JP2000239837A - 固相拡散接合されたスパッタリングターゲット組立体の分離方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ターゲット材２とバッキングプレート３とが
インサート材４を介して固相拡散接合により強固に接合
されてなるスパッタリングターゲット組立体１において
簡便且つ確実な方法にてターゲット材２とバッキングプ
レート３とを分離することにより、ターゲット材２とバ
ッキングプレート３とを再利用する。 【解決手段】 スパッタリングターゲット組立体１を、
インサート材４の融点以上の温度に加熱することによ
り、インサート材４を溶融させてターゲット材２とバッ
キングプレート３とを分離させる。また、スパッタリン
グターゲット組立体１を、インサート材４の融点以下の
温度に熱することにより、インサート材４と、ターゲッ
ト材２および／またはバッキングプレート３との接合強
度を低下させた状態において外力負荷を加えることによ
りターゲット材２とバッキングプレート３とを分離させ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、バッキングプレー
トを有するスパッタリングターゲット組立体の分離方法
に関するものであり、詳しくは、スパッタリングに使用
されるターゲットとバッキングプレートとが、インサー
ト材を介して固相拡散接合されたスパッタリングターゲ
ット組立体の分離方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】スパッタリングターゲットは、スパッタ
リングにより各種半導体デバイスの電極、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
なるものである。なお、半導体デバイスの分野では、ス
パッタリングターゲットには、Ａｌ、Ａｌ合金、高融点
金属（Ｔｉ，ＴｉＷ，Ｗ，Ｍｏ等）およびその合金、高
融点シリサイド（ＭｏＳｉ_x，ＣｏＳｉ_x，ＷＳｉ_x等）
が主に使用されており、スパッタリングターゲットは、
通常、これらの材料が円盤状に形成されてなる。

【０００３】そして、スパッタリングによる成膜を行う
際は、スパッタリングターゲットの表面に、加速された
粒子を衝突させる。このとき、運動量の交換により、ス
パッタリングターゲットを構成する原子が空間に放出さ
れる。そこで、スパッタリングターゲットに対向する位
置に基板を配しておくことにより、スパッタリングター
ゲットから放出された粒子が基板上に堆積し、基板上に
薄膜が形成されることとなる。

【０００４】このようなスパッタリングターゲットは、
通常、支持及び冷却を目的としてバッキングプレートと
呼ばれる裏当材とボンディングした組立体の状態で使用
される。すなわち、スパッタリングターゲットは、スパ
ッタリング時のスパッタリング源となるターゲット材
と、バッキングプレートとが接合されたスパッタリング
ターゲット組立体の状態で使用される。ここで、バッキ
ングプレートには、通常、ＯＦＣ（無酸素銅）、Ｃｕ合
金、Ａｌ、Ａｌ合金等のように、熱伝導性の良い金属又
は合金が使用される。また、バッキングプレートは、ス
パッタリングターゲット組立体をスパッタリング装置に
支持するため高い強度も必要とされ、ＳＵＳ（ステンレ
ス鋼）やＴｉ、またはＴｉ合金等の高強度金属、および
その合金が使用される。

【０００５】そして、スパッタリングを行う際は、スパ
ッタリング装置にスパッタリングターゲット組立体を取
り付け、バッキングプレートを冷却する。これにより、
スパッタリングの最中にターゲット材に生じる熱がバッ
キングプレートによって奪い取られ、ターゲット材の温
度上昇が防がれることとなる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来、ター
ゲット材とバッキングプレートとのボンディングには、
Ｉｎ又はＳｎ合金等のような低融点ロウ材を用いたロウ
付け法が主として採用されてきた。しかしながら、この
ような低融点ロウ材を用いたロウ付け法には、次のよう
な欠点があった。

【０００７】第１に、ロウ材の融点がＩｎで１５８℃、
Ｓｎ合金系では１６０〜３００℃と低いために、スパッ
タリング時の温度が融点近くになると、接合剪断強度が
急激に低下してしまう。

【０００８】第２に、室温での接合剪断強度がＩｎで１
ｋｇｆ／ｍｍ²程度、Ｓｎ合金系でも１〜１．５ｋｇｆ
／ｍｍ²程度と低く、しかも低融点ロウ材であるため、
使用温度の上昇に伴って接合剪断強度が更に低下してし
まう。

