JP6508774B2 - スパッタリングターゲット組立体 - Google Patents

Description

本発明は、スパッタリングターゲットの組立体に関し、詳しくは、ターゲットと、該ターゲットよりも高い熱膨張率を有するバッキングプレートとを有し、両者を接合するロウ材を用いることなく、ターゲットとバッキングプレートとを一体化したスパッタリングターゲット組立体に関する。

スパッタリングターゲット（以下単に「ターゲット」ともいう。）は、スパッタリング装置に装着され、各種半導体デバイスの電極、ゲート、配線、素子、保護膜等を基板上に形成するためのスパッタリング源として使用される。
このターゲットの材質としては、通常、ＡｌまたはＡｌ合金、高融点金属及び合金（Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｎｂ等及びその合金）、高融点シリサイド（ＭｏＳｉ_X 、ＷＳｉx 等）、白金族等が用いられている。

また、図４に示すように、前記ターゲット１０は、支持及び冷却目的でバッキングプレート１１上に、ＩｎもしくはＳｎ合金系の低融点ロウ材１２を用いてロウ接合され、ターゲット１０とバッキングプレート１１とを一体化している。
このバッキングプレート１１の材質は、通常、ＯＦＣ（無酸素銅）、Ｃｕ合金、Ａｌ合金、ＳＵＳ（ステンレス鋼）もしくはＴｉ乃至Ｔｉ合金等の金属及び合金が用いられている。
前記したバッキングプレート１１は、スパッタリング動作中にターゲット１０に発生する熱を奪い取り、冷却するため、前記バッキングプレート１１の裏面が冷却板（図示せず）に接するように配置される。

そして、スパッタリング時、ターゲット１０と基板との間に電圧が印加されると、出力の増大とともにターゲット１０の温度が上昇する。
一方、前記バッキングプレート１１は、ターゲット１０が接合している面とは反対側から冷却され、ターゲット１０自体の温度上昇を抑制している。

しかしながら、ターゲット１０とバッキングプレート１１とは、通常、ロウ材１２で接合されているため、出力がある値以上になり、ターゲット１０の温度が接合面のロウ材１２の融点よりも高くなった場合には、前記ターゲット１０とバッキングプレート１１とが剥離するという問題があった。
即ち、バッキングプレート１１はスパッタリング動作時にターゲット１０を冷却するものであるが、ターゲット１０とバッキングプレート１１との間に大きな熱膨張率の差がある場合には、スパッタリング動作時に過大な熱応力あるいは反りが生じる。その結果、ターゲット１０に亀裂が発生し、あるいはターゲット１０とバッキングプレート１１との間のロウ接合部１２に破損をきたし、バッキングプレート１１がターゲット１０から剥離することがあった。

このような問題に対して、ターゲットの材料と近い熱膨張率を有する材料でバッキングプレートを作製すること、あるいはバッキングプレートやロウ材の厚さを制御することによって発生する反りや熱応力を低減させることが対策として考慮されてきた。
例えば、特許文献１では、低線膨張率の金属又は合金で形成されたターゲット用のバッキングプレートとしてＭｏとＣｕとの複合材、すなわちＭｏ焼結体にＣｕを含浸したものやＣｕ板とＭｏ板とのバイメタルが提唱されている。

特開昭６２−６７１６８号公報

ところで、特許文献１記載のバッキングプレートは、低線膨張率の金属又は合金で形成されたターゲット用のものであり、使用できるターゲットが限定されるという課題があった。
また、バッキングプレートとして、ＭｏとＣｕとの複合材、すなわちＭｏ焼結体にＣｕを含浸したものやＣｕ板とＭｏ板とのバイメタルが用いられているが、このＭｏ焼結体にＣｕを含浸した複合材を製造するのは手数が嵩むという課題があった。
更に、Ｃｕ板とＭｏ板とのバイメタルは、その作製時やターゲットへのロウ接合作業時やスパッタリング動作時にそりが生じやすいという課題があった。

