JP2013181214A

JP2013181214A - ＳｎＮｂスパッタリングターゲット

Info

Publication number: JP2013181214A
Application number: JP2012045899A
Authority: JP
Inventors: Masanori Joho; 正則除補
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2012-03-01
Filing date: 2012-03-01
Publication date: 2013-09-12
Also published as: TW201339345A

Abstract

【課題】ＳｎＮｂターゲット材とバッキングプレートとの接合強度を向上させる。
【解決手段】ＳｎＮｂターゲット材２の表面に５μｍ〜３０μｍの厚さのＮｉ層３と５μｍ〜３０μｍの厚さのＣｕ層４とがこの順に積層されるとともに、該Ｃｕ層４とバッキングプレート５との間がＩｎ又はＩｎ合金からなるはんだ６を介して接合されている。ＳｎＮｂターゲット材２の表面のＮｉ層３及びＣｕ層４はイオンプレーティングによって形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＳｎＮｂターゲット材とバッキングプレートとをはんだにより接合してなるスパッタリングターゲットに関する。

一般に、スパッタリングターゲットは、薄膜を形成するための材料であるターゲット材と、導電性及び熱伝導性に優れた材質のバッキングプレートとをはんだにより接合して構成される。この種のスパッタリングターゲットのうち、ＳｎＮｂをターゲット材としたＳｎＮｂスパッタリングターゲットは、光記録媒体における記録層を形成するなどのために用いられる。バッキングプレートとしては、Ｃｕ又はＣｕ合金、はんだ材としてはＩｎ又はＩｎ−Ｓｎ合金が通常用いられるが、ＳｎＮｂターゲット材の場合、接合強度が弱いという問題がある。

ターゲット材とバッキングプレートとの接合強度を高める方法として、非金属ターゲット材においては、ターゲット材に金属層を形成し、その金属層とバッキングプレートとを接合することが行われている。
例えば、特許文献１には、高純度Ｓｉターゲット材の接合面とはんだとの間に、イオンプレーティングまたはスパッタリングにより形成したＣｕ、Ｎｉ、およびＣｕ−Ｎｉ合金のうちの少なくともいずれかからなる平均層厚２〜８μｍの薄層を介在させることが開示されている。
また、特許文献２に記載のスパッタリングターゲットでは、Ｓｉ等のターゲット材の接合面に下地金属層としてＣｒ膜、その下地金属層に積層された上層金属層としてＣｕ膜がそれぞれ成膜され、そのＣｕ膜とバッキングプレート間にろう材が介在して接合されている。

特開平７−４８６６７号公報特開２００１−２２６７６３号公報

ＳｎＮｂターゲット材は、金属ターゲットであるため、非金属ターゲット材に比べればはんだ濡れ性が良いはずであり、非金属ターゲット材の場合と同様に単に金属層を形成するだけでは接合強度を向上させることは難しい。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、ＳｎＮｂターゲット材とバッキングプレートとの接合強度を向上させることを目的とする。

本発明者は、ＳｎＮｂターゲット材の接合強度向上について鋭意研究した結果、ＳｎＮｂターゲット材は、ＳｎとＮｂとの合金ではなく、これらの粉末を焼成して結合したものであり、その表面が粗いこと、組成が不均一であること、さらには、はんだに含まれるＩｎに対する性質が各金属で特有であることがわかった。すなわち、ＳｎとＮｂのうち、はんだのＩｎは、Ｎｂに対しては濡れ性が悪い反面、Ｓｎとは反応し易く、Ｓｎ中にＩｎが拡散する現象が生じる。このＳｎとＮｂとの性質が両極端であり、前述の表面が粗く、組成が不均一であることとも相俟って、これらのいずれが接合強度の低下を招いているかは判然としない。
そこで、これらＳｎとＮｂとのＩｎに対する作用を遮断すべくバリア層を形成することを考えた。そのバリア層としてＮｉ層を形成したが、はんだ塗布作業中に破れが生じて、バリア層としての機能を発揮できなくなる。
このような研究を経ての知見の下、本発明は以下の解決手段とした。

