(57)【要約】      （修正有）【課題】スパッタリング成膜ツールにおけるターゲットの利用率及びターゲットの寿命を増大させる方法の提供。【解決手段】イオン源がスパッタリングターゲットに向けられたビームを発生させる種類のスパッタ成膜ツール１００において、スパッタリングターゲットは細長い外部スカート１０２及びスカート１０２内に位置するほぼ円形の挿入部１０３を含み、スカート１０２及び挿入部１０３の表面は相対的に同一平面上にあり、ターゲットの表面を形成し、スカート１０２の細長い寸法はイオン源の方向に同軸であり、挿入部１０３はスパッタ成膜ツールによるターゲットの使用の間、スカート内１０２で複数の位置のうちの１つに回転され、ターゲットの損耗を回転挿入部の周りに分布させる方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スパッタ成膜ツールであって、
ａ．スパッタリングターゲットに向けてビームを発生させるイオン源と、
ｂ．前記イオン源によって衝撃されるように位置し、前記イオン源から角度をつけられたほぼ平面状の表面を有するスパッタリングターゲットであって、前記スパッタリングターゲットが外部スカート及び前記スカート内に位置する挿入部を含み、前記スカート及び挿入部の表面が相対的に同一平面上にあって前記ターゲットの表面を形成し、前記スカートの細長い寸法が前記イオン源に向かって配向される方向と同軸である、スパッタリングターゲットと、
ｃ．前記スパッタ成膜ツールによって前記ターゲットが使用される間、前記挿入部を前記スカート内で複数の位置のうちの１つへ回転させるためのモーター式手段と、を含む、スパッタ成膜ツール。
【請求項２】
前記ターゲット挿入部が、前記スパッタ成膜ツールの使用の間、連続的に回転する、請求項１に記載のツール。
【請求項３】
前記ターゲット挿入部が、前記スパッタ成膜ツールの使用の間、不連続的に回転する、請求項１に記載のツール。
【請求項４】
前記ターゲット挿入部が、前記スパッタ成膜ツールの使用において休止している間に、インデックス的に回転する、請求項１に記載のツール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２０１４年３月１１日に出願され、その全体が本明細書に組み込まれる米国仮特許出願第６１／９５１１９２号の優先権を主張する。
【０００２】
本発明は、イオンビーム成膜のターゲットに関する。
【背景技術】
【０００３】
イオンビーム成膜（ＩＢＤ）に使用されるターゲット材料及びその他の同様の材料のスパッタリングプロセスへの応用は、タンタルやタングステンのような高価でない材料から金や白金のような極めて希少な金属まで変化しうる。典型的には、ターゲット変更が必要になる前のプロセスによって利用される材料の割合は、プロセスジオメトリー、ビーム出力パラメータ及びターゲットの厚さに依存することとなる。利用される材料の割合は、通常、ターゲットの１００％よりもずっと小さく、より高価な材料を再生し、新しいターゲットを製造するコストがある。さらに、ターゲットの交換は、同様に顕著なコストとなる生産ラインの停止を引き起こす。プロセスジオメトリー及びその他の因子を維持しつつ、ターゲット材料の利用割合及びターゲット全体の寿命を増大させることは、装置製造業者に対して最も重要である。
【０００４】
ターゲット寿命を改善するための既知の手法の１つは、特許文献１に示されるように、表面に渡ってターゲット上の損耗を平均化するために、ターゲットを回転させることである。同様の概念は、ターゲット上の損耗を平均化するためにあるパターンでターゲットに渡ってビーム自体が動くように、イオンビームを偏向することである。さらに特許文献２に示される第３の概念は、外部領域によって取り囲まれた取り外し可能な中央挿入部を有するスカートを有するターゲットを使用する。損耗したときに、外部またはスカート領域はそのままで挿入部が取り外されて交換され、変更時に発生する廃棄材料の量を低減し、新しいターゲットの材料費を低減する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１２／００８０３０８号明細書
