KR20210143161A

KR20210143161A - 원통형 스퍼터링 타깃의 제조 방법

Info

Publication number: KR20210143161A
Application number: KR1020217022973A
Authority: KR
Inventors: 신 오카노; 다케시 오토모
Original assignee: 미쓰비시 마테리알 가부시키가이샤
Priority date: 2019-03-25
Filing date: 2020-03-10
Publication date: 2021-11-26
Also published as: CN113423861A; WO2020195787A1; JP7120111B2; JP2020158806A

Abstract

원통형 타깃재의 내주면과 원통형 배킹 튜브의 외주면의 적어도 어느 일방의 부재에 하지 처리 접합재를 도포하여 0.1 ㎜ 이상 0.8 ㎜ 이하의 제 1 하지 처리층을 형성하는 하지 처리 공정과, 하지 처리 공정 후, 원통형 타깃재 내에 원통형 배킹 튜브를 삽입하고, 그 원통형 타깃재와 원통형 배킹 튜브의 간극에 용융 상태의 충전용 접합재를 충전하는 접합 공정을 갖고, 하지 처리 공정에서는, 제 1 하지 처리층의 적어도 표면에 흠집을 만들어 두고, 접합 공정에서는, 제 1 하지 처리층의 적어도 표면이 반용융 상태가 될 때까지 가열한 후, 충전용 접합재를 충전한다.

Description

원통형 스퍼터링 타깃의 제조 방법

본 발명은, 스퍼터링 장치에 사용되는 원통형 스퍼터링 타깃의 제조 방법에 관한 것이다.

본원은, 2019년 3월 25일에 일본에 출원된 특원 2019-057175호에 대하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

원통형 스퍼터링 타깃을 회전시키면서 스퍼터를 실시하는 스퍼터링 장치가 알려져 있다. 이 종류의 스퍼터링 장치에 사용되는 원통형 스퍼터링 타깃은, 특허문헌 1 에 나타나는 바와 같이, 원통형 배킹 튜브의 외주면에 원통형의 타깃재의 내주면이 접합되어 있다. 이 접합에 있어서는, 접합면이 되는 원통형 배킹 튜브의 외주면 및 원통형 타깃재의 내주면에 접합재와 동일하거나 또는 유사한 하지 처리 접합재를 도포하여 하지 처리 피막을 형성하고, 그 후, 타깃재에 원통형 배킹 튜브를 삽입하여, 양자 사이에 접합부를 위한 간극을 형성함과 함께, 타깃재와 원통형 배킹 튜브를 가열한 상태로 해두고, 그 간극에 용융 상태의 접합재를 공급하여 간극을 충전하는 접합 방법이 알려져 있다. 접합재로는 인듐 (In) 을 사용하는 경우가 많다.

이 경우, 타깃재 및 원통형 배킹 튜브의 하지 처리 접합재의 표면은, 하지 처리 후의 냉각 및 양자의 간극에 접합재를 충전하기 위한 접합 전의 재가열 등을 거쳐, 표면이 산화하여, 산화막이 형성된다.

이 하지 처리 접합재의 표면의 산화막의 형성에 의해, 충전하는 접합재와 하지 처리 접합재의 접촉이 저해되어, 접합 불량이 생기기 쉽다. 접합 불량이 된 원통형 스퍼터링 타깃은, 전체를 가열하여 접합재를 용융시킨 후, 타깃재를 배킹 튜브로부터 제거하고, 재차, 접합을 다시하는 작업이 필요하게 된다. 한편, 스퍼터되는 기판의 대형화에 수반하여 타깃재는 장척 (長尺) 화하고 있어, 생산 효율의 향상의 관점에서, 스퍼터 성막시의 파워 밀도를 높이는 경향이 있고, 접합 강도의 향상도 요망되고 있다.

이 대책으로서, 예를 들어 특허문헌 2 에 있어서는, 원통형 타깃재와 원통형 배킹 튜브의 간극에 용융 상태의 접합재를 충전한 후에, 강선이나 강판을 끼워 넣고 이들 사이에 충전된 접합재를 교반하여, 충전한 접합재와 하지 처리 접합재를 일체화하는 것이 개시되어 있다.

특허문헌 3 에서는, 원통형 타깃재와 원통형 배킹 튜브의 공간에 접합재인 땜납재보다 비중이 가벼운 분말체 물질을 넣어 두고, 이어서, 용융 땜납을 공간에 주입하여 분말체 물질을 땜납재의 액면에 띄운 상태에서, 분말체 물질을 진동시키면서 주입함으로써 땜납재를 물리적으로 교반하고 있다.

특허문헌 4 에서는, 원통형 타깃재와 원통형 배킹 튜브의 간극에 고체의 접합재를 충전하고, 이 접합재를 가열하여 용융함으로써, 하지 처리면과 대기 중의 접촉 면적을 줄여, 타깃재와 원통형 배킹 튜브의 하지 처리면의 산화막의 발생을 억제하고 있다.

일본 공개특허공보 2014-37619호 일본 특허 제6341146호 일본 공개특허공보 2012-177156호 일본 공개특허공보 2018-111868호

그러나, 특허문헌 2 의 경우에는, 접합재를 교반하기 위한 작업에 시간이 걸린다. 게다가, 도포된 접합재의 산화막을 전체면에 걸쳐 제거하기 위해서, 타깃재와 배킹 튜브의 간극 전체를 교반할 필요가 있고, 교반이 불충분한 부분에서는 접합 불량이 발생할 가능성이 높다.

특허문헌 3 에 대해서도 마찬가지로, 분말체 물질을 진동시키기 위한 진동원이 별도의 장치로서 필요하게 되고, 분말체 물질의 진동에 의한 땜납재의 교반이 충분하지 않은 경우에는, 접합 불량으로 연결되는 경우가 있다.

