JPH05263224A

JPH05263224A - スパッタ電極

Info

Publication number: JPH05263224A
Application number: JP9182192A
Authority: JP
Inventors: Akira Odagiri; 耀小田切; Kiyoshi Tokunaga; 清徳永; Masafumi Yamazaki; 雅史山崎; Takashi Ito; 孝伊東
Original assignee: Shincron Co Ltd
Current assignee: Shincron Co Ltd
Priority date: 1992-03-16
Filing date: 1992-03-16
Publication date: 1993-10-12

Abstract

(57)【要約】【構成】スパッタ電極１１の電極本体１３に、パッキ
ング１９および銅箔シート１７を介して分割したバッキ
ングプレート１５ａ，１５ｂ，１５ｃをネジ止め固定す
る。銅箔シート１７は、電極面全体を覆っている。分割
された３つのバッキングプレートには、それぞれ個別の
ターゲット３１が固定されている。【効果】分割したバッキングプレート間からスパッタ
電極の冷却水がリークしたり、銅箔シートの介在により
冷却水によるターゲットの冷却効果が損なわれることな
く、スパッタでき、ターゲットおよびバッキングプレー
トを分割して取り扱うことが可能となる。よって、ター
ゲットが大型化しても分割により取扱いが容易となり、
また、不均一エロージョンが発生した場合には、部分的
にターゲットの交換が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はスパッタ電極に関し、詳
しくはターゲットを部分的に交換可能としたスパッタ電
極に関する。

【０００２】

【従来の技術】スパッタリングは、スパッタ電極上のタ
ーゲットにイオンを叩き付けて、ターゲットをスパッタ
して薄膜を形成する方法であり、スパッタリングの継続
によりターゲットが厚さ方向に消耗していく。そこで、
適当な段階でターゲットを交換する必要がある。

【０００３】近年、スパッタ装置の大型化に伴ないスパ
ッタ電極が大きくなっており、長さ１．５ｍのターゲッ
トではバッキングプレートとターゲットの重量が合わせ
て３０Ｋｇ前後となり、ターゲットの取外し、取付け作
業に何人もの作業員で多くの時間を掛ける必要があっ
た。また、ターゲットの製造メーカーと使用者との間で
ターゲットを搬送するということが一般に行なわれてい
るので、ターゲット重量が大きくなると流通上の点から
も作業性が極めて低下する。さらに、ターゲットの重量
が大きくなると、ターゲットの装置までの運搬や取り付
けにクレーンの使用が不可避となり、装置を配置したク
リーンルームの清浄度が一時的にダウンしてしまい、防
塵対策上の問題も大きい。

【０００４】上記のような問題点は、大きなターゲット
を分割して取り扱えれば一挙に解決することができる。

【０００５】また、ターゲットは、その全面で厚さ方向
に均一に消耗していく訳ではなく、部分的に消耗（侵
食：エロージョン）の激しい部分があり、この部分の侵
食深さによってターゲットの交換時期が決定されてしま
う。ターゲットは一般に高価であり、一部の侵食のため
に全体を交換することは、本来非常に無駄なことであ
る。特に、マグネトロン放電を利用した高速マグネトロ
ンスパッタリングでは、局部的な侵食が激しく、不均一
エロージョン対策が種々検討されてきた。

【０００６】不均一エロージョン対策の１つの方法は、
ターゲットの裏面側で磁石を動かして磁界の位置を変化
させ、エロージョンを均一化する方法である。しかしこ
の方法も後述のように限界があり、どうしてもエロージ
ョン深さの大きい位置が局部的に発生してしまう。

【０００７】また、他のエロージョン対策として、予め
エロージョンの起こる部位のターゲットを厚くしておく
方法があるが、放電の安定性やターゲット製作上の困難
性などの問題があり、現実的ではない。

