JP2013534569A - 回転式ターゲット裏当て管結合用組立 - Google Patents

Abstract

【課題】回転式のスパッタリングターゲットを提供する。
【解決手段】結合材が回転式スパッタリングターゲットの端部に隣接してのみ適用されそしてまた回転式スパッタリングターゲットと裏当て管との間の間隙を形成するためにターゲットと裏当て管との間にあるように裏当て管に結合された回転式スパッタリングターゲット、および裏当て管に回転式スパッタリングターゲットを結合するための装置。
【選択図】図２

Description

本発明は、回転式スパッタリングターゲットの分野に関する。特に、本発明は、ターゲット材料を、裏当て管組立に取り付ける方法に関する。

スパッタ蒸着は再現性がありそしてまたプロセスオートメーションし易い。回転式スパッタリングターゲットはスパッタリングプロセスを改善することを示してきた。スパッタリング材料を回転させることによって、ターゲット材料は平面ターゲトと比べるとより連続的で均一なやり方でスパッタリングされる。回転式スパッタリングターゲットは典型的には円筒形で形成されている。

回転式スパッタリングターゲットで特に懸念されるのは高い強度／質量比を有する柔らかな又は可鍛である材料の使用に伴うものである。そのような材料としては銀および金が挙げられる。多くの材料がスパッタリングされるにつれて、回転式スパッタリングターゲットは薄くなり、そしてそれゆえに回転の間に収縮するかあるいは壊れる可能性が高い。この問題を軽減するために、典型的には回転式スパッタリングターゲットは裏当て管によって支持されている。

前記の裏当て管は形状を保持しつつスパッタリングプロセスに耐えることができる材料から構成される。裏当て管は回転式スパッタリングターゲットを支持し、それによってターゲット材料の過剰な屈曲を低減する。

裏当て管を使用する他の利点は、スパッタリングプロセスの間にターゲットを冷却するために冷却流体が裏当て管中を通過することができるということである。冷却が効果的であるために、冷却流体と回転式スパッタリングターゲットとの間に十分な熱的接触があることが重要である。回転式スパッタリングターゲットの構造のための現在の技術では、裏当て管およびターゲット材料間の十分な熱的接触を確保するために回転式スパッタリングターゲットの内面と裏当て管の外面との間の間隔を回避するような方法で裏当て管を取り付けている。

通常、裏当て管は低い熱伝導性を有する材料で作製されている。このことは低融点を有する回転式ターゲット材料にとって特に重要である。高熱伝導率の裏当て管を用いると、初期溶融状況を引き起こす熱取得をもたらすことになる。このことはスパッタリングプロセスにおける漏電と系における危険なアーチ状化を引き起こす。

裏当て管を用いるさらなる利点は裏当て管がターゲット材料よりも低コストの材料で作製されるということである。裏当て管は多くのターゲット材料が変形しないでスパッタリングされることを可能とし、そしてその結果、裏当て管を用いない系と比べると収率を高くする。

回転式スパッタリングターゲットを裏当て管に取り付けるための様々な技術が存在する。そのような技術の１つが裏当て管に回転式スパッタリングターゲットをキャスティングすることである。この技術は基本的に非常に硬い完全な構造をもたらす。しかしながら、キャスティングはキャスティング可能な回転式スパッタリングターゲット材料を用いるときにのみ実現可能である。裏当て管への直接的なキャスティングは難点を有している。例えば、キャスティングは変化しやすい粒径をしばしばもたらし、液体の固体への転移による体積変化から生じる特有の空隙率を有する。これらの不定さおよび欠陥はターゲット系に弊害をもたらす。

回転式スパッタリングターゲットを裏当て管に取り付けるための他の方法はメカニカルの使用、例えばスリーブの使用によるものである。しかしながら、この手法はスパッタリングプロセスにおける問題を生じさせる。スパッタリングプロセスの間、表面で生成されたプラズマに起因してターゲット材料の外面に熱が生じる。次いで、熱はターゲットの塊の中をターゲットの内面まで移行する。内面を冷却するために、典型的には冷却剤が裏当て管の中を流れる。しかしながら、ターゲット材料および裏当て管の熱膨張に比べたスリーブの熱膨張に起因して、回転式スパッタリングターゲットの内面が裏当て管との接触をなくし、それゆえ裏当て管と接触状態にあることによって達成される冷却効果が制限される。裏当て管との接触がひとたび破られると、熱膨張が増加し、問題をさらに悪化させる。

回転式スパッタリングターゲットを裏当て管に取り付けるための他の技術は結合材の使用によるものである。接着剤又は金属合金が回転式スパッタリングターゲットの内面と裏当て管の外面の間に置かれる。このことが２つの面の間に強い結合を生じさせ且つ冷却移動に役立つ。しかしながら、適した結合強度を確保するために、接着剤を回転式スパッタリングターゲットと裏当て管の間に流すときに慎重さが必要である。裏当て管の再使用は、残ったターゲット材料を十分にしっかり固定した結合から取り除くことが困難であるので、困難なプロセスである。

ターゲット材料への冷却移動を向上させるための１つの方法が裏当て管を変更することである。１つの方法は国際公開第２００９０３６９１に述べられているように材料を除いて裏当て管の内面にくぼみを生じさせることである。

