JP2011127138A - 円筒型スパッタリングターゲット製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】円筒形ターゲット材とバッキングスリーブとを簡単な構成で確実に接合することができる円筒型スパッタリングターゲットの製造方法を提供する。
【解決手段】バッキングスリーブ２の一端部を閉塞させた封止端部２ａとしておき、上下方向に沿って配置した円筒形ターゲット材３の下端開口部から、バッキングスリーブ２の封止端部２ａを挿入し、その挿入により形成される円筒形ターゲット材３の内周面と封止端部２ａ上面との間の空間部に溶融状態とした接合材４を貯留し、この貯留状態で、バッキングスリーブ２を円筒形ターゲット材３の内側に押し込みながら、バッキングスリーブ２の外周面と円筒形ターゲット材３の内周面との間隙に接合材４を充填し、充填された接合材４を固化させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、マグネトロンスパッタリング装置に用いられる円筒型スパッタリングターゲットの製造方法に関する。

マグネトロンスパッタリング装置として、ターゲットを回転させながらスパッタを行う円筒型スパッタリングターゲットを備えたマグネトロンスパッタリング装置がある。このマグネトロンスパッタリング装置においては、円筒型ターゲットの内側に磁石を配置するとともに、ターゲットの内側に冷却水を流すことによりターゲットを冷却しつつ、ターゲットを回転させながらスパッタを行う。この装置に用いられる円筒型ターゲットはターゲット材の全面がエロージョン領域となり均一に削られるため、高いターゲット使用効率が得られるとともに、ターゲットを回転させることで、高い成膜速度が得られる（特許文献１参照）。

このような円筒型ターゲットとしては、例えば、円筒形基材の外側面に低融点はんだ材等を用いて複数の短冊状のターゲット材を接合し、その外周面を円筒状に加工したもの（特許文献２参照）、円筒形ターゲット材及び円筒形基材の一方を封止し、溶融状態の低融点はんだ材を入れた円筒形ターゲット材に円筒形基材を挿入して接合したもの（特許文献３参照）等が知られている。

特許文献２では、複数の短冊状のターゲット材を接合し、その外周面の加工を行うなど効率が悪いだけでなく、ターゲット材を複数に分割しているため、接着のばらつきに起因して、冷却効果の差による不均一な熱分布によりターゲット材と基材との剥離が生じ、基材からターゲット材が脱落する恐れがある。

一方、特許文献３では、円筒形ターゲット材に円筒形基材を挿入して接合したので、剥離しにくくすることができる。しかし、予め、はんだ材が貯留されたターゲット材に基材を押し込み、その押込圧により、ターゲット材と基材との間にはんだ材を充填する方法は、十分な充填が行われずに部分的に隙間が生じることによるボンディング率の低下を招き易い。そして、ボンディング率の低下により熱伝達が阻害され、冷却効率が低下するという問題がある。

特表昭５８−５００１７４号公報 特開２００７−１１９８２４号公報 特許第３６１８００５号公報

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、ターゲット材と基材とを簡単な構成で確実に接合することができる円筒型スパッタリングターゲットの製造方法を提供する。

本発明に係る円筒型スパッタリングターゲットの製造方法は、バッキングスリーブの外周面と円筒形ターゲット材の内周面とを接合材により接合して円筒型スパッタリングターゲットを製造する方法であって、前記バッキングスリーブの一端部を閉塞させた封止端部としておき、上下方向に沿って配置した前記円筒形ターゲット材の下端開口部から、前記バッキングスリーブの封止端部を挿入し、その挿入により形成される前記円筒形ターゲット材の内周面と前記バッキングスリーブの封止端部上面との間の空間部に溶融状態とした前記接合材を貯留し、この貯留状態で、前記バッキングスリーブを前記円筒形ターゲット材の内側に押し込みながら、前記バッキングスリーブの外周面と前記円筒形ターゲット材の内周面との間隙に前記接合材を充填し、充填された接合材を固化させることを特徴とする。

