JPH0559540A - スパツタリングカソード - Google Patents

スパツタリングカソード

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JPH0559540A
JPH0559540A JP24498291A JP24498291A JPH0559540A JP H0559540 A JPH0559540 A JP H0559540A JP 24498291 A JP24498291 A JP 24498291A JP 24498291 A JP24498291 A JP 24498291A JP H0559540 A JPH0559540 A JP H0559540A
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Naoki Watanabe
直樹 渡辺
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ボンディングを不要とした構造のスパッタリ
ングカソードを提供することを目的としている。 【構成】 裏板1の外側面内に凹部5が形成してある。
凹部5を覆うようにしたターゲット材2は、裏板1の外
周縁段部6に設置した押えリング8で、締付け固定され
ている。ターゲット材2は、外周縁段部6と接する部分
を支点として凹部5側に変形する力を受けて、裏板1の
対向面と互いに当接している。凹部5は断面が弧状に湾
曲した凹部としたり、断面矩形の凹部とする。ターゲッ
ト材2と裏板1の間に可撓性伝熱シート材を介在させて
も良い。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、ターゲット材を裏板
へボンディングすることなく取付けたスパッタリングカ
ソードに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、スパッタリングにより薄膜を形成
する場合に使用するスパッタリングカソードは、図5に
示したように、冷却水で冷却される裏板(熱伝導の良い
銅板などで構成されている)21の外側面に、スパッタ
を受けるターゲット材22を設けて構成されている。
【0003】前記ターゲット材22は、スパッタリング
時に流入するイオン電流による温度上昇を抑えるため
に、裏板21に対して、In、In−Sn、Sn、Pb
或いは合成樹脂等の伝熱材を用いたボンディング材23
により固着していた。24はターゲットシールドであ
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ボンディングによって
ターゲット材を裏板へ固着した従来のスパッタリングカ
ソードは、スパッタリング時におけるターゲット材の過
度の温度上昇を抑える目的を達成できるものであった
が、ボンディングのために時間を要し(通常1〜2週間
を要している)、また、ボンディングによるコストアッ
プの問題があった。更には、ボンディングの不良や、何
らかのトラブルによる冷却水の停止、スパッタパワーの
上げすぎによって、ターゲット材の剥離が使用中に起る
可能性があり、このような事故の発生によって、スパッ
タリング装置の運転中止を招き、また、ターゲット材の
交換、裏板の着脱のため、リークチェックも必要となる
など、量産装置の稼動率を低下させる問題もあった。
【0005】
【課題を解決する為の手段】この発明は前記のような問
題点に鑑みてなされたもので、ボンディングを不要とし
た構造のスパッタリングカソードを提供することを目的
としている。
【0006】前記目的を達成するこの発明のスパッタリ
ングカソードは、冷却水で冷却される裏板の外側面にタ
ーゲット材を設けてなるスパッタリングカソードにおい
て、前記裏板の外側面内に凹部が形成してあり、前記タ
ーゲット材が凹部を覆うように設置され、かつターゲッ
ト材が、前記凹部の外周縁段部と接する部分を支点とし
て、凹部側に変形する力を受けて、締付け固定され、タ
ーゲット材と裏板の対向面が互いに当接していることを
特徴としている。
【0007】前記凹部は、断面が弧状に湾曲した凹部
や、断面が矩形の凹部で構成する。凹部の表面とターゲ
ット材は、可能なかぎり広い面積で当接するのが望まし
いのは言うまでもなく、対向面間に隙間が生じないよう
に、可撓性伝熱シート材(例えばIn、Al等の熱伝導
率の高い金属シートまたは金属メッシュ、合成樹脂シー
ト等)を介在させても良い。凹部を断面矩形の凹部とし
た場合には、この可撓性伝熱シート材を介在させるのが
