(57)【要約】【課題】スパッタリング装置のターゲット材と裏板との間に介在される熱伝導性金属シート２０について、熱伝導性が良くかつターゲット材が加熱されて熱伝導性金属シート２０の金属層が２７溶融しても、金属層２７の流出を防止できるようにする。【解決手段】金属層２７を低融点金属材料で構成すると共に、この金属層２７中に、当該金属層２７を構成する低融点金属材料より高融点の材料で構成され、しかも穴３０ａを有する金属箔３０を、前記金属層２７の表面に対して平行に埋め込んだ熱伝導性金属シート２０とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
低融点金属材料からなる金属層中に、該金属層を構成する低融点金属材料より高融点の材料で構成され、しかも穴を有する金属箔が、前記金属層の表面に対して平行に埋め込まれていることを特徴とする熱伝導性金属シート。
【請求項２】
スパッタリング装置のターゲット材と裏板との間に介在される熱伝導性金属シートであることを特徴とする請求項１に記載の熱伝導性金属シート。
【請求項３】
金属箔が、金属層の厚さ方向に複数層埋め込まれていることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱伝導性金属シート。
【請求項４】
前記金属層を構成する低融点金属材料が、インジウム（Ｉｎ）、鉛（Ｐｂ）及びＩｎ−Ｐｂ合金の中から選ばれた一種類であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の熱伝導性金属シート。
【請求項５】
前記金属箔が、前記金属層と固溶体を形成しない材料で構成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の熱伝導性金属シート。
【請求項６】
前記金属箔の構成材料が、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）及びＣｕ−Ａｌ合金の中から選ばれた一種類であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の熱伝導性金属シート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、スパッタリング装置のターゲット材と裏板との間に介在される熱伝導性金属シートに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のスパッタリング装置のカソード部の構造では、スパッタの際にターゲット材がイオン衝撃を受けて高温になり、そのためターゲット材が融解してしまう。このようなターゲット材の融解を回避するため、ターゲット材を保持している裏板に冷却循環水路管などを設けてターゲット材を冷却する必要があった。したがって、ターゲット材をできるだけ効率よく冷却するための冷却方法或いはその構造が検討されてきた。従来のスパッタリング装置のカソード部の一例として、特許文献１に開示された構造がある。
【０００３】
特許文献１に開示されているカソード部では、ターゲット材の冷却効果を効率よく行うため、ターゲット材と裏板とを低融点金属を用いてろう付け（又は半田付け）している。このように、ターゲット材と裏板とを直接接合することにより、裏板とターゲット材との熱交換が良好になるため、このろう付け方法が広く用いられている。
【０００４】
しかし、特許文献１のカソード部の構造によれば、ターゲット材を交換する際に裏板も同時に取りはずすことが必要である。しかも裏板には冷却循環水路管が設けられているので、ターゲット材を交換するとき、その都度裏板から水路管も取りはずさねばならず、作業性が悪いという問題がある。これを改善したものに、特許文献２に開示された構造のものがある。
【０００５】
特許文献２の構造は、ターゲット材と裏板との間に熱伝導性金属シート（可撓性伝熱シート）を介在させてある。この構造であると、ターゲット材と裏板との間の熱伝導性が確保されるとともに、ターゲット材の交換の際は、熱伝導性金属シート及びターゲット材を交換するだけで済むため、スパッタリング装置の保守管理が容易になる。
【０００６】
【特許文献１】Ｕ．Ｓ．Ｐ４，４１４，０８６
【特許文献２】特開平５−５９５４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した特許文献２のスパッタリング装置のカソード部は、以下に述べる問題点がある。
【０００８】
