JPWO2015008864A1 - シリコンターゲット構造体の製造方法およびシリコンターゲット構造体 - Google Patents
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Abstract
本発明のシリコンターゲット構造体の製造方法では、シリコンターゲットの接合面にＡｇ膜を形成し、前記Ａｇ膜と銅バッキングプレートの間にインジウムはんだを介在させて前記シリコンターゲットを前記銅バッキングプレートと一体にし、前記インジウムはんだを加熱溶融して前記シリコンターゲットを前記銅バッキングプレートに接合することによって、前記シリコンターゲットが前記銅バッキングプレートに一体に接合された構造体を製造する。
Description
本発明は、ＳｉＯ2薄膜の形成に用いられるシリコンターゲットをバッキングプレートに接合してなるシリコンターゲット構造体の製造方法とシリコンターゲット構造体に関する。詳しくは、スパッタリング中にハイパワーをかけてもシリコンターゲットの割れや剥離を生じ難いターゲット構造体の製造方法とシリコンターゲット構造体に関する。
本願は、２０１３年７月１８日に、日本に出願された特願２０１３−１４９８９８号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
本願は、２０１３年７月１８日に、日本に出願された特願２０１３−１４９８９８号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
スパッタリングに使用されるターゲットは、通常、ターゲット材を銅、銅合金などからなるバッキングプレートに接合した状態で使用される。ターゲット材とバッキングプレートとを接合するボンディング材料には、負荷される大電力に対する耐久性と良好な熱伝導性が必要である。このため、通常、ボンディング材料としてメタルが使用されており、メタルのなかでも融点が低く、良好な柔軟性を有するインジウムはんだ（融点約１５６℃）が広く使用されている。
しかし、シリコン系のターゲット材は、銅系のバッキングプレートと熱膨張、弾性率等が大きく異なり、またインジウムとの濡れ性も良くない。このため、スパッタ中に、シリコンターゲット材の割れや剥離が生じやすい。このターゲット材の割れや剥離によってシリコン破片や異常放電などが生じ、これが成膜表面のパーティクルを引き起こす問題があった。
そこで、ターゲット材とバッキングプレートとの接着強度を高めるために、ターゲットの接合面（スパッタ面とは反対側）をサンドブラストなどで粗くすることにより、アンカー効果を発揮させることが行われている。しかし、シリコンターゲットとバッキングプレートとの接合性が十分ではないので、局部的にインジウムはんだが損傷する。その結果、伝熱不良のために異常発熱してシリコンターゲットが割れ、この割れにより生じるシリコン破片や異常放電が成膜表面のパーティクル発生の原因になる。また、ターゲット表面をサンドブラストなどで粗くすると、表面に割れの起点を多数形成することになるので、ターゲットの強度が低下して割れ易くなると云う問題がある。
一方、シリコンターゲット材側にＩｎとＡｕの合金（第１ボンディング層）を用い、バッキングプレート側にＩｎはんだ（第２ボンディング層）を用いたシリコンターゲットが知られている（特許文献１：特許第３６６００１３号）。このシリコンターゲットは第１ボンディング層がＡｕを含むのでシリコンターゲット材と第１ボンディング層との濡れ性が良くなり、さらに第１ボンディング層と第２ボンディング層は共通してＩｎを含むので互いに濡れ性が良く、接合強度が向上する効果を有している。しかし、シリコンターゲット材にＩｎ−Ａｕ合金層を形成することが難しい。しかもＩｎ−Ａｕ合金はかなり高価であるので、経済性にも問題がある。
本発明は、シリコンターゲット構造体における従来の上記課題を解決したものであり、スパッタリング中にハイパワーをかけてもシリコンターゲットの割れや剥離を生じ難く、しかも容易に製造することができるシリコンターゲット構造体の製造方法とシリコンターゲット構造体とを提供する。
本発明の第一の態様は、以下の構成を有するシリコンターゲット構造体の製造方法に関する。
〔１〕シリコンターゲットの接合面にＡｇ膜を形成し、前記Ａｇ膜と銅バッキングプレートの間にインジウムはんだを介在させて前記シリコンターゲットを前記銅バッキングプレートと一体にし、前記インジウムはんだを加熱溶融して前記シリコンターゲットを前記銅バッキングプレートに接合することによって、前記シリコンターゲットが前記銅バッキングプレートに一体に接合された構造体を製造するシリコンターゲット構造体の製造方法。
〔２〕前記インジウムはんだを加熱溶融することによって、前記シリコンターゲット側の銀リッチな層と前記銅バッキングプレート側のインジウムリッチな層を有する接合層を形成し、それにより前記シリコンターゲットを前記銅バッキングプレートに接合する上記〔１〕に記載のシリコンターゲット構造体の製造方法。
