JP6376101B2 - Cylindrical sputtering target and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、円筒形スパッタリングターゲットおよびその製造方法に関するものであり、特に、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おいて好適に使用される。 The present invention relates to a cylindrical sputtering target and a method for producing the same, and is particularly preferably used in sputtering by a magnetron rotary cathode sputtering apparatus.
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。平板形スパッタリングターゲットを使用して、マグネトロンスパッタリング法によりスパッタリングを行った場合における、ターゲット材の使用効率は、20%〜30%に留まっている。その理由は、マグネトロンスパッタリング法では、磁場によってプラズマをターゲット材の特定箇所に集中して衝突するため、その表面の特定箇所にエロージョン(erosion)が進行する現象が起こり、ターゲット材の最深部がバッキングプレートまで達したところで、その寿命となってしまうためである。 Conventionally, as a sputtering target, a flat plate sputtering target obtained by bonding a flat target material to a backing plate is generally used. The use efficiency of the target material is 20% to 30% when sputtering is performed by a magnetron sputtering method using a flat plate sputtering target. The reason for this is that, in the magnetron sputtering method, the plasma concentrates and collides with a specific part of the target material due to the magnetic field, so that a phenomenon in which erosion progresses to a specific part of the surface occurs, and the deepest part of the target material is backing. This is because when it reaches the plate, its life is reached.
この問題に対して、従来より、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。 In order to solve this problem, conventionally, it has been proposed to increase the use efficiency of the target material by making the shape of the sputtering target cylindrical. This method uses a cylindrical sputtering target consisting of a cylindrical backing tube and a cylindrical target material formed on the outer periphery thereof, and a magnetic field generating facility and a cooling facility are installed inside the backing tube, Sputtering is performed while rotating the sputtering target. By this method, the use efficiency of the target material can be increased to 60% to 70%.
円筒形スパッタリングターゲットにおけるターゲット材の材料としては、円筒形状への加工が容易で機械的強度の高い金属材料が広く使用されている。しかしながら、円筒形状への加工は、機械的強度が低く脆いという特性を有するセラミックス材料に関し、未だ普及するに至っていない。 As a material of a target material in a cylindrical sputtering target, a metal material that can be easily processed into a cylindrical shape and has high mechanical strength is widely used. However, the processing into a cylindrical shape has not yet become widespread regarding a ceramic material having a characteristic that the mechanical strength is low and it is brittle.
現在、セラミックス製の円筒形スパッタリングターゲットの製造手段は、円筒形のバッキングチューブの外周にセラミックス粉末を溶射して付着する溶射や、円筒形のバッキングチューブの外周にセラミックス粉末を充填し、高温高圧の不活性雰囲気下でセラミックス粉末を焼成する、熱間静水圧プレス(HIP:Hot Isostatic Pressing)などに限られている。 At present, ceramic cylindrical sputtering targets are manufactured by spraying ceramic powder on the outer periphery of a cylindrical backing tube or filling ceramic powder on the outer periphery of a cylindrical backing tube. It is limited to hot isostatic pressing (HIP) that fires ceramic powder in an inert atmosphere.
しかしながら、溶射には、高密度のターゲット材が得られにくいという問題があり、熱間静水圧プレスには、イニシャルコストやランニングコストが高く、熱膨張差による剥離、更にはターゲット材のリサイクルができないといった問題がある。 However, thermal spraying has a problem that it is difficult to obtain a high-density target material, and hot isostatic pressing has a high initial cost and running cost, and cannot be peeled off due to a difference in thermal expansion and further cannot be recycled. There is a problem.
このため、冷間静水圧プレス(CIP:Cold Isostatic Pressing)により円筒形セラミックス成形体を成形し、これを焼成することにより円筒形セラミックス焼結体を得る。そして、この円筒形セラミックス焼結体をバッキングチューブとボンディング(接合)することにより、円筒形スパッタリングターゲットを形成することが要望されている。 For this reason, a cylindrical ceramic sintered body is formed by cold isostatic pressing (CIP) and fired to obtain a cylindrical ceramic sintered body. And it is desired to form a cylindrical sputtering target by bonding (bonding) this cylindrical ceramic sintered body to a backing tube.
円筒形スパッタリングターゲットでは、通常、オーステナイト系ステンレス鋼、チタンなどの金属製のバッキングチューブが使用される。ところが、ステンレス製やチタン製のバッキングチューブは、その表面に強固な不動態皮膜が存在することに起因して、接合材を介してバッキングチューブを高い接合率及び接合強度で接合することが困難である。 In a cylindrical sputtering target, a metal backing tube such as austenitic stainless steel or titanium is usually used. However, the backing tube made of stainless steel or titanium has a strong passive film on its surface, so it is difficult to join the backing tube with a high joining rate and joining strength via a joining material. is there.
このため、オーステナイト系ステンレス鋼やチタンの表面に、強固な不動態皮膜との接触を避ける目的で、ニッケルや銅からなる下地層を電気めっきで形成する方法(例えば、特許文献1参照。)が提案されている。また、ニッケル又は銅をめっき処理した後、接合材を超音波メタライジングする方法(例えば、特許文献2参照。)や、ステンレス製のバッキングチューブの接合面に対して、ヒータを搭載した超音波コテなどで超音波振動を加えながら接合材を塗り込む方法(例えば、特許文献3参照。)も提案されている。 For this reason, a method of forming a base layer made of nickel or copper on the surface of austenitic stainless steel or titanium by electroplating for the purpose of avoiding contact with a strong passive film (see, for example, Patent Document 1). Proposed. In addition, after plating nickel or copper, a method of ultrasonic metallizing the bonding material (see, for example, Patent Document 2), or an ultrasonic trowel equipped with a heater on the bonding surface of a stainless steel backing tube. For example, a method of applying a bonding material while applying ultrasonic vibration (see, for example, Patent Document 3) has also been proposed.
これらの方法により、バッキングチューブと接合材の接合強度が確かに向上している。しかしながら、円筒形セラミックス焼結体と接合材の間の接合強度に関しては、特に記載されていない。このため、円筒形セラミックス焼結体と接合材の間の接合強度が問題となる。 By these methods, the bonding strength between the backing tube and the bonding material is certainly improved. However, there is no particular description regarding the bonding strength between the cylindrical ceramic sintered body and the bonding material. For this reason, the bonding strength between the cylindrical ceramic sintered body and the bonding material becomes a problem.
そこで、本発明は、円筒形セラミックス焼結体と接合材の間の接合強度を向上させた円筒形スパッタリングターゲットを提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a cylindrical sputtering target in which the bonding strength between the cylindrical ceramic sintered body and the bonding material is improved.
上記目的を達成するために、本発明者らは、円筒形セラミックス焼結体と接合材との接合方法について、鋭意研究を重ねた。その結果、円筒形セラミックス焼結体の接合面に所定の表面粗さでアンカー効果の高い研削痕を形成することで、円筒形セラミックス焼結体と接合材の接合強度が向上することが分かった。また、接合強度が向上するだけではなく、円筒形セラミックス焼結体の強度が向上した。即ち、円筒形セラミックス焼結体の内周部をアンカー効果の高い表面状態にすることで、円筒形セラミックス焼結体の強度が向上することから、作業性の向上、高い接合率及び接着率が促進されるとの知見を得た。本発明は、これらの知見に基づき完成されたものである。 In order to achieve the above object, the present inventors have made extensive studies on a method for joining a cylindrical ceramic sintered body and a joining material. As a result, it was found that the bonding strength between the cylindrical ceramic sintered body and the bonding material is improved by forming grinding marks with a high anchoring effect with a predetermined surface roughness on the joint surface of the cylindrical ceramic sintered body. . Moreover, not only the bonding strength was improved, but the strength of the cylindrical ceramic sintered body was improved. That is, by making the inner peripheral portion of the cylindrical ceramic sintered body a surface state having a high anchor effect, the strength of the cylindrical ceramic sintered body is improved. The knowledge that it was promoted was obtained. The present invention has been completed based on these findings.
