JPS61250167A

JPS61250167A - 冷却板付きタ−ゲツトの製造方法

Info

Publication number: JPS61250167A
Application number: JP9047285A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Yoshida; 秀昭吉田; Masaki Morikawa; 正樹森川; Akira Mori; 暁森
Original assignee: Mitsubishi Metal Corp
Current assignee: Mitsubishi Metal Corp
Priority date: 1985-04-26
Filing date: 1985-04-26
Publication date: 1986-11-07
Anticipated expiration: 2005-04-26
Also published as: JPH0230382B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、スパッタリング用ターゲットと冷却板との
間にはんだを介在させ、ついでこれらの部材を昇温下で
互に圧接して前記ターゲットに冷却板をはんだ付けする
ことによって、冷却板付きターゲットを製造する方法に
関する。

〔従来の技術〕

スパッタリングは、高品質の蒸着層を高速度で形成させ
るのに好都合な技術として、近年薄膜状の半導体を製造
する場合に広く利用されている。

最近では、半導体の製造において一層高能率化、かつ高
速化したスパッタリングが要求されるようになっている
ところから、蒸着素材を供給するターゲットは益々大型
化するとともに、蒸着時にターゲットへ投入される熱量
は次第に増大する傾向にあり、その入熱の増大に対応し
てターゲットの冷却効果を向上させるため、はんだ付け
によって冷却板を取り付けたターゲットが盛んに使用さ
れるようになってきた。

しかしながら、このような冷却板付きターゲットにおい
ては、冷却板の素材となる純銅や銅合金とターゲツト材
とは一般に熱膨張係数が異なるため、はんだ付は後に全
体がそって変形したり、あるいは延性に乏しいターゲツ
ト材では熱歪によって割れが発生するという問題があり
、このような変形や割れを防ぐ方法として、従来（１）低融点はんだを用い、できるだけ低温ではんだ付
けして、はんだ付は温度と常温との温度差を小さくして
熱応力の発生を小さくしたり、あるいは（２）低融点はんだを用いて接合するとともに、はんだ
付は時に接合面を加圧して、その接合面の間から溶融し
ているはんだを排出させるか、あるいはさらに（３）低融点でない通常のはんだを用いて接合し、はん
だ付は後に生じた変形をプレスによって矯正する、という方法が採用されていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記（１）の低融点のはんだを用いる方
法によると、高速スパッタリングの実施中に発生する大
量の熱がターゲットに供給されてその接合面の温度が上
昇したときに、はんだが融ける場合があるので、ターゲ
ットに冷却板を接合するという本来の目的にこの低融点
のはんだを用いることができず、また上記（２）の低融
点はんだを用い、かつはんだ付は時に接合面を加圧して
、溶融しているはんだを接合面の問から排出する方法に
よってターゲットと冷却板とを接合させると、それらの
間でははんだ層が排除されていて、ターゲットと冷却板
との界面に働く剪断力や熱歪を緩和する層がないため、
はんだ付は後に前記界面で剥離を生じたり、あるいはタ
ーゲットに割れが発生し、またこのような剥離や割れが
発生するに至らなくても、ターゲットの寸法が大きけれ
ば変形を起こすので、それをプレス等によって矯正する
必要が生じ、その矯正時に前記の割れや剥離が発生する
という問題があり、さらに上記（３）の、低融点でない
通常のはんだを用いて接合し、その接合後に生じた変形
をプレス等の機械的手段によって矯正する方法では、例
えば延性が殆どないターゲツト材のような、ターゲット
の材質如何によって変形を矯正できず、またたとえ矯正
できたとしても、その矯正によって生じた内部応力が残
留しているために、仕上加工中や使用中に変形を生じ、
またこのような矯正は一般に技術的に困難な作業のため
、製造時の歩留りが非常に悪くなり、ざらに、冷却板は
、矯正処理を受けても完全に歪を除去することは困難で
、ターゲットとの間の接合に欠陥を生ずるため再利用で
きないという問題があった。　　　　　　　　　− （研究に基づく知見事項）本発明者等は、上述のような問題を解決するために種々
研究を進めた結果、（ａ）ターゲットと冷却板との間に熱歪を吸収する緩衝
層を設けると、ターゲットに及ぶ熱歪が小さくなって、
ターゲットの変形や割れ、あるいは剥離が避けられるこ
と、（ｂ）前記緩衝層を構成する材料としては軟質で延性に
富み、かつ比較的融点の高いＳｎ　、Ｓｎ合金およびＰ
ｂ合金適していること、（Ｃ）非常に融点の低いＩｎ、Ｉｎ合金、Ｑａまたは（
３８合金をはんだ材として使用すると、これらのはんだ
材は上記のＳｎ　、Ｓｎ合金またはＰｂ合金らなる緩衝
層を溶かすことなく、これらの緩衝層をターゲットおよ
び冷却板に接合できること、（ｄ）上記のはんだ材は非常に融点が低いために、低温
ではんだ付けできるとともに、接合面の加圧によって、
その溶融したはんだを接合面の間から容易に排出でき、
それによって接合部における接合強度が向上すること、（ｅ）はんだ付は時に微量に残留しているか、またはは
んだ付は後に微量に残留した未反応のはんだは、はんだ
付は時の古温を長時間維持するか、あるいは冷却後に所
定時間加熱することによって、ターゲットまたはその表
面処理層、冷却板または緩衝層と反応し、それによって
接合面に・介在する材料の融点が上昇して、＾温に曝さ
れる高速スパッタリングにも一層耐える接合強度が接合
部において得られること、を見出した。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は、上記知見に基づいて発明されたものであっ
て、スパッタリング用ターゲットと冷却板との間にはん
だを介在させ、ついでこれらの部材を昇温下で互に圧接
して前記ターゲットに冷却板をはんだ付けすることによ
って、冷却板付きターゲットを製造する方法において、
前記ターゲットと冷却板の各接合面の間に、Ｓｎ　、Ｓ
ｎ合金またはＰｂ合金らなる厚さ：　　０．０２〜１ｍ
ｍのシートを、そのシートと前記ターゲットおよび冷却
板との間にそれぞれＩｎ、Ｉｎ合金、ＱａまたはＧａ合
金からなる低融点のはんだを介在させて挟み込み、つい
でこのように重ね合わせた部材を０．３に９／ａｉ以上
の圧力で互に圧接させながら加熱して前記はんだを溶融
させるとともに、未反応の溶融したはんだを前記接合面
の間から排出させ、その後必要に応じて、引続いて、ま
たは冷却してから所定時間加熱処理を施して、残留する
はんだを母材と反応させることによって前記ターゲット
と冷却板とを接合することを特徴とするものである。

