JP4769628B2

JP4769628B2 - 漏洩磁束測定装置及びこの漏洩磁束測定装置を用いた漏洩磁束測定方法並びにこの漏洩磁束測定方法を用いたスパッタリングターゲットの検査方法

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Publication number: JP4769628B2
Application number: JP2006127525A
Authority: JP
Inventors: 研板坂; 豊金; 学伊藤; 忠増田
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2006-05-01
Filing date: 2006-05-01
Publication date: 2011-09-07
Anticipated expiration: 2026-05-01
Also published as: JP2007297683A

Description

本発明は、漏洩磁束測定装置及びこの漏洩磁束測定装置を用いた漏洩磁束測定方法並びにこの漏洩磁束測定方法を用いたスパッタリングターゲットの検査方法に関する。

薄膜形成のためのスパッタリングにおいては、得られた膜の膜厚分布の均一性、即ち成膜速度の均一性が求められる。マグネトロンスパッタリングにおいては、この成膜速度は、ターゲット上に形成されるプラズマの強さを左右するターゲット面内における漏洩磁束によって決定される。そのため、ターゲット面内の漏洩磁束の磁束密度を測定することが重要である。従来は、この漏洩磁束の磁束密度の測定にあたり、マグネトロンスパッタリング装置に使用される円形磁石をそのまま利用する場合や、Ｕ字型磁石を用いる場合が多かった（例えば、特許文献１参照）。
特開平１０−３０６３６８号公報（段落００１７）

しかしながら、スパッタリング装置に使用される円形磁石等では、ターゲットと磁石との位置関係によって磁束の分布が変化する。従って、ターゲット全体としての漏洩磁束の磁束密度の測定は可能であっても、例えば、スパッタリング後のターゲットの中心部での漏洩磁束と周辺部での漏洩磁束とを比較するためにターゲットの特定の位置における漏洩磁束の磁束密度を測定することは不可能であるという問題があった。また、Ｕ字型磁石では、測定位置ごとに磁石をずらすために、正確に特定の位置における漏洩磁束の磁束密度を比較することはできないという問題があった。

そこで、本発明の課題は、上記従来技術の問題点を解決することにあり、測定対象のターゲット面の直径方向に対して一様な漏洩磁束を形成することが可能な磁石構成体を提供し、この磁石構成体を用いてターゲットの特定の位置における漏洩磁束の磁束密度を測定することができる漏洩磁束測定装置及び漏洩磁束測定方法を提供することにある。さらに、本発明の課題は、前記漏洩磁束測定装置及び漏洩磁束測定方法を用いて漏洩磁束の磁束密度を測定し、この磁束密度から、ターゲットの磁気特性を非破壊で検査する検査方法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、スパッタリングターゲットを表面に配置するバッキングプレートの裏面側に配置されて、ターゲット及びバッキングプレートを貫通してターゲットの表面の所定領域に一様な漏洩磁束を形成する磁石構成体と、前記漏洩磁束の磁束密度を測定する磁束測定手段とを備えた漏洩磁束測定装置であって、前記磁石構成体は、固定台に２個の磁石を非磁性体のスペーサーを介在させて且つパッキングプレート側の極性を変えて並設してなるものを磁界形成手段とし、この磁場形成手段の複数を、当該磁場形成手段の各磁石が互いに平行な線上に位置し且つ同一線上に位置する磁石のバッキングプレート側の極性を一致させて所定長さの基体上に列設して構成され、前記基体に、バッキングプレートのフランジ部との固定手段が設けられていることを特徴とする。

この場合に、前記磁界形成手段を取り付けるための基体に、スパッタリングターゲットの裏面に設けられるバッキングプレートのフランジ部との固定手段が設けられていることが好ましい。磁界形成手段を取り付けるための基体に固定手段が設けられることで、磁石構成体とバッキングプレートが固定され、測定中に磁石構成体がずれないので、正確に漏洩磁束の磁束密度を測定することができる。

