JP4057287B2

JP4057287B2 - エロージョンプロファイルターゲットの製造方法

Info

Publication number: JP4057287B2
Application number: JP2001365938A
Authority: JP
Inventors: 隆志福谷; 博仁宮下
Original assignee: Nippon Mining and Metals Co Ltd
Current assignee: Nippon Mining Holdings Inc
Priority date: 2001-11-30
Filing date: 2001-11-30
Publication date: 2008-03-05
Anticipated expiration: 2021-11-30
Also published as: JP2003166054A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ターゲットのスパッタライフを通じて膜のユニフォーミティ（膜厚の均一性）が良好であり、パーティクルの発生が少なく、スパッタリング中のターゲットの変形がなく、さらにターゲットの寿命が長いエロージョンプロファイルターゲットの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スパッタリングによる薄膜の形成方法は、各種の電子・電気部品等の製造に広範囲に使用されている。
スパッタリング法は、陽極となる基板と陰極となるターゲットとを対向させ、不活性ガス雰囲気下でこれらの基板とターゲットの間に高電圧を印加して電場を発生させるものであり、この時電離した電子と不活性ガスが衝突してプラズマが形成され、このプラズマ中の陽イオンがターゲット表面に衝突してターゲット構成原子を叩きだし、この飛び出した原子が対向する基板表面に付着して膜が形成されるという原理を用いたものである。
【０００３】
現在、スパッタリングの多くは、いわゆるマグネトロンスパッタリングと呼ばれている方法が使用されている。マグネトロンスパッタリング法は、ターゲットの裏側に磁石をセットしターゲット表面に電界と垂直方向に磁界を発生させてスパッタリングを行なう方法であり、このような直交電磁界空間内ではプラズマの安定化および高密度化が可能であり、スパッタ速度を大きくすることができるという特徴を有している。
【０００４】
一般に、マグネトロンスパッタリングは磁界中に電子を捕らえて、効率よくスパッタガスを電離するが、マグネットの構造や種類、さらにはスパッタ条件、ターゲットの材質（特に非磁性材又は磁性材）、スパッタ装置の種類等によって、スパッタリング中の、ターゲットの侵食（エロージョン）のされ方が異なり、均一なエロージョンがなされない。これは、マグネトロンスパッタリング法に限らず、他のスパッタリング法においても同様である。
ターゲットは最も深くエロージョンされたところが限界に達したところで寿命となり、新規なターゲットと交換される。一般に、ターゲットは平板状に形成されているが、このようなターゲットは比較的寿命が短いという欠点を持っている。
【０００５】
また、ターゲットが局所的に深くエロージョンされると、スパッタリングが均一に起こらず、膜のユニフォーミティ（膜厚の均一性）が悪化し、また突起部又は角部でパーティクルが増大するという問題も発生するようになる。
しかも、スパッタリング操作中の、このようなターゲット形状の変化は、ターゲットそのものに残留歪や変形をもたらし、ターゲット自体にひびや割れを発生したり、バッキングプレートから剥離して冷却が十分でなくなり、異常放電やパーティクルがさらに増大する等の問題が生ずるようになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記のような問題または欠点に鑑みてなされたもので、ターゲットのスパッタライフを通じて膜のユニフォーミティ（膜厚の均一性）を良好にするとともに、パーティクルの発生が少なく、スパッタリング中のターゲットの変形がなく、さらにはターゲットの寿命が長いエロージョンプロファイルターゲットの製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明者はスパッタリング用ターゲットの形状に着目し、エロージョンを予想したターゲット形状とし、ターゲットを用いてスパッタリングすることにより、スパッタライフを通じて膜のユニフォーミティ（膜厚の均一性）を良好にするとともに、パーティクルの発生が少なく、スパッタリング中のターゲットの変形がなく、さらにはターゲットの寿命を長くすることができるとの知見を得た。