JP2015183258A - Sputtering target/backing plate assembly - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、マグネトロンスパッタリングに必要とされる特性を備えたスパッタリングターゲット／バッキングプレート組立体に関する。 The present invention relates to a sputtering target / backing plate assembly with the properties required for magnetron sputtering.
従来から、膜厚や成分を容易に制御できるスパッタリング法が電子・電気部品用材料の成膜法の一つとして多く利用されている。また、このスパッタリングの成膜速度を上げるために、電磁力によってプラズマをコントロールするマグネトロンスパッタリング装置が特に多く利用されている。また、成膜速度を上げるためにスパッタリングターゲットへの投入電力をできるだけ大きくしているが、このような場合、陽イオンによるターゲット表面への衝突により加熱され、投入電力の増加とともに、ターゲットの温度が高くなる傾向にある。 Conventionally, a sputtering method capable of easily controlling the film thickness and components has been widely used as one of film forming methods for materials for electronic and electrical parts. Further, in order to increase the film formation rate of sputtering, a magnetron sputtering apparatus that controls plasma by electromagnetic force is particularly often used. In order to increase the deposition rate, the input power to the sputtering target is increased as much as possible. In such a case, the target is heated by collision with the target surface due to cations, and the target temperature increases as the input power increases. It tends to be higher.
通常、スパッタリングターゲットは銅等の熱伝導性の良い材料で作製されたバッキングプレートに接合されており、このバッキングプレートを水冷等の手段により冷却し、前記のごとく加熱されるスパッタリングターゲットを間接的に冷却する構造となっている。バッキングプレートは多くの場合、再利用されるので、このスパッタリングターゲットとバッキングプレートは、スパッタリングターゲットが交換できるように、ロウ材や接着剤で接合されている場合が多い。 Usually, the sputtering target is joined to a backing plate made of a material having good thermal conductivity such as copper, and this backing plate is cooled by means such as water cooling, and the sputtering target heated as described above is indirectly set. It has a cooling structure. Since the backing plate is often reused, the sputtering target and the backing plate are often joined with a brazing material or an adhesive so that the sputtering target can be replaced.
一般に、マグネトロンスパッタリング装置におけるマグネットは、冷却装置の中で回転させる構造が採用されている。このような装置において、マグネットを冷却装置で回転させると渦電流が発生し、回転速度の増加とともに渦電流も増大する。そして、この渦電流に起因して逆磁場が発生し、これが実効磁束を減少させるという作用をする。このような実効磁束の減少は、結果として膜の均一性に大きな影響を与え、成膜速度を変動させるという問題が発生した。 Generally, the magnet in the magnetron sputtering apparatus employs a structure that rotates in a cooling device. In such a device, when the magnet is rotated by the cooling device, an eddy current is generated, and the eddy current increases as the rotational speed increases. A reverse magnetic field is generated due to the eddy current, and this acts to reduce the effective magnetic flux. Such a decrease in the effective magnetic flux has a great influence on the uniformity of the film, resulting in a problem that the film forming speed is fluctuated.
次に、従来技術を紹介する。
特許文献１には、マグネトロンスパッタリングに使用する銅又は銅合金ターゲット／銅合金バッキングプレート組立体であって、銅合金バッキングプレートがベリリウム銅合金、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ合金であるターゲット／バッキングプレート組立体が開示されている。
また、特許文献２には、銅、アルミニウム、タンタル等のスパッタリングターゲットと比抵抗値が３．０μΩ・ｃｍ以上であり、かつ引張り強度が１５０ＭＰａ以上である銅合金又はアルミニウム合金製バッキングプレートとを接合した組立体が記載されている。
Next, the prior art is introduced.
Patent Document 1 discloses a copper / copper alloy target / copper alloy backing plate assembly used for magnetron sputtering, wherein the copper alloy backing plate is a beryllium copper alloy or a Cu—Ni—Si alloy. Is disclosed.
In Patent Document 2, a sputtering target such as copper, aluminum, and tantalum is bonded to a copper alloy or aluminum alloy backing plate having a specific resistance value of 3.0 μΩ · cm or more and a tensile strength of 150 MPa or more. An assembly is described.
特許文献３には、０．２％耐力が２００ＭＰａ以上を有するＣｕ合金からなるスパッタリング用バッキングプレートとスパッタリングターゲットとを接合させてなる組立体、が開示されている。また、特許文献４には、０．２％耐力が２００ＭＰａ以上を有するＡｌ合金からなるスパッタリング用バッキングプレートとスパッタリングターゲットとを接合させてなる組立体、が記載されている。 Patent Document 3 discloses an assembly in which a sputtering backing plate made of a Cu alloy having a 0.2% proof stress of 200 MPa or more and a sputtering target are joined together. Patent Document 4 describes an assembly formed by bonding a sputtering backing plate made of an Al alloy having a 0.2% proof stress of 200 MPa or more and a sputtering target.
