JP2003504513A - Friction fit target assembly - Google Patents
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- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
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- C23C14/3407—Cathode assembly for sputtering apparatus, e.g. Target
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Abstract
(57)【要約】 ターゲットとバッキングプレートとの低温接合法とそれによって製造されるアセンブリ。複数のオスの突起（８）がアセンブリの一つの要素（２）に形成され、他の要素（４）に形成される複数のメスのくぼみ（９）に対応する。このアセンブリは前記オスおよびメスの部分（８、９）を包囲する周縁境界（２５）のまわりに沿って通常の方法によって接合される。次に、このアセンブリは低温で加圧圧縮され、接合領域によって包囲される突起（８）がメスのくぼみ（９）内に圧力ばめされる。 (57) [Summary] A low-temperature bonding method between a target and a backing plate and an assembly manufactured thereby. A plurality of male protrusions (8) are formed on one element (2) of the assembly and correspond to a plurality of female recesses (9) formed on the other element (4). The assembly is joined in a conventional manner along a perimeter border (25) surrounding the male and female parts (8, 9). The assembly is then pressure-compressed at a low temperature, and the projections (8) surrounded by the joining area are pressed into the female recesses (9).
Description
【０００１】
本発明は、スパッターターゲット／バッキングプレート低温接合技術およびそ
れによって製造されるアセンブリに関する。The present invention relates to sputter target / backing plate low temperature bonding techniques and assemblies produced thereby.
【０００２】
出願人の米国仮（ｐｒｏｖｉｓｉｏｎａｌ）特許出願６０／０９９，９８１号
（１９９８年９月１１日提出）および６０／１２９，５５９号（１９９９年４月
１６日提出）により、ターゲットとバッキングプレートのうち硬い方の材料に機
械加工その他の加工を加えて複数のリッジまたはその他の表面突起部分が与えら
れるターゲットとバッキングプレートが提供されている。これらのリッジまたは
突起部分はターゲットまたはバッキングプレートの内部表面に沿って形成される
。次に、リッジの形成された表面が、接合のなされるターゲット／バッキングプ
レート界面に沿ってアセンブリのもう一つの要素の合せ面のそばに配置される。[0002] Applicant's US provisional patent applications 60 / 099,981 (filed September 11, 1998) and 60 / 129,559 (filed April 16, 1999) provide targets and backing plates. Targets and backing plates are provided in which the harder material is machined or otherwise processed to provide a plurality of ridges or other surface protrusions. These ridges or protrusions are formed along the inner surface of the target or backing plate. The ridged surface is then placed along the target / backing plate interface where the bond is made, by the mating surface of another element of the assembly.
【０００３】
リッジまたは突起部分を包囲する、界面アセンブリの周縁部分は、通常の手段
、たとえば、電子ビーム溶接、ＴＩＧ溶接、摩擦溶接、はんだ付け、ろう付け、
その他によって、好ましくは真空下で、接合される。次に、アセンブリは、低温
好ましくは室温で圧縮される。The peripheral portion of the interface assembly, which surrounds the ridges or protrusions, is formed by conventional means such as electron beam welding, TIG welding, friction welding, soldering, brazing,
By others, preferably under vacuum. The assembly is then compressed at low temperature, preferably room temperature.
【０００４】
ターゲットまたはバッキングプレートに形成された突起またはリッジは、ター
ゲット／バッキングプレート界面に沿う金属合せ面内に侵入すると曲がり、対向
合せ面の軟らかい方の金属に対してかみ合いグリップを形成する。Protrusions or ridges formed on the target or backing plate bend as they enter the metal mating surface along the target / backing plate interface, forming a mating grip on the softer metal of the opposing mating surface.
