JP4353669B2 - バッキングプレートへのターゲットのボンディング方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、物理蒸着（ＰＶＤ）ターゲット材料をバッキングプレート材料にボンディングする方法、及び二つのアルミニウム含有マス同士をボンディングする方法に関する。さらに、本発明は、アルミニウム含有バッキングプレートに接合されたアルミニウム含有物理蒸着ターゲット材料からなる構造体に関する。
【０００２】
【発明の背景】
物理蒸着方法における最近の開発は、ターゲットとバッキングプレートの間のしっかりとした接合に対する厳格な要求を増してきている。典型的なスパッタ堆積装置１０の一部の概略図が図１に示されている。装置１０は、それにスパッタリングターゲット１４が接合されたバッキングプレート１２を有する。半導体材料ウェーハ１６は、ターゲット１４から間隔を置かれて装置１０内に置かれる。スパッタ材料１８はターゲット１４から放出され、ウェーハ１６上にコーティング（図示せず）を形成するのに用いられる。
【０００３】
スパッタデザインにおける最近の改良の一つは、ターゲット１４と半導体材料１６の間の距離を増加したものである。そのような距離の増加は、基板１６に対して垂直に移動しない原子をスパッタリングチャンバの側壁上に付着させることにより、ターゲット１４が基板１６に接近しているときよりも、基板１６の特徴部分上により方向性のあるスパッタリングを可能とするものである。具体的には、基板１６はしばしば、その幅の５倍又はそれ以上の深さ（即ち、比較的高い微小寸法性を有する）を有した垂直ホール又はスロット（ヴィアとして知られている）を有することがある。このような微小寸法性を有するヴィアに材料をスパッタすることは、スパッタリングターゲットとヴィアを有する基板との間に比較的長い投射距離が無いと困難である。
【０００４】
より長い距離を投じることは、より短い距離を投じる手法に比べて、カバレッジの点では有利であるが、それはまた同様に複雑さをも生ずる。そのような複雑さの一つは、長い距離を投じるのに利用される追加的な電力に起因する。追加電力は、スパッタリングターゲットを、より過去の方法の場合と比べてより熱くすることになる。このような熱は、バッキングプレート１２とターゲット１４の間に形成されているボンディングを破壊する可能性がある。例えば、ターゲット１４がバッキングプレート１２に半田ボンディングされているとすると、長い距離を投じる手法の間に生じる熱は、半田ボンディングを溶融するのに十分であり、実際にバッキングプレート１２からターゲット１４を分離・破壊する。したがって、半田ボンディングは、長い距離を投じるスパッタリング手法には不適当である。そこで、バッキングプレートに物理蒸着ターゲットをボンディングするための改良された方法の提供が望まれる。
【０００５】
【発明の概要】
一態様として、本発明は、アルミニウム含有バッキングプレートに対して、１０，０００ポンド／インチ^２以上の接合強度でボンディングされたアルミニウム含有物理蒸着ターゲットを含む。
【０００６】
他の態様として、本発明は、第１アルミニウム含有マスを第２アルミニウム含有マスにボンディングする方法を含む。第１アルミニウム含有マスは第１面を、第２アルミニウム含有マスは第２面を有する。第１及び第２面の少なくとも一つは、ＨＦ及びＨＮＯ_３の混合体に晒され、その後、第１面が第２面と接触される。第１及び第２マスは、第１マスを第２マスにボンディングするように互いに押圧される。
【０００７】
さらに他の態様として、本発明は、物理蒸着ターゲット材料をバッキングプレート材料にボンディングする方法を含む。ターゲット材料とバッキングプレート材料は互いに物理的に接触して一体化される。ターゲット材料とバッキングプレート材料は、次に、次の（１）〜（３）のような態様で負荷を掛けて圧縮される。（１）負荷は、少なくとも約２０秒の間、少なくとも約４ｋｓｉ、すなわち２７５８０×１０ ^３ パスカルの第１圧力が維持される。（２）負荷は、少なくとも約０．５ｋｓｉ増され新たな圧力とされる。（３）負荷は、少なくとも約２０秒の間、新たな圧力に維持される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好適実施例を説明する。本発明は、材料を互いにボンディングする方法を含み、特に、その実施例は、バッキングプレートに対して物理蒸着ターゲット材料をボンディングする方法を含む。
【０００９】
本発明による方法を、図２のフロー図に基づき説明する。最初のステップ（図２に参照符号３０で示す）では、ターゲット材料への加工硬化が実施される。例えば、もしターゲット材料がアルミニウムであるならば、加工硬化は、アルミニウムを最初の厚さから２番目の厚さに圧縮することによって行うことができる。そのような圧縮は図３に示されている。ターゲット５０は圧縮の前後が、圧縮の過程を示す矢印５２と共に示されている。ターゲット５０は、圧縮５２の前には第１の厚さ“Ｘ”を有し、圧縮後には第２の厚さ“Ｙ”を有する。圧縮は、例えば冷間押出又は冷間圧延により達成され得る。ターゲット５０の最終の厚さ（“Ｙ”）は、例えば、ターゲット５０の初期の厚さの２％よりも薄く（即ち９８％圧縮）、通常はターゲット５０の初期の厚さの約４０％よりも薄いか４０％と同等（即ち６０％圧縮）である。特定の実施例においては、ターゲット５０は、９５％圧縮が施される（即ち、最終の厚さ“Ｙ”が初期の厚さ“Ｘ”の約５％となるように圧縮される）。