本発明においては、前記スパッタリングターゲット表面に設置される目盛板を更に備える構成を採用すれば、測定時に測定位置を正確に特定できてよい。

また、上記課題を解決するために、本発明は、請求項１又は２記載の漏洩磁束測定装置を用いた漏洩磁束測定方法であって、測定対象であるスパッタリングターゲットを表面に配置するバッキングプレートの裏面側に前記磁石構成体を配置してターゲット表面に漏洩磁束を発生させ、この磁石構成体の長手方向に沿って前記漏洩磁束測定装置を移動させて漏洩磁束の磁束密度を測定することを特徴とする。これによれば、非破壊で、ターゲット表面の特定の位置での漏洩磁束の磁束密度を測定できる。

上記においては、前記磁界形成手段をバッキングプレートに形成された凹部に嵌め込み、前記基体をバッキングプレートのフランジ部に固定手段により固定した状態で、前記漏洩磁束の磁束密度を測定することが望ましい。これによれば、バッキングプレートのフランジ部に設けられているスパッタリング装置との固定手段を利用して、基体をバッキングプレートに固定することで、簡易に、かつ、正確に漏洩磁束の磁束密度を測定することが可能になる。

また、スパッタリングターゲット表面に目盛板を設置し、この目盛板により測定位置を確認して漏洩磁束の磁束密度を測定することが望ましい。

更に、上記課題を解決するために、本発明は、請求項３〜請求項５のいずれか１項に記載の漏洩磁束測定方法を用いたスパッタリングターゲットの検査方法であって、測定した磁束密度が、前記スパッタリングターゲットと同一の材料からなる標準ターゲットの磁束密度の平均値に対して±１０％以内にあるかどうかにより、ターゲットの磁気特性を非破壊で検査することを特徴とする。これによれば、簡易にターゲットの磁気特性の検査を行うことが可能になる。この場合、測定した各位置での磁束密度が、前記ターゲットと同一の材料からなる標準ターゲットの磁束密度の平均値に対して±１０％以内でなければ、均一な膜を形成できない。ここでいう標準ターゲットの磁束密度とは、不具合なく使用された同一材料及び同一形状の複数のターゲットの使用前の計測結果より求めた分布の中心値であり、平均値とはこれらのターゲットの中心からの半径１００ｍｍの範囲内の磁束密度の計測値を全て平均して求めたものである。

本発明の磁石構成体によれば、測定対象であるスパッタリングターゲット面内に一様な漏洩磁束を形成できるという優れた効果を奏し得る。また、この磁石構成体を用いた本発明の漏洩磁束測定装置及び漏洩磁束測定方法によれば、漏洩磁束の磁束密度を特定の位置において測定できるので、従来成し得なかったターゲットの漏洩磁束の磁束密度を場所ごとに比較することが可能であるという優れた効果を奏し得る。さらに、本発明の検査方法によれば、検査対象であるターゲットの磁気特性を、非破壊で、かつ簡易に検査しうるので、使用前のターゲットから、成膜時に不具合を起こすターゲットを選別することが可能であるという優れた効果を奏し得る。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

図１（ａ）は、本発明の磁石構成体を説明するための模式的正面図であり、図１（ｂ）は、その模式的側面図である。１は、磁石構成体であり、この磁石構成体１は、一対の磁石を有する１以上の磁界形成手段２（図では例として４個）を磁界形成手段２の取り付け用基体１１上に並設して構成されている。

基体１１は、磁束が通過しやすい金属（例えば、ＳＳ４００）からなり、板状に成形されている。そして、基体１１は、後述するようにバッキングプレートに固定できるように図示しない固定手段（例えば、ネジ孔等）を備えている。この基体１１と磁界形成手段２とはネジ等により固定されている。

