(57)【要約】      （修正有）【課題】アラーム機能を有するスパッタリングターゲットを提供する。【解決手段】スパッタリングターゲット１は、ターゲット材料を含むとともに接合面Ａ’を有するターゲット本体１１と、ターゲット本体の接合面に接合されたバッキング本体１２と、ターゲット本体に埋め込まれた少なくとも１つのアラーム本体１３を含む。各アラーム本体の長さは、１センチメートルよりも長く、接合面に突出した各アラーム本体の面積の接合面の面積に対する百分率は、１％以下であり、接合面に突出した少なくとも１つのアラーム本体の面積の合計の接合面の面積に対する百分率は、２０％以下である。アラーム本体の区別可能な材料は、スパッタリング環境に曝されている間、当該スパッタリング環境及びターゲット材料から区別可能な気体成分を放出することができ、気体成分は、スパッタリングプロセスをタイミングよく停止させるアラーム信号として機能することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アラーム機能を有するスパッタリングターゲットであって、
ターゲット材料を含むとともに接合面を有するターゲット本体と、
前記ターゲット本体の前記接合面に接合されたバッキング本体と、
前記ターゲット本体に埋め込まれた少なくとも１つのアラーム本体と、を含み、
各アラーム本体の長さは、１センチメートル（ｃｍ）よりも長く、前記接合面に突出した各アラーム本体の面積の前記接合面の面積に対する百分率は、１％以下であり、前記接合面に突出した前記少なくとも１つのアラーム本体の面積の合計の前記接合面の面積に対する百分率は、２０％以下であり、
前記少なくとも１つのアラーム本体は、スパッタリング環境に曝されている間、当該スパッタリング環境及び前記ターゲット材料から区別可能な気体成分を放出する区別可能な材料を含むアラーム機能を有するスパッタリングターゲット。
【請求項２】
前記バッキング本体は、バッキングプレート又はバッキングチューブである請求項１に係るアラーム機能を有するスパッタリングターゲット。
【請求項３】
前記少なくとも１つのアラーム本体は、前記ターゲット本体に埋め込まれるとともに、前記区別可能な材料で満たされる請求項１に係るアラーム機能を有するスパッタリングターゲット。
【請求項４】
前記少なくとも１つのアラーム本体は、前記ターゲット本体に埋め込まれ、前記少なくとも１つのアラーム本体の前記区別可能な材料は、個々に分布される請求項１に係るアラーム機能を有するスパッタリングターゲット。
【請求項５】
前記区別可能な材料は、ＡｌＮ、ＢＮ、ＳｉＣ、Ａｌ2Ｏ3、Ｓｉ3Ｎ4、ＺｒＯ2、ＭｇＯ又は、Ｌｉ2Ｏである請求項１に係るアラーム機能を有するスパッタリングターゲット。
【請求項６】
前記少なくとも１つのアラーム本体は、前記ターゲット本体上に配置される請求項１に係るアラーム機能を有するスパッタリングターゲット。
【請求項７】
前記少なくとも１つのアラーム本体は、前記ターゲット本体の浸食プロファイルが前記接合面に突出する位置に配置される請求項１に係るアラーム機能を有する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、アラーム機能を有するスパッタリングターゲットに関し、特に、スパッタリングプロセスを停止させるためのアラーム信号を発生させるアラーム本体を備えるスパッタリングターゲットに関する。
【背景技術】
【０００２】
物理蒸着（ＰＶＤ）は、薄膜を形成する従来の被膜法であり、原子又は分子を金属基板、合金基板、セラミック基板及び、シリコンウェハ基板等の基板上に堆積させて、その基板上に薄膜を形成するものである。
【０００３】
物理蒸着は、真空蒸着とスパッタリング蒸着とに分類される。グロー放電効果によって不活性ガスがイオン化され、ターゲットの表面に衝撃を与え、ターゲットの原子又は分子が強打されて基板に堆積し、最終的に均一な薄膜を形成する。よって、物理蒸着は、半導体や、光電子又は記憶媒体の領域における最も一般的な薄膜形成技術となる。
【０００４】
ターゲット及びバッキングプレートからなるスパッタリングターゲットは、スパッタリングプロセス中に不可欠な材料である。バッキングプレートは、その大部分が熱伝導率の高い材料で作られ、細かい水冷用内部チャネル設計を有するので、ターゲットの熱除去及びターゲットのスパッタリングマシンへの装てん用の重要な構成要素となることができる。しかしながら、バッキングプレートは、その製造コストが高過ぎる。そのため、ターゲットをスパッタリングした後で、バッキングプレートをスパッタリングされたターゲットから取り外すことができ、適切に洗浄した後でリサイクル及び再利用できれば、スパッタリングプロセスのコストは、バッキングプレートをリサイクルし再利用することにより大きく削減することができる。
