JPH0817763A

JPH0817763A - スパッタリングターゲット

Info

Publication number: JPH0817763A
Application number: JP16877894A
Authority: JP
Inventors: Masaru Kagitani; 勝鍵谷; Hiroshi Tamai; 宏玉井
Original assignee: RIYOUKA MASSEY KK
Current assignee: RIYOUKA MASSEY KK
Priority date: 1994-06-28
Filing date: 1994-06-28
Publication date: 1996-01-19

Abstract

(57)【要約】【目的】冷却効率の低下を防止するとともに、長時間
にわたって安定したスパッタリング環境を維持し、半導
体装置の生産効率を高めることができるスパッタリング
ターゲットを提供する。【構成】スパッタリングターゲットは、アルミニウム
合金からなるターゲット本体１２の表面が円形のスパッ
タ面１４を構成し、その裏面がクロム、クロム合金又は
リン酸系耐食性皮膜１６が成膜された冷却面１８を構成
する。冷却水中の不純物によるスパッタリングターゲッ
トの腐食に起因する、スパッタリングターゲットの冷却
効率の低下及びピンホールの発生を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スパッタリング法によ
ってウェハ表面に薄膜を形成する際に用いるスパッタリ
ングターゲットに係り、特に、冷却面に防食加工を施し
たスパッタリングターゲットに関する。

【０００２】

【従来の技術】スパッタリング法は、ステップカバレー
ジに優れ、ターゲット材の組成どおりの蒸着膜を形成で
きるという利点を有している。スパッタリング法で使用
されるスパッタリングターゲットは、例えばアルミニウ
ム、Ａl−Ｓi−Ｃu系合金（ラウタル）、或はＡl−Ｓi
系合金（シルミン）などで平板形に形成したターゲット
部材と、５０８３系または２０２４系の合金等から成る
フランジ部材とから構成され、双方が半田等を介して接
合される。

【０００３】スパッタリング法では、ウェハを取り付け
た陽極のウェハホルダと支持部材に取り付けた陰極のス
パッタリングターゲットとの間に、例えば数百Ｖの電圧
を印加し、スパッタ室に高密度のプラズマを発生させ
て、ウェハの表面にターゲット部材の組成に応じた蒸着
膜を形成させる。このとき、ターゲット部材のスパッタ
面はイオン照射を受けて高温になるので、スパッタ面の
裏側に配される冷却面に冷却水を接触させ、スパッタ面
における過度の温度上昇を防止している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記アルミ
ニウム又はアルミニウム合金製のスパッタリングターゲ
ットの中には、その使用を開始して短時間で、スパッタ
面の冷却効率が低下すると共に、スパッタ室の真空度が
低下して安定なスパッタリング環境の維持が不可能とな
る製品があった。

【０００５】スパッタリング時にスパッタ面の冷却効率
が低下し、或いはスパッタ室のスパッタリング環境が不
安定になると、スパッタリングターゲットの交換が必要
となる。スパッタリングターゲットの交換作業は、ター
ゲットを取り替える作業の他に、再度スパッタ室を真空
に引く作業、ターゲット表面の汚染層を飛ばすプレスパ
ッタリングの作業等を含む。このため、短時間で交換を
必要とするスパッタリングターゲットの存在は、スパッ
タリングの作業時間の増大をもたらし、半導体装置の生
産効率の低下につながるという問題があった。

【０００６】本発明は、上記の問題を解決するためにな
されたもので、長時間にわたって冷却効率の低下が生じ
なく、かつ安定なスパッタリング環境を維持し、半導体
装置の生産効率を高めることができるスパッタリングタ
ーゲットを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、長時間に
わたって冷却効率の低下が生じなく、また、安定なスパ
ッタリング環境の維持を可能とするスパッタリングター
ゲットを提供することを目的として、アルミニウム合金
製のスパッタリングターゲットが短時間で消耗する原因
について研究した。その結果、冷却水に含まれる不純物
成分が、スパッタリングターゲツトの冷却面を腐蝕させ
てその表面改質を生じさせると共に、ターゲット部材中
に形成されるピンホールの形成速度を促進させているこ
とを見出し、また、かかる表面改質がスパッタリングタ
ーゲットの冷却効率を低下させ、ターゲット部材中に形
成されるピンホールがスパッタリング環境を不安定にさ
せていることを確かめた。

【０００８】そこで、本発明は、スパッタ面と該スパッ
タ面の裏側に冷却面とを備えたアルミニウム又はアルミ
ニウム合金製のスパッタリングターゲットにおいて、前
記冷却面に耐食性皮膜を形成したことを特徴としてい
る。

