特許 6312063 ロウ材の塗布方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6312063

(24)【登録日】2018年3月30日

(45)【発行日】2018年4月18日

(54)【発明の名称】ロウ材の塗布方法

(51)【国際特許分類】

   C23C 14/34 20060101AFI20180409BHJP

   B23K 1/00 20060101ALI20180409BHJP

   B23K 1/06 20060101ALI20180409BHJP

   B23K 1/19 20060101ALI20180409BHJP

【ＦＩ】

   C23C14/34 B

   B23K1/00 330Z

   B23K1/06 B

   B23K1/19 B

【請求項の数】2

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2016-71225(P2016-71225)

(22)【出願日】2016年3月31日

(65)【公開番号】特開2017-179534(P2017-179534A)

(43)【公開日】2017年10月5日

【審査請求日】2016年4月22日

【審判番号】不服2017-2854(P2017-2854/J1)

【審判請求日】2017年2月28日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】502362758

【氏名又は名称】ＪＸ金属株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100093296

【弁理士】

【氏名又は名称】小越 勇

(74)【代理人】

【識別番号】100173901

【弁理士】

【氏名又は名称】小越 一輝

(72)【発明者】

【氏名】桑名 悠平

【合議体】

【審判長】 豊永 茂弘

【審判官】 瀧口 博史

【審判官】 宮澤 尚之

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２００７／００７４９６９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１１−１８１９２４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

C23C 14/34 - 14/46

B23K 1/00 - 1/20

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

円筒形の被加工物に超音波ウェルダーを用いてロウ材を塗布する方法において、円筒形の被加工物は、長尺方向の長さが２００ｍｍ〜４０００ｍｍのセラミックス製焼結体からなり、該円筒形の被加工物の内周面にロウ材を乗せ、該内周面と超音波ウェルダーから照射される超音波の振動方向とのなす角θがθ≦２０°となるようにしてロウ材を塗布することを特徴とするロウ材の塗布方法。

【請求項2】

周波数２５〜２００ｋＨｚ、処理時間１０〜２００分／ｍ^２の条件で超音波ウェルダーを行うことを特徴とする請求項１記載のロウ材の塗布方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ロータリーターゲットのような円筒形の被加工物に、その機械的強度が低下させることなく、均一に低融点ロウ材を塗布することができるロウ材の塗布方法に関する。

【0002】

通常、スパッタリングターゲットは銅等の熱伝導性の良い材料で作製されたバッキングプレート（チューブ状のものも含む）にロウ材により接合されており、このバッキングプレートを水冷等の手段により冷却し、間接的にスパッタリングターゲットを冷却する構造となっている。また、バッキングプレートの多くの場合再利用されるので、このスパッタリングターゲットとバッキングプレートは、スパッタリングターゲットの交換ができるように、低融点のロウ材などで接合されている。

【0003】

ロウ材の塗布に際しては、スパッタリングターゲットやバッキングプレート等の被加工物の上に溶融したロウ材（インジウム等）を乗せ、超音波ウェルダーの工具ホーンをその上から接触させて、溶融インジウムを打ち込むようにして塗り付ける。その後、インジウムを塗り付けられた状態で加熱して、スパッタリングターゲットとバッキングプレートとを貼り合わせ、その後、冷却することで、スパッタリングターゲットとバッキングプレートとのボンディングさせていた。

【0004】

ところが、このようなロウ材の塗布の場合、ターゲット等の被加工物が平板状の場合は超音波ウェルダーの工具ホーンを自由に動かすことができるため、均一に塗布することが比較的容易であるが、ロータリーターゲットのような円筒型ターゲットの内周面に塗布する場合、内壁が障害となって工具ホーンを自由に動かすことができず、ロウ材の塗りむらが生じるという問題があった。特に長尺の円筒型の被加工物になると、塗りむらの問題もさることながら、工具ホーンが被加工物と直接接触することもしばしば起こり、ホーンのメンテナンス作業に無駄が多かった。

【0005】

また、このような超音波ウェルダーを用いたロウ材塗布は、工具ホーンから発せられる超音波振動によって、被加工物に歪や微細なクラックが生じて、機械的強度を低下させることがあった。このような強度の低下は、搬送や装着時に亀裂や割れ等の問題を引き起こし、スパッタリング時に熱影響を受けた場合に、ターゲットの変形、亀裂、剥離等の問題を引き起こすことがあった。以上から、従来は、ロータリーターゲットのような円筒型の被加工物に低融点ロウ材を均一かつ強度を維持したまま塗布することは困難であった。