本発明者は、ターゲットに亀裂が発生し、あるいはターゲットとバッキングプレートとの間のロウ接合部が破損し、バッキングプレートがターゲットから剥離するという課題を解決するために、ロウ接合を用いない方法を前提とし、ターゲット、バッキングプレートを形状面から鋭意研究し、本発明を完成するに至った。

本発明は、上記技術的課題を解決するためになされたものであり、スパッタリング動作中に、ターゲットとバッキングプレートとが剥離することのないスパッタリングターゲットを提供することを目的とする。

上記目的を達成するためになされた本発明にかかるスパッタリングターゲット組立体は、スパッタリングターゲットとバッキングプレートとを、ロウ材を用いることなく、一体化したスパッタリングターゲット組立体において、平面視上円形又は矩形に形成され、かつ、第１の面から第２の面に向けて拡がる傾斜面からなる側面を有するスパッタリングターゲットと、前記スパッタリングターゲットよりも大きい熱膨張係数を有すると共に、前記スパッタリングターゲットが嵌合する貫通穴を有するバッキングプレートと、前記バッキングプレートを、冷却板又は冷却シートに接触するように取り付ける押え部材と、を備え、前記スパッタリングターゲットをバッキングプレートの貫通穴に嵌合させることにより、前記バッキングプレートがスパッタリングターゲットの側面を保持すると共に、前記押え部材によって、前記バッキングプレートは冷却板又は冷却シートに接触するように取り付けられることを特徴としている。

このように、スパッタリングターゲットに、第１の面から第２の面に向けて拡がる傾斜面からなる側面が形成され、またバッキングプレートに前記スパッタリングターゲットに貫通穴が形成され、この貫通穴にスパッタリングターゲットが嵌合、保持される。即ち、ロウ接合を用いることなく、スパッタリングターゲットとバッキングプレートを一体的に組み立てる。
その結果、スパッタリング動作中に、ターゲット及びバッキングプレートが温度上昇しても、従来の課題である、スパッタリングターゲットのバッキングプレートから剥離を防止することができる。
また、本発明にかかるスパッタリングターゲット組立体は、前記スパッタリングターゲットよりも大きい熱膨張係数を有すると共に、前記スパッタリングターゲットが嵌合する貫通穴を有するバッキングプレートを備えているため、温度上昇とともにバッキングプレートによってスパッタリングターゲットに応力が生じ、反り、破損が発生するのを抑制できる。
加えて、本発明にかかるスパッタリングターゲット組立体は、前記バッキングプレートを、冷却板又は冷却シートに接触するように取り付ける押え部材を備えているため、バッキングプレートの温度上昇が抑制され、更にスパッタリングターゲットの温度上昇が抑制される。
特に、本発明にかかるスパッタリングターゲット組立体にあっては、ターゲットの下面が貫通穴の内部に移動した場合には、バッキングプレートの貫通穴が想定外の温度で熱膨張によって拡大したことを示しているため、スパッタリング動作中に所定の温度以上の温度上昇があったことを確認することができる。

ここで、前記スパッタリングターゲットの第１の面が、スパッタリングターゲットの露出面であるスパッタリング面であり、前記スパッタリングターゲットの第２の面が、冷却板又は冷却シートの上に載置される冷却面であることが望ましい。
このように、スパッタリングターゲットの第２の面が、冷却板又は冷却シートの上に載置されることにより、スパッタリングターゲットの温度上昇をより抑制することができる。

本発明によれば、スパッタリング動作中に、ターゲットとバッキングプレートとが剥離することのないスパッタリングターゲットを得ることができる。

図１は、本発明にかかるスパッタリングターゲット組立体の一実施形態の概略構成を示す平面図である。 図２は、図１のＩ−Ｉ断面図である。 図３は、本発明にかかるスパッタリングターゲット組立体の変形例の概略構成を示す平面図である。 図４は、従来のスパッタリングターゲットを示す斜視図である。