【０００９】第３に、ロウ付け法では、ボンディング時
のロウ材の凝固収縮によってターゲット材とバッキング
プレートとの接合面に気泡（ポア）が残存してしまいや
すく、未接着部分がない１００％接合率のボンディング
は困難である。

【００１０】このように、ロウ付け法ではターゲット材
とバッキングプレートとを強固に接合することが難しい
ため、スパッタリング時の投入パワーが低く制限されて
しまう。すなわち、ロウ付け法を採用したときには、例
えば、規定以上のスパッタリングパワーを付加したと
き、或いは冷却水の管理が不十分なときに、ターゲット
材の温度上昇に伴ってターゲット材とバッキングプレー
トとの接合強度が低下してしまう。更に、ロウ材の融点
以上にまで温度が上昇してしまうと、ロウ材が溶融して
しまい、ターゲット材がバッキングプレートから剥離し
てしまう。なお、このような問題を解消するために、低
融点ロウ材に代えて、高融点のロウ材を用いることも考
えられるが、高融点ロウ材では、ロウ付け時に高温とす
る必要があるために、ターゲット材の品質に悪影響を与
えるという問題があり実用的ではない。

【００１１】以上のように、ロウ付け法ではスパッタリ
ング時の投入パワーが低く制限されてしまうが、近年、
スパッタリング成膜時のスループットを改善するため
に、スパッタリング時の投入パワーをより大きくする傾
向があり、そのために、ターゲット材とバッキングプレ
ートとの接合強度を高温下でも所定水準以上に維持しう
るスパッタリングターゲット組立体が要望されている。

【００１２】このような要望に応えるものとして、特開
平４−１４３２６９号公報に、ターゲット材とバッキン
グプレートとを直接、或いはターゲット材よりも高融点
のスペーサを介して、これらを接合する方法が開示され
ている。ここで、ターゲット材とバッキングプレートと
を接合して一体化する方法については、主に爆発接合法
について説明されており、その他の方法としてホットプ
レス法、ＨＩＰ法、ホットロール法が挙げてある。

【００１３】しかしながら、これらの方法は、非常に大
きな衝撃又は負荷の下でターゲット材とバッキングプレ
ートとを強圧着するものであり、ターゲット材の変形と
それに伴う内部歪みや組織変化並びに表層部の汚染が激
しく、結晶粒径や結晶方位を調整したターゲット材には
好ましくない。

【００１４】また、特開平６−１５８２９６号公報に、
結晶粒径が１００μｍ以下のＴｉからなるターゲット材
と、Ｔｉからなるバッキングプレートとを固相拡散接合
により接合する方法が開示されている。具体的には、タ
ーゲット材とバッキングプレートとを、真空下にて、歪
み速度を１×１０^-3／ｓｅｃ以下、加圧力を０．１〜２
０ｋｇｆ／ｍｍ²、温度を３５０〜６５０℃とした条件
下で固相拡散接合させる方法が開示されている。特開平
６−１５８２９６号公報では、このような方法により、
未接着部分がない１００％接合率のボンディングが可能
であり、高い密着力と高い接合強度が得られるとしてい
る。

【００１５】そして、近年では上述したような固相拡散
接合により作製されたスパッタリングターゲット組立体
が主流となりつつあり、その場合、高い接合強度が得ら
れるが、その反面ターゲット材とバッキングプレートと
の分離が非常に困難になる。ターゲット材とバッキング
プレートとを分離し、ターゲット材およびバッキングプ
レートを再利用することを考えた場合、ターゲット材を
溶融させる、切削する、または接合面近傍で切断すると
いう手段によりターゲット材とバッキングプレートとを
分離することが考えられる。しかしながら、このような
ターゲット材とバッキングプレートとの分離方法および
再利用法は、作業が繁雑となり、またコストの上昇を招
くため、実際には分離されることがなく金属屑として廃
棄されており、すなわち事実上は再利用は考えられてお
らず、資源の有効利用および環境保全の観点から好まし
い状況とはいえない。

