JP2002161361A - Backing plate for sputtering target - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、金属−セラミック
ス複合材料からなるスパッタリング用バッキングプレー
トに関する。The present invention relates to a sputtering backing plate made of a metal-ceramic composite material.
【０００２】[0002]
【従来の技術】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、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、ターゲットと基板の間に高電圧を印
加し、放電を生じさせ、加速されたイオンがターゲット
表面に衝突することにより、ターゲットから加速された
原子を基板上に堆積させることにより薄膜を形成する技
術である。ターゲットは円形状もしくは四辺形状であ
り、通常はバッキングプレートと呼ばれる裏当て支持材
にはんだ付けされて、装置内に保持される。バッキング
プレートは、ターゲットを支持すると同時に、スパッタ
リング中に発生する熱を裏面に逃す役割を果たしてい
る。従来は、前記のバッキングプレート用の材料として
は、銅、アルミニウム合金、ステンレス鋼などの金属類
が用いられていた。2. Description of the Related Art Electrodes, gates, wiring,
2. Description of the Related Art Sputtering has been used to form many thin films such as elements, thin films such as protective films, and transparent conductive films for liquid crystal display devices.
Sputtering forms a thin film by applying a high voltage between the target and the substrate, causing a discharge, and accelerating ions colliding with the target surface, thereby accelerating atoms from the target and depositing them on the substrate. Technology. The target has a circular or quadrilateral shape, and is usually soldered to a backing support material called a backing plate and held in the apparatus. The backing plate plays a role of supporting the target and releasing heat generated during sputtering to the back surface. Conventionally, as the material for the backing plate, metals such as copper, aluminum alloy, and stainless steel have been used.
【０００３】しかしながら、これらの材料はいずれも金
属であるため、熱膨張係数が大きいことに起因する問題
を有していた。すなわち、ターゲットは放電中に加熱さ
れ、その熱がバッキングプレートに伝わり、ターゲット
とバッキングプレートの温度がともに上昇する。ターゲ
ットが例えばＡｌ2O3やＡｌＮといった低熱膨張性のも
のである場合、バッキングプレートの熱膨張係数が大き
いので、ターゲットに反りや割れが生じたり、ターゲッ
トとバッキングプレートとの間の接着が剥離したりする
おそれがある。従来はこれを防止するため、バッキング
プレートに例えば水冷式の冷却装置を備えるなどの対策
が必要であった。However, since these materials are all metals, there is a problem due to a large thermal expansion coefficient. That is, the target is heated during the discharge, the heat is transmitted to the backing plate, and the temperatures of the target and the backing plate are both increased. When the target is of low thermal expansion such as Al 2 O 3 or AlN, the thermal expansion coefficient of the backing plate is large, so that the target may be warped or cracked or the adhesive between the target and the backing plate may be peeled off. Or Conventionally, to prevent this, it has been necessary to take measures such as providing a water-cooling type cooling device in the backing plate.
【０００４】また、従来用いられていた銅やステンレス
鋼は、比重が大きいため大型のバッキングプレートを作
製すると重量が大きくなり、バッキングプレートを装置
内に保持するためにある程度以上の強度を有する保持器
具を備えなければならなかった。[0004] Further, copper and stainless steel, which have been conventionally used, have a large specific gravity, so that when a large backing plate is manufactured, the weight increases, and a holding device having a certain strength or more to hold the backing plate in the apparatus. Had to be provided.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記課題
を解決するため鋭意研究した結果、特定の金属−セラミ
ックス複合材料をバッキングプレートに用いることによ
り、バッキングプレート自身をアルミニウム合金程度に
軽量化することができ、かつ、熱膨張係数が小さくなる
ためターゲットとバッキングプレートとの剥離を防止す
ることができるとの知見を得て本発明を完成するに至っ
た。The present inventors have conducted intensive studies to solve the above-mentioned problems, and as a result, by using a specific metal-ceramic composite material for the backing plate, the backing plate itself can be made as lightweight as an aluminum alloy. The present inventors have found that the present invention can achieve a reduction in thermal expansion coefficient and can prevent separation of a target and a backing plate, thereby completing the present invention.
