JP2021055120A - 円筒形スパッタリングターゲット及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】抗折強度の低い金属製、またはセラミックス製の円筒形ターゲットを用いた円筒形スパッタリングターゲットにおいて、円筒形ターゲットにクラックが発生することを防止し、かつ、円筒形ターゲットと円筒形バッキングチューブとの隙間を一定に保持しつつ、スパッタリング時の接合材の溶解も防止する。【解決手段】抗折強度が350MPa以下の円筒形のターゲットと、該ターゲット内に挿入状態に配置された円筒形のバッキングチューブとの隙間にスペーサが介在するとともに、ターゲットの内周面とバッキングチューブの外周面との間を接合状態とする接合部が形成されてなり、スペーサは、ビッカース硬度が60Hv以下で熱伝導率が100W/(m・K)以上である。【選択図】 図2
Description
本発明は、スパッタリング装置に用いられる円筒形スパッタリングターゲット及びその製造方法に関する。
円筒形スパッタリングターゲットを回転させながらスパッタを行うスパッタリング装置が知られている。この種のスパッタリング装置に用いられる円筒形スパッタリングターゲットは、円筒形のバッキングチューブの外周面に円筒形のターゲットの内周面が接合されている。
特許文献1には、円筒形のターゲットとして金属やセラミックスなどが用いられ、バッキングチューブにはTiまたはSUS製のものが用いられ、接合材としてIn系はんだ材が挙げられている。また、ターゲットをバッキングチューブに接合する際には、これらの間に銅製又はSUS製のワイヤーからなるスペーサを介在させることで隙間を開けた状態に保持し、その隙間に溶融状態の接合材を充填することが記載されている。
特許文献2には、ターゲットとバッキングチューブとの隙間を保持する部材として、その隙間の幅と同等のスペーサ、くさび、シックネスゲージが挙げられており、その材料には、耐熱性を有する材料として、例えば、Cu材やテフロン(登録商標)などが記載されている。また、この特許文献2では、ターゲットにインジウム(In)、スズ(Sn)、亜鉛(Zn)、アルミニウム(Al)、ニオブ(Nb)、タンタル(Ta)およびチタン(Ti)から選択される少なくとも1種を主成分とする酸化物などから構成されるセラミックス焼結体が用いられ、0.3mm以上1.5mm以下の幅の切れ目を軸方向に入れておくことで、熱膨張係数の大きい金属からなるバッキングチューブを用いたスパッタリングターゲットにおいて、製造中や保管中およびスパッタリング中に発生してしまうターゲットのひび割れを低減できると記載されている。
ところで、この種の円筒形スパッタリングターゲットにおいて、バッキングチューブは、機械的強度の面からSUS等の金属製のものが用いられる。一方、ターゲットとして抗折強度の低い金属製のものや、酸化物系又は非酸化物系(炭化物、窒化物等)セラミックスが用いられる場合、特許文献2に記載されるように、バッキングチューブとの熱膨張の差により、ターゲットにクラックが生じるおそれがある。
この場合、特許文献2記載のように、ターゲットに切れ目を設けておくのでは、スパッタ時に切れ目のエッジの部分で異常放電が生じるおそれがある。また、スペーサとしてテフロン(登録商標)のような軟らかい素材を用いることにより、クラックの発生は防止できるが、変形能が大きすぎるために、スペーサとしての機能に劣り、隙間を一定に保持することが難しくなる。また、樹脂であることから、ターゲットからバッキングチューブへの熱伝達性に劣り、高出力でスパッタリングする際の放熱を妨げ、接合材が溶解するおそれもある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、抗折強度の低い金属製、またはセラミックス製の円筒形のターゲットを用いた円筒形スパッタリングターゲットにおいて、ターゲットにクラックが発生することを防止し、かつ、ターゲットとバッキングチューブとの隙間を一定に保持しつつ、スパッタリング時の接合材の溶解も防止することができる円筒形スパッタリングターゲット及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明の円筒形スパッタリングターゲットは、抗折強度が350MPa以下の円筒形のターゲットと、該ターゲット内に挿入状態に配置された円筒形のバッキングチューブとの隙間にスペーサが介在するとともに、前記ターゲットの内周面と前記バッキングチューブの外周面との間を接合状態とする接合部が形成されてなり、
