TWI404815B - Sputtering target structure - Google Patents

Description

濺鍍靶構造體

本發明關於液晶顯示器及電漿顯示器等平面顯示元件(Flat Panel Display，以下稱為「FPD」)之硬塗層(hard coating)、裝飾性塗層等薄膜的製造步驟中，濺鍍步驟所用的濺鍍靶構造體。

藉由濺鍍來形成薄膜，係以下述方法進行，將氬氣等稀有氣體導入真空容器中，對濺鍍靶施加負電壓使其發生輝光放電，使藉此生成之電漿陽離子衝擊濺鍍靶，並使藉此釋放出的濺鍍靶構成原子沈積至對向基板上。

濺鍍靶之代表性者為：鋁、鋁合金、高熔點金屬(鎢、鉬、鈦等)及其合金、高熔點矽化物(矽化鉬、矽化鎢等)等，最近亦使用ITO(銦錫氧化物)燒結物。

背板除了作為支持體外，亦作為用以將濺鍍靶中因濺鍍所產生之熱去除的冷卻體。因此，背板通常於內部具有冷卻機構。

背板常使用無氧銅、銅合金、鋁合金、不銹鋼、鈦合金等。此等之中，銅製的背板由於導熱性優異而受到青睞，但是由於線膨脹係數高達17×10^－6 /K，因此當重覆使用時，因伸展所導致的變形會增大，經數次使用後即無法再利用，是問題所在。

於上述濺鍍步驟所使用的濺鍍靶，通常係在以低熔點焊材焊接於背板之構造體的狀態下使用。

於濺鍍步驟中濺鍍靶構造體因電漿陽離子之衝擊而成高溫之情況，若構成此構造體之濺鍍靶與背板之間線膨脹係數相差大時，則濺鍍靶構造體會產生雙金屬(bimetal)般的變形。此變形於製造濺鍍靶構造體時亦會發生。

若產生此種變形，則會發生濺鍍靶龜裂，或焊材熔解致熔接部分發生剝離等問題。

因此，要求一種即使在濺鍍等產生的高溫下亦不會發生雙金屬變形，因而不會產生濺鍍靶龜裂或剝離之問題的濺鍍靶構造體。

近來，濺鍍靶材係採用鉬或鈦，但由於此等金屬之線膨脹係數，與作為背板材之銅的線膨脹係數相差甚大，故對於無上述問題之濺鍍靶構造體有迫切的期待。

為得到無上述問題之濺鍍靶構造體，至今曾提出各種提案。

例如，於焊材乃至焊接方法方面，曾有下述之探討。其為：使錫合金等之片材介於濺鍍靶與冷卻板(背板)之間，在此片材與濺鍍靶以及冷卻板之間，分別夾持銦合金等並進行熔融接著的方法(專利文獻1)；於濺鍍靶上進行鍍敷或蒸鍍等前處理，且將緩衝材插入濺鍍靶與冷卻板(背板)之間的方法(專利文獻2)；在濺鍍靶與冷卻板(背板)之間插入嵌入材的方法(專利文獻3)；在濺鍍靶與背板之間插入導熱性接著劑，並使低熔點金屬介於此接著劑與濺鍍靶及/或背板之間進行接著的方法(專利文獻4)。

此等方法係藉由濺鍍靶與背板間之薄焊材層構成之改良以期得到效果者，惟，尚難以謂已得到所期效果。又，因使各種嵌入物介於濺鍍靶與背板之間而導致導熱性降低的負效果，亦不可忽視。並且，使用銦者，亦有成本高之問題。

