JPH04285159A - Sputtering device - Google Patents

Sputtering device

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Publication number
JPH04285159A
JPH04285159A JP4717891A JP4717891A JPH04285159A JP H04285159 A JPH04285159 A JP H04285159A JP 4717891 A JP4717891 A JP 4717891A JP 4717891 A JP4717891 A JP 4717891A JP H04285159 A JPH04285159 A JP H04285159A
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JP
Japan
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target
backing plate
sputtering
electrode
holding
Prior art date
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Pending
Application number
JP4717891A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Mitsuhiro Kamei
亀井 光浩
Hidetsugu Setoyama
英嗣 瀬戸山
Yasuo Taguchi
田口 康雄
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP4717891A priority Critical patent/JPH04285159A/en
Publication of JPH04285159A publication Critical patent/JPH04285159A/en
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Abstract

PURPOSE:To prevent a crack of a target during sputtering and to enhance the throughput of a sputtering device by expandably holding the target placed on a target electrode parallel to the sputtering face thereof. CONSTITUTION:A film having the target substance as the constitutional substance is formed on the surface of a base plate by sputtering a target 2 placed on a target electrode. In the target electrode of the sputtering device, the target 2 is fixed to a backing plate (unshown in figure) by the constitutional member 4a of a target pressing fitting. Moreover, the target 2 is held in a stopping state by interposing the gaps 70 with the metal 4a. Thereby the target 2 is made expandable in parallel for the sputtering face and a crack is not caused for temp. rise at a time of sputtering. Furthermore, temp. rise of the target 2 is preferably prevented by providing a sealing material between the backing plate and the target 2, and closely holding a thermal conductive medium such as liquid metal and gas or passing a cooling agent.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は、スパッタ装置に関し、
特に、厚い絶縁膜を形成するのに好適なスパッタ装置に
関する。
[Field of Industrial Application] The present invention relates to a sputtering apparatus,
In particular, the present invention relates to a sputtering apparatus suitable for forming a thick insulating film.

【0002】0002

【従来の技術】スパッタ装置は、種々の材料の成膜装置
として、各方面でニーズが高まっている。例えば、薄膜
磁気ヘッド等の保護膜としての絶縁膜を形成するときに
使用され、このときには、数十ミクロンと比較的厚い膜
をつける。このように厚い膜を形成するときは、成膜時
間が十数時間にも及ぶため、ウエハの単位時間当たりの
処理枚数を示すスループットの向上が強く望まれている
。スループットを向上するためには、成膜レートの増加
か、または、ターゲットサイズの大型化による基板処理
枚数の増加が必要となる。勿論、両者をともに増加すれ
ば、さらによい。
2. Description of the Related Art Sputtering equipment is in increasing demand in various fields as a film forming equipment for various materials. For example, it is used to form an insulating film as a protective film for thin-film magnetic heads, etc., and at this time, a relatively thick film of several tens of microns is applied. When forming such a thick film, the film forming time can be as long as ten or more hours, so there is a strong desire to improve throughput, which indicates the number of wafers processed per unit time. In order to improve throughput, it is necessary to increase the film formation rate or increase the number of substrates processed by increasing the target size. Of course, it would be even better if both were increased.

【0003】成膜レートは、ターゲットへの投入パワー
に比例するので、成膜レートの増加のためには、この投
入パワーを増やしている。また、基板処理枚数を増加す
るために、例えば、従来は、φ15”ターゲットサイズ
で、φ3”の基板8枚を同時に処理していたものに対し
て、ターゲットサイズをφ21”にして、基板の同時処
理枚数を8枚から16枚にする等の対策を講じている。
[0003] Since the film formation rate is proportional to the power input to the target, in order to increase the film formation rate, this input power is increased. In addition, in order to increase the number of substrates processed, for example, in the past, eight φ3" substrates were processed at the same time using a φ15" target size, but by changing the target size to φ21" and simultaneously processing eight φ3" substrates. We are taking measures such as increasing the number of sheets processed from 8 to 16.

【0004】ところで、一般に、保護膜として使用され
る絶縁膜は、Al2O3やSiO2等のように金属の酸
化物であることが多く、このため、ターゲットはこれら
の焼結体であることが多い。また、ターゲットは、スパ
ッタ中の温度上昇を防ぐために冷却されている。一方、
焼結体は比較的もろいために、焼結体をターゲットとす
る場合は、ターゲットをバッキングプレートと呼ばれる
金属板にメタルボンデイングで固定し、スパッタ中は、
このバッキングプレートを冷却することによって、間接
的に、ターゲットを冷却する。
[0004] Generally, the insulating film used as a protective film is often a metal oxide such as Al2O3 or SiO2, and therefore the target is often a sintered body of these. Additionally, the target is cooled to prevent temperature rise during sputtering. on the other hand,
Sintered bodies are relatively fragile, so when using a sintered body as a target, the target is fixed to a metal plate called a backing plate using metal bonding, and during sputtering,
Cooling the backing plate indirectly cools the target.