前記スペーサは、ビッカース硬度が60Hv以下で熱伝導率が100W/(m・K)以上である。
前記スペーサは、ビッカース硬度が60Hv以下で熱伝導率が100W/(m・K)以上である。
ターゲットとバッキングチューブとの隙間に、上記の寸法、硬度のスペーサを介在することにより、ターゲットとバッキングチューブとの熱膨張差に起因して締まり嵌め状態(上記隙間が小さくなる状態)となった場合でも、スペーサが適度につぶれて、ターゲットにクラックが生じることを防止する。このスペーサは上記の熱伝導率を有しているので、スパッタリング時にターゲットに生じる熱を速やかにバッキングチューブに伝達して、接合材が溶解することを防止する。
抗折強度が350MPa以下と低い円筒形ターゲットにおいては、前述したようなバッキングチューブとの熱膨張差に基づくクラックが生じるおそれがあるので、本発明が特に有効である。
なお、スペーサの形状としては、ワイヤ等の線状、シート状等を採用することができる。
このスペーサは、前記隙間の径方向寸法に対し0.6倍以上1.0倍以下の径方向寸法を有しているとよい。
抗折強度が350MPa以下と低い円筒形ターゲットにおいては、前述したようなバッキングチューブとの熱膨張差に基づくクラックが生じるおそれがあるので、本発明が特に有効である。
なお、スペーサの形状としては、ワイヤ等の線状、シート状等を採用することができる。
このスペーサは、前記隙間の径方向寸法に対し0.6倍以上1.0倍以下の径方向寸法を有しているとよい。
この円筒形スパッタリングターゲットの一つの実施態様として、前記スペーサはアルミニウム又はアルミニウム合金からなるものとするとよい。
アルミニウム又はアルミニウム合金は硬度、熱伝導率とも適切であり、入手や加工も容易であることから、円筒形スパッタリングターゲットを安価に製造することができる。
アルミニウム又はアルミニウム合金は硬度、熱伝導率とも適切であり、入手や加工も容易であることから、円筒形スパッタリングターゲットを安価に製造することができる。
本発明の円筒形スパッタリングターゲットの製造方法は、抗折強度が350MPa以下の円筒形のターゲット内に円筒形のバッキングチューブを挿入状態に配置するとともに、これらターゲットとバッキングチューブとの隙間の一部に、ビッカース硬度が60Hv以下で熱伝導率が100W/(m・K)以上のスペーサを介在させた状態とし、前記隙間内に溶融状態の接合材を充填して固化させる。
本発明の円筒形スパッタリングターゲットによれば、ターゲットにクラックが発生することを防止し、かつ、ターゲットとバッキングチューブとの隙間を一定に保持しつつ、スパッタリング時の接合材の溶解も防止することができる。
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。
一実施形態の円筒形スパッタリングターゲット1は、例えば図1及び図2に示すように、円筒形のターゲット(以下、ターゲットと称す)2内に円筒形のバッキングチューブ(以下、バッキングチューブと称す)3が挿入されている。この場合、これらターゲット2とバッキングチューブ3とは、中心軸が一致した状態で配置され、ターゲット2とバッキングチューブ3との間の隙間内にはスペーサ4が設けられ、このスペーサ4により保持された隙間g(図4参照)内に、ターゲット2の内周面とバッキングチューブ3の外周面とを接合する接合部5が形成されている。
一実施形態の円筒形スパッタリングターゲット1は、例えば図1及び図2に示すように、円筒形のターゲット(以下、ターゲットと称す)2内に円筒形のバッキングチューブ(以下、バッキングチューブと称す)3が挿入されている。この場合、これらターゲット2とバッキングチューブ3とは、中心軸が一致した状態で配置され、ターゲット2とバッキングチューブ3との間の隙間内にはスペーサ4が設けられ、このスペーサ4により保持された隙間g(図4参照)内に、ターゲット2の内周面とバッキングチューブ3の外周面とを接合する接合部5が形成されている。
