JP3829367B2

JP3829367B2 - スパッタリングターゲット

Info

Publication number: JP3829367B2
Application number: JP20493096A
Authority: JP
Inventors: 了治吉村; 洋宣馬場; 康史椿原
Original assignee: Tosoh Corp
Current assignee: Tosoh Corp
Priority date: 1996-08-02
Filing date: 1996-08-02
Publication date: 2006-10-04
Anticipated expiration: 2016-08-02
Also published as: JPH1046329A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スパッタリングにより薄膜を形成する際に使用されるスパッタリングターゲットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
スパッタリングによる成膜方法は、膜の付着力が強い、膜厚の制御が容易である、合金の薄膜化における再現性がよい、高融点材料の薄膜が容易であるなどの特徴を有するため、液晶ディスプレイ用の透明導電膜、ハードディスクの記録層、半導体メモリーの配線材料等の広い分野で使用されている。
【０００３】
このような成膜方法に用いるスパッタリングターゲットは、一般に、ターゲット部材とバッキングプレートとの面どうしを接合して構成されている。ターゲット部材とバッキングプレートとの接合は、例えば、次のような手順でなされている。
【０００４】
即ち、ターゲット部材のバッキングプレートとの接合面に、金属インジウム半田等の接合材料を塗布し、この部材を、使用する半田の融点以上に加熱して半田を塗布するか、または超音波を用いてターゲット部材の接合面に直接半田を塗布する。
【０００５】
一方、無酸素銅等からなるバッキングプレートの接合面にも同様の処理を施す事で半田を塗布し、半田を塗布したバッキングプレートを使用された半田の融点以上に加熱して表面の半田層を融解させた後、ターゲット部材を所定の場所へ配置し接合面を合体して接合したものを室温まで冷却する方法である。
【０００６】
低融点金属などの接合材料を用いてターゲット部材とバッキングプレートとを接合する場合、ターゲット部材およびバッキングプレートが半田の融点以上に加熱されるため、接合後の冷却時に両者の熱膨張率の差により、反りやこの反りからターゲット部材の割れ等が発生する。この反りは、スパッタリング装置にターゲットを取り付ける際に、再び割れの原因となる。
【０００７】
この問題を解決するために、例えば、特開平２ー１８４５７８号公報には、低融点金属などの接合材料のかわりに有機接着剤を使用する方法が開示されている。しかし、この方法では、バッキングプレートの再利用が困難である。また、特開平２ー１２２０７１号公報では、半田の融点直下の温度で反りに対する機械的矯正が行われているが、制御が困難である。さらに、特開平６ー６５７２７号公報では、部分的に接合しない方法が提案されているが、この方法ではスパッタリング中のターゲットの冷却効率が低下し、熱衝撃での割れの原因になる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、低融点金属等の接合材料を用いてターゲット部材とバッキングプレートとを接合したスパッタリングターゲットにおいて、反りが少なく、冷却効率に優れたスパッタリングターゲットを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記問題点を解決すべく鋭意検討を行った結果、ターゲット部材の接合面とバッキングプレートの接合面との間の金属接合層に、金属粉末、金属酸化物粉末、ケイ素化合物粉末および炭素粉末からなる群より選ばれる一種以上を混在させたスパッタリングターゲットは前記課題を解決できることを見出し本発明を完成した。
【００１０】
即ち本発明は、ターゲット部材およびバッキングプレートを有し、ターゲット部材とバッキングプレートとの間の金属接合材料層に、金属粉末、金属酸化物粉末、ケイ素化合物粉末および炭素粉末からなる群より選ばれる一種以上を混在させたことを特徴とするスパッタリングターゲットに関する。
【００１１】
本発明のターゲット部材としては一般に用いられる材料、例えば、クロム、チタン、アルミニウム、ＩＴＯ（酸化インジウム−酸化スズ）、ＳｉＯ₂等で形成されたものを例示することができる。また、バッキングプレートとしては銅、好ましくは無酸素銅、チタン、ステンレススチール等の通常用いられるプレートが好ましい。これらのターゲット部材およびプレートは、接合面が実質的に平行なものが好ましく、それ自体の形状としては、板状物、円形板または角形板等をあげることができる。
