JP4570009B2 - スパッタカソード - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、成膜用スパッタ装置に用いられるスパッタカソードに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、半導体ウェーハや液晶パネル等の被処理基板表面に薄膜を形成する装置としてスパッタ装置が知られている。スパッタ装置には種々の方式があり、例えばマグネトロンスパッタ装置は、電場と磁場とを直交するように配置し、ターゲット近くでの加速電子による電離効率を上げて成膜速度を高めたものである。ターゲットは、被処理基板に対向して配置されたスパッタカソードに設けられている。
【０００３】
図６は、従来のスパッタカソード１の構成の一例を示している。長方形状のターゲット２を表面に取り付けたバッキングプレート３が、複数本のボルト部材１０を介してカソード本体４に支持されている。カソード本体４の中央部には空所４ａが形成されており、この空所４ａ内にはターゲット２上に所定の分布磁場を形成するための磁気回路部５が配置されている。本従来例における磁気回路部５は、ヨークプレート１１上に配列された中央部永久磁石５Ａとこれを囲む外周部永久磁石５Ｂとで構成されている。
【０００４】
カソード本体４は、真空チャンバのカソード取付フランジ９に対して絶縁板６を介して複数本のボルト部材１２により取り付けられている。カソード取付フランジ９に固定されたカソード本体４およびこれに支持されるバッキングプレート３は、ターゲット２を外部へ露出させるための開口７ａが設けられたグラウンドシールド７により覆われている。なお、このような構成のスパッタカソードを開示した従来技術として、例えば特開平６−９３４４１号公報に記載のスパッタカソードがある。
【０００５】
さて、この従来のスパッタカソード１において、バッキングプレート３の内部にはターゲット２の冷却用冷却水を循環させる循環通路１３が形成されている。
この循環通路１３の天板部１４は、冷却水の水圧でターゲット２側へ膨出変形可能に薄肉化されており、ターゲット２との密着効果を高めて冷却効率の向上が図られている。なお、図中符号８ａ，８ｂは、循環通路１３に接続される冷却水の導入用および導出用配管である。
【０００６】
また、この従来のスパッタカソード１は、ターゲットクランプ１５を介してターゲット２がバッキングプレート３の表面に取り付けられており、ターゲットクランプ１５を固定するネジ部材１６を取り外すことによってターゲット２をバッキングプレート３から分離できるようになっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記構成のスパッタカソード１では、バッキングプレート３内で循環通路１３を画成する天板部１４が一様な薄板形状であるために、ターゲット２の消耗が進行するとターゲット２の強度が低下し、その結果、ターゲット２の消耗末期では、天板部１４からの押圧力によって当該ターゲット２が破損することがある。そのため、ターゲット２の破損が起きない消耗量までしか当該ターゲット２を使用することができないという問題がある。
【０００８】
また、真空チャンバのベーキング時など成膜前の工程においてターゲット２を取り外した状態で使用すると、図７に示すように、真空チャンバの真空力（真空チャンバの真空圧と循環通路１３の内圧との間の差圧）により、天板部１４の膨出変形が極度に大きくなって、天板部１４が破断するという問題がある。
【０００９】
