WO2010035718A1 - 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

円筒形スパッタリングターゲット及びその製造方法 Download PDF

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outer peripheral
peripheral surface
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謙一 伊藤
公章 玉野
戸床　茂久
哲夫 渋田見
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東ソー株式会社
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    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H01J37/3411—Constructional aspects of the reactor
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    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T156/00—Adhesive bonding and miscellaneous chemical manufacture
    • Y10T156/10—Methods of surface bonding and/or assembly therefor

Definitions

  • the present invention relates to a cylindrical sputtering target and a manufacturing method thereof.
  • a cylindrical target having a length of more than 3 m is required.
  • Such a long cylindrical sputtering target is used in a magnetron rotary cathode sputtering apparatus.
  • the cylindrical sputtering target is usually formed by fixing a cylindrical target material on a long cylindrical base material, and a metal seamless tube is generally used as the cylindrical base material. Grinding the entire surface of a long cylindrical base material is not economical because of the cost, and there is a problem in processing accuracy. Therefore, only the portions at both ends of the cylindrical base material are ground for mounting on the sputtering device, and the portion to which the cylindrical target material is fixed remains the seamless tube, so it is not a perfect circle, but undulates. And warp.
  • a long cylindrical sputtering target 10 or more small cylindrical target materials may be stacked, and displacement due to stacking may cause a step on the outer peripheral surface of the cylindrical target material.
  • multi-split cylindrical sputtering targets made up of a plurality of cylindrical target materials are used in order to prevent the cylindrical target materials from thermally expanding due to the plasma being sputtered and causing the targets to collide and crack.
  • a dividing part in which the materials are arranged at intervals is required. In particular, in such a divided portion, a step is likely to occur on the outer peripheral surface of the adjacent cylindrical target material.
  • the outer peripheral surface of the cylindrical base material and the target material are used by using a spacer that is slightly thinner than the distance between the cylindrical base material and the cylindrical target material.
  • a method of aligning the center on the inner peripheral surface see, for example, Patent Documents 2 and 3.
  • the cylindrical target material cannot be inserted into the cylindrical base material, or the position of the cylindrical target material is restricted by the shape of the cylindrical base material, In some cases, a step is generated on the outer peripheral surface of the adjacent cylindrical target material.
  • JP 2000-204468 A Japanese Patent Laid-Open No. 08-060351 JP 2005-281862 A
  • An object of the present invention is to provide a cylindrical sputtering target having a high production yield in a film forming process even when sputter film formation is performed using a long cylindrical sputtering target made of a plurality of cylindrical target materials. .
  • the present inventors suppress a step on the outer peripheral surface of adjacent cylindrical target materials in a cylindrical sputtering target composed of a plurality of cylindrical target materials.
  • the inventors have found that abnormal discharge and generation of particles during sputtering film formation can be suppressed, and the present invention has been completed.
  • the present invention is formed by joining a plurality of stacked cylindrical target materials to the outer peripheral surface of a cylindrical base material using a joining material, and adjacent cylindrical target materials are spaced apart.
  • a cylindrical sputtering target having a divided portion arranged and having a step of 0.5 mm or less on an outer peripheral surface of a cylindrical target material adjacent in the divided portion.
  • the present invention manufactures a cylindrical sputtering target by bonding a plurality of stacked cylindrical target materials to the outer peripheral surface of the cylindrical base material using a bonding material, and uses the cylindrical base material as a reference.
  • the other cylinder When arranging a plurality of cylindrical target materials, the other cylinder based on the outer peripheral surface of one cylindrical target material so that the step between the outer peripheral surfaces of adjacent cylindrical target materials is 0.5 mm or less.
  • a method of manufacturing a cylindrical sputtering target, comprising fixing a shaped target material.
  • various materials generally used in sputtering can be used, for example, metals such as In, Sn, Zn, Al, Nb, Ti, or Examples thereof include alloys containing these metals, or one or more oxides or nitrides of these metals.
  • the oxide include ITO (Indium Tin Oxide), AZO (Aluminum Zinc Oxide), IZO (Indium Zinc Oxide), SnO 2 , In 2 O 3 , Al 2 O 3 , TiO 2 , and ZnO. In the case of such a brittle ceramic material, the effect of the present invention can be obtained.
  • Various materials can be used as the cylindrical substrate 1 used in the cylindrical sputtering target of the present invention.
  • this material when performing sputtering using a target, heat conduction is performed so that the bonding material for bonding the cylindrical base material 1 and the cylindrical target material 2 can be sufficiently cooled so as not to deteriorate or melt. It is sufficient if it has electrical conductivity such that it can be discharged from the target material 2 at the time of sputtering and has a strength capable of supporting the target. Examples of such materials include Cu, Ti, Al, Mo, alloys containing these metals, and SUS.
  • the length of the cylindrical base material 1 is not particularly limited. In this embodiment, even with a cylindrical sputtering target using a cylindrical substrate having a length of 1000 mm or more, film formation can be performed with high yield.
  • the bonding material As a bonding material used for the cylindrical sputtering target of the present embodiment, when sputtering is performed using the target, the bonding material has sufficient heat conductivity so that the bonding material can be sufficiently cooled so as not to deteriorate or melt. Any material may be used as long as it has electrical conductivity that enables discharge from the target material 2 at the time of sputtering and has a strength that can support the target. For example, a solder material or a conductive resin can be used.
  • solder material any material generally used as a solder material can be used.
  • it is a low melting point solder, for example, In, In alloy, Sn, Sn alloy etc. are mentioned. More preferred is In or In alloy solder.
  • In or In alloy solders have a good track record with flat-type targets, and because they have a high degree of spreadability, distortion such as thermal expansion between the target material 2 heated during sputtering and the base material 1 being cooled. It also has the effect of relaxing.
  • the conductive resin examples include a mixture of a thermosetting resin such as epoxy, acrylic, polyester, urethane, and phenol and a conductive material such as Ag, C, or Cu as a filler.
