(57)【要約】【課題】ターゲットをベースプレートに取り付けてベースプレートを介して間接冷却する方式のスパッタリング装置において、複雑な機構を用いることなくターゲットの反りによる冷却効率の低下を抑制することを可能にするスパッタリングカソードの冷却機構を提供する。【解決手段】スパッタリングカソードのハウジング１には、ベースプレート２が取り付けられている。ベースプレート２には、ターゲット４が取り付けられている。ハウジング１の内部には冷却媒体７を流せるようになっており、ベースプレート２の厚さと冷却媒体７の圧力を適切な値に設定することにより、ベースプレート２がターゲット４の変形に追従し、ターゲット４の冷却面４ｂとベースプレート２との間に空隙が生じず、冷却が不足することがない。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面側を被スパッタ面とし裏面側を冷却面としているターゲットと、ターゲット押さえにより一方の面に前記ターゲットを取り付けられているベースプレートと、ベースプレート押さえにより前記ベースプレートの外縁部を固定されていてその内部において前記ベースプレートの裏面側との間に冷却媒体を流しているハウジングと、前記ハウジングの内部において前記ベースプレートの裏面側の近傍における前記冷却媒体の圧力を測定する圧力計と、を備えていて、前記ベースプレートは、材質が銅又は銅合金の平板であって厚さが０．５ｍｍ〜３．０ｍｍであり、前記ターゲットは、その裏面全体が前記ベースプレートの取付面と接していて、前記ターゲットがスパッタリングされているときには、前記ハウジング内の前記ベースプレートの裏面側の近傍における前記冷却媒体の圧力が０．１ＭＰａ〜０．８ＭＰａであることを特徴とするスパッタリングカソードの冷却機構。
【請求項２】
請求項１に記載のスパッタリングカソードの冷却機構を有するスパッタリング装置を用いた配線板用基材の製造方法であって、スパッタリングによってポリイミドフィルムに所定の厚さの金属層を成膜する配線板用基材の製造工程において、スパッタリング時に前記ターゲットが前記被スパッタ面側に凸となるように変形する際に、前記冷却媒体の圧力により前記ベースプレートが前記ターゲットの変形に追従して変形し、前記ターゲットの冷却面の全体と前記ベースプレートの一方の面とが接触を保ち前記ターゲットが冷却されている状態で成膜が行われることを特徴とする配線板用基材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配線板用基材を製造するために用いるスパッタリング装置に関し、特に、ベースプレートを介してスパッタリングターゲットを間接冷却するようにしたスパッタリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
スパッタリング装置は、膜を着ける試料と膜の原料（以下、ターゲットという）を近接させて配置し、ターゲットから放出される粒子を試料に衝突・付着させることで膜を形成する装置である。ターゲットから粒子を放出させるには、ターゲットと試料を配置したハウジングの内部を真空状態にした後にＡｒガス等の不活性ガスを導入し、該Ａｒガスをプラズマ化してＡｒイオンをカソードであるターゲットに高速で衝突させる。すると、Ａｒイオンの衝突によりターゲットから粒子が弾き飛ばされ、弾き飛ばされた粒子が試料に衝突・付着し、試料上に膜が形成される。このようにしてターゲット粒子が弾き飛ばされる現象をスパッタリング現象という。
【０００３】
スパッタリング装置は半導体等の分野で広く用いられているが、半導体の微細化は年々進み、成膜の品質の向上がより一層求められている。スパッタリングを行う際には、Ａｒプラズマのイオンをターゲットに衝突させるため、ターゲットの温度は上昇する。そのため、ターゲットの冷却が不足するとターゲット材料が割れる恐れがあり、安定したスパッタリングを行うことができず、成膜の品質に悪影響を与えることになる。従って、スパッタリング時のターゲットの熱負荷の低減が課題となってきている。
【０００４】
スパッタリング装置のターゲットの冷却方法として、ターゲットを直接冷却する方法と、ターゲットをベースプレートに取り付けてベースプレートを介して冷却する方法が知られている。ターゲットを直接冷却する場合には、ベースプレートを介して冷却する場合と比べて冷却効率は高まるが、ターゲットを交換する際に冷却水漏れ等を引き起こす問題があり作業が複雑になり、コストが高くなる。
【０００５】
