JP6895263B2 - 円筒形スパッタリングターゲット、バッキングチューブ、および円筒形スパッタリングターゲットの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、マグネトロン型回転カソードスパッタリング装置によるスパッタリングに使用される、円筒形スパッタリングターゲット、バッキングチューブ、および円筒形スパッタリングターゲットの製造方法に関する。

従来、スパッタリングターゲットとしては、平板状のターゲット材をバッキングプレートに接合した平板形スパッタリングターゲットが一般的に利用されている。しかし、近年、スパッタリングターゲットの形状を円筒形にすることで、ターゲット材の使用効率を上げることが提案されている。この方法は、円筒形のバッキングチューブと、その外周部に形成された円筒形のターゲット材とからなる円筒形スパッタリングターゲットを用い、バッキングチューブの内側に磁場発生設備と冷却設備を設置して、円筒形スパッタリングターゲットを回転させながらスパッタリングを行うものである。この方法により、ターゲット材の使用効率を６０％〜７０％にまで高めることができるとされている。

円筒形スパッタリングターゲットは、バッキングチューブ、接合材、ターゲット材から構成されており、一般的な製造方法としては、セラミックス焼結体からなる円筒形ターゲット材を半田材等の接合材を用いて、バッキングチューブに接合する方法である。ところが、ターゲット材とバッキングチューブとのクリアランスは、通常１．５ｍｍ以下であり、接合材を流し込んだ際、気泡を取り込み半田の接合率が上がらないことがある。気泡を取り込んだ場合、円筒形スパッタリングターゲット使用時に冷却不足が発生し、局所的な熱膨張によりターゲットが割れることがある。特に、円筒形スパッタリングターゲットは、冷却効率が高いことから、大きなパワーが投入されるため、接合材の熱伝導が重要である。単純に接合材を流し込むだけでは未充填部分の懸念があり、その充填には様々な技術がとられてきた。

例えば、特許文献１では、溶融した接合材の圧力差を利用して充填する方法が開示されている。また、接合層の巣やひけを防止する方法としては、特許文献２に、円筒形のターゲット材とバッキングチューブとにより形成されたキャビティ（間隙）に、溶融状態にある接合材を充填し、軸方向の一端から他端に向かって順次冷却を行うとともに、さらに接合材を供給する方法が開示されている。さらに、特許文献３には、円筒形のターゲット材の少なくとも一方の端面の内周面の少なくとも一部を、端面から円筒形のターゲット材の内側に向かって、テーパ状および／または段状とし、この端面から接合材を供給する方法が開示されている。

特開２０１０−０７０８４２号公報 特開２０１０−０１８８８３号公報 特開２０１０−１５０６１０号公報

しかしながら、特許文献１では、例えば、長さが２ｍのバッキングチューブを用いる場合には、２ｍ相当の加圧の装置を準備しなくてはならず、装置が大掛かりであり、大幅なコストの増加となり現実的ではない。また、圧力差により接合材を充填した場合、長さ２ｍ相当の接合材を余分に使用することになりコスト増加となる。

また、特許文献２では、加熱ヒーターをターゲットの長さに合わせ個別に制御する機構が必要でありヒーター装置が高価となり、かつ技術的にも高度な制御が必要である。

さらに、特許文献３では、接合材を供給する部分が広くなり供給しやすくはなるものの、両端以外のクリアランスであるキャビティ（間隙）の厚みは同一であり気泡の取り込みは避けられない。また、ターゲット材の両端部の厚みが薄くなることで、ターゲット材の端部の強度が低下し割れやクラック等が発生しやすくなるおそれがある。

このように、従来の接合方法においては、低コストかつ簡素な方法で接合材の充填率を高める要請があった。特に、ターゲット材とバッキングチューブとのキャビティ（間隙）に気泡が入り込むことを抑制する要請もあった。

そこで、本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて考案されたものであり、ターゲット材とバッキングチューブとを、高い接合率及び十分な接合強度でもって接合材を介して接合することができることが可能な、新規かつ改良さ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、および円筒形スパッタリングターゲットの製造方法を提供することを目的とする。

即ち、上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る円筒形スパッタリングターゲットは、円筒形セラミックス焼結体からなるターゲット材と、前記ターゲット材の中空部に、該ターゲット材と同軸に配置されるバッキングチューブと、前記ターゲット材と前記バッキングチューブとの間隙を接合する接合層とを備え、前記接合層と接している前記バッキングチューブの外周面には、該外周面に沿って円周方向に形成される同一方向に２本以上の螺旋溝が設けられ、前記螺旋溝は、前記バッキングチューブが前記接合層と接触する部分のみに設けられることを特徴とする。

