JPWO2016021101A1 - ターゲットアッセンブリ - Google Patents

Abstract

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、ターゲットとバッキングプレートとを接合するボンディング材の外部への滲み出しを確実に防止できるようにしたターゲットアッセンブリを提供する。バッキングプレート２２がターゲット２１の外周端より外方に延出した延出部分２２ａを有し、ターゲットアッセンブリ２をスパッタリング装置ＳＭに組み付けた状態でターゲットを囲うようにして環状のシールド板４が延出部分に対向配置され、ターゲットが接合されるバッキングプレートの部分を接合部分２２ｂとし、この接合部分が延出部分に対して凸設され、延出部分から接合部分の側面に亘る外表面を粗面化し、延出部分からターゲットの側面まで跨るように絶縁物膜２３を形成した。

Description

本発明は、スパッタリング装置に組み付けられるターゲット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ボンディング材を介して接合されるバッキングプレート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を一体化したターゲットアッセンブリが着脱自在に組み付けられる。

このようなターゲット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する。そして、この延出部分を利用してターゲットアッセンブリがスパッタリング装置の所定位置に固定できるようにしている。また、ターゲットアッセンブリ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配置される。

ところで、ターゲットアッセンブリとシールド板と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る。そして、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上記隙間を通って金属である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し、これに起因してボンディング材が外部に滲み出る場合がある。このような状態で成膜すると、基板表面に成膜した絶縁膜中に金属が混入する所謂コンタミネーションが生じ、これでは良好な成膜が阻害される。そこで、ボンディング材が存するターゲットとバッキングプレートとの接合面が露出しないように、ターゲット側面から延出部分にまで跨るように絶縁物膜で形成しておくことが考えられる。然し、絶縁物製のターゲットは焼結により製造されることでその外表面が滑らかであるため、例えば溶射等により絶縁物膜を形成しても、その付着力が極めて弱く、簡単に剥離してしまうという問題がある。

特開２０１０−２５５０５２号公報

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、ターゲットとバッキングプレートとを接合するボンディング材の外部への滲み出しを確実に防止できるようにしたターゲット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、絶縁物のターゲットとこのターゲットの一方の面にボンディング材を介して接合されるバッキングプレートとを備える本発明のターゲットアッセンブリは、バッキングプレートが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、ターゲット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ターゲットを囲うようにして環状のシールド板が延出部分に対向配置され、ターゲットが接合されるバッキングプレートの部分を接合部分とし、この接合部分が延出部分に対して凸設され、延出部分から接合部分の側面に亘る外表面を粗面化し、延出部分からターゲットの側面まで跨るように絶縁物膜を形成したことを特徴とする。

本発明によれば、ターゲットとシールド板との間に隙間があったとしても、ターゲットと基板との間に発生させたプラズマが臨むバッキングプレートの延出部分を含め延出部分からターゲットの側面まで絶縁物膜で覆っているため、プラズマ中の電子が上記隙間を通って延出部分に帯電しても異常放電を誘発することはない。しかも、バッキングプレートにターゲットの厚み方向に向かう接合部分を設け、粗面化した接合部分の表面から連続させてターゲットの側面まで絶縁物膜が形成される構成を採用したため、上記従来例のものより絶縁物膜が剥離し難い構造となる。その結果、ボンディング材が存するターゲットとバッキングプレートとの接合面は絶縁物膜に覆われて露出せず、ボンディング材の外部への滲み出しを確実に防止できる。

本発明において、前記絶縁物膜は溶射法により形成されることが好ましい。これによれば、上記バッキングプレートの接合部分の側面を粗面化したことと相俟って、ターゲット側面からの絶縁物膜の剥離を防止することができる。

本発明において、前記接合部分の前記ターゲットとの接合面の周縁部及び前記ターゲットの前記接合部分との接合面の周縁部が夫々面取りされ、これら面取りされた接合部分とターゲットとで画成される凹部に前記絶縁物膜を形成することが好ましい。これによれば、ターゲットとバッキングプレートとの接合面を覆う絶縁物膜の膜厚をその周辺よりも厚くすることができ、絶縁物膜をより一層剥離し難くすることができると共に、ボンディング材の外部への滲み出しをより確実に防止できる。

本発明において、前記接合部分は前記ターゲットの外形より小さい外形を持ち、前記ターゲットの側面を覆う絶縁物膜の膜厚よりも前記接合部分の側面を覆う絶縁物膜の膜厚を厚くすることが好ましい。これによれば、絶縁物膜の絶縁性が高められて異常放電をより確実に防止できると共に、接合部分側面での絶縁物膜の密着性が高められて絶縁物膜の剥離を確実に防止することができる。

本発明の実施形態のターゲットアッセンブリを組み付けたスパッタリング装置を示す模式的断面図。 ターゲットアッセンブリの要部を拡大して示す断面図。 ターゲットアッセンブリの変形例の要部を拡大して示す断面図。 ターゲットアッセンブリの変形例の要部を拡大して示す断面図。 （ａ）及び（ｂ）は、本発明の効果を確認する実験結果を示す写真。

