(57)【要約】【課題】    比較的安いコストで製造することができるとともに、不純物の混入を抑制しうる大型のスパッタリングターゲットを提供する。【解決手段】  複数の板状ターゲット構成部材２を、同一平面内に並べて相互に摩擦攪拌接合することにより形成されたスパッタリングターゲット１である。スパッタリングターゲット１の製造方法は、複数の板状ターゲット構成部材２を、同一平面内に、隣り合うものどうしが相互に当接するように並べ、隣り合うターゲット構成部材２の当接部分に、両者に跨るように摩擦攪拌接合用工具のプローブを埋入した後、ターゲット構成部材２とプローブとを相対的に移動させることによって、プローブ２を上記当接部分の全長にわたって移動させ、ターゲット構成部材２どうしを摩擦攪拌接合するものである。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の板状ターゲット構成部材が、同一平面内に並べられて相互に摩擦攪拌接合されることにより形成されているスパッタリングターゲット。
【請求項２】
ターゲット構成部材が、鋳塊から切り出されたものである請求項１記載のスパッタリングターゲット。
【請求項３】
ターゲット構成部材が、鋳塊に圧延加工が施されたものである請求項１記載のスパッタリングターゲット。
【請求項４】
ターゲット構成部材が、金属粉末が焼結されたものである請求項１記載のスパッタリングターゲット。
【請求項５】
ターゲット構成部材が、両面から摩擦攪拌接合されている請求項１〜４のうちのいずれかに記載のスパッタリングターゲット。
【請求項６】
両面からの摩擦攪拌接合部が、ターゲット構成部材の厚さ方向に部分的にラップしている請求項５記載のスパッタリングターゲット。
【請求項７】
請求項１〜６のうちのいずれかに記載のスパッタリングターゲットが用いられるスパッタリング装置。
【請求項８】
複数の板状ターゲット構成部材を、同一平面内に、隣り合うものどうしが相互に当接するように並べ、隣り合うターゲット構成部材の当接部分に、両者に跨るように摩擦攪拌接合用工具のプローブを埋入した後、ターゲット構成部材とプローブとを相対的に移動させることによって、プローブを上記当接部分の全長にわたって移動させ、ターゲット構成部材どうしを摩擦攪拌接合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。
【請求項９】
隣り合うターゲット構成部材の当接部分に、片面側のみから摩擦攪拌接合用工具のプローブを埋入してターゲット構成部材どうしを相互に摩擦攪拌接合する請求項８記載のスパッタリングターゲットの製造方法。
【請求項１０】
隣り合うターゲット構成部材の当接部分に埋入したプローブの先端とターゲット構成部材の他面との距離を、０．１〜０．５ｍｍとする請求項９記載のスパッタリングターゲットの製造方法。
【請求項１１】
隣り合うターゲット構成部材の当接部分に、片面側から摩擦攪拌接合用工具のプローブを埋入してターゲット構成部材どうしを相互に摩擦攪拌接合した後、これらのターゲット構成部材の当接部分に、他面側から摩擦攪拌接合用工具のプローブを埋入してターゲット構成部材どうしを摩擦攪拌接合する請求項８記載のスパッタリングターゲットの製造方法。
【請求項１２】
ターゲット構成部材の両面からの摩擦攪拌接合部を、ターゲット構成部材の厚さ方向に部分的にラップさせる請求項１１記載のスパッタリングターゲットの製造方法。
【請求項１３】
複数のターゲット構成部材を並べてなる組み合わせ体の周縁部における隣り合うターゲット構成部材の当接部分の一端部に連なって抜き用当て部材を配置しておき、プローブを当接部分の接合終端部を通過させかつ抜き用当て部材において抜き出すことを特徴とする請求項８〜１２のうちのいずれかに記載のスパッタリングターゲットの製造方法。
【請求項１４】
複数のターゲット構成部材を並べてなる組み合わせ体の周縁部における隣り合うターゲット構成部材の当接部分の他端部に連なって埋入用当て部材を配置しておき、プローブを埋入用当て部材に埋入させた後隣り合うターゲット構成部材の当接部分に移動させてこの当接部分にプローブを埋入することを特徴とする請求項８〜１３のうちのいずれかに記載のスパッタリングターゲットの製造方法。
【請求項１５】
すべてのターゲット構成部材を摩擦攪拌接合した後、プローブが通過することにより生じたばりを除去する請求項８〜１４のうちのいずれかに記載のスパッタリングターゲットの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、たとえば液晶表示パネル、プラズマディスプレイパネル、半導体、光ディスク、太陽電池パネルなどを製造する方法において、製膜工程を実施するスパッタリング装置に用いられる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。
