JP4784602B2 - スパッタリングターゲット及びその製造方法並びにこの方法を用いたスパッタリングターゲットの再生方法 - Google Patents
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Description
ここで、回転工具を挿入する際には、回転子の底面が金属部材の表面に接すると共に、プローブの先端が使用済みターゲット材に直接接触するように挿入するのが好ましい。
図1は、本発明の金属二層構造体の製造方法において、バッキングプレート(プレート材)1に重ね合わせた金属部材2の表面から回転工具3を挿入して移動させる様子を示す斜視説明図であり、図2は、金属部材2に挿入された回転工具3の状態を示す断面図(図1におけるA‐A’断面図)である。先ず、図1に示すように、バッキングプレート1の所定の位置に平板状の金属部材2を重ね合わせる。このバッキングプレート1及び金属部材2の大きさやサイズについては、膜を形成する対象の基板等の大きさや形状に応じてそれぞれ適宜設計することができる。この実施の形態では、平面が正方形のバッキングプレート1及び金属部材2を記しているが、例えばこれらは長方形等の矩形、多角形、円形等の平面を有するものであってもよい。
図5(B)は、金属部材2の表面の中央付近に回転工具3を挿入し、これを出発点にして金属部材2の各辺に沿って直線移動と直角に曲がるLターンとを交互に繰り返すと共に、途中にUターンを含めて移動させて攪拌域8を形成し、かつ、互いに隣接する移動軌跡の一部重複させるようにして攪拌域8に重複部8aを設けるようにして、金属部材2の角部付近(図中では左下隅付近)で回転工具3を抜いたものである。
更にまた、図5(D)は、金属部材2のひとつの角部付近(図中では左下隅付近)に回転工具3を挿入し、これを出発点として金属部材2の中心部に向けて回転工具3を渦巻状に移動させ、回転工具3の移動軌跡を同心円に近似した渦巻状にして重複部8aを有する攪拌域8を形成する。
図6は、スパッタリング装置にて所定の積算時間使用して当初の使用寿命を全うした使用済みスパッタリングターゲット10の断面説明図を示す。この使用済みスパッタリングターゲット10は使用済みターゲット材11がバッキングプレート1に接合されてなるが、この使用済みターゲット材11は消耗によって所々に凹凸が形成された表面凹凸11aを有している。
99.99%アルミニウムからなる金属部材(厚さ10mm、幅100mm、長さ300mm)の表面に表1に示す回転工具I及び回転工具IIを回転させた状態で挿入し、回転工具I及びIIを長さ方向に沿って直線移動させ、摩擦攪拌を行って攪拌域を形成してこの攪拌域について評価した。なお、回転工具を挿入する際には、その軸心に沿って回転工具Iでは1.8kN、回転工具IIでは7kNの押し込み力を金属部材の表面に加えるようにし、また、回転工具I、IIの回転子の底面は金属部材の表面に0.5mm程度埋め込まれるようにした。上記回転工具I及びIIは、いずれもその材質はSKD61からなる。
上記回転工具Iを1400rpmで回転させた場合に得られた金属部材の攪拌域における結晶粒径を測定した。測定にはホウフッ酸水溶液中で上記金属部材をアルマイト処理し、この金属部材を偏光顕微鏡で観察して攪拌域の組織写真を得た。この得られた写真を用いてクロスカット法により結晶粒径を求めた。結果を表3に示す。
上記で金属部材の改質化が確認された金属部材について、更に焼鈍を行い、その効果を確認した。移動速度を変化させて得られた金属部材について熱処理炉を用いて大気雰囲気下で温度200℃及び300℃で2時間の焼鈍を行った。図8は、各金属部材の焼鈍後の攪拌域を、上記金属部材の改質化の確認を行った方法と同様にして撮影した偏光顕微鏡写真である。図8(B)は回転数1400rpm、移動速度100mm/min、焼鈍温度200℃、焼鈍時間2時間の場合であり、以下同様に、図8(C)は1400rpm、300mm/min、200℃、2時間の場合、図8(D)は1400rpm、600mm/min、200℃、2時間の場合、及び図8(E)は1400rpm、100mm/min、300℃、2時間の場合のものである。また、図8(A)は回転速度1400rpm、移動速度300mm/minで摩擦攪拌した直後(焼鈍無し)の攪拌域の偏光顕微鏡写真である。図8(A)〜(E)より明らかなように、摩擦攪拌直後の結晶粒径と比べて、いずれもそれより微細な結晶粒径が得られていることが確認できた。尚、図8(E)では、焼鈍温度が他のものと比べて高いため、一部で再結晶粒の粗大化が起きたものと考えられる。
また、このスパッタリングターゲットXは、改質アルミニウム板9からなるターゲット材とバッキングプレート1とが直接接合していることから、加熱による歪みが生じてターゲット材が剥がれ落ちるおそれがなく、更には、ターゲット材とバッキングプレート1との熱伝導性においても優れる。
したがって、この実施例3で得たスパッタリングターゲットXについても、実施例2で得られたスパッタリングターゲットXと同様に、改質アルミニウム板9をターゲット材として使用すれば、パーティクルの発生やスプラッシュ現象を防止することができると共に、膜厚及び成分がそれぞれ均一な膜を得ることができる。
