IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」

▶ 住友化学株式会社の特許一覧

(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】
(24)【登録日】2024-02-07
(45)【発行日】2024-02-16
(54)【発明の名称】スパッタリングターゲット
(51)【国際特許分類】
   C23C 14/34 20060101AFI20240208BHJP
【FI】
C23C14/34 C
【請求項の数】 3
(21)【出願番号】P 2020141622
(22)【出願日】2020-08-25
(62)【分割の表示】P 2020009426の分割
【原出願日】2019-11-06
(65)【公開番号】P2020190035
(43)【公開日】2020-11-26
【審査請求日】2022-11-01
(31)【優先権主張番号】P 2019020656
(32)【優先日】2019-02-07
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000002093
【氏名又は名称】住友化学株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100106518
【弁理士】
【氏名又は名称】松谷 道子
(74)【代理人】
【識別番号】100132252
【弁理士】
【氏名又は名称】吉田 環
(72)【発明者】
【氏名】藤田 昌宏
(72)【発明者】
【氏名】西岡 宏司
【審査官】▲高▼橋 真由
(56)【参考文献】
【文献】特開平11-106904(JP,A)
【文献】特開2014-005517(JP,A)
【文献】特開平11-131225(JP,A)
【文献】特開2017-193779(JP,A)
【文献】韓国公開特許第10-2013-0004715(KR,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
C23C 14/00-14/58
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
バッキングプレートと、
前記バッキングプレートの接合領域に接合材を介して接合されたターゲット材と
を備え、
前記ターゲット材の長さは、1000mm以上4000mm以下であり、
前記ターゲット材と前記バッキングプレートの間の接合箇所の接合面積は、前記接合領域の面積に対して、97%以上であり、
前記接合領域の全体において、前記ターゲット材と前記バッキングプレートの間の接合材が存在しない箇所の最大欠陥面積は、前記接合領域全面の面積に対して、0.6%以下であり、
前記接合材は、インジウム、スズ、亜鉛、鉛、銀、銅、ビスマス、カドミウム、アンチモンまたはその合金である、スパッタリングターゲット。
【請求項2】
バッキングプレートと、
前記バッキングプレートの接合領域に接合材を介して接合されたターゲット材と
を備え、
前記ターゲット材の長さは、1000mm以上4000mm以下であり、
前記ターゲット材と前記バッキングプレートの間の接合箇所の接合面積は、前記接合領域の面積に対して、97%以上であり、
前記接合領域の全体において、前記ターゲット材と前記バッキングプレートの間の接合材が存在しない箇所の最大欠陥面積は、前記接合領域全面の面積に対して、0.6%以下であり、
前記接合材は、溶融状態の粘度が5mPa・s以下である、スパッタリングターゲット。
【請求項3】
前記ターゲット材と前記バッキングプレートの間に複数のワイヤを有する、請求項1または2に記載のスパッタリングターゲット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、スパッタリングターゲットに関する。
【背景技術】
【0002】
従来のスパッタリングターゲットの接合方法として、特開平6-114549号公報(特許文献1)に記載されたものがあげられる。このスパッタリングターゲットの接合方法では、ターゲット材とバッキングプレートにそれぞれ溶融ろう材被覆を形成し、ターゲット材とバッキングプレートを摺り合わせながら相対的に移動させて重ね合せ、これにより、被覆表面に生じている酸化物をしごき出し、酸化物や気泡が噛み込まない状態でろう材被覆を合体させ、その後、ろう材を冷却、凝固させてろう接を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開平6-114549号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、前記従来のようなスパッタリングターゲットの接合方法では、ターゲット材とバッキングプレートとの接合が十分でなく、スパッタリング中にターゲット材の剥がれが発生するおそれがあることがわかった。本発明者は、鋭意検討の結果、従来の方法では、ターゲット材とバッキングプレートとを接合すべき領域(接合領域)の面積に対して実際に接合された面積(接合面積)の割合(接合率)が小さく、かつ、ターゲット材とバッキングプレートとの間に位置する、接合材が存在しない箇所(未接合箇所)のうち、面積が最大となる箇所の面積(最大欠陥面積)が大きいことに着目し、接合率および最大欠陥面積とターゲット材の剥がれとの間に関係があることを見出した。
【0005】
そこで、本発明の課題は、スパッタリング中にターゲット材が剥がれにくいスパッタリングターゲットを実現できるスパッタリングターゲットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
前記課題を解決するため、スパッタリングターゲットの一実施形態は、
バッキングプレートと、
前記バッキングプレートの接合領域(バッキングプレートにおけるターゲット材を接合すべき領域)に接合材を介して接合されたターゲット材と
を備え、
前記ターゲット材と前記バッキングプレートの間の接合箇所(接合された箇所)の接合面積は、前記接合領域の面積に対して、97%以上であり、
前記ターゲット材と前記バッキングプレートの間の未接合箇所の最大欠陥面積は、前記接合領域の面積に対して、0.6%以下である。
【0007】
前記実施形態によれば、接合率を向上でき、かつ、最大欠陥面積を低減できて、ターゲット材が剥がれにくいスパッタリングターゲットを製造することができる。