【0006】

なお、引用文献１、２には、スパッタリングターゲットのような大面積の被加工物に低融点ロウ材を均一に塗布する方法が開示されている。しかし、これらは平板状の被加工物を対象とするもので、ロータリーターゲットのような円筒型の被加工物に塗布するものではない。また、特許文献３には、円筒形支持基材の外周面に円筒形セラミックスターゲッを接合することが開示されている。しかし、下地層の形成には時間が掛かるほか、接合材であるインジウムが下地層に浸漬し、インジウムの再利用が困難となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２００１−３４０９５９号公報

【特許文献2】特開２００４−３２２１０９号公報

【特許文献3】特開２０１２−１３２０６５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであって、円筒形ターゲットの内周面とバッキングチューブ（円筒形支持体）の外周面とを接合してなる円筒形スパッタリングターゲット−バッキングチューブ組立体において、このような円筒型の被加工物に、その機械的強度が低下させることなく、均一かつ効果的に低融点のロウ材（インジウム等）を塗布するロウ材塗布方法、及び該方法によって得られた円筒形スパッタリングターゲット−バッキングチューブ組立体を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

かかる知見を基礎として、本発明は以下の発明を提供する。
１）円筒形の被加工物に超音波ウェルダーを用いてロウ材を塗布する方法において、円筒形の被加工物の内周面と超音波ウェルダーから照射される超音波の振動方向とのなす鋭角θがθ≦４０°となるようにして塗布することを特徴とするロウ材の塗布方法。
２）出力２５〜２５０ｋＨｚ、処理時間１０〜２００分／ｍ^２の条件で超音波ウェルダーを行うことを特徴とする上記１）記載のロウ材の塗布方法。
３）円筒型の被加工物の長尺方向の長さが２００ｍｍ〜４０００ｍｍであることを特徴とする上記１）又は２）記載のロウ材の塗布方法。
４）円筒型の被加工物が、セラミックス製焼結体からなることを特徴とする上記１）〜３）のいずれか一に記載のロウ材の塗布方法。
５）上記１）〜４）のいずれか一に記載のロウ材の塗布方法を用いて、円筒形ターゲットの内周面とバッキングチューブの外周面とにロウ材が塗布され、両者が接合してなる円筒形スパッタリングターゲット−バッキングチューブ組立体。

【発明の効果】

【0010】

本発明のロウ材の塗布方法は、円筒形の被加工物の内周面と被超音波ウェルダーから照射される超音波の振動方向とのなす角を適切に制御することで、被加工物の機械的強度の低下を抑制することができると共に、長尺の円筒形被加工物に対して溶融ロウ材を均一かつ効果的に塗布することを可能とする優れた効果を有する。特に、セラミックス製焼結体からなるロータリーターゲットの内周面及びそれを支持するためのバッキングチューブの外周面にロウ材を塗布するのに有用である。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】超音波ウェルダー処理を行う際の工具ホーンの傾きを示す模式図である。

【図2】円筒形の被加工物の内周面と超音波ウェルダーから照射される超音波の振動方向とのなす鋭角θの説明図である。

【図3】円筒形の被加工物の内周面に接する部分を拡大した工具ホーン先端の模式図である。

【図4】超音波ウェルダーの工具ホーンの形状を示す写真（横型）である。

【図5】超音波ウェルダーの工具ホーンの形状を示す写真（斜め型）である。

【図6】超音波ウェルダーの工具ホーンの形状を示す写真（縦型）である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

円筒型のロータリーターゲットの接合は、平板状ターゲットと同様に、超音波ウェルダー処理によって、円筒型ターゲットの内周面にロウ材（主にインジウムメタル）を塗布するのが一般的である。そして、その処理の際、ホーン（超音波を照射する部分）の先端を円筒状の内周面の形状に合わせたものを使用して対応している。しかし、円筒型ターゲットの場合、図１（中央図）のように、ホーンから照射される超音波をターゲット内周面に垂直に当てることが難しく、そのため、ターゲットの粗化及びインジウムの打ち込み能力が低下し、生産性・品質安定性が低下すると考えられていた。

【0013】

このようなことから、従来では、円筒型のロータリーターゲットに下地層を形成したり、その内周面を事前に粗化処理したりするなどして、接合強度を高めることが行われていた。しかし、このような方法は製造工程が複雑化して、コスト面でも大きな負担となったり、粗化処理によって、ターゲットの抗折強度が低下したり、することがあった。このような事情から、できるだけ工程を複雑化せず、接合強度の低下を防止する方法について模索していたところ、図１（右図）に示すように、超音波の振動方向を円筒形ターゲットの内周面に平行になるように照射した場合であっても、その理由は明らかでないが、円筒形ターゲットとバッキングチューブとの接合強度の低下が見られないという知見を得た。

