JPH07278807A

JPH07278807A - スパッタリングターゲット組立体

Info

Publication number: JPH07278807A
Application number: JP8909694A
Authority: JP
Inventors: Junichi Anami; 純一阿南; Osamu Kanano; 治叶野; Masashi Yamamoto; 正志山本; Shinji Nishihara; 晋治西原; Toshihiko Abe; 壽彦阿部; Aimei Yoshiura; 愛明吉浦
Original assignee: Japan Energy Corp; Hitachi Ltd; Hitachi Microcomputer Engineering Ltd
Current assignee: Hitachi Microcomputer System Ltd; Hitachi Ltd; Eneos Corp
Priority date: 1994-04-04
Filing date: 1994-04-04
Publication date: 1995-10-24

Abstract

(57)【要約】【目的】冷却効果のばらつきが小さくなり、ひいてはタ
ーゲット材の消耗（エロージョン）が均一となって消耗
特性に優れ、膜質も均一となるターゲット組立体を提供
すること。【構成】ターゲットとバッキングプレートを接合したス
パッタリングターゲット組立体であって、バッキングプ
レートの少なくとも表面部分の材質が引張強さ３２Kgｆ
／mm²以下の軟銅材からなることを特徴とし、またター
ゲットが側壁のある環状ターゲットを含むスパッタリン
グターゲット組立体である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、高速スパッタにも対
応しうる冷却効果に優れたスパッタリングターゲット組
立体に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】グロー放電によって誘導される陰極スパ
ッタリングを使用するコーデイング真空付着は、今日広
く使用されている。スパッタコーティング源は陰極及び
陽極構造物からなり、真空度が１０のマイナス５乗のチ
エンバ内にアルゴンガスなどからなるスパッタガスで満
たされて動作される。このチエンバ内の陽極と陰極との
間の空間で形成された正イオンが、陰極表面上に配置さ
れターゲットに衝突し、ターゲットの表面及び表面下の
原子層からスパッタリングによってターゲット原子を放
出される。これらスパッタされた原子は、ターゲットの
製品または基板上に付着する。

【０００３】また、マグネトロンスパッタコーテイング
源には、ターゲットに近接した所で電場と交差する磁場
が使用されている。このような磁場を使用すると、グロ
ー放電の強度及びそれに伴うスパッタリング速度を強
め、動作範囲をより低いスパッタガス圧まで延長し、グ
ロー放電を電極の近接に制限し、基板への電子衝突を減
少することができる。このマグネトロンスパッタコーテ
ィングは、ＵＬＳＩを代表とする半導体素子の製造など
に欠くことのできない重要技術となっており、今後集積
度が益々向上するにつれ、ターゲット材に関しては高純
度、高密度、均一性に優れる等の従来要求されてきた品
質はもとより、高速スパッタへの対応という新たな要求
が生じてきている。

【０００４】すなわち、スパッタ中にターゲットに投入
されるエネルギーの多くはターゲット表面近くで熱に変
換されるので、ターゲットが接合されているバッキング
プレート部分を冷却水によって冷却しながらスパッタ操
作を行なうのが通常である。この冷却が不十分であると
ターゲット組織が変質し所望の膜質が得られなかった
り、ロウ材の軟化に伴うバッキングプレートからの脱落
あるいはターゲットの割れといった事故の原因となった
りする。よってバッキングプレートの材質としては熱伝
導性に優れる硬銅材が用いられるのが通例である。

【０００５】ターゲット組立体としては、スパッタリン
グ装置のタイプによって大きく２つに分けられる。第１
のタイプは、平板状のターゲットをバッキングプレート
に接合した組立体で、この場合は組立体が冷却機構を備
えた装置本体にボルト締め等の方法で固定され、バッキ
ングプレートが冷却水と直接接触して（直接冷却式）冷
却されるのが通例である。この第１のタイプの組立体に
対しては、高温での接合強度を向上させるため、ターゲ
ットとバッキングプレートの接合方法を工夫する提案も
幾つかなされている。また、第２のタイプは、側壁を有
する環状のターゲットを中央に環状の孔を設けたバッキ
ングプレートに接合した組立体で、この場合は組立体は
冷却機構を備えた装置本体に収納され、バッキングプレ
ートは装置本体の水冷冷却壁と接触して（間接冷却式）
冷却されるのが特徴である。

