JP2015025170A - シリコンターゲット - Google Patents

Abstract

【課題】異常放電による損傷を防止できて安定して長時間に亘って使用可能なシリコンターゲットの提供。
【解決手段】シリコン材質からなり荷電粒子のビーム照射を表面に受けるエロージョン部２とそれ以外の非シリコン材質からなる非エロージョン部３とを含む。エロージョン部について前記表面に開口を有するスリット４によって前記非エロージョン部から区画されているシリコンターゲット１。
【選択図】図１

Description

本発明は、スパッタ装置に用いられるターゲットに関し、特に、シリコン材質からなるスパッタリング用シリコンターゲットに関する。

スパッタされた原子を基板上に堆積させて薄膜形成を行う方法（スパッタリング法）が知られている。例えば、アルゴンのような不活性ガスをイオン化させ、かかる荷電粒子のビームをターゲットに照射すると、該ターゲットの表面から構成材料の原子がはじき出される。これを所定の基板上に堆積させると薄膜を得られる。ここでターゲットは荷電粒子のビームの照射部位においてエロージョンを生じて減肉していくが、やがて減肉が一定量を超えると「寿命」とされて交換される。故に、薄膜形成の操業効率向上の観点からより寿命の長いターゲットが望まれる。

例えば、特許文献１では、エロージョンの激しい部位の板厚を予め大きくしたターゲットを開示している。マグネトロン方式のスパッタ装置では、ターゲットが部分的に偏在してエロージョンを受けて消耗するため、かかる消耗部位の板厚を予め大きくしておいてターゲットの寿命を延ばすことができる。また、予めターゲットを分割しておき、当該エロージョンの激しい部位だけを交換することで、ターゲット全体としての寿命を延ばし得ることについても述べている。

ところで、上記したようなターゲットではその表面に段差が生じやすい。段差部では、表面高さの低い部分からはじき出されたターゲット構成材料が隣接する表面高さの高い部分の側面に再付着（リスパッタ）し堆積しやすい。やがて付着量が増加して剥離すると、この剥離片が基板に到達しパーティクルとなって、薄膜の品位を劣化させ歩留まりを低下させてしまう。また、表面高さの高い部分のエッジに向けて異常放電が発生しやすくなって、成膜が不安定となってしまう。

これに対して、例えば、特許文献２では、ターゲットの段差部に傾斜を与えて段差部を解消し、実質的にターゲット表面の形状を連続的に変化させることを開示している。詳細には、複数のターゲット部材をバッキングプレートに接着してなる分割ターゲットにおいて、表面高さの高いターゲット部材から表面高さの低いターゲット部材に至る斜面を形成するようにターゲット部材を配置している。これにより、薄膜のパーティクルを抑制し且つ異常放電を防止できるとしている。

また、ターゲット表面における荷電粒子のビームの照射部位、すなわちエロージョン部ではじき出されたターゲット構成材料がエロージョン部以外の非エロージョン部に再付着しても、上記同様の問題が生じる。

例えば、特許文献３では、ターゲットの表面のエロージョン部に挟まれた非エロージョン部を溝状に形成することを開示している。非エロージョン部への再付着は該非エロージョン部の全体に均一に生じるのではなく、エロージョン部と近接した部分において顕著であることから、エロージョン部と非エロージョン部の境界に溝部を形成することで再付着を抑制できるとしている。

特開平９−１１１４４５号公報 特開２０００−２０４４６８号公報 特開２００８−１３３５２０号公報

ところで、特許文献３では、ターゲットの表面に溝部を形成したことでその角部に応力集中が生じ、異常放電時などに割れを生じやすくなることについても述べている。割れのような損傷を生じると、もはやターゲットの使用を継続できず、一気に寿命となってしまうのである。

本発明は、上記したような状況に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、異常放電による割れを防止できて安定して長時間に亘って使用可能なシリコンターゲットを提供することにある。

本発明によるスパッタリング用のシリコンターゲットは、シリコン材質からなり荷電粒子のビーム照射を表面に受けるエロージョン部とそれ以外の非シリコン材質からなる非エロージョン部とを含み、前記エロージョン部を前記非エロージョン部から区画するように互いの間にスリットを設けたことを特徴とする。

かかる発明によれば、非エロージョン部への再付着（リスパッタ）による堆積を抑制し異常放電を防止する。また、異常放電時には、非エロージョン部で発生し得る亀裂について、エロージョン部を区画し材料の異なる境界に設けたスリットでその伝搬を防止し、異常放電による割れを防止できる。つまり、安定して長時間に亘って使用可能であって、従来品よりも長い寿命を得られるのである。

上記した発明において、前記スリットは貫通したスリットであって、前記エロージョン部と前記非エロージョン部とが分離されていることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、比較的簡易な加工を与えられるだけで、安定して長時間に亘って使用可能であって、従来品よりも長い寿命を得られるのである。

上記した発明において、前記非エロージョン部は着脱自在であることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、非エロージョン部を着脱自在に交換可能として、操業性を高め得るのである。

