WO2013005827A1 - スパッタリングターゲット - Google Patents

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WO2013005827A1
WO2013005827A1 PCT/JP2012/067316 JP2012067316W WO2013005827A1 WO 2013005827 A1 WO2013005827 A1 WO 2013005827A1 JP 2012067316 W JP2012067316 W JP 2012067316W WO 2013005827 A1 WO2013005827 A1 WO 2013005827A1
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WO
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target material
sputtering
backing plate
target
base
Prior art date
Application number
PCT/JP2012/067316
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English (en)
French (fr)
Inventor
拓洋 戒田
裕明 菅原
Original Assignee
住友化学株式会社
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C23C14/3407—Cathode assembly for sputtering apparatus, e.g. Target
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H01J37/3411—Constructional aspects of the reactor
    • H01J37/3414—Targets
    • H01J37/3417—Arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H01J37/3411—Constructional aspects of the reactor
    • H01J37/3414—Targets
    • H01J37/3423—Shape
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H01J37/3411—Constructional aspects of the reactor
    • H01J37/3435—Target holders (includes backing plates and endblocks)

Definitions

  • the present invention relates to a sputtering target used when a thin film is formed on a substrate by a sputtering method.
  • high-melting-point metal such as pure Cr film, pure Ta film, and pure Ti film for liquid crystal display or plasma display, thin film sensor, etc. Pure metal films or their alloy films have been used.
  • the metal thin film formed on the substrate forms a plasma discharge between the substrate and a target material that is a raw material for forming the thin film, and the target is irradiated with energy that ionized argon collides with the target material. It is formed by a so-called sputtering method that knocks out atoms constituting the material and deposits the atoms on a substrate to form a thin film.
  • a sputtering target having a target material can be disposed at a predetermined position in a chamber that forms a plasma discharge space.
  • a sputtering target is generally formed by placing a target material on a support member called a backing plate.
  • the backing plate can be cooled by a cooling body such as cooling water.
  • the temperature of the target material rises due to the energy with which ionized argon collides, but the cooling of the backing plate can prevent the temperature of the target material from rising excessively.
  • the portion where the target material is consumed by sputtering is not uniform with respect to the target material, and in particular when magnetron sputtering with increased sputtering efficiency is used, it is applied to the target material. Since the surface magnetic field causes electrons to concentrate on a specific trajectory, the surface of the target material tends to be locally consumed. In particular, when a target material of a conventional sputtering target is sputtered by a magnetron, it tends to be consumed in an annular shape from the center of the target material.
  • Patent Document 1 discloses sputtering that includes a backing plate having an annular recess in the vicinity of the peripheral edge, and a target material having an annular ring in the vicinity of the peripheral edge that fits in the recess.
  • a target is disclosed. That is, the sputtering target disclosed in Patent Document 1 has a target material in which the thickness in the vicinity of the peripheral edge is increased in an annular shape.
  • the target material of the sputtering target can be heated by the collision energy of ionized argon, but the surface in contact with the backing plate can be cooled.
  • the target material of the sputtering target can be heated at the sputtering surface during sputtering, but the surface in contact with the backing plate can be cooled, so there is a difference between the temperature of the sputtering surface and the temperature of the surface in contact with the backing plate. As a result, thermal stress can be applied to the target material during sputtering.
  • various external forces can be applied to the target material in a state where the sputtering target is disposed in the chamber of the sputtering apparatus.
  • a negative pressure is applied to the target material when the chamber is evacuated
  • a cooling medium supply pressure (pressing force) by supplying a coolant to the backing plate is applied to the surface of the target material that contacts the backing plate.
  • the sputtering surface of the target material is locally consumed (eroded) in an annular shape, and the target material is significantly deformed by the external force that can be applied during sputtering. It was.
  • an object of the present invention is to provide a sputtering target capable of extending the life of the target material and suppressing deformation due to external force of the target material that is locally consumed during sputtering.
  • a plate-shaped backing plate including a target material placed on the backing plate, The target material is A plate-like base in contact with the backing plate;
  • a sputtering target comprising: a convex portion formed coaxially and integrally with the base portion at a central portion of a surface opposite to the surface contacting the backing plate of the base portion.
  • the sputtering target characterized by the above-mentioned.
  • a target material used by being placed on a backing plate in a sputtering target A plate-like base in contact with the backing plate; A target material having a convex portion formed coaxially and integrally with the base portion at a central portion of a surface opposite to a surface contacting the backing plate of the base portion.
  • a target material used by being placed on a backing plate in a sputtering target A plate-like base in contact with the backing plate; A target material having a convex portion formed coaxially and integrally with the base portion at a central portion of a surface of the base portion that contacts the backing plate.
  • a backing plate used for supporting a target material in a sputtering target, wherein the backing plate has a concave portion at the center of a surface in contact with the target material.
  • the sputtering target of the present invention has a target material having a thickened central portion that is consumed violently during sputtering, the life can be extended. Therefore, the sputtering target of the present invention can be used for sputtering for a longer period of time.
  • the target material is consumed (erosion) during sputtering and is also consumed (erosion shape). Even when external forces such as thermal stress, negative pressure, and cooling medium supply pressure (pressing force) are applied to the target material, deformation of the target material can be suppressed.
  • the “sputtering target” of the present invention can be used when a metal film such as a wiring film or an electrode film is formed on a substrate in a sputtering apparatus such as a magnetron sputtering apparatus. Or a “backing plate” that supports the target material from the back side (the surface opposite to the sputtering surface) during sputtering.
  • FIG. 1 shows a configuration of a sputtering target 100 according to the first embodiment of the present invention.
  • the sputtering target 100 according to the first embodiment of the present invention includes a plate-like (preferably circular plate-like, ie, disc-like) backing plate 1 and a target material 2 that can be placed on the backing plate 1.
  • the target material 2 has a plate-like (preferably circular plate-like, ie, disk-like) base 21 that can be in contact with the backing plate 1 and a central portion of the surface opposite to the surface in which the base 21 is in contact with the backing plate 1. It has the convex part 22 formed coaxially and integrally with the base 21.
  • FIG. 1A shows a perspective view in which a part of the sputtering target 100 according to the first embodiment of the present invention is cut out
  • FIG. 1B shows a partial cross-sectional view of the sputtering target 100.
  • the backing plate 1 supports the target material 2 from the back side (surface opposite to the sputtering surface) during sputtering, and the surface on the opposite side of the backing plate 1 from the surface in contact with the target material 2 is cooling water. It can be cooled by a refrigerant body.
  • the backing plate 1 is shown in a circular flat plate shape (that is, a disc shape) in FIG. 1, but in the present invention, the backing plate shape may be a plate shape and is not limited to a disc shape. .
  • the material constituting the backing plate 1 is not particularly limited, and includes, for example, a metal.
  • the material can be made of, for example, an aluminum alloy (eg, Al-2024).
  • the diameter d1 of the backing plate 1 is, for example, 300 mm to 600 mm, preferably 400 mm to 600 mm, more preferably 500 mm to 600 mm, and 524 mm in this embodiment. is there.
  • the thickness Y1 of the backing plate 1 is, for example, 5 mm to 20 mm, preferably 5 mm to 15 mm, more preferably 5 mm to 10 mm, and in this embodiment is 8.8 mm.
  • the target material 2 can be placed on the backing plate 1 and can be supported by the backing plate 1. Therefore, the surface of the target material 2 opposite to the surface in contact with the backing plate 1 is a sputtering surface.
  • the target material 2 only needs to be made of a conductive material, and usually contains a metal, and can be made of, for example, aluminum, preferably aluminum, and in this embodiment, It is particularly preferable to use aluminum.
  • the target material 2 includes a base portion 21 and a convex portion (or a protruding portion) 22 at the center thereof.
  • the shape of the base 21 is not particularly limited as long as it is plate-like, and is preferably formed in a circular flat plate shape (that is, a disk shape) as shown in FIG. It is not limited to a disk shape.
  • the base 21 can be placed in contact with the backing plate 1 on the surface 21b.
  • the central portion of the base portion 21 means the center of the geometric shape of the base portion 21 and its surroundings.
  • the base portion 21 is circular as shown in FIG.
  • the axis of the base 21 means an axis extending in a direction perpendicular to the plane of the plate-like base 21 from the center of the geometric shape of the base 21 (for example, the axis L in FIG. 1). ).
  • the axis L of the base 21 is preferably coaxial with the axis of the backing plate 1, that is, the axis extending in the direction perpendicular to the plate surface from the center of the geometric shape of the backing plate 1.
  • the base 21 can be arranged concentrically with the backing plate 1.
  • the diameter of the base 21 (that is, the diameter of the surface 21b of the base 21 in contact with the backing plate 1) d2 is, for example, 100 mm to 500 mm, preferably 300 mm to 500 mm, more preferably 400 mm to 500 mm, and 443 mm in this embodiment.
  • the thickness of the base portion 21 (that is, the average thickness of the portion excluding the convex portion 22 of the target material 2) Y2 is, for example, 5 mm to 20 mm, preferably 7.5 mm to 20 mm, more preferably 10 mm to 20 mm. In the embodiment, it is 12.7 mm.
  • the diameter of the surface 21a opposite to the surface 21b in contact with the backing plate 1 of the base 21 is, for example, 100 mm to 500 mm, preferably 300 mm to 500 mm, more preferably 400 mm to 500 mm.
  • Is 437 mm which may be the same as or different from the diameter d2 of the surface 21b of the base 21 in contact with the backing plate 1, but is 0 mm to 30 mm, preferably 0 mm to 20 mm, more preferably 0 mm to d2 than d2. 10 mm shorter. That is, the base 21 may be a truncated cone.
  • the ratio of d1: d2 is not particularly limited, but for example, 1: 0.5 to 1: 0.9, preferably 1: 0.7 to 1: 0.9, more preferably 1: 0.8 to 1: 0.9.
  • the convex portion 22 protrudes from the central portion of the base portion 21, that is, the central portion of the surface 21 b opposite to the surface 21 b in contact with the backing plate 1 of the base portion 21 (that is, the sputtering surface), and the convex portion 22 is the axis of the base portion 21. It can be formed coaxially with L and integrally with the base 21. As shown in FIG. 1, the convex portion 22 is preferably formed in a truncated cone shape for reasons such as smoothing the sputtering surface. However, the shape of the convex portion 22 is not limited to the truncated cone shape, and may be a cylindrical shape, a spherical shape, or the like.
  • the diameter d3 of the upper bottom surface 22a of the convex portion 22 is, for example, 100 mm to 200 mm, preferably 100 mm to 175 mm, more preferably 100 mm to 150 mm, and in this embodiment, 123 mm. .
  • the diameter d4 of the bottom surface of the convex portion 22 (on the same plane as the surface 21a) is, for example, 120 mm to 220 mm, preferably 120 mm to 195 mm, more preferably 120 mm to 170 mm, and 143 mm in this embodiment.
  • the distance from the upper bottom surface to the lower bottom surface of the convex portion 22, that is, the thickness (height) Y3 of the convex portion 22 is, for example, 1 mm to 5 mm, preferably 1 mm to 4 mm, more preferably 1 mm to 3 mm. In the embodiment, it is 2.3 mm.
  • the ratio of d3: Y3 is, for example, 20: 1 to 200: 1, preferably 20: 1 to 150: 1, more preferably 20: 1 to 100: 1.
  • the region portion other than the region where the convex portion 22 is formed and the surface 22a of the convex portion 22 are sputtering surfaces that can be sputtered. .
  • the convex part 22 is truncated cone shape, the inclined surface between the sputtering surface 22a of the convex part 22 and the sputtering surface 21a of the base 21 can also become a sputtering surface.
  • the target material 2 is coaxial with the axis L of the base 21 at the center portion of the base 21 provided in contact with the backing plate 1 and the sputtering surface 21a of the base 21 as described above.
  • a convex portion 22 that can be formed integrally with the base portion 21. That is, the sputtering target 100 according to the first embodiment of the present invention is characterized in that the thickness of the target material 2 is increased at the center by the thickness Y3 of the convex portion 22.
