JP2006144119A - Ａｌ−Ｎｄ合金スパッタリング用積層体 - Google Patents

Abstract

【課題】Ａｌ−Ｎｄ合金スパッタリングターゲット材と支持体がロウ付されてなる積層体の、ボンディングやＡｌ−Ｎｄ合金薄膜の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Ａｌ−Ｎｄ合金スパッタリング用積層体を提供する。
【解決手段】Ｎｄを０．１〜３原子％含むＡｌ合金からなるＡｌ−Ｎｄ合金スパッタリングターゲット材と支持体がロウ付されてなる積層体であって、前記Ａｌ−Ｎｄ合金スパッタリングターゲット材の２５〜１００℃の平均線膨張係数：Ａと、前記支持体の２５〜１００℃の平均線膨張係数：Ｂが、下記式（１）を満たすことを特徴とするＡｌ−Ｎｄ合金スパッタリング用積層体。 −０．１５ ≦ （Ｂ−Ａ）／Ａ ≦ ０．１５ …（１）
【選択図】図１

Description

本発明は、Ａｌ−Ｎｄ合金スパッタリング用積層体に関するものであり、殊に、Ａｌ−Ｎｄ合金スパッタリングターゲット材と支持体がロウ付されてなる積層体であって、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）で生じる該積層体の反りを抑制して、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Ａｌ合金スパッタリング用積層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応力が生じる。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）をロウ付けして得られる積層体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であって、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示されている。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、ターゲットとしてＡｌ−Ｎｄ合金が用いられる場合においては、両者の熱膨張率の差が十分に縮められておらず、上記ロウ材の亀裂を確実に抑制することができない。
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、Ｎｄを含有するＡｌ合金スパッタリングターゲット材と支持体がロウ付されてなる積層体の、ボンディングによる反りや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、反りの矯正を省略することができ、また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Ａｌ−Ｎｄ合金スパッタリング用積層体を提供することにある。

本発明に係るＡｌ−Ｎｄ合金スパッタリング用積層体は、Ｎｄを０．１〜３原子％含むＡｌ−Ｎｄ合金スパッタリングターゲット材と支持体がロウ付されてなる積層体であって、前記Ａｌ−Ｎｄ合金スパッタリングターゲット材の２５〜１００℃の平均線膨張係数：Ａと、前記支持体の２５〜１００℃の平均線膨張係数：Ｂが、下記式（１）を満たすところに特徴を有する。
−０．１５ ≦ （Ｂ−Ａ）／Ａ ≦ ０．１５ …（１）

尚、上記２５〜１００℃の平均線膨張係数は、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」に規定の通り測定したものである。

前記積層体を構成する支持体としては、Ａｌ合金からなるものが好ましく、その中でもＪＩＳ規格のＡ５０５２またはＡ ６０６１で規定されるＡｌ合金からなるものが特に好ましい。

また特に前記支持体として、前記Ａｌ−Ｎｄ合金スパッタリングターゲット材と同一のＡｌ合金からなるものを用いれば、上記式（１）を容易に達成することができるので望ましい。

本発明によれば、Ａｌ−Ｎｄ合金スパッタリングターゲット材と支持体がロウ付されてなる積層体の、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できるため、反りの矯正を省略することが可能となり、またターゲット材と支持体を接合するロウ材の亀裂・剥離が抑制されて、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、ボンディング時や成膜時の加熱とその後の冷却で、Ａｌ合金スパッタリングターゲット材と支持体がロウ付されてなる積層体（以下、単に積層体ということがある）に反りが生じるのを抑制して、該反りの矯正を省略することができ、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積層体を実現すべく鋭意研究を行なった。

その結果、積層体におけるＡｌ−Ｎｄ合金スパッタリングターゲット材の２５〜１００℃の平均線膨張係数：Ａと、支持体の２５〜１００℃の平均線膨張係数：Ｂとの差が、下記式（１）に示される通り、前記Ａに対して−１５％以上１５％以下となるようにすればよいことを見出し、本発明に想到した。
−０．１５ ≦ （Ｂ−Ａ）／Ａ ≦ ０．１５ …（１）

本発明の積層体は、Ａｌ−Ｎｄ合金スパッタリングターゲット材と支持体の２５〜１００℃の平均線膨張係数それぞれが上記式（１）を満たすものであればよく、支持体の詳細な材質等については特に問わないが、上記式（１）を満たす積層体を効率よく得るには、使用するＡｌ合金スパッタリングターゲット材に応じて、支持体の平均線膨張係数を制御することが有効であり、該支持体としてＡｌ合金からなるものを用いることが好ましい。該Ａｌ合金としては、既存品のＡｌ合金からなるものを用いることができ、その中でもＪＩＳ規格のＡ５０００番系またはＡ ６０００番系のＡｌ合金からなるものが好適に用いられるが、特に、Ａ５０５２またはＡ ６０６１で規定されるＡｌ合金からなるものが好ましい。

上記Ａｌ−Ｎｄ合金スパッタリングターゲット材と支持体の２５〜１００℃の平均線膨張係数それぞれの差を小さくするという観点からは、該Ａｌ−Ｎｄ合金スパッタリングターゲット材と支持体が同一のＡｌ合金からなる積層体が特に好ましい。

尚、これらのＡｌ合金は、熱伝導率が従来使用されてきたＣｕ系材料よりも低いが、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。

本発明の積層体における支持体は、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積層体に取り付けられていてもよい。

