JPH04143269A - ターゲット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 ターゲットに関し、 低融点ロー材の溶融による真空雰囲気の汚染をなくして
成膜中の薄膜の品質劣化を抑えることができ、ターゲッ
トの支持板からの剥離を抑えることができ、高品質の金
属薄膜を安定して成膜することができ、しかも冷却効率
を向上させて装置の処理能力を増加させることができる
ターゲットを提供することを目的とし、 被スパンター材となる第１の金属部材と、該第１の金属
部材を支持する支持部となる熱伝導率が該第１の金属部
材よりも大きい第２の金属部材とが直接または該第１の
金属部材よりも高融点のスペーサを介し接合して一体化
され、熱交換媒体が該第２の金属部材内または該第１の
金属部材と接する面とは反対側の該第２の金属部材面側
に設けられ、該第２の金属部材がカソード部分に対して
シール、及び着脱可能、かつ電気的に接続可能に構成さ
れてなるように構成する。

〔産業上の利用分野］ 本発明は、主として半導体・磁気デバイス・光学デバイ
ス分野で使用する非磁性或いは磁性の金属薄膜をスパッ
ター法で堆積する時に使用するスパッターターゲットに
係わり、特に、基板上に高品質の薄膜を要求される分野
で使用するスパンターターゲットに関する。

主として半導体分野や磁気ディスク関係の分野で使用す
る非磁性或いは磁性の金属薄膜は、最近ではスパッター
法で成膜する事が多くなっている。

一方、その薄膜の性質は成膜時の雰囲気に非常に敏感で
あり、スパッター処理室内の酸素や窒素・水等の膜質を
劣化させる残留ガス成分はクライオポンプやターボモレ
キュラーポンプといった高真空ポンプを使用して徹底的
に排除した状態で成膜が行われる。最近は、上記の金属
薄膜の性質に対する要求が一層厳しくなって来ているた
めに、成膜を出来るだけ高速で行う事が必要になってい
る。

ところで、成膜の高速化はスパンターターゲットに投入
する電力（直流・交流）を大きくすれば可能ではあるが
、過大な電力を投入するとターゲットの熱変形や溶融が
始まり安定な成膜を維持できなくなる。そこで、効率的
に冷却して安定な成膜を行うことができる構造のターゲ
ットが要求されている。

〔従来の技術〕

第３図は現在量も普及している従来のターゲットの構造
を説明するための模式断面図である。第３図において、
３１はターゲット本体、３２は水等の冷却媒体となる熱
交換媒体、３３は支持板、３４は低融点ロー材からなる
半田材である。

第３図に示すターゲットはスパッターターゲット本体３
１をターゲット３１本体よりも熱伝導率の大きな金属材
料（銅又は銅合金等）からなるターゲット支持板３３に
低融点ロー材からなる半田材３４を用いて接合したもの
であり、更に支持板３３Ｍ面から支持板３３を冷却し一
定温度にするための熱交換媒体３２と接するように構成
されている。低融点ロー材からなる半田材３４としては
、通常融点が１００〜２００℃程度の材料（インジウム
或いはスズの合金等）を用いている。

また、その他の従来のターゲット、例えば低融点ロー材
からなる半田材を使用しないターゲットとしては、支持
板の代わりに熱交換媒体で冷却した支持枠にスパンター
ターゲットを嵌合挿入し、電力を印加した時にターゲッ
トを熱膨張させてその側面部で支持枠に密着させ冷却を
図るものがある。

次に、第４図は他の低融点ロー材からなる半田材を使用
しない従来例を説明するためのターゲットの模式断面図
である。第４図において、第３図と同一符号は同一また
は相当部分を示し、４１はパツキン、４２は支持枠であ
る。

このターゲットは、ターゲット本体３１を熱交換媒体３
２で直接冷却するところから、一般に直冷式と呼称され
ているものであり、ターゲット本体３１は裏面周縁部が
支持枠４２にパツキン４１（例えばＯリング）を介し気
密に固定されて真空雰囲気を保持しており、裏面から冷
却媒体である熱交換媒体３２の直接の接触により冷却さ
れるものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記した第３図に示す従来のターゲットでは比較的容易
にターゲットを形成できるという利点があるが、過大な
電力を投入すると、低融点ロー材からなる半田材３４が
溶融し始めて真空雰囲気を汚染し、成膜中の薄膜の品質
を劣化させたり、場合によってはターゲット３１が剥離
始めると゛異常放電を起こしてターゲラ）３１が支持板
３３から滑り落ちることがあった。

