JP2001032065A - スパッタリングターゲットを受け板に接合する方法 - Google Patents
スパッタリングターゲットを受け板に接合する方法Info
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Abstract
組立体で、従来得たスパッタターゲットの微細構造特性
を損うことなく、且つ業界標準の厚さ内で使用中に剥離
が起きないようにスパッタターゲットと受け板の間の接
合を強くし、更には長寿命のターゲット/受け板組立体
を作る方法を提供すること。 【解決手段】 スパッタターゲット10と受け板12を
爆着によってその境界面に原子接合を作る。ターゲット
10の直径が受け板12より小さい場合は、その周りに
リング32を置いて受け板の爆着による損傷を防ぐ。接
合後、このリングおよびターゲットの外側部を削り取っ
て業界標準内の厚さの取付けフランジ42を作る。この
フランジを受け板とターゲットから成るようにすれば、
ターゲットを厚くでき、有効寿命を延せる。
Description
ターゲットを受け板に接合する方法に関し、更に詳しく
は、ターゲット/受け板組立体を製造するために爆着を
使用することに関する。
に材料の薄層を被着するために広く使われている。基本
的に、このプロセスは、基板上に薄膜または薄層として
被着すべき所望の材料で作った面を有するターゲットの
ガスイオン衝撃を必要とする。このターゲットのイオン
衝撃は、このターゲット材料の原子または分子をスパッ
タさせるだけでなく、かなりの熱エネルギーをターゲッ
トに与える。この熱は、このターゲットと熱交換関係に
ある受け板の下または周りで消散する。このターゲット
は、陰極組立体の一部を形成し、陽極と共に、不活性ガ
ス、好ましくはアルゴンで満たした排気室の中に置かれ
る。高圧電界をこの陰極と陽極に掛ける。この不活性ガ
スが陰極から放出された電子との衝突によってイオン化
される。正に帯電したガスイオンが陰極に吸引され、タ
ーゲット面と衝突すると、これらのイオンは、ターゲッ
ト材料を追出す。追出されたターゲット材料は、排気さ
れたエンクロージャを横切り、通常陽極近くに位置する
所望の基板上に薄膜として被着する。
このターゲットの表面上に閉ループ形状に作った、アー
チ形磁界を同時に使用することによってスパッタリング
速度の増加を達成している。これらの方法は、マグネト
ロンスパッタリング法として知られている。このアーチ
形磁界が電子をターゲット表面に隣接する環状領域に閉
込め、それによって、ターゲット材料を追出すためにタ
ーゲット衝突領域の正ガスイオンの数を増すための区域
で電子・ガス原子衝突の数を増す。従って、このターゲ
ット材料は、ターゲットレースウェイとして知られる、
ターゲット面の一般的に環状部で侵食されるようにな
る。
ットを非磁性受け板に単一接合面で取付けてこの組立体
内に平行境界面を作る。この受け板は、スパッタリング
室でターゲット組立体を保持するための手段を提供する
ため、およびこのターゲット組立体に構造安定性をもた
らすために使用する。また、この受け板は、ターゲット
のイオン衝撃によって発生した熱を運び去るために通常
水冷式である。磁石は、典型的には受け板の下に都合良
く定めた位置に配置して、ターゲットの露出面の周りに
伸びるループまたはトンネルの形をした上記の磁界を作
る。ターゲットと受け板の間の熱的および電気的接触を
良くするために、これらの部材を普通、半田付け、ろう
付け、拡散接合、機械的締結またはエポキシ樹脂接着を
使って互いに取付ける。
ターゲット/受け板組立体に加わる応力に適応できる。
しかし、熱膨脹率が広範囲に異なる材料の半田接合は、
この半田がその用途に弱過ぎるときに、接合境界面の縁
に始る剪断破壊を受け易い。普通経験する結果は、使用
中の剥離である。一つ以上の半田濡れしない材料を半田
付けによって接合する問題を克服するためには、金属に
