スパッタリングターゲット、ターゲット材およびバッキングプレート
【課題】 ターゲット材の長寿命化を図ることができるとともに、スパッタリング中に消耗するターゲット材の外力による変形を抑制することができるスパッタリングターゲットを提供する。
【解決手段】 本発明のスパッタリングターゲット１００では、ターゲット材が、バッキングプレートに接する板状の基部と、前記基部のバッキングプレートと接する面とは反対側の面の中央部に前記基部と同軸かつ一体的に形成された凸部とを有する。また、本発明のスパッタリングターゲット２００では、ターゲット材が、バッキングプレートに接する板状の基部と、前記基部のバッキングプレートと接する面の中央部に前記基部と同軸かつ一体的に形成された凸部とを有し、バッキングプレートが、ターゲット材と接する面の中央部にターゲット材の前記凸部と嵌合する凹部を有する。
【解決手段】 本発明のスパッタリングターゲット１００では、ターゲット材が、バッキングプレートに接する板状の基部と、前記基部のバッキングプレートと接する面とは反対側の面の中央部に前記基部と同軸かつ一体的に形成された凸部とを有する。また、本発明のスパッタリングターゲット２００では、ターゲット材が、バッキングプレートに接する板状の基部と、前記基部のバッキングプレートと接する面の中央部に前記基部と同軸かつ一体的に形成された凸部とを有し、バッキングプレートが、ターゲット材と接する面の中央部にターゲット材の前記凸部と嵌合する凹部を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スパッタリング法によって基板上に薄膜を形成するときに用いるスパッタリングターゲット、ターゲット材およびバッキングプレートに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラス基板上に薄膜デバイスを作製する液晶ディスプレイあるいはプラズマディスプレイ、薄膜センサー等に用いる電気配線膜、電極等には従来から主に高融点金属である純Ｃｒ膜、純Ｔａ膜、純Ｔｉ膜等の純金属膜またはそれらの合金膜が用いられていた。
【０００３】
そして、近年、ディスプレイの大型化、高精細化に伴い、配線膜、電極膜には信号の遅延を防止するために低抵抗化、低応力化とそれらの特性の安定化が要求されている。そのため、上述の金属膜より、さらに低抵抗な高純度アルミニウム膜を用いるようになってきている。
【０００４】
上記基板に形成される金属の薄膜は、基板と、薄膜を形成する際の原料となる材料であるターゲット材との間でプラズマ放電を形成し、イオン化したアルゴンがターゲット材に衝突するエネルギーでターゲット材を構成している原子をたたき出し、その原子を基板に堆積させて薄膜を形成する手法、いわゆるスパッタリング法により形成される。
【０００５】
スパッタリング法を実現するためのスパッタリング装置においては、プラズマ放電空間を形成するチャンバ内の所定位置に、ターゲット材を有するスパッタリングターゲットが配置され得る。
【０００６】
スパッタリングターゲットは、一般に、ターゲット材がバッキングプレートと呼ばれる支持部材に載置されてなる。スパッタリング中においてバッキングプレートは、冷却水などの冷媒体によって冷却され得る。スパッタリング中には、イオン化したアルゴンが衝突するエネルギーによって、ターゲット材の温度は上昇するが、バッキングプレートが冷却されることによって、ターゲット材の温度が過度に上昇するのを防止することができる。
【０００７】
一般に、このような従来のスパッタリングターゲットにおいて、スパッタリングによってターゲット材が消耗する部分は、ターゲット材に対して均一ではなく、特にスパッタリング効率を増大させたマグネトロンスパッタリングを使用する場合においては、ターゲット材に印加される表面磁場によって電子が特定の軌道に集中するために、ターゲット材の表面が局部的に消耗する傾向が強い。特に、従来のスパッタリングターゲットのターゲット材では、マグネトロンでスパッタリングを行うと、ターゲット材の中心部から円環状に消耗する傾向がある。
【０００８】
スパッタリングターゲットのターゲット材が局部的に激しく消耗すると、そのターゲット材を交換せざるを得ないので、ターゲット材の長寿命化の技術についての検討が行われている。
【０００９】
たとえば、特許文献１には、周縁端部の近傍に円環状に凹部を有するバッキングプレートと、前記凹部内に嵌合する凸部を周縁端部の近傍に円環状に有するターゲット材とを含むスパッタリングターゲットが開示されている。すなわち、特許文献１に開示されるスパッタリングターゲットは、周縁端部の近傍における厚みが円環状に厚くされたターゲット材を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００９−１４４１８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、スパッタリング中においてスパッタリングターゲットのターゲット材は、スパッタリング面が、イオン化したアルゴンの衝突エネルギーによって加熱され得るが、バッキングプレートと接する面は冷却され得る。このように、スパッタリングターゲットのターゲット材は、スパッタリング中にスパッタリング面が加熱され得るが、バッキングプレートと接する面は冷却され得るので、スパッタリング面の温度と、バッキングプレートと接する面の温度とに差が生じ、スパッタリング中にターゲット材に熱応力が印加され得る。
【００１２】
また、スパッタリングターゲットがスパッタリング装置のチャンバ内に配置された状態で、ターゲット材には様々な外力が印加され得る。例えば、ターゲット材には、チャンバ内が真空状態にされることによる負圧が印加され、ターゲット材のバッキングプレートと接する面には、バッキングプレートに対する冷媒体の供給による冷却媒体供給圧力（押圧力）が印加され得る。
【００１３】
このように、スパッタリング中において、スパッタリングターゲットのターゲット材には、熱応力、負圧、押圧力などの外力が印加され得るので、スパッタリング中にターゲット材が変形するおそれがある。
【００１４】
特に、マグネトロンでターゲット材をスパッタリングすると、ターゲット材のスパッタリング面は円環状に局部的に消耗（エロージョン）し、スパッタリング中に印加され得る上記の外力によって、ターゲット材が著しく変形することが問題であった。
【００１５】
なお、特許文献１に開示されるスパッタリングターゲットでは、スパッタリング中におけるターゲット材での変形は全く考慮されていない。
【００１６】
このように、スパッタリング中にターゲット材が局所的に著しく消耗して変形すると、ターゲット材の組織中に割れなどの内部欠陥が生じるおそれがある。また、このように、ターゲット材に内部欠陥が生じた場合には、スパッタリング中に、その内部欠陥に電荷が集中しやすくなり、異常放電が発生しやすくなり、スパッタリングによる薄膜の形成に異常や欠陥が発生しやすくなる。
【００１７】
したがって、本発明の目的は、ターゲット材の長寿命化を図ることができるとともに、スパッタリング中に局所的に消耗するターゲット材の外力による変形を抑制することができるスパッタリングターゲット、ターゲット材およびバッキングプレートを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、以下の構成を包含する解決手段を見出し、本発明を完成するに至った。
【００１９】
［１］
板状のバッキングプレートと、
前記バッキングプレートに載置するターゲット材と
を含むスパッタリングターゲットであって、
前記ターゲット材が、
前記バッキングプレートに接する板状の基部と、
前記基部の前記バッキングプレートと接する面とは反対側の面の中央部に前記基部と同軸かつ一体的に形成された凸部と、
を有することを特徴とする、スパッタリングターゲット。
【００２０】
［２］
前記凸部が円錐台形状である上記［１］に記載のスパッタリングターゲット。
【００２１】
［３］
板状のバッキングプレートと、
前記バッキングプレートに載置するターゲット材と、
を含むスパッタリングターゲットであって、
前記ターゲット材が、
前記バッキングプレートに接する板状の基部と、
前記基部の前記バッキングプレートと接する面の中央部に前記基部と同軸かつ一体的に形成された凸部と、
を有し、
前記バッキングプレートは、前記ターゲット材と接する面の中央部に前記ターゲット材の前記凸部と嵌合する凹部を有することを特徴とする、スパッタリングターゲット。
【００２２】
［４］
前記凸部が円柱形である上記［３］に記載のスパッタリングターゲット。
【００２３】
［５］
スパッタリングターゲットにおいてバッキングプレートに載置して用いられるターゲット材であって、
前記バッキングプレートに接する板状の基部と、
前記基部の前記バッキングプレートと接する面とは反対側の面の中央部に前記基部と同軸かつ一体的に形成された凸部と、
を有することを特徴とする、ターゲット材。
【００２４】
［６］
前記凸部が円錐台形状である上記［５］に記載のターゲット材。
【００２５】
［７］
スパッタリングターゲットにおいてバッキングプレートに載置して用いられるターゲット材であって、
前記バッキングプレートに接する板状の基部と、
前記基部の前記バッキングプレートと接する面の中央部に前記基部と同軸かつ一体的に形成された凸部と、
を有することを特徴とする、ターゲット材。
【００２６】
［８］
前記凸部が円柱形である上記［７］に記載のターゲット材。
【００２７】
［９］
前記凸部が、前記バッキングプレートの前記ターゲット材と接する面の中央部に形成された凹部と嵌合する、上記［７］または［８］に記載のターゲット材。
【００２８】
［１０］
スパッタリングターゲットにおいてターゲット材を支持するために用いられるバッキングプレートであって、前記ターゲット材と接する面の中央部に凹部を有するバッキングプレート。
【００２９】
［１１］
前記凹部が円柱形である上記［１０］に記載のバッキングプレート。
【００３０】
［１２］
前記凹部が、前記ターゲット材の前記バッキングプレートと接する面の中央部に形成された凸部と嵌合する上記［１０］または［１１］に記載のバッキングプレート。
【発明の効果】
【００３１】
本発明のスパッタリングターゲットは、スパッタリング時に激しく消耗する中央部の厚みが厚くされたターゲット材を有するので、長寿命化を図ることができる。従って、本発明のスパッタリングターゲットは、より長期間にわたって、スパッタリングに供することができる。
【００３２】
また、本発明のスパッタリングターゲットでは、ターゲット材の凸部の高さの分だけ中央部の厚みが厚くされているので、スパッタリング中にターゲット材が消耗（エロージョン）し、なおかつ、消耗した（エロージョン形状を有する）ターゲット材に熱応力、負圧および冷却媒体供給圧力（押圧力）などの外力が印加された場合であっても、ターゲット材の変形を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１実施形態に係るスパッタリングターゲット１００の構成を示す図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係るスパッタリングターゲット２００の構成を示す図である。
【図３】従来の通常のスパッタリングターゲットの使用後のターゲット材の変形量を実測した結果を示すグラフである。
【図４】従来の通常のスパッタリングターゲットの使用後のターゲット材のエロージョン形状を表す残厚プロファイルを実測した結果を示すグラフである。
【図５】従来の通常のスパッタリングターゲットの有限要素モデルを示す図である。
【図６】従来の通常のスパッタリングターゲットのスパッタリング中に種々の温度および圧力を付与したときのターゲット材の変形量を表す変形解析結果を示すグラフである。
【図７】従来の通常のスパッタリングターゲットのターゲット材の図６の変形解析結果に基づいた圧力と最大変形量との関係を示すグラフである。
【図８】従来の通常のスパッタリングターゲットのターゲット材の実測変形値（曲線Ａ）に対する変形解析結果（曲線Ｇ）の一致性を示すグラフである。
【図９】エロージョン形状を有しない本発明のスパッタリングターゲットのターゲット材に対して、スパッタリング時に推定外力を印加したときのターゲット材の変形量を表す変形解析結果を示すグラフである。
【図１０】推定外力を印加したときの変形解析に用いる本発明の第１実施形態のスパッタリングターゲットのターゲット材のエロージョン形状を示す図である。
【図１１】推定外力を印加したときの変形解析に用いる本発明の第２実施形態のスパッタリングターゲットのターゲット材のエロージョン形状を示す図である。
【図１２】エロージョン形状を有する（エロージョンされた）本発明のスパッタリングターゲットのターゲット材に対して、スパッタリング時に推定外力を印加したときの変形量を表す変形解析結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
（本発明の実施形態のスパッタリングターゲットの構成）
本発明の「スパッタリングターゲット」は、マグネトロンスパッタリング装置などのスパッタリング装置において、配線膜や電極膜などの金属膜を基板上に形成するときに用いることができるものであり、スパッタリングを受ける表面（スパッタリング面またはスパッタ面と呼ばれる表面）を有する「ターゲット材」と、スパッタリング中にターゲット材を裏側（スパッタリング面の反対側の面）から支持する「バッキングプレート」とを備える。
【００３５】
図１は、本発明の第１実施形態に係るスパッタリングターゲット１００の構成を示す。本発明の第１実施形態に係るスパッタリングターゲット１００は、板状（好ましくは円形板状、すなわち円盤状）のバッキングプレート１と、バッキングプレート１に載置することのできるターゲット材２とを含む。ターゲット材２は、バッキングプレート１に接することのできる板状（好ましくは円形板状、すなわち円盤状）の基部２１と、基部２１がバッキングプレート１と接する面とは反対側の面の中央部に基部２１と同軸かつ一体的に形成された凸部２２とを有する。図１（ａ）は、本発明の第１実施形態に係るスパッタリングターゲット１００の一部を切り欠いた斜視図を示し、図１（ｂ）は、スパッタリングターゲット１００の部分断面図を示す。
【００３６】
バッキングプレート１は、スパッタリング中に、ターゲット材２を裏側（スパッタリング面とは反対側の面）から支持するものであり、バッキングプレート１のターゲット材２と接する面とは反対側の面が冷却水などの冷媒体によって冷却され得る。バッキングプレート１は、図１において、円形平板状（すなわち円盤状）で示されているが、本発明において、バッキングプレートの形状は、板状であればよく、円盤状に限定されるものではない。
