JP2000509765A

JP2000509765A - バッキングプレートに拡散接合されたｎｉ−鍍金ターゲット

Info

Publication number: JP2000509765A
Application number: JP10540663A
Authority: JP
Inventors: ピー．シャー，リテッシュ; イー．スティール，デイビッド; アール．ターナー，ウィリアム; エフ．バイヤー，アンソニー; ケイ．カドカス，ジャニーン; ディー．ストロザース，スーザン
Original assignee: ジョンソンマッセイエレクトロニクス，インク．
Priority date: 1997-03-19
Filing date: 1998-03-17
Publication date: 2000-08-02
Also published as: WO1998041669A1; US6555250B2; KR20010005546A; US20020003010A1

Abstract

(57)【要約】熱処理されたスパッタリングターゲットと、スパッタリングターゲットに拡散接合された析出硬化バッキングプレートを含んだスパッタリングターゲットアセンブリが開示されている。

Description

【発明の詳細な説明】バッキングプレートに拡散接合されたＮＩ‐鍍金ターゲット発明の背景本願発明は、スパッダリングターゲット(sputtering target)に拡散接合(diff usion bonded)された析出硬化バッキングプレート(precipitation hardened bac king plate)を有したスパッタリングターゲットアセンブリ(sputtering target assembly)に関する。コスト削減のため、及び場合によっては、スパッタリングチャンバー(sputter ing chamber)にスパッタリングターゲットアセンブリを収容するため、可能な限り薄いスパッタリングターゲットを備えたスパッタリングターゲットアセンブリの需要が高まりつつある。そのためには、トータルで約１インチ以下の厚みのスパッタリングターゲットアセンブリが要求される。しかし、このようなスパッタリングターゲットアセンブリではバッキングプレートの強度は、スパッタリング処理工程中の片側にかかる冷却用の高水圧や他方側の高真空度等のスパッタリングチャンバー内の環境条件下では不足である。ターゲットアセンブリの裏側にかかる循環冷却水からの熱サイクルと圧力、並びにスパッタリングターゲットの表側にかかる真空状態によってターゲットバッキングプレートアセンブリは変形することがある。スパッタリングターゲットアセンブリはターゲットに多様な材料のバッキングプレートをハンダ接合することで提供が可能であるが、ハンダ接合は高圧を受けるスパッタリングターゲットの利用に耐えることができない。よって、拡散接合されたスパッタリングターゲットアセンブリ(diffusion bonded sputtering tar get assembly)が望まれている。本願発明はさらに、スパッタリングターゲットに拡散接合された強力バッキングプレートを備え、スパッタリングチャンバー内のストレス（応力）とストレイン（歪み）に対して耐久性を有したスパッタリングターゲットアセンブリの製造方法を提供する。発明の要旨本願発明により熱処理されたスパッタリングターゲットアセンブリの製造方法が提供される。この方法は、スパッタリングターゲットと、そのスパッタリングターゲットに拡散接合される、熱処理及び析出硬化処理(precipitation hardeni ng)が可能なバッキングプレートの提供を含んでいる。拡散接合されたスパッタリングターゲットアセンブリは熱処理され、ターゲットとバッキングプレートとの拡散接合に悪影響を及ぼすことなくバッキングプレートが析出硬化される。この方法は熱処理でバッキングプレートを析出硬化するものであり、拡散接合されたスパッタリングターゲットアセンブリを、加熱、加工及びクエンチング(quenc hing)等によってクエンチ処理する。このクエンチ処理は拡散接合処理後に行われ、スパッタリングターゲットアセンブリを、スパッタリングターゲットを冠水させずにバッキングプレートを冷却液(quenchant)に浸して行われる。スパッタリングターゲットアセンブリに複数回の析出硬化処理を施すことができる。