冷却移動を向上させるための他の方法は裏当て管に穴を開けることである。そのような穴開けは、内容が参照により本明細書に組み込まれるヨーロッパ特許公開第０７１０１３１０に述べられている。裏当て管における穴開けは冷却流体のターゲット材料との直接的な接触を可能とする。冷却流体の直接的な接触が望ましくない場合は、漏れがなく且つ熱的伝導性である膜がターゲット材料と裏当て管との間で用いられている。回転式スパッタリングターゲットを裏当て管に取り付けるために、水シールに対して減圧を有するスリーブは、ターゲット材料を支持することと冷却流体の漏れを防止することの両方のために用いられている。あるいは、裏当て管がスリーブ内に完全に含まれる一方で、回転式スパッタリングターゲットが引き伸ばされる。

低コストで且つ高い強度／質量比を有する裏当て管が望ましい。

加えて、回転式スパッタリングターゲットを裏当て管に確実に結合することが可能であることが望ましい。

さらに、裏当て管の除去および再使用が容易であるために回転式スパッタリングターゲットを裏当て管に取り付けることができることが望ましい。

また、回転式スパッタリングターゲットを裏当て管に繰り返し結合可能であるための治具を有することが望ましい。

加えて、特定の環境下での冷却を向上させるために冷却流体を回転式スパッタリングターゲットと直接的に接触させることが望ましい。

本発明は、１つの形態では、結合材が回転式スパッタリングターゲットの端部に隣接してのみ適用されていて且つ回転式スパッタリングターゲットと裏当て管との間の間隙をそうでなければ形成する厚さであるように裏当て管に結合されている回転式スパッタリングターゲットを含む。

他の形態では、本発明は、回転式スパッタリングターゲットへの冷却特性に係る熱的移動の向上を可能にする穿孔を有する裏当て管を含む。前記穿孔裏当て管は、より効果的な熱移動のために冷却流体が裏当て管内の穿孔を通って、ターゲットの内側の表面領域に直接接することを可能とする。

さらに他の形態では、本発明は、裏当て管に結合された回転式スパッタリングターゲットを結合するための治具を含む。本発明の治具は結合材をそれぞれの端部での適用を可能にするために、裏当て管と回転式スパッタリングターゲットとを適所に保持している。

特に、本発明の治具は、結合材の適用と硬化の間、ターゲット材料の外面を加熱および冷却するために可変温度エネルギー帯とともに裏当て管の内面を加熱するために加熱プラグを含む。任意に、前記治具は、さらに結合材の適用を可能にするために回転式スパッタリングターゲットと裏当て管との間に間隙を生じさせる突起を含む。

他の形態において、本発明は、回転式スパッタリングターゲットを裏当て管に結合するための方法を含む。前記方法は、裏当て管と回転式スパッタリングターゲットとを治具内に置くこと、そして回転式スパッタリングターゲットと裏当て管との間にあって且つまた回転式スパッタリングターゲットの端部に隣接している結合材を適用すること、次いで結合材を他の端部で適用するために回転式スパッタリングターゲットと裏当て管とを反転させることを含む。

本発明の利点は、治具の使用が回転式スパッタリングターゲットの裏当て管への繰り返し可能で且つ信頼性のある結合を提供するということである。

本発明のさらなる利点は、接着剤の裏当て管と回転式スパッタリングターゲットとの間の領域の端部にのみ適用して、ひとたび回転式スパッタリングターゲットが消費されると、裏当て管から取り除くための能力が向上するということである。

本発明のさらに他の利点は、裏当て管内の穿孔が冷却流体の回転式スパッタリングターゲットへの改良された熱移動を可能にするということである。

本発明は、添付の図面を参照して開示される。

図１は、従来技術による裏当て管に接着された回転式ターゲットを有する従来の裏当て管の断面図である。 図２は、１つの実施態様による裏当て管に接着された回転式ターゲットを有する裏当て管の断面図である。 図３は、穿孔裏当て管のグラフィック描写である。 図４は、穿孔裏当て管の端部つばのグラフィック描写である。 図５は、穿孔裏当て管のグラフィック描写である。 図６は、１つの実施態様による結合用治具の断面図である。 図７Ａは、図６に示される結合用治具の拡大断面図である。 図７Ｂは、先細くさびの使用を示す拡大断面図である。 図８は、シーリング材の漏れを防止するためにシーリングリングを圧縮するために加えられている加重のグラフィック描写である。 図９は、シーリングリングを圧縮するためにねじ棒を有するシーリング装置のグラフィック描写である。 図１０は、１つの実施態様による回転式ターゲット材料を裏当て管に取り付けるためのプロセスフローチャートである。 図１１は、１つの実施態様による接着剤突起部を有する裏当て管の断面図である。 図１２Ａは、１つの実施態様による回転組立台の概略図である。 図１２Ｂは、１つの実施態様による回転組立台の概略図である。 図１３は、１つの実施態様による逃げ貯留層を有する裏当て管へのターゲットの結合工程を示す工程系統図である。 図１４は、１つの実施態様による逃げ貯留層を有するターゲットの裏当て管への結合工程を示す工程系統図である。

対応する参照数字はいくつかの図を通して該当部分を示すものである。本明細書および図面において示される例は本発明のいくつかの実施態様を示しているが、本発明の範囲をいかようにも限定するものとして解釈されるべきではない。

本発明の結合治具の使用によって形成される不連続の接着剤層は、ひとたびターゲットが許容限度まで消費されると残部のターゲット材料の容易な除去を可能とし、回転式ターゲット材料の裏当て管への十分な結合を可能とする。１つの実施態様において、穿孔裏当て管を使用すると、不連続の接着剤層はスパッタリング工程の間、冷却流体とターゲット材料の内面との直接的な接触を可能とする。

