KR101957618B1

KR101957618B1 - 구리 합금 타겟

Info

Publication number: KR101957618B1
Application number: KR1020177010610A
Authority: KR
Inventors: 료 도가시; 고이치 야마기시; 히로유키 와타나베; 에리코 사토
Original assignee: 스미토모 긴조쿠 고잔 가부시키가이샤
Priority date: 2014-11-07
Filing date: 2015-10-23
Publication date: 2019-03-12
Also published as: CN107075667B; CN107075667A; TWI659115B; KR20170057389A; JP6213684B2; TW201623640A; JPWO2016072297A1; WO2016072297A1

Abstract

본 발명은 스퍼터링 성막이 순구리 성막과 같이 변색되지 않고, 비활성 플럭스 처리 후에 있어도 양호한 땜납 접합성을 나타내는, 우수한 땜납 습윤성을 갖는 구리 합금 성막을, 염가로 형성할 수 있는 땜납 접합 전극 성막용 구리 합금 타겟을 제공한다.
본 발명에 따른 땜납 접합 전극 성막용 구리 합금 타겟은, 구리를 주성분으로 하고, 은이 10 질량％ 초과 25 질량％ 미만, 니켈이 0.1 질량％ 이상 3 질량％ 이하의 비율로 함유되어 이루어진다. 이 구리 합금 타겟은, 밀폐 가능한 챔버 내를 0.01 ㎩ 이하까지 진공 흡인한 후에, 불활성 가스를 도입하여 상기 챔버 내의 압력을 50 ㎩ 이상 90000 ㎩ 이하로 하여 금속 재료의 용해 및 주조를 행하여 제조하는 것이 바람직하다.

Description

구리 합금 타겟{COPPER ALLOY TARGET}

본 발명은, 예컨대 전자 부품이나 반도체 소자의 외부 전극 등을 땜납 접합하기 위해 이용하는 구리 합금 타겟에 관한 것으로, 보다 자세히는, 전자 부품이나 반도체 소자의 외부 전극 등의 최외층막으로서, 땜납 접합하기에 적합한 구리 합금막을 형성하기 위해 이용하는 땜납 접합 전극 성막용 구리 합금 타겟에 관한 것이다.

일반적으로, 전자 부품이나 반도체 소자의 외부 전극 등을 땜납 접합하는 경우의 접속 부위의 합금은, 땜납과의 습윤성이 높아진 상태에서 행해진다.

예컨대, 접속 부품의 골격을 구성하는 합금이 Fe-42 질량％ Ni 합금(42 얼로이)인 경우에는, 접속면에 금 도금을 실시하거나, Cu-2.4 질량％ Fe-0.03 질량％ P-0.12 질량％ Zn(얼로이 194)인 경우에는, 은 도금 상에 더욱 주석 도금을 실시하거나, 혹은 니켈 도금 상에 더욱 팔라듐 도금을 실시하거나, 구리 배선 기판의 경우에는, 배선재로서 순구리나 첨가량이 낮은 구리 합금을 이용한다고 하는, 모두 땜납 접합 시에 있어서의 용융 땜납과의 습윤성을 높이는 고안을 실시하고 있다.

그런데, 전자 부품이나 반도체 소자의 외부 전극을 땜납 접합하는 경우의 접속 부위의 합금에 있어서도, 전극을 구성하는 금속막의 최외층막은, 주석 도금막이나 은 스퍼터링 성막이며, 혹은 금이나 은의 증착막으로 되어 있다. 최근, 이러한 전자 부품은 소형화가 진행되어, 전극막의 두께도 가능한 한 얇게 하고자 하는 요구가 있어, 주석 도금으로부터 귀금속 중에서는 비교적 염가인 은 스퍼터링 성막으로 막 제조 재료 및 막 제조 방법이 변화하고 있다. 은은, 산화되기 어려워 스퍼터링에 의해 용이하게 박막을 형성할 수 있고, 땜납 습윤성도 매우 양호하다. 그러나, 은은, 금속 가격이 높기 때문에, 시장에서는 은보다 염가인 금속으로 스퍼터링 성막을 행하고자 하는 요구가 강하다.

