JPH11511206A - スパッタターゲットとバッキングプレートの組立体及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 スパッタリングターゲットとバッキングプレートの組立体の製造方法であって、一定の熱膨張率を有する第１の材料からターゲット（１６）を形成する工程と、第１の材料の熱膨張率と異なる熱膨張率を有する第１の材料と異なる材料からバッキングプレート（１２）を形成する工程と、一定の熱膨張率を有する第３の材料からブロック（２０）を形成する工程と、ブロックをバッキングプレートの一方の面に配設する工程と、ターゲットをバッキングプレートの他方の面に配設する工程と、ターゲット、バッキングプレート及びブロックを温度及び圧力を上昇させた条件下に配置してターゲット、バッキングプレート及びブロックを互いに拡散接合する工程とを有する。第３の材料は、第２の材料と異なる材料であり、第１の材料と等しい熱膨張率を有する材料から選択される。

Description

【発明の詳細な説明】 スパッタターゲットとバッキングプレートの組立体 及びその製造方法 技術分野 本発明は、スパッタリング処理に関し、詳しくはスパッタリング処理に用いる スパッタターゲットとバッキングプレートの組立体に関する。 背景技術 基板に所望の材料の薄膜を成膜するスパッタリング処理が知られている。この スパッタリング処理を用いて、例えば集積回路等の半導体素子が製造される。ス パッタリング処理において、イオン衝突によりスパッタターゲットから叩き出さ れた材料は、基板に堆積する。イオン衝突は、ターゲットから基板に堆積させる 材料を叩き出すだけでなく、イオン衝突によりターゲットに熱エネルギーが生じ る。このため、スパッタリング処理においては、通常、ターゲットの過熱を防止 するためにターゲットを冷却する手段が必要とされる。 ターゲットは通常バッキングプレートに装着されている。このバッキングプレ ートを冷却液が熱伝導するように接触して循環し、これによりイオン衝突によっ て熱されたターゲットが冷却される。このとき、スパッタ処理中にターゲットと バッキングプレートが分離してしまうことがないように、且つターゲットからバ ッキングプレート、そして冷却液への熱伝導が良好に行われるように、ターゲッ トとバッキングプレートを構造的に強固に、且つ良好な熱伝導性を有するように 接合することが重要となる。 ターゲットをバッキングプレートに接合する技術として、拡散接合が知られて いる。拡散接合は、加圧によりターゲットとバッキングプレートの表面を密接さ せ、加熱して接合面を変形させて結合及び拡散させて行われる。接合を補強する ために、接合される表面の一方或いは両方に、結合力の強い金属の膜をコーティ ングすることがある。このようなコーティングには、例えば電気メッキ、無電界 メッキ、スパッタリング、蒸着又はその他粘着性の金属膜を堆積させることので きる従来の技術の何れを用いてもよい。或いは、接合される材料のどちらにも結 合しやすい金属の金属泊を接合される部材の間に挟み込むようにして接合を行っ てもよい。また、接合面には、 接合の妨げとなる酸化物や酸化化合物の膜を除去する化学的処理が施される。 ターゲットとバッキングプレートの組立体は、例えば熱間等静圧圧縮成型法（ ＨＩＰｉｎｇ）又は単軸熱間圧縮成型法（ＵＨＰｉｎｇ）等の手法により拡散接 合される。単軸熱間圧縮成型法においては、接合されていない組立体は、プラン ジャ、熱板又はラムの間に配設される。これらラムは、温度、圧力、その他雰囲 気条件を制御できるチャンバ内に収納される。制御される雰囲気条件は、真空度 、還元ガス濃度、不活性ガス濃度、或いはそれらの条件の組合せである。そして 、接合されていない組立体を加熱するために、単軸熱間圧縮成型法が行われるチ ャンバ内の温度を上昇させる。組立体は、バッキングプレートに用いられる金属 の融点に等しい温度よりやや低い温度まで加熱される。