JP6089983B2 - 円筒形スパッタリングターゲットおよびその製造方法 - Google Patents

円筒形スパッタリングターゲットおよびその製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、マグネトロン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およびその製造方法に関する。
マグネトロンスパッタリング装置として、ターゲットを回転させながらスパッタを行う円筒形スパッタリングターゲットを備えたマグネトロンスパッタリング装置がある。このマグネトロンスパッタリング装置においては、円筒形ターゲットの内側に磁石を配置するとともに、ターゲットの内側に冷却水を流すことによりターゲットを冷却しつつ、ターゲットを回転させながらスパッタを行う。
このような円筒形スパッタリングターゲットを用いるスパッタリング装置は、大面積の成膜に適しており、ターゲットの使用効率が非常に高いという特徴がある。円筒形ターゲットは内部に冷却水を流通させることができるので冷却効率が高く、したがってターゲットに高い電力を印加でき、高速で成膜することが可能である。また、一般に平板ターゲットは十数％〜３０％程度の使用効率であるのに対し、円筒形ターゲットではターゲット材の全面がエロージョン領域となるため、約８０％の非常に高い使用効率が得られる。
このような円筒形ターゲットは、従来では主に建材ガラスの表面コーティング用成膜装置に使用されており、厳密な成膜雰囲気の管理が要求される電子部品の製造に適用されることはほとんどなかったが、近年、太陽電池やフラットパネルディスプレイなど、大型の電子部品の製造に向けた回転カソード型のスパッタリング装置が開発されている。このため、高品質の円筒形ターゲットを低コストで製造することが求められている。
特許文献１には、同心状に配置した円筒形ターゲット材と円筒形基材（バッキングチューブ）との間に形成される空間内に、圧力差を利用して接合材（はんだ材）を密に充填することにより、接合材が空気を取り込むのを防止することが記載されている。
特許文献２には、円筒形ターゲット材と円筒形バッキングチューブとの間に接合材を注入する際にアダプタを用いることにより、接合材が空気を取り込むのを防止することが記載されている。
特許文献３には、上下方向に沿って配置した円筒形ターゲット材の下端部に上端部を閉塞させたバッキングチューブを挿入することにより円筒形ターゲット材の下端部を閉塞し、この円筒形ターゲット材の中に溶融状態の接合剤を貯留させ、この状態でバッキングチューブを円筒形ターゲット材の上端部に向けて押し込むことにより円筒形ターゲット材とバッキングチューブとの間に接合剤を充填することが記載されている。
特許文献４には、下端部を閉鎖した円筒形ターゲット材に溶融状態の接合材を入れ、そこに下端部を閉鎖した円筒形基体を押し込むことにより円筒形ターゲット材と円筒形基体との間に接合材を充満させることが記載されている。
特開２０１０−７０８４２号公報 特開２０１１−８４７９５号公報 特開２０１１−１２７１３８号公報 特開平８−６０３５１号公報
溶融状態の接合材を円筒形ターゲット材と円筒形バッキングチューブとの間に注入する場合、溶融状態の接合材が気泡を取り込んでしまうと、気泡部分で熱伝達が不均一になり、冷却効率が低下したり、接合後のスパッタリングターゲットに割れや剥離等の破損が生じたりするおそれがある。このような事態を防止するために、接合材を圧力で押し込んだり、振動を加えて気泡を追い出したりするなどの方法が提案されている。一方、回転状態で使用される円筒形スパッタリングターゲットを確実に保持することが可能な構造が求められているが、製造方法によってはそのような構造が得られない場合がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、円筒形ターゲット材と円筒形バッキングチューブとを容易かつ確実に接合し、使用時に確実な保持が可能なターゲットを形成し、製造時および使用時における円筒形スパッタリングターゲットの破損を防止するとともに、円筒形スパッタリングターゲットにおける使用効率を向上させることを目的とする。
