JP6021861B2 - スパッタリングターゲット−バッキングプレート接合体 - Google Patents
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Description
バッキングプレートプレート材には、熱伝導度が大きく冷却効率に優れた主に無酸素銅や銅合金、アルミ合金が使用されているが、他の金属(合金を含む)材料も使用される。
この場合、表層にあるロウ材については、スパッタされることや流出の低減を図るために若干削り出すことはあったが、最終的には、ロウ材の層はターゲットとバッキングプレートの外周から(外側)から見える、すなわち外周に露出した状態にあった(図2のb、c参照)。
以上については、半導体用として用いられるターゲット−バッキングプレート接合体(「組立体」とも言う。)、すなわち円盤(ディスク)状のターゲットを中心に挙げたが、ロウ材の断面構造や厚みについては、ITO,IGZO等のFPDやソーラ用途に使用される角形(矩形)ターゲットにも同様に見られる。
しかし、この場合、ターゲットに段差10を作製する必要があるため、ターゲットの使用効率が悪くなる問題を有する。また、円環状の段差10を加工する際に、均一な加工が行われなければ、エッジ部に空隙が発生し、エッジ部が多くなるのでパーティクル発生の原因となる欠点がある。
しかし、この場合は、ワイヤー状の保護材が、ターゲット上にむき出しになっているため、保護材による汚染の影響が少なからずあり、これはスパッタリングが進行するに従って強くなると考えられる。また、保護材と分割ターゲットの隙間が発生した場合には、ハンダ材の漏れの可能性もあるという問題もある。
以上の点に鑑み、本発明は、ロウ材を使用し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した場合のパーティクルの発生を、効果的に抑制することができるスパッタリングターゲット−バッキングプレート接合体を提供するものである。
1)ロウ材を使用してスパッタリングターゲット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−バッキングプレート接合体であって、スパッタリングターゲットとバッキングプレート間のロウ材の外周を、融点が600〜3500℃であるワイヤー状材料で覆うことを特徴とするスパッタリングターゲット−バッキングプレート接合体。
2)ワイヤー状材料の軸方向断面形状が、円形、楕円形又は矩形であることを特徴とする上記1)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接合体。
4)前記半導体材料が、シリコン(Si)又はゲルマニウム(Ge)であることを特徴とする上記3)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接合体。
6)前記金属材料が、インジウム、モリブデン又はタングステンであることを特徴とする上記3)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接合体。
8)ロウ材が、インジウム(2N以上)、In−Sn合金(Sn:60〜90at%)又はSn−Ag合金(Ag:3〜20at%)から選択した材料からなることを特徴とする上記1)〜7)のいずれか一項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接合体。
10)ワイヤー状材料が、半導体材料、酸化物材料、金属材料、炭化ケイ素(SiC)材料から選択した一種以上の組成を含有する材料であることを特徴とする上記1)〜9)のいずれか一項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接合体。
12)ワイヤー状材料の挿入部となるバッキングプレートの上面に、溝を設けたことを特徴とする上記1)〜11)のいずれか一項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接合体。
これにより、従来よりハイパワーでのスパッタリングにおいても、均一な成膜を可能とし、不良率を低減し、かつ生産効率を上げることができるという大きな効果を有する。また、スパッタ装置内の環境を汚染させない高清浄度のスパッタリングターゲットの提供が可能となる。
バッキングプレートの材質は、スパッタリングターゲットに合わせて適宜選択するが、無酸素銅、銅合金、アルミ合金、チタン、SUS、モリブデンが使用されているが、他の金属(合金を含む)材料を用いることもある。
ここで、ロウ材とはスパッタリングターゲットとバッキングプレートとを接合するための材料であって、純In(2N以上)、In−Sn合金(Sn60〜90at%)、Sn−Ag合金(Ag3〜20at%)が主に用いられる。これらの融点は、状態図により把握でき、純Inは156℃、In−Sn合金は150℃〜220℃、Sn−Ag合金は220〜350℃程度と把握できる。
バッキングプレートと同質の材料を選定する場合には、アルミニウム(4N以上)、チタン(4N以上)、モリブデン(3N以上)、銅(4N以上)、銅合金(CuZn、CuCr、C18000(CuNiSiCr))、タングステン(4N以上)等から選択することができる。
これらを満たす形状としては、ロウ材厚み方向の厚みと同等もしくはそれ以上の直径を有する円形上、もしくは楕円形上(長径がロウ材厚みと同等もしくはそれ以上)、矩形(少なくとも一方の径はロウ材厚みと同等もしくはそれ以上)であっても良い。
インジウム等のロウ材は室温でも変形能を有するため窪みの形状は多少不均一でも紐状又はワイヤー状の材料を押し込むことによって、その表面の位置はターゲットやバッキングプレートの直径と同一にすることが可能である。
