JP3905295B2

JP3905295B2 - 高純度コバルトターゲットと銅合金製バッキングプレートとの拡散接合ターゲット組立体及びその製造方法

Info

Publication number: JP3905295B2
Application number: JP2000302134A
Authority: JP
Inventors: 一成高橋; 博仁宮下
Original assignee: Nippon Mining and Metals Co Ltd
Current assignee: Nippon Mining Holdings Inc
Priority date: 2000-10-02
Filing date: 2000-10-02
Publication date: 2007-04-18
Anticipated expiration: 2020-10-02
Also published as: JP2002105635A; US6793124B1; KR20030038758A; WO2002029130A1; TW575673B

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、拡散接合の際に反りや剥れが発生することがない高純度コバルトターゲットと銅合金バッキングプレートとの拡散接合ターゲット組立体及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、コバルトのような強磁性体ターゲットを該ターゲット裏面に磁石を配置してマグネトロンスパッタを実施した場合、ターゲット内部で磁界が閉塞してしまいターゲット表面に磁界を発生させることが困難である。すなわち強磁性体であるコバルト特有の磁界効果により、プラズマ密度の上昇が起こらずアルゴンのイオン化効率も低くなり、結果としてスパッタ効率の低いものであった。
このためコバルトのような強磁性体ターゲットを用いる場合、単純にターゲット厚さを薄くして磁場の漏れ起こさせるなどの対策がとられてきた。
【０００３】
本出願人はこの高純度コバルト強磁性体ターゲットを製造する最適な条件として特開平９−２７２９７０に示すように、冷間加工あるいは４５０°Ｃ以下の温間加工により透磁率が低くスパッタ効率が高い厚さ６．３６ｍｍ（１／４インチ）までの効率の良い優れた高純度コバルトターゲットの製造方法を提案した。
一般に、これまでのターゲットとバッキングプレートの接合には、インジウム等の低融点のボンディング材が使用されていた。
【０００４】
しかし、このようなインジウム等のボンディング材（ろう材）は熱に弱いので、ハイパワースパッタリングに適していないという問題がある。このようなことから、ろう材を使用しない拡散接合法が提案された。
この拡散接合法はチタンやアルミニウムでの実績が多数あり、また拡散接合品はろう材を使用しないので熱伝導率が銅に比べて劣るアルミニウム又はアルミニウム合金をバッキングプレートとして使用できる利点がある。さらにアルミニウムの比重は銅のおよそ１／３なのでターゲットが軽量化でき、ハンドリング性が向上するというメリットもある。
しかし、コバルトとアルミニウム又はアルミニウム合金との組み合わせは、チタンやアルミニウムに比べて熱膨張率の差があまりにも大き過ぎ、温度が高くなるとバイメタル効果により、熱膨張率差から変形する可能性が高かった。
したがって、上記のようにアルミニウム又はアルミニウム合金をバッキングプレートとして使用するメリットは捨て難いのであるが、熱膨張率差から変形してしまうのは重大な問題である。
【０００５】
近年、さらなるハイパワースパッタによりスパッタ粒子をイオン化し、基板に大きな運動エネルギーをもたせて均一に成膜する方法がとられるようになってきており、スパッタリング時の熱的影響と冷却媒体の水圧によりバッキングプレートを接合したターゲットが大きく凸に変形し、水漏れが起こってしまう場合があった。
最近では、ウエハーの大口径化に伴いターゲット自体も大型化しており、このような接合界面の剥離やバッキングプレートの変形問題がさらに大きな問題となってきた。
【０００６】
例を挙げると、φ３５０ｍｍ厚さ３ｍｍのコバルトターゲット（純度５Ｎ）にアルミニウム合金（A５０５２）製バッキングプレートを真空中、４５０°Ｃ、面圧１５ｋｇｆ／ｍｍ^２、保持時間５時間で拡散接合しターゲット組立体を作製し、これを用いたスパッタパワー３０ＫＷでスパッタリングを行ったところ水漏れが発生した。その原因を調べたところ、中央部が凸状に変形し拡散接合部が部分的に剥がれてしまい、バッキングプレートのアルミニウム合金が変形した。
以上のようなことから、従来の拡散接合及びバッキングプレートでは、拡散接合の際の反りや剥れの発生が防止できず、新しい材料と接合方法の工夫が必要であった。
【０００７】
【発明が解決しょうとする課題】
以上のようなことから、高純度コバルト強磁性体ターゲットの実効あるスパッタリングが可能であり、またバッキングプレートとの接合時及びハイパワースパッタの過酷な条件下でも、反りや剥れの発生が防止できる高純度コバルトターゲットとバッキングプレートとの拡散接合ターゲット組立体及びその製造方法を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らにより鋭意検討の結果、強度のあるバッキングプレートと拡散接合の際に介在させる材料を適切に選択することにより、反りや剥れの発生が効果てきに防止できるとの知見を得た。