磁界形成手段２は、固定台２１と、固定台２１上に所定の間隔を空けて設置された１対の磁石２２ａ及び２２ｂと、１対の磁石の間に設置されたスペーサー２３とからなる。

固定台２１は、板状に成形された金属であればよく、磁束が通過しやすい金属（例えば、ＳＳ４００）などを用いることが可能である。

磁石２２ａ及び２２ｂは、それぞれ、永久磁石（たとえば、Ｎｄ等の希土類元素、鉄及びボロンを主成分とする磁石）である。各磁石は、測定対象であるスパッタリングターゲット面内に対し一様な磁束を形成するために、直方体又は正６面体が好ましい（図１中では例として直方体とした）。そして、磁石２２ａは、固定台２１に接する面がＮ極となるようにし固定台２１に固定させ、磁石２２ｂは、固定台２２に接する面がＳ極となるように、固定台２１に固定させて、一対の磁石２２ａ及び２２ｂが、互いにＮ極、Ｓ極が上下逆になるように設置する。このように設置することで、一対の磁石２２ａ及び２２ｂ間で磁束Ｍが形成される。

スペーサー２３は、磁石２２ａ及び２２ｂの間に挟まれたものであり、非磁性体でなければならない。このスペーサー２３は、磁石２２ａと磁石２２ｂとの間の距離を一定に保ち、かつ磁界形成手段の強度を確保するという役割を果たす。このようなものとしては、ゴム、硬質のプラスチックス、ガラス、セラミックス等があげられる。

このように構成された各磁界形成手段２を、基体１１上に１つ以上設置する。磁界形成手段が２以上ある場合には、各磁界形成手段２は、前記一対の磁石２２ａ及び２２ｂの正極及び負極がそれぞれ直線状に一列にそろうように基体１１上に取り付けられている。このように構成されることで、各磁界形成手段で発生した磁束Ｍが一列で形成されるので、ターゲット上に一様な漏洩磁束が形成される。直線状に磁界形成手段２が設置されず、曲線上に磁界形成手段が設置されると、ターゲット面内に対し一様な磁束が形成できない。この場合に磁界形成手段２をいくつ基体１１上に並設するかは、測定対象であるターゲットの大きさ及び磁石の寸法に合わせて適宜設定されるか、又は、後述のバッキングプレート裏面の凹部に磁界形成手段２をはめ込む場合には、凹部の直径及び磁石の寸法に合わせて適宜設定される。

なお、図１では２つ以上の磁界形成手段２が直線状に１列で基体１１上に設置されるものを示したが、ターゲットの大きさ（又はバッキングプレートの凹部の直径）に合わせた一組の磁石２２ａ及び２２ｂにより形成してもよい。また、各磁界形成手段は、密着して基体１１上に設置するのが望ましいが、組み立てを容易にすべく、１〜２ｍｍ程度の間隔を空けて基体１１上に設置してもよい。さらに、各磁界形成手段２を、破損及び分解防止のために、固定台、磁石、スペーサーをポリイミドテープ等で包んで基体１１上に設置してもよい。

次に、上記した本発明の磁石構成体を用いた漏洩磁束の磁束密度の測定装置及び測定方法について説明する。図２は、磁石構成体の使用態様を説明するために、バッキングプレート裏面に磁石構成体を設置した状態を示す斜視図である。

初めに、磁石構成体を測定対象である強磁性体ターゲットの裏面に設置する。設置方法は特に限られないが、例えば、図２に示すようにターゲットの裏面にある円形状のバッキングプレート３の水冷側の凹部３１の直径に合わせて磁界形成手段２の数を設定して（図２中では例として１４個）、磁界形成手段２をバッキングプレート３の凹部３１に嵌め込む。そして、図示しない固定手段により基体１１をバッキングプレート３のフランジ部３２に固定する。一般に、フランジ部３２には、バッキングプレートをスパッタリング装置に固定するためのネジ孔が設けられているので、このネジ孔を利用して基体をフランジ部に固定することができる。このように、測定装置用にわざわざ特別な構成を設けることなく測定を行なうことができるので、本発明の磁石構成体は非常に簡易に用いることができる。

測定対象であるターゲット材としては、強磁性体、例えば、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅのうちの少なくとも１つからなる金属、またはこれらのうち少なくとも１つを含む合金があげられる。

