CN104246003A - 圆筒形溅射靶及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

容易且可靠地接合圆筒形靶材和衬管，防止圆筒形溅射靶的破损并提高使用效率。通过空塞子(60)封闭衬管(40)的一端部而作为密封端部(42)，使熔融状态的接合材料(30)存留于可插入设置在接合材料填充夹具(70)上的衬管的横截面大致呈圆形的凹状的接合材料保持部(72)，将密封端部(42)朝下方的衬管(40)隔开间隙(g)而插入到载置于接合材料填充夹具(72)上的靶材(20)的内部，并通过该靶材(20)而插入到接合材料保持部(72)，从而，将熔融状态的接合材料(30)从接合材料保持部(72)压出，填充到靶材(20)的内周面与衬管(40)的外周面之间的间隙(g)之后使其固化，并从接合材料填充夹具(70)卸下，除去空塞子(60)。

Description

圆筒形溅射靶及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种使用于磁控溅射装置中的圆筒形溅射靶及其制造方法。
本申请基于2012年7月18日在日本申请的专利申请2012-159966号以及2013年6月11日在日本申请的专利申请2013-122295号主张优先权，并将其内容援用于本说明书中。
背景技术
作为磁控溅射装置，有具备一边旋转靶，一边进行溅射的圆筒形溅射靶的磁控溅射装置。在该磁控溅射装置中，将磁铁配置于圆筒形靶的内侧，并且，通过使冷却水在靶的内侧流过，从而一边冷却靶，一边使靶旋转的同时进行溅射。
使用这种圆筒形溅射靶的溅射装置的特征为，适用于大面积的成膜，且靶的使用效率非常高。圆筒形靶能够使冷却水在其内部流过，因此冷却效率高，从而能够对靶施加高电力，能够进行高速成膜。并且，一般平板靶的使用效率为十几％～30％左右，相对于此，圆筒形靶的靶材的整个面成为溅蚀区域，因此可获得约80％的非常高的使用效率。
这种圆筒形靶，以往主要使用于建材玻璃的表面涂层用成膜装置，在制造要求严格的成膜气氛的管理的电子部件时几乎不被应用，但是近年来，开发出面向制造太阳能电池和平板显示器等大型电子部件的制造的旋转阴极型溅射装置。因此，要求以低成本制造高品质的圆筒型靶。
在专利文献1中记载有，在呈同心状配置的圆筒形靶材与圆筒形基材(衬管)之间所形成的空间内，利用压力差将接合材料(焊材)紧密地填充，由此防止接合材料吸入空气。
在专利文献2中记载有，在圆筒形靶材与圆筒形衬管之间注入接合材料时使用转接器，由此防止接合材料吸入空气。
在专利文献3中记载有，在沿上下方向配置的圆筒形靶材的下端部，插入上端部封闭的衬管，由此封闭圆筒形靶材的下端部，使熔融状态的接合剂存留在该圆筒形靶材中，并且在该状态下，将衬管朝圆筒形靶材的上端部压入，由此将接合剂填充于圆筒形靶材与衬管之间。
在专利文献4中记载有，在下端部封闭的圆筒形靶材中放入熔融状态的接合材料，并且对此压入下端部封闭的圆筒形基体，由此将接合材料填充于圆筒形靶材与圆筒形基体之间。
专利文献1：日本专利公开2010-70842号公报
专利文献2：日本专利公开2011-84795号公报
专利文献3：日本专利公开2011-127138号公报
专利文献4：日本专利公开平8-60351号公报
将熔融状态的接合材料注入到靶材与圆筒形衬管之间的情况下，若熔融状态的接合材料吸入气泡，则在气泡部分热传递变得不均匀，有可能冷却效率降低，或者在接合后的溅射靶中产生破裂和剥离等破损。为了防止这种情况，提出利用压力压入接合材料，或施加振动而去除气泡等方法。另一方面，虽然要求能够可靠地保持以旋转的状态而被使用的圆筒形溅射靶的结构，但根据制造方法，有时无法获得这种结构。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于，容易且可靠地接合圆筒形靶材和圆筒形衬管，形成在使用时能够可靠地进行保持的靶，防止制造时以及使用时圆筒形溅射靶的破损，并且提高圆筒形溅射靶的使用效率。
