JP2017060990A

JP2017060990A - はんだ、スパッタリングターゲット材およびスパッタリングターゲット材の作製方法

Info

Publication number: JP2017060990A
Application number: JP2016034462A
Authority: JP
Inventors: 楊清河; Ching-Ho Yang; 孫▲せん▼程; Hsuan-Cheng Sun; 呉智穩; Chih-Wen Wu; 蘇夢鵬; Meng-Peng Su; 翁基祥; Chi-Hsiang Weng
Original assignee: Sumika Technology Co Ltd
Current assignee: Sumika Technology Co Ltd
Priority date: 2015-09-23
Filing date: 2016-02-25
Publication date: 2017-03-30
Also published as: CN106541220A; KR102256408B1; KR20170129301A; TW201711983A; TWI612025B

Abstract

【課題】ターゲット材層とバッキングプレートとを接合してスパッタリングターゲット材を作製するためのはんだ、スパッタリングターゲット材、およびスパッタリングターゲット材の作製方法を提供する。【解決手段】該はんだは、重量％濃度が８％から９％までの亜鉛と、重量％濃度が８２％から９１．５％までのスズと、重量％濃度が０．５％から１０％までのインジウムとを含有し、且つスズおよびインジウムの含有量の合計が重量％濃度で９１％以下である。本発明のはんだによれば、大面積で且つ高温という条件下でターゲット材層とバッキングプレートとの接合強度を維持することができる。【選択図】なし

Description

本発明は、スパッタリングターゲット材を作製するためのはんだ、および該はんだを用いたスパッタリングターゲット材に関する。特に、インジウム（Ｉｎ）を含有するはんだおよび該はんだを用いて作製されるスパッタリングターゲット材に関する。

薄膜スパッタリングは、直流パルスによるプラズマを金属ターゲット材の表面に激突させることにより、ターゲット材の原子を弾き出して目標とする基板の表面上に沈積させ、薄膜を形成する技術である。薄膜スパッタリングは、品質が高く、付着力が良く、工程安定性に優れるなどの利点を有するため、プラスチック、金属、ガラス、布または複合材料のメッキに適している。

スパッタリングの工程ではターゲット材に大量の熱エネルギーが蓄積されるため、熱伝導性に優れた金属製のバッキングプレート(backing plate) 、例えば材質が銅（Ｃｕ）のバッキングプレートまたは銅合金のバッキングプレートを用いてターゲット材と接合することにより、ターゲット材の熱量を分散させ、ターゲット材を冷却している。しかし、ターゲット材とバッキングプレートとの接合強度が不十分な場合や、界面における熱伝導性が劣っている場合には、ターゲット材の温度がスパッタリングの工程において急速に上昇し、はんだ剥離による層分離や、バッキングプレートの熔融、または機器の過熱などの問題が生じるおそれがある。

従来は、融点の低いインジウム（Ｉｎ）をはんだとして用い、ターゲット材とバッキングプレートとを接合するのが一般的であった。しかしながら、インジウムは、高価である上、大面積ターゲット材に用いられる場合には熱によるひずみが生じ易く、高温操作時には接合強度の低下によりターゲット材がバッキングプレートから剥離し易くなる。

したがって、従来技術における問題を解決するために、先進的なはんだ、および該はんだを用いて作製されるスパッタリングターゲット材を提供する必要がある。

本発明は、大面積で且つ高温というスパッタリング条件下においても、ターゲット材層とバッキングプレートとの接合強度を維持することができる合金はんだ、スパッタリングターゲット材、およびスパッタリングターゲット材の作製方法を提供することを目的とする。

前記目的を実現するために、本発明は、ターゲット材層とバッキングプレートとを接合してスパッタリングターゲット材を作製するためのはんだ(solder)であって、重量％濃度が実質的に８％から９％までの亜鉛（Ｚｎ）と、重量％濃度が実質的に８２％から９１．５％までのスズ（Ｓｎ）と、重量％濃度が実質的に０．５％から１０％までのインジウム（Ｉｎ）とを含有し、且つスズおよびインジウムの含有量の合計が重量％濃度で９１％以下であるはんだを提供する。

