TW554060B - Tantalum or tungsten target-copper alloy backing plate assembly and production method therefor - Google Patents

Description

554060 A7 __B7 ： _ 五、發明說明（I) [技術領域] (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明係關於一種可承受高功率濺鍍之钽或鎢靶一銅 合金製支持板組裝體及其製造方法。又，在本說明書所記 載之鉅或鎢靶也包含以該等元素爲主成分之合金靶。 [背景技術] 作爲可承受高功率濺鑛之濺鍍靶與支持板之接合方法 ，擴散接合屬有效之方法，本申請人在日本專利特開平6-108246號中即揭示了在濺鍍靶與支持板之間夾設夾層材之 固相擴散接合靶組裝體及其製造方法。藉此固相擴散接合 所製造之濺鍍靶組裝體具有優異之密接性與強度。 惟，伴隨近年晶圓之大口徑化，濺鍍靶本身也大型化 ，尤其是靶材與支持板材之熱膨脹係數的差距過大之情況 ，擴散接合後之變形會成爲嚴重的問題。當濺鍍靶之熱膨 脹係數較支持板之熱膨脹係數爲低之情況(多數的情況，成 爲該種靶一支持板組裝構造），自擴散接合溫度冷卻到室溫 則以靶在上支持板在下的情況而言，會往上凸起做彎曲， 假使此時擴散接合強度不足時則有自接合界面之外周部剝 落之情事發生。 又，即使未剝落該彎曲量也會變大，爲了使靶厚度在 規定範圍內，或須事先將厚度多出該彎曲量之靶加以擴散 接合後，對其凸部進行加工(切削），或須在室溫矯正彎曲 。此會造成作業製程增加、成本增加的問題。 尤其是鎢等之藉粉末冶金法所製作之靶，當此種彎曲 3 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） A7 554060 B7 ----—--— 五、發明説明（> ) 的情況顯著之時甚至會發生破裂之事故。 已知此種問題之特定事例，尤其在使用钽或鎢作爲靶 材、使用鋁或鋁合金等作爲支持板的情況常常發生。 再者也有因高功率濺鍍之熱影響使得支持板變形從而 冷卻水外漏之例子發生過。 例如，對0 350nm厚度10mm之鉬靶，在真空中以500 C、面壓15kgf/mm2的條件將鋁合金(A5052)製支持板加以 擴散接合’結果彎曲量在每一批次中會在間變 動，又尙有一部分接合界面剝離之情事。 另外，將彎曲4mm之接合組裝體加工成fE形狀，以此 爲濺鍍靶在20KW下進行濺鍍的情況下，有出現變形而漏 水之事故的發生。 [發明之揭示] 本發明之課題在於提供一種鉅或鎢靶一銅合金製支持 板組裝體及其製造方法，即使靶材與支持板材之熱膨脹係 數的差異大的情況，擴散接合後之變形仍小，且不會發生 在靶與支持板之間的剝離、破裂，並可承受高功率濺鑛。 是以針對擴散接合後之彎曲量少、可承受高功率濺鍍 之支持板，以及經擴散結合之鉅或鎢靶之製造不斷努力硏 究的結果發現，若使用相較於鋁合金在熱膨脹係數低、堅 硬而變形少之熱傳導性優異的銅合金來作爲支持板，並在 夾層材方面使用具有某程度厚度之鋁或其合金板將極爲有 4 表紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） • _ j -------------------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 554060 A7 __B7_ 五、發明說明（j ) 本發明基於此見地，乃提供： 1. 