JPH11200030A

JPH11200030A - スパッタリングターゲット用バッキングプレート

Info

Publication number: JPH11200030A
Application number: JP852598A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Tabuchi; 宏田渕; Akihiko Takahashi; 明彦高橋
Original assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority date: 1998-01-20
Filing date: 1998-01-20
Publication date: 1999-07-27

Abstract

(57)【要約】【課題】高弾性係数、高熱伝導率、低熱膨張率等の特性
をバランス良く満たし、かつ軽量なスパッタリングター
ゲット用バッキングプレートを提供する。【解決手段】（１）セラミックス強化材を２体積％以
上、８０体積％以下含有するアルミニウムマトリックス
複合材料からなるスパッタリングターゲット用バッキン
グプレート。（２）セラミックス強化材がα−アルミナ粉末であり、
該α−アルミナ粉末が、重量累積粒度分布の微粒側から
累積５０％の粒径をＤ５０としたとき、Ｄ５０が０．１
μm以上、５０μm以下のα−アルミナ粉末である上記
（１）記載のスパッタリングターゲット用バッキングプ
レート。（３）α−アルミナ粉末が、実質的に破面を有さず、長
径／短径比が５未満の多面体一次粒子からなり、重量累
積粒度分布の微粒側から累積１０％、累積５０％の粒径
をそれぞれＤ１０、Ｄ５０としたとき、Ｄ５０／Ｄ１０
比が２以下のα−アルミナ粉末である上記（２）記載の
スパッタリングターゲット用バッキングプレート。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スパッタリングタ
ーゲット用のバッキングプレートに関する。さらに詳細
には、セラミックス強化材を２体積％以上、８０体積％
以下含有するアルミニウムマトリックス複合材料からな
るスパッタリングターゲット用のバッキングプレートに
関する。

【０００２】

【従来の技術】各種半導体デバイスの電極、ゲート、配
線、素子、保護膜などの薄膜、磁気記録媒体用の磁性薄
膜、液晶表示装置の透明導電膜など多くの薄膜形成にス
パッタリングが利用されている。スパッタリングは、ス
パッタリングターゲットと基板の間に高電圧を印加して
放電を生じさせ、加速されたイオンがスパッタリングタ
ーゲットの表面に衝突することによりスパッタリングタ
ーゲットから空間に放出された原子を対向する基板上に
堆積させることにより薄膜を形成させる技術である。

【０００３】スパッタリングターゲットとしては、アル
ミニウムまたはアルミニウム合金ターゲット、高融点金
属またはその合金（タングステン、モリブデン、チタ
ン、タンタル、ジルコニウム、ニオブなどまたはその合
金）ターゲット、高融点金属シリサイド（モリブデンシ
リサイド、タングステンシリサイドなど）ターゲット、
白金族ターゲットなどが代表的に使用されている。さら
に、記録媒体の薄膜形成の分野ではコバルト、ニッケル
合金などの遷移金属合金ターゲットが、また液晶表示装
置の透明導電膜などの分野では酸化インジウムと酸化錫
を主成分とするＩＴＯターゲットなどがスパッタリング
ターゲットとして使用されている。

【０００４】スパッタリングターゲットは、円形状もし
くは四辺形状の盤であり、通常はバッキングプレートと
呼ばれる裏当て支持材に、インジウムまたは錫合金など
の低融点材料によりはんだ付けまたはろう接されてスパ
ッタリング装置内に保持される。バッキングプレート
は、スパッタリングターゲットを支持すると同時に、ス
パッタリング中にスパッタリングターゲットに発生する
熱を裏面に逃散させる役割を果しており、通常は裏面を
冷却する構造が採られている。

【０００５】バッキングプレートは、スパッタリングタ
ーゲットとの接合時やスパッタリング時に生じる熱応
力、裏面冷却流体の圧力、あるいは取り扱いによる変形
が生じにくいように高い弾性係数を持つことが望まし
く、スパッタリング中にスパッタリングターゲットに発
生する熱を裏面に逃散させるために、高い熱伝導率を有
することが望ましい。また、スパッタリングターゲット
とバッキングプレートの熱膨張率の差が大きい場合に
は、接合時やスパッタリング時に生じる熱応力により変
形や剥れが生じるため、バッキングプレートとスパッタ
リングターゲットの熱膨張率はできるだけ近いことが望
ましい。特に、前記の種々のスパッタリングターゲット
のうちアルミニウムまたはアルミニウム合金以外のスパ
ッタリングターゲットは比較的熱膨張率が小さく、これ
らのスパッタリングターゲット用のバッキングプレート
は熱膨張率が小さいことが望まれている。また、最近Ｉ
ＴＯ薄膜のスパッタリングなどにおいて大面積のスパッ
タリングターゲットが用いられるようになってきてお
り、バッキングプレートの軽量化が望まれている。

