JP4101292B2 - スパッタターゲットとバーキングプレートの組立体及びその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
技術分野
本発明は、スパッタリング処理に関し、詳しくはスパッタリング処理に用いるスパッタターゲットとバッキングプレートの組立体に関する。
【０００２】
背景技術
基板に所望の材料の薄膜を成膜するスパッタリング処理が知られている。このスパッタリング処理を用いて、例えば集積回路等の半導体素子が製造される。スパッタリング処理において、イオン衝突によりスパッタターゲットから叩き出された材料は、基板に堆積する。イオン衝突は、ターゲットから基板に堆積させる材料を叩き出すだけでなく、イオン衝突によりターゲットに熱エネルギーが生じる。このため、スパッタリング処理においては、通常、ターゲットの過熱を防止するためにターゲットを冷却する手段が必要とされる。
【０００３】
ターゲットは通常バッキングプレートに装着されている。このバッキングプレートを冷却液が熱伝導するように接触して循環し、これによりイオン衝突によって熱されたターゲットが冷却される。このとき、スパッタ処理中にターゲットとバッキングプレートが分離してしまうことがないように、且つターゲットからバッキングプレート、そして冷却液への熱伝導が良好に行われるように、ターゲットとバッキングプレートを構造的に強固に、且つ良好な熱伝導性を有するように接合することが重要となる。
【０００４】
ターゲットをバッキングプレートに接合する技術として、拡散接合が知られている。拡散接合は、加圧によりターゲットとバッキングプレートの表面を密接させ、加熱して接合面を変形させて結合及び拡散させて行われる。接合を補強するために、接合される表面の一方或いは両方に、結合力の強い金属の膜をコーティングすることがある。このようなコーティングには、例えば電気メッキ、無電界メッキ、スパッタリング、蒸着又はその他粘着性の金属膜を堆積させることのできる従来の技術の何れを用いてもよい。或いは、接合される材料のどちらにも結合しやすい金属の金属泊を接合される部材の間に挟み込むようにして接合を行ってもよい。また、接合面には、接合の妨げとなる酸化物や酸化化合物の膜を除去する化学的処理が施される。
【０００５】
ターゲットとバッキングプレートの組立体は、例えば熱間等静圧圧縮成型法（ＨＩＰｉｎｇ）又は単軸熱間圧縮成型法（ＵＨＰｉｎｇ）等の手法により拡散接合される。
【０００６】
単軸熱間圧縮成型法においては、接合されていない組立体は、プランジャ、熱板又はラムの間に配設される。これらラムは、温度、圧力、その他雰囲気条件を制御できるチャンバ内に収納される。制御される雰囲気条件は、真空度、還元ガス濃度、不活性ガス濃度、或いはそれらの条件の組合せである。そして、接合されていない組立体を加熱するために、単軸熱間圧縮成型法が行われるチャンバ内の温度を上昇させる。組立体は、バッキングプレートに用いられる金属の融点に等しい温度よりやや低い温度まで加熱される。このように組立体をバッキングプレート材料の融点よりやや低い温度まで加熱すると、バッキングプレートは軟化し、さらに圧力を加えることにより、化学的処理が施されたスパッタターゲットの接合面に強固に密着する界面が形成される。組立体を加熱するとともに、ラムから組立体に対し単軸方向の圧縮力が加えられる。組立体は、このような温度、圧力、雰囲気ガスの条件下で、一定時間制御チャンバ内に放置され、互いに接合されたターゲットとバッキングプレートの組立体が形成される。
【０００７】
熱間等静圧圧縮成型法では、処理が施されたスパッタリングターゲット及びバッキングプレートは、接合面となる密着された界面を有する組立体を形成するように方向付けられて熱間等静圧圧縮成型法用の容器内に配設される。組立体が熱間等静圧圧縮成型法用の容器内に配設されると、容器内は真空にされ、さらにこの容器は熱間等静圧圧縮成型法用のチャンバ内に配設される。そして、熱間等静圧圧縮成型法用のチャンバ内の雰囲気は、例えばアルゴンやヘリウム等の完全な不活性ガスに置換される。さらに、上述した単軸熱間圧縮成型法と同様に、熱間等静圧圧縮成型法用のチャンバ内の温度及び圧力を上昇させてスパッタターゲットとバッキングプレートを接合した組立体を形成する。ここでも同様に、組立体はバッキングプレート材料の融点よりやや低い温度まで加熱され、熱間等静圧圧縮成型法用の容器及び容器に収納された組立体に対してあらゆる方向から圧力が加えられる。組立体は、所定の温度、圧力、雰囲気ガスの条件下で、一定時間制御チャンバ内に放置され、ターゲットとバッキングプレートが互いに接合された組立体が形成される。
【０００８】
