(57)【要約】【課題】  マグネトロンスパッタ装置において、磁石の回転によってバッキングプレートに引き起こされる渦電流を低減し、ターゲット上への磁束の流れを正常化し、回転モータへの負荷を低減することが可能なバッキングプレートを提供する。【解決手段】  板状部２と、該板状部の少なくとも一方の面に設けられた放射状の突起部３とを含むマグネトロンスパッタ装置用バッキングプレート１、および被処理基板を配置するための基板配置面と、該基板配置面に対向するように配置されたターゲットと、該ターゲットに関して該基板配置面の反対側に配置された、該ターゲットを保持する前記バッキングプレートと、該バッキングプレートに関して該ターゲットの反対側に配置された、該ターゲットの表面に磁場を形成するための磁場発生源とを含むマグネトロンスパッタ装置が提供される。【選択図】      図１
2005330500.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状部と、
該板状部の少なくとも一方の面に設けられた放射状の突起部と
を含むマグネトロンスパッタ装置用バッキングプレート。
【請求項２】
被処理基板を配置するための基板配置面と、
該基板配置面に対向するように配置されたターゲットと、
該ターゲットに関して該基板配置面の反対側に配置された、該ターゲットを保持する請求項１に記載のバッキングプレートと、
該バッキングプレートに関して該ターゲットの反対側に配置された、該ターゲットの表面に磁場を形成するための磁場発生源と
を含むマグネトロンスパッタ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マグネトロンスパッタ装置に関し、特にターゲットを保持するバッキングプレートに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
マグネトロンスパッタ装置は電子、電気部品材料の成膜方法として広く用いられている。図２に、従来のマグネトロンスパッタ装置の一例の概念的な垂直方向断面図を示す。図２に示すように、当該マグネトロンスパッタ装置２０は、チャンバー（図示せず）内に置かれた基板２４に対向するようにターゲット２５を置き、ターゲットの表面に弧状磁場が形成されるようにターゲットの背面に磁石２６を配置してなる。当該マグネトロンスパッタ装置によると、不活性ガス雰囲気中で上記基板とターゲットとの間に高電圧を印加することにより、これにより電離した電子と不活性ガスが衝突してプラズマが形成される。さらに、プラズマ中の陽イオンによりターゲットがスパッタされ、スパッタリングされたターゲット粒子が対向する基板に堆積することで、成膜が行われる。図中、弧状磁場を破線の矢印で、ターゲット粒子の飛跡を矢印で示す。ここで、バッキングプレート２１はターゲットを保持するものであり、スパッタ中にプラズマによって高温にさらされるターゲットを冷却することを目的として、バッキングプレートは冷却水により水冷される。冷却効率を上げるために、バッキングプレートの材質には熱伝導性の高い銅やアルミなどが用いられる。
【０００３】
マグネトロンスパッタ装置では、ターゲットのエロージョンの偏りを減らし、ターゲットの使用効率を上げるために、磁石を回転させる方法が用いられている。磁石を回転させると、電気抵抗の低い銅やアルミで作られたバッキングプレート内には大きな渦電流が発生する。渦電流の大きさは電気抵抗が低いほど大きく、磁石回転速度が高いほど大きくなる。渦電流は、磁力線がターゲット表面へ到達する上での障害となり、渦電流が増大すると、ターゲット表面の磁場が低下する。また、渦電流が増大すると、磁石には回転を減速する向きに力が働き、磁石回転用モータへの負荷増大につながる。近年の基板大型化に伴いターゲットや磁石のサイズが大きくなっている。また、磁性体ターゲットを用いる場合や、ターゲット寿命を延ばすために厚みを増やしたターゲットを用いる場合に対応するために、磁石から発生する磁場も強くする傾向にあり、その結果、渦電流による影響が問題になっている。渦電流を低減する方法として、特許文献１では、バッキングプレートに比抵抗値の高い材料を使用することが提案されている。しかし、通常、材料の比抵抗を上げようとすると、同時に熱伝導度が低下してしまい、冷却効果が低下してしまう。よって、冷却効果を下げずに渦電流を低減させる方法が望まれている。
【特許文献１】特開２００１−３２９３６２号公報
【特許文献２】特開平５−２８７５２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、マグネトロンスパッタ装置において、磁石の回転によってバッキングプレートに引き起こされる渦電流を低減し、ターゲット上への磁束の流れを正常化し、回転モータへの負荷を低減することが可能なバッキングプレートを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の１の側面によると、板状部と、該板状部の少なくとも一方の面に設けられた放射状の突起部とを含むマグネトロンスパッタ装置用バッキングプレートが提供される。
