TWI544099B - 濺鍍標靶對支撐材料的非連續性接合 - Google Patents

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Description

濺鍍標靶對支撐材料的非連續性接合
本發明係關於用於薄膜產品的濺鍍標靶。此標靶可為平面或圓柱形，並具有板或管形式的背襯體(所謂的載體)，陶瓷或金屬標靶接合至此背襯體。
濺鍍期間內，標靶暴於離子轟擊及後續高熱載量，且背襯體因此以水冷卻。大型濺鍍標靶通常由一或多個標靶片接合於其上的背襯管或背襯板所組成，即，它們藉接合材料(其可為熔點低的金屬或金屬合金，亦稱為金屬焊劑，或任何他種導電和導熱的黏著劑，如經填充的彈性體)附接至背襯體。
載體的作用係提供電力轉移、機械強度和熱轉移至冷卻水，及使得標靶置於濺鍍源中。作為標靶片(板狀或圓柱狀)通常藉焊接而接合於載體上，最常見的情況中，標靶材料和載體材料之間的熱膨脹係數不一致，此導致焊劑層上及介於標靶片和焊劑之間及介於焊劑和背襯體之間的界面上的熱應力，此特別發生於標靶的接合或焊接之後的冷卻期間內，但亦發生於標靶用於濺鍍法的期間內。此外，當固化時，會發生焊劑的體積收縮，此亦導致界面收縮應力。
累積的熱和收縮應力通常導致焊劑層與背襯體或標靶片材或二者之強烈且無法控制的層離。發生較大表面積的層離時，自標靶片至載體的散熱最小，此導致局部過熱，引起更不均勻的熱應力及最後導致標靶片在濺鍍期間內破裂。
試圖克服前述問題，US2009/0152108中，標靶黏著接合至背襯體以藉塑化可變形的補償方式(其補償標靶和背襯材料二者的變形)代替。一個實施例中，此補償方式係藉由形成局部受限之的焊劑橋，使得標靶和載體元件部件互相連接。載體元件中，以螺旋或環溝槽方式提供切口，焊劑在接合之前留在溝槽中。焊劑加熱和液化時，旋轉標靶和載體元件使得液態焊劑藉離心力移動離開切口以填補介於標靶和載體元件之間的間隙並形成焊劑橋，但非發生於切口高度處。此專利案中提出之關於應力問題的解決方案仍相當複雜。
就前述層離問題觀之，須要更簡單且可靠的接合系統。
就第一個方面觀之，本發明可提供標靶組合件，其包含具有承力表面(carrying surface)的背襯體或載體，和具有背表面或附接表面(attaching surface)的濺鍍標靶，該承力表面面對該背表面，藉此界定出中間空間(intermediate space)，該中間空間帶有接合材料將該背表面接合至該承力表面，其特徵在於該背表面和該承力表面一或二者的獨特區域經選擇性的表面處理以增進該接合材料在該等獨特區域之接合強度。
本發明的另一方面中，標靶組合件包含具有承力表面的背襯體；和具有附接表面的濺鍍標靶，該承力表面和該附接表面以彼此面對的方式排列，藉此界定出介於該承力表面和該附接表面之間的中間空間；和位於該中間空間之用以將該附接表面接合至該承力表面的接合材料，其中該附接表面和該承力表面中之一或二者的獨特區域經選擇性的表面處理以增進該接合材料在該等獨特區域之接合強度。
此方面的實施例中，該接合材料以液體形式引至該中間空間中。另一實施例中，處理該等獨特區域包含增進該等獨特區域的潤濕特性，使得該接合材料強烈黏著至該等獨特區域。另一實施例中，該載體和該濺鍍標靶係圓柱形且彼此同心排列。
另一實施例中，該載體具有外徑D1而該濺鍍標靶具有內徑D2，使得中間空間的厚度D=(D2-D1)/2(顯然D>0)。該接合材料包含低熔點焊劑。該低熔點焊劑係銦。
