(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タンタル又はタングステンターゲットと銅合金製バッキングプレートが厚さ０．８ｍｍ以上のアルミニウムあるいはアルミニウム合金板のインサート材を介して拡散接合されており、それぞれの材料間で拡散接合界面を備えることを特徴とするタンタル又はタングステンターゲット−銅合金製バッキングプレート組立体。
【請求項２】
厚さ０．８ｍｍ以上のアルミニウム又はアルミニウム合金板をインサート材としてタンタルあるいはタングステンターゲットと銅合金バッキングプレートを真空下で４００°Ｃ〜５４８°Ｃの温度及び１〜２０ｋｇ／ｍｍ２の圧力条件で拡散接合することを特徴とするタンタル又はタングステンターゲット−銅合金製バッキングプレート組立体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハイパワースパッタに耐えるタンタル又はタングステンターゲット−銅合金製バッキングプレート組立体及びその製造方法に関する。なお、本明細書に記載するタンタル又はタングステンターゲットはこれらを主成分とする合金ターゲットを含むものである。
【０００２】
【従来の技術】
ハイパワースパッタに耐え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として拡散接合は有効な方法であり、本出願人は特開平６−１０８２４６にてターゲットとバッキングプレート間にインサート材を介した固相拡散接合ターゲット組立体及びその製造方法を提示した。この固相拡散接合により製造したスパッタリングターゲット組立体は優れた密着性と強度を有している。
ところが、近年ウエハーの大口径化に伴いスパッタリングターゲット自体も大型化しており、特にターゲット材とバッキングプレート材の熱膨張率の差が大きい場合は、拡散接合後の変形が大きな問題となってきた。
【０００３】
スパッタリングターゲットの熱膨張率がバッキングプレートに比べて小さい場合（多くの場合、そのようなターゲット−バッキングプレート組立構造となる）は、拡散接合される温度から室温まで冷却されるとターゲットを上に、バッキングプレートを下にした場合は上に凸に反り返ってしまい、拡散接合強度が弱い場合は接合界面の外周部から剥がれてしまう場合がある。
また、剥がれないにしてもその反り量が大きくなり、ターゲットの厚さを規定するためには、予め反り量分だけ余分に厚いターゲットを拡散接合後、その凸部を加工（切削）するか、あるいは室温で反りを矯正することが必要になった。これは、作業工程の増加となりコスト増を招くという問題を生じた。
特にタングステンなどのように粉末冶金法よって作成されるターゲットは、このような反りが大きい場合には割れてしまうという事故さえ発生した。
【０００４】
このような問題のある事例のターゲット材としてはタンタル又はタングステンを使用し、またバッキングプレートとしてアルミニウム又はアルミニウム合金等を使用する場合によく起こる事がわかった。
さらにハイパワースパッタリングの熱影響によってバッキングプレートが変形してしまい冷却水の漏れがおこってしまうことすらあった。
例えば、φ３５０ｍｍ厚さ１０ｍｍのタンタルターゲットにアルミニウム合金（Ａ５０５２）製バッキングプレートを真空中、５００°Ｃ、面圧１５ｋｇｆ／ｍｍ２で拡散接合したところ、反り量がロット毎に４ｍｍから７ｍｍと変動してしまい、また一部接合界面が剥離してしまうものもあった。
そして、反り４ｍｍの接合組立体をターゲット形状に加工し、これをスパッタパワー２０ＫＷでスパッタを行ったところ変形して水漏れがおこってしまう事故が発生した。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ターゲット材とバッキングプレート材の熱膨張率の差が大きい場合でも拡散接合後の変形が小さく、かつターゲットとバッキングプレート間の剥離や割れの発生がないハイパワースパッタに耐えるタンタル又はタングステンターゲット−バッキングプレート組立体及びその製造方法を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
そこで拡散接合後の反り量が少なく、ハイパワースパッタリングに耐えるバッキングプレートと拡散接合したタンタルあるいはタングステンターゲットの製造に関して鋭意研究したところ、バッキングプレートとしてはアルミニウム合金よりも熱膨張率が小さく、硬くて変形が少ない熱伝導性の良い銅合金を使用し、インサート材にはある程度の厚みをもつアルミニウム又はその合金板を使用する事が極めて有効であることを見出した。
本発明はこの知見に基づき、
１．タンタル又はタングステンターゲットと銅合金製バッキングプレートが厚さ０．５ｍｍ以上のアルミニウム又はアルミニウム合金板のインサート材を介して拡散接合されており、それぞれの材料間で拡散接合界面を備えることを特徴とするタンタル又はタングステンターゲット−銅合金製バッキングプレート組立体