本実施形態のターゲット2は、抗折強度の低い金属、酸化物系又は非酸化物系(炭化物、窒化物等)セラミックス、例えばCuGa、ITO(In2O3−SnO2)、AZO(Al2O3-ZnO)、Al2O3、SiO2、GaN、SiCなどにより、内径120mm〜140mm、長さ0.4m〜3.9mの筒状部材に形成されている。このターゲット2の抗折強度は350MPa以下である。抗折強度については、各スパッタリングターゲットを厚さ3mm×幅4mm×長さ40mmに加工後、JIS R1601規格に基づいて、3点曲げ強さを測定し、これを抗折強度とした。
また、ターゲット2は、長尺状であることから、一般に長さ方向に分割された複数の分割ターゲット材2aを接続することで構成される。図示例では3個の分割ターゲット材2aによって構成される。
また、ターゲット2は、長尺状であることから、一般に長さ方向に分割された複数の分割ターゲット材2aを接続することで構成される。図示例では3個の分割ターゲット材2aによって構成される。
バッキングチューブ3は、ターゲット2よりも長い1本の筒状に形成される。例えば、チタン、ステンレス鋼、または銅あるいは銅合金からなる外径119mm〜139mm、長さ0.5m〜4mの筒状部材を用いることができる。
ターゲット2内にバッキングチューブ3を挿入した状態で、ターゲット2の内周面とバッキングチューブ3の外周面との間には半径方向に0.5mm〜1mm(径方向寸法d0)の隙間gが形成され、この隙間gには、隙間保持のためのスペーサ4が挿入され、このスペーサ4により保持された隙間g内に接合材が充填固化されることにより、接合部5が形成される。
ターゲット2内にバッキングチューブ3を挿入した状態で、ターゲット2の内周面とバッキングチューブ3の外周面との間には半径方向に0.5mm〜1mm(径方向寸法d0)の隙間gが形成され、この隙間gには、隙間保持のためのスペーサ4が挿入され、このスペーサ4により保持された隙間g内に接合材が充填固化されることにより、接合部5が形成される。
スペーサ4は、ビッカース硬度が60Hv以下で、熱伝導率が100W/(m・K)以上の材料が用いられる。例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、亜鉛、銀、金等を用いることができる。この中でも、アルミニウム又はアルミニウム合金が好適である。また、スペーサ4の形状としては、ターゲット2とバッキングチューブ3との間の隙間g内に入るものであれば、ワイヤのような線状や棒状の他、シート状(板状)を用いることができる。また、このターゲット2とバッキングチューブ3との隙間gに対して、スペーサ4の径方向寸法d1が、隙間gの径方向寸法d0に対して0.6倍以上1.0倍以下に形成される。なお、隙間gの径方向寸法d0、スペーサ4の径方向寸法d1とは、図2に示すように、円筒形スパッタリングターゲット1の半径方向のサイズを意味する。
接合部5を構成する接合材は、例えばインジウム含有量が60質量%以上のインジウム合金(例えばIn−Sn合金、In−Bi合金、In−Zn合金)又は純インジウム、錫含有量が60質量%以上の錫合金又は純錫等が用いられる。この接合材は、溶融状態としておき、ターゲット2の内側にバッキングチューブ3を挿入した状態で、その隙間gに充填され固化される。
このように構成される円筒形スパッタリングターゲット1を製造する方法について説明する。
この円筒形スパッタリングターゲット1は、ターゲット2の内側にバッキングチューブ3を挿入した状態とし、その間の隙間gに接合材を充填して固化させることにより製造される。この場合、ターゲット2とバッキングチューブ3との隙間gに接合材を充填する方法として、以下の2通りの方法がある。
(1)ターゲット2の内側にバッキングチューブ3を挿入して、これらを垂直姿勢で同軸に配置した状態とし、隙間gの上方から溶融した接合材を充填する方法