  • the cylindrical sputtering target of this embodiment has a divided portion in which a plurality of cylindrical target materials 2 are joined to a cylindrical base material 1 and adjacent cylindrical target materials 2 are arranged at intervals. And the level
  • segmentation part is 0.5 mm or less. This step is preferably 0.3 mm or less, more preferably 0.2 mm or less.
  • segmentation part is a "deviation" part which the arrow of FIG. 3 shows, and is the largest value in the cylindrical sputtering target. Say. That is, in this embodiment, it means that the deviation is 0.5 mm or less in all the divided parts.
  • the cylindrical sputtering target of the present embodiment has a divided portion in which adjacent cylindrical target materials 2 are arranged at intervals, so that thermal expansion of the cylindrical target material 2 due to plasma during sputtering. Thus, it is possible to prevent the target materials 2 from colliding and breaking. However, if there is a distribution in the interval between the divided portions, a positional shift of the cylindrical target material 2 is caused, which causes a step on the outer peripheral surface of the cylindrical target material 2. Therefore, the distribution of the interval between the divided portions is preferably ⁇ 0.1 mm or less, and more preferably ⁇ 0.05 mm or less.
  • the distribution of the intervals between the divided portions in this embodiment is a difference between the maximum value and the minimum value with respect to the average value when eight or more intervals are measured evenly in the circumferential direction in the divided portions. If there is a part, it means the maximum value.
  • the interval between the divided portions is not 0, and an optimal value can be designed appropriately from the length of the cylindrical target material 2 and the thermal expansion coefficient. However, if the interval is narrow, the thermal expansion of the cylindrical target material 2 due to plasma during sputtering causes The target materials may collide and break. Therefore, it is preferable that the interval between the portions where the adjacent target materials 2 are closest to each other is 0.1 mm or more. Further, when the interval between the divided portions is large, the bonding material may be sputtered. Therefore, it is preferable that the interval between the divided portions is determined to a value at which the bonding material of the divided portions is not sputtered in consideration of the mean free path of the sputtering gas used and the usage efficiency of the target. As described above, when the average value of the interval between the divided portions is obtained, the average value in any divided portion is preferably 0.5 mm or less, and more preferably 0.4 mm or less.
  • the cylindrical target material 2 used in the present embodiment preferably chamfers the edge portion of the outer peripheral surface of the adjacent cylindrical target material 2.
  • the size (width or depth) of the chamfer is preferably 2 mm or less, more preferably 1 mm or less from the influence on the film thickness distribution.
  • the shape of the chamfer is not particularly limited as long as the concentration of the electric field at the time of sputtering film formation can be reduced, and may be a C surface, an R surface, or a step shape.
  • a method of filling the bonding material in the gap between the cylindrical base material 1 and the plurality of cylindrical target materials 2 and bonding them can be exemplified.
  • the cylindrical target material 2 is arranged on the basis of the cylindrical substrate 1.
  • a plurality of cylindrical target materials 2 are stacked in advance on the outside of the cylindrical substrate 1.
  • the lower part of the gap between the cylindrical base material 1 and the cylindrical target material 2 is sealed to form a space for filling the bonding material.
  • alignment with the cylindrical base material 1 is performed on the basis of the outer peripheral surface of the cylindrical target material 2.
  • Such a cylindrical sputtering target is preferably assembled using a jig.
  • the material of the jig used at this time is not particularly limited as long as it is a material that can withstand heating during solder filling. Examples thereof include metals such as aluminum and geralumin.
  • the cylindrical base material 1 was placed by being fitted into a recess provided in the base material holder 6a, and was fixed by a sealing jig 4 through a silicon O-ring. Both end portions of the cylindrical base material 1 become vacuum seal portions using an O-ring or the like for mounting to a sputtering apparatus, and the outer peripheral surface and / or the inner peripheral surface thereof are precisely ground, so this portion Is preferably a reference plane for positioning. Further, by placing a block 8 having an arbitrary size under the sealing jig 4, the cylindrical target material 2 can be arranged at an arbitrary distance from the end surface of the cylindrical base material 1.
  • the cylindrical target material 2 is stacked and arranged on the sealing jig 4 on the outer peripheral surface of the cylindrical base material 1 to form a space 3 filled with the bonding material.
  • the cylindrical target material 2 is preferably concentric with the cylindrical base material 1.
  • the space between the cylindrical target material 2 and the substrate pressing member 6b is sealed with a sealing material 5.
  • the bonding material is a low melting point solder or conductive resin, heat treatment is performed.
  • the sealing material 5 in which case Teflon (registered trademark), silicon, or the like is used.
  • Teflon registered trademark
  • the material is usable.
  • the sealing material 5 between the plurality of cylindrical target materials 2 a predetermined interval can be formed in the divided portions, and the distribution can be made extremely small.
  • the thickness of the sealing material 5 to be inserted is a predetermined thickness corresponding to the desired design value of the interval.
  • the base material holder 6 b was placed on the uppermost target material 2 via the seal material 5, and the upper and lower base material holders 6 a and 6 b were connected by the connecting shaft 9. Then, the cylindrical target material 2 has a spring (not shown) and a screw (not shown) so that, for example, the outer peripheral surface is aligned and the displacement at the divided portion is suppressed as much as possible with the outer peripheral surface as a reference.
  • the target presser 7 is fixed and the target presser 7 is fixed to the connecting shaft 9.
  • the target holder 7 can be adjusted to an arbitrary position with respect to the substrate holders 6a and 6b, and as shown in the drawing, the structure may be such that the outer peripheral surface of the target material 2 to be joined is held by a single rod-like body, Moreover, the structure which hold
  • at least two target holders 7 are necessary, preferably three, more preferably four as shown in FIG. Or, even numbered lines more than that are arranged evenly at positions facing each other. By doing in this way, it becomes possible to suppress the level
  • the entire cylindrical sputtering target assembled as shown in FIG. 1 is heated to a temperature equal to or higher than the melting point of the solder, and the molten solder is poured into the space 3 from the upper part of the substrate holder 6b. Fill. After completion of the filling, the cylindrical base material 1 and the cylindrical target material 2 are joined by cooling and solidifying the solder. At this time, if the temperature is too high, the solder may be oxidized and the adhesive strength may be lowered. Therefore, the heating temperature is preferably in the range of the melting point of the solder to the melting point of the solder + 100 ° C., more preferably the melting point of the solder.
