JP2003342723A - スパッターターゲット集成体の形成法 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 スパッターターゲット集成体の形成法を提供
する。 【解決手段】 スパッターターゲットをインサートに取
り付け、インサートと支持板との間に結合金属層を適用
し、これらを一緒にプレスして結合金属層を有する固相
結合を形成すると共に、インサートを支持板に接合させ
てインサートと支持板との間に少なくとも１個の冷却チ
ャンネルを形成し、そして充填材金属によってインサー
トの外周を支持板に固着させることを構成要件とする。
する。 【解決手段】 スパッターターゲットをインサートに取
り付け、インサートと支持板との間に結合金属層を適用
し、これらを一緒にプレスして結合金属層を有する固相
結合を形成すると共に、インサートを支持板に接合させ
てインサートと支持板との間に少なくとも１個の冷却チ
ャンネルを形成し、そして充填材金属によってインサー
トの外周を支持板に固着させることを構成要件とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、スパッターターゲ
ットの分野に関する。特に、本発明は、支持板をスパッ
ターターゲットに取り付けるための方法に関する。
ットの分野に関する。特に、本発明は、支持板をスパッ
ターターゲットに取り付けるための方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のスパッターターゲット集成体で
は、スパッターターゲットは非磁性の支持板に取り付け
られる。支持板はスパッターターゲットをスパッタリン
グ室に保持し、そしてスパッターターゲットに対して構
造用支持体も提供する。これに加えて、スパッターター
ゲットは、冷却チャンネルを含むことができる。スパッ
タリング中に、水がこれらの冷却チャンネルを流通して
スパッターターゲットの過熱を防止する。スパッタータ
ーゲットを過熱させると、ターゲット中での結晶粒成長
やターゲットそれ自体の変形が引き起こされる可能性が
ある。結晶粒成長及びターケット変形の両方とも、均一
なスパッタリングの達成を阻害する。
は、スパッターターゲットは非磁性の支持板に取り付け
られる。支持板はスパッターターゲットをスパッタリン
グ室に保持し、そしてスパッターターゲットに対して構
造用支持体も提供する。これに加えて、スパッターター
ゲットは、冷却チャンネルを含むことができる。スパッ
タリング中に、水がこれらの冷却チャンネルを流通して
スパッターターゲットの過熱を防止する。スパッタータ
ーゲットを過熱させると、ターゲット中での結晶粒成長
やターゲットそれ自体の変形が引き起こされる可能性が
ある。結晶粒成長及びターケット変形の両方とも、均一
なスパッタリングの達成を阻害する。
【０００３】これらの事情にかんがみて、スパッタータ
ーゲットは、優秀な伝熱性と共に強力な結合を含有する
ことが必須要件である。スパッターターゲットを固着す
るのに使用される結合技術としては、はんだ付け、ろう
付け、拡散接合、爆発接合、機械的締結及びエポキシ接
合が挙げられる。工業的製造業者はこれらの技術のすべ
てを使用してスパッターターゲット集成体を製造してい
るけれども、これらの技術の各々はある種の不利益を有
し、そしてそのどの技術もすべてのスパッターターゲッ
ト材料及び形状寸法に対して受け入れ可能な一般的な解
決策を提供するものはない。
ーゲットは、優秀な伝熱性と共に強力な結合を含有する
ことが必須要件である。スパッターターゲットを固着す
るのに使用される結合技術としては、はんだ付け、ろう
付け、拡散接合、爆発接合、機械的締結及びエポキシ接
合が挙げられる。工業的製造業者はこれらの技術のすべ
てを使用してスパッターターゲット集成体を製造してい
るけれども、これらの技術の各々はある種の不利益を有
し、そしてそのどの技術もすべてのスパッターターゲッ
ト材料及び形状寸法に対して受け入れ可能な一般的な解
決策を提供するものはない。
【０００４】ろう付けは、冷却チャンネルを含む支持板
とスパッターターゲットとの間に強力な接合を形成する
のに使用される最も一般的な技術である。不幸にして、
この技術は、アルミニウム又はアルミニウム合金から形
成されたスパッターターゲットでは受け入れ不可能であ
る。というのは、ろう付けに付随する高い温度はターゲ
ットの結晶粒度を数ｍｍに増大させるからである。同様
に、チタンターゲットをアルミニウム合金支持体にろう
付けすると、熱膨張係数の大きな差違によって縁に空隙
が生じる場合がしばしばである。
とスパッターターゲットとの間に強力な接合を形成する
のに使用される最も一般的な技術である。不幸にして、
この技術は、アルミニウム又はアルミニウム合金から形
成されたスパッターターゲットでは受け入れ不可能であ
る。というのは、ろう付けに付随する高い温度はターゲ
ットの結晶粒度を数ｍｍに増大させるからである。同様
に、チタンターゲットをアルミニウム合金支持体にろう
付けすると、熱膨張係数の大きな差違によって縁に空隙
が生じる場合がしばしばである。
【０００５】米国特許５９８５１１５において、ハート
ソーフ氏他は、エポキシ接合を使用してチャンネル付支
持板をスパッターターゲットに取り付けることについて
説明しており、即ち、支持板にチャンネルを形成する
と、全接合面積を５０％程容易に減少させることができ
る。このエポキシ接合技術は小形のターゲットほど有用
であるけれども、それは、大形のスパッターターゲット
集成体に要求される強度を欠いている。ありそうもない
ことが万一エポキシ接合がスパッタリング中に剥層した
場合には、それは、進行中のウエファー及び該ウエファ
ーを支持する静電チャックの両方を破壊させる。不適切
な接合に付随するこの大きなコストにかんがみ、チップ
製造業者は、チャンネル付支持板に３００ｍｍウエファ
ーのためのスパッターターゲットを取り付けるのに厄介
なエポキシ接合に依存している。
ソーフ氏他は、エポキシ接合を使用してチャンネル付支
持板をスパッターターゲットに取り付けることについて
説明しており、即ち、支持板にチャンネルを形成する
