JP5540947B2

JP5540947B2 - スパッタリングターゲット

Info

Publication number: JP5540947B2
Application number: JP2010154463A
Authority: JP
Inventors: 恒太郎浦山; 佑一近藤
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2010-07-07
Filing date: 2010-07-07
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2030-07-07
Also published as: JP2012017492A

Description

本発明は、磁気記録媒体の記録層等の製造に用いられるスパッタリングターゲットに関する。

磁気記録媒体の記録層等を製造するためのスパッタリング法として、近年、ターゲットに磁界を印加するマグネトロンスパッタリング法が主流となってきている。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配置した状態で電圧を印加し、ターゲットの表面に漏洩する磁束領域にプラズマを収束させることにより、集中的にスパッタして高速での成膜を可能にする方法である（特許文献１参照）。

マグネトロンスパッタリング装置におけるスパッタ条件は、装置の大型化および高性能化に伴って厳しくなっている。このため、短時間の操業でも粗大なパーティクルが多数発生するようになり、パーティクルによるターゲットの短寿命化が問題となっている。

これに対して、ターゲットのスパッタ面の非エロージョン領域（スパッタされない部分）に堆積したスパッタ生成物が剥離してパーティクルとなることを防ぐために、エロージョン領域（スパッタされる部分）に比較して非エロージョン領域の表面粗さを大きくすることによりスパッタ生成物を非エロージョン領域に密着させて剥がれないようにすることが提案されている（特許文献２参照）。

特開昭６２−６０８６７号公報特開平６−３０６５９７号公報

ターゲットのスパッタ面においては、エロージョン領域が環状に形成され、その周囲を非エロージョン領域が囲む構成となる。このため、非エロージョン領域を粗面化してスパッタ生成物を密着させたとしても、エロージョン領域近傍においては、非エロージョン領域に付着したスパッタ生成物が再スパッタされてパーティクルが発生し、スパッタ膜を汚染する原因となるおそれがある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、マグネトロンスパッタリング装置において、スパッタリングターゲットのパーティクルの発生を抑えることを目的とする。

本発明は、ＺｎＯからなり、マグネトロンスパッタに用いられるＺｎＯ系の酸化物ターゲットであって、表面（スパッタ面）が、表面粗さがＲａ４．０μｍ以下であってスパッタされるエロージョン領域と、スパッタされない非エロージョン領域とに設定され、この非エロージョン領域が、前記エロージョン領域から離間するとともにその表面粗さがＲａ５．０μｍ〜８．０μｍである第１非エロージョン領域と、この第１非エロージョン領域と前記エロージョン領域との間の領域であってその表面粗さがＲａ１．０μｍ〜４．０μｍであり、前記エロージョン領域の周囲に５〜１５ｍｍの幅で設けられている第２非エロージョン領域とに設定されている。

このスパッタリングターゲットによれば、第１非エロージョン領域を粗面化しているので、この第１非エロージョン領域に付着したスパッタ生成物は強固に固着され、その剥離を防止でき、スパッタ生成物によるパーティクルの発生を効果的に抑制できる。

この場合、第１非エロージョン領域の表面粗さは、スパッタリングターゲットとスパッタ生成物との十分な密着性を確保するために下限をＲａ５．０μｍと設定され、異常放電を発生させないために上限をＲａ８．０μｍと設定される。

また、この第１非エロージョン領域とエロージョン領域との間の第２非エロージョン領域を平滑面に設定しているので、この第２非エロージョン領域にスパッタ生成物が付着しても厚くなりにくいとともに、５〜１５ｍｍと狭い領域に設定されていることにより、付着したスパッタ生成物が剥離しにくい。すなわち、この第２非エロージョン領域の幅を５ｍｍ以上が設定されるのは、付着したスパッタ生成物がエロージョン空間の影響を受け再スパッタされるのを防ぐためである。また、この幅が１５ｍｍ以下と設定されるのは、第２非エロージョン領域に付着するスパッタ生成物が過剰に大きくなって剥離するのを防止するためである。

このスパッタリングターゲットにおいて、前記第１非エロージョン領域が、前記スパッタリングターゲットの端縁部から離間するように設けられていることが好ましい。この場合、スパッタリングターゲットの端縁部の表面粗さが小さいので、ここにおけるクラック、欠けの発生や異常放電を抑制できる。