本願と同一の出願人により１９９５年４月２１日に出願された米国特許出願番号０８／４２６，２４６号、発明の名称「スパッタ用ターゲットとバッキングプレートの組立体及びその製造方法」に単軸熱間圧縮成型法及び熱間等静圧圧縮成型法に必要な時間、温度、圧力の値の例が開示されており、参照によりこの出願は本明細書に組み込まれるものとする。
【０００９】
拡散接合に続いて行われる放冷の工程において、接合されたターゲットとバッキングプレートの組立体は、熱膨張率に従って収縮し、ターゲットとバッキングプレートの熱膨張率の差異により組立体内に応力が生じ、組立体に歪み及び／又は亀裂が生ずることがある。
【００１０】
ターゲットの材料としてはタングステン−チタンが多く用いられる。タングステン−チタンを用いたターゲットとバッキングプレートの組立体においては、ターゲットとバッキングプレートの材料間の熱膨張率に差異が生じることを避けるために、チタン製のバッキングプレートを用いることが多い。しかしながら、チタンは高価であり、それゆえバッキングプレートの材料としては望ましくない。
【００１１】
また、より廉価な、例えばアルミニウム等の材料は、タングステン−チタンと大きく異なる熱膨張率を有しており、その結果、ターゲットとバッキングプレートの組立体に歪みや亀裂が生じてしまう。
【００１２】
ヨーロッパ特許公開番号ＥＰ−Ａ−０，５９０，９０４には、拡散結合されたスパッタリングターゲットの製造方法が開示されており、ここでは、熱膨張率が互いに異なる材料から形成されたターゲットとバッキングプレートを加熱及び互いに加圧して、ターゲットをバッキングプレートに拡散結合している。日本国特許公開番号平２−１１７５９号には、熱膨張率がターゲットに等しいジグを用いてターゲットをバッキングプレートにロウ接する製造方法が開示されている。
【００１３】
本発明の目的は、ターゲットとバッキングプレートの熱膨張率の差異を緩和してターゲット及びバッキングプレートの熱的及び／又は構造的一体性が損なわれないようにしたターゲットとバッキングプレートの組立体及びその製造方法を提供することである。
【００１４】
発明の開示
本発明は上述の課題に鑑み、一定の熱膨張率を有する第１の材料からターゲット（１６）を形成する工程と、上記第１の材料の熱膨張率と異なる熱膨張率を有する上記第１の材料と異なる第２の材料からバッキングプレート（１２）を形成する工程と、一定の熱膨張率を有する第３の材料からブロック（２０）を形成する工程と、上記ブロックを上記バッキングプレートの一方の面に削成された凹部（５４）に挿入して配設する工程と、上記ターゲットを上記バッキングプレートの他方の面に配設する工程と、上記ターゲット、バッキングプレート及びブロックを温度及び圧力を上昇させた条件下に放置して上記ターゲット、バッキングプレート及びブロックを互いに拡散接合する工程と、上記ターゲットとバッキングプレートとが接合された後に該ブロックを上記バッキングプレートの凹部（５４）から取り外す工程とを有し、上記バッキングプレートの凹部（５４）は、上記ブロックが取り外されると、上記スパッタリングターゲットとバッキングプレートの組立体（１０）をカソード機構に装着したとき上記バッキングプレートに流される冷却液用の流路を形成し、上記第３の材料は、上記第２の材料と異なる材料であり、上記第１の材料と略等しい熱膨張率を有する材料から選択され、上記第１及び第２の材料の熱膨張率の差異を緩和するスパッタリングターゲットとバッキングプレートの組立体（１０）の製造方法を提供する。
【００１５】
第３の材料は、第１の材料に略等しい熱膨張率を有するように選択される。
【００１６】
ターゲット、バッキングプレート及びブロックは、熱間等静圧圧縮成型法により互いに拡散接合される。
【００１７】
ターゲット、バッキングプレート及びブロックは、単軸熱間圧縮成型法により互いに拡散接合される。
【００１８】
ターゲットはタングステン−チタンを材料として形成され、バッキングプレートはアルミニウムを材料として形成され、ブロックはグラファイトを材料として形成される。この場合、ターゲットの熱膨張率は略６．４×１０^-6／℃であり、バッキングプレートの熱膨張率は略１９．８×１０^-6／℃であり、ブロックの熱膨張率は略５．６×１０^-6／℃である。
【００１９】
バッキングプレートは、削成された凹部を備え、凹部にブロックが挿入される。
【００２０】
バッキングプレートの凹部の中央にハブを形成してもよい。ブロックは、バッキングプレートのハブを貫通させる孔部を備える。
【００２１】
また、本発明は上述の製造方法により製造されたスパッタターゲットとバッキングプレートの組立体を提供する。
【００２２】
