(57)【要約】【課題】ターゲットを取り付け可能な冷却部材であって、必要な強度を確保するとともに薄型化することでターゲットの冷却能力とターゲット表面での最適な磁場強度を得ることができる裏板を提供する。【解決手段】裏板２０２は、冷却媒体を流通させる冷媒流路２１４ａ，２１４ｂが内部に形成されるとともに、カソードマグネットに対向する薄型化されたターゲット取り付け部１と、ターゲット取り付け部１を周囲から支持する締結部２とを有しており、冷媒流路２１４ａ，２１４ｂに冷却媒体を給排出する供給口２１５ａ，２１５ｂと排出口２１６ａ，２１６ｂはターゲット取り付け面の法線に対して所定角度傾斜した方向に冷却媒体を流通させるように形成されている。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターゲット取り付け面にターゲットが取り付けられた状態でカソードボディに締結可能な裏板であって、
前記ターゲット取り付け面が設けられるとともに、前記ターゲット取り付け面に平行な方向に冷却媒体を流通させる冷媒流路が内部に形成されたターゲット取り付け部と、
前記カソードボディに締結される締結部とを有し、
前記冷媒流路には、一端に冷却媒体を前記冷媒流路内に誘導する供給口が形成されるとともに、他端に冷却媒体を前記冷媒流路内から排出する排出口が形成され、
前記供給口若しくは前記排出口の少なくとも一方は、前記ターゲット取り付け面の法線に対して所定角度傾斜した方向に冷却媒体が流通するように形成されていることを特徴とする裏板。
【請求項２】
前記供給口及び前記排出口はいずれも前記締結部で前記冷媒流路に接続されることを特徴とする請求項１に記載の裏板。
【請求項３】
前記冷媒流路は、前記ターゲット取り付け面と平行に形成された第１内壁と、前記第１内壁に対向した第２内壁と、前記第１内壁の縁部と前記第２内壁の縁部を連結する第３内壁とに囲まれた空間として形成されており、
前記排出口と前記冷媒流路との接続箇所において、前記排出口の内壁の一部は、前記第３内壁と連続するように設けられることを特徴とする請求項１又は２に記載の裏板。
【請求項４】
基板を保持可能な基板ホルダーと、前記基板ホルダーに保持された基板に対向してターゲットを保持可能なカソードユニットとを真空容器内に備えたスパッタリング装置であって、
前記カソードユニットは、
請求項１乃至３のいずれか１項に記載された裏板と、
前記基板に対向するように前記ターゲットを保持した前記裏板を締結できるカソードボディと、
前記ターゲットの表面位置に磁場を形成するカソードマグネットと、を備えていることを特徴とするスパッタリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スパッタリング装置などの成膜装置のカソードに用いられる裏板、及び該裏板を備えたカソードを有するスパッタリング装置に係り、特に、ターゲットに対する冷却効率を落とさずに薄型化された裏板、及び該裏板を備えるカソードを有するスパッタリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、成膜装置においてスパッタリング法が広く利用されており、スパッタリング法においては、成膜部材であるターゲットをカソードの裏板（バッキングプレート）上に接着保持している。接着材には低融点材料が用いられることもあるため、裏板（バッキングプレート）には、ターゲットを保持する機能に加えてターゲットを冷却する機能が要求される。
【０００３】
さらに、マグネトロンスパッタ装置においてはターゲット表面位置での磁場強度がスパッタ性能に大きく影響を及ぼすため、ターゲット表面からマグネットまでの距離が短いほうが最適磁場強度を得るためには有利である。そのため、裏板の厚さは薄いほど望ましい。
【０００４】
しかしながら、成膜装置のチャンバー内部が真空排気されて減圧状態になると裏板に対してマグネット配置側からターゲット側に大気圧が負荷される。また、裏板の内部に冷却水を流通させる場合にも冷却水の圧力が裏板に対して働くことになる。このため、裏板に対しては、ターゲットを冷却するための冷却能力とともに十分な強度を有することが求められる。
【０００５】