本発明によれば、マグネトロンスパッタリングにおいて、スパッタ生成物によるパーティクルの発生を抑え、高品質の成膜が可能となる。

本発明のスパッタリングターゲットの表面（スパッタ面）を示す図である。本発明に係るスパッタリングターゲットを備えるマグネトロンスパッタリング装置を示す側面図である。図１におけるＡ−Ａ線に沿う断面図である。

以下、本発明に係るスパッタリングターゲットの実施形態について説明する。このスパッタリングターゲット１０は、ＺｎＯからなり、マグネトロンスパッタに用いられるＺｎＯ系の酸化物ターゲットであって、図１に示すように、表面１０ａがスパッタ面であり、中央に矩形孔１０ｂが形成された矩形板状材である。

ここで、スパッタリングターゲット１０を用いるマグネトロンスパッタリング装置１００について説明する。図２に示すように、マグネトロンスパッタリング装置１００は、真空チャンバ１０１内に、真空チャンバ１０１の下部で処理基板１０２を載置状態に保持するステージ１０３と、真空チャンバ１０１の上部でスパッタリングターゲット１０を保持するターゲットホルダ１０４とを備えている。

処理基板１０２とスパッタリングターゲット１０とは、間隔をおいて各表面が上下に対向している。ターゲットホルダ１０４の内部には、スパッタリングターゲット１０の背面に配置されるマグネット１０５が備えられている。

ターゲットホルダ１０４は、真空チャンバ１０１の壁に絶縁状態で取り付けられ、スパッタリングターゲット１０に電圧を印加するための外部電源１０６に接続されている。真空チャンバ１０１には、Ａｒガス等の不活性ガスを導入するためのガス導入口１０１ａと、排気および真空引きのためのガス排出口１０１ｂとが設けられている。

このマグネトロンスパッタリング装置１００では、真空チャンバ１０１内を真空状態にしておき、外部電源１０６からスパッタリングターゲット１０と処理基板１０２との間に電圧を印加して、真空チャンバ１０１内に不活性ガスを導入する。スパッタリングターゲット１０背部のマグネット１０５からの磁界は、二点鎖線で図示するようにスパッタリングターゲット１０の表面１０ａ側に漏洩している。

これにより、破線で図示するように放電プラズマがスパッタリングターゲット１０の表面１０ａに高密度に収束する。不活性ガスのイオンがこのプラズマ中で加速されてスパッタリングターゲット１０に入射すると、スパッタリングターゲット１０の表面１０ａからスパッタ原子がたたき出されて処理基板１０２に到達し、処理基板１０２の表面に薄膜が形成される。

このマグネトロンスパッタリング装置１００に用いられるスパッタリングターゲット１０の表面１０ａは、図１に示すように、表面粗さがＲａ４．０μｍ以下（たとえば１．０μｍ以上）であってスパッタされるエロージョン領域２０と、スパッタされない非エロージョン領域２１とに設定されている。図１のＡ−Ａ線に沿うスパッタリングターゲット１０の断面を図３に示す。

非エロージョン領域２１は、エロージョン領域２０から離間するとともにその表面粗さがＲａ５．０μｍ〜８．０μｍである第１非エロージョン領域（粗面領域）２１ａと、この第１非エロージョン領域２１ａとエロージョン領域２０との間の領域であってその表面粗さがＲａ１．０μｍ〜４．０μｍであり、エロージョン領域２０の周囲に５〜１５ｍｍの幅で設けられている第２非エロージョン領域（平滑面領域）２１ｂとに設定されている。

第１非エロージョン領域（粗面領域）２１ａは、スパッタリングターゲット１０の端縁部１０ｃからたとえば１〜２ｍｍ離間するように設けられている。換言すると、端縁部１０ｃから１〜２ｍｍの幅で、表面粗さがＲａ１．０μｍ〜４．０μｍであってスパッタされない平滑端縁領域２１ｃが設けられている。なお、ここでいう端縁部１０ｃとは、図１に示すように、スパッタリングターゲット１０の外周縁部、および矩形孔１０ｂの周縁部である。

このスパッタリングターゲット１０の表面１０ａは、たとえば、以下のような処理により、各部分が上述した所望の表面粗さに加工される。すなわち、まず、Ｒａ１．０μｍ〜４．０μｍとなるように表面１０ａの全面を研磨する。これにより、エロージョン領域２０と非エロージョン領域２１のうちの平滑面領域２１ｂおよび平滑端縁領域２１ｃとを所望の表面粗さとしておく。

