CN103422063A

CN103422063A - 带凸缘的靶的制造方法

Info

Publication number: CN103422063A
Application number: CN2013101990610A
Authority: CN
Inventors: 深沼博隆; 佐藤伸一; 榎本和马; 宇井和也
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 2012-05-25
Filing date: 2013-05-24
Publication date: 2013-12-04
Also published as: JP2013245375A; KR20130132325A

Abstract

本发明提供一种能够形成良好的薄膜并且耐久性优异的带凸缘的靶的制造方法。一种带凸缘的靶的制造方法，其为了能够使靶前表面朝向装置内部来安装该靶而在周围形成有凸缘部。该制造方法的特征在于，该制造方法包括：冷喷步骤（Sl、S2）：准备具有预定的成分组成的靶体，将在固相温度区域内加热了的金属粒子与气流一起喷涂到靶体的与应形成靶前表面的面成对的背面上，使金属粒子在背面上塑性变形的同时进行堆积，从而形成密封板部；以及机械加工步骤（S3）：通过进行机械加工而形成上述凸缘部。

Description

带凸缘的靶的制造方法

技术领域

本发明涉及一种形成有用于向成膜装置安装的凸缘部的带凸缘的靶的制造方法。

背景技术

在作为薄膜形成装置的成膜装置中，将各种形状的板状的靶以使盘面相对接的方式密合固定于冷却了的安装部上，在对靶进行冷却的同时运转成膜装置。在此，此种靶具有从板侧面呈凸缘状突出的阶梯状的凸缘部，在将该靶配置于装置的安装部上的基础上，以将该靶压靠于该安装部的方式以固定爪螺纹固定凸缘部，从而固定该靶。在这样的带凸缘的靶中，根据制造方法公知有几个种类。

例如，在专利文献1中公开有如下接合型的带凸缘的靶：利用由镓、铟或银等低熔点金属构成的钎焊材料将直径大于靶体的直径的圆板状的密封板部钎焊接合于由靶材料构成的圆板状的靶体的背面。密封板部是形成有凸缘部的部分。但是，在这样的靶中，若温度在成膜装置的使用过程中上升，则有可能导致钎焊材料再熔化，靶体从固定于装置的密封板部脱离。

此外，在专利文献2中，公开有如下一体型的带凸缘的靶：通过对由靶材料构成的靶体的板外周面进行机械加工而形成凸缘部。在该靶中，当如上所述地以固定爪螺纹固定凸缘部而将靶压靠于安装部时，应力易于集中产生于机械加工而成的凸缘部基部角。即，因成膜装置在运转过程中或运转前后所产生的热应力而易于以该凸缘部基部角为起点产生裂纹。该倾向在由近年来多用的多元系的机械特性较脆的靶材料获得的靶中尤其显著。

此外，在专利文献3中公开有如下靶，该靶是通过将靶体形成于形成有凸缘部的密封板部上而获得的，该靶体由利用等离子体喷镀、火焰喷镀熔接靶材料粉末而成的喷镀皮膜构成。在该靶的制造法中，能够在不使用钎焊材料的情况下获得类似于接合型的带凸缘的靶。

但是，在专利文献4中，针对专利文献3论述了如下等情况：利用喷镀进行熔接而获得的靶体的密度较低的情况；因在大气中熔融靶材料粉末而将气体成分卷入靶体内的情况；以及因上述情况而在靶体内部产生微粒，作为结果，在使用这样的靶而获得的薄膜中，因含有微小微粒而无法充分地满足所要求的性能的情况。在此基础上，在专利文献4中公开有利用如下所谓的冷喷法形成的靶：在固相温度区域内对靶材料粉末进行加热，将加热后的靶材料粉末与气流一起喷涂于密封板上，使靶材料粉末在塑性变形的同时进行堆积。在该靶中，由于在未使靶材料粉末溶融的情况下将其喷涂于密封板部上，因此能够抑制靶体内部的微粒，能够减少作为结果而获得的薄膜中的微小微粒。

