(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
接合したスパッタターゲット／受け板組立体（３６）を作る方法であって：
上接合面（１６）を有する受け板（１２）を用意する工程；
受け板（１２）の上接合面（１６）の直径より小さい直径の底接合面（１４）を有するスパッタターゲット（１０）を用意する工程；
上接合面（１６）の直径と等しくするため該底接合面（１４）の直径を増すためにこのスパッタターゲット（１０）の周りにリング（３２）を設ける工程；
前記スパッタターゲット（１０）およびこの受け板（１２）の材料の微細構造および特性が実質的に変らないようにするため接合境界面（２０）に原子接合を作るために少なくとも一つの制御した爆発によってこの上接合面（１６）および底接合面（１４）の少なくともいずれかを互いの方へ加速してこのスパッタターゲット（１０）およびリング（３２）をこの受け板（１２）に爆着する工程、
；並びに
前記接合したスパッタターゲット／受け板組立体（３６）を被着室に固定するために前記受け板（１２）から成る所定の厚さ（Ｈ）の周辺フランジ（４２）を作るためにこのリング（３２）をこの接合境界面（２０）まで削り取る工程を含む方法。
【請求項２】
請求項１の方法に於いて、このスパッタターゲット（１０）が：アルミニウム、チタン、タンタル、タングステン、コバルト、ニッケル、銅およびそれらの合金から成るグループから選択した材料を含み、この受け板（１２）が：アルミニウム、銅および金属マトリックス複合材から成るグループから選択した材料を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、スパッタリングターゲットを受け板に接合する方法に関し、更に詳しくは、ターゲット／受け板組立体を製造するために爆着を使用することに関する。
【０００２】
【従来の技術】
陰極スパッタリング法は、所望の基板上に材料の薄層を被着するために広く使われている。基本的に、このプロセスは、基板上に薄膜または薄層として被着すべき所望の材料で作った面を有するターゲットのガスイオン衝撃を必要とする。このターゲットのイオン衝撃は、このターゲット材料の原子または分子をスパッタさせるだけでなく、かなりの熱エネルギーをターゲットに与える。この熱は、このターゲットと熱交換関係にある受け板の下または周りで消散する。このターゲットは、陰極組立体の一部を形成し、陽極と共に、不活性ガス、好ましくはアルゴンで満たした排気室の中に置かれる。高圧電界をこの陰極と陽極に掛ける。この不活性ガスが陰極から放出された電子との衝突によってイオン化される。正に帯電したガスイオンが陰極に吸引され、ターゲット面と衝突すると、これらのイオンは、ターゲット材料を追出す。追出されたターゲット材料は、排気されたエンクロージャを横切り、通常陽極近くに位置する所望の基板上に薄膜として被着する。
【０００３】
電界の使用に加えて、この電界に重ね且つこのターゲットの表面上に閉ループ形状に作った、アーチ形磁界を同時に使用することによってスパッタリング速度の増加を達成している。これらの方法は、マグネトロンスパッタリング法として知られている。このアーチ形磁界が電子をターゲット表面に隣接する環状領域に閉込め、それによって、ターゲット材料を追出すためにターゲット衝突領域の正ガスイオンの数を増すための区域で電子・ガス原子衝突の数を増す。従って、このターゲット材料は、ターゲットレースウェイとして知られる、ターゲット面の一般的に環状部で侵食されるようになる。
【０００４】
従来のターゲット陰極組立体では、ターゲットを非磁性受け板に単一接合面で取付けてこの組立体内に平行境界面を作る。この受け板は、スパッタリング室でターゲット組立体を保持するための手段を提供するため、およびこのターゲット組立体に構造安定性をもたらすために使用する。また、この受け板は、ターゲットのイオン衝撃によって発生した熱を運び去るために通常水冷式である。磁石は、典型的には受け板の下に都合良く定めた位置に配置して、ターゲットの露出面の周りに伸びるループまたはトンネルの形をした上記の磁界を作る。
