JP5812542B2 - スパッタリングターゲットの構成要素の接合方法、スパッタリングターゲットの構成要素の接合アセンブリ、および接合アセンブリの使用 - Google Patents
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Description
本発明は、概略的には、スパッタリングターゲットを製造するために、スパッタリングターゲットセグメントを支持体に取り付ける方法、接合したターゲットセグメントおよび支持体を含むアセンブリ、ならびにアセンブリの使用に関する。
大型のスパッタリングターゲットは通常、１つまたは複数のターゲットセグメントが接合された支持体、例えば、支持管または支持プレートで構成される、すなわち、ターゲットセグメントは支持体に取り付けられる。これらのセグメントは、様々な形状をとることができる。スパッタリング中に、大部分がきわめて高純度の、またはきわめて厳密な組成のスパッタリングターゲットはイオン照射を受け、結果として、高い熱負荷を受ける。したがって、支持体は水冷される。
支持体の機能は、電力伝達、機械的強度、および冷却水への熱伝達を提供することであり、支持体は、ターゲットをスパッタリング源に取り付けることを可能にする。
従来から、ターゲットセグメントと支持体との間の接合は、主に、拡散接合によるか、またははんだを用いるかのいずれかで行われている。
拡散接合は、２つの材料間、この場合は、ターゲットセグメントの材料と支持体の材料との間の界面にまたがる原子の相互拡散を基本とし、界面では、一方または両方の材料が互いの中に部分的に拡散して、界面にまたがる、２つの材料の概ね滑らかな濃度勾配を有する、連続した、途切れのない界面を形成する。
この接合方法は、拡散を妨害する不純物、より具体的には薄い酸化物層のない表面を必要とし、したがって、真空下または保護雰囲気中でのみ行うことができる。これは、その方法を高価かつ複雑にする。
保護雰囲気とは、表面に酸化物ができない、かつ／または存在し得る任意の酸化物が低減される雰囲気と定義される。要するに、これは、不活性ガス層または真空などの、ほとんど酸素を含まない雰囲気を意味する。
さらに、十分な拡散が行われるのを可能にするには、多くの場合、高い温度であることが必要とされ、高い温度はターゲット材料に最適な温度よりも高いので、結晶粒成長または他の劣化の危険性が生じ、ターゲット材料の有用性が低下する。とりわけ、これは、アルミニウム、およびアルミニウム合金に関する考察である。
はんだ付け、言い換えると、ターゲット材料と支持体との間への低融点媒介物質の導入および接合にも欠点がある。
低融点のはんだは、接合した支持体およびターゲットセグメントを含むスパッタリングターゲットの使用時に、温度がはんだの融点より高くなって、剥離とも呼ばれるデボンディングが生じることがあるために適切でないことが多く、それに対して、高温用のはんだは脆く、かつ／または拡散接合と同様に、ターゲット材料の特性を劣化させることがある温度を必要とすることが多い。
はんだ付けに関する特有の問題は、スパッタリングターゲットの表面の特定の点が、他の領域と比べて支持体との熱的接続があまり良好でない場合に、局所的に問題が容易に起こり得ることであり、その理由は、これらの点において、はんだの局所的な過熱および溶融が生じて、熱伝達をさらに低下させ、漸進的に剥離を生じさせることがあるからである。
高価なはんだを使用しなければならないことも欠点である。
２つの接合方法は、主要な接合メカニズムとしてはんだ付けまたは拡散接合を維持しながら、合致する、またはほぼ合致する溝および隆起を支持体およびターゲットセグメントに形成して、第１に、界面領域を増やし、第２に、ある程度の機械的相互結合を可能にすることで改善することができる。
これは、例えば、はんだ付けの場合は、Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ａ２５（１），Ｊａｎ／Ｆｅｂ ２００７，ｐ．５４−６０に記載されており、拡散接合の場合は、米国特許出願公開第２０１０／００３８２４１号明細書に記載されている。
両技術では、支持体およびターゲットセグメントには、隆起および対応する溝が設けられる。これには、これらの溝および隆起を形成する加工ステップの追加を必要とすると同時に、高い純度および／または厳密な組成のためにきわめて高価なことが多いターゲット材料が機械的に除去され、無駄になることから、さらなるコストを課すという欠点がある。
使用済みのターゲットを廃棄するときにさらなる問題が生じる。上記の２つの技術の場合、複数の材料で構成され、場合によってははんだで汚染された部片が使用後に残り、使用済みのスパッタリングターゲットのリサイクルを困難かつ高価にしている。