另一實施例中，該獨特區域之處理包含大氣壓或低壓真空電漿處理、電暈處理、研磨、噴砂、或噴CO2冰。另一實施例中，獨特區域之處理包含藉電漿噴霧、經由遮罩濺鍍，或高能量輔助焊接的方式施加金屬層。特別的實施例中，該金屬層較佳包含前述該低熔點焊劑。高能量輔助焊接包含超音波焊接。另一實施例中，該獨特區域之處理包含施以機械摩擦(如刷或擦拭)。
另一實施例中，該等獨特區域包含該附接表面和該承力表面中之一或二者之總表面之介於33和95%之間。另一實施例中，該等獨特區域存在於該附接表面和該承力表面二者上。此實施例中，在該附接表面上之該等獨特區域與在該承力表面上的該等獨特區域的至少一部分未彼此對準。實施例中，該載體的熱膨脹係數(CTE)高於該濺鍍標靶的熱膨脹係數。
本發明的另一方面中，一種控制標靶組合件中接合材料之層離的方法，該標靶組合件包含具有承力表面的載體，具有附接表面的濺鍍標靶，該承力表面和該附接表面以彼此面對的方式排列，藉此界定出介於該承力表面和該附接表面之間的中間空間，用以將該附接表面接合至該承力表面的接合材料係置於該中間空間內，此方法包含選擇性地表面處理該附接表面和該承力表面中一或二者的獨特區域以增進該接合材料在該等獨特區域之接合強度，藉此控制在接合材料固化和/或在標靶噴濺的期間內，接合材料之層離。
一個實施例中，處理該等獨特區域包含增進該等獨特區域的潤濕特性，使得該接合材料強烈黏著至該等獨特區域。另一實施例中，處理該等獨特區域包含大氣壓或低壓真空電漿處理、電暈處理、研磨、刷、擦拭、噴砂、或噴CO2冰。另一實施例中，處理該等獨特區域包含藉電漿噴霧、經由遮罩濺鍍、或高能量輔助焊接的方式施加金屬層。高能量輔助焊接包含超音波焊接。
本發明的另一方面中，一種控制標靶組合件之熱應力之方法，該標靶組合件包含具有承力表面的載體，具有附接表面的濺鍍標靶，該承力表面和該附接表面以彼此面對的方式排列，藉此界定出介於該承力表面和該附接表面之間的中間空間，用以將該附接表面接合至該承力表面的接合材料係置於該中間空間內；此方法包含選擇性地表面處理該附接表面和該承力表面中一或二者的獨特區域以增進該接合材料在該等獨特區域之接合強度，藉此控制介於該濺鍍標靶和該接合材料之間及該載體和該接合材料之間的界面之熱應力。
藉由控制前述應力和藉由在最終冷卻期間內在接合層的壁中形成選擇的空隙，該標靶組合件防止接合材料大面積層離，使用載體的承力表面和/或標靶(片)的背面材料之選擇性熱處理，得到標靶/接合層/背襯體組合件之接合。藉由改變焊劑或標靶之一或二者的表面能量，此選擇性處理包含潤濕法和強化法而使得焊劑或接合材料附著至載體材料和/或標靶材料。嫻於此技術者將瞭解有數個方法可改變表面材料的表面能量。例子包括，但不限於，大氣壓或低壓真空電漿處理(使用惰性氣體或反應性氣體)、電氳處理、藉研磨、刷、擦拭、噴砂或噴CO2冰進行表面的機械前處理、薄金屬層的電化學沉積、藉電漿噴灑沈積薄金屬層、經由遮罩濺鍍、或高能量輔助焊接技巧(如超音波焊接)。藉由選擇性地控制潤濕法，能夠界定出良好(強烈)焊劑黏著的獨特區域，並因此，能夠界定出欠佳(微弱)焊劑黏著的區域。該等獨特區域包含該附接表面和該承力表面中之一或二者之總表面之介於33和95%之間。
