JP3618005B2 - 回転カソード用スパッタリングターゲットの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はスパッタリングターゲット、特に大型の被スパッタリング材への成膜を長期間にわたって行い得る回転カソード用スパッタリングターゲットの製造法に関する。
【０００２】
【従来の技術およびその問題点】
近年、新しいタイプのマグネトロン型回転カソードスパッタリング装置が用いられ、その高い成膜速度と、従来の平板型マグネトロンスパッタリング装置に比べて格段に高いターゲット使用効率から、特に注目を集めている。このような回転カソード型の装置に用いられるターゲットは円筒形状を有しており、このような円筒形のターゲットを製造するためには、従来の平板形のターゲットとは全く違った製造技術が求められる。例えば、特開平５−８６４６２号公報には、円筒状基体の外周面に溶射法によってターゲット層を形成する方法が記載されている。また、特開平５−２３０６４５号公報には、円筒状基体の外周に粉末を充填し熱間等方圧プレス（ＨＩＰ）によりターゲットを形成する方法が記載されている。さらに、特開昭５８−９３８７１号公報には、基体上にターゲットを接合する方法として接合材溶液中に浸漬ボンディングする方法が記載されている。
【０００３】
しかしながら、円筒形基体の外周面に溶射法でターゲット層を形成する方法はターゲット材と基体との膨張率の差により、スパッタリング中の膨張、収縮を繰返すうちに基体とターゲット材とが剥離する恐れがある。また、ターゲット層を厚くすると割れ易く、すべての材料が溶射出来るわけではなく、さらには化学組成が溶射により変動する恐れがあるとともに溶射によりターゲット材の酸化が起こり易いという問題点を有するものであった。また、円筒状基体の外周に粉末を充填してＨＩＰによりターゲットを形成する方法は、上記したと同様の膨張率の差に起因する剥離の問題を有するとともにＨＩＰは多大なコストがかかり経済的ではないという問題を有する。さらに、浸漬ボンデイング法はその方法自体は従来の平板状ターゲットを浴中にバッキングプレートとともに浸漬して浴中で両者を重ねあわせて引き上げるという比較的単純な作業で接合が行えるが、この浸漬ボンデイング法を円筒形ターゲットに適用する場合、円筒形ターゲットと円筒形基体とを不透明な半田浴中で位置合わせを行わなければならず、特別な設備や工夫が必要となり、この位置合わせが不正確であると、ターゲットと基体とが浴中で接触してターゲットあるいは基体に破損、変形が生じる恐れがあるものであった。また近時の回転カソード形のスパッタリング装置は特に建材用等の大きな被スパッタリング材への成膜の分野で期待されており、従ってそのターゲットも大型化しており、現実に２〜３ｍの長さの円筒形ターゲットも実用化されている。このような大型のターゲットとその基体とを浸漬法で接合しようとすると、ハンダ槽の容量は巨大なものが必要となり、それを満たすためのハンダ量も多量となる。特にＩｎ系ハンダ等の高価な接合材を用いる場合、そのコストは無視出来ないほど大きくなるものであった。
【０００４】
本発明の目的は、ターゲットの材質を選ばずいかなる材質のものにも適用でき、簡便で低コストの円筒形の回転カソード用スパッタリングターゲットの製造方法を提供することにある。
【０００５】
【問題点を解決するための手段】