本発明は、円筒形バッキングチューブの外周面と円筒形ターゲット材の内周面とを接合材により接合して円筒形スパッタリングターゲットを製造する方法であって、前記円筒形バッキングチューブの一方の端部をダミー栓により閉塞して封止端部としておき、接合材充填治具に設けられた前記円筒形バッキングチューブを挿入可能な横断面略円形の凹状の接合材保持部に溶融状態の接合材を貯留させておき、前記封止端部を下方に向けた前記円筒形バッキングチューブを、前記接合材充填治具にのせた前記円筒形ターゲット材の内部に隙間をあけて挿入し、該円筒形ターゲット材を通して前記接合材保持部に挿入することにより、溶融状態の前記接合材を前記接合材保持部から押し出して前記円筒形ターゲット材の前記内周面と前記円筒形バッキングチューブの前記外周面との前記隙間に充填した後に固化させ、前記接合材充填治具から取り外し、前記ダミー栓を除去する円筒形スパッタリングターゲットの製造方法である。
この製造方法によれば、溶融状態の接合材で満たした接合材保持部にダミー栓で封止した円筒形バッキングチューブの封止端部が挿入することにより、接合材が円筒形ターゲット材の内周面と円筒形バッキングチューブの外周面との隙間に押し出されて充填される。そして、接合材が固化した後に接合材充填治具から取り出してダミー栓や接合材のはみ出し等の不要部分を取り除くだけで、円筒形ターゲット材と円筒形バッキングチューブとが接合されてなる円筒形スパッタリングターゲットを容易に得ることができる。この場合、接合材は円筒形ターゲット材と円筒形バッキングチューブとの隙間に下方から上昇するように充填されるので、気泡の残存による空隙の発生を防止し、円筒形ターゲット材と円筒形バッキングチューブとを強固に接合するとともに、これらの熱伝達性を向上して冷却性を良くすることができる。
また、接合材充填治具において接合材を充填する際に、接合材保持部に挿入する円筒形バッキングチューブを円筒形ターゲット材の一端部から突出させるので、円筒形ターゲット材の両端から円筒材バッキングチューブが突出した円筒形スパッタリングターゲットを容易に製造することができる。このとき、接合材保持部の容量、ダミー栓の大きさ等を適宜調整することにより、各部材間に押し出されて充填される接合材の量を調整することができる。
この製造方法において、前記円筒形バッキングチューブの前記外周面の少なくとも一部に、前記円筒形ターゲット材の前記内周面に対する一定の間隔を形成するスペーサを設けておくことが好ましい。この場合、円筒形バッキングチューブに対して円筒形ターゲット材を同心状に配置し、偏心のない円筒形スパッタリングターゲットを得ることができる。また、円筒形バッキングチューブと円筒形ターゲット材との隙間がスペーサによって全周にわたって均一になることにより、熱伝達が均一になり、製造時および使用時における熱膨張による円筒形スパッタリングターゲットの破損を防止することができる。
また、この製造方法において、前記スペーサは銅製又はＳＵＳ製であることが好ましい。銅は、熱伝導性が高いので、円筒形バッキングチューブと円筒形ターゲット材との熱伝達性が向上する。一方、ＳＵＳは、強度に優れるので折れ曲がり等が生じにくく、円筒形ターゲット材に円筒形バッキングチューブを挿入する際の作業性を向上させる。また、熱伝達性を損なうこともない。
さらに、この製造方法において、前記接合材は金属系であり、前記円筒形バッキングチューブの前記外周面および前記円筒形ターゲット材の前記内周面を予めメタライズしておくことが好ましい。接合材としてＩｎ系低融点はんだ材等の金属材を用いる場合、予め円筒形バッキングチューブの外周面と円筒形ターゲット材の内周面とをメタライズしておくことにより、各周面に接合材が円滑に流れて付着しやすくなるので、円筒形バッキングチューブと円筒形ターゲット材との間に気泡などを形成せず、均一な熱伝達が可能な円筒形スパッタリングターゲットを製造することができる。