本発明のＳｎＮｂスパッタリングターゲットは、ＳｎＮｂターゲット材の表面に５μｍ〜３０μｍの厚さのＮｉ層と５μｍ〜３０μｍの厚さのＣｕ層とがこの順に積層されるとともに、該Ｃｕ層とバッキングプレートとの間がＩｎ又はＩｎ合金からなるはんだを介して接合されていることを特徴とする。

ＳｎＮｂターゲット材の表面にＮｉ層を形成することは、ＳｎＮｂターゲット材の粗い表面状態を滑らかにするとともに、はんだに含まれるＩｎがＳｎＮｂターゲット材に接することを防止するため、はんだのＩｎとＮｂとの前述した濡れ性の問題やＳｎへの拡散による接合不良の発生を防止することができる。ただし、Ｎｉ層単体では、ＳｎＮｂターゲット材の熱膨張が大きい等の理由により、高温下で行われるはんだ塗布作業中等に破れが生じ易く、このため、その上を延性のあるＣｕ層で覆うことにより、破れの発生を抑制している。
このＣｕ層が５μｍ未満であると、はんだ塗布作業中にＣｕがはんだのＩｎと反応して下層のＮｉ層が露出する場合があり、３０μｍを超えると剥離のおそれがある。また、Ｎｉ層は５μｍ未満であるとバリア層としての効果に乏しく、３０μｍを超えると剥離のおそれがある。

本発明のＳｎＮｂスパッタリングターゲットにおいて、前記Ｎｉ層及び前記Ｃｕ層はイオンプレーティングによって形成されているとよい。
これらＮｉ層及びＣｕ層がイオンプレーティングによって形成されることにより、密着性をより向上させることができる。

本発明のＳｎＮｂスパッタリングターゲットによれば、ＳｎＮｂターゲット材の表面に形成したＮｉ層とＣｕ層との相乗効果により、はんだによるバッキングプレートとの接合強度を向上させることができ、長期的に安定したスパッタリングを行わせることができる。

本発明のＳｎＮｂスパッタリングターゲットの一実施形態を示す縦断面図である。図１のＳｎＮｂスパッタリングターゲットを製造している途中の状態を示す正面図である。実施例及び比較例のＥＰＭＡ像の模式図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。
本実施形態のＳｎＮｂスパッタリングターゲット１は、ＳｎＮｂターゲット材２の表面に５μｍ〜３０μｍの厚さのＮｉ層３と５μｍ〜３０μｍの厚さのＣｕ層４とがこの順に積層されるとともに、そのＣｕ層４とバッキングプレート５との間がＩｎ又はＩｎ合金からなるはんだ６を介して接合されている。

ＳｎＮｂターゲット材２は、Ｓｎ粉末とＮｂ粉末との混合粉末を焼成して結合してなるものであり、溶製材に比べて表面が粗く、組成は不均一である。
Ｎｉ層３及びＣｕ層４はイオンプレーティングによって形成されている。また、はんだ６は、融点が低いＩｎＳｎ合金はんだが好ましい。
バッキングプレート５は例えばＣｕ又はＣｕ合金から構成される。
なお、ＳｎＮｂターゲット材２とバッキングプレート５との間には、スペーサとして例えば直径０．４ｍｍのＣｕ製のワイヤ（図示略）が介在されており、はんだ６は、このワイヤにより形成される隙間を埋める程度の厚さに設けられる。

このような構成のＳｎＮｂスパッタリングターゲット１は、ＳｎＮｂターゲット材２にイオンプレーティングによってＮｉ層３及びＣｕ層４をこの順で形成した後、Ｃｕ層４の表面及びバッキングプレート５の表面にはんだを塗布し、これらを接合することにより製造される。このはんだ塗布作業は次のようにして行われる。