このように組立体をバッ キングプレート材料の融点よりやや低い温度まで加熱すると、バッキングプレー トは軟化し、さらに圧力を加えることにより、化学的処理が施されたスパッタタ ーゲットの接合面に強固に密着する界面が形成される。組立体を加熱するととも に、ラムから組立体に対し単軸方向の圧縮力が加えられる。組立体は、このよう な温度、圧力、雰囲気ガスの条件下で、一定時間制御チャンバ内に放置され、互 いに接合されたターゲットとバッキングプレートの組立体が形成される。 熱間等静圧圧縮成型法では、処理が施されたスパッタリングターゲット及びバ ッキングプレートは、接合面となる密着された界面を有する組立体を形成するよ うに方向付けられて熱間等静圧圧縮成型法用の容器内に配設される。組立体が熱 間等静圧圧縮成型法用の容器内に配設されると、容器内は真空にされ、さらにこ の容器は熱間等静圧圧縮成型法用のチャンバ内に配設される。そして、熱間等静 圧圧縮成型法用のチャンバ内の雰囲気は、例えばアルゴンやヘリウム等の完全な 不活性ガスに置換される。さらに、上述した単軸熱間圧縮成型法と同様に、熱間 等静圧圧縮成型法用のチャンバ内の温度及び圧力を上昇させてスパッタターゲッ トとバッキングプレートを接合した組立体を形成する。ここでも同様に、組立体 はバッキングプレート材料の融点よりやや低い温度まで加熱され、熱間等静圧圧 縮成型法用の容器及び容器に収納された組立体に対してあらゆる方向から圧力が 加えられる。組立体は、所定の温度、圧力、雰囲気ガスの条件下で、一定時間制 御チャンバ内に放置され、ターゲットとバッキングプレートが互いに接合された 組立体が形成される。 本願と同一の出願人により１９９５年４月２１日に出願された米国特許出願番 号０８／４２６，２４６号、発明の名称「スパッタ用ターゲットとバッキングプ レートの組立体及びその製造方法」に単軸熱間圧縮成型法及び熱間等静圧圧縮成 型法に必要な時間、温度、圧力の値の例が開示されており、参照によりこの出願 は本明細書に組み込まれるものとする。 拡散接合に続いて行われる放冷の工程において、接合されたターゲットとバッ キングプレートの組立体は、熱膨張率に従って収縮し、ターゲットとバッキング プレートの熱膨張率の差異により組立体内に応力が生じ、組立体に歪み及び／又 は亀裂が生ずることがある。 ターゲットの材料としてはタングステン−チタンが多く用いられる。タングス テン−チタンを用いたターゲットとバッキングプレートの組立体においては、タ ーゲットとバッキングプレートの材料間の熱膨張率に差異が生じることを避ける ために、チタン製のバッキングプレートを用いることが多い。しかしながら、チ タンは高価であり、それゆえバッキングプレートの材料としては望ましくない。 また、より廉価な、例えばアルミニウム等の材料は、タングステン−チタンと大 きく異なる熱膨張率を有しており、その結果、ターゲットとバッキングプレート の組立体に歪みや亀裂が生じてしまう。 本発明の目的は、ターゲットとバッキングプレートの熱膨張率の差異を緩和し てターゲット及びバッキングプレートの熱的及び／又は構造的一体性が損なわれ ないようにしたターゲットとバッキングプレートの組立体及びその製造方法を提 供することである。 発明の開示 本発明は上述の課題に鑑み、一定の熱膨張率を有する第１の材料からターゲッ トを形成する工程と、第１の材料の熱膨張率と異なる熱膨張率を有する第１の材 料と異なる材料からバッキングプレートを形成する工程と、一定の熱膨張率を有 する第３の材料からブロックを形成する工程と、ブロックをバッキングプレート の一方の面に配設する工程と、ターゲットをバッキングプレートの他方の面に配 設する工程と、ターゲット、バッキングプレート及びブロックを温度及び圧力を 上昇させた条件下に配置してターゲット、バッキングプレート及びブロックを互 いに拡散接合する工程とを有し、第３の材料は、上記第１及び第２の材料の熱膨 張率の差異を緩和する熱膨張率を有するスパッタリングターゲットとバッキング プレートの組立体の製造方法を提供する。 