JP4985529B2

JP4985529B2 - スパッタリングターゲット及びこれを用いたスパッタリング方法

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Publication number: JP4985529B2
Application number: JP2008106602A
Authority: JP
Inventors: 和雄望月; 忠飯野
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2008-04-16
Filing date: 2008-04-16
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2028-04-16
Also published as: JP2009256721A

Description

本発明はスパッタリングターゲット及びこれを用いたスパッタリング方法に関し、特に、カルーセル型スパッタ装置において用いられるスパッタリングターゲット及びこれを用いたスパッタリング方法に関する。

ビデオプリンタ、ファクシミリ、券売機など各種の印画装置に用いられるサーマルヘッドの製造は、一般に、スパッタリング方法により行われる（例えば、特許文献１参照）。特に、サーマルヘッドの量産工程においては、生産性向上の観点から、カルーセル型スパッタ装置が採用されることが多い。

図５（ａ）及び（ｂ）は、カルーセル型スパッタ装置を用いた背景技術によるスパッタリング方法を説明するための概略斜視図及び概略平面図である。

図５に示すように、カルーセル型スパッタ装置１０は、チャンバ１００内に配置された回転ドラム１０１と、複数の基板保持部１０２と、チャンバ１００と一体化して配置されたターゲット保持部１０３とを有して構成されている。

実際に基板に成膜を行う際は、成膜すべき材料からなるスパッタリングターゲット５０３をターゲット保持部１０３に配置し、複数の被成膜基板５０２を複数の基板保持部１０２それぞれに配置し、回転ドラム１０１を例えば毎分１０回で回転させながら、１０〜２０分のスパッタリング処理を行う。これにより、一度に複数枚の基板５０２に成膜を行うことができる。
特開昭６３−３０７２６７号公報

しかしながら、上述のようなカルーセル型スパッタ装置１０を用いて、サーマルヘッドとして用いるサーメット系発熱体材料、例えばＴａ（タンタル）とＳｉＣ（炭化珪素）の複合材料を基板５０２上に成膜した場合、図６（ａ）に示すように、成膜された膜の組成比が、基板５０２の中心付近においてはＴａリッチになり、基板端部（上部及び下部）においてはＴａが少なくなる（Ｓｉリッチになる）傾向があることがわかった。またこの組成比のバラツキにより、図６（ｂ）に示すように、成膜された基板５０２の長手方向において、シート抵抗値にもバラツキが生じることがわかった。

上記のスパッタリングターゲット５０３とこれを用いて基板５０２に成膜された膜の組成比を模式的に表すと、図７のようになる。すなわち、スパッタリングターゲット５０３は全体にＴａとＳｉＣの組成比が均一であるのに対し、基板５０２上に成膜された膜は、中央部においてＴａリッチな膜５０２ａとなり、基板５０２の両端部（上部及び下部）において、Ｓｉリッチな膜５０２ｂとなってしまっている。

ここで、特許文献１では、枚葉式ＤＣマグネトロンスパッタリング装置において、円盤状のスパッタリングターゲットを構成する化合物材料の組成比を円盤の外側から中心に向かって変化させる方法が提案されている。

上記特許文献１に基づいて、ＴａとＳｉＣの複合材料を成膜すべく、カルーセル型スパッタ装置用にスパッタリングターゲット８０３を形成した場合、図８に示すように、スパッタリングターゲット８０３の外周部８０３ａの組成比をＴａリッチとし、中央部８０３ｂのＴａの組成比を外周部８０３ａより低くするよう構成することとなる。しかしながら、かかる構成のスパッタリングターゲット８０３を用いてカルーセル型スパッタ装置１０により成膜を行っても、被成膜基板が回転していくカルーセル型スパッタ装置では、基板に成膜される膜の組成比のバラツキが大きくなる傾向があった。

本発明は、このような問題を解決すべくなされたものであって、複合材料からなるスパッタリングターゲットを用いたカルーセル型スパッタ装置による基板への成膜において、成膜される膜の組成比の基板表面内でのバラツキを低減し、これにより、基板表面内におけるシート抵抗のバラツキを改善することが可能なスパッタリングターゲット及びこれを用いたスパッタリング方法を提供することを目的とする。

本発明によるスパッタリングターゲットは、カルーセル型スパッタ装置において用いられるスパッタリングターゲットであって、長方形の長手方向に三分割された第１乃至第３のターゲット構成部材を有し、第１乃至第３のターゲット構成部材はそれぞれ第１及び第２の材料を含み、第１及び第３のターゲット構成部材における第１及び第２の材料の組成比が第２のターゲット構成部材における第１及び第２の材料の組成比と異なることを特徴とする。

