JPH08109472A - Target for sputtering and its production - Google Patents
Target for sputtering and its productionInfo
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- JPH08109472A JPH08109472A JP24978094A JP24978094A JPH08109472A JP H08109472 A JPH08109472 A JP H08109472A JP 24978094 A JP24978094 A JP 24978094A JP 24978094 A JP24978094 A JP 24978094A JP H08109472 A JPH08109472 A JP H08109472A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はプレーナ型マグネトロン
スパッタリング用ターゲットとその製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a planar magnetron sputtering target and a method for manufacturing the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】プレーナ型マグネトロンスパッタリング
法は成膜速度が速く、工業上非常に重要な成膜方法であ
る。このプレーナ型マグネトロンスッパタリング法によ
る成膜においては、磁場によってプラズマが一定の部分
に集中し、ターゲットに局部的な侵食が生じる。このよ
うな局所的侵食の生じる領域はエロージョン領域と呼ば
れ、一般的な円形ターゲットの場合、エロージョン領域
は円環状となる。2. Description of the Related Art The planar type magnetron sputtering method has a high film forming rate and is a very important industrial film forming method. In the film formation by the planar magnetron sputtering method, the magnetic field concentrates the plasma on a certain portion, and the target is locally eroded. A region where such local erosion occurs is called an erosion region, and in the case of a general circular target, the erosion region has an annular shape.
【0003】従来のターゲットは、図1〜3に示すよう
に、円板状または分割された平板状のターゲット材1
が、バッキングプレート3にIn等のボンディング材2
によって接合され構成されている。As shown in FIGS. 1 to 3, a conventional target is a disk-shaped or divided flat plate-shaped target material 1.
However, the backing plate 3 is bonded to the bonding material 2 such as In.
It is joined and configured by.
【0004】上記侵食は局所的に起こるため、スパッタ
リングを行っていくとともにターゲット材のエロージョ
ン領域の厚さのみが減少し、最終的にはターゲット材の
エロージョン領域を除いた部分が全く消費されないまま
ターゲットの寿命が尽きることになる。よって、ターゲ
ットの使用効率は非常に低く、一般に10〜20%程度
である。Since the above-mentioned erosion occurs locally, only the thickness of the erosion region of the target material is reduced as the sputtering is performed, and finally, the portion of the target material excluding the erosion region is not consumed at all and the target is not consumed. Will run out of life. Therefore, the use efficiency of the target is very low, generally about 10 to 20%.
【0005】特開平3−287763号公報では、こう
したターゲット材の使用効率の低さに起因するターゲッ
トのコスト高を解決するため、エロージョン領域を含む
厚さの厚い部分とエロージョン領域を含まない厚さの薄
い部分とに分割して形成されたターゲットが示されてい
る。こうした分割ターゲットではエロージョン領域を含
む部分が侵食された後、当該部分のみをバッキングプレ
ートから剥離して新たなターゲットと交換することで、
さらにコストを低減できるとしている。同様の分割ター
ゲットは、実公昭63−42157号公報にも示されて
いる。In Japanese Patent Laid-Open No. 3-287763, in order to solve the high cost of the target due to the low use efficiency of the target material, a thick portion including the erosion region and a thickness not including the erosion region are disclosed. The thin target and the target formed by the division are shown. In such a split target, after the part including the erosion region is eroded, by peeling only the part from the backing plate and replacing it with a new target,
It is said that the cost can be further reduced. A similar division target is also disclosed in Japanese Utility Model Publication No. 63-42157.
【0006】実公昭63−131755号公報には、エ
ロージョン領域を肉厚にしたターゲットが示されてい
る。Japanese Utility Model Publication No. 63-131755 discloses a target having a thick erosion region.
【0007】特開平1−290764号公報には、ター
ゲット重量の80%以上がスパッタリング時のエロージ
ョン領域に存在する形状とすることで使用効率を改善で
きる、ITOターゲットが示されている。Japanese Laid-Open Patent Publication No. 1-290764 discloses an ITO target in which 80% or more of the weight of the target is present in the erosion region during sputtering to improve the use efficiency.
【0008】しかし、特開平3−287763号公報お
よび実公昭63−42157号公報のような分割ターゲ
ットでは、厚さの異なる複数個のターゲットをスパッタ
リング面が平らになるように並べる必要があり、そのた
めバッキングプレートに段差を設ける等の特殊加工が必
要とされる。したがって、ターゲット材のコストは低減
されてもバッキングプレートがコストアップとなった
り、バッキングプレート形状が特殊となるため、ターゲ
ット材の接着がしにくくなる等の問題がある。However, in the split target as disclosed in JP-A-3-287763 and JP-B-63-42157, it is necessary to arrange a plurality of targets having different thicknesses so that the sputtering surface becomes flat. Special processing such as providing a step on the backing plate is required. Therefore, although the cost of the target material is reduced, the cost of the backing plate increases, and the backing plate has a special shape, which makes it difficult to bond the target material.