第３の材料は、第１の材料に略等しい熱膨張率を有するように選択される。 ターゲット、バッキングプレート及びブロックは、熱間等静圧圧縮成型法によ り互いに拡散接合される。 ターゲット、バッキングプレート及びブロックは、単軸熱間圧縮成型法により 互いに拡散接合される。 ターゲットはタングステン−チタンを材料として形成され、バッキングプレー トは アルミニウムを材料として形成され、ブロックはグラファイトを材料として形成 される。この場合、ターゲットの熱膨張率は略６．４×１０^-6／℃であり、バッ キングプレートの熱膨張率は略１９．８×１０^-6／℃であり、ブロックの熱膨張 率は略５．６×１０^-6／℃である。 バッキングプレートは、望ましくは削成された凹部を備え、凹部にブロックが 挿入される。 バッキングプレートの凹部の中央にハブを形成してもよい。ブロックは、バッ キングプレートのハブを貫通させる孔部を備える。 また、本発明は上述の製造方法により製造されたスパッタターゲットとバッキ ングプレートの組立体を提供する。 本発明の主な利点は、それぞれ異なる熱膨張率を有する異なる材料から形成さ れたターゲット及びバッキングプレートを拡散接合しても、放冷時に歪みやター ゲットの亀裂が生じないターゲット及びバッキングプレートの組立体及びその製 造方法が提供できることである。 上述及びその他の目的及び利点は以下の詳細な記述及び添付の図面によりさら に明瞭になる。 図面の簡単な説明 図１Ａ及び図１Ｂは、本発明を適用したスパッタターゲット及びバッキングプ レートの製造方法における工程を概略的に示す図である。 図２は、図１Ａ及び図１Ｂに示す製造方法により製造されたスパッタターゲッ ト及びバッキングプレートを示す図である。 図３Ａ及び図３Ｂは、本発明を適用したスパッタターゲット及びバッキングプ レートの製造方法の変化例における工程を概略的に示す図である。 図４は、図３Ａ及び図３Ｂに示す製造方法により製造されたスパッタターゲッ ト及びバッキングプレートを示す図である。 発明を実施するための最良の形態 熱間等静圧圧縮成型法の処理を行うために熱間等静圧圧縮成型法用の容器に収 容される組立体１０を図１に示す。 組立体１０は、一方の面に凹部１４が形成されたアルミニウム製のバッキング プレート１２と、接合界面１８においてバッキングプレート１２に接合されるタ ングステン−チタン製のターゲット１６とを備える。そしてグラファイト製のブ ロック２０が凹部１４に挿入される。さらにアルミニウム製の擬装バッキングプ レート２２がスパッタリングターゲット１６の上側に配置される。そして、上部 の鋼板２４が 擬装バッキングプレート２２の上側に、及び下部の鋼板２６がブロック２０を内 部に収納したバッキングプレート１２の下側にそれぞれ配置される。 図１Ｂに示すように、例えば組立体１０は、約１０^-2ｔｏｒｒ或いはそれ以上 の真空に晒される熱間等静圧圧縮成型法用の容器（図示せず）に収納され、すな わち熱間等静圧圧縮成型法用の容器内に図に示すような状態で収納されて熱及び 圧力が加えられる。なお、単軸熱間圧縮成型法においても組立体１０は、図１Ｂ に示す状態で同様に約１０^-2ｔｏｒｒの条件下で熱及び圧力が加えられる。 組立体１０は、約３００℃〜５７５℃、好ましくは４５０℃〜４４０℃に加熱 され、約３０ＭＰａ〜約１４０ＭＰａの圧力が加えられ、約３０分〜６０分の間 このような条件下に放置される。単軸熱間圧縮成型法を用いる場合、圧力は一組 のプランジャ、熱板又はラムの間に加えられる。熱間等静圧圧縮成型法を用いる 場合は、熱間等静圧圧縮成型法用の容器及びそこに収容される組立体１０には、 熱間等静圧圧縮成型法用の容器に対してあらゆる方向から圧力が加えられる。