JP6756283B2 - 円筒型スパッタリングターゲット - Google Patents
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Description
一般に、スパッタリングターゲットは、成膜する薄膜の組成に応じて形成されたスパッタリングターゲット材と、このスパッタリングターゲット材を保持するバッキング材とが、接合層を介して接合された構造とされている。
スパッタリングターゲット材とバッキング材との間に介在する接合層を構成する接合材としては、例えばIn、或いは、Sn−Pb合金等が挙げられる。接合時の作業性や歪を小さくするために、これら接合層を構成する接合材の融点は、例えば300℃以下と比較的低融点の材料が使用されている。
平板型スパッタリングターゲットにおいては、平板形状のターゲット材と平板状のバッキング材(バッキングプレート)が積層された構造とされる。
また、円筒型スパッタリングターゲットにおいては、例えば特許文献1に記載されているように、円筒形状のターゲット材の内周側に円筒状のバッキング材(バッキングチューブ)が接合層を介して接合された構造とされる。なお、大型基板への成膜に対応するため、円筒型ターゲットのターゲット材の軸線方向長さを、例えば0.5m以上と比較的長く設定したものが提案されている。
これに対して、円筒型スパッタリングターゲットは、その外周面がスパッタリング面とされており、ターゲットを回転しながらスパッタを実施することから、平板型スパッタリングターゲットを用いた場合に比べて連続成膜に適しており、かつ、エロ―ジョン部が周方向に広がるため、円筒形状のスパッタリングターゲット材の使用効率が60〜80%と高くなるといった利点を有している。
さらに、円筒型スパッタリングターゲットにおいては、バッキングチューブの内周側から冷却される構成とされており、上述のようにエロ―ジョン部が周方向に広がることから、円筒形状のスパッタリングターゲット材の温度上昇を抑制でき、スパッタリング時のパワー密度を上げることができ、成膜のスループットをさらに向上させることが可能となる。
ここで、上述の円筒型スパッタリングターゲットにおいては、さらなるパワー密度の上昇により、スパッタリング時において円筒形状のスパッタリングターゲット材の表面温度が上昇し、In等の低融点金属で構成された接合層が溶け出してしまうといった問題があった。このため、従来の円筒型スパッタリングターゲットにおいては、さらなるパワー密度の上昇を実現することができなかった。
しかしながら、さらなる原価低減の観点から、円筒形状のスパッタリングターゲット材の使用効率をさらに向上させて円筒型スパッタリングターゲットの交換頻度を少なくするために、エロ―ジョンが進行した場合でも使用可能な円筒型スパッタリングターゲットが求められている。
この場合、接合層及びバッキングチューブにおいて熱の伝導が促進され、円筒形状のスパッタリングターゲット材で発生した熱を前記バッキングチューブ側へさらに効率的に伝達することができ、接合層の溶け出しを抑制することができる。
この場合、前記スパッタリングターゲット材と前記バッキングチューブとが接合層を介して確実に接合されており、円筒形状のスパッタリングターゲット材で発生した熱を前記バッキングチューブ側へ確実に伝達することができ、接合層の溶け出しを抑制することができる。
この場合、バッキングチューブの硬さが十分に確保されていることから、円筒型スパッタリングターゲットに曲げ応力等が作用した場合でも、バッキングチューブが変形することを抑制でき、接合層への負荷を低減することができる。よって、温度上昇によって接合層が軟化した場合であっても、接合層が押し出されることがない。
この場合、バッキングチューブが銅合金で構成されているので、熱伝導性に優れており、前記バッキングチューブにおける径方向の熱抵抗を低くすることができる。
そして、円筒形状のスパッタリングターゲット材11とバッキングチューブ12は、接合層13を介して接合されている。
また、この円筒形状のスパッタリングターゲット材11のサイズは、例えば外径DTが0.15m≦DT≦0.17mの範囲内、内径dTが0.12m≦dT≦0.14mの範囲内、軸線O方向長さlTが0.5m≦lT≦3mの範囲内とされている。
例えば、上述のCo、P、Sn、Ni、Znを含む銅合金においては、導電率を60〜80%IACS、熱伝導率を300W/(m・K)以上とすることができる。
接合層13を構成する接合材は、例えばIn等の溶融温度が157℃以下の低融点金属で構成されている。また、接合層13の厚さtは、0.0005m≦t≦0.004mの範囲内とされている。
本実施形態では、バッキングチューブ12の熱伝導率が200W/(m・K)以上とされており、これに応じてバッキングチューブ12のサイズが設計されている。
バッキングチューブ12の内周面の温度をT1、バッキングチューブ12の外周面(接合層13の内周面)の温度をT2、スパッタリングターゲット材11の内周面(接合層13の外周面)の温度をT3、スパッタリングターゲット材11の外周面の温度をT4とする。