  • the bonding material is a conductive resin
  • the space 3 of the cylindrical sputtering target assembled as shown in FIG. 1 is filled with the conductive resin and subjected to a curing process such as heating in accordance with the curing conditions of the resin.
  • the target material 2 and the cylindrical base material 1 are joined.
  • the joint surface of the cylindrical base material 1 and the cylindrical target material 2 is subjected to a process of wetting the joining surfaces in advance.
  • any treatment that improves the wettability of the bonding material may be used, and examples thereof include UV irradiation, Ni plating, vapor deposition, and surface treatment by ultrasonic soldering.
  • a desired cylindrical sputtering target can be obtained by removing a jig or an extra bonding material.
  • the sealing material 5 between the adjacent cylindrical target materials 2 is heated after joining the cylindrical base material 1 and the cylindrical target material 2 to heat the cylindrical base material 1 and the cylindrical target material 2. It can be easily removed using the differential expansion.
  • the interval distribution and the average value of the intervals in the divided portions are obtained by measuring the intervals at eight locations as described above.
  • Example 1 Twelve ITO cylindrical target materials (outer diameter: 150 mm ⁇ , inner diameter: 133 mm ⁇ , length: 260 mm) are prepared, and the joint surface of the cylindrical target material is masked with heat-resistant tape, and the soldering surface is coated with an ultrasonic soldering iron. Then, In solder was primed. On the other hand, one SUS cylindrical substrate (outer diameter: 130 mm ⁇ , inner diameter: 120 mm ⁇ , length 3200 mm) is prepared and masked with heat-resistant tape to prevent the bonding material from adhering to surfaces other than the bonding surface. Then, In solder was primed on the bonding surface with an ultrasonic soldering iron.
  • the cylindrical base material 1 and the 12 cylindrical target materials 2 that have been subjected to the above-described treatment, a duralumin sealing jig 4, base material pressers 6a and 6b, a target presser 7, and a block 8 were assembled as shown in FIG.
  • the cylindrical substrate 1 was placed on the substrate holder 6a and fixed by the sealing jig 4 through a silicon O-ring.
  • the base material holder 6 b was placed on the cylindrical target material 2 via the sealing material 5.
  • the upper and lower substrate holders 6 a and 6 b were connected by the connecting shaft 9 to fix the cylindrical target material 2.
  • the alignment and fixing of the cylindrical target material 2 were performed using four target pressers 7.
  • an annular Teflon (registered trademark) sheet is used between the adjacent cylindrical target materials 2 and between the cylindrical target material 2 and the sealing jig 4.
  • a silicon O-ring was used between the fixing jigs 4.
  • the entire assembled cylindrical sputtering target was heated to 180 ° C., and molten In solder (melting point 156 ° C.) was poured into the space 3 from above. After completion of the pouring of the In solder, it is cooled to 120 ° C, and after confirming that the In solder is completely solidified, it is heated again to 130 ° C and a Teflon (registered trademark) sheet between the adjacent cylindrical target materials 2 is attached. It cut and removed, and the division part which has a space
  • molten In solder melting point 156 ° C.
  • the step of the outer peripheral surface in the divided part of the obtained cylindrical sputtering target was 0.2 mm, and the distribution of the distance between the divided parts was ⁇ 0.05 mm.
  • the average value of the interval in each divided portion was 0.29 to 0.36 mm.
  • Example 1 A cylindrical base material 1 and a cylindrical target material 2 were prepared in the same manner as in Example 1. As shown in FIG. 4, eight copper wires (0. 7 mm ⁇ ) were arranged at equal intervals. Next, as shown in the assembly diagram of FIG. 5, 12 cylindrical target materials 2 were used and the cylindrical target material 2 was fitted and inserted into the cylindrical base material 1. Was unable to move and was not assembled as a cylindrical sputtering target.
  • Comparative Example 2 Except that the diameter of the copper wire that is the spacer 10 of Comparative Example 1 is 0.6 mm ⁇ , the same method as in Comparative Example 1 is used as shown in FIG. 5 except that 12 cylindrical target materials are used and a cylindrical sputtering target is used. Assembled. Thereafter, similarly to Example 1, the cylindrical base material 1 and the cylindrical target material 2 were joined with In solder to produce a cylindrical target material. The step of the outer peripheral surface in the divided part of the obtained cylindrical sputtering target was 0.8 mm, and the distribution of the distance between the divided parts was ⁇ 0.13 mm. In addition, the average value of the intervals in each divided portion was 0.30 to 0.39 mm.
  • Example 2 Two ITO cylindrical target materials (outer diameter: 93.0 mm ⁇ , inner diameter: 78.5 mm ⁇ , length: 175 mm) are prepared, and other than the joining surface of the cylindrical target material is masked with heat-resistant tape, and the joining surface is super In solder was primed with a sonic soldering iron.
  • one SUS cylindrical base material (outer diameter: 75.5 mm ⁇ , inner diameter: 70 mm ⁇ , length 490 mm) is prepared, and heat resistant tape is used to prevent the bonding material from adhering to surfaces other than the bonding surface. Then, the soldering surface was coated with In solder with an ultrasonic soldering iron.
  • Example 1 Thereafter, in the same manner as in Example 1, except that two cylindrical target materials were used, a target I having a divided portion shown in Table 1 was produced. Further, in the same manner as in Example 1, except that two cylindrical target materials were used, targets II to IV having divided portions shown in Table 1 were produced.
