JP2014519554A - 回転スパッタ・ターゲット・アセンブリ - Google Patents

Abstract

本発明は、管状ターゲットを内側バッキングチューブに直接接合するために同時押出し又は同時引抜きプロセスを利用する。同時押出し又は同時引抜きプロセスは、外側管状ターゲットの内径及び外径を減少させて、ターゲットの部分を内側バッキングチューブに沿った溝に突き出させ、少なくとも部分的に充填させる。充填により、ターゲットはバッキング・プレートにインターロックされる。

Description

本発明は、一般に、スパッタ・ターゲットの分野に関する。特に、本発明の実施形態は改善された回転スパッタ・ターゲット・アセンブリに関し、ターゲットは、同時引抜き又は同時押出しプロセスによりバッキングチューブに直接連結される。

カソード・スパッタリングは、所望の基板上に導電性材料の薄い材料を堆積させるのに広く使用される。このプロセスは、基板上に薄膜として堆積されることになる所望の材料から形成されたターゲットへのガス・イオン衝撃を必要とする。ターゲットの表面へのイオン衝撃により、ターゲット材料の原子又はイオンがスパッタされる。ターゲットは、アノードとともにカソード・アセンブリの一部を形成する。カソード・アセンブリは、不活性ガス、好ましくはアルゴンで充填された排気チャンバに置かれる。高電圧電界がカソードとアノードとの間に印加される。不活性ガスは、カソードから放出された電子による衝突によってイオン化されて、正帯電ガス・イオンを形成する。正帯電ガス・イオンはカソードに引き寄せられる。これらのイオンは、ターゲット表面との衝突の際に、ターゲット材料を追い出す。追い出されたターゲット材料は、排気筐体を横切って、通常アノードの近くに配置される所望の基板上に膜として堆積する。

平面及び回転タイプ・ターゲットは、２つの主要なタイプのスパッタリング・ターゲットである。平面ターゲットは、一般に、長方形形状バッキング・プレート上に支持された長方形形状ターゲットとして画定される。回転ターゲットとしては、バッキングチューブを有する又は有さない管状形状ターゲットが挙げられる。管状ターゲットは細長く、円筒形状であり、所定の壁厚で囲まれた中空内部によって特徴づけられる。

大面積基板上への建築用ガラスなどの大面積被覆は、製造コストを低下させ、システムの休止時間を減少させるために高速の被覆速度及びターゲットの長寿命を必要とする。回転ターゲットは平面ターゲットと比べて、高い堆積速度及び高いターゲット利用効率を達成することが知られている。結果として、回転ターゲットのスパッタリングは、平面ターゲットと対照的に、大面積被覆を生成するのに好適になりうる。

いくつかの技法が、管状ターゲットを組み立てるために利用されている。当技術分野で既知の１つの技法は、中間層材料を使用してバッキングチューブ上にターゲットの活性部分（すなわち、スパッタリング・プロセス中に消費されるターゲットの部分）を接合することを含む。１つの実施例では、インジウムを半田接合中間層材料として使用することができる。しかし、インジウムの低い溶融温度のために、インジウムは低量の熱応力にしか耐えられないことがある。スパッタリング・プロセスは、インジウム及び他の低融点接合材料の融点を超える温度をもたらす電力密度レベルを生成する傾向がある。

その上、スパッタリング中に発生されるこれらの電力密度レベルのために、回転ターゲット・アセンブリは、平面ターゲットを利用するスパッタリング法よりも高い温度に達することがある。より高い温度は、管状ターゲットとバッキングチューブとの間に形成されている接合を破壊することがある。例えば、管状ターゲットがバッキングチューブに半田接合されている場合、スパッタリング・プロセス中に増大した熱は、半田接合を溶融し、ターゲットを剥離してバッキングチューブから遊離させるのに十分となりうる。したがって、半田接合は、平面ターゲットでは多くの場合好適であるが、回転ターゲットには問題であることがある。管状ターゲットとバッキングチューブとの間の接合は熱伝導性でなければならず、スパッタリング・プロセス中に遭遇する残留応力を吸収又は防止できなければならない。

加えて、従来の半田又はろう付け接合は、感温性材料を連結するための中間層材料として使用される場合に扱いにくいことがあり、材料の物理的性質（例えば、微細構造粒子サイズ、硬度、降伏強度、引張り強度、電気伝導度及び熱伝導度）は、加熱されたときにかなりの量の変化をする。そのような材料としては、金属、合金、セラミック、及びポリマーを挙げることができる。他の物理的性質としては、材料の寸法又は形状が挙げられる。例えば、金属チューブはかなりの残留応力を含むことがある。金属チューブは、加熱の際に曲がるか又は反り、冷却の際に変形したままとなることがある。注目すべき感温性材料としては、アルミニウム合金（例えば、５０００及び６０００系のアルミニウム合金）及び銅合金などの冷間加工又は熱処理によって強化されうる合金が挙げられる。

