JP2017119898A - Sputtering target, and sputtering apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、スパッタリングに用いられるスパッタリングターゲット及びスパッタ装置に関する。 The present invention relates to a sputtering target and a sputtering apparatus used for sputtering.
スパッタ装置は、チャンバー内を真空状態にし、膜を付けるウェハ基板と膜の原料であるスパッタリングターゲットとの間に電圧を印加し、印加された電圧によりアルゴン等のイオンを高速移動させてスパッタリングターゲットに衝突させ、スパッタリングターゲットの粒子をはじき飛ばし、はじき飛ばされた粒子をウェハ基板に付着させて膜を形成する。 The sputtering apparatus evacuates the chamber, applies a voltage between the wafer substrate on which the film is applied and the sputtering target that is the raw material of the film, and moves ions such as argon at a high speed by the applied voltage to the sputtering target. Colliding and repelling the particles of the sputtering target, and attaching the repelled particles to the wafer substrate to form a film.
このスパッタ装置内のスパッタリングターゲットの一例を図5に示す(特許文献1)。スパッタリングターゲット41は、スパッタされる材料ターゲット部分42と、材料ターゲット部分42を冷却する機能を有するバッキングプレート43とを有している。バッキングプレート43の接合部44の全面は、材料ターゲット部分42の背面全体と接合し、ボンディングされている。バッキングプレート43を冷却することで接合部44を介して材料ターゲット部分42を冷却し、スパッタリングターゲット41の発熱を抑制している。
An example of the sputtering target in this sputtering apparatus is shown in FIG. 5 (Patent Document 1). The sputtering target 41 has a material target portion 42 to be sputtered and a backing plate 43 having a function of cooling the material target portion 42. The entire surface of the
また、近年、電子サイクロトロン共鳴(Electron Cyclotron Resonance)スパッタ装置(以下、ECRスパッタ装置)が用いられるようになってきた。ECRスパッタ装置は、電子サイクロトロン共鳴現象を利用して生成したプラズマ中のアルゴン等の正イオンを電界により加速してスパッタリングターゲットに衝突させ、スパッタリングターゲットの粒子をはじき飛ばし、はじき飛ばされた粒子をウェハ基板に付着させて膜を形成する。 In recent years, an electron cyclotron resonance sputtering apparatus (hereinafter referred to as an ECR sputtering apparatus) has been used. The ECR sputtering apparatus accelerates positive ions such as argon in plasma generated by utilizing an electron cyclotron resonance phenomenon by an electric field to collide with the sputtering target, repels particles of the sputtering target, and repels the repelled particles to the wafer substrate. Adhere to form a film.
ECRスパッタ装置で使用されるスパッタリングターゲットとしては、板型ターゲットやコーン型ターゲットが用いられてきた。コーン型ターゲットは、スパッタ面積が広いことから、成膜レートの向上が望める。また、ワークに対して種々の方向からスパッタ粒子を放出できることから、成膜分布の向上が望める。 As a sputtering target used in an ECR sputtering apparatus, a plate type target or a cone type target has been used. Since the cone type target has a large sputter area, an improvement in the film formation rate can be expected. In addition, since the sputtered particles can be emitted from various directions with respect to the workpiece, it is possible to improve the film formation distribution.
図6にコーン型スパッタリングターゲットの構成図を示す。コーン型スパッタリングターゲットは、内周面(スパッタ面)がコーン状で且つ断面形状が三角形をなすターゲット51と、ボンディング材53によりターゲット51に接合されるバッキングプレート52と、バッキングプレート52の上部で且つターゲット51の外周部に接触する冷却ブロック54とを有して構成される。
FIG. 6 shows a configuration diagram of a cone-type sputtering target. The cone-type sputtering target includes a
銅製リングからなる冷却ブロック54には冷却水路55が設けられている。冷却水路55に冷却水が流れることで冷却水路55が冷却され、冷却ブロック54からバッキングプレート52を介してターゲット51を冷却することができる。
A
しかしながら、図6に示すコーン型スパッタリングターゲットでは、冷却ブロックとターゲットを接触させているだけであるために冷却効率が悪いこと、また、ターゲット下面のバッッキングプレートからの冷却が出来ないことから、ターゲット表面の確実で均一な冷却ができない。 However, in the cone type sputtering target shown in FIG. 6, the cooling efficiency is poor because only the cooling block and the target are brought into contact with each other, and cooling from the backing plate on the lower surface of the target cannot be performed. The target surface cannot be reliably and uniformly cooled.