そして、このような低融点ロー材からなる半田材３４を
使用した従来例では、 ■低融点ロー材からの汚染の不安があるために、ターゲ
ットに投入できる電力は低融点ロー材が溶融しない範囲
に限られていて、膜質の向上が期待できない、 ■低融点ロー材を使用しているために、スパッター装置
の到達真空度を高くできない、 ■ロー材を塗布して接合する工程では、人手により行な
われていて自動化し難く、更にロー材がターゲット全面
にわたって均一に塗布・接合されているかを個々のター
ゲットについて検査しなければならない、 ■ロー材が被スパッター材、或いは支持部を構成する材
料の何れかと密着性が良くない場合には、例えば更に密
着性を改善するための別の層が必要となったりして、被
スパッター材と支持部との自由な組合せができない、 といった種々の不具合が生じていた。

このように、低融点ロー材からなる半田材３４を使用し
た従来例では、ターゲット製作工程や薄膜形成工程での
自由度が小さく、低価格のターゲットで高品質の薄膜を
得る事が困難であった。

一方、上記した低融点ロー材からなる半田材を使用しな
い従来例でターゲットの熱膨張を利用する場合は、ター
ゲットを支持枠から取りはずすのが容易であるという利
点があるが、各々の材料によって熱膨張係数が異なり熱
膨張の仕方が異なるため、ターゲットと支持枠の寸法精
度が極めて厳しく、安定な冷却を行うことがかなり困難
であった。具体的には、ターゲットの寸法精度が厳しく
、例えば異なる組成のターゲットに対しては熱膨張係数
を加味して寸法を適宜変えなければならないことや、タ
ーゲットの膨張収縮でその上の付着物が剥がれ易くなる
こと、ターゲットと支持枠の間の微小な間隙内のガスが
排気し難く、高真空にまで排気するのに時間を要してい
た。

次に、上記した第４図に示す直冷式のターゲットの場合
は、ターゲットの種類によっては熱交換媒体３２（通常
は水）によって腐食され易く、長期の使用中にターゲッ
トの冷却効率が低下したり、或いは、ターゲットの着脱
時に傷付は易く、シール面に傷が付くと熱交換媒体３２
と接する面で気密が困難となっていた。

更に、低融点ロー材からなる半田材を使用しない上記二
つの従来例では、 ■本来は被スパッタ一部分だけが被スパッター材であれ
ばよいのにその支持板の部分までもターゲツト材と同一
の組成や純度の材料で製作するため、貴金属ターゲット
の場合や高純度ターゲットの場合では、ターゲット費用
が余りにも高価となる、 ■タングステン・モリブデンのように複雑な形状に加工
し難い材料もある、 といった不具合があった。

このように、低融点ロー材からなる半田材の無いターゲ
ットを量産で高品質の薄膜を得る目的で使用するのは現
実的ではない。

上記のように、従来例はこのような問題を各々抱えてい
て、高品質の金属薄膜を安定して成膜することが困難で
あった。

そこで、本発明は、低融点ロー材の溶融による真空雰囲
気の汚染をなくして成膜中の薄膜の品質劣化を抑えるこ
とができ、ターゲットの支持板からの剥離を抑えること
ができ、高品質の金属薄膜を安定して成膜することがで
き、しかも冷却効果を向上させて装置の処理能力を増加
させることができるターゲットを提供することを目的と
している。

〔課題を解決するための手段〕

第１図は本発明の原理説明図である。即ち、第１図に示
すように、本発明によるターゲットｌは上記目的達成の
ため、被スパッター材となるターゲット本体１ａ（第１
の金属部材）と、ターゲット本体１ａを支持する支持部
となる熱伝導率がターゲット本体１ａよりも大きい支持
板１ｂ（第２の金属部材）とが第１図（ａ）に示す如（
直接、または第１図（ｂ）に示す如くターゲット本体１
ａよりも融点の高いスペーサ１ｃを介して接合し一体化
され、熱交換媒体２ａ、２ｂが第１図（Ｃ）に示す如く
支持板ｌｂ内（熱交換を速く行うことができ好ましい）
、または第１図（ａ）、（ｂ）に示す如くターゲット本
体１ａと接する面とは反対側の支持板ｌｂ面側に設けら
れ、支持板１ｂがカソード部分に対してシール、及び着
脱可能、がつ電気的に接続されている（第２図）もので
ある。

本発明に係る第１の金属部材には、アルミ又はアルミを
主成分とする合金系の金属、チタン・ジルコニウム・タ
ングステン・モリブデン・金・タンタル・ニオブ・パラ
ジウム・マンガン・銀・亜鉛・ルテニウム・テルル、及
び上記の金属を主成分とする合金、クロム・ニッケル、
及びその合金系の金属やパーマロイ等の磁性を有する金
属、チタン・タングステン・モリブデンのシリコン化合
物の内の少なくとも一つを含有する金属等が挙げられる
。