この製造方法においては、円筒形ターゲット材にバッキングスリーブを挿入する際に、円筒形ターゲット材の内周面とバッキングスリーブの封止端部とで形成される空間部に接合材を貯留しておき、この状態から、バッキングスリーブを円筒形ターゲット材内部に押し込む。この際、円筒形ターゲット材の内周面は、貯留された接合材により濡らされており、円筒形ターゲット材の内周面とバッキングスリーブの外周面とで形成されるリング状の隙間（筒状間隙）の入口部分も、接合材により隙間なく埋められている。
そして、バッキングスリーブの押し込みに伴って、空間部に貯留された接合材は、円筒形ターゲット材の上方位置に移動させられるとともに、円筒形ターゲット材の内周面を順次濡らしていく。この濡らされた内周面に沿って、バッキングスリーブが押し込まれるので、接合材を円筒形ターゲット材の内周面とバッキングスリーブの外周面とに確実になじませることができる。そして、バッキングスリーブが押し込まれることにより、筒状間隙の接合材で満たされた領域が徐々に伸ばされていき、円筒形ターゲット材とバッキングスリーブとの間に接合材が充填される。

また、本発明の円筒形スパッタリングターゲットの製造方法は、バッキングスリーブの外周面と円筒形ターゲット材の内周面とを接合材により接合して円筒型スパッタリングターゲットを製造する方法であって、上下方向に沿って配置した前記円筒形ターゲット材の上端開口部を囲むように筒状壁を形成しておき、前記円筒形ターゲットの上端開口部から、前記バッキングスリーブの一端部を挿入し、その挿入により形成される前記筒状壁の内周面と前記バッキングスリーブの外周面との間の空間部に溶融状態とした前記接合材を貯留し、前記円筒形ターゲット材の内側に前記バッキングスリーブを押し込むことにより、前記バッキングスリーブの外周面と前記円筒形ターゲット材の内周面との間隙に前記接合材を充填し、充填された前記接合材を固化させることを特徴とする。

この製造方法においては、円筒形ターゲット材にバッキングスリーブを挿入する際に、筒状壁の内周面とバッキングスリーブの外周面とで形成される空間部に接合材を貯留し、この状態から、バッキングスリーブを円筒形ターゲット材内部に押し込む。
この際、バッキングスリーブの外周面は空間部に貯留された接合材により濡らされており、円筒形ターゲット材の内周面とバッキングスリーブの外周面とで形成される筒状間隙の入口部分も接合材により隙間なく埋められている。したがって、バッキングスリーブが円筒形ターゲット材内部に押し込まれるのと同時に、接合材で濡らされたバッキングスリーブの外周面に沿って接合材が筒状間隙に誘い込まれ、筒状間隙の接合材で満たされた領域が徐々に伸ばされていき、円筒形ターゲット材とバッキングスリーブとの間に隙間なく充填される。

また、本発明の円筒型スパッタリングターゲットの製造方法において、前記バッキングスリーブを回転させながら前記円筒形ターゲット材の内部に押し込むとよい。
バッキングスリーブを回転させながら押し込むことにより、円筒形ターゲット材とバッキングスリーブとの間の長さ方向だけでなく、周方向にも接合材を素早くなじませることができ、さらに効率的である。

さらに、前記バッキングスリーブの内部に、前記接合材を溶融する加熱手段が設けられているとよい。
バッキングスリーブは、主に熱伝導性の高い金属材料で形成されているので、バッキングスリーブ内部から加熱すると効率的である。また、円筒形ターゲット材の外部にも加熱手段を併設してもよい。

本発明の円筒型スパッタリングターゲットの製造方法において、前記バッキングスリーブの外周面及び前記円筒形ターゲット材の内周面の少なくとも一方に、螺旋状の溝が設けられているとよい。

本発明の円筒型スパッタリングターゲットの製造方法において、前記バッキングスリーブの外周面の一部に雄ねじが形成されており、前記円筒形ターゲット材の内周面の一部に雌ねじが形成されているとよい。

螺旋状の溝やねじ部を設けることで、低粘度の接合材を用いた場合においても、バッキングスリーブと円筒形ターゲット材との間隙に接合材を効率的に充填し、保持することができる。また、ねじ部が設けられた場合には、バッキングスリーブと円筒形ターゲット材とがねじ嵌合によりガイドされるので、円筒形ターゲット材とバッキングスリーブとの中心出しだけでなく、上下方向の位置合わせについても容易に行うことができる。

