JP2012241239A - バッキングプレート、ターゲット装置及びスパッタリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ターゲット材料をインジウムで全面接着することなく、冷却不足を解消できるバッキングプレート、ターゲット装置及びスパッタリング装置を提供する。
【解決手段】バッキングプレートの基体部２１の片側表面にはリング状に蓋板部２３が密着固定され、その内側に形成された溝部２４には外部から冷却媒体が送液される。冷却媒体は蓋板部２３の裏面に接触し、蓋板部２３表面上に保持されたターゲット材料２２を冷却する。基体部２１の内部には圧縮変形された弾性部材２６が配置され、蓋板部２３の裏面に裏面側から表面側に向く膨出力を印加している。プラズマ中のイオンの衝突によりターゲット材料２２に反りが生じると、膨出力により蓋板部２３はターゲット材料２２の反りに追従して膨出するため、蓋板部２３とターゲット材料２２は広い面積で接触し続け、冷却効率は低下しない。
【選択図】図４

Description

本発明は、バッキングプレート、ターゲット装置及びスパッタリング装置に関する。

スパッタリング法ではプラズマ中のイオンの衝突によりターゲット材料の温度が上昇する。ターゲット材料の冷却が不足しているとターゲット材料が割れる恐れがある。そのため放電中はターゲット材料を保持するバッキングプレート内の水路に冷却媒体を流し、ターゲット材料を冷却する必要がある。ところが、ターゲット材料に熱伸びによる反りが生じると、ターゲット材料とバッキングプレートとの間に隙間ができて熱交換の効率が低下してしまう。

従って、現在、ターゲット材料をバッキングプレートに固定する際には、インジウムでターゲット材料をバッキングプレートに全面接着させる方法が通常用いられている。
しかしこの方法では、熱吸収のために１ｍｍ程度の厚さのインジウムが必要であるが、インジウムは希少金属であり、高価であることが懸念されていた。

加えて、ターゲット材料をバッキングプレートに接着する処理と外す処理に相当な手間が必要であった。また、特に外す処理では、インジウムの溶接を除去するときにバッキングプレートを損傷する恐れがあり、バッキングプレートの寿命を縮める一因になっていた。
さらに、ターゲット材料はバッキングプレートに全面接着されているために、バッキングプレートとターゲット材料との熱伸び量が著しく違うと、ターゲット材料が割れる恐れがあった。

特開２０００−２９０７７２号公報 特開２０００−２６９６２号公報

本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、その目的は、ターゲット材料とバッキングプレートとをインジウムで全面接着することなく、ターゲット材料の冷却不足を解消できるバッキングプレート、ターゲット装置及びスパッタリング装置を提供することにある。

上記課題を解決するために本発明はバッキングプレートであって、板状の基体部と、前記基体部の片側表面に設けられたリング状の固定領域と、前記固定領域の内側に位置する冷却領域に配置され、前記基体部の側面から離間して形成された溝部と、前記基体部内に形成され、前記溝部に熱媒体を導入、排出させる循環路と、前記冷却領域を覆う大きさに形成され、周囲が前記基体部の前記固定領域にリング状に密着固定された蓋板部とを有し、前記蓋板部は、前記基体部とは反対側の表面上にターゲット材料が配置され、前記基体部に面する裏面は前記溝部内に導入された熱媒体が接触するようにされ、前記蓋板部は、前記基体部よりも厚みが薄く、前記蓋板部に前記裏面側から前記表面側に向く膨出力が印加されたときに、前記蓋板部は前記表面側に膨張するように構成されたバッキングプレートである。
本発明はバッキングプレートであって、前記溝部の内部に導入された熱媒体によって、前記蓋板部の前記裏面側の圧力が、表面側の圧力よりも大きくされると、圧力差が前記膨出力となって前記蓋板部は前記表面側に膨張するように構成されたバッキングプレートである。
本発明はバッキングプレートであって、前記膨出力を発生させる膨出力発生部を有するバッキングプレートである。
本発明はバッキングプレートであって、前記膨出力発生部は、圧縮変形された弾性部材を有し、前記弾性部材の復元力を前記蓋板部の裏面側から前記蓋板部に印加して前記膨出力となるようにされたバッキングプレートである。
本発明はバッキングプレートであって、前記基体部は長手方向を有し、前記膨出力発生部は、前記長手方向に沿って複数個配置されたバッキングプレートである。
本発明はターゲット装置であって、前記バッキングプレートと、前記バッキングプレートの前記蓋板部の表面上に保持されたターゲット材料と、を有するターゲット装置である。
本発明はスパッタリング装置であって、真空槽と、前記真空槽内を真空排気可能に構成された真空排気部と、前記真空槽内にスパッタガスを供給可能に構成されたガス供給部と、前記真空槽内に配置された前記ターゲット装置と、液状の熱媒体が蓄液され、ポンプと温度制御装置が設けられ、前記ターゲット装置の前記循環路に接続された熱媒体循環装置と、前記ターゲット装置の前記ターゲット材料に電気的に接続された電源装置と、を有するスパッタリング装置である。