即ち、上記目的を達成するための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、上記ターゲット材の内周面側に有する中空部に、同軸に配置するバッキングチューブと、上記ターゲット材および上記バッキングチューブの間隙に形成する接合層とを備え、上記ターゲット材の内周面が、一の方向に走行する研削痕と他の方向に走行する研削痕との交差により形成される、少なくとも1以上のクロス模様を設けることにより、算術平均粗さRa0.4μm以上1.7μm以下に形成され、かつ、十点平均粗さRz2.3μm以上9.0μm以下に形成されることを特徴とする。 That is, a cylindrical sputtering target according to an aspect of the present invention for achieving the above object is coaxially provided between a target material made of a cylindrical ceramic sintered body and a hollow portion on the inner peripheral surface side of the target material. A backing tube to be disposed; and a bonding layer formed in a gap between the target material and the backing tube, and an inner peripheral surface of the target material has a grinding mark that runs in one direction and a grinding mark that runs in another direction. By providing at least one or more cross patterns formed by crossing with, the arithmetic average roughness Ra is 0.4 μm or more and 1.7 μm or less, and the ten-point average roughness Rz is 2.3 μm or more and 9.0 μm or less. It is formed in this.
また、本発明の一態様では、上記一の方向に走行する研削痕と上記他の方向に走行する研削痕との交差によりなされる鈍角が160°以下であることが好ましい。 In one embodiment of the present invention, it is preferable that an obtuse angle formed by the intersection of the grinding trace traveling in the one direction and the grinding trace traveling in the other direction is 160 ° or less.
また、本発明の一態様は、円筒形セラミックス焼結体が、In、Sn、Zn、Al、Nb、Ta、およびTiからなる群のうち少なくとも1種以上の酸化物から構成されることが好ましい。 In one embodiment of the present invention, the cylindrical ceramic sintered body is preferably composed of at least one oxide selected from the group consisting of In, Sn, Zn, Al, Nb, Ta, and Ti. .
また、本発明の一態様は、上記ターゲット材と上記接合層との接合率が98%以上であり、かつ、該ターゲット材と該接合層との接合強度が6.0MPa以上であることが好ましい。 In one embodiment of the present invention, it is preferable that a bonding rate between the target material and the bonding layer is 98% or more, and a bonding strength between the target material and the bonding layer is 6.0 MPa or more. .
さらに、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、円筒形セラミックス焼結体からなるターゲット材の内周面を、砥石を用いてシフトプランジ研削する工程と、シフトプランジ研削された内周面を、上記砥石を用いて上記ターゲット材の長手方向に往復研削することによりトラバース研削する工程と、トラバース研削された内周面を、スパークアウトを1回以上4回以下行うことによりスパークアウト研削する工程とを有し、上記砥石の粒度が、#100以上#400以下であることを特徴とする。 Furthermore, a method for manufacturing a cylindrical sputtering target according to another aspect of the present invention includes a step of shift plunge grinding an inner peripheral surface of a target material made of a cylindrical ceramic sintered body using a grindstone, and shift plunge grinding. The inner circumferential surface is subjected to traverse grinding by reciprocating grinding in the longitudinal direction of the target material using the grindstone, and the inner circumferential surface subjected to traverse grinding is subjected to spark-out once to four times or less. And a step of spark-out grinding, wherein the grindstone has a particle size of # 100 or more and # 400 or less.
本発明によれば、ターゲット材と接合層との接合率及び接合強度を向上することができるので、スパッタリング時に割れ、欠け、剥離の発生を防止し、安定かつ効率的にスパッタリングを行うことができる。 According to the present invention, since the bonding rate and bonding strength between the target material and the bonding layer can be improved, the occurrence of cracking, chipping, and peeling during sputtering can be prevented, and sputtering can be performed stably and efficiently. .
以下に、本発明を適用した円筒形スパッタリングターゲットおよびその製造方法の実施の形態について説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加えることが可能である。 Embodiments of a cylindrical sputtering target to which the present invention is applied and a method for manufacturing the same will be described below. Note that the present invention is not limited to the following embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
[1.円筒形スパッタリングターゲット]
(1−1.円筒形スパッタリングターゲットの概要)
まず、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構成について、図面を使用しながら説明する。図1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図であり、(A)は長手方向の概略断面図であり、(B)はA−A断面図である。
[1. Cylindrical sputtering target]
(1-1. Outline of cylindrical sputtering target)
First, the configuration of a cylindrical sputtering target according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 1A and 1B are diagrams showing a cylindrical sputtering target according to an embodiment of the present invention, in which FIG. 1A is a schematic cross-sectional view in the longitudinal direction, and FIG.
図1(A)に示すように、円筒形スパッタリングターゲット1は、円筒形セラミックス焼結体からなるターゲット材2と、上記ターゲット材2の内周面2a側に有する中空部に、同軸に配置するバッキングチューブ3と、ターゲット材2およびバッキングチューブ3の間隙に形成する接合層4とを備える。本実施形態では、円筒形スパッタリングターゲット1は、ターゲット材2の内周面2a側に有する中空部にバッキングチューブ3を同軸に配置して、これらターゲット材2とバッキングチューブ3の中心軸が一致した状態で接合層4を介して接合されたものとなっている。すなわち、円筒形スパッタリングターゲット1は、ターゲット材2の内周面2aとバッキングチューブ3の外周面とを接合層4を介して一体となるように接合されたものとなっている。
As shown in FIG. 1A, a
円筒形スパッタリングターゲット1のサイズは、材質や顧客の要望など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150mm〜160mm、内径が134mm〜140mm、全長が200mm〜250mmの円筒形セラミックス焼結体をターゲット材2として得る場合を例に挙げて説明する。
The size of the
(1−2.ターゲット材)
ターゲット材2は、円筒形セラミックス焼結体からなり、この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)およびチタン(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など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。
(1-2. Target material)
The
特に、低融点接合材と馴染みやすい酸化インジウム(In2O3)や酸化亜鉛(ZnO)を主成分とする円筒形セラミックス焼結体を使用する。具体的には、スズを含有する酸化インジウム(ITO)、セリウム(Ce)を含有する酸化インジウム(ICO)、ガリウム(Ga)を含有する酸化インジウム(IGO)、チタン(Ti)を含有する酸化インジウム(ITiO)、タングステン(W)を含有する酸化インジウム(IWO)、イットリウム(Y)を含有する酸化インジウム(IYO)、ニッケル(Ni)を含有する酸化インジウム(INiO)、スカンジウム(Sc)を含有する酸化インジウム(IScO)、シリコン(Si)を含有する酸化インジウム(ISiO)、ゲルマニウム(Ge)を含有する酸化インジウム(IGeO)、ハフニウム(Hf)を含有する酸化インジウム(IHfO)、タンタル(Ta)を含有する酸化インジウム(ITaO)、鉄(Fe)を含有する酸化インジウム(IFeO)、プラセオジウム(Pr)を含有する酸化インジウム(IPrO)、ユウロピウム(Eu)を含有する酸化インジウム(IEuO)、エルビウム(Er)を含有する酸化インジウム(IErO)、ジスプロシウム(Dy)を含有する酸化インジウム(IDyO)、マンガン(Mn)を含有する酸化インジウム(IMnO)、コバルト(Co)を含有する酸化インジウム(ICoO)、マグネシウム(Mg)を含有する酸化インジウム(IMgO)、亜鉛(Zn)を含有する酸化インジウムIZO、ガリウムおよび亜鉛を含有する酸化インジウム(IGZO)や、アルミニウムを含有する酸化亜鉛(AZO)、ガリウムを含有する酸化亜鉛(GZO)、インジウムを含有する酸化亜鉛(ZIO)、マグネシウムを含有する酸化亜鉛(ZMgO)、ガリウムおよびアルミニウムを含有する酸化亜鉛(GAZO)などから構成される円筒形セラミックス焼結体をターゲット材2として好適に使用することができる。 In particular, a cylindrical ceramic sintered body mainly composed of indium oxide (In 2 O 3 ) or zinc oxide (ZnO), which is easily compatible with the low melting point bonding material, is used. Specifically, indium oxide (ITO) containing tin, indium oxide (ICO) containing cerium (Ce), indium oxide (IGO) containing gallium (Ga), indium oxide containing titanium (Ti) (ITO), indium oxide (IWO) containing tungsten (W), indium oxide (IYO) containing yttrium (Y), indium oxide (INiO) containing nickel (Ni), scandium (Sc) Indium oxide (IScO), Indium oxide containing silicon (Si) (ISiO), Indium oxide containing germanium (Ge) (IGeO), Indium oxide containing hafnium (Hf) (IHfO), Tantalum (Ta) Contains indium oxide (ITaO) and iron (Fe) Indium oxide (IFeO) containing praseodymium (Pr) Indium oxide (IPrO) containing europium (Eu) Indium oxide (IEuO) containing erbium (Er), dysprosium (Dy) Indium oxide (IDyO) containing manganese, manganese (Mn) containing indium oxide (IMnO), cobalt (Co) containing indium oxide (ICoO), magnesium (Mg) containing indium oxide (IMgO), zinc ( Zn) containing indium oxide IZO, gallium and zinc containing indium oxide (IGZO), aluminum containing zinc oxide (AZO), gallium containing zinc oxide (GZO), indium containing zinc oxide (ZIO) ) Magnesium Zinc oxide having (ZMgO), it can be suitably used gallium and aluminum zinc oxide containing (GAZO) cylindrical ceramic sintered body and the like as the target material 2.
