JP2014169473A

JP2014169473A - バッキングプレート付きスパッタリングターゲットの反り矯正方法

Info

Publication number: JP2014169473A
Application number: JP2013041326A
Authority: JP
Inventors: Osamu Ito; 治伊藤; Takuya Nagashima; 卓哉長嶋
Original assignee: Tanaka Kikinzoku Kogyo KK
Current assignee: Tanaka Kikinzoku Kogyo KK
Priority date: 2013-03-01
Filing date: 2013-03-01
Publication date: 2014-09-18

Abstract

【課題】反りが発生したバッキングプレート付きスパッタリングターゲットの反りを簡易な方法で矯正することができる反り矯正方法を提供する。
【解決手段】スパッタリングターゲット１２とバッキングプレート１４とをろう材１６で接合してなるバッキングプレート付きスパッタリングターゲット１０を、スパッタリングターゲット１２の重心位置におけるスパッタリングターゲット１２の略厚さ方向に加圧することにより、バッキングプレート付きスパッタリングターゲット１０の反りを減少させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、バッキングプレート付きスパッタリングターゲットの反り矯正方法（以下、単に「反り矯正方法」と記すことがある。）に関し、詳しくは、反りが発生したバッキングプレート付きスパッタリングターゲット（以下、「ＢＰ付きターゲット」と記すことがある。）の反りを簡易な方法で矯正することができる反り矯正方法に関する。

スパッタリングターゲット（以下、単に「ターゲット」と記すことがある。）は、スパッタリング装置への取付けおよびスパッタリングの最中のターゲットの冷却のため、バッキングプレートが取り付けられた状態でスパッタリング装置へ取り付けられることがある。

スパッタリングターゲットをバッキングプレートに取り付けるため、現状では、スパッタリングターゲットとバッキングプレートとをインジウムが溶融する温度（例えば２５０〜３００℃程度）まで加熱して、スパッタリングターゲットとバッキングプレートとの間に溶融したインジウムを介在させ、その状態で常温まで冷却してインジウムを固化させてスパッタリングターゲットとバッキングプレートとを接合することが多くなされている。

しかし、スパッタリングターゲットとバッキングプレートとの間には熱膨張係数に違いがあるため、冷却に伴う収縮量が異なる。このため、スパッタリングターゲットとバッキングプレートとを接合したＢＰ付きターゲットにおいては、常温まで冷却した状態において反りが発生することがある。

反りが発生したＢＰ付きターゲットは、スパッタリング装置に適切に取り付けることが難しくなるとともに、スパッタリングの最中の冷却が適切に行えなくなるおそれがある。

これに対応するための技術としては、反り自体が発生しないようにする技術（例えば、特許文献１、２参照）や、発生した反りを矯正する技術（例えば、特許文献３、４参照）がある。

しかし、特許文献１に記載の技術では、接合されるスパッタリングターゲットとバッキングプレートとの双方の接合面に互いに隙間なく嵌合しうる凹凸を形成する必要があり、手間がかかる。

特許文献２に記載の技術では、接合の領域を、ターゲット部材の中央の所要部分を外した範囲に制限する必要があり、手間がかかる。

特許文献３に記載の技術では、反りを矯正している最中に反対方向に逆に反ってしまうおそれがあり、反りの矯正を適切に行うための制御に細心の注意が必要である。

特許文献４に記載の技術では、真空吸引する必要があり、手間がかかる。また、反りを矯正している最中に反対方向に逆に反ってしまうおそれがあり、反りの矯正を適切に行うための制御に細心の注意が必要である。

特開平８−１８８８７２号公報特開平６−６５７２７号公報特開平５−２１４５１８号公報特開２００１−１３１７３８号公報

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、反りが発生したバッキングプレート付きスパッタリングターゲットの反りを簡易な方法で矯正することができる反り矯正方法を提供することを課題とする。

本発明者は、前記課題を解決するため鋭意研究開発を行った結果、以下のバッキングプレート付きスパッタリングターゲットの反り矯正方法により、前記課題を解決できることを見出し、本発明をするに至った。

