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Die
Erfindung betrifft eine Tantal- oder Wolfram-Target-Kupferlegierung-Rückplattenanordnung,
die in der Lage ist, ein Hochenergie-Sputtern auszuhalten, und ein
Herstellungsverfahren hierfür.
Darüber
hinaus soll das in dieser Beschreibung erläuterte Tantal oder Wolfram
Legierungstargets mit solchen Komponenten als Hauptkomponenten umfassen.
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Hintergrund
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Diffusionsbonden
ist ein effektives Verfahren als Bondmethode eines Sputter-Targets
und einer Rückplate,
die ein Hochenergie-Sputtern aushält, und die Anmelder präsentieren
in der japanischen Patentveröffentlichung
No. H6-108246 eine Festphasen-Diffusionsbond-Targetanordnung, bei
der ein Einführ-
bzw. Einlagematerial zwischen das Target und die Rückplatte
eingefügt
wird, und ein Herstellungsverfahren hierfür. Die Sputter-Target-Anordnung,
welche mit diesem Festphasen-Diffusionsbonden erzeugt wird, weist
eine sehr gute Haftung und Festigkeit auf.
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Trotzdem
wurde das Sputter-Target selbst infolge der Vergrößerung der
Wafer-Öffnung
in den vergangenen Jahren vergrößert, und
insbesondere die Verformung nach dem Diffusionsbonden wurde zum
ernsten Problem in einem Fall, bei dem die thermischen Ausdehnungskoeffizienten
des Targetmaterials und des Rückplattenmaterials
sich deutlich unterscheiden.
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Wenn
der thermische Ausdehnungskoeffizient des Sputter-Targets im Vergleich
zu der Rückplatte
kleiner ist (dieses ist oft bei einer Target-Rückplattenanordnungs-Struktur
der Fall), wobei das Target oben und die Rückplatte unten angeordnet sind,
biegt sich das Sputter-Target
konvex nach oben beim Kühlen
von der Temperatur des Diffusionsbondens auf Raumtemperatur, und
wenn die Diffusionsbondstärke
schwach ist, treten Fälle
auf, in denen ein solches Sputter-Target sich vom äußeren Rand
der Bondgrenze trennt.
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Darüber hinaus
wird das Ausmaß der
Krümmung
größer, auch
wenn es sich nicht löst,
und um die Dicke des Targets vorzuschreiben, ist es notwendig, den
konvexen Abschnitt eines Targets, welches vorher im Ausmaß der Krümmung dicker
ausgeführt
wurde, zu verarbeiten (schneiden) oder die Krümmung bei Raumtemperatur nach
dem Diffusionsbonden zu korrigieren. Dieses würde ein Problem der Zunahme
des Arbeitsprozesses und schließlich
eine Steigerung der Kosten verursachen.
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Insbesondere
in Verbindung mit Targets, die mit dem pulvermetallurgischen Produktionsverfahren
hergestellt werden, beispielsweise Wolfram, würden Ereignisse auftreten,
in denen das Target brechen würde, wenn
das Ausmaß der
Krümmung
zu groß wird.
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Beispielsweise
hat sich bestätigt,
daß dieses
Problem häufig
auftritt, wenn Tantal oder Wolfram als Targetmaterial und Aluminium
oder eine Aluminiumlegierung als Rückplatte genutzt werden.
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Weiterhin
treten sogar Fälle
auf, in denen das Kühlmittel
infolge der Rückplattenverformung
leckt, was die Folge des thermischen Einflusses des Hochenergie-Sputterns
ist.
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Das
Ausmaß der
Krümmung
variiert zwischen 4 mm und 7 mm pro Posten bzw. Menge, und in einigen Fällen hat
sich die Bondgrenze gelöst,
wenn beispielsweise beim Diffusionsbonden ein Tantal-Target mit
einem Durchmesser von 350 mm und einer Dicke von 10 mm mit einer
Aluminiumlegierungs(A5052)-Rückplatte
in einem Vakuum bei 500 °C
und einer Last von 15 kg/mm2 diffusionsgebondet
wird.