このため、ターゲット51とバッッキングプレート52との間のボンディング面、特に冷却ブロックから遠い円の中心側の発熱により、ボンディング材53が溶融するという問題があった。また、ターゲット表面(スパッタ面)の径方向の温度差により、スパッタのされ方が厚み方向で不均一になるという問題があった。
For this reason, there has been a problem that the
本発明の課題は、ターゲットのスパッタ面全域を確実かつ均一に冷却することができるスパッタリングターゲット及びスパッタ装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a sputtering target and a sputtering apparatus that can reliably and uniformly cool the entire sputtering surface of the target.
上記の課題を解決するために、本発明に係るスパッタリングターゲットは、スパッタリングに用いられるスパッタリングターゲットであって、スパッタされる材料から形成され、内周面が円錐面の一部分の形状を有するターゲットと、冷却水が流れる冷却水路が形成され、前記冷却水路により前記ターゲットを冷却するバッキングプレートとを備え、前記ターゲットは、スパッタされるターゲットスパッタ面である前記内周面と、前記内周面とは反対側の面であり前記冷却水路により冷却されるターゲット冷却面との距離に相当する厚みが、均一であることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a sputtering target according to the present invention is a sputtering target used for sputtering, which is formed from a material to be sputtered, and an inner peripheral surface has a shape of a part of a conical surface, A cooling water channel through which cooling water flows is formed, and includes a backing plate that cools the target by the cooling water channel, and the target is opposite to the inner peripheral surface, which is a target sputtering surface to be sputtered. The thickness corresponding to the distance from the target cooling surface cooled by the cooling water channel is uniform.
また、前記ターゲットと前記バッキングプレートとを接合するボンディング材とさらに備え、前記ボンディング材は均一の厚みで前記ターゲットと前記バッキングプレートとの間に介在されている。 Further, a bonding material for bonding the target and the backing plate is further provided, and the bonding material is interposed between the target and the backing plate with a uniform thickness.
好ましくは、前記冷却水路は、前記バッキングプレートの内部に、前記ターゲット冷却面の全周に亙って前記ターゲット冷却面と対向するように環状に形成されている。 Preferably, the cooling water channel is formed in an annular shape inside the backing plate so as to face the target cooling surface over the entire circumference of the target cooling surface.
好ましくは、前記冷却水路は、前記冷却水路の一面が前記ターゲット冷却面と平行になるように形成されている。 Preferably, the cooling water channel is formed so that one surface of the cooling water channel is parallel to the target cooling surface.
本発明によれば、スパッタされるターゲットスパッタ面と冷却水路により冷却されるターゲット冷却面との厚みが、均一であるので、ターゲットスパッタ面の全域を均一に冷却することができ、それによりスパッタターゲットとバッキングプレートの間に介在するボンディング材の発熱による溶融を防ぐ。また、ターゲット表面(スパッタ面)の均一な冷却を行うことで、スパッタリングレートをスパッタ面全域について均一にすることができる。 According to the present invention, since the thicknesses of the target sputtering surface to be sputtered and the target cooling surface to be cooled by the cooling water channel are uniform, the entire area of the target sputtering surface can be cooled uniformly, and thereby the sputter target. Prevents melting of the bonding material interposed between the backing plate and the backing plate. Moreover, by performing uniform cooling of the target surface (sputtering surface), the sputtering rate can be made uniform over the entire sputtering surface.