【０００５】
本発明においては、ターゲットとバッキングプレートであって、両方の材料が
類似の機械的性質を有し、また両方の材料が機械加工その他の加工を加えられて
、複数のリッジとくぼみまたはその他の表面突起部分を有するようにされた、タ
ーゲットとバッキングプレートが提供される。これらのリッジまたは突起部分は
、ターゲットまたはバッキングプレートの内部表面に沿って形成される。次に、
リッジの形成された表面が、接合のなされるターゲット／バッキングプレート界
面に沿ってアセンブリのもう一つの要素の合せ面（適当に配置された合せ要素を
有する）のそばに配置される。In the present invention, a target and a backing plate, both materials having similar mechanical properties, and both materials being machined or otherwise processed to provide a plurality of ridges and depressions or A target and backing plate adapted to have other surface protrusions are provided. These ridges or protrusions are formed along the inner surface of the target or backing plate. next,
The ridged surface is positioned along the target / backing plate interface to be joined by the mating surface of another element of the assembly (with the mating elements properly positioned).
【０００６】
界面アセンブリの周縁部分は、通常の手段、たとえば電子ビーム溶接、ＴＩＧ
溶接、摩擦溶接、はんだ付け、ろう付け、その他によって、好ましくは真空下で
、接合される。次に、このアセンブリは低温好ましくは室温で圧縮される。The peripheral portion of the interface assembly may be provided by conventional means such as electron beam welding, TIG.
It is joined by welding, friction welding, soldering, brazing, etc., preferably under vacuum. The assembly is then compressed at low temperature, preferably room temperature.
【０００７】
ターゲットまたはバッキングプレートに沿って形成された突起またはリッジは
、ターゲット／バッキングプレート界面に沿って合せ要素に貫入する。この突起
は対向合せ面のくぼみに貫入する。Protrusions or ridges formed along the target or backing plate penetrate the mating elements along the target / backing plate interface. The protrusion penetrates a recess in the opposing mating surface.
【０００８】
突起とくぼみは異なる寸法を有し、貫入後、加圧ばめまたは摩擦ばめ継ぎ手が
形成されるようにする。The protrusions and indentations have different dimensions so that after penetration, a press fit or friction fit joint is formed.
【０００９】
本発明のその他の目的と利点は、以下の説明、添付の図面、および特許請求の
範囲から明らかになるであろう。Other objects and advantages of the invention will be apparent from the following description, the accompanying drawings, and the claims.
【００１０】
まず、図１に、ターゲット／バッキングプレートアセンブリを示す。このアセ
ンブリは、金属または金属合金を含む上面２３を有するターゲット２を有し、こ
の金属または金属合金は、通常のスパッターリング法によるイオン衝撃によって
、ターゲットから放出され、所望の基板まで移動して該基板を被覆する。First, FIG. 1 shows a target / backing plate assembly. The assembly comprises a target 2 having an upper surface 23 comprising a metal or metal alloy, which metal or metal alloy is ejected from the target by ion bombardment by a conventional sputtering method and migrates to the desired substrate. Coat the substrate.
【００１１】
バッキングプレート４がターゲットの下に備えてあり、ターゲットの底面１１
は、バッキングプレートの上面１３と合せて、界面領域２８を定めるのに適する
ようになっている。通常、熱交換流体たとえば水がバッキングプレートの底面２
１の近くを循環していて、スパッターリング運転時にアセンブリを冷却するよう
になっている。A backing plate 4 is provided below the target and has a bottom surface 11 of the target.
Are suitable for defining an interface region 28, together with the upper surface 13 of the backing plate. Typically, the heat exchange fluid, eg water, is the bottom surface 2 of the backing plate
It circulates near unit 1 to cool the assembly during spattering operation.
【００１２】
示されているように、図１の実施形態においては、複数の円柱形のオスの突起
８が面１１に機械加工されている。面１３には、オスの突起８の直径よりも小さ
な直径を有する円筒形のメスの穴要素９が備えてある。As shown, in the embodiment of FIG. 1, a plurality of male cylindrical projections 8 are machined into face 11. The surface 13 is provided with a cylindrical female bore element 9 having a diameter smaller than that of the male projection 8.
【００１３】
場合によっては、リングその他の形状の充填材６たとえばＡｌ４％Ｓｉ合金ま
たは他の適当な合金を、ターゲットとバッキングプレートとの間のアセンブリの
周縁境界２５の近くに備えるのが好ましい。充填材６は、以下で説明するように
、ターゲットのバッキングプレートへの接合を強化する。In some cases, it may be preferable to provide a ring or other shaped filler material 6 such as an Al 4% Si alloy or other suitable alloy near the peripheral boundary 25 of the assembly between the target and the backing plate. Filler 6 enhances the bond of the target to the backing plate, as described below.