例示實施例中，標靶組合件包含具有承力表面的載體和具有附接表面的濺鍍標靶。該承力表面和該附接表面以彼此面對的方式排列，藉此界定出介於兩個表面之間的中間空間。用以將該附接表面接合至該承力表面的接合材料或焊劑引至該中間空間內。但在此之前，該附接表面和該承力表面中一或二者的獨特區域選擇性地經表面處理以增進該接合材料在該等獨特區域之接合強度。咸信增進了該等獨特區域中之接合材料的潤濕特性。一個實施例中，附接表面的獨特區域未面對或對準(即，有偏差)承力表面的獨特區域。僅附接表面和承力表面上有獨特區域，其他表面可經相同方式處理其整個表面(非選擇性)，以得到完全(連續)潤濕層及表面上的接合材料之整體良好潤濕。
該接合材料以液體形式引至該中間空間中。該接合材料可為低熔點焊劑，例如，銦。
該背襯體或載體可為外徑D1的圓柱形，而該外部濺鍍標靶亦可為內徑D2的圓柱形。背襯管和標靶彼此同心排列，藉此界定出中間空間的厚度D=(D2-D1)/2(D顯然>0)。
焊劑或接合材料在經潤濕或強化的區域中之接合強度獲改良。此選擇性潤濕法在接合期間內得到接合材料與未潤濕表面之經控制的層離，藉此以經控制的方式降低及潛在緩和接合法期間內製造的熱應力。在接合期間內之經控制的層離減少且潛在防止未來之未經控制的層離情況。藉由控制層離，故意在接合層中選擇性地製造空隙。因此，藉導熱性焊劑或其他接合材料，形成良好和欠佳黏著的交替區域，在標靶片的全面積上得到熱轉移的均勻分佈。因此，避免有害的局部熱點，此局部熱點其會導致濺鍍標靶在濺鍍期間內的應力過高及最終破裂)。藉由使用經控制的潤濕或層離，能夠使得標靶片材料和載體材料以最小的累積應力接合，使得接合的濺鍍標靶耐得住較高的熱載量(此係相較於層離區不均勻且未經控制地分佈之濺鍍標靶而言)。
前述標靶組合件例如可以與由背襯管和一或多個圓柱形標靶片所組成的旋轉標靶使用，且例如用於背襯管的熱膨脹係數(CTE)比標靶片為高的情況中。當自進行接合的溫度冷卻時，介於背襯管和標靶片之間的此CTE差(或ΔCTE)會造成系統中之足夠的熱應力，此會引發接合系統的任何界面處之未經控制的層離。標靶/背襯管組合件的例子是：Al：ZnO(摻鋁的氧化鋅)於不銹鋼上、矽於不銹鋼上、Si：SiO2於不銹鋼上、ITO(氧化銦錫)於不銹鋼上、AZO於鋁上等。
有其他方式可降低ΔCTE。例如，CTE較低的背襯管(如由金屬(如Ti和Mo)所組成者)可資利用。CTE較低的管比一般的背襯管材料(如不銹鋼AISI304、不銹鋼AISI316(L)、A16060、Cu)貴得多。選擇由貴得多的材料製造的背襯管將造成產物的競爭缺點。
提出的方法之額外效果在於可降低每一標靶所須的焊劑合金體積。由於接合材料(合金)係昂貴的材料，相對於每一標靶的體積降低有其優點。所提出的方法使得濺鍍標靶具有成本優勢。
用於旋轉標靶，非連續潤濕區的區域性外觀可具有各種圖案，如點、長或短條、任何方向(水平或垂直或對角)的螺旋。
非潤濕區對潤濕區的表面積的比取決於標靶和載體材料的熱膨脹係數及焊劑類型，亦取決於焊劑材料引入和開始冷卻時，標靶片和載體材料的溫度。兩個零件(標靶片和載體材料)的溫度可因選擇的加熱和/或冷卻技巧而不同。
如前述者，結構化、經控制的潤濕或金屬化得到經控制的局部接合失誤或空隙(如，焊劑與背襯管或標靶片的小層離)。相較於潤濕區和無缺陷的獨特區域之對等面積，每一局部空隙將具有相對小的面積，使得在濺鍍期間內的散熱足夠。實施上，此可意謂介於1/20和2/1之間之空隙/無缺陷的潤濕面積，或者以毫米表示，其可為介於1毫米：20毫米至10毫米：5毫米的空隙長度或未經處理的區域長度：經處理或經潤濕的區域長度。實施例中，空隙或多或少為規則圖案，其穿插良好接合的無空隙區域，無空隙區域與下一個局部空隙之間有一些距離。在接合之後的冷卻法(低於焊劑的熔點)期間內，藉由焊劑黏合之操作及界面處的黏著和切變力，自動形成該空隙。