このようにして磁石構成体を設置したターゲットの表面に磁場測定手段、例えばガウスメーターのプローブをターゲット面に垂直にあてて、プローブを直径方向に移動させて所定の位置でターゲット面内の漏洩磁束の磁束密度を測定することができる。

手動で測定する時には、磁場測定手段によりターゲット面内のどの位置を測定しているのか容易に判断できるようにするために、ターゲット表面に目盛板を設け、この目盛板上にプローブをあてて測定することが好ましいが、より好ましくは、ステージ（例えば３軸ステージ等）などにターゲットを載置して移動させ、プローブをあてて自動的に位置を特定して測定することである。

このようにして測定したターゲット面内の各位置での磁束密度が、ターゲットと同一の材料及び形状からなる標準ターゲットの磁束密度の平均値に対して±１０％以内、好ましくは５％以内にあるかどうかにより、ターゲットの磁気特性を非破壊で検査することが可能となる。

上記実施の形態においては、強磁性体のターゲットの測定について説明したが、ターゲットアセンブリ表面の磁束分布を確認することを目的とする場合には、Ｃｕ、Ａｕ、Ｔｉ等の非磁性体ターゲットを用いてもよい。

以下、実施例により詳細に本発明を説明する。

本実施例では、図１に示す本発明の磁石構成体を用いた漏洩磁場測定装置により、非磁性体からなるバッキングプレート面内の漏洩磁束の磁束密度を測定した。

縦２０ｍｍ×横２０ｍｍ×幅１０ｍｍの磁石２２ａ及び２２ｂを、一つはその上面がＮ極で下面がＳ極となり、もう一つは上面がＳ極で下面がＮ極になるようにして、２つの磁石２２間にスペーサー２３であるゴム（縦２０ｍｍ×横２０ｍｍ×幅１０ｍｍ）を介して、ＳＳ４００からなる固定台２１に設置し、磁界形成手段２を形成した。この場合に、各磁界形成手段２同士の間を２ｍｍ空けた。次いで、磁界形成手段２を１４個、ＳＳ４００からなる基体１１にそれぞれＮ極、Ｓ極の向きを揃えて一列に設置し、磁石構成体１を作製した。この磁石構成体１の磁界形成手段を、図２に示すように、Ｃｕからなるバッキングプレート３の凹部３１に嵌め、基体１１をバッキングプレート３のフランジ３２に固定した。そして、バッキングプレート表面に目盛板を設け、磁石構成体が設置された位置の上方（これはターゲットの直径方向にあたる）でガウスメーターのプローブを移動させ、目盛板で位置を特定しながら漏洩磁束の磁束密度を測定した。次いで、一回目の測定でプローブが移動した経路と同じ経路を逆方向にプローブを移動させて漏洩磁束の磁束密度を測定した。これらの２つの測定結果から各中心からの距離における磁束密度の平均を求めた。結果を図３に示す。

図３から、正方向、逆方向と測定方向を変えても、中心からの距離が等しければほとんど漏洩磁束の磁束密度は変わらないことがわかった。また、直径方向に対しほぼ一定の磁束密度が測定されたが、凸凹が観察された。凹部は全部で１３個あり、また、凹部間の距離は２０ｍｍであったことから、この凹部は各磁界形成手段２の間隙によるものと考えられる。これにより、磁石構成体１を用いると、ターゲットの直径方向に対しほぼ一様な磁界が形成され、所定の位置における漏洩磁束の磁束密度を正確に測定できることがわかった。また、磁界形成手段の間隙をなくした磁石構成体を作製し、同様の手順で同一のバッキングプレートについて漏洩磁束を測定したところ、凹凸はなくなった。なお、スパッタリング後のバッキングプレートについても漏洩磁束の磁束密度を測定したが、同様の結果であった。

