(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却水で冷却される第１の面と、ターゲットが接合される第２の面とを有するバッキングプレートであって、
前記第１の面を構成するアルミニウム系材料（アルミニウム又はアルミニウム合金）からなる第１のプレートと、
前記第１のプレートに積層して接合され前記第２の面を構成する銅系材料（銅又は銅合金）からなる第２のプレートとを具備し、
縦弾性係数が８．５×１０３Ｎ／ｍｍ２以上１０．１×１０３Ｎ／ｍｍ２以下、線膨張率が１８．６×１０−６／℃以上２１．３×１０−６／℃以下であり、
重量が、当該バッキングプレート全体を銅で構成したときの重量の４８％以上８３％以下であるバッキングプレート。
【請求項２】
縦弾性係数が８．５×１０３Ｎ／ｍｍ２以上９．８×１０３Ｎ／ｍｍ２以下、線膨張率が１９．６×１０−６／℃以上２１．３×１０−６／℃以下であり、
重量が、バッキングプレート全体を銅で構成したときの重量の４８％以上６６％以下である請求項１に記載のバッキングプレート。
【請求項３】
脆性材からなるターゲットと、
冷却水で冷却される第１の面を有し、アルミニウム系材料（アルミニウム又はアルミニウム合金）からなる第１のプレートと、前記第１のプレートに積層して接合され前記ターゲットが接合される第２の面を有する銅系材料（銅又は銅合金）からなる第２のプレートとを有するバッキングプレートとを具備し、
前記バッキングプレートの縦弾性係数が８．５×１０３Ｎ／ｍｍ２以上１０．１×１０３Ｎ／ｍｍ２以下、線膨張率が１８．６×１０−６／℃以上２１．３×１０−６／℃以下であり、
前記バッキングプレートの重量が、当該バッキングプレート全体を銅で構成したときの重量の４８％以上８３％以下であるスパッタリングターゲット組立体。
【請求項４】
前記ターゲットは、タングステンシリサイドからなる請求項３に記載のスパッタリングターゲット組立体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スパッタリングターゲットを支持するバッキングプレート及びこのバッキングプレートにスパッタリングターゲットを接合一体化させて成るスパッタリングターゲット組立体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スパッタリングターゲットは、半導体などの各種薄膜デバイスの製造に際し、スパッタリングによって薄膜を基板上に形成する際の成膜源となるものである。スパッタリングターゲットは、通常、支持及び冷却目的でバッキングプレートと呼ばれる支持部材と接合一体化されたスパッタリングターゲット組立体として使用される。
【０００３】
図３はスパッタリング装置の一例を示す概略断面図である。この装置は、電界と磁界とが直交するマグネトロン放電を利用してターゲット近傍に高密度のプラズマ領域を形成させるマグネトロンスパッタ装置である。
【０００４】
スパッタリングチャンバ２１の上部にはカソード組立体１５がスペーサ１６を介してスパッタリングチャンバ２１と絶縁して設けられている。カソード組立体１５にはバッキングプレート１２が取り付けられている。チャンバ２１内におけるバッキングプレート１２の表面側にはターゲット１４が接合され、スパッタリングターゲット組立体が構成される。カソード組立体１５内においてバッキングプレート１２の裏側にはマグネット１３が設けられている。
【０００５】
ターゲット１４と対向してスパッタリングチャンバ２１内には、基板２４が基板ホルダ２２上に配設されている。また、スパッタリングチャンバ２１にはバルブ２０を介して基板仕込み・取出し室１９が接続され、この基板仕込み・取出し室１９はバルブ１８を介して外部から基板を搬入し、外部へ搬出できるように構成されている。
【０００６】
また、スパッタリングチャンバ２１はバルブ２３を介して真空排気系２５に接続され、更にスパッタリングチャンバ２１内にはガスノズル口１７が配置され、このガスノズル口１７はマスフローコントローラ２６、２７を介して例えばＡｒガス等のガス源２８、２９に接続している。
【０００７】
以上のように構成されるスパッタリング装置において、減圧不活性ガス雰囲気中で、ターゲット１４を陰極、スパッタリングチャンバ２１を陽極として両電極間に直流電源１１より直流高電圧を印加すると、チャンバ２１内に放電プラズマが発生し、ターゲット１４はスパッタリングされて、構成物質が原子または分子の状態で放出され、基板２４に到達しその表面で凝縮して薄膜を形成する。
【０００８】
このときターゲット１４表面は高温プラズマ中での熱負荷により温度上昇を生じるが、図示しない冷却機構によりバッキングプレート１２の背面を加圧冷却水が流れることにより、ターゲット１４の温度上昇を抑えている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
バッキングプレート１２は背面側で冷却水の水圧を受け、他面側（ターゲット１４側）は減圧下であるので、その差圧によりバッキングプレート１２は変形してしまう。この時、バッキングプレート１２に接合されたスパッタリングターゲット１４も変形する。そして、金属焼結体や、セラミックスなどの脆性材のスパッタリングターゲットでは、その変形能が小さい、すなわち破壊せずにもちこたえられる最大応力（破壊応力）が小さいために割れを生じてしまう。また、スパッタリング中の温度上昇によりバッキングプレート１２が熱膨張し、終了後の温度下降時に発生する圧縮応力でスパッタリングターゲット１４には曲げ応力が負荷されることになり、これによっても割れを生じる問題があった。
