CN113272468B - 溅射靶制品以及溅射靶制品的再生品的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种可降低成本的溅射靶制品。所述溅射靶制品，包括：靶，背板或背管，嵌件材料的层，所述靶的非溅射面侧的至少一部分轮廓化为具有面对称状的凹凸部，所述嵌件材料的层形成为紧贴所述轮廓化的表面，所述嵌件材料，由比重至少比构成靶的金属更轻的金属形成。
Description
技术领域
本公开涉及一种溅射靶制品以及溅射靶制品的再生品的制造方法。
背景技术
作为形成金属或陶瓷的薄膜的方法，可列举溅射法。作为应用溅射法的领域，可列举电子领域、耐腐蚀性材料以及装饰领域、催化剂领域、切削材料以及研磨材料等耐摩耗性材料的制造领域等。最近，特别是在电子领域，可使用适合形成复杂的形状的覆膜以及形成电路的钽溅射靶等。
在专利文献1及专利文献2中，公开了一种提高溅射靶的利用率的发明。具体地公开了，在背板上设置圆筒形状的凹部，并且设置与该凹部对应的靶嵌件。并且公开了，通过减少必需的靶材料的量，来提高溅射用装置的生产性，并由此降低成本。
在专利文献3中公开了一种将钽或钨靶与由铜合金制成的背板，隔着厚度0.5mm以上的铝或铝合金板的嵌件材料进行扩散接合而成的溅射靶制品。
在专利文献4中公开了一种溅射靶制品，其芯背板构成元件具有与最深的侵蚀槽对应的若干开口。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2005/026406(日本特表2007－505217号公报)
专利文献2：国际公开第2002/099157(日本特表2004-530048号公报)
专利文献3：日本特开2002-129316号公报
专利文献4：国际公开第2009/023529(日本特表2010-537043号公报)
发明内容
发明要解决的技术问题
如上述那样，虽然尝试降低与溅射靶制品的相关成本，但是在成本方面依然存在改善的余地。因此，本公开目的在于提供一种通过与上述专利文献不同的方式降低了成本的溅射靶制品。
解决技术问题的方法
经过深入研究，发明人着眼于溅射靶制品的重量。形成薄膜的成分是重金属等比重比较大的成分。因此，溅射靶制品的重量也变较大。并且，溅射靶的重量越大则运输成本也越高，进而处理性还产生困难。关注溅射靶制品的使用状況会发现，包括形成薄膜的成分的靶部分，没有均匀地被侵蚀。实际上，如图7～9所示，被侵蚀为面对称状地形成凹凸。因此，侵蚀较多的部分，与之相应地，需要增大靶的厚度。另一方面，在侵蚀较少的部分，靶的厚度即使较薄也没有问题。即，对于侵蚀较少的部分，能够使得靶的厚度较薄。并且，与变薄程度相应地，可以用比重比构成靶的金属更轻的金属，进行填埋。由此，能够减轻制品整体的重量。
本发明，基于以上知识而完成，在一方面，包括如下的发明。
(发明1)
一种溅射靶制品，其中，
所述溅射靶制品，包括：靶，背板或背管，嵌件材料的层，
所述靶的非溅射面侧的至少一部分轮廓化成具有面对称状的凹凸部，
所述嵌件材料的层形成为紧贴所述轮廓化的表面，
所述嵌件材料，由比重至少比构成靶的金属更轻的金属形成。
(发明2)
如发明1所述的溅射靶制品，其中，
所述嵌件材料的熔点比所述靶的熔点更低。
(发明3)
如发明1或2所述的溅射靶制品，其中，
所述嵌件材料的蚀刻率，比所述靶的蚀刻率更高，
所述嵌件材料的层的侧面的至少一部分，没有被所述靶以及所述背板或背管覆盖而露出。
(发明4)
如发明1所述的溅射靶制品，其中，
所述靶，由Ta或Ta合金形成，
所述背板或背管，由Cu或Cu合金形成，
