CN101688293B - 圆筒形溅射靶 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种圆筒形溅射靶。其能够显著减少溅射过程中的裂纹。由ITO或AZO构成的圆筒形靶材的相对密度为90％以上，外周面的磨削方向与平行于圆筒轴线的直线所构成的角度为45°＜θ≤90°或tanθ＞пR/L，将上述角度中的0°以上且在90°以下的角度视为θ，R是圆筒形靶材的外径、L是圆筒形靶材的长度，且上述圆筒形靶材的外周面的表面粗糙度Ra为3μm以下。

Description

圆筒形溅射靶
技术领域
本发明涉及一种用于磁控管式旋转阴极溅射装置等中的圆筒形溅射靶。
背景技术
磁控管式旋转阴极溅射装置是在圆筒形溅射靶的内侧具有磁场产生装置、从靶的内侧冷却并一边使靶旋转一边进行溅射的装置，由于靶材的整个表面为烧蚀(erosion)并被均匀地切削，因此能够获得比以往的平板型磁控管溅射装置的使用效率(20～30％)高很多的靶使用效率(60％以上)。另外，通过使靶旋转，能够在每单位面积上投入大于以往的平板型磁控管溅射装置的功率，因此能够获得高成膜速度(参照专利文献1)。
作为用在磁控管式旋转阴极溅射装置中的圆筒形靶的靶材，主要使用金属材料。虽然强烈希望开发例如ITO(IndiumTin Oxide)、AZO(Aluminium Zinc Oxide)等作为陶瓷材料，但还没有达到能够实用的程度。其理由之一是，由于在溅射过程中的圆筒形靶材与圆筒形背衬管的热膨胀量不同，所以导致圆筒形靶材产生裂纹。造成该结果的原因是，陶瓷材料的热膨胀系数小于通常用作圆筒形背衬管的材料的金属的热膨胀系数。在产生裂纹时，有时产生微粒而对膜的质量带来不良影响，有时不得不停止成膜。
关于由于热膨胀量的不同引起的裂纹与靶材的磨削方向的关系，针对平板状靶公知有专利文献2所述的技术。在专利文献2中指出，通过沿与平板状靶材的长度方向(即、平板状靶材与平板状基材的膨胀量之差变大的方向)平行的方向进行磨削能够防止裂纹。
专利文献1：日本特表昭58-500174号公报
专利文献2：日本特许第3628554号公报
发明内容
本发明的课题在于提供一种能够显著减少溅射过程中的裂纹的圆筒形溅射靶。
为了解决上述问题，本发明人进行了潜心研究，结果发现了下述事项。
即、作为圆筒形靶材所承受的由热膨胀量的不同引起的应力，有平行于圆筒轴线的方向的应力、和垂直于圆筒轴线的方向的应力这2种，靶材与背衬管的膨胀量之差沿圆筒轴线变大。例如，使外径150mm、长度2.5m的圆筒形ITO靶材与SUS304制圆筒形背衬管接合的情况下，比较使用时的圆筒形靶材与圆筒形背衬管的膨胀量后发现，平行于圆筒轴线的方向的膨胀量大于垂直于圆筒轴线的方向的膨胀量大约17倍。但是，本发明人发现，垂直于圆筒轴线的方向的应力比平行于圆筒轴线的方向的应力对裂纹的产生具有更大的影响，从而完成了本发明。
即、本发明提供一种圆筒形溅射靶，其特征在于，由陶瓷材料构成的圆筒形靶材的外周面的磨削方向与平行于圆筒轴线的直线所构成的角度θ1(将上述角度中的0°以上且在90°以下的角度视为θ1)为45°＜θ1≤90°，且上述圆筒形靶材的外周面的表面粗糙度Ra为3μm以下。
另外，本发明提供一种圆筒形溅射靶，其特征在于，由陶瓷材料构成的圆筒形靶材的外周面的磨削方向与平行于圆筒轴线的直线所构成的角度θ2(将上述角度中的0°以上且在90°以下的角度视为θ2)为tanθ2＞∏R/L(R是圆筒形靶材的外径、L是圆筒形靶材的长度)，且上述圆筒形靶材的外周面的表面粗糙度Ra为3μm以下。
作为用在本发明的圆筒形溅射靶中的圆筒形靶材，能使用各种陶瓷材料，例如能使用以从由In、Sn、Zn、Al、Ta、Nb以及Ti组成的组中选出的至少1种为主要成分的氧化物等，更具体而言，例如能使用ITO(Indium Tin Oxide)、AZO(Aluminium Zinc Oxide)、IZO(Indium Zinc Oxide)、Ta2O5、Nb2O5、TiO2等，其中优选ITO或AZO。
另外，优选由ITO或AZO构成的圆筒形靶材的相对密度在90％以上。
采用本发明，能够提供一种能显著减少溅射过程中的裂纹的圆筒形溅射靶。
附图说明
图1是表示本发明的第1实施方式的磨削方向的图。
图2是表示本发明的第2实施方式的磨削方向的图。
附图标记说明
1、圆筒形靶材；2、磨削方向；3、平行于圆筒轴线的直线；4、圆筒形靶材；5、磨削方向；6、平行于圆筒轴线的直线；7、圆筒形靶材的外径R；8、圆筒形靶材的长度L。
具体实施方式
下面，详细说明本发明。
作为用在本发明的圆筒形溅射靶中的圆筒形靶材，能使用各种陶瓷材料。例如能使用以从由In、Sn、Zn、Al、Ta、Nb以及Ti组成的组中选出的至少1种为主要成分的氧化物等。更具体而言，例如能使用ITO(Indium Tin Oxide)、AZO(Aluminium Zinc Oxide)、IZO(Indium Zinc Oxide)、Ta2O5、Nb2O5、TiO2等，其中优选ITO或AZO。
圆筒形靶材的原料能利用烧结法、HIP(Hot IsostaticPressing)法、喷镀法等公知的陶瓷制作技术来准备。通常在上述制法中很难严密地控制产品的尺寸，因此需要在制造之后磨削外周面、内周面等。
在本发明中，磨削也包括研磨的意思。
在本发明中，能够使用车床、圆筒磨削机、加工中心(machining center)、空心钻、砂纸等公知的磨削技术对外周面进行磨削。例如在使用车床的情况下，能够通过改变圆筒形靶材的旋转速度和磨削工具的移动速度来改变磨削方向，从而能够设定成本发明规定的范围内的磨削方向。在使用其他磨削技术的情况下，也可以适当使用上述那样的磨削方法。
在本发明中，磨削方向是指磨削时的磨削工具的刀尖的移动方向，具体而言，例如是形成在圆筒形靶材表面上的条状的磨削痕迹的方向。
在本发明的第1实施方式中，如图1所示，需要使由陶瓷材料构成的圆筒形靶材1的外周面的磨削方向2与平行于圆筒轴线的直线3所构成的角度θ1(将上述角度中的0°以上且在90°以下的角度视为θ1)为45°＜θ1≤90°地进行磨削。这是因为，通过使圆筒形靶材的外周面的磨削方向接近与圆筒轴线垂直的方向，能够显著减少由垂直于圆筒轴线的方向的应力产生的裂纹。优选85°≤θ1≤90°，更优选89°≤θ1≤90°。另外，将圆筒形靶材的外周面的表面粗糙度Ra设为3μm以下，从而能够通过如上所述地设定磨削方向来补足对于相对变大了的平行于圆筒轴线的方向的应力的易裂度，也能综合性地显著减少裂纹。
另外，在本发明的第2实施方式中，如图2所示，需要使由陶瓷材料构成的圆筒形靶材4的外周面的磨削方向5与平行于圆筒轴线的直线6所构成的角度θ2(将上述角度中的0°以上且在90°以下的角度视为θ2)为tanθ2＞∏R/L(R是圆筒形靶材的外径7、L是圆筒形靶材的长度8)地进行磨削。这是因为，通过满足上述条件，能够显著减少由垂直于圆筒轴线的方向的应力产生的裂纹。通过上述那样地设置磨削方向，自圆筒形靶材的一端开始形成的磨削痕迹即使在圆筒形靶上环绕360°也不会到达另一端，结果能够减少裂纹。另外，将圆筒形靶材的表面粗糙度Ra设为3μm以下，从而能够通过如上所述地设定磨削方向来补足对于相对变大了的平行于圆筒轴线的方向的应力的易裂度，也能综合性地显著减少裂纹。
本发明的第1实施方式、第2实施方式的裂纹降低效果都是在外周面的表面粗糙度Ra为3μm以下的情况下显现出的，优选外周面的表面粗糙度Ra为1μm以下，更优选为0.5μm以下。另外，在本发明中，沿平行于圆筒轴线的方向实施对表面粗糙度Ra的测量。关于其他条件等，遵循JISB0601地测量表面粗糙度Ra。
另外，在本发明中，可以对圆筒形靶材的外周面实施多次磨削，但在该情况下，需要使磨削痕迹最终残留在圆筒形靶材的外周面上时的磨削方向成为本发明的磨削方向。
在圆筒形靶材为ITO或AZO的情况下，圆筒形靶材的相对密度越高裂纹减少效果越明显。相对密度优选为90％以上，更优选为95％以上，特别优选在99％以上。
在本发明中，相对密度能够利用下述式子根据靶材料的理论密度和用阿基米德法测得的密度算出。
相对密度(％)＝(用阿基米德法测得的密度/理论密度)×100
另外，能够利用公知的技术制作圆筒形靶材为ITO的情况下的圆筒形溅射靶。例如，将ITO原料粉末充填在具有芯部的圆筒状的橡胶模中，之后利用500kg/cm2以上的压力进行CIP成形(Cold Isostastic Pressing)，以1450～1650℃的温度对获得的成形体进行烧制，如上所述地实施加工，从而得到ITO圆筒形靶材。能够利用公知的技术使用In、Sn、In合金、Sn合金等金属焊锡材料、热固化树脂使所获得的圆筒形靶材与圆筒形背衬管接合，制作圆筒形溅射靶。另外，在圆筒形靶材为AZO等陶瓷材料的情况下，也能够与上述操作同样地制作圆筒形溅射靶。
另外，在利用本发明获得的圆筒形溅射靶中能够在通常的磁控管式旋转阴极溅射装置中使用，该磁控管式旋转阴极溅射装置在圆筒形溅射靶的内侧具有磁场产生装置，自靶的内侧冷却并一边使靶旋转一边进行溅射。作为使用本发明的圆筒形溅射靶进行溅射的条件，例如，转速为5～30rpm、溅射压力为0.1～2Pa、功率密度为0.1～20W/cm2。
实施例
下面，使用本发明的实施例进行说明，但并不能限定于这些实施例地解释本发明。
实施例1
准备1个外径φ152mm、内径φ128mm、长度202mm、利用阿基米德法测得的相对密度为99.5％的圆筒形ITO靶材、和1个外径φ128mm、内径φ122mm、长度400mm的SUS304制圆筒形背衬管。将圆筒形ITO靶材加工成外径φ150mm、内径φ130mm、长度200mm，调整圆筒形靶材的旋转速度和磨削工具的移动速度以最终使圆筒形靶材的外周面的磨削方向与平行于圆筒轴线的直线构成的角度θ1、θ2为89°(tanθ2＝57.3＞∏R/L＝2.4)，利用车床对圆筒形靶材的外周面进行磨削。磨削后的表面粗糙度Ra为1.2μm。利用铟焊锡使该圆筒形ITO靶材与圆筒形背衬管接合，获得圆筒形ITO溅射靶。
以转速6rpm、溅射压力0.4Pa、功率密度2.0W/cm2的条件对该圆筒形ITO溅射靶实施放电评价。在放电开始5个小时后，停止放电，确认圆筒形ITO溅射靶的状况，未发现裂纹。
实施例2
利用车床使圆筒形靶材的外周面的磨削方向与平行于圆筒轴线的直线构成的角度θ1、θ2为90°(tanθ2＝∞＞∏R/L＝2.4)地进行磨削，还用砂纸(#800)使θ1为90°地对外周面实施磨削，除此之外实施例2的其他操作与实施例1相同，从而制成圆筒形ITO溅射靶。其表面粗糙度Ra为0.1μm。与实施例1相同地实施了该圆筒形ITO溅射靶的放电评价，结果未发现裂纹。
实施例3