【０００６】
本発明の他の側面によると、被処理基板を配置するための基板配置面と、該基板配置面に対向するように配置されたターゲットと、該ターゲットに関して該基板配置面の反対側に配置された、該ターゲットを保持する前記バッキングプレートと、該バッキングプレートに関して該ターゲットの反対側に配置された、該ターゲットの表面に磁場を形成するための磁場発生源とを含むマグネトロンスパッタ装置が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
以下に詳細に説明するように、マグネトロンスパッタ装置において、本発明のバッキングプレートを用いることにより、磁石の回転によってバッキングプレートに引き起こされる渦電流を低減し、バッキングプレートを通して磁石からターゲット表面上へ漏洩する磁束の流れを正常化し、さらに磁石回転用モータの負荷を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下に、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら説明する。もっとも、以下に説明する実施の形態は本発明を限定するものではない。
【０００９】
渦電流を低減するためにはバッキングプレートの電気抵抗を上げればよいが、本発明にあっては、材料の比抵抗を上げるのではなく、電流の流れる経路の断面積を減らして抵抗を上げることを考える。図３（ａ）に、従来のマグネトロンスパッタ装置の一例の概念的な垂直方向断面図（上段）、および当該装置のバッキングプレートの概念的な平面図（下段）を示す。図３（ｂ）に、第一の参考例にかかるマグネトロンスパッタ装置の概念的な垂直方向断面図を示す。図３（ａ）に示すように、磁石の回転によってバッキングプレートに渦電流が引き起こされる（図中矢印で示す）。そこで、図３（ｂ）に示すように、当該参考例にかかるマグネトロンスパッタ装置は、従来のバッキングプレート３１ａに比べて、薄いバッキングプレート３１ｂを有する。このように、従来のバッキングプレートに対してバッキングプレートを薄くすることにより、渦電流の流れる断面積が減り、抵抗値が上がる。また、特に、バッキングプレート背面に冷却水等による冷却装置を設けた場合にあっては、バッキングプレート背面側を流れる冷却水による冷却効率は、バッキングプレートを薄くすることによってむしろ向上する。しかし、バッキングプレートを薄くした場合、バッキングプレートのもうひとつの主要な機能であるターゲットを保持する点において問題が生じる。つまり、薄くなったバッキングプレートは強度が落ちてしまうため、従来と同じ厚みのターゲットを保持できなくなってしまう。
【００１０】
そこで、強度を増すために、図４または図５のような突起部を持つ形状のバッキングプレートが考えられる。図４に、第二の参考例にかかるバッキングプレートの模式的な正面図（上段）、平面図（下段左）および側面図（下段右）を示す。図５に、第三の参考例にかかるバッキングプレートの模式的な正面図（上段）および平面図（下段）を示す。第二および第三の参考例にかかるバッキングプレート４１，５１は、板状部４２，５２と、板状部の一方の面に設けられた突起部４３，５３とを含む。第二の参考例にかかるバッキングプレート４１にあっては、突起部４３は直線状であり、複数の突起部が平行に設けられている。第三の参考例にかかるバッキングプレート５１にあっては、突起部５３は格子状である。しかし、第二の参考例にあっては、突起部は、バッキングプレートを突起部に平行な向きに関して曲げる向きに働く曲げモーメント（図中、曲げモーメントＡ）に対しては補強材として機能するが、バッキングプレートを突起部に垂直な向きに関して曲げる向きに働く曲げモーメント（曲げモーメントＢ）に対しては補強材として機能しない。一方で、第二の参考例の構造を発展させ、突起部を格子状に形成した第三の参考例にかかる突起部では、全ての向きの曲げモーメントに対して有効である。しかしながら、第三の参考例にあっては、図中に矢印で示すように、突起部に渦電流の経路が新たに形成されてしまい（図中、矢印で示す）、径路を減らして抵抗を上げるという目的からはずれてしまう。
【００１１】
図１に、本発明にかかるバッキングプレートの模式的な正面図（上段）および平面図（下段）を示す。図１に示すように、本発明にかかるバッキングプレート１は、板状部２と、板状部の少なくとも一方の面に設けられた放射状の突起部３とを含む。本発明にあっては、バッキングプレートに設ける突起部を放射状の形状としている。突起部を放射状とすることで全ての向きの曲げモーメントに対して補強材として機能させることができる。また、放射状では循環する径路を持たない、すなわち、突起部内に、電気回路を有さないので、突起部には渦電流は流れない。結果として、本発明によると、渦電流の流れる経路の断面積を減らすことができ、渦電流の低減効果が発揮される。また、渦電流が低減することで、ターゲット表面における磁束の流れが正常化し、磁石回転用モータの負荷も低減される。
