JP2015517032A - 間接冷却装置に合ったターゲット - Google Patents

Abstract

本発明は、ガス気相からの析出方法用の材料源として形成された、前面と背面とを備えたターゲットに関し、このターゲットは、背面に自己接着性を有する炭素薄膜が接着されていることを特徴とする。このターゲットは、スパッタリング方法および／またはアーク蒸発方法用の材料源として形成することができる。とりわけ好適であるのは、ターゲットが、間接冷却部を備えた被覆源中に設けられていて、自己接着性を有する炭素薄膜は、冷却管の１部分である膜と平面で接触する点である。

Description

本発明は、表面が、とりわけ真空条件下でのＰＶＤ方法関連の材料源として役立つターゲットに関する。本発明はとりわけスパッタリング（以下では「スパッタリング」の概念は、ＰＶＤ方法の「噴霧」と同じ意味で用いられる）で用いられるターゲットに関する。この種のターゲットは、この応用では、大概ターゲットの冷却手段が中に設けられている源保持部により保持されている。本発明は、とりわけこの種のターゲットを含む被覆源に関する。

スパッタリングでは、真空条件下でターゲットの表面にイオンが衝突する。この衝突によりターゲット表面から材料が打ち出され、この材料が、このために設けられターゲット表面の視野中に置かれた基板上に堆積し得る。このために必要なイオンは、ターゲット表面を介して発生させられたプラズマにより準備される。ターゲットに負の電圧をかけることにより、イオンはターゲットに向かって加速させられる。ある時間単位毎に流れるイオンがより多いと、被覆速度がより速くなる。ターゲットにかけられる電圧が高いほど、ターゲット表面上でのイオン発生速度が速くなり、ターゲットから打ち出される噴霧材料のエネルギーがより高くなる。したがって、入力電力が大きいことが望ましい。さらに、噴霧材料のイオン化度合いと、電力密度との間に依存性があることも公知である。この効果は、ＨＩＰＩＭＳ方法中で利用される。

この種のスパッタターゲットにかけられる平均的な電力密度は、通常５Ｗ／ｃｍ^２〜３０Ｗ／ｃｍ^２の範囲である。

しかしながら、スパッタリングはエネルギー効率の低いＰＶＤ被覆法である。これは、準備されたエネルギーの多くの部分がターゲット中で熱に変わり、ターゲットが加熱されることを意味する。この熱は、冷却部を介して排出されねばならない。このために、従来技術では様々な方策があるが、それらを以下で簡単に略述する。

ａ）直接冷却ターゲット
図１に概略図示したような直接冷却ターゲット１では、ターゲット表面３で熱に変換された電力は、熱伝導によりターゲット材料５中をターゲット背面７に導かれる。水路９中を流れる冷却液１１は、熱流を、その熱容量および流動状況に応じて排出することができる。ターゲット背面７と冷却液１１との間には非常に良好な直接の熱接触が存在する。しかしながら、この場合、ターゲットを例えば、ねじ１３を介して基体１５に結合することが必須である。さらに、冷却液１１（例えば、水）に対して真空を密閉する密閉部１７を設けねばならない。図１中には、これ以外に、電気配線６が略図示されている。これ以外の点では、この図は、単なる略図である。さらなる構成要素、例えば、真空生成、絶縁化、冷却液の流入および排出用の構成要素は、当業者には公知であり、ここではその図示は省略する。

この直接冷却ターゲットは、冷却性能が非常に良好であるという点で魅力的であるが、冷却剤−真空密閉部があり、ターゲット交換時には水とターゲットとの連結を解除せねばならないという決定的な欠点を有する。したがって、例えば、冷却液の漏れが発生するという危険性が存在する。この危険性は、ターゲット材料をしばしば交換する必要がある場合には、とりわけ大きい。

