JP6909645B2

JP6909645B2 - Manufacturing method for sputtering targets and vehicle lamps

Info

Publication number: JP6909645B2
Application number: JP2017121621A
Authority: JP
Inventors: 鈴木　義雄; 義雄鈴木
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2017-06-21
Filing date: 2017-06-21
Publication date: 2021-07-28
Anticipated expiration: 2037-06-21
Also published as: JP2019007037A

Description

本発明は、バッキングプレートを用いないスパッタリングターゲットに関する。 The present invention relates to a sputtering target that does not use a backing plate.

スパッタリング法のターゲットは、一般的には、バッキングプレートと呼ばれる熱伝導率の大きいＣｕ製のプレートの上に、インジウム等のボンディング材料によって固定されている。バッキングプレートの周縁部は、スパッタリング装置内のカソードボディに複数のネジによって固定され、バッキングプレートの中央部の裏面は、カソードボディの中央部の凹部に供給される冷却水に直接接触して冷却される。また、カソードボディの凹部の周囲にはＯリングが配置され、凹部内の冷却水が、バッキングプレートの周縁部から装置内に漏れるのを防いでいる。 The target of the sputtering method is generally fixed on a plate made of Cu having a large thermal conductivity called a backing plate by a bonding material such as indium. The peripheral edge of the backing plate is fixed to the cathode body in the sputtering apparatus by a plurality of screws, and the back surface of the central portion of the backing plate is cooled by directly contacting the cooling water supplied to the recess in the central portion of the cathode body. NS. Further, an O-ring is arranged around the recess of the cathode body to prevent the cooling water in the recess from leaking into the device from the peripheral edge of the backing plate.

このようなバッキングプレートに固定されるターゲットは、高いレートでスパッタすると温度が上昇し、インジウム等のボンディング材料が溶融してバッキングプレートから剥離する。そのため、特許文献１には、バッキングプレートを用いず、ターゲットの厚さをバッキングプレート相当分厚くし、かつ、周囲にネジ穴を設けることにより、直接カソードボディにネジ止めして用いる、いわゆる一体型のターゲットが開示されている。しかしながら、一体型のターゲットの材質が、Ａｌ合金等の比較的硬度の低い材料である場合、スパッタリングが進行し、ターゲット厚さが薄くなると、冷却水の水圧で裏面側から押されることでターゲット全体に反りが発生し、冷却水の水漏れや異常放電を発生することも開示されている。そこで、特許文献１の技術では、Ａｌ合金等の軟質材料に、冷間圧延等の塑性加工を施して硬度を高めてからターゲットとして用いることが提案されている。 When the target fixed to such a backing plate is sputtered at a high rate, the temperature rises, and the bonding material such as indium melts and peels off from the backing plate. Therefore, in Patent Document 1, a so-called integrated type is used in which a backing plate is not used, the thickness of the target is made as thick as the backing plate, and a screw hole is provided around the target so that the target is directly screwed to the cathode body. The target is disclosed. However, when the material of the integrated target is a material with a relatively low hardness such as an Al alloy, when sputtering progresses and the target thickness becomes thin, the entire target is pushed by the hydraulic pressure of the cooling water from the back surface side. It is also disclosed that the warp occurs and the cooling water leaks or abnormally discharges. Therefore, in the technique of Patent Document 1, it is proposed that a soft material such as an Al alloy is subjected to plastic working such as cold rolling to increase its hardness before being used as a target.

特開２００２−１２１６６２号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2002-121662

しかしながら、特許文献１の技術は、材質そのものの硬度を塑性加工により高めることによりターゲットの反りを防ぐものであるが、塑性加工により材質の硬度を高めるのには限界がある。また、発明者らによると、Ａｌターゲットを用いて高いスパッタレートで成膜を行った場合、Ａｌの熱伝導率が、Ｃｕよりも低いために、ターゲットの裏面と表面とで温度差が大きくなり、温度差によるターゲットの反りも発生することがわかった。この温度差は、スパッタレートを大きくすればするほど大きくなるため、量産に用いられる高いレートでスパッタした場合であってもターゲットの反りを抑制できるような技術が望まれる。 However, although the technique of Patent Document 1 prevents warpage of the target by increasing the hardness of the material itself by plastic working, there is a limit to increasing the hardness of the material by plastic working. Further, according to the inventors, when a film is formed using an Al target at a high sputtering rate, the thermal conductivity of Al is lower than that of Cu, so that the temperature difference between the back surface and the front surface of the target becomes large. It was found that the target also warped due to the temperature difference. Since this temperature difference increases as the sputtering rate increases, a technique capable of suppressing warpage of the target is desired even when sputtering is performed at a high rate used in mass production.