【００３７】
また、バッキングプレート１を構成する材料に特に限定はなく、例えば金属を含み、本実施形態では、例えば、アルミニウム合金（例えば、Ａｌ−２０２４など）などから構成することができる。
【００３８】
バッキングプレート１が図１に示すように円盤状である場合、バッキングプレート１の直径ｄ１は、たとえば３００ｍｍ〜６００ｍｍ、好ましくは４００ｍｍ〜６００ｍｍ、より好ましくは５００ｍｍ〜６００ｍｍであり、本実施形態では５２４ｍｍである。また、バッキングプレート１の厚みＹ１は、たとえば５ｍｍ〜２０ｍｍ、好ましくは５ｍｍ〜１５ｍｍ、より好ましくは５ｍｍ〜１０ｍｍであり、本実施形態では８．８ｍｍである。
【００３９】
ターゲット材２は、バッキングプレート１に載置することができ、バッキングプレート１によって支持され得る。従って、ターゲット材２は、バッキングプレート１と接している面とは反対側の面がスパッタリング面となる。ターゲット材２は、導電性の材料から構成されていればよく、通常は金属を含み、例えば、アルミニウムなどから構成することができ、好ましくは、アルミニウムから構成することができ、本実施形態では、アルミニウムから構成することが特に好ましい。
【００４０】
本発明において、ターゲット材２は、基部２１と、その中央部に凸部（または突出部）２２とを含んで構成される。
【００４１】
基部２１は、板状であればその形状に特に限定はなく、図１に示すように円形平板状（すなわち円盤状）に形成されることが好ましいが、本発明において、基部２１の形状は、円盤状に限定されるものではない。基部２１は、面２１ｂにおいて、バッキングプレート１と接して載置することができる。
【００４２】
本発明において、基部２１の中央部とは、基部２１の幾何学的形状の中心およびその周囲を意味し、例えば、基部２１が図１に示すように円形である場合には円の中心およびその周囲を意味し、正方形、四角形などの矩形または多角形などの場合にはその対角線の交点およびその周囲を意味する。また、本発明において、基部２１の軸線とは、基部２１の幾何学的形状の中心から板状の基部２１の平面に対して垂直の方向にのびる軸線を意味する（例えば、図１の軸線Ｌ）。
【００４３】
この基部２１の軸線Ｌは、バッキングプレート１の軸線すなわち、バッキングプレート１の幾何学的形状の中心からプレート面に対して垂直の方向にのびる軸線と同軸であることが好ましい。特に、基部２１とバッキングプレート１とが共に円盤状である場合、基部２１は、バッキングプレート１と同心円状に配置することができる。
【００４４】
ターゲット材２の基部２１が円盤状である場合、基部２１の直径（すなわち、基部２１のバッキングプレート１と接する面２１ｂの直径）ｄ２は、たとえば１００ｍｍ〜５００ｍｍ、好ましくは３００ｍｍ〜５００ｍｍ、より好ましくは４００ｍｍ〜５００ｍｍであり、本実施形態では４４３ｍｍである。また、基部２１の厚み（すなわち、ターゲット材２の凸部２２を除く部分の平均の厚み）Ｙ２は、たとえば５ｍｍ〜２０ｍｍ、好ましくは７．５ｍｍ〜２０ｍｍ、より好ましくは１０ｍｍ〜２０ｍｍであり、本実施形態では１２．７ｍｍである。なお、本発明において、基部２１のバッキングプレート１に接する面２１ｂとは反対側の面２１ａの直径は、たとえば１００ｍｍ〜５００ｍｍ、好ましくは３００ｍｍ〜５００ｍｍ、より好ましくは４００ｍｍ〜５００ｍｍであり、本実施形態では４３７ｍｍであり、基部２１のバッキングプレート１と接する面２１ｂの直径ｄ２と同じであっても、異なっていてもよいが、ｄ２よりも０ｍｍ〜３０ｍｍ、好ましくは０ｍｍ〜２０ｍｍ、より好ましくは０ｍｍ〜１０ｍｍ短い。すなわち、基部２１は円錐台形であってもよい。
【００４５】
この実施形態において、ｄ１：ｄ２の比は、特に限定されないが、例えば、１：０．５〜１：０．９、好ましくは１：０．７〜１：０．９、より好ましくは１：０．８〜１：０．９である。
【００４６】
凸部２２は、基部２１の中央部、すなわち、基部２１のバッキングプレート１に接する面２１ｂとは反対側の面（すなわちスパッタリング面）２１ａの中央部から突出し、凸部２２は、基部２１の軸線Ｌに同軸に、かつ基部２１に一体的に形成され得る。凸部２２は、図１に示す通り、スパッタリング面を滑らか（平滑）にするなどの理由から、円錐台形状に形成されることが好ましい。しかし、凸部２２の形状は、円錐台形状に限定されることはなく、円柱状、球面状などの形状であってもよい。
【００４７】
凸部２２が円錐台形状である場合、凸部２２の上底面２２ａの直径ｄ３は、たとえば１００ｍｍ〜２００ｍｍ、好ましくは１００ｍｍ〜１７５ｍｍ、より好ましくは１００ｍｍ〜１５０ｍｍであり、本実施形態では１２３ｍｍである。凸部２２の下底面（面２１ａと同一平面上にある）の直径ｄ４は、たとえば１２０ｍｍ〜２２０ｍｍ、好ましくは１２０ｍｍ〜１９５ｍｍ、より好ましくは１２０ｍｍ〜１７０ｍｍであり、本実施形態では１４３ｍｍである。また、凸部２２の上底面から下底面までの距離、すなわち、凸部２２の厚み（高さ）Ｙ３は、たとえば１ｍｍ〜５ｍｍ、好ましくは１ｍｍ〜４ｍｍ、より好ましくは１ｍｍ〜３ｍｍであり、本実施形態では２．３ｍｍである。ｄ３：Ｙ３の比は、例えば、２０：１〜２００：１、好ましくは２０：１〜１５０：１、より好ましくは２０：１〜１００：１である。
【００４８】
また、ターゲット材２において、凸部２２が円錐台形状である場合、凸部２２の上底面の直径ｄ３と、下底面の直径ｄ４との比は、ｄ３：ｄ４＝１：１〜１：２であり、好ましくは１：１〜１：１．７５、より好ましくは１：１〜１：１．５である。さらに、基部２１の直径ｄ２と、凸部２２の上底面の直径ｄ３との比は、ｄ２：ｄ３＝５：１〜２：１であり、好ましくは５：１〜４：１、より好ましくは５：１〜３：１である。
【００４９】
以上のように構成されるターゲット材２において、基部２１の面２１ａのうち、凸部２２が形成される領域以外の領域部分と、凸部２２の面２２ａとが、スパッタリングされ得るスパッタリング面となる。また、凸部２２が円錐台形状である場合、凸部２２のスパッタリング面２２ａと、基部２１のスパッタリング面２１ａとの間の傾斜面もスパッタリング面となり得る。
【００５０】
従って、本発明のスパッタリングターゲットにおいて、ターゲット材２は、前述したように、バッキングプレート１に接して設けられる基部２１と、基部２１のスパッタリング面２１ａの中央部に、基部２１の軸線Ｌに同軸に、かつ基部２１に一体的に形成され得る凸部２２とを有する。すなわち、本発明の第１実施形態のスパッタリングターゲット１００は、凸部２２の厚みＹ３の分だけ、ターゲット材２の厚みが、中央部で厚くなるように構成されていることを特徴とする。
【００５１】
バッキングプレート１へのターゲット材１の載置方法としては、特に限定はなく、例えば、拡散接合、はんだ接合などの方法で載置することができる。
【００５２】
従来のスパッタリングターゲットでは、スパッタリング中において、ターゲット材の中央部が円環状に激しく消耗する。これに対して、本実施形態のスパッタリングターゲット１００では、スパッタリングによって激しく消耗する中央部の厚みが厚くされたターゲット材２を有するので、長期間にわたって中央部、特に中央部の円環状での消耗（エロージョン）に耐え得ることができ、長寿命化を図ることができる。なお、本発明の第１実施形態のスパッタリングターゲット１００は、ターゲット材の中央部に凸部２２を設けることによって、凸部を有していない場合と比べて、寿命が１．０５〜１．１５倍、好ましくは１．０５〜１．２倍、より好ましくは１．０５〜１．２５倍となる。
【００５３】
また、本発明の第１実施形態のスパッタリングターゲット１００では、ターゲット材の中央部に凸部２２を設けていることから、スパッタリング中にターゲット材が消耗しても、熱応力、冷却による押圧力、負圧などの外力によって、スパッタリング中にターゲット材が著しく変形することを抑制することができる。
【００５４】
さらに、本発明の第１実施形態のスパッタリングターゲット１００では、凸部２２を円錐台形状に形成することによって、スパッタリング面が滑らか（平滑）となり、なおかつ、スパッタリング中にターゲット材が消耗しても、熱応力、冷却による押圧力、負圧などの外力によって、スパッタリング中にターゲット材が著しく変形することを抑制することができるなどの上記の効果が得られるので好ましい。
【００５５】
本発明の第２実施形態に係るスパッタリングターゲット２００の構成を図２に示す。本発明の第２実施形態に係るスパッタリングターゲット２００は、板状（好ましくは円形板状、すなわち円盤状）のバッキングプレート３と、バッキングプレート３に載置することのできるターゲット材４とを含む。ターゲット材４は、バッキングプレート３に接することのできる板状（好ましくは円形板状、すなわち円盤状）の基部４１と、基部４１のバッキングプレート３と接する面の中央部に基部４１と同軸かつ一体的に形成された凸部４２とを有する。また、バッキングプレート３は、ターゲット材４と接する面の中央部にターゲット材４の凸部４２と嵌合することのできる凹部３２を有する。図２（ａ）は、本発明の第２実施形態に係るスパッタリングターゲット２００の一部を切り欠いた斜視図を示し、図２（ｂ）は、スパッタリングターゲット２００の部分断面図を示す。
【００５６】
バッキングプレート３は、ターゲット材４を支持することができればその材料に特に限定はなく、例えば金属を含み、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金などから構成することができ、好ましくはアルミニム合金から構成することができ、特に好ましくは、本実施形態では、アルミニウム合金（例えば、Ａｌ−２０２４など）から構成され得る。バッキングプレート３は、板状、好ましくは円形平板状（すなわち円盤状）の基材３１を備え、基材３１は、ターゲット材４と接する面の中央部に、以下にて詳しく説明するターゲット材４の凸部４２の形状に対応して凸部４２と嵌合することのできる凹部３２を有する。なお、本発明において、基材３１の形状は、板状であればよく、円盤状に限定されることはない。
【００５７】
基材３１が円盤状である場合、基材３１の直径、すなわち、バッキングプレート３の直径ｄ５は、たとえば１００ｍｍ〜６００ｍｍ、好ましくは３００ｍｍ〜６００ｍｍ、より好ましくは５００ｍｍ〜６００ｍｍであり、本実施形態では５２４ｍｍである。また、基材３１の厚み、すなわち、バッキングプレート３の厚みＹ４は、たとえば５ｍｍ〜２０ｍｍ、好ましくは５ｍｍ〜１５ｍｍ、より好ましくは５ｍｍ〜１０ｍｍであり、本実施形態では８．８ｍｍである。
【００５８】
バッキングプレート３の中央部には、ターゲット材４の凸部４２と嵌合し得るように形成した凹部３２が設けられている。本発明において、バッキングプレート３の凹部３２と、ターゲット材４の凸部４２とが「嵌合」するとは、バッキングプレート３とターゲット材４とが、脱着可能または脱着不可能な状態で、バッキングプレート３の凹部３２と、ターゲット材４の凸部４２とが少なくとも部分的に結合または係合していることを意味する。凹部３２の形状は、凸部４２に対応して嵌合できるものであれば特に限定はないが、例えば、円柱状、球面状などの形状が挙げられ、加工の容易さなどの理由から、円柱状が特に好ましい。
【００５９】
バッキングプレート３の基材３１が円盤状であり、なおかつ凹部３２が円柱状である場合、凹部３２の中心（すなわち凹部の円柱の断面の円の中心）は、基材３１の中心と一致していることが好ましい。
【００６０】
凹部３２の深さ（凹部が円柱状である場合は円柱の高さ）は、凸部４２と嵌合することのできる大きさであれば特に限定はなく、例えば１ｍｍ〜５ｍｍ、好ましくは１ｍｍ〜４ｍｍ、より好ましくは１ｍｍ〜３ｍｍである。
【００６１】
凹部３２が円柱状である場合、凹部の断面の円の直径は、凸部４２と嵌合することのできる大きさであれば特に限定はなく、例えば５０ｍｍ〜２００ｍｍ、好ましくは５０ｍｍ〜１５０ｍｍ、より好ましくは７５ｍｍ〜１５０ｍｍ、さらにより好ましくは１００ｍｍ〜１５０ｍｍであり、断面の円の直径：円柱の高さとの比は、１５０：１〜１０：１、好ましくは１２５：１〜１０：１、より好ましくは１００：１〜１０：１である。
【００６２】
また、バッキングプレート３の基材３１が円盤状であり、なおかつ凹部３２が円柱状である場合、基材３１の直径：凹部３２の直径の比は、２：１〜１０：１、好ましくは２：１〜７：１、より好ましくは２：１〜５：１である。
【００６３】
ターゲット材４は、基部４１と、その中央部に凸部４２とを含んで構成される。ターゲット材４は、バッキングプレート３の凹部３２内に凸部４２が嵌合した状態で、バッキングプレート３に載置して支持され得る。従って、ターゲット材４のバッキングプレート３と接している面とは反対側の面４１ａがスパッタリング面となる。
【００６４】
ターゲット材４は、導電性の材料から構成されていればよく、通常は金属を含み、例えば、アルミニムなどから構成することができ、好ましくはアルミニムから構成することができ、本実施形態では、アルミニウムから構成することが特に好ましい。
【００６５】
ターゲット材４の基部４１の形状は、板状であれば特に限定はなく、図２に示されるように、円形平板状（すなわち円盤状）に形成されることが好ましい。しかし、基部４１の形状は、円盤状に限定されるものではない。
【００６６】
ターゲット材４の基部４１は、バッキングプレート３の基材３１の凹部３２が形成される側の面３１ａ（ただし凹部３２の部分は除く）に載置することができる。ターゲット材４の基部４１のバッキングプレート３と接する面の中央部には、バッキングプレート３の凹部３２と嵌合し得る凸部４２が基部４１と同軸かつ一体的に形成されている。
【００６７】
本発明において、基部４１の中央部とは、基部４１の幾何学的形状の中心およびその周囲を意味し、例えば、図２に示すように、基部４１が円形である場合には円の中心およびその周囲を意味し、正方形、四角形などの矩形または多角形などの場合にはその対角線の交点およびその周囲を意味する。また、本発明において、基部４１の軸線とは、基部４１の幾何学的形状の中心から板状の基部４１の平面に対して垂直の方向にのびる軸線を意味する（例えば、図２の軸線Ｌ）。
【００６８】
基部４１の軸線Ｌは、バッキングプレート３の軸線、すなわちバッキングプレート３の幾何学的形状の中心からプレート面に対して垂直方向にのびる軸線と同軸であることが好ましい。従って、この場合、ターゲット材４は、バッキングプレート３に同心円状に載置することができる。
【００６９】
