JP6335386B2 - カソードアッセンブリ - Google Patents
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Description
本発明は、スパッタリング装置用のカソードアッセンブリに関し、より詳しくは、絶縁物製のターゲットと、このターゲットの一方の面に接合されるバッキングプレートと、バッキングプレートのターゲット側を下として、ターゲットの外周端より外方に延出したバッキングプレートの下側の延出部分に対向配置される環状のシールド板とを備えるものに関する。
例えば、ＮＡＮＤ型フラッシュメモリやＭＲＡＭ（磁気抵抗メモリ）の製造工程においては、酸化アルミニウム膜や酸化マグネシウム膜等の絶縁膜を成膜する工程が実施され、絶縁膜を量産性よく成膜するためにスパッタリング装置が用いられている。このようなスパッタリング装置では、真空引き可能な真空チャンバ内に、成膜しようとする薄膜の組成に応じて適宜選択されるターゲットと、このターゲットをスパッタリングによる成膜時に冷却するためのバッキングプレートと、ターゲットの外周端より外方に延出したバッキングプレートの下側の延出部分に対向配置される環状のシールド板とを備えるカソードアッセンブリが組み付けられる。
このようなカソードアッセンブリは例えば特許文献１で知られている。このものでは、バッキングプレートが、熱伝導の良い銅などの金属で形成され、ターゲットの外周端より外方に延出した延出部分を有し、この延出部分がスパッタリング装置の所定位置に固定される。また、バッキングプレートをスパッタリング装置に組み付けた後、放電の安定化等のため、一般に、環状のシールド板が延出部分に対向させて配置される。
ところで、従来例のように、カソードアッセンブリをスパッタリング装置に組み付けた状態では、ターゲットとシールド板との間に隙間があり、成膜時に真空チャンバ内にプラズマを発生させると、プラズマ中の電子が隙間を通って延出部分に帯電することがある。延出部分に電子が帯電すると、ターゲットが絶縁物であるため、このターゲットの側面と延出部分との電位差で異常放電が発生する。
プラズマ中の電子が延出部分に帯電しないように、ターゲットの外周部をシールド板で覆うことが、例えば特許文献２で提案されている。しかし、ターゲットのプラズマ側（基板側）にシールド板が配置されるため、ターゲット外周部とシールド板との間にスパッタ粒子が回り込んで再付着することにより所謂リデポ膜が形成される。このリデポ膜は付着力が弱いため、ターゲットから容易に剥離してパーティクルが発生するという問題がある。
本発明は、以上の点に鑑み、バッキングプレートの延出部分とターゲット側面との間での異常放電の発生を抑制しつつ、パーティクルの発生を抑制できるカソードアッセンブリ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、絶縁物製のターゲットと、このターゲットの一方の面に接合されるバッキングプレートと、バッキングプレートのターゲット側を下として、ターゲットの外周端より外方に延出したバッキングプレートの下側の延出部分に対向配置される環状のシールド板とを備える本発明のスパッタリング装置用のカソードアッセンブリは、バッキングプレートが延出部分に対して凸設された接合部を有し、この接合部にターゲットを接合した状態で接合部から外方に張り出したターゲットの張出部分と、バッキングプレートの延出部分との間の隙間に、シールド板の内周縁部を位置させることを特徴とする。
本発明によれば、ターゲットの張出部分とバッキングプレートの延出部分との間の隙間にシールド板の内周縁部を位置させる構成を採用したため、ターゲットと基板との間にプラズマを発生させたときに、ターゲットとシールド板との間にプラズマから延出部分を臨むことができる隙間が存せず、プラズマ中の電子がバッキングプレートの延出部分に帯電して異常放電を誘発することを抑制できる。しかも、ターゲット上側にシールド板が配置されるため、ターゲット下側にシールド板が配置される従来例のものと比べて、ターゲットとシールド板との間の隙間にスパッタ粒子が回り込み難くなり、シールド板へのリデポ膜の成膜を抑制でき、パーティクルの発生を抑制することができる。
本発明において、前記シールド板が複数の部分に分割可能であることが好ましい。これによれば、上記バッキングプレートの接合部にターゲットを接合した状態で、シールド板を脱着することができる。
本発明において、前記ターゲットの張出部分とシールド板が重複して相対する部分の長さは、前記ターゲットの厚さ以上であることが好ましく、また、前記シールド板の内周縁部は、前記隙間において前記ターゲットの張出部分の中間点よりも前記接合部側に位置することが好ましい。これによれば、ターゲットとシールド板との間の隙間にスパッタ粒子が回り込み難くなる。
また、本発明において、前記シールド板と前記バッキングプレートとの間の隙間の長さ及び前記シールド板と前記ターゲットとの間の隙間の長さが、０．５ｍｍ〜２ｍｍの範囲に夫々設定されることが好ましい。これによれば、放電の安定化を図ることができる。
以下、図面を参照して、スパッタリング装置に組み付けられるものを例に、本発明の実施形態のカソードアッセンブリについて説明する。以下においては、図１を基準とし、真空チャンバ１の天井部側を「上」、その底部側を「下」として説明する。