したがって、本発明の目的は、上記のまたは他の欠点の１つ以上の問題解決手段を提供することである。
このために、本発明は、スパッタリングターゲットの第１の構成要素の結合面をスパッタリングターゲットの第２の構成要素の結合面に接合する方法を提供し、その方法は、以下のステップ、すなわち、第１の構成要素および第２の構成要素を用意し、それらのうちの硬質な方は、同じ結合面の少なくとも１つの他の部分に対して突出し、アンダーカット部を有する少なくとも１つの部分をその結合面に有するステップと、第１の構成要素の結合面および第２の構成要素の結合面を互いに対接させて配置するステップと、第１の構成要素および第２の構成要素を互いに向かって加圧することで、第１の構成要素の結合面の領域および第２の構成要素の結合面の領域の少なくとも一方の材料を塑性変形させて、第２の構成要素および第１の構成要素の相互結合が得られる程度まで、少なくとも１つのアンダーカット部を少なくとも部分的に埋めるステップとを含み、方法は、接合される表面領域の大部分で相互結合する以外に、接合を形成するステップを有さない。
これには、スパッタリングターゲットの２つの構成要素を接合するための、単純かつ安価で耐熱性のある方法を提供するという利点があり、この方法は、それに加えて、保護雰囲気を必要とすることなく、またははんだを必要とすることなく実施することができる。
本発明による方法の実施形態では、第１の構成要素は支持体であり、第２の構成要素はターゲットセグメントである。
これには、同様に、単純な構造を有するスパッタリングターゲットを安価かつ容易に接合できるという利点がある。
別の実施形態では、本発明による方法は、説明した３つのステップで構成される。
さらなる実施形態では、第１の構成要素の結合面および第２の構成要素の結合面の１つは平坦である。これには、突起または溝をこの結合面に設ける必要をなくして、他方の結合面だけに設けて、加工コスト、および本来なら無駄になる材料を節約することで、より多くのお金が節約されるという利点がある。
さらに別の実施形態では、相互結合は唯一の結合メカニズムである。これは、はんだを供給する必要が全くないので有益である。さらに、拡散接合を使用した場合に起こる、界面での材料の相互間汚染が全く発生せず、リサイクルを容易にする。
特定の実施形態では、接合される表面領域の大部分ははんだがなく、拡散接合は、任意の実用的な程度まで発生することがない。
別の特定の実施形態では、説明したステップは、保護雰囲気下または真空下で実施されない。１つの利点は、保護雰囲気または真空を、関連する閉じたチャンバと共に用意する必要がないので、この実施形態がより安価かつ容易であることである。
本発明の別の態様では、加圧ステップは、湾曲があるパンチを有する型で実施されて、加圧時に、型内にある、接合される第２の構成要素および第１の構成要素に同じ湾曲を付与する。
これには、接合される第２の構成要素および第１の構成要素の所望の湾曲、例えば、構成要素の１つの平坦な面を得ることができる、または第２の構成要素および第１の構成要素を含むスパッタリングターゲットの使用時の特性を最適化する特定の湾曲を得ることができるという利点がある。このために、パンチの湾曲は、その中でも、使用される材料の熱膨張係数を考慮して、結合される第２の構成要素および第１の構成要素の所望の湾曲に合わせる必要がある。
特定の実施形態では、突出部分は隆起であり、隆起の断面は略Ｔ字形状とされる。
これには、製造が比較的容易であり、特定の事例で使用される材料の特定の特性をできる限り考慮して、加圧時の材料の挙動、接合強度、および接合弾性の良好な制御および最適化を可能にするという利点がある。
別の特定の実施形態では、様々なステップの温度、時間、および圧力、ならびに前処理または後処理の有無などの加工条件と、少なくとも１つの突出部分の大きさ、形状、および間隔などの幾何学的特徴とは、接合が機械的手段によって無効化可能であり、第１の構成要素が、その幾何学的形状を変える作業なしに接合を無効化した後、再利用することができるように選択される。
これには、新たな第２の構成要素との接合のために、新たな第１の構成要素を作製する必要がなくて、第１の構成要素を数回使用することができるという利点がある。
この実施形態は、接合される表面領域の大部分ははんだがなく、拡散接合が、任意の実用的な程度まで発生することがない前述の実施形態と組み合わせることができる。
この組み合わせにより、有利にも、使用後に残った第２の構成要素の化学汚染が最小限になるので、浄化プロセスで第２の構成要素をリサイクルするのがより容易に、かつより安価になる。
