TW201531576A - 濺鍍靶／背板組裝體 - Google Patents

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Abstract

本發明係一種濺鍍靶/背板組裝體，其特徵在於：濺鍍靶係由0.2%保證應力具有150~200MPa之Ta構成，背板係由0.2%保證應力具有60~200MPa之Cu合金構成。課題在於儘可能地減低濺鍍靶之塑性變形(以雙金屬之形態由熱膨張與收縮所造成)，提高膜厚之均一性且提高成膜速度，提升生產性。

Description

濺鍍靶/背板組裝體
本發明係關於一種具備有磁控濺鍍所需之特性的濺鍍靶/背板組裝體。
自以往以來可輕易控制膜厚及成分之濺鍍法，大多被利用作為電子、電氣零件用材料的成膜法之一。又，為了提升此濺鍍之成膜速度，尤其大多利用藉由電磁力控制電漿之磁控濺鍍裝置。又，為了提升成膜速度而儘可能地增大對濺鍍靶之輸入電功率，但於此種情形時，會因陽離子對靶表面之撞擊而受到加熱，增加輸入電功率的同時，靶的溫度會有變高的傾向。
通常，濺鍍靶會被接合在以銅等導熱性佳之材料製成之背板，藉由水冷等手段將此背板冷卻，而呈間接地將如前述受到加熱之濺鍍靶加以冷卻的構造。背板大多由於會被再利用，故此濺鍍靶與背板，大多以可替換濺鍍靶之方式用焊料或接著劑接合。
通常，磁控濺鍍裝置中之磁鐵，係採用於冷卻裝置中使之旋轉的構造。於此種裝置中，若於冷卻裝置使磁鐵旋轉，則會產生渦電流，增加旋轉速度的同時，亦會增大渦電流。並且，此渦電流會導致產生逆磁場，而此會產生減少有效磁通之作用。此種有效磁通之減少，結果會發生下述問題：對膜之均勻性造成嚴重影響，使成膜速度改變。
接著介紹先前技術。
於專利文獻1揭示有一種靶/背板組裝體，係使用於磁控濺鍍之銅或銅合金靶/銅合金背板組裝體，銅合金背板為鈹銅合金、Cu-Ni-Si合金。
又，於專利文獻2記載有一種接合銅、鋁、鉭等濺鍍靶與銅合金或鋁合金製背板之組裝體，該背板之比電阻值在3.0μΩ．cm以上，且拉伸強度在150MPa以上。
於專利文獻3揭示有一種將下述之濺鍍用背板與濺鍍靶接合而成之組裝體，該濺鍍用背板係由Cu合金構成，且0.2%保證應力在200MPa以上。又，於專利文獻4記載有一種將下述之濺鍍用背板與濺鍍靶接合而成之組裝體，該濺鍍用背板係由Al合金構成，且0.2%保證應力在200MPa以上。
於專利文獻5揭示有一種隔著鋁或鋁合金之嵌入材擴散接合之組裝體，該組裝體即使於靶與背板之熱膨脹係數差大的情形時，擴散接合後之變形亦小。又，於專利文獻6記載有一種強度與渦電流特性優異之濺鍍靶/背板組裝體，該組裝體在靶中央部之背板位置具有嵌入純銅之結構。
然而，以往之濺鍍靶/背板組裝體，具有如下問題。亦即，於濺鍍靶，會有因輸入電功率(濺鍍功率)產生之熱，若開關濺鍍電源，則會對靶反覆加熱與冷卻。因此，濺鍍靶/背板組裝體，係如圖1所示，會以雙金屬之形態反覆進行因熱膨脹與收縮所導致之變形，而使靶產生塑性變形。並且，此種靶之變形有下述之問題：會引起膜厚之均一性或成膜速度之變化、與磁鐵的接觸等。
專利文獻1：日本特許第4331727號
專利文獻2：日本特開2001-329362號公報
專利文獻3：日本特開平11-236665號公報
專利文獻4：日本特開平10-330929號公報