특허문헌 4 의 제조 방법에 있어서는, 접합시 전에, 고체의 접합재의 외주면이나 타깃재 및 배킹 튜브의 내외주면에 산화막이 부착되어 있으면, 접합 불량의 회피가 어려워진다. 그 때문에, 타깃재를 배킹 튜브 내에 배치하기 전에, 접합재의 표면이나, 타깃재, 배킹 튜브의 내외주면에 형성된 산화막을 제거할 필요가 생긴다.

본 발명은, 이와 같은 사정을 감안하여, 산화막의 영향을 억제하여 접합 불량의 발생을 방지하고, 수율을 향상시키는 것을 목적으로 하고 있다.

본 발명의 일 양태에 관련된 원통형 스퍼터링 타깃의 제조 방법은, 원통형 타깃재의 내주면과 그 원통형 타깃재의 내측에 삽입한 원통형 배킹 튜브의 외주면의 간극을 접합재로 충전하여 접합하는 원통형 스퍼터링 타깃의 제조 방법으로서, 상기 원통형 타깃재의 내주면과 상기 원통형 배킹 튜브의 외주면의 적어도 어느 일방의 부재에 하지 처리 접합재를 도포하여 0.1 ㎜ 이상 0.8 ㎜ 이하의 제 1 하지 처리층을 형성하는 하지 처리 공정과, 하지 처리 공정 후, 상기 원통형 타깃재 내에 상기 원통형 배킹 튜브를 삽입하고, 그 원통형 타깃재와 상기 원통형 배킹 튜브의 간극에 용융 상태의 충전용 접합재를 충전하는 접합 공정을 갖고, 상기 하지 처리 공정에서는, 상기 제 1 하지 처리층의 적어도 표면에 흠집을 만들어 두고, 상기 접합 공정에서는, 상기 제 1 하지 처리층의 적어도 표면이 반용융 상태가 될 때까지 가열한 후, 상기 충전용 접합재를 충전하는 것을 특징으로 한다.

하지 처리 공정에서 형성되는 제 1 하지 처리층은, 하지 처리 접합재 도포 후의 냉각 중 및 접합 공정에 있어서의 재가열 중에 표면이 산화되어, 산화막을 형성하는 경우가 있다. 이에 대하여, 제 1 하지 처리층을 두껍게 형성해 두었기 때문에, 접합 공정시에 제 1 하지 처리층의 표면을 적어도 반용융 상태로 함으로써, 그 표면이 아래로 처진 상태가 된다. 이 때, 미리 제 1 하지 처리층 표면에 흠집을 만들어 둔 것에 의해, 표면에 산화막이 형성되어 있었다고 해도, 표면 부분이 아래로 처질 때에, 흠집의 부분에서 산화막이 파괴되면서 아래로 처져 분단된다. 이 표면이 아래로 처진 상태에서 용융 상태의 충전용 접합재를 충전함으로써, 산화막이 분단된 제 1 하지 처리층의 표면 부분에 용융 상태의 충전용 접합재가 들어가면서, 이들이 혼합된다. 또한, 산화막의 일부는 충전용 접합재의 충전에 의해, 간극으로부터 밀려나온다. 간극 내에 산화막의 일부가 잔류했다고 해도, 분단되어 있기 때문에, 하지 처리 접합재와 새로운 충전용 접합재가 일체화하여, 강고한 접합층을 형성할 수 있다.

또한, 제 1 하지 처리층은 전체 둘레에 걸쳐서 아래로 처진 상태가 되기 때문에, 산화막을 전체 둘레에 걸쳐서 분단시킬 수 있다.

이 경우, 제 1 하지 처리층의 두께가 0.1 ㎜ 미만에서는, 반용융 상태가 되어도 아래로 처지기 어렵기 때문에, 산화막이 잘 파괴되지 않는다. 제 1 하지 처리층이 두께 0.8 ㎜ 를 초과하면, 하지 처리 공정에 시간이 걸림과 함께, 자중에 의해 아래로 처졌을 때에, 두께가 지나치게 커져서, 원통형 타깃재에 원통형 배킹 튜브를 삽입할 수 없게 될 우려가 있다.

원통형 스퍼터링 타깃의 제조 방법의 다른 양태로서, 상기 하지 처리 공정에서는, 상기 제 1 하지 처리층이 형성된 상기 일방의 부재와는 반대측의 타방의 부재에, 상기 제 1 하지 처리층보다 박육의 제 2 하지 처리층을 형성해 두고, 상기 제 1 하지 처리층이 형성된 상기 일방의 부재에, 상기 간극 내에 직경 방향으로 돌출되어 배치 가능한 긁어냄판을 둘레 방향을 따라 형성해 두고, 상기 접합 공정에 있어서, 상기 긁어냄판에 의해 상기 제 2 하지 처리층의 표면에 형성된 산화막의 적어도 일부를 긁어내면서 상기 원통형 타깃재 내에 상기 원통형 배킹 튜브를 삽입하는 것이 바람직하다.

이 제조 방법에서는, 후육의 제 1 하지 처리층과는 별도로, 박육의 제 2 하지 처리층에 대하여 긁어냄판에 의해 산화막의 적어도 일부를 제거하도록 하고 있기 때문에, 새롭게 충전되는 접합재와 제 1 하지 처리층 및 제 2 하지 처리 접합재를 보다 강고하게 접합할 수 있다. 게다가, 원통형 타깃재에 원통형 배킹 튜브를 삽입하는 조작에 의해 산화막의 일부를 제거할 수 있기 때문에, 작업이 용이하다.

본 발명에 의하면, 산화막의 영향을 억제하여 접합 불량의 발생을 방지하고, 수율을 향상시킬 수 있다.