また、前記はんだ中において、亜鉛の重量％濃度が９％であり、スズの重量％濃度が８９％であり、インジウムの重量％濃度が２％である。

また、前記はんだは、金属ターゲット材層と銅（Ｃｕ）含有バッキングプレートとの接合に用いられる。

また、前記はんだは、アルミニウム（Ａｌ）含有ターゲット材層と銅（Ｃｕ）含有バッキングプレートとの接合に用いられる。

前記の目的を実現するために、本発明は、ターゲット材層と、バッキングプレートと、ターゲット材とバッキングプレートとを接合するためのはんだとを含有するスパッタリングターゲット材を提供する。前記はんだは、重量％濃度が実質的に８％から９％までの亜鉛（Ｚｎ）と、重量％濃度が実質的に８２％から９１．５％までのスズ（Ｓｎ）と、重量％濃度が実質的に０．５％から１０％までのインジウム（Ｉｎ）と含み、且つスズおよびインジウムの含有量の合計が重量％濃度で９１％以下である。

また、前記ターゲット材層は金属ターゲット材層であり、前記バッキングプレートは銅含有バッキングプレートである。

また、前記ターゲット材層はアルミニウム含有ターゲット材層であり、前記バッキングプレートは銅含有バッキングプレートである。

前記の目的を実現するために、本発明は、スパッタリングターゲット材の作製方法であって、重量％濃度が実質的に８％から９％までの亜鉛（Ｚｎ）と、重量％濃度が実質的に８２％から９１．５％までのスズ（Ｓｎ）と、重量％濃度が実質的に０．５％から１０％までのインジウム（Ｉｎ）とを含有し、且つスズおよびインジウムの含有量の合計が重量％濃度で９１％以下であるはんだを提供する工程と、続いてはんだ層をバッキングプレートとターゲット材層との間に設ける工程と、さらにはんだ層を介してバッキングプレートとターゲット材層とを接合する圧接工程とを含む作製方法を提供する。

また、前記はんだ層を前記バッキングプレートと前記ターゲット材層との間に設ける工程は、前記バッキングプレートまたは前記ターゲット材層を前記はんだの融点温度以上に加熱する工程と、前記はんだを前記バッキングプレートまたは前記ターゲット材層の何れか一方上に塗布する工程と、他方の前記バッキングプレートまたは前記ターゲット材層を前記はんだに対向させる工程とを含む。

前記の構成により、本発明の実施例では、ターゲット材層とバッキングプレートを接合してスパッタリングターゲット材を作製するための合金はんだであって、特定の重量％濃度でありスズ−亜鉛−インジウムの組成を有する合金はんだを提供する。このような合金はんだによれば、大面積で且つ高温というスパッタリング条件下においても、ターゲット材層とバッキングプレートとの接合強度を維持し、ターゲット材層がバッキングプレートから剥がれるのを防止することができる。さらに、はんだ中のインジウムの含有量を実質的に重量％濃度で１０％以下に低減させることができるため、スパッタリングターゲット材の製造コストが大幅に低減する。したがって、スパッタリングターゲット材の強度と、熱伝導性および耐高温性と、取り扱い易さおよび低コストとを確保しつつ、従来技術の問題を解決することができる。

以下に具体的な実施例を挙げて、本発明について詳しく説明するが、これらの実施例は本発明を限定するものではない。

本発明は、従来のスパッタリングターゲット材における高い製造コストや、大面積ターゲット材には適用し難く熱ひずみが生じ易いといった問題を解決するはんだ、および、該はんだを用いて作製されるスパッタリングターゲット材を提供する。以下に、本発明の前記構成、その他の目的、特徴および優れた点がより理解されるように、異なる組成比のはんだを用いて作製した数種類のスパッタリングターゲット材を実施例として挙げ、詳細に説明する。

但し、これら特定の実施例および方法は本発明を限定するものではない。本発明は、他の特徴、要素、方法およびパラメータによっても実施され得る。また、好ましい実施例の記載は、単に本発明の技術的特徴を例示するものであり、本発明の特許請求の範囲を限定するものではない。さらに、当業者は、後述する明細書の記載に基づき、本発明の精神を逸脱しない範囲で、均等的な改修および変更を行うことができる。