一方、スループット向上の観点から成膜時間の一層の短縮が望まれており、スパッタリング装置においては、カソードへの投入電力を上げることで成膜速度の向上が図られることが多い。この場合、投入電力に比例してターゲットの温度が上昇することになるため、裏板との熱膨張差によるターゲットの破損やターゲットを裏板に接着するための接着材を溶かす虞があった。
【０００６】
このような問題を防止するために、裏板内部に水路を形成して冷却水を循環させることで冷却能力の向上が図られている。投入電力をさらに増加する場合には、裏板の水路の断面積を増やす方法や、冷却水供給圧力を増大させる方法によって冷却能力の向上を図ることができる。例えば、特許文献１には、冷媒流路を大きくすることで冷却能力の向上を図るとともに、冷却ムラが生じにくい構造の冷却板についての技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−２５５４５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、裏板の水路断面積を増やすためには裏板の板厚を厚くするか、水路幅を拡げる必要がある。水路幅を拡げると裏板の強度は低下するため、冷却水供給圧力に対する制約が厳しくなり結果的には冷却能力の向上には繋がりにくいという問題がある。また、板厚を厚くする場合は、前述したターゲット表面での最適な磁場強度を得ることが困難になるという問題がある。
【０００９】
本発明の目的は、上記課題を解決することにあり、特にターゲットに対する冷却効率を落とさずに薄型化された裏板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る裏板は、ターゲット取り付け面にターゲットが取り付けられた状態でカソードボディに締結可能な裏板であって、ターゲット取り付け面が設けられるとともに、ターゲット取り付け面に平行な方向に冷却媒体を流通させる冷媒流路が内部に形成されたターゲット取り付け部と、カソードボディに締結される締結部とを有し、冷媒流路には、一端に冷却媒体を冷媒流路内に誘導する供給口が形成されるとともに、他端に冷却媒体を冷媒流路内から排出する排出口が形成され、供給口若しくは排出口の少なくとも一方は、ターゲット取り付け面の法線に対して所定角度傾斜した方向に冷却媒体が流通するように形成されていることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係るスパッタリング装置は、基板を保持可能な基板ホルダーと、基板ホルダーに保持された基板に対向してターゲットを保持可能なカソードユニットとを真空容器内に備えたスパッタリング装置であって、カソードユニットは、上述の裏板と、基板に対向するようにターゲットを保持した裏板を締結できるカソードボディと、ターゲットの表面位置に磁場を形成するカソードマグネットと、を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によるとターゲットに対する十分な冷却能力を確保しつつ、裏板を薄型化できるので、ターゲット表面とターゲット表面上に磁場を形成するためのマグネットとの距離を近づけることが可能となる。従って、スパッタ成膜の膜特性に直接影響を及ぼすターゲット表面上の磁場を容易に最適化することが可能となる。
【００１３】
また、マグネットとターゲット表面との距離が近くなることから、磁場形成のためのマグネットとして磁場強度の低いものの使用が可能となり、カソードユニットの小型化及びコスト低減を図ることができる。さらに、裏板が薄型化されることで裏板重量低減にも繋がり、メンテナンス性の向上にも寄与する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係るスパッタリング装置の断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る裏板のカソードマグネット側からみた平面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る裏板のＡ−Ａ断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る裏板のターゲット側からみた平面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る裏板のＢ−Ｂ断面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る裏板のＣ−Ｃ断面図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る裏板の冷媒流路及び冷媒流路に供給された冷却水の様子を立体的に示した模式図である。
