JP5694360B2 - 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、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銅の微粉を介在させ、低温で接合する方法(特許文献4参照)がある。
また、特許文献8には、高純度コバルトと銅合金製バッキングプレートとの拡散接合組立体で、厚さ0.8mm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する技術が記載されている。
また、特許文献10には、ターゲットとバッキングプレートをインサート材を介して固相拡散接合する際に、双方又は片方の面を、粗さRa0.01〜3.0μmとなるように平坦化処理を施すことが記載されている。
また、特許文献12には、ターゲットとバッキングプレートの間に、銅、アルミニウム又はこれらの合金箔を、挟んでスパッタリングすることが記載されている。
1)Tiターゲットに、Cu−Cr合金製バッキングプレートを接合した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、TiターゲットとCu−Cr合金製バッキングプレートとの界面に、双方に拡散させずに接合できる歪吸収材料の非拡散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)スパッタリングをオンにした場合のフラットからの変位の最大値とスパッタリングをオフにした場合のフラットからの変位の最大値との差が1mm以下であることを特徴とする上記1)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。
3)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上記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。
5)前記歪吸収材料からなる層が、厚さ1mm以上、6mm以下であることを特徴とする上記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。
6)Cu−Cr合金製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上記1)〜5)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)Tiターゲットが、4N5以上の高純度Tiからなることを特徴とする上記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。
9)ターゲット−バッキングプレート接合体の接合界面を拡散させずに、接着強度を3kgf/mm2以上とすることを特徴とする上記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。
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又はターゲットの変形である。
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Ti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Ti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問題であることが分かる。このAl層又はAl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に拡散接合しておらず、双方に欠陥が発生することがない。これは変形を抑制し、接合強度を高めるために必要なことである。
Al層又はAl合金層の代替品として、Ni、Zn、Ag、Cu、Cr、Sn又はこれらを主成分とする合金からなる層を挙げることができる。実施例にはAl層又はNi層又はAg層について説明しているが、Al、Ni、Agを主成分とする合金、Zn、Cu、Cr、Sn又はこれらを主成分とする合金からなる層でも同等の効果が得られることを確認している。
前記Al又はAlを主成分とする合金からなる層は、下記実施例に示すようにAlを使用できるが、Alを主成分とする合金については、例えば、Al:50wt%以上含有するAl合金、具体的にはCr:20wt%、残部AlからなるAl合金を使用することができる。
次に、実施例1を説明する。テストピースとしては、4N5(ガス成分を除き、99.995wt%)の高純度チタンをターゲット材(厚さ0.45インチ、15.654インチφ)とした。バッキングプレートとしては、上記Cu−Cr合金(厚さ0.5インチ、15.654インチφ)を用いた。
すなわち、TiターゲットとCu−Cr合金バッキングプレートとの界面にAl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、接着強度は、3〜6kg/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、界面のAl被覆層の厚さは、2mmとしたものであるが、Alからなる層が、厚さ1mm以上、6mm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。
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スパッタリング装置に取り付け(バッキングプレートの外周を固定)、該バッキングプレートの背面から水圧をかけて冷却水を流した。
以上の実施例1については、アルミインサート材は、2mm厚みを有するアルミニウム板を用いたが、厚さ1mm以上、6mm以下であれば、実施例1と同等の効果を得ることができた。
次に、実施例2を説明する。テストピースとしては、4N5(ガス成分を除き、99.995wt%)の高純度チタンをターゲット材(厚さ0.45インチ、15.654インチφ)とした。バッキングプレートとしては、上記Cu−Cr合金(厚さ0.5インチ、15.654インチφ)を用いた。
すなわち、Ti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、接着強度は、3〜5kg/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2では、界面のNi被覆層の厚さは、2mmとしたものであるが、Niからなる層が、厚さ1mm以上、6mm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。
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スパッタリング装置に取り付け(バッキングプレートの外周を固定)、該バッキングプレートの背面から水圧をかけて冷却水を流した。
以上の実施例2については、ニッケルインサート材は、2mm厚みを有するニッケル板を用いたが、厚さ1mm以上、6mm以下であれば、実施例2と同等の効果を得ることができた。
次に、実施例3を説明する。テストピースとしては、4N5(ガス成分を除き、99.995wt%)の高純度チタンをターゲット材(厚さ0.45インチ、15.654インチφ)とした。バッキングプレートとしては、上記Cu−Cr合金(厚さ0.5インチ、15.654インチφ)を用いた。