それに対して、ターゲットをベースプレートに取り付けてベースプレートを介して冷却する場合には、ターゲットをベースプレートの一方の面に押しつけるようにして物理的に固定し、ベースプレートの他方の面を水冷等の方式で冷却するため、ターゲットを直接冷却する場合と比べて冷却効率は下がるが、ターゲットを交換する際に冷却水漏れ等を引き起こす心配がなく、作業が簡便になりコストを抑えることができる。このようにベースプレートを介してターゲットを冷却するようにしたスパッタリングカソードが特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−２４１２３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ターゲットをスパッタリングしていくと、ターゲットの表面が削られることにより張力のバランスが崩れたり、ターゲット表面と裏面（ベースプレートと接する側の面）との温度差により表面側のみ熱膨張が起こったりすることにより、ターゲットはベースプレートとは反対側の方向に凸となるように反っていく。その結果、ターゲットとベースプレートとの間に空隙が生じることになり、冷却が不足することになってしまう。
【０００８】
特許文献１に記載のバッキングプレート２０（本願発明におけるベースプレートに相当）は、ターゲット材料２２を取り付けている面とは反対側の面を弾性部材２６を用いて押圧し、ターゲット材料２２の変形に対してバッキングプレート２０の形状を追従させている。しかし、このような機構を用いると、装置が複雑になり、コストが上がってしまうという欠点がある。
【０００９】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、ターゲットをベースプレートに取り付けてベースプレートを介して間接冷却する方式のスパッタリング装置において、複雑な機構を用いることなくターゲットの反りによる冷却効率の低下を抑制することを可能にするスパッタリング装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するために、本発明のスパッタリングカソードの冷却機構は、表面側を被スパッタ面とし裏面側を冷却面としているターゲットと、ターゲット押さえにより一方の面に前記ターゲットを取り付けられているベースプレートと、ベースプレート押さえにより前記ベースプレートの外縁部を固定されていてその内部において前記ベースプレートの裏面側との間に冷却媒体を流しているハウジングと、前記ハウジングの内部において前記ベースプレートの裏面側の近傍における前記冷却媒体の圧力を測定する圧力計と、を備えていて、前記ベースプレートは、材質が銅又は銅合金の平板であって厚さが０．５ｍｍ〜３．０ｍｍであり、前記ターゲットは、その裏面全体が前記ベースプレートの取付面と接していて、前記ターゲットがスパッタリングされているときには、前記ハウジング内の前記ベースプレートの裏面側の近傍における前記冷却媒体の圧力が０．１ＭＰａ〜０．８ＭＰａであるようにする。
【００１１】
また、上記のスパッタリングカソードの冷却機構を有するスパッタリング装置を用いた配線板用基材の製造方法として、スパッタリングによってポリイミドフィルムに所定の厚さの金属層を成膜する配線板用基材の製造工程において、スパッタリング時に前記ターゲットが前記被スパッタ面側に凸となるように変形する際に、前記冷却媒体の圧力により前記ベースプレートが前記ターゲットの変形に追従して変形し、前記ターゲットの冷却面の全体と前記ベースプレートの一方の面とが接触を保ち前記ターゲットが冷却されている状態で成膜が行われるようにする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、ベースプレートを介してスパッタリングターゲットを間接冷却するスパッタリング装置において、ベースプレートを銅又は銅合金の平板であって厚さが０．５ｍｍ〜３．０ｍｍの間とし、ターゲットがスパッタリングされているときにはハウジング内の冷却媒体の圧力が０．１ＭＰａ〜０．８ＭＰａの間としたので、スパッタリング時にターゲットが被スパッタ面側に凸となるように変形しても、冷却媒体の圧力によりベースプレートがターゲットの変形に追従して変形し、ターゲットの冷却面の全体とベースプレートの一方の面とが接触しターゲットが冷却されている状態で成膜が行われるようになる。そのため、高品質な膜を安価に得ることが可能になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明のスパッタリングカソードの冷却機構に用いるスパッタリングカソードの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施の形態を、図１により説明する。図１は、本発明のスパッタリングカソードの冷却機構のスパッタリングカソードの断面図である。
