CN102165092A - 圆筒形溅镀靶及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种圆筒形溅镀靶，即使在利用由多个圆筒形靶材构成的长条状圆筒形溅镀靶来溅镀成膜时，成膜步骤的制造成品率也很高。其是利用接合材料将堆叠的多个圆筒形靶材接合在圆筒形基体材料的外周面而形成的，其中，相邻的圆筒形靶材间具有间隔并且配置有分割部，且位于分割部的相邻圆筒形靶材外周面的段差为0.5mm以下。此种靶材是通过以下方式制造而获得的：在以圆筒形基体材料作为基准来配置圆筒形靶材时，将圆筒形靶材的外周面作为基准来固定圆筒形靶材。

Description

圆筒形溅镀靶及其制造方法
技术领域
本发明涉及圆筒形溅镀靶及其制造方法。
背景技术
近年来，平板显示器或太阳能电池使用的玻璃基板已大型化，为了在此大型化的基板上形成薄膜，必须有长度超过3m的圆筒形靶。此种长条状圆筒形溅镀靶是用于磁控管旋转阴极溅镀装置。圆筒形溅镀靶，通常是在长条状圆筒形基体材料上固定圆筒形靶材而成，就圆筒形基体材料而言，一般使用金属的无缝管。将长条状圆筒形基体材料的全部面进行研磨加工，耗费成本，因而并不经济，而且加工精度也是一种问题。所以，仅对圆筒形基体材料的两端部分进行研磨加工以安装溅镀装置，固定圆筒形靶材的部分仍为无缝管原管的状态，并非真圆，故存在起伏或翘曲等。
另外，在长条状圆筒形溅镀靶中，有时亦由10个以上小型圆筒形靶材堆叠而构成，堆叠造成的偏移，成为使圆筒形靶材外周面产生高低平面的差异(段差)的原因。再者，为了防止由多个圆筒形靶材构成的多段(多分割)圆筒形溅镀靶因溅镀中的等离子体(プラズマ)造成圆筒形靶材热膨胀，靶材彼此碰撞破裂，则必须具有分割部使相邻的圆筒形靶材间有间隔地配置。尤其，此种分割部容易在相邻圆筒形靶材的外周面产生高低平面的差异。
在将多枚靶材构件配置于单一支承板的平板型靶材中，就不产生高低平面的差异的方法而言，已知有如下方法：将溅镀面高度高的靶构件的分割部侧溅镀面制成斜面，使其直至溅镀面高度低的溅镀面(例如专利文献1)。但是，此方法必须对于靶材施以研磨加工，故有靶材损耗较大的问题。
另外，就使圆筒形靶材与圆筒形基体材料的中心对准的方法而言，利用稍薄于圆筒形基体材料与圆筒形靶材的间隔的间隔件，使圆筒形基体材料的外周面与靶材的内周面的中心对准的方法(例如参照专利文献2、3)。但是，在此种方法中，使用长条状圆筒形基体材料时，有时圆筒形靶材无法插入到圆筒形基体材料中，圆筒形基体材料的形状造成圆筒形靶材的位置受到限制，有时会在相邻的圆筒形靶材的外周面产生高低平面的差异等。
(现有技术文献)
(专利文献)
专利文献1：日本特开2000-204468号公报
专利文献2：日本特开平08-060351号公报
专利文献3：日本特开2005-281862号公报
发明内容
(发明要解决的问题)
本发明的课题在于：提供圆筒形溅镀靶，即使在利用由多个圆筒形靶材构成的长条状圆筒形溅镀靶来溅镀成膜时，成膜步骤的制造成品率也很高。
(解决问题的方法)
本发明者们为了解决上述问题，进行了深入研究，结果发现：在由多个圆筒形靶材构成的圆筒形溅镀靶中，抑制相邻圆筒形靶材彼此外周面的高低平面差异，可抑制溅镀成膜时的异常放电与微粒的产生，完成了本发明。
即，本发明提供一种圆筒形溅镀靶，其是利用接合材料将堆叠的多个圆筒形靶材接合在圆筒形基体材料的外周面而形成的，其中，相邻的圆筒形靶材间具有间隔并且配置有分割部，且位于分割部的相邻圆筒形靶材的外周面的高低平面差异为0.5mm以下。