２．厚さ０．５ｍｍ以上のアルミニム又はアルミニウム合金板をインサート材としてタンタルあるいはタングステンターゲットと銅合金バッキングプレートを真空下で４００°Ｃから５４８°Ｃの温度及び１〜２０ｋｇ／ｍｍ２の圧力条件で拡散接合することを特徴とするタンタル又はタングステンターゲット−銅合金製バッキングプレート組立体の製造方法
を提供する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明は、バッキングプレートとして銅合金製バッキングプレートを使用する。この銅合金製バッキングプレートの材料としてはアルミニウム合金よりも熱膨張率が小さく、硬くて変形が少なく、さらに熱伝導性の良好な銅クロム合金や銅亜鉛合金等の銅合金を使用する。
インサート材としては、厚さ０．５ｍｍ以上のアルミニウム又はアルミニウム合金板を使用する。このように、インサート材が０．５ｍｍ以上の厚みが必要であるのは、拡散接合時の温度で十分柔らかくなり、ミクロ的にみて表面酸化膜の破壊により活性な新生面が現れて原子が拡散しやすくなること及び拡散接合後室温まで冷却される際のスパッタリングターゲットとバッキングプレート間の熱膨張差によって生ずる応力を緩和することができるためである。
【０００８】
従来、このような拡散接合する際に、接合強度等の面からインサート材が薄いほど良いとされていたが、本発明においてはこのような従来の発想を大きく変えるものである。
インサート材を挿入しない場合、例えばタンタルターゲット材のビッカース硬度は１０９であり、他方バッキングプレートの銅クロム合金のビッカース硬度は１３５であるが、どちらも同程度の硬さであるためにミクロ的な表面酸化膜の破壊が起こりにくい。
したがって活性な新生面が出現しないので拡散接合が難しくなるという現象が起きることがわかった。また、これは同様にインサート材が薄い場合にもインサート材としての機能が低く有効でないことも分かった。
このようなことから、タンタル又はタングステンターゲット−銅合金製バッキングプレート組立体の製造においては、インサート材として厚さ０．５ｍｍ以上のアルミニウム又はアルミニウム合金板の使用は不可欠である。
【０００９】
タンタル又はタングステンターゲット−銅合金製バッキングプレート組立体の製造に際しては、厚さ０．５ｍｍ以上のアルミニム又はアルミニウム合金板をインサート材としてタンタルあるいはタングステンターゲットと銅合金バッキングプレートの間に介在させ、これを真空下で４００°Ｃから５４８°Ｃの温度及び１〜２０ｋｇ／ｍｍ２の圧力をかけて拡散接合することによって得ることができる。
これによって、タンタル又はタングステンターゲットとアルミニム又はアルミニウム合金及び銅合金製バッキングプレートとアルミニム又はアルミニウム合金間に固相拡散接合相が形成され、密着性と接合強度に優れた接合体を得ることができる。
４００°Ｃ未満では十分な接合強度が得られない。また５４８°Ｃを超えると、アルミと銅の共晶温度を超えてしまい液相が出てしまうので好ましくない。
また、およそ５００°Ｃを超えるとアルミニウムと銅の界面には数μｍの反応層が形成されるが、この反応層は硬い金属間化合物であるため、あまり厚くなってはならない。したがって、上記の温度範囲において拡散接合を行うことが必要である。
なお、スパッタ装置上、ターゲットやバッキングプレートの形状は決定されていて、インサート材の厚さが厚いと相対的にバッキングプレートの厚さを薄くしなければならない。しかし、バッキングプレートの厚さを薄くするにも強度的に限度があるので、上記のことを考えてアルミニウム又はアルミニウム合金板のインサート材の上限の厚さはバッキングプレートの厚さの１／２とすることが望ましい。
【００１０】
【実施例】
次に、本発明の実施例及び比較例を説明する。なお、実施例はあくまで本発明の一例であり、この実施例に制限されるものではない。すなわち、本発明の技術思想に基づく、変形や他の態様は全て本発明に包含される。
【００１１】
実施例１
直径φ３５０ｍｍ、厚さ１０ｍｍのタンタルターゲットを機械加工により作成した。バッキングプレートは銅クロム合金を使用した。
インサート材として各々０．８ｍｍ、１．０ｍｍ、２．０ｍｍ、６．０ｍｍの純アルミニウム（Ａ−１０５０）板を使用し、バッキングプレートの厚さはインサート材の厚さと足し合せて１９ｍｍとなるようにした。
ターゲット、インサート材及びバッキングプレートの拡散接合される界面はアセトンを溶媒として超音波洗浄した後、さらにイソプロピルアルコールでにて十分洗浄した。
これらの組立体を鉄製の容器に真空封入（真空度は０．１ｔｏｒｒ以下）して、熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）にて５００°Ｃ×４ｈｒ、１５ｋｇ／ｍｍ２の圧力で拡散接合した。
接合後は鉄製容器を機械加工にて除去した。タンタルターゲットを上にして反り量を隙間ゲージにて測定した。図２に拡散接合後の反り量の説明図を示す。
【００１２】
比較例１
実施例１と同様の方法で、タンタルターゲットと銅クロム合金バッキングプレートとの間にアルミニウムインサート材を入れ、その厚さを０．３ｍｍ及び０．４ｍｍとした場合である。