【特許文献２】米国特許第６７５５９４４号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書に開示された技術は、スパッタリング成膜ツールにおけるターゲットの利用率及びターゲットの寿命を増大させる新規な方法である。具体的には、外部領域によって取り囲まれた中央挿入部を有するターゲットを使用するツールは、ターゲット挿入部を回転させる回転運動要素を組み込む。ターゲットの回転の中心より下に特定の距離だけオフセットしてターゲット挿入部にイオンビームを集束させ、その使用の間、ターゲットを回転させることによって、損耗はターゲット挿入部の表面全体に渡って分布する。一実装例では、ターゲットは所望の効果を得るために１分あたり所定の回転数で連続的に回転する。他の実装例では、ターゲットは連続的に回転しないが、その代わりに各使用後に所定の角度だけインデックス的に移動し、ターゲット表面の新しい部分が次のプロセスで利用できるようにする。
【０００７】
具体的に、一実施形態では、本発明はスパッタリングターゲットに指向されるビームを発生させるイオン源を含み、ターゲットは、イオン源から所定の角度をつけられたほぼ平面状の表面を有するスパッタ成膜ツールを特徴とする。スパッタリングターゲットは、細長い外部スカート及びスカート内に位置するほぼ円形の挿入部を含み、スカート及び挿入部の表面は相対的に同一平面上にあってターゲットの表面を形成し、スカートの細長い寸法はイオン源に向かって配向される方向と同軸である。挿入部は、スパッタ成膜ツールによってターゲットが使用される間、スカート内で複数の位置の１つに回転する。
【０００８】
一実施形態では、ターゲット挿入部はスパッタ成膜ツールの使用の間、回転する。回転は、スパッタ成膜ツールが使用される間、連続的またはインデックス的、段階的であってもよい。代替的に、または追加的に、ターゲット挿入部はスパッタ成膜ツールの使用において休止している間にインデックス的に回転してもよい。
【０００９】
この概要は、発明の詳細な説明で以下にさらに説明される形態を簡略化した概念の選択を示すために提供されるものである。この概要は、特許請求の範囲の対象の鍵となる特徴または本質的な特徴を特定しようとするものではなく、特許請求の範囲の対象の範囲を限定するために使用されることを意図するものでもない。特許請求の範囲の対象の他の特徴、詳細、利用及び利点は、記載された様々な実装例の以下のより具体的な詳細な説明及び添付する図面にさらに示され、添付する特許請求の範囲に定義されるような実装例から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に従って構成される複数のスパッタリングターゲットを有するスパッタリングツールの斜視図である。
【図２】イオンビーム成膜チャンバー１００の内部のターゲット及びプロセスジオメトリーの例を示す。
【図３】通常の成膜ターゲット２００におけるターゲット利用率の例を示す。
【図４】回転ターゲット挿入部を使用して増加したターゲット利用率の例を示す。
【図５Ａ】図１のスパッタ成膜ツールにおける静止した細長いターゲットで測定された侵食プロファイルの斜視図である。
【図５Ｂ】この侵食プロファイルの等高線図である。
【図６Ａ】回転挿入部の中心が細長いターゲットの中心から０．５インチだけオフセットした、本発明に従う回転挿入部及びスカートを有する細長いターゲットの侵食のシミュレーションの図である。
【図６Ｂ】回転挿入部の中心が細長いターゲットの中心から１．０インチだけオフセットした、細長いターゲット及び回転挿入部の侵食のシミュレーションの図である。
【図６Ｃ】回転挿入部の中心が細長いターゲットの中心から１．５インチだけオフセットした、細長いターゲット及び回転挿入部の侵食のシミュレーションの図である。
【図６Ｄ】回転挿入部の中心が細長いターゲットの中心から１．７５インチだけオフセットした、細長いターゲット及び回転挿入部の侵食のシミュレーションの図である。
【図６Ｅ】回転挿入部の中心が細長いターゲットの中心から１．９インチだけオフセットした、細長いターゲット及び回転挿入部の侵食のシミュレーションの図である。
