JP6014818B1 - スパッタリングターゲット - Google Patents

Abstract

【課題】薄膜形成の速度を向上させつつ、ターゲットの有用寿命を延ばすことができ、さらに、ターゲットの着脱作業を容易に行うことができるスパッタリングターゲットを提供することを課題とする。【解決手段】円板状に形成された本体部１１と、前記本体部１１の中心部に設けられて、本体部１１の厚さ方向に貫通する貫通孔１２と、前記本体部１１の上面に形成された環状隆起部１３と、を備えることを特徴とする。このように、環状隆起部１３を設けることで、ターゲット１０の有用寿命を延伸させることができ、さらに、本体部１１に貫通孔１２を設けたことにより、ターゲット１０の製造性と交換作業の容易性を向上させることができる。【選択図】図１

Description

本発明は、半導体等の各種デバイス、光学部品等の製造において薄膜を形成するために用いられるスパッタリング装置に設置されるスパッタリングターゲットに関するものである。

スパッタリング法は、物理気相成長法（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）の一種であり、基板上に薄膜を形成する技術である。このスパッタリング法では、まず不活性ガス原子に電圧等を印可することでイオン化させ、このイオン化させた原子を薄膜の材料となるスパッタリングターゲット（以下ターゲット）の表面に物理的に衝突させる。そして、この衝突によってターゲット表面から弾き出されたスパッタ粒子を基板表面に付着・堆積させることによって薄膜を形成している。

このスパッタリング法においては、スパッタ粒子のエネルギーが大きく付着力が強いことや、成膜材料の制限が無いこと、大面積の均質で均一な薄膜が比較的容易に得られること等の利点があるため、絶縁体、半導体、導電体等の薄膜の形成方法として広く使用されている。

一般に、このスパッタリング法においては、ターゲット表面に入射するイオンの入射角（ターゲット表面の法線と入射イオンの経路がなす角度）を大きくすると、スパッタリング率（入射イオン数と弾き出されたスパッタ粒子数の割合）が高くなることが知られている。しかしながら、従来から用いられている平面状のターゲットにおいては、入射イオンの入射角がほとんど０となってしまうため、スパッタリング率が最も低くなってしまうという問題があった。

このような問題を解決するために、ターゲットの表面に傾斜面を設け、入射イオンの入射角を大きくすることで、スパッタリング率を向上させることが提案されている。例えば、特許文献１には、「表面に高さが１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の複数の傾斜面が形成されていることを特徴とするスパッタリングターゲット」が開示されている。このように、ターゲットの表面に複数の傾斜面を形成することで、スパッタリング率を向上させ、成膜速度を向上させることが可能となっている。

特開２００３−２７２２５号公報

ところで、スパッタリング装置においては、定期的にターゲットの交換を行う必要がある。ターゲットは繰り返し使用しているうちに、ターゲットの構成元素が弾き飛ばされてしまうことによるエロージョン（消耗現象）が起きる。このようなエロージョンが起きたターゲットを継続使用して薄膜を形成すると、膜厚或いは抵抗の一様性に支障を来してしまう危険がある。そのため、ターゲットには有用寿命が設定され、この有用寿命を超える前に定期的にターゲットを交換するということが行われている。

しかしながら、特許文献１のようにスパッタリング率を向上させた場合には、成膜速度を向上させることはできるが、エロージョンの進行も早まってしまうため、ターゲットの有用寿命が短いという問題があった。

また、従来のターゲットの交換方法においては、作業工程が複雑であったため、作業時間が増大し、さらには、作業者のミスを誘発しやすいという問題があった。
すなわち、従来の交換作業においては、ターゲットを固定しているボルト等を取り外す工程、ターゲットを交換する工程、再度ボルトを取付ける工程が必要であり、スパッタリング装置によっては、数時間〜十数時間にも及ぶ交換作業が行われていた。

また、従来のターゲットの製造工程においては、薄膜材料となる材料部を、インジウム等のボンディング材によって、バッキングプレートに貼り付ける（ボンディング）工程が必要であった。これは、材料部にネジ穴等を設けることができず、スパッタ装置に取り付けることができなかったためである。

本発明は、かかる実情に鑑み、薄膜形成の速度を向上させつつ、ターゲットの有用寿命を延ばすことができるスパッタリングターゲットを提供することを課題とする。
また、本発明は、ターゲットの交換作業と製造工程とを容易にすることができるスパッタリングターゲットを提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明に係るスパッタリングターゲットは、円板状に形成された本体部と、前記本体部の中心部に設けられて、本体部の厚さ方向に貫通する貫通孔と、前記本体部の上面に形成された環状隆起部と、を備えることを特徴とする。