この発明において使用するＳｎ　、Ｓｎ合金またはＰｂ
合金らなるシートは、はんだ付は時に、その一部がはん
だと反応するので、はんだ付は後のこのシートの厚さは
、はんだ付は前の厚さよりも薄くなり、このシートの厚
さが０．０２　ｍ未満であると、はんだ付は後に残るシ
ートの厚さが薄くなり過ぎて、このシートが熱歪を十分
に吸収する作用を失うに至り、一方その厚さが１厘を越
すと、ターゲットと冷却板との間の円滑な熱伝導が妨げ
られて、冷却板の冷却作用が低下するところから、ター
ゲットと冷却板との間に挟み込む緩衝用シートの厚さを
０．０２〜１ｍｍと定めた。

また、はんだ付は時にターゲットと冷却板とを圧接させ
る圧力が低いと、接合部に残存するはんだの量が多くな
り、このような状態にあるターゲットを後のスパッタリ
ングに使用したときには、過剰のはんだが融けてターゲ
ットが脱落するというトラブルが発生し、そこでこのよ
うなトラブルを避けるために接合部を加熱して、残留し
ているはんだと母材とを反応させて低融点のはんだを高
融点の反応層に変化させても、はんだの残留憬が多いと
非常に厚い反応層が形成され、このような反応層は脆く
て、そこに割れや剥離を生じ、はんだ付は後に残った未
反応のはんだに起因するこのようなトラブルは、前記圧
力が０．３に’ｌ／ｄよりも低くなると顕著になるとこ
ろから、この発明ではこの圧力を０．３都／ｄ以上と定
めた。