よるプレコーティングを使って半田付け性を向上する。
これらのコーティングは、電気めっき、スパッタリング
またはその他の従来の方法によって付けてもよい。半田
濡れおよび半田付けが困難なターゲットおよび受け板材
料に付けるこの中間コーティングの必要性は、付けたコ
ーティングの密着信頼性およびコーティングを付けると
いうかなりの付加コストを含む問題を起す。更に、“軟
質”半田に関連する比較的低い接合温度がスパッタリン
グ中にターゲットが作動できる温度範囲を減少する。
強いがこの材料システムに発生した応力を遙かに許容し
難い。大きなサイズのターゲットは、接合表面全体に亘
り丈夫な接合を作る困難が大きいことは勿論、大きな応
力問題を生じる。スパッタリングターゲットのサイズお
よび所要電力量が増すと、軟質半田は、関係する材料シ
ステムの接合に適用し難くなる。
あるが、スパッタリングターゲット部品の接合には限ら
れた使用しかされていない。この接合は、熱を加えなが
ら材料表面を密着するように加圧してこの接合境界面を
横切って種々の程度に冶金的接合および拡散を誘起する
ことによって行われる。接合補助である、より容易に接
合する金属組合せを時々接合すべき表面の片方または両
方に付ける。そのようなコーティングは、電気めっき、
無電解めっき、スパッタリング、蒸着または付着性金属
膜を被着するために使用できるその他の手法によって付
けてもよい。接合すべき材料の何れかにより容易に接合
する能力を有する金属箔を接合部材の間に組込むことも
可能である。接合すべき表面は、接合を妨げる酸化物ま
たはそれらの化学膜を除去するために化学的またはその
他の方法によって準備する。
るために、接合作業前および接合作業中に表面を清浄性
を常に維持するために極度の注意を必要とする。拡散接
合境界面が平面であるので、それらは単純剪断の応力を
受けがちであり、それが普通この接合領域の端での剥離
に繋がる。この接合境界面での脆い合金の形成は、関連
する長時間の熱露出と共に厚さを増し、接合剪断破壊の
可能性を増す。米国特許第5,230,459号に記載
されているような接合の付加的手法は、固体状態で接合
すべき部品の一つの表面に機械加工した溝を設けるとい
う予備接合工程を含む。この態様は、加熱加圧中に関連
する部品の接合表面の破壊を生ずる。強度または硬度の
大きい材料は、通常溝を設けて、接合中、それが柔らか
い部材に入り込み、この柔らかい金属がこれらの溝を実
質的に満たすようにする。
に適用可能であるが、このプロセスは低い融点合金の溶
融温度付近で起らねばならないので、異なる溶融温度を
有する材料に限られる。これは、この手法を類似の金属
に使用することを排除する。これらの溝の鋸歯性が応力
集中装置として作用し、これらの合金に接合付近の早期
亀裂を促進するかも知れないということも有り得る。更
に、これらの溝の機械加工は、時間の掛る作業である。
国特許第5,836,506号に、スパッタターゲット
および/または受け板の接合面に粗面処理を行い、続い
て固体状態接合を行う方法が開示されている。この粗面
処理は、この表面処理がない場合に99%の表面しか接
合しないのに比べて100%の表面接合をもたらす。こ
の処理は、更に非処理滑面から作った接合の引張り強度
の2倍以上の接合をもたらす。
の高温を加えてターゲットと受け板の間に接合を作る。
それで、これらのプロセスの各々では、金属の高温への
長期露出が結晶粒の成長を生ずるので、ターゲットおよ
び受け板材料の微細構造に変化が起りそうである。この
技術分野では、スパッタリング効率の増進および薄膜品
質の改善に繋がるある微細構造を達成するようにスパッ
タターゲットのブランクを処理するために長足の進歩を
遂げた。このスパッタターゲットに所望の微細構造を得
てから、それは、このターゲットを受け板に取付けるた
めの高温接合法によって変えられる危険にさらされる。
く、従来のターゲット陰極組立体は、業界が使用し且つ