【００１４】
アセンブリは、まず周縁境界２５のまわりで接合される。アセンブリの周縁境
界に沿うこの初期接合は、通常の手段、たとえば真空状態下での電子ビーム溶接
、ＴＩＧ溶接、摩擦溶接、その他によって実施することができる。好ましくは、
ターゲットとバッキングプレートとの周縁境界の接合は、真空状態下での電子ビ
ーム溶接によって実施する。The assembly is first bonded around the peripheral boundary 25. This initial joining along the peripheral boundaries of the assembly can be carried out by conventional means, such as electron beam welding under vacuum, TIG welding, friction welding, etc. Preferably,
Bonding of the peripheral boundary between the target and the backing plate is performed by electron beam welding under vacuum.
【００１５】
周縁接合の後、このアセンブリは、低温条件下で、約５０〜５，０００トン好
ましくは約１，０００トンよりも小の圧力で加圧することによって、圧縮する。
オスの要素８は対応するメスの穴９に摩擦ばめされる。After peripheral bonding, the assembly is compressed under cold conditions by pressing at a pressure of less than about 50-5,000 tons, preferably less than about 1,000 tons.
The male element 8 is friction fit into the corresponding female hole 9.
【００１６】
低温加圧圧縮の後、アセンブリに対して、室温付近〜４００℃の温度で、０．
５〜４時間行われる低温熱処理ステップを実施することができる。このステップ
は、加圧圧縮面を十分確実に接着することに役立つ。After cold pressure compression, the assembly was subjected to a temperature of near room temperature to 400 ° C.
A low temperature heat treatment step may be performed for 5 to 4 hours. This step helps to bond the pressure-compressed surface with good certainty.
【００１７】
“低温加圧圧縮”という言葉は、ターゲットとバッキングプレートとのうち低
い融点を有する要素の融点の約５０％よりも低い温度で実施できる加圧圧縮を意
味する。好ましくは、この温度は約２００℃よりも低く、もっとも好ましくは室
温付近〜約３８℃である。The term “cold pressure compression” means pressure compression that can be performed at a temperature below about 50% of the melting point of the target or backing plate having the lower melting point. Preferably, this temperature is less than about 200 ° C, most preferably about room temperature to about 38 ° C.
【００１８】
図２には、ターゲットとバッキングプレートとを低温加圧圧縮によって接合で
きる、本発明のもう一つの実施形態を示す。この場合、オスの突起８は正方形断
面の細長い要素の形のものであつて、バッキングプレート４に形成された正方形
断面くぼみ９に圧力ばめされる。FIG. 2 shows another embodiment of the present invention in which the target and the backing plate can be joined by cold pressure compression. In this case, the male projection 8 is in the form of an elongated element of square cross section and is pressed into a square cross section recess 9 formed in the backing plate 4.
【００１９】
図３と４は、それぞれ、はめ合された位置にある図１と２のアセンブリを示す
。これらにおいては、低温加圧圧縮により、オスの突起要素はそれに合わされる
メスのくぼみに自由摩擦ばめされ、したがってまたターゲットとバッキングプレ
ートは接合によって結合される。FIGS. 3 and 4 show the assembly of FIGS. 1 and 2 in a mated position, respectively. In these, cold pressure compression causes the male protrusive element to freely friction fit into the mating female recess, and thus also the target and backing plate to be joined by a bond.
【００２０】
図５は、図１の実施形態のオスとメスの結合要素を斜視図によって示す。オス
の要素８は円筒形の穴９にはめ合せるのに適した円柱形の合せピン状の突起の形
をしている。穴９は、オスの突起要素８の外径よりも小さな内径を有する。図に
示すように、オスの要素８と穴９は同心配置の管状列パターンを成すように配置
されている。FIG. 5 shows the male and female coupling element of the embodiment of FIG. 1 in a perspective view. The male element 8 is in the form of a cylindrical mating pin-like projection suitable for fitting in a cylindrical hole 9. The hole 9 has an inner diameter smaller than the outer diameter of the male protruding element 8. As shown, the male elements 8 and the holes 9 are arranged in a concentric tubular row pattern.