【０００６】従来、バッキングプレートの材質として
は、無酸素銅、アルミニウム合金、ステンレス鋼などが
知られている。無酸素銅は熱伝導率は高いものの、弾性
係数が小さく、熱膨張率が比較的大きく、重いという欠
点があった。アルミニウム合金は熱伝導率が高く軽量で
あるが、無酸素銅と同様に弾性係数が小さく、熱膨張率
が比較的大きいという欠点があった。ステンレス鋼は弾
性係数は大きいが、熱伝導率が小さく、熱膨張率が比較
的大きく、重いという欠点があった。このような問題に
対して、以下の種々のバッキングプレートが提案されて
いる。

【０００７】特開平１−２２２０４７号公報には、黄
銅、アルミニウム青銅および加工強化銅のうちから選択
された材料からなるバッキングプレートが、特開平４−
３２５６４号公報には、クロムおよび／またはジルコニ
ウムを含有する銅合金からなるバッキングプレートが、
特開平４−１６５０３９号公報には、クロムおよびテル
ルを含有する銅合金からなるバッキングプレートが開示
されている。また、特開平６−２９３９６３号公報に
は、チタンからなるバッキングプレートが、特開昭６２
−６７１６８号公報には、モリブデンの焼結体に銅を含
浸した複合材料からなるバッキングプレートが、特開平
８−２４６１４４号公報には、熱膨張率がスパッタリン
グターゲットよりも大きな板材と小さな板材とのサンド
イッチ構造のバッキングプレートが開示されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
のいずれのバッキングプレートも上記の要望特性、即
ち、高弾性係数、高熱伝導率、低熱膨張率等をバランス
よく満たすものではなく、必ずしも十分なものではなか
った。本発明の目的は、軽量でバランスの良い特性を有
するバッキングプレートを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、弾性係数
と熱伝導率が高く、熱膨張率が小さく、かつ軽量なバッ
キングプレートについて鋭意検討を重ねた結果、セラミ
ックス強化材を特定量含有するアルミニウムマトリック
ス複合材料を用いることにより、これらの特性をバラン
スよく満たしたスパッタリングターゲット用バッキング
プレートを取得できることを見出し、本発明を完成させ
るに至った。すなわち、本発明は、セラミックス強化材
を２体積％以上、８０体積％以下含有するアルミニウム
マトリックス複合材料からなるスパッタリングターゲッ
ト用バッキングプレートに関するものである。以下、本
発明のスパッタリングターゲット用バッキングプレート
について詳しく説明する。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明において、複合材料のマト
リックスであるアルミニウムとは、鉄やケイ素などの不
可避的不純物のみを含有するいわゆる純アルミニウムの
他に、鉄やケイ素などの不可避的不純物とは別に銅、ケ
イ素、マグネシウム、亜鉛、マンガン、ニッケル、チタ
ン、クロムなどの合金元素の１種以上が総量で３０重量
％程度まで添加されたアルミニウム合金をも含む。

【００１１】本発明において、バッキングプレートであ
るアルミニウムマトリックス複合材料中に含まれるセラ
ミックス強化材としては、アルミニウムに比較して弾性
係数が大きいセラミックスが好ましく、例えば、アルミ
ナ、炭化ケイ素、窒化アルミ、窒化ケイ素、二ホウ化チ
タン、ホウ酸アルミなどの無機化合物の粉末や繊維やウ
ィスカなどが挙げられ、これら２種類以上の強化材が複
合的に用いられても何ら差し支えない。

【００１２】また、アルミニウムとの濡れ性を改善する
ための、または、溶融アルミニウムのセラミックス粉末
の粒子間隙への浸透性を改善するための表面被覆がなさ
れたセラミックス粉末を用いることも好ましい。

【００１３】好ましいセラミックス強化材としては、重
量累積粒度分布の微粒側から累積５０％の粒径をＤ５０
としたとき、Ｄ５０が０．１μm以上、５０μm以下であ
るα−アルミナ粉末が挙げられ、より好ましくは、実質
的に破面を有さず、長径／短径比が５未満の多面体一次
粒子からなり、重量累積粒度分布の微粒側から累積１０
％、累積５０％の粒径をそれぞれＤ１０、Ｄ５０とした
とき、Ｄ５０が０．１μm以上、５０μm以下で、Ｄ５０
／Ｄ１０比が２以下のα−アルミナ粉末が挙げられる。

【００１４】セラミックス強化材としてα−アルミナ粉
末が好ましい理由は、マトリックスであるアルミニウム
との反応性が小さいためであり、重量累積粒度分布の微
粒側から累積５０％の粒径をＤ５０としたとき、Ｄ５０
が０．１μm以上、５０μm以下であることが好ましい理
由は、この種の複合材料の強化材として取り扱いが容易
であるからである。

