濺射靶/背襯板組件的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及具有在磁控濺射中所需要的特性的濺射靶/背襯板組件。
【背景技術】
[0002] -直以來，作為電子電氣部件用材料的成膜方法之一，經常使用可以容易控制膜 厚、成分的濺射法。另外，為了提高該濺射的成膜速度，尤其經常使用通過電磁力控制等離 子體的磁控濺射裝置。另外，為了提高成膜速度而使濺射靶的輸入功率盡可能大，然而在這 種情況下，通過陽離子對靶表面的撞擊而進行加熱，隨著輸入功率增加，靶的溫度有升高的 傾向。
[0003] 通常，濺射靶的結構是，與由銅等熱傳導性優良的材料制作的背襯板接合，將該背 襯板利用水冷等手段進行冷卻，將如上所述被加熱的濺射靶間接冷卻。背襯板在多數情況 下會被再利用，因此該濺射靶與背襯板經常以能夠更換濺射靶的方式用焊接材料、膠粘劑 接合。
[0004] 通常，磁控濺射裝置中的磁鐵采用在冷卻裝置中使其旋轉的結構。在這樣的裝置 中，在冷卻裝置中使磁鐵旋轉時產生渦電流，隨著旋轉速度的增加，渦電流也增大。而且，由 于該渦電流而產生逆磁場，其作用是減少有效磁通量。這樣的有效磁通量的減少結果會對 膜的均勻性產生大的影響，產生的問題是使成膜速度變化。
[0005] 接下來，介紹現有技術。
[0006] 在專利文獻1中公開了一種靶/背襯板組件，其為用于磁控濺射的銅或銅合金靶 /銅合金背襯板組件，銅合金背襯板為鈹銅合金、Cu-Ni-Si合金。
[0007] 另外，在專利文獻2中記載了一種將銅、鋁、鉭等濺射靶與比電阻值為3.0μ Ω ·_ 以上且拉伸強度為150MPa以上的銅合金或鋁合金制背襯板接合而成的組件。
[0008] 在專利文獻3中公開了一種將包含具有200MPa以上的0· 2%屈服應力的Cu合金 的濺射用背襯板與濺射靶接合而成的組件。另外，在專利文獻4中記載了一種將包含具有 200MPa以上的0. 2%屈服應力的Al合金的濺射用背襯板與濺射靶接合而成的組件。
[0009] 在專利文獻5中公開了一種即使在靶與背襯板的熱膨脹率之差大的情況下擴散 接合后的變形也小，經由鋁或鋁合金的插層材料擴散接合的組件。另外，在專利文獻6中記 載了一種強度與渦電流特性優良、具有在靶的中央部的背襯板位置上埋入有純銅的結構的 濺射靶/背襯板組件。
[0010] 但是，以往的濺射靶/背襯板組件存在以下問題。即，由于對濺射靶施加對應于輸 入功率（濺射功率）的熱，因此開關濺射電源時，反復對靶進行加熱與冷卻。因此，濺射靶/ 背襯板組件如圖1所示反復發生由于以雙金屬的形式熱膨脹與收縮而引起的變形，在靶上 產生塑性變形。而且，這樣的靶的變形存在的問題是，引起膜厚的均勻性、成膜速度的變化、 與磁鐵接觸等。
[0011] 現有技術文獻
[0012] 專利文獻
[0013] 專利文獻I :日本專利第4331727號
[0014] 專利文獻2 :日本特開2001-329362號公報
[0015] 專利文獻3 :日本特開平11-236665號公報
[0016] 專利文獻4 :日本特開平10-330929號公報
[0017] 專利文獻5 :國際公開第2010/134417號
[0018] 專利文獻6 :國際公開第2011/018970號
【發明內容】
[0019] 發明所要解決的問題
[0020] 本發明的課題在于，通過盡量減少濺射靶/背襯板組件由于以雙金屬的形式反復 熱膨脹與收縮而引起的濺射靶的塑形變形，提供一種能夠提高膜厚的均勻性、且能夠提高 成膜速度、提高生產率的濺射靶/背襯板組件。
[0021] 用于解決問題的手段
[0022] 為了解決上述問題，本發明人等進行了深入研究，結果發現：通過適當選擇具有規 定的0. 2%屈服應力的材料作為濺射靶、背襯板，即使在濺射靶與背襯板的熱膨脹系數之差 大的情況下，也能夠抑制由反復的熱膨脹與收縮引起的濺射靶的塑性變形。
