JP2017039975A - ターゲットアッセンブリ - Google Patents

Abstract

【課題】スパッタリング装置に組み付けることで、スパッタリング中のターゲット材の温度を測定することが可能なターゲットアッセンブリを提供する。【解決手段】一方の面をスパッタ面２ａとするターゲット材２と、このターゲット材の他方の面に接合されるバッキングプレート３とを備える本発明のターゲットアッセンブリＴＡは、ターゲット材の他方の面に接触する、ターゲット材の温度に応じた光を発する感温部７１と、この感温部をバッキングプレートから熱的に絶縁する窓材７２と、前記感温部から発せられる光をバッキングプレートの外部にガイドする導光手段７３とを設ける。【選択図】図１

Description

本発明は、スパッタリング装置に組み付けられるターゲットアッセンブリに関する。

成膜対象物の表面に酸化アルミニウムや酸化マグネシウム等の誘電体膜を成膜する成膜装置として、スパッタリング装置が知られている。スパッタリング装置は、真空チャンバに一方の面をスパッタ面とするターゲット材とこのターゲット材の他方の面に接合されるバッキングプレートとを有するターゲットアッセンブリが組み付けられる。そして、ターゲット材に所定のスパッタ電力を投入して真空チャンバ内にプラズマを生成し、ターゲット材のスパッタ面をスパッタリングして飛散したスパッタ粒子を成膜対象物に付着、堆積させることにより誘電体膜を成膜する。

ここで、誘電体膜の成膜レートを高める場合、例えばターゲット材に対する投入電力を増加させることが考えられるが、投入電力を増加させると、ターゲット材に欠けや割れが発生するという不具合がある。

本発明の発明者らは、鋭意研究を重ね、ターゲット材への投入電力を増加させると、ターゲット材温度が上昇し、これに起因して上記不具合が生じることを知見するのに至った。このような不具合が生じないように投入電力を設定するには、投入電力とターゲット材温度との相関を求める必要がある。

ターゲット材の温度を測定する装置が例えば特許文献１で知られている。このものでは、真空チャンバ側壁に固定された温度検出手段によりスパッタ面の温度を測定している。然しながら、真空チャンバ内にはターゲット材と成膜対象物との間の空間を囲繞するように筒状の防着板が配置されることが一般であり、スパッタリング中のターゲット材の温度を測定するには限界がある。

特開平１１−１００６７０号公報

本発明は、以上の点に鑑み、スパッタリング装置に組み付けることで、スパッタリング中のターゲット材の温度を測定することが可能なターゲットアッセンブリを提供することをその課題とする。

上記課題を解決するために、一方の面をスパッタ面とするターゲット材と、このターゲット材の他方の面に接合されるバッキングプレートとを備える本発明のターゲットアッセンブリは、ターゲット材の他方の面に接触する、ターゲット材の温度に応じた光を発する感温部と、この感温部をバッキングプレートから熱的に絶縁する窓材と、前記感温部から発せられる光をバッキングプレートの外部にガイドする導光手段とを設けることを特徴とする。

本発明によれば、当該ターゲットアッセンブリをスパッタリング装置に組み付けてターゲット材をスパッタリングする場合、感温部から発せされる光の波長や強度は、ターゲット材の温度に応じて変化する。このとき、感温部は窓材によりバッキングプレートから熱的に絶縁される。従って、導光手段によりガイドされる光の波長や強度に基づいて、ターゲット材の温度を測定することができる。尚、本発明は、窓材が空間で構成される場合も含むものとする。

本発明において、前記感温部を蛍光体で構成し、この蛍光体に励起光を照射し、蛍光体からの蛍光をバッキングプレート外部にガイドすれば、蛍光強度や蛍光寿命からターゲット材の温度を求めることができる。

本発明において、前記感温部を放射率０．８以上の高放射率体で構成することが好ましい。ここで、高放射率体は、ターゲット材の温度に応じた波長や強度を有する赤外光を発する。このため、ガイドされる赤外光の波長や強度からターゲット材の温度を求めることができる。

本発明において、バッキングプレートのターゲット材との接合面と反対側の面に溝が開設され、この溝に導光手段が嵌め込まれることが好ましい。これによれば、当該ターゲットアッセンブリがスパッタリング装置に組み付けられ、バッキングプレートと磁石ユニットとの間の隙間が狭い場合であっても、導光手段の設置スペースを確保することができる。

本発明の実施形態のターゲットアッセンブリが適用されたスパッタリング装置の構成を示す模式図。 本発明の実施形態のターゲットアッセンブリの変形例を示す模式図。 （ａ）は本発明の実施形態のターゲットアッセンブリの変形例を模式的に示す平面図であり、（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態のカソードアッセンブリについて、スパッタリング装置に組み付けたものを例に説明する。