この処理には加熱や部分的液浸処理が含まれており、バッキングプレートに望む硬度 (temper)を提供する。１好適実施例においては、バッキングプレートは２０００、６０００あるいは７０００シリーズの熱処理可能なアルミ合金を含んでおり、スパッタリングターゲットは、アルミニウム、チタニウム、あるいはニッケル、チタニウム−タングステン、タングステン、コバルト、及びタンタラム並びにそれらの合金を含んでいる。本願発明のスパッタリングターゲットアセンブリはスパッタリングターゲットに拡散接合された析出硬化バッキングプレートを含んでいる。図面の簡単な説明添付の写真は、ニッケルを使用せず、タンタラムとアルミニウムとの拡散接合のインターフェース（図１Ａ）と、タンタラムとアルミニウムとの間に拡散接合処理に先立ってＮｉ‐鍍金（めっき）処理した後のタンタラムとアルミニウムとの拡散接合のインターフェース（図１Ｂ）である。図２はスパッタリングターゲットの異なる個所での引張接着強度を示すグラフである。詳細な説明拡散接合スパッタリングターゲットアセンブリの製造に付随する問題は、例えば充分に硬化された状態のバッキングプレートである析出硬化バッキングプレートを有したスパッタリングターゲットアセンブリを製造することの困難性である。例えば、拡散接合スパッタリングターゲットアセンブリは、充分にアニール処理(anneal)した状態または望む硬化状態に満たない状態のフランジ(flange)で提供が可能である。この場合には、スパッタリングターゲットアセンブリは最良の力学的強度は得られず、このようなアセンブリは使用中に変形するであろう。この問題が顕著に現われるスパッタリングターゲットの例は、拡散接合プロセスでの高温処理で軟化するアルミ合金バッキングプレートで提供されるアセンブリである。アルミ合金はＴ６硬化状態(Ｔ6 hardened condition)への熱処理のごとき高温での熱処理が可能ではあるが、このような熱処理は、拡散接合アセンブリの拡散接合部分の接合強度劣化に導くであろうクエンチングステップを含んでいる。本願発明の１実施例では熱処理可能なアルミ合金をスパッタリングターゲットに拡散接合させたスパッタリングターゲットアセンブリが提供される。アルミ合金等の熱処理可能な材料とは、高温で溶解性(solubility)が増加し、低温で溶解性が低下するような構成物質を含んでいる。この例は熱処理可能なアルミ合金のものであるが、このプロセスはチタン、銅あるいはアルミの合金（例えば、チタン合金、銅合金、アルミ合金）のごとき析出硬化可能な材料で提供されるバッキングプレートに有効に適用できる。同様に、多彩なターゲット材料、例えば、チタン、ニッケル、タングステン、チタン‐タングステン、タンタラム、コバルト、及びそれらの合金が利用できる。典型的には、拡散接合チタンターゲットは充分なアニール条件下でターゲットにアルミまたはアルミ合金バッキングプレートを接合させることで提供される。拡散接合は約３００℃以上に加熱することで提供される。この温度はアルミやアルミ合金バッキングプレートを軟化状態にするに充分なものである。しかし、本願発明の方法では、スパッタリングターゲットアセンブリはバッキングプレートを硬化状態にするように処理される。例えばアルミ合金の場合には、２０００、６０００及び７０００シリーズのアルミ合金のごとき商業的に熱処理可能なアルミ合金が、スパッタリングターゲットアセンブリに変形や劣化を引き起こさず、接合強度が劣化しない優れた強度を有したスパッタリングターゲットの提供に利用される。図１Ａと図１Ｂの顕微鏡写真は５０倍のタンタラムとアルミの拡散接合（図１Ａ：ニッケル不使用）のインターフェースと、２００倍のタンタラムとアルミの拡散接合（図２：ニッケル使用）のインターフェースを示している。１例では、スパッタリングターゲットアセンブリはバッキングプレートとして熱処理可能なアルミ合金‐６０６１を使用して製造される。この商業的合金は純度が約９９．０から９９．９重量％であり、主要な合金成分は、約０．４から０．８重量％のシリコンと、約０．８から１．２重量％のマグネシウムと、約０．７重量％の鉄である。６０００シリーズアルミニウムにおける主たる増強析出物質(primary strengthening precipitate)はＭＧ₂Ｓｉである。有利には２ステージ熱処理が施される。溶液処理(solution treatment)と、その後の人工熟成ステップ(artificial aging step)が含まれており、Ｍｇ₂Ｓｉの析出状態が制御される。