JP4162467B2

JP4162467B2 - スパッタリングターゲットの製造方法

Info

Publication number: JP4162467B2
Application number: JP2002309291A
Authority: JP
Inventors: 和照加藤; 渡辺　　弘
Original assignee: Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
Current assignee: Mitsui Kinzoku Co Ltd
Priority date: 2001-10-30
Filing date: 2002-10-24
Publication date: 2008-10-08
Anticipated expiration: 2022-10-24
Also published as: JP2003201561A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属系薄膜形成に使用されるスパッタリングターゲット及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、薄膜を成膜する方法の１つとしてスパッタリング法が知られている。スパッタリング法とは、スパッタリングターゲットをスパッタリングすることにより薄膜を得る方法であり、効率よく成膜できるため、工業
的に利用されている。
【０００３】
例えば、液晶パネルなどの細線配線には、耐熱性と共に低抵抗特性を備えたアルミニウム系合金からなる所定組成のターゲット材が用いられている。
【０００４】
このようなスパッタリングを、より効率よく低コストで成膜するために、現在においてもスパッタ条件やスパッタ装置などの改良が日々行われている。その改良の１つとして、大型なスパッタリングターゲットを用いて成膜面積を大きくしてより効率よく成膜する方法がとられる。このため、大型なスパッタリングターゲットが求められている。
【０００５】
しかしながら、大型なスパッタリングターゲットを作製する上で、製造法上大型なターゲット材が製造し難い、あるいはバッキングプレートとの接合の際に反りが発生するなどのいくつかの問題がある。
【０００６】
そこで、ＩＴＯターゲットではあるが、分割片の間にボンディング材料を埋め込んで大型のスパッタリングターゲットを製造する方法が知られている（特許文献１〜３等参照）。
【０００７】
また、金属系のターゲットにおいて、複数の板状の端面同士を融着により接合したスパッタリングターゲットの製造方法が開示されている（特許文献４等参照）。
【０００８】
さらに、継ぎ目の隙間にボンディング材が侵入しないように、継ぎ目の裏面側を溶接により接合した構造が開示されている（特許文献５等参照）。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１−２３０７６８号公報（特許請求の範囲、図１、図２等）
【特許文献２】
特開平８−１４４０５２号公報（特許請求の範囲、図２、図３等）
【特許文献３】
特開２０００−１４４４００号公報（特許請求の範囲、図１、図２等）
【特許文献４】
特開平４−３３３５６５号公報（特許請求の範囲、図１、図２等）
【特許文献５】
特開平９−３６３７号公報（特許請求の範囲、図２等）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特に金属ターゲットの場合、特許文献５のように、互いに接合したバッキングプレートとの接合時に熱膨張係数の違いにより接合部に隙間が生じてしまい、アーキング（異常放電）が発生し易いなどの問題がある。
【００１１】