図１に示すように、スパッタリング装置ＳＭは、処理室１ａを画成する真空チャンバ１を備える。以下においては、図１を基準とし、真空チャンバ１の天井部側を「上」、その底部側を「下」として説明する。

真空チャンバ１の底部には、排気管１０を介してターボ分子ポンプやロータリーポンプなどからなる真空ポンプＰが接続され、所定圧力（例えば１×１０^−５Ｐａ）まで真空引きできるようにしている。真空チャンバ１の側壁には、図示省略のガス源に連通し、マスフローコントローラ１１が介設されたガス管１２が接続され、Ａｒなどの希ガスからなるスパッタガスを処理室１ａ内に所定流量で導入できるようになっている。

真空チャンバ１の天井部には、ターゲットアッセンブリＴＡが設けられている。ターゲットアッセンブリＴＡは、成膜しようとする薄膜の組成に応じて適宜選択される酸化アルミニウムや酸化マグネシウム等の絶縁物で作製されるターゲット材２と、ターゲット材２のスパッタ面２ａと背向する上面に図示省略のインジウムやスズ等のボンディング材を介して接合されるバッキングプレート３とを備える。真空チャンバ１の上壁に絶縁部材Ｉを介して固定されるバッキングプレート３の延出部分３０に対向して、アース電位で環状のシールド板４が設けられている。

バッキングプレート３には、冷媒用通路３１が形成され、この冷媒用通路３１に冷媒（例えば、冷却水）を流すことで、スパッタリング時にターゲット材２を冷却出来るようになっている。ターゲット材２には、スパッタ電源Ｅとしての公知の構造を有する高周波電源からの出力が接続され、スパッタリング時、所定電力が投入される。なお、ターゲット材２の材質（例えば、金属）によっては、スパッタ電源Ｅとして公知の直流電源やパルス電源を用いてもよい。

バッキングプレート３の上方には、磁石ユニット５が配置されており、この磁石ユニット５によりターゲット材２のスパッタ面２ａの下方空間に漏洩磁場を発生させ、スパッタリング時にスパッタ面２ａの下方で電離した電子等を捕捉してターゲット材２から飛散したスパッタ粒子を効率よくイオン化できるようにしている。磁石ユニット５としては、公知の構造を有するものを用いることができるため、ここでは、詳細な説明を省略する。

真空チャンバ１の底部には、ターゲット材２のスパッタ面２ａに対向させてステージ６が配置され、基板Ｗがその成膜面を上側にして位置決め保持されるようにしている。

ところで、このようにターゲットアッセンブリＴＡを真空チャンバ１に組み付け、ターゲット材２をスパッタリングして基板Ｗに絶縁物膜を成膜するとき、その成膜レートを高めるには、ターゲット材２への投入電力を増加させることが考えられる。投入電力を増加させると、ターゲット材２に欠けや割れが発生する不具合があり、このような不具合はスパッタリング中のターゲット材２の温度に起因することを知見するに至った。ターゲット材２への投入電力を設定するに当たり、ターゲット材２の温度を測定する必要がある。

そこで、本実施形態のターゲットアッセンブリＴＡは、ターゲット材２の上面２ｂに接触する、ターゲット材２の温度に応じた光を発する感温部７１と、この感温部７１をバッキングプレート３から熱的に絶縁する窓材７２と、感温部７１から発せられる光をバッキングプレート３の外部のセンサ本体７４にガイドする導光手段７３とを更に備える。本実施形態において、導光手段７３は、センサ本体７４の図示省略する励起光源から発せられる励起光を窓材７２ひいては感温部７１にガイドする役割も兼ねる。センサ本体７４は、図示省略するが、励起光を発する励起光源（例えば、パルス光源）と、蛍光の波長や強度を検出する検出手段とを備える。センサ本体７４としては、公知の構造を有するものを用いることができるため、ここでは詳細な説明を省略する。

感温部７１は、例えば、マグネシウム蛍光体等の蛍光体で構成することができる。窓材７２は、例えば、石英やサファイア等の透光性を有する材料で構成することができ、また、後述するように空間で構成することもできる。導光手段７３は、一端が窓材７２に連通する、上下方向にのびる光ファイバ７３ａと、この光ファイバ７３ａの他端にアダプタ７３ｂを介して接続される、水平方向にのびる光ファイバ７３ｃとで構成することができる。バッキングプレート３の上面３ａに凹部３４を形成し、この凹部３４にアダプタ７３ｂの下部を嵌め込むことで、蛍光体７１に対して光ファイバ７３ａを位置決めすることができる。このように導光手段７３を構成すれば、バッキングプレート３と磁石ユニット５との間の空間が狭い場合でも、蛍光体７１から発せられる蛍光をセンサ本体７４に導くことができる。センサ本体７４には制御部Ｃが接続され、センサ本体７４により検出される蛍光の波長や強度からターゲット材２の温度を測定することができる。