従来のカソード部は、ターゲット材と裏板との間に熱伝導性金属シートを設けた後、ターゲット材と金属シート及び裏板と金属シートとの間の熱接触を良くするため、押え板（押えリング）を用いてターゲット材を圧接して裏板との面接触を確保している。然るに、金属シートと裏板及びターゲット材との間の接触面積が大きいため、金属シートの接触面に対し、一様な接触面を確保しようとすれば、ターゲット材で熱伝導性金属シートを強く圧接する必要がある。金属シートは、強い力で圧接されると、金属シートは低融点金属（ＩｎやＰｂ等）材料から構成されており、また、機械的強度も弱いため、金属シート自身が変形してしまうという問題がある。このため、金属シートの熱伝導性が劣化してしまい実用に供することができなくなる。
【０００９】
また、スパッタリング装置のカソード電極に高電力が印加された場合、ターゲット材の温度により金属シートが溶融して裏板とターゲット材との間から流れ出し、その結果、ターゲット材と裏板との間の熱伝導性が劣化する。このような金属シートの溶融によって、カソード電極とアースとの間が短絡され、ショートの原因或いはターゲット材の汚染の原因にもなっていた。
【００１０】
そこで、裏板とターゲット材との間を圧接しても変形が少ない金属シートを備え、また、高電力がターゲット材側に印加された場合でも、溶融した金属シートが流出しない金属シートの出現が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
このため、本発明は、低融点金属材料からなる金属層中に、該金属層を構成する低融点金属材料より高融点の材料で構成され、しかも穴を有する金属箔が、前記金属層の表面に対して平行に埋め込まれていることを特徴とする熱伝導性金属シートを提供するものである。
【００１２】
この発明では、熱伝導性金属シートの金属層中に、ターゲット材側に高電力が印加されたり、若しくはターゲット材が裏板上に熱伝導性金属シートを介して密着して取り付けられていなかったりしたとき、上昇したターゲット材の温度では非溶融の金属基材として、穴を有する金属箔が表面に対して平行に埋め込まれている。このため、ターゲット材と金属シートの密着性が良好でかつターゲット材側に低電力が印加され金属層が溶融されない場合は、金属層単独の場合に比べて金属シート面に対し平行（水平）方向の機械的強度が増大する。したがって、裏板とターゲット材との間を強い力で圧接させた場合でも、両者間に挿入されている金属シート自体の厚み方向への変形が従来に比べて少なくなるので、従来よりも裏板とターゲット材との間の熱伝導性が向上する。
【００１３】
また、ターゲット材が裏板上に熱伝導性金属シートを介して密着して取付けられていないとき、若しくはターゲット材が密着して取付けられていても高電力がターゲット材側に印加されて金属層が溶融した場合でも、金属シート中には基材（穴を有する金属箔）が埋め込まれているため、溶融した金属層が基材の穴に滞留する。このため、ターゲット材の温度上昇により溶融した金属層が裏板とターゲット材との間から流出することがなくなる。
【００１４】
また、この発明では、好ましくは金属層の材料をインジウム、鉛、及びＩｎ−Ｐｂ合金の材料中から選ばれた１種類の材料とするのがよい。
【００１５】
これらの材料は、低融点金属材料であり、かつ柔軟性に富んでいるので、ターゲット材又は裏板との密着性を十分確保することができる。また、この材料は、熱伝導性も良いため、裏板からの冷却温度をターゲット材に効率よく伝達するこができる。
【００１６】
また、この発明では、好ましくは基材の材料を銅、アルミニウム、Ｃｕ−Ａｌ合金及び炭素の材料中から選ばれた１種類の材料とするのがよい。
【００１７】
このような材料は、金属層の材料に比べ、機械的強度が大きいので、この金属シートに圧接応力が加わっても、従来の金属層単体のときよりも金属シートの変形を低減することができる。
【００１８】
また、この発明の参考例としては、基材の形状を、メッシュ状（網目状）とするのがよい。基材の形状を網目状にすることにより、ターゲット材が裏板上に熱伝導性金属シートを介して密着して取付けられていないとき、若しくはターゲット材が密着して取付けられていても高電力がターゲット材側に印加されてターゲット材の温度で金属層が溶融された場合でも、この金属層が基材間の表面張力によって網目の空隙部分に滞留するので、金属層の流出を防止することができる。
【００１９】
また、この発明では、好ましくは、基材として、穴を有する金属箔を複数層用いるのが好適である。
【００２０】
これらの場合も上記の理由と同じ理由により基材間あるいは金属箔の穴に溶融した金属層が滞留するので、金属層の流出を防止することができる。