本発明はこのような事情に鑑み、アーキング等の問題のない大型スパッタリングターゲットを比較的容易に且つ安価に製造できるスパッタリングターゲット及びその製造方法を提供することを課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決する本発明の第１の態様は、金属又は合金からなる複数の分割ターゲット材をバッキングプレートに接合してなる金属系スパッタリングターゲットの製造方法において、前記バッキングプレートに前記分割ターゲット材を接合する工程と、その後、各分割ターゲット材同士の継ぎ目の厚さ方向表面側のみを溶接により接合する工程とを具備することを特徴とするスパッタリングターゲットの製造方法にある。
【００１３】
かかる第１の態様では、分割ターゲット材をバッキングプレートにそれぞれ接合した後、継ぎ目の表面側のみを溶接により接合するので、比較的大型のスパッタリングターゲットが容易に製造でき、アーキングの発生が低減される。
【００１４】
本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記分割ターゲット材を前記バッキングプレートに溶接した後、各分割ターゲット材の間の隙間を当該分割ターゲットと同材質のスペーサで埋める工程を有することを特徴とするスパッタリングターゲットの製造方法にある。
【００１５】
かかる第２の態様では、分割ターゲット材をそれぞれバッキングプレートに接合した際に生じた隙間を小さくすることができ、これにより表面側の継ぎ目を容易に溶接により接合でき、且つスパッタリング使用時に表面側のみの溶接の下側にできた隙間が埋まっていき、アーキングの発生が顕著に低減される。
【００１６】
本発明の第３の態様は、第２の態様において、前記分割ターゲット材を前記バッキングプレートに接合した後の当該分割ターゲット材同士の隙間が０．５ｍｍ以下であり、前記スペーサで埋めた後の隙間が０．２ｍｍ以下であることを特徴とするスパッタリングターゲットの製造方法にある。
【００１７】
かかる第３の態様では、表面側の継ぎ目を容易に溶接により接合でき、且つスパッタリング使用時に表面側のみの溶接の下側にできた隙間が埋まっていき、アーキングの発生が低減される。
【００１８】
本発明の第４の態様は、第１〜３の何れかの態様において、前記分割ターゲット材同士の溶接を表面から１ｍｍ〜２．５ｍｍの深さまで行うことを特徴とするスパッタリングターゲットの製造方法にある。
【００１９】
かかる第４の態様では、表面から１ｍｍ〜２．５ｍｍの深さまで溶接することにより、溶接後の表面研磨によっても溶接部が残留し、一体化した大型ターゲットが提供でき、アーキングの発生が低減される。
【００２０】
本発明の第５の態様は、第１〜４の何れかの態様において、前記分割ターゲット材同士の溶接による接合後、表面を機械研磨する工程を具備することを特徴とするスパッタリングターゲットの製造方法にある。
【００２１】
かかる第５の態様では、溶接後、表面研磨することにより、初期のアーキングの発生が低減される。
【００２２】
本発明の第６の態様は、第５の態様において、前記機械研磨後に前記分割ターゲット材同士の溶接による接合が、表面から少なくとも０．５ｍｍの深さまで行われていることを特徴とするスパッタリングターゲットの製造方法にある。
【００２３】
かかる第６の態様では、研磨後も溶接によって分割ターゲット材同士が一体化しており、一体化された大型ターゲットが提供でき、アーキングの発生が低減される。
【００２４】
本発明の第７の態様は、第１〜６の何れかの態様において、前記分割ターゲット材がアルミニウム系合金からなることを特徴とするスパッタリングターゲットの製造方法にある。
【００２５】
かかる第７の態様では、大型ターゲット材の製造が困難であったアルミニウム系合金の大型化が容易に実現できる。
【００２６】
本発明の第８の態様は、第１〜６の何れかの態様において、各分割ターゲット材の継ぎ目の接合をＹＡＧレーザ又は電子ビームによる溶接で行うことを特徴とするスパッタリングターゲットの製造方法にある。
【００２７】
