JP6861035B2 - Manufacturing method of cylindrical sputtering target - Google Patents

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Description

本発明はマグネトロン型回転カソードスパッタリング装置等に用いられる円筒形スパッタリングターゲットの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a cylindrical sputtering target used in a magnetron type rotary cathode sputtering apparatus or the like.

マグネトロン型カソードスパッタリング装置として、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は、円筒形スパッタリングターゲット材を支持するバッキングチューブの内側に磁場発生装置を有し、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ものである。 As a magnetron type cathode sputtering apparatus, there is a magnetron sputtering apparatus provided with a cylindrical sputtering target. This magnetron sputtering apparatus has a magnetic field generator inside a backing tube that supports a cylindrical sputtering target material, and performs sputtering while rotating the target while cooling the target by flowing cooling water.

この形態の円筒形スパッタリングターゲットは、平板形マグネトロンスパッタリング装置におけるターゲットの使用効率(20〜30%)に比べて格段に高いターゲット使用効率(60%以上)が得られる。さらに、ターゲットを回転させることで、従来の平板形マグネトロンスパッタリング装置に比べて単位面積当り大きなパワーを投入でき、高い成膜速度が得られることから、今後の普及が見込まれている。 The cylindrical sputtering target of this form can obtain a target usage efficiency (60% or more) significantly higher than the target usage efficiency (20 to 30%) in the flat plate magnetron sputtering apparatus. Further, by rotating the target, a larger power can be applied per unit area as compared with the conventional flat plate magnetron sputtering apparatus, and a high film forming speed can be obtained, so that it is expected to be widely used in the future.

円筒形スパッタリングターゲットの構造は、1個以上のターゲット材がバッキングチューブに接合されている。この接合方法は、カーボンフェルトや同軸状バネによる固定またはエラストマーの充填など、様々である。一般的には、導電性と熱伝導の特性をもつ、金属はんだとも呼ばれる溶融温度の低い金属あるいは金属合金での接合方式が広く利用されている。また、バッキングチューブの機能は、ターゲット材の支持、電力伝達、機械的強度及び冷却水への伝熱などが良好な材質が選ばれている。 The structure of the cylindrical sputtering target is such that one or more target materials are joined to the backing tube. There are various joining methods such as fixing with carbon felt or a coaxial spring or filling with an elastomer. In general, a bonding method using a metal or a metal alloy having a low melting temperature, which is also called a metal solder and has conductive and heat conductive properties, is widely used. For the function of the backing tube, a material having good support of the target material, power transmission, mechanical strength, heat transfer to the cooling water, etc. is selected.

これらの部材で構成される円筒形スパッタリングターゲットには、各部材の良好な接合率や接合強度などが求められている。これらが乏しい場合、スパッタリング時に、熱膨張率の異なるターゲット材とバッキングチューブの二つの円筒形状物を組み合わせ、その間隙を接合材で固定していることから、高温となる接合時と冷却時では双方の体積収縮量の違いから内部応力が生じ、接合部の剥離もしくは、ターゲット材のクラック等の不具合が生じやすい。また、接合率や接合強度が不十分な場合には、スパッタリング中のターゲット材の冷却効率が低下し、ターゲット材が割れる恐れがある。 A cylindrical sputtering target composed of these members is required to have a good bonding ratio and bonding strength of each member. If these are scarce, during sputtering, two cylindrical objects, a target material with different coefficients of thermal expansion and a backing tube, are combined and the gap is fixed with a bonding material. Internal stress is generated due to the difference in the amount of volume shrinkage, and problems such as peeling of the joint or cracking of the target material are likely to occur. Further, if the bonding ratio and the bonding strength are insufficient, the cooling efficiency of the target material during sputtering is lowered, and the target material may be cracked.

それゆえ、ターゲット材とバッキングチューブを接合する工程においては、金属はんだ材との密着性を改善するため、予めバッキングチューブの外面およびターゲット材の内面に、金属はんだ材と同じ物質を薄く塗布するなどの下地処理が行なわれている。また、接合状態の検査が必須であり、超音波探傷法での観察が一般的になっている。仮に満足な充填もしくは、接合状態が得られない場合は、接合後のターゲット材をバッキングチューブから剥離し、再度、接合する必要がある。 Therefore, in the process of joining the target material and the backing tube, in order to improve the adhesion with the metal solder material, the same substance as the metal solder material is thinly applied to the outer surface of the backing tube and the inner surface of the target material in advance. Is being grounded. In addition, inspection of the joint state is indispensable, and observation by ultrasonic flaw detection method has become common. If a satisfactory filling or joining state cannot be obtained, it is necessary to peel off the target material after joining from the backing tube and join again.

金属はんだを用いる円筒形スパッタリングターゲットの製造方法に関して、例えば特許文献1や特許文献2では、バッキングチューブとターゲット材を同心円上かつ垂直に配置して、生じた隙間に上方向から溶解した金属はんだを充填する方法が記載されている。 Regarding the method for manufacturing a cylindrical sputtering target using metal solder, for example, in Patent Document 1 and Patent Document 2, the backing tube and the target material are arranged concentrically and vertically, and the metal solder melted from above is placed in the generated gap. The filling method is described.

また、特許文献3には、溶解した金属はんだを下方向から水頭圧によって充填する方法が記載されており、特許文献4には、半田材の液面上に低比重の粉体物質を浮かせ、振動させながら半田材を注入する方法が記載されている。 Further, Patent Document 3 describes a method of filling molten metal solder from below by hydraulic head pressure, and Patent Document 4 floats a powder substance having a low specific gravity on the liquid surface of the solder material. A method of injecting a solder material while vibrating is described.

特開平08−060351号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 08-060351 特開2011−084795号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-084795 特開2010−070842号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2010-070842 特開2012−177156号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-177156

特許文献1乃至特許文献3に係る発明は、一方向からの充填方法となっており、良好な接合性を得るには、他端部まで充填する必要があり、また、溶融されたはんだを流し込む場合には、事前に下地処理されたターゲット材とバッキングチューブを金属はんだの融点以上に加熱する必要がある。このため、特許文献1乃至特許文献3に係る方法では、充填後半部は加熱により下地処理した金属はんだ表面に酸化膜が生じて、接合性の悪化を招きやすい。これは円筒ターゲットの全長が長いほど顕著となる。 The inventions according to Patent Documents 1 to 3 are filling methods from one direction, and in order to obtain good bondability, it is necessary to fill up to the other end, and molten solder is poured into the filling method. In some cases, it is necessary to heat the pre-treated target material and backing tube above the melting point of the metal solder. Therefore, in the methods according to Patent Documents 1 to 3, an oxide film is formed on the surface of the metal solder base-treated by heating in the latter half of the filling, which tends to cause deterioration of bondability. This becomes more remarkable as the total length of the cylindrical target is longer.

また、ターゲット材とバッキングチューブを加熱した際に生じる下地処理面の酸化膜を取り除く方法として、隙間空間へ板状あるいは棒状の治具を挿入し、溶液中を撹拌する方法や特許文献4に記載がある半田材の液面上に低比重の粉体物質を浮かせ、振動させながら半田材を注入する方法もあるが、その作業は円筒ターゲットの長さに依存し効率的ではない。 Further, as a method of removing the oxide film on the surface treated surface generated when the target material and the backing tube are heated, a method of inserting a plate-shaped or rod-shaped jig into the gap space and stirring the solution is described in Patent Document 4. There is also a method in which a powder material having a low specific gravity is floated on the liquid surface of a certain solder material and the solder material is injected while vibrating, but the work depends on the length of the cylindrical target and is not efficient.

そこで、本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、接合材に金属はんだを用いる円筒形スパッタリングターゲットのうち、バッキングチューブとターゲット材の接着強度、接合率が高く、バッキングチューブとターゲット材を接合する工程において、効率的で歩留りの高い円筒形スパッタリングターゲットの製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been proposed in view of such conventional circumstances, and among cylindrical sputtering targets using metal solder as a bonding material, the adhesive strength and bonding ratio between the backing tube and the target material are high. It is an object of the present invention to provide an efficient method for manufacturing a cylindrical sputtering target having a high yield in the step of joining a backing tube and a target material.