図1に示すように、ターゲット材2は、接合層4を形成する接合材との濡れ性を改善するために、ターゲット材2の内周面2aにインジウム又はインジウム合金の下地層を形成してもよい。
As shown in FIG. 1, in order to improve the wettability of the
ターゲット材2の外径およびターゲット材2の全長は、円筒形スパッタリングターゲット1のサイズに応じて適宜調整することが可能である。ターゲット材2の内径は、間隙の幅およびバッキングチューブ3の外径に応じて適宜調整することが可能であり、これらは特に限定されるものではない。また、ターゲット材2としては、1つの円筒形セラミックス焼結体から構成されるものだけでなく、複数の円筒形セラミックス焼結体を連結したものを使用することができる。円筒形セラミックス焼結体同士の連結方法は、特に限定されるものではなく、公知の方法を用いることができる。
The outer diameter of the
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1のうちターゲット材2の概略断面図である。ターゲット材2の内周面2aは、一の方向に走行する研削痕5aと他の方向に走行する研削痕5bとの交差により形成される、少なくとも1以上のクロス模様6を設ける。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the
従来、円筒形スパッタリングターゲット1に利用されるターゲット材2は、表面に傷がないよう内周面2aを精加工してものを利用している。これは、このターゲット材2を用いた円筒形スパッタリングターゲット1を用いてスパッタをしても、そもそもターゲット材2に付いた傷が原因となって、割れや欠けなどが原因となるアーキングを生じ、スパッタリングの中止という事態が起こらないと考えているからである。
Conventionally, the
しかしながら、本実施の形態に係る円筒形スパッタリングターゲット1は、内周面2aの表面粗さを確保するために、ターゲット材2の内周面2aにクロス模様6を設けるものである。ターゲット材2とバッキングチューブ3とのボンディング時に、このクロス模様6により、接合材によるアンカー効果が向上し、接合強度が向上する。更には、ターゲット材2の内周面2aにクロス模様6を有することで、衝撃や膨張時に力が分散され適度な強度を得ることが可能となる。
However, the
したがって、ターゲット材2の内周面2aには、一の方向に走行する研削痕5aと他の方向に走行する研削痕5bとの交差により形成される、少なくとも1以上のクロス模様6を設ける。
Therefore, at least one
さらに、ターゲット材2の内周面2aには、一の方向に走行する研削痕5aと平行に走行する複数の研削痕と、かつ他の方向に走行する研削痕5bと平行に走行する複数の研削痕との交差により形成されるクロス模様を複数設けることが好ましい。これにより、ターゲット材2とバッキングチューブ3とのボンディング時に、このクロス模様6が複数設けることにより接合材によるアンカー効果がさらに向上し、より接合強度が向上する。
Furthermore, on the inner
また、一の方向に走行する研削痕5aと上記他の方向に走行する研削痕5bとの交差によりなされる鈍角αが160°以下であることが好ましい。この鈍角αは、一の方向の研削痕5aと他の方向の研削痕5bとが交差により形成される。これにより、ターゲット材2の内周面2aのクロス模様6の角度αにより、バッキングチューブ3とのボンディング時に、より確実に接合材によるアンカー効果が上昇し、さらに接合力が強まる。その結果、スパッタリング時に割れ、欠け、剥離のないスパッタリングターゲットとして利用できる。
Moreover, it is preferable that the obtuse angle α formed by the intersection of the grinding
さらに、ターゲット材2の内周面2aは、クロス模様6を設けることにより、算術平均粗さRa0.4μm以上1.7μm以下に形成され、かつ、十点平均粗さRz2.3μm以上9.0μm以下に形成される。これにより、表面粗さが粗いので、ターゲット材2の内周面2a(接着面)と接合層4との間で、接着面の微細な凹凸に接合材が入り込んで硬化することで接着力が高まる効果(アンカー効果)が得られる。
Furthermore, the inner
ターゲット材2の内周面2aが算術平均粗さRa0.4μm未満であり、または、ターゲット材2の内周面2aが十点平均粗さRz2.3μm未満である場合には、面の凹凸が小さくなるためアンカー効果が低下し、接合力が弱まる。一方、ターゲット材2の内周面2aが算術平均粗さRa1.7μmを超え、または、ターゲット材2の内周面2aが十点平均粗さRzを9.0μm超える場合には、凹凸が大きすぎるため、超音波振動による振動エネルギーを印加しても、その振動が浸透しにくくなるため、逆に接合力が弱まる。
When the inner
(1−3.バッキングチューブ)
円筒形のバッキングチューブ3の材質は、円筒形スパッタリングターゲット1の使用時に、接合層4が劣化およ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、円筒形スパッタリングターゲット1の支持が可能な強度等を備えているものであればよい。バッキングチューブ3として、例えば、一般的なオーステナイト系ステンレス製、特にSUS304製のものに加えて、銅又は銅合金、チタン又はチタン合金、モリブデン又はモリブデン合金、アルミニウム又はアルミニウム合金などの各種材質を使用することができる。
(1-3. Backing tube)
The
バッキングチューブ3がステンレス材である場合には、接合材との濡れ性を改善するために、下地層として銅をコーティングすることが好ましい。
When the
バッキングチューブ3の全長は、円筒形スパッタリングターゲット1のサイズに応じて適宜調整することが可能である。バッキングチューブ3の内径は、スパッタリング装置に応じて適宜調整することが可能であり、これらは特に限定されるものではない。また、バッキングチューブ3の外径は、下地層の厚さと共に、バッキングチューブ3とターゲット材2との線膨張率の差を考慮して設定することが好ましい。
The total length of the
例えば、ターゲット材2として、20℃における線膨張率が7.2×10−6/℃のITOを使用し、バッキングチューブ3として、20℃における線膨張率が17.3×10−6/℃であるSUS304を使用する場合には、ターゲット材2とバッキングチューブ3との間隙の幅が、好ましくは0.3mm〜3.0mm、より好ましくは0.5mm〜1.0mmとなるように、バッキングチューブ3の外径およびターゲット材2の内径をそれぞれ設定する。
For example, as the
ターゲット材2とバッキングチューブ3との間隙の幅が0.3mm未満では、溶融した接合材を間隙に注入した場合に、バッキングチューブが熱膨張し、ターゲット材2が割れてしまうおそれがある。一方、ターゲット材2とバッキングチューブ3との間隙の幅が3.0mmを超えると、ターゲット材2の中空部に、バッキングチューブ3を同軸に配置し、これらの中心軸が一致した状態で接合することが困難となる。
If the width of the gap between the
(1−4.接合層)
接合層4は、例えばインジウムからなり、ターゲット材2とバッキングチューブ3とを接合する。接合層4の役割は、放電により円筒形スパッタリングターゲット1上に発生した熱をバッキングチューブ3の内側を流れる冷却液で放熱するため、ターゲット材2とバッキングチューブ3との熱的な伝達を行うことにある。即ち、接合層4は、円筒形スパッタリングターゲット1を使用する際に、バッキングチューブ3と同様にして、熱伝導性、電気伝導性、接着強度などを備えていればよい。
(1-4. Bonding layer)
The bonding layer 4 is made of indium, for example, and bonds the
接合層4に、上述したバッキングチューブ3と同様にして、上述した熱伝導性などの特性を持たせるためには、接合層4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4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2の割れなどの不具合を効果的に防止することができる。
In order to make the bonding layer 4 have the above-described characteristics such as thermal conductivity in the same manner as the above-described
インジウムを主成分とする接合材を用いて接合層4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4を容易に形成することができる。 When the bonding layer 4 is formed using a bonding material containing indium as a main component, indium is contained in an amount of 50% by mass or more, preferably 70% by mass to 100% by mass, more preferably 80% by mass to 100% by mass. You need to use something. In particular, a low melting point bonding material containing 80% by mass or more, preferably 90% by mass to 100% by mass of indium is preferably used as the bonding material. Such a low-melting-point bonding material is soft because the bonds between atoms or molecules are weak, and is excellent in workability because the hardness after cooling and solidification is in an appropriate range. In addition, the low melting point bonding material not only has excellent workability, but also has high fluidity at the time of melting. Therefore, it is possible to easily form the uniform bonding layer 4 with very few nests and sink marks.