よって、物理的/力学的特性が向上する。一般的に、過飽和固溶体(super saturated solid solution)の析出強度付与(precipitation s trengthening)には熟成熱処理(aging heat treatment)中の拡散析出物の形成が関与する。溶液処理（すなわち、過飽和固溶体の準備）と人工熟成熱処理の両方の重要な特徴はクエンチング処理である。析出硬化（熟成硬化(age hardening)とも呼称）には過飽和固溶体からの第２相(second phase)の析出が関与する。これら析出物は、合金をさらに強力にし、非可塑性とするように“ずれ現象”を妨害する。合金が析出硬化されるには、部分的な固溶性(solid solubility)と、低下温度状態での固溶性減少を示す必要がある。析出硬化は溶解処理を含んでおり、均質な固溶体を形成させるためにソルバス温度(solvus temperature)以上への加熱を要する。さらに、室温への急速な冷却を施して固溶体中の合金要素の最大量を固溶体状態に保持させ、続いて熟成ステップ、すなわち、ソルバス温度以下にて合金を加熱し、第２相の微粒子を析出させる。このソルバスは、固溶体領域と、固溶体に加えて第２相を含んだ領域との間の相グラフ(phase diagram)の境界線を表している。これら合金の熱処理中に、サブミクロン粒子の制御された拡散が微細構造で提供される。合金の最終的特性はこの粒子拡散状態と、そのサイズ及び安定性にかかっている。拡散接合ターゲットアセンブリはしばしば異なる熱膨張率（Coefficient of T hermal Expansion:ＣＴＥ）の物質を組み合わせる。このような構造物の急速冷却は接合された材料の部分的歪みと分離とを引き起こすであろう。本願発明の方法を実行することで、拡散接合は熱処理と組み合わされ、望む硬度、例えばＡＬ ‐６０６１基準でＴ６硬度(Ｔ6 temper)を備えたバッキングプレートが提供される。これでターゲットとバッキングプレートとの膨張率の不一致が適切に対処され、接合不良が回避される。１例として、スパッタリングターゲットとして使用される材料が提供され、その接合面をクリーン処理することでバッキングプレートへの拡散接合の準備が行われる。具体的には、その接合表面に１本の連続溝を機械加工で施すことで螺旋模様を提供し、グリットブラスト処理(grit blasting)と化学クリーニング処理( chemical cleaning)とで仕上げることで準備される。例えば鋳造均質化アルミ６０６１ビレット、あるいは熱加工可能な合金または加工により硬化処理された材料のごときバッキングプレートとして使用される材料は、所定の長さに切断加工され（望むターゲット形状最終体積及び全寸法に基づく）、フローストレス(flo w stress)を減少させる温度に予備加熱され、室温にて鍛造プラテン(forge pla ten)で熱間鍛造され、または鍛造(forge)される部分と同じ温度に上昇され、冷却液（水等）に沈めてクエンチ処理し、加工硬化したＡＬ‐６０６１の合金バッキングプレートを提供する。このバッキングプレートは鍛造の加工硬化の影響を除去するようにアニール処理され、ターゲットに接合されるバッキングプレート面は、機械加工、圧磨加工あるいは旋盤加工によって準備されクリーン処理される。このターゲットとバックプレートはそれぞれに準備された接合面を合わせ、バッキングプレートのフローストレスを減少させるに充分な温度にアセンブリを予備加熱し、鍛造ステップ中に準備面を圧縮接触させ、熱間鍛造を施すことで拡散接合してアセンブリが提供される。鍛造プラテンを高温に再加熱し、約２０，０００psiから３５，０００psiの圧力をターゲット/バッキングプレートアセンブリに加え、接合面を充分に密着接合させることもできる。この鍛造されたアセンブリは予備加熱された炉内にアセンブリを入れることで熱処理される。この熱処理は望む硬度、すなわち、例えば合金６０６１用においてはＴ６とするようにバッキングプレート材料を硬化して強化する。この熱処理は、拡散接合スパッタリングターゲットアセンブリを少なくとも約９８５°Ｆに加熱し、第２相が溶解するまでアセンブリを加熱状態を保持し、次にクエンチ処理するバッキングプレート溶液処理ステップを含んでいる。この熱処理されたスパッタリングターゲットアセンブリはターゲットを着水させることなくアセンブリの一部であるバッキングプレートを冷却液（水等）内に浸すことでクエンチ処理される。