〔３〕Ａｇを含有するＡｇペースト、またはＡｇ粉および融着成分を含有するＡｇペースト、またはＡｇ2Ｏ粉を有機溶剤でペーストにしたＡｇ2Ｏペーストをペーストとして用い、前記ペーストを前記シリコンターゲットの前記接合面に塗布することにより前記Ａｇ膜を形成する上記〔１〕または上記〔２〕に記載のシリコンターゲット構造体の製造方法。
〔１〕シリコンターゲットの接合面にＡｇ膜を形成し、前記Ａｇ膜と銅バッキングプレートの間にインジウムはんだを介在させて前記シリコンターゲットを前記銅バッキングプレートと一体にし、前記インジウムはんだを加熱溶融して前記シリコンターゲットを前記銅バッキングプレートに接合することによって、前記シリコンターゲットが前記銅バッキングプレートに一体に接合された構造体を製造するシリコンターゲット構造体の製造方法。
〔２〕前記インジウムはんだを加熱溶融することによって、前記シリコンターゲット側の銀リッチな層と前記銅バッキングプレート側のインジウムリッチな層を有する接合層を形成し、それにより前記シリコンターゲットを前記銅バッキングプレートに接合する上記〔１〕に記載のシリコンターゲット構造体の製造方法。
〔３〕Ａｇを含有するＡｇペースト、またはＡｇ粉および融着成分を含有するＡｇペースト、またはＡｇ2Ｏ粉を有機溶剤でペーストにしたＡｇ2Ｏペーストをペーストとして用い、前記ペーストを前記シリコンターゲットの前記接合面に塗布することにより前記Ａｇ膜を形成する上記〔１〕または上記〔２〕に記載のシリコンターゲット構造体の製造方法。
本発明の第二の態様は、以下の構成からなるシリコンターゲット構造体に関する。
〔４〕シリコンターゲットが接合層を介して銅バッキングプレートと一体に接合されている構造体であって、前記接合層が前記シリコンターゲット側の銀リッチな層と前記銅バッキングプレート側のインジウムリッチな層とを有しているシリコンターゲット構造体。
〔５〕Ａｇ膜が、Ａｇを含有するＡｇペースト、またはＡｇ粉および融着成分を含有するＡｇペースト、またはＡｇ2Ｏ粉を有機溶剤でペーストにしたＡｇ2Ｏペーストを前記シリコンターゲットの前記接合面に塗布して形成されたものである上記〔４〕に記載のシリコンターゲット構造体。
〔６〕引張応力２.９MPaに対して、前記シリコンターゲットと前記銀リッチな層との界面の接合が保たれる上記[４]に記載のシリコンターゲット構造体。
〔７〕引張応力２．５MPaに対して、前記シリコンターゲットと前記銀リッチな層との界面の接合が保たれる上記[４]に記載のシリコンターゲット構造体。
〔８〕前記シリコンターゲットの接合面に平行な方向に引張応力を負荷した際に、前記シリコンターゲットと前記銀リッチな層との界面の接合よりも、インジウムリッチな層の内部が先に破壊される上記[４]に記載のシリコンターゲット構造体。
〔４〕シリコンターゲットが接合層を介して銅バッキングプレートと一体に接合されている構造体であって、前記接合層が前記シリコンターゲット側の銀リッチな層と前記銅バッキングプレート側のインジウムリッチな層とを有しているシリコンターゲット構造体。
〔５〕Ａｇ膜が、Ａｇを含有するＡｇペースト、またはＡｇ粉および融着成分を含有するＡｇペースト、またはＡｇ2Ｏ粉を有機溶剤でペーストにしたＡｇ2Ｏペーストを前記シリコンターゲットの前記接合面に塗布して形成されたものである上記〔４〕に記載のシリコンターゲット構造体。
〔６〕引張応力２.９MPaに対して、前記シリコンターゲットと前記銀リッチな層との界面の接合が保たれる上記[４]に記載のシリコンターゲット構造体。
〔７〕引張応力２．５MPaに対して、前記シリコンターゲットと前記銀リッチな層との界面の接合が保たれる上記[４]に記載のシリコンターゲット構造体。
〔８〕前記シリコンターゲットの接合面に平行な方向に引張応力を負荷した際に、前記シリコンターゲットと前記銀リッチな層との界面の接合よりも、インジウムリッチな層の内部が先に破壊される上記[４]に記載のシリコンターゲット構造体。
本発明のシリコンターゲット構造体の製造方法によれば、スパッタリング中にハイパワーをかけてもシリコンターゲットの割れや剥離が生じ難いシリコンターゲット構造体を容易に製造することができる。また、本発明のシリコンターゲット構造体によれば、スパッタリング中にハイパワーをかけても割れや剥離が生じ難い。
以下に、本発明の一実施形態に係るシリコンターゲット構造体の製造方法およびシリコンターゲット構造体について、図面を参照して説明する。
〔製造方法〕
本実施形態のシリコンターゲット構造体１０は、図１のように、シリコンターゲット１１が接合層１２を介して銅バッキングプレート１３と一体に接合されている構造体であって、図２の右図のように上記接合層１２がシリコンターゲット１１側の銀リッチな層１２ａ（銀が主体の層）と銅バッキングプレート１３側のインジウムリッチな層１２ｂ（インジウムが主体の層）を有している。