本発明の一態様では、前記螺旋溝は、深さが少なくとも０．５ｍｍ以上であることが好ましい。また、本発明の一態様では、前記螺旋溝は、幅が１．０ｍｍ以上１０ｍｍ以下、溝間ピッチが５ｍｍ以上２０ｍｍ以下であることが好ましい。

本発明の一態様では、前記バッキングチューブは、外径が１００ｍｍ以上２００ｍｍ以下であり、内径が８０ｍｍ以上１８０ｍｍ以下であり、前記ターゲット材と前記バッキングチューブとの間隙は、０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であることが好ましい。

本発明の他の態様に係るバッキングチューブは、円筒形スパッタリングターゲットに用いるものであって、外周面に沿って円周方向に形成される同一方向に２本以上の螺旋溝が設けられ、前記螺旋溝は、前記バッキングチューブが接合層と接触する部分のみに設けられることを特徴としている。

本発明の他の態様に係る円筒形スパッタリングターゲットの製造方法は、バッキングチューブの外周面を切削加工して、該バッキングチューブの外周面の円周方向に形成される同一方向に２本以上の螺旋溝を、前記バッキングチューブが接合層と接触する部分のみに形成する切削工程と、円筒形セラミックス焼結体からなるターゲット材の中空部に前記バッキングチューブを同軸に配置する配置工程と、前記ターゲット材と前記バッキングチューブとの間隙に接合材を充填する充填工程と、前記ターゲット材と前記バッキングチューブとを放冷させることにより前記接合材を冷却し、該ターゲット材と該バッキングチューブとを接合する接合工程とを有する。

本発明によれば、ターゲット材とバッキングチューブとを、高い接合率及び十分な接合強度でもって接合材を介して接合することができる。その結果、このスパッタリングターゲットを使用してスパッタリングを行った場合に、割れ、欠け、剥離等の不具合を防止する。

（Ａ）は、本発明の一実施形態に係る円筒形スパッタリングターゲットを示す概略図であって、中心軸を含む面で切断した断面図であり、（Ｂ）は、本発明の一実施形態に係る円筒形スパッタリングターゲットに備わるバッキングチューブの概略図である。 本発明の一実施形態に係る円筒形スパッタリングターゲットの製造方法の概略を示すフロー図である。

以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。

本発明者らは、上述した問題に鑑み、円筒形のセラミックス焼結体からなるターゲット材とバッキングチューブとの間の接合層内にほとんど空気が入り込まない円筒形スパッタリングターゲットを得るため、円筒形スパッタリングターゲットを構成するキャビティ（間隙）に、溶融状態にある接合材を充填させる手段について鋭意研究を重ねた。その結果、バッキングチューブの外周面には、外周面に沿って円周方向に形成する少なくとも１本の螺旋溝が設けられることで、上記問題を解決することができるとの知見を得た。本発明は、この知見に基づき完成されたものである。以下、円筒形スパッタリングターゲットと、円筒形スパッタリングターゲットの製造方法とに分けて、詳細に説明する。

［１．円筒形スパッタリングターゲット］
まず、本実施の形態に係る円筒形スパッタリングターゲットについて図面を用いて説明する。

図１（Ａ）は、本発明の一実施形態に係る円筒形スパッタリングターゲットを示す概略図であって、中心軸を含む面で切断した断面図であり、図１（Ｂ）は、本発明の一実施形態に係る円筒形スパッタリングターゲットに備わるバッキングチューブの概略図である。

本実施形態に係る円筒形スパッタリングターゲット１００は、図１（Ａ）に示すように、ターゲット材１１０がバッキングチューブ１２０の外周部に設置されたものであり、ターゲット材１１０とバッキングチューブ１２０とが接合層１３０を介して接合されている。より詳細には、円筒形スパッタリングターゲット１００は、ターゲット材１１０の中空部にバッキングチューブ１２０を同軸に配置し、これらの中心軸が一致した状態で接合されたものである。そして、バッキングチューブ１２０の外周面には、円周方向に形成される１本の螺旋溝１２１が設けられる。

円筒形スパッタリングターゲット１００のサイズは、材質や顧客の要望等に応じて適宜調整することができ、特に限定されるものではない。例えば、外径が１００ｍｍ以上２００ｍｍ以下であり、内径が８０ｍｍ以上１８０ｍｍ以下であり、全長が５０ｍｍ以上２００ｍｍ以下である円筒形セラミックス焼結体をターゲット材１１０として用いた場合には、そのターゲット材１１０を単独で用いる場合、分割して用いる場合、或いは複数で用いる場合等があり、その状況により円筒形スパッタリングターゲット１００のサイズが適宜決定される。