【0008】
また、スパッタリングターゲットの一実施形態では、前記ターゲット材の長さは、1000mm以上4000mm以下である。
【0009】
前記実施形態によれば、長尺のスパッタリングターゲットにおいてもターゲット材が剥がれにくいスパッタリングターゲットを製造することができる。
【0010】
また、ターゲット材とバッキングプレートを接合する方法の一実施形態は、
ターゲット材とバッキングプレートを接合材によって接合する方法であって、
前記バッキングプレートの主面における前記ターゲット材を接合すべき領域(接合領域)に接合材を塗布する工程と、
前記ターゲット材の端縁(第一端縁)が、前記バッキングプレートの前記接合領域の第1端縁側から、前記バッキングプレートの前記接合領域における前記第1端縁と第1方向に対向する第2端縁を超える位置まで移動するように、前記ターゲット材を前記バッキングプレートの前記主面に沿って前記第1方向に滑らせて移動する工程と、
前記ターゲット材を前記バッキングプレートの前記主面に沿って前記第1方向と反対方向の第2方向に滑らせて移動して、前記ターゲット材を前記バッキングプレートの前記接合領域に一致させる工程と
を備える。
以下、ターゲット材を第1方向に滑らせて移動することを「スライド」ともいい、ターゲット材を第2方向に滑らせて移動することを「リバース」ともいう。
【0011】
前記実施形態によれば、ターゲット材をバッキングプレートに対して第1方向にスライドさせてから第2方向にリバースすることで、ターゲット材をバッキングプレートの接合領域に一致させている。これにより、ターゲット材とバッキングプレートの接合において、接合率を向上でき、かつ、未接合箇所の中で面積が最大となる最大欠陥面積のサイズを低減できる。したがって、ターゲット材が剥がれにくいスパッタリングターゲットを製造することができる。
【0012】
また、ターゲット材とバッキングプレートを接合する方法の一実施形態では、
前記ターゲット材および前記バッキングプレートは、長尺に形成され、
前記ターゲット材の前記端縁は、前記ターゲット材の長手方向に沿って形成され、
前記バッキングプレートの前記接合領域の前記第1端縁および前記第2端縁は、前記バッキングプレートの長手方向に沿って形成され、前記バッキングプレートの短手方向に対向し、
前記ターゲット材を前記バッキングプレートに対して前記バッキングプレートの短手方向に滑らせて移動する。
【0013】
前記実施形態によれば、長尺のターゲット材およびバッキングプレートにおいて、ターゲット材のバッキングプレートに対する移動距離を小さくでき、作業時間を短くできる。
【0014】
また、ターゲット材とバッキングプレートを接合する方法の一実施形態では、
前記接合材の塗布工程の前に、前記バッキングプレートの前記主面上に複数のワイヤを配置する工程を備え、
前記ターゲット材の前記第1方向および前記第2方向の移動において、前記ターゲット材を前記ワイヤ上を滑らせて移動する。
【0015】
前記実施形態によれば、ターゲット材はワイヤ上を滑らせるので、ターゲット材の接合すべき面(接合面)とバッキングプレートの接合すべき面(接合面)とを略平行に保ったままターゲット材を容易に移動できるので、接合率を向上できる。また、ワイヤがスペーサとして機能するので、接合材によって形成されるターゲット材とバッキングプレート間の接合層の厚みを一定にすることができる。
【0016】
また、ターゲット材とバッキングプレートを接合する方法の一実施形態では、前記ワイヤの直径は、0.05mm以上0.5mm以下である。
【0017】
前記実施形態によれば、ワイヤ切れを防止でき、接合材によって形成される接合層の厚みの不均一化を防止できる。
【0018】
また、ターゲット材とバッキングプレートを接合する方法の一実施形態では、前記ターゲット材の前記第1方向の移動工程と前記ターゲット材の前記第2方向の移動工程の間に、前記バッキングプレートの前記接合領域の前記第1端縁側に接合材を補充する工程を備える。
【0019】
前記実施形態によれば、バッキングプレートの接合領域の第1端縁側に接合材を補充するので、接合材が不足し易くなる接合領域の第1端縁側に接合材を補充でき、接合率を一層向上でき、かつ、最大欠陥面積を一層低減できる。
【0020】
また、ターゲット材とバッキングプレートを接合する方法の一実施形態では、前記ターゲット材の前記第1方向の移動工程において、前記ターゲット材の前記端縁(第一端縁)を、前記バッキングプレートの前記接合領域の前記第2端縁を超える位置に移動したとき、前記バッキングプレートの前記接合領域の前記第2端縁から前記ターゲット材の前記端縁(第一端縁)までの前記第1方向の距離をAとし、前記接合領域の前記第1方向の幅をWとすると、0.03≦A/W<1.0である。
【0021】
前記実施形態によれば、ターゲット材のバッキングプレートに対する移動距離を小さくしつつ、接合率を向上でき、かつ、最大欠陥面積を低減できる。
【0022】
また、ターゲット材とバッキングプレートを接合する方法の一実施形態では、前記ターゲット材の前記第1方向の移動工程において、前記ターゲット材の前記端縁(第一端縁)を、前記バッキングプレートの前記接合領域の前記第1端縁側に配置したとき、前記バッキングプレートの前記接合領域の前記第1端縁から前記ターゲット材の前記端縁(第一端縁)までの前記第1方向の距離をBとし、前記接合領域の前記第1方向の幅をWとすると、0≦B/W<2.0である。
【0023】
前記実施形態によれば、ターゲット材のバッキングプレートに対する移動距離を小さくしたり、ターゲット材をバッキングプレート上に置いてからスライドさせることができるので、接合率を向上でき、かつ、最大欠陥面積のサイズを低減できる。
【0024】
また、スパッタリングターゲットの製造方法の一実施形態では、前記接合方法を用いて、前記ターゲット材と前記バッキングプレートを接合して、スパッタリングターゲットを製造する。
【0025】
前記実施形態によれば、ターゲット材とバッキングプレートの接合において、接合率を向上でき、かつ、未接合箇所の中で面積が最大となる最大欠陥面積のサイズを低減できる。したがって、ターゲット材が剥がれにくいスパッタリングターゲットを製造することができる。
【発明の効果】
【0026】
