(57)【要約】本発明は、物理蒸着ターゲット（１４）および支持体（１２）のアセンブリを作製する方法を包含する。物理蒸着ターゲットが提供される。物理蒸着ターゲットは、１０×１０−６Ｋ−１未満の熱膨張係数を有する。物理蒸着ターゲットは、支持体に結合されている。支持体は、１１×１０−６Ｋ−１未満の熱膨張係数を有する。また、本発明は、物理蒸着ターゲットおよび物理蒸着ターゲットに結合している支持体を備えたアセンブリを包含する。支持体は、炭素繊維および銅を含んでなる。
2004513227.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物理蒸着ターゲットおよび支持体のアセンブリを作製する方法であって：
１０×１０−６Ｋ−１未満の熱膨張係数を有する物理蒸着ターゲットを提供し；
物理蒸着ターゲットを支持体に結合させ、支持体は、その中に炭素繊維が分散された金属マトリックスを含んでなり；および
支持体は、１１×１０−６Ｋ−１未満の熱膨張係数を有すること
を備えた方法。
【請求項２】
物理蒸着ターゲットがタンタルを含んでなる、請求項１の方法。
【請求項３】
物理蒸着ターゲットがモリブデンを含んでなる、請求項１の方法。
【請求項４】
物理蒸着ターゲットがジルコニウムを含んでなる、請求項１の方法。
【請求項５】
物理蒸着ターゲットがケイ素を含んでなる、請求項１の方法。
【請求項６】
物理蒸着ターゲットがゲルマニウムを含んでなる、請求項１の方法。
【請求項７】
物理蒸着ターゲットがタングステンを含んでなる、請求項１の方法。
【請求項８】
支持体が物理蒸着ターゲットよりも大きい電気伝導度を有する、請求項１の方法。
【請求項９】
支持体が少なくとも５０容量％の銅を含んでなる、請求項１の方法。
【請求項１０】
支持体が銅および炭素繊維を含んでなる、請求項２の方法。
【請求項１１】
支持体が銅および炭素繊維を含んでなり；
物理蒸着ターゲットが少なくとも５０重量％のタングステンを含んでなり；および
支持体の熱膨張係数および物理蒸着ターゲットの熱膨張係数が、ともに７×１０−６Ｋ−１未満である、請求項２の方法。
【請求項１２】
支持体の熱膨張係数および物理蒸着ターゲットの熱膨張係数が、ともに６×１０−６Ｋ−１未満である、請求項１１の方法。
【請求項１３】
支持体の熱膨張係数および物理蒸着ターゲットの熱膨張係数が、ともに５×１０−６Ｋ−１未満である、請求項１１の方法。
【請求項１４】
物理蒸着ターゲットがタングステンから本質的になり、支持体の熱膨張係数および物理蒸着ターゲットの熱膨張係数が、ともに５×１０−６Ｋ−１未満である、請求項１１の方法。
【請求項１５】
物理蒸着ターゲットおよび支持体のアセンブリを作製する方法であって：
物理蒸着ターゲットを提供し；および
物理蒸着ターゲットを炭素繊維および銅を含んでなる支持体に結合すること
を備えた方法。
【請求項１６】
炭素繊維および銅粉末を含んでなる混合物を、混合物の温度を銅の融点未満に維持しつつ、少なくとも約３０００ｐｓｉの圧力まで圧縮することにより支持体を作製すること、をさらに備えた、請求項１５の方法。
【請求項１７】
炭素繊維および銅粉末を含んでなる混合物を、混合物の温度を約１０００℃未満に維持しつつ、少なくとも約４０００ｐｓｉの圧力まで圧縮することにより支持体を作製すること、をさらに備えた、請求項１５の方法。
【請求項１８】
炭素繊維および銅粉末を含んでなる混合物を、混合物の温度を約９００℃未満に維持しつつ、少なくとも約４０００ｐｓｉの圧力まで圧縮することにより支持体を作製すること、をさらに備えた、請求項１５の方法。
【請求項１９】
炭素繊維および銅粉末を含んでなる混合物を圧縮することにより支持体を作製すること、をさらに備えた、請求項１５の方法であって、
支持体を作製した後に結合を生じさせ；および
結合が、支持体を物理蒸着ターゲットにはんだで結合するものである方法。
【請求項２０】
炭素繊維および銅粉末を含んでなる混合物を圧縮することにより支持体を作製すること、をさらに備えた、請求項１５の方法であって、
支持体を作製した後に結合を生じさせ；
結合が、炭素繊維および銅の第２の混合物で、支持体を物理蒸着ターゲットに結合することを備える方法。
【請求項２１】
炭素繊維および銅粉末を含んでなる混合物を圧縮することにより、支持体を作製することをさらに備えた、請求項１５の方法であって、
支持体を作製する間に結合が生じ；
結合が、支持体を物理蒸着ターゲットに結合することを備え；および
圧縮が、物理蒸着ターゲットを炭素繊維および銅の混合物に対し圧縮することを備える方法。
【請求項２２】
物理蒸着ターゲットがセラミック材料を含んでなる、請求項１５の方法。
【請求項２３】
物理蒸着ターゲットが金属材料を含んでなる、請求項１５の方法。