所述嵌件材料，由Al或Al合金形成。
(发明5)
如发明1～4中任一项所述的溅射靶制品，其中，所述靶的非溅射面侧的所有部分被所述嵌件材料覆盖，或者被所述背板或背管以及所述嵌件材料双方覆盖。
(发明6)
如发明5所述的溅射靶制品，其中，所述靶的非溅射面侧的所有部分被所述嵌件材料覆盖。
(发明7)
一种溅射靶制品的再生品的制造方法，其是制造如发明1～6中任一项所述的溅射靶制品的再生品的方法，所述方法包括：
将靶与背板或背管分离的步骤；
将新的靶接合于所述背板或背管的步骤，
所述分离步骤，包括如下任一步骤：
通过热处理软化或熔融嵌件材料，以及
通过蚀刻处理熔解嵌件材料。
发明的效果
上述的发明，在一侧面，非溅射面侧的至少一部分轮廓化为具有面对称状的凹凸部，嵌件材料的层形成为紧贴轮廓化的表面，嵌件材料由比重至少比构成靶的金属更轻的金属形成。由此，溅射靶制品整体的重量减轻，能够降低成本。
附图说明
图1示出在一实施方式中的轮廓化的变形例。
图2示出在一实施方式中，嵌件材料的一部分露出的状态。图2中的虚线，示出溅射导致的侵蚀分布。
图3示出靶的非溅射面全部被背板覆盖的状态。
图4示出在一实施方式中，靶的非溅射面全部被嵌件材料覆盖的状态。
图5示出在一实施方式中，靶的非溅射面全部被背板和嵌件材料覆盖的状态。
图6示出靶的非溅射面的一部分，没有被背板和嵌件材料覆盖而露出的状态。
图7表示使用后的靶的表面形状(现有技术)。靶的形状为圆形，线A表示对称面(参照图10)。下图表示用线B剖切上图的圆形靶时的横剖面。
图8表示使用后的靶的表面形状(现有技术)。靶的形状为矩形，线A表示对称面(参照图11)。下图表示用线B剖切上图的矩形靶时的横剖面。
图9表示使用后的靶的表面形状(现有技术)。靶的形状为圆筒形，线A表示对称面(参照图12)。下图表示用线B剖切上图的圆筒形靶时的横剖面。线A在与圆筒形的长轴垂直的方向上。线B在与圆筒形的长轴平行的方向上。
图10示出与图7所示的线A对应的对称面的三维图像。
图11示出与图8所示的线A对应的对称面的三维图像。
图12示出与图9所示的线A对应的对称面的三维图像。
图13表示背板的凹部的形状。以垂直于背板顶面的垂线为基准，定义凹部的侧壁所形成的角度。更具体地，在凹部的侧壁与该垂线平行的情况下，定义为0°。另外，在凹部所形成的侧壁，为燕尾(Dovetail)形状的情况下，定义为负的角度，相反则定义为正的角度。需要说明的是，如(C)所示，在侧壁弯曲的情况下，将弯曲部分的角度，看做凹部的侧壁所形成的角度。
具体实施方式
以下，对用于实施本发明的具体实施方式进行说明。以下说明，是为了促进对本发明的理解。即，不意在限定本发明的范围。
1.溅射靶制品的结构
在一实施方式中，本公开涉及溅射靶制品。所述溅射靶制品，包括：靶，背板或背管，嵌件材料的层。靶的非溅射面侧的至少一部分，轮廓化成具有面对称状的凹凸部。这里，轮廓化是指，进行成形或加工以使得表面具有特定的形状(例如，模具成形、磨削、切削等)。而且，嵌件材料的层形成为紧贴轮廓化的表面。而且，嵌件材料，由比重至少比构成靶的金属更轻的金属形成。
以下，对一实施方式的溅射靶制品的特征进行详细说明。
2.靶
靶的成分，可以与要形成的薄膜的成分(或一部分的成分)相同。虽然没有特别限定，但是例如，靶的成分可以是选自由Sc、Ru、Rh、Pd、Re、Ir、Pt、Ta、Cu、Ti、W、Mo、Co、Nb、Zr和Hf，以及含有它们中的至少一种的合金所构成的群组的成分。优选可列举Ta及Ta合金。