本発明の主な利点は、それぞれ異なる熱膨張率を有する異なる材料から形成されたターゲット及びバッキングプレートを拡散接合しても、放冷時に歪みやターゲットの亀裂が生じないターゲット及びバッキングプレートの組立体及びその製造方法が提供できることである。
【００２３】
上述及びその他の目的及び利点は以下の詳細な記述及び添付の図面によりさらに明瞭になる。
【００２４】
発明を実施するための最良の形態
熱間等静圧圧縮成型法の処理を行うために熱間等静圧圧縮成型法用の容器に収容される組立体１０を図１に示す。
【００２５】
組立体１０は、一方の面に凹部１４が形成されたアルミニウム製のバッキングプレート１２と、接合界面１８においてバッキングプレート１２に接合されるタングステン−チタン製のターゲット１６とを備える。そしてグラファイト製のブロック２０が凹部１４に挿入される。さらにアルミニウム製の擬装バッキングプレート２２がスパッタリングターゲット１６の上側に配置される。そして、上部の鋼板２４が擬装バッキングプレート２２の上側に、及び下部の鋼板２６がブロック２０を内部に収納したバッキングプレート１２の下側にそれぞれ配置される。
【００２６】
図１Ｂに示すように、例えば組立体１０は、約１０^-2ｔｏｒｒ或いはそれ以上の真空に晒される熱間等静圧圧縮成型法用の容器（図示せず）に収納され、すなわち熱間等静圧圧縮成型法用の容器内に図に示すような状態で収納されて熱及び圧力が加えられる。なお、単軸熱間圧縮成型法においても組立体１０は、図１Ｂに示す状態で同様に約１０^-2ｔｏｒｒの条件下で熱及び圧力が加えられる。
【００２７】
組立体１０は、約３００℃〜５７５℃、好ましくは４５０℃〜４４０℃に加熱され、約３０ＭＰａ〜約１４０ＭＰａの圧力が加えられ、約３０分〜６０分の間このような条件下に放置される。単軸熱間圧縮成型法を用いる場合、圧力は一組のプランジャ、熱板又はラムの間に加えられる。熱間等静圧圧縮成型法を用いる場合は、熱間等静圧圧縮成型法用の容器及びそこに収容される組立体１０には、熱間等静圧圧縮成型法用の容器に対してあらゆる方向から圧力が加えられる。組立体１０をバッキングプレート１２の材料の融点よりやや低い温度まで加熱することにより、バッキングプレート１２は軟化し、さらに圧力によってターゲット１６の接合面に密着する界面が形成される。同様に、ブロック２０は、バッキングプレート１２の下側に接合される。
【００２８】
組立体１０を放冷する間、グラファイト製のブロック２０は、パッキングブレート１２の収縮を規制し、これにより組合体であるバッキングプレート１２の熱による収縮は、タングステン−チタン製のターゲット１６の収縮と略等しくなる。典型的なタングステン−チタン製のターゲットの熱膨張率は、約６．４×１０^-6／℃であり、アルミニウム製のバッキングプレートの熱膨張率は約１９．８×１０^-6／℃であり、グラファイト製のブロックの熱膨張率は約５．８×１０^-6／℃である。このように、グラファイト製のブロック２０はタングステン−チタン製のターゲット１６に略等しい熱膨張率を有している。これによりターゲット１６とバッキングプレート１２間の歪み及び／又はターゲット１６に亀裂が生ずることが防止される。
【００２９】
最後に、図２に示すように、放冷された組立体１０から鋼板２４，２６及び擬装バッキングプレート２２が引き離される。さらに、凹部１４からブロック２０が取り外されて、組立体１０をカソード機構体に装着したときバッキングプレート１２に流される冷却液用の流路が形成される。
【００３０】
図３Ａに組立体の変形例である組立体５０を示す。組立体５０は、アルミニウム製のバッキングプレート５２を備え、バッキングプレート５２の一方の面には、凹部５４が形成され、さらにバッキングプレート５２をカソード機構に取り付けるための中央ハブ５６が設けられている。タングステン−チタン製のターゲット５８は、スペーサリング６０内に配設されてバッキングプレート５２に接合される。グラファイト製のブロック６２は、ハブ５６を貫通させるための孔部６４を備え、凹部５４に挿入される。擬装バッキングプレート６６は、ターゲット５８の上側に配置される。そして、上部の鋼板６８が擬装バッキングプレート６６の上側に、及び下部の鋼板７０がブロック６２を内部に収納したバッキングプレート５２の下側にそれぞれ配置される。
【００３１】
組立体５０は、熱間等静圧圧縮成型法を用いる場合も単軸熱間圧縮成型法を用いる場合も上述の実施例と同様の時間、同様の圧力と温度の条件下に置かれる（図３Ｂ）。組立体５０の放冷時には、グラフファイト製のブロック６２がアルミニウム製のバッキングプレート５２の収縮を制限し、これにより組合体であるバッキングプレート５２の熱による収縮は、タングステン−チタン製のターゲット５８の収縮と略等しくなる。これによりターゲット５８とバッキングプレート５２間の歪み及び／又はターゲット５８に亀裂が生ずることが防止される。