【００１５】重量累積粒度分布の微粒側から累積５０％
の粒径をＤ５０としたとき、Ｄ５０が０．１μm以上、
５０μm以下であるα−アルミナ粉末としては、例え
ば、電融アルミナを粉砕し、分級した粉末が挙げられ
る。

【００１６】実質的に破面を有さず、長径／短径比が５
未満の多面体一次粒子からなり、重量累積粒度分布の微
粒側から累積１０％、累積５０％の粒径をそれぞれＤ１
０、Ｄ５０としたとき、Ｄ５０が０．１μm以上、５０
μm以下で、Ｄ５０／Ｄ１０比が２以下のα−アルミナ
粉末がより好ましい理由は、このようなα−アルミナ粉
末は比表面積が小さいためにアルミニウムとの反応性が
より小さく、また粒子形状が比較的均一であるためによ
り充填密度を高くすることができるからである。実質的
に破面を有さず、長径／短径比が５未満の多面体一次粒
子からなり、重量累積粒度分布の微粒側から累積１０
％、累積５０％の粒径をそれぞれＤ１０、Ｄ５０とした
とき、Ｄ５０が０．１μm以上、５０μm以下で、Ｄ５０
／Ｄ１０比が２以下であるα−アルミナ粉末としては、
例えば、スミコランダム（住友化学工業株式会社製のα
−アルミナ粉末）が挙げられる。

【００１７】本発明において、スパッタリングターゲッ
ト用バッキングプレートであるアルミニウムマトリック
ス複合材料中のセラミックス強化材の含有量は、２体積
％以上、８０体積％以下である。好ましくは２０体積％
以上、８０体積％以下であり、より好ましくは４０体積
％以上、７０体積％以下である。セラミックス強化材の
含有量が不足すると、弾性係数が高くならず、熱膨張率
が低くならない。逆にセラミックス強化材の含有量が多
すぎると、熱伝導率が高くならないとともに、複合材料
の成形が困難となる。

【００１８】本発明において、セラミックス強化材を含
有するアルミニウムマトリックス複合材料の製造方法は
特に限定されるものではない。例えば、アルミニウム粉
末とセラミックス強化材を混合、成形、焼結した後、熱
間加工やホットプレスにより緻密化して複合材料を得る
粉末冶金の方法、アルミニウム溶湯を攪拌しながらセラ
ミックス強化材を添加する溶湯攪拌法、セラミックス強
化材の成形体にアルミニウム溶湯をプレスなどを用いて
含浸する溶湯加圧含浸法、セラミックス強化材の成形体
にアルミニウム溶湯を反応性や毛細現象を駆動力として
含浸する溶湯無加圧含浸法、その他に半溶融加工法やア
トマイズ共堆積法なども用いることが可能である。得ら
れた複合材料は、熱間加工あるいは冷間加工、切削、研
削などによりスパッタリングターゲット用バッキングプ
レートに加工される。

【００１９】

【実施例】以下、本発明を実施例によりさらに詳しく説
明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるも
のではない。なお、本発明の実施例において、各種の測
定は以下の方法により行なった。１．セラミックス強化材の結晶相の同定Ｘ線回折測定（理学電気株式会社製、ＲＡＤ−γＣ）に
より同定した。２．セラミックス強化材の破面の有無ならびに一次粒子
の形状の評価ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡、日本電子株式会社製、ＪＳ
Ｍ−Ｔ２２０）観察写真から判定した。粒子の長径／短
径比についてはＳＥＭ観察写真から５個の粒子を選定
し、その長径と短径を定規で計測して求め、その平均値
を採った。

【００２０】３．セラミックス強化材の粒度分布の測定レーザー散乱法を用いたマスターサイザー（マルバーン
社製、ＭＳ２０型）を用いて測定し、Ｄ５０ならびにＤ
１０を求めた。４．バッキングプレート材の密度ならびにセラミックス
強化材の体積％の測定バッキングプレート材の密度（ρ
ｂ）とアルミニウムマトリックス単体の密度（ρｍ）と
セラミックス強化材単体の密度（ρｃ）をそれぞれ別個
にアルキメデス法により測定し、次式によりセラミック
ス強化材の体積％を求めた。体積％＝１００×（ρｂ−ρｍ）／（ρｃ−ρｍ）５．バッキングプレート材の弾性係数圧縮弾性試験（インストロン社製、モデル４２０６）を
行ない、弾性係数を求めた。６．バッキングプレート材の熱伝導率レーザーフラッシュ法熱定数測定装置（真空理工（株）
製、ＴＣ−７０００型）を用いて測定した。７．バッキングプレート材の熱膨張率熱分析装置（島津製作所製、ＤＴ−３０Ｂ）を用い、室
温から３００℃の間で測定した。