管状ターゲット準備のための既知の別の技法は、モノブロック・チューブを取り、ターゲットの活性部の一方又は両方の端部に、一方又は両方への端部フィッティングフィッティングを付着させることである。端部フィッティングは、電子ビーム溶接、機械的アセンブリ、又は他の好適なアセンブリ法で付着させることができる。耐食性を強化するために、特別な表面処理をターゲットの活性部の内側に適用することができ、それによって、モノブロック・チューブは、構造的に損なわれないままであり、スパッタリング・プロセス中に発生される様々な熱応力及び機械的応力を吸収することができる。例えば、純アルミニウム管状活性ターゲットの内側は、硬化表面被覆を生成するために陽極処理することができる。しかし、このタイプの製造プロセスは、端部フィッティングをターゲットの一方又は両方の端部部分に付着させるステップと、特別な処理をターゲットの活性部の内側に適用するステップと、機械加工するステップとを含むので、一般に、高価であり、時間がかかり、複雑である。

いくつかのターゲット材料は、限定はしないが、脆弱性、熱感度、低い衝撃強度、接合故障、及び異なる熱膨張率を含む様々な理由により製造中に容易に破壊されることがある。加えて、スパッタリング・プロセスにおいて、循環温度、真空条件、高いスパッタ表面プラズマ温度、取付け完全性、回転チューブの液体冷却、高い動作電力レベル、及び他のパラメータがすべて回転ターゲット・アセンブリの故障又は初期故障の一因となることがある。

さらに、内側バッキングチューブに連結される管状ターゲットは、多くの場合、スパッタリング・プロセス中にあまりにも早く故障する。特に、スパッタリング中に、接合界面での管状ターゲットとバッキングチューブとの分離が、管状ターゲットとバッキングチューブとの間の熱膨脹係数の差の結果として生じることがある。材料のそのような分離は、ターゲットが熱を放散できない度合いを強める。結果として、露出したターゲット表面は、表面温度が上昇し続け、それによって、バッキングチューブからのターゲットの分離が悪化する。反り及び最終的には剥離が生じることがある。

管状ターゲットをバッキングチューブに組み立てる改善された方法を開発することが望ましいことになる。さらに、回転ターゲット・アセンブリを製作するプロセスを簡単にし、同時に、接合ターゲット・アセンブリの構造完全性を改善することができることが望ましい。本発明の他の態様は、本明細書、図面、及び本明細書に添付された特許請求の範囲を検討するとき当業者には明らかになるであろう。

本発明は、溝状界面の形成によって管状ターゲットを内側バッキングチューブに直接接合するために同時押出し又は同時引抜きプロセスを利用する。同時押出し又は同時引抜きプロセスは、外側ターゲット材料の内径及び外径を減少させて、ターゲットの部分を内側バッキングチューブの周囲に沿って配置された溝に突き出させ、少なくとも部分的に充填させる。ターゲットがバッキングチューブにインターロックして、溝状界面を形成する。

第１の態様では、回転可能スパッタ・ターゲット・アセンブリが提供される。アセンブリは、外側表面を有するバッキングチューブを備える。内側表面を有するスパッタリング管状ターゲットが、さらに、用意される。内側表面は、バッキングチューブの外側表面に直接接触する。バッキングチューブは、管状ターゲットの内部容積部内に同軸で構成される。複数の離間した溝が、ターゲットの内側表面とバッキングチューブの外側表面との間に配置され、それによって、複数の溝の各々がアセンブリの周囲に沿って延在する。溝は、溝状界面を作り出すために溝内に突き出るスパッタ・ターゲットの部分とインターロックするように構成される。

第２の態様では、管状スパッタ・ターゲット・アセンブリを形成する方法が提供され、この方法は、非平面外側表面及び非平面外側表面に沿って位置する複数の分離した別個の溝を有する円筒状バッキングチューブを用意するステップであって、それによって、溝がバッキングチューブの端部部分に沿って延在する、ステップを含む。非平面内側表面を有する管状ターゲット素材が、さらに、用意される。ターゲット素材がバッキングチューブの上に位置づけられる。ターゲット素材及びバッキングチューブがダイの中を通して送り込まれる。ターゲット素材の外径が減少させられ、それによって、ターゲットの内径の一部分がバッキングチューブの溝に部分的に少なくとも突き出して、溝内にターゲット素材をロックする。

本発明の目的及び利点は、添付図に関連する本発明の好ましい実施形態の以下の詳細な説明から一層よく理解されることとなり、添付図において、同様の数字は、全体を通して同じ特徴部を指す。

