(57)【要約】【課題】既存のマグネトロンスパッタリング装置への広範囲な変更を要求せずに、強磁性体のスパッタリング効率を改善する。【解決手段】改良されたスパッタリングターゲットを、マグネトロンスパッタリング装置で使用するために提供するものであり、そのスパッタリングターゲットは、ターゲット材料がスパッタされる活性な表面と該活性な表面の反対側に位置した背面とを含んでいる。少なくとも１つの磁石が、ターゲットの活性な表面を通り抜ける磁界を増加させるためにターゲットの背面に埋め込み、配向される。【選択図】図３
2007023377.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マグネトロンスパッタリング装置で使用されるスパッタリングターゲットであって、
ターゲット材料がスパッタされる活性な表面と該活性な表面の反対側に位置する背面とを有するターゲットと、
前記ターゲットの活性な表面を通り抜ける磁界を増加させるために前記ターゲットの背面に埋め込み、配向された少なくとも１つの磁石と、
を含んで構成したことを特徴とするスパッタリングターゲット。
【請求項２】
前記ターゲット材料は、強磁性体であることを特徴とする請求項１記載のスパッタリングターゲット。
【請求項３】
前記少なくとも１つの磁石は、マグネトロンスパッタリング装置のスパッタ跡に合わせて配設されたことを特徴とする請求項１記載のスパッタリングターゲット。
【請求項４】
前記少なくとも１つの磁石は、スパッタ跡の中心に合わせて配設されたことを特徴とする請求項３記載のスパッタリングターゲット。
【請求項５】
前記少なくとも１つの磁石は、希土類磁石であることを特徴とする請求項１記載のスパッタリングターゲット。
【請求項６】
前記少なくとも１つの磁石は、前記ターゲットの活性な表面からの深さが該活性な表面上のスパッタ跡の最大深さより深くなるように前記ターゲットに埋め込まれたことを特徴とする請求項１記載のスパッタリングターゲット。
【請求項７】
前記ターゲットの背面にバッキングプレートを接合したことを特徴とする請求項１記載のスパッタリングターゲット。
【請求項８】
前記少なくとも１つの磁石の磁極は、マグネトロンスパッタリング装置の磁極と平行に配設されたことを特徴とする請求項１記載のスパッタリングターゲット。
【請求項９】
マグネトロンスパッタリング装置で使用されるスパッタリングターゲットであって、
ターゲット材料がスパッタされる活性な表面と該活性な表面の反対側に位置する背面とを有するターゲットと、
前記ターゲットの背面に接合されたバッキングプレートと、
前記ターゲットの活性な表面を通り抜ける磁界を増加させるために前記バッキングプレートに埋め込み、配向された少なくとも１つの磁石と、
を含んで構成したことを特徴とするスパッタリングターゲット。
【請求項１０】
前記ターゲット材料は、強磁性体であることを特徴とする請求項９記載のスパッタリングターゲット。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの磁石は、マグネトロンスパッタリング装置のスパッタ跡に合わせて配設されたことを特徴とする請求項９記載のスパッタリングターゲット。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの磁石は、スパッタ跡の中心に合わせて配設されたことを特徴とする請求項１１記載のスパッタリングターゲット。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの磁石は、希土類磁石であることを特徴とする請求項９記載のスパッタリングターゲット。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの磁石の磁極は、マグネトロンスパッタリング装置の磁極と平行に配設されたことを特徴とする請求項９記載のスパッタリングターゲット。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの磁石は、前記ターゲットの背面にも埋め込まれたことを特徴とする. 請求項９記載のスパッタリングターゲット。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの磁石は、前記ターゲットの活性な表面からの深さが該活性な表面上のスパッタ跡の最大深さより深くなるように前記ターゲットに埋め込まれたことを特徴とする請求項１４記載のスパッタリングターゲット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スパッタリングターゲットに関し、特に、マグネトロンスパッタリング装置における性能改善のために改良したスパッタリングターゲットに関する。
【背景技術】
【０００２】
２極スパッタリング装置は、基板の表面にターゲット材料のフィルムを形成するために使用される。スパッタ室内にプラズマを生成するために、ターゲットと基板との間に電界をかける。プラズマ中のイオンは、ターゲットに衝突し、ターゲット材料の原子を弾き飛ばす。弾き飛ばされた原子は、基板の表面に付着して基板上にフィルムを形成する。
【０００３】