【0009】バッキングプレートに段差を設けない場合
には厚さの違いがスパッタリング面での段差となって現
れるため、そのエッジ部に異常放電が生じやすくなる問
題がある。If the backing plate is not provided with a step, the difference in thickness appears as a step on the sputtering surface, and there is a problem that abnormal discharge is likely to occur at the edge portion.
【0010】また、前述の分割ターゲットでは、エロー
ジョン領域を含む部分が侵食された後、当該部分のみを
交換できるとしているが、実際問題としてはセラミック
ス等のターゲットの場合には、低融点ハンダによる接合
が一般に行われているため、この接合を剥離するために
低融点ハンダの融点以上の温度まで加熱しなければなら
ない。このとき、熱ストレスが生じ、ほとんどの場合、
エロージョン領域を含まない厚さの薄い部分が割れてし
まう。この割れたターゲットは異常放電の原因となるた
め、実際上繰り返し使用は困難である。Further, in the above-mentioned divided target, only the portion including the erosion region can be exchanged after the portion including the erosion region is eroded. However, as a practical matter, in the case of a target such as ceramics, bonding by low melting point solder is used. However, in order to peel off this joint, it has to be heated to a temperature above the melting point of the low melting point solder. At this time, heat stress occurs, and in most cases,
The thin portion that does not include the erosion region is broken. Since this broken target causes abnormal discharge, it is practically difficult to use repeatedly.
【0011】特開平1−290764号公報に示される
ように、ターゲット重量の80%以上がエロージョン領
域に存在するような形状を実現しようとすると、非エロ
ージョン部分の厚さをきわめて薄くする必要があり、セ
ラミックス系ターゲットの場合、このような形状のター
ゲットはボンディング時に割れやすく、ボンディングは
実質困難となる。したがって、ボンディング後の加工に
より、このような形状を実現しなければならないため、
コスト的にメリットがなくなってしまう。As shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-290764, in order to realize a shape in which 80% or more of the target weight exists in the erosion region, it is necessary to make the thickness of the non-erosion portion extremely small. In the case of a ceramics-based target, a target having such a shape is easily cracked during bonding, which makes bonding practically difficult. Therefore, since such a shape must be realized by processing after bonding,
There will be no cost advantage.
【0012】[0012]
【発明が解決しようとする課題】このように従来のプレ
ーナ型マグネトロンスパッタリング用ターゲットは、使
用効率が低く再生も困難でありコスト高であった。As described above, the conventional target for planar type magnetron sputtering has low use efficiency, is difficult to reproduce, and is high in cost.
【0013】本発明は、低コストで高使用効率のプレー
ナ型マグネトロンスパッタリング用ターゲットとその製
造方法の提供を目的とする。An object of the present invention is to provide a planer type magnetron sputtering target with low cost and high use efficiency, and a method for manufacturing the same.
【0014】[0014]
【課題を解決するための手段】本発明は、基体上に、金
属または合金からなるアンダーコート層、ターゲット層
が順次形成されたプレーナ型マグネトロンスパッタリン
グ用ターゲットにおいて、該基体は、エロージョン領域
に相当する凹部形状を有する基体であり、ターゲット層
は、アンダーコート層上に、プラズマ溶射により形成さ
れたものであることを特徴とするスパッタリング用ター
ゲットとその製造方法を提供する。The present invention provides a planer type magnetron sputtering target in which a metal or alloy undercoat layer and a target layer are sequentially formed on a substrate, and the substrate corresponds to an erosion region. Provided is a sputtering target, which is a substrate having a concave shape, and the target layer is formed by plasma spraying on the undercoat layer, and a method for manufacturing the same.
【0015】本発明のターゲットは、プレーナ型のマグ
ネトロンスパッタリング用ターゲットであり、その形状
については、図4、図5に示すような円板状や平板状の
ターゲット等がある。図4、図5では、点線で示される
部分がエロージョン領域に相当する。The target of the present invention is a planar type magnetron sputtering target, and the shape thereof includes a disk-shaped or flat-plate-shaped target as shown in FIGS. 4 and 5. In FIGS. 4 and 5, the portion indicated by the dotted line corresponds to the erosion area.
【0016】本発明で用いる基体としては、図6に示し
たように、エロージョン領域に相当する凹部形状を有す
るバッキングプレート(以下、凹型バッキングプレート
という)3’、あるいは、図7に示したようにスッパタ
リングにより凹型のエロージョン形状に侵食されたター
ゲット材(以下、凹型ターゲット材という)4そのもの
を使用できる。As the substrate used in the present invention, as shown in FIG. 6, a backing plate 3'having a concave shape corresponding to an erosion region (hereinafter referred to as a concave backing plate), or as shown in FIG. It is possible to use the target material 4 itself which has been eroded into a concave erosion shape by spattering (hereinafter referred to as a concave target material) 4.
【0017】凹型ターゲット材4は、バッキングプレー
ト3とIn等のボンディング材2によって接合されてい
る。The concave target material 4 is joined to the backing plate 3 by a bonding material 2 such as In.