【００１０】
ターゲット５０は、例えば、基本的には低純度から高純度のアルミニウムで構成され得る。ターゲット５０は、例えば、基本的にアルミニウムからなるアルミニウム含有マスからなる。これに代えて、ターゲット５０は、基本的にアルミニウムと、Ｓｉ，Ｃｕ，Ｇｅ，Ｐｂ，Ｓｎ，Ａｇ，Ｇａ，Ｈｆ，Ｍｇ，Ｍｎ，Ｓｃ，Ｚｎ，Ｂ，Ｂａ，Ｂｅ，Ｃ，Ｃａ，Ｃｄ，Ｃｅ，Ｃｏ，Ｃｒ，Ｄｙ，Ｅｒ，Ｆｅ，Ｇｄ，Ｈｏ，Ｉｒ，Ｌａ，Ｌｕ，Ｍｏ，Ｎｂ，Ｎｄ，Ｎｉ，Ｐ，Ｐｄ，Ｐｍ，Ｐｒ，Ｐｔ，Ｐｕ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｓ，Ｓｂ，Ｓｅ，Ｓｍ，Ｓｒ，Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｅ，Ｔｉ，Ｔｍ，Ｖ，Ｗ，Ｙ，Ｙｂ，Ｚｒからなるグループから選択された他の元素を０％以上１０％以下からなるアルミニウム含有マスであっても構わない。所謂“他の元素”は元素のまま、または例えば複合体又は合成物などの複数の元素からなる物質でもよい。
【００１１】
ターゲット５０に用いることができる材料は、０．５％の銅（重量比）と０．２％のシリコン（重量比）を含有する高純度アルミニウムである。他の例示的ターゲット材料は、０％以上１０％以下の銅（重量比）と、そして１０％以下のシリコン（重量比）からなるアルミニウムを含む。例えば、ターゲット材料は、０．５％の銅（重量比）を有したアルミニウムからなる。好適な高純度アルミニウム材料は、９９．９５％と同等又はそれ以上の純度のアルミニウムであり、例えば、純度９９．９９５％、純度９９．９９９５％又は純度９９．９９９９５％のアルミニウムである。
【００１２】
ターゲット５０の材料は、直径１５インチ、すなわち３８１ｍｍ以下、典型的には約４インチ、すなわち１０１．６ｍｍから約９インチ、すなわち２２８．６ｍｍのビレットとして鋳造することができる。ビレットは、その初期厚さが約０．１インチ、すなわち２．５４ｍｍから約１０インチ、すなわち２５４ｍｍであり、典型的には、約５インチ、すなわち１２７ｍｍから１０インチ、すなわち２５４ｍｍである。ターゲット５０の圧縮後、得られた冷間加工されたブランクは、所望の直径を有した円形状ブランクにカット形成することができる。
【００１３】
図２のフロー図を再び参照する。ターゲットはバッキングプレートに結合される（図２のステップ３２）。ターゲットとバッキングプレートは、結合前に、それに付着している付着物を除去するために洗浄されることが好ましい。
【００１４】
洗浄は、ターゲットとバッキングプレートの両方を、有機洗浄剤に晒すことからなる。洗浄は更に、ターゲットとバッキングプレートの少なくとも一方を、ＨＦ及びＨＮＯ_３を有する混合物に、約１秒から３０秒の間、約０℃から約１００℃で晒すことを含むことが好ましい。そのように晒すことは、例えば、ほぼ室温（即ち、約１５℃から約２５℃の温度）で、３０秒より短い、例えば約１５秒間行うことでできる。
【００１５】
ＨＦ／ＨＮＯ_３溶液は、アルミニウム含有表面に対して好ましい短時間の露出時間では効果的であるが、その露出時間が長すぎると、酸性溶液は、アルミニウム含有材料をエッチングし又は孔を開けることになる。特定の好適露出時間は、ＨＦ／ＨＮＯ_３溶液の温度によって影響されるものである。具体的には、温度が高くなるとこれに関連した露出時間は短くなり、また温度が低くなるとこれに関連した露出時間は長くなる。
【００１６】
ＨＦとＨＮＯ_３を有する洗浄混合液は、ＨＦ，ＨＮＯ_３及びＨ_２Ｏから基本的になり、特定の実施例では、ＨＦ，ＨＮＯ_３及びＨ_２Ｏのみからなる。そのような混合体は、例えば、約１部から約１０部の濃縮ＨＦ溶液（濃縮ＨＦ溶液は、水中に約４８％から約５１％のフッ化水素酸を有してなり、ここで“約”とは±０．５％の変動幅である）から、約２７部から約４９．５部の濃縮ＨＮＯ_３溶液（濃縮ＨＮＯ_３溶液は、水中に約６９％から約７１％の硝酸を有してなり、ここで“約”とは±０．５％の変動幅である）から、および、約４０．５部の水から約７２部の水からの混合により形成することができる。濃縮ＨＦは例えば水に約４８％のＨＦを有する。濃縮ＨＮＯ_３は、例えば、水に７０％のＨＮＯ_３を有する。上で記される“部”は、体積によって決められる。混合体の成分は、どのような順序で混合されてもよく、例示的順序としては、先ず硝酸と水の混合から開始し、それに続き、ＨＦを加えることである。ＨＦ，ＨＮＯ_３及びＨ_２Ｏの部に関連して、用語“約”は、ＨＮＯ_３の量が決して０部とならないことを除いて、±０．５部の変動を表わすために用いられている。