組 立体１０をバッキングプレート１２の材料の融点よりやや低い温度まで加熱する ことにより、バッキングプレート１２は軟化し、さらに圧力によってターゲット １６の接合面に密着する界面が形成される。同様に、ブロック２０は、バッキン グプレート１２の下側に接合される。 組立体１０を放冷する間、グラファイト製のブロック２０は、パッキングブレ ート１２の収縮を規制し、これにより組合体であるバッキングプレート１２の熱 による収縮は、タングステン−チタン製のターゲット１６の収縮と略等しくなる 。典型的なタングステン−チタン製のターゲットの熱膨張率は、約６．４×１０^-6 ／℃であり、アルミニウム製のバッキングプレートの熱膨張率は約１９．８× １０^-6／℃であり、グラファイト製のブロックの熱膨張率は約５．８×１０^-6／ ℃である。このように、グラファイト製のブロック２０はタングステン−チタン 製のターゲット１６に略等しい熱膨張率を有している。これによりターゲット１ ６とバッキングプレート１２間の歪み及び／又はターゲット１６に亀裂が生ずる ことが防止される。 最後に、図２に示すように、放冷された組立体１０から鋼板２４，２６及び擬 装バッキングプレート２２が引き離される。さらに、凹部１４からブロック２０ が取り外されて、組立体１０をカソード機構体に装着したときバッキングプレー ト１２に流される冷却液用の流路が形成される。 図３Ａに組立体の変形例である組立体５０を示す。組立体５０は、アルミニウ ム製のバッキングプレート５２を備え、バッキングプレート５２の一方の面には 、凹部５４が形成され、さらにバッキングプレート５２をカソード機構に取り付 けるための中央ハブ５６が設けられている。タングステン−チタン製のターゲッ ト５８は、 スペーサリング６０内に配設されてバッキングプレート５２に接合される。グラ ファイト製のブロック６２は、ハブ５６を貫通させるための孔部６４を備え、凹 部５４に挿入される。擬装バッキングプレート６６は、ターゲット５８の上側に 配置される、そして、上部の鋼板６８が擬装バッキングプレート６６の上側に、 及び下部の鋼板７０がブロック６２を内部に収納したバッキングプレート５２の 下側にそれぞれ配置される。 組立体５０は、熱間等静圧圧縮成型法を用いる場合も単軸熱間圧縮成型法を用 いる場合も上述の実施例と同様の時間、同様の圧力と温度の条件下に置かれる（ 図３Ｂ）。組立体５０の放冷時には、グラファイト製のブロック６２がアルミニ ウム製のバッキングプレート５２の収縮を制限し、これにより組合体であるバッ キングプレート５２の熱による収縮は、タングステン−チタン製のターゲット５ ８の収縮と略等しくなる。これによりターゲット５８とバッキングプレート５２ 間の歪み及び／又はターゲット５８に亀裂が生ずることが防止される。 最後に、上述の実施例と同様に、図４に示すように、放冷された組立体５０か ら合板６８，７０及び擬装バッキングプレート６６が引き離される。さらに、凹 部５４からブロック６２が取り外されて、組立体５０をカソード機構に装着した ときバッキングプレート５２に流される冷却液用の流路が形成される。 当業者にとって、本発明の様々な追加例や変更例を想到し、これによりターゲ ットとバッキングプレートの組立体及びその製造方法を改善することは容易であ るが、以下の請求の範囲の通り、それらは本発明の思想及び範囲を逸脱するもの ではない。例えば、ターゲット、バッキングプレート及びブロックは、それぞれ タングステン−チタン、アルミニウム及びグラファイト以外の材料から形成して もよい。また、拡散接合以外の接合法を用いてもよい。したがって、本発明の範 囲は、以下に示す請求の範囲及びそれと同等のものによってのみ特定される。 請求の範囲は、以下の通りである。