図１に示すように、スパッタリング装置ＳＭは、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の底部には、排気管を介して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ポンプＰが接続され、所定圧力（例えば１×１０−５Ｐａ）まで真空引きできるようにしている。真空チャンバ１の側壁には、図示省略のガス源に連通し、マスフローコントローラ１１が介設されたガス管１２が接続され、Ａｒなどの希ガスからなるスパッタガスを処理室１ａ内に所定流量で導入できるようになっている。
真空チャンバ１の天井部には、カソードユニットＣが設けられている。カソードユニットＣは、成膜しようとする薄膜の組成に応じて適宜選択されるＡｌ２Ｏ３等の絶縁物製のターゲット２と、ターゲット２の一方の面（本実施形態では上面）に接合されるバッキングプレート３と、ターゲット２の外周端より外方に且つ水平に延出したバッキングプレート３の下側の延出部分３１に対向配置される環状且つアース電位のシールド板４とを備える。
バッキングプレート３は、熱伝導の良いＣｕ等の金属製であり、上記延出部分３１に対して下方に凸設された接合部３２を有する。この接合部３２の下面には、インジウムやスズ等のボンディング材を介して上記ターゲット２が接合される。バッキングプレート３には、図示省略の冷媒用通路が形成され、この冷媒用通路に冷媒（例えば、冷却水）を流すことで、スパッタリング時にターゲット２を冷却出来るようになっている。ターゲット２には、スパッタ電源Ｅとしての公知の構造を有する高周波電源からの出力が接続され、スパッタリング時、交流電力が投入される。
バッキングプレート３の上方には磁石ユニット５が配置されている。磁石ユニット５としては、ターゲット２の下面（スパッタ面）の下方空間に磁場を発生させ、スパッタリング時にスパッタ面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。
バッキングプレート３の延出部分３１は、絶縁部材Ｉを介して真空チャンバ１上壁に取り付けられる。そして、シールド板４の外周縁部に設けられたフランジ部４２が、図示省略のビス等により真空チャンバ１上壁に固定されている。このとき、図２に示すように、シールド板４を複数（本実施形態では２個）の部分４ａ，４ｂに分割可能に構成すれば、バッキングプレート３の接合部３２にターゲット２が接合された状態で、シールド板４（４ａ，４ｂ）を脱着することができる。
このようにカソードユニットＣを真空チャンバ１に組み付けると、図３も参照して、接合部３２にターゲット２を接合した状態で接合部３２から外方に張り出したターゲット２の張出部分２１と、バッキングプレート３の延出部分３１との間の隙間Ｓに、シールド板４の内周縁部４１を位置させることができる。放電の安定化等を考慮すると、シールド板４とバッキングプレート３との間の隙間の長さｄ１と、シールド板４とターゲット２との間の隙間の長さｄ２とは、例えば０．５〜２ｍｍの範囲に夫々設定することが好ましい。また、ターゲット２とシールド板４との間の隙間にスパッタ粒子が回り込み難くなるように、ターゲット２の延出部分２１とシールド板４が重複して相対する部分の長さｌは、ターゲット２の厚み（例えば、５ｍｍ）以上であることが好ましく、また、シールド板４の内周縁部４１は、張出部分２１と延出部分３１との間の隙間において、補助線ＡＬで示す張出部分２１の中間点よりも接合部３２側に位置することが好ましい。
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。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、制御手段によりスパッタ電源Ｅの稼働、マスフローコントローラ１１の稼働や真空ポンプＰの稼働等を統括管理するようになっている。以下、上記カソードアッセンブリＣが組み付けられたスパッタリング装置ＳＭを用いて、基板Ｗ表面に酸化アルミニウム膜を成膜する方法について説明する。
先ず、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、真空ポンプＰを作動させて処理室１ａ内を所定の真空度（例えば、１×１０−５Ｐａ）まで真空引きする。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１１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、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Ａｌ２Ｏ３製のターゲット２に交流電力（例えば、１３．５６ＭＨｚ、２０００Ｗ）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２のスパッタ面２ａがスパッタされ、飛散したスパッタ粒子が基板Ｗ表面に付着、堆積することにより酸化アルミニウム膜が成膜される。