このような本発明の課題は、円筒形ターゲット材と円筒形基体とを接合して回転カソード用スパッタリングターゲットを製造するに際し、ターゲットと基体との接合面を接合材で濡らす処理を施した後、円筒形ターゲット材の一方の開口端を封止し、封止端を下側として円柱状容器となし、この円柱状容器内に接合材を入れ、次に円筒形基体の一方の開口端を封止し、封止端を下側として前記接合材を入れた円筒形ターゲット材内に円筒形ターゲット材と基体の中心とを一致するようにして挿入し、接合材を溶融状態となし、基体の封止端が円筒形ターゲット材の封止端に接触するまで降下させることにより、液状の接合材を円筒形ターゲットと円筒形基体との間隙に這い上がらせてその間隙を充満させた後、接合材を固化させて接合を行うことを特徴とする方法により達成される。なお、円筒形ターゲット材と基体の中心とを一致させる方法として前記基体の上下両端部に基体と円筒形ターゲットとの間隙よりもその肉薄が若干薄いスペーサーを取り付けることにより円筒形ターゲット材と基体の中心とを一致するようにすることができ、また本発明における円筒形ターゲット材は複数の円筒形ターゲット材を軸方向につなぎあわせ、接合部が気密性を保つようにして封止して一体化したものとしてもよい。
【０００６】
以下、本発明を図面を参照して説明する。図１（ａ）において、１は本発明に使用する円筒形ターゲットを示し、図１（ｂ）に示した２は円筒形基体をそれぞれ示すものである。これら円筒形ターゲット１および円筒形基体２はそれらの接合面があらかじめ接合材で濡らす処理を施してある。この円筒形ターゲット１の一方の開口端を封止し、封止端を下側として円柱状容器１’となし、この円筒形容器１’内に接合材３を入れ、次に円筒形基体２の一方の開口端を封止し、封止端を下側として前記の接合材を入れた円筒形ターゲット１材の中にそれら中心軸を一致するようにして基体２の下部を円柱状容器１’内に挿入する。次いで該容器１’内に入れた接合材３を溶融させ、その溶融状態とした接合材３が入れられた容器１’内に基体２をその自重で基体２の下端部がターゲット１の下端部に接触するまで降下させる。基体２の降下に伴い、液状の接合材３は基体２とターゲット１との間隙を満たし、余剰の接合材３は前記間隙の上部から外部へと溢れ出る。この時、溢れ出た接合材３が基体２の内部へ入らないように基体２の上端の開口端も封止することが好ましい。
【０００７】
図１（ｃ）は基体２をターゲット１内に挿入した後、液状の接合材３を固化させた状態を示すものであり、この状態から円筒形ターゲット１の下側の封止していた適宜の部材を取り除くことにより所望の回転カソード用スパッタリングターゲットが得られる。
【０００８】
図２は特に大型で長尺の円筒形ターゲットを得る場合に、複数の円筒形ターゲットをその軸方向に繋ぎ合わせ、それらの接合部が気密性を保つように耐熱テープ等を用いて封止し一体となしたものである。これにより、長尺の円筒形ターゲット材が入手困難な場合、あるいは円筒形ターゲット材が入手困難が場合でも複数のターゲット材を組み合わせることで所望のサイズの円筒形ターゲット材を形成でき、そのまま円筒形基体への接合することが出きるため、作業が容易でコストがかからない。
【０００９】
本発明において使用できる接合材３としては、通常の半田等適宜の接合材が使用できるが、特にＩｎ系低融点半田あるいはＡｇペースト等が好ましい。この場合、円筒形ターゲット１と円筒形基体２との接合面に予め塗布する接合材と、円筒形ターゲットの下側端部を封止した後の容器１’内に入れる接合材とは、共にＩｎ系低融点半田でも、あるいはＡｇペーストでもよく、あるいは接合面に予め塗布する接合材としてＩｎ系低融点半田を用い、他方容器１’内に入れる接合材としてＡｇペーストを用いてもよい。なお、接合材としてＩｎ系低融点半田を用いる場合には、接合層が展延性に富むため膨張収縮の繰返しに対して剥離が生じにくく、スパッタリング終了後にターゲットを剥ぎ取り円筒形基体を再利用するのが容易となる。他方、接合材としてＡｇペーストを用いた場合には、室温〜数十℃程度の温度での接合が可能となり、ターゲット材と基体の熱膨張率差に起因する接合時のターゲット材破壊の危険性を著しく低減することができ、作業も容易である。また、接合面に予め塗布する接合材としてＩｎ系低融点半田を用い、他方容器１’内に入れる接合材としてＡｇペーストを用い場合には、上記したＡｇペーストの作業の容易性等の利点とともにＩｎ系低融点半田を用いることによる基体の再利用が容易となる。