【００１２】
本発明で用いる金属粉末としては、例えば、銅、真鍮、ステンレススチール、ニッケル、クロム、チタン、アルミニウム、マンガン、亜鉛、モリブデン、タンタル、タングステン、金、銀などを例示することができ、金属酸化物粉末としては、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、酸化クロム、酸化ジルコニウム、酸化インジウム、酸化スズ、酸化イットリウム、ＩＴＯ、酸化アンチモン、酸化鉄、酸化銅、アルミナ等を例示することができ、ケイ素化合物粉末としては、窒化ケイ素、タングステンシリサイド、モリブデンシリサイド等を例示することができる。接合材料を再利用する際、接合材料と粉末とを分離しやすいという点で、アルミナが好ましい。
【００１３】
これらの粉末は、ターゲット部材およびプレートを接合した後の冷却時に生ずる応力を緩和するために混在させるものであり、比表面積の大きい粉末ほど、応力緩和の効果は大きく、また、熱伝導性の大きいものほど、スパッタリング時の冷却効率は高くなる。好ましい熱伝導率としては、０．５〜３０００Ｗｍ^-1Ｋ^-1である。
【００１４】
製造するスパッタリングターゲットがＤＣマグネトロンスパッタリング法で用いられる場合、導電性材料である銅、ＩＴＯ等を粉末として使用するのが好ましく、ＲＦスパッタリング法で用いられる場合、導電性材料の他、アルミナ等の導電性のない材質を粉末として使用してもよい。
【００１５】
ターゲット部材およびバッキングプレートを接合する接合材料は、通常用いられる比較的低融点の半田、例えばインジウム半田等が用いられる。
【００１６】
本発明のスパッタリングターゲットは、上記のように粉末を混在させた金属接合層を介してターゲット部材およびバッキングプレートが接合したものであるが、この接合部分の厚さ（相対するターゲット部材面とバッキングプレート面との間隔）は２ｍｍ以下であることが好ましい。このような厚さに設定することにより、接合材料からなる接合層のもつ抵抗が大きくなりすぎず、スパッタリング時の放電電圧が不必要に高くなる弊害を抑制することが可能となる。更に好ましくは、接合層の抵抗の増加を抑制するために、金属製のワイヤー等を使用し、厚さを０．５ｍｍ以下にすることである。しかし、スパッタリングターゲットの強度の面から前記した間隔は上記範囲以下で少なくとも０．１ｍｍが好ましい。
【００１７】
又、接合層中の粉末は、スパッタリング時の冷却効率を保つ上でボンディング率が５０％以上となるように混在させることが好ましく、特に８０％以上とすることが好ましい。なお、ここでいうボンディング率とは、ターゲット部材とバッキングプレートとの重複面積に対して、接合層で接合されている面積割合を示す。このボンディング率は、通常、超音波探傷装置等により測定することが可能である。
【００１８】
本発明で使用する粉末の形状は、特に限定されず球状、棒状等のものを使用すればよく、粉末の大きさとしては、実質的に接合層の厚さ以下の大きさであればよく、好ましくは目開きが０．５ｍｍ以下のふるいを通過する大きさを有するものである。
【００１９】
次にターゲット部材とバッキングプレートとの接合方法について詳述する。
【００２０】
所定の形状に加工し、表面を洗浄して得られたターゲット部材の接合面および同じく洗浄処理を施したバッキングプレートの接合面に、金属インジウム半田等の接合材料を塗布する。この際に、ターゲット部材が直接接合材料に溶着しない材料で構成されている場合には、予めターゲット部材の接合面に接合材料との濡れ性に優れた銅、ニッケル等の薄膜層を、スパッタリング法、メッキ法等により形成した後、このターゲット部材を使用する接合材料の融点以上に加熱して接合材料を塗布するか。あるいは超音波を用いてターゲット部材の接合面に直接接合材料を塗布する。
【００２１】
一方、バッキングプレートの素材として接合材料との濡れ性の悪い材料を用いた場合にも同様の処置を施す事で接合材料を塗布する。次に、接合材料を塗布したバッキングプレートを、使用された接合材料の融点以上に加熱して表面の接合材料層を融解させた後、上述の粉末をその表面に配置し、ターゲット部材とバッキングプレートを接合した後、室温まで冷却してターゲットとする。
【００２２】
その際の粉末の配置の仕方は、接合面にほぼ均等に分布する状態に配してもよいし、部分的に配してもよい。また、これらの粉末は、バッキングプレートに塗布された接合材料の表面に散布してもよいし、予めこれらを混入させた接合材料を接合面に塗布してもよい。
【００２３】
粉末の混合量は使用する粉末の真密度にもよるが、接合後の反りやボンディング率の低下を防ぐため、１〜１０００ｍｇ／接合面積（ｃｍ²）が好ましい。
