JP2006144118A - スパッタリングターゲット材用支持体 - Google Patents

Abstract

【課題】ターゲット材とのボンディングやＡｌ−Ｎｄ合金薄膜の成膜（スパッタリング成膜）で生じる反りを抑制して、該反りの矯正を省略でき、また反りの発生と矯正の繰り返しに起因するターゲット材−支持体間のロウ材の亀裂・剥離を抑制して、長期間にわたり安定した成膜操業を行なうことのできるスパッタリングターゲット材用の支持体を提供する。
【解決手段】スパッタリングターゲット材用の支持体であって、該支持体はＡｌ合金からなり、該Ａｌ合金は２５〜１００℃における平均線膨張係数が２３．０×１０^−６／℃以下であることを特徴とするスパッタリングターゲット材用支持体。
【選択図】なし

Description

本発明は、スパッタリングターゲット材用支持体に関するものであり、殊に、ターゲット材とのボンディングやＡｌ−Ｎｄ合金薄膜の成膜（スパッタリング成膜）で生じる反りを抑制して、長期間にわたり安定した成膜操業を行なうことのできるスパッタリングターゲット材用支持体に関するものである。

テレビ、ノートパソコン、その他のモニターの用途で形成される液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ等を構成する薄膜や、光記録分野、半導体分野における配線膜等の形成には、一般にスパッタリング法が採用されている。スパッタリング法とは、基板とスパッタリングターゲット材（以後、ターゲット材と称する）との間でプラズマ放電を形成し、該プラズマ放電によりイオン化した気体をターゲット材に衝突させて、該ターゲット材の原子をたたき出し基板上に堆積させて薄膜を作製する方法であり、真空蒸着法やＡＩＰ法と異なり、ターゲット材と同じ組成の薄膜を形成できるメリットを有する。

このスパッタリング法に用いる上記ターゲット材としては、一般に長方形状、円盤状等の平板状のものが使用され、該ターゲットは、その冷却や支持を目的に支持体（冷却板，バッキングプレートともいう）にロウ付けされた状態で用いられるのが一般的である。

ところで上記支持体は、上述の通り、成膜時に加熱されたターゲットの冷却を目的としていることから、一般に熱伝導率の高いＣｕ製またはＣｕ合金製のものが使用されている。一方、上記支持体に取り付けられるターゲット材は、形成する薄膜に応じた金属材料からなり、例えば支持体とは異なるＡｌ、Ａｌ合金、Ｍｏ、Ｔａ、Ｔｉといった金属材料のものが使用される場合が多い。

しかし、この様に異なる金属材料のものをロウ付けして得られる積層体は、図１に示す通り反りが生じやすく、矯正が必要となる。またこの様に矯正された積層体を用いて成膜を行う場合にも加熱と冷却が繰り返されるため、再度反りが生じる。従って、成膜、積層体の反りの発生および矯正を何度も繰り返す必要があり、操業が煩雑となるだけでなく、ターゲット材１と支持体２の間のロウ材３にクラックが生じて、ターゲット材が消耗する前にターゲット材と支持体が分離し、繰り返し成膜できなくなるといった不具合も生じる。

ターゲットと支持体（バッキングプレート）をロウ付けした場合の問題を解消したものとして、例えば特許文献１には、ボンディング材を介してターゲット材とバッキングプレートを接合したものにおいて、該バッキングプレートに、ボンディング材用の凹陥部を設けると共に、該凹陥部と連通する連通窪み部を該凹陥部の外周壁に形成したものが提案されている。この様な構造とすることで、ボンディング材が凝固収縮する場合でも、ターゲット材の反りが発生しないと示されている。しかし該技術は、ボンディング部（ロウ材）の剥離を問題とするものでなく、またバッキングプレートとして形状の複雑なものを用意しなければならないといった問題がある。

特許文献２には、スパッタリングターゲットよりも熱膨張率の大きな板材と小さな板材をバッキングプレートの片面にそれぞれ配置して一体化すれば、温度変化によるバッキングプレートの反りを防止し、かつ支持するターゲットと同等の熱膨張特性を付与でき、ターゲットの反りや亀裂、ロウ接部の剥がれなどを抑制できると提案されている。しかし該技術の場合も、バッキングプレートの構造が複雑となるといったデメリットがある。