  • Comparative Example 3 Except for not using a copper wire, the same method as in Comparative Example 2, except that two ITO cylindrical target materials (outer diameter: 93.0 mm ⁇ , inner diameter: 78.5 mm ⁇ , length: 175 mm) and SUS Using one cylindrical substrate (outer diameter: 75.5 mm ⁇ , inner diameter: 70 mm ⁇ , length 490 mm), targets V to VII having the divided portions shown in Table 1 were produced.
  • the thus produced cylindrical sputtering target was subjected to 20 kWh sputtering under the following sputtering conditions, and the number of occurrences of abnormal discharge (arc) was measured.
  • the measurement of the number of occurrences of arc is divided into a small arc (2 ⁇ sec or more and less than 20 ⁇ sec) and a large arc (20 ⁇ sec or more) using a micro arc monitor (manufactured by Landmark Technology Co., Ltd.) on the basis of the discharge voltage drop time.
  • the measurement was performed under the following measurement conditions.
  • the obtained discharge results are shown in Table 1.
  • the present invention uses a cylindrical sputtering target and a method for manufacturing the same, and even when sputter film formation is performed using a long cylindrical sputtering target made of a plurality of cylindrical target materials, the production yield of the film forming process can be improved.
  • a high cylindrical sputtering target can be provided.

Abstract

　複数の円筒形ターゲット材からなる長尺の円筒形スパッタリングターゲットを用いてスパッタ成膜した場合においても、成膜工程の製造歩留まりの高い円筒形スパッタリングターゲットを提供する。 　円筒形基材と複数の円筒形ターゲット材とを接合材を用いて接合してなる多分割の円筒形スパッタリングターゲットにおいて、隣り合う円筒形ターゲット材が間隔を有して配置されている分割部を有し、かつ分割部において隣り合う円筒形ターゲット材の外周面の段差が０．５ｍｍ以下であることを特徴とする。このようなターゲットは、円筒形基材を基準として円筒形ターゲット材を配置する際に、円筒形ターゲット材の外周面を基準にして円筒形ターゲット材を固定して製造することにより得られる。

Description

円筒形スパッタリングターゲット及びその製造方法
　本発明は、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ものである。
　近年、フラットパネルディスプレイや太陽電池で使用されるガラス基板は大型化され、この大型化された基板上に薄膜を形成するために、長さ３ｍを超える円筒形ターゲットが必要となっている。このような長尺の円筒形スパッタリングターゲットはマグネトロン回転カソード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、通常、長尺の円筒形基材上に円筒形ターゲット材が固定されてなるものであり、円筒形基材としては、一般に金属のシームレス管が使用される。長尺の円筒形基材の全面を研削加工することはコストがかかるため経済的ではなく、また加工精度にも問題がある。したがって、円筒形基材の両端の部分のみがスパッタ装置に装着するために研削加工され、円筒形ターゲット材が固定される部分はシームレス管の素管のままであるため、真円ではなく、うねりや反りなどが存在する。
　また、長尺の円筒形スパッタリングターゲットでは、小型の円筒形ターゲット材を１０個以上積み重ねて構成することもあり、積み重ねによるズレが、円筒形ターゲット材の外周面に段差を発生させる原因となる。さらに、複数の円筒形ターゲット材からなる多分割の円筒形スパッタリングターゲットは、スパッタ中のプラズマにより円筒形ターゲット材が熱膨張し、ターゲット同士が衝突して割れるのを防ぐために、隣り合う円筒形ターゲット材が間隔を有して配置されている分割部が必要である。特に、このような分割部において、隣り合う円筒形ターゲット材の外周面で段差が発生し易い。
　複数枚のターゲット部材を単一のバッキングプレートに配した平板型のターゲットにおいて、段差を生じないようにする方法として、スパッタリング面の高さが高いターゲット部材の分割部側のスパッタリング面を、低い方のスパッタリング面に至る斜面とする方法（例えば特許文献１）が知られている。しかしながら、この方法はターゲット材に研削加工を施す必要があるため、ターゲット材のロスが大きいという問題があった。