【００２１】
図６は、図２の実施形態に示されているオス／メスはめ合せ要素を描いたもの
である。この場合、オスの要素８は、小さめの開口９に挿入するのに適した、正
方形断面の細長いスタッドの形を有する。FIG. 6 depicts the male / female mating element shown in the embodiment of FIG. In this case, the male element 8 has the shape of an elongated stud of square cross section suitable for insertion into the smaller opening 9.
【００２２】
本発明による一つのターゲット／バッキングプレートアセンブリ接合において
は、長方形断面のオスの突起を使用し、対応する長方形断面のメスの開口に摩擦
ばめした。ターゲットとバッキングプレートは両方とも銅であり、メスの開口は
オスの突起よりも約０．２５４ｍｍ（約０．０１０インチ）だけ小さい。オスの
要素とメスの要素とをそれぞれの面に機械加工した。ターゲット／バッキングプ
レートアセンブリを圧縮し、オスとメスの結合要素を摩擦ばめした。圧縮の後、
アセンブリの周縁部分を電子ビームによって溶接した。この溶接ステップの後、
溶接領域が除去されないようにして、最終機械加工操作を実施した。In one target / backing plate assembly joint in accordance with the present invention, a male protrusion of rectangular cross section was used and friction fit into a corresponding female aperture of rectangular cross section. Both the target and the backing plate are copper and the female aperture is about 0.054 inch smaller than the male protrusion. Male and female elements were machined on each side. The target / backing plate assembly was compressed and the male and female coupling elements were friction fit. After compression,
The periphery of the assembly was welded by electron beam. After this welding step
The final machining operation was carried out with the weld area not removed.
【００２３】
したがって、本発明のかみ合い継手は、一つの要素に配置されたオスの突起要
素ともう一つの要素に形成された前記オスの要素に対応するメスの開口との間で
形成される摩擦ばめ継手であるということができる。Accordingly, the mating joint of the present invention provides a friction formed between a male protruding element disposed on one element and a female opening corresponding to the male element formed on another element. It can be said that it is a fit joint.
【００２４】
以上、本発明の方法および該方法によって製造されるターゲット／バッキング
プレートアセンブリを、いくつかの特定の形態とその変形とについて説明したが
、特許請求の範囲に示す本発明の範囲と意図とを逸脱することなく、他の多くの
変形が可能であると理解すべきである。また、ここで言及した金属または金属成
分は、言及した金属の合金の形のものをも含むと理解すべきである。While the method of the present invention and the target / backing plate assembly produced by the method have been described in terms of some specific forms and variations thereof, the scope and spirit of the invention as set forth in the appended claims It should be understood that many other variations are possible without departing from. It should also be understood that the metals or metal components mentioned herein also include those in the form of alloys of the metals mentioned.
【００２５】
銅と銅の接合について特に述べたが、他の金属も本発明から利益を得ることが
できる。たとえば、ＡｌターゲットとＡｌバッキングプレートとを、ここで開示
した方法によって接合することができる。金属の機械的性質たとえば硬さおよび
熱膨張が同程度であるならば、その他のターゲットとバッキングプレートとの組
合せも可能である。Although particular mention has been made of copper to copper bonding, other metals can benefit from the present invention. For example, an Al target and an Al backing plate can be joined by the method disclosed herein. Other target and backing plate combinations are possible provided the mechanical properties of the metal, such as hardness and thermal expansion, are comparable.
【００２６】
本発明は、圧縮に高温を要する拡散接合およびその他の接合技術に比して、利
点を与えるものである。高温状態は、場合によっては、望ましくないターゲット
金属の結晶粒成長をもたらす。The present invention offers advantages over diffusion bonding and other bonding techniques that require high temperatures for compression. The elevated temperature conditions sometimes lead to undesired grain growth of the target metal.
【図１】
ターゲットとバッキングプレートのアセンブリの模式断面図であり、円筒形の
穴に容易に挿入できる円柱形のオスの突起の形の摩擦ばめ接合機構を示す。1 is a schematic cross-sectional view of a target and backing plate assembly showing a friction fit joint mechanism in the form of a cylindrical male protrusion that can be easily inserted into a cylindrical hole.