【０００６】ところで、上述のようなターゲット組立体
は、次のような工程にしたがって製造されている。ま
ず、粉末冶金法或いは鋳造−塑性加工法により準備され
たターゲットに機械加工を加え最終形状に仕上げる。次
に、やはり所定形状に仕上げたバッキングプレートにタ
ーゲットを接合する。通常、この接合は低融点金属或い
は合金製のロウ材によって接合するが、第２のタイプの
組立体の場合は、バッキングプレートを加熱して熱膨張
させた状態でターゲットを嵌め込む方法、すなわち焼き
嵌め法が採用或いは併用されることがある。なお接合に
先立って、ターゲット及びバッキングプレートの両者の
接合面をクリーニング、或いは最適な表面処理を行って
おくことは言うまでもない。そして、このように製造さ
れたターゲット組立体はスパッタリング装置にセットさ
れ、シリコンウェハー等の基板上に薄膜形成される。

【０００７】前記第２のタイプの焼き嵌め法による組立
体は、特公平２−５１９８１号公報に開示されているよ
うに脆弱な材料、例えばＴａＳｉ、ＷＳｉ、ＭｏＳｉな
どからなる高さのある側壁を有する環状スパッタターゲ
ットをバッキングプレートである保持カップに焼き嵌め
した組立体が公知であり、これは図４に示すように銅製
の保持カップ２内にに熱膨張させた状態でターゲット３
を銀エポキシ樹脂などの接合手段によって接合された状
態に形成されている。上記バッキングプレートである保
持カップ２は、外側リング部分４及び底プレート部分５
からなり、そのリング部分４及び底プレート部分５は一
体的に作られてもよく、またそれらを別々に作られても
よい。上記リング部分４と底プレート部分５はスパッタ
リング装置の冷却壁７と接する外側壁６，６ａを有す
る。

【０００８】ウオータジャケット８に対して保持カップ
２の側壁６と冷却壁７との間が室温でターゲット組立体
１から容易に着脱を可能な程度とし、またターゲット組
立体１が通常の動作中に加熱によって膨張したときにタ
ーゲット部分３を冷却するために側壁６と冷却壁７との
間の十分な熱接触伝導をおこなわせる程度にする。すな
わち、保持カップ２は、ターゲット組立体１が通常の動
作中に加熱されたときに、側壁６と冷却壁７との間が密
接な熱接触となり良好な熱伝導性と非常に高い熱膨張係
数の両方を有する丈夫な材料で作られる必要がある。し
かも前記保持カップ４の側壁部分６は、冷却効果を高め
る以外にひび割れ防止という機能も兼ねそなえている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記タ
ーゲット組立体には次のような問題が指摘されている。ターゲット材の消耗（エロージョン）の程度、あるい
は速度が必ずしも一様でなく、これはターゲット組成、
密度等の材質のばらつき、及びスパッタパワー投入のさ
れ方等のばらつきも寄与していることが考えられるが、
それ以上に冷却条件が及ぼす影響が少なくないと考えら
れる。したがって、この冷却条件のばらつきが高速スパ
ッタを達成する上での障害の一つとなっている。スパッタ装置本体がターゲット組立体のバッキングプ
レートと接触する面の表面状態は、組立体を脱着するた
びに変化すると考えられ、状態を常に一定に保とうとす
ることはかなりの困難性を伴う上、その作業自体も必ず
しも容易とは言えない。

【００１０】そこで、以上の問題点について本発明者ら
が種々検討の結果、高速のスパッタ操作する際に安定し
て均一な膜質が得られターゲット材の消耗（エロージョ
ン）の程度、あるいは速度が一様となり、かつスパッタ
装置本体へのターゲット組立体の取付表面への影響をな
くすためにはバッキングプレートの一様な、かつ迅速な
冷却が重要であることが判った。さらに、ターゲットは
密度比で９５％以上で、密度ムラも問題ない場合には、
冷却効果さえ維持されれば側壁部分のバッキングプレー
トは必要ないことが判った。

【００１１】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
のであり、上記諸問題を解消し、冷却効果のばらつきが
小さくなり、ひいてはターゲット材の消耗（エロージョ
ン）が均一となって消耗特性に優れ、膜質も均一となる
ターゲット組立体を提供することを目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者等は上記目的を
達成すべく様々な観点から研究を行ったところ、スパッ
タリングターゲット組立体を製造するに際して、バッキ
ングプレートの材質を従来のごとき硬銅材ではなくて軟
銅材とすることによって、スパッタ装置本体の水冷部と
の密着性が向上し冷却効果が顕著に改善される上に、組
立体の脱着を繰り返しても接触面の表面状態に左右され
ることなく初期の冷却効果が継続されることが判明した
のである。