【０００５】
よって、バッキングプレートの完全性を維持するために、スパッタリングプロセスは一般に、ターゲットが完全に浸食される前に停止し、ターゲットを新しいものと直ちに交換する。しかしながら、ターゲットを交換している間に真空チェンバ全体をベントしなければならず、真空が破壊されてしまう。ターゲットを交換するタイミングが早すぎると、装置当たりの製造能力及びターゲットの使用度が低減されてしまう。ターゲットを交換するタイミングが遅過ぎる、バッキングプレートにダメージを与えてしまうリスクが高くなる。よって、バッキングプレートに配置されたターゲットをいかにして正しいタイミングで交換するかが非常に重要な問題となる。
【０００６】
近年、スパッタリングターゲットの使用度を検出する方法に関しての多くの研究が発展してきた。米国特許第５，４８７，８２３号に開示されているように、区別可能な材料を、ターゲットとスパッタリングターゲットのバッキングプレートとの間に配置する。ターゲットがある深さまで浸食すると、区別可能な材料が放出する気体を認識することにより、ターゲットの使用度を検出することができる。しかしながら、当該特許は、区別可能な材料の面積のターゲット全体の面積に対する好ましい比率について、全く言及していない。ターゲットのバッキングプレートに対する接合強度及び、スパッタリングターゲットの性能は、区別可能な材料の存在によって低下し、ターゲット材料の経済効果を効率的に向上させることはできない。
【０００７】
従って、本発明は、上述した問題を克服するため、ターゲットの使用度及びバッキングプレートの完全性を確保するために、ターゲットを浸食プロファイルの最も深い深さまでスパッタした後、かつ、バッキングプレートがダメージを受けるよりも前に、アラーム信号を発生させることができるアラーム機能を有するスパッタリングターゲットを提供するものである。本発明に係るスパッタリングターゲットは、スパッタリングターゲットの特性を低下させずにアラーム信号を発生させてスパッタリングプロセスを停止させることができるので、スパッタリングプロセス中のスパッタリングターゲットの性能を向上させ、それにより、スパッタリングプロセスのコストを大きく削減させることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の主要な目的は、アラーム機能を有するスパッタリングターゲットを提供することであり、当該スパッタリングターゲットは、ターゲット本体のバッキング本体に対する接合強度を維持することができ、当該スパッタリングターゲットのアラーム本体が、アラーム信号として気体を放出して、丁度いいタイミングでスパッタリングプロセスを停止させることができることにより、前記バッキング本体の完全性を維持することができ、スパッタリングプロセスのコストも削減することができるものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明は、アラーム機能を有するスパッタリングターゲットであって、ターゲット材料を含むとともに接合面を有するターゲット本体と、前記ターゲット本体の前記接合面と接合されたバッキング本体と、前記ターゲット本体に埋め込まれた少なくとも１つのアラーム本体と、を備え、各アラーム本体の長さは、１センチメートル（ｃｍ）よりも長く、前記接合面に突出した各アラーム本体の面積の前記接合面の面積に対する百分率は、１％以下であり、前記接合面に突出した前記少なくとも１つのアラーム本体の面積の合計の前記接合面の面積に対する百分率は、２０％以下であり、前記少なくとも１つのアラーム本体は、区別可能な材料を含み、前記区別可能な材料は、スパッタリング環境に曝されている間に、当該スパッタリング環境及び前記ターゲット材料から区別可能な気体成分を放出する、アラーム機能を有するスパッタリングターゲットを提供するものである。
【００１０】
前記ターゲット本体が、前記スパッタリングプロセスにおいて前記アラーム本体の深さまで浸食されると、前記アラーム本体の前記区別可能な材料が、前記スパッタリング環境及び前記ターゲット材料から区別可能な気体成分を放出する。前記気体成分をガス分析器によって検出すると、前記気体成分の検出が、前記スパッタリングプロセスを停止させるアラーム信号に変換され、当該アラーム信号によって、前記バッキング本体がプラズマによってダメージを受けることを防止する。
【００１１】