그런데, 금속 가격이 은보다 염가인 순도 99.99％ 구리(이하, 「순구리」라고 함)에 의한 스퍼터링 성막은 변색되기 쉽고, 외관이 중요시되는 경우에 문제가 될뿐만 아니라, 변색이 진행되면 땜납 습윤성이 악화하여 버린다고 하는 문제가 있다. 예컨대 특허문헌 1에 개시되어 있는 바와 같이, 변색을 억제하기 위해 귀금속을 첨가한 구리 합금 타겟에 의한 스퍼터링 성막을 행하면, 변색은 억제되지만, 염소를 포함하지 않는 소위 비활성 플럭스 처리 후에 땜납 접합을 행하는 경우에는, 순구리에 의한 성막보다 땜납 습윤성이 뒤떨어져 버린다고 하는 문제가 있었다.

예컨대, 변색 방지와 높은 땜납 습윤성을 양립시키기 위해, 구리에 대하여 금이나 팔라듐이라고 하는 귀금속을 첨가한 경우, 변색은 억제할 수 있지만, 금속 가격이 비싸질 뿐이며, 염소를 포함하지 않는 소위 비활성 플럭스 처리 후에 땜납 접합을 행하는 경우에는, 순구리에 의한 성막보다 땜납 습윤성이 뒤떨어져 버린다고 하는 문제를 해결할 수 없다.

또한, 귀금속으로서 은을 첨가하는 경우에는, 은 첨가 구리 합금 주괴를 압연 가공하는 데 있어서, 가공성을 높이도록 800℃ 이상으로 가열하여 압연 가공하면 주괴에 균열이 발생하여 버리고, 한편으로, 800℃ 미만에서 압연 가공하고자 하면 변형하기 어려워, 스퍼터링 타겟으로 가공하기 위해서는 단조 가공과 연화 열처리를 교대로 복수회 행할 필요가 있었다. 주괴로부터 와이어 방전 가공에 의해 직접 최종 제품 형상으로 절취하는 것도 생각되지만, 주괴 내부에는 다수의 캐비티가 발생하고 있어, 그대로는 타겟으로서 이용하는 것은 곤란해진다. 또한, 주괴 내부의 캐비티를 제거하기 위해 진공 용해나 진공 주조를 하는 것도 생각되지만, 진공에서는 은이 용해로 챔버 내의 챔버 내벽, 관측창, 발진 코일, 전극 단자 등의 모든 부분에 증착하여 버리기 때문에, 작업성, 생산성, 안전성이 현저히 악화하여 버린다고 하는 문제가 있다.

특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2002-69550호 공보

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 스퍼터링 성막이 순구리 성막과 같이 변색되지 않고, 비활성 플럭스 처리 후라도 양호한 땜납 접합성을 나타내는, 우수한 땜납 습윤성을 갖는 구리 합금 성막을 염가로 형성할 수 있는 땜납 접합 전극 성막용 구리 합금 타겟을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은 전술한 과제를 해결하기 위해 예의 검토를 거듭하였다. 그 결과, 구리를 주성분으로 하는 땜납 접합용 구리 합금 타겟에 있어서, 소정의 비율로 은을 함유시키며, 소정의 비율로 니켈을 함유시킴으로써, 변색을 억제할 수 있고, 또한 우수한 땜납 습윤성을 나타내는 것을 발견하여, 본 발명을 완성하기에 이르렀다. 즉, 본 발명은 이하의 것을 제공한다.

(1) 본 발명의 제1 발명은, 구리를 주성분으로 하고, 은이 10 질량％ 초과 25 질량％ 미만, 니켈이 0.1 질량％ 이상 3 질량％ 이하의 비율로 함유되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 땜납 접합 전극 성막용 구리 합금 타겟이다.

(2) 본 발명의 제2 발명은, 제1 발명에 있어서, 함유 산소량이 0.5 질량 ppm 이상 50 질량 ppm 이하인 땜납 접합 전극 성막용 구리 합금 타겟이다.

(3) 본 발명의 제3 발명은, 구리를 주성분으로 하고, 은이 10 질량％ 초과 25 질량％ 미만, 니켈이 0.1 질량％ 이상 3 질량％ 이하의 비율로 함유되어 이루어지는 땜납 접합 전극 성막용 구리 합금 타겟의 제조 방법으로서, 밀폐 가능한 챔버 내를 0.01 ㎩ 이하까지 진공 흡인한 후에, 불활성 가스를 도입하여 상기 챔버 내의 압력을 50 ㎩ 이상 90000 ㎩ 이하로 하여 금속 재료의 용해 및 주조를 행하는 것을 특징으로 하는 땜납 접합 전극 성막용 구리 합금 타겟의 제조 방법이다.