本実施形態のシリコンターゲット構造体１０は、図２のように、シリコンターゲット１１の接合面（図２では下面）にＡｇ膜２０を形成した後に、該Ａｇ膜２０と銅バッキングプレート１３の間にインジウムはんだ２１を介在させてシリコンターゲット１１を銅バッキングプレート１３と一体にし、インジウムはんだ２１を加熱溶融してシリコンターゲット１１を銅バッキングプレート１３に接合することによって製造することができる。すなわち、本実施形態のシリコンターゲット構造体１０の製造方法は、シリコンターゲット１１の接合面にＡｇ膜２０を形成する工程と、Ａｇ膜２０が形成されたシリコンターゲット１１と銅バッキングプレート１３とインジウムはんだ２１とを、Ａｇ膜２０と銅バッキングプレート１３の間にインジウムはんだ２１が位置するように積層する工程と、積層されたシリコンターゲット１１と銅バッキングプレート１３とインジウムはんだ２１とをインジウムはんだ２１が溶融する温度まで加熱する工程と、を備える。
〔製造方法〕
本実施形態のシリコンターゲット構造体１０は、図１のように、シリコンターゲット１１が接合層１２を介して銅バッキングプレート１３と一体に接合されている構造体であって、図２の右図のように上記接合層１２がシリコンターゲット１１側の銀リッチな層１２ａ（銀が主体の層）と銅バッキングプレート１３側のインジウムリッチな層１２ｂ（インジウムが主体の層）を有している。
本実施形態のシリコンターゲット構造体１０は、図２のように、シリコンターゲット１１の接合面（図２では下面）にＡｇ膜２０を形成した後に、該Ａｇ膜２０と銅バッキングプレート１３の間にインジウムはんだ２１を介在させてシリコンターゲット１１を銅バッキングプレート１３と一体にし、インジウムはんだ２１を加熱溶融してシリコンターゲット１１を銅バッキングプレート１３に接合することによって製造することができる。すなわち、本実施形態のシリコンターゲット構造体１０の製造方法は、シリコンターゲット１１の接合面にＡｇ膜２０を形成する工程と、Ａｇ膜２０が形成されたシリコンターゲット１１と銅バッキングプレート１３とインジウムはんだ２１とを、Ａｇ膜２０と銅バッキングプレート１３の間にインジウムはんだ２１が位置するように積層する工程と、積層されたシリコンターゲット１１と銅バッキングプレート１３とインジウムはんだ２１とをインジウムはんだ２１が溶融する温度まで加熱する工程と、を備える。
まず、Ａｇ膜２０について説明する。シリコンターゲット１１は、スパッタ面（図２では上面）と、スパッタ面とは反対側の接合面（図２では下面）とを有する。Ａｇ膜２０は、シリコンターゲット１１の接合面にＡｇ膜形成用のペーストを塗布し、これを焼成することにより形成される。Ａｇ膜形成用のペーストとして、Ａｇを含有するＡｇペースト、Ａｇ粉および融着成分を含有するＡｇペースト、またはＡｇ2Ｏ粉を有機溶剤でペーストにしたＡｇ2Ｏペーストを用いることができる。
Ａｇを含有するＡｇペーストは、例えば銀アルコキシド等を利用したペーストであり、具体的には、アルコールと銀を結合させたペーストである。このようなＡｇペーストを用いる場合、シリコンターゲット１１の接合面にこのＡｇペーストを塗布し、加水分解などによってＡｇを析出させてＡｇ膜を形成する。
Ａｇ粉および融着成分を含有するＡｇペーストは、例えば、平均粒子径がサブミクロンであり、ペースト全体の質量に対し８０質量％〜８５質量％のＡｇ粉に融着成分となるガラスフリット１〜１０質量％を混合し、バインダー成分（樹脂と溶剤）５〜１９質量％を加えてペーストにしたものである。Ａｇ粉の組成が純度９５％以上であり、Ａｇ粉の平均粒径が５０μｍ程度であることが好ましい。バインダー成分の溶剤としてテキサノールを用いることができる。このようなＡｇペーストを用いる場合、シリコンターゲット１１の接合面に塗布した銀主成分のペースト、すなわちＡｇ粉および融着成分を含有するＡｇペーストを３５０℃〜４００℃で５０分〜１時間程度加熱してバインダーを除去し、さらに７００℃〜９００℃で５分〜１５分焼成してＡｇ膜が形成される。なお、加熱前のＡｇペーストの塗布量を単位面積あたり０．１ｇ／ｃｍ２とすることが好ましい。
Ａｇ2Ｏペーストは、例えば、平均粒子径が数ミクロンであり、ペースト全体の質量に対し８０質量％〜８５質量％のＡｇ2Ｏ粉を有機溶剤でペーストにしたものである。このようなＡｇ2Ｏペーストを用いる場合、シリコンターゲットの接合面に塗布された酸化銀主成分のペーストを３５０℃〜４００℃で５分〜１５分加熱することによってＡｇ2Ｏが還元されてＡｇ膜が形成される。なお、加熱前のＡｇ2Ｏペーストの塗布量を単位面積あたり０．１ｇ／ｃｍ２とすることが好ましい。