この発明では、はんだ付は時に所定の圧力で接合部を圧
接させているから、多量のはんだが接合部に残存するこ
とがなり、シたがって上記トラブルの発生を避けること
ができるとともに、必要に応じて施される加熱処理は、
残存する微量のはんだを高融点の反応層に転化するので
、上記トラブルの発生を一層確実に防止することができ
、この加熱処理は通常はんだの融点付近の温度またはそ
れよりも若干低い温度において遂行され、その加熱処理
を施す時間は、はんだや被接合部材の材質および加熱処
理の温度等によって左右されるが、一般に６０〜９０分
間施せば十分である。

一般に、ターゲットの寸法が大きくなるほど、熱応力に
基づく剪断力は増大して、前述の変形や割れ、あるいは
剥離の発生が著しくなるので、この発明は、ターゲット
が例えば直径１８０ｍ５＋以上の円板や一辺が１８０ｍ
＋以上となる長方形の今吟ような、特に大型のターゲッ
トにおいて顕著な効果を発揮する。

なお、この発明において取り扱うターゲットは極端に高
純度のものが要求されるところから、それに冷却板を接
合するときは、一般に、外気と遮断された容器内で、真
空下または不活性ガスまたは還元性ガス雰囲気の下に遂
行され、また、はんだを熱応力緩衝用のシートと、ター
ゲットおよび冷却板との間に介在させるには如何なる手
段を用いてもよいが、例えばターゲットと冷却板の各接
合面に予めはんだの蒸着膜を形成させておくか、あるい
はこれらの接合面をはんだの溶融点以上に加熱して、そ
の接合面に、溶融したはんだ被膜を予め付着させておく
というはんだの供給方法が普通好都合であり、このはん
だとターゲットとの接着を良好にするため、ターゲット
の材質によっては、一般に、はんだと馴染のよい、例え
ばＣｕやＮｉからなる表面処理層を、はんだ付けに先立
ってターゲットの接合面に施しておくのが有利である。

〔実施例および比較例〕ついで、この発明を実施例により比較例と対比しながら
説明するが、これらの実施例は勿論この発明を具体化し
た例を単に示すためのものであって、この発明の技術的
範囲を制限することを意図するものではない。

実施例１ＡＩ−１％Ｓｉ　　（以下、特に断わらないかぎり、％
はすべて重Ｇ％を意味する）の組成および直径：２９０
ａｍ；Ｘ厚さ：１５履の寸法を有する円板状ターゲット
の表面にイオンブレーティングによって厚さ：２０μ雇
の純銅を蒸着させてこれを表面処理層とし、一方無酸素
銅からなる厚さ：１０−の冷却板を用意し、この冷却板
と前記表面処理層の各表面に厚さ３０μｍの純Ｉｎを蒸
着して、ｌｎからなるはんだ層を形成させた。

このように準備したターゲットと冷却板とを、それらの
各はんだ層の間に緩衝層として３ｎ　−３，５％Ａｇか
らなる組成を有する厚さ０．２ｎｗ＊のシートを挟み込
んだ状態で、別途用意した接合装置、すなわち、内部が
外部雰囲気と遮断できる容器内に、間隔をおいて対向す
る一対の渦巻状の高周波誘導加熱コイルを有し、かつこ
の加熱コイルによって形成された透間を通って互に間隔
をおいて対向する直径２０履の石英丸棒からなる加圧治
具を備えた接合装置、の前記加圧冶具の間に載置し、そ
してターゲットと冷却板との間に０．３２１１／ｄの圧
力（荷重：２１０ＫｇＭをかけながら、これらの部材を
３０分間にわたって室温から１６０℃まで徐々に昇温さ
せ、ついでこの温度に２分間維持した後、室温まで徐冷
することによって、ターゲットに冷却板を接合させた。

つぎに、このようにして得られた冷却板付きターゲット
が熱応力によって変形する傾向とその耐熱性を評価する
ために、これが室温（１８℃）においてほぼ球面状に凹
むことによって生ずるそり量、すなわちターゲットの湾
曲によってその厚さ方向に最も深く凹んだ部分（Ｒも深
く凹む部分は普通ターゲットの中央またはその付近にお
いて形。

成される）の元の位置からの距離を測定するとともに、
この冷却板付きターゲットの接合面の剪断強度を測定し
ながらそれの温度を徐々に上昇させていくとき、その剪
断強度が急激に低下して、接合面が溶融してしまったも
のと認められる温度を測定した。