以下、本発明のスパッタリングターゲット及びスパッタ装置の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of a sputtering target and a sputtering apparatus of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施例1に係るスパッタリングターゲットの構成を示す断面図である。このスパッタリングターゲットは、図1に示すように、ターゲット1と、バッキングプレート2と、ボンディング材3とを有しており、これら各部材は環状に形成されている。
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a sputtering target according to Example 1 of the present invention. As shown in FIG. 1, this sputtering target has a target 1, a
ターゲット1は、スパッタされる材料、例えば、Si又はNiZnFeから形成され、その形状は、内周面が円錐面(コーン状)の一部分の形状を有する。ターゲット1は、スパッタされるターゲットスパッタ面1a(すなわちターゲット上の内周面)と、内周面と対向する面であり冷却水路4により冷却されるターゲット冷却面1bとの距離に相当する厚みが、均一である。好ましくは、ターゲットスパッタ面1aとターゲット冷却面1bとの距離はその全領域に亙って均一であるが、わずかな領域において、ターゲットスパッタ面1aとターゲット冷却面1bとの距離が若干異なっていても構わない。ターゲット1の形状を言い換えると、断面視略矩形状の板材が環状に形成されることによって、円錐の一部分の形状(すなわち、円錐から円錐の底面と頂点近傍の面とが除去された形状)である。
The target 1 is formed of a material to be sputtered, for example, Si or NiZnFe, and has a shape in which the inner peripheral surface is a part of a conical surface (cone shape). The target 1 has a thickness corresponding to the distance between the
バッキングプレート2は、熱伝導率の大きい材料、例えば、銅等から形成され、断面が三角形状であり環状に形成され、バッキングプレート2の内部には冷却水路4が環状に形成されている。冷却水路4は、断面が円形状をなしており、この冷却水路4には図示しない冷却水が流れている。冷却水路4は、ボンディング材3を介してターゲット1を冷却する。
The
ボンディング材3は、熱伝導率の良い材料、例えば、インジウム等から形成されており、ターゲット1とバッキングプレート2とを接合する。ボンディング材3は、好ましくは、厚みが均一に形成されており、これにより、バッキングプレート2からターゲット冷却面1bまでの距離も均一にすることができる。
The bonding
このように構成された実施例1のスパッタリングターゲットによれば、ターゲット1の断面が略矩形状である環状に形成されているので、スパッタされるターゲットスパッタ面1aと冷却水路4により冷却されるターゲット冷却面1bとの距離に相当する厚みが、ターゲットスパッタ面の全域に亙って均一となる。
According to the sputtering target of Example 1 configured as described above, the target 1 is formed in an annular shape having a substantially rectangular cross section, and thus the target to be cooled by the sputter
従って、冷却水路4に流れている冷却水によりボンディング材3を介してターゲット1のターゲットスパッタ面1aの全域を均一に冷却することができ、略均一の温度に低下させることができる。従って、ターゲット1の発熱によるボンディング材3の溶融を防止することができる。また、ターゲットスパッタ面1aを均一な温度にすることでスパッタレートが面全体で均一となり、ターゲット1の消費効率を向上させることができる。
Therefore, the entire area of the
さらに、図6に示すターゲット1は、三角形状であるが、図1に示すターゲット1は、板形状である。図6では、バッキングプレート52と冷却水路55とが別々に設けられていたが、図1では、冷却水路4がバッキングプレート2内に設けられている。このため、実施例1では、スパッタリングターゲットを小型化することができる。しかしながら、冷却水路4をバッキングプレート2の内部に設ける構造は必須ではなく、バッキングプレート外部に取り付ける構造であってもよい。
Furthermore, the target 1 shown in FIG. 6 has a triangular shape, but the target 1 shown in FIG. 1 has a plate shape. In FIG. 6, the
図2は、本発明の実施例1に係るスパッタリングターゲットを含むスパッタ装置の構成を示す図である。スパッタ装置は、ECRスパッタ装置であり、プラズマ生成チャンバ―10、真空チャンバ―20を有して構成されている。 FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a sputtering apparatus including the sputtering target according to Embodiment 1 of the present invention. The sputtering apparatus is an ECR sputtering apparatus, and includes a plasma generation chamber-10 and a vacuum chamber-20.