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Beim
Verarbeiten einer gebondeten Anordnung mit einer Krümmung von
4 mm der Targetform und beim Ausführen des Sputterns hierfür bei einer
Sputter-Energie von 20 KW verformt sich das Target und ein Wasserleck-Unfall
wurde beobachtet.
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Die Erfindung
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Tantal- oder Wolfram-Target-Rückplattenanordnung
anzugeben, welche sich nach dem Diffusionsbonden nur wenig verformt,
auch wenn das Targetmaterial und die Rückplatte sehr unterschiedliche
thermische Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, die frei von einer
Trennung zwischen dem Target und der Rückplatte oder bruchfrei ist
und die ein Hochenergie-Sputtern aushält. Darüber hinaus soll ein Herstellungsverfahren
hierfür
angegeben werden.
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Nach
intensiven Studien zur Herstellung eines diffusionsgebondeten Tantal-
oder Wolframtargets mit einer Rückplatte,
die Hochenergie-Sputtern aushält
und in minimalem Ausmaß nach
dem Diffusionsbonden gekrümmt
ist, haben die Erfinder festgestellt, daß es sehr effizient ist, als
Rückplatte
eine Kupferlegierung zu nutzen, die einen geringeren thermischen
Ausdehnungskoeffizienten als eine Aluminiumlegierung aufweist, die
hart ist und schwierig zu verformen und die eine bevorzugte thermische
Leitfähigkeit
aufweist, und ein Aluminium- oder
Aluminiumlegierung-Blatt mit einer bestimmten Dicke als Einführ- bzw.
Einlagematerial zu nutzen. Basierend auf dieser Feststellung liefert
die Erfindung folgendes:
- 1. Eine Tantal- oder
Wolfram-Target-Kupferlegierung-Rückplattenanordnung,
die dadurch gekennzeichnet ist, daß ein Tantal- oder Wolfram-Target
und eine Kupfer-Chrom-Legierung-
oder eine Kupfer-Zink-Legierung-Rückplatte einem Diffusionsbonden über ein
Aluminium- oder Aluminiumlegierung-Blatt Einlagematerial mit einer
Dicke zwischen 2 mm oder mehr und 6 mm oder weniger ausgesetzt werden,
wobei diffusionsgebondete Schnittstellen zwischen den jeweiligen
Materialien gebildet sind und wobei das Ausmaß einer Krümmung nach dem Bonden 3 mm
oder kleiner ist;
- 2. ein Herstellungsverfahren einer Kupferlegierung-Rückplattenanordnung
mit Tantal-oder Wolfram-Target, die dadurch gekennzeichnet ist,
daß das
Tantal-oder Wolfram-Target und eine Kupfer-Chrom-Legierung- oder
Kupfer-Zink-Legierung-Rückplatte über einem
Aluminium- oder Aluminiumlegierung-Blatt Einlagematerial mit einer
Dicke zwischen 2 mm und 6 mm in einem Vakuum einem Diffusionsbonden
ausgesetzt werden bei einer Temperatur zwischen 400 °C und 548 °C und bei
einer Druckbedingung von 15 bis 20 kg/mm2, wobei
das Ausmaß einer
Krümmung
nach dem Bonden 3 mm oder kleiner ist.
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf die Figuren der Zeichnung näher
erläutert.
Hierbei zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung der Anordnung mit dem Sputter-Target, einem
Einlagematerial und der Rückplatte;
und
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2 eine
erklärende
Darstellung des Ausmaßes
der Krümmung
nach dem Diffusionsbonden.
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Die
Erfindung verwendet eine Kupferlegierung-Rückplatte als Rückplate.
Eine Kupfer-Chrom-Legierung
oder eine Kupfer-Zink-Legierung, die einen kleineren thermischen
Ausdehnungskoeffizienten als eine Aluminiumlegierung aufweist, die
hart ist und schwierig zu verformen und die eine bevorzugte thermische
Leitfähigkeit
aufweist, wird als die Rückplatte
aus dem Kupferlegierungsmaterial verwendet.