【0018】凹型バッキングプレート3’または凹型タ
ーゲット材4の表面は、サンドブラスト等で粗面化さ
れ、その上にアンダーコート層2’がプラズマ溶射され
た後、ターゲット層となる各種溶射粉末が、プラズマ溶
射され、ターゲット層1’が形成される。なお、本願明
細書においては、本発明におけるプラズマ溶射により形
成されるターゲット材をターゲット層という。The surface of the concave backing plate 3'or the concave target material 4 is roughened by sandblasting or the like, and after the undercoat layer 2'is plasma-sprayed, various sprayed powders to be the target layer are converted into plasma. The target layer 1'is formed by thermal spraying. In the present specification, the target material formed by plasma spraying in the present invention is referred to as a target layer.
【0019】本発明では、従来ターゲットでは必要であ
った、所望の形状に成形する工程、焼結する工程、複雑
な構造や種々の形状に加工する工程、およびボンディン
グ工程を必要としない。本発明では、ターゲット層とな
る溶射粉末を得るまでの工程のみが必要となる。容易に
入手できない複雑な化合物の場合、化学的合成あるいは
固相反応を利用して作製でき、その後、粉砕または造粒
し、さらに分級して溶射に適当な流動しやすい粒径に揃
えることで利用される。The present invention does not require the step of forming into a desired shape, the step of sintering, the step of processing into a complicated structure or various shapes, and the bonding step, which were required in the conventional target. In the present invention, only the steps until obtaining the thermal spray powder to be the target layer are required. For complex compounds that are not easily available, they can be prepared by chemical synthesis or solid-phase reaction, and then crushed or granulated, and then classified to obtain a particle size suitable for thermal spraying that facilitates flow. To be done.
【0020】本発明で用いるターゲット層を形成するた
めの溶射粉末としては、脆い、あるいは、融点の低い金
属や合金が、プラズマ溶射する上で効果的であり、好ま
しい。例えば、Zn、In、Sn、Si、Cr等の金属
やZn−Sn、In−Sn、Sn−Ti等のほとんどの
金属や合金が選ばれる。As the thermal spraying powder for forming the target layer used in the present invention, a metal or alloy having a brittle or low melting point is preferable because it is effective in plasma spraying. For example, metals such as Zn, In, Sn, Si and Cr and most metals and alloys such as Zn—Sn, In—Sn and Sn—Ti are selected.
【0021】また、金属や合金の他、TiO2 、Al2
O3 、ZrO2 等の酸化物、ZrSi2 、MoSi2 等
のケイ化物、ZrB2 、CrB、TiB2 、LaB6 等
のホウ化物等ほとんどのセラミックスも使用できる。In addition to metals and alloys, TiO 2 , Al 2
Most ceramics such as oxides such as O 3 and ZrO 2 , silicides such as ZrSi 2 , MoSi 2 and borides such as ZrB 2 , CrB, TiB 2 and LaB 6 can also be used.
【0022】本発明で用いる溶射粉末は以下の方法によ
り作成できる。すなわち、平均粒径10μm以下の各種
粉末の1種以上を所定量秤量し、PVA等のバインダー
と、水および/または有機溶媒とを分散媒として用い
て、ボールミルで3時間以上湿式混合し、泥しょうを作
製した後、スプレイドライにて、20〜100μm程度
の粒径に乾燥して溶射粉末を得ることができる。The thermal spray powder used in the present invention can be prepared by the following method. That is, one or more kinds of various powders having an average particle size of 10 μm or less are weighed in a predetermined amount, and a binder such as PVA and water and / or an organic solvent are used as a dispersion medium and wet-mixed for 3 hours or more in a ball mill to prepare a mud. After producing the ginger, the spray-dried powder can be obtained by spray drying to a particle size of about 20 to 100 μm.
【0023】また、上記において、泥しょうをスプレイ
ドライする代わりに、泥しょうを乾燥し、酸化または不
活性雰囲気下の高温で焼成した後、得られた塊状の粉末
を分級して、20〜100μm程度の溶射粉末を得るこ
ともできる。Further, in the above, instead of spray-drying the mud, the mud is dried and calcined at a high temperature in an oxidizing or inert atmosphere, and the obtained lumpy powder is classified to 20 to 100 μm. It is also possible to obtain a degree of thermal spray powder.
【0024】本発明で用いる溶射粉末は、100μmよ
り大きいと高温のプラズマガス中で半溶融状態にしにく
く、また20μmより小さいとプラズマ溶射時に高温プ
ラズマガス中に分散してしまい付着しにくくなる。If the thermal spraying powder used in the present invention is larger than 100 μm, it is hard to be in a semi-molten state in a high temperature plasma gas, and if it is smaller than 20 μm, it is dispersed in the high temperature plasma gas during plasma spraying and is hard to adhere.
【0025】凹型バッキングプレート3’や凹型ターゲ
ット材4(両者まとめて以下、金属基体という)として
は、ステンレス、銅、チタン等の種々の金属や合金が使
用できる。Various metals and alloys such as stainless steel, copper and titanium can be used as the concave backing plate 3'and the concave target material 4 (both collectively referred to as a metal substrate hereinafter).
