JPH0230382B2 - Reikyakuitatsukitaagetsutonoseizohoho - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕 この発明は、スパツタリング用ターゲツトと冷
却板との間にはんだを介在させ、ついでこれらの
部材を昇温下で互に圧接して前記ターゲツトに冷
却板をはんだ付けすることによつて、冷却板付き
ターゲツトを製造する方法に関する。 〔従来の技術〕 スパツタリングは、高品質の蒸着膜を高速度で
形成させるのに好都合な技術として、近年薄膜状
の半導体を製造する場合に広く利用されている。 最近では、半導体の製造において一層高能率
化、かつ高速化したスパツタリングが要求される
ようになつているところから、蒸着素材を供給す
るターゲツトは益々大型化するとともに、蒸着時
にターゲツトへ投入される熱量は次第に増大する
傾向にあり、その入熱の増大に対応してターゲツ
トの冷却効果を向上させるため、はんだ付けによ
つて冷却板を取り付けたターゲツトが盛んに使用
されるようになつてきた。 しかしながら、このような冷却板付きターゲツ
トにおいては、冷却板の素材となる純銅や銅合金
とターゲツト材とは一般に熱膨張係数が異なるた
め、はんだ付け後に全体がそつて変形したり、あ
るいは延性に乏しいターゲツト材では熱歪によつ
て割れが発生するという問題があり、このような
変形や割れを防ぐ方法として、従来 (1) 低融点はんだを用い、できるだけ低温ではん
だ付けして、はんだ付け温度と常温との温度差
を小さくして熱応力の発生を小さくしたり、あ
るいは (2) 低融点はんだを用いて接合するとともに、は
んだ付け時に接合面を加圧して、その接合面の
間から溶融しているはんだを排出させるか、あ
るいはさらに (3) 低融点でない通常のはんだを用いて接合し、
はんだ付け後に生じた変形をプレスによつて矯
正する、 という方法が採用されていた。 〔発明が解決しようとする問題点〕 しかしながら、上記(1)の低融点のはんだを用い
る方法によると、高速スパツタリングの実施中に
発生する大量の熱がターゲツトに供給されてその
接合面の温度が上昇したときに、はんだが融ける
場合があるので、ターゲツトに冷却板を接合する
という本来の目的にこの低融点のはんだを用いる
ことができず、また上記(2)の低融点はんだを用
い、かつはんだ付け時に接合面を加圧して、溶融
しているはんだを接合面の間から排出する方法に
よつてターゲツトと冷却板とを接合させると、そ
れらの間でははんだ層が排除されていて、ターゲ
ツトと冷却板との界面に働く剪断力や熱歪を緩和
する層がないため、はんだ付け後に前記界面で剥
離を生じたり、あるいはターゲツトに割れが発生
し、またこのような剥離や割れが発生するに至ら
なくても、ターゲツトの寸法が大きければ変形を
起こすので、それをプレス等によつて矯正する必
要が生じ、その矯正時に前記の割れや剥離が発生
するという問題があり、さらに上記(3)の、低融点
でない通常のはんだを用いて接合し、その接合後
に生じた変形をプレス等の機械的手段によつて矯
正する方法では、例えば延性が殆どないターゲツ
ト材のような、ターゲツトの材質如何によつて変
形を矯正できず、またたとえ矯正できたとして
も、その矯正によつて生じた内部応力が残留して
いるために、仕上加工中や使用中に変形を生じ、
またこのような矯正は一般に技術的に困難な作業
のため、製造時の歩留りが非常に悪くなり、さら
に、冷却板は、矯正処理を受けても完全に歪を除
去することは困難で、ターゲツトとの間の接合に
欠陥を生ずるため再利用できないという問題があ
つた。 〔研究に基づく知見事項〕 本発明者等は、上述のような問題を解決するた
めに種々研究を進めた結果、 (a) ターゲツトと冷却板との間に熱歪を吸収する