本発明の目的は、高いレートでスパッタリングされたターゲットの反りを抑制することにある。 An object of the present invention is to suppress warpage of a target sputtered at a high rate.

本発明は上記目的を達成するために、カソードにネジ止めされるための複数のネジ穴が周縁部に沿って列状に並べて設けられたスパッタリングターゲットであって、ネジ穴よりも中央部寄りの表面には、ネジ穴の列に沿った溝が設けられているものを提供する。 The present invention is a sputtering target in which a plurality of screw holes for being screwed to the cathode are provided in a row along the peripheral edge in order to achieve the above object, and is closer to the center than the screw holes. The surface is provided with a groove along a row of screw holes.

本発明によれば、スパッタリングターゲットを高いスパッタレートでスパッタリングした場合であっても、ターゲットの反りを抑制することができる。 According to the present invention, warpage of the target can be suppressed even when the sputtering target is sputtered at a high sputtering rate.

第１の実施形態のターゲットの上面図。Top view of the target of the first embodiment. 図１のターゲットをカソードボディにネジ止めした状態のA-A'断面図。A-A'cross-sectional view of the target of FIG. 1 screwed to the cathode body. （ａ）〜（ｄ）第２の実施形態のターゲットの上面図。(A)-(d) Top view of the target of the second embodiment.

本発明の一実施形態について図面を用いて説明する。 An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

＜＜第１の実施形態＞＞
図１は、第１の実施形態のスパッタリングターゲット１の上面図であり、図２は、スパッタリングターゲット１をスパッタ装置のカソードボディにネジ止めした状態の断面図である。 << First Embodiment >>
FIG. 1 is a top view of the sputtering target 1 of the first embodiment, and FIG. 2 is a cross-sectional view of the sputtering target 1 screwed to the cathode body of the sputtering apparatus.

本実施形態のスパッタリングターゲット１は、図１に示すように、カソードにネジ止めされるための複数のネジ穴２が周縁部に沿って列状に並べて設けられている。ネジ穴２よりも中央部寄りの表面には、ネジ穴の列に沿った溝３が設けられている。 As shown in FIG. 1, the sputtering target 1 of the present embodiment is provided with a plurality of screw holes 2 for being screwed to the cathode in a row along the peripheral edge portion. Grooves 3 along the rows of screw holes are provided on the surface closer to the center than the screw holes 2.

図１の例では、溝３が、ターゲット１の周縁に平行に１周するように設けられている。 In the example of FIG. 1, the groove 3 is provided so as to make one round in parallel with the peripheral edge of the target 1.

また、ターゲット１は、全体が一つの材質で一体に構成された、いわゆる一体型のターゲットである。 Further, the target 1 is a so-called integrated target, which is integrally formed of one material as a whole.

また、溝３は、プラズマ４が集中するエロージョン領域２１よりも外側に配置することが望ましい。すなわち、溝３は、エロージョン領域２１とネジ穴２の列との間に設けられていることが望ましい。例えば、溝３を、磁石６の外側の磁極６ａよりも外周側に配置することにより、エロージョン領域２１よりも確実に外側に配置できる。 Further, it is desirable that the groove 3 is arranged outside the erosion region 21 where the plasma 4 is concentrated. That is, it is desirable that the groove 3 is provided between the erosion region 21 and the row of screw holes 2. For example, by arranging the groove 3 on the outer peripheral side of the magnetic pole 6a on the outer side of the magnet 6, it can be surely arranged on the outer side of the erosion region 21.