本発明者らは、円筒形スパッタリングターゲットの製造方法について鋭意検討を重ね、固体状の接合材をターゲット材とバッキングチューブの隙間に充填し、その後、外部より融点以上に加熱し、冷却固化することで、良好な接合状態が得られることにより、効率的で歩留りの高い、円筒形スパッタリングターゲットの製造となるとの知見を得た。 The present inventors have made extensive studies on a method for manufacturing a cylindrical sputtering target, fill the gap between the target material and the backing tube with a solid bonding material, and then heat from the outside to a temperature higher than the melting point to cool and solidify. Therefore, it was found that by obtaining a good bonding state, it becomes possible to manufacture a cylindrical sputtering target that is efficient and has a high yield.

すなわち、本発明の一態様は、円筒形のターゲット材を円筒形のバッキングチューブの外周面に接合層を介して接合する円筒形スパッタリングターゲットの製造方法であって、前記ターゲット材の内周面及び前記バッキングチューブの外周面のそれぞれに接合材を塗布する塗布工程と、前記ターゲット材の内周面側に有する中空部に前記バッキングチューブを同軸に配置する配置工程と、前記ターゲット材の内周面と前記バッキングチューブの外周面との間の隙間に固体の接合材を充填する充填工程と、前記固体の接合材を融点以上に加熱し、その後冷却することで、前記ターゲット材と前記バッキングチューブを接合する接合工程とを有し、前記配置工程において、前記ターゲット材の上端に該ターゲット材の内径と等しい円筒状治具を配置するThat is, one aspect of the present invention is a method for manufacturing a cylindrical sputtering target in which a cylindrical target material is bonded to an outer peripheral surface of a cylindrical backing tube via a bonding layer, the inner peripheral surface of the target material and the inner peripheral surface of the target material. A coating step of applying a bonding material to each of the outer peripheral surfaces of the backing tube, an arrangement step of arranging the backing tube coaxially in a hollow portion on the inner peripheral surface side of the target material, and an inner peripheral surface of the target material. By filling the gap between the backing tube and the outer peripheral surface of the backing tube with a solid bonding material and heating the solid bonding material to a temperature equal to or higher than the melting point and then cooling the target material and the backing tube. possess a bonding step of bonding, in the disposing step, disposing an inner diameter equal to the cylindrical jig of the target material to the upper end of the target material.

このように、固体状の接合材をターゲット材とバッキングチューブの隙間に充填し、加熱して溶融することにより、下地処理面と大気中との接触面積が減り、ターゲット材とバッキングチューブの下地処理面の酸化膜の発生を抑制することができる。また、その後、冷却固化することで、良好な接合状態が得られることにより、効率的で歩留りの高い、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。 In this way, by filling the gap between the target material and the backing tube with the solid bonding material and heating and melting it, the contact area between the base treatment surface and the atmosphere is reduced, and the base treatment of the target material and the backing tube is performed. The generation of an oxide film on the surface can be suppressed. Further, after that, by cooling and solidifying, a good bonding state can be obtained, so that an efficient and high-yield cylindrical sputtering target can be manufactured.

このとき、本発明の一態様では、固体の接合材は、その直径が隙間の幅以下である球状の金属はんだとすることができる。 At this time, in one aspect of the present invention, the solid bonding material can be a spherical metal solder whose diameter is equal to or less than the width of the gap.

固体の接合材を球状の金属はんだとすることでターゲット材とバッキングチューブとの隙間に接合材を充填しやすくなる。 By using spherical metal solder as the solid bonding material, it becomes easy to fill the gap between the target material and the backing tube with the bonding material.

また、このとき、本発明の一態様では、直径の異なる2種類以上の球状の金属はんだを用いてもよい。 At this time, in one aspect of the present invention, two or more types of spherical metal solders having different diameters may be used.

直径の異なる2種類以上の球状の金属はんだを用いることで、充填時の金属はんだ間の空隙を減少させ高い充填率を得ることができる。 By using two or more types of spherical metal solders having different diameters, it is possible to reduce the voids between the metal solders at the time of filling and obtain a high filling rate.

さらに、このとき、本発明の一態様では、少なくとも、直径が隙間の幅の15%以上25%以下の球状の金属はんだと、直径が隙間の幅の75%以上85%以下の球状の金属はんだを用いてもよい。 Further, at this time, in one aspect of the present invention, at least a spherical metal solder having a diameter of 15% or more and 25% or less of the width of the gap and a spherical metal solder having a diameter of 75% or more and 85% or less of the width of the gap. May be used.

大きなサイズの球状の金属はんだと小さなサイズの球状の金属はんだを併用することにより、効率よく、高い充填率で金属はんだを隙間に充填することができる。 By using the large size spherical metal solder and the small size spherical metal solder together, the metal solder can be efficiently filled in the gap with a high filling rate.

また、本発明の一態様では、配置工程において、ターゲット材の上端に該ターゲット材の内径と等しい円筒状治具を配置してもよい。 Further, in one aspect of the present invention, in the arrangement step, a cylindrical jig equal to the inner diameter of the target material may be arranged at the upper end of the target material.

充填した接合材を溶融した際の体積減少を考慮し、また、接合材を隙間に充填しやすくする点からも、ターゲット材の上端に円筒状治具を配置することが好ましい。 It is preferable to arrange a cylindrical jig at the upper end of the target material in consideration of volume reduction when the filled joint material is melted and from the viewpoint of facilitating filling of the joint material in the gap.

また、本発明の一態様では、接合材の材質は、インジウム、またはこれを主成分とする合金としてもよい。 Further, in one aspect of the present invention, the material of the bonding material may be indium or an alloy containing the same as a main component.

インジウム、またはこれを主成分とする合金は熱伝導性に優れているため接合材として好ましい。 Indium or an alloy containing this as a main component is preferable as a bonding material because it has excellent thermal conductivity.

本発明によれば、バッキングチューブとターゲット材の接着強度、接合率を高くすることができ、バッキングチューブとターゲット材を接合する工程において、効率的で歩留りの高い円筒形スパッタリングターゲットの製造方法とすることができる。 According to the present invention, the adhesive strength and the bonding ratio between the backing tube and the target material can be increased, and in the step of bonding the backing tube and the target material, an efficient and high-yield cylindrical sputtering target can be manufactured. be able to.

本発明の一実施形態に係る円筒形スパッタリングターゲットを中心軸を含む面で切断した概略断面図である。It is schematic cross-sectional view which cut the cylindrical sputtering target which concerns on one Embodiment of this invention in the plane including the central axis. 本発明の一実施形態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プロセスの概略を示す工程図である。It is a process drawing which shows the outline of the process in the manufacturing method of the cylindrical sputtering target which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態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、充填工程で固体の接合材を充填した状態を示す概略断面図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a state in which a solid bonding material is filled in a filling step in the method for manufacturing a cylindrical sputtering target according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態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、接合工程で固体の接合材を加熱により溶融した後冷却し、ターゲット材とバッキングチューブを接合した状態を示す概略断面図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a state in which a solid bonding material is melted by heating and then cooled in a bonding step in the method for manufacturing a cylindrical sputtering target according to an embodiment of the present invention, and the target material and the backing tube are bonded.

以下、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ついて図面を参照しながら以下の順序で説明する。なお、本発明は以下の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更可能である。
1.円筒形スパッタリングターゲットの概要
2.円筒形スパッタリングターゲットの製造方法
2−1.塗布工程
2−2.配置工程
2−3.充填工程
2−4.接合工程
Hereinafter, a method for manufacturing a cylindrical sputtering target according to the present invention will be described in the following order with reference to the drawings. The present invention is not limited to the following examples, and can be arbitrarily modified without departing from the gist of the present invention.
1. 1. Overview of cylindrical sputtering target 2. Manufacturing method of cylindrical sputtering target 2-1. Coating process 2-2. Placement process 2-3. Filling process 2-4. Joining process

<1.円筒形スパッタリングターゲットの概要>
まず、本発明に係る円筒形スパッタリングターゲットの概要を説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る円筒形スパッタリングターゲットを中心軸を含む面で切断した概略断面図である。図1に示すように、本発明に係る円筒形スパッタリングターゲット10は、ターゲット材11がバッキングチューブ12の外周部に設置されたものであり、ターゲット材11とバッキングチューブ12とが接合層13を介して接合されている。より詳細には、円筒形スパッタリングターゲット10は、ターゲット材11の中空部にバッキングチューブ12を同軸に配置し、これらの中心軸が一致した状態で接合されたものである。
<1. Overview of Cylindrical Sputtering Targets>
First, an outline of the cylindrical sputtering target according to the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a cylindrical sputtering target according to an embodiment of the present invention cut along a plane including a central axis. As shown in FIG. 1, in the cylindrical sputtering target 10 according to the present invention, the target material 11 is installed on the outer peripheral portion of the backing tube 12, and the target material 11 and the backing tube 12 are connected via a bonding layer 13. Is joined. More specifically, in the cylindrical sputtering target 10, the backing tubes 12 are coaxially arranged in the hollow portion of the target material 11, and the backing tubes 12 are joined in a state where their central axes are aligned.