本発明に係る第２の金属部材には、銅・チタン・鉄・ア
ルミ、又はこれらの内の少なくとも一つを含有する金属
等が挙げられ、この場合熱伝導が良好で機械的強度が大
きく好ましい。

本発明に係る熱交換媒体には、水、エチレングリコール
等の熱容量が大きな液体、Ｈｅガス、Ｎ２ガス等の熱変
換器に接続された気体等が挙げられ、冷却させるだけで
なく一定温度に保つ機能を有するものが好ましい。

〔作用〕

本発明のターゲットでは、第１図に示すように、被スパ
ッター材となるターゲット本体１ａ（第１の金属部材）
ｌａと、ターゲット本体１ａの支持部として機能しかつ
熱交換媒体２ａ、２ｂにより熱交換される支持板１ｂ（
第２の金属部材）とが、低融点のロー材からなる半田材
を介在しないで直接またはターゲット本体１ａよりも高
融点のスペーサＩＣを介して接合しているために、ター
ゲット１の冷却効率が改善される結果、従来の先に述べ
た低融点ロー材を使用したターゲットや直冷式ターゲッ
トでの各々の問題点が解消されて高品質な金属薄膜を安
定に成膜できるようになる。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第２図は本発明の一実施例を説明するためのターゲット
部断面図である。第２図において、第１図と同一符号は
同一または相当部分を示し、３は磁石等を含むカソード
アセンブリ全体の支持枠、３ａはフランジ、４はパツキ
ン（０リング）、５は電磁石、６は水等の熱交換媒体２
ａの流路、６ａは熱交換媒体２ａ入口、６ｂは熱交換媒
体２ａ出口である。

ターゲット１は高純度（５Ｎ）のＡ１−１％Ｓｉ合金か
ら構成される外径２５０＋ｇｎ・最大厚さｌＯｌｏｌｌ
ｌの被スパッター材となるターゲット本体１ａと、その
支持部として機能し、更に、熱交換媒体２ａと接するよ
うに構成されている外径２８０ｍｍ・厚さ１５ｍｍの無
酸素銅からなる支持体１ｂとからなる。

このターゲット１は、取り付けられるカソード部分に対
して、シール、及び着脱可能、かつ電気的に接続可能に
構成されてなっている。ここで、図の上面がスパッター
面であり、その対向位置に処理する基板が配置される（
図示せず）。無酸素銅からなる支持板１ｂはスパッター
材であるＡｆｆｉ−１％Ｓｉ合金からなるターゲット本
体１ａよりも熱伝導率が大きく、かつ機械的強度が大き
く、スパッター面とは反対の面（裏面）に爆着法等の機
械的・熱的方法で直接に接合され一体化されている。ス
パッター時に発生する熱量は無酸素銅からなる支持板１
ｂの裏面から熱交換媒体２ａを介して系外に効率的に除
去される。支持枠３は筐体をなしその開口部にフランジ
３ａを有し、内部に磁石５及びその冷却媒体等が配置さ
れており、ターゲット本体１ａと支持部１ｂを図示の向
きに筐体を気密にすべくパツキン４を介してフランジ３
ａに固定する。

更に、フランジ３ａを図示しないスパッターチャンバー
に固定して、１０−”〜１Ｏ−９ＴｏｒｒＯ高真空にな
るまでスパッターチャンバーをクライオポンプやターボ
モレキュラーポンプといった高真空ポンプ（図示せず）
を使用して排気する。磁石５は、その磁界によりプラズ
マをターゲット１のスパッター面近傍に閉じ込めて、ス
パッター効率を高めるものである（公知のマグネトロン
スパッター法）。

支持枠３の底面には熱交換媒体２ａの人口６ａ及び出口
６ｂに繋がる熱交換媒体２ａの流路６が構成されている
。支持枠３と磁石５の間隔は５〜１０−■である。

このようにすることによって、ターゲット１は低融点ロ
ー材からなる半田材を使用していないため、低融点ロー
材からの汚染やターゲットの剥がれがなくなり、ターゲ
ットに投入できる電力を従来より５０〜６０％増加させ
て１８〜２０に−での成膜を常に確保することができた
。

配線材料として半導体回路で通常使用されているアルミ
合金としては、純アルミ、Ａｆ−１％Ｓｉ、Ａｌ−１％
Ｓ　ｉ　−０，５％Ｃｕ等が挙げられる。

ターゲット１としてＡ／！−１％Ｓｉを使用した時の処
理条件は、スパッター圧力５ｍＴｏｒｒ、アルゴン流量
１０〜１０１００５ｅ、基板温度２５０〜３５０°ｃ１
投入電力１８ＫＷ、処理時間約３０秒で厚さ１μｍのア
ルミ膜を成膜した。この時、スループットは第３図で述
べた従来例と比較して約３０％向上する。しかも、この
高速で成膜したアルミ膜を周知の写真食刻方法でパター
ニングして得られた配線は、真空装置内の残留ガスで膜
中に持ち込まれる量が第３図で述べた従来例と比較して
減少するため、エレクトロマイグレーション耐性（アル
ミ配線を１５０〜２５０℃に保持して一定電流を通電し
続けた時にアルミ配線の抵抗が著しく増加する現象をエ
レクトロマイグレーションという）が約−桁間上する。