かかる第８の態様では、分割ターゲット材同士の継ぎ目を酸化物の生成を極力抑えた状態で溶接することができる。
【００２８】
本発明では、各分割ターゲット材同士の継ぎ目を溶接により接合するようにしたので、アーキングの発生が低減された比較的大型のスパッタリングターゲットが製造できる。
【００２９】
ここで、分割ターゲット材の種類は金属又は合金からなるものであれば特に限定されない。例えば、タンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）などの高融点金属材やアルミニウム系合金などを挙げることができる。特に、アルミニウム系合金や、コバルト−ボロン系合金、白金−マンガン系合金などは、製造上大型のターゲット材を得難いので、本発明を適用するのに好適である。なお、アルミニウム系合金としては、アルミニウム−チタン（Ａｌ−Ｔｉ）系、アルミニウム−炭素−マンガン（Ａｌ−Ｃ−Ｍｎ）系、アルミニウム−炭素−マグネシウム（Ａｌ−Ｃ−Ｍｇ）系などの合金を挙げることができる。
【００３０】
また、分割ターゲット材の製造方法は特に限定されず、鋳造・圧延法、半溶融撹拌法、粉末冶金法、スパッタリング法などを挙げることができる。
【００３１】
本発明のスパッタリングターゲットは、複数の分割ターゲット材を併せて大型のスパッタリングターゲットとするものであり、各分割ターゲットの継ぎ目を溶接により接合したものである。かかる本発明のスパッタリングターゲットでは、継ぎ目を溶接により接合して一体化しているので、継ぎ目に起因するアーキングの発生を排除することができる。
【００３２】
本発明のスパッタリングターゲットは、複数の分割ターゲット材をバッキングプレートに接合してなるものである。バッキングプレートは、一般的に用いられているもので特に限定されず、例えば、熱伝導性の高い銅製のものが用いられる。また、ターゲット材とバッキングプレートとの接合も特に限定されない。一般的には、ターゲット材とバッキングプレートの間に低融点金属、低融点合金、例えば、インジウム（Ｉｎ）、Ｉｎ系合金などを充填し、低融点金属、低融点合金の融点以上に加熱し、ターゲット材とバッキングプレートの間の低融点金属、低融点合金を溶かした後、冷却し、低融点金属、低融点合金が再凝固することによりターゲット材とバッキングプレートを接合する。このとき、分割ターゲット材同士の隙間は極力小さくするが、熱膨張差により隙間が生じやすいので、できるだけ小さな隙間になるように接合するのが好ましい。
【００３３】
バッキングプレートに接合した分割ターゲット材の継ぎ目の隙間は特に限定されず、大きくなった場合には、ターゲット材と同一組成の薄板等のスペーサで埋めて隙間を小さくした後、溶接により接合すればよい。隙間は０．５ｍｍ以下程度とするのが好ましく、この場合、スペーサを使用しないで直接溶接してもよいが、スペーサを挿入して０．２ｍｍ以下程度の隙間とした後、溶接するのが好ましい。
【００３４】
ここで、継ぎ目の溶接は、厚さ方向の表面側のみを行う。分割ターゲットの継ぎ目の厚さ方向表面側を溶接するとは、後述するように、溶接後、表面を研磨等した後に、少なくとも表面に隙間がなければよいが、好ましくは、研磨後、０．５ｍｍ程度の溶接部が残存するようにするのが好ましく、本発明の効果を得ることができる。このように表面側のみを溶接する場合には、溶接を短時間で且つより簡便に行うことができる。
【００３５】
本発明に適用される溶接は、継ぎ目の隙間を接合できるものであれば特に限定されないが、ＹＡＧレーザや電子ビームによる溶接を用いるのが好ましい。酸化物の発生を極力押さえて、アーキングを防止し得る接合を行うことができるからである。ＹＡＧレーザや電子ビームによる溶接条件も特に限定されず、できるだけ酸化が生じ難く、成分の一部が蒸発することなく、気泡等が生じないような条件で且つアーキングを防止するような接合が可能な条件を選択すればよい。なお、電子ビームによる溶接は真空下で行うため酸化物が生じることはなく、また、ＹＡＧレーザは局所的な溶接ができるので大気中で溶接しても酸化が生じ難いという利点がある。