円筒形のターゲット材１１０として使用可能な円筒形セラミックス焼結体は、用途に応じて材料を適宜選択することができ、特に限定されることはない。例えば、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、及びチタン（Ｔｉ）から選択される少なくとも１種を主成分とする酸化物等から構成される円筒形セラミックス焼結体を使用することができる。

円筒形のバッキングチューブ１２０の材質は、円筒形スパッタリングターゲット１００の使用時に、接合材が劣化及び溶融しない十分な冷却効率を確保できる熱伝導性があり、スパッタリング時に、放電可能な電気伝導性や、円筒形スパッタリングターゲット１００の支持が可能な強度等を備えているものであればよい。例えば、オーステナイト系ステンレス、チタン又はチタン合金、銅又は銅合金である。特にＳＵＳ３０４又はチタン合金のものを使用することが一般的である。

本実施形態に係る円筒形スパッタリングターゲット１００に備わるバッキングチューブ１２０は、その大きさによって限定されることはないが、全長がターゲット材よりも長く、外径が１００ｍｍ以上２００ｍｍ以下であり、内径が８０ｍｍ以上１８０ｍｍ以下である。また、厚みは４ｍｍ以上２０ｍｍ以下であり、好ましくは４ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。以下では、厚みが４ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることを例に挙げて説明する。

バッキングチューブ１２０とターゲット材１１０とのキャビティ（間隙）は、その厚さがバッキングチューブ１２０の外径とターゲット材１１０の内径との差から０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下とされる。これは、接合材の必要最低限とする量で接合強度を保持するためである。

しかしながら、キャビティ（間隙）が０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下と狭いため、前述したように、一方の開放端を封止して、垂直に立てて、他方の開放端から重力で自然に流し込む公知の方法においては気泡を取り込んでしまい、ターゲット材とバッキングチューブとの接合率が上がらない。

そこで、本実施形態では、図１（Ｂ）に示すように、バッキングチューブ１２０の外周面に沿って円周方向に形成される少なくとも１本の螺旋溝１２１がバッキングチューブ１２０に設けられることにより、流動する接合材がバッキングチューブ１２０に設けた螺旋溝１２１に沿って円周方向に周回し接合材が徐々に充填されることで接合層１３０への気泡の混入を抑制し、効果的に接合材を充填することを見出した。バッキングチューブ１２０に螺旋溝１２１を設けたことにより、接合材がこの螺旋溝１２１に沿って流動し、封止した端部よりバッキングチューブ１２０の円周方向に螺旋溝１２１を周りながら徐々に充填されることにより気泡の発生を抑制している。

バッキングチューブ１２０の螺旋溝１２１の断面形状は特に限定されない。螺旋溝１２１の断面形状は、例えば矩形またはＵ字形でもよく、溝幅が狭い場合は半円形やＶ字形等でもよい。なお、螺旋溝１２１の断面形状は、切削加工機の加工時間、切削時の刃先の摩耗、コスト等を考慮し適宜選択される。

バッキングチューブ１２０の外周面に設ける螺旋溝１２１の深さＤは、少なくとも０．５ｍｍ以上であることが好ましい。螺旋溝１２１の深さＤが０．５ｍｍ未満である場合には、溶融した接合材を流し込む深さが不十分であるため、接合材がこの螺旋溝１２１に沿って流動しないおそれがある。また、深さ０．５ｍｍ以下の溝加工は、バッキングチューブの偏心等もあり加工自体が難しい。一方、螺旋溝１２１の深さＤは、２．０ｍｍ以下であることが好ましい。螺旋溝１２１の深さＤが２．０ｍｍを超える場合には、接合材がこの螺旋溝１２１に従い流動することで接合層１３０の下部に気泡が生じないが、バッキングチューブを切削しすぎるため、バッキングチューブの強度を損ねることが懸念される。

また、本実施形態では、螺旋溝１２１の幅Ｗは、１．０ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることが好ましい。螺旋溝１２１の幅Ｗが１．０ｍｍ未満である場合には、溶融した接合材を流し込む幅が不十分であるため、接合材がこの螺旋溝１２１に沿って流動しないおそれがある。一方、螺旋溝１２１の幅Ｗが幅１０ｍｍを超える場合には、深さの浅い両端が増加するだけで所望とする効果が得られない。なお、螺旋溝の幅は、後述する溝間ピッチＬを考慮する。