【請求項２４】
物理蒸着ターゲットがタングステンを含んでなる、請求項１５の方法。
【請求項２５】
物理蒸着ターゲットがモリブデンを含んでなる、請求項１５の方法。
【請求項２６】
物理蒸着ターゲットがジルコニウムを含んでなる、請求項１５の方法。
【請求項２７】
物理蒸着ターゲットがケイ素を含んでなる、請求項１５の方法。
【請求項２８】
物理蒸着ターゲットがゲルマニウムを含んでなる、請求項１５の方法。
【請求項２９】
物理蒸着ターゲットがタングステンおよびチタンを含んでなる、請求項１５の方法。
【請求項３０】
物理蒸着ターゲットがタングステンから本質的になる、請求項１５の方法。
【請求項３１】
物理蒸着ターゲットがタングステンからなる、請求項１５の方法。
【請求項３２】
１０×１０−６Ｋ−１未満の熱膨張係数を有する物理蒸着ターゲット；および
物理蒸着ターゲットに結合された支持体（この支持体は、１１×１０−６Ｋ−１未満の熱膨張係数を有し、その中に炭素繊維が分散された金属マトリックスを含んでなる）；
を備えたアセンブリ。
【請求項３３】
物理蒸着ターゲットがタングステンを含んでなる、請求項３２のアセンブリ。
【請求項３４】
支持体が物理蒸着ターゲットより大きい電気伝導度を有する、請求項３２のアセンブリ。
【請求項３５】
物理蒸着ターゲットがタングステンおよびチタンを含んでなる、請求項３２のアセンブリ。
【請求項３６】
物理蒸着ターゲットがタングステンおよびチタンから本質的になる、請求項３２のアセンブリ。
【請求項３７】
物理蒸着ターゲットがタングステンおよびチタンからなる、請求項３２のアセンブリ。
【請求項３８】
支持体が少なくとも５０容量％の銅を含んでなる、請求項３２のアセンブリ。
【請求項３９】
支持体が銅および炭素繊維を含んでなる、請求項３２のアセンブリ。
【請求項４０】
請求項３２のアセンブリであって：
支持体が銅および炭素繊維を含んでなり；
物理蒸着ターゲットが少なくとも５０重量％のタングステンを含んでなり；および
支持体の熱膨張係数と物理蒸着ターゲットの熱膨張係数がともに７×１０−６Ｋ−１未満であるアセンブリ。
【請求項４１】
支持体の熱膨張係数と物理蒸着ターゲットの熱膨張係数がともに６×１０−６Ｋ−１未満である、請求項４０のアセンブリ。
【請求項４２】
支持体の熱膨張係数と物理蒸着ターゲットの熱膨張係数がともに５×１０−６Ｋ−１未満である、請求項４０のアセンブリ。
【請求項４３】
物理蒸着ターゲットがタングステンから本質的になり、支持体の熱膨張係数と物理蒸着ターゲットの熱膨張係数がともに５×１０−６Ｋ−１未満である、請求項４０のアセンブリ。
【請求項４４】
物理蒸着ターゲット；および
物理蒸着ターゲットに結合された支持体で、炭素繊維および銅を含んでなるもの；
を備えたアセンブリ。
【請求項４５】
物理蒸着ターゲットがセラミック材料を含んでなる、請求項４４のアセンブリ。
【請求項４６】
物理蒸着ターゲットが金属材料を含んでなる、請求項４４のアセンブリ。
【請求項４７】
物理蒸着ターゲットがタングステンを含んでなる、請求項４４のアセンブリ。
【請求項４８】
物理蒸着ターゲットがモリブデンを含んでなる、請求項４４のアセンブリ。
【請求項４９】
物理蒸着ターゲットがジルコニウムを含んでなる、請求項４４のアセンブリ。
【請求項５０】
物理蒸着ターゲットがケイ素を含んでなる、請求項４４のアセンブリ。
【請求項５１】
物理蒸着ターゲットがゲルマニウムを含んでなる、請求項４４のアセンブリ。
【請求項５２】
物理蒸着ターゲットがタングステンおよびチタンを含んでなる、請求項４４のアセンブリ。
【請求項５３】
物理蒸着ターゲットがタングステンから本質的になる、請求項４４のアセンブリ。
【請求項５４】
物理蒸着ターゲットがタングステンからなる、請求項４４のアセンブリ。
【請求項５５】
支持体が銅および炭素繊維から本質的になる、請求項４４のアセンブリ。
【請求項５６】
支持体が銅および炭素繊維からなる、請求項４４のアセンブリ。
【請求項５７】
支持体がターゲットに物理的に接触している、請求項４４のアセンブリ。
【請求項５８】
支持体とターゲットとの間にはんだをさらに含んでなる、請求項４４のアセンブリ。
【請求項５９】
第１の熱膨張係数を有する第１の材料；および
第１の材料に結合した支持体であって、炭素繊維および銅を含んでなるもの；
第１の材料とは異なった材料である支持体で、第１の熱膨張係数から約±１０％以内の熱膨張係数を有するもの：
を備えたアセンブリ。
【請求項６０】
第１の材料がタングステンを含んでなる、請求項５９のアセンブリ。
【請求項６１】
第１の材料がタングステンからなる、請求項５９のアセンブリ。
【請求項６２】