即ち、本発明に係るバッキングプレート付きスパッタリングターゲットの反り矯正方法は、スパッタリングターゲットとバッキングプレートとをろう材で接合してなるバッキングプレート付きスパッタリングターゲットを、前記スパッタリングターゲットの重心位置における前記スパッタリングターゲットの略厚さ方向に加圧することにより、前記バッキングプレート付きスパッタリングターゲットの反りを減少させることを特徴とするバッキングプレート付きスパッタリングターゲットの反り矯正方法である。

ここで、「スパッタリングターゲットの重心位置における前記スパッタリングターゲット」の「厚さ方向」とは、スパッタリングターゲットの重心位置を含むように当該スパッタリングターゲットの厚さを測定したときに厚さが最小となる方向のことである。

前記ろう材は、インジウムであることが好ましい。

また、前記ろう材としてＳｎ系合金を用いることもできる。ここで、Ｓｎ系合金とはＳｎを含む合金のことであり、２元系だけでなく３元系以上のＳｎ合金も含む概念である。

また、本発明に係るバッキングプレート付きスパッタリングターゲットの反り矯正方法は、常温大気中で実行してもよい。

前記バッキングプレート付きスパッタリングターゲットを加圧する圧力は、１０〜６０ＭＰａであることが好ましい。

また、前記スパッタリングターゲットは金属酸化物を含んだターゲットであってもよく、また、前記バッキングプレートは無酸素銅からなるものとしてもよい。

本発明に係るバッキングプレート付きスパッタリングターゲットの反り矯正方法を実行するに際しては、前記バッキングプレート付きスパッタリングターゲットのスパッタリングターゲット側の外面およびバッキングプレート側の外面に緩衝材を配置した状態で、該緩衝材の外側から加圧して、該緩衝材を介して前記バッキングプレート付きスパッタリングターゲットを加圧するようにすることが好ましい。

前記緩衝材としては、例えばシリコンゴムを用いることができ、前記シリコンゴムは、厚さが０．５〜１．５ｍｍであることが好ましい。

また、本発明に係るバッキングプレート付きスパッタリングターゲットの反り矯正方法を実行しても、前記スパッタリングターゲットおよび前記バッキングプレートを塑性変形させないようにすることも可能である。

本発明によれば、スパッタリングターゲットとバッキングプレートとをろう材で接合してなるバッキングプレート付きスパッタリングターゲットを、前記スパッタリングターゲットの重心位置における前記スパッタリングターゲットの略厚さ方向に加圧することにより、前記バッキングプレート付きスパッタリングターゲットの反りを減少させることができる。

このため、従来の技術よりも極めて簡易にバッキングプレート付きスパッタリングターゲットの反りを減少させることができ、バッキングプレート付きスパッタリングターゲットの生産効率を大幅に向上させることができる。

反りのあるＢＰ付きターゲットを模式的に示す側面図反りのあるＢＰ付きターゲットをプレス機にセットした状態を模式的に示す側面図プレス圧力と反り量との関係を示すグラフ

以下、本発明の実施形態に係るバッキングプレート付きスパッタリングターゲットの反り矯正方法について詳細に説明する。

図１は、本実施形態に係る反り矯正方法を用いて反りを矯正する対象のバッキングプレート付きスパッタリングターゲットを模式的に示す側面図である。

このバッキングプレート付きスパッタリングターゲット１０（以下、ＢＰ付きターゲット１０と記すことがある。）は、スパッタリングターゲット１２と、バッキングプレート１４と、インジウム１６とからなり、スパッタリングターゲット１２とバッキングプレート１４との間に介在するインジウム１６によって、スパッタリングターゲット１２にバッキングプレート１４が取り付けられている。

本実施形態で用いるスパッタリングターゲット１２は金属酸化物（ＳｉＯ₂）が含まれるＣｏＣｒＰｔ系スパッタリングターゲットであるのに対し、バッキングプレート１４は無酸素銅である。このため、スパッタリングターゲット１２の熱膨張係数よりもバッキングプレート１４の熱膨張係数は大きくなっている。

スパッタリングターゲット１２にバッキングプレート１４を取り付ける際には、スパッタリングターゲット１２とバッキングプレート１４とをインジウム１６が溶融する温度（例えば２５０〜３００℃程度）まで加熱して、スパッタリングターゲット１２とバッキングプレート１４との間に溶融したインジウム１６を介在させ、その状態で常温まで冷却してインジウム１６を固化させてスパッタリングターゲット１２にバッキングプレート１４を取り付ける。

