JP5914786B1 - 絶縁物ターゲット - Google Patents
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Abstract
スパッタリング装置に組み付けて交流電力を投入したときにシールドとターゲットの間の隙間で放電が起こることを防止できる絶縁物ターゲットを提供する。絶縁物ターゲット２のスパッタリング装置ＳＭへの組付時、その周囲にシールド５が配置される本発明のスパッタリング装置用の絶縁物ターゲット２は、シールドで囲まれる板状のターゲット材２１と、ターゲット材の一方の面がスパッタリングされるスパッタ面２ａとし、ターゲット材の他方の面の外周縁部に接合され、ターゲット材の周面から外方に延出されると共にシールドから所定間隔を存する延出部２２ａを有する環状の支持材２２とを備え、支持材は、絶縁物ターゲットに交流電力を投入してスパッタ面がスパッタリングされるとき、ターゲット材のインピーダンスと同等以上のインピーダンスを持つように構成される。
Description
本発明は、スパッタリング装置用の絶縁物ターゲットに関する。
酸化アルミニウム膜や酸化マグネシウム膜等の絶縁膜は、例えば、ＭＲＡＭ（磁気抵抗メモリ）のトンネル障壁として用いられ、絶縁膜を量産性よく成膜するためにスパッタリング（以下「スパッタ」という）装置が用いられている。このものでは、基板と絶縁物ターゲット（以下「ターゲット」ともいう）とが対向配置された真空チャンバ内にスパッタガスを導入し、これと併せてターゲットに交流電力を投入して基板とターゲットとの間の空間にプラズマを形成してターゲットのスパッタ面をスパッタし、飛散したスパッタ粒子を基板に付着、堆積させて絶縁膜を成膜している。
ここで、ターゲット側面にプラズマが回り込んでターゲット以外の部品（例えば、バッキングプレート）がスパッタされることを防止するために、ターゲットのスパッタリング装置への組付時、ターゲットの周囲にシールドが配置されるものが例えば、特許文献１で知られている。このものでは、ターゲットの外周部を薄肉化し、薄肉化した外周部に所定間隔を存してシールドを配置している。
然し、上記従来例の如く外周部を薄肉化したターゲットに交流電力を投入すると、ターゲットとシールドとの間の隙間で放電が起こることが判明した。これは、スパッタ中、絶縁物ターゲット全体が同電位とならず、ターゲット中央部に比べて薄厚のターゲット外周部のインピーダンスが低くなることに起因するものと考えられる。
本発明は、上記点に鑑み、スパッタリング装置に組み付けて交流電力を投入したときにシールドとターゲットの間の隙間で放電が起こることを防止できる絶縁物ターゲットを提供することをその課題とするものである。
上記課題を解決するために、絶縁物ターゲットのスパッタリング装置への組付時、その周囲にシールドが配置される本発明のスパッタリング装置用の絶縁物ターゲットは、シールドで囲まれる板状のターゲット材と、ターゲット材の一方の面がスパッタリングされるスパッタ面とし、ターゲット材の他方の面の外周縁部に接合され、ターゲット材の周面から外方に延出されると共にシールドから所定間隔を存する延出部を有する環状の支持材とを備え、支持材は、絶縁物ターゲットに交流電力を投入してスパッタ面がスパッタリングされるとき、ターゲット材のインピーダンスと同等以上のインピーダンスを持つように構成されることを特徴とする。尚、本発明においては、別個に形成したターゲット材と支持材とが接合されるものだけでなく、ターゲット材と支持材とが一体に形成されるものを含むものとする。
本発明によれば、従来例のようにターゲットの外周部を薄肉化してシールドを配置するのではなく、ターゲットをターゲット材と環状の支持材とで構成し、支持材の延出部から所定間隔を存してシールドを配置してターゲット材のスパッタ面をスパッタするとき、支持材がターゲット材のインピーダンスと同等以上のインピーダンスを持つように構成した。このため、ターゲットとシールドとの間での放電の発生を防止することができ、ターゲット以外の部品がスパッタされることを防止できる。
本発明において、ターゲット材と支持材とを同一材料で形成し、支持材を、ターゲット材の板厚と同等以上の肉厚を有するように構成すれば、スパッタ時に支持材のインピーダンスをターゲット材のインピーダンスと同等以上にすることできる。
本発明において、ターゲット材と支持材とを異なる材料で形成してもよい。この場合、支持材をターゲット材よりも誘電率の低い材料で形成すれば、支持材をターゲット材の板厚よりも薄く形成できるため、絶縁物ターゲットを加工性よく作製することができる。しかも、ターゲット材と支持材とを同一材料で形成した場合に比べて、絶縁物ターゲットの製造コストを安くできる。
