JP2005226109A - Cooling plate for sputtering apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、スパッタリング装置においてスパッタリングターゲットが固着される冷却板に関するものである。 The present invention relates to a cooling plate to which a sputtering target is fixed in a sputtering apparatus.
一般に、半導体等の製造工程においては、基板等の表面に所望の金属薄膜を形成する方法としてスパッタリング法が広く採用されている。このスパッタリング法は、真空成膜法の一種で、低圧雰囲気下に保持されたスパッタリング装置の容器内に、スパッタリングターゲット(以下、ターゲットと略す。)と、基板等の薄膜を形成すべき部材とを対向配置し、上記ターゲットに負電位を印加することにより、荷電粒子を当該ターゲットに衝突させ、この際の衝撃によって上記ターゲットから気体中に飛散したスパッタ粒子を、上記部材表面に堆積させる方法である。 In general, in a manufacturing process of a semiconductor or the like, a sputtering method is widely adopted as a method of forming a desired metal thin film on the surface of a substrate or the like. This sputtering method is a kind of vacuum film-forming method. A sputtering target (hereinafter abbreviated as a target) and a member on which a thin film such as a substrate is to be formed are placed in a container of a sputtering apparatus held in a low-pressure atmosphere. This is a method in which charged particles are made to collide with the target by applying a negative potential to the target by being opposed to each other, and sputtered particles scattered in the gas from the target by this impact are deposited on the surface of the member. .
ところで、上記ターゲットには、スパッタリング時に多量の荷電粒子が衝突するために、経時的に温度が上昇する。そこで、上記ターゲットの裏面側には、当該ターゲットに負電位を印加し、かつその発熱を抑制するために、電気伝導性および熱伝導性に優れる金属からなる冷却板が一体的に固着されている。 By the way, since a large amount of charged particles collide with the target during sputtering, the temperature rises with time. Therefore, a cooling plate made of a metal having excellent electrical conductivity and thermal conductivity is integrally fixed to the back side of the target in order to apply a negative potential to the target and suppress the heat generation. .
図3および図4は、従来のこの種の冷却板を示すもので、この冷却板1は銅等の金属からなる平板状の部材で、その表面1aにターゲットTがろう付けにより一体的に固着されている。そして、この冷却板1内には、水等の冷却媒体の流路(図ではU字状)2が形成され、この流路2の両端部に、それぞれ冷却媒体の供給口3および排出口4が穿設されている。
3 and 4 show a conventional cooling plate of this type. The
ここで、これら供給口3および排出口4は、冷却板1の裏面1bに開口するように形成されており、これら供給口3および排出口4に、各々O―リングを介して図示されない冷却媒体の供給管および排出管が接続されている。
Here, the supply port 3 and the
以上の構成からなる冷却板1においては、通常その表面1aにターゲットTがインジウム(In)を成分とする融点150℃程度のろう材を用いてろう付けされている。このため、ターゲットTの接合時に、冷却板1はろう材の融点以上まで加熱され、ろう付け後に冷却されることになる。そして、冷却板1とターゲットTとは、熱膨張率が大きく相異するために、その差によって冷却板1に反りや変形が生じてしまうという問題点を有していた。
In the
しかも、ターゲットTは、消耗品であるために、使用できなくなったターゲットTを取り外して、新たなものを接合するために、上述した加熱と冷却が繰り返されることになり、この結果冷却板1の反りや変形が進行して、スパッタリング装置への取り付けが困難になったり、あるいはスパッタリング中にターゲットTに割れたりするといった弊害が生じる。 In addition, since the target T is a consumable item, the heating and cooling described above are repeated in order to remove the target T that has become unusable and to join a new one. As the warpage and deformation progress, it becomes difficult to attach to the sputtering apparatus, or the target T is broken during sputtering.