本発明の一実施形態による管状ターゲット・アセンブリの断面端面図である。 本発明の一実施形態による代替の管状ターゲット・アセンブリの断面端面図である。 特別な寸法比率の高さ、重さ、及び深さによって特徴づけられた丸形縁部を有する代替の溝設計を示す図である。 管状ターゲット素材内に位置づけられ、それへの取付けの前のバッキングチューブの断面端面図である。 溝状界面を形成するために本発明の一実施形態に従って同時引き抜きされた図４の管状ターゲット素材及び内側バッキングチューブの側面図である。 スパッタリング・プロセス中に増加された電力密度レベルの関数としての回転ターゲット表面の温度プロフィルを示す図である。 ターゲットの曲げ試験を行うための試験セットアップを示す図である。 溝状界面と一体型押出し管状ターゲットとを有する本発明の回転ターゲット・アセンブリの曲げ試験を示す図である。 溝状界面と一体型押出し管状ターゲットとを有する本発明の回転ターゲット・アセンブリの曲げ試験を示す図である。 溝状界面と一体型押出し管状ターゲットとを有する本発明の回転ターゲット・アセンブリの曲げ試験を示す図である。 溝状界面と一体型押出し管状ターゲットとを有する本発明の回転ターゲット・アセンブリの曲げ試験を示す図である。 溝状界面と一体型押出し管状ターゲットとを有する本発明の回転ターゲット・アセンブリの曲げ試験を示す図である。

次に、本発明の原理を具現する１つの態様が説明される。図１は、回転ターゲット・アセンブリ１００の断面端面図を示す。アセンブリ１００は、溝状界面１５０を作り出すために、内側バッキングチューブ１２０に直接接合された外側管状ターゲット１１０を備える。ターゲット１１０の内径に沿った材料が、バッキングチューブ１２０の周囲に沿って配置された溝１３０の中に部分的に延在するか又は突き出ることによって、溝状界面１５０は作り出される。ターゲット１１０は、溝状界面１５０でバッキングチューブ１２０に固定且つロックされる。

管状ターゲット１１０は、バッキングチューブ１２０の外側表面と直接接触する内側表面を有する。バッキングチューブ１２０が、管状ターゲット１１０の内部容積部内に同軸で構成され、結果として生じる回転ターゲット・アセンブリ１００を形成する。

以下でさらに詳細に説明するように、ロック機構は、ターゲット１１０をバッキングチューブ１２０に同時押し出し又は同時引き抜きすることによって作り出される。同時押出し又は同時引抜きの間、バッキングチューブ１２０は外側管状ターゲット１１０内に位置づけられる。バッキングチューブ１２０の周囲は多数の溝１３０を備える。管１１０及び１２０は共にダイの中を通して送り込まれる。ダイの開口は、管状ターゲット１１０の外径よりも小さい直径を有する。結果として、ターゲット１１０がダイの中を通して送り込まれたとき、外側管状ターゲット１１０は、内径及び外径が減少する。ターゲット材料の少なくとも一部分は半径方向に内側に流れて、内側バッキングチューブ１２０に沿って配置された溝１３０を少なくとも部分的に充填する。

内側バッキングチューブ１２０は、好ましくは、外側管状ターゲット１１０よりも固い材料から形成される。より固い内側バッキングチューブ１２０は、スパッタリング・プロセスの間、外側管状ターゲット１１０に構造剛性を与える。より固い内側バッキングチューブ１２０は、さらに、同時押出し又は同時引抜き中にターゲット１１０のより柔らかい材料が内側バッキングチューブ１２０の溝１３０に向けて半径方向に内側に押される能力を強化する。結果として、ターゲット１１０の材料の少なくとも一部分が、溝１３０に充填される。一般に、内側バッキングチューブ１２０は、スパッタリング動作中に発生される管状ターゲット１１０からの熱を移送することができる熱伝導性材料から構成される。好ましい実施形態では、バッキングチューブ１２０はアルミニウム合金から形成され、外側管状ターゲット１１０は純アルミニウムから形成される。純アルミニウム・ターゲット／アルミニウム合金バッキングチューブ・アセンブリに加えて、本発明は、例えば、純タンタル、純銅、純チタン、及び純アルミニウム合金などの他のタイプの材料の選択も企図していることが理解されるべきである。そのような材料の異なる組合せを使用して、接合アセンブリを形成することができる。例えば、チタンから形成されたバッキングチューブは、純銅又は純アルミニウム合金から形成された管状ターゲットに接合することができる。これらの実施例の各々では、材料の選択は、外側管状ターゲット１１０が、好ましくは、より柔らかく、より純粋な金属材料であり、一方、内側バッキングチューブ１２０が、好ましくは、より固い合金化金属材料であるように行われる。ターゲット材料の様々な純度レベルが、本発明で企図され、限定はしないが、３Ｎ（すなわち、９９．９％）、４Ｎ（すなわち、９９．９９％）、及び５Ｎ（すなわち、９９．９９９％）を含む。