【０００６】すなわち本発明は、（１）スパッタリング
用バッキングプレートであって、アルミニウムまたはア
ルミニウム合金とセラミックスの複合組織を有する金属
−セラミックス複合材料からなることを特徴とし(請求
項１)、（２）複合材料中のセラミックスの含有率が、
４０〜８０体積％であることが好ましく(請求項２)、
（３）複合材料中のセラミックスが、ＳｉＣ粉末である
ことが好ましく(請求項３)、（４）複合材料中のアルミ
ニウム合金が、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系のアルミニウム合金
であることが好ましく(請求項４)、（５）複合材料が、
セラミックス粉末の成形体を焼成してプリフォームを形
成し、そのプリフォームに溶融したアルミニウムまたは
アルミニウム合金を窒素雰囲気中で非加圧で浸透させる
ことにより作製された複合材料であることが好ましい
(請求項５)。That is, the present invention provides (1) a backing plate for sputtering, comprising a metal-ceramic composite material having a composite structure of aluminum or an aluminum alloy and ceramics (claims 1 and 2). The content of ceramics in the composite material is
It is preferably 40 to 80% by volume (claim 2),
(3) The ceramic in the composite material is preferably SiC powder (claim 3), and (4) the aluminum alloy in the composite material is preferably an Al—Si—Mg-based aluminum alloy (claim). Item 4), (5) the composite material is
It is preferably a composite material produced by firing a molded body of ceramic powder to form a preform, and infiltrating the aluminum or aluminum alloy melted into the preform in a nitrogen atmosphere without pressure.
(Claim 5).
【０００７】本発明のバッキングプレートは、金属−セ
ラミックス複合材料からなるため、従来用いられていた
銅やステンレス鋼よりも軽量であり、また熱膨張係数を
低く抑えることができる。さらに、複合材料中のセラミ
ックスが材料全体の弾性率を高める働きをするため、自
重によるたわみが生じないという点でも優れている。[0007] Since the backing plate of the present invention is made of a metal-ceramic composite material, it is lighter than conventionally used copper and stainless steel, and has a low coefficient of thermal expansion. Further, since the ceramics in the composite material functions to increase the elastic modulus of the entire material, the composite material is also excellent in that no deflection due to its own weight occurs.
【０００８】[0008]
【発明の実施の形態】以下、本発明について詳細に説明
する。本発明において用いられるセラミックスの種類は
限定されない。アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、炭化けい素（Ｓ
ｉＣ）、窒化けい素（Ｓｉ3Ｎ4）、窒化アルミニウム
（ＡｌＮ）、ムライト、スピネル等の一般的なセラミッ
クスを使用することができる。そのセラミックスの中で
は、特に比重が小さく、熱膨張係数が小さく、しかもセ
ラミックスの含有率をより高くすることができるＳｉＣ
粉末がより好適である。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail. The type of ceramic used in the present invention is not limited. Alumina (Al 2 O 3 ), silicon carbide (S
General ceramics such as iC), silicon nitride (Si 3 N 4 ), aluminum nitride (AlN), mullite, and spinel can be used. Among the ceramics, SiC which has a low specific gravity, a small coefficient of thermal expansion, and a higher ceramic content can be obtained.
Powders are more preferred.
【０００９】そのセラミックスの含有率としては、その
含有率が高くなると弾性率がより高くなり、熱膨張係数
がより小さくなり、バッキングプレートとしてより好ま
しくなるので、４０体積％から上限である８０体積％ま
でがより好適となる。８０体積％を越えると製造し難く
なる。４０体積％未満では、熱膨張係数が大きくなり、
弾性率が低くなる。As for the content of the ceramic, the higher the content, the higher the elastic modulus, the smaller the coefficient of thermal expansion, and the more preferable as the backing plate. Is more preferable. If it exceeds 80% by volume, production becomes difficult. If it is less than 40% by volume, the coefficient of thermal expansion becomes large,
The elastic modulus decreases.