本発明は以上の問題に鑑みてなされ、ターゲットの消耗末期まで使用可能とし、また、ターゲットを取り外して使用した際の天板部の破断を防止することができるスパッタカソードを提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するに当たり、本発明のスパッタカソードは、ターゲットと、表面に天板部を有し、内部に冷却水の循環通路が形成されたバッキングプレートと、前記ターゲットの周縁部を前記バッキングプレートの表面に着脱自在に固定する枠状のターゲットクランプと、前記バッキングプレートの裏面側に対向して配置され、前記ターゲット上に特定の分布磁場を形成する磁気回路部と、前記磁気回路部の外周囲に配置され、前記バッキングプレートを支持するカソード本体とを備えたスパッタカソードであって、前記天板部は、前記ターゲットクランプの内方側で前記ターゲットの裏面と対向する薄肉板と、前記薄肉板の裏面に形成されることで当該薄肉板を複数の領域に分割し、前記複数の領域を前記循環通路内の冷却水の水圧によって弾性変形させて前記ターゲットに密着させるリブとを有することを特徴とする。
【００１１】
本発明は、天板部を構成する薄肉板の裏面に、当該薄肉板の変形部位を複数に分割するためのリブを設けることによって、変形による薄肉板の最大膨出量を低く抑え、ターゲットに対する押圧力を低減するようにしている。これにより、ターゲットの消耗の進行によりターゲットの強度が低下したとしても、天板部からの押圧力が低く抑えられるのでターゲットの破損が防止され、したがって、消耗末期までターゲットを使用することが可能となる。
【００１２】
また、本発明は、薄肉板の裏面に当該薄肉板の変形部位を複数に分割するためのリブを設けることによって、天板部の全体的な破断強さを高めて、ターゲットを取り付けていないときの天板部の破断を防止するようにしている。
また、バッキングプレートの天板部の薄肉板は、循環通路内の冷却水の水圧を受けてターゲット側へ局所的に弾性変形し、これにより天板部とターゲット裏面との密着が図られて、ターゲットが効率的に冷却される。
【００１３】
【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。
【００１４】
図１〜図３は、本発明の実施の形態によるスパッタカソードの構成を示している。本実施の形態のスパッタカソード２１は、図１に示すように略直方形状を呈し、マグネトロンスパッタ装置用のスパッタカソードとして適用される。なお、図２は図１における断面Ｐ部の詳細図、図３は図２における［３］−［３］線方向断面図である。
【００１５】
スパッタカソード２１は、主として、表面にターゲット２２が取り付けられたバッキングプレート２３と、バッキングプレート２３の裏面側に対向して配置される磁気回路部２５と、磁気回路部２５の外周囲に配置され、バッキングプレート２３を支持するカソード本体２４とを備えている。
【００１６】
ターゲット２２は、その周縁部が、枠状のターゲットクランプ３５によってバッキングプレート２３の表面に着脱自在に取り付けられている。ターゲットクランプ３５は、ネジ部材３６によってバッキングプレート２３に固定されている。また、バッキングプレート２３は、複数本のボルト部材３０によってカソード本体２４に取り付けられている。
【００１７】
図２を参照して、カソード本体２４の中央部に形成された空所２４ａには、ターゲット２２上に所定の分布磁場を形成するための磁気回路部２５が配置されている。本実施の形態における磁気回路部２５は、ヨークプレート３１上に配列された中央部永久磁石２５Ａとこれを囲む外周部永久磁石２５Ｂとで構成されているが、勿論この構成だけに限られない。カソード本体２４は、真空チャンバ内のカソード取付フランジ２９に対し、環状の絶縁板２６を介して複数本のボルト部材３２を用いて取り付けられている。
【００１８】
バッキングプレート２３の裏面側と磁気回路部２５との間の気密性は、バッキングプレート２３とカソード本体２４との間に配置される環状の密封部材３７、カソード本体２４と絶縁板２６との間に配置される環状の密封部材３８および、絶縁板２６とカソード取付フランジ２９との間に配置される環状の密封部材３９によって確保されている。
【００１９】
カソード本体２４およびこれに支持されるバッキングプレート２３は、ターゲット２２を外部へ露出させるための開口２７ａが形成されたグラウンドシールド２７により覆われている。グラウンドシールド２７は、公知のようにターゲット２２以外の部分における放電を抑えるためのもので、カソード取付フランジ２９に対して複数本のボルト部材（図示略）によって固定されている。
【００２０】