本発明に係るアラーム機能を有する前記スパッタリングターゲットの前記少なくとも１つのアラーム本体は、最初に浸食される前記ターゲット本体の領域に配置されることが好ましい。また、同一の装置における異なるスパッタリングターゲット同士の浸食プロファイルの偏差は、１センチメートル以内に制御することができる。よって、前記浸食位置と前記アラーム本体との位置の不一致を防止するため、各アラーム本体の長さは、１センチメートルよりも長いことが好ましい。しかしながら、前記接合面に突出した前記少なくとも１つのアラーム本体の面積の合計が大き過ぎれば、前記ターゲット本体は、前記バッキング本体と接合するための十分な接合強度を有することができず、そのため、前記スパッタリングターゲットのスパッタリングの質が低くなってしまう。よって、前記接合面に突出した前記少なくとも１つのアラーム本体の面積の合計の前記接合面の面積に対する前記百分率は、２０％以下でなければならない。
また、前記接合面に突出した各単一のアラーム本体の面積の前記接合面の面積に対する百分率が１％よりも大きければ、前記スパッタリングターゲットの前記バッキング本体の局所的な熱除去効率が減少し、さらには、薄膜の特性も低下してしまう。よって、前記スパッタリングターゲットの局所的な効率を確保するために、前記接合面に突出した各アラーム本体の面積の前記接合面の面積に対する百分率は、１％以下でなければならない。前記接合面に突出した前記少なくとも１つのアラーム本体の面積の合計は、適切な範囲内で制御されるので、本発明に係る前記スパッタリングターゲットの接合強度及び熱除去効率を維持し、前記ターゲット本体が前記バッキング本体から分離する可能性を防止することができる。
【００１２】
本発明に係る前記スパッタリングターゲットの前記少なくとも１つのアラーム本体は、前記区別可能な材料で被覆される又は満たされてもよく、前記少なくとも１つのアラーム本体の前記区別可能な材料を、連続的又は不連続的に個々に分布してもよい。
【００１３】
本発明に係る前記アラーム機能を有するスパッタリングターゲットの前記アラーム本体の前記区別可能な材料は、セラミック材料、窒化物、酸化物、金属、合金又は金属酸化物等、半導体化合物又は、金属化合物で作られてもよい。前記区別可能な材料は、ＡｌＮ、ＢＮ、ＳｉＣ、Ａｌ2Ｏ3、Ｓｉ3Ｎ4、ＺｒＯ2、ＭｇＯ又は、Ｌｉ2Ｏであることが好ましい。
【００１４】
また、本発明に係る前記アラーム機能を有するスパッタリングターゲットの前記バッキング本体は、バッキングプレート又はバッキングチューブであってもよい。前記バッキング本体がバッキングプレートの場合、前記ターゲット本体は、プレート構造に作られ、平坦な表面の前記バッキングプレートに接合される。前記バッキング本体がバッキングチューブの場合、前記ターゲット本体は、内部空間を有する中空の円筒構造で作ることができ、前記バッキング本体は、中空のターゲット本体の内部空間に配置され、前記ターゲット本体に接合される弧状の表面を有する。
【００１５】
本発明の他の目的は、前記少なくとも１つのアラーム本体が前記ターゲット本体の前記接合面に配置されるアラーム機能を有するスパッタリングターゲットを提供することである。前記スパッタリングターゲットの前記ターゲット本体が同様の浸食プロファイルに浸食され、前記スパッタリングプロセスが、同一の１つのスパッタリング装置を用いることで良好な再現性を有するので、前記少なくとも１つのアラーム本体は、最初に浸食され前記接合面に突出した前記ターゲット本体の領域に好適に配置され、その結果、本発明に係る前記スパッタリングターゲットのアラーム機能が保証され、それにより、前記ターゲット本体の使用度を向上させることができ、前記バッキング本体が浸食されないようになる。
【００１６】
本発明に係る前記スパッタリングターゲットの各アラーム本体が、前記スパッタリングプロセス中に、前記ターゲット本体上に形成された浸食プロファイルの下の前記ターゲット本体に埋め込まれるので、前記スパッタリングプロセスを停止させるための気体成分を、前記浸食プロファイルが所定の深さに到達するまで放出することで、前記ターゲット本体の使用可能な浸食深度が最大となり、最終的に、前記ターゲット本体の使用度が強化される。よって、前記スパッタリングプロセス中に前記ターゲット本体を交換する頻度が減り、前記スパッタリングプロセスの製造効率が向上する。
【００１７】
従って、本発明に係る前記スパッタリングターゲットの各アラーム本体の長さは、１センチメートルよりも長くなるように制御され、前記接合面に突出した各アラーム本体の面積の前記接合面の面積に対する百分率は、１％以下であり、前記接合面に突出した前記少なくとも１つのアラーム本体の面積の合計の前記接合面の面積に対する百分率は、２０％以下であるため、前記ターゲット本体の前記バッキング本体に対する接合強度及び、前記バッキング本体の熱除去効率を確保することができる。さらに、本発明に係る前記スパッタリングターゲットの浸食深度が最大となり、本発明に係るスパッタリングターゲットを用いたスパッタリングプロセスの製造効率が最終的に向上する。