望ましい。
【0008】ターゲット材に凹部側へ変形する力を与え
るためには、裏板の周縁部に設置した押えリング(SU
S、Al製等の)を介してターゲット材を締付け固定す
ることによって行うことができる。
【0009】裏板の凹部における、ターゲット材と対向
する面の厚さは、冷却水の圧力(通常2〜3Kgf )を受
けた時にターゲット材側にわずかに凸に変形できる厚さ
とするのが望ましい。この厚さは、裏板の材質や大きさ
を考慮して決定されるものであるが、銅製の裏板の場
合、ターゲット材の直径の2〜4%程度の厚さにするこ
とで変形可能とすることができた。
【0010】
【作用】この発明のスパッタリングカソードによれば、
ボンディングによることなく、ターゲット材を裏板に取
付けることができる。
【0011】スパッタリングを実行し、ターゲット材が
イオン衝撃を受けて昇温すると、ターゲット材は熱膨脹
係数によって伸びを生じる。この伸びは、締付け固定に
よってターゲット材に与えた変形力を助長するように作
用するので、ターゲット材と裏板の面接触圧力が高ま
り、当接面における伝熱効率をさらに向上することがで
きる。 裏板の凹部の、ターゲット材と対向する面の厚
さを、冷却水の圧力を受けてターゲット材側へ変形可能
の厚さとした場合には、水圧を受けた変形によって、タ
ーゲット材と裏板の面接触圧力をさらに高くすることが
できるので、当接面の伝熱効率を一層向上することがで
きる。
【0012】
【実施例】以下この発明の実施例を図を参照して説明す
る。
【0013】図1 (a)、(b) は第1実施例で、6インチ
ターゲット用のスパッタリングカソードで、銅製の円盤
状の裏板1(例えば直径200mm、厚さ6mm)と、円盤
状のターゲット材(例えば、クロム、アルミニウム等、
直径170mm、厚さ8mm)2とで構成されている。裏板
1は、スパッタリングカソードを支持する基体3にネジ
止めなどにより固着されるもので、基体3側に構成した
冷却水循環路4を流れる冷却水で冷却されるようになっ
ている。また、裏板1の外側面1aの中央部には、図1
(b)に示したように、断面を弧状に湾曲させた形状の凹
部5(直径165mm、深さ Max0.5mm)が形成してあ
ると共に、凹部5の外周縁段部6には、複数のネジ7、
7を介して押えリング8が設置してある。押えリング8
はSUS、Al等で作られており、その内径は6インチ
より多少大きい径となるようにしてある。
【0014】前記凹部5の径は、ターゲット材2の径よ
り小さい径としてあると共に、前記押えリング8のター
ゲット押え8aは、前記外周縁段部6より内側に臨ませ
てあり、ネジ7、7を緊締することによって、ターゲッ
ト材2は、外周縁段部6と接する部分を支点として、タ
ーゲット材2の中心側が凹部5側に凹入変形する締付力
を受けて固定され、凹入変形によって、ターゲット材2
の下面2aが凹部5の上面5aと互いに当接している。
【0015】上記実施例のスパッタリングカソードは、
薄膜形成装置(スパッタリング装置)の真空室内に、薄
膜を形成すべき基板とターゲット材2が対向するように
設置して使用される。スパッタリングを行うには、ター
ゲット材2側に直流(負)電圧を印加したり、スパッタ
リングカソードと基板間に高周波電力を投入して行い、
この時、冷却水循環路4には冷却水を循環させて、ター
ゲット材2を冷却する。 スパッタリングカソードと基
板間に放電が形成されて、イオンがターゲット材2に入
射してスパッタリングが開始すると、裏板1を介して冷
却されているターゲット材は約30〜80℃の温度で平
衡状態となる。
【0016】ターゲット材2が前記のように昇温する
と、熱膨脹係数によって伸びを生じるが、ターゲット材
2は押えリング8で下向き(凹部5へ向けて)の力を受
けているので、凹部5側へ更に突出するように変形する
ことになり、凹部5の上面5aとの当接圧力が増大し
て、ターゲット材2と裏板1の間の伝熱効率を向上す
る。
【0017】実験で求めた冷却効率の一例を次に説明す
る。
【0018】冷却水に逃げる熱量P2 は、 P2 =4.2×(t2 −t1 )×Q[W] (1) である。t1 は冷却水の入口側温度、t2 は冷却水の出
口側温度、Qは冷却水の流量である。
【0019】また、冷却効率Rは、 R=P2 /P1 ×100[%] (2) である。P1 は放電の為に投入した電力である。実験で
はP1=1.8kw、Q=3.6l/min 、t1 =23.2
℃、t2 =29.8℃であったので、これらを式(1) 、
(2) に代入すると、P2 =1.663KW、R=92.