一種钽或鎢靶一銅合金製支持板組裝體，其特徵在 於，讓鉬或鎢靶與銅合金製支持板透過厚度0.5mm以上之 鋁或鋁合金板之夾層材來擴散接合，並於個別之材料間具 備有擴散接合界面； 2. —種鉅或鎢靶一銅合金製支持板組裝體之製造方法 ，其特徵在於，係以厚度0.5mm以上之鋁或鋁合金板作爲 夾層材來與鉅或鎢靶以及銅合金支持板在真空下、40(TC ~548°C之溫度、1〜20kg/mm2之壓力條件進行擴散接合。 [圖式之簡單說明] 圖1所示係濺鍍靶、夾層材以及支持板之組裝體槪略 圖，圖2係擴散接合後之彎曲量之說明圖。 [發明之實施形態] 本發明在支持板方面係使用銅合金製支持板。作爲此 銅合金製支持板之材料，係使用相較於鋁合金在熱膨脹係 數低、堅硬而變形少之熱傳導性優異的銅鉻合金或銅鋅合 金等之銅合金。 作爲夾層材，係使用厚度0.5mm以上之銘或銘合金板 。夾層材之所以需要0.5mm以上之厚度，在於可緩和：在 擴散接合之溫度下變得相當柔軟，微觀上因表面氧化膜之 破壞造成活性之新生面的出現使得原子變得容易擴散，再 者於擴散接合後冷卻到室溫之際之濺鍍靶與支持板間之熱 5 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） . · ! -------------------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 554060 A7 ____B7___ 五、發明說明（十） 膨脹差所產生之應力。 以往，進行上述擴散接合之際，從接合強度的方面來 考量乃認爲夾層材愈薄愈佳，惟本發明卻與此種以往之想 法大異其趣。 當未***夾層材之情形，例如鉅靶材之維氏CVickefs) 硬度爲1〇9，另一方面支持板之銅鉻合金的維氏硬度爲135 ，雨者皆爲同程度之硬度，所以微觀上表面氧化膜之破壞 不易發生。 是以，由於不會出現活性的新生面，所以會發生擴散 接合變得困難之現象。又，此同樣地在夾層材薄的情況， 作爲夾層材之機能會低而難謂有效。 基於此種情形，在钽或鎢靶一銅合金製支持板組裝體 之製造中，使用厚度0.5mm以上之銘或錦合金板來作爲夾 層材乃爲不可或缺者。 於組或鑛祀一銅合金製支持板組裝體之製造之際，可 讓厚度0.5mm以上之鋁或鋁合金板當作夾層材來夾設在鉅 或鎢靶與銅合金支持板之間，使其在真空下、於400°C 〜548°C之溫度來施以1〜20kg /mm2的壓力進行擴散接合而得 ，到。 藉此，钽或鎢靶、鋁或鋁合金、以及銅合金製支持板 會在鋁或鋁合金間形成固相擴散接合相，可得到在密接性 與接合強度方面優異之接合體。 若未滿400°C則無法得到充分之接合強度。又若超過 548°C，會超過鋁與銅之共晶溫度而出現液相，並非所希望 6 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --------tr·---- 554060 A7 ___ B7 _ 五、發明說明（Γ ) 者。 又，若超過500°C附近則於鋁與銅之界面會形成數//m 之反應層，由於此反應層屬於硬質金屬間化合物，所以不 能過厚。是以，有必要在上述溫度範圍內來進行擴散接合 〇 又，在濺鍍裝置上，靶與支持板之形狀屬一定，若夾 層材之厚度過厚則相對地支持板之厚度必須較薄。惟，即 使要薄化支持板之厚度在強度上也有限度的緣故，所以考 慮到這些情況讓鋁或鋁合金板之夾層材之上限厚度爲支持 板之厚度的爲所希望的。 實施例 其次，說明本發明之實施例與比較例。又，實施例充 其量不過是本發明之一例，本發明並不受限於此實施例。 亦即，也包含所有基於本發明之技術思想之變形或其他態 樣。 實施例1 藉機械加工來製作直徑4 350mm、厚度10mm之鉅靶 。支持板係使用銅g合金。 作爲夾層材係分別使用〇.8mm、1.0mm、2.0mm、 6.0mm之純鋁(A — 1050)板，支持板之厚度與夾層材之厚度 的合計爲19mrD)。 靶、夾層材以及支持板之經擴散接合之界面係使用丙 酮作爲溶劑來進行超音波淸洗之後，進一步以異丙醇來充 分洗淨。 