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、液化した後、固化することによりターゲット材2とバッキングチューブ3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。
For example, when indium metal having an indium content of 100 mass% is used as the bonding material, it is preferable because the thermal conductivity of indium metal is 81.6 W / m · K and excellent in thermal conductivity. Further, indium metal is preferable because it can be bonded with good adhesion when the
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3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2とバッキングチューブ3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。
On the other hand, when the indium content is less than 50% by mass, the wettability with the
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、導電性樹脂など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)、亜鉛など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。 As the bonding material, in addition to the indium-based low melting point bonding material described above, a resin paste containing indium powder, a conductive resin, or the like can be used. However, from the viewpoint of conductivity and spreadability, indium-based low melting point bonding is possible. An indium-based low melting point bonding material having a melting point of 130 ° C. to 160 ° C. is more preferable. In addition, it does not restrict | limit especially about components other than an indium, For example, tin, antimony (Sb), zinc, etc. can be contained as needed. The content of components other than indium is less than 50% by mass, preferably less than 30% by mass, and more preferably less than 20% by mass.
(1−5.接合評価)
本実施の形態に係る円筒形スパッタリングターゲット1は、ターゲット材2と接合層4との接合率が98%以上であることが好ましい。高い接合率によりさらに安定してスパッタリングが可能である。なお、超音波探傷装置を用いて、接合材の充填量を測定し、この測定値より、ターゲット材2と接合層4との接合率を評価している。
(1-5. Joint evaluation)
In the
また、本実施の形態に係る円筒形スパッタリングターゲット1は、ターゲット材2と接合層4との接合強度が6.0MPa以上であることが好ましい。なお、金属材料引張試験方法(JIS Z2241)に基づき、引張試験機を用いて測定することにより評価している。
In addition, in the
このように、接合率および接合強度が極めて高いので、スパッタリング時に割れ、欠け、剥離が生じず、より安定かつ効率的にスパッタリングを行うことができる。したがって、ターゲット材2と接合層4との接合率が98%以上であり、かつ、ターゲット材2と接合層4との接合強度が6.0MPa以上であることが好ましい。
Thus, since the joining rate and joining strength are extremely high, cracking, chipping, and peeling do not occur during sputtering, and sputtering can be performed more stably and efficiently. Therefore, it is preferable that the bonding rate between the
以上より、本実施の形態に係る円筒形スパッタリングターゲット1は、円筒形セラミックス焼結体からなるターゲット材2と、ターゲット材2の内周面2a側に有する中空部に、同軸に配置するバッキングチューブ3と、ターゲット材2およびバッキングチューブ3の間隙に形成する接合層4とを備える。そして、ターゲット材2の内周面2aが、一の方向に走行する研削痕5aと他の方向に走行する研削痕5bとの交差により形成される、少なくとも1以上のクロス模様6を設けることにより、算術平均粗さRa0.4μm以上1.7μm以下に形成され、かつ、十点平均粗さRz2.3μm以上9.0μm以下に形成されることを特徴とする。
As described above, the
したがって、このような円筒形スパッタリングターゲット1は、ターゲット材2の内周面2aの表面粗さが粗いので、ターゲット材2の内周面2a(接着面)と接合材との間で、接着面の微細な凹凸に接合材が入り込んで硬化することで接着力が高まる効果(アンカー効果)が得られる。これにより、ターゲット材2と接合層4との接合率および接合強度を向上することができるので、スパッタリング時に割れ、欠け、剥離が生じず、さらに安定かつ効率的にスパッタリングを行うことができる。
Therefore, since the surface roughness of the inner
[2.円筒形スパッタリングターゲットの製造方法]
以下、本実施の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について説明する。
[2. Manufacturing method of cylindrical sputtering target]
Hereinafter, the manufacturing method of the cylindrical sputtering target which concerns on this Embodiment is demonstrated.
(2−1.円筒形スパッタリングターゲットの概要)
円筒形スパッタリングターゲット1は、ターゲット材2の中空部に、上述した通りの表面処理を施したバッキングチューブ3を同軸に配置し、ターゲット材2とバッキングチューブ3との間隙に接合材で接合層4を形成することにより作製される。例えば、円筒形スパッタリングターゲット1は、SUS304製のバッキングチューブ3を、接合材としてインジウム系低融点接合材を使用して、ITO製の円筒形セラミックス焼結体からなるターゲット材2と接合することにより作製することができる。
(2-1. Outline of cylindrical sputtering target)
In the
(2−2.ターゲット材の加工)
円筒状の工作物を加工する場合、一般的に旋盤が用いられることが多い。これは、端面および内外径加工を一括でできるという利点があり多く利用されている。しかしながら、セラミックス加工の場合、亀裂を発生させながら加工する機構であるため、アルミナやジルコニアなどの比較的粘りがある材質の加工は容易でも、ITOやAZOなどの脆い材質の場合は内部に亀裂が残り、後のボンデインング工程で熱がかかった際に割れが発生することが多いため、研削盤を用いることが多い。
(2-2. Processing of target material)
When machining a cylindrical workpiece, a lathe is generally used in many cases. This has the advantage that end face and inner / outer diameter machining can be performed in a lump, and is often used. However, in the case of ceramic processing, since it is a mechanism that processes while generating cracks, it is easy to process relatively sticky materials such as alumina and zirconia, but in the case of brittle materials such as ITO and AZO, there are cracks inside. In addition, since a crack often occurs when heat is applied in the subsequent bonding process, a grinding machine is often used.