紐状又はワイヤー状の材料の端末は、周回させた時に過不足のない長さで切断し、そのままロウ材層に沿って入れても良い。またロウ材層に穴をあけ、端末の一部をターゲットの中心方向へ差し込んで固定しても良い。
このような構造は、ワイヤー状材料を、より安定して保持できる効果があり、その端末は周回させた時に過不足のない長さで切断し、そのままロウ材層に詰め込むシンプルな構造でもスパッタリング処理中に飛び出すリスクを十分に低減できる。
この場合の例は、縦方向(ターゲットとバッキングプレート方向)に長い楕円形の材料を使用しているが、逆にロウ材厚より1割以上大きい直径を有する、断面がほぼ円形の材料を紐状又はワイヤー状の材料をターゲットとバッキングプレートの間に塑性変形させながら挿入し、飛び出しを抑制することもできる。この場合は、円形の材料が横方向に歪むので、ターゲットとバッキングプレートの間で、やや横長の楕円形となる。本発明は、このようなケースを包含する。
また低熱膨張材料や曲げ強度が低い材料のターゲット作製においては、ターゲットとバッキングプレート間のロウ材層を、緩衝効果が出るように厚くするので、ロウ材の露出面積が広く、その分、パーティクル発生の高いリスクを従来は伴っていた。
しかし、ワイヤー状の材料が、ロウ材厚と同等以上の幅でロウ材の周囲を覆う限り、パーティクルの発生を抑制する効果がより顕著に現れる。本願発明は、このようなケースを包含するものである。
直径330mmの円盤状の単結晶シリコン(Si)ターゲットと、円盤状の無酸素銅(OFC)のバッキングプレートとを、ロウ材となるインジウム(In)の平均層厚が0.28mmtになるように接合(ボンディング)した。
次に、ターゲットとバッキングプレート間に存在するインジウムのロウ材を、ターゲットの側面から片側0.28mm削り取りながら、全周にわたって窪みをつけた。
パーティクルの評価は、出力2000Wでダミーウエハに成膜させながら、1kWhr経過する毎に、モニターウエハを入れて、その時は500Wで50秒間の条件でスパッタリングを行い、そのウエハをパーティクルカウンターで0.2ミクロンより大きいパーティクルの数を調べた。
直径330mmの円盤状の単結晶シリコン(Si)ターゲットと、円盤状の無酸素銅(OFC)のバッキングプレートとを、ロウ材となるインジウム(In)の平均層厚が0.28mmtになるように接合(ボンディング)した。
次に、インジウム層は円盤状のターゲットと同一の直径になるように調整し、バッキングプレートとも段差がないように処理した。
図4のb)に、パーティクル発生数の結果を示す。10kWhr間の平均パーティクル数は14.1個であり、後半7kWhrでの平均パーティクル数は、16.3個であった。以上から、実施例1は、比較例1より成膜されたウエハ上のパーティクル数を低減させる効果があり、特に初期の表面状態の影響を取り除いたスパッタ条件ではその効果が顕著に現れた。
直径330mmの円盤状の単結晶シリコン(Si)ターゲットと、円盤状のモリブデン製のバッキングプレートとを、ロウ材となるインジウム(In)の平均層厚が0.45mmtになるように接合(ボンディング)した。
バッキングプレートの上面には、事前に周縁から0.3mm内側に入ったところを基点に幅0.2mm、深さ0.1mmの溝を加工しておいた。
次に、ターゲットとバッキングプレート間に存在するインジウムのロウ材を、ターゲットの側面から上記溝に入ったインジウムの掻き出しを含め、片側0.5mm削り取りながら、全周にわたって窪みをつけた。
パーティクルの評価は、出力2000Wでダミーウエハに成膜させながら、1kWhr経過する毎に、モニターウエハを入れて、その時は500Wで50秒間の条件でスパッタリングを行い、そのウエハをパーティクルカウンターで0.2ミクロンより大きいパーティクルの数を調べた。
直径330mmの円盤状の単結晶シリコン(Si)ターゲットと、円盤状のモリブデン製のバッキングプレートとを、ロウ材となるインジウム(In)の平均層厚が0.45mmtになるように接合(ボンディング)した。次に、インジウム層は円盤状のターゲットと同一の直径になるように調整し、バッキングプレートとも段差がないように処理した。
以上から、実施例2は比較例2より成膜されたウエハ上のパーティクル数を低減させる効果があり、特に初期の表面状態の影響を取り除いたスパッタ条件ではその効果が顕著に現れた。
その他に、表1に記載する組合せにより、スパッタ試験で同様に成膜された基板上のパーティクル数を比較した。
実施例3は、ターゲット材料として円形の6N−Siターゲットを、バッキングプレートと材料としてMo(3N)材料を、ワイヤー状材料としてMo(3N)を用いた場合である。この結果、スパッタリングの1〜10kWhの平均パーティクル数は7.8個となった。
比較例3は、ワイヤー状材料を配置せずにスパッタリングした場合で、他の条件は実施例3と同一とした場合であるが、スパッタリングの1〜10kWhの平均パーティクル数は12.1個となった。
比較例4は、ワイヤー状材料を配置せずにスパッタリングした場合で、他の条件は実施例4と同一とした場合であるが、スパッタリングの1〜10kWhの平均パーティクル数は17.2個となった。
比較例5は、ワイヤー状材料を配置せずにスパッタリングした場合で、他の条件は実施例5と同一とした場合であるが、スパッタリングの1〜10kWhの平均パーティクル数は19.9個となった。
比較例6は、ワイヤー状材料を配置せずにスパッタリングした場合で、他の条件は実施例6と同一とした場合であるが、スパッタリングの1〜10kWhの平均パーティクル数は137個となった。
