JP4367677B2

JP4367677B2 - スパッタリング用ターゲット及びその製造方法

Info

Publication number: JP4367677B2
Application number: JP2000032510A
Authority: JP
Inventors: 久雄加藤
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2000-02-09
Filing date: 2000-02-09
Publication date: 2009-11-18
Anticipated expiration: 2020-02-09
Also published as: JP2001226763A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｓｉ等の非金属のターゲット材をＣｕ又はＣｕ合金製のバッキングプレートに接合したスパッタリング用ターゲットに係り、とくに非金属のターゲット材とバッキングプレートとの接合強度を向上させたスパッタリング用ターゲット及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、スパッタリング用ターゲットはターゲット材と、冷却及び通電のためのＣｕ材等のバッキングプレートとが接合されて構成されている。ターゲット材がＳｉ等の非金属である場合、非金属に直接ろう付け（又は、はんだ付け）することは困難なため、非金属の接合面に金属膜を成膜することが提案されている。例えば、特開平７−４８６６７号公報では、ターゲット材の接合面に、Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｕ−Ｎｉ合金のいずれかの薄膜を形成することが提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、非金属のターゲット材の接合面に形成する金属膜は、使用するろう材に合わせて選択されるが、Ｉｎ又はＩｎ合金のろう材を用いる場合、バッキングプレートと同材質のＣｕを金属膜として形成すると、ろう付け時にＩｎ又はＩｎ合金のろう材にＣｕ膜が食われてしまい（Ｉｎ中にＣｕが取り込まれて合金になる）、ろう材が直接ターゲット材に接する状態となって接合強度が大幅に低下する問題がある。
【０００４】
また、Ｃｕ膜は酸化し易いため、フラックスを併用しないでバッキングプレートにろう付けすることは困難となるが、フラックスの使用はフラックスが仮にターゲットに残留した場合に問題となる。
【０００５】
このように、非金属のターゲット材の表面を、いかにして接合強度の強いろう付けが可能な状態にするかが、ターゲット製作の重要課題となる。
【０００６】
本発明の第１の目的は、上記の点に鑑み、非金属のターゲット材の接合面に形成する金属層の構造を工夫してターゲット材とバッキングプレート間のろう付けの接合強度を向上させたスパッタリング用ターゲット及びその製造方法を提供することにある。
【０００７】
本発明の第２の目的は、フラックスを用いないでろう付けを可能にしてフラックス使用に伴う不都合を除去したスパッタリング用ターゲット及びその製造方法を提供することにある。
【０００８】
本発明のその他の目的や新規な特徴は後述の実施の形態において明らかにする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本願請求項１の発明は、非金属のターゲット材をＩｎ又はＩｎ合金のろう材でＣｕ又はＣｕ合金製のバッキングプレートに接合してなるスパッタリング用ターゲットにおいて、
前記ターゲット材の接合面に下地金属層としてＣｒ膜、該下地金属層に積層された上層金属層としてＣｕ膜がそれぞれ成膜され、該Ｃｕ膜と前記バッキングプレート間に前記ろう材が介在して接合されており、前記Ｃｕ膜と前記ろう材との接合部にＡｇが含有されていることを特徴としている。
【００１１】
本願請求項２の発明は、非金属のターゲット材をＩｎ又はＩｎ合金のろう材を用いてＣｕ又はＣｕ合金製のバッキングプレートにろう付けで接合するスパッタリング用ターゲットの製造方法において、
前記ターゲット材の接合面に下地金属層としてＣｒ膜、該下地金属層に積層された上層金属層としてＣｕ膜、さらに該Ｃｕ膜を覆う酸化防止膜としてＡｇ膜を順次成膜した後、前記Ａｇ膜上及び前記バッキングプレート上に前記ろう材を付着させて加熱状態で前記ターゲット材と前記バッキングプレートとを重ね合わせて接合することを特徴としている。
