(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マグネトロンスパッタリングに使用する銅又は銅合金ターゲット／銅合金バッキングプレート組立体であって、銅合金バッキングプレートがＢｅ：０．２〜０．５ｗｔ％含有する低ベリリウム銅合金又はＮｉ：２〜４ｗｔ％、Ｓｉ０．３〜０．９ｗｔ％を含有するＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ合金若しくはＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系合金であることを特徴とする銅又は銅合金ターゲット／銅合金バッキングプレート組立体。
【請求項２】
Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系合金バッキングプレートにおいて、Ｎｉ：２〜４ｗｔ％、Ｓｉ０．３〜０．９ｗｔ％、Ｃｒ：０．１〜０．９ｗｔ％若しくはＭｇ：０．１〜０．９ｗｔ％を含有するＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系合金であることを特徴とする請求項１記載の銅又は銅合金ターゲット／銅合金バッキングプレート組立体。
【請求項３】
マグネトロンスパッタリングに使用する銅又は銅合金ターゲット／銅合金バッキングプレート組立体であって、銅合金バッキングプレートが導電率３５〜６０％（ＩＡＣＳ）、０．２％耐力４００〜８５０ＭＰａを備えていることを特徴とする銅又は銅合金ターゲット／銅合金バッキングプレート組立体。
【請求項４】
マグネトロンスパッタリングに使用する銅又は銅合金ターゲット／銅合金バッキングプレート組立体であって、銅合金バッキングプレートが導電率３５〜６０％（ＩＡＣＳ）、０．２％耐力４００〜８５０ＭＰａを備えていることを特徴とする請求項１又は２記載の銅又は銅合金ターゲット／銅合金バッキングプレート組立体。
【請求項５】
拡散接合された銅又は銅合金ターゲット／銅合金バッキングプレート組立体であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の銅又は銅合金ターゲット／銅合金バッキングプレート組立体。
【請求項６】
拡散接合温度が１７５〜４５０°Ｃであることを特徴とする請求項５記載の銅又は銅合金ターゲット／銅合金バッキングプレート組立体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マグネトロンスパッタリングターゲットに必要とされる特性を備えた銅又は銅合金ターゲット／銅合金バッキングプレート組立体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置や各種電子機器等の薄膜の形成に、スパッタリングが使用されている。このスパッタリング法は周知のように、荷電粒子をターゲットに向けて照射し、その粒子衝撃力によりターゲットから粒子を叩き出して、これをターゲットに対向させた、例えばウエハ等の基板にターゲット材料から構成される物質を中心成分とする薄膜を形成する成膜方法である。
このスパッタリング成膜法に使用されるターゲットは通常、平板状又は円盤状の板状を呈しているが、一般にこのターゲットはバッキングプレートに結合されている。【０００３】
ターゲットはスパッタリング中に荷電粒子の大量の衝撃を受けるので、ターゲットの温度が徐々に上昇してくる。
このため、ターゲットを冷却させる必要があり、多くはターゲットの裏面にアルミニウム合金、ステンレス鋼、無酸素銅等の、熱伝導性の良い材料（バッキングプレート）をはんだ付け、拡散接合、圧着、アンカー効果を利用した接合等の手段により接合して、ターゲット−バッキングプレート組立体を形成する。
そして、このバッキングプレートを外部からの冷却手段を通じて冷却するために、同様に熱伝導性の良いクーリングプレート（冷却板）をさらに結合させて、ターゲットの熱を吸収するようにしている。
最近、スパッタリングがハイパワー化しており、高強度、高熱伝導性、高電気伝導性を持つ銅合金がバッキングプレート材として広く使用されるようになってきた。またターゲットとバッキングプレートの接合は、拡散接合法等により強固に接合されるケースが増えてきている。【０００４】
従来技術を、次に紹介する。