緩衝層を設けると、ターゲツトに及ぶ熱歪が小
さくなつて、ターゲツトの変形や割れ、あるい
は剥離が避けられること、 (b) 前記緩衝層を構成する材料としては軟質で延
性に富み、かつ比較的融点の高いSn、Sn合金
およびPb合金が適していること、 (c) 非常に融点の低いIn、In合金、GaまたはGa
合金をはんだ材として使用すると、これらのは
んだ材は上記のSn、Sn合金またはPb合金から
なる緩衝層を溶かすことなく、これらの緩衝層
をターゲツトおよび冷却板に接合できること、 (d) 上記のはんだ材は非常に融点が低いために、
低温ではんだ付けできるとともに、接合面の加
圧によつて、その溶融したはんだを接合面の間
から容易に排出でき、それによつて接合部にお
ける接合強度が向上すること、 (e) はんだ付け時に微量に残留しているか、また
ははんだ付け後に微量に残留した未反応のはん
だは、はんだ付け時の高温を長時間維持する
か、あるいは冷却後に所定時間加熱することに
よつて、ターゲツトまたはその表面処理層、冷
却板または緩衝層と反応し、それによつて接合
面に介在する材料の融点が上昇して、高温に曝
される高速スパツタリングにも一層耐える接合
強度が接合部において得られること、 を見出した。 〔問題点を解決するための手段〕 この発明は、上記知見に基づいて発明されたも
のであつて、スパツタリング用ターゲツトと冷却
板との間にはんだを介在させ、ついでこれらの部
材を昇温下で互に圧接して前記ターゲツトに冷却
板をはんだ付けすることによつて、冷却板付きタ
ーゲツトを製造する方法において、前記ターゲツ
トと冷却板の各接合面の間に、Sn、Sn合金また
はPb合金からなる厚さ：0.02〜１mmのシートを、
そのシートと前記ターゲツトおよび冷却板との間
にそれぞれIn、In合金、GaまたはGa合金からな
る低融点のはんだを介在させて挟み込み、ついで
このように重ね合わせた部材を0.3Kg／cm²以上の
圧力で互に圧接させながら加熱して前記はんだを
溶融させるとともに、未反応の溶融したはんだを
前記接合面の間から排出させ、その後必要に応じ
て、引続いて、または冷却してから所定時間加熱
処理を施して、残留するはんだを母材と反応させ
ることによつて前記ターゲツトと冷却板とを接合
することを特徴とするものである。 この発明において使用するSn、Sn合金または
Pb合金からなるシートは、はんだ付け時に、そ
の一部がはんだと反応するので、はんだ付け後の
このシートの厚さは、はんだ付け前の厚さよりも
薄くなり、このシートの厚さが0.02mm未満である
と、はんだ付け後に残るシートの厚さが薄くなり
過ぎて、このシートが熱歪を十分に吸収する作用
を失うに至り、一方その厚さが１mmを越すと、タ
ーゲツトと冷却板との間の円滑な熱伝導が妨げら
れて、冷却板の冷却作用が低下するところから、
ターゲツトと冷却板との間に挟み込む緩衝用シー
トの厚さを0.02〜１mmと定めた。 また、はんだ付け時にターゲツトと冷却板とを
圧接させる圧力が低いと、接合部に残存するはん
だの量が多くなり、このような状態にあるターゲ
ツトを後のスパツタリングに使用したときには、
過剰のはんだが融けてターゲツトが脱落するとい
うトラブルが発生し、そこでこのようなトラブル
を避けるために接合部を加熱して、残留している
はんだと母材とを反応させて低融点のはんだを高
融点の反応層に変化させても、はんだの残留量が
多いと非常に厚い反応層が形成され、このような
反応層は脆くて、そこに割れや剥離を生じ、はん
だ付け後に残つた未反応のはんだに起因するこの
ようなトラブルは、前記圧力が0.3Kg／cm²よりも
低くなると顕著になるところから、この発明では
この圧力を0.3Kg／cm²以上と定めた。 この発明では、はんだ付け時に所定の圧力で接
