JPH08188872A - スパッタリングターゲットとバッキングプレートの接合方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 剪断応力の存在下での接合強度を改善するタ
ーゲットとバッキングプレートの接合方法を確立するこ
と。 【構成】 接合されるスパッタリングターゲットとバッ
キングプレートとの双方の接合面に互いに隙間なく嵌合
しうる凹凸を形成し、接合面において該凹凸を互いに嵌
合した状態で接合工程（低融点ロウ材による接合、ホッ
トプレス、ＨＩＰ等）を実施する。１〜数個のリング状
長方形断面の凹凸や同心円状の多数の凹凸を形成可能。
凹凸は、接合面積を増加させることにより単位面積あた
りの剪断応力を低減するとともに、凹凸自体が剪断によ
る剥離の拘束点となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スパッタリングターゲ
ットとバッキングプレートの接合方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】スパッタリングターゲット（以下ターゲ
ットと云う）は、スパッタリングにより各種半導体デバ
イスの電極、ゲート、配線、素子、保護膜等を基板上に
形成するためのスパッタリング源となる、通常は円盤状
の板である。加速された粒子がターゲット表面に衝突す
るとき運動量の交換によりターゲットを構成する原子が
空間に放出されて対向する基板上に堆積する。ターゲッ
トとしては、Ａｌ乃至Ａｌ合金ターゲット、高融点金属
及び合金（Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｎｂ等及びそ
の合金）ターゲット、高融点シリサイド（ＭｏＳｉ_X 、
ＷＳｉ_x 等）ターゲット、白金族ターゲット等が代表的
に使用されている。

【０００３】ターゲットは通常、支持及び冷却目的でバ
ッキングプレート（ＢＰ）と呼ばれる裏当材とボンディ
ングした組立体の状態で使用される。スパッタリング装
置にターゲット組立体が組付けられ、バッキングプレー
トの裏面が冷却されてスパッタリング動作時ターゲット
中で発生する熱を奪い取る。バッキングプレートとして
は、ＯＦＣ（無酸素銅）、Ｃｕ合金、Ａｌ合金、ＳＵＳ
（ステンレス鋼）若しくはＴｉ乃至Ｔｉ合金等の熱伝導
性の良い金属及び合金が使用されている。

【０００４】従来、ターゲットとバッキングプレートの
接合にはＩｎ若しくはＳｎ合金系等の低融点ロウ材を用
いたロウ付け法が主として採用されてきた。また、特開
平４−１４３２６８号及び特開平４−１４３２６９号に
は、爆発接合法、ホットプレス等によるターゲットとバ
ッキングプレートの一体化が記載されている。

【０００５】更に、本件出願人は、ターゲットとバッキ
ングプレートとを必要に応じインサート材を使用してタ
ーゲットの大きな変形や結晶特性の劣化を伴うことなく
両者間を固相接合することを提唱している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ターゲットとバッキン
グプレートの組立体は、スパッタリング時にバッキング
プレート側より冷却され、ターゲット面はイオンボンバ
ートメントにより温度が上昇する。この結果、ターゲッ
トとバッキングプレートの接合界面には熱膨張差による
剪断応力が発生する。また、ターゲットとバッキングプ
レートの接合工程においては、ロウ材を使うにせよ、ホ
ットプレス、固相接合等の設備を利用するにせよ接合時
にターゲットとバッキングプレートの温度が室温以上に
高くなることがほとんどである。この場合、ターゲット
とバッキングプレートの材質が異なれば熱膨張差により
接合面に剪断応力が生じる。

【０００７】ターゲットとバッキングプレート接合面は
熱的及び電気的に確実なコンタクトが必要であり、確固
とした接合が要求される。しかしながら、上述した剪断
力の存在は、スパッタリングの条件によってはターゲッ
トとバッキングプレートとの部分的な剥離等の原因とな
ることが予想される。

【０００８】本発明の課題は、ターゲットとバッキング
プレートの接合において、ターゲットの品質を低下する
ことなく、上記剪断応力の存在下での接合強度（接合界
面の剪断強度）を改善する接合方法を確立することであ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するべ
く、本発明者は、接合面積を増加させることにより単位
面積あたりの剪断応力を低減するとともに、剪断による
剥離の拘束点となる効果を有する凹凸を接合されるター
ゲットとバッキングプレートの双方の接合面に互いに隙
間なく嵌合するように形成することを想到し、試行の結
果好成績を得た。この知見に基づいて、本発明は、スパ
ッタリングターゲットとバッキングプレートの接合を行
うに際して、接合されるスパッタリングターゲットとバ
ッキングプレートとの双方の接合面に互いに隙間なく嵌
合しうる凹凸を形成し、接合面において該凹凸を互いに
嵌合した状態で接合工程を実施することを特徴とするス
パッタリングターゲットとバッキングプレートの接合方
法を提供する。少なくとも１本のリング状凹凸を形成す
ることが好ましい。本発明においては、接合工程は、ロ
ウ付け法、ホットプレス法、ＨＩＰ法、固相接合法等い
ずれをも採用することができる。上述した従来技術はい
ずれの場合も、ターゲットとバッキングプレートの接合
面はフラットに仕上げられるか、一方の面のみに凹凸を
設けるものであり、本発明のような、スパッタリングタ
ーゲットとバッキングプレートとの双方の接合面に互い
に隙間なく組み合わさる凹凸を設けるような工夫はなさ
れていない。