  • the method of placing the target material 1 on the backing plate 1 is not particularly limited, and can be placed by a method such as diffusion bonding or solder bonding.
  • the center portion of the target material is consumed in an annular shape during sputtering.
  • the sputtering target 100 of the present embodiment has the target material 2 having a thickened central portion that is severely consumed by sputtering. It can withstand erosion, and can have a long life.
  • the sputtering target 100 according to the first embodiment of the present invention has a lifetime of 1.05 to 1.15 by providing the convex portion 22 at the center of the target material, as compared with the case where no convex portion is provided. Times, preferably 1.05 to 1.2 times, more preferably 1.05 to 1.25 times.
  • the convex part 22 is provided in the center part of the target material, even if a target material is consumed during sputtering, thermal stress, pressing force by cooling, It is possible to suppress the target material from being significantly deformed during sputtering by an external force such as negative pressure.
  • the sputtering surface becomes smooth (smooth), and even if the target material is consumed during sputtering, It is preferable because the above-described effects can be obtained such that the target material can be prevented from being significantly deformed during sputtering by an external force such as thermal stress, pressing force due to cooling, or negative pressure.
  • FIG. 2 shows the configuration of a sputtering target 200 according to the second embodiment of the present invention.
  • the sputtering target 200 according to the second embodiment of the present invention includes a plate-like (preferably circular plate-like, ie, disc-shaped) backing plate 3 and a target material 4 that can be placed on the backing plate 3.
  • the target material 4 has a plate-like (preferably circular plate-like, ie, disk-like) base 41 that can be in contact with the backing plate 3 and a central portion of the surface of the base 41 that is in contact with the backing plate 3 and is coaxial with and integrated with the base 41. And a convex portion 42 formed as a result.
  • FIG. 2A shows a perspective view in which a part of the sputtering target 200 according to the second embodiment of the present invention is cut away, and FIG. 2B shows a partial cross-sectional view of the sputtering target 200.
  • the backing plate 3 is not particularly limited as long as it can support the target material 4, and includes, for example, a metal and can be made of, for example, aluminum or an aluminum alloy, and preferably made of an aluminum alloy. Particularly preferably, in this embodiment, it may be composed of an aluminum alloy (for example, Al-2024).
  • the backing plate 3 includes a plate-like, preferably circular flat plate-like (that is, disc-like) base material 31, and the base material 31 is a target material 4, which will be described in detail below, at the center of the surface that contacts the target material 4.
  • the concave portion 32 that can be fitted to the convex portion 42 is provided.
  • the shape of the base material 31 may be a plate shape and is not limited to a disk shape.
  • the diameter of the substrate 31, that is, the diameter d5 of the backing plate 3 is, for example, 100 mm to 600 mm, preferably 300 mm to 600 mm, more preferably 500 mm to 600 mm. 524 mm.
  • the thickness of the substrate 31, that is, the thickness Y4 of the backing plate 3 is, for example, 5 mm to 20 mm, preferably 5 mm to 15 mm, more preferably 5 mm to 10 mm, and 8.8 mm in this embodiment.
  • a recess 32 formed so as to be able to fit with the protrusion 42 of the target material 4 is provided.
  • the backing plate 3 and the target material 4 are detachable or non-detachable.
  • 3 recesses 32 and the projections 42 of the target material 4 are at least partially coupled or engaged.
  • the shape of the concave portion 32 is not particularly limited as long as it can be fitted in correspondence with the convex portion 42. For example, a cylindrical shape, a spherical shape, and the like can be given. A columnar shape is particularly preferable.
  • the center of the recess 32 coincides with the center of the substrate 31.
  • the center of the substrate 31 is disk-shaped and the recess 32 is cylindrical
  • the center of the recess 32 that is, the center of the circle in the cross section of the cylinder of the recess
  • it is.
  • the depth of the concave portion 32 (the height of the column when the concave portion is cylindrical) is not particularly limited as long as it can fit with the convex portion 42, and is, for example, 1 mm to 5 mm, preferably 1 mm to It is 4 mm, more preferably 1 mm to 3 mm.
  • the diameter of the circle of the cross section of the concave portion is not particularly limited as long as it is a size that can be fitted to the convex portion 42, for example, 50 mm to 200 mm, preferably 50 mm to 150 mm, Preferably it is 75 mm to 150 mm, even more preferably 100 mm to 150 mm, and the ratio of the diameter of the circle in the cross section to the height of the cylinder is 150: 1 to 10: 1, preferably 125: 1 to 10: 1, more preferably Is from 100: 1 to 10: 1.
  • the ratio of the diameter of the substrate 31 to the diameter of the recess 32 is 2: 1 to 10: 1, preferably 2 1 to 7: 1, more preferably 2: 1 to 5: 1.
  • the target material 4 includes a base portion 41 and a convex portion 42 at the center thereof.
  • the target material 4 can be placed and supported on the backing plate 3 in a state where the convex portion 42 is fitted in the concave portion 32 of the backing plate 3. Therefore, the surface 41a opposite to the surface in contact with the backing plate 3 of the target material 4 is the sputtering surface.
  • the target material 4 only needs to be made of a conductive material, and usually contains a metal.
  • the target material 4 can be made of aluminum, preferably aluminum, and in this embodiment, aluminum. It is particularly preferable that
  • the shape of the base 41 of the target material 4 is not particularly limited as long as it is a plate shape, and is preferably formed in a circular flat plate shape (that is, a disk shape) as shown in FIG.
  • the shape of the base 41 is not limited to a disk shape.
  • the base 41 of the target material 4 can be placed on a surface 31a (excluding the portion of the recess 32) on the side where the recess 32 of the base material 31 of the backing plate 3 is formed.
  • a convex portion 42 that can fit with the concave portion 32 of the backing plate 3 is formed coaxially and integrally with the base portion 41 at the center portion of the surface of the base portion 41 of the target material 4 that contacts the backing plate 3.
  • the central portion of the base 41 means the center of the geometric shape of the base 41 and its surroundings.
  • the axis of the base 41 means an axis extending in the direction perpendicular to the plane of the plate-like base 41 from the center of the geometric shape of the base 41 (for example, the axis L in FIG. 2). ).
  • the axis L of the base 41 is preferably coaxial with the axis of the backing plate 3, that is, the axis extending in the direction perpendicular to the plate surface from the center of the geometric shape of the backing plate 3. Therefore, in this case, the target material 4 can be placed concentrically on the backing plate 3.
  • the diameter of the base 41 (that is, the diameter of the surface where the base 41 is in contact with the backing plate 3) d6 is, for example, 100 mm to 500 mm, preferably 300 mm to 500 mm, more preferably 400 mm. In this embodiment, it is 443 mm. Further, the thickness Y5 of the base 41 is, for example, 5 mm to 20 mm, preferably 7.5 mm to 20 mm, more preferably 10 mm to 20 mm, and in this embodiment 12.7 mm.
  • the diameter of the surface 41a opposite to the surface in contact with the backing plate 3 of the base 41 is, for example, 100 mm to 500 mm, preferably 300 mm to 500 mm, more preferably 400 mm to 500 mm. In this embodiment, it is 437 mm, and may be the same as or different from the diameter d6 of the surface of the base 41 that contacts the backing plate 3, but is 0 mm to 30 mm, preferably 0 mm to 20 mm, more preferably d6. Is 0-10 mm shorter. That is, the base 41 may be a truncated cone.
  • the ratio (d5: d6) between the diameter d6 of the base 41 of the target material 4 and the diameter d5 of the backing plate 3 is not particularly limited, but is 1: 0.5 to 1: 0.9, preferably 1: 0.7. To 1: 0.9, more preferably 1: 0.8 to 1: 0.9.
  • the convex portion 42 of the target material 4 protrudes toward the surface where the base portion 41 of the target material 4 is in contact with the backing plate 3 and can be fitted with the concave portion 32 of the backing plate 3 to form a fitting portion.
  • the shape of the convex portion 42 of the target material 4 is preferably formed in a shape such as a cylindrical shape or a spherical shape, for example, and among them, a cylindrical shape is particularly preferable for reasons of ease of processing. However, it is not limited to a cylindrical shape.
  • the diameter of the convex portion 42 (that is, the diameter of the circle of the cylindrical section of the convex portion 42) d7 is, for example, 100 mm to 200 mm, preferably 100 mm to 175 mm.
  • the thickness is preferably 100 mm to 150 mm, and in this embodiment 122.8 mm.
  • the thickness (that is, the height of the column) Y6 of the convex portion 42 is, for example, 1 mm to 5 mm, preferably 1 mm to 4 mm, more preferably 2 mm to 4 mm. In this embodiment, it is 3.0 mm.
  • the ratio d7: Y6 is 20: 1 to 200: 1, preferably 20: 1 to 150: 1, more preferably 20: 1 to 100: 1. is there.
  • the center of the target material 4 coincides with the center of the circle of the cylindrical section of the convex portion 42. It is preferable that the axis L of 41 and the axis of the convex portion 42 (that is, the axis extending in the vertical direction from the center of the cross-sectional circle) are coaxial, and the base portion 41 and the convex portion 42 are integrally formed concentrically. .
  • the shape of the convex portion 42 of the target material 4 and the shape of the concave portion 32 of the backing plate 3 are the same, and it is particularly preferable that both have a cylindrical shape for reasons such as ease of processing.
  • the diameter of the convex portion 42 of the target material 4 and the inner diameter of the concave portion 32 of the backing plate 3 are substantially the same, and the convex portion 42 and the concave portion 32 can be fitted.
  • the method of placing the target material 4 on the backing plate 3 is not particularly limited as long as the convex portion 42 of the target material 4 and the concave portion 32 of the backing plate 3 can be fitted.
  • the convex portion 42 of the target material 4 and the concave portion 32 of the backing plate 3 can be fitted.
  • diffusion bonding, solder bonding And the like are examples of the convex portion 42 of the target material 4 and the concave portion 32 of the backing plate 3 can be fitted.
  • a surface 41a opposite to the side in contact with the backing plate 3 is a sputtering surface that can be sputtered.
  • the sputtering target 200 of the present invention is configured such that the thickness of the target material 4 is increased at the central portion by the thickness Y6 of the convex portion 42.
  • the sputtering target 200 of the present embodiment has the target material 4 having a thickened central portion that is consumed violently by sputtering, and therefore wears in the central portion, particularly the annular portion of the central portion over a long period of time (erosion). ) And can extend the service life.
  • the sputtering target 200 according to the second embodiment of the present invention has a life of 1.05 to 1.15 times longer by providing the convex portion 42 at the center of the target material than when no convex portion is provided.
  • the ratio is preferably 1.05 to 1.2 times, more preferably 1.05 to 1.25 times.
  • the convex part 42 is provided in the center part of the target material 4, even if a target material is consumed during sputtering, it is the pressing force by thermal stress and cooling. It is possible to suppress the target material from being significantly deformed during sputtering by an external force such as negative pressure.
  • the convex portion 42 is formed in a cylindrical shape, so that even if the target material is consumed during sputtering, thermal stress, pressing force due to cooling, negative pressure, etc. It is preferable because the above-described effects can be obtained such that the external force can suppress the target material from being significantly deformed during sputtering.
  • each of the target materials 2 and 4 of the sputtering targets 100 and 200 can be heated by the collision energy of ionized argon, but the surface on the side in contact with the backing plates 1 and 3 is cooled water. It can be cooled by cooling the backing plates 1, 3 with a refrigerant body such as. In this manner, the target materials 2 and 4 of the sputtering targets 100 and 200 are heated on the sputtering surfaces that are subjected to sputtering, and the opposite surfaces that are not subjected to sputtering (that is, the target materials 2 and 4 are the backing plates 1 and 4 respectively. 3 can be cooled, a temperature difference occurs between the sputtering surface and the opposite surface, and thermal stress can be applied to the target material.
  • the sputtering target 100 or 200 is disposed in the chamber of the sputtering apparatus, and the target materials 2 and 4 have a negative pressure due to the vacuum in the chamber and the backing plates 1 and 3.
  • a coolant supply pressure (pressing force) or the like by supplying the refrigerant body may be applied.