【００３６】
ここで、溶接の際に溶接棒等を用いなくても用いてもよいが、上述したように、分割ターゲット材の継ぎ目の隙間（ギャップ）を小さくするために、スペーサを挟んだ後、溶接するようにすれば、溶接棒を使用する必要はない。
【００３７】
このような溶接は、上述したように、この後の研磨工程の後に溶接部が残る程度まで行えばよく、例えば、１ｍｍ〜２．５ｍｍ、好ましくは１．５ｍｍ〜２ｍｍ程度の深さまで溶接すればよい。一般的には、ＹＡＧレーザによると、２ｍｍ程度の深さまで溶接され、電子ビームではそれ以上溶接できるので、一般的な条件で溶接すれば十分な深さまで溶接可能である。
【００３８】
このように本発明方法によると、分割ターゲット材のバッキングプレートに接合する工程の後に、各分割ターゲット材の継ぎ目を溶接で接合する工程を行う。これは、溶接を先に行うと反りが生じてバッキングプレートとの接合が困難になったり、また、接合した部分が割れてしまったりする虞があるからである。
【００３９】
また、バッキングプレートとターゲット材との接合時には、ターゲット材が大型なターゲットである場合、ターゲット材とバッキングプレートの熱膨張率の相違により、低融点合金の再凝固温度から室温までの熱歪みが低融点金属、低融点合金層を介して、ターゲット材とバッキングプレートの間に蓄積されるが、本発明では分割ターゲット材を接合するので、反りを小さく抑えることができる。
【００４０】
なお、分割ターゲット材の継ぎ目の溶接による接合を行った後、好ましくは表面を研削あるいは研磨してもよい。これにより、初期アーキングが防止されるからである。
【００４１】
本発明のスパッタリングターゲットによると、分割ターゲット材の継ぎ目が溶接により埋められているので、アーキングが防止される。このような効果を得るためには、継ぎ目の少なくとも表面側のみを溶接すればよい。
【００４２】
ここで、表面側から溶接する際の継ぎ目のギャップは０．５ｍｍ以下とするのが好ましい。また、隙間にスペーサを挿入した場合には、分割ターゲット材とスペーサとの隙間が０．５ｍｍ以下、好ましくは０．２ｍｍ以下とするのがよい。このようなギャップとすると、継ぎ目の隙間の表面側が塞がれていない厚さになるまでスパッタが進行しても、スパッタリング原子のターゲット材への再付着により、隙間全体が埋められるので、その後のスパッタリングによるアーキングも大幅に低減され、また、隙間の下の下地がスパッタされる虞がないからである。
【００４３】
なお、分割ターゲット材の表面側を溶接により接合していない場合には、初期アークが激しく、また、その後のスパッタリングによっても隙間が埋まることがなく、アーキングが激しく発生するので、使用することはできない。
【００４４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。
【００４５】
図１は一実施形態に係るスパッタリングターゲットの製造方法により製造したスパッタリングターゲットの斜視図、図２はその製造工程を示す図である。
【００４６】
両図に示すように、スパッタリングターゲット１０は、４枚の分割ターゲット材１１Ａ〜１１Ｄをバッキングプレート１２に、低融点金属層１３を介して接合したものであり、且つ各分割ターゲット材１１Ａ〜１１Ｄの継ぎ目１４の表面側を溶融部１５により接合したものである。
【００４７】
かかるスパッタリングターゲット１０は、図２に示すような手順で製造される。まず、銅製などのバッキングプレート１２上に、例えば、Ｉｎ、Ｉｎ系合金など低融点金属を充填した状態で（図示せず）、分割ターゲット材１１Ａ〜１１Ｄを並べ（図２（ａ））、低融点金属の融点以上に加熱し、ターゲット材とバッキングプレートの間の低融点金属を溶かした後、冷却し、低融点金属が再凝固した低融点金属層１３により分割ターゲット材１１Ａ〜１１Ｄとバッキングプレート１２とを接合する（図２（ｂ））。その後、例えば、電子ビームやＹＡＧレーザにより、各分割ターゲット材１１Ａ〜１１Ｄの継ぎ目１４の表面側を溶接し、継ぎ目１４を接合する溶接部１５を形成する。その後、必要に応じて表面を研削・研磨し、スパッタリングターゲット１０とする。