本発明はこのような知見に基づき、次を提供するものである。
１．厚さ０．５ｍｍ以上のアルミニウムあるいはアルミニウム合金板をインサート材として拡散接合したことを特徴とする高純度コバルトターゲットと銅合金バッキングプレートとの拡散接合ターゲット組立体
２．厚さ０．５ｍｍ以上のアルミニウム又はアルミニウム合金板をインサート材として高純度コバルトターゲットと銅合金バッキングプレートを真空下で２００°Ｃ〜４５０°Ｃの温度及び１〜２０ｋｇ／ｍｍ^２の圧力条件で拡散接合することを特徴とする高純度コバルトターゲットと銅合金バッキングプレートとの拡散接合ターゲット組立体の製造方法
【０００９】
【発明の実施の形態】
拡散接合後の反りが少なく、ハイパワースパッタでも変形を起こさないバッキングプレートを検討したところバッキングプレートとして銅クロム合金、銅亜鉛合金等の銅合金を用いることが有効であることが分かった。
次に、コバルトターゲットと銅合金バッキングプレートの拡散接合方法を検討した。上記のようにコバルトターゲットは低い透磁率を維持しなければならないので拡散接合の温度は４５０°Ｃ以下の温度で行う必要がある。
【００１０】
以上の点を検討した結果、厚みをもつアルミニウム又はアルミニウム合金板をインサート材に使用する事が極めて有効であることを見出した。
インサート材としてのアルミニウム又はアルミニウム合金が、０．５ｍｍ以上の厚みが必要であるのは、拡散接合時の温度でこのアルミニウム又はアルミニウム合金が十分柔らかくなり、ミクロ的にみて表面酸化膜の破壊により活性な新生面が現れて原子が拡散しやすくなること、及び拡散接合後室温まで冷却される際のターゲットとバッキングプレート間の熱膨張差によって生ずる応力をこのアルミニウム又はアルミニウム合金によって緩和することができるためであると考えられる。
なお、上記インサート材を挿入しない場合は、４５０℃以下では接合が事実上困難であることがわかった。
【００１１】
接合に際しては、上記の通り厚さ０．５ｍｍ以上のアルミニウム又はアルミニウム合金板をインサート材として高純度コバルトターゲットと銅合金バッキングプレートを真空下で２００°Ｃ〜４５０°Ｃの温度及び１〜２０ｋｇ／ｍｍ^２の圧力条件で拡散接合することによって高純度コバルトターゲットと銅合金バッキングプレートを接合し、組立体を得る。
２００°Ｃ未満では全面の拡散接合が難しく、また４５０°Ｃを超えるとコバルトターゲットの組織が再結晶化し、透磁率が上昇するので好ましくない。したがって、上記の温度範囲で拡散接合を行う。
図１に高純度コバルトターゲット、インサート材及びバッキングプレート組立体概略を、また図２に拡散接合後の反り量の説明図を示す。これらの図において、符号１はターゲット材、符号２はバッキングプレート材、符号３はインサート材及び符号４は反り量（ｍｍ）をそれぞれ示す。
【００１２】
【実施例及び比較例】
次に、実施例に基づいて本発明を説明する。実施例は発明を容易に理解するためのものであり、これによって本発明を制限されるものではない。すなわち、本発明は本発明の技術思想に基づく他の実施例及び変形を包含するものである。
（実施例）
９９．９９９ｗｔ％（５Ｎ）の高純度コバルトの原材料を４５０°Ｃの温間圧延にて厚さ６ｍｍの高純度コバルト板を作製し、直径φ３５０ｍｍ、厚さ３ｍｍのターゲットに機械加工により仕上げた。
バッキングプレートは銅クロム合金（クロム含有量１ｗｔ％）を使用した。インサート材として各々０．８ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、６ｍｍの４種の純アルミニウム（Ａ−１０５０）板を使用した。
【００１３】
スパッタリングターゲット、インサート材及びバッキングプレートの拡散接合される界面はアセトンを溶媒として超音波洗浄した後、さらにイソプロピルアルコールで十分洗浄した。
これら組立体を鉄製の容器に真空封入（真空度は０．１ｔｏｒｒ以下）して、熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）にて４５０°Ｃ×４ｈｒ、１５ｋｇ／ｍｍ^２の圧力にて拡散接合した。接合後は、鉄製容器を機械加工にて除去した。
インサート材として２ｍｍの純アルミニウム（Ａ−１０５０）板を使用し、ＨＩＰ温度を３００℃、２００℃に変えて同様の方法でターゲット組立体を作製した。
コバルトターゲットを上にして反り量を隙間ゲージにて測定した。また接合状況は超音波探傷にて確認した。この結果を表１に示す。なお、これらはいずれも１０試料を作製し、それらの測定値の平均である。
【００１４】
（比較例）
実施例と同様の方法で、９９．９９９ｗｔ％（５Ｎ）の高純度コバルトの原材料を４５０°Ｃの温間圧延にて厚さ６ｍｍの高純度コバルト板を作製し、直径φ３５０ｍｍ、厚さ３ｍｍのターゲットに機械加工により仕上げた。
バッキングプレートは同様に銅クロム合金（クロム含有量１ｗｔ％）を使用した。アルミインサート材の厚さを０．３ｍｍ、０．４ｍｍとして場合である。
その他のインサート材として、厚さ２ｍｍのニッケル板及び銀板を使用した。また、インサート材として厚さ２ｍｍのアルミ板を使用し、本発明の温度条件よりも低い１７５°Ｃで拡散接合を行った例も示す。
実施例と対比して同比較例の結果を表１に示す。
【００１５】
【表１】