と、全接合面積を５０％程容易に減少させることができ
る。このエポキシ接合技術は小形のターゲットほど有用
であるけれども、それは、大形のスパッターターゲット
集成体に要求される強度を欠いている。ありそうもない
ことが万一エポキシ接合がスパッタリング中に剥層した
場合には、それは、進行中のウエファー及び該ウエファ
ーを支持する静電チャックの両方を破壊させる。不適切
な接合に付随するこの大きなコストにかんがみ、チップ
製造業者は、チャンネル付支持板に３００ｍｍウエファ
ーのためのスパッターターゲットを取り付けるのに厄介
なエポキシ接合に依存している。
【０００６】スパッターターゲットを固着させるための
次に一般的な他の技術としては、爆発及び拡散接合が挙
げられる。爆発接合は、アルミニウム及びアルミニウム
合金ターゲットの如き低温融点スパッターターゲットを
ろう付けするのに付随する有害な結晶粒成長を回避す
る。しかしながら、爆発接合は、冷却チャンネル特にア
ルミニウム合金から構成した冷却チャンネルを変形した
り崩壊する傾向がある。米国特許５８０３３４２におい
て、コードクス氏他が例示しているように、拡散接合は
いくつかのスパッターターゲット集成体の組み合わせに
対して有用である。不幸にして、拡散接合は過度の温度
をしばしば必要とし、そして有害な結晶粒成長をもたら
す。これに加えて、拡散接合に要求される圧縮力は、軟
質のターゲット材料を支持板の冷却チャンネル中に圧入
させる可能性がある。
次に一般的な他の技術としては、爆発及び拡散接合が挙
げられる。爆発接合は、アルミニウム及びアルミニウム
合金ターゲットの如き低温融点スパッターターゲットを
ろう付けするのに付随する有害な結晶粒成長を回避す
る。しかしながら、爆発接合は、冷却チャンネル特にア
ルミニウム合金から構成した冷却チャンネルを変形した
り崩壊する傾向がある。米国特許５８０３３４２におい
て、コードクス氏他が例示しているように、拡散接合は
いくつかのスパッターターゲット集成体の組み合わせに
対して有用である。不幸にして、拡散接合は過度の温度
をしばしば必要とし、そして有害な結晶粒成長をもたら
す。これに加えて、拡散接合に要求される圧縮力は、軟
質のターゲット材料を支持板の冷却チャンネル中に圧入
させる可能性がある。
【０００７】米国特許５６９３２０３において、オオハ
シ氏他は、拡散接合に典型的に要求される高い圧力及び
温度を回避するために固相接合を使用することを開示し
ている。この特許は、支持板とスパッターターゲットと
の間で金属箔をプレスして固相接合を形成することにつ
いて記載している。この技術は比較的強い結合を生じる
けれども、冷却チャンネルは支持板をスパッターターゲ
ットに接合させるのに有効な表面積を制限する可能性が
あり、そして表面の酸化物又は他の不純物が結合強度に
有意義な影響を及ぼす場合がある。
シ氏他は、拡散接合に典型的に要求される高い圧力及び
温度を回避するために固相接合を使用することを開示し
ている。この特許は、支持板とスパッターターゲットと
の間で金属箔をプレスして固相接合を形成することにつ
いて記載している。この技術は比較的強い結合を生じる
けれども、冷却チャンネルは支持板をスパッターターゲ
ットに接合させるのに有効な表面積を制限する可能性が
あり、そして表面の酸化物又は他の不純物が結合強度に
有意義な影響を及ぼす場合がある。
【０００８】
【特許文献１】米国特許第５９８５１１５号明細書
【特許文献２】米国特許第５８０３３４２号明細書
【特許文献３】米国特許第５６９３２０３号明細書
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、イン
サートと複数の冷却チャンネルを有する支持板との間に
強力な結合を有するスパッターターゲット集成体及びそ
の形成法を提供することである。
サートと複数の冷却チャンネルを有する支持板との間に
強力な結合を有するスパッターターゲット集成体及びそ
の形成法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】発明の概要本発明は、ス
パッターターゲット集成体を形成する方法を提供する。
この方法は、スパッターターゲットをインサートに取り
付けそしてインサートと支持板との間に結合金属層を適
用することを包含する。次いで、インサート及び支持板
を一緒にプレスすると、結合金属層を有する固相結合が
形成され、インサートが支持板に結合され、そしてイン
サートと支持板との間に少なくとも１個の冷却チャンネ
ルが形成される。スパッターターゲットのスパッタリン
グ中に冷却チャンネルからの漏れを排除するために、充
填剤金属によってインサートの外周を支持板に固着させ
る。
パッターターゲット集成体を形成する方法を提供する。
この方法は、スパッターターゲットをインサートに取り
付けそしてインサートと支持板との間に結合金属層を適
用することを包含する。次いで、インサート及び支持板
を一緒にプレスすると、結合金属層を有する固相結合が
形成され、インサートが支持板に結合され、そしてイン
サートと支持板との間に少なくとも１個の冷却チャンネ
ルが形成される。スパッターターゲットのスパッタリン
グ中に冷却チャンネルからの漏れを排除するために、充
填剤金属によってインサートの外周を支持板に固着させ
る。
【００１１】
【発明の実施の形態】発明の具体的な説明
ここに本発明において、ターゲットインサートを支持板
に固相結合して固着することを、冷却板又は支持板の周
囲を包囲する充填材金属と組み合わせると、スパッター
ターゲット集成体を製作するのに最も困難である強力な
結合が形成されることが見い出された。例えば、高純度
アルミニウム及びアルミニウム合金ターゲットは、微細
ミクロ構造を保持するのに十分なだけ低い温度でアルミ
ニウム合金冷却板に結合することをしばしば要件とす
る。加えて、接合中の圧力は、スパッターターゲット集
成体の冷却チャンネルをそのままに維持するのに十分な
だけ低いままに留まらなければならず、しかもタ−ゲッ
トの剥離を引き起こす危険性なしに高い動力密度でスパ
ッタリングを許容するのに十分な強度を有しなければな
らない。スパッターターゲット集成体を形成するのが困