ターゲットと受け板の間の熱的および電気的接触を良くするために、これらの部材を普通、半田付け、ろう付け、拡散接合、機械的締結またはエポキシ樹脂接着を使って互いに取付ける。
【０００５】
ある程度、軟質半田は、冷却すると起る、ターゲット／受け板組立体に加わる応力に適応できる。しかし、熱膨脹率が広範囲に異なる材料の半田接合は、この半田がその用途に弱過ぎるときに、接合境界面の縁に始る剪断破壊を受け易い。普通経験する結果は、使用中の剥離である。一つ以上の半田濡れしない材料を半田付けによって接合する問題を克服するためには、金属によるプレコーティングを使って半田付け性を向上する。これらのコーティングは、電気めっき、スパッタリングまたはその他の従来の方法によって付けてもよい。半田濡れおよび半田付けが困難なターゲットおよび受け板材料に付けるこの中間コーティングの必要性は、付けたコーティングの密着信頼性およびコーティングを付けるというかなりの付加コストを含む問題を起す。更に、“軟質”半田に関連する比較的低い接合温度がスパッタリング中にターゲットが作動できる温度範囲を減少する。
【０００６】
高出力用途に使用する高溶融温度半田は、強いがこの材料システムに発生した応力を遙かに許容し難い。大きなサイズのターゲットは、接合表面全体に亘り丈夫な接合を作る困難が大きいことは勿論、大きな応力問題を生じる。スパッタリングターゲットのサイズおよび所要電力量が増すと、軟質半田は、関係する材料システムの接合に適用し難くなる。
【０００７】
滑面拡散接合は、接合の適用可能な方法であるが、スパッタリングターゲット部品の接合には限られた使用しかされていない。この接合は、熱を加えながら材料表面を密着するように加圧してこの接合境界面を横切って種々の程度に冶金的接合および拡散を誘起することによって行われる。接合補助である、より容易に接合する金属組合せを時々接合すべき表面の片方または両方に付ける。そのようなコーティングは、電気めっき、無電解めっき、スパッタリング、蒸着または付着性金属膜を被着するために使用できるその他の手法によって付けてもよい。接合すべき材料の何れかにより容易に接合する能力を有する金属箔を接合部材の間に組込むことも可能である。接合すべき表面は、接合を妨げる酸化物またはそれらの化学膜を除去するために化学的またはその他の方法によって準備する。
【０００８】
滑面拡散接合は、確実な接合品質を保証するために、接合作業前および接合作業中に表面を清浄性を常に維持するために極度の注意を必要とする。拡散接合境界面が平面であるので、それらは単純剪断の応力を受けがちであり、それが普通この接合領域の端での剥離に繋がる。この接合境界面での脆い合金の形成は、関連する長時間の熱露出と共に厚さを増し、接合剪断破壊の可能性を増す。米国特許第５，２３０，４５９号に記載されているような接合の付加的手法は、固体状態で接合すべき部品の一つの表面に機械加工した溝を設けるという予備接合工程を含む。この態様は、加熱加圧中に関連する部品の接合表面の破壊を生ずる。強度または硬度の大きい材料は、通常溝を設けて、接合中、それが柔らかい部材に入り込み、この柔らかい金属がこれらの溝を実質的に満たすようにする。
【０００９】
溝接合は、多くに異種材料を接合するために適用可能であるが、このプロセスは低い融点合金の溶融温度付近で起らねばならないので、異なる溶融温度を有する材料に限られる。これは、この手法を類似の金属に使用することを排除する。これらの溝の鋸歯性が応力集中装置として作用し、これらの合金に接合付近の早期亀裂を促進するかも知れないということも有り得る。更に、これらの溝の機械加工は、時間の掛る作業である。
【００１０】