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９７年８月５日 【補正内容】 ヨーロッパ特許公開番号ＥＰ−Ａ−０，５９０，９０４には、拡散結合された スパッタリングターゲットの製造方法が開示されており、ここでは、熱膨張率が 互いに異なる材料から形成されたターゲットとバッキングプレートを加熱及び互 いに加圧して、ターゲットをバッキングプレートに拡散結合している。 日本国特許公開番号平２−１１７５９号には、熱膨張率がターゲットに等しい ジグを用いてターゲットをバッキングプレートにロウ接する製造方法が開示され ている。 発明の開示 本発明は上述の課題に鑑み、一定の熱膨張率を有する第１の材料からターゲッ トを形成する工程と、第１の材料の熱膨張率と異なる熱膨張率を有する第１の材 料と異なる材料からバッキングプレートを形成する工程と、一定の熱膨張率を有 する第３の材料からブロックを形成する工程と、ブロックをバッキングプレート の一方の面に配設する工程と、ターゲットをバッキングプレートの他方の面に配 設する工程と、ターゲット、バッキングプレート及びブロックを温度及び圧力を 上昇させた条件下に配置してターゲット、バッキングプレート及びブロックを互 いに拡散接合する工程とを有し、第３の材料は、第２の材料と異なる材料であり 、第１の材料と略等しい熱膨張率を有する材料から選択されるスパッタリングタ ーゲットとバッキングプレートの組立体の製造方法を提供する。 第３の材料は、第１の材料に略等しい熱膨張率を有するように選択される。 ターゲット、バッキングプレート及びブロックは、熱間等静圧圧縮成型法によ り互いに拡散接合される。 ターゲット、バッキングプレート及びブロックは、単軸熱間圧縮成型法により 互いに拡散接合される。 ターゲットはタングステン−チタンを材料として形成され、バッキングプレー トは 請求の範囲 １． 一定の熱膨張率を有する第１の材料からターゲット（１６）を形成する工 程と、 上記第１の材料の熱膨張率と異なる熱膨張率を有する上記第１の材料と異なる 材料からバッキングプレート（１２）を形成する工程と、 一定の熱膨張率を有する第３の材料からブロック（２０）を形成する工程と、 上記ブロックを上記バッキングプレートの一方の面に配設する工程と、 上記ターゲットを上記バッキングプレートの他方の面に配設する工程と、 上記ターゲット、バッキングプレート及びブロックを温度及び圧力を上昇させ た条件下に放置して上記ターゲット、バッキングプレート及びブロックを互いに 拡散接合する工程とを有し、 上記第３の材料は、上記第２の材料と異なる材料であり、上記第１の材料と略 等しい熱膨張率を有する材料から選択されるスパッタリングターゲットとバッキ ングプレートの組立体（１０）の製造方法。 ２． 上記ターゲット、バッキングプレート及びブロックは、熱間等静圧圧縮成 型法により互いに拡散接合されることを特徴とする請求の範囲１記載の製造方法 。 ３． 上記ターゲット、バッキングプレート及びブロックは、単軸熱間圧縮成型 法により互いに拡散接合されることを特徴とする請求の範囲１記載の製造方法。 ４． 上記ターゲットはタングステン−チタンを材料として形成され、上記バッ キングプレートはアルミニウムを材料として形成され、上記ブロックはグラファ イトを材料として形成されることを特徴とする請求の範囲１記載の製造方法。 ５． 上記ターゲットの熱膨張率は略６．４×１０^-6／℃であり、上記バッキン グプレートの熱膨張率は略１９．８×１０^-6／℃であり、上記ブロックの熱膨張 率は略５．６×１０^-6／℃であることを特徴とする請求の範囲４記載の製造方法 。 ６． 上記バッキングプレートは、削成された凹部（５４）を備え、上記凹部に 上記ブロックが挿入されることを特徴とする請求項１記載の製造方法。 ７． 上記バッキングプレートは、上記凹部の中央にハブ（５６）を備え、上記 ブロック（６２）は、上記バッキングプレートのハブを貫通させる孔部（６４） を備えることを特徴とする請求の範囲６記載の製造方法。 ８． 