【００１６】したがって、本発明は上述した従来の実情
に鑑みて提案されたものであり、ターゲット材とバッキ
ングプレートとがインサート材を介して強固に接合され
たスパッタリングターゲット組立体において、簡便且つ
確実にターゲット材とバッキングプレートとを分離する
方法を提供することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明に係るスパッタリングターゲット組立体の
分離方法は、スパッタリングターゲット組立体を、イン
サート材の融点以上の温度に加熱することにより、イン
サート材を溶融させてターゲット材とバッキングプレー
トとを分離させること、またはスパッタリングターゲッ
ト組立体を、インサート材の融点以下の温度に熱するこ
とにより、インサート材と、ターゲット材および／また
はバッキングプレートとの接合強度を低下させた状態に
おいて外力負荷を加えることによりターゲット材とバッ
キングプレートとを分離させることを特徴とする。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。

【００１９】図１にスパッタリングに使用されるターゲ
ット材２とバッキングプレート３とがインサート材４を
介して拡散接合により接合されたスパッタリングターゲ
ット組立体１を示す。ターゲット材２バッキングプレー
ト３は固相拡散接合により強固に接合されている。

【００２０】本発明は、図１に示されるような金属また
は合金の中から選択されるインサート材４と、インサー
ト材４の融点よりも高い融点を有するターゲット材２お
よびバッキングプレート３とからなり、ターゲット材２
とバッキングプレート３とがインサート材４を介して、
固相拡散接合により接合されたスパッタリングターゲッ
ト組立体１を対象とする。

【００２１】ターゲット材２の材質としては、インサー
ト材４の融点よりも高い融点を有するものを用いること
ができ、例えば、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｎｂ、
Ａｌ、Ｔｉ等の金属およびその合金、高融点シリサイド
のような高融点化合物等を用いることができる。

【００２２】バッキングプレート３の材質としては、イ
ンサート材４の融点よりも高い融点を有し、熱伝導性の
良く、インサート材４と固相拡散が可能な材料を用いる
ことができ、例えば、ＡｌおよびＡｌ合金、ＯＦＣ（無
酸素銅）、Ｃｕ合金、Ｔｉ、Ｔｉ合金、ＳＵＳ（ステン
レス鋼）等を用いることができる。

【００２３】インサート材４の材質としては、固相拡散
接合をもたらすに適度に高い融点と拡散能の点から、例
えばＡｌ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉまたはこれらの合金等が等
を用いることができる。インサート材４は、単層で用い
ても良いし、また、複数種の２層以上を重ねて用いても
良い。

【００２４】なお、本発明の対象は、上述した具体例に
限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範
囲で、任意に変更可能であることは言うまでもない。

【００２５】上記のような材料を用いて固相拡散接合に
より接合されたスパッタリングターゲット組立体１は、
ターゲット材２とバッキングプレート３とが強固に接合
されているため、ターゲット材２とバッキングプレート
３との分離が困難である。

【００２６】このようなスパッタリングターゲット組立
体１においてターゲット材２とバッキングプレート３と
を簡便に分離する方法として、本発明によるスパッタリ
ングターゲット組立体１の分離方法においては、スパッ
タリングターゲット組立体１を、使用したインサート材
４の融点以上の温度に加熱する。これにより、ターゲッ
ト材２とバッキングプレート３との間に位置し、バイン
ダの役目をなしているインサート材４は溶融し、ターゲ
ット材２との接合状態およびバッキングプレート３との
接合状態は解消される。したがって、その結果として、
ターゲット材２とバッキングプレート３とが分離され
る。これは、ターゲット材２とバッキングプレート３
に、その融点がインサート材４の融点よりも高い材料を
使用することにより可能となる。ターゲット材２および
／またはバッキングプレート３の融点がインサート材４
の融点よりも低い場合は、スパッタリングターゲット組
立体１をインサート材４の融点よりも高い温度に加熱す
ると、ターゲット材２および／またはバッキングプレー
ト３が溶融してしまい、再利用することができなくなっ
てしまうからである。