ここにその全てを参考までに援用する、米国特許第５，８３６，５０６号に、スパッタターゲットおよび／または受け板の接合面に粗面処理を行い、続いて固体状態接合を行う方法が開示されている。この粗面処理は、この表面処理がない場合に９９％の表面しか接合しないのに比べて１００％の表面接合をもたらす。この処理は、更に非処理滑面から作った接合の引張り強度の２倍以上の接合をもたらす。
【００１１】
上記接合プロセスの各々では、種々の程度の高温を加えてターゲットと受け板の間に接合を作る。それで、これらのプロセスの各々では、金属の高温への長期露出が結晶粒の成長を生ずるので、ターゲットおよび受け板材料の微細構造に変化が起りそうである。この技術分野では、スパッタリング効率の増進および薄膜品質の改善に繋がるある微細構造を達成するようにスパッタターゲットのブランクを処理するために長足の進歩を遂げた。このスパッタターゲットに所望の微細構造を得てから、それは、このターゲットを受け板に取付けるための高温接合法によって変えられる危険にさらされる。
【００１２】
更に、上記のどの接合法を使うかに関係なく、従来のターゲット陰極組立体は、業界が使用し且つ理解するこの組立体の全体の標準寸法に従うために使えるターゲット材料の厚さに関して制限される。このターゲットのスパッタ面に垂直に測った厚さプラス受け板の厚さ、およびこの受け板の周辺の、このターゲットのそれと同じ方向に測った、厚さが業界で決められている。スパッタターゲットの厚さの増加は、組立体全体の厚さを大きくし過ぎる。薄いターゲットは、スパッタリング用に少しの材料しか提供せず、従って、頻繁に交換しなければならない。業界で受入れられる寸法を変えることなく大きなターゲット厚さを達成するための努力は、費用が掛り、効果がないことが分った。例えば、受け板とターゲットがターゲット材料だけから作った一体構成でもよい。これは、スパッタリング用により多くのターゲット材料を利用できるようにし、それがターゲットを交換しなければならない頻度を下げる。しかし、このターゲット材料は、一般的に高価である。それで材料コストの観点から、受け板を高価でない材料で作った二体構成を提供することが好ましい。
【００１３】
米国特許第５，８３６，５０６号の一部継続出願である、特許出願第０９／１７２，３１１号では、粗面処理をスパッタターゲットの側面および底面に適用し、続いて受け板に作ったくぼみ内へのターゲットの固体状態接合、特に高温平衡圧縮を行う。ターゲットを受け板に埋込むことによって、この方法は、業界標準が要求するターゲット／受け板組立体の固定寸法を変えることなくターゲット厚さの増加を可能にする。しかし、そうするために、それは、この組立体材料の微細構造を変えるに十分な時間高温を加える。
【００１４】
それで、従来の処理によって得られるスパッタターゲットの微細構造特性を損うことなく、スパッタターゲットと受け板の間に高強度の接合を創る方法を開発することが望ましい。
ターゲット／受け板組立体に対する全体の標準寸法内で更にターゲットの厚さの増加を可能にする、そのような接合法を創ることが更に望ましい。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
スパッタターゲットと受け板を含む材料の微細構造および特性を実質的に変えることなく、このスパッタターゲットと受け板の間に強い接合を作る、接合したスパッタターゲット／受け板組立体を作る方法を提供する。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
このため、および本発明の原理によれば、スパッタターゲットおよび受け板を互いに近接して配置し、このスパッタターゲットと受け板の間の境界面に原子接合を作るために一つ以上の制御した爆発によってこのスパッタターゲットおよび／または受け板を互いの方に加速することによって爆着する。次に、このスパッタターゲットおよび受け板の非接合面を機械加工して最終組立体寸法を達成する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