(4) 본 발명의 제4 발명은, 제3 발명에 있어서, 상기 챔버 내의 압력을 50 ㎩ 이상 10000 ㎩ 이하로 하여 용해 및 주조를 행하는 것을 땜납 접합 전극 성막용 구리 합금 타겟의 제조 방법이다.

(5) 본 발명의 제5 발명은, 제3 또는 제4 발명에 있어서, 땜납 접합 전극 성막용 구리 합금 타겟의 함유 산소량이 0.5 질량 ppm 이상 50 질량 ppm 이하인 땜납 접합 전극 성막용 구리 합금 타겟의 제조 방법이다.

본 발명에 따른 땜납 접합 전극 성막용 구리 합금 타겟에 따르면, 10 질량％ 초과 25 질량％ 미만의 비율로 은을 함유하고, 또한 0.1 질량％ 이상 3 질량％ 이하의 비율로 니켈을 함유함으로써, 염가로서, 순구리에 의한 성막에 비해서 산화 변색이 없어 양호한 외관을 갖는 스퍼터링 성막이 된다. 또한, 염소를 포함하지 않는 소위 비활성 플럭스 처리 후라도 양호한 땜납 접합성을 나타내는, 우수한 땜납 습윤성을 갖는다.

또한, 바람직하게는 타겟 내부의 함유 산소량이 0.5 질량 ppm 이상 50 질량 ppm 이하임으로써, 탈가스를 위한 비용을 억제하며, 또한 스퍼터링 성막의 습윤성을 보다 안정화시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 땜납 접합 전극 성막용 구리 합금 타겟의 제조 방법에 따르면, 밀폐 가능한 챔버 내를 0.01 ㎩ 이하까지 진공 흡인한 후에, 불활성 가스를 도입하여 챔버 내의 압력을 50 ㎩ 이상 90000 ㎩ 이하로 하여 용해 및 주조를 행하도록 하고 있기 때문에, 주괴로부터 직접 절취한 타겟이라도 주조 내부 결함인 캐비티라고 불리는 공동이 거의 없어, 스퍼터링 작업 시의 이상 방전이 감소한다.

또한, 바람직하게는 50 ㎩ 이상 10000 ㎩ 이하의 챔버 내 압력으로 용해 및 주조를 행함으로써, 타겟 내부의 캐비티의 수가 한층 더 억제되어, 타겟의 생산 수율을 안정화시킬 수 있다.

도 1은 용융 땜납욕 중에 구리 합금을 침지한 경우의 접촉각(θ)과의 관계에 기초한, 그 구리 합금의 땜납 습윤성의 모습을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 스퍼터링 성막된 구리 합금 성막 시료를 용융 땜납욕 중에 침지하였을 때의 시간과 습윤력의 관계에 대해서 설명하기 위한 그래프도이다.

이하, 본 발명에 따른 땜납 접합 전극 성막용 구리 합금 스퍼터링 타겟의 구체적인 실시형태(이하, 「본 실시형태」라고 함)에 대해서 상세하게 설명한다. 또한, 본 발명은 이하의 실시형태에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위에서 여러 가지의 변경이 가능하다.

본 실시형태에 따른 땜납 접합 전극 성막용 구리 합금 타겟(이하, 단순히 「구리 합금 타겟」이라고도 함)은, 구리를 주성분으로 하여 구성되는 구리 합금이며, 은과, 니켈을, 각각 소정의 비율로 첨가 성분으로서 함유한다. 구체적으로, 이 구리 합금 타겟은, 구리를 주성분으로 하여, 은이 10 질량％ 초과 25 질량％ 미만의 비율로 함유되고, 니켈이 0.1 질량％ 이상 3 질량％ 이하의 비율로 함유되어 이루어지는 것을 특징으로 한다. 또한, 주성분이란, 그 함유 비율이 51 질량％ 이상인 것을 말한다.