次いで、これらエロージョン領域２０、平滑面領域２１ｂおよび平滑端縁領域２１ｃをマスクし、Ｒａ５．０μｍ〜８．０μｍとなるようにブラスト加工を施し、粗面領域２１ａを所望の表面粗さに粗面化する。このとき、欠けが生じやすい端縁部１０ｃから幅１〜２ｍｍの領域（すなわち平滑端縁領域２１ｃ）にはブラスト加工を施さないので、スパッタリングターゲット１０の欠けによる異常放電を防止できる。

このスパッタリングターゲット１０をマグネトロンスパッタリング装置１００に用いてスパッタした場合、スパッタリングターゲット１０のエロージョン領域２０がスパッタされるとともに、スパッタによりスパッタ生成物が生じてスパッタリングターゲット１０の表面１０ａ等に付着する。なお、スパッタ生成物には、スパッタリングターゲット１０から発生したパーティクル、処理基板１０２に到達せず成膜しなかった成分等が含まれる。

粗面領域２１ａにはスパッタ生成物が厚く付着しやすいが、粗面に対する付着力が強固であることから、ここから剥離して処理基板１０２を汚染するおそれは小さい。また、エロージョン領域２０を囲んで隣接する幅５〜１５ｍｍの平滑面領域２１ｂおよび幅１〜２ｍｍの平滑端縁領域２１ｃに対しては、スパッタ生成物は付着しても平滑面であるので厚くなりにくく、また領域が狭いので剥離しにくい。付着したスパッタ生成物の厚さが比較的小さく０．１ｍｍ程度であるから、ここに付着したスパッタ生成物がエロージョン領域２０のスパッタを妨げたり、再スパッタされてパーティクルを生じたりすることもほとんどない。

以上説明したように、本発明に係るスパッタリングターゲット１０によれば、スパッタリングにより付着するスパッタ生成物を脱落させにくく、付着したスパッタ生成物の再スパッタも生じにくいので、成膜性能を低下させることなく長時間にわたるマグネトロンスパッタリングによる成膜が可能となる。
なお、本発明は前記実施形態の構成のものに限定されるものではなく、細部構成においては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

（実施例および比較例）
ここで、本発明に係るスパッタリングターゲットの実施例および比較例について説明する。実施例１〜４および比較例１〜６について、エロージョン領域、第１非エロージョン領域、および第２非エロージョン領域の各表面粗さと、第２非エロージョン領域の幅と、第１非エロージョン領域からスパッタリングターゲットの端縁部までの距離とを、表１に示すようにそれぞれ異ならせた。

まず、実施例１〜４および比較例１〜６におけるスパッタリングターゲットは、いずれも以下のように作製した。すなわち、原料粉末として平均粒径０．５μｍ、純度９９．０％以上を有する市販のＺｎＯ粉末を用意した。この原料粉末を純水とともにボールミルにて湿式混合し、混合粉末を得た。得られた混合粉末を乾燥した後ゴム型に充填し、２Ｔｏｎ／ｃｍ²の圧力をかけて冷間静水圧プレスすることにより成形体を作製し、この成形体を直径１８０ｍｍ、厚さ２０ｍｍを有する円板状成形体に加工した。得られた円板状成形体を大気中１４００℃で加熱し、理論密度比９５％以上の焼結体を作製した。さらにこの焼結体を研削して、直径１２５ｍｍ、厚さ１０ｍｍの寸法を有するスパッタリングターゲットを作製した。

各実施例および比較例におけるスパッタリングターゲットの表面粗さの調整方法は、たとえば以下の通りである。すなわち、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）を主成分とする研削剤（粗さはＪＩＳ規定で＃４６）をブラスト粒として、ブラストの噴射圧０．３±０．０５ＭＰａ、ブラスト時間３０〜９０秒で、ブラスト加工を行う。噴射圧およびブラスト時間は、使用するブラスト装置によって変動する。

スパッタリングターゲットのブラスト加工しない部分には、塩化ビニル板で作成されたマスクを固定する。マスキングは、粘着テープ、金属マスク、その他によっても可能である。ブラストによって、研削剤のパーティクルがターゲットに付着することがあるが、超音波洗浄によりこれを除去する。