【背景技術】
【０００２】
従来、スパッタリングターゲットは、真空鋳造法、金属粉末を高温高圧ガス下で焼結する熱間静水圧プレス法、鋳塊から所定大きさ、形状に切り出したり、鋳塊に熱間圧延加工および／または冷間圧延加工を施す溶製法などの方法で製造されていた。
【０００３】
ところで、最近では、たとえば液晶表示パネルの大型化に伴い、スパッタリングターゲットの大型化も進められているが、上述した従来の方法では、大型のスパッタリングターゲットを製造するには、製造設備を大型化および高性能化する必要があるため、設備コストが高くなるという問題があった。
【０００４】
そこで、このような問題を解決した大型スパッタリングターゲットとして、複数の小さなターゲット構成部材をその間隔が１０ｍｍ以下となるように配置し、その間隔をめがけてプラズマ溶射、あるいは溶射してすべてのターゲット構成部材を一体化してなるスパッタリングターゲットが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、粉末を圧縮成形した複数のブロックを加圧容器内に入れ、熱間静水圧プレスにより複数のブロックどうしを接合してなるスパッタリングターゲットも提案されている（たとえば、特許文献２参照）。
【０００６】
しかしながら、特許文献１記載のスパッタリングターゲットでは、複数のターゲット構成部材どうしを溶射により接合するので、接合作業に長時間かかり、製造コストが高くなる。
【０００７】
また、特許文献２記載のスパッタリングターゲットでは、ブロック間の接合部に不純物が混入しているおそれがあり、スパッタリングターゲットを用いてスパッタリングにより膜を形成した際に悪影響を及ぼすおそれがある。
【特許文献１】特開平１１−２６９６３７号公報（特許請求の範囲、請求項１）
【特許文献２】特開２０００−２０３９２９号公報（特許請求の範囲、請求項３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
この発明の目的は、上記問題を解決し、比較的安いコストで製造することができるとともに、不純物の混入を抑制しうる大型のスパッタリングターゲットおよびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
1)複数の板状ターゲット構成部材が、同一平面内に並べられて相互に摩擦攪拌接合されることにより形成されているスパッタリングターゲット。
【００１０】
2)ターゲット構成部材が、鋳塊から切り出されたものである上記1)記載のスパッタリングターゲット。
【００１１】
3)ターゲット構成部材が、鋳塊に圧延加工が施されたものである上記1)記載のスパッタリングターゲット。
【００１２】
4)ターゲット構成部材が、金属粉末が焼結されたものである上記1)記載のスパッタリングターゲット。
【００１３】
5)ターゲット構成部材が、両面から摩擦攪拌接合されている上記1)〜4)のうちのいずれかに記載のスパッタリングターゲット。
【００１４】
6)両面からの摩擦攪拌接合部が、ターゲット構成部材の厚さ方向に部分的にラップしている請求項５記載のスパッタリングターゲット。
【００１５】
7)上記1)〜6)のうちのいずれかに記載のスパッタリングターゲットが用いられるスパッタリング装置。
【００１６】
8)複数の板状ターゲット構成部材を、同一平面内に、隣り合うものどうしが相互に当接するように並べ、隣り合うターゲット構成部材の当接部分に、両者に跨るように摩擦攪拌接合用工具のプローブを埋入した後、ターゲット構成部材とプローブとを相対的に移動させることによって、プローブを上記当接部分の全長にわたって移動させ、ターゲット構成部材どうしを摩擦攪拌接合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。
【００１７】
9)隣り合うターゲット構成部材の当接部分に、片面側のみから摩擦攪拌接合用工具のプローブを埋入してターゲット構成部材どうしを相互に摩擦攪拌接合する上記8)記載のスパッタリングターゲットの製造方法。
【００１８】
10)隣り合うターゲット構成部材の当接部分に埋入したプローブの先端とターゲット構成部材の他面との距離を、０．１〜０．５ｍｍとする上記9)記載のスパッタリングターゲットの製造方法。
【００１９】
11)隣り合うターゲット構成部材の当接部分に、片面側から摩擦攪拌接合用工具のプローブを埋入してターゲット構成部材どうしを相互に摩擦攪拌接合した後、これらのターゲット構成部材の当接部分に、他面側から摩擦攪拌接合用工具のプローブを埋入してターゲット構成部材どうしを摩擦攪拌接合する上記8)記載のスパッタリングターゲットの製造方法。
【００２０】
12)ターゲット構成部材の両面からの摩擦攪拌接合部を、ターゲット構成部材の厚さ方向に部分的にラップさせる上記11)記載のスパッタリングターゲットの製造方法。
【００２１】
13)複数のターゲット構成部材を並べてなる組み合わせ体の周縁部における隣り合うターゲット構成部材の当接部分の一端部に連なって抜き用当て部材を配置しておき、プローブを当接部分の終端部を通過させかつ抜き用当て部材において抜き出すことを特徴とする上記8)〜12)のうちのいずれかに記載のスパッタリングターゲットの製造方法。
【００２２】
14)複数のターゲット構成部材を並べてなる組み合わせ体の周縁部における隣り合うターゲット構成部材の当接部分の他端部に連なって埋入用当て部材を配置しておき、プローブを埋入用当て部材に埋入させた後隣り合うターゲット構成部材の当接部分に移動させてこの当接部分にプローブを埋入することを特徴とする上記8)〜13)のうちのいずれかに記載のスパッタリングターゲットの製造方法。
【００２３】
15)すべてのターゲット構成部材を摩擦攪拌接合した後、プローブが通過することにより生じたばりを除去する上記8)〜14)のうちのいずれかに記載のスパッタリングターゲットの製造方法。
【発明の効果】
【００２４】
上記1)〜4)のスパッタリングターゲットによれば、比較的安いコストで大型のものを得ることが可能になる。しかも、すべてのターゲット構成部材の当接部分において互いに当接する当接面を洗浄しておけば、摩擦攪拌接合部に不純物などが混入することが防止される。
【００２５】
上記5)のスパッタリングターゲットによれば、肉厚の大きいものを得ることができる。
【００２６】
上記6)のスパッタリングターゲットによれば、ターゲット構成部材の接合部の接合強度が大きくなる。
【００２７】
上記8)および9)のスパッタリングターゲットの製造方法によれば、比較的安いコストで大型のものを製造することが可能になる。しかも、すべてのターゲット構成部材の当接部分において互いに当接する当接面を洗浄しておけば、摩擦攪拌接合部に不純物などが混入することが防止される。
【００２８】
上記10)のスパッタリングターゲットの製造方法によれば、製造されたスパッタリングターゲットにおけるプローブを埋入した側と反対側の面は平坦面であるので、仕上げ処理を施す必要がなくなる。しかも、十分な接合強度が得られる。
【００２９】
上記11)のスパッタリングターゲットの製造方法によれば、肉厚の大きいものを製造することができる。
【００３０】
上記12)のスパッタリングターゲットの製造方法によれば、十分な接合強度が得られる。
【００３１】
上記13)のスパッタリングターゲットの製造方法によれば、プローブを抜く際のプローブ抜き穴の発生を防止することができる。
【００３２】
上記14)のスパッタリングターゲットの製造方法によれば、ターゲット構成部材どうしの接合始端部での接合不良の発生を確実に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。なお、全図面を通じて同一部分および同一物には同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００３４】
図１および図２はこの発明によるスパッタリングターゲットを示し、図３および図４はスパッタリングターゲットの製造方法を示す。
【００３５】
図１および図２において、スパッタリングターゲット(1)は、複数、ここでは２枚の板状ターゲット構成部材(2)が、同一平面内に並べられて、片面側から相互に摩擦攪拌接合されることにより形成されたものである。摩擦攪拌接合部(3)においては、ターゲット構成部材(2)が改質されて結晶粒が微細化されている。摩擦攪拌接合部(3)のばりは、除去されている。
【００３６】
各ターゲット構成部材(2)は、鋳塊から切り出されるか、鋳塊に熱間圧延加工および／または冷間圧延加工が施されるか、あるいは金属粉末が焼結されることにより形成される。各ターゲット構成部材(2)は、たとえば９９．９９９９質量％の高純度アルミニウム１００質量％に対して、Ｓｉ、ＭｇおよびＣｕのうちの少なくともいずれか１種を１．０質量％添加したものである。
【００３７】
さらに、各ターゲット構成部材(2)として、スプレイフォーミング法により製造されたプリフォームを成形圧延して得られた板材を使用することができる。スプレイフォーミング法には、たとえばＡｌ−Ｎｄ合金が用いられる。
【００３８】
スパッタリングターゲット(1)は、図３および図４に示す方法により製造される。
【００３９】
まず、上面が平坦となされた金型（図示略）上に、複数、ここでは２枚の板状ターゲット構成部材(2)を、隣り合うものどうしが相互に当接するように同一平面内に並べる。当接部分を(4)で示す。なお、両ターゲット構成部材(2)における当接部分(4)で互いに当接する当接面をふき取り洗浄しておく。また、両ターゲット構成部材(2)の上面における当接部分(4)寄りの所定幅部分をふき取り洗浄しておく。
【００４０】
また、先端部にテーパ部を介して小径部(11a)が同軸上に一体に形成された円柱状回転子(11)と、回転子(11)の小径部(11a)の端面に小径部(11a)と同軸上に一体に形成されかつ小径部(11a)よりも小径であるピン状プローブ(12)とを備えている摩擦攪拌接合用工具(10)を用意する。回転子(11)およびプローブ(12)は、ターゲット構成部材(2)よりも硬質でかつ接合時に発生する摩擦熱に耐えうる耐熱性を有する材料で形成されている。
【００４１】
ついで、複数のターゲット構成部材(2)を並べてなる組み合わせ体の周縁部における隣り合うターゲット構成部材(2)の当接部分(4)の両端部に連なって板状の埋入用当て部材(5)および板状の抜き用当て部材(6)を配置し、これらを適当な手段で固定する（図３(a)参照）。両当て部材(5)(6)は、それぞれターゲット構成部材(2)と同じ材料で同じ厚さに形成されている。また、両当て部材(5)(6)は、摩擦攪拌接合法により、両ターゲット構成部材(2)に固定しておいてもよい。この場合、後述する摩擦攪拌接合後に両当て部材(5)を切断除去する。
【００４２】
ついで、摩擦攪拌接合用工具(10)を回転させながら、埋入用当て部材(5)にプローブ(12)を埋入するとともに、工具(10)における小径部(11a)とプローブ(12)との間の肩部を、埋入用当て部材(5)に押し付ける。
【００４３】
ついで、摩擦攪拌接合用工具(10)を隣り合うターゲット構成部材(2)の当接部分(4)の端部に移動させてこの当接部分(4)の一端部にプローブ(12)を埋入するとともに、工具(10)における小径部(11a)とプローブ(12)との間の肩部を、両ターゲット構成部材(2)に押し付ける（図４参照）。このとき、埋入したプローブ(12)の先端と両ターゲット構成部材(2)の下面との距離を、０．１〜０．５ｍｍとすることが好ましい。この距離が０．１ｍｍ未満であると、後述するプローブ(12)による摩擦攪拌接合の際にターゲット構成部材(2)の下面にＶ溝が形成されるなどの摩擦攪拌接合の影響が表れ、平滑性が得られなくなるおそれがある。また、０．５ｍｍを越えると、プローブ(12)の攪拌領域を越え、下面まで、すなわちターゲット構成部材(2)の全厚にわたって強固に接合できなくなるおそれがある。また、上記肩部の押し付けにより、接合開始時および接合途中に生じることのある軟化部の肉の飛散を防止して良好な接合状態を得ることができるとともに、両ターゲット構成部材(2)と上記肩部との摺動によって摩擦熱をさらに発生させてプローブ(12)と両ターゲット構成部材(2)との接触部およびその近傍の軟化を促進することができ、しかも接合部の表面へのバリ等の凹凸の発生を抑制することができる。
【００４４】
ついで、摩擦攪拌接合用工具(10)を移動させることによって、プローブ(12)を上記当接部分(4)の長さ方向に他端部へ向かって移動させる。すると、プローブ(12)の回転により発生する摩擦熱と、両ターゲット構成部材(2)と上記肩部との摺動により発生する摩擦熱とによって、上記当接部分(4)の近傍において両ターゲット構成部材(2)の母材となる金属は軟化するとともに、この軟化部がプローブ(12)の回転力を受けて攪拌混合され、さらにこの軟化部がプローブ(12)通過溝を埋めるように塑性流動した後、摩擦熱を急速に失って冷却固化するという現象が、プローブ(12)の移動に伴って繰り返されることにより、両ターゲット構成部材(2)が接合されていく。そして、プローブが当接部分(4)の全長にわたって移動して他端部に来たときに両ターゲット構成部材(2)が全長にわたって接合される。
【００４５】
ついで、プローブ(12)を当接部分(4)の接合終端部を通過させて抜き用当て部材(6)まで移動させ、抜き用当て部材(6)において抜き出す（図３(b)参照）。このとき、摩擦攪拌接合部(3)にビード(7)が形成される。
【００４６】
ついで、両当て部材(5)(6)を、シャー切断、丸鋸切断などにより取り除くとともに、プローブ(12)が通過することにより形成されたビード(7)に存在するばりを除去する。その後、圧延機により冷間圧延加工を施して歪み取りを行う。なお、歪み取りに用いる圧延機は、鋳塊から圧延加工により大型スパッタリングターゲットを製造するのに用いられる圧延機に比較して低性能のものでよい。こうして、スパッタリングターゲット(1)が製造される。
【００４７】