[0023] 本發明基于該發現而提供：
[0024] 1) -種濺射/背襯板組件，其為將濺射靶與熱膨脹率大于該濺射靶的背襯板接合 而得到的濺射靶/背襯板組件，其特征在于，濺射靶包含具有150~200MPa的0. 2 %屈服應 力的1&，背襯板包含具有60~20010^的0.2%屈服應力的(：11合金。
[0025] 2)如權利要求1所述的濺射靶/背襯板組件，其特征在于，背襯板包含具有100~ 15010^的0.2%屈服應力的&1合金。
[0026] 3)如權利要求1所述的濺射靶/背襯板組件，其特征在于，背襯板包含Cu合金，所 述Cu合金含有30~40原子％的Zn，且余量為Cu。
[0027] 發明效果
[0028] 本發明的濺射靶/背襯板組件通過盡量減少由于以雙金屬的形式熱膨脹與收縮 而產生的濺射靶的塑形變形，具有以下優良效果：能夠提高膜厚的均勻性、且能夠提高成膜 速度、提高生產率。
【附圖說明】
[0029] 圖1為表示濺射靶的翹曲產生過程的示意圖。
[0030] 圖2為表示測定膜的薄層電阻的晶片面內49個位置的圖。
【具體實施方式】
[0031] 通常，在與熱膨脹率（熱膨脹系數）大的背襯板接合的濺射靶中，背襯板的屈服應 力比濺射時的擴散接合界面處的應力強時，在濺射時在背襯板的濺射面側在彈性變形區域 內產生凹的變形。另一方面，濺射結束后將靶冷卻時，由于收縮而在濺射靶上在濺射面側產 生凸的翹曲的塑形變形。因此，反復開關（運行、停止）濺射時，濺射靶變形逐漸進行，對于 膜厚的均勻性、成膜速度的降低產生影響。
[0032] 本發明為了解決上述課題，其特征在于，在將包含Ta的濺射靶與包含Cu合金的 背襯板擴散接合而成的濺射/背襯板組件中，將該濺射靶的〇. 2%屈服應力調節為150~ 20010^、將該背襯板的0.2%屈服應力調節為60~20010^。
[0033] 用作濺射靶構件的Ta的熱膨脹系數在273K~373K的范圍內為約6. 1~約6. 5 μ / Κ，用作背襯板構件的Cu合金的熱膨脹系數在273Κ~373Κ的范圍內為約16. 8~約17. 6 μ / Κ，然而即使在將這樣的熱膨脹率差異很大的濺射靶與背襯板接合的情況下，也能夠有效地 抑制濺射后的靶的塑形變形，降低濺射膜的面內變動。
[0034] 在本發明中，將濺射靶（鉭）的0.2%屈服應力調節為15010^以上且20010^以 下。如果0. 2%屈服應力小于150MPa，則濺射中容易發生塑性變形，另外，如果超過200MPa， 則在制造方面變得困難，還花費成本，因此不優選。
[0035] 在本發明中，將背襯板（銅合金）的0.2%屈服應力調節為6010^以上且20010^ 以下。如果0.2%屈服應力小于60MPa，則濺射后的靶的翹曲量增大，會超過允許范圍。而 且，這樣的翹曲量的增大會降低濺射時的膜厚的均勻性并且降低成膜速度，因此不優選。另 一方面，如果超過200MPa，則在制造方面變得困難，而且還花費成本，因此不優選。優選地， 將背襯板（銅合金）的〇.2%屈服應力調節為60~15010^，進一步調節為100~15010^。
[0036] 就本發明的濺射/背襯板組件而言，作為背襯板優選使用含有Zn (鋅）的Cu (銅） 合金。Zn-Cu合金從抑制磁控濺射中的渦電流的方面出發是優選的，另外從強度、耐腐蝕性、 強度的觀點出發也是優選的。作為Zn-Cu合金的組成，優選含有30~40原子％的Zn，余量 為Cu。
[0037] 接著，以下對本發明的濺射靶/背襯板的制造方法的一例進行說明。需要說明的 是，以下的說明是為了容易理解本發明，并不是以此限制本發明的范圍。即，即使是其它制 造方法，只要能夠實現本發明，就包含在本發明中。