ターゲット材４の基部４１が円盤状である場合、基部４１の直径（すなわち、基部４１がバッキングプレート３と接する面の直径）ｄ６は、たとえば１００ｍｍ〜５００ｍｍ、好ましくは３００ｍｍ〜５００ｍｍ、より好ましくは４００ｍｍ〜５００ｍｍであり、本実施形態では４４３ｍｍである。また、基部４１の厚みＹ５は、たとえば５ｍｍ〜２０ｍｍ、好ましくは７．５ｍｍ〜２０ｍｍ、より好ましくは１０ｍｍ〜２０ｍｍであり、本実施形態では１２．７ｍｍである。なお、本発明において、基部４１のバッキングプレート３と接する面とは反対側の面（すなわちスパッタリング面）４１ａの直径は、たとえば１００ｍｍ〜５００ｍｍ、好ましくは３００ｍｍ〜５００ｍｍ、より好ましくは４００ｍｍ〜５００ｍｍであり、本実施形態では４３７ｍｍであり、基部４１のバッキングプレート３と接する面の直径ｄ６と同じであっても、異なっていてもよいが、ｄ６よりも０ｍｍ〜３０ｍｍ、好ましくは０ｍｍ〜２０ｍｍ、より好ましくは０ｍｍ〜１０ｍｍ短い。すなわち、基部４１は、円錐台形であってもよい。
【００７０】
ターゲット材４の基部４１の直径ｄ６とバッキングプレート３の直径ｄ５との比（ｄ５：ｄ６）は、特に限定されないが、１：０．５〜１：０．９、好ましくは１：０．７〜１：０．９、より好ましくは１：０．８〜１：０．９である。
【００７１】
ターゲット材４の凸部４２は、ターゲット材４の基部４１がバッキングプレート３と接する面の側に突出し、バッキングプレート３の凹部３２と嵌合して嵌合部を形成することができる。ターゲット材４の凸部４２の形状は、例えば、円柱形、球面形などの形状に形成することが好ましく、そのなかでも、加工の容易さなどの理由から、円柱形であることが特に好ましい。ただし、円柱形に限定されることはない。
【００７２】
ターゲット材４の凸部４２の形状が円柱形である場合、凸部４２の直径（すなわち凸部４２の円柱の断面の円の直径）ｄ７は、たとえば１００ｍｍ〜２００ｍｍ、好ましくは１００ｍｍ〜１７５ｍｍ、より好ましくは１００ｍｍ〜１５０ｍｍであり、本実施形態では１２２．８ｍｍである。また、ターゲット材４の凸部４２が円柱形である場合、凸部４２の厚み（すなわち円柱の高さ）Ｙ６は、たとえば１ｍｍ〜５ｍｍ、好ましくは１ｍｍ〜４ｍｍ、より好ましくは２ｍｍ〜４ｍｍであり、本実施形態では３．０ｍｍである。ターゲット材４の凸部４２が円柱形である場合、ｄ７：Ｙ６の比は、２０：１〜２００：１、好ましくは２０：１〜１５０：１、より好ましくは２０：１〜１００：１である。
【００７３】
ターゲット材４の基部４１が円盤状であり、かつ凸部４２が円柱形である場合、ターゲット材４の中心と、凸部４２の円柱の断面の円の中心とが一致することが好ましく、基部４１の軸線Ｌと凸部４２の軸線（すなわち断面の円の中心から垂直方向にのびる軸線）とが同軸であり、基部４１と凸部４２とが同心円状に一体的に形成されることが好ましい。
【００７４】
また、ターゲット材４の凸部４２の形状とバッキングプレート３の凹部３２の形状とが同一であることが好ましく、加工の容易性などの理由から、いずれも円柱形であることが特に好ましい。その場合、ターゲット材４の凸部４２の直径と、バッキングプレート３の凹部３２の内径とがほぼ同じであり、凸部４２と凹部３２とが嵌合できることが特に好ましい。
【００７５】
ターゲット材４において、基部４１の直径ｄ６と、凸部４２の直径ｄ７との比は、例えばｄ６：ｄ７＝５：１〜２：１であり、好ましくは５：１〜４：１、より好ましくは５：１〜３：１である。
【００７６】
ターゲット材４のバッキングプレート３への載置方法としては、ターゲット材４の凸部４２と、バッキングプレート３の凹部３２とが嵌合することができれば特に限定はなく、例えば、拡散接合、はんだ接合などの方法が挙げられる。
【００７７】
以上のように構成されるターゲット材４において、バッキングプレート３と接する側とは反対側の面４１ａが、スパッタリングされ得るスパッタリング面となる。
【００７８】
このように、本発明のスパッタリングターゲット２００は、凸部４２の厚みＹ６の分だけ、ターゲット材４の厚みが、中央部で厚くなるように構成されている。このように、本実施形態のスパッタリングターゲット２００は、スパッタリングによって激しく消耗する中央部の厚みが厚くされたターゲット材４を有するので、長期間にわたって中央部、特に中央部の円環状での消耗（エロージョン）に耐え得ることができ、長寿命化を図ることができる。また、本発明の第２実施形態のスパッタリングターゲット２００は、ターゲット材の中央部に凸部４２を設けることによって、凸部を設けていない場合と比べて、寿命が１．０５〜１．１５倍、好ましくは１．０５〜１．２倍、より好ましくは１．０５〜１．２５倍となる。
【００７９】
また、本発明の第２実施形態のスパッタリングターゲット２００では、ターゲット材４の中央部に凸部４２を設けていることから、スパッタリング中にターゲット材が消耗しても、熱応力、冷却による押圧力、負圧などの外力によって、スパッタリング中にターゲット材が著しく変形することを抑制することができる。
【００８０】
さらに、本発明の第２実施形態のスパッタリングターゲット２００では、凸部４２を円柱形に形成することによって、スパッタリング中にターゲット材が消耗しても、熱応力、冷却による押圧力、負圧などの外力によって、スパッタリング中にターゲット材が著しく変形することを抑制することができるなどの上記の効果が得られるので好ましい。
【００８１】
（スパッタリングターゲットのスパッタリング時における変形または変形量）
スパッタリング中においてスパッタリングターゲット１００および２００のターゲット材２，４のぞれぞれは、スパッタリング面が、イオン化したアルゴンの衝突エネルギーによって加熱され得るが、バッキングプレート１，３と接する側の面は冷却水などの冷媒体によってバッキングプレート１，３を冷却することによって冷却され得る。このように、スパッタリングターゲット１００および２００のターゲット材２，４はそれぞれ、スパッタリングを受けるスパッタリング面は加熱され、スパッタリングを受けていない反対側の面（すなわち、ターゲット材２，４がそれぞれバッキングプレート１，３と接する側の面）は冷却され得るので、スパッタリング面とその反対側の面とで温度差が生じ、ターゲット材に熱応力が印加され得る。
【００８２】
また、スパッタリングターゲット１００または２００は、スパッタリング装置のチャンバ内に配置された状態で、ターゲット材２，４には、チャンバ内が真空状態にされることによる負圧、および、バッキングプレート１，３に対する冷媒体の供給による冷却媒体供給圧力（押圧力）などが印加され得る。
【００８３】
このように、スパッタリング中においてスパッタリングターゲット１００，２００のターゲット材２，４には、熱応力、負圧、押圧力などの外力が印加され得るので、ターゲット材はスパッタリング中に変形する恐れがあり、これらの外力によるターゲット材の変形に影響を及ぼし得る外力を評価することが望ましい。なお、本明細書中、ターゲット材の「変形」および「変形量」とは、外力を受けてターゲット材が反るなどして変形することまたは反った状態を「変形」とし、シミュレーションもしくは直接測定することにより、元の形状からの変形の程度を数量（ｍｍ）で表したものを「変形量」とする。
【００８４】
＜スパッタリングによるターゲット材の変形に影響を及ぼす外力の推定＞
ターゲット材２，４のスパッタリング中における変形量の解析を行うに先立って、まず、従来の通常のスパッタリングターゲットの使用後のターゲット材の変形量に基づいて、ターゲット材の変形に影響を与え得る熱応力、負圧、冷却による押圧力などの外力の推定を行った。通常、このような外力は、スパッタリング中に実際に測定することはできない。
【００８５】
外力の推定実験では、まず、従来の通常のスパッタリングターゲットを用いて、その変形量を実際に測定する。測定に用いた従来の通常のスパッタリングターゲットは、従来の通常の円形平板状（すなわち円盤状）のバッキングプレート（直径５２４ｍｍ、厚さ８．８ｍｍのアルミニウム合金製の円盤）（以下、「通常バッキングプレート」）に、従来の通常の円形平板状（すなわち円盤状）のターゲット材（直径４４３ｍｍ、厚さ１２．７ｍｍのアルミニウム製の円盤）（以下、「通常ターゲット材」）が、拡散接合によって同軸上に接合された、一般的に使用され得るスパッタリングターゲット（以下、「通常スパッタリングターゲット」または「サンプル５」という）である。
【００８６】
図３は、使用後の従来の通常のスパッタリングターゲットにおけるターゲット材の変形量を実測した結果を示すグラフである。図３のグラフにおいて、横軸は、通常スパッタリングターゲットのターゲット材（以下、「通常ターゲット材」という）の中心からの距離（ｍｍ）を示し、縦軸は、変形量（ｍｍ）の実測値を示す。図３のグラフにおける曲線Ａから明らかなように、通常ターゲット材は、スパッタリング面の中心において最大変形量（＝２．２６４ｍｍ）を示し、その中心から半径方向外側になるにつれて変形量が小さくなる。
【００８７】
図４は、使用後の通常スパッタリングターゲットにおける通常ターゲット材のスパッタリング領域における実際に測定したエロージョン形状を表す残厚プロファイルを示すグラフである。図４のグラフにおいて、横軸は、通常ターゲット材の中心からの距離（ｍｍ）を示し、縦軸は、使用後の通常ターゲット材における残厚（ｍｍ）を示す。使用後の通常ターゲット材は、曲線Ｂの残厚プロファイルで表されるエロージョン形状を有する。
【００８８】
次に、このような通常ターゲット材のスパッタリング領域におけるエロージョン形状に基づいて、有限要素法（ＦＥＭ）を用いた変形解析を行った。
【００８９】
図５は、スパッタリングによる従来の通常のスパッタリングターゲットの有限要素モデルを示す図であり、通常ターゲット材の変形に影響を及ぼす外力を推定する解析に使用したものである。図５に示す有限要素モデル３００Ｍは、使用後の通常スパッタリングターゲットを想定し、スパッタリングターゲットの中心（図５左側）から半径方向外側の端部までの断面をモデル化したものである。なお、有限要素モデル３００Ｍでは、使用後の通常スパッタリングターゲットは、円形平板状（円盤状）のバッキングプレート５に通常ターゲット材６が接合されたものであり、通常ターゲット材６は図５に示すエロージョン形状を有する。また、図５では、各要素エリアを表す境界線を省略している。
なお、図５の有限要素モデル３００Ｍは、図４の実際に測定したエロージョン形状に基づいて、モデル化を行った。
【００９０】
変形解析に用いる計算条件を、表１に示す。
【００９１】
【表１】
【００９２】
表中、「ＡＮＳＹＳ １１．０」は、サイバネットシステム（株）から入手可能である。
【００９３】
図６は、有限要素モデル３００Ｍに温度および圧力を印加したときのターゲット材の変形量を表す変形解析結果を示すグラフである。図６のグラフは、有限要素モデル３００Ｍの通常ターゲット材６において、バッキングプレート５に接する面が６０℃に冷却された状態で、スパッタリング面の温度を図６（ａ）では１００℃、図６（ｂ）では１２０℃、図６（ｃ）では１４０℃とし、バッキングプレート５に接する側の面の圧力（押圧力）を０．２ＭＰａ、０．４ＭＰａまたは０．６ＭＰａとし、その後、通常ターゲット材６の両面の温度を常温として圧力を除荷したときの通常ターゲット材６の永久変形量を示している。図６のグラフにおいて、横軸は、通常ターゲット材６の中心からの距離（ｍｍ）を示し、縦軸は、永久変形量（ｍｍ）を示す。
【００９４】
図６（ａ）は、通常ターゲット材６のスパッタリング面が１００℃に加熱されたときの変形量の解析結果を示し、曲線Ｃ１が、バッキングプレート５側の面に０．２ＭＰａの圧力が印加されたときの通常ターゲット材６の永久変形量、曲線Ｃ２が、バッキングプレート５側の面に０．４ＭＰａの圧力が印加されたときの通常ターゲット材６の永久変形量、曲線Ｃ３が、バッキングプレート５側の面に０．６ＭＰａの圧力が印加されたときの通常ターゲット材６の永久変形量を表す。
【００９５】
また、図６（ｂ）は、通常ターゲット材６のスパッタリング面が１２０℃に加熱されたときの変形量の解析結果を示し、曲線Ｄ１が、バッキングプレート５側の面に０．２ＭＰａの圧力が印加されたときの通常ターゲット材６の永久変形量、曲線Ｄ２が、バッキングプレート５側の面に０．４ＭＰａの圧力が印加されたときの通常ターゲット材６の永久変形量、曲線Ｄ３が、バッキングプレート５側の面に０．６ＭＰａの圧力が印加されたときの通常ターゲット材６の永久変形量を表す。
【００９６】
また、図６（ｃ）は、通常ターゲット材６のスパッタリング面が１４０℃に加熱されたときの変形量の解析結果を示し、曲線Ｅ１が、バッキングプレート５側の面に０．２ＭＰａの圧力が印加されたときの通常ターゲット材６の永久変形量、曲線Ｅ２が、バッキングプレート５側の面に０．４ＭＰａの圧力が印加されたときの通常ターゲット材６の永久変形量、曲線Ｅ３が、バッキングプレート５側の面に０．６ＭＰａの圧力が印加されたときの通常ターゲット材６の永久変形量を表す。
【００９７】
図６のグラフから明らかなように、通常ターゲット材６は、スパッタリング面の中心において最大変形量を示し、その中心から半径方向外側になるにつれて変形量が小さくなる。また、圧力が大きくなるにつれて変形量は大きくなるが、スパッタリング面の温度の違いによる影響はほとんどない。
【００９８】
図７は、ターゲット材の変形解析結果に基づいた圧力と最大変形量との関係を示すグラフである。図７のグラフは、図６の解析結果に基づいたものである。図７のグラフにおいて、横軸は、通常ターゲット材６に印加される圧力（ＭＰａ）を示し、縦軸は、最大変形量（ｍｍ）を示す。図７のグラフから明らかなように、圧力と最大変形量とは直線Ｆの関係を示し、圧力の増加に応じて最大変形量が大きくなる。この直線Ｆより、図３で示した実際のスパッタリング使用後のスパッタリングターゲットにおけるターゲット材の最大変形量である「２．２６４ｍｍ」に対応する圧力は、「０．２７９ＭＰａ」となる。
【００９９】
以上の結果より、上記実験（図３、図４）のスパッタリング時においてターゲット材には、以下の表２に示す圧力および温度が印加されていると推定することができる。本明細書中、この圧力を「推定外力」と呼ぶ。なお、表２の推定外力において、ターゲット材のバッキングプレートと接する面に付与される温度を「６０℃」、スパッタリング面に付与される温度を「１２０℃」としたのは、温度の違いによる変形量に及ぼす影響がほとんどないという、図６の結果に基づくものである。
【０１００】
【表２】
【０１０１】
次に、表２に示す推定外力を用いて、図５に示す有限要素モデル３００Ｍによる有限要素法の変形解析を行った。なお、変形解析の計算条件は、表１の条件を用いた。変形解析結果を図８に示す。
【０１０２】