このようなターゲット１は、図２のように、周縁のネジ穴２に挿入された複数のネジによりスパッタ装置のカソードボディ５にネジ止めされる。カソードボディ５の上面の中央部には、外周がターゲット１の外周と平行な形状の凹部９が設けられ、凹部９内の空間には、凹部９に接続された給水管１０ａおよび排水管１０ｂにより冷却水が供給され排水されている。これによりターゲット１の裏面は、冷却水に直接接触して冷却される。また、カソードボディ５の凹部９の周囲にはＯリング８が配置され、凹部９内の冷却水が、ターゲット１とカソードボディ５が接するシール面から漏れ出るのを防いでいる。 As shown in FIG. 2, such a target 1 is screwed to the cathode body 5 of the sputtering apparatus by a plurality of screws inserted into the screw holes 2 on the peripheral edge. A recess 9 having a shape whose outer circumference is parallel to the outer circumference of the target 1 is provided in the central portion of the upper surface of the cathode body 5, and a water supply pipe 10a and a drain pipe 10b connected to the recess 9 are provided in the space inside the recess 9. Cooling water is supplied and drained. As a result, the back surface of the target 1 is cooled by directly contacting the cooling water. Further, an O-ring 8 is arranged around the recess 9 of the cathode body 5 to prevent the cooling water in the recess 9 from leaking from the sealing surface where the target 1 and the cathode body 5 are in contact with each other.

凹部９内には、マグネット６が配置されている。マグネット６の一方の磁極６ａは、凹部９の外周に沿って配置され、他方の磁極６ｂは、凹部９の中央に配置されている。 A magnet 6 is arranged in the recess 9. One magnetic pole 6a of the magnet 6 is arranged along the outer circumference of the recess 9, and the other magnetic pole 6b is arranged in the center of the recess 9.

また、スパッタリングターゲット１の周縁部には、ターゲット１の表面に対して一定の間隙をあけて、アースシールド１２が配置されている。 Further, on the peripheral edge of the sputtering target 1, the earth shield 12 is arranged with a certain gap from the surface of the target 1.

このようなスパッタ装置において、ターゲット１に成膜対象（不図示）を配置した後、ターゲット１の周囲の空間を減圧して、不活性ガス（例えばＡｒ）を所定の圧力で満たし、カソードボディ５に電源１１からマイナスのバイアス電圧を印加すると、不活性ガスのプラズマ４が発生する。プラズマ４を構成する陽イオン（Ａｒ^＋）は、ターゲット１に衝突（スパッタリング）し、飛散したターゲット１の物質が成膜対象に堆積して膜を形成する。このとき、マグネット６がターゲット１の表面に形成する磁場により、陽イオンは、マグネット６の磁極６ａと磁極６ｂの間の位置の上部のターゲット表面に集束されて衝突するため、ターゲット１の表面にはくぼみ（エロージョン領域）２１が形成される。アースシールド１２は、ネジ７がプラズマ４にさらされるのを防いでいる。 In such a sputtering apparatus, after arranging a film forming target (not shown) on the target 1, the space around the target 1 is depressurized to fill an inert gas (for example, Ar) with a predetermined pressure, and the cathode body 5 When a negative bias voltage is applied to the power supply 11, plasma 4 of an inert gas is generated. The cations (Ar ⁺ ) constituting the plasma 4 collide with the target 1 (sputtering), and the scattered substance of the target 1 is deposited on the film forming target to form a film. At this time, due to the magnetic field formed on the surface of the target 1 by the magnet 6, the cations are focused and collide with the upper target surface at the position between the magnetic poles 6a and 6b of the magnet 6, so that the cations collide with the surface of the target 1. A hollow (erosion region) 21 is formed. The earth shield 12 prevents the screw 7 from being exposed to the plasma 4.

プラズマ４の熱により、ターゲット１のプラズマ側の表面は、水冷されている裏面よりも温度が上昇して膨張する。これにより、ターゲット１は、プラズマ４に向かって凸の形状に湾曲する。従来のターゲットは、ネジ止めされたターゲット１の周縁部をもち上げる方向の応力が働き、ネジ７を緩め、冷却水が漏れることがあった。 Due to the heat of the plasma 4, the surface of the target 1 on the plasma side has a higher temperature than the water-cooled back surface and expands. As a result, the target 1 is curved toward the plasma 4 in a convex shape. In the conventional target, stress in the direction of lifting the peripheral edge of the screwed target 1 acts, loosens the screw 7, and the cooling water may leak.

