JP4943829B2 - ターゲット構成、デバイスを製造する方法、およびマグネトロンスパッタ供給源 - Google Patents

Description

この発明は、真空コーティングプロセスにおいて原料を遊離させるために原料供給源上に取付け、かつ原料供給源から取外すためのターゲット構成に関連し、さらには、デバイスを製造する方法に関連する。

真空チャンバの反応空間において原料を遊離させ、その原料で、またはそのような原料から生じる化合物で基板をコーティングするためのターゲット用の取付け／取外し設備を構想する際、多数の要件を考慮する必要がある。そのため、そのような考慮事項は、ノンマグネトロンスパッタリングに適用されるターゲット構成と、マグネトロンスパッタリングに適用されるターゲット構成と、磁界が強化された、または磁界がない陰極アーク放電蒸着に適用されるターゲット構成とでは、明らかに異なっている。

にもかかわらず、考慮すべきいくつかの基準は共通である。
そのうちの１つは、上述のターゲット構成はすべて、動作中、陰極アーク蒸着の場合にはより局所的に、マグネトロンスパッタリングの場合にはより均一に、およびノンマグネトロンスパッタリングの場合にはかなり均質に熱負荷を多く受ける、ということである。熱負荷に関して一番の関心事項は、そのような構成から熱を除去することである。そのため、熱の除去は、真空チャンバの反応空間に露出されていない上述のターゲット構成の表面全体に沿って考慮され、最適化されなければならない。熱除去考慮事項について未解決のそのような表面は主として、一方ではターゲット構成の背面、他方では縁である。

ターゲット構成の背面に沿って熱を除去する慣例的な一手法は、冷却媒体を背面に沿って圧力をかけて接触させ、冷却媒体と構成の背面との間に最適の密着を確立することである。反応空間への冷却媒体の漏洩は、たとえばＵＳ ５８３３ ８２３に開示されているような熱伝導性の可撓性ホイルによって防止される。

熱除去のために利用されるべきであり、加えて、加圧された冷却媒体に特に起因する高い機械的負荷を保つべきであるターゲット構成の第２の区域は、ターゲット構成の縁区域である。ここでは、熱流量を最適化するために、最も密でかつ大きな表面接触がターゲット構成に確立されるべきである。この縁区域は加えて、原料供給源へのターゲット構成の正確な取付けを提供する。

加えて、特にマグネトロンスパッタリングの技術でのように、ターゲット構成が磁界条件で操作されるやいなや、ターゲット構成の縁区域および原料供給源との界面は、磁界伝搬の局面の下で考慮される必要がある。

これは、強磁性原料のスパッタリングにとって特に有効である。ターゲット原料は磁界の磁束線の分路として作用し、このため、ターゲット表面に隣接して不十分な磁界が存在し、効果的なマグネトロンスパッタリングの前提条件であるプラズマチャネル（電子トラップ）を形成する場合がある。通常、強磁性ターゲットの背後に配置される極めて強力な磁石システムは、ターゲットを飽和させ、加えて、スパッタリングされるターゲットの表面上への必要なプラズマチャネルの形成を可能にするために利用される。しかしながら、これらの強力な磁石システムの極めて強力な吸引力は、安全なクランプ／クランプ解除のための追加措置を必要とする。さらに、規定された磁気回路を可能とするために、クランプ部材も強磁性原料から作られるため、同様にこれらの強力な吸引力の影響を受けやすい
。

原料供給源への、および原料供給源からの構成の抽斗状の取付け／取外しを確立するためにターゲット構成の縁を調整することは、上述のＵＳ−５ ８３３ ８２３から公知である。ＷＯ ９８／０３６９６は、ターゲットの片面が一旦消費されると反転され得るターゲット構成を提案する文脈で、凹状に曲がった、または凸状に曲がった半円筒形状の表面を有するターゲット構成の縁を提供することを提案している。一実施例では、凸状の半円筒形の縁表面が２つのクランプ部材間で付勢される。クランプ部材のうちの一方は、ターゲット構成がクランプされる供給源フレームによって形成され、第２のクランプ部材は第１の部材に付勢される。
ＵＳ ５８３３ ８２３ ＷＯ ９８／０３６９６