(2)ターゲット2を垂直に載置する台に、ターゲット3の内側に配置されるように凹部を形成して、この凹部に溶融状態の接合材を溜めておき、ターゲット2の内側に、下端部を閉塞したバッキングチューブ3を挿入して、そのバッキングチューブ3の下端部により凹部内の接合材を押しながら、ターゲット2とバッキングチューブ3との隙間gに下方から接合材を充填する方法
いずれの方法においても、ターゲット2とバッキングチューブ3との隙間gを周方向に一定に保持するために、隙間g内にスペーサ4が配置される。
以下の実施形態では、(2)の方法により接合材を充填するものとして説明する。
具体的には、図3のフローチャートに示すように、バッキングチューブ3及びターゲット2の加熱工程、下地処理接合材による下地処理工程、ターゲット2へのバッキングチューブ3の挿入および両者の間に隙間gを形成した状態に組み立てる組立工程、ターゲット2及びバッキングチューブ3の再加熱工程、充填用接合材を隙間gに充填する接合材充填工程、冷却工程の順に施される。以下、工程順に説明する。
この円筒形スパッタリングターゲット1は、ターゲット2の内側にバッキングチューブ3を挿入した状態とし、その間の隙間gに接合材を充填して固化させることにより製造される。この場合、ターゲット2とバッキングチューブ3との隙間gに接合材を充填する方法として、以下の2通りの方法がある。
(1)ターゲット2の内側にバッキングチューブ3を挿入して、これらを垂直姿勢で同軸に配置した状態とし、隙間gの上方から溶融した接合材を充填する方法
(2)ターゲット2を垂直に載置する台に、ターゲット3の内側に配置されるように凹部を形成して、この凹部に溶融状態の接合材を溜めておき、ターゲット2の内側に、下端部を閉塞したバッキングチューブ3を挿入して、そのバッキングチューブ3の下端部により凹部内の接合材を押しながら、ターゲット2とバッキングチューブ3との隙間gに下方から接合材を充填する方法
いずれの方法においても、ターゲット2とバッキングチューブ3との隙間gを周方向に一定に保持するために、隙間g内にスペーサ4が配置される。
以下の実施形態では、(2)の方法により接合材を充填するものとして説明する。
具体的には、図3のフローチャートに示すように、バッキングチューブ3及びターゲット2の加熱工程、下地処理接合材による下地処理工程、ターゲット2へのバッキングチューブ3の挿入および両者の間に隙間gを形成した状態に組み立てる組立工程、ターゲット2及びバッキングチューブ3の再加熱工程、充填用接合材を隙間gに充填する接合材充填工程、冷却工程の順に施される。以下、工程順に説明する。
(加熱工程)
ターゲット2及びバッキングチューブ3を加熱し、これらの接合面となる各分割ターゲット2aの内周面及びバッキングチューブ3の外周面を後述の下地処理接合材の融点(又は液相線温度)以上の温度に加熱する。
ターゲット2及びバッキングチューブ3を加熱し、これらの接合面となる各分割ターゲット2aの内周面及びバッキングチューブ3の外周面を後述の下地処理接合材の融点(又は液相線温度)以上の温度に加熱する。
(下地処理工程)
加熱工程において、加熱状態とした各分割ターゲット材2aの内周面及びバッキングチューブ3の外周面に、それぞれ溶融状態の下地処理接合材を塗布する。下地処理接合材としては、ターゲット2とバッキングチューブ3との隙間gに充填される接合材と同じ材質のものでもよいし、前述した接合材の中から、隙間gに充填される接合材とは異なる組み合わせとなるものを選択してもよい。
この場合、ヒータを搭載した超音波はんだコテ(図示略)で超音波振動を加えながら下地処理接合材を塗り込むことにより、分割ターゲット材2aの内周面及びバッキングチューブ3の外周面における汚れや酸化膜の除去などが促進され、これらの表面に下地処理接合材をなじませる。
また、このとき、バッキングチューブ3の外周面の両端部にスペーサ4を配置し、接着テープ等により動かないように固定しておく。このスペーサ4は前述したようにターゲット2とバッキングチューブ3との隙間gを周方向に一定に保持するためのものであるので、バッキングチューブ3の周方向に等間隔で複数本、例えば3本以上固定するとよい。図示例では4本のスペーサ4が設けられている(図2参照)。