【００１２】
本願請求項３の発明は、請求項２において、前記Ｃｒ膜、Ｃｕ膜及びＡｇ膜を蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング、プラズマＣＶＤ等の真空乃至気相中での薄膜技術で順次成膜することを特徴としている。
【００１３】
本願請求項４の発明は、請求項２又は３において、前記Ｃｕ膜の膜厚が１〜５μｍであり、前記Ｃｒ膜及び前記Ａｇ膜は前記Ｃｕ膜以下の膜厚であることを特徴としている。
【００１４】
本願請求項５の発明は、請求項２，３又は４において、前記Ａｇ膜上及び前記バッキングプレート上に前記ろう材を付着させる工程を、超音波振動子内蔵はんだ鏝で超音波振動をろう材に加えながらフラックスを用いないで実行することを特徴としている。
【００１５】
本願請求項６の発明は、請求項２，３，４又は５において、前記ターゲット材と前記バッキングプレートとを重ね合わせて接合する工程を、昇温したホットプレート上にて行い、接合後予め昇温した重りを載せて加圧しながら徐冷することを特徴としている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るスパッタリング用ターゲット及びその製造方法の実施の形態を図面に従って説明する。
【００１７】
図１（Ａ）乃至（Ｄ）で本発明の実施の形態をスパッタリング用Ｓｉターゲットを作製する場合を例にとって説明する。
【００１８】
まず、図１（Ａ）のように、ターゲット材であるＳｉ板１のバッキングプレート（冷却及び通電のためのＣｕ又はＣｕ合金板）への接合面に、下地金属層としてＣｒ膜２、該下地金属層に積層された上層金属層としてＣｕ膜３、さらに該Ｃｕ膜を覆う酸化防止膜としてＡｇ膜４をスパッタリングで順次成膜する。
【００１９】
ここで、図１（Ｂ）,（Ｃ）に示すバッキングプレート１０がＣｕ又はその合金材であるために、Ｓｉ板１の接合面への主成膜材をＣｕとしている。
【００２０】
Ｃｕ膜３の成膜厚さが１μｍ未満だと、Ｉｎのろう材２０の濡らし時にほとんどの成膜Ｃｕ材がＩｎに食われて（ＩｎとＣｕの合金となる）しまう。５μｍを超えると成膜に時間がかかり、コスト的に不利である。よって、Ｃｕ膜３の膜厚は１〜５μｍとしている。
【００２１】
また、主成膜材のＣｕ膜３の食われを想定して、Ｃｕ膜の下地にＣｒ膜２を成膜している。Ｃｒはろう材としてのＩｎとの合金を作りにくく（まったく作らないわけではないが）、薄いＣｒ膜でもＳｉ板１がＩｎと直接接触することはなくなる。なお、Ｉｎのろう材が直接Ｓｉ板１に接するような事態になるとろう付けの接合強度が大幅に低下する。前記Ｃｒ膜２の膜厚はＣｕ膜３の膜厚以下でよく、０．３μｍ〜２μｍ程度である。膜厚０．３μｍ未満であると成膜時のばらつきにより部分的に膜厚が零になる部分が生じる危険性があり、２μｍを超えると、成膜に時間がかかり、コスト的に不利である。
【００２２】
さらに、主成膜材をＣｕとした場合、Ｃｕは酸化し易く、酸化銅を作る。酸化銅は扱いにくい材料と言われている。脆いためにろう付けには向かない。さらに、ガスを発生するので、ターゲットとしての使用時に、成膜用真空チャンバーの壁面や成膜の相手の基板面を汚してしまう可能性がある。そこで、Ｃｕ膜３の酸化を防ぐために、Ｃｕ成膜直後にＡｇ膜４を成膜する。このＡｇ膜４は一様にあれば良く薄くてもよい。Ａｇ膜４の膜厚は、Ｃｕ膜３の膜厚以下でよく、０．１μｍ〜２μｍ程度である。膜厚０．１μｍ未満であると成膜時のばらつきにより部分的に膜厚が零になる部分が生じる危険性があり、２μｍを超えると、成膜に時間がかかり、コスト的に不利である。なお、Ａｇは容易にＩｎと合金を作り、それはろう材として適していると言われている。
【００２３】
これらのＣｒ膜２、その上のＣｕ膜３、さらにその上のＡｇ膜４は同一の成膜用チャンバー内で順次スパッタリングで成膜することが無用の酸化物の生成を防ぐためにも好ましい。
【００２４】