このようにクエンチ処理することで、バッキングプレートはヒートシンクとして作用し、ターゲットから熱を取り出して拡散接合部の一体化を維持する。クエンチ処理された拡散接合スパッタリングターゲットアセンブリは機械加工されて平坦化され、その後に人工醸成されてバッキングプレートは析出硬化される。この析出硬化処理は、例えば、アルミマトリックスの第２相を析出する温度と時間でターゲットを着水させることなくバッキングプレートのみを冷却液内に沈降させることで提供される。得られたスパッタリングターゲットアセンブリは、ターゲットに拡散接合された、望む硬度、例えばＴ６を有したＡ１６０６１のごとき析出硬化されたバッキングプレートを含んでいる。このプロセスは、望む硬度、例えば０、Ｔ４のバッキングプレートを提供するように調整できるが、ターゲットとバッキングプレートの間の拡散接合に悪影響を及ぼさないようにしなければならない。熱処理できないアルミ合金で提供された拡散接合スパッタリングターゲットアセンブリのせん断強度(shear strength)は、一般的に約１２，０００psiから２０，０００psiの範囲であり、平均は１６，０００psiである。アルミ合金６０６１‐Ｔ６のスパッタリングターゲットアセンブリは室温で約２２，０００psiから２３，０００psiであり、３９２°Ｆでは１７，７００psiの範囲の接合せん断強度を有している。前述したように、このプロセスはこれ以外の硬度特性、例えばＴ４を備えたバッキングプレートを有したスパッタリングターゲットアセンブリを提供することもできる。以下はいくつかのスパッタリングターゲットアセンブリの力学的及び物理的特性を示している。Ａ．せん断強度、チタンとアルミとの接合強度 70°Ｆ（21℃）：２３Ｋｓｉから２３Ｋｓｉ（１５１ＭＰａから１５８ＭＰａ） 392°Ｆ（200℃）：１７．７Ｋｓｉ（1２２ＭＰａ）Ｂ．バッキングプレートの最大引張接合強度(ultimate tensile strength) 70°Ｆ（21℃）：４５Ｋｓｉ（３１０ＭＰａ）Ｃ．耐力(yield strength)、弾性限度(elastic limit) 70°Ｆ（21℃）：３６Ｋｓｉ（２４８ＭＰａ）Ｄ．製品バッキングプレート硬度：１００‐１０９ＨＢＷＥ．チタングレイン構造(grain structure)は拡散接合と６０６１‐Ｔ６処理ステップで影響を受けない。比較のため、以下は、熱的に増強された力学特性の特定に使用される６０６１商業用アルミ合金硬度硬度指定である。 “Ｔ６”典型的商業特性最大引張接合強度４５Ｋｓｉ（３１０ＭＰａ）硬度９６ＨＢＷ（ブリネル数） “Ｔ４”典型的商業特性最大引張接合強度３５Ｋｓｉ（２４１ＭＰａ）硬度６５ＨＢＷ力学的特性は典型的にはＡＳＴＭＥ８‐８９ｂあるいはＡＳＴＭＢ５５７‐ ９４に即した引張試験によって測定される。硬度は、ＡＳＴＭＥ１０‐９３に即したブリネル数‐ＨＢ、５００Ｋｇ荷重、１０ｍｍのボールで測定される。６０６１アルミのスパッタリングターゲットアセンブリは現在のところＴ６硬度状態が好適である。これは約９５ブリネル数の硬度で典型的な最大引張応力の約４５Ｋｓｉ（３１０ＭＰａ）を創出する。前述のプロセスは、拡散接合を、Ｔ６特性を発生させるのに望ましいことが知られている２ステージ加熱処理と組み合わせている。６０６１アルミの硬化処理には溶液処理が関与し、人工熟成ステップが続く。この２段階熱処理によってＭｇ₂Ｓｉの析出が制御され、強度が向上する。過飽和固溶体の析出増強処理において一般的に必要とされることは、熟成熱処理中に拡散される析出物の形成である。特に前述したクエンチング技術はターゲットとバックングプレートとの拡散接合に悪影響を及ぼすことなく望む力学的特性を達成させるのに非常に重要である。商業品質のアルミ６０６１はＴ６で、０硬度(temper)にアニール処理された状態で購入が可能である。あるいは、加工硬化された材料がバッキングプレート開始材料として使用が可能である。表１は、Ｔｉ‐６０６１‐１、Ｔｉ‐６０６１‐２、Ｔｉ‐６０６１‐３と指定されている３種の異なる方法によって提供されるスパッタリングターゲットアセンブリの特徴を比較している。第１ターゲットは前述の標準拡散接合と、人工熟成硬化処理と水クエンチ処理によって提供されている。第２アセンブリは拡散接合によって提供され、合金６０６１の溶液処理を含んでおり、その後に水クエンチ処理が施され、再度の充分な水クエンチ処理での人工熟成硬化処理が施されて完成する。