前記回転式スパッタリング材料および裏当て管のサイズは材料およびスパッタリング装置の選択によって大きく変わり得る。スパッタリング装置が変化すると、ターゲット材料および裏当て管の好適なサイズが変化する。それゆえ、本明細書で定められる寸法は説明の目的のためだけのものであって、記載される発明に関して限定することを意図するものではない。

図１を参照すると、従来技術による裏当て管に結合した回転式スパッタリングターゲットが示されている。ターゲット材料１０は結合材１１によって裏当て管１２に結合されている。結合材１１はターゲット材料１０の第１の端部１３から連続的に第２の端部１２まで延びている。

図２を参照すると、本発明の１つの実施態様による裏当て管に結合した回転式ターゲット材料がある。前記ターゲット材料１１０はターゲット結合材１２０によって裏当て管１００に結合されている。前記結合材１２０は、この結合材が第１の端部１１１および第２の端部１１２の近くにのみ適用される点において不連続である。それによって、ターゲット材料１１０と裏当て管１００との間に間隙１１３を生じさせている。前記の間隙１１３は説明の目的のため誇張されることが知られる。実際には、前記の間隙は通常は３ｍｍであって、特別な用途では１ｍｍ未満の間隙を有する。

事実上、任意の材料が回転式スパッタリングターゲット材料として供給され得る。適した回転式スパッタリングターゲット材料としては、限定されないが、合金、混合物、純金属、セラミック、酸化物、窒化物、ホウ化物、炭化物、フッ化物および硫化物が挙げられる。１つの実施態様において、金属ターゲットが望ましい組成からなる酸化物又は窒化物薄膜層に蒸着するために酸化又は窒化スパッタリング金属イオンによってスパッタリングされる。これらのスパッタリング技術は可能性のあるスパッタリング技術の完全なリストを構成しないし、特定のスパッタリング技術はスパッタリングターゲット材料に依存し且つ当業者に公知である。現在の装置は約６”（インチ）〜１５２インチの長さ、約２インチ〜６インチの内径および６インチ〜９インチの外径を有する。スパッタリング装置が変わるとこれらの寸法は限定的であることを意図していない。

前記結合材は回転式スパッタリングターゲットを裏当て管に結合するために用いられる。前記結合材は通常スパッタリング材料に比べて高い強度／質量比を有しているが、これは全ての適用において必須ではない。適した結合材としては、限定されないが、はんだタイプの材料、ビスマスタイプの材料、箔、インジウム、インジウム／スズ、銀／スズおよび類似の合金が挙げられる。前記の結合材は回転式ターゲットと裏当て管の材料特性に基いて選択されるべきである。１つの実施態様において、前記結合材は回転式スパッタリングターゲットを裏当て管に結合するだけでなく、真空シールを提供する。また、他の実施態様においては、前記結合材はスパッタリング工程の間に冷却流体の圧力に抵抗するために十分なシーリングを形成する。

前記裏当て管は通常、高強度と低コストを有する材料から選択される。裏当て管は回転スパッタリングターゲットの重量を支持するために適した材料から構成され、且つ厚さを有していなければならない。さらに、裏当て管は真空チャンバーを利用する装置内で相変化しないように真空適合性であるべきである。裏当て管の選択において、結合材に十分に強い結合を生じさせることを可能にする材料を用いることが重要である。一般的に、裏当て管は、スパッタリング工程でよく用いられる磁場に影響を及ぼさないように非磁性体で構成されている。適した裏当て管材料としては、限定されないが、ステンレス鋼、アルミニウムおよびチタンが挙げられる。裏当て管は通常、回転式スパッタリングターゲットと同様の寸法を有する。裏当て管はスパッタリング装置への付着のために回転式スパッタリングターゲットよりも長い。加えて、裏当て管の外径は回転式スパッタリングターゲットの内径に近いことが必要である。１つの実施態様において、裏当て管の外径と回転式スパッタリングターゲットの内径との間の差は３ｍｍ未満である。他の実施態様において、裏当て管の外径と回転式スパッタリングターゲットの内径との間の差は１ｍｍ未満である。

図１１を参照すると、他の実施態様による裏当て管が示されている。裏当て管９０１は接着剤９０３を含むために接着剤突起部９０２を有する。前記接着剤突起部９０２は、ターゲット９０４の結合を促進するために接着剤９０３を２つの接着剤突起部９０２間の領域に保持する。他の実施態様において、裏当て管は各端部に隣接して１つだけの接着剤突起部を有する。当然のことながら、本発明の範囲を損なうことなく任意の数の接着剤突起部が用いられ得る。裏当て管の両側には突起部を有して示されているが、当然のことながら、裏当て管は外径での突起部のみを有して形成されて内径を滑らかにし得る。

任意的には、前記裏当て管は、使用後に裏当て管からのターゲット材料の除去を容易にするために離型剤でコーティングされている。前記離型剤は結合材が適用される裏当て管の領域に最も近くに適用される。前記離型剤は離型剤が適用される領域において裏当て管への結合材の結合を妨げる。また、ターゲット材料の取り外しを容易にすることに加えて、離型剤は裏当て管と回転式スパッタリングターゲットとの間に生じた間隙に結合材が流れ込むのに役立つ。当業者は、特定のスパッタリング装置の温度は適した離型剤の選択において考慮されねばならないことを理解するであろう。適した離型剤としては、限定されないが、グラファイトベースのアルコール、グラファイトベースの塗料、乾燥グラファイト潤滑剤、例えばＡｃｈｅｓｏｎ（アチソン）ＤＡＧ１５４、および結合材を有することを意図されない裏当て管の領域に結合材が接着することを防止するためにはんだ業界全体にわたって一般に用いられる他の化合物が挙げられる。１つの実施態様において、グラファイトベースのアルコールが適用の容易さのため用いられる。前記アルコールは加熱工程の間に蒸発され、結合材の接着を防止するグラファイト膜を残す。