先行技術はいくつかの欠点を有する。
・それは、密な表面接触を確実にするために、ターゲット構成およびクランプ部材双方のかなり複雑な表面の非常に正確な機械加工を必要とする。

・クランプ部材をともに付勢する、またはかけることにより、ターゲット構成の範囲を総称的に規定する平面にちょうど垂直な力がかかる。にもかかわらず、上述の方向におけるそのような力により、ターゲット構成およびクランプ部材の互いに接触する表面に沿った圧力分布が不均質となる。

・ターゲット構成の熱膨張が事実上阻害され、それは、ターゲット構成の反り、ひいてはターゲット構成のターゲットからの原料遊離特性の時間的変化に繋がる場合がある。

・消費された強磁性ターゲットを取外すということは、最初にクランプ部材を分解し、次にターゲットを取外すことを意味する。強力な力により、残りのものは壊れやすく、ひいては、たとえば供給源の冷却システムに損傷を与える場合がある。

・新しい強磁性ターゲットを取付けるということも、その位置をクランプ部材を締付ける前に調節することを意味する。ここでも、強力な磁力がこの手順を複雑にする。

・ターゲットを取外す前に磁石システムを分解することは上述の２つの問題を回避するが、これは非効率的であり、供給源の使用可能時間にとって好ましくない。

・先行技術のクランプ部材はしばしば、熱膨張を補償する小さな隙間を見込んでいる。しかしながら、強磁性ターゲットにとっては、これは追加的な磁気抵抗器と等しく、それは供給源の全体的な性能に影響を与える。

この発明の一目的は、その縁に沿って改良された取付け／取外し能力を有するターゲット構成を提供することである。これは、真空コーティングプロセスにおいて原料を遊離させるために原料供給源上に取付けるための、および原料供給源から取外すためのターゲット構成によって達成され、それは平面に沿ったプレートを含む。プレートの少なくとも一部は、コーティングプロセス用に遊離される原料からなる。プレートは縁を有し、その少なくと主要な部分、すなわち縁の少なくとも５０％以上は、上述の一般的な平面に対して傾斜した第１の実質的に平面状の楔表面と、総称的な平面に対して同様に傾斜した第２の実質的に平面状の楔表面とによって楔形状となっている。第１および第２の楔表面は、上
述の平面に沿い、かつ平面のより中央の区域から垂直に縁に向かう方向において、互いに変化する。

このため、楔は凸状であり、ターゲット構成の縁の範囲全体の５０％以上に沿って断続的に、または継続的に延在している。

定義
・ターゲット構成のプレートが延在する「平面」に言及する場合、そのような平面は、延在するプレート表面１枚、または互いに面する延在するプレート表面双方の形状にかかわらず定義されることを意味する。プレートの上述の表面が平面状でかつ互いに平行である場合、それらは上述の平面に対しても平行である。

・原料供給源に取付けられる、または原料供給源から取外される「ターゲット構成」は、その主要部分として、ターゲット、すなわち、コーティング動作のためにプロセス区域に遊離される原料からなるプレート状の部材を含む。にもかかわらず、ターゲット構成は、たとえば裏当てプレート、またはこの発明を検討すると明らかとなるように、クランプ部材といったさらに別の部材を追加的に含んでいてもよい。ターゲット構成は一体型の部品として供給源に取付けられ、取外される。

・縁の「主要」部分に言及する場合、ターゲット構成の上面図において考慮されるような縁の長さ範囲の５０％以上を意味する。この「主要」部分は、縁範囲の１００％を含む％まででさえあってもよい。

・「実質的に」平面状の表面に言及する場合、その用語により、数学的に理想的な平面状の表面を述べているのではなく、そのような表面によって達成される効果が、理想的に平面状の表面を用いて達成されるものほど顕著ではなくても依然として達成される限り、そのような表面は「平坦性」から逸脱していてもよい、ということを述べている。