本发明为一种圆筒形溅射靶的制造方法，其通过接合材料而接合圆筒形衬管的外周面和圆筒形靶材的内周面来制造圆筒形溅射靶，其中，将所述圆筒形衬管的一端部通过空塞子进行封闭而作为密封端部，在横截面大致呈圆形的凹状接合材料保持部存留有熔融状态的接合材料，所述接合材料保持部中能够插入被设置于接合材料填充夹具的所述圆筒形衬管，将所述密封端部朝下方的所述圆筒形衬管，隔开间隙地插入到所述接合材料填充夹具所载置的所述圆筒形靶材的内部，并通过该圆筒形靶材而插入到所述接合材料保持部，由此，将熔融状态的所述接合材料从所述接合材料保持部压出，填充到所述圆筒形靶材的所述内周面与所述圆筒形衬管的所述外周面之间的所述间隙后使其固化，并从所述接合材料填充夹具卸下，除去所述空塞子。
根据该制造方法，通过将利用空塞子进行封闭的圆筒形衬管的密封端部插入到由熔融状态的接合材料所填满的接合材料保持部，接合材料被压出到圆筒形靶材的内周面与圆筒形衬管的外周面之间的间隙而被填充。并且，在接合材料固化之后，仅通过从接合材料填充夹具取出，并除去空塞子和接合材料的溢出等不需要的部分，便能够容易获得由圆筒形靶材与圆筒形衬管接合而成的圆筒形溅射靶。该情况下，由于接合材料以从下方上升的方式填充于圆筒形靶材与圆筒形衬管之间的间隙中，因此防止因气泡的残留而产生空隙，牢固地接合圆筒形靶材和圆筒形衬管，并且能够提高这些部件的热传导性而能够使冷却性能良好。
并且，在接合材料填充夹具中填充接合材料时，使插入到接合材料保持部的圆筒形衬管从圆筒形靶材的一端部突出，因此能够容易制造出圆筒形衬管从圆筒形靶材的两端突出的圆筒形溅射靶。此时，通过适当地调整接合材料保持部的容量、空塞子的大小等，能够调整压出到各部件之间而被填充的接合材料的量。
该制造方法中，优选在所述圆筒形衬管的所述外周面的至少一部分，设置相对于所述圆筒形靶材的所述内周面形成一定间隔的间隔件。该情况下，相对于圆筒形衬管以同心状配置圆筒形靶材，能够获得无偏心的圆筒形溅射靶。并且，由于圆筒形衬管与圆筒形靶材的间隙通过间隔件遍及整个圆周而变得均匀，由此热传递性均匀，能够防止制造时以及使用时因热膨胀而引起的圆筒形溅射靶的破损。
在该制造方法中，优选所述间隔件为铜制或SUS制间隔件。铜的热传导性高，因此圆筒形衬管与圆筒形靶材的热传递性提高。另一方面，SUS的强度优异，因此不易产生折弯等，在圆筒形衬管插入到圆筒形靶材时提高操作性。并且，也不会损伤热传递性。
另外，在该制造方法中，所述接合材料为金属系材料，优选预先将所述圆筒形衬管的所述外周面以及所述圆筒形靶材的所述内周面进行金属化。当In系低熔点焊材等金属材料用作接合材料的情况下，通过预先将圆筒形衬管的外周面与圆筒形靶材的内周面进行金属化，从而在各周面接合材料顺畅地流过而容易附着，因此在圆筒形衬管与圆筒形靶材之间不会形成气泡等，能够制造出可实现均匀的热传递的圆筒形溅射靶。
并且，本发明为圆筒形溅射靶，其具备：圆筒形靶材；圆筒形衬管，从所述圆筒形靶材的两端突出，并通过接合材料而接合于所述圆筒形靶材的内周面；和间隔件，配置在所述圆筒形靶材的内周面和所述圆筒形衬管的所述外周面之间的至少两端部。
根据该圆筒形溅射靶，由于衬管从靶材的两端突出，因此在溅射装置中容易被可靠地保持，能有效地使用靶材的整个面。并且，通过间隔件，接合材料无间隙地填充于圆筒形靶材与圆筒形衬管之间，从而热传递性良好，因此不易发生因热收缩而引起的破损。
根据本发明的圆筒形溅射靶及其制造方法，能够容易且可靠地接合圆筒形靶材和圆筒形衬管，形成在使用时能够可靠地进行保持的靶，防止在制造时及使用时圆筒形溅射靶的破损，并且能够提高圆筒形溅射靶的使用效率。
附图说明
图1为表示本发明所涉及的圆筒形溅射靶的制造方法中的一工序的剖面图。
图2为表示在本发明所涉及的圆筒形溅射靶的制造方法中，图1所示工序的后续工序的剖面图。