図２を参照すると、回転式スパッタリングターゲット材料１１０は、裏当て管の一部が露出部１０４であるように裏当て管１００に結合されている。前記の露出部分はスパッタリング装置への取り付けを可能とし、そして露出した部分の長さは用いられる特定のスパッタリング装置に依存する。結合材１２０は一部のみが裏当て管に結合されるように回転式スパッタリングターゲット材料１１０の端部に適用される。１つの実施態様において、結合材は回転式スパッタリングターゲットの端部から内面１１４に沿うのに満たないまで延びている。１つの実施態様において、結合材は回転式スパッタリングターゲットの１つの端部に近接して始まり、そして回転式スパッタリングターゲットの全長さの３分の１に満たないまで延びている。他の実施態様において、結合材は回転式スパッタリングターゲットの１つの端部に近接して始まりそして回転式スパッタリングターゲットの全長さの５分の１に満たないまで延びている。穿孔裏当て管が用いられる実施態様において、結合材が穿孔を過ぎて延び得て、且つ回転式スパッタリングターゲットは結合材が流動阻止シールを生じさせるように穿孔の端部を越えて延びる。

図３−５を参照すると、１つの実施態様による裏当て管が示されている。前記の裏当て管１００は、冷却流体が裏当て管に結合されたターゲット材料に直接的接触を可能とする一連の穿孔１０３を有している。前記穿孔は裏当て管の完全な状態を維持しつつ、冷却流体が穿孔を通って流れることを可能とするように任意のサイズ、形状およびパターンであり得る。前記穿孔は冷却流体が裏当て管を通って通過し、そして回転式スパッタリングターゲットの内面に接することを可能とするために穴、細長い隙間又は任意の開口部であり得る。前記穿孔は流れ特性を最適化するために様々なサイズのものであり得る。図３は表面の一部のみに穿孔を有する裏当て管１００を図示している。当然のことながら、適用により多いか少ない穿孔が用いられ得る。

任意的に、裏当て管１００は、裏当て管の周囲にらせん状に継ぎ目１０２を形成してらせん状に巻かれたシート材料から形成される。継ぎ目１０２を用いることによって、本発明の製造方法は簡素化されそして様々な長さの裏当て管を形成することができる。前記裏当て管は継ぎ目を有して示されているが、裏当て管はらせん形の継ぎ目を用いないで形成され得る。例えば、裏当て管は、シート材料から形成されそして裏当て管の円筒長さに沿って継ぎ目を形成して巻かれ得る。あるいは、裏当て管は心材から継ぎ目をもたらさないで形成され得る。さらに、裏当て管は継ぎ目を有する領域に沿って追加の穿孔を有するか、あるいは穿孔を全く有さなくてもよい。

裏当て管１００の各端部は末端つば１０２を有している。１つの実施態様において、末端つば１０２は裏当て管１００の露出した端部である。前記末端つば１０２は裏当て管１００のスパッタリング装置への取り付けを可能にする。任意に、末端つばは冷却流体の吸入と排出用の取り付けを有し得る。

図６および図７Ａ−７Ｂを参照すると、前記回転式スパッタリングターゲットの裏当て管への結合のための結合治具が示されている。前記結合治具２００は裏当て管１００を収納するための心立て土台２１０を含む。前記裏当て管１００の外面は心立て土台の内径２１２の周囲にしっかりと収まっている。心立て土台２１０の上表面２１１に沿って突起面２１３がある。前記突起面２１３は心立て土台の内径２１２に沿って上表面２１１の上方に延びる環を形成している。１つの実施態様において、前記突起面は内径２１２から先細になりそして上表面２１１で終端とする。

任意的に、加熱プラグ２０１が裏当て管１００の径の内側に挿入される。前記加熱プラグの先細面２０４が裏当て管１００の内面を圧迫する。前記加熱プラグ２０１は発熱体２０２を含有する。１つの実施態様において、前記発熱体２０２は加熱流体の流動を可能にする流体通路である。前記加熱流体は熱伝達を促進する任意の流体、例えば水又は空気であり得る。任意の適した流体が熱伝達を促進するために用いられ得る。他の実施態様において、前記発熱体２０２は電子発熱体である。さらに、可変温度エネルギー帯２２０がターゲット材料１１０の周囲に設置され得る。前記可変温度エネルギー帯２２０は任意に冷却要素２２１と発熱体２２２を有する。前記内側リング面２２３は熱伝達を開始するためにターゲット材料に支えられている。前記裏当て管１００の内面上の加熱プラグ２０１とターゲット材料１１０の外面上の可変温度エネルギー帯２２０の両方を用いることによって、加熱と冷却の速度と方向が操作され且つ最適化され得る。この特徴が異なる熱膨張係数を有する裏当て管およびターゲット材料にとっての熱的および機械的応力の操作を可能とする。１つの実施態様において、結合力を増加させるために結合材の冷却の間に圧縮力が適用される。荷重を支えるために結合が必要ならば、結合力を増加させることが有利である。