円筒形スパッタリングターゲット10のサイズは、材質や需要者の要望等に応じて適宜調整することができ、特に限定されるものではない。例えば、外径が100mm〜200mm、内径が80mm〜180mm、全長が50mm〜200mmの円筒形セラミックス焼結体をターゲット材11として用いた場合には、そのターゲット材11を単独で用いる場合、分割して用いる場合、或いは複数で用いる場合等があり、その状況により円筒形スパッタリングターゲット10のサイズが適宜決定される。 The size of the cylindrical sputtering target 10 can be appropriately adjusted according to the material, the demand of the consumer, and the like, and is not particularly limited. For example, when a cylindrical ceramic sintered body having an outer diameter of 100 mm to 200 mm, an inner diameter of 80 mm to 180 mm, and a total length of 50 mm to 200 mm is used as the target material 11, when the target material 11 is used alone, it is divided. The size of the cylindrical sputtering target 10 is appropriately determined depending on the situation.

円筒形のターゲット材11として使用可能な円筒形セラミックス焼結体は、用途に応じて材料を適宜選択することができ、特に限定されることはない。例えば、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)、及びチタン(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等から構成される円筒形セラミックス焼結体を使用することができる。 The material of the cylindrical ceramics sintered body that can be used as the cylindrical target material 11 can be appropriately selected depending on the application, and is not particularly limited. For example, oxidation containing at least one main component selected from indium (In), tin (Sn), zinc (Zn), aluminum (Al), niobium (Nb), tantalum (Ta), and titanium (Ti). A cylindrical ceramic sintered body composed of an object or the like can be used.

例えば、後述する接合材13と馴染みやすい酸化インジウムを主成分とする円筒形セラミックス焼結体、具体的には、スズを含有する酸化インジウム(ITO)、セリウム(Ce)を含有する酸化インジウム(ICO)、ガリウム(Ga)を含有する酸化インジウム(IGO)、ガリウム及び亜鉛を含有する酸化インジウム(IGZO)等から構成される円筒形セラミックス焼結体が、ターゲット材11として好適に利用される。なお、ターゲット材11は、上記セラミック焼結体だけでなく、例えばニオブ等、メタルターゲット材でもよい。メタルターゲット材は、加工が容易なため全長の長いターゲット材11を得やすい。 For example, a cylindrical ceramics sintered body containing indium oxide as a main component, which is easily compatible with the bonding material 13 described later, specifically, indium oxide (ITO) containing tin and indium oxide (ICO) containing cerium (Ce). ), Indium oxide (IGO) containing gallium (Ga), indium oxide (IGZO) containing gallium and zinc, and the like, a cylindrical ceramic sintered body is preferably used as the target material 11. The target material 11 may be not only the ceramic sintered body but also a metal target material such as niobium. Since the metal target material is easy to process, it is easy to obtain the target material 11 having a long overall length.

円筒形のバッキングチューブ12の材質は、円筒形スパッタリングターゲット10の使用時に、接合材13が劣化及び溶融しない十分な冷却効率を確保できる熱伝導性があり、スパッタリング時に、放電可能な電気伝導性や、円筒形スパッタリングターゲット10の支持が可能な強度等を備えているものであればよい。例えば、オーステナイト系ステンレス、チタン又はチタン合金、銅又は銅合金である。特にSUS304又はチタン合金のものを使用することが一般的である。 The material of the cylindrical backing tube 12 has thermal conductivity that can ensure sufficient cooling efficiency so that the bonding material 13 does not deteriorate or melt when the cylindrical sputtering target 10 is used, and has electrical conductivity that can be discharged during sputtering. , As long as it has enough strength to support the cylindrical sputtering target 10. For example, austenitic stainless steel, titanium or titanium alloy, copper or copper alloy. In particular, it is common to use SUS304 or titanium alloy.

バッキングチューブ12の全長は、円筒形スパッタリングターゲット10のサイズに応じて適宜調整することが可能である。内径は、スパッタリング装置に応じて適宜調整することが可能であり、これらは特に限定されるものではない。また、バッキングチューブ12の外径は、下地層の厚さと共に、バッキングチューブ12とターゲット材11との線膨張率の差を考慮して設定することが好ましい。 The total length of the backing tube 12 can be appropriately adjusted according to the size of the cylindrical sputtering target 10. The inner diameter can be appropriately adjusted according to the sputtering apparatus, and these are not particularly limited. Further, the outer diameter of the backing tube 12 is preferably set in consideration of the thickness of the base layer and the difference in the coefficient of linear expansion between the backing tube 12 and the target material 11.

接合材13は、ターゲット材11とバッキングチューブ12とのクリアランスに充填し、融点以上に加熱して溶融させた後、ターゲット材11とバッキングチューブ12を放冷することにより、ターゲット材11とバッキングチューブ12を接合する。接合材13は、上述のバッキングチューブ12と同様にして、熱伝導性等の特性を持たせる必要があり、例えば、インジウム及びインジウム合金、スズ及びスズ合金等が用いられる。好ましくは、インジウム及びインジウム合金が使用される。 The bonding material 13 fills the clearance between the target material 11 and the backing tube 12, heats above the melting point to melt, and then allows the target material 11 and the backing tube 12 to cool, thereby allowing the target material 11 and the backing tube 12 to cool. 12 are joined. The bonding material 13 needs to have characteristics such as thermal conductivity in the same manner as the backing tube 12 described above, and for example, indium and indium alloys, tin and tin alloys and the like are used. Preferably, indium and indium alloys are used.

インジウムを主成分とする接合材13を用いる場合には、インジウムを50質量%以上、好ましくは70質量%〜100質量%、より好ましくは80質量%〜100質量%含有するものを使用することが好ましい。特に、インジウムを80質量%以上、好ましくは90質量%〜100質量%含有する低融点接合材を、接合材として用いるとよい。このような低融点接合材であれば、原子又は分子間の結合が弱いため軟らかく、冷却固化後の硬度が適切な範囲にあるため、作業性に優れている。 When the bonding material 13 containing indium as a main component is used, it is possible to use a bonding material containing indium in an amount of 50% by mass or more, preferably 70% by mass to 100% by mass, and more preferably 80% by mass to 100% by mass. preferable. In particular, a low melting point bonding material containing 80% by mass or more, preferably 90% by mass to 100% by mass of indium may be used as the bonding material. Such a low melting point bonding material is soft because the bond between atoms or molecules is weak, and has excellent workability because the hardness after cooling and solidification is in an appropriate range.