【００１７】
ＨＦ及びＨＮＯ_３の洗浄混合物は、無機及び有機物質を都合良く除去することができ、したがって、アルミニウム含有物表面上及び内から幾つかの通常の堆積物及び不純物を除去することができる。例えば、溶液は、有機洗浄反応によりアルミニウム含有物表面上に残留するかも知れない有機堆積物を除去することができる。また、混合物は、アルミニウム含有材料内に存在するかも知れないシリコン、マグネシウム及び銅などの不純物を溶解させることができる。
【００１８】
バッキングプレートへのターゲットの結合方法を、図４及び図５を参照しながら説明する。図４を参照すると、図３の加工硬化ターゲット５０は、バッキングプレート６０の上方にあるものとして示されている。図４のバッキングプレート６０は、表面に螺旋状に機械加工された連続状の溝６２を有するものとして示されている。最終的には、ターゲット５０は、ターゲット５０から物質が溝６２に圧し込まれるように、プレート６０に対して押圧される。
【００１９】
ターゲット５０は第１面５１と、これと反対の第２面５３を有する。他方、バッキングプレート６０は第１面６１と、これと反対の第２面６３を有する。最終的には、ターゲット５０の面５１は、バッキングプレート６０の面６１に対して押圧される。
【００２０】
面５１と６１の少なくとも一方は、面５１を面６１に押圧する前に、ＨＦ／ＨＮＯ_３を有する混合物によって洗浄されることが好ましい。より好ましくは、面５１と６１の両方が、面同士を押圧する前に、ＨＦ／ＨＮＯ_３からなる混合物によって洗浄されることが好ましい。面５１と面６１は同一溶液によって洗浄することも、または、ＨＦ／ＨＮＯ_３からなる異なる溶液によって洗浄することもできる。例えば、面５１の洗浄は、ターゲット５０の面５１だけを、ＨＦ／ＨＮＯ_３の溶液に晒すこと、例えばその表面全体に溶液を噴霧することによって行うことができる。これに代えて、ターゲット全体をＨＦ／ＨＮＯ_３の溶液に浸漬させてもよく、そうすれば、面５１と５３の両方がＨＦ／ＨＮＯ_３の洗浄溶液に晒されることになる。同様に、バッキングプレート６０の面６１も、ＨＦ／ＨＮＯ_３の溶液を面全体に噴霧することによって洗浄することができる。また、バッキングプレート６０全体をＨＦ／ＨＮＯ_３の溶液中に浸漬することにより洗浄することができ、そうすれば、面６１と面６３の両面がＨＦ／ＨＮＯ_３の溶液に晒されることになる。
【００２１】
ＨＦ／ＨＮＯ_３の溶液は、その溶液に晒されたターゲット又はバッキングプレート６０の何れの面上からも除去されることが好ましい。そのような除去は、例えば、面に脱イオン水を噴霧することによって行うことができる。ターゲット５０の面５１をバッキングプレート６０の面６１に結合する前に、水は、それらの表面から乾燥除去される。
【００２２】
バッキングプレート６０の洗浄は、バッキングプレート６０の表面６１への溝６２の形成の前又は後に行うことで構わない。
【００２３】
本発明は、アルミニウム含有ターゲットとアルミニウム含有バッキングプレートの取扱いについて説明しているが、本発明の化学洗浄溶液は、バッキングプレート及び物理蒸着ターゲット以外のアルミニウム含有マスにも用いることができるものである。
【００２４】
ターゲット５０が高純度アルミニウムからなる実施例では、バッキングプレート６０もまたアルミニウムからなる。具体的には、例えば、２０００シリーズ、３０００シリーズ、４０００シリーズ、５０００シリーズ、６０００シリーズ、７０００シリーズの熱処理アルミニウム合金からなる。バッキングプレート６０は、例えば、基本的にアルミニウムのみからなるアルミニウム含有マスからなる。これに代えて、バッキングプレート６０は、基本的にアルミニウムと、Ｓｉ，Ｃｕ，Ｇｅ，Ｐｂ，Ｓｎ，Ａｇ，Ｇａ，Ｈｆ，Ｍｇ，Ｍｎ，Ｓｃ，Ｚｎ，Ｂ，Ｂａ，Ｂｅ，Ｃ，Ｃａ，Ｃｄ，Ｃｅ，Ｃｏ，Ｃｒ，Ｄｙ，Ｅｒ，Ｆｅ，Ｇｄ，Ｈｏ，Ｉｒ，Ｌａ，Ｌｕ，Ｍｏ，Ｎｂ，Ｎｄ，Ｎｉ，Ｐ，Ｐｄ，Ｐｍ，Ｐｒ，Ｐｔ，Ｐｕ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｓ，Ｓｂ，Ｓｅ，Ｓｍ，Ｓｒ，Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｅ，Ｔｉ，Ｔｍ，Ｖ，Ｗ，Ｙ，Ｙｂ，Ｚｒからなるグループから選択された他の元素を０％以上１０％以下からなるアルミニウム含有マスであっても構わない。所謂“他の元素”は元素のまま、または例えば複合体又は合成物などの複数の元素からなる物質でもよい。
【００２５】
典型的な例では、バッキングプレート６０は、約１０分から約１週間の間、約２５０°Ｆから約８００°Ｆの温度処理が施された２０２４−Ｔ３５１アルミニウムからなる。温度処理は、例えば、約６時間から約１２時間の間、約３５０℃から約４００℃の温度に晒すことからなる。典型的な温度処理は、バッキングプレートを約８時間の間、約３７５°Ｆの温度に晒すことからなる。温度処理は、２０２４−Ｔ３５１アルミニウム材料を硬化させることができ、また、ビレットからバッキングプレート６０への形成の前又は後の何れで行っても良い。