また特許文献３には、ターゲットとバッキングプレートをＡｌ合金で形成することで、線膨張率の差を縮めることが提案されている。しかし該技術におけるターゲットとバッキングプレートの組み合わせでは、確実かつ十分に熱膨張率の差を縮めることは難しく、上記ロウ材の亀裂を抑制することができない。またターゲット材として、例えばＡｌ−Ｎｄ合金ターゲット等を用いる場合には、支持体を同素材で形成するとコストがかかるといった問題がある。
特開２００３−１８３８２２号公報 特開平０８−２４６１４４号公報 特開平１０−０４６３２７号公報

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、ターゲット材とのボンディングで生じる反りやＡｌ−Ｎｄ合金薄膜の成膜（スパッタリング成膜）で生じる応力を抑制して、長期間にわたり安定した成膜操業を行なうことのできるスパッタリングターゲット材用支持体を提供することにある。

本発明に係るスパッタリングターゲット材用支持体は、Ａｌ合金からなるものであって、該Ａｌ合金が、２５〜１００℃における平均線膨張係数：２３．０×１０^−６／℃以下を満たすものであるところに特徴を有する。

尚、上記平均線膨張係数は、後述する実施例で示す通り、装置として理学電気株式会社製ＴＭＡ８１４０型を用い、ＪＩＳＫ７１９７「プラスチックの熱機械分析による線膨張率試験方法」に規定の通り測定したものである。

上記２５〜１００℃における平均線膨張係数が２３．０×１０^−６／℃以下であるＡｌ合金としては、Ｓｉを２．５質量％以上含むＡｌ合金および／またはＭｎを５．５質量％以上含むＡｌ合金が好ましく用いられる。

また、強度や耐食性、加工性等といったスパッタリングターゲット材用支持体としての特性を確保する観点からは、前記Ａｌ合金として、ＪＩＳ規格のＡ１０００番系Ａｌ合金、Ａ ５０００番系Ａｌ合金およびＡ ６０００番系Ａｌ合金よりなる群から選択される１種に、Ｓｉを添加してＳｉ：２．５質量％以上含むようにしたもの、および／またはＭｎを添加してＭｎ：５．５質量％以上含むようにしたものが好ましい。

この様に、２５〜１００℃における平均線膨張係数の比較的低い本発明のスパッタリングターゲット材用支持体は、特に、Ａｌ合金スパッタリングターゲット材の支持体として用いることが有効であり、その中でも特に、Ｎｄを０．１〜３原子％含むＡｌ合金スパッタリングターゲット材の支持体として用いれば、従来の支持体を用いた場合と比べて、ロウ材の亀裂・剥離の発生を著しく低減することができる。

本発明によれば、ターゲット材とのボンディングで生じる反りやＡｌ−Ｎｄ合金薄膜の成膜（スパッタリング成膜）で生じる応力を抑制して、該反りの矯正を省略でき、また反りの発生と矯正の繰り返しに起因するターゲット材−支持体間のロウ材の亀裂・剥離を抑制して、長期間にわたり安定した成膜操業を行なうことができる。

本発明者らは、ターゲット材とのボンディングやＡｌ−Ｎｄ合金薄膜の成膜（スパッタリング成膜）で生じる反りを抑制して、該反りの矯正を省略でき、また反りの発生と矯正の繰り返しに起因するターゲット材−支持体間のロウ材の亀裂・剥離を抑制して、長期間にわたり安定した成膜操業を行なうことのできるスパッタリングターゲット材用支持体を実現すべく鋭意研究を行なった。特に、ターゲット材として、合金材料の中でも２５〜１００℃における平均線膨張係数の比較的低いＡｌ合金（具体的にはＡｌ−Ｎｄ合金、Ａｌ−Ｔｉ合金、Ａｌ−Ｔａ合金）やＭｏ、Ｔａ、Ｔｉといった金属からなるものを用いる場合にも、上記反りが抑制されて、矯正を省略でき、また繰り返し成膜することのできるスパッタリングターゲット材用支持体を実現すべく鋭意研究を行なった。

