JP2013253298A - ターゲットユニットの製造方法及びターゲットユニットの製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ターゲット材料の品質及び生産性を向上させることが可能なターゲットユニットの製造方法及びターゲットユニットの製造装置を提供する。
【解決手段】ターゲットユニット１００の製造方法は、ターゲット材料Ｔの溶湯Ｔ１内に基材１０の表面１０Ａを浸漬する工程を含む。表面１０Ａを冷却しつつ基材１０を溶湯Ｔ１に対して相対運動させることにより、表面１０Ａにターゲット凝固層Ｔ２が形成される。溶湯Ｔ１から基材１０が引き上げられる。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば円筒形状の基材の表面にターゲット材料が形成されたターゲットユニットの製造方法及びターゲットユニットの製造装置に関する。

マグネトロン型のスパッタリング装置に用いられるスパッタリングターゲットとして、平板型ターゲットの他に、円筒型ターゲットが知られている。円筒型ターゲットは、内部に磁場発生装置を有する円筒型の基材を被覆するように配置され、ターゲットを回転させながらスパッタを行う。このようなターゲットは、ターゲット材の全面がエロージョンとなり均一に削られるため、従来の平板型マグネトロンスパッタリング装置の使用効率に比べて高いターゲット使用効率が得られる。

円筒型ターゲットの製造方法としては、例えば、鋳込みや、バルク状のターゲット材料からの切削等によって、ターゲット材を円筒形状に成形する方法が知られている。また、基材の表面にターゲット材料を吹き付ける、いわゆる溶射法も知られている（特許文献１参照）。一方、基材に直接ターゲット材料を形成するのではなく、円筒形ターゲット材と円筒形基材とを接合材を用いて接合することで、円筒形スパッタリングターゲットを製造する方法も知られている（特許文献２参照）。

特開平５−２１４５２６号公報 特開２０１０−７０８４２号公報

しかしながら、鋳込みによっては、ターゲット材料の成形時の冷却による体積収縮からいわゆる鋳込み巣が発生し、歩留まりに問題があった。切削によっては、成形時の工具による表面の荒れや亀裂等が生じることや、切り屑が大量に発生すること等により、生産性に問題があった。また、溶射法は、ガス流とともに液状のターゲット材料を基材へ吹き付けるため、ターゲット材料の酸化や、空孔の形成といった問題が生じることがあった。一方、接合による方法では、接合材が接合時に気泡等を取り込むことによって、接合材における熱伝導率の分布が不均一となり、スパッタリングターゲットとして使用した際に、局所的な接合材の熱膨張によってターゲットの割れ等が生じることがあった。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、ターゲット材料の品質及び生産性を向上させることが可能なターゲットユニットの製造方法及びターゲットユニットの製造装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るターゲットユニットの製造方法は、ターゲット材料の溶湯内に基材の表面を浸漬する工程を含む。
上記表面を冷却しつつ上記基材を上記溶湯に対して相対運動させることにより、上記表面にターゲット凝固層が形成される。
上記溶湯から上記基材が引き上げられる。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るターゲットユニットの製造装置は、基材の表面にターゲット材料が形成されるターゲットユニットの製造装置であって、容器と、支持部と、昇降機構と、回転機構と、冷却機構とを具備する。
上記容器は、ターゲット材料の溶湯を収容することが可能である。
上記支持部は、上記基材を支持することが可能である。
上記昇降機構は、上記支持部と接続可能に構成され、上記基材の表面が上記溶湯に浸漬される第１の位置と、上記基材を上記溶湯から引き上げた第２の位置との間で上記支持部を昇降させることが可能である。
上記回転機構は、上記支持部と接続可能に構成され、上記第１の位置で、上記支持部を上記容器に対して相対的に回転運動させることが可能である。
上記冷却機構は、上記基材の表面を冷却させることが可能である。

本発明の第１の実施形態に係るターゲットユニットの構成を示す模式的な図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は平面図である。 本発明の第１の実施形態に係るターゲットユニットの製造装置の構成を示す概略断面図である。 図２の［Ａ］−［Ａ］方向における要部断面図であり、（Ａ）は、基材の表面が溶湯に浸漬される第１の位置での態様を示し、（Ｂ）は基材を溶湯から引き上げた第２の位置での態様を示す。 本発明の第１の実施形態に係るターゲットユニットの製造方法を示す工程フローである。 本発明の第１の実施形態に係るターゲット凝固層の形成工程を模式的に示す概略断面図であり、（Ａ）は、基材の表面が溶湯に浸漬された態様を示し、（Ｂ）は、基材の表面に約１周にわたりターゲット凝固層が形成された態様を示し、（Ｃ）は、基材が約３０回転して基材の表面にターゲット凝固層が形成された態様を示す。 本発明の第２の実施形態に係るターゲットユニットの製造装置の構成を示す要部断面図である。 本発明の第２の実施形態に係るターゲットユニットの製造方法を示す概略断面図であり、（Ａ）は、基材が製造装置に配置された態様を示し、（Ｂ）は、溶湯内で基材の表面にターゲット凝固層が形成された態様を示し、（Ｃ）は、溶湯から基材が引き上げられた態様を示す。