【００２６】
図６は、以下で説明する拡散ボンディング処理後の、従来のバッキングプレート（“旧処理方法”と記入）に対する、上で説明した温度処理の施された２０２４−Ｔ３５１アルミニウム（“新処理方法”と記入）の硬さの比較を示す。“新処理方法”によるバッキングプレートは、“旧処理方法”によるバッキングプレートよりかなり硬いことが分かる。
【００２７】
ターゲット５０をバッキングプレート６０にボンディングする最初の過程は、典型的には、ターゲット５０をプレート６０に物理的に接触させることにより、ターゲットとバッキングプレートとを結合することである。図５は、プレート６０に結合されたターゲット５０からなるアセンブリ７０を示す。図示のアセンブリ７０では、ターゲット５０はバッキングプレート６０の溝６２（図４参照）を覆う。バッキングプレート６０がターゲット５０よりもより硬い実施例では、ターゲットの軟らかい材料は、次の処理の間に、硬いバッキングプレートの溝内に押し込まれる。
【００２８】
アセンブリ７０は、プレート６０及びターゲット５０の材料から酸化物の形成に対して不活性な雰囲気中で形成されるか、又はその中に置くことができる。プレート６０及びターゲット５０が高純度アルミニウム又はアルミニウム合金からなる実施例では、不活性雰囲気は、真空（適切な真空度は１０^−２Ｔｏｒｒから１０^−７Ｔｏｒｒ）からなることができる。また、基本的に不活性ガス（例えば、窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガスの一つ又はそれ以上）からのみなることができる。または、例えば、チャンバを不活性ガスでフラッシングし、その後、チェンバの真空引きを行うことにより形成することもできる。不活性雰囲気は酸化成分（酸素のような）を有さないことが好ましい。そのような酸化成分は、プレート６０及びターゲット５０の一方又は双方の材料の酸化を不都合に引き起こすからである。上で説明したＨＦ／ＨＮＯ_３洗浄による利点は、それが、アルミニウム含有材料の表面から酸化可能な不純物を除去できることである。例えば、ＨＦ／ＨＮＯ_３洗浄は、比較的容易に酸化される物質であるマグネシウムをアルミニウム含有マスの表面から除去することができる。比較的容易に酸化される材料の除去は、もし表面上に残っている材料がＨＦ／ＨＮＯ_３洗浄によって除去された物質よりもより酸化され難いものであれば、マスをより硬いものとすることができる。さらに、アルミニウム酸化物の薄い層がしばしばアルミニウム材料上に形成されるものであり、もしそのようなアルミニウム酸化物がアルミニウム含有マス上に形成されたら、ＨＦ／ＨＮＯ_３洗浄は、このアルミニウム酸化物を除去することができる。
【００２９】
結局のところ、アルミニウム酸化物及び比較的容易に酸化された物質の除去は、アルミニウム含有バッキングプレートに対するアルミニウム含有ターゲット材料のボンディング特性を改善することができる。具体的には、容易に酸化された物質又はアルミニウム酸化物の、アルミニウム含有ターゲット又はアルミニウム含有バッキングプレートの一方又は双方からの除去は、ボンディング処理の間の面と面の間により良い相互作用をもたらす（例えば、拡散を増強する）。
【００３０】
図２を再び参照すると、結合されたバッキングプレートとターゲットは、ターゲットをバッキングプレートにボンディング接合するために、熱的に処理される。もし、ターゲット５０とバッキングプレート６０が高純度アルミニウムからなる場合には、熱処理は、例えば、結合されたターゲットとバッキングプレートを、２３０℃と４００℃の間（好ましくは、３００℃と３５０℃の間）の温度まで加熱し、そしてそのような温度を、約２分から約１０時間維持することである。その温度が維持されている間、ターゲット５０とバッキングプレート６０は、炉内で、４０００ｌｂｓ／インチ^２（即ち、４ｋｓｉ）、すなわち２７５８０×１０ ^３ パスカルを超える圧力、より好ましくは１０ｋｓｉ、すなわち６８９５０×１０ ^３ パスカルを超える圧力で圧縮される。ターゲット５０とバッキングプレート６０の圧縮は、好ましくは、図７に概略的に示される負荷特性図にしたがって実施される。具体的には、時刻Ｔ_０では、ターゲットとバッキングプレートは、非圧縮状態に実質的に相当する圧力Ｐ_０に晒される。圧力Ｐ_１は好ましくは４ｋｓｉ、すなわち２７５８０×１０ ^３ パスカルであり、より好ましくは少なくとも８ｋｓｉ、すなわち５５１６０×１０ ^３ パスカルである。圧力Ｐ_１は、圧力がＰ_２に増す時刻Ｔ_２迄の間維持される。圧力Ｐ_２は、圧力Ｐ_１より好ましくは少なくとも１ｋｓｉ、すなわち６８９５×１０ ^３ パスカル大きく、例えば、Ｐ_１より少なくとも２ｋｓｉ、すなわち１３７９０×１０ ^３ パスカル大きく、又はＰ_１より少なくとも５ｋｓｉ、すなわち３４４７５×１０ ^３ パスカル大きくすることができる。時刻Ｔ_１とＴ_２の間の時間は好ましくは少なくとも２０秒であり、典型的には１分である。時刻Ｔ_２とＴ_３の間の時間は好ましくは少なくとも約２０秒、典型的には１分である。時刻Ｔ_３と時刻Ｔ_４の間の時間は、好ましくは少なくとも約１分であり、例えば、２分から４分とすることができ、２２分又は３３分が典型的である。圧力Ｐ_３は、典型的には圧力Ｐ_１より大きく、例えば、圧力Ｐ_１より少なくとも０．５ｋｓｉ、すなわち３４４７．５×１０ ^３ パスカル、又はＰ_１より少なくとも１ｋｓｉ、すなわち６８９５×１０ ^３ パスカル大きくすることができる。時刻Ｔ_４で、ターゲット及びバッキングプレート上への圧力は解除され、その圧力はＰ_０に戻る。