この発明に従った構成の縁を楔形状に、すなわち実質的に平面状の楔表面を有するように構想することにより、縁表面の機械加工が非常に正確にたやすく行なわれる。同じことは、構成用のクランプ部材でのそれぞれの楔対向表面についても当てはまる。

さらに、すべての楔表面およびそれらのそれぞれの対向する楔表面はクランプ力によって実質的に均質に互いに圧力負荷をかけられ、それは、熱伝導性に関するそれらの表面の最適な利用に繋がる。

さらに、構成のそのような縁楔をクランプ部材間でクランプする際、クランプ部材におけるターゲット構成の自己位置付けが起こる。平面状の楔をクランプする手法は、限度内で、かつ平面状の楔表面の角度に依存して、構成についての熱膨張のより一層の自由を可能にする。

ターゲット構成が供給源に適用され、そこで磁界がターゲット構成を介して発生する場合、楔表面とそれぞれの対向表面との間に非常に正確で密な接触が確立されるという事実は、そのような表面全体にわたる最適化された磁束均質性に繋がる。これは、強磁性原料をマグネトロンスパッタリングするのに特に有利である。

この発明に従った一実施例では、上述のプレートは平面に平行な表面を有しており、この表面はターゲット構成から遊離される原料でできている。

特にターゲットを介して磁界を利用する原料供給源にとって、特にマグネトロン供給源
にとって好適なさらに別の実施例では、遊離されるこの原料は強磁性原料でできており、上述の楔形状の部分も同様である。

この発明のさらに別の実施例では、ターゲット構成は、第１および第２の実質的に平面状の楔対向表面をそれぞれ有する第１および第２のクランプ部材を含む。第１および第２のクランプ部材は、第１および第２の対向表面がそれぞれの第１および第２の楔表面上へ付勢された状態で、互いに向かって付勢される。このように、クランプ部材は、ターゲットの縁領域の少なくとも一部の上側および下側を「取巻く」。クランプ部材が取付け可能かつ取外し可能なターゲット構成の部品であるという事実により、それらは処理チャンバから遠隔で正確に取付けられ、構成全体は次に、たとえば単に構成全体を供給源のフレームにねじで締めることによって、供給源に容易に取付けられ得る。楔および対向楔の正確な位置付けおよび表面付勢は何の時間的制約もなく行なうことができ、そのため、それぞれの製造中、およびターゲット構成を交換する必要がある場合にはいつでも、これは迅速に行なわれ、それにより製造のより長い中断を回避できる。全体的な処理スループットまたは製造スループットを考慮すると、これは重要な基準である。

ちょうど上述した予め組立てられたターゲット構成が磁界強化コーティングの状況で、特にマグネトロンスパッタリングの状況で適用される場合にはいつでも、上述のクランプ部材および楔形状部分は強磁性原料から作られる。ターゲットも強磁性原料でできている場合、特にそうである。

そのような場合、予め組立てられた新しいターゲット構成は、ターゲットおよびクランプ部材を別個に調節することなく、供給源上へと降下され得る。消費されたターゲット構成は取外し可能であり、それをクランプ側から取扱うことによって、ターゲットの破壊が回避できる。

この発明に従った構成のさらに別の実施例では、楔表面は、上述の平面に対して実質的に等しく傾斜している。

この発明に従った方法は、楔型の縁を有するターゲットと磁気原料でできたクランプ部材とを有するターゲット構成を真空チャンバ内でマグネトロン供給源に取付けるステップと、少なくとも１つの基板を、コーティングされる表面が取付けられたターゲット構成に向かって面する状態で位置付けるステップと、この表面をマグネトロンスパッタコーティングするステップとを含む。

そのため、一実施例では、そのような方法によって製造されたデバイスは、すべてストレージディスク用の読出ヘッド、書込ヘッド、読出／書込ヘッド、磁気データストレージディスク、または半導体デバイスである。