<2.円筒形スパッタリングターゲットの製造方法>
次に、本発明の一実施形態に係る円筒形スパッタリングターゲットの製造方法について説明する。図2は、本発明の一実施形態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プロセスの概略を示す工程図である。本発明の一実施形態は、円筒形のターゲット材を円筒形のバッキングチューブの外周面に接合層を介して接合する円筒形スパッタリングターゲットの製造方法であって、ターゲット材の内周面及びバッキングチューブの外周面のそれぞれに接合材を塗布する塗布工程S1と、ターゲット材の内周面側に有する中空部にバッキングチューブを同軸に配置する配置工程S2と、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に固体の接合材を充填する充填工程S3と、固体の接合材を融点以上に加熱し、その後冷却することで、ターゲット材とバッキングチューブを接合する接合工程S4とを有する。
<2. Manufacturing method of cylindrical sputtering target>
Next, a method for manufacturing a cylindrical sputtering target according to an embodiment of the present invention will be described. FIG. 2 is a process diagram showing an outline of a process in a method for manufacturing a cylindrical sputtering target according to an embodiment of the present invention. One embodiment of the present invention is a method for manufacturing a cylindrical sputtering target in which a cylindrical target material is joined to an outer peripheral surface of a cylindrical backing tube via a bonding layer, and is an inner peripheral surface of the target material and a backing tube. A coating step S1 in which a bonding material is applied to each of the outer peripheral surfaces of the target material, an arrangement step S2 in which a backing tube is coaxially arranged in a hollow portion on the inner peripheral surface side of the target material, and an inner peripheral surface of the target material and the backing tube. The filling step S3 for filling the gap between the outer peripheral surface with the solid bonding material and the bonding step S4 for joining the target material and the backing tube by heating the solid bonding material to a temperature equal to or higher than the melting point and then cooling the solid bonding material. Have.

このように、固体状の接合材をターゲット材とバッキングチューブの隙間に充填し、加熱して溶融することにより、下地処理面と大気中との接触面積が減り、ターゲット材とバッキングチューブの下地処理面の酸化膜の発生を抑制することができる。本発明は、これにより良好な接合状態が得られ、効率的で歩留りの高い、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という知見に基づき完成したものである。以下、本発明の一実施形態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各工程について詳細に説明する。 In this way, by filling the gap between the target material and the backing tube with the solid bonding material and heating and melting it, the contact area between the base treatment surface and the atmosphere is reduced, and the base treatment of the target material and the backing tube is performed. The generation of an oxide film on the surface can be suppressed. The present invention has been completed based on the finding that a good bonding state can be obtained and a cylindrical sputtering target with high efficiency and high yield can be manufactured. Hereinafter, each step in the method for manufacturing a cylindrical sputtering target according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

(2−1.塗布工程)
塗布工程S1は、ターゲット材の内周面及びバッキングチューブの外周面のそれぞれに接合材を塗布する工程である。
(2-1. Coating process)
The coating step S1 is a step of coating the bonding material on the inner peripheral surface of the target material and the outer peripheral surface of the backing tube.

[ターゲット材及びバッキングチューブの用意]
まず、ターゲット材11及びバッキングチューブ12を用意する。ターゲット材11としては、上述した円筒形セラミックス焼結体を用意する。焼結体は、1個でも良いし複数個でもよい。バッキングチューブ12についても、上述のとおりであり、例えば、円筒形のSUS304又はチタン合金のバッキングチューブを用意する。
[Preparation of target material and backing tube]
First, the target material 11 and the backing tube 12 are prepared. As the target material 11, the above-mentioned cylindrical ceramic sintered body is prepared. The number of sintered bodies may be one or a plurality. The backing tube 12 is also as described above. For example, a cylindrical SUS304 or titanium alloy backing tube is prepared.

[金属はんだの塗布]
次に、ターゲット材11及びバッキングチューブ12の接合面に金属はんだを塗布する。ターゲット材11は、バッキングチューブ12と接合する内周面に、バッキングチューブ12は、外周面に塗布する。接合面以外の不必要な部分への金属はんだ付着を防止するために、耐熱性テープをターゲット材11とバッキングチューブ12へ貼り付けてマスキングしてもよい。
[Applying metal solder]
Next, metal solder is applied to the joint surfaces of the target material 11 and the backing tube 12. The target material 11 is applied to the inner peripheral surface to be joined to the backing tube 12, and the backing tube 12 is applied to the outer peripheral surface. In order to prevent metal solder from adhering to unnecessary parts other than the joint surface, heat-resistant tape may be attached to the target material 11 and the backing tube 12 for masking.

金属はんだの塗布は、めっき処理による方法や超音波はんだ装置等を用いる方法等がある。接合材との濡れ性が良く、作業が容易なことより超音波はんだ装置を使用する方法が好ましい。超音波はんだ装置で金属はんだを塗布する方法では、効率的に行うために、コテ先やバッキングチューブを接合材の融点以上の温度に設定することで接合材の流動性が増し、引き伸ばしながらの塗布が可能となる。また、コテ先をバッキングチューブ12の外周やターゲット材11の内周に密接する形状にすることで、均一な処理面が得られる。この時の金属はんだの厚みは、10〜30μmとすることが好ましい。 The metal solder can be applied by a plating process, an ultrasonic soldering apparatus, or the like. The method of using an ultrasonic soldering apparatus is preferable because it has good wettability with the bonding material and is easy to work with. In the method of applying metal solder with an ultrasonic soldering device, in order to perform it efficiently, the fluidity of the bonding material is increased by setting the iron tip and backing tube to a temperature higher than the melting point of the bonding material, and application while stretching is performed. Is possible. Further, by forming the iron tip in close contact with the outer circumference of the backing tube 12 and the inner circumference of the target material 11, a uniform treated surface can be obtained. The thickness of the metal solder at this time is preferably 10 to 30 μm.

(2−2.配置工程)
配置工程S2は、ターゲット材11の内周面側に有する中空部にバッキングチューブ12を同軸に配置する工程である。図3は、本発明の一実施形態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、後述する充填工程で固体の接合材を充填した状態を示す概略断面図であり、図3を基にターゲット材及びバッキングチューブの配置について説明する。
(2-2. Placement process)
The arrangement step S2 is a step of coaxially arranging the backing tube 12 in the hollow portion on the inner peripheral surface side of the target material 11. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a state in which a solid bonding material is filled in a filling step described later in the method for manufacturing a cylindrical sputtering target according to an embodiment of the present invention. The arrangement of the backing tube will be described.

[配置]
バッキングチューブ22は架台等に一方の端を固定して設置する。例えば、バッキングチューブ22外径と同径の穴が開いた耐熱樹脂プレート24に固定してもよい。このバッキングチューブ22に軸方向の端部を耐熱Oリング25等によって封止し、その後、バッキングチューブ22にターゲット材21の中空部に同軸に配置するとともに、この封止側が下方となるように、ターゲット材21とバッキングチューブ22を直立させる。
[Arrangement]
The backing tube 22 is installed by fixing one end to a pedestal or the like. For example, it may be fixed to a heat-resistant resin plate 24 having a hole having the same diameter as the backing tube 22 outer diameter. The end of the backing tube 22 in the axial direction is sealed with a heat-resistant O-ring 25 or the like, and then the backing tube 22 is coaxially arranged in the hollow portion of the target material 21 so that the sealing side is downward. The target material 21 and the backing tube 22 are made upright.

バッキングチューブ22を、ターゲット材21の中空部に同軸に、即ち、これらの中心軸が一致した状態で配置し、両者を接合することが重要となる。両者の中心軸がずれた状態で接合すると、得られる円筒形スパッタリングターゲット10の外径の中心と内径の中心がずれてしまう。その結果、スパッタリング時の熱負荷により、円筒形スパッタリングターゲット10が不均一に膨張し、ターゲット材21に割れや剥離が生じるおそれがある。 It is important to arrange the backing tube 22 coaxially with the hollow portion of the target material 21, that is, in a state where their central axes coincide with each other, and to join the two. If the two are joined in a state where the central axes are deviated, the center of the outer diameter and the center of the inner diameter of the obtained cylindrical sputtering target 10 are deviated. As a result, the cylindrical sputtering target 10 may expand unevenly due to the heat load during sputtering, and the target material 21 may be cracked or peeled off.