その結果、該スパッタリングターゲット材用の支持体として、Ａｌ合金からなるものであって、該Ａｌ合金が、２５〜１００℃の範囲における平均線膨張係数：２３．０×１０^−６／℃以下を満たすものが最適であることを見出した。

この様に２５〜１００℃における平均線膨張係数が２３．０×１０^−６／℃以下であるＡｌ合金であれば、特に種類を問うものでなく、例えば純Ａｌ金属または既存品のＡｌ合金にＳｉ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｎｄ、Ｔｉ、Ｔａ等を添加したもの等が挙げられるが、該Ａｌ合金として、耐食性や強度等も兼備したものを確実にかつコストを抑えて実現するには、Ｓｉおよび／またはＭｎを添加することが大変有効である。

図２、図３は、既存品であるＪＩＳ規格のＡ １１００にＳｉまたはＭｎを添加した場合の２５〜１００℃の平均線膨張係数の変化を調べたグラフであるが、この図２、図３から、ＳｉやＭｎを添加することで平均線膨張係数が低下することがわかる。そして本発明で規定する通り２５〜１００℃における平均線膨張係数：２３．０×１０^−６／℃以下を達成するには、Ｓｉを約２．５質量％以上添加するか、Ｍｎを約５．５質量％以上添加して、Ａｌ合金のＳｉ量が２．５質量％以上、またはＭｎ量が５．５質量％以上となるようにすればよいことがわかる。

一方、図２、図３に示す通り、Ｓｉ添加量、Ｍｎ添加量が増加するほど平均線膨張係数が低下する傾向にあることから、Ａｌ合金中のＳｉ量、Ｍｎ量の上限については、ターゲット材の線膨張率に応じて決めればよく、ターゲット材の２５〜１００℃における平均線膨張係数に対し、ターゲット材支持体の２５〜１００℃における平均線膨張係数が１０％以内、好ましくは５％以内となるようにＳｉ、Ｍｎの添加量上限を決める。

例えば、ターゲット材としてＡｌ−Ｎｄ合金製のものを使用する場合には、Ａ１１００にＳｉを２．５〜１０質量％、Ｍｎを５．５〜１０質量％の範囲で添加したものを支持体として好ましく使用することができる。

尚、Ｓｉ、Ｍｎを過剰に添加しすぎると、支持体の加工性が低下しやすくなる。よって加工性を確保する観点からは、ＳｉやＭｎの添加量をそれぞれ１０質量％以下に抑えるのがよい。後述する通りＳｉとＭｎを同時に添加する場合は、耐食性が更に改善されるという効果も期待される（ＳｉがＭｎと化合物を形成するためと考えられる）。

前記Ａｌ合金としては、純Ａｌに上記の通りＳｉやＭｎを添加して、Ｓｉ：２．５質量％以上および／またはＭｎ：５．５質量％以上としたものや、既存品であるＪＩＳ規格のＡｌ合金にＳｉおよび／またはＭｎを添加して用いることができる。

その中でも、特に、Ａ １０００番系、Ａ ５０００番系およびＡ ６０００番系よりなる群から選択される１種にＳｉやＭｎを添加し、上記の通りＳｉを２．５質量％以上および／またはＭｎを５．５質量％以上含有させることが好ましい。これらのＡｌ合金を使用すれば、溶接により熱応力が付加された場合でも、支持体が硬化し難く、割れ等を防止できるからである。また耐食性を容易に確保できるので、例えばターゲットの冷却用水路を形成し、冷却用水を流す場合でも腐食を防止できる。更には展伸材として汎用されているので、入手し易いというメリットもある。尚、純度の高いＡｌ（例えば４Ｎ−Ａｌ）にＳｉおよび／またはＭｎを添加したものを支持体の素材とすれば、支持体内部を流れる冷却用水による腐食を著しく抑制することができる。