ここでこの発明を、図面を参照して例示によりさらに説明する。
図１によれば、この発明に従ったターゲット構成１は、平面Ｅに沿って延在するプレート部材２を含む。プレート２全体、または点線で示すようなプレート２の一部は、原料供給源の作用によって真空チャンバ（図示せず）の処理空間Ｓへ遊離されるよう意図されている原料Ｍからなる。そのような処理は、ノンマグネトロンスパッタリングであっても、マグネットスパッタリングであっても、陰極アーク蒸着であってもよく、それらはすべて反応性のものでも非反応性のものでもよい。プレート２自体が上述の原料Ｍからなる場合、そのようなプレートはターゲットによって形成される。一方、点線に示すように、たとえばバックプレートといった追加部材にターゲットが取付けられる場合、ターゲット構成はターゲット追加部材をさらに含む。

ターゲット構成１は縁３によって包囲されている。構成２は、円形でも環状でも矩形でもよい。縁３は、その範囲の主要部分に沿って、楔５によって示すように楔形状となっている。この楔形状は、第１の楔表面５_uおよび第２の楔表面５_lによって形成される。楔表面５_uおよび５_lは双方とも実質的に平面状である。それらは、平面Ｅに対し、それぞれの角度αおよびβを規定している。図１の上部の表示に示すように、第１および第２の楔表面は、平面Ｅに沿い、かつ構成１の中央から垂直に縁３に向かうよう規定された方向Ｒにおいて、互いに変化する。

角度αおよびβは、等しくても異なっていてもよい。第１の楔表面５_uおよび第２の楔表面５_lは、交差して鋭い楔先端を形成する必要はない。楔５の隅は多かれ少なかれ切捨てられて周囲表面７を形成してもよい。さらに、プレート２の相対する表面９_uおよび９_lは、図１に概略的に示すように、平面Ｅに対して平行である必要はない。実際、少なくともデバイス製造によって侵食される前は、原料を処理区域Ｓへ遊離させる表面は、実質的に平面状で実質的にＥに平行な表面である。そのようなターゲット表面９_u′を図１に点線で示す。なお、角度αおよびβについては、αもβも縁３全体に沿って一定である必要はなく、これらの角度は、たとえば局所的に変化する機械的負荷および／または熱負荷の関数として局所的に変化してもよい。

良好な一実施例は、縁３の範囲に沿って局所的に変化しても、角度αおよびβが少なくともほぼ等しく構想されている実施例である。

角度αおよびβの値の効果を、図２を参照して説明する。
図２によれば、ターゲット構成１は、角度的に対称形の楔５を縁３に有し、αおよびβは等しい。第１のクランプ部材１１_uは、第１の対向楔表面１３_uを有する。第２のクランプ部材１１_lは、第２の対向楔表面１３_lを有する。

付勢力Ｆの効果は、２つのクランプ部材１１_uおよび１１_lを相互に付勢すると説明される。図２のベクトル図に示すように、楔表面と対向楔表面とのそれぞれの対は力Ｆで等しく付勢され、これらの表面に沿った実質的に等しい圧力分布に繋がる。クランプ部材間の付勢力またはクランプ力Ｆを考えると、表面の第１および第２の対それぞれでの結果として生じる圧力は、それぞれの角度αおよびβの値によって実質的に支配される。さらに、ターゲット構成１が矢印θによって示されるように熱膨張する場合にはいつでも、一方では、αがβと等しく選択されていれば表面の双方の対での付勢圧力は等しく増加し、他方では、そのような熱膨張は楔表面と対向楔表面とのそれぞれの対においてある程度吸収され、それにより、動作中、原料Ｍを遊離する表面の反りを低減させる。

図３には、この発明のさらに別の実施例が、図１のものと類似する表現で示されている。ここでは、ターゲット構成１ａは、図２の状況で導入されていたようなターゲットプレート２ａと上部クランプ部材１１_uおよび下部クランプ部材１１_lとからなる。