マグネトロンスパッタリング装置は、電界に加えて磁界を使用することにより、二極スパッタリング装置のスパッタレートを改善するものである。マグネトロンスパッタリング装置は、ターゲットの表面に磁界を発生して活性化させるためにスパッタリングターゲットの後ろに磁気アレイを配設している。磁界は、活性化したターゲット表面近くでプラズマ中にイオンを閉じ込める。それによって、プラズマ密度が増加し、スパッタレートを改善する。しかしながら、強磁性のターゲット材料をスパッタする場合には、マグネトロンスパッタリング装置によって提供される利点は減少、又は失われる。
【０００４】
強磁性のコバルト及びニッケル合金のような磁性材料の堆積物は、磁気データ記憶装置のような応用々途に使用される。上記磁性材料は、高透磁率で磁束を貫通し難い特性を有するため、マグネトロンスパッタリング装置によるスパッタリングは困難である。具体的には、マグネトロンスパッタリング装置の磁気アレイによって発生した磁界のほとんどすべてが、ターゲットを貫通してその活性な表面上方へ漏れ出ることなく、ターゲットの内部で短絡する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
強磁性のターゲット材料に関して、そのスパッタリングの困難性を解決するターゲットを製造する試みがなされてきた。例えば、ターゲット材料の磁束の漏洩を増加させ、また透磁率を下げるための取り組みにおいては、材料を高温又は冷間加工することによってターゲット中に歪みを生じさせている。しかしながら、これらの特性を改善することには限界がある。代替解決策としては、磁界の発生を増加させるためにマグネトロンスパッタリング装置のセッティング、又は構造の変更が成されたが、これらの解決策もまた、望ましいものではない。
【０００６】
従って、既存のマグネトロンスパッタリング装置への広範囲な変更を要求せずに、強磁性体のスパッタリング効率を改善するようなマグネトロンスパッタリングターゲットの改良が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、スパッタリングターゲット中に磁石を埋め込むことにより、従来のスパッタリングターゲットの上記問題解決に取り組むものである。具体的には、１つ以上の磁石をスパッタリングターゲットの背面に埋め込み、スパッタリングターゲットを貫通してスパッタ室へと通過する磁界を増加させる。スパッタ室内の磁界が増加することによって、プラズマ密度は増加する。それによりスパッタレートが改善され、動作電圧を低減できる。
【０００８】
本発明の１つの態様によれば、スパッタリングターゲットは、マグネトロンスパッタリング装置で使用するために提供される。このスパッタリングターゲットは、ターゲット材料がスパッタされる活性な表面と該活性な表面の反対側に位置する背面とからなる。少なくとも１つの磁石が、スパッタリングターゲットの上記背面に埋め込まれる。さらに、磁石は、ターゲットの活性な表面を通り抜ける磁界を増加させるため所定位置に配設される。スパッタリングターゲットは、代表的には強磁性体からなる。しかし、非強磁性体を同様に使用してもよい。
【０００９】
好ましくは、埋め込まれた磁石は、希土類磁石であり、マグネトロンスパッタリング装置のスパッタ跡の中心に合わせて配設される。より好ましくは、磁石は、活性な表面からの深さがスパッタ跡の最大深さよりも深くなるようにターゲットに埋め込まれる。
【００１０】
さらに、改良されたスパッタリングターゲットは、バッキングプレートをターゲットの背面に接合したものであってもよい。磁石は、バッキングプレート、ターゲット材料あるいはその両方に埋め込まれてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
上述した記載は、本発明の本質を迅速に理解し得るための記載であるが、以下、本発明の好ましい実施形態について更に詳しく理解するために、関連する図面を参照して詳述する。
【００１２】
図１は、マグネトロンスパッタリング装置10の構成を示す図である。マグネトロンスパッタリング装置10は、ターゲット材料が基板12の表面上にスパッタされるスパッタリングターゲット11を含んでいる。装置の動作中に、基板12は、筐体13及びスパッタリングターゲット11によって形成されたスパッタ室内に設置される。さらに、マグネトロンスパッタリング装置10は、スパッタリングターゲット11の活性な表面11a上に磁界を発生させるために配置される磁気アレイを含んでいる。同磁気アレイは図１に磁石14a〜14cとして示されている。上記マグネトロンスパッタリング装置10は、マグネトロンスパッタリング装置の単なる一例を図示したものであり、装置を動作させる際に使用される構成要素のすべてを含んでいるとは限らない。図１に示されるものと異なる構成を有するマグネトロンスパッタリング装置に本発明を適用することもできる。
【００１３】
スパッタリングターゲット11からターゲット材料をスパッタするために、スパッタ室には、アルゴンのような作動ガスが充填される。また、電界がスパッタリングターゲット11と基板12との間にかけられる。電界は、スパッタ室にプラズマを発生させるために作動ガスを電離する。プラズマ中のイオンは、スパッタリングターゲット11の活性な表面11aに引きつけられ、衝突する。これらの衝突によって、ターゲット材料の原子が弾き飛ばされて移動し、その後、基板12上に付着してその表面にフィルムを形成する。