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Ein
Aluminium- oder Aluminiumlegierung-Blatt mit einer Dicke zwischen
2 mm oder mehr und 6 mm oder weniger wird als das Einlage- bzw.
Einführmaterial
verwendet. Wie oben beschrieben, liegt der Grund für die Notwendigkeit,
daß das
Einlagematerial eine Dicke von 2 mm oder mehr aufweist, darin, daß es hierdurch bei
der Temperatur während
des Diffusionsbondens ausreichend weich ist. Atome können leicht
zerstreut werden, weil eine aktive neue Fläche infolge der Zerstörung des
Oberflächenoxidfilms
bei mikroskopischer Betrachtung erscheint, und die durch den Unterschied
des thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Sputter-Target
und der Rückplatte
erzeugte Spannung beim Kühlen
auf Raumtemperatur nach dem Diffusionsbonden kann vermindert werden.
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Üblicherweise
wird gesagt, daß hinsichtlich
der Bondstärke
und dergleichen zum Ausführen
eines solchen Diffusionsbondens das Einlagematerial besser dünner ist.
Die Erfindung ändert
jedoch dieses herkömmliche
Konzept wesentlich.
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Wenn
beispielsweise ein Einlagematerial nicht eingeführt wird, beträgt die Vicker-Härte des
Tantal-Targetmaterials 109, und andererseits beträgt die Vicker-Härte einer
Kupfer-Chrom-Legierung-Rückplatte
135. Da beide eine ähnliche
Härte aufweisen,
tritt bei mikroskopischer Betrachtung die Zerstörung des Oberflächenoxidfilms
nicht ohne weiteres auf.
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Weil
eine aktive neue Fläche
nicht erscheint, wurde es deshalb bekannt, daß ein Phänomen auftritt, bei dem Diffusionsbonden
schwierig wird. Des weiteren wurde auch bekannt, daß ein dünnes Einlagematerial ineffizient
ist, weil die Funktion des Einlagematerials abnimmt.
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Aufgrund
der vorher geschilderten Umstände
ist es für
die Herstellung einer Tantal- oder Wolfram-Target-Kupferlegierung-Rückplattenanordnung
wesentlich, daß als
Einlagematerial ein Aluminium- oder Aluminiumlegierung-Blatt mit
einer Dicke zwischen 2 mm oder mehr und 6 mm oder weniger verwendet
wird.
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Für die Herstellung
einer Tantal- oder Wolfram-Target-Kupferlegierung-Rückplattenanordnung
kann eine solche Anordnung hergestellt werden, indem ein Aluminium-
oder Aluminiumlegierung-Blatt mit einer Dicke zwischen 2 mm und
6 mm als das Einlagematerial zwischen dem Tantal- oder Wolfram-Target
und der Kupferlegierung-Rückplatte
verwendet wird und dieses im Vakuum bei einer Temperatur zwischen
400 °C und
548 °C und
bei einem Druck von 15 bis 20 kg/mm2 diffusionsgebondet
wird.
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Hierdurch
wird eine Festphasen-Diffusionsverbindung zwischen dem Tantal- oder
Wolfram-Target und dem
Aluminium- oder der Aluminiumlegierung und zwischen der Kupferlegierung-Rückplatte
und dem Aluminium- oder Aluminiumlegierung gebildet, und ein gebondeter
Körper
mit sehr guter Haftung und Verbindungsfestigkeit kann erhalten werden.
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Ausreichende
Verbindungsstärke
bzw.- festigkeit kann nicht erreicht werden, wenn die Temperatur
geringer als 400 °C
ist. Darüber
hinaus ist die Temperatur vorzugsweise nicht größer als 548 °C, weil die
eutaktische Temperatur des Aluminiums und des Kupfers überschritten
wird und im Ergebnis hierdurch eine Flüssigphase austreten kann.