理解するこの組立体の全体の標準寸法に従うために使え
るターゲット材料の厚さに関して制限される。このター
ゲットのスパッタ面に垂直に測った厚さプラス受け板の
厚さ、およびこの受け板の周辺の、このターゲットのそ
れと同じ方向に測った、厚さが業界で決められている。
スパッタターゲットの厚さの増加は、組立体全体の厚さ
を大きくし過ぎる。薄いターゲットは、スパッタリング
用に少しの材料しか提供せず、従って、頻繁に交換しな
ければならない。業界で受入れられる寸法を変えること
なく大きなターゲット厚さを達成するための努力は、費
用が掛り、効果がないことが分った。例えば、受け板と
ターゲットがターゲット材料だけから作った一体構成で
もよい。これは、スパッタリング用により多くのターゲ
ット材料を利用できるようにし、それがターゲットを交
換しなければならない頻度を下げる。しかし、このター
ゲット材料は、一般的に高価である。それで材料コスト
の観点から、受け板を高価でない材料で作った二体構成
を提供することが好ましい。
続出願である、特許出願第09/172,311号で
は、粗面処理をスパッタターゲットの側面および底面に
適用し、続いて受け板に作ったくぼみ内へのターゲット
の固体状態接合、特に高温平衡圧縮を行う。ターゲット
を受け板に埋込むことによって、この方法は、業界標準
が要求するターゲット/受け板組立体の固定寸法を変え
ることなくターゲット厚さの増加を可能にする。しか
し、そうするために、それは、この組立体材料の微細構
造を変えるに十分な時間高温を加える。
ッタターゲットの微細構造特性を損うことなく、スパッ
タターゲットと受け板の間に高強度の接合を創る方法を
開発することが望ましい。ターゲット/受け板組立体に
対する全体の標準寸法内で更にターゲットの厚さの増加
を可能にする、そのような接合法を創ることが更に望ま
しい。
受け板を含む材料の微細構造および特性を実質的に変え
ることなく、このスパッタターゲットと受け板の間に強
い接合を作る、接合したスパッタターゲット/受け板組
立体を作る方法を提供する。
の原理によれば、スパッタターゲットおよび受け板を互
いに近接して配置し、このスパッタターゲットと受け板
の間の境界面に原子接合を作るために一つ以上の制御し
た爆発によってこのスパッタターゲットおよび/または
受け板を互いの方に加速することによって爆着する。次
に、このスパッタターゲットおよび受け板の非接合面を
機械加工して最終組立体寸法を達成する。
が等しい場合、このスパッタターゲット/受け板組立体
を被着室に固定するために、接合後このターゲットの外
側部を削り取って底フランジ部を作る。このターゲット
は、このフランジが受け板材料だけから成るように、こ
の外側部を接合境界面までずっと削り取ってもよく、ま
たは代替実施例では、この底フランジ部が一部スパッタ
ターゲットと一部この接合境界面によって分離された受
け板材料から成るように、このスパッタターゲットを接
合境界面の上の深さまで削り取ってもよい。この後者の
場合、ターゲットの厚さを効果的に増すことによって、
このスパッタターゲットの有効寿命を延し、それによっ
てまだ全体の標準寸法を維持しながら長寿命のスパッタ
ターゲット/受け板組立体を提供する。
直径がこの受け板より小さい場合、このスパッタターゲ
ットの周りにリングを置き、このスパッタターゲットの
接合面プラスリングが受け板の接合面に等しくなるよう
にしてもよい。爆着後、この組立体を被着室内に固定す
るために、このリングを削り取って受け板材料から成る
底フランジ部を残すことができる。
け板に接合する方法で、接合すべき材料の微細構造に
も、それらの冶金的および機械的性質にも実質的に影響
することなく強い原子接合が作れ、ある場合にはこのス
パッタターゲットの寿命を延せる接合方法を提供する。
利点は、添付の図面およびその説明からより明白となろ
う。この明細書に組込まれ、その一部を構成する添付の