プラズマ生成チャンバ―10は、多層に巻回されたコイル11を有し、このコイル11には電圧が印加されて、コイル11内に磁場、例えば875G(ガウス)の磁場が生成される。プラズマ生成チャンバ―10には、アルゴンArなどのイオンが注入されている。また、プラズマ生成チャンバ―10には、マイクロ波、例えば、2.45GHzが導入される。磁場とマイクロ波とのエネルギーは、ECR条件、fc=qB/2πmを満たし、効率よくプラズマが生成される。
The plasma generation chamber 10 includes a
ここで、qはイオンの電荷量、Bは磁束、fcはマイクロ波の周波数である。 Here, q is an ion charge amount, B is a magnetic flux, and fc is a microwave frequency.
真空チャンバ―20は、真空状態にされており、実施例1で説明したターゲット1を含むスパッタリングターゲットと、ウェハ基板21と、窓22とが設けられている。 The vacuum chamber 20 is in a vacuum state, and includes a sputtering target including the target 1 described in the first embodiment, a wafer substrate 21, and a window 22.
窓22は、プラズマ生成チャンバ―10で生成されたプラズマを引き出す。ターゲット1には、電圧源Eにより電圧が印加されている。ターゲット1には負電圧が印加されているので、プラズマ中の正イオンのアルゴンArは、電場により加速してターゲット1に衝突して、ターゲット1の粒子をはじき飛ばす。 The window 22 draws out the plasma generated in the plasma generation chamber-10. A voltage is applied to the target 1 by a voltage source E. Since a negative voltage is applied to the target 1, the positive ion argon Ar in the plasma is accelerated by the electric field and collides with the target 1 to repel particles of the target 1.
ウェハ基板21は、本発明の基板に対応し、ターゲット1で、はじき飛ばされた粒子を付着させて膜を形成する。 The wafer substrate 21 corresponds to the substrate of the present invention, and forms a film by attaching the repelled particles on the target 1.
このようにECRスパッタ装置によれば、プラズマ生成とスパッタ機能とを独立に制御することができる。また、高イオン化率のECRプラズマ源によるスパッタは、高速反応性成膜を可能とする。 Thus, according to the ECR sputtering apparatus, the plasma generation and the sputtering function can be controlled independently. Sputtering with an ECR plasma source with a high ionization rate enables high-speed reactive film formation.
また、ECRスパッタ装置に実施例1のスパッタリングターゲットを用いるので、実施例1のスパッタリングターゲットの効果を得ることができる。 Moreover, since the sputtering target of Example 1 is used for an ECR sputtering apparatus, the effect of the sputtering target of Example 1 can be acquired.