スパッタリングターゲットを、ベリリウム銅合金製バッキングプレートに噛み合わせて接合する例（例えば、特許文献１参照）、アルミニウム合金ターゲット／Ｃｕ−１％Ｃｒバッキングプレート拡散接合する例がある（例えば、特許文献２参照）。
また、０．２％耐力が２００ＭＰａ以上の銅合金バッキングプレート。例えば、Ｃｕ−０．７〜１．２ｗｔ％Ｃｒ含有し、Ａｌ、Ｍｇ、Ｓ、Ｋ、Ｃａ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ａｓ、Ａｇ，Ｓｂ，Ｂｉから選択される成分の合計含有量が１ｗｔ％以下の銅合金が紹介されている（例えば、特許文献３参照）。
マグネトロンスパッタリングにおける渦電流に関しては、引用文献４〜６などを挙げることができる。【０００５】
特に、特許文献６には、マグネトロンスパッタリングにおいてマグネットの回転により発生する渦電流が影響して膜のユニフォーミティを低下させることが記載されていて、比抵抗が３．０μΩ・ｃｍ以上、強度１５０ＭＰａ以上のアルミニウム合金または銅合金を使用することが示されている。
この中で、実施例には４．９μΩ・ｃｍ、１８２ＭＰａの工業用アルミニウム合金、７．２μΩ・ｃｍ（２４％ＩＡＣＳ）、３２０ＭＰａの黄銅、比較例として、７５ＭＰａのＡｌ−０．５Ｃｕ、２．１μΩ・ｃｍ（８２％ＩＡＣＳ）、４６５ＭＰａのＣｕ−Ｃｒバッキングプレートが記載されている。
また、特許文献７には、Ｃｕの純度が９９．７％で、１００〜３０００重量ｐｐｍ（０．０１〜０．３ｗｔ％）の副元素を添加して、ターゲットとの熱圧着を防止するというバッキング材が提案されている。この場合の添加元素は極少量で、熱伝導性を重視したバッキングプレート材として提案されている。
【特許文献１】米国特許第５２６９８９９号
【特許文献２】特開平１０−３３０９２９号公報
【特許文献３】特開平１１−２３６６６５号公報
【特許文献４】特開平３−１３４１７０号公報
【特許文献５】特開平１０−１９５６４９号公報
【特許文献６】特開２００１−３２９３６２号公報
【特許文献７】特開平１−１８０９７５号公報
【０００６】
しかし、上記のような従来型のバッキングプレートには問題がある。
具体的な例として、ダマシンプロセスによって形成される微細銅配線（例えば９０、６５ｎｍ配線ルール）が挙げられる。このプロセスでは、配線溝にタンタルや窒化タンタルなどのバリヤー膜を形成した後、シード層としての銅あるいは銅合金膜をスパッタ成膜することが行なわれるが、このような微細なシード層を形成するためには、よりハイパワースパッタによってスパッタ粒子のイオン化率を向上させて、成膜をコントロールしなければならない。
例えば、特許文献６の実施例に挙げられている黄銅バッキングプレートでは、十分な膜のユニフォーミティが得られない。また、比較例に挙げられているＣｕ−Ｃｒバッキングプレートでは、渦電流によるマグネット回転問題によって、十分なユニフォーミティが得られないという問題があった。
上記特許文献に記載のバッキングプレートはいずれも適合せず、問題がある。詳しい説明については、後述する実施例と比較例に基づいて説明する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、銅又は銅合金スパッタリングターゲットに対して、耐渦電流特性とその他のマグネトロンスパッタリングターゲットに必要とされる特性をバランス良く両立させた銅又は銅合金ターゲット／銅合金バッキングプレート組立体を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、
１）マグネトロンスパッタリングに使用する銅又は銅合金ターゲット／銅合金バッキングプレート組立体であって、銅合金バッキングプレートがＢｅ：０．２〜０．５ｗｔ％含有する低ベリリウム銅合金又はＮｉ：２〜４ｗｔ％、Ｓｉ０．３〜０．９ｗｔ％を含有するＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ合金若しくはＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系合金であることを特徴とする銅又は銅合金ターゲット／銅合金バッキングプレート組立体。
２）Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系合金バッキングプレートにおいて、Ｎｉ：２〜４ｗｔ％、Ｓｉ０．３〜０．９ｗｔ％、Ｃｒ：０．１〜０．９ｗｔ％若しくはＭｇ：０．１〜０．９ｗｔ％を含有するＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系合金であることを特徴とする１記載の銅又は銅合金ターゲット／銅合金バッキングプレート組立体。