本発明の一実施形態に係るターゲットユニットの製造方法は、ターゲット材料の溶湯内に基材の表面を浸漬する工程を含む。
上記表面を冷却しつつ上記基材を上記溶湯に対して相対運動させることにより、上記表面にターゲット凝固層が形成される。
上記溶湯から上記基材が引き上げられる。

上記方法によれば、ターゲット凝固層は、上記基材の表面によって冷却された溶湯が、上記表面上に凝固することにより形成される。このことから、鋳込み等のように一度により厚いターゲット凝固層を冷却する際と比較して、冷却時の当該層内での温度分布がより均一に保持され、組成の均一性が高いターゲット凝固層を形成することができる。また、冷却に伴う体積収縮率を抑制でき、空孔の発生等も抑制される。さらに、基材の表面を直接溶湯に浸漬するため、ターゲット材料の酸化等も抑制できる。

上記基材は、円筒形状であり、
前記浸漬工程では、前記基材の軸心を水平方向に配置し、前記基材の表面の一部を前記溶湯内に浸漬させ、
上記ターゲット凝固層を形成する工程は、上記基材の内部に冷却媒体を導入しつつ上記基材の軸心を中心として上記基材を回転させる工程を含んでもよい。

上記方法によれば、上記基材の表面の一部を冷却しつつ溶湯内に浸漬させてターゲット凝固層を形成する。このとき、基材の他の部分は溶湯外部にあり、室温にて冷却されることが可能である。これにより、上記基材の回転とともに、溶湯内でのターゲット凝固層の形成と、溶湯の外部でのターゲット凝固層の冷却とが連続的に行われる。すなわち、冷却されたターゲット凝固層上にターゲット凝固層を連続的に形成することができる。これにより、効率よく所望の厚みのターゲット凝固層を形成することができる。

上記ターゲットユニットの製造方法では、上記浸漬工程の前に、上記基材の表面に粗面化処理を行ってもよい。
これにより、基材とターゲット材料との密着性を高めることが可能となる。

上記ターゲットユニットの製造方法では、上記浸漬工程の前に、上記基材の表面にメタライズ処理を行ってもよい。
これにより、予め基材上の不純物を除去し、基材とターゲット材料との密着性を高めることが可能となる。

上記ターゲット材料として、具体的には、Ｉｎ，Ｓｎ，Ｚｎ，Ａｌ，Ｇａ，Ｐｂ，Ｂｉまたはこれらの合金を用いることができる。

本発明の一実施形態に係るターゲットユニットの製造装置は、基材の表面にターゲット材料が形成されるターゲットユニットの製造装置であって、容器と、支持部と、昇降機構と、回転機構と、冷却機構とを具備する。
上記容器は、ターゲット材料の溶湯を収容することが可能である。
上記支持部は、上記基材を支持することが可能である。
上記昇降機構は、上記支持部と接続可能に構成され、上記基材の表面が上記溶湯に浸漬される第１の位置と、上記基材を上記溶湯から引き上げた第２の位置との間で上記支持部を昇降させることが可能である。
上記回転機構は、上記支持部と接続可能に構成され、上記第１の位置で、上記支持部を上記容器に対して相対的に回転運動させることが可能である。
上記冷却機構は、上記基材の表面を冷却させることが可能である。

上記ターゲットユニットの製造装置によって、上記ターゲットユニットの製造方法を容易に実施することが可能となる。

上記基材は、円筒形状であり、
上記支持部は、上記基材と接続されて上記基材の軸心と同一直線上に延在する軸状に構成され、
上記昇降機構は、上記第１の位置で上記基材の表面の一部を浸漬させ、
上記回転機構は、上記第１の位置で上記軸心を中心として上記基材を回転させ、
上記冷却機構は、上記基材の内部に冷却媒体を導入することが可能なガス導入機構であってもよい。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。