第３プロセスはアセンブリを拡散接合し、合金６０６１を溶液処理し、部分的着水クエンチ処理が続き、続いて人工熟成硬化処理を施し、さらに部分的着水クエンチ処理を施して提供される。これら３サンプルは全て超音波接合ラインスキセン法(Ultrasound Bondline Scan practice)で処理され、接合ラインのマクロ検査のために半分割された。これらサンプルにはせん断テスト、硬度測定及び顕微鏡検査が施された。表１第１相、半ターゲット評価データ（Phase one,half scale target evaluation data）ターゲットＣ‐スキャン硬度ＨＢせん断強度psi Ｔｉ-6061-1 100％ 42.4 15,150 Ｔｉ-6061-2 99％ 109 17,615 Ｔｉ-6061-3 99％ 100 19,021 ターゲットとバッキングプレートの剥離は生じなかった（金属学的に確認）。Ｔｉ‐６０６１‐２のプロセスも良好な結果を提供した。しかし、せん断強度測定値と接合ラインの金属特性の評価で、全身的クエンチ処理は接合ラインの一体性にネガティブな影響を及ぼすが、ターゲットとバッキングプレート材料が良好な金属間接合を形成する場合には採用が可能であることが示された。表２は拡散接合ターゲットを提供するように合金６０６１バッキングプレートと共に使用された非分割チタンブランク材(full scale titanium blank)の結果を報告するものである。ターゲットとバッキングプレートの材料表面の準備処理と、Ｔｉ‐６０６１‐３アセンブリに関して前述したプロセスが採用された。せん断サンプルはＭＩＬ‐Ｊ‐２４４４５Ａ（ＳＨ）、トリプルラッグ形状(Tripl e Lug configuration)に合わせて準備され分析された。せん断テストの結果は表２に示されている。表２室温及び２００℃で実施された第２相のせん断強度、トリプルラッグせん断テスト（Phase Two Shear Strength,Triple Lug Shear testing Performed at room te mperature and 200℃） 2/9/1998 ラッグ温度荷重せん断ストレス平均サンプル ℃ ポンド psi １Ａ 21 4657 24,739 23,535 Ｂ 21 3432 19,124 Ｃ 21 4916 26,744 ２Ａ 21 3830 21,681 22,678 Ｂ 21 3872 20,879 Ｃ 21 4703 25,472 ３Ａ 2778 15,309 17,727 Ｂ 3472 18,622 Ｃ 3474 19,251 室温での平均拡散接合せん断ストレス(average diffusion bond Shear Stress )は約２２．６から２３．５ksiである。２００℃の高温テストでは約１７．７ks iを示した。それら両方とも室温で試験されたときの標準バッキングプレート材料の名目的せん断ストレス(nominal Shear Stress)を超えている。金属組織学的検査では、非析出硬化処理アルミ合金のバッキングプレートと比較して、６０６１アルミニウムの化学的あるいは冶金学的変化による拡散接合力の大きな減衰は見られなかった。平坦化処理と加工処理(flattening and machin ing)の後で、Ｔ６条件と粗加工条件下でのターゲットのスキャン検査で９９．９９％の接合部分の存在が示された。この試験の結果は表３に示されている。引張テスト片と引張試験方法はＡＳＴＭＥ８とＢ５５７基準に従った。ヤング係数の予測値はＡＳＴＭＥ１１１‐８２の引張試験のストレス／ストレイン曲線から得られ、硬度試験はＡＳＴＭＥ１０‐９３に従って行われた。表３の結果は、チタン拡散結合ターゲットを、６０６１‐Ｔ６アルミバッキングプレートターゲット、０硬度の６０６１アルミ、及び典型的な拡散接合ターゲットからの１％Ｓｉと０．５％Ｃｕを含有したアルミ合金バッキングプレートと比較する。この６０６１バッキングプレートはＴ６条件の６０６１の典型的な産業基準を満たしている。