本発明はまた、第１の結合面を有するスパッタリングターゲットの第１の構成要素と、第２の結合面を有するスパッタリングターゲットの第２の構成要素とを含み、第１および第２の結合面が互いに接合されるアセンブリであって、第１および第２の結合面がそれぞれ、アンダーカット部を有する少なくとも１つの突出部分を含み、第２の構成要素を第１の構成要素と相互結合することで、少なくとも、接合強度の大部分が得られることを特徴とするアセンブリに関する。
本明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
（項目１）
スパッタリングターゲットの第１の構成要素の結合面をスパッタリングターゲットの第２の構成要素の結合面に接合する方法であって、以下のステップ、すなわち、
第１の構成要素および第２の構成要素を用意し、第１の構成要素および第２の構成要素の少なくとも硬質な方は、同じ結合面の少なくとも１つの他の部分に対して突出し、アンダーカット部を有する少なくとも１つの部分をその結合面に有するステップと、
前記第１の構成要素の前記結合面および前記第２の構成要素の前記結合面を互いに対接させて配置するステップと、
前記第１の構成要素および前記第２の構成要素を互いに向かって加圧することで、前記第１の構成要素の前記結合面の領域および前記第２の構成要素の前記結合面の領域の少なくとも一方の材料を塑性変形させて、前記第２の構成要素および前記第１の構成要素の相互結合が得られる程度まで、少なくとも１つのアンダーカット部を少なくとも部分的に埋めるステップと、
を含み、
上記において、接合される表面領域の大部分で相互結合する以外に接合を形成するいかなるステップもない、方法。
（項目２）
前記第１の構成要素は支持体であり、前記第２の構成要素はターゲットセグメントである、項目１に記載の方法。
（項目３）
前記第１の構成要素の前記結合面および前記第２の構成要素の前記結合面の１つは加圧する直前において平坦である、項目１に記載の方法。
（項目４）
すべての、またはほぼすべてのアンダーカット部は、前記加圧ステップ時に、完全に、またはほぼ完全に埋められる、項目１に記載の方法。
（項目５）
少なくとも前記接合される表面領域の大部分ははんだがない、項目１に記載の方法。
（項目６）
拡散接合が任意の実用的な程度まで発生し得ない条件で実施される、項目１に記載の方法。
（項目７）
前述のステップは、前記第１の構成要素の前記結合面と前記第２の構成要素の前記結合面との間の接合を形成する唯一のステップである、項目１に記載の方法。
（項目８）
前記相互結合は唯一の結合メカニズムである、項目１に記載の方法。
（項目９）
前記ステップは、保護雰囲気下または真空下で実施されない、項目１に記載の方法。
（項目１０）
圧力は、前記第１の構成要素の前記結合面および前記第２の構成要素の前記結合面に対して主に垂直方向にかけられる、項目１に記載の方法。
（項目１１）
前記加圧ステップは、湾曲があるパンチを有する型で実施されて、加圧時に、前記型内にある、結合される前記第１の構成要素および第２の構成要素に同じ湾曲を付与する、項目１に記載の方法。
（項目１２）
前記第１の構成要素は支持プレートである、項目１に記載の方法。
（項目１３）
前記少なくとも１つの突出部分は、１つまたは複数の隆起の形態で設けられる、項目１に記載の方法。
（項目１４）
前記隆起は、複数の同心円として設けられる、項目１３に記載の方法。
（項目１５）
前記隆起の断面は略Ｔ字形状とされる、項目１３に記載の方法。
（項目１６）
突出部分は規則的なパターンで設けられる、項目１に記載の方法。
（項目１７）
前記少なくとも１つの突出部分は、前記第１の構成要素に設けられる、項目１に記載の方法。
（項目１８）
前記第１の構成要素は、銅または銅合金で作製される、項目１に記載の方法。
（項目１９）
前記第２の構成要素は、アルミニウム、リチウム、マグネシウム、銀、金、インジウム、スズ、タリウム、鉛、ビスマス、アンチモン、カドミウム、ナトリウム、カリウム、ベリリウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、テルリウム、またはこれらの元素の化合物からなる群からの材料の１つ、あるいは材料の組み合わせ、混合物、または合金で作製される、項目１に記載の方法。
（項目２０）
前記第２の構成要素は、アルミニウムまたはアルミニウム合金で作製される、項目１９に記載の方法。
（項目２１）
前記加圧は、室温と３００℃との間の温度で実施される、項目１に記載の方法。
（項目２２）
前記加圧は、２００℃〜３００℃の温度で実施される、項目２１に記載の方法。
（項目２３）