＜第１の実施形態＞
［ターゲットユニット］
図１は、本実施形態に係るターゲットユニットの構成を示す模式的な図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は要部断面図である。ターゲットユニット１００は、基材１０と、ターゲット材料Ｔとを有する。なお、図において、Ｘ軸方向及びＹ軸方向は水平方向を示し、Ｚ軸方向は鉛直方向（重力方向）を示す。

基材１０は、Ｘ軸方向に平行な軸心Ｃ１を有する円筒形状であり、本実施形態において、外径が約１００ｍｍ、内径が約９５ｍｍ、長手方向の長さが約２８０ｍｍで構成される。基材１０の材料は特に限られず、例えばＡｌ等を採用することができる。

ターゲット材料Ｔは、基材１０の外周面（表面）１０Ａの周囲に、ほぼ均一な厚みで形成され、全体として円筒形状を有する。ターゲット材料Ｔの径方向の厚みは、例えば約１２ｍｍに形成される。ターゲット材料Ｔの材料は、特に限られないが、例えばＩｎ，Ｓｎ，Ｚｎ，Ａｌ，Ｇａ，Ｐｂ，Ｂｉまたはこれらの合金を用いることができ、本実施形態においては、Ｉｎで形成される。

このような構成のターゲットユニット１００は、以下の製造装置によって製造される。

［ターゲットユニットの製造装置］
図２は、本実施形態に係るターゲットユニットの製造装置の概略断面図である。図３は、図２の［Ａ］−［Ａ］方向における要部断面図であり、（Ａ）は、基材１０の外周面１０Ａが溶湯に浸漬される第１の位置の態様を示し、（Ｂ）は基材１０を溶湯から引き上げた第２の位置の態様を示す。なお、図２及び図３において、ターゲット材料Ｔを有さない基材１０が、製造装置に配置された態様を示す。

本実施形態に係るターゲットユニット１００の製造装置１は、容器１２と、支持部１３と、昇降機構１４と、回転機構１５と、冷却機構１６とを具備する。製造装置１は、図示しないチャンバ等に設置されている。

容器１２は、本実施形態において、Ｉｎからなるターゲット材料Ｔの溶湯Ｔ１を収容することが可能であり、例えば基台１７上に設置されている。容器１２の形状は、軸心Ｃ１を水平方向、すなわちＸ軸方向に平行に配置された基材１０の外周面１０Ａの一部が、図２のように容器１２の内部に配置されることが可能であれば、特に制限されない。例えば、容器１２は、矩形の底面を有し上面が開放された構成とすることができ、さらに具体的には、縦が約２５０ｍｍ、横が約３３５ｍｍ、深さが約６０ｍｍに構成することができる。

容器１２は、図示しない電熱ヒータ、誘電加熱ヒータ等の加熱機構を有する構成とし、収容された固形のＩｎ等を融点以上に加熱し、溶湯Ｔ１とすることが可能であってもよい。また、これに限られず、加熱機構は基台１７に設置されてもよい。

支持部１３は、基材１０を支持することが可能に構成される。本実施形態において、支持部１３は、基材１０の軸心Ｃ１と同一直線上に延在する軸状に構成された冶具１３１、１３２を有する。冶具１３１、１３２とは、それぞれ後述する昇降機構４の連結部１４５，１４６に接続され、連結部１４５，１４６が有する図示しない軸受けによって、軸心Ｃ１を中心として回転可能に構成される。

冶具１３１、１３２は、本実施形態において、基材１０の両端部とそれぞれ接続されることが可能に構成される。例えば、基材１０の一方の端部と冶具１３１とが接続される部分と，基材１０の他方の端部と冶具１３２の端部とがそれぞれ接続される部分とにおいて、冶具１３１，１３２の外周面の一部が基材１０の内周面の一部と係合されることが可能に構成される。これにより、基材１０と冶具１３１、１３２とは容易に接続することができ、かつ、支持部１３と基材１０とが一体として昇降、回転等することができる。

昇降機構１４は、支持部１３と接続することが可能に構成される。また、昇降機構１４は、基材１０の外周面１０Ａの一部が溶湯Ｔ１に浸漬される第１の位置と、基材１０を溶湯Ｔ１から引き上げた第２の位置との間で支持部１３をＺ軸方向に昇降させることが可能に構成される。