4%となり、ターゲット材2が十分冷却されていること
が確認できた。従来のボンディングターゲットではター
ゲット材の温度は約60℃であり、冷却効率は前記とほ
ぼ同等である。
【0020】前記の実施例において、裏板1の凹部5の
底部、即ちターゲット材2と当接する部分9を薄くし
(およそターゲット材2の径の2〜6%前後とする)、
この部分9が冷却水の圧力で変形可能とすれば、冷却水
の循環によって前記部分9はターゲット材2側約0.1
〜0.3mmに突出するように変形する力を受ける。従っ
て、ターゲット材2と裏板1が当接する圧力が更に増大
し、伝熱効率を一層向上することができる。 図2はこ
の発明の第2実施例のスパッタリングカソードである。
裏板1およびターゲット材2は、前記実施例と同様で、
裏板1の外側面に形成した凹部10が断面矩形の凹部1
0とした点で異なっている。凹部10には、可撓性伝熱
シート材11(インジウム、アルミニウム等のシートま
たはメッシュ、合成樹脂シート等が採用できる)が敷設
してあり、押えリング8で締め付けられたターゲット材
2が裏板1に対して隙間無く当接できるようにしてあ
る。
【0021】この実施例も前記実施例と同様で、イオン
の入射によって、ターゲット材2が温度上昇し,伸長す
るとターゲット材2と裏板1の当接圧力が向上し、伝熱
効率を向上することが可能である。
【0022】マグネトロンスパッタリングにおけるスパ
ッタリングカソードのように、ターゲット材の表面に形
成した磁界の影響を受けて、ターゲット材の表面に環状
のエロージョンプロファイルが形成されるものがある
(勿論、スパッタリングを長時間に亘って行った場合で
ある)。
【0023】このようなエロージョンプロファイルの形
成を考慮した実施例が図3のスパッタリングカソードで
ある。図中12が裏板、13がターゲット材、14がエ
ロージョンプロファイル、15が磁界形成用マグネット
である。尚、エロージョンプロファイルは磁界の印加状
況によって、2重、3重の環状に変化するが、図はこれ
らのエロージョンをまとめて、エロージョンの傾向とし
て示している。
【0024】前記裏板12の外側面12aには、断面矩
形とした凹部16が環状に形成してあり、ターゲット材
13は、中心部分が裏板12に止めネジ17で固定され
ていると共に、裏板12の外周縁段部18に設置した押
えリング19を介して、締付け固定してあり、ターゲッ
ト材13には凹部16に凹入変形する力が与えてある。
また、凹部16内には環状の可撓性伝熱シート材20が
敷設してあり、ターゲット材13と裏板12間に隙間が
生じないようにしてある。尚,ターゲット材13の中心
部分は磁界が垂直で、スパッタリングを受けず、スパッ
タ膜が堆積するので、止めネジ17の設置が可能であ
る。また押えリング19の内径は、エロージョンの最大
径より大きくする必要があり、ターゲット材13は大き
な直径とする必要がある。
【0025】この実施例も、ターゲット材13が昇温し
て膨脹すると、凹部16側に凹入変形する力が増大し、
裏板12との当接圧力が増すので、伝熱効率を向上する
ことができる。スパッタリングによるターゲット材13
の表面に形成されるエロージョンが進行すると、押えリ
ング19の締付力による、ターゲット材13の中心部を
押える力が弱くなるが、中心部は止めネジ17で裏板1
2の中心部に固定した構造であるので、伝熱効率が低下
するおそれを無くすることができる。
【0026】図4は図3に示した実施例における各種の
データで、(a) はエロージョンプロファイル、(b) は積
算電力とエロージョン深さの関係のグラフである。
【0027】以上、実施例について説明したが、種々の
径のターゲット材(例えば3〜12インチ)や矩形のタ
ーゲット材に同様に実施することができる。
【0028】
【発明の効果】以上に説明したように、この発明によれ
ば、ターゲット材のボンディングを不要としたスパッタ
リングカソードを提供できる効果がある。従来必要とし
ていたボンディングの為の時間と費用を節約できる効果
がある。また、ターゲット材は、裏板と独立に交換する
ことが可能であるので、スパッタリング装置の保守管理
を容易にできると共に、裏板の着脱が不要なので、装置
内への水もれを無くし、かつリークテストを不要とでき
るなどの効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1実施例の図で、(a) は要部断面
図、(b) は裏板の形状を示す断面図である。
【図2】この発明の第2実施例の要部断面図である。
【図3】この発明の第3実施例の要部断面図である。
【図4】第3実施例のランニングデータを示すグラフ
で、(a) はエロージョンプロファイル、(b) は精算電力
とエロージョン深さの関係のグラフである。
【図5】従来のスパッタリングカソードの要部断面図で
ある。
【符号の説明】
1、12、21 裏板 2、13、22 ターゲット材 4 冷却水循環路 5、10、16 凹部 6、18 外周縁段部 8、19 押えリング 23 ボンディング材 24 ターゲットシールド
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成4年2月14日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0008