また、後述するように、本発明の一実施形態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は、固体の接合材23を充填するため、充填後の加熱により接合材23を溶解させると、充填時の接合材間の空隙等により接合材が占める体積が減少する。したがって、ターゲット材21上端部には、体積減少分を考慮して接合材23を多めに充填できるようにターゲット材21の内径と同等の円筒状治具26を載せ、バッキングチューブ22上端には外径が同等の円筒状治具(以下、バッキングチューブ22上に配置する円筒状治具をダミーチューブ27と称する)を載せ、例えば、耐熱テープで固定することが好ましい。 Further, as will be described later, in the method for manufacturing a cylindrical sputtering target according to an embodiment of the present invention, in order to fill the solid bonding material 23, if the bonding material 23 is melted by heating after filling, the bonding material 23 is melted at the time of filling. The volume occupied by the bonding material is reduced due to the voids between the bonding materials. Therefore, a cylindrical jig 26 having the same inner diameter as the target material 21 is placed on the upper end of the target material 21 so that the joining material 23 can be filled in a larger amount in consideration of the volume reduction, and the upper end of the backing tube 22 is outside. It is preferable to place a cylindrical jig having the same diameter (hereinafter, the cylindrical jig arranged on the backing tube 22 is referred to as a dummy tube 27) and fix it with heat-resistant tape, for example.

なお、バッキングチューブ22がターゲット材21に対して十分な長さを有する場合には、ターゲット材21の上端のみに円筒状治具26を配置してもよい。また、円筒状治具26の上方部261は球状の金属はんだ23を充填しやすくするために、上方に向かって広がる形状としてもよい。円筒状治具26及びダミーチューブ27の材質は繰り返し使用するためステンレス製が好ましい。 If the backing tube 22 has a sufficient length with respect to the target material 21, the cylindrical jig 26 may be arranged only at the upper end of the target material 21. Further, the upper portion 261 of the cylindrical jig 26 may have a shape that expands upward in order to facilitate filling with the spherical metal solder 23. The material of the cylindrical jig 26 and the dummy tube 27 is preferably made of stainless steel because it is used repeatedly.

(2−3.充填工程)
充填工程S3は、ターゲット材21の内周面とバッキングチューブ22の外周面との間の隙間に固体の接合材を充填する工程である。
(2-3. Filling process)
The filling step S3 is a step of filling the gap between the inner peripheral surface of the target material 21 and the outer peripheral surface of the backing tube 22 with a solid bonding material.

[充填]
充填工程S3では、配置工程S2により生じたバッキングチューブ22とターゲット材21との間の隙間に、例えば上述した円筒状治具26を介して、上方向から固体の接合材23を充填する。固体の接合材23は特に限定されるものではないが、製造の容易さや高い充填率を得る点から、球状の金属はんだを用いることが好ましい。球状の金属はんだの製造方法は特に限定しない。油中造粒法や均一液滴噴霧法、直径の小さいものは、遠心噴霧法などで製作したものでもよい。
[filling]
In the filling step S3, the gap between the backing tube 22 and the target material 21 created in the arranging step S2 is filled with the solid bonding material 23 from above via, for example, the above-mentioned cylindrical jig 26. The solid bonding material 23 is not particularly limited, but it is preferable to use a spherical metal solder from the viewpoint of ease of production and high filling rate. The method for producing the spherical metal solder is not particularly limited. A granulation method in oil, a uniform droplet spraying method, or a method having a small diameter may be manufactured by a centrifugal spraying method or the like.

ターゲット材21とバッキングチューブ22の配置により生じる隙間空間への球状の金属はんだ23は、充填率が高いほど、球状の金属はんだ23とターゲット材21またはバッキングチューブ22の下地処理面との接地面積が増加する。そのため、始めから溶融した金属はんだを充填する場合に比べて、加熱時、下地処理面に生じる酸化皮膜が相対的に減少し、下地処理面と金属はんだとの界面強度が向上する。 The higher the filling rate of the spherical metal solder 23 in the gap space created by the arrangement of the target material 21 and the backing tube 22, the larger the contact area between the spherical metal solder 23 and the base treatment surface of the target material 21 or the backing tube 22. To increase. Therefore, as compared with the case of filling the molten metal solder from the beginning, the oxide film formed on the base-treated surface during heating is relatively reduced, and the interfacial strength between the base-treated surface and the metal solder is improved.

球状の金属はんだ23は、その直径がターゲット材21とバッキングチューブ22の隙間の幅以下である必要がある。また、球状の金属はんだ23は、製造および入手の容易さからφ0.2mm以上のものが好適に用いられる。ただし、球状の金属はんだ23はこれに限定されず、例えば、直径(平均粒径)が微小(例えばμmオーダー)の粉末状の金属はんだを用いてもよい。 The diameter of the spherical metal solder 23 needs to be equal to or less than the width of the gap between the target material 21 and the backing tube 22. Further, as the spherical metal solder 23, one having a diameter of 0.2 mm or more is preferably used because of its ease of manufacture and availability. However, the spherical metal solder 23 is not limited to this, and for example, a powdery metal solder having a small diameter (average particle size) (for example, on the order of μm) may be used.

球状の金属はんだ23は、1種類でも良いし、直径の異なる2種類以上を充填してもよい。高い充填率を得るには、数種類の直径の球状の金属はんだ23A、23Bを併用することが重要であり、好ましくは隙間長に対して、直径が15〜25%の小粒径の球状の金属はんだ23Bと直径が75〜85%の大粒径の球状の金属はんだ23Aを使用することが好ましい。また、充填方法は、はじめに大きめのサイズの球状の金属はんだ23Aを充填し、小型振動機などの機械的振動源で振動を加え、更に充填したのち、小さいサイズの球状の金属はんだ23Bを充填する方法が高い充填率が得られる。振動を加えて効率的に充填する方法として、例えば、小型振動機などの機械的振動源をターゲット材21の外周面に接触させ、ターゲット材長手方向に動かし、振動を加えることが好ましい。 The spherical metal solder 23 may be filled with one type or two or more types having different diameters. In order to obtain a high filling rate, it is important to use spherical metal solders 23A and 23B having several diameters in combination, preferably a spherical metal having a small particle size having a diameter of 15 to 25% with respect to the gap length. It is preferable to use the solder 23B and the spherical metal solder 23A having a large particle size of 75 to 85% in diameter. Further, in the filling method, first, a large-sized spherical metal solder 23A is filled, vibration is applied by a mechanical vibration source such as a small vibrator, and then the small-sized spherical metal solder 23B is filled. The method gives a high filling rate. As a method of applying vibration for efficient filling, for example, it is preferable to bring a mechanical vibration source such as a small vibrator into contact with the outer peripheral surface of the target material 21 and move it in the longitudinal direction of the target material to apply vibration.

充填直後は、球状の金属はんだ23のため、空間が生じているが、ターゲット材21外部から加熱し、溶解時には、充填時の高さよりも下がるため、充填高さは、溶解時、ターゲット材21の上端になる様に調整する。また、それにあわせ、ターゲット材21の上に設置する円筒状治具26及びダミーチューブ27の上面の位置は、充填直後の高さより高く設定する。 Immediately after filling, a space is created due to the spherical metal solder 23. However, when the target material 21 is heated from the outside and melted, the filling height is lower than the height at the time of filling. Therefore, the filling height is the target material 21 at the time of melting. Adjust so that it is at the top of. In addition, the positions of the upper surfaces of the cylindrical jig 26 and the dummy tube 27 to be installed on the target material 21 are set higher than the height immediately after filling.

(2−4.接合工程)
接合工程S4は、充填工程S3で充填した接合材23を融点以上に加熱し、その後冷却することで、ターゲット材21とバッキングチューブ22を接合する工程である。図4は、本発明の一実施形態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、接合工程で固体の接合材を加熱により溶融した後冷却し、ターゲット材とバッキングチューブを接合した状態を示す概略断面図である。
(2-4. Joining process)
The joining step S4 is a step of joining the target material 21 and the backing tube 22 by heating the joining material 23 filled in the filling step S3 to a melting point or higher and then cooling it. FIG. 4 is a schematic cross section showing a state in which a solid bonding material is melted by heating and then cooled in a bonding step in the method for manufacturing a cylindrical sputtering target according to an embodiment of the present invention, and the target material and the backing tube are bonded. It is a figure.

[接合]
接合工程S4では、球状の金属はんだ23をバッキングチューブ32とターゲット材31の隙間に充填後、加熱して球状の金属はんだ23を溶解させて接合する。加熱は、ターゲット材31の外周面を加熱する。加熱の方法は特に限定しないが、バンドヒータ等を用いると取り付け、取外しが簡易である。加熱温度は、接合材33の融点より高い温度に設定する。
[Joining]
In the joining step S4, the spherical metal solder 23 is filled in the gap between the backing tube 32 and the target material 31, and then heated to melt and join the spherical metal solder 23. The heating heats the outer peripheral surface of the target material 31. The heating method is not particularly limited, but it is easy to install and remove by using a band heater or the like. The heating temperature is set to a temperature higher than the melting point of the bonding material 33.