加熱工程において、加熱状態とした各分割ターゲット材2aの内周面及びバッキングチューブ3の外周面に、それぞれ溶融状態の下地処理接合材を塗布する。下地処理接合材としては、ターゲット2とバッキングチューブ3との隙間gに充填される接合材と同じ材質のものでもよいし、前述した接合材の中から、隙間gに充填される接合材とは異なる組み合わせとなるものを選択してもよい。
この場合、ヒータを搭載した超音波はんだコテ(図示略)で超音波振動を加えながら下地処理接合材を塗り込むことにより、分割ターゲット材2aの内周面及びバッキングチューブ3の外周面における汚れや酸化膜の除去などが促進され、これらの表面に下地処理接合材をなじませる。
また、このとき、バッキングチューブ3の外周面の両端部にスペーサ4を配置し、接着テープ等により動かないように固定しておく。このスペーサ4は前述したようにターゲット2とバッキングチューブ3との隙間gを周方向に一定に保持するためのものであるので、バッキングチューブ3の周方向に等間隔で複数本、例えば3本以上固定するとよい。図示例では4本のスペーサ4が設けられている(図2参照)。
(組立工程)
図4に示す載置台10に、分割ターゲット材2aを垂直に連結した状態に載置する。載置台10の表面には、ターゲット材2の内径とほぼ同じ内径の凹部11が設けられ、この凹部11を囲むようにターゲット材2を配置する。一方、バッキングチューブ3の下端部を栓12で塞ぎ、バッキングチューブ3内への接合材の浸入を防ぐようにしておく。また、上下に連結される分割ターゲット材2aの間、及び受け台10の上面と最下端の分割ターゲット2aとの間には、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)等の樹脂からなる環状パッキン13が介在され、ターゲット2の上端には、ターゲット2とバッキングチューブ3との隙間gからあふれ出た溶融状態の接合材50を受けるためのダム部14を形成しておく。
図4に示す載置台10に、分割ターゲット材2aを垂直に連結した状態に載置する。載置台10の表面には、ターゲット材2の内径とほぼ同じ内径の凹部11が設けられ、この凹部11を囲むようにターゲット材2を配置する。一方、バッキングチューブ3の下端部を栓12で塞ぎ、バッキングチューブ3内への接合材の浸入を防ぐようにしておく。また、上下に連結される分割ターゲット材2aの間、及び受け台10の上面と最下端の分割ターゲット2aとの間には、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)等の樹脂からなる環状パッキン13が介在され、ターゲット2の上端には、ターゲット2とバッキングチューブ3との隙間gからあふれ出た溶融状態の接合材50を受けるためのダム部14を形成しておく。
(再加熱工程)
そして、凹部11には接合材50を充填して溶融状態とする。
また、図4に示すように、ターゲット2の内部にバッキングチューブ3を全体長さの8割程度挿入した状態で同軸上に配置した後に、ターゲット2及びバッキングチューブ3をターゲット2の周囲に配置したヒータ(図示略)により加熱する。この加熱により、ターゲット2の内周面及びバッキングチューブ3の外周面に塗布しておいた下地処理接合材を溶融又は少なくとも半溶融状態とする。
そして、凹部11には接合材50を充填して溶融状態とする。
また、図4に示すように、ターゲット2の内部にバッキングチューブ3を全体長さの8割程度挿入した状態で同軸上に配置した後に、ターゲット2及びバッキングチューブ3をターゲット2の周囲に配置したヒータ(図示略)により加熱する。この加熱により、ターゲット2の内周面及びバッキングチューブ3の外周面に塗布しておいた下地処理接合材を溶融又は少なくとも半溶融状態とする。
(接合材充填工程)
次いで、図4に矢印で示すように、バッキングチューブ3の下端側を載置台10の凹部11に挿入すると、図5に示すように、溶融状態の接合材50が凹部11から押し出されるようにターゲット2の内周面とバッキングチューブ3の外周面との隙間gを上昇し、ターゲット2の内周面とバッキングチューブ3の外周面との間に接合材50が充填され、下地として塗布しておいた接合材と一体となって隙間g内に充填される。