スパッタリング中にターゲット材料の冷却効率を低下させないので、ターゲット材料の割れを防止できる。
インジウムを使用しないので、安価である。
ターゲット材料の交換のときにバッキングプレートは損傷しないので、バッキングプレートの寿命が長くなる。

本発明のスパッタリング装置の内部側面図 本発明のバッキングプレートの基体部の平面図 本発明のバッキングプレートの内部側面図 （ａ）、（ｂ）：本発明のターゲット装置の内部側面図

本発明であるバッキングプレートの構造を説明する。
図３はバッキングプレート２０の内部側面図を示している。
バッキングプレート２０は板状の基体部２１を有している。
基体部２１はここでは５００×２００ｍｍ程度の大きさの銅板を使用するが、本発明はこれに限定されない。

図２は基体部２１の平面図を示している。
基体部２１の片側表面のうち、基体部２１表面の縁付近のリング状の領域を固定領域３２とし、固定領域３２で取り囲まれる領域を冷却領域３３とすると、冷却領域３３は、基体部２１の中心を含む領域であり、冷却領域３３には、有底の溝部２４が形成されている。この溝部２４は冷却領域３３内に位置し、基体部２１の側面からは離間している。

基体部２１の当該表面上には、固定領域３２の内周よりも大きく、冷却領域３３を覆う大きさに形成された蓋板部２３が配置されている。
蓋板部２３は基体部２１よりも厚みが薄く、ここでは０．５〜１ｍｍ程度の厚さの銅板を使用するが、本発明はこれに限定されない。

蓋板部２３の周囲は基体部２１表面の固定領域３２に密着固定され、蓋板部２３と基体部２１とが固定された固定部分はリング状になっており、固定部分は冷却領域３３を取り囲み、溝部２４の開口は、蓋板部２３によって蓋をされた状態になっている。図１の符号２９は固定部分を示す。

基体部２１の内部には導入孔２８ａと導出孔２８ｂとが形成されている。
導入孔２８ａの一端と導出孔２８ｂの一端は、それぞれ溝部２４に接続されている。溝部２４の開口が位置する面を基体部２１の表面とし、反対側の面を裏面とすると、導入孔２８ａと導出孔２８ｂの他端は基体部２１の裏面、又は側面に位置して開口が形成され、導入孔２８ａと導出孔２８ｂの他端の開口は、それぞれ真空槽の外部に配置された熱媒体循環装置に接続されている。

熱媒体循環装置には、液状の熱媒体が蓄液されており、熱媒体循環装置内に設けられたポンプによって、熱媒体に圧力を印加し、導入孔２８ａから溝部２４の内部に熱媒体を送液できるように構成されている。
溝部２４の内部に送液された熱媒体は、溝部２４の開口を蓋する蓋板部２３の裏面と接触しながら溝部２４内を流動し、導出孔２８ｂから熱媒体循環装置に戻る。
このように、導入孔２８ａと導出孔２８ｂによって、熱媒体循環装置から溝部２４内に熱媒体を供給する循環路２８が構成されている。

蓋板部２３の裏面には、熱媒体の流動に伴って、熱媒体の送液に起因する圧力が印加され、蓋板部２３の表面側の圧力よりも裏面側の圧力が高くなると、蓋板部２３は基体部２１から離間する方向に膨張する。
隣接する溝部２４間に位置する基体部２１の部分を山部と呼ぶと、山部は蓋板部２３に接触しておらず、蓋板部２３が膨張すると、山部の上端と蓋板部２３の裏面との間に隙間が生じる。

熱媒体の一部は、山部と蓋板部２３との間の隙間を越えて、溝部２４間を移動する場合も熱媒体の基体部２１内の移動に含まれる。
熱媒体循環装置には、温度制御装置が設けられており、基体部２１には一定温度の熱媒体が送液される。ここでは、基体部２１から帰還した熱媒体の温度は所定温度まで冷却され、冷却された熱媒体（以後、冷却媒体と呼ぶ）が熱媒体循環装置から送液されて基体部２１を冷却するようになっている。

バッキングプレート２０は、蓋板部２３の裏面に裏面側から表面側に向く膨出力を印加する膨出力発生部３１を有している。
ここでは、基体部２１の蓋板部２３に対面する面は長方形であり、長辺に伸びる方向である長手方向を有し、膨出力発生部３１は基体部２１の長手方向に沿って複数個配置されている。