特許文献５には、ターゲットとバッキングプレートとの熱膨張率の差が大きい場合でも拡散接合後の変形が小さい、アルミニウム又はアルミニウム合金のインサート材を介して拡散接合されている組立体が開示されている。また、特許文献６には、強度と渦電流特性に優れる、ターゲットの中央部のバッキングプレート位置に純銅を埋め込んだ構造を持つスパッタリングターゲット／バッキングプレート組立体が記載されている。 Patent Document 5 discloses an assembly that is diffusion-bonded via an insert material of aluminum or aluminum alloy, which has a small deformation after diffusion bonding even when the difference in thermal expansion coefficient between the target and the backing plate is large. Yes. Patent Document 6 describes a sputtering target / backing plate assembly having a structure in which pure copper is embedded in the position of a backing plate at the center of the target, which is excellent in strength and eddy current characteristics.
特許文献７には、ターゲットの反りや亀裂、ロウ接部の剥がれなどの問題を防止するためにＭｏ（Ｔａ）−Ｔｉ−（Ｔａ）の３層構造からなるバッキングプレートが開示されている。また、特許文献８には、スパッタリングの際の加熱と冷却によるターゲットの反りを低減するために、バッキングプレートとして、０．２５％耐力が６０〜２００ＭＰａを有するＣｕ合金を用いることが記載されている。 Patent Document 7 discloses a backing plate having a three-layer structure of Mo (Ta) -Ti- (Ta) in order to prevent problems such as warping and cracking of a target and peeling of a brazed portion. Patent Document 8 describes that a Cu alloy having a 0.25% proof stress of 60 to 200 MPa is used as a backing plate in order to reduce warpage of a target due to heating and cooling during sputtering. .
しかし、従来のスパッタリングターゲット／バッキングプレート組立体は、次のような問題があった。すなわち、スパッタ電源をオン・オフすると、ターゲットへの加熱と冷却が繰り返され、熱膨張と収縮によりターゲットの反りが生ずる。この反りが特にマグネット側に向かうと、スパッタリング時にマグネットと接触して、スパッタリングをこれ以上継続できないという極めて重要な問題が発生していた。 However, the conventional sputtering target / backing plate assembly has the following problems. That is, when the sputtering power source is turned on / off, heating and cooling of the target are repeated, and the target warps due to thermal expansion and contraction. When this warpage is directed to the magnet side in particular, a very important problem has occurred that the sputtering cannot be continued any more due to contact with the magnet during sputtering.
本発明は、熱膨張と収縮の繰り返しによるスパッタリングターゲットの反りを制御することにより、スパッタリング時に該ターゲットがマグネットに接触することを回避できるスパッタリングターゲット／バッキングプレート組立体を提供することを課題とする。 An object of the present invention is to provide a sputtering target / backing plate assembly that can prevent the sputtering target from being in contact with a magnet during sputtering by controlling the warping of the sputtering target due to repeated thermal expansion and contraction.
上記の問題を解決するために、本発明者らは、鋭意研究を行った結果、スパッタリングターゲット及びバッキングプレートに用いる材料の耐力を適切に調整することにより、熱膨張と収縮の繰り返しによるターゲットの反りを制御することができ、マグネットとの接触を回避できるとの知見を得た。この知見に基づき、以下の発明を提供する。
１）スパッタリングターゲットとバッキングプレートとを拡散接合した組立体であって、スパッタリングターゲットが耐力１５〜２０ｋｇｆ／ｍｍ２のタンタルからなり、バッキングプレートの耐力がスパッタリングターゲットの耐力よりも同じ又は高い材料からなることを特徴とするスパッタリングターゲット／バッキングプレート組立体。
２）バッキングプレートが耐力２０〜３０ｋｇｆ／ｍｍ２の材料からなることを特徴とする上記１）記載のスパッタリングターゲット／バッキングプレート組立体。
３）バッキングプレートがステンレス鋼（ＳＵＳ）からなることを特徴とする上記２）記載のスパッタリングターゲット／バッキングプレート組立体。
４）組立体の厚みに対するスパッタリングターゲットの厚みの比率が５０％〜８０％であることを特徴とする上記１）〜３）のいずれか一記載のスパッタリングターゲット／バッキングプレート組立体。
５）スパッタリングターゲットとバッキングプレートとからなる組立体の厚みが２０〜３０ｍｍからなることを特徴とする上記４）記載のスパッタリングターゲット／バッキングプレート組立体。
In order to solve the above problem, the present inventors have conducted extensive research, and as a result, by appropriately adjusting the yield strength of the materials used for the sputtering target and the backing plate, warping of the target due to repeated thermal expansion and contraction. It has been found that the contact with the magnet can be avoided. Based on this finding, the following invention is provided.
1) An assembly in which a sputtering target and a backing plate are diffusion-bonded, wherein the sputtering target is made of tantalum having a proof strength of 15 to 20 kgf / mm 2 , and the proof strength of the backing plate is made of the same or higher material than that of the sputtering target. A sputtering target / backing plate assembly characterized in that:
2) The sputtering target / backing plate assembly according to 1) above, wherein the backing plate is made of a material having a yield strength of 20 to 30 kgf / mm 2 .
3) The sputtering target / backing plate assembly according to 2) above, wherein the backing plate is made of stainless steel (SUS).