なお、本明細書で使用する「エロージョンプロファイルターゲット」は、このように、エロージョンを想定した形状を持つターゲットを意味するものである。
【０００８】
本発明は、上記知見に基づき、
１．平板状のターゲットのスパッタリングによるエロージョン形状及び深さに基づいて、エロージョン形状及び深さに相当する分、ターゲットの厚さを厚くするターゲットの製造方法であって、厚さｄ_０の平板状ターゲットのスパッタリングによるエロージョンの最大深さをｄｍａｘとしたとき、ｄｍａｘに比例定数を掛けた値のｄ_０に対する比が０．１〜０．５になるように、ターゲットの厚さ増加分に対して同じ比例定数を掛けて、ターゲットの厚さを厚くするエロージョンプロファイルターゲットの製造方法、を提供する。
【０００９】
（削除）
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明は、エロージョンプロファイルターゲットの製造方法に関するものであるが、製造されたエロージョンプロファイルターゲットは、スパッタリングによって深くエロージョンされるターゲットの領域を、それ以外の平行な部分の厚さの１．５倍以内で厚い構造を有している。これによって、選択的に深くエロージョンされる部位のターゲット厚さ減少量を他の部位とほぼ同程度にするものである。
このような厚さを不均一にしたエロージョンプロファイルターゲットは、ターゲットの寿命を長くすることができ、さらにスパッタライフを通じて膜のユニフォーミティ（膜厚の均一性）を良好にすることができる。
また、このようなエロージョンプロファイルターゲットは、従来の平板状ターゲットに比べて極端な最深部の形成がなくなり、平均化した侵食形態となるので、パーティクルの発生が少なく、さらにスパッタリング中のターゲットの変形がないという特徴を有する。エロージョンされるターゲットの領域を、それ以外の平行な部分の厚さの１．５倍以内で厚くするが、これを超える厚さは、スパッタリング初期において、膜のユニフォーミティが悪くなる傾向にあるので、最大１．５倍の厚さにすることが望ましい。
【００１１】
本発明の製造方法によって製造されたエロージョンプロファイルターゲットは、ターゲット表面が連続に変化した、なだらかな起伏を持たせることが望ましい。これによって、スパッタリング操作中の極端な突起や角部の発生が少なくなり、異常放電やパーティクルの発生がより減少し、良好なスパッタリングが維持できる。
本発明の製造方法によって製造されたエロージョンプロファイルターゲットが円盤状ターゲットである場合、同心円状に２つのリング状凸部を有し、内側のリング状凸部の方が外側のリング状凸部の厚さよりも厚い形状とすることができる。
一般に、多く使用されているマグネトロンスパッタリングでは、上記のようにエロージョン部が同心円状に２個のリング状に形成されることが多く、特に内側のリング状凸部が外側のリング状凸部よりも厚い形状とすることによって安定したスパッタリングができ、膜のユニフォーミティをより均一にすることができる。
【００１２】
また、本発明の製造方法によって製造されたエロージョンプロファイルターゲットは、スパッタリングによって深くエロージョンされるターゲット領域及びその近傍の表面粗さを、Ｒａ≦１．０μｍとし、その他のエロージョンの激しくない部分の表面粗さを、１０μｍ≦Ｒａ≦２０μｍとすることが望ましい。