【００１０】

【作用】ターゲットとバッキングプレートのそれぞれの
接合面に存在する凹凸は互いに隙間なく組み合わされる
寸法と位置関係を有している。これらの凹凸は、接合面
積を増加させることにより単位面積あたりの剪断応力を
低減するとともに、凹凸自体が剪断による剥離の拘束点
となる効果も持ち合わせている。凹凸は可能な限り互い
に隙間なく組み合わされる寸法と位置関係を有している
ため、接合に際して、金属の流動は実質上生じないか
ら、ターゲットの変形や結晶組織と関連する品質低下は
起こらない。

【００１１】

【実施例】形成される凹凸の形状や個数、位置は特に限
られるものではなく、予想される剪断応力や、ターゲッ
トとバッキングプレートの形状、接合方法等により決定
される。例えば、図１は長方形の断面を持つリング状の
凹凸を外周部近くに一つ形成した例であり、図２は同様
のリング状凹凸を外周部近くと１／４直径位置に計二つ
つけた例である。また、図３に示すように同心円状に多
数の凹凸をつけることもできる。ここでは、いずれもタ
ーゲットに凸部を形成しそしてバッキングプレートに凹
部を形成してある。図１〜３はいずれも円盤状のターゲ
ットを想定しているが、矩形のターゲットでも同様であ
り、また、リング状でなく直線状、あるいは部分的な凹
凸も同様の効果を持つ。大切なことはターゲットとバッ
キングプレートのそれぞれの接合面に存在する凹凸が可
能な限り互いに隙間なくぴったりと組み合わさる寸法と
位置関係を有していることである。これらの凹凸は、接
合面積を増加させることにより単位面積あたりの剪断応
力を低減するとともに、凹凸自体が剪断による剥離の拘
束点となって剥離の発生を抑制する効果も持ち合わせ
る。こうした効果を奏するためには、凹凸の深さ（高
さ）は少なくとも０．２ｍｍ以上とすることが望まし
い。一般には、凹凸の形成部位が多数であるほど、凹凸
の深さ（高さ）を小さくすることができる。

【００１２】接合工程は、特に限られるものではなく、
低融点ロウ材による接合や、あるいは、ホットプレスや
ＨＩＰを使った圧着などが用いられる。また、ターゲッ
トとバッキングプレートの材質も特に制限されるもので
はない。ターゲット材質としては、Ａｌ乃至Ａｌ合金、
高融点金属及び合金（Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｎ
ｂ等及びＷ−Ｔｉ等のその合金）、高融点シリサイド
（ＭｏＳｉ_X 、ＷＳｉ_x等）、白金族金属、ニッケルそ
の他を使用することができ、バッキングプレートの材質
としては、Ｔｉ乃至Ｔｉ合金、ＯＦＣ（無酸素銅）、Ｃ
ｕ合金、Ａｌ及びＡｌ合金、ＳＵＳ（ステンレス鋼）等
を使用することができる。更に、ターゲットやバッキン
グプレートの接合面の接合前の表面処理の有無や種類、
インサート材の有無等に関しても特に制限のあるもので
はない。

【００１３】特に、本件出願人が先に提唱した固相接合
方法も有効に使用することができる。この固相接合方法
は、ターゲット材の結晶組織の不均一化を抑えつつしか
もターゲット材の大きな変形や変質等の悪影響なく、バ
ッキングプレートに高強度で接合することを目的とし
て、ターゲット材とバッキングプレートの間に１種以上
のインサート材を挿入して或いはインサート材を使用せ
ずに、ターゲットとバッキングプレートを溶融せしめる
ことなく固相状態に維持したまま、真空中で軽度の加熱
及び加圧条件（１５０〜３５０℃×１〜１５ｋｇ／ｍｍ
² ）下で最終寸法形状に仕上げたターゲット材を接合す
るものである。