支持体が銅および炭素繊維からなる、請求項５９のアセンブリ。
【請求項６３】
支持体が第１の材料と物理的に接触している、請求項５９のアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
技術分野
本発明は、物理蒸着ターゲットアセンブリおよび物理蒸着ターゲットアセンブリを作製する方法に関する。より具体的な応用においては、本発明は、金属マトリックス中に分散された炭素繊維を含む支持体に結合された物理蒸着ターゲットを含んでなる物理蒸着ターゲットアセンブリに関する。
発明の背景
物理蒸着ターゲットは、薄膜が必要とされる製造工程において広く用いられており、例えば、スパッタリングのターゲットが含まれる。物理蒸着プロセス、例えば、スパッタリングプロセスへの具体的な応用としては、半導体基板に薄膜を作製するための半導体加工用途におけるものがある。
【０００２】
物理蒸着ターゲットは、多くの金属および合金のいずれを含んでもよく、セラミック材料を含んでいてもよい。操作中、物理蒸着ターゲットは、ターゲットの表面に衝突し、かつ物理蒸着ターゲットの表面から基板に向けて材料を放出するために使用されるするイオンまたは原子に曝されている。放出された材料は、基板上に着地し、基板上に薄膜を形成する。放出された材料は、典型的には、ターゲット材料の数個またはそれ以下の原子を含んだ、小さく不連続な断片の形で、スパッタリング表面から移動する。その断片は、一般に、断片相互について大きさと組成が一定であることが望まれる。しかしながら、放出された材料の中には「粒子」や「薄い平板」状のものが存在するという問題が生じる。「粒子」および「薄い平板」という言葉は、スパッタリング表面から放出された断片の平均の大きさよりかなり大きい塊を意味する。この粒子は、ターゲットから得られた蒸着膜の性質に悪影響をおよぼすことがあり、それゆえ、粒子の生成を減少させることが一般に望まれている。粒子の生成は、大きな熱応力がターゲットに生じたときに特に深刻であるが、大きな熱応力は、ターゲットとバッキングプレートとの熱膨張係数の差が大きいこと、強力な蒸着で高温になることに起因する。
【０００３】
物理蒸着ターゲットは、蒸着処理中、チャンバーや他の装置中に保持され、このように保持するためターゲットを加工する際に問題が生じることがある。物理蒸着ターゲットを装置中に保持する一つの方法は、まずいわゆるバッキングプレートにターゲットを取り付けることである。バッキングプレートはターゲットと装置とを接続するために構成されており、バッキングプレートは、装置からターゲットを通る電気的または磁気的な流れを妨げないように、ターゲット材料以上の電気伝導度を有することが好ましい。バッキングプレート構成体によく用いられる材料は銅である。バッキングプレートは、例えば、バッキングプレートとターゲットとをはんだで結合させることによって、ターゲットに取り付けることができる。
【０００４】
バッキングプレートは、一般的にターゲットと異なる材料を含んでなり、それゆえ、異なる物理的性質を有する。バッキングプレートとターゲットとで異なることがある物理的性質のうちには、熱膨張係数がある。ターゲットが、ターゲットと結合するバッキングプレートと著しく異なる熱膨張係数を有している場合、バッキングプレートとターゲットとの間に形成された結合部において大きなひずみが生じる。かかるひずみは結合部を疲労させ、最終的にはバッキングプレートからターゲットが分離してしまう。特に問題となるターゲットは、タングステンを含んでなるターゲット（タングステンから本質的になるターゲット、またはタングステンからなるターゲット）であり；かなりの量のタングステン（すなわち、５０原子％より多くのタングステン）を含んでなるターゲット（タングステンおよびチタンを含んでなるターゲット、タングステンおよびチタンから本質的になるターゲット、タングステンおよびチタンからなるターゲット）も同様である。タングステンの熱膨張係数は４．５×１０−６Ｋ−１であり、銅の熱膨張係数は１６．５×１０−６Ｋ−１である。それゆえ、かなりの量のタングステンを含んでなるターゲットは、銅を含んでなるバッキングプレートと比べて、大きく異なった熱膨張係数を有している。
【０００５】