本発明によるシリコンターゲットの１つの実施例を示す（ａ）上面図及び（ｂ）側断面図である。 本発明によるシリコンターゲットの他の１つの実施例を示す（ａ）上面図及び（ｂ）側断面図である。 スパッタリング試験に用いたシリコンターゲットの一覧図である。 比較例によるシリコンターゲットの側面図である。 スパッタリング試験の結果の一覧図である。

本発明によるシリコンターゲットの実施例について、図１を用いて説明する。

図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、上面視略長方形のシリコンターゲット１は、平板状のバッキングプレート６と、その上面にあって、左右両端部近傍を長辺に沿って延びる板状の外周部材２と、その間を長辺に沿って延びる板状の中心部材３とを含む。外周部材２は、シリコン材質のターゲット部材であり、スパッタリングにおいて荷電粒子のビーム照射を表面に受ける（エロージョン部）。また、中心部材３は荷電粒子の照射を表面に受けない（非エロージョン部）。中心部材３は、非シリコン材質からなり、例えばオーステナイト系ステンレス鋼を用いることができる。つまり、中心部材３には、シリコン材質からなる外周部材２とは異なる材料を使用している。外周部材２は、その厚さにおいて中心部材３よりも大きく、スパッタリング中の減肉によってもその表面を中心部材３の表面よりも高い位置にあるようにされている。また、外周部材２の表面の端部近傍には、端部に向けて厚さを小さくする方向の傾斜が設けられ、中心部材３も含めた表面の高さを連続的に変化させている。

ここで、材料の異なる外周部材２と中心部材３との間には、互いを区画するようにスリット４が設けられる。スリット４は、例えば、外周部材２及び中心部材３を分離した別体として、互いの間に貫通した隙間を設けるようにしてバッキングプレート６に固定した結果として得られる。ここで、外周部材２はバッキングプレート６に接着されて固定され、一方で、中心部材部３はバッキングプレート６にボルト５で着脱自在に固定されている。ボルト５は六角穴付きボルトであり、その頭部を中心部材３の表面よりも突出させないよう、開口部にざぐりを設けた上で貫通穴に挿通され、バッキングプレート６のボルト穴に螺合されている。

図１（ｃ）に示すように、シリコンターゲット１は長手方向に複数連結して配置され、長手方向の両端部には端部用の外周部材２’を配置されて組み立てられる。これにより、上面視長方形であって、外周近傍を１周するように外周部材２及び２’が配置される。

上記した実施例では、例えば、スパッタリング中の減肉によって、または、中心部材３の表面へのスパッタ成分の再付着（リスパッタ）によって、外周部材２の表面位置が中心部材３の表面位置に近くなり、中心部材３への異常放電が生じやすくなっても、中心部材３で発生した亀裂は、スリット４によって外周部材２への伝搬が防止される。また、中心部材３に外周部材２とは異なる材料を用いたことで、シリコン材質からなるスパッタ成分の再付着による堆積を抑制し、異常放電の発生頻度を減少させる。これにより、スパッタリング中の亀裂の発生を抑制し得る。結果として、シリコンターゲット１は割れの発生を減じられて安定して長時間使用でき、従来品より長い寿命を得られる。

また、スリット４を貫通した隙間とすることで、異常放電時の中心部材３に発生する亀裂とともに衝撃力を外周部材２へと伝搬させず、シリコンターゲット１をより安定して長時間使用できる。

また、中心部材３を着脱自在としたので、大きな亀裂やスパッタ成分の再付着などに応じて中心部材３を交換できてシリコンターゲット１を再度使用できる。つまり、操業性を高めることが可能である。

なお、スリット４は上記した形に限定されず、中心部材３から外周部材２へと貫通する亀裂の伝搬を防止できればよく、例えば、スリット４の一部が部分的に閉塞していてもよく、例えば、外周部材２と中心部材３との表面近傍で閉塞していてもよい。

また、シリコンターゲット１の形状は、装置によって適宜変更し得る。その実施例として、他の形状のシリコンターゲットについて、図２を用いて説明する。

図２に示すように、上面視略円形のシリコンターゲット１０は、円板状のバッキングプレート１６と、その上面にあって、外周近傍に配置される円環板状の外周円環部材１３と、中央部分に配置される円板状の中心部材１３’と、外周円環部材１３及び中心部材１３’の間に配置される円環板状の内周円環部材１２とを有する。内周円環部材１２は、シリコン材質のターゲット部材であり、スパッタリングにおいて荷電粒子のビーム照射を表面に受ける（エロージョン部）。すなわち、外周円環部材１３及び中心部材１３’は荷電粒子の照射を表面に受けない（非エロージョン部）。外周円環部材１３及び中心部材１３’は、非シリコン材質からなり、例えばオーステナイト系ステンレス鋼を用いることができる。つまり、外周円環部材１３及び中心部材１３’には、シリコン材質からなる内周円環部材１２とは異なる材料を使用している。内周円環部材１２は、その厚さにおいて外周円環部材１３及び内周円環部材１３’よりも大きく、スパッタリング中の減肉によってもその表面を外周円環部材１３及び中心部材１３’の表面よりも高い位置にあるようにされている。また、内周円環部材１２の表面の外周及び内周近傍には、それぞれ外周及び内周に向けて厚さを小さくする方向の傾斜が設けられ、外周円環部材１３及び中心部材１３’も含めた表面の高さを連続的に変化させている。

