JP4018212B2

JP4018212B2 - スパッタリングターゲットのろう接方法

Info

Publication number: JP4018212B2
Application number: JP31005097A
Authority: JP
Inventors: 強西村; 光一郎江島; 光輝戸石
Original assignee: Dowa Holdings Co Ltd; Dowa Mining Co Ltd
Current assignee: Dowa Holdings Co Ltd
Priority date: 1997-10-24
Filing date: 1997-10-24
Publication date: 2007-12-05
Anticipated expiration: 2017-10-24
Also published as: JPH11131226A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スパッタリングにより薄膜を作成するためのターゲット材とバッキングプレート材とをろう付け接合したスパッタリングターゲットの組立技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術としては、下記のようなものがある。即ち、スパッタリングターゲットの組立体は、ターゲット材を補強、冷却等の目的でろう材によりバッキングプレート材にろう接して製造される。ろう材としては、Ｉｎろう、低融点合金はんだ、銀ろう等が使用される。ろう接の手順としては、ターゲット材及びバッキングプレート材の接合すべき面を予めろう材の融点以上に予熱し、例えば超音波はんだごて等を使用して濡らした面にろう材を塗布し、ターゲット材とバッキングプレート材を重ね合わせ、圧着しながら冷却して接合を完了させる。この時に、特開平６−１１４５４９では、両材を互いにずれた位置で向かい合わせ、ろう材表面の酸化物、気泡をしごき出すよう摺り合わせる技術が提唱されている。
【０００３】
具体的には、特開平６−１１４５４９では、１３０ｍｍφ×３ｍｍｔの純ニッケルターゲット板あるいはろう接面にイオンスパッタリング法によるニッケルの薄被膜を施した同様の形状の高純度のアルミニウムターゲット板を２００℃あるいは１８０℃に加熱し、ろう接面に塩化物系フラックスを塗布した後、フラックスで濡らした被覆厚さ０．１ｍｍあるいは０．０５ｍｍ相当量の６０％錫−４０％鉛ろう材あるいは純インジウムの切片を乗せて溶融させ板面を濡らしながらろう接対象領域全体に行き渡らせたあと凝固させ、８ｍｍｔの純銅裏打ち板も同様にろう材を凝固させ、その後ターゲット板はろう材被覆面を下に向け、裏打ち板はろう材被覆面を上向きとして、両者を加熱しろう材を溶融させた上で、両板状体の面間隔を０．１５ｍｍあるいは０．０５ｍｍに保ちながら、相互に離れた位置からターゲット板を裏打ち板に近づけて行き、まず両者の被覆端縁を接触させ、このあと両者が同心となる位置まで摺り合わせ移動させ、ターゲット板上に０．５ｋｇの錘を載せて自然放冷し、ろう材を凝固させることにより、超音波探傷器で観察したところ、１ｍｍφ程度の気泡が３個認められるのみで、プライヤによる剥離面は金属光沢を有するろう材の凝集破壊面で、溶融ろう材合体時のろう材表面の酸化膜の除去を、溶融ろう材層同志を摺り合わせる合体操作によってフラックスを用いることなく実現し、これにより、酸化膜による２層分離や気泡の巻き込みのない、また合金層の発達していない高品位のろう接を有するターゲット部材の制作方法が開示されている。
【０００４】
