TWI491750B - 圓筒形濺鍍靶材及其製造方法 - Google Patents

Description

圓筒形濺鍍靶材及其製造方法

本發明係關於圓筒形濺鍍靶材及其製造方法。

近年來，在平面顯示器或太陽電池使用的玻璃基板已大型化，為了在此大型化的基板上形成薄膜，必須有長度超過3m的圓筒形靶材。此種長條狀圓筒形濺鍍靶材係用於磁控管旋轉陰極濺鍍裝置。圓筒形濺鍍靶材，通常係在長條狀圓筒形基材上固定圓筒形靶材而成，就圓筒形基材而言，一般使用金屬的無縫管。將長條狀圓筒形基材的全部面進行研磨加工，係耗費成本，因而並不經濟，又加工精度亦係一種問題。所以，僅有圓筒形基材的兩端部分為了安裝濺鍍裝置而進行研磨加工，固定圓筒形靶材的部分仍係無縫管原管的狀態，並非真圓，故存在起伏或翹曲等。

又，在長條狀圓筒形濺鍍靶材中，有時亦堆疊10個以上小型圓筒形靶材而構成，堆疊造成的偏移，成為使圓筒形靶材之外周面產生段差的原因。再者，為了防止由多數圓筒形靶材構成的多分割圓筒形濺鍍靶材，由濺鍍中的電漿造成圓筒形靶材熱膨脹，靶材彼此碰撞破裂，則必須具有分割部將相鄰的圓筒形靶材配置為具有間隔。尤其，此種分割部容易在相鄰的圓筒形靶材之外周面產生段差。

在將多數枚靶材構件配置於單一支承板的平板型靶材中，就使段差不致產生之方法而言，已知有：令濺鍍面的高度為從較高靶材構件的分割部側濺鍍面到較低的濺鍍面之斜面的方法(例如專利文獻1)。但是，此方法必須對於靶材施以研磨加工，故有靶材之損耗較大之問題。

又，就使圓筒形靶材與圓筒形基材之中心對準的方法而言，利用稍薄於圓筒形基材與圓筒形靶材的間隔之間隔件，藉由圓筒形基材的外周面與靶材的內周面使中心對準的方法(例如參照專利文獻2、3)。但是，在此種方法中，使用長條狀圓筒形基材時，有時圓筒形靶材無法插入到圓筒形基材，圓筒形基材的形狀造成圓筒形靶材的位置受到限制，在相鄰的圓筒形靶材之外周面產生段差等。

(先前技術文獻)

(專利文獻)

專利文獻1：日本特開2000-204468號公報

專利文獻2：日本特開平08-060351號公報

專利文獻3：日本特開2005-281862號公報

本發明之目標，係提供圓筒形濺鍍靶材，即使在利用由多數圓筒形靶材構成的長條狀圓筒形濺鍍靶材來濺鍍成膜時，成膜步驟之製造產量亦高。

本發明者們為了解決上述問題，特意進行檢討，結果發現在由多數圓筒形靶材構成的圓筒形濺鍍靶材中，抑制相鄰的圓筒形靶材彼此外周面的段差，可藉而抑制濺鍍成膜時之異常放電與微粒的產生，終達成本發明。

亦即，本發明係圓筒形濺鍍靶材，其特徵在於，將多數經堆疊的圓筒形靶材利用接合材料接合到圓筒形基材之外周面，包含分割部將相鄰的圓筒形靶材配置為具有間隔，且位在分割部之相鄰的圓筒形靶材之外周面的段差係0.5mm以下。

又，本發明係圓筒形濺鍍靶材之製造方法，其特徵在於，將多數疊合的圓筒形靶材利用接合材料接合到圓筒形基材之外周面，藉而製造圓筒形濺鍍靶材，在以圓筒形基材為基準配置多數圓筒形靶材時，以一側圓筒形靶材之外周面為基準固定另一側圓筒形靶材，令相鄰的圓筒形靶材之外周面的段差為0.5mm以下。

依據本發明，即使在利用由多數圓筒形靶材構成的長條狀圓筒形濺鍍靶材來濺鍍成膜時，亦抑制異常放電與微粒產生，並可提高成膜步驟之製造產量。

(實施發明之最佳形態)