回転式スパッタリングターゲット材料１１０が裏当て管１００の周囲に設置される。回転式スパッタリングターゲット材料１１０は前記突起面２１３の上に載っている。１つの実施態様において、前記突起面２１３は裏当て管１００の周囲の回転式スパッタリングターゲット材料１１０の心立てを促進するために、図７Ａに示すように段のある外観又は図７Ｂに示すように先細の面を有している。回転式スパッタリングターゲット材料１１０が前記突起面２１３の上に載っていると、間隙１１３が回転式スパッタリングターゲット材料１１０と裏当て管１００との間に形成される。１つの実施態様において、前記間隙は３ｍｍ未満である。他の実施態様において、前記間隙は１ｍｍ未満である。

結合材１２０は間隙１１２の一部を満たすために設置される。任意の適した結合手段が用いられ得る。例えば、１つの実施態様において、加熱された結合材が間隙の頂上に設置されそして回転式スパッタリングターゲット材料１１０の底部まで流れて結合材１２０の１つの層を生じさせる。他の実施態様において、前記突起面２１３を結合することは突起面２１３から間隙１１３中への結合材の流れを可能とするために結合材注入部（図示せず）を含む。他の実施態様において、ターゲット材料１１０を取り付ける前に結合材１２０が裏当て管１００に適用される。

他の実施態様において、裏当て管１００は水平に保持され、そして裏当て管１００とターゲット材料１１０との間に間隙１１３が形成される。結合材１２０はターゲット材料１１０の端部に隣接した間隙１１３に入れられる。次いで、間隙１１３が結合材の動きを防止するためにシーリングされる。端部は結合材が加熱工程の間に漏れるのを防ぐために適した手段、例えばはんだ、溶接又は耐熱性テープによって密封される。

さらに他の実施態様において、図１１に示されるものと同様の接着剤突起部を有する裏当て管が用いられる。前記の突起部は結合材に自己配列を提供するために裏当て管に沿って機械加工又は溶接される。次いで、前記結合材は突起部間で覆われそして任意的にはんだ付け又はタック溶接によって所定の位置に保持される。次いで、裏当て管はターゲット材料に挿入され、突起部が結合材の引き裂きを防止する。ひとたび取り付けられると、結合材は裏当て管とターゲット材料との間に結合を形成するために加熱され得る。

１つの実施態様において、可変温度エネルギー帯２２０が回転式スパッタリングターゲット材料１１０の周囲に設置されている。可変温度エネルギー帯２２０の内側リング面２２３は回転式スパッタリングターゲット材料１１０の外面と接している。可変温度エネルギー帯２２０は、結合工程を促進するために回転式スパッタリングターゲット材料１１０を、そしてそれによって結合材１２０を加熱又は冷却する。前記可変温度エネルギー帯２２０は多くの発熱体および冷却要素を含有し得る。１つの実施態様において、可変温度エネルグー帯２２０は少なくとも１つの発熱体２３２と少なくとも１つの冷却要素２３１を含有する。前記発熱体および冷却要素は加熱又は冷却を起こす任意の装置であり得る。１つの実施態様において、前記発熱体および冷却要素は温暖流体又は冷流体の通過を可能とする流体通路である。あるいは、前記発熱体および冷却要素は電気的な加熱又は冷却装置である。

回転式スパッタリングターゲット材料１１０の第１の端部を結合した後、上記と同様の方法で第２の端部を結合するために裏当て管１００と回転式スパッタリングターゲット材料１１０とが反転される。

１つの実施態様において、シーリング環１１５をアタックするためにシーリング力が裏当て管１００に適用される。１つの実施態様において、前記シーリング環１１５はエラストマー製シーリング環である。図８に示すように、シーリング環を圧縮しそしてシーリングするために加重１１６が裏当て管１００に適用される。この圧縮がシーリング工程の間、シーリング材料の漏れを防止する。図９に示すように、最上部板材４０２、底部板材４０３および複数のねじ棒４０１を有するシーリング装置４００がシーリング環１１５をシーリングするために用いられる。裏当て管（図示せず）はシーリング装置４００内に設置され、そしてねじ棒４０１は最上部板材４０２と底板材４０３とが２つの板材間の距離を低減することを可能とするために回転する。

図１０を参照すると、１つの実施態様による裏当て管に回転式ターゲット材料を取り付けるための工程流れ図が示されている。いくつかの工程段階は任意の工程段階を含みそして限定的であると解釈されるべきではない。裏当て管の選択４０１はスパッタリング工程に適したサイズ、形状および材料を有する裏当て管を選択することを含む。

裏当て管があらかじめ用意されていなければ、裏当て管は裏当て管の調製４０２を供される。前記裏当て管は不純物を除去しそして結合のための裏当て管を用意するために研磨剤および／又は洗浄液を用いて清浄化される。次いで、裏当て管は向上したシーリングを促進するためにめっきされそしてはんだで接液され得る。任意的に、裏当て管は離型剤塗布４０３を供される。

次いで、裏当て管が回転式スパッタリングターゲットに挿入され、そして結合材の用意４０４の間に間隙が設けられる。前記裏当て管が水平位置又は垂直位置のいずれかにあっても前記間隙の結合が設定され得る。結合材を適用するための異なる技術が好適な実施態様を決定することになる。前記間隙はいくつかの異なる手段によって設定することができる。例えば、前記間隙は間隙のサイズに近い厚さを有するくさびの使用によって設定され得る。前記のくさびは任意の適した形状、例えば先細あるいは正方形のくさびを持ち得る。

前記の結合材の適用４０５の間、結合材は裏当て管上に置かれる。結合材はターゲット材料への挿入の前に裏当て管上に置かれるか又は結合材は結合材の用意４０４の間に生成された間隙中に置かれるか又は流入され得る。任意的に、接着剤突起部を有する裏当て管が結合材を所定位置に保つために用いられる。