まず、図２に示すように、ホットプレートなどの加熱器１０の上にＳｎＮｂターゲット材２とバッキングプレート５とをこれらの接合面を上方に向けて並べて載置して、これらをはんだの融点以上の１５０℃〜１６０℃に加熱した状態とする。そして、ＳｎＮｂターゲット材２のＣｕ層４の上及びバッキングプレート５の上面にそれぞれ溶融状態のはんだを塗布し、ヒータを搭載した超音波こて等を用いて超音波振動を加えながら、表面全面になじませるようにはんだを塗り拡げる。
次に、この十分に塗り拡げたはんだの塗布層中にワイヤを配置した後、図２の矢印で示すようにターゲット材２を裏返してバッキングプレート５の上に載せることにより、これらを貼り合わせ、上方から荷重をかけた状態で冷却する。この冷却は、加熱器１０の電源を遮断するとともに、ターゲット材２とバッキングプレート５との積層体に風を送るなどによる徐冷とする。

このように製造されるＳｎＮｂスパッタリングターゲット１は、ＳｎＮｂターゲット材２の表面に形成されたＮｉ層３及びＣｕ層４により、ＳｎＮｂターゲット材２が滑らかな表面状態に形成されるとともに、Ｎｉ層３がバリア層として機能し、はんだ６とＳｎＮｂターゲット材２との直接の接触を防止することができる。また、前述したはんだの塗布作業において、ＳｎＮｂターゲット材２は１５０℃〜１６０℃の温度に加熱された状態ではんだが塗布されるが、Ｎｉ層３はＳｎＮｂターゲット材２に比べて熱膨張が小さいので、はんだの塗布作業中にＳｎＮｂターゲット材２との熱膨張差によって引っ張り応力が作用し、また超音波こて等によって超音波振動も付与されていることにより、Ｎｉ層３に破れが生じるおそれがある。本実施形態では、このＮｉ層３の表面がＣｕ層４により覆われていることにより、延性に富むＣｕ層４がＮｉ層３の破損を抑制することができる。

一方、このＣｕ層４は、はんだの塗布作業中にはんだに含まれるＩｎと反応して合金化するので、Ｃｕ層４が薄いと、下地のＮｉ層３が露出するおそれがあり、このＮｉ層３が露出すると、前述したＮｉ層３の破れの問題が顕在化するとともに、Ｎｉ層３とはんだ６との濡れ性が悪いことから、密着性を損なうことにもなる。したがって、Ｃｕ層４には塗布作業中にＩｎと一部が合金化してもＮｉ層３を覆うに足る厚さが必要であり、そのため、Ｃｕ層４を５μｍ〜３０μｍの厚さとした。

Ｃｕ層４の厚さが５μｍ未満であると、はんだ塗布作業中にＣｕがはんだのＩｎと反応して下層のＮｉ層３が露出する場合があり、３０μｍを超えると剥離のおそれがある。一方、Ｎｉ層３の厚さを５μｍ〜３０μｍとしたのは、５μｍ未満であるとバリア層としての効果に乏しく、３０μｍを超えると剥離のおそれがあるからである。

なお、バリア層としてはＮｉ層以外にＣｒ層も考えられるが、ＣｒはＮｉに比べてかなり硬いので、例えばＳｉターゲット材のように接合面が均一で熱膨張の小さいターゲット材には有効かも知れないが、ＳｎＮｂターゲット材のように接合面が粗く、組成も不均一で、熱膨張が大きいターゲット材には破れや剥がれがかなりの頻度で発生し、その上にＣｕ層を保護膜として積層しても、Ｃｒ層の破れや剥がれを防ぎきれない。このため、ＳｎＮｂターゲット材に対するバリア層としてはＮｉ層が好適であり、Ｃｕ層との相乗効果により、接合部の剥離を確実に防止することができる。

このように構成したＳｎＮｂスパッタリングターゲット１は、バッキングプレート５が設けられていない側のＳｎＮｂターゲット材２のスパッタ面を処理基板に対向させた状態でスパッタリング装置のターゲットホルダー（いずれも図示略）に取り付けられて使用される。この実施形態のＳｎＮｂスパッタリングターゲット１は、ＳｎＮｂターゲット材２とバッキングプレート５とが強固に密着されているので、耐久性に優れ、安定したスパッタリングを継続することができる。