ｂ）間接冷却ターゲット
図２に示すような間接冷却ターゲットでは、ターゲット２０１は、その背面２０３が、（例えば、ねじ止めまたは締め付けにより）源保持部２０５に固定され、源保持部２０５中に、それ自体閉じられた冷却プレート２０７が統合されている。冷却プレート２０７は、例えば冷却剤が貫流する冷却管２０９を含み、この冷却管を動く液体を介して熱が排出される。

この場合、冷却液路は、固定された堅牢な被覆部により限定されている。ターゲットは、冷却および電気接触の目的で、例えば、ねじにより、周囲でまたは必要に応じてターゲットの中心で、この被覆部に対して固定されている。この方法には、とりわけ２つの問題がある。

伝熱は、ターゲット背面の表面および冷却プレートの表面により形成される。特別な方策がない場合、両表面が理想的な平坦な接触対とは大きく異なる境界面を形成する。このような状態を図３で図示する。伝熱は、この場合大きく低減し、圧力に依存することが判明している。押圧圧力は、例えば固定ねじを介してのみ引き起こされ得る、すなわち、伝熱は、局所的にのみ改善され得る。

この状態は、双方の表面間に接触薄膜を設けることにより改良され得る。この薄膜は、例えばインジウム、錫または黒鉛からなり得る。この薄膜は、その延性により、ターゲット背面と冷却プレートの表面との間の起伏を埋め合わせることができる。さらに、押圧圧力を、面全体に渡ってより均等にかけることができる。

この方法の欠点は、接触薄膜の取り付けが、とりわけターゲットを垂直に取り付ける場合に、困難で不便である点である。この点は、ターゲット材料がしばしば交換される場合にとりわけ重要である。黒鉛薄膜の場合、横方向の熱伝導性は確かに良好ではあるが、横断方向の熱伝導性は劣悪である。これゆえに、黒鉛薄膜は、横断方向の劣悪な熱伝導性が冷却工程を妨げないように一方では非常に薄くなければならない。他方、取り付け時の薄膜の損傷を回避するためには、ある程度の薄膜厚さは必須である。ゆえに、厚さが０．５ｍｍ未満の黒鉛薄膜は使用されない。

したがって、ターゲット用の改良された冷却装置、とりわけ従来技術から公知の装置に対してターゲット材料の交換を改良した冷却装置の必要性が存在する。

本発明は、上で略述した間接冷却装置のさらなる開発に基づいている。本発明によれば、本発明の目的は、ターゲット体の背面に、自己接着性を有する炭素薄膜をターゲット体に固定的に結合されるように張り付けることにより達成される。この薄膜は、ターゲット体が取り付けられていない時に、ターゲット体の背面に、均等に、かつ、間隙を空けることなく接着され得る。ターゲット体の背面と炭素薄膜との間では、非常に良好な熱接触が確保されている。その後、ターゲット体は、容易に源保持部に取り付けられ得る。そして、ターゲットに固定された炭素薄膜は、冷却プレートの表面とターゲット体の背面との間で、接触薄膜として作用する。

この種の自己接着性を有する炭素薄膜の採用は、真空技術の領域では一般的ではない。自己接着性を有する炭素薄膜を製造するために用いられる接着剤は、真空条件下では非常にガスを放出し、したがって真空に対して悪い影響を与え、真空下で処理されるべき基板への汚染における相当な揮発性構成成分となるので、この種の物質は用いられない。

これに反して、本発明者らは、彼らも驚いたことに、上述のように用いた自己接着性を有する薄膜では、上で略述した欠点となる効果が著しくないと突き止めた。これについては、ターゲット表面の背面への接触が密であることにより、および、炭素薄膜が膜に対して接触していることにより、接着剤のガス放出は極めて速度が遅くなり、重要ではなくなると説明できるかもしれない。