また、螺旋溝１２１の溝間ピッチＬは、５ｍｍ以上２０ｍｍ以下であることが好ましい。ここで、螺旋溝１２１の溝間ピッチＬとは、図１（Ｂ）に示すように、溝中心から次の溝中心までの距離をいう。螺旋溝１２１の溝間ピッチＬが５ｍｍ未満である場合には、バッキングチューブ１２０の強度が低下するおそれがある。一方、螺旋溝１２１の溝間ピッチＬが２０ｍｍを超える場合には、螺旋溝１２１の数が少なくなり、接合層の下部に気泡が生じるおそれがあるので、所望とする効果が得られない。溶融した接合材を上部側の開放端から流し込む場合、バッキングチューブ１２０の螺旋溝１２１に入った溶融した接合材は、螺旋溝１２１に沿ってバッキングチューブ１２０の最下部まで到達し、最も充填し難い最下部により確実に気泡なく充填することができる。このため、本実施形態では、ターゲット材１１０とバッキングチューブ１２０とを、高い接合率及び十分な接合強度でもって接合層１３０を介して接合することができる。

さらに、この螺旋溝１２１は、バッキングチューブ１２０の外周全面に設けてもよいし、バッキングチューブ１２０が接合層１３０と接する部分のみでもよい。バッキングチューブ１２０が接合層１３０と接触しない部分は、スパッタ装置と連結するので、当該螺旋溝１２１がスパッタ装置の可動時に支障となる場合がある。このため、当該螺旋溝１２１は、バッキングチューブ１２０が接合層１３０と接触する部分のみに設けられることが好ましい。

接合層１３０は、後述するように、ターゲット材１１０とバッキングチューブ１２０との間隙に接合材を充填し、ターゲット材１１０とバッキングチューブ１２０とを放冷することにより、ターゲット材１１０とバッキングチューブ１２０を接合したものである。

なお、本実施形態では、バッキングチューブ１２０の外周面に１本の螺旋溝１２１が設けられることを説明しているが、バッキングチューブ１２０の外周面に２本以上の螺旋溝１２１が設けられてもよい。このとき、２本以上の螺旋溝１２１は、同一方向に螺旋溝１２１を形成してもよい。このようにバッキングチューブ１２０の外周面に２本以上の螺旋溝１２１を設けることにより、接合層１３０との接触面積が、１本の螺旋溝１２１が設けられるバッキングチューブ１２０を備える円筒形スパッタリングターゲット１００よりも広くなる。したがって、接合率や接合強度が高くなる。

また、バッキングチューブに２本の螺旋溝を設ける場合には、バッキングチューブ１２０の外周面の螺旋溝１２１は、バッキングチューブ１２０の耐衝撃性を確保するため、幅Ｗが１．０ｍｍ以上５．０ｍｍ以下であるが好ましく、溝間ピッチＬが５ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることが好ましい。また、バッキングチューブ１２０の外周の円周長さおよび螺旋溝１２１の溝間ピッチＬ次第で、バッキングチューブ１２０の外周面に設けられる螺旋溝１２１の本数をさらに増やしてもよい。

［２．円筒形スパッタリングターゲットの製造方法］
次に、円筒形スパッタリングターゲットの製造方法について図面を用いて説明する。図２は、本発明の一実施形態に係る円筒形スパッタリングターゲットの製造方法の概略を示すフロー図である。本発明の一実施形態に係る円筒形スパッタリングターゲットの製造方法は、図２に示すように、切削工程Ｓ１と配置工程Ｓ２と充填工程Ｓ３と接合工程Ｓ４とを有する。以下、各工程Ｓ１〜Ｓ４をそれぞれ説明する。なお、各工程Ｓ１〜Ｓ４以外、具体的には、ＣＩＰにより円筒形セラミックス成形体を成形する工程や、円筒形セラミックス成形体を焼成する工程などは、従来技術と同様であるため、その説明は割愛する。また、上述した円筒形スパッタリングターゲットと重複する記載も割愛する。

切削工程Ｓ１は、バッキングチューブの外周面を切削加工して、バッキングチューブの外周面の円周方向に少なくとも１本の螺旋溝を形成する工程である。

切削方法としては、バッキングチューブの外周面の円周方向に螺旋溝を形成することができる限り特に限定されることはなく、例えば、マシニングセンタ、ＮＣ旋盤、立形切削盤などを用いる切削加工により加工することができる。なお、螺旋溝の断面形状は、上述したように矩形、Ｕ字形、Ｖ字形、および半円形等のいずれかに切削する。