また、その他インサート材として厚さ２ｍｍのニッケル板及び銀板を使用して拡散接合した。接合後は鉄製容器を機械加工にて除去した。タンタルターゲットを上にして反り量を隙間ゲージにて測定した。また、タンタルターゲットとアルミニウムインサート材間で剥離したものは、その状況を観察した。
実施例１と比較例１の結果を表１に示す。
【００１３】
【表１】
0003905301.tif 000002
【００１４】
上記表１の実施例に示すように、本発明の範囲にあるインサート材として０．８ｍｍ、１．０ｍｍ、２．０ｍｍ、６．０ｍｍの純アルミニウム板を使用したものについては、反り量がそれぞれ３ｍｍ、２．８ｍｍ、２．５ｍｍ、１．７ｍｍとなり、いずれもわずかな反り量を示した。また、この反り量はアルミニウム板の板厚増加に伴い、より少なくなる傾向を示した。
これに対して、同表１の比較例に示すように、インサート材として本発明の厚さの範囲外である０．３ｍｍ及び０．４ｍｍの純アルミニウム板を使用したものについては、前者がタンタルターゲットとアルミニウムインサート材間で剥離し、後者については反り量がそれぞれ４ｍｍと大きな反り量を示した。
また、厚さ２ｍｍのニッケル板及び銀板を使用して拡散接合した場合は、厚さが十分厚いにもかかわらず、タンタルターゲットとニッケルあるいは銀インサート材間で剥離するという現象がおきた。
以上から、インサート材として本発明の範囲にある厚さのアルミニウム板の使用が極めて有効であることが分かる。
【００１５】
実施例２
タングステン粉末をホットプレスにて真空加圧焼結した後、直径φ３５０ｍｍ厚さ８ｍｍに旋盤加工した。バッキングプレートには銅亜鉛合金を使用した。インサート材として各々０．８ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、６ｍｍの純アルミ（Ａ−１０５０）板を使用し、バッキングプレートの厚さはインサート材の厚さと足し合せて１９ｍｍとなるようにした。
ターゲット、インサート材、バッキングプレートの拡散接合される界面は、アセトンを溶媒として超音波洗浄した後、さらにイソプロピルアルコールでにて洗浄した。さらにタングステンターゲットを真空乾燥機にて十分乾燥した。
実施例1と同じ方法で拡散接合し、鉄製容器を除去後、タングステンターゲットを上にして反り量を隙間ゲージにて測定した。
【００１６】
比較例２
実施例２と同様の方法で、タングステンターゲットと銅亜鉛合金バッキングプレートとの間にアルミニウムインサート材を入れ、そのアルミインサート材の厚さを０．３ｍｍ及び０．４ｍｍとして場合である。その他インサート材として、厚さ２ｍｍのニッケル板及び銀板を使用した。
タングステンターゲットを上にして反り量を隙間ゲージにて測定した。また、タングステンターゲットとアルミニウムインサート材間で剥離したものは、その状況を観察した。
実施例２と比較例２の結果を表２に示す。
【００１７】
【表２】
0003905301.tif 000003
【００１８】
上記表２の実施例に示すように、本発明の範囲にあるインサート材として０．８ｍｍ、１．０ｍｍ、２．０ｍｍ、６．０ｍｍの純アルミニウム板を使用したものについては、反り量がそれぞれ３．３ｍｍ、３．２ｍｍ、２．６ｍｍ、１．７ｍｍとなり、いずれもわずかな反り量を示した。また、この反り量はアルミニウム板の板厚増加に伴い、より少なくなる傾向を示した。
これに対して、同表２の比較例に示すように、インサート材として本発明の厚さの範囲外である０．３ｍｍ及び０．４ｍｍの純アルミニウム板を使用したものについては、タングステンターゲットに割れが発生してしまい約４ｍｍの大きな反り量を示した。
また、厚さ２ｍｍのニッケル板及び銀板を使用して拡散接合した場合は、厚さが十分厚いにもかかわらず、タングステンターゲットとアルミニウムインサート材間で剥離するという現象がおきた。
以上から、実施例２からもインサート材として本発明の範囲にある厚さのアルミニウム板の使用が極めて有効であることが分かる。
なお、本実施例ではインサート材として純アルミニウムを使用したが、Ａ５０５２等のアルミニウム合金板でも同様の効果があることが確認できた。
【００１９】
【発明の効果】
ターゲット材とバッキングプレート材の熱膨張率の差が大きい場合でも拡散接合後の変形が小さく、かつターゲットとバッキングプレート間の剥離や割れの発生がないタンタル又はタングステンターゲット−バッキングプレート組立体を得ることができる。また、拡散接合後の反り量を減らすことによりターゲット厚さ保証を容易にし、ターゲット歩留りを向上させ、さらに接合後の加工切削工程あるいは矯正工程軽減を可能とする。ハイパワースパッタリングに耐える信頼性の高いターゲット組立体を提供し、ターゲット大型化にも対応できるという優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】スパッタリングターゲット、インサート材及びバッキングプレートの組立体概略図である。
【図２】拡散接合後の反り量の説明図である。
【符号の説明】
１  ターゲット材
２  バッキングプレート材
３  インサート材
４  反り量（ｍｍ）
【図１】
0003905301.tif 000004
【図２】
0003905301.tif 000005