JP2013245375A - ツバ付きターゲットの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】良好な薄膜を与え得るとともに耐久性に優れるツバ付きターゲットの製造方法を提供する。
【解決手段】ターゲット前面を装置内部に向けて取付け得るように周囲にツバ部を与えたツバ付きターゲットの製造方法である。所定の成分組成を有するターゲット体を用意し、ターゲット体のターゲット前面を与えるべき面と一対をなす背面に対し、固相温度域で加熱した金属粒子をガス流とともにスプレーし、背面上で金属粒子を塑性変形させつつ堆積させバッキングプレート部を与えるコールドスプレーステップ（Ｓ１、Ｓ２）と、機械加工してツバ部を形成する機械加工ステップ（Ｓ３）と、を含むことを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、成膜装置への取付のためのツバ部を与えられたツバ付きターゲットの製造方法に関する。

薄膜形成装置としての成膜装置では、冷却された取付部の上に各種形状の板状のターゲットを盤面を突き合わせるように密着固定して、ターゲットを冷却しながら運転される。ここでこの種のターゲットは板側面からフランジ状に突出した段付きのツバ部を有し、装置の取付部の上に配置された上で該取付部に押し付けるようにツバ部を固定爪でねじ止めして固定される。このようなツバ付きターゲットには、製造方法によっていくつかの種類が知られている。

例えば、特許文献１では、ターゲット材料からなる円板状のターゲット体の背面に、直径のより大なる円板状のバッキングプレート部をガリウム、インジウム又は銀などの低融点金属からなるロウ材でロウ付けして接合させたボンディング型のツバ付きターゲットを開示している。バッキングプレート部がツバ部を与えるのである。ところで、このようなターゲットでは、成膜装置での使用中に温度が上昇してしまうと、ロウ材が再溶解し、装置に固定されたバッキングプレート部からターゲット体が脱離してしまうおそれがあった。

また、特許文献２では、ターゲット材料からなるターゲット体の板外周面を機械加工してツバ部を与えた一体型のツバ付きターゲットを開示している。かかるターゲットでは、上記したようにツバ部を固定爪でねじ止めして取付部へ押し付けたときに、機械加工されたツバ部基部角に応力集中が生じやすい。すなわち、成膜装置での運転中又は運転前後の熱応力により、該ツバ部基部角を起点に割れを生じやすい。かかる傾向は、近年多用される多元系の機械的に脆いターゲット材料で得られるターゲットにおいて特に顕著となっている。

また、特許文献３では、ツバ部を与えるバッキングプレート部の上にターゲット材料粉末をプラズマ溶射やフレーム溶射によって溶着させた溶射皮膜からなるターゲット体を与えて得られるターゲットを開示している。かかるターゲットの製造法では、ロウ材を用いることなく、ボンディング型に類似するツバ付きターゲットを得ることができる。

ところで、特許文献４では、特許文献３に対して、溶射によって溶着させて得られるターゲット体が低密度であること、大気中でのターゲット材料粉末の溶融によりガス成分がターゲット体に巻き込まれてしまうこと、及び、これらに起因してターゲット体内部にパーティクルを生じ、結果として、このようなターゲットを用いて得られた薄膜では、微小パーティクルを含み得て十分な要求性能を満たし得ないことなどを述べている。その上で、特許文献４では、ターゲット材料粉末を固相温度域で加熱してガス流とともにバッキングプレートの上にスプレーし、ターゲット材料粉末を塑性変形させつつ堆積させる、いわゆるコールドスプレー法によるターゲットを開示している。かかるターゲットでは、ターゲット材料粉末を溶融させずにバッキングプレート部上に与えるからターゲット体内部のパーティクルを抑制でき、結果として得られる薄膜での微小パーティクルを減じ得るのである。

特開昭６１−１８３４６５号公報 特開２０００−２６５２６５号公報 特開２００２−３３９０３２号公報 再公表特許２００８−０８１５８５号公報

上記したように、ツバ付きターゲットの製造方法によって、成膜装置でターゲットを使用して得られる薄膜の性状に影響を与え、また、バッキングプレート部からのターゲット体の脱離やツバ部近傍の割れの発生など、その寿命にも影響を与えてしまう。

本発明はかかる状況に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、良好な薄膜を与え得るとともに耐久性に優れるツバ付きターゲットの製造方法を提供することにある。

本発明によるツバ付きターゲットの製造方法は、ターゲット前面を装置内部に向けて取付け得るように周囲にツバ部を与えたツバ付きターゲットの製造方法であって、所定の成分組成を有するターゲット体を用意し、前記ターゲット体の前記ターゲット前面を与えるべき面と一対をなす背面に対し、固相温度域で加熱した金属粒子をガス流とともにスプレーし、前記背面上で前記金属粒子を塑性変形させつつ堆積させバッキングプレート部を与えるコールドスプレーステップと、機械加工して前記ツバ部を形成する機械加工ステップと、を含むことを特徴とする。