ここで、励起光源から蛍光体７１への励起光の照射開始から所定時間経過後に励起光源を消灯したとき、その消灯直後の蛍光の強度は、ターゲット材２の温度が高いほど高い。従って、ターゲット材２の温度と、蛍光の強度との関係を予め求めておくことで、蛍光の強度に基づいてターゲット材２の温度を求めることができる。尚、励起光源の消灯直後の蛍光の波長が、ターゲット材２の温度によって変化する場合もある。この場合、ターゲット材２の温度と、蛍光の波長との関係を予め求めておくことで、蛍光の波長に基づいてターゲット材２の温度を求めることができる。

制御部Ｃは、公知のマイクロコンピュータやシーケンサ等を備え、上記ターゲット材２の温度測定を行うほか、スパッタ電源Ｅの稼働、マスフローコントローラ１１の稼働、真空ポンプＰの稼働や磁石ユニット５の稼働等を統括管理するようになっている。窓材７２の材料や厚さは、当該窓材７２を透過する励起光や蛍光の波長に応じて適宜選択することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、ターゲットアッセンブリＴＡをスパッタリング装置ＳＭに組み付けてターゲット材２をスパッタリングする場合、蛍光体７１から発せられる蛍光の波長や強度は、ターゲット材２の温度に応じて変化する。このとき、蛍光体７１は、窓材７２によりバッキングプレート３から熱的に絶縁される。従って、導光手段７３によりガイドされる蛍光の波長や強度に基づいて、スパッタリング中のターゲット材２の温度を測定することができる。

ところで、バッキングプレート３のターゲット材２と接合される面に熱電対を埋め込むことも考えられるが、ターゲット材２に投入される高周波電力によるノイズの影響を受けて測定精度の低下を招来する。バッキングプレート３上方には磁石ユニット５が配置されるため、ノイズカットフィルタを設けるスペースを確保することは難しい。本実施形態では、感温部７１から発せられる光の波長や強度に基づきターゲット材２の温度を測定するため、高周波電力によるノイズの影響を受けず、ノイズカットフィルタを設ける必要がないため、バッキングプレート３と磁石ユニット５との間のスペースが狭い場合に有利である。

なお、真空チャンバ１内にターゲット材２と基板Ｗとの間の空間を囲繞するように筒状の防着板を配置してもよい。この場合に本発明を適用すれば、防着板の影響を受けずに、スパッタリング中のターゲット材２の温度を測定することができて有利である。

上記ターゲットアッセンブリＴＡは、以下のようにして製造することができる。即ち、バッキングプレート３のターゲット材２と接合する面（下面）に所定深さの凹部３２を形成し、凹部３２の内面に窓材７２を例えば１〜５ｍｍの厚みで形成する。窓材７２の窪み部に蛍光体７１を例えば０．０５〜０．３ｍｍの厚みで形成する。バッキングプレート３の反対側の面に窓材７２に連通する、凹部３２よりも小径の孔３３を形成し、さらに、孔３３の上部に凹部３４を開設する。そして、凹部３４にアダプタ７３ｂの下部を嵌め込むことで、アダプタ７３ｂの貫通孔７３１に挿入された光ファイバ７３ａが孔３３に挿入され、光ファイバ７３ａ先端が窓材７２に接触する。その後、バッキングプレート３とターゲット材２とを接合する。このとき、ターゲット材２と蛍光体７１との間にボンディング材が形成されないように、蛍光体７１が接する部分にマスク等の手段を用いてボンディング材が形成されないようにすることが好ましい。

また、ターゲット材２とバッキングプレート３とを接合した後、バッキングプレート３にターゲット材２に到達する孔を開設し、孔の底部に露出するターゲット材２表面に蛍光体７１を塗布し、塗布した蛍光体７１の表面から０．５ｍｍ程度の空間を存して光ファイバを設置してもよい。このとき、空間が持つ断熱効果により蛍光体７１がバッキングプレート３から熱的に絶縁されるため、空間が窓材７２として構成される。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記に限定されるものではない。上記実施形態では、感温部７１として蛍光体を用いる場合を例に説明したが、感温部７１として、高放射率体を用いることもできる。ここで、高放射率体７１から発せられる赤外光の強度や波長は、ターゲット材２の温度によって変化する。高放射率体７１としては、０．８以上の放射率を有するものを用いることができ、例えば、黒色カーボン塗料を用いることができる。黒色カーボン塗料７１からの赤外光の強度は、ターゲット材２の温度が高いほど高い。従って、ターゲット材２の温度と、高放射率体７１から発せられる赤外光の各波長の強度との関係を予め実験等により求めておくことで、導光手段７３によりセンサ本体７４にガイドされる赤外光の任意の波長域における強度に基づいてターゲット材２の温度を求めることができる。この場合、センサ本体７４に励起光源を設ける必要がないため、設備コストを低減することができて有利である。窓材７２としては、ゲルマニウム、フッ化カルシウム、フッ化バリウム等のように、任意の波長域の赤外光を透過させる材料を適宜選択することができる。