도 1 은, 제 1 실시형태의 제조 방법으로 제조된 원통형 스퍼터링 타깃을 나타내는 종단면도이다.
도 2 는, 원통형 스퍼터링 타깃의 제조 방법을 설명하는 플로 차트이다.
도 3 은, 하지 처리층을 형성한 원통형 배킹 튜브의 종단면도이다.
도 4 는, 하지 처리층을 형성한 원통형 타깃재의 종단면도이다.
도 5 는, 제 1 실시형태의 제조 방법에 있어서, 원통형 타깃재 내에 원통형 배킹 튜브를 삽입하여 가열하기 전의 상태를 나타내는 종단면도이다.
도 6 은, 도 5 에 나타내는 상태로부터 재가열한 상태를 나타내는 종단면도이다.
도 7 은, 도 6 에 나타내는 상태로부터, 원통형 배킹 튜브를 강하시킨 상태를 나타내는 종단면도이다.
도 8 은, 제 2 실시형태의 제조 방법에 있어서, 원통형 타깃재 내에 원통형 배킹 튜브를 삽입하기 전의 상태를 나타내는 종단면도이다.
도 9 는, 긁어냄판을 나타내는 평면도이다.
도 10 은, 제 2 실시형태의 제조 방법으로 제조된 원통형 스퍼터링 타깃을 나타내는 종단면도이다.
도 11 은, 제 3 실시형태의 제조 방법에 있어서, 원통형 타깃재 내에 원통형 배킹 튜브를 삽입하기 전의 상태를 나타내는 종단면도이다.

이하, 본 발명에 관련된 원통형 스퍼터링 타깃의 제조 방법의 실시형태를 도면을 참조하면서 설명한다.

먼저, 제 1 실시형태에 대하여 설명한다.

원통형 스퍼터링 타깃 (1) 은, 예를 들어 도 1 에 나타내는 바와 같이, 원통형 타깃재 (이하, 타깃재라고도 한다) (2) 내에 원통형 배킹 튜브 (이하, 배킹 튜브라고도 한다) (3) 가 삽입되고, 이들 타깃재 (2) 의 내주면과 원통형 배킹 튜브 (3) 의 외주면 사이가 접합부 (4) 를 개재하여 접합된다. 이 경우, 타깃재 (2) 와 배킹 튜브 (3) 는, 중심축이 일치한 상태로 배치된다.

타깃재 (2) 는 장척상인 것으로부터, 일반적으로 길이 방향으로 분할된 복수의 분할 타깃재 (2a) 를 접속함으로써 구성된다.

타깃재 (2) 및 배킹 튜브 (3) 의 재질이나 치수는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 타깃재 (2) 는, 구리, 은 등의 금속, Al, Zn 의 산화물 소결체인 AZO 등의 세라믹스 등으로 이루어지는 내경 120 ㎜ ∼ 140 ㎜ 의 통상 부재를 사용할 수 있고, 배킹 튜브 (3) 는, 티탄, 스테인리스강, 또는 구리 혹은 구리 합금으로 이루어지는 외경 119 ㎜ ∼ 139 ㎜, 길이 0.5 m ∼ 4 m 의 통상 부재를 사용할 수 있다. 이 경우, 타깃재 (2) 는, 길이 30 ㎝ 정도의 단척의 분할 타깃재 (2a) 를 복수 연결한 상태에서 원통형 배킹 튜브 (3) 의 외주에 배치된다. 타깃재 (2) 내에 배킹 튜브 (3) 를 삽입한 상태에서, 타깃재 (2) 의 내주면과 배킹 튜브 (3) 의 외주면 사이에는 반경 방향으로 0.5 ㎜ ∼ 1 ㎜ 의 간극이 형성되고, 이 간극에는, 간극 유지를 위한 도시하지 않은 봉상 스페이서 (도시 생략) 가 삽입되어 있어도 되고, 이 경우, 이 봉상 스페이서와 함께 타깃재 (2) 및 배킹 튜브 (3) 가 접합부 (4) 에 의해 일체화된다.

접합부 (4) 는, 예를 들어 인듐 함유량이 60 질량％ 이상인 인듐 합금 (예를 들어 In-Sn 합금, In-Bi 합금, In-Zn 합금) 또는 순인듐, 주석 함유량이 60 질량％ 이상인 주석 합금 또는 순주석 등이 사용된다. 접합부 (4) 는, 타깃재 (2), 배킹 튜브 (3) 에 도포되는 하지 처리 접합재와, 이들 간극에 충전되는 충전용 접합재로 이루어지고, 이들이 일체화하여 고화함으로써 형성된다.

＜원통형 스퍼터링 타깃의 제조 방법＞

이 원통형 스퍼터링 타깃 (1) 을 제조하는 경우, 원통형 배킹 튜브 (3) 의 외주면과 타깃재 (2) 의 내주면을 접합면으로 하여, 이들 접합면 사이에 형성한 접합재로 접합한다.

도 2 에 나타내는 바와 같이, 타깃재 (2) 및 배킹 튜브 (3) 의 가열 공정, 타깃재 (2) 및 배킹 튜브 (3) 에 하지 처리 접합재를 도포하는 하지 처리 공정, 도포한 하지 처리 접합재를 냉각시켜 고화하는 하지 처리 접합재 냉각 공정, 고화한 하지 처리 접합재를 재가열하는 재가열 공정, 충전용 접합재를 타깃재 (2) 와 배킹 튜브 (3) 의 간극에 충전하는 접합재 충전 공정 (접합 공정), 충전된 접합재를 냉각시켜 고화하는 접합재 냉각 공정을 가지고 있다. 이하, 공정 순서대로 설명한다.