  • deformation and “deformation amount” of the target material means that the target material is deformed due to warping due to external force, or the warped state is “deformation”, and simulation or direct measurement is performed. As a result, the amount of deformation from the original shape expressed in quantity (mm) is defined as “deformation amount”.
  • a conventional ordinary sputtering target used for the measurement is a conventional ordinary circular flat plate (that is, disk-shaped) backing plate (a disk made of an aluminum alloy having a diameter of 524 mm and a thickness of 8.8 mm) (hereinafter referred to as “ordinary backing plate”). )), A conventional normal flat plate-shaped (ie, disk-shaped) target material (aluminum disk having a diameter of 443 mm and a thickness of 12.7 mm) (hereinafter “normal target material”) is coaxially connected by diffusion bonding.
  • a sputtering target that can be generally used hereinafter referred to as “normal sputtering target” or “sample 5”).
  • FIG. 3 is a graph showing the results of actual measurement of the deformation amount of the target material in the conventional sputtering target after use.
  • the horizontal axis indicates the distance (mm) from the center of the target material of the normal sputtering target (hereinafter referred to as “normal target material”), and the vertical axis indicates the measured value of the deformation (mm). Show.
  • FIG. 4 is a graph showing a residual thickness profile representing the erosion shape actually measured in the sputtering region of the normal target material in the normal sputtering target after use.
  • the horizontal axis indicates the distance (mm) from the center of the normal target material
  • the vertical axis indicates the remaining thickness (mm) in the normal target material after use.
  • the normal target material after use has an erosion shape represented by the remaining thickness profile of curve B.
  • FIG. 5 is a diagram showing a finite element model of a conventional sputtering target in the related art by sputtering, and is used for analysis for estimating an external force that usually affects the deformation of the target material.
  • a finite element model 300M shown in FIG. 5 assumes a normal sputtering target after use, and models a cross section from the center of the sputtering target (left side in FIG. 5) to an end portion on the radially outer side.
  • the normal sputtering target after use is obtained by joining the normal target material 6 to the circular flat plate (disk-shaped) backing plate 5, and the normal target material 6 is the erosion shown in FIG. Has a shape. Further, in FIG. 5, boundary lines representing each element area are omitted. Note that the finite element model 300M in FIG. 5 was modeled based on the actually measured erosion shape in FIG.
  • Table 1 shows the calculation conditions used for deformation analysis.
  • FIG. 6 is a graph showing a deformation analysis result representing a deformation amount of the target material when temperature and pressure are applied to the finite element model 300M.
  • the surface in contact with the backing plate 5 is cooled to 60 ° C.
  • the temperature of the sputtering surface is 100 ° C. in FIG. b) is 120 ° C.
  • FIG. 6C is 140 ° C.
  • the pressure (pressing force) on the surface in contact with the backing plate 5 is 0.2 MPa, 0.4 MPa, or 0.6 MPa.
  • the permanent deformation amount of the normal target material 6 is shown when the pressure is unloaded with the temperature of both surfaces at room temperature.
  • the horizontal axis indicates the distance (mm) from the center of the normal target material 6, and the vertical axis indicates the permanent deformation amount (mm).
  • FIG. 6A shows the analysis result of the deformation amount when the sputtering surface of the target material 6 is normally heated to 100 ° C.
  • the curve C1 indicates that a pressure of 0.2 MPa is applied to the surface on the backing plate 5 side.
  • the curve C3 is the backing plate 5. This represents the amount of permanent deformation of the normal target material 6 when a pressure of 0.6 MPa is applied to the side surface.
  • FIG. 6B shows the analysis result of the deformation amount when the sputtering surface of the target material 6 is normally heated to 120 ° C.
  • the curve D1 shows that a pressure of 0.2 MPa is applied to the surface on the backing plate 5 side.
  • the amount of permanent deformation of the normal target material 6 when applied is the amount of permanent deformation of the normal target material 6 when a pressure of 0.4 MPa is applied to the surface on the backing plate 5 side
  • the curve D3 is the backing. This represents the amount of permanent deformation of the normal target material 6 when a pressure of 0.6 MPa is applied to the surface on the plate 5 side.
  • FIG. 6C shows the analysis result of the deformation amount when the sputtering surface of the target material 6 is normally heated to 140 ° C.
  • the curve E1 shows a pressure of 0.2 MPa on the surface on the backing plate 5 side.
  • the amount of permanent deformation of the normal target material 6 when applied is the amount of permanent deformation of the normal target material 6 when the pressure of 0.4 MPa is applied to the surface on the backing plate 5 side
  • the curve E3 is the backing. This represents the amount of permanent deformation of the normal target material 6 when a pressure of 0.6 MPa is applied to the surface on the plate 5 side.
  • the normal target material 6 shows the maximum deformation amount at the center of the sputtering surface, and the deformation amount decreases as it goes radially outward from the center. Moreover, although the amount of deformation increases as the pressure increases, there is almost no influence due to the difference in temperature of the sputtering surface.
  • FIG. 7 is a graph showing the relationship between the pressure and the maximum deformation amount based on the deformation analysis result of the target material.
  • the graph of FIG. 7 is based on the analysis result of FIG.
  • the horizontal axis indicates the pressure (MPa) normally applied to the target material 6, and the vertical axis indicates the maximum deformation (mm).
  • the pressure and the maximum deformation amount show a relationship of a straight line F, and the maximum deformation amount increases as the pressure increases. From this straight line F, the pressure corresponding to “2.264 mm” which is the maximum deformation amount of the target material in the sputtering target after the actual sputtering use shown in FIG. 3 is “0.279 MPa”.
  • FIG. 8 is a graph showing the consistency of the deformation analysis result with the measured deformation value of the target material.
  • the curve A represents the measured deformation value of the target material after use shown in FIG. 3, and the curve G is based on the deformation analysis result.
  • the graph of FIG. 8 shows the amount of permanent deformation of the target material when the estimated external force shown in Table 2 is applied to the target material and the pressure is unloaded at room temperature.
  • FIG. 8 shows that the deformation analysis result almost coincides with the measured deformation value. That is, it can be determined that the estimated external force shown in Table 2 is appropriate as the external force applied to the target material during sputtering.
  • FIG. 9 is a graph showing a deformation analysis result representing a deformation amount when an estimated external force at the time of sputtering is applied to the target material.
  • the horizontal axis indicates the distance (mm) from the center of the target material, and the vertical axis indicates the deformation amount (mm).
  • FIG. 9 (a) shows the deformation amount of the target material when the estimated external force shown in Table 2 is applied assuming the deformation of the target material during sputtering.
  • the curve H1 shows the deformation analysis result of the sample 1 of Table 3
  • the curve H2 shows the deformation analysis result of the sample 2 of Table 3
  • the curve H3 shows the sample 3 of Table 3.
  • the curve H4 shows the deformation analysis result of the sample 4 in Table 3
  • the curve H5 shows the deformation analysis result of the sample 5 in Table 3.
  • sample 1 is a sputtering target 100 (FIG. 1) having a target material 2 having a thick central portion corresponding to the convex portion 22, and includes thermal stress and negative pressure.
  • the amount of deformation caused by applying an estimated external force such as an external force such as a cooling medium supply pressure (pressing force) can be made smaller than that of sample 5 (a normal sputtering target having a circular flat target material having a uniform thickness). it can.
  • samples 2 to 4 are sputtering targets 200 (FIG. 2) having the target material 4 having a thick central portion corresponding to the convex portion 42 of the fitting portion.
  • the amount of deformation due to the application of the estimated external force can be made substantially the same as that of the sample 5 representing the normal sputtering target, and excessive deformation can be suppressed.
  • FIG. 9B assumes the permanent deformation of the target material after sputtering, and after applying the estimated external force shown in Table 2, the amount of permanent deformation of the target material when the pressure is unloaded at room temperature.
  • the curve J1 indicates the deformation analysis result of the sample 1 of Table 3
  • the curve J2 indicates the deformation analysis result of the sample 2 of Table 3
  • the curve J3 indicates the sample 3 of Table 3.
  • the curve J4 shows the deformation analysis result of the sample 4 in Table 3
  • the curve J5 shows the deformation analysis result of the sample 5 in Table 3.
  • the sample 1 of the sputtering target 100 can make the amount of permanent deformation after the estimated external force is applied smaller than that of the sample 5 of the normal sputtering target. Furthermore, from the graph of FIG. 9B, the samples 2 to 4 of the sputtering target 200 have a permanent deformation amount after the estimated external force is applied, which is substantially the same as the sample 5 representing the normal sputtering target. And excessive permanent deformation can be suppressed.
  • 10 and 11 are diagrams showing the erosion shape of the target material used for the deformation analysis when the estimated external force is applied.
  • FIG. 10A shows the erosion shape of the target material 2 in the sputtering target 100 (sample 1) created with reference to the actual remaining thickness profile (FIG. 4) in the normal sputtering target after use shown in FIG. It is a graph which shows a remaining thickness profile.
  • the horizontal axis indicates the distance (mm) from the center of the target material 2
  • the vertical axis indicates the remaining thickness (mm) in the target material 2.
  • the target material 2 was set to have an erosion shape represented by the remaining thickness profile of the curve K.
  • FIG. 10B shows a finite element model 100M that models the cross section from the center (left side in FIG. 10B) to the radially outer end assuming the sputtering target 100 (sample 1) during sputtering.
  • the target material 2 joined to the backing plate 1 has the erosion shape represented by the remaining thickness profile of the curve K of Fig.10 (a).
  • the boundary lines representing the element areas are omitted.
  • FIG. 11A shows the erosion shape of the target material 4 in the sputtering target 200 (samples 2 to 4) created by referring to the actual remaining thickness profile in the normal sputtering target after use shown in FIG. 4 (FIG. 4). It is a graph which shows the remaining thickness profile showing.
  • the horizontal axis indicates the distance (mm) from the center of the target material 4, and the vertical axis indicates the remaining thickness (mm) in the target material 4.
  • the target material 4 was set to have an erosion shape represented by the remaining thickness profile of the curve L1 in FIG.
  • FIG. 11B assumes a sputtering target 200 (samples 2 to 4) at the time of sputtering, and a finite element model 200M in which a cross section from the center (left side of FIG. 11B) to the radially outer end is modeled. Indicates.
  • the target material 4 joined to the backing plate 3 has the erosion shape represented by the remaining thickness profile of the curve L1 of Fig.11 (a).
  • the boundary lines representing the element areas are omitted.
  • the actual residual thickness profile shown in FIG. 4 is used as the residual thickness profile showing the erosion shape, and the finite element model for deformation analysis is shown in FIG. Element model 300M was used.
  • FIG. 12 is a graph showing a deformation analysis result representing a deformation amount when an estimated external force is applied to a target material having an erosion shape during sputtering (ie, an eroded target material).
  • the horizontal axis indicates the distance (mm) from the center of the target material, and the vertical axis indicates the deformation amount (mm).
  • FIG. 12 (a) shows the deformation amount of the target material when the estimated external force shown in Table 2 is applied assuming the deformation of the target material having an erosion shape during sputtering.
  • the curve P1 shows the deformation analysis result of the sample 1 having the erosion shape
  • the curve P2 shows the deformation analysis result of the sample 2 having the erosion shape
  • the curve P3 shows the erosion shape.
  • the deformation analysis result of the sample 3 having the erosion shape is shown
  • the curve P4 shows the deformation analysis result of the sample 4 having the erosion shape
  • the curve P5 shows the deformation analysis result of the sample 5 having the erosion shape.
  • the sample 1 of the sputtering target 100 has the target material 2 having a thick central portion corresponding to the convex portion 22, and the deformation amount due to the application of the estimated external force.
  • the amount of deformation can be made almost equal to that of the sample 5, and excessive deformation can be suppressed.
  • Sample 5 is a normal sputtering target having a circular flat plate (disk-shaped) target material having a uniform thickness. Furthermore, from the graph of FIG.
  • the samples 2 to 4 of the sputtering target 200 have the target material 4 having a thick central portion corresponding to the convex portion 42 of the fitting portion, and the estimated external force is
  • the amount of deformation due to application can be suppressed within an allowable range, and excessive deformation can be suppressed.