【００２７】また、本発明によるスパッタリングターゲ
ット組立体１の分離方法においては、スパッタリングタ
ーゲット組立体１を、使用したインサート材４の融点よ
りも低い温度に加熱し、外力による低負荷を加える。ス
パッタリングターゲット組立体１は、加熱されることに
より、インサート材４とターゲット材２および／または
バッキングプレート３との接合強度が低下するため、低
負荷の外力を加えることでターゲット２材とバッキング
プレート３とを分離することができる。また、スパッタ
リングターゲット組立体１は、使用したインサート材４
の融点よりも低い温度において、インサート材４の融点
近傍の極力高い温度に加熱されることが好ましい。具体
的には、スパッタリングターゲット組立体１は、使用し
たインサート材４の融点から５０℃以内の範囲の温度に
加熱されることが好ましい。加熱温度が高いほど、イン
サート材４とターゲット材２および／またはバッキング
プレート３との接合強度は低下し、より低負荷によるタ
ーゲット材２とバッキングプレート３との分離が可能と
なるからである。また、加熱温度が低いと、インサート
材４と、ターゲット材２およびバッキングプレート３と
の接合強度が低下せず、低負荷の外力によってターゲッ
ト材２とバッキングプレート３とが分離できなくなるか
らである。これは、ターゲット材２とバッキングプレー
ト３に、その融点がインサート材４の融点よりも高い材
料を使用することにより可能となる。ターゲット材２お
よび／またはバッキングプレート３の融点がインサート
材４の融点よりも低い場合は、スパッタリングターゲッ
ト組立体１を加熱した際、ターゲット材２および／また
はバッキングプレート３が溶融してしまい、再利用する
ことができなくなってしまうからである。加熱されたス
パッタリングターゲット組立体は、ターゲット材２、も
しくはバッキングプレート３を固定し、バッキングプレ
ート３、もしくはターゲット材２にハンマー等により低
負荷を加えることにより、ターゲット材２とバッキング
プレート３とが分離される。また、上記においては、バ
ッキングプレート３を固定し、ターゲット材２に負荷を
加えることが好ましい。万が一、外力負荷により表面損
傷や変形が生じた場合、ターゲット材２は再溶解して再
利用するため、表面損傷や変形の影響が生じないからで
ある。

【００２８】したがって、上述した方法を用いることに
より、固相拡散接合されたスパッタリングターゲット組
立体１はバッキングプレート３に損傷や変形を生ずるこ
となくターゲット材２とバッキングプレート３とが分離
される。

【００２９】上述した方法により分離されたターゲット
材２とバッキングプレート３とは、図２に示す工程によ
り処理され、再利用される。

【００３０】すなわち、使用済みのスパッタリングター
ゲット組立体１は、まず上述した方法により分離され
る。分離されたターゲット材２は、ターゲット材２に残
留するインサートメタルの除去等の洗浄、脱脂が行われ
た後、再溶解され、ターゲット材２もしくは他の製品の
原料として再利用される。また、分離されたバッキング
プレート３は、バッキングプレート３に残留するインサ
ートメタル、スケールの除去等の洗浄、脱脂が行われた
後、そのままスパッタリングターゲット組立体１を作製
するためのバッキングプレート３として再利用される。

【００３１】

【実施例】以下、本発明の実施例としてスパッタリング
に使用するターゲット材２とバッキングプレート３と
を、インサート材４を介して固相拡散接合して作製した
スパッタリングターゲット組立体１（実施例１〜実施例
２１）について、加熱温度を変化させ、分離試験を行っ
た結果について説明する。

【００３２】スパッタリングターゲット組立体１は、タ
ーゲット材２にＴｉを使用し、バッキングプレート３、
インサート材４は表１に示す組み合わせにすることによ
り作製した。そして、スパッタリングターゲット組立体
１の加熱温度を表１に示す温度にすることにより、２１
種類のスパッタリングターゲット組立体１の分離試験を
行った。

【００３３】なお、実施例１〜実施例２１において、タ
ーゲット材２には、純度９９．９９５％のチタンからな
り、直径が５０ｍｍ、厚みが１０ｍｍのものを使用し、
バッキングプレート３には、工業純度のＴｉ（ＪＩＳ２
種材）からなり、直径が５０ｍｍ、厚みが１０ｍｍのも
の、もしくは、無酸素銅（Ｃ１０２０）からなり、直径
が５０ｍｍ、厚みが１０ｍｍのものを使用し、インサー
ト材４には、Ａ１０５０、Ａ５０５２、Ａ６０６１、Ａ
ｌ−１％ＳｉあるいはＡｌ−２％Ｃｕからなり、直径が
５０ｍｍ、厚みが０．５ｍｍのシートを使用した。

【００３４】そして、本実験においては、ターゲット材
２とバッキングプレート３とをインサート材４を介して
積層させ密着させた状態で、１×１０^-2Ｔｏｒｒの真空
下にて、接合温度を４５０℃、加圧力を２．５ｋｇｆ／
ｍｍ²、保持時間を０．５時間として、固相拡散接合を
行った。