また、このスパッタリングターゲットXは、改質アルミニウム板9からなるターゲット材とバッキングプレート1とが摩擦攪拌接合していることから、加熱による歪みが生じてターゲット材が剥がれ落ちるおそれがなく、更には、ターゲット材とバッキングプレート1との熱伝導性においても優れる。
また、この金属二層構造体は、スパッタリングターゲットを含む各種半導体電子材料用部材のほか、建材用パネル、輸送機器用外板、高成形性板材等としても利用することができ、同様に良好な品質のものを得ることができ、かつ、大型化の要請にも対応可能なため、その効果は絶大である。
更に、本発明のスパッタリングターゲットの再生方法によれば、これまでコストを掛けて再生したり、場合によっては廃棄されていたような使用済みスパッタリングターゲットを、低コストでかつ簡易に再生することができるため、スパッタリングターゲットの製造や使用をしていた現場をはじめ、リサイクル処理に係わる分野にも好適である。
Claims (11)
- 平板状の金属部材が改質されてなるターゲット材がバッキングプレートに貼り合わされるように接合されたスパッタリングターゲットの製造方法であって、バッキングプレートと金属部材とを重ね合わせ、回転子とこの回転子の底面から突出したプローブとを有する回転工具を、回転させながら金属部材の表面から挿入し、金属部材とバッキングプレートとの重ね合わせ面付近に上記プローブの先端を到達させて摩擦熱を発生させ攪拌すると共に、金属部材の表面に互いに隣接した移動軌跡を形成するように回転工具を移動させて、上記重ね合わせ面に沿って攪拌域を形成して金属部材とバッキングプレートとを接合させると共に、金属部材を結晶粒径20μm以下の微細結晶組織を有するターゲット材に改質することを特徴とするスパッタリングターゲットの製造方法。
- 攪拌域が、金属部材側のみに形成される請求項1に記載のスパッタリングターゲットの製造方法。
- 隣接する回転工具の移動軌跡が互いに重複する部分を有する請求項1に記載のスパッタリングターゲットの製造方法。
- 回転子の底面が金属部材の表面に接すると共に、プローブの先端が重ね合わせ面との間に所定の間隔を有する請求項1に記載のスパッタリングターゲットの製造方法。
- 金属部材がアルミニウム、チタン、銀又はそれらの合金からなり、バッキングプレートが銅、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる請求項1に記載のスパッタリングターゲットの製造方法。
- 金属部材がアルミニウム又はアルミニウム合金からなる場合、回転工具の移動速度Aに対する回転子の底面の周速Bの比(B/A)が70〜370の範囲であり、回転工具の移動速度Aに対するプローブの周速Cの比(C/A)が30〜90の範囲である請求項5に記載のスパッタリングターゲットの製造方法。
- 金属部材を改質してターゲット材を得た後、更に焼鈍を行う請求項1に記載のスパッタリングターゲットの製造方法。
- 平板状の金属部材が改質されてなるターゲット材がバッキングプレートに貼り合わされるように接合されたスパッタリングターゲットであって、バッキングプレートと金属部材とを重ね合わせ、回転子とこの回転子の底面から突出したプローブとを有する回転工具を、回転させながら金属部材の表面から挿入し、金属部材とバッキングプレートとの重ね合わせ面付近に上記プローブの先端を到達させて摩擦熱を発生させ攪拌すると共に、金属部材の表面に互いに隣接した移動軌跡を形成するように回転工具を移動させて、上記重ね合わせ面に沿って攪拌域を形成して金属部材とバッキングプレートとが接合されると共に、金属部材が結晶粒径20μm以下の微細結晶組織を有するターゲット材に改質されたものであることを特徴とするスパッタリングターゲット。
- 使用済みスパッタリングターゲットに平板状の金属部材を改質して得た改質金属部材からなるターゲット材を貼り合わせるように接合してスパッタリングターゲットを再生する方法であって、使用済みスパッタリングターゲットの表面を切削又は研磨して再生基準面を形成し、この再生基準面に金属部材を重ね合わせ、回転子とこの回転子の底面から突出したプローブとを有する回転工具を回転させながら金属部材の表面から挿入し、上記再生基準面付近にプローブの先端を到達させて摩擦熱を発生させ攪拌すると共に、金属部材の表面に互いに隣接した移動軌跡を形成するように回転工具を移動させて、上記再生基準面に沿って攪拌域を形成して金属部材を再生基準面に接合させると共に、金属部材を改質金属部材に改質することを特徴とするスパッタリングターゲットの再生方法。
- 再生基準面が、使用済みスパッタリングターゲットが予め備えていた使用済みターゲット材の一部によって形成される場合、攪拌域が、再生基準面を挟んで金属部材と使用済みスパッタリングターゲットのターゲット材との両方にまたがり形成されるようにする請求項9に記載のスパッタリングターゲットの再生方法。
- 回転子の底面が金属部材の表面に接すると共に、プローブの先端が使用済みターゲット材に直接接触するようにする請求項10に記載のスパッタリングターゲットの再生方法。
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