本発明によれば、スパッタリングターゲットが組成比の異なる３つのターゲット構成部材を有して構成されていることから、これを用いてカルーセル型スパッタ装置により基板に成膜を行うことにより、基板上に成膜される膜における組成比のバラツキを軽減することができる。したがって、基板上に成膜された膜のシート抵抗のバラツキを改善することができる。

本発明において第１の材料がＴａ、第２の材料がＳｉＣであり、第１及び第３のターゲット構成部材が第２のターゲット構成部材よりもＴａを多く含むことが好ましい。これによれば、Ｔａの組成比が高い膜が基板の中央部に集中して成膜されてしまうことを抑制することができる。したがって、基板上に、シート抵抗が面内でバラツキの少ないＴａＳｉＣ膜を形成することができる。

本発明において、第１のターゲット構成部材と第２のターゲット構成部材との接合部及び第２のターゲット構成部材と第３のターゲット構成部材との接合部が長手方向に対し傾いていることが好ましい。これによれば、被成膜基板の長手方向において、端部から中央部にかけてのシート抵抗の変化を緩やかにすることができる。

本発明によるスパッタリング方法は、カルーセル型スパッタ装置を用いて基板に複合材料膜を形成するスパッタリング方法であって、上記のスパッタリングターゲットを用いたことを特徴とする。

本発明によれば、複合材料からなるスパッタリングターゲットを用いたカルーセル型スパッタ装置による基板への成膜において、成膜される膜の組成比の基板表面内でのバラツキを低減することができる。したがって、基板表面内におけるシート抵抗のバラツキを改善することが可能となる。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。

図１（ａ）は、本発明の好ましい実施形態によるスパッタリングターゲット２０３の構成を示す略斜視図であり、図１（ｂ）は、スパッタリングターゲット２０３のスパッタ面を示す略平面図である。スパッタリングターゲット２０３は、スパッタ面が長方形である四角柱であり、長方形の長手方向に三分割された第１〜第３のターゲット構成部材２０３ａ〜２０３ｃを有して構成されている。第１〜第３のターゲット構成部材２０３ａ〜２０３ｃは複合材料からなり、それぞれＴａ（タンタル）とＳｉＣ（炭化珪素）を含んでいる。そして第１及び第３のターゲット構成部材２０３ａ，２０３ｃにおけるＴａとＳｉＣの組成比が第２のターゲット構成部材２０３ｂにおけるＴａとＳｉＣの組成比と異なっている。

具体的には、第２のターゲット構成部材２０３ｂにおけるＴａの組成比を２６〜２８ａｔ％とし、第１及び第３のターゲット構成部材２０３ａ，２０３ｃにおけるＴａの組成比を第２のターゲット構成部材２０３ｂに対して１〜２ａｔ％増とするのが好適である。また、スパッタリングターゲット２０３のスパッタ面（図１（ｂ）参照）における第２のターゲット構成部材２０３ｂの面積を全体の６５〜７５％、第１及び第３のターゲット構成部材２０３ａ，２０３ｃの合計面積を２５〜３５％とするのが好ましい。

なお、スパッタリングターゲット２０３は、それぞれ個別に作成された第１〜第３のターゲット構成部材２０３ａ〜２０３ｃを貼り合わせて作成されるのが好ましい。

図２は、カルーセル型スパッタ装置１０により、スパッタリングターゲットとして図１に示すスパッタリングターゲット２０３を用いて、基板２０２に複合材料膜としてＴａＳｉＣ膜を成膜するスパッタリング方法を説明するための図であり、図２（ａ）は、概略斜視図、図２（ｂ）は、概略平面図である。

図２に示すように、カルーセル型スパッタ装置１０は、チャンバ１００内に配置された回転ドラム１０１と、回転ドラム１０１側面に円状に配置された複数の基板保持部１０２と、回転ドラム１０１の外側にチャンバ１００と一体化して配置されたターゲット保持部１０３とを有して構成されている。複数の基板保持部１０２は、それぞれ基板２０２を保持する。ターゲット保持部１０３は、スパッタリングターゲット２０３のスパッタ面がチャンバ１００内に露出するようにスパッタリングターゲット２０３を保持する。回転ドラム１０１は、矢印の方向に回転可能となっており、複数の基板保持部１０２によって保持される複数の基板２０２の各々が順次スパッタリングターゲット２０３と略平行に向かい合うように回転する。かかる構成のカルーセル型スパッタ装置１０において、回転ドラム１０１を例えば毎分１０回で回転させながら、１０〜２０分のスパッタリング処理を行うことにより、複数枚の基板２０２表面にＴａＳｉＣ膜を成膜する。