Ａｇ粉および融着成分を含有するＡｇペースト（ガラスフリットを混合したＡｇペースト）を上記の条件で加熱、焼成して形成されたＡｇ膜２０の組織状態を図３に示す。図３は、Ａｇ膜２０を膜厚方向（シリコンターゲット１１の接合面に垂直な方向）からデジタルマイクロスコープを用いて撮影した顕微鏡写真である。図３において、白い部分が銀粒子（Ａｇ粒子）２０ａであり、黒い部分がガラス粒子２０ｂである。図３のように、このＡｇ膜２０は、１０μｍ前後のＡｇ粒子２０ａの隙間を、微細なガラス粒子２０ｂが埋め尽くした状態に形成されている。一方、Ａｇ2Ｏペーストを加熱して形成されたＡｇ膜２０の組織状態を図４に示す。図４も図３と同様に撮影された顕微鏡写真である。図４において、白い部分は銀粒子２０ｄであり、黒い部分が銀粒子２０ｄの隙間（空隙）２０ｃである。このＡｇ膜２０は、１μｍ以下のＡｇ粒子２０ｄが微細な空隙２０ｃを保って凝集した状態に形成されている。
図２に示すように、上述の方法でシリコンターゲット１１の接合面にＡｇ膜２０を形成した後に、該Ａｇ膜２０と銅バッキングプレート１３の間にインジウムはんだ２１を介在させてシリコンターゲット１１を銅バッキングプレート１３と一体にし、インジウムはんだ２１を加熱溶融してシリコンターゲット１１を銅バッキングプレート１３に接合する。
インジウムはんだ２１は、インジウム（In：100％）またはインジウム合金（Sn-In系など）などが用いられる。
Ａｇ膜２０と銅バッキングプレート１３の間にインジウムはんだ２１が位置するように積層されたシリコンターゲット１１、銅バッキングプレート１３、およびインジウムはんだ２１を、インジウムはんだ２１の融点以上（約２００℃〜約２５０℃）に加熱し、加圧（約１０〜１００ｇ/cm2程度）しながら２００℃〜２５０℃の範囲内の一定温度に１〜１０分間保持する。これによりインジウムはんだ２１が溶融して液相が形成され、この液相が凝固することによりシリコンターゲット１１と銅バッキングプレート１３との間に接合層１２が形成される。それと共に、シリコンターゲット１１と銅バッキングプレート１３とが接合される。ここで、加熱保持時間が長すぎるとインジウムとAgが反応してAgが無くなってしまうので、高温保持時間は短いことが好ましく、本実施形態では高温保持時間を１〜１０分とする。
このようにして形成された接合層１２では、図２の右図で模式的に示されるように、シリコンターゲット１１側に銀リッチな層１２ａが形成され、銅バッキングプレート１３側にインジウムリッチな層１２ｂが形成される。そして、このような接合層１２が形成される過程において、シリコンターゲット１１が銀リッチな層１２ａに密着し、インジウムリッチな層１２ｂに銅バッキングプレート１３が密着したシリコンターゲット構造体１０が形成される。
このように形成されたシリコンターゲット構造体１０の断面のＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）画像を図５、６に示す。図５は、Ａｇ粉および融着成分を含有するＡｇペーストを用いて形成されたシリコンターゲット構造体１０の、シリコンターゲット１１の接合面に垂直な断面のＳＥＭ画像である。図６は図５のＡ部の拡大図である。
図６に示されるように、銀リッチな層１２ａはインジウムリッチな層１２ｂとシリコンターゲット１１との間に形成された薄い層であり、図６では約１μｍの厚さを有する。銀リッチな層１２ａは、インジウムリッチな層１２ｂよりも銀が多く、インジウムが少ない層である。具体的には、銀を９質量％以上含有する層である。インジウムリッチな層１２ｂは、銀リッチな層１２ａよりもインジウムが多く、銀が少ない層である。具体的には、インジウムを５０質量％以上含有する層である。
なお、上記の銀リッチな層１２ａおよびインジウムリッチな層１２ｂの成分組成は、シリコンターゲット１１の接合面に垂直な断面についてエネルギー分散型X線分析（ＥＤＳ）を行うことにより測定される。
図６に示されるように、銀リッチな層１２ａはインジウムリッチな層１２ｂとシリコンターゲット１１との間に形成された薄い層であり、図６では約１μｍの厚さを有する。銀リッチな層１２ａは、インジウムリッチな層１２ｂよりも銀が多く、インジウムが少ない層である。具体的には、銀を９質量％以上含有する層である。インジウムリッチな層１２ｂは、銀リッチな層１２ａよりもインジウムが多く、銀が少ない層である。具体的には、インジウムを５０質量％以上含有する層である。
なお、上記の銀リッチな層１２ａおよびインジウムリッチな層１２ｂの成分組成は、シリコンターゲット１１の接合面に垂直な断面についてエネルギー分散型X線分析（ＥＤＳ）を行うことにより測定される。
〔シリコンターゲット構造体〕
本実施形態のシリコンターゲット構造体１０は、図１および図２のように、シリコンターゲット１１が接合層１２を介して銅バッキングプレート１３と一体に接合されている構造体であって、上記接合層１２がシリコンターゲット１１側の銀リッチな層１２ａと銅バッキングプレート１１側のインジウムリッチな層１２ｂを有している。
本実施形態のシリコンターゲット構造体１０は、図１および図２のように、シリコンターゲット１１が接合層１２を介して銅バッキングプレート１３と一体に接合されている構造体であって、上記接合層１２がシリコンターゲット１１側の銀リッチな層１２ａと銅バッキングプレート１１側のインジウムリッチな層１２ｂを有している。