【００１５】
スパッタリングカソードのハウジング１には、ベースプレート２が取り付けられている。ベースプレート２は、銅又は銅合金を用いた平板であり、ベースプレート押さえ３を用いてハウジング１に取り付けられている。そして、ベースプレート２には、ターゲット４がターゲット押さえ５を用いて取り付けられている。ターゲット４は、その表面４ａが被スパッタ面であり、その裏面４ｂが冷却面であり、裏面４ｂの全体がベースプレート２の表面と接触している。一方、ハウジング１の内部には磁石６が設置されている。また、ハウジング１の内部には冷却媒体７を流せるようになっており、ベースプレート２を介してターゲット４を間接冷却できるようになっている。また、ハウジング１の内部には、冷却媒体７の圧力を測定するために図示していない圧力計が取り付けられている。
【００１６】
次に、このスパッタリングカソードを用いてスパッタリングを行う手順について説明する。スパッタリングカソードはスパッタリング装置の真空チャンバー内に設置されている。真空ポンプを用いて真空チャンバー内を真空に引いた後に、所定の圧力となるようにＡｒガスを導入し、配線板用基材の材料である長尺状のポリイミドフィルムを搬送しながらスパッタリングを行い、ポリイミドフィルム上に金属層を必要な厚さで成膜する。フィルム状の金属層は、単層でもよいが、必要に応じて更に異なる種類の金属層を成膜してもよい。また、合金化したターゲットを用いれば合金製の金属層を得ることもできる。
【００１７】
スパッタリングを行う際には、スパッタリングカソード内に冷却媒体を流し、ターゲット４を冷却する。ターゲット４は、通常時には、裏面４ｂがベースプレート２の表面と接触しているが、スパッタリングが行われると、ターゲット４はベースプレート２とは反対側の方向に凸となるように反っていく。従来は、このベースプレートとして厚さが５ｍｍ〜７ｍｍ程度の銅板を使用していた。そして、そのような厚いベースプレートを使用した場合には、ターゲットの変形にベースプレートが追従できず、冷却効率が低下する要因になっていた。本願発明者は、この点に着目し、ベースプレートを薄くして水圧を適切な値に制御することにより、複雑な機構を用いることなく高い冷却効率を維持できるよう改良を図った。その結果、本発明のスパッタリングカソードの冷却機構においては、ベースプレート２の厚さとハウジング１内の冷却媒体７の圧力を適切な値に設定することにより、ベースプレート２がターゲット４の変形に追従し、ターゲット４の冷却面４ｂとベースプレート２との間に空隙が生じず、冷却が不足することがない。
【００１８】
ベースプレート２がターゲット４の変形に追従するために最適な条件を、実験により求めた。実験は、スパッタリング装置の真空チャンバー内の到達圧力が５．０×１０-4Ｐａとなるまで真空引きを行った後に、圧力が０．４ＰａとなるようにＡｒガスを導入し、長尺状のポリイミドフィルムを搬送しながらスパッタリングを行い成膜を行った。使用したポリイミドフィルムは東レ・デュポン社製のカプトン（登録商標）１５０ＥＮ（厚さ３８μｍ、幅５２４ｍｍ）である。使用したターゲットはＮｉとＣｒの合金と、Ｃｕである。ＮｉとＣｒの合金は、Ｎｉ：Ｃｒ＝８０：２０の比率で合金化されている。スパッタリングを行い、ポリイミドフィルムの上にＮｉとＣｒの合金の金属層を２５０Åの厚さで形成し、更にその上にＣｕの金属層を８５０Åの厚さで形成し、合計１１００Åの厚さで金属層を成膜した。ターゲットは幅１６０ｍｍ、長さ８２０ｍｍ、厚さ２０ｍｍの寸法のものを使用した。ベースプレートは、厚さがそれぞれ０．５ｍｍ、１．０ｍｍ、３．０ｍｍ、５．０ｍｍの銅製の平板を使用した。冷却媒体には水を使用し、その水圧はそれぞれ０．１ＭＰａ、０．３ＭＰａ、０．６ＭＰａ、０．８ＭＰａとした。ターゲットを使用可能な最深部までスパッタリングした。その後、使用済みターゲットの反りの量の最大値と、ターゲット裏面に生じる焦げの有無と、ターゲットからの輻射熱によるフィルムのしわの有無について測定した。その結果を以下の表１に示す。
【表１】
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【００１９】