專利文獻5：國際公開第2010/134417號
專利文獻6：國際公開第2011/018970號
本發明之課題在於提供一種藉由儘可能地減低濺鍍靶之塑性變形(因濺鍍靶/背板組裝體以雙金屬之形態反覆進行熱膨張與收縮所造成)，而可提高膜厚之均一性且提高成膜速度，提升生產性的濺鍍靶/背板組裝體。
為了解決上述問題，本發明人等經潛心研究的結果得到以下見解：藉由適當地選擇具有既定之0.2%保證應力的材質作為濺鍍靶或背板，即使是濺鍍靶與背板之熱膨脹係數之差大的情形時，亦可抑制因反覆熱膨脹與收縮所造成之濺鍍靶的塑性變形。
本發明根據此種見解，提供：
1)一種濺鍍靶/背板組裝體，係將濺鍍靶與熱膨脹係數大於該濺鍍靶之背板接合而成，其特徵在於：濺鍍靶係由0.2%保證應力具有150~200MPa之Ta構成，背板係由0.2%保證應力具有60~200MPa之Cu合金構成。
2)如第1項之濺鍍靶/背板組裝體，其中，背板係由0.2%保證應力具有100~150MPa之Cu合金構成。
3)如第1項之濺鍍靶/背板組裝體，其中，背板係由Cu合金構成，該Cu合金含有30~40at%之Zn，剩餘部分為Cu。
本發明之濺鍍靶/背板組裝體具有下述優異之效果：藉由儘可能地減低以雙金屬之形態因熱膨張與收縮所產生之濺鍍靶之塑性變形，而可提高膜厚之均一性且提高成膜速度，提升生產性。
圖1：係顯示濺鍍靶之彎曲發生過程的示意圖。
圖2：係顯示測量膜之片電阻的晶圓面內49部位之圖。
通常，與熱膨脹係數大之背板接合的濺鍍靶，於背板之保證應力高於濺鍍時之擴散接合界面之應力的情形，當濺鍍時，會在背板之濺鍍面側於彈性變形區域內產生凹陷之變形。另一方面，若結束濺鍍，靶受到冷卻，則會因為收縮而在濺鍍靶之濺鍍面側產生凸起之彎曲塑性變形。因此，若反覆進行濺鍍之開、關(動作、停止)，則會逐漸地使濺鍍之變形進行，對膜厚之均一性或成膜速度之下降造成影響。
為了解決上述之課題，本發明係一種將由Ta構成之濺鍍靶與由Cu合金構成之背板擴散接合而成之濺鍍靶/背板組裝體，其特徵在於：使該濺鍍靶之0.2%保證應力為150~200MPa，使該背板之0.2%保證應力為60~200MPa。
作為濺鍍靶構件使用之Ta的熱膨脹係數，於273K~373K之範圍約6.1~6.5μ/K，作為背板構件使用之Cu合金的熱膨脹係數，於 273K~373K之範圍約16.8~17.6μ/K，但即使是接合此種熱膨脹係數差異大之濺鍍靶與背板的情形，亦可有效地抑制濺鍍後之靶的塑性變形，降低濺鍍膜之面內的變動。
於本發明中，使濺鍍靶(鉭)之0.2%保證應力在150MPa以上200MPa以下。若0.2%保證應力未達150MPa，則在濺鍍過程中容易塑性變形，又，若超過200MPa，則在製造上會變得困難，亦會花費成本，故並不佳。
於本發明中，使背板(銅合金)之0.2%保證應力在60MPa以上200MPa以下。若0.2%保證應力未達60MPa，則濺鍍後之靶的彎曲量會增大，超過容許範圍。並且，此種彎曲量之增大，由於會使濺鍍時之膜厚的均一性降低，且使成膜速度下降，故並不佳。另一方面，若超過200MPa，則在製造上會變得困難，亦會花費成本，故並不佳。宜使背板(銅合金)之0.2%保證應力為60~150MPa，進一步為100~150MPa。