【００３５】＜評価＞上記の条件において作製した実施
例１〜実施例２１のスパッタリングターゲット組立体１
について、表１に示した加熱温度において加熱し、分離
試験を行った。その結果を表１に示す。なお、表１中で
の評価記号は以下のような意味とする。 ○：インサー
ト材４が溶融することによりターゲット材２とバッキン
グプレー ト３とが分離した場合 △：スパッタリングターゲット組立体１を、加熱後、人
力によりハンマーでたたくことによる負荷でターゲット
材２とバッキングプレート３とが分離した場合。

【００３６】×：スパッタリングターゲット組立体１
を、加熱後、人力によりハンマーでたたくことによる負
荷でターゲット材2とバッキングプレート3とが分離しな
かった場合。

【００３７】また、上記△、×の評価においては、バッ
キングプレート3を固定し、ターゲット材2に負荷をかけ
ることにより試験を行った。

【００３８】

【表１】

【００３９】表１から明らかなように、スパッタリング
ターゲット組立体1を、使用したインサート材4の融点以
上の温度に加熱した場合においては、インサート材４が
溶融することにより、ターゲット材２とバッキングプレ
ート３とが分離された。

【００４０】また、スパッタリングターゲット組立体１
を、使用したインサート材４の融点近傍の温度に加熱し
た場合においては、スパッタリングターゲット組立体１
にハンマーを用いて人力により負荷を加えることによ
り、ターゲット材２とバッキングプレート３とが分離さ
れた。

【００４１】そして、スパッタリングターゲット組立体
１を、使用したインサート材４の融点よりも６０℃低い
温度に加熱した場合においては、スパッタリングターゲ
ット組立体１にハンマーを用いて人力により負荷を加え
ることにより、ターゲット材２とバッキングプレート３
とは分離されなかった。

【００４２】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明の
スパッタリングターゲット組立体の分離法法によれば、
ターゲット材とバッキングプレートとがインサート材を
介して固相拡散接合により接合されてなるスパッタリン
グターゲット組立体において、簡便且つ確実にターゲッ
ト材とバッキングプレートとが分離できるため、ターゲ
ット材とバッキングプレートとの再利用が可能となる。
したがって、資源の有効利用と環境保全という産業には
欠くことのできない要件を満たしつつ、品質を落とすこ
となくスパッタリングターゲット組立体を作製すること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ターゲット材とバッキングプレートとをインサ
ート材を介して固相拡散接合したスパッタリングターゲ
ット組立体の斜視図である。

【図２】スパッタリングターゲット組立体を再利用する
際の工程を説明した工程図である。

【符号の説明】 １ スパッタリングターゲット組立体、２ ターゲット
材、３ バッキングプレート、４ インサート材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡邊 秋夫 宮城県多賀城市明月２丁目１番15号 エ ム・アール・シージャパン株式会社内 (72)発明者 小島 徹也 宮城県多賀城市明月２丁目１番15号 エ ム・アール・シージャパン株式会社内 (72)発明者 清水 栄一 宮城県多賀城市明月２丁目１番15号 エ ム・アール・シージャパン株式会社内 Ｆターム(参考） 4E067 AA01 AA05 AA12 AA14 AD02 BA03 EB00 4K029 DC22

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スパッタリングに使用されるターゲット
   材とバッキングプレートとが、１種以上のインサート材
   を介して固相拡散接合にて接合されたスパッタリングタ
   ーゲット組立体を分離する際に、 上記スパッタリングターゲット組立体を、上記インサー
   ト材の融点以上の温度に加熱することにより、上記イン
   サート材を溶融させ、上記ターゲット材と上記バッキン
   グプレートとを分離すること、 を特徴とする固相拡散接合されたスパッタリングターゲ
   ット組立体の分離方法。
2. 【請求項２】 スパッタリングに使用されるターゲット
   材とバッキングプレートとが、１種以上のインサート材
   を介して固相拡散接合にて接合されたスパッタリングタ
   ーゲット組立体を分離する際に、 上記スパッタリングターゲット組立体を、上記インサー
   ト材の融点未満の温度に加熱し、上記スパッタリングタ
   ーゲット組立体に外力負荷を加えることにより上記ター
   ゲット材と上記バッキングプレートとを分離すること、 を特徴とする固相拡散接合されたスパッタリングターゲ
   ット組立体の分離方法。