前記第１の構成要素の前記結合面および前記第２の構成要素の前記結合面に対して垂直な方向に加えられる圧力成分は、前記第１の構成要素の前記結合面および前記第２の構成要素の前記結合面の接合される部分の領域全体で測定して、２０ＭＰａ〜１２０ＭＰａである、項目１に記載の方法。
（項目２４）
前記接合は無効化可能である、項目１に記載の方法。
（項目２５）
加工条件および／または前記少なくとも１つの突出部分の幾何学的特徴は、前記接合が、前記第１の構成要素および前記第２の構成要素の機械的分離によって無効化可能なように選択される、項目２４に記載の方法。
（項目２６）
第１の結合面を有するスパッタリングターゲットの第１の構成要素と、第２の結合面を有するスパッタリングターゲットの第２の構成要素とを含み、前記第１および第２の結合面が互いに接合されるアセンブリであって、前記第１および第２の結合面がそれぞれ、アンダーカット部を有する少なくとも１つの突出部分を含み、前記第２の構成要素を前記第１の構成要素と相互結合することで、少なくとも、接合強度の大部分が得られ、はんだ接合および／または拡散接合は、わずかに存在する接合メカニズムであるか、またははんだ接合および／または拡散接合は全く存在しない、アセンブリ。
（項目２７）
前記相互結合は唯一の接合メカニズムである、項目２６に記載のアセンブリ。
（項目２８）
項目２６または２７に記載のアセンブリのスパッタリングプロセスでの使用。
本明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
（項目１）
スパッタリングターゲットの第１の構成要素の結合面をスパッタリングターゲットの第２の構成要素の結合面に接合する方法であって、以下のステップ、すなわち、
第１の構成要素および第２の構成要素を用意し、第１の構成要素および第２の構成要素の少なくとも硬質な方は、同じ結合面の少なくとも１つの他の部分に対して突出し、アンダーカット部を有する少なくとも１つの部分をその結合面に有するステップと、
前記第１の構成要素の前記結合面および前記第２の構成要素の前記結合面を互いに対接させて配置するステップと、
前記第１の構成要素および前記第２の構成要素を互いに向かって加圧することで、前記第１の構成要素の前記結合面の領域および前記第２の構成要素の前記結合面の領域の少なくとも一方の材料を塑性変形させて、前記第２の構成要素および前記第１の構成要素の相互結合が得られる程度まで、少なくとも１つのアンダーカット部を少なくとも部分的に埋めるステップと、
を含み、
上記において、接合される表面領域の大部分で相互結合する以外に接合を形成するいかなるステップもない、方法。
（項目２）
前記第１の構成要素は支持体であり、前記第２の構成要素はターゲットセグメントである、項目１に記載の方法。
（項目３）
前記第１の構成要素の前記結合面および前記第２の構成要素の前記結合面の１つは加圧する直前において平坦である、項目１に記載の方法。
（項目４）
すべての、またはほぼすべてのアンダーカット部は、前記加圧ステップ時に、完全に、またはほぼ完全に埋められる、項目１に記載の方法。
（項目５）
少なくとも前記接合される表面領域の大部分ははんだがない、項目１に記載の方法。
（項目６）
拡散接合が任意の実用的な程度まで発生し得ない条件で実施される、項目１に記載の方法。
（項目７）
前述のステップは、前記第１の構成要素の前記結合面と前記第２の構成要素の前記結合面との間の接合を形成する唯一のステップである、項目１に記載の方法。
（項目８）
前記相互結合は唯一の結合メカニズムである、項目１に記載の方法。
（項目９）
前記ステップは、保護雰囲気下または真空下で実施されない、項目１に記載の方法。
（項目１０）
圧力は、前記第１の構成要素の前記結合面および前記第２の構成要素の前記結合面に対して主に垂直方向にかけられる、項目１に記載の方法。
（項目１１）
前記加圧ステップは、湾曲があるパンチを有する型で実施されて、加圧時に、前記型内にある、結合される前記第１の構成要素および第２の構成要素に同じ湾曲を付与する、項目１に記載の方法。
（項目１２）
前記第１の構成要素は支持プレートである、項目１に記載の方法。
（項目１３）
前記少なくとも１つの突出部分は、１つまたは複数の隆起の形態で設けられる、項目１に記載の方法。
（項目１４）
前記隆起は、複数の同心円として設けられる、項目１３に記載の方法。
（項目１５）
前記隆起の断面は略Ｔ字形状とされる、項目１３に記載の方法。
（項目１６）
突出部分は規則的なパターンで設けられる、項目１に記載の方法。
（項目１７）
前記少なくとも１つの突出部分は、前記第１の構成要素に設けられる、項目１に記載の方法。
（項目１８）