以下に、本発明を、図面を用いて、様々な実施形態に基づいて詳細に説明する。

直接冷却部を備えた従来の被覆源を示す図である。 間接冷却部を備えた従来の被覆源を示す図である。 冷却部を備えた図２の被覆源における、限定的な熱接触を示す図である。 自己接着性を有する炭素薄膜が張り付けられた本発明のターゲットのある実施形態の断面図である。 間接冷却部を備えた被覆源中に統合された本発明のターゲットの第１実施形態を示す図である。 被覆源中に統合された本発明のターゲットの第２実施形態を示す図である。

これに応じて、図４ａはターゲット４０１を示すが、このターゲットのターゲット背面４０３には、一方の側に、厚さが０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ未満である自己接着性を有する炭素薄膜４０７が張り付けられている。本実施例において選択された好適な炭素薄膜の厚さは０．１２５ｍｍである。この実施例では、クンツェ（Ｋｕｎｚｅ）社の製造識別番号ＫＵ−ＣＢ１２０５−ＡＶの接触薄膜が採用された。

図４中でも同様に示すのは、ターゲット背面と自己接着性を有する炭素薄膜との間にある境界面の綿密な断面である。炭素薄膜は、この場合、接着フィルム４０９（これが炭素薄膜を、自己接着性を有する薄膜にする）と、炭素フィルム４１１とを含む。

図４に示したターゲットは、図５に示すように、間接冷却部を備えた被覆源中に非常に良好に統合することができる：自己接着性を有する炭素薄膜５０７を備えたターゲット５０１は、ねじ５１３で前面源保持部５０５の前面に固定され、源保持部中には、冷却管５０９を備えた冷却プレートが統合されていて、炭素薄膜５０７が冷却プレートの背面５０３に押圧され、これにより冷却プレートへの良好な熱接触が生じる。炭素薄膜がターゲット背面に接着されているという本発明による事実に基づけば、ターゲットが被覆チャンバ中で垂直方向に取り付けられていたとしても、ターゲット交換は非常に容易である。

間接冷却部の改良された変形例は、図６中に示すような可動膜を用いた間接冷却部である。この構造は、図５中に略図示したターゲット６０１を有する構造に類似していて、自己接着性を有する炭素薄膜６０７と、源保持部６０５と、冷却管６０９とを備えているが、この好適な実施形態では、冷却管６０９を炭素薄膜６０７から隔てる冷却プレートの壁は、柔軟性を有する膜６０３として形成されている。冷却剤は、例えば水であり得る。ターゲット交換時に水密閉部の解除は必要ではない。ターゲット６０１が源保持部６０５上に適切な方策で（例えば、クリップ６１３またはねじにより）固定されると、冷却管６０９中では静水圧が圧倒的になるがゆえに、膜６０３が、ターゲット背面に対して、したがって自己接着性を有する炭素薄膜６０７に対して等しく押圧され、非常に良好な平面での熱接触が生じる。

この際に、自己接着性を有する炭素薄膜が実質的な役割を果たすことは、以下の表１が印象深く記している。この表中、自己接着性を有する炭素薄膜がある場合とない場合とでのターゲット温度が、異なるスパッタ電力について、および２つの異なる材料組成物について比較されている。

表１のＮｏ．１の測定で示したような、本発明の自己接着性を有する炭素薄膜のないターゲットでは、機械的な理由から２．５ｋＷまでのスパッタ電力でのみ確実に作動することができる。本発明の自己接着性を有する炭素薄膜を備えたターゲットを使用することにより、電力耐性は２倍以上になる。

これ以外のターゲット材料、すなわち、ＡｌＴｉないしＡｌＣｒの割合がこれ以外の場合では、および、純粋なアルミニウム、チタンおよび／またはクロムターゲットの場合でも、定性的に類似の図が示される。本発明では、厚さ６ｍｍ〜１８ｍｍのターゲットが使用される際に、とりわけ良好な効果が示される。好適なターゲット厚さは、６ｍｍ〜１２ｍｍである。

