CN1318112A - 溅射靶 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及溅射靶，该溅射靶的表面或两个面的磨削方向或磨削的切线方向的一部分与焊到垫板后的靶的翘曲方向平行，或处于与翘曲方向成45°角的范围内；或者，当靶为矩形时，处于焊到垫板后的靶的翘曲方向和对角线的夹角的范围内，特别是可得到这样的溅射靶：该靶在陶瓷靶的制造工序，即靶和垫板的接合工序中，可以有效地降低或防止由于热膨胀率的不同所致裂纹，同时，在溅射时也可有效地降低或防止同样的裂纹或翘曲。
Description
技术领域
本发明涉及可有效地降低或防止将靶焊于垫板时或使用时靶发生翘曲及裂纹的溅射靶。
背景技术
近几年来，在形成半导体装置及各种电子仪器等的薄膜中使用溅射技术，为了提高生产率，以高速进行溅射。
众所周知，上述溅射法是一种形成膜的方法，该法是把带电粒子对着靶进行照射，通过这种粒子的冲击力，从靶中逐出粒子，使其在与靶对置的例如晶片等基板上，形成以靶材料所构成的物质作为中心成分的薄膜。
因为在溅射中，靶经受大量带电粒子的冲击，所以，投入靶中的热量逐渐增大和蓄积。因此，必须将靶加以冷却，多数情况下，在靶的内表面上将纯铜及铜合金等导热性良好的材料(垫板)通过软钎焊、扩散接合、压涂、利用锚定效果的接合等手段进行接合，并且，将该垫板从外部通过冷却手段进行冷却，吸收靶的热。
如上所述，在将靶接合到垫板上时，在必须加热至各种接合方法中的适当温度，接合后进行冷却。由于在这种接合时的加热冷却过程中热的影响，因靶和垫板的热膨胀率之差，故产生翘曲及裂纹。
因一旦产生裂纹的靶即为废品，需再次用未裂纹的靶替换。此时，在由几片所组合的靶的场合，在未发生裂纹的片上发生新的裂纹的可能性也很大，因此，生产率显著降低。
另外，即使在靶和垫板进行正常接合的场合，由于如上所述在溅射中也使其加热，所以，由于在热应力作用下，有时靶上产生裂纹。
在这种场合下，在靶裂纹的瞬间，产生大量的颗粒，从而可有如下严重的问题：使膜的质量变差；或使靶损坏而溅射不能继续进行，同时，给溅射装置造成很大损坏。
从靶材料的种类可见，陶瓷靶是脆性材料，热膨胀率小，是与纯铜及铜合金等垫板材料的热膨胀率相差大的材料，因此，较Al及Ti等金属靶易产生翘曲或裂纹。
为了解决此问题，有人提出使用低熔点软钎料进行接合，使原来的靶和垫板不暴露在高温热下。然而，在这种情况下，接合力弱，又，在实施溅射时，在将靶加热至高温那样的场合下，接合用的软钎料被熔化，迄今这个问题没有解决。
另外，为了缓和靶和垫板的热膨胀，有人提出形成热膨胀逐级差异的多个接合层(特开昭61-250167)。然而，这种办法的操作工序复杂，使制造成本增大，因此，无法实际应用。
更且，有这样的方案(特许第2573653)：在靶和垫板的接合工序中，把产生翘曲的靶机械地给予反方向的力进行矫正的方法；或者，在接合前，根据翘曲发生量的估计，预先使靶反方向翘曲后进行接合。
然而，特别是用陶瓷等脆性材料时，在采用机械矫正以及给予变形的过程中，由于要承受超过材料强度的机械应力，故有时反而产生裂纹，不能说这些也是有效的解决办法。
发明的公开
本发明人发现，在靶，特别是在陶瓷靶的制造工序中，存在易发生裂纹的方向这样的特有现象，我们的课题是得到这样的溅射靶：在靶和垫板的接合工序中，可以有效地降低或防止由于靶本身翘曲所致的裂纹，即使在溅射中，也可以有效地降低或防止裂纹或翘曲。