加熱により、バッキングチューブ32とターゲット材31の隙間に充填された球状の金属はんだ23が溶解し、バッキングチューブ32の外周及びターゲット材31の内周の下地処理面と同時に接合される。これに対して、特許文献1や2のように、加熱後、上方から溶液のはんだを流し込む場合、下側から接合されるため、特に上方部は加熱により下地処理面に酸化被膜が発生しやすく接合性を低下させてしまう。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では、加熱と同時に接合されるため、これを防止することができる。また、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では、固体の接合材23を充填させた後に溶解させるため、上方から溶液のはんだを流し込む場合と比較して気泡の混入も防止することができる。 By heating, the spherical metal solder 23 filled in the gap between the backing tube 32 and the target material 31 is melted and joined at the same time as the base treatment surface on the outer circumference of the backing tube 32 and the inner circumference of the target material 31. On the other hand, as in Patent Documents 1 and 2, when the solder of the solution is poured from above after heating, it is joined from the lower side, so that an oxide film is likely to be formed on the surface treated surface due to heating. It reduces the bondability. In the method for manufacturing a cylindrical sputtering target according to the present invention, since the bonding is performed at the same time as heating, this can be prevented. Further, in the method for manufacturing a cylindrical sputtering target according to the present invention, since the solid bonding material 23 is filled and then melted, it is possible to prevent the mixing of air bubbles as compared with the case where the solder of the solution is poured from above. ..

[冷却]
その後、バンドヒータの加熱を止め、そのまま冷却する。最終的に冷却固化させ、円筒状治具36及びダミーチューブ37を取外し、マスキング用途でターゲット材31表面に張り付けた耐熱テープを剥がし、円筒形スパッタリングターゲットを得る。なお、円筒状治具36の内周面及びダミーチューブ37の外周面には、接合材の濡れ性を向上させるための金属はんだの塗布を行わないことにより、円筒状治具36及びダミーチューブ37と接合材33との密着力は弱く容易に取外しができる。
[cooling]
After that, the heating of the band heater is stopped and the band heater is cooled as it is. Finally, it is cooled and solidified, the cylindrical jig 36 and the dummy tube 37 are removed, and the heat-resistant tape attached to the surface of the target material 31 for masking use is peeled off to obtain a cylindrical sputtering target. The inner peripheral surface of the cylindrical jig 36 and the outer peripheral surface of the dummy tube 37 are not coated with metal solder to improve the wettability of the bonding material, so that the cylindrical jig 36 and the dummy tube 37 are not coated. The adhesion between the solder and the bonding material 33 is weak and can be easily removed.

以下、本発明について、実施例および比較例により、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に何ら限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to the following Examples.

なお、以下の実施例および比較例において、超音波探傷装置でのターゲット材とバッキングチューブの接合率は、超音波探傷装置(株式会社KJTD製、SDS−WIN)を用いて、実施例1〜6、比較例1〜3の円筒形スパッタリングターゲットを試料として評価を行った。接合率は、接合面積に対する接合不良箇所面積の割合で求められる。ターゲット材と接合層との接合強度の評価は、円筒形スパッタリングターゲットの代替として、90mm×150mmの平板状の材料で、隙間空間を形成、同条件で接合し、これを試験片として引張試験装置(株式会社島津製作所製、オートグラフ)を用いて、接合強度を測定することにより評価した。 In the following Examples and Comparative Examples, the bonding ratio between the target material and the backing tube in the ultrasonic flaw detector is determined by using the ultrasonic flaw detector (KJTD Co., Ltd., SDS-WIN) in Examples 1 to 6. , The evaluation was performed using the cylindrical sputtering targets of Comparative Examples 1 to 3 as a sample. The joining ratio is obtained by the ratio of the joining defective part area to the joining area. The evaluation of the bonding strength between the target material and the bonding layer is performed by forming a gap space with a flat plate material of 90 mm × 150 mm as an alternative to the cylindrical sputtering target, bonding under the same conditions, and using this as a test piece for a tensile test device. Evaluation was made by measuring the joint strength using (Autograph, manufactured by Shimadzu Corporation).

(比較例1)
比較例1では、外径153mm、内径135mm、全長165mmのITO製の円筒形セラミックス焼結体を2個準備した。全ての円筒形セラミックス焼結体について、接合面となる内周面以外の部分に余分な接合材が付着することを防止するため、ポリイミドテープでマスキングを行った。その後、接合面となる内周面を黒田テクノ株式会社製サンボンダUSM-528(超音波打撃端子・形状50×10mm、ターゲット材に接する面は、ターゲット材内面の曲率半径と同一に加工したものを使用した)を使用し、はんだ材にインジウムを用いて、ターゲット材を得た。
(Comparative Example 1)
In Comparative Example 1, two ITO-made cylindrical ceramic sintered bodies having an outer diameter of 153 mm, an inner diameter of 135 mm, and a total length of 165 mm were prepared. All cylindrical ceramic sintered bodies were masked with polyimide tape in order to prevent excess bonding material from adhering to parts other than the inner peripheral surface, which is the bonding surface. After that, the inner peripheral surface to be the joint surface was processed into Sunbonder USM-528 manufactured by Kuroda Techno Co., Ltd. (ultrasonic striking terminal, shape 50 x 10 mm, and the surface in contact with the target material was processed to have the same radius of curvature as the inner surface of the target material. (Used) was used, and indium was used as the solder material to obtain a target material.

バッキングチューブは、ステンレス製、長さ370mm、外径133mm、内径125mmを1本準備した。接合面となる外周面を上記と同様に下地処理を行った。バッキングチューブとターゲット材は、中空部に対して同軸になるようリング状プレート(PEEK製)を用いて垂直に配置し、下端部をリング状ゴム(シリコーン製)によって封止し、各ターゲット材の隙間にはリング状のゴム(シリコーン製)を挿入した。ターゲット材の上端部には、ロート状治具(アルミ製)を設置した。 One backing tube made of stainless steel, having a length of 370 mm, an outer diameter of 133 mm, and an inner diameter of 125 mm was prepared. The outer peripheral surface to be the joint surface was grounded in the same manner as described above. The backing tube and the target material are arranged vertically using a ring-shaped plate (made of PEEK) so as to be coaxial with the hollow part, and the lower end is sealed with a ring-shaped rubber (made of silicone). A ring-shaped rubber (made of silicone) was inserted into the gap. A funnel-shaped jig (made of aluminum) was installed at the upper end of the target material.

次に、ターゲット材外周部を加熱と同時に、ロート状治具へ金属はんだを充填し、円筒状治具外周部を加熱した。金属はんだには、冷間圧延板(厚み5mm)のインジウムを用いた。これによって、金属はんだは溶解され、バッキングチューブとターゲット材の配置によって生じた隙間空間へ流れ込み、充填したことを確認し、冷却固化させ、円筒形ITOスパッタリングターゲットを得た。 Next, at the same time as heating the outer peripheral portion of the target material, the funnel-shaped jig was filled with metal solder to heat the outer peripheral portion of the cylindrical jig. As the metal solder, indium of a cold rolled plate (thickness 5 mm) was used. As a result, the metal solder was melted and flowed into the gap space created by the arrangement of the backing tube and the target material, and it was confirmed that the solder was filled, and then cooled and solidified to obtain a cylindrical ITO sputtering target.

最後に、このITO円筒形スパッタリングターゲットについて、接合率と接着強度を測定した。結果を表1に示す。 Finally, the bonding ratio and adhesive strength of this ITO cylindrical sputtering target were measured. The results are shown in Table 1.

