JP2008523251A - ターゲット管と支持管との間に配置された結合層を備える管状ターゲット - Google Patents

Abstract

本発明は、管状ターゲットであって、円筒形の１つの支持管及び該支持管の外周面上に配置された少なくとも１つのターゲット管を備えていて、前記ターゲット管と前記支持管との間に結合層を配置してある形式のものに関し、本発明に基づき、結合層は導電性でかつ９０％より大きな濡れ度を有している。

Description

本発明は、管状ターゲットであって、円筒形の１つの支持管及び該支持管の外周面上に配置された少なくとも１つのターゲット管を備えていて、前記ターゲット管と前記支持管との間に結合層を配置してある形式のものに関する。

大きな面積のサブストレート若しくは基板、例えば製造分野及び建築領域のためのガラス、自動車用のガラス、若しくは平面画像スクリーンパネル(flat image screen panel)等をスパッタリングするためには、大きな面積のフラットターゲット(flat target)若しくは平面ターゲット(planar target)を用いている。このようなターゲットは、スパッタリング時の材料歩留まりが比較的低く約３０〜４０％である。管状ターゲットの使用は、ターゲットの９０％までの材料歩留まりを可能にして、スパッタリング過程中の粒子の遊離につながる再沈着区域の発生を最小にしようとするものである。管状ターゲット（チューブ状ターゲット[tublar target]）の製造のために、従来は一般的に熱スプレー法、例えばプラズマスプレー法若しくはアークスプレー法を用いており、この場合にターゲット材料はスプレー法によって直接に支持管（キャリアチューブ[carrier tube]）上に被覆される。このような方法の欠点は、一般的に高い酸性値、仕上げ過程時の高い材料損失、及び長いプロセス時間、ひいては高いエネルギー及びガス消費量にある。新たな方法は、ターゲット材料を支持管上に直接に注入成形するものである（ドイツ連邦共和国特許出願公開第１００４３７４８号明細書、ドイツ連邦共和国特許出願第１００６３３８３号明細書）。該技術は、低溶融の材料、例えばSn及びZnにとって用いられ、接合構成部材構造のターゲット材料を供給するものである。支持管に対して熱膨張係数が著しく異なりかつ溶融点の高い管状のスパッタリング材料は、従来の技術では製造できていない。したがって、幾つかの材料、例えばAg、Zn、SiAlから短い管状の部分を溶融及び注入によって形成して、次いで一緒に支持管に被せ嵌めて固定するようになっている（ドイツ連邦共和国特許出願第１０２５３３９１号明細書）。この場合に支持管は、ターゲット構造体の機械的な安定性を生ぜしめるものである。

支持管上でのターゲット部分の固定は、フラットターゲットの製造技術によってろう材を用いて行われている。支持管とターゲット部分との間の固定部の品質は不十分なものである。これに対する幾つかの原因は、種々のターゲット材料に対する標準ろう材の低い濡れ性、ターゲット材料とターゲット管とに対するろう材の互いに異なる濡れ性、ターゲット材料とターゲット管との間の著しく異なる熱膨張係数、ターゲット材料とろう材とによる合金形成、ターゲット材料の低い熱伝導性、ひいてはろう付け過程の制御の困難性、ろう付け過程中の長い距離にわたる温度制御の困難性、制御不能なろう材充填、ターゲット材料及びターゲット管の表面の酸化、並びにろう付け過程中のろう材の酸化等にある。

本発明の課題は、従来技術を改善して、確実に機能するターゲット管を提供することである。

前記課題は本発明に基づき請求項１に記載の特長によって達成される。本発明に基づき区分的若しくは部分的に構成される管状ターゲットは、１つの支持管及び１つ若しくは複数のターゲット区分若しくはターゲット部分から成っている。本発明に基づく管状ターゲットは、ターゲット管（ターゲットチューブ[target tube]]）と支持管との間の結合層が導電性でありかつ＞９０％の濡れ度を有していることを特徴としている。有利には、結合層は＞９５％の濡れ度を有している。