(가열 공정)

타깃재 (2) 및 배킹 튜브 (3) 를 가열하고, 이들의 접합면이 되는 타깃재 (2) 의 내주면 및 배킹 튜브 (3) 의 외주면을 하지 처리 접합재의 융점 (또는 액상선 온도) 이상의 온도로 가열한다.

(하지 처리 공정)

가열 공정에 있어서, 가열 상태로 한 각 분할 타깃재 (2a) 의 내주면 및 배킹 튜브 (3) 의 외주면에, 각각 용융 상태의 하지 처리 접합재를 도포하여 하지 처리층 (41a, 41b) 을 각각 형성한다. 이 경우, 히터를 탑재한 초음파 땜납 인두 (도시 생략) 로 초음파 진동을 가하면서 하지 처리 접합재를 바름으로써, 분할 타깃재 (2a) 의 내주면 및 배킹 튜브 (3) 의 외주면에 있어서의 오염이나 산화막의 제거 등이 촉진되어, 이들 표면에 하지 처리 접합재를 융합시킬 수 있다.

하지 처리 공정은, 대기 중에서 실시해도 되지만, 아르곤, 질소 등의 불활성 분위기에서 실시하면, 하지 처리 접합재에 의해 형성되는 하지 처리층 (41a, 41b) 의 표면의 산화를 억제할 수 있기 때문에, 그러한 분위기에서 실시하는 것이 바람직하다.

(하지 처리 접합재 냉각 공정 (하지 처리 공정))

하지 처리 접합재 냉각 공정은, 하지 처리 공정 후에 적절한 냉각 수단에 의해 실시한다. 이로써, 하지 처리 접합재가 고화하여, 도 3 및 도 4 에 나타내는 바와 같이, 각 분할 타깃재 (2a) 의 내주면 및 배킹 튜브 (3) 의 외주면에 하지 처리층 (41a, 41b) 이 형성된 상태가 된다. 이 하지 처리층 (41a, 41b) 의 표면에는 산화막 (42) 이 형성된다. 이 경우, 하지 처리층 (41a, 41b) 은 0.1 ㎜ 이상 0.8 ㎜ 이하의 두께가 되도록 형성된다. 하지 처리층 (41a, 41b) 의 두께가 0.1 ㎜ 미만에서는, 후술하는 재가열 공정에서 반용융 상태가 되어도 아래로 잘 처지지 않기 때문에, 산화막 (42) 이 잘 파괴되지 않는다. 하지 처리층 (41a, 41b) 이 두께 0.8 ㎜ 를 초과하면, 하지 처리 공정에 시간이 걸림과 함께, 자중에 의해 아래로 처졌을 때에, 하단부의 두께가 지나치게 커져, 타깃재 (2) 에 배킹 튜브 (3) 를 삽입할 수 없게 될 우려가 있다.

또한, 타깃재 (2) 의 내주면과 배킹 튜브 (3) 의 외주면의 양방의 하지 처리층 (41a, 41b) 의 두께의 합은 0.2 ㎜ 이상 0.9 ㎜ 이하로 설정하는 것이 바람직하다. 이들 두께의 합이 0.2 ㎜ 미만에서는, 어느 것의 하지 처리층의 두께가 0.1 ㎜ 미만이 되고, 0.9 ㎜ 를 초과하면, 타깃재 (2) 에 배킹 튜브 (3) 를 삽입할 수 없게 될 우려가 있다. 타깃재 (2) 의 내주면과 배킹 튜브 (3) 의 외주면의 간극은 0.5 ㎜ 이상 1.0 ㎜ 이하이고, 이 간극에 대하여, 하지 처리층 (41a, 41b) 의 두께의 합은 0.2 이상 0.9 이하의 비율로 하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 간극 1.0 ㎜ 의 경우에는 하지 처리층의 두께의 합이 0.2 ㎜ 이상 0.9 ㎜ 가 바람직하고, 간극 0.5 ㎜ 의 경우에는 하지 처리층의 두께의 합이 0.10 ㎜ 이상 0.45 ㎜ 이하가 바람직하다. 즉, (하지 처리층의 두께의 합)/(간극) = 0.2 ∼ 0.9 인 것이 바람직하다.

또한, 이 하지 처리층 (41a, 41b) 이 냉각 고화된 후에, 표면의 산화막 (42) 을 커터 등에 의해 깎아내어 제거해 둔다. 이 산화막 (42) 을 깎아내는 작업에 의해, 하지 처리층 (41a, 41b) 의 표면에는 흠집이 생긴 상태가 된다. 혹은, 산화막 (42) 을 제거하지 않고 적어도 표면에 커터 등에 의해 흠집을 만들어 두어도 된다. 이 흠집은, 이 하지 처리층 (41a, 41b) 에 형성되는 산화막 (42) 의 두께 이상의 깊이가 되도록 하여, 산화막 (42) 아래의 접합재까지 도달하는 것이 바람직하다.

(재가열 공정 (접합 공정))

도 5 에 나타내는 재치대 (11) 에, 하지 처리층 (41a) 을 형성한 분할 타깃재 (2a) 를 수직으로 연결한 상태로 재치 (載置) 한다. 재치대 (11) 의 표면에는, 타깃재 (2) 의 내경과 대략 동일한 내경의 오목부 (12) 가 형성되고, 이 오목부 (12) 를 둘러싸도록 타깃재 (2) 를 배치한다. 한편, 배킹 튜브 (3) 의 하단부를 마개 (6) 로 막아, 배킹 튜브 (3) 내로의 접합재의 침입을 방지하도록 해 둔다.

오목부 (12) 에는 충전용 접합재 (40) 를 용융 상태로 충전한다. 이 충전용 접합재 (40) 로는, 하지 처리 접합재와 동일한 재료를 사용하도록 하고, 본 예에서는 순인듐 또는 인듐 합금을 충전하고 있다.

