(57)【特許請求の範囲】
【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とを接合してなり、
バッキングプレートがスパッタリングターゲット材との線膨張率の差が２×１０-6／Ｋ以下である材料で構成され、
バッキングプレートの少なくとも一面に厚さ０．３〜１．５ｍｍの銅板が配置されており、
バッキングプレートが銅製又はステンレス鋼製のパイプからなる冷却水路を内在するスパッタリングターゲット構造体の製造方法であって、
冷却水路パイプ及び強化材スラリーを内蔵する金型を熱処理して得られた強化材の焼成体に銅板を取付けた後、この銅板付き焼成体を高圧鋳造用金型内に設置し、この金型内にアルミニウム溶湯を流し込んで高圧鋳造することにより、バッキングプレートを製造することを特徴とする、スパッタリングターゲット構造体の製造方法。
【請求項２】
前記バッキングプレートを構成する材料が、アルミニウム又はアルミニウム合金をマトリックスとし、これに、カーボン、炭化珪素、アルミナ、窒化珪素、ムライト及びホウ酸アルミニウムからなる群から選ばれる一種又は二種以上の粒子状又は繊維状の強化材を配合してなる複合材料からなり、３．５〜１７×１０-6／Ｋの線膨張率を有するものである請求の範囲第１項に記載のスパッタリングターゲット構造体の製造方法。
【請求項３】
スパッタリングターゲットと前記バッキングプレートとが、インジウム、スズ又はこれらの合金で接合されたものである請求の範囲第１項又は第２項に記載のスパッタリングターゲット構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイ等の平面表示素子（フラットパネルディスプレイ。以下「ＦＰＤ」という。）のハードコーティング、装飾用コーティング等の薄膜の製造において、スパッタリング工程に用いられるスパッタリングターゲット構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
スパッタリングによる薄膜形成は、真空容器中にアルゴン等の希ガスを導入し、スパッタリングターゲットに負の電圧を印加してグロー放電を発生させ、これによって生成されたプラズマ陽イオンをスパッタリングターゲットに衝突させ、これによって放出されたスパッタリングターゲット構成原子を対向基板に堆積させることによって行なう。【０００３】
スパッタリングターゲットとしては、アルミニウム、アルミニウム合金、高融点金属（タングステン、モリブデン、チタン等）及びその合金、高融点シリサイド（モリブデンシリサイド、タングステンシリサイド等）等が代表的なものであるが、最近では、ＩＴＯ（インジウム−スズ−オキサイド）焼結体等も用いられている。【０００４】
バッキングプレートは、支持体として機能すると共に、スパッタリングによりスパッタリングターゲット中で発生する熱を除去する冷却体として機能する。このため、バッキングプレートは、通常、内部に冷却機構を有している。
バッキングプレートとしては、無酸素銅、銅合金、アルミニウム合金、ステンレス鋼、チタン合金等が使用されている。これらのうち、銅製のバッキングプレートは、熱伝導性に優れているので賞用されるが、線膨張率が１７×１０−６／Ｋと大きいので、繰返し使用されると伸びによる変形が大きくなり、数回の使用で再利用ができなくなるという問題がある。【０００５】
上記スパッタリング工程で用いられるスパッタリングターゲットは、通常、バッキングプレートに低融点ロウ材でロウ接された構造体の状態で使用される。【０００６】
スパッタリング工程においてスパッタリングターゲット構造体がプラズマ陽イオンの衝突により高温になった場合、これを構成す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間で線膨張率に大きい差があると、スパッタリングターゲット構造体はバイメタルのように変形してしまう。このような変形は、スパッタリングターゲット構造体を製造する際にも起こりうる。
このような変形が起きると、スパッタリングターゲットに亀裂が生じたり、ロウ材が融解してロウ接部分が剥がれたりする問題が生じる。【０００７】