本発明のスパッタリングターゲットによれば、ターゲット材が剥がれにくいスパッタリングターゲットを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【0027】
図1A】本発明のターゲット材とバッキングプレートを接合する方法の一実施形態を示す説明図である。
図1B】本発明のターゲット材とバッキングプレートを接合する方法の一実施形態を示す説明図である。
図1C】本発明のターゲット材とバッキングプレートを接合する方法の一実施形態を示す説明図である。
図1D】本発明のターゲット材とバッキングプレートを接合する方法の一実施形態を示す説明図である。
図1E】本発明のターゲット材とバッキングプレートを接合する方法の一実施形態を示す説明図である。
図2A】ターゲット材とバッキングプレートの間に存在する接合層において、接合材が存在しない状態を示す簡略断面図である。
図2B】ターゲット材とバッキングプレートの間に存在する接合層において、接合材が存在しない状態を示す簡略断面図である。
図3A】本発明のスパッタリングターゲットのターゲット材とバッキングプレートの間の接合材の状態を示す簡略図である。
図3B】比較例のスパッタリングターゲットのターゲット材とバッキングプレートの間の接合材の状態を示す簡略図である。
【発明を実施するための形態】
【0028】
以下、本発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【0029】
(実施形態)
図1Aから図1Eは、本発明のターゲット材とバッキングプレートを接合する方法(以下、「接合方法」という。)の一実施形態を示す説明図である。図1Aから図1Eに示すように、この方法は、ターゲット材2とバッキングプレート3を接合材4によって接合する方法である。
【0030】
図1Aに示すように、ターゲット材2とバッキングプレート3を準備する。ターゲット材2は、長尺の板状に形成されている。ターゲット材2の長辺方向の長さは、例えば、1000mm以上4000mm以下であり、好ましくは1500mm以上3500mm以下、より好ましくは2000mm以上3200mm以下、さらに好ましくは2200mm~3000mm以下である。ターゲット材2の短辺方向の長さは、例えば、100mm以上2000mm以下、好ましくは120mm以上1000mm以下、より好ましくは130mm以上500mm以下、さらに好ましくは150mm以上300mm以下である。なお、長辺方向の長さと、短辺方向の長さとは、同一であっても、異なっていてもよい。また、ターゲット材2の厚みは、例えば、5mm以上40mm以下、好ましくは10mm以上30mm以下、より好ましくは12mm以上25mm以下である。本発明では、大型のフラットパネルディスプレイ用のターゲット材を用いた場合であっても、接合率の向上や最大欠陥面積の低減を実現することができる。
【0031】
また、スパッタリングターゲットの長辺方向の長さと短辺方向の長さのアスペクト比(長辺方向の長さ/短辺方向の長さ)は、1以上30以下であり、好ましくは5以上25以下、より好ましくは6以上20以下、さらに好ましくは7以上18以下、特に好ましくは8以上15以下である。これによれば、スパッタリングターゲットは細長い形状となるが、リバース工程の効果を奏しやすく、接合率が高く、最大欠陥面積の小さいスパッタリングターゲットを製造することができる。
【0032】
ターゲット材2は、上面にスパッタ面2aを有する。ターゲット材2は、上面からみて、長辺に対応する第1端縁21および第2端縁22を有する。第1端縁21および第2端縁22は、ターゲット材2の長手方向に沿って形成され、第1端縁21と第2端縁22は、ターゲット材2の短手方向に、互いに向かい合って配置される。
【0033】
ターゲット材2は、上面となるスパッタ面2aの裏側にバッキングプレートと接合すべき面(接合面)を有する。接合面の大きさは通常ターゲット材2の大きさと実質的に同等であるが、機械加工時に接合面で発生するバリの除去や、異常放電の発生原因となる角の除去により、ターゲット材2の面積(長辺方向の長さ×短辺方向の長さ、R部を有するときは平面図における面積)より小さくてもよい。接合面の面積は、ターゲット材2の面積の通常95%以上、好ましくは98%以上、より好ましくは99%以上のサイズであってもよい。
【0034】
ターゲット材2のスパッタリング時において、スパッタ面2aに、スパッタリングによりイオン化した不活性ガスが衝突する。イオン化した不活性ガスが衝突されたスパッタ面2aから、ターゲット材2中に含まれるターゲット原子が叩き出される。その叩き出された原子は、スパッタ面2aに対向して配置される基板上に堆積され、この基板上に薄膜が形成される。
【0035】
ターゲット材2が作製される材料は、スパッタリング法による成膜に通常用いられ得るような金属や合金、酸化物、窒化物などのセラミックス又は焼結体から構成された材料であれば特に限定されず、用途や目的に応じて適宜、ターゲット材料を選択すればよい。例えば、アルミニウム、銅、クロム、鉄、タンタル、チタン、ジルコニウム、タングステン、モリブデン、ニオブ、インジウム、銀、コバルト、ルテニウム、白金、パラジウム、ニッケル等の金属およびそれらの合金からなる群から選択される材料や、スズドープ酸化インジウム(ITO)、アルミニウムドープ酸化亜鉛(AZO)、ガリウムドープ酸化亜鉛(GZO)、In-Ga-Zn系複合酸化物(IGZO)から作製することができる。ターゲット材2を構成する材料は、これらに限定されるものではない。例えば、電極や配線材料用のターゲット材2における材料としては、AlやAl合金が好ましく、例えば純度が99.99%以上、より好ましくは99.999%以上のAl、それらを母材としたAl合金(Al-Cu、Al-Si、Al-Cu-Si)を使用することが特に好ましい。高純度のAlは線熱膨張係数が比較的大きいため、スパッタリング時に受ける熱によって反りやすく、バッキングプレートからの剥がれが生じやすいが、本発明によれば接合率を向上させ、最大欠陥面積を小さくすることができ、バッキングプレートからの剥がれを防止できる。
【0036】