【発明の効果】
【００２１】
この発明の熱伝導性金属シートによれば、金属層中に穴付き金属箔からなる基材を配設してある。このため、ターゲット材と裏板との間に金属シートを挿入して、ターゲット材を裏板に強い力で圧接しても、基材の機械的強度が金属層の強度よりも大きいので、従来に比べて金属シートの変形が減少する。このため、裏板側からターゲット材側への冷却効果が従来に比べて著しく向上する。また、高電力がターゲット材側に印加されてターゲット材の温度により金属層が溶融しても、基材が金属層の流出を防止するため、カソード電極とアースとの間の短絡（ショート）を回避でき、また、ターゲット材の汚染をも回避できる。  
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図を参照して、カソード部に使用する、本発明の熱伝導性金属シートの実施形態を説明する。図１〜図５は、この発明が理解できる程度に各構成成分の形状、大きさ及び配置関係を概略的に示してあるにすぎない。また、図１〜図３の平面図に付した斜線は、断面を表すものではなく、構成部品を明確に説明するために付した線である。
【００２３】
図５を参照して、スパッタリング装置のカソード部の主要構成につき説明する。図５は、スパッタリング装置のカソード部の主要構成を示す断面図である。
【００２４】
カソード部１０は、カソード電極１２、真空室の壁１４、冷却循環水路管１６、裏板１８、熱伝導性金属シート（以下、金属シートともいう）２０、ターゲット材２２、押え板２４及びマグネット（電磁石）２６により構成されている。この実施の形態では、カソード電極１２上に裏板１８、金属シート２０及びターゲット材２２をそれぞれ順次具えてある。また、ターゲット材２２の周辺には、押え板２４を具えており、この押え板２４により、ターゲット材２２、金属シート２０及び裏板１８を圧接して金属シート２０と裏板１８、及び金属シート２０とターゲット材２２とを密着させてある。
【００２５】
更に、裏板１８の底面には、冷却循環水路管１６が設けられており、図５の矢印Ａから矢印Ｂの方向に冷却水を循環させている。また、裏板１８の下側には、マグネット（電磁石）２６が設けられており、この電磁石２６に電力を供給することによりターゲット材２２の周囲に磁力線を生成する。また、カソード電極１２の両側には真空室の壁１４を具えており、カソード部１０を真空に保持している。
【００２６】
［熱伝導性金属シートの参考例］
次に、図１の（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）を参照して、この発明のカソード部に用いる熱伝導性金属シートの参考例につき説明する。なお、図１の（Ａ）は、金属シートの平面図、（Ｂ）及び（Ｃ）は、図１の（Ａ）のＸ−Ｘ線に沿って切断した切口に相当する位置での切口断面を示す。
【００２７】
本参考例では、熱伝導性金属シート２０を、ターゲット材２２が裏板１８上に熱伝導性金属シート２０を介して密着して取付けられていないとき、若しくはターゲット材２２が密着して取付けられていても高電力がターゲット材２２側に印加されたとき、ターゲット材２２の温度で溶融する熱伝導性材料からなる金属層２７と、この金属層２７中に散在して設けられているターゲット材２２の温度では非溶融の基材２８とを以って構成してある。ここで、図４の（Ａ）〜（Ｃ）を参照して、ターゲット材が金属シートに密着されていない状態及び密着されている状態につき説明する。なお、図４の（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は、裏板とターゲット材との間に金属シートを挟んで延在する基材に沿って切断した位置での切口断面を示す。
【００２８】
ターゲット材２２が金属シート２０に密着されていないとは、両者間に隙間３６が生じている状態をいう（図４の（Ａ））。また、金属シート２０が裏板１８とターゲット材２０との間に挟着されてはいるが、金属シート２０の膜厚が取付け前の膜厚と変わらないときも密着していない状態という（図４の（Ｂ））。
【００２９】
すなわち、例えば金属シート２０の膜厚ｔを５ｍｍとすれば、ターゲット材２２が金属シート２０と密着されていても金属シート２０の膜厚が変わっていない場合、ここでは密着していない状態という。
【００３０】
これに対して、金属シート２０の膜厚ｔが裏板１８とターゲット材２２との間を圧接することにより膜厚Δｔに減少している状態を、ここでは密着している状態という（図４の（Ｃ））。すなわち、例えば金属シート２０の膜厚ｔが約５ｍｍであったものが、５ｍｍ未満の膜厚に変化している状態を密着している状態という。また、高電力とは、２ｋｗ以上の電力をいう。