【0026】本発明においては、ターゲット層となる溶
射粉末のプラズマ溶射に先だって、密着性向上のため、
その金属基体の表面をAl2 O3 やSiCの砥粒を用い
てサンドブラストする等により荒らしておくことが好ま
しい。あるいは、金属基体の表面をV溝状に加工した
後、Al2 O3 やSiCの砥粒を用い、サンドブラスト
し、密着性を向上させることも好ましい。In the present invention, prior to plasma spraying of the sprayed powder to be the target layer, in order to improve adhesion,
The surface of the metal substrate is preferably roughened by sandblasting using Al 2 O 3 or SiC abrasive grains. Alternatively, it is also preferable that after the surface of the metal substrate is processed into a V-groove shape, it is sandblasted by using abrasive grains of Al 2 O 3 or SiC to improve the adhesion.
【0027】本発明においては、金属基体表面を荒らし
た後に、溶射するターゲット層と金属基体との熱膨張差
を緩和するとともに、また、機械的、熱的な衝撃による
剥離にも耐えるよう密着性を高めるため、金属または合
金からなるアンダーコート層2’を形成することが重要
である。In the present invention, after the surface of the metal substrate is roughened, the difference in thermal expansion between the target layer to be sprayed and the metal substrate is mitigated, and the adhesiveness is to withstand peeling due to mechanical or thermal shock. It is important to form the undercoat layer 2'made of a metal or an alloy in order to increase the temperature.
【0028】かかるアンダーコート層2’としては、金
属基体とターゲット層となる材料との中間の熱膨張係数
を有する層(以下A層という)および/またはターゲッ
ト層となる材料に近い熱膨張係数を有する層(以下B層
という)が用いられる。As the undercoat layer 2 ', a layer having a thermal expansion coefficient intermediate between that of the metal substrate and the material of the target layer (hereinafter referred to as A layer) and / or a thermal expansion coefficient close to that of the material of the target layer is used. The layer which it has (henceforth layer B) is used.
【0029】アンダーコート層2’がA層あるいはB層
だけであっても、金属や合金は、弾性が高く、脆さが小
さいので、金属基体との密着力を高めうるが、両方の層
を形成し、金属基体/A層/B層/ターゲット材料被膜
層という構成とするのが最適である。Even if the undercoat layer 2'is only the A layer or the B layer, the metal and the alloy have high elasticity and small brittleness, so that the adhesion with the metal substrate can be enhanced, but both layers are used. It is most preferable to form a metal substrate / A layer / B layer / target material coating layer.
【0030】B層の熱膨張係数は、ターゲットとなる被
膜層の熱膨張係数±2×10-6/℃の範囲内であること
が最適である。The thermal expansion coefficient of the B layer is optimally within the range of ± 2 × 10 -6 / ° C. of the thermal expansion coefficient of the target coating layer.
【0031】また、かかるアンダーコート層の材料の中
から金属基体に近い熱膨張係数の材料と、ターゲット層
に近い熱膨張係数の材料とを傾斜組成的に変化させたア
ンダーコート層を設けても、より密着性が高まるので好
ましい。Further, among the materials of the undercoat layer, an undercoat layer in which a material having a coefficient of thermal expansion close to that of a metal substrate and a material having a coefficient of thermal expansion close to that of the target layer are changed in a gradient composition may be provided. It is preferable because the adhesiveness is further increased.
【0032】アンダーコート層2’の材料としては、M
o、Ti、Ni、Nb、Ta、W、Ni−Al、Ni−
Cr、Ni−Cr−Al、Ni−Cr−Al−Y、Ni
−Co−Cr−Al−Y等の導電性材料を挙げられる。
アンダーコート層2’の膜厚は、A層、B層とも30〜
100μm程度が好ましい。The material of the undercoat layer 2'is M
o, Ti, Ni, Nb, Ta, W, Ni-Al, Ni-
Cr, Ni-Cr-Al, Ni-Cr-Al-Y, Ni
A conductive material such as —Co—Cr—Al—Y may be used.
The thickness of the undercoat layer 2'is 30 to 30 for both the A layer and the B layer.
About 100 μm is preferable.
【0033】アンダーコート層2’の材料はターゲット
層の熱膨張係数に応じて変える必要がある。金属基体と
して使用可能な銅やステンレス等の熱膨張係数は、17
〜18×10-6/℃であり、チタンの熱膨張係数は8.
8×10-6/℃である。The material of the undercoat layer 2'needs to be changed according to the thermal expansion coefficient of the target layer. The coefficient of thermal expansion of copper or stainless steel that can be used as a metal substrate is 17
Is about 18 × 10 −6 / ° C., and the coefficient of thermal expansion of titanium is 8.
It is 8 × 10 −6 / ° C.