これらの測定結果は第１表に示される。

実施例２７９％Ｎｉ−５％Ｍｏ−１６％ｌ”ｅの組成および幅：
１８０Ｘ長さ：４２０Ｘ厚さ：１０ａｍｍの寸法を有す
る板状ターゲットの表面に厚さ：５μｍのＮｉメッキを
施した後さらに厚さ：２０μｍのＣｌメッキを施してこ
れらの二重メッキ層を表面処理層とし、一方Ｃｕ　−０
，５％Ｃｒの組成からなる厚さ：６１１ＩｌｌＩの冷却
板を用意し、この冷却板と前記ターゲットの表面処理層
の上にＩｎ　−４５％３ｎの組成からなるＩｎ合金シー
トを載せて、これらの冷却板とターゲットを水素炉中で
加熱し、このＩｎ合金シートを溶融させることによって
、これらの部材表面にｉｎ合金はんだ層を付着させた。

このように準備したターゲットと冷却板とを、それらの
各はんだ層の間に緩衝層としてｐｂ−１０％Ｓｎからな
る組成を有する厚さ：　　０．８ｍｓ＋のシートを挟み
込んだ状態で、前述の実施例１において使用したのと同
じ接合装置において同様な方法により、これらの部材に
１０／ｃｊの圧力（荷重＝７５ＯＮ＃ｆ）をかけながら
、４０分間の間にこれらの部材を室温から１４０℃まで
徐々に昇温させ、ついでこの温度に２分間維持した後、
室温まで冷やすことによって、ターゲットに冷却板を接
合させた。

このようにして製造された冷却板付きターゲットについ
ても、実施例１と同様にそり量と接合面の溶融温度を測
定し、その結果を第１表に示した。

実施例３Ｍｏ−１６，５％３ｉからなる組成および直径：２２０
ａｍＸ厚さ：６ｍの寸法を有する円板状ターゲットの表
面に厚さ：２０μｍの純銅をイオンブレーティングで蒸
着させてこれを表面処理層とし、一方無酸素銅からなる
厚さ：１２履の冷却板を用意し、この冷却板と前記ター
ゲットの表面処理層の上に載せた純Ｑａのシートを大気
中で４０℃に加熱して溶融した後４℃に冷却し、それに
よってこれらの部材表面にＱａはんだ層を付着させた。

このように準備したターゲットと冷却板とを、それらの
各はんだ層の間に緩衝層としてＰｂ−５％３ｎからなる
組成を右する厚さ：　　０．０３．姻のシートを挟み込
んでから、これをホットプレスにより、ｔｏ、５Ｋｙ／
ｃｄ（荷重：１００Ｋｇｆ）の圧力をかけながら、１０
分間の間に室温から徐々に６５℃まで昇温させ、ついで
この温度に５分間維持してターゲットと冷却板とを接合
した後、引続き上記圧力を保ちながら５０℃に２４０分
間保持する加熱処理を施した。

このようにして製造した冷却板付きターゲットについて
も、実施例１と同様にそり量と接合面の溶融温度を測定
し、その結果を第１表に示した。

比較例１ＡＩ−１％Ｓｉからなる組成および直径：２９０履Ｘ厚
さ１５履の寸法を有する円板状ターゲットの表面に、イ
オンブレーティングによって厚さ２０μｍの純銅を蒸着
させてこれを表面処理層とし、一方無酸素銅からなる厚
さ＝１０履の冷却板を用意し、この冷却板と前記ターゲ
ットの表面処理層との間に、３ｎ−３，５％Ａｏの組成
と０．２ｊｗ＋の厚さを有するシート状のはんだを挟み
込み、ついで、はんだ付は時にずれるのを防ぐために６
．６Ｋｇｆの鏝を載せながら（したがって０．０１Ｋｇ
　／　ａｉの圧力をかけながら）、これらの部材を水素
雰囲気の炉中で、１２０分の間に室温から２４０℃の温
度まで徐々に昇温させ、ついでこの温度に１０分間維持
した後、室温まで冷却することによって、ターゲットに
冷却板を接合・させた。