タングステンおよびタングステン／チタン組成物は、半導体加工方法における用途（例えば、導体プラグやＡｌ遮断材）を持つ。それゆえ、タングステンおよびタングステン／チタンを物理蒸着させる方法を開発すべく努力がなされてきており、特に、タングステン含有ターゲットを銅含有バッキングプレートに結合させる方法を開発すべく努力がなされてきた。開発された方法の一つは、比較的やわらかいはんだ（例えば、インジウムを含むはんだ）を使用し、ターゲットをバッキングプレートに結合するものである。やわらかいはんだは、膨張および収縮し、ターゲットとバッキングプレートとの間にやわらかい結合を作ることができる。インジウム含有はんだを用いることの難点は、このはんだが約１７０℃の融点を有し、約８０℃以上の温度で構造的な一体性が失われ得ることである。スパッタリング中にターゲットが８０℃以上の温度まで熱くなることはよくあることであり、これによりターゲットとバッキングプレートとの間のインジウムはんだ結合がだめになることがある。このようにだめになると、バッキングプレートからターゲットが分離してしまうことがあり、特に問題となる場合には、物理蒸着操作中にバッキングプレートからターゲットが落下しまうこともある。また、ターゲットを８０℃よりかなり高い温度まで加熱し、スパッタリング操作中の粒子の生成を減少させることも、望まれている。インジウムベースのはんだが安定である比較的低温においてのみ行われる物理蒸着プロセスは、粒子生成の点で特に問題がある。
【０００６】
上述の問題点から、物理蒸着装置中で物理蒸着ターゲットを保持する新しい方法を開発することが望ましく、新しいバッキングプレートおよび物理蒸着ターゲットをバッキングプレートに取り付ける新しい技術を開発することが特に望まれる。
発明の概要
１つの観点において、本発明は、物理蒸着ターゲットおよび支持体のアセンブリを作製する方法を包含する。物理蒸着ターゲットが供給される。物理蒸着ターゲットは、１０×１０−６Ｋ−１未満の熱膨張係数を有する。物理蒸着ターゲットは、支持体に結合されている。支持体は、１１×１０−６Ｋ−１未満の熱膨張係数を有する。
【０００７】
他の観点からは、本発明は、物理蒸着ターゲットおよび物理蒸着ターゲットに結合された支持体を含んでなるアセンブリを包含する。支持体は、炭素繊維および銅を含んでなる。
好ましい態様の詳細な説明
本発明の好ましい態様を、以下の添付図面を参照しつつ、以下に説明する。
【０００８】
本発明は支持構造体を作製する方法を包含し、この支持構造体は、支持構造体により支持される材料の熱膨張係数とほぼ同じ熱膨張係数を有し、好ましくは、支持される材料の熱膨張係数から±１０％以内の熱膨張係数を有する。具体的な態様では、本発明は、バッキングプレートを作製する方法を包含し、このバッキングプレートは、バッキングプレートにより支持される物理蒸着ターゲットとほぼ同じ熱膨張係数を有する。バッキングプレートは、銅および炭素繊維の混合物から作製することができ、バッキングプレートの熱膨張係数は、混合物中の炭素繊維と銅との比率によって決定できる。それゆえ、バッキングプレートの熱膨張係数は、バッキングプレートにより支持されるそれぞれのターゲットに応じて調節することができる。
【０００９】
本明細書の「発明の背景」部分で説明したように、スパッタリング装置において支持するのに特に問題となるターゲット材料は、タングステン材料が低い熱膨張係数を有するため、タングステンである。本発明の方法を使用して、伝導性が高く、タングステン材料とほぼ同じ熱膨張係数を有するバッキングプレートを作製することができる。本発明の方法は、タングステン含有材料に加えて他のターゲット材料を支持するためにも使用することができる。本発明の方法は、１０×１０−６Ｋ−１未満の熱膨張係数を有し、および／または比較的もろい材料を含んでなる、物理蒸着ターゲットを支持するためのバッキングプレートまたは他の支持構造体を作製するのに特に有用である。それゆえ、本発明の方法は、タングステンを含有する物理蒸着ターゲットに対する支持構造体を作製するのに特に有用であり、また、セラミックの物理蒸着ターゲット材料（例えば、鉛、ジルコン酸塩、チタン酸塩を含むターゲット材料（すなわち、いわゆるＰＺＴ組成物）など）に対する支持構造体を作製するのに特に有用である。
【００１０】
バッキングプレート構造体を物理蒸着ターゲットに結合することについての本発明の応用が記載されている図を参照しながら、本発明を説明するが、本発明は、支持される材料とほぼ同じ熱膨張係数を有する支持構造体により材料を支持することが望ましい他の用途にも応用できると理解すべきである。
【００１１】
本発明の具体的な方法を、図１〜５を参照して説明する。まず、図１には、成形装置１０（ここでは、加圧装置とも言う）が提供される。装置１０は、底部材１２および上部材１４を含んでなる。１２および１４の部材を、例えば、グラファイトから作製することにより、成形装置中で加圧された材料が成形装置にくっつかないようにすることができる。あるいは、部材１２および部材１４は、グラファイトで被覆された金属構造体を含んでなってもよい。最終的に、部材１２および部材１４は、１平方インチあたり数千ポンドの圧力を受けるため、部材１２および部材１４は、こういった圧力に耐えられるように作られた材料から構成されることが好ましい。