このようにして、基板２０２上に成膜されたＴａＳｉＣ膜について、Ｔａの組成比及びシート抵抗を測定した結果を図３（ａ）及び（ｂ）にそれぞれ示す。図３（ａ）及び（ｂ）は、スパッタ面における第２のターゲット構成部材２０３ｂの面積が全体の７０％、第１及び第３のターゲット構成部材２０３ａ，２０３ｃの合計面積が３０％、第１及び第３のターゲット構成部材２０３ａ，２０３ｃにおけるＴａの組成比が２８．３ａｔ％、第２のターゲット構成部材２０３ｂにおけるＴａの組成比が２７．０ａｔ％のスパッタリングターゲット２０３を用い、ガス圧を１Ｐａ（Ａｒ雰囲気）、投入電力を１５００Ｗ、回転数を１０ｒｐｍとした成膜条件の下でスパッタリングを行った場合の測定結果である。

図３（ａ）に示すように、成膜されたＴａＳｉＣ膜の組成比は、基板上部、中央部、下部において多少バラツキはあるものの、そのバラツキは、図６（ａ）と比べて非常に小さくなっている。また、図３（ｂ）に示すように、シート抵抗値のバラツキも±４．３％と小さくなっており、同一の条件で成膜を行った背景技術（図６（ｂ））においては±１０．４％であったのに対して、大きく改善されている。

これは、以下の理由によるものと推察される。複合材料からなるスパッタターゲットを用いてカルーセル型スパッタ装置により基板上に成膜を行う場合、材料ごとの質量やスパッタ放出角度の違い等により、各材料によって基板上の到達位置が中央部に集中したり、上部や下部に集中したりする。そこで、本実施形態に示すように、第１及び第３のターゲット構成部材２０３ａ，２０３ｃにおけるＴａとＳｉＣの組成比と第２のターゲット構成部材２０３ｂにおけるＴａとＳｉＣの組成比とを異ならせることにより、Ｔａ及びＳｉＣそれぞれの基板２０２上への到達位置を一部に集中させず、分散させることが可能となる。これにより、成膜された膜における組成比及びシート抵抗のバラツキを緩和することができる。

なお、シート抵抗値のバラツキとしては、±７％以下であれば実用上問題ない。したがって、第１及び第３のターゲット構成部材２０３ａ，２０３ｃにおけるＴａの組成比と第２のターゲット構成部材２０３ｂにおけるＴａの組成比の差を１．３ａｔ％（２８．３ａｔ％−２７．０ａｔ％）とした結果が±４．３％となったことから（図３（ｂ）参照）、Ｔａの組成比の差は、１．３ａｔ％より多少上下してもよいものと考えられる。具体的な例を挙げれば、１〜２ａｔ％の範囲とすることが好適である。また、同様に、スパッタリングターゲット２０３のスパッタ面における第２のターゲット構成部材２０３ｂの面積と第１及び第３のターゲット構成部材２０３ａ，２０３ｃの合計面積との比率は、７０：３０から多少上下してもよいものと考えられる。具体的な例を挙げれば、６５〜７５：２５〜３５とするのが好適である。

また、図３（ａ）に示されるように、上記成膜条件で成膜すると、まだ若干基板両端のＴａの組成比が基板中央の組成中央のＴａの組成比に対して小さくなっている。これに対し、例えば、スパッタリングターゲット２０３におけるＴａの組成比の上記差を上記１．３ａｔ％より多少大きくすれば、Ｔａの組成比をより均一にすることが可能になる。

図４に、本実施形態によるスパッタリングターゲットの別の例を示す。

図４に示すように、スパッタリングターゲット４０３は、スパッタリングターゲット２０３と同様、スパッタ面が長方形である四角柱であり、長方形の長手方向に三分割された第１〜第３のターゲット構成部材４０３ａ〜４０３ｃを有して構成されている。第１〜第３のターゲット構成部材４０３ａ〜４０３ｃは複合材料からなり、それぞれＴａ（タンタル）とＳｉＣ（炭化珪素）を含んでおり、第１及び第３のターゲット構成部材４０３ａ，４０３ｃにおけるＴａとＳｉＣの組成比が第２のターゲット構成部材４０３ｂにおけるＴａとＳｉＣの組成比と異なっている。そして、スパッタリングターゲット４０３では、図４（ｂ）に示すように、基板との対向面（スパッタ面）において、第１のターゲット構成部材４０３ａと第２のターゲット構成部材４０３ｂとの接合部及び第２のターゲット構成部材４０３ｂと第３のターゲット構成部材４０３ｃとの接合部が長手方向に対して傾いた構成となっている。かかる構成によれば、被成膜基板の長手方向において、端部から中央部にかけての組成比の変化及びシート抵抗の変化を更に緩やかにすることができる。

