート表面のうち、防着板が配置されていない部分に形成することができるので、バッキングプレート表面に形成する薄膜として適している。

なお、上記例では、銅又は銅合金のバッキングプレートに、保護膜２２を形成したが、ステンレスのバッキングプレート、又は、アルミニウムのバッキングプレートにも、上記保護膜２２を形成して、本発明のターゲット装置を構成させることができる。

上記実施例では、ホローカソードプラズマ源によって、るつぼ５２Ｌ，５２Ｒ中の原材料５３Ｌ，５３ＲからＴｉ蒸気を生成してＴｉＮ薄膜を形成したが、アーク放電によって原材料から蒸気を放出させて、放出されたイオンと反応性ガスとを反応させて薄膜を形成するアークイオンプレーティング方法(ＡＩＰ法)によって保護膜を形成するようにしてもよい。

図７中のＴｉＡｌＮは、ＡＩＰ法によって形成した薄膜の測定値である。
ＴｉＮ薄膜については、ホローカソード方法とＡＩＰ法のどちらでも形成することができる。

図８、図９は、摩擦係数の値と各薄膜の耐酸化温度(℃)の値である。耐酸化温度は高い方が高温での使用に耐えることができ、純銅や銅合金の保護膜に適しており、保護膜自体も変色しないで済む。
また、摩擦係数が小さい方が再生使用に向いている。
表面処理によって薄膜を形成した場合の、各薄膜の特性を下記表１に示す。

本発明に設けられたＴｉＮ膜と、ＣｒＮ膜と、ステンレスと、硬質クロムメッキに対して、溶融シリカ入り樹脂、シリコンゴム、半田を表面に接着させ、引き剥がし荷重Ｘ(ｋｇ／ｃｍ²)を測定した。測定結果を下記表２に示す。

なお、上記例では、バッキングプレートの表面のうち、ターゲット板をろう材で取り付ける部分には保護膜を形成しないようにしたが、ターゲット板を取り付ける部分にも保護膜を形成し、ターゲット板を保護膜上に固定しても良い。

１２……バッキングプレート
１４……バッキングプレートの露出した部分
１７……ターゲット板
２２……保護膜
３１……真空槽

Claims (5)

1. バッキングプレートと、
   前記バッキングプレートに金属のろう材で固定されたターゲット板とを有するターゲット装置であって、
   前記バッキングプレートの露出部分には、ＴｉＡｌＮ薄膜か、又は、(１ １ １)面の割合が最も大きいＴｉＮ薄膜のいずれか一方の薄膜から成る保護膜が形成されたターゲット装置。
2. 前記バッキングプレートは、純銅又は銅合金から成る請求項１記載のターゲット装置。
3. 請求項１又は請求項２のいずれか１項記載のターゲット装置を有するスパッタリング装置。
4. 前記ターゲット装置が真空槽内に配置されたスパッタリング装置。
5. バッキングプレートを１気圧よりも低い圧力の窒素ガス雰囲気中に配置し、
   金属チタンをイオン化させて蒸発させ、負電圧で絶対値が１００Ｖ以上の電圧を前記バッキングプレートに印加しながら、前記イオンを到達させ、前記バッキングプレートの表面に窒化チタンから成る保護膜を形成した後、前記バッキングプレートにターゲット板を取り付けるターゲット装置の製造方法。
   

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