스퍼터링 방식에 의해 성막된 전극막을 갖는 부품에 대하여 납땜 처리를 행하는 데 있어서는, 그 부품을 포함하는 기판을, 150℃∼180℃ 정도의 높은 온도로 예비 가열하고, 그 후, 230℃∼250℃ 정도로 가열된 용융 땜납욕 내를 반송 통과시킴으로써 납땜한다. 그런데, 종래의 순구리 타겟에 의한 성막에서는, 성막 당초는 밝고 엷은 구리색이었던 것이 보관 환경에 따라서는 밝은 갈색 등으로 변색되어, 그 리플로우 시에 있어서의 예비 가열 등에 의해 표면에 산화 피막이 형성되어 땜납 습윤성이 현저히 저하하여, 양호하게 땜납 접합할 수 없는 경우가 있어, 프로세스 관리도 곤란해져 있었다.

이에 대하여, 본 실시형태에 따른 구리 합금 타겟에 의하면, 전술한 바와 같이, 소정의 비율로 은을 함유하며, 소정의 비율로 니켈을 함유하여 이루어짐으로써, 그 스퍼터링 성막은, 대기 중에 있어서의 산화 등에 의한 변색을 효과적으로 억제할 수 있어, 우수한 외관을 갖게 된다. 또한, 이러한 구리 합금 타겟에 의한 성막에서는, 예컨대 리플로우 납땜 처리에 있어서의 높은 온도에 있어서의 예비 가열 후라도, 안정적으로 우수한 땜납 습윤성을 유지할 수 있어, 양호하게 땜납 접합을 행할 수 있다.

은의 함유량에 관해서, 구리 합금 타겟 중의 은의 함유량이 10 질량％ 이하이면, 스퍼터링 성막이 경시 변색되어 버리는 경우가 있고, 변색에 따라서는 땜납 습윤성이 악화하여 버리기 때문에, 성막의 변색에 대한 품질 관리를 철저히 해야 한다. 한편으로, 은의 함유량을 25 질량％ 이상으로 하면, 성막의 변색이나 땜납 습윤성에는 큰 변화는 없고, 고비용이 될 뿐이며 비효율이 된다.

본 실시형태에 따른 구리 합금 타겟은, 전술한 바와 같이, 니켈을 0.1 질량％ 이상 3 질량％ 이하의 비율로 함유한다. 이 구리 합금 타겟에 따르면, 니켈을 0.1 질량％ 이상 3 질량％ 이하의 비율로 함유함으로써, 스퍼터링 성막의 산화 변색이 억제되며, 또한 그 땜납 습윤성이, 예컨대 염소를 포함하지 않는 소위 비활성 플럭스 처리 후에 땜납 접합을 행하는 경우라도, 순구리에 의한 성막과 동등 이상으로 양호한 땜납 습윤성을 유지할 수 있다.

니켈의 함유량에 대해서, 구리 합금 타겟 중의 니켈의 함유량이 0.1 질량％ 미만이면, 스퍼터링 성막이 대기 중 가열에 의해 산화 변색되기 쉽고, 또한 그 땜납 습윤성이 순구리에 의한 성막과 비교하여 뒤떨어져, 예컨대 염소를 포함하지 않는 소위 비활성 플럭스 처리 후에 땜납 접합을 하는 경우에는, 양호한 땜납 접합이 이루어지고 있는지의 확인이 필요로 된다. 한편으로, 니켈의 함유량이 3 질량％를 넘으면, 염소를 포함하는 소위 활성 플럭스라도, 땜납 습윤성은 순구리에 의한 성막과 비교하여 현저히 뒤떨어져, 양호한 땜납 접합을 행할 수 없다.

여기서, 도 1에, 용융 땜납욕(11) 중에 스퍼터링 성막된 시료(구리 합금 성막 시료)(10)를 침지한 경우의 접촉각(θ)과의 관계에 기초한, 그 시료(10)에 있어서의 구리 합금 성막(10A)의 땜납 습윤성의 모습을 모식적으로 나타낸다. 스퍼터링 성막된 부품을 땜납 접합하는 경우에는, 도 1의 (A) 및 (B)에 나타내는 바와 같이, 용융 땜납욕에 대하여 접촉각이 90도 이하(θ≤90도)가 되는 것이 필요로 된다. 스퍼터링 성막하여 출하한 후, 납땜 작업까지 노출되는 고온 고습이라고 하는 환경에도 불구하고 변색이 발생하지 않고, 접촉각이 안정되어 90도 미만이 되는 재료이면, 납땜 작업의 품질 관리가 용이해져, 땜납 접합의 신뢰성이 향상한다.