【００３１】
Ｐ_１，Ｐ_２及びＰ_３の好ましい値は、処理されるターゲットの性質によって変わり、そして、図７の負荷特性は、６インチ、すなわち１５２．４ｍｍ直径のターゲット、８インチ、すなわち２０３．２ｍｍ直径のターゲット、１０インチ、すなわち２５４ｍｍ直径のターゲット、１２インチ、すなわち３０４．８ｍｍ直径のターゲットを含む如何なるターゲット寸法にも適用することができる。Ｐ_１は例えば約４ｋｓｉ、すなわち２７５８０×１０ ^３ パスカルから約１０ｋｓｉ、すなわち６８９５０×１０ ^３ パスカル、Ｐ_２は約４ｋｓｉ、すなわち２７５８０×１０ ^３ パスカルから約３０ｋｓｉ、すなわち２０６８９５０×１０ ^３ パスカル、またＰ_３は約４ｋｓｉ、すなわち２７５８０×１０ ^３ パスカルから約２５ｋｓｉ、すなわち１７２３７５×１０ ^３ パスカルとすることができる。特別な適用例では、Ｐ_１は例えば約８ｋｓｉ、すなわち５５１６０×１０ ^３ パスカルから約１０ｋｓｉ、すなわち６８９５０×１０ ^３ パスカル、Ｐ_２は約１２ｋｓｉ、すなわち８２７４０×１０ ^３ パスカルから約２０ｋｓｉ、すなわち１３７９００×１０ ^３ パスカル、そしてＰ_３は約１０ｋｓｉ、すなわち６８９５０×１０ ^３ パスカルから約１５ｋｓｉ、すなわち１０３４２５×１０ ^３ パスカルとすることができる。
【００３２】
図７の負荷特性は、従来の負荷特性とは、時刻Ｔ_１と時刻Ｔ_２で生じる二段階の圧力変化の点で異なる。従来の負荷特性では、ターゲット／バッキングプレート構造体への圧力は所望圧力まで傾斜状であり、そのような圧力は、ターゲット／バッキングプレートが圧縮されている間、維持されるか又は僅かに減少される。
【００３３】
アルミニウム含有バッキングプレートに対してボンディング接合されたアルミニウム含有ターゲットを形成する構造を処理するための例示的熱処理は、次のようである。最初に、バッキングプレートに対して結合されたターゲットを有するアセンブリは、約２３０℃から約４００℃（好ましくは、約３００℃から約３５０℃）の温度に加熱され、そしてそのような温度に、約２分から１０時間維持される。アセンブリは次に、約２３０℃から約４００℃の温度に維持される炉に移される。この炉は、図７を参照して説明した好ましい負荷進行を用いて、ターゲット５０とバッキングプレート６０を互いに８トン／インチ^２を超える圧力で圧縮するのに用いられる。ターゲットとバッキングプレートを圧縮した後、アセンブリは、約２３０℃から約４００℃の温度を有する加熱炉に戻され、そのような温度で、約２分から約１０時間の更なる時間維持される。
【００３４】
上述した例示的方法は、拡散ボンディング（具体的には、ターゲット５０とバッキングプレート６０の間の固相拡散）と、ターゲット５０内に５０ミクロン平均粒子サイズを有する粒子の発生を許容する。そのような粒子は、図３の圧縮の間に、冷間加工により、ターゲット５０内に形成される。粒子の発生は、典型的には三つの異なる過程からなる。第１は、最も厳しく変形された領域からストレスが解除されるリカバリーである。第２は、冷間加工粒子がターゲット５０内に小さく、新しい、ストレインフリーの粒子を再結晶形成すること、そして、最後は、温度とその温度に晒される時間に依存して、新しい粒子の粒子成長が起こることである。好ましくは、ターゲット５０は、図３のステップにおいて加工硬化された時点から熱処理に晒されるまで、約２００℃以上の温度には晒されない。したがって、ターゲット５０のほぼ全ての粒子発生は、ターゲット５０とバッキングプレート６０のボンディング処理での熱処理の間に起こる。
【００３５】
上で説明した熱処理方法を実施するための特定の処理方法は、ターゲットとバッキングプレートのアセンブリを缶（例えば、薄壁アルミニウムからなる）内に置き、拡散ボンディングに関係した加熱及び鍛造（即ち、圧縮）処理の間、そのアセンブリを缶内に保持することである。缶は、好ましくは二つの部分と、缶内にターゲットとバッキングプレートのアセンブリを封止するために半田処理が可能な広いフランジ部分とからなる。また、缶は、缶の半田封止による真空度チェックのためと、缶内を真空又は不活性雰囲気にするための小径管を有することが好ましい。ターゲットとバッキングプレートが一旦缶内に提供されると、缶は半田封止される。半田付けの間、ターゲットとバッキングプレートアセンブリの酸化を防ぐために、不活性ガス又は真空を利用することができる。半田による一体化度は、小径管を用いた漏れ試験を実行することにより判断することができる。缶内に真空又は不活性ガス雰囲気が維持されるように、小径管を最終的に半田付けすることができる。ターゲットとバッキングプレートのアセンブリが拡散ボンディング処理されている間、アセンブリの温度は、ターゲット及びバッキングプレートのアセンブリと同じ寸法を有し、且つ、アセンブリと同じ加熱炉又は同等の加熱炉の何れかで加熱される、所謂ダミー部分の温度を監視することにより、間接的に監視することができる。