本発明にかかるスパッタリングターゲット組立体の一実施形態を図１及び図２に基づいて説明する。
図１、図２において、符号１はスパッタリングターゲット（以下、ターゲットという）であって、平面視上円形に形成されている。また、このターゲット１の上面（第１の面）１ａから下面（第２の面）１ｂに向けて徐々に半径が拡がるように、周側面が傾斜面１ｃとして形成されている。

前記ターゲット１の上面１ａは、スパッタリング装置に装着した際、スパッタリング装置内に臨み、ターゲットが露出したスパッタリング面となる。一方、前記ターゲットの下面（第２の面）１ｂは、冷却板４の上に載置される冷却面となる。尚、冷却板４は、冷却シートであっても良い。

また、図１、図２において、符号２は、前記ターゲット１が嵌合する貫通穴２ａを有するバッキングプレートである。このバッキングプレート２も、ターゲット１と同様に、平面視上円形に形成されている。また、このバッキングプレート２の上面２ｂから下面２ｃに向けて徐々に半径が拡がるように、内周側面が傾斜面に形成された貫通穴２ａが設けられている。
この貫通穴２ａは、前記ターゲット１が嵌合する寸法に形成される。即ち、ターゲット１をバッキングプレート２の貫通穴２ａに嵌合させることにより、バッキングプレート２がターゲット１の側面を保持、固定できる寸法に形成される。

また、図２に示すように、ターゲット１をバッキングプレート２の貫通穴２ａに嵌合し、バッキングプレート２によってターゲット１を保持する際、ターゲット１の下面１ｂが、バッキングプレート２の下面２ｃと同一面上に位置するようになされる。
このように、ターゲット１の下面１ｂが、バッキングプレート２の下面２ｃと同一面上に位置するように保持された場合には、バッキングプレート２の下面２ｃ及びターゲット１の下面１ｂを、冷却板４上に載置することができる。

具体的には、ターゲット１の下面１ｂとバッキングプレート２の下面２ｃが同一面上に位置するターゲット組立体を、冷却板４上に載置し、押え部材３によりバッキングプレート２を冷却板４に取り付ける。これにより、バッキングプレート２の下面２ｃ及びターゲット１の下面１ｂが、冷却板４上に接触した状態で取り付けられるため、より十分な冷却効果を得ることができる。
尚、バッキングプレート２は押え部材３により冷却板４に取り付けられるため、常に冷却板４に接触した状態になすことができる。

また、このターゲット１としては、通常用いられている、ＡｌまたはＡｌ合金、高融点金属及び合金（Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｎｂ等及びその合金）、高融点シリサイド（ＭｏＳｉX 、ＷＳｉx 等）、白金族等のいずれかの材質を選択することができる。
また、バッキングプレート１１としては、通常用いられている、ＯＦＣ（無酸素銅）、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ａｌ、Ａｌ合金、ＳＵＳ（ステンレス鋼）もしくはＴｉ乃至Ｔｉ合金等の金属及び合金のいずれかの材質を選択することができる。
尚、このターゲット１およびバッキングプレート１１に用いることができる材質は、上記材質に限定されるものではなく、他の材質であっても良いが、材質の選定に当たっては、以下に述べるように、両者の熱膨張係数を考慮する必要がある。

このターゲット１の材質及びバッキングプレート２の材質の選択に際しては、前記バッキングプレート２の熱膨張係数が、前記ターゲット１の熱膨張係数よりも大きいものを選択する必要がある。
前記バッキングプレート２が、前記ターゲット１よりも小さい熱膨張係数を有する場合には、温度上昇とともに、バッキングプレート２によってターゲット１に応力が生じ、反り、破損が発生するためである。
前記バッキングプレート２の熱膨張係数が、前記ターゲット１の熱膨張係数よりも大きいものとして、例えば、ターゲットがＩＴＯターゲットの場合には、熱膨張率がＩＴＯよりも大きい材料としてＴｉまたはＴｉ合金を選択することができる。