【0005】バッキングプレートにターゲットが固定さ
れた状態を図5に示す。図5は、バッキングプレートに
ターゲットが固定された状態を示す断面図である。同図
に示すように、ターゲット2はその周囲を放電防止リン
グ61で囲われ、メタル62を介して、バッキングプレ
ート3に固定されている。また、放電防止リング61は
、複数のボルト31によってバッキングプレート3に固
定されている。
FIG. 5 shows a state in which a target is fixed to a backing plate. FIG. 5 is a sectional view showing a state in which a target is fixed to a backing plate. As shown in the figure, the target 2 is surrounded by a discharge prevention ring 61 and fixed to the backing plate 3 via a metal 62. Further, the discharge prevention ring 61 is fixed to the backing plate 3 with a plurality of bolts 31.

【0006】放電防止リング61を設ける理由を説明す
る。ターゲット2は、例えば、In等のメタル62によ
って、バッキングプレート3に固定されている。メタル
62は常温で固体であり、はり合せる時には、バッキン
グプレート3及びターゲット2を加熱する。また、メタ
ル62の厚さは1/100mm程度である。はり合せ時
において、メタル62のターゲット周辺からのはみ出し
を完全になくすことはできない。このために、放電防止
リング61を使用し、メタル62のはみ出しをかくして
、スパッタ放電時の、メタル62部での異常放電を防止
するのである。
The reason for providing the discharge prevention ring 61 will be explained. The target 2 is fixed to the backing plate 3 with a metal 62 such as In. The metal 62 is solid at room temperature, and the backing plate 3 and target 2 are heated when they are bonded together. Further, the thickness of the metal 62 is approximately 1/100 mm. During bonding, it is impossible to completely eliminate the protrusion of the metal 62 from the periphery of the target. For this purpose, a discharge prevention ring 61 is used to prevent the metal 62 from protruding, thereby preventing abnormal discharge at the metal 62 portion during sputter discharge.

【0007】上記構造の場合においては、ターゲット2
は、メタル62を介して、バッキングプレート3に完全
に固定された状態である。スパッタ放電中は、ターゲッ
ト表面から数w/cm2程度の入熱がある。このため、
バッキングプレート3のメタル62と反対側の面を水冷
することによって、ターゲット2を冷却している。しか
し、ターゲット2とバッキングプレート3との熱伝導率
の差、および、それぞれの厚みのために、ターゲット2
の表面とバッキングプレート3との間には、かなりの温
度差を生じる。また、加熱されたターゲット2は加熱の
ため、膨張しようとする。しかし、図5に示す従来構造
では、ターゲット2は、メタル62を介して、バッキン
グプレート3に完全に固定されているため伸びることが
できず、熱応力が生じる。ターゲット2への入熱量が大
きくなると、熱応力も大きくなり、ターゲット2がこの
熱応力に耐えきれず、この結果、ターゲットに割れが生
じる。これは、特に、大型のターゲットになるほど顕著
になる。このように、同図に示す構成では、ボンディン
グ工程の途中や、スパッタ中の熱応力のために、ターゲ
ットが割れるという問題がある。
In the case of the above structure, target 2
is completely fixed to the backing plate 3 via the metal 62. During sputter discharge, there is a heat input of about several w/cm 2 from the target surface. For this reason,
The target 2 is cooled by water-cooling the surface of the backing plate 3 opposite to the metal 62. However, due to the difference in thermal conductivity between the target 2 and the backing plate 3 and their respective thicknesses, the target 2
A considerable temperature difference occurs between the surface of the backing plate 3 and the backing plate 3. Furthermore, the heated target 2 tends to expand due to heating. However, in the conventional structure shown in FIG. 5, the target 2 is completely fixed to the backing plate 3 via the metal 62, and therefore cannot be stretched, resulting in thermal stress. As the amount of heat input to the target 2 increases, the thermal stress also increases, the target 2 cannot withstand this thermal stress, and as a result, cracks occur in the target. This becomes especially noticeable as the target becomes larger. As described above, the configuration shown in the figure has a problem in that the target cracks due to thermal stress during the bonding process or during sputtering.