図８は、ターゲット材の実測変形値に対する変形解析結果の一致性を示すグラフである。図８のグラフにおいて、曲線Ａは、図３に示した使用後のターゲット材の実測変形値を表すものであり、曲線Ｇは、変形解析結果によるものである。なお、図８のグラフは、ターゲット材に対して、表２に示す推定外力を印加した後、温度を常温で圧力を除荷したときのターゲット材の永久変形量を示している。
【０１０３】
図８より、変形解析結果は、実測変形値とほぼ一致することが分かった。すなわち、表２に示す推定外力は、スパッタリング時にターゲット材に印加される外力として妥当であると判断できる。
【０１０４】
＜スパッタリング時におけるターゲット材の変形解析＞
表２に示す推定外力を用いて、図１に示した本実施形態のスパッタリングターゲット１００、および、図２に示した本実施形態のスパッタリングターゲット２００に対する有限要素法の変形解析を行った。なお、変形解析の計算条件は、表１の条件を用いた。
変形解析に用いたスパッタリングターゲットの構成を、表３に示す。
【０１０５】
【表３】
【０１０６】
図９は、ターゲット材に対してスパッタリング時の推定外力を印加したときの変形量を表す変形解析結果を示すグラフである。図９のグラフにおいて、横軸は、ターゲット材の中心からの距離（ｍｍ）を示し、縦軸は、変形量（ｍｍ）を示す。
【０１０７】
図９（ａ）は、スパッタリング中のターゲット材の変形を想定し、表２に示す推定外力を印加したときのターゲット材の変形量を示している。図９（ａ）のグラフにおいて、曲線Ｈ１は、表３のサンプル１の変形解析結果を示し、曲線Ｈ２は、表３のサンプル２の変形解析結果を示し、曲線Ｈ３は、表３のサンプル３の変形解析結果を示し、曲線Ｈ４は、表３のサンプル４の変形解析結果を示し、曲線Ｈ５は、表３のサンプル５の変形解析結果を示す。
【０１０８】
図９（ａ）のグラフより、サンプル１は、凸部２２に対応して中央部の厚みが厚くされたターゲット材２を有するスパッタリングターゲット１００（図１）であり、熱応力、負圧を含む冷却媒体供給圧力（押圧力）などの外力からなる推定外力が印加されることによる変形量をサンプル５（均一な厚みを有する円形平板状のターゲット材を有する通常スパッタリングターゲット）よりも小さくすることができる。さらに、図９（ａ）のグラフより、サンプル２〜４は、嵌合部の凸部４２に対応して中央部の厚みが厚くされたターゲット材４を有するスパッタリングターゲット２００（図２）であり、推定外力が印加されることによる変形量を、通常スパッタリングターゲットを表すサンプル５と、ほぼ同等の変形量にすることができ、過度の変形は抑制することができる。
【０１０９】
また、図９（ｂ）は、スパッタリング後のターゲット材の永久変形を想定し、表２に示す推定外力を印加した後、温度を常温で圧力を除荷したときのターゲット材の永久変形量を示している。図９（ｂ）のグラフにおいて、曲線Ｊ１は、表３のサンプル１の変形解析結果を示し、曲線Ｊ２は、表３のサンプル２の変形解析結果を示し、曲線Ｊ３は、表３のサンプル３の変形解析結果を示し、曲線Ｊ４は、表３のサンプル４の変形解析結果を示し、曲線Ｊ５は、表３のサンプル５の変形解析結果を示す。
【０１１０】
図９（ｂ）のグラフより、スパッタリングターゲット１００のサンプル１は、推定外力が印加された後の永久変形量を、通常スパッタリングターゲットのサンプル５よりも、小さくすることができる。さらに、図９（ｂ）のグラフより、スパッタリングターゲット２００のサンプル２〜４は、推定外力が印加された後の永久変形量を、通常スパッタリングターゲットを表すサンプル５と、ほぼ同等の永久変形量にすることができ、過度の永久変形は抑制することができる。
【０１１１】
＜スパッタリング時におけるエロージョン形状を有するターゲット材の変形解析＞
次に、スパッタリングによってエロージョンが発生した場合の変形解析を行った。なお、変形解析の計算条件は、表１の条件を用いた。また、変形解析に用いたサンプルは、表３に示したサンプル１〜５である。
【０１１２】
まず、サンプル１〜５における、ターゲット材のエロージョン形状を設定した。図１０および図１１は、推定外力が印加された時の変形解析に用いるターゲット材のエロージョン形状を示す図である。
【０１１３】
図１０（ａ）は、図４に示した使用後の通常スパッタリングターゲットにおける実際の残厚プロファイル（図４）を参考にして作成したスパッタリングターゲット１００（サンプル１）におけるターゲット材２のエロージョン形状を表す残厚プロファイルを示すグラフである。図１０（ａ）のグラフにおいて、横軸は、ターゲット材２の中心からの距離（ｍｍ）を示し、縦軸は、ターゲット材２における残厚（ｍｍ）を示す。ターゲット材２は、曲線Ｋの残厚プロファイルで表されるエロージョン形状を有するものと設定した。
【０１１４】
図１０（ｂ）は、スパッタリング時のスパッタリングターゲット１００（サンプル１）を想定し、中心（図１０（ｂ）左側）から半径方向外側の端部までの断面をモデル化した有限要素モデル１００Ｍを示す。なお、図１０（ｂ）中、バッキングプレート１に接合したターゲット材２は、図１０（ａ）の曲線Ｋの残厚プロファイルで表されるエロージョン形状を有する。図１０（ｂ）では、各要素エリアを表す境界線を省略している。
【０１１５】
図１１（ａ）は、図４に示した使用後の通常スパッタリングターゲットにおける実際の残厚プロファイル（図４）を参考にして作成したスパッタリングターゲット２００（サンプル２〜４）におけるターゲット材４のエロージョン形状を表す残厚プロファイルを示すグラフである。図１１（ａ）のグラフにおいて、横軸は、ターゲット材４の中心からの距離（ｍｍ）を示し、縦軸は、ターゲット材４における残厚（ｍｍ）を示す。ターゲット材４は、図１１（ａ）の曲線Ｌ１の残厚プロファイルで表されるエロージョン形状を有するものとして設定した。
【０１１６】
図１１（ｂ）は、スパッタリング時のスパッタリングターゲット２００（サンプル２〜４）を想定し、中心（図１１（ｂ）左側）から半径方向外側の端部までの断面をモデル化した有限要素モデル２００Ｍを示す。なお、図１１（ｂ）中、バッキングプレート３に接合したターゲット材４は、図１１（ａ）の曲線Ｌ１の残厚プロファイルで表されるエロージョン形状を有する。図１１（ｂ）では、各要素エリアを表す境界線を省略している。
【０１１７】
なお、通常スパッタリングターゲットであるサンプル５については、エロージョン形状を示す残厚プロファイルとして、図４で示した実際の残厚プロファイルを用い、変形解析のための有限要素モデルとして、図５で示した有限要素モデル３００Ｍを用いた。
【０１１８】
図１２は、スパッタリング時にエロージョン形状を有するターゲット材（すなわちエロージョンされたターゲット材）に推定外力を印加したときの変形量を表す変形解析結果を示すグラフである。図１２のグラフにおいて、横軸は、ターゲット材の中心からの距離（ｍｍ）を示し、縦軸は、変形量（ｍｍ）を示す。
【０１１９】
図１２（ａ）は、スパッタリング中におけるエロージョン形状を有するターゲット材の変形を想定し、表２に示す推定外力を印加したときのターゲット材の変形量を示している。図１２（ａ）のグラフにおいて、曲線Ｐ１は、エロージョン形状を有するサンプル１の変形解析結果を示し、曲線Ｐ２は、エロージョン形状を有するサンプル２の変形解析結果を示し、曲線Ｐ３は、エロージョン形状を有するサンプル３の変形解析結果を示し、曲線Ｐ４は、エロージョン形状を有するサンプル４の変形解析結果を示し、曲線Ｐ５は、エロージョン形状を有するサンプル５の変形解析結果を示す。サンプル１〜５としては、いずれもエロージョン形状を有する（すなわち、エロージョンされている）場合を想定した上記の各有限要素モデルを適用した（後述図１２（ｂ）時等）。
【０１２０】
図１２（ａ）のグラフより、スパッタリングターゲット１００のサンプル１は、凸部２２に対応して中央部の厚みが厚くされたターゲット材２を有し、推定外力が印加されることによる変形量を、サンプル５と、ほぼ同等の変形量にすることができ、過度の変形を抑制することができる。なお、サンプル５は、均一な厚みを有する円形平板状（円盤状）のターゲット材を有する通常スパッタリングターゲットである。さらに、図１２（ａ）のグラフより、スパッタリングターゲット２００のサンプル２〜４は、嵌合部の凸部４２に対応して中央部の厚みが厚くされたターゲット材４を有し、推定外力が印加されることによる変形量を、許容範囲内に抑えることができ、過度の変形を抑制することができる。
【０１２１】
また、図１２（ｂ）は、エロージョン形状を有するターゲット材のスパッタリング後における永久変形を想定し、表２に示す推定外力を印加した後、ターゲット材の両面の温度を常温として圧力を除荷したときのターゲット材の永久変形量を示している。図１２（ｂ）のグラフにおいて、曲線Ｑ１は、エロージョン形状を有するサンプル１の変形解析結果を示し、曲線Ｑ２は、エロージョン形状を有するサンプル２の変形解析結果を示し、曲線Ｑ３は、エロージョン形状を有するサンプル３の変形解析結果を示し、曲線Ｑ４は、エロージョン形状を有するサンプル４の変形解析結果を示し、曲線Ｑ５は、エロージョン形状を有するサンプル５の変形解析結果を示す。
【０１２２】
図１２（ｂ）のグラフより、スパッタリングターゲット１００，２００においてエロージョン形状を有するサンプル１，２は、それぞれ、推定外力が印加された後の永久変形量を、通常スパッタリングターゲットにおいてエロージョン形状を有するサンプル５よりも、小さくすることができる。さらに、図１２（ｂ）のグラフより、スパッタリングターゲット２００においてエロージョン形状を有するサンプル３，４は、推定外力が印加された後の永久変形量を、通常スパッタリングターゲットにおいてエロージョン形状を有するサンプル５と、ほぼ同等の永久変形量にすることができ、過度の永久変形は抑制することができる。
【０１２３】
以上のように、本実施形態のスパッタリングターゲット１００，２００は、いずれも、スパッタリングによって激しく消耗する中央部の厚みが厚くされたターゲット材２，４を有して長寿命化を図ることができるとともに、スパッタリング中の熱応力、負圧を含む冷却媒体供給圧力（押圧力）などの外力が印加されることによる変形量（スパッタリング中の変形量およびスパッタリング後の永久変形量の両方）を、均一な厚みを有する通常の円形平板状（円盤状）のターゲット材よりも小さいか、少なくとも同等の変形量にすることができ、過度の変形は抑制することができる。
【０１２４】
このように、本発明では、通常のスパッタリングターゲットの変形量およびエロージョンプロファイル（図３、４）から、有限要素モデル化（図５）を行って解析することによって、その解析結果（図６）から、スパッタリング中に印加され得る外力を推定することができた。また、図４のエロージョンプロファイルに基づいて、本発明の第１実施形態および第２実施形態のスパッタリングターゲットを有限要素モデル化（図１０（ｂ）、図１１（ｂ））し、上記で推定した外力を適用して解析すると、ターゲット材の変形（スパッタリング中の変形およびスパッタリング後の永久変形の両方）を許容の範囲内に抑制できることがわかった。
【０１２５】
従って、本発明では、第１実施形態および第２実施形態のように、ターゲット材の厚みを中央部で大きくすることによって、ターゲット材の長寿命化が達成できるだけでなく、スパッタリング中およびスパッタリング後の変形を許容の範囲に抑制することができた。
【産業上の利用可能性】
【０１２６】
本発明のスパッタリングターゲットは、長寿命であり、なおかつ、スパッタリング中の変形およびスパッタリング後の永久変形を許容の範囲内に抑制することができるので、従来のスパッタリングターゲットの代替品として非常に有益である。
【０１２７】
本願は、２０１１年７月７日に日本国で出願された特願２０１１−１５１２８８を基礎としてその優先権を主張するものであり、その内容はすべて本明細書中に参照することにより援用される。
【符号の説明】
【０１２８】
１，３ バッキングプレート
２，４ ターゲット材
２１，４１ 基部
２２ 凸部（または突出部）
３１ 基材
３２ 凹部
４２ 凸部（または嵌合部）
１００，２００ スパッタリングターゲット
１００Ｍ，２００Ｍ，３００Ｍ 有限要素モデル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スパッタリング法によって基板上に薄膜を形成するときに用いるスパッタリングターゲット、ターゲット材およびバッキングプレートに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラス基板上に薄膜デバイスを作製する液晶ディスプレイあるいはプラズマディスプレイ、薄膜センサー等に用いる電気配線膜、電極等には従来から主に高融点金属である純Ｃｒ膜、純Ｔａ膜、純Ｔｉ膜等の純金属膜またはそれらの合金膜が用いられていた。
【０００３】
そして、近年、ディスプレイの大型化、高精細化に伴い、配線膜、電極膜には信号の遅延を防止するために低抵抗化、低応力化とそれらの特性の安定化が要求されている。そのため、上述の金属膜より、さらに低抵抗な高純度アルミニウム膜を用いるようになってきている。
【０００４】
上記基板に形成される金属の薄膜は、基板と、薄膜を形成する際の原料となる材料であるターゲット材との間でプラズマ放電を形成し、イオン化したアルゴンがターゲット材に衝突するエネルギーでターゲット材を構成している原子をたたき出し、その原子を基板に堆積させて薄膜を形成する手法、いわゆるスパッタリング法により形成される。
【０００５】
スパッタリング法を実現するためのスパッタリング装置においては、プラズマ放電空間を形成するチャンバ内の所定位置に、ターゲット材を有するスパッタリングターゲットが配置され得る。
【０００６】
スパッタリングターゲットは、一般に、ターゲット材がバッキングプレートと呼ばれる支持部材に載置されてなる。スパッタリング中においてバッキングプレートは、冷却水などの冷媒体によって冷却され得る。スパッタリング中には、イオン化したアルゴンが衝突するエネルギーによって、ターゲット材の温度は上昇するが、バッキングプレートが冷却されることによって、ターゲット材の温度が過度に上昇するのを防止することができる。
【０００７】
一般に、このような従来のスパッタリングターゲットにおいて、スパッタリングによってターゲット材が消耗する部分は、ターゲット材に対して均一ではなく、特にスパッタリング効率を増大させたマグネトロンスパッタリングを使用する場合においては、ターゲット材に印加される表面磁場によって電子が特定の軌道に集中するために、ターゲット材の表面が局部的に消耗する傾向が強い。特に、従来のスパッタリングターゲットのターゲット材では、マグネトロンでスパッタリングを行うと、ターゲット材の中心部から円環状に消耗する傾向がある。