また本発明は、円筒形ターゲット材と、この円筒形ターゲット材の両端から突出して、前記円筒形ターゲット材の内周面に接合材により接合された円筒形バッキングチューブと、前記円筒形ターゲット材の内周面と前記円筒形バッキングチューブの前記外周面との間の両端部のみに配置されたワイヤーからなるスペーサとを備える円筒形スパッタリングターゲットである。
この円筒形スパッタリングターゲットによれば、バッキングチューブがターゲット材の両端から突出しているので、スパッタリング装置において確実に保持されやすく、ターゲット材の全面を効率よく使用することができる。また、スペーサにより円筒形ターゲット材と円筒形バッキングチューブとの間に接合材が隙間なく充填され、熱伝達性が良好になるので、熱収縮による破損が生じにくい。
本発明の円筒形スパッタリングターゲットおよびその製造方法によれば、円筒形ターゲット材と円筒形バッキングチューブとを容易かつ確実に接合し、使用時に確実な保持が可能なターゲットを形成し、製造時および使用時における円筒形スパッタリングターゲットの破損を防止するとともに、円筒形スパッタリングターゲットにおける使用効率を向上させることができる。
本発明に係る円筒形スパッタリングターゲットの製造方法における一工程を示す断面図である。 本発明に係る円筒形スパッタリングターゲットの製造方法において、図１に示す工程に続く工程を示す断面図である。 本発明に係る円筒形スパッタリングターゲットを示す断面図である。
以下、本発明に係る円筒形スパッタリングターゲットおよびその製造方法の実施形態について説明する。円筒形スパッタリングターゲット１０は、円筒形ターゲット材（以下、「ターゲット材」）２０と、このターゲット材２０の両端から突出して、ターゲット材２０の内周面２１に接合材３０により接合された円筒形バッキングチューブ（以下、「バッキングチューブ」）４０と、ターゲット材２０の内周面２１とバッキングチューブ４０の外周面４１との間の少なくとも両端部に配置された金属製のスペーサ５０とを備える（図３）。
図１〜図３に、バッキングチューブ４０の外周面４１とターゲット材２０の内周面２１とを接合材３０により接合して円筒形スパッタリングターゲット１０を製造する各工程を示す。まず、これらの工程の前に、バッキングチューブ４０の一方の端部をダミー栓６０により閉塞して封止端部４２としておくとともに、バッキングチューブ４０の外周面４１の少なくとも一部に、ターゲット材２０の内周面２１に対する一定の間隔を形成するスペーサ５０を設けておく（図１）。
スペーサ５０は、銅製又はＳＵＳ製が好適であり、例えば直径０．８ｍｍのワイヤーの形状とするのが好ましい。また、このスペーサ５０は、耐熱テープによりバッキングチューブ４０に貼り付けることにより設置できるが、バッキングチューブ４０に対してターゲット材２０を同心状に配置させることができるとともに、後に充填される溶融状態の接合材３０の流れを阻害しないように設けることが望ましい。すなわち、少なくともバッキングチューブ４０の両端部近傍に、周方向に複数箇所、長さ方向に延びるように設けることが好ましい。
ターゲット材２０およびバッキングチューブ４０の材料や寸法は特に限定されないが、例えばターゲット材２０はＣｕ、Ａｇ、Ｔｉ等の金属やセラミックスなどからなる内径１３５ｍｍ、長さ１〜３ｍの筒状部材、バッキングチューブ４０はＴｉまたはＳＵＳ製の外径１３３ｍｍ、長さ１〜３ｍの筒状部材を用いることができる。接合材３０は、特に限定されないが例えばＩｎ系低融点はんだ材のような金属系材料を用いることができる。
ターゲット材２０が内径１３５ｍｍ、バッキングチューブ４０が外径１３３ｍｍの場合、これらの隙間ｇは半径で１ｍｍとなるが、ターゲット材２０の内径としては１３４ｍｍ〜１３７ｍｍのものを適用することができ、その場合、隙間ｇは０．５ｍｍ〜２ｍｍが好ましい。隙間ｇが０．５ｍｍ未満では、接合材３０が少なくクッション性がなくなることで衝撃に対して弱くなる可能性があり、２ｍｍを超える場合には、使用時の冷却効果が得られにくくなり、接合材３０が無駄となってしまう。