4) The sputtering target / backing plate assembly according to any one of 1) to 3) above, wherein the ratio of the thickness of the sputtering target to the thickness of the assembly is 50% to 80%.
5) The sputtering target / backing plate assembly according to 4) above, wherein the assembly comprising the sputtering target and the backing plate has a thickness of 20 to 30 mm.
本発明のスパッタリングターゲット／バッキングプレート組立体は、熱膨張と収縮によって生じるスパッタリングターゲットの反りの方向を制御することで、スパッタリング時のマグネットとの接触を回避することができ、生産性を向上させることができるという優れた効果を有する。 The sputtering target / backing plate assembly of the present invention can avoid contact with the magnet during sputtering by controlling the direction of warping of the sputtering target caused by thermal expansion and contraction, and improve productivity. It has an excellent effect of being able to.
本発明のスパッタリングターゲット／バッキングプレート組立体は、スパッタリングターゲットとバッキングプレートを拡散接合したものであり、スパッタリングターゲットとして、耐力が１５〜２０ｋｇｆ／ｍｍ２のタンタルを使用し、バッキングプレートとして、前記タンタルよりも耐力が同じ又は高い材料を使用することを特徴とする。バッキングプレートとして、耐力がタンタル（耐力：１５〜２０ｋｇｆ／ｍｍ２）よりも低い材料を使用すると、スパッタリング時にターゲットがバッキングプレート側に凸の反りが発生して、マグネットと接触する可能性が高くなる。そして、このような場合はスパッタリングを中止せざるを得ないため、生産効率が著しく低下することになる。本発明はターゲットの反り方向をコントロールすることで、マグネットとの接触を回避することを目的とするものである。なお、本発明において耐力とは、０．２％耐力を意味するものとする。 The sputtering target / backing plate assembly of the present invention is obtained by diffusion-bonding a sputtering target and a backing plate, using tantalum having a proof stress of 15 to 20 kgf / mm 2 as the sputtering target, and using the tantalum as the backing plate. Are characterized by using materials having the same or higher proof stress. If a material having a proof stress lower than that of tantalum (proof strength: 15 to 20 kgf / mm 2 ) is used as the backing plate, the target is likely to come into contact with the magnet due to convex warpage on the backing plate side during sputtering. . And in such a case, since sputtering must be stopped, production efficiency will fall remarkably. It is an object of the present invention to avoid contact with a magnet by controlling the warping direction of a target. In the present invention, the yield strength means 0.2% yield strength.
バッキングプレートとしては、耐力２０〜３０ｋｇｆ／ｍｍ２の材料を使用することが好ましい。耐力が２０ｋｇｆ／ｍｍ２未満であると、タンタルターゲットより耐力が低くなり、前述の通り、スパッタリング時にターゲットがマグネットと接触する可能性が高くなるため好ましくない。一方、耐力が３０ｋｇｆ／ｍｍ２超であっても、本発明の目的を達成することができるが、そのような材料は高価となるため、バッキングプレートの用途に適当でない。上記のような材料としては、ステンレス鋼（ＳＵＳ）が挙げられる。但し、本発明の組立体はマグネトロンスパッタリング装置に使用されるため、例えば、ＳＵＳ３０４のような磁性を有するものは採用することができない。したがって、本発明におけるステンレス鋼は、このような磁性を有するものは除かれる。 As the backing plate, it is preferable to use a material having a yield strength of 20 to 30 kgf / mm 2 . If the yield strength is less than 20 kgf / mm 2 , the yield strength is lower than that of the tantalum target, and as described above, the possibility that the target comes into contact with the magnet during sputtering is not preferable. On the other hand, even if the proof stress is more than 30 kgf / mm 2 , the object of the present invention can be achieved. However, such a material is expensive and is not suitable for a backing plate. An example of such a material is stainless steel (SUS). However, since the assembly of the present invention is used in a magnetron sputtering apparatus, for example, a magnetic material such as SUS304 cannot be adopted. Therefore, the stainless steel in the present invention is excluded from those having such magnetism.
スパッタリングターゲット／バッキングプレート組立体の厚みに対して、スパッタリングターゲットの厚みの比率が５０％〜８０％であるとき、スパッタリング時にターゲットの中心部に熱がかかり、スパッタリングターゲットがマグネット側に変形して、マグネットとの接触が頻繁に生じていた。したがって、このような厚み構成からなるスパッタリングターゲット／バッキングプレート組立体に対して本発明は有効である。また、スパッタリングターゲット／バッキングプレート組立体の厚みが２０〜３０ｍｍの場合に、上記のような反りの問題が極めて重大となっていたことから、そのような厚み構成からなるスパッタリングターゲット／バッキングプレート組立体に対して本発明は特に有効である。 When the ratio of the thickness of the sputtering target is 50% to 80% with respect to the thickness of the sputtering target / backing plate assembly, heat is applied to the center of the target during sputtering, and the sputtering target is deformed to the magnet side. Contact with the magnet occurred frequently. Therefore, the present invention is effective for the sputtering target / backing plate assembly having such a thickness structure. In addition, when the thickness of the sputtering target / backing plate assembly is 20 to 30 mm, the problem of warping as described above was extremely serious. Therefore, the sputtering target / backing plate assembly having such a thickness structure is used. On the other hand, the present invention is particularly effective.