本実施形態によれば、ターゲット２の張出部分２１とバッキングプレート３の延出部分３１との間にシールド板４の内周縁部４１を位置させたため、ターゲット２とシールド板４との間にプラズマから延出部分３１を臨むことができる隙間が存しない。このため、プラズマ中の電子が延出部分３１に帯電して異常放電を誘発することを抑制できる。しかも、ターゲット２の上側にシールド板４が配置されるため、ターゲット２の下側にシールド板４が配置される従来例と比べて、ターゲット２とシールド板４との間の隙間にスパッタ粒子が回り込み難くなり、即ち、当該隙間に面するシールド板４にリデポ膜が成膜され難くなり、その結果、パーティクルの発生を抑制することができる。
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。ターゲット２の材質として酸化アルミニウムを例に説明したが、これに限らず、ＳｉＣ，ＳｉＮ，ＭｇＯのような他の絶縁物を適宜選択できる。また、シールド板４の形状は上記実施形態で説明したものに限定されず、ターゲット２の張出部分２１とバッキングプレート３の延出部分３１との間の隙間に内周縁部を位置させることができるものであればよ
い。
い。
次に、上記効果を確認するために、上記カソードアッセンブリＣを組み付けた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φ２００ｍｍのＳｉ基板を用い、カソードアッセンブリＣとしてφ１６５ｍｍの酸化アルミニウム製のターゲット２と銅製のバッキングプレート３とＳＵＳ製のシールド板４とを備えるものとし、このカソードアッセンブリＣを真空チャンバ１の上壁内面に組み付けた。この真空チャンバ１内のステージ６に基板Ｗをセットした後、基板Ｗ表面に酸化アルミニウム膜をスパッタリング法により成膜した。ここで、以下の成膜条件を用いて、複数枚の基板Ｗに対して連続処理（連続放電）を実施した。即ち、成膜条件は、アルゴンガス流量：５０ｓｃｃｍ（処理室１ａ内の圧力：０．１Ｐａ）、ターゲット２への投入電力：１３．５６ＭＨｚ、５００Ｗとした。この成膜条件での成膜中、Ｖｄｃ（延出部分３１とターゲット２との間の電位差に相当）を測定したところ、Ｖｄｃは発生していないことが確認された。４ｋＷｈ後のカソードアッセンブリＣを確認したところ、バッキングプレート３に異常放電の痕跡（一様な黒点）が見られず、これより、プラズマ中の電子が延出部分３１に帯電することを防止できることが判った。また、シールド板４の表面及び裏面を観察した結果、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、特に、シールド板４のターゲット２で覆われている部分へのリデポ膜の成膜は殆どなく、パーティクルの発生を抑制できることが判った。
ＳＭ…スパッタリング装置、Ｃ…カソードアッセンブリ、２…絶縁物製のターゲット、２１…ターゲットの張出部分、３…バッキングプレート、３１…延出部分、３２…接合部、４（４ａ，４ｂ）…シールド板、４１…内周縁部、ｌ…張出部分２１とシールド板４が重複して相対する部分の長さ。
Claims (5)
- 絶縁物製のターゲットと、このターゲットの一方の面に接合されるバッキングプレートと、バッキングプレートのターゲット側を下として、ターゲットの外周端より外方に延出したバッキングプレートの下側の延出部分に対向配置される環状のシールド板とを備えるスパッタリング装置用のカソードアッセンブリにおいて、
バッキングプレートは延出部分に対して凸設された接合部を有し、この接合部にターゲットを接合した状態で接合部から外方に張り出したターゲットの張出部分と、バッキングプレートの延出部分との間の隙間に、シールド板の内周縁部を位置させ、
前記シールド板と前記バッキングプレートとの間の隙間の長さ及び前記シールド板と前記ターゲットとの間の隙間の長さが、０．５ｍｍ〜２ｍｍの範囲に夫々設定されることを特徴とするカソードアッセンブリ。 - 絶縁物製のターゲットと、このターゲットの一方の面に接合されるバッキングプレートと、バッキングプレートのターゲット側を下として、ターゲットの外周端より外方に延出したバッキングプレートの下側の延出部分に対向配置される環状のシールド板とを備えるスパッタリング装置用のカソードアッセンブリにおいて、
バッキングプレートは延出部分に対して凸設された接合部を有し、この接合部にターゲットを接合した状態で接合部から外方に張り出したターゲットの張出部分と、バッキングプレートの延出部分との間の隙間に、シールド板の内周縁部を位置させ、前記シールド板が複数の部分に分割可能であることを特徴とするカソードアッセンブリ。 - 前記ターゲットの張出部分とシールド板が重複して相対する部分の長さは、前記ターゲットの厚さ以上であることを特徴とする請求項１又は２記載のカソードアッセンブリ。
- 前記シールド板の内周縁部は、前記隙間において前記ターゲットの張出部分の中間点よりも前記接合部側に位置することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載のカソードアッセンブリ。
- 前記シールド板と前記バッキングプレートとの間の隙間の長さ及び前記シールド板と前記ターゲットとの間の隙間の長さが、０．５ｍｍ〜２ｍｍの範囲に夫々設定されることを特徴とする請求項２記載のカソードアッセンブリ。
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