クランプ部材１１_uおよび１１_lは、図３に概略的に示すように、付勢部材１５によって、たとえばねじによって楔５に取付けられ、付勢される。

構成１ａ全体は、たとえばねじ穴１７といったような取付け設備をさらに有しており、そのため、構成１ａは一体型部品として、１９で概略的に示されたような、真空チャンバの原料供給源に取付けられてもよく、または原料供給源から取外されてもよい。このため、図３の実施例によれば、構成１の楔５へのクランプ部材１１_uおよび１１_lの正確な取付けが、処理チャンバから離れて遠隔で容易に実行可能であり、一旦組立てられたターゲット構成１ａは、原料供給源に容易に取付けられる。そのため、クランプ部材１１_u、１１_l
へのプレート２ａのより重大な組立が、ターゲット構成の交換のための製造の中断時間に影響を与えない。これは、存在する強力な磁力を考慮すると、強磁性ターゲットに特に有効である。

図４には、基板をスパッタコーティングするための真空チャンバの一部が断面図で示されている。原料供給源は、冷却媒体システム２３を有するフレーム２１を含む。冷却媒体システム２３は、可撓性ホイル２６によって、ターゲット構成１ａのための受け空間２７に向かって密閉されている。図４の実施例のターゲット構成は主として、図３を参照して説明されたように構想されている。構成１ａは、縁３全体に縁楔５を有するターゲット２９によって形成されている。第１および第２のクランプ部材１１_uおよび１１_lはねじ１５′によって互いにともに付勢され、そのため、第１の対向楔表面１３_uおよび第２の対向楔表面１３_lは、ターゲット２９のそれぞれの第１の楔表面５_uおよび第２の楔表面５_lに向かって緩やかに付勢される。

ターゲット２９および組立てられたクランプ部材１１でできた構成１ａ全体が、ねじ１７′によって、供給源のフレーム２１に取付けられる。参照番号３１は、原料供給源によりターゲット構成１ａでスパッタコーティングされる基板３２へと向かう真空チャンバの遮蔽部材を示している。

図５には、ターゲット４０およびクランプ構成４２を有し、それにより、概略的に示すように、ターゲット４０に対する部材４２のクランプ作用が界面４０／４２で開いたままの小さな隙間４４をもたらしている先行技術の構成が概略的に示されている。

さらに、マグネトロンスパッタ供給源である供給源の磁石構成４６が示されている。ターゲット４０の原料、ならびに、クランプ部材４２および供給源のフレーム２１′の原料は、強磁性である。図６は、図５の構成の磁束線が、有限要素手法によってシミュレートされているように、隙間４４上方の磁界漏洩を明らかにしていることを示している。

そのような磁界漏洩は、この発明に従った平面状楔／対向楔のアプローチを適用することにより、著しく低減する。このため、図４の実施例を念頭に置くと、それは強磁性原料のターゲット２９のマグネトロンスパッタリングに特に好適であり、そのため、そのような場合、フレーム２１の少なくとも一部に加え、２つのクランプ部材１１_uおよび１１_l、さらには場合によってはねじ１５′も強磁性原料で作られる。

非強磁性ターゲット原料のマグネトロンスパッタリングについても、ターゲット構成からクランプ部材への制御された密な遷移が磁界の歪みの低減をもたらすという事実にもかかわらず、この発明は、強磁性ターゲット原料が供給源の磁石構成によって生じた磁界のかなりの部分を分流するという事実を考慮すると本質的に困難である強磁性ターゲット原料のマグネットスパッタリングに、特に好適である。

強磁性原料でできたターゲットと強磁性原料でできたクランプ部材とを有するよう例示されたターゲット構成は、強磁性原料をマグネトロンスパッタリングすることによってデバイスを製造する方法において最も好適であり、そのため、ストレージディスク用の読出ヘッド、書込ヘッド、読出／書込ヘッドの製造にとって、または磁気データディスクもしくは半導体デバイスの製造にとって特に好適である。