これらのＡｌ合金は、熱伝導率がＣｕ系材料よりも小さいが、ロウ接したターゲットを冷却する機能は十分発揮しうる。

本発明の支持体を形成するＡｌ合金には、更に耐食性や強度を高めるため、Ｍｇが添加されていてもよく、該効果を発揮させるには、Ｍｇを０．３質量％以上含んでいることが好ましい。尚、Ｍｇが過剰に含まれていると、溶接後に欠陥が生じやすくなるので、Ｍｇ含有量は３質量％以下に抑えるのがよい。

本発明のスパッタリングターゲット材用支持体は、一般に使用されているスパッタリングターゲット材の中でも、２５〜１００℃における平均線膨張係数の比較的小さいＡｌ合金スパッタリングターゲット材の支持体として使用すれば、上述したロウ材の亀裂等の不具合を著しく低減できるので好ましい。その中でも特に、Ｎｄを０．１〜３原子％含む２５〜１００℃における平均線膨張係数の小さいＡｌ合金スパッタリングターゲット材の支持体として用いれば、従来の２５〜１００℃における平均線膨張係数の高い素材からなる支持体を用いた場合より、ロウ材の亀裂・剥離等を著しく抑制することができる。

また本発明のスパッタリングターゲット材用支持体は、その形状やサイズなどに制限はなく、四辺形状、円盤状等の様々な形状のものに適用できるが、ターゲットと支持体の線膨張係数の差による上記ロウ材の亀裂等は、ターゲットと支持体のサイズが大きくなるほど顕著となることから、特に、ターゲットを接合するロウ付け部分が０．２５ｍ^２以上占める大型の支持体に本発明を適用すれば、上記ロウ材の亀裂・剥離を著しく抑制することができる。

更に、本発明のスパッタリングターゲット材用の支持体は、その内部がターゲットを冷却する構造のものでもよく、該冷却構造は一般的に採用されている構造とすればよい。一例として、支持体を構成する２部材を、例えば溶接または摩擦拡散接合により接合して、支持体内部に冷媒流路を形成することが挙げられる。またその他、電源等の設備、成膜装置への設置部品等が支持体に取り付けられていてもよい。

尚、本発明の支持体は、ターゲットがその板面にロウ付けされた状態で成膜に供されるが、その際に使用されるロウ材やロウ付けの方法も特に限定されず、一般的な材料や方法を採用することができる。ロウ材として、例えばインジウム、鉛錫はんだ、錫亜鉛はんだ等の一般的なロウ材を使用した場合でも、成膜を繰り返し良好に行うことができる。

また本発明は、上記スパッタリングターゲット材用支持体の製造方法まで特定するものでなく、Ｓｉ量および／またはＭｎ量を調整したＡｌ合金を溶製し、通常の方法で鍛造、圧延を行い平板とした後、機械加工および溶接等の接合技術を用いて製造すればよい。

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。

表１、表２に示す各供試材を溶製し、圧延後に機械加工を施して製造した。そして、装置として理学電気株式会社製ＴＭＡ８１４０型を用い、ＪＩＳ Ｋ ７１９７「プラスチックの熱機械分析による線膨張率試験方法」に規定の通り、２５〜１００℃の平均線膨張係数を求めた。その結果を表１、表２に併記する。

表１、表２より次の様に考察できる。Ｎｏ．４に示す通り、ＪＩＳ規格品であるＡ５０５２を使用した場合には、焼鈍条件に関係なく２５〜１００℃における平均線膨張係数が高いことがわかる。これに対し、Ｎｏ．１〜３，１１〜２２は２５〜１００℃における平均線膨張係数が２３．０×１０^−６／℃以下であり、２５〜１００℃における平均線膨張係数の小さいＡｌ合金からなるスパッタリングターゲット用支持体が得られていることがわかる。