【0008】上記問題を解決するために、特開平1ー1
77368号公報、特開昭59ー170268号公報、
および特開昭61ー279672号公報に記載の技術が
ある。これらの技術は、ターゲットを、直接、冷却しよ
うとするものである。特開平1ー177368号公報に
は、スパッタ装置の陰極内に、静電チャック電極とこれ
に静電的にチャッキングしたターゲットとの間を冷却す
るガスを導入するガス導入孔を形成することにより、陰
極にターゲットを着脱自在に取り付け可能とする技術が
記載されている。また、特開昭59ー170268号公
報には、ターゲットとバッキングプレートとをねじ止め
し、その構成小間隙に減圧ガスを流して、ターゲットの
熱をガスを介してバッキングプレートの冷却水に吸収さ
せることによって、ターゲットの冷却と交換とを容易に
する技術が記載されている。また、特開昭61ー279
672号公報には、ターゲットのスパッタ面と反対側の
面に冷却流体を直接接触させて、ターゲットを冷却し、
高電圧の印加を可能としてスパッタの高速度化を図る技
術が記載されている。
[0008] In order to solve the above problem, Japanese Patent Laid-Open No. 1-1
Publication No. 77368, Japanese Unexamined Patent Publication No. 170268/1983,
There is also a technique described in Japanese Unexamined Patent Publication No. 61-279672. These techniques attempt to cool the target directly. Japanese Unexamined Patent Publication No. 1-177368 discloses that a gas introduction hole is formed in the cathode of a sputtering device to introduce a cooling gas between an electrostatic chuck electrode and a target electrostatically chucked thereto. , describes a technique that allows a target to be detachably attached to a cathode. Furthermore, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-170268, a target and a backing plate are screwed together, and a reduced pressure gas is flowed through a small gap in the structure, so that the heat of the target is absorbed through the gas into the cooling water of the backing plate. Techniques are described that facilitate target cooling and replacement. Also, JP-A-61-279
No. 672 discloses a technique in which a cooling fluid is brought into direct contact with the surface of the target opposite to the sputtering surface to cool the target.
A technique is described that enables the application of a high voltage to increase the speed of sputtering.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】上記の従来技術では、
スパッタ中においては、ターゲットを、直接、冷却して
いるが、ターゲットの昇温をゼロに抑えることはできな
い。一方、ねじ、ボンディング材あるいは静電力によっ
て、ターゲットは、完全にバッキングプレートに拘束さ
れている。従って、スループットをさらに向上するため
に、ターゲットへの単位面積当りのパワーを従来以上に
増加し、成膜レートをさらに増加させ、または、ターゲ
ットサイズの大型化によって基板処理枚数を従来以上に
増加させたい場合においては、ターゲットが今まで以上
に加熱され、膨張する。この場合に、上記従来技術では
、ターゲットの片面の全面、又は、片面の外周は、冷却
されほとんど膨張のないバッキングプレートに固定され
ているので、熱応力が生じ、この結果、ターゲットに割
れを生じる場合があるという問題がある。
[Problem to be solved by the invention] In the above conventional technology,
During sputtering, the target is directly cooled, but the temperature rise of the target cannot be suppressed to zero. On the other hand, the target is completely restrained to the backing plate by screws, bonding material, or electrostatic force. Therefore, in order to further improve throughput, it is necessary to increase the power per unit area to the target more than before, further increase the film formation rate, or increase the number of substrates processed than before by increasing the target size. In some cases, the target heats up even more and expands. In this case, in the above-mentioned conventional technology, the entire surface of one side of the target or the outer periphery of one side is fixed to a backing plate that is cooled and hardly expands, so thermal stress is generated, resulting in cracks in the target. The problem is that there are cases.

【0010】また、ボンディング材を用いて、ターゲッ
トとバッキングプレートとを接合する場合は、ターゲッ
トの大型化とともに、ボンディング材の厚さにバラツキ
が生じやすい。ボンディング材の厚さにバラツキが生じ
、部分的にボンディング材がついていない箇所があると
、その部分だけ冷却効率が悪くなるので、ターゲット内
部の温度分布は不均一となり、その結果、ターゲット内
部に熱応力が生じ、ターゲット割れが発生するという問
題がある。
Furthermore, when bonding the target and the backing plate using a bonding material, the target becomes larger and the thickness of the bonding material tends to vary. If there are variations in the thickness of the bonding material and there are parts where the bonding material is not attached, the cooling efficiency will be poor in those parts, resulting in uneven temperature distribution inside the target. There is a problem in that stress is generated and target cracking occurs.

【0011】本発明の目的は、スパッタ中のターゲット
割れを防止し、スループットを向上できるターゲット電
極を備えたスパッタ装置を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a sputtering apparatus equipped with a target electrode that can prevent target cracking during sputtering and improve throughput.

【0012】0012

【課題を解決するための手段】上記目的は、ターゲット
電極を備えたスパッタ装置において、上記ターゲット電
極は、ターゲットのスパッタ面に対し、ターゲットを平
行に膨張可能に保持できるスパッタ装置によって達成で
きる。また、バッキングプレートが、熱伝導媒体を密封
する空間を有するようにすればさらによい。この熱伝導
媒体としては、液体金属や気体等を用いることができる
[Means for Solving the Problems] The above object can be achieved by a sputtering apparatus equipped with a target electrode, in which the target electrode can hold the target so as to be expandable parallel to the sputtering surface of the target. Further, it is even better if the backing plate has a space that seals the heat transfer medium. Liquid metal, gas, or the like can be used as this heat conductive medium.

