JP5175976B2 - スパッタリングターゲット−バッキングプレート接合体及びその製造方法 - Google Patents
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Description
また、スパッタリングターゲットとバッキングプレートとの接合面に、同心円状の凹凸を形成し、相互に嵌合した状態で、HIP、ホットプレス、固相拡散接合法によって接合する技術(特許文献2参照)がある。
また、1000°C以上の融点を有するターゲット材とバッキングプレートを接合する際に、ターゲットよりも融点の低いインサート材を介して固相拡散接合する技術(特許文献3参照)がある。
また、スパッタリングターゲットとバッキングプレートとの間に、Al又はAl合金のスペーサーを介して、爆着又はホットロールで接合する技術(特許文献5参照)がある。また、バッキングプレートの冷却面に凹凸を設けて表面積を増大させたスパッタリング装置(特許文献6参照)がある。
1)Mgからなるターゲット材に、Cu−Cr合金からなるバッキングプレートを接合してなるスパッタリングターゲット−バッキングプレート接合体であって、該ターゲット材と該バッキングプレートとの界面にNiまたはNiを主成分とする合金からなる層を介して接合されていることを特徴とするスパッタリングターゲット−バッキングプレート接合体
2)ターゲット−バッキングプレート接合体の接合界面の接着強度が、3kgf/mm2以上であることを特徴とする1)記載のスパッタリングターゲット−バッキングプレート接合体
3)前記NiまたはNiを主成分とする合金からなる層が、NiまたはNiを主成分とする合金を蒸着することにより形成された層であることを特徴とする1)又は2)記載のスパッタリングターゲット−バッキングプレート接合体
4)前記NiまたはNiを主成分とする合金からなる層が、Mgからなるターゲット材の、バッキングプレートに接する面に形成されることを特徴とする1)〜3)のいずれか一項に記載のスパッタリングターゲット−バッキングプレート接合体
5)前記NiまたはNiを主成分とする合金からなる層が、厚さ50nm以上、1μm以下であることを特徴とする1)〜4)のいずれか一項に記載のスパッタリングターゲット−バッキングプレート接合体。
7)前記ターゲット材とバッキングプレートとの界面に存在するNiの単位面積当たりの量が、4.5×10−5g/cm2以上、8.9×10−4g/cm2以下であることを特徴とする1)〜6)のいずれか一項に記載のスパッタリングターゲット−バッキングプレート接合体
8)前記ターゲット材とバッキングプレートとの界面に存在するNiの単位面積当たりの量が、8.9×10−5g/cm2以上、4.5×10−4g/cm2以下であることを特徴とする1)〜6)のいずれか一項に記載のスパッタリングターゲット−バッキングプレート接合体
9)Cu−Cr合金からなるバッキングプレート表面が、接合前に予め旋盤で粗加工された面であることを特徴とする1)〜8)のいずれか一項に記載のスパッタリングターゲット−バッキングプレート接合体
10)Mgからなるターゲット材が、5N以上の高純度Mgからなることを特徴とする1)〜9)のいずれか一項に記載のスパッタリングターゲット−バッキングプレート接合体。
12)ターゲット−バッキングプレート接合体の接合界面の接着強度を、3kgf/mm2以上とすることを特徴とする11)記載のスパッタリングターゲット−バッキングプレート接合体の製造方法
13)前記NiまたはNiを主成分とする合金からなる層を、NiまたはNiを主成分とする合金を蒸着することにより形成することを特徴とする11)又は12)記載のスパッタリングターゲット−バッキングプレート接合体の製造方法
14)前記NiまたはNiを主成分とする合金からなる層を、Mgからなるターゲット材の、バッキングプレートに接する面に形成することを特徴とする11)〜13)のいずれか一項に記載のスパッタリングターゲット−バッキングプレート接合体の製造方法
15)前記NiまたはNiを主成分とする合金からなる層を、厚さ50nm以上、1μm以下形成することを特徴とする11)〜14)のいずれか一項に記載のスパッタリングターゲット−バッキングプレート接合体の製造方法