也就是说，本发明着眼于通常的靶的磨削或研磨等加工工序，改善其操作，防止或降低靶的裂纹或翘曲，提供如下溅射靶：溅射靶(1)，其特征是，靶的表面或两面的磨削方向或磨削的切线方向的一部分与焊到垫板后的靶的翘曲方向平行或处于与翘曲方向成±45°角度的范围内；溅射靶(2)，其特征是，靶为矩形，靶的表面或两面的磨削方向或磨削的切线方向的一部分处于焊到垫板后的靶的翘曲方向和靶的对角线的夹角范围内；溅射靶(3)，其特征是，靶是矩形的，靶的表面或两面的磨削方向或磨削的切线方向的一部分处于板的长度方向和对角线的夹角范围内；(4)(1)～(3)中记载的溅射靶，其特征是，磨削后的最终表面是经过精细磨削或研磨，或酸洗，或热处理等的改良表面；(5)(1)～(4)中各自记载的溅射靶，其特征是，表面光洁度Ra5μm以下；(6)(1)～(5)中各自记载的溅射靶，其特征是，表面光洁度Ra2μm以下；(7)(1)～(6)中各自记载的溅射靶，其特征是陶瓷靶。
附图的简单说明
图1为显示本发明翘曲方向和磨削方向关系的说明图。
图2为显示矩形靶中的本发明板的长度方向和磨削方向关系的说明图。
图3为焊接于垫板上的靶的翘曲和磨削方向的说明图。
图4为实施例、比较例及参考例的试验靶的示意说明图。
本发明的实施方案
通常，陶瓷靶的热膨胀率小，与铜制的垫板的热膨胀率相差大。因此，已知：陶瓷靶与金属靶相比，翘曲和裂纹发生多，特别是裂纹受表面缺陷的影响大。
在靶的制作阶段中进行表面磨削，本发明人发现，由于不同的磨削方向所致与垫板接合后时的特有的现象。这就是在与磨削方向成直角的方向上裂纹发生少。反之，在与磨削方向平行的方向上裂纹发生多。
一般情况下，特别是在陶瓷靶中，上述表面缺陷是易于发生裂纹的原因，所以，一般要进行镜面抛光或近似于它的精加工。可是，在进行这种加工时，加工的时间长，制造成本也增大。
另外，历来人们不知道磨削方向和靶裂纹的关系，所以，在接合工序中靶的定位未作特别考虑。
本发明可以容易而有效地降低或防止靶和垫板接合时、或在溅射操作时的靶的翘曲及裂纹。
因此，由于靶的生产率提高，改善制品的合格率，而且，与裂纹的降低相结合，所以，由于在形成溅射膜的溅射工序中缺陷和麻烦的降低而有效地改善电子仪器等产品的合格率。
为了防止或降低靶的裂纹或翘曲，靶的表面或两面必须是靶的翘曲方向或近似该方向的磨削面。
因此，不一定仅要求平行，只要是与靶的翘曲方向成直角的方向或者近似于该方向，也具有防止或降低靶的裂纹或翘曲的效果。当然，本发明还包括，这些对角线方向以及平行方向和对角线方向的混合方向。
特别是，在矩形陶瓷靶中，由于向板的长度方向的翘曲，横向裂纹容易发生，然而，在垂直于该横向的裂纹，而平行于靶的翘曲方向进行磨削，可有效地防止或降低该横向的裂纹。
表示把靶往垫板上焊接时的翘曲方向和磨削方向关系的例子(平面图和侧视图)示于图1。箭头表示靶的翘曲方向。这里，矩形靶用ABCD表示，然而，不一定要求是矩形的。
如把靶的表面或两面的磨削方向或磨削的切线方向的一部分作为靶ABCD的翘曲方向；或者使其在与翘曲方向成±45°的角度α的范围内，则均具有降低或防止靶裂纹的效果。
在该例中，当靶ABCD为矩形，在翘曲方向和AB或和CD方向一致的场合，翘曲方向和磨削方向或和磨削的切线方向形成的角∠ABE、或者∠DCE′分别在45°以内。
矩形靶的磨削方向和长度方向的关系之一例示于图2。箭头表示靶的长度方向。当将靶的表面或两面的磨削方向或磨削的切线方向的一部分作为矩形靶ABCD长度方向的AB或CD方向；或者，当处于上述AB和对角线BC的夹角β之间或者处于上述CD和对角线AD的夹角β之间，则具有降低或防止靶裂纹的效果。
特别是，作为上述长度方向或翘曲方向的AB或CD方向是有效的。
陶瓷靶是脆性材料，其膨胀率小，是与纯铜及铜合金等垫板材料的热膨胀率相差大的材料，所以，翘曲及裂纹的倾向大。在陶瓷靶中防止裂纹的发生是极有效的。
图3示出采用靶的翘曲方向1和在该方向(平行)上的磨削方向2的例子。为了容易地加以理解，本图夸张地示出翘曲量。
在图3中，符号1表示靶的最大翘曲方向，符号2表示靶的磨削方向，符号3表示ITO，符号4表示钎料层，符号5表示垫板。
由于软钎焊时或溅射时热对靶的影响涉及靶的全部，为了得到均匀的翘曲或裂纹防止效果，希望研磨靶的表面及里面两个面，然而，即使仅对表面研磨也是十分有效的。