本実施の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3に示すように、円筒形セラミックス焼結体からなるターゲット材2の内周面2aを、砥石を用いてシフトプランジ研削する工程(以下、「シフトプランジ工程S1」という。)と、シフトプランジ研削された内周面2aを、砥石を用いてターゲット材2の長手方向に往復研削することによりトラバース研削する工程(以下、「トラバース工程S2」という。)と、トラバース研削された内周面2aを、スパークアウトを1回以上4回以下行うことによりスパークアウト研削する工程(以下、「スパークアウト工程S3」という。)とを有する。これにより、ターゲット材2の内周面2aを所望とする表面粗さにすることができる。
As shown in FIG. 3, the manufacturing method of the cylindrical sputtering target according to the present embodiment includes a step of performing shift plunge grinding on the inner
(シフトプランジ工程)
シフトプランジ工程S1では、円筒形セラミックス焼結体からなるターゲット材2の内周面2aを、砥石を用いてシフトプランジ研削する。ここで、シフトプランジ研削は、粗研削に適している。
(Shift plunge process)
In the shift plunge step S1, the inner
シフトプランジ工程S1では、シフトプランジ研削に用いる砥石の粒度が、#100以上#400以下を用いる。これは、後述するトラバース工程にて併せて説明する。 In the shift plunge step S1, the grain size of the grindstone used for shift plunge grinding is # 100 or more and # 400 or less. This will be described together in the traverse process described later.
シフトプランジ工程S1では、シフトプランジ研削することにより、実寸法としてワークの取り代(削り代)が残り0.2mm以下に研削することが良い。 In the shift plunge step S1, it is preferable to grind the workpiece with a remaining allowance (cutting allowance) of 0.2 mm or less as an actual dimension by performing shift plunge grinding.
したがって、シフトプランジ工程S1では、ターゲット材2の内周面が粗く研削される。
Therefore, in the shift plunge process S1, the inner peripheral surface of the
(トラバース工程)
トラバース工程S2では、シフトプランジ研削された内周面2aを、砥石を用いてターゲット材2の長手方向に往復研削することによりトラバース研削する。これは、シフトプランジ研削時の研削痕を除去し、クロス模様6の研削痕を付着させる目的がある。なお、トラバース研削は、精研削に適している。
(Traverse process)
In the traverse step S2, the inner
トラバース工程S2では、砥石の粒度は#100以上#400以下を使用する。もし、砥石の選定に誤りがある場合には、研削焼けなどが起こり所望する表面粗さを得ることが困難となる。 In the traverse process S2, the grain size of the grindstone is # 100 or more and # 400 or less. If there is an error in the selection of the grindstone, grinding burn will occur and it will be difficult to obtain the desired surface roughness.
砥石の粒度が#100未満の砥石を使用すると、その砥粒の大きさからチッピングが多発し、修正などの手間が掛かることや、表面粗さが粗くなるため、接合材の塗布時に不純物を巻き込みやすくなる。また、凹凸が大き過ぎるため、接合材を塗布する際、超音波の振動が届かなくなり、接合不良を起こす。一方、砥石の粒度が#400を超える砥石を使用すると、表面粗さを小さくすることは可能となるが、焼結体の凹凸が小さくなるため、アンカー効果を得にくい。したがって、トラバース工程S2では、砥石の粒度は#100以上#400以下を使用する。 If a grindstone with a grain size of less than # 100 is used, chipping frequently occurs due to the size of the abrasive grain, and it takes time and effort for correction, and the surface roughness becomes rough. It becomes easy. In addition, since the unevenness is too large, when applying the bonding material, ultrasonic vibrations do not reach, resulting in poor bonding. On the other hand, if a grindstone having a grindstone particle size exceeding # 400 can be used, the surface roughness can be reduced. However, since the irregularities of the sintered body are reduced, it is difficult to obtain an anchor effect. Therefore, in the traverse process S2, the grain size of the grindstone is # 100 or more and # 400 or less.
本実施の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により作製した円筒形スパッタリングターゲットは、上述したように、ターゲット材2の内周面2aには、スパッタリング時に割れ、欠け、剥離などが生じないように、クロス模様を設ける。そのクロス模様を設けるためには、図2に示すように、一の方向に走行する研削痕5aと他の方向に走行する研削痕5bというそれぞれ異なる2方向への研削痕を形成する必要がある。そこで、ターゲット材2の内周面2aを、トラバース研削により往復加工する必要がある。
As described above, the cylindrical sputtering target produced by the method of manufacturing a cylindrical sputtering target according to the present embodiment does not cause cracks, chips, peeling, etc. during sputtering on the inner
まず、トラバース工程S2では、砥石を用いてターゲット材2の一方の端部側からターゲット材2の他方の端部側へ向ってトラバース研削する。これにより、ターゲット材2の内周面2aには、図2に示すように、一の方向の研削痕5aがそれぞれ形成される。
First, in the traverse step S2, traverse grinding is performed from one end side of the
次に、トラバース工程S2では、砥石を用いてターゲット材2の他方の端部側からターゲット材2の一方の端部側へと戻すことによりトラバース研削する。これにより、ターゲット材2の内周面2aには、図2に示すように、一の方向の研削痕5bがそれぞれ形成される。
Next, in the traverse step S2, traverse grinding is performed by returning from the other end side of the
このようにして、トラバース工程S2では、砥石を用いてターゲット材2の長手方向に一往復させる。その結果、ターゲット材2の内周面2aには、複数のクロス模様6を設けることができる。なお、トラバース工程S2では、回数は特に規定しない。
In this way, in the traverse step S2, the
(スパークアウト工程)
スパークアウト工程S3では、トラバース研削された内周面を、スパークアウトを1回以上4回以下行うことによりスパークアウト研削する。なお、スパークアウトとは、切り込みを与えずに砥石を回転させて、加工面に存在する突起物を除去する作業をいう。
(Spark out process)
In the spark-out step S3, the inner peripheral surface subjected to traverse grinding is subjected to spark-out grinding by performing spark-out once or more and four or less times. In addition, a spark out means the operation | work which rotates a grindstone without giving a notch and removes the protrusion which exists in a processed surface.
スパークアウト工程S3では、スパークアウトを1回以上4回以下行うとしたのは、トラバース加工時に付くクロス模様6を完全に除去しない為である。
In the spark-out process S3, the spark-out is performed once or more and four or less times because the
スパークアウトを行わない場合、面が荒れているため不純物などを巻き込みやすい。一方、スパークアウトが4回を超える場合、トラバース加工時に付着した研削痕を除去してしまう。このため、スパークアウトを1回以上4回以下行うことが好ましい。 When spark out is not performed, impurities are easily involved because the surface is rough. On the other hand, when the spark-out exceeds four times, grinding marks adhering during traverse processing are removed. For this reason, it is preferable to perform the spark-out 1 to 4 times.
このような条件で得られたターゲット材2は、ボンディング時における、接合材によるアンカー効果が向上し、接合強度が向上する。更には、クロス模様6を設けることで、衝撃や膨張時に力が分散され適度な強度を得ることが可能となる。
The
スパークアウト工程S3では、作業効率や接合時における不具合の解消を考えると、これらに砥石を用いて、ターゲット材2の内周面2aは、クロス模様6に設けることにより、算術平均粗さRa0.4μm以上1.7μm以下、かつ、十点平均粗さRz2.3μm以上9.0μm以下の表面粗さにすることができる。
In the spark-out process S3, considering the work efficiency and the elimination of problems at the time of joining, the inner
そして、本実施の形態に係る円筒形スパッタリングターゲットでは、ターゲット材2の内周面2aについて所望とする研削痕や表面粗さを得るためには、上述したようにシフトプランジ工程S1およびトラバース工程S2における砥石の選定、ならびにスパーク工程S3におけるスパークアウト回数が重要となる。
And in the cylindrical sputtering target which concerns on this Embodiment, in order to obtain the desired grinding trace and surface roughness about the internal
(2−3.ターゲット材の加工の一例)
本実施の形態に係る円筒形スッパタリングターゲットの製造方法について、一例として、以下、表面粗さおよび交差する研削痕を得るための加工方法を示す。
(2-3. Example of target material processing)
As a method for manufacturing the cylindrical sputtering target according to the present embodiment, a processing method for obtaining surface roughness and intersecting grinding traces will be described below as an example.