接合之後，可以活化方式或自然方式進行組合件之冷卻(可施以自然和經控制的冷卻)，且此時自內部或自外部或自兩側活化。
將參考所提供的附圖描述標靶組合件。應瞭解圖僅具體說明且不對本發明之範圍造成任何限制。
圖1a和b具體說明接合旋轉標靶的已知原理。標靶片(TS)穿插於背襯管(BT)，之後焊劑或接合材料(BM)(熔融銦或另一低熔點合金)倒入介於兩個管(其已加熱至(且可能高於)接合材料的熔點)之間的中間空間。然後，標靶組合件冷卻至室溫。
圖2具體說明以前技術中，焊劑層離的原理。以前技術的實例中，具有承力表面之承載管的熱膨脹係數(CTE)高於具有背表面的標靶片的熱膨脹係數。待濺鍍的標靶材料例係摻有Al或摻有Al2O3的ZnO(AZO)，其具有一些組成變化。標靶片的外徑為163毫米而內徑為135毫米。標靶的外表面經機械研磨至這些尺寸。可藉機械研磨或任何其他適當方式(如化學蝕刻)達到此內徑。Al：ZnO(AZO)標靶材料的例子在20℃至200℃的溫度範圍內的CTF約5.5*10-6/K。例示之具有承力表面的背襯管製自不銹鋼。此背襯管的外徑是133毫米而內徑是125毫米。外表面可經機械車床或研磨。例示背襯管(如不銹鋼AISI304)在20℃至200℃的溫度範圍內的CTE約15*10-6/K。製造旋轉Al：ZnO(AZO)時，標靶/背襯管組合加熱至約180℃(焊劑材料為銦的情況中)，且焊劑或接合材料倒入環形中間空間或介於標靶和不銹鋼背襯管(SST)之間的接合間隙。此環形空間厚度為0.3-1.5毫米(如0.7毫米)(見左下圖)。但是，當冷卻至室溫(RT)時，因為CTE差異，環形空間或間隙寬化至1毫米。此寬化示於上圖。結果示於右下圖。冷卻期間內，焊劑體積收縮合合併結合間隙的體積膨脹造成所欲較強接合區域中之可能破裂的最弱連結(如氧化物或空隙)。
不同於以前技術，在標靶組合件的例子中，欲得到介於承力表面和焊劑材料之間及介於背表面和焊劑材料之間之已確保的結合強度，圖2中的例子的兩個表面可事先以適當的強化技巧處理。
此實例中，AZO標靶片的內壁(即，背表面)供以薄金屬層，其之後使得在AZO陶瓷表面上的結合材料潤濕良好。一個實施例中，此薄金屬層(另稱為“潤濕材料”)係與焊劑材料相同的材料。
潤濕材料亦可為對於焊劑材料具有良好潤濕性質的任何其他金屬合金，如In或In合金、Sn或Sn合金、Ag或Ag合金。此合金可包括某些量的其他金屬元素以改良潤濕性和接合強度或以降低熔點或作為污染物。Ti、Zn、Cu、Ni、Ga、Ce、Bi、Sb、Si可為此元素。此潤濕層可直接施加於AZO背表面上且無任何中間層，或者此潤濕層可藉由使用一或多個中間層(其使得潤濕層對AZO背表面之黏著較強烈)間接施加。此中間層可為對於焊劑材料具有良好潤濕性的任何其他金屬合金，如In或In合金、Sn或Sn合金、Ag或Ag合金、Au或Au合金。此合金可包括某些量的金屬元素以改良潤濕性和接合強度或以降低熔點或作為污染物。Ti、Zn、Cu、Ni、Ga、Ce、Bi、Sb、Si可為此元素。在標靶片之背表面上的中間和/或潤濕層可藉電化學沈積或超音波處理施用，此係基於空洞原理或濺鍍塗覆技巧或機械刷或熱處理。藉強烈超音波來源產生微震動(其造成刷效果)，超音波空洞現象用以移除在待潤濕表面上的經氧化層。此背表面可以全表面或僅部分表面經潤濕。