３）マグネトロンスパッタリングに使用する銅又は銅合金ターゲット／銅合金バッキングプレート組立体であって、銅合金バッキングプレートが導電率３５〜６０％（ＩＡＣＳ）、０．２％耐力４００〜８５０ＭＰａを備えていることを特徴とする銅又は銅合金ターゲット／銅合金バッキングプレート組立体。
４）マグネトロンスパッタリングに使用する銅又は銅合金ターゲット／銅合金バッキングプレート組立体であって、銅合金バッキングプレートが導電率３５〜６０％（ＩＡＣＳ）、０．２％耐力４００〜８５０ＭＰａを備えていることを特徴とする１又は２記載の銅又は銅合金ターゲット／銅合金バッキングプレート組立体。
５）拡散接合された銅又は銅合金ターゲット／銅合金バッキングプレート組立体でであることを特徴とする１〜４のいずれかに記載の銅又は銅合金ターゲット／銅合金バッキングプレート組立体。
６）拡散接合温度が１７５〜４５０°Ｃであることを特徴とする請求項５記載の銅又は銅合金ターゲット／銅合金バッキングプレート組立体。
を提供するものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の銅合金バッキングプレートは、熱膨張係率が同程度である銅、銅合金（銅基合金）スパッタリングターゲットに対して拡散接合後の反りが少なく極めて有効である。また、耐渦電流特性とその他のマグネトロンスパッタリングターゲットに必要とされる特性をバランス良く両立させた銅又は銅合金ターゲット／銅合金バッキングプレート組立体を得ることができる。さらに、スパッタ膜のユニフォーミティも良好であるという優れた効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明のマグネトロンスパッタリングに使用する銅又は銅合金ターゲット／銅合金バッキングプレート組立体を構成する銅合金バッキングプレートは、Ｂｅ：０．２〜０．５ｗｔ％含有する低ベリリウム銅合金又はＮｉ：２〜４ｗｔ％、Ｓｉ０．３〜０．９ｗｔ％を含有するＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ合金若しくはＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系合金である。Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系合金としては、特にＮｉ：２〜４ｗｔ％、Ｓｉ０．３〜０．９ｗｔ％、Ｃｒ：０．１〜０．９ｗｔ％若しくはＭｇ：０．１〜０．９ｗｔ％を含有するＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系合金が望ましい。【００１１】
また、本発明のマグネトロンスパッタリングに使用する銅又は銅合金ターゲット／銅合金バッキングプレート組立体の銅合金バッキングプレートは、導電率３５〜６０％（ＩＡＣＳ）、０．２％耐力４００〜８５０ＭＰａを備えていることが望ましい。なお、ＩＡＣＳは、標準軟銅（１．７２４１μΩ・ｃｍ）の導電率を１００％としたものである。
上記Ｂｅ：０．２〜０．５ｗｔ％含有する低ベリリウム銅合金又はＮｉ：２〜４ｗｔ％、Ｓｉ０．３〜０．９ｗｔ％を含有するＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ合金若しくはＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系合金は、いずれもこの条件を満足するバッキングプレート材である。銅合金製バッキングプレート材としては、上記導電率及び耐力を備えていれば、これら以外の副成分を添加した銅合金材を使用することもできる。
一般に、高比抵抗で高強度の銅合金が有効であると考えられる。しかし、比抵抗の高いものは（導電率の低いものは）渦電流を低減できるが、相対的に導電性と比例関係にある熱伝導性が低下してしまうので、導電率（％ＩＡＣＳ）３５〜６０％が適しており、強度的には０．２％耐力４００〜８５０ＭＰａの銅合金バッキングプレートが最も適している。【００１２】
本発明の銅又は銅合金ターゲット／銅合金バッキングプレート組立体は拡散接合により緊密に結合するのが望ましい。特に、特に３０ｋＷを超えるようなハイパワースパッタでは、ターゲット／バッキングプレートの接合は、拡散接合によるのが最適である。
