TWI431139B - Cylindrical sputtering target - Google Patents
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Description
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。
磁控管式旋轉陰極濺鍍裝置,是在圓筒型濺鍍靶的內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研削均勻,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,主要是使用金屬材料。作為陶瓷材料,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,但至今尚未實用化。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。這是因為陶瓷材料的熱膨脹係數比一般做為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。
有關熱膨脹量不同造成的龜裂和靶材研削方向的關係,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)的平行方向進行研削就能夠防止龜裂的技術。
[專利文獻1]日本特表昭58-500174號公報[專利文獻2]日本特許第3628554號公報
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。
本發明人,為了解決上述課題經認真檢討的結果,發現以下事項。
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
的是圓筒軸垂直方向的應力,於是完成本發明。
即,本發明的圓筒型濺鍍靶,其特徵為,陶瓷材料形成的圓筒型靶材外圍面的研削方向和圓筒軸平行直線所形成的角度θ1
(上述角度當中,0°以上且90°以下的角度以θ1
表示)為45°<θ1
≦90°,並且,上述圓筒型靶材的外圍面表面粗糙度Ra為3μm以下。
此外,本發明的圓筒型濺鍍靶,其特徵為,陶瓷材料形成的圓筒型靶材外圍面的研削方向和圓筒軸平行直線所形成的角度θ2
(上述角度當中,0°以上且90°以下的角度以θ2
表示)為tan θ2
>π R/L(R為圓筒型靶材的外徑,L為圓筒型靶材的長度)並且,上述圓筒型靶材的外圍面表面粗糙度Ra為3μm以下。
本發明的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、Al、Ta、Nb及Ti形成的群中至少選出1種為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)、Ta2
O5
、Nb2
O5
、TiO2
等,其中以ITO或AZO為佳。
再加上,ITO或AZO形成的圓筒型靶材相對密度以90%以上為佳。
根據本發明,可提供一種濺鍍中能夠明顯降低龜裂的
圓筒型濺鍍靶。
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、Al、Ta、Nb及Ti形成的群中至少選出1種為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)、Ta2
O5
、Nb2
O5
、TiO2
等,其中以ITO或AZO為佳。
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,因此在製造後需要進行外圍面、內圍面等的研削。
本發明中,研削是包括研磨。
本發明中,對於外圍面的研削,可使用車床、圓筒型研削機、加工中心機床、空心鑽、研磨紙等習知的研削技術。例如使用車床時,藉由改變圓筒型靶材的旋轉速度和研削工具的進刀速度,能夠改變研削方向,藉此就可於本發明中成為規定範圍內的研削方向。使用其他研削技術時,同樣地只要適當採用上述的研削方法即可。
本發明中,研削方向是指研削時研削工具刀頭移動方
向,具體而言,例如:是指形成在圓筒型靶材表面的條紋狀研削痕的方向。
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)外圍面的研削方向(2)和圓筒軸平行直線(3)所形成的角度θ1
(上述角度當中,0°以上且90°以下的角度以θ1
表示)為45°<θ1
≦90°的條件下進行研削。這是因為圓筒型靶材外圍面的研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°<θ1
≦90°為較佳,又以89°<θ1
≦90°為更佳。再加上,將圓筒型靶材外圍面的表面粗糙度Ra為3μm以下,可補救研削方向成為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)外圍面的研削方向(5)和圓筒軸平行直線(6)所形成的角度θ2
(上述角度當中,0°以上且90°以下的角度以θ2
表示)為tan θ2
>π R/L[R為圓筒型靶材的外徑(7),L為圓筒型靶材的長度(8)]的條件下進行研削。這是因為滿足上述條件進行研削是可明顯降低圓筒軸垂直方向應力造成的龜裂。研削方向成為上述時,從圓筒型靶材的一方端開始的研削痕,即使360°圍繞在圓筒型靶上還是無法到達另一方端,其結果,能夠降低龜裂。再加上,圓筒型靶材的表面粗糙度Ra為3μm以下,可補救研削方向成為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。
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為3μm以下時,可獲得龜裂降低效果,但其中是以表面粗糙度Ra為1μm以下為較佳,又以0.5μm以下為更佳。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,表面粗糙度Ra的測定是根據JISB0601。
此外,本發明中,圓筒型靶材外圍面的研削也可實施複數次,但於該狀況時,圓筒型靶材外圍面殘留有最終研削痕時的研削方向是需要為本發明的研削方向。
圓筒型靶材為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%以上為佳,但又以95%以上為更佳,特別是以99%為最佳。
本發明中,相對密度是可利用下式從靶材料的理論密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)×100