そして、これら実施例１〜４および比較例１〜６の各スパッタリングターゲットを、ＤＣスパッタ装置よるスパッタ時間１時間電力密度１０Ｗｈ／ｃｍ²、スパッタ時間１時間、積算電力量１０ＷＨｒ／ｃｍ²のスパッタリングに用いる評価試験を行った。各スパッタリングターゲットは、ボンディング後に、予めＸ線での透過像でボンディング欠陥、クラック、ヒビのないことを確認しておく。スパッタリング時の異常放電の発生回数、ターゲットのクラックの発生の有無、スパッタリングによって付着した膜の剥離の有無を表２に示す。

なお、クラックの発生の有無の確認は、ターゲットを超音波洗浄後に目視で行った。また、異常放電の回数は、上記スパッタ中の積算アーキング回数をカウントした。

実施例１〜３のスパッタリングターゲットは、異常放電、クラック、付着膜の剥離がいずれもなく、成膜性能を低下させることなく長時間にわたるマグネトロンスパッタリングによる成膜が可能であることが確認できた。

実施例４は、第１非エロージョン領域がスパッタリングターゲットの端縁部から離間せずに設けられている。すなわち、スパッタリングターゲットの端縁部の表面粗さが大きい。外観からクラックは見られなかったが、端縁部まで表面粗さが大きい影響で、２回の異常放電が生じた。

第１非エロージョン領域の表面粗さが大きすぎる比較例１のスパッタリングターゲットは、スパッタリングの際に処理時間が経過すると異常放電が９回発生した。また、再スパッタが生じたため、パーティクルが発生し、スパッタ膜を汚染する原因となるおそれがある。

第２非エロージョン領域の幅が大きすぎる比較例２のスパッタリングターゲットは、第２非エロージョン領域に付着した膜が剥離したため、この剥離物がパーティクルとなって処理基板を汚染するおそれがある。

第２非エロージョン領域の表面粗さが大きすぎる比較例３のスパッタリングターゲットは、第２非エロージョン領域において異常放電が６１回発生した。

第１非エロージョン領域の表面粗さが小さすぎる比較例４のスパッタリングターゲットは、第１非エロージョン領域に付着した膜がスパッタリングによって剥離したため、この剥離物がパーティクルとなって処理基板を汚染するおそれがある。

第１非エロージョン領域の表面粗さが大きすぎる比較例５のスパッタリングターゲットは、異常放電が２２回発生した。また、ターゲット表面に崩れが発生した。

エロージョン領域の表面粗さが大きすぎる比較例６のスパッタリングターゲットは、エロージョン領域において異常放電が１０７回発生した。

以上のように、本発明に係る実施例のスパッタリングターゲットによれば、異常放電、クラック、付着膜の剥離がほとんどなく、成膜性能を低下させることなく長時間にわたるマグネトロンスパッタリングによる成膜が可能であることが確認できた。

１０スパッタリングターゲット
１０ａ表面
１０ｂ矩形孔
１０ｃ端縁部
２０エロージョン領域
２１非エロージョン領域
２１ａ第１非エロージョン領域（粗面領域）
２１ｂ第２非エロージョン領域（平滑面領域）
２１ｃ平滑端縁領域
１００マグネトロンスパッタリング装置
１０１真空チャンバ
１０１ａガス導入口
１０１ｂガス排出口
１０２処理基板
１０３ステージ
１０４ターゲットホルダ
１０５マグネット
１０６外部電源

Claims

ＺｎＯからなり、マグネトロンスパッタに用いられるＺｎＯ系の酸化物ターゲットであって、
表面が、表面粗さがＲａ４．０μｍ以下であってスパッタされるエロージョン領域と、スパッタされない非エロージョン領域とに設定され、
この非エロージョン領域が、前記エロージョン領域から離間するとともにその表面粗さがＲａ５．０μｍ〜８．０μｍである第１非エロージョン領域と、この第１非エロージョン領域と前記エロージョン領域との間の領域であってその表面粗さがＲａ４．０μｍ以下であり、前記エロージョン領域の周囲に５〜１５ｍｍの幅で設けられている第２非エロージョン領域とに設定されていることを特徴とするスパッタリングターゲット。
前記第１非エロージョン領域が、前記スパッタリングターゲットの端縁部から離間するように設けられていることを特徴とする請求項１に記載のスパッタリングターゲット。