【００１０】本発明において用いられる金属はアルミニ
ウムまたはアルミニウム合金とする。これは、アルミニ
ウム及びアルミニウム合金が軽量であること、汎用的で
入手し易いこと、安価であること、扱い易いことなどの
いくつかの利点があることによる。The metal used in the present invention is aluminum or an aluminum alloy. This is because aluminum and aluminum alloys have several advantages, such as being lightweight, versatile and readily available, inexpensive, and easy to handle.
【００１１】そのアルミニウム合金の組成としては、Ａ
ｌ−Ｓｉ系、Ａｌ−Ｍｇ系、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系が挙げ
られるが、中でもＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系のアルミニウム合
金がより好適となる。これは、Ｓｉを含むとＡｌとＳｉ
Ｃとの反応で生じる有害なＡｌ4Ｃ3の生成を防止するこ
とができ、Ｍｇを含むと溶融したアルミニウム合金をセ
ラミックスプリフォームの間隙中に非加圧でも容易に浸
透させることができるためである。The composition of the aluminum alloy is A
An l-Si system, an Al-Mg system, and an Al-Si-Mg system are mentioned, and among them, an Al-Si-Mg aluminum alloy is more preferable. This means that if Si is included, Al and Si
The formation of harmful Al 4 C 3 generated by the reaction with C can be prevented, and if Mg is contained, the molten aluminum alloy can easily penetrate into the gaps of the ceramic preform without pressure. is there.
【００１２】複合材料の作製方法には、非加圧浸透法、
加圧浸透法、真空鋳造法、高圧鋳造法、粉末冶金法等い
くつかある。このような方法により得られた複合材料
は、金属とセラミックス粒子とがミクロンオーダーで複
合した複合組織を有する。このような方法の中でもセラ
ミックスの含有率を広く、かつ高い範囲まで変えること
ができること、セラミックスが組織中に均一に分散して
いるので均質な製品を作製することができること、加圧
装置が不要なので容易に安価に作製することができるこ
と、また大型品を作製することができることなどの利点
を有する非加圧浸透法がより好適である。[0012] The method of producing the composite material includes a non-pressure infiltration method,
There are several methods such as pressure infiltration, vacuum casting, high pressure casting, and powder metallurgy. The composite material obtained by such a method has a composite structure in which metal and ceramic particles are composited on a micron order. Among these methods, the content of ceramics can be changed widely and to a high range, ceramics are uniformly dispersed in the tissue, so that a homogeneous product can be manufactured, and a pressing device is unnecessary. The non-pressurized infiltration method, which has advantages such as easy production at low cost and large size production, is more preferable.
【００１３】非加圧浸透法は、具体的には次のような方
法である。すなわち、まずセラミックス粉末の成形体を
作製し、バッキングプレートの形状に合わせたプリフォ
ームとする。成形体の作製には、バインダーを含むセラ
ミックス粉末のスラリーによる方法や、セラミックス粉
末を直接金型に充填して加圧する方法など、通常の方法
が適用できる。そのプリフォーム中に溶融したアルミニ
ウムまたはアルミニウム合金を窒素雰囲気中で、非加圧
で自然浸透させる。この際、雰囲気温度を７５０℃〜９
００℃とするのがよい。本発明のバッキングプレートは
セラミックスの含有率が高いことが望ましいため、この
非加圧浸透法で作製することが特に好適である。The non-pressurized infiltration method is specifically the following method. That is, first, a molded body of ceramic powder is prepared, and a preform conforming to the shape of the backing plate is obtained. A general method such as a method using a slurry of ceramic powder containing a binder or a method of directly filling a mold with a ceramic powder and applying pressure can be applied to the production of the molded body. The aluminum or aluminum alloy melted in the preform is naturally permeated in a nitrogen atmosphere without pressure. At this time, the atmosphere temperature is set to 750 ° C. to 9
The temperature is preferably set to 00 ° C. Since the backing plate of the present invention desirably has a high content of ceramics, it is particularly preferable to produce the backing plate by the non-pressure infiltration method.