１０μｍ≦Ｒａ≦２０μｍは表面粗化部であることを意味する。ターゲットにおけるエロージョン部は、主として特定の個所のみであり、それ以外はエロージョンされることは少ない。このような場合、リデポ膜がこのような非エロージョン部に付着・堆積し、それが剥がれて浮遊し、パーティクル発生の原因となることがある。したがって、上記非エロージョン部については、付着したリデポ膜が剥がれないようにする方が、むしろ望ましいと言える。
以上から、１０μｍ≦Ｒａ≦２０μｍの表面粗化部は、このようなリデポ膜の剥離を防止する上で効果的である。
【００１３】
また、本発明の製造方法によって製造されたエロージョンプロファイルターゲットは、該ターゲットの側面を傾斜させ、その傾斜角を水平面に対して６０°以上とする。この角度を調整することによって、ターゲット角部のスパッタリングによる温度変化を少なくし、リデポ膜の剥がれを防止することができる。
さらに、スパッタリングターゲットの側面が２つの傾斜を持ち、外側の傾斜が水平面に対して６０°以上であり、内側の傾斜が水平面に対して２０°〜６０°であることが望ましい。これによって、付着力の弱いリデポ膜の形成を効果的に防止することができる。上記ターゲット側面の工夫は、寿命の長いエロージョンプロファイルターゲットにおいて特に有効である。
【００１４】
また、本発明の製造方法によって製造されたエロージョンプロファイルターゲットは、ターゲットの側面の表面粗さを１０μｍ≦Ｒａ≦２０μｍに粗化面とすることが望ましい。これによって、ターゲットの側面にリデポ膜が付着・堆積し、それが剥がれて浮遊し、パーティクル発生となることを防止できる。この剥離防止には、１０μｍ≦Ｒａ≦２０μｍの表面粗化部を有することが良い。
本発明のスパッタリングターゲットは、旋盤などの機械加工が可能なアルミニウム、銅、タンタル、チタン、ニッケル、コバルト、ルテニウム、タングステン、ロジウム、又はこれらの合金に適用できる。マグネトロンスパッタリングを使用して、薄膜を形成する磁性材ターゲットにも有効である。
【００１５】
本発明のエロージョンプロファイルターゲットとバッキングプレートとの組立構造体を作製する場合、スパッタリングターゲットの側面がバッキングプレートに埋め込まれた構造とすることができる。厚さ増加分程度の埋め込み深さが適切である。
磁性材ターゲットについては、その特性からターゲットをなるべく薄くしてスパッタ効率を上げる必要があるが、強度的にそれだけ弱くなる傾向がある。したがって、ターゲットをバッキングプレートに埋め込まれた構造とすることによって、ターゲットの変形や割れの発生を防止し、弱点を補強することができる。
また、バッキングプレートは冷却媒体を循環させる構造を有しているが、このように、ターゲットをバッキングプレートに埋め込まれた構造とすることにより、著しく冷却効率を高めることができる。したがって、よりハイパワーのスパッタリングが可能であり、その目的に応じて、この構造を採用することができる。
【００１６】
本発明のエロージョンプロファイルターゲットの製造に際しては、予め平板状のターゲットをスパッタリングし、その時のエロージョン形状及び深さを調べ、それに基づいて、ターゲットの厚さ調節することができる。
この場合、厚さｄ_０の平板状ターゲットのスパッタリングによるエロージョンの最大深さをｄｍａｘとした場合、０．１≦ｄｍａｘ／ｄ_０≦０．５になるように、厚さ増加分の比例定数を掛けて、その分ターゲットの厚さを厚くすることができる。
０．１≦ｄｍａｘ／ｄ_０≦０．５の条件はターゲットを厚くする場合の上限値と下限値であり、０．１未満では効果がなく、また０．５を超える場合にはスパッタリング初期において、むしろ膜のユニフォーミティが悪くなる虞があるので、上記の範囲とすることが望ましい。
これによって、ターゲットの材料の種類により変化するというエロージョンの相違があっても、固有のターゲットエロージョンに応じてエロージョンプロファイルターゲットを容易に製造することができる。
【００１７】
次に、実施例に基づいて本発明を説明する。なお、以下の実施例は発明を容易に理解できるようにするためのものであり、本発明はこれらの実施例に制限されるものではない。すなわち、本発明の技術思想に基づく他の例又は変形は、当然本発明に含まれるものである。
【００１８】