이 경우, 상하로 연결되는 분할 타깃재 (2a) 의 사이에는, 환상 스페이서 (5) 를 개재시킨다. 환상 스페이서 (5) 는, 분할 타깃재 (2a) 의 길이 방향의 치수 오차나 단면의 표면 조도를 흡수하여, 이들 분할 타깃재 (2a) 를 동축 상에 배치할 수 있는 기능과, 분할 타깃재 (2a) 의 사이에 발생하는 간극을 막는 패킹의 기능을 가지고 있어, 분할 타깃재 (2a) 끼리를 길이 방향 (높이 방향) 으로 정확하게 접속할 수 있다.

이 환상 스페이서 (5) 로는, 탄성을 갖는 수지 재료 등에 의해 형성되고, 본 실시형태에서는 PTFE (폴리테트라플루오로에틸렌), PFA (퍼플루오로알콕시불소 수지), FEP (사불화에틸렌·육불화프로필렌 공중합체), PCTFE (폴리클로로트리플루오로에틸렌), ETFE (에틸렌·사불화에틸렌 공중합체) 등에 의해 형성된다.

또한, 타깃재 (2) 와 배킹 튜브 (3) 를 접합한 후에는 환상 스페이서 (5) 는 제거되기 때문에, 취출하기 쉽도록, 환상 스페이서 (5) 의 외경은 타깃재 (2) 의 외경보다 크게 설정된다.

또한, 타깃재 (2) 의 상단에, 타깃재 (2) 와 배킹 튜브 (3) 의 간극으로부터 넘쳐 나온 충전용 접합재 (40) 를 수용하기 위한 받침 접시 (7) 를 설치해 둔다.

그리고, 도 5 에 나타내는 바와 같이, 타깃재 (2) 의 내부에 배킹 튜브 (3) 를 전체 길이의 8 할 정도 삽입한 상태로 동축 상에 배치한다. 이 도 5 에 나타내는 상태에서는, 산화막 (42) 은 제거된 것으로 하고 있지만, 하지 처리층 (41a, 41b) 의 표면에 잔존하고 있는 경우도 있다.

그리고, 이 도 5 에 나타내는 상태로 조립한 후에, 타깃재 (2) 및 배킹 튜브 (3) 를 타깃재 (2) 의 주위에 배치한 히터 (도시 생략) 에 의해 가열한다. 예를 들어, 200 ℃ 에서 1 시간 ∼ 2 시간 가열함으로써, 하지 처리층 (41a, 41b) 을 용융 또는 적어도 반용융 상태로 한다. 이 때의 재가열에 의해, 하지 처리층 (41a, 41b) 의 표면이 산화하여, 산화막 (42) 이 형성된다. 전술한 바와 같이, 하지 처리층 (41a, 41b) 은 두께가 크게 형성되어 있음과 함께, 표면에 흠집이 만들어져 있기 때문에, 도 6 에 나타내는 바와 같이 용융시에 자중으로 아래로 처져 하단부에 흘러 떨어짐으로써, 산화막 (42) 이 파괴된다.

(접합재 충전 공정 (접합 공정))

도 6 에 화살표로 나타내는 바와 같이, 배킹 튜브 (3) 의 하단측을 재치대 (11) 의 오목부 (12) 에 삽입하면, 도 7 에 나타내는 바와 같이, 용융 상태의 충전용 접합재 (40) 가, 오목부 (12) 로부터 압출되도록 타깃재 (2) 의 내주면과 배킹 튜브 (3) 의 외주면의 간극을 상승시켜, 타깃재 (2) 의 내주면과 배킹 튜브 (3) 의 외주면 사이에 충전용 접합재 (40) 가 충전된다.

이 때, 하지 처리층 (41a, 41b) 표면의 산화막 (42) 이 분단되어 있기 때문에, 간극 내를 상승해 오는 충전용 접합재 (40) 에 의해 밀어 올려져, 받침 접시 (7) 내로 배출된다. 또한, 산화막 (42) 의 일부가 충전용 접합재 (40) 내에 남았다고 해도, 충전용 접합재 (40) 에 분산되면서 일체가 되어 간극 내에 충전된다.

또한, 재치대 (11) 의 오목부 (12) 의 용적은, 배킹 튜브 (3) 의 하단이 저면 부근까지 삽입되었을 때에, 배킹 튜브 (3) 의 외주면과 타깃재 (2) 의 내주면 사이에 형성되는 간극의 용적 이상 있으면 되고, 간극 내를 상승한 충전용 접합재 (40) 가 타깃재 (2) 의 상단측으로 약간 오버 플로하는 정도가 바람직하다.

이 경우, 충전용 접합재 (40) 가 타깃재 (2) 의 상단의 받침 접시 (7) 로 넘쳐 나온 상태로 타깃재 (2) 와 배킹 튜브 (3) 사이에 충전용 접합재 (40) 가 간극 없이 충전된 것을 확인할 수 있다.

이와 같이 하여 배킹 튜브 (3) 의 하단이 오목부 (12) 의 저면 부근까지 삽입됨으로써, 타깃재 (2) 와 배킹 튜브 (3) 의 간극에 충전용 접합재 (40) 가 간극 없이 충전된다.

또한, 반드시 한정되는 것은 아니지만, 전술한 재가열 공정, 접합재 충전 공정 (적어도 충전 완료까지의 동안) 은, 불활성 분위기에서 실시하는 것이 바람직하고, 접합재의 산화를 억제하여, 추가적인 접합 강도의 향상이 가능해진다.