図１に本実施形態のシリコンターゲット構造体を示す。図１に示すように、本実施形態のシリコンターゲット構造体１０は、板状のシリコン結晶からなるシリコンターゲット１１が接合層１２を介して銅バッキングプレート１３に接合された構造体である。
シリコンターゲット１１を割れ難くするために、１３００℃で５時間アニール処理した板状のシリコン結晶をシリコンターゲット１１として用いることが好ましい。さらに、シリコンターゲット１１のエッジ部分を研磨処理ないしエッチング処理することにより、エッジ部分の加工損傷の長さを１μｍ以下とすることが好ましい。
図２に示すように、接合層１２は銀リッチな層１２ａとインジウムリッチな層１２ｂとを備える。シリコンターゲット１１の接合面上のＡｇ膜２０と銅バッキングプレート１３との間にインジウムはんだ２１を介在させた状態で、インジウムはんだ２１を加熱溶融してシリコンターゲット１１を銅バッキングプレート１３に接合する過程において、Ａｇ膜２０中の銀とインジウムはんだ２１中のインジウムとの相互拡散が進み、シリコンターゲット１１側は銀リッチな層１２ａになり、銅バッキングプレート１３側はインジウムリッチな層１２ｂになる。この銀リッチな層１２ａとインジウムリッチな層１２ｂとを合わせて接合層１２と云う。シリコンターゲット１１は銀リッチな層１２ａに密着しており、インジウムリッチな層１２ｂは銅バッキングプレート１３に密着している。
Ａｇ膜２０は、上述した通り、例えば、Ａｇを含有するＡｇペースト、Ａｇ粉および融着成分を含有するＡｇペースト、またはＡｇ2Ｏ粉を有機溶剤でペーストにしたＡｇ2Ｏペーストを用いて形成される。Ａｇ膜２０の膜厚は１μm〜１mmが良く、５μm〜１５μmが好ましく、１０μｍ前後がより好ましい。Ａｇ膜が１μｍより薄いと、Ａｇとインジウムとが反応してＡｇが消滅する場合があり、Ａｇ膜が１mmより厚いとコスト高である。
インジウムはんだ２１の厚さは０.１μｍ〜０.３μｍが好ましい。銅バックキングプレート１３は、例えば、銅含有量９９質量％以上の無酸素銅あるいは銅合金である。
以上説明した本実施形態のシリコンターゲット構造体１０及びその製造方法によれば、シリコンターゲット１１がＡｇ膜２０に接触しており、シリコンに対してＡｇは親和性が高いので、シリコンターゲット１１とＡｇ膜２０とが強固に接合される。また、本実施形態のシリコンターゲット構造体１０の製造方法では、シリコンターゲット１１の接合面に形成されたＡｇ膜２０と銅バッキングプレート１３との間にインジウムはんだ２１を介在させた状態で、インジウムはんだ２１を加熱溶融することにより、シリコンターゲット１１を銅バッキングプレート１３に接合する。このような方法によれば、溶融したインジウムはんだ２１が凝固する際にインジウムおよび銀の相互拡散が進み、インジウムを含む銀リッチな層１２ａと銀を含むインジウムリッチな層１２ｂとが形成される。また、銅バッキングプレート１３中に銀およびインジウムが拡散するので、接合層１２（インジウムリッチな層１２ｂ）と銅バッキングプレート１３とは強固に接合される。さらに、銀はインジウムに対して濡れ性が良いので、銀リッチな層１２ａとインジウムリッチな層１２ｂは強固に一体化されて接合層１２を形成する。また、インジウムリッチな層１２ｂは銅バッキングプレート１３に接触しており、インジウムは銅に対して濡れ性が良いので、インジウムリッチな層１２と銅バッキングプレート１３とはさらに強固に接合される。従って、本実施形態のシリコンターゲット構造体１０は、シリコンターゲット１１と接合層１２、接合層１２と銅バッキングプレート１３とが強固に接合されるので、ハイパワー（高出力（高電力））をかけてもシリコンターゲット１１の割れや剥離を生じ難い。
なお、Ａｇ粉および融着成分を含有するＡｇペーストを用いてＡｇ膜２０を形成した場合、シリコンターゲット１１表面の酸化層ＳｉＯと、Ａｇペーストの融着成分であるガラス質との結合によって、シリコンターゲット１１とＡｇ膜２０との密着性が向上する。また、Ａｇ2Ｏ粉を有機溶剤でペーストにしたＡｇ2Ｏペーストを用いてＡｇ膜２０を形成した場合、Ａｇ2ＯとＳｉＯの極薄膜層がＳｉ（シリコンターゲット１１）とＡｇ膜２０との界面に形成されるので、シリコンターゲット１１とＡｇ膜２０との密着性が向上する。
本実施形態のシリコンターゲット構造体１０は、例えば、シリコンターゲット１１の接合面に平行な方向に負荷される引張応力２.９MPaに対して、シリコンターゲット１１とＡｇ膜２０との界面の接合、および銀リッチな層１２ａとインジウムリッチな層１２ｂとの界面の接合を維持する接合強度を有する。後述する試験例では、本実施形態のシリコンターゲット構造体１０に２.９MPaの引張応力を加えると、シリコンターゲット１１と銀リッチな層１２ａとの界面および銀リッチな層１２ａとインジウムリッチな層１２ｂとの間は剥離せず、インジウムリッチな層１２ｂの内部が破壊される。この試験例によれば、本実施形態のシリコンターゲット構造体１０のシリコンターゲット１１と銀リッチな層１２ａとの界面は、インジウムはんだ２１内部の破壊強度よりも大きな接合強度を有している。このように、本実施形態のシリコンターゲット構造体１０によれば、シリコンターゲット１１と銀リッチな層１２ａとの接合性が高いので、シリコンターゲット１１と銅バッキングプレート１３とが強固に接合される。その結果、熱伝導性が向上する。