このようにして製造されたスパッタリングターゲット(1)は、プローブ(12)を埋入した側の面に、冷却水通路を有するバッキングプレート（図示略）が固定されるとともに他面がスパッタリング面となされ、液晶表示パネル、プラズマディスプレイパネル、半導体、光ディスク、太陽電池パネルなどを製造する方法において、製膜工程を実施するスパッタリング装置に用いられる。なお、上記他面は、摩擦攪拌接合の影響は出ていないので、仕上げ処理を施す必要はない。
【００４８】
図５は、この発明によるスパッタリングターゲットの他の実施形態を示す。
【００４９】
図５において、この実施形態のスパッタリングターゲット(20)の場合、複数、ここでは２枚の板状ターゲット構成部材(2)は、両面から摩擦攪拌接合されている。両面からの摩擦攪拌接合部(3)は、ターゲット構成部材(2)の厚さ方向に部分的にラップしている。
【００５０】
通常のスパッタリング装置の場合、スパッタリングターゲットの厚さは最大で５０ｍｍ程度とされることが多い。そして、スパッタリングターゲット(20)の厚さが２５ｍｍ以上の場合に、ターゲット構成部材(2)を両面から摩擦攪拌接合することが好ましい。スパッタリングターゲット(20)の厚さが２５ｍｍ以上になると、摩擦攪拌接合装置が大型化し、コストが高くなるおそれがあるからである。
【００５１】
このスパッタリングターゲット(20)は、上述した第１の実施形態のスパッタリングターゲット(1)を製造する際の操作を、ターゲット構成部材(2)の両面側から順次行うことによって、ターゲット構成部材(2)どうしが接合される。
【００５２】
このとき、図６に示すように、摩擦攪拌接合用工具(10)のプローブ(12)の長さは、ターゲット構成部材(2)の肉厚の１／２よりも長くしておき、プローブ(12)の埋入深さをターゲット構成部材(2)の厚さ方向に部分的にラップさせることが好ましい。
【００５３】
ついで、プローブ(12)が通過することにより形成された両面のビードに存在するばりを除去し、さらに片面側が平坦面となるように仕上げ処理を施す。ばりの除去および仕上げ処理は、フライス加工または研削加工により行う。その後、圧延機により冷間圧延加工を施して歪み取りを行う。こうして、スパッタリングターゲット(20)が製造される。
【００５４】
このようにして製造されたスパッタリングターゲット(20)は、ばり取りだけが行われた側の面に、冷却水通路を有するバッキングプレート（図示略）が固定されるとともに、仕上げ処理が施された他面がスパッタリング面となされ、液晶表示パネル、プラズマディスプレイパネル、半導体、光ディスク、太陽電池パネルなどを製造する方法において、製膜工程を実施するスパッタリング装置に用いられる。
【００５５】
上記２つの実施形態のスパッタリングターゲットを製造するにあたり、埋入用当て部材(5)および抜き用当て部材(6)を用いているが、これらは必ずしも必要としない。埋入用当て部材(5)を用いないと、接合始端部において、ターゲット構成部材(2)どうしが完全に接合されないことがあり、抜き用当て部材(6)を用いないと、プローブ抜き穴が残存することがあるが、この場合、得られたスパッタリングターゲットの接合不良部やプローブ抜き穴が存在する部分を切除すればよい。
【００５６】
また、上記２つの実施形態においては、２つのターゲット構成部材(2)が用いられているが、これに限定されるものではなく、３つ以上のターゲット構成部材(2)が用いられてもよい。この場合、３以上のターゲット構成部材(2)を並列状に並べて摩擦攪拌接合することもあるし、あるいは適当の形態、たとえば縦横に並べて摩擦攪拌接合することもある。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】この発明によるスパッタリングターゲットの１実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１に示すスパッタリングターゲットの摩擦攪拌接合部を示す部分拡大垂直断面図である。
【図３】図１に示すスパッタリングターゲットを製造する方法を示す斜視図である。
【図４】図１に示すスパッタリングターゲットを製造する方法を示す部分拡大垂直断面図である。
【図５】この発明によるスパッタリングターゲットの他の実施形態を示す図２相当の図である。
【図６】図５に示すスパッタリングターゲットを製造する方法を示す部分拡大垂直断面図である。
【符号の説明】
【００５８】
(1)(20)：スパッタリングターゲット
(2)：ターゲット構成部材
(3)：摩擦攪拌接合部
(4)：当接部分
(5)：埋入用当て部材
(6)：抜き用当て部材
(7)：ビード
(10)：摩擦攪拌接合用工具
(12)：プローブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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