当技術分野の既知の技法によれば、多数の溝１３０がバッキングチューブ１２０の表面に形成される。溝１３０は、バッキングチューブ１２０を管状ターゲット１１０内に位置づける前に形成される。図１を参照すると、溝１３０は、幅ｗ_１、高さｈ_１、及び深さｄ_１（ページの面の中に延在する）によって特徴づけられる。溝１３０の各々は、長方形形状構成を作り出すためにｈ_１よりも大きいｗ_１を有する。溝１３０は、所定の間隔ｓ_１だけ互いに分離されるように示されている。ｗ_１、ｈ_１、及びｄ_１の好適な寸法は、必要な接合強度及び必要な熱伝導度を含む多数の要因によって決まる。

管状ターゲット１１０とバッキングチューブ１２０との間の十分な接合強度は、インターロック機構を作り出すために溝１３０に充填されるターゲット１１０の材料の量に関連する。逆に、十分な熱伝導度は、ターゲット１１０と溝付きバッキングチューブ１２０との間の溝状界面１５０のターゲット１１０の材料の量に関連する。言い換えれば、隣接する溝１３０間の間隔ｓ_１を増加させると、十分な熱伝導度が生じるのに有効な界面の材料の量が増加する。したがって、ｓ_１、ｗ_１、ｈ_１、及びｄ_１の寸法の好適な範囲は、好ましくは、特定のスパッタリング用途のために、必要な熱伝導度と必要な接合強度との間のバランスを達成するように選択される。

溝１３０の数などの他の設計考慮事項が、ｓ_１、ｗ_１、ｈ_１、及びｄ_１の選択に影響を与えることもある。例えば、内側バッキングチューブ１２０に沿った溝１３０の数を減少させると、より多くのターゲット１１０の材料が溝１３０の各々に充填されうるように各溝１３０のサイズを増加させることが必要となることがある。言い換えれば、ｗ_１、ｈ_１、及びｄ_１によって特徴づけられるような各溝１３０の結果として生じる容積は、十分な接合強度を生成するために、各溝内のターゲット１１０の材料の充填の増加に適応するように比例して増加されうる。逆に、溝１３０の数を増加すると、各溝１３０の結果として生じる容積が比例して減少するようにｗ_１、ｈ_１、及びｄ_１の変更を必要とすることがあるが、その理由は、減少した量のターゲット１１０の材料を各溝に充填して、十分な接合強度を生成することができるからである。

様々な溝寸法及び形状が企図される。実施例として、図２は、代替の回転ターゲット・アセンブリ２００を示す。内側バッキングチューブ２２０が、溝状界面２５０で外側管状ターゲット２１０にロックされる。溝状界面２５０は、溝２３０中へのターゲット２１０の材料の延在又は突出しによって作り出される。溝２３０の各々は、所定のｓ_２、ｗ_２、ｈ_２、及びｄ_２によって特徴づけられる。溝２３０の各々は、正方形形状構成を作り出すためにｈ_２にほぼ等しいｗ_２を有する。正方形形状溝２３０は、既知の技法により内側バッキングチューブ２１０の周囲に沿って準備することができる。図１の溝１３０と比較して、図２の溝２３０は、ｗ_１よりも小さいｗ_２、ｈ_１より小さいｈ_２、及びｓ_１より小さいｓ_２を有する。

他の溝形状が本発明で企図される。例えば、溝の縁部は、のこぎり歯形状又は円形形状とすることができる。代替として、溝は、図３に示すように丸い縁部を有することができる。図３は、周囲に沿って溝３００をもつバッキングチューブ３２０を示す。明瞭にするために、対応する外側管状ターゲットは示されていない。溝３００は、高さｈ_３、幅ｗ_３、及び深さ（ページの面の中に延在する）によって特徴づけられる。溝３００の底部は、平坦表面であるように示されている。対応する管状ターゲットの部分は、同時押出し又は同時引抜きプロセス中に溝３００に少なくとも部分的に充填される。好適な溝形状の選択は、多数の要因によって決まり、多数の要因には、ターゲットとバッキングチューブとの間に十分な溝状界面を達成するのに必要とされる、溝内のターゲット材料の必要充填量、並びに、特別なスパッタリング用途及びそれに関連する熱応力及び機械的応力が含まれる。

図４は、外側管状ターゲット素材４１０の断面端面図を示し、外側管状ターゲット素材４１０は、それと内側バッキングチューブ４２０との間に溝状界面を形成する前に内側バッキングチューブ４２０の上に位置づけられる。この実施形態では、合計５０個の溝４３０がバッキングチューブ４２０のまわりに延在するように示されている。溝４３０は、内側バッキングチューブ４２０の全周囲のまわりに等間隔であるように示されている。内側バッキングチューブ４２０の外径は、管状ターゲット素材４１０の内径にほぼ対応する。代替の構成では、管４１０及びチューブ４２０の同時引抜き又は同時押出しの前に、バッキングチューブ４２０の外径と管状ターゲット素材４１０の内径との間に所定の間隙が存在することが可能である。