昇降機構１４は、本実施形態において、シリンダ本体１４１，１４２と、駆動軸１４３，１４４と、連結部１４５，１４６とを有する。シリンダ本体１４１，１４２は、例えば油圧シリンダ、空圧シリンダ等で構成され、基台１７と隣接して固定される。駆動軸１４３，１４４は、シリンダ本体１４１，１４２によって、Ｚ軸方向に昇降する。連結部１４５，１４６は、駆動軸１４３，１４４の先端部に連結され、内部に図示しない軸受けを有し、Ｘ軸方向を中心に冶具１３１，１３２を回転させることが可能に支持する。

シリンダ本体１４１、１４２による駆動軸１４３，１４４の昇降の制御方法は特に限られない。例えば、シリンダ本体１４１，１４２は、図示しないコントローラにそれぞれ接続されることが可能である。また、当該コントローラは、溶湯Ｔ１の湯面を検出する、図示しない湯面検知センサ等と接続されることも可能である。これにより、当該センサが検知した溶湯Ｔ１の湯面に応じてシリンダ本体１４１、１４２を制御することができる。このような構成によって、溶湯Ｔ１の湯面が変化したとしても、溶湯Ｔ１と基材１０とのＺ軸方向の相対位置をほぼ一定に維持することが可能となる。

回転機構１５は、支持部１３と接続可能に構成され、第１の位置で、支持部１３を容器１２に対して相対的に回転運動させることが可能に構成される。本実施形態において、回転機構１５は、例えば冶具１３１の端部に接続された電動モータ等で構成され、軸心Ｃ１を中心として冶具１３１及び基材１０を回転させる。回転機構１５は、例えばシリンダ本体１４１，１４２と共通のコントローラに接続されることで、基材１０が第１の位置に配置された場合に、自動的に所定の回転数で冶具１３１を回転させることが可能となる。なお、回転機構１５は、冶具１３２の端部に接続されても、冶具１３１，１３２の端部にそれぞれ別個に設けられても、所望の回転数が得られれば特に制限されない。

冷却機構１６は、基材１０の外周面１０Ａを冷却させることが可能に構成される。本実施形態において、基材１０の内部に冷却媒体を導入することが可能なガス導入機構で構成され、例えば加圧ポンプ、ブロワ等を有する。冷却媒体については特に限られず、溶湯Ｔ１の温度、基材１０の熱伝導率等によって適宜選択することが可能である。例えば、本実施形態においては、室温の気体によっても十分な冷却効果を得ることができる。また、冷却機構１６は、基材１０内部に配置された温度センサ等と接続され、これによってモニタされた結果に基づき、冷却媒体の導入量等を制御することも可能である。さらに冷却効果を高めたい場合は、冷却媒体として冷却水を用い、これを循環させるシステム等を冷却機構とすることもできる。

一方、冶具１３１、１３２とは、中空、すなわち管状に構成されることができる。これにより、冷却機構１６は、支持部１３を介して基材１０の内部に冷却媒体を導入することが可能となる。例えば、本実施形態において、冶具１３２の端部にはガス導入孔１６２が形成され、冶具１３１の端部にはガス導出孔１６１が形成されている。ガス導入孔１６２は、冷却機構１６のポンプ等と接続されている。これにより、チャンバ内の室温の気体をポンプ等によってガス導入孔１６２から導入し、基材１０の内部を冷却し、当該気体をガス導出孔１６１から排出する。すなわち、本実施形態に係る支持部１３は、冷却ガス導入管としての機能も有する。

以上のような製造装置１によって、ターゲットユニット１００が製造される。次に、製造装置１を用いたターゲットユニット１００の製造方法について説明する。

［ターゲットユニットの製造方法］
図４は、本実施形態に係るターゲットユニットの製造方法を示す工程フローである。本実施形態に係るターゲットユニットの製造方法は、基材の表面処理工程（ステップＳ１）と、基材表面の浸漬工程（ステップＳ２）と、ターゲット凝固層の形成工程（ステップＳ３）と、基材の引き上げ工程（ステップＳ４）とを有する。以下、同図を参照し、各工程について説明する。

（基材の表面処理工程）
まず、基材１０に対して、表面処理として粗面化（ブラスト）処理、メタライズ処理等を行う（ステップＳ１）。

ブラスト処理は、加工面に金属粒子、ガラス粒子、セラミック粒子等の研磨材を高速度で吹き付け、表面を摩耗等する処理であり、基材１０の外周面１０Ａの下地処理として行われる。ブラスト処理としては、例えばショットブラスト、サンドブラスト等が挙げられるが、特に限られない。また、ブラスト粒子の大きさも特に限られない。これにより、基材１０の外周面１０Ａには、微細な凹凸が形成され、基材１０の外周面１０Ａとターゲット材料Ｔとの密着性が向上する。