本発明によれば、円筒形ターゲット材とバッキングスリーブとの間に効率的に接合材を介入させることができ、円筒形ターゲット材とバッキングスリーブとを簡単な構成で確実に接合することができる。また、円筒形ターゲット材の内周面及びバッキングスリーブの外周面に接合材の濡れ性向上のための下塗り等を必要としないため、安価に製造することが可能となる。

本発明で製造される円筒型スパッタリングターゲットの第１実施形態を説明する縦断面図であり、（ａ）は完成品、（ｂ）は組立始めの状態を説明するための図、（ｃ）は組立途中の状態を説明するための図である。 図１（ｂ）に示す二点鎖線で囲まれるＸ部の拡大図である。 本発明で製造される円筒型スパッタリングターゲットの第２実施形態を説明する縦断面図であり、（ａ）は組立初めの状態を説明するための図、（ｂ）は組立途中の状態を説明するための図である。 図３（ａ）に示す二点鎖線で囲まれるＹ部の拡大図である。 本発明で製造される円筒型スパッタリングターゲットの第３実施形態を説明する図であり、組立途中の状態を示す図である。

以下、本発明の円筒型スパッタリングターゲット製造方法の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図１〜図２は、円筒型スパッタリングターゲットの第１実施形態の製造方法を示している。
この実施形態により製造される円筒型スパッタリングターゲット１は、図１（ａ）に示すとおり、バッキングスリーブ２と、バッキングスリーブ２の外周面に接合される円筒形ターゲット材３と、バッキングスリーブ２と円筒形ターゲット材とを接合する接合材４とから構成されている。
これらバッキングスリーブ２、円筒形ターゲット材３、接合材４の材料や寸法は、特に限定されるものではないが、例えば、バッキングスリーブ２は、ＴｉまたはＣｕ製の内径５０ｍｍφ、外径６０ｍｍφ、長さ１００ｍｍのスリーブであり、円筒形ターゲット材３は、ＩＴＯまたはＡＺＯの内径６２ｍｍφ、外径８２ｍｍ、長さ１００ｍｍの円筒材であり、接合材４は、Ｉｎ系低融点はんだ材である。

次に、この円筒型スパッタリングターゲット１を製造する方法について説明する。
バッキングスリーブ２の一端部の開口を円盤状の封止部材６により封止し、封止端部２ａとしておく。また、このバッキングスリーブ２の内部及び円筒形ターゲット材３の外部に、接合材４を溶融するための加熱手段であるヒーター５ａ、５ｂを配置する。円筒形ターゲット材３は、図示しない支持台に垂直に固定する。また、バッキングスリーブ２を回転させながら円筒形ターゲット材３の内部に押し込む駆動機構（図示略）を、バッキングスリーブ２の封止端部２ａとは逆の一端部に設けておく。

図１（ｂ）に示すように、円筒形ターゲット材の下端開口部からバッキングスリーブ２の封止端部２ａを挿入する。そして、円筒形ターゲット材３の内周面と封止端部２ａの上面とで形成される空間部をヒーター５ａ、５ｂにより接合材４の融点以上の温度（例えば、１６０〜２００℃）に保持し、その空間部に溶融状態の接合材４を流し入れ、貯留する。この貯留状態においては、円筒形ターゲット材３の内周面の一部は、貯留された接合材４により濡らされ、円筒形ターゲット材３の内周面とバッキングスリーブ２の外周面とで形成されるリング状の隙間Ｂ１（筒状間隙）の入口部分Ａ１も、接合材４により隙間なく埋められる。
バッキングスリーブ２を円筒形ターゲット材３の内部に押し込むと、この押し込みに伴って、接合材４の貯留位置は、円筒形ターゲット材３の内周面を順次濡らしながら、円筒形ターゲット材３の上方位置に移動させられていく。そして、この濡らされた内周面に沿ってバッキングスリーブ２が回転させられながら押し込まれるので、接合材４を円筒形ターゲット材３の内周面とバッキングスリーブ２の外周面とに確実になじませることができる。また、接合材４の貯留位置は、常に封止部材６を介してバッキングスリーブ２の上方位置にあるので、バッキングスリーブ２が円筒形ターゲット材３の内部に押し込まれると同時に、重力により筒状間隙Ｂ１に流し落とされていく。