請求の範囲１記載の製造方法により製造されたスパッタター ゲットとバッキングプレートの組立体。 ９． 請求の範囲２記載の製造方法により製造されたスパッタターゲットとバッ キングプレートの組立体。 １０． 請求の範囲３記載の製造方法により製造されたスパッタターゲットとバ ッキングプレートの組立体。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ， ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，Ｈ Ｕ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ， ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，Ｒ Ｏ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 トーマス ジェー ハント アメリカ合衆国 ニューヨーク州 10566 ピークスキル ロックウッド ドライブ 891 (72)発明者 スレッシュ アンナバラプ アメリカ合衆国 ニュージャージ州 07020 エッジウォーター ワン ハドソ ン ハーバー エー ピー ティー ５ ジー

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 一定の熱膨張率を有する第１の材料からターゲットを形成する工程と、 一定の熱膨張率を有する第２の材料からバッキングプレートを形成する工程と 、 一定の熱膨張率を有する第３の材料からブロックを形成する工程と、 上記ブロックを上記バッキングプレートの一方の面に配設する工程と、 上記ターゲットを上記バッキングプレートの他方の面に配設する工程と、 上記ターゲット、バッキングプレート及びブロックを温度及び圧力を上昇させ た条件下に放置して上記ターゲット、バッキングプレート及びブロックを互いに 拡散接合する工程とを有し、 上記第３の材料は、上記第１及び第２の材料の熱膨張率の差異を緩和する熱膨 張率を有するスパッタリングターゲットとバッキングプレートの組立体の製造方 法。 ２． 上記第３の材料は、上記第１の材料の熱膨張率に略等しい熱膨張率を有す る材料から選択されることを特徴とする請求の範囲１記載の製造方法。 ３． 上記ターゲット、バッキングプレート及びブロックは、熱間 等静圧圧縮成型法により互いに拡散接合されることを特徴とする請求の範囲２記 載の製造方法。 ４． 上記ターゲット、バッキングプレート及びブロックは、単軸熱間圧縮成型 法により互いに拡散接合されることを特徴とする請求の範囲２記載の製造方法。 ５． 上記ターゲットはタングステン−チタンを材料として形成され、上記バッ キングプレートはアルミニウムを材料として形成され、上記ブロックはグラファ イトを材料として形成されることを特徴とする請求の範囲２記載の製造方法。 ６． 上記ターゲットの熱膨張率は略６．４×１０^-6／℃であり、上記バッキン グプレートの熱膨張率は略１９．８×１０^-6／℃であり、上記ブロックの熱膨張 率は略５．６×１０^-6／℃であることを特徴とする請求の範囲５記載の製造方法 。 ７． 上記バッキングプレートは、凹部を備え、上記凹部に上記ブロックが挿入 されることを特徴とする請求項１記載の製造方法。 ８． 上記バッキングプレートは、上記凹部の中央にハブを備え、上記ブロック は、上記バッキングプレートのハブを貫通させる孔部を備えることを特徴とする 請求の範囲７記載の製造方法。 ９． 請求の範囲１記載の製造方法により製造されたスパッタター ゲットとバッキングプレートの組立体。 １０． 請求の範囲３記載の製造方法により製造されたスパッタターゲットとバ ッキングプレートの組立体。 １１． 請求の範囲４記載の製造方法により製造されたスパッタターゲットとバ ッキングプレートの組立体。