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Wenn
die Temperatur 500 °C überschreitet,
wird weiterhin eine reaktive Schicht von mehreren Mikrometern an
der Grenze von Aluminium und Kupfer gebildet, und weil eine solche
reaktive Schicht eine harte Zwischenmetallverbindung ist, sollte
diese nicht zu dick ausgebildet werden. Es ist deshalb notwendig,
daß Diffusionsbonden
innerhalb des oben angegebenen Temperaturbereichs auszuführen.
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Des
weiteren wird die Form des Targets und der Rückplatte in Anbetracht des
Sputtertargets bestimmt, und, wenn die Dicke des Einlagematerials
dick ist, muß die
Dicke der Rückplatte
relativ hierzu dünn
sein. Weil hinsichtlich der dünnen
Ausbildung der Rückplatte
aus Sicht der Festigkeit eine Grenze existiert, ist es hinsichtlich
der vorangehenden Betrachtungen trotzdem wünschenswert, daß die maximale
Dicke des Einlagematerials eines Aluminium- oder eines Aluminiumlegierung-Blattes
halb so groß wie
die Dicke des Rückplatte
ist.
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Im
folgenden werden Beispiele und vergleichende Beispiele der Erfindung
beschrieben. Diese Beispiele dienen lediglich der Illustration,
und die Erfindung wird hierdurch nicht begrenzt. Die Erfindung soll
alle anderen Arten und Modifikationen, die von den Beispielen abweichen,
innerhalb des technischen Bereiches der Erfindung umfassen.
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Beispiel 1
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Ein
Tantal-Target mit einem Durchmesser von 350 mm und einer Dicke von
10 mm wurde maschinell hergestellt. Eine Kupfer-Chrom-Legierung
wurde als Rückplatte
verwendet.
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Reine
Aluminiumblätter
(A-1050) von 2 mm bzw. 6 mm wurden als Einlagematerial verwendet,
und die Dicke der Rückplatte
betrug 19 mm, wenn diese zu der Dicke des Einlagematerials addiert
wurde.
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Die
Grenz- bzw. Randfläche,
in welcher das Target, das Einlagematerial und die Rückplatte
diffusionsgebondet werden sollen, wurde einer Ultraschallreinigung
mit Azeton als Lösungsmittel
ausgesetzt und anschließend
ausreichend mit Isopropylalkohol gereinigt.
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Die
obige Anordnung wurde in einem Eisenbehälter vakuumdicht angeordnet
(Grad des Vakuums war 0,1 Torr oder weniger) und dem Diffusionsbonden
mit einem heißen
isostatischen Pressen (HIP) bei 500°C für vier Stunden bei einem Druck
von 15 kg/mm2 diffusionsgebondet.
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Der
Eisenbehälter
wurde nach dem Bonden maschinell entfernt. Das Ausmaß der Krümmung wurde mit
einem Dickemessgerät
gemessen, wobei das Tantal-Target oben aufgebracht wurde. 2 zeigt
eine erläuternde
Darstellung des Ausmaßes
der Krümmung
nach dem Diffusionsbonden.
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Vergleichsbeispiel 1
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Mittels
eines Verfahrens ähnlich
zum Beispiel 1 wurde ein Aluminium-Einlagematerial zwischen das Tantal-Target
und die Kupfer-Chrom-Legierung-Rückplatte
eingeführt,
und die Dicke wurde auf 0,3 mm und 0,4 mm eingestellt.
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Darüber hinaus
wurden ein Nickel-Blatt und ein Silber-Blatt mit einer Dicke von
2 mm als andere Einlagematerialien verwendet und dem Diffusionsbonden
ausgesetzt. Der Eisenbehälter
wurde nach dem Bonden maschinell entfernt. Das Ausmaß der Krümmung wurde
mit einem Dickemeßgerät gemessen,
wobei das Tantal-Target oben angeordnet wurde. Darüber hinaus
wurden die Bedingungen für
das Trennen des Tantal-Targets und des Aluminium-Einlagematerials
beobachtet.