まず、端面方向の加工を行うが公知の技術により行えば良い。この円筒形スパッタリングターゲットの製造方法は、まず、円筒形セラミックス焼結体から構成されるターゲット材2を平面研削盤にセットする。電磁チャックと接地するターゲット材2の部分を焼結体下部とし、接地しない面を上部とする。その際、焼成後のターゲット材2の端面部というのは、凹凸であり、特に焼成時に敷板と接地した面は、大きな歪みが生じている。接地していない面にしても、精加工を行っていない場合、凹凸が生じている。その為、セット時はグラつきが生じている。
First, processing in the end face direction is performed, but may be performed by a known technique. In this method of manufacturing a cylindrical sputtering target, first, a
そこで、グラつきを除去する為、シクネスゲージを平面研削盤の電磁チャックとターゲット材2の間に入れ安定させる。この時、電磁チャックからターゲット材2の上部までの距離を測定し、基準の箇所を一点定め、対格上に4か所から8か所測定し、電磁チャックからの高さバラつきを0.5mm以内に抑え、簡易的な垂直を得る。少ない研削量で平行度を得たい場合には、高さを均等にしないと、少ない研削量で平行度を得ることが困難だからである。
Therefore, in order to remove the glare, a thickness gauge is placed between the electromagnetic chuck of the surface grinding machine and the
次に、これらを固定していくが、厚みの薄い固定ブロックでは、加工中に外れる可能性がある。そのため、ターゲット材2の長さ方向に対し2/3程度の高さを有するような固定ブロックで固定を行うことが良い。この時の研削量は、少ないに越したことはないが、挿入しているシクネスゲージの最大厚みにプラス0.1mm分の研削量で十分であり、ターゲット材2の上部の端面部が全面当たれば良い。仮に当たらなかった場合は、セットに不具合が生じていると考えて良い。
Next, these are fixed, but a fixed block having a small thickness may be detached during processing. Therefore, it is preferable to fix with a fixing block having a height of about 2/3 with respect to the length direction of the
全面が当たったことを確認後、一旦固定から外し、次に、ターゲット材2の下部を加工していく。電磁チャックと接地するターゲット材2の上部は、全面当たっているため、シクネスゲージを使用する必要はない。固定を行い、ターゲット材2の下部を加工していく。この時の研削量も、先ほど挿入したシクネスゲージにプラス0.1mm分の研削量で十分である。これで、ターゲット材2の上部、下部の面が出たが、もう一度ターゲット材2の上部、下部それぞれ加工する。この目的は、面状態を安定させること、平行度を高めることにある。
After confirming that the entire surface has hit, it is once removed from fixing, and then the lower part of the
繰り返し加工を行う回数は最低でも4回行うことで、その平行度は増す。次の工程である外径加工の際、接着による固定を行う場合は、仕上がり寸法より、1mm程大きく残しておき、内外径加工終了後、再度両面加工することが望ましい。これは、付着した仮止め用接着剤を完全に除去するために行う。 The parallelism increases by performing the number of repeated processes at least four times. When fixing by adhesion at the next step of outer diameter processing, it is desirable to leave about 1 mm larger than the finished dimension and perform double-side processing again after the inner and outer diameter processing is completed. This is performed in order to completely remove the adhering temporary fixing adhesive.
次に外径部を加工していくが、本実施形態の一例では円筒研削盤を例にして説明する。外径加工は円筒研削盤で行う。切り込み量の調整やワークの回転数の制御が可能であることから、ITOやAZOの加工に向いていることと、平面研削盤で使用した同じ仕様である砥石で加工ができるため工程ごとに砥石選定をする必要がなく効率的だからである。 Next, the outer diameter portion is processed. In the example of this embodiment, a cylindrical grinder will be described as an example. Outside diameter machining is performed with a cylindrical grinder. Since it is possible to adjust the cutting depth and control the number of rotations of the workpiece, it is suitable for ITO and AZO processing, and it can be processed with a grindstone with the same specifications used in the surface grinder, so that each process has a grindstone This is because there is no need to make a selection.
先に外径加工を行う理由は内径の固定が容易なため、外径加工を行う。上述したように、ターゲット材2の外径部は、CIP時に受けた圧力で歪みが生じているため、均等に力を配置したチャッキングが不可能となる。均等に力を配置したチャッキング方法でないと、加工時の負荷により割れが発生しやすくなる。また、内径加工には内面研削盤を使用するが、円筒状の内部を加工するため、砥石径は小さくなり、砥石の周速を稼げないことから、加工に擁する時間は外径加工の倍以上となる。効率よく加工するとなると、切り込み量を増やす必要があり、確実なチャッキングが必要となる。
The reason why the outer diameter processing is performed first is that the inner diameter is easily fixed, so the outer diameter processing is performed. As described above, since the outer diameter portion of the
一般的にはスクロールチャックで行うが、ターゲット材2の外径部および内径部には歪みが発生しているので、均等に把握することが難しく、このような場合は接着によるものが好ましい。
Generally, it is performed by a scroll chuck. However, since the outer diameter portion and the inner diameter portion of the
ワークの外周取り代は約1mm程度あり、比較的取り代が多いため、シフトプランジ工程S1とトラバース工程S2の2工程に分けて研削することとし、シフトプランジ工程S1はシフトプランジで取り代の残り0.2mmまで研削し、残り0.2mmの仕上げ加工はトラバース工程S2により研削する。 Since the machining allowance of the workpiece is about 1 mm and the machining allowance is relatively large, grinding is divided into two processes, the shift plunge process S1 and the traverse process S2. Grind to 0.2 mm, and finish the remaining 0.2 mm by the traverse process S2.
トラバース工程S2におけるトラバース研削時の取り代は0.03mm以上用意すれば、仕上げ加工の効果を確認することができるが、0.03m未満にしてしまうと、本実施の形態に係る円筒形スパッタリングターゲットの一例では、#170と比較的粗い砥粒の砥石を使用するため、粗取り加工時の研削痕が除去しきれない場合がある。逆に取り代が多すぎると、所望する研削痕を得やすいが、仕上げの加工に時間が掛かりすぎるため効率的ではない。 If the machining allowance at the time of traverse grinding in the traverse step S2 is 0.03 mm or more, the effect of finishing can be confirmed, but if it is less than 0.03 m, the cylindrical sputtering target according to the present embodiment In one example, since a grindstone of # 170 and relatively coarse abrasive grains is used, there may be a case where the grinding traces during roughing cannot be completely removed. Conversely, if the machining allowance is too large, it is easy to obtain a desired grinding mark, but it is not efficient because it takes too much time for finishing.