更に、この高速で基板温度を３５０〜４５０°Ｃで堆積
した時には成膜中のアルミの流動性が増加するために、
基板表面に形成された段差に対する被覆形状が改善され
、第３図で述べた従来例と比較してアルミ膜は平坦にな
っていることが確認された。

すなわち、本実施例では、従来の低融点ロー材を用いた
場合と比べて、ロー材からの汚染が無いため、高品質の
成膜を維持でき、冷却効率が向上し、必要な膜厚の成膜
が短時間で行えるために、膜中に持ち込まれるガス量が
減少し、膜質を向上させることができる。しかも、冷却
効率が向上し、必要な膜厚の成膜が短時間で行えるため
に、装置の処理能力が増加させることができ、低融点ロ
ー材を用いていないためターゲットを高温に加熱でき、
表面の吸着ガスを簡単に放出できる結果、ターゲット交
換後の立上げ時間を大幅に短縮することが可能となって
、装置の処理能力を増加させることができる。

なお、本発明においては、アルミを主成分とする合金（
アルミ合金）で、２％（重量％）以上のシリコンを少な
くとも含む場合（Ａｆｆｉ−３ｉ、Ａ１−３ｉ−Ｘ）や
１〜１０％のマグネシウム（Ａ１−Ｍｇ、ｌ！−Ｍｇ−
Ｘ）を含むターゲツト材となるターゲット本体の場合の
ように、硬い材料では銅の支持板に対して爆着接合し難
い。特にこのような場合、純アルミ・銀・チタンからな
るスペーサをターゲット本体と支持板間に挿入して爆着
接合する場合であってもよい。この時、スペーサの方が
ターゲツト材となるターゲット本体より融点は高い。接
合工程はターゲツト材の汚染を防ぐために、最初に銅の
支持板とスペーサを爆着により接合した後、ターゲツト
材となるターゲット本体を爆着接合する。また、高純度
のアルミ合金からなるターゲット本体と純度の低い純ア
ルミからなる支持板及びスペーサを爆着接合する場合で
あってもよい。

本発明は、 爆着接合に限定されるものではなく、 例えばホットロール法により接合する場合であってもよ
く、具体的にはアルミ合金ターゲツト材からなるターゲ
ット本体と銅の支持板の間に両者に対して馴染みのよい
材料、例えば純銀・チタン・ニッケルからなるスペーサ
を用いてホットロール接合する。

〔発明の効果〕

本発明によれば、低融点ロー材の溶融による真空雰囲気
の汚染をなくして成膜中の薄膜の品質劣化を抑えること
ができ、ターゲットの支持板からの剥離を抑えることが
でき、高品質の金属薄膜を安定して成膜することができ
、しかも冷却効果を向上させて装置の処理能力を向上さ
せることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理説明図、 第２図は一実施例を説明するためのターゲラ部所面図、 ト 第３図は従来例のターゲット部分の模式断面図、第４図
は他の従来例を説明するためのターゲット部模式断面図
である。 １ａ・・・・・・ターゲット部分（第１の金属部材）ｌ
ｂ・・・・・・支持板（第２の金属部材）、１ｃ・・・
・・・スペーサ、 ２ａ、２ｂ・・・・・・熱交換媒体。 （ｂ） 本発明の原理説明図 第 図 一実施例を説明するためのターゲ７）部断面図第 図 従来例のターゲット部分の模式断面図 第 図 ス１ 他の従来例を説明するためのターゲット部模式断面図第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 被スパッター材となる第１の金属部材（１ａ）と、該第
   １の金属部材（１ａ）を支持する支持部となる熱伝導率
   が該第１の金属部材（１ａ）よりも大きい第２の金属部
   材（１ｂ）とが直接または該第１の金属部材（１ａ）よ
   りも高融点のスペーサ（１ｃ）を介し接合して一体化さ
   れ、 熱交換媒体（２ａ、２ｂ）が該第２の金属部材（１ｂ）
   内または該第１の金属部材（１ａ）と接する面とは反対
   側の該第２の金属部材（１ｂ）面側に設けられ、 該第２の金属部材（１ｂ）がカソード部分に対してシー
   ル、及び着脱可能、かつ電気的に接続可能にされてなる
   ことを特徴とするターゲット。