また、特に冷却板1における供給口3および排出口4の周縁部分は、冷却媒体の流路2を形成したことによって、肉厚が薄くなっているうえに、一般に銅等の金属は機械的強度に劣るとともに、複数回の使用によって生じる熱疲労により早期に脆くなるという欠点を有する。
In particular, the peripheral portions of the supply port 3 and the
このため、上記熱歪みが加わったり、あるいはターゲットTの交換等における供給管や排出管の着脱時に、上記周縁部分に捻れや曲げモーメントが作用したり、引っ張り応力等が作用したりすることにより、変形や摩耗が進行してシール部に漏れを生じ、このような状態になった冷却板1は、もはや修復不可能になってしまうという問題点もあった。
For this reason, when the thermal strain is applied, or when the supply pipe or the discharge pipe is attached or detached in the replacement of the target T, a twist or bending moment acts on the peripheral portion, or a tensile stress acts on the peripheral portion. There is also a problem that the
これらの問題点に対して、先ず冷却板1における反りの発生を抑制する従来の技術としては、例えば下記特許文献1に見られるように、ターゲットと冷却板との間に、Sn等の軟質で延性に富み、かつ比較的融点の高い緩衝層を設けて、ターゲットにおよぶ熱歪を小さくすることにより、ターゲットおよび冷却板の変形や割れ等の発生を回避しようとするものが知られている。
As a conventional technique for suppressing the occurrence of warpage in the
また、他の従来技術として、下記特許文献2においては、冷却板にターゲットを接合した後に、これを真空吸引孔を備えた定盤に載置して、真空吸引することにより、上記接合工程において発生した反り等の歪みを矯正する方法が提案されている。
しかしながら、これらの従来技術にあっては、冷却板およびターゲットの反りを抑制することはできるものの、供給口および排出口の周縁部分における熱疲労、熱歪みあるいは配管着脱時に作用する機械的応力等に起因するシール部に漏れの発生を防止することはできず、このため冷却板の使用寿命を延ばすことはできないという欠点を有している。 However, in these conventional techniques, although the warpage of the cooling plate and the target can be suppressed, thermal fatigue, thermal distortion or mechanical stress acting at the time of pipe attachment / detachment at the peripheral portion of the supply port and the discharge port, etc. It is impossible to prevent the occurrence of leakage in the resulting seal portion, and thus has the disadvantage that the service life of the cooling plate cannot be extended.
この発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、熱による冷却媒体の供給口および排出口の周縁部分の変形や劣化を抑えることができ、よって従来と比較してより長期間にわたり冷却板を使用することが可能となるスパッタリング装置用冷却板を提供することを課題とするものである。 The present invention has been made in view of such circumstances, and can suppress deformation and deterioration of the peripheral portion of the supply port and the discharge port of the cooling medium due to heat. It is an object of the present invention to provide a cooling plate for a sputtering apparatus that can be used.
上記課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、表面にターゲットが接合されるとともに、内部に冷却媒体の流路が形成され、裏面に上記流路に連通する冷却媒体の供給口と排出口とが形成されたスパッタリング装置用冷却板において、上記供給口と排出口の周縁部分を、他の部分よりも熱歪みが小さく、かつ熱的疲労による機械的強度が高い材料によって形成したことを特徴とするものである。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の上記他の部分が、銅もしくは銅合金またはアルミニウムもしくはアルミニウム合金からなり、かつ上記周縁部分が、ステンレス鋼からなることを特徴とするものである。
The invention according to
請求項1または2に記載の発明によれば、冷却板における供給口と排出口の周縁部分を、他の部分よりも熱歪みが小さく、かつ熱的疲労による機械的強度が高い材料によって形成しているので、ターゲット接合時の加熱および冷却によっても、上記周縁部分の熱歪みを小さくすることができる。 According to the first or second aspect of the invention, the peripheral portions of the supply port and the discharge port in the cooling plate are formed of a material that has a smaller thermal strain than other portions and a high mechanical strength due to thermal fatigue. Therefore, the thermal distortion of the peripheral portion can also be reduced by heating and cooling during target bonding.
加えて、当該周縁部分は、熱的疲労による機械的強度も高められている結果、加熱やターゲット交換による繰り返し使用を行った場合に生じる熱疲労や配管交換時に作用する機械的応力に対しても、その軟化や脆化が軽減されるため、変形や摩耗を大幅に抑制することができる。このため、長期間の使用によっても、冷媒管とのシール部に漏れを生じることが無く、その使用寿命を延ばすことが可能になる。 In addition, the peripheral portion has increased mechanical strength due to thermal fatigue. As a result, thermal fatigue caused by repeated use due to heating and target replacement and mechanical stress acting during pipe replacement Since the softening and embrittlement are reduced, deformation and wear can be greatly suppressed. For this reason, even if it is used for a long period of time, the seal portion with the refrigerant pipe does not leak, and the service life can be extended.