したがって、上述した砥石の番手を使用する場合、仕上げ加工の取り代は0.05mm以上0.3mm以下確保しておけば良い。次に、#170の砥石を装着した円筒研削盤のテーブルにワークをセットした。今回の一例では、ワークの回転数を100rpmとし、シフトプランジで残りの取り代が0.2mmになるまで研削する。残りの取り代0.2mmとなったところで、トラバース研削に切り替え、砥石の送り速度を0.6m/minとしターゲット材2の長手方向に往復加工を行う。その後、スパーク工程S3では、スパークアウト(ゼロ研削)を2回実施する。その結果、内周面2aを加工したターゲット材2を作製することができる。
Therefore, when using the above-described grindstone count, the machining allowance for the finishing process may be secured from 0.05 mm to 0.3 mm. Next, the workpiece was set on a table of a cylindrical grinder equipped with a # 170 grindstone. In this example, the rotation speed of the work is set to 100 rpm, and grinding is performed by shift plunge until the remaining machining allowance becomes 0.2 mm. When the remaining machining allowance is 0.2 mm, switching to traverse grinding is performed, and the reciprocating process is performed in the longitudinal direction of the
加工終了後のターゲット材2の内周面2aは、研削痕5a、5bによるクロス模様6を設けることにより、算術平均粗さRa0.4μm以上1.6μm以下、かつ、十点平均粗さRz2.3μm以上9.0μm以下の表面粗さを形成する。
The inner
(2−4.バッキングチューブとターゲット材の配置)
次に、円筒形スパッタリングターゲットの製造方法では、ターゲット材2の中空部にバッキングチューブ3を同軸に配置する。
(2-4. Arrangement of backing tube and target material)
Next, in the manufacturing method of the cylindrical sputtering target, the
ここでは、バッキングチューブ3を、ターゲット材2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し、両者を接合することが重要となる。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1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1が不均一に膨張し、ターゲット材2に割れや剥離が生じるおそれがある。
Here, it is important to arrange the
なお、バッキングチューブ3を、ターゲット材2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、X−Y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3を、ターゲット材2の中空部に同軸に配置することができる。
In addition, as a method of arrange | positioning the
次に、円筒形スパッタリングターゲットの製造方法では、ターゲット材2とバッキングチューブ3との間隙の軸方向一端部を、Oリング等の公知の封止手段により封止する。そして、この封止側が下方となるように、ターゲット材2とバッキングチューブ3とを直立する。
Next, in the method for manufacturing the cylindrical sputtering target, one end in the axial direction of the gap between the
次に、ターゲット材2の内周面2aとバッキングチューブ3の外周面との間隙に、接合材を注入し、嵌合した接合層4を形成する。バッキングチューブ3の外周面には、上述した通りの表面処理が施されているので、かかる表面処理により、バッキングチューブ3の外周面の全体に接合材が付着している。その結果、バッキングチューブ3の外周面の濡れ性が向上し、ターゲット材2の内周面2aとバッキングチューブ3の外周面との間隙に、溶融した接合材を容易に流し込むことができる。
Next, a bonding material is injected into the gap between the inner
以上で説明した通り、円筒形スパッタリングターゲットの製造方法では、円筒形セラミックス焼結体からなるターゲット材2の中空部に、バッキングチューブ3を同軸に配置し、上述した通りに内周面2aを加工したターゲット材2とバッキングチューブ3との間隙に、接合材を用いて接合層4を形成し、円筒形スパッタリングターゲット1を作製することができる。
As described above, in the method of manufacturing a cylindrical sputtering target, the
その結果、円筒形スパッタリングターゲット1の作製時に表面処理を施したターゲット材2を用いることで、その製造時において、高い接合率と接合強度とを有する接合層4を形成することができる。そして、円筒形スパッタリングターゲットの製造方法では、スパッタリング時に割れ、欠け、剥離などの不具合が発生しない円筒形スパッタリングターゲット1を得ることができる。
As a result, by using the
また、円筒形スパッタリングターゲットの製造方法では、このような円筒形スパッタリングターゲット1を、工業規模の生産において、容易に得ることができるので、その工業的意義はきわめて大きい。
Moreover, in the manufacturing method of a cylindrical sputtering target, since such a
以下、実施例および比較例を用いて、本発明を更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。 EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated further in detail using an Example and a comparative example, this invention is not limited to these Examples and a comparative example.
(実施例1)
実施例1では、長さ200mm、厚み8mmの円筒形スパッタリングターゲットを得るため、外径151mm、内径135mmの円筒形セラミックス焼結体を用意した。次に、この加工体を得るために冷間静水圧プレス(CIP:Cold Isostatic Pressing)により円筒形セラミックス成形体を成形し、これを焼成した。
Example 1
In Example 1, in order to obtain a cylindrical sputtering target having a length of 200 mm and a thickness of 8 mm, a cylindrical ceramic sintered body having an outer diameter of 151 mm and an inner diameter of 135 mm was prepared. Next, in order to obtain this processed body, a cylindrical ceramic molded body was formed by cold isostatic pressing (CIP) and fired.
実施例1では、円筒形状のITO製(酸化インジウム・スズ)のセラミックス焼結体を構成するターゲット材2を得た。このターゲット材2の寸法は、長さ208mm、外径155mm、内径131mmであった。
In Example 1, a
実施例1では、このターゲット材2を粒度#170の砥石が取り付けられている平面研削盤にセットし、グラつきを抑えるために、0.5mmのシクネスゲージと0.3mmのシクネスゲージを差し込み、電磁チャックからターゲット材2の上端部までの距離を0.5mm以内に合わせ端面部の加工を行った。
In Example 1, this
その後、実施例1では、反対側であるターゲット材2の下端部の端面部の加工も行い、長さ202mmのターゲット材2とした。外径加工を行うため、冶具に接着により固定し、円筒研削盤のテーブルにセットした。平面研削盤での端面加工時と同様、外径加工にも粒度#170の砥石を使用した。外径を155mmに加工した後、接着剤から焼結体を剥がし、内径加工を行うため、スクロールチャックにターゲット材を取り付けた。内径加工は、端面と外径加工と同様に、粒度#170の砥石を使用した。
Then, in Example 1, the end surface part of the lower end part of the
まず、実施例1におけるシフトプランジ工程S1では、ターゲット材2の内周面2aを、粒度#170の砥石を用いてシフトプランジ研削により残りの取り代が0.1mmになるまで加工した。次に、トラバース工程S2では、シフトプランジ研削された、残りの取り代が0.1mmであるターゲット材2の内周面2aを、砥石の送り速度を0.6m/minとして、トラバース研削にてターゲット材2の長手方向に往復加工を行った。次に、スパークアウト工程S3では、スパークアウトを2回行い、内径155mmに仕上げ加工を行い、ターゲット材2を作製した。
First, in the shift plunge step S1 in Example 1, the inner
実施例1では、ターゲット材2の内周面が、目視したところ、研削痕5a、5bによる複数のクロス模様6を有していることを確認した。さらに、ターゲット材2の内周面2aの表面粗さを測定したところ、算術平均粗さRaが1.3μmであり、十点平均粗さRzが6.7μmであった。
In Example 1, when the internal peripheral surface of the
実施例1では、外径133mm、内径125mm、長さ1300mmのバッキングチューブ(SUS304製)を用意し、200℃まで温度上げた超音波ハンダ付け装置(黒田テクノ株式会社製、サンボンダ(登録商標)USM-528)を使用し、接合材にはインジウムを用いた。バッキングチューブ3の外周面に接合材を密着させ、超音波振動による打撃を印可するとともに加圧していった。接合材としては、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いた。具体的には、まず、超音波打撃端子の温度を200℃とし、インジウム系低融点半田を溶融しながら、超音波ハンダ付け装置の自動調整機能を利用して最適周波数28.0kHzに設定した。
In Example 1, a backing tube (manufactured by SUS304) having an outer diameter of 133 mm, an inner diameter of 125 mm, and a length of 1300 mm was prepared, and an ultrasonic soldering apparatus (Kuroda Techno Co., Ltd., Sunbonder (registered trademark) USM) heated to 200 ° C. -528) and indium was used as the bonding material. A bonding material was brought into close contact with the outer peripheral surface of the
実施例1では、ターゲット材2の内周面2aもバッキングチューブ3と同様に、接合材を密着させ、超音波振動による打撃を印可するとともに加圧し接合材を塗布した。
In Example 1, similarly to the
実施例1では、バッキングチューブ3とターゲット材2の内周面2aに付着した酸化物をスクレーパーで除去し、バッキングチューブ3にターゲット材2を挿入し、再び加熱後、溶融したインジウムを流し込んでいった。そして、この作業を繰り返し、全長1200mmの円筒形スパッタリングターゲット1を作製した。
In Example 1, the oxide adhering to the
実施例1では、作製した円筒形スパッタリングターゲット1が完全に冷えた後、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、この充填量の数値より、ターゲット材2と接合層4との接合率を評価した。その結果、評価したところ接合率は99%であった。
In Example 1, after the produced
また、ターゲット材2と接合層4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)を用いて測定することにより評価した。その結果、接合強度が7.0MPaと高強度の接合率であることが分かった。
Further, the bonding strength between the
さらに、スパッタリング評価後に円筒形スパッタリングターゲット1を破壊したところ、バッキングチューブ3から剥がれ落ちるターゲット材2もなく、十分な強度を保持し、接合されていることが確認された。
Further, when the
実施例1では、円筒形スパッタリングターゲット1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で15Kw/mのパワーでスパッタしたところ、円筒形スパッタリングターゲット1に割れや欠けなどが生じることはなかった。
In Example 1, when the
なお、実施例1では、これらの結果を表1にまとめた。 In Example 1, these results are summarized in Table 1.