配置工程Ｓ２は、円筒形セラミックス焼結体からなるターゲット材の中空部にバッキングチューブを同軸に配置する工程である。このバッキングチューブとしては、上記切削工程Ｓ１でバッキングチューブを切削加工して、バッキングチューブの外周面の円周方向に螺旋溝に形成されたものを用意する。

まず、ターゲット材として、円筒形セラミックス焼結体を用意する。焼結体は、１個でも良いし複数個でもよい。また、ターゲット材の内周面に対して、めっき処理などによりニッケルや銅からなる下地層を形成したり、超音波はんだごてを用いて、接合材を接合面になじませる濡らし作業を行ったりといった前処理を行なってもよい。円筒形セラミックス焼結体の接合面となる内周面以外の部分に余分な接合材が付着することを防止するため、耐熱性のマスキングテープでマスキングを行ってもよい。

バッキングチューブは、Ｘ−Ｙステージによる位置決め可能な架台等に一方の端を固定して設置する。このバッキングチューブに軸方向の端部を耐熱Ｏリングによって封止し、その後、バッキングチューブにターゲット材の中空部に同軸に配置するとともに、この封止側が下方となるように、ターゲット材とバッキングチューブを直立させる。

バッキングチューブを、ターゲット材の中空部に同軸に、即ち、これらの中心軸が一致した状態で配置する。両者の中心軸がずれた状態で接合すると、得られる円筒形スパッタリングターゲットの外径の中心と内径の中心がずれてしまう。その結果、スパッタリング時の熱負荷により、円筒形スパッタリングターゲットが不均一に膨張し、ターゲット材に割れや剥離が生じるおそれがある。

円筒形セラミックス焼結体からなるターゲット材の中空部にバッキングチューブを同軸に配置するため、例えば、少なくとも１つの固定具をクリアランスに取り付けることにより、クリアランスを維持することが好ましい。これにより、ターゲット材とバッキングチューブのクリアランスの幅を維持することができる。この結果、スパッタリング時の熱負荷によって、ターゲット材に割れや剥離等の不具合が生じることのない円筒形スパッタリングターゲットを得ることができる。

さらに、ターゲット材とバッキングチューブの組み込みでは、複数の固定具をターゲット材の内周面とバッキングチューブの外周面とのクリアランスに等間隔取り付けることが特に好ましい。これにより、クリアランスの幅をより確実に維持することができる。

固定具としては、例えばクリアランスの幅と同等のスペーサーやくさびやシックネスゲージを用いることができる。また、スペーサーは、耐熱性を有する材料であればよく、例えば、Ｃｕ材やテフロン（登録商標）などが挙げられる。

さらに、バッキングチューブの同軸上には、ターゲット材が１つ配置されるだけでなく、バッキングチューブの同軸上には、ターゲット材が複数連結されていてもよい。例えば、ターゲット材と隣り合うターゲット材との間には、シリコンパッキンを介在することでターゲット材が一定間隔で配列されるので、生産効率を向上させることができる。

なお、バッキングチューブを、ターゲット材の中空部に同軸に配置する方法としては、特に制限されることなく、公知の手段を用いることができる。例えば、バッキングチューブを上下左右に微調整できるように多軸ステージを用いて位置決めをすることにより、バッキングチューブを、ターゲット材の中空部に同軸に配置することができる。

（充填工程）
充填工程Ｓ３は、ターゲット材とバッキングチューブとの間隙に接合材を充填する工程である。

まず、ターゲット材の外周面を加熱する。加熱の方法は特に限定しないが、バンドヒータ等を用いると取り付け、取外しが簡易である。加熱温度は、予め、その表面温度が接合材の融点以上、好ましくは融点より１０℃〜３０℃高い温度に設定する。ターゲット材およびバッキングチューブの表面温度が接合材の融点以下では、接合材がターゲット材またはバッキングチューブに接触すると同時に硬化し、十分な量の接合材を流し込むことが困難となる。

その後、上方のクリアランスの開口側から、所定量の溶融した接合材を注入する。この時、バッキングチューブには螺旋溝があるため、溶融した接合材はこの溝に従い流動し、封止した端部より螺旋溝の周方向に周りながら徐々に充填される。このため、空気を下部に滞留させることなく接合材の液面が上昇し順次空気が水平に追い出されていく。これにより気泡の発生を抑制できる。