【００３６】
ターゲット及びバッキングプレートのアセンブリの加熱処理の後、そのようなアセンブリは冷却される。冷却は、アセンブリを液体又はガスの何れかに晒すことによって行うことができる。例示的な液体は水であり、例示的なガスは空気である。
【００３７】
上で説明した方法によれば、ターゲット５０とバッキングプレート６０の間に強力な拡散ボンディングを有するターゲット及びバッキングプレートアセンブリ７０を形成することができ、そのような接合部分の引張強度は１０，０００ｐｓｉよりも大きい。
【００３８】
アセンブリ７０のターゲット５０とバッキングプレート６０の間に形成される強力な接合に加えて、ターゲット５０の平均粒子サイズは１００ミクロン以下、ボンディング後では更に約５０ミクロン以下にすることができる。具体的には、ターゲット５０内の粒子の大部分（即ち、５０％以上）は、その最大直径が１００ミクロン以下、更には、約５０ミクロン以下である。上で説明した小粒子サイズは、冷間加工された、しかし粒子をまだ有しないターゲットにより開始することによって達成することができる。したがって、再結晶化処理は、ターゲットで、粒子の成長の前に起こることになる。ＰＶＤ−ターゲットアルミニウムでは、そのような再結晶化処理は、不純物の形式及び濃度に依存して、２００℃から約４５０℃の間の温度で、約２０分から３０分を要する。一般的に、アルミニウム粒子は、高純度アルミニウム（例えば、元素アルミニウム）及びアルミニウム合金からなるターゲットにおいて、かなり小さい（即ち、平均して１００ミクロン以下、より好ましくは平均して５０ミクロン以下）ことが望まれる。より小さい粒子であることは、ターゲット材料からアルミニウムがスパッタリングされるスパッタリング処理を、より大きい粒子を有するターゲット材料から生じるスパッタリングよりも、改善することができる。
【００３９】
図７の負荷特性の二段階加圧は、上で説明したＨＦ／ＨＮＯ_３洗浄との組合わせにより、従来のターゲット／バッキングプレートの組合体に比べて、非常に改良されたターゲット／バッキングプレートの組合体を形成することができる。図８−図１０は、本発明の方法によるターゲット／バッキングプレートの組合体と従来の方法によるターゲット／バッキングプレートの組合体との比較を示すものである。図８−図１０に示す本発明の方法によるターゲット／バッキングプレートの組合体は、アルミニウムからなるターゲットと、約３７５°Ｆの温度で約８時間の間、硬化処理された２０２４アルミニウムから形成されたバッキングプレートを有する。ターゲットと２０２４バッキングプレートの両方は、材料同士のボンディングに先立ち、本発明によるＨＦ／ＨＮＯ_３洗浄処理に付された。ボンディングは、図７を参照して説明した負荷特性によって行われた。
【００４０】
図８は、従来の方法（図には“旧処理方法”と記す）によって形成されたターゲット／バッキングプレート構造体に対する、本発明の方法（図には“新処理方法”と記す）によって形成されたターゲット／バッキングプレート構造体の接合百分率を示す。接合百分率は、接合されたターゲットとバッキングプレート構造体のいろいろな領域で決定される。図８は、旧処理方法によって達成された接合の百分率は、接合されたターゲットとバッキングプレートの境界面に亘って非常に変化していることを示す。具体的には、ある領域では８５％以下であり、また他の領域では９５％又はそれ以上の接合百分率となっている。これとは対照的に、本発明の方法により形成されたターゲット／バッキングプレート構造体では、その構造体のターゲット／バッキングプレート全ての境界面において均一に９５％以上の接合百分率を有している。図８の接合百分率は、超音波接合走査分析（Ｃ−スキャンボンド）によって決められたものである。分析に当っては、全てのターゲットが走査された。その結果は、従来の処理方法による平均Ｃ−スキャンボンドは約９２％であり、本発明の処理方法によるＣ−スキャンボンドは９５％以上であることを示した。
【００４１】
図９は、従来の方法（図には“旧処理方法”と記す）によって形成されたターゲット／バッキングプレート構造体に対する、本発明の方法（図には“新処理方法”と記す）によって形成されたターゲット／バッキングプレート構造体のＲＡＭ引張試験の結果を示す。引張試験は、ターゲット／バッキングプレート構造体の異なる４箇所におけるターゲットとバッキングプレート材料の間の接合の引張強度を測定することにより決められた。その結果は、本発明による構造体では、その引張強度が１０，０００ポンド／インチ^２ 、すなわち６８９５０×１０ ^３ パスカル以上、更には、１６，０００ポンド／インチ^２ 、すなわち１１０３２０×１０ ^３ パスカル以上を示した。これは、従来のターゲット／バッキングプレート構造体に比べて、本発明のターゲット／バッキングプレート構造体の引張強度がかなり改善されたことを示すものである。