インジウムなどの低融点ろう材ではスパッタリング中の発熱によって接合部が剥離してしまう。また銀ろうなどの高融点ろう材では、組織制御されたターゲットを変質させてしまうからである。【００１３】
また、導電率と強度を最適に制御したバッキングプレート材を変質させない温度条件で拡散接合を行わなければならない。
拡散接合中や、拡散接合後のバッキングプレート材の変質は、接合界面での反応によって脆化部を形成して接合強度を低下させてしまう可能性がある。
接合時の上限温度は４５０°Ｃである。すなわち、拡散接合温度は１７５〜４５０°Ｃの範囲で行うことが望ましい。この範囲であれば、銅、銅合金（銅基合金）スパッタリングターゲットと銅合金バッキングプレート間で脆化反応が起こることはなく、バッキングプレートからの拡散によるターゲットの汚染もほとんどないからである。
【実施例】
【００１４】
以下、実施例および比較例に基づいて説明する。なお、本実施例はあくまで一例であり、この例のみ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含まれる他の態様または変形を包含するものである。【００１５】
（実施例１−３及び比較例１−１１）
実施例１−３及び比較例１−１１に示すターゲット及びスパッタリング条件は、次の通りである。
ターゲット：高純度銅（６Ｎ）、直径：φ３５０ｍｍ、厚さ：１２ｍｍ
ターゲット／バッキングプレート接合：拡散接合４５０°Ｃ
合計厚さ：１７ｍｍ
スパッタパワー：３０ｋＷ【００１６】
実施例１−３及び比較例１−１１に用いた銅材又は合金の種類（番号）及びその具体的な銅又は銅合金の成分組成の一覧を、表１に示す。なお、表１において、C18000、C18150は、CDA（銅開発協会）の番号を示す。その他、C7025（４桁の数字番号）等はＪＩＳ規格の番号を示す。また、マグネット回転数、回転変動、ユニフォーミティ及び評価を、表２に示す。また、実施例１−３及び比較例１−１１の導電率及び０．２％耐力を、表３に示す。
表２に示すように、実施例１−３については、マグネット回転数、回転変動、ユニフォーミティがいずれも良好であり、総合評価は優又は良である。これに対し、比較例１−１１は、通常のベリリウム銅とＣｕ−Ｃｒ系銅合金が総合評価として可である以外は、ユニフォーミティ等が悪く、総合評価は不可である。
例えば、比較例２の黄銅は、導電率が低いので渦電流が低く、マグネットは良く回り変動は少ないが、熱伝導率が低いので、ターゲットの熱が高くなり、大きな歪みがターゲットとバッキングプレート間に作用する。この結果、ユニフォーミティが悪くなる。またバッキングプレートとしての強度も低いので、この歪みを押さえ込むこともできない。【００１７】
また、比較例５及び６のりん青銅やアルミ青銅では、より渦電流が低く、磁場は良好に形成されるが、ターゲットの熱発散が悪すぎて、たとえバッキングプレートの強度が十分であっても、スパッタ速度が高くなり過ぎて、ライフを通じてユニフォーミティ変化が大きくて、適していない。
さらに、比較例１０のＣｕ−０．３ｗｔ％Ｎｉ及び比較例１１のＣｕ−０．２ｗｔ％Ｎｉ−０．１ｗｔ％Ｓｉは、微量元素を添加してバッキングプレートとターゲットとの熱圧着を防止するとともに、高熱伝導性を維持しようとしたものであるが、スパッタ中期から後期にかけてユニフォーミティが著しく悪くなるという結果になった。
また、表３に導電率と０．２％耐力の関係を示すが、本発明の銅合金バッキングプレートはいずれも良好な範囲に入っている。
このように、本発明の銅又は銅合金ターゲット／銅合金バッキングプレート組立体は、従来のそれに比べ優れていることが分かる。【００１８】
【表１】
0004331727.tif 000002
【００１９】
【表２】
0004331727.tif 000003
【００２０】
【表３】
0004331727.tif 000004
【産業上の利用可能性】
【００２１】
銅合金バッキングプレートは、熱膨張係率が同程度である銅、銅合金（銅基合金）スパッタリングターゲットに対して拡散接合後の反りが少なく極めて有効である。また、耐渦電流特性とその他のマグネトロンスパッタリングターゲットに必要とされる特性をバランス良く両立させた銅又は銅合金ターゲット／銅合金バッキングプレート組立体を得ることができる。さらに、スパッタ膜のユニフォーミティも良好であるという優れた効果を有する。したがって、３０ｋＷを超えるようなハイパワースパッタに、特に有用である。