メタライズ処理は、液状の金属であるターゲット材料を外周面１０Ａに予め付着させ、超音波発振器等によって当該ターゲット材料と外周面１０Ａとに対して超音波を発することにより、ターゲット材料等を活性化する処理である。これにより、外周面１０Ａに付着した酸化物が除去されるとともに、外周面１０Ａとターゲット材料Ｔとの密着性が向上する。

これらの処理は、いずれか一方のみ行うことも可能であり、必要に応じて適宜省略することが可能である。また、表面処理工程として、酸洗等の洗浄処理を行うことや、溶射法等によってターゲット材料の下地層を形成することも可能である。

（基材表面の浸漬工程）
次に、基材１０の軸心Ｃ１を水平方向に製造装置１へ配置し、ターゲット材料の溶湯Ｔ１内に基材１０の外周面（表面）１０Ａを浸漬させる（ステップＳ２）。製造装置１は、図示しないチャンバ等の内部に設置される。チャンバは、例えば、予め真空引きされた後、不活性ガス雰囲気に置換され、所定の圧力に調圧されている。続いて、基材１０の一部が溶湯Ｔ１内に浸漬される。

まず、昇降機構１４は第２の位置で停止している。なお、第２の位置は、基材１０を製造装置１に配置した際、容器１２内に収容される溶湯Ｔ１の湯面から基材１０がＺ軸方向に離間した位置であれば特に制限されない。

次に、冶具１３１、１３２の端部の外周面と、基材１０の端部の内周面とが係合することにより、基材１０の両端部に冶具１３１、１３２がそれぞれ接続される。これにより、基材１０が冶具１３１、１３２によってＸ軸方向、すなわち水平方向に延在するように支持される。基材１０と支持部１３とが接続されることにより、昇降機構１４及び回転機構１５によって支持部１３が運動した際に、基材１０も支持部１３と一体化して運動することが可能となる。また、基材１０が水平に配置されることにより、転倒等の可能性を減少させ、安全性を高めることができる。

一方、容器１２には、ターゲット材料となる固体のＩｎが約３６ｋｇ収容される。Ｉｎは、例えば純度３Ｎ（９９．９％）のものが用いられる。固体のＩｎは、加熱機構によって約２４０℃に加熱され、熔融し、溶湯Ｔ１となる。本実施形態では、ターゲット材料は容器１２内で溶解される。これに代えて、ターゲット材料は別途設けられた溶解用の坩堝内で溶解されてもよく、この場合は溶解したターゲット材料は上記坩堝から容器１２内へ注湯される。

続いて、基材１０が、駆動軸１４３，１４４のＺ軸方向の昇降によって第２の位置から図３（Ａ）に示す第１の位置へと降下する。第１の位置は、基材１０の外周面１０Ａの一部が溶湯Ｔ１に浸漬されれば特に制限されないが、本実施形態において、基材１０が溶湯Ｔ１内へ径方向に約１０ｍｍ浸漬される位置とする。第１の位置及び第２の位置の調節は、上述のように、シリンダ本体１４１，１４２と、図示しない湯面検知センサ等とにそれぞれ接続されたコントローラによって行われることが可能である。

（ターゲット凝固層の形成工程）
図５（Ａ）〜（Ｃ）は、ターゲット凝固層の形成工程を模式的に示す概略断面図である。本工程では、外周面１０Ａを冷却しつつ基材１０を溶湯Ｔ１に対して相対運動させることにより、外周面１０Ａにターゲット凝固層Ｔ２を形成する（ステップＳ３）。

本実施形態において、相対運動とは、基材１０の軸心Ｃ１を中心とする回転運動であり、回転機構１５の駆動によって行われる。回転数は特に限られないが、例えば約３ｒｐｍとすることができる。

図５（Ａ）は、本工程の開始時に、外周面１０Ａが溶湯Ｔ１に浸漬された態様を示す。このとき、冷却機構１６は、ガス導入孔１６２より基材１０の内部へ室温の不活性ガス等を導入する。これにより、溶湯Ｔ１により加熱された外周面１０Ａは、当該圧力下における溶湯Ｔ１の凝固点以下に冷却され、ターゲット凝固層Ｔ２が形成される。基材１０の内部を通過した不活性ガス等は、ガス導出孔１６１へ排出される。さらに、冷却機構１６は、基材１０の内部に配置された温度センサ等によってモニタされた結果に基づき、冷却媒体の導入量等を制御する。