如图3所示，在发生变形的场合，靶的表面产生拉伸应力，而里面产生压缩应力，由于陶瓷材料对压缩应力具有充分的强度，又由于在里面因钎料的锚定效果或金属结合力产生的拘束力，所以，较表面的强度大。本发明包括两者。
如上所述，在将靶焊接到垫板上时的翘曲方向和磨削方向之间的关系中，如将靶的表面或两面的磨削方向或磨削的切线方向的一部分作为靶的翘曲方向；或者，在与翘曲方向成±45°角度的范围内，则均有降低或防止靶裂纹的效果。
在靶为矩形的场合，最好靶的表面或两面的磨削方向或磨削的切线方向的一部分是靶的翘曲方向或该翘曲方向和矩形靶的对角线之间的夹角β的方向；以及靶的表面或两个面的磨削方向或磨削的切线方向的一部分是靶的长度方向或该长度方向和对角线之间的夹角β的方向。如上所述，可调查变形方向进行靶的定位。
另外，在进行重复磨削时，受到最终进行粗磨削加工面的影响。在其后的精磨削及研磨时，只要不除去受损伤的层，裂纹和磨削方向的关系继续存在。同样，即使在磨削后进行表面改性的场合，只要不除去受伤的层，机械强度也受最终磨削面的影响大，所以，不一定是最终的面。
更且，当磨削面的表面光洁度Ra是5μm以下、理想的是2μm以下时更为有效。在这种场合，当磨削面的表面光洁度Ra超过5μm时，因易于产生裂纹发生点，所以，要在5μm以下。
在这样进行粗磨削加工的场合，因加工方向不同而强度有很大差异，所以，为使其无方向依赖性，使光洁度增加，或把损伤的层去除即可。但是，如构成镜面时则成本加高。
实施例及比较例
下面用实施例及比较例进行说明。还有，这些仅是一些例子，本发明不受这些实施例所限制。也就是说，本发明的技术思想中还包括其他的实施方案或改进方案。(实施例1～2、比较例1～2、参考例1)
图4就矩形靶(烧结体)示出三种例：与靶的长度方向平行地进行磨削者(a)；在横向进行磨削者(b)；Ra0.1μm以下的、磨削方向未作规定的表面状态(例如，镜面加工)者(c)。(a)是本发明的实施例，(b)和(c)为比较例和参考例。
采用上述磨削方向，并且，示出调节了表面光洁度的磨削面的表面光洁度Ra和平均强度以及标准偏差。强度按照3点翘曲试验法(JIS R 1601)进行抗折试验。然后，用该抗折试验的强度对靶裂纹的抗折能力加以评价。
靶(烧结体)的翘曲试验条件如下。
靶原材料：ITO(In2O3-10％(重量)SnO2)
靶密度：7.12g/cm3
使用的磨削砂轮：#4000、#400、#80的各个固定钻石的磨料
砂轮
支点间距离：90mm
板厚：6mm
板宽：20mm
翘曲速度：0.5mm/分
结果示于表1。在实施例1中，用#400在长度方向进行磨削，此时的表面光洁度Ra为0.2988μm时，平均强度为12.38kg/mm2。
如比较例1所示，用#400在横向进行磨削时的平均强度为11.09kg/mm2，因此，可以确认得到大的改善。
另外，用#80在横向进行磨削的比较例2中，表面光洁度Ra为2.1170μm时的平均强度为6.55kg/mm2，可知其机械强度低。
然而，如实施例2所示，用#80在长度方向进行磨削的场合(表面光洁度为1.1910μm)时平均强度为11.02kg/mm2，可以确认，即使用#80，也有大的改善。
在参考例所示的镜面加工的场合，具有耐实用的平均强度，然而，未得到很大改善。另外，进行镜面加工要一定的费用，对成本不利。
表1
(实施例3～4、比较例3～4、参考例2)
| 样品表面的磨削方向 | Ra(μm) | 平均强度(kg/mm2) | 标准偏差 | |
| 参考例1 | 镜面 | 0.0070 | 11.07 | 0.99 |
| 实施例1 | #400长度方向 | 0.2988 | 12.38 | 0.85 |
| 实施例2 | #80长度方向 | 1.1910 | 11.02 | 1.79 |