【００１２】
部材１２および部材１４が成形され、部材１２と部材１４との間で加圧された材料から望ましい支持構造体が作製される。部材１２および部材１４について図示された形状は、単なる具体的な形状であって、部材１２および部材１４は他の形状あってもよいと理解すべきである。
【００１３】
次に、図２では、混合物１６が部材１２と部材１４との間に供給される。混合物１６は、好ましくは、金属マトリックス中に分散された炭素繊維を含んでなる。この混合物は、例えば、銅および炭素繊維を含んでいてもよく、銅と炭素繊維との比率は、最終的に望ましい熱膨張係数を有する材料を作製できるように選択される。具体的な炭素繊維は、約５０ミクロン〜約１０ｍｍの長さ、約１ミクロン〜約１５ミクロンの直径（または、非円形の断面を有する繊維の場合は厚さ）であってもよい。銅の望ましい導電性が混合物１６でも維持されるように、炭素繊維は、好ましくは、混合物１６中に約５０容量％未満の濃度まで供給される。混合物１６は、炭素繊維および銅から本質的になることができ、ある実施態様では、炭素繊維および銅からなることができる。他の実施態様では、混合物１６は、銅および炭素繊維に加えて、例えば、シリコン、アルミニウム、ニッケル、銀、クロム、およびモリブデンといった材料を含んでもよい。混合物１６の具体的な組成は、約４０容量％〜約９０容量％の銅、および約１０容量％〜約６０容量％の炭素繊維である。タングステンの熱膨張係数とほぼ同じ（すなわち、４．５×１０−６Ｋ−１とほぼ同じ）熱膨張係数を有する支持構造体を作製することが望ましい場合、適した組成は、約４９容量％〜約５１容量％の銅、および約４９容量％〜約５１容量％の炭素繊維を含んでなるものでよい。炭素繊維の容量％が増加すると、金属マトリックス中に分散された炭素繊維を含む材料の熱膨張係数は減少する。例えば、炭素繊維が銅の金属マトリックス中に分散されている場合、生成する材料は、１０容量％の炭素繊維であれば約１４×１０−６Ｋ−１の熱膨張係数、５０容量％の炭素繊維であれば約４．６×１０−６Ｋ−１の熱膨張係数を有する。銅または銅合金中に分散された炭素繊維を含んでなる材料の最終的な密度は、理論上の密度である約９８％以上であってもよい。
【００１４】
図３では、加圧装置１０の上部材１４および下部材１２は、それらの間で混合物１６（図２）を圧縮し、粉末混合物１６から支持構造体１８を形成するように配置される。上部材１４および下部材１２は、例えば、動力源（示していない）を備えて、配置できる。この動力源は、上部材１４および下部材１２の片方または両方に接続され、上部材１４を下部材１２に向けて動かし、および／または下部材１２を上部材１４に向けて動かすことができる。好ましくは、部材１２および部材１４は、混合物１６の温度を銅の融点（１０８４℃）未満に維持しつつ、混合物１６（図２）を少なくとも約４０００ｐｓｉの圧力まで圧縮できるように配置される。適した処理温度は、約８００℃〜約１０００℃であり、適した処理圧は、約４０００ｐｓｉ〜約６０００ｐｓｉである。混合物１６の温度を銅の融点未満に維持する理由は、銅が溶けると、液状の銅がたまり、混合物１６中で炭素繊維から分離してしまうからである。
【００１５】
粉末１６に与えられる圧力および温度により、粉末中で金属成分（例えば、銅）の固体拡散が生じ、実際には粉末１６の金属成分を溶融させることなく、粉末１６を強固な固体材料１８に転化する。
【００１６】
具体的な応用例では、混合物の温度を約１０００℃未満に維持しつつ（より好ましくは、混合物の温度を約９００℃未満に維持しつつ）、粉末１６を少なくとも約４０００ｐｓｉの圧力まで圧縮する。混合物１６の圧縮は、好ましくは、少なくとも約１時間維持され、充分に完全な固体拡散を粉末１６中で生じさせ、図３の支持構造体１８が形成される。混合物１６の圧縮は、好ましくは、少なくとも約４０００ｐｓｉの圧力、約８７５℃〜約１０００℃の温度で、混合物１６の金属成分が塑性変形し、金属支持構造体１８が形成されるのに充分な時間行う。
【００１７】
図４では、装置１０（図３）から取り外され、図３における支持体１８の位置とは反対の支持構造体１８が示されている。支持体１８は、物理蒸着ターゲットバッキングプレートの配置であってもよく、例えば、「エンドュラ」バッキングプレート構造に具体的な丸い外周（図６の上面図で確認可能）であってもよい。
【００１８】