図1および図2は、本発明に係るスパッタリング装置用冷却板の一実施形態を示すもので、図中符号10が、表面10aにターゲットTが接合される冷却板である。
この冷却板10は、本体部分11が銅、銅合金、アルミニウムまたはアルミニウム合金によって形成された平板状のもので、その内部には、U字状をなす水等の冷却媒体の流路12が形成されている。
1 and 2 show an embodiment of a cooling plate for a sputtering apparatus according to the present invention, and
The
なお、上記流路12は、図2に示すように、冷却板10の裏面10b側から溝部が加工されるとともに、当該溝部の両側部に形成された段部12aに、冷却板10と同一の金属からなる封止板13が溶接等によって接合されることにより塞がれている。
そして、この流路12に両端位置の封止板13に、それぞれ上記冷却媒体の供給口14および排出口15が形成されている。
As shown in FIG. 2, the
In addition, a
ここで、これら供給口14および排出口15は、それぞれ封止板13に、大径の孔部14a、15aが穿設されるとともに、これら孔部14a、15aにリング状の接続部(周縁部分)16、17が接合されることにより形成されている。
Here, the
これら接続部16、17は、ぞれぞれステンレス鋼からなるもので、上記孔部14a、15aに嵌合されたうえで電子ビーム溶接により接合・一体化されている。
そして、一方の接続部16に、O―リングを介して冷却媒体の供給管が接続されるとともに、他方の接続部17に、同様にO―リングを介して上記冷却媒体の排出管が接続されるようになっている。
These
A cooling medium supply pipe is connected to one connecting
以上の構成からなる冷却板の一実施例を示せば、以下の通りである。
冷却板10の本体部分として、長さ300mm、幅150mm、厚さ11mmの無酸素銅(JIS C1020)製の板材を使用する。そして、この冷却板10の裏面側に、機械加工により幅50mm、深さ5mmのU字状の溝部を形成する。
An example of the cooling plate having the above configuration is as follows.
As a main body portion of the
次いで、この溝部の段部12aに嵌り合う同形状かつ厚さ4mmの無酸素銅(JIS C1020)製の封止材13を用意する。そして、この封止板13の両端部に、それぞれ機械加工により寸法34×19の長穴を開ける。
Next, a sealing
次いで、この長穴と同寸法の外形寸法に加工されるとともに、供給口14または排出口15が穿設されたステンレス鋼(JIS SUS304)製の接続部16、17を、上記長穴に嵌合して、電子ビーム溶接により接合するさせる。そして、これら接続部16、17が一体化された封止板13を、上記溝部の段部12aに挿入して、電子ビーム溶接により接合する。これにより、接続部16、17を有する流路12が形成される。
Next, stainless steel (JIS SUS304)
以上のように、上記構成からなる冷却板10によれば、供給口14と排出口15の接続部16、17を、本体部分(他の部分)11よりも熱歪みが小さく、かつ熱的疲労による機械的強度が高いステンレス鋼によって形成しているので、ターゲットTを接合する際の加熱および冷却によっても、上記接続部16、17の熱歪みを小さくすることができる。
As described above, according to the
加えて、接続部16、17は、本体部分11よりも熱的疲労による機械的強度が高められているために、加熱やターゲット交換による繰り返し使用を行った場合に生じる熱疲労や、供給口14や排出口15に供給管や排出管を着脱する際に作用する機械的応力に対しても、その軟化が軽減される。このため、接続部16、17における変形や摩耗を大幅に抑制することができ、よって長期間の使用によっても、冷却媒体の供給管および排出管とのシール部に漏れを生じることが無く、その使用寿命を延ばすことができる。
In addition, since the mechanical strength due to thermal fatigue is higher than that of the
なお、上記実施形態においては、冷却板10にU字状の冷却媒体の流路12を形成した場合についてのみ説明したが、これに限るものではなく、I字状、W字状、ミアンダ状あるいはこれらの組合せ等の様々な形状についても適用することができる。また、流路12の本数も1本に限定されるものではない。
さらに、本体部分11や接続部16、17の材質についても、上述したものに限定されるものではない。
In the above embodiment, only the case where the U-shaped cooling
Further, the material of the
10 冷却板
10a 表面
10b 裏面
11 本体部分(他の部分)
12 冷却媒体の流路
14 供給口
15 排出口
16、17 接続部(周縁部分)
T ターゲット
10
12 Flow path of cooling medium 14
T target
Claims (2)
上記供給口と排出口の周縁部分を、他の部分よりも熱歪みが小さく、かつ熱的疲労による機械的強度が高い材料によって形成したことを特徴とするスパッタリング装置用冷却板。 In the cooling plate for a sputtering apparatus in which the target is bonded to the front surface, the flow path of the cooling medium is formed inside, and the supply port and the discharge port of the cooling medium communicating with the flow path are formed on the back surface.
A cooling plate for a sputtering apparatus, wherein the peripheral portions of the supply port and the discharge port are formed of a material having a smaller thermal strain than other portions and a high mechanical strength due to thermal fatigue.
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JP2004034864A JP2005226109A (en) | 2004-02-12 | 2004-02-12 | Cooling plate for sputtering apparatus |
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