【0034】例えば、ターゲット層が、Si、Cr、Z
r、Zr−B系、Ti−B系、Cr−Si系、Sn−S
i系、Zr−Si系等(熱膨張係数5〜6×10-6/
℃)の場合は、アンダーコートA層の好ましい熱膨張係
数は12〜15×10-6/℃であり、その材料として
は、Ni、Ni−Al系、Ni−Cr系、Ni−Cr−
Al系、Ni−Cr−Al−Y系、Ni−Co−Cr−
Al−Y系等が挙げられる。また、アンダーコートB層
の好ましい熱膨張係数は5〜8×10-6/℃であり、そ
の材料としては、Mo、W、Ta、Nb等が挙げられ
る。For example, if the target layer is Si, Cr, Z
r, Zr-B system, Ti-B system, Cr-Si system, Sn-S
i type, Zr-Si type, etc. (coefficient of thermal expansion 5-6 × 10 -6 /
C), the preferable thermal expansion coefficient of the undercoat A layer is 12 to 15 × 10 −6 / ° C., and its material is Ni, Ni—Al system, Ni—Cr system, Ni—Cr—.
Al-based, Ni-Cr-Al-Y-based, Ni-Co-Cr-
An Al-Y system etc. are mentioned. The preferred thermal expansion coefficient of the undercoat B layer is 5 to 8 × 10 −6 / ° C., and its material includes Mo, W, Ta, Nb and the like.
【0035】ターゲット層が、Ta−B系、Ta−Si
系等(熱膨張係数8〜9×10-6/℃)の場合は、アン
ダーコートA層の好ましい熱膨張係数は12〜15×1
0-6/℃であり、その材料としては、Ni、Ni−Al
系、Ni−Cr系、Ni−Cr−Al系、Ni−Cr−
Al−Y系、Ni−Co−Cr−Al−Y系等が挙げら
れる。また、アンダーコートB層の好ましい熱膨張係数
は8〜10×10-6/℃であり、その材料としては、T
i、Nb等が挙げられる。The target layer is Ta-B type, Ta-Si
In the case of a system or the like (coefficient of thermal expansion 8 to 9 × 10 −6 / ° C.), the preferable thermal expansion coefficient of the undercoat A layer is 12 to 15 × 1.
0 −6 / ° C., and its material is Ni, Ni—Al
System, Ni-Cr system, Ni-Cr-Al system, Ni-Cr-
Examples thereof include Al-Y type and Ni-Co-Cr-Al-Y type. The thermal expansion coefficient of the undercoat B layer is preferably 8 to 10 × 10 −6 / ° C., and the material thereof is T
i, Nb and the like.
【0036】ターゲット層が、Sn−Ti系、Cr−B
系等(熱膨張係数10〜13×10-6/℃)の場合は、
アンダーコートB層の好ましい熱膨張係数は10〜13
×10-6/℃であり、その材料としては、Ni、Ni−
Al系、Ni−Cr系、Ni−Cr−Al系、Ni−C
r−Al−Y系、Ni−Co−Cr−Al−Y系等が挙
げられ、アンダーコートA層は省略できる。このように
ターゲット層と金属基体との熱膨張係数の差が小さい場
合には、アンダーコート層は1層でもよい。特に、金属
基体がチタンの場合は、ターゲット層と金属基体との熱
膨張係数の差が小さくなる場合が多く、B層のみの構成
となる場合が多い。The target layer is Sn-Ti system, Cr-B
In the case of a system, etc. (coefficient of thermal expansion 10-13 × 10 -6 / ° C),
The preferred thermal expansion coefficient of the undercoat B layer is 10 to 13
× 10 −6 / ° C., and its material is Ni, Ni−
Al-based, Ni-Cr-based, Ni-Cr-Al-based, Ni-C
Examples thereof include r-Al-Y type and Ni-Co-Cr-Al-Y type, and the undercoat A layer can be omitted. When the difference in the coefficient of thermal expansion between the target layer and the metal substrate is small as described above, the undercoat layer may be a single layer. In particular, when the metal substrate is titanium, the difference in the coefficient of thermal expansion between the target layer and the metal substrate is often small, and in many cases only the B layer is formed.
【0037】アンダーコート層2’の上に前述のターゲ
ット層を形成する溶射粉末を、Arや、Ar+H2 等の
還元下の高温プラズマガス中で、半溶融状態にしつつ、
このガスにより、上記アンダーコート層2’上に輸送し
て付着させ、ターゲット層を形成する。[0037] The thermal spraying powders forming the target layer of the foregoing on the undercoat layer 2 ', Ar and, in a high temperature plasma gas in the reduction under such Ar + H 2, while the semi-molten state,
This gas transports and adheres onto the undercoat layer 2'to form a target layer.
【0038】本発明においては、アンダーコート層2’
を挿入することにより、2〜10mmの膜厚で、安定な
ターゲット層を形成できる。In the present invention, the undercoat layer 2 '
By inserting, a stable target layer having a film thickness of 2 to 10 mm can be formed.
【0039】また、高温プラズマガス中でターゲット層
を形成することにより、ターゲット層の化学組成や鉱物
組成の変動が少なく、均質で高密度なターゲット層を得
ることができる。Further, by forming the target layer in the high temperature plasma gas, it is possible to obtain a uniform and high-density target layer with little change in the chemical composition and mineral composition of the target layer.
