CN102753722A - 溅射靶材的制造方法及溅射靶材 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种兼有靶材所要求的结晶特性和背板所要求的机械强度的溅射靶材及其制造方法。本发明的一实施方式中的溅射靶材的制造方法在形成支撑部(12)时，将金属板(100)维持在规定温度以下的同时对金属板(100)的周边部进行旋转加工。上述规定温度例如可设定为能够抑制由退火效果引起的内部应力的缓和的适宜温度。通过采用旋转加工法形成支撑部，可以对整个支撑部(12)附加应力。由此，可通过加工硬化来实现支撑部(12)的整体的强度提高。另外，由于随着加工而超过支撑部(12)的规定温度的温度上升被阻止，所以可抑制由结晶组织的回复引起的支撑部(12)的硬度下降。

Description

溅射靶材的制造方法及溅射靶材

技术领域

本发明所涉及一种一体化形成靶材部分和背板部分的溅射靶材的制造方法及溅射靶材。

背景技术

目前，形成薄膜所用的溅射靶材由圆形或长方形状的平坦的金属板形成，并以一体化接合至背板的状态装入到溅射装置。背板为用于将溅射靶材连接至溅射阴极的金属构件，且内部形成有冷却水的循环通道。采用钎焊、电子束焊接等来接合溅射靶材和背板。然而，采用钎焊的接合由于在溅射时靶材的温度上升因此可能会使靶材和背板产生分离，另一方面，采用电子束焊接的接合在背板上可能产生针孔。

因此，近年来，提出一种一体化形成溅射靶材和背板的技术。例如下述专利文献1记载了通过对由金属或合金组成的单一板材(plank)进行深拉深加工，从而制造具有靶材部分和支撑该靶材部分的支撑部分的溅射靶材的方法。

通常，溅射靶材要求用于溅射成膜的均质且正常的再结晶组织等。另一方面，背板要求能耐受冷却水压的强度。专利文件1记载的方法如下：制作对靶材部分的结晶特性进行控制的坯料，并通过对该坯料的周边部进行冲压加工从而形成支撑部分，由此，由于可以仅对支撑部分实施塑性加工，所以可以良好地维持靶材部分的结晶特性。

专利文献1：日本特开平6-158297号公报(段落[0016]、[0023]、图1)

然而，在专利文件1记载的方法中，认为很难形成具有背板所要求的机械强度的支撑部分。即，虽然上述支撑部分通过由冲压加工而承受压缩应力及弯曲应力从而预测到通过加工硬化而提高硬度，但是例如在铝合金的情况下，由于在加工时产生热而无法避免支撑部分的结晶组织的回复或再结晶，所以认为不能得到所期望的硬度。另外，采用冲压进行深拉深由于考虑到在靶材部分和支撑部分的边界部应力集中，所以很难对遍及支撑部分的全部区域赋予所期望的强度。