专利文献1：日本特开昭61－183465号公报

专利文献2：日本特开2000－265265号公报

专利文献3：日本特开2002－339032号公报

专利文献4：日本再公表特许2008－081585号公报

如上所述，带凸缘的靶的制造方法会对在成膜装置中使用靶而获得的薄膜的性状造成影响，此外，靶体自密封板部脱离、在凸缘部附近产生裂纹等情况也会对该靶的寿命造成影响。

发明内容

本发明是鉴于该状況而完成的，其目的在于提供一种能够形成良好的薄膜并且耐久性优异的带凸缘的靶的制造方法。

本发明的带凸缘的靶的制造方法以能够使靶前表面朝向装置内部来安装该靶的方式在周围形成有凸缘部的带凸缘的靶的制造方法，其特征在于，该制造方法包括：冷喷步骤：准备具有预定的成分组成的靶体，将在固相温度区域内加热了的金属粒子与气流一起喷涂到上述靶体的与应形成上述靶前表面的面成对的背面上，使上述金属粒子在上述背面上塑性变形的同时进行堆积，从而形成密封板部；和机械加工步骤：通过进行机械加工而形成上述凸缘部。

根据本发明，能够制造可以形成良好的薄膜并且耐久性优异的带凸缘的靶。

在上述发明中其特征也可以是，上述靶体由Ti、Al、Cr、Nb、Si、Zr、Hf、V、Mo、W、Fe、Cu、C、B、Y中的任意一种元素的单体、上述元素的氧化物、氮化物、硫化物、碳化物、硼化物、或者组合两种以上的上述元素而成的合金构成。根据本发明，通过为了形成薄膜而从预定的成分中选定所需的材料，能够制造可以形成良好的薄膜并且耐久性优异的带凸缘的靶。

在上述发明中其特征也可以是，上述金属粒子由Cu、Al、Fe中的任意一种元素的单体、上述元素的氧化物、氮化物、碳化物、硫化物、硼化物、或者组合两种以上的上述元素而成的合金构成。根据本发明，通过从预定的成分中选定密封板部所需的材料，能够制造可以形成良好的薄膜并且耐久性优异的带凸缘的靶。

附图说明

图1是利用本发明的制造方法所获得的靶的立体图。

图2表示靶向成膜装置固定的固定状态的剖视图。

图3表示本发明的制造方法的工序图。

图4是各制造工序中的靶的剖视图。

图5是本发明的制造方法中所使用的装置的图。

图6是实施例和比较例的制造条件及试验结果的列表图。

具体实施方式

使用图1和图2说明利用作为本发明的一实施例的制造方法所获得的靶。

如图1所示，作为本实施例的靶10是在利用后述的冷喷法使基板2堆积于大致圆盘状的靶部1的主表面（在图1中为靶部1的下表面）上并接合于该主表面上之后、对该靶部1进行机械加工所获得的带凸缘的靶。本发明的靶能够应用于由所谓的溅射、电弧所进行的任意一种成膜中。

靶部1与通常成膜时所使用的圆盘状的靶板相同。如后所述，对该制造方法并无限定。此外，用于形成薄膜的材料能够是例如由Ti、Al、Cr、Nb、Si、Zr、Hf、V、Mo、W、Fe、Cu、C、B、Y中的任意一种元素的单体、上述元素的氧化物、氮化物、硫化物、碳化物、硼化物、或者组合两种以上的上述元素而成的合金构成的平板。

基板2是具有比靶部1的直径大的直径的大致圆盘状的金属板。基板2的外周部附近向靶部1的外侧突出而形成为阶梯状的凸缘部3。基板2是由后述的冷喷法而形成的，例如能够由Cu、Al、Fe中的任意一种元素的单体、上述元素的氧化物、氮化物、碳化物、硫化物、硼化物、或者组合两种以上的上述元素而成的合金构成。

如图2所示，靶10被以如下方式固定于该成膜装置：基板2以使其背面压靠于成膜装置的冷却了的安装部5的盘面的方式与该安装部5的盘面相对接并密合于该安装部5的盘面，以固定爪7螺纹固定凸缘部3（另外，未图示螺纹）。如由该截面结构所明确的那样，为了能够在成膜装置运转时有效地冷却靶部1，优选的是基板2由导热性较高的材料构成。