【００４８】
また、図３には、他の実施形態に係る製造工程を示す。上述した実施形態と同様に、銅製などのバッキングプレート１２上に、例えば、Ｉｎ、Ｉｎ系合金など低融点金属を充填した状態で（図示せず）、分割ターゲット材１１Ａ〜１１Ｄを並べ（図２（ａ））、低融点金属の融点以上に加熱し、ターゲット材とバッキングプレートの間の低融点金属を溶かした後、冷却し、低融点金属が再凝固した低融点金属層１３により分割ターゲット材１１Ａ〜１１Ｄとバッキングプレート１２とを接合した後、各分割ターゲット材１１Ａ〜１１Ｄの間に薄板状のスペーサ１１を挿入する（図２（ｂ）〜（ｃ））。その後、例えば、電子ビームやＹＡＧレーザにより、各分割ターゲット材１１Ａ〜１１Ｄの継ぎ目１４の表面側を溶接し、継ぎ目１４を接合する溶接部１５を形成する。その後、必要に応じて表面を研削・研磨し、スパッタリングターゲット１０とする。
【００４９】
（実施例１）
組成（ａｔ％）がＡｌ_92.6Ｍｇ_6.0Ｃ_1.3である、１２．７ｍｍ×１９．０ｍｍで厚さが６ｍｍのアルミニウム系合金ターゲット材を鋳造・圧延法で製造し、このターゲット材を２枚、Ｉｎを介して銅製のバッキングプレート上に接合した。その後、ターゲット材の継ぎ目をＹＡＧレーザにより溶接した。ＹＡＧレーザの条件は以下の通りであり、溶接深さは約２ｍｍであった。
【００５０】
＜ＹＡＧ溶接条件＞
発信器：パルスＹＡＧレーザ
条件速度：０．０３ｍ／ｍｉｎ．
平均出力：１２０Ｗ（＝５８Ｊ）
パルス高さ：４０％
パルス幅：１３ｍＳ
周波数：２Ｈｚ
シールドガス：Ａｒ（２５Ｌ／ｍｉｎ．）
【００５１】
（比較例１）
分割ターゲット材の継ぎ目を溶接しない以外は実施例１と同様にした分割ターゲットを製造した。
【００５２】
（試験例１）
実施例１及び比較例１のスパッタリングターゲットを用いて下記のスパッタ条件でスパッタリングを行い、アーキング回数を計測した。この結果を表１に示す。
【００５３】
＜スパッタ条件＞
到達真空度：１．３３×１０^−３Ｐａ
スパッタ圧力：０．４Ｐａ
スパッタ電力：１．５Ｗ／ｃｍ^２
基板温度：２００ ℃
プレスパッタ：３．５Ｗｈｒ／ｃｍ^２
【００５４】
【表１】

【００５５】
この結果より、実施例１のスパッタリングターゲットは、ターゲット材の継ぎ目を溶接により接合しているので、溶接していない比較例１のものと比較してアーキング数が大幅に低減したことがわかった。
【００５６】
（実施例２）
組成（ａｔ％）がＡｌ₉₇Ｎｉ₂Ｃ₁である、直径２０３ｍｍの半円形で厚さが６ｍｍのアルミニウム系合金ターゲット材を鋳造・圧延法で製造し、このターゲット材を２枚、Ｉｎを介して銅製のバッキングプレート上に接合した。その後、ターゲット材の継ぎ目である０．５ｍｍの隙間に０．４５ｍｍ厚のＡｌ₉₇Ｎｉ₂Ｃ₁板を挟んで、ＹＡＧレーザにより溶接した。ＹＡＧレーザの条件は以下の通りであり、溶接深さは約２ｍｍであった。
【００５７】
＜ＹＡＧ溶接条件＞
発信器：パルスＹＡＧレーザ
条件速度：０．０３ｍ／ｍｉｎ．
平均出力：６８０Ｗ（＝３２９Ｊ）
パルス高さ：５５％
パルス幅：１２ｍＳ
周波数：１０Ｈｚ
シールドガス：Ａｒ（２５Ｌ／ｍｉｎ．）
【００５８】
（比較例２）
分割ターゲット材の継ぎ目を溶接しない以外は実施例２と同様にした分割ターゲットを製造した。継ぎ目の隙間は０．５ｍｍ以下であった。
【００５９】
（比較例３）
分割ターゲットではなく、一体品のものをスパッタリングターゲットとした。
【００６０】
（試験例２）