このターゲット直径と受け板直径が等しい場合、このスパッタターゲット／受け板組立体を被着室に固定するために、接合後このターゲットの外側部を削り取って底フランジ部を作る。このターゲットは、このフランジが受け板材料だけから成るように、この外側部を接合境界面までずっと削り取ってもよく、または代替実施例では、この底フランジ部が一部スパッタターゲットと一部この接合境界面によって分離された受け板材料から成るように、このスパッタターゲットを接合境界面の上の深さまで削り取ってもよい。この後者の場合、ターゲットの厚さを効果的に増すことによって、このスパッタターゲットの有効寿命を延し、それによってまだ全体の標準寸法を維持しながら長寿命のスパッタターゲット／受け板組立体を提供する。
【００１８】
受け板に接合すべきスパッタターゲットの直径がこの受け板より小さい場合、このスパッタターゲットの周りにリングを置き、このスパッタターゲットの接合面プラスリングが受け板の接合面に等しくなるようにしてもよい。爆着後、この組立体を被着室内に固定するために、このリングを削り取って受け板材料から成る底フランジ部を残すことができる。
【００１９】
【発明の効果】
この様にして、スパッタターゲットを受け板に接合する方法で、接合すべき材料の微細構造にも、それらの冶金的および機械的性質にも実質的に影響することなく強い原子接合が作れ、ある場合にはこのスパッタターゲットの寿命を延せる接合方法を提供する。
【００２０】
本発明のこれらおよびその他の目的および利点は、添付の図面およびその説明からより明白となろう。
この明細書に組込まれ、その一部を構成する添付の図面は、この発明の実施例を示し、上記のこの発明の一般的説明、および以下の詳細な説明と共に、この発明の原理を説明する役に立つ。
【００２１】
【実施例】
本発明の原理によれば、スパッタターゲットを受け板に爆着してこのスパッタターゲットのおよびこの受け板の従来の微細構造を変えることなく強い原子接合を作ることによって、接合したスパッタターゲット／受け板組立体を作る。本発明の更なる原理によれば、爆着の原理に関連して長寿命のスパッタターゲット／受け板組立体ができる。
【００２２】
図１を参照して、スパッタターゲットのブランク１０を受け板１２に爆着してもよい。このため、ターゲットブランク１０の底接合面１４を受け板１２の上接合面１６に近接して配置する。近接とは、面１４と１６の間に小さい隔離スペース１８があることを意味する。細い金属線および発泡ブロックのような、隔離装置１９を使ってこの隔離スペースを創り、次にそれらを接合中にこのシステムから容易に排出する。底接合面１４と上接合面１６が一緒にスパッタターゲットのブランク１０と受け板１２のための接合境界面２０を形成する。この接合境界面２０に原子接合を創るためには、面１４および１６の少なくとも一つを他の方へ加速するために一つ以上の制御した爆発を起す。これは、爆薬２２、一般的には箱または枠構造に入った粒状または液体爆発物をスパッタターゲット１０の上、受け板１２の下、または両方に置くことによって達成する。
【００２３】
図２および図３の拡大図は、爆着プロセスの実施例が起っているときを示す。ターゲット１０の上の爆薬２２の漸進的爆発が、ターゲット１０の一つの側から他へ、矢印で示すように起り、爆発生成物２４、例えば、膨張ガスによって発生した力がターゲット面１４を受け板の面１６の方へ加速して接合境界面２０を創る。それによってプラズマジェット２６がターゲット１０と受け板１２の間にでき、それが隔離装置１９をこのシステムから排出する。
【００２４】
爆着に必要な爆発範囲は、大抵の商業的に製造した爆薬に必要なもの以下である。適切な爆発特性をアマトール、ダイナマイトまたはＮＣＮのような産業爆薬の一つまたは組合せによって達成できる。この接合プロセスによって発生する騒音および振動のために、この作業は、地理的遠隔地で、坑道若しくは掩蔽壕の中、または爆破室若しくは真空室の中で行ってもよい。
【００２５】