前記第１の構成要素は、銅または銅合金で作製される、項目１に記載の方法。
（項目１９）
前記第２の構成要素は、アルミニウム、リチウム、マグネシウム、銀、金、インジウム、スズ、タリウム、鉛、ビスマス、アンチモン、カドミウム、ナトリウム、カリウム、ベリリウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、テルリウム、またはこれらの元素の化合物からなる群からの材料の１つ、あるいは材料の組み合わせ、混合物、または合金で作製される、項目１に記載の方法。
（項目２０）
前記第２の構成要素は、アルミニウムまたはアルミニウム合金で作製される、項目１９に記載の方法。
（項目２１）
前記加圧は、室温と３００℃との間の温度で実施される、項目１に記載の方法。
（項目２２）
前記加圧は、２００℃〜３００℃の温度で実施される、項目２１に記載の方法。
（項目２３）
前記第１の構成要素の前記結合面および前記第２の構成要素の前記結合面に対して垂直な方向に加えられる圧力成分は、前記第１の構成要素の前記結合面および前記第２の構成要素の前記結合面の接合される部分の領域全体で測定して、２０ＭＰａ〜１２０ＭＰａである、項目１に記載の方法。
（項目２４）
前記接合は無効化可能である、項目１に記載の方法。
（項目２５）
加工条件および／または前記少なくとも１つの突出部分の幾何学的特徴は、前記接合が、前記第１の構成要素および前記第２の構成要素の機械的分離によって無効化可能なように選択される、項目２４に記載の方法。
（項目２６）
第１の結合面を有するスパッタリングターゲットの第１の構成要素と、第２の結合面を有するスパッタリングターゲットの第２の構成要素とを含み、前記第１および第２の結合面が互いに接合されるアセンブリであって、前記第１および第２の結合面がそれぞれ、アンダーカット部を有する少なくとも１つの突出部分を含み、前記第２の構成要素を前記第１の構成要素と相互結合することで、少なくとも、接合強度の大部分が得られ、はんだ接合および／または拡散接合は、わずかに存在する接合メカニズムであるか、またははんだ接合および／または拡散接合は全く存在しない、アセンブリ。
（項目２７）
前記相互結合は唯一の接合メカニズムである、項目２６に記載のアセンブリ。
（項目２８）
項目２６または２７に記載のアセンブリのスパッタリングプロセスでの使用。
本発明の特徴をより良好に示すことを意図して、以下に限定的な性格の全くない例として、ターゲットセグメントを支持プレートに接合する方法が、以下の図を用いて説明され、示される。
図１に示すように、９３ＨＢＷの硬度を有する銅製ディスクが支持プレート１として提示され、１４ＨＢＷの硬度を有する、純度９９．９９９５％の若干小さい方のアルミニウムディスクがスパッタリングターゲットセグメント２として提示されている。相互接合を意図して、支持プレート１は第１の結合面３を有し、ターゲットセグメント２は第２の結合面４を有する。支持プレート１は第１の後面５を有し、ターゲットセグメント２は第２の後面６を有する。支持プレート１には、第１の結合面３に複数の隆起７が設けられ、隆起７は、この面３に同心パターンで配置されている。
図２に示すように、ターゲットセグメント２は、隆起７または他の突起を有さず、平坦な結合面４を有する。
隆起７は略Ｔ字形状とされ、一方の端部が第１の結合面３に連結された軸８と、中央部よりも端部で若干細くなっており、中央部で軸８の他方の端部に連結されたクロスバー９とで構成されると考えることができる。
隆起７は、対応する溝１０から機械加工で材料を除去することで形成される、または形成することができるが、異なる態様で同様に形成されてもよい。隆起７は、溝１０の一部であるアンダーカット部１１を有する。
ターゲットセグメント２の直径は約３０ｃｍである。提示した隆起７は５．２ｍｍ離間し、第１の結合面３から２ｍｍ突出している。軸８は長さおよび幅が１ｍｍであり、隆起７の上部の幅は２．４ｍｍである。クロスバー９は、両端で厚さが約０．６ｍｍである。
支持プレート１およびターゲットセグメント２は、明瞭にするためにパンチ１２、１３のみが図３に示されている型内の所望に位置に配置される。加圧時に第１の後面５、および第２の後面６に力を作用させる、型の２つのパンチ１２、１３は若干湾曲しており、パンチの一方が凹形、他方が凸形であり、２つのパンチは、互いに合致するのが好ましい。
この特定の事例では、加圧時に支持プレート１と接触するパンチ１３が凸形である。
支持プレート１、ターゲットセグメント２、および型要素、その中でもパンチ１２、１３は、加熱炉内で２５０℃まで加熱される。これは、型を組み立てて、支持プレート１およびターゲットセグメント２を型に配置する前または後に行うことができる。