このように、本体部の上面には環状隆起部が備えられていることにより、隆起させた分の薄膜材料を設けることができ、ターゲットの有用寿命を延伸させることができる。
また、本体部の中心部に貫通孔が設けられていることにより、ターゲットの交換作業と製造工程とを容易にすることができる。

本発明の好ましい形態は、前記環状隆起部の上面には、平坦面が形成され、前記環状隆起部の側面には、前記平坦面から前記貫通孔へ向かって下り勾配の内側テーパー面と、前記平坦面から前記本体部の外縁部に向かって下り勾配の外側テーパー面と、が形成されていることを特徴とする。
このように、環状隆起部は、表面にテーパー面が形成されていることにより、成膜速度の向上を図ることができる。

本発明の好ましい形態では、前記環状隆起部は、１つの隆起によって形成されており、高さが１０ｍｍ以上あることを特徴とする。
このように、高さが１０ｍｍ以上の隆起を１つ形成することにより、有効に成膜速度を向上させつつ有用寿命を延伸させることができる。

本発明の好ましい形態では、前記本体部と前記環状隆起部とが同一材料によって一体に形成されていることを特徴とする。
このように、前記本体部と前記環状隆起部とを同一材料で一体に形成することにより、本体部と環状隆起部とを接着する工程を無くすことができ、ターゲットの製造を容易に行うことができる。

本発明の好ましい形態では、前記貫通孔に挿通されて、前記本体部の位置を固定する固定部材をさらに備えていることを特徴とする。
このように、固定部材をさらに有することにより、ターゲットの交換作業の容易性をさらに向上させることができる。

本発明によれば、スパッタリングターゲットを装着する真空容器を備えたスパッタリング装置であって、前記真空容器の内面に前記スパッタリングターゲットの本体部が嵌り込む凹部が設けられていることを特徴とする。
このように、スパッタリング装置の真空容器の内面にターゲットの本体部が嵌り込む凹部が設けられていることにより、作業者がターゲットの正しい取付位置を容易に把握することができ、ターゲットの固定性を向上させることができる。

本発明によれば、薄膜形成の速度を向上させつつ、ターゲットの有用寿命を延ばすことができるスパッタリングターゲットを提供することができる。
また、本発明は、ターゲットの交換作業と製造工程とを容易にすることができるスパッタリングターゲットを提供することができる。

本発明の一実施形態に係るスパッタリングターゲットの斜視図である。 本発明の一実施形態に係るスパッタリングターゲットの要部断面斜視図である。 本発明の一実施形態に係るスパッタリングターゲットを取付ける真空容器の正面図である。 本発明の一実施形態に係るスパッタリングターゲットの着脱作業を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係るスパッタリングターゲットの着脱作業を示す斜視図である。

以下、本発明を図面に示した好ましい一実施形態に基づいて詳細に説明する。
図１には、本発明に係るスパッタリングターゲット１０（以下ターゲット１０）と、このターゲット１０を取付け位置に固定する固定部材２０と、ターゲット１０を交換する際に用いる取外し部材３０と、が示されている。

図２は、ターゲット１０の要部断面斜視図を示している。このターゲット１０は、円盤状に形成された本体部１１と、本体部１１の中心部に設けられて本体部１１の厚さ方向に貫通する貫通孔１２と、本体部１１の上面に形成された環状隆起部１３と、を備えている。

本体部１１は、１０〜２０ｍｍの厚さと、１５０〜２００ｍｍの直径を有した円盤状に形成されている。貫通孔１２は、本体部１１の中心部に３０〜４５ｍｍの直径を有する円形状に形成され、この貫通孔１２の円周には、貫通孔１２の直径よりも大径に形成された段部１１ａが設けられている。この段部１１ａは４５〜６０ｍｍの直径と、１〜１０ｍｍの深さを有している。

環状隆起部１３は、１５０〜２００ｍｍの直径を有したリング状に形成されており、上面には平坦面１３ａが、側面には内側テーパー面１３ｂと、外側テーパー面１３ｃとがそれぞれ形成されている。この環状隆起部１３の隆起高さＨは、１０ｍｍ以上の高さを有しており、図１〜図５においては１５〜２５ｍｍの範囲で形成されたターゲット１０が示されている。しかしながら、隆起高さＨを１０ｍｍ以下（例えば５ｍｍ）に形成する場合であっても、成膜速度向上等の効果は当然に期待できる。

平坦面１３ａは、環状隆起部１３の上面に形成され１５〜２５ｍｍの幅を有し、内側テーパー面１１ｂ及び外側テーパー面１１ｃは２５〜３５ｍｍの幅を有している。そのため、環状隆起部１３の表面は、２／３以上の面積がテーパー面によって形成されている。