バッキングプレート3は、長尺の板状に形成されている。バッキングプレート3の長辺方向の長さは、例えば、1000mm以上4500mm以下であり、好ましくは1500mm以上4000mm以下、より好ましくは2000mm以上3500mm以下、さらに好ましくは2500mm以上3200mm以下である。バッキングプレート3の短辺方向の長さは、例えば、100mm以上2000mm以下、好ましくは150mm以上1200mm以下、より好ましくは180mm以上750mm以下、さらに好ましくは200mm以上350mm以下である。ここで、バッキングプレート3の短手方向の一方向を第1方向D1とし、バッキングプレート3の短手方向の他方向で第1方向D1と反対方向を第2方向D2とする。
【0037】
バッキングプレート3は、上面の主面3aに接合領域30(ハッチングで示す)を有する。接合領域30は、ターゲット材2を接合すべき領域である。接合領域30の形状は、ターゲット材2の形状に対応している。つまり、接合領域30の大きさは、ターゲット材2の接合面の大きさ、好ましくはターゲット材2の大きさと実質的に同じである。
【0038】
接合領域30は、上面からみて、長辺に対応する第1端縁31および第2端縁32を有する。第1端縁31および第2端縁32は、バッキングプレート3の長手方向に沿って形成され、第1端縁31と第2端縁32は、バッキングプレート3の短手方向に、互いに向かい合って配置される。第2端縁32は、第1端縁31の第1方向D1に位置する。
【0039】
バッキングプレート3は、導電性の材料から構成され、金属またはその合金などからなる。金属としては、例えば、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、チタン、SUS等が挙げられる。
【0040】
ターゲット材2の接合面およびバッキングプレート3の接合領域30は、平坦であることが好ましく、ターゲット材2をスライドやリバースさせる際の滑りや、最大欠陥面積を低減させやすい観点から、平面度が1.0mm以下、好ましくは0.5mm以下、より好ましくは0.3mm以下である。平面度とは、平面の滑らかさ(均一性)を示す数値であり、平面形体の幾何学的に正しい平面からの狂いの大きさをいう。また、接合時にバッキングプレート3の接合領域30上での接合材の流動を防ぐ観点から、バッキングプレート3は上面の主面3aとその裏面が略平行、好ましくは平行であればよい。ターゲット材2をスライドやリバースさせる際にターゲット材2に力を一定にかけやすくする観点から、ターゲット材2は上面のスパッタ面2aとその裏面である接合面が略平行、好ましくは平行であればよい。
【0041】
接合工程は、ターゲット材2、バッキングプレート3、および接合材4を加熱した状態で行なわれる。図1Bに示すように、バッキングプレート3の接合領域30全面に接合材4を塗布する。塗布する接合材4の量は、1.5×10-6kg/mm以上、好ましくは2.5×10-6kg/mm以上、より好ましくは4.5×10-6kg/mm以上、さらに好ましくは10×10-6kg/mm以上、さらにより好ましくは14×10-6kg/mm以上である。上限は特に制限はないが、接合工程の作業性の観点から、好ましくは50×10-6kg/mm以下、より好ましくは35×10-6kg/mm以下、さらに好ましくは25×10-6kg/mm以下である。接合材4は、例えば、ハンダやろう材などの低融点(例えば723K以下)の金属からなり、ハンダの材料は、例えば、インジウム、スズ、亜鉛、鉛、銀、銅、ビスマス、カドミウム、アンチモンなどの金属またはその合金などであり、例えば、In材、In-Sn材、Sn-Zn材、Sn-Zn-In材、In-Ag材、Sn-Pb-Ag材、Sn-Bi材、Sn-Ag-Cu材、Pb-Sn材、Pb-Ag材、Zn-Cd材、Pb-Sn-Sb材、Pb-Sn-Cd材、Pb-Sn-In材、Bi-Sn-Sb材であり、一般に低融点であるInやIn合金、SnやSn合金などのハンダ材を使用することが好ましい。接合は、接合材4が溶融する融点以上の温度、好ましくは140℃以上、より好ましくは150℃以上300℃以下の温度で行われ、溶融した接合材4の粘度が、0.5mPa・s以上、好ましくは1.0mPa・s以上、より好ましくは1.5mPa・s以上であり、5mPa・s以下、好ましくは3mPa・s以下、より好ましくは2.5mPa・s以下であると、接合率を向上させ、また最大欠陥面積も小さくすることできる。また、ターゲット材2とバッキングプレート3とを接合させる前に、ターゲット材2のバッキングプレート3との接合面や、バッキングプレート3のターゲット材2との接合面を、接合材4との濡れ性を向上させるための前処理(メタライズ処理)を行なうことができる。前処理については、研磨や研削などによる粗面加工やヘアライン加工、シボ加工およびメタライズ加工を行なうことができ、ターゲット材2とバッキングプレート3のそれぞれの接合面に、研磨面や研削面、へアライン面、シボ面などの凹凸面やメタライズ層を設けることができる。例えば研磨加工は、紙や繊維基材に砥粒を塗布した研磨材を使用して、手作業や研磨材を取り付けた研磨機を用いて行なうことができる。メタライズ加工は、メタライズ材を接合面に塗布し、超音波照射を行なうなどの方法で実施することができる。メタライズ材としては、接合材4と同様の材料から選択することができ、例えば、In材、Sn-Zn材を使用することができる。メタライズ層の厚みは、1μm以上100μm以下であり、この範囲内であると、接合材4との濡れ性を確保しやすく、接合率を向上させやすい。なお、ターゲット材2とバッキングプレート3の接合しない箇所は、予め、耐熱テープでマスキングを行なってもよく、接合材4の付着やメタライズ層の形成を防止できる。
【0042】
図1Cに示すように、その後、ターゲット材2の第1端縁21を、バッキングプレート3の接合領域30の第1端縁31側に設置する。このとき、好ましくはターゲット材2の第1端縁21を、接合領域30に重なるように配置する。
【0043】
図1Dに示すように、その後、ターゲット材2の第1端縁21が、バッキングプレート3の接合領域30の第1端縁31側から、バッキングプレート3の接合領域30の第2端縁32を超える位置まで移動するように、ターゲット材2をバッキングプレート3の主面3aに沿って第1方向D1に滑らせて移動する。
【0044】
図1Eに示すように、その後、ターゲット材2をバッキングプレート3の主面3aに沿って第2方向D2に滑らせて移動して、ターゲット材2をバッキングプレート3の接合領域30に一致させる。その後、ターゲット材2とバッキングプレート3の位置を精密に合わせ、錘を置いたり、万力やバイス、クランプで挟むことにより両者を固定した状態でターゲット材2とバッキングプレート3との接合体を冷却し、接合材4を凝固させる。これにより、ターゲット材2とバッキングプレート3とを接合材4によって接合して、スパッタリングターゲット1を製造する。