以下參照圖1~圖3詳細說明本發明。

就使用本發明之圓筒形濺鍍靶材的圓筒形靶材2而言，可使用一般濺鍍中使用的各種材質，舉例如：In、Sn、Zn、Al、Nb、Ti等金屬，或是含有此等金屬的合金，或此種金屬等一種以上之氧化物或氮化物等。氧化物中，舉例如：ITO(Indium Tin Oxide，氧化銦錫)、AZO(Aluminum Zinc Oxide，氧化鋁鋅)、IZO(Indium Zinc Oxide，氧化銦鋅)、SnO₂ 、In₂ O₃ 、Al₂ O₃ 、TiO₂ 、ZnO等，此種脆性陶瓷材料，尤可獲得本發明之效果。

就本發明之圓筒形濺鍍靶材使用的圓筒形基材1而言，可使用各種材質。就此材質而言，只要在使用靶材進行濺鍍時，具有可進行充分冷卻的熱傳性使得接合圓筒形基材1與圓筒形靶材2的接合材料不致劣化、熔化，並具有在濺鍍時可從靶材2放電的電傳導性，再具有可支持靶材的強度等之材質即可。就此種材質而言，舉例如：Cu、Ti、Al、Mo、含有此等金屬的合金、SUS。

又，就圓筒形基材1的長度而言，並無特別限制。在本實施形態中，即使使用具有長度1000mm以上之圓筒形基材的圓筒形濺鍍靶材，亦可進行產量佳的成膜。

就本實施形態之圓筒形濺鍍靶材所使用的接合材料而言，只要具有在使用靶材進行濺鍍時，可進行充分冷卻的熱傳導性使得接合材料不致劣化、熔化，並具有在濺鍍時可從靶材2放電的電傳導性，再具有可支持靶材的強度等之材質即可。例如軟焊材料或導電性樹脂。

就軟焊材料而言，只要係一般使用作為軟焊材料者即可使用。宜為低熔點軟焊材料，例如有：In、In合金、Sn、Sn合金等。更佳者為In或In合金軟焊材料。In或In合金軟焊在平板型靶材的實際案例亦相當豐富，又，因為富有展延性，故亦具有緩和在濺鍍中受到加熱的靶材2與受到冷卻的基材1之熱膨脹等應變的效果。

就導電性樹脂而言，舉例如：在環氧、丙烯、聚酯、胺酯、酚等熱固型樹脂中，混合Ag、C、Cu等導電性物質作為填料。

本實施形態之圓筒形濺鍍靶材，係將多數圓筒形靶材2接合到圓筒形基材1而成，包含分割部將相鄰的圓筒形靶材2配置為具有間隔，該位在分割部之相鄰的圓筒形靶材2之外周面的段差係0.5mm以下。此段差宜為0.3mm以下，更佳者為0.2mm以下。當使用存在有較大段差的圓筒形濺鍍靶材進行濺鍍時，因為電場集中在突出側的圓筒形靶材之邊緣，故發生異常放電且靶材的邊緣容易破碎產生微粒。尤其，當圓筒形濺鍍靶材中存在有較大段差時，因為係圓筒形之構造，故在段差的相對側亦變成存在有凹凸相反的段差。所以，旋轉此種靶材時，變成每1旋轉出現2次較大段差。因為圓筒形靶材係邊旋轉邊濺鍍，故此較大段差造成的電場扭曲在靶材每1旋轉產生2次，且認為此電場扭曲係異常放電之原因。另，因為圓筒形靶材在濺鍍時係每3~15秒左右1旋轉，故3~15秒左右產生2次電場扭曲，且成為異常放電的原因。再者，因為圓筒形濺鍍靶材係通入大於平板型濺鍍靶材的功率，故在分割部的靶材段差之影響極大。

另，在本實施形態中，位在分割部之相鄰的圓筒形靶材2之外周面的段差，係圖3之箭頭所示之「偏移」部分，在該圓筒形濺鍍靶材之中最大值。亦即，意指本實施形態所有分割部之該偏移在0.5mm以下。