【図２】
接合要素のもう一つの実施形態を示す模式断面図であり、一つの要素にオスの
正方形断面突起を有し、また他の要素には対応させて形成された正方形断面くぼ
みを有する。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing another embodiment of a joining element, one element having a male square-section protrusion and the other element having a correspondingly formed square-section depression. .
【図３】
図１に示すアセンブリが合せ位置または接合位置にあるときの模式断面図であ
る。3 is a schematic cross-sectional view when the assembly shown in FIG. 1 is in a mating position or a joining position.
【図４】
図２に示すアセンブリが合せ位置または接合位置にあるときの模式断面図であ
る。4 is a schematic cross-sectional view when the assembly shown in FIG. 2 is in a mating position or a joining position.
【図５】 図１に示すアセンブリの接合前の部分分解斜視図である。[Figure 5] FIG. 2 is a partially exploded perspective view of the assembly shown in FIG. 1 before joining.
【図６】 図２に示すアセンブリの接合前の部分分解斜視図である。[Figure 6] FIG. 3 is a partially exploded perspective view of the assembly shown in FIG. 2 before joining.
２ ターゲット ４ バッキングプレート ６ 充填材 ８ 突起 ９ 穴 １１ ２の底面 １３ ４の上面 ２１ ４の底面 ２３ ２の上面 ２５ 周縁境界 ２８ 界面領域 2 targets 4 backing plate 6 Filling material 8 protrusions 9 holes 11 2 bottom Top of 134 224 bottom 232 upper surface 25 Perimeter border 28 Interface area
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4E066 CA11 CB09 CB10 4K029 BA08 CA05 DC03 DC04 DC22─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page F-term (reference) 4E066 CA11 CB09 CB10 4K029 BA08 CA05 DC03 DC04 DC22
Claims (24)
の下にある金属性バッキングプレート要素とから成るスパッターターゲット／バ
ッキングプレート接合アセンブリを製造する方法において、 前記ターゲットとバッキングプレートとを、これらの要素の合せ面に沿って接
合する改良された方法であって、 ａ）前記合せ面の少なくとも一つに複数のオスの突起部分を形成し、また前記
合せ面の他の一つに複数のメスのくぼみを形成し、 ｂ）前記ターゲットとバッキングプレートとを互いに隣接配置して、前記合せ
面によって定められる界面を有するアセンブリを形成し、 ｃ）低温条件下で前記アセンブリを加圧圧縮して、前記オス部分が前記メスの
のくぼみに摩擦ばめされるようにする、 ことから成ることを特徴とする方法。1. A method of making a sputter target / backing plate bond assembly comprising a target of sputtered metal or alloy and an underlying metallic backing plate element, the target and the backing plate comprising: An improved method of joining along the mating surfaces of the elements of: a) forming a plurality of male protrusions on at least one of the mating surfaces and Forming a female recess, b) placing the target and backing plate adjacent to each other to form an assembly having an interface defined by the mating surfaces, and c) compressing the assembly under cold conditions. , Allowing the male portion to be friction fit into the recess of the female. Method.
追加ステップ（ｄ）を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。2. The method of claim 1 including the additional step (d) of joining the assembly near a peripheral boundary of the assembly.
ップ（ｃ）よりも前に実施されることを特徴とする請求項２に記載の方法。3. The method of claim 2, wherein step (d) is performed after step (b) and before step (c).
含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。4. The method of claim 3, wherein step (d) comprises electron beam welding of the assembly.
キングプレートとの間、前記周縁境界の近くに、溶接性充填材を介在させること
を含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。5. The method of claim 4, wherein step (d) further comprises interposing a weldable filler between the target and the backing plate near the peripheral boundary. The method described.
項２に記載の方法。6. The method of claim 2, wherein step (d) comprises friction welding.
求項２に記載の方法。7. The method of claim 2, wherein step (d) comprises TIG welding.
記載の方法。8. The method of claim 6, wherein the target comprises Cu.