図3は、本発明の実施例2に係るスパッタリングターゲットの構成を示す図である。実施例2に係るスパッタリングターゲットは、バッキングプレート2内に設けられた冷却水路4aの形状を断面が略矩形(長方形)である環状としたことを特徴とする。冷却水路4aは、一面、すなわち、断面長方形の長辺に相当する面が、ターゲット1のターゲット冷却面1bと略平行となるように配置されている。
FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the sputtering target according to Example 2 of the present invention. The sputtering target according to Example 2 is characterized in that the shape of the cooling
これにより、冷却水路4aの断面長方形の長辺に相当する面とターゲット冷却面1aとの対向面積が増加するので、冷却水路4aによりターゲット1をより効果的に冷却することができる。
Thereby, since the opposing area of the surface corresponding to the long side of the cross-sectional rectangle of the cooling
図4は、本発明の実施例3に係るスパッタリングターゲットの構成を示す図である。実施例3に係るスパッタリングターゲットは、バッキングプレート2内に設けられた冷却水路4bの形状を、断面が三角形の環状としたことを特徴とする。バッキングプレート2が断面三角形の環状である場合、冷却水路4bは、バッキングプレート2の断面の三角形と相似な三角形の断面とするのが望ましい。バッキングプレート2の全体をより均一に冷却できるからである。冷却水路4bは、一面、すなわち、断面の三角形の斜辺に相当する面が、ターゲット1のターゲット冷却面1bと略平行となるように配置されている。
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a sputtering target according to Example 3 of the present invention. The sputtering target according to Example 3 is characterized in that the shape of the cooling
これにより、冷却水路4bの断面三角形の斜辺に相当する面とターゲット冷却面1bとの対向面積が増加する。また、断面三角形の同じバッキングプレート2を採用する場合、三角形状した冷却水路4b(特にバッキングプレート2と相似の三角形状を有する冷却水路4b)の断面積は、図1に示す断面円形或いは図3に示す断面矩形の冷却水路4の断面積よりも大きくすることができるので、冷却水路4bにより多くの冷却水を流すことができる。従って、実施例3では、実施例1及び実施例2よりもターゲット1をより効果的に冷却することができる。
Thereby, the opposing area of the surface equivalent to the hypotenuse of the cross-sectional triangle of the cooling
なお、実施例1乃至実施例3では、実施例1乃実施例至3のスパッタリングターゲットを用いたECRスパッタ装置について説明したが、これに限定されることなく、通常のスパッタ装置に実施例1乃実施例至3のスパッタリングターゲットを用いても同様な効果が得られる。 In the first to third embodiments, the ECR sputtering apparatus using the sputtering target of the first to third embodiments has been described. However, the present invention is not limited to this, and the first sputtering apparatus can be applied to a normal sputtering apparatus. Even when the sputtering target of Example 3 is used, the same effect can be obtained.
本発明は、例えば、窒化物薄膜、酸化物薄膜、磁性膜、フェライト等の成膜に利用することができる。 The present invention can be used, for example, for forming a nitride thin film, an oxide thin film, a magnetic film, a ferrite, or the like.
1,51 ターゲット
1a ターゲットスパッタ面
1b ターゲット冷却面
2,52 バッキングプレート
3,53 ボンディング材
4,4a,4b,55 冷却水路
10 プラズマ生成チャンバー
11 コイル
20 真空チャンバー
21 ウェハ基板
22 窓
54 冷却ブロック
E 電圧源
1, 51
Claims (5)
スパッタされる材料から形成され、内周面が円錐面の一部分の形状を有するターゲットと、
冷却水が流れる冷却水路が形成され、前記冷却水路により前記ターゲットを冷却するバッキングプレートとを備え、
前記ターゲットは、スパッタされるターゲットスパッタ面である前記内周面と、前記内周面とは反対側の面であり前記冷却水路により冷却されるターゲット冷却面との距離に相当する厚みが、均一であることを特徴とするスパッタリングターゲット。 A sputtering target used for sputtering,
A target formed of a material to be sputtered and having an inner peripheral surface having a shape of a part of a conical surface;
A cooling water channel through which the cooling water flows, and a backing plate that cools the target by the cooling water channel,
The target has a uniform thickness corresponding to the distance between the inner peripheral surface that is the target sputtering surface to be sputtered and the target cooling surface that is the surface opposite to the inner peripheral surface and that is cooled by the cooling water channel. The sputtering target characterized by being.
前記ボンディング材は均一の厚みで前記ターゲットと前記バッキングプレートとの間に介在されていることを特徴とする請求項1記載のスパッタリングターゲット。 It further comprises a bonding material that joins the target and the backing plate,
The sputtering target according to claim 1, wherein the bonding material is interposed between the target and the backing plate with a uniform thickness.
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WO2021199693A1 (en) * | 2020-04-01 | 2021-10-07 | 株式会社シンクロン | Sputtering apparatus and film formation method using same |
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