バッキングプレート２３の内部には、ターゲット２２の冷却用冷却水を循環させるための循環通路３３が形成されている。循環通路３３には、冷却水の導入用および導出用の配管２８ａ，２８ｂがそれぞれ接続されている。循環通路３３の天板部３４は、ターゲットクランプ３５の内方側でターゲット２２の裏面と対向する薄肉板４１とその裏面に突出形成される複数本のリブ４２とからなる。
【００２１】
薄肉板４１は厚さが例えば０．３ｍｍの金属板でなり、冷却水の水圧を受けてリブ４２で画成される領域の薄肉板４１がこれと対向するターゲット２２の裏面に密着するように弾性変形可能となっている。
【００２２】
一方、リブ４２は、図３に示すように、薄肉板４１を複数に分割するようにバッキングプレート２３の長辺方向に並設される複数本の第１リブ部４２Ａと、この第１リブ部４２Ａに対して直交する方向に並設される複数本の第２リブ部４２Ｂとからなる。また、リブ４２の一部は、循環通路３３を２つに画成する仕切板４２Ｃとして形成され、一方を冷却水の導入用配管２８ａに連絡する往路部分３３ａとし、他方を導出用配管２８ｂに連絡する復路部分３３ｂとしている（図２）。
【００２３】
バッキングプレート２３の天板部３４が以上のように構成されることにより、ターゲット２２が取り外された状態の天板部３４においては、図４および図５に示すように、第１リブ部４２Ａ、第２リブ部４２Ｂおよび仕切壁４２Ｃによって複数に区画された薄肉板４１，４１，・・・が、循環通路３３ａ，３３ｂ内の冷却水の水圧を受けて球面状に弾性的に膨出変形するようになる。本実施の形態では、この球面状の薄肉板４１が例えばφ２５ｍｍ程度となるように、第１リブ部４２Ａおよび第２リブ部４２Ｂが形成配置されている。
【００２４】
次に、以上のように構成される本実施の形態のスパッタカソード２１の作用について説明する。
【００２５】
スパッタカソード２１は、真空チャンバ内に設置されると、バッキングプレート２３、カソード本体２４および絶縁板２６が、真空チャンバの内部と外部とを隔絶する隔壁として機能する。また、成膜時は、磁気回路部２５によりターゲット２２表面近傍の空間に湾曲した所定の分布磁場が形成され、その磁場の作用によってターゲット２２表面近傍の空間にマグネトロン放電による高密度のプラズマが形成されて、プラズマ中のイオンがターゲット２２をスパッタする。ターゲット表面から飛び出したスパッタ粒子は、対向して配置される被処理基板の表面に堆積し、これにより被処理基板の表面に薄膜が形成される。
【００２６】
成膜処理中、ターゲット２２は、バッキングプレート２３の循環通路３３を流れる冷却水によって冷却作用を受ける。このとき、バッキングプレート２３の天板部３４の薄肉板４１は、循環通路３３（３３ａ，３３ｂ）内の冷却水の水圧を受けてターゲット２２側へ局所的に弾性変形し、これにより天板部３４とターゲット２２裏面との密着が図られて、ターゲット２２が効率的に冷却される。
【００２７】
被処理基板の処理枚数が増加するに従って、ターゲット２２は消耗する。その一方で、バッキングプレート２３の天板部３４によるターゲット２２への押圧力は、相変わらずに作用している。したがって、ターゲット２２の破断耐力は、当該ターゲット２２が消耗するに従って、徐々に低下することになる。
【００２８】
そこで、本実施の形態では、バッキングプレート２３の天板部３４が、薄肉板４１と、この薄肉板４１の変形部位を複数に分割するリブ４２（４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃ）とから構成されているので、薄肉板４１の最大膨出量は従来に比べて低く抑えられ、これによりターゲット２２を破損させることなく消耗末期まで充分に使用することが可能となる。
【００２９】
一方、当該スパッタカソード２１が、ターゲット２２を取り外して真空チャンバ内に設置された場合にあっては、図４および図５に示すように、バッキングプレート２３の天板部３４の外側（真空チャンバ側）と内側（循環通路３３ａ，３３ｂ側）との圧力差によって薄肉板４１が弾性的に膨出変形する。
【００３０】