比較例7は、ワイヤー状材料を配置せずにスパッタリングした場合で、他の条件は実施例7と同一とした場合であるが、スパッタリングの1〜10kWhの平均パーティクル数は162個となった。
比較例8は、ワイヤー状材料を配置せずにスパッタリングした場合で、他の条件は実施例8と同一とした場合であるが、スパッタリングの1〜10kWhの平均パーティクル数は29個となった。
比較例9は、ワイヤー状材料を配置せずにスパッタリングした場合で、他の条件は実施例9と同一とした場合であるが、スパッタリングの1〜10kWhの平均パーティクル数は33個となった。
比較例10は、ワイヤー状材料を配置せずにスパッタリングした場合で、他の条件は実施例10と同一とした場合であるが、スパッタリングの1〜10kWhの平均パーティクル数は96個となった。
比較例11は、ワイヤー状材料を配置せずにスパッタリングした場合で、他の条件は実施例11と同一とした場合であるが、スパッタリングの1〜10kWhの平均パーティクル数は114個となった。
Claims (13)
- ロウ材を使用してスパッタリングターゲット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−バッキングプレート接合体であって、スパッタリングターゲットとバッキングプレート間のロウ材の外周が、融点が600〜3500℃であるワイヤー状材料で覆われ、前記ワイヤー状材料の挿入部となるバッキングプレートの上面に溝が設けられていることを特徴とすることを特徴とするスパッタリングターゲット−バッキングプレート接合体。
- ワイヤー状材料の軸方向断面形状が、円形、楕円形又は矩形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−バッキングプレート接合体。
- スパッタリングターゲットが、半導体材料、酸化物材料、金属材料、炭化ケイ素(SiC)材料から選択した一種以上の材料であることを特徴とする請求項1〜2のいずれか一項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接合体。
- 前記半導体材料が、シリコン(Si)又はゲルマニウム(Ge)であ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−バッキングプレート接合体。
- 前記酸化物材料が、Al2O3、PZT(Pb(Zr,Ti)O3)、HfO2、La2O3、MgO、ITO若しくはIGZOであ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−バッキングプレート接合体。
- 前記金属材料が、インジウム、モリブデン又はタングステンであ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−バッキングプレート接合体。
- バッキングプレートが、無酸素銅、銅合金、アルミ合金、チタン、SUS又はモリブデンから選択した材料からなることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項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接合体。
- ロウ材が、インジウム(2N以上)、In−Sn合金(Sn:60〜90at%)又はSn−Ag合金(Ag:3〜20at%)から選択した材料からなることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項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接合体。
- ワイヤー状材料が、アルミニウム(4N以上)、チタン(4N以上)、モリブデン(3N以上)、銅(4N以上)、銅合金(CuZn、CuCr、C18000(CuNiSiCr))又はタングステン(4N以上)から選択した材料からなることを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項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接合体。
- ワイヤー状材料が、半導体材料、酸化物材料、金属材料、炭化ケイ素(SiC)材料から選択した一種以上の組成を含有する材料であることを特徴とする請求項1〜9のいずれか一項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接合体。
- ワイヤー状材料の、外表面の表面粗さがRa2〜10μmであることを特徴とする請求項1〜10のいずれか一項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接合体。
- スパッタリングターゲットとバッキングプレートとをロウ材を使用して接合した後又は接合する時に、スパッタリングターゲットとバッキングプレート間のロウ材の外周を、融点が600〜3500℃であり、軸方向断面形状が円系、楕円形又は矩形であるワイヤー状の材料で覆い、前記ワイヤー状材料をバッキングプレートの上面に設けられた溝に挿入することを特徴とするスパッタリングターゲット−バッキングプレート接合体の製造方法。
- 融点が600〜3500℃であり、軸方向断面形状が円形、楕円形又は矩形であるワイヤー状の材料の厚みを、スパッタリングターゲットとバッキングプレート間のロウ材の厚みに対して、(ワイヤー状材料厚み)/(ロウ材厚み)=100〜130%として接合することを特徴とする請求項12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接合体の製造方法。
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