【0013】[0013]

【作用】スパッタ中は、イオン等の衝撃によって、ター
ゲットのスパッタ面の温度は上昇する。この温度上昇を
防止するために、ターゲットを、直接あるいは間接的に
冷却する。しかし、ターゲットへの投入パワーが増大し
、または、ターゲットが大型化すると、ターゲットの冷
却は充分に行えない。一方、ターゲットは、バッキング
ップレート等に固定されている。従って、ターゲットの
熱膨張のためにターゲットに熱応力が生じ、その結果、
ターゲットに割れが発生する場合がある。
[Operation] During sputtering, the temperature of the sputtering surface of the target increases due to the impact of ions and the like. In order to prevent this temperature increase, the target is cooled directly or indirectly. However, as the power input to the target increases or the target becomes larger, the target cannot be cooled sufficiently. On the other hand, the target is fixed to a backing plate or the like. Therefore, thermal stress occurs in the target due to thermal expansion of the target, resulting in
Cracks may occur on the target.

【0014】本発明に係るスパッタ装置においては、タ
ーゲットは、ターゲットのスパッタ面に対し、水平方向
に移動可能に保持されるので、ターゲットが加熱されて
も、なんら拘束されずに自由に膨張でき、熱応力が生じ
ることはない。この移動可能な量は、ターゲットの外周
とターゲット押え手段とのギャップ分、あるいは、ター
ゲット押え手段を固定しているボルトの遊び穴分である
。この移動可能な量は、ターゲットの熱膨張に対して、
充分な量を確保する。
In the sputtering apparatus according to the present invention, the target is held so as to be movable in the horizontal direction with respect to the sputtering surface of the target, so that even when the target is heated, it can expand freely without being restricted in any way. No thermal stress occurs. This movable amount is the gap between the outer periphery of the target and the target holding means, or the play hole of the bolt fixing the target holding means. This movable amount is proportional to the thermal expansion of the target.
Make sure you have enough.

【0015】また、本発明によれば、ターゲット電極は
、ターゲットとバッキングプレートとの間に、流動体か
らなる密閉された熱伝導媒体を介在させて、ターゲット
を保持できるので、メタルボンディング工程が不要であ
る。その結果、メタルボンディング工程でのターゲット
の昇温工程が省略できるので、従来、この工程で発生し
ていたターゲット割れをなくすことができる。
Further, according to the present invention, the target electrode can hold the target by interposing a sealed thermally conductive medium made of a fluid between the target and the backing plate, so a metal bonding process is not necessary. It is. As a result, the step of raising the temperature of the target in the metal bonding step can be omitted, thereby eliminating target cracking that conventionally occurred in this step.

【0016】さらに、バッキングプレートとターゲット
との間にはさみこむGa−In等の流動体からなる密閉
された熱伝導媒体は、常温で液体のために、従来のメタ
ルボンディングのように、部分的にかたよりが生じるこ
となく、ターゲットとバッキングプレートの間に、均一
にひろがる。このため、スパッタ中の熱負荷によって、
部分的にターゲットが加熱されるようなことがなく、ス
パッタ中の冷却効率の部分的なアンバランスが原因で生
じていたターゲット内部の不均一温度分布によるターゲ
ット割れを防止することができる。
Furthermore, the hermetically sealed heat transfer medium made of a fluid such as Ga-In that is sandwiched between the backing plate and the target is liquid at room temperature, so it cannot be partially heated as in conventional metal bonding. It spreads evenly between the target and the backing plate without any distortion. Therefore, due to the heat load during sputtering,
The target is not partially heated, and cracking of the target due to non-uniform temperature distribution inside the target, which is caused by a partial imbalance in cooling efficiency during sputtering, can be prevented.

【0017】以上のような効果は、液体金属を、ターゲ
ットとバッキングプレートとの間に介在させる熱伝導媒
体とする場合に限られるものではなく、熱伝導媒体とし
てはガスでもよい。
[0017] The above effects are not limited to the case where liquid metal is used as the heat conduction medium interposed between the target and the backing plate, and gas may be used as the heat conduction medium.

【0018】[0018]

【実施例】次に、本発明の実施例を図を用いて説明する
。図4は、本発明に係るスパッタ装置の概略構造を示す
断面図である。真空容器1内には、ターゲット2とバッ
キングプレート3等とを保持しスパッタ放電を行なう際
に陰極となるターゲット電極ホルダ5と、成膜される基
板9と基板ホルダ23とを保持しスパッタ放電を行なう
際に陽極となる基板電極8とが、それぞれ、絶縁物6ま
たは絶縁物11を介して設けられている。アースシール
ド7,10は、安定なスパッタ放電のために、それぞれ
、ターゲット電極ホルダホ5及び基板電極8の周囲に、
一定の間隔を保って、真空容器1に設けられている。
[Embodiment] Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 4 is a sectional view showing a schematic structure of a sputtering apparatus according to the present invention. Inside the vacuum chamber 1, a target electrode holder 5 which holds a target 2, a backing plate 3, etc. and serves as a cathode when performing sputter discharge, and a substrate 9 on which a film is to be formed and a substrate holder 23 are held and which performs sputter discharge. A substrate electrode 8, which will serve as an anode during the process, is provided via an insulator 6 or an insulator 11, respectively. Earth shields 7 and 10 are provided around the target electrode holder 5 and the substrate electrode 8, respectively, for stable sputter discharge.
They are provided in the vacuum container 1 at regular intervals.