【０００８】さらに、ターゲットを分割してエロージョ
ンの生じた部位のみを単に取り扱えることも考えられ
る。しかしこの場合はターゲット製作上の問題もさるこ
とながら、ターゲットはスパッタ電極のバックプレート
上に単に載置せざるを得ない。そのため、ターゲットの
冷却が不十分となり、ターゲットの発熱、反りなどの問
題が生じ、極く小型の装置を除いては適用できない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、ターゲット
の冷却効果、製作等においては従来と同様に対応でき、
しかも、部分的にターゲットを分割して、取扱い・交換
が可能なスパッタ電極を提供するものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明のスパッタ電極
は、スパッタ電極面に、バッキングプレートまたは直接
ターゲットが固定され、バッキングプレートまたはター
ゲット下面に冷却水が供給されるスパッタ電極におい
て、スパッタ電極面に水密性熱伝導性フィルムを張設
し、該水密性熱伝導性フィルムを介して、複数に分割し
たバッキングプレートおよび／またはターゲットをスパ
ッタ電極に取り付けたことを特徴とする。

【００１１】

【実施例】図１は本発明のスパッタ電極の実施例を示す
分解斜視図、図２はスパッタ電極の短手方向の縦断面
図、図３は長手方向の縦断面図である。

【００１２】スパッタ電極１１では、電極本体１３の電
極面に、ターゲット３１（３１ａ＋３１ｂ＋３１ｃ）を
固定したバッキングプレート１５（１５ａ＋１５ｂ＋１
５ｃ）が、パッキング１９および銅箔シート１７（水密
性熱伝導性シート）を介して、ネジ（図示せず）により
気密的および水密的に締結、固定されている。１６，１
８はネジ止め用の透孔を、１４はネジ穴を示す。ここ
で、銅箔シート１７はパッキング１９上で電極本体１３
の電極面全体を覆っている。一方、バッキングプレート
１５は、第１分割バッキングプレート１５ａ、第２分割
バッキングプレート１５ｂ、第３分割バッキングプレー
ト１５ｃの３枚に分割され、それぞれにターゲット３１
ａ，３１ｂ，３１ｃが固定されている。

【００１３】水密性熱伝導性シートとしては、スパッタ
電極１１内の冷却水の外部リークを防止しうる水密性
と、冷却水によるターゲットの冷却を可能とする良好な
熱伝導性とを有する銅、アルミニウム等の金属箔、フィ
ルム、シートなどが用いられる。特に、銅のように水に
対して耐蝕性の優れた材料が好ましい。

【００１４】電極本体１３の内部の空洞部には、Ｎ極お
よびＳ極が離間して設けられた磁石アッセンブリー２１
が配設されており、磁石アッセンブリー２１は図２、図
３に矢印Ｔで示した方向（ターゲットの短手方向）に往
復運動する（駆動機構は図示を省略）。磁石アッセンブ
リー２１は、Ｓ極と、それを離間して囲包するＮ極と、
両極を結合するヨークとから構成されている。また、電
極本体１３の内部の空洞部には、冷却水２３が供給、循
環され、バッキングプレート１５を介して、ターゲット
３１が冷却される。

【００１５】スパッタリングに際しては、スパッタ電極
１１が配設されたスパッタ室が真空雰囲気とされ、水圧
を掛けてバッキングプレート１５の裏面に冷却水２３を
流しつつ、スパッタ電極１１に電圧を印加して放電を起
こさせる。電極面全体に張設された銅箔シート１７が、
第１〜３分割バッキングプレート１５ａ，１５ｂ，１５
ｃによりパッキング１９に対して押さ付けられてシール
構造を形成しており、電極本体１３内部の冷却水２３や
冷却水２３に溶け込んでいる空気が、スパッタ電極１１
の外部（スパッタ室）にリークすることがない。微視的
に見れば、各分割バッキングプレート１５ａ，１５ｂ，
１５ｃの間の部分では、それらのクリアランスの分だ
け、バッキングプレート１５ａ，１５ｂ，１５ｃで押え
付けられていない銅箔シート１７の部分が存在する。し
かしこのクリアランスは非常に狭いものであり、真空雰
囲気と冷却水２３の水圧との圧力差に耐えてシール構造
を十分に維持することができる。

【００１６】なお仮に、従来の一般的なスパッタ電極の
如く銅箔シート１７が存在しない状態でバッキングプレ
ート１５を分割すると、当然のことではあるが、分割部
から冷却水２３が洩出してしまう。