（実施例１）
図１に示すように、まず直径３００ｍｍ、厚さ１０．０ｍｍ（ｄ_０）の平板状Ｔｉターゲット１をマグネトロンスパッタリングした。スパッタ条件は、スパッタパワー１５ｋＷで１５００ｋＷｈに至るまでスパッタリングを行った。
図１の（イ）に示すスパッタリング後のターゲットのエロージョンプロファイル２を、三次元測定器にて中心腺上を等間隔で６１ポイント測定した。
最大エロージョン深さ（ｄｍａｘ）は、４．５０ｍｍであった。次に、図１の（ロ）に示すように、このエロージョンプロファイル２の凹凸を逆さにして、このｄｍａｘ／ｄ_０の値が０．３５になるように、比例定数０．７８をかけて表面形状を調整した。半円分の３１ポイントの位置データをＮＣ旋盤に入力して、最大厚さが１３．５ｍｍのＴｉターゲットを作製した。図１の（ハ）は、表面形状を調整した後のエロージョンプロファイルターゲット３を示す。符号４はバッキングプレートを示す。
このエロージョンプロファイルターゲット３は、同じスパッタパワーで、平板状ターゲットと比べて、１．５倍程度の長い間スパッタリングすることができた。
【００１９】
（実施例２）
図２に示すように、本発明のターゲット５をバッキングプレート６に３．５ｍｍだけ埋め込んだ構造とし、側面の第一傾斜７を６０°、第二傾斜８を３０°として、さらにこの傾斜部付近に対して１２μｍＲａの表面粗化処理を行ったところ、パーティクル発生数は平板状ターゲットより少なく抑えることができた。
【００２０】
（ターゲット形状のその他の例）
図３に本発明の製造方法によって製造された他のターゲット例を示す。図３Ａは、外側リング状凸部が内側のリング状部よりも厚い例を示す。図３Ｂは、外側リング状凸部が内側のリング状部よりも厚く、さらに中央部にも凸部がある例を示す。図３Ｃは、同心円状に３つのリング状凸部がある例を示す。図３Ｄは、中央に凸部があり、この凸部が他のリング状凸部よりも厚みが大である例を示す。
ターゲットエロージョンはスパッタ装置のマグネット構造等に影響を受けるが、上記の例に示すように、固有のエロージョンプロファイルに応じてターゲットの形状を適宜設計することができる。
【００２１】
【発明の効果】
本発明の製造方法によって製造されたエロージョンプロファイルターゲットは、該ターゲットの寿命を長くすることができるとともに、スパッタライフを通じて膜のユニフォーミティ（膜厚の均一性）を良好にすることができ、またパーティクルの発生が少なくかつスパッタリング中のターゲットの変形が少ないという優れた効果を有する。
さらに、ターゲットの材料の種類により変化するというエロージョンの相違があっても、固有のターゲットエロージョンに応じてエロージョンプロファイルターゲットを容易に製造することができる効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】（イ）平板状ターゲットのエロージョンプロファイルを示す説明図、（ロ）エロージョンプロファイルの凹凸を逆さにした状態の説明図、（ハ）表面形状を調整した後のエロージョンプロファイルターゲットを示す説明図である。
【図２】側面が２つの傾斜を持つスパッタリングターゲットの説明図である。
【図３】ターゲット形状の他の例（Ａ〜Ｄ）を示す断面説明図である。
【符号の説明】
１：平板状ターゲット
２：エロージョンプロファイル
３：表面形状を調整した後のエロージョンプロファイルターゲット
４：バッキングプレート
５：本発明のターゲット
６：本発明のターゲットを埋め込んだバッキングプレート
７：側面の第一傾斜
８：側面の第二傾斜

Claims

平板状のターゲットのスパッタリングによるエロージョン形状及び深さに基づいて、エロージョン形状及び深さに相当する分、ターゲットの厚さを厚くするターゲットの製造方法であって、厚さｄ_０の平板状ターゲットのスパッタリングによるエロージョンの最大深さをｄｍａｘとしたとき、ｄｍａｘに比例定数を掛けた値のｄ_０に対する比が０．１〜０．５になるように、ターゲットの厚さ増加分に対して同じ比例定数を掛けて、ターゲットの厚さを厚くするエロージョンプロファイルターゲットの製造方法。