難な他の組み合わせは、チタンスパッターターゲットと
アルミニウム支持板との組み合わせである。この組み合
わせは、ろう付けされた接合部の冷却時に縁に苛酷な空
隙の形成を引き起こす可能性のある熱膨張係数の大きな
不整合を有する。これらの空隙は冷却チャンネルを通る
水漏れをもたらす可能性があるので、それらは、アルミ
ニウム合金支持板に形成した冷却チャンネルを有するす
べてのチタンスパッターターゲットに対して受け入れ不
可能である。
に固相結合して固着することを、冷却板又は支持板の周
囲を包囲する充填材金属と組み合わせると、スパッター
ターゲット集成体を製作するのに最も困難である強力な
結合が形成されることが見い出された。例えば、高純度
アルミニウム及びアルミニウム合金ターゲットは、微細
ミクロ構造を保持するのに十分なだけ低い温度でアルミ
ニウム合金冷却板に結合することをしばしば要件とす
る。加えて、接合中の圧力は、スパッターターゲット集
成体の冷却チャンネルをそのままに維持するのに十分な
だけ低いままに留まらなければならず、しかもタ−ゲッ
トの剥離を引き起こす危険性なしに高い動力密度でスパ
ッタリングを許容するのに十分な強度を有しなければな
らない。スパッターターゲット集成体を形成するのが困
難な他の組み合わせは、チタンスパッターターゲットと
アルミニウム支持板との組み合わせである。この組み合
わせは、ろう付けされた接合部の冷却時に縁に苛酷な空
隙の形成を引き起こす可能性のある熱膨張係数の大きな
不整合を有する。これらの空隙は冷却チャンネルを通る
水漏れをもたらす可能性があるので、それらは、アルミ
ニウム合金支持板に形成した冷却チャンネルを有するす
べてのチタンスパッターターゲットに対して受け入れ不
可能である。
【００１２】特に、本法は、スパッターターゲットをイ
ンサートに取り付けることによってスパッターターゲッ
ト集成体を形成する。スパッターターゲット対インサー
トの結合は、スパッターターゲットのスパッタリング特
性を破壊しない任意のタイプの接合に依存することがで
きる。スパッターターゲットをインサートに取り付ける
ための受け入れ可能な結合技術としては、はんだ付け、
ろう付け、拡散接合、固相接合、爆発接合、機械的締結
及びエポキシ接合が挙げられる。チタンスパッターター
ゲットでは、ターゲットをインサート内の凹みに拡散接
合させるのが最も有益である。アルミニウム及びアルミ
ニウム合金スパッターターゲットでは、インサートとス
パッターターゲットとの間の固相結合が最も有益であ
る。というのは、これらの結合は、アルミニウムベース
ターゲット中での未制御の結晶粒成長を防止する低温加
工処理を必要とするからである。
ンサートに取り付けることによってスパッターターゲッ
ト集成体を形成する。スパッターターゲット対インサー
トの結合は、スパッターターゲットのスパッタリング特
性を破壊しない任意のタイプの接合に依存することがで
きる。スパッターターゲットをインサートに取り付ける
ための受け入れ可能な結合技術としては、はんだ付け、
ろう付け、拡散接合、固相接合、爆発接合、機械的締結
及びエポキシ接合が挙げられる。チタンスパッターター
ゲットでは、ターゲットをインサート内の凹みに拡散接
合させるのが最も有益である。アルミニウム及びアルミ
ニウム合金スパッターターゲットでは、インサートとス
パッターターゲットとの間の固相結合が最も有益であ
る。というのは、これらの結合は、アルミニウムベース
ターゲット中での未制御の結晶粒成長を防止する低温加
工処理を必要とするからである。
【００１３】インサートと支持板との間に結合金属層を
適用すると、固相結合を形成するための機構が提供され
る。受け入れ可能な結合金属としては、次の貴金属、即
ち、金、銀、白金、パラジウム、イリジウム、ロジウ
ム、ルテニウム及びオスミウムが挙げられる。コストの
面で、銀が固相結合を形成するための最も有益な金属に
相当する。結合金属層を被覆するための受け入れ可能な
技術としては、箔及び電着技術の使用の両方が挙げられ
る。銀では、被覆は、固相結合で接合される各表面上に
同等の厚さの銀を電着することから生じるのが最も有益
である。有益には、各電着側は、少なくとも１５μｍの
厚さを有する。最も有益には、固相結合層は、約４０〜
１００μｍの全厚を有する。もしも結合層が薄すぎる
と、それは、インサート又は支持板中に含まれる表面粗
さを補うのに十分な容量を有しないかもしれない。もし
も結合層が厚すぎると、それは強度を失う。随意とし
て、５μｍ未満の銅ストライク被覆は銀のために各表面
を準備し、そしてターゲット集成体の結合強度を向上さ
せる。この銅ストライク層は約１μｍの典型的な厚さを
有し、これは基体に対する結合強度を向上させるのに十
分なものである。
適用すると、固相結合を形成するための機構が提供され
る。受け入れ可能な結合金属としては、次の貴金属、即
ち、金、銀、白金、パラジウム、イリジウム、ロジウ
ム、ルテニウム及びオスミウムが挙げられる。コストの
面で、銀が固相結合を形成するための最も有益な金属に
相当する。結合金属層を被覆するための受け入れ可能な
技術としては、箔及び電着技術の使用の両方が挙げられ
る。銀では、被覆は、固相結合で接合される各表面上に
同等の厚さの銀を電着することから生じるのが最も有益
である。有益には、各電着側は、少なくとも１５μｍの
厚さを有する。最も有益には、固相結合層は、約４０〜
１００μｍの全厚を有する。もしも結合層が薄すぎる
と、それは、インサート又は支持板中に含まれる表面粗
さを補うのに十分な容量を有しないかもしれない。もし
も結合層が厚すぎると、それは強度を失う。随意とし
て、５μｍ未満の銅ストライク被覆は銀のために各表面
を準備し、そしてターゲット集成体の結合強度を向上さ
せる。この銅ストライク層は約１μｍの典型的な厚さを
有し、これは基体に対する結合強度を向上させるのに十
分なものである。
【００１４】インサート及び支持板をインサートと支持
板との間にサンドイッチされた結合金属層と一緒にプレ
スすると、インサートを支持板に結合させる固相結合が
形成される。このプレス作業は、スパッターターゲット
の上面に対して垂直の方向で行われる。スパッターター