次いで、図4に矢印で示すように、バッキングチューブ3の下端側を載置台10の凹部11に挿入すると、図5に示すように、溶融状態の接合材50が凹部11から押し出されるようにターゲット2の内周面とバッキングチューブ3の外周面との隙間gを上昇し、ターゲット2の内周面とバッキングチューブ3の外周面との間に接合材50が充填され、下地として塗布しておいた接合材と一体となって隙間g内に充填される。
なお、載置台10の凹部11の容積は、バッキングチューブ3の下端が底面付近まで挿入されたときに、バッキングチューブ3の外周面とターゲット2の内周面との間に形成される隙間g内に押し上げられる接合材50の量が、この隙間gの容積以上となるように設定しておけばよく、隙間g内を上昇した接合材50がターゲット2の上端側に若干オーバーフローする程度がよい。
この場合、接合材50がターゲット2の上端のダム部14にあふれてきた状態でターゲット2とバッキングチューブ3との間に接合材50が隙間なく充填されたことが確認できる。
この場合、接合材50がターゲット2の上端のダム部14にあふれてきた状態でターゲット2とバッキングチューブ3との間に接合材50が隙間なく充填されたことが確認できる。
このようにしてバッキングチューブ3の下端が凹部11の底面付近まで挿入することにより、ターゲット2とバッキングチューブ3との隙間gに接合材50が隙間なく充填される。
なお、必ずしも限定されるものではないが、前述の再加熱工程、接合材充填工程(少なくとも充填完了までの間)は、接合材の酸化を防止するために、アルゴン、窒素等の不活性雰囲気にて実施するとよい。
なお、必ずしも限定されるものではないが、前述の再加熱工程、接合材充填工程(少なくとも充填完了までの間)は、接合材の酸化を防止するために、アルゴン、窒素等の不活性雰囲気にて実施するとよい。
(冷却工程)
ターゲット2とバッキングチューブ3との隙間gに接合材50を充填した後、これを冷却して固化させることで、これらターゲット2とバッキングチューブ3とが接合部5により一体化する。
その後、環状パッキン13やダム部14、はみ出した接合材等を除去し、清掃することにより円筒形スパッタリングターゲット1が得られる。この円筒形スパッタリングターゲット1は、バッキングチューブ3とターゲット2との間の接合部5が、スペーサ4により、周方向に均等な厚さで形成される。
ターゲット2とバッキングチューブ3との隙間gに接合材50を充填した後、これを冷却して固化させることで、これらターゲット2とバッキングチューブ3とが接合部5により一体化する。
その後、環状パッキン13やダム部14、はみ出した接合材等を除去し、清掃することにより円筒形スパッタリングターゲット1が得られる。この円筒形スパッタリングターゲット1は、バッキングチューブ3とターゲット2との間の接合部5が、スペーサ4により、周方向に均等な厚さで形成される。
この円筒形スパッタリングターゲット1は、抗折強度が350MPa以下のターゲット2に対して、スペーサ4として、ビッカース硬度が60Hv以下で、ターゲット2とバッキングチューブ3との間の隙間gの径方向寸法d0の0.6倍以上1.0倍以下の径方向寸法(外寸)d1のものを用いたので、製造時の加熱、冷却により、ターゲット2とバッキングチューブ3との熱膨張差に起因して締まり嵌め状態(隙間gが小さくなる状態)となった場合でも、スペーサ4が適度につぶれて、ターゲット2にクラックが生じることを防止する。また、スペーサ4の熱伝導率が100W/(m・K)以上であるので、スパッタリング中にターゲット2に生じる熱を速やかにバッキングチューブ3に伝達して、過熱状態となることを抑制し、接合材が溶けて漏れ出すことを防止することができる。
なお、前述の実施形態では、ターゲット材2とバッキングチューブ3との両方に下地処理接合材を塗布したが、これらの表面が接合材50と濡れやすい状態であれば、その表面については下地処理接合材の塗布を省略してもよい。
また、ターゲット2とバッキングチューブ3との隙間の両端部のみにスペーサ4を設けたが、これらの隙間の全長にわたって設けてもよい。
また、ターゲット2とバッキングチューブ3との隙間の両端部のみにスペーサ4を設けたが、これらの隙間の全長にわたって設けてもよい。