本実施例では、本発明の図１に示す磁石構成体を用いた漏洩磁束測定装置を用いてコバルトターゲット（スパッタリング前：厚さ３ｍｍ）の漏洩磁束の磁束密度を測定した。コバルトターゲットが設置されたバッキングプレートの凹部に磁石構成体の磁界形成手段をはめ込み、この磁石構成体のターゲット面の直径方向に対する角度を変えて（０°、４５°、９０°、１３５°）それぞれ固定し、コバルトターゲット表面での漏洩磁束の磁束密度を測定した。結果を図４に示す。

図４から、どの角度においても磁束はほとんど変わらないことがわかった。このことから、本発明の磁石構成体１により、強磁性体ターゲット上にターゲット面の直径方向に対し一様な漏洩磁束が形成されていること、及び各位置における漏洩磁束の磁束密度を正確に測定できることが確認された。

本実施例では、本発明の磁束測定装置を用いてスパッタリング後のコバルトターゲット面内の漏洩磁束の磁束密度を測定した。実施例２と同様に磁石構成体を設置し、コバルトターゲット面の直径方向に対する磁石構成体の角度を変えて（０°、４５°、９０°、１３５°）、各角度において漏洩磁束の磁束密度を測定した。結果を図５に示す。また、参考としてターゲット面内の直径方向に対する磁石構成体の角度が０°と９０°の場合の、直径方向のエロージョン（浸食）測定結果を併せて図５に示す。

中心からの距離が０〜３０ｍｍでは、中心から離れるにつれて急激にターゲットの浸食量が０から０．７ｍｍへと上昇した。そして、中心からの距離が３０〜９０ｍｍの間では、ターゲットの浸食量は０．７から０．３ｍｍへとゆるやかに減少し、中心からの距離が９０〜１２０ｍｍの間では、浸食量は０．３ｍから１．６ｍｍへと大きく増加した。

これに対し、コバルトターゲット面の直径方向に対する磁石構成体の角度が０°の場合を例にとって説明すると、漏洩磁束の磁束密度は、ターゲット中心で８１６ガウスであり、中心からの距離が０〜３０ｍｍまでは８１６から８６８ガウスへと増加し、中心からの距離が３０〜９０ｍｍでは、ゆるやかに８２０ガウスまで減少した。その後、９０〜１２０ｍｍの間では、漏洩磁束の磁束密度は８４１ガウスまで増加した。磁石構成体の角度は変わっても、この傾向はほとんど同一であった。このことから、浸食量が大きいほど、漏洩磁束の磁束密度は大きくなっており、エロージョン形状と漏洩磁束測定結果とは相関があることがわかった。

従って、本発明の漏洩磁束測定装置を用いてターゲットの測定を行なえば、所定の位置での漏洩磁束の磁束密度を正確に測定でき、例えば、スパッタリング後のターゲットの周辺部と中心部との漏洩磁束の磁束密度を比較することが可能である。また、スパッタリング前後でターゲット面内の漏洩磁束がどのくらい変化したかを調べることも可能である。
（比較例１）

比較例として、本発明の磁石構成体の代わりに従来の円環磁石を用いて、スパッタリング後のＣｏターゲット漏洩磁束の磁束密度を測定した。円環磁石をターゲットの裏面に設置し、その後、中心から４５°ずつ角度を変えて半径方向の磁束を測定した。結果を図６に示す。図６から、円環磁石を用いて磁束を発生させると、どの半径方向においても、漏洩磁束は円環磁石周辺でのみピークを描く形状となり、ターゲットの周辺部及び中心部との漏洩磁束の磁束密度の差は確認できなかった。

実施例２で得られたコバルトターゲットの漏洩磁束の磁束密度と、同一の材質及び形状からなるコバルトターゲットの磁束密度の平均値（７５０ガウス）とを比較したところ、ターゲットの中心から半径０〜１００ｍｍの範囲での磁束密度は、±１０％以内にあった。このターゲットを用いて成膜を行うと、得られた膜の膜厚分布は均一であった。
（比較例２）
これに対し、ターゲットの中心から半径０〜１００ｍｍの範囲での磁束密度が±１０％以内にないターゲット（例えば、厚みが均一でないターゲットや、冷間加工や熱処理による特性の制御が不十分なターゲット等）を用いて成膜しても、得られた膜の膜厚分布は均一ではなかった。