本発明の一実施例で提供されるはんだは、スパッタリングターゲット材の製造時に、ターゲット材層とバッキングプレートとの接合に用いられる。はんだは、重量％濃度が実質的に８％から９％までの亜鉛（Ｚｎ）と、重量％濃度が実質的に８２％から９１．５％までのスズ（Ｓｎ）と、重量％濃度が実質的に０．５％から１０％までのインジウム（Ｉｎ）とを含有し、且つスズおよびインジウムの含有量の合計が重量％濃度で９１％以下である。換言すれば、このはんだは、実質的にはスズ−亜鉛−インジウム合金から構成される。

一実施例において、本発明に係るはんだは、重量％濃度が実質的に８％から９％までの亜鉛（Ｚｎ）と、重量％濃度が実質的に８３％から９１％までのスズ（Ｓｎ）と、重量％濃度が実質的に１％から８％までのインジウム（Ｉｎ）とを含有する。

また、一実施例において、本発明に係るはんだは、重量％濃度が実質的に８％から９％までの亜鉛（Ｚｎ）と、重量％濃度が実質的に８６％から９１％までのスズ（Ｓｎ）と、重量％濃度が実質的に１％から５％までのインジウム（Ｉｎ）とを含有する。

また、一実施例において、本発明に係るはんだは、重量％濃度が実質的に８％から９％までの亜鉛（Ｚｎ）と、重量％濃度が実質的に８８％から９１％までのスズ（Ｓｎ）と、重量％濃度が実質的に１％から３％までのインジウム（Ｉｎ）と、を含む。

また、一実施例において、本発明に係るはんだは、重量％濃度が実質的に８．５％から９％までの亜鉛と、重量％濃度が実質的に８９％から９０％までのスズと、重量％濃度が実質的に１．５％から２％までのインジウムとを含有する。

また、一実施例において、本発明に係るはんだは、はんだ中における亜鉛の重量％濃度が実質的に９％であり、スズの重量％濃度が実質的に８９％であり、インジウムの重量％濃度が実質的に２％である。

また、本発明の一部の実施例では、はんだは、他の元素を微量に、例えば０．５％未満含有していてもよい。このような他の元素としては、例えばアルミニウム、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、銅、クロム（Ｃｒ）、銀（Ａｇ）、シリコン（Ｓｉ）および希土類元素である。この希土類元素は、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、プロメチウム（Ｐｍ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）、イットリウム（Ｙ）、スカンジウム（Ｓｃ）、およびこれらの任意の組み合わせから選択される１種である。

本発明の一部の実施例では、ターゲット材層は、金属ターゲット材層であってもよい。また、一実施例において、ターゲット材層は、アルミニウム（Ａｌ）含有ターゲット材層であってもよい。また、一実施例において、ターゲット材層は、銅（Ｃｕ）含有ターゲット材層であってもよい。バッキングプレートは、銅（Ｃｕ）含有バッキングプレートであることが好ましく、例えば材質が銅のバッキングプレート、または銅合金を含有するバッキングプレートである。

一実施例では、本発明に係る前記はんだ合金を用いて金属ターゲット材層と銅含有バッキングプレートとを接合するときの温度は、実質的に１８０℃から２２０℃までである。また、一実施例では、本発明に係る前記はんだ合金を用いてアルミニウム含有ターゲット材層と銅含有バッキングプレートとを接合するときの温度は、実質的に１８０℃から２２０℃までである。

重量％濃度が実質的に８２％から９１．５％までのスズがはんだ合金に含有されているため、高温下でも、金属ターゲット材層と銅含有バッキングプレートとの接合強度を高く維持することができる。例えば、アルミニウム含有ターゲット材層と銅含有バッキングプレートとの接合強度は、１５０℃の温度下でも、実質的に２．５ｋｇｆ／ｍｍ^２以上、好ましくは３．０ｋｇｆ／ｍｍ^２に達している。