表３従来の６０６１と代用バッキングプレートアルミ合金の値と比較した第２相力学データ（Phase Two mechanical data compared to published values of 6061 and alt e rnative backing plate aluminum alloy）材料データ源最高降伏伸び率％引張応力硬度応力応力（1/2インチ径 x10 ６乗ＨＢ ksi si サンプル） psi 6061-出版 45.0 40.0 17.00 10.00 95 Ｔ6 6061-0原料 20.8 7.7 24.33 10.03 38 6061-拡散 43.8 41.5 11.00 10.90 96 Ｔ6 接合Ｔ6 Ａｌ+1％代用Ａｌ15.7 7.0 39.33 4.77 29 Ｓｉ＋合金 0.5％Ｃｕスパッタリングターゲットに拡散接合された析出硬化するバッキングプレートでスパッタリングターゲットアセンブリを製造する好適実施例は、チタンスパッタリングターゲットに拡散接合されるアルミ６０６１合金バッキングプレートに関して解説した以下記載のプロセスで説明されている。連続鋳造６０６１均質化ビレット(continuously cast 6061 homogenized bill et)は、拡散接合されるターゲットの最終寸法に合わせて所定の長さに切断される。ビレットの直径は約７から１２インチ程度でよい。この６０６１ビレットは５７２°Ｆに予備加熱され、２０から３０分間その温度が維持される。そのビレットは所定の高さに鍛造され、クエンチ処理される。この処理に使用される鍛造装置は最低で約１０，０００psiの圧力を提供するものであり、等温線条件(isothermal condition)となるように加熱プラテン(heate d platen)が提供されている。鍛造速度(forge rate)は約５から１０インチ/分である。その結果、粗状態(roughed condition)のバッキングプレートが得られる。このバッキングプレートはアニール処理され、最低３時間、約７７５°Ｆにプレートを加熱することでバッキングプレート製造ステップの加工の影響が排除される。７７５°Ｆでの３時間の処理後、温度は約５０°Ｆ/時間の割合で５００°Ｆにまで下げられる。５００°Ｆになると、そのまま室温で冷却される。このターゲットとバッキングプレートは接合される表面が準備されてクリーン処理された後に拡散接合される。例えば、ターゲット表面は、表面に１本の連続糸溝加工(continuous threaded channel)を機械で施し、表面をグリットブラスト処理し、化学的に洗浄して準備される。バッキング材料の表面は機械加工、フライス盤加工あるいは旋盤加工される。これらバッキングプレートとターゲットは適度な材料フロー状態となる適当な温度に予備加熱することで拡散接合され、熱間鍛造される。この拡散接合後に、拡散接合されたアセンブリは約３時間、９８５°Ｆで溶液加熱処理(solution heat-treated)され、Ｔ４状態が達成される。処理時間はターゲットの厚みで決定されるものであり、薄いターゲット(low profile target) においては３時間が典型的である。時間は最初の１/２インチに対しては６５分間、各追加の１/２インチ増分に対しては３０分間となるように選択される。拡散接合されたスパッタリングターゲットアセンブリは冷却液（例えば水タンク）でクエンチ処理され、約５０°Ｆから７２°Ｆで維持される。バッキングプレートからターゲットが剥離するのを防止するため、アセンブリは冷却液に部分的にのみ沈められる。すなわち、バッキングプレートはターゲットを冠水させることなく冷却液内に沈められる。典型的には、水はターゲット相の上面から最大で約１/２インチに保持されてアセンブリが冷却される。このターゲットはその後の処理のために適切な粗直径にカットされる。この段階で、拡散接合されたアセンブリが湾曲する可能性がある。湾曲するとターゲットは中央部がアーチ状に高くなる。このような可視湾曲状態は１００トン以上のプレス等による平坦化加工によって最終熱処理に先立って矯正される。工具鋼プレートをターゲット表面上に置いて、プレート/アセンブリユニット全体をターゲットの外周に合せたサイズの工具鋼リングに置いて、湾曲した表面に対抗させて変形させることができる。平坦化されたアセンブリは空気炉(air furnace)内で８時間、少なくとも３５０°Ｆで人工的に熟成される。この拡散接合されたスパッタリングターゲットアセンブリは前述の部分的沈降クエンチング法でクエンチ処理される。その結果、スパッタリングターゲットアセンブリはＴ６状態となり、最終加工の準備ができる。ターゲットとバッキングプレートの間にニッケル層を挿入することで、ターゲットとバッキングプレートとの拡散接合力が増強されることが発見された。