【図６Ｆ】回転挿入部の中心が細長いターゲットの中心から２．１インチだけオフセットした、細長いターゲット及び回転挿入部の侵食のシミュレーションの図である。
【図６Ｇ】回転挿入部の中心が細長いターゲットの中心から２．３インチだけオフセットした、細長いターゲット及び回転挿入部の侵食のシミュレーションの図である。
【図７Ａ】ターゲット挿入部の大きさの様々な選択に関して、静止したターゲットと比較した本発明によって達成されるターゲット寿命の増加を示す図である。
【図７Ｂ】ターゲット挿入部の大きさの様々な選択に関して、静止したターゲットと比較した本発明によって達成されるターゲット寿命の割合の増加を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
添付した図面は、本明細書の一部として組み込まれ、本明細書の一部を構成し、本発明の実施形態を図示し、前述の本発明の概略的な説明及び以下の実施形態の詳細な説明とともに、本発明の原理を説明する役割を果たす。
【００１２】
図１は、本発明の使用の典型的な環境を図示し、具体的には、イオンビーム成膜チャンバー１００内のターゲットホルダーが、複数の細長いターゲットを有し、それぞれがほぼ円形の回転挿入部１０３及びスカート１０２を含み、基板上にターゲット材料をスパッタするためにイオン源によって衝撃されるように位置する。
【００１３】
図２は、イオンビーム成膜チャンバー１００内のターゲット及びプロセスジオメトリーの例を示す。もっとも単純に言えば、イオン源１０４は、イオンビームを、水冷背面板１０２に接続された所定の材料のターゲット１０３に当てる。ターゲット１０３は、異なる方向にターゲット材料のプルームを導くために、所定の角度だけ角度をつけてずらすことができる。ターゲット１０３上に印加される力のために、材料はターゲット１０３から基板１０１上へスパッタされる。通常のイオンビーム成膜チャンバー１００は、複数の選択可能なターゲット１０３を有する。
【００１４】
図３は、先行技術の典型的なターゲット２００のターゲット利用率の例を示している。イオン源のビームは、特定の点上に中心がある（「ビームセンター２０３」として知られる）。侵食プロファイル２０２は、ビームセンター２０３上に中心がある楕円内にほぼ全体的に閉じ込められる。ある時間が経過すると、ターゲット表面２０１は、それ以上使用できない点まで侵食され、交換される。
【００１５】
図４は、回転ターゲット挿入部３０１を使用する改善されたターゲット利用率３００の例を示している。ビームセンター３０５は回転ターゲット挿入部３０１の底部に向けて位置する。従って、侵食プロファイル３０３は、回転ターゲット挿入部３０１の底部に向けて中心を有し、ビームによって生成された楕円内にほとんど完全に位置する。回転ターゲット挿入部３０１の周囲には、回転ターゲット挿入部３０１と同一の材料または異なる材料からなりうるターゲットスカート３０２が位置する。スカート３０２は、ビームの重複及び相互汚染を防ぐ役割を果たす。一実装例において、動作の間、回転ターゲット挿入部２０１に結合された図２において１０６で示されるようなモーターが、連続的に毎分所定の回転数で回転して所望の利用率の増大効果を達成する。代替的に、回転ターゲット挿入部２０１は、動作の間、不連続的に、インデックス的に回転しうる。他の実装例では、回転ターゲット挿入部３０１はプロセスの間は静止しており、プロセスが完了すると、回転ターゲット挿入部３０１は別の角度位置にインデックス的に動作し、それによってターゲット表面の異なる部分を使用することができる。
【００１６】
一実装例において、ターゲットスカートは、およそ１２から１４インチの寸法を有し、ターゲット挿入部は約１２インチの直径を有する。より小さなビームサイズのための第２の実装例において、ターゲットスカートはおよそ９から１２インチの寸法を有し、ターゲット挿入部は約９インチの直径を有する。
【００１７】