【００１０】
本発明において、円筒形ターゲットと円筒形基体とをそれらの中心を一致させるように挿入するには、例えば図３に示されるような支持台７０を用い、円筒形ターゲット１の一方の端部を封止した容器１’をその封止端を下側として水平とした支持台７０の架台７２等に戴置する際に、この容器１’を垂直に戴置し、かつこの容器１’内に挿入する基体２も前記架台７２に垂直になるようにして降下させるようにする。また、円筒形ターゲット１と円筒形基体２との間隙の影響をより少なくするために、基体２の上下端部に前記間隙よりも若干肉厚の薄いスペーサーを取り付けるようにすることができる。
【００１１】
以下、本発明の実施例を図４、図５、図６を参照してより詳細に説明する。
【実施例１】
円筒形ＩＴＯターゲット（外径７５ｍｍφ、内径６２ｍｍφ、長さ１００ｍｍ）を４個（１１、１２、１３、１４）を用意し、各々のターゲットについて円筒形基体との接合面以外の面に接合材が付着するのを防止するため、耐熱テープ４１でマスキングし、接合面にＩｎ系低融点半田を下塗した。次に、これらのターゲットを耐熱テープ４２、４３を用いて軸方向に繋ぎ合わせて一本の円筒形ターゲットとなし、さらにその一方の開口端に銅製円板３０（７５ｍｍφ×１０ｍｍｔ）を耐熱テープ４４を用いて取り付けた。こうして出来たターゲット材の円柱状容器を以下、組立品Ａと呼ぶ。
【００１２】
一方、外径６０ｍｍφ、内径５０ｍｍφ、長さ４００ｍｍのＴｉ製円筒形基体２０にＩｎ系低融点半田を下塗し、次に外径６０ｍｍφ、内径５０ｍｍφ、長さ４００ｍｍのＴｉ製円筒形基体２０にＩｎ系低融点半田を下塗し、次いで基体の両端にネジ込み式のＴｉ製円板３１をセットし、さらに厚さ０．８ｍｍの銅製スペーサー５１を取り付けた。これを組立品Ｂと呼ぶ。
【００１３】
エアー循環式オーブンの中に銅製円板の方を下にして組立品Ａを垂直に立て、内部にＩｎ系低融点半田１．５ｋｇを入れた。組立品Ｂを組立品Ａに途中まで挿入し、支持台７０でそのまま保持する。オーブンの温度を１７０℃まで上昇させ、組立品Ａ内部に入れたＩｎ系低融点半田と組立品Ａおよび組立品Ｂの下塗したＩｎ系低融点半田が溶解したのを確認後、支持台ストッパー７１を外すことにより組立品Ｂは自重により加工を開始する。溶けたＩｎ系低融点半田は組立品Ａと組立品Ｂの間隙を這い上がり、組立品Ａの最上部の円周方向全面からこぼれ出るとともに組立品Ｂが組立品Ａに完全に挿入される。組立品Ａと組立品Ｂの位置が適正なことを確認後、オーブンから取り出し、冷却する。このときＩｎ系低融点半田が完全に固化する前に銅製円板３０を取り出す。さらに冷却後、接合部からはみ出した銅製スペーサー５１をカットして取り除くとともに、Ｔｉ製円板３１を取り出し、耐熱テープ４１、４３を取り除いて回転カソード用ＩＴＯターゲットを製造した。接合の状態を超音波探傷法により検査したところ、接合不良箇所は発見されなかった。
【００１４】
【実施例２】
円筒形ＩＴＯターゲット（外径７５ｍｍφ、内径６２ｍｍφ、長さ１００ｍｍ）を４個（１１、１２、１３、１４）を用意し、実施例１と同様にして耐熱テープ４１でマスキングし、同じく接合面にＩｎ系低融点半田を下塗し、さらにそのＩｎ系低融点半田の固化後、常温硬化型Ａｇペーストを下塗した。これらを実施例１と同様に繋ぎ合わせて一本の円筒形ターゲットとなし、組立品Ａを構成した。一方、外径６０ｍｍφ、内径５０ｍｍφ、長さ４００ｍｍのＳＵＳ製円筒形基体２０にＩｎ系低融点半田を下塗して固化させた後、さらに常温硬化型Ａｇペーストを下塗した。次に円筒形基体の両端にネジ込み式のＳＵＳ製円板３１をセットし、さらに厚さ０．８ｍｍの銅製スペーサー５１を取り付けた。これを組立品Ｂとした。