  • FIG. 12B assumes permanent deformation after sputtering of the target material having an erosion shape, and after applying the estimated external force shown in Table 2, the pressure was unloaded with the temperature of both surfaces of the target material being normal temperature.
  • the amount of permanent deformation of the target material is shown.
  • the curve Q1 shows the deformation analysis result of the sample 1 having the erosion shape
  • the curve Q2 shows the deformation analysis result of the sample 2 having the erosion shape
  • the curve Q3 shows the erosion shape.
  • the deformation analysis result of the sample 3 having the erosion shape is shown
  • the curve Q4 shows the deformation analysis result of the sample 4 having the erosion shape
  • the curve Q5 shows the deformation analysis result of the sample 5 having the erosion shape.
  • Samples 1 and 2 having an erosion shape in the sputtering targets 100 and 200 indicate the amount of permanent deformation after the estimated external force is applied, and Sample 5 having an erosion shape in the normal sputtering target. Can be made smaller. Furthermore, from the graph of FIG. 12B, the samples 3 and 4 having the erosion shape in the sputtering target 200 indicate the amount of permanent deformation after the estimated external force is applied, and the sample 5 having the erosion shape in the normal sputtering target, The amount of permanent deformation can be made substantially equal, and excessive permanent deformation can be suppressed.
  • both of the sputtering targets 100 and 200 of the present embodiment have the target materials 2 and 4 in which the thickness of the central portion that is consumed violently by sputtering is increased, so that the lifetime can be extended.
  • the amount of deformation (both the amount of deformation during sputtering and the amount of permanent deformation after sputtering) by applying external force such as thermal stress during sputtering and cooling medium supply pressure (pressing force) including negative pressure is uniform. It is possible to make the deformation amount smaller than or at least equivalent to that of an ordinary circular flat plate (disk shape) target material having a thickness, and excessive deformation can be suppressed.
  • the analysis result (FIG. 6) is obtained by performing finite element modeling (FIG. 5) from the deformation amount and erosion profile (FIGS. 3 and 4) of a normal sputtering target. It was possible to estimate the external force that could be applied during sputtering. Moreover, based on the erosion profile of FIG. 4, the sputtering target of 1st Embodiment and 2nd Embodiment of this invention was modeled by finite element (FIG.10 (b), FIG.11 (b)), and it estimated above. When an external force is applied and analyzed, it was found that the deformation of the target material (both deformation during sputtering and permanent deformation after sputtering) can be suppressed within an allowable range.
  • the present invention by increasing the thickness of the target material at the center, not only can the life of the target material be increased, but also during and after sputtering. Deformation could be suppressed to an acceptable range.
  • the sputtering target of the present invention has a long life and can be very useful as an alternative to the conventional sputtering target because it can suppress deformation during sputtering and permanent deformation after sputtering within an acceptable range. .

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Abstract

本発明は、ターゲット材の長寿命化を図るとともに、スパッタ中に消耗するターゲット材の外力による変形を抑制するスパッタリングターゲットを提供することを目的とする。本発明のスパッタリングターゲットは、板状のバッキングプレートとターゲット材とを含み、本発明のスパッタリングターゲット１００では、前記ターゲット材が、前記バッキングプレートに接する板状の基部と、前記基部の前記バッキングプレートと接する面とは反対側の面の中央部に前記基部と同軸かつ一体的に形成された凸部とを有する。また、本発明のスパッタリングターゲット２００では、前記ターゲット材が、前記バッキングプレートに接する板状の基部と、前記基部の前記バッキングプレートと接する面の中央部に前記基部と同軸かつ一体的に形成された凸部とを有し、前記バッキングプレートが、前記ターゲット材と接する面の中央部に前記ターゲット材の前記凸部と嵌合する凹部を有する。

Description

スパッタリングターゲット
　本発明は、スパッタリング法によって基板上に薄膜を形成するときに用いるスパッタリングターゲットに関する。
　ガラス基板上に薄膜デバイスを作製する液晶ディスプレイあるいはプラズマディスプレイ、薄膜センサー等に用いる電気配線膜、電極等には従来から主に高融点金属である純Ｃｒ膜、純Ｔａ膜、純Ｔｉ膜等の純金属膜またはそれらの合金膜が用いられていた。
　そして、近年、ディスプレイの大型化、高精細化に伴い、配線膜、電極膜には信号の遅延を防止するために低抵抗化、低応力化とそれらの特性の安定化が要求されている。そのため、上述の金属膜より、さらに低抵抗な高純度アルミニウム膜を用いるようになってきている。
　上記基板に形成される金属の薄膜は、基板と、薄膜を形成する際の原料となる材料であるターゲット材との間でプラズマ放電を形成し、イオン化したアルゴンがターゲット材に衝突するエネルギーでターゲット材を構成している原子をたたき出し、その原子を基板に堆積させて薄膜を形成する手法、いわゆるスパッタリング法により形成される。
　スパッタリング法を実現するためのスパッタリング装置においては、プラズマ放電空間を形成するチャンバ内の所定位置に、ターゲット材を有するスパッタリングターゲットが配置され得る。
　スパッタリングターゲットは、一般に、ターゲット材がバッキングプレートと呼ばれる支持部材に載置されてなる。スパッタリング中においてバッキングプレートは、冷却水などの冷媒体によって冷却され得る。スパッタリング中には、イオン化したアルゴンが衝突するエネルギーによって、ターゲット材の温度は上昇するが、バッキングプレートが冷却されることによって、ターゲット材の温度が過度に上昇するのを防止することができる。
　一般に、このような従来のスパッタリングターゲットにおいて、スパッタリングによってターゲット材が消耗する部分は、ターゲット材に対して均一ではなく、特にスパッタリング効率を増大させたマグネトロンスパッタリングを使用する場合においては、ターゲット材に印加される表面磁場によって電子が特定の軌道に集中するために、ターゲット材の表面が局部的に消耗する傾向が強い。特に、従来のスパッタリングターゲットのターゲット材では、マグネトロンでスパッタリングを行うと、ターゲット材の中心部から円環状に消耗する傾向がある。
　スパッタリングターゲットのターゲット材が局部的に激しく消耗すると、そのターゲット材を交換せざるを得ないので、ターゲット材の長寿命化の技術についての検討が行われている。
　たとえば、特許文献１には、周縁端部の近傍に円環状に凹部を有するバッキングプレートと、前記凹部内に嵌合する凸部を周縁端部の近傍に円環状に有するターゲット材とを含むスパッタリングターゲットが開示されている。すなわち、特許文献１に開示されるスパッタリングターゲットは、周縁端部の近傍における厚みが円環状に厚くされたターゲット材を有する。
特開２００９－１４４１８６号公報
　しかし、スパッタリング中においてスパッタリングターゲットのターゲット材は、スパッタリング面が、イオン化したアルゴンの衝突エネルギーによって加熱され得るが、バッキングプレートと接する面は冷却され得る。このように、スパッタリングターゲットのターゲット材は、スパッタリング中にスパッタリング面が加熱され得るが、バッキングプレートと接する面は冷却され得るので、スパッタリング面の温度と、バッキングプレートと接する面の温度とに差が生じ、スパッタリング中にターゲット材に熱応力が印加され得る。
　また、スパッタリングターゲットがスパッタリング装置のチャンバ内に配置された状態で、ターゲット材には様々な外力が印加され得る。例えば、ターゲット材には、チャンバ内が真空状態にされることによる負圧が印加され、ターゲット材のバッキングプレートと接する面には、バッキングプレートに対する冷媒体の供給による冷却媒体供給圧力（押圧力）が印加され得る。