【0019】ターゲット電極ホルダ5には、高周波整合
回路16を通して、高周波電源18から高周波が印加さ
れる。また、基板電極8にも、同様に、高周波整合回路
17を通して、高周波電源19から高周波が印加される
。ターゲット電極ホルダ5の冷却水入口12並びに冷却
水出口13、及び、基板電極8の冷却水入口14並びに
冷却水出口15は、それぞれ、図示していない冷却水供
給装置と接続されていて、それぞれ、ターゲット2及び
基板9を冷却するための冷却水が流れる。
A high frequency is applied to the target electrode holder 5 from a high frequency power source 18 through a high frequency matching circuit 16. Similarly, a high frequency is applied to the substrate electrode 8 from a high frequency power supply 19 through a high frequency matching circuit 17. The cooling water inlet 12 and cooling water outlet 13 of the target electrode holder 5, and the cooling water inlet 14 and cooling water outlet 15 of the substrate electrode 8 are each connected to a cooling water supply device (not shown), and each Cooling water flows to cool the target 2 and the substrate 9.

【0020】真空容器1は、ゲート弁20を介して、排
気装置21と接続されており、真空容器1内は、高真空
に保持可能である。また、ガス導入口24からは、Ar
等のスパッタガスを真空容器1内へ導入できる。
The vacuum container 1 is connected to an exhaust device 21 via a gate valve 20, and the inside of the vacuum container 1 can be maintained at a high vacuum. Further, from the gas inlet 24, Ar
A sputtering gas such as can be introduced into the vacuum container 1.

【0021】真空容器1内に設けられたシャッタ板22
は、図示していない駆動系によって水平方向に移動する
ことができる。プロセス条件によっては、シャッタ板2
2を移動することによって、基板ホルダ23またはター
ゲット2と、シャッタ板22との間で放電させることが
できる。ターゲット2は、ターゲット押え金具4等のタ
ーゲット押え手段とバッキングプレート3とによって保
持されており、このターゲット押え金具4とバッキング
プレート3とを、通常、ターゲット電極と呼ぶ。  次
に、図1を用いて、本発明に係るスパッタ装置のターゲ
ット電極の詳細構造の一例を示す。図1は、ターゲット
電極の断面図である。
[0021] A shutter plate 22 provided inside the vacuum container 1
can be moved horizontally by a drive system (not shown). Depending on the process conditions, the shutter plate 2
By moving the shutter plate 2, electric discharge can be caused between the substrate holder 23 or the target 2 and the shutter plate 22. The target 2 is held by target holding means such as a target holding fitting 4 and a backing plate 3, and the target holding fitting 4 and the backing plate 3 are usually called a target electrode. Next, an example of a detailed structure of a target electrode of a sputtering apparatus according to the present invention will be shown with reference to FIG. FIG. 1 is a cross-sectional view of the target electrode.

【0022】図1に示すように、バッキングプレート3
には、液体金属33などの熱伝導媒体を満たすための凹
部が設けられている。その凹部に、例えば、Ga−In
等の常温で液体の金属33をすきまなく満たした状態で
、ターゲット2とバッキングプレート3とは密着接続さ
れる。ターゲット押え金具4は、ボルト31によって周
方向に複数箇所で固定される。なお、液体金属33のも
れを防止するために、Oリング32でシールする構造に
なっている。また、スパッタ放電時のターゲット2表面
への入熱によってターゲット2が膨張しても、その膨張
がターゲット押え金具4によって拘束されるのを防止す
るために、ターゲット2の外周とターゲット押え金具4
の内面との間には、1〜2mm程度のギャップ70が設
けられている。
As shown in FIG. 1, the backing plate 3
is provided with a recess for filling with a thermally conductive medium such as liquid metal 33. In the recess, for example, Ga-In
The target 2 and the backing plate 3 are closely connected to each other in a state where the metal 33 which is liquid at room temperature is filled without any gaps. The target holding fitting 4 is fixed at a plurality of locations in the circumferential direction by bolts 31. In addition, in order to prevent the liquid metal 33 from leaking, the structure is sealed with an O-ring 32. In addition, even if the target 2 expands due to heat input to the surface of the target 2 during sputter discharge, in order to prevent the expansion from being restrained by the target holding fitting 4, the outer periphery of the target 2 and the target holding fitting 4 are provided.
A gap 70 of about 1 to 2 mm is provided between the inner surface and the inner surface.