【０００８】
スパッタリングターゲットのターゲット材が局部的に激しく消耗すると、そのターゲット材を交換せざるを得ないので、ターゲット材の長寿命化の技術についての検討が行われている。
【０００９】
たとえば、特許文献１には、周縁端部の近傍に円環状に凹部を有するバッキングプレートと、前記凹部内に嵌合する凸部を周縁端部の近傍に円環状に有するターゲット材とを含むスパッタリングターゲットが開示されている。すなわち、特許文献１に開示されるスパッタリングターゲットは、周縁端部の近傍における厚みが円環状に厚くされたターゲット材を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００９−１４４１８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、スパッタリング中においてスパッタリングターゲットのターゲット材は、スパッタリング面が、イオン化したアルゴンの衝突エネルギーによって加熱され得るが、バッキングプレートと接する面は冷却され得る。このように、スパッタリングターゲットのターゲット材は、スパッタリング中にスパッタリング面が加熱され得るが、バッキングプレートと接する面は冷却され得るので、スパッタリング面の温度と、バッキングプレートと接する面の温度とに差が生じ、スパッタリング中にターゲット材に熱応力が印加され得る。
【００１２】
また、スパッタリングターゲットがスパッタリング装置のチャンバ内に配置された状態で、ターゲット材には様々な外力が印加され得る。例えば、ターゲット材には、チャンバ内が真空状態にされることによる負圧が印加され、ターゲット材のバッキングプレートと接する面には、バッキングプレートに対する冷媒体の供給による冷却媒体供給圧力（押圧力）が印加され得る。
【００１３】
このように、スパッタリング中において、スパッタリングターゲットのターゲット材には、熱応力、負圧、押圧力などの外力が印加され得るので、スパッタリング中にターゲット材が変形するおそれがある。
【００１４】
特に、マグネトロンでターゲット材をスパッタリングすると、ターゲット材のスパッタリング面は円環状に局部的に消耗（エロージョン）し、スパッタリング中に印加され得る上記の外力によって、ターゲット材が著しく変形することが問題であった。
【００１５】
なお、特許文献１に開示されるスパッタリングターゲットでは、スパッタリング中におけるターゲット材での変形は全く考慮されていない。
【００１６】
このように、スパッタリング中にターゲット材が局所的に著しく消耗して変形すると、ターゲット材の組織中に割れなどの内部欠陥が生じるおそれがある。また、このように、ターゲット材に内部欠陥が生じた場合には、スパッタリング中に、その内部欠陥に電荷が集中しやすくなり、異常放電が発生しやすくなり、スパッタリングによる薄膜の形成に異常や欠陥が発生しやすくなる。
【００１７】
したがって、本発明の目的は、ターゲット材の長寿命化を図ることができるとともに、スパッタリング中に局所的に消耗するターゲット材の外力による変形を抑制することができるスパッタリングターゲット、ターゲット材およびバッキングプレートを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、以下の構成を包含する解決手段を見出し、本発明を完成するに至った。
【００１９】
［１］
板状のバッキングプレートと、
前記バッキングプレートに載置するターゲット材と
を含むスパッタリングターゲットであって、
前記ターゲット材が、
前記バッキングプレートに接する板状の基部と、
前記基部の前記バッキングプレートと接する面とは反対側の面の中央部に前記基部と同軸かつ一体的に形成された凸部と、
を有することを特徴とする、スパッタリングターゲット。
【００２０】
［２］
前記凸部が円錐台形状である上記［１］に記載のスパッタリングターゲット。
【００２１】
［３］
板状のバッキングプレートと、
前記バッキングプレートに載置するターゲット材と、
を含むスパッタリングターゲットであって、
前記ターゲット材が、
前記バッキングプレートに接する板状の基部と、
前記基部の前記バッキングプレートと接する面の中央部に前記基部と同軸かつ一体的に形成された凸部と、
を有し、
前記バッキングプレートは、前記ターゲット材と接する面の中央部に前記ターゲット材の前記凸部と嵌合する凹部を有することを特徴とする、スパッタリングターゲット。
【００２２】
［４］
前記凸部が円柱形である上記［３］に記載のスパッタリングターゲット。
【００２３】
［５］
スパッタリングターゲットにおいてバッキングプレートに載置して用いられるターゲット材であって、
前記バッキングプレートに接する板状の基部と、
前記基部の前記バッキングプレートと接する面とは反対側の面の中央部に前記基部と同軸かつ一体的に形成された凸部と、
を有することを特徴とする、ターゲット材。
【００２４】
［６］
前記凸部が円錐台形状である上記［５］に記載のターゲット材。
【００２５】
［７］
スパッタリングターゲットにおいてバッキングプレートに載置して用いられるターゲット材であって、
前記バッキングプレートに接する板状の基部と、
前記基部の前記バッキングプレートと接する面の中央部に前記基部と同軸かつ一体的に形成された凸部と、
を有することを特徴とする、ターゲット材。
【００２６】
［８］
前記凸部が円柱形である上記［７］に記載のターゲット材。
【００２７】
［９］
前記凸部が、前記バッキングプレートの前記ターゲット材と接する面の中央部に形成された凹部と嵌合する、上記［７］または［８］に記載のターゲット材。
【００２８】
［１０］
スパッタリングターゲットにおいてターゲット材を支持するために用いられるバッキングプレートであって、前記ターゲット材と接する面の中央部に凹部を有するバッキングプレート。
【００２９】
［１１］
前記凹部が円柱形である上記［１０］に記載のバッキングプレート。
【００３０】
［１２］
前記凹部が、前記ターゲット材の前記バッキングプレートと接する面の中央部に形成された凸部と嵌合する上記［１０］または［１１］に記載のバッキングプレート。
【発明の効果】
【００３１】
本発明のスパッタリングターゲットは、スパッタリング時に激しく消耗する中央部の厚みが厚くされたターゲット材を有するので、長寿命化を図ることができる。従って、本発明のスパッタリングターゲットは、より長期間にわたって、スパッタリングに供することができる。
【００３２】
また、本発明のスパッタリングターゲットでは、ターゲット材の凸部の高さの分だけ中央部の厚みが厚くされているので、スパッタリング中にターゲット材が消耗（エロージョン）し、なおかつ、消耗した（エロージョン形状を有する）ターゲット材に熱応力、負圧および冷却媒体供給圧力（押圧力）などの外力が印加された場合であっても、ターゲット材の変形を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１実施形態に係るスパッタリングターゲット１００の構成を示す図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係るスパッタリングターゲット２００の構成を示す図である。
【図３】従来の通常のスパッタリングターゲットの使用後のターゲット材の変形量を実測した結果を示すグラフである。
【図４】従来の通常のスパッタリングターゲットの使用後のターゲット材のエロージョン形状を表す残厚プロファイルを実測した結果を示すグラフである。
【図５】従来の通常のスパッタリングターゲットの有限要素モデルを示す図である。
【図６】従来の通常のスパッタリングターゲットのスパッタリング中に種々の温度および圧力を付与したときのターゲット材の変形量を表す変形解析結果を示すグラフである。
【図７】従来の通常のスパッタリングターゲットのターゲット材の図６の変形解析結果に基づいた圧力と最大変形量との関係を示すグラフである。
【図８】従来の通常のスパッタリングターゲットのターゲット材の実測変形値（曲線Ａ）に対する変形解析結果（曲線Ｇ）の一致性を示すグラフである。
【図９】エロージョン形状を有しない本発明のスパッタリングターゲットのターゲット材に対して、スパッタリング時に推定外力を印加したときのターゲット材の変形量を表す変形解析結果を示すグラフである。
【図１０】推定外力を印加したときの変形解析に用いる本発明の第１実施形態のスパッタリングターゲットのターゲット材のエロージョン形状を示す図である。
【図１１】推定外力を印加したときの変形解析に用いる本発明の第２実施形態のスパッタリングターゲットのターゲット材のエロージョン形状を示す図である。
【図１２】エロージョン形状を有する（エロージョンされた）本発明のスパッタリングターゲットのターゲット材に対して、スパッタリング時に推定外力を印加したときの変形量を表す変形解析結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
（本発明の実施形態のスパッタリングターゲットの構成）
本発明の「スパッタリングターゲット」は、マグネトロンスパッタリング装置などのスパッタリング装置において、配線膜や電極膜などの金属膜を基板上に形成するときに用いることができるものであり、スパッタリングを受ける表面（スパッタリング面またはスパッタ面と呼ばれる表面）を有する「ターゲット材」と、スパッタリング中にターゲット材を裏側（スパッタリング面の反対側の面）から支持する「バッキングプレート」とを備える。
【００３５】
図１は、本発明の第１実施形態に係るスパッタリングターゲット１００の構成を示す。本発明の第１実施形態に係るスパッタリングターゲット１００は、板状（好ましくは円形板状、すなわち円盤状）のバッキングプレート１と、バッキングプレート１に載置することのできるターゲット材２とを含む。ターゲット材２は、バッキングプレート１に接することのできる板状（好ましくは円形板状、すなわち円盤状）の基部２１と、基部２１がバッキングプレート１と接する面とは反対側の面の中央部に基部２１と同軸かつ一体的に形成された凸部２２とを有する。図１（ａ）は、本発明の第１実施形態に係るスパッタリングターゲット１００の一部を切り欠いた斜視図を示し、図１（ｂ）は、スパッタリングターゲット１００の部分断面図を示す。
【００３６】
バッキングプレート１は、スパッタリング中に、ターゲット材２を裏側（スパッタリング面とは反対側の面）から支持するものであり、バッキングプレート１のターゲット材２と接する面とは反対側の面が冷却水などの冷媒体によって冷却され得る。バッキングプレート１は、図１において、円形平板状（すなわち円盤状）で示されているが、本発明において、バッキングプレートの形状は、板状であればよく、円盤状に限定されるものではない。
【００３７】
また、バッキングプレート１を構成する材料に特に限定はなく、例えば金属を含み、本実施形態では、例えば、アルミニウム合金（例えば、Ａｌ−２０２４など）などから構成することができる。
【００３８】
バッキングプレート１が図１に示すように円盤状である場合、バッキングプレート１の直径ｄ１は、たとえば３００ｍｍ〜６００ｍｍ、好ましくは４００ｍｍ〜６００ｍｍ、より好ましくは５００ｍｍ〜６００ｍｍであり、本実施形態では５２４ｍｍである。また、バッキングプレート１の厚みＹ１は、たとえば５ｍｍ〜２０ｍｍ、好ましくは５ｍｍ〜１５ｍｍ、より好ましくは５ｍｍ〜１０ｍｍであり、本実施形態では８．８ｍｍである。
【００３９】
ターゲット材２は、バッキングプレート１に載置することができ、バッキングプレート１によって支持され得る。従って、ターゲット材２は、バッキングプレート１と接している面とは反対側の面がスパッタリング面となる。ターゲット材２は、導電性の材料から構成されていればよく、通常は金属を含み、例えば、アルミニウムなどから構成することができ、好ましくは、アルミニウムから構成することができ、本実施形態では、アルミニウムから構成することが特に好ましい。
【００４０】
本発明において、ターゲット材２は、基部２１と、その中央部に凸部（または突出部）２２とを含んで構成される。
【００４１】
基部２１は、板状であればその形状に特に限定はなく、図１に示すように円形平板状（すなわち円盤状）に形成されることが好ましいが、本発明において、基部２１の形状は、円盤状に限定されるものではない。基部２１は、面２１ｂにおいて、バッキングプレート１と接して載置することができる。
【００４２】
本発明において、基部２１の中央部とは、基部２１の幾何学的形状の中心およびその周囲を意味し、例えば、基部２１が図１に示すように円形である場合には円の中心およびその周囲を意味し、正方形、四角形などの矩形または多角形などの場合にはその対角線の交点およびその周囲を意味する。また、本発明において、基部２１の軸線とは、基部２１の幾何学的形状の中心から板状の基部２１の平面に対して垂直の方向にのびる軸線を意味する（例えば、図１の軸線Ｌ）。
【００４３】
この基部２１の軸線Ｌは、バッキングプレート１の軸線すなわち、バッキングプレート１の幾何学的形状の中心からプレート面に対して垂直の方向にのびる軸線と同軸であることが好ましい。特に、基部２１とバッキングプレート１とが共に円盤状である場合、基部２１は、バッキングプレート１と同心円状に配置することができる。
【００４４】
ターゲット材２の基部２１が円盤状である場合、基部２１の直径（すなわち、基部２１のバッキングプレート１と接する面２１ｂの直径）ｄ２は、たとえば１００ｍｍ〜５００ｍｍ、好ましくは３００ｍｍ〜５００ｍｍ、より好ましくは４００ｍｍ〜５００ｍｍであり、本実施形態では４４３ｍｍである。また、基部２１の厚み（すなわち、ターゲット材２の凸部２２を除く部分の平均の厚み）Ｙ２は、たとえば５ｍｍ〜２０ｍｍ、好ましくは７．５ｍｍ〜２０ｍｍ、より好ましくは１０ｍｍ〜２０ｍｍであり、本実施形態では１２．７ｍｍである。なお、本発明において、基部２１のバッキングプレート１に接する面２１ｂとは反対側の面２１ａの直径は、たとえば１００ｍｍ〜５００ｍｍ、好ましくは３００ｍｍ〜５００ｍｍ、より好ましくは４００ｍｍ〜５００ｍｍであり、本実施形態では４３７ｍｍであり、基部２１のバッキングプレート１と接する面２１ｂの直径ｄ２と同じであっても、異なっていてもよいが、ｄ２よりも０ｍｍ〜３０ｍｍ、好ましくは０ｍｍ〜２０ｍｍ、より好ましくは０ｍｍ〜１０ｍｍ短い。すなわち、基部２１は円錐台形であってもよい。
【００４５】
この実施形態において、ｄ１：ｄ２の比は、特に限定されないが、例えば、１：０．５〜１：０．９、好ましくは１：０．７〜１：０．９、より好ましくは１：０．８〜１：０．９である。
【００４６】