膨出力発生部３１はここでは弾性部材２６と有底の弾性部材設置穴２５とを有している。
弾性部材設置穴２５の開口は固定部分２９に取り囲まれた領域に形成されている。
弾性部材２６は弾性部材設置穴２５の内側に配置されている。
弾性部材２６は圧縮変形した状態で弾性部材設置穴２５の底部に接触して配置され、圧縮が解除されたのち蓋板部２３側に復元する途中で蓋板部２３の裏面に接触して、蓋板部２３の裏面に裏面側から表面側に向く復元力を印加する。
弾性部材２６の復元力は、蓋板部２３の裏面側から表面側に向く膨出力となるようにされている。
図３に示すように、弾性部材２６の復元力による膨出力によって、蓋板部２３は表面側に膨張する。

次に、本発明のターゲット装置３０の構造を説明する。
図４（ａ）はターゲット装置３０の内部側面図を示している。
ターゲット装置３０は上述のバッキングプレート２０と、ターゲット材料２２とを有している。

ターゲット材料２２は、バッキングプレート２０の蓋板部２３の表面上に、蓋板部２３の表面の膨張した部分の頂部と接触するように配置される。
以後、ターゲット材料２２の蓋板部２３と対面する側とは反対の面を表面、蓋板部２３と対面する側の面を裏面と呼ぶ。

ターゲット材料２２が基体部２１側に押圧されると、蓋板部２３の表面はターゲット材料２２の裏面と接触しながら基体部２１側に押圧され、変形し、図４（ａ）に示すように、膨張した部分が解消され、蓋板部２３とターゲット材料２２とは面で接触する。
ターゲット装置３０はクランプ２７を有している。

ターゲット材料２２が基体部２１側に押圧された状態で、クランプ２７の一部はターゲット材料２２上に位置し、クランプ２７の他の部分は基体部２１の側面にネジ等で固定される。
ターゲット材料２２はクランプ２７によって基体部２１に固定され、押圧が解除されたのち、基体部２１から脱落しないようにされている。

後述のスパッタリング工程後に、ターゲット材料２２を交換するときには、クランプ２７を取り外すことで、ターゲット材料２２をバッキングプレート２０から取り外すことができる。従来のようにインジウムの全面接着を除去する必要はなく、バッキングプレート２０は損傷しない。

ターゲット装置３０の内部では、上述したように、蓋板部２３の裏面には弾性部材２６から膨出力が印加されているが、蓋板部２３の表面上にはターゲット材料２２がクランプ２７で固定されているため、押圧が解除されても、蓋板部２３の表面はターゲット材料２２の裏面で押さえられ、蓋板部２３の表面側への膨張は復元していない。

次に本発明のスパッタリング装置１０の構造を説明する。
図１はスパッタリング装置１０の内部側面図を示している。
スパッタリング装置１０は真空槽１１と真空排気部１２とガス供給部１３と上述のターゲット装置３０とを有している。

真空排気部１２とガス供給部１３は真空槽１１の外側に配置されている。
真空排気部１２は真空槽１１内に接続され、真空槽１１内を真空排気可能に構成されている。
ガス供給部１３は真空槽１１内に接続され、真空槽１１内にスパッタガスを供給可能に構成されている。

ターゲット装置３０は真空槽１１内に配置されている。
真空槽１１内には、基板１５が、基板１５の処理面がターゲット材料２２の表面と対面するように配置されている。
基体部２１には、真空槽１１の外部に配置された電源装置１９が電気的に接続されている。ターゲット材料２２は基体部２１を介して電源装置１９と電気的に接続される。

ここでは電源装置１９には直流電源を使用するが、本発明はこれに限定されず、交流電源でも良い。
真空槽１１は接地されている。
上述したように、基体部２１の循環路２８には熱媒体循環装置１８が接続されている。

次にこのスパッタリング装置１０を使用したスパッタリング工程を説明する。
まず、真空排気部１２により真空槽１１内を真空排気する。以後、真空槽１１内の真空排気を維持しておく。
熱媒体循環装置１８により溝部２４内に冷却媒体を循環させ、基体部２１を冷却させておく。

電源装置１９からターゲット材料２２に直流電圧を印加すると、ターゲット材料２２から真空排気された真空槽１１内に放電が生じる。
ガス供給部１３から真空槽１１内にスパッタガスを供給すると、スパッタガスはターゲット材料２２からの放電により電離され、プラズマが発生する。

プラズマ中のイオンは直流電圧を印加されたターゲット材料２２に引き寄せられ、ターゲット材料２２表面に衝突し、ターゲット材料２２の粒子を弾き飛ばす。
ターゲット材料２２から弾き飛ばされた粒子は基板１５の処理面に到達する。基板１５の処理面にはターゲット材料２２の粒子の薄膜が成膜される。