例えば、タンタラムとアルミニウムは相互への固相溶解(solid solubility)がほとんど発生せず、タンタラムとアルミニウムあるいはアルミ合金バッキングプレートとの良好な拡散接合を提供することが非常に困難である。ニッケルの中間層はタンタラムとニッケル、及びニッケルとアルミニウムとの間の拡散を促進する。最良の拡散接合状態は中間のニッケル層を介さずには達成されない。図１Ａと図１Ｂの顕微鏡写真は、ニッケルを利用しないタンタラムとアルミの拡散接合のインターフェースと、拡散接合前にタンタラムとアルミとの間にＮｉ ‐鍍金を施したタンタラムとアルミの拡散接合のインターフェースとを比較している。結果は驚異的であった。この効果を補足するため、図２は引張接合強度とターゲット上での位置を、ＵＴストレス(UT stress)とＵＴ外観(UT look)とに関して示している。これらの結果は表４に提供されている。表４引張接合強度位置ＵＴ荷重ＵＴストレスエッジ 2,500 5,680 中央 3,970 9,610 中心 4,350 10,050 ターゲットとバッキングプレートとの間にニッケルインターフェースを有した拡散接合ターゲットは以下のプロセスで製造が可能である。Ａ．拡散接合されるターゲットの表面が、例えば連続的な約０．０１５インチ深度連続スクロール(continuous about 0.015"deep scroll)の使用でスクロール処理(scroll)される。Ｂ．スクロール処理された表面は以下のプロセスでＮｉ‐鍍金(Ｎｉ-plated) される。１．鍍金される表面をビーズブラスト処理する。２．約１５０°Ｆで約７５アンペア‐分(amp-min)、アルカリ洗浄溶液で電子洗浄処理(electro-cleaning)する。３．鍍金される表面を６０％Ｈ₂ＳＯ₄、２０％ＨＦ及び２０％脱イオンＨ２Ｏの溶液でエッチング処理する。４．Ｎｉにより、ｐＨが約１．３で約１０５°Ｆのバレットニッケルスルファメートストライクバス(Barrette Nickel Sulphamate Strike Bath)内で５００アンペア‐分、ターゲットを２５０アンペア‐分後に１８０°回転させて鍍金処理する。このプロセスを反復する。５．１から４の各ステップ間にて脱イオン水でターゲットをリンス処理する。６．最後のリンス処理後に乾燥させる。Ｃ．Ｎｉ鍍金したターゲットを真空アニール処理(vacuum anealing)し、ニッケルとターゲットとの間で拡散状態を発生させる。例えば、チタンターゲットの場合には真空アニール処理は約８２５℃で実行されて拡散状態が提供される。Ｄ．真空アニール処理した後、ターゲットはアルミ合金６０６１‐Ｔ６のごとき強力バッキングプレートに接合される。有利には、このバッキングプレートは２０００、６０００あるいは７０００シリーズの加熱処理可能なアルミ合金で成り、スパッタリングターゲットはタンタラム、コバルト、銅、タングステン、チタン、タンタラム‐タングステン、及びそれらの合金の中から選択される。前述の実施例に多彩な変更や改良を施すことは可能である。本願発明のスコープは「特許請求の範囲」に記載されたものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者スティール，デイビッドイー. アメリカ合衆国 99202―3305 ワシントン州，スポケーン，フィフスアベニューイースト 1923 (72)発明者ターナー，ウィリアムアール. アメリカ合衆国 99206 ワシントン州, スポケーン，ウォールナットノース 1711 (72)発明者バイヤー，アンソニーエフ. アメリカ合衆国 99216 ワシントン州, スポケーン，イースト 29ティーエイチストリート 13518 (72)発明者カドカス，ジャニーンケイ. アメリカ合衆国 99027 ワシントン州, オティスオーチャーズ，モンテビスタコートイースト 1822 (72)発明者ストロザース，スーザンディー. アメリカ合衆国 99207 ワシントン州, スポケーン，フォーカーロードノース 12426

Claims