この発明的システムは、既知の回転ターゲットツールに対して、ターゲットの損耗が、より容易に、かつターゲット全体よりもより安価に交換可能であるターゲット挿入部の領域に制御されるという利点を有する。発明的システムは、ターゲット挿入部を使用する既知のツールに対して、損耗が挿入部の回転によってターゲット挿入部に渡って分布するという利点を有する。最後に、発明的システムは、ビーム偏向ツールに対して、大きなターゲット用途ではビーム源とターゲットとの間の距離が長いため特に困難になる可能性のある、ビーム偏向の複雑さを避けるという利点を有する。プロセス速度を低下させ、最終的にはビーム源の清掃を必要とする導電性材料によるビーム源の皮膜を避けることができるように、長い距離は、導電性材料をスパッタリングする際には通常行われる。
【００１８】
回転後のターゲットの損耗は、予測される付随的な侵食プロファイル３０４によって示されており、ターゲット挿入部が回転すると、回転ターゲット挿入部３０１の表面に渡って複数の選択可能な個所に位置する。ターゲットはそのため、ターゲット挿入部の相対的に均一な損耗を維持しながら、ｙ方向において所望の角度に傾けて使用されうる。
【００１９】
図５Ａ及び５Ｂは、静止した細長いターゲットに関して測定された侵食プロファイルを、３次元標高図及び等高線図の形態で示す。この測定された侵食プロファイルは、ターゲットが静止している場合にイオンビームの中心点においてどのように損耗が集中するかを示している。この侵食プロファイルは、使用可能な寿命の終了に到達したターゲットを示しており、この到達は、ターゲット内に０．２５インチの侵食があるときであり、これは、ターゲットの交換が必要となるのに十分であると考えられる。これから分かるように、ターゲットが静止している場合、ターゲットの小さな体積のみが利用され、侵食はターゲットの小さな領域に限られている。この侵食プロファイルは、シミュレートされた回転挿入部の周囲の半径方向の侵食分布をシミュレーションすることによって、回転ターゲット挿入部の侵食をシミュレートし、回転挿入部を使用した場合の、静止したターゲットと比較したターゲット寿命の増加を評価するために使用されうる。
【００２０】
図６Ａから６Ｇは、様々な寸法の回転ターゲット挿入部及び静止ターゲットスカートのシミュレートされた損耗パターンを示している。図６Ａにおいて、回転ターゲット挿入部は細長いターゲットの中心から０．５インチオフセットし、１３インチの直径を有し、この構成において、侵食深さが交換しきい値である０．２５インチに到達するときに、回転挿入部は６．７％利用されている。この損耗レベルは、静止ターゲットの使用可能な寿命よりも１．７倍長い使用可能な寿命の後に発生する。
【００２１】
図６Ｂにおいて、回転ターゲット挿入部は細長いターゲットの中心から１．０インチオフセットし、１２インチの直径を有し、この構成において、侵食深さが交換しきい値である０．２５インチに到達するときに、回転挿入部は１３．１％利用されている。この損耗レベルは、静止ターゲットの使用可能な寿命よりも２．８倍長い使用可能な寿命の後に発生する。
【００２２】
図６Ｃにおいて、回転ターゲット挿入部は細長いターゲットの中心から１．５インチオフセットし、１１インチの直径を有し、この構成において、侵食深さが交換しきい値である０．２５インチに到達するときに、回転挿入部は２８．１％利用されている。この損耗レベルは、静止ターゲットの使用可能な寿命よりも５．１倍長い使用可能な寿命の後に発生する。図６Ｃにおいては小さいが認識可能なレベルの損耗が、ターゲットが使用可能な寿命の終端に達した点において静止スカート上に蓄積することに注意すべきである。スカート侵食が０．２５インチのしきい値に到達すると、スカートは交換が必要となる。
【００２３】
図６Ｄにおいて、回転ターゲット挿入部は細長いターゲットの中心から１．７５インチオフセットし、１０．５インチの直径を有し、この構成において、侵食深さが交換しきい値である０．２５インチに到達するときに、回転挿入部は３７．８％利用されている。この損耗レベルは、静止ターゲットの使用可能な寿命よりも６．２倍長い使用可能な寿命の後に発生する。この実施形態においてはスカートの損耗はより顕著になり、スカートの交換は、およそ１０から１５回の挿入部の交換の後に、おそらく必要となるであろうことを示している。
【００２４】