本実施形態では、溝３がネジ穴２の列よりも中央部よりの表面に設けられているため、ターゲット３の中央部が湾曲しても、溝３が変形することにより湾曲による応力を吸収し、溝３よりも外側に位置する周縁部に変形が生じるのを抑制することができる。よって、本実施形態のスパッタターゲット１を高いスパッタレートでスパッタリングした場合であっても、ターゲットの周縁部の反り（湾曲）を抑制することができる。 In the present embodiment, since the groove 3 is provided on the surface from the central portion of the row of the screw holes 2, even if the central portion of the target 3 is curved, the groove 3 is deformed to absorb the stress due to the curvature. However, it is possible to suppress deformation of the peripheral edge portion located outside the groove 3. Therefore, even when the sputtering target 1 of the present embodiment is sputtered at a high sputtering rate, the warp (curvature) of the peripheral portion of the target can be suppressed.

これにより、本実施形態では、ネジ７がターゲット１の湾曲に伴い緩むのを防止することができ、冷却水の漏れを防ぐことができる。 Thereby, in the present embodiment, it is possible to prevent the screw 7 from loosening due to the curvature of the target 1, and it is possible to prevent leakage of the cooling water.

また、溝３の幅および深さを調整することにより、溝３が変形することにより吸収できる最大応力を調整できる。ただし、溝３の幅が広すぎると、溝３の中にプラズマ４が入り込むため、プラズマ４が入り込まない程度の幅にするか、もしくは、図２のように溝３の上部までアースシールド１２で覆うことが望ましい。よって、事前に、設定したスパッタ条件（電力供給量やスパッタレート）によって生じるターゲット１の変形量を求め、溝３の幅や深さを設計することが望ましい。 Further, by adjusting the width and depth of the groove 3, the maximum stress that can be absorbed by the deformation of the groove 3 can be adjusted. However, if the width of the groove 3 is too wide, the plasma 4 will enter the groove 3, so the width should be such that the plasma 4 does not enter, or as shown in FIG. 2, the earth shield 12 extends to the upper part of the groove 3. It is desirable to cover it. Therefore, it is desirable to determine the amount of deformation of the target 1 caused by the set sputtering conditions (power supply amount and sputtering rate) in advance, and design the width and depth of the groove 3.

例えば、溝３の幅は、０．３〜３ｍｍ、深さは、ターゲット１の厚みの５０％まで、溝３の位置は、ネジ穴２の開口部のザグリ穴から２０ｍｍまでの範囲と設定することができる。 For example, the width of the groove 3 is set to 0.3 to 3 mm, the depth is set to 50% of the thickness of the target 1, and the position of the groove 3 is set to the range from the counterbore hole of the opening of the screw hole 2 to 20 mm. be able to.

＜実施例＞
実施例としては、図１のように、長さ１０００ｍｍ、幅２５０ｍｍ、厚さ３０ｍｍの長方形のターゲット１の全周に、幅３ｍｍ、深さ１５ｍｍの溝３を設けた。溝３の位置は、ネジ穴２の開口部のザグリ穴から１０ｍｍターゲット中心側の位置とした。ターゲット１の材質は、Ａｌとした。 <Example>
As an example, as shown in FIG. 1, a groove 3 having a width of 3 mm and a depth of 15 mm is provided on the entire circumference of a rectangular target 1 having a length of 1000 mm, a width of 250 mm, and a thickness of 30 mm. The position of the groove 3 was set to the position on the center side of the target by 10 mm from the counterbore hole of the opening of the screw hole 2. The material of the target 1 was Al.