【００１０】
これら問題への対策としては、例えば特開平１−２２２０４７号公報ではバッキングプレートを黄銅やアルミニウム青銅や加工強化純銅で構成したり、また特開平４−４８０７２号公報ではクロムと銅の合金でバッキングプレートを構成して対応している。すなわち、バッキングプレートを、変形しにくい性質及び熱膨張しにくい性質を有する材料で構成している。しかし、近年は大口径のスパッタリングターゲットが利用され始め、よってバッキングプレートも大型化してきている。その結果、スパッタリングターゲット組立体全体で重量増加となり軽量化が求められるようになってきている。しかし、上記公報のように銅を主体としてバッキングプレートを構成したのでは、大型化に対する軽量化の点で不十分であった。
【００１１】
そして、バッキングプレート材としてアルミニウム系材料が使用されるようになったが、表１に示されるように、アルミニウムは銅と比較して比重が小さく軽量化を図れるという点では優れているが、銅より縦弾性係数が小さく容易に変形しやすい。
【００１２】
【表１】
0004494581.tif 000002
【００１３】
図２は、同一形状（円板状）で同一寸法の、銅で成るバッキングプレートとアルミニウムで成るバッキングプレートに同一の水圧負荷をかけて、それぞれの変形量をテストした結果を示す。共に中央部が凸状に変形するが、アルミニウムバッキングプレートは銅バッキングプレートに比べて変形量が大きい。よって、ターゲットの割れも生じやすい。
【００１４】
また、アルミニウムは、銅より縦弾性係数が小さく容易に弾性変形しやすいことに加えて、線膨張係数が大きく（表１参照）熱膨張もしやすい。更に、アルミニウムバッキングプレートについては、ターゲットとバッキングプレートとを接合一体化する工程において、加熱されるとその強度が低下して容易に変形しやすくなる。
【００１５】
本発明は上述の問題に鑑みてなされ、ターゲットの割れを防ぎ、且つ軽量化が図れるバッキングプレート及びこのバッキングプレートにスパッタリングターゲットを接合一体化して成る組立体を提供することを課題とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するにあたり、本発明のバッキングプレートは、銅系材料（銅又は銅合金）とアルミニウム系材料（アルミニウム又はアルミニウム合金）とが複合されて成り、銅系材料の体積比率Ａを２５％≦Ａ＜１００％の範囲としている。
【００１７】
また、本発明のスパッタリングターゲット組立体は、銅系材料（銅又は銅合金）とアルミニウム系材料（アルミニウム又はアルミニウム合金）とが複合して成るバッキングプレートと、スパッタリングターゲットとが接合一体化して成り、バッキングプレートにおける銅系材料の体積比率Ａを２５％≦Ａ＜１００％の範囲とし、スパッタリングターゲットの材質に応じて体積比率Ａを変えることにより、バッキングプレートの縦弾性係数及び線膨張係数を制御するようにしている。
【００１８】
以上のことにより、本発明のバッキングプレートは、縦弾性係数はアルミニウム系材料単体に比べて大きく、線膨張係数はアルミニウム系材料単体に比べて小さく、よって水圧負荷や熱による変形量が小さく、且つ重量は銅系材料単体に比べて軽量化された特徴を有する。そして、このようなバッキングプレートに接合されるスパッタリングターゲットが脆性のものであっても、その割れ危険性を低減できるとともにターゲット交換時のハンドリング性を向上させる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２０】
図１は、本発明の実施の形態によるスパッタリングターゲット組立体５の断面図を示す。スパッタリングターゲット組立体５は、バッキングプレート３とこれに接合一体化されたターゲット４とから成りスパッタリングカソードを構成する。
【００２１】
バッキングプレート３は、Ａｌ系材（Ａｌ又はＡｌ合金）のプレート１とＣｕ系材（Ｃｕ又はＣｕ合金）のプレート２とが接合されて成る複合一体化バッキングプレートである。Ａｌ系材のプレート１とＣｕ系材のプレート２は共に円板状であり、これらは積層され、例えば高融点ろう材を用いて、あるいは直接接合（拡散接合）により接合されている。Ａｌ系材のプレート１とＣｕ系材のプレート２の体積比率（厚さ方向の比率）は、Ｃｕ系材プレート２の体積比率をＡとすると２５％≦Ａ＜１００％の範囲（Ａｌ系材のプレート１の体積比率をＢとすると０％＜Ｂ≦７５％）であり、ターゲット４の材質に合わせてこの比率を変えて、バッキングプレート３の縦弾性係数、線膨張係数、及び重量を制御する。
【００２２】
Ａｌ系材プレート１は、その大径部の周縁部１ａに形成される複数のボルト孔に挿通されるボルト６により、ゴムシールリング７を介して冷却機構８に取り付けられている。
【００２３】
Ｃｕ系材プレート２において、Ａｌ系材プレート１との接合面と反対側の面にはスパッタリングターゲット４が、例えばろう材などにより接合されている。
【００２４】