本発明の磁石構成体、並びにこれを用いた漏洩磁束測定装置及び漏洩磁束測定方法によれば、スパッタリング用ターゲット上に形成される漏洩磁束の磁束密度の測定を行なうことができる。また、本発明のスパッタリングターゲットの検査方法を用いてスパッタリングターゲットの表面状態を検査することができるので、本発明は半導体製造技術分野で利用可能である。

（ａ）は、本発明の磁石構成体を説明するための模式的正面図であり、（ｂ）は、その模式的側面図である。本発明の磁石構成体の使用状態を示す模式的斜視図である。本発明の漏洩磁束測定装置を用いて非磁性体材料からなるバッキングプレート上の漏洩磁束の磁束密度を測定した結果を示すグラフである。本発明の漏洩磁束測定装置を用いてスパッタリング前のコバルトターゲット上の漏洩磁束の磁束密度を測定した結果を示すグラフである。本発明の漏洩磁束測定装置を用いてスパッタリング後のコバルトターゲット上の漏洩磁束の磁束密度を測定した結果を示すグラフである。従来の円環磁石を用いた測定装置を用いた場合のターゲットの漏洩磁束の測定結果を示すグラフである。

符号の説明

１磁石構成体２磁界形成手段
３バッキングプレート１１基体
２１固定台２２磁石
２３スペーサー３１凹部
３２フランジ

Claims

スパッタリングターゲットを表面に配置するバッキングプレートの裏面側に配置されて、ターゲット及びバッキングプレートを貫通してターゲットの表面の所定領域に一様な漏洩磁束を形成する磁石構成体と、前記漏洩磁束の磁束密度を測定する磁束測定手段とを備えた漏洩磁束測定装置であって、
前記磁石構成体は、固定台に２個の磁石を非磁性体のスペーサーを介在させて且つパッキングプレート側の極性を変えて並設してなるものを磁界形成手段とし、この磁場形成手段の複数を、当該磁場形成手段の各磁石が互いに平行な線上に位置し且つ同一線上に位置する磁石のバッキングプレート側の極性を一致させて所定長さの基体上に列設して構成され、
前記基体に、バッキングプレートのフランジ部との固定手段が設けられていることを特徴とする漏洩磁束測定装置。
前記スパッタリングターゲット表面に設置される目盛板を更に備えることを特徴とする請求項１記載の漏洩磁束測定装置。
請求項１又は２記載の漏洩磁束測定装置を用いた漏洩磁束測定方法であって、
測定対象であるスパッタリングターゲットを表面に配置するバッキングプレートの裏面側に前記磁石構成体を配置してターゲット表面に漏洩磁束を発生させ、この磁石構成体の長手方向に沿って前記漏洩磁束測定装置を移動させて漏洩磁束の磁束密度を測定することを特徴とする漏洩磁束測定方法。
前記磁界形成手段をバッキングプレートに形成された凹部に嵌め込み、前記基体をバッキングプレートのフランジ部に固定手段により固定した状態で、前記漏洩磁束の磁束密度を測定することを特徴とする請求項３記載の漏洩磁束測定方法。
スパッタリングターゲット表面に目盛板を設置し、この目盛板により測定位置を確認して漏洩磁束の磁束密度を測定することを特徴とする請求項３または請求項４記載の漏洩磁束測定方法。
請求項３〜請求項５のいずれか１項に記載の漏洩磁束測定方法を用いたスパッタリングターゲットの検査方法であって、測定した磁束密度が、前記スパッタリングターゲットと同一の材料からなる標準ターゲットの磁束密度の平均値に対して±１０％以内にあるかどうかにより、ターゲットの磁気特性を非破壊で検査することを特徴とする検査方法。