【００１２】
バッキングプレートの板状部の材質は、特に限定されるものではなく、従来と同様に、アルミや銅などを用いることができ、また、比抵抗の高いステンレス鋼などを用いることもできる。また、板状部の形状は、板状であれば任意の形状とすることができ、従来と同様に、被処理物の形状等に応じて適宜設定することができる。より具体的には、バッキングプレートの板状部は、必ずしも円形である必要はなく、例えば長方形のターゲットを長方形のバッキングプレートで支持する場合にも本発明は有効である。なお、板状部の厚みについては、後述する。
【００１３】
また、バッキングプレートの突起部の材質は、特に限定されるものではなく、板状部と同様に、アルミや銅などを用いることができ、また、比抵抗の高いステンレス鋼などを用いることもできる。
【００１４】
突起部は、バッキングプレートの磁石側の面またはターゲット側の面のいずれにも設けることができる。また、突起部は、バッキングプレートの両面に設けることも可能である。しかしながら、バッキングプレートとターゲットとの接触性および渦電流の軽減効果の点から、バッキングプレートの磁石側の面に突起部を設けることが好ましい。特に、バッキングプレートの磁石側の面に突起部を設け、さらに、バッキングプレートの磁石側に冷却装置を設けた場合にあっては、突起部を放射状とすることで、従来のものよりもバッキングプレートの表面積が増えるので、冷却水等による冷却効率を向上させることができる。
【００１５】
上記したように、突起部は放射状の形状を有する。ここで、放射状は、板状部の１の面上の交差部と、該交差部から板状部の端部に向かって伸びている伸張部とを有する形状をいう。なお、交差部は、特に限定されるものではないが、板状部の１の面の中心にあることが好ましい。また、交差部の長手方向の長さ（すなわち、最も長い方向の長さ）は、特に限定されるものではないが、バッキングプレートの長手方向の長さ（円形のバッキングプレートにあっては、その直径）の、１〜５０％であることが好ましい。また、伸張部は、必ずしも板状部の端部にまで達している必要はないが、板状部の端部にまで達していることが好ましい。また、伸張部の伸張方向は、直線状であることが好ましいが、複数の伸張部が交差部以外で交わらない限り、曲線状とすることもできる。特に、円形のバッキングプレートで、直線状の伸張部を有するものにあっては、伸張部の伸張方向は、径方向に平行とすることができる。また、伸張部の幅は、交差部から端部に向かって均一であってもよく、均一でなくてもよい。均一でない場合、伸張部の幅は、交差部から端部に向かって広くなってもよく、狭くなってもよい。伸張部の幅は、具体的には、バッキングプレートの長手方向の長さ（円形のバッキングプレートにあっては、その直径）の、約０．１％〜３０％であることが好ましい。また、伸張部の形状は、具体的には、その縁が平行なものであってもよく、扇形状であってもよい。また、伸張部の数は、特に限定されるものではないが、４〜１００であることが好ましい。また、伸張部の間隔、すなわち隣り合う伸張部間の距離は、等間隔または不等間隔であってよいが、不等間隔である場合、コストアップするおそれ、および渦電流低減効果が場所によって不均一になるおそれがあるので、等間隔であることが好ましい。
【００１６】
また、上記したように、バッキングプレートは、厚いほど剛性は上がる。しかしながら、バッキングプレートをより厚くした場合、その分、磁石とターゲットとの距離が離れることになり、ターゲッティング表面に形成すべき磁場強度が落ちる場合がある。また、上記したように、バッキングプレートの板状部を薄くすることにより、渦電流の流れる断面積が減り、渦電流を低減することができる。さらに、特に、バッキングプレート背面に冷却装置を設けた場合にあっては、バッキングプレートを薄くすることによって、バッキングプレートの冷却効率を向上することができる。
【００１７】
これらの点を考慮すると、バッキングプレート全体の厚み、ならびに板状部および突起部の厚みは、以下のように定めることが好ましい。すなわち、バッキングプレート全体の厚みは、バッキングプレートの長手方向の長さ（円形のバッキングプレートにあっては、その直径）の１〜３０％とすることが好ましい。また、板状部の厚みは、従来のバッキングプレートの厚みよりも、薄く設定することが好ましい。より具体的には、板状部の厚みは、バッキングプレート全体の厚みの１〜８０％とすることが好まし、１０〜８０％とすることがさらに好ましい。また、突起部の厚みは、バッキングプレート全体の厚みの２０％〜９０％（すなわち、板状部の厚みの１／４倍〜９倍）とすることが好ましい。
【００１８】
バッキングプレートの機械強度は、以下のように定めることが好ましい。すなわち、ヤング率が３０ＧＰａ以上の材料を用いることが好ましく、６０Ｇ〜２５０ＧＰａの材料を用いることがさらに好ましい。
【００１９】