ターゲット凝固層Ｔ２は、例えば基材１０の冷却効率を高めることで、より厚く形成される。基材１０の冷却効率を高める方法としては、冷却機構１６によってより低温の冷却媒体（冷却水等）を導入する方法、冷却媒体の導入量を増加させる方法、及び基材１０を熱伝導率の高い材料で形成すること等が挙げられる。一方で、溶湯Ｔ１は加熱されているため、外周面１０Ａによって冷却される溶湯Ｔ１内の領域は制限され、これにより形成されるターゲット凝固層Ｔ２の厚みはある程度規制される。本実施形態において、ターゲット凝固層Ｔ２の厚みは、例えば、約０．４ｍｍである。

図５（Ｂ）は、基材１０がおよそ１回転し、外周面１０Ａに約１周にわたりターゲット凝固層Ｔ２が形成された態様を示す。溶湯Ｔ１内で形成されたターゲット凝固層Ｔ２は、基材１０の回転によって溶湯Ｔ１の外部に引き上げられ、回転しながら冷却機構１６によって冷却される。溶湯Ｔ１外部で冷却されたターゲット凝固層Ｔ２は、回転によって再び溶湯Ｔ１の内部へ浸漬し、この上に新たなターゲット凝固層Ｔ２が形成される。

図５（Ｃ）は、上記回転を繰り返し、約３０回転して外周面１０Ａにターゲット凝固層Ｔ２が形成された態様を示す。ターゲット凝固層Ｔ２は、ほぼ均一な厚みで、外周面１０Ａに巻き付くように約３０周形成されており、全体として円筒形状を有する。

なお、本実施形態において、昇降機構１４は、溶湯Ｔ１の湯面レベルを検出する図示しない湯面検知センサ等によってＺ軸方向の位置を制御されることが可能である。これにより、ターゲット凝固層Ｔ２の形成工程において溶湯Ｔ１の湯面が変化したとしても、溶湯Ｔ１と基材１０とのＺ軸方向の相対位置をほぼ一定に維持することが可能となる。したがって、ターゲット凝固層Ｔ２の厚みをより均一に形成することが可能となる。

（基材の引き上げ工程）
基材１０の径方向に所望の厚みのターゲット材料Ｔが形成されると、溶湯Ｔ１から基材１０を引き上げる（ステップＳ４）。すなわち、昇降機構１４によって、基材１０は溶湯Ｔ１から離間し、第２の位置まで上昇される。第２の位置においてターゲット材料Ｔは所定時間室温で冷却され、ターゲットユニット１００が製造される。最後に、ターゲット材料Ｔの外形を、機械加工等によって所望の形状に調整することも可能である。

以上のように、本実施形態に係るターゲットユニット１００の製造方法は、基材１０を直接溶湯Ｔ１に浸漬する。これにより、酸化等の影響を受けにくく、溶射法と比較しても酸素濃度の非常に低い高品質のターゲット材料Ｔを形成することができる。また、上記製造方法によれば、溶湯Ｔ１内において、外周面１０Ａによって冷却され凝固するターゲット凝固層Ｔ２の厚みは規制される。これにより、一度にターゲット材料の充填、冷却を行う鋳込みと比較すると、ターゲット材料への気泡等の混在や、体積収縮の影響を受けることなく、ターゲット材料Ｔの品質を高めることができる。

実際に、発明者らが、上記方法によって製造したターゲット材料Ｔについて超音波探傷機で検査を行ったところ、欠陥は検出されなかった。また、製造後のＩｎからなるターゲット材料Ｔの純度は３Ｎ（９９．９％）で、溶融する前の固体のＩｎの純度と同一であり、高品質のターゲット材料Ｔが形成されたことが確認された。

また、切り屑が発生する切削加工とは異なり、必要な厚みのターゲット凝固層Ｔ２を形成できるため、ターゲット材料Ｔ２の無駄が生じず、厚みの調節も容易である。さらに、昇降、回転という単純な動作で容易にターゲット材料Ｔの形成ができ、基材とターゲットとを接合する方法等と比較しても、より生産性を高めることが可能である。

＜第２の実施形態＞
図６は本発明の第２の実施形態に係るターゲットユニットの製造装置の構成を示す概略断面図である。図７は、本実施形態に係るターゲットユニットの製造方法を示す概略断面図である。なお、図において上述の第１の実施形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略するものとする。