(접합재 냉각 공정)

타깃재 (2) 와 배킹 튜브 (3) 의 간극에 충전용 접합재 (40) 를 충전한 후, 이것을 냉각시켜 고화시킴으로써, 이들 타깃재 (2) 와 배킹 튜브 (3) 가 접합부 (4) 에 의해 일체화한다.

그 후, 환상 스페이서 (5) 나 받침 접시 (7), 돌출된 접합재 등을 제거하고, 청소함으로써 원통형 스퍼터링 타깃 (1) 이 얻어진다.

이상 설명한 방법에 의해, 하지 처리층 (41a, 41b) 을 후육으로 형성하여, 표면에 흠집을 만들어 두고, 이것을 재가열시에 반용융 상태로 함으로써, 자중으로 아래로 처지는 하지 처리층 (41a, 41b) 의 표면에서 산화막 (42) 을 파괴하여 분단시키고, 그 후, 배킹 튜브 (3) 와 타깃재 (2) 의 간극에 충전용 접합재 (40) 를 충전한다. 이 때문에, 충전용 접합재 (40) 와 하지 처리 접합재의 일체화가 산화막 (42) 에 의해 저해되는 경우가 없고, 이들의 접합 강도를 향상시키면서 일체화할 수 있어, 우수한 품질의 원통형 스퍼터링 타깃 (1) 을 제조할 수 있다.

게다가, 타깃재 (2) 및 배킹 튜브 (3) 에 후육의 하지 처리층 (41a, 41b) 을 형성하여, 그 표면에 흠집을 만들어 둔다는 간단한 조작으로 산화막 (42) 의 영향을 억제할 수 있어, 타깃재 (2) 와 배킹 튜브 (3) 를 강고하게 접합할 수 있다.

도 8 ∼ 도 10 은, 본 발명의 제 2 실시형태의 제조 방법을 나타내고 있다. 또한, 이 실시형태 이후에 있어서, 상기 실시형태와 동일 부분은 동일 부호에 의해 나타내고, 그 설명을 생략한다. 이하, 도 11 의 실시형태에 있어서도 동일한 것으로 한다.

이 제 2 실시형태에서는, 타깃재 (2) 의 사이에 형성되어 있는 환상 스페이서 (51) 의 내주부를 타깃재 (2) 의 내주면보다 직경 방향 내방으로 돌출시켜 두고, 접합재 충전 공정시의 배킹 튜브 (3) 를 타깃재 (2) 에 삽입할 때에, 배킹 튜브 (3) 의 하지 처리층 (41b) 의 산화막 (42) 을 환상 스페이서 (51) 에 의해 긁어내도록 한 것이다.

즉, 타깃재 (2) 에 형성되어 있는 환상 스페이서 (51) 의 내주부가 분할 타깃재 (2a) 의 직경 방향 내방으로 돌출되고, 그 내경이 배킹 튜브 (3) 의 외경과 대략 동일한 내경 (일치한 직경이거나, 약간 작은 직경 또는 약간 큰 직경) 으로 형성되어 있다.

또한, 도 9 에 나타내는 바와 같이, 긁어냄판 (환상 스페이서) (51) 에는, 구멍 (55) 및 절입부 (56) 가 형성되어 있다. 이들 구멍 (55) 및 절입부 (56) 는, 접합 공정에 있어서, 용융된 충전용 접합재가 구멍 (55) 및 절입부 (56) 를 통과하여 유통할 수 있도록 되어 있다. 또한, 구멍 (55) 및 절입부 (56) 는, 도 9 에 나타낸 형상 이외의 임의의 형상이나 형성 위치 및 수에 의해 형성하도록 해도 되고, 용융된 충전용 접합재를 통과할 수 있으면, 구멍 (55) 또는 절입부 (56) 의 어느 일방만이 형성되는 것이어도 된다.

이 제 2 실시형태의 경우에는, 타깃재 (2) 의 내주면의 하지 처리층 (41a) 은 제 1 실시형태와 동일하게 후육으로 형성하지만, 배킹 튜브 (3) 의 하지 처리층 (41b) 은 타깃재 (2) 의 하지 처리층 (41a) 보다 얇게 형성해 둔다. 이 후육의 하지 처리층 (41a) 을 제 1 하지 처리층, 박육의 하지 처리층 (41b) 을 제 2 하지 처리층이라고 한다. 따라서, 제 1 실시형태의 경우에는, 양하지 처리층 (41a, 41b) 모두 제 1 하지 처리층이다.

또한, 각각의 하지 처리층 (41a, 41b) 을 하지 처리 접합재 냉각 공정 후에, 표면의 산화막 (42) 을 제거하거나, 적어도 하지 처리층 (41a, 41b) 에 이르는 흠집을 만들어 둔다.

그리고, 접합 공정에 있어서, 도 8 에 나타내는 바와 같이 타깃재 (2) 의 상단부에 배킹 튜브 (3) 의 하단부를 삽입한 상태에서 이들을 재가열한다. 이 재가열에 의해, 양하지 처리층 (41a, 41b) 에 산화막 (42) 이 형성되고, 타깃재 (2) 의 하지 처리층 (41a) (제 1 하지 처리층) 은 후육이기 때문에 아래로 처진 상태가 된다. 배킹 튜브 (3) 의 하지 처리층 (41b) (제 2 하지 처리층) 에도 산화막 (42) 은 형성되지만, 하지 처리층 (41b) 이 박육이기 때문에 아래로 처지는 경우는 없다.