【0045】
前記接合方法によれば、ターゲット材2をバッキングプレート3に対して第1方向D1にスライドさせてから第2方向D2にリバースすることで、ターゲット材2をバッキングプレート3の接合領域30に一致させている。このように、ターゲット材2をスライドのみでなくリバースすることで、ターゲット材2のリバースとともに接合材4を表面張力により第2方向D2に引き戻すことができ、ターゲット材2とバッキングプレート3の間の接合材4の存在しない空間を低減でき、未接合箇所を小さくすることがきる。
【0046】
したがって、ターゲット材2とバッキングプレート3との接合において、接合率を向上でき、かつ、最大欠陥面積を低減できる。
接合率とは、ターゲット材2とバッキングプレート3の間の接合箇所の接合面積の、接合領域30の面積に対する割合をいう。
接合面積とは、具体的には、ターゲット材2とバッキングプレート3の間の接合層の厚み方向から見て、接合材が存在しない領域が検出されない箇所の全面積をいう。
最大欠陥面積とは、ターゲット材2とバッキングプレート3との間に位置し、接合材4が存在しない箇所のうち、面積が最大となる箇所の面積をいう。ここで、接合材4が存在しない箇所(未接合箇所)とは、接合層の厚み方向において、接合材が存在しない領域、つまりは空間、もしくは接合材の酸化物等の接合材以外の異物が検出される箇所を意味し、接合層の厚み方向全体だけではなく、一部分に接合材がない場合も含みうる。例えば、図2Aに示すように、ターゲット材2とバッキングプレート3の間に存在する接合層6には、接合層6の厚み方向(図中、上下方向)の一部分に、接合材4が存在しない空間Sが存在してもよく、または、図2Bに示すように、ターゲット材2とバッキングプレート3の間に存在する接合層6には、接合層6の厚み方向(図中、上下方向)の全体に、接合材4が存在しない空間Sが存在してもよい。接合材が存在しない領域は、後述する測定方法にて検出することができる。例えば超音波探傷測定を用いた場合、接合層に接合材が存在しない空間があると、入射した超音波が界面で反射されるため、欠陥部を認識することができる。
【0047】
したがって、本発明によれば、ターゲット材2とバッキングプレート3との接合率を高くでき、かつ最大欠陥面積を小さくすることができるため、接合強度の低い部分が形成されにくく、ターゲット材2が剥がれにくいスパッタリングターゲット1を製造することができる。
【0048】
このように、本発明では、接合率と最大欠陥面積との両方に着目することで、スパッタリング中にターゲット材2が剥がれ難くなることを見出した。具体的に述べると、接合率に関して、接合率が大きくなると、接合材4が存在しない領域を減らすことができ、ターゲット材2が剥がれ難くなる。
【0049】
一方、最大欠陥面積に関しては、最大欠陥面積が大きくなると、局所的に大きな欠陥が発生することになって、その部分の電気・熱伝導が悪くなり、その部分に熱の集中が発生し、接合材4の溶融が生じることでターゲット材2が剥がれ易くなる。このため、最大欠陥面積が小さくなると、局所的に大きな欠陥が発生せず、ターゲット材2が剥がれ難くなる。
【0050】
また、前記接合方法によれば、ターゲット材2をバッキングプレート3に対してバッキングプレート3の短手方向に滑らせて移動する。これによれば、長尺のターゲット材2およびバッキングプレート3において、ターゲット材2のバッキングプレート3に対する移動距離を小さくでき、作業時間を短くできる。
【0051】
好ましくは、接合材4の塗布工程(図1B参照)の前に、図1Aに示すように、バッキングプレート3の主面3a上に複数のワイヤ5を配置する。ワイヤ5の材料は、例えば、ステンレスや銅などである。具体的に述べると、ワイヤ5を第1方向D1に延在するように接合領域30に配置し、複数のワイヤ5を第1方向D1に直交する方向に間隔をあけて配列する。そして、ターゲット材2の第1方向D1および第2方向D2の移動において、ターゲット材2をワイヤ5上を滑らせて移動する。これによれば、ターゲット材2をワイヤ5上を滑らせるので、ターゲット材2を容易に移動できる。さらに、ワイヤ5をスペーサとすることで、接合材4によって形成される接合層の厚みを一定にすることができる。接合層の厚みは通常0.03mm以上1.5mm以下、好ましくは0.05mm以上1mm以下、より好ましくは0.08mm以上0.5mm以下、さらに好ましくは0.1mm以上0.35mm以下である。
【0052】
好ましくは、ワイヤ5の直径は、0.05mm以上0.5mm以下であり、より好ましくは0.1mm以上0.3mm以下である。これによれば、ワイヤ5の切れが発生しにくく、接合層の厚みのばらつきを低減できる。
【0053】
好ましくは、ターゲット材2の第1方向D1の移動工程(図1D参照)とターゲット材2の第2方向D2の移動工程(図1E参照)の間に、バッキングプレート3の接合領域30の第1端縁31側に接合材4を補充する。具体的に述べると、図1Dに示す状態で、接合領域30のターゲット材2に覆われていない部分に、接合材4を追加する。これによれば、バッキングプレート3の接合領域30の第1端縁31側に接合材4を補充するので、ターゲット材2の移動に伴い、接合材4が不足し易くなる接合領域30の第1端縁31側に接合材4を補充でき、接合率を一層向上でき、かつ、最大欠陥面積を一層低減できる。補充する接合材4の量は、好ましくは0.5×10-6kg/mm以上、より好ましくは0.8×10-6kg/mm以上、さらに好ましくは1.0×10-6kg/mm以上である。上限は特に制限はないが、接合工程の作業性の観点から、好ましくは20×10-6kg/mm以下、より好ましくは10×10-6kg/mm以下、さらに好ましくは7.0×10-6kg/mm以下である。
【0054】