本實施形態之圓筒形濺鍍靶材，具有分割部將相鄰的圓筒形靶材2配置為具有間隔，可藉而防止由濺鍍中的電漿所造成的圓筒形靶材2之熱膨脹，導致靶材2彼此碰撞而破裂。但是，當分割部的間隔有分布時，使圓筒形靶材2的位置偏移產生，成為在圓筒形靶材2之外周面產生段差的原因。所以，分割部的間隔之分布宜為±0.1mm以下，更佳者為±0.05mm以下。另，本實施形態的分割部的間隔之分布，係相對於分割部在圓周方向均等地測定8處以上間隔時之平均值的最大值與最小值之差，存在有多數分割部時，則係其中最大之值。

此分割部之間隔並非0，可從圓筒形靶材2之長度與熱膨脹率而設計為最合適之值，但間隔狭小時，有可能由濺鍍中的電漿所造成的圓筒形靶材2之熱膨脹，導致靶材彼此碰撞而破裂。所以，相鄰的靶材2最接近的部分之間隔，宜係0.1mm以上。又，分割部之間隔較大時，接合材料有可能受到濺鍍。因此，分割部之間隔宜考慮所使用的濺鍍氣體之平均自由行程與靶材的使用效率，而決定為令分割部之接合材料不受到濺鍍之值。如前所述求取分割部之間隔的平均值時，實用上宜使任一分割部之該平均值皆係0.5mm以下，更佳者為0.4mm以下。

本實施形態所用的圓筒形靶材2，宜將相鄰的圓筒形靶材2之外周面的邊緣部進行去角。藉此，在進行濺鍍時，可防止電場集中在圓筒形靶材2之邊緣，可抑制異常放電的產生。就去角之大小(寬度或深度)而言，就對於膜厚分布的影響而言，宜係2mm以下，更佳者為1mm以下。去角的形狀只要可緩和濺鍍成膜時之電場集中即無特別限制，C面、R面或階梯狀皆可。

就本實施形態的圓筒形濺鍍靶材之製造方法的一例而言，舉例展示可在圓筒形基材1與多數圓筒形靶材2之間隙充填接合材料而加以接合的方法。為了充填接合材料，首先以圓筒形基材1作為基準，配置圓筒形靶材2，例如，預先在圓筒形基材1的外側堆疊配置多數圓筒形靶材2。其後，將圓筒形基材1與圓筒形靶材2的間隙底部加以封裝，形成用於充填接合材料的空間。並且，以圓筒形靶材2之外周面為基準，進行與圓筒形基材1的對位。此種圓筒形濺鍍靶材之組裝希望使用夾具進行。此時所用的夾具材質只要是可承受充填軟焊料時的加熱之材質即無特別限制。舉例可如：鋁、杜拉鋁(Duralumin)等金屬。

更具體而言，如圖1所示，藉由將圓筒形基材1合入在設有基材推壓件6a的凹部而配置，中隔矽膠O型環並藉由封裝夾具4固定。圓筒形基材1的兩端部，為了安裝到濺鍍裝置，成為使用O型環等的真空密封部，其外周面及/或內周面因為施以精度良好的研磨加工，故宜以此部分作為定位的基準面。又，可藉由在封裝夾具4的下方放置任意大小的塊件8，將圓筒形靶材2配置在自圓筒形基材1端面起任意距離。

並且，在位於圓筒形基材1之外周面的封裝夾具4上，堆疊配置圓筒形靶材2，形成充填接合材料的空間3。此時，圓筒形靶材2宜與圓筒形基材1成同心圓狀。為了保持充填接合材料的空間3之密閉性，多數圓筒形靶材2之間、圓筒形靶材2與封裝夾具4之間、封裝夾具4與圓筒形基材1之間、圓筒形靶材2與基材推壓件6b之間，利用密封材料5封裝。接合材料係低熔點軟焊材料或導電性樹脂時，因為進行加熱處理，故密封材料5必須使用耐熱性之襯墊或O形環，此時可使用鐵氟龍(註冊商標)或矽膠等材料。尤其，可藉由在多數圓筒形靶材2之間插入密封材料5，於分割部形成規定的間隔，使其分布極小。此時插入的密封材料5之厚度，係使用對應於期望的間隔之設計值的規定厚度。