【図８】本発明の他の実施形態に係る裏板のカソードマグネット側からみた平面図である。
【図９】本発明の他の実施形態に係る裏板のＤ−Ｄ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、本発明の一実施形態について図面に基づいて説明する。なお、以下に説明する部材、配置等は発明を具体化した一例であって本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨に沿って各種改変できることは勿論である。特に以下では、裏板（バッキングプレート）について本発明を適用した実施形態について説明するが、本発明は裏板に限定する趣旨ではなく、冷却媒体が内部に流通する板状の冷却部材に適用可能なものである。
【００１６】
図１に、本実施形態に係るスパッタリング装置Ｓの断面図を示す。なお、図１はスパッタリング装置Ｓを上方側から見た断面図であり、紙面に対して手前側が上方、奥側が下方を示している。スパッタリング装置Ｓは、真空容器としてのチャンバー２０６の内側に基板ホルダー２０７とカソードユニット（ターゲット電極）とを少なくとも備えている。基板ホルダー２０７に取り付けられた基板Ｗに対向する位置にカソードユニットが配設されている。ターゲットＴはカソードユニットの基板側（カソードボディ２０５）に取り付けられている。ターゲットＴおよび基板とも床面（水平面）に対してほぼ垂直に起立した配置となっている。
【００１７】
カソードボディ２０５はチャンバー２０６の内壁に設置されている。基板ホルダー２０７は被成膜材である基板を保持するための部材であり、静電吸着等を用いて基板Ｗを保持することができる。また、本実施形態では基板ホルダー２０７はホルダー支持軸２２３を中心に回転可能に構成されている。図１では基板ＷがターゲットＴに対向する位置まで基板ホルダー２０７が回転した状態を示している。
【００１８】
チャンバー２０６は真空ポンプからなる不図示の排気装置に接続されている。また、チャンバー２０６はアルゴン等のガスを供給可能な不図示のガス供給装置にも接続されている。すなわち、チャンバー２０６を減圧状態にした後にアルゴン等のガスをチャンバー２０６内に供給し、ターゲットＴに高電圧を印加することにより、基板ホルダー２０７に保持された基板に対してスパッタリングによる成膜処理を行うことができる。
【００１９】
基板Ｗはチャンバー２０６の側面に設けられた開口部から不図示の搬送装置によってチャンバー内に搬入される。その際、チャンバー２０６側面の開口部に配設されたゲートバルブ２０８が一時的に開放される。なお、基板をチャンバー２０６内部に搬入する際には、基板ホルダー２０７は、基板を取り付ける部分が上方に向いた配置（左右方向に平行な位置）となるようにホルダー支持軸２２３を中心に回転させた状態で行われる。基板Ｗの搬入が終了した後にバルブ２０８を閉じる動作をおこなうことでチャンバー２０６内を再び減圧状態にすることが可能となる。
【００２０】
ターゲットＴは、カソードユニットの基板側（カソードボディ２０５）に配設された裏板２０２（バッキングプレート）にボンディングにより接着されている。裏板２０２には、冷却水（冷却媒体）を流通させる水路（溝）としての冷媒流路２１４ａ，２１４ｂと、冷媒流路２１４ａ，２１４ｂに連結された供給口２１５ａ、２１５ｂ及び排出口２１６ａ、２１６ｂとが内部に形成されている。
【００２１】
より詳しくは、裏板２０２は、ベース板２０３を介してカソードユニット側のカソードボディ２０５に固定されている。ベース板２０３は、裏板２０２に設けられた水路の供給口２１５ａ、２１５ｂと排出口２１６ａ、２１６ｂの位置に対応する位置に同様に供給口と排出口が設けられている。また、このベース板２０３は高電圧を印加するための導電性部材２１１が接続できるようになっている。