さらに、重量％濃度が実質的に８％から９％までの亜鉛がはんだ合金に含有されているため、はんだ合金中のスズと銅含有バッキングプレート内の銅元素との反応を抑制することができ、接合時に生じ得る浸食現象を軽減させ、はんだ合金の湿潤性を高め、はんだと銅含有ターゲット材とを密接に接合することができる。

金属ターゲット材層と銅含有バッキングプレートとを接合し、スパッタリングターゲット材を作製する方法では、まず、金属ターゲット材の接合面に対して例えば粗化処理などの表面加工を施し、洗浄脱脂する工程と、次に金属ターゲット材をはんだ合金の融点温度以上に加熱し、浸漬法によりはんだ合金を金属ターゲット材の接合面上に塗布し、接合層（はんだ層）を形成する工程とを含む。接合層の厚さは、はんだ合金のシート抵抗を考慮して、実質的に２ｍｍ以下、好ましくは実質的に０．１ｍｍから１ｍｍまでである。

同時に、銅含有バッキングプレートの接合面に対して脱脂を行うと共に、はんだ合金の融点温度以上に加熱する。その後、銅含有バッキングプレートの接合面と接合層とを対向させ、三者を圧接する。圧接の圧力は、金属ターゲット材の面積に応じて決定する。本発明の一部の実施例では、圧力は実質的に０．０００１ＭＰａから０．１ＭＰａまでである。また、本発明の別の一部の実施例では、先に接合層を銅含有バッキングプレートの接合面上に塗布し、その後で金属ターゲット材の接合面と接合層とを対向させ、圧接を行ってもよい。

以下は、本発明の技術的利点を説明するために、具体的な実施例をいくつか挙げつつ、比較例と共に耐引張強度について比較する。まず、純度９９．９９％のスズ、純度９９．９９％の亜鉛および純度９９．９９％のインジウムを原料とし、スズ／亜鉛／インジウム（Ｓｎ／Ｚｎ／Ｉｎ）を重量比８９：９：２で含むはんだ剤（はんだ合金）を調製した。以下、該はんだ剤を「Ｓｎ−Ｚｎ−２Ｉｎはんだ剤」と表記する。

続いて、Ｓｎ−Ｚｎ−２Ｉｎはんだ剤を用い、アルミニウム含有ターゲット材層と銅含有バッキングプレートとを接合してスパッタリングターゲット材を作製した。このスパッタリングターゲット材を３セット選定して実施例の測定サンプルとし、また、材質がインジウム（Ｉｎ）のはんだ剤を用いて作製した３セットのスパッタリングターゲット材を比較例とし、耐引張強度を測定した。本実施例において、耐引張強度の測定は、底面積１０ｍｍ×５０ｍｍのアルミニウム含有ターゲット材層と、寸法２０ｍｍ×２０ｍｍ×５ｍｍの銅含有バッキングプレートとを接合してスパッタリングターゲット材を作製した後、引張試験装置ＡＵＴＯＧＲＡＰＨＡＧＳ−５００Ｂ（島津製作所、日本製）を用い、室温（２３℃）下で前記スパッタリングターゲット材について測定を行った。測定結果を表１に示す。

耐引張強度の測定結果によると、Ｓｎ−Ｚｎ−２Ｉｎはんだ剤を用いて接合したスパッタリングターゲット材は、材質がインジウムのはんだ剤を用いて作製したスパッタリングターゲット材に比べ、耐引張強度が３２％から９８％高いことが分かった。これは、本発明の実施例で提供されるはんだを用いてアルミニウムターゲット材層と銅含有バッキングプレートとを接合し、スパッタリングターゲット材を作製する場合に、高温というスパッタリング条件下においても、アルミニウム含有ターゲット材層と銅含有バッキングプレートとの接合強度を確実に維持することができることを意味する。さらに、はんだ中に用いられるインジウムの含有量が非常に少ないため、作製コストの低減に有効である。