　このように、スパッタリング中において、スパッタリングターゲットのターゲット材には、熱応力、負圧、押圧力などの外力が印加され得るので、スパッタリング中にターゲット材が変形するおそれがある。
　特に、マグネトロンでターゲット材をスパッタリングすると、ターゲット材のスパッタリング面は円環状に局部的に消耗（エロージョン）し、スパッタリング中に印加され得る上記の外力によって、ターゲット材が著しく変形することが問題であった。
　なお、特許文献１に開示されるスパッタリングターゲットでは、スパッタリング中におけるターゲット材での変形は全く考慮されていない。
　このように、スパッタリング中にターゲット材が局所的に著しく消耗して変形すると、ターゲット材の組織中に割れなどの内部欠陥が生じるおそれがある。また、このように、ターゲット材に内部欠陥が生じた場合には、スパッタリング中に、その内部欠陥に電荷が集中しやすくなり、異常放電が発生しやすくなり、スパッタリングによる薄膜の形成に異常や欠陥が発生しやすくなる。
　したがって、本発明の目的は、ターゲット材の長寿命化を図ることができるとともに、スパッタリング中に局所的に消耗するターゲット材の外力による変形を抑制することができるスパッタリングターゲットを提供することにある。
　本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、以下の構成を包含する解決手段を見出し、本発明を完成するに至った。
　［１］
　板状のバッキングプレートと、
　前記バッキングプレートに載置するターゲット材と
を含むスパッタリングターゲットであって、
前記ターゲット材が、
　前記バッキングプレートに接する板状の基部と、
　前記基部の前記バッキングプレートと接する面とは反対側の面の中央部に前記基部と同軸かつ一体的に形成された凸部と
を有することを特徴とする、スパッタリングターゲット。
　［２］
　前記凸部が円錐台形状である上記［１］に記載のスパッタリングターゲット。
　［３］
　板状のバッキングプレートと、
　前記バッキングプレートに載置するターゲット材と
を含むスパッタリングターゲットであって、
前記ターゲット材が、
　前記バッキングプレートに接する板状の基部と、
　前記基部の前記バッキングプレートと接する面の中央部に前記基部と同軸かつ一体的に形成された凸部と
を有し、
前記バッキングプレートは、前記ターゲット材と接する面の中央部に前記ターゲット材の前記凸部と嵌合する凹部を有することを特徴とする、スパッタリングターゲット。
　［４］
　前記凸部が円柱形である上記［３］に記載のスパッタリングターゲット。
　［５］
　スパッタリングターゲットにおいてバッキングプレートに載置して用いられるターゲット材であって、
　　前記バッキングプレートに接する板状の基部と、
　　前記基部の前記バッキングプレートと接する面とは反対側の面の中央部に前記基部と同軸かつ一体的に形成された凸部と
を有することを特徴とする、ターゲット材。
　［６］
　前記凸部が円錐台形状である上記［５］に記載のターゲット材。
　［７］
　スパッタリングターゲットにおいてバッキングプレートに載置して用いられるターゲット材であって、
　　前記バッキングプレートに接する板状の基部と、
　　前記基部の前記バッキングプレートと接する面の中央部に前記基部と同軸かつ一体的に形成された凸部と
を有することを特徴とする、ターゲット材。
　［８］
　前記凸部が円柱形である上記［７］に記載のターゲット材。
　［９］
　前記凸部が、前記バッキングプレートの前記ターゲット材と接する面の中央部に形成された凹部と嵌合する、上記［７］または［８］に記載のターゲット材。
　［１０］
　スパッタリングターゲットにおいてターゲット材を支持するために用いられるバッキングプレートであって、前記ターゲット材と接する面の中央部に凹部を有するバッキングプレート。
　［１１］
　前記凹部が円柱形である上記［１０］に記載のバッキングプレート。
　［１２］
　前記凹部が、前記ターゲット材の前記バッキングプレートと接する面の中央部に形成された凸部と嵌合する上記［１０］または［１１］に記載のバッキングプレート。
　本発明のスパッタリングターゲットは、スパッタリング時に激しく消耗する中央部の厚みが厚くされたターゲット材を有するので、長寿命化を図ることができる。従って、本発明のスパッタリングターゲットは、より長期間にわたって、スパッタリングに供することができる。
　また、本発明のスパッタリングターゲットでは、ターゲット材の凸部の高さの分だけ中央部の厚みが厚くされているので、スパッタリング中にターゲット材が消耗（エロージョン）し、なおかつ、消耗した（エロージョン形状を有する）ターゲット材に熱応力、負圧および冷却媒体供給圧力（押圧力）などの外力が印加された場合であっても、ターゲット材の変形を抑制することができる。
本発明の第１実施形態に係るスパッタリングターゲット１００の構成を示す図である。 本発明の第２実施形態に係るスパッタリングターゲット２００の構成を示す図である。 従来の通常のスパッタリングターゲットの使用後のターゲット材の変形量を実測した結果を示すグラフである。 従来の通常のスパッタリングターゲットの使用後のターゲット材のエロージョン形状を表す残厚プロファイルを実測した結果を示すグラフである。 従来の通常のスパッタリングターゲットの有限要素モデルを示す図である。 従来の通常のスパッタリングターゲットのスパッタリング中に種々の温度および圧力を付与したときのターゲット材の変形量を表す変形解析結果を示すグラフである。 従来の通常のスパッタリングターゲットのターゲット材の図６の変形解析結果に基づいた圧力と最大変形量との関係を示すグラフである。 従来の通常のスパッタリングターゲットのターゲット材の実測変形値（曲線Ａ）に対する変形解析結果（曲線Ｇ）の一致性を示すグラフである。 エロージョン形状を有しない本発明のスパッタリングターゲットのターゲット材に対して、スパッタリング時に推定外力を印加したときのターゲット材の変形量を表す変形解析結果を示すグラフである。 推定外力を印加したときの変形解析に用いる本発明の第１実施形態のスパッタリングターゲットのターゲット材のエロージョン形状を示す図である。 推定外力を印加したときの変形解析に用いる本発明の第２実施形態のスパッタリングターゲットのターゲット材のエロージョン形状を示す図である。 エロージョン形状を有する（エロージョンされた）本発明のスパッタリングターゲットのターゲット材に対して、スパッタリング時に推定外力を印加したときの変形量を表す変形解析結果を示すグラフである。
　（本発明の実施形態のスパッタリングターゲットの構成）
　本発明の「スパッタリングターゲット」は、マグネトロンスパッタリング装置などのスパッタリング装置において、配線膜や電極膜などの金属膜を基板上に形成するときに用いることができるものであり、スパッタリングを受ける表面（スパッタリング面またはスパッタ面と呼ばれる表面）を有する「ターゲット材」と、スパッタリング中にターゲット材を裏側（スパッタリング面の反対側の面）から支持する「バッキングプレート」とを備える。
　図１は、本発明の第１実施形態に係るスパッタリングターゲット１００の構成を示す。本発明の第１実施形態に係るスパッタリングターゲット１００は、板状（好ましくは円形板状、すなわち円盤状）のバッキングプレート１と、バッキングプレート１に載置することのできるターゲット材２とを含む。ターゲット材２は、バッキングプレート１に接することのできる板状（好ましくは円形板状、すなわち円盤状）の基部２１と、基部２１がバッキングプレート１と接する面とは反対側の面の中央部に基部２１と同軸かつ一体的に形成された凸部２２とを有する。図１（ａ）は、本発明の第１実施形態に係るスパッタリングターゲット１００の一部を切り欠いた斜視図を示し、図１（ｂ）は、スパッタリングターゲット１００の部分断面図を示す。
　バッキングプレート１は、スパッタリング中に、ターゲット材２を裏側（スパッタリング面とは反対側の面）から支持するものであり、バッキングプレート１のターゲット材２と接する面とは反対側の面が冷却水などの冷媒体によって冷却され得る。バッキングプレート１は、図１において、円形平板状（すなわち円盤状）で示されているが、本発明において、バッキングプレートの形状は、板状であればよく、円盤状に限定されるものではない。
　また、バッキングプレート１を構成する材料に特に限定はなく、例えば金属を含み、本実施形態では、例えば、アルミニウム合金（例えば、Ａｌ－２０２４など）などから構成することができる。
　バッキングプレート１が図１に示すように円盤状である場合、バッキングプレート１の直径ｄ１は、たとえば３００ｍｍ～６００ｍｍ、好ましくは４００ｍｍ～６００ｍｍ、より好ましくは５００ｍｍ～６００ｍｍであり、本実施形態では５２４ｍｍである。また、バッキングプレート１の厚みＹ１は、たとえば５ｍｍ～２０ｍｍ、好ましくは５ｍｍ～１５ｍｍ、より好ましくは５ｍｍ～１０ｍｍであり、本実施形態では８．８ｍｍである。
　ターゲット材２は、バッキングプレート１に載置することができ、バッキングプレート１によって支持され得る。従って、ターゲット材２は、バッキングプレート１と接している面とは反対側の面がスパッタリング面となる。ターゲット材２は、導電性の材料から構成されていればよく、通常は金属を含み、例えば、アルミニウムなどから構成することができ、好ましくは、アルミニウムから構成することができ、本実施形態では、アルミニウムから構成することが特に好ましい。
　本発明において、ターゲット材２は、基部２１と、その中央部に凸部（または突出部）２２とを含んで構成される。
　基部２１は、板状であればその形状に特に限定はなく、図１に示すように円形平板状（すなわち円盤状）に形成されることが好ましいが、本発明において、基部２１の形状は、円盤状に限定されるものではない。基部２１は、面２１ｂにおいて、バッキングプレート１と接して載置することができる。
　本発明において、基部２１の中央部とは、基部２１の幾何学的形状の中心およびその周囲を意味し、例えば、基部２１が図１に示すように円形である場合には円の中心およびその周囲を意味し、正方形、四角形などの矩形または多角形などの場合にはその対角線の交点およびその周囲を意味する。また、本発明において、基部２１の軸線とは、基部２１の幾何学的形状の中心から板状の基部２１の平面に対して垂直の方向にのびる軸線を意味する（例えば、図１の軸線Ｌ）。
　この基部２１の軸線Ｌは、バッキングプレート１の軸線すなわち、バッキングプレート１の幾何学的形状の中心からプレート面に対して垂直の方向にのびる軸線と同軸であることが好ましい。特に、基部２１とバッキングプレート１とが共に円盤状である場合、基部２１は、バッキングプレート１と同心円状に配置することができる。
　ターゲット材２の基部２１が円盤状である場合、基部２１の直径（すなわち、基部２１のバッキングプレート１と接する面２１ｂの直径）ｄ２は、たとえば１００ｍｍ～５００ｍｍ、好ましくは３００ｍｍ～５００ｍｍ、より好ましくは４００ｍｍ～５００ｍｍであり、本実施形態では４４３ｍｍである。また、基部２１の厚み（すなわち、ターゲット材２の凸部２２を除く部分の平均の厚み）Ｙ２は、たとえば５ｍｍ～２０ｍｍ、好ましくは７．５ｍｍ～２０ｍｍ、より好ましくは１０ｍｍ～２０ｍｍであり、本実施形態では１２．７ｍｍである。なお、本発明において、基部２１のバッキングプレート１に接する面２１ｂとは反対側の面２１ａの直径は、たとえば１００ｍｍ～５００ｍｍ、好ましくは３００ｍｍ～５００ｍｍ、より好ましくは４００ｍｍ～５００ｍｍであり、本実施形態では４３７ｍｍであり、基部２１のバッキングプレート１と接する面２１ｂの直径ｄ２と同じであっても、異なっていてもよいが、ｄ２よりも０ｍｍ～３０ｍｍ、好ましくは０ｍｍ～２０ｍｍ、より好ましくは０ｍｍ～１０ｍｍ短い。すなわち、基部２１は円錐台形であってもよい。
　この実施形態において、ｄ１：ｄ２の比は、特に限定されないが、例えば、１：０．５～１：０．９、好ましくは１：０．７～１：０．９、より好ましくは１：０．８～１：０．９である。
　凸部２２は、基部２１の中央部、すなわち、基部２１のバッキングプレート１に接する面２１ｂとは反対側の面（すなわちスパッタリング面）２１ａの中央部から突出し、凸部２２は、基部２１の軸線Ｌに同軸に、かつ基部２１に一体的に形成され得る。凸部２２は、図１に示す通り、スパッタリング面を滑らか（平滑）にするなどの理由から、円錐台形状に形成されることが好ましい。しかし、凸部２２の形状は、円錐台形状に限定されることはなく、円柱状、球面状などの形状であってもよい。