図６Ｅにおいて、回転ターゲット挿入部は細長いターゲットの中心から１．９インチオフセットし、１０．２インチの直径を有し、この構成において、侵食深さが交換しきい値である０．２５インチに到達するときに、回転挿入部は４４．１％利用されている。この損耗レベルは、静止ターゲットの使用可能な寿命よりも６．９倍長い使用可能な寿命の後に発生する。スカートの交換は４から５回の挿入部の交換の後に、おそらく必要となる。
【００２５】
図６Ｆにおいて、回転ターゲット挿入部は細長いターゲットの中心から２．１インチオフセットし、９．８インチの直径を有し、この構成において、侵食深さが交換しきい値である０．２５インチに到達するときに、回転挿入部は５２．６％利用されている。この損耗レベルは、静止ターゲットの使用可能な寿命よりも７．６倍長い使用可能な寿命の後に発生する。スカートの交換は挿入部の交換が２回に達しないうちに必要となる。
【００２６】
図６Ｇにおいて、回転ターゲット挿入部は細長いターゲットの中心から２．３インチオフセットし、９．４インチの直径を有し、この構成において、回転挿入部の侵食深さが交換しきい値である０．２５インチに到達するときに、回転挿入部は６１．２％利用されている。この損耗レベルは、静止ターゲットの使用可能な寿命よりも８．３倍長い使用可能な寿命の後に発生する。しかしながら、スカートの侵食は回転挿入部とほぼ同時に交換のための０．２５インチのしきい値を超える。
【００２７】
図７Ａ及び７Ｂは、回転挿入部の中心の、細長いターゲットの中心からのオフセットによって特定される、様々なシミュレートされたターゲット挿入部の大きさに関するターゲットの寿命の増加及びターゲット利用率の増加を示している。ターゲット挿入部の寿命及び利用率は、ターゲットが小さくなり細長いターゲット構造の中心からさらにオフセットされるにつれて単調に増加することが分かる。しかしながら、ターゲット挿入部の交換及び断続的なターゲットスカートの交換のコストの組み合わせが集合的に最小化されるように、スカートの交換の必要性が、ターゲット挿入部の寸法の最終的な決定において因子とされなければならない。この最小化は、図６Ｅに見られるようなターゲット挿入部とスカートの大きさの関係で達成されると、現在考えられる。
【００２８】
本発明は様々な実施形態の記載によって示され、これらの実施形態がかなり詳細に説明されたが、添付された特許請求の範囲をそのような詳細な内容に限定またはいかなる方法でも制限することを出願人は意図していない。追加的な利点及び改良は、当業者には容易に明らかになるであろう。従って、このようなより広い態様における本発明は、図示され、説明された特定の詳細な内容、代表的な装置及び方法並びに例示的な例に限定されない。そのため、出願人の一般的な発明の概念の思想または範囲から逸脱することなく、そのような詳細な内容から展開がなされるであろう。
【符号の説明】
【００２９】
１００  イオンビーム成膜チャンバー
１０２  スカート
１０３  回転挿入部
１０４  イオン源
１０６  モーター
２００  ターゲット
２０２  侵食プロファイル
２０３  ビームセンター
３００  ターゲット利用率
３０１  回転ターゲット挿入部
３０２  ターゲットスカート
３０３  侵食プロファイル
３０５  ビームセンター
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
2015172245.tif 000007
【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
2015172245.tif 000010
【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
2015172245.tif 000012
【図６Ｅ】
2015172245.tif 000013
【図６Ｆ】
2015172245.tif 000014
【図６Ｇ】
2015172245.tif 000015
【図７Ａ】
2015172245.tif 000016
【図７Ｂ】
2015172245.tif 000017
【外国語明細書】
2015172245000001.pdf