JP2002129316A - 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 - Google Patents

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

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 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
その製造方法を得る。 【解決手段】 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。

Description

【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６−１
０８２４６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（Ａ５０５
２）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／ｍ
ｍ２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。４０
０°Ｃ未満では十分な接合強度が得られない。また５４
８°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５
００°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０．８ｍ
ｍ、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】
【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、１．０ｍ
ｍ、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、２．８
ｍｍ、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】
【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、１．０ｍ
ｍ、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、Ａ５０５
２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）
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） // Ｂ２３Ｋ 101:36 Ｂ２３Ｋ 101:36 (72)発明者 宮下 博仁 茨城県北茨城市華川町臼場187番地４ 株 式会社日鉱マテリアルズ磯原工場内 Ｆターム(参考） 4E067 AA01 AA07 AB03 BA00 DB01 DC03 DC06 EB11 4K029 CA05 DC03 DC04 DC22

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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０．５ｍｍ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. 【請求項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。
JP2000332159A 2000-10-31 2000-10-31 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 Expired - Lifetime JP3905301B2 (ja)

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