本發明之濺鍍靶/背板組裝體，較佳使用含有Zn(鋅)之Cu(銅)合金作為背板。Zn-Cu合金，由於可抑制磁控濺鍍之渦電流，故較佳，且從強度、耐腐蝕性、強度之觀點來看亦優異。作為Zn-Cu合金之組成，較佳含有30~40at%之Zn，剩餘部分為Cu。
接著，以下說明本發明之濺鍍靶/背板的製造方法一例。另，以下之說明係為了使本發明容易理解，並非藉此限制本發明之範圍。亦即，即使是其他之製造方法，若能實現本發明，則本發明亦包含該製造方法。
通常，即使材料之成分組成相同，0.2%保證應力亦會因鍛 造或壓延等造成之塑性變形(尤其是熱處理加工)而不同，於本發明中，尤其重要的是控制鍛造、退火、壓延、熱處理等條件進行加工，以使濺鍍靶及背板之0.2%保證應力在既定之範圍。
當製作濺鍍靶時，首先對鉭原料進行電子束熔解，對其進行鑄造製成直徑195mm之鉭鑄錠。關於鉭原料之純度，為了防止因雜質所造成之電特性的劣化，較佳使用高純度原料。例如，可使用純度99.995%左右之鉭原料。鑄錠之尺寸，可視想要之靶尺寸作適當變更。
接著，以室溫對該鑄錠進行合模鍛造，製成直徑150mm後，以1100~1400℃之溫度對其進行再結晶退火。再次以室溫對其進行鍛造製成厚度100mm、直徑150mm(一次鍛造)，然後，以再結晶溫度~1400℃之溫度進行再結晶退火。再次以室溫對其進行鍛造，製成厚度70~100mm、直徑150~185mm(二次鍛造)，然後，以再結晶溫度~1400℃之溫度進行再結晶退火。
然後，以壓延率80~90%對其進行壓延後，於真空中，以850~950℃之溫度進行熱處理。藉此，可得到0.2%保證應力為150~200MPa之Ta濺鍍靶。另，前述鍛造之程度及次數、壓延率，以及退火溫度或熱處理溫度，由於會受到濺鍍靶尺寸等之影響，故必須作適當調整，本發明並不受上述製造條件之限制。
當製作背板時，例如，對Zn比率為34%或37%之Zn-Cu合金小胚進行700~800℃之65~70%的鍛粗鍛造。並且，對其進行旋擠加工而成型，然後，於大氣中，以300~600℃之溫度對其進行熱處理，藉此可得到0.2%保證應力為60~200MPa之Cu合金背板。
鍛粗鍛造(熱鍛造)之溫度及鍛造之程度以及熱處理溫度，由於會受到背板尺寸等之影響，故需作適當調整，本發明並不受上述製造條件之任何限制。又，上述Cu合金中之Zn比率為一例示，本發明並不受此組成之限制。
實施例
接著，說明實施例。另，本實施例係用以顯示發明之一例示者，本發明並不受到此等實施例之限制。亦即，包含本發明之技術思想所含之其他態樣及變形。
(實施例1)
使用0.2%保證應力為181.7MPa之鉭，製作直徑450mm、厚度13mm之濺鍍靶。背板則是使用組成為Zn：37.0wt%，剩餘部分為Cu，0.2%保證應力為142.2MPa之Cu合金，製作直徑540mm、厚度13mm之背板。對此濺鍍靶與背板進行擴散接合，藉此製作濺鍍靶/背板組裝體。另，0.2%保證應力測量，係依據JIS Z2241(以下之實施例、比較例亦相同)。
使用此濺鍍靶/背板組裝體，藉由磁控濺鍍裝置，以下述成膜條件，在8吋之矽晶圓上進行成膜，評價整個靶壽命之膜厚的均一性。亦即，每300kWh進行濺鍍，求出圖2所示之各晶圓面內49處的片電阻Rs之平均值，使用該平均值算出晶圓間之平均值與標準偏差，藉此求出對於靶壽命之濺鍍膜面內的變動(%)=(晶圓間之片電阻的標準偏差)/(晶圓間之片電阻的平均值)×100。其結果，膜厚之面內的變動為2.0%。