任意的に、結合材は、間隙シーリング（密封）の間に間隙中にシーリングされる。間隙ははんだ付け、溶接又は耐熱性テープによってシーリングされ得る。シーリングは結合材が最終の結合まで所定の位置にとどまることを可能とする。

ひとたび結合材が所定の位置にあると、裏当て管は間隙の位置合わせ４０７の間に結合用治具上に置かれる。結合用治具は裏当て管とターゲットを所定の位置に保持する。加熱器の位置決め４０８は発熱体が結合材に隣接して設置されることを可能にする。１つの実施態様において、発熱体は結合材へのより均一な熱伝達を得るために裏当て管の内側部分およびターゲット材料の外側部分の近くにある。加熱４０８は結合材を溶融させそしてそれにより裏当て管とターゲット材料間の適切な結合を生じさせる。任意的に、加熱器は結合材の温度を結合材の融点の少なくとも５０°Ｆ以上にもたらすことにより結合材の過熱４１０をする。

任意的に、冷却４１１の間に結合材の全冷却時間を減少させるために冷却要素が適用される。ひとたび結合材が十分に冷却されると、裏当て管組立は反転されて第２の端部が上記の工程と同様の方法で結合される。

長さのために、結合された回転式スパッタリングターゲットと裏当て管は操作するのが面倒であり得る。図１２Ａ−１２Ｂを参照すると、回転組立台３００が示されている。１つの実施態様において、前記回転組立台３００は組立底部３０１およびつば３０３の周囲に垂直な動きと回転とを可能にする３本の軸回転台である。組立底部３０１周囲の動きを促進するために、図１２Ａで矢印Ａによって示されるように組立垂直支持体３０２が回転可能とするために取り付けられている。さらに、図１２Ａで矢印Ｂによって示されるように回転アーム３０５が回転する。裏当て管補助物３０６が裏当て管を所定位置に保持するために回転アーム３０５に取り付けられている。図１２Ｂに示されるように、つば棒３０４は回転アームをつば３０３に取り付けて、つば３０３は、垂直な動きを可能にするために組立垂直支持体３０２に取り付けられて動きが可能である。

図１３を参照すると、結合材１２０を保持するために用いられる逃げ貯留層１０５を有する裏当て管１００が示されている。ステップ１に示されるように、裏当て管１００は、裏当て管１００の外周に形成された逃げ貯留層１０５を有して提供される。逃げ貯留層は裏当て管１２０の１つの端部又は両方の端部に位置付けられ得る。ステップ２に示されるように、結合材１２０が逃げ貯留層１０５中に満たされる。任意的に、結合材の適用又は流れを促進するために、満たす前に逃げ貯留層は接液される。ステップ３に示されるように、ターゲット管１１０は裏当て管１００の周囲に整列される。次いで、熱が結合材１２０に適用され、それによって、ステップ４に示されるように結合材１２０が裏当て管１００とターゲット材料１１０との間に形成された間隙に流れそして前記間隙を満たすことを可能とする。１つの実施態様において、結合材が溶融しそして重力が結合材を間隙に入れる。他の実施態様において、毛細管現象が結合材を間隙中に入れる。結合材の加熱を促進するために裏当て管、ターゲット材料又は両方に熱が適用される。さらに、前記逃げ貯留層の長さと深さは、ターゲットと裏当て管のために用いられる装置および材料の選択からなる設計パラメーターに依存して変わり得る。

図１４を参照すると、結合材１２０を保持するために用いられる逃げ貯留層１０５を有するターゲット管１１０が示されている。ステップ１に示されるように、裏当て管１００が提供される。ターゲット管１１０は、ステップ２においてターゲット管１１０の外周に形成された逃げ貯留層１０５を有することを示している。前記逃げ貯留層はターゲット管１１０の１つの端部又は両端部に位置付けられ得る。ステップ２に示されるように、前記結合材１２０が逃げ貯留層に入れられる。任意的に、結合材の適用又は流れを促進するために、入れる前に逃げ貯留層は接液される。ステップ３に示されるように、ターゲット管１１０は裏当て管１００の周囲に整列される。次いで、結合材１２０に熱が適用され、それによってステップ４に示されるように、結合材１２０が裏当て管１００とターゲット材料１１０との間に形成された間隙に流れそして満たすことを可能にする。１つの実施態様において、結合材料が溶融し、そして重力が結合材を間隙に入れる。他の実施態様において、毛細管現象が結合材を間隙に入れる。結合材の加熱を促進するために、裏当て管、ターゲット材料又は両方に熱が適用され得る。さらに、前記逃げ貯留層の長さと深さは、ターゲットと裏当て管のために用いられる装置および材料の選択からなる設計パラメーターに依存して変わり得る。

本発明は特定の実施態様を参照して記載されているが、様々な変更がなされ得ることそして同等のものが本発明の範囲から離れることなくその要素が置き換えられ得ることを当業者は理解する。加えて、本発明の範囲を離れることなく、本発明の教示に特定の状況又は材料を適用させるために多くの修正がなされ得る。

それゆえ、本発明は、本発明を実施するために考慮された最良の態様として開示された特定の実施態様には限定されず、本発明は添付の特許請求の範囲の範囲および精神の内に入る全ての実施態様を含むものである。