【特許請求の範囲】１．熱処理されたスパッタリングターゲットアセンブリの製造方法であって、スパッタリングターゲット用のバッキングプレートを提供するステップと、スパッタリングターゲットを提供するステップと、該バッキングプレートをスパッタリングターゲットに拡散接合し、スパッタリングターゲットアセンブリを製造するステップと、該スパッタリングターゲットアセンブリを熱処理し、加熱とクエンチ処理を含むプロセスによって、その拡散接合されたスパッタリングターゲットアセンブリのバッキングプレートを析出硬化処理するステップと、を含んでおり、前記クエンチ処理はスパッタリングターゲットを着水させずに該バッキングプレートを冷却液内に沈めることで提供されることを特徴とする方法。２．前記クエンチ処理されたスパッタリングターゲットアセンブリを平坦化処理し、そのバッキングプレートを人工的に熟成させ、そのターゲットを着水させずにバッキングプレートを冷却液内に沈めてスパッタリングターゲットアセンブリを部分的に浸沈させることでクエンチ処理するステップをさらに含んでいることを特徴とする請求項１記載の方法。３．前記バッキングプレートはスパッタリングターゲットに拡散接合する前に加工硬化処理されていることを特徴とする請求項１記載の方法。４．前記バッキングプレートは拡散接合に先立って溶液アニール処理されることを特徴とする請求項３記載の方法。５．前記スパッタリングターゲットアセンブリに、拡散接合された状態のスパッタリングターゲットアセンブリのバッキングプレートに望む硬度を提供するように、加熱と部分的浸沈クエンチ処理とを含んだ複数回の析出硬化処理を施すステップをさらに含んでいることを特徴とする請求項１記載の方法。６．前記バッキングプレートは熱処理可能なチタニウム、アルミニウムあるいは銅の合金を含んでいることを特徴とする請求項１記載の方法。７．前記バッキングプレートは２０００、６０００あるいは７０００シリーズの熱処理可能なアルミニウム合金を含んでいることを特徴とする請求項１記載の方法。８．前記クエンチ処理用冷却液は水であることを特徴とする請求項１記載の方法。９．前記スパッタリングターゲットはアルミニウム、銅、タングステン、チタニウム、チタニウム‐タングステン、タングステン、タンタラム、コバルト、あるいはそれらの合金を含んでいることを特徴とする請求項１記載の方法。１０．スパッタリングターゲットに拡散接合された析出硬化バッキングプレートを含んでいることを特徴とする熱処理されたスパッタリングターゲットアセンブリ。１１．前記バッキングプレートは熱処理可能なチタニウム、アルミニウムあるいは銅の合金を含んでいることを特徴とする請求項１０記載のアセンブリ。１２．前記バッキングプレートは２０００、６０００あるいは７０００シリーズのアルミニウム合金を含んでいることを特徴とする請求項１０記載のアセンブリ。１３．前記スパッタリングターゲットはアルミニウム、タングステン、ニッケル、チタニウム、チタニウム‐タングステン、タンタラム、コバルト、あるいはそれらの合金を含んでいることを特徴とする請求項１０記載のアセンブリ。１４．前記バッキングプレートは０、Ｔ４及びＴ６の多様に硬化処理された硬度状態にあることを特徴とする請求項１０記載のアセンブリ。１５．前記バッキングプレートはＴ６硬度を有していることを特徴とする請求項１０記載のアセンブリ。１６．アルミニウム、銅、タングステン、ニッケル、チタニウム、チタニウム‐ タングステン、タンタラム、コバルト、及びそれらの合金のうちの少なくとも１種を含み、ニッケル層を介してバッキングプレートに拡散接合されたターゲットを含んでいることを特徴とするスパッタリングターゲットアセンブリ。１７．前記ターゲットはタンタラムを含み、前記ニッケル層はＮｉ‐鍍金されており、前記バッキングプレートはアルミニウムを含んでいることを特徴とする請求項１６記載のスパッタリングターゲットアセンブリ。１８．Ａ．拡散接合される表面を、約０．０１５インチ深度連続的スクロールをスクロールすることでスクロール処理するステップと、Ｂ．そのスクロール処理された表面をＮｉ‐鍍金するステップと、Ｃ．そのＮｉ‐鍍金されたターゲットを真空アニール処理するステップと、Ｄ．そのＮｉ‐鍍金真空アニール処理されたターゲットをバッキングプレートに拡散接合させるステップと、を含んでいることを特徴とする請求項１６記載のスパッタリングターゲットアセンブリの製造方法。１９．前記ターゲットはアルミニウム、タンタラム、コバルト、銅、タングステン、チタニウム、チタニウム‐タングステン、及びそれらの合金のうちの少なくとも１種を含んでいることを特徴とする請求項１８記載の方法。２０．前記ターゲットはタンタラムを含んでおり、前記バッキングプレートはアルミニウムを含んでいることを特徴とする請求項１９記載の方法。