또한, 도 1의 (B)는 용융 땜납욕(11)에 대한 구리 합금 성막(10A)의 접촉각(θ)이 90도(θ=90도)가 되는 것이며, 이 경우, θ＜90도의 경우에 비해서는 약간 뒤떨어지지만, 땜납 습윤성은 양호해진다. 한편으로, 도 1의 (C)는 용융 땜납욕(11)에 대한 구리 합금 성막(10A)의 접촉각(θ)이 90도를 넘는(θ＞90도) 것이며, 이 경우에는, 땜납 습윤성이 불량이라고 판단된다.

또한, 도 2는 스퍼터링 성막된 구리 합금 성막 시료를 용융 땜납욕 중에 침지하였을 때의 시간과 습윤력의 관계에 대해서 설명하기 위한 그래프도이다. 도 2 중의 제로크로스 타임이나 습윤 상승 시간이 짧을수록, 또한 최대 습윤력이 클수록, 땜납에 습윤되기까지의 시간이 짧고, 또한 양호한 땜납 접합이 얻어진다. 여기서, 제로크로스 타임이란, 땜납욕과 성막의 접촉각이 90도 이하가 되기까지의 시간을 말한다.

본 실시형태에 따른 구리 합금 타겟에 의하면, 그 타겟에 의해 얻어지는 구리 합금 성막의 제로크로스 타임이, 순도 99.99％의 구리 타겟에 의한 성막의 제로크로스 타임과 동등하거나 그보다 빨라, 우수한 땜납 습윤성을 갖는다. 따라서, 이러한 구리 합금 성막에 따르면, 양호하게 땜납 접합을 행할 수 있다.

또한, 본 실시형태에 따른 구리 합금 타겟은, 그 산소 함유량이, 0.5 질량 ppm 이상 50 질량 ppm 이하의 범위인 것이 바람직하다. 구리 합금 타겟 내의 함유 산소량이 0.5 질량 ppm 미만이어도, 스퍼터링 성막의 변색이나 땜납 습윤성에 관해서 변화는 없지만, 제조 시에 있어서 챔버 내의 가스 성분 제거를 위한 진공 상태에 시간을 요하며, 또한 가스 성분의 액체와 고체에의 용해도차를 이용하여 가스 성분을 제거하기 위해 구리 합금의 용해와 응고를 교대로 다수회에 걸쳐 행하기 위한 시간이나 전기량이 부피가 커져 버려 비효율이 된다. 한편으로, 함유 산소량이 50 질량 ppm을 넘으면, 스퍼터링 성막의 땜납 습윤성이 저하하여 버릴 가능성이 있다.

본 실시형태에 따른 구리 합금 타겟은, 예컨대 고주파 진공 용해로 등의 밀폐 가능한 챔버 내를 진공 흡인한 후에, 아르곤 가스나 질소 가스 등의 불활성 가스를 도입하여, 전술한 소정의 성분 조성이 되도록 금속 재료를 용해하여 구리 합금 용탕을 제작하고, 제작한 구리 합금 용탕을 이용하여 주조를 행함으로써 제조할 수 있다. 또한, 주조 처리에 의해 얻어진 주괴를, 소망으로 하는 직경, 두께의 원반형으로 절취함으로써, 원반형의 구리 합금 타겟을 제작할 수 있다. 또한, 타겟의 형상은 원반형에 한정되지 않는다.

이때, 용해 및 주조 작업을 행하는 데 있어서, 밀폐 가능한 챔버 내를 0.01 ㎩ 이하까지 진공 흡인한 후에, 불활성 가스를 도입하여 챔버 내의 압력을 50 ㎩ 이상 90000 ㎩ 이하로 하여 작업하는 것이 바람직하다.

챔버 내를 0.01 ㎩ 이하까지 진공 흡인함으로써, 그 챔버 내의 산소를 가능한 한 제거할 수 있어, 얻어지는 구리 합금 타겟 내의 함유 산소량(함유 산소 농도)을 저하시킬 수 있다. 구체적으로는, 구리 합금 타겟의 함유 산소량을 0.5 질량 ppm 이상 50 질량 ppm 이하의 범위로 할 수 있어, 그 타겟에 의해 얻어지는 성막의 땜납 습윤성을 한층 더 향상시킬 수 있다.