【００１４】[0014]
【実施例】以下、本発明の実施例を比較例と共に具体的
に挙げ、本発明をより詳細に説明する。EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples of the present invention and Comparative Examples.
【００１５】（実施例） （１）バッキングプレートの作製 表１に示すセラミックス粉末１００重量部にに水５０重
量部及びバインダー（コロイダルシリカ）１０重量部を
加え、ポットミルで混合した後、得られたスラリーをバ
ッキングプレートの形状(φ７００×ｔ２０ｍｍの円盤
型)の型に流し込み成形し、その成形体を１０００℃で
焼成してプリフォームを各々形成した。また、材料の物
性試験のためのプリフォームも同様の方法で別途形成し
た。(1) Preparation of Backing Plate To 100 parts by weight of the ceramic powder shown in Table 1, 50 parts by weight of water and 10 parts by weight of a binder (colloidal silica) were added and mixed by a pot mill. The slurry was poured into a mold having a backing plate shape (a disc shape of φ700 × t20 mm) and formed, and the formed body was fired at 1000 ° C. to form preforms. Further, a preform for a physical property test of the material was separately formed by the same method.
【００１６】得られたプリフォームの上に表１に示す組
成のアルミニウム合金を載せ、それを窒素雰囲気中で８
５０℃の温度で加熱処理し、溶融したアルミニウム合金
をプリフォーム中に非加圧で浸透させ、冷却してセラミ
ックス粉末の含有率が表１に示す体積％の金属−セラミ
ックス複合材料を得た。それを研削加工してバッキング
プレートを作製した。An aluminum alloy having the composition shown in Table 1 was placed on the obtained preform, and was placed in a nitrogen atmosphere.
A heat treatment was performed at a temperature of 50 ° C., and the molten aluminum alloy was infiltrated into the preform without pressure, and cooled to obtain a metal-ceramic composite material having a ceramic powder content of% by volume shown in Table 1. It was ground to produce a backing plate.
【００１７】（２）評価 物性試験用の試験片で比重、ヤング率、熱膨張係数を求
めた。その結果を表２に示す。(2) Evaluation The specific gravity, Young's modulus, and coefficient of thermal expansion of a test piece for a physical property test were determined. Table 2 shows the results.
【００１８】（比較例）比較のために、Ａｌ合金（ＪＩ
Ｓ種類の５０５２Ｈ３４）及び銅の物性試験用の試験片
を研削加工により作製し、その比重、ヤング率、熱膨張
係数を調べた。その結果も表２に示す。Comparative Example For comparison, an Al alloy (JI
Test pieces for physical properties test of S type 5052H34) and copper were prepared by grinding, and the specific gravity, Young's modulus, and thermal expansion coefficient were examined. Table 2 also shows the results.
【００１９】[0019]
【表１】 [Table 1]
【００２０】[0020]
【表２】 [Table 2]
【００２１】表２から明らかのように、実施例１〜５の
比重は比較例２の銅よりも小さく、比較例１のＡｌ合金
と同程度に軽量であった。また、実施例１〜５は比較例
１、２と比べヤング率が大きく高剛性となり、熱膨張係
数が小さく低熱膨張性となった。As is clear from Table 2, the specific gravity of Examples 1 to 5 was smaller than that of copper of Comparative Example 2, and was as light as the Al alloy of Comparative Example 1. Further, Examples 1 to 5 had higher Young's modulus and higher rigidity than Comparative Examples 1 and 2, had a low coefficient of thermal expansion, and had low thermal expansion.
【００２２】次に、前記の方法で作製した実施例１〜５
のバッキングプレートと、比較例１、２としてＡｌ合金
及び銅からなるバッキングプレートそれぞれに、Ａｌ2
Ｏ3のターゲットをはんだ付けし、室温から２００℃ま
で加熱した。これは、実際のスパッタリング装置におい
て放電中に生ずる温度上昇を模擬したものである。加熱
後のターゲットおよびバッキングプレートの反り量を測
定した。Next, Examples 1 to 5 manufactured by the above-described method were used.