またこれらＮｏ．１〜３，１１〜２２から、この様に２５〜１００℃における平均線膨張係数の小さいＡｌ合金からなるスパッタリングターゲット用支持体を実現するにあたっては、純Ａｌ金属またはＪＩＳ規格品であるＡｌ合金にＳｉおよび／またはＭｎを添加すればよいことがわかる。特に、前記図２、図３でも示した通り、ＪＩＳ規格品にＳｉを２．５質量％以上添加および／またはＭｎを５．５質量％以上添加することで、２３．０×１０^−６／℃以下を達成することができる（尚、他のＡｌ合金にＳｉを添加した場合にも同様の傾向がみられた。）。

また、Ｎｏ．５および６は、ターゲットとして用いうるＡｌ−Ｎｄ合金材料の２５〜１００℃における平均線膨張係数を測定した結果である。この様にターゲットとして用いうる材料と同じ材料を、スパッタリングターゲット用支持体に用いれば、平均線膨張係数の差異による問題を解消できるが、この様にコストのかかる材料を用いなくとも、上記Ｓｉおよび／またはＭｎの添加によりＡｌ合金の平均線膨張係数を低減すれば、該Ａｌ合金からなるスパッタリングターゲット用支持体と上記Ａｌ−Ｎｄ合金ターゲットとの平均線膨張係数の差を縮めて、上述した反りを抑制することができる。

次にＡｌ−Ｎｄ合金ターゲットと様々な材料からなる支持体（冷却板）とをボンディングした後に生じる反りの程度を調べた。詳細には、表３および表４に示す材料からなるターゲット（サイズ：４００ｍｍ×５００ｍｍ）と支持体（４２０ｍｍ×５２０ｍｍ）をボンディングし（接合材料：錫亜鉛はんだ、接合温度２５０℃）、得られた積層体の反りを図４に示す位置で測定した。その結果を表３、表４に併記する（表３、表４中の測定位置：Ｌ１、Ｌ２・・・は図４における測定位置を示している）。

表３、表４より次の様に考察できる。即ち、Ｎｏ．１，３〜１０の通り本発明の要件を満たす支持体をＡｌ−Ｎｄ合金ターゲットの支持体に用いれば、他の支持体を用いたＮｏ．２よりも反りを著しく抑制することができ矯正する必要もないことがわかる。

ロウ付けによる反りの状況と矯正された積層体を模式的に示した側面図である。 Ａ １１００に添加したＳｉ量と平均線膨張係数との関係を示したグラフである。 Ａ １１００に添加したＭｎ量と平均線膨張係数との関係を示したグラフである。 実施例のボンディングテストにおける積層体の反りの測定位置を示す上面図である。

符号の説明

１ ターゲット
２ 支持体（冷却板）
３ ロウ材

Claims (7)

1. スパッタリングターゲット材用の支持体であって、該支持体はＡｌ合金からなり、該Ａｌ合金は２５〜１００℃における平均線膨張係数が２３．０×１０^−６／℃以下であることを特徴とするスパッタリングターゲット材用支持体。
2. 前記Ａｌ合金は、Ｓｉを２．５質量％以上含むものである請求項１に記載のスパッタリングターゲット材用支持体。
3. 前記Ａｌ合金は、Ｍｎを５．５質量％以上含むものである請求項１または２に記載のスパッタリングターゲット材用支持体。
4. 前記Ａｌ合金は、ＪＩＳ規格のＡ １０００番系Ａｌ合金、Ａ ５０００番系Ａｌ合金およびＡ６０００番系Ａｌ合金よりなる群から選択される１種にＳｉを添加したものである請求項２または３に記載のスパッタリングターゲット材用支持体。
5. 前記Ａｌ合金は、ＪＩＳ規格のＡ １０００番系Ａｌ合金、Ａ ５０００番系Ａｌ合金およびＡ６０００番系Ａｌ合金よりなる群から選択される１種にＭｎを添加したものである請求項３に記載のスパッタリングターゲット材用支持体。
6. Ａｌ合金スパッタリングターゲット材の支持体として用いられるものである請求項１〜５のいずれかに記載のスパッタリングターゲット材用支持体。
7. Ｎｄを０．１〜３原子％含むＡｌ合金スパッタリングターゲット材の支持体として用いられるものである請求項１〜５のいずれかに記載のスパッタリングターゲット材用支持体。

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