发明内容

鉴于以上情况，本发明的目的在于提供一种兼有靶材所要求的结晶特性和背板所要求的机械强度的溅射靶材及其制造方法。

为了达到上述目的，本发明的一方式中的溅射靶材的制造方法包括形成组织控制的圆盘状的金属板的工序。

通过将所述金属板维持在规定温度以下的同时利用旋转加工使所述金属板的周边部拉深变形，从而在所述金属板的周边部形成环状的支撑部。

另外，本发明的一方式中的溅射靶材具有圆板状的靶材部和环状的支撑部。

所述靶材部由组织控制的金属材料形成，且具有第一硬度。

所述支撑部具有为所述第一硬度的1.2倍以上的第二硬度，且通过对所述靶材部的周围进行旋转加工而形成。

附图说明

图1是本发明一实施方式中的溅射靶材的截面图；

图2是上述溅射靶材的平面图；

图3是对上述溅射靶材的制造方法进行说明的旋转加工装置的简要侧视图。

符号说明

10        溅射靶材

11        靶材部

12        支撑部

20        旋转加工装置

21         模具

100        金属板

具体实施方式

本发明的一实施方式中的溅射靶材的制造方法包括形成组织控制的圆盘状的金属板的工序。

通过将所述金属板维持在规定温度以下的同时利用旋转加工使所述金属板的周边部拉深变形，从而在所述金属板的周边部形成有环状的支撑部。

组织控制的圆盘状的金属板是指控制作为溅射靶材所要求的金属组织、结晶组织和结晶方位等的金属板，上述金属板在成膜时形成承受溅射作用的靶材部。并且，所述支撑部在金属板的周边部一体化形成，且作为在内部导入冷却水的背板发挥作用。

在上述溅射靶材的制造方法中，在形成支撑部时，将上述金属板维持在规定温度以下的同时对上述金属板的周边部进行旋转加工。上述规定温度例如可设定为能够抑制由退火效果引起的内部应力的缓和的适宜温度。通过采用旋转加工法形成支撑部，可以对整个支撑部附加应力。由此，可以通过加工硬化来实现支撑部整体的强度提高。另外，由于随着加工而超过支撑部的规定温度的温度上升被阻止，所以可抑制由结晶组织的回复引起的支撑部的硬度下降。

如上所述，根据上述溅射靶材的制造方法，可以形成相对于上述靶材部的硬度具有1.2倍以上硬度的支撑部。由此，可以得到兼有靶材所要求的结晶特性和背板所要求的机械强度的溅射靶材。

上述规定温度根据构成金属板的金属材料、组成等可以适宜地设定。例如，在金属板由铝或铝合金形成的情况下，上述规定温度可以设为130℃。通过在130℃以下对金属板进行旋转加工，可以稳定地形成具有所期望的硬度或机械强度的支撑部。

对金属板进行温度管理的同时进行加工的方法不作特别限定，在一实施方式中，由旋转加工使所述金属板的周边部拉深变形，并冷却所述金属板，进一步由旋转加工使所述金属板的周边部拉深变形。如此，通过交替进行加工和冷却，可以抑制随着加工的温度上升同时使支撑部变形为所期望的形状。

所述金属板的冷却中，可以对金属板进行直接冷却，也可以通过冷却保持金属板的模具从而对金属板进行间接冷却。

本发明的一实施方式中的溅射靶材具有圆板状的靶材部和环状的支撑部。

上述靶材部由组织控制的金属材料形成，且具有第一硬度。

上述支撑部具有为所述第一硬度1.2倍以上的第二硬度，且通过对上述靶材部的周围进行旋转加工而形成。

根据上述溅射靶材，可以满足靶材所要求的结晶特性和背板所要求的支撑部的机械强度

下面参照附图对本发明的实施方式进行说明。

图1及图2是本发明的一实施方式所涉及的溅射靶材的截面图及平面图。本实施方式的溅射靶材10整体形成为近似浅盘形状，并具有靶材部11和支撑部12。这些靶材部11及支撑部12由相同的金属材料组成，并通过使金属板拉深变形从而一体化形成。

靶材部11具有圆板形状，并由组织控制的金属材料形成，靶材部11由铝或铝合金形成，在本实施方式中，由铝铜合金(Al-0.5％Cu)形成。而且，形成靶材部11的金属材料不限于上述例子，可以使用作为溅射靶材所用的其它金属或合金材料。

靶材部11被预先控制作为溅射靶材所要求的结晶组织、结晶方位。所述结晶组织通常为微细且均匀的再结晶组织，但是根据所要求的靶材质量控制为最适合的组织状态。如此，经由锻造和轧制等的规定的塑性加工及规定的热处理来制造组织控制的金属板。

靶材部11的直径根据规格被设定为适宜的尺寸。在本实施方式中，靶材部11形成为直径300mm～700mm，当然不限于此。

对靶材部11的厚度也不作特别限定，在能耐受溅射时导入的冷却水的压力，并且在不妨碍支撑部12等的形成的范围内适宜地设定。在本实施方式中，以20mm～50mm的厚度形成靶材部11。