実施例２及び比較例２、３のスパッタリングターゲットを用いて下記のスパッタ条件でスパッタリングを行い、アーキング回数を計測した。この結果を表２に示す。
【００６１】
＜スパッタ条件＞
到達真空度：５×１０^−６Ｐａ
スパッタ圧力：０．５Ｐａ
測定時間：１５分
しきい値：アークエネルギー１０〜１５ｍＪをカウント
スパッタ電力：６．２Ｗ／ｃｍ^２、９．３Ｗ／ｃｍ^２
【００６２】
【表２】

【００６３】
この結果、実施例２の溶接したものは、分割品の比較例２よりアーキング回数が大幅に低減し、一体品である比較例３に近い性能を有していた。
【００６４】
（試験例３）
試験例１及び試験例２のスパッタリングで得られた薄膜について電気抵抗を測定して比較したところ、実施例１と比較例１、並びに実施例２と比較例２のスパッタリングターゲットを用いて形成した薄膜について差異はなかった。この結果、溶接箇所があっても、形成される膜の組成に影響を及ぼすことがないことが確認された。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、分割ターゲット材の継ぎ目を溶接により接合しているので、アーキング等の問題のない大型スパッタリングターゲットを比較的容易に且つ安価に製造でき、例えば、加工性の小さいアルミニウム系合金のターゲット材においても、例えば、１ｍ×１ｍというような大型スパッタリングターゲットを容易に提供することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態のスパッタリングターゲットの製造方法で製造したスパッタリングターゲットの概略を示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態のスパッタリングターゲットの製造工程を説明する図である。
【図３】本発明の他の実施形態のスパッタリングターゲットの製造工程を説明する図である。
【符号の説明】
１０スパッタリングターゲット
１１Ａ〜１１Ｄ分割ターゲット材
１１スペーサ
１２バッキングプレート
１３低融点金属層
１４継ぎ目
１５溶接部

Claims

金属又は合金からなる複数の分割ターゲット材をバッキングプレートに接合してなる金属系スパッタリングターゲットの製造方法において、前記バッキングプレートに前記分割ターゲット材を接合する工程と、その後、各分割ターゲット材同士の継ぎ目の厚さ方向表面側のみを溶接により接合する工程とを具備することを特徴とするスパッタリングターゲットの製造方法。
請求項１において、前記分割ターゲット材を前記バッキングプレートに溶接した後、各分割ターゲット材の間の隙間を当該分割ターゲットと同材質のスペーサで埋める工程を有することを特徴とするスパッタリングターゲットの製造方法。
請求項２において、前記分割ターゲット材を前記バッキングプレートに接合した後の当該分割ターゲット材同士の隙間が０．５ｍｍ以下であり、前記スペーサで埋めた後の隙間が０．２ｍｍ以下であることを特徴とするスパッタリングターゲットの製造方法。
請求項１〜３の何れかにおいて、前記分割ターゲット材同士の溶接を表面から１ｍｍ〜２．５ｍｍの深さまで行うことを特徴とするスパッタリングターゲットの製造方法。
請求項１〜４の何れかにおいて、前記分割ターゲット材同士の溶接による接合後、表面を機械研磨する工程を具備することを特徴とするスパッタリングターゲットの製造方法。
請求項５において、前記機械研磨後に前記分割ターゲット材同士の溶接による接合が、表面から少なくとも０．５ｍｍの深さまで行われていることを特徴とするスパッタリングターゲットの製造方法。
請求項１〜６の何れかにおいて、前記分割ターゲット材がアルミニウム系合金からなることを特徴とするスパッタリングターゲットの製造方法。
請求項１〜６の何れかにおいて、各分割ターゲット材の継ぎ目の接合をＹＡＧレーザ又は電子ビームによる溶接で行うことを特徴とするスパッタリングターゲットの製造方法。