また特開平８−１７０１７０ではろう材層中に介在物を入れ、ターゲット材とバッキングプレート材の平行度を保つ技術が提唱されている。具体的には、特開平８−１７０１７０では、直径３ｉｎ、厚さ６ｍｍのＩＴＯからなるターゲット部材にＤＣスパッタリングによりターゲット部材の接合面に銅薄膜約２００ｎｍ積層し、その後接合面を上向きにして２００℃に設定したホットプレート上で前記銅薄膜を積層した接合面全体にインジウム半田を厚みが０．２ｍｍとなるように塗布し、無酸素銅製のバッキングプレートにも、その接合面全体にインジウム半田を厚みが０．２ｍｍとなるように塗布し、さらに、インジウム半田を塗布したバッキングプレート上に、直径０．２ｍｍで真鍮製のワイヤー（棒）を平行に配置し、その後、ターゲット部材とバッキングプレートをワイヤー上を滑らせながら所定の位置に配置し、室温まで放置冷却することにより、接合層の厚さがターゲットの周囲すべての位置で０．２ｍｍで、ボンディング率９７％で、接合層の厚さを規定でき、ターゲット部材とバッキングプレート間の平行を保持することができ、この結果、同一形状、同一材料のターゲットに対して放電電圧が一定となる他、ターゲットの使用時間の増加に伴う偏摩耗の発生を抑止できるスパッタリングターゲットの製造方法が開示されている。
【０００５】
しかしこのような従来の技術には次のように必ずしも十分でない点があった。（１）例えば、特開平６−１１４５４９の発明の方法では、ターゲットサイズが大型化していくと接触面が大きくなり抵抗が大きくなるのでターゲット材を所定位置まで移動するのが困難になる。
（２）同上発明の方法では、バッキングプレート材とターゲット材の面間隔を一定に保ちながら移動させなければならないが、この作業を人手で行うのはかなり難しく、ターゲットサイズが大きくなればなるほど作業は困難を極める。
（３）また、同上発明の方法では、ろう材の厚さを制御する手段がないのでバッキングプレート材に対してターゲット材を十分に平行に保つことが難しい。また、ろう材の厚みが薄い場合には、ろう材冷却時に両板の熱膨張率の違いから反りが生じ、その冷却時点であるいはターゲット使用中にターゲット材が割れるおそれがある。
（４）特開平８−１７０１７０の発明の方法では、ろう材層中に介在物を入れることによってターゲット材の平行度を出しているが、介在物の表面が十分濡れていないため酸化物、空気等の巻き込みが多く、必ずしも十分には接合欠陥率が低くならない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、スパッタリングターゲットのターゲット材とバッキングプレート材をろう接する場合において、両材の面間の平行度を改善し、バッキングプレート材の反りを抑制し、接合欠陥率を低減し、さらにターゲト材のバッキングプレート材上での移動を容易にすることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、斯かる課題を解決するため鋭意研究したところ、バッキングプレート材上に数本の予めろう材で濡らした金属ワイヤーを平行に置き、その上を滑らすようにターゲット材をワイヤーと平行に移動させることによって上記の課題を解決できることを見出し、本発明を提出することができた。即ち本発明は、ターゲット材とバッキングプレート材を低融点金属によって接合する方法であって、加熱されたターゲット材とバッキングプレート材の接合すべき面に予め低融点金属からなるろう材を塗布した後前記バッキングプレート材の上に少なくとも２本の同じ直径の金属ワイヤーを互いに平行に置いて固定する工程と、前記バッキングプレート材の接合すべき面にろう材を金属ワイヤーの直径より大きな厚さで盛りつける工程と、前記ターゲット材を前記バッキングプレート材の端から溶融ろう材上層の酸化物を摺り切るように前記金属ワイヤーの上縁に沿って滑らせながら所定位置まで移動する工程と、該バッキングプレート材を冷却する工程とからなるスパッタリングターゲットのろう接方法である。金属ワイヤーとしては、バッキングプレート材と同じ材質からなる直径０．１〜１．０ｍｍの金属ワイヤーを使用する。バッキングプレート上に予め塗布されるろう材の盛り付け厚みは、金属ワイヤーの直径より少なくとも０．５ｍｍ余分に厚くすることが望ましい。金属ワイヤーは、バッキングプレート材上のろう接しない部分に耐熱テープ等で固定しておく。冷却期間中ターゲット材上に荷重をかけ、その荷重がターゲット材から金属ワイヤーを介してバッキングプレート材に加わり、バッキングプレート材の反りを抑えるようにするのが望ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明法で使用されるターゲト材は、一般にＩＴＯ、ＳｉＯ₂、ＢａＴｉＯ₃、Ａｌ、Ｃｒ等であり、バッキングプレート材は、無酸素Ｃｕやステンレススチール等である。本発明法で用いられる金属ワイヤーは、Ｃｕ線やスチール線であり、熱膨張率の相違やろう材層中を複雑にしない点からも、できればバッキングプレート材と同材質のものを使用するのが好ましい。ろう材は、はんだ、Ｉｎ等の低融点金属である。