ターゲット素材４１０は、押出しによって事前形成された構成要素とすることができる。１つの実施例では、ターゲット素材４１０は、好ましくは、純アルミニウム・ビレット又はインゴットから形成された純アルミニウム素材管である。バッキングチューブ４２０は、やはり、事前形成された構成要素とすることができる。特に、バッキングチューブ４２０は、同時引抜き又は同時押出しプロセス中に長さ、直径、又は壁厚の実質的な変化を受けないので、好ましくは、最終ターゲット・アセンブリの寸法に押し出される。溝４３０は、チューブ４２０が事前形成された後、バッキングチューブ４２０に機械加工することができる。代替として、バッキングチューブ４２０が押出しによって事前形成される場合、溝４３０はバッキングチューブ４２０に直接押出し加工することができる。溝４３０を準備するための他の技法が本発明で企図される。バッキングチューブ４２０は、スパッタリングを受けるために、好ましくは、許容できる耐食性及び機械的強度を有するアルミニウム合金化系列から形成される。

ターゲット素材４１０は、好ましくは、図４及び図５に示すように内側バッキングチューブ４２０よりも厚い。バッキングチューブ４２０及びターゲット素材４１０の様々な厚さが企図される。バッキングチューブ４２０に好適な厚さの選択は、例えば、スパッタリング・プロセス中に必要とされる構造剛性の量及び所望の電気及び熱伝導度を含む様々な要因によって決まりうる。ターゲット素材４１０に好適な厚さの選択は、同様に、例えば、所望の接合強度を生成するために溝４３０に充填される必要がある材料の量を含む様々な要因によって決まりうる。

次に、ターゲット素材をバッキングチューブにインターロックする例示の方法が同時引抜きプロセスにより説明される。図４を参照すると、内側バッキングチューブ４２０及び外側管状ターゲット素材４１０を図示のように位置づけており、次に、管４１０及びチューブ４２０は同時引抜きプロセスによって一緒にインターロックされうる。図５は、管４１０及びチューブ４２０をインターロックする溝状界面を形成するための同時引抜き法の一実施例を示す。内側バッキングチューブ４２０は、図４に示したものと同様に管状ターゲット素材４１０の内部に同軸で位置づけられる。次に、同軸で構成された管４１０及びチューブ４２０は、矢印で示された方向にダイ４６０の中を通して引かれる。内側バッキングチューブ４２０は支持マンドレル４５０の上で延在する。マンドレル４５０の外径は、バッキングチューブ４１０の内径と実質的に同じである。結果として、マンドレル４５０は、バッキングチューブ４２０の内径の形状及びサイズを維持する。内側バッキングチューブ４２０は、ダイ４６０の開口よりも小さい外径を有し、その結果、内側バッキングチューブ４２０は、溝状界面（例えば、それぞれ図１及び図２の溝状界面１５０又は２５０）の形成中に直径の大幅な減少を受けない。

管状ターゲット素材４１０の外径はダイ４６０の開口よりも大きく、それによって、素材４１０はダイ４６０の中を通して引かれるとき直径の減少を受ける。具体的には、ターゲット素材４１０の外径及び内径は、素材４１０及び内側バッキングチューブ４２０がダイ４６０の中を通して引かれるか又は引き抜かれるとき壁厚の対応する減少とともに減少させられる。管状素材４１０の外側表面とダイ４６０の表面との間に、及び管状素材４１０の内側表面とバッキングチューブ４２０の外側表面との間に摩擦抵抗が発生される。引抜きは摩擦力に逆らって行われる。結果として、張力が管素材４１０の長手方向に発生される。ターゲット素材４１０の材料の一部分は、内側バッキングチューブ４２０の周囲に沿って配置された溝４３０（図４）に向かって内側に押されるようになる。より柔らかいターゲット素材４１０は、より固いバッキングチューブ４２０に入り込んで、バッキングチューブ４２０に沿って含まれる溝４３０を少なくとも部分的に充填することができる。いかなる理論にも拘束されるものではないが、より柔らかいターゲット素材４１０の材料が剛性バッキングチューブ４２０に押し付けられ、続いて、バッキングチューブ４２０の溝４３０に流れ込むようにターゲット４１０の材料を導くことによって、充填プロセスを促進することができる。溝４３０の充填は、さらに、界面での局所的変形を促して溝状界面を作り出すことができる。領域４４０は、溝状界面（例えば、それぞれ図１及び図２の溝状界面１５０又は２５０）を形成するためにインターロックされたバッキングチューブ４２０及び管状ターゲット４１０のその部分を表す。

同時引抜きの間に印加される圧力は、広範囲にわたり変更することができる。必要とされる圧力及び時間は、溝４３０がより柔らかいターゲット４１０の材料で少なくとも部分的に充填されるインターロックされた溝状界面を適切に形成することによって制御される。バッキングチューブ４２０の溝にターゲット材料を充填する量は、スパッタリング・プロセスの間にターゲット４１０の表面から熱を効果的に放散するのに必要とされる必要な熱伝導度を損なうことなしに、溝状界面で十分な接合強度を達成するように最適化される。１つの実施形態では、複数の溝の各々は、変形したターゲット素材材料で少なくとも１５％充填される。