【0040】なお、前述のアンダーコート層2’を形成
する際も高温プラズマガス中、好ましくは還元下の高温
プラズマガス中でのプラズマ溶射法により形成するのが
好ましい。When forming the undercoat layer 2 ', it is preferable that the undercoat layer 2'is formed by a plasma spraying method in a high temperature plasma gas, preferably in a high temperature plasma gas under reduction.
【0041】プラズマ溶射法としては、特開昭62−1
61945号公報に示されるように、水プラズマ溶射法
もある。水プラズマ溶射法の場合、水にアルコールを添
加して溶射することにより、酸化しやすい金属や合金、
非酸化物の溶射にも適用でき、本発明に採用できる。A plasma spraying method is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 62-1.
As disclosed in Japanese Patent No. 61945, there is also a water plasma spraying method. In the case of the water plasma spraying method, by adding alcohol to water and spraying it, a metal or alloy that is easily oxidized,
It can be applied to thermal spraying of non-oxides and can be adopted in the present invention.
【0042】本発明のターゲットは、DC(直流)スパ
ッタリング法に用いられる他、RF(高周波)スッパタ
リング法にも用いられる。The target of the present invention is used not only in the DC (direct current) sputtering method but also in the RF (high frequency) sputtering method.
【0043】[0043]
【作用】本発明のターゲットは、凹型の形状の部分にタ
ーゲット層が図6または7に示されるように密着形成さ
れ、スパッタリング後は図8または9に示されるように
消費される。したがって、ターゲット材の使用効率は従
来のターゲットと比べて格段に高く、90〜98%が達
成される。In the target of the present invention, the target layer is closely formed on the concave portion as shown in FIG. 6 or 7, and is consumed after sputtering as shown in FIG. 8 or 9. Therefore, the usage efficiency of the target material is significantly higher than that of the conventional target, and 90 to 98% is achieved.
【0044】本発明においては、高温プラズマガス中で
ターゲット層を形成するため、ターゲット層の化学組成
や鉱物組成の変動が少なく、均質で高密度なターゲット
層が形成される。In the present invention, since the target layer is formed in the high temperature plasma gas, a uniform and high-density target layer is formed with little change in chemical composition and mineral composition of the target layer.
【0045】本発明のターゲットは、特定のアンダーコ
ート層を有するため、ターゲット層から金属基体、さら
にはカソード電極への熱伝導がよく、また、ターゲット
層が金属基体上に強固に密着している。したがって、成
膜速度を上げるための高いスパッタリングパワーをかけ
た場合でも、冷却が十分に行われるとともに、急激な熱
ショックによるターゲット層の剥離、割れもなく、単位
面積あたりに大きな電力を投入することが可能である。Since the target of the present invention has a specific undercoat layer, it has good heat conduction from the target layer to the metal substrate and further to the cathode electrode, and the target layer is firmly adhered to the metal substrate. . Therefore, even if a high sputtering power is applied to increase the deposition rate, sufficient cooling is performed, and there is no peeling or cracking of the target layer due to a rapid heat shock, and a large amount of power is applied per unit area. Is possible.
【0046】また、ターゲット層の侵食ゾーンが薄くな
っても、これらの薄くなった部分に同じ材質のターゲッ
ト層をプラズマ溶射することにより、元の状態に容易に
再生することもできる。Even if the erosion zone of the target layer becomes thin, the target layer of the same material can be plasma sprayed to these thinned portions to easily restore the original state.
【0047】さらに、ターゲット層の厚みに場所による
分布を持たせることも容易に可能であり、それによって
ターゲット表面における磁界の強さや温度分布を持たせ
ることができ、生成する薄膜の厚み分布をコントロール
することも可能となる。Furthermore, it is possible to easily give the distribution of the thickness of the target layer depending on the location, thereby making it possible to give the strength of the magnetic field and the temperature distribution on the target surface and control the thickness distribution of the thin film to be formed. It is also possible to do.
【0048】[0048]
【実施例】ターゲット層としてSi、Zn、Sn、In
−Sn、TiO2 、ZrSi2 等の溶射粉末をそれぞれ
平均粒径20〜100μmに整粒したものを調製した。EXAMPLES Si, Zn, Sn, In as a target layer
A sprayed powder of —Sn, TiO 2 , ZrSi 2 or the like was sized to have an average particle size of 20 to 100 μm.
【0049】金属基体として図7に示すような、バッキ
ングプレート3と接着された、スパッタリングにより凹
型状に侵食された平板状のTiターゲット材4を準備し
た。該金属基体表面をサンドブラストした後、表1の例
1〜4に示す各種アンダーコート層2’をそれぞれの金
属基体に施した。As a metal substrate, a flat Ti target material 4 adhered to the backing plate 3 and eroded in a concave shape by sputtering as shown in FIG. 7 was prepared. After sandblasting the surface of the metal substrate, various undercoat layers 2 ′ shown in Examples 1 to 4 of Table 1 were applied to each metal substrate.
【0050】次に、表1の例1〜4に示す材質の溶射粉
末をそれぞれ溶射し、ターゲット層を形成した。Next, thermal spraying powders of the materials shown in Examples 1 to 4 of Table 1 were sprayed to form target layers.