有利な実施態様では、前記塗れ度はターゲット管の外周面並びにターゲット管の内周面に前記高い塗れ度を生ぜしめられてある。つまり結合層はターゲット管並びにターゲット管に対して高い濡れ度を有している。有利な別の実施態様では、ターゲット管及び／又は支持管の少なくとも１つの端面に、接続片若しくは支承受容部又は軸受け受容部若しくはフランジを配置してある。ターゲット管及び／又は支持管の記載は、ターゲット管と支持管の少なくともいずれか一方を意味している。さらに有利な実施態様では、少なくとも１つのターゲット管は少なくとも１つの端部に、拡大された直径を有している。ターゲット管の材料は、Cu、Al、Zr、Mo、W、Ti、Cr、Ni、Ta、Nb、Ag、Zn、Bi、Sn、Si、若しくはこれらの元素の少なくとも１つをベースとした合金、若しくはセラミック材料から成っていてよく、Alの場合に、有利には希土類元素、例えばNdを含む合金、つまり希土類元素とAlとの合金から成っている。さらに有利には、ターゲット管は、中実の材料片若しくは中実の材料接着層（むくの部材）から加工成形され、若しくは中空円筒体の鋳造成形、若しくは押し出し成形、若しくは連続鋳造、若しくは焼結成形、若しくは熱間等圧プレス成形によって形成されている。殊に結合層は導体製接着材、導電性接着材若しくはろう材を含んでいる。ターゲット管及び／又は支持管に直接にろう材を施してあり、若しくはターゲット管及び／又は支持管に少なくとも１つの接着材層若しくは濡らし材層或いは湿潤材層を施しかつ該接着材層若しくは濡らし材層上にろう材を施してあり、この場合にろう材は、In、Sn、InSn、SnBi、若しくは溶融温度３００℃以下の低溶融の別のろう付け合金を含んでおり、若しくはこれらの材料から成っている。ろう材を直接に施す手段は、接着材層若しくは付着材層を設ける手段に比べてコスト削減の利点を有している。別の実施態様では、ターゲット管及び／又は支持管は、ニッケルベースの接着層で被覆され、特にニッケル及びアルミニウムの合金若しくはニッケル及びチタンの合金から成る接着層で被覆されている。アルミニウム合金製の接着層も、ベース材料に対する良好な濡れ性及び接着性若しくは付着性を有している。支持管は有利には鋼から成っているものの、別の材料、例えばチタンから成っていてもよい。

特に本発明に基づく管状ターゲットは、ディスプレー被覆の形成のために用いられ、高い耐用年数を有し、低コストを達成し、安定したスパッタリングプラズマの形成及び冷却を目的として支持管とターゲット材料との間の熱伝導性及び導電性の良好な結合を可能にしている。さらなる利点として、高価なターゲット材料を最適に、後に除去されるべき外周領域にのみ使用することによって、結合過程時の冷却の適切な制御に基づき、下方から上方への直接的な凝固、ひいてはポアー（細孔）及び気泡の少ない結合部を達成している。

支持管の表面は、あらゆる汚れの除去、酸化物及び残留スケールの除去、並びに粗面調整のために前処理される。次いで支持管の表面に、１ｍｍより薄い熱伝導性の良好な均一な被膜若しくは層を施し、該被膜若しくは層はろう材に対する濡れ特性を有し、ターゲット材料と支持管との間の熱による応力を補償するものである。有利な被膜材料は、Al、Ni、Cu、Zn、及びこれらの物質の合金である。同様に管状若しくはチューブ状のターゲット区分の内周面を処理する。材料特性に依存して、材料に適した方法を選ぶようになっている。被膜を施した、つまり成形した後に、ターゲット側にも支持管側にも、使用すべきろう材に適合した１ｍｍより薄い中間層を施すことも可能である。中間層の有利な材料は、Al、Ni、Zn、In、Sn、Bi、及びこれらの物質の合金である。中間層を施した後に、ターゲット側にも支持管側にも、気化性の油若しくはオイルから成る薄い潤滑膜層若しくは減摩膜層を施すことも可能である。潤滑膜層若しくは減摩膜層は、本来のろう付け過程の前に完全に除去される。

前述のようにして準備された管状ターゲットは、例えば管形炉内の不活性のスカベンジング雰囲気中で均一に加熱され、次いで支持管とターゲット区分との間のろう付け間隙は、これらの材料に適合されたろう材を充填される。間隙内にろう材を下方から充填する場合にも上方から充填する場合にも、材料に依存して圧力下での充填を選ぶことができる。特殊な材料組み合わせにとっては、ろう材の充填は物理的な活性作用若しくは励起作用を用いて、例えば機械振動を与えながら行われると有利である。ろう材を完全に充填した後に、ろう材の凝固のために所定の冷却プログラムを実施するようになっている。管状ターゲットの熱伝導並びに強度に対する要求のわずかに高い場合には、ターゲット区分は接着手段によって支持管上に固定されるようになっている。このために、熱伝導性の接着材を用いてあり、接着材は支持管とターゲット区分との間の間隙（ギャップ）を満たして素材結合部を形成するようになっている。管状ターゲットの熱伝導に対する要求が低くかつスパッタリング出力が低い場合には、管部分若しくは管区分（ターゲット区分）は、支持管上にばね機構若しくはクランピング機構を用いて取り付けられるようになっていてよい。