本発明の効果を確認するため、実験を行った。ターゲット、バッキングチューブ、スペーサ及び接合材に表1に示す各種のものを用い、実施形態で説明した方法により、円筒形スパッタリングターゲットを作製した。この場合、ターゲットは、3個の分割ターゲットからなり、それぞれ外径150mm、内径135mm、長さ200mmとした。バッキングチューブは外径133mm、内径125mm、長さ620mmとした。ターゲットとバッキングチューブとの隙間(半径方向の隙間)はいずれも径方向寸法d0が1.0mmである。スペーサはいずれもワイヤ形状とし、表1に示す複数の外径(径方向寸法d1)のものとした。実施例8のAl合金はAl−Mg合金を用いた。
そして実施形態で説明した方法により、ターゲットの抗折強度を測定した。またターゲットおよびバッキングチューブの線膨張係数は、それぞれの部材を厚さ5mm×幅5mm×長さ20mmに加工後、熱膨張係数測定装置(ブルカー・エイエックスエス株式会社製TD5020型)にて、窒素雰囲気中、10℃/分の温度上昇条件で測定した。スペーサのビッカース硬度は、JIS Z 2244に準拠してビッカース硬さ試験機により測定した。なおビッカース硬度は組立前の部品の状態で測定しており、測定面は、接合中にスペーサに圧力が加わる面、つまり円筒形スパッタリングターゲットの軸線から半径方向に引いた垂線がスペーサに当たる面とした。本実施例のワイヤ形状の場合は、外周面が曲面であるので、ワイヤの縦断面に対して測定した。スペーサの熱伝導率は、スペーサと同じ素材のバルク体を縦10mm×横10mm×厚さ2mmに加工後、測定機(NETZSCH?-GeratebauGmbH製Xeフラッシュアナライザー)を用いて、レーザーフラッシュ法により測定した。これらを表1に記載した。
接合後、室温まで冷却し、ターゲットの割れの有無を肉眼で観察した。長さが1mm以上のクラックが認められたものを割れ「有」とし、そのクラックが認められなかったものを割れ「無」とした。
また、圧力0.4Paのアルゴン雰囲気中で円筒形スパッタリングターゲットを10rpmの速度で回転させながら、DC電源(又はp−DC電源)により5kW/mの出力で1時間スパッタリングし、ターゲットの端部及び分割部からの接合材の溶解(漏れ)の有無を肉眼で観察した。
これらの結果を表1及び表2に示す。表中、TGはターゲット、BTはバッキングチューブを示す。
また、圧力0.4Paのアルゴン雰囲気中で円筒形スパッタリングターゲットを10rpmの速度で回転させながら、DC電源(又はp−DC電源)により5kW/mの出力で1時間スパッタリングし、ターゲットの端部及び分割部からの接合材の溶解(漏れ)の有無を肉眼で観察した。
これらの結果を表1及び表2に示す。表中、TGはターゲット、BTはバッキングチューブを示す。
表1において、ターゲットの線膨張係数がバッキングチューブより大きいもの(実施例1,4,7〜11、比較例1〜3)は、接合後の冷却時の収縮によってスペーサが半径方向内方に圧迫される。逆に、ターゲットの線膨張係数がバッキングチューブより小さいもの(実施例2,5,6,比較例4,5)は、加熱時の熱膨張によってスペーサがバッキングチューブに半径方向外方へ広げられるように押圧される。
実施例3はターゲットとバッキングチューブの線膨張係数が同じであるが、冷却時は外側のターゲットから先に冷却されるため、ターゲットの収縮によってスペーサが半径方向内方に圧迫される。
実施例3はターゲットとバッキングチューブの線膨張係数が同じであるが、冷却時は外側のターゲットから先に冷却されるため、ターゲットの収縮によってスペーサが半径方向内方に圧迫される。
これらの表からわかるように、実施例のスパッタリングターゲットは、ターゲットに割れ(クラック)の発生が認められず、また、スパッタリング後においても接合材の溶解(漏れ)が認められなかった。したがって、長時間のスパッタリングでも安定した性能を維持できるスパッタリングターゲットであると認められる。
これに対して、比較例1では、接合後の冷却時の収縮によってスペーサが半径方向内方に圧迫され、スペーサの材質が硬いステンレス鋼(SUS)であったため、ターゲットに割れが認められた。比較例2も同様に、接合後の冷却時の収縮によりスペーサが半径方向内方に圧迫され、スペーサが硬い銅(Cu)であったため、ターゲットに割れが認められた。これら比較例1、2については、スパッタリングによる接合材の溶解(漏れ)の観察は実施しなかった。