【0051】また、金属基体として、図6に示すよう
な、マシニングセンターにより凹型状に掘り加工した銅
製のバッキングプレート3’を準備し、基体表面をサン
ドブラストした後、表1の例5〜7に示す各種アンダー
コート層2’をそれぞれ施し、次いで、表1の例5〜7
に示す材質の溶射粉末をそれぞれ溶射し、ターゲット層
を形成した。なお、例1〜7において用いた溶射粉末
は、それぞれ平均粒径20〜100μmに整粒したもの
である。Further, as a metal substrate, as shown in FIG. 6, a copper backing plate 3'which was dug into a concave shape by a machining center was prepared, and the surface of the substrate was sandblasted. Various undercoat layers 2 ′ were applied respectively, and then Examples 5 to 7 in Table 1 were applied.
Each of the thermal spray powders of the materials shown in 1 was sprayed to form a target layer. The thermal spray powders used in Examples 1 to 7 were each sized to have an average particle size of 20 to 100 μm.
【0052】例8〜9は比較例である。従来の円板状と
平板状の銅製バッキングプレートを用意し、ターゲット
材としてSiと、ZrSi2 の焼結体をそれぞれ製作
し、加工してInボンディング材によって、上記バッキ
ングプレートにそれぞれ接合し、表1の例8〜9に示す
ターゲットを得た。Examples 8 to 9 are comparative examples. Conventional disk-shaped and flat-plate copper backing plates are prepared, sintered bodies of Si and ZrSi 2 are manufactured as target materials, respectively, processed, and bonded to the above-mentioned backing plates by In bonding materials. The targets shown in Examples 8 to 9 of Example 1 were obtained.
【0053】以上のように準備された例1〜9のターゲ
ットをマグネトロンスパッタリング装置に取り付け、成
膜を行いスパッタリングによる侵食がバッキングプレー
ト面に達するまで使用した後、重量減を測定し、ターゲ
ット材の使用効率を求めた。また、スパッタリング中の
ターゲットの割れ、剥離等もチェックした。これらの結
果を表1に示す。The targets of Examples 1 to 9 prepared as described above were attached to a magnetron sputtering apparatus, used for film formation and used until the erosion due to sputtering reached the backing plate surface, and then the weight loss was measured to determine the target material. The usage efficiency was calculated. Also, the target was checked for cracks, peeling, etc. during sputtering. Table 1 shows the results.
【0054】表1に示す通り、本発明の例1〜7のター
ゲットは、使用効率が高く、安定して高速で成膜できた
が、従来の例8〜9のターゲットは使用効率が10〜2
0%程度であり、割れ、剥離等も発生した。As shown in Table 1, the targets of Examples 1 to 7 of the present invention had high use efficiency and were able to form films stably and at high speed, whereas the targets of Conventional Examples 8 to 9 had use efficiency of 10 to 10. Two
It was about 0%, and cracking and peeling occurred.
【0055】[0055]
【表1】 [Table 1]
【0056】[0056]
【発明の効果】本発明のターゲットの使用効率は従来の
ターゲットと比べ格段に高く、また、均質で高密度であ
り熱ショックにも強い。また、ターゲットの製造方法に
おいて、高温プラズマガス中でのプラズマ溶射法を用い
るため、従来のような成形、焼成、加工、ボンディング
等の工程を必要とせず、容易に、低コストで任意形状の
ターゲットが作成される。The use efficiency of the target of the present invention is remarkably higher than that of the conventional target, and the target is homogeneous and high in density and resistant to heat shock. Further, since the plasma spraying method in the high temperature plasma gas is used in the method of manufacturing the target, the conventional molding, firing, processing, bonding, and other steps are not required, and the target of any shape can be easily and inexpensively manufactured. Is created.
【0057】また、本発明のターゲットの製造方法は、
使用後消費した部分に、同組成のターゲット材の溶射粉
末をプラズマ溶射することでターゲットの再生を可能と
するものであり、経済的にも有用である。The method of manufacturing the target of the present invention is
It is possible to regenerate the target by plasma spraying the sprayed powder of the target material having the same composition on the portion consumed after use, which is economically useful.
【0058】本発明のターゲットを用いれば、スパッタ
リング時の冷却効率も高く、また、スパッタリングパワ
ーを高くしても、ターゲットの亀裂や破損がないため、
安定した高速成膜が可能となる。したがって、表示素
子、CRT用をはじめとし、建築用、自動車用等の大面
積ガラス等の生産性が著しく向上する。When the target of the present invention is used, the cooling efficiency at the time of sputtering is high, and even if the sputtering power is increased, there is no cracking or damage to the target.
Stable high-speed film formation becomes possible. Therefore, the productivity of large-area glass for display elements, CRTs, constructions, automobiles, etc. is remarkably improved.
【図1】従来ターゲットの形状を示す斜視図FIG. 1 is a perspective view showing the shape of a conventional target.
【図2】従来ターゲットの形状を示す斜視図FIG. 2 is a perspective view showing the shape of a conventional target.
【図3】従来ターゲットの消耗状態を示す断面図FIG. 3 is a cross-sectional view showing a worn state of a conventional target.