このため、スパッタリング等により高温に曝されてもバイメタル変形を生じることがなく、従って、スパッタリングターゲットの亀裂や剥がれの問題がないスパッタリングターゲット構造体が求められている。
最近では、スパッタリングターゲット材として、モリブデンやチタンが用いられるようになっているが、これらの金属の線膨張率は、バッキングプレート材として賞用されている銅の線膨張率と大きく異なるため、上記のような問題のないスパッタリングターゲット構造体に対する要請は、強いものとなっている。【０００８】
上記のような問題のないスパッタリングターゲット構造体を得るために、これまで、種々の提案がなされている。
例えば、ロウ材乃至ロウ接方法からの検討として、スパッタリングターゲットと冷却板（バッキングプレート）との間にスズ合金等のシートを介在させ、このシートとスパッタリングターゲット及び冷却板との間に、それぞれ、インジウム合金等を挟み込んで溶融接着させる方法（特許文献１）、スパッタリングターゲットにメッキ又は蒸着等の前処理を行なうと共に、緩衝材をスパッタリングターゲットと冷却板（バッキングプレート）との間に挿入する方法（特許文献２）、スパッタリングターゲットと冷却板（バッキングプレート）との間にインサート材を挿入する方法（特許文献３）、スパッタリングターゲットとバッキングプレートとの間に熱伝導性接着剤を挿入し、この接着剤とスパッタリングターゲット及び／又はバッキングプレートとの間に低融点金属を介在させて接着する方法（特許文献４）等がある。
これらの方法は、スパッタリングターゲットとバッキングプレートとの間の薄いロウ材層の構成の修飾によって効果を得ようとするものであり、所期の効果が得られるとは言いがたい。また、スパッタリングターゲットとバッキングプレートとの間に種々のものを介在させることによる熱伝導の低下というマイナス効果も無視できないものである。更に、インジウムを用いるものは、価格面でも問題がある。【０００９】
一方、バッキングプレートの側からの検討として、特許文献５には、バッキングプレートをモリブデン−チタン−モリブデン等の３層構造とする方法が提案されている。これは、バッキングプレートの線膨張率をスパッタリングターゲットのそれと一致するようにしようとするものである。
また、特許文献６には、バッキングプレートをモリブデンと銅との複合材料で構成することが開示されている。
更に特許文献７には、アルミニウム又はアルミニウム合金とセラミックスとの複合材料からバッキングプレートを作製することが提案されている。
しかしながら、これらの材料は機械加工性も良くなく、特にスパッタリングターゲットとバッキングプレートとの熱膨張差が問題となるＦＰＤ用の大型品には応用が困難である。【００１０】
また、特許文献８は、バッキングプレートをチタンで構成することを提案しているが、これは熱伝導度が極めて小さいので冷却機構を備えたスパッタリングターゲットとバッキングプレートとの構造体としては不向きである。
更に、特許文献９には、バッキングプレートのスパッタリングターゲットと接合する面に溝を設けることが提案されている。これは、この溝により熱変形を吸収することを狙ったものであるが、他方、熱伝導の低下を免れないという問題がある。【００１１】
【特許文献１】特開昭６１−２５０１６７号公報
【特許文献２】特開平５−２５６２０号公報
【特許文献３】特開平４−３６５８５７号公報
【特許文献４】特開２０００−１６０３３４号公報
【特許文献５】特開平８−２４６１４４号公報
【特許文献６】特開昭６２−６７１６８号公報
【特許文献７】特開２００２−１６１３６１号公報
【特許文献８】特開平６−２９３９６３号公報
【特許文献９】特開平２−４３３６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従って、本発明の目的は、機械加工性及び熱伝導性に優れ、ロウ材に対する濡れ性がよく、しかも安価であって、長期間繰返し使用することができ、スパッタリングターゲットの亀裂や剥がれの問題を引き起こすことのないスパッタリングターゲット構造体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者らは、上記目的を達成するために、スパッタリングターゲット構造体の構造及びこれを構成する各部材の材質について、鋭意研究を進めた結果、アルミニウムと線膨張率の小さい物質との複合材料をバッキングプレートの主材料として用いればよいことを見出し、この知見に基づいて更に研究を進めた結果、本発明を完成するに至った。【００１４】