好ましくは、ターゲット材2の第1方向D1の移動工程において、図1Dに示すように、ターゲット材2の第1端縁21を、バッキングプレート3の接合領域30の第2端縁32を超える位置に移動したとき、バッキングプレート3の接合領域30の第2端縁32からターゲット材2の第1端縁21までの第1方向D1の距離をAとし、接合領域30の第1方向D1の幅をWとすると、0.03≦A/W<1.0、好ましくは0.05≦A/W≦0.8、より好ましくは0.06≦A/W≦0.6である。具体的に述べると、10mm≦A≦150mm、好ましくは12mm≦A≦120mmであり、好ましくは150mm≦W≦300mmである。これによれば、ターゲット材2のバッキングプレート3に対する移動距離を小さくしつつ、接合率を向上でき、かつ、最大欠陥面積を低減できる。
【0055】
好ましくは、ターゲット材2の第1方向D1の移動工程において、図1Cに示すように、ターゲット材2の第1端縁21を、バッキングプレート3の接合領域30の第1端縁31側に配置したとき、バッキングプレート3の接合領域30の第1端縁31からターゲット材2の第1端縁21までの第1方向D1の距離をBとし、接合領域30の第1方向D1の幅をWとすると、0≦B/W<2.0、好ましくは0≦B/W≦1.5、より好ましくは0.03≦B/W≦1.2、さらに好ましくは0.10≦B/W≦1.0である。具体的に述べると、0mm≦B≦300mm、好ましくは5mm≦B/W≦200mmであり、好ましくは150mm≦W≦300mmである。これによれば、ターゲット材2のバッキングプレート3に対する移動距離を小さくしつつ、接合率を向上でき、かつ、最大欠陥面積を低減できる。
【0056】
ターゲット材2の第1方向D1の移動(スライド)や第2方向D2の移動(リバース)の速度は、接合領域に置かれた接合材の余分な移動、逃げを防ぐ観点から、100mm/秒以下であることが好ましく、より好ましくは50mm/秒以下、さらに好ましくは30mm/秒以下である。下限値は特に制限されないが、生産性の観点から、1mm/秒以上、好ましくは5mm/秒以上である。
【0057】
ターゲット材2の端縁を、バッキングプレートの接合領域の第1端縁側に配置した段階、及び/または、前記ターゲット材2の第1方向D1の移動(スライド)が終わった段階で、ターゲット材2の上面から振動を与え、接合層に存在し得る空気の除去を行う工程を設けることが好ましい。振動を与える手段としては、前記ターゲット材の前記上面を軽く叩く手法や、前記ターゲット材2の前記上面と平行な方向に振動を加える方法を行なうことができる。振動を加える範囲は、前記ターゲット材2の端縁を、前記バッキングプレートの接合領域の第1端縁側に配置した段階では、前記ターゲット材と前記バッキングプレート間の接合層の全体(ターゲット材が乗っている接合領域)を、前記ターゲット材2の第1方向D1の移動(スライド)が終わった段階では、第2方向D2の移動(リバース)動作の先頭部について行うことが好ましい。振動を加える向きは、前記ターゲット材と前記バッキングプレート間の接合層(ターゲット材が乗っている接合領域)の中心から外周に向かって行うことが好ましい。これにより、接合層に存在する空気を抜くことができるため、接合率を向上でき、かつ、最大欠陥面積を低減できる。特に前記ターゲット材2の端縁を、前記バッキングプレートの接合領域の第1端縁側に配置した段階においては、前記ターゲット材と前記バッキングプレート間の接合層(ターゲット材が乗っている接合領域)に空気だまりが存在する可能性が高いため、空気の除去工程を設けることで、接合率の向上と最大欠陥面積の低減の効果をより一層奏することができる。
【0058】
次に、スパッタリングターゲット1の製造方法について説明する。前述したように、前記接合方法を用いて前記ターゲット材と前記バッキングプレートを接合して、スパッタリングターゲットを製造する。
【0059】
本発明の製造方法において、ターゲット材は略板状に加工され得るが、板状に加工する方法は特に限定されない。金属材料から作製されるターゲット材は、例えば溶解、鋳造によって得られた直方体や円筒状、円柱状のターゲット材を、圧延加工や押出加工、鍛造加工などの塑性加工に供した後、切削や研削、研磨などの機械加工(切断加工やフライス加工、エンドミル加工など)を施して、所望のサイズや表面状態のターゲット材を製造することができる。圧延加工は、例えば、特開2010-132942号公報や国際公開第2011/034127号に記載される。押出加工は、例えば、特開2008-156694号公報に記載される。鍛造加工は、例えば、特開2017-150015号公報、特開2001-240949号公報または、アルミニウム技術便覧(軽金属協会アルミニウム技術便覧編集委員会 編、カロス出版、新版、1996年11月18日発行)に記載される。本願発明の接合方法を用いて、機械加工された板状のターゲット材をバッキングプレートに接合して、スパッタリングターゲットを製造する。また、ターゲット材としては、所定の寸法に機械加工されたターゲット材を購入したものを用いてもよいし、スパッタリングターゲット1の製造工程において、バッキングプレートとの接合に異常が生じ、製品スペックから外れたスパッタリングターゲットからバッキングプレートを取り外し、さらに接合材を除去したものをターゲット材としてもよい。なお、必要に応じて、接合後のスパッタリングターゲットの表面を切削加工や研磨加工による仕上げ加工を施しても良い。
【0060】
本発明のスパッタリングターゲットの製造方法では、本発明の接合方法を用いているので、品質の向上したスパッタリングターゲットを得ることができる。
【0061】
次に、前記接合方法により接合されたスパッタリングターゲット1について説明する。
【0062】
図1Eに示すように、スパッタリングターゲット1は、バッキングプレート3と、バッキングプレート3の接合領域30に接合材4を介して接合されたターゲット材2とを有する。
【0063】
図3Aは、スパッタリングターゲット1のターゲット材2とバッキングプレート3の間の接合材4の状態を示す簡略図である。図3Aでは、接合領域30において接合材4が存在しない欠陥箇所(未接合箇所)10をハッチングで示している。欠陥箇所10の測定は、例えば、超音波探傷測定や透過型X線観察を用いて測定することができるが、接合領域の面積が大きい場合には、超音波探傷測定を用いることが好ましい。超音波探傷装置としては、株式会社日立パワーソリューションズ製のFS LINEやFS LINE Hybrid、株式会社KJTD製のフェイズドアレイ超音波探傷映像化装置PDSや超音波探傷映像化装置ADS71000などを用いることができる。また、超音波探傷測定により、接合率や最大欠陥面積を求める場合、所定のサイズの平底穴を設けた疑似欠陥サンプルを用い、欠陥部からの反射波を認識するための超音波探傷測定条件の調整が必要となる。超音波の伝播速度が素材ごとに異なるので、疑似欠陥サンプルは測定感度、条件面を揃える上で、スパッタリングターゲット1の超音波入射側の素材と同素材で作製されることが好ましい。また、疑似欠陥サンプルにおける超音波入射面と前記平底穴の底面までの距離が、スパッタリングターゲット1の超音波入射面と接合層までの距離と同等であることが好ましい。