【００３１】
また、金属層２７中の基材２８（２８ａ及び２８ｂ）は、ほぼ真直な基材２８を用いて金属層２７中に基材２８をほぼ等間隔に縦横に重ね合わせて網目状に配設させてある（図１の（Ａ））。尚、図１及び２では、金属シート２０の表面に対し、横方向の基材を２８ｂの符号を付し、縦方向の基材を２８ａの符号を付して表す。そして、基材２８ａ及び２８ｂに囲まれた空隙部分２９にも金属層２７が埋め込まれている。
【００３２】
また、金属層２７の材料としては、熱伝導性がよく、裏板１８とターゲット材２２との面接触性のよい材料を選択するのが良い。ここでは、金属層２７の材料として、低融点金属材料、例えばインジウム（Ｉｎ）を用いる。Ｉｎの材料の代わりに、鉛（Ｐｂ）又はインジウム−鉛（Ｉｎ−Ｐｂ）合金等を用いても良い。
【００３３】
また、基材２８の材料としては、ターゲット材２２が裏板１８上に金属シート２０を介して密着されて取付けていない場合、若しくは密着されていてもターゲット材２２側に高電力が印加された場合、ターゲット材２２の温度では非溶融の材料であって、金属層２７と固溶体を形成せずかつ金属層２７との濡れ性が良い材料を選択するのが良い。このような材料として、ここでは、例えば銅（Ｃｕ）を用いる。銅の材料の代わりに、アルミニウム（Ａｌ）、Ｃｕ−Ａｌ合金又は炭素（Ｃ）等を用いても良い。
【００３４】
上記金属シートを形成するには、まず、耐熱性を有する板（例えば石英ガラス板）（図示せず）を用意し、この板の表面に、基材２８ａ及び２８ｂを、網目状に配設する（図１の（Ａ））。
【００３５】
然る後、溶融した低融点金属（例えばインジウム）を、網目状基材２８ａ及び２８ｂを埋め込むようにして板上に充填する。このような方法により、金属層２７及び基材２８からなる金属シート２０が形成される（図１の（Ｂ））。
【００３６】
上述した参考例では、メッシュ状の基材２８を金属層２７中に散在させてあるので、金属シートの表面に対し平行（水平）方向の機械的強度のみが増加する。また、ターゲット材２２と金属シート２０との接触面或いは裏板と金属シートとの接触面積を大きくするため、従来よりも強い力でターゲット材２２を裏板１８に圧接しても、この発明では、金属層２７中に基材２８ａ及び２８ｂを散在させてあるため、その分金属シート２０の機械的強度が増加する。その結果、金属シート２０の変形が少なくなり、裏板１８からターゲット材２２への熱伝導性が従来に比べ良好となる。
【００３７】
次に、図１の（Ｃ）を参照して、金属シート中の基材を波状にして形成した参考例につき説明する。図１の（Ｃ）は、基材を波状の網目形状に形成したときの金属シート部の断面を示す。
【００３８】
波状の基材２８を有する金属シートを形成するには、既に説明した石英ガラス上に縦横に編み込んた波状の基材２８ｃ及び２８ｄを配設した後、この基材２８ｃ及び２８ｄで囲まれた空隙部分（図示せず）に金属層２７を埋め込んで形成する。
【００３９】
このように、金属層２７中の基材２８ｃ及び２８ｄを波状の形状にすることにより、基材２８ｃ及び２８ｄの領域が、金属シート２０の厚さ方向に対し広く分布するようになるため、基材２８をストライプ状のメッシュ形状にした（図１の（Ｂ））ものに比べて金属シート２０の熱伝導性が良好となる。したがって、裏板１８側からターゲット材２２への冷却効果が一層向上する。
【００４０】
図１の（Ａ）及び（Ｂ）では、基材２８をメッシュ状（網目状）或いは碁盤状に形成した例を示したが、何らこの形状に限定されるものではなく、基材２８を金属層２７中にランダムに散在させて配設してあっても良い（図示せず）。
【００４１】
［本発明の一例に係る熱伝導性金属シート］
次に、図２及び図３を参照して、穴を有する金属箔を金属層中に設けた金属シートの例につき説明する。なお、図２（Ａ）は、本発明の一例に係る熱伝導性金属シートの平面図を示し、（Ｂ）は、図２の（Ａ）のＹ−Ｙ線に沿って切断した位置に相当する断面切口を示す。
【００４２】
本例では、基材３０として、四角形の穴を有する金属箔３０を用いる。この発明では、金属箔３０を金属層２７中に３層埋め込んで設けてある。ここでは、金属シートの厚さ方向に対し金属箔３０を３層埋め込んだ例を示しているが、金属箔３０は、１層或いは２層、又は３層以上であっても良い。また、金属箔の穴３０ａにも金属層２７が充填されている。
【００４３】
このように、この実施の形態例では、金属層中に３層の穴付き金属箔３０を配設してあるので、金属シートの機械的強度が、既に述べたメッシュ状基材を埋め込んだ金属シートに比べ、更に増加するという利点がある。