【００２２】
すなわち、冷却水供給装置２１２ａ、２１２ｂによって供給される冷却水は、ベース板２０３の供給口から供給されて裏板２０２の供給口２１５ａ、２１５ｂに流入し、冷媒流路２１４ａ，２１４ｂを通った後に裏板２０２の排出口２１６ａ、２１６ｂとベース板２０３の排出口を通って排出される。なお、ベース板２０３の供給口と排出口にはそれぞれ配管部材２１３が接続されている。
【００２３】
ベース板２０３は、絶縁材２０４をカソードボディ２０５との間に挟み込む形で固定されている。カソードボディ２０５の内側には、ターゲット表面上に一定の磁場を形成するためマグネットユニット２０９（カソードマグネット）が配設されている。マグネットユニット２０９は、基板対向面がＳ極の中央磁石と、その周囲に囲むように配置される基板対向面がＮ極である外周磁石とこれらの磁石を固定する長方形平板（ヨーク）とで構成されている。
【００２４】
本実施形態では、ターゲット表面上のエロージョンがより均等に進行するように、マグネットユニット２０９はターゲット表面と平行に紙面左右方向及び奥手前方向の２方向に揺動可能な機構に接続されている。ベース板２０３に取り付けられた導電性部材２１１に電源２１０は接続されていて、導電性部材２１１及びベース板２０３を介してターゲットＴに高電圧を印加可能な構造とされている。電源２１０は電圧印加用であり、本実施形態では直流電源が用いられている。
【００２５】
また、本実施形態ではマグネットユニット２０９も導電性部材２１１を介して電源２１０と接続されていてターゲットＴと同電位となるような構成となっている。マグネットユニット２０９は２方向に揺動するため、左右方向及び奥手前方向のそれぞれの移動に対して導通が確保される構成とされている。
【００２６】
すなわち、左右方向の移動に対しては導電性のばね材（導電性部材２２１）が電力供給ラインに挿入されている。また、奥手前方向の移動に対してはマグネット揺動を安定動作させるために組み込まれる導電性のガイド２２２に導電性部材３０１を接続することでマグネットユニット２０９が左右、奥手前に揺動しても導電性部材２１１及び電源２１０がひきずられないように構成されている。
【００２７】
マグネットユニット２０９にも裏板２０２と同様に高電圧を印加可能としているのは、ターゲットＴに高電圧を印加した際に裏板２０２とマグネットユニットの間での異常放電を防ぐためである。このため、マグネットユニット２０９をターゲットＴ近傍に配置しても異常放電は生じない。
【００２８】
次に、図２乃至６に従って裏板２０２の詳細について説明する。
図２はカソードマグネット側からみた裏板２０２の平面図であり、図３は図２のＡ−Ａ断面図、図４はターゲット側から見た裏板２０２の平面図、図５は図２のＢ−Ｂ断面図、図６は図２のＣ−Ｃ断面図である。
【００２９】
図３のＡ−Ａ断面図に示すように、裏板２０２は、マグネットユニット２０９に対向する薄く形成された領域（第１の領域１又は、ターゲット取り付け部）と、この第１の領域１を周囲から支持し、カソードボディに締結するためのボルト（締結部材）を挿通するための穴が形成された領域（第２の領域２又は、締結部）とを有している。マグネットユニット２０９に対向する領域（第１の領域１又は、ターゲット取り付け部）の厚さが薄く形成されており、マグネットユニット２０９とターゲットＴ表面との距離を近づけることができる。
【００３０】
第１の領域１と第２の領域２の連結部分であり、板厚が変化する境界部は曲線的に加工されたラウンド形状となっている。板厚の薄い範囲においてはマグネット側から成膜室側へ負荷される大気圧は板厚の変化する境界部に集中することになる。そのため、境界部をラウンド形状にすることで応力集中を避けることができる。なお、本実施形態の裏板は、厚さの薄い部分で厚さ６ｍｍ以下に形成されており、また、ターゲット取り付け部の基板側にはターゲット板取り付け面が形成されている。
【００３１】