支撑部12沿靶材部11的周围形成为环状。如后所述通过对靶材部11的周围进行旋转加工从而形成支撑部12。因此，支撑部12由通过承受塑性加工而引起的加工硬化使硬度上升，支撑部12的硬度高于靶材部11的硬度。尤其是，如后所述支撑部12通过在温度管理的状态下承受旋转加工，从而具有为靶材部11的硬度的1.2倍以上的硬度。

支撑部12具有作为背板将靶材部11连接至图中未示出的溅射装置阴极的功能。在靶材部11的背面侧，由支撑部12形成有规定容积的空间部13。在本实施方式中，通过在该空间部13导入冷却水，可抑制在溅射时靶材部11的过度的温度上升。

在本实施方式中，为了提高溅射靶材10的装拆作业性，在支撑部12的前端处形成有法兰部12a。在法兰部12a上适宜地形成有螺栓等的安装孔。另外，在法兰部12a底面侧可以形成有安装密封圈的环状槽。而且，法兰部12a的形成不是必须的，也可以省略。

支撑部12具有从靶材部11一侧直径渐渐增加的圆锥台形状，但其形状不作特别限定，例如可以为圆柱形状。另外，对支撑部12的高度也不作特别限定，可根据规格适宜地设定。

下面，对本实施方式的溅射靶材10的制造方法进行说明。而且，以下列举的数值及组成仅是一个例子，并不限于这些例子。

首先，制作直径200mm、厚度150mm的圆板状金属铸块。然后，通过在280℃～300℃的温度下对该铸块进行热锻造，从而制作直径190mm、厚度150mm的尺寸的圆板状铸块。接着，对该铸模进行水淬后，通过在280℃～300℃下进行退火，再进行冷锻造，从而制作直径450mm、厚度25mm的圆板状铸块。之后，进行水淬后，再在280℃～300℃下进行退火。经过以上操作，由图3所示的旋转加工装置20使规定的靶材特性中组织控制的金属板100拉深变形。

如图3(A)所示，旋转加工装置20具有模具21和使模具21旋转的发动机24。金属板100通过夹在模具21和保持具22之间，从而安装在旋转加工装置20上。在模具21的中心部结合有发动机24的驱动轴23，由发动机24的驱动使模具21、金属板100及保持具22分别一体化旋转。

根据所制作的溅射靶材10的形状任意地制定模具21。保持具22将金属板100的中央区域101压在模具21上。夹在模具21和保持具22之间的金属板100的中央区域101形成溅射靶材10的靶材部11。

位于保持具22的外侧的金属板100的周边区域102，由拉深用辊30压向模具21的侧周面。由此，如图3(B)及图3(C)所示，金属板100的周边区域102渐渐变形。

金属板100的周边区域102，通过承受拉深变形从而使内部应力(内部应变)积累并硬化。即，金属板100的周边区域102通过加工硬化而强度提高，且高于金属板100的中央区域101的硬度。

另一方面，通过将加工能转换为热能，从而使金属板100的周边区域102的温度上升。金属板100的发热促进周边区域102的结晶组织重新排列，且有助于内部应力的缓和。即，通过由金属板100的发热引起的退火效果，抑制了由周边区域102的加工硬化引起的硬度上升。

为了阻止这种现象，在本实施方式中，在对金属板100进行旋转加工时对金属板100的温度进行管理，且对金属板100实施冷却工序以使金属板100的温度达不到规定以上的温度。由此，可以避免金属板100的周边区域102的过度的温度上升，且防止周边区域102的硬度下降。

所述规定温度根据构成金属板的金属材料的种类、组成等可以适宜地进行设定。例如，在金属板由铝或铝合金形成的情况下，所述规定温度可以设为130℃。通过在加工时将金属板100的温度维持在130℃以下，从而可以有效地抑制结晶组织的回复现象，且可以防止由内部应力的缓和引起的硬度下降。

金属板100的温度管理中，可以对金属板100的温度进行直接管理，也可以对模具21的温度进行管理。另外，不限于通过测量温度来进行温度管理，例如，也可以由加工时间和加工率来对金属板100的温度进行管理。

金属板100的冷却方法中，可以采用对金属板100自然冷却、或水冷却、空气冷却等强制冷却。另外，通过冷却模具21，也可以间接地冷却金属板100。为了将金属板100维持在规定温度以下，也可以以适当的间隔(例如10分～40分)间歇地实施金属板100的拉深加工，也可以对金属板100进行冷却的同时进行连续加工。由于加工时的升温速度根据加工速度、金属板100的加工率等发生改变，所以也可根据加工的进行改变金属板100的冷却方法。

金属板100的拉深加工持续至周边区域102接触到模具21的侧周面。由此，形成有环绕靶材部11的周围的环状的支撑部12。支撑部12的法兰部12a可通过将金属板100的周边抵压在模具21的法兰部21a上而形成法兰。

经过以上操作，制造有溅射靶材10。在本实施方式中，由于对金属板100进行温度管理的同时对周边区域102实施拉深加工，所以可以不放慢硬化速度地形成支撑部12。由此，能够以靶材部11的硬度(例如维氏硬度(Hv)30)的1.2倍以上的硬度形成支撑部12。另外，通过对金属板100实施温度管理，可以抑制由升温引起的靶材部11的结晶组织的变化，且可以稳定地维持组织控制的靶材部11的结晶状态。

而且，根据本发明人的实验可确认，与不进行温度管理而连续进行拉深加工时的支撑部相对于靶材部的硬度比为1.1相比，如上所述在将金属板管理在130℃以下的同时形成支撑部的情况下，上述硬度比可为1.3以上。另外，也确认了通过设置较长的间隔(例如40分)的同时实施拉深加工，可以形成硬度比为1.4的支撑部。

另外，在本实施方式中，在支撑部12的形成上采用旋转加工法。由此，可使金属板100的周边区域102在其全部区域上产生相同的拉深变形，且可使支撑部12的全部区域实现几乎相同的硬度。因此，与如冲压加工法在折叠弯曲部集中作用变形应力的加工法相比，旋转加工法可以提高硬度的均匀性。其结果，由于确保了背板所要求的支撑部12的机械特性，所以可以制造信赖度高的溅射靶材。另外，与冲压加工法相比，由于旋转加工法可以消减模具的制作成本，所以可以实现溅射靶材10的生产成本降低。

如上所述，根据本实施方式，可以制造兼有所期望结晶特性的靶材部11和机械强度优异的支撑部12的溅射靶材10。另外，也可以稳定地制造大型的溅射靶材。

虽然以上对本发明的实施方式进行了说明，但是本发明不限于此，基于本发明的技术观点可以进行各种变形。

Claims (6)

1.一种溅射靶材的制造方法，包括：

形成组织控制的圆盘状的金属板；

通过将所述金属板维持在规定温度以下的同时利用旋转加工使所述金属板的周边部拉深变形，在所述金属板的周边部形成环状的支撑部。

2.根据权利要求1所述的溅射靶材的制造方法，

所述规定温度为130℃。

3.根据权利要求1所述的溅射靶材的制造方法，形成所述支撑部的工序包括：

由旋转加工使所述金属板的周边部拉深变形的工序；

对所述金属板进行冷却的工序；

进一步由旋转加工使所述金属板的周边部拉深变形的工序。

4.根据权利要求3所述的溅射靶材的制造方法，

对所述金属板进行冷却的工序包括对保持所述金属板的模具进行冷却的工序。

5.一种溅射靶材，包括：

圆板状的靶材部，由组织控制的金属材料形成，且具有第一硬度；

环状的支撑部，具有为第一硬度的1.2倍以上的第二硬度，且通过对所述靶材部的周围进行旋转加工而形成。

6.根据权利要求5所述的溅射靶材，

所述金属材料为铝或铝合金。

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