【００４２】
図１０は、従来の方法（図には“旧処理方法”と記す）によって形成されたバッキングプレートに対する、本発明の方法（図には“新処理方法”と記す）によって形成されたバッキングプレートの耐力の依存性を示す。本発明の方法によって処理されるバッキングプレートが、約２０℃から約２３０℃までの何れの温度においても、かなり良い耐力を有していることが示されている。
【００４３】
上述した本発明による方法は、従来の方法に比べて、接合強度の点、ターゲット／バッキングプレート接合全面にわたる接合の均一性の点、バッキングプレートの構造的特性の点で大きく改善するものである。接合強度とバッキングプレートの硬度化の改善は、従来の構造体に対して、本発明のターゲット／バッキングプレート構造体の耐湾曲特性の改善に結びつく。本発明の方法により形成されたバッキングプレートの、従来のバッキングプレートよりも改良された他の点は、本発明により形成されたバッキングプレートの微細構造及び組織が、３００℃に７２時間晒しても、熱的に安定していることが分かった点である。
【００４４】
本発明の方法により製造されたターゲット／バッキングプレート構造体と従来のターゲット／バッキングプレート構造体との他の比較は、本発明のターゲット／バッキングプレート構造体が、従来のターゲット／バッキングプレート構造体とほぼ同じ粒径、凝固物濃度、及び平面密度（即ち、（１１１），（２００），（２２０），（１１３）等の面の相対密度）を有することを示す。したがって、本発明の処理方法は、粒径、凝固物形成、又は平面密度には悪い影響は与えない。
【００４５】
上での圧力と温度の記載において、用語“約”は、記載した圧力又は温度の±１０％の変動を表わすものである。
【００４６】
以上の通り、本発明は、特定の構造的及び方法的特徴について述べてきた。しかしながら、本発明はその特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲で規定される範囲内で改良・改変が可能であると理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、従来のスパッタリング堆積装置の一部分の概略図である。
【図２】 図２は、本発明による方法のフローチャートである。
【図３】 図３は、ターゲット材料を加工硬化する方法の概略図である。
【図４】 図４は、予備ボンディング過程における、図３のターゲット材がバッキングプレートの上方にある状態を示す図である。
【図５】 図５は、図４の過程の後のボンディング過程における、図４のターゲット材料とバッキングプレートの概略図である。
【図６】 図６は、本発明の方法（新処理方法）により形成されたバッキングプレートと従来の方法（旧処理方法）により形成されたバッキングプレートの硬さの比較を表わしたグラフである。
【図７】 図７は、ターゲット材料とバッキングプレート材料とを互いに圧縮するための、本発明による負荷特性のグラフである。
【図８】 図８は、本発明の方法によって得られた接合百分率と従来の方法によって得られた接合百分率との比較を示すグラフである。
【図９】 図９は、本発明の方法（新処理方法）によって得られたＲＡＭ引張強度と、従来の方法（旧処理方法）によって得られた引張強度との比較を表わすグラフである。
【図１０】 図１０は、本発明の方法（新処理方法）によって形成されたバッキングプレートの温度変化に対する耐力の依存性と、従来の方法（旧処理方法）によって形成されたバッキングプレートのそれとの比較を表わすグラフである。

Claims (14)

1. 第１アルミニウム含有マスを第２アルミニウム含有マスにボンディングするための方法であって、前記第１及び第２アルミニウム含有マスは、バッキングプレートと物理蒸着ターゲットにそれぞれ対応し、該方法は、
   第１面を有する第１アルミニウム含有マスと、第２面を有する第２アルミニウム含有マスを提供する過程と、
   前記第１及び第２面の少なくとも一方の面を、ＨＦ及びＨＮＯ_３を有する混合物に晒す過程と、ここで前記第１アルミニウム含有マスは、前記晒し過程の前に、２５０℃から８００℃までの温度の下で、１０分から１週間までの時間、熱的に処理された２０００シリーズのアルミニウムであり、
   前記晒し過程の後、前記第１面を前記第２面に物理的に接触させる過程と、
   前記第１マスを前記第２マスに接合するために、前記第１及び第２マスを互いに加圧する過程とを具備し、
   前記晒し過程は、前記第１及び第２面の内の一方の面をＨＦ及びＨＮＯ_３を有する第１混合物に晒し、前記第１及び第２面の内の他方の面をＨＦ及びＨＮＯ_３を有する第２混合物に晒する過程であることを特徴とするボンディング方法。