前述したように、スパッタリングターゲット１２の熱膨張係数よりもバッキングプレート１４の熱膨張係数は大きいため、インジウム１６が溶融する温度（例えば２５０〜３００℃程度）から常温まで冷却すると、スパッタリングターゲット１２よりもバッキングプレート１４の方が収縮量が大きくなる。このため、スパッタリングターゲット１２にバッキングプレート１４を取り付けて常温まで冷却すると、図１に示すように、スパッタリングターゲット１２側が凸となり、バッキングプレート１４側が凹となるように変形する。

図１において、スパッタリングターゲット１２側の反り量がＴＧ反り量ａであり、バッキングプレート１４側の反り量がＢＰ反り量ｂである。ここで、ＴＧとはターゲットの略であり、ＢＰとはバッキングプレートの略である。

次に、ＢＰ付きターゲット１０の反りを矯正する際の方法を具体的に説明する。

図２は、反りのあるＢＰ付きターゲット１０をプレス機にセットした状態を模式的に示す側面図である。

本実施形態に係る反り矯正方法において、ＢＰ付きターゲット１０の反りを矯正する際には、まず図２に示すように、厚さ０．５〜１．５ｍｍのシリコンゴム１８を、ＢＰ付きターゲット１０の上面（スパッタリングターゲット１２側の外面）および下面（バッキングプレート１４側の外面）に配置する。

次に、圧縮治具２０で加圧して、スパッタリングターゲット１２の重心位置におけるスパッタリングターゲット１２の略厚さ方向（以下、「スパッタリングターゲット１２の略厚さ方向」と記すことがある。）にＢＰ付きターゲット１０を加圧して、ＢＰ付きターゲット１０を平たんな状態にして反りを低減させる。加圧する際の温度は常温でよく、また、雰囲気も大気でよい。

ＢＰ付きターゲット１０に加える圧力は大きい方が反りを低減させる効果が大きく好ましいが、ＢＰ付きターゲット１０に加える圧力が大きすぎるとＢＰ付きターゲット１０自体がその圧力により損傷してしまうおそれがある。

反りを低減させる観点およびＢＰ付きターゲットを損傷させない観点から、ＢＰ付きターゲット１０に加える圧力は、１０〜６０ＭＰａであることが好ましく、２０〜４０ＭＰａであることがより好ましく、２５〜３２ＭＰａであることが特に好ましい。

スパッタリングターゲット１２の略厚さ方向にＢＰ付きターゲット１０を加圧することにより、ＢＰ付きターゲット１０の反りを低減させることができる理由は、現段階では明確になっていないが、スパッタリングターゲット１２の略厚さ方向にＢＰ付きターゲット１０を加圧してＢＰ付きターゲット１０を平たんな状態にすると、インジウム１６がその形状状態に塑性変形をするためだと考えられ、加圧によってインジウム１６に加えられる力がその塑性変形を促進するものと考えられる。なお、インジウムは融点が１５６．６℃と低く、常温においても融点からわずか１３０℃程度下に過ぎず、常温の状態においてもインジウムは十分に軟らかくなっており塑性変形しやすい状態にあると考えられる。

シリコンゴム１８は、緩衝材としての役割を有し、ＢＰ付きターゲット１０を図２に示すように上下方向に加圧して圧縮する際、特定の部位に応力が集中することを緩和する役割、ＢＰ付きターゲット１０と圧縮治具２０とが直接的に接触して、ＢＰ付きターゲット１０および圧縮治具２０に傷が生じることを防ぐ役割、およびＢＰ付きターゲット１０に汚れが付着することを防ぐ役割を有する。これらの役割を果たすことができ、かつ、スパッタリングターゲット１２にその成分が実質的に付着することのない材料であれば、緩衝材として用いる素材はシリコンゴムに限定されず、他の素材であってもよい。

加圧時の応力集中を緩和する観点からは、シリコンゴム１８の厚さは厚い方が好ましいが、シリコンゴム１８の厚さが厚くなりすぎるとＢＰ付きターゲット１０の反りの矯正が不十分になるおそれがある。

加圧時の応力集中を緩和する観点およびＢＰ付きターゲット１０の反りの矯正を十分に行う観点から、シリコンゴム１８の厚さは０．５〜１．５ｍｍであることが好ましく、０．８〜１．２ｍｍであることがより好ましく、０．９〜１．１ｍｍであることが特に好ましい。