接着，根据图3、并使用图4和图5说明上述的靶的制造方法的一实施例。

在靶部准备步骤S1中，准备图4的（a）所示的板状的靶部1。该靶部1是由如上所述的材料构成的平板的靶，能够使用以往的产品。

接着，在密封板堆积步骤S2中，如图4的（b）所示，将靶部1设置于如后所述那样的冷喷装置，使用冷喷装置在该靶部1的一侧的主表面上层状地形成基板2。

在此，如图5中示意性地表示的那样，在冷喷装置40中，将从储气罐等供给的非活性气体向气体单元41引导，在调节该非活性气体的流量的同时使该非活性气向载气管线42和输送气体管线43分流。在载气管线42中流动的非活性气体被引导至加热器45并被加热至预定的温度，而后被引导至腔室46内。另一方面，在输送气体管线43中流动的非活性气体被引导至送料器44，在输送由作为上述的基板2的材料构成的金属粉末的同时被引导至腔室46内。在腔室46的内部，利用加热了的非活性气体在固相温度区域内对金属粉末进行加热，即，在使金属粉末维持固体状态的预定的温度范围内对金属粉末进行加热，而后向喷嘴47输送。在喷嘴47的内部设有未图示的压缩部，通过使输送金属粉末的非活性气体通过该压缩部，能够以使该非活性气体成为超音速流的方式对该非活性气体进行加速。加热并且与气流一起加速了的金属粉末的粒子20从喷嘴47朝向靶部1喷涂。该喷射的粒子20在维持了固体状态的情况下以高速撞击于靶部1的主表面上，在使自身塑性变形的同时以沿着靶部1的表面形状的方式变形并附着于靶部1的主表面上。在使喷嘴47相对于靶部1移动的同时使金属粉末的粒子20以覆盖靶部1的主表面的方式附着于靶部1的主表面。由此，在靶部1的主表面上形成第一层的粒子层2’。

在此，在靶部1由与Cu、Al等用作靶的其他材料相比较易于塑性变形的材料构成的情况下，能够使被粒子20撞击了的部位塑性变形，同时，能够使塑性变形的粒子20以陷入其与靶部1之间的撞击部位的塑性变形部分的方式附着于靶部1。由此，能够使粒子层2’更加牢固地与靶部1接合。

进而，在第一层粒子层2’上重复进行金属粉末的粒子20的喷射。粒子20在粒子层2’上自我塑性变形并且使粒子层2’也一起塑性变形的同时进行撞击。如此，通过使粒子20在塑性变形的同时进行撞击，与例如像等离子体喷镀法那样喷射溶融金属并使其堆积的情况相比，能够使粒子20高密度地堆积。通过重复该操作，在靶部1的主表面上层状地形成基板2。

另外，也可以在形成了第一层粒子层2’之后增加金属粉末的每单位时间的喷射量。在该情况下，通过在能够使粒子20附着于粒子层2’的范围内适当地变更非活性气体的温度、压力等条件，能够更加有效地获得预定厚度的基板2。当然，冷喷装置40并不局限于上述结构的装置，还能够适当地进行如下变更：例如，多级地构成加热器、或安装将载气加热至更高温度的装置等。

并且，在密封板堆积步骤S2中，为了缓和所形成的基板2的残留应力，优选的是对基板2施加缓和热处理。此外，为了高效地冷却上述靶部1，通过施加缓和热处理，能够提高基板2的热导率。缓和热处理的处理条件与基板2的材料相对应，但是大致适当地设定在加热温度200℃～700℃、保持时间2Hr～10Hr的范围内。

在机械加工步骤S3中，如图4的（c）所示，以使基板2的直径大于靶部1的直径的方式进行机械加工。即，以至少切削靶部1的外周部而形成基板2的外周部向外周侧突出的凸缘部3的方式进行机械加工。此外，根据需要进行形成用于将靶10安装于成膜装置的形状的机械加工、用于使基板2的背面密合于安装部5的盘面的磨削加工等。如上所述，获得靶10。

评价试验

接着，说明利用上述的制造方法和作为比较例的制造方法所形成的靶的评价试验的结果。首先，详细叙述用于评价试验的试验片的制作方法。

首先，准备将由Al－44质量%Cr－3质量%B（Al：Cr：B＝53：44：3）构成的粉末烧结为直径161mm、厚度10mm的大致圆盘状体而成的通常的靶板。

在实施例1和实施例2中，利用上述的制造方法分别使厚度6mm的Cu和Al的金属粉末堆积于靶板的主表面上。另外，在密封板堆积步骤S2中，将用于喷射金属粉末的非活性气体设为氮气，将非活性气体的加热温度设为600℃，将腔室46（参照图5）的内压设为3MPa。此外，在机械加工步骤S3中，不仅对靶部1的外周实施机械加工，对靶部1的整面均实施机械加工，获得将靶部1设为直径154mm×厚度8mm、将基板2设为直径160mm×厚度4mm的带凸缘的大致圆盘状体的靶10。在图6中将该制造方法标记为冷喷法。