かかる発明によれば、良好な薄膜を与え得るとともに耐久性に優れるツバ付きターゲットを製造できるのである。

上記した発明において、前記ターゲット体は、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｍｏ、Ｗ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｃ、Ｂ、Ｙのうちのいずれか単体、これらの酸化物、窒化物、硫化物、炭化物、ホウ化物、又は、これらを２種以上組み合わせた合金からなることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、薄膜を形成させるために必要な材料を所定の中から選定することで、良好な薄膜を与え得るとともに、耐久性に優れるツバ付きターゲットを製造できるのである。

上記した発明において、前記金属粒子は、Ｃｕ、Ａｌ、Ｆｅのうちのいずれか単体、これらの酸化物、窒化物、炭化物、硫化物、ホウ化物、又は、これらを２種以上組み合わせた合金からなることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、バッキングプレート部に必要な材料を所定の中から選定することで、良好な薄膜を与え得るとともに耐久性に優れるツバ付きターゲットを製造できるのである。

本発明による製造方法で得られるターゲットの斜視図である。 ターゲットの成膜装置への固定状態を示す断面図である。 本発明による製造方法を示す工程図である。 各製造工程におけるターゲットの断面図である。 本発明による製造方法において使用される装置の図である。 実施例及び比較例の製造条件及び試験結果の一覧図である。

本発明による１つの実施例としての製造方法により得られるターゲットについて、図１及び図２を用いて説明する。

図１に示すように、本実施例としてのターゲット１０は、略円盤状のターゲット部１の主面（図１においてはターゲット部１の下面）上に、後述するコールドスプレー法で基板２を堆積させて接合させた後に、これを機械加工して得られたツバ付きターゲットである。本発明に係るターゲットは、いわゆるスパッタリングや、アークによる成膜のいずれにも適用し得る。

ターゲット部１は、一般的に成膜時に用いられる円盤状のターゲット板と同一である。後述するように、その製造方法は限定されない。また、薄膜を形成するための材料、例えば、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｍｏ、Ｗ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｃ、Ｂ、Ｙのうちのいずれか単体、これらの酸化物、窒化物、硫化物、炭化物、ホウ化物、又は、これらを２種以上組み合わせた合金からなる平板であり得る。

基板２は、ターゲット部１よりも大きい直径を有する略円盤状の金属板である。基板２の外周部近傍はターゲット部１の外側に突出し、段付きのツバ部３となっている。基板２は、後述するコールドスプレー法で与えられ、例えば、Ｃｕ、Ａｌ、Ｆｅのうちのいずれか単体、これらの酸化物、窒化物、炭化物、硫化物、ホウ化物、又は、これらを２種以上組み合わせた合金からなり得る。

図２に示すように、ターゲット１０は、成膜装置の冷却された取付部５の盤面に基板２の背面を押し付けるように突き合わせて密着させられ、ツバ部３を固定爪７でねじ止めして固定される（なお、ねじについては図示しない。）。かかる断面構造から明らかなように、成膜装置運転時にターゲット部１を効率よく冷却出来るよう、基板２は熱伝導性の高い材料からなることが好ましい。

次に、上記したターゲットの製造方法の１つの実施例について、図３に沿って、図４及び図５を用いて説明する。

ターゲット部準備ステップＳ１では、図４（ａ）に示すような板状のターゲット部１を準備する。かかるターゲット部１は上記したような材料からなる平板のターゲットであって、従来品を用い得る。

次いで、バッキングプレート堆積ステップＳ２では、図４（ｂ）に示すようにターゲット部１を後述するようなコールドスプレー装置にセットし、その一方の主面上に基板２をコールドスプレー装置を用いて層状に形成させる。

ここで、図５に模式的に示すようにコールドスプレー装置４０では、ガスボンベなどから供給される不活性ガスをガスユニット４１に導き、キャリアガスライン４２及び搬送ガスライン４３にその流量を調節しながら分岐させる。キャリアガスライン４２を流れる不活性ガスはヒーター４５に導かれて所定の温度に加熱され、チャンバ４６内に導かれる。一方、搬送ガスライン４３を流れる不活性ガスはフィーダ４４へ導かれ、上記した基板２となる材料からなる金属粉末を搬送しつつチャンバ４６内に導かれる。チャンバ４６の内部では、加熱された不活性ガスにより、金属粉末が固相温度域で加熱され、すなわち、金属粉末が固体状態を維持する所定の温度範囲に加熱され、ノズル４７へと運ばれる。ノズル４７の内部には図示しない圧縮部が設けられており、金属粉末を運ぶ不活性ガスを通過させることでこれを超音速流とするよう加速できる。加熱され且つガス流とともに加速された金属粉末の粒子２０は、ノズル４７からターゲット部１に向けてスプレーされる。この噴射された粒子２０は固体状態を維持したままターゲット部１の主面上に高速で衝突し、自らを塑性変形させながらターゲット部１の表面形状に沿うように変形し付着する。ノズル４７をターゲット部１に対して相対的に移動させながら、金属粉末の粒子２０をターゲット部１の主面を覆うように付着させる。これにより、一層目の粒子層２’をターゲット部１の主面上に形成させる。