図面は、この発明の実施例を示し、上記のこの発明の一
般的説明、および以下の詳細な説明と共に、この発明の
原理を説明する役に立つ。
を受け板に爆着してこのスパッタターゲットのおよびこ
の受け板の従来の微細構造を変えることなく強い原子接
合を作ることによって、接合したスパッタターゲット/
受け板組立体を作る。本発明の更なる原理によれば、爆
着の原理に関連して長寿命のスパッタターゲット/受け
板組立体ができる。
ランク10を受け板12に爆着してもよい。このため、
ターゲットブランク10の底接合面14を受け板12の
上接合面16に近接して配置する。近接とは、面14と
16の間に小さい隔離スペース18があることを意味す
る。細い金属線および発泡ブロックのような、隔離装置
19を使ってこの隔離スペースを創り、次にそれらを接
合中にこのシステムから容易に排出する。底接合面14
と上接合面16が一緒にスパッタターゲットのブランク
10と受け板12のための接合境界面20を形成する。
この接合境界面20に原子接合を創るためには、面14
および16の少なくとも一つを他の方へ加速するために
一つ以上の制御した爆発を起す。これは、爆薬22、一
般的には箱または枠構造に入った粒状または液体爆発物
をスパッタターゲット10の上、受け板12の下、また
は両方に置くことによって達成する。
の実施例が起っているときを示す。ターゲット10の上
の爆薬22の漸進的爆発が、ターゲット10の一つの側
から他へ、矢印で示すように起り、爆発生成物24、例
えば、膨張ガスによって発生した力がターゲット面14
を受け板の面16の方へ加速して接合境界面20を創
る。それによってプラズマジェット26がターゲット1
0と受け板12の間にでき、それが隔離装置19をこの
システムから排出する。
製造した爆薬に必要なもの以下である。適切な爆発特性
をアマトール、ダイナマイトまたはNCNのような産業
爆薬の一つまたは組合せによって達成できる。この接合
プロセスによって発生する騒音および振動のために、こ
の作業は、地理的遠隔地で、坑道若しくは掩蔽壕の中、
または爆破室若しくは真空室の中で行ってもよい。
ーゲット/受け板組立体30は、図4に示すように存在
し、スパッタターゲット10が受け板12に境界面20
で接合されている。この接合境界面20は、この爆着プ
ロセスの結果として波状形態を有する。強い原子/冶金
的接合がスパッタターゲット10と受け板12の間にで
きるが、この波状接合境界面20に特有の局部変形を除
いて、このスパッタターゲットまたは受け板材料の冶金
的性質の変化は生じない。この爆着プロセスは、非高温
で起り、それでこのプロセスから発生する熱は、構成受
けおよびターゲット金属に熱伝達するには不十分な時間
しか発生せず、従って、この受けおよびターゲット金属
に結晶粒の成長を生ずる程の温度上昇はない。
ランク10が受け板12より直径が小さい代替実施例を
提供する。爆着工程中、スパッタターゲットのブランク
10が受け板12より小さいところで、受け板12の露
出した上面への損傷を被るかも知れない。それで、この
実施例では、スパッタターゲット10の周りにリング3
2を置き、底接合面14の直径を受け板12の上接合面
16のそれと一致するように効果的に増加する。そこで
このターゲットブランク10プラスリング32を受け板
12の上接合面16に近接して配置し、爆発物22を上
記のように爆発させて、図6に示すような、接合したタ
ーゲット/受け板組立体34を作る。
ット/受け板組立体30または34は、スパッタ被着室
(図示せず)に挿入するために図7に示すような最終寸
法に機械加工しなければならない。この接合し且つ機械
加工した組立体36を形成することは、典型的には、図
7に仮想線で示すように、スパッタターゲットブランク
10の一部をその上面38から削り取ってスパッタ面3
9を作り、およびやはり図7に仮想線で示すように、受