接合層に、上述のバッキングチューブと同様にして、上述の熱伝導性等の特性を持たせるためには、接合層の形成に用いる接合材を選定する必要がある。例えば、インジウムを主成分とする接合材は、スズを主成分とする接合材に比べて凝固時の硬度が低い。そのため、インジウムを主成分とする接合材を用いて接合層を形成する場合には、溶融した接合材を注入してから固化するまでの過程において、ターゲット材の割れ等の不具合を効果的に防止することができる。

インジウムを主成分とする接合材を用いて接合層を形成する場合には、インジウムを５０質量％以上、好ましくは７０質量％〜１００質量％、より好ましくは８０質量％〜１００質量％含有するものを使用する必要がある。特に、インジウムを８０質量％以上、好ましくは９０質量％〜１００質量％含有する低融点接合材を、接合材として用いることが好ましい。このような低融点接合材であれば、原子又は分子間の結合が弱いため軟らかく、冷却固化後の硬度が適切な範囲にあるため、作業性に優れている。また、低融点接合材は、作業性に優れるだけでなく、溶融時の流動性が高いため、巣（鬆）やひけが極めて少ない、均一な接合層を容易に形成することができる。

例えば、インジウムの含有量が１００質量％であるインジウム金属を接合材として用いた場合には、インジウム金属の熱伝導率が８１．６Ｗ／ｍ・Ｋと熱伝導性に優れることから好ましい。また、インジウム金属は、液化して固化することによりターゲット材とバッキングチューブとを接合する際に、これらを密着性よく接合できることから好ましい。

一方、インジウムの含有量が５０質量％未満では、バッキングチューブ側との濡れ性が低いため、そのような接合材を加熱して溶融した接合材を、ターゲット材とバッキングチューブとの間隙に、高い充填性をもって隙間なく注入することができない。

接合材としては、上述したインジウム系低融点接合材の他に、インジウム粉末を含有する樹脂ペースト、導電性樹脂等を用いることができるが、導電性や展延性の観点から、インジウム系低融点接合材が好ましく、融点が１３０℃〜１６０℃のインジウム系低融点接合材がより好ましい。なお、インジウム以外の成分については、特に制限されることはなく、例えば、スズ、アンチモン（Ｓｂ）、亜鉛等を必要に応じて含有することができる。インジウム以外の成分の含有量は、５０質量％未満であり、３０質量％未満が好ましく、２０質量％未満がより好ましい。

なお、長尺の円筒形スパッタリングターゲットを得る手段としては、特に限定されることはなく、公知の手段を用いることができる。たとえば、予め、複数のターゲット材を一定間隔で固定することで分割ターゲット材を構成し、この中空部にバッキングチューブを挿入することで、長尺の円筒形スパッタリングターゲットを得てもよい。また、初めに、長尺のバッキングチューブに第１のターゲット材を挿入して接合させた後、環状テフロンシートなどのスペンサとともに第２のターゲット材を挿入して接合させ、以後、同様の作業を繰り返すことで、長尺の円筒形スパッタリングターゲットを得てもよい。

（接合工程）
接合工程Ｓ４は、ターゲット材とバッキングチューブとを放冷させることにより接合材を冷却し、ターゲット材とバッキングチューブとを接合する工程である。

ターゲット材の表面に熱をかけるのを停止し、室温（２０℃）まで冷却する。次いで、接合材が完全に固化して接合層が形成されたことを確認した後、使用したマスキングテープやＯリング等を取り除き、円筒形スパッタリングターゲットが得られる。

［３．まとめ］
本実施形態に係る円筒形スパッタリングターゲットおよび円筒形スパッタリングターゲットの製造方法では、バッキングチューブに螺旋溝の加工が施してあるため、接合材を注入する時、溶融した接合材はこの溝に従い流動し、封止した端部より螺旋溝の方向に周りながら徐々に充填されるため気泡の発生を抑制できる。これにより、円筒形スパッタリングターゲットの接合部の接合率を高めることができる。当然接合率が向上したことにより接合強度も向上する。

また、接合部に気泡を取り込んだ場合、スパッタリングターゲット使用時に冷却不足が発生し、局所的な熱膨張によりターゲット材が割れることがある。特に、円筒形スパッタリングターゲットは、冷却効率が高いことから、大きなパワーが投入されるため、気泡を抑制することは重要である。本実施形態に係る円筒形スパッタリングターゲットは上記のように気泡の発生を抑制できるため、局所的な熱膨張によりターゲットが割れ、欠け、剥離等を防止することができる。なお、バッキングチューブに螺旋溝の加工が施してあるため、接合材との接触面積も増加し、接合材の抜け止め効果もある。

以下、実施例および比較例を用いて、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例および比較例に限定されるものではない。