ゲット集成体がインサート対支持板及びインサート対ス
パッターターゲットの結合の如き２つの固相結合に依存
するときには、これらの結合を同時にホットプレスする
のが最も有益である。更に、スパッターターゲット集成
体を積重ねそしてプレス成形を使用していくつかのター
ゲットにおいて固相結合を同時に形成することが可能で
ある。熱間一軸プレス又は熱等圧プレス成形のどちら
も、ターゲット集成体の部材と部材との間に固相結合を
形成するための最も有益な方法である。加えて、たいて
いの結合金属による固相結合では、その結合部をスパッ
ターターゲットの結晶粒成長温度よりも低い温度に加熱
すると、固相結合の一体性が向上される。
板との間にサンドイッチされた結合金属層と一緒にプレ
スすると、インサートを支持板に結合させる固相結合が
形成される。このプレス作業は、スパッターターゲット
の上面に対して垂直の方向で行われる。スパッターター
ゲット集成体がインサート対支持板及びインサート対ス
パッターターゲットの結合の如き２つの固相結合に依存
するときには、これらの結合を同時にホットプレスする
のが最も有益である。更に、スパッターターゲット集成
体を積重ねそしてプレス成形を使用していくつかのター
ゲットにおいて固相結合を同時に形成することが可能で
ある。熱間一軸プレス又は熱等圧プレス成形のどちら
も、ターゲット集成体の部材と部材との間に固相結合を
形成するための最も有益な方法である。加えて、たいて
いの結合金属による固相結合では、その結合部をスパッ
ターターゲットの結晶粒成長温度よりも低い温度に加熱
すると、固相結合の一体性が向上される。
【００１５】もしもインサート及び支持板がアルミニウ
ム合金であるならば、プレス成形は、約７０ＭＰａ以下
の圧力及び約３２０℃以下の温度で行われるのが有益で
ある。一般には、プレス温度を上げると、結合強度が向
上するが、しかしスパッターターゲット中での有害な結
晶粒成長の可能性が増加する。最も有益には、プレス成
形は、約２６０〜３２０℃の温度及び約３５ＭＰａ以下
の圧力で行われる。これらの条件下に、冷却チャンネル
はそのままにされ、そしてアルミニウム及びアルミニウ
ム合金スパッターターゲットのミクロ構造は未変化のま
まである。即ち、プロセスの温度は、Ａｌ−０．５重量
％Ｃｕの如きアルミニウム合金スパッターターゲットの
ミクロ構造を変化させない。インサートを支持板に固相
結合させると、インサートと支持板との間に少なくとも
１個の冷却チャンネルが形成される。有益には、固相結
合は、複数の冷却チャンネルを形成する。冷却チャンネ
ルをインサート、支持板、又は支持板及びインサートの
両方に機械加工することが可能である。しかしながら、
実用上の目的に対しては、支持板にのみ溝を機械加工す
るのが一般的には最も有益である。
ム合金であるならば、プレス成形は、約７０ＭＰａ以下
の圧力及び約３２０℃以下の温度で行われるのが有益で
ある。一般には、プレス温度を上げると、結合強度が向
上するが、しかしスパッターターゲット中での有害な結
晶粒成長の可能性が増加する。最も有益には、プレス成
形は、約２６０〜３２０℃の温度及び約３５ＭＰａ以下
の圧力で行われる。これらの条件下に、冷却チャンネル
はそのままにされ、そしてアルミニウム及びアルミニウ
ム合金スパッターターゲットのミクロ構造は未変化のま
まである。即ち、プロセスの温度は、Ａｌ−０．５重量
％Ｃｕの如きアルミニウム合金スパッターターゲットの
ミクロ構造を変化させない。インサートを支持板に固相
結合させると、インサートと支持板との間に少なくとも
１個の冷却チャンネルが形成される。有益には、固相結
合は、複数の冷却チャンネルを形成する。冷却チャンネ
ルをインサート、支持板、又は支持板及びインサートの
両方に機械加工することが可能である。しかしながら、
実用上の目的に対しては、支持板にのみ溝を機械加工す
るのが一般的には最も有益である。
【００１６】充填材金属がインサートの外周を支持板に
固着させる。ろう付け又は溶接のいずれかによって充填
材金属を付着させた後、充填材金属は固化してインサー
トの外周を支持板に固着させる。充填材金属は、スパッ
ターターゲットのスパッタリング中に冷却チャンネルか
らの漏れを排除する。加えて、インサートは、有益に
は、ろう付け又は溶接中にスパッターターゲットの希釈
を防止し且つスパッターターゲットの結晶粒成長を制限
するためにスパッターターゲットを溶融金属のビーズと
の直接接触から保護する。最も有益には、溶接は、イン
サート及び充填材金属の酸化を制限するために制御した
雰囲気の保護下に又はフラックスの下に単流で行われ
る。保護雰囲気の例としては、アルゴン、二酸化炭素、
ヘリウム、水素及びそれらの混合物が挙げられる。加え
て、アルミニウム合金支持板をアルミニウム合金インサ
ートに固着させるときには、アルミニウム合金充填材金
属を付着させて熱膨張係数を整合させ亀裂を最小限にす
るのが最も有益である。
固着させる。ろう付け又は溶接のいずれかによって充填
材金属を付着させた後、充填材金属は固化してインサー
トの外周を支持板に固着させる。充填材金属は、スパッ
ターターゲットのスパッタリング中に冷却チャンネルか
らの漏れを排除する。加えて、インサートは、有益に
は、ろう付け又は溶接中にスパッターターゲットの希釈
を防止し且つスパッターターゲットの結晶粒成長を制限
するためにスパッターターゲットを溶融金属のビーズと
の直接接触から保護する。最も有益には、溶接は、イン
サート及び充填材金属の酸化を制限するために制御した
雰囲気の保護下に又はフラックスの下に単流で行われ
る。保護雰囲気の例としては、アルゴン、二酸化炭素、
ヘリウム、水素及びそれらの混合物が挙げられる。加え
て、アルミニウム合金支持板をアルミニウム合金インサ
ートに固着させるときには、アルミニウム合金充填材金
属を付着させて熱膨張係数を整合させ亀裂を最小限にす
るのが最も有益である。
【００１７】随意として、溝をインサート、インサート
と支持板との間の固相結合、及び支持板に機械加工し
て、充填材金属のための周囲溝が形成される。最も有益
には、周囲溝は、Ｖ−形横断面を有するチャンネルを形
成する。Ｖ−形横断面の形態は、最小限の空隙形成で固