け板12の一部をその底面40から削り取って機械加工
した底面41を作ることを伴う。このスパッタ面39か
ら受け板12の機械加工した底面41までの厚さTは、
業界標準によって決められた固定寸法である。最終寸法
へのこの機械加工は、更にこの接合し且つ機械加工した
組立体36を、例えば、クランプまたはねじ締結によっ
て、スパッタ被着室に逆さにした位置で固定できるよう
にするための周辺底フランジ42を形成することを含
む。図7で、この周辺底フランジ42は、スパッタター
ゲットの直径が受け板直径に等しい図4の場合のよう
に、スパッタターゲットブランク10の側縁から外部を
削り取るか、またはスパッタターゲットの直径が受け板
直径より小さい図6の場合のように、リング32を削り
取るかしてフランジを形成するように露出した受け板1
2の外縁部から成る。どちらの実施例でも、フランジ4
2の形成は、接合境界面20の位置を定めるために精密
機械加工が必要である。フランジ42の高さHも業界標
準によって決められた固定寸法である。図7に示し且つ
説明する実施例は、本発明では構成材料の微細構造に影
響することなく組立部品間に高度に強い接合が出来るこ
とを除いて、受け板の外部がフランジとして役立つ従来
技術のスパッタターゲット/受け板組立体に構成が類似
する。
加工した組立体36の拡大図が示されている。本発明の
爆着法は、波の振幅Aが標準ターゲット/受け板組立体
で約1.0〜1.5mmである波状接合境界面20を創
る。この被着プロセス中、このターゲットをずっとスパ
ッタし、即ち、このターゲット10を通り受け板12ま
で達する孔をスパッタするのは好ましくない。典型的タ
ーゲット/受け板組立体では、このターゲットを典型的
には、仮想線で示す、水平接合境界面46、またはこの
受け板に突抜ける前のこの境界面46の直ぐ上の深さま
でスパッタしてもよい。図8の拡大図に示す組立体36
のような、本発明の爆着組立体では、ターゲットをスパ
ッタしてもよい深さDは、波状接合境界面20の振幅A
によって制限される。それで、爆着したスパッタターゲ
ット/受け板組立体で、ターゲット10をスパッタして
もよい最大深さDは、この受け板12に突抜ける前の、
この波の上面48、またはその直ぐ上までである。図8
に仮想線で示すような、水平型接合境界面に比べて、使
用可能なターゲット材料のほぼこの波の振幅Aに等しい
量が強い原子接合を達成し且つこのターゲットおよび受
け板材料の微細構造を維持するために喪失することが明
白である。
且つ機械加工した組立体50の代替実施例では、図4の
ターゲット/受け板組立体30を機械加工する際に、受
け板12の大部分をこの受け板12の底40(仮想線で
示す)から除去して機械加工した底面41を作り、一部
をターゲット10の上面38からも除去してスパッタ面
39を作る。その上、ターゲットブランク10の側縁か
ら外側部を除去して、スパッタターゲット材料の上部5
4および接合境界面20によって分離された受け板材料
の底部56から成る、高さHの周辺底フランジ52を創
る。このフランジ52の高さHは、図7のフランジ42
の高さHに等しく、それで両実施例が業界標準寸法に合
格する。図9、および図10の拡大図に示すように、タ
ーゲット10をスパッタしてもよい最大深さD’は、受
け板12に突抜ける前の、境界面20の波の上面48、
またはこの波の直ぐ上までである。しかし、この最大深
さD’は、図10で図8の実施例の最大深さDより大き
い。それで、図9および図10の実施例のターゲット1
0は、受け板材料に突抜ける前に大きい深さまで、従っ
て長期間スパッタできる。実際に、接合境界面20がこ
の接合し且つ機械加工したターゲット/受け板組立体5
0で下方に動かされ、本質的に長期間スパッタできる厚
いターゲット10を創る。それで接合境界面20をこの
組立体50の底の方へ動かすことによって、長寿命スパ
ッタターゲット/受け板組立体ができる。この実施例