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Die
Ergebnisses des Beispiels 1 und des Vergleichsbeispiels 1 sind in
Tabelle 1 gezeigt.
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Die
Trennung bzw. Ablösung
in der Tabelle bezieht sich auf das Trennen / Ablösen an der
Bondgrenze des Tantal-Targets und des Einlagematerials. Als reines
Aluminium wurde A1050 – Material
nach dem JGS-Standard genutzt.
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Wie
sich aus dem Beispiel in Tabelle 1 ergibt, betrug das Anmaß der Krümmung 2,5
mm bzw. 1,7 mm, wenn Aluminium-Blätter, die innerhalb des Bereichs
der Erfindung liegen, von 2,0 mm oder 6 mm als Einlagematerial genutzt
wurden. Beide zeigten ein minimales Ausmaß der Krümmung von weniger als 3 mm.
Dieses Ausmaß der
Krümmung
zeigte weiterhin eine Tendenz zur Abnahme infolge der Zunahme der
Dicke des Aluminium-Blattes.
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Im
Gegensatz dazu zeigt das Vergleichsbeispiel in der Tabelle 1, daß bei der
Nutzung von reinen Aluminium-Blättern,
die außerhalb
des erfindungsgemäßen Bereiches
liegen, von 0,3 mm und 0,4 mm bei ersterem eine Trennung / Ablösung zwischen
dem Tantal-Target und dem Aluminium-Einlagematerial auftritt und bei
letzterem ein großes
Ausmaß der
Krümmung
von 4 mm auftritt.
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Zusätzlich wurde
beim Ausführen
des Diffusionsbondens mit einem Nickel-Blatt und einem Silber-Blatt mit
einer Dicke von 2 mm unabhängig
von der ausreichenden Dicke das Phänomen einer Ablösung / Trennung zwischen
dem Tantal-Target und dem Nickel- oder dem Silber-Einlagematerial
beobachet.
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Dementsprechend
ist klar, daß die
Nutzung eines Aluminiumblattes mit einer Dicke innerhalb des erfindungsgemäßen Bereiches
als Einlagematerial sehr wirksam ist.
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Beispiel 2
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Wolframpulver
wurde Vakuumdruck gesintert mit einer Heißpresse und anschließend mittels
Drehbank bearbeitet, um einen Durchmesser von 350 mm und eine Dicke
von 8 mm auszubilden. Eine Kupfer-Zink-Legierung wurde als Rückplatte
genutzt.
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Reine
Aluminiumblätter
(A-1050) von 2 mm bzw. 6 mm wurden als Einlagematerial verwendet,
und die Dicke der Rückplatte
wurde zusammen mit der Dicke des Einlagematerials auf 19 mm eingestellt.
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Die
Grenz- / Randfläche,
wo das Target, das Einlagematerial und die Rückplatte diffusionsgebondet werden
sollen, wurde eine Ultraschallreinigung mit Azeton als Lösungsmittel
ausgesetzt und anschließend ausreichend
mit Isopropylalkohol gereinigt. Das Wolfram-Target wurde weiterhin
mit einem Vakuumtrockner ausreichend getrocknet.
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Nach
dem Ausführen
des Diffusionsbondens und dem Entfernen des Eisenbehälters mit
dem gleichen Verfahren wie im Beispiel 1 wurde das Ausmaß der Krümmung mit
einem Dickemeßgerät gemessen,
wobei das Wolfram-Target oben angeordnet wurde.
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Vergleichsbeispiel 2
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Mittels
eines Verfahrens ähnlich
zu dem Beispiel 2 wurde ein Aluminium-Einlagematerial zwischen das Wolfram-Target
und die Kupfer-Zink-Legierung-Rückplatte
eingeführt,
und die Dicke einer solchen Aluminium-Einlage wurde auf 0,3 mm und
0,4 mm eingestellt. Darüber
hinaus wurden ein Nickel-Blatt und ein Silber-Blatt mit einer Dicke
von 2 mm auch als andere Einlagematerialien verwendet und dem Diffusionsbonden ausgesetzt.
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Das
Ausmaß der
Krümmung
wurde mit einem Dickemeßgerät gemessen,
wobei das Wolfram-Target oben
angeordnet wurde. Darüber
hinaus wurde die Bedingung für
das Ablösen
/Trennen zwischen dem Wolfram-Target und dem Aluminium-Einlagematerial
ebenfalls beobachtet.
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Die
Ergebnisse für
Beispiel 2 und Vergleichsbeispiel 2 sind in Tabelle 2 gezeigt.
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Die
in der Tabelle angezeigte Trennung bezieht sich auf die Trennung
an der Frontgrenze des Wolfram-Targets und des Einlagematerials.
Als das reine Aluminium wurde ein A-1050-Material nach dem JIS-Standart genutzt.
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Das
Beispiel in der vorangehenden Tabelle 2 zeigt, daß beim Verwenden
von reinen Aluminium-Blättern,
die innerhalb des erfindungsgemäßen Bereiches
liegen von 2 mm und 6 mm als Einlagematerial das Ausmaß der Krümmung 2,6
mm bzw. 1,7 mm betrug und das beide ein minimales Ausmaß der Krümmung von weniger
als 3 mm zeigten. Darüber
hinaus zeigte dieses Ausmaß der
Krümmung
eine Tendenz zur Verminderung infolge der Zunahme der Dicke des
Aluminiumblattes.
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Im
Gegensatz dazu zeigt das Vergleichsbeispiel in der Tabelle 2, daß bei der
Verwendung von reinen Aluminiumblättern, die außerhalb
des erfindungsgemäßen Bereiches
liegen, von 0,3 mm und 0,4 mm das Wolfram-Target brach und ein großes Ausmaß der Krümmung von
etwa 4 mm beobachtet wird.
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Darüber hinaus
wurde beim Ausführen
des Diffusionsbondens mit einem Nickel-Blatt oder einem Silber-Blatt
mit einer Dicke von 2 mm unabhängig
von der ausreichenden Dicke das Phänomen einer Trennung / Ablösung zwischen
dem Wolfram-Target und dem Aluminium-Einlagematerial beobachtet.
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Vom
Beispiel 2 ergibt sich entsprechend, daß die Nutzung eines Aluminiumblattes
mit einer Dicke innerhalb des erfindungsgemäßen Bereiches als Einlagematerial
sehr effektiv ist.
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Obwohl
reines Aluminium als Einlagematerial in den vorliegenden Beispielen
verwendet wurde, wurde darüber
hinaus bestätigt,
daß ähnliche
Ergebnisse mit Aluminiumlegierungs-Blättern
erhalten werden können, beispielsweise
A 5052 oder dergleichen.
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Es
wird eine Tantal- oder Wolfram-Target-Kupferlegierung-Rückplattenanordnung
erhalten, welche beim Diffusionsbonden nur unter kleinen Verformungen
leidet, auch wenn das Target und die Rückplatte wesentlich unterschiedliche
thermische Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, und die frei von
einer Trennung / Ablösung
zwischen dem Target und der Rückplatte
oder von Rissen ist. Mittels der Verminderung des Ausmaßes der
Krümmung
nach dem Diffusionsbonden wird darüber hinaus die Garantie für die Target-Dicke
erleichtert, und das Target-Ausbeuteverhältnis verbessert, und der Schneidprozeß oder Korrekturprozeß nach dem Bonden
kann erleichtert bzw. vermindert werden. Eine exzellente Wirkung
wird dahingehend erreicht, daß eine hoch
zuverlässige
Target-Anordnung geschaffen wird, die in der Lage ist, Hochenergie-Sputtern
zu überleben, und
die kompatibel mit der Vergrößung des
Targets ist.
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- 1
- 2Targetmaterial
- 2
- Rückplattenmaterial
- 3
- Einlagematerial
- 4
- Ausmaß der Krümmung (mm)