【0023】次に、図6,図7を用いて、ターゲット押
え金具4の具体例を示す。図6は、ターゲット押え金具
4とターゲット2だけを示す断面図であり、図7は、そ
の平面図である。実際には、ターゲット押え金具4には
、ボルト孔が複数設けられているが、図6,7において
は、それらの孔は省略した。図6に示すように、ターゲ
ット押え金具4の断面は段部を有し、ターゲット2は、
その段部に支えられる形状である。このターゲット押え
金具4は一体に製作されているのではなく、図7に示す
ように、4つの構成部材4aからなる。このように4分
割した理由は、ターゲット押え金具4の熱膨張による、
ターゲットへの応力負荷と、一部だけを交換可能にする
ためである。なお、このターゲット押え金具4は、2分
割でもよく、また、それ以上に分割して製作もよい。
Next, a specific example of the target holding fitting 4 will be shown using FIGS. 6 and 7. FIG. 6 is a sectional view showing only the target holding fitting 4 and the target 2, and FIG. 7 is a plan view thereof. In reality, the target holding fixture 4 is provided with a plurality of bolt holes, but these holes are omitted in FIGS. 6 and 7. As shown in FIG. 6, the cross section of the target holding fitting 4 has a stepped portion, and the target 2
It has a shape that is supported by the stepped portion. This target holding fixture 4 is not manufactured in one piece, but consists of four structural members 4a, as shown in FIG. The reason why it is divided into four parts is due to the thermal expansion of the target holding fitting 4.
This is to apply stress to the target and to allow only a portion to be replaced. Note that this target holding metal fitting 4 may be divided into two parts, or may be manufactured by dividing it into more parts.

【0024】次に、上記のスパッタ装置が稼働する場合
を説明する。スパッタ中に、イオン等の衝撃により、タ
ーゲット2のスパッタ面の温度が上昇し、その熱のため
に、ターゲット2の一部または全体が加熱される。ター
ゲット2で生じた熱は、液体金属33等の熱伝導媒体に
よって、バッキングプレート3に伝導される。このバッ
キングプレート3は冷却されているので、ターゲット2
は、冷却されることになる。しかし、ターゲット2への
投入パワーが増大し、または、ターゲット2が大型化す
ると、ターゲットで発生する熱量が増大し、ターゲット
2の冷却は充分に行えない。その結果、ターゲット2に
は熱が蓄積され、ターゲット2は膨張する。上記構成で
は、ターゲット2に熱膨張が生じても、ギャップ70が
設けられておりターゲット2は拘束されることはないの
で、ターゲット2に熱応力が生じることはなく、その結
果、ターゲットに割れが発生することもない。
Next, a case in which the above sputtering apparatus operates will be explained. During sputtering, the temperature of the sputtering surface of the target 2 increases due to the impact of ions, etc., and the target 2 is partially or entirely heated due to the heat. Heat generated in the target 2 is conducted to the backing plate 3 by a heat transfer medium such as liquid metal 33. Since this backing plate 3 is cooled, the target 2
will be cooled. However, if the power input to the target 2 increases or if the target 2 becomes larger, the amount of heat generated in the target increases, and the target 2 cannot be cooled sufficiently. As a result, heat is accumulated in the target 2 and the target 2 expands. In the above configuration, even if thermal expansion occurs in the target 2, the gap 70 is provided and the target 2 will not be restrained, so no thermal stress will be generated in the target 2, and as a result, cracks will occur in the target. It never occurs.

【0025】また、上記のように、ターゲット2をター
ゲット押え金具4に保持すれば、従来のようなメタルボ
ンディングの工程が不要となるので、この工程における
加熱の際に生じていたターゲット割れも防止することが
できる。
Furthermore, as described above, if the target 2 is held in the target holding fixture 4, the conventional metal bonding process is not necessary, so cracking of the target that occurs during heating in this process is also prevented. can do.

【0026】次に、図2を用いて、ターゲット電極の詳
細構造の他の例を示す。図2は、図1の液体の金属33
のかわりに、例えば、He等のガス41を封じこめたタ
ーゲット電極の構造を示す断面図である。
Next, another example of the detailed structure of the target electrode will be shown using FIG. FIG. 2 shows the liquid metal 33 of FIG.
Instead, it is a cross-sectional view showing the structure of a target electrode in which a gas 41 such as He is confined.

【0027】ガス導入口42からガス41を入れて、閉
止フランジ43によってガス41を封じ込める。図2に
示す例においては、ガス41を熱伝導媒体としてターゲ
ットを冷却することができる。
Gas 41 is introduced through the gas inlet 42 and sealed by the closing flange 43. In the example shown in FIG. 2, the target can be cooled using gas 41 as a heat transfer medium.