また、内側テーパー面１３ｂは、平坦面１３ａから貫通孔１２へ向かって下り勾配を有し、外側テーパー面１３ｃは、平坦面１３ａから本体部１１の外縁部に向かって下り勾配を有している。この内側テーパー面１１ｂ及び外側テーパー面１１ｃの勾配の傾斜角度は、水平面に対して３０〜６０度であり、図１〜図５においては４０〜５０度の範囲で形成されたターゲット１０が示されている。

この本体部１１と環状隆起部１３とは、別々の材料によって形成しても良いが、好ましくは同一の材料によって形成される。この材料としては、薄膜材料として一般的に用いられている、アルミニウム、銅、チタン、タンタル、クロム、インジウム、ステンレス等が例示することができる。この他にも、一般にターゲット材料として用いられている材料は当然に用いることができる。
また、従来のスパッタ装置に適応する場合には、本体部１１の下面にボンディング材を設けてバッキングプレートに貼り付けるようにしてもよい。

固定部材２０には、図１に示すように、円柱部２１と、フランジ部２２と、ネジ穴２３と、が設けられている。円柱部２１は、３０〜４５ｍｍの直径と、１０〜２０ｍｍの厚みとを有し、これは貫通孔１２の直径と厚みに対応した形状に形成されている。
また、フランジ部２２は、４５〜６０ｍｍの直径と、１〜１０ｍｍの厚みとを有し、これは本体部１１の段部１１ａの直径と深さに対応した形状に形成されている。

このように、フランジ部２２は、貫通孔１２より大径に設けられていることにより、固定部材２０をターゲット１０に取り付けた際に、ターゲット１０の下方向に抜けてしまうことがない。さらに、フランジ部２２と段部１１ａの形状を対応させていることにより、固定部材２０をターゲット１０に取り付けた際に、段部１１ａ及び貫通孔１２を表面に露呈させることがない。

この固定部材２０は、磁性体によって形成されていることが好ましく、例えば、鉄、コバルト、ニッケル等の強磁性体が好ましく用いられる。このような強磁性体によって形成されていることにより、固定部材２０は磁力によってターゲット１０の取付位置に吸着される。この際、固定部材２０の円柱部２２が貫通孔１２に挿通され、フランジ部２１が段部１１ａに嵌合させられることで、ターゲット１０を取付位置に圧着して固定させることができる。また、この固定部材２０は、表面が錆びないようメッキ処理を施してあることが好ましい。

取外し部材３０は、フック状の鉤部３１と、固定部材２０のネジ穴２３に螺合されるネジ山３２と、を備えている。この取外し部材３０の材料としては、アルミ、ステンレス、チタン等の非磁性体が好ましく用いられる。このように、非磁性体で形成することにより、磁力の影響を受けずに、容易に固定部材２０に取り付けることができる。
この取外し部材３０は、固定部材２０に取り付けることで、鉤部３１を固定部材２０から突出させて、容易に固定部材２０を取り外すことができる。

次に、取り外し部材３０を用いた、固定部材２０及びターゲット１０の取外し作業について図３〜図５を参照して詳細に説明する。

図３は、ターゲット１０が取り付けられるスパッタリング装置の真空容器Ｃ内を示している。この真空容器Ｃ内の底面には、薄膜形成される基板が貼り付けられる回転テーブルＳが設けられ、天面にはターゲット１０の本体部１１が嵌り込む凹部Ｃ１が２つ設けられている。この図３においては、天面の右側の凹部Ｃ１にはターゲット１０を取付けた様子が、左側の凹部Ｃ１にはターゲット１０を取外した様子が、それぞれ示されている。

凹部Ｃ１は、本体部１１の直径と厚さに対応した形状に形成されており、１５０〜２００ｍｍの直径と、１０〜２０ｍｍの深さを有している。この凹部Ｃ１は、作業者Ｗがターゲット１０の取付位置を容易に分かるようにして、ターゲット１０が水平方向に移動してしまうことを抑制することができる。

図４及び図５は、実際にターゲット１０を取り外す工程を示している。まず、図４に示すように、固定部材２０に取外し部材３０を取り付け、この取外し部材３０の鉤部３２にＬ字型治具Ｌを引っ掛ける。次に、図５に示すように、作業者ＷがＬ字型治具Ｌを下に押し下げることによって、てこの第二原理により固定部材２０が容易に押し下げられて、固定部材２０を取り外すことができる。

本発明によれば、本体部１１の上面には１０ｍｍ以上の高さを有する環状隆起部１３を備えることにより、従来のターゲットに比して、ターゲット１０のスパッタリング材料を増量させて、有用寿命を延伸させることができる。そのため、ターゲットの交換周期を遅らせて、交換回数を低減させることができる。

また、本発明によれば、環状隆起部１３には、テーパー面１１ｂ、１１ｃが設けられていることにより、スパッタリング率を向上させると共に、スパッタ粒子を放射状に放出することが可能である。そのため、スパッタ粒子の到達範囲を大面積にすることができ、成膜速度を向上させることができる。