（実施例１）
実施例１では、ターゲット材として、外径１００ｍｍ、内径８１ｍｍ、全長２００ｍｍのＩＴＯ製の円筒形セラミックス焼結体を５個用意した。全ての円筒形セラミックス焼結体について、接合面となる内周面以外の部分に余分な接合材が付着することを防止するため、耐熱性のマスキングテープでマスキングを行った。その後、円筒形セラミックス焼結体がバッキングチューブと接合する接合面となる内周面をインジウムで濡らすとともに、全長が１００２ｍｍとなるように、５個の円筒形セラミックス焼結体を厚み０．５ｍｍのシリコンパッキンで挟んで一定間隔で配列し、外周面を耐熱テープで固定することにより、ターゲット材を得た。

一方、バッキングチューブとして、外径８０ｍｍ、内径７０ｍｍ、全長１１００ｍｍのＳＵＳ３０４製の旋盤加工で得られた円筒形バッキングチューブを用意した。このバッキングチューブのうち、接合面以外の部分については、余分な接合材が付着することを防止するため、耐熱テープでマスキングを行った。その後、旋盤加工装置にバッキングチューブを設置し、加工工具に取り付けたバイトを公知の手法により、接合面端部から他方の接合面端部まで、深さが０．５ｍｍであり、幅が１．０ｍｍであり、溝間ピッチが２０ｍｍである螺旋溝を形成するよう加工した。

次に、Ｘ−Ｙステージによる位置決めにより、バッキングチューブをターゲット材の中空部に同軸に配置するとともに、クリアランスの軸方向一端部を耐熱Ｏリングによって封止し、この封止側が下方となるように、ターゲット材とバッキングチューブを直立させた。

続いて、ターゲット材の外周面にバンドヒータを取り付け、設定温度を１８０℃として加熱した。また、接合材として、インジウムを８０質量％、スズを１０質量％、アンチモンを５質量％、亜鉛を５質量％含有する、インジウム系低融点半田を用意し、これをバンドヒータにより１９０℃まで加熱し、溶融した。

バンドヒータが設定温度に達したことを確認した後、上方のクリアランスの開口側から、溶融した接合材を注入した。所定量の接合材を注入した後、バンドヒータのスイッチを切り、室温（２０℃）まで冷却した。接合材が完全に固化したことを確認した後、マスキングテープと耐熱Ｏリングを取り除き、円筒形スパッタリングターゲットを得た。

実施例１では、得られた円筒形スパッタリングターゲットに対して、超音波探傷装置（株式会社ＫＪＴＤ製、ＳＤＳ−ＷＩＮ）を用いて、接合材の充填量を測定し、この測定値より、ターゲット材とバッキングチューブの接合率を評価した。具体的には、接合率が９５．０％以上のものを「優（○）」、９０．０％以上９５．０％未満のものを「良（△）」、９０．０％未満のもの、又は、ターゲット材がバッキングチューブから脱落し、接合率を評価できなかったものを「不良（×）」として評価した。

また、ターゲット材と接合層との接合強度は、金属材料引張試験方法（ＪＩＳ Ｚ２２４１）に基づき、引張試験機（株式会社島津製作所製、オートグラフ）を用いて、接合強度を測定することにより評価した。具体的には、接合強度が５．０ＭＰａ以上のものを「優（○）」、１．０ＭＰａ以上５．０ＭＰａ未満のものを「良（△）」、１．０ＭＰａ未満のもの、又は、ターゲット材がバッキングチューブから脱落し、接合強度を評価できなかったものを「不良（×）」として評価した。

得られた円筒形スパッタリングターゲットの接合率及び接合強度を、表１に示すように、上記方法により評価した結果、何れも優れたものであることが確認された。また、円筒形スパッタリングターゲットをマグネトロン型回転カソードスパッタリング装置に取り付け、３．０Ｐａのアルゴン雰囲気中、出力３００Ｗで放電試験を実施したところ、スパッタリング中に、分割ターゲット材に割れや欠け等が生じることはなかった。

実施例１では、これらの結果を表１にまとめた。また、放電試験には、放電試験後の円筒形スパッタリングターゲットの割れ、欠け、剥離等の不具合が生じたか否かの結果を示した。なお、表１中のリード角とは、下記式（１）のようにバッキングチューブの外周の円周長さと溝間ピッチとに基づいて算出した値をいう。

tanθ＝溝間ピッチ／バッキングチューブの外周の円周長さ・・・（１）
θ：リード角

（実施例２〜１８及び比較例１〜２）
実施例２〜１８及び比較例１〜２は、表１に示した、バッキングチューブに形成された螺旋溝の深さ、幅、および溝間ピッチとなるよう、バッキングチューブに螺旋溝を加工したこと以外は実施例１と同様にして円筒形スパッタリングターゲットを作製した。また、表１に、接合率、接合強度、放電試験の結果を示した。なお、比較例１〜２では、ターゲット材がバッキングチューブから脱落し、接合強度を評価できなかったため、放電試験も実施することができなかった。