其後，在最上部的靶材2之上中隔密封材料5載置基材推壓件6b，藉由連結軸9連結上下之基材推壓件6a、6b。並且，圓筒形靶材2以其外周面作為基準，以平整其外周面並極力抑制於分割部之偏移的方式，藉由例如具有彈簧(未圖示)與螺絲(未圖示)的靶材推壓件7加以固定，且靶材推壓件7結合固定在連結軸9。靶材推壓件7可為以下構造：可相對於基材推壓件6a、6b調整到任意位置，以如圖所示的方式，藉由1根棒狀體推壓待接合靶材2之外周面；又，亦可為以下構造：僅推壓包含靶材2之分割部的該周邊部分之靶材外周面。靶材推壓件7因為相對於基材推壓件6a、6b而進行圓筒形靶材2的定位，故至少必須為2根，宜為3根，更佳者為如圖2所示將4根或以上的偶數根均等配置在彼此對向的位置。藉此，可確實地抑制圓筒形靶材之外周面的段差。

當結束上述程序之組裝時，確認靶材推壓件7在靶材2未彼此推壓處並未產生超過0.5mm的段差。

使用軟焊材料作為接合材料時，例如，將以圖1的方式組裝之圓筒形濺鍍靶材全體加熱到軟焊材料之熔點以上的溫度，將熔融狀態的軟焊材料從基材推壓件6b的頂部流入充填到空間3。充填結束後，藉由冷卻固化軟焊材料，接合圓筒形基材1與圓筒形靶材2。因為此時一旦溫度過高則軟焊材料有可能氧化而降低接著強度，故就加熱溫度而言，宜在軟焊材料之熔點~軟焊材料之熔點+100℃的範圍內，更佳者為軟焊材料之熔點+50℃的範圍內。另，In軟焊材料之熔點係156℃。又，接合材料係導電性樹脂時，將導電性樹脂充填到以圖1的方式組裝之圓筒形濺鍍靶材的空間3，配合樹脂的硬化條件進行加熱等硬化處理，接合圓筒形靶材2與圓筒形基材1。

又，在圓筒形基材1及圓筒形靶材2的接合面，為了提升接合材料之可濕性(wettability)，使接合材料易於充填，宜預先將其接合面施以濕化處理。就此處理而言，只要能改善接合材料之可濕性者即可，舉例可為如下：UV照射、電鍍或蒸鍍Ni、或利用超音波烙鐵之基底處理等。

如上所述，接合圓筒形基材1與圓筒形靶材2後，取下夾具或多餘的接合材料等，並得到期望的圓筒形濺鍍靶材。此時，可藉由預先在不想附著接合材料的部分或取下的夾具等處施以遮罩，簡單地進行取下作業。又，相鄰的圓筒形靶材2之間的密封材料5，可在接合圓筒形基材1與圓筒形靶材2後，藉由加熱，利用圓筒形基材1與圓筒形靶材2之熱膨脹差而簡單地取下。

(實施例1)

以下依據實施例詳細說明本發明，但本發明並不限定於此。另，位在分割部之間隔之分布及間隔之平均值，係如前所述測定8處之間隔而求得。

(實施例1)

準備12個ITO圓筒形靶材(外徑：150mmΦ，內徑：133mmΦ，長度：260mm)，將圓筒形靶材的接合面以外利用耐熱性貼帶加以遮罩，在接合面將In軟焊材料利用超音波烙鐵打底。另一方面，準備1個SUS製圓筒形基材(外徑：130mmΦ，內徑：120mmΦ，長度3200mm)，將接合面以外的面藉由用於防止接合材料附著之耐熱性貼帶加以遮罩，在接合面將In軟焊材料利用超音波烙鐵打底。

其次，將施以前述處理的圓筒形基材1與12個圓筒形靶材2再與杜拉鋁製的封裝夾具4、基材推壓件6a、6b、靶材推壓件7、塊件8，如圖1的方式組裝。最初，將圓筒形基材1配置於基材推壓件6a之上，中隔矽膠之O形環並藉由封裝夾具4固定。將12個圓筒形靶材2與密封材料5依序嵌入堆疊在圓筒形基材1後，在圓筒形靶材2之上中隔密封材料5載置基材推壓件6b。並且，藉由連結軸9連結上下的基材推壓件6a、6b，固定圓筒形靶材2。其次，如圖2所示，使用4根靶材推壓件7，進行圓筒形靶材2之對位與固定。此時就密封材料5而言，在相鄰的圓筒形靶材2之間，以及圓筒形靶材2與封裝夾具4之間，係使用環狀的鐵氟龍(註冊商標)薄片，圓筒形基材1與封裝夾具4之間使用矽膠的O形環。