凸部２２は、基部２１の中央部、すなわち、基部２１のバッキングプレート１に接する面２１ｂとは反対側の面（すなわちスパッタリング面）２１ａの中央部から突出し、凸部２２は、基部２１の軸線Ｌに同軸に、かつ基部２１に一体的に形成され得る。凸部２２は、図１に示す通り、スパッタリング面を滑らか（平滑）にするなどの理由から、円錐台形状に形成されることが好ましい。しかし、凸部２２の形状は、円錐台形状に限定されることはなく、円柱状、球面状などの形状であってもよい。
【００４７】
凸部２２が円錐台形状である場合、凸部２２の上底面２２ａの直径ｄ３は、たとえば１００ｍｍ〜２００ｍｍ、好ましくは１００ｍｍ〜１７５ｍｍ、より好ましくは１００ｍｍ〜１５０ｍｍであり、本実施形態では１２３ｍｍである。凸部２２の下底面（面２１ａと同一平面上にある）の直径ｄ４は、たとえば１２０ｍｍ〜２２０ｍｍ、好ましくは１２０ｍｍ〜１９５ｍｍ、より好ましくは１２０ｍｍ〜１７０ｍｍであり、本実施形態では１４３ｍｍである。また、凸部２２の上底面から下底面までの距離、すなわち、凸部２２の厚み（高さ）Ｙ３は、たとえば１ｍｍ〜５ｍｍ、好ましくは１ｍｍ〜４ｍｍ、より好ましくは１ｍｍ〜３ｍｍであり、本実施形態では２．３ｍｍである。ｄ３：Ｙ３の比は、例えば、２０：１〜２００：１、好ましくは２０：１〜１５０：１、より好ましくは２０：１〜１００：１である。
【００４８】
また、ターゲット材２において、凸部２２が円錐台形状である場合、凸部２２の上底面の直径ｄ３と、下底面の直径ｄ４との比は、ｄ３：ｄ４＝１：１〜１：２であり、好ましくは１：１〜１：１．７５、より好ましくは１：１〜１：１．５である。さらに、基部２１の直径ｄ２と、凸部２２の上底面の直径ｄ３との比は、ｄ２：ｄ３＝５：１〜２：１であり、好ましくは５：１〜４：１、より好ましくは５：１〜３：１である。
【００４９】
以上のように構成されるターゲット材２において、基部２１の面２１ａのうち、凸部２２が形成される領域以外の領域部分と、凸部２２の面２２ａとが、スパッタリングされ得るスパッタリング面となる。また、凸部２２が円錐台形状である場合、凸部２２のスパッタリング面２２ａと、基部２１のスパッタリング面２１ａとの間の傾斜面もスパッタリング面となり得る。
【００５０】
従って、本発明のスパッタリングターゲットにおいて、ターゲット材２は、前述したように、バッキングプレート１に接して設けられる基部２１と、基部２１のスパッタリング面２１ａの中央部に、基部２１の軸線Ｌに同軸に、かつ基部２１に一体的に形成され得る凸部２２とを有する。すなわち、本発明の第１実施形態のスパッタリングターゲット１００は、凸部２２の厚みＹ３の分だけ、ターゲット材２の厚みが、中央部で厚くなるように構成されていることを特徴とする。
【００５１】
バッキングプレート１へのターゲット材１の載置方法としては、特に限定はなく、例えば、拡散接合、はんだ接合などの方法で載置することができる。
【００５２】
従来のスパッタリングターゲットでは、スパッタリング中において、ターゲット材の中央部が円環状に激しく消耗する。これに対して、本実施形態のスパッタリングターゲット１００では、スパッタリングによって激しく消耗する中央部の厚みが厚くされたターゲット材２を有するので、長期間にわたって中央部、特に中央部の円環状での消耗（エロージョン）に耐え得ることができ、長寿命化を図ることができる。なお、本発明の第１実施形態のスパッタリングターゲット１００は、ターゲット材の中央部に凸部２２を設けることによって、凸部を有していない場合と比べて、寿命が１．０５〜１．１５倍、好ましくは１．０５〜１．２倍、より好ましくは１．０５〜１．２５倍となる。
【００５３】
また、本発明の第１実施形態のスパッタリングターゲット１００では、ターゲット材の中央部に凸部２２を設けていることから、スパッタリング中にターゲット材が消耗しても、熱応力、冷却による押圧力、負圧などの外力によって、スパッタリング中にターゲット材が著しく変形することを抑制することができる。
【００５４】
さらに、本発明の第１実施形態のスパッタリングターゲット１００では、凸部２２を円錐台形状に形成することによって、スパッタリング面が滑らか（平滑）となり、なおかつ、スパッタリング中にターゲット材が消耗しても、熱応力、冷却による押圧力、負圧などの外力によって、スパッタリング中にターゲット材が著しく変形することを抑制することができるなどの上記の効果が得られるので好ましい。
【００５５】
本発明の第２実施形態に係るスパッタリングターゲット２００の構成を図２に示す。本発明の第２実施形態に係るスパッタリングターゲット２００は、板状（好ましくは円形板状、すなわち円盤状）のバッキングプレート３と、バッキングプレート３に載置することのできるターゲット材４とを含む。ターゲット材４は、バッキングプレート３に接することのできる板状（好ましくは円形板状、すなわち円盤状）の基部４１と、基部４１のバッキングプレート３と接する面の中央部に基部４１と同軸かつ一体的に形成された凸部４２とを有する。また、バッキングプレート３は、ターゲット材４と接する面の中央部にターゲット材４の凸部４２と嵌合することのできる凹部３２を有する。図２（ａ）は、本発明の第２実施形態に係るスパッタリングターゲット２００の一部を切り欠いた斜視図を示し、図２（ｂ）は、スパッタリングターゲット２００の部分断面図を示す。
【００５６】
バッキングプレート３は、ターゲット材４を支持することができればその材料に特に限定はなく、例えば金属を含み、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金などから構成することができ、好ましくはアルミニム合金から構成することができ、特に好ましくは、本実施形態では、アルミニウム合金（例えば、Ａｌ−２０２４など）から構成され得る。バッキングプレート３は、板状、好ましくは円形平板状（すなわち円盤状）の基材３１を備え、基材３１は、ターゲット材４と接する面の中央部に、以下にて詳しく説明するターゲット材４の凸部４２の形状に対応して凸部４２と嵌合することのできる凹部３２を有する。なお、本発明において、基材３１の形状は、板状であればよく、円盤状に限定されることはない。
【００５７】
基材３１が円盤状である場合、基材３１の直径、すなわち、バッキングプレート３の直径ｄ５は、たとえば１００ｍｍ〜６００ｍｍ、好ましくは３００ｍｍ〜６００ｍｍ、より好ましくは５００ｍｍ〜６００ｍｍであり、本実施形態では５２４ｍｍである。また、基材３１の厚み、すなわち、バッキングプレート３の厚みＹ４は、たとえば５ｍｍ〜２０ｍｍ、好ましくは５ｍｍ〜１５ｍｍ、より好ましくは５ｍｍ〜１０ｍｍであり、本実施形態では８．８ｍｍである。
【００５８】
バッキングプレート３の中央部には、ターゲット材４の凸部４２と嵌合し得るように形成した凹部３２が設けられている。本発明において、バッキングプレート３の凹部３２と、ターゲット材４の凸部４２とが「嵌合」するとは、バッキングプレート３とターゲット材４とが、脱着可能または脱着不可能な状態で、バッキングプレート３の凹部３２と、ターゲット材４の凸部４２とが少なくとも部分的に結合または係合していることを意味する。凹部３２の形状は、凸部４２に対応して嵌合できるものであれば特に限定はないが、例えば、円柱状、球面状などの形状が挙げられ、加工の容易さなどの理由から、円柱状が特に好ましい。
【００５９】
バッキングプレート３の基材３１が円盤状であり、なおかつ凹部３２が円柱状である場合、凹部３２の中心（すなわち凹部の円柱の断面の円の中心）は、基材３１の中心と一致していることが好ましい。
【００６０】
凹部３２の深さ（凹部が円柱状である場合は円柱の高さ）は、凸部４２と嵌合することのできる大きさであれば特に限定はなく、例えば１ｍｍ〜５ｍｍ、好ましくは１ｍｍ〜４ｍｍ、より好ましくは１ｍｍ〜３ｍｍである。
【００６１】
凹部３２が円柱状である場合、凹部の断面の円の直径は、凸部４２と嵌合することのできる大きさであれば特に限定はなく、例えば５０ｍｍ〜２００ｍｍ、好ましくは５０ｍｍ〜１５０ｍｍ、より好ましくは７５ｍｍ〜１５０ｍｍ、さらにより好ましくは１００ｍｍ〜１５０ｍｍであり、断面の円の直径：円柱の高さとの比は、１５０：１〜１０：１、好ましくは１２５：１〜１０：１、より好ましくは１００：１〜１０：１である。
【００６２】
また、バッキングプレート３の基材３１が円盤状であり、なおかつ凹部３２が円柱状である場合、基材３１の直径：凹部３２の直径の比は、２：１〜１０：１、好ましくは２：１〜７：１、より好ましくは２：１〜５：１である。
【００６３】
ターゲット材４は、基部４１と、その中央部に凸部４２とを含んで構成される。ターゲット材４は、バッキングプレート３の凹部３２内に凸部４２が嵌合した状態で、バッキングプレート３に載置して支持され得る。従って、ターゲット材４のバッキングプレート３と接している面とは反対側の面４１ａがスパッタリング面となる。
【００６４】
ターゲット材４は、導電性の材料から構成されていればよく、通常は金属を含み、例えば、アルミニムなどから構成することができ、好ましくはアルミニムから構成することができ、本実施形態では、アルミニウムから構成することが特に好ましい。
【００６５】
ターゲット材４の基部４１の形状は、板状であれば特に限定はなく、図２に示されるように、円形平板状（すなわち円盤状）に形成されることが好ましい。しかし、基部４１の形状は、円盤状に限定されるものではない。
【００６６】
ターゲット材４の基部４１は、バッキングプレート３の基材３１の凹部３２が形成される側の面３１ａ（ただし凹部３２の部分は除く）に載置することができる。ターゲット材４の基部４１のバッキングプレート３と接する面の中央部には、バッキングプレート３の凹部３２と嵌合し得る凸部４２が基部４１と同軸かつ一体的に形成されている。
【００６７】
本発明において、基部４１の中央部とは、基部４１の幾何学的形状の中心およびその周囲を意味し、例えば、図２に示すように、基部４１が円形である場合には円の中心およびその周囲を意味し、正方形、四角形などの矩形または多角形などの場合にはその対角線の交点およびその周囲を意味する。また、本発明において、基部４１の軸線とは、基部４１の幾何学的形状の中心から板状の基部４１の平面に対して垂直の方向にのびる軸線を意味する（例えば、図２の軸線Ｌ）。
【００６８】
基部４１の軸線Ｌは、バッキングプレート３の軸線、すなわちバッキングプレート３の幾何学的形状の中心からプレート面に対して垂直方向にのびる軸線と同軸であることが好ましい。従って、この場合、ターゲット材４は、バッキングプレート３に同心円状に載置することができる。
【００６９】
ターゲット材４の基部４１が円盤状である場合、基部４１の直径（すなわち、基部４１がバッキングプレート３と接する面の直径）ｄ６は、たとえば１００ｍｍ〜５００ｍｍ、好ましくは３００ｍｍ〜５００ｍｍ、より好ましくは４００ｍｍ〜５００ｍｍであり、本実施形態では４４３ｍｍである。また、基部４１の厚みＹ５は、たとえば５ｍｍ〜２０ｍｍ、好ましくは７．５ｍｍ〜２０ｍｍ、より好ましくは１０ｍｍ〜２０ｍｍであり、本実施形態では１２．７ｍｍである。なお、本発明において、基部４１のバッキングプレート３と接する面とは反対側の面（すなわちスパッタリング面）４１ａの直径は、たとえば１００ｍｍ〜５００ｍｍ、好ましくは３００ｍｍ〜５００ｍｍ、より好ましくは４００ｍｍ〜５００ｍｍであり、本実施形態では４３７ｍｍであり、基部４１のバッキングプレート３と接する面の直径ｄ６と同じであっても、異なっていてもよいが、ｄ６よりも０ｍｍ〜３０ｍｍ、好ましくは０ｍｍ〜２０ｍｍ、より好ましくは０ｍｍ〜１０ｍｍ短い。すなわち、基部４１は、円錐台形であってもよい。
【００７０】
ターゲット材４の基部４１の直径ｄ６とバッキングプレート３の直径ｄ５との比（ｄ５：ｄ６）は、特に限定されないが、１：０．５〜１：０．９、好ましくは１：０．７〜１：０．９、より好ましくは１：０．８〜１：０．９である。
【００７１】
ターゲット材４の凸部４２は、ターゲット材４の基部４１がバッキングプレート３と接する面の側に突出し、バッキングプレート３の凹部３２と嵌合して嵌合部を形成することができる。ターゲット材４の凸部４２の形状は、例えば、円柱形、球面形などの形状に形成することが好ましく、そのなかでも、加工の容易さなどの理由から、円柱形であることが特に好ましい。ただし、円柱形に限定されることはない。
【００７２】
ターゲット材４の凸部４２の形状が円柱形である場合、凸部４２の直径（すなわち凸部４２の円柱の断面の円の直径）ｄ７は、たとえば１００ｍｍ〜２００ｍｍ、好ましくは１００ｍｍ〜１７５ｍｍ、より好ましくは１００ｍｍ〜１５０ｍｍであり、本実施形態では１２２．８ｍｍである。また、ターゲット材４の凸部４２が円柱形である場合、凸部４２の厚み（すなわち円柱の高さ）Ｙ６は、たとえば１ｍｍ〜５ｍｍ、好ましくは１ｍｍ〜４ｍｍ、より好ましくは２ｍｍ〜４ｍｍであり、本実施形態では３．０ｍｍである。ターゲット材４の凸部４２が円柱形である場合、ｄ７：Ｙ６の比は、２０：１〜２００：１、好ましくは２０：１〜１５０：１、より好ましくは２０：１〜１００：１である。
【００７３】
ターゲット材４の基部４１が円盤状であり、かつ凸部４２が円柱形である場合、ターゲット材４の中心と、凸部４２の円柱の断面の円の中心とが一致することが好ましく、基部４１の軸線Ｌと凸部４２の軸線（すなわち断面の円の中心から垂直方向にのびる軸線）とが同軸であり、基部４１と凸部４２とが同心円状に一体的に形成されることが好ましい。
【００７４】
また、ターゲット材４の凸部４２の形状とバッキングプレート３の凹部３２の形状とが同一であることが好ましく、加工の容易性などの理由から、いずれも円柱形であることが特に好ましい。その場合、ターゲット材４の凸部４２の直径と、バッキングプレート３の凹部３２の内径とがほぼ同じであり、凸部４２と凹部３２とが嵌合できることが特に好ましい。
【００７５】
ターゲット材４において、基部４１の直径ｄ６と、凸部４２の直径ｄ７との比は、例えばｄ６：ｄ７＝５：１〜２：１であり、好ましくは５：１〜４：１、より好ましくは５：１〜３：１である。
【００７６】
ターゲット材４のバッキングプレート３への載置方法としては、ターゲット材４の凸部４２と、バッキングプレート３の凹部３２とが嵌合することができれば特に限定はなく、例えば、拡散接合、はんだ接合などの方法が挙げられる。
【００７７】
以上のように構成されるターゲット材４において、バッキングプレート３と接する側とは反対側の面４１ａが、スパッタリングされ得るスパッタリング面となる。
【００７８】