前記のように、本発明の実施例では、ターゲット材層とバッキングプレートとを接合してスパッタリングターゲット材を作製するために、特定の重量％濃度のスズ−亜鉛−インジウム組成を用いた合金はんだを提供する。このような合金はんだによれば、大面積で且つ高温というスパッタリング条件下においても、ターゲット材層とバッキングプレートとの接合強度を維持し、ターゲット材層がバッキングプレートから剥れるのを防止することができる。さらに、はんだ中のインジウムの含有量を実質的に重量％濃度で１０％以下に低減させることができるため、スパッタリングターゲット材の製造コストが大幅に低減する。したがって、スパッタリングターゲット材の強度と、熱伝導性および耐高温性と、取り扱い易さおよび低コストとを確保しつつ、従来技術の問題を解決することができる。

以上により、本発明を好ましい実施形態により開示したが、本発明はこれに限定されるものではない。また、上述した工程および構成は、集積回路全体を製造する完全なる製造工程を概括するものではない。本発明は、既知の、または将来に開発されるであろう別の集積回路製造技術と併せて実施され得る。

勿論、本発明は、他にも多数の実施例を含む。また、本発明の精神および実質的構成を逸脱しない範囲で、当業者が本発明に基づいて様々な対応の変更および改修を実施し得るが、これら対応の変更および改修は、本発明の保護範囲に含まれるべきである。

Claims

ターゲット材層とバッキングプレートとを接合してスパッタリングターゲット材を作製するためのはんだであって、
重量％濃度が８％から９％までの亜鉛と、重量％濃度が８２％から９１．５％までのスズと、重量％濃度が０．５％から１０％までのインジウム（Ｉｎ）とを含有し、
且つ、前記スズおよび前記インジウムの含有量の合計が重量％濃度で９１％以下であることを特徴とするはんだ。
前記亜鉛の重量％濃度が９％であり、前記スズの重量％濃度が８９％であり、前記インジウムの重量％濃度が実質的に２％であることを特徴とする請求項１に記載のはんだ。
金属ターゲット材層と銅含有バッキングプレートとの接合に用いられることを特徴とする請求項１に記載のはんだ。
アルミニウム含有ターゲット材層と銅含有バッキングプレートとの接合に用いられることを特徴とする請求項１に記載のはんだ。
ターゲット材層と、
バッキングプレートと、
前記ターゲット材層と前記バッキングプレートとを接合するためのはんだとを含有し、
前記はんだは、
重量％濃度が８％から９％までの亜鉛と、重量％濃度が８２％から９１．５％までのスズと、重量％濃度が０．５％から１０％までのインジウムとを含有し、
且つ、前記スズおよび前記インジウムの含有量の合計が重量％濃度で９１％以下であることを特徴とするスパッタリングターゲット材。
前記はんだ中において、
前記亜鉛の重量％濃度が９％であり、前記スズの重量％濃度が８９％であり、前記インジウムの重量％濃度が２％であることを特徴とする請求項５に記載のスパッタリングターゲット材。
前記ターゲット材層は、金属ターゲット材層であり、前記バッキングプレートは、銅含有バッキングプレートであることを特徴とする請求項５に記載のスパッタリングターゲット材。
前記ターゲット材層は、アルミニウム含有ターゲット材層であり、前記バッキングプレートは、銅含有バッキングプレートであることを特徴とする請求項５に記載のスパッタリングターゲット材。
スパッタリングターゲット材の作製方法であって、
重量％濃度が８％から９％までの亜鉛と、重量％濃度が８２％から９１．５％までのスズと、重量％濃度が０．５％から１０％までのインジウムとを含有し、且つスズおよびインジウムの含有量の合計が重量％濃度で９１％以下であるはんだを提供する工程と、
はんだ層をバッキングプレートとターゲット材層との間に設ける工程と、
前記はんだ層を介して前記バッキングプレートと前記ターゲット材層とを接合する圧接工程とを含むことを特徴とするスパッタリングターゲット材の作製方法。
前記はんだ層を前記バッキングプレートと前記ターゲット材層との間に設ける工程は、
前記バッキングプレートまたは前記ターゲット材層を前記はんだの融点温度以上に加熱する工程と、
前記はんだを前記バッキングプレートまたは前記ターゲット材層の何れか一方上に塗布する工程と、
他方の前記バッキングプレートまたは前記ターゲット材層を前記はんだに対向させる工程とを含むことを特徴とする請求項９に記載のスパッタリングターゲット材の作製方法。