［ターゲットユニットの製造装置］
図６を参照し、本実施形態に係るターゲットユニットの製造装置２においては、基材２０が円筒形状でなく、Ｚ軸方向に直交する表面２０Ａを有する平板形状である。なお、表面２０Ａの形状は、矩形でも、円形でも特に限られない。

支持部２３は、基材支持部２３１と、軸部２３２と、連結部２３３と、軸受け２３４とを有する。基材支持部２３１は、基材２０と密着し、基材２０とほぼ同じ平板形状を有する。基材２０との密着方法については特に制限されず、例えば静電チャック、真空チャック、クランプ等を用いた方法を採用することが可能である。軸部２３２は、基材支持部２３１と接続され、軸心Ｃ２がＺ軸方向と平行になるように配置される。連結部２３３は、基台２７上に固定され、軸受け２３４、２３５を介して軸部２３２と連結する。連結部２３３は、Ｚ軸方向を中心に軸部２３２を回転可能に支持するが、基台２７を基準とした軸部２３１のＺ軸方向の位置は変化させないよう構成されている。

昇降機構２４は、本実施形態において、シリンダ本体２４１と、駆動軸２４２と、容器台２４３とを有し、昇降機構２４によって容器１２がＺ軸方向に昇降することにより、基材２０と溶湯Ｔ１との相対位置が変化する。具体的には、第１の実施形態と同様に、シリンダ本体２４１によって駆動軸２４２がＺ軸方向に昇降可能に構成される。容器台２４３は、駆動軸２３２の端部に接続され、容器１２と一体にＺ軸方向に昇降する。これにより、シリンダ本体２４１のみで第１の位置と第２の位置との間の昇降が可能となるため、より精度の高い位置調整が可能となる。

回転機構２５は、電動モータ２５１と、プーリ２５２、２５３と、ベルト２５４とを有する。電動モータ２５１は、Ｚ軸方向を中心として回転する図示しないモータ軸を有する。プーリ２５２、２５３は、それぞれモータ軸と軸部２３２とを支持し、ベルト２５４で連結されている。これにより、電動モータ２５１によるＺ軸方向を中心とした回転が、プーリ２５２、２５３を介して軸部２３２に伝達し、軸部２３２がＺ軸方向を中心に回転する。

冷却機構２６は、本実施形態において、循環ポンプ、冷却装置等を有する冷却水循環システムで構成されることが可能である。例えば、基材支持部２３１及び軸部２３２には、図示しない水路が形成されている。これにより、冷却機構２６から軸部２３２を介して基材支持部２３１へ冷却水を導入し、基材支持部２３１が冷却されることで基材２０の表面２０Ａが冷却される。また、基材支持部２３１を通過した冷却水は、再び軸部２３２を介して冷却機構２６に戻され、冷却装置等により再度冷却される。このような冷却水循環システムで構成される冷却機構２６によって、基材２０の冷却効率をより高めることが可能となる。

［ターゲットユニットの製造方法］
図７を参照し、本実施形態のターゲットユニットの製造方法は、基材表面の浸漬工程と、ターゲット凝固層の形成工程と、基材の引き上げ工程とを有する。なお、図７において、昇降機構２４等は図示を省略している。

まず、基材表面２０Ａの浸漬工程を行う。すなわち、基材２０を製造装置２に配置し、昇降機構２４によって、溶湯Ｔ１内に基材２０の表面２０Ａを浸漬させる。図７（Ａ）は、浸漬工程において、基材２０が製造装置２に配置された態様を示す図である。この際には、基材２０は、支持部２３に接続され、第２の位置に静止している。

次に、第１の位置まで基材２０を降下させ、溶湯Ｔ１内に基材２０の表面２０Ａを浸漬させる。本実施形態では、基材２０全体を溶湯Ｔ１内に浸漬させても、表面２０Ａが浸漬するように基材２０の一部を浸漬させても、特に制限されない。

図７（Ｂ）は、ターゲット凝固層Ｔ２０の形成工程を示す図である。本工程では、表面２０Ａを冷却しつつ基材２０を溶湯Ｔ１に対して回転させることにより、表面２０Ａにターゲット凝固層Ｔ２０を形成する。本実施形態においては、表面２０ＡをＺ軸方向と直交するように維持しつつ、軸心Ｃ２を中心に回転させる。回転数については、特に制限されない。

図７（Ｃ）は、基材２０の引き上げ工程を示す図であり、本工程では、溶湯Ｔ１から基材２０を引き上げ、第２の位置とする。これにより、厚みがほぼ均一なターゲット凝固層Ｔ２０が形成される。