另一方面，就背板方面所進行的探討有下述者，於專利文獻5曾提出將背板製成為鉬－鈦－鉬等3層構造的方法。此係欲將背板之線膨脹係數與濺鍍靶之線膨脹係數一致者。

又，於專利文獻6中，揭示一種以鉬與銅之複合材料來構成背板之技術。

並且，於專利文獻7中，提出一種以鋁或鋁合金與陶瓷之複合材料製作背板的技術。

然而，此等材料之機械加工性並不佳，尤其難以應用在濺鍍靶與背板之熱膨脹差會造成問題之FPD用大型品。

又，專利文獻8，雖曾提出以鈦構成背板，但是由於其導熱度極小，因此並不適合作為具備冷卻機構之濺鍍靶與背板之構造體。

再者，於專利文獻9中，曾提出在背板與濺鍍靶接合之面設置溝槽之作法。希望藉由此溝槽來吸收熱變形，然而，於另一方面，卻無法避免導熱性降低之問題。

[專利文獻1]日本特開昭61－250167號公報[專利文獻2]日本特開平5－25620號公報[專利文獻3]日本特開平4－365857號公報[專利文獻4]日本特開2000－160334號公報[專利文獻5]日本特開平8－246144號公報[專利文獻6]日本特開昭62－67168號公報[專利文獻7]日本特開2002－161361號公報[專利文獻8]日本特開平6－293963號公報[專利文獻9]日本特開平2－43362號公報

因而，本發明之目的在於提供一種濺鍍靶構造體，其具有優異之機械加工性及熱傳導性，對焊材之潤濕性良好且價廉，可長期重覆使用，不會發生濺鍍靶龜裂或剝離之問題。

本發明人等，為達成上述目的，對濺鍍靶構造體之構造及其所構成之各構件材質進行潛心研究的結果發現，只要使用鋁與線膨脹係數小的物質之複合材料來作為背板之主材料即可達成上述目的。基於此發現再進一步進行研究後，結果終完成本發明。

如上述般，依據本發明，可提供一種濺鍍靶構造體，係將濺鍍靶與背板接合而成，背板係由與濺鍍靶材之線膨脹係數差為2×10^－6 /K以下之材料構成，於背板之至少一面設置有厚度0.3~1.5mm的銅板。

本發明之濺鍍靶構造體中，構成該背板之材料，較佳為由鋁或鋁合金為基質，且於其中配合選自由碳、碳化矽、氧化鋁、氮化矽、高鋁紅柱石及硼酸鋁所構成之群中一種或二種以上之粒子狀或纖維狀強化材而成之複合材料所構成，且具有3.5~17×10^－6 /K之線膨脹係數者。

又，本發明之濺鍍靶構造體，較佳為，濺鍍靶與該背板係以銦、錫或此等合金接合而成。

再者，本發明之濺鍍靶構造體，較佳為，於背板內具有冷卻水管，該冷卻水管為銅製或不銹鋼製之管。

本發明之濺鍍靶構造體，由於濺鍍靶與背板之線膨脹係數差小，故即使在濺鍍時成為高溫狀態，亦不會發生彎曲，且濺鍍靶與背板亦不會發生剝離，因此可進行安定的濺鍍。又，本發明之濺鍍靶構造體，價廉且可多次重覆使用，故經濟效益大。

本發明之濺鍍靶構造體係由濺鍍靶與背板接合而成。

濺鍍靶並無特別限制，可由以往習知之濺鍍靶材形成，但以具有3.5~17×10^－6 /K之線膨脹係數者為佳。

又，濺鍍靶之大小亦無特別限制。

本發明中，構成背板之材料，只要為其線膨脹係數與濺鍍靶材之線膨脹係數差為±2×10^－6 /K以下之材料即可，並無特別限制。

本發明中，構成背板之材料，較佳為由鋁或鋁合金為基質，且於其中配合選自由碳、碳化矽、氧化鋁、氮化矽、高鋁紅柱石及硼酸鋁所構成之群中一種或二種以上之粒子狀或纖維狀強化材而成、具有3.5~17×10^－6 /K之線膨脹係數的複合材料。

藉由以上述材料構成背板，可使機械加工性良好，用以將背板安裝於真空槽內之開孔加工等較容易進行。

又，使用碳化矽等難加工材作為強化劑時，含有其之複合材，由於會難以進行其機械加工，因此以使用於不須進行機械加工的部分為佳。

本發明中，用以構成複合材料之強化材的配合量，只要以可得到上述之線膨脹係數之方式作適當選擇即可。

例如，當使用線膨脹係數為5.1×10^－6 /K之鉬作為濺鍍靶材時，只要使用線膨脹係數4~5.5×10^－6 /K之JIS－AC3A合金與碳纖維的複合材料即可。

又，當使用線膨脹係數為9×10^－6 /K之鈦合金作為濺鍍靶材時，只要使用線膨脹係數8.5~9.5×10^－6 /K之含有以體積計65%之碳化矽粉之JIS－A1050合金與碳纖維的複合材料即可。