(実施例2〜実施例5および比較例1〜比較例5)
実施例2〜実施例5および比較例1〜比較例5では、内径加工時に使用した砥石の番手、スパークアウト回数、ターゲット材2の内周面2aの表面粗さ、接合率、および接合強度ついては表1に示すように、円筒形スパッタリングターゲット1をそれぞれ作製した。
(Examples 2 to 5 and Comparative Examples 1 to 5)
In Example 2 to Example 5 and Comparative Example 1 to Comparative Example 5, the count of the grindstone used during the inner diameter processing, the number of spark-outs, the surface roughness of the inner
(まとめ)
表1に示す結果から、実施例1〜実施例5では、ターゲット材2の内周面2aの加工において、粒度#100以上粒度#400以下の砥石を用いて、適正な砥石の送り速度で研削加工を行い、かつ、ゼロ研削を1回から4回行うことで、ターゲット材2の内周面2aが、研削痕5a、5bによるクロス模様6を設け、内周面2aの軸方向の算術平均粗さRaが0.4μm以上1.7μm以下、かつ、十点平均粗さRzが2.3μm以上9.0μm以下の表面粗さを形成するターゲット材2が得られた。
(Summary)
From the results shown in Table 1, in Examples 1 to 5, in the processing of the inner
実施例1〜実施例5は、ターゲット材2と接合層4との接合率が98%以上という高接合率であった。一般的には、ターゲット材2と接合層4との接合率が95%以上あれば安定してスパッタリングが可能であるとされているが、現在の技術ではターゲット材2と接合層4との接合率が97%を得ているという報告がある。今回、実施例1〜実施例5では、ターゲット材2と接合層4との接合率が97%を超えるものであった。
In Examples 1 to 5, the bonding rate between the
実施例1〜実施例5は、ターゲット材2と接合層4との接合強度が6.0MPa以上という高強度であった。なお、一般的には、ターゲット材2と接合層4との接合強度が6.0MPa以上あれば、スパッタ時のターゲット脱落の心配がないとされている。
In Examples 1 to 5, the bonding strength between the
一方、比較例1では、砥石の番手を#80を使用した以外は、実施例1と同様にしてターゲット材2を作成した。切削加工において、表面粗さが粗くなり、凹凸が大きくなるため、接合材を塗布する際、超音波の振動が届かなくなり、ターゲット材2と接合層4との接合強度が、実施例1〜実施例5と比較して低下した。
On the other hand, in Comparative Example 1, the
一方、比較例2では、砥石の番手を#800を使用した以外は、実施例1と同様にしてターゲット材2を作成した。切削加工において、表面粗さが小さくなり、凹凸が小さくなることで、アンカー効果が低下し、ターゲット材2と接合層4との接合強度が、実施例1〜実施例5と比較して低下した。
On the other hand, in Comparative Example 2, the
一方、比較例3〜比較例5では、加工面にクロス模様が得られず、面全体でのアンカー効果が低下し、ターゲット材2と接合層4との接合強度が、実施例1〜実施例5と比較して低下した。
On the other hand, in Comparative Example 3 to Comparative Example 5, a cross pattern is not obtained on the processed surface, the anchor effect on the entire surface is reduced, and the bonding strength between the
以上の結果から、ターゲット材2の内周面2aの加工において、粒度#100以上粒度#400以下の砥石を用いて、トラバース加工の後、スパークアウトを行うことで、ターゲット材2の内周面2aが、研削痕5a、5bによるクロス模様6を設け、内周面2aの軸方向の算術平均粗さRaが0.4μm以上1.7μm以下、且つ十点平均粗さRzが2.3μm以上9.0μm以下の表面粗さを有するターゲット材2が得ることがわかった。
From the above results, in the processing of the inner
このように、表面粗さを確保することで、本実施の形態に係る円筒形スパッタリングターゲット1は、ターゲット材2と接合層4との間の接合強度が向上することがわかった。
Thus, it was found that by securing the surface roughness, the
1 円筒形スパッタリングターゲット、2 ターゲット材、2a 内周面、3 バッキングチューブ、4 接合層、5a 一の方向の研削痕、5b 他の方向の研削痕、6 クロス模様
DESCRIPTION OF
Claims (5)
上記ターゲット材の内周面側に有する中空部に、同軸に配置するバッキングチューブと、
上記ターゲット材および上記バッキングチューブの間隙に形成する接合層とを備え、
上記ターゲット材の内周面が、一の方向に走行する研削痕と他の方向に走行する研削痕との交差により形成される、少なくとも1以上のクロス模様を設けることにより、算術平均粗さRa0.4μm以上1.7μm以下に形成され、かつ、十点平均粗さRz2.3μm以上9.0μm以下に形成されることを特徴とする円筒形スパッタリングターゲット。 A target material made of a cylindrical ceramic sintered body;
A backing tube disposed coaxially in the hollow portion on the inner peripheral surface side of the target material,
A bonding layer formed in the gap between the target material and the backing tube,
Arithmetic average roughness Ra0 is provided by providing at least one cross pattern formed on the inner peripheral surface of the target material by the intersection of the grinding trace running in one direction and the grinding trace running in the other direction. A cylindrical sputtering target characterized by being formed to a thickness of 0.4 μm to 1.7 μm and a ten-point average roughness Rz of 2.3 μm to 9.0 μm.
シフトプランジ研削された内周面を、上記砥石を用いて上記ターゲット材の長手方向に往復研削することによりトラバース研削する工程と、
トラバース研削された内周面を、スパークアウトを1回以上4回以下行うことによりスパークアウト研削する工程とを有し、
上記砥石の粒度が、#100以上#400以下であることを特徴とする円筒形スパッタリングターゲットの製造方法。 A step of shift plunge grinding the inner peripheral surface of a target material made of a cylindrical ceramic sintered body using a grindstone;
A step of traverse grinding the inner peripheral surface that has been shift plunge ground by reciprocating grinding in the longitudinal direction of the target material using the grindstone,
A step of spark-out grinding the inner peripheral surface subjected to traverse grinding by performing spark-out once or more and four or less times,
A method for producing a cylindrical sputtering target, wherein the grindstone has a particle size of # 100 or more and # 400 or less.
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