　凸部２２が円錐台形状である場合、凸部２２の上底面２２ａの直径ｄ３は、たとえば１００ｍｍ～２００ｍｍ、好ましくは１００ｍｍ～１７５ｍｍ、より好ましくは１００ｍｍ～１５０ｍｍであり、本実施形態では１２３ｍｍである。凸部２２の下底面（面２１ａと同一平面上にある）の直径ｄ４は、たとえば１２０ｍｍ～２２０ｍｍ、好ましくは１２０ｍｍ～１９５ｍｍ、より好ましくは１２０ｍｍ～１７０ｍｍであり、本実施形態では１４３ｍｍである。また、凸部２２の上底面から下底面までの距離、すなわち、凸部２２の厚み（高さ）Ｙ３は、たとえば１ｍｍ～５ｍｍ、好ましくは１ｍｍ～４ｍｍ、より好ましくは１ｍｍ～３ｍｍであり、本実施形態では２．３ｍｍである。ｄ３：Ｙ３の比は、例えば、２０：１～２００：１、好ましくは２０：１～１５０：１、より好ましくは２０：１～１００：１である。
　また、ターゲット材２において、凸部２２が円錐台形状である場合、凸部２２の上底面の直径ｄ３と、下底面の直径ｄ４との比は、ｄ３：ｄ４＝１：１～１：２であり、好ましくは１：１～１：１．７５、より好ましくは１：１～１：１．５である。さらに、基部２１の直径ｄ２と、凸部２２の上底面の直径ｄ３との比は、ｄ２：ｄ３＝５：１～２：１であり、好ましくは５：１～４：１、より好ましくは５：１～３：１である。
　以上のように構成されるターゲット材２において、基部２１の面２１ａのうち、凸部２２が形成される領域以外の領域部分と、凸部２２の面２２ａとが、スパッタリングされ得るスパッタリング面となる。また、凸部２２が円錐台形状である場合、凸部２２のスパッタリング面２２ａと、基部２１のスパッタリング面２１ａとの間の傾斜面もスパッタリング面となり得る。
　従って、本発明のスパッタリングターゲットにおいて、ターゲット材２は、前述したように、バッキングプレート１に接して設けられる基部２１と、基部２１のスパッタリング面２１ａの中央部に、基部２１の軸線Ｌに同軸に、かつ基部２１に一体的に形成され得る凸部２２とを有する。すなわち、本発明の第１実施形態のスパッタリングターゲット１００は、凸部２２の厚みＹ３の分だけ、ターゲット材２の厚みが、中央部で厚くなるように構成されていることを特徴とする。
　バッキングプレート１へのターゲット材１の載置方法としては、特に限定はなく、例えば、拡散接合、はんだ接合などの方法で載置することができる。
　従来のスパッタリングターゲットでは、スパッタリング中において、ターゲット材の中央部が円環状に激しく消耗する。これに対して、本実施形態のスパッタリングターゲット１００では、スパッタリングによって激しく消耗する中央部の厚みが厚くされたターゲット材２を有するので、長期間にわたって中央部、特に中央部の円環状での消耗（エロージョン）に耐え得ることができ、長寿命化を図ることができる。なお、本発明の第１実施形態のスパッタリングターゲット１００は、ターゲット材の中央部に凸部２２を設けることによって、凸部を有していない場合と比べて、寿命が１．０５～１．１５倍、好ましくは１．０５～１．２倍、より好ましくは１．０５～１．２５倍となる。
　また、本発明の第１実施形態のスパッタリングターゲット１００では、ターゲット材の中央部に凸部２２を設けていることから、スパッタリング中にターゲット材が消耗しても、熱応力、冷却による押圧力、負圧などの外力によって、スパッタリング中にターゲット材が著しく変形することを抑制することができる。
　さらに、本発明の第１実施形態のスパッタリングターゲット１００では、凸部２２を円錐台形状に形成することによって、スパッタリング面が滑らか（平滑）となり、なおかつ、スパッタリング中にターゲット材が消耗しても、熱応力、冷却による押圧力、負圧などの外力によって、スパッタリング中にターゲット材が著しく変形することを抑制することができるなどの上記の効果が得られるので好ましい。
　本発明の第２実施形態に係るスパッタリングターゲット２００の構成を図２に示す。本発明の第２実施形態に係るスパッタリングターゲット２００は、板状（好ましくは円形板状、すなわち円盤状）のバッキングプレート３と、バッキングプレート３に載置することのできるターゲット材４とを含む。ターゲット材４は、バッキングプレート３に接することのできる板状（好ましくは円形板状、すなわち円盤状）の基部４１と、基部４１のバッキングプレート３と接する面の中央部に基部４１と同軸かつ一体的に形成された凸部４２とを有する。また、バッキングプレート３は、ターゲット材４と接する面の中央部にターゲット材４の凸部４２と嵌合することのできる凹部３２を有する。図２（ａ）は、本発明の第２実施形態に係るスパッタリングターゲット２００の一部を切り欠いた斜視図を示し、図２（ｂ）は、スパッタリングターゲット２００の部分断面図を示す。
　バッキングプレート３は、ターゲット材４を支持することができればその材料に特に限定はなく、例えば金属を含み、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金などから構成することができ、好ましくはアルミニム合金から構成することができ、特に好ましくは、本実施形態では、アルミニウム合金（例えば、Ａｌ－２０２４など）から構成され得る。バッキングプレート３は、板状、好ましくは円形平板状（すなわち円盤状）の基材３１を備え、基材３１は、ターゲット材４と接する面の中央部に、以下にて詳しく説明するターゲット材４の凸部４２の形状に対応して凸部４２と嵌合することのできる凹部３２を有する。なお、本発明において、基材３１の形状は、板状であればよく、円盤状に限定されることはない。
　基材３１が円盤状である場合、基材３１の直径、すなわち、バッキングプレート３の直径ｄ５は、たとえば１００ｍｍ～６００ｍｍ、好ましくは３００ｍｍ～６００ｍｍ、より好ましくは５００ｍｍ～６００ｍｍであり、本実施形態では５２４ｍｍである。また、基材３１の厚み、すなわち、バッキングプレート３の厚みＹ４は、たとえば５ｍｍ～２０ｍｍ、好ましくは５ｍｍ～１５ｍｍ、より好ましくは５ｍｍ～１０ｍｍであり、本実施形態では８．８ｍｍである。
　バッキングプレート３の中央部には、ターゲット材４の凸部４２と嵌合し得るように形成した凹部３２が設けられている。本発明において、バッキングプレート３の凹部３２と、ターゲット材４の凸部４２とが「嵌合」するとは、バッキングプレート３とターゲット材４とが、脱着可能または脱着不可能な状態で、バッキングプレート３の凹部３２と、ターゲット材４の凸部４２とが少なくとも部分的に結合または係合していることを意味する。凹部３２の形状は、凸部４２に対応して嵌合できるものであれば特に限定はないが、例えば、円柱状、球面状などの形状が挙げられ、加工の容易さなどの理由から、円柱状が特に好ましい。
　バッキングプレート３の基材３１が円盤状であり、なおかつ凹部３２が円柱状である場合、凹部３２の中心（すなわち凹部の円柱の断面の円の中心）は、基材３１の中心と一致していることが好ましい。
　凹部３２の深さ（凹部が円柱状である場合は円柱の高さ）は、凸部４２と嵌合することのできる大きさであれば特に限定はなく、例えば１ｍｍ～５ｍｍ、好ましくは１ｍｍ～４ｍｍ、より好ましくは１ｍｍ～３ｍｍである。
　凹部３２が円柱状である場合、凹部の断面の円の直径は、凸部４２と嵌合することのできる大きさであれば特に限定はなく、例えば５０ｍｍ～２００ｍｍ、好ましくは５０ｍｍ～１５０ｍｍ、より好ましくは７５ｍｍ～１５０ｍｍ、さらにより好ましくは１００ｍｍ～１５０ｍｍであり、断面の円の直径：円柱の高さとの比は、１５０：１～１０：１、好ましくは１２５：１～１０：１、より好ましくは１００：１～１０：１である。
　また、バッキングプレート３の基材３１が円盤状であり、なおかつ凹部３２が円柱状である場合、基材３１の直径：凹部３２の直径の比は、２：１～１０：１、好ましくは２：１～７：１、より好ましくは２：１～５：１である。
　ターゲット材４は、基部４１と、その中央部に凸部４２とを含んで構成される。ターゲット材４は、バッキングプレート３の凹部３２内に凸部４２が嵌合した状態で、バッキングプレート３に載置して支持され得る。従って、ターゲット材４のバッキングプレート３と接している面とは反対側の面４１ａがスパッタリング面となる。
　ターゲット材４は、導電性の材料から構成されていればよく、通常は金属を含み、例えば、アルミニムなどから構成することができ、好ましくはアルミニムから構成することができ、本実施形態では、アルミニウムから構成することが特に好ましい。
　ターゲット材４の基部４１の形状は、板状であれば特に限定はなく、図２に示されるように、円形平板状（すなわち円盤状）に形成されることが好ましい。しかし、基部４１の形状は、円盤状に限定されるものではない。
　ターゲット材４の基部４１は、バッキングプレート３の基材３１の凹部３２が形成される側の面３１ａ（ただし凹部３２の部分は除く）に載置することができる。ターゲット材４の基部４１のバッキングプレート３と接する面の中央部には、バッキングプレート３の凹部３２と嵌合し得る凸部４２が基部４１と同軸かつ一体的に形成されている。
　本発明において、基部４１の中央部とは、基部４１の幾何学的形状の中心およびその周囲を意味し、例えば、図２に示すように、基部４１が円形である場合には円の中心およびその周囲を意味し、正方形、四角形などの矩形または多角形などの場合にはその対角線の交点およびその周囲を意味する。また、本発明において、基部４１の軸線とは、基部４１の幾何学的形状の中心から板状の基部４１の平面に対して垂直の方向にのびる軸線を意味する（例えば、図２の軸線Ｌ）。
　基部４１の軸線Ｌは、バッキングプレート３の軸線、すなわちバッキングプレート３の幾何学的形状の中心からプレート面に対して垂直方向にのびる軸線と同軸であることが好ましい。従って、この場合、ターゲット材４は、バッキングプレート３に同心円状に載置することができる。
　ターゲット材４の基部４１が円盤状である場合、基部４１の直径（すなわち、基部４１がバッキングプレート３と接する面の直径）ｄ６は、たとえば１００ｍｍ～５００ｍｍ、好ましくは３００ｍｍ～５００ｍｍ、より好ましくは４００ｍｍ～５００ｍｍであり、本実施形態では４４３ｍｍである。また、基部４１の厚みＹ５は、たとえば５ｍｍ～２０ｍｍ、好ましくは７．５ｍｍ～２０ｍｍ、より好ましくは１０ｍｍ～２０ｍｍであり、本実施形態では１２．７ｍｍである。なお、本発明において、基部４１のバッキングプレート３と接する面とは反対側の面（すなわちスパッタリング面）４１ａの直径は、たとえば１００ｍｍ～５００ｍｍ、好ましくは３００ｍｍ～５００ｍｍ、より好ましくは４００ｍｍ～５００ｍｍであり、本実施形態では４３７ｍｍであり、基部４１のバッキングプレート３と接する面の直径ｄ６と同じであっても、異なっていてもよいが、ｄ６よりも０ｍｍ～３０ｍｍ、好ましくは０ｍｍ～２０ｍｍ、より好ましくは０ｍｍ～１０ｍｍ短い。すなわち、基部４１は、円錐台形であってもよい。
　ターゲット材４の基部４１の直径ｄ６とバッキングプレート３の直径ｄ５との比（ｄ５：ｄ６）は、特に限定されないが、１：０．５～１：０．９、好ましくは１：０．７～１：０．９、より好ましくは１：０．８～１：０．９である。
　ターゲット材４の凸部４２は、ターゲット材４の基部４１がバッキングプレート３と接する面の側に突出し、バッキングプレート３の凹部３２と嵌合して嵌合部を形成することができる。ターゲット材４の凸部４２の形状は、例えば、円柱形、球面形などの形状に形成することが好ましく、そのなかでも、加工の容易さなどの理由から、円柱形であることが特に好ましい。ただし、円柱形に限定されることはない。
　ターゲット材４の凸部４２の形状が円柱形である場合、凸部４２の直径（すなわち凸部４２の円柱の断面の円の直径）ｄ７は、たとえば１００ｍｍ～２００ｍｍ、好ましくは１００ｍｍ～１７５ｍｍ、より好ましくは１００ｍｍ～１５０ｍｍであり、本実施形態では１２２．８ｍｍである。また、ターゲット材４の凸部４２が円柱形である場合、凸部４２の厚み（すなわち円柱の高さ）Ｙ６は、たとえば１ｍｍ～５ｍｍ、好ましくは１ｍｍ～４ｍｍ、より好ましくは２ｍｍ～４ｍｍであり、本実施形態では３．０ｍｍである。ターゲット材４の凸部４２が円柱形である場合、ｄ７：Ｙ６の比は、２０：１～２００：１、好ましくは２０：１～１５０：１、より好ましくは２０：１～１００：１である。
　ターゲット材４の基部４１が円盤状であり、かつ凸部４２が円柱形である場合、ターゲット材４の中心と、凸部４２の円柱の断面の円の中心とが一致することが好ましく、基部４１の軸線Ｌと凸部４２の軸線（すなわち断面の円の中心から垂直方向にのびる軸線）とが同軸であり、基部４１と凸部４２とが同心円状に一体的に形成されることが好ましい。
　また、ターゲット材４の凸部４２の形状とバッキングプレート３の凹部３２の形状とが同一であることが好ましく、加工の容易性などの理由から、いずれも円柱形であることが特に好ましい。その場合、ターゲット材４の凸部４２の直径と、バッキングプレート３の凹部３２の内径とがほぼ同じであり、凸部４２と凹部３２とが嵌合できることが特に好ましい。
　ターゲット材４において、基部４１の直径ｄ６と、凸部４２の直径ｄ７との比は、例えばｄ６：ｄ７＝５：１～２：１であり、好ましくは５：１～４：１、より好ましくは５：１～３：１である。