此外，表1顯示各種濺鍍靶材與適用於該濺鍍靶材之複合材料的組合例。

構成本發明之濺鍍靶構造體之背板，係將銅板設置於其側面而成。

銅板，只要設置於背板之至少一面即可，若設置於背板之正背兩面，則可有效防止因背板之雙金屬作用所致之變形。

銅板之厚度為0.3~1.5mm，以0.5~1.2mm為佳。厚度若超過1.5mm，則由於背板之熱膨脹變大，故不佳。反之，厚度若未滿0.3mm，則由於在製作背板時作業性會變差，故亦不佳。

由於銅比鋁具有更優異的焊料潤濕性及導熱性，因此藉由將銅板設置在背板的兩面，可達成優異之潤濕性及導熱性。

將銅板設置於背板之側面的方法並無特別限制，但以後述方法於背板鑄造時同時進行接合較為簡便。

本發明中，較佳為將冷卻水路設置在背板內部。

藉由設置冷卻用之水路，可抑制受到濺擊之濺鍍靶之發熱所導致之背板的膨脹，又，可防止低熔點焊材之熔解，而可防止背板自濺鍍靶脫落。

冷卻水路之材質，以不銹鋼及銅為佳。

冷卻水路之形成，較佳為，在以複合材料製作背板時，將此等材料所構成之管同時鑄入。

水路所用之管截面形狀並無特別限制，可適當採用圓形、角形、橢圓形等。

製造背板之具體方法，可如以下之方法。

亦即，例如在將作為冷卻水路之管設置於鐵製模具的狀態下，將強化材填充於模具內之空間部分。此填充方法，並無特別限制，可將強化材以氧化矽漿液等之狀態流入。

接著，對此內部裝有冷卻用管及漿液之模具進行熱處理，將漿液燒成，再自容器中取出強化材之燒成物。

將銅板以任意方法安裝於此燒成物後，再設置於高壓鑄造用模具內，使鋁熔融液流入模具中，進行高壓鑄造。

本發明之濺鍍靶構造體，可藉由將濺鍍靶接合至以上述方式所製得之背板而得。

濺鍍靶與背板之接合，使用以往習知之焊材即可，較佳為以銦、錫或此等之合金為佳。

本發明之濺鍍靶構造體，由於可藉由廉價之錫合金得到充分的接合力，故於經濟面甚有利。

(實施例)

以下，依據實施例進一步詳細說明本發明，惟，本發明並不限制於此等實施例。

(實施例1)

邊參照圖式下進行說明。

在長度2,000mm、寬400mm、深度40mm之鐵製容器4，以自底面及上面至管的距離為相同之方式，將5支不銹鋼製管31(外徑15mm、厚度1mm)排列成在寬度方向成等間隔(自寬度方向側面到最外側之管的距離為30mm)(圖2)。將作為強化材之直徑8 μm的碳纖維301切斷成長度10mm後，填充至空間部41，使其在空間部41之體積率達到30%。然後，流入氧化矽溶膠溶液5重量%，於100℃下乾燥後，在氮氣中、700℃下進行燒成，然後再自鐵製容器取出，得到內部裝有不銹鋼管31之碳纖維成形體30(圖3)。

在此成形體30之兩面設置厚度1mm、長度2,000mm、寬度400mm之銅板32後，再設置於高壓鑄造用模具5(圖4)，在此模具5流入800℃下呈熔融狀態之鋁熔融液302，並在壓力55Mpa下進行高壓鑄造。凝固完畢後，取出鑄造物，只將過剩之鋁的部分去除後，得到由鋁302與碳纖維301之複合材料303構成、內部裝有不銹鋼製管31且在兩面設置有銅板32的背板3。

此背板3之線膨脹係數為5.6×10^－6 /K。

接著，在設置於前述背板3之一側面的銅板32，於280℃下塗佈錫作為焊料。然後，將鉬濺鍍靶2(厚度15mm、長度1,900mm、寬350mm)貼合於此，而完成本發明之濺鍍靶構造體1。此時，焊料潤濕性良好。