17)前記NiまたはNiを主成分とする合金からなる層の被着量を、前記ターゲット材とバッキングプレートとの界面に存在するNiの単位面積当たりの量を、4.5×10−5g/cm2以上、8.9×10−4g/cm2以下とすることを特徴とする11)〜16)のいずれか一項に記載のスパッタリングターゲット−バッキングプレート接合体の製造方法
18)前記またはNiを主成分とする合金からなる層の被着量を、該ターゲット材と該バッキングプレートとの界面に存在するNiの単位面積当たりの量が、8.9×10−5g/cm2以上、4.5×10−4g/cm2以下とすることを特徴とする11)〜16)のいずれか一項に記載のスパッタリングターゲット−バッキングプレート接合体の製造方法
19)Cu−Cr合金からなるバッキングプレート表面を、接合前に予め旋盤で粗加工することを特徴とする11)〜18)のいずれか一項に記載のスパッタリングターゲット−バッキングプレート接合体の製造方法
20)Mgからなるターゲット材を、5N以上の高純度Mgを使用することを特徴とする11)〜19)のいずれか一項に記載のスパッタリングターゲット−バッキングプレート接合体の製造方法
多くの場合、スパッタリングターゲットはバッキングプレートに接合し、かつ該バッキングプレートを冷却して、ターゲットの異常な温度上昇を防止し、安定したスパッタリングが可能なように構成されている。
さらに、スパッタリング装置の中で、バッキングプレートを冷却し、このバッキングプレートを介してターゲットにかかる熱衝撃を吸収させている。しかし、その冷却にも限界がある。特に問題となるのは、ターゲットとバッキングプレートとの熱膨張の差異による剥離である。
このような問題の解決のため、バッキングプレートの強度を高める、あるいは材質を変更して熱応力を軽減させる等の対策をとることが考えられるが、ターゲットの材質であるMgとの適合性の問題があり、これまで適切な解決方法が見出されていなかった。
これは、ターゲット材がMgであり、バッキングプレートがCu−Cr合金である場合の固有の効果であることが分かる。このNi層又はNiを主成分とする合金層は、ターゲット及びバッキングプレート双方の間には、欠陥が発生することがない。これは接合強度を高めるために必要なことである。
スパッタリングターゲット−バッキングプレート接合体では、接合界面の接着強度を3kgf/mm2以上とすることが可能である。本願発明は、このようなスパッタリングターゲット−バッキングプレート接合体を提供できる。
また、このNi又はNiを主成分とするNi合金からなる層はMgからなるターゲット材のバッキングプレートに接する面に形成するのが、ターゲットに均一にかつ確実に被覆するために、好ましい方法である。しかし、バッキングプレート又はこれらの双方に被覆することも可能である。
また、上記のNiからなる層は、Niを主成分とする合金(Ni:50wt%以上含有する合金)層であっても、同様の効果がある。例えば、Niを主成分としCrを含む合金(Cr:20wt%、残部Ni)であってもよい。
近年、Mgからなるターゲット材が、5N以上の高純度Mgが要求されているが、このMgからなるスパッタリングターゲット−バッキングプレート接合体として最適である。
まず、比較例1を説明する。テストピースとしては、5N(ガス成分を除き、99.999wt%)の高純度マグネシウムをターゲット材(厚さ10mm、100mmφ)とした。バッキングプレートとしては、前記組成からなるCu−Cr合金(厚さ10mm、100mmφ)を用いた。テストピースの構造を図1に示す。
表面を清浄した後、これらをSUS箔に真空封入し、温度290°C、圧力1450kg/cm2で、保持時間1h、HIPした。
しかし、このスパッタリングターゲット−バッキングプレート接合体を、切断、切削する加工の工程で、これらの界面で剥離を生じた。この結果を図3に示す。この図3から明らかなように、MgとCu−Cr合金の接合強度が極めて脆弱であり使用に耐えないことが分かった。
また、この場合、Cu−Cr合金の接合表面に、旋盤による粗加工を施したテストピースを作製し、同様にテストしたが、結果は上記と大差なく、MgとCu−Cr合金の接合強度が極めて脆弱であり使用に耐えないことが分かった。