なお、本実施形態で用いたＢＰ付きターゲット１０においては、スパッタリングターゲット１２とバッキングプレート１４とを接合するろう材としてインジウムを用いたが、適用可能なろう材はインジウムに限定されるわけではなく、常温での塑性変形能力に優れ、かつ、スパッタリング時の熱を受けても流出等せずに所定の形状保持能力を保つことができる材料であれば、他の材料であってもよい。例えば、Ｓｎ系合金（Ｓｎ−Ｐｂ合金、Ｓｎ−Ａｇ合金、Ｓｎ−Ｉｎ合金、Ｓｎ−Ｚｎ合金、Ｓｎ−Ｓｂ合金、Ｓｎ−Ｐｂ−Ａｇ合金等）や他の低融点ろう材をインジウムに替えて用いることも可能である。常温での塑性変形能力の観点およびスパッタリング時の形状保持能力の観点から、Ｓｎ系合金の中では、融点が１２０℃以上３５０℃以下のものが好ましい。融点が１２０℃未満ではスパッタリング時の形状保持能力が不足するおそれがあり、また、融点が３５０℃を超えると常温での塑性変形能力が不足するおそれがある。また、常温での塑性変形能力の観点およびスパッタリング時の形状保持能力の観点から、Ｓｎ系合金の中では、融点が１２０℃以上３００℃以下のものがより好ましい。なお、環境保全の観点からはＰｂを含まないものが好ましい。

また、加圧に用いる圧縮治具２０の材質は特に限定されず、ＢＰ付きターゲット１０を反りの矯正のために加圧してもその圧力では実質的に変形することがなく、かつ、破損することのない硬さと強度がある材料であればよく、例えばステンレスやカーボン等を用いることができる。

直径１６１．９３ｍｍ、厚さ３．１８ｍｍで、組成が８９（Ｃｏ−１０Ｃｒ−１８Ｐｔ）−５ＴｉＯ₂−３Ｃｏ₃Ｏ₄−３Ｂ₂Ｏ₃のスパッタリングターゲットに、直径１６５．１０ｍｍ、厚さ１．６８ｍｍ（スパッタリングターゲットと接着する部位（直径１６１．９３ｍｍの部位）の厚さは１．５０ｍｍ）の無酸素銅バッキングプレートをインジウムにより取り付けた。インジウムで取り付ける際、スパッタリングターゲット、無酸素銅バッキングプレート、およびインジウムを３００℃程度まで加熱し、溶融したインジウムをスパッタリングターゲットと無酸素銅バッキングプレートとの間に介在させ、常温まで冷却してインジウムを固化させて、スパッタリングターゲットと無酸素銅バッキングプレートとを接着した。

常温まで冷却した接着後のＢＰ付きターゲットは、スパッタリングターゲット側の反り量が０．３３ｍｍで、バッキングプレート側の反り量が０．３２ｍｍであった。

次に、厚さ１．０ｍｍのシリコンゴムを、ＢＰ付きターゲットの上面（スパッタリングターゲット側の外面）および下面（無酸素銅バッキングプレート側の外面）に配置して、ＢＰ付きターゲットをプレス機にセットして加圧した。加圧は、常温（２５℃程度）、大気中で行った。

加えるプレス圧力（加圧する圧力）は５段階で徐々に大きくしていった。具体的には、０．４８ＭＰａ→２．３８ＭＰａ→４．７６ＭＰａ→１４．２９ＭＰａ→２８．５７ＭＰａのようにプレス圧力を大きくしていった。各レベルのプレス圧力で１０分間その圧力を維持し、各レベルでの１０分間の加圧終了後に、スパッタリングターゲット側の反り量とバッキングプレート側の反り量の両方を測定した。次の表１にその測定結果を示し、図３にその測定結果を棒グラフにしたグラフを示す。

表１および図３からわかるように、プレス圧力を大きくするほどスパッタリングターゲット側の反り量（ＴＧ反り量）およびバッキングプレート側の反り量（ＢＰ反り量）の両方が小さくなっており、プレス圧力２８．５７ＭＰａを加えた後にはＴＧ反り量は０．０２ｍｍ、ＢＰ反り量は０．０３ｍｍとなって、十分に反り量が小さくなった。この程度まで反り量が小さくなれば、ＢＰ付きターゲットをスパッタリング装置に適切に取り付けることが難しくなることは考えにくく、また、スパッタリングの最中の冷却が適切に行えなくなるおそれも考えにくい。