2. 請求項１に記載の方法において、前記第１アルミニウム含有マスは、前記晒し過程の前に、３５０℃から４００℃までの温度の下で、６時間から１２時間までの時間、熱的に処理された２０００シリーズのアルミニウムであることを特徴とするボンディング方法。
3. 請求項１に記載の方法において、前記第２アルミニウム含有マスは基本的にアルミニウムと、銅及びシリコンの一つ又それ以上からなり、前記銅は前記マスの０％以上且つ１０％以下（重量比）で、前記シリコンは前記マスの１０％以下（重量比）であることを特徴とするボンディング方法。
4. 物理蒸着ターゲット材料をバッキングプレート材料にボンディングする方法であって、該方法は、
   ターゲット材料とバッキングプレート材料とを互いに物理的接触状態に結合する過程と、
   前記ターゲットとバッキングプレートを互いに以下の状態で順次進行する負荷の下で圧縮する過程であり、その状態とは、
   （１）負荷が、少なくとも４ｋｓｉ、すなわち２７５８０×１０^３パスカルの第１圧力の下、少なくとも２０秒間維持され、
   （２）負荷が、第２圧力となるために少なくとも０．５ｋｓｉ、すなわち３４４７．５×１０^３パスカル増加され、
   （３）負荷が、前記第２の圧力の下、少なくとも２０秒間維持される、
   過程とを具備し、
   前記圧縮過程により前記ターゲット材料を前記バッキングプレート材料に接合することを特徴とするボンディング方法。
5. 請求項４に記載の方法であって、更に、負荷を前記第２圧力に維持する過程の後、少なくとも２分を掛けて負荷を第３圧力に減少する過程であって、前記第３圧力は前記第１圧力よりも高く、且つ前記第２圧力よりは低い過程を具備することを特徴とするボンディング方法。
6. 請求項５に記載の方法において、前記第１圧力は８ｋｓｉ、すなわち５５１６０×１０^３パスカルから１０ｋｓｉ、すなわち６８９５０×１０^３パスカルであり、前記第２圧力は１２ｋｓｉ、すなわち８２７４０×１０^３パスカルから２０ｋｓｉ、すなわち１３７９００×１０^３パスカルであり、そして、前記第３圧力は１０ｋｓｉ、すなわち６８９５０×１０^３パスカルから１５ｋｓｉ、すなわち１０３４２５×１０^３パスカルであることを特徴とするボンディング方法。
7. 請求項４に記載の方法において、前記第１圧力は４ｋｓｉ、すなわち２７５８０×１０^３パスカルから１０ｋｓｉ、すなわち６８９５０×１０^３パスカルであることを特徴とするボンディング方法。
8. 請求項４に記載の方法において、前記第１圧力は４ｋｓｉ、すなわち２７５８０×１０^３パスカルから１０ｋｓｉ、すなわち６８９５０×１０^３パスカルであり、前記第２圧力は４ｋｓｉ、すなわち２７５８０×１０^３パスカルより大きく３０ｋｓｉ、すなわち２０６８５０×１０^３パスカルまでであることを特徴とするボンディング方法。
9. 請求項４に記載の方法において、前記第１アルミニウム含有マスは、２０００シリーズ，３０００シリーズ，４０００シリーズ，５０００シリーズ，６０００シリーズ及び７０００シリーズのアルミニウムからなるグループから選択されることを特徴とするボンディング方法。
10. 請求項４に記載の方法において、前記第２アルミニウム含有マスは基本的にアルミニウムと、銅及びシリコンの一つ又それ以上からなり、前記銅は前記マスの０％以上且つ１０％以下（重量比）で、前記シリコンは前記マスアルミニウムの１０％以下（重量比）であることを特徴とするボンディング方法。
11. アルミニウム含有バッキングプレートに対して、１０，０００ｌｂｓ／インチ^２、すなわち６８９５０×１０^３パスカルより大きい接合強度で接合されたアルミニウム含有物理蒸着ターゲットからなるターゲット／バッキングプレート構造体であり、前記ターゲットは９９．９５％以上の純度のアルミニウムからなり、前記バッキングプレートは、２０００シリーズ，３０００シリーズ，４０００シリーズ，５０００シリーズ，６０００シリーズ及び７０００シリーズのアルミニウムからなるグループから選択されるアルミニウムからなることを特徴とするターゲット／バッキングプレート構造体。
12. 請求項１１に記載の構造体において、前記ターゲットは前記バッキングプレートに対して１０，５００ｌｂｓ／インチ^２、すなわち７２３９７．５×１０^３パスカルより大きい接合強度で接合されることを特徴とするターゲット／バッキングプレート構造体。
13. 請求項１１に記載の構造体において、前記ターゲットは前記バッキングプレートに対して１４，０００ｌｂｓ／インチ^２、すなわち９６５３０×１０^３パスカルより大きい接合強度で接合されることを特徴とするターゲット／バッキングプレート構造体。
14. 請求項１１に記載の構造体において、前記ターゲットは前記バッキングプレートに対して１６，０００ｌｂｓ／インチ^２、すなわち１１０３２０×１０^３パスカルより大きい接合強度で接合されることを特徴とするターゲット／バッキングプレート構造体。

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