그리고, 이 가열 상태에서 타깃재 (2) 에 배킹 튜브 (3) 를 삽입해 가면, 타깃재 (2) 에 형성되어 있는 긁어냄판 (51) 은, 그 내경이 배킹 튜브 (3) 의 외경과 대략 동일하게 형성되어 있기 때문에, 배킹 튜브 (3) 가 삽입될 때에, 긁어냄판 (51) 의 내주부에서 배킹 튜브 (3) 의 외주면 상이 문질러져, 이 외주면 상의 산화막 (42) 이 긁어내진다. 긁어내진 산화막 (42) 은, 막으로서는 파괴된 상태가 되고, 간극 내를 상승해 오는 충전용 접합재 (40) 에 의해 밀어 올려져, 받침 접시 (7) 내로 배출된다. 또한, 산화막 (42) 의 일부가 충전용 접합재 (40) 내에 남았다고 해도, 충전용 접합재 (40) 에 분산되면서 일체가 되어 간극 내에 충전된다.

한편, 긁어냄판 (51) 에 의해 산화막 (42) 이 제거된 후의 배킹 튜브 (3) 의 외주면에는, 산화막 (42) 이 없는 하지 처리층 (41b) 이 얇게 남아, 이 하지 처리층 (41b) 에 충전용 접합재 (40) 가 균일하게 융합되어 일체화한다.

타깃재 (2) 내주면의 하지 처리층 (41a) (제 1 하지 처리층) 에 있어서는, 후육이기 때문에, 제 1 실시형태와 마찬가지로 아래로 처진 상태가 되고, 산화막 (42) 도 파괴된다.

또한, 도 8 등에 나타내는 예에서는, 타깃재 (2) 를 3 개의 분할 타깃재 (2a) 로 이루어지는 구성으로 하고, 각 분할 타깃재 (2a) 사이의 각 환상 스페이서 (51) 를 긁어냄판으로서 기능시키도록 내주부를 분할 타깃재 (2a) 로부터 돌출시켰지만, 긁어냄판으로는, 어느 1 개의 환상 스페이서에 그 기능을 갖게 하도록 하고, 다른 환상 스페이서 (5) 는, 제 1 실시형태의 것과 동일하게, 내측 둘레 가장자리를 분할 타깃재 (2a) 와 동일한 내경으로 형성해도 되고, 모든 환상 스페이서의 내주부를 분할 타깃재 (2a) 로부터 직경 방향 내방으로 돌출시켜 긁어냄판으로서 기능시키도록 해도 된다.

또한, 접합 후에 환상 스페이서 (51) 를 제거함으로써, 도 10 에 나타내는 바와 같이, 환상 스페이서 (51) 를 형성하고 있던 부분은 접합부 (4) 의 두께가 얇아진다.

또한, 타깃재 (2) 의 상단의 받침 접시 (7) 의 내주부를 환상 스페이서 (51) 와 동일하게 직경 방향 내방으로 돌출시켜, 그 내주부를 긁어냄판으로서 이용해도 된다. 이 경우, 긁어냄판으로서의 환상 스페이서 (51) 와 병용해도 된다.

도 11 은, 본 발명의 제 3 실시형태의 제조 방법의 제조 도중의 상태를 나타내고 있다.

전술한 제 2 실시형태에서는, 배킹 튜브 (3) 의 하지 처리층 (41b) 의 산화막을 긁어내도록 했지만, 이 제 3 실시형태에서는, 타깃재 (2) 의 하지 처리층 (41a) 의 산화막 (42) 을 제거하도록 하고 있다. 즉, 긁어냄판 (8) 을 배킹 튜브 (3) 의 하단에 형성해 두고, 타깃재 (2) 에 배킹 튜브 (3) 를 삽입할 때에, 긁어냄판 (8) 의 외주부에서 타깃재 (2) 의 내주면 상의 하지 처리층 (41a) 의 산화막 (42) 을 긁어내도록 한 것이다. 타깃재 (2) 의 하지 처리층 (41a) 은 박육으로 형성되고, 배킹 튜브 (3) 의 하지 처리층 (41b) 은 후육으로 형성된다. 요컨대, 이 실시형태에서는, 타깃재 (2) 의 하지 처리층 (41a) 이 제 2 하지 처리층이고, 배킹 튜브 (3) 의 하지 처리층 (41b) 이 제 1 하지 처리층이다.

이 경우, 전술한 마개 (6) 에 긁어냄판 (8) 을 고정시키면 된다. 이 긁어냄판 (8) 은, 외경이 타깃재 (2) 의 내경과 대략 동일 (일치한 직경이거나, 약간 작은 직경 또는 약간 큰 직경) 하게 형성된다.

긁어냄판 (8) 에 의해 타깃재 (2) 의 내주면으로부터 긁어내진 산화막 (42) 은, 오목부 (12) 에 흘러들어, 이 오목부 (12) 에 충전되어 있는 충전용 접합재 (40) 에 혼입되지만, 막으로서는 파괴되어 있기 때문에, 다시 막상으로 형성되는 경우는 없다.

배킹 튜브 (3) 의 하지 처리층 (41b) 에 형성된 산화막 (42) 은, 하지 처리층 (41b) 이 후육으로 형성되어 있었기 때문에, 재가열에 의해 아래로 처져 파괴된다.

또한, 전술한 실시형태에서는, 타깃재 (2) 와 배킹 튜브 (3) 의 양방에 하지 처리 접합재를 도포했지만, 어느 표면이 충전용 접합재 (40) 로 젖기 쉬운 상태이면, 그 표면에 대해서는 하지 처리 접합재의 도포를 생략해도 된다. 다시 말하면, 접합 공정시에 있어서, 하지 처리 접합재는, 타깃재 (2) 와 배킹 튜브 (3) 의 적어도 어느 일방에 도포하여 하지 처리층 (41a, 41b) 을 형성하도록 해도 된다.