ここでも上記した実施例と同様に、材料の異なる内周円環部材１２と外周円環部材１３及び中心部材１３’との間には、それぞれ互いを区画するようにスリット１４が設けられる。スリット１４は、内周円環部材１２及び外周円環部材１３及び中心部材１３’をそれぞれ別個にバッキングプレート１６に固定した結果として得られる。ここで、内周円環部材１２は、バッキングプレート１６に接着されて固定され、一方で、外周円環部材１３及び中心部材１３’は、バッキングプレート１６にボルト１５で着脱自在に固定されている。ボルト１５は六角穴付きボルトであり、その頭部を中心部材１３’の表面よりも突出させないよう、開口部にざぐりを設けた上で外周円環部材１３又は中心部材１３’の貫通穴に挿通され、バッキングプレート１６のボルト穴に螺合されている。

シリコンターゲット１０によっても、上記したシリコンターゲット１と同様に、スパッタリング中に異常放電を生じたような場合に生じる外周円環部材１３又は中心部材１３’で発生し得る亀裂について、スリット１４によって内周円環部材１２への伝搬を防止できる。また、外周円環部材１３及び中心部材１３’ に内周円環部材１２とは異なる材料を用いたことで、シリコン材質からなるスパッタ成分の再付着による堆積を抑制し、異常放電の発生頻度を減少させる。これにより、スパッタリング中の亀裂の発生を抑制し得て、シリコンターゲット１０の割れの発生を減じ得る。また、内周円環部材１２と外周円環部材１３及び中心部材１３’とを分離した別体としたことで、それぞれを簡易な形状に加工して固定するだけの比較的簡易な方法によってスリット１４を設けることができる。

［スパッタリング試験］
上記したシリコンターゲット１及び１０のスパッタリング試験を行った。また、後述する比較例としてシリコンターゲット２０についても同様のスパッタリング試験を行った。かかる試験について図３乃至図５を用いて説明する。

図３に示すように、スパッタリング試験では、上記した構造のシリコンターゲット１（実施例１、図１（ｃ）参照）と、上記した円環状の構造のシリコンターゲット１０（実施例２）とを用いた。外周部材２及び内周円環部材１２には、シリコン材質のターゲット部材であって、純度５ＮのＰ型シリコンウエハを用いた。また、中心部材３及び１３’、外周円環部材１３にはオーステナイト系のステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）を用いた。

図４を併せて参照すると、スパッタリング試験には、さらに比較例として、シリコンターゲット１と同様のバッキングプレート６に、外周部材２２及び中心部材２３を一体としたターゲット部材２１を接着したシリコンターゲット２０を用いた。かかるシリコンターゲット２０のスパッタリング面は、スリット４による隙間を除いてシリコンターゲット１と同様の形状である。ターゲット部材２１には実施例１及び２と同じく純度５ＮのＰ型シリコンウエハを用いた。

これらのシリコンターゲットを用いてスパッタリングを行い、１バッチあたりの外周部材２、２２、内周円環部材１２における割れ発生頻度を測定した。また、かかる割れが計測されるまでの平均の積算電力量をシリコンターゲット１、１０又は２０の平均寿命とした。かかるスパッタリング試験の結果は図５に示した。

図５に示すように、割れ発生頻度は比較例で最も多く、実施例１及び実施例２の約６倍であった。また、平均寿命は比較例で最も短く、実施例１の約８０％、実施例２の約７１％であった。

以上のように、シリコンターゲット１又は１０のように、スリット４又は１４を設け、中心部材３、若しくは、外周円環部材１３及び中心部材１３’を非シリコン材質としたことで、外周部材２又は内周円環部材１２の割れ発生頻度を低減することができ、平均寿命を向上させることができた。

以上、本発明による実施例及びこれに基づく変形例を説明したが、本発明は必ずしもこれに限定されるものではなく、当業者であれば、本発明の主旨又は添付した特許請求の範囲を逸脱することなく、様々な代替実施例及び改変例を見出すことができるであろう。例えば、上記した実施例では、非エロージョン部の部材としてオーステナイト系ステンレス鋼を用いたが、その他の工具鋼を用いてもよい。

１ シリコンターゲット
２ 外周部材
３ 中心部材
４ スリット
１０ シリコンターゲット
１２ 内周円環部材
１３ 外周円環部材
１４ スリット

Claims (3)

1. スパッタリング用のシリコンターゲットであって、シリコン材質からなり荷電粒子のビーム照射を表面に受けるエロージョン部とそれ以外の非シリコン材質からなる非エロージョン部とを含み、前記エロージョン部を前記非エロージョン部から区画するように互いの間にスリットを設けたことを特徴とするシリコンターゲット。
2. 前記スリットは貫通したスリットであって、前記エロージョン部と前記非エロージョン部とが分離されていることを特徴とする請求項１記載のシリコンターゲット。
3. 前記非エロージョン部は着脱自在であることを特徴とする請求項２記載のシリコンターゲット。

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