上記したように、ロウ材を用いることなく、ターゲット１をバッキングプレート２の貫通穴２ａに嵌合させることにより、ターゲット１をバッキングプレート２に保持、固定するため、スパッタリング動作中に、ターゲット１及びバッキングプレート２が温度上昇しても、ターゲットとバッキングプレートが剥離することはない。

また、スパッタリングターゲット組立体を、ターゲット１の上面１ａが下方に向くように、スパッタリング装置に装着し、更にターゲット１とバッキングプレート２の熱膨張率の差によって、ターゲット１の嵌合が緩やかな状態となった場合においても、バッキングプレート２の貫通穴２ａの内周側面が傾斜面に形成されているため、バッキングプレート２からターゲット１が脱落するのを防止することができる。
尚、前記バッキングプレート２の貫通穴２ａの内周側面の傾斜角度、及びターゲット１の周側面の傾斜角度は、ターゲット１とバッキングプレート２の熱膨張率の差などを考慮して定められる。

また、ターゲット１の下面１ｂが、バッキングプレート２の下面２ｃと同一面上に位置するように形成されたターゲット組立体にあっては、スパッタリング動作後、前記同一平面にあるか否かを確認することにより、スパッタリング動作中に所定の温度以上の温度上昇があったことを確認することができる。
即ち、前記同一平面が崩れていた場合（ターゲット１の下面１ｂが貫通穴２ａの内部に移動した場合）には、バッキングプレート２の貫通穴２ａが想定外の温度で熱膨張によって拡大したことを示しているため、スパッタリング動作中に所定の温度以上の温度上昇があったことを確認することができる。

このスパッタリングターゲット組立体を組み立てるには、ターゲット１及びバッキングプレート２を所定温度、例えばスパッタリング動作中の温度（最高温度）と同等の温度下で、ターゲット１の貫通穴２ａに嵌合させ、ターゲット１の下面１ｂが、バッキングプレート２の下面２ｃと同一面上に位置するようになすように組み立てる。

このような温度下で、ターゲット１の貫通穴２ａに嵌合させることにより、通常のスパッタリング動作では、ターゲット１の下面１ｂとバッキングプレート２の下面２ｃと同一面上に位置させることができる。
即ち、バッキングプレート２の下面２ｃ及びターゲット１の下面１ｂを、冷却板４に接触した状態を維持することができる。

尚、上記実施形態にあっては、ターゲット１、バッキングプレート２が、平面視上円形に形成されている場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、図３に示すように、平面視上、矩形に形成されているターゲット１、バッキングプレート２にも適用することができる。

１ ターゲット
１ａ 上面（第１の面）
１ｂ 下面（第２の面）
１ｃ 傾斜面
２ バッキングプレート
２ａ 貫通穴
２ｂ 上面
２ｃ 下面
３ 押え部材
４ 冷却板

Claims (2)

1. スパッタリングターゲットとバッキングプレートとを、ロウ材を用いることなく、一体化したスパッタリングターゲット組立体において、
   平面視上円形又は矩形に形成され、かつ、第１の面から第２の面に向けて拡がる傾斜面からなる側面を有するスパッタリングターゲットと、
   前記スパッタリングターゲットよりも大きい熱膨張係数を有すると共に、前記スパッタリングターゲットが嵌合する貫通穴を有するバッキングプレートと、
   前記バッキングプレートを、冷却板又は冷却シートに接触するように取り付ける押え部材と、
   を備え、
   前記スパッタリングターゲットをバッキングプレートの貫通穴に嵌合させることにより、前記バッキングプレートがスパッタリングターゲットの側面を保持すると共に、
   前記押え部材によって、前記バッキングプレートは冷却板又は冷却シートに接触するように取り付けられることを特徴とするスパッタリングターゲット組立体。
2. 前記スパッタリングターゲットの第１の面が、スパッタリングターゲットの露出面であるスパッタリング面であり、
   前記スパッタリングターゲットの第２の面が、冷却板又は冷却シートの上に載置される
   冷却面であることを特徴とする請求項１記載のスパッタリングターゲット組立体。

Images