次に、本発明のスパッタリングターゲット／バッキングプレート組立体は、例えば、以下のようにして作製することができる。
まず、スパッタリングターゲットの作製に際しては、タンタル原料を電子ビーム溶解し、これを鋳造して直径１９５ｍｍφのタンタルインゴットとする。タンタル原料の純度は、不純物による電気特性の劣化を防止するために、高純度原料を使用することが好ましい。例えば、純度９９．９９５％程度のタンタル原料を用いることができる。インゴットのサイズは、所望のターゲットサイズに応じて、適宜、変更することができる。
Next, the sputtering target / backing plate assembly of the present invention can be produced, for example, as follows.
First, when producing a sputtering target, a tantalum raw material is melted with an electron beam and cast into a tantalum ingot having a diameter of 195 mm. As for the purity of the tantalum raw material, it is preferable to use a high-purity raw material in order to prevent deterioration of electrical characteristics due to impurities. For example, a tantalum raw material having a purity of about 99.995% can be used. The size of the ingot can be changed as appropriate according to the desired target size.
次に、このインゴットを室温で締め鍛造して直径１５０ｍｍφとした後、これを１１００〜１４００℃の温度で再結晶焼鈍する。再度、これを室温で鍛造して厚さ１００ｍｍ、直径１５０ｍｍφとし（一次鍛造）、その後、再結晶温度〜１４００℃の温度で再結晶焼鈍する。再度、これを室温で鍛造して厚さ７０〜１００ｍｍ、直径１５０〜１８５ｍｍφとし（二次鍛造）、その後、再結晶温度〜１４００℃の温度で再結晶焼鈍する。
その後、これを圧延率８０〜９０％で圧延した後、真空中、８５０〜９５０℃の温度で熱処理する。これにより、耐力が１５〜２０ｋｇｆ／ｍｍ２のＴａスパッタリングターゲットを得ることができる。なお、鍛造の程度や回数、圧延率、さらには、焼鈍温度や熱処理温度は、ターゲットのサイズなどの影響を受けるため、適宜調整する必要がある。また、本発明は上記の製造方法や条件によって制限されるものではなく、耐力が１５〜２０ｋｇｆ／ｍｍ２のＴａスパッタリングターゲットであれば、本発明のスパッタリングターゲット／バッキングプレート組立体に使用することができる。
Next, this ingot is tightened and forged at room temperature to have a diameter of 150 mmφ, and then recrystallized and annealed at a temperature of 1100 to 1400 ° C. Again, this is forged at room temperature to a thickness of 100 mm and a diameter of 150 mmφ (primary forging), and then recrystallized and annealed at a recrystallization temperature to 1400 ° C. This is again forged at room temperature to a thickness of 70 to 100 mm and a diameter of 150 to 185 mmφ (secondary forging), and then recrystallized and annealed at a recrystallization temperature of 1400 ° C.
Then, after rolling this at a rolling rate of 80-90%, it heat-processes at the temperature of 850-950 degreeC in a vacuum. Thereby, a Ta sputtering target with a proof stress of 15 to 20 kgf / mm 2 can be obtained. The degree and number of forgings, the rolling rate, and the annealing temperature and heat treatment temperature are affected by the size of the target and need to be adjusted as appropriate. In addition, the present invention is not limited by the manufacturing method and conditions described above, and any Ta sputtering target having a proof stress of 15 to 20 kgf / mm 2 can be used for the sputtering target / backing plate assembly of the present invention. it can.
バッキングプレートには、耐力が２０〜３０ｋｇｆ／ｍ２のステンレス鋼、たとえば、ＳＵＳ３１６Ｌを使用することができる。前記ステンレス鋼の種類は、一例であって、本発明はこれによって制限されるものではない。但し、ＳＵＳ３０４など磁性を有するものは、マグネトロンスパッタリングに使用できないため、このような材料の使用は制限される。本発明において特に重要なことは、耐力は材料の成分組成が同じであっても鍛造や圧延などによる塑性変形、特に熱処理履歴によって異なるため、スパッタリングターゲットやバッキングプレートの耐力が、所定の範囲となるように、鍛造、焼鈍、圧延、熱処理等の条件を制御して加工を行うことである。
以上の方法により、所望の特性を有するスパッタリングターゲット及びバッキングプレートを得ることができる。その後、上記の方法で得られたスパッタリングターゲットとバッキングプレートとを拡散接合することで、スパッタリングターゲット／バッキングプレート組立体を作製することができる。
For the backing plate, stainless steel having a yield strength of 20 to 30 kgf / m 2 , for example, SUS316L can be used. The type of the stainless steel is an example, and the present invention is not limited thereby. However, since magnetic materials such as SUS304 cannot be used for magnetron sputtering, the use of such materials is limited. Of particular importance in the present invention is that the yield strength varies depending on the plastic deformation due to forging and rolling, especially the heat treatment history, even if the component composition of the material is the same, so the yield strength of the sputtering target and backing plate is within a predetermined range. Thus, it is processing by controlling conditions, such as forging, annealing, rolling, and heat processing.