プレス機を用意する。加熱した型が支持プレート１およびターゲットセグメント２と共にプレス機に置かれ、ターゲットセグメント２と支持プレート１との間の接触領域全体で測定して約５６ＭＰａの圧力で、図の矢印Ｐで示す方向に、６分にわたって加圧される。
すべての作業は大気雰囲気条件で、つまり空気中で、保護雰囲気を全く必要とすることなく行われる。
この加圧ステップ時に、図４に示すように、第２の結合面４の領域の材料は塑性変形されて、アンダーカット部１１を含む溝１０を埋め、それにより、支持プレート１とターゲットセグメント２との間を相互結合する。
この事例では、溝１０とアンダーカット部１１によって形成された空所とを完全に埋めているが、これが常に必要なわけではなく、本発明の方法の必要な条件でもない。溝１０およびアンダーカット部１１がより高い程度まで埋められた場合、接合作用はより強力になり、支持プレート１とターゲットセグメント２との間の熱的接続が改善され、接合された支持プレート１およびターゲットセグメント２を使用している間に空気の介在により起こり得る問題を減らすことができる。
一般に、好ましいのは、アンダーカット部１１が少なくとも５０％まで埋められた場合であり、それに対して、アンダーカット部１１が９０％以上埋められた場合に、より良好な結果が得られる。
支持プレートとターゲットセグメントとの間にはんだを供給する必要は全くないが、接合とは別の理由で、本発明の範囲から逸脱することなく、ある程度のはんだが局所的に供給されてもよい。
また、加圧ステップ時に、支持プレート１およびターゲットセグメント２が、パンチ１２、１３の湾曲により半径方向に若干湾曲する。この特定の事例では、第１の結合面３は若干凸形になる。
加圧ステップ後、接合された支持プレート１およびターゲットセグメント２は冷却することができ、冷却時に、材料の熱膨張係数の差と、加圧時に支持プレート１およびターゲットセグメント２に付与された湾曲とのために、支持プレート１およびターゲットセグメント２はほぼ平坦になる。
当然ながら、パンチ１２、１３の湾曲は、必要に応じて、残存湾曲として凹形または凸形のいずれかが残るように構成することができる。
接合強度は約２０ＭＰａであると確認された。
加圧は必ずしも高温で実施される必要はなくて、室温でも行うことができるが、圧力を高くしなければならず、したがって、より強力で、より高価なプレス機が必要になることがある。使用可能な条件は、慣例の実験を通じて求めることができる。
接合された支持プレート１およびターゲットセグメント２のアセンブリは、次に、スパッタリングターゲットを形成するために、当業界で公知の作業によりさらに加工することができる。支持プレート１とターゲットセグメント２との間を接合するさらなるステップを行う必要はない。より具体的には、拡散接合ステップは全く必要なく、したがって、保護雰囲気または真空中での高温加工ステップは全く必要ない。真空気密性を保証するために、接合された表面領域の外側境界を当業界で公知の方法によって封止することができる。
上記の例では、ターゲットセグメント２および支持プレート１というただ２つの構成要素を接合して、スパッタリングターゲットを形成する。しかし、スパッタリングターゲットの２つを超える構成要素も同様に接合できることは、本発明の範囲内である。
例えば、より軟性の材料からなる中間層である第３の構成要素をターゲットセグメント２と支持体１との間に設けて、ターゲットセグメント２および支持体１を接合することができる。あるいは、両面に隆起を有する層である硬質の第３の構成要素を使用して、より軟質のターゲットセグメント２をより軟質の支持体１に接合することができる。
１つ以上の中間構成要素を用いた接合は、構成要素のすべてが同時に接合される１つの加圧ステップで行われてよいし、または構成要素が１つずつ互いに接合され、場合によっては、中間加工が、独立した加圧プロセスの合間に行われる複数の加圧ステップで行われてもよい。
この場合に、作業は、表面に薄い酸化物層を生じさせる大気雰囲気中において低温で実施されるため、金属間の分子接触と高温であることとを必要とする拡散接合が起こるとは考えられない。
使用後、支持プレート１およびターゲットセグメント２の残部は、十分な力を加えることで再度分離することができる。ターゲットセグメント２の残部は、このステップで機械的な損傷を受けるが、拡散接合またははんだ付けがないために化学汚染を全く含まないか、またはほんのわずかに含むだけなので、化学および／または冶金プロセスによって容易かつ安価にリサイクルすることができる。支持プレート２は、機械的な損傷を実質的に受けないままであり、再使用することができる。