藉由使用用於電化學沈積、熱處理、濺鍍塗覆或機械刷或超音波處理的遮罩，在背表面上的潤濕層之直接形成圖案可經由選擇性潤濕而達成。
用於選擇性的超音波潤濕，可藉超音波設備的非連續處理(如重覆開和關、或以超音波震盪極(sonotrode)之變化的供給速率)形成圖案。欲達到此目的，經仔細清潔的標靶片固定於水平位置並延其軸在加熱爐中旋轉。爐溫設定於高於潤濕材料之熔點的溫度。若表面溫度高至足以處理液態材料，則其施用至旋轉中的背表面。此液態材料藉由使用機械方式(如刷)散佈。此材料維持液態且超音波震盪極引至圓柱形標靶片的內部空間中。在標靶片在爐中旋轉的期間內，超音波震盪主極於標靶背表面上，該背表面與超音波震盪極前端略為接觸。藉此，至少幾毫米的超音波震盪極前端浸在液態潤濕材料中。此超音波震盪極前端自正面(標靶片頂部或底部)以某種前進速率朝向標靶片的另一端點移動或自背面至正面以某種前進速率向後移動，如重覆停止和前進移動，使得藉超音波焊接形成環形的潤濕層。於某些選定的位置，超音波震盪極處理背表面且未向前或向後移動，藉此，至少一圓周環形的標靶表面區域被潤濕材料所潤濕。之後，超音波震盪極進一步移動某些距離並重覆前述處理。此超音波震盪極亦可以界定的前進速率連續移動，以得到螺形圖案而非環形圖案。
在標靶片的背表面上製造非連續潤濕層的另一方法係施用事先形成圖案的中間層，僅事先形成圖案的區域確保潤濕層之足夠的黏著性。可以藉由使用電化學沈積或熱處理或濺鍍塗覆所用的遮罩形成中間層的圖案。在事先形成中間層的圖案之後，標靶片在加熱爐中旋轉。爐溫設定於高於潤濕材料之熔點的溫度。若表面溫度高至足以處理潤濕材料，則將潤濕材料置於旋轉中的背表面上。此潤濕材料藉由使用機械方式(如刷)散佈。此潤濕層包括厚度基本上小於0.1毫米的中間層。
另一實施例中，欲在承力表面(背襯管的外表面)上製造環或螺旋形的潤濕層圖案，經仔細潔淨的背襯管(其經機械加工至最終尺寸)受熱至潤濕材料熔化的溫度，且此溫度必須高至使得潤濕材料在表面處理期間內維持液態。一旦到達前述溫度，背襯管開始旋轉且超音波震盪極用於潤濕材料。此超音波潤濕集中在一位置以在旋轉中的背襯管的承力表面上形成至少一(圓周)環型黏著層。在處理一個環形潤濕層之後，超音波震盪極前端移動至下一位置，藉此，介於兩個環形潤濕層之間的某段距離維持涵蓋接合區域的全長度。此外，藉由改變涵蓋圖4所示接合區域之長度的承力表面的處理和非處理得到非連續潤濕層(即，選擇性潤濕層)。圖4出示具有承力表面之背襯管的部分正面圖，可由此清楚看見，藉由表面之交替的超音波處理，在背襯管的外表面上得到環形的選擇性潤濕層(亮色)。
此選擇性潤濕亦可以螺旋形施用。此情況中，超音波震盪極連續以界定的前進速率在旋轉中的背襯管上移動，以得到未完全潤濕的承力表面。選擇性潤濕亦可藉電化學沈積或濺鍍塗覆或熱噴霧或噴砂方式製得，其中使用遮罩製造潤濕層的非連續圖案。
選擇性潤濕終了之後，如圖1a和b所示者，背表面具有完全(連續)或部分(不連續)潤濕層的標靶片以同心方式排列於具有完全(連續)或部分(不連續)潤濕層之承力表面的背襯管表面的外側。
接合間隙的底部藉高溫密封材料密封。零件(標靶片和背襯管二者)受熱至高於焊劑材料(如In或In合金、Sn或Sn合金、Ag或Ag合金)的熔點。此合金可包括某些量的金屬元素以改良潤濕性和接合強度或以降低熔點或作為污染物。Ti、Zn、Cu、Ni、Ga、Ce、Bi、Sb、Si可為此元素。