この発明に従ったターゲット構成の縁部分の概略図である。 クランプ部材を有する、図１に従ったターゲット構成をさらに概略的に示す図である。 この発明に従ったターゲット構成のさらに別の実施例を、図１のものに従った表現でさらに示す図である。 原料供給源と、その上に取付けられた、コーティングされる基板に面するこの発明に従ったターゲット構成とが備わった真空チャンバの一部の図である。 強磁性原料でできたターゲットのマグネトロン供給源への先行技術のクランピングの概略図である。 図５の先行技術の実施例でのクランプ部材からターゲットへの不正確な遷移による磁界漏洩を示す、有限要素法によって計算されたような磁束線パターンの図である。

符号の説明

１、１ａ ターゲット構成、２ プレート、３ 縁、５ 楔、５_u 第１の楔表面、５_l
第２の楔表面、１９ 原料供給源、２１ フレーム。

Claims (11)

1. 真空コーティングプロセスにおいて原料を遊離させるために原料供給源（１９、２１）上に取付ける／原料供給源から取外すためのターゲット構成であって、
   平面（Ｅ）に沿ったプレート（１）を含み、前記プレート（１）の少なくとも一部（９_u）は前記原料からなり、前記プレート（１）は縁（３）を有し、前記縁（３）の少なくとも主要な部分は、前記平面（Ｅ）に対して（α）傾斜した第１の実質的に平面状の楔表面（５_u）と前記平面に対して傾斜した第２の実質的に平面状の楔表面（５_l）とによって楔形状となっており、前記第１および第２の楔表面（５_u、５_l）は、前記平面（Ｅ）に沿い、かつ前記プレートのより中央の区域から垂直に前記縁（３）に向かう方向（Ｒ）において、互いに変化しており、
   第１（１３ _u ）および第２（１３ _l ）の実質的に平面状の楔対向表面をそれぞれ有する第１（１１ _u ）および第２（１１ _l ）のクランプ部材をさらに含み、前記第１および第２のクランプ部材は、前記第１および第２の楔対向表面が前記第１および第２の楔表面上へ緩やかに付勢された状態で、互いに向かって付勢される、ターゲット構成。
2. 前記プレートは、前記原料でできている前記平面（Ｅ）に平行な表面を有する、請求項１に記載の構成。
3. 前記プレート（１）はターゲットである、請求項１または２に記載の構成。
4. 前記縁の前記部分は強磁性原料でできている、請求項１〜３のいずれかに記載の構成。
5. 遊離される前記原料は強磁性原料である、請求項４に記載の構成。
6. スパッタターゲット構成である、請求項１〜５のいずれかに記載の構成。
7. 前記第１および第２の楔表面（５_u、５_l）は前記平面（Ｅ）に対して実質的に等しく傾斜している、請求項１〜６のいずれかに記載の構成。
8. 前記構成は強磁性原料でできたターゲットを含み、前記クランプ部材および前記楔形状部分は強磁性原料でできており、構成はマグネトロンスパッタリングターゲット構成である、請求項１〜７のいずれかに記載の構成。
9. 強磁性原料を含む少なくとも１つの層を基板上に施すステップを含む、デバイスを製造する方法であって、
   請求項４または５に記載のターゲット構成を真空チャンバ内でマグネトロン供給源に取付けるステップと、
   少なくとも１つの基板を、コーティングされる表面が前記取付けられたターゲット構成に向かって面する状態で位置付けるステップと、
   前記表面をスパッタコーティングするステップとを含む、方法。
10. 前記デバイスは、すべてストレージディスク用の読出ヘッド、書込ヘッド、読出／書込ヘッド、磁気データストレージディスク、半導体デバイスのうちの１つである、請求項９に記載の方法。
11. 請求項４または５に記載のターゲット構成と、前記ターゲット構成上にマグネトロン磁界を生成する磁石構成とを含む、マグネトロンスパッタ供給源。

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