【補正方法】変更
【補正内容】
【0008】 ターゲット材に凹部側へ変形する力を与
えるためには、裏板の周縁部に設置した押えリング(S
US、Al製等或いはターゲット材と同材料の)を介し
てターゲット材を締付け固定することによって行うこと
ができる。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0009
【補正方法】変更
【補正内容】
【0009】 裏板の凹部における、ターゲット材と対
向する面の厚さは、冷却水の圧力(通常2〜Kgf )を
受けた時にターゲット材側にわずかに凸に変形できる厚
さとするのが望ましい。この厚さは、裏板の材質や大き
さを考慮して決定されるものであるが、銅製の裏板の場
合、ターゲット材の直径の2〜4%程度の厚さにするこ
とで変形可能とすることができた。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0013
【補正方法】変更
【補正内容】
【0013】 図1 (a)、(b) は第1実施例で、6イン
チターゲット用のスパッタリングカソードで、銅製の円
盤状の裏板1(例えば直径200mm、厚さ6mm)と、円
盤状のターゲット材(例えば、クロム、アルミニウム
等、直径170mm、厚さ8mm)2とで構成されている。
裏板1は、スパッタリングカソードを支持する基体3に
ネジ止めなどにより固着されるもので、基体3側に構成
した冷却水循環路4を流れる冷却水で冷却されるように
なっている。また、裏板1の外側面1aの中央部には、
図1 (b)に示したように、断面を弧状に湾曲させた形状
の凹部5(直径165mm、深さ Max0.5mm)が形成し
てあると共に、凹部5の外周縁段部6には、複数のネジ
7、7を介して押えリング8が設置してある。押えリン
グ8はSUS、Al等或いはターゲット材と同材料で作
られており、その内径は6インチより多少大きい径とな
るようにしてある。
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図4
【補正方法】変更
【補正内容】
【図4】 第3実施例のランニングデータを示すグラフ
で、(a) はエロージョンプロファイル、(b) は算電力
とエロージョン深さの関係のグラフである。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 冷却水で冷却される裏板の外側面にター
    ゲット材を設けてなるスパッタリングカソードにおい
    て、前記裏板の外側面内に凹部が形成してあり、前記タ
    ーゲット材が凹部を覆うように設置され、かつターゲッ
    ト材が、前記凹部の外周縁段部と接する部分を支点とし
    て、凹部側に変形する力を受けて、締付け固定され、タ
    ーゲット材と裏板の対向面が互いに当接していることを
    特徴とするスパッタリングカソード。
  2. 【請求項2】 凹部は、断面が弧状に湾曲した凹部とし
    た請求項1記載のスパッタリングカソード。
  3. 【請求項3】 凹部は、断面が矩形の凹部とした請求項
    1記載のスパッタリングカソード。
  4. 【請求項4】 凹部の表面とターゲット材は、可撓性伝
    熱シート材を介して当接している請求項1乃至3の何れ
    か1項記載のスパッタリングカソード。
  5. 【請求項5】 ターゲット材は、裏板の周縁部に設置し
    た押えリングを介して裏板に締付け固定されている請求
    項1記載のスパッタリングカソード。
  6. 【請求項6】 裏板の凹部は、ターゲット材と対向する
    面が、冷却水の圧力を受けて、ターゲット材側へ変形可
    能の厚さで形成してある請求項1記載のスパッタリング
    カソード。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5474667A (en) * 1994-02-22 1995-12-12 Materials Research Corporation Reduced stress sputtering target and method of manufacturing therefor
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JP2016003388A (ja) * 2014-06-19 2016-01-12 東京エレクトロン株式会社 板状部材の固定機構、pvd処理装置及び板状部材の固定方法
US20180044778A1 (en) * 2015-03-02 2018-02-15 Tosoh Smd, Inc. Sputtering target having reverse bowng target geometry
CN112063977A (zh) * 2020-09-18 2020-12-11 长沙神弧离子镀膜有限公司 高钪铝钪合金靶及其靶材绑定方法

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