【0028】次に、図3を用いて、ターゲット電極の詳
細構造の他の例を示す。図3は、ターゲット電極とター
ゲット電極ホルダ5とを組合せた状態を示す断面図であ
る。ガスを利用する場合は、上記の液体金属の場合と同
様に、ターゲット2とバッキングプレート3との間に封
じこめて、ターゲット2表面からの熱をガスに伝えて、
バッキングプレート3の裏面を水冷することによってタ
ーゲット2を冷却する方法の他に、直接ガスによる冷却
方法も可能である。この方法は、バッキングプレート3
にガス配管を設けて、ガス圧を約10Torr程度に保
ちながらガスを流し、このガスによって、直接、ターゲ
ット2を冷却するものである。
Next, another example of the detailed structure of the target electrode will be shown using FIG. FIG. 3 is a sectional view showing a state in which the target electrode and the target electrode holder 5 are combined. When using a gas, as in the case of the liquid metal described above, it is confined between the target 2 and the backing plate 3, and the heat from the surface of the target 2 is transferred to the gas.
In addition to the method of cooling the target 2 by water-cooling the back surface of the backing plate 3, a direct cooling method using gas is also possible. This method uses the backing plate 3
A gas pipe is provided in the target 2, and gas is flowed while maintaining the gas pressure at about 10 Torr, and the target 2 is directly cooled by this gas.

【0029】図3に示すように、バッキングプレート3
は、ボルト55によって、ターゲット電極ホルダ5に固
定される。スパッタ放電中は、ガス導入口51及びガス
出口52と、図示していないガス供給装置とをつないで
、常に、内部の圧力を10Torr程度に保ちながら、
ターゲット2を冷却する。ガスは、Oリング53及び5
4により他にもれない構造になっている。本例によれば
、他の実施例のように、液体金属をはさみこむ工程が省
略できるので、さらに組立が容易になる。
As shown in FIG. 3, the backing plate 3
is fixed to the target electrode holder 5 by bolts 55. During sputter discharge, the gas inlet 51 and gas outlet 52 are connected to a gas supply device (not shown), and the internal pressure is always maintained at about 10 Torr.
Cool target 2. The gas flows through the O-rings 53 and 5.
4, it has a unique structure. According to this example, unlike the other examples, the step of sandwiching the liquid metal can be omitted, making assembly even easier.

【0030】また、ガス冷却においては、通常0.1w
/cm2・℃程度の冷却効果があり、スパッタ時のター
ゲットへの入熱量数w/cm2に対して、ターゲットの
温度上昇を数10度程度におさえることができる。水冷
方式の場合には、さらに大きな冷却効率が期待できる。 当然、ガス冷却構造の場合でも、上記の液体金属の場合
と同様に、ターゲットはバッキングプレートに拘束され
ることなく、スパッタ中の熱負荷によるターゲット割れ
を防止できる。
[0030] Also, in gas cooling, normally 0.1w
It has a cooling effect of about /cm2·°C, and the temperature rise of the target can be suppressed to about several tens of degrees with respect to the amount of heat input to the target w/cm2 during sputtering. In the case of water cooling, even greater cooling efficiency can be expected. Naturally, even in the case of the gas cooling structure, as in the case of the liquid metal described above, the target is not restrained by the backing plate, and cracking of the target due to thermal load during sputtering can be prevented.

【0031】[0031]

【発明の効果】本発明によれば、ターゲットを完全に固
定することなく保持でき、ターゲットを効率良く冷却す
ることができるので、スパッタ放電中のターゲットの膨
張によって発生する熱応力をなくすことができ、スパッ
タ放電中のターゲット割れを防止できる。従って、ター
ゲットが大型化してもターゲット割れを防止することが
できるので、生産性の安定に寄与することができる。ま
た、従来のターゲットへの投入パワー密度に対して、数
倍のパワーを印加しても、ターゲットに熱応力は生じな
いので、成膜レートを上げて、生産性の向上が可能とな
る。さらに、従来のようなメタルボンディングの工程を
省略することができるので、メタルボンディング時の昇
温工程でのターゲット割れを防止できる。
[Effects of the Invention] According to the present invention, the target can be held without being completely fixed and the target can be efficiently cooled, thereby eliminating thermal stress caused by expansion of the target during sputter discharge. , target cracking during sputter discharge can be prevented. Therefore, even if the target becomes larger, cracking of the target can be prevented, which contributes to stabilizing productivity. Further, even if a power several times higher than the conventional power density is applied to the target, thermal stress is not generated in the target, so it is possible to increase the film formation rate and improve productivity. Furthermore, since the conventional metal bonding process can be omitted, cracking of the target during the temperature raising process during metal bonding can be prevented.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

【図1】本発明に係るスパッタ装置のターゲット電極の
断面図
[FIG. 1] A cross-sectional view of a target electrode of a sputtering apparatus according to the present invention.

【図2】He等のガスを封じこめたターゲット電極を示
す断面図
[Figure 2] Cross-sectional view showing a target electrode containing a gas such as He

【図3】ターゲット電極とターゲット電極ホルダとを組
合せた状態を示す断面図
[Fig. 3] Cross-sectional view showing a combined state of a target electrode and a target electrode holder

【図4】本発明に係るスパッタ装置の断面図FIG. 4 is a sectional view of a sputtering apparatus according to the present invention.