　また、円筒形ターゲット材と円筒形基材の中心を合わせる方法として、円筒形基材と円筒形ターゲット材との間隔よりも若干肉薄のスペーサーを用いて、円筒形基材の外周面とターゲット材の内周面で中心を合わせる方法（例えば特許文献２，３参照）が知られている。しかしながら、この方法では、長尺の円筒形基材を用いた場合、円筒形ターゲット材が円筒形基材に挿入できなくなったり、円筒形基材の形状により円筒形ターゲット材の位置が制約され、隣り合う円筒形ターゲット材の外周面に段差が生じたりすることがあった。
特開２０００－２０４４６８号公報 特開平０８－０６０３５１号公報 特開２００５－２８１８６２号公報
　本発明の課題は、複数の円筒形ターゲット材からなる長尺の円筒形スパッタリングターゲットを用いてスパッタ成膜した場合においても、成膜工程の製造歩留まりの高い円筒形スパッタリングターゲットを提供することである。
　　本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を行った結果、複数の円筒形ターゲット材からなる円筒形スパッタリングターゲットにおいて、隣り合う円筒形ターゲット材同士の外周面の段差を抑制することで、スパッタ成膜時の異常放電とパーティクルの発生を抑制できることを見出し、本発明を完成するに至った。
　即ち、本発明は、円筒形基材の外周面に対して、複数の積み重ねられた円筒形ターゲット材を、接合材を用いて接合してなり、隣り合う円筒形ターゲット材が間隔を有して配置されている分割部を有し、かつ分割部において隣り合う円筒形ターゲット材の外周面の段差が０．５ｍｍ以下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である。
　また本発明は、円筒形基材の外周面に対して、複数の積み重ねられた円筒形ターゲット材を、接合材を用いて接合することによって円筒形スパッタリングターゲットを製造し、円筒形基材を基準として複数の円筒形ターゲット材を配置する際に、隣り合う円筒形ターゲット材の外周面の段差が０．５ｍｍ以下となるように、一方の円筒形ターゲット材の外周面を基準にして他方の円筒形ターゲット材を固定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である。
　本発明によれば、複数の円筒形ターゲット材からなる長尺の円筒形スパッタリングターゲットを用いてスパッタ成膜した場合においても、異常放電とパーティクルの発生を抑制し、成膜工程の製造歩留まりを高めることができる。
本発明における円筒形スパッタリングターゲットの組立て状態の一例を示す長さ方向の断面図である。 本発明における円筒形スパッタリングターゲットの組立て状態の一例を示す径方向の断面図である。 本発明における円筒形スパッタリングターゲットの外周面の段差を説明する概略図である。 比較例における円筒形スパッタリングターゲットの組立て状態の一例を示す径方向の断面図である。 比較例における円筒形スパッタリングターゲットの組立て状態の一例を示す長さ方向の断面図である。
　以下、図１～図３を参照しながら、本発明を詳細に説明する。
　本発明の円筒形スパッタリングターゲットに用いられる円筒形ターゲット材２としては、一般にスパッタリングで用いられる種々の材質が使用可能であり、例えば、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｎｂ、Ｔｉ等の金属、若しくはこれらの金属を含んでなる合金、又はこれらの金属等の一種以上の酸化物や窒化物等が挙げられる。酸化物では、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ　Ｔｉｎ　Ｏｘｉｄｅ）、ＡＺＯ（Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ　Ｚｉｎｃ　Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ　Ｚｉｎｃ　Ｏｘｉｄｅ）、ＳｎＯ２、Ｉｎ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＺｎＯ等が挙げられ、これらのような脆いセラミックス材料では、特に本発明の効果が得られる。
　本発明の円筒形スパッタリングターゲットに用いられる円筒形基材１としては、種々の材質が使用可能である。この材質としては、ターゲットを使用してスパッタリングする際に、円筒形基材１と円筒形ターゲット材２とを接合する接合材が劣化・溶融しないよう十分な冷却を行うことができるような熱伝導性を有し、スパッタリング時にターゲット材２から放電可能となるような電気伝導性を有し、さらにターゲットを支える事が可能な強度等を備えているものであれば良い。このような材質としては、例えば、Ｃｕ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｍｏ、それらの金属を含む合金、ＳＵＳ等が挙げられる。
　又、円筒形基材１の長さとしては特に制限はない。本実施形態では１０００ｍｍ以上の長さを有する円筒形基材を用いた円筒形スパッタリングターゲットであっても、歩留まりよく成膜を行うことができる。
　本実施形態の円筒形スパッタリングターゲットに用いられる接合材としては、ターゲットを使用してスパッタリングする際に、接合材が劣化・溶融しないよう十分な冷却を行うことができるような熱伝導性を有し、スパッタリング時にターゲット材２から放電可能となるような電気伝導性を有し、更にターゲットを支える事が可能な強度等を備えている材質であればよい。例えば、半田材や導電性樹脂が挙げられる。
　半田材としては、一般に半田材として使用されるものであれば使用可能である。好ましくは、低融点半田であり、例えば、Ｉｎ、Ｉｎ合金、Ｓｎ、Ｓｎ合金等が挙げられる。より好ましくはＩｎ又はＩｎ合金半田である。Ｉｎ又はＩｎ合金半田は平板型のターゲットでの実績も豊富であり、また、展延性に富むため、スパッタ中に加熱されるターゲット材２と冷却されている基材１との熱膨張等の歪みを緩和する効果もある。
　導電性樹脂としては、例えば、エポキシ、アクリル、ポリエステル、ウレタン、フェノール等の熱硬化型樹脂に、フィラーとして、Ａｇ、Ｃ、Ｃｕ等の導電性物質を混合したものが挙げられる。