【００１６】
表１から明らかなように、同一の拡散接合温度では、インサート材である純アルミニウム板の厚さが厚くなるに従って反り量が減少しており、またいずれも２〜０．８ｍｍの範囲のわずかな反り量を示すのみであった。
また、インサート材の厚さを２ｍｍとし、接合温度を３００°Ｃ、２００°Ｃに低下させた場合、反り量は１．２ｍｍと０．６ｍｍとなり、反り量からみれば問題のない値を示した。しかし、接合温度が２００°Ｃ未満であると未接合部の発生が見られた。
これに対し、アルミニウムインサート材の厚さを０．３ｍｍ、０．４ｍｍである比較例では、反りが激しく界面円周部に剥離を生じた。
【００１７】
また、インサート材として厚さ２ｍｍのニッケル板及び銀板を使用した場合には、十分な厚さがあるにもかかわらず高純度コバルトターゲットと銅クロム合金バッキングプレートが接合しないという結果になった。
このことから、高純度コバルトターゲットと銅クロム合金バッキングプレートの接合には、厚さ０．５ｍｍ以上のアルミニウムインサート材が最適であることが分かる。また、実施例には示していないが、Ａ５０５２などのアルミニウム合金インサート材を用いた場合にも同様の結果が得られた。
実施例のターゲットを３０ＫＷにてスパッタ試験を行ったが水漏れなどによる真空劣化は観られなかった。またコバルトターゲットのスパッタ効率の低下も変化なかった。さらに実施例の高純度コバルトターゲット−バッキングプレート組立体を超音波探傷で検査した結果、未接合部がないことを確認した。
【００１８】
【発明の効果】
高純度コバルトターゲットのスパッタリング効率を下げることなく、拡散接合後の反り量を減少させてターゲットの厚さ保証を容易にし、矯正工程を必要とすることなくまたは矯正工程を軽減し、ハイパワースパッタリングに耐える信頼性の高い高純度コバルトターゲット−バッキングプレート組立体を得ることができるという優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】高純度コバルトターゲット、インサート材及びバッキングプレート組立体概略図である。
【図２】拡散接合後の反り量説明図である。
【符号の説明】
１ターゲット材
２バッキングプレート材
３インサート材
４反り量（ｍｍ）

Claims

厚さ０．８ｍｍ以上のアルミニウムあるいはアルミニウム合金板をインサート材として拡散接合したことを特徴とする高純度コバルトターゲットと銅合金バッキングプレートとの拡散接合ターゲット組立体。
厚さ０．８ｍｍ以上のアルミニウム又はアルミニウム合金板をインサート材として高純度コバルトターゲットと銅合金バッキングプレートを真空下で２００°Ｃ〜４５０°Ｃの温度及び１〜２０ｋｇ／ｍｍ^２の圧力条件で拡散接合することを特徴とする高純度コバルトターゲットと銅合金バッキングプレートとの拡散接合ターゲット組立体の製造方法。