JP5686017B2 - スパッタリングターゲットの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ターゲット材とバッキングプレートとをボンディング材により接合してなるスパッタリングターゲットの製造方法に関する。

一般に、スパッタリングターゲットは、薄膜を形成するための材料であるターゲット材と、導電性および熱伝導性に優れた材質のバッキングプレートとが接合材で接合されている。

たとえば、加熱されたホットプレート上にバッキングプレートを載置し、このバッキングプレートの上面に溶融状態の接合材を塗布し、バッキングプレートとターゲット材とを接合できる。

特許文献１には、融点が低く溶融時の酸化物の発生を抑制可能なはんだ合金をスパッタリング用ターゲットのボンディング材として用いて、スパッタリングターゲットとバッキングプレートとの接合温度を低くすることにより、反りや割れを防止する技術が開示されている。

特許文献２には、ボンディング材を塗布するターゲット材の片面を研磨して、ターゲット材とバッキングプレートとの接合強度を高めようとする技術が開示されている。

特開平７−２２７６９０号公報 特許２９７０７２９号公報

このようなスパッタリングターゲットにおいて、ターゲット材とバッキングプレートとの間に均一な所定の厚さのボンディング層を形成することが従来から行われている。このようなスパッタリングターゲットにおいて、スパッタリング時に高温となるターゲット材は、バッキングプレートを冷却することにより、ボンディング層を介して冷却される。ボンディング層は、ターゲット材とバッキングプレートとの間の熱膨張差による応力を緩和するために、所定の厚さを持って形成される。

しかしながら、ボンディング層が厚い場合には、接合時の溶融状態のボンディング材が冷却されて凝固する際に収縮して、いわゆる「引け巣」が生じる場合がある。この引け巣がターゲット材とバッキングプレートとの間に生じていると、スパッタリング時の冷却が不均一となり、熱膨張差によりターゲット材がバッキングプレートから剥がれたり、割れたりするおそれがある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、ターゲット材とバッキングプレートとの間の任意の厚さのボンディング層を隙間なく形成することにより、熱膨張差による剥がれや割れが生じにくいスパッタリングターゲットを製造することを目的とする。

本発明は、バッキングプレート上にターゲット材を積層し、これらをはんだ材により接合することによりスパッタリングターゲットを製造する方法であって、前記バッキングプレートと前記ターゲット材との接合部の外周を囲む枠状部材を配置して、この枠状部材の内側に前記接合部に連続するはんだ溜まりを形成し、溶融状態の前記はんだ材を供給する前に、前記はんだ溜まりの底面に、前記はんだ材の固着を防ぐマスキング材を配置し、前記マスキング材を配置した後、前記接合部および前記はんだ溜まりを溶融状態の前記はんだ材で満たし、前記はんだ材が凝固した後に、前記枠状部材と前記マスキング材及び前記はんだ溜まり内の前記はんだ材とを取り除く。
この方法において、前記マスキング材を配置する際に、前記ターゲット材の下面の外周部にかかるように前記バッキングプレートの上面に前記マスキング材を貼付するとよい。

スパッタリングターゲットの製造において、ボンディング層に引け巣が生じるのを防ぐために、ターゲット材とバッキングプレートとを接合するはんだ材を十分に供給しておくことが考えられる。しかしながら、十分に供給しても、はんだ材が接合部から流れ出て引け巣が生じるおそれがある。これに対して、本発明に係るスパッタリングターゲットの製造方法によれば、接合部を囲むはんだ溜まりに溶融状態のはんだ材を供給するので、接合部からはんだ材が流れ出ることがなく、引け巣の形成を確実に防止できる。
また、マスキング材によってはんだ溜まりの底面、すなわちホットプレート上面やバッキングプレート上面へのはんだ材の固着が防止できるので、マスキング材と枠状部材とを取り除くことにより、余剰のはんだ材を容易に除去できる。

この製造方法において、前記枠状部材の内側に前記バッキングプレートおよび前記ターゲット材を配置してもよい。この場合、はんだ溜まりは、バッキングプレートおよびターゲット材の側面と、バッキングプレートを載置したたとえばホットプレートの上面と、枠状部材の内面との間に形成される。また、この場合には、前記枠状部材の内側に配置した前記バッキングプレートの上面を覆う深さまで溶融状態の前記はんだ材を供給した後に、このはんだ材上に前記ターゲット材を積層することにより、接合部およびはんだ溜まりに対してはんだ材を容易に供給できる。