なお、加圧する前のＢＰ付きターゲットについて、スパッタリングターゲットとバッキングプレートとの接合面に存在する空隙の状態を超音波探傷装置で調べておき、プレス圧力２８．５７ＭＰａまでの加圧を終えた後のＢＰ付きターゲットについても、スパッタリングターゲットとバッキングプレートとの接合面に存在する空隙の状態を超音波探傷装置で調べたところ、スパッタリングターゲットとバッキングプレートとの接合面に存在する空隙の状態は加圧の前後で変化しておらず、今回行った加圧の範囲内では、接合面には加圧による悪影響を与えていないことを確認した。

また、前記したように加圧して反りを矯正した後のＢＰ付きターゲットを再び３００℃程度まで加熱してインジウムを溶融させ、スパッタリングターゲットとバッキングプレートとを分離したところ、スパッタリングターゲットとバッキングプレートは当初の形状（インジウムによって接合する前の形状）を保っていることを確認した。即ち、本実施例のように加圧しても、スパッタリングターゲットとバッキングプレートは塑性変形をしていないことを確認した。したがって、本実施例のように加圧することによりＢＰ付きターゲットの反り量が減少した理由は、スパッタリングターゲットとバッキングプレートとの間のインジウムが塑性変形したためだと考えられる。

なお、本実施例のように加圧しても、バッキングプレートは当初の形状（インジウムによって接合する前の形状）を保っていることから、本実施例のように加圧して反りを矯正したＢＰ付きターゲットをスパッタリング実施後に再度加熱して、スパッタリングターゲットとバッキングプレートとに分離すれば、分離後のバッキングプレートはバッキングプレートとして再度使用することができる。

１０…バッキングプレート付きスパッタリングターゲット（ＢＰ付きターゲット）
１２…スパッタリングターゲット
１４…バッキングプレート
１６…インジウム
１８…シリコンゴム
２０…圧縮治具
ａ…ＴＧ反り量
ｂ…ＢＰ反り量

Claims

スパッタリングターゲットとバッキングプレートとをろう材で接合してなるバッキングプレート付きスパッタリングターゲットを、前記スパッタリングターゲットの重心位置における前記スパッタリングターゲットの略厚さ方向に加圧することにより、前記バッキングプレート付きスパッタリングターゲットの反りを減少させることを特徴とするバッキングプレート付きスパッタリングターゲットの反り矯正方法。
前記ろう材は、インジウムであることを特徴とする請求項１に記載のバッキングプレート付きスパッタリングターゲットの反り矯正方法。
前記ろう材は、Ｓｎ系合金であることを特徴とする請求項１に記載のバッキングプレート付きスパッタリングターゲットの反り矯正方法。
常温大気中で行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のバッキングプレート付きスパッタリングターゲットの反り矯正方法。
前記バッキングプレート付きスパッタリングターゲットを加圧する圧力は、１０〜６０ＭＰａであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のバッキングプレート付きスパッタリングターゲットの反り矯正方法。
前記スパッタリングターゲットは金属酸化物を含んでおり、また、前記バッキングプレートは無酸素銅であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のバッキングプレート付きスパッタリングターゲットの反り矯正方法。
前記バッキングプレート付きスパッタリングターゲットのスパッタリングターゲット側の外面およびバッキングプレート側の外面に緩衝材を配置した状態で、該緩衝材の外側から加圧して、該緩衝材を介して前記バッキングプレート付きスパッタリングターゲットを加圧することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のバッキングプレート付きスパッタリングターゲットの反り矯正方法。
前記緩衝材は、シリコンゴムであることを特徴とする請求項７に記載のバッキングプレート付きスパッタリングターゲットの反り矯正方法。
前記シリコンゴムは、厚さが０．５〜１．５ｍｍであることを特徴とする請求項８に記載のバッキングプレート付きスパッタリングターゲットの反り矯正方法。
前記スパッタリングターゲットおよび前記バッキングプレートを塑性変形させないことを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のバッキングプレート付きスパッタリングターゲットの反り矯正方法。