【００４４】
次に、図３の（Ａ）及び（Ｂ）を参照して、金属層中の基材をスリット状の穴を有する金属箔とした場合の金属シートの構造につき説明する。なお、図３の（Ａ）は、金属シートの平面図を示し、（Ｂ）は、図３の（Ａ）のＺ−Ｚ線に沿って切断した位置に相当する断面切口を示す。
【００４５】
この実施の形態例では、基材３２としてスリット状の穴３４を有する金属箔３２を用い、この金属箔３２を金属層２７中に埋め込んである。このため、穴３４にも金属層２７が充填されている。
【００４６】
上述した本発明の一例によれば、穴付き金属箔３０（３２）からなる基材を金属層２７中に散在させることにより、金属シート面に対し平行（水平）方向の機械的強度のみが増加する。また、ターゲット材２２と金属シート２０との接触面或いは裏板１８と金属シート２０との接触面積を大きくするため、従来よりも強い力でターゲット材２２を裏板１８に圧接しても、この発明では、金属層２７中に基材３０（３２）を散在して設けてあるので、その分金属シート２０の機械的強度が増加する。その結果、裏板１８とターゲット材２２との間を大きい力で圧接しても、従来に比べ、金属シート２０の変形が少なくなりかつ金属シートと裏板及び金属シートとターゲット材との間の面接触も良くなるので、裏板１８からターゲット材２２への冷却効果が従来に比べ、著しく向上する。
【００４７】
また、高電力がターゲット材２２側に印加されて、ターゲット材２２の温度により金属層２７が溶融した場合でも、この発明では金属層２７中に穴付き金属箔３０（３２）からなる基材を設けてあるので、金属層２７は基材の穴３０ａ及び３４に滞留し、金属層２７の流出を防止できる。
【００４８】
次に、上述した参考例及び本発明の一例の金属シートを用いて、ターゲット材の形状と金属層の溶融の有無につき実験した結果を以下に述べる。
【００４９】
６インチ（約１５．２４ｃｍ）ターゲット材２２の場合、裏板１８上に金属シート２０を搭載してターゲット材２２と裏板１８との間を圧接すると、ターゲット材２２と金属シート２０との間は密着した状態になる。このとき、６インチターゲット材に電力を１．５〜２ｋｗ印加しても金属層２７は溶融しないが、電力を２ｋｗ以上印加すると金属層２７が溶融する。しかし、金属層２７の流出は見られなかった。
【００５０】
一方、９インチ（約２２．８６ｃｍ）ターゲット材２２の場合、裏板１８上に金属シート２０を搭載してターゲット材２２と裏板１８との間を圧接すると、ターゲット材２２と金属シート２０との間は密着しない状態になる。このとき、ターゲット材２２に電力を１ｋｗ以上印加すれば金属層２７は溶融する。９インチの場合も金属層２７の流出は見られなかった。
【００５１】
また、上述した参考例及び本発明の一例では、スパッタリングの際に金属シート２０が溶融しなければ、ターゲット材２２の交換時に金属シート２０を再利用することが可能となるので、従来に比べ、経済的効果も大きい。
【００５２】
また、裏板１８とターゲット材２２との間に金属シート２０を設けてあるので、ターゲット材２２を交換する際のメンテナンスが容易になるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】（Ａ）〜（Ｃ）は、参考例に係る熱伝導性金属シートの構造を説明するために供する平面図及び断断面ある。
【図２】（Ａ）〜（Ｂ）は、この発明の一例に係る熱伝導性金属シートの構造を説明するために供する平面図及び断面図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｂ）は、この発明の一例に係る熱伝導性金属シートの構造の変形例を説明するために供する平面図及び断面図である。
【図４】（Ａ）〜（Ｃ）は、ターゲット材と金属シートとの密着状態を説明するための図である。
【図５】この発明のスパッタリング装置のカソード部を説明するために供する断面図である。
【符号の説明】
【００５４】
１０：カソード部
１２：カソード電極
１４：真空室の壁
１６：冷却循環水路管
１８：裏板
２０：熱伝導性金属シート
２２：ターゲット材
２４：押え板
２６：マグネット（電磁石）
２７：金属層
２８：基材
２８ａ：金属シート面に対し横方向の基材
２８ｂ：金属シート面に対し縦方向の基材
３０、３２：穴付き金属箔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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