　本実施形態の円筒形スパッタリングターゲットは、円筒形基材１に複数の円筒形ターゲット材２を接合してなり、隣り合う円筒形ターゲット材２が間隔を有して配置されている分割部を有し、その分割部において隣り合う円筒形ターゲット材２の外周面の段差が０．５ｍｍ以下である。この段差は好ましくは０．３ｍｍ以下、さらに好ましくは０．２ｍｍ以下である。大きな段差が存在する円筒形スパッタリングターゲットを用いてスパッタを行った場合、突き出た側の円筒形ターゲット材のエッジに電界が集中するため、異常放電が発生しターゲット材のエッジが砕けパーティクルが生じやすくなる。特に、円筒形スパッタリングターゲットにおいて大きな段差が存在すると、円筒形という構造のため、段差の反対側にも凹凸が逆になった段差が存在することとなる。従って、そのようなターゲットを回転させると、１回転あたり２回の大きな段差が現れることとなる。円筒形ターゲットは回転しながらスパッタリングされるため、この大きな段差による電界の乱れがターゲット１回転あたり２回発生し、この電界の乱れが異常放電の原因になると考えられている。なお円筒形ターゲットは、スパッタリング時には３～１５秒程度で１回転するため、３～１５秒程度に２回もの電界の乱れが発生し、異常放電の原因になると考えられる。さらに、円筒形スパッタリングターゲットは、平板型スパッタリングターゲットに比べ大きなパワーを投入するため、分割部でのターゲット材の段差の影響が極めて大きい。
　尚、本実施形態において、分割部において隣り合う円筒形ターゲット材２の外周面の段差とは、図３の矢印が示す「ずれ」の部分であり、その円筒形スパッタリングターゲットの中で最大の値をいう。即ち、本実施形態においては、全ての分割部において、そのずれが０．５ｍｍ以下であることを意味する。
　本実施形態の円筒形スパッタリングターゲットは、隣り合う円筒形ターゲット材２が間隔を有して配置されている分割部を有していることにより、スパッタリング中のプラズマによる円筒形ターゲット材２の熱膨張により、ターゲット材２同士が衝突して割れるのを防止することが可能となる。しかしながら、分割部の間隔に分布があると、円筒形ターゲット材２の位置ズレを生じさせ、円筒形ターゲット材２の外周面に段差を発生させる原因となる。したがって、分割部の間隔の分布は±０．１ｍｍ以下であることが好ましく、より好ましくは±０．０５ｍｍ以下である。尚、本実施形態の分割部の間隔の分布とは、分割部において周方向に均等に８ヶ所以上の間隔を測定したときの平均値に対する最大値と最小値との差であり、複数の分割部が存在する場合はその中で最大の値をいう。
　この分割部の間隔は０ではなく、円筒形ターゲット材２の長さと熱膨張率から適宜最適な値を設計できるが、間隔が狭い場合、スパッタリング中のプラズマによる円筒形ターゲット材２の熱膨張によりターゲット材同士が衝突し割れる恐れがある。従って、隣り合うターゲット材２が最も近接している部分の間隔が０．１ｍｍ以上であることが好ましい。また、分割部の間隔が大きい場合は、接合材がスパッタされる恐れがある。そのため、分割部の間隔は使用するスパッタガスの平均自由行程とターゲットの使用効率を考慮して、分割部の接合材がスパッタされない値に決めることが好ましい。前述のように分割部の間隔の平均値を求めた場合、いずれの分割部においてもその平均値が０．５ｍｍ以下であることが実用上好ましく、０．４ｍｍ以下であることがさらに好ましい。
　本実施形態に用いる円筒形ターゲット材２は、隣り合う円筒形ターゲット材２の外周面のエッジ部を面取りすることが好ましい。こうすることで、スパッタリングを行った場合、円筒形ターゲット材２のエッジに電界が集中するのを防ぐことができ、異常放電の発生を抑制することが可能である。面取りの大きさ（幅又は深さ）としては、膜厚分布への影響から２ｍｍ以下であることが好ましく、さらに好ましくは１ｍｍ以下である。面取りの形状は、スパッタ成膜時の電界の集中を緩和できれば特に制限はなく、Ｃ面、Ｒ面あるいは階段状であっても良い。
　本実施形態の円筒形スパッタリングターゲットの製造方法の一例としては、円筒形基材１と複数の円筒形ターゲット材２との間隙に接合材を充填し接合する方法を例示することができる。接合材を充填するためには、まず円筒形基材１を基準として円筒形ターゲット材２を配置する、例えば、予め円筒形基材１の外側に複数の円筒形ターゲット材２を積み重ねて配置する。その後、円筒形基材１と円筒形ターゲット材２との間隙の下部を封止し、接合材を充填するための空間を形成する。そして、円筒形ターゲット材２の外周面を基準に円筒形基材１との位置合わせを行う。このような円筒形スパッタリングターゲットの組立ては冶具を用いて行うことが望ましい。この際に用いる治具の材質は半田充填の際の加熱に耐えうる材質であれば特に制限はされない。例えばアルミニウム、ジェラルミン等の金属を挙げることができる。
　より具体的には、図１のように、円筒形基材１を基材押さえ６ａに設けてある凹部にはめ込むことによって配置し、シリコンのＯリングを介して封止治具４により固定した。円筒形基材１の両端部は、スパッタ装置への装着のため、Ｏリングなどを用いた真空シール部となり、その外周面および／又は内周面は精度良く研削加工されているため、この部分を位置決めの基準面とすることが好ましい。また、封止治具４の下に任意の大きさのブロック８を置くことで、円筒形基材１の端面から任意の距離をおいて円筒形ターゲット材２を配置することができる。
　そして、円筒形基材１の外周面にある封止治具４の上に円筒形ターゲット材２を積み重ねて配置し、接合材を充填する空間３を形成する。このとき、円筒形ターゲット材２が円筒形基材１と同心円状となることが好ましい。接合材を充填する空間３の密閉性を保つため、複数の円筒形ターゲット材２の間や円筒形ターゲット材２と封止治具４の間、封止治具４と円筒形基材１の間、円筒形ターゲット材２と基材押さえ６ｂの間は、シール材５で封止する。接合材が低融点半田や導電性樹脂などの場合、加熱処理が行われるため、シール材５は耐熱性のパッキンやＯリングを使用する必要があり、その場合テフロン（登録商標）やシリコンなどの材料が使用可能である。特に、複数の円筒形ターゲット材２の間にシール材５を挿入することで、分割部に所定の間隔を形成し、その分布を極めて小さくすることができる。このとき挿入するシール材５の厚みは、所望する間隔の設計値に見合った所定の厚みのものを使用する。