図１（Ａ）のように、ターゲット材としてのＳｉ板１の接合面にＣｒ膜、Ｃｕ膜、Ａｇ膜の複層金属層５を形成したら、図１（Ｂ）のように、ホットプレート（電熱式）３０上にＳｉ板１を接合面を上にして載置し、またＣｕ又はＣｕ合金板のバッキングプレート１０も接合面を上にして載置し、ホットプレート３０を１８０〜２５０℃に昇温し、Ｓｉ板１とバッキングプレート１０とを加熱、昇温する。この状態において、ろう材２０としてＩｎを用いて接合のための濡らし作業、つまりＳｉ板１の接合面とバッキングプレート１０の接合面にろう材２０を付着させる作業は、超音波振動子内蔵はんだ鏝３５で超音波振動をろう材２０に加えながらフラックスを用いないで実行する。
【００２５】
図１（Ｂ）のろう材２０の濡らし作業終了後、ホットプレート３０上で加熱、昇温を継続しながら、図１（Ｃ）のようにバッキングプレート１０の接合面（Ｉｎ濡らし面）とＳｉ板１の接合面（Ｉｎ濡らし面）とを対向、密着させ、バッキングプレート１０とＳｉ板１とを重ね合わせた構造体とし、これに４００〜２０００ｇの重り４０を載せる。このとき、重り４０は予め１００〜２００℃に昇温したものを用いる。重り４０を載せた後は、ホットプレート３０の電源を切って当該ホットプレート上で徐冷（自然冷却によって徐々に冷却）する。これにより、図１（Ｄ）のようにターゲット材としてのＳｉ板１とバッキングプレート１０とがＩｎのろう材２０で接合一体化されたスパッタリング用ターゲットが完成する。なお、接合後は、Ａｇ膜４は薄膜であるためにＩｎのろう材２０中に溶解して膜としては残らないが、Ｃｕ膜３とろう材２０との接合部にＡｇが含有されることで、接合前にＡｇ膜４が存在していたことが確認できる。
【００２６】
図２にＳｉ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ａｇ，Ｉｎの線膨張係数を示す。線膨張係数は、Ｓｉ＜Ｃｒ＜Ｃｕ＜Ａｇ＜ＩｎのようにＳｉからＩｎに向けて徐々に大きくなる関係となり、Ｃｒ，Ｃｕ，Ａｇの金属層が介在することで、ターゲット材のＳｉとろう材のＩｎとの線膨張係数の差を緩和できる。これによってもＣｒ，Ｃｕ，Ａｇの３層成膜構造がＳｉとＩｎの中間材として適しているのがわかる。
【００２７】
以下の表１に３層成膜とＣｕ−Ａｇ２層成膜の接合実験結果を示す。
【００２８】
【表１】

ここで、測定は超音波探傷器を使用した。実験Ｎｏ．１，２は下地金属層のＣｒ膜２を省略した場合であり、超音波探傷結果は９０％、８７％で、部分的に接合不十分の所があることを示す。なお、実験Ｎｏ．２はサンプル数ｎ＝２でその平均値を示した。実験Ｎｏ．３〜７はいずれも実施の形態に係る３層成膜の場合であり、超音波探傷結果は１００％で、全く傷が無い状態を示している。なお、実験Ｎｏ．７はサンプル数ｎ＝６でその平均値を示した。この実施の形態のように３層の金属層（Ｃｒ，Ｃｕ，Ａｇ）を設けることで、極めて良好なろう付けによる接合が得られることがわかる。
【００２９】
この実施の形態によれば、次の通りの効果を得ることができる。
【００３０】
(1) バッキングプレート１０がＣｕ又はＣｕ合金材であるために、ターゲット材としてのＳｉ板１の接合面への主成膜材をＣｕとした。Ｃｕ対Ｃｕにすることにより、接合が容易で、強固な接合強度が得られる。
【００３１】
(2) Ｃｕの食われを想定して、Ｃｕ膜３の下地にＣｒ膜２を成膜している。Ｃｒはろう材２０としてのＩｎとの合金を作りにくく、薄いＣｒ膜でもＳｉがＩｎと直接接触することはなくなり、ＳｉがＩｎと直接接することになって接合強度の大幅低下を招くことを防止できる。
【００３２】
(3) Ｃｕは酸化し易く、酸化銅を作るが、Ｃｕ膜３上にＡｇ膜４を成膜することで、Ｃｕ膜３の酸化を防ぐことができ、ろう付けによる接合を容易にすることができる。Ａｇは容易にＩｎと合金を作るため、Ａｇ膜４の存在はＩｎによるろう付けを一層容易、かつ確実にすることができる。
【００３３】
(4) 図２に示すように、線膨張係数は、Ｓｉ＜Ｃｒ＜Ｃｕ＜Ａｇ＜ＩｎのようにＳｉからＩｎに向けて徐々に大きくなる関係となり、ＳｉとＩｎ間にＣｒ，Ｃｕ，Ａｇが介在することで、ＳｉとＩｎとの線膨張係数の差を緩和できる。これによってもＣｒ，Ｃｕ，Ａｇの３層成膜構造がＳｉとＩｎの中間材として適しているのがわかる。
【００３４】
(5) ろう材２０としてＩｎを用いて接合のための濡らし作業、つまりＳｉ板１の接合面とバッキングプレート１０の接合面にろう材２０を付着させる作業を行う場合、超音波振動子内蔵はんだ鏝３５で超音波振動をろう材２０に加えながら実行することで、フラックスを使用しないようにできる。これによりフラックス使用に伴う不都合、例えばフラックスが残留して、ターゲットとして使用時に蒸発すること等を回避できる。