And the backing plates made of Al alloy and copper as Comparative Examples 1 and 2 , respectively.
The O 3 target was soldered and heated from room temperature to 200 ° C. This simulates a temperature rise that occurs during discharge in an actual sputtering apparatus. The warpage of the target and the backing plate after heating was measured.
【００２３】前記の反り量の測定の結果、比較例１、２
の場合、反り量は１．２〜１．５ｍｍであり、一部でタ
ーゲットとバッキングプレートが剥離していた。これに
対し、実施例１〜５のバッキングプレートの場合は反り
量は最大で０．２〜０．３ｍｍに過ぎず、ターゲットの
剥離や割れはいずれも見られなかった。As a result of the measurement of the amount of warpage, Comparative Examples 1 and 2
In the case of, the amount of warpage was 1.2 to 1.5 mm, and the target and the backing plate were partially peeled off. On the other hand, in the case of the backing plates of Examples 1 to 5, the amount of warpage was only 0.2 to 0.3 mm at the maximum, and neither peeling nor cracking of the target was observed.
【００２４】[0024]
【発明の効果】本発明の金属−セラミックス複合材料か
らなるバッキングプレートは、従来のものに比較して熱
膨張係数が小さく、高剛性であるため、スパッタリング
の際にターゲットが加熱しても、ターゲットの反りや割
れを防止するのに有効である。また、従来の銅やステン
レス鋼に比較して軽量であるため、大型のものを作製す
るのが容易であり、また比較的簡易にスパッタリング装
置内に設置することができる。The backing plate made of the metal-ceramic composite material of the present invention has a smaller coefficient of thermal expansion and higher rigidity than the conventional one, so that even if the target is heated during sputtering, It is effective to prevent warping and cracking. Further, since it is lighter in weight than conventional copper and stainless steel, it is easy to produce a large one, and it can be relatively easily installed in a sputtering apparatus.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 青木 一郎 千葉県佐倉市大作二丁目４番２号 太平洋 セメント株式会社内 Ｆターム(参考） 4G046 MA14 MB01 MB08 4K029 CA05 DC03 DC04 DC08 DC21 DC22 5F103 AA08 BB22 DD27 DD30 RR08 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing from the front page (72) Inventor Ichiro Aoki 2-4-2, Osaku, Sakura City, Chiba Prefecture Pacific Cement Co., Ltd. F-term (reference) 4G046 MA14 MB01 MB08 4K029 CA05 DC03 DC04 DC08 DC21 DC22 5F103 AA08 BB22 DD27 DD30 RR08
Claims (5)
セラミックスとの複合組織を有する金属―セラミックス
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。1. A backing plate for a sputtering target comprising a metal-ceramic composite material having a composite structure of aluminum or an aluminum alloy and ceramics.
４０〜８０体積％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用バッキングプレート。2. The ceramic content in the composite material is as follows:
The backing plate for a sputtering target according to claim 1, wherein the content is 40 to 80% by volume.
末であることを特徴とする請求項１または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。3. The backing plate for a sputtering target according to claim 1, wherein the ceramic in the composite material is SiC powder.
−Ｓｉ−Ｍｇ系のアルミニウム合金であることを特徴と
する請求項１、２または３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。4. The method according to claim 1, wherein the aluminum alloy in the composite material is Al.
The backing plate for a sputtering target according to claim 1, 2 or 3, wherein the backing plate is a -Si-Mg-based aluminum alloy.
ォームを形成し、そのプリフォームに溶融したアルミニ
ウムまたはアルミニウム合金を窒素雰囲気中で非加圧で
浸透させることにより作製された複合材料であることを
特徴とする請求項１、２、３または４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。5. A composite material produced by forming a preform with ceramic powder and infiltrating the preform with non-pressurized aluminum or aluminum alloy in a nitrogen atmosphere without pressure. The backing plate for a sputtering target according to claim 1, 2, 3 or 4.
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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