【００１８】
本発明の他の目的、利点及び新規特徴は、以下の詳細な説明を添付の図面と併用することでより明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態１に係るスパッタリングターゲットの側面断面図である。
【図２】本発明の実施形態１に係るスパッタリングターゲットの斜視図である。
【図３】窒化ホウ素の分圧のスパッタリング時間に対する依存性を示すグラフである。
【図４】本発明の実施形態２に係るスパッタリングターゲットの側面断面図である。
【図５】本発明の実施形態２に係るスパッタリングターゲットの斜視図である。
【図６】本発明に係る単一のアラーム本体の分布の平面図である。
【図７】本発明に係る単一のアラーム本体の他の分布の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
スパッタリングターゲットのバッキング本体がプラズマによってダメージを受けることを防止するために、本発明では、従来型ターゲット及び少なくとも１つのアラームターゲットを一体化させて、本発明に係るアラーム機能を有するスパッタリングターゲットとするスパッタリングターゲットを発展させる。また、ターゲット本体のバッキング本体に対する接合強度及び、バッキング本体の熱除去効率を確保するために、本発明は、少なくとも１つのアラーム本体を配置することの制限をさらに開示して、良好な特性を有するスパッタリングターゲットを製造する。
【００２１】
本発明に係るスパッタリングターゲットによって説明するように、本発明のターゲット本体には、アルミニウム、タングステン、モリブデン、チタン、タンタル、合金又は、シリサイド等の金属を含むが、これらに限定されるものではないターゲット材料が含まれる。本発明の少なくとも１つのアラーム本体は、ＡｌＮ、ＢＮ、ＳｉＣ、Ａｌ2Ｏ3、Ｓｉ3Ｎ4、ＺｒＯ2、ＭｇＯ又はＬｉ2Ｏ等の区別可能な材料を含むが、これらに限定されるものではない。
区別可能な材料は、スパッタリング環境に曝されている間、スパッタリング環境及びターゲット材料から区別可能な気体成分を放出することができるので、ターゲット本体が放出した特定の気体成分は、ガス分析器によって検出された特定の分子量の分析又は、発光分光法の特定の線や強度の分析によって検出することができる。よって、区別可能な材料が放出した気体成分が上述した方法によって検出されると、気体成分の検出が、スパッタリングプロセスを停止させるためのアラーム信号の役割を担い、スパッタリングターゲットのバッキング本体がプラズマによってダメージを受けることを防止することができる。
【実施例１】
【００２２】
図１及び図２を参照すると、本発明のアラーム機能を有するスパッタリングターゲット１は、ターゲット材料を含み、接合面Ａ’を有するターゲット本体１１と、ターゲット本体１１の接合面Ａ’と接合されたバッキング本体１２と、区別可能な材料で満たされ、ターゲット本体１１の接合面Ａ’上に被覆されたアラーム本体１３とを有する。
【００２３】
実施形態１では、接合面Ａ1’に突出したアラーム本体１３の面積の接合面Ａ’の面積に対する百分率は、２０％以下である。本実施形態によって示すように、接合面Ａ’に突出したアラーム本体１３の面積は、バッキング本体１２の上面Ａ’’と接触するアラーム本体１３の面積と等しい。アラーム本体１３の突出した面積Ａ1’が、適切な範囲内で制御されれば、ターゲット本体１１のバッキング本体１２に対する接合強度及び、バッキング本体１２の熱除去効率を維持することができるので、スパッタリングプロセス中に、ターゲット本体１１がバッキング本体１２から分離する可能性を低減させることができる。
【００２４】
本実施形態のスパッタリングターゲットにおいて、ターゲット本体は、アルミニウムであるターゲット材料を含み、アラーム本体は、窒化ホウ素である区別可能な材料を含む。区別可能な材料は、スパッタリング環境に曝されている間、スパッタリング環境における気体成分及びターゲット材料から区別可能な窒化ホウ素分子を放出することができる。そして、ガス分析器は、区別可能な材料が放出した窒化ホウ素の分圧を分析することができる。ここで、窒化ホウ素の分子重量は、およそ２４Ｄａ及び２５Ｄａである。
【００２５】