除了圆筒形靶材的相对密度为90.2％之外，实施例3与实施例2相同地制成圆筒形ITO溅射靶。其表面粗糙度Ra为0.7μm。与实施例1相同地实施了该圆筒形ITO溅射靶的放电评价，结果未发现裂纹。
实施例4
除了使用相对密度为99.2％的圆筒形AZO靶材之外，实施例4与实施例1相同地制成圆筒形AZO溅射靶。其表面粗糙度Ra为1.3μm。与实施例1相同地实施了该圆筒形AZO溅射靶的放电评价，结果未发现裂纹。
比较例1
沿平行于圆筒轴线的方向磨削圆筒形ITO靶材的外周面、即用加工中心使圆筒形靶材的外周面的磨削方向与平行于圆筒轴线的直线构成的角度θ1、θ2为0°(tanθ2＝0＜∏R/L＝2.4)地磨削圆筒形ITO靶材的外周面，除此之外比较例1与实施例1相同地制成圆筒形ITO溅射靶。与实施例1相同地实施了该圆筒形ITO溅射靶的放电评价，结果发现产生了裂纹。
比较例2
除了将砂纸设为#60之外，比较例2与实施例2相同地制成圆筒形ITO溅射靶。表面粗糙度Ra为3.1μm。与实施例1相同地实施了该圆筒形ITO溅射靶的放电评价，结果发现产生了裂纹。
比较例3
使用圆筒磨削车床使圆筒形靶材的外周面的磨削方向与平行于圆筒轴线的直线构成的角度θ1、θ2为90°(tanθ2＝∞＞∏R/L＝2.4)地磨削圆筒形ITO靶材的外周面、之后使用加工中心使圆筒形靶材的外周面的磨削方向与平行于圆筒轴线的直线构成的角度θ1、θ2为0°(tanθ2＝0＜∏R/L＝2.4)地磨削圆筒形ITO靶材的外周面，除此之外比较例3与实施例1相同，从而制成圆筒形ITO溅射靶。此时，最终残留的磨削痕迹只是圆筒形靶材的外周面的磨削方向与平行于圆筒轴线的直线构成的角度θ1、θ2为0°(tanθ2＝0＜∏R/L＝2.4)时产生的痕迹。与实施例1相同地实施了该圆筒形ITO溅射靶的放电评价，结果发现产生了裂纹。
工业实用性
本发明能够提供一种能将各种陶瓷材料用作圆筒形靶材、并能显著减少溅射过程中的裂纹的圆筒形溅射靶，从而在工业上是有用的。
另外，在此引用了2007年7月2日申请的日本专利申请2007-173841号以及2008年6月19日申请的日本专利申请2008-160376号的说明书、权利要求书、附图以及说明书摘要的所有内容，纳入为本发明说明书的公开内容。

Claims (6)

1.一种圆筒形溅射靶，其特征在于，
由陶瓷材料构成的圆筒形靶材的外周面的磨削方向与平行于圆筒轴线的直线所构成的角度θ1为45°＜θ1≤90°，将上述角度中的0°以上且在90°以下的角度视为θ1，且上述圆筒形靶材的外周面的表面粗糙度Ra为3μm以下。
2.一种圆筒形溅射靶，其特征在于，
由陶瓷材料构成的圆筒形靶材的外周面的磨削方向与平行于圆筒轴线的直线所构成的角度θ2为tanθ2＞ΠR/L，将上述角度中的0°以上且在90°以下的角度视为θ2，R是圆筒形靶材的外径、L是圆筒形靶材的长度，且上述圆筒形靶材的外周面的表面粗糙度Ra为3μm以下。
3.根据权利要求1或2所述的圆筒形溅射靶，其特征在于，
圆筒形靶材是以从由In、S n、Zn、Al、Ta、Nb以及Ti组成的组中选出的至少1种为主要成分的氧化物。
4.根据权利要求1或2所述的圆筒形溅射靶，其特征在于，
圆筒形靶材由ITO或AZO构成。
5.根据权利要求4所述的圆筒形溅射靶，其特征在于，
由ITO或AZO构成的圆筒形靶材的相对密度在90％以上。
6.根据权利要求4所述的圆筒形溅射靶，其特征在于，
由ITO或AZO构成的圆筒形靶材的相对密度在99％以上。
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