合部を圧接させているから、多量のはんだが接合
部に残存することがなく、したがつて上記トラブ
ルの発生を避けることができるとともに、必要に
応じて施される加熱処理は、残存する微量のはん
だを高融点の反応層に転化するので、上記トラブ
ルの発生を一層確実に防止することができ、この
加熱処理は通常はんだの融点付近の温度またはそ
れよりも若干低い温度において遂行され、その加
熱処理を施す時間は、はんだや被接合部材の材質
および加熱処理の温度等によつて左右されるが、
一般に60〜90分間施せば十分である。 一般に、ターゲツトの寸法が大きくなるほど、
熱応力に基づく剪断力は増大して、前述の変形や
割れ、あるいは剥離の発生が著しくなるので、こ
の発明は、ターゲツトが例えば直径180mm以上の
円板や一辺が180mm以上となる長方形のような、
特に大型のターゲツトにおいて顕著な効果を発揮
する。 なお、この発明において取り扱うターゲツトは
極端に高純度のものが要求されるところから、そ
れに冷却板を接合するときは、一般に、外気と遮
断された容器内で、真空下または不活性ガスまた
は還元性ガス雰囲気の下に遂行され、また、はん
だを熱応力緩衝用のシートと、ターゲツトおよび
冷却板との間に介在させるには如何なる手段を用
いてもよいが、例えばターゲツトと冷却板の各接
合面に予めはんだの蒸着膜を形成させておくか、
あるいはこれらの接合面をはんだの溶融点以上に
加熱して、その接合面に、溶融したはんだ被膜を
予め付着させておくというはんだの供給方法が普
通好都合であり、このはんだとターゲツトとの接
着を良好にするため、ターゲツトの材質によつて
は、一般に、はんだと馴染のよい、例えばCuや
Niからなる表面処理層を、はんだ付けに先立つ
てターゲツトの接合面に施しておくのが有利であ
る。 〔実施例および比較例〕 ついで、この発明を実施例により比較例と対比
しながら説明するが、これらの実施例は勿論この
発明を具体化した例を単に示すためのものであつ
て、この発明の技術的範囲を制限することを意図
するものではない。 実施例 １ Al−１％Si（以下、特に断わらないかぎり、％
はすべて重量％を意味する）の組成および直径：
290mm×厚さ：15mmの寸法を有する円板状ターゲ
ツトの表面にイオンプレーテイングによつて厚
さ：20μｍの純銅を蒸着させてこれを表面処理層
とし、一方無酸素銅からなる厚さ：10mmの冷却板
を用意し、この冷却板と前記表面処理層の各表面
に厚さ30μｍの純Inを蒸着して、Inからなるはん
だ層を形成させた。 このように準備したターゲツトと冷却板とを、
それらの各はんだ層の間に緩衝層としてSn−3.5
％Agからなる組成を有する厚さ0.2mmのシートを
挟み込んだ状態で、別途用意した接合装置、すな
わち、内部が外部雰囲気と遮断できる容器内に、
間隔をおいて対向する一対の渦巻状の高周波誘導
加熱コイルを有し、かつこの加熱コイルによつて
形成された透間を通つて互に間隔をおいて対向す
る直径20mmの石英丸棒からなる加圧治具を備えた
接合装置、の前記加圧治具の間に載置し、そして
ターゲツトと冷却板との間に0.32Kg／cm²の圧力
（荷重：210Kgｆ）をかけながら、これらの部材を
30分間にわたつて室温から160℃まで徐々に昇温
させ、ついでこの温度に２分間維持した後、室温
まで徐冷することによつて、ターゲツトに冷却板
を接合させた。 つぎに、このようにして得られた冷却板付きタ
ーゲツトが熱応力によつて変形する傾向とその耐
熱性を評価するために、これが室温（18℃）にお
いてほぼ球面状に凹むことによつて生ずるそり
量、すなわちターゲツトの湾曲によつてその厚さ
方向に最も深く凹んだ部分（最も深く凹む部分は
普通ターゲツトの中央またはその付近において形
成される）の元の位置からの距離を測定するとと
もに、この冷却板付きターゲツトの接合面の剪断