支持構造体１８の上部表面上に提供されているはんだ２０が、示されている。支持構造体１８は、構造体１８に最終的に結合するターゲットの熱膨張係数とほぼ同じになるように定められた熱膨張係数を有してもよいため、はんだ２０は、先行技術のプロセスで伝統的に使用されてきた柔らかいはんだより、比較的固いはんだを含んでもよい。例えば、はんだ２０は、銀、銅、および／またはスズがベースの材料を含んでもよく、例えば、蝋付け材料でもよい。固いはんだは、柔らかいインジウムベースのはんだと比べて高い融点を有するため、これらの材料によって、本明細書の「発明の背景」部分で記載した問題を回避することができる。
【００１９】
図５では、物理蒸着ターゲット２２は、ターゲット２２をはんだ２０に結合させることにより、支持構造体１８に取り付けられる。ターゲット、支持構造体およびはんだにより、アセンブリ２５が定義される。ターゲット２２は、例えば、タングステン材料を含んでなってもよい。ターゲット２２がタングステン材料を含んでなる場合、バッキングプレート１８は、タングステン材料の熱膨張係数とほぼ同じになるように定められた熱膨張係数を有する銅／炭素繊維マトリックスを含んでもよい。バッキングプレート１８およびターゲット２２は、具体的な配置である図示されている配置を含めて、多くのどんな配置をもとることができる。バッキングプレート１８およびターゲット２２は、例えば、「エンドュラ」配置をとることができ、それゆえ、丸い外周であってもよい。図６は、具体的な構造５を上面図で示し、具体的な丸い外周を示している。
【００２０】
本発明の方法は、どんなアプリケーションにおいても、支持構造体（例えば、バッキングプレートなど）を物理蒸着ターゲットに取り付けることに有用であり、物理蒸着ターゲットは約１０×１０−６Ｋ−１未満の熱膨張係数を有し、ターゲットの熱膨張係数とほぼ同じ熱膨張係数を有するバッキングプレートを取り付けるのが望ましい。
【００２１】
さらに、本発明の方法を使用し、バッキングプレートの電気伝導度をターゲットの電気伝導度以上に維持しつつ、バッキングプレートの熱膨張係数を物理蒸着ターゲットの熱膨張係数と同じにすることができる。
【００２２】
本発明の具体的なバッキングプレートは、銅および炭素繊維を含んでよく、銅の電気伝導度（銅は、約１．６７×１０−８Ωｍの抵抗を有する）に近い電気伝導度を有してもよい。こういった具体的なバッキングプレートは、また、純粋な銅の熱膨張係数（純粋な銅は、約１６．５×１０−６Ｋ−１の熱膨張係数を有する）よりもかなり低い熱膨張係数を有してもよい。それゆえ、本発明の方法を利用して、タングステンターゲットの電気伝導度（タングステンは４．８２×１０−８Ωｍの抵抗値を有する）より大きい電気伝導度を有し、銅の熱膨張係数未満の熱膨張係数を有する、支持構造体１８を作製することができる。本発明の特定の態様では、物理蒸着ターゲット２２と支持構造体１８の両方は、１１×１０−６Ｋ−１未満の熱膨張係数を有し、他の態様では、両方とも６×１０−６Ｋ−１未満の熱膨張係数を有し、さらなる態様では、両方とも５×１０−６Ｋ−１未満の熱膨張係数を有する。具体的な態様においては、物理蒸着ターゲット２２はタングステンからなることがあり、それゆえ、約４．５×１０−６Ｋ−１の熱膨張係数を有する。かかる具体的な態様において、支持構造体１８は、５×１０−６Ｋ−１（好ましくは、約４．５×１０−６Ｋ−１）未満の熱膨張係数を有するように、作製されることができる。
【００２３】
ターゲット２２は、タングステンに加えて、またはタングステンに代えて、他の材料を含んでもよいことに注意すべきである。ターゲット２２は、例えば、非金属材料（例えば、セラミック材料など）を含んでもよい。具体的な態様においては、ターゲット２２は１０×１０−６Ｋ−１以下の熱膨張係数を有するいかなるセラミック材料を含んでもよい。別の態様としては、ターゲット２２は、金属材料を含んでなってもいいし、金属材料から本質的になってもいいし、金属材料からなってもよく、この金属材料は、例えば、タンタル（約６．５×１０−６Ｋ−１の熱膨張係数を有する）、モリブデン（約５×１０−６Ｋ−１の熱膨張係数を有する）およびジルコニウム（約６×１０−６Ｋ−１の熱膨張係数を有する）の１つ以上などである。他の態様では、ターゲット２２は、ケイ素（約２．５×１０−６Ｋ−１の熱膨張係数を有する）、ゲルマニウム（約５．７×１０−６Ｋ−１の熱膨張係数を有する）またはケイ素および／またはゲルマニウムを含む金属組成物（例えば、ケイ素化合物）を含んでなってもいいし、これらから本質的になってもいいし、これらからなってもよい。
【００２４】
例示的な態様では、ターゲット２２は、タングステンとチタンまたは他の元素との混合物を含んでもよい。かかる混合物は、例えば、少なくとも５０原子％のタングステンを含んでもよい。先行技術においては、少なくとも５０原子％の濃度のタングステンを含む混合物は、ターゲットの製造が困難なことおよび蒸着中の粒子生成により、物理蒸着ターゲットとして使用することは難しかった。特に、かかる混合物の熱膨張係数と、適切な電気伝導性および熱伝達性を有するバッキングプレート（例えば、銅を含んでなるバッキングプレートなど）の熱膨張係数との大きな差を埋めることが困難であった。本発明の方法により、ターゲットの熱膨張係数とほぼ同じ熱膨張係数を有するバッキングプレートを作製することによって、こういった先行技術の問題点を回避することができる。