靶的形状，没有特别限定，可以是圆筒形，也可以是平板。另外，作为平板的靶，可以是矩形，也可以是圆形。以下，以平板的靶为例进行说明。
靶，具有溅射面和非溅射面。溅射面，是溅射时被氩气气体等冲击的表面，非溅射面，是该溅射面相反一侧的表面。
非溅射面，轮廓化成以面对称状的方式具有凹凸部。对称面，例如可存在于，穿过靶的中心、并且与靶的厚度方向平行地穿过的位置。这里的厚度方向是指垂直于溅射面的方向。而且，可以轮廓化成，在与对称面相距相同的距离的位置处，存在一对相同的凹形状，和/或一对相同的凸形状。在具体的实施方式中，靶是圆板形，在该情况下，轮廓化成同心圆状。因此，上述的“面对称”的概念，包含“同心圆”的概念。
例如，在靶为圆形的情况下，对称面的位置，与穿过圆的中心的面的位置相同。而且，在靶为圆形的情况下，凹凸部形成的槽形成为同心圆状。
例如，在靶为矩形的情况下，对称面的位置，满足以下2个条件。第1个条件是，对称面穿过矩形的中心位置(例如，矩形的2个对角线的交点)。第2个条件是，对称面与矩形的相对的2条边平行。而且，在靶为矩形的情况下，凹凸部形成的槽，形成为与对称面平行。
例如，在靶为圆筒形的情况下，对称面的位置，满足以下2个条件。第1个条件是，对称面穿过圆筒形的长度方向上的中心位置。第2个条件是，对称面与半径方向平行。而且，在靶为圆筒形的情况下，凹凸部形成的槽，形成为与对称面平行。
轮廓化为面对称状地具有凹凸部理由，可列举溅射产生的侵蚀分布形成为面对称状(图7～9)。即，容易被溅射剥削掉的部分，与难以剥削掉的部分交错地且呈面对称状地进行分布(参照图2的虚线部分)。因此，通过增厚容易被溅射剥削掉的部分的厚度，并且减小难以被溅射剥削掉的部分的厚度，能够提高溅射的利用效率。但是，若溅射面的形状过于复杂，则容易产生电弧、点火错误等容易等问题，因此溅射面的轮廓化的程度存在限度。基于这些点，优选对非溅射面进行轮廓化。因此，在一实施方式中，靶的非溅射面侧的面对称状的凹凸部，至少部分地基于根据适用的溅射条件而形成的溅射面的面对称状的凹凸形状而决定。
轮廓化的具体的形状没有特别限定，例如，如图1的(A)～(E)所示，可设置任意形状的凹凸部。图1是靶的剖面图，上侧为溅射面，下侧为非溅射面。例如，如图1(A)所示，可以形成矩形的槽。例如，如图1(B)所示，可以形成三角形的槽。例如，如图1(C)所示，可以形成半圆形的槽。例如，如图1(D)所示，可以形成正弦波波形的槽。例如，如图1(E)所示，可以形成为槽的深度或峰高不均匀。
需要说明的是，靶的比重的数值，没有特别限定，可通过与嵌件材料的比重的关系进行决定。但是，室温下的比重，优选至少为2.900g/cm3以上，更优选为12.000g/cm3以上。室温下的比重的上限值没有特别限定，典型地，优选为25.000g/cm3以下。
另外，靶的熔点，没有特别限定。在优选的实施方式中，可基于与嵌件材料的熔点的关系进行确定。例如，可以为1000℃以上，优选为1500℃以上。上限值没有特别限定，典型地可以为3500℃以下。
3.背板或背管
背板或背管，与靶接合，并且支承靶。另外，可以在背板或背管内设置水通道。由此，在运行中，可以在水通道中流通水以冷却溅射靶整体，从而使得嵌件材料不会熔解而剥落。另外，背板或背管，具有与靶和/或嵌件材料接合一侧的表面，和与该表面相反一侧的表面。与靶和/或嵌件材料接合一侧的表面，可以是平滑的，或者，也可以设置用于埋设靶的凹部。
背板或背管的成分没有特别限定，可列举Cu、Ti、Mo以及含有它们中的至少一种的合金(例如，Cu－Ni－Si合金(例如，C18000等)，CuZn合金，CuCr合金)等。优选地，热传导率高的材料为优选，基于该观点，Cu是合适的。