あるいは、この製造方法において、前記バッキングプレートの上面よりも小さい前記枠状部材を前記バッキングプレート上に載置するとともに、この枠状部材の内側に前記ターゲット材を配置してもよい。この場合、はんだ溜まりは、ターゲット材の側面と、バッキングプレートの上面と、枠状部材の内面との間に形成される。また、この場合には、前記バッキングプレート上に載置された前記枠状部材の内側に溶融状態の前記はんだ材を供給した後に、このはんだ材上に前記ターゲット材を積層することにより、接合部およびはんだ溜まりに対してはんだ材を容易に供給できる。

また、この製造方法において、前記バッキングプレートと前記ターゲット材との間に所定の間隙を形成するワイヤを介装することが好ましい。この場合、適当な直径を有するワイヤを介装するだけで、ターゲット材とバッキングプレートとの間に形成されるボンディング層の厚さを容易に設定できる。適切な厚さのボンディング層によって、ターゲット材とバッキングプレートの熱膨張差による応力が緩和されるので、熱膨張差による剥がれや割れを生じにくいスパッタリングターゲットを製造できる。

本発明のスパッタリングターゲットの製造方法によれば、ターゲット材とバッキングプレートとの間の任意の厚さのボンディング層を隙間なく形成できるので、熱膨張差による剥がれや割れが生じにくいスパッタリングターゲットを製造することができる。

本発明のスパッタリングターゲットの製造方法に係り、ターゲット材とバッキングプレートの直径がほぼ同じであるスパッタリングターゲットの一例を示す側面図である。 本発明のスパッタリングターゲットの製造方法に係り、枠状部材の内径がバッキングプレートの外形よりも大きい場合の実施形態において、はんだが供給された接合面にターゲット材を積層する状態を示す断面図である。 図２に示す状態に続き、積層状態のターゲット材およびバッキングプレートの接合部およびはんだ溜まりに溶融状態のはんだ材が満たされた状態を示す断面図である。 図３に示す状態に続き、接合されたバッキングプレートおよびターゲット材から枠状部材およびはんだ溜まりの余剰はんだを取り除いた状態を示す断面図である。 本発明のスパッタリングターゲットの製造方法に係り、ターゲット材の直径がバッキングプレートよりも小さいスパッタリングターゲットの一例を示す側面図である。 本発明のスパッタリングターゲットの製造方法に係り、枠状部材の内径がバッキングプレートの外形よりも小さい場合の実施形態において、はんだが供給された接合面にターゲット材を積層する状態を示す断面図である。 図６に示す実施形態において、はんだ溜まりの底面に配置したマスキング材を示す平面図である。 図６に示す状態に続き、積層状態のターゲット材およびバッキングプレートの接合部およびはんだ溜まりに溶融状態のはんだ材が満たされた状態を示す断面図である。 図８に示す状態に続き、接合されたバッキングプレートおよびターゲット材から枠状部材およびはんだ溜まりの余剰はんだをマスキング材とともに取り除いた状態を示す断面図である。

以下、本発明に係るスパッタリングターゲットの製造方法の実施形態について説明する。第１実施形態に係るスパッタリングターゲット１０は、図１に示すように、バッキングプレート２０と、バッキングプレート２０に接合されたターゲット材３０と、これらバッキングプレート２０およびターゲット材３０を接合するはんだ材により形成されたボンディング層４０とから構成される。

バッキングプレート２０は、たとえば、銅または銅合金製の外径：２００ｍｍ、厚さ：６ｍｍの板材である。ターゲット材３０は、たとえば、ＩＴＯまたはＡＺＯ製の外径：２００ｍｍ、板厚：５ｍｍの板材である。ボンディング層４０を形成するはんだ材は、Ｉｎ，Ｉｎ−Ｓｎ系合金，Ｐｂ−Ｓｎ系合金，Ｓｎ−Ａｇ系合金等の低融点はんだ材である。

これらバッキングプレート２０とターゲット材３０との間の接合部１１には、バッキングプレート２０とターゲット材３０との間隔を安定させ、ボンディング層４０を所望の厚さに形成するために、たとえば直径０．４ｍｍのＡｌ製やＣｕ製等のワイヤ７０が介装されている。

スパッタリングターゲット１０は、ホットプレート６０上に載置したバッキングプレート２０上にターゲット材３０を積層し、これらをはんだ材により接合することにより製造する。

まず、図２に示すように、バッキングプレート２０および枠状部材５０を、表面にフッ素樹脂加工等が施されたホットプレート６０上に載置する。このとき、バッキングプレート２０を加熱しながら、たとえば超音波はんだごてを用いて、はんだ材をバッキングプレート２０の上面２２の全体に塗布してなじませておく。また、バッキングプレート２０の外周面２１と枠状部材５０との間隔が均等となるように、これらの部材を配置する。また、バッキングプレート２０の上面２２に、ワイヤ７０を置いておく。