【００２１】セラミックス強化材として、次の２種類の
α−アルミナのいずれかを用いた。強化材Ａ；住友化学
工業株式会社製の平均粒径２１μmのα−アルミナ「ス
ミコランダムＡＡ１８」。このα−アルミナは実質的に
破面を有さない多面体一次粒子よりなる。重量累積粒度
分布の微粒側から累積１０％、累積５０％の粒径をそれ
ぞれＤ１０、Ｄ５０としたとき、Ｄ５０が２１μｍ、Ｄ
５０／Ｄ１０比が１．５、長径／短径比が１．６であっ
た。強化材Ｂ；株式会社フジミインコーポレーテッド製
の平均粒径２０μmのα−アルミナ「ＷＡ＃６００」。
このα−アルミナは電融アルミナの粉砕粉末を分級して
得られたものであるため、表面が破面で構成されており
形状は不定形である。重量累積粒度分布の微粒側から累
積５０％の粒径Ｄ５０は１８μｍであった。

【００２２】アルミニウムマトリックスとして以下の鋳
物用アルミニウム合金を用いた。

【００２３】実施例１強化材Ａの充填層にＪＩＳ１種Ｂ合金を溶湯加圧含浸法
により含浸してセラミックス強化アルミニウムマトリッ
クス複合材料を作製し、この複合材料からなるスパッタ
リングターゲット用バッキングプレートを作製した。本
複合材料中に含まれるセラミックス強化材の含有量は６
２体積％であった。本バッキングプレートから試験片を
切り出し、弾性係数、熱伝導率、熱膨張率、密度を測定
した。その結果を表１に示す。

【００２４】実施例２強化材Ｂの充填層にＪＩＳ１種Ｂ合金を溶湯加圧含浸法
により含浸してセラミックス強化アルミニウムマトリッ
クス複合材料を作製し、この複合材料からなるスパッタ
リングターゲット用バッキングプレートを作製した。本
複合材料中に含まれるセラミックス強化材の含有量は４
９体積％であった。本バッキングプレートから試験片を
切り出し、弾性係数、熱伝導率、熱膨張率、密度を測定
した。その結果を表１に示す。

【００２５】比較例従来から用いられているバッキングプレートのうち、無
酸素銅、ＪＩＳ５０５２アルミニウム合金、１８−８ス
テンレス鋼、工業用純チタン製バッキングプレートから
試験片を切り出し、弾性係数、熱伝導率、熱膨張率、密
度を測定した。その結果を表１に示す。

【００２６】

【表１】

【００２７】表１から明らかなように、本発明のバッキ
ングプレートは、ステンレス鋼と同等あるいはそれに次
ぐ高い弾性係数、無酸素銅およびアルミニウム合金に次
ぐ高い熱伝導率、工業用純チタンに次ぐ低い熱膨張率、
およびアルミニウム合金に次ぐ軽量性を有する。

【００２８】

【発明の効果】本発明のスパッタリングターゲット用バ
ッキングプレートは、バッキングプレート自身の弾性係
数が高い、即ち硬くて強いため、熱応力や裏面冷却流体
の圧力による変形が小さく、取り扱いによる変形や傷が
生じにくく、また、熱伝導率が高いため、熱応力が生じ
にくく、またスパッタリング中にスパッタリングターゲ
ットに発生する熱を裏面に効果的に逃散させることがで
きるため、はんだ付けあるいはろう接部の剥れが生じに
くく、さらに、比較的熱膨張率が小さいスパッタリング
ターゲットと熱膨張率が近いため、接合時やスパッタリ
ング時に生じる熱応力により変形や剥れが生じにくい。
また、軽量であることから、大面積のスパッタリングタ
ーゲットを提供することができる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミックス強化材を２体積％以上、８０
体積％以下含有するアルミニウムマトリックス複合材料
からなるスパッタリングターゲット用バッキングプレー
ト。
【請求項２】セラミックス強化材がα−アルミナ粉末で
あり、該α−アルミナ粉末が、重量累積粒度分布の微粒
側から累積５０％の粒径をＤ５０としたとき、Ｄ５０が
０．１μm以上、５０μm以下のα−アルミナ粉末である
請求項１記載のスパッタリングターゲット用バッキング
プレート。
【請求項３】α−アルミナ粉末が、実質的に破面を有さ
ず、長径／短径比が５未満の多面体一次粒子からなり、
重量累積粒度分布の微粒側から累積１０％、累積５０％
の粒径をそれぞれＤ１０、Ｄ５０としたとき、Ｄ５０／
Ｄ１０比が２以下のα−アルミナ粉末である請求項２記
載のスパッタリングターゲット用バッキングプレート。