또한, 진공 흡인한 후에, 아르곤 가스나 질소 가스 등의 불활성 가스를 도입하여 챔버 내의 압력을 50 ㎩ 이상 90000 ㎩ 이하로 하고, 그 압력 하에서 용해 및 주조를 행함으로써, 챔버 내에서 은을 증발시키는 일없이, 구리 합금 내에 포함되는 수소나 산소 등의 가스 성분을 제거할 수 있어, 주조 후의 주괴에 발생하는 캐비티(주조 내부 결함인 공동)의 발생을 억제하여, 구리 합금 타겟을 이용한 스퍼터링 시의 이상 방전을 방지할 수 있다.

불활성 가스도입 후의 챔버 내의 압력을 50 ㎩ 미만으로 하면, 금속 재료의 용해 중에, 은이 챔버 내에서 증발하여 관측창을 흐리게 하여 버리기 때문에 작업성이 나빠지고, 또한 발진 코일이나 전극 단자 등의 모든 부분에 은이 증착하여 버릴 가능성이 있어, 은의 수율이 저하하여 생산성이 악화한다. 한편으로, 챔버 내의 압력이 90000 ㎩를 넘으면, 용해 및 주조 시에 구리 합금에 포함되는 가스 성분이 거의 제거되지 않아, 주괴의 내부, 즉 구리 합금 타겟 내부에 캐비티가 다수 발생하여 버려, 스퍼터링 시에 이상 방전이 빈발하게 된다.

불활성 가스 도입 후의 챔버 내의 압력에 관해서는, 10000 ㎩ 이하인 것이 보다 바람직하다. 챔버 내의 압력이 10000 ㎩ 이하이면, 원료 로서 가스 성분이 많이 포함되는 전해 구리나 전해 니켈, 혹은 표면이 다소 산화되어 변색된 전해 구리를 이용한 경우라도, 양호하게 가스 성분이 제거되어, 주괴 내부에 있어서의 캐비티의 발생을 한층 더 억제할 수 있어, 타겟의 생산 수율을 향상시킬 수 있다. 또한, 산소 함유량이 저감되어, 땜납 습윤성을 보다 향상시킬 수 있다.

실시예

이하, 실시예 및 비교예를 이용하여, 본 발명을 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이하의 실시예에 조금도 한정되는 것이 아니다.

≪실시예 및 비교예≫

<구리 합금 타겟의 제조(제조예 1)>

실시예 및 비교예에 있어서, 하기 표 1에 나타내는 바와 같은 성분 조성이 되도록 하여 구리 합금 용탕을 조제하여 구리 합금 시료를 제조하였다. 또한, 표 1에 나타내는 바와 같이, 성분으로서는, 은, 니켈을 각각 소정의 비율로 함유한다.

구체적으로는, 고주파 진공 용해로를 이용하여, 챔버 내를 0.009 ㎩ 이하까지 진공 흡인한 후, 아르곤 가스를 500 ㎩까지 도입하여, 하기 표 1에 나타내는 성분 조성을 갖는 구리 합금 용탕을 제작하고, 그 압력 하에서 10분간 유지한 후에 흑연 주형에 주입하여 주괴를 제작하였다. 그리고, 제작한 주괴를, 두께 5 ㎜, 직경 75 ㎜의 원반형으로 절취하여 구리 합금 타겟으로 하여, 이하에 나타내는 평가에 제공하였다.

<평가>

제작한 구리 합금 타겟을 이용하여 모넬판(Ni-34 질량％ Cu)에 스퍼터링법에 따라 성막하여, 땜납 습윤성 및 스퍼터링 성막의 변색의 평가를 행하였다.

성막은, 시바우라메카트로닉스 가부시키가이샤 제조의 스퍼터링 장치(형식: CFS-4ES-2)를 이용하여 행하였다. 구체적으로는, 챔버 내의 진공도가 1×10^-3 ㎩에 도달한 후, 아르곤을 15 SCCM이 되도록 공급하면서 스퍼터링을 행하였다. 5 ㎜×0.3 ㎜×15 ㎜의 단책형 모넬판을 타겟에 대향하는 기판 홀더에 직립시켜 고정하고, 기판 홀더를 공전시켜 모넬판의 전체면에 0.5 ㎛ 두께로 성막하였다.