かくして、本発明によれば、スパッタリングターゲットとバッキングプレートとを接合してなるスパッタリングターゲット構造体であって、バッキングプレートがスパッタリングターゲット材との線膨張率の差が２×１０−６／Ｋ以下である材料で構成され、バッキングプレートの少なくとも一面に厚さ０．３〜１．５ｍｍの銅板が配置されてなるスパッタリングターゲット構造体が提供される。【００１５】
本発明のスパッタリングターゲット構造体において、前記バッキングプレートを構成する材料が、アルミニウム又はアルミニウム合金をマトリックスとし、これに、カーボン、炭化珪素、アルミナ、窒化珪素、ムライト及びホウ酸アルミニウムからなる群から選ばれる一種又は二種以上の粒子状又は繊維状の強化材を配合してなる複合材料からなり、３．５〜１７×１０−６／Ｋの線膨張率を有するものであることが好ましい。
また、本発明のスパッタリングターゲット構造体において、スパッタリングターゲットと前記バッキングプレートとが、インジウム、スズ又はこれらの合金で接合されたものであることが好ましい。
更に、本発明のスパッタリングターゲット構造体において、バッキングプレートが、冷却水路を内在し、該内在水路が銅製又はステンレス鋼製のパイプであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のスパッタリングターゲット構造体は、スパッタリングターゲットとバッキングプレートとの線膨張率の差が小さいので、スパッタリング時に高温となっても、そりを生じず、また、スパッタリングターゲットとバッキングプレートとが剥離することもないので、安定したスパッタリングを行なうことができる。また、本発明のスパッタリングターゲット構造体は、安価であり、多数回繰返し使用できるので経済的利点も大きい。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】スパッタリングターゲット構造体の模式図
【図２】鉄製容器に冷却用パイプを配置した模式図
【図３】強化材を焼成して得た成形体の模式図
【図４】銅板を両面に配置した成形体の模式図
【図５】高圧鋳造装置の断面図
【図６】バッキングプレートの模式図
【符号の説明】
【００１８】
１  スパッタリングターゲット構造体
２  スパッタリングターゲット
３  バッキングプレート
３０  強化材成形体
３０１  炭素繊維
３０２  アルミニウム溶湯
３０３  アルミニウムと炭素繊維との複合材料
３１  冷却用ステンレス鋼製パイプ
３２  銅板
４  鉄製容器
４１  空間部
５  高圧鋳造用金型
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明のスパッタリングターゲット構造体は、スパッタリングターゲットとバッキングプレートとを接合してなる。
スパッタリングターゲットは、特に限定されず、従来公知のスパッタリングターゲット材から形成することができるが、３．５〜１７×１０−６／Ｋの線膨張率を有するものが好ましい。
また、スパッタリングターゲットの大きさも特に限定されない。【００２０】
本発明において、バッキングプレートを構成する材料は、その線膨張率とスパッタリングターゲット材の線膨張率の差異が±２×１０−６／Ｋ以下である材料であれば、特に限定されない。
本発明において、バッキングプレートを構成する材料は、好適には、アルミニウム又はアルミニウム合金をマトリックスとし、これに、カーボン、炭化珪素、アルミナ、窒化珪素、ムライト及びホウ酸アルミニウムからなる群から選ばれる一種又は二種以上の粒子状又は繊維状の強化材を配合してなり、３．５〜１７×１０−６／Ｋの線膨張率を有する複合材料である。【００２１】
バッキングプレートを上述の材料で構成することにより、機械加工性が良好となり、バッキングプレートを真空槽内に取付けるための穴加工等が容易となる。
なお、強化剤として炭化珪素等の難加工材を使用するときは、これを含む複合材は、その機械加工が困難になるので、機械加工を必要としない部分に使用するのがよい。【００２２】