このように、本実施形態によれば、スパッタリングターゲット２０３（４０３）が組成比の異なる３つのターゲット構成部材２０３ａ〜２０３ｃ（４０３ａ〜４０３ｃ）を有して構成されていることから、これを用いてカルーセル型スパッタ装置により基板２０２に成膜を行うことにより、基板２０２上に成膜される膜における材料の組成比のバラツキを軽減することができる。したがって、基板２０２上に成膜された膜のシート抵抗のバラツキを改善することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

例えば、上記実施形態では、カルーセル型スパッタ装置を用いて、複合材料膜としてＴａＳｉＣ膜を成膜する例を示しているが、複合材料膜はこれに限定されるものではなく、本発明は、他の複合材料膜の成膜にも適応可能である。

図１は、本発明の好ましい実施形態によるスパッタリングターゲット２０３の構成を示す図であり、図１（ａ）は、スパッタリングターゲット２０３の略斜視図であり、図１（ｂ）は、スパッタリングターゲット２０３のスパッタ面を示す略平面図である。図２（ａ）及び（ｂ）は、本発明の好ましい実施形態によるカルーセル型スパッタ装置を用いたスパッタリング方法を説明するための概略斜視図及び概略平面図である。図３（ａ）及び（ｂ）は、本発明の好ましい実施形態により基板２０２上に成膜されたＴａＳｉＣ膜についての膜質の測定結果を示す図であり、図３（ａ）はＴａの組成比、図３（ｂ）はシート抵抗を示す。図４は、本発明の好ましい実施形態によるスパッタリングターゲットの他の例の構成を示す図であり、図４（ａ）は、スパッタリングターゲット４０３の略斜視図であり、図４（ｂ）は、スパッタリングターゲット４０３のスパッタ面を示す平面図である。図５（ａ）及び（ｂ）は、カルーセル型スパッタ装置を用いた背景技術によるスパッタリング方法を説明するための概略斜視図及び概略平面図である。図６（ａ）及び（ｂ）は、背景技術により基板５０２上に成膜されたＴａＳｉＣ膜についての膜質の測定結果を示す図であり、図６（ａ）はＴａの組成比、図６（ｂ）はシート抵抗を示す。図７は、背景技術によるスパッタリングターゲット５０３とこれを用いて基板５０２に成膜された膜の組成比を表した模式図である。図８は、特許文献１に基づきスパッタリングターゲット８０３を形成した場合の模式図である。

符号の説明

１０カルーセル型スパッタ装置
１００チャンバ
１０１回転ドラム
１０２基板保持部
１０３ターゲット保持部
２０２基板
２０３，４０３スパッタリングターゲット
２０３ａ〜２０３ｃ，４０３ａ〜４０３ｃターゲット構成部材

Claims

カルーセル型スパッタ装置において用いられるスパッタリングターゲットであって、
前記スパッタリングターゲットは長方形のスパッタ面を有し、
前記スパッタ面の長手方向は被成膜基板の移動方向と垂直な方向であり、
前記スパッタリングターゲットは前記長手方向に三分割された第１乃至第３のターゲット構成部材を有し、
前記第１乃至第３のターゲット構成部材はそれぞれ第１及び第２の材料を含み、
前記第１及び第３のターゲット構成部材における前記第１及び第２の材料の組成比が前記第２のターゲット構成部材における前記第１及び第２の材料の組成比と異なり、
前記第１のターゲット構成部材と前記第２のターゲット構成部材との接合部及び前記第２のターゲット構成部材と前記第３のターゲット構成部材との接合部が、前記スパッタ面において前記長手方向に対して傾いている
ことを特徴とするスパッタリングターゲット。
前記第１の材料がＴａ、前記第２の材料がＳｉＣであり、前記第１及び第３のターゲット構成部材が前記第２のターゲット構成部材よりもＴａを多く含むことを特徴とする請求項１に記載のスパッタリングターゲット。
カルーセル型スパッタ装置を用いて基板に複合材料膜を形成するスパッタリング方法であって、
請求項１又は２に記載のスパッタリングターゲットを用いることを特徴とするスパッタリング方法。