By the above method, a sputtering target and a backing plate having desired characteristics can be obtained. Thereafter, a sputtering target / backing plate assembly can be produced by diffusion bonding the sputtering target obtained by the above method and the backing plate.
次に、実施例について説明する。なお、本実施例は発明の一例を示すためのものであり、本発明はこれらの実施例に制限されるものではない。すなわち、本発明の技術思想に含まれる他の態様及び変形を含むものである。 Next, examples will be described. In addition, a present Example is for showing an example of invention, This invention is not restrict | limited to these Examples. That is, other aspects and modifications included in the technical idea of the present invention are included.
（実施例１）
耐力が１８ｋｇｆ／ｍｍ２のタンタルを用いて、直径４５０ｍｍ、厚さ１７ｍｍのスパッタリングターゲットを作製した。バッキングプレートとして、耐力が２６ｋｇｆｍｍ２のステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ）を使用し、直径５４０ｍｍのバッキングプレートを作製した。このスパッタリングターゲットとバッキングプレートとを拡散接合により、スパッタリングターゲット／バッキングプレート組立体を作製した。このとき、組立体の総厚に対するターゲット厚みの比率は６５％であった。なお、０．２％耐力測定は、ＪＩＳ Ｚ２２４１に準拠させた（以下の実施例、比較例も同様）。
Example 1
A sputtering target having a diameter of 450 mm and a thickness of 17 mm was produced using tantalum having a proof stress of 18 kgf / mm 2 . As the backing plate, stainless steel (SUS316L) having a proof stress of 26 kgfmm 2 was used to produce a backing plate having a diameter of 540 mm. A sputtering target / backing plate assembly was produced by diffusion bonding of the sputtering target and the backing plate. At this time, the ratio of the target thickness to the total thickness of the assembly was 65%. The 0.2% proof stress measurement was based on JIS Z2241 (the same applies to the following examples and comparative examples).
このスパッタリングターゲット／バッキングプレート組立体をマグネトロンスパッタリング装置に取り付け、次の条件（電源：直流方式、電力：１５ｋＷ、到達真空度：５×１０−８Ｔｏｒｒ、雰囲気ガス：Ａｒ、スパッタガス圧：５×１０−３Ｔｏｒｒ）で、ライフにして約１３００ｋＷｈまでスパッタリングを実施した。その後、スパッタ装置から取り出し、ターゲットの反り量を測定した。反りは、スパッタ面にストレートゲージを置いたときのスパッタ面の中心部と外周部の高さの差とした。すなわち、反り＝（スパッタ面中心部の高さ）−（スパッタ面外周部高さ）を求めた（スパッタ面側に凸の反りをプラス、バッキングプレート側に凸の反りをマイナスで表記する）。その結果、表１の通り、反りは＋１．８ｍｍとマグネット側への反りを回避することができた。
（実施例２）
耐力が１９ｋｇｆ／ｍｍ２のタンタルを用いて、直径４５０ｍｍ、厚さ１３ｍｍのスパッタリングターゲットを作製した。バッキングプレートとして、耐力が２７ｋｇｆｍｍ２のステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ）を使用し、直径５４０ｍｍのバッキングプレートを作製した。このスパッタリングターゲットとバッキングプレートとを拡散接合により、スパッタリングターゲット／バッキングプレート組立体を作製した。このとき、組立体の総厚に対するターゲット厚みの比率は５０％であった。
(Example 2)
A sputtering target having a diameter of 450 mm and a thickness of 13 mm was produced using tantalum having a proof stress of 19 kgf / mm 2 . As the backing plate, stainless steel (SUS316L) having a proof stress of 27 kgfmm 2 was used to produce a backing plate having a diameter of 540 mm. A sputtering target / backing plate assembly was produced by diffusion bonding of the sputtering target and the backing plate. At this time, the ratio of the target thickness to the total thickness of the assembly was 50%.
このスパッタリングターゲット／バッキングプレート組立体をマグネトロンスパッタリング装置に取り付け、実施例１と同様の条件で、ライフにして約１３００ｋＷｈまでスパッタリングを実施した。その後、スパッタ装置から取り出し、ターゲットの反り量を実施例１と同様の方法を用いて測定した。その結果、表１に示す通り、反りは＋１．５ｍｍとマグネット側への反りを回避することができた。 The sputtering target / backing plate assembly was attached to a magnetron sputtering apparatus, and sputtering was performed up to about 1300 kWh under the same conditions as in Example 1. Then, it took out from the sputter | spatter apparatus and measured the curvature amount of the target using the method similar to Example 1. FIG. As a result, as shown in Table 1, the warpage was +1.5 mm, and the warpage toward the magnet side could be avoided.