【００１３】また、軟銅材製バッキングプレートは、前
記第１のタイプ、第２のタイプの組立体のいずれについ
ても適用できるが、軟銅材は硬銅材に比べて強度が小さ
いので、バッキングプレート全体を軟銅材とすると、第
１のタイプの組立体の中で特に強度を必要とするものに
ついては不適当な場合もあるが、この様な場合にはバッ
キングプレート表面部分のみを軟銅材とし芯部を硬銅材
とすることによって強度を維持したまま密着性、冷却効
果の向上を達成することが判った。

【００１４】本発明は、上記知見事項等に基づいてなさ
れたものであり、ターゲットとバッキングプレートを接
合したスパッタリングターゲット組立体であって、バッ
キングプレートの少なくとも表面部分の材質が引張強さ
３２Kgｆ／mm²以下の軟銅材からなることを特徴とし、
またターゲットが側壁のある環状ターゲットであること
を特徴とするスパッタリングターゲット組立体である。

【００１５】ここで、本発明に係る軟銅材製バッキング
プレートを接合した組立体においては、少なくともバッ
キングプレート表面部分の材質が好ましくは引っ張強さ
３２Kgｆ／mm²以下とした理由は、引っ張強さ３２Kgｆ
／mm²を上回る銅材を使用すると、冷却効率が低下しタ
ーゲット材が過熱により通常の温度範囲を超える懸念が
あるからであり、しかも、より好ましくは引っ張強さ２
５Kgｆ／mm²以下の軟銅材を使用するとより安定した冷
却効率が得られる。さらに、引っ張強さ３２Kgｆ／mm²
を上回る銅材を使用すると、一層冷却効率が低下して、
ターゲット材の組織が破壊されたり膜質の異常が生じる
危険度が急激に増大するからである。

【００１６】

【作用】次に、本発明の作用について説明すると、電磁
石の磁束密度が所定値以上であるマグネトロンスパッタ
装置のチエンバ内を真空度が１０のマイナス５乗のアル
ゴンガスで満たし、このチエンバ内の陽極にＳｉを用
い、陰極に本発明に係るスパッタリングターゲット組立
体をセットして、その間に電圧をかけグロー放電を起さ
せると、スパッタ中にターゲットに投入される電気エネ
ルギーの多くはターゲット表面近くで熱に変換されるの
で、ターゲットが高温となる。そのためターゲットに接
合されているバッキングプレート部分を冷却水によって
冷却する必要があるが、本発明に係るスパッタリングタ
ーゲット組立体のバッキングプレートの少なくとも表面
部分の材質が引張強さ３２Kgｆ／mm²以下の軟銅材から
なっているから、スパッタ操作中、スパッタ装置本体の
水冷部との密着性が良好となり、かつ熱伝導性に優れて
いるから冷却効果が顕著に改善されるため、膜質の異常
が発生することがなく、ターゲット材の消耗（エロージ
ョン）が均一となり、膜質も均一となる。

【００１７】

【実施例】本発明に係るスパッタリングターゲット組立
体の実施例について図面を参照して説明する。図１は本
発明のスパッタリングターゲット組立体の第１の実施
例、図２は本発明のスパッタリングターゲット組立体の
第２の実施例、図３は本発明のスパッタリングターゲッ
ト組立体の第３の実施例をそれぞれ示している。図１に
示したスパッタリングターゲット組立体１３は、ＷＳ
ｉ，ＭｏＳｉなどからなる平板状ターゲット９にバッキ
ングプレートとなる軟銅材１０を接合したものであり、
図１はこれをスパッタリング装置の水冷部７にセットし
た状態を示し、図２に示したスパッタリングターゲット
組立体１４は、平板状ターゲット９にバッキングプレー
トとなる軟銅材１０と硬銅材１１を貼り合わせたものを
接合したものであり、図２はこれをスパッタリング装置
の水冷部７にセットした状態を示し、さらに図３に示し
たスパッタリングターゲット組立体１５は、環状ターゲ
ット１２の底部ににバッキングプレートとなる環状の軟
銅材１０を接合したものであり、図３はこれをスパッタ
リング装置の環状の水冷部７にセットした状態を示して
いる。

【００１８】本実施例のスパッタリングターゲット組立
体を用いて高速のスパッタ操作する場合には、ターゲッ
トの密度比が９５％以上の市販のターゲットを使用し、
バッキングプレートの材質を従来のごとき硬銅材ではな
くて軟銅材とすることによって、スパッタ装置本体の水
冷部との密着性が格段に向上し冷却効果が顕著に改善さ
れるため安定して均一な膜質が得られ、ターゲット材の
消耗（エロージョン）の程度、あるいは速度が一様とな
り、かつスパッタ装置本体へのターゲット組立体の取付
表面への影響をなくすことができる。