回転ターゲット・アセンブリの製作のための同時引抜きプロセスに関していくつかの利点がある。例えば、高温押出し及び他の高温プロセスと比較して、室温でターゲット及びバッキングチューブを扱うために低レベルの酸化及び高い強度がある。加えて、高温で且つ熱不均一なアセンブリ・プロセスと比べて微細構造を比較的により好都合に制御することがある。本発明の実施形態に従って構成されると、ターゲット及びバッキングチューブのいずれの冶金学的構造にも乱れがない。結果として、アセンブリは冶金学的完全性を維持する。

さらに、本発明による製作プロセスは簡単化される。ターゲット及びバッキングチューブの材料を直接接合することができることにより、腐食を防止するためのターゲットの活性部の内側の特別な表面処理と組み合わせてターゲットの活性部をバッキングチューブ上に中間層材料で半田接合することなどの様々なアセンブリ法のコスト、時間、及び複雑さが除去される。加えて、従来の同時押出し及び同時引抜きプロセスは、接合界面を作り出すのにターゲット材料が実質的により多くの変形を受けることを必要とし、それは、一般に、より多くのエネルギーを消費する高価な製作プロセスになる。したがって、変形するのが難しい材料を使用する場合、本発明がもたらす必要な変形の低減は有利となりうる。溝状界面を作り出すのに厚さの減少の非常に少ないことが必要とされる。溝が存在すると、ターゲットとバッキングチューブとの間に溝状界面を形成するのに必要とされる圧力が、従来の同時押出し及び同時引抜きプロセスと比較して低減される。

溝状界面によって特徴づけられるような、結果として生じた接合強度は、引張り強度又は剪断強度試験によって評価することができる。結果として生じた接合は、反りを引き起こさず、スパッタリング動作中に一般に発生する熱応力及び機械的応力に耐えることができる。溝状界面は、故障に対する接合アセンブリの耐性を向上させる。この耐性は、より高い電力密度レベル（すなわち、より高いスパッタリング温度）の使用を可能にし、構造信頼性を損なうことなく達成可能なターゲット・サイズの範囲を拡大する。

ターゲット素材４１０の材料は、さらに、同時押出しプロセスにより溝４３０を充填することができる。同時押出しプロセスでは、ターゲット素材４１０及びバッキングチューブ４２０は、ラムによってダイ４６０の中を通して押される。ラムはニードル上で滑り、ニードルはバッキングチューブ４２０の内径内に嵌合する。ニードルの移動は、ラムの移動に依存する。ラムが押されるとき、ニードルはバッキングチューブ４２０及びターゲット素材４１０の事前アセンブリをダイ４６０の中を通して押す。ターゲット素材４１０の外径がダイ４６０の内側部分に押し付けられるとき、軸方向押圧が発生する。軸方向押圧により、ターゲット素材４１０の材料は、３次元的に圧縮され、塑性的に変形される。結果として、ターゲット素材４１０の材料の塑性流れは、溝４３０の少なくとも一部分を充填する。

「実施例１」
回転ターゲット・アセンブリが、本発明の原理に従って製作された。管状ターゲット素材は５Ｎ純アルミニウムから形成された。約５０個の長方形形状溝がバッキングチューブの周囲に沿って機械加工された。次に、バッキングチューブは、管状ターゲット素材の内径（ＩＤ）内に同軸で位置づけられ、ダイの中を通して同時引き抜きされた。図１に示したような溝状界面が形成された。溝空間の約５０％から１００％がターゲット材料により充填された。溝間の間隔は約５ｍｍであった。溝の高さは約０．７ｍｍであった。溝の幅は５ｍｍであった。次に、回転ターゲット・アセンブリは、スパッタリング状態をシミュレートするために回転試験装置に挿入された。試験で利用された回転試験装置は、２６．０３ｃｍ（１０．２５インチ）のＩＤ及び６３．５ｃｍ（２５インチ）の高さをもつ円筒状ステンレス鋼真空チャンバであった。回転ターゲット・アセンブリが真空チャンバに装着された後、チャンバは排気された。排気の後、チャンバはアルゴンで再充填され、ＤＣ電力がスパッタリングを開始させるためにターゲット・アセンブリに印加されるとともに、ＤＣパワーがターゲット・アセンブリ及びマグネトロンを一定速度で回転させた。ターゲット・アセンブリ表面の温度測定が、様々な電力密度レベルで行われた。