さらに、これらターゲット材２０の内周面２１およびバッキングチューブ４０の外周面４１を、予めメタライズしておく。メタライズは、たとえば加熱状態の各表面に溶融状態の接合材３０を配置し、ヒータを搭載した超音波コテ等で超音波振動を加えながら接合材３０を塗り込むことにより行われる。メタライズにより、各表面における汚れの除去、酸化膜の還元、気泡の除去などが促進され、各表面に接合材３０をなじませることができる。
そして、図１から図３に示すように、接合材充填治具７０を用いて、ターゲット材２０とバッキングチューブ４０とを接合する。接合材充填治具７０は、上下方向に沿って配置されたターゲット材２０の下端面が密接されるターゲット材保持部７１と、このターゲット材保持部７１の内側に形成されバッキングチューブ４０を挿入可能な横断面略円形の凹状の接合材保持部７２とを有する。この接合材保持部７２の内径は、バッキングチューブ４０の外径より大きく、ターゲット材２０の内径とほぼ同じに設定されている。ターゲット材保持部７１には、ターゲット材２０の下端面と接合材充填治具７０とを密接させ、溶融状態の接合材３０の漏出を防止するリング板状のパッキンＰが配置されている。
まず、図１に示すように、接合材充填治具７０の接合材保持部７２に溶融状態の接合材３０を貯留させるとともに、ターゲット材保持部７１にターゲット材２０を保持させて上下方向に沿って配置する。そして、外周面４１にスペーサ５０を備えるバッキングチューブ４０を、ダミー栓６０によって封止された封止端部４２を下方に向けて、このターゲット材２０の内部に挿入し、このターゲット材２０を通して接合材保持部７２に挿入する。
図２に示すように、ターゲット材２０の内周面とバッキングチューブ４０の外周面との間には隙間ｇが形成されているので、接合材保持部７２にバッキングチューブ４０が挿入されると、溶融状態の接合材３０が接合材保持部７２から押し出され、ターゲット材２０の内周面２１とバッキングチューブ４０の外周面４１との隙間ｇに充填される。この隙間ｇに充填された接合材３０が固化した後、図３に示すように、この接合材３０によって互いに接合されたバッキングチューブ４０とターゲット材２０とを接合材充填治具７０から取り外し、不要なダミー栓６０やはみ出した接合材３０等を除去することにより、円筒形スパッタリングターゲット１０が得られる。
なお、接合材保持部７２全体の容積は、バッキングチューブ４０の下端部が挿入され、ダミー栓６０のの下端面が接合材保持部７２の底面に達したときに、バッキングチューブ４０の外周面と、接合材保持部７２の内周面及びターゲット材２０の内周面との間に形成される隙間の全容積以上あればよく、図２に示すようにターゲット材２０の上端に接合材３０が若干はみ出す程度がよい。
以上説明した本発明の一実施形態に係る製造方法により、図３に示すように、円筒形ターゲット材２０と、この円筒形ターゲット材２０の両端から突出して、円筒形ターゲット材２０の内周面２１に接合材３０により接合された円筒形バッキングチューブ４０と、円筒形ターゲット材２０の内周面２１と円筒形バッキングチューブ４０の外周面４１との間の少なくとも両端部に配置された金属製のスペーサ５０とを備える本発明に係る円筒形スパッタリングターゲット１０が得られる。
以上説明したように本発明に係る製造方法によれば、接合材保持部７２の深さとダミー栓６０の長さを調整することにより、任意の長さのターゲット材２０とバッキングチューブ４０とを接合できるとともに、ターゲット材２０の端部から突出するバッキングチューブ４０の長さを調整できる。したがって、ターゲット材２０の両端からバッキングチューブ４０の両端部を任意の長さで突出させることにより、使用時に確実に保持可能な部分を有する円筒形スパッタリングターゲット１０を容易に製造することができる。