其次，將已組裝的圓筒形濺鍍靶材全體加熱直到180℃，從上側將熔融的In軟焊材料(熔點156℃)流入空間3。在In軟焊材料流入結束後冷卻直到120℃，並確認In軟焊材料已完全固化後，再度加熱到130℃並將相鄰的圓筒形靶材2之間的鐵氟龍(註冊商標)薄片切斷取下，形成具有間隔隻分割部。其後，冷卻到室溫，取下夾具或遮罩而製造出ITO圓筒形濺鍍靶材。

所獲得的圓筒形濺鍍靶材位在分割部之外周面的段差係0.2mm，且分割部的間隔之分布係±0.05mm。又，各分割部之間隔的平均值係0.29~0.36mm。

(比較例1)

與實施例1同樣地準備圓筒形基材1與圓筒形靶材2，如圖4所示，在圓筒形基材1之外周面上，以等分布的方式配置8條銅線(0.7mmΦ)作為間隔件10。其次，如圖5之組裝圖，使用12個圓筒形靶材2，將圓筒形靶材2嵌合插入到圓筒形基材1，但圓筒形靶材2在中途無法移動，無法組裝成為圓筒形濺鍍靶材。

(比較例2)

除令銅線，即比較例1的間隔件10之直徑為0.6mmΦ以外，與比較例1使用相同方法，如圖5的方式，但使用12個圓筒形靶材，組裝圓筒形濺鍍靶材。其後，與實施例1同樣地利用In軟焊材料接合圓筒形基材1與圓筒形靶材2，製造出圓筒形靶材。所獲得的圓筒形濺鍍靶材位在分割部之外周面的段差係0.8mm，且分割部的間隔之分布係±0.13mm。又，在各分割部之間隔的平均值係0.30~0.39mm。

(實施例2)

準備2個ITO圓筒形靶材(外徑：93.0mmΦ，內徑：78.5mmΦ，長度：175mm)，將圓筒形靶材之接合面以外利用耐熱性貼帶加以遮罩，在接合面將In軟焊材料利用超音波烙鐵打底。另一方面，準備1個SUS製圓筒形基材(外徑：75.5mmΦ，內徑：70mmΦ，長度490mm)，將接合面以外的面藉由用於防止接合材料附著之耐熱性貼帶加以遮罩，在接合面將In軟焊材料利用超音波烙鐵打底。其後，利用與實施例1相同的方法，但使用2個圓筒形靶材，製造具有如表1所示的分割部之靶材I。又，使用與實施例1相同的方法，但使用2個圓筒形靶材，製造具有如表1所示的分割部之靶材II~Ⅳ。

(比較例3)

除未使用銅線以外，與比較例2使用相同方法，但使用2個ITO圓筒形靶材(外徑：93.0mmΦ，內徑：78.5mmΦ，長度：175mm)與1個SUS製圓筒形基材(外徑：75.5mmΦ，內徑：70mmΦ，長度490mm)，製造具有如表1所示的分割部之靶材V~VII。

(成膜評量)

將如此製作的圓筒形濺鍍靶材在以下的濺鍍條件中進行20kWh濺鍍，並測定異常放電(電弧)的產生次數。電弧產生次數之測定，係利用微電弧監視器(Landmark Technology公司製)，以放電電壓的下降時間為基準，區分為小電弧(2μsec以上未滿20μsec)與大電弧(20μsec以上)，在以下的測定條件中進行。所得的放電結果顯示於表1。

濺鍍條件：

DC功率：15W/cm² (相對於磁性體面積)