は、まだこの組立体の一部に安価な受け板材料の使用を
可能にしながら、業界標準寸法に合格する。
にし、この実施例をかなり詳しく説明したが、前記請求
項の範囲をそのような詳細に制限しまたは如何なる方法
でも限定することを意図しない。付加的利点および修正
は、当業者に容易に明白だろう。従って、この発明は、
その広い側面で、図示し且つ説明した特定の詳細、代表
的装置および方法並びに実施例に限定されない。それ
故、出願人の一般的発明概念の範囲または精神から逸脱
することなく、そのような詳細から逸脱することが可能
である。
の第1実施例を描く概略断面図である。
け板を描く概略断面図である。
け板組立体を描く概略断面図である。
の第2実施例を描く概略断面図である。
け板組立体を描く概略断面図である。
2実施例の接合したスパッタターゲット/受け板組立体
を描く概略断面図である。
の接合したスパッタターゲット/受け板組立体を描く概
略断面図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 接合したスパッタターゲット/受け板組
立体(36)を作る方法であって:上接合面(16)を
有する受け板(12)を用意する工程;受け板(12)
の上接合面(16)の直径より小さい直径の底接合面
(14)を有するスパッタターゲット(10)を用意す
る工程;上接合面(16)の直径と等しくするため該底
接合面(14)の直径を増すためにこのスパッタターゲ
ット(10)の周りにリング(32)を設ける工程;前
記スパッタターゲット(10)およびこの受け板(1
2)の材料の微細構造および特性が実質的に変らないよ
うにするため接合境界面(20)に原子接合を作るため
に少なくとも一つの制御した爆発によってこの上面(1
4)および底面(14)の少なくともいずれかを互いの
方へ加速してこのスパッタターゲット(10)およびリ
ング(32)をこの受け板(12)に爆着する工程、;
並びに前記接合したスパッタターゲット/受け板組立体
(36)を被着室に固定するために前記受け板(12)
から成る所定の厚さ(H)の周辺フランジ(42)を作
るためにこのリング(32)をこの接合境界面(20)
まで削り取る工程を含む方法。 - 【請求項2】 接合したスパッタターゲット/受け板組
立体(50)を作る方法であって:底接合面(14)を
有するスパッタターゲット(10)を用意する工程;こ
のスパッタターゲット(10)の底接合面(14)と直
径が等しい上接合面(16)を有する受け板(12)を
用意する工程;スパッタターゲット(10)およびこの
受け板(12)の材料の微細構造および特性が実質的に
変らないようにするため接合境界面(20)に原子接合
を作るために少なくとも一つの制御した爆発によってこ
の上面(14)および底面(14)の少なくとも一つを
互いの方へ加速することによってこのスパッタターゲッ
ト(10)をこの受け板(12)に爆着する工程、;並
びにこの接合したスパッタターゲット/受け板組立体
(50)を被着室に固定するためにこのスパッタターゲ
ット(10)である上部(54)とこの受け板(12)
である底部(56)から成り、この上部(54)と底部
(56)がこの接合境界面(20)によって分離された
所定の厚さ(H)の周辺フランジ(52)を作るために
このスパッタターゲット(10)の外リング部をこの接
合境界面(20)の上の深さまで削り取る工程を含む方
法。 - 【請求項3】 請求項2の方法に於いて、このスパッタ
ターゲット(10)が:アルミニウム、チタン、タンタ
ル、タングステン、コバルト、ニッケル、銅およびそれ
らの合金から成るグループから選択した材料を含み、こ
の受け板(12)が:アルミニウム、銅および金属マト
リックス複合材から成るグループから選択した材料を含
む方法。
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