また、この円筒形スパッタリングターゲット１０においては、接合材３０がターゲット材２０とバッキングチューブ４０との隙間ｇに下端から上昇しながら充填されるので、気泡の残存による空隙の発生が防止され、隙間なく充填される。したがって、ターゲット材２０とバッキングチューブ４０とを強固に接合するとともに、これらの間の熱伝達性を向上してターゲット材２０を効率よく冷却できるので、熱膨張による破損も生じにくく、スパッタリング装置での使用時には円筒形スパッタリングターゲット１０に高電圧を加えることができ、高速の成膜が可能となる。また、ターゲット材２０から突出するバッキングチューブ４０を保持できるので、ターゲット材２０全体を使用することができ、使用効率を向上させることができる。
なお、本発明は前記実施形態の構成のものに限定されるものではなく、細部構成においては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、実施形態では、ターゲット材の内周面とバッキングチューブの外周面との間の隙間ｇを全周にわたって形成したが、これらターゲット材とバッキングチューブとを接合できる量の接合材が充填できれば、必ずしも全周に隙間を形成しなくても、ターゲット材の長さ方向に沿う溝状やらせん状の隙間とするなど、隙間を部分的に形成することを妨げるものではない。
１０ 円筒形スパッタリングターゲット
２０ 円筒形ターゲット材
２１ 内周面
３０ 接合材
４０ 円筒形バッキングチューブ
４１ 外周面
４２ 封止端部
５０ スペーサ
６０ ダミー栓
７０ 接合材充填治具
７１ ターゲット材保持部
７２ 接合材保持部
Ｐ パッキン
ｇ 隙間

Claims (5)

  1. 円筒形バッキングチューブの外周面と円筒形ターゲット材の内周面とを接合材により接合して円筒形スパッタリングターゲットを製造する方法であって、
    前記円筒形バッキングチューブの一方の端部をダミー栓により閉塞して封止端部としておき、
    接合材充填治具に設けられた前記円筒形バッキングチューブを挿入可能な横断面略円形の凹状の接合材保持部に溶融状態の接合材を貯留させておき、
    前記封止端部を下方に向けた前記円筒形バッキングチューブを、前記接合材充填治具にのせた前記円筒形ターゲット材の内部に隙間をあけて挿入し、該円筒形ターゲット材を通して前記接合材保持部に挿入することにより、溶融状態の前記接合材を前記接合材保持部から押し出して前記円筒形ターゲット材の前記内周面と前記円筒形バッキングチューブの前記外周面との間の前記隙間に充填した後に固化させ、前記接合材充填治具から取り外し、前記ダミー栓を除去す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。
  2. 前記円筒形バッキングチューブの前記外周面の少なくとも一部に、前記円筒形ターゲット材の前記内周面に対する一定の間隔を形成するスペーサを設けておく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の製造方法。
  3. 前記スペーサは銅製またはＳＵＳ製であることを特徴とする請求項２に記載の円筒形スパッタリングターゲットの製造方法。
  4. 前記接合材は金属系であり、前記円筒形バッキングチューブの前記外周面および前記円筒形ターゲット材の前記内周面を予めメタライズしておくことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の円筒形スパッタリングターゲットの製造方法。
  5. 円筒形ターゲット材と、
    この円筒形ターゲット材の両端から突出して、前記円筒形ターゲット材の内周面に接合材により接合された円筒形バッキングチューブと、
    前記円筒形ターゲット材の内周面と前記円筒形バッキングチューブの外周面との間の両端部のみに配置されたワイヤーからなるスペーサとを備えることを特徴とする円筒形スパッタリングターゲット。
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