【００２５】
図７〜９は、本発明の別の態様を図示する。まず、図７では、支持構造体１８が、図４の支持構造体と類似の図で示されている。しかしながら、図７と図４との違いは、図４のはんだ層２０が、例えば、銅粉末中に分散された炭素繊維を含んでなる金属マトリックス複合材料（ＭＭＣ）混合物に置き換えられており、ＭＭＣ混合物は３０と符号が付されている。この混合物３０は、バッキングプレート１８を作製する際に使用された第１の混合物１６（図２）に対して、炭素繊維および銅の第２の混合物と考えてもよい。
【００２６】
図８では、物理蒸着ターゲット２２は、ＭＭＣ混合物３０（図７）上に供給することができ、上部プレス部材３６および下部プレス部材３８を含んでなるプレス３４が使用され、ターゲット２２と支持体１８との間で混合物３０（図７）が加圧され、結合層３６を作製する。プレス３４は、部材３６および３８を互いの方向に移動させ、支持体１８とターゲット２２との間で混合物３０（図７）を加圧させるように配置された動力源（示していない）を備えてもよい。特定の態様では、混合物３０は、銅粉末中に分散された炭素繊維を含み、図３に関して上述した条件と類似の条件下で圧縮される。このように圧縮することによって、混合物３０（図７）の金属成分中で固体拡散が生じ、それによって、混合物３０から固体の金属材料３９を形成させることができる。
【００２７】
支持体１８、固体結合用層３９およびターゲット２２により、アセンブリ４０が規定される。プレス３４から取り除かれた後のこのアセンブリを図９に示す。図５のアセンブリ２５に対する、図９のアセンブリ４０の利点は、ＭＭＣ結合層３９が、はんだ結合層２０よりも強いことである。したがって、ターゲット２２は、図５のアセンブリ２５におけるよりも、図９のアセンブリ４０中の支持体１８により強固に結合する。図５のアセンブリ２５に対する、図９のアセンブリ４０の欠点は、図９のアセンブリからターゲット２２を取り外し、支持構造体をリサイクルできるようにすることが難しいことである。特に、ターゲットは、最終的に、スパッタリング操作中に消耗する。取り付けられているターゲットが消耗してしまった後に、バッキングプレートを再使用することが、一般的に望まれている。図５のアセンブリでは、アセンブリ２５を単にはんだ２０が溶融する温度まで加熱することにより、ターゲット２２を除去することが可能になり、バッキングプレート１８の簡単な再使用が可能となる。これに対して、ターゲットを除去するため結合層３９を切断することなく、アセンブリ４０からターゲット２２を取り除くことは困難である。結合層３９が一度切断されると、バッキングプレート１８を再使用できるように、バッキングプレート１８を適当な寸法に回復することが難しくなる。
【００２８】
本発明の他の態様を、図１０〜１２を参として説明する。まず図１０では、図１のアセンブリ１０が、図２のものと類似の図で示される。しかしながら、図１０と図２との違いは、装置中への粉末１６の供給に先立って、物理蒸着ターゲット５０が装置１０の金型の下部材１２中に供給されることである。物理蒸着ターゲット５０は、例えば、タングステンを単独で、または他の材料（例えば、チタンなど）と組み合わせて、含んでもよい。別の態様としては、ターゲット５０は、セラミック材料を含んでもよい。粉末１６は、図２に関し既に説明した組成物を含んでもよく、例えば、炭素繊維および銅の混合物を含んでもよい。
【００２９】
図１１では、装置１０が使用されて、粉末１６（図１０）が圧縮され、物理蒸着ターゲット５０に結合された金属支持構造体５２が作製される。粉末１６（図１０）を圧縮して、支持構造体５２を形成させることは、図３に示す圧縮を参照にして既に説明した条件と、類似または同じ条件で行ってもよい。金属支持構造体５２および物理蒸着ターゲット５０により、アセンブリ６０が規定される。このアセンブリは、装置１０から分離された図１１の位置とは反対の位置で、図１２に示される。図１２のアセンブリ６０と図５および図９のアセンブリ２５および４０との違いは、物理蒸着ターゲット５０が図１２のアセンブリ中で支持構造体５２と物理的に接触していることである。アセンブリ２５および４０に対して、図１２のアセンブリを作製する際の利点は、アセンブリ６０を作製するのにより少ない処理工程でよいことである。アセンブリ６０の欠点は、ターゲット５０が使い古された後に、アセンブリ６０の支持構造体５２をリサイクルすることが、アセンブリ２５および４０の支持構造体１８をリサイクルすることより困難なことである。特に、支持構造体を切断せずに、それゆえ支持構造体の寸法を変えずに、使用済のターゲットをアセンブリ６０の支持構造体５２から除去することは、困難である。