試験装置の電力密度レベルは、約３ｋＷ／ｍから約２３ｋＷ／ｍまでスパッタリング・プロセスの全体を通して増大された。試験は、継続時間が約１４０時間であった。ターゲット表面温度は、１４０時間のスパッタリングの期間の間、低い表面温度上昇を示していたが、それは、溝状界面の構造完全性が維持されていたことを示している。その結果、熱は、バッキングチューブ内にある冷却水チャネルの方に溝状界面から離れて効率的に放散されていた。電力が遮断された後、寿命末期の回転ターゲット・アセンブリが試験装置から取り出された。際立った剥離又は反りは観察されなかった。溝状界面は、十分な接合強度及び熱伝導度を示しており、スパッタリング・プロセス中に発生した熱応力及び機械的応力に耐えることができた。

「実施例２」
回転管状ターゲット・アセンブリが、実施例１で説明したように形成された。曲げ試験のための必要なサイズのサンプルを得るために、アセンブリの一部分が切断された。サンプルは、１７３ｍｍの外径、１２５ｍｍの内径、及び長さ６１０ｍｍを有していた。サンプルは、ペンシルベニア州、ＹｏｕｎｇｓｔｏｗｎのＷｅｓｔｍｏｒｅｌａｎｄ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｔｅｓｔｉｎｇ ａｎｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ， Ｉｎｃ．で曲げ試験が行われた。Ｗｅｓｔｍｏｒｅｌａｎｄで利用された試験セットアップの概略図が図７に示されている。試験セットアップは、材料の強度及び剛性を評価するために産業界で慣例的に使用されている。サンプル・ターゲット・アセンブリ７０１が、２つの支持ピン７０２及び７０３上に置かれた。支持ピン７０２及び７０３の各々の直径は５．１ｃｍ（２インチ）であった。ピン７０２及び７０３は、互いに、ピン７０２及び７０３の中心間を測定したとき４０．６ｃｍ（１６インチ）の距離離間していた。荷重機構７０４は、図７に示すように、ピン７０２及び７０３の中間点の直上に位置づけられた。荷重機構７０４は、１２．７ｃｍ（５インチ）の半径を有する半円柱形状部材で構成された。荷重部材７０４の初期位置はゼロにされ、開始位置と見なされた。開始位置から、荷重部材７０４はサンプル管７０１を押し付けるようにサンプル管７０１の方に下方へ進められた。荷重部材７０４の変位は、荷重部材７０４がサンプル管７０１に対して及ぼした荷重の関数として測定された。荷重部材７０４が開始位置からサンプル管７０１内に移動した全距離が、管７０１の変位を表す。極限荷重が達成された後、試験は終了した。対応する荷重及び荷重時間とともに荷重部材７０４の変位が測定された。データが収集され保存された。アセンブリの曲げ試験の結果が、Ｗｅｓｔｍｏｒｅｌａｎｄによって測定され、図８で報告された。この試験のサンプル管７０１では、達成された極限荷重は３３．１３トン（７３０４９ポンド）であった。この荷重において、荷重部材の変位は約６．１ｃｍ（２．４インチ）であった。

「比較例２」
実施例２と同じ曲げ試験が、各々が一体型５Ｎ純アルミニウム押出し管である２つの従来のサンプルにより行われた。一体型押出し管は、実施例２の同時引抜き管と同じ内径、外径、及び長さを有していた。曲げ試験の結果が収集され、図９及び図１０に示されている。達成された極限荷重は、図８に示した発明の同時引抜き管よりも著しく小さかった。具体的には、図９は、２１．３８トン（４７１５３ポンド）の極限荷重が約１３．５ｃｍ（５．３インチ）の変位で達成されたことを示している。図１０は、２１．２９トン（４６９３４ポンド）の極限荷重が約１６．３ｃｍ（６．４インチ）の変位で達成されたことを示している。従来のサンプルは、図８の同時引抜き管状ターゲット・アセンブリと比較して、より低い荷重で著しく大きく変形された。図８の同時引抜きターゲット・アセンブリの向上した改善が、サンプルのすべてに対する曲げ試験結果をグラフで示す図１１で視覚的に見ることができる。

この結果は、本発明のターゲット・アセンブリが、従来の押出し管と比べて、優れた接合強度及び剛性、並びに優れた材料係数を有していることを実証した。改善された性質は、本発明の溝状界面によるものであった。

本発明のいくつかの実施形態であると見なされるものを図示及び説明したが、当然、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなしに形態又は詳細に様々な変更及び改変を容易に行うことができることが理解されよう。それ故に、本発明は、本明細書で図示及び説明した正確な形態及び詳細に限定されず、本明細書で開示した、及び以下で特許請求する本発明の全体よりも少ないものにも限定されないことが意図される。