爆発が完了してから、接合したスパッタターゲット／受け板組立体３０は、図４に示すように存在し、スパッタターゲット１０が受け板１２に境界面２０で接合されている。この接合境界面２０は、この爆着プロセスの結果として波状形態を有する。強い原子／冶金的接合がスパッタターゲット１０と受け板１２の間にできるが、この波状接合境界面２０に特有の局部変形を除いて、このスパッタターゲットまたは受け板材料の冶金的性質の変化は生じない。この爆着プロセスは、非高温で起り、それでこのプロセスから発生する熱は、構成受けおよびターゲット金属に熱伝達するには不十分な時間しか発生せず、従って、この受けおよびターゲット金属に結晶粒の成長を生ずる程の温度上昇はない。
【００２６】
図５を参照して、スパッタターゲットのブランク１０が受け板１２より直径が小さい代替実施例を提供する。爆着工程中、スパッタターゲットのブランク１０が受け板１２より小さいところで、受け板１２の露出した上面への損傷を被るかも知れない。それで、この実施例では、スパッタターゲット１０の周りにリング３２を置き、底接合面１４の直径を受け板１２の上接合面１６のそれと一致するように効果的に増加する。そこでこのターゲットブランク１０プラスリング３２を受け板１２の上接合面１６に近接して配置し、爆発物２２を上記のように爆発させて、図６に示すような、接合したターゲット／受け板組立体３４を作る。
【００２７】
この爆着工程後、接合したスパッタターゲット／受け板組立体３０または３４は、スパッタ被着室（図示せず）に挿入するために図７に示すような最終寸法に機械加工しなければならない。この接合し且つ機械加工した組立体３６を形成することは、典型的には、図７に仮想線で示すように、スパッタターゲットブランク１０の一部をその上面３８から削り取ってスパッタ面３９を作り、およびやはり図７に仮想線で示すように、受け板１２の一部をその底面４０から削り取って機械加工した底面４１を作ることを伴う。このスパッタ面３９から受け板１２の機械加工した底面４１までの厚さＴは、業界標準によって決められた固定寸法である。最終寸法へのこの機械加工は、更にこの接合し且つ機械加工した組立体３６を、例えば、クランプまたはねじ締結によって、スパッタ被着室に逆さにした位置で固定できるようにするための周辺底フランジ４２を形成することを含む。図７で、この周辺底フランジ４２は、スパッタターゲットの直径が受け板直径に等しい図４の場合のように、スパッタターゲットブランク１０の側縁から外部を削り取るか、またはスパッタターゲットの直径が受け板直径より小さい図６の場合のように、リング３２を削り取るかしてフランジを形成するように露出した受け板１２の外縁部から成る。どちらの実施例でも、フランジ４２の形成は、接合境界面２０の位置を定めるために精密機械加工が必要である。フランジ４２の高さＨも業界標準によって決められた固定寸法である。図７に示し且つ説明する実施例は、本発明では構成材料の微細構造に影響することなく組立部品間に高度に強い接合が出来ることを除いて、受け板の外部がフランジとして役立つ従来技術のスパッタターゲット／受け板組立体に構成が類似する。
【００２８】
図８を参照すると、図７の接合し且つ機械加工した組立体３６の拡大図が示されている。本発明の爆着法は、波の振幅Ａが標準ターゲット／受け板組立体で約１．０〜１．５ｍｍである波状接合境界面２０を創る。この被着プロセス中、このターゲットをずっとスパッタし、即ち、このターゲット１０を通り受け板１２まで達する孔をスパッタするのは好ましくない。典型的ターゲット／受け板組立体では、このターゲットを典型的には、仮想線で示す、水平接合境界面４６、またはこの受け板に突抜ける前のこの境界面４６の直ぐ上の深さまでスパッタしてもよい。図８の拡大図に示す組立体３６のような、本発明の爆着組立体では、ターゲットをスパッタしてもよい深さＤは、波状接合境界面２０の振幅Ａによって制限される。それで、爆着したスパッタターゲット／受け板組立体で、ターゲット１０をスパッタしてもよい最大深さＤは、この受け板１２に突抜ける前の、この波の上面４８、またはその直ぐ上までである。図８に仮想線で示すような、水平型接合境界面に比べて、使用可能なターゲット材料のほぼこの波の振幅Ａに等しい量が強い原子接合を達成し且つこのターゲットおよび受け板材料の微細構造を維持するために喪失することが明白である。