【００１７】また、銅箔シート１７は、薄いフィルム状
であるので、冷却水２３の水圧によりバッキングプレー
ト１５（１５ａ，１５ｂ，１５ｃ）の裏面に密着し、バ
ッキングプレート１５および銅箔シート１７を介して、
ターゲット３１は冷却水２３により十分に冷却される。

【００１８】図４に示すように、マグネトロンスパッタ
リングにおいては、ターゲット３１の裏面に設けられた
磁石アッセンブリー２１のＮ極から出た磁力線３３がタ
ーゲット３１面を通過したのち再びターゲット３１面を
経てＳ極に至る。このとき磁力線３３とターゲット３１
面とにより閉ループが形成され、この閉ループがリング
状に連なりトンネル状路が形成されて電子が閉じ込めら
れ、この電子がＡｒガス等の雰囲気ガスと衝突して電離
し、多くのイオンを生じる。さらに、このトンネル状路
の中でも磁界と電界との向きが直交する部分が集中的に
スパッタされて侵食され、不均一エロージョンを生じ
る。

【００１９】そこで、図２，３に示したように、磁石ア
ッセンブリー２１をＴ方向に動かし、図５（Ａ）の説明
平面図に示すようにエロージョン領域３５をターゲット
３１の短手方向に移動して（３５→３５’）、均一にス
パッタさせる試みがなされている。しかし図５（Ａ）か
らも明らかなように、確かに，エロージョン領域３５が
ターゲット３１の長手方向に延びるターゲット３１の中
央部では不均一エロージョンを解消しうるが、図中にＥ
で示したターゲットの長手方向端部では不均一エロージ
ョンが解消しない。矢印Ｅで示した部分では、磁石アッ
センブリー２１とエロージョン領域の延びる方向とが一
致するため、常にスパッタされるからである。よって、
スパッタリーグの継続につれて、Ｅ部のみが極端にエロ
ージョンされることになる。

【００２０】図１〜３に示した本発明のスパッタ電極に
よれば、Ｅ部のエロージョンが限界に達した時点で、ス
パッタリングを一時停止し、第１および第３ターゲット
３１ａ，３１ｃがそれぞれ固定された第１および第３バ
ッキングプレート１５ａ，１５ｃのみを電極本体１３か
ら取り外し、ここに新たなターゲット３１ａ，３１ｃを
固定した第１および第３バッキングプレート１５ａ，１
５ｃを取り付ければスパッタリングを再開でき、第２バ
ッキングプレート１５ｂ上のターゲット３１ｂを有効に
利用できる。

【００２１】また、図５（Ｂ）の説明平面図に示したよ
うに、磁石アッセンブリーを移動しない場合は、エロー
ジョン領域３５の曲り角部Ｆが選択的にスパッタされや
すいので、前記と同様にして、この部分のみバッキング
プレートを取り外してターゲットを交換する。

【００２２】この他にも、ターゲットを分割して取り扱
ったり、ターゲットの一部のみを交換したい場合に、図
１〜３に示した本発明のスパッタ電極構造は有用であ
る。特に有用なのが、装置の大型化によりターゲットが
大型化した場合である。例えば、図６の平面図に示すよ
うに、バッキングプレートト１５およびターゲット３１
を、ａ〜ｆの６つの分割ターゲットに分ければ、ターゲ
ットをボンディングした個々のバッキングプレートがそ
れだけ軽量化し、スパッタ電極への取付け・取外し、タ
ーゲットの製造メーカー・ユーザー間の輸送が容易とな
る。また、スパッタ電極への取付け、取り外し時にクレ
ーン等を必要としないので、スパッタ装置が配置された
クリーンルームの清浄度を乱すことがない。ターゲット
３１に不均一エロージョンが発生したときは、前述のよ
うにその一部、例えば３１ａ，３１ｆのみを早目に交換
することもできる。

【００２３】また、本発明のスパッタ電極構造では、冷
却水と直接に接触するのが水に対する耐蝕性が良好な銅
箔シート１７（銅箔）であるので、バッキングプレート
１５としてアルミニウム、アルミニウム合金のように耐
蝕性に劣る金属を使用しても何ら問題がない。アルミニ
ウム、アルミニウム合金は、バッキングプレート１５の
材料として従来から汎用されている銅に対して比重が著
しく小さいので、バッキングプレートの軽量化に、いっ
そう効果がある。

【００２４】さらに、アルミニウムターゲットのように
ターゲット材自体が良好な電導性と加工性（ネジ穴の穿
設等）を有している場合は、バッキングプレートを用い
ず、ターゲットを分割してそのまま、スパッタ電極の電
極面に銅箔シート１７を介して固定することもできる。
この場合、ターゲット自体が、バッキングプレートを兼
ねていると見ることもできる。

【００２５】実験例図１に示したスパッタ電極を用い、銅製のバックプレー
トを３つに分割して３分割したＩＴＯターゲット（全長
約１２５７ｍｍ×１２７ｍｍ）をボンディングした。銅
箔としては厚さ０．２ｍｍのものを用いた。

【００２６】ロータリーポンプとクライオポンプを組み
合わせた排気系で真空槽内を１×１０^-5Ｔｏｒｒまで排
気したのち、アルゴンガスを５×１０^-3Ｔｏｒｒまで導
入し、ついで、スパッタ電力３．７５ＫＷでスパッタ
し、基板上にＩＴＯ薄膜を形成し、付着速度および膜特
性を測定した。このとき、スパッタ２０分後のターゲッ
ト冷却水の入口温度および出口温度を測定した。

【００２７】また、ターゲットおよびバッキングプレー
トを分割せず、銅箔を用いない従来型のターゲットにつ
いて同様の実験を繰り返した。以上の結果を以下の表１
に示す。表１から、バッキングプレートの分割および銅
箔の介在によるリーク、冷却効果への影響は実質上な
く、同様のスパッタ膜を形成できることが判る。

【００２８】

【表１】本発明３分割型従来型（銅箔＝0.2mm厚）銅箔なし１×10^-5Torrまでの排気時間 22分40秒 22分35秒冷却水温度：入口 26℃ 29℃ 出口 29℃ 31℃ 放電状態(3.75KW) 安定安定付着速度 147.8A/min 148.9A/min ITO膜比抵抗 2.22×10^-4Ω・cm 2.23×10^-4Ω・cm 註Ａはオングストロームを示す。

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、スパッタ電極の電極面
に、銅箔シート等の水密性熱伝導性フィルムを介して、
バッキングプレートまたはターゲットを複数に分割して
取り付けることにより、スパッタ電極からの冷却水、空
気のリークを起こすことなく、しかもターゲットの冷却
効果を維持することができる。よって、バッキングプレ
ート、ターゲットを複数に分割することができ、大型タ
ーゲットの交換・取扱い・輸送が容易となり、また、ク
レーン等の大型機械を必要としないのでクリーンルーム
の清浄度を保つことができる。さらに、不均一エロージ
ョンなどにより部分的にターゲットを交換したい場合は
これを実現でき、高価なターゲット材の有効利用が可能
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のスパッタ電極の実施例を示す分解斜視
図である。

【図２】図１のスパッタ電極の短手方向の縦断面図であ
る。

【図３】図１のスパッタ電極の長手方向の縦断面図であ
る。

【図４】マグネトロンスパッタリングについて示す説明
図である。

【図５】（Ａ）および（Ｂ）は、ターゲット上のエロー
ジョン領域について示す説明図である。

【図６】ターゲットおよびバックプレートの分割の一例
を示す平面図である。

【符号の説明】

１１スパッタ電極１３電極本体１４ネジ穴１５バッキングプレート１５ａ第１分割バッキングプレート１５ｂ第２分割バッキングプレート１５ｃ第３分割バッキングプレート１６透孔１７銅箔シート１８透孔１９パッキング２１磁石アッセンブリー２３冷却水３１ターゲット３３磁力線３５エロージョン領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者伊東孝東京都品川区南大井３丁目２番６号株式会社シンクロン内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】スパッタ電極面に、バッキングプレート
または直接ターゲットが固定され、バッキングプレート
またはターゲット下面に冷却水が供給されるスパッタ電
極において、スパッタ電極面に水密性熱伝導性フィルムを張設し、該
水密性熱伝導性フィルムを介して、複数に分割したバッ
キングプレートおよび／またはターゲットをスパッタ電
極に取り付けたことを特徴とするスパッタ電極。