以下、図面を参照して、スパッタ装置に組み付けられるものを例に、本発明の実施形態の絶縁物ターゲットについて説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
図１を参照して、ＳＭは、マグネトロン方式のスパッタ装置であり、このスパッタ装置ＳＭは、真空処理室１ａを画成する真空チャンバ１を備える。真空チャンバ１の天井部にはカソードユニットＣが取付けられている。以下においては、図１中、真空チャンバ１の天井部側を向く方向を「上」とし、その底部側を向く方向を「下」として説明する。カソードユニットＣは、絶縁物ターゲット２と、絶縁物ターゲット２上に設けられたバッキングプレート３と、バッキングプレート３上方に設けられた磁石ユニット４とから構成されている。
図２も参照して、絶縁物ターゲット２は、基板Ｗの輪郭に応じて、公知の方法で平面視円形の板状に形成された絶縁物製のターゲット材２１と、このターゲット材２１の下面をスパッタ面２ａとし、このスパッタ面２ａと反対側の上面の外周縁部に接合される環状の支持材２２とを備える。ターゲット材２１及び支持材２２とは同一材料で一体に形成され、支持材２２を、ターゲット材２１の板厚Ｔ１と同等以上の肉厚Ｔ２，Ｔ３を有するように構成している。この場合、板厚Ｔ１は、１〜１５ｍｍの範囲内に設定でき、支持材２２のスパッタ面２ａと直交方向に延びる部分の肉厚Ｔ２や後述する延出部２２ａの肉厚Ｔ３は、２〜２０ｍｍの範囲内に設定できる。支持材２２は、ターゲット材２１の周面から外方に延出される延出部２２ａを有し、この延出部２２ａから所定間隔（例えば、０．５〜５ｍｍ）を存して金属製のシールド５が配置され、スパッタ面２ａ以外がスパッタされないようにしている。シールド５は、接地されていてもフローティングされていてもよく、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。また、ターゲット材２１のスパッタ面２ａと、シールド５の下面とを面一にすることで、シールド５に成膜され難くしている。
ターゲット２の上面（スパッタ面２ａと背向する面）にはバッキングプレート３が接合され、スパッタによる成膜中、ターゲット２を冷却できるようになっている。バッキングプレート３上面の周縁部が、絶縁体Ｉを介して真空チャンバ１の上壁内面に取り付けられている。ターゲット２には高周波電源等の交流電源Ｅからの出力が接続され、成膜時、ターゲット２に交流電力が投入されるようにしている。磁石ユニット４は、ターゲット２のスパッタ面２ａの下方空間に磁場を発生させ、スパッタ時にスパッタ面２ａの下方で電離した電子等を捕捉してターゲット２から飛散したスパッタ粒子を効率よくイオン化する公知の構造を有するものであり、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。この場合、ターゲット２と基板Ｗとの間の間隔は、生産性や散乱回数等を考慮して４５〜１００ｍｍの範囲に設定される。また、真空チャンバ１の側壁には、アルゴン等の希ガスたるスパッタガスを導入するガス管７が接続され、ガス管７にはマスフローコントローラ７１が介設され、図示省略のガス源に連通している。これにより、流量制御されたスパッタガスが、後述する真空排気手段Ｐにより一定の排気速度で真空引きされている真空処理室１ａ内に導入でき、成膜中、真空処理室１ａの圧力（全圧）が略一定に保持されるようにしている。真空チャンバ１の底部には、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排気手段Ｐに通じる排気管８が接続されている。上記スパッタリング装置ＳＭは、特に図示しないが、マイクロコンピュータやシーケンサ等を備えた公知の制御手段を有し、制御手段により電源Ｅの稼働、マスフローコントローラ７１の稼働や真空排気手段Ｐの稼働等を統括管理するようになっている。以下に、絶縁物ターゲット２は酸化マグネシウムターゲットとし、このターゲット２を組み付けたスパッタリング装置ＳＭを用いて基板Ｗ表面に酸化マグネシウム膜を成膜する方法について説明する。
先ず、ターゲット２が組み付けられた真空チャンバ１内のステージ６に基板Ｗをセットした後、真空排気手段Ｐを作動させて真空処理室１ａ内を所定の真空度（例えば、１×１０−５Ｐａ）まで真空引きする。真空処理室１ａ内が所定圧力に達すると、マスフローコントローラ７１を制御してアルゴンガスを所定の流量で導入する（このとき、真空処理室１ａの圧力が０．０１〜３０Ｐａの範囲となる）。これと併せて、スパッタ電源Ｅからターゲット２に負の電位を持つ交流電力を投入して真空チャンバ１内にプラズマを形成する。これにより、ターゲット材２１のスパッタ面２ａをスパッタし、飛散したスパッタ粒子を基板Ｗ表面に付着、堆積させることにより酸化マグネシウム膜が成膜される。