靶材轉速：6rpm

濺鍍氣體：Ar+O₂

氣體壓力：0.5pa

電弧測定條件：

偵測電壓：300V

小電弧：2μsec以上未滿20μsec

大電弧：20μsec以上

從靶材I~IV與V~VII的比較得知，可藉由令位在分割部之外周面的段差為0.5mm以下而抑制大電弧的產生，又，從靶材III與IV的比較得知，可藉由將靶材之外周面的邊緣進行去角加工而抑制小電弧的產生。又，利用顯微鏡觀察放電後的分割部時，靶材V~VII係突出側的圓筒形靶材之邊緣發生碎裂。

另，當異常放電(電弧)產生時，成膜速度降低且生產性降低。其中，尤其是電壓下降時間較長的大電弧，因為放出的能量較大，故成為對於靶材或薄膜造成傷害的原因，亦成為微粒產生或薄膜之膜質劣化的原因，就結果而言，使得成膜步驟之製造產量降低。依據本發明，可抑制此種大電弧的產生。

(產業上利用性)

本發明之使用用途係作為圓筒形濺鍍靶材及其製造方法，可提供即使在利用由多數圓筒形靶材構成的長條狀圓筒形濺鍍靶材來濺鍍成膜時，成膜步驟之製造產量亦高的圓筒形濺鍍靶材。

1．．．圓筒形基材

2．．．圓筒形靶材

3．．．空間

4．．．封裝夾具

5．．．密封材料

6a、6b．．．基材推壓件

7．．．靶材推壓件

8．．．塊件

9．．．連結軸

10．．．間隔件

圖1係顯示本發明中圓筒形濺鍍靶材之組裝狀態的一例之長度方向的剖面圖。

圖2係顯示本發明中圓筒形濺鍍靶材之組裝狀態的一例之徑方向的剖面圖。

圖3係說明本發明中圓筒形濺鍍靶材之外周面的段差之概略圖。

圖4係顯示比較例中圓筒形濺鍍靶材之組裝狀態的一例之徑方向的剖面圖。

圖5係顯示比較例中圓筒形濺鍍靶材之組裝狀態的一例之長度方向的剖面圖。

1．．．圓筒形基材

2．．．圓筒形靶材

3．．．空間

4．．．封裝夾具

5．．．密封材料

6a、6b．．．基材推壓件

7．．．靶材推壓件

8．．．塊件

9．．．連結軸

Claims (8)

1. 一種圓筒形濺鍍靶材，其特徵為：於圓筒形基材之外周面，利用接合材料接合相堆疊的多數圓筒形靶材而構成，包含分割部，將相鄰的圓筒形靶材配置為具有間隔，且位在分割部之相鄰的圓筒形靶材之外周面的段差係0.5mm以下。
2. 如申請專利範圍第1項之圓筒形濺鍍靶材，其中，該分割部的間隔之分布為±0.1mm以下。
3. 如申請專利範圍第1或2項之圓筒形濺鍍靶材，其中，將位在分割部之相鄰的圓筒形靶材之外周面的邊緣部予以去角。
4. 如申請專利範圍第1或2項之圓筒形濺鍍靶材，其中，該圓筒形基材之長度係1000mm以上。
5. 一種圓筒形濺鍍靶材之製造方法，其特徵為：在圓筒形基材之外周面，利用接合材料接合相堆疊的多數圓筒形靶材，藉以製造圓筒形濺鍍靶材，在以圓筒形基材為基準而配置多數圓筒形靶材時，以一側的圓筒形靶材之外周面為基準而使用夾具固定另一側的圓筒形靶材，令相鄰的圓筒形靶材之外周面的段差為0.5mm以下。
6. 如申請專利範圍第5項之圓筒形濺鍍靶材之製造方法，其中，使用該圓筒形基材至少一側的端部之外周面及/或內周面作為圓筒形基材之基準面，以該基準面作為基準而固定該多數之圓筒形靶材。
7. 如申請專利範圍第5或6項之圓筒形濺鍍靶材之製造方法，其中，在固定該多數之圓筒形靶材時，藉由固定到該圓筒形基材的靶材推壓件將其固定，令該多數圓筒形靶材之外周面平整。
8. 如申請專利範圍第7項之圓筒形濺鍍靶材之製造方法，其中，在固定該多數圓筒形靶材時，將偶數根該靶材推壓件配置在相對於前記圓筒形靶材彼此對向的位置。