本発明にかかるバッキングプレートは、任意の方法で製造することができる。特に、本発明にかかるバッキングプレートは、機械強度を高めるために、板状部と突起部とを一体物として成形することが好ましい。例えば、突起部としない領域に所定の厚さの溝を設けることで、本発明にかかるバッキングプレートを製造することができる。また、別個に設けた板状部と突起部とを固着することで製造することもできる。この場合、板状部と突起部とを接着剤により貼り付けてもよいし、ボルト等で固定してもよい。
【００２０】
また、上記したように、本発明の別の側面によると、被処理基板を配置するための基板配置面と、基板配置面に対向するように配置されたターゲットと、ターゲットに関して基板配置面の反対側に配置された、ターゲットを保持する上記バッキングプレートと、バッキングプレートに関してターゲットの反対側に配置された、ターゲットの表面に磁場を形成するための磁場発生源とを含むマグネトロンスパッタ装置が提供される。また、マグネトロンスパッタ装置は、冷却装置（好ましくは水冷式の冷却装置）をさらに含むことが好ましい。また、マグネトロンスパッタ装置は、磁場発生源として永久磁石を用い、ターゲットの表面に弧状磁場が形成されるように永久磁石をバッキングプレートの近傍に配置したものが好ましい（特許文献２参照）。なお、基板配置面、ターゲット、磁場発生源、冷却装置等は、従来と同様とすることができるため、詳細な説明は省略する。本発明によると、上記バッキングプレートを所望の組成からなるターゲットに取り付け、ターゲットの回転によりスパッタ成膜を基板に形成することが可能となる。用いる基板は、アルミ、ガラス、シリコン等の一般的に使用されている基板を使用できる。
【実施例】
【００２１】
以下に、本発明の実施例を、添付図面を参照しながら説明する。もっとも、以下に説明する実施例は本発明を限定するものではない。
【００２２】
実施例にかかるバッキングプレートとして、直径３４０ｍｍ、突起部厚み３ｍｍ、突起部を含むトータル厚み６ｍｍの円形のアルミ製バッキングプレート（ヤング率約７０ＧＰａ）を用いた。突起部は、図１に示した放射状の形状とした。すなわち、突起部は、２４個の略扇形を、円周に沿って等間隔に円板から削り取った形状とした。当該略扇形の形状は、半径１５０ｍｍ中心角１２°とした。この場合、伸張部の幅は、最も広いところで１０ｍｍ、最も狭いところで５ｍｍである。また、比較例にかかるバッキングプレートとして、直径３４０ｍｍ、厚み６ｍｍの円形のアルミ製バッキングプレートを用いた。
【００２３】
ターゲットとして、直径３３０ｍｍ、厚み９ｍｍのＣｕを用い、８インチＳｉウェハーに対して成膜を行った。ターゲットは、バッキングプレートの板状部側に取り付け、バッキングプレートの突起部側に磁石を配置した。バッキングプレートから５ｍｍ離して磁石をセットし、回転数６００ｒｐｍで磁石を回転させ、スパッタリングを行った。スパッタリング処理中の回転用モータ表面の温度を熱電対で測定した。その結果、比較例にかかるバッキングプレートを使用した場合のモータの温度は６０℃まで上昇した。一方で、本実施例にかかるバッキングプレートを使用した場合のモータの温度では４０℃までしか上昇せず、温度上昇は約１／２に抑えられた。また、比較例にかかるバッキングプレートを使用した場合では、回転用モータ温度を約４０℃に抑えるために、強制空冷によって冷却することが必要であることが分かっている。一方で、本実施例にかかるバッキングプレートを使用した場合では、空冷なしでもモータ温度は約４０℃までしか上がらなく、モータでの消費電力低減と同時に空冷機構を省略することができた。このように、本発明のバッキングプレートを使用することにより、渦電流を減少させモータ負荷を軽減できることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明にかかるバッキングプレートの模式的な正面図（上段）および平面図（下段）を示す。
【図２】従来のマグネトロンスパッタ装置の一例の概念的な垂直方向断面図を示す。
【図３】従来のマグネトロンスパッタ装置の一例の概念的な垂直方向断面図（上段）、および当該装置のバッキングプレートの概念的な平面図（下段）を示す。（ｂ）参考例にかかるマグネトロンスパッタ装置の概念的な垂直方向断面図を示す。
【図４】第二参考例にかかるバッキングプレートの模式的な正面図（上段）、平面図（下段左）および側面図（下段右）を示す。
【図５】第三の参考例にかかるバッキングプレートの模式的な正面図（上段）および平面図（下段）を示す。
【符号の説明】
【００２５】
１，２１，３１ａ，３１ｂ，４１，５１：バッキングプレート
２，４２，５２：板状部
３，４３，５３：突起部
２０：マグネトロンスパッタ装置
２４：基板
２５，３５：ターゲット
２６，３６：永久磁石
【図１】
2005330500.tif 000003
【図２】
2005330500.tif 000004
【図３】
2005330500.tif 000005
【図４】
2005330500.tif 000006
【図５】
2005330500.tif 000007