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ターゲット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、ターゲットアッセンブリ２と磁石ユニット３とで構成されている。図２も参照して、ターゲットアッセンブリ２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絶縁物製のターゲット２１と、このターゲット２１をスパッタリングによる成膜時に冷却するための金属製のバッキングプレート２２とを一体化したものであり、ターゲット２１とバッキングプレート２２とはインジウムやスズ等のボンディング材Ｂを介して接合されている。ターゲット２１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。磁石ユニット３は、ターゲット２１のスパッタ面２１ａ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２１ａの下方で電離した電子等を捕捉してターゲット２１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る。

バッキングプレート２２は、ターゲット２１の外周端より外方に且つ水平に延出した延出部分２２ａを有し、この延出部分２２ａが絶縁部材Ｉを介して真空チャンバ１に取り付けられる。これにより、ターゲットアッセンブリ２がスパッタリング装置ＳＭに組み付けられ、この状態でターゲット２１を囲うようにして環状のシールド板４が延出部分２２ａに対向配置される。放電の安定化等のため、シールド板４とターゲット２１との間には、例えば０．５〜２ｍｍの隙間ｄが設けられている。シールド板４の外周縁部には上方に起立した側壁部４ａが設けられ、この側壁部４ａ上端に設けたフランジ部が真空チャンバ１の上壁内面に固定されることで、シールド板４が接地電位にされている。なお、シールド板４をフローティングしてもよい。

バッキングプレート２２のターゲット２１が接合される部分を接合部分２２ｂとし、この接合部分２２ｂが延出部分２２ａに対して下方に凸設されている。凸設した量、即ち、接合部分２２ｂの下面から延出部分２２ａの下面までの長さは、０．５〜１０ｍｍの範囲内に設定される。そして、延出部分２２ａから接合部分２２ｂの側面に亘る外表面は粗面化されており、延出部分２２ａからターゲット２１の側面２１ｂまで跨がるように絶縁物膜２３が形成されている。

真空チャンバ１の底部には、ターゲット２１のスパッタ面２１ａに対向させてステージ５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。

次に、上記ターゲットアッセンブリ２の製造方法について説明する。先ず、銅製のバッキングプレート２２の延出部分２２ａから接合部分２２ｂの側面に亘る外表面を粗面化する。粗面化する方法としては、ブラスト法などの公知の方法を用いることができる。次に、バッキングプレート２２の接合部分２２ｂにボンディング材Ｂを介して酸化アルミニウム製のターゲット２１を接合する。ボンディング材Ｂとしては、インジウムを用いることができ、接合方法としては公知の方法を用いることができる。尚、バッキングプレート２２にターゲット２１を接合した後に、粗面化を行うようにしてもよい。最後に、粗面化した延出部分２２ａから接合部分２２ｂ側面を経てターゲット２１の側面２１ｂまで跨るように絶縁物膜２３を形成することで、ターゲットアッセンブリ２が得られる。絶縁物膜２３の形成方法としては、公知の溶射法を好適に用いることができ、この場合、絶縁物膜２３の厚みは、０．０５〜０．５ｍｍの範囲内に設定することができる。０．５ｍｍより厚いと、絶縁物膜２３に応力が残存して剥離し易くなる場合がある。

このように製造されたターゲットアッセンブリ２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、真空排気手段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、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２１に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２１のスパッタ面２１ａ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２１とシールド板４との間に隙間があったとしても、ターゲット２１と基板Ｗとの間に発生させたプラズマが臨むバッキングプレート２２の延出部分を含め延出部分２２ａからターゲット２１の側面２１ｂまで絶縁物膜２３で覆っているため、プラズマ中の電子が上記隙間を通って延出部分２２ａに帯電しても異常放電を誘発することはない。しかも、バッキングプレート２２にターゲット２１の厚み方向に向かう接合部分２２ｂを設け、粗面化した接合部分２２ｂの表面から連続させてターゲット２１の側面２１ｂまで絶縁物膜２３が形成される構成を採用したため、従来例のものより絶縁物膜２３が剥離し難い構造となる。その結果、ボンディング材が存するターゲット２１とバッキングプレート２２との接合面は絶縁物膜２３に覆われて露出せず、ボンディング材Ｂの外部への滲み出しを確実に防止できる。

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。ターゲット２１及び絶縁物膜２３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、酸化マグネシウムのような他の絶縁物を適宜選択できる。また、ターゲット２１と絶縁物膜２３の材質が異なっていてもよい。

上記実施形態では、接合部分２２ｂがターゲット２１の外形と同等の外形を持ち、接合部分２２ｂの側面を覆う絶縁物膜２３の膜厚がターゲット側面２１ｂを覆う絶縁物膜２３の膜厚と同等である場合について説明したが、図３に示すように、接合部分２２ｂが前記ターゲット２１の外形より小さい外形を持ち（これにより、接合部分２２ｂの側面がターゲット側面２１ｂよりも内側に位置し）、ターゲット側面２１ｂを覆う絶縁物膜２３の膜厚よりも接合部分２２ｂの側面を覆う絶縁物膜２３の膜厚を厚くしてもよい。これによれば、絶縁物膜２３の絶縁性が高められて異常放電をより確実に防止できると共に、接合部分２２ｂの側面での絶縁物膜２３の密着性が高められて絶縁物膜２３の剥離を確実に防止することができる。