（実施例３）
耐力が１７ｋｇｆ／ｍｍ２のタンタルを用いて、直径４５０ｍｍ、厚さ２１ｍｍのスパッタリングターゲットを作製した。バッキングプレートとして、耐力が２９ｋｇｆｍｍ２のステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ）を使用し、直径５４０ｍｍのバッキングプレートを作製した。このスパッタリングターゲットとバッキングプレートとを拡散接合により、スパッタリングターゲット／バッキングプレート組立体を作製した。このとき、組立体の総厚に対するターゲット厚みの比率は８０％であった。
(Example 3)
A sputtering target having a diameter of 450 mm and a thickness of 21 mm was produced using tantalum having a proof stress of 17 kgf / mm 2 . As the backing plate, stainless steel (SUS316L) having a proof stress of 29 kgfmm 2 was used to produce a backing plate having a diameter of 540 mm. A sputtering target / backing plate assembly was produced by diffusion bonding of the sputtering target and the backing plate. At this time, the ratio of the target thickness to the total thickness of the assembly was 80%.
このスパッタリングターゲット／バッキングプレート組立体をマグネトロンスパッタリング装置に取り付け、実施例１と同様の条件で、ライフにして約１３００ｋＷｈまでスパッタリングを実施した。その後、スパッタ装置から取り出し、ターゲットの反り量を実施例１と同様の方法を用いて測定した。その結果、表１に示す通り、反りは＋０．８ｍｍとマグネット側への反りを回避することができた。 The sputtering target / backing plate assembly was attached to a magnetron sputtering apparatus, and sputtering was performed up to about 1300 kWh under the same conditions as in Example 1. Then, it took out from the sputter | spatter apparatus and measured the curvature amount of the target using the method similar to Example 1. FIG. As a result, as shown in Table 1, the warpage was +0.8 mm, and the warpage toward the magnet side could be avoided.
（実施例４）
耐力が２０ｋｇｆ／ｍｍ２のタンタルを用いて、直径４５０ｍｍ、厚さ１７ｍｍのスパッタリングターゲットを作製した。バッキングプレートとして、耐力が２０ｋｇｆｍｍ２のステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ）を使用し、直径５４０ｍｍのバッキングプレートを作製した。このスパッタリングターゲットとバッキングプレートとを拡散接合により、スパッタリングターゲット／バッキングプレート組立体を作製した。このとき、組立体の総厚に対するターゲット厚みの比率は６５％であった。
Example 4
A sputtering target having a diameter of 450 mm and a thickness of 17 mm was produced using tantalum having a proof stress of 20 kgf / mm 2 . As the backing plate, stainless steel (SUS316L) having a yield strength of 20 kgfmm 2 was used to produce a backing plate having a diameter of 540 mm. A sputtering target / backing plate assembly was produced by diffusion bonding of the sputtering target and the backing plate. At this time, the ratio of the target thickness to the total thickness of the assembly was 65%.
このスパッタリングターゲット／バッキングプレート組立体をマグネトロンスパッタリング装置に取り付け、実施例１と同様の条件で、ライフにして約１３００ｋＷｈまでスパッタリングを実施した。その後、スパッタ装置から取り出し、ターゲットの反り量を実施例１と同様の方法を用いて測定した。その結果、表１に示す通り、反りは＋１．７ｍｍとマグネット側への反りを回避することができた。 The sputtering target / backing plate assembly was attached to a magnetron sputtering apparatus, and sputtering was performed up to about 1300 kWh under the same conditions as in Example 1. Then, it took out from the sputter | spatter apparatus and measured the curvature amount of the target using the method similar to Example 1. FIG. As a result, as shown in Table 1, the warpage was +1.7 mm, and the warpage toward the magnet side could be avoided.
（比較例１）
耐力が１７ｋｇｆ／ｍｍ２のタンタルを用いて、直径４５０ｍｍ、厚さ１７ｍｍのスパッタリングターゲットを作製した。バッキングプレートとして、耐力が１２ｋｇｆｍｍ２の銅−亜鉛合金を使用し、直径５４０ｍｍのバッキングプレートを作製した。このスパッタリングターゲットとバッキングプレートとを拡散接合により、スパッタリングターゲット／バッキングプレート組立体を作製した。このとき、組立体の総厚に対するターゲット厚みは６５％であった。
(Comparative Example 1)
A sputtering target having a diameter of 450 mm and a thickness of 17 mm was produced using tantalum having a proof stress of 17 kgf / mm 2 . As the backing plate, a copper-zinc alloy having a proof stress of 12 kgfmm 2 was used to produce a backing plate having a diameter of 540 mm. A sputtering target / backing plate assembly was produced by diffusion bonding of the sputtering target and the backing plate. At this time, the target thickness with respect to the total thickness of the assembly was 65%.