使用此濺鍍靶構造體1進行濺鍍。濺鍍靶構造體1可安定使用至濺鍍靶2消耗完為止。

使用此背板，可重新貼合濺鍍靶，重覆進行濺鍍。

即使重覆使用背板3，其變形亦小，可重覆使用達20次以上。

(實施例2)

在與實施例1所使用之同樣的鐵製容器中，將5支銅製管(截面為橢圓形，長徑25mm、短徑8mm、厚度1.5mm)排列成與實施例1相同。以使混合碳化矽粉末(#120：#400＝3：1)成為500g/L的方式，以3%氧化矽溶膠作為漿液，使其流入前述鐵容器空間部。於120℃下乾燥後，在大氣中、600℃下進行燒成，製得內部裝有銅製管之碳化矽成形物。

與實施例1同樣，在此成形體之兩面設置銅板，同樣地使用鋁熔融液進行高壓鑄造，得到由鋁與碳化矽之複合材料所構成、內部裝有銅製管且於兩面設置有銅板之背板。

此背板之線膨脹係數為8.3×10^－6 /K。

接著，在設置於前述背板之一側面的銅板，於280℃下塗佈錫作為焊料。然後，將鈦濺鍍靶(厚16mm、長1,900mm、寬350mm)貼合於此，而完成本發明之濺鍍靶構造體。此時，焊料潤濕性良好。

(比較例1)

以厚度1mm、長度2,000mm、寬400mm之銅板作為背板，使用錫作為焊料將鉬濺鍍靶接合於此背板，得到濺鍍靶構造體(內部裝有冷卻水路)。

使用此濺鍍靶構造體進行濺鍍後，由於翹曲大，致難以作為濺鍍靶使用。

(產業上之可利用性)

本發明之濺鍍靶構造體，濺鍍靶與背板之線膨脹係數差非常小。因而，於藉由焊材(焊料)黏合時亦可在不發生翹曲下製作。又，可使用廉價的錫作為焊料。尤其在應用於液晶製造步驟之濺鍍系統中，由於是大面積濺鍍，因此可期待線膨脹係數小之本發明之濺鍍靶構造體，可對液晶製造步驟之安定化作出巨大貢獻。

1．．．濺鍍靶構造體

2．．．濺鍍靶

3．．．背板

30．．．強化材成形體

301．．．碳纖維

302．．．鋁熔融液

303．．．鋁與碳纖維之複合材料

31．．．冷卻用不銹鋼製管

32．．．銅板

4．．．鐵製容器

41．．．空間部

5．．．高壓鑄造用模具

圖1為濺鍍靶構造體之示意圖。

圖2為將冷卻用管設置在鐵製容器之示意圖。

圖3為將強化材燒成所製得之成形體之示意圖。

圖4為在兩面設置有銅板之成形體之示意圖。

圖5為高壓鑄造裝置之截面圖。

圖6為背板之示意圖

1．．．濺鍍靶構造體

2．．．濺鍍靶

303．．．鋁與碳纖維之複合材料

31．．．冷卻用不銹鋼製管

32．．．銅板

Claims (3)

1. 一種濺鍍靶構造體之製造方法，該濺鍍靶構造體係由濺鍍靶與背板接合而成，其中該背板係由與濺鍍靶材之線膨脹係數差為2×10^-6 /K以下之材料構成，於該背板之至少一面設置有厚度0.3~1.5mm之銅板，且該背板內裝有冷卻水路，該水路為銅管或不銹鋼管，該背板係藉由將銅板安裝於強化材之燒成物而得，該強化材之燒成物係藉由下述方式而得：對內部裝有冷卻用管及強化材之漿液的模具進行熱處理，再將此強化材之安裝有銅板的燒成物設置於高壓鑄造用模具內，使鋁熔融液流入該模具中，於高壓下凝固。
2. 如申請專利範圍第1項之濺鍍靶構造體之製造方法，其中，構成該背板之材料，係由鋁或鋁合金為基質，且於其中配合選自由碳、碳化矽、氧化鋁、氮化矽、高鋁紅柱石及硼酸鋁所構成之群中一種或二種以上之粒子狀或纖維狀強化材而成之複合材料所構成，具有3.5~17×10^-6 /K之線膨脹係數者。
3. 如申請專利範圍第1項之濺鍍靶構造體之製造方法，其中，係以銦、錫或此等合金接合該濺鍍靶與該背板。