【００１４】
マグネトロンスパッタリング装置10は、スパッタリングプロセスを改善するために図１に磁石14a〜14cとして示されているような磁気アレイを使用する。磁気アレイは、図１に破線で示されているような磁界を発生する。図１に示されているように、磁界は、スパッタリングターゲット11を貫通してスパッタ室に形成される。磁界は、プラズマ中のイオンを捕捉して活性な表面11a近くのプラズマ密度を増加させる。このプラズマ密度の増加は、装置のスパッタレートを改善し、かつ装置が低電圧で作動することができるようにする。磁石14a〜14cは、マグネトロンスパッタリング装置の中で使用される任意の数の磁気アレイを表示したものである。磁気アレイは、様々な形、サイズ及び／又は周知の構成からなる電磁石又は永久磁石を使用して実施してもよい。
【００１５】
図１に示されているような磁界がスパッタリングターゲット11を貫通する状態は、マグネトロンスパッタリング装置10の好ましい動作状態を表わしている。しかしながら、上述したように、従来の装置で強磁性体をスパッタする場合、上記スパッタリングターゲット11を貫通する磁界は減少する。この貫通する磁界の減少は、強磁性体の特徴である高い透磁率、及び磁束が貫通し難い特性によって引き起こされる。図２は、従来の強磁性のスパッタリングターゲット21と磁石24a〜24cとで表わされるマグネトロンスパッタリング装置の磁気アレイを示す断面図である。強磁性体の特徴は、高い透磁率及び磁束が貫通し難い特性を有していることである。従って、磁石24a〜24cから破線で示されているような磁界が発生すると、磁界は、活性な表面21aを通り抜けてスパッタ室へ進入するよりも、スパッタリングターゲット21の内部で短絡することになる。磁界がスパッタ室に入り込まない場合、マグネトロンスパッタリング装置の利点はほとんど失われる。そして、装置は、従来の二極スパッタリング装置に同じように作動する。
【００１６】
図３は、発明の第１の実施形態による強磁性のスパッタリングターゲット21を示す断面図である。図２に示された構成と同様に、マグネトロンスパッタリング装置の磁石24a〜24cによって表わされた磁気アレイは、スパッタリングターゲット21の背面21bの近傍に配設されている。しかしながら、磁石24a〜24cによって生成された磁界のターゲット内部の分路を絶つために、磁石25a及び25bがスパッタリングターゲット21の背面21bに埋め込まれる。磁石25a及び25bは、多くの磁性材料のうちのいずれを使用して実施してもよい。例えば、磁石25a及び25bとして、サマリウムコバルト又はネオジム鉄ホウ化物で作られた希土類磁石を使用して実施してもよい。本発明の範囲から逸脱しない他の磁性材料及び磁気発生源を使用することもできる。
【００１７】
磁石25a及び25bは、ターゲット内部を経る磁界の分路を遮断するためにスパッタリングターゲット21内に配向、配置されて、活性な表面21aからスパッタ室内へ浸出する磁界の量を増加させる。これを実現するために、本発明の一実施例は、磁石24a〜24cによって表わされる磁気アレイの磁極に応じて、磁石25a及び25bの磁極が配置される。具体的には、25aと25bの磁極は、磁気アレイの磁極と平行に配向、配置される。この配向、配置は、発明の一実施形態を表わしており、スパッタリングターゲット21を貫通する磁界を増加させるどのような代替配置も本発明の範囲に属する。
【００１８】
埋込み磁石の形状及び構成は、ターゲット材料をスパッタするために使用されるマグネトロンスパッタリング装置の磁気アレイの構成に依存する。磁気アレイの構成は、活性な表面21aに１つ以上のスパッタ跡の位置を決定する。スパッタ跡は、ターゲット材料がスパッタされるにつれ、活性な表面21aに形成された侵食模様を表わす。代表的なスパッタ跡は、図３に点線で示されている。発明の一実施形態によれば、磁石25a及び25bは、スパッタ跡の幅の内側に位置付けられる。そして、望ましくは、スパッタ跡の真ん中に位置付けられる。図３に示された構成において、スパッタ跡の真ん中に磁石25a及び25bを整列させるということは、磁石24a〜24cのそれぞれ一対の磁石の中間に配置することである。図３に示された磁石25a、25b及び24a〜24cの構成は、マグネトロンスパッタリング装置において使用される様々な磁気アレイの構成を表わすように意図的に示した単純な例である。したがって、本発明は、図３に示された構成に限定されない。代替構成としては、適切な形状を有する単一の埋め込み磁石を使用してもよく、又はマグネトロン設計に依存した様々な形状を有する多数の磁石を使用してもよい。特定のマグネトロン設計に基づいて変更して、本発明の範囲に属する埋込み磁石の代替形状及び構成を実現することもできる。
【００１９】