本発明において、複合材料を構成するための強化材の配合量は、上記の線膨張率が得られるように、適宜選定すればよい。
例えば、線膨張率が５．１×１０−６／Ｋのモリブデンをスパッタリングターゲット材として使用するときは、線膨張率４〜５．５×１０−６／Ｋの、ＪＩＳ−ＡＣ３Ａ合金と炭素繊維との複合材料を用いればよい。
また、線膨張率が９×１０−６／Ｋのチタン合金をスパッタリングターゲット材として使用するときは、線膨張率８．５〜９．５×１０−６／Ｋの、炭化珪素粉を体積で６５％含むＪＩＳ−Ａ１０５０合金と炭素繊維との複合材料を用いればよい。
その他、各種スパッタリングターゲット材とそのスパッタリングターゲット材に好適な複合材料との組合せ例を、表１に示す。【００２３】
【表１】
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【００２４】
本発明のスパッタリングターゲット構造体を構成するバッキングプレートは、その側面に銅板を配置してなる。
銅板は、バッキングプレートの少なくとも一面に配置すればよいが、バッキングプレートの表裏両面に配置すると、バッキングプレートのバイメタル作用による変形を防止するのに有用である。
銅板の厚さは、０．３〜１．５ｍｍ、好ましくは０．５〜１．２ｍｍである。厚さが１．５ｍｍを超えるとバッキングプレートの熱膨張が大きくなるので好ましくない。逆に、厚さが０．３ｍｍ未満では、バッキングプレート作製時の操作性が悪くなるので好ましくない。
銅はアルミニウムよりもハンダ濡れ性及び熱伝導性に優れているので、銅板をバッキングプレートの両面に配置することにより、優れたハンダ濡れ性及び熱伝導性を実現することができる。【００２５】
銅板をバッキングプレートの側面に配置する方法は、特に限定されないが、後述する方法で、バッキングプレート鋳造時に同時に接合するのが簡便である。【００２６】
本発明において、冷却水路をバッキングプレートの内部に設けるのが好ましい。
冷却用の水路を設けることにより、スパッタされるスパッタリングターゲットからの熱によるバッキングプレートの膨張を抑制し、また、低融点のロウ材の溶解を防いで、バッキングプレートからのスパッタリングターゲットの脱落を防止する。
冷却水路の材質としては、ステンレス鋼及び銅が好適である。
冷却水路の形成は、バッキングプレートを複合材料から作製する際に、これらの材料からなるパイプを一緒に鋳ぐるみすることによって行なうのが好適である。
水路に用いられるパイプの断面形状は、特に限定されず、円形、角形、楕円形等が適宜採用される。【００２７】
バッキングプレートの製造の具体的方法としては、以下の方法を示すことができる。
即ち、例えば鉄製の金型に冷却水路となるパイプを設置した状態で、金型内の空間部分に、強化材を充填する。この充填の方法は、特に限定されず、強化材をシリカスラリー等の状態で流し込めばよい。
次に、この冷却用パイプ及びスラリーを内蔵する金型を熱処理して、スラリーを焼成し、強化材の焼成体を容器から取り出す。
この焼成体に銅板を任意の方法で取付けてから高圧鋳造用金型内に設置し、金型にアルミニウム溶湯を流し込み、高圧鋳造する。【００２８】
本発明のスパッタリングターゲット構造体は、上記のようにして得られたバッキングプレートにスパッタリングターゲットを接合することによって得ることができる。
スパッタリングターゲットとバッキンングプレートとの接合は、従来公知のロウ材を用いればよいが、インジウム、スズ又はこれらの合金が好適である。
本発明のスパッタリングターゲット構造体においては、安価なスズ合金によって十分な接合力が得られるので、経済的に有利である。
【実施例】
【００２９】
以下、実施例に基づいて本発明を更に詳細に説明するが、本発明は、この実施例に限られるものではない。【００３０】
（実施例１）
図を参照しながら、説明する。