１００ 裏当て管
１０１ 末端つば
１０２ 継ぎ目
１０３ 穿孔
１０４ 露出裏当て管
１０５ 逃げ貯留層
１１０ ターゲット材料
１１１ ターゲットの第１末端
１１２ ターゲットの第２末端
１１３ 間隙
１１４ ターゲット内面
１１５ シーリング環
１１６ 加重
１２０ ターゲット結合材
２００ 結合用治具
２０１ 加熱プラグ
２０２ 発熱体
２０３ 加熱プラグ先細面
２０４ 加熱プラグ側壁
２１０ 心立て土台
２１１ 心立て土台上表面
２１２ 心立て土台内径
２１３ 心立て土台突起面
２２０ 可変温度エネルギー帯
２２１ エネルギー帯冷却要素
２２２ エネルギー帯発熱体
２２３ エネルギー帯内側リング面
３００ 回転組立台
３０１ 組立底部
３０２ 組立垂直支持体
３０３ つば
３０４ つば棒
３０５ 回転アーム
３０６ 裏当て管補助物
４００ シーリング装置
４０１ ねじ棒
４０２ 最上部板材
４０３ 底板材
９０１ 裏当て管
９０２ 接着剤突起部
９０３ 接着剤
９０４ ターゲット

事実上、任意の材料が回転式スパッタリングターゲット材料として供給され得る。適した回転式スパッタリングターゲット材料としては、限定されないが、合金、混合物、純金属、セラミック、酸化物、窒化物、ホウ化物、炭化物、フッ化物および硫化物が挙げられる。１つの実施態様において、金属ターゲットが望ましい組成からなる酸化物又は窒化物薄膜層に蒸着するために酸化又は窒化スパッタリング金属イオンによってスパッタリングされる。これらのスパッタリング技術は可能性のあるスパッタリング技術の完全なリストを構成しないし、特定のスパッタリング技術はスパッタリングターゲット材料に依存し且つ当業者に公知である。現在の装置は約６”（インチ）〜１５２インチの長さ、約２インチ〜６インチの内径および４インチ〜９インチの外径を有する。スパッタリング装置が変わるとこれらの寸法は限定的であることを意図していない。

任意的には、前記裏当て管は、使用後に裏当て管からのターゲット材料の除去を容易にするために離型剤でコーティングされている。前記離型剤は結合材が適用される裏当て管の領域に最も近くに適用される。前記離型剤は離型剤が適用される領域において裏当て管への結合材の結合を妨げる。また、ターゲット材料の取り外しを容易にすることに加えて、離型剤は裏当て管と回転式スパッタリングターゲットとの間に生じた間隙に結合材が流れ込むのに役立つ。当業者は、特定のスパッタリング装置の温度は適した離型剤の選択において考慮されねばならないことを理解するであろう。適した離型剤としては、限定されないが、蜜ろう、グラファイトベースのアルコール、グラファイトベースの塗料、乾燥グラファイト潤滑剤、例えばＡｃｈｅｓｏｎ（アチソン）ＤＡＧ１５４、および結合材を有することを意図されない裏当て管の領域に結合材が接着することを防止するためにはんだ業界全体にわたって一般に用いられる他の化合物が挙げられる。１つの実施態様において、グラファイトベースのアルコールが適用の容易さのため用いられる。前記アルコールは加熱工程の間に蒸発され、結合材の接着を防止するグラファイト膜を残す。

本発明は、１つの形態では、ある外径にてある長さおよびある外面を有する管状裏当て管、
前記裏当て管の外径より大きいある内径にてある長さおよびある内面を有し前記裏当て管を覆って設置された管状スパッタリングターゲット材料、および
結合材又はシーリング材が裏当て管の外面に沿って不連続であって且つ前記裏当て管の外面と前記ターゲット材料との間に間隙を規定するように、前記ターゲット材料の端部又は端部の近傍でのみ前記スパッタリングターゲット材料および前記裏当て管と接着されている、結合材又はシーリング材、を含有し、
前記裏当て管が、さらに裏当て管の周辺で且つ前記間隙に隣接して１つ以上の穿孔を含有し、
前記間隙が、スパッタリングの間、冷却流体が前記間隙を通って、前記間隙と隣接していて且つ前記結合又はシーリングされた端部の間にあるターゲット材料の内面と直接的に接して流れることを可能にするために１つ以上の穿孔を通って裏当て管内と流体連通である、
回転式スパッタリングターゲット組立を含む。

さらに他の形態では、本発明は、裏当て管の１つの端部が心立て支持土台内でしっかりと位置付けられ、環状間隙を規定するために裏当て管の外面とターゲット材料の内面との間に位置付けられた突起面を含む前記心立て支持土台の最上部面上に、裏当て管を覆ってターゲット材料が位置付けられる、心立て支持土台、および
前記支持土台上に位置していて且つ前記結合又はシーリングがなされる前記ターゲット材料の外面と接している可変温度エネルギー帯
を含有する、回転式スパッタリングターゲット組立を組立てるための結合又はシーリング用治具を含む。本発明の治具は結合材をそれぞれの端部での適用を可能にするために、裏当て管と回転式スパッタリングターゲットとを適所に保持している。

他の形態において、本発明は、前記の結合又はシーリング用治具内で、裏当て管およびターゲット材料のそれぞれの少なくとも１つの端部を設置すること、
結合又はシーリングされるターゲット材料の端部の内面の周辺を覆う量でのみ前記裏当て管と前記ターゲット材料との間の間隙に、前記治具内でターゲット材料の１つの端部を設置する前又は設置後のいずれかで加えられる組成と形状に依存して、結合材又はシーリング材を加えること、および
前記結合材又はシーリング材を加熱することによって結合又はシーリングを形成するために前記治具にパワーを適用すること、
を含む、ターゲット材料を裏当て管に結合又はシーリングする方法を含む。
また、他の形態において、本発明は、底部、
前記底部に回転可能に取り付けられた垂直支持体、
回転式スパッタリングターゲット組立ての様々な長さを調整するために前記垂直支持体に１つの端部で取り付けられ且つ垂直支持体の長さに沿って垂直に移動可能な水平つば、
前記つばの他の端部に取り付けられた回転可能なアーム、および
前記裏当て管、前記結合材又はシーリング材およびターゲット材料を組立て用に保持するための回転可能なアーム上の手段
を含む延びた回転式スパッタリングターゲット組立を組立てるための裏当て管台を含む。