本発明の特に好適な実施形態によれば、ターゲット７０１は、ターゲット背面７０３上に自己接着性を有する炭素薄膜７０５と、かつ図７に示すバヨネット式輪郭部７０７とを備えたターゲットとして実施されている。この実施形態による好適な被覆源は、図６との関連で説明した膜を備えた間接冷却部と、バヨネット式固定部にとって必須である対応する部品を有する。これにより、高く均一な押圧圧力が可能となる。この好適な実施形態は、粉末冶金ターゲットと関連付けると特に有利であるが、この理由は、１５０℃の温度からは機械的に弱化し、熱膨張が上昇するからである。ターゲット温度が低下するがゆえに、およびバヨネット式固定部による機械的な余地が存在するがゆえに、この熱応力は著しく低減する。クロムターゲットには、例えば、１００Ｗ／ｃｍ^２までの電力密度が可能である。

ガス気相からの析出方法用の材料源として形成された、前面と背面とを備えたターゲットにおいて、背面に自己接着性を有する炭素薄膜が接着されていることを特徴とするターゲットが開示された。このターゲットは、スパッタリング方法および／またはアーク蒸発方法用の材料源として形成されていることができる。自己接着性を有する炭素薄膜の厚さは、例えば０．１２５ｍｍ〜０．５ｍｍであり、好適には厚さ０．１２５ｍｍであり得る。

上述のようなターゲットを含む被覆源が開示されたが、このターゲットは源保持部に接して配置されていて、この源保持部中に、冷却管を備えた間接冷却部が統合されている。

この被覆源においては、好ましくは、冷却管を、自己接着性を有する炭素薄膜から隔てる壁は、柔軟性を有する膜として形成され、これにより自己接着性を有する炭素薄膜は、柔軟性を有する膜と平面での接触を形成する。

この被覆源のターゲットの周囲は、好ましくは、バヨネット式シャッターの形状の源保持部と協働し、これにより、均一な高い押圧圧力が実現されるように形成されている。

間接冷却被覆源においては、自己接着性を有する炭素薄膜を、冷却管をターゲットの背面から隔てる壁に接着することも可能である。これは、壁が膜として形成されている場合にも適用される。しかしながら、これには欠点があり得、薄膜が損傷した際に、これを源保持部から除去して新しくせねばならない可能性があるので不便であり得る。自己接着性を有する炭素薄膜が十分薄い場合、これを、ターゲット背面と、冷却管をターゲットの背面から隔てる壁との両方に貼り付けることも可能である。

Claims (7)

1. ガス気相からの析出方法用の材料源として形成された、前面と背面とを備えたターゲットにおいて、前記背面に自己接着性を有する炭素薄膜が接着されていることを特徴とするターゲット。
2. 前記ターゲットは、スパッタリング方法および／またはアーク蒸発方法用の材料源として形成されていることを特徴とする、請求項１に記載のターゲット。
3. 前記自己接着性を有する炭素薄膜の厚さは、０．１２５ｍｍ〜０．５ｍｍ未満であり、好適には厚さ０．１２５ｍｍであることを特徴とする、上記請求項のいずれか１項に記載のターゲット。
4. 前面と背面とを備えたターゲットを含む被覆源であって、前記ターゲットの背面は源保持部に接して配置されていて、前記源保持部中に、冷却管を備えた間接冷却部が統合されている被覆源において、前記ターゲットの前記背面および／または前記ターゲットが配置されている前記源保持部の壁には、自己接着性を有する炭素薄膜が接着されていることを特徴とする被覆源。
5. 前記ターゲットが請求項１〜３のいずれか１項に記載のターゲットであることを特徴とする、請求項４に記載の被覆源。
6. 前記冷却管を前記自己接着性を有する炭素薄膜から隔てる壁は、柔軟性を有する膜として形成されていて、自己接着性を有する炭素薄膜は、前記膜と、平面での接触を形成することを特徴とする、請求項４または５のいずれか１項に記載の被覆源。
7. 前記ターゲットの周囲は、前記バヨネット式シャッターの形状の源保持部と協働し、これにより、均一な高い押圧圧力が実現されていることを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載の被覆源。

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