　その後、最上部のターゲット材２の上にシール材５を介して基材押さえ６ｂを載せて、上下の基材押さえ６ａ、６ｂを連結軸９により連結した。そして、円筒形ターゲット材２はその外周面を基準として、例えばその外周面を揃えて分割部でのずれを極力抑えるようにして、スプリング（図示せず）とネジ（図示せず）を有したターゲット押さえ７で固定し、ターゲット押さえ７は連結軸９に結合させて固定する。ターゲット押さえ７は、基材押さえ６ａ、６ｂに対して任意の位置に調整可能とし、図示しているように、接合すべきターゲット材２の外周面を１本の棒状体で押さえる構造でも良く、又、ターゲット材２の分割部を含むその周辺部分のみのターゲット材外周面を押さえる構造であっても良い。ターゲット押さえ７は、基材押さえ６ａ、６ｂに対して円筒形ターゲット材２の位置決めを行うため、最低でも２本が必要であり、好ましくは３本、より好ましくは、図２のように４本又はそれ以上の偶数本でお互いに向かい合う位置に均等に配置する。このようにすることで、円筒形ターゲット材の外周面の段差を確実に抑えることが可能となる。
　上記の手順で組立てが終了したら、ターゲット押さえ７がターゲット材２同士を押さえていない箇所で、０．５ｍｍを超える段差ができていないことを確認する。
　接合材として半田材を用いる場合、例えば、図１のように組立てた円筒形スパッタリングターゲット全体を半田の融点以上の温度に加熱し、溶融状態の半田を基材押さえ６ｂの上部から空間３に流し込み充填する。充填終了後、半田を冷却固化することで、円筒形基材１と円筒形ターゲット材２を接合する。このとき温度が高すぎると半田が酸化され接着強度が低下する恐れがあるため、加熱温度としては半田の融点～半田の融点＋１００°Ｃの範囲内であることが好ましく、より好ましくは半田の融点＋５０°Ｃの範囲内である。なお、Ｉｎ半田の融点は１５６°Ｃである。また、接合材が導電性樹脂の場合、図１のように組立てた円筒形スパッタリングターゲットの空間３に導電性樹脂を充填し、樹脂の硬化条件に合わせて加熱などの硬化処理を行い、円筒形ターゲット材２と円筒形基材１を接合する。
　また、円筒形基材１および円筒形ターゲット材２の接合面には、接合材の濡れ性を向上させ、接合材が充填しやすくするために、予めそれらの接合面をぬらす処理を施すことが好ましい。この処理としては、接合材の濡れ性を改善させるものであれば良く、ＵＶ照射、Ｎｉのメッキ、若しくは蒸着、又は超音波半田鏝による下地処理などを挙げることが出来る。
　以上のように、円筒形基材１と円筒形ターゲット材２を接合後、治具や余分な接合材などを取り除くことにより所望の円筒形スパッタリングターゲットが得られる。このとき、接合材を付着させたくない部分や取り除く治具などに、予めマスキングを施すことで容易に取り除き作業を行うことが可能である。また、隣り合う円筒形ターゲット材２の間のシール材５は、円筒形基材１と円筒形ターゲット材２を接合後、加熱することにより、円筒形基材１と円筒形ターゲット材２の熱膨張差を利用して、容易に取り除くことができる。
　以下、本発明を、実施例をもって詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、分割部における間隔の分布および間隔の平均値は、前述のようにして８ヶ所の間隔を測定して求めたものである。
　（実施例１）
　ＩＴＯ円筒形ターゲット材（外径：１５０ｍｍφ、内径：１３３ｍｍφ、長さ：２６０ｍｍ）を１２個用意し、円筒形ターゲット材の接合面以外を耐熱性テープでマスキングし、接合面に超音波半田鏝にてＩｎ半田を下塗した。一方、ＳＵＳ製円筒形基材（外径：１３０ｍｍφ、内径：１２０ｍｍφ、長さ３２００ｍｍ）を１個用意し、接合面以外の面を接合材が付着するのを防止するために耐熱性テープでマスキングし、接合面に超音波半田鏝にてＩｎ半田を下塗した。
　次に、前記処理を施した円筒形基材１と１２個の円筒形ターゲット材２と、さらに、ジュラルミン製の封止治具４と、基材押さえ６ａ、６ｂと、ターゲット押さえ７と、ブロック８とを、図１のように組立てた。最初に、円筒形基材１を基材押さえ６ａの上に配置し、シリコンのＯリングを介して封止治具４により固定した。１２個の円筒形ターゲット材２とシール材５を円筒形基材１に順次嵌め込み積み重ねた後、円筒形ターゲット材２の上にシール材５を介して基材押さえ６ｂを載せた。そして、上下の基材押さえ６ａ、６ｂを連結軸９で連結して、円筒形ターゲット材２を固定した。次に、図２のように、４本のターゲット押さえ７を用いて、円筒形ターゲット材２の位置合わせと固定を行った。このときシール材５として、隣り合う円筒形ターゲット材２の間と円筒形ターゲット材２と封止治具４の間には環状のテフロン（登録商標）シートを用い、円筒形基材１と封止治具４の間はシリコンのＯリングを用いた。
　次に、組立てた円筒形スパッタリングターゲットの全体を１８０°Ｃまで加熱し、上側から溶融Ｉｎ半田（融点１５６°Ｃ）を空間３に流し込んだ。Ｉｎ半田の流し込み終了後１２０°Ｃまで冷却し、Ｉｎ半田が完全に固化したことを確認後、再度１３０°Ｃに加熱して隣り合う円筒形ターゲット材２の間のテフロン（登録商標）シートを切断して取り除き、間隔を有する分割部を形成させた。その後、室温まで冷却し、治具やマスキングを取り除いてＩＴＯ円筒形スパッタリングターゲットを製造した。
　得られた円筒形スパッタリングターゲットの分割部における外周面の段差は０．２ｍｍで、分割部の間隔の分布は±０．０５ｍｍであった。また各分割部における間隔の平均値は０．２９～０．３６ｍｍであった。
　（比較例１）
　実施例１と同様に円筒形基材１と円筒形ターゲット材２を準備し、図４に示すように、円筒形基材１の外周面上に、スペーサー１０として８本の銅ワイヤー（０．７ｍｍφ）を等間隔に配置した。次に、図５の組立図になるように、但し円筒形ターゲット材２を１２個用いて、円筒形ターゲット材２を円筒形基材１に嵌め込み挿入して行ったが、円筒形ターゲット材２が途中で動かなくなり、円筒形スパッタリングターゲットとして組立てられなかった。
　（比較例２）
　比較例１のスペーサー１０である銅ワイヤーの径を０．６ｍｍφとした以外は比較例１と同様の方法で図５のように、但し円筒形ターゲット材を１２個用いて、円筒形スパッタリングターゲットを組立てた。その後、実施例１と同様に、Ｉｎ半田で円筒形基材１と円筒形ターゲット材２を接合し、円筒形ターゲット材を製造した。得られた円筒形スパッタリングターゲットの分割部における外周面の段差は、０．８ｍｍで、分割部の間隔の分布は±０．１３ｍｍであった。また各分割部における間隔の平均値は０．３０～０．３９ｍｍであった。