ここで、ターゲット部１がＣｕやＡｌなどターゲットとして用いられる他の材料と比較して塑性変形しやすい材料からなる場合、粒子２０の衝突した箇所を塑性変形させ得て、同時に塑性変形する粒子２０がターゲット部１との衝突箇所の塑性変形部分に食い込むようにして付着し得る。これにより粒子層２’をターゲット部１とより強固に接合させ得るのである。

さらに、１層目の粒子層２’上に金属粉末の粒子２０の噴射を重ねて行う。粒子２０は、粒子層２’上で自ら塑性変形し、これとともに粒子層２’をも塑性変形させながら衝突していく。このように、粒子２０は塑性変形しながら衝突することで、例えばプラズマ溶射法のような溶融金属を噴射し堆積させる場合と比べて高密度に堆積させ得る。これを繰り返すことで、基板２がターゲット部１の主面上に層状に形成される。

なお、１層目の粒子層２’を形成した後に金属粉末の単位時間当たりの噴射量を多くしてもよい。かかる場合、粒子２０を粒子層２’に付着させ得る範囲において、不活性ガスの温度や圧力などの条件を適宜変更して、より効率よく所定の厚さの基板２を得られるのである。もちろんコールドスプレー装置４０は上記した構成の装置に限らず、また、例えば、ヒータを複数段に構成したり、キャリアガスをより高温に加熱する装置を与えられるなど、適宜変更できる。

さらに、バッキングプレート堆積ステップＳ２では、形成された基板２の残留応力を緩和するために、基板２に緩和熱処理を施すことが好ましい。また、緩和熱処理を施すことで上記したターゲット部１の冷却を効率よくできるよう、基板２の熱伝導率を向上させ得る。緩和熱処理の処理条件は、基板２の材料に対応するが、概ね、加熱温度２００〜７００℃、保持時間２〜１０Ｈｒの範囲内で適宜、設定し得る。

機械加工ステップＳ３では、図４（ｃ）に示すように、基板２の直径をターゲット部１の直径よりも大きくなるように機械加工する。すなわち、少なくともターゲット部１の外周部を切削し、基板２の外周部が外周側へ向かって張り出すツバ部３を形成するように機械加工を行うのである。その他、ターゲット１０を成膜装置に取付けるための形状を付与する機械加工や、基板２の背面を取付部５の盤面に密着させるための研削加工などが必要に応じて行われる。以上により、ターゲット１０が得られる。

〔評価試験〕
次に、上記した製造方法及び比較例としての製造方法によるターゲットの評価試験の結果を説明する。まず、評価試験に用いた試験片の製作方法について詳述する。

まず、Ａｌ−４４質量％Ｃｒ−３質量％Ｂ（Ａｌ：Ｃｒ：Ｂ＝５３：４４：３）からなる粉末を直径１６１ｍｍ、厚さ１０ｍｍの略円盤状体に焼結した一般的なターゲットプレートを用意した。

実施例１及び２では、上記した製造方法により、ターゲットプレートの主面上に、それぞれＣｕ及びＡｌの金属粉末を厚さ６ｍｍに堆積させた。なお、バッキングプレート堆積ステップＳ２において、金属粉末を噴射させるための不活性ガスは窒素ガス、不活性ガスの加熱温度は６００℃、チャンバ４６（図５参照）の内圧は３ＭＰａとした。また、機械加工ステップＳ３において、ターゲット部１の外周のみならず、全面に機械加工を施し、ターゲット部１を直径１５４ｍｍ×厚さ８ｍｍ、基板２を直径１６０ｍｍ×厚さ４ｍｍとするツバ付きの略円盤状体であるターゲット１０を得た。かかる製造方法を図６では、コールドスプレー法と表記した。

他方、比較例１及び２では、それぞれＣｕ及びＡｌからなる基板を用意し、インジウムからなるロウ材を用いてターゲットプレートにこの基板をロウ付け接合した。これについても、ターゲット部１を直径１５４ｍｍ×厚さ８ｍｍ、基板２を直径１６０ｍｍ×厚さ４ｍｍとするツバ付きの略円盤状体であるターゲット１０を得られる。かかる製造方法を図６では、ボンディング法と表記した。