実施例１〜１８では、表１に示すように、バッキングチューブに螺旋溝が形成するよう加工したことによりバッキングチューブとターゲット材との良好な接着が得られた。また、本発明品を用いた放電試験において、円筒形スパッタリングターゲットの割れ、欠け、剥離等の不具合は、発生しなかった。これは、接合材を流し込んだ際に、この接合材が螺旋溝を伝わって下部へと流れ込み、空孔が生成されなかったことが理由として考えられる。さらに、接合率と接合強度が高いのは、バッキングチューブに螺旋溝が形成されることで、接地面積が増えたことによるものであると考えられる。特に、実施例１と７と１３とを比較すると、螺旋溝の深さの値を大きくするに従って、さらに接合率と接合強度が高くなることを確認した。

一方、比較例１〜２では、螺旋溝の効果が得られなかったため、接合強度の測定および放電試験を行うことができなかった。これは、ターゲット材とバッキングチューブとの間の接合層内において溶融した接合材を流すと共に気泡を抜け出すことができずに、円筒形スパッタリングターゲット内に気泡が生じてしまったことが理由として考えられる。

以上の結果から、バッキングチューブの外周面に螺旋溝を施すことで、接合材とバッキングチューブの接合率および接合強度を向上させることができ、スパッタリング時の熱負荷によって、ターゲット材に割れや剥離が生じることがない円筒形スパッタリングターゲットを得られることがわかる。

１００ 円筒形スパッタリングターゲット、１１０ ターゲット材（分割ターゲット材）、１２０ バッキングチューブ、１２１ 螺旋溝、１３０ 接合層、Ｄ 深さ、Ｗ 幅、Ｌ 溝間ピッチ、Ｓ１ 切削工程、Ｓ２ 配置工程、Ｓ３ 充填工程、Ｓ４ 接合工程

Claims (6)

1. 円筒形セラミックス焼結体からなるターゲット材と、
   前記ターゲット材の中空部に、該ターゲット材と同軸に配置されるバッキングチューブと、
   前記ターゲット材と前記バッキングチューブとの間隙を接合する接合層とを備え、
   前記接合層と接している前記バッキングチューブの外周面には、該外周面に沿って円周方向に形成される同一方向に２本以上の螺旋溝が設けられ、
   前記螺旋溝は、前記バッキングチューブが前記接合層と接触する部分のみに設けられる、円筒形スパッタリングターゲット。
2. 前記螺旋溝は、深さが少なくとも０．５ｍｍ以上である、請求項１記載の円筒形スパッタリングターゲット。
3. 前記螺旋溝は、幅が１．０ｍｍ以上１０ｍｍ以下、溝間ピッチが５ｍｍ以上２０ｍｍ以下である、請求項２記載の円筒形スパッタリングターゲット。
4. 前記バッキングチューブは、外径が１００ｍｍ以上２００ｍｍ以下であり、内径が８０ｍｍ以上１８０ｍｍ以下であり、
   前記ターゲット材と前記バッキングチューブとの間隙は、０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下である、請求項２または請求項３記載の円筒形スパッタリングターゲット。
5. 円筒形スパッタリングターゲットに用いるバッキングチューブであって、
   外周面に沿って円周方向に形成される同一方向に２本以上の螺旋溝が設けられ、
   前記螺旋溝は、前記バッキングチューブが接合層と接触する部分のみに設けられる、バッキングチューブ。
6. バッキングチューブの外周面を切削加工して、該バッキングチューブの外周面の円周方向に形成される同一方向に２本以上の螺旋溝を、前記バッキングチューブが接合層と接触する部分のみに形成する切削工程と、
   円筒形セラミックス焼結体からなるターゲット材の中空部に前記バッキングチューブを同軸に配置する配置工程と、
   前記ターゲット材と前記バッキングチューブとの間隙に接合材を充填する充填工程と、
   前記ターゲット材と前記バッキングチューブとを放冷させることにより前記接合材を冷却し、該ターゲット材と該バッキングチューブとを接合する接合工程とを有する、円筒形スパッタリングターゲットの製造方法。

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