本実施の形態では、薄肉板４１の裏面部に当該薄肉板の変形部位を複数に分割するためのリブ４２（４２Ａ〜４２Ｃ）が設けられているので、天板部３４を全体的に補強することができ、これにより、天板部３４の破断を防止することができる。また、バッキングプレート２３とカソード本体２４との間に配置される密封部材３７のシール性を確保することができる。
【００３１】
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。
【００３２】
例えば以上の実施の形態では、天板部３４の薄肉板４１裏面に形成されるリブ４２（４２Ａ，４２Ｂ）を図３に示したような形態で複数本配置したが、勿論これだけに限らず、例えば第１リブ部４２Ａのみ、あるいは第２リブ部４２Ｂのみとすることも可能である。更に、第１リブ部４１Ａと第２リブ部４２Ｂとを交差させる上で、図３に示したように互いに直交させる場合に限らず、斜め方向に交差させるようにしてもよい。
【００３３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明のスパッタカソードによれば、バッキングプレートの天板部を構成する薄肉板の裏面に、当該薄肉板の変形部位を複数に分割するためのリブを設けているので、変形による薄肉板の最大膨出量を低く抑えてターゲットに対する押圧力を低減することができ、これによりターゲットを消耗末期まで使用することが可能となる。
【００３４】
また、本発明によれば、薄肉板の裏面に当該薄肉板の変形部位を複数に分割するためのリブを設けているので、天板部の全体的な破断強さを高めて、ターゲットが取り外されて使用される場合でも天板部の破断を防止することができる。
また、バッキングプレートの天板部の薄肉板は、循環通路内の冷却水の水圧を受けてターゲット側へ局所的に弾性変形し、これにより天板部とターゲット裏面との密着が図られて、ターゲットが効率的に冷却される。
【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カソードの斜視図である。
【図２】図１における断面Ｐ部の詳細図である。
【図３】図２における［３］−［３］線方向断面図である。
【図４】本発明の実施の形態の作用を説明するバッキングプレートの斜視図である。
【図５】図４における断面Ｒ部の詳細図である。
【図６】従来のスパッタカソードの構成を示す断面図である。
【図７】従来技術の問題点を説明する従来のスパッタカソードの要部断面図である。
【符号の説明】
２１ スパッタカソード
２２ ターゲット
２３ バッキングプレート
２４ カソード本体
２５ 磁気回路部
３３ 循環通路
３３ａ 往路部分
３３ｂ 復路部分
３４ 天板部
４１ 薄肉板
４２ リブ
４２Ａ 第１リブ部
４２Ｂ 第２リブ部
４２Ｃ 仕切壁

Claims (3)

1. ターゲットと、
   表面に天板部を有し、内部に冷却水の循環通路が形成されたバッキングプレートと、
   前記ターゲットの周縁部を前記バッキングプレートの表面に着脱自在に固定する枠状のターゲットクランプと、
   前記バッキングプレートの裏面側に対向して配置され、前記ターゲット上に特定の分布磁場を形成する磁気回路部と、
   前記磁気回路部の外周囲に配置され、前記バッキングプレートを支持するカソード本体とを備えたスパッタカソードであって、
   前記天板部は、
   前記ターゲットクランプの内方側で前記ターゲットの裏面と対向する薄肉板と、
   前記薄肉板の裏面に形成されることで当該薄肉板を複数の領域に分割し、前記複数の領域を前記循環通路内の冷却水の水圧によって弾性変形させて前記ターゲットに密着させるリブとを有することを特徴とするスパッタカソード。
2. 前記リブが、前記循環通路を冷却水の往路部分と復路部分とに仕切る仕切り壁として設けられていることを特徴とする請求項１に記載のスパッタカソード。
3. 前記リブが、一方向へ並列に複数本設けられていることを特徴とする請求項１に記載のスパッタカソード。

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