【０００９】
ろう材の厚み（接合界面厚さ）は、０．１〜１．０ｍｍの範囲内にあることが望ましい。接合界面は熱膨張率の異なるターゲット材とバッキングプレート材の反りを吸収する部分であり、０．１ｍｍ以上の厚みが必要であるが、１．０ｍｍ以上では材料費のコストが不必要に高くなるからである。この厚みはターゲットサイズによって変わり、ターゲットサイズが１００×１００ｍｍの場合は０．２ｍｍ程度、５００×５００ｍｍの場合は０．８ｍｍ程度の厚みが最適である。本発明の方法では、バッキングプレート材上に張るワイヤーによってろう材の厚みを制御するのであるが、金属ワイヤーの本数は２〜５本程度が望ましく、ターゲットサイズによってワイヤーの本数が決められる。
【００１０】
図１は本発明法の手順を示す縦断面図である。以下同図に従って本発明の製造方法を説明する。
【００１１】
まず、ターゲット材１とバッキングプレート材２の不要部分に耐熱テープ６等によるマスキング処理を行った後、ホットプレート上にて両材をろう材の融点以上の温度で加熱する。両材の接合すべき面の上にろう材をのせて溶融し、超音波はんだごてによって両材の接合すべき面を完全に濡らす。その後バッキングプレート材上の接合すべき面にろう材３を１．５〜２．０ｍｍ程度の厚さに盛り付ける。その後数本（２本以上）の金属ワイヤーをろう材で濡らした後にバッキングプレート材２上に互いに平行にかつ遊びが無いようにピンと張り、バッキングプレート材の接合しない不要部分に耐熱テープで固定する。選択した金属ワイヤー４の直径は、それがそのままスパッタリングターゲットろう材層の厚みとなるので０．１〜１．０ｍｍ程度であることが望ましい。なおこの時選択した金属ワイヤー４の直径より０．５ｍｍ程ろう材３を余分に厚く盛り付けなければならない［図１の（ａ）］。この上部０．５ｍｍの部分が酸化層として摺り切り除去される部分である。一般に酸化物と溶体が混在する場合、比重の違いや表面張力によって酸化物は融体の上部上面に存在するからである。
【００１２】
その後、ターゲット材１を接合すべき面が下になるように保持し、バッキングプレート材２の端から金属ワイヤー４と平行に、ろう材酸化物５を摺り切るように金属ワイヤー４上をすべらせながらターゲット材１を所定位置まで移動させる。ターゲット材１が所定位置にあることを確かめた後、−２５℃／ｈｒ程度の速度でホットプレートの降温を開始する。また、冷却期間中ターゲット材１の上に重り７をのせておくと、その荷重がターゲット材１から金属ワイヤー４を介してバッキングプレート材２に加わり、バッキングプレート材２の反りを抑制することができる。冷却が終了したら不要部分のろう材、マスキング等を除去し製品とする。
【００１３】
【実施例１】
それぞれの接合しない不要部分にマスキング処理を行った後、長さ４４０×幅１３０×厚さ８ｍｍのＩＴＯターゲット材１と長さ４８０×幅１８０×厚さ１０ｍｍの無酸素Ｃｕ板（バッキングプレート材２）をホットプレート上にのせ、２時間かけて１９０℃まで加熱した。その後両材の接合すべき面上で純Ｉｎろう３を溶解し、超音波はんだごてを用いて両材の接合すべき面を完全に濡らした。Ｃｕ板の接合すべき面には約１．５ｍｍの厚さで純Ｉｎろうを盛り付けし、直径０．３ｍｍのＣｕワイヤー４をＩｎろうで濡らした後に長手方向に沿って２本平行に置き、遊びがないようピンと張ってマスキング部分に耐熱テープ６で止めた。ＩＴＯターゲット材１を接合すべき面を下にして手で持ち、Ｃｕ板２の端よりワイヤー４上をワイヤーと平行に滑らせながら、両材Ｉｎろうの酸化物５を摺り切るように重心の合う位置まで移動させた。その後、重さ１００ｋｇの金属板を重り７としてのせ、ー２５℃／ｈｒの速度で冷却した。冷却終了後、不要部分のろう材及びマスキング材を除去した。
【００１４】
得られた製品を超音波探傷機により測定したところ、接合部分の欠陥率は２．５４％であり、ろう材厚みは、０．２９〜０．３２ｍｍとほぼ一定であった。またＣｕ板の反りは、長辺方向では０．１２ｍｍ、短辺方向では０．１０ｍｍであった。