このように、本発明のスパッタリングターゲット２００は、凸部４２の厚みＹ６の分だけ、ターゲット材４の厚みが、中央部で厚くなるように構成されている。このように、本実施形態のスパッタリングターゲット２００は、スパッタリングによって激しく消耗する中央部の厚みが厚くされたターゲット材４を有するので、長期間にわたって中央部、特に中央部の円環状での消耗（エロージョン）に耐え得ることができ、長寿命化を図ることができる。また、本発明の第２実施形態のスパッタリングターゲット２００は、ターゲット材の中央部に凸部４２を設けることによって、凸部を設けていない場合と比べて、寿命が１．０５〜１．１５倍、好ましくは１．０５〜１．２倍、より好ましくは１．０５〜１．２５倍となる。
【００７９】
また、本発明の第２実施形態のスパッタリングターゲット２００では、ターゲット材４の中央部に凸部４２を設けていることから、スパッタリング中にターゲット材が消耗しても、熱応力、冷却による押圧力、負圧などの外力によって、スパッタリング中にターゲット材が著しく変形することを抑制することができる。
【００８０】
さらに、本発明の第２実施形態のスパッタリングターゲット２００では、凸部４２を円柱形に形成することによって、スパッタリング中にターゲット材が消耗しても、熱応力、冷却による押圧力、負圧などの外力によって、スパッタリング中にターゲット材が著しく変形することを抑制することができるなどの上記の効果が得られるので好ましい。
【００８１】
（スパッタリングターゲットのスパッタリング時における変形または変形量）
スパッタリング中においてスパッタリングターゲット１００および２００のターゲット材２，４のぞれぞれは、スパッタリング面が、イオン化したアルゴンの衝突エネルギーによって加熱され得るが、バッキングプレート１，３と接する側の面は冷却水などの冷媒体によってバッキングプレート１，３を冷却することによって冷却され得る。このように、スパッタリングターゲット１００および２００のターゲット材２，４はそれぞれ、スパッタリングを受けるスパッタリング面は加熱され、スパッタリングを受けていない反対側の面（すなわち、ターゲット材２，４がそれぞれバッキングプレート１，３と接する側の面）は冷却され得るので、スパッタリング面とその反対側の面とで温度差が生じ、ターゲット材に熱応力が印加され得る。
【００８２】
また、スパッタリングターゲット１００または２００は、スパッタリング装置のチャンバ内に配置された状態で、ターゲット材２，４には、チャンバ内が真空状態にされることによる負圧、および、バッキングプレート１，３に対する冷媒体の供給による冷却媒体供給圧力（押圧力）などが印加され得る。
【００８３】
このように、スパッタリング中においてスパッタリングターゲット１００，２００のターゲット材２，４には、熱応力、負圧、押圧力などの外力が印加され得るので、ターゲット材はスパッタリング中に変形する恐れがあり、これらの外力によるターゲット材の変形に影響を及ぼし得る外力を評価することが望ましい。なお、本明細書中、ターゲット材の「変形」および「変形量」とは、外力を受けてターゲット材が反るなどして変形することまたは反った状態を「変形」とし、シミュレーションもしくは直接測定することにより、元の形状からの変形の程度を数量（ｍｍ）で表したものを「変形量」とする。
【００８４】
＜スパッタリングによるターゲット材の変形に影響を及ぼす外力の推定＞
ターゲット材２，４のスパッタリング中における変形量の解析を行うに先立って、まず、従来の通常のスパッタリングターゲットの使用後のターゲット材の変形量に基づいて、ターゲット材の変形に影響を与え得る熱応力、負圧、冷却による押圧力などの外力の推定を行った。通常、このような外力は、スパッタリング中に実際に測定することはできない。
【００８５】
外力の推定実験では、まず、従来の通常のスパッタリングターゲットを用いて、その変形量を実際に測定する。測定に用いた従来の通常のスパッタリングターゲットは、従来の通常の円形平板状（すなわち円盤状）のバッキングプレート（直径５２４ｍｍ、厚さ８．８ｍｍのアルミニウム合金製の円盤）（以下、「通常バッキングプレート」）に、従来の通常の円形平板状（すなわち円盤状）のターゲット材（直径４４３ｍｍ、厚さ１２．７ｍｍのアルミニウム製の円盤）（以下、「通常ターゲット材」）が、拡散接合によって同軸上に接合された、一般的に使用され得るスパッタリングターゲット（以下、「通常スパッタリングターゲット」または「サンプル５」という）である。
【００８６】
図３は、使用後の従来の通常のスパッタリングターゲットにおけるターゲット材の変形量を実測した結果を示すグラフである。図３のグラフにおいて、横軸は、通常スパッタリングターゲットのターゲット材（以下、「通常ターゲット材」という）の中心からの距離（ｍｍ）を示し、縦軸は、変形量（ｍｍ）の実測値を示す。図３のグラフにおける曲線Ａから明らかなように、通常ターゲット材は、スパッタリング面の中心において最大変形量（＝２．２６４ｍｍ）を示し、その中心から半径方向外側になるにつれて変形量が小さくなる。
【００８７】
図４は、使用後の通常スパッタリングターゲットにおける通常ターゲット材のスパッタリング領域における実際に測定したエロージョン形状を表す残厚プロファイルを示すグラフである。図４のグラフにおいて、横軸は、通常ターゲット材の中心からの距離（ｍｍ）を示し、縦軸は、使用後の通常ターゲット材における残厚（ｍｍ）を示す。使用後の通常ターゲット材は、曲線Ｂの残厚プロファイルで表されるエロージョン形状を有する。
【００８８】
次に、このような通常ターゲット材のスパッタリング領域におけるエロージョン形状に基づいて、有限要素法（ＦＥＭ）を用いた変形解析を行った。
【００８９】
図５は、スパッタリングによる従来の通常のスパッタリングターゲットの有限要素モデルを示す図であり、通常ターゲット材の変形に影響を及ぼす外力を推定する解析に使用したものである。図５に示す有限要素モデル３００Ｍは、使用後の通常スパッタリングターゲットを想定し、スパッタリングターゲットの中心（図５左側）から半径方向外側の端部までの断面をモデル化したものである。なお、有限要素モデル３００Ｍでは、使用後の通常スパッタリングターゲットは、円形平板状（円盤状）のバッキングプレート５に通常ターゲット材６が接合されたものであり、通常ターゲット材６は図５に示すエロージョン形状を有する。また、図５では、各要素エリアを表す境界線を省略している。
なお、図５の有限要素モデル３００Ｍは、図４の実際に測定したエロージョン形状に基づいて、モデル化を行った。
【００９０】
変形解析に用いる計算条件を、表１に示す。
【００９１】
【表１】
【００９２】
表中、「ＡＮＳＹＳ １１．０」は、サイバネットシステム（株）から入手可能である。
【００９３】
図６は、有限要素モデル３００Ｍに温度および圧力を印加したときのターゲット材の変形量を表す変形解析結果を示すグラフである。図６のグラフは、有限要素モデル３００Ｍの通常ターゲット材６において、バッキングプレート５に接する面が６０℃に冷却された状態で、スパッタリング面の温度を図６（ａ）では１００℃、図６（ｂ）では１２０℃、図６（ｃ）では１４０℃とし、バッキングプレート５に接する側の面の圧力（押圧力）を０．２ＭＰａ、０．４ＭＰａまたは０．６ＭＰａとし、その後、通常ターゲット材６の両面の温度を常温として圧力を除荷したときの通常ターゲット材６の永久変形量を示している。図６のグラフにおいて、横軸は、通常ターゲット材６の中心からの距離（ｍｍ）を示し、縦軸は、永久変形量（ｍｍ）を示す。
【００９４】
図６（ａ）は、通常ターゲット材６のスパッタリング面が１００℃に加熱されたときの変形量の解析結果を示し、曲線Ｃ１が、バッキングプレート５側の面に０．２ＭＰａの圧力が印加されたときの通常ターゲット材６の永久変形量、曲線Ｃ２が、バッキングプレート５側の面に０．４ＭＰａの圧力が印加されたときの通常ターゲット材６の永久変形量、曲線Ｃ３が、バッキングプレート５側の面に０．６ＭＰａの圧力が印加されたときの通常ターゲット材６の永久変形量を表す。
【００９５】
また、図６（ｂ）は、通常ターゲット材６のスパッタリング面が１２０℃に加熱されたときの変形量の解析結果を示し、曲線Ｄ１が、バッキングプレート５側の面に０．２ＭＰａの圧力が印加されたときの通常ターゲット材６の永久変形量、曲線Ｄ２が、バッキングプレート５側の面に０．４ＭＰａの圧力が印加されたときの通常ターゲット材６の永久変形量、曲線Ｄ３が、バッキングプレート５側の面に０．６ＭＰａの圧力が印加されたときの通常ターゲット材６の永久変形量を表す。
【００９６】
また、図６（ｃ）は、通常ターゲット材６のスパッタリング面が１４０℃に加熱されたときの変形量の解析結果を示し、曲線Ｅ１が、バッキングプレート５側の面に０．２ＭＰａの圧力が印加されたときの通常ターゲット材６の永久変形量、曲線Ｅ２が、バッキングプレート５側の面に０．４ＭＰａの圧力が印加されたときの通常ターゲット材６の永久変形量、曲線Ｅ３が、バッキングプレート５側の面に０．６ＭＰａの圧力が印加されたときの通常ターゲット材６の永久変形量を表す。
【００９７】
図６のグラフから明らかなように、通常ターゲット材６は、スパッタリング面の中心において最大変形量を示し、その中心から半径方向外側になるにつれて変形量が小さくなる。また、圧力が大きくなるにつれて変形量は大きくなるが、スパッタリング面の温度の違いによる影響はほとんどない。
【００９８】
図７は、ターゲット材の変形解析結果に基づいた圧力と最大変形量との関係を示すグラフである。図７のグラフは、図６の解析結果に基づいたものである。図７のグラフにおいて、横軸は、通常ターゲット材６に印加される圧力（ＭＰａ）を示し、縦軸は、最大変形量（ｍｍ）を示す。図７のグラフから明らかなように、圧力と最大変形量とは直線Ｆの関係を示し、圧力の増加に応じて最大変形量が大きくなる。この直線Ｆより、図３で示した実際のスパッタリング使用後のスパッタリングターゲットにおけるターゲット材の最大変形量である「２．２６４ｍｍ」に対応する圧力は、「０．２７９ＭＰａ」となる。
【００９９】
以上の結果より、上記実験（図３、図４）のスパッタリング時においてターゲット材には、以下の表２に示す圧力および温度が印加されていると推定することができる。本明細書中、この圧力を「推定外力」と呼ぶ。なお、表２の推定外力において、ターゲット材のバッキングプレートと接する面に付与される温度を「６０℃」、スパッタリング面に付与される温度を「１２０℃」としたのは、温度の違いによる変形量に及ぼす影響がほとんどないという、図６の結果に基づくものである。
【０１００】
【表２】
【０１０１】
次に、表２に示す推定外力を用いて、図５に示す有限要素モデル３００Ｍによる有限要素法の変形解析を行った。なお、変形解析の計算条件は、表１の条件を用いた。変形解析結果を図８に示す。
【０１０２】
図８は、ターゲット材の実測変形値に対する変形解析結果の一致性を示すグラフである。図８のグラフにおいて、曲線Ａは、図３に示した使用後のターゲット材の実測変形値を表すものであり、曲線Ｇは、変形解析結果によるものである。なお、図８のグラフは、ターゲット材に対して、表２に示す推定外力を印加した後、温度を常温で圧力を除荷したときのターゲット材の永久変形量を示している。
【０１０３】
図８より、変形解析結果は、実測変形値とほぼ一致することが分かった。すなわち、表２に示す推定外力は、スパッタリング時にターゲット材に印加される外力として妥当であると判断できる。
【０１０４】
＜スパッタリング時におけるターゲット材の変形解析＞
表２に示す推定外力を用いて、図１に示した本実施形態のスパッタリングターゲット１００、および、図２に示した本実施形態のスパッタリングターゲット２００に対する有限要素法の変形解析を行った。なお、変形解析の計算条件は、表１の条件を用いた。
変形解析に用いたスパッタリングターゲットの構成を、表３に示す。
【０１０５】
【表３】
【０１０６】
図９は、ターゲット材に対してスパッタリング時の推定外力を印加したときの変形量を表す変形解析結果を示すグラフである。図９のグラフにおいて、横軸は、ターゲット材の中心からの距離（ｍｍ）を示し、縦軸は、変形量（ｍｍ）を示す。
【０１０７】
図９（ａ）は、スパッタリング中のターゲット材の変形を想定し、表２に示す推定外力を印加したときのターゲット材の変形量を示している。図９（ａ）のグラフにおいて、曲線Ｈ１は、表３のサンプル１の変形解析結果を示し、曲線Ｈ２は、表３のサンプル２の変形解析結果を示し、曲線Ｈ３は、表３のサンプル３の変形解析結果を示し、曲線Ｈ４は、表３のサンプル４の変形解析結果を示し、曲線Ｈ５は、表３のサンプル５の変形解析結果を示す。
【０１０８】
図９（ａ）のグラフより、サンプル１は、凸部２２に対応して中央部の厚みが厚くされたターゲット材２を有するスパッタリングターゲット１００（図１）であり、熱応力、負圧を含む冷却媒体供給圧力（押圧力）などの外力からなる推定外力が印加されることによる変形量をサンプル５（均一な厚みを有する円形平板状のターゲット材を有する通常スパッタリングターゲット）よりも小さくすることができる。さらに、図９（ａ）のグラフより、サンプル２〜４は、嵌合部の凸部４２に対応して中央部の厚みが厚くされたターゲット材４を有するスパッタリングターゲット２００（図２）であり、推定外力が印加されることによる変形量を、通常スパッタリングターゲットを表すサンプル５と、ほぼ同等の変形量にすることができ、過度の変形は抑制することができる。
【０１０９】
また、図９（ｂ）は、スパッタリング後のターゲット材の永久変形を想定し、表２に示す推定外力を印加した後、温度を常温で圧力を除荷したときのターゲット材の永久変形量を示している。図９（ｂ）のグラフにおいて、曲線Ｊ１は、表３のサンプル１の変形解析結果を示し、曲線Ｊ２は、表３のサンプル２の変形解析結果を示し、曲線Ｊ３は、表３のサンプル３の変形解析結果を示し、曲線Ｊ４は、表３のサンプル４の変形解析結果を示し、曲線Ｊ５は、表３のサンプル５の変形解析結果を示す。
【０１１０】
図９（ｂ）のグラフより、スパッタリングターゲット１００のサンプル１は、推定外力が印加された後の永久変形量を、通常スパッタリングターゲットのサンプル５よりも、小さくすることができる。さらに、図９（ｂ）のグラフより、スパッタリングターゲット２００のサンプル２〜４は、推定外力が印加された後の永久変形量を、通常スパッタリングターゲットを表すサンプル５と、ほぼ同等の永久変形量にすることができ、過度の永久変形は抑制することができる。
【０１１１】
＜スパッタリング時におけるエロージョン形状を有するターゲット材の変形解析＞
次に、スパッタリングによってエロージョンが発生した場合の変形解析を行った。なお、変形解析の計算条件は、表１の条件を用いた。また、変形解析に用いたサンプルは、表３に示したサンプル１〜５である。
【０１１２】
まず、サンプル１〜５における、ターゲット材のエロージョン形状を設定した。図１０および図１１は、推定外力が印加された時の変形解析に用いるターゲット材のエロージョン形状を示す図である。