裏板２０２には、冷却媒体としての冷却水が流通する２つの冷媒流路２１４ａ，２１４ｂがそれぞれ蛇行して形成されている。それぞれの冷媒流路２１４ａ，２１４ｂの両端部には冷却水を導入する供給口２１５ａ、２１５ｂと、排出する排出口２１６ａ、２１６ｂが接続されている。冷媒流路２１４ａ，２１４ｂのうち供給口２１５ａ、２１５ｂと排出口２１６ａ、２１６ｂとの接続部分を除く部分は、裏板２０２の薄く形成された第１の領域１に形成されている。
【００３２】
冷媒流路２１４は扁平な矩形断面形状の水路として形成されており、裏板２０２の厚さ方向に薄く、幅方向に広い断面形状とすることで裏板２０２の薄型化と要求される断面積を確保している。なお、本実施形態では冷却水供給装置を用いて２つの冷媒流路２１４ａ，２１４ｂのそれぞれに対応する冷却水ラインを設けることで十分な冷却水供給圧力を確保し冷却能力を向上させている。また、ターゲットＴは第１の領域１の冷媒流路２１４ａ，２１４ｂが形成されている部分の薄型化されていない側の面（ターゲット取り付け面）に接着される。なお、第１の領域１よりもやや小さいサイズのターゲットＴの方が高い冷却能を確保する上で望ましい。
【００３３】
本実施形態ではターゲットＴがスパッタリング装置Ｓの設置面に対して垂直方向に配置されることを考慮して、冷却水の供給口２１５ａ，２１５ｂを下側に配置されている。供給口２１５ａ，２１５ｂから冷媒流路２１４ａ，２１４ｂ内に供給された冷却水は、設置面に対して水平な一定幅の水路（縦水路）とこの水平水路を縦方向に連結する水路（横水路）とからなるジグザグに蛇行した水路を通り、その水路の上側に設けられた排出口２１６ａ，２１６ｂから排出される。このような配置とすることで、水路内に空気溜りが生じず、冷却効率を向上させることができる。
【００３４】
ここで、供給口２１５ａ，２１５ｂ及び排出口２１６ａ，２１６ｂは、カソードマグネット２０９が配置される冷却部材中央以外の外周部分（第２の領域２又は、締結部）に形成されている。このため、水路が板厚の変化する境界部を跨ぐ必要がある。板厚の変化する境界部は、矩形裏板長手方向の辺２１７，２１７と矩形裏板短手方向の辺２１８，２１８とにより形成される略矩形状となる。水路は、矩形裏板の長手方向の辺２１７を跨ぐことを避け、矩形裏板の短手方向の辺２１８を跨ぐことで裏板２０２の強度低下を最小限に留めることができる。
【００３５】
特に本実施形態においては、矩形裏板短手方向の辺２１８と矩形裏板長手方向の辺２１７との交差領域、すなわち、裏板２０２の板厚が変化する境界部の四隅近傍に水路が形成されている。この水路は冷媒流路２１４ａ，２１４ｂの両端部側を延長して形成されている。この境界部の構成は、裏板の強度確保に寄与するだけでなく、裏板の反り量を低減させることに対しても効果がある。
【００３６】
図５は図２のＢ−Ｂ断面、すなわち供給口及び排出口の断面を示すものであり、図７は、冷媒流路２１４ａ（２１４ｂ）に供給された冷却水の様子を立体的に示した模式図である。これらに図示するように供給口２１５ａ，２１５ｂと排出口２１６ａ，２１６ｂは、基板Ｗを取り付ける裏板２０２の面（ターゲット板取り付け面）の法線に対して傾斜角度θを有する水路としてそれぞれ形成されている。本実施形態における傾斜角度θは７５〜８０°とされているが、５０〜８５°の範囲で任意に設定可能である。もちろん、供給口２１５ａ，２１５ｂ、排出口２１６ａ，２１６ｂとも曲面を有する形状であっても良い。このような構成としたことにより、ターゲット取り付け面の法線に対して所定角度傾斜した方向に冷却水が流通するようになり、冷却水をよりスムーズに流通させることができる。なお、ターゲット板取り付け面の法線とは、裏板２０２のターゲット板取り付け面と垂直に交わる仮想線である。
【００３７】
また、供給口２１５ａ，２１５ｂ及び排出口２１６ａ，２１６ｂが冷媒流路２１４ａ，２１４ｂと接続される部分の外側位置と、冷媒流路２１４ａ，２１４ｂの端部位置を揃えて形成されている。つまり、図５のポイントＰに示したように供給口２１５ａ，２１５ｂと排出口２１６ａ，２１６ｂと冷媒流路２１４ａ，２１４ｂが滑らかに連続するような形状とされている。このような構成としたことにより冷却水の流量の低下を防ぐことができる。冷媒流路２１４ａ，２１４ｂと排出口２１６ａ，２１６ｂとの接続部分で生じる冷却水の渦の発生を抑えることができるためである。
【００３８】