上記積層体を構成する、Ｎｄを０．１〜３原子％含むＡｌ−Ｎｄ合金スパッタリングターゲットの製造方法としては、例えば真空溶解・鋳造法、スプレイフォーミング法、粉末焼結法等で製造することができるが、その中でもスプレイフォーミング法で製造されたものが推奨される。スプレイフォーミング法で製造すれば、合金元素が含まれる場合でも母相であるＡｌ中に均一に固溶ないし分散して材質の均一なものが得られるからである。

スパッタリングターゲットを上記スプレイフォーミング法で製造する場合には、例えば、直径数ｍｍのノズルから溶解した材料を滴下させ、その滴下途中で例えばＮ_２ガスを吹き付けて材料を粉末化させ、該粉末状の材料が完全に凝固しないうちにプリフォームといわれる中間素材（密度：約５０〜６０％）を成形する。そして該中間素材をＨＩＰ装置で緻密化した後、鍛造して板状の金属材とし、更に板厚がほぼターゲットと同程度となるよう圧延する方法が挙げられる（尚、上記ＨＩＰ、鍛造、圧延等のその他の製造工程の条件については一般的な条件を採用することができる）。

本発明の積層体は、上記Ａｌ合金スパッタリングターゲットが上記支持板の平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。

尚、本発明の積層体は、その形状やサイズの限定されるものでなく、ターゲットの形状やサイズに応じて四辺形状、円盤状等の様々な形状のものに適用できるが、上記ロウ材の亀裂等は、積層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以上占める大型の積層体に本発明を適用すれば、上記ロウ材の亀裂を著しく抑制することができる。

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。

スパッタリングターゲットとして、Ａｌ−２原子％Ｎｄターゲット（サイズ：４００ｍｍ×５００ｍｍ）を用意した。また支持体（冷却板）として、表１に示す様々な種類の材料からなる支持体（サイズ：４２０ｍｍ×５２０ｍｍ）を用意した。そして、上記Ａｌ−２原子％Ｎｄターゲットと支持体（冷却板）のそれぞれの２５〜１００℃の平均線膨張係数を、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」に規定の通り測定し、該ターゲット材の２５〜１００℃の平均線膨張係数（Ａ）と、上記支持体の２５〜１００℃の平均線膨張係数（Ｂ）の値から（Ｂ−Ａ）／Ａを求めた。その結果を表１に併記する。

表１より、Ｎｏ．１〜３は、Ａｌ−Ｎｄ合金ターゲットと支持体（冷却板）の平均線膨張係数の関係が本発明で規定する要件を満たすが、Ｎｏ．４は該要件を満たさず、Ａｌ−Ｎｄ合金ターゲットと支持体（冷却板）の平均線膨張係数の差が大きいことがわかる。

次に、前記表１に示すＡｌ−Ｎｄ合金ターゲットと支持体（冷却板）をボンディングして得られる積層体の反りの程度を調べた。詳細には、ロウ材として錫亜鉛はんだを用い、２５０℃に加熱して表１のターゲットと支持体のボンディングを行い、得られた積層体の反りを図２に示す位置で測定した。その結果を表１に併記する（表１中の測定位置：Ｌ１、Ｌ２・・・は図２における測定位置を示している）。

尚、測定位置Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の反り量が３．５ｍｍを超え、かつ測定位置Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３の反り量が２．０ｍｍを超え、かつ測定位置Ｄ１、Ｄ２の反り量が５．０ｍｍを超えるものを反りが大きいと判断し、これ以内のものを反りが小さいと判断する。

表１より次の様に考察できる。即ち、表１のＮｏ．１〜４のうち、Ｎｏ．１〜３の様に本発明の要件を満たすＡｌ−Ｎｄ合金ターゲットと支持体の組み合わせからなるＡｌ−Ｎｄ合金スパッタリング用積層体は、ボンディング後の反りが小さく矯正する必要はないが、本発明の要件を満たさないＮｏ．４の積層体は、ボンディング後の反りが大きく矯正する必要のあることがわかる。

積層体の反りの様子を模式的に示した側面図である。 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 (5)

1. Ｎｄを０．１〜３原子％含むＡｌ合金からなるＡｌ−Ｎｄ合金スパッタリングターゲット材と支持体がロウ付されてなる積層体であって、
   前記Ａｌ−Ｎｄ合金スパッタリングターゲット材の２５〜１００℃の平均線膨張係数：Ａと、前記支持体の２５〜１００℃の平均線膨張係数：Ｂが、
   下記式（１）を満たすことを特徴とするＡｌ−Ｎｄ合金スパッタリング用積層体。
   −０．１５ ≦ （Ｂ−Ａ）／Ａ ≦ ０．１５ …（１）
2. 前記支持体は、Ａｌ合金からなるものである請求項１に記載のＡｌ−Ｎｄ合金スパッタリング用積層体。
3. 前記支持体は、ＪＩＳ規格のＡ ５０５２で規定されるＡｌ合金からなるものである請求項２に記載のＡｌ−Ｎｄ合金スパッタリング用積層体。
4. 前記支持体は、ＪＩＳ規格のＡ ６０６１で規定されるＡｌ合金からなるものである請求項２に記載のＡｌ−Ｎｄ合金スパッタリング用積層体。
5. 前記支持体は、前記Ａｌ−Ｎｄ合金スパッタリングターゲット材と同一のＡｌ合金からなるものである請求項２に記載のＡｌ−Ｎｄ合金スパッタリング用積層体。

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