相結合を確保する。別法として、スパッターターゲット
と支持板との間に形成されるギャップを満たす直径を小
さくしたインサートを使用して、ターゲット集成体を簡
単に構成することが可能である。しかしながら、この方
法は、典型的には、溶接向きのＶ−形横断面の溝を形成
しない。この方法は、充填材金属とスパッターターゲッ
トとの間で直接接触を可能にするという不利益を有す
る。ターゲットの外周付近でスパッタリングが行われな
いようないくつかの円筒形ターゲットでは、スパッター
ターゲットの性能に悪影響を及ぼさずにターゲットそれ
自体に直接溶接することが受け入れ可能である。
と支持板との間の固相結合、及び支持板に機械加工し
て、充填材金属のための周囲溝が形成される。最も有益
には、周囲溝は、Ｖ−形横断面を有するチャンネルを形
成する。Ｖ−形横断面の形態は、最小限の空隙形成で固
相結合を確保する。別法として、スパッターターゲット
と支持板との間に形成されるギャップを満たす直径を小
さくしたインサートを使用して、ターゲット集成体を簡
単に構成することが可能である。しかしながら、この方
法は、典型的には、溶接向きのＶ−形横断面の溝を形成
しない。この方法は、充填材金属とスパッターターゲッ
トとの間で直接接触を可能にするという不利益を有す
る。ターゲットの外周付近でスパッタリングが行われな
いようないくつかの円筒形ターゲットでは、スパッター
ターゲットの性能に悪影響を及ぼさずにターゲットそれ
自体に直接溶接することが受け入れ可能である。
【００１８】ここで図１を説明すると、スパッターター
ゲット集成体１０は、一緒に接合されたスパッターター
ゲット１２、インサート１４及び支持板１６を含有す
る。支持板１６は、スパッターターゲット１２をスパッ
タリング操作中に水冷するための複数冷却チャンネル１
８を含有する。有益には、インサート１４及び支持板１
６をアルミニウム又は銅合金のいずれかから構成する
と、向上した水冷を得るための優秀な伝導性が提供され
る。最も有益には、インサート１４及び支持板１６を合
金６０６１の如きアルミニウム合金から構成すると、タ
ーゲットを支持するための強度とターゲットを冷却する
ための伝導性との良好な組み合わせが提供される。
ゲット集成体１０は、一緒に接合されたスパッターター
ゲット１２、インサート１４及び支持板１６を含有す
る。支持板１６は、スパッターターゲット１２をスパッ
タリング操作中に水冷するための複数冷却チャンネル１
８を含有する。有益には、インサート１４及び支持板１
６をアルミニウム又は銅合金のいずれかから構成する
と、向上した水冷を得るための優秀な伝導性が提供され
る。最も有益には、インサート１４及び支持板１６を合
金６０６１の如きアルミニウム合金から構成すると、タ
ーゲットを支持するための強度とターゲットを冷却する
ための伝導性との良好な組み合わせが提供される。
【００１９】図２を説明すると、固相（ソリッドステー
ト）結合２０及び２２が、支持板１６をインサート１４
にそしてインサート１４をスパッターターゲット１２に
それぞれ固着させる。低温で結合する任意の金属が固相
結合を形成することができる。有益には、結合金属が固
相結合層２０及び２２の両方を形成する。例えば、銀を
スパッターターゲット１２の背面２４、インサート１４
の上面２６及び背面２８、並びに支持板１６の上面３０
に電着させると、各部材を低温で一緒にプレス成形した
後に優れた結合が提供される。
ト）結合２０及び２２が、支持板１６をインサート１４
にそしてインサート１４をスパッターターゲット１２に
それぞれ固着させる。低温で結合する任意の金属が固相
結合を形成することができる。有益には、結合金属が固
相結合層２０及び２２の両方を形成する。例えば、銀を
スパッターターゲット１２の背面２４、インサート１４
の上面２６及び背面２８、並びに支持板１６の上面３０
に電着させると、各部材を低温で一緒にプレス成形した
後に優れた結合が提供される。
【００２０】固相結合の他に、充填材金属３２が支持板
１６の周囲をインサート１４に固着させる。インサート
１４は、充填材金属３２を溝３４に付着させることから
生じる熱からスパッターターゲット１２を保護する。こ
のことに加えて、インサート１４は、溶融した充填材金
属がスパッターターゲット１２を汚染するのを防止す
る。このプロセスでは、充填材金属を付着させるのにろ
う付け又は溶接技術のいずれも使用することができる。
最も有益には、充填材金属は、支持板の組成と密接に整
合する組成を有する。
１６の周囲をインサート１４に固着させる。インサート
１４は、充填材金属３２を溝３４に付着させることから
生じる熱からスパッターターゲット１２を保護する。こ
のことに加えて、インサート１４は、溶融した充填材金
属がスパッターターゲット１２を汚染するのを防止す
る。このプロセスでは、充填材金属を付着させるのにろ
う付け又は溶接技術のいずれも使用することができる。
最も有益には、充填材金属は、支持板の組成と密接に整
合する組成を有する。
【００２１】図３を説明すると、１つの別法では、スパ
ッターターゲット５２、支持板５４、及びスパッタータ
ーゲット５２の側部に結合したインサート５６含むスパ
ッターターゲット集成体５０が形成される。インサート
５６は、スパッターターゲット５２を支持するための凹
み５８を含む。この側部結合配置は、チタンスパッター
ターゲットをアルミニウム合金支持板に連結させるのに
最も有益である。スパッターターゲット５２及び凹み５
８の接合面を粗面化すると、側部結合の強度が有益に向
上される。最も有益には、スパッターターゲット５２を
凹み５８に高められた温度で圧入させると、スパッター
ターゲットと支持板との間に強い拡散接合が形成され
る。
ッターターゲット５２、支持板５４、及びスパッタータ
ーゲット５２の側部に結合したインサート５６含むスパ
ッターターゲット集成体５０が形成される。インサート
５６は、スパッターターゲット５２を支持するための凹
み５８を含む。この側部結合配置は、チタンスパッター
ターゲットをアルミニウム合金支持板に連結させるのに
最も有益である。スパッターターゲット５２及び凹み５
８の接合面を粗面化すると、側部結合の強度が有益に向