標靶片的表面溫度達到夠高的溫度(基本上是比焊劑材料的熔點高20-30℃)時，液態焊劑引至接合間隙中。一旦接合間隙完全以熔融的焊劑填滿，停止加熱且標靶片和背襯管和焊劑開始冷卻。冷卻時，焊劑於低於其熔點固化且接合間隙提高，此如前示者。固化的焊劑材料無法彌補提高的接合間隙時，界面之聯結最弱處會破裂。介於背表面和焊劑之間和/或承力表面和焊劑之間的界面中之最弱接合點位於-如前文所示者-選擇性非連續潤濕層不存在處。此可預期的層離或空隙形成可局部發生於此窄範圍中，其導致最小尺寸的接合失誤。此使得在後續濺鍍法期間內的散熱足夠。
圖3a具體說明使用中的旋轉標靶組合件之例示配置的部分截面圖(正面)。濺鍍期間內，背襯管藉流入其中的水W冷卻(左箭頭)，同時電漿P加熱標靶(右方)。藉小黑箭頭指出的熱，在濺鍍期間內散逸通過AZO層和銦焊劑接合層到達背襯管。此實例中，背襯管-焊劑和AZO-焊劑的接觸區偏位或非位於對應高度。藉由精巧分佈的小空隙代替藉事先界定的潤濕失誤在此二接觸表面上形成的大層離區域，得到足夠且經控制的散熱。
圖3b具體說明配置例，其中僅標靶片的背表面經處理以製造具有足夠黏著性(形成潤濕層圖案)的非不連續潤濕層。圖3c具體說明配置例，其中僅背襯管的承力表面經處理以製造具有足夠黏著性的非不連續潤濕層。
圖3a至c中，介於標靶片的背表面和接合層之間、接合層和背襯管的承力表面之間的中間空間或此二者，具體說明空隙空間或部分層離空間，或介於焊劑和背表面或承力表面之間的較弱結合。
下文具體說明經前述處理之AZO標靶組合件的使用例。在CIGS或薄膜Si太陽能電池的例子中，此標靶可用於薄膜光伏工業以沈積Al：ZnO正面窗接觸層。用於任何陶瓷標靶材料，市場要求沈積速率最大化以降低製造成本(即，塗覆成本)和提高產能。此僅可能於標靶上可使用高功率載量的條件下成。目前，在AZO旋轉標靶上之可容許的功率載量受限於接合技術。
標準AZO旋轉尺寸(即，由內徑125毫米的不銹鋼背襯管和直徑135毫米且壁厚14毫米的AZO旋轉圓柱體所組成)得到典型DC功率載量18-20千瓦/米。僅一片經噴霧的旋轉AZO標靶經報導維持功率載量高於25千瓦/米，及高至甚至32千瓦/米。後者標靶的Al：ZnO壁厚有限(基本上僅9毫米)，且密度僅約90%。因此，它們具有其他缺點。
一個實施例中，對應於圖3c所示者，藉施以前文所述的超音波處理，AZO標靶的背表面完全以銦潤濕。背襯管的承力表面經部分潤濕，以得到圖4所示的圖案(具有環形選擇性潤濕層)，此處，使用超音波震盪極法，介於60%和80%之間的承力表面選擇性地經銦層潤濕。各潤濕環的寬度介於6和20毫米之間，各未經處理的表面環的寬度介於2和6毫米之間。在施用此選擇性潤濕之後，成功地在AZO標靶上操作27.27千瓦/米功率載量，此功率載量比用於以此技術陳述製得之接合的旋轉AZO標靶者高得多。
亦可藉下列項目描述本發明：
1.　一種標靶組合件，其包含具有承力表面的背襯體，和具有背表面的濺鍍標靶，該承力表面面對該背表面，藉此界定出中間空間，該中間空間帶有接合材料將該背表面接合至該承力表面，其特徵在於該背表面和該承力表面一或二者的獨特區域經選擇性的表面處理以增進該接合材料在該等獨特區域之接合強度。
2.　如第1項之標靶組合件，其特徵在於該接合材料以液體形式引至該中間空間中，及在於該經表面處理的區域之該結合材料的潤濕特性獲增進。
3.　如第1或2項之標靶組合件，其特徵在於該標靶組合件包含外徑D1的內部圓柱形背襯體，和內徑D2的外部濺鍍標靶，該背襯管和該標靶以同心排列並界定出厚度D=(D2-D1)/2的中間空間。