　ターゲット材４のバッキングプレート３への載置方法としては、ターゲット材４の凸部４２と、バッキングプレート３の凹部３２とが嵌合することができれば特に限定はなく、例えば、拡散接合、はんだ接合などの方法が挙げられる。
　以上のように構成されるターゲット材４において、バッキングプレート３と接する側とは反対側の面４１ａが、スパッタリングされ得るスパッタリング面となる。
　このように、本発明のスパッタリングターゲット２００は、凸部４２の厚みＹ６の分だけ、ターゲット材４の厚みが、中央部で厚くなるように構成されている。このように、本実施形態のスパッタリングターゲット２００は、スパッタリングによって激しく消耗する中央部の厚みが厚くされたターゲット材４を有するので、長期間にわたって中央部、特に中央部の円環状での消耗（エロージョン）に耐え得ることができ、長寿命化を図ることができる。また、本発明の第２実施形態のスパッタリングターゲット２００は、ターゲット材の中央部に凸部４２を設けることによって、凸部を設けていない場合と比べて、寿命が１．０５～１．１５倍、好ましくは１．０５～１．２倍、より好ましくは１．０５～１．２５倍となる。
　また、本発明の第２実施形態のスパッタリングターゲット２００では、ターゲット材４の中央部に凸部４２を設けていることから、スパッタリング中にターゲット材が消耗しても、熱応力、冷却による押圧力、負圧などの外力によって、スパッタリング中にターゲット材が著しく変形することを抑制することができる。
　さらに、本発明の第２実施形態のスパッタリングターゲット２００では、凸部４２を円柱形に形成することによって、スパッタリング中にターゲット材が消耗しても、熱応力、冷却による押圧力、負圧などの外力によって、スパッタリング中にターゲット材が著しく変形することを抑制することができるなどの上記の効果が得られるので好ましい。
　（スパッタリングターゲットのスパッタリング時における変形または変形量）
　スパッタリング中においてスパッタリングターゲット１００および２００のターゲット材２，４のぞれぞれは、スパッタリング面が、イオン化したアルゴンの衝突エネルギーによって加熱され得るが、バッキングプレート１，３と接する側の面は冷却水などの冷媒体によってバッキングプレート１，３を冷却することによって冷却され得る。このように、スパッタリングターゲット１００および２００のターゲット材２，４はそれぞれ、スパッタリングを受けるスパッタリング面は加熱され、スパッタリングを受けていない反対側の面（すなわち、ターゲット材２，４がそれぞれバッキングプレート１，３と接する側の面）は冷却され得るので、スパッタリング面とその反対側の面とで温度差が生じ、ターゲット材に熱応力が印加され得る。
　また、スパッタリングターゲット１００または２００は、スパッタリング装置のチャンバ内に配置された状態で、ターゲット材２，４には、チャンバ内が真空状態にされることによる負圧、および、バッキングプレート１，３に対する冷媒体の供給による冷却媒体供給圧力（押圧力）などが印加され得る。
　このように、スパッタリング中においてスパッタリングターゲット１００，２００のターゲット材２，４には、熱応力、負圧、押圧力などの外力が印加され得るので、ターゲット材はスパッタリング中に変形する恐れがあり、これらの外力によるターゲット材の変形に影響を及ぼし得る外力を評価することが望ましい。なお、本明細書中、ターゲット材の「変形」および「変形量」とは、外力を受けてターゲット材が反るなどして変形することまたは反った状態を「変形」とし、シミュレーションもしくは直接測定することにより、元の形状からの変形の程度を数量（ｍｍ）で表したものを「変形量」とする。
　＜スパッタリングによるターゲット材の変形に影響を及ぼす外力の推定＞
　ターゲット材２，４のスパッタリング中における変形量の解析を行うに先立って、まず、従来の通常のスパッタリングターゲットの使用後のターゲット材の変形量に基づいて、ターゲット材の変形に影響を与え得る熱応力、負圧、冷却による押圧力などの外力の推定を行った。通常、このような外力は、スパッタリング中に実際に測定することはできない。
　外力の推定実験では、まず、従来の通常のスパッタリングターゲットを用いて、その変形量を実際に測定する。測定に用いた従来の通常のスパッタリングターゲットは、従来の通常の円形平板状（すなわち円盤状）のバッキングプレート（直径５２４ｍｍ、厚さ８．８ｍｍのアルミニウム合金製の円盤）（以下、「通常バッキングプレート」）に、従来の通常の円形平板状（すなわち円盤状）のターゲット材（直径４４３ｍｍ、厚さ１２．７ｍｍのアルミニウム製の円盤）（以下、「通常ターゲット材」）が、拡散接合によって同軸上に接合された、一般的に使用され得るスパッタリングターゲット（以下、「通常スパッタリングターゲット」または「サンプル５」という）である。
　図３は、使用後の従来の通常のスパッタリングターゲットにおけるターゲット材の変形量を実測した結果を示すグラフである。図３のグラフにおいて、横軸は、通常スパッタリングターゲットのターゲット材（以下、「通常ターゲット材」という）の中心からの距離（ｍｍ）を示し、縦軸は、変形量（ｍｍ）の実測値を示す。図３のグラフにおける曲線Ａから明らかなように、通常ターゲット材は、スパッタリング面の中心において最大変形量（＝２．２６４ｍｍ）を示し、その中心から半径方向外側になるにつれて変形量が小さくなる。
　図４は、使用後の通常スパッタリングターゲットにおける通常ターゲット材のスパッタリング領域における実際に測定したエロージョン形状を表す残厚プロファイルを示すグラフである。図４のグラフにおいて、横軸は、通常ターゲット材の中心からの距離（ｍｍ）を示し、縦軸は、使用後の通常ターゲット材における残厚（ｍｍ）を示す。使用後の通常ターゲット材は、曲線Ｂの残厚プロファイルで表されるエロージョン形状を有する。
　次に、このような通常ターゲット材のスパッタリング領域におけるエロージョン形状に基づいて、有限要素法（ＦＥＭ）を用いた変形解析を行った。
　図５は、スパッタリングによる従来の通常のスパッタリングターゲットの有限要素モデルを示す図であり、通常ターゲット材の変形に影響を及ぼす外力を推定する解析に使用したものである。図５に示す有限要素モデル３００Ｍは、使用後の通常スパッタリングターゲットを想定し、スパッタリングターゲットの中心（図５左側）から半径方向外側の端部までの断面をモデル化したものである。なお、有限要素モデル３００Ｍでは、使用後の通常スパッタリングターゲットは、円形平板状（円盤状）のバッキングプレート５に通常ターゲット材６が接合されたものであり、通常ターゲット材６は図５に示すエロージョン形状を有する。また、図５では、各要素エリアを表す境界線を省略している。
　なお、図５の有限要素モデル３００Ｍは、図４の実際に測定したエロージョン形状に基づいて、モデル化を行った。
　変形解析に用いる計算条件を、表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表中、「ＡＮＳＹＳ　１１．０」は、サイバネットシステム（株）から入手可能である。
　図６は、有限要素モデル３００Ｍに温度および圧力を印加したときのターゲット材の変形量を表す変形解析結果を示すグラフである。図６のグラフは、有限要素モデル３００Ｍの通常ターゲット材６において、バッキングプレート５に接する面が６０℃に冷却された状態で、スパッタリング面の温度を図６（ａ）では１００℃、図６（ｂ）では１２０℃、図６（ｃ）では１４０℃とし、バッキングプレート５に接する側の面の圧力（押圧力）を０．２ＭＰａ、０．４ＭＰａまたは０．６ＭＰａとし、その後、通常ターゲット材６の両面の温度を常温として圧力を除荷したときの通常ターゲット材６の永久変形量を示している。図６のグラフにおいて、横軸は、通常ターゲット材６の中心からの距離（ｍｍ）を示し、縦軸は、永久変形量（ｍｍ）を示す。
　図６（ａ）は、通常ターゲット材６のスパッタリング面が１００℃に加熱されたときの変形量の解析結果を示し、曲線Ｃ１が、バッキングプレート５側の面に０．２ＭＰａの圧力が印加されたときの通常ターゲット材６の永久変形量、曲線Ｃ２が、バッキングプレート５側の面に０．４ＭＰａの圧力が印加されたときの通常ターゲット材６の永久変形量、曲線Ｃ３が、バッキングプレート５側の面に０．６ＭＰａの圧力が印加されたときの通常ターゲット材６の永久変形量を表す。
　また、図６（ｂ）は、通常ターゲット材６のスパッタリング面が１２０℃に加熱されたときの変形量の解析結果を示し、曲線Ｄ１が、バッキングプレート５側の面に０．２ＭＰａの圧力が印加されたときの通常ターゲット材６の永久変形量、曲線Ｄ２が、バッキングプレート５側の面に０．４ＭＰａの圧力が印加されたときの通常ターゲット材６の永久変形量、曲線Ｄ３が、バッキングプレート５側の面に０．６ＭＰａの圧力が印加されたときの通常ターゲット材６の永久変形量を表す。
　また、図６（ｃ）は、通常ターゲット材６のスパッタリング面が１４０℃に加熱されたときの変形量の解析結果を示し、曲線Ｅ１が、バッキングプレート５側の面に０．２ＭＰａの圧力が印加されたときの通常ターゲット材６の永久変形量、曲線Ｅ２が、バッキングプレート５側の面に０．４ＭＰａの圧力が印加されたときの通常ターゲット材６の永久変形量、曲線Ｅ３が、バッキングプレート５側の面に０．６ＭＰａの圧力が印加されたときの通常ターゲット材６の永久変形量を表す。
　図６のグラフから明らかなように、通常ターゲット材６は、スパッタリング面の中心において最大変形量を示し、その中心から半径方向外側になるにつれて変形量が小さくなる。また、圧力が大きくなるにつれて変形量は大きくなるが、スパッタリング面の温度の違いによる影響はほとんどない。
　図７は、ターゲット材の変形解析結果に基づいた圧力と最大変形量との関係を示すグラフである。図７のグラフは、図６の解析結果に基づいたものである。図７のグラフにおいて、横軸は、通常ターゲット材６に印加される圧力（ＭＰａ）を示し、縦軸は、最大変形量（ｍｍ）を示す。図７のグラフから明らかなように、圧力と最大変形量とは直線Ｆの関係を示し、圧力の増加に応じて最大変形量が大きくなる。この直線Ｆより、図３で示した実際のスパッタリング使用後のスパッタリングターゲットにおけるターゲット材の最大変形量である「２．２６４ｍｍ」に対応する圧力は、「０．２７９ＭＰａ」となる。
　以上の結果より、上記実験（図３、図４）のスパッタリング時においてターゲット材には、以下の表２に示す圧力および温度が印加されていると推定することができる。本明細書中、この圧力を「推定外力」と呼ぶ。なお、表２の推定外力において、ターゲット材のバッキングプレートと接する面に付与される温度を「６０℃」、スパッタリング面に付与される温度を「１２０℃」としたのは、温度の違いによる変形量に及ぼす影響がほとんどないという、図６の結果に基づくものである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　次に、表２に示す推定外力を用いて、図５に示す有限要素モデル３００Ｍによる有限要素法の変形解析を行った。なお、変形解析の計算条件は、表１の条件を用いた。変形解析結果を図８に示す。
　図８は、ターゲット材の実測変形値に対する変形解析結果の一致性を示すグラフである。図８のグラフにおいて、曲線Ａは、図３に示した使用後のターゲット材の実測変形値を表すものであり、曲線Ｇは、変形解析結果によるものである。なお、図８のグラフは、ターゲット材に対して、表２に示す推定外力を印加した後、温度を常温で圧力を除荷したときのターゲット材の永久変形量を示している。
　図８より、変形解析結果は、実測変形値とほぼ一致することが分かった。すなわち、表２に示す推定外力は、スパッタリング時にターゲット材に印加される外力として妥当であると判断できる。
　＜スパッタリング時におけるターゲット材の変形解析＞
　表２に示す推定外力を用いて、図１に示した本実施形態のスパッタリングターゲット１００、および、図２に示した本実施形態のスパッタリングターゲット２００に対する有限要素法の変形解析を行った。なお、変形解析の計算条件は、表１の条件を用いた。
　変形解析に用いたスパッタリングターゲットの構成を、表３に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　図９は、ターゲット材に対してスパッタリング時の推定外力を印加したときの変形量を表す変形解析結果を示すグラフである。図９のグラフにおいて、横軸は、ターゲット材の中心からの距離（ｍｍ）を示し、縦軸は、変形量（ｍｍ）を示す。
　図９（ａ）は、スパッタリング中のターゲット材の変形を想定し、表２に示す推定外力を印加したときのターゲット材の変形量を示している。図９（ａ）のグラフにおいて、曲線Ｈ１は、表３のサンプル１の変形解析結果を示し、曲線Ｈ２は、表３のサンプル２の変形解析結果を示し、曲線Ｈ３は、表３のサンプル３の変形解析結果を示し、曲線Ｈ４は、表３のサンプル４の変形解析結果を示し、曲線Ｈ５は、表３のサンプル５の変形解析結果を示す。