【００１４】こうして、接合されたターゲット−バッキ
ングプレート組立体は、スパッタリング装置に組込ま
れ、スパッタリング操作の下に置かれる。近時、成膜速
度の増大等を目的として投入パワーがハイパワー化され
る傾向にあり、それだけ剥離が生じやすいが、本発明に
従って製造されたターゲット−バッキングプレート組立
体は投入パワーのハイパワー化に対応することができ
る。

【００１５】（実施例１、２、３、４及び比較例）直径
３４０ｍｍそして厚さ１６ｍｍのＴｉ及びＴａターゲッ
トと直径３４０ｍｍそして厚さ１７ｍｍのＡｌ、Ｔｉ及
びＣｕ製バッキングプレートの接合を実施した。実施例
１では、図２に示した型式の幅５ｍｍそして深さ（高
さ）４ｍｍの凹凸を加工した。Ｔｉターゲット側の接合
面に凸部を設けそしてＡｌ製バッキングプレートの接合
面に凹部を設けた。凹凸の位置は、外周から１０ｍｍ内
側の位置と１／４直径位置とした。実施例２では、図３
に示したように同心円状に凹凸を多数加工した。実施例
１と同様に、ＴｉターゲットとＡｌ製バッキングプレー
トの接合面に凹部を設けた。凹凸の幅は３ｍｍ、そして
深さ（高さ）は１ｍｍとし、２０ｍｍ間隔で加工した。
実施例３では直径３４０ｍｍそして厚さ１６ｍｍのＴａ
ターゲットを実施例１と同じ方法でＴｉ製バッキングプ
レートに接合した。実施例４では直径３４０ｍｍそして
厚さ１６ｍｍのＴｉターゲットと直径３４０ｍｍそして
厚さ１７ｍｍのＣｕ製バッキングプレートの接合を実施
した。接合面は実施例２と同様図３に示す同心円状の凹
凸を多数加工した。比較例として、接合面を凹凸なくフ
ラットに機械加工したＴｉ及びＴａターゲットとＡｌ、
Ｔｉ及びＣｕ製バッキングプレートを用意した。実施例
１、２及び３では凹凸部を含め接合面を密着するように
組み立てそして比較例ではフラットな接合面が密着する
ように組み立てた後、ＨＩＰにより接合を行った。ＨＩ
Ｐ処理は５２５℃×１０００気圧で実施した。また実施
例４では接合面を密着するように組み立てた後真空ホッ
トプレスにより接合を行った。ホットプレス条件は５２
５℃×１５ｋｇ／ｍｍ² で実施した。

【００１６】接合後、ターゲット側から超音波探傷を行
い、バッキングプレート側からのエコーの有無を確認し
た。接合面に剥離があれば、接合面でほとんどが反射さ
れ、バッキングプレート側底面からのエコーは観察され
なくなる。結果を表１に示す。実施例１、２、３、４と
も全域からバッキングプレート側底面エコーが確認され
た。比較例では約半分の領域でバッキングプレート側底
面エコーが確認されなかった。また接合面外周には、一
部剥離が目視でも確認された。

【００１７】

【表１】

【００１８】

【発明の効果】ターゲットの品質を低下することなく、
上記熱膨張の差異による剪断応力の存在下での接合強度
を改善し、ターゲットとバッキングプレートとの剥離を
防止する。投入パワーのハイパワー化に対応することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】長方形の断面を持つリング状の凹凸を外周部近
くに一つ形成した具体例の、中心線からの半部分の接合
前及び接合後の断面を示す断面図である。

【図２】長方形の断面を持つリング状の凹凸を外周部近
く及び１／４直径部ににおいて二つ形成した具体例の、
中心線からの半部分の接合前及び接合後の断面を示す断
面図である。

【図３】多数の同心状凹凸を形成した具体例の、中心線
からの半部分の接合前及び接合後の断面を示す断面図で
ある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福嶋 篤志 茨城県北茨城市華川町臼場187番地４株式 会社ジャパンエナジー磯原工場内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スパッタリングターゲットとバッキング
   プレートの接合を行うに際して、接合されるスパッタリ
   ングターゲットとバッキングプレートとの双方の接合面
   に互いに隙間なく嵌合しうる凹凸を形成し、接合面にお
   いて該凹凸を互いに嵌合した状態で接合工程を実施する
   ことを特徴とするスパッタリングターゲットとバッキン
   グプレートの接合方法。
2. 【請求項２】 スパッタリングターゲットとバッキング
   プレートの接合を行うに際して、接合されるスパッタリ
   ングターゲットとバッキングプレートとの双方の接合面
   に互いに隙間なく嵌合しうる少なくとも１本のリング状
   凹凸を形成し、接合面において該凹凸を互いに嵌合した
   状態で接合工程を実施することを特徴とするスパッタリ
   ングターゲットとバッキングプレートの接合方法。