【0064】
図3Aに示すように、ターゲット材2とバッキングプレート3の間の欠陥箇所10が検出されない部分の面積は、接合領域30の面積に対して、97%以上である。つまり、接合率は、97%以上であり、好ましくは98%以上、より好ましくは98.5%以上である。また、ターゲット材2とバッキングプレート3の間の接合層中の欠陥箇所10の最大欠陥面積は、接合領域30の面積に対して、2%以下であり、好ましくは1%以下、より好ましくは0.6%以下、さらに好ましくは0.3%以下、よりさらに好ましくは0.1%以下、特に好ましくは0.05%未満である。例えば、接合領域30の面積が、200mm×2300mmであるとき、最大欠陥面積は、2000mm以下である。
【0065】
本発明によれば、接合率を向上でき、かつ、最大欠陥面積を低減できて、ターゲット材2が剥がれにくいスパッタリングターゲット1を製造することができる。好ましくは、ターゲット材2の長さは、1000mm以上4000mm以下であり、長尺のスパッタリングターゲット1においてもターゲット材2が剥がれにくいスパッタリングターゲット1を製造することができる。
【0066】
接合率の上限値は100%が最大であるが、接合時に異常が生じて規格外となったスパッタリングターゲットや、スパッタリングで使用済みのスパッタリングターゲットからバッキングプレートを取り外すときにターゲット材を剥がしやすいという観点から、接合率は、好ましくは99.99%以下、より好ましくは99.95%以下、さらに好ましくは99.90%以下である。なお、接合に用いた接合材の融点以上の温度となるようスパッタリングターゲットに熱を加えて、接合層を軟化または溶融しながら、必要に応じて物理的に接合層を破壊することで、スパッタリングターゲットからターゲット材を剥がすことができる。
接合領域30の面積に対する最大欠陥面積の割合の下限値は、特に限定されないが、スパッタリング中に発生する熱によるスパッタリングターゲットの反りをより抑える観点から、0.001%以上、好ましくは0.003%以上、より好ましくは0.005%以上、更に好ましくは0.008%以上である。最大欠陥面積の割合の下限値が上記以上であると、スパッタリング中の熱によって生じるターゲット材の変形が局所的な欠陥部によって緩和され、スパッタリングターゲットの反りが低減される。
【0067】
これに対して、図3Bは、ターゲット材を第1方向D1へスライドさせたのみでターゲット材とバッキングプレートを接合させたときの比較例のスパッタリングターゲット100を示し、ターゲット材とバッキングプレートの間の接合材の状態を示す。図3Bに示すように、図3Aと比べて、欠陥箇所10の割合が多くて接合率は小さくなり、かつ、欠陥箇所10の最大欠陥面積は大きくなっている。このように、ターゲット材のスライドのみでは、ターゲット材とバッキングプレートの接合状態は悪くなり、この結果、ターゲット材が剥がれやすくなる。特に、ターゲット材が長かったり、接合領域が大きいスパッタリングターゲットであると、ターゲット材の剥がれ易さは顕著となる。
【0068】
本発明のスパッタリングターゲットの好適な実施形態においては、ターゲット材とバッキングプレートの間、つまりは接合層中にワイヤを有していてもよい。ワイヤを接合層に有することにより、接合層の厚みを確保しやすく、また接合層の厚みをより一定にしやすいため、スパッタリングターゲット1の接合率を大きく、かつ、最大欠陥面積を小さくでき、ターゲット材2が剥がれにくいスパッタリングターゲット1を製造することができる。
【0069】
(実施例1)
純度99.999%の高純度Al製の圧延板を準備し、門型マシニングセンタで切削加工を行なうことで200mm×2300mm×t16mmのターゲット材(接合領域の面積は4.5×10mm)を作製し、純度99.99%の無酸素銅から構成されるバッキングプレートを準備した。ターゲット材の移動工程における前記接合領域の第1方向D1の幅(いわゆるターゲット材の幅)Wは、200mmであった。
【0070】
ターゲット材とバッキングプレートとを、ホットプレート上で接合材の融点以上の温度まで加熱した。
【0071】
ターゲット材の接合面上でSn-Zn-In合金材を、バッキングプレートの接合面上でIn材を溶解し、超音波ハンダごてを用いて両材料の接合面にメタライズ処理を行なった。メタライズ処理の後、ターゲット材の接合面上、バッキングプレートの接合面上のSn-Zn-In合金材、In材の酸化物や余分なSn-Zn-In合金材、In材をヘラで取り除いた。
【0072】
メタライズ処理を行ったバッキングプレートの接合面上に直径0.2mmのSUSワイヤ10本を略等間隔にバッキングプレートの長手方向と垂直な方向に配置し、さらにSUSワイヤの上から接合用のIn材を接合面上に塗布した。上述のSUSワイヤの上から接合面上に塗布した接合用のIn材の量は、7.80kgであった。
【0073】
バッキングプレートの接合面にターゲット材の接合面が平行に対向する向きにターゲット材の向きを変え、ターゲット材の長辺側の一辺をバッキングプレートの長辺側の一辺に重ね合せるようにワイヤ上に置き(ターゲット材設置位置B=0)、所定の接合位置の方向へターゲット材をスライドさせた。ターゲット材の幅Wに対するターゲット材を所定の接合位置からオーバーランした距離(オーバーラン量)Aの比A/Wが0.1625となるようにスライドさせ、ターゲット材の第2方向D2の移動(リバース)方向の先頭部を上から軽く叩き、空気の叩出しを行った。
【0074】
その後、ターゲット材を所定の接合位置までスライドさせた。ターゲット材を所定の接合位置となるようターゲット材位置の微調整を行ない、ターゲット材の上に錘を置いてターゲット材とバッキングプレートを固定した後、接合体を冷却し、スパッタリングターゲットを作製した。
【0075】