本実施形態のシリコンターゲット構造体１０は、シリコンターゲット１１が強固に銅バッキングプレート１３に接合されるので、ハイパワーを加えてもシリコンターゲット１１が割れ難い。従って、シリコンターゲット１１の使用寿命が長くなる利点を有する。また、接合強度を高めるためにシリコンターゲット１１の接合面を粗くする必要が無いので、低コストでシリコンターゲット構造体１０を製造できる。さらに、Ｉｎ−Ａｕ合金よりも容易に、かつ格段に低コストでＡｇ膜２０を形成することができる。
以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明はこれら実施例に限定されることはない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。本発明は前述した説明によって限定されることはなく、添付のクレームの範囲によってのみ限定される。
本発明の実施形態に係る実施例を比較例と共に以下に示す。引張強度試験を規格JIS Z 2241：2011（ISO 6892-1：2009に基づく）に従って行った。また、引張強度試験における引張方向をシリコンターゲット１１の接合面に平行な方向とした。引張試験強度試験における試験片を、図７に模式的に示される形状とした。詳細には、引張方向ＴＤにおいて、シリコンターゲット１１０と銅バッキングプレート１３０とをずらして配置し、シリコンターゲット１１０と銅バッキングプレート１３０との間に接合層１２０を後述する方法で形成した。シリコンターゲット１１０及び銅バッキングプレート１３０の接合層１２０と逆側の端部を、それぞれ試験片を引張試験機に取り付けるためのチャック部とし、チャック部を樹脂１１１、１３１で被覆した。樹脂１１１、１３１を互いの厚みが等しくなるように成形し、引張方向ＴＤがシリコンターゲット１１の接合面に平行となるようにした。
〔実施例１〕
サブミクロンのＡｇ粉８０質量％にガラスフリット５質量％を混合し、残部が樹脂および溶剤の銀ペーストを、シリコンターゲット（厚さ10ｍｍ）の接合面にスクリーン印刷で塗布した。次に、銀ペーストの塗布されたシリコンターゲットを３７０℃で１時間加熱してバインダー成分を除去した後に、８００℃に加熱して１０分保持（昇温１０℃/min）した後に室温まで冷却し、膜厚約１０μｍのＡｇ膜を形成した。次に、このＡｇ膜を形成したシリコンターゲットと銅バッキングプレート（厚さ15ｍｍ）の間に、インジウムはんだ（層厚0.2mmのシート）を挿入した。このように積層されたシリコンターゲット、銅バッキングプレート、及びインジウムはんだを２００℃に加熱し加圧した。このように、シリコンターゲットと銅バッキングプレートとを一体に接合し、シリコンターゲット構造体を製造した。
このシリコンターゲット構造体について引張試験を行ったところ、引張応力２.９MPaにおいて、ターゲットと銀リッチな層の界面は剥離せずに、インジウムリッチな層の内部が破壊された。
サブミクロンのＡｇ粉８０質量％にガラスフリット５質量％を混合し、残部が樹脂および溶剤の銀ペーストを、シリコンターゲット（厚さ10ｍｍ）の接合面にスクリーン印刷で塗布した。次に、銀ペーストの塗布されたシリコンターゲットを３７０℃で１時間加熱してバインダー成分を除去した後に、８００℃に加熱して１０分保持（昇温１０℃/min）した後に室温まで冷却し、膜厚約１０μｍのＡｇ膜を形成した。次に、このＡｇ膜を形成したシリコンターゲットと銅バッキングプレート（厚さ15ｍｍ）の間に、インジウムはんだ（層厚0.2mmのシート）を挿入した。このように積層されたシリコンターゲット、銅バッキングプレート、及びインジウムはんだを２００℃に加熱し加圧した。このように、シリコンターゲットと銅バッキングプレートとを一体に接合し、シリコンターゲット構造体を製造した。
このシリコンターゲット構造体について引張試験を行ったところ、引張応力２.９MPaにおいて、ターゲットと銀リッチな層の界面は剥離せずに、インジウムリッチな層の内部が破壊された。
〔実施例２〕
数ミクロンのＡｇ2Ｏ粉８５質量％を有機溶剤１５質量％でペーストにした酸化銀ペーストを用い、シリコンターゲット（厚さ10ｍｍ）の接合面にこの酸化銀ペーストをスクリーン印刷で２回塗布した。次に、銀ペーストの塗布されたシリコンターゲットを４００℃に加熱して１０分保持（昇温１０℃/min）した後に室温まで冷却し、膜厚約１０μｍのＡｇ膜を形成した。このＡｇ膜を形成したシリコンターゲットと銅バッキングプレート（厚さ15ｍｍ）の間に、インジウムはんだ（層厚0.2mmのシート）を挿入した。このように積層されたシリコンターゲット、銅バッキングプレート、及びインジウムはんだを２００℃に加熱し加圧した。このように、シリコンターゲットと銅バッキングプレートとを一体に接合し、シリコンターゲット構造体を製造した。