4.嵌件材料
嵌件材料，设置于靶与背板或背管之间并发挥将这两者接合的作用。嵌件材料，至少具备与靶的非溅射面接触的部分，和与背板或背管接触的部分。如上所述，靶的非溅射面，轮廓化成以面对称状的方式具有凹凸部，因此，与靶的非溅射面接触的嵌件材料的部分，是紧贴该轮廓化的表面的形状。关于与背板或背管接触的嵌件材料的部分的形状，没有特别限定，可以是紧贴背板或背管的形状。
需要说明的是，嵌件材料，没有必要覆盖靶的非溅射面的全部。例如，在图2中，嵌件材料的厚度较厚的部分和较薄的部分交错地示出，但是作为极端的示例，较薄的部分的厚度可以为零(即，可以有一部分不隔着嵌件材料，而是靶与背板或背管直接接触)。在嵌件材料的厚度为零的部位局部地存在的情况下，嵌件材料可以由多个分块构成(图5)。
嵌件材料的成分，由比重至少比构成靶的金属更轻的金属构成。合适地，优选在嵌件材料中占10质量％以上的所有金属的比重，均比在靶中占10质量％以上的任一种金属的比重轻5g/cm3以上，更优选轻8g/cm3以上，还更优选轻10g/cm3以上。在嵌件材料中占10质量％以上的金属，与在靶中构成占10质量％以上金属之金属的比重差没有上限，例如，能够为20g/cm3以下，典型地能够为15g/cm3以下。
例如，在靶的成分为Ta(在室温下约为16.654g/cm3)的情况下，可以是比其更轻的Al(在室温下约为2.70g/cm3)和/或Zn(在室温下约为7.14g/cm3)。通过如上所述形成紧贴轮廓化的表面的形状，以及嵌件材料的成分由比重至少比构成靶的金属更轻的金属构成，能够减轻溅射靶制品整体的重量。
作为典型的成分，可列举Al和Zn以及含有它们中的至少一种的合金等。
在优选的实施方式中，嵌件材料的成分，由比重至少比构成背板或背管的金属更轻的金属构成。优选地，在嵌件材料中占10质量％以上的所有金属的比重，与在背板或背管中占10质量％以上的任一种金属的比重相比，均优选轻5g/cm3以上，更优选轻8g/cm3以上，还更优选轻10g/cm3以上。在嵌件材料中占10质量％以上的金属，与在背板或背管中构成占10质量％以上金属之金属的比重差没有上限，例如，能够为20g/cm3以下，典型地能够为15g/cm3以下。需要说明的是，嵌件材料的比重的数值，没有特别限定，可通过与靶的比重的关系进行决定。但是，室温下的比重，优选至少为8.000g/cm3以下，更优选为3.000g/cm3以下。室温下的比重的下限值没有特别限定，典型地，优选为1.000g/cm3以上。例如，在靶的成分为Ta(在室温下约为16.654g/cm3)的情况下，并且在背板的成分为Cu(在室温为8.94g/cm3)的情况下，嵌件材料，可以是比它们更轻的Al(在室温下约为2.70g/cm3)。
若列举具体的比较对象的示例，可考虑不设置嵌件材料，而通过热处理等将靶与背板或背管接合的状况(图3)。在这样的情况下，若对靶的非溅射侧进行轮廓化，则为了与之适应，背板侧或背管侧的一部分也需要成为轮廓化的形状。
但是，在上述优选的实施方式中，嵌件材料的成分，由比重至少比构成背板或背管的金属更轻的金属构成，因此，相应地能够实现与上述比较对象相比更轻。即，填埋靶的轮廓化的面的凹部的部分的，不是背板或背管的成分，而是嵌件材料的成分，从而能够实现轻量化。
另外，在比较对象的示例中，存在接合强度下降的倾向，存在溅射中的物理刺激导致分离的可能性。进一步，在比较对象的示例中，由于背板侧或背管侧也需要轮廓化，因此存在回收利用的效率差的可能性。