【図4】本発明のターゲットの形状を例示する斜視図FIG. 4 is a perspective view illustrating the shape of a target of the present invention.
【図5】本発明のターゲットの形状を例示する斜視図FIG. 5 is a perspective view illustrating the shape of a target of the present invention.
【図6】本発明のターゲットの断面図FIG. 6 is a sectional view of a target of the present invention.
【図7】本発明のターゲットの断面図FIG. 7 is a sectional view of a target of the present invention.
【図8】本発明のターゲットの消耗状態を示す断面図FIG. 8 is a sectional view showing the consumption state of the target of the present invention.
【図9】本発明のターゲットの消耗状態を示す断面図FIG. 9 is a cross-sectional view showing the consumption state of the target of the present invention.
1 :ターゲット材 1’:ターゲット層 2 :Inボンディング材 2’:アンダーコート層 3 :バッキングプレート 3’:エロージョン領域に相当する凹部形状を有するバ
ッキングプレート(基体) 4 :凹型のエロージョン形状に侵食されたターゲット
材(基体)1: Target material 1 ': Target layer 2: In bonding material 2': Undercoat layer 3: Backing plate 3 ': Backing plate (base) having a concave shape corresponding to an erosion region 4: Corroded into a concave erosion shape Target material (base)
Claims (9)
ーコート層、ターゲット層が順次形成されたプレーナ型
マグネトロンスパッタリング用ターゲットの製造方法に
おいて、該基体として、エロージョン領域に相当する凹
部形状を有する基体を用い、アンダーコート層上に、タ
ーゲット層をプラズマ溶射により形成することを特徴と
するスパッタリング用ターゲットの製造方法。1. A method of manufacturing a target for planar magnetron sputtering, in which an undercoat layer made of a metal or an alloy and a target layer are sequentially formed on a substrate, wherein the substrate has a concave shape corresponding to an erosion region. Is used to form a target layer on the undercoat layer by plasma spraying, which is a method for producing a sputtering target.
用いることを特徴とする請求項1のスパッタリング用タ
ーゲットの製造方法。2. The method for producing a sputtering target according to claim 1, wherein a metal or alloy substrate is used as the substrate.
食されて凹型の掘り形状を有する、金属または合金のタ
ーゲット材を用いることを特徴とする請求項1のスパッ
タリング用ターゲットの製造方法。3. The method for manufacturing a sputtering target according to claim 1, wherein a metal or alloy target material having a recessed dug shape that is corroded by sputtering is used as the substrate.
ることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項のスパ
ッタリング用ターゲットの製造方法。4. The method for producing a sputtering target according to claim 1, wherein a substrate having a rough surface is used as the substrate.
張係数とターゲット層の熱膨張係数との中間の熱膨張係
数を有する層および/またはターゲット層に近似した熱
膨張係数を有する層を用いることを特徴とする請求項1
〜4のいずれか1項のスパッタリング用ターゲットの製
造方法。5. A layer having a coefficient of thermal expansion intermediate between the coefficient of thermal expansion of the substrate and the coefficient of thermal expansion of the target layer and / or a layer having a coefficient of thermal expansion close to that of the target layer is used as the undercoat layer. Claim 1 characterized by the above-mentioned.
4. The method for manufacturing a sputtering target according to any one of 4 to 4.
ーコート層、ターゲット層が順次形成されたプレーナ型
マグネトロンスパッタリング用ターゲットにおいて、該
基体は、エロージョン領域に相当する凹部形状を有する
基体であり、ターゲット層は、アンダーコート層上に、
プラズマ溶射により形成されたものであることを特徴と
するスパッタリング用ターゲット。6. A planar magnetron sputtering target in which an undercoat layer made of a metal or an alloy and a target layer are sequentially formed on a substrate, wherein the substrate has a concave shape corresponding to an erosion region, The target layer is on the undercoat layer,
A sputtering target, which is formed by plasma spraying.
ことを特徴とする請求項6のスパッタリング用ターゲッ
ト。7. The sputtering target according to claim 6, wherein the substrate is a metal or alloy substrate.
れて凹型の掘り形状を有する、金属または合金のターゲ
ット材であることを特徴とする請求項6のスパッタリン
グ用ターゲット。8. The sputtering target according to claim 6, wherein the substrate is a metal or alloy target material that is corroded by sputtering and has a recessed dug shape.
数とターゲット層の熱膨張係数との中間の熱膨張係数を
有する層および/またはターゲット層に近似した熱膨張
係数を有する層であることを特徴とする請求項6〜8の
いずれか1項のスパッタリング用ターゲット。9. The undercoat layer is a layer having a coefficient of thermal expansion intermediate between the coefficient of thermal expansion of the substrate and the coefficient of thermal expansion of the target layer and / or a layer having a coefficient of thermal expansion similar to that of the target layer. The sputtering target according to any one of claims 6 to 8.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP24978094A JPH08109472A (en) | 1994-10-14 | 1994-10-14 | Target for sputtering and its production |
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-
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- 1994-10-14 JP JP24978094A patent/JPH08109472A/en active Pending
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