このように、バッキングスリーブ２が押し込まれることにより、筒状間隙Ｂ１の接合材４で満たされた領域Ｃ１が徐々に伸ばされていき、円筒形ターゲット材３とバッキングスリーブ２との間の筒状間隙Ｂ１に接合材４が隙間なく充填される。
この接合材４を筒状間隙Ｂ１に充填した後、加熱手段による加熱を解除し、接合材４を固化させることで、円筒型スパッタリングターゲット１が得られる。

なお、この製造方法においては、接合材４の貯留位置をバッキングスリーブ２で押し上げることにより、円筒形ターゲット材３の内周面を下方から上方に濡らすようにして接合材４を充填しているので、円筒形ターゲット材３の上端付近までバッキングスリーブ２を押し込んだら、その円筒形ターゲット材３の上に新たな円筒形ターゲット材３を継ぎ足し、バッキングスリーブ２の下方にも新たなバッキングスリーブ２を継ぎ足しながら順次円筒型スパッタリングターゲットを製造することも可能である。接合材４については、必要に応じて補給すればよい。

図３及び図４は、本発明の円筒型スパッタリングターゲットの第２実施形態の製造方法を示している。
第１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は、円筒形ターゲット材３の下端開口部からバッキングスリーブ２を押し込みながら、円筒形ターゲット材３の内周面と、封止端部２ａの上面とで形成される空間部に貯留した接合材４を筒状間隙Ｂ１に充填する方法とされていたが、この第２実施形態の製造方法では、円筒形ターゲット材３の上端開口部からバッキングスリーブ２を押し込みながら接合材４を充填する。このため、円筒形ターゲット材３の上端部には、接合材４を貯留するための筒状壁７が形成される。すなわち、円筒形ターゲット材３の上端開口部を囲むように筒状壁７を形成しておき、この円筒形ターゲット材３の上端開口部からバッキングスリーブ２を挿入すると、円筒形ターゲット材３の上方に筒状壁７とバッキングスリーブ２の外周面とに囲まれるリング状の空間部が形成される。そのリング状空間部に接合材４を貯留し、円筒形ターゲット材３の内部にバッキングスリーブ２を押し込みながら、接合材４を筒状間隙Ｂ２に充填することにより、円筒形ターゲット材３とバッキングスリーブ２とを接合する。

このように、円筒形ターゲット材３の上方位置に、接合材４を貯留するリング状空間部を設けたので、バッキングスリーブ２の押し込みに伴って、接合材４が筒状間隙Ｂ２に流し落とされるとともに、接合材４で濡らされたバッキングスリーブ２の外周面に沿って、接合材４が筒状間隙Ｂ２に誘い込まれ、筒状間隙Ｂ２を隙間なく充填することができる。この場合、バッキングスリーブ２の押し込み方向と接合材４に作用する重力の方向とが一致しているので、バッキングスリーブ２の押し込みにより、筒状間隙Ｂ２での接合材４の流下を補助して、筒状間隙Ｂ２に接合材を確実に充填することができる。

図５は、本発明の円筒型スパッタリングターゲットの第３実施形態の製造方法を示している。
第３実施形態の製造方法は、円筒形ターゲット材１３の下端開口部からバッキングスリーブ１２を押し込みながら、円筒形ターゲット材１３の上方位置の空間部に貯留した接合材４を筒状間隙Ｂ３に充填して接合することは、第１実施形態の製造方法と同じであるが、この第１実施形態の方法に加えて、バッキングスリーブ１２の外周面に雄ねじ部１２ｃを形成するとともに、円筒形ターゲット材１３の内周面に雌ねじ部１３ｃを形成し、バッキングスリーブ１２と円筒形ターゲット材１３とをねじ嵌合させることにより、バッキングスリーブ１２を回転させながら押し込んで接合する構成としている。その他の構成は、第１実施形態のものと同じであり、共通部分に同一符号を付して説明を省略する。