この一体型のＡｌターゲット１をカソードボディ５に取り付けたスパッタ装置のチャンバーを排気し、アルゴンガス２００ｃｃｍを導入し、圧力３×１０^−１Ｐａとした。直流スパッタ電源１１を使って、アルミターゲットに８０ＫＷの電力を供給し、１０秒放電後、２０秒停止する処理を繰り返した。その時の放電電圧は６５０Ｖ、電流は１２３Ａであった。
実施例のターゲット１は、１０秒放電後、２０秒停止する処理を１００００回以上の繰り返しても水漏れは生じなかった。 The chamber of the sputtering apparatus in which this integrated Al target 1 was attached to the cathode body 5 was exhausted, and 200 ccm of argon gas was introduced to obtain a pressure of 3 × 10 ^-1 Pa. Using the DC sputtering power supply 11, 80 KW of electric power was supplied to the aluminum target, and after discharging for 10 seconds, the process of stopping for 20 seconds was repeated. The discharge voltage at that time was 650 V, and the current was 123 A.
In the target 1 of the example, water leakage did not occur even if the process of discharging for 10 seconds and then stopping for 20 seconds was repeated 10,000 times or more.

＜比較例＞
一方、比較例として、ターゲットに溝３を設けず、他の条件は、同じにして１０秒放電後、２０秒停止する処理を繰り返したところ、７５０回後、冷却水が漏れ、チャンバーの圧力が上昇し、放電が停止した。チャンバーに大気導入後、ネジ７を増し締めしたところ１０Ｎ・ｍ設定のトルクレンチで１２０〜１４５度回転し、ネジ７が緩んでいることが確認された。なお、初期の締め付け力は１０Ｎ・ｍである。全てのネジを増し締めした後は、正常に真空引きでき、スパッタ放電も正常に戻ったため、ネジ７が緩んだことによる水漏れであることも確認できた。 <Comparison example>
On the other hand, as a comparative example, when the groove 3 was not provided in the target and the process of discharging for 10 seconds and then stopping for 20 seconds was repeated under the same conditions, the cooling water leaked and the pressure in the chamber increased after 750 times. It rose and the discharge stopped. After introducing the air into the chamber, the screw 7 was retightened and rotated 120 to 145 degrees with a torque wrench set to 10 Nm, and it was confirmed that the screw 7 was loose. The initial tightening force is 10 Nm. After retightening all the screws, the vacuum could be drawn normally and the spatter discharge returned to normal, so it was confirmed that there was a water leak due to the loosening of the screws 7.

＜＜第２の実施形態＞＞
第２の実施形態として、溝３の配置を第１の実施形態とは変更した形態について図３（ａ）〜（ｄ）を用いて説明する。図３（ａ）〜（ｄ）のいずれのターゲット１の溝３も、エロージョン領域２１を避けて配置されている。 << Second Embodiment >>
As the second embodiment, a mode in which the arrangement of the grooves 3 is changed from that of the first embodiment will be described with reference to FIGS. 3 (a) to 3 (d). The groove 3 of the target 1 in any of FIGS. 3A to 3D is arranged so as to avoid the erosion region 21.

図３（ａ）のターゲット１は、溝３が二重に設けられている。図３の例では、２本の溝３は平行に配置されている。溝３を二重に設けることにより、１本の溝３の幅を広げることなく、吸収可能なターゲット１の湾曲による応力を大きくすることができる。 The target 1 in FIG. 3A is provided with a double groove 3. In the example of FIG. 3, the two grooves 3 are arranged in parallel. By providing the grooves 3 in duplicate, it is possible to increase the stress due to the curvature of the target 1 that can be absorbed without widening the width of one groove 3.

図３（ｂ）のターゲット１は、溝３が、溝３の長手方向に複数に分割され、分割された溝３は、ターゲット１の周縁に平行に断続的に１周するように設けられている。 In the target 1 of FIG. 3B, the groove 3 is divided into a plurality of portions in the longitudinal direction of the groove 3, and the divided grooves 3 are provided so as to make one round intermittently parallel to the peripheral edge of the target 1. There is.

図３（ｃ）のターゲット１は、溝３は、長辺に平行に設けられ、短辺方向には設けられていない。また、エロージョン領域を避けてターゲット１の中央にも長辺に平行に溝１３が設けられている。 In the target 1 of FIG. 3C, the groove 3 is provided parallel to the long side and not provided in the short side direction. Further, a groove 13 is provided in the center of the target 1 in parallel with the long side so as to avoid the erosion region.