本発明の一実施形態による管状ターゲット・アセンブリの断面端面図である。 本発明の一実施形態による代替の管状ターゲット・アセンブリの断面端面図である。 特別な寸法比率の高さ、重さ、及び深さによって特徴づけられた丸形縁部を有する代替の溝設計を示す図である。 管状ターゲット素材内に位置づけられ、それへの取付けの前のバッキングチューブの断面端面図である。 溝状界面を形成するために本発明の一実施形態に従って同時引き抜きされた図４の管状ターゲット素材及び内側バッキングチューブの側面図である。 スパッタリング・プロセス中に増加された電力密度レベルの関数としての回転ターゲット表面の温度プロフィルを示す図である。 ターゲットの曲げ試験を行うための試験セットアップを示す図である。 溝状界面と一体型押出し管状ターゲットとを有する本発明の回転ターゲット・アセンブリの曲げ試験を示す図である。 溝状界面と一体型押出し管状ターゲットとを有する本発明の回転ターゲット・アセンブリの曲げ試験を示す図である。 溝状界面と一体型押出し管状ターゲットとを有する本発明の回転ターゲット・アセンブリの曲げ試験を示す図である。 溝状界面と一体型押出し管状ターゲットとを有する本発明の回転ターゲット・アセンブリの曲げ試験を示す図である。

Claims (16)

1. 回転可能スパッタ・ターゲット・アセンブリであって、
   外側表面を有するバッキングチューブと、
   内側表面を有するスパッタリング管状ターゲットであって、前記内側表面が前記バッキングチューブの前記外側表面に直接接触し、前記バッキングチューブが前記管状ターゲットの内部容積部内に同軸で構成される、スパッタリング管状ターゲットと、
   前記ターゲットの前記内側表面と前記バッキングチューブの前記外側表面との間に配置された複数の離間した溝であって、それによって、前記複数の溝の各々が、前記アセンブリの周囲に沿って延在し、前記溝が、溝状界面を作り出すために前記溝内に突き出る前記スパッタ・ターゲットの部分とインターロックするように構成される、複数の離間した溝と
   を備える、回転可能スパッタ・ターゲット・アセンブリ。
2. 前記バッキングチューブが第１の材料を含み、前記ターゲットが第２の材料を含み、前記複数の離間した溝が前記第１の材料に沿って配置される、請求項１に記載のアセンブリ。
3. 前記複数の離間した溝が前記バッキングチューブの前記外側表面に沿って延在し、さらに、前記管状ターゲットの内側表面の部分が前記複数の溝の各々の少なくとも一部分に突き出る、請求項１に記載のアセンブリ。
4. 前記アセンブリが、スパッタリング中の前記アセンブリの反りを除去するのに十分な接合強度を有する、請求項１に記載のアセンブリ。
5. 前記複数の離間した溝の各々が、所定の形状、高さ、深さ、及び幅によって特徴づけられる、請求項１に記載のアセンブリ。
6. 前記溝が、正方形、長方形、のこぎり歯、及び円形の形状からなる群から選択される、請求項１に記載のアセンブリ。
7. 前記スパッタリング管状ターゲットが、剥離することなく、約２０ｋＷ／ｍまでの電力密度レベルでスパッタされるように構成される、請求項１に記載のアセンブリ。
8. 前記回転可能スパッタ・ターゲット・アセンブリが、約３３．１１トン（７３０００ポンド）の極限荷重によって特徴づけられる、請求項１に記載のアセンブリ。
9. 前記ターゲット素材及び前記バッキングチューブが、純アルミニウム、純タンタル、純銅、純チタン、並びに高純度及び中純度アルミニウム合金からなる群から選択される材料から形成される、請求項１に記載のアセンブリ。
10. 管状スパッタ・ターゲット・アセンブリを形成する方法であって、
    非平面外側表面及び前記非平面外側表面に沿って位置する複数の分離した別個の溝を有する円筒状バッキングチューブを用意するステップであって、それによって、前記溝が前記バッキングチューブの端部部分に沿って延在する、ステップと、
    非平面内側表面を有する管状ターゲット素材を用意するステップと、
    前記バッキングチューブの上に前記ターゲット素材を位置づけるステップと、
    前記ターゲット素材及び前記バッキングチューブをダイの中を通して送り込むステップと、
    前記ターゲット素材の外径を減少させ、それによって、前記ターゲットの内径の一部分が前記バッキングチューブの前記溝中に部分的に少なくとも突き出して、前記溝内に前記ターゲット素材をロックするステップと
    を含む、方法。
11. 前記ターゲット素材の前記一部分が前記溝中に機械的に変形される、請求項１０に記載の方法。
12. 前記複数の溝の各々が、前記変形したターゲット素材材料で少なくとも１５％充填される、請求項１０に記載の方法。
13. 前記ターゲット素材及び前記バッキングチューブが、純アルミニウム、純タンタル、純銅、純チタン、並びに高純度及び中純度アルミニウム合金からなる群から選択される材料から形成される、請求項１０に記載の方法。
14. 前記ターゲット素材及び前記バッキングチューブの前記材料の純度が、３Ｎ、４Ｎ、又は５Ｎである、請求項１３に記載の方法。
15. 前記ターゲット素材が、前記バッキングチューブとともに同時引き抜きされる、請求項１０に記載の方法。
16. 前記ターゲット素材が、前記バッキングチューブとともに同時押し出しされる、請求項１０に記載の方法。