ここで、本実施形態によれば、ターゲット２を同一材料のターゲット材２１と支持材２２とで構成し、支持材２２の延出部２２ａから所定間隔を存してシールド５を配置し、支持材２２を、ターゲット材２１の板厚Ｔ１と同等以上の肉厚Ｔ２，Ｔ３を有するように構成したため、上記従来例の如くターゲット外周部を薄肉化したものとは異なり、絶縁物ターゲット２に交流電力を投入してスパッタ面２ａがスパッタリングされるとき、支持材２２がターゲット材２１のインピーダンスと同等以上のインピーダンスを持つこととなる。これによれば、ターゲット２とシールド５との間での放電の発生を防止でき、つまり、ターゲット２側面にプラズマが回り込むことを防止でき、ターゲット以外の部品がスパッタされることを防止できる。
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。上記実施形態においては、ターゲット材２１と支持材２２とを一体に形成しているが、両材を別個に形成して接合してもよく、この場合、ターゲット２の加工性を向上できる。さらに、図３（ａ）に示すように、ターゲット材２１と支持材２２とを異なる材料で形成してもよい。この場合、支持材２２をターゲット材２１よりも誘電率の低い材料（例えば、石英やガラスエポキシ等）で形成すれば、支持材２２の肉厚Ｔ２，Ｔ３をターゲット材２１の板厚Ｔ１よりも薄く形成することも可能となり、加工性をより一層向上できてよい。しかも、支持材２２がスパッタされないため、コンタミネーションが生じることもない。また、支持材の形状は特に限定されず、図３（ｂ）に示すように、支持材２３の延出部２３ａ以外の部分、即ち、ターゲット材２１に接続される部分をテーパー状に形成してもよい。尚、ターゲット材２１の材質として酸化マグネシウムを例に説明したが、これに限らず、酸化アルミニウム等の他の絶縁物を成膜する膜に応じて適宜選択できる。
次に、上記効果を確認するために、上記スパッタリング装置ＳＭを用いて次の実験を行った。本実験では、基板Ｗとしてφ３００ｍｍのＳｉ基板を用い、酸化マグネシウムターゲット２が組み付けられた真空チャンバ１内のステージ６に基板Ｗをセットした後、基板Ｗ表面に酸化マグネシウム膜をスパッタリング法により成膜した。この場合の条件は以下の通りである。即ち、ターゲット材２１の板厚Ｔ１を３ｍｍ、支持材２２の肉厚Ｔ２を４ｍｍ、肉厚Ｔ３を４ｍｍとし、アルゴンガスの流量を２０ｓｃｃｍ（このときの真空処理室１ａ内の圧力は約０．４Ｐａ）、ターゲット２への投入電力を１３．５６ＭＨｚ、０．５ｋＷに設定した。このような成膜後のパーティクル数を測定した結果を表１に本発明として示す。これによれば、サイズ０．０９μｍ以下のパーティクル数が１０個以下と安定しており、これより、ターゲット２とシールド５との間で放電が起こることを防止でき、ターゲット以外の部品がスパッタされていないことが判った。
それに対して、上記従来例の如くターゲット外周部が薄肉化されたターゲットを用いた点以外は、上記と同様の条件でスパッタして成膜した。この場合も同様にパーティクル数を測定した結果を表１に併せて従来例として示す。これによれば、パーティクル数は１００個以上（２００個〜６００個）と多く、ターゲットとシールドとの間で放電が起こることが確認された。
尚、基板Ｗのサイズは上記φ３００ｍｍに限定されず、例えば、φ１５０ｍｍ〜３００ｍｍの基板を用いることができる。また、ターゲット径も特に限定されず、成膜特性や生産効率を考慮して適宜設定でき、例えば、φ１２０〜４００ｍｍの範囲内で設定できる。
ＳＭ…スパッタリング装置、２…絶縁物ターゲット、２ａ…スパッタ面、２１…ターゲット材、２２…支持材、２２ａ…延出部、５…シールド、Ｔ１…ターゲット材の板厚、Ｔ２，Ｔ３…支持材の肉厚。
Claims (3)
- スパッタリング装置用の絶縁物ターゲットであって、この絶縁物ターゲットのスパッタリング装置への組付時、その周囲にシールドが配置されるものにおいて、
絶縁物ターゲットは、シールドで囲まれる板状のターゲット材と、ターゲット材の一方の面がスパッタリングされるスパッタ面とし、ターゲット材の他方の面の外周縁部に接合され、ターゲット材の周面から外方に延出されると共にシールドから所定間隔を存する延出部を有する環状の支持材とを備え、
支持材は、絶縁物ターゲットに交流電力を投入してスパッタ面がスパッタリングされるとき、ターゲット材のインピーダンスと同等以上のインピーダンスを持つように構成されることを特徴とする絶縁物製スパッタリングターゲット。 - ターゲット材と支持材とが同一材料で形成され、支持材は、ターゲット材の板厚と同等以上の肉厚を有することを特徴とする請求項１記載の絶縁物製スパッタリングターゲット。
- ターゲット材と支持材とが異なる材料で形成されていることを特徴とする請求項１記載の絶縁物製スパッタリングターゲット。
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