次に、比較例2を説明する。テストピースとしては、5N(ガス成分を除き、99.999wt%)の高純度マグネシウムをターゲット材(厚さ10mm、100mmφ)とした。バッキングプレートとしては、前記組成からなるCu−Cr合金(厚さ8mm、100mmφ)を用いた。そしてターゲットとバッキングプレートとの間に、2mmmのAl箔を介在させたものを比較例2のテストピースとした。
これらのターゲットとバッキングプレートの表面を清浄した後、これらをSUS箔に真空封入し、温度290°C、圧力1450kg/cm2で、保持時間1h、HIPした。
また、このスパッタリングターゲット−バッキングプレート接合体を、切断、切削する加工の工程で、これらの界面で剥離を生じた。この結果、Al層を介在させた条件では、MgとCu−Cr合金の接合強度が極めて脆弱であり使用に耐えないことが分かった。
また、この場合、Cu−Cr合金の接合表面に、旋盤による粗加工を施したテストピースを作製し、同様にテストしたが、結果は上記と大差なく、Al層を介在させることでは、MgとCu−Cr合金の接合強度が極めて脆弱であり使用に耐えないことが分かった。
次に、比較例3を説明する。テストピースとしては、5N(ガス成分を除き、99.999wt%)の高純度マグネシウムをターゲット材(厚さ10mm、100mmφ)とした。バッキングプレートとしては、前記組成からなるCu−Cr合金(厚さ8mm、100mmφ)を用いた。そして、Mgターゲット側にAl箔(層)を、Cu−Cr合金バッキングプレート側にNiを蒸着により被覆し、比較例3のテストピースとした。このテストピースの概念図を図4に示す。
これらのターゲットとバッキングプレートの表面を清浄した後、これらをSUS箔に真空封入し、温度290°C、圧力1450kg/cm2で、保持時間1h、HIPした。
また、この場合、Cu−Cr合金の接合表面に、旋盤による粗加工を施したテストピースを作製し、同様にテストしたが、結果は上記と大差なく、ターゲットにAl層とバッキングプレート及びバッキングプレートにNi層を介在させることは有効ではなく、MgとCu−Cr合金の接合強度が極めて脆弱であり使用に耐えないことが分かった。
次に、実施例1を説明する。テストピースとしては、造機5N(ガス成分を除き、99.999wt%)の高純度マグネシウムをターゲット材(厚さ10mm、100mmφ)とした。バッキングプレートとしては、前記組成からなるCu−Cr合金(厚さ10mm、100mmφ)を用いた。そして、Mgターゲット側の接合界面の全面にNiを蒸着により、0.1μmの厚さのNi被覆層を形成し、実施例1のテストピースとした。このテストピースの概念図を図6に示す。
これらのターゲットとバッキングプレートの表面を清浄した後、これらをSUS箔に真空封入し、温度290°C、圧力1450kg/cm2で、保持時間1h、HIPした。
この結果を、図7に示す。すなわち、MgターゲットとCu−Cr合金バッキングプレートとの界面にNiを被覆し場合、このスパッタリングターゲット−バッキングプレート接合体を、切断、切削する加工の工程で、これらの界面から剥離を生ずることは全く無かった。
この引張試験の結果を、表1に示す。表1の左欄の数字は、サンプリング箇所を示す。この結果、接着強度は、3〜6kgf/mm2の範囲となり良好な接着強度が得られた。いずれのサンプル箇所においても、本願発明の好適な条件である3kgf/mm2以上の接合強度を達成することができた。
本実施例1では、図9の界面のNi被覆層の厚さは、0.1μmとしたものであるが、Niからなる層が、厚さ50nm以上、1μm以下である場合において、いずれも好適な接着強度をえることが可能であった。
また、界面の被覆層として、Niが主成分であれば、前記Niに替えて、Niを主成分(Ni:50wt%以上)とするNi合金を使用することが可能であり、同様の効果を得ることができる。
比較のために、同様な厚みを有するInボンディング材を用いてMgターゲットとCu−Cr合金バッキングプレートを接合し、同様な引張試験を実施したところ、最大でも1kgf/mm2程度であり、Ni被覆に比べて著しく低下した。
Cu−Cr合金の接合表面に、旋盤による粗加工を施して、上記と同様にスパッタリングターゲット−バッキングプレート接合体のテストピースを作製し、同様にテストした。
この結果、ターゲットとバッキングプレートの接合強度はさらに向上しているのが確認できた。この接合強度の向上は、その形状と個数にもよるが10〜50%程度の接合強度の向上が見られた。