従って、本発明に係るスパッタリングターゲットのターゲット本体が、少なくとも１つのアラーム本体が配置された場所に向かって浸食されると、アラーム本体の区別可能な材料は、スパッタリング環境に曝されている間、スパッタリング環境及びターゲット材料から区別可能な気体成分を放出することができる。図３において下向きの矢印によって示したように、ガス検出器は、区別可能な材料が発生させたスパッタリングプロセスを停止するためのアラーム信号を検出し始める。
【００２６】
図３を参照すると、右向きの矢印は、連続的にターゲット本体をスパッタリングするプロセスを示している。スパッタリングプロセスの期間は、ターゲット本体の厚さによって変化する。図３を参照すると、分子重量が２４Ｄａ及び２５Ｄａである窒化ホウ素の分圧は、ターゲット本体がアラーム本体の深さまで浸食するまで著しく上昇する。本実施形態では、本発明に係るスパッタリングターゲットの浸食深度が、分圧１０-5から１０-6Ｐａで最大であることを示している。
【００２７】
そのため、区別可能な材料が放出した気体成分が上述した方法によって検出されると、区別可能な材料が放出した気体成分の分圧の急激な上昇が、スパッタリングプロセスを停止させるためのアラーム信号として働くので、本発明に係るスパッタリングターゲットのバッキング本体が、プラズマによってダメージを受けることがない。
【実施例２】
【００２８】
図４及び図５を参照すると、本発明に係るアラーム機能を有するスパッタリングターゲット２は、複数のアラーム本体２３を有する。
【００２９】
実施形態１によって説明したように、本実施形態のアラーム機能を有するスパッタリングターゲット２は、バッキング本体２２及び、バッキング本体２２に配置されたターゲット本体２１を含む。ここで、ターゲット本体２１は、接合面Ａ’を有し、バッキング本体２２は、ターゲット本体２１の接合面Ａ’に接合される。
【００３０】
実施形態１と実施形態２の違いは、本実施形態のスパッタリングターゲット２は、複数のアラーム本体２３を有し、当該複数のアラーム本体２３が、ターゲット本体２１の浸食プロファイルが接合面Ａ’に対して突出しているところに配置されることである。図５を参照すると、スパッタリング装置を用いてスパッタされたターゲット本体２１の所定の浸食プロファイル２４は、予めターゲット本体２１にマップされる。複数のアラーム本体２３のそれぞれは、複数のアラーム本体２４’の領域に配置される。この複数のアラーム本体２４’の領域とは、接合面Ａ’に突出したターゲット本体２１の所定の浸食プロファイル２４の領域である。
【００３１】
本実施形態では、接合面Ａ1’に突出した各アラーム本体２３の面積の接合面Ａ’の面積に対する百分率は、１％以下であるため、本発明に係るスパッタリングターゲットの局所的な熱除去効率を維持することができる。接合面Ａ1’に突出した複数のアラーム本体２３の面積の合計の接合面Ａ’の面積に対する百分率は、２０％以下である。また、各アラーム本体２３の長さＬも、１センチメートルよりも長くなるように制御される。
【００３２】
図６を参照すると、各アラーム本体の長さが１センチメートルよりも長くなるように制御されれば、浸食位置とアラーム本体との間の位置の相違によってバッキング本体にダメージを与える可能性を防止することができる。
【００３３】
また、各アラーム本体２３は、図６に示したように、区別可能な材料２３１によって満たされてもよいし、各アラーム本体２３の区別可能な材料２３１を、図７に示したように、連続的又は不連続的に個々に分布されてもよい。
【００３４】
つまり、本発明に係るアラーム機能を有するスパッタリングターゲットは、バッキングプレートに接触する少なくとも１つのアラーム本体の面積の接合面の面積に対する百分率を制御することで、アラーム機能、良好な性能及び熱除去効率を有するスパッタリングターゲットを製造することができる。
【００３５】
本発明の多くの特徴及び利点を本発明の構造及び特徴の詳細と共に上述したが、本開示は例示に過ぎず、詳細、特に、形状、大きさ、部品の配置に関して、添付した請求項を表す用語の広義の一般的な意味によって示される最大限の範囲までの本発明の原理の範囲内で変更を行ってもよい。
【符号の説明】
【００３６】
１  スパッタリングターゲット
１１  ターゲット本体
１２  バッキング本体
１３  アラーム本体
Ａ’  接合面
Ａ’’  上面
【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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【図６】
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【図７】
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