次に本発明を図示の実施例に基づき詳細に説明する。図１は、管状ターゲットの平面図である。支持管１上に複数のターゲット管２を区分状に装着してある。製造工程は次に示す通りである。

例１：長さ１．５ｍ、外径φａ＝１３３ｍｍ、内径φｉ＝１２５ｍｍの鋼製の支持管１は、前処理のためにHCI:HNO3から成る混合物内に浸けられる。さらに支持管１の表面はブラシ工程によって粗面化して活性化される。次いで支持管の表面に、Cu・層を約０．０２ｍｍの厚さの中間層として電気めっきによって施すようになっている。３つのアルミニウム製の管区分２は、遠心鋳造法若しくは遠心流し鋳込み法で成形され、それぞれ０．４ｍに切り出されていて、外側及び内側からローラを当てられてφｉ＝１３５ｍｍ若しくはφａ＝１５４ｍｍに加工される。アルミニウム製の管区分の内周面も同じく銅めっきされる。

支持管の中間層は、約０．５ｍｍの厚さのSn・ろう材シート（Sn製ろう材箔）で全面的に覆われ、Sn・ろう材シートはガスバーナーを用いた局所的な加熱によって溶着される。アルミニウム製の管区分（アルミニウム製ターゲット管区分又は管状のターゲット区分）２の中間層は、約０．５ｍｍの厚さのインジウム製シート（インジウム製箔）で全面的に覆われ、インジウム製シート（インジウム製箔）はガスバーナーを用いた局所的な加熱によって溶着される。次いで、容易に蒸発可能な油若しくはオイルから成る薄い潤滑膜層を、最終的に施されるべき前記両方の層上に施す。次いで管状のターゲット区分２は、中心位置決め兼間隔保持装置を用いて支持管１上に被せ嵌められる。潤滑膜層は洗い流される。このようにして予め成形された管ターゲットは、ろう付け温度への均一な加熱のために管形炉内で２００℃に均一に加熱される。この場合に、潤滑膜層の残留物は燃え尽きる。酸化及び変色を避けるために加熱中に保護ガスをスプレーするようになっている。ろう付け温度を達成した後に、管状ターゲットは管形炉から取り出され、かつ垂直にされて、垂直形ろう付け装置内に組み付けられる。この場合にすべての間隙は閉鎖シールクリップによって迅速に密閉される。このような準備作業の間は、管状ターゲットは断熱性の材料で覆われていて、内部加熱によって１７０℃に保たれるようになっている。付加的に不活性ガスの吹き付けも維持される。ろう材としての約１．５ｋｇのインジウムは溶融され、かつ２５０℃にされて、ろう材間隙内に注入される。ろう材間隙の１００％の充填を達成するために、ろう材注入中には機械的な励起装置若しくは振動装置を直立している管状ターゲットに接続するようになっている。ろう材を完全に注入（充填）し終わると直ちに、管への加熱及び熱絶縁作用は中断されて、４つの多孔性ランスを介して垂直形ろう付け装置内に圧縮空気による冷却過程を導入するようになっている。冷却率はガス弁を介して制御される。管状ターゲットを室温に冷却させた後に、管状ターゲットは垂直形ろう付け装置から取り出されて、ろう材残留物をきれいに除去される。

例２：長さ１．５ｍ、外径φａ＝１３３ｍｍ及び内径φｉ＝１２５ｍｍの鋼製の支持管１は、前処理のためにHCI:HNO3から成る混合物内に浸けられる。さらに支持管１の表面はサンドブラスト法によって粗面化して活性化される。次いで支持管１の表面に、Ni・層を約０．２ｍｍの厚さの中間層として熱スプレー技術(thermal spray technology)によって施すようになっている。長さ１．４ｍで内径φｉ＝１３５ｍｍ及び外径φａ＝１５４ｍｍのMo-管を粉末冶金法で製造する。Mo-管(Mo-tube)の内周面は残留スケールをブラッシングによって除去され、かつ無電流状態にニッケルめっきされるようになっている。さらなる別の層は施されない。続くろう付け過程は例１に相応して行われる。