表１に記載の結果から、以下のことが分かる。まず、ベースプレートの厚さが０．５ｍｍ及び１．０ｍｍの場合には、いずれの水圧の値においても、使用済みターゲットの反りの量の最大値は１ｍｍであり、ターゲットの裏面の焦げもフィルムのしわも生じていない。これは次のような理由によると考えられる。上記のように、ターゲットをスパッタリングすると、ターゲットの表面が削られることにより張力のバランスが崩れたり、ターゲット表面と裏面との温度差により表面側のみ熱膨張が起こったりすることにより、ターゲットはベースプレートとは反対側の方向に凸となるように反っていく。しかし、その反りの初期において、ベースプレートが水圧によりターゲットの反りに応じて変形しターゲットに密着するため、冷却効率が損なわれず、それ以上ターゲットの反りが進行しない。その結果、ターゲットの反りは抑えられ、ターゲットの裏面の焦げもフィルムのしわも生じない。すなわち、ターゲットが十分に冷却されている状態を実現できた。
【００２０】
次に、ベースプレートの厚さが３．０ｍｍの場合には、水圧の値が０．６ＭＰａ及び０．８ＭＰａのときは、使用済みターゲットの反りの量の最大値は１ｍｍであり、水圧の値が０．１ＭＰａ及び０．３ＭＰａのときは、使用済みターゲットの反りの量の最大値は２ｍｍであり、いずれもターゲットの裏面の焦げもフィルムのしわも生じていない。これは次のような理由によると考えられる。水圧の値が０．６ＭＰａ及び０．８ＭＰａのときは、水圧が十分に強くベースプレートがターゲットの反りに応じて変形しターゲットに密着するため、冷却効率が損なわれず、それ以上ターゲットの反りが進行しない。また、水圧の値が０．１ＭＰａ及び０．３ＭＰａのときは、水圧が弱まったためベースプレートがターゲットの反りに応じて変形しターゲットに密着しにくくなり、冷却効率がやや損なわれるが、ターゲットの反りが大きく進行することはない。その結果、ターゲットの反りは抑えられ、ターゲットの裏面の焦げもフィルムのしわも生じない。すなわち、ターゲットが十分に冷却されている状態を実現できた。
【００２１】
そして、ベースプレートの厚さが５．０ｍｍの場合には、水圧の値が０．６ＭＰａ及び０．８ＭＰａのときは、使用済みターゲットの反りの量の最大値は３ｍｍであり、水圧の値が０．１ＭＰａ及び０．３ＭＰａのときは、使用済みターゲットの反りの量の最大値は４ｍｍであり、いずれもターゲットの裏面の焦げ及びフィルムのしわが生じていた。これは次のような理由によると考えられる。水圧の値が０．６ＭＰａ及び０．８ＭＰａのときは、水圧が弱くベースプレートがターゲットの反りに応じた変形をしないためターゲットに密着せず、冷却効率が損なわれ、ターゲットの反りが進行した。また、水圧の値が０．１ＭＰａ及び０．３ＭＰａのときは、水圧が弱くベースプレートがターゲットの反りに応じた変形をしないためターゲットに密着せず、冷却効率が更に損なわれ、ターゲットの反りが更に進行した。その結果、ターゲットの反りが抑えられずターゲットの裏面の焦げ及びフィルムのしわが生じた。すなわち、ターゲットが十分に冷却されている状態を実現できなかった。
【００２２】
上記のように、ベースプレートの厚さとして適切な値は０．５ｍｍ〜３．０ｍｍであった。ベースプレートの厚さが下限値である０．５ｍｍを下回ると、真空との圧力差によりベースプレートが破損したり、取付時に変形して冷却水漏れを引き起こしたりするおそれがある。また、ベースプレートの厚さが上限値である３．０ｍｍを上回ると、ターゲットの反りに応じて変形することができなくなり、冷却効率を損ねる。
【００２３】
また、上記のように、ハウジング内の冷却媒体の圧力として適切な値は０．１ＭＰａ〜０．８ＭＰａであった。冷却媒体の圧力がこの範囲を上回ると、ハウジング１とベースプレート２との隙間から冷却媒体７が滲み出して液漏れを生じる可能性があり、好ましくない。
【００２４】
以上のように、本発明によれば、ターゲットを冷却するベースプレートを銅又は銅合金の平板であって厚さが０．５ｍｍ〜３．０ｍｍの間とし、ターゲットがスパッタリングされているときにはハウジング内の冷却媒体の圧力が０．１ＭＰａ〜０．８ＭＰａの間としたので、冷却媒体の圧力によりベースプレートがターゲットの変形に追従して変形し、ターゲットの冷却面の全体とベースプレートの一方の面とが接触しターゲットが冷却されている状態で成膜が行われるようになる。そのため、ベースプレートに特別な機構を設けることなく、ターゲットの反りによる冷却効率の低下を抑制することができ、製造コストを抑えることが可能になる。
【符号の説明】
【００２５】
１    ハウジング
２    ベースプレート
３    ベースプレート押さえ
４    ターゲット
４ａ  被スパッタ面
４ｂ  冷却面
５    ターゲット押さえ
６    磁石
７    冷却媒体
【図１】
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