隆起１０の寸法、間隔、および分布は、所望の加圧条件で接合される材料の機械特性に合わされて、加圧時に加えられる圧力による、弱い方の材料の良好な塑性変形と、十分な接合強度と、使用後の接合された支持プレート１およびターゲットセグメント２の比較的容易な分離とを同時に保証することができる。例えば、硬度、降伏応力、および破壊応力などの材料の機械特性の基本的な知識により、当業者は、どの幾何学的形状が特定の状況で使用可能であるかを判断することができる。
例えば、硬度によって表されるような、支持体１とターゲットセグメント２との間の機械特性が大きく異なることは、方法を容易に適用するのに有益である。硬度が相違しなければならない範囲は、隆起または他の突起の幾何学的形状、および使用される軟質の方の材料の耐力強度によっても決まる。
一般に、硬度差が少なくとも２０ＨＢＷある場合に良好な結果が得られ、硬度差が少なくとも４０ＨＢＷある場合に、より良好な結果が得られ、硬度差が６０ＨＢＷ以上の場合にさらに良好な結果が得られる。
加圧後に、必要に応じて、焼き戻しステップを追加して、ターゲットセグメント２の変形した材料を再結晶させるために使用することができる。上記の加圧条件で、上記の材料を用いた場合、加圧中に再結晶化がすでに起こっており、したがって、そのようなステップはなくてもよい。
説明した方法は、説明した材料に限定されるのではなくて、スパッタリングで使用される他の材料でできた支持体１およびターゲットセグメント２と共に使用することができる。これらの材料は、例えば、銅、アルミニウム、リチウム、マグネシウム、銀、金、シリコン、インジウム、スズ、タリウム、鉛、ビスマス、アンチモン、カドミウム、ナトリウム、カリウム、ベリリウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、テルリウム、またはこれらの元素の化合物のうちの１つ、あるいはそれらの組み合わせ、混合物、または合金とすることができる。
合金という単語の通常の冶金学的使用と同様に、特定の金属の合金には、かなりの、特に、主要な部分をなすこの特定の金属と他の組成物とを、これらの他の組成物が上記の金属の一部をなしてもなさなくても含有する合金も含まれると考えられる。
適切なアルミニウム合金の例として、ＡｌＳｉ１、ＡｌＳｉ１Ｃｕ０．５、およびＡｌＣｕ０．５があり、数字は合金元素の重量百分率を示す。
銀などの一部の限られた材料は、この例で使用したような条件においても拡散接合を示すことがある。リサイクルを行うために拡散接合を回避しなければならない場合、拡散接合を回避するために、非常に薄いコーティングを支持体および／またはターゲットセグメントに施すことができる。
特定の事例では、本発明の範囲から逸脱することなく、１つ以上の異なる材料の層、例えば、第１の結合面３の近くで良好な接合をもたらす変形可能な材料の層と、十分な剛性を付与する、この面３からより遠く離れた、より強度の高い材料の層とで構成される、支持体１を使用することができる。
同様に、異なる材料の複数の層で構成されるターゲットセグメント２を使用することができる。
これらの異なる層間の接合は、従来の技術で、または本発明に従って行うことができる。
この例では、１つの移動パンチを含む一方向プレス機が加熱なしで使用された。型および／または加圧される材料を加熱するシステムと、複数の移動パンチまたはロールとを設けたものを含む他のプレス機を使用できるのは明らかである。
支持体１およびターゲットセグメント２の軟質の方の結合面を平坦に保つことは、その場合、第２の結合面４に加工を行う必要が全くないために、一般に、より安価である。しかし、本発明による方法は、支持体１およびターゲットセグメント２のうちの軟質の方の平坦でない第１の結合面３または第２の結合面４を用いて、すなわち、他方の結合面４、３の溝１０と部分的にまたは完全に合致する突起を含むように作製された上記の軟質の方の第１の結合面３および第２の結合面４を用いて同様に実施することができる。
本発明は、本明細書で上記に説明した様々な方法に決して限定されるものではなくて、そのような改良された方法は、本発明の範囲から外れることなく、様々な形態で具現化することができる。
Claims (27)
- スパッタリングターゲットの第１の構成要素の結合面をスパッタリングターゲットの第２の構成要素の結合面に接合する方法であって、以下のステップ、すなわち、
第１の構成要素および第２の構成要素を用意し、第１の構成要素および第２の構成要素の少なくとも硬質な方は、同じ結合面の少なくとも１つの他の部分に対して突出し、アンダーカット部を有する少なくとも１つの部分をその結合面に有するステップと、
前記第１の構成要素の前記結合面および前記第２の構成要素の前記結合面を互いに対接させて配置するステップと、