　（実施例２）
　ＩＴＯ円筒形ターゲット材（外径：９３．０ｍｍφ、内径：７８．５ｍｍφ、長さ：１７５ｍｍ）を２個用意し、円筒形ターゲット材の接合面以外を耐熱性テープでマスキングし、接合面に超音波半田鏝にてＩｎ半田を下塗した。一方、ＳＵＳ製円筒形基材（外径：７５．５ｍｍφ、内径：７０ｍｍφ、長さ４９０ｍｍ）を１個用意し、接合面以外の面を接合材が付着するのを防止するために耐熱性テープでマスキングし、接合面に超音波半田鏝にてＩｎ半田を下塗した。その後、実施例１と同様の方法にて、但し円筒形ターゲット材を２個用いて、表１に示す分割部を有するターゲットＩを製造した。又、実施例１と同様の方法にて、但し円筒形ターゲット材を２個用いて、表１に示す分割部を有するターゲットＩＩ～ＩＶを製造した。
　（比較例３）
　銅ワイヤーを使用しなかった以外は比較例２と同様な方法で、但し、ＩＴＯ円筒形ターゲット材（外径：９３．０ｍｍφ、内径：７８．５ｍｍφ、長さ：１７５ｍｍ）２個と、ＳＵＳ製円筒形基材（外径：７５．５ｍｍφ、内径：７０ｍｍφ、長さ４９０ｍｍ）１個を用いて、表１に示す分割部を有するターゲットＶ～ＶＩＩを製造した。
　（成膜評価）
　こうして作製された円筒形スパッタリングターゲットを以下のスパッタリング条件で２０ｋＷｈスパッタリングを行い、異常放電（アーク）の発生回数を測定した。アークの発生回数の測定は、マイクロアークモニター（ランドマークテクノロジ社製）を用いて、放電電圧の降下時間を基準に、小アーク（２μｓｅｃ以上２０μｓｅｃ未満）と大アーク（２０μｓｅｃ以上）に分けて、以下の測定条件で行った。得られた放電結果を表１に示す。
　スパッタ条件
　　ＤＣ電力　　　　　：１５Ｗ／ｃｍ２（マグネット面積に対して）
　　ターゲット回転数　：６ｒｐｍ
　　スパッタガス　　　：Ａｒ＋Ｏ２
　　ガス圧　　　　　　：０．５Ｐａ
　アーク測定条件
　　検出電圧　　　　　：３００Ｖ
　　小アーク　　　　　：２μｓｅｃ以上２０μｓｅｃ未満
　　大アーク　　　　　：２０μｓｅｃ以上
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　ターゲットＩ～ＩＶとＶ～ＶＩＩの比較から、分割部における外周面の段差を０．５ｍｍ以下とすることで大アークの発生を抑制することが可能であり、またターゲットＩＩＩとＩＶの比較から、ターゲットの外周面のエッジの面取り加工をすることで小アークの発生を抑制することが可能であることが分かる。また、放電後の分割部をマイクロスコープで観察したところ、ターゲットＶ～ＶＩＩは突き出た側の円筒形ターゲット材のエッジが砕けていた。
　なお、異常放電（アーク）が発生すると、成膜速度が低下し生産性が低下する。その中でも特に電圧降下時間の長い大アークは、放出されるエネルギーが大きいため、ターゲット材や薄膜にダメージを与える原因となり、パーティクルの発生や薄膜の膜質劣化の原因ともなり、結果として成膜工程の製造歩留まりを低下させることとなる。本発明によれば、このような大アークの発生を抑制することができる。
　本発明は、円筒形スパッタリングターゲット及びその製造方法を使用用途とし、複数の円筒形ターゲット材からなる長尺の円筒形スパッタリングターゲットを用いてスパッタ成膜した場合においても、成膜工程の製造歩留まりの高い円筒形スパッタリングターゲットを提供することのできるものである。
１　円筒形基材
２　円筒形ターゲット材
３　空間
４　封止治具
５　シール材
６ａ、６ｂ　基材押さえ
７　ターゲット押さえ
８　ブロック
９　連結軸
１０　スペーサー

Claims (8)

  1. 　円筒形基材の外周面に対して、複数の積み重ねられた円筒形ターゲット材を、接合材を用いて接合してなり、
    　隣り合う円筒形ターゲット材が間隔を有して配置されている分割部を有し、かつ分割部において隣り合う円筒形ターゲット材の外周面の段差が０．５ｍｍ以下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。
  2. 　分割部の間隔の分布が±０．１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の円筒形スパッタリングターゲット。
  3. 　分割部において隣り合う円筒形ターゲット材の外周面のエッジ部を面取りすることを特徴とする請求項１又は２に記載の円筒形スパッタリングターゲット。
  4. 　円筒形基材の長さが１０００ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１～３いずれかに記載の円筒形スパッタリングターゲット。
  5. 　円筒形基材の外周面に対して、複数の積み重ねられた円筒形ターゲット材を、接合材を用いて接合することによって円筒形スパッタリングターゲットを製造し、円筒形基材を基準として複数の円筒形ターゲット材を配置する際に、隣り合う円筒形ターゲット材の外周面の段差が０．５ｍｍ以下となるように、一方の円筒形ターゲット材の外周面を基準にして他方の円筒形ターゲット材を固定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。
  6. 　円筒形基材の少なくとも一方の端部の外周面および／又は内周面を円筒形基材の基準面として用い、前記基準面を基準にして前記複数の円筒形ターゲット材を固定することを特徴とする請求項５記載の円筒形スパッタリングターゲットの製造方法。
  7. 　前記複数の円筒形ターゲット材を固定する際には、前記円筒形基材に対して固定されたターゲット押さえによって、前記複数の円筒形ターゲット材の外周面を揃えるように固定することを特徴とする請求項５又は６記載の円筒形スパッタリングターゲットの製造方法。
  8. 　前記複数の円筒形ターゲット材を固定する際には、偶数本の前記ターゲット押さえを、前記円筒形ターゲット材に対してお互いに向かい合う位置に配置することを特徴とする請求項７記載の円筒形スパッタリングターゲットの製造方法。
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