【0014】

また、このようなロウ材の塗布方法によると、長尺の円筒形ターゲットにおいても、超音波を均一に照射することができるので、ロウ材をムラなく塗布することが可能となり、さらには、超音波照射による機械的強度の低下も比較的少ないという副次的な効果が得られた。以上より、本発明は、円筒形の被加工物に、超音波ウェルダーを用いてロウ材を塗布する方法において、図１（右図と左図）に示すように、被加工物に対して超音波の振動方向を平行あるいは斜めにして、円筒形の被加工物の内周面と超音波ウェルダーから照射される超音波の振動方向とのなす鋭角θをθ≦４０°にて塗布することを特徴とするものである。円筒形の被加工物の内周面と超音波ウェルダーから照射される超音波の振動方向とのなす鋭角を図２に示す。この鋭角θの値が大きいと、ロウ材の塗りムラが大きくなり易く、また、超音波によるダメージが大きくなって強度が低下することがあるため、θは４０°以下とし、好ましくは、θは２０°以下とする。

【0015】

本発明は、主に、ロータリーターゲットのような円筒形ターゲット及びそれを支持するためのバッキングチューブを対象とするが、ロウ材を塗布する被非加工物は、これに限定されず、平板状ターゲットのように超音波をターゲット（バッキングプレートと接合する面）に垂直に当てることが容易な形状のものに対しても有効である。ターゲット材としては、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＩＴＺＯ、ＩＧＺＯなどのような脆いセラミックス製焼結体が好適な材料であり、支持体（バッキングプレート、バッキングチューブ）としては、無酸素銅、Ｃｕ−Ｃｒ（Ｃｒ：０．５−１．５ｗｔ％）合金等の銅合金、Ｔｉ（合金を含む）又はＳＵＳを好適に使用することができる。また、本発明は、長尺方向の長さが２００ｍｍ〜４０００ｍｍの円筒形ターゲット及び支持体に対して、特に有効である。

【0016】

ウェルダー処理の条件としては、精電舎電子工業製の超音波ウェルダー３２５Ｄにより、出力２５〜２５０ｋＨｚ、処理時間１０〜２００分／ｍ^２とするのが好ましい。ロウ材としては、インジウムメタル又はインジウムを８０ａｔ％以上含有するインジウム合金を用いることができる。出力周波数が高すぎると、インジウムメタルが十分に浸透せず、一方出力周波数が低すぎると、ターゲット強度が低下するため、２５〜２５０ｋＨｚとするのが好ましい。また、工具ホーンの形状は、円筒型ターゲットとホーンとの接触部分が点接触のような局所的な接触になると、ターゲット強度が低下したり、円筒型ターゲット内面にインジウムメタルが浸透し難くなったりするため、図２のように面接触に近くなる形状とするのが好ましいが、接触部分が局所的でなければ、ホーン形状はこれに限らない。

【実施例】

【0017】

以下、実施例に基づいて説明する。なお、本実施例はあくまで理解を容易にするための一例であり、この例によって何ら制限されるものではない。すなわち、本発明は特許請求の範囲によってのみ制限されるものであり、本発明で説明する実施例以外の種々の変形を包含するものである。

【0018】

（実施例１）
ＩＴＺＯからなる円筒型の焼結体ターゲット材（内径：φ１３５ｍｍ、板厚：１０ｍｍ、長さ：２２４ｍｍ）を用意した。次に、その内周面に溶融インジウムを乗せ、図４に示す横型の工具ホーンを使用し、超音波の振動方向と内周面とのなす鋭角を約０°にして、超音波ウェルダー処理（周波数２９ｋＨｚ）を６０分／ｍ²施した。ターゲット材の成分組成は、ＳｎＯ_２：３５ｗｔ．％、ＺｎＯ：２０ｗｔ．％、残部：Ｉｎ_２Ｏ_３である。

【0019】

その後、このＩＴＺＯターゲット材とバッキングチューブ（ＢＴ：ステンレス製）とをボンディングした。このときボンディング装置にＢＴとシリンダーを設置し（シリンダーはＢＴの外側に配置する）、各シリンダーの分割隙間、高さ位置（ＢＴの端部とシリンダーの端部の位置）の調整、芯出し（ＢＴ、シリンダーの中心軸が一致するよう調整する）などを行った。以上によってＩＴＺＯターゲット材とバッキングチューブとからなるロータリーターゲットを作製した。