上される。最も有益には、スパッターターゲット５２を
凹み５８に高められた温度で圧入させると、スパッター
ターゲットと支持板との間に強い拡散接合が形成され
る。
【００２２】図４を説明すると、インサート５６はスパ
ッターターゲット５２に結合され、そして固相結合層６
０は支持板５４をインサート５６に連結させる。インサ
ート５６を支持板５４に連結させると、冷却チャンネル
６２が形成される。支持板５４、結合６０及びインサー
ト５６に溝を機械加工すると、周囲溝６４が形成され
る。次いで、充填材金属６６を周辺溝６４に付着させる
と、インサート５６が支持板５４に固着され、そしてス
パッターターゲット５２のスパッタリング中に冷却チャ
ンネル６２を通る漏れが防止される。
ッターターゲット５２に結合され、そして固相結合層６
０は支持板５４をインサート５６に連結させる。インサ
ート５６を支持板５４に連結させると、冷却チャンネル
６２が形成される。支持板５４、結合６０及びインサー
ト５６に溝を機械加工すると、周囲溝６４が形成され
る。次いで、充填材金属６６を周辺溝６４に付着させる
と、インサート５６が支持板５４に固着され、そしてス
パッターターゲット５２のスパッタリング中に冷却チャ
ンネル６２を通る漏れが防止される。
【００２３】
【実施例】例１
０．５重量％の銅を含有するアルミニウムターゲットブ
ランク、０．２０インチ（０．５１ｃｍ）厚の６０６１
アルミニウム合金インサート、及び０．６４インチ
（１．６ｃｍ）離して配置された０．０８インチ（０．
２０ｃｍ）の幅、０．１０インチ（０．２５ｃｍ）深さ
の冷却チャンネルを有する６０６１アルミニウム合金支
持板を１μｍの銅及び２５μｍの銀でメッキし、次いで
２０４℃で２２時間焼付けを行った。次いで、３枚のブ
ランクを一緒に３１６℃の温度及び３５ＭＰａの圧力で
４時間熱間等温プレスすることによって単一のサイクル
で接合させた。
ランク、０．２０インチ（０．５１ｃｍ）厚の６０６１
アルミニウム合金インサート、及び０．６４インチ
（１．６ｃｍ）離して配置された０．０８インチ（０．
２０ｃｍ）の幅、０．１０インチ（０．２５ｃｍ）深さ
の冷却チャンネルを有する６０６１アルミニウム合金支
持板を１μｍの銅及び２５μｍの銀でメッキし、次いで
２０４℃で２２時間焼付けを行った。次いで、３枚のブ
ランクを一緒に３１６℃の温度及び３５ＭＰａの圧力で
４時間熱間等温プレスすることによって単一のサイクル
で接合させた。
【００２４】浸漬超音波試験によれば、冷却チャンネル
と冷却チャンネルとの間の平面領域で１００％の接合が
示され、これに対してＸ線による画像形成では、冷却チ
ャンネルそれ自体はそのままに保たれたことが示され
た。即ち、冷却チャンネルは、６０６１アルミニウム合
金インサートを使用しない上記の条件下でプレス中にタ
ーゲット材料で満たされた。光学検鏡法を使用してＡＳ
ＴＭ標準Ｅ１１２−９６当たり４２μｍのターゲットブ
ランク粒度が測定された。このことは、その粒度が接合
プロセス中に変化しなかったことを示していた。
と冷却チャンネルとの間の平面領域で１００％の接合が
示され、これに対してＸ線による画像形成では、冷却チ
ャンネルそれ自体はそのままに保たれたことが示され
た。即ち、冷却チャンネルは、６０６１アルミニウム合
金インサートを使用しない上記の条件下でプレス中にタ
ーゲット材料で満たされた。光学検鏡法を使用してＡＳ
ＴＭ標準Ｅ１１２−９６当たり４２μｍのターゲットブ
ランク粒度が測定された。このことは、その粒度が接合
プロセス中に変化しなかったことを示していた。
【００２５】結合界面から５インチ（１２．７ｃｍ）長
さ×１インチ（２．５ｃｍ）幅の試料を取り出し、一端
から０．６２５インチ（１．６ｃｍ）の貫通孔を形成
し、そして穴の領域において結合界面を取り除き、これ
によって穴を２個の穴に分割することによって固相結合
を評価した。穴を軽くたたきそしてその中にネジ付棒を
挿入することによって穴をしっかり固定し、そして反対
側に向けた力を棒に適用することによって各層を引き離
した。２，１４０ポンド（９７１ｋｇ）の最大荷重にお
いて結合の分離が生じた。
さ×１インチ（２．５ｃｍ）幅の試料を取り出し、一端
から０．６２５インチ（１．６ｃｍ）の貫通孔を形成
し、そして穴の領域において結合界面を取り除き、これ
によって穴を２個の穴に分割することによって固相結合
を評価した。穴を軽くたたきそしてその中にネジ付棒を
挿入することによって穴をしっかり固定し、そして反対
側に向けた力を棒に適用することによって各層を引き離
した。２，１４０ポンド（９７１ｋｇ）の最大荷重にお
いて結合の分離が生じた。
【００２６】固相結合の後、ターゲット集成体のインサ
ート、結合層及び支持板に深さが０．１５インチ（０．
３８ｃｍ）でそして７４度の頂点角度を有する三角形又
はＶ−形溝を機械加工した。次いで、その溝全体に４０
４７アルミニウム合金の連続ビーズをタングステン不活
性ガスアーク溶接によって単流で充填させた。特に、そ
の溶接は、５０％のヘリウム及び５０％のアルゴンを含
有するシールドガスを２５０Ａの電流で使用する「Ｍｉ
ｌｌｅｒ Ａｅｒｏｗａｖｅ」溶接機に依存していた。
Ｖ形溝は、スパッターターゲットを希釈から、また溶接
によって発生される過剰の熱から保護した。最後に、機
械加工によって、ターゲット集成体の側面を平滑化し
た。
ート、結合層及び支持板に深さが０．１５インチ（０．
３８ｃｍ）でそして７４度の頂点角度を有する三角形又
はＶ−形溝を機械加工した。次いで、その溝全体に４０
４７アルミニウム合金の連続ビーズをタングステン不活
性ガスアーク溶接によって単流で充填させた。特に、そ
の溶接は、５０％のヘリウム及び５０％のアルゴンを含
有するシールドガスを２５０Ａの電流で使用する「Ｍｉ
ｌｌｅｒ Ａｅｒｏｗａｖｅ」溶接機に依存していた。
Ｖ形溝は、スパッターターゲットを希釈から、また溶接
によって発生される過剰の熱から保護した。最後に、機
械加工によって、ターゲット集成体の側面を平滑化し
た。
【００２７】例２
この例では、チタニウムスパッターターゲットを６０６
１アルミニウム合金インサート中に含まれる凹みに４５