放電中はプラズマ中のイオンの衝突によりターゲット材料２２の温度が上昇する。
ターゲット材料２２は、プラズマが衝突する表面とは反対の裏面から蓋板部２３を介して溝部２４内を循環する冷却媒体と熱交換され、冷却されている。

しかしながら、ターゲット材料２２内部の熱伝導があるために、ターゲット材料２２の表面は裏面よりも温度が高い状態になり、図４（ｂ）に示すように、表面の熱伸び（熱膨張）によりターゲット材料２２には表面側に膨張した形状の反りが生じる。

蓋板部２３には上述したように、弾性部材２６から膨出力が印加されている。ターゲット材料２２が表面側に膨張した分だけ、蓋板部２３の表面がターゲット材料２２の裏面により押さえられていた力が解除されるので、ターゲット材料２２の反りに追従して、蓋板部２３の表面側への膨張が復元し始める。そのため、蓋板部２３とターゲット材料２２とは互いに広い面積で接触し続ける。

従って、蓋板部２３とターゲット材料２２との間の熱交換効率の低下は少なく、蓋板部２３の裏面側を冷却媒体が循環することによりターゲット材料２２は冷却され続け、ターゲット材料２２の冷却不足による割れが防止される。

本発明は基体部２１に膨出力発生部３１が設けられたものに限定されず、冷却媒体の送液に起因する膨出力で本発明の効果が達成できるならば、膨出力発生部３１は設けられなくてもよい。ターゲット装置３０の周囲が真空排気されているときは、蓋板部２３表面側の圧力は小さく、冷却媒体の送液に起因する膨出力は大気中より大きくなる。
本発明の膨出力発生部３１は弾性部材２６と弾性部材設置穴２５とを有するものに限定されず、例えばモーター等で機械的に膨出力を発生させてもよい。

１０……スパッタリング装置
１１……真空槽
１２……真空排気部
１３……ガス供給部
１８……熱媒体循環装置
１９……電源装置
２０……バッキングプレート
２１……基体部
２２……ターゲット材料
２３……蓋板部
２４……溝部
２６……弾性部材
２８……循環路
３０……ターゲット装置
３１……膨出力発生部
３２……固定領域
３３……冷却領域

Claims (7)

1. 板状の基体部と、
   前記基体部の片側表面に設けられたリング状の固定領域と、
   前記固定領域の内側に位置する冷却領域に配置され、前記基体部の側面から離間して形成された溝部と、
   前記基体部内に形成され、前記溝部に熱媒体を導入、排出させる循環路と、
   前記冷却領域を覆う大きさに形成され、周囲が前記基体部の前記固定領域にリング状に密着固定された蓋板部とを有し、
   前記蓋板部は、前記基体部とは反対側の表面上にターゲット材料が配置され、前記基体部に面する裏面は前記溝部内に導入された熱媒体が接触するようにされ、
   前記蓋板部は、前記基体部よりも厚みが薄く、前記蓋板部に前記裏面側から前記表面側に向く膨出力が印加されたときに、前記蓋板部は前記表面側に膨張するように構成されたバッキングプレート。
2. 前記溝部の内部に導入された熱媒体によって、前記蓋板部の前記裏面側の圧力が、表面側の圧力よりも大きくされると、圧力差が前記膨出力となって前記蓋板部は前記表面側に膨張するように構成された請求項１記載のバッキングプレート。
3. 前記膨出力を発生させる膨出力発生部を有する請求項１又は請求項２のいずれか１項記載のバッキングプレート。
4. 前記膨出力発生部は、圧縮変形された弾性部材を有し、
   前記弾性部材の復元力を前記蓋板部の裏面側から前記蓋板部に印加して前記膨出力となるようにされた請求項３記載のバッキングプレート。
5. 前記基体部は長手方向を有し、
   前記膨出力発生部は、前記長手方向に沿って複数個配置された請求項３又は請求項４のいずれか１項記載のバッキングプレート。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載のバッキングプレートと、
   前記バッキングプレートの前記蓋板部の表面上に保持されたターゲット材料と、
   を有するターゲット装置。
7. 真空槽と、
   前記真空槽内を真空排気可能に構成された真空排気部と、
   前記真空槽内にスパッタガスを供給可能に構成されたガス供給部と、
   前記真空槽内に配置された請求項６記載のターゲット装置と、
   液状の熱媒体が蓄液され、ポンプと温度制御装置が設けられ、前記ターゲット装置の前記循環路に接続された熱媒体循環装置と、
   前記ターゲット装置の前記ターゲット材料に電気的に接続された電源装置と、
   を有するスパッタリング装置。

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