【０１１３】
図１０（ａ）は、図４に示した使用後の通常スパッタリングターゲットにおける実際の残厚プロファイル（図４）を参考にして作成したスパッタリングターゲット１００（サンプル１）におけるターゲット材２のエロージョン形状を表す残厚プロファイルを示すグラフである。図１０（ａ）のグラフにおいて、横軸は、ターゲット材２の中心からの距離（ｍｍ）を示し、縦軸は、ターゲット材２における残厚（ｍｍ）を示す。ターゲット材２は、曲線Ｋの残厚プロファイルで表されるエロージョン形状を有するものと設定した。
【０１１４】
図１０（ｂ）は、スパッタリング時のスパッタリングターゲット１００（サンプル１）を想定し、中心（図１０（ｂ）左側）から半径方向外側の端部までの断面をモデル化した有限要素モデル１００Ｍを示す。なお、図１０（ｂ）中、バッキングプレート１に接合したターゲット材２は、図１０（ａ）の曲線Ｋの残厚プロファイルで表されるエロージョン形状を有する。図１０（ｂ）では、各要素エリアを表す境界線を省略している。
【０１１５】
図１１（ａ）は、図４に示した使用後の通常スパッタリングターゲットにおける実際の残厚プロファイル（図４）を参考にして作成したスパッタリングターゲット２００（サンプル２〜４）におけるターゲット材４のエロージョン形状を表す残厚プロファイルを示すグラフである。図１１（ａ）のグラフにおいて、横軸は、ターゲット材４の中心からの距離（ｍｍ）を示し、縦軸は、ターゲット材４における残厚（ｍｍ）を示す。ターゲット材４は、図１１（ａ）の曲線Ｌ１の残厚プロファイルで表されるエロージョン形状を有するものとして設定した。
【０１１６】
図１１（ｂ）は、スパッタリング時のスパッタリングターゲット２００（サンプル２〜４）を想定し、中心（図１１（ｂ）左側）から半径方向外側の端部までの断面をモデル化した有限要素モデル２００Ｍを示す。なお、図１１（ｂ）中、バッキングプレート３に接合したターゲット材４は、図１１（ａ）の曲線Ｌ１の残厚プロファイルで表されるエロージョン形状を有する。図１１（ｂ）では、各要素エリアを表す境界線を省略している。
【０１１７】
なお、通常スパッタリングターゲットであるサンプル５については、エロージョン形状を示す残厚プロファイルとして、図４で示した実際の残厚プロファイルを用い、変形解析のための有限要素モデルとして、図５で示した有限要素モデル３００Ｍを用いた。
【０１１８】
図１２は、スパッタリング時にエロージョン形状を有するターゲット材（すなわちエロージョンされたターゲット材）に推定外力を印加したときの変形量を表す変形解析結果を示すグラフである。図１２のグラフにおいて、横軸は、ターゲット材の中心からの距離（ｍｍ）を示し、縦軸は、変形量（ｍｍ）を示す。
【０１１９】
図１２（ａ）は、スパッタリング中におけるエロージョン形状を有するターゲット材の変形を想定し、表２に示す推定外力を印加したときのターゲット材の変形量を示している。図１２（ａ）のグラフにおいて、曲線Ｐ１は、エロージョン形状を有するサンプル１の変形解析結果を示し、曲線Ｐ２は、エロージョン形状を有するサンプル２の変形解析結果を示し、曲線Ｐ３は、エロージョン形状を有するサンプル３の変形解析結果を示し、曲線Ｐ４は、エロージョン形状を有するサンプル４の変形解析結果を示し、曲線Ｐ５は、エロージョン形状を有するサンプル５の変形解析結果を示す。サンプル１〜５としては、いずれもエロージョン形状を有する（すなわち、エロージョンされている）場合を想定した上記の各有限要素モデルを適用した（後述図１２（ｂ）時等）。
【０１２０】
図１２（ａ）のグラフより、スパッタリングターゲット１００のサンプル１は、凸部２２に対応して中央部の厚みが厚くされたターゲット材２を有し、推定外力が印加されることによる変形量を、サンプル５と、ほぼ同等の変形量にすることができ、過度の変形を抑制することができる。なお、サンプル５は、均一な厚みを有する円形平板状（円盤状）のターゲット材を有する通常スパッタリングターゲットである。さらに、図１２（ａ）のグラフより、スパッタリングターゲット２００のサンプル２〜４は、嵌合部の凸部４２に対応して中央部の厚みが厚くされたターゲット材４を有し、推定外力が印加されることによる変形量を、許容範囲内に抑えることができ、過度の変形を抑制することができる。
【０１２１】
また、図１２（ｂ）は、エロージョン形状を有するターゲット材のスパッタリング後における永久変形を想定し、表２に示す推定外力を印加した後、ターゲット材の両面の温度を常温として圧力を除荷したときのターゲット材の永久変形量を示している。図１２（ｂ）のグラフにおいて、曲線Ｑ１は、エロージョン形状を有するサンプル１の変形解析結果を示し、曲線Ｑ２は、エロージョン形状を有するサンプル２の変形解析結果を示し、曲線Ｑ３は、エロージョン形状を有するサンプル３の変形解析結果を示し、曲線Ｑ４は、エロージョン形状を有するサンプル４の変形解析結果を示し、曲線Ｑ５は、エロージョン形状を有するサンプル５の変形解析結果を示す。
【０１２２】
図１２（ｂ）のグラフより、スパッタリングターゲット１００，２００においてエロージョン形状を有するサンプル１，２は、それぞれ、推定外力が印加された後の永久変形量を、通常スパッタリングターゲットにおいてエロージョン形状を有するサンプル５よりも、小さくすることができる。さらに、図１２（ｂ）のグラフより、スパッタリングターゲット２００においてエロージョン形状を有するサンプル３，４は、推定外力が印加された後の永久変形量を、通常スパッタリングターゲットにおいてエロージョン形状を有するサンプル５と、ほぼ同等の永久変形量にすることができ、過度の永久変形は抑制することができる。
【０１２３】
以上のように、本実施形態のスパッタリングターゲット１００，２００は、いずれも、スパッタリングによって激しく消耗する中央部の厚みが厚くされたターゲット材２，４を有して長寿命化を図ることができるとともに、スパッタリング中の熱応力、負圧を含む冷却媒体供給圧力（押圧力）などの外力が印加されることによる変形量（スパッタリング中の変形量およびスパッタリング後の永久変形量の両方）を、均一な厚みを有する通常の円形平板状（円盤状）のターゲット材よりも小さいか、少なくとも同等の変形量にすることができ、過度の変形は抑制することができる。
【０１２４】
このように、本発明では、通常のスパッタリングターゲットの変形量およびエロージョンプロファイル（図３、４）から、有限要素モデル化（図５）を行って解析することによって、その解析結果（図６）から、スパッタリング中に印加され得る外力を推定することができた。また、図４のエロージョンプロファイルに基づいて、本発明の第１実施形態および第２実施形態のスパッタリングターゲットを有限要素モデル化（図１０（ｂ）、図１１（ｂ））し、上記で推定した外力を適用して解析すると、ターゲット材の変形（スパッタリング中の変形およびスパッタリング後の永久変形の両方）を許容の範囲内に抑制できることがわかった。
【０１２５】
従って、本発明では、第１実施形態および第２実施形態のように、ターゲット材の厚みを中央部で大きくすることによって、ターゲット材の長寿命化が達成できるだけでなく、スパッタリング中およびスパッタリング後の変形を許容の範囲に抑制することができた。
【産業上の利用可能性】
【０１２６】
本発明のスパッタリングターゲットは、長寿命であり、なおかつ、スパッタリング中の変形およびスパッタリング後の永久変形を許容の範囲内に抑制することができるので、従来のスパッタリングターゲットの代替品として非常に有益である。
【０１２７】
本願は、２０１１年７月７日に日本国で出願された特願２０１１−１５１２８８を基礎としてその優先権を主張するものであり、その内容はすべて本明細書中に参照することにより援用される。
【符号の説明】
【０１２８】
１，３ バッキングプレート
２，４ ターゲット材
２１，４１ 基部
２２ 凸部（または突出部）
３１ 基材
３２ 凹部
４２ 凸部（または嵌合部）
１００，２００ スパッタリングターゲット
１００Ｍ，２００Ｍ，３００Ｍ 有限要素モデル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状のバッキングプレートと、
前記バッキングプレートに載置するターゲット材と、
を含むスパッタリングターゲットであって、
前記ターゲット材が、
前記バッキングプレートに接する板状の基部と、
前記基部の前記バッキングプレートと接する面とは反対側の面の中央部に前記基部と同軸かつ一体的に形成された凸部と、
を有することを特徴とする、スパッタリングターゲット。
【請求項２】
前記凸部が円錐台形状である請求項１に記載のスパッタリングターゲット。
【請求項３】
板状のバッキングプレートと、
前記バッキングプレートに載置するターゲット材と、
を含むスパッタリングターゲットであって、
前記ターゲット材が、
前記バッキングプレートに接する板状の基部と、
前記基部の前記バッキングプレートと接する面の中央部に前記基部と同軸かつ一体的に形成された凸部と、
を有し、
前記バッキングプレートは、前記ターゲット材と接する面の中央部に前記ターゲット材の前記凸部と嵌合する凹部を有することを特徴とする、スパッタリングターゲット。
【請求項４】
前記凸部が円柱形である請求項３に記載のスパッタリングターゲット。
【請求項５】
スパッタリングターゲットにおいてバッキングプレートに載置して用いられるターゲット材であって、
前記バッキングプレートに接する板状の基部と、
前記基部の前記バッキングプレートと接する面とは反対側の面の中央部に前記基部と同軸かつ一体的に形成された凸部と、
を有することを特徴とする、ターゲット材。
【請求項６】
前記凸部が円錐台形状である請求項５に記載のターゲット材。
【請求項７】
スパッタリングターゲットにおいてバッキングプレートに載置して用いられるターゲット材であって、
前記バッキングプレートに接する板状の基部と、
前記基部の前記バッキングプレートと接する面の中央部に前記基部と同軸かつ一体的に形成された凸部と、
を有することを特徴とする、ターゲット材。
【請求項８】
前記凸部が円柱形である請求項７に記載のターゲット材。
【請求項９】
前記凸部が、前記バッキングプレートの前記ターゲット材と接する面の中央部に形成された凹部と嵌合する、請求項７または８に記載のターゲット材。
【請求項１０】
スパッタリングターゲットにおいてターゲット材を支持するために用いられるバッキングプレートであって、前記ターゲット材と接する面の中央部に凹部を有するバッキングプレート。
【請求項１１】
前記凹部が円柱形である請求項１０に記載のバッキングプレート。
【請求項１２】
前記凹部が、前記ターゲット材の前記バッキングプレートと接する面の中央部に形成された凸部と嵌合する請求項１０または１１に記載のバッキングプレート。
【請求項１】
板状のバッキングプレートと、
前記バッキングプレートに載置するターゲット材と、
を含むスパッタリングターゲットであって、
前記ターゲット材が、
前記バッキングプレートに接する板状の基部と、
前記基部の前記バッキングプレートと接する面とは反対側の面の中央部に前記基部と同軸かつ一体的に形成された凸部と、
を有することを特徴とする、スパッタリングターゲット。
【請求項２】
前記凸部が円錐台形状である請求項１に記載のスパッタリングターゲット。
【請求項３】
板状のバッキングプレートと、
前記バッキングプレートに載置するターゲット材と、
を含むスパッタリングターゲットであって、
前記ターゲット材が、
前記バッキングプレートに接する板状の基部と、
前記基部の前記バッキングプレートと接する面の中央部に前記基部と同軸かつ一体的に形成された凸部と、
を有し、
前記バッキングプレートは、前記ターゲット材と接する面の中央部に前記ターゲット材の前記凸部と嵌合する凹部を有することを特徴とする、スパッタリングターゲット。
【請求項４】
前記凸部が円柱形である請求項３に記載のスパッタリングターゲット。
【請求項５】
スパッタリングターゲットにおいてバッキングプレートに載置して用いられるターゲット材であって、
前記バッキングプレートに接する板状の基部と、
前記基部の前記バッキングプレートと接する面とは反対側の面の中央部に前記基部と同軸かつ一体的に形成された凸部と、
を有することを特徴とする、ターゲット材。
【請求項６】
前記凸部が円錐台形状である請求項５に記載のターゲット材。
【請求項７】
スパッタリングターゲットにおいてバッキングプレートに載置して用いられるターゲット材であって、
前記バッキングプレートに接する板状の基部と、
前記基部の前記バッキングプレートと接する面の中央部に前記基部と同軸かつ一体的に形成された凸部と、
を有することを特徴とする、ターゲット材。
【請求項８】
前記凸部が円柱形である請求項７に記載のターゲット材。
【請求項９】
前記凸部が、前記バッキングプレートの前記ターゲット材と接する面の中央部に形成された凹部と嵌合する、請求項７または８に記載のターゲット材。
【請求項１０】
スパッタリングターゲットにおいてターゲット材を支持するために用いられるバッキングプレートであって、前記ターゲット材と接する面の中央部に凹部を有するバッキングプレート。
【請求項１１】
前記凹部が円柱形である請求項１０に記載のバッキングプレート。
【請求項１２】
前記凹部が、前記ターゲット材の前記バッキングプレートと接する面の中央部に形成された凸部と嵌合する請求項１０または１１に記載のバッキングプレート。
【図１】
【図２】
【図５】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図５】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−３２５８６（Ｐ２０１３−３２５８６Ａ）
【公開日】平成２５年２月１４日（２０１３．２．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１５３１２０（Ｐ２０１２−１５３１２０）
【出願日】平成２４年７月６日（２０１２．７．６）
【出願人】（０００００２０９３）住友化学株式会社 (8,981)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月１４日（２０１３．２．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年７月６日（２０１２．７．６）
【出願人】（０００００２０９３）住友化学株式会社 (8,981)
【Ｆターム（参考）】
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