また、バッキングチューブ12の内周面までの半径をr1、バッキングチューブ12の外周面(接合層13の内周面)までの半径をr2、スパッタリングターゲット材11の内周面(接合層13の外周面)までの半径をr3、スパッタリングターゲット材11の外周面までの半径をr4とする。
なお、上述の各数式においては、長さlが考慮されているが、円筒型スパッタリングターゲット10においては、円筒形状のスパッタリングターゲット材11の長さ方向に対して均一に熱源が配置されるため、熱抵抗Rについては径方向(基準線r方向)の一次元で計算すればよい。そこで、本明細書においては、上述の各数式における長さlを1として、熱抵抗Rを計算している。
本実施形態では、図1に示す円筒型スパッタリングターゲットを例に挙げて説明したが、これに限定されることはなく、円筒形状をなすスパッタリングターゲット材と、この円筒形状のスパッタリングターゲット材の内周側に接合層を介して接合されたバッキングチューブと、を備えた円筒型スパッタリングターゲットであればよい。
表1に示すMo製バッキングチューブは、純度99mass%のものとした。
表1に示すAl合金製バッキングチューブは、JIS A 2017からなるものとした。
表1に示すTi製バッキングチューブは、JIS H 4600 2種からなるものとした。
バッキングチューブの硬さは、JIS Z 2244に準拠して測定を行った。具体的には、バッキングチューブから硬さ測定用の試料を採取し、測定面を研磨して、マイクロビッカース硬度計にて硬さ測定を行った。表1に、バッキングチューブの硬さを示す。
バッキングチューブ、接合層、円筒形状のスパッタリングターゲット材の熱伝導率は、JIS R 1611に準拠して測定を行った。バッキングチューブ、接合層、円筒形状のスパッタリングターゲット材から熱伝導率測定用の試料を採取し、測定面を研磨して、レーザーフラッシュ法にて熱伝導率測定を行った。
実施形態で説明した方法により、上記の熱伝導率の値を利用して円筒型スパッタリングターゲットの基準線r方向の熱抵抗を計算した。バッキングチューブにおける径方向の熱抵抗と、接合層の外周面からバッキングチューブの内周面までの径方向の熱抵抗を、表1に示す。
図3(a)に示すように、ワイヤーカット又はバンドソー等を用いて、得られた円筒型スパッタリングターゲットの側面から円柱状のサンプルを切り出した。このサンプルの端面(外周面及び内周面)を切り落として平坦面とするとともに、サンプルの外周面を旋盤加工によって切削し、φ20mmの測定試料を得た。測定試料のスパッタリングターゲット材と接合層の接合部は、外側から接着剤を塗布することにより固定した。この測定試料を、引張試験機INSTORON5984(インストロンジャパン社製)を用いて引張強度を測定した。なお、最大荷重150kN、変位速度を0.1mm/minとした。この引張強度を接合層とバッキングチューブとの接合強度とした。測定された接合強度を表1に示す。
これに対して、バッキングチューブにおける径方向の熱抵抗が本発明の範囲内とされた本発明例においては、接合層の溶け出しが抑制されていた。
また、本発明例においては、いずれも接合層とバッキングチューブとの接合強度が4MPa以上とされており、スパッタリングターゲット材とバッキングチューブとが接合層を介して確実に接合されていることが確認された。
なお、バッキングチューブの硬さを100Hv以上としたものでは、特に接合層の溶け出しが抑制されていた。
11 円筒形状のスパッタリングターゲット材
12 バッキングチューブ
13 接合層
Claims (5)
- 円筒形状をなすスパッタリングターゲット材と、このスパッタリングターゲット材の内周側に接合層を介して接合されたバッキングチューブと、を備えた円筒型スパッタリングターゲットであって、
前記バッキングチューブにおける径方向の熱抵抗が6.5×10-5K/W以下とされていることを特徴とする円筒型スパッタリングターゲット。 - 前記接合層の外周面から前記バッキングチューブの内周面までの径方向の熱抵抗が1.2×10-4K/W以下とされていることを特徴とする請求項1に記載の円筒型スパッタリングターゲット。
- 前記接合層と前記バッキングチューブとの接合強度が4MPa以上であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の円筒型スパッタリングターゲット。
- 前記バッキングチューブは、ビッカース硬さが100Hv以上であることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の円筒型スパッタリングターゲット。
- 前記バッキングチューブは、銅合金で構成されていることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の円筒型スパッタリングターゲット。
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