In材が凝固した後、ターゲット材とバッキングプレートの線膨張係数の違いで発生する反りを矯正しターゲットを得た。株式会社日立パワーソリューションズ製の超音波探傷装置FS-LINEで接合率と最大欠陥面積を測定した。
【0076】
接合率と最大欠陥面積の測定は、以下の手順で行なった。まず、純度99.999%の高純度Al製の圧延板を使用し、圧延板の両面を面削し平行面を出した後、片側の面から円相当径(直径)φが2mmの平底穴、φ6mmの座繰穴を開けた疑似欠陥サンプルを準備した。このとき、穴の開いていないサンプル表面から平底穴までの距離は、ターゲット材厚さと同じとなるようにした。
【0077】
測定前の準備として、超音波探傷子「I3-1006-T S-80mm」(周波数10MHz、焦点距離80mm)を測定装置に取り付けた。
【0078】
そして、疑似欠陥サンプルを測定装置に設置し、座繰穴に焦点を合わせ、測定を開始した。まず、座繰穴を確認し、その後、座繰穴に焦点を合わせた状態で平底穴を確認した。その後、平底穴に焦点を合わせた。その状態で超音波探傷(Cスキャン)を行ない、検出された平底穴径が疑似欠陥サンプルの平底穴径と一致するように感度調整を行なった結果、測定条件としては、ゲイン(音波の強さ)を12dB、測定ピッチを2mmピッチとし、欠陥レベルを38とした。これにより、反射エコーの強さが38以上を欠陥として検出するようにプログラムの感度調整を行なった。
【0079】
次に、疑似欠陥サンプルを測定装置から取り出し、接合したスパッタリングターゲットをターゲット材側が上面となるように測定装置に設置した。疑似欠陥サンプルで作成したプログラムの焦点位置高さがスパッタリングターゲットの接合層となるよう超音波探傷子高さを、測定視野が接合面全体となるように超音波探傷子の走査範囲をそれぞれ設定し、接合したスパッタリングターゲットについて超音波探傷測定(Cスキャン)を行なった。超音波は、ターゲット材側から入射した。
【0080】
超音波探傷装置に付属している解析プログラムにより、得られたデータを解析し、接合率、最大欠陥面積情報を得た。その後、研磨やブラスト処理により表面仕上げを行なった。
【0081】
実施例1の様にして接合したスパッタリングターゲットの結果を表1に示す。
【0082】
(実施例2~12)
表1に示す接合材量、ワイヤ径、接合材種、ターゲット材設置位置Bおよびオーバーラン量Aとし、バッキングプレートの接合面上にターゲット材を設置した後にターゲット材とバッキングプレート間の接合層(接触部、ターゲット材が乗っている接合領域)の略全面を上から軽く叩いて、接合層中の空気の除去を実施した以外は実施例1と同様にして実施例2~12を実施した。実施例2~12では、実施例1と同様にして、ターゲット材を第1方向にスライドさせてから第2方向にリバースした。
(実施例13)
実施例13では、バッキングプレートの接合面をSn-Zn材でメタライズ処理し、接合材にSn-Zn(Zn9%含有)を用い、接合層中の空気の叩出しを実施しなかった以外は、実施例2と同様の方法でスパッタリングターゲットを作製し、接合率と最大欠陥面積を求めた。
(比較例1)
比較例1では、ターゲット材を第1方向にスライドさせるのみで、第2方向にリバースしておらず、それ以外は、実施例2~12と同様にして実施した。
(比較例2)
比較例2では、ターゲット材をスライドやリバースおよび空気の叩出しも実施せず、ターゲット材をスライドもリバースもしないで、表1記載の条件にてスパッタリングターゲットを作製した。
【0083】
【表1】
【0084】
表1において、「設置接合材量」とは、図1Bにおいて、バッキングプレート3の接合領域30に塗布した接合材の量をいう。「補充接合材量」とは、図1Dにおいて、ターゲット材が通過したバッキングプレート3の接合領域30に補充した接合材の量をいう。「ワイヤ種」とは、図1Aにおいて、バッキングプレート3の接合領域30に設置されるワイヤ5の種類をいい、ステンレスを用いている。「ワイヤ径」とは、ワイヤ5の直径をいう。「接合材種」とは、接合材の材料をいい、InやSn-Znからなるハンダを用いている。「ターゲット材設置位置」とは、図1Cにおいて、ターゲット材2を設置する位置をいい、バッキングプレート3の接合領域30の第1端縁31からターゲット材2の第1端縁21までの第1方向D1の距離Bである。「空気叩出し」とは、図1Cにおいて、ターゲット材2の端縁をバッキングプレートの接合領域の第1端縁側に配置した段階、また図1Dにおいて、ターゲット材2の第1方向D1の移動(スライド)が終わった段階で、ターゲット材2の上面を叩いてターゲット材2とバッキングプレート3の間の空気を抜くことをいう。「ターゲット材オーバーラン量」とは、ターゲット材2が接合領域30からはみ出た量をいい、図1Dにおいて、バッキングプレート3の接合領域30の第2端縁32からターゲット材2の第1端縁21までの第1方向D1の距離Aである。「接合材補充」とは、接合材を補充するか否かをいう。
【0085】
表1から分かるように、実施例1から実施例13では、接合率が97%以上であり、かつ、最大欠陥面積が2000mm以下(つまり、最大欠陥面積の接合領域の面積に対する割合は0.6%以下)である。実施例1から実施例13では、ターゲット材が剥がれ難くなっており、スパッタリング装置にて使用後も、ターゲット材の剥がれは確認されなかった。
【0086】
これに対して、比較例1では、接合率が90.70%であり、かつ、最大欠陥面積が11628mmであり、比較例2では、接合率が96.27%であり、かつ、最大欠陥面積が1948mmである。比較例1,2では、ターゲット材が剥がれ易くなっていた。
【0087】
なお、本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で設計変更可能である。
【0088】
前記実施形態では、ターゲット材およびバッキングプレートは、長尺に形成されているが、ターゲット材およびバッキングプレートは、短辺と長辺が同一の長さであってもよい。
【符号の説明】
【0089】
1 スパッタリングターゲット
2 ターゲット材
2a スパッタ面
21 第1端縁
22 第2端縁
3 バッキングプレート
3a 主面
30 接合領域
31 第1端縁
32 第2端縁
4 接合材
6 接合層
5 ワイヤ
10 欠陥箇所
D1 第1方向
D2 第2方向
図1A
図1B
図1C
図1D
図1E
図2A
図2B
図3A
図3B