また、図４に示すように、接合部分２２ｂのターゲット２１との接合面の周縁部及びターゲット２１の接合部分２２ｂとの接合面の周縁部が夫々面取りされ、これら面取りされた接合部分２２ｂとターゲット２１とで画成される凹部ＣＰに絶縁物膜２３を埋め込み形成してもよい。これによれば、ターゲット２１とバッキングプレート２２との接合面を覆う絶縁物膜２３の膜厚をその周辺よりも厚くすることができ、絶縁物膜２３をより一層剥離し難くすることができると共に、ボンディング材の外部への滲み出しをより確実に防止できる。

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φ２００ｍｍのＳｉ基板を用い、ターゲットアッセンブリ２としてφ３００ｍｍの酸化アルミニウム製のターゲット２１と銅製のバッキングプレート２２とをインジウムＢを介して接合したものとし、このターゲットアッセンブリ２が組み付けられた真空チャンバ１内のステージ５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、以下の第１及び第２の成膜条件を組み合わせて、複数枚の基板Ｗに対して連続処理（連続放電）を実施した。第１の成膜条件は、アルゴンガス流量：２９ｓｃｃｍ（処理室１ａ内の圧力：０．１５Ｐａ）、ターゲット２１への投入電力：１３．５６ＭＨｚ、２ｋＷとし、第２の成膜条件は、アルゴンガス流量：１０５ｓｃｃｍ（処理室１ａ内の圧力：１．９Ｐａ）、ターゲット２１への投入電力：１３．５６ＭＨｚ、２ｋＷとした（両成膜条件のパワー密度：０．０２８Ｗ／ｍｍ^２）。第１及び第２の成膜条件での成膜中、Ｖｄｃ（延出部分２２ａとターゲット２１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。２０ｋＷｈ後のターゲットアッセンブリ２を確認したところ、図５（ａ）に示すように、ターゲット２１の側面近傍の絶縁物２３表面にＡｌＯｘ膜が付着しているものの、異常放電の痕跡（一様な黒点）が見られなかった。また、４９．２８ｋｗｈ後のターゲットアッセンブリ２についても同様に、図５（ｂ）に示すように、異常放電の痕跡は見られなかった。また、基板Ｗ表面に成膜された酸化アルミニウム膜の元素分析を行ったところ、酸化アルミニウム膜中に銅やインジウムは混入していないことが確認された。以上より、延出部分２２ａとターゲット２１側面との間での異常放電の発生を抑制しつつ、ボンディング材の外部への滲み出しを防止できることが判った。

また、パワー密度の高い第３の成膜条件で連続処理（連続放電）を実施した。第３の成膜条件は、アルゴンガス流量：１０５ｓｃｃｍ（処理室１ａ内の圧力：１．９Ｐａ）、ターゲット２１への投入電力：１３．５６ＭＨｚ、４ｋＷとした（パワー密度は、０．０５７Ｗ／ｍｍ^２）。処理中のＶｄｃ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。

ＳＭ…スパッタリング装置、２…ターゲットアッセンブリ、２１…絶縁物製のターゲット、Ｂ…ボンディング材、２２…バッキングプレート、２２ａ…延出部分、２２ｂ…接合部分、２３…絶縁物膜、４…シールド板、ＣＰ…凹部。

Claims (4)

1. 絶縁物製のターゲットとこのターゲットの一方の面にボンディング材を介して接合されるバッキングプレートとを備えるターゲットアッセンブリであって、
   バッキングプレートが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、ターゲット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ターゲットを囲うようにして環状のシールド板が延出部分に対向配置されるものにおいて、
   ターゲットが接合されるバッキングプレートの部分を接合部分とし、この接合部分が延出部分に対して凸設され、延出部分から接合部分の側面に亘る外表面を粗面化し、延出部分からターゲットの側面まで跨るように絶縁物膜を形成したことを特徴とするターゲットアッセンブリ。
2. 前記絶縁物膜は溶射法により形成されたものであることを特徴とする請求項１記載のターゲットアッセンブリ。
3. 前記接合部分の前記ターゲットとの接合面の周縁部及び前記ターゲットの前記接合部分との接合面の周縁部が夫々面取りされ、これら面取りされた接合部分とターゲットとで画成される凹部に前記絶縁物膜を形成したことを特徴とする請求項１または２記載のターゲットアッセンブリ。
4. 前記接合部分は前記ターゲットの外形より小さい外形を持ち、前記ターゲットの側面を覆う絶縁物膜の膜厚よりも前記接合部分の側面を覆う絶縁物膜の膜厚を厚くしたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載のターゲットアッセンブリ。

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