例３：長さ１．５ｍ、外径φａ＝１３３ｍｍ及び内径φｉ＝１２５ｍｍの鋼製の支持管１は、前処理のためにブラッシング過程によって粗面化され、次いで電気めっきによってCu・層で被覆される。長さ０．７ｍで内径φｉ＝１３５ｍｍ及び外径φａ＝１５４ｍｍの２つのCr-管区分を粉末冶金法で製造する。両方のCr-管区分(Cr-tube segment)は、熱伝導性及び導電性の接着材を用いて、接着材の液状化の８０℃に加熱して支持管１上に接着される。接着材とターゲット管若しくは支持管１との間の高い濡れ度を達成するために、上述の過程によって準備されたターゲットは約８０℃で約１時間にわたって保たれる。

例４：長さ１．５ｍ、外径φａ＝１３３ｍｍ及び内径φｉ＝１２５ｍｍの鋼製の支持管１は、前処理のためにHCI:HNO3から成る混合物内に浸けられる。固定すべきターゲット材料は、長さ１．４ｍでφｉ＝１３５ｍｍ及びφａ＝１５４ｍｍの１つのAl-管から成っている。内周面は適切な表面処理によって洗浄されて粗面化される。さらなる別の層は施されない。続くろう付け過程は例１に相応して行われる。

管状ターゲットの平面図

符号の説明

１ 支持管、 ２ 管区分

Claims (13)

1. 管状ターゲットであって、円筒形の１つの支持管及び該支持管の外周面上に配置された少なくとも１つのターゲット管を備えており、前記ターゲット管と前記支持管との間に結合層を配置してある形式のものにおいて、結合層は導電性でかつ９０％より大きな濡れ度を有していることを特徴とする、ターゲット管と支持管との間に配置された結合層を備える管状ターゲット。
2. 塗れ度は９５％より大きくなっている請求項１に記載の管状ターゲット。
3. 前記塗れ度はターゲット管の外周面並びにターゲット管の内周面に生ぜしめられている請求項１又は２に記載の管状ターゲット。
4. ターゲット管及び／又は支持管の少なくとも１つの端面に、接続片若若しくはフランジを配置してある請求項１から３のいずれか１項に記載の管状ターゲット。
5. 少なくとも１つのターゲット管の少なくとも１つの端部は、拡大された直径を有している請求項１から４のいずれか１項に記載の管状ターゲット。
6. ターゲット管の材料は、Cu、Al、Zr、Mo、W、Ti、Cr、Ni、Ta、Nb、Ag、Zn、Bi、Sn、Si、若しくは前記元素の少なくとも１つをベースとした合金、若しくはセラミック材料から成っている請求項１から５のいずれか１項に記載の管状ターゲット。
7. ターゲット管は、希土類元素若しくはNdを含むAlから成る合金によって形成されている請求項６に記載の管状ターゲット。
8. ターゲット管は、中実の材料片から加工成形され、若しくは中空円筒体の鋳造成形、若しくは押し出し成形、若しくは連続鋳造、若しくは焼結成形、若しくは熱間等圧プレス成形によって形成されている請求項１から７のいずれか１項に記載の管状ターゲット。
9. 結合層は導体接着材若しくはろう材を含んでいる請求項１から８のいずれか１項に記載の管状ターゲット。
10. ターゲット管及び／又は支持管に直接にろう材を施してあり、若しくはターゲット管及び／又は支持管に少なくとも１つの接着材層若しくは濡らし材層を施しかつ該接着材層若しくは濡らし材層上にろう材を施してある請求項１から９のいずれか１項に記載の管状ターゲット。
11. ろう材は、In、Sn、InSn、SnBi、若しくは溶融温度３００℃以下の低溶融の別のろう付け合金を含んでおり、若しくはこれらの材料から成っている請求項９又は１０に記載の管状ターゲット。
12. ターゲット管及び／又は支持管は、ニッケルベースの接着層で被覆され、若しくはニッケル及びアルミニウムの合金若しくはニッケル及びチタンの合金から成る接着層で被覆されている請求項１１に記載の管状ターゲット。
13. 請求項１から１２のいずれか１項に記載の管状ターゲットを使用する方法において、該管状ターゲットをディスプレー被覆の製造のために使用することを特徴とする管状ターゲットを使用する方法。

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