땜납 습윤성의 평가는, 가부시키가이샤 레스카 제조의 솔더 첵커(SAT-5200)를 사용하여 평가하였다. 땜납 습윤성의 시험에서는, 플럭스로서, 로진 25％와 이소프로판올 75％로 이루어지는 비활성화 로진 플럭스를 이용하였다. 또한, 땜납욕으로서는, Sn-3 질량％ Ag-0.5 질량％ Cu를 용해하여 245℃로 유지한 용융 땜납욕을 이용하였다. 또한, 구리 합금 성막 시료의 땜납욕에의 침지 속도는 5 ㎜/s, 침지 깊이는 2 ㎜, 침지 시간은 15초로 하였다.

여기서, 솔더 첵커는, 구리 합금 성막 시료에 작용하는 부력(B)과 표면 장력(S)의 차를 습윤력(F)(F=S-B)으로 하고, 그 습윤력(F)을 경시 관측하는 것이다. 그래서, 스퍼터링 성막 시료(구리 합금 성막 시료)의 땜납 습윤성에 대해서는, 땜납욕과 구리 합금 성막의 접촉각이 90도 이하가 되기까지의 시간, 소위 제로크로스 타임으로 평가하여, 순도 99.99％의 구리 타겟에 의한 성막의 제로크로스 타임과 동일하거나 그보다 빠른 경우를 『양호』, 느린 경우를 『불량』으로서 평가하였다.

또한, 도 2의 그래프도에 나타낸 바와 같이, 제로크로스 타임이란, 땜납욕과 구리 합금 성막의 접촉각이 90도 이하가 되기까지의 시간을 말하며, 이 제로크로스 타임이 짧을수록, 습윤성이 양호하며, 또한 땜납 접합을 단시간에 행할 수 있는 것을 의미한다.

변색의 평가는, 육안에 의해 행하며, 성막 시의 색을 기준으로 하여 색이 짙은 순으로, 4N 순도 구리를 대기 중 150℃로 가열한 산화 구리의 색인 진한 주황색을 『5』, 산화되지 않은 4N 순도 구리 성막의 색을 『3』, 성막 시의 밝은 구리색과 같은 색을 『1』, 각각의 중간을 『4』, 『2』로 하여, 5색 중에서 가장 가까운 색을 판정하였다. 또한, 변색은, 성막 직후(비가열 외관색)와, 대기 중 150℃의 온도에서 10분간 가열 후(가열 후 외관색)의 2개의 단계 기준으로 평가하였다.

<결과>

하기 표 1에, 땜납 습윤성의 평가 결과 및 변색의 평가 결과를 나타낸다. 또한, 표 1에는, 전술한 바와 같이, 각 실시예, 비교예에 있어서의 구리 합금의 성분 조성에 대해서도 더불어 나타낸다. 또한, 2014년의 평균 금속 가격으로서 구리를 0.7 엔/g, 은을 66.4 엔/g, 니켈을 1.8 엔/g으로서 계산한 1 g당의 합금 가격을 나타내었다.

표 1의 결과에 나타내는 바와 같이, 실시예 1∼9에서는, 땜납 습윤성은 양호하며, 합금 가격은 염가였다. 또한, 이 중, 실시예 1, 실시예 2에서 제조한 구리 합금 타겟에 대해서, 불활성 가스 융해-적외선 검출법, 소위 LECO에 의한 산소 농도 측정을 행한 바, 실시예 1, 실시예 2의 타겟의 함유 산소량은 각각, 3 질량 ppm, 1 질량 ppm이며, 0.5 질량 ppm 이상 50 질량 ppm의 범위 내였다.

한편으로, 비교예 1, 2, 4∼6에서는, 합금 가격은 염가로 억제되었지만, 땜납 습윤성은 불량이었다. 또한, 비교예 1에서는, 가열 후에 성막의 변색이 인지되었다. 또한, 비교예 3에서는, 땜납 습윤성은 양호하였지만, 합금 가격은 23.7 엔/g이 되어 매우 비싸졌다. 또한, 비교예 4에서는, 전술한 바와 같이, 합금 가격은 염가였지만, 땜납 습윤성이 불량이 되었으며, 성막의 변색이 인지되었다.

≪제조예(참조예) 2∼4≫

<제조예 2>

참조로 제조예 2로서, 실시예 1의 구리 합금 타겟과 동일한 조성으로, 챔버 내를 진공 상태인 채로 용해를 행하였다. 또한, 그 외의 조건은 실시예 1과 동일하게 하였다.