さらに、本実施形態に係る製造方法によって基材２０を引き上げた後、ターゲット凝固層Ｔ２０を冷却し、上記工程を繰り返すことにより、ターゲット凝固層Ｔ２０が複数層形成される。このことによって、表面２０Ａ上に所望の厚みのターゲット材料を形成することが可能となる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。

第１の実施形態における支持部１３は、基材１０の両端部に取り付けられる冶具１３１、１３２とを有すると説明したが、これに限られない。例えば、支持部１３は、基材１０の一端にのみ取り付けられることも可能である。さらに、支持部１３が、基材１０を貫通する筒状に構成されることも可能である。

第１の実施形態において、昇降機構１４は、基台１７に隣接して固定されると説明したが、これに限られない。例えば、昇降機構１４は、容器１２の上部、例えばチャンバの上部等に設置されることも可能である。また、第２の実施形態のように、冶具１３１，１３２を基台１７に対して固定し、容器１２をシリンダに接続することにより、容器１２をＺ軸方向に昇降させることも可能となる。これにより、冶具３１，１３２との別個の位置調整が不要となり、より精度の高い位置調整が可能となる。

また、第１、第２の実施形態に係る昇降機構１４、２４は、油圧、空圧シリンダに限られず、ボールネジユニット等で構成されることも可能である。これにより、より高い精度での昇降位置の調節が可能となる。

また、回転機構１５、２５は、電動モータに限られず、例えば、油圧モータ等を用いることもできる。また、作業者が手動で回転させるハンドル等で構成されることも可能である。

１，２・・・製造装置
１０、２０・・・基材
１２・・・容器
１３、２３・・・支持部
１４、２４・・・昇降機構
１５，２５・・・回転機構
１６，２６・・・冷却機構
１００・・・ターゲットユニット
Ｔ・・・ターゲット材料
Ｔ１・・・溶湯
Ｔ２、Ｔ２０・・・ターゲット凝固層

Claims (7)

1. ターゲット材料の溶湯内に基材の表面を浸漬させ、
   前記表面を冷却しつつ前記基材を前記溶湯に対して相対運動させることにより、前記表面にターゲット凝固層を形成し、
   前記溶湯から前記基材を引き上げる
   ターゲットユニットの製造方法。
2. 請求項１に記載のターゲットユニットの製造方法であって、
   前記基材は、円筒形状であり、
   前記浸漬工程では、前記基材を水平方向に配置し、前記基材の表面の一部を前記溶湯内に浸漬させ、
   前記ターゲット凝固層を形成する工程は、前記基材の内部に冷却媒体を導入しつつ前記基材の軸心を中心として前記基材を回転させる工程を含む
   ターゲットユニットの製造方法。
3. 請求項１又は２に記載のターゲットユニットの製造方法であって、
   前記浸漬工程の前に、前記基材の表面に粗面化処理を行う
   ターゲットユニットの製造方法。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のターゲットユニットの製造方法であって、
   前記浸漬工程の前に、前記基材の表面にメタライズ処理を行う
   ターゲットユニットの製造方法。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のターゲットユニットの製造方法であって、
   前記ターゲット材料が、Ｉｎ，Ｓｎ，Ｚｎ，Ａｌ，Ｇａ，Ｐｂ，Ｂｉまたはこれらの合金である
   ターゲットユニットの製造方法。
6. 基材の表面にターゲット材料が形成されるターゲットユニットの製造装置であって、
   ターゲット材料の溶湯を収容することが可能な容器と、
   前記基材を支持することが可能な支持部と、
   前記支持部と接続可能に構成され、前記基材の表面が前記溶湯に浸漬される第１の位置と、前記基材を前記溶湯から引き上げた第２の位置との間で前記支持部を昇降させることが可能な昇降機構と、
   前記支持部と接続可能に構成され、前記第１の位置で、前記支持部を前記容器に対して相対的に回転運動させることが可能な回転機構と、
   前記基材の表面を冷却させることが可能な冷却機構と
   を具備するターゲットユニットの製造装置。
7. 請求項６に記載のターゲットユニットの製造装置であって、
   前記基材は、円筒形状であり、
   前記支持部は、前記基材と接続されて前記基材の軸心と同一直線上に延在する軸状に構成され、
   前記昇降機構は、前記第１の位置で前記基材の表面の一部を浸漬させ、
   前記回転機構は、前記第１の位置で前記軸心を中心として前記基材を回転させ、
   前記冷却機構は、前記基材の内部に冷却媒体を導入することが可能なガス導入機構である
   ターゲットユニットの製造装置。

Images