另外，在其他的优选的实施方式中，嵌件材料的成分的熔点，比靶的熔点更低。还更优选地，嵌件材料的成分的熔点，也比背板或背管的熔点更低。例如，在靶为Ta且背板或背管为Cu的情况下(Ta、Cu的熔点均在1000℃以上)，作为嵌件材料能够使用Al(熔点660.32℃)或Al合金。例如，嵌件材料的Al，通过与背板侧的Cu进行部分合金化，熔点会进一步降低(取决于Cu与Al的比率，例如为548℃)。由此，溅射靶制品的回收利用变得容易。具体地，通过比靶的熔点更低，并且在嵌件材料的熔点附近的温度以及更高的温度下进行热处理，能够容易地将靶与背板或背管分离。嵌件材料的熔点的数值范围，根据与靶的熔点的关系进行决定(更优选地，根据靶以及背板或背管的熔点的关系进行决定)，虽然没有特别的限定，但是300℃～700℃的范围是优选的。
另外，通过将熔点低的材料用作嵌件材料，能够使得接合强度稳定。其理由可列举，熔点低的材料，在扩散接合时的高温以及高压力下的追随性高，并且，能够变形成复杂的形状。该特性，基于溅射时的物理刺激的观点，非常重要。溅射中，靶的溅射面受到高温，另一方面，非溅射面侧被水冷，因此容易发生翘曲。因而，存在引起接合不良的可能性。但是，通过将熔点低的材料用作嵌件材料，对翘曲的追随性高，其结果是能够防止接合不良。需要说明的是，接合强度，没有特别的限定，优选为6kgf/mm2以上，更优选为9kgf/mm2以上。上限值没有特别限定，典型地为30kgf/mm2以下。
另外，通过将熔点低的材料用作嵌件材料，基于非溅射面的轮廓化所需要的加工精度的观点，是有利的。如上文所述，由于在溅射面侧存在点火错误等问题，在轮廓化时加工精度要求高。另一方面，在非溅射面侧不会发生这样的问题，因此加工精度要求相对较低。并且，为了与加工精度低的非溅射面接合，优选嵌件材料能够变形。熔点低的材料的嵌件材料，满足该需要。
在其他的优选的实施方式中，嵌件材料的成分，是使得嵌件材料蚀刻率比靶更高的成分(更优选地，嵌件材料的成分，是使得嵌件材料的蚀刻率比背板或背管的蚀刻率更高的成分)。例如，在靶为Ta，并且嵌件材料为Al或Zn的情况下，通常Al或Zn比Ta的蚀刻率更高。在该优选的实施方式中，如图2所示，嵌件材料的一部分露出到外部。由此，能够对嵌件材料进行蚀刻。
因此，溅射靶制品的回收利用变得容易。具体地，通过蚀刻熔解嵌件材料，能够容易地将靶与背板或背管分离。
嵌件材料，即使仅有一部分露出，蚀刻也会从此处开始进行。露出部分，典型的地为嵌件材料的侧面部分(即，除了与靶以及背板或背管接触的部分以外的部分)。
需要说明的是，本说明书中所述的蚀刻率，是指使用30％硝酸水溶液实施蚀刻时的蚀刻率(液温，虽然没有特别限定，但是典型地为35℃)。
在其他的优选的实施方式中，靶的非溅射面侧的所有部分，被嵌件材料覆盖(图4)，或者，被背板或背管与嵌件材料双方覆盖(图5)。在前者的情况下，换言之，隔着嵌件材料，靶的非溅射面侧的所有部分，被背板或背管覆盖。在该情况下，能够更加容易地将靶与背板分离。在后者的情况下，靶的非溅射面侧，存在与嵌件材料接触的部分，和与背板或背管接触的部分。
当靶的非溅射面侧的一部分露出(图6)时，在磁控溅射的情况下，存在磁铁的旋转形成的涡电流引起不良影响可能性。但是，通过将靶的非溅射面侧的所有部分覆盖，能够减少这样的不良影响。
5.回收利用方法
在一实施方式中，本公开涉及一种溅射靶制品的再生品的制造方法。所述方法，包括如下的步骤。
将靶与背板或背管分离的步骤。
将新的靶接合于背板或背管的步骤。
在嵌件材料的熔点比靶的熔点更低的情况下，所述分离步骤，包括通过热处理将嵌件材料进行软化或熔融。此时的热处理，优选在嵌件材料的熔点附近的温度(例如，熔点±100℃)或比其更高，并且比靶的熔点更低的温度下进行处理。由此，能够不损伤靶或者使得损伤程度最小地，将两者分离。