このスパッタリングターゲット／バッキングプレート組立体をマグネトロンスパッタリング装置に取り付け、実施例１と同様の条件で、ライフにして約１３００ｋＷｈまでスパッタリングを実施した。その後、スパッタ装置から取り出し、ターゲットの反り量を実施例１と同様の方法を用いて測定した。その結果、表１に示す通り、反りは−０．９ｍｍとマグネット側へ反っていることを確認した。 The sputtering target / backing plate assembly was attached to a magnetron sputtering apparatus, and sputtering was performed up to about 1300 kWh under the same conditions as in Example 1. Then, it took out from the sputter | spatter apparatus and measured the curvature amount of the target using the method similar to Example 1. FIG. As a result, as shown in Table 1, it was confirmed that the warpage was -0.9 mm and warped to the magnet side.
（比較例２）
耐力が１７ｋｇｆ／ｍｍ２のタンタルを用いて、直径４５０ｍｍ、厚さ１３ｍｍのスパッタリングターゲットを作製した。バッキングプレートとして、耐力が１１ｋｇｆｍｍ２の銅−亜鉛合金を使用し、直径５４０ｍｍのバッキングプレートを作製した。このスパッタリングターゲットとバッキングプレートとを拡散接合により、スパッタリングターゲット／バッキングプレート組立体を作製した。このとき、組立体の総厚に対するターゲット厚みの比率は５０％であった。
(Comparative Example 2)
A sputtering target having a diameter of 450 mm and a thickness of 13 mm was produced using tantalum having a proof stress of 17 kgf / mm 2 . A copper-zinc alloy having a yield strength of 11 kgfmm 2 was used as the backing plate, and a backing plate having a diameter of 540 mm was produced. A sputtering target / backing plate assembly was produced by diffusion bonding of the sputtering target and the backing plate. At this time, the ratio of the target thickness to the total thickness of the assembly was 50%.
このスパッタリングターゲット／バッキングプレート組立体をマグネトロンスパッタリング装置に取り付け、実施例１と同様の条件で、ライフにして約１３００ｋＷｈまでスパッタリングを実施した。その後、スパッタ装置から取り出し、ターゲットの反り量を実施例１と同様の方法を用いて測定した。その結果、表１に示す通り、反りは−０．６ｍｍとマグネット側へ反っていることを確認した。 The sputtering target / backing plate assembly was attached to a magnetron sputtering apparatus, and sputtering was performed up to about 1300 kWh under the same conditions as in Example 1. Then, it took out from the sputter | spatter apparatus and measured the curvature amount of the target using the method similar to Example 1. FIG. As a result, as shown in Table 1, it was confirmed that the warpage was -0.6 mm and warped to the magnet side.
（比較例３）
耐力が１６ｋｇｆ／ｍｍ２のタンタルを用いて、直径４５０ｍｍ、厚さ１７ｍｍのスパッタリングターゲットを作製した。バッキングプレートとして、耐力が９ｋｇｆｍｍ２の銅−亜鉛合金を使用し、直径５４０ｍｍのバッキングプレートを作製した。このスパッタリングターゲットとバッキングプレートとを拡散接合により、スパッタリングターゲット／バッキングプレート組立体を作製した。このとき、組立体の総厚に対するターゲット厚みの比率は６５％であった。
(Comparative Example 3)
A sputtering target having a diameter of 450 mm and a thickness of 17 mm was produced using tantalum having a proof stress of 16 kgf / mm 2 . A copper-zinc alloy having a yield strength of 9 kgfmm 2 was used as the backing plate, and a backing plate having a diameter of 540 mm was produced. A sputtering target / backing plate assembly was produced by diffusion bonding of the sputtering target and the backing plate. At this time, the ratio of the target thickness to the total thickness of the assembly was 65%.
このスパッタリングターゲット／バッキングプレート組立体をマグネトロンスパッタリング装置に取り付け、実施例１と同様の条件で、ライフにして約１３００ｋＷｈまでスパッタリングを実施した。その後、スパッタ装置から取り出し、ターゲットの反り量を実施例１と同様の方法を用いて測定した。その結果、表１に示す通り、反りは−１．２ｍｍとマグネット側への反っていることを確認した。 The sputtering target / backing plate assembly was attached to a magnetron sputtering apparatus, and sputtering was performed up to about 1300 kWh under the same conditions as in Example 1. Then, it took out from the sputter | spatter apparatus and measured the curvature amount of the target using the method similar to Example 1. FIG. As a result, as shown in Table 1, it was confirmed that the warp was -1.2 mm and warped to the magnet side.
（比較例４）
耐力が１８ｋｇｆ／ｍｍ２のタンタルを用いて、直径４５０ｍｍ、厚さ１３ｍｍのスパッタリングターゲットを作製した。バッキングプレートとして、耐力が８ｋｇｆｍｍ２の銅−亜鉛合金を使用し、直径５４０ｍｍのバッキングプレートを作製した。このスパッタリングターゲットとバッキングプレートとを拡散接合により、スパッタリングターゲット／バッキングプレート組立体を作製した。このとき、組立体の総厚に対するターゲット厚みの比率は５０％であった。
(Comparative Example 4)
A sputtering target having a diameter of 450 mm and a thickness of 13 mm was produced using tantalum having a proof stress of 18 kgf / mm 2 . As the backing plate, a copper-zinc alloy having a yield strength of 8 kgfmm 2 was used to produce a backing plate having a diameter of 540 mm. A sputtering target / backing plate assembly was produced by diffusion bonding of the sputtering target and the backing plate. At this time, the ratio of the target thickness to the total thickness of the assembly was 50%.