図３（ｄ）のターゲット１は、中央部の溝１３のみを備え、周縁部には溝を備えていない。この構成は、ターゲット１の表面がプラズマ４の熱により膨張するのを、中央部の溝１３が変形することにより吸収するため、ターゲット１の湾曲自体を抑制することができる。よって、ネジ７が緩むのを防ぐことができる。 The target 1 in FIG. 3D has only a groove 13 in the central portion and does not have a groove in the peripheral portion. In this configuration, the expansion of the surface of the target 1 due to the heat of the plasma 4 is absorbed by the deformation of the groove 13 in the central portion, so that the curvature of the target 1 itself can be suppressed. Therefore, it is possible to prevent the screw 7 from loosening.

第１または第２の実施形態のアルミターゲット１を用いることにより、高いスパッタレートで反射膜を成膜することができる。このとき、アルミターゲット１の冷却シール面からの冷却水漏れが抑制されるため、漏れによる異常放電や酸化によるアルミ膜の変色等も問題が解決される。よって安定して良質なアルミ反射膜が、高効率で成膜ができる。したがって、この成膜工程を用いることにより、例えば、車両用灯具を高効率で製造することができる。 By using the aluminum target 1 of the first or second embodiment, the reflective film can be formed at a high sputtering rate. At this time, since leakage of cooling water from the cooling seal surface of the aluminum target 1 is suppressed, problems such as abnormal discharge due to leakage and discoloration of the aluminum film due to oxidation can be solved. Therefore, a stable and high-quality aluminum reflective film can be formed with high efficiency. Therefore, by using this film forming step, for example, a vehicle lamp can be manufactured with high efficiency.

なお、本実施形態のターゲットの材質は、Ａｌに限定されるものではなく、ＣｕやＺｎや、これらを１以上含む合金材料の様な、比較的軟質で機械的強度が低い金属材料を用いることができる。 The target material of the present embodiment is not limited to Al, and a metal material such as Cu, Zn, or an alloy material containing one or more of these, which is relatively soft and has low mechanical strength, is used. Can be done.

１…スパッタリングターゲット、２…ネジ穴、３…溝、４…プラズマ、５…カソードボディ、６…マグネット、７…ネジ、８…Ｏリング、９…凹部、１３…溝

1 ... Sputtering target, 2 ... Screw hole, 3 ... Groove, 4 ... Plasma, 5 ... Cathode body, 6 ... Magnet, 7 ... Screw, 8 ... O-ring, 9 ... Recess, 13 ... Groove

Claims

A sputtering target in which a plurality of screw holes for being screwed to the cathode are provided in a row along the peripheral edge.
The sputtering target is rectangular
Wherein the surface of the central portion nearer the screw hole, parallel to the long sides, said groove along the rows of screw holes provided et al are further on also the surface of the central portion, provided with parallel grooves in the long sides Sputtering target characterized by being

The sputtering target according to claim 1, wherein the entire sputtering target is made of one material.

The sputtering target according to claim 1 or 2, wherein the groove is provided between a recess formed on the surface by erosion when used for magnetron sputtering and a row of screw holes. Characterized sputtering target.

The sputtering target according to any one of claims 1 to 3, wherein the groove is located on the outer peripheral side of a magnetic pole of a magnet provided on the cathode.

The sputtering target according to any one of claims 1 to 4, wherein the groove is provided so as to make one round in parallel with the peripheral edge of the sputtering target.

The sputtering target according to claim 5, wherein the grooves are doubly provided in parallel.

The sputtering target according to any one of claims 1 to 4, wherein the groove is divided into a plurality of portions in the longitudinal direction of the groove, and the divided grooves are intermittently parallel to the peripheral edge of the sputtering target. A sputtering target characterized in that it is provided so as to make one round.

A rectangular sputtering target in which a plurality of screw holes for being screwed to the cathode are provided in a row along the peripheral edge.
A sputtering target characterized in that a groove parallel to the long side is provided on the surface of the central portion.

A method for manufacturing a vehicle lamp, which includes a step of forming a reflective film by sputtering.
The method for manufacturing a vehicle lamp, wherein the film forming step uses the sputtering target according to any one of claims 1 to 8 as the sputtering target.