Claims (20)

1. ターゲット材料を裏当て管に接着させる結合用治具であって、
   上表面および内径を有する心立て土台、および
   前記支持土台上に位置している可変温度エネルギー帯を含有し、前記可変温度エネルギー帯の内径が裏当て管に隣接したターゲット材料の外面と接していて、前記可変温度エネルギー帯が内部に第１の温度要素を含有する、前記結合用治具。
2. さらに、前記可変温度エネルギー帯内に第１の温度要素を含有する請求項１に記載の結合用治具。
3. さらに、前記可変温度エネルッギー帯内に第２の温度要素を含有する請求項２に記載の結合用治具。
4. 少なくとも１つの温度要素が専用の発熱体でありそして少なくとも１つの温度要素が専用の冷却体である請求項３に記載の結合用治具。
5. 前記心立て土台がさらに前記内径に沿って平行に且つ前記上表面上に延びる突起面を含有している請求項１に記載の結合用治具。
6. さらに、外面と内部に含有される流体通路とを有する加熱プラグを含有し、前記加熱プラグの外径が裏当て管の内面と接している請求項１に記載の結合用治具。
7. 前記加熱プラグが取り外し可能である請求項６に記載の結合用治具。
8. ターゲット材料を裏当て管に結合させる方法であって、
   １つの外面と２つの端部とを有する裏当て管を提供すること、
   第１の端部と第２の端部、内面および外面を有するターゲット材料を提供し、前記内面が前記裏当て管の外面の周囲に位置し、前記裏当て管の２つの端部が露出するように前記ターゲット材料が位置付けられること、
   前記裏当て管を結合用治具に設置すること、
   前記結合用治具が、前記ターゲット材料の内面と裏当て管の外面との間に間隙を生じさせるために、前記裏当て管の外面と連通している内径を有する心立て土台、前記ターゲット材料の第１の端部と第２の端部の下に位置している上表面および前記内径に沿って且つ前記上表面を越えて延びる突起面を有すること、および
   前記間隙に接着剤を適用して前記ターゲット材料の第１の端部に隣接した内面と前記裏当て管の外面とを結合させ、前記接着剤が前記ターゲット材料の前記第１の端部に隣接して始まり且つ前記ターゲット材料の全長さの１／３未満まで延びること、
   を含む、前記方法。
9. さらに、前記裏当て管およびターゲット材料を反転させること、および
   前記間隙に接着剤を適用して前記ターゲット材料の第２の端部に隣接した内面と前記裏当て管の外面とを結合させ、前記接着剤が前記ターゲット材料の前記第２の端部に隣接して始まり且つ前記ターゲット材料の全長さの１／３未満まで延びること、
   を含む、請求項８に記載の方法。
10. 前記接着剤が前記ターゲット材料の全長さの１／５未満まで延びる請求項９に記載の方法。
11. さらに、加熱プラグを位置付ける工程を含有し、前記加熱プラグが、外面が前記裏当て管の内面と接しているように加熱プラグ内に含有される外面と発熱体とを有する請求項９に記載の方法。
12. さらに、前記ターゲット材料の外面の周囲に可変温度エネルギー帯を設置する工程を含み、前記可変温度ベルトが少なくとも１つの温度要素を含有する請求項９に記載の方法。
13. 前記可変温度エネルギー帯が少なくとも２つの流体通路を含有し、少なくとも１つの流体通路が専用の冷却要素であり、そして少なくとも１つの流体通路が専用の発熱体である請求項１２に記載の方法。
14. 前記可変温度エネルギー帯が前記ターゲット材料の第１の端部に隣接して設置されている請求項１２に記載の方法。
15. さらに、前記接着剤を加熱する工程を含む請求項９に記載の方法。
16. さらに、熱を前記可変温度エネルギー帯から前記接着剤に移す工程を含む請求項１２に記載の方法。
17. さらに、前記裏当て管を回転組立台に取り付ける工程を含む請求項９に記載の方法。
18. 底部、
    前記底部に取り付けられた回転可能な垂直支持体、
    前記垂直支持体に沿って移動可能な、前記垂直支持体に可動式に取り付けられたつば、および
    前記つばによって規定される軸に沿って回転可能であって、前記つばとつながっている回転アーム
    を含む裏当て管台。
19. ある長さおよびある外径を有する裏当て管、
    前記裏当て管の長さより短い長さおよびある内径を有する回転式スパッタリングターゲット材料、
    結合材が前記裏当て管の外面と前記ターゲット材料の内面との間に間隙を生じさせる裏当て管の外面に沿って不連続であるように、前記回転式スパッタリングターゲット材料の内径と前記裏当て管の外径に接着されている、前記結合材
    を含む回転式スパッタリングターゲット。
20. さらに、前記裏当て管の外径又は前記回転式スパッタリング材料の内径のいずれかの少なくとも１つの端部に逃げ貯留層を含む請求項１９に記載の回転式スパッタリングターゲット。

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