(成膜條件)
電源：直流方式
電力：15kW
到達真空度：5×10-8Torr
環境氣體：Ar
濺鍍氣壓：5×10-3Torr
濺鍍時間：15秒
接著，將濺鍍當作壽命進行至約1300kWh後，自濺鍍裝置取出濺鍍靶/背板組裝體，測量靶之彎曲量。彎曲，係將直規(straight gauge)置於濺鍍面時濺鍍面之中心部與外圍部的高度差。亦即，求出彎曲=(濺鍍面中心部之高度)-(濺鍍面外圍部高度)。其結果，彎曲為0.5mm。彙整以上之結果示於表1。
(實施例2)
使用0.2%保證應力為177.5MPa之鉭，製作直徑450mm、厚度13mm之濺鍍靶。背板則是使用組成為Zn：34.0wt%，剩餘部分為Cu，0.2%保證應力為117.6MPa之Cu合金，製作直徑540mm、厚度13mm之背板。對此濺鍍靶與背板進行擴散接合，藉此製作濺鍍靶/背板組裝體。
使用此濺鍍靶/背板組裝體，藉由磁控濺鍍裝置，以與實施例1相同之條件，進行成膜，藉由片電阻評價膜厚之均一性。其結果，如表1所示，膜厚之面內變動為2.5%。濺鍍後，自裝置取出組裝體，測量靶之彎曲量，結果為0.5mm。
(實施例3)
使用0.2%保證應力為173.3MPa之鉭，製作直徑450mm、厚度13mm之濺鍍靶。背板則是使用組成為Zn：37.0wt%，剩餘部分為Cu，0.2%保證應力為98.0MPa之Cu合金，製作直徑540mm、厚度13mm之背板。對此濺鍍靶與背板進行擴散接合，藉此製作濺鍍靶/背板組裝體。
使用此濺鍍靶/背板組裝體，藉由磁控濺鍍裝置，以與實施例1相同之條件，進行成膜，藉由片電阻評價膜厚之均一性。其結果，如表1所示，膜厚之面內變動為3%。濺鍍後，自裝置取出組裝體，測量靶之彎曲量，結果為1mm。
(實施例4)
使用0.2%保證應力為158.4MPa之鉭，製作直徑450mm、厚度13mm之濺鍍靶。背板則是使用組成為Zn：34.0wt%，剩餘部分為Cu，0.2%保證應力為78.4MPa之Cu合金，製作直徑540mm、厚度13mm之背板。對此濺鍍 靶與背板進行擴散接合，藉此製作濺鍍靶/背板組裝體。
使用此濺鍍靶/背板組裝體，藉由磁控濺鍍裝置，以與實施例1相同之條件，進行成膜，藉由片電阻評價膜厚之均一性。其結果，如表1所示，膜厚之面內變動為3.0%。濺鍍後，自裝置取出組裝體，測量靶之彎曲量，結果為1.5mm。
(實施例5)
使用0.2%保證應力為173.8MPa之鉭，製作直徑450mm、厚度13mm之濺鍍靶。背板則是使用組成為Zn：34.0wt%，剩餘部分為Cu，0.2%保證應力為68.6MPa之Cu合金，製作直徑540mm、厚度13mm之背板。對此濺鍍靶與背板進行擴散接合，藉此製作濺鍍靶/背板組裝體。
使用此濺鍍靶/背板組裝體，藉由磁控濺鍍裝置，以與實施例1相同之條件，進行成膜，藉由片電阻評價膜厚之均一性。其結果，如表1所示，膜厚之面內變動為3.5%。濺鍍後，自裝置取出組裝體，測量靶之彎曲量，結果為2.0mm。
(實施例6)
使用0.2%保證應力為177.7MPa之鉭，製作直徑450mm、厚度13mm之濺鍍靶。背板則是使用組成為Zn：37.0wt%，剩餘部分為Cu，0.2%保證應力為68.6MPa之Cu合金，製作直徑540mm、厚度13mm之背板。對此濺鍍靶與背板進行擴散接合，藉此製作濺鍍靶/背板組裝體。