バッキングプレート３の背面（Ａｌプレート１の背面）には加圧された冷却水が流され、このバッキングプレート３を介してターゲット４は水冷されスパッタリング中における温度上昇が抑制される。
【００２５】
次に、Ａｌ系材のプレート１とＣｕ系材のプレート２の体積比率を変えた場合の水圧負荷テストについて説明する。
【００２６】
表２に示すような、ＡｌとＣｕの体積比率の異なるバッキングプレートを５種類用意した。
【００２７】
【表２】
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【００２８】
バッキングプレートは何れも直径４２０ｍｍ、厚さ１０ｍｍの円板形状である。表２にそれぞれのバッキングプレートの縦弾性係数及び線膨張係数が示されているが、Ａｌの割合が大きくなるにしたがって縦弾性係数は小さくなり、よって変形しやすく、線膨張係数は大きくなって熱膨張しやすくなる。
【００２９】
そして、同一の水圧負荷を加えてそのときの変形量を測定した結果も示すが、Ａｌの割合が大きくなるにしたがって変形量は大きくなる。
【００３０】
この水圧負荷による変形量を測定した後、バッキングプレートと同形状、同寸法のＷＳｉ（タングステンシリサイド）ターゲットをそれらの５種類のバッキングプレートに接合しスパッタリングターゲット組立体を得た。これに対し、再度水圧負荷テストを行い、表３の結果が得られた。
【００３１】
【表３】
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【００３２】
Ａｌ単体で成るバッキングプレートを用いた場合のターゲットの割れ率は１００％であるが、ＡｌにＣｕを２５％組み合わせたバッキングプレートでは割れ率２５％となりターゲット割れについて大きく改善され、ＡｌとＣｕとを５０％ずつとした場合は割れの発生はなかった。また、バッキングプレートの重量はＣｕが２５％の場合で５．９ｋｇ、Ｃｕが５０％で８．１ｋｇであり、全てＣｕとした場合の重量１２．３ｋｇの４８％、６６％の重量となり軽量化がなされている。特に、ＷＳｉで成るターゲットの比重は１５．２ｇ／ｃｍ3 と重く、上記寸法におけるバッキングプレートとターゲットとが接合された組立体では総重量が２０ｋｇ程度になり、少しでも軽いことが要求されている組立体にとって、この重量近くでの約５ｋｇの軽量化は大きな利点となる。
【００３３】
本実施の形態では、Ａｌに対して、２５％以上１００％未満の割合で銅を組み合わせたバッキングプレートを用いることによって、以上の結果からわかるように、ターゲットの割れ発生率を低減化させ、且つ軽量化させることができる。
【００３４】
また、これらＡｌプレートとＣｕプレートの体積比は、ターゲットの材質や大きさに応じて、ハンドリング性を損ねない重量として、且つターゲット割れの生じることのない縦弾性係数及び線膨張係数にするべく調整されるが、本実施の形態では、積層構造としたことによりＡｌプレートとＣｕプレートそれぞれの厚さを変えることによって容易にその調整が行える。
【００３５】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、勿論、本発明はこれに限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
【００３６】
上記実施の形態では、バッキングプレート３において、水冷側をＡｌ系材１に、ターゲット４側をＣｕ系材２としたが、この位置関係は逆でもよい。また、２層の組み合わせであるが、３層以上の多層としてもよい。
【００３７】
バッキングプレート３における複合一体化の界面は、上記実施の形態ではターゲット４と平行な位置関係にあるが、傾斜していてもよく、また溝を有していてもよい。
【００３８】
また、本発明のスパッタリングターゲット組立体を取り付けるスパッタ装置としてはマグネトロンスパッタ装置に限らず、例えば高周波スパッタリングなどの他の方式のスパッタ装置でもよい。
【００３９】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、冷却水の圧力を受けても変形しにくい、更に熱膨張しにくいバッキングプレートとすることができ、スパッタリングターゲットの割れを防ぐことができるとともにバッキングプレートを軽量化することができ、スパッタリングターゲット交換時の作業性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態によるスパッタリングターゲット組立体の側断面図である。
【図２】ＡｌバッキングプレートとＣｕバッキングプレートに水圧負荷をかけたときのそれぞれの変形量を示すグラフである。
【図３】マグネトロンスパッタ装置の概略断面図である。
【符号の説明】
１    Ａｌプレート
２    Ｃｕプレート
３    複合一体化バッキングプレート
４    スパッタリングターゲット
５    スパッタリングターゲット組立体
１２  バッキングプレート
１３  マグネット
１４  スパッタリングターゲット
２２  基板ホルダ
２４  基板
【図１】
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【図２】
0004494581.tif 000006
【図３】
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