このようにして製造した比較用の冷却板付きターゲット
についても、同様にそり世と接合面の溶融温度を測定し
てその結果を第１表に示した。

比較例２７９％Ｎｉ−５％Ｍｏ−１６％Ｆｅからなる組成および
幅：１８０Ｘ長さ：４２０Ｘ厚さ：１０朧の寸法を有す
る板状ターゲットの表面に厚さ＝５μｍのＮｉメッキを
施した後さらに厚さ二′２０μｍのＣｕ′？Ｌツキを施
してこれらのメッキ層を表面処理層とし、一方Ｃｕ　−
０，５％Ｃ「からなる厚さ：６履の冷却板を用意し、こ
の冷却板と前記ターゲットの表面処理層との間に、ｐｂ
−４０％Ｓｎの組成と０．３履の厚さを有するシート状
のはんだを挟み込み、ついで、鏝のｆｆ１ｆｆｌを７．
５Ｎ９ｆ（圧カニ０．０１　Ｊｌ／１：Ｉｌ）として上
記比較例１で使用した炉の中で、前記部材を１２０分間
にわたって室温から２００℃の温度まで徐々に昇温させ
、ついでこの温度に１０分間維持した後、室温まで冷却
することによって、ターゲットに冷却板を接合させた。

このようにして製造した冷却板付きターゲットについて
も同様に熱歪の発生する傾向と接合面の耐熱性について
調べ、その結果を第１表に示した。

第　　１　　表〔発明の効果〕第１表に示される結果から明らかなように、実施例１〜
３においては、比較例１〜２と比較すると、そり量が著
しく小さい上に、融点が極めて低いはんだを用いたのに
も拘らず、接合部の溶融温度は比較例と同等もしくはそ
れよりも高いことがわかる。

したがって、この発明によると、熱歪量が極めて低く抑
えられるばかりでなく、接合部の溶融温度が十分高く維
持された冷却板付きターゲットを得ることができるので
、この発明は、大型のターゲットに好都合に利用できて
高能率のスパッタリングを可能にするとともに、ターゲ
ットが高温に曝されてもその剥離や脱落を生じない高速
のスパッタリングを可能にするという、産業上有益な冷
却板付きターゲットを提供することができる。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）スパッタリング用ターゲットと冷却板との間には
んだを介在させ、ついでこれらの部材を昇温下で互に圧
接して前記ターゲットに冷却板をはんだ付けすることに
よって、冷却板付きターゲットを製造する方法において
、前記ターゲットと冷却板の各接合面の間に、Ｓｎ、Ｓ
ｎ合金またはＰｂ合金からなる厚さ：０．０２〜１ｍｍ
のシートを、そのシートと前記ターゲットおよび冷却板
との間にそれぞれＩｎ、Ｉｎ合金、ＧａまたはＧａ合金
からなる低融点のはんだを介在させて挟み込み、ついで
このように重ね合わせた部材を０．３ｋｇ／ｃｍ＾２以
上の圧力で互に圧接させながら加熱して前記はんだを溶
融させるとともに、未反応の溶融したはんだを前記接合
面の間から排出することによって、前記ターゲットと冷
却板とを接合することを特徴とする、前記冷却板付きタ
ーゲットの製造方法。
（２）スパッタリング用ターゲットと冷却板との間には
んだを介在させ、ついでこれらの部材を昇温下で互に圧
接して前記ターゲットに冷却板をはんだ付けすることに
よって、冷却板付きターゲットを製造する方法において
、前記ターゲットと冷却板の各接合面の間に、Ｓｎ、Ｓ
ｎ合金またはＰｂ合金からなる厚さ：０．０２〜１ｍｍ
のシートを、そのシートと前記ターゲットおよび冷却板
との間にそれぞれＩｎ、Ｉｎ合金、ＧａまたはＧａ合金
からなる低融点のはんだを介在させて挟み込み、ついで
このように重ね合わせた部材を０．３Ｋｇ／ｃｍ＾２以
上の圧力で互に圧接させながら加熱して前記はんだを溶
融させるとともに、未反応の溶融したはんだを前記接合
面の間から排出した後、引続いて、または冷却してから
所定時間加熱処理を施して、残留するはんだを母材と反
応させることによって、前記ターゲットと冷却板とを接
合することを特徴とする、前記冷却板付きターゲットの
製造方法。