状領域に沿って前記ターゲットを電子ビーム溶接することを含むことを特徴とす
る請求項２に記載の方法。9. The method of claim 2, wherein step (d) comprises electron beam welding the target along an annular region located near the peripheral boundary.
縮することを含むことを特徴とする請求項（２）に記載の方法。10. The method of claim 2, wherein step (c) comprises compressing the assembly near room temperature.
（ｅ）を含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。11. The method of claim 2, further comprising the step (e) of low temperature heat treating the pressure and compression assembly.
ターゲットとバッキングプレートとの合せ界面によって定められる面に沿って接
合する方法であって、 ａ）前記合せ界面の一つに複数のオスの突起部分を形成し、また前記合せ界面
の他の一つに複数のメスのくぼみを形成し、 ｂ）前記ターゲットとバッキングプレートとを、前記界面が互いに隣接して、
接合の準備のできた位置に配置し、 ｃ）前記ターゲットとバッキングプレートとを、前記ターゲットとバッキング
プレートとのうち低い融点を有する要素の融点の約５０％よりも低い温度におい
て、前記オスの突起を前記メスのくぼみに圧力ばめするのに十分な圧力で、圧縮
する、 ことから成ることを特徴とする方法。12. A method of bonding a sputter target to a backing plate element along a plane defined by the mating interfaces of the target and backing plate, the method comprising: a) a plurality of males at one of the mating interfaces. Forming a protruding portion and forming a plurality of female depressions on the other one of the mating interfaces; b) connecting the target and the backing plate such that the interfaces are adjacent to each other;
C) positioning the target and backing plate at a temperature less than about 50% of the melting point of the lower melting point element of the target and backing plate; Compressing at a pressure sufficient to press fit into the indentation of the scalpel.
ることを特徴とする請求項１２に記載の方法。13. The method of claim 12, wherein step (c) is carried out at a temperature below 200 ° C.
ることを特徴とする請求項１３に記載の方法。14. The method of claim 13, wherein step (c) is carried out at a temperature below about 38 ° C.
する請求項１４に記載の方法。15. The method of claim 14, wherein step (c) is performed near room temperature.
する請求項１５に記載の方法。16. The method of claim 15, wherein the target is Cu or Cu alloy.
縁境界部分のまわりに沿って前記ターゲットとバッキングプレート要素とを接合
するステップ（ｄ）を含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。17. The method further comprising the step (d) of joining the target and the backing plate element around the peripheral boundary portion of the mating interface prior to the step (c). Item 15. The method according to Item 15.
レート要素との間に、前記周縁境界部分に沿って、溶接性の充填材を介在させる
ことを含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。18. The step (d) includes interposing a weldable filler material along the peripheral boundary between the target and the backing plate element. 17. The method according to 17.
する請求項１７に記載の方法。19. The method of claim 17, wherein step (d) comprises electron beam welding.
製造されるターゲット／バッキングプレートアセンブリ。20. A target / backing plate assembly manufactured by the method of any one of claims 1-19.
せであって、 前記ターゲットとバッキングプレートとが、それぞれの合せ界面によって定め
られる面に沿って合せられ、 複数のオスの突起部分が前記界面の一つに形成され、 複数のメスの合せくぼみが前記界面の他の一つに形成され、 前記オスの部分が前記メスのくぼみに加圧ばめされる、 ことを特徴とする組合せ。21. A combination of a sputter target and a backing plate, wherein the target and the backing plate are aligned along a plane defined by their respective mating interfaces, and a plurality of male protrusions are present on the interface. A combination formed into one, a plurality of female indentations formed in the other one of the interfaces, and wherein the male portion is press fit into the female indentations.
記メスのくぼみとを包囲している周縁領域と、該周縁領域に配置された接合性の
充填材とを有することを特徴とする請求項２１に記載の組合せ。22. A peripheral region formed along the mating surface and surrounding the male portion and the female recess, and a bonding filler disposed in the peripheral region. 22. The combination according to claim 21, characterized in that
に記載の組合せ。23. The target of claim 21, wherein the target comprises Cu.
The combination described in.
に記載の組合せ。24. The target according to claim 21, wherein the target is made of Al.
The combination described in.
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