このように、円筒形ターゲット材１３及びバッキングスリーブ１２は、ねじ嵌合によりガイドされるので、バッキングスリーブ１２の回転に伴い、接合材４がねじ部に沿って円筒形ターゲット材１３とバッキングスリーブとの間に隙間なく充填され、円筒形ターゲット材１３とバッキングプレート１２とを確実に接合することができる。
また、ねじ部を設けたことにより、円筒形ターゲット材１３及びバッキングスリーブ１２の互いの中心出しや上下方向の位置合わせを容易に行うことができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、第３実施形態においては、バッキングスリーブの外周面に雄ねじ部を形成し、円筒形ターゲット材の内周面に雌ねじを形成し、ねじ嵌合させる構成としたが、バッキングスリーブ及び円筒形ターゲット材のどちらか一方に螺旋状の溝形状を設ける構成としてもよい。この場合においても、バッキングスリーブの押し込みに伴って、接合材が溝形状に沿って周方向に誘い込まれるので、筒状間隙に素早く充填され、円筒形ターゲット材とバッキングスリーブとを隙間なく接合することができる。また、螺旋方向を変えた二条の溝をクロスさせるように形成してもよい。
また、上述の実施形態においては、円筒形ターゲット材にバッキングスリーブを押し込む構成としていたが、バッキングスリーブに円筒形ターゲット材を押し込む構成としてもよい。
さらに、円筒形ターゲット材及びバッキングスリーブを垂直に配置していたが、筒状間隙に接合材が充填される構成となっていればよく、必ずしも垂直に配置されていなくてもよい。

また、第１実施形態で述べたように、第２，第３実施形態も同様にして、新たなバッキングスリーブ２及び円筒形ターゲット材３を継ぎ足しながら円筒型スパッタリングターゲットを製造することが可能である。

１ 円筒型スパッタリングターゲット
２，１２ バッキングスリーブ
３，１３ 円筒形ターゲット材
４ 接合材
５ａ，５ｂ ヒーター
６ 封止部材
７ 筒状壁
１２ｃ 雄ねじ部
１３ｃ 雌ねじ部
Ａ１，Ａ２ 筒状間隙の入口
Ｂ１，Ｂ２ 筒状間隙
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３ 接合材の充填領域
Ｏ 中心軸

Claims (6)

1. バッキングスリーブの外周面と円筒形ターゲット材の内周面とを接合材により接合して円筒型スパッタリングターゲットを製造する方法であって、前記バッキングスリーブの一端部を閉塞させた封止端部としておき、上下方向に沿って配置した前記円筒形ターゲット材の下端開口部から、前記バッキングスリーブの封止端部を挿入し、その挿入により形成される前記円筒形ターゲット材の内周面と前記バッキングスリーブの封止端部上面との間の空間部に溶融状態とした前記接合材を貯留し、この貯留状態で、前記バッキングスリーブを前記円筒形ターゲット材の内側に押し込みながら、前記バッキングスリーブの外周面と前記円筒形ターゲット材の内周面との間隙に前記接合材を充填し、充填された接合材を固化させることを特徴とする円筒型スパッタリングターゲットの製造方法。
2. バッキングスリーブの外周面と円筒形ターゲット材の内周面とを接合材により接合して円筒型スパッタリングターゲットを製造する方法であって、上下方向に沿って配置した前記円筒形ターゲット材の上端開口部を囲むように筒状壁を形成しておき、前記円筒形ターゲットの上端開口部から、前記バッキングスリーブの一端部を挿入し、その挿入により形成される前記筒状壁の内周面と前記バッキングスリーブの外周面との間の空間部に溶融状態とした前記接合材を貯留し、前記円筒形ターゲット材の内側に前記バッキングスリーブを押し込むことにより、前記バッキングスリーブの外周面と前記円筒形ターゲット材の内周面との間隙に前記接合材を充填し、充填された前記接合材を固化させることを特徴とする円筒型スパッタリングターゲットの製造方法。
3. 前記バッキングスリーブを回転させながら前記円筒形ターゲット材の内部に押し込む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の製造方法。
4. 前記バッキングスリーブの内部に、前記接合材を溶融する加熱手段が設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一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。
5. 前記バッキングスリーブの外周面及び前記円筒形ターゲット材の内周面の少なくとも一方に、螺旋状の溝が設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の円筒型スパッタリングターゲットの製造方法。
6. 前記バッキングスリーブの外周面の一部に雄ねじが形成されており、前記円筒形ターゲット材の内周面の一部に雌ねじが形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の円筒型スパッタリングターゲットの製造方法。
   

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