ステンレス鋼製パイプ３１（外径１５ｍｍ、肉厚１ｍｍ）５本を長さ２，０００ｍｍ、巾４００ｍｍ、深さ４０ｍｍの鉄製容器４に、巾方向に等間隔（幅方向側面から最外側のパイプまでの距離を３０ｍｍとした。）に、底面及び上面からパイプまでの距離が同等になるように、配列した（図２）。空間部４１に、強化材として直径８μｍの炭素繊維３０１を長さ１０ｍｍに切断したものを空間部４1における体積率が３０％になるように詰め込んだ。その後、シリカゾル溶液５重量％を流し込み１００℃で乾燥した後、窒素中、７００℃で焼成してから、鉄製容器４１を取り外し、ステンレス鋼パイプ３１内蔵の炭素繊維成形体３０を得た（図３）。
この成形体３０の両面に厚さ１ｍｍ、長さ２，０００ｍｍ、巾４００ｍｍの銅板３２を設置して（図４）高圧鋳造用金型５に設置して（図５）、この金型５に、８００℃に溶解しているアルミニウム溶湯３０２を流し込み、圧力５５Ｍｐａで高圧鋳造した。凝固完了後、鋳造物を取り出し、余剰のアルミニウムのみの部分を除去して、アルミニウム３０２と炭素繊維３０１との複合材料３０３からなり、ステンレス鋼製パイプ３１を内蔵し、両面に銅板３２を配置してなるバッキングプレート３を得た（図６）。
このバッキングプレート３の線膨張率は５．６×１０−６／Ｋであった。【００３１】
次に、前記バッキングプレート３の一方の側面に配置された銅板３２に、２８０℃でハンダとしてスズを塗布した。次いで、これにモリブデンのスパッタリングターゲット２（厚さ１５ｍｍ、長さ１，９００ｍｍ、巾３５０ｍｍ）を貼り合わせて本発明のスパッタリングターゲット構造体１（図１）を完成させた。このとき、ハンダ濡れ性は良好であった。【００３２】
このスパッタリングターゲット構造体１を使用してスパッタリングを行なった。スパッタリングターゲット構造体１は、スパッタリングターゲット２が消耗するまで安定して使用することができた。
このバッキングプレートを用いて、新たにスパッタリングターゲットを貼り合せて、繰返しスパッタリングを行なった。
バッキングプレート３を繰返し使用しても変形が小さく、２０回以上の繰返し使用も可能であった。【００３３】
（実施例２）
実施例１で用いたのと同様の鉄製容器に銅製パイプ（断面は長円状で、長円径２５ｍｍ、短円径８ｍｍ、肉厚１．５ｍｍ）５本を、実施例１と同様に配列した。混合炭化珪素粉末（＃１２０：＃４００＝３：１）を５００ｇ／リットルになるように、３％シリカゾル液でスラリーとして、このスラリーを前記鉄容器空間部に流し込んだ。１２０℃で乾燥後、大気中、６００℃で焼成し、銅製パイプ内蔵の炭化珪素成形体を得た。
実施例１と同様に、この成形体の両面に銅板を配置し、同様にアルミニウム溶湯を用いて高圧鋳造し、アルミニウムと炭化珪素との複合材料からなり、銅製パイプを内蔵し、両面に銅板を配置してなるバッキングプレートを得た。
このバッキングプレートの線膨張率は、８．３×１０−６／Ｋであった。
次に、前記バッキングプレートの一方の側面に配置された銅板に、２８０℃でハンダとしてスズを塗布した。次いで、これにチタンのスパッタリングターゲット（厚さ１６ｍｍ、長さ１，９００ｍｍ、巾３５０ｍｍ）を貼り合わせて本発明のスパッタリングターゲット構造体を完成させた。このとき、ハンダ濡れ性は良好であった。【００３４】
（比較例１）
厚さ１ｍｍ、長さ２，０００ｍｍ、巾４００ｍｍの銅板をバッキングプレートとして、これに、ハンダとしてスズを用いてモリブデンのスパッタリングターゲットを接合して、スパッタリングターゲット構造体（冷却水路内蔵）を得た。
これを用いてスパッタリングを行なったところ、反りが大きくスパッタリングターゲットとして使用することは困難であった。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明のスパッタリングターゲット構造体において、スパッタリングターゲットとバッキングプレートとの線膨張率差が非常に小さい。従って、ロウ材（ハンダ）による貼り合わせの際にも反りが無く製作できる。また、安価なスズをハンダとして用いることも可能となる。特に、液晶製造工程に利用されるスパッタリングシステムに於いてはスパッタが大面積になるので、線膨張率差の小さい本発明のスパッタリングターゲット構造体は、液晶製造工程の安定化に多大な貢献をすることが期待できる。
【図１】
0005242169.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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