另外，本发明提供一种圆筒形溅镀靶的制造方法，其特征在于，将多个堆叠的圆筒形靶材利用接合材料接合到圆筒形基体材料的外周面，制造圆筒形溅镀靶，在以圆筒形基体材料为基准配置多个圆筒形靶材时，以一侧圆筒形靶材的外周面为基准固定另一侧的圆筒形靶材，使相邻圆筒形靶材的外周面的高低平面差异为0.5mm以下。
(发明的效果)
依据本发明，即使在利用由多个圆筒形靶材构成的长条状圆筒形溅镀靶来溅镀成膜时，也可抑制异常放电与微粒的产生，并可提高成膜步骤的制造成品率。
附图说明
图1为长度方向的剖面图，其显示了本发明圆筒形溅镀靶的组装状态的一例。
图2为径向的剖面图，其显示了本发明圆筒形溅镀靶的组装状态的一例。
图3为概略图，其说明了本发明圆筒形溅镀靶外周面的高低平面差异。
图4为径向的剖面图，其显示了比较例中圆筒形溅镀靶的组装状态的一例。
图5为长度方向的剖面图，其显示了比较例中圆筒形溅镀靶的组装状态的一例。
符号说明
1～圆筒形基体材料
2～圆筒形靶材
3～空间
4～封装夹具
5～密封材料
6a、6b～基体材料推压件
7～靶材推压件
8～块件
9～连结轴
10～间隔件
具体实施方式
以下参照图1～图3详细说明本发明。
就本发明的圆筒形溅镀靶所使用的圆筒形靶材2而言，可使用一般溅镀中使用的各种材质，可列举例如：In、Sn、Zn、Al、Nb、Ti等金属，或是含有这些金属的合金，或这些金属等的一种以上氧化物或氮化物等。氧化物中，可列举例如：ITO(Indium Tin Oxide，氧化铟锡)、AZO(Aluminum Zinc Oxide，氧化铝锌)、IZO(Indium Zinc Oxide，氧化铟锌)、SnO2、In2O3、Al2O3、TiO2、ZnO等，这些脆的陶瓷材料，尤其可获得本发明的效果。
就本发明圆筒形溅镀靶使用的圆筒形基体材料1而言，可使用各种材质。就其材质而言，只要是满足下述条件的材质即可：在使用靶进行溅镀时，具有可进行充分冷却的热传导性使得接合圆筒形基体材料1与圆筒形靶材2的接合材料不致劣化、熔化，并具有在溅镀时可从靶材2放电的导电性，还具有可支持靶材的强度等。就此种材质而言，可列举例如：Cu、Ti、Al、Mo、含有这些金属的合金、SUS等。
另外，就圆筒形基体材料1的长度而言，并无特别限制。在本实施方式中，即使使用具有1000mm以上长度的圆筒形基体材料的圆筒形溅镀靶，也可以以高成品率进行成膜。
就本实施方式的圆筒形溅镀靶所使用的接合材料而言，只要是满足下述条件的材质即可：具有在使用靶材进行溅镀时，可进行充分冷却的热传导性使得接合材料不致劣化、熔化，并具有在溅镀时可从靶材2放电的导电性，还具有可支持靶材的强度等。可列举例如软焊材料或导电性树脂。
就软焊材料而言，只要是一般使用作为软焊材料者即可使用。优选为低熔点软焊，例如有：In、In合金、Sn、Sn合金等。更优选为In或In合金软焊。In或In合金软焊在平板型靶的实际应用中亦相当丰富，另外，因为富有延展性，故亦具有缓和在溅镀中受到加热的靶材2与受到冷却的基体材料1的热膨胀等应变(歪み)的效果。
就导电性树脂而言，可列举例如：在环氧树脂、丙烯酸树脂、聚酯树脂、聚氨酯树脂、酚醛树脂等热固性树脂中混合Ag、C、Cu等导电性物质作为填料制成的导电性树脂。
本实施方式的圆筒形溅镀靶，是将多个圆筒形靶材2接合到圆筒形基体材料1上而成的，相邻的圆筒形靶材2具有间隔并且配置有分割部，位于该分割部的相邻圆筒形靶材2的外周面的高低平面差异为0.5mm以下。此高低平面差异优选为0.3mm以下，更优选为0.2mm以下。当使用存在有较大高低平面差异的圆筒形溅镀靶进行溅镀时，因为电场集中在突出侧的圆筒形靶材的边缘，故会发生异常放电，靶材的边缘容易破碎，产生微粒。尤其是当圆筒形溅镀靶上存在有较大高低平面差异时，因为为圆筒形结构，故在高低平面差异的相对侧亦存在有相反凹凸的高低平面差异。所以，旋转此种靶材时，每旋转1圈会出现2次大的高低平面差异。因为圆筒形靶材是边旋转边溅镀的，故此大的高低平面差异造成的电场紊乱每旋转靶1圈会产生2次，认为此电场紊乱是造成异常放电的原因。另外，因为圆筒形靶在溅镀时旋转1圈用3～15秒左右，故3～15秒左右产生2次电场紊乱，认为这成为异常放电的原因。再者，因为对圆筒形溅镀靶通入的能量大于平板型溅镀靶，故在分割部的靶材高低平面差异的影响极大。
另外，在本实施形态中，位于分割部的相邻圆筒形靶材2的外周面的高低平面差异是图3箭头所示的“偏移”部分，是指该圆筒形溅镀靶中的最大值。即，在本实施方式中是指所有分割部的该偏移在0.5mm以下。
本实施方式的圆筒形溅镀靶，具有分割部使相邻的圆筒形靶材2有间隔地配置，从而可防止由溅镀中的等离子体所造成的圆筒形靶材2发生热膨胀，导致靶材2彼此碰撞而破裂。但是，当分割部的间隔有分布时，成为使圆筒形靶材2的位置产生偏移、在圆筒形靶材2的外周面产生高低平面差异的原因。所以，分割部的间隔分布优选为±0.1mm以下，更优选为±0.05mm以下。另外，本实施方式的分割部的间隔分布，是指在分割部圆周方向上均等地测定8处以上间隔时，最大值和最小值与平均值的差，存在有多个分割部时，则是其中的最大值。
此分割部的间隔并非为0，可根据圆筒形靶材2的长度与热膨胀系数来设计为最合适的值，但间隔狭小时，由于溅镀中等离子体所造成的圆筒形靶材2的热膨胀，可能导致靶材彼此碰撞而破裂。所以，特别优选相邻靶材2最接近部分的间隔为0.1mm以上。另外，分割部的间隔较大时，接合材料有可能受到溅镀。因此，优选考虑所使用溅镀气体的平均自由行程与靶的使用效率，来决定分割部的间隔使其为分割部的接合材料不受到溅镀的值。如前所述求取分割部的间隔的平均值时，实用上优选使任一分割部的该平均值皆为0.5mm以下，更优选为0.4mm以下。
本实施方式所用的圆筒形靶材2，优选将相邻圆筒形靶材2外周面的边缘部进行倒角加工。藉此，在进行溅镀时，可防止电场集中在圆筒形靶材2的边缘，可抑制异常放电的产生。就倒角加工的大小(宽度或深度)而言，优选对于膜厚分布的影响为2mm以下，更优选为1mm以下。倒角加工的形状只要能够缓和溅镀成膜时的电场集中即可，无特别限制，C面、R面或阶梯状皆可。
就本实施方式的圆筒形溅镀靶的制造方法的一例而言，可以列举，在圆筒形基体材料1与多个圆筒形靶材2的间隙填充接合材料而加以接合的方法。为了填充接合材料，首先以圆筒形基体材料1作为基准，配置圆筒形靶材2，例如，预先在圆筒形基体材料1的外侧堆叠配置多个圆筒形靶材2。其后，将圆筒形基体材料1与圆筒形靶材2的间隙的下部加以封装，形成用于填充接合材料的空间。并且，以圆筒形靶材2的外周面为基准，进行与圆筒形基体材料1的对位。此种圆筒形溅镀靶的组装希望使用夹具(冶具)进行。此时所用的夹具材质只要是可承受填充软焊料时的加热的材质即可，无特别限制。可列举例如：铝、硬铝(Duralumin)等金属。
更具体而言，如图1所示，将圆筒形基体材料1嵌入设置在基体材料推压件6a上的凹部，进行配置，通过聚硅氧烷O型环利用封装夹具4进行固定。为了安装到溅镀装置上，圆筒形基体材料1的两端部是使用O型环等的真空密封部，其外周面和/或内周面经过精度良好的研磨加工，故优选以此部分作为定位的基准面。另外，通过在封装夹具4的下方放置任意大小的块件8，可将圆筒形靶材2配置在距圆筒形基体材料1端面起的任意距离。
并且，在位于圆筒形基体材料1外周面的封装夹具4上，堆叠配置圆筒形靶材2，形成填充接合材料的空间3。此时，圆筒形靶材2优选与圆筒形基体材料1成同心圆状。为了保持填充接合材料的空间3的密闭性，在多个圆筒形靶材2之间、圆筒形靶材2与封装夹具4之间、封装夹具4与圆筒形基体材料1之间、圆筒形靶材2与基体材料推压件6b之间，利用密封材料5进行封装。接合材料是低熔点软焊材料或导电性树脂时，因为进行加热处理，故密封材料5必须使用耐热性衬垫或O形环，此时可使用特氟隆(注册商标)或聚硅氧烷等材料。尤其，通过在多个圆筒形靶材2之间插入密封材料5，在分割部形成规定的间隔，可使其分布极小。此时插入的密封材料5的厚度，使用对应于期望的间隔设计值的规定厚度。
其后，在最上部的靶材2上通过密封材料5载置基体材料推压件6b，利用连结轴9连结上下的基体材料推压件6a、6b。并且，圆筒形靶材2以其外周面作为基准，以平整其外周面并极力抑制发生在分割部的偏移，例如用具有弹簧(未图示)与螺丝(未图示)的靶材推压件7加以固定，且靶材推压件7结合固定在连结轴9上。靶材推压件7可为以下构造：可相对于基体材料推压件6a、6b调整到任意位置，以如图所示的方式，以1根棒状体的形式推压在应接合的靶材2的外周面上；另外，亦可为以下构造：仅推压包含靶材2的分割部的该周边部分的靶材外周面。由于靶材推压件7进行相对于基体材料推压件6a、6b的圆筒形靶材2的定位，故至少必须为2根，优选为3根，更优选为如图2所示的那样，将4根或以上的偶数根均等配置在彼此对应的位置上。藉此，可确实地抑制圆筒形靶材外周面的高低平面差异。
当结束按照上述顺序进行的组装时，确认靶材推压件7位于靶材2未彼此推压处并未产生超过0.5mm的高低平面差异。
使用软焊材料作为接合材料时，例如，将以图1的方式组装的圆筒形溅镀靶整体加热到软焊材料的熔点以上的温度，将熔融状态的软焊材料从基体材料推压件6b的顶部灌入填充到空间3中。填充结束后，通过冷却固化软焊材料，接合圆筒形基体材料1与圆筒形靶材2。若此时温度过高，则软焊材料有可能因氧化而导致粘接强度降低，故就加热温度而言，优选在软焊材料的熔点～软焊材料的熔点+100℃的范围内，更优选为软焊材料的熔点+50℃的范围内。另外，In软焊材料的熔点为156℃。另外，接合材料为导电性树脂时，将导电性树脂填充到以图1的方式组装的圆筒形溅镀靶的空间3中，配合树脂的固化条件进行加热等固化处理，接合圆筒形靶材2与圆筒形基体材料1。
另外，在圆筒形基体材料1及圆筒形靶材2的接合面，为了提升接合材料的润湿性(濡れ性，wettability)，使接合材料易于填充，优选预先将其接合面施以湿化处理。就此处理而言，只要能改善接合材料的润湿性即可，可列举如下：UV照射、电镀或蒸镀Ni、或利用超声波焊烙铁(半田鏝)进行的基底处理等。
如上所述，接合圆筒形基体材料1与圆筒形靶材2后，取下夹具和多余的接合材料等，并得到期望的圆筒形溅镀靶。此时，通过预先在不易附着接合材料的部分或取下的夹具等处施以屏蔽，可容易地进行取下作业。另外，相邻圆筒形靶材2之间的密封材料5，可在接合圆筒形基体材料1与圆筒形靶材2后，通过加热，利用圆筒形基体材料1与圆筒形靶材2的热膨胀差而简单地取下。
(实施例1)
以下依据实施例详细说明本发明，但本发明并不限定于此。另外，位于分割部的间隔的分布及间隔的平均值，是如前所述测定8处的间隔而求得的。
(实施例1)
准备12个ITO圆筒形靶材(外径：150mmΦ，内径：133mmΦ，长度：260mm)，将除圆筒形靶材的接合面以外的部分利用耐热性贴带加以屏蔽，在接合面通过超声波焊烙铁利用In软焊材料打底。另一方面，准备1个SUS制圆筒形基体材料(外径：130mmΦ，内径：120mmΦ，长度3200mm)，将除接合面以外的面通过用于防止接合材料附着的耐热性贴带加以屏蔽，在接合面将通过超声波焊烙铁利用In软焊材料打底。
接着，将施以前述处理的圆筒形基体材料1与12个圆筒形靶材2以及硬铝制的封装夹具4、基体材料推压件6a、6b、靶材推压件7、块件8按照图1的方式组装。最初，将圆筒形基体材料1配置在基体材料推压件6a上，通过聚硅氧烷的O形环并用封装夹具4固定。将12个圆筒形靶材2与密封材料5依序嵌入堆叠在圆筒形基体材料1后，在圆筒形靶材2上隔着密封材料5载置基体材料推压件6b。并且，通过连结轴9连结上下的基体材料推压件6a、6b，固定圆筒形靶材2。接着，如图2所示，使用4根靶材推压件7，进行圆筒形靶材2的对位与固定。此时就密封材料5而言，在相邻的圆筒形靶材2之间，以及圆筒形靶材2与封装夹具4之间，使用环状的特氟隆(注册商标)片，圆筒形基体材料1与封装夹具4之间使用聚硅氧烷的O形环。
接着，将已组装的圆筒形溅镀靶整体加热到180℃，从上侧使熔融的In软焊材料(熔点156℃)灌入空间3中。在In软焊材料灌注结束后冷却至120℃，并确认In软焊材料已完全固化后，再度加热到130℃并将相邻的圆筒形靶材2之间的特氟隆(注册商标)片切断取下，形成具有间隔的分割部。其后，冷却到室温，取下夹具或屏蔽，制造出ITO圆筒形溅镀靶。
所获得的圆筒形溅镀靶位于分割部外周面的高低平面差异为0.2mm，且分割部的间隔的分布为±0.05mm。另外，各分割部的间隔的平均值为0.29～0.36mm。
(比较例1)
与实施例1同样地准备圆筒形基体材料1与圆筒形靶材2，如图4所示，在圆筒形基体材料1的外周面上，以等间隔配置8根铜线(0.7mmΦ)作为间隔件10。接着，如图5的组装图，区别在于，使用12个圆筒形靶材2，将圆筒形靶材2嵌合插入到圆筒形基体材料1中，但圆筒形靶材2在中途无法移动，无法组装成为圆筒形溅镀靶。
(比较例2)
除了使铜线(即比较例1的间隔件10)的直径为0.6mmΦ以外，与比较例1使用相同方法，如图5的方式来组装圆筒形溅镀靶，但使用12个圆筒形靶材。其后，与实施例1同样地利用In软焊材料接合圆筒形基体材料1与圆筒形靶材2，制造出圆筒形靶材。所获得的圆筒形溅镀靶位于分割部外周面的高低平面差异为0.8mm，且分割部的间隔的分布为±0.13mm。另外，在各分割部的间隔的平均值为0.30～0.39mm。
(实施例2)
准备2个ITO圆筒形靶材(外径：93.0mmΦ，内径：78.5mmΦ，长度：175mm)，将除圆筒形靶材的接合面以外的部分利用耐热性贴带加以屏蔽，在接合面通过超声波焊烙铁用In软焊材料打底。另一方面，准备1个SUS制圆筒形基体材料(外径：75.5mmΦ，内径：70mmΦ，长度490mm)，将除接合面以外的面通过用于防止接合材料附着的耐热性贴带加以屏蔽，在接合面通过超声波用In软焊材料焊烙铁打底。其后，利用与实施例1相同的方法，区别在于使用2个圆筒形靶材，制造具有如表1所示分割部的靶材I。另外，使用与实施例1相同的方法，区别在于使用2个圆筒形靶材，制造具有如表1所示分割部的靶材II～IV。
(比较例3)