另外，在嵌件材料的熔点，比靶以及背板或背管的熔点更低的情况下，所述的热处理，优选在嵌件材料的熔点附近的温度(例如，熔点±100℃)或比其更高，并且比靶以及背板或背管的熔点更低的温度下，进行处理。由此，能够不损伤靶以及背板或背管或者使得损伤程度最小地，将两者分离。
在嵌件材料的蚀刻率，比靶的蚀刻率更高的情况下，所述分离的步骤，包括通过蚀刻处理熔解嵌件材料。由此，能够不损伤靶或者使得损伤程度最小地，将两者分离。
另外，在嵌件材料的蚀刻率，比靶以及背板或背管的蚀刻率都高的情况下，能够不损伤靶以及背板或背管或者使得损伤程度最小地，将两者分离。
需要说明的是，背板(或者背管)，可以设置用于嵌件靶的凹部。但是，在回收利用时，需要将使用完毕的靶，从背板(或背管)上分离。因此，凹部的形状，优选在将使用完毕的靶从凹部取下时不会产生干扰的形状。例如，凹部的侧壁形成的角度，优选为0°以上(例如，图13(A)以及(B))。或者，凹部的形状，优选不存在燕尾形的部分(图13(C)及(D))。由此，能够顺利地将使用完毕的靶从背板的凹部中取下。
分离后，能够通过公知的方法，将新的靶(包括将使用完毕的靶进行再生而成的靶)再次接合在背板或背管上。由此，完成溅射靶制品的再生品。此时的嵌件材料，优选使用与回收利用前之时的成分相同的嵌件材料。另外，优选，新的靶，与回收利用前之时相同地将非溅射面进行轮廓化。
以上，对本发明的具体的实施方式进行了的说明。上述实施方式，仅仅是本发明的具体例，本发明不限于上述实施方式。例如，在上述的实施方式之一中公开的技术特征，能够适用与其他的实施方式。另外，只要没有特意否定，对于特定的方法，能够交换一部分的步骤与其他的步骤的顺序，还能够在特定的2个步骤之间进一步增加步骤。本发明的范围，通过权利请求的范围进行限定。
附图标记说明
10 溅射靶制品
20 靶
30 嵌件材料
40 背板
Claims (6)
1.一种溅射靶制品，其中，所述溅射靶制品，包括：靶，背板或背管，嵌件材料的层，
所述背板或背管具有凹部，
所述溅射靶以及所述嵌件材料的层嵌在所述凹部中，
所述靶的非溅射面侧的至少一部分轮廓化为具有面对称状的凹凸部，
所述嵌件材料的层形成为紧贴所述轮廓化的表面，
所述嵌件材料，由比重至少比构成靶的金属更轻的金属形成，并且
所述嵌件材料的蚀刻率，比所述靶的蚀刻率更高，
所述嵌件材料的层的侧面的至少一部分，没有被所述靶以及所述背板或背管覆盖而露出。
2.如权利要求1所述的溅射靶制品，其中，
所述嵌件材料的熔点比所述靶的熔点更低。
3.如权利要求1所述的溅射靶制品，其中，
所述靶，由Ta或Ta合金形成，
所述背板或背管，由Cu或Cu合金形成，
所述嵌件材料，由Al或Al合金形成。
4.如权利要求1至3中任一项所述的溅射靶制品，其中，所述靶的非溅射面侧的所有部分被所述嵌件材料覆盖，或者被所述背板或背管以及所述嵌件材料双方覆盖。
5.如权利要求4所述的溅射靶制品，其中，所述靶的非溅射面侧的所有部分，被所述嵌件材料覆盖。
6.一种溅射靶制品的再生品的制造方法，其是制造如权利要求1～5中任一项所述的溅射靶制品的再生品的方法，
所述方法包括：
将靶与背板或背管分离的步骤；
将新的靶接合于所述背板或背管的步骤，
所述分离步骤，包括通过热处理软化或熔融嵌件材料的步骤，或者包括通过蚀刻处理熔解嵌件材料的步骤。
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