【００１９】さらに、本実施例の「軟銅材製バッキング
プレートを接合した組立体」を採用することにより、以
下に示すような機械加工コストの低減という付随的効果
を得ることができる。すなわち、前記第２のタイプの組
立体を例にとれば、従来は環状ターゲット組立体の底部
のみならず側壁部分にもバッキングプレートが必要であ
ったため、ターゲット、バッキングプレートともに複雑
形状となっていた。よって、ターゲット材質が高融点金
属、その合金或いはシリサイド等の難加工性の場合に機
械加工コストが無視し得えないものであった。ところ
が、本発明に係るスパッタリングターゲット組立体を採
用することにより、組立体底部の密着性、冷却効果が向
上するため側壁部分のバッキングプレートが不要とな
り、ターゲット、バッキングプレートともに形状が単純
化され、機械加工コストが低減されると共に機械加工時
の割れ、欠けの恐れがなくなるという工業的に優れた効
果が達成された。また、側壁部分をもつバッキングプレ
ートに本発明のバッキングプレートを使用することを何
ら妨げるものではなく、組立体構造も本発明に当然包含
されるものである。

【００２０】本実施例の「軟銅材製バッキングプレート
を接合した組立体」によると次のような利点を享受する
ことができるので、その産業上の寄与は非常に大きいと
言わねばならない。（１）冷却効果のばらつきが小さくなり、ターゲット材
の消耗（エロージョン）がより均一となるので、膜質も
より均一なものが得られる。（２）スパッタ装置本体への組立体の取付け部はその表
面状態が冷却効果に影響を及ぼさないので、組立体の繰
り返し脱着後も上記（１）の効果が達成される。（３）ターゲット材の消耗が均一となるので、利用効率
を上げることができる。（４）第２のタイプの組立体について、ターゲット、バ
ッキングプレートともに形状が単純化でき、機械加工コ
ストを低減することができる。特に難加工材製ターゲッ
トの場合にこの効果が大きい。（５）冷却効果が向上するので、より高速のスパッタが
可能となる。

【００２１】

【発明の効果】以上説明した本発明によれば、水冷部と
の密着性が格段に向上し冷却効果のばらつきが小さくな
り、またターゲット材の消耗（エロージョン）がより均
一となるので、膜質もより均一なものが得られ、またス
パッタ装置へ組立体を繰り返し脱着しても高い冷却効果
が維持され、ターゲット材の利用効率を従来以上に上げ
ることも可能となり、しかも側壁部にバッキングプレー
トがないため薄膜形成用スパッタリングターゲット組立
体を低コストで提供でき、さらに高速スパッタへの適用
も可能となるなど、産業上極めて有用な効果がもたらさ
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例の第１のタイプ（平板状ターゲット）
の組立体の概要説明図である。

【図２】本実施例の第１のタイプ（平板状ターゲット）
の組立体の概要説明図である。

【図３】本実施例の第２のタイプ（環状ターゲット）の
組立体の概要説明図である。

【図４】従来例の第２のタイプ（環状ターゲット）の組
立体の概要説明図である。

【符号の説明】

７水冷部８ウオータジャケット９ターゲット１０軟銅材１１硬銅材１２環状ターゲット１３，１４，１５スパッタリングターゲット組立体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者叶野治茨城県北茨城市華川町臼場187番地４株式会社ジャパンエナジー磯原工場内 (72)発明者山本正志東京都小平市上水本町５丁目20番１号株式会社日立製作所半導体事業部内 (72)発明者西原晋治東京都小平市上水本町５丁目20番１号株式会社日立製作所半導体事業部内 (72)発明者阿部壽彦東京都小平市上水本町５丁目20番１号株式会社日立製作所半導体事業部内 (72)発明者吉浦愛明東京都小平市上水本町５丁目22番１号株式会社日立マイコンシステム内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ターゲットとバッキングプレートを接合
したスパッタリングターゲット組立体であって、バッキ
ングプレートの少なくとも表面部分の材質が引張強さ３
２Kgｆ／mm²以下の軟銅材からなることを特徴とするス
パッタリングターゲット組立体。
【請求項２】ターゲットが側壁のある環状ターゲット
であることを特徴とする請求項１に記載のスパッタリン
グターゲット組立体。