図５のポイントＰの構造について具体的に説明すると、冷媒流路２１４ａ，２１４ｂを構成する内壁のうち、ターゲット側に形成された内壁を第１内壁とし、カソードマグネット側に形成され、第１内壁に対向する内壁である第２内壁とし、第１内壁と第２内壁の縁を連結する内壁を内側壁とすると、排出口２１６ａ，２１６ｂと冷媒流路２１４ａ，２１４ｂとの接続箇所において、排出口の端部を形成する内壁の一部は、冷媒流路２１４ａ，２１４ｂの内側壁と面一に接続されている。
【００３９】
渦の発生を抑えることにより、冷却水は排出口２１６ａ，２１６ｂにスムーズに進入するとともに、排出口２１６ａ，２１６ｂ内でも直線的に移動するために、流速及び流量を増大することができる。渦の発生を抑えることができる理由は必ずしも明確ではないが、供給口２１５ａ、２１５ｂ（排出口２１６ａ，２１６ｂ）の縁部分の一部が、冷媒流路２１４ａ，２１４ｂの端部位置と一致することで、冷却水が回転するスペースがなくなるためと考えられる。なお、渦を抑える構造は上述した配置に限定されることはなく、供給口２１５ａ、２１５ｂ（排出口２１６ａ，２１６ｂ）の縁部分と一致する冷媒流路２１４ａ，２１４ｂの位置を本実施形態とは異なった配置としてもよい。
【００４０】
裏板２０２の製造方法について説明する。本実施形態に係る裏板２０２は、水路としての溝を掘った板に、銀をロウ材とした真空ロウ付けによって蓋を接合して形成されている。材料としては、本実施形態では溝を掘った板及び蓋双方共、熱伝導性の良好な銅を用いた。ただし、製造方法、材質については本実施形態に限定されず、摩擦圧接接合を用いてもよいし、冷却能力の要求値によってはステンレス材を用いてもよい。ステンレス材を用いる場合は材料の持つ強度は銅に比べて格段に向上するので更なる薄型化も可能となる。
【００４１】
図８，９に本発明の他の実施形態に係る裏板について説明する。図８は裏板２５２のカソードマグネット側からみた平面図、図９は裏板２５２のＤ−Ｄ断面図である。裏板２５２は円形のバッキングプレートについてのものである。裏板２５２においても上述の裏板２０２と同様の効果を得ることができ、製造方法も裏板２０２とほぼ同様の製造方法及び取扱いをすることができる。また、裏板２０２と同様部材、配置等には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００４２】
本発明における裏板によれば、薄型化しつつも必要な強度を確保することができるため、裏板に形成された水路幅を広げ、若しくは冷却水供給圧力を上昇させることができる。そのため、ターゲットの冷却能力を向上することができ、また、ターゲット表面での最適な磁場強度を得ることができる。
【符号の説明】
【００４３】
Ｓ  スパッタリング装置
Ｔ  ターゲット
Ｐ  ポイント
θ  傾斜角度
Ｗ  基板
１  第１の領域（ターゲット取り付け部）
２  第２の領域（締結部）
２０２，２５２  裏板
２０３  ベース板
２０４  絶縁材
２０５  カソードボディ
２０６  チャンバー
２０７  基板ホルダー
２０８  ゲートバルブ
２０９  マグネットユニット
２１０  電源
２１１  導電性部材
２１２ａ，２１２ｂ  冷却水供給装置
２１３  配管部材
２１４ａ，２１４ｂ  冷媒流路
２１５ａ，２１５ｂ  供給口
２１６ａ，２１６ｂ  排出口
２１７  矩形裏板長手方向の辺
２１８  矩形裏板短手方向の辺
２１９  カソードマグネット
２２１，３０１  導電性部材
２２２  ガイド
２２３  ホルダー支持軸
【図１】
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【図２】
2011047040.tif 000004
【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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【図８】
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【図９】
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