使用此濺鍍靶/背板組裝體，藉由磁控濺鍍裝置，以與實施例1相同之條件，進行成膜，藉由片電阻評價膜厚之均一性。其結果，如表1所示，膜厚之面內變動為4.0%。濺鍍後，自裝置取出組裝體，測量靶 之彎曲量，結果為2.0mm。
(比較例1)
使用0.2%保證應力為162.7MPa之鉭，製作直徑450mm、厚度13mm之濺鍍靶。背板則是使用組成為Zn：37.0wt%，剩餘部分為Cu，0.2%保證應力為59.8MPa之Cu合金，製作直徑540mm、厚度13mm之背板。對此濺鍍靶與背板進行擴散接合，藉此製作濺鍍靶/背板組裝體。
使用此濺鍍靶/背板組裝體，藉由磁控濺鍍裝置，以與實施例1相同之條件，進行成膜，藉由片電阻評價膜厚之均一性。其結果，如表1所示，膜厚之面內變動為4.5%。濺鍍後，自裝置取出組裝體，測量靶之彎曲量，結果為3.0mm。
(比較例2)
使用0.2%保證應力為163.8MPa之鉭，製作直徑450mm、厚度13mm之濺鍍靶。背板則是使用組成為Zn：34.0wt%，剩餘部分為Cu，0.2%保證應力為57.8MPa之Cu合金，製作直徑540mm、厚度13mm之背板。對此濺鍍靶與背板進行擴散接合，藉此製作濺鍍靶/背板組裝體。
使用此濺鍍靶/背板組裝體，藉由磁控濺鍍裝置，以與實施例1相同之條件，進行成膜，藉由片電阻評價膜厚之均一性。其結果，如表1所示，膜厚之面內變動為5.0%。濺鍍後，自裝置取出組裝體，測量靶之彎曲量，結果為3.0mm。
(比較例3)
使用0.2%保證應力為167.9MPa之鉭，製作直徑450mm、厚度13mm之濺鍍靶。背板則是使用組成為Zn：37.0wt%，剩餘部分為Cu，0.2%保證應 力為52.0MPa之Cu合金，製作直徑540mm、厚度13mm之背板。對此濺鍍靶與背板進行擴散接合，藉此製作濺鍍靶/背板組裝體。
使用此濺鍍靶/背板組裝體，藉由磁控濺鍍裝置，以與實施例1相同之條件，進行成膜，藉由片電阻評價膜厚之均一性。其結果，如表1所示，膜厚之面內變動為5.4%。濺鍍後，自裝置取出組裝體，測量靶之彎曲量，結果為3.0mm。
(比較例4)
使用0.2%保證應力為165.0MPa之鉭，製作直徑450mm、厚度13mm之濺鍍靶。背板則是使用組成為Zn：34.0wt%，剩餘部分為Cu，0.2%保證應力為50.0MPa之Cu合金，製作直徑540mm、厚度13mm之背板。對此濺鍍靶與背板進行擴散接合，藉此製作濺鍍靶/背板組裝體。
使用此濺鍍靶/背板組裝體，藉由磁控濺鍍裝置，以與實施例1相同之條件，進行成膜，藉由片電阻評價膜厚之均一性。其結果，如表1所示，膜厚之面內變動為6.0%。濺鍍後，自裝置取出組裝體，測量靶之彎曲量，結果為3.5mm。
(比較例5)
使用0.2%保證應力為170.7MPa之鉭，製作直徑450mm、厚度13mm之濺鍍靶。背板則是使用組成為Zn：37.0wt%，剩餘部分為Cu，0.2%保證應力為42.2MPa之Cu合金，製作直徑540mm、厚度13mm之背板。對此濺鍍靶與背板進行擴散接合，藉此製作濺鍍靶/背板組裝體。