背面21bの外方に単に置くのではなく、スパッタリングターゲット21に磁石25a及び25bを埋め込むということの１つの利点は、活性な表面21aの近くに磁石25a及び25bを置けることである。これにより、活性な表面21aを貫通してスパッタ室へ浸出する磁界の量を増加させて、それによって、スパッタリングプロセスを改善することができる。発明の一実施例によれば、磁石25a及び25bは、活性な表面21aから所定の深さでスパッタ跡の最大深さの真下に埋め込まれる。これは、磁石自体がスパッタされることにより引き起こされる汚染を防いで、磁石を活性な表面21aに接近させることを可能にする。
【００２０】
磁石25a及び25bは、周知の多くの方法のいずれかを使用して背面21bに埋め込まれる。例えば、従来の機械加工技術が個々の磁石用の穴を掘るために使用されてもよい。その後、磁石は、穴に圧入してもよく、又は既知のボンディング技術を使用して接着してもよく、若しくはこれらの方法を組合せてもよい。
【００２１】
図２及び図３は、単一体のターゲット構造を示している。ターゲットは、マグネトロンスパッタリング装置のスパッタカソード上に直接マウントされる。図４及び図５は、２つの部品で構成したスパッタリングターゲットを示している。具体的には、スパッタリングターゲット31は、バッキングプレート36に接合され、スパッタリングプロセス中はスパッタカソード上にマウントされる。
【００２２】
図２と同様に、図４は、従来の強磁性のスパッタリングターゲットの断面と、マグネトロンスパッタリング装置の磁石34a〜34cによって表わされる磁気アレイを示す。図４に示されているように、強磁性体のスパッタリングターゲットは、磁気アレイで発生した破線で示す磁界を、スパッタリングターゲットを通して短絡させる。従って、マグネトロンスパッタリング装置によって提供されるスパッタリングプロセスの改善効果は、縮小されるか又は失われる。
【００２３】
図５は、本発明の第２の実施形態による強磁性スパッタリングターゲットを示す断面図である。図５に示されているように、磁石35a及び35bは、バッキングプレート36に埋め込まれている。本実施形態ではターゲット材料ではなくバッキングプレート36に埋め込まれているが、磁気アレイ及びスパッタリングターゲットに対する磁石35a及び35bの配置及び構成は、図３において上述された磁石25a及び25bと同様である。
【００２４】
バッキングプレートに磁石を埋め込むことの利点は、スパッタリングターゲットが消耗した場合、新しいスパッタリングターゲットへバッキングプレートを移し替えて接合することができるということである。２つの部品からなるスパッタリングターゲットの他の実施形態は、バッキングプレート36との接合面側で、図３に示されているのと同様に、スパッタリングターゲット31に磁石35a及び35bを埋め込むことを含んでいる。さらに、磁石35a及び35bは、スパッタリングターゲット31及びバッキングプレート36の両方に、完全にあるいは部分的に埋め込まれていてもよい。
【００２５】
上述したように、本発明は、マグネトロンスパッタリング装置で使用されるスパッタリングターゲットを改善する斬新な方法を提供する。本発明によって提供される大きな利点は、マグネトロンスパッタリング装置に大規模な変更を要求するのではなく、ターゲット自体が改良されるということである。本発明は、強磁性のスパッタリング材料でスパッタリングターゲットを作る場合について説明している。しかし、本発明がスパッタレートを改善するために非強磁性のスパッタリングターゲットに対しても同様に適用可能であることは、明らかである。更に、その発明は、特定の形状を有するスパッタリングターゲットに限定されない。例えば、スパッタリングターゲットは、円形又は長方形等であってもよい。
【００２６】
以上の説明においては、本発明の好ましい実施形態を図示している。しかしながら、上述した例は、本発明の範囲を制限するものではない。それは、特許請求の範囲の請求項に基づいて解釈されるべきである。本発明の技術的思想及び範囲から外れずに、本発明の図示された例に様々な変更を加えることができることは、明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】マグネトロンスパッタリング装置の構成を示す図である。
【図２】従来のスパッタリングターゲットを示す断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態によるスパッタリングターゲットを示す断面図である。
【図４】バッキングプレートを有する従来のスパッタリングターゲットを示す断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態によるバッキングプレートを有するスパッタリングターゲットを示す断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１０…マグネトロンスパッタリング装置
１１，２１，３１…スパッタリングターゲット
１１ａ，２１ａ，３１ａ，…活性な表面
１２…基板
２１ｂ…背面
２４a、２４b、２４c…磁石
２５ａ，２５ｂ，３５ａ，３５ｂ…埋め込まれた磁石
３６…バッキングプレート
【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５】
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