すなわち、TiターゲットとCu−Cr合金バッキングプレートとの界面にAg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、接着強度は、7〜10kg/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3では、界面のAg被覆層の厚さは、2mmとしたものであるが、Niからなる層が、厚さ1mm以上、6mm以下である場合において、いずれも好適な接着強度を得ることが可能であった。
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スパッタリング装置に取り付け(バッキングプレートの外周を固定)、該バッキングプレートの背面から水圧をかけて冷却水を流した。
以上の実施例3については、銀インサート材は、2mm厚みを有する銀板を用いたが、厚さ1mm以上、6mm以下であれば、実施例2と同等の効果を得ることができた。
次に、比較例1を説明する。テストピースとしては、4N5(ガス成分を除き、99.995wt%)の高純度チタンをターゲット材(厚さ0.45インチ、15.654インチφ)とした。バッキングプレートとしては、上記Cu−Cr合金(厚さ0.5インチ、15.654インチφ)を用いた。但し、Tiターゲットとバッキングプレートとの間にインサートは介在させなかった。こ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、真空容器に封入し、温度300°C、圧力1450kg/cm2で、保持時間1hr、HIPした。
この引張試験の結果を実施した。この結果、接着強度は、1〜2kg/mm2の範囲となり接着強度は不良となった。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はできなかった。
この測定結果を表1に示す。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スパッタリング装置に取り付け(バッキングプレートの外周を固定)、該バッキングプレートの背面から水圧をかけて冷却水を流した。
なお、この場合の変位量は、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スパッタリング装置に取り付け時、すなわちフラット状態からの変位量である。
その後(スパッタリング後)に、水冷、水圧を取り除いたときのフラットからの変位のMax値は0.04566mm、ターゲットの固定ネジを取り除いたときの、フラット状態からの変位のMax値は−0.04628mmであった(マイナスは逆反り、すなわち中央がやや凹む現象である)。
また、スパッタリングオフにおける温度は90.87°C、スパッタリングONにおける温度は406.4°Cであった。そして、スパッタリングオフにおける温度とスパッタリングオンにおける温度の差異は315.5°Cとなった。
次に、比較例2を説明する。テストピースとしては、4N5(ガス成分を除き、99.995wt%)の高純度チタンをターゲット材(厚さ0.45インチ、15.654インチφ)とした。バッキングプレートとしては、上記Cu−Cr合金(厚さ0.5インチ、15.654インチφ)を用いた。
この引張試験の結果を実施した。この結果、接着強度は、7〜10kg/mm2の範囲となり接着強度は不良となった。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。
この測定結果を表1に示す。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スパッタリング装置に取り付け(バッキングプレートの外周を固定)、該バッキングプレートの背面から水圧をかけて冷却水を流した。
なお、この場合の変位量は、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スパッタリング装置に取り付け時、すなわちフラット状態からの変位量である。
比較例2のスパッタリング時の変形量は、実施例1に比べてやや少ないが、これはスパッタリングターゲットとバッキングプレートが拡散接合し、強固に接合されているためと考えられる。
その後(スパッタリング後)に、水冷、水圧を取り除いたときのフラットからの変位のMax値は0.04161mm、ターゲットの固定ネジを取り除いたときの、フラット状態からの変位のMax値は−0.04584mmであった(マイナスは逆反り、すなわち中央がやや凹む現象である)。
また、スパッタリングオフにおける温度は90.99°C、スパッタリングONにおける温度は406.7°Cであった。そして、スパッタリングオフにおける温度とスパッタリングオンにおける温度の差異は315.7°Cとなった。
Claims (9)
- Tiターゲットに、Cu−Cr合金製バッキングプレートを接合した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、TiターゲットとCu−Cr合金製バッキングプレートとの界面に、双方に拡散させずに接合できる歪吸収材料の非拡散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。
- スパッタリングをオンにした場合のフラットからの変位の最大値とスパッタリングをオフにした場合のフラットからの変位の最大値との差が1mm以下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。
- 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請求項1又は2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。
- 前記歪吸収材料がNi、Zn、Ag、Cu、Al、Cr、Sn又はこれらを主成分とする合金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。
- 前記歪吸収材料からなる層が、厚さ1mm以上、6mm以下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。
- Cu−Cr合金製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1〜5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。
- Tiターゲットが、4N5以上の高純度Tiからなることを特徴とする請求項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。
- TiターゲットとCu−Cr合金製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、厚さ1mm以上、6mm以下のAl若しくはAlを主成分とする合金からなる層を介在させ、ターゲット材とバッキングプレートとの双方に拡散させずに、温度400〜550°Cで接合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。
- ターゲット−バッキングプレート接合体とAl若しくはAlを主成分とする合金からなる層との接合界面を拡散させずに、接着強度を3kgf/mm2以上とすることを特徴とする請求項8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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