実施例１及び２、比較例１及び２のターゲット１０において、ターゲット部１と基板２との界面をその厚さ方向の略中央に含むように、縦３０ｍｍ、横３０ｍｍ、厚さ８±１ｍｍの板状試験片をそれぞれ切り出した。かかる板状試験片は後述する加熱試験及び引張試験に供した。

次に、板状試験片を使用した評価試験、すなわち、耐熱性を評価する加熱試験、及び、接合強度を評価する引張試験の各方法について説明する。

耐熱性を評価する加熱試験は、板状試験片を３００℃に加熱保持して、ターゲット部１が基板２からその界面において脱離するかを確認することで行った。なお、図６において、脱離のなかった場合については「良好」と判定し「○」を、脱離を確認できた場合には「不良」と判定し「×」を記録した。

接合強度は、板状試験片の接合界面を挟んだ上面及び底面をそれぞれ治具に固定し、室温で、ターゲット部１と基板２との界面に略垂直な方向に沿って引張荷重を負荷して、引張強さ（破断荷重）及び破断位置を確認することで行った。なお、図６において、破断位置が界面からターゲット部１又は基板２の側にあった場合、接合界面の接合強度が高いと判断でき、「○」を、これに対して、破断位置が界面であった場合、相対的に接合界面の接合強度が不十分と判定でき、「×」を記録した。

以上についての試験結果は、図６に示すように、実施例１では、加熱試験において脱離はなく、耐熱性は「良好」と判定された。引張試験において引張強さは４．８Ｎ／ｍｍ^２、破断位置はターゲット部１側であって、接合強度は高かった。また、実施例２でも、加熱試験において脱離はなく、耐熱性は「良好」と判定された。引張試験において引張強さは実施例１と同等の４．８Ｎ／ｍｍ^２であり、破断位置はターゲット部１側であって、接合強度は高かった。実施例１及び２において、図１を参照すると、ターゲット部１にコールドスプレー法で与えられた基板２がその界面において互いに食い込むように接合し、アンカー効果により強固な接合を得たものと推測される。つまり、実施例１及び２のツバ付きターゲットは、良好な耐熱性及び接合強度を有し、耐久性に優れるのである。

他方、比較例１及び２では、加熱試験において、接合部がインジウムの融点である１５２℃付近で再溶解して、脱離を生じ、耐熱性は「不良」と判定された。また、両比較例１及び２とも、引張試験において引張強さは１．６Ｎ／ｍｍ^２、破断位置は接合界面であって、接合強度は非常に低かった。

以上、本実施例の製造方法によれば、ターゲット部１と基板２との界面での脱離や破断を生じづらく耐久性に優れるツバ付きターゲット１０を与えるのである。また、ターゲット部１はこれを変成させるような加工を与えられないので、ターゲット部１を所定の方法で得て、その本来の良好な薄膜を与え得るのである。

ここまで本発明による代表的実施例及びこれに基づく改変例について説明したが、本発明は必ずしもこれらに限定されるものではない。当業者であれば、添付した特許請求の範囲を逸脱することなく、種々の代替実施例を見出すことができるであろう。

１ ターゲット部
２ 基板
３ ツバ部
１０ ターゲット
４０ コールドスプレー装置

Claims (3)

1. ターゲット前面を装置内部に向けて取付け得るように周囲にツバ部を与えたツバ付きターゲットの製造方法であって、
   所定の成分組成を有するターゲット体を用意し、前記ターゲット体の前記ターゲット前面を与えるべき面と対をなす背面に対し、固相温度域で加熱した金属粒子をガス流とともにスプレーし、前記背面上で前記金属粒子を塑性変形させつつ堆積させバッキングプレート部を与えるコールドスプレーステップと、
   機械加工して前記ツバ部を形成する機械加工ステップと、を含むことを特徴とするツバ付きターゲットの製造方法。
2. 前記ターゲット体は、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｍｏ、Ｗ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｃ、Ｂ、Ｙのうちのいずれか単体、これらの酸化物、窒化物、硫化物、炭化物、ホウ化物、又は、これらを２種以上組み合わせた合金からなることを特徴とする請求項１記載のツバ付きターゲットの製造方法。
3. 前記金属粒子は、Ｃｕ、Ａｌ、Ｆｅのうちのいずれか単体、これらの酸化物、窒化物、炭化物、硫化物、ホウ化物、又は、これらを２種以上組み合わせた合金からなることを特徴とする請求項２記載のツバ付きターゲットの製造方法。