前記第１の構成要素および前記第２の構成要素を互いに向かって加圧することで、前記第１の構成要素の前記結合面の領域および前記第２の構成要素の前記結合面の領域の少なくとも一方の材料を塑性変形させて、前記第２の構成要素および前記第１の構成要素の相互結合が得られる程度まで、少なくとも１つのアンダーカット部を少なくとも部分的に埋めるステップと、
を含み、
上記において、接合される表面領域の大部分で相互結合する以外に接合を形成するいかなるステップもない、方法。 - 前記第１の構成要素は支持体であり、前記第２の構成要素はターゲットセグメントである、請求項１に記載の方法。
- 前記第１の構成要素の前記結合面および前記第２の構成要素の前記結合面の１つは加圧する直前において平坦である、請求項１に記載の方法。
- すべてのアンダーカット部は、前記加圧ステップ時に、完全に、またはほぼ完全に埋められる、請求項１に記載の方法。
- 少なくとも前記接合される表面領域の大部分ははんだがない、請求項１に記載の方法。
- 拡散接合が任意の実用的な程度まで発生し得ない条件で実施される、請求項１に記載の方法。
- 請求項１に規定されるステップのシーケンスは、前記第１の構成要素の前記結合面と前記第２の構成要素の前記結合面との間の接合を形成する唯一のステップである、請求項１に記載の方法。
- 前記相互結合は唯一の接合メカニズムである、請求項１に記載の方法。
- 請求項１に規定されるステップのいずれも、保護雰囲気下または真空下で実施されない、請求項１に記載の方法。
- 圧力は、前記第１の構成要素の前記結合面および前記第２の構成要素の前記結合面に対して主に垂直方向にかけられる、請求項１に記載の方法。
- 前記加圧ステップは、湾曲があるパンチを有する型で実施されて、加圧時に、前記型内にある、接合される前記第１の構成要素および第２の構成要素に同じ湾曲を付与する、請求項１に記載の方法。
- 前記第１の構成要素は支持プレートである、請求項１に記載の方法。
- 前記少なくとも１つの突出部分は、１つまたは複数の隆起の形態で設けられる、請求項１に記載の方法。
- 前記隆起は、複数の同心円として設けられる、請求項１３に記載の方法。
- 前記隆起の断面は略Ｔ字形状とされる、請求項１３に記載の方法。
- 突出部分は規則的なパターンで設けられる、請求項１に記載の方法。
- 前記少なくとも１つの突出部分は、前記第１の構成要素に設けられる、請求項１に記載の方法。
- 前記第１の構成要素は、銅または銅合金で作製される、請求項１に記載の方法。
- 前記第２の構成要素は、アルミニウム、リチウム、マグネシウム、銀、金、インジウム、スズ、タリウム、鉛、ビスマス、アンチモン、カドミウム、ナトリウム、カリウム、ベリリウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、テルリウム、またはこれらの元素の化合物からなる群からの材料の１つ、あるいは材料の組み合わせ、混合物、または合金で作製される、請求項１に記載の方法。
- 前記第２の構成要素は、アルミニウムまたはアルミニウム合金で作製される、請求項１９に記載の方法。
- 前記加圧は、室温と３００℃との間の温度で実施される、請求項１に記載の方法。
- 前記加圧は、２００℃〜３００℃の温度で実施される、請求項２１に記載の方法。
- 前記第１の構成要素の前記結合面および前記第２の構成要素の前記結合面に対して垂直な方向に加えられる圧力成分は、前記第１の構成要素の前記結合面および前記第２の構成要素の前記結合面の接合される部分の領域全体で測定して、２０ＭＰａ〜１２０ＭＰａである、請求項１に記載の方法。
- 前記第１の構成要素および前記第２の構成要素は、分離可能であるように構成される、請求項１に記載の方法。
- 加工条件および／または前記少なくとも１つの突出部分の幾何学的特徴は、前記第１の構成要素および前記第２の構成要素が機械的分離によって分離可能であるように構成されるように選択される、請求項２４に記載の方法。
- 第１の結合面を有するスパッタリングターゲットの第１の構成要素と、第２の結合面を有するスパッタリングターゲットの第２の構成要素とを含み、前記第１および第２の結合面が互いに接合されるアセンブリであって、前記第１および第２の結合面がそれぞれ、アンダーカット部を有する少なくとも１つの突出部分を含み、前記第２の構成要素を前記第１の構成要素と相互結合することは唯一の接合メカニズムである、アセンブリ。
- 請求項２６に記載のアセンブリのスパッタリングプロセスでの使用。
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