실시예

본 발명의 효과를 확인하기 위해서, 실험을 실시하였다. 타깃재 및 배킹 튜브에 표 1 의 재종 (材種) 의 것을 이용하여, 각각 하지 처리 접합층을 표 1 의 두께로 형성하였다. 또한 실시예 6 의 타깃 종류인 SIZ 란, Si, In, Zr 의 산화물 소결체이고, 실시예 7 의 AZO 는, Al, Zn 의 산화물 소결체이고, 실시예 8 의 CuGa 는 Cu, Ga 의 합금이고, 실시예 9 의 CuNi 란 Cu, Ni 의 합금이고, 실시예 10 의 CuCuO 란 Cu, CuO 의 소결체이다. 타깃재와 배킹 튜브의 간극은 1.0 ㎜ 로 하였다.

하지 처리 접합재로는 In 땜납재를 사용하였다. 하지 처리에 있어서는, 표면 온도가 240 ℃ ∼ 260 ℃ 에 이를 때까지 온풍으로 가열하고, 대기 분위기 중에서 초음파 땜납 인두를 이용하면서 하지 처리 접합재를 도포하고, 표면이 균일하게 젖은 시점에서, 용융된 접합재를 적하하여, 타깃재 및 배킹 튜브를 회전하면서 두껍게 바르고, 상온까지 냉각시켰다.

하지 처리층의 두께는, 하지 처리층을 형성하기 전후로 타깃재와 배킹 튜브의 두께를 임의의 8 점에서 각각 측정하여, 8 점의 평균치를 산출하고, (하지 처리층 형성 후의 두께의 평균치 - 하지 처리층 형성 전의 두께의 평균치) 에 의해 하지 처리층의 두께를 구하였다. 타깃재와 배킹 튜브의 두께를 측정한 임의의 8 점은, 구체적으로, 상단 및 하단의 각각, 원주 방향으로 균등하게 4 점에서 측정하였다.

접합 후, 초음파 탐상 검사 장치에 의해 접합 면적률을 계측하였다. 접합 면적률은, 타깃재와 배킹 튜브의 접합면의 총면적에 대하여, 접합 불량 지점을 제외한 접합 완료 면적의 비율이다. 접합 면적률이 90 ％ 이상에서 합격으로 할 수 있다.

또한, 실시예 1 ∼ 10, 비교예 1, 2 에서는 긁어냄판을 설치하지 않아, 긁어내기는 실시하지 않았다. 실시예 11 은 도 11 과 같이 긁어냄판을 설치하고, 타깃 내주면을 긁어냈다. 실시예 12 는 도 8 과 같이 긁어냄판을 설치하고, 배킹 튜브 외주면을 긁어냈다.

이들의 결과를 표 1 에 나타낸다. 표 중, BT 는 배킹 튜브, TG 는 타깃재를 나타낸다.

표 1 로부터 알 수 있는 바와 같이, 타깃재 및 배킹 튜브의 적어도 어느 일방의 하지 처리층의 두께가 0.1 ㎜ 이상 0.8 ㎜ 이하인 경우, 모두 접합 면적률이 90 ％ 이상이었다.

이에 반하여, 비교예 1 및 비교예 2 는, 타깃재 및 배킹 튜브 모두 하지 처리층의 두께가 작기 때문에, 접합율이 90 ％ 미만이었다.

산업상 이용가능성

1 ; 원통형 스퍼터링 타깃
2 ; 원통형 타깃재
2a ; 분할 타깃재
3 ; 원통형 배킹 튜브
4 ; 접합부
40 ; 충전용 접합재
41a, 41b ; 하지 처리층
42 ; 산화막
5 ; 환상 스페이서
51 ; 환상 스페이서 (긁어냄판)
55 ; 구멍
56 ; 절입부
6 ; 마개
7 ; 받침 접시
8 ; 긁어냄판
11 ; 재치대
12 ; 오목부

Claims

원통형 타깃재의 내주면과 그 원통형 타깃재의 내측에 삽입한 원통형 배킹 튜브의 외주면의 간극을 접합재로 충전하여 접합하는 원통형 스퍼터링 타깃의 제조 방법으로서,
상기 원통형 타깃재의 내주면과 상기 원통형 배킹 튜브의 외주면의 적어도 어느 일방의 부재에 하지 처리 접합재를 도포하여 0.1 ㎜ 이상 0.8 ㎜ 이하의 제 1 하지 처리층을 형성하는 하지 처리 공정과,
하지 처리 공정 후, 상기 원통형 타깃재 내에 상기 원통형 배킹 튜브를 삽입하고, 그 원통형 타깃재와 상기 원통형 배킹 튜브의 간극에 용융 상태의 충전용 접합재를 충전하는 접합 공정을 갖고,
상기 하지 처리 공정에서는, 상기 제 1 하지 처리층의 적어도 표면에 흠집을 만들어 두고,
상기 접합 공정에서는, 상기 제 1 하지 처리층의 적어도 표면이 반용융 상태가 될 때까지 가열한 후, 상기 충전용 접합재를 충전하는 것을 특징으로 하는 원통형 스퍼터링 타깃의 제조 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 하지 처리 공정에서는, 상기 제 1 하지 처리층이 형성된 상기 일방의 부재와는 반대측의 타방의 부재에, 상기 제 1 하지 처리층보다 박육의 제 2 하지 처리층을 형성해 두고, 상기 제 1 하지 처리층이 형성된 상기 일방의 부재에, 상기 간극 내에 직경 방향으로 돌출되어 배치 가능한 긁어냄판을 둘레 방향을 따라 형성해 두고,
상기 접합 공정에 있어서, 상기 긁어냄판에 의해 상기 제 2 하지 처리층의 표면에 형성된 산화막의 적어도 일부를 긁어내면서 상기 원통형 타깃재 내에 상기 원통형 배킹 튜브를 삽입하는 것을 특징으로 하는 원통형 스퍼터링 타깃의 제조 방법.