枠状部材５０は、Ａｌ、Ｃｕ等からなり、はんだ材が固着しにくいようにフッ素樹脂等によって表面がライニングされている円筒状（たとえば内径２１０ｍｍ、外径２３０ｍｍ高さ１２ｍｍ）の治具であり、バッキングプレート２０の厚さよりも高さが大きい。バッキングプレート２０を囲むようにこの枠状部材５０を配置することにより、枠状部材５０の内周面５１とバッキングプレート２０の外周面２１との間に、はんだ溜まり１２を形成できる。

次に、図２に示すように、ホットプレート６０によってバッキングプレート２０および枠状部材５０を加熱しながら、はんだ溜まり１２に対して、バッキングプレート２０の上面２２を覆うように、十分な量の溶融状態のはんだ材を供給する。そして、図３に示すようにバッキングプレート２０上にターゲット材３０を積層して積層方向に押圧することにより、バッキングプレート２０とターゲット材３０との間隔をワイヤ７０に応じた大きさとする。

このとき、枠状部材５０の内側に供給された溶融状態のはんだ材によってバッキングプレート２０の上面２２が覆われている状態でターゲット材３０を積層するので、はんだ溜まり１２およびこのはんだ溜まり１２に連続する接合部１１に、はんだ材が満たされた状態となる。

次に、ホットプレート６０による加熱を停止して、バッキングプレート２０およびターゲット材３０とともにはんだ材を徐冷し、凝固させてボンディング層４０を形成する。このとき、図３に示すように温度低下に伴いはんだ材の体積が減少するが、はんだ溜まり１２を満たす十分な量の余剰はんだ４１があるので、接合部１１のボンディング層４０に空隙が生じることはない。

そして、はんだ材が凝固したら、図４に示すように枠状部材５０およびはんだ溜まり１２の余剰はんだ４１を取り除き、必要に応じてバッキングプレート２０の外周面２１およびターゲット材３０の外周面３１を研磨することにより、スパッタリングターゲット１０が製造される。

次に、本発明に係るスパッタリングターゲットの製造方法の第２の実施形態について説明する。この実施形態に係るスパッタリングターゲット１１０は、図５に示すように、バッキングプレート１２０と、バッキングプレート１２０よりも直径が小さいターゲット材１３０とがボンディング層１４０によって接合されており、バッキングプレート１２０の上面１２１とターゲット材１３０の下面１３１との間（すなわち接合部１１１）に、第１実施形態と同様にボンディング層１４０を安定して形成するためのワイヤ７０が介装されている。

このスパッタリングターゲット１１０を製造する際には、図６に示すように、バッキングプレート１２０の外形よりも小さい内径を有する枠状部材１５０をバッキングプレート１２０の上面１２１に載置して接合部１１１の外周を囲み、枠状部材１５０の内側に接合部１１１に連続するはんだ溜まり１１２を形成する。そして、接合部１１１およびはんだ溜まり１１２を溶融状態のはんだ材で満たすことにより、空隙のないボンディング層１４０を形成して両部材１２０，１３０を接合する。

接合の前処理として、図７に示すように、バッキングプレート１２０の上面１２１の外周部に、耐熱性を有するフッ素樹脂テープ等のたとえば厚さ０．１５ｍｍのマスキングテープ（マスキング材）Ｍを貼付して、はんだ溜まり１１２においてはんだがバッキングプレート１２０の上面１２１に固着するのを防止するためのマスキングエリアを形成しておく。このマスキングエリアを接合部１１１に僅かに入り込むように形成することにより、スパッタリングターゲット１１０においてターゲット材１３０からはんだ材がはみ出してバッキングプレート１２０に固着するのを防止する。

なお、本実施形態では、図７に示すように長方形帯状のマスキングテープＭを、角度をずらしながら複数枚重ねて貼付することにより、バッキングプレート１２０の外周部に設定された略リング状のマスキングエリアを形成しているが、リング状のマスキングシートなどを用いてマスキングエリアを形成してもよい。

バッキングプレート１２０をホットプレート６０により加熱しながら、たとえば超音波はんだごてを用いて、はんだ材をバッキングプレート１２０の上面１２１の全体に塗布してなじませておく。そして、ホットプレート６０上でバッキングプレート１２０および枠状部材１５０を加熱しながら、マスキングテープＭを貼付したバッキングプレート１２０の上面１２１に、枠状部材１５０およびワイヤ７０を配置した後、図６に示すように枠状部材１５０の内側（すなわち接合部１１１およびはんだ溜まり１１２）に溶融状態のはんだ材を供給する。