【0020】

このロータリーターゲットの接合強度を調べた。なお、接合強度は、島津製作所(株)製オートグラフＡＧ−２５ＴＡによる引っ張り試験にて行った。その結果、後述する、垂直あるいは斜め４５°にして超音波を当てた場合と同等の接合強度がえられていた。また、上記と同様の方法でロウ材を塗布した小サンプル（４×３×４０ｍｍの平板状に加工したＩＴＺＯ）について、インジウムが塗布された状態で三点曲げ試験を実施した結果、インジウムを塗布しない場合の抗折強度を１００としたときの相対強度は９５と、機械的強度の大幅な低下はみられなかった。これは、超音波ウェルダーホーンから被加工物への超音波の伝達が均一になり、かつ被加工物と工具ホーンとの接触部分が面接触に近い状態となるため、被加工物へのダメージが低減されたためと考えられる。

【0021】

（実施例２）
実施例１と同様の焼結体ターゲット材に対して、図５（ｃ）に示す斜め型の工具ホーンを使用して、超音波の振動方向と内周面とのなす鋭角を約１５°にし、それ以外は、実施例１と同一の条件で超音波ウェルダー処理を施した。その結果、インジウムを塗布しない場合の抗折強度を１００としたときの相対強度は９４と機械的強度の大幅な低下はみられなかった。

【0022】

（実施例３）
実施例１と同様の焼結体ターゲット材に対して、図５（ｂ）に示す斜め型の工具ホーンを使用して、超音波の振動方向と内周面とのなす鋭角を約３５°にし、それ以外は、実施例１と同一の条件で超音波ウェルダー処理を施した。その結果、インジウムを塗布しない場合の抗折強度を１００としたときの相対強度は９２と機械的強度の大幅な低下はみられなかった。

【0023】

（比較例１）
実施例１と同様の焼結体ターゲット材に対して、図５（ａ）に示す斜め型の工具ホーンを使用して、超音波の振動方向と内周面とのなす鋭角を約４５°にし、それ以外は、実施例１と同一の条件で超音波ウェルダー処理を施した。その結果、インジウムを塗布しない場合の抗折強度を１００としたときの相対強度は８９と、機械的強度の大幅な低下がみられた。この理由は定かではないが、工具ホーンから被加工物への超音波の伝達が不均一となって、被加工物への部分的なダメージが発生したためと考えられる。

【0024】

（比較例２）
実施例１と同様の焼結体ターゲット材に対して、図６に示す縦型の工具ホーンを使用して、超音波の振動方向と内周面とのなす鋭角を約９０°にし、それ以外は、実施例１と同一の条件で超音波ウェルダー処理を施した。その結果、インジウムを塗布しない場合の抗折強度を１００としたときの相対強度は９０と機械的強度の大幅な低下がみられた。このように強度が低下した理由は、被加工物と超音波ウェルダーの工具ホーンとの接触部分が点接触となり、超音波が局所的に集中して被加工物へのダメージが大きくなったためと考えられる。

【0025】

（実施例４）
実施例１とターゲットの組成のみ異なる焼結体ターゲットに対して、図４に示す横型の工具ホーンを使用して、超音波の振動方向と内周面とのなす鋭角を約０°にし、それ以外は、実施例１と同一の条件で超音波ウェルダー処理を施した。その結果、インジウムを塗布しない場合の抗折強度を１００としたときの相対強度は９４と、機械的強度の大幅な低下はみられなかった。

【0026】

（比較例３）
実施例４と同様の焼結体ターゲット材に対して、図５（ａ）に示す斜め型の工具ホーンを使用して、超音波の振動方向と内周面とのなす鋭角を約４５°にし、それ以外は、実施例１と同一の条件で超音波ウェルダー処理を施した。その結果、インジウムを塗布しない場合の抗折強度を１００としたときの相対強度は９０と、機械的強度の大幅な低下がみられた。

【0027】

（比較例４）
実施例４と同様の焼結体ターゲット材に対して、図６に示す縦型の工具ホーンを使用して、超音波の振動方向と内周面とのなす鋭角を約９０°にし、それ以外は、実施例１と同一の条件で超音波ウェルダー処理を施した。その結果、インジウムを塗布しない場合の抗折強度を１００としたときの相対強度は８６と、機械的強度の大幅な低下がみられた。

【0028】

以上の結果を表１に示す。

【表1】

【産業上の利用可能性】

【0029】

本発明のロウ材の塗布方法は、超音波ウェルダーの工具ホーンの角度を調節することにより、長尺の円筒形被加工物に対して溶融ロウ材を均一かつ効果的に塗布することが可能であり、また、被加工物の機械的強度の低下を抑制することができるという優れた効果を有する。特に、セラミックス製焼結体からなるロータリーターゲット及びそれを支持するためのバッキングチューブに対して効果的であり、ターゲットの歪、変形、亀裂、剥離、を効果的に抑制することができ、スパッタリング時のパーティクルの発生を抑制し、成膜のばらつきを発生して品質を向上させることができるので、産業上の利用価値は高い。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】