０℃の温度及び１０３ＭＰａの圧力で側部結合させるこ
とによって該インサートに拡散接合させた。インサート
及びターゲットの側面を１５０μインチＲａの表面粗度
まで粗面化すると、結合強度が向上された。この副集成
部品、及び０．６４インチ（１．６ｃｍ）離して配置し
た０．０８インチ（０．２０ｃｍ）幅、０．１０インチ
（０．２５ｃｍ）深さの冷却チャンネルを有する６０６
１アルミニウム合金支持板を例１の条件下に銅及び銀で
メッキし、焼き付けしそして接合させて固相結合を形成
した。浸漬超音波試験によれば、冷却チャンネルと冷却
チャンネルとの間で１００％の接合が示され、そしてＸ
線による画像形成では、冷却チャンネルそれ自体はその
ままに保たれたことが示された。光学検鏡法を使用して
ＡＳＴＭ標準Ｅ１１２−９６当たり１０μｍのターゲッ
トブランク粒度が測定された。このことは、その粒度が
接合プロセス中に変化しなかったことを示していた。
１アルミニウム合金インサート中に含まれる凹みに４５
０℃の温度及び１０３ＭＰａの圧力で側部結合させるこ
とによって該インサートに拡散接合させた。インサート
及びターゲットの側面を１５０μインチＲａの表面粗度
まで粗面化すると、結合強度が向上された。この副集成
部品、及び０．６４インチ（１．６ｃｍ）離して配置し
た０．０８インチ（０．２０ｃｍ）幅、０．１０インチ
（０．２５ｃｍ）深さの冷却チャンネルを有する６０６
１アルミニウム合金支持板を例１の条件下に銅及び銀で
メッキし、焼き付けしそして接合させて固相結合を形成
した。浸漬超音波試験によれば、冷却チャンネルと冷却
チャンネルとの間で１００％の接合が示され、そしてＸ
線による画像形成では、冷却チャンネルそれ自体はその
ままに保たれたことが示された。光学検鏡法を使用して
ＡＳＴＭ標準Ｅ１１２−９６当たり１０μｍのターゲッ
トブランク粒度が測定された。このことは、その粒度が
接合プロセス中に変化しなかったことを示していた。
【００２８】固相結合の後、ターゲット集成体のインサ
ート及び支持板に例１に記載の如くして三角形の溝を機
械加工した。次いで、その溝全体に４０４７アルミニウ
ム合金の連続ビーズを、例１に記載の条件下に溶接する
ことによって充填させた。最後に、機械加工によって、
ターゲット集成体の側面を平滑化し、しかして充填材金
属を残して冷却チャンネルからの漏れを防止した。
ート及び支持板に例１に記載の如くして三角形の溝を機
械加工した。次いで、その溝全体に４０４７アルミニウ
ム合金の連続ビーズを、例１に記載の条件下に溶接する
ことによって充填させた。最後に、機械加工によって、
ターゲット集成体の側面を平滑化し、しかして充填材金
属を残して冷却チャンネルからの漏れを防止した。
【００２９】
【発明の効果】本発明の方法は、ターゲット集成体を製
作するのが困難であるチャンネル付支持板を結合させる
ための改良法を提供するものである。固相結合は、イン
サートを支持板に結合させて少なくとも１個の冷却チャ
ンネルを形成し、そして周囲充填材金属は、インサート
を支持板に結合させてスパッタリング中に冷却チャンネ
ルからの漏れを防止し、且つインサートに対する支持板
の結合強度を向上させる。また、この設計によって、冷
却チャンネルの横断面をそのままに残しながら熱的に不
整合のスパッターターゲットから縁の空隙形成が排除さ
れる。
作するのが困難であるチャンネル付支持板を結合させる
ための改良法を提供するものである。固相結合は、イン
サートを支持板に結合させて少なくとも１個の冷却チャ
ンネルを形成し、そして周囲充填材金属は、インサート
を支持板に結合させてスパッタリング中に冷却チャンネ
ルからの漏れを防止し、且つインサートに対する支持板
の結合強度を向上させる。また、この設計によって、冷
却チャンネルの横断面をそのままに残しながら熱的に不
整合のスパッターターゲットから縁の空隙形成が排除さ
れる。
【００３０】本明細書の目的に対して、「固相結合」
は、結合金属をベース金属に又はベース金属を結合金属
に有意量で拡散させずに、典型的には１０μｍ未満そし
て最もしばしばには５μｍ未満でしか拡散させずに形成
される結合を表わす。加えて、特に記していなければ、
本明細書では、すべての組成を重量％によって記載して
いる。
は、結合金属をベース金属に又はベース金属を結合金属
に有意量で拡散させずに、典型的には１０μｍ未満そし
て最もしばしばには５μｍ未満でしか拡散させずに形成
される結合を表わす。加えて、特に記していなければ、
本明細書では、すべての組成を重量％によって記載して
いる。
【００３１】焼付け及び結合パラメーターは、冷却板の
材料、所望のミクロ構造及び形状寸法に依存して変動さ
せることができる。本発明は、純アルミニウム、種々の
アルミニウム合金、又は種々のアルミニウム若しくは銅
合金の支持板又は冷却板に結合したチタニウムを使用し
て実施されることができる。
材料、所望のミクロ構造及び形状寸法に依存して変動さ
せることができる。本発明は、純アルミニウム、種々の
アルミニウム合金、又は種々のアルミニウム若しくは銅
合金の支持板又は冷却板に結合したチタニウムを使用し
て実施されることができる。
【００３２】本発明をある種の好ましい具体例に関して
詳細に記載したけれども、当業者には、本発明の精神及
び特許請求の範囲内に本発明の他の具体例が存在するこ
とが理解されよう。
詳細に記載したけれども、当業者には、本発明の精神及
び特許請求の範囲内に本発明の他の具体例が存在するこ
とが理解されよう。
【図１】２つの固相結合及び周囲溶接で固着されたチャ
ンネル付スパッターターゲット集成体の概略断面図であ
る。
ンネル付スパッターターゲット集成体の概略断面図であ
る。
【図２】図１のチャンネル付スパッターターゲット集成
体の一部分の拡大した概略断面図である。
体の一部分の拡大した概略断面図である。
【図３】単一の固相結合、側部拡散接合及び周囲溶接で
固着されたチャンネル付スパッターターゲット集成体の
概略断面図である。
固着されたチャンネル付スパッターターゲット集成体の
概略断面図である。
【図４】図３のチャンネル付スパッターターゲット集成
体の一部分の拡大した概略断面図である。
体の一部分の拡大した概略断面図である。