強度を測定しながらそれの温度を徐々に上昇させ
ていくとき、その剪断強度が急激に低下して、接
合面が溶融してしまつたものと認められる温度を
測定した。 これらの測定結果は第１表に示される。 実施例 ２ 79％Ni−５％Mo−16％Feの組成および幅：
180×長さ：420×厚さ：10mmの寸法を有する板状
ターゲツトの表面に厚さ：5μｍのNiメツキを施
した後さらに厚さ：20μｍのCuメツキを施してこ
れらの二重メツキ層を表面処理層とし、一方Cu
−0.5％Crの組成からなる厚さ：６mmの冷却板を
用意し、この冷却板と前記ターゲツトの表面処理
層の上にIn−45％Snの組成からなるIn合金シー
トを載せて、これらの冷却板とターゲツトを水素
炉中で加熱し、このIn合金シートを溶融させるこ
とによつて、これらの部材表面にIn合金はんだ層
を付着させた。 このように準備したターゲツトと冷却板とを、
それらの各はんだ層の間に緩衝層としてPb−10
％Snからなる組成を有する厚さ：0.8mmのシート
を挟み込んだ状態で、前述の実施例１において使
用したのと同じ接合装置において同様な方法によ
り、これらの部材に１Kg／cm²の圧力（荷重：750
Kgｆ）をかけながら、40分間の間にこれらの部材
を室温から140℃まで徐々に昇温させ、ついでこ
の温度に２分間維持した後、室温まで冷やすこと
によつて、ターゲツトに冷却板を接合させた。 このようにして製造された冷却板付きターゲツ
トについても、実施例１と同様にそり量と接合面
の溶融温度を測定し、その結果を第１表に示し
た。 実施例 ３ Mo−16.5％Siからなる組成および直径：220mm
×厚さ：６mmの寸法を有する円板状ターゲツトの
表面に厚さ：20μｍの純銅をイオンプレーテイン
グで蒸着させてこれを表面処理層とし、一方無酸
素銅からなる厚さ：12mmの冷却板を用意し、この
冷却板と前記ターゲツトの表面処理層の上に載せ
た純Gaのシートを大気中で40℃に加熱して溶融
した後４℃に冷却し、それによつてこれらの部材
表面にGaはんだ層を付着させた。 このように準備したターゲツトと冷却板とを、
それらの各はんだ層の間に緩衝層としてPb−５
％Snからなる組成を有する厚さ：0.03mmのシート
を挟み込んでから、これをホツトプレスにより、
10.5Kg／cm²（荷重：100Kgｆ）の圧力をかけなが
ら、10分間の間に室温から徐々に65℃まで昇温さ
せ、ついでこの温度に５分間維持してターゲツト
と冷却板とを接合した後、引続き上記圧力を保ち
ながら50℃に240分間保持する加熱処理を施した。 このようにして製造した冷却板付きターゲツト
についても、実施例１と同様にそり量と接合面の
溶融温度を測定し、その結果を第１表に示した。 比較例 １ Al−１％Siからなる組成および直径：290mm×
厚さ15mmの寸法を有する円板状ターゲツトの表面
に、イオンプレーテイングによつて厚さ20μｍの
純銅を蒸着させてこれを表面処理層とし、一方無
酸素銅からなる厚さ：10mmの冷却板を用意し、こ
の冷却板と前記ターゲツトの表面処理層との間
に、Sn−3.5％Agの組成と0.2mmの厚さを有する
シート状のはんだを挟み込み、ついで、はんだ付
け時にずれるのを防ぐために6.6Kgｆの鍾を載せ
ながら（したがつて0.01Kg／cm²の圧力をかけなが
ら）、これらの部材を水素雰囲気の炉中で、120分
の間に室温から240℃の温度まで徐々に昇温させ、
ついでこの温度に10分間維持した後、室温まで冷
却することによつて、ターゲツトに冷却板を接合
させた。 このようにして製造した比較用の冷却板付きタ
ーゲツトについても、同様にそり量と接合面の溶
融温度を測定してその結果を第１表に示した。 比較例 ２ 79％Ni−５％Mo−16％Feからなる組成および