【００３２】
最後に、上述の実施例と同様に、図４に示すように、放冷された組立体５０から合板６８，７０及び擬装バッキングプレート６６が引き離される。さらに、凹部５４からブロック６２が取り外されて、組立体５０をカソード機構に装着したときバッキングプレート５２に流される冷却液用の流路が形成される。
【００３３】
当業者にとって、本発明の様々な追加例や変更例を想到し、これによりターゲットとバッキングプレートの組立体及びその製造方法を改善することは容易であるが、以下の請求の範囲の通り、それらは本発明の思想及び範囲を逸脱するものではない。例えば、ターゲット、バッキングプレート及びブロックは、それぞれタングステン−チタン、アルミニウム及びグラファイト以外の材料から形成してもよい。また、拡散接合以外の接合法を用いてもよい。したがって、本発明の範囲は、以下に示す請求の範囲及びそれと同等のものによってのみ特定される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１Ａ及び図１Ｂは、本発明を適用したスパッタターゲット及びバッキングプレートの製造方法における工程を概略的に示す図である。
【図２】図１Ａ及び図１Ｂに示す製造方法により製造されたスパッタターゲット及びバッキングプレートを示す図である。
【図３】図３Ａ及び図３Ｂは、本発明を適用したスパッタターゲット及びバッキングプレートの製造方法の変化例における工程を概略的に示す図である。
【図４】図３Ａ及び図３Ｂに示す製造方法により製造されたスパッタターゲット及びバッキングプレートを示す図である。

Claims (9)

1. 一定の熱膨張率を有する第１の材料からターゲット（１６）を形成する工程と、
   上記第１の材料の熱膨張率と異なる熱膨張率を有する上記第１の材料と異なる第２の材料からバッキングプレート（１２）を形成する工程と、
   一定の熱膨張率を有する第３の材料からブロック（２０）を形成する工程と、
   上記ブロックを上記バッキングプレートの一方の面に削成された凹部（５４）に挿入して配設する工程と、
   上記ターゲットを上記バッキングプレートの他方の面に配設する工程と、
   上記ターゲット、バッキングプレート及びブロックを温度及び圧力を上昇させた条件下に放置して上記ターゲット、バッキングプレート及びブロックを互いに拡散接合する工程と、
   上記ターゲットとバッキングプレートとが接合された後に該ブロックを上記バッキングプレートの凹部（５４）から取り外す工程とを有し、
   上記バッキングプレートの凹部（５４）は、上記ブロックが取り外されると、上記スパッタリングターゲットとバッキングプレートの組立体（１０）をカソード機構に装着したとき上記バッキングプレートに流される冷却液用の流路を形成し、
   上記第３の材料は、上記第２の材料と異なる材料であり、上記第１の材料と略等しい熱膨張率を有する材料から選択され、上記第１及び第２の材料の熱膨張率の差異を緩和するスパッタリングターゲットとバッキングプレートの組立体（１０）の製造方法。
2. 上記ターゲット、バッキングプレート及びブロックは、熱間等静圧圧縮成型法により互いに拡散接合されることを特徴とする請求項１記載の製造方法。
3. 上記ターゲット、バッキングプレート及びブロックは、単軸熱間圧縮成型法により互いに拡散接合されることを特徴とする請求項１記載の製造方法。
4. 上記ターゲットはタングステン−チタンを材料として形成され、上記バッキングプレートはアルミニウムを材料として形成され、上記ブロックはグラファイトを材料として形成されることを特徴とする請求項１記載の製造方法。
5. 上記ターゲットの熱膨張率は略６．４×１０^-6／℃であり、上記バッキングプレートの熱膨張率は略１９．８×１０^-6／℃であり、上記ブロックの熱膨張率は略５．６×１０^-6／℃であることを特徴とする請求項４記載の製造方法。
6. 上記バッキングプレートは、上記凹部の中央にハブ（５６）を備え、上記ブロック（６２）は、上記バッキングプレートのハブを貫通させる孔部（６４）を備えることを特徴とする請求項１記載の製造方法。
7. 請求項１記載の製造方法により製造されたスパッタターゲットとバッキングプレートの組立体。
8. 請求項２記載の製造方法により製造されたスパッタターゲットとバッキングプレートの組立体。
9. 請求項３記載の製造方法により製造されたスパッタターゲットとバッキングプレートの組立体。

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