(比較例2)
比較例2では、外径153mm、内径135mm、全長330mmのニオブ製の円筒形ターゲット材を1個準備した。比較例1と同じサイズのステンレス製バッキングチューブを用い、比較例1と同じ方法で下地処理を行った。また、同様にターゲット材、バッキングチューブ、リング状耐熱樹脂プレート、リング状ゴム、ロート状治具、金属はんだを配置した。なお、ターゲット材が1個のためターゲット材の隙間のリング状のゴム(シリコーン製)は使用しなかった。比較例1と同様の条件、方法でニオブ円筒形スパッタリングターゲットを得て評価を行った。結果を表1に示す。
(Comparative Example 2)
In Comparative Example 2, one niobium cylindrical target material having an outer diameter of 153 mm, an inner diameter of 135 mm, and a total length of 330 mm was prepared. Using a stainless steel backing tube of the same size as in Comparative Example 1, the base treatment was performed in the same manner as in Comparative Example 1. Similarly, the target material, the backing tube, the ring-shaped heat-resistant resin plate, the ring-shaped rubber, the funnel-shaped jig, and the metal solder were arranged. Since there is only one target material, the ring-shaped rubber (made of silicone) in the gap between the target materials was not used. A niobium cylindrical sputtering target was obtained under the same conditions and methods as in Comparative Example 1 and evaluated. The results are shown in Table 1.

(比較例3)
比較例3では、外径153mm、内径136mm、全長165mmのITO製の円筒形セラミックス焼結体を2個準備した。また、バッキングチューブは、比較例1と同じものを準備し、比較例1と同じ方法で下地処理を行った。そして、比較例1と同様にターゲット材、バッキングチューブ、リング状耐熱樹脂プレート、リング状ゴム、ロート状治具、金属はんだを配置し、比較例1と同様の条件、方法でITO円筒形スパッタリングターゲットを得て評価を行った。結果を表1に示す。
(Comparative Example 3)
In Comparative Example 3, two ITO-made cylindrical ceramic sintered bodies having an outer diameter of 153 mm, an inner diameter of 136 mm, and a total length of 165 mm were prepared. Further, the same backing tube as in Comparative Example 1 was prepared, and the base treatment was performed by the same method as in Comparative Example 1. Then, the target material, the backing tube, the ring-shaped heat-resistant resin plate, the ring-shaped rubber, the funnel-shaped jig, and the metal solder are arranged in the same manner as in Comparative Example 1, and the ITO cylindrical sputtering target is arranged under the same conditions and methods as in Comparative Example 1. Was obtained and evaluated. The results are shown in Table 1.

(実施例1)
実施例1では、比較例1と同じサイズのITO製のターゲット材とステンレス製バッキングチューブを用い、同じ方法で下地処理を行った。
(Example 1)
In Example 1, an ITO target material and a stainless steel backing tube having the same size as in Comparative Example 1 were used, and the base treatment was performed by the same method.

実施例1では、バッキングチューブとターゲット材は、中空部に対して同軸になるよう垂直に配置し、下端部をリング状耐熱樹脂プレートとリング状ゴムによって封止し、各ターゲット材の隙間にはリング状のゴムを挿入した。バッキングチューブ上端部には、バッキングチューブと同じ内外径、長さ165mmのダミーチューブ、ターゲット材上端部には、ターゲット材と同じ内外径、長さ165mmの円筒状治具を載せ、耐熱テープで固定し、ダミー部とした。球状の金属はんだには、φ0.2mmとφ0.8mmのインジウムを用いた。 In the first embodiment, the backing tube and the target material are arranged vertically so as to be coaxial with the hollow portion, the lower end portion is sealed with a ring-shaped heat-resistant resin plate and a ring-shaped rubber, and the gap between the target materials is filled. A ring-shaped rubber was inserted. A dummy tube with the same inner and outer diameter and length of 165 mm as the backing tube is placed on the upper end of the backing tube, and a cylindrical jig with the same inner and outer diameter and length of 165 mm as the target material is placed on the upper end of the target material and fixed with heat resistant tape. And made it a dummy part. Indium having a diameter of 0.2 mm and a diameter of 0.8 mm was used for the spherical metal solder.

はじめに、φ0.8mmの球状の金属はんだをバッキングチューブとターゲット材の配置によって生じた隙間空間へ充填し、手持式振動機(大東電機工業株式会社製 スライヴ MD―7300)でターゲット材外周を均等に振動させ、続いてφ0.2mmの球状の金属はんだを同じ方法で充填した。充填高さは、円筒状治具の上端部より5mm程度低い位置まで充填した。 First, fill the gap created by the placement of the backing tube and the target material with a spherical metal solder of φ0.8 mm, and use a handheld vibrator (Slive MD-7300 manufactured by Daito Denki Kogyo Co., Ltd.) to evenly cover the outer circumference of the target material. It was vibrated and subsequently filled with a φ0.2 mm spherical metal solder in the same manner. The filling height was about 5 mm lower than the upper end of the cylindrical jig.

次いでターゲット外周部を加熱し、充填した球状の金属はんだが全て溶解したことを確認し、冷却固化させ、円筒状治具らを取外し、不要な接合層を除去し、円筒形ITOスパッタリングターゲットを得た。最後に、このITO円筒形スパッタリングターゲットについて、接合率と接着強度を測定した。結果を表1に示す。 Next, the outer peripheral portion of the target was heated to confirm that all the filled spherical metal solder had melted, cooled and solidified, the cylindrical jigs were removed, unnecessary bonding layers were removed, and a cylindrical ITO sputtering target was obtained. It was. Finally, the bonding ratio and adhesive strength of this ITO cylindrical sputtering target were measured. The results are shown in Table 1.

(実施例2)
実施例2では、比較例2と同じサイズ、材質のターゲット材とバッキングチューブを準備し、同じ方法で下地処理を行った。また、実施例1と同様にターゲット材、バッキングチューブ、リング状耐熱樹脂プレート、リング状ゴム、円筒状治具らを配置した。なお、ターゲット材が1個のためターゲット材の隙間のリング状のゴム(シリコーン製)は使用しなかった。実施例1と同様の方法でニオブ円筒形スパッタリングターゲットを作製し、評価を行った。結果を表1に示す。
(Example 2)
In Example 2, a target material and a backing tube having the same size and material as in Comparative Example 2 were prepared, and the base treatment was performed by the same method. Further, the target material, the backing tube, the ring-shaped heat-resistant resin plate, the ring-shaped rubber, the cylindrical jig, and the like were arranged in the same manner as in Example 1. Since there is only one target material, the ring-shaped rubber (made of silicone) in the gap between the target materials was not used. A niobium cylindrical sputtering target was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.

(実施例3)
実施例3では、比較例3と同じサイズ、材質のターゲット材とバッキングチューブを準備し、同じ方法で下地処理を行った。また、実施例1と同様にターゲット材、バッキングチューブ、リング状耐熱樹脂プレート、リング状ゴム、円筒状治具らを配置した。以下、実施例1と同様の方法でITO円筒形スパッタリングターゲットを作製し、評価を行った。この時の球状の金属はんだには、φ0.3mmとφ1.2mmのインジウムを用いた。結果を表1に示す。
(Example 3)
In Example 3, a target material and a backing tube having the same size and material as in Comparative Example 3 were prepared, and the base treatment was performed by the same method. Further, the target material, the backing tube, the ring-shaped heat-resistant resin plate, the ring-shaped rubber, the cylindrical jig, and the like were arranged in the same manner as in Example 1. Hereinafter, an ITO cylindrical sputtering target was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1. Indium having a diameter of 0.3 mm and a diameter of 1.2 mm was used as the spherical metal solder at this time. The results are shown in Table 1.

(実施例4)
実施例4では、実施例1と同じサイズ、材質のターゲット材とバッキングチューブを準備し、同じ方法で下地処理を行った。また、実施例1と同様にターゲット材、バッキングチューブ、リング状耐熱樹脂プレート、リング状ゴム、円筒状治具らを配置した。この時の球状の金属はんだは、φ0.2mmの1種類のみを使用した。以下、実施例1と同様の条件、方法で、ITO円筒形スパッタリングターゲットを得て評価を行った。結果を表1に示す。
(Example 4)
In Example 4, a target material and a backing tube having the same size and material as in Example 1 were prepared, and the base treatment was performed by the same method. Further, the target material, the backing tube, the ring-shaped heat-resistant resin plate, the ring-shaped rubber, the cylindrical jig, and the like were arranged in the same manner as in Example 1. As the spherical metal solder at this time, only one type having a diameter of 0.2 mm was used. Hereinafter, an ITO cylindrical sputtering target was obtained and evaluated under the same conditions and methods as in Example 1. The results are shown in Table 1.