次に、スパッタリングターゲット−バッキングプレート接合体について、界面観察を行った。この界面の観察結果を図10に示す。中心部で1個、1/2R部で2個、外周部で2個サンプリングしたものであるが、この図10に示すように、接合部にMgターゲットとCu−Cr合金バッキングプレートとの接合部に異常は一切認められなかった。
Claims (11)
- 5N以上の高純度Mgからなるターゲット材に、Cu−Cr合金からなるバッキングプレートを接合してなるスパッタリングターゲット−バッキングプレート接合体であって、該ターゲット材と該バッキングプレートとの界面にNiまたはNiを主成分とする合金からなる厚さ50nm以上、1μm以下の層を介して接合されており、前記界面に存在するNiの単位面積当たりの量が4.5×10−5g/cm2以上、8.9×10−4g/cm2以下であり、かつターゲット−バッキングプレート接合体の接合界面の接着強度が3kgf/mm2以上であることを特徴とするスパッタリングターゲット−バッキングプレート接合体。
- 前記NiまたはNiを主成分とする合金からなる層が、NiまたはNiを主成分とする合金を蒸着することにより形成された層であることを特徴とする請求項1記載のスパッタリングターゲット−バッキングプレート接合体。
- 前記NiまたはNiを主成分とする合金からなる層が、厚さ100nm以上、0.5μm以下であることを特徴とする請求項1又は2記載のスパッタリングターゲット−バッキングプレート接合体。
- 前記ターゲット材と該バッキングプレートとの界面に存在するNiの単位面積当たりの量が、8.9×10−5g/cm2以上、4.5×10−4g/cm2以下であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のスパッタリング
ターゲット−バッキングプレート接合体。 - Cu−Cr合金からなるバッキングプレート表面が、接合前に予め旋盤で粗加工された面であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のスパッタリングターゲット−バッキングプレート接合体。
- 5N以上の高純度Mgからなるターゲット材とCu−Cr合金からなるバッキングプレートを接合するスパッタリングターゲット−バッキングプレート接合体の製造方法であって、該ターゲット材とバッキングプレートとの界面にNiまたはNiを主成分とする合金からなる、厚さ50nm以上、1μm以下の層を介在させて接合し、界面に存在するNiの単位面積当たりの量を、4.5×10−5g/cm2以上、8.9×10−4g/cm2以下とする共に、ターゲット−バッキングプレート接合体の接合界面の接着強度を3kgf/mm2以上とすることを特徴とするスパッタリングターゲット−バッキングプレート接合体の製造方法。
- 前記NiまたはNiを主成分とする合金からなる層を、NiまたはNiを主成分とする合金を蒸着することにより形成することを特徴とする請求項6記載のスパッタリングターゲット−バッキングプレート接合体の製造方法。
- 前記NiまたはNiを主成分とする合金からなる層を、Mgからなるターゲット材の、バッキングプレートに接する面に形成することを特徴とする請求項6又は7のいずれか一項に記載のスパッタリングターゲット−バッキングプレート接合体の製造方法。
- 前記NiまたはNiを主成分とする合金からなる層が、厚さ100nm以上、0.5μm以下形成することを特徴とする請求項6〜8のいずれか一項に記載のスパッタリングターゲット−バッキングプレート接合体の製造方法。
- 前記またはNiを主成分とする合金からなる層の被着量を、該ターゲット材と該バッキングプレートとの界面に存在するNiの単位面積当たりの量が、8.9×10−5g/cm2以上、4.5×10−4g/cm2以下とすることを特徴とする請求項6〜9のいずれか一項に記載のスパッタリングターゲット−バッキングプレート接合体の製造方法。
- Cu−Cr合金からなるバッキングプレート表面を、接合前に予め旋盤で粗加工することを特徴とする請求項6〜10のいずれか一項に記載のスパッタリングターゲット−バッキングプレート接合体の製造方法。
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