このシリコンターゲット構造体について引張試験を行ったところ、引張応力２.５MPaにおいて、ターゲットと銀リッチな層の界面は剥離せずに、インジウムリッチな層の内部が破壊された。
数ミクロンのＡｇ2Ｏ粉８５質量％を有機溶剤１５質量％でペーストにした酸化銀ペーストを用い、シリコンターゲット（厚さ10ｍｍ）の接合面にこの酸化銀ペーストをスクリーン印刷で２回塗布した。次に、銀ペーストの塗布されたシリコンターゲットを４００℃に加熱して１０分保持（昇温１０℃/min）した後に室温まで冷却し、膜厚約１０μｍのＡｇ膜を形成した。このＡｇ膜を形成したシリコンターゲットと銅バッキングプレート（厚さ15ｍｍ）の間に、インジウムはんだ（層厚0.2mmのシート）を挿入した。このように積層されたシリコンターゲット、銅バッキングプレート、及びインジウムはんだを２００℃に加熱し加圧した。このように、シリコンターゲットと銅バッキングプレートとを一体に接合し、シリコンターゲット構造体を製造した。
このシリコンターゲット構造体について引張試験を行ったところ、引張応力２.５MPaにおいて、ターゲットと銀リッチな層の界面は剥離せずに、インジウムリッチな層の内部が破壊された。
〔比較例１、２〕
シリコンターゲット（厚さ10ｍｍ）の接合面をサンドブラストで粗くした後に、ターゲットと銅バッキングプレート（厚さ15ｍｍ）の間に、インジウムはんだ（層厚0.2mmのシート）を挿入した。このように積層されたシリコンターゲット、銅バッキングプレート、及びインジウムはんだを２００℃に加熱し加圧した。このように、シリコンターゲットと銅バッキングプレートとを一体に接合し、シリコンターゲット構造体を製造した。
このシリコンターゲット構造体について引張試験を行ったところ、引張応力１.６MPaにおいて、ターゲットとインジウムはんだの界面で剥離断した（比較例１）。
また、シリコンターゲットの接合面をサンドブラストせずに、比較例１と同様の条件で比較例２のシリコンターゲット構造体を製造した。詳細には、シリコンターゲットの接合面をサンドブラストせずに、ターゲットと銅バッキングプレート（厚さ15ｍｍ）の間に、インジウムはんだ（層厚0.2mmのシート）を挿入して、２００℃に加熱し加圧して一体に接合した。この場合、引張応力１.５MPaにおいて、ターゲットとインジウムはんだの界面で剥離した（比較例２）。
シリコンターゲット（厚さ10ｍｍ）の接合面をサンドブラストで粗くした後に、ターゲットと銅バッキングプレート（厚さ15ｍｍ）の間に、インジウムはんだ（層厚0.2mmのシート）を挿入した。このように積層されたシリコンターゲット、銅バッキングプレート、及びインジウムはんだを２００℃に加熱し加圧した。このように、シリコンターゲットと銅バッキングプレートとを一体に接合し、シリコンターゲット構造体を製造した。
このシリコンターゲット構造体について引張試験を行ったところ、引張応力１.６MPaにおいて、ターゲットとインジウムはんだの界面で剥離断した（比較例１）。
また、シリコンターゲットの接合面をサンドブラストせずに、比較例１と同様の条件で比較例２のシリコンターゲット構造体を製造した。詳細には、シリコンターゲットの接合面をサンドブラストせずに、ターゲットと銅バッキングプレート（厚さ15ｍｍ）の間に、インジウムはんだ（層厚0.2mmのシート）を挿入して、２００℃に加熱し加圧して一体に接合した。この場合、引張応力１.５MPaにおいて、ターゲットとインジウムはんだの界面で剥離した（比較例２）。
〔参考例〕
実施例１のシリコンターゲットのＡｇ膜の表面に溶融したインジウムを載せ、温度をインジウムの融点以上（２１０℃）に保ち、Ａｇ膜に対する溶融インジウムの接触角を測定すると７７°であった。同様に、実施例２のシリコンターゲットのＡｇ膜について溶融インジウムの接触角を測定すると７６°であった。
一方、比較例１および比較例２のシリコンターゲット接合面について同様に溶融インジウムの接触角を測定すると何れも１１６°であった。
この接触角から、比較例１、２よりも、実施例１、２のＡｇ膜はインジウムに対して格段に濡れ性が高いことがわかる。
実施例１のシリコンターゲットのＡｇ膜の表面に溶融したインジウムを載せ、温度をインジウムの融点以上（２１０℃）に保ち、Ａｇ膜に対する溶融インジウムの接触角を測定すると７７°であった。同様に、実施例２のシリコンターゲットのＡｇ膜について溶融インジウムの接触角を測定すると７６°であった。
一方、比較例１および比較例２のシリコンターゲット接合面について同様に溶融インジウムの接触角を測定すると何れも１１６°であった。
この接触角から、比較例１、２よりも、実施例１、２のＡｇ膜はインジウムに対して格段に濡れ性が高いことがわかる。