また、上記実施形態では、導光手段７３として光ファイバを用いているが、導光手段はこれに限らず、ミラー等を用いて光をガイドするように構成してもよい。特に、ターゲット材２の温度を０℃〜５０℃の範囲（常温を含む比較的低温の領域）で測定する場合には、４μｍ〜１４μｍの長波長域の赤外線の強度を測定する必要があるが、この長波長域で伝送効率の高い光ファイバが存在しない。そこで、ターゲット材２の温度を上記範囲で測定する場合、内部が鏡面処理された金属パイプを導光手段７３として用い、この金属パイプ内を赤外光を伝送させてセンサ本体７４の素子に入射させることが好ましい。

また、上記実施形態では、アダプタ７３ｂの内部に屈曲する貫通孔７３１を穿設し、この貫通孔７３１に２本の光ファイバ７３ａ，７３ｃを夫々反対側から挿入することにより、これらの光ファイバ７３ａ，７３ｃを接続しているが、図２に示すように、アダプタ７３ｂの内部に湾曲する貫通孔７３２を穿設し、この貫通孔７３２に光ファイバ７３ｄを挿通して湾曲させ、この湾曲させた１本の光ファイバ７３ｄを介して蛍光を導くように構成してもよい。この場合も、蛍光体７１表面と、光ファイバ７３ａとの間の空間７２を０．５ｍｍ程度に調整すれば、この空間７２を断熱効果を有する窓材として構成することができる。また、バッキングプレート３の上面３ａに形成した凹部３４にアダプタ７３ｂの下部を嵌め込むことで、蛍光体７１に対して光ファイバ７３ｄ先端を位置決めすることができる。

ところで、バッキングプレート３と磁石ユニット５との間の隙間が狭い（例えば、２ｍｍ程度）場合があり、この場合、光ファイバの設置スペースを確保することが難しい。そこで、図３に示すように、バッキングプレート３の上面（すなわち、ターゲット材２との接合面と反対側の面）３ａに溝３５を開設し、この溝３５に光ファイバ７３ｅを嵌め込むことにより、光ファイバ７３ｅの設置スペースを確保することができる。この場合、バッキングプレート３に、上記溝３５に連通する、光ファイバ７３ｅを湾曲させるための傾斜面３６ａを有する凹部３６を開設する。そして、この凹部３６の底部に露出するターゲット材２表面に蛍光体７１を塗布等により形成し、この蛍光体７１の表面から０．５ｍｍ程度の空間（窓材）７２を存して光ファイバ７３ｅ先端を位置決めした状態で光ファイバ７３ｅを押さえ部材７４で押さえる。この押さえ部材７４を凹部３６に嵌め込み、バッキングプレート３にビス止めすることが好ましい。このように構成すれば、バッキングプレート３と磁石ユニット５との間の隙間が狭い場合でも、光ファイバ７３ｅの設置スペースを確保することができる。

ＴＡ…ターゲットアッセンブリ、２…ターゲット材、２ａ…スパッタ面、３…バッキングプレート、３５…溝、７１…感温部，蛍光体，高放射率体、７２…窓材、７３…導光手段。

Claims (4)

1. 一方の面をスパッタ面とするターゲット材と、このターゲット材の他方の面に接合されるバッキングプレートとを備えるターゲットアッセンブリにおいて、
   ターゲット材の他方の面に接触する、ターゲット材の温度に応じた光を発する感温部と、この感温部をバッキングプレートから熱的に絶縁する窓材と、前記感温部から発せられる光をバッキングプレートの外部にガイドする導光手段とを設けることを特徴とするターゲットアッセンブリ。
2. 前記感温部は蛍光体で構成され、前記導光手段は、バッキングプレート外部からの励起光を蛍光体に照射すると共に蛍光体から発せられる蛍光をバッキングプレート外部にガイドすることを特徴とする請求項１記載のターゲットアッセンブリ。
3. 前記感温部は放射率０．８以上の高放射率体で構成され、この高放射率体から発せられる赤外光を前記導光手段によりガイドすることを特徴とする請求項１記載のターゲットアッセンブリ。
4. バッキングプレートのターゲット材との接合面と反対側の面に溝が開設され、この溝に導光手段が嵌め込まれることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載のターゲットアッセンブリ。

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