[0038] 通常，即使材料的成分組成相同，0.2%屈服應力根據由鍛造、乳制等引起的塑形 變形、特別是熱處理歷史的不同而不同，因此，在本發明中尤其重要的是，通過控制鍛造、退 火、乳制、熱處理等條件而進行加工，使得濺射靶、背襯板的〇. 2%屈服應力達到規定的范 圍。
[0039] 在制作濺射靶時，首先將鉭原料進行電子束熔煉，通過對其進行鑄造而制成直徑 195mmΦ的鉭錠。就鉭原料的純度而言，為了防止由雜質引起的電特性的劣化，優選使用高 純度原料。例如，可以使用純度約99. 995%的鉭原料。錠的尺寸可以根據期望的靶尺寸進 行適當變化。
[0040] 接著，對該錠在室溫下進行壓鍛而制成直徑150πιπιΦ，然后將其在1100~1400°C 的溫度下進行再結晶退火。再次將其在室溫下鍛造而制成厚度1〇〇_、直徑150_φ (-次 鍛造），之后，在再結晶溫度~1400°C的溫度下進行再結晶退火。再次將其在室溫下鍛造而 制成厚度70~100mm、直徑150~185mm Φ (二次鍛造），之后，在再結晶溫度~1400°C的溫 度下進行再結晶退火。
[0041] 之后，對其以壓下率80~90 %進行乳制，然后在真空中在850~950°C的溫度下 進行熱處理。由此，可以得到0.2%屈服應力為150~200MPa的Ta濺射靶。需要說明的 是，所述鍛造的程度、次數、壓下率以及退火溫度、熱處理溫度受到濺射靶尺寸等的影響，因 此需要進行適當調節，本發明不限于上述的制造條件。
[0042] 在制作背襯板時，例如對于Zn比率為34%、37%的Zn-Cu合金坯，進行700~ 800°C的65~70%的鐓鍛。然后，通過進行旋壓加工而將其成形，之后對其在大氣中在 300~600°C的溫度下進行熱處理，由此能夠得到0. 2%屈服應力為60~200MPa的Cu合金 背襯板。
[0043] 鐓鍛（熱鍛）的溫度、鍛造的程度以及熱處理溫度，受到背襯板尺寸等的影響，因 此需要進行適當調節，本發明不受上述制造條件任何限制。另外，上述的Cu合金中的Zn比 率為一例，本發明不受該組成限制。
[0044] 實施例
[0045] 接著，對于實施例進行說明。需要說明的是，本實施例用于說明發明的一例，本發 明并不限于這些實施例。即，本發明還包含本發明的技術構思所包含的其它方式及變形。
[0046] (實施例1)
[0047] 使用0· 2%屈服應力為181. 7MPa的鉭，制作直徑450mm、厚度13mm的濺射靶。作 為背襯板，使用組成為Zn :37. 0重量％、余量為Cu且0. 2%屈服應力為142. 2MPa的Cu合 金，制作直徑540mm、厚度13mm的背襯板。通過將該派射祀與背襯板擴散接合而制作派射革巴 /背襯板組件。需要說明的是，0.2%屈服應力測定按照JIS Z2241(以下的實施例、比較例 也同樣）。
[0048] 使用該濺射靶/背襯板組件，通過磁控濺射裝置在以下的成膜條件下在8英寸的 硅晶片上進行成膜，對經過靶壽命的膜厚均勻性進行評價。即，每300kWh進行濺射，求出圖 2所示的各晶片的面內49個部位的薄層電阻Rs的平均值，用其計算出晶片間的平均值與標 準偏差，由此求出相對于靶壽命的濺射膜的面內變動（％) = (晶片間的薄層電阻的標準偏 差V(晶片間的薄層電阻的平均值）X 100。其結果是，膜厚的面內變動為2. 0%。
[0049] (成膜條件）
[0050] 電源：直流方式
[0051] 功率：15kW
[0052] 極限真空度：5X 10 8托
[0053] 氣氛氣體：Ar
[0054] 濺射氣體壓力：5 X 10 3托
[0055] 派射時間：15秒
[0056] 接著，進行濺射至以壽命計約1300kWh，然后從濺射裝置中取出濺射靶/背襯板組 件，并測定靶的