本発明のシリコンターゲット構造体の製造方法によれば、スパッタリング中にハイパワーをかけてもシリコンターゲットの割れや剥離が生じ難いシリコンターゲット構造体を容易に製造することができる。また、本発明のシリコンターゲット構造体によれば、スパッタリング中にハイパワーをかけても割れや剥離が生じ難い。このため、本発明の方法で形成されたシリコンターゲット構造体および本発明のシリコンターゲット構造体を用いることにより、パーティクルの少ないＳｉＯ２薄膜を形成できる。
１０：シリコンターゲット構造体
１１：シリコンターゲット
１２：接合層
１２ａ：銀リッチな層
１２ｂ：インジウムリッチな層
１３：銅バッキングプレート
２０：Ａｇ膜
２１：インジウムはんだ
１１：シリコンターゲット
１２：接合層
１２ａ：銀リッチな層
１２ｂ：インジウムリッチな層
１３：銅バッキングプレート
２０：Ａｇ膜
２１：インジウムはんだ
本発明の第二の態様は、以下の構成からなるシリコンターゲット構造体に関する。
〔４〕シリコンターゲットが接合層を介して銅バッキングプレートと一体に接合されている構造体であって、前記接合層が前記シリコンターゲット側の銀リッチな層と前記銅バッキングプレート側のインジウムリッチな層とを有しているシリコンターゲット構造体。
〔５〕引張応力２.９MPaに対して、前記シリコンターゲットと前記銀リッチな層との界面の接合が保たれる上記[４]に記載のシリコンターゲット構造体。
〔６〕引張応力２．５MPaに対して、前記シリコンターゲットと前記銀リッチな層との界面の接合が保たれる上記[４]に記載のシリコンターゲット構造体。
〔７〕前記シリコンターゲットの接合面に平行な方向に引張応力を負荷した際に、前記シリコンターゲットと前記銀リッチな層との界面の接合よりも、インジウムリッチな層の内部が先に破壊される上記[４]に記載のシリコンターゲット構造体。
〔４〕シリコンターゲットが接合層を介して銅バッキングプレートと一体に接合されている構造体であって、前記接合層が前記シリコンターゲット側の銀リッチな層と前記銅バッキングプレート側のインジウムリッチな層とを有しているシリコンターゲット構造体。
〔５〕引張応力２.９MPaに対して、前記シリコンターゲットと前記銀リッチな層との界面の接合が保たれる上記[４]に記載のシリコンターゲット構造体。
〔６〕引張応力２．５MPaに対して、前記シリコンターゲットと前記銀リッチな層との界面の接合が保たれる上記[４]に記載のシリコンターゲット構造体。
〔７〕前記シリコンターゲットの接合面に平行な方向に引張応力を負荷した際に、前記シリコンターゲットと前記銀リッチな層との界面の接合よりも、インジウムリッチな層の内部が先に破壊される上記[４]に記載のシリコンターゲット構造体。
Claims (8)
- シリコンターゲットの接合面にＡｇ膜を形成し、前記Ａｇ膜と銅バッキングプレートの間にインジウムはんだを介在させて前記シリコンターゲットを前記銅バッキングプレートと一体にし、前記インジウムはんだを加熱溶融して前記シリコンターゲットを前記銅バッキングプレートに接合することによって、前記シリコンターゲットが前記銅バッキングプレートに一体に接合された構造体を製造するシリコンターゲット構造体の製造方法。
- 前記インジウムはんだを加熱溶融することによって、前記シリコンターゲット側の銀リッチな層と前記銅バッキングプレート側のインジウムリッチな層を有する接合層を形成し、それにより前記シリコンターゲットを前記銅バッキングプレートに接合する請求項１に記載のシリコンターゲット構造体の製造方法。
- Ａｇを含有するＡｇペースト、またはＡｇ粉および融着成分を含有するＡｇペースト、またはＡｇ2Ｏ粉を有機溶剤でペーストにしたＡｇ2Ｏペーストをペーストとして用い、前記ペーストを前記シリコンターゲットの前記接合面に塗布することにより前記Ａｇ膜を形成する請求項１または請求項２に記載のシリコンターゲット構造体の製造方法。
- シリコンターゲットが接合層を介して銅バッキングプレートと一体に接合されている構造体であって、
前記接合層が前記シリコンターゲット側の銀リッチな層と前記銅バッキングプレート側のインジウムリッチな層とを有しているシリコンターゲット構造体。 - Ａｇ膜が、Ａｇを含有するＡｇペースト、またはＡｇ粉および融着成分を含有するＡｇペースト、またはＡｇ2Ｏ粉を有機溶剤でペーストにしたＡｇ2Ｏペーストを前記シリコンターゲットの接合面に塗布して形成されたものである請求項４に記載のシリコンターゲット構造体。
- 引張応力２.９MPaに対して、前記シリコンターゲットと前記銀リッチな層との界面の接合が保たれる請求項４に記載のシリコンターゲット構造体。
- 引張応力２．５MPaに対して、前記シリコンターゲットと前記銀リッチな層との界面の接合が保たれる請求項４に記載のシリコンターゲット構造体。
- 前記シリコンターゲットの接合面に平行な方向に引張応力を負荷した際に、前記シリコンターゲットと前記銀リッチな層との界面の接合よりも、インジウムリッチな層の内部が先に破壊される請求項４に記載のシリコンターゲット構造体。
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