また、本発明によれば、ターゲット１０の本体部１１に貫通孔１２を設けることで、固定部材２０を挿通させて、真空容器Ｃ内に取り付けることができる。このように、本体部１１に貫通孔１２を設けたことにより、バッキングプレートにボンディングする必要がなく、ターゲット１０の製造工程を容易にすることができる。さらに、従来法のように、ボルト等の手間のかかる方法を用いる必要がなく、固定部材２０を挿通させるだけで容易にターゲット１０を取り付けることができるため、交換作業時間を短縮することができる。

また、本発明によれば、取外し部材３０を固定部材２０に取り付け、Ｌ字型治具Ｌを用いることで、固定部材２０を容易に取り外すことができる。そのため、ターゲット１０の取り外し作業時においても、ボルト等の手間のかかる方法を用いる必要がなく、容易にターゲット１０を取り外すことができ、交換作業時間を短縮することができる。

また、本発明によれば、本体部１１と環状隆起部１３とを同一の材料で形成することにより、本体部１１と環状隆起部１３とを接着する工程を無くすことができ、ターゲット１０の製造を容易に行うことができる。

また、本発明によれば、スパッタリング装置の真空装置Ｃ内に本体部１１が嵌り込む凹部Ｃ１を備えていることによって、ターゲット１０の取付位置を容易に把握することができ、さらに、ターゲット１０が移動してしまうのを抑制して固定することができる。

このように、本発明では、上記のようにターゲット１０の交換作業を容易にして、作業時間を短縮することで、真空容器Ｃ内に不純物が混入してしまうことを抑制することができる。スパッタリング法においては、真空容器Ｃ内に不純物が残留したまま薄膜形成を行うと、薄膜中に意図しない不純物が混入してしまい、薄膜の性能を劣化させる原因となる。そのため、ターゲット１０の交換作業を容易にし、作業時間を短縮させることで、予期せぬミスで真空容器Ｃ内を汚染してしまったり、長時間大気に曝露されて、不純物が真空容器Ｃ内に混入することを防ぐことができる。

なお、以上の実施形態では、環状隆起部１３を、平坦面１３ａとテーパー面１３ｂ，１３ｃとで形成する例を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、断面が半円状となるように環状隆起部１３を形成しても良い。また、各部材の形状や大きさ、真空容器Ｃ内の凹部Ｃ１の数や配置などは、スパッタリング装置の構造や目的の用途に応じて適宜変更しても良い。

１０ ターゲット
１１ 本体部
１１ａ 段部
１２ 貫通孔
１３ 環状隆起部
１３ａ 平坦部
１３ｂ 内側テーパー部
１３ｃ 外側テーパー部
２０ 固定部材
２１ 円柱部
２２ フランジ部
２３ ネジ穴
３０ 取外し部材
３１ 鉤部
３２ ネジ山
Ｈ 隆起高さ
Ｃ 真空容器
Ｃ１ 凹部
Ｌ Ｌ字型治具
Ｗ 作業者

Claims (6)

1. 円板状に形成された本体部と、
   前記本体部の中心部に設けられて、本体部の厚さ方向に貫通する貫通孔と、
   前記本体部の上面に形成された環状隆起部と、
   前記貫通孔に挿通して前記本体部の位置を固定する固定部材と、を備え、
   前記固定部材は、磁性体により形成されていることを特徴とする、スパッタリングターゲット。
2. 前記固定部材は、前記貫通孔に挿入される円柱部と、
   前記貫通孔より大径に形成されたフランジ部と、を有していることを特徴とする、請求項１に記載のスパッタリングターゲット。
3. 前記固定部材に着脱可能に接続して前記固定部材を取外すための取り外し部材をさらに備え、
   前記フランジ部の中心部には、ネジ穴が設けられ、
   前記取外し部材の一端には、前記ネジ穴と接続するネジ山が設けられ、
   前記取外し部材の他端には、鉤部が設けられていることを特徴とする、請求項２に記載のスパッタリングターゲット。
4. 前記環状隆起部の上面には、平坦面が形成され、前記環状隆起部の側面には、前記平坦面から前記貫通孔へ向かって下り勾配の内側テーパー面と、前記平坦面から前記本体部の外縁部に向かって下り勾配の外側テーパー面と、が形成されていることを特徴とする、請求項１〜３の何れかに記載のスパッタリングターゲット。
5. 前記本体部と前記環状隆起部が同一材料によって一体に形成されていることを特徴とする、請求項１〜４の何れかに記載のスパッタリングターゲット。
6. 請求項１〜５の何れかに記載のスパッタリングターゲットを装着する真空容器を備えたスパッタリング装置であって、前記真空容器の内面に前記スパッタリングターゲットの本体部が嵌り込む凹部が設けられていることを特徴とする、スパッタリング装置。