| 比较例1 | #400横向 | 0.3015 | 11.09 | 0.71 |
| 比较例2 | #80横向 | 2.1170 | 6.55 | 0.39 |
下面示出，将靶(烧结体)焊接到垫板上时的翘曲试验结果。
同样示出，经调节表面光洁度所得到的磨削面的表面光洁度Ra和平均强度以及标准偏差。强度，用3点翘曲试验(JIS R 1601)进行抗折试验。然后，通过该抗折试验强度对靶的裂纹阻力进行评价。
靶(烧结体)的翘曲试验条件如下。
靶原材料：ITO(In2O3-10％(重量)SnO2)
靶密度：7.12g/cm3
使用的磨削沙轮：#4000、#400、#80的各个固定金刚石的磨
料砂轮
垫板材质：无氧铜
钎料材质：铟
支点间距离：90mm
烧结体板厚：6mm
钎料厚度：0.1mm
试验材料厚度：15mm
板宽：20mm
翘曲速度：0.5mm/min
结果示于表2。在实施例3中，用#400在长度方向进行磨削，该时的表面光洁度Ra为0.2130μm时，平均强度为11.47kg/mm2。
如比较例3所示，用#400在横向进行磨削时的平均强度为10.20kg/mm2，故可确认已得到大的改善。
另外，用#80在横向进行磨削的比较例4，其表面光洁度Ra为2.9150μm时的平均强度为5.76kg/mm2，可知其机械强度低。
然而，如实施例4所示，用#80在长度方向进行磨削时(表面光洁度Ra为1.1800μm)，平均强度为9.77kg/mm2，可确认即使用#80也得到大的改善。
在参考例所示的镜面加工的场合，具有耐实用的平均强度，然而，未得到大的改善。另外，镜面加工要有一定费用，对成本不利。表2
| 样品表面的磨削方向 | Ra(μm) | 平均强度(kg/mm2) | 标准偏差 | |
| 参考例2 | 镜面 | 0.0090 | 10.18 | 0.40 |
| 实施例3 | #400长度方向 | 0.2130 | 11.47 | 0.35 |
| 实施例4 | #80长度方向 | 1.1800 | 9.77 | 0.55 |
| 比较例3 | #400横向 | 0.3835 | 10.20 | 0.42 |
| 比较例4 | #80横向 | 2.9150 | 5.7 6 | 0.18 |
如上所述可知，在表面光洁度大的场合，强度下降大，特别是在横向强度极低。
因此，在靶的长度方向或翘曲方向进行磨削时，可以确认强度显著提高，耐裂纹性也提高。沿对角线进行磨削的场合也有同样的效果，另外可确认，不仅靶的一个面，而且两个面进行磨削的场合也有同样的效果。
发明的效果
将靶的表面或两个面的磨削方向或磨削的切线方向的一部分在靶的长度方向或翘曲方向或以与这些方向所构成的一定角度进行磨削，而且，通过适当调整此时表面光洁度Ra，即可以有效地降低或防止靶和垫板接合时以及溅射操作时靶的裂纹。
Claims (7)
1．一种溅射靶，其特征是，靶的表面或两个面的磨削方向或磨削的切线方向的一部分与焊到垫板后的靶的翘曲方向平行或处在与翘曲方向成±45°角度的范围内。
2．一种溅射靶，其特征是，该靶是矩形的，靶的表面或两个面的磨削方向或磨削的切线方向的一部分处于焊到垫板后的靶的翘曲方向和对角线的夹角范围内。
3．一种溅射靶，其特征是，该靶是矩形的，靶的表面或两个面的磨削方向或磨削切线方向的一部分处于板的长度方向和对角线的夹角范围内。
4．根据权利要求1～3中各自记载的溅射靶，其特征是，磨削后的最终表面是经过精密的磨削或研磨，或者酸洗，或热处理等的改性表面。
5．根据权利要求1～4中各自记载的溅射靶，其特征是，表面光洁度Ra是5μm以下。
6．根据权利要求1～5中各自记载的溅射靶，其特征是，表面光洁度Ra是2μm以下。
7．根据权利要求1～6中各自记载的溅射靶，其特征是，该靶是陶瓷靶。
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