比較例3は、ワイヤが軟らかいテフロン(登録商標)であったため、ターゲットの割れは認められなかったが、スパッタリング時の熱伝達が悪いため、接合材の漏れが認められた。
比較例4では、加熱時の熱膨張によってスペーサがバッキングチューブに半径方向外方へ広げられるように押圧され、スペーサの材質が硬いステンレス鋼(SUS)であったため、ターゲットが内側から押圧されて割れが発生した。比較例5も、加熱時の熱膨張によってスペーサがバッキングチューブに半径方向外方へ広げられるように押圧され、スペーサの材質が硬い銅(Cu)であったため、ターゲットが内側から押圧されて割れが発生した。これら比較例4、5については、スパッタリングによる接合材の溶解(漏れ)の観察は実施しなかった。
比較例3は、ワイヤが軟らかいテフロン(登録商標)であったため、ターゲットの割れは認められなかったが、スパッタリング時の熱伝達が悪いため、接合材の漏れが認められた。
比較例4では、加熱時の熱膨張によってスペーサがバッキングチューブに半径方向外方へ広げられるように押圧され、スペーサの材質が硬いステンレス鋼(SUS)であったため、ターゲットが内側から押圧されて割れが発生した。比較例5も、加熱時の熱膨張によってスペーサがバッキングチューブに半径方向外方へ広げられるように押圧され、スペーサの材質が硬い銅(Cu)であったため、ターゲットが内側から押圧されて割れが発生した。これら比較例4、5については、スパッタリングによる接合材の溶解(漏れ)の観察は実施しなかった。
1 円筒形スパッタリングターゲット
2 ターゲット材
2a 分割ターゲット材
3 バッキングチューブ
4 スペーサ
5 接合部
50 溶融状態の接合材
10 載置台
11 凹部
12 栓
13 環状スペーサ
14 ダム部
2 ターゲット材
2a 分割ターゲット材
3 バッキングチューブ
4 スペーサ
5 接合部
50 溶融状態の接合材
10 載置台
11 凹部
12 栓
13 環状スペーサ
14 ダム部
Claims (4)
- 抗折強度が350MPa以下の円筒形のターゲットと、該ターゲット内に挿入状態に配置された円筒形のバッキングチューブとの隙間にスペーサが介在するとともに、前記ターゲットの内周面と前記バッキングチューブの外周面との間を接合状態とする接合部が形成されてなり、
前記スペーサは、ビッカース硬度が60Hv以下で熱伝導率が100W/(m・K)以上であることを特徴とする円筒形スパッタリングターゲット。 - 前記スペーサは、前記隙間の径方向寸法に対し0.6倍以上1.0倍以下の径方向寸法を有していることを特徴とする請求項1に記載の円筒形スパッタリングターゲット。
- 前記スペーサはアルミニウム又はアルミニウム合金からなることを特徴とする請求項1または2に記載の円筒形スパッタリングターゲット。
- 抗折強度が350MPa以下の円筒形ターゲット内に円筒形バッキングチューブを挿入状態に配置するとともに、これら円筒形ターゲットと円筒形バッキングチューブとの隙間の一部に、ビッカース硬度が60Hv以下で熱伝導率が100W/(m・K)以上のスペーサを介在させた状態とし、前記隙間内に溶融状態の接合材を充填して固化させることを特徴とする円筒形スパッタリングターゲットの製造方法。
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JP2019176535A JP2021055120A (ja) | 2019-09-27 | 2019-09-27 | 円筒形スパッタリングターゲット及びその製造方法 |
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- 2020-09-23 WO PCT/JP2020/035772 patent/WO2021060267A1/ja active Application Filing
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