幅：180×長さ：420×厚さ：10mmの寸法を有する
板状ターゲツトの表面に厚さ：5μｍのNiメツキ
を施した後さらに厚さ：20μｍのCuメツキを施し
てこれらのメツキ層を表面処理層とし、一方Cu
−0.5％Crからなる厚さ：６mmの冷却板を用意し、
この冷却板と前記ターゲツトの表面処理層との間
に、Pb−40％Snの組成と0.3mmの厚さを有するシ
ート状のはんだを挟み込み、ついで、鍾の重量を
7.5Kgｆ（圧力：0.01Kg／cm²）として上記比較例１
で使用した炉の中で、前記部材を120分間にわた
つて室温から200℃の温度まで徐々に昇温させ、
ついでこの温度に10分間維持した後、室温まで冷
却することによつて、ターゲツトに冷却板を接合
させた。 このようにして製造した冷却板付きターゲツト
についても同様に熱歪の発生する傾向と接合面の
耐熱性について調べ、その結果を第１表に示し
た。

〔発明の効果〕

第１表に示される結果から明らかなように、実
施例１〜３においては、比較例１〜２と比較する
と、そり量が著しく小さい上に、融点が極めて低
いはんだを用いたのにも拘らず、接合部の溶融温
度は比較例と同等もしくはそれよりも高いことが
わかる。 したがつて、この発明によると、熱歪量が極め
て低く抑えられるばかりでなく、接合部の溶融温
度が十分高く維持された冷却板付きターゲツトを
得ることができるので、この発明は、大型のター
ゲツトに好都合に利用できて高能率のスパツタリ
ングを可能にするとともに、ターゲツトが高温に
曝されてもその剥離や脱落を生じない高速のスパ
ツタリングを可能にするという、産業上有益な冷
却板付きターゲツトを提供することができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ スパツタリング用ターゲツトと冷却板との間
   にはんだを介在させ、ついでこれらの部材を昇温
   下で互に圧接して前記ターゲツトに冷却板をはん
   だ付けすることによつて、冷却板付きターゲツト
   を製造する方法において、前記ターゲツトと冷却
   板の各接合面の間に、Sn、Sn合金またはPb合金
   からなる厚さ：0.02〜１mmのシートを、そのシー
   トと前記ターゲツトおよび冷却板との間にそれぞ
   れIn、In合金、GaまたはGa合金からなる低融点
   のはんだを介在させて挟み込み、ついでこのよう
   に重ね合わせた部材を0.3Kg／cm²以上の圧力で互
   に圧接させながら加熱して前記はんだを溶融させ
   るとともに、未反応の溶融したはんだを前記接合
   面の間から排出することによつて、前記ターゲツ
   トと冷却板とを接合することを特徴とする、前記
   冷却板付きターゲツトの製造方法。 ２ スパツタリング用ターゲツトと冷却板との間
   にはんだを介在させ、ついでこれらの部材を昇温
   下で互に圧接して前記ターゲツトに冷却板をはん
   だ付けすることによつて、冷却板付きターゲツト
   を製造する方法において、前記ターゲツトと冷却
   板の各接合面の間に、Sn、Sn合金またはPb合金
   からなる厚さ：0.02〜１mmのシートを、そのシー
   トと前記ターゲツトおよび冷却板との間にそれぞ
   れIn、In合金、GaまたはGa合金からなる低融点
   のはんだを介在させて挟み込み、ついでこのよう
   に重ね合わせた部材を0.3Kg／cm²以上の圧力で互
   に圧接させながら加熱して前記はんだを溶融させ
   るとともに、未反応の溶融したはんだを前記接合
   面の間から排出した後、引続いて、または冷却し
   てから所定時間加熱処理を施して、残留するはん
   だを母材と反応させることによつて、前記ターゲ
   ツトと冷却板とを接合することを特徴とする、前
   記冷却板付きターゲツトの製造方法。