【図5】バ
ッキングプレートにターゲットが固定された状態を示す
断面図
[Figure 5] Cross-sectional view showing the target fixed to the backing plate

【図6】ターゲット押え金具とターゲットだけを示す断
面図
[Figure 6] Cross-sectional view showing only the target holding bracket and target

【図7】図6に示すターゲット押え金具とターゲットの
平面図
[Fig. 7] A plan view of the target presser and target shown in Fig. 6.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2…ターゲット、3…バッキングプレート、4…ターゲ
ット押え金具、4a…ターゲット押え金具の構成部材、
32…Oリング、33…液体金属、41…ガス、70…
ギャップ
2...Target, 3...Backing plate, 4...Target holding fitting, 4a... Constituent members of target holding fitting,
32...O ring, 33...liquid metal, 41...gas, 70...
gap

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ターゲット電極を備えたスパッタ装置にお
いて、上記ターゲット電極は、ターゲットのスパッタ面
に対し、ターゲットを平行に膨張可能に保持できること
を特徴とするスパッタ装置。
1. A sputtering apparatus equipped with a target electrode, wherein the target electrode is capable of holding the target so as to be expandable parallel to the sputtering surface of the target.
【請求項2】上記ターゲット電極は、ターゲットを保持
するバッキングプレートと、ターゲットを押えるターゲ
ット押え手段とからなり、このターゲット押え手段は、
ターゲットを保持する係止状体であることを特徴とする
請求項1記載のスパッタ装置。
2. The target electrode includes a backing plate that holds the target, and target holding means that presses the target, and the target holding means includes:
2. The sputtering apparatus according to claim 1, wherein the sputtering apparatus is a locking member that holds the target.
【請求項3】上記ターゲット電極は、シール材を介して
、バッキングプレートとターゲットとを固定し、このバ
ッキングプレートとターゲットとの間に、流動体からな
る熱伝導媒体を密閉保持することを特徴とする請求項2
記載のスパッタ装置。
3. The target electrode is characterized in that a backing plate and a target are fixed via a sealing material, and a heat conductive medium made of a fluid is hermetically held between the backing plate and the target. Claim 2
The sputtering apparatus described.
【請求項4】上記熱伝導媒体は、液体金属であることを
特徴とする請求項3記載のスパッタ装置。
4. The sputtering apparatus according to claim 3, wherein the heat conductive medium is a liquid metal.
【請求項5】上記熱伝導媒体は、気体であることを特徴
とする請求項3記載のスパッタ装置。
5. The sputtering apparatus according to claim 3, wherein the heat conductive medium is a gas.
【請求項6】上記バッキングプレートは、ターゲットに
、直接接触する冷却剤を流す凹部を備えていることを特
徴とする請求項1または2記載のスパッタ装置。
6. The sputtering apparatus according to claim 1, wherein the backing plate is provided with a recessed portion through which a coolant directly contacts the target.
【請求項7】ターゲットを保持するための、バッキング
プレートとターゲット押え手段とからなるスパッタ装置
のターゲット電極において、上記バッキングプレートは
、このバッキングプレートとターゲットとの間に流動体
からなる熱伝導媒体を密閉保持する凹部を備え、シール
材を介して、バッキングプレートにターゲットを固定す
ることを特徴とするターゲット電極。
7. A target electrode for a sputtering apparatus comprising a backing plate and target holding means for holding a target, wherein the backing plate has a heat conductive medium made of a fluid between the backing plate and the target. A target electrode characterized in that it has a recessed part for airtight holding and fixes a target to a backing plate via a sealing material.
【請求項8】上記ターゲット押え手段は、ターゲットを
保持できる係止状体であるとともに、ターゲットのスパ
ッタ面に対し、ターゲットを平行に膨張可能に保持でき
ることを特徴とする請求項7記載のターゲット電極。
8. The target electrode according to claim 7, wherein the target holding means is a locking member capable of holding the target, and is also capable of holding the target so as to be expandable parallel to the sputtering surface of the target. .
【請求項9】上記ターゲット押え手段は、ターゲットの
外周に沿って、複数箇所に、このターゲット押え手段を
構成する構成部材を配置して構成されていることを特徴
とする請求項7または8記載のターゲット電極。
9. The target holding means according to claim 7 or 8, wherein the target holding means is constructed by arranging constituent members constituting the target holding means at a plurality of locations along the outer periphery of the target. target electrode.
【請求項10】上記ターゲット押え手段は、隣接する構
成部材の対向部が、互いに噛み合う歯部を有して構成さ
れることを特徴とする請求項8または9記載のターゲッ
ト電極。
10. The target electrode according to claim 8, wherein said target holding means is constructed such that opposing portions of adjacent structural members have tooth portions that engage with each other.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009052094A (en) * 2007-08-28 2009-03-12 Sumitomo Metal Mining Co Ltd Sputtering cathode and film deposition method
JP2017002355A (en) * 2015-06-09 2017-01-05 株式会社高純度化学研究所 Sputtering target assembly

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