　図９（ａ）のグラフより、サンプル１は、凸部２２に対応して中央部の厚みが厚くされたターゲット材２を有するスパッタリングターゲット１００（図１）であり、熱応力、負圧を含む冷却媒体供給圧力（押圧力）などの外力からなる推定外力が印加されることによる変形量をサンプル５（均一な厚みを有する円形平板状のターゲット材を有する通常スパッタリングターゲット）よりも小さくすることができる。さらに、図９（ａ）のグラフより、サンプル２～４は、嵌合部の凸部４２に対応して中央部の厚みが厚くされたターゲット材４を有するスパッタリングターゲット２００（図２）であり、推定外力が印加されることによる変形量を、通常スパッタリングターゲットを表すサンプル５と、ほぼ同等の変形量にすることができ、過度の変形は抑制することができる。
　また、図９（ｂ）は、スパッタリング後のターゲット材の永久変形を想定し、表２に示す推定外力を印加した後、温度を常温で圧力を除荷したときのターゲット材の永久変形量を示している。図９（ｂ）のグラフにおいて、曲線Ｊ１は、表３のサンプル１の変形解析結果を示し、曲線Ｊ２は、表３のサンプル２の変形解析結果を示し、曲線Ｊ３は、表３のサンプル３の変形解析結果を示し、曲線Ｊ４は、表３のサンプル４の変形解析結果を示し、曲線Ｊ５は、表３のサンプル５の変形解析結果を示す。
　図９（ｂ）のグラフより、スパッタリングターゲット１００のサンプル１は、推定外力が印加された後の永久変形量を、通常スパッタリングターゲットのサンプル５よりも、小さくすることができる。さらに、図９（ｂ）のグラフより、スパッタリングターゲット２００のサンプル２～４は、推定外力が印加された後の永久変形量を、通常スパッタリングターゲットを表すサンプル５と、ほぼ同等の永久変形量にすることができ、過度の永久変形は抑制することができる。
　＜スパッタリング時におけるエロージョン形状を有するターゲット材の変形解析＞
　次に、スパッタリングによってエロージョンが発生した場合の変形解析を行った。なお、変形解析の計算条件は、表１の条件を用いた。また、変形解析に用いたサンプルは、表３に示したサンプル１～５である。
　まず、サンプル１～５における、ターゲット材のエロージョン形状を設定した。図１０および図１１は、推定外力が印加された時の変形解析に用いるターゲット材のエロージョン形状を示す図である。
　図１０（ａ）は、図４に示した使用後の通常スパッタリングターゲットにおける実際の残厚プロファイル（図４）を参考にして作成したスパッタリングターゲット１００（サンプル１）におけるターゲット材２のエロージョン形状を表す残厚プロファイルを示すグラフである。図１０（ａ）のグラフにおいて、横軸は、ターゲット材２の中心からの距離（ｍｍ）を示し、縦軸は、ターゲット材２における残厚（ｍｍ）を示す。ターゲット材２は、曲線Ｋの残厚プロファイルで表されるエロージョン形状を有するものと設定した。
　図１０（ｂ）は、スパッタリング時のスパッタリングターゲット１００（サンプル１）を想定し、中心（図１０（ｂ）左側）から半径方向外側の端部までの断面をモデル化した有限要素モデル１００Ｍを示す。なお、図１０（ｂ）中、バッキングプレート１に接合したターゲット材２は、図１０（ａ）の曲線Ｋの残厚プロファイルで表されるエロージョン形状を有する。図１０（ｂ）では、各要素エリアを表す境界線を省略している。
　図１１（ａ）は、図４に示した使用後の通常スパッタリングターゲットにおける実際の残厚プロファイル（図４）を参考にして作成したスパッタリングターゲット２００（サンプル２～４）におけるターゲット材４のエロージョン形状を表す残厚プロファイルを示すグラフである。図１１（ａ）のグラフにおいて、横軸は、ターゲット材４の中心からの距離（ｍｍ）を示し、縦軸は、ターゲット材４における残厚（ｍｍ）を示す。ターゲット材４は、図１１（ａ）の曲線Ｌ１の残厚プロファイルで表されるエロージョン形状を有するものとして設定した。
　図１１（ｂ）は、スパッタリング時のスパッタリングターゲット２００（サンプル２～４）を想定し、中心（図１１（ｂ）左側）から半径方向外側の端部までの断面をモデル化した有限要素モデル２００Ｍを示す。なお、図１１（ｂ）中、バッキングプレート３に接合したターゲット材４は、図１１（ａ）の曲線Ｌ１の残厚プロファイルで表されるエロージョン形状を有する。図１１（ｂ）では、各要素エリアを表す境界線を省略している。
　なお、通常スパッタリングターゲットであるサンプル５については、エロージョン形状を示す残厚プロファイルとして、図４で示した実際の残厚プロファイルを用い、変形解析のための有限要素モデルとして、図５で示した有限要素モデル３００Ｍを用いた。
　図１２は、スパッタリング時にエロージョン形状を有するターゲット材（すなわちエロージョンされたターゲット材）に推定外力を印加したときの変形量を表す変形解析結果を示すグラフである。図１２のグラフにおいて、横軸は、ターゲット材の中心からの距離（ｍｍ）を示し、縦軸は、変形量（ｍｍ）を示す。
　図１２（ａ）は、スパッタリング中におけるエロージョン形状を有するターゲット材の変形を想定し、表２に示す推定外力を印加したときのターゲット材の変形量を示している。図１２（ａ）のグラフにおいて、曲線Ｐ１は、エロージョン形状を有するサンプル１の変形解析結果を示し、曲線Ｐ２は、エロージョン形状を有するサンプル２の変形解析結果を示し、曲線Ｐ３は、エロージョン形状を有するサンプル３の変形解析結果を示し、曲線Ｐ４は、エロージョン形状を有するサンプル４の変形解析結果を示し、曲線Ｐ５は、エロージョン形状を有するサンプル５の変形解析結果を示す。サンプル１～５としては、いずれもエロージョン形状を有する（すなわち、エロージョンされている）場合を想定した上記の各有限要素モデルを適用した（後述図１２（ｂ）時等）。
　図１２（ａ）のグラフより、スパッタリングターゲット１００のサンプル１は、凸部２２に対応して中央部の厚みが厚くされたターゲット材２を有し、推定外力が印加されることによる変形量を、サンプル５と、ほぼ同等の変形量にすることができ、過度の変形を抑制することができる。なお、サンプル５は、均一な厚みを有する円形平板状（円盤状）のターゲット材を有する通常スパッタリングターゲットである。さらに、図１２（ａ）のグラフより、スパッタリングターゲット２００のサンプル２～４は、嵌合部の凸部４２に対応して中央部の厚みが厚くされたターゲット材４を有し、推定外力が印加されることによる変形量を、許容範囲内に抑えることができ、過度の変形を抑制することができる。
　また、図１２（ｂ）は、エロージョン形状を有するターゲット材のスパッタリング後における永久変形を想定し、表２に示す推定外力を印加した後、ターゲット材の両面の温度を常温として圧力を除荷したときのターゲット材の永久変形量を示している。図１２（ｂ）のグラフにおいて、曲線Ｑ１は、エロージョン形状を有するサンプル１の変形解析結果を示し、曲線Ｑ２は、エロージョン形状を有するサンプル２の変形解析結果を示し、曲線Ｑ３は、エロージョン形状を有するサンプル３の変形解析結果を示し、曲線Ｑ４は、エロージョン形状を有するサンプル４の変形解析結果を示し、曲線Ｑ５は、エロージョン形状を有するサンプル５の変形解析結果を示す。
　図１２（ｂ）のグラフより、スパッタリングターゲット１００，２００においてエロージョン形状を有するサンプル１，２は、それぞれ、推定外力が印加された後の永久変形量を、通常スパッタリングターゲットにおいてエロージョン形状を有するサンプル５よりも、小さくすることができる。さらに、図１２（ｂ）のグラフより、スパッタリングターゲット２００においてエロージョン形状を有するサンプル３，４は、推定外力が印加された後の永久変形量を、通常スパッタリングターゲットにおいてエロージョン形状を有するサンプル５と、ほぼ同等の永久変形量にすることができ、過度の永久変形は抑制することができる。
　以上のように、本実施形態のスパッタリングターゲット１００，２００は、いずれも、スパッタリングによって激しく消耗する中央部の厚みが厚くされたターゲット材２，４を有して長寿命化を図ることができるとともに、スパッタリング中の熱応力、負圧を含む冷却媒体供給圧力（押圧力）などの外力が印加されることによる変形量（スパッタリング中の変形量およびスパッタリング後の永久変形量の両方）を、均一な厚みを有する通常の円形平板状（円盤状）のターゲット材よりも小さいか、少なくとも同等の変形量にすることができ、過度の変形は抑制することができる。
　このように、本発明では、通常のスパッタリングターゲットの変形量およびエロージョンプロファイル（図３、４）から、有限要素モデル化（図５）を行って解析することによって、その解析結果（図６）から、スパッタリング中に印加され得る外力を推定することができた。また、図４のエロージョンプロファイルに基づいて、本発明の第１実施形態および第２実施形態のスパッタリングターゲットを有限要素モデル化（図１０（ｂ）、図１１（ｂ））し、上記で推定した外力を適用して解析すると、ターゲット材の変形（スパッタリング中の変形およびスパッタリング後の永久変形の両方）を許容の範囲内に抑制できることがわかった。
　従って、本発明では、第１実施形態および第２実施形態のように、ターゲット材の厚みを中央部で大きくすることによって、ターゲット材の長寿命化が達成できるだけでなく、スパッタリング中およびスパッタリング後の変形を許容の範囲に抑制することができた。
　本発明のスパッタリングターゲットは、長寿命であり、なおかつ、スパッタリング中の変形およびスパッタリング後の永久変形を許容の範囲内に抑制することができるので、従来のスパッタリングターゲットの代替品として非常に有益である。
　本願は、２０１１年７月７日に日本国で出願された特願２０１１－１５１２８８を基礎としてその優先権を主張するものであり、その内容はすべて本明細書中に参照することにより援用される。
　１，３　バッキングプレート
　２，４　ターゲット材
　２１，４１　基部
　２２　凸部（または突出部）
　３１　基材
　３２　凹部
　４２　凸部（または嵌合部）
　１００，２００　スパッタリングターゲット
　１００Ｍ，２００Ｍ，３００Ｍ　有限要素モデル

Claims (12)

  1. 　板状のバッキングプレートと、
    　前記バッキングプレートに載置するターゲット材と
    を含むスパッタリングターゲットであって、
    前記ターゲット材が、
    　前記バッキングプレートに接する板状の基部と、
    　前記基部の前記バッキングプレートと接する面とは反対側の面の中央部に前記基部と同軸かつ一体的に形成された凸部と
    を有することを特徴とする、スパッタリングターゲット。
  2. 　前記凸部が円錐台形状である請求項１に記載のスパッタリングターゲット。
  3. 　板状のバッキングプレートと、
    　前記バッキングプレートに載置するターゲット材と
    を含むスパッタリングターゲットであって、
    前記ターゲット材が、
    　前記バッキングプレートに接する板状の基部と、
    　前記基部の前記バッキングプレートと接する面の中央部に前記基部と同軸かつ一体的に形成された凸部と
    を有し、
    前記バッキングプレートは、前記ターゲット材と接する面の中央部に前記ターゲット材の前記凸部と嵌合する凹部を有することを特徴とする、スパッタリングターゲット。
  4. 　前記凸部が円柱形である請求項３に記載のスパッタリングターゲット。
  5. 　スパッタリングターゲットにおいてバッキングプレートに載置して用いられるターゲット材であって、
    　　前記バッキングプレートに接する板状の基部と、
    　　前記基部の前記バッキングプレートと接する面とは反対側の面の中央部に前記基部と同軸かつ一体的に形成された凸部と
    を有することを特徴とする、ターゲット材。
  6. 　前記凸部が円錐台形状である請求項５に記載のターゲット材。
  7. 　スパッタリングターゲットにおいてバッキングプレートに載置して用いられるターゲット材であって、
    　　前記バッキングプレートに接する板状の基部と、
    　　前記基部の前記バッキングプレートと接する面の中央部に前記基部と同軸かつ一体的に形成された凸部と
    を有することを特徴とする、ターゲット材。
  8. 　前記凸部が円柱形である請求項７に記載のターゲット材。
  9. 　前記凸部が、前記バッキングプレートの前記ターゲット材と接する面の中央部に形成された凹部と嵌合する、請求項７または８に記載のターゲット材。
  10. 　スパッタリングターゲットにおいてターゲット材を支持するために用いられるバッキングプレートであって、前記ターゲット材と接する面の中央部に凹部を有するバッキングプレート。
  11. 　前記凹部が円柱形である請求項１０に記載のバッキングプレート。
  12. 　前記凹部が、前記ターゲット材の前記バッキングプレートと接する面の中央部に形成された凸部と嵌合する請求項１０または１１に記載のバッキングプレート。
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