7 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -------------------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 554060 夾層材之_ 夾層材之厚度(mm) 彎曲量(mm)或剝離之有無 實施例1 純鋁板 0.8 3 純鋁板 1.0 2.8 純鋁板 2.0 2.5 純鋁板 6.0 1.7 比較例1 純鋁板 0.3 在接合界面剝離 純鋁板 0.4 4 鎳板 2.0 在接合界面剝離 銀板 2.0 在接合界面剝離 表中之剝離係表示鉬靶與夾層材之接合界面之剝離。 純鋁係使用JIS規格A1050材。 如上述表1之實施例所示，關於使用0.8mm、1.0mm、 8 冢紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 χ 297公釐) 一~~~一 A7 B7 五、發明說明（L) 將該等之組裝體真空密封(真空度爲〇.ltorr以下)至鐵 製之容器中，以熱均壓法(HIP)在500°CX4h:r、15kg/mm2之 壓力進行擴散接合。 接合後以機械加工將鐵製容器去除。以钽靶爲上藉間 隙規來測定彎曲量。圖2係顯示擴散接合後之彎曲量之說 明圖。 比較例1 與實施例1同樣之方法，於鉅靶與銅鉻合金支持板之 間夾設鋁夾層材，將其厚度定於0.3mm以及0.4mm。 又，作爲其他的夾層材係使用厚度2mm之鎳板以及銀 板來進行擴散接合。接合後之鐵製容器係藉機械加工來去 除。以鉬靶爲上藉間隙歸來測定彎曲量。又，對於在钽靶 與鋁夾層材之間剝離者，觀察其狀況。 實施例1與比較例1之結果係示於表1。 表1 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 ----訂----- 554060 A7 ___B7 ____ 五、發明說明（1 ) 2.0mm、6.0mm之純鋁板作爲本發明範圍之夾層材者，其彎 曲量分別爲3mm、2.8mm、2.5mm、1.7mm，皆顯示出現些 許的彎曲。又，此彎曲量隨著鋁板之板厚增加，顯示有逐 漸變少之傾向。 相對於此，如同表1之比較例所示，關於使用超出本 發明之範圍、即成爲〇.3mm、0.4mm之純錦板來作爲夾層 材者，前者在钽靶與鋁夾層材間剝離，後者之彎曲量顯示 出4mm之大的彎曲量。 又，使用厚度2mm之鎳板以及銀板進行擴散接合之情 形，即使厚度相當地厚，惟在鉅靶與鎳夾層材、钽板與銀 夾層材之間仍會發生剝離的現象。 由以上可知，使用位於本發明範圍之厚度的鋁板作爲 夾層材係極爲有效的。 實施例2 藉熱壓讓鎢粉進行真空加壓燒結之後，以車床加工來 製作成爲直徑0 350mm、厚度8mm。支持板係使用銅鋅合 金。 作爲夾層材係分別使用0.8mm、1.0mm、2mm、6mm之 純鋁(A — 1050)板，支持板之厚度與夾層材之厚度的合計爲 19mm ° 靶、夾層材以及支持板之經擴散接合之界面係使用丙 酮作爲溶劑來進行超音波淸洗之後，進一步以異丙醇來充 分洗淨。又進一步讓鎢靶在真空乾燥機充分乾燥。 以與實施例1同樣之方法進行擴散接合，而後將鐵製 9 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --------訂----- 554060 A7 _ B7_ 五、發明說明（f ) 容器去除，以鎢靶爲上，藉間隙規來測定彎曲量。 比較例2 與實施例2同樣之方法，於鎢靶與銅鋅合金支持板之 間夾設鋁夾層材，將該鋁夾層材之厚度分別定於〇.3mm以 及0.4mm。作爲其他之夾層材，係使用厚度2mm之鎳板以 及銀板。 以鎢靶爲上，藉間隙歸來測定彎曲量。