另外,圓筒型靶材為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原料粉末填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1450~1650℃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
、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,就可製成圓筒型濺鍍靶。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
。
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。
準備好1個外徑為152mm、內徑為128mm、長度為202mm、根據阿基米德定律測出的相對密度為99.5%的圓筒型ITO靶材,和1個外徑為128mm、內徑為122mm、長度為400mm的SUS304製圓筒型支撐管。圓筒型ITO靶材是加工成外徑為150mm、內徑為130mm、長度為200mm,此時關於外圍面,是調整圓筒型靶材的旋轉速度和研削工具的進刀速度使最終的圓筒型靶材外圍面的研削方向和圓筒軸平行直線所形成的角度θ1
、θ2
成為89°(tan θ2
=57.3>π R/L=2.4),以車床進行了研削。研削後的表面粗糙度Ra為1.2μm。使用銦焊將該圓筒型ITO靶材接合在圓筒型支撐管,就可獲得圓筒型ITO濺鍍靶。
將該圓筒型ITO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ITO濺鍍靶的狀況進行了確認,結果確認沒有龜裂。
以車床進行研削使圓筒型靶材外圍面的研削方向和圓筒軸平行直線所形成的角度θ1
、θ2
成為90°(tan θ2
=∞>π R/L=2.4),再加上除了以研磨紙(#800)研磨外圍面使θ1
成為90°以外其他是和實施例1相同條件製成圓筒型ITO濺鍍靶。其表面粗糙度Ra為0.1μm。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。
除了圓筒型靶材的相對密度為90.2%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為0.7μm。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。
除了使用相對密度為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為1.3μm。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。
將圓筒型ITO靶材的外圍面朝圓筒軸平行方向進行研削,即使用加工中心機床進行研削使圓筒型靶材外圍面的研削方向和圓筒軸平行直線所形成的角度θ1
、θ2
成為0°(tan θ2
=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。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。
除了研磨紙為#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為3.1μm。對該圓筒型ITO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。
使用圓筒研削盤對圓筒型ITO靶材的外圍面進行研削,使圓筒型靶材外圍面的研削方向和圓筒軸平行直線所形
成的角度θ1
、θ2
成為90°(tan θ2
=∞>π R/L=2.4),然後,使用加工中心機床進行了研削,使圓筒型靶材外圍面的研削方向和圓筒軸平行直線所形成的角度θ1
、θ2
成為0°(tan θ2
=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。此時最終殘留的研削痕,是只有圓筒型靶材外圍面的研削方向和圓筒軸平行直線所形成的角度θ1
、θ2
成為0°(tan θ2
=0<π R/L=2.4)的研削痕。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。
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2008-160376號的說明書、申請專利範圍、圖面及發明摘要的全內容,做為本發明說明書的揭示內容。
1‧‧‧圓筒型靶材
2‧‧‧研削方向
3‧‧‧圓筒軸平行直線
4‧‧‧圓筒型靶材
5‧‧‧研削方向
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
第1圖為表示本發明第一形態的研削方向圖。
第2圖為表示本發明第二形態的研削方向圖。
1‧‧‧圓筒型靶材
2‧‧‧研削方向
3‧‧‧圓筒軸平行直線
θ1
‧‧‧圓筒型靶材外圍面研削方向和圓筒軸平行直線所形成的角度
Claims (6)
- 一種圓筒型濺鍍靶,其特徵為:陶瓷材料形成的圓筒型靶材外圍面的研削方向和圓筒軸平行直線所形成的角度θ1 (上述角度當中,0°以上且90°以下的角度以θ1 表示)為45°<θ1 ≦90°,並且,上述圓筒型靶材的外圍面表面粗糙度Ra為3μm以下。
- 一種圓筒型濺鍍靶,其特徵為:陶瓷材料形成的圓筒型靶材外圍面的研削方向和圓筒軸平行直線所形成的角度θ2 (上述角度當中,0°以上且90°以下的角度以θ2 表示)為tan θ2 >π R/L(R為圓筒型靶材的外徑,L為圓筒型靶材的長度),並且,上述圓筒型靶材的外圍面表面粗糙度Ra為3μm以下。
- 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種為主成份的氧化物。
- 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。
- 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為90%以上。
- 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為99%以上。
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