【００３５】
(6) ろう付け時にバッキングプレート１０とＳｉ板１とを重ね合わせた構造体を加圧する重り４０として、予め１００〜２００℃に昇温したものを用いることで、ターゲット材とバッキングプレート１０の冷却速度を緩やかとしてろう付けによる接合の信頼性をいっそう向上させることができる。なお、重り４０が常温では、急冷となり、接合に際してろう材に傷が発生する危険性が出てくる。
【００３６】
なお、前述の実施の形態では、非金属のターゲット材としてＳｉを例示したが、Ｓｉ以外のセラミック材等にも本発明は適用できる。また、ろう材はＩｎとしたが、Ｉｎを主体としたＩｎ合金であっても差し支えない。さらに、Ｃｒ膜、Ｃｕ膜、Ａｇ膜をスパッタリングで設けたが、スパッタリング以外の蒸着、イオンプレーティング、プラズマＣＶＤ等の真空乃至気相中での薄膜技術で成膜することも可能である。
【００３７】
以上本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されることなく請求項の記載の範囲内において各種の変形、変更が可能なことは当業者には自明であろう。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、非金属のターゲット材の接合面に形成する金属層の構造を工夫することで、ターゲット材とバッキングプレート間のろう付けの接合強度を向上させることが可能である。
【００３９】
また、製造過程において、ターゲット材側及びバッキングプレート側にろう材付着させる工程を、超音波振動子内蔵はんだ鏝で超音波振動をろう材に加えながら行うようにすれば、フラックスを使用しないろう付け処理とすることができ、フラックス使用に伴う不都合を除去できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るスパッタリング用ターゲット及びその製造方法の実施の形態を工程順に示す説明図である。
【図２】ターゲット材とろう材、及びそれらの間に介在する金属層の線膨張係数を示す説明図である。
【符号の説明】
１Ｓｉ板
２Ｃｒ膜
３Ｃｕ膜
４Ａｇ膜
１０バッキングプレート
２０ろう材
３０ホットプレート
３５超音波振動子内蔵はんだ鏝
４０重り

Claims

非金属のターゲット材をＩｎ又はＩｎ合金のろう材でＣｕ又はＣｕ合金製のバッキングプレートに接合してなるスパッタリング用ターゲットにおいて、
前記ターゲット材の接合面に下地金属層としてＣｒ膜、該下地金属層に積層された上層金属層としてＣｕ膜がそれぞれ成膜され、該Ｃｕ膜と前記バッキングプレート間に前記ろう材が介在して接合されており、前記Ｃｕ膜と前記ろう材との接合部にＡｇが含有されていることを特徴とするスパッタリング用ターゲット。
非金属のターゲット材をＩｎ又はＩｎ合金のろう材を用いてＣｕ又はＣｕ合金製のバッキングプレートにろう付けで接合するスパッタリング用ターゲットの製造方法において、
前記ターゲット材の接合面に下地金属層としてＣｒ膜、該下地金属層に積層された上層金属層としてＣｕ膜、さらに該Ｃｕ膜を覆う酸化防止膜としてＡｇ膜を順次成膜した後、前記Ａｇ膜上及び前記バッキングプレート上に前記ろう材を付着させて加熱状態で前記ターゲット材と前記バッキングプレートとを重ね合わせて接合することを特徴とするスパッタリング用ターゲットの製造方法。
前記Ｃｒ膜、Ｃｕ膜及びＡｇ膜を蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング、プラズマＣＶＤ等の真空乃至気相中での薄膜技術で順次成膜する請求項２記載のスパッタリング用ターゲットの製造方法。
前記Ｃｕ膜の膜厚は１〜５μｍであり、前記Ｃｒ膜及び前記Ａｇ膜は前記Ｃｕ膜以下の膜厚である請求項２又は３記載のスパッタリング用ターゲットの製造方法。
前記Ａｇ膜上及び前記バッキングプレート上に前記ろう材を付着させる工程は、超音波振動子内蔵はんだ鏝で超音波振動をろう材に加えながらフラックスを用いないで実行する請求項２，３又は４記載のスパッタリング用ターゲットの製造方法。
前記ターゲット材と前記バッキングプレートとを重ね合わせて接合する工程は、昇温したホットプレート上にて行い、接合後予め昇温した重りを載せて加圧しながら徐冷する請求項２，３，４又は５記載のスパッタリング用ターゲットの製造方法。