【００１５】
大気中にて、銅製円板の側を下にして組立品Ａを垂直に立て、内部に脱気した常温硬化型Ａｇペーストを２００ｃｃ程度入れる。次に組立品Ｂを組立品Ａに挿入するとＡｇペーストが組立品Ａと組立品Ｂとの間隙を埋めながら競り上がり、組立品Ａの最上部から円周方向全面にこぼれでる。組立品Ｂが組立品Ａに完全に挿入され、双方の位置関係が適正であることを確認後、５０℃としたオーブンに入れ、Ａｇペーストの硬化を開始した。このとき、Ａｇペーストが完全に硬化する前に銅製円板３０を取り出す。さらに硬化完了後、接合部からはみ出した。銅製スペーサー５１をカットして除去するとともにＳＵＳ製円板３１を取外し耐熱テープ４１，４３を取り除いて回転カソード用ＩＴＯターゲットを製造した。接合の状態を超音波探傷法により検査したところ、接合不良箇所は発見されなかった。
【００１６】
【発明の効果】
以上のような本発明によれば、溶射法とは異なりあらゆる材質のターゲット材に適用可能で、組成変動や酸化の恐れがなく、ＨＩＰ法に比べ格段にコストが易い回転カソード用スパッタリングターゲットが得られる。このターゲットは接合材層がバッファとなり、膨張、収縮の繰返しに対しても剥離が起こりにくく、しかも大きな半田溶融槽や大量の半田が不要で低コスト化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法の工程の概略を示す説明図である。
【図２】円筒形ターゲットが複数のターゲット材を繋ぎ合わせたものである場合の説明図である。
【図３】円筒形ターゲット内に円筒形基体を挿入して接合材を固化する場合に使用する基体の支持台を示す説明図である。
【図４】本発明実施例における組立品Ａの断面説明図である。
【図５】本発明実施例における組立品Ｂの断面説明図である。
【図６】本発明実施例により得られる回転カソード用スパッタリングターゲットの断面説明図である。
【符号の説明】
１ 円筒形ターゲット
１’円柱状容器
２ 円筒形基体
３ 接合材
１１，１２，１３，１４ 円筒形ＩＴＯターゲット
２０ 円筒形基体
３０ 銅製円板
３１ 円板
４１，４２，４３，４４ 耐熱テープ
５１ 銅製スペーサー
７０ 支持台
７１ 支持台ストッパー
７２ 架台

Claims (3)

1. 円筒形ターゲット材と円筒形基体とを接合して回転カソード用スパッタリングターゲットを製造する方法において、ターゲットと基体との接合面を接合材で濡らす処理を施した後、円筒形ターゲット材の一方の開口端を封止し、封止端を下側として円柱状容器となし、この円柱状容器内に接合材を入れ、次に円筒形基体の一方の開口端を封止し、封止端を下側として前記接合材を入れた円筒形ターゲット材内に円筒形ターゲット材と基体の中心とを一致するようにして挿入し、接合材を溶融状態となし、基体の封止端が円筒形ターゲット材の封止端に接触するまで降下させることにより、液状の接合材を円筒形ターゲットと円筒形基体との間隙に這い上がらせてその間隙を充満させた後、接合材を固化させて接合を行うことを特徴する回転カソード用スパッタリングターゲットの製造方法。
2. 前記基体の上下両端部に基体と円筒形ターゲットとの間隙よりも若干肉薄のスペーサーを取り付けることにより円筒形ターゲット材と基体の中心とを一致するようにする請求項１記載の回転カソード用スパッタリングターゲットの製造方法。
3. 円筒形ターゲット材が複数の円筒形ターゲット材を軸方向につなぎあわせ、接合部が気密性を保つように封止して一体化したものである請求項１又は２記載の回転カソード用スパッタリングターゲットの製造方法。

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