１０、５０ スパッターターゲット集成体
１２、５２ スパッターターゲット
１４、５６ インサート
１６、５４ 支持板
１８、６２ 冷却チャンネル
２０、２２、６０ 固相結合層
３４、６４ 溝
３２、６６ 充填材金属
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 アンドルー・シー・ペリー
アメリカ合衆国ニュージャージー州オーラ
デル、ロータス・アベニュー880
(72)発明者 トマス・ジェイ・ハント
アメリカ合衆国ニューヨーク州ピークスキ
ル、ロックウッド・ドライブ891
(72)発明者 ポール・エス・ギルマン
アメリカ合衆国ニューヨーク州サファン、
マーギット・アン・レイン５
Ｆターム(参考） 4K029 DC03 DC04 DC22 DC25
Claims (3)
- 【請求項１】 スパッターターゲットをインサートに取
り付け、インサートと支持板との間に結合金属層を適用
し、ここでインサートは外周を有し、インサート及び支
持板を一緒にプレスして結合金属層を有する固相結合を
形成し、ここで固相結合はインサートを支持板に結合さ
せると共に、インサートと支持板との間に少なくとも１
個の冷却チャンネルを形成し、そしてインサートの外周
を支持板に結合させ且つスパッターターゲットのスパッ
タリング中にその少なくとも１個の冷却チャンネルから
の漏れを排除する充填材金属によって、インサートの外
周を支持板に固着させる、各工程を含むスパッターター
ゲット集成体の形成法。 - 【請求項２】 スパッターターゲットをインサートに取
り付け、インサートと支持板との間に結合金属層を適用
し、ここでインサートは外周を有し、インサート及び支
持板を一緒にプレスして結合金属層を有する固相結合を
形成し、ここで固相結合はインサートを支持板に結合さ
せると共に、インサートと支持板との間に少なくとも１
個の冷却チャンネルを形成し、そしてインサートの外周
を支持板に結合させ且つスパッターターゲットのスパッ
タリング中にその少なくとも１個の冷却チャンネルから
の漏れを排除する充填材金属を付着させることによっ
て、インサートの外周を支持板に固着させ、ここでイン
サートは、充填材金属の付着中にスパッターターゲット
を溶融金属のビーズとの直接接触から保護してスパッタ
ーターゲットの汚染を防止すると共にスパッターターゲ
ット中の結晶粒成長を制限するようにする、各工程を含
むスパッターターゲット集成体の形成法。 - 【請求項３】 インサートとスパッターターゲットとの
間に、及びインサートと支持板との間に結合金属層を適
用し、ここでインサートは外周を有し、スパッターター
ゲット、インサート及び支持板を一緒にプレスして結合
金属層を有する固相結合を形成し、ここで固相結合はス
パッターターゲットをインサートにそしてインサートを
支持板に結合させると共に、インサートと支持板との間
に少なくとも１個の冷却チャンネルを形成し、そしてイ
ンサートの外周を支持板に結合させ且つスパッターター
ゲットのスパッタリング中にその少なくとも１個の冷却
チャンネルからの漏れを排除すべく固化する充填材金属
を付着させることによって、インサートの外周を支持板
に固着させ、ここでインサートは、充填材金属の付着中
にスパッターターゲットを溶融金属のビーズとの直接接
触から保護してスパッターターゲットの希釈を防止する
と共にスパッターターゲット中の結晶粒成長を制限する
ようにする、各工程を含むスパッターターゲット集成体
の形成法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US10/153,660 US6708870B2 (en) | 2002-05-24 | 2002-05-24 | Method for forming sputter target assemblies |
| US10/153660 | 2002-05-24 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003342723A true JP2003342723A (ja) | 2003-12-03 |
| JP4257728B2 JP4257728B2 (ja) | 2009-04-22 |
Family
ID=29419576
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003146134A Expired - Fee Related JP4257728B2 (ja) | 2002-05-24 | 2003-05-23 | スパッターターゲット集成体の形成法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6708870B2 (ja) |
| JP (1) | JP4257728B2 (ja) |
| KR (1) | KR100764269B1 (ja) |
| DE (1) | DE10323416A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8123107B2 (en) * | 2004-05-25 | 2012-02-28 | Praxair S.T. Technology, Inc. | Method for forming sputter target assemblies |
Families Citing this family (31)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7017792B2 (en) * | 2001-02-02 | 2006-03-28 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Integrated piping plate, machining method for same, machining apparatus for same, and machining equipment for same |
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