又，對於在鎢 靶與鋁夾層材之間剝離者，觀察其狀況。 實施例2與比較例2之結果係示於表2。 表2 夾層材之麵 夾層材之厚度(mm) 彎曲量(mm)或剝離之有無 實施例2 純鋁板 0.8 3.3 純鋁板 1.0 3.2 純鋁板^ 2.0 2.6 純鋁板 6.0 1.7 比較例2 純鋁板 0.3 4.3(發生靶之破裂） 純鋁板 0.4 4.3(發生耙之破裂） 鎳板 2.0 在接合界面剝離 銀板 2.0 在接合界面剝離 表中之剝離係表示鉅靶與夾層材之接合界面之剝離。 純鋁係使用JIS規格A1050材。 如上述表2之實施例所示，關於使用〇.8mm、1.0mm、 2.0mm、0.0mm之純鋁板作爲本發明範圍之夾層材者，其彎 曲量分別爲3.3mm、3.2mm、2.6mm、1.7mm，皆顯示出現 些許的彎曲。又’此彎曲量隨著鋁板之板厚增加，顯示有 逐漸變少之傾向。 相對於此’如同表2之比較例所示，關於使用超出本 10 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） I 卜 -------------------IT·--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 554060 A7 __ B7 __ _ 五、發明說明（^ ) 發明之範圍、即成爲〇.3mm、0.4mm之純鋁板來作爲夾層 材者，在钽靶發生破裂又顯示約4mm之大的彎曲量。 又，使用厚度2mm之鎳板以及銀板進行擴散接合之情 形，即使厚度相當地厚，惟在耝靶與鋁夾層材之間仍會發 生剝離的現象。 由以上可知，即使是實施例2，使用位於本發明範圍 之厚度的鋁板作爲夾層材係極爲有效的。 又，在本實施例中雖使用純鋁作爲夾層材，但已確認 即使使用A5052等之鋁合金板也能得到同樣之效果。 [發明之效果] 即使於靶材與支持板材之熱膨脹係數的差異大，仍可 得到擴散接合後之變形小、且不會發生靶與支持板間之剝 離與破裂之鉅或鎢靶一支持板組裝體。又，藉由減少擴散 接合後之彎曲量，可輕易地確保靶厚度、提昇靶之良率、 進一步可減少接合後之加工切削製程或是矯正製程。提供 可承受高功率濺鍍之可靠性高之靶組裝體，並具有可對應 於靶大型化之優異的效果。 11 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------------------tr*--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

Claims (1)

1. 554060 六、申請專利範園 1·一種鉅或鎢靶一銅合金製支持板組裝體，其特徵在 於，讓鉬或鎢靶與銅合金製支持板透過厚度0.5mm以上之 鋁或鋁合金板之夾層材來擴散接合，並於個別之材料間具 備有擴散接合界面，且鋁或鋁合金板之夾層材之上限厚度 爲支持板之厚度的1/2。 2·如申請專利範圍第1項之鉅或鎢靶一銅合金製支持 板組裝體’係透過厚度〇.8mm以上之銘或銘合金板之夾層 材來進行擴散接合。 3· —種钽或鎢靶一銅合金製支持板組裝體之製造方法 ，其特徵在於，係以厚度〇.5mm以上之鋁或鋁合金板作爲 夾層材’其使用以該夾層材之上限厚度爲其厚度的1/2之 支持板’來使鉬或鎢靶以及銅合金支持板在真空下、40CTC 〜548°C之溫度、1〜20kg/mm1 2之壓力條件進行擴散接合。 4·如申請專利範圍第3項之鉬或鎢靶一銅合金製支持 板組裝體之製造方法，係以厚度〇.8mm以上之鋁或鋁合金 板作爲夾層材。 (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁)

   1 2 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐)