TW200927968A - Cylindrical sputtering target - Google Patents

Description

200927968 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明是關於磁控管式旋轉陰極濺鍍裝置等所使用的 圓筒型濺鍍靶。 【先前技術】 磁控管式旋轉陰極濺鍍裝置，是在圓筒型濺鍍靶的內 ❹ 側具有磁場產生裝置，從靶內側進行冷卻的同時，一邊旋 轉靶一邊進行濺鍍，因可使靶材全面浸蝕硏削均勻，所以 可獲得比習知平版式磁控管濺鍍裝置的使用效率（20〜 30% )還高許多的靶使用效率（60%以上）。再加上，藉 由靶的旋轉，可投入比習知平版式磁控管濺鍍裝置每單位 面積還大的功率因此能夠獲得較高的成膜速度（參照專利 文獻1 )。 磁控管式旋轉陰極濺鍍裝置所使用的圓筒型靶的靶材 Q ，主要是使用金屬材料。作爲陶瓷材料，例如ITO ( Indium Tin Oxide :氧化銦錫），AZO ( Aluminium Zinc Oxide :氧化鋁鋅）等的開發是有強烈需求，但至今尙未 實用化。其理由之一，例如濺鍍中的圓筒型靶材和圓筒型 支撐管的熱膨脹量不同會造成圓筒型靶材產生龜裂。這是 因爲陶瓷材料的熱膨脹係數比一般做爲圓筒型支撐管材料 所使用的金屬膨脹係數還小的原故。當龜裂產生時，有時 會產生顆粒對膜質造成不良影響，或不得不停止成膜作業 -5- 200927968 有關熱膨脹量不同造成的龜裂和靶材硏削方向的關係 ，針對平板狀靶子已知有專利文獻2所記載的技術。專利 文獻2中，記載著朝平板狀靶材長向（即平板狀靶材和平 板狀基材的膨脹量差較大的方向）的平行方向進行硏削就 能夠防止龜裂的技術。 [專利文獻1]日本特表昭5 8-500 1 74號公報 [專利文獻2]日本特許第3628554號公報 【發明內容】 [發明欲解決之課題] 本發明的課題是提供一種濺鍍中能夠明顯降低龜裂的 圓筒型濺鍍靶。 [用以解決課題之手段] 本發明人，爲了解決上述課題經認真檢討的結果，發 〇 現以下事項。 即，圓筒型靶材所承受之熱膨脹量不同造成的應力， 有2種：靶材和支撐管膨脹量的差大的圓筒軸平行方向的 應力；及圓筒軸垂直方向的應力。例如：對外徑150mm、 長度2.5m的圓筒型ITO靶材接合在SUS304製圓筒型支 撐管時的狀況，進行了使用時的圓筒型靶材和圓筒型支撐 管的膨脹量比較，結果圓筒軸平行方向的膨脹量是比圓筒 軸垂直方向的膨脹量還大約1.7倍。然而，本發明人發現 ，相較於圓筒軸平行方向的應力，對於龜裂產生影響較大 -6- 200927968 的是圓筒軸垂直方向的應力，於是完成本發明。 瓷材料形 直線所形 的角度以 靶材的外 陶瓷材料 行直線所 下的角度 J外徑，L 外圍面表 ，可使用 Nb 及 Ti ，更具體 )、AZO (Indium 等，其中 對密度以 即，本發明的圓筒型濺鑛靶，其特徵爲，陶 成的圓筒型靶材外圍面的硏削方向和圓筒軸平行 成的角度0 1 (上述角度當中，0°以上且 90°以下 01表示）爲45°<0iS9O°，並且，上述圓筒型 圍面表面粗糙度Ra爲3 μπι以下。 此外，本發明的圓筒型濺鍍靶，其特徵爲， 0 形成的圓筒型靶材外圍面的硏削方向和圓筒軸平 形成的角度上述角度當中，〇°以上且90°以 以02表示）爲tan02>7TR/L(R爲圓筒型靶材纪 爲圓筒型靶材的長度）並且，上述圓筒型靶材的 面粗糙度Ra爲3μιη以下。 本發明的圓筒型濺鍍靶所使用的圓筒型靶材 各種陶瓷材料。例如：從In、Sn、Ζη、Al、Ta、 形成的群中至少選出1種爲其主成份的氧化物等 ❹ 地說，例如：ITO( Indium Tin Oxide:氧化銦錫 (Aluminium Zinc Oxide:氧化鋁鋅）、IZO Zinc Oxide :氧化銦鋅）、Ta2 Ο 5、Nb2 Ο5、Ti Ο2 以IT◦或AZO爲佳。 再加上，ITO或 AZO形成的圓筒型靶材相 90%以上爲佳。 [發明效果] 根據本發明，可提供一種濺鍍中能夠明顯降低龜裂的 200927968 圓筒型濺鍍靶。 【實施方式】 [發明之最佳實施形態] 以下，對本發明進行詳細說明。 本發明圓筒型濺鍍靶所使用的圓筒型靶材，可使用各 種陶瓷材料。例如：從In、Sn、Zn、A1、Ta、Nb及Ti形 至少選出1種爲其主成份的氧化物等，更具體地 說，例如：ITO ( Indium Tin Oxide :氧化銦錫）、AZO ( Aluminium Zinc Oxide :氧化鋁鋅）、IZO ( Indium Zinc Oxide :氧化銦鋅）、Ta205、Nb205、Ti02 等，其中以 ITO或AZO爲佳。 圓筒型靶材的素材，以燒結法、HIP ( Hot Isostatic Pressing :熱等靜壓壓製）法、噴鍍法等習知陶瓷製作技 術就可準備。一般該等製法是難以嚴厲控制製品尺寸，因 ❹ 此在製造後需要進行外圍面、內圍面等的硏削。 本發明中，硏削是包括硏磨。 本發明中，對於外圍面的硏削，可使用車床、圓筒型 硏削機、加工中心機床、空心鑽、硏磨紙等習知的硏削技 術。例如使用車床時，藉由改變圓筒型靶材的旋轉速度和 硏削工具的進刀速度，能夠改變硏削方向，藉此就可於本 發明中成爲規定範圍內的硏削方向。使用其他硏削技術時 ，同樣地只要適當採用上述的硏削方法即可。 本發明中，硏削方向是指硏削時硏削工具刀頭移動方 -8 - 200927968 向’具體而言’例如··是指形成在圓筒型靶材表面的條紋 狀硏削痕的方向。 本發明的第一形態，如第1圖所示，需要在可使陶瓷 材料形成的圓筒型靶材（1)外圍面的硏削方向（2)和圓 筒軸平行直線（3)所形成的角度(上述角度當中，〇。 以上且90以下的角度以0 1表示）爲45。<0ι$9〇。的條件 下進行硏削。這是因爲圓筒型靶材外圍面的硏削方向接近 ◎ 圓筒軸垂直方向是能夠明顯降低圓筒軸垂直方向應力造成 的龜裂。其中以85°<θι$90。爲較佳，又以89^0^90° 爲更佳。再加上’將圓筒型靶材外圍面的表面粗糙度Ra 爲3 μηι以下’可補救硏削方向成爲上述時相對變大的圓筒 軸平行方向應力相對的龜裂容易度，綜合而言還是能夠明 顯降低龜裂。 此外，本發明的第二形態，如第2圖所示，需要在可 使陶瓷材料形成的圓筒型靶材（4)外圍面的硏削方向（5 〇 )和圓筒軸平行直線（6)所形成的角度02(上述角度當 中’ 以上且90。以下的角度以0 2表示）爲tan 0 2> π R/L[R爲圓筒型靶材的外徑（7) ，l爲圓筒型靶材的長度 (8 )]的條件下進行硏削。這是因爲滿足上述條件進行硏 肖[J胃M B月顯降低圓筒軸垂直方向應力造成的龜裂。硏削方 1¾ 1¾胃i:述時，從圓筒型靶材的一方端開始的硏削痕，即 使36〇°圍繞在圓筒型靶上還是無法到達另一方端，其結果 ’ 降低龜裂。再加上，圓筒型靶材的表面粗糙度Ra 胃3 μιη1^Τ，可補救硏削方向成爲上述時相對變大的圓筒 -9- 200927968 軸平行方向應力相對的龜裂容易度，綜合而言還是能夠明 顯降低龜裂。 本發明的第一形態及第二形態，都是在圓筒型靶材外 圍面的表面粗糙度Ra爲3μιη以下時，可獲得龜裂降低效 果，但其中是以表面粗縫度Ra爲Ιμηι以下爲較佳，又以 0·5μιη以下爲更佳。另，本發明中，表面粗糙度Ra的測 定是以圓筒軸平行方向實行測定。至於其他的條件等，表 0 面粗糙度Ra的測定是根據JISB060 1。 此外，本發明中，圓筒型靶材外圍面的硏削也可實施 複數次，但於該狀況時，圓筒型靶材外圍面殘留有最終硏 削痕時的硏削方向是需要爲本發明的硏削方向。 圓筒型靶材爲ITO或AZO時，圓筒型靶材的相對密 度愈高則愈可獲得龜裂降低效果。相對密度是以90%以上 爲佳，但又以95%以上爲更佳，特別是以99%爲最佳。 本發明中，相對密度是可利用下式從靶材料的理論密 〇 度和採用阿基米德定律所測出的密度算出。 相對密度（％)=(採用阿基米德定律所測出的密度/理論 密度）X 1 0 0 另外，圓筒型靶材爲ITO時的圓筒型濺鍍靶是可利用 已知的技術製作。例如：ITO圓筒型靶材是藉由將ITO原 料粉末塡充在具有中子的圓筒狀橡膠模後，以500kg/Cm2 以上的壓力進行 CIP( Cold Isostatic Pressing:冷等靜壓 壓製）成型，將所獲得的成型體以1 45 0〜1650 °C燒成，再 施以上述加工就可獲得。藉此獲得的圓筒型靶材是使用In -10- 200927968 、Sn、In合金、Sn合金等金屬軟焊材或熱硬化性樹脂利 用已知技術接合在圓筒型支撐管，就可製成圚筒型濺鍍靶 。另’針對AZO等陶瓷材料的狀況，也可採上述相同方 式製作。 再加上’根據本發明獲得的圓筒型濺鍍靶是可使用在 圓筒型濺鍍靶的內側具有磁場產生裝置，從靶子的內側進 行冷卻的同時，一邊旋轉靶子一邊進行濺鍍之通常的磁控 0 管式旋轉陰極濺鍍裝置。使用本發明的圓筒型濺鍍靶進行 濺鍍的條件，例如：旋轉數5〜30rpm、濺鍍壓力0.1〜 2Pa、功率密度0.1〜20W/cm2。 [實施例] 以下，是以本發明的實施例進行說明，但本發明並不 限於此一解釋。 © (實施例1 ) 準備好1個外徑爲152ιηιηφ、內徑爲128ιηηιφ、長度 爲202mm、根據阿基米德定律測出的相對密度爲99.5%的 圓筒型ITO靶材，和 1個外徑爲128mm φ 、內徑爲 122mm<i»、長度爲400mm的SUS304製圓筒型支撐管。圓 筒型ITO靶材是加工成外徑爲150mm φ、內徑爲130mxn Φ、長度爲200mm，此時關於外圍面，是調整圓筒型靶材 的旋轉速度和硏削工具的進刀速度使最終的圓筒型靶材外 圍面的硏削方向和圓筒軸平行直線所形成的角度01、θ2 -11 - 200927968 成爲89°(tan 0 2 = 57_3>;rR/L = 2.4)，以車床進行了硏削 。硏削後的表面粗糙度Ra爲ι.2μιη。使用銦焊將該圓筒 型ΙΤΟ靶材接合在圓筒型支撐管，就可獲得圓筒型〗τ〇濺 鍍靶。 將該圓筒型ΙΤΟ濺鍍靶以旋轉數6rpm、濺鍍壓力 0.4Pa、功率密度2.0W/cm2的條件實施放電評估。放電開 始5小時後停止放電，對圓筒型ΙΤ〇濺鍍靶的狀況進行了 © 確認，結果確認沒有龜裂。 (實施例2 ) 以車床進行硏削使圓筒型靶材外圍面的硏削方向和圓 筒軸平行直線所形成的角度（9〗、02成爲9(T(tan02=〇〇 >;rR/L = 2.4) ’再加上除了以硏磨紙（#8〇〇)硏磨外圍面 使0 1成爲90°以外其他是和實施例1相同條件製成圓筒型 ITO濺鍍粑。其表面粗糖度Ra爲〇.lpm。對該圓筒型ITO © 濺鍍靶進行了和上述實施例1相同的放電評估，結果確認 沒有龜裂。 (實施例3 ) 除了圓筒型靶材的相對密度爲90.2 %以外其他是和實 施例2相同條件製成圓筒型ΙΤΟ濺鍍祀。其表面粗糖度 Ra爲0.7μιη。對該圓筒型ΙΤΟ灘鍍紀進行了和上述實施例 1相同的放電評估，結果確認沒有龜裂。 -12- 200927968 (實施例4 ) 除了使用相對密度爲99.2%的圓筒型AZO靶材以外其 他是和實施例1相同條件製成圓筒型AZO濺鍍靶。其表 面粗糙度Ra爲1.3μιη。對該圓筒型AZO濺鍍靶進行了和 上述實施例1相同的放電評估，結果確認沒有龜裂。 (比較例1 ) 〇 將圓筒型ΙΤΟ靶材的外圍面朝圓筒軸平行方向進行硏 削，即使用加工中心機床進行硏削使圓筒型靶材外圍面的 硏削方向和圓筒軸平行直線所形成的角度0,、02成爲0° (tan 0 2 = 〇<τγ R/L = 2.4)，除此之外其他是和實施例 1相 同條件製成圓筒型ITO濺鑛靶。對該圓筒型ITO濺鍍靶進 行了和上述實施例1相同的放電評估，結果是有龜裂產生 G (比較例2 ) 除了硏磨紙爲#60以外其他是和實施例2相同條件製 成圓筒型ITO濺鍍靶。其表面粗糙度Ra爲3.1μηι。對該 圓筒型ΙΤΟ濺鍍靶進行和上述實施例1相同的放電評估， 結果是有龜裂產生。 (比較例3 ) 使用圓筒硏削盤對圓筒型ΙΤΟ靶材的外圍面進行硏削 ，使圓筒型靶材外圍面的硏削方向和圓筒軸平行直線所形 -13- 200927968 成的角度 0 1、02 成爲 9O°(tan02=°〇>7TR/L = 2.4)，然 後，使用加工中心機床進行了硏削，使圓筒型靶材外圍面 的硏削方向和圓筒軸平行直線所形成的角度（9,、02成爲 0° ( tan 0 2 = 0< π R/L = 2.4 )，除此之外其他是和實施例 1 相同條件製成圓筒型ITO濺鍍靶。此時最終殘留的硏削痕 ，是只有圓筒型靶材外圍面的硏削方向和圓筒軸平行直線 所形成的角度<9 1、0 2成爲〇° ( tan0 2 = 〇<；t R/L = 2.4)的 Ο 硏削痕。對該圓筒型ITO濺鍍靶進行了和上述實施例1相 同的放電評估，結果是有龜裂產生。 [產業上之可利用性] 本發明，其圓筒型靶材，是可使用各種的陶瓷材料， 其可提供一種濺鍍中能夠明顯降低龜裂的圓筒型濺鍍靶， 有利於產業上的使用。 另，於此是引用2007年7月2日提出申請的日本特 〇 許出願2007-173841號及2008年6月19日提出申請的日 本特許出願2008- 1 603 76號的說明書、申請專利範圍、圖 面及發明摘要的全內容，做爲本發明說明書的揭示內容。 【圖式簡單說明】 第1圖爲表示本發明第一形態的硏削方向圖。 第2圖爲表示本發明第二形態的硏削方向圖。 【主要元件符號說明】 -14- 200927968 1 :圓筒型靶材 2 :硏削方向 3 :圓筒軸平行直線 4 :圓筒型靶材 5 :硏削方向 6 :圓筒軸平行直線

7 :圓筒型靶材的外徑R 8:圓筒型靶材的長度L

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Claims (1)

1. 200927968 十、申請專利範圍 1. 一種圓筒型濺鎪靶，其特徵爲：陶瓷材料形成的 圓筒型靶材外圍面的硏削方向和圓筒軸平行直線所形成的 角度0ι(上述角度當中，0°以上且90°以下的角度以0 1 表示）爲45°<0iS9O°，並且，上述圓筒型靶材的外圍面 表面粗糙度Ra爲3μιη以下。 2. —種圓筒型濺鍍靶，其特徵爲：陶瓷材料形成的 U 圓筒型靶材外圍面的硏削方向和圓筒軸平行直線所形成的 角度02(上述角度當中，0°以上且90°以下的角度以0 2 表示）爲tan 0 2> π R/L ( R爲圓筒型靶材的外徑，L爲圓 筒型靶材的長度），並且，上述圓筒型靶材的外圍面表面 粗糙度Ra爲3μιη以下。 3. 如申請專利範圍第1項或第2項所記載的圓筒型 濺鍍靶，其中，圓筒型靶材是從In、Sn、Zn、Al、Ta、 Nb及Ti形成的群中至少選出1種爲主成份的氧化物。 〇 4.如申請專利範圍第1項或第2項所記載的圓筒型 濺鍍靶，其中，圓筒型靶材是由ITO或AZO形成。 5 .如申請專利範圍第4項所記載的圓筒型濺鍍靶’ 其中，由ITO或AZO形成的圓筒型靶材的相對密度爲 90%以上。 6.如申請專利範圍第4項所記載的圓筒型濺鍍靶’其 中，由ITO或AZO形成的圓筒型靶材的相對密度爲99%以上 -16-