【０００９】前記スパッタリングターゲットは、冷却室
にのぞむスパッタ室の外壁フランジに取り付ける形式の
平板形ターゲット、或いは、ターゲット面及び冷却面を
有するターゲット部、冷却水室を構成するスカート部及
びフランジ部を一体に成形した形式の一体型ターゲット
として、本発明を適用することができる。

【００１０】本発明の望ましい実施態様では、前記耐食
性皮膜はクロム若しくはクロム合金、又はリン酸系の化
成皮膜である。この場合、被膜に先立って日本ペイント
社のアルサーク処理を施す。また、耐食性皮膜の膜厚
は、好ましくは１μｍ〜１００μｍである。

【００１１】実験によれば、耐食性皮膜の膜厚を１μｍ
以下にすると、冷却面の腐蝕の進行を十分に防止できな
かった。また、その膜厚を１００μｍ以上にすると、冷
却水によるスパッタリングターゲットの冷却効率は著し
く低下した。更に好ましい膜厚の範囲は５〜５０μmで
ある。

【００１２】

【作用】本発明に係るスパッタリングターゲットによれ
ば、冷却面に被覆された耐食性皮膜が、冷却水の不純物
成分によるスパッタリングターゲットの腐蝕の進行を抑
えるので、冷却面の表面改質を抑え、スパッタ面の冷却
効率の低下を防止することができる。また、ピンホール
の形成を抑えることができるので、スパッタ室の真空度
の低下を防止することができ、スパッタ室の真空環境を
長時間にわたって良好に維持できる。

【００１３】スパッタリングターゲットの冷却面に膜厚
が１μｍ〜１００μｍのクロム又はクロム合金から成る
耐食性皮膜を形成した場合には、その耐食性皮膜はスパ
ッタリングターゲットの２００℃程度の熱環境下でも容
易に剥離しないので、スパッタリングターゲットを腐蝕
から十分に保護することができる。

【００１４】

【実施例】以下、添付図面を参照し、実施例に基づいて
本発明をより詳細に説明する。図１は第１実施例のスパ
ッタリングターゲットの構造を示している。この実施例
のスパッタリングターゲット１０は、スパッタ室に隣接
する冷却水室のフランジに取り付けて配置する構造のも
のである。スパッタリングターゲット１０は、アルミニ
ウム合金から成るターゲット本体１２が円板形に形成さ
れ、その表面がスパッタ面１４を構成するとともに、そ
の裏面は、耐食性皮膜１６が成膜された冷却面１８をな
している。

【００１５】ターゲット部材１２は、例えば、Ａlに１
重量パーセントのＳi、及び０．５重量パーセントのＣu
を添加した合金で、直径が５０〜７０mm、厚みが３０mm
程度になるように形成する。ターゲット本体１２の冷却
面１８上の耐食性皮膜１６は、冷却水による腐蝕から保
護するために設けたもので、冷却面をアルサーク処理
し、クロム若しくはクロム合金又はリン酸系皮膜を、厚
み５μｍ〜５０μｍ程度に成膜する。ここで、アルサー
ク処理とは、Ａl面を水洗浄化する工程、アルサーク処
理液を塗布する工程及び約８０℃の温度での乾燥工程を
いう。

【００１６】図２は第２実施例のスパッタリングターゲ
ットの構造を示している。この第２実施例のスパッタリ
ングターゲット２０は、スパッタ室外壁に直接に取り付
けられるように、ターゲット部２２、スカート部２４及
びフランジ部２６がアルミニウム合金により一体型に形
成された構造をしている。このような形状を採用するこ
とにより、スパッタリングターゲットの製作工数が削減
でき、コスト低減が可能である。

【００１７】冷却水が導入されるターゲット部２２の裏
面及びスカート部２４の内周面には、冷却水の不純物に
よる腐蝕からターゲットを保護するために耐食性皮膜２
８が成膜されている。耐食性皮膜２８は、第１実施例の
耐食性皮膜１６と同様にアルサーク処理し、クロム若し
くはクロム合金又はリン酸系皮膜を成膜することで形成
する。

【００１８】本発明の効果を確認するため、以下のよう
に、本発明に係る実施例１乃至実施例４のスパッタリン
グターゲットと、比較例１及び２のスパッタリングター
ゲットとをそれぞれ試作し、塩水噴霧試験による耐性テ
ストを実施することとした。

【００１９】評価の対象となる実施例１、実施例２、実
施例３、実施例４の各スパッタリングターゲットは、そ
の素材にアルミニウム合金の２０１７系、５０８３系、
ＡlＣuＴi、ＡlＣuを夫々用い、それぞれの冷却面には
アルサーク処理し、クロム皮膜を膜厚が夫々５μｍ、１
０μｍ、３０μｍ、５０μｍとなるように成膜した。