图3为表示本发明的所涉及的圆筒形溅射靶的剖面图。
符号说明
10-圆筒形溅射靶，20-圆筒形靶材，21-内周面，30-接合材料，40-圆筒形衬管，41-外周面，42-密封端部，50-间隔件，60-空塞子，70-接合材料填充夹具，71-靶材保持部，72-接合材料保持部，P-垫片，g-间隙。
具体实施方式
以下，针对本发明所涉及的圆筒形溅射靶及其制造方法的实施方式进行说明。圆筒形溅射靶10具备(图3)：圆筒形靶材(以下，称作“靶材”)20；圆筒形衬管(以下，称作“衬管”)40，从所述靶材20的两端突出，并通过接合材料30接合于靶材20的内周面21；和金属制间隔件50，配置于靶材20的内周面21与衬管40的外周面41之间的至少两端部。
图1～图3中表示，通过接合材料30来接合衬管40的外周面41和靶材20的内周面21而制造圆筒形溅射靶10的各工序。首先，在这些工序之前，将衬管40的一端部利用空塞子60进行封闭而作为密封端部42，并且，在衬管40的外周面41的至少一部分，设置有相对于靶材20的内周面21形成一定间隔的间隔件50(图1)。
间隔件50适宜的是铜制或SUS制间隔件，例如，优选为直径0.8mm的线(wire)状。并且，该间隔件50优选设置成，通过用耐热胶带贴合于衬管40而能够进行设置，并能够相对于衬管40呈同心状配置靶材20，并且并不阻碍随后所填充的熔融状态的接合材料30的流动。即，优选至少在衬管40的两端部附近，在圆周方向的多个部位设置成朝长度方向延伸。
对靶材20及衬管40的材料和尺寸并没有特别的限定，例如靶材20可使用由Cu、Ag、Ti等金属或陶瓷等构成的内径135mm、长度1～3m的筒状部件，衬管40可使用Ti或SUS制的外径133mm、长度1～3m的筒状部件。对接合材料30并没有特别的限定，例如可使用如In系低熔点焊材这种金属系材料。当靶材20的内径为135mm、衬管40的外径为133mm的情况下，它们的间隙g的半径为1mm，作为靶材20的内径可使用134mm～137mm，该情况下，间隙g优选为0.5mm～2mm。若间隙g小于0.5mm，则接合材料30少且将丧失缓冲性，因此耐冲击性有可能变弱，当间隙g大于2mm的情况下，不易获得使用时的冷却效果，导致接合材料30的浪费。
另外，预先将这些靶材20的内周面21及衬管40的外周面41进行金属化。如下进行金属化，即例如对加热状态的各表面配置熔融状态的接合材料30，一边利用搭载加热器的超声波烙铁等施加超声波振动，一边涂布接合材料30。通过金属化，可促进各表面的污垢的去除、氧化膜的还原、气泡的去除等，能够使接合材料30融合于各表面。
接着，如图1至图3所示，使用接合材料填充夹具70来接合靶材20和衬管40。接合材料填充夹具70具有：靶材保持部71，与沿上下方向配置的靶材20的下端面紧密接触；及横截面大致呈圆形的凹状接合材料保持部72，形成于该靶材保持部71的内侧，并可插入衬管40。该接合材料保持部72的内径设定成，比衬管40的外径大，且与靶材20的内径大致相等。靶材保持部71上配置有环板状的垫片P，该垫片P使靶材20的下端面与接合材料填充夹具70紧密接触，防止熔融状态的接合材料30漏出。
首先，如图1所示，使熔融状态的接合材料30存留于接合材料填充夹具70的接合材料保持部72，并且将靶材20保持于靶材保持部71上并沿上下方向进行配置。并且，将外周面41上具备间隔件50的衬管40，使通过空塞子60而被封闭的密封端部42朝下地插入到该靶材20的内部，从而通过该靶材20插入到接合材料保持部72。
如图2所示，在靶材20的内周面与衬管40的外周面之间形成有间隙g，因此若将衬管40插入到接合材料保持部72，则熔融状态的接合材料30从接合材料保持部72被压出，填充到靶材20的内周面21与衬管40的外周面41之间的间隙g中。在填充到该间隙g中的接合材料30固化之后，如图3所示，将通过该接合材料30而彼此接合的衬管40与靶材20从接合材料填充夹具70卸下，除去不必要的空塞子60及溢出的接合材料30等，从而可获得圆筒形溅射靶10。
另外，当插入衬管40的下端部，且空塞子60的下端面到达接合材料保持部72的底面时，接合材料保持部72的总体容积只要大于等于在衬管40的外周面、接合材料保持部72的内周面以及靶材20的内周面之间形成的间隙的总容积即可，如图2所示，只要接合材料30在靶材20的上端稍微溢出的程度即可。
根据以上说明的本发明的一种实施方式所涉及的制造方法，如图3所示，可获得本发明所涉及的圆筒形溅射靶10，该圆筒形溅射靶10具备：圆筒形靶材20；圆筒形衬管40，从所述圆筒形靶材20的两端突出，并通过接合材料30接合于圆筒形靶材20的内周面21；和金属制间隔件50，配置于圆筒形靶材20的内周面21与圆筒形衬管40的外周面41之间的至少两端部。
根据如以上所说明的本发明所涉及的制造方法，通过调整接合材料保持部72的深度和空塞子60的长度，能够接合任意长度的靶材20和衬管40，并且能够调整从靶材20的端部突出的衬管40的长度。从而，通过使衬管40的两端部以任意长度从靶材20的两端突出，能够容易制造出具有在使用时能够可靠地进行保持的部分的圆筒形溅射靶10。
并且，在该圆筒形溅射靶10中，接合材料30在靶材20与衬管40的间隙g中从下端一边上升一边被填充，因此能够防止因残留有气泡而产生空隙，从而无间隙地被填充。由此牢固地接合靶材20和衬管40，并且提高这些部件之间的热传递性而有效地冷却靶材20，因此不易产生因热膨胀而导致的破损，在溅射装置中进行使用时，能够对圆筒形溅射靶10施加高电压，并能够高速成膜。并且，由于能够保持从靶材20突出的衬管40，因此可使用整个靶材20，能够提高使用效率。
另外，本发明并不限定于所述实施方式的结构，在细部结构中，在不脱离本发明宗旨的范围内可追加各种变更。
例如，在实施方式中，靶材的内周面与衬管的外周面之间的间隙g遍及整个圆周而形成，然而，只要能够填充可接合这些靶材和衬管的量的接合材料，则未必在整个圆周形成间隙，可以局部形成间隙，例如形成沿靶材的长度方向的槽状或螺旋状的间隙等。

Claims (5)

1.一种圆筒形溅射靶的制造方法，通过接合材料而接合圆筒形衬管的外周面和圆筒形靶材的内周面来制造圆筒形溅射靶，该方法的特征在于，
将所述圆筒形衬管的一端部通过空塞子进行封闭而作为密封端部，
在横截面大致呈圆形的凹状接合材料保持部存留有熔融状态的接合材料，所述接合材料保持部中能够插入被设置于接合材料填充夹具的所述圆筒形衬管，
将所述密封端部朝下方的所述圆筒形衬管，隔开间隙地插入到所述接合材料填充夹具所载置的所述圆筒形靶材的内部，并通过该圆筒形靶材而插入到所述接合材料保持部，由此，将熔融状态的所述接合材料从所述接合材料保持部压出，填充到所述圆筒形靶材的所述内周面与所述圆筒形衬管的所述外周面之间的所述间隙后使其固化，并从所述接合材料填充夹具卸下，除去所述空塞子。
2.根据权利要求1所述的圆筒形溅射靶的制造方法，其特征在于，
在所述圆筒形衬管的所述外周面的至少一部分设有间隔件，该间隔件相对于所述圆筒形靶材的所述内周面形成一定的间隔。
3.根据权利要求2所述的圆筒形溅射靶的制造方法，其特征在于，
所述间隔件为铜制或SUS制间隔件。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的圆筒形溅射靶的制造方法，其特征在于，
所述接合材料为金属系接合材料，预先将所述圆筒形衬管的所述外周面及所述圆筒形靶材的所述内周面进行金属化。
5.一种圆筒形溅射靶，其特征在于，具备：
圆筒形靶材；
圆筒形衬管，从所述圆筒形靶材的两端突出，并通过接合材料而被接合于所述圆筒形靶材的内周面；及
间隔件，配置于所述圆筒形靶材的内周面和所述圆筒形衬管的外周面之间的至少两端部。
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