このスパッタリングターゲット／バッキングプレート組立体をマグネトロンスパッタリング装置に取り付け、実施例１と同様の条件で、ライフにして約１３００ｋＷｈまでスパッタリングを実施した。その後、スパッタ装置から取り出し、ターゲットの反り量を実施例１と同様の方法を用いて測定した。その結果、表１に示す通り、反りは−０．８ｍｍとマグネット側へ反っていることを確認した。 The sputtering target / backing plate assembly was attached to a magnetron sputtering apparatus, and sputtering was performed up to about 1300 kWh under the same conditions as in Example 1. Then, it took out from the sputter | spatter apparatus and measured the curvature amount of the target using the method similar to Example 1. FIG. As a result, as shown in Table 1, it was confirmed that the warpage was -0.8 mm and warped to the magnet side.
（比較例５）
耐力が１９ｋｇｆ／ｍｍ２のタンタルを用いて、直径４５０ｍｍ、厚さ１３ｍｍのスパッタリングターゲットを作製した。バッキングプレートとして、耐力が１８ｋｇｆｍｍ２のステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ）を使用し、直径５４０ｍｍのバッキングプレートを作製した。このスパッタリングターゲットとバッキングプレートとを拡散接合により、スパッタリングターゲット／バッキングプレート組立体を作製した。このとき、組立体の総厚に対するターゲット厚みの比率は５０％であった。
(Comparative Example 5)
A sputtering target having a diameter of 450 mm and a thickness of 13 mm was produced using tantalum having a proof stress of 19 kgf / mm 2 . As the backing plate, stainless steel (SUS316L) having a proof stress of 18 kgfmm 2 was used to produce a backing plate having a diameter of 540 mm. A sputtering target / backing plate assembly was produced by diffusion bonding of the sputtering target and the backing plate. At this time, the ratio of the target thickness to the total thickness of the assembly was 50%.
このスパッタリングターゲット／バッキングプレート組立体をマグネトロンスパッタリング装置に取り付け、実施例１と同様の条件で、ライフにして約１３００ｋＷｈまでスパッタリングを実施した。その後、スパッタ装置から取り出し、ターゲットの反り量を実施例１と同様の方法を用いて測定した。その結果、表１に示す通り、反りは−０．２ｍｍとマグネット側へ反っていることを確認した。 The sputtering target / backing plate assembly was attached to a magnetron sputtering apparatus, and sputtering was performed up to about 1300 kWh under the same conditions as in Example 1. Then, it took out from the sputter | spatter apparatus and measured the curvature amount of the target using the method similar to Example 1. FIG. As a result, as shown in Table 1, it was confirmed that the warpage was -0.2 mm and warped to the magnet side.
（比較例６）
耐力が１９ｋｇｆ／ｍｍ２のタンタルを用いて、直径４５０ｍｍ、厚さ１３ｍｍのスパッタリングターゲットを作製した。バッキングプレートとして、耐力が２６ｋｇｆｍｍ２のステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）を使用し、直径５４０ｍｍのバッキングプレートを作製した。このスパッタリングターゲットとバッキングプレートとを拡散接合により、スパッタリングターゲット／バッキングプレート組立体を作製した。そして、この組立体をマグネトロンスパッタリング装置に取り付け、スパッタリングを実施した。しかし、バッキングプレートが磁性を有しいているため、通常通りのスパッタリングを行うことはできなかった。このとき、組立体の総厚に対するターゲット厚みの比率は５０％であった。
(Comparative Example 6)
A sputtering target having a diameter of 450 mm and a thickness of 13 mm was produced using tantalum having a proof stress of 19 kgf / mm 2 . As the backing plate, stainless steel (SUS304) having a yield strength of 26 kgfmm 2 was used, and a backing plate having a diameter of 540 mm was produced. A sputtering target / backing plate assembly was produced by diffusion bonding of the sputtering target and the backing plate. And this assembly was attached to the magnetron sputtering apparatus, and sputtering was implemented. However, since the backing plate has magnetism, normal sputtering could not be performed. At this time, the ratio of the target thickness to the total thickness of the assembly was 50%.
本発明は、熱膨張と収縮によって生じるスパッタリングターゲットの反りの方向を制御することで、スパッタリング時のマグネットとの接触を回避することができ、生産性を向上させることができるという優れた効果を有する。本発明は、特にマグネトロンスパッタリング装置への使用に有用である。 The present invention has an excellent effect that by controlling the direction of warping of the sputtering target caused by thermal expansion and contraction, contact with the magnet during sputtering can be avoided and productivity can be improved. . The present invention is particularly useful for use in a magnetron sputtering apparatus.
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| JP2010526211A (en) * | 2007-05-04 | 2010-07-29 | エイチ．シー． スターク インコーポレイテッド | Uniform random crystal orientation, fine-grained, banding-free refractory metal sputtering target, method for producing such a film, and thin film-based devices and products made therefrom |
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