除未使用铜线以外，使用与比较例2相同的方法，但使用2个ITO圆筒形靶材(外径：93.0mmΦ，内径：78.5mmΦ，长度：175mm)与1个SUS制圆筒形基体材料(外径：75.5mmΦ，内径：70mmΦ，长度490mm)，制造具有如表1所示分割部的靶材V～VII。
(成膜评价)
将如此制作的圆筒形溅镀靶在以下的溅镀条件中进行20kWh溅镀，并测定异常放电(电弧)的产生次数。关于电弧产生次数的测定，利用微电弧监视器(Landmark Technology公司制)，以放电电压的下降时间为基准，区分为小电弧(2μsec以上且低于20μsec)与大电弧(20μsec以上)，在以下的测定条件中进行。所得的放电结果示于表1。
溅镀条件
DC电功率：15W/cm2(相对于磁体面积)
靶材转速：6rpm
溅镀气体：Ar+O2
气体压力：0.5Pa
电弧测定条件
检测电压：300V
小电弧：2μsec以上且低于20μsec
大电弧：20μsec以上
[表1]
Figure BDA0000052051040000101
从靶材I～IV与V～VII的比较得知，可通过使位于分割部外周面的高低平面差异为0.5mm以下来抑制大电弧的产生，另外，从靶材III与IV的比较得知，可通过对靶材外周面的边缘进行倒角加工加工来抑制小电弧的产生。另外，利用显微镜观察放电后的分割部时，靶材V～VII突出侧的圆筒形靶材的边缘发生碎裂。
另外，当发生异常放电(电弧)时，成膜速度降低且生产性降低。其中，尤其是电压下降时间较长的大电弧，因为放出的能量较大，故成为对于靶材或薄膜造成伤害的原因，亦成为微粒产生或薄膜发生膜质劣化的原因，其结果使得成膜步骤的制造成品率降低。依据本发明，可抑制此种大电弧的产生。
工业实用性
本发明的使用用途为圆筒形溅镀靶及其制造方法，可提供即使在利用由多个圆筒形靶材构成的长条状圆筒形溅镀靶来溅镀成膜时，成膜步骤的制造成品率也很高的圆筒形溅镀靶。

Claims (8)

1.一种圆筒形溅镀靶，其是利用接合材料将堆叠的多个圆筒形靶材接合在圆筒形基体材料的外周面而形成的，
其中，相邻的圆筒形靶材间具有间隔并且配置有分割部，且相邻圆筒形靶材的外周面在分割部的高低平面的差异为0.5mm以下。
2.根据权利要求1所述的圆筒形溅镀靶，其中，所述分割部的间隔的分布为±0.1mm以下。
3.根据权利要求1或2所述的圆筒形溅镀靶，其中，对位于分割部的相邻圆筒形靶材的外周面边缘部进行倒角加工。
4.根据权利要求1或2所述的圆筒形溅镀靶，其中，所述圆筒形基体材料的长度为1000mm以上。
5.一种圆筒形溅镀靶的制造方法，该方法包括：利用接合材料将相堆叠的多个圆筒形靶材接合在圆筒形基体材料的外周面，由此制造圆筒形溅镀靶，
其中，在以圆筒形基体材料为基准来配置多个圆筒形靶材时，以一侧的圆筒形靶材的外周面为基准来固定另一侧的圆筒形靶材，使得相邻圆筒形靶材外周面的高低平面差异为0.5mm以下。
6.根据权利要求5所述的圆筒形溅镀靶的制造方法，其中，使用所述圆筒形基体材料至少一侧端部的外周面和/或内周面作为圆筒形基体材料的基准面，以该基准面作为基准来固定上述多个圆筒形靶材。
7.根据权利要求5或6所述的圆筒形溅镀靶的制造方法，其中，在固定上述多个圆筒形靶材时，利用固定到该圆筒形基体材料上的靶材推压件将其固定，使所述多个圆筒形靶材的外周面对齐。
8.根据权利要求7所述的圆筒形溅镀靶的制造方法，其中，在固定所述多个圆筒形靶材时，将偶数根上述靶材推压件相对于上述圆筒形靶材配置在彼此对应的位置。
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