使用此濺鍍靶/背板組裝體，藉由磁控濺鍍裝置，以與實施例1相同之條件，進行成膜，藉由片電阻評價膜厚之均一性。其結果，如 表1所示，膜厚之面內變動為6.0%。濺鍍後，自裝置取出組裝體，測量靶之彎曲量，結果為3.5mm。
(比較例6)
使用0.2%保證應力為171.0MPa之鉭，製作直徑450mm、厚度13mm之濺鍍靶。背板則是使用組成為Zn：34.0wt%，剩餘部分為Cu，0.2%保證應力為39.2MPa之Cu合金，製作直徑540mm、厚度13mm之背板。對此濺鍍靶與背板進行擴散接合，藉此製作濺鍍靶/背板組裝體。
使用此濺鍍靶/背板組裝體，藉由磁控濺鍍裝置，以與實施例1相同之條件，進行成膜，藉由片電阻評價膜厚之均一性。其結果，如表1所示，膜厚之面內變動為6.5%。濺鍍後，自裝置取出組裝體，測量靶之彎曲量，結果為3.5mm。
(比較例7)
使用0.2%保證應力為148.0MPa之鉭，製作直徑450mm、厚度13mm之濺鍍靶。背板則是使用組成為Zn：37.0wt%，剩餘部分為Cu，0.2%保證應力為140.0MPa之Cu合金，製作直徑540mm、厚度13mm之背板。對此濺鍍靶與背板進行擴散接合，藉此製作濺鍍靶/背板組裝體。
使用此濺鍍靶/背板組裝體，藉由磁控濺鍍裝置，以與實施例1相同之條件，進行成膜，藉由片電阻評價膜厚之均一性。其結果，如表1所示，膜厚之面內變動為6.6%。濺鍍後，自裝置取出組裝體，測量靶之彎曲量，結果為3.9mm。
(比較例8)
使用0.2%保證應力為145.0MPa之鉭，製作直徑450mm、厚度13mm之 濺鍍靶。背板則是使用組成為Zn：37.0wt%，剩餘部分為Cu，0.2%保證應力為40.0MPa之Cu合金，製作直徑540mm、厚度13mm之背板。對此濺鍍靶與背板進行擴散接合，藉此製作濺鍍靶/背板組裝體。
使用此濺鍍靶/背板組裝體，藉由磁控濺鍍裝置，以與實施例1相同之條件，進行成膜，藉由片電阻評價膜厚之均一性。其結果，如表1所示，膜厚之面內變動為6.9%。濺鍍後，自裝置取出組裝體，測量靶之彎曲量，結果為4.5mm。
如以上所述，於任一實施例中，皆是使用0.2%保證應力具有150~200MPa之Ta作為濺鍍靶，且皆是使用0.2%保證應力具有60~200MPa之Cu合金作為背板，藉此可抑制濺鍍靶之彎曲，且可減少濺鍍膜之面內變動。因此，可知濺鍍靶與背板之0.2%保證應力的組合，對於降低靶之彎曲肩負重要之角色。
產業上之可利用性
本發明具有可提供一種下述之濺鍍靶/背板組裝體的優異效果：可減低因濺鍍時之加熱與冷卻所造成之靶的彎曲，且藉此可提高膜厚之均一性，提升成膜速度。本發明尤其適合使用於磁控濺鍍裝置。

Claims (3)

  1. 一種濺鍍靶/背板組裝體，係將濺鍍靶與熱膨脹係數大於該濺鍍靶之背板接合而成，其特徵在於：濺鍍靶係由0.2%保證應力具有150~200MPa之Ta構成，背板係由0.2%保證應力具有60~200MPa之Cu合金構成。
  2. 如申請專利範圍第1項之濺鍍靶/背板組裝體，其中，背板係由0.2%保證應力具有100~150MPa之Cu合金構成。
  3. 如申請專利範圍第1項之濺鍍靶/背板組裝體，其中，背板係由Cu合金構成，該Cu合金含有30~40at%之Zn，剩餘部分為Cu。
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