그 결과, 챔버의 관측창 내측에 은이 부착하여 급속하게 흐려져, 챔버 내부의 관찰을 할 수 없어져 작업을 계속할 수 없었다. 냉각 후에 챔버 내를 관찰한 바, 챔버 내벽뿐만 아니라 발진 코일이나 전극 단자 등의 모든 부분에 은이 부착하고 있어, 불안전한 상태로 되어 있었다. 또한, 이 용해 시의 진공도는 0.4 ㎩였다.

<제조예 3>

또한, 제조예 3으로서, 실시예 1의 구리 합금 타겟과 동일한 조성으로, 챔버 내의 압력을 대기압과 거의 같은 100000 ㎩로 하여 주조를 행하였다. 또한, 그 외의 조건은 실시예 1과 동일하게 하였다.

그 결과, 주괴 내부에 다수의 캐비티가 발생하여, 그대로는 타겟으로서 이용하는 것은 곤란한 상태였다. 또한, 챔버 내의 압력을 5000 ㎩로 하여 주조를 행한 바, 주괴 내부의 캐비티는 거의 제로였다.

<제조예 4>

또한, 제조예 4로서, 실시예 1의 구리 합금 타겟과 동일한 조성으로, 챔버 내를 5000 ㎩까지 진공 흡인한 뒤 챔버를 밀폐하고, 그 후 아르곤 가스를 도입하여, 용해 및 주조를 행하였다. 또한, 그 외의 조건은 실시예 1과 동일하게 하였다.

이와 같이 하여 제조한 구리 합금 타겟에 대해서, LECO에 의한 산소 농도 측정을 행한 바, 그 타겟의 함유 산소량은 50 질량 ppm을 넘으며, 땜납 습윤성도 불량이었다.

본 실시형태에 따른 땜납 접합 전극 성막용 구리 합금 타겟에 의하면, 예컨대 150℃ 정도로 가열되어도 외관색의 변화를 효과적으로 억제할 수 있어, 시각적으로 양호한 외관을 갖는 성막을 형성할 수 있어, 외관이 중요시되는 경우의 땜납 접합용 합금 타겟으로서 특히 바람직하다. 또한, 가열 전후의 땜납 습윤성이 높게 유지되기 때문에, 땜납 접합의 작업성이 용이하며, 신뢰성도 높아진다. 또한, 금, 팔라듐, 은보다 금속 가격이 염가로, 전자 부품 업계에서의 이용 가치는 매우 크다.

10: (구리 합금 성막) 시료
10A: 성막(구리 합금 성막)
11: 용융 땜납욕

Claims

은이 10 질량％ 초과 25 질량％ 미만, 니켈이 0.1 질량％ 이상 3 질량％ 이하의 비율로 함유되며, 잔부가 구리 및 불가피한 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 땜납 접합 전극 성막용 구리 합금 타겟.
제1항에 있어서, 함유 산소량이 0.5 질량 ppm 이상 50 질량 ppm 이하인 것을 특징으로 하는 땜납 접합 전극 성막용 구리 합금 타겟.
은이 10 질량％ 초과 25 질량％ 미만, 니켈이 0.1 질량％ 이상 3 질량％ 이하의 비율로 함유되며, 잔부가 구리 및 불가피한 불순물로 이루어지는 땜납 접합 전극 성막용 구리 합금 타겟의 제조 방법으로서,
밀폐 가능한 챔버 내를 0.01 ㎩ 이하까지 진공 흡인한 후에, 불활성 가스를 도입하여 상기 챔버 내의 압력을 50 ㎩ 이상 90000 ㎩ 이하로 하여 금속 재료의 용해 및 주조를 행하는 것을 특징으로 하는 땜납 접합 전극 성막용 구리 합금 타겟의 제조 방법.
제3항에 있어서, 상기 챔버 내의 압력을 50 ㎩ 이상 10000 ㎩ 이하로 하여 용해 및 주조를 행하는 것을 특징으로 하는 땜납 접합 전극 성막용 구리 합금 타겟의 제조 방법.
제3항 또는 제4항에 있어서, 땜납 접합 전극 성막용 구리 합금 타겟의 함유 산소량이 0.5 질량 ppm 이상 50 질량 ppm 이하인 것을 특징으로 하는 땜납 접합 전극 성막용 구리 합금 타겟의 제조 방법.