ＳｎＮｂターゲット材とＣｕ製のバッキングプレートとを用意し、はんだとして７０質量％Ｉｎ−３０質量％Ｓｎ合金はんだを用い、表１に示すように、ＳｎＮｂターゲット材の表面をそのままとしたもの、Ｎｉ層のみを形成したもの、Ｃｕ層のみを形成したもの、Ｎｉ層及びＣｕ層をこの順で形成したものの複数種類作製してバッキングプレートに接合した。表１中に各層の厚さを示す。ただし、Ｃｕ層及びＮｉ層とも厚さ３０μｍを超えて塗布しようとすると、いずれも剥離が生じたので、試料を作製しなかった。また、「−」と記載したものはその層を形成しなかったことを示す。
なお、これらＮｉ層、Ｃｕ層はイオンプレーティングにより形成した。また、いずれも、ＳｎＮｂターゲット材とバッキングプレートとの間に直径０．４ｍｍのＣｕ製ワイヤを介在させて隙間を確保し、ＳｎＮｂターゲット材及びバッキングプレートを１５５℃の温度に加熱してはんだを塗布した。

そして、バッキングプレートとＳｎＮｂターゲット材とを接合した後に、その接合断面をＥＰＭＡ分析により観察して、接合界面からＳｎＮｂターゲット材へのＩｎ拡散層の距離を測定した。また、ＳｎＮｂターゲット材とバッキングプレートとを剥離し、接合部に残るはんだを採取して組成を分析した。

表１からわかるように、実施例のスパッタリングターゲットはＳｎＮｂターゲット材へのＩｎの拡散がなく、はんだの組成も変化が少ない。したがって、剥離を生じることなく強固な接合状態を維持し、長期的に安定したスパッタリングを行うことができる。
一方、比較例のものは、ＩｎがＳｎＮｂターゲット材に深く拡散しているとともに、このＩｎの拡散に伴いはんだの組成もＳｎの比率が高くなっており、はんだとしての機能低下をきたすおそれがある。このため、ＳｎＮｂターゲット材とバッキングプレートとが剥離し易いものとなっている。
なお、接合断面のＥＰＭＡ像を図３に模式的に示した。

（１）ＳｎＮｂターゲット材２の表面をそのまま接合したもの（比較例１）は、図３（ａ）に示すように、はんだ６のＩｎがターゲット材２内に深く拡散していた。図３において符号Ａで示す領域をＩｎの拡散領域とする。
（２）ＳｎＮｂターゲット材２の表面にＣｕ層４のみ形成して接合したもの（比較例２）及びＮｉ層３のみ形成して接合したもの（比較例３）は、比較例１ほど深くはないが、はんだ６のＩｎがターゲット材２内に拡散していた。比較例２を図３（ｂ）に、比較例３を図３（ｃ）に示す。Ｎｉ層３のみを形成した比較例３では、Ｎｉ層３に破れＢが生じていた。
（３）ＳｎＮｂターゲット材２の表面にＮｉ層３及びＣｕ層４をこの順で形成して接合したもの（実施例１）は、はんだ６のＩｎのターゲット材２への拡散は見当たらなかった。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
ＳｎＮｂターゲット材表面のＮｉ層及びＣｕ層はイオンプレーティングによって形成されるのが好ましいが、イオンプレーティング以外の方法として、蒸着や溶射等によって成膜されるものも含む。

１ＳｎＮｂスパッタリングターゲット
２ＳｎＮｂターゲット材
３Ｎｉ層
４Ｃｕ層
５バッキングプレート
６はんだ
１０加熱器
Ａ拡散領域
Ｂ破れ

Claims

ＳｎＮｂターゲット材の表面に５μｍ〜３０μｍの厚さのＮｉ層と５μｍ〜３０μｍの厚さのＣｕ層とがこの順に積層されるとともに、該Ｃｕ層とバッキングプレートとの間がＩｎ又はＩｎ合金からなるはんだを介して接合されていることを特徴とするＳｎＮｂスパッタリングターゲット。
前記Ｎｉ層及び前記Ｃｕ層はイオンプレーティングによって形成されていることを特徴とする請求項１記載のＳｎＮｂスパッタリングターゲット。