【００３０】
本発明の方法により、タングステン含有物理蒸着ターゲットと支持構造体との間に、均一で連続した境界面を作製することが可能になる。例示的な境界面を、図１３の写真に示す。特に、図１３は、本発明の方法によってタングステンターゲットに結合された銅／炭素繊維マトリックス支持構造体を示す。銅／炭素繊維支持構造体は、図１３の写真のほぼ上半分に示され、タングステンターゲットは、図１３の写真のほぼ下半分にある。境界面が、支持構造体とターゲットとの間に示され、均一で連続しており、ターゲットと支持構造体との間で分離していないことが示される。均一で連続した境界面は、スパッタリング操作中の、支持構造体を通過する、およびターゲット中への均一な電気伝導性および磁気伝導性を維持する上で、重要である。それゆえ、本発明の方法を使用して、物理蒸着ターゲット／バッキングプレートアセンブリを作製することができ、このアセンブリにおいては、スパッタリング操作中のバッキングプレートを通過する、およびターゲット中への均一な電界的および磁界的な透過性が存在する。
【００３１】
本発明の方法を使用すると、タングステンまたはタングステン／チタンを含む物理蒸着ターゲットをバッキングプレートに結合させること、およびタングステンまたはタングステン／チタンのターゲットおよびバッキングプレートを備えた従来のアセンブリより、高い処理温度で使用することがが可能になる。これにより、先行技術のアセンブリと比較して、粒子生成を抑えることができ、それゆえ、先行技術のターゲットアセンブリを使用して作製された装置と比較して、本発明のターゲットアセンブリ使用して作製された半導体装置を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、本発明の方法において用いることができる加圧装置の断面図である。
【図２】
図２は、図１の工程に続く処理工程における図１の装置の図であり、装置中に材料が供給された状態を示す。
【図３】
図３は、図２の工程に続く処理工程における図１の装置の図であり、装置中で材料が圧縮され、物理蒸着ターゲット支持体が作製された後を示す。
【図４】
図４は、図３において作製された物理蒸着ターゲット支持体の断面図であり、図３の位置とは逆の位置にあるものを示す。支持体の頂部に供給されるはんだ材料も図４に示される。
【図５】
図５は、図４の支持体の断面図であり、図４の工程に続く処理工程におけるもので、支持体に結合している物理蒸着ターゲットとともに示される。
【図６】
図６は、図５の支持体の上面図である。
【図７】
図７は、図３において作製された支持体の断面図であり、図３の位置と逆の位置にあるものを示す。支持体の頂部に供給される結合材料も図７に示される。
【図８】
図８は、プレス中に供給された図７の支持体の断面図であり、物理蒸着ターゲットが結合材料上にあり、結合材料に対して加圧されているところを示すものである。
【図９】
図９は、図８の処理を使用して作製された物理蒸着ターゲットアセンブリの断面図であり、図８に示された位置とは逆の位置にあるものが示される。
【図１０】
図１０は、その中に物理蒸着ターゲットが供給され、物理蒸着ターゲット上に粉末混合物が提供されている、図１の金型の断面図である。
【図１１】
図１１は、図１０の工程に続く処理工程における図１０の装置の図であり、支持構造体中で圧縮された粉末混合物とともに示される。
【図１２】
図１２は、図１０および１１の方法によって作製された、図１１の物理蒸着ターゲットおよび支持構造体を含んでなる物理蒸着ターゲットアセンブリの図であり、図１１とは逆の視点から示される。
【図１３】
図１３は、本発明の方法によってタングステンターゲットに結合された銅／炭素繊維支持構造体の写真である。銅／炭素支持体が写真の上部に示され、タングステンターゲットが写真の下部に示される。
【国際公開パンフレット】
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2004513227.tif 000004
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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2004513227.tif 000027
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