(実施例5)
実施例5では、実施例1と同じサイズ、材質のターゲット材とバッキングチューブを準備し、同じ方法で下地処理を行った。また、実施例1と同様にターゲット材、バッキングチューブ、リング状耐熱樹脂プレート、リング状ゴム、円筒状治具らを配置した。この時の球状の金属はんだは、φ0.5mmの1種類のみを使用した。以下、実施例1と同様の条件、方法で、ITO円筒形スパッタリングターゲットを得て評価を行った。結果を表1に示す。
(Example 5)
In Example 5, a target material and a backing tube having the same size and material as in Example 1 were prepared, and the base treatment was performed by the same method. Further, the target material, the backing tube, the ring-shaped heat-resistant resin plate, the ring-shaped rubber, the cylindrical jig, and the like were arranged in the same manner as in Example 1. As the spherical metal solder at this time, only one type having a diameter of 0.5 mm was used. Hereinafter, an ITO cylindrical sputtering target was obtained and evaluated under the same conditions and methods as in Example 1. The results are shown in Table 1.

(実施例6)
実施例6では、実施例1と同じサイズ、材質のターゲット材とバッキングチューブを準備し、同じ方法で下地処理を行った。また、実施例1と同様にターゲット材、バッキングチューブ、リング状耐熱樹脂プレート、リング状ゴム、円筒状治具らを配置した。この時の球状の金属はんだは、φ0.8mmの1種類のみを使用した。以下、実施例1と同様の条件、方法で、ITO円筒形スパッタリングターゲットを得て評価を行った。結果を表1に示す。
(Example 6)
In Example 6, a target material and a backing tube having the same size and material as in Example 1 were prepared, and the base treatment was performed by the same method. Further, the target material, the backing tube, the ring-shaped heat-resistant resin plate, the ring-shaped rubber, the cylindrical jig, and the like were arranged in the same manner as in Example 1. As the spherical metal solder at this time, only one type having a diameter of 0.8 mm was used. Hereinafter, an ITO cylindrical sputtering target was obtained and evaluated under the same conditions and methods as in Example 1. The results are shown in Table 1.

Figure 0006861035
Figure 0006861035

表1より、固体の接合材を充填したのち接合した実施例1〜6に係る円筒形スパッタリングターゲットにおいては、接合率が95%以上で、接合強度が5.5MPa以上と高い接合率及び接合強度が得られた。特に、大粒径と小粒径の2種類の金属はんだを用いた実施例1〜3に係る円筒形スパッタリングターゲットにおいては、接合率が99%以上で、接合強度が6.2MPa以上と最も高い接合率及び接合強度が得られた。これに対して、比較例1〜3のように溶融した金属はんだを充填して接合した場合には、接合率が85%程度で、接合強度が4.0MPa未満と十分な接合率と接合強度を得ることができなかった。本発明のように、固体状の接合材をターゲット材とバッキングチューブの隙間に充填し、加熱して溶融することにより、下地処理面と大気中との接触面積が減り、ターゲット材とバッキングチューブの下地処理面の酸化膜の発生を抑制することができ、また、気泡の混入も防止することができるため、良好な接合状態を有する円筒形スパッタリングターゲットとすることができると考えられる。 From Table 1, in the cylindrical sputtering targets according to Examples 1 to 6 in which a solid bonding material was filled and then bonded, the bonding rate and the bonding strength were as high as 95% or more and 5.5 MPa or more. was gotten. In particular, in the cylindrical sputtering targets according to Examples 1 to 3 using two types of metal solders having a large particle size and a small particle size, the bonding ratio is 99% or more and the bonding strength is 6.2 MPa or more, which is the highest. The bonding ratio and bonding strength were obtained. On the other hand, when molten metal solder is filled and joined as in Comparative Examples 1 to 3, the joining ratio is about 85% and the joining strength is less than 4.0 MPa, which is a sufficient joining ratio and joining strength. Could not be obtained. As in the present invention, by filling the gap between the target material and the backing tube with a solid bonding material and heating and melting it, the contact area between the surface to be treated and the atmosphere is reduced, and the target material and the backing tube are separated from each other. It is considered that a cylindrical sputtering target having a good bonding state can be obtained because the generation of an oxide film on the surface to be treated can be suppressed and the mixing of air bubbles can be prevented.

10 円筒形スパッタリングターゲット、11,21,31 ターゲット材、12,22,32 バッキングチューブ、13,33 接合材、23 接合材(球状の金属はんだ)、23A 球状の金属はんだ(大粒径)、23B 球状の金属はんだ(小粒径)、24,34 耐熱樹脂プレート、25,35 耐熱Oリング、26,36 円筒状治具、261,361 円筒状治具の上方部 10 Cylindrical sputtering target, 11,21,31 target material, 12,22,32 backing tube, 13,33 joint material, 23 joint material (spherical metal solder), 23A spherical metal solder (large particle size), 23B Spherical metal solder (small particle size), 24,34 heat-resistant resin plate, 25,35 heat-resistant O-ring, 26,36 cylindrical jig, 261,361 Upper part of cylindrical jig

Claims (5)

円筒形のターゲット材を円筒形のバッキングチューブの外周面に接合層を介して接合する円筒形スパッタリングターゲットの製造方法であって、
前記ターゲット材の内周面及び前記バッキングチューブの外周面のそれぞれに接合材を塗布する塗布工程と、
前記ターゲット材の内周面側に有する中空部に前記バッキングチューブを同軸に配置する配置工程と、
前記ターゲット材の内周面と前記バッキングチューブの外周面との間の隙間に固体の接合材を充填する充填工程と、
前記固体の接合材を融点以上に加熱し、その後冷却することで、前記ターゲット材と前記バッキングチューブを接合する接合工程とを有し、
前記配置工程において、前記ターゲット材の上端に該ターゲット材の内径と等しい円筒状治具を配置する円筒形スパッタリングターゲットの製造方法。
A method for manufacturing a cylindrical sputtering target in which a cylindrical target material is bonded to the outer peripheral surface of a cylindrical backing tube via a bonding layer.
A coating step of applying a bonding material to each of the inner peripheral surface of the target material and the outer peripheral surface of the backing tube, and
An arrangement step of coaxially arranging the backing tube in a hollow portion on the inner peripheral surface side of the target material, and
A filling step of filling a gap between the inner peripheral surface of the target material and the outer peripheral surface of the backing tube with a solid bonding material.
Heating the bonding material of the solid above the melting point, by then it cooled, possess a bonding step of bonding the backing tube and the target material,
A method for manufacturing a cylindrical sputtering target, in which a cylindrical jig equal to the inner diameter of the target material is placed at the upper end of the target material in the placement step.
前記固体の接合材は、その直径が前記隙間の幅以下である球状の金属はんだである請求項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。 The method for manufacturing a cylindrical sputtering target according to claim 1, wherein the solid bonding material is a spherical metal solder whose diameter is equal to or less than the width of the gap. 直径の異なる2種類以上の前記球状の金属はんだを用いる請求項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。 The method for manufacturing a cylindrical sputtering target according to claim 2, wherein two or more types of spherical metal solders having different diameters are used. 少なくとも、直径が前記隙間の幅の15%以上25%以下の前記球状の金属はんだと、直径が前記隙間の幅の75%以上85%以下の前記球状の金属はんだを用いる請求項3に記載の円筒形スパッタリングターゲットの製造方法。 The third aspect of claim 3, wherein at least the spherical metal solder having a diameter of 15% or more and 25% or less of the width of the gap and the spherical metal solder having a diameter of 75% or more and 85% or less of the width of the gap are used. A method for manufacturing a cylindrical sputtering target. 前記接合材の材質は、インジウム、またはこれを主成分とする合金からなる請求項1乃至請求項のいずれか1項に記載の円筒形スパッタリングターゲットの製造方法。 The method for producing a cylindrical sputtering target according to any one of claims 1 to 4 , wherein the material of the bonding material is indium or an alloy containing the same as a main component.
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