【００１５】
スパッタリングターゲットの反りは、バッキングプレートのターゲット材のついていない面の短辺の中央部から、もう片方の短辺の中央部へステンレス製の差し金を垂直にかつ曲げることなく差し渡し、差し金を両方の短辺中央部へ同時に接触させたときに、バッキングプレートの長さ方向であって、これらの短辺の中央部を結ぶ線上のほぼ中央部つまり略重心の位置で、バッキングプレートの面と垂直に渡した差し金との間に生じる隙を、隙ゲージで測定した。隙ゲージの最小値は０．０３ｍｍであり、これが差し込めないときに反りがないと判断した。
【００１６】
【実施例２】
直径２００×厚さ８ｍｍの純Ｃｒターゲット材１と直径２２０×厚さ９ｍｍの無酸素Ｃｕ板２を実施例１と同様にろう接した。ただし、Ｃｕワイヤー４としては、直径０．２ｍｍのものを３本使用し、これらをＣｕ板２上に互いに平行に固定した。Ｃｕ板２上には、１．５ｍｍ程度の厚さでＩｎろう３を盛りつけた。冷却期間中は、実施例１と同様に重さ１００ｋｇの重り７をのせた。
【００１７】
得られた製品の接合欠陥率は１．８６％であり、ろう材厚みは０．１９〜０．２２ｍｍとほぼ一定であった。Ｃｕ板２の反りは最大で０．１４ｍｍであった。
【００１８】
【比較例】
長さ４４０×幅１３０×厚さ８ｍｍのＩＴＯターゲット材１と長さ４８０×幅１８０×厚さ１０ｍｍの無酸素Ｃｕ板２を、マスキング処理の後ホットプレートにのせ、２時間かけて１９０℃まで加熱した。超音波はんだごてにて純Ｉｎろう３を両材に塗布し、Ｃｕ板２にはＩｎを約１ｍｍの厚さで盛りつけた。ＩＴＯターゲット材１を、その接合すべき面が下になるように保持しながらＣｕ板２の端から酸化物５を摺り切るように移動し、両材の重心を合わせた。冷却は−２５℃／ｈｒの速度で行った。得られた製品の接合欠陥率は７．６８％であり、ろう材厚みは０．１２〜０．２６ｍｍと大きなバラツキを示した。Ｃｕ板の反りは、長辺方向では０．３６ｍｍ、短辺方向では０．１１ｍｍであった。
【００１９】
【発明の効果】
従来の摺り切り法では、ろう材の厚みにバラツキがあり、平行度がなく、摺り切る際、ターゲットが大型になると、ターゲット面の接触抵抗により移動が困難になったが、本発明の方法によれば、ワイヤー上を滑らすことで大型ターゲット材でも容易に移動できるようになり、かつろう材の厚みも一定となる。また、ろう材層中に介在物があるため、冷却時に荷重をかけることによって荷重の伝達が起こりバッキングプレート材の反りを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明法の工程手順を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１ターゲット材
２バッキングプレート材
３ろう材
４金属ワイヤー
５酸化物
６耐熱テープ
７重り

Claims

ターゲット材とバッキングプレート材を低融点金属によって接合する方法であって、加熱されたターゲット材とバッキングプレート材の接合すべき面に予め低融点金属からなるろう材を塗布した後前記バッキングプレート材の上に少なくとも２本の同じ直径の予めろう材で濡らした金属ワイヤーを互いに平行に置いて固定する工程と、前記バッキングプレート材の接合すべき面にろう材を金属ワイヤーの直径より少なくとも０ . ５ｍｍ厚く盛りつける工程と、前記ターゲット材を前記バッキングプレート材の端から溶融ろう材上層の酸化物を摺り切るように前記金属ワイヤーの上縁に沿って滑らせながら所定位置まで移動する工程と、該バッキングプレート材を冷却する工程とからなるスパッタリングターゲットのろう接方法。
金属ワイヤーは、バッキングプレート材と同じ材質からなる直径０.１〜１.０ｍｍの金属ワイヤーである請求項１記載のスパッタリングターゲットのろう接方法。
金属ワイヤーは、バッキングプレート材上のろう接しない部分に耐熱テープで固定する請求項１記載のスパッタリングターゲットのろう接方法。
冷却期間中ターゲット材上に一定の荷重をかけ、その荷重がターゲット材から金属ワイヤーを介してバッキングプレート材に加わりバッキングプレート材の反りを抑えるようにした請求項１記載のスパッタリングターゲットのろう接方法。