そして、図８に示すように、バッキングプレート１２０上の枠状部材１５０の内側に、はんだ材を押しつぶすようにターゲット材１３０を積層する。これにより、連続する接合部１１１とはんだ溜まり１１２とが溶融状態のはんだ材で満たされた状態で、バッキングプレート１２０とターゲット材１３０とがワイヤ７０の直径に応じた間隔をおいて積層される。

次いで、ホットプレート６０による加熱を停止してはんだ材を凝固させ、ボンディング層１４０を形成する。この冷却に伴いはんだ材の体積が減少するが、接合部１１１のはんだ材が収縮しても、ここに連続するはんだ溜まり１１２からはんだ材が供給されるので、接合部１１１に形成されるボンディング層１４０に空隙が生じるおそれはない。

そして、はんだ材が凝固したら、図９に示すようにマスキングテープＭ、枠状部材１５０およびはんだ溜まり１１２の余剰はんだ１４１を取り除き、必要に応じてバッキングプレート１２０の上面１２１やターゲット材１３０の外周面１３２を研磨することにより、スパッタリングターゲット１１０が製造される。

なお、マスキングテープＭがターゲット材１３０の下面１３１の外周部にかかるようにバッキングプレート１２０の上面１２１に貼付されているので、このマスキングテープＭ上で固化したはんだがマスキングテープＭとともに取り除かれる。これにより、図９に示すように、ボンディング層１４０はターゲット材１３０の外周面１３２よりも内側に入り込むように形成される。これにより、ボンディング層１４０のはみ出しが原因となってスパッタ中に異常放電が発生することを防止できる。この場合、バッキングプレート２０とターゲット材３０との接合面積は、ターゲット材３０の少なくとも９５％以上、好ましくは９８％以上とする。

以上説明したように、本発明のスパッタリングターゲットによれば、ターゲット材とバッキングプレートとの間の任意の厚さのボンディング層を隙間なく形成できるので、熱膨張差による剥がれや割れが生じにくいスパッタリングターゲットを製造することができる。なお、本発明は前記実施形態の構成のものに限定されるものではなく、細部構成においては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

１０，１１０ スパッタリングターゲット
１１，１１１ 接合部
１２，１１２ はんだ溜まり
２０，１２０ バッキングプレート
２１ 外周面
２２，１２１ 上面
３０，１３０ ターゲット材
３１，１３２ 外周面
１３１ 下面
４０，１４０ ボンディング層
４１ 余剰はんだ
５０，１５０ 枠状部材
５１ 内周面
５２ 外周面
６０ ホットプレート
７０ ワイヤ
Ｍ マスキングテープ（マスキング材）

Claims (7)

1. バッキングプレート上にターゲット材を積層し、これらをはんだ材により接合することによりスパッタリングターゲットを製造する方法であって、
   前記バッキングプレートと前記ターゲット材との接合部の外周を囲む枠状部材を配置して、この枠状部材の内側に前記接合部に連続するはんだ溜まりを形成し、
   溶融状態の前記はんだ材を供給する前に、前記はんだ溜まりの底面に、前記はんだ材の固着を防ぐマスキング材を配置し、
   前記マスキング材を配置した後、前記接合部および前記はんだ溜まりを溶融状態の前記はんだ材で満たし、
   前記はんだ材が凝固した後に、前記枠状部材と前記マスキング材及び前記はんだ溜まり内の前記はんだ材とを取り除く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。
2. 前記マスキング材を配置する際に、前記ターゲット材の下面の外周部にかかるように前記バッキングプレートの上面に前記マスキング材を貼付す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の製造方法。
3. 前記枠状部材の内側に前記バッキングプレートおよび前記ターゲット材を配置することを特徴とする請求項１又は２に記載のスパッタリングターゲットの製造方法。
4. 前記枠状部材の内側に配置した前記バッキングプレートの上面を覆う深さまで溶融状態の前記はんだ材を供給した後に、このはんだ材上に前記ターゲット材を積層することを特徴とする請求項３に記載のスパッタリングターゲットの製造方法。
5. 前記バッキングプレートの上面よりも小さい前記枠状部材を前記バッキングプレート上に載置するとともに、この枠状部材の内側に前記ターゲット材を配置することを特徴とする請求項１又は２に記載のスパッタリングターゲットの製造方法。
6. 前記バッキングプレート上に載置された前記枠状部材の内側に溶融状態の前記はんだ材を供給した後に、このはんだ材上に前記ターゲット材を積層することを特徴とする請求項５に記載のスパッタリングターゲットの製造方法。
7. 前記バッキングプレートと前記ターゲット材との間に所定の間隙を形成するワイヤを介装することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のスパッタリングターゲットの製造方法。

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