另一方面，在比较例1和比较例2中，准备分别由Cu和Al构成的基板，使用由铟构成的钎焊材料将该基板钎焊接合于靶板。对此，也获得将靶部1设为直径154mm×厚度8mm、将基板2设为直径160mm×厚度4mm的带凸缘的大致圆盘状体的靶10。在图6中将该制造方法标记为接合法。

在实施例1和实施例2、比较例1和比较例2的靶10中，以使靶部1与基板2之间的界面位于靶10的厚度方向的大致中央的方式分别切取纵30mm、横30mm、厚度8±1mm的板状试验片。将该板状试验片提供于后述的加热试验和拉伸试验。

接着，说明使用了板状试验片的评价试验、即评价耐热性的加热试验和评价接合强度的拉伸试验的各方法。

评价耐热性的加热试验是通过如下方法来进行的：将板状试验片加热至300℃并保持该温度，确认在靶部1与基板2之间的界面处靶部1是否从基板2脱离。另外，在图6中，在未脱离的情况下判定为“良好”，标记“○”，在确认已脱离的情况下判定为“不良”，标记“×”。

评价接合强度的拉伸试验是通过如下方法来进行的：将夹着板状试验片的接合界面的上表面和底面分别固定于夹具，在室温下，沿着大致垂直的方向对靶部1与基板2之间的界面施加拉伸负荷，确认拉伸强度（断裂负荷）和断裂位置。另外，在图6中，在断裂位置从界面起位于靶部1或基板2的一侧的情况下，能够判断为接合界面的接合强度较高，标记为“○”，与此相对，在断裂位置位于界面处的情况下，相对地能够判定为接合界面的接合强度不充分，标记为“×”。

以上的试验结果如图6所示，在实施例1中，在加热试验中未产生脱离而被判定为耐热性“良好”。在拉伸试验中拉伸强度为4.8N／mm²，断裂位置位于靶部1侧，接合强度较高。此外，在实施例2中，在加热试验中也未产生脱离而被判定为耐热性“良好”。在拉伸试验中拉伸强度为与实施例1相同的4.8N／mm²，断裂位置位于靶部1侧，接合强度较高。在实施例1和实施例2中，参照图1推测有利用冷喷法形成的基板2在靶部1与基板2之间的界面处以彼此咬合的方式接合于靶部1，利用锚固效果获得了牢固的接合。即，实施例1和实施例2的带凸缘的靶具有良好的耐热性和接合强度，且耐久性优异。

另一方面，在比较例1和比较例2中，在加热试验中，接合部在作为铟的熔点的152℃附近再熔化而产生脱离，被判定为耐热性“不良”。此外，在比较例1和比较例2这两者中，在拉伸试验中拉伸强度均为1.6N／mm²，断裂位置均位于接合界面处，接合强度非常低。

以上，根据本实施例的制造方法，形成有难以在靶部1与基板2之间的界面处产生脱离、断裂的、耐久性优异的带凸缘的靶10。此外，由于靶部1并没有被施加使其变形的加工，因此能够以预定的方法获得靶部1，从而能够形成本来就良好的薄膜。

至此，说明了本发明的代表性的实施例和基于该实施例的改变例，但是本发明并不一定限定于此。本领域技术人员应该能够在不脱离附加的权利要求书的范围的情况下发现各种替代实施例。

附图标记说明

1 靶部；2 基板；3 凸缘部；10 靶；40 冷喷装置。

Claims

1.一种带凸缘的靶的制造方法，其为了能够使靶前表面朝向装置内部来安装该靶而在周围形成有凸缘部，其特征在于，

该制造方法包括：

冷喷步骤：准备具有预定的成分组成的靶体，将在固相温度区域内加热了的金属粒子与气流一起喷涂到上述靶体的与应形成上述靶前表面的面成对的背面上，使上述金属粒子在上述背面上塑性变形的同时进行堆积，从而形成密封板部；以及

机械加工步骤：通过进行机械加工而形成上述凸缘部。

2.根据权利要求1所述的带凸缘的靶的制造方法，其特征在于，

上述靶体由Ti、Al、Cr、Nb、Si、Zr、Hf、V、Mo、W、Fe、Cu、C、B、Y中的任意一种元素的单体、上述元素的氧化物、氮化物、硫化物、碳化物、硼化物、或者组合两种以上的上述元素而成的合金构成。

3.根据权利要求2所述的带凸缘的靶的制造方法，其特征在于，

上述金属粒子由Cu、Al、Fe中的任意一种元素的单体、上述元素的氧化物、氮化物、碳化物、硫化物、硼化物、或者组合两种以上的上述元素而成的合金构成。