【００２９】
図９および図１０に示す、本発明の接合し且つ機械加工した組立体５０の代替実施例では、図４のターゲット／受け板組立体３０を機械加工する際に、受け板１２の大部分をこの受け板１２の底４０（仮想線で示す）から除去して機械加工した底面４１を作り、一部をターゲット１０の上面３８からも除去してスパッタ面３９を作る。その上、ターゲットブランク１０の側縁から外側部を除去して、スパッタターゲット材料の上部５４および接合境界面２０によって分離された受け板材料の底部５６から成る、高さＨの周辺底フランジ５２を創る。このフランジ５２の高さＨは、図７のフランジ４２の高さＨに等しく、それで両実施例が業界標準寸法に合格する。図９、および図１０の拡大図に示すように、ターゲット１０をスパッタしてもよい最大深さＤ’は、受け板１２に突抜ける前の、境界面２０の波の上面４８、またはこの波の直ぐ上までである。しかし、この最大深さＤ’は、図１０で図８の実施例の最大深さＤより大きい。それで、図９および図１０の実施例のターゲット１０は、受け板材料に突抜ける前に大きい深さまで、従って長期間スパッタできる。実際に、接合境界面２０がこの接合し且つ機械加工したターゲット／受け板組立体５０で下方に動かされ、本質的に長期間スパッタできる厚いターゲット１０を創る。それで接合境界面２０をこの組立体５０の底の方へ動かすことによって、長寿命スパッタターゲット／受け板組立体ができる。この実施例は、まだこの組立体の一部に安価な受け板材料の使用を可能にしながら、業界標準寸法に合格する。
【００３０】
本発明をその実施例の説明によって明らかにし、この実施例をかなり詳しく説明したが、前記請求項の範囲をそのような詳細に制限しまたは如何なる方法でも限定することを意図しない。付加的利点および修正は、当業者に容易に明白だろう。従って、この発明は、その広い側面で、図示し且つ説明した特定の詳細、代表的装置および方法並びに実施例に限定されない。それ故、出願人の一般的発明概念の範囲または精神から逸脱することなく、そのような詳細から逸脱することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】接合する前のスパッタターゲットおよび受け板の第１実施例を描く概略断面図である。
【図２】接合プロセス中のスパッタターゲットおよび受け板を描く概略断面図である。
【図３】図２の部分３の拡大図である。
【図４】第１実施例の接合したスパッタターゲット／受け板組立体を描く概略断面図である。
【図５】接合する前のスパッタターゲットおよび受け板の第２実施例を描く概略断面図である。
【図６】第２実施例の接合したスパッタターゲット／受け板組立体を描く概略断面図である。
【図７】最終寸法に機械加工した、第１実施例または第２実施例の接合したスパッタターゲット／受け板組立体を描く概略断面図である。
【図８】図７の部分８の拡大図である。
【図９】最終寸法に機械加工した、第１実施例の長寿命の接合したスパッタターゲット／受け板組立体を描く概略断面図である。
【図１０】図９の部分１０の拡大図である。
【符号の説明】
１０  スパッタターゲット
１２  受け板
１４  底接合面
１６  上接合面
２０  接合境界面
３２  リング
３６  スパッタターゲット／受け板組立体
４２  周辺フランジ
５０  スパッタターゲット／受け板組立体
５２  周辺フランジ
５４  上部
５６  底部
Ｈ  フランジ厚さ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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