【００２０】従来のスパッタリングターゲットである比
較例１及び２は、その素材として、Ａlに１重量パーセ
ントのＳi、及び０．５重量パーセントのＣuを添加した
合金、及び、Ａlに０．５重量パーセントのＣuを添加し
た合金をそれぞれ用い、各冷却面にはコーティング処理
を施さなかった。

【００２１】塩水噴霧試験による耐性テストは、各試料
ターゲットの冷却面に昼夜連続的に塩水を噴き付けるこ
とで行なった。試験開始前、試験開始後１週間目及び２
週間目に、各試料ターゲットの冷却面の平均表面粗度
（中心線平均粗さ）Ｒａ及び重量変化率を測定した。ま
た、その時点の各試料ターゲットをスパッタ装置（日本
真空技術株式会社製のＭＬＸ３０００）に装着して、実
際に冷却水を導入しつつスパッタリングを行い、スパッ
タ室内に漏れ出た水分ガス量を測定した。

【００２２】各試料ターゲットに噴き付ける塩水は、３
５℃の水に４重量パーセントの食塩を添加したものを使
用した。各試料ターゲットの冷却面の平均表面粗度Ｒａ
は、ミツトヨ社製のＳＵＲＦＣＭ装置を使用して測定し
た。スパッタリングターゲットの重量変化率は、次式に
よって求めた。（重量変化率）＝｛｜（試験前重量）−（試験後重量）
｜／（試験前重量）｝×１００（％）スパッタ室内に漏れ出た水分ガス量（リーク量）の測定
には、四重極質量分析計（UTI/QUALI TORR 2211）を
使用した。本試験によって表１に示す測定結果が得られ
た。

【００２３】

【表１】

【００２４】上記表１から理解できるように、比較例１
及び２のターゲットでは、試験を開始して２週間が経過
した後に、冷却面の平均表面粗度がそれぞれ７倍及び１
０倍程度に増加したのに対して、実施例１乃至実施例４
のターゲットでは、冷却面の平均表面粗度の変化が、ほ
とんど見られなかった。また、比較例１及び２のターゲ
ットでは、試験を開始して２週間が経過した後に、重量
変化率としてそれぞれ0.005％、0.008％程度の変化が見
られたのに対して、実施例１乃至実施例４のターゲット
では、そのような重量変化がほとんど見られなかった。

【００２５】上記測定結果から容易に理解できるよう
に、比較例１及び２のターゲットでは、その冷却面の腐
蝕の進行が顕著に認められたのに対して、実施例１乃至
実施例４のターゲットでは、その冷却面の腐蝕の進行が
ほとんど認められなかった。

【００２６】スパッタ室内に漏れる水分ガス量（リーク
量）は、比較例１及び２のターゲットを使用した場合で
は、試験開始２週間後で夫々２．５倍及び５倍というよ
うに顕著に増加した。これに対して、実施例１、実施例
３、及び実施例４のターゲットを使用した場合では、そ
れぞれリーク量の増加がほとんど見られなかった。ま
た、実施例２のターゲットを使用した場合では、試験開
始２週間後で、そのリーク量が、約１．３倍というよう
にわずかに変化した。

【００２７】以上のように、実施例１乃至実施例４のス
パッタリングターゲットによれば、冷却面に成膜された
耐食性皮膜がターゲット部材の腐蝕を十分に防止し、更
にスパッタ室の真空度を低下させるピンホールの形成を
抑えるので、長時間にわたって安定したスパッタリング
環境を提供することができる。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ス
パッタリングターゲットの冷却面に耐食性皮膜が成膜さ
れているので、冷却効率の低下を伴うことなく、長時間
にわたって安定したスパッタリング環境を維持すること
ができる。したがって、本発明は、スパッタリングター
ゲットの交換回数を削減し、半導体装置の生産効率の向
上を可能とした顕著な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例のスパッタリングターゲットの構造
を示す断面図。

【図２】第２実施例のスパッタリングターゲットの構造
を示す断面図。

【符号の説明】

１０、２０スパッタリングターゲット１２ターゲット本体１４スパッタ面１８冷却面１６、２８耐食性皮膜２２ターゲット部２４スカート部２６フランジ部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】スパッタ面と該スパッタ面の裏側に冷却
面とを備えたアルミニウム又はアルミニウム合金製のス
パッタリングターゲットにおいて、前記冷却面に耐食性
皮膜を形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】前記耐食性皮膜は、クロム又はクロム合
金から成り、その膜厚が１μｍ〜１００μｍであること
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。