【００２４】
また、金属接合材料層の厚さを一定にするため、金属製のワイヤーを使用した方が好ましい。
【００２５】
このようにして得られたスパッタリングターゲットは、反りが少なく、接合率が高いため冷却効率はよく、さらには、スパッタリング中の冷却水圧によるバッキングプレートの変形にも強いという特徴を有する。
【００２６】
なお、本発明の構成は、複数のターゲット部材を１枚のバッキングプレート上に接合した分割ターゲットにおいても有効である。
【００２７】
【実施例】
以下、本発明を実施例をもって更に詳細に説明するが、本発明はこれらに限定するものではない。
【００２８】
実施例１
５”×１５”×５ｍｍｔのＳｉＯ₂からなるターゲット部材をエタノール中で１０分間超音波洗浄した後、更に純水中で１０分間超音波洗浄し、その後自然乾燥させた。乾燥終了後、ターゲット部材をスパッタリング装置内に入れ、ＤＣスパッタリングによりターゲット部材の接合面に銅薄膜を約２００ｎｍ積層した。
【００２９】
その後、このターゲット部材の接合面の周囲の側面にポリアミドテープによりマスキングを施し、接合面を上向きにして２００℃に設定したホットプレート上に設置し、銅薄膜を積層した接合面全体にインジウム半田を厚みが約０．２ｍｍとなるように塗布した。
【００３０】
次にエタノールおよび純水による超音波洗浄と自然乾燥を施した無酸素銅製のバッキングプレートにも、同様に半田の不要な部分にマスキング処理をした後接合面を上向きにして２００℃に設定したホットプレート上に設置し、その接合面全体にインジウム半田を厚みが約０．２ｍｍとなるように塗布した。
【００３１】
次に、インジウム半田を塗布したバッキングプレート上に、直径０．３ｍｍの真鍮製のワイヤー２本を５”間隔でセットし、０．２５μｍ以下のアルミナ粉末１６ｇを篩いで均一に散布した。
【００３２】
その後、ターゲット部材とバッキングプレートを接合し、室温まで冷却した。得られたＳｉＯ₂ターゲットのボンディング率は９５％、反りは０．６３ｍｍであった。
【００３３】
比較例
５”×１５”×５ｍｍｔのＳｉＯ₂からなるターゲット部材をエタノール中で１０分間超音波洗浄した後、更に純水中で１０分間超音波洗浄し、その後自然乾燥させた。乾燥終了後、ターゲット部材をスパッタリング装置内に入れ、ＤＣスパッタリングによりターゲット部材の接合面に銅薄膜を約２００ｎｍ積層した。
【００３４】
その後、このターゲット部材の接合面の周囲の側面にポリアミドテープによりマスキングを施し、接合面を上向きにして２００℃に設定したホットプレート上に設置し、銅薄膜を積層した接合面全体にインジウム半田を厚みが約０．２ｍｍとなるように塗布した。
【００３５】
次にエタノールおよび純水による超音波洗浄と自然乾燥を施した無酸素銅製のバッキングプレートにも、同様に半田の不要な部分にマスキング処理をした後接合面を上向きにてて２００℃に設定したホットプレート上に設置し、その接合面全体にインジウム半田を厚みが約０．２ｍｍとなるように塗布した。
【００３６】
次に、インジウム半田を塗布したバッキングプレート上に、直径０．３ｍｍで真鍮製のワイヤー２本をセットした。
【００３７】
その後、ターゲット部材とバッキングプレートを接合し、室温まで冷却した。得られたＳｉＯ₂ターゲットのボンディング率は９５％、反りは２．３ｍｍであった。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、ターゲット部材とバッキングプレートとの間の金属接合材料層に金属粉末、金属酸化物粉末、ケイ素化合物粉末および炭素粉末からなる群より選ばれる一種以上を混在させることにより、反りが少なく、冷却効率に優れたスパッタリングターゲットを提供することができる。

Claims

ターゲット部材およびバッキングプレートを有し、ターゲット部材とバッキングプレートとの間の金属接合材料層に、金属粉末、金属酸化物粉末、ケイ素化合物粉末および炭素粉末からなる群より選ばれる一種以上の粉末であって、前記金属接合材料層の厚さ以下の大きさの粉末（ただし、前記金属接合材料層の厚さと等しい大きさの粉末を除く）を混在させたことを特徴とするスパッタリングターゲット。
金属接合材料層に混在させる粉末が、金属酸化物粉末であることを特徴とする請求項１に記載のスパッタリングターゲット。
金属接合材料層に混在させる粉末が、アルミナ粉末であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のスパッタリングターゲット。
バッキングプレート面とターゲット面との接合面の面積が、両者の重複部分の面積の５０％以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のスパッタリングターゲット。