4.　如第1至3項中任一項之標靶組合件，其特徵在於該接合材料係低熔點焊劑，如銦。
5.　如第1至4項中任一項之標靶組合件，其特徵在於該等經表面處理的區域係藉大氣壓或低壓真空電漿處理、電暈處理、研磨、噴砂和噴CO2冰之一而得到。
6.　如第1至5項中任一項之標靶組合件，其特徵在於該等經表面處理的區域係藉電漿噴霧、經由遮罩濺鍍、或機械摩擦(如刷或擦拭)或高能量輔助焊接(如超音波焊接)的方式施加金屬層而得到。
7.　如第1至6項中任一項之標靶組合件，其特徵在於該背表面和該承力表面各者之該等獨特區域包含該背表面和該承力表面中之一或二者之總表面之介於33和95%之間。
8.　如第6或7項中任一項之標靶組合件，其特徵在於藉超音波焊接施用金屬層的方式，該背表面經表面處理，藉此，獨特區域包含介於該背表面之總表面的90和100%之間，及在於藉超音波焊接施用金屬層的方式，該承力表面經表面處理，藉此，獨特區域包含介於該承力表面總表面之60%和80%之間。
9.　如第1至7項中任一項之標靶組合件，其特徵在於該背表面和該承力表面二者經表面處理，及在於該背表面和該承力表面二者之經處理的區域未彼此面對。
10.　如第1至9項中任一項之標靶組合件，其特徵在於該背襯體的熱膨脹係數(CTE)高於該濺鍍標靶。
前文已出示和描述本發明的特定實施例和/或細節以具體說明本發明的原理應用，瞭解本發明可以不背離此原則的方式，以申請專利範圍中更完整描述者或嫻於此技術之人士已知者(包括任何和所有對等物)具體實施。
TS．．．標靶片
BT．．．背襯管
BM．．．接合材料
AZO．．．摻有Al或摻有Al2O3的ZnO
RT．．．室溫
P．．．電漿
W．．．水
-　圖1a係示意圖，具體說明圓柱形的接合原理(正面圖)；
-　圖1b係示意圖，具體說明圓柱形的接合原理(頂面圖)；
-　圖2係以前技術標靶組合件的頂視圖，出示以前技術的層離圖；
-　圖3a、b和c係示意圖，具體說明濺鍍期間內使用的例示標靶組合件；而
-　圖4係正面示意圖示，具體說明具有潤濕層圖案的背襯管之例示配置。
BT．．．背襯管
AZO．．．摻有Al或摻有Al2O3的ZnO
P．．．電漿
W．．．水

Claims (30)

  1. 一種標靶組合件，包含-　具有承力表面(carrying surface)的載體；-　具有附接表面(attaching surface)的濺鍍標靶，該承力表面和該附接表面以彼此面對的方式排列，藉此界定出介於該承力表面和該附接表面之間的中間空間(intermediate space)；和-　位於該中間空間之用以將該附接表面接合至該承力表面的接合材料，-　其中該附接表面和該承力表面中之一或二者的獨特區域經選擇性的表面處理以增進該接合材料在該等獨特區域之接合強度。
  2. 如申請專利範圍第1項之標靶組合件，其中該接合材料以液體形式引至該中間空間中。
  3. 如申請專利範圍第1項之標靶組合件，其中處理該等獨特區域包含增進該等獨特區域的潤濕特性，使得該接合材料黏著至該等獨特區域。
  4. 如申請專利範圍第1項之標靶組合件，其中處理該等獨特區域包含改變該等獨特區域的表面能量，使得接合材料黏著至該等獨特區域。
  5. 如申請專利範圍第1項之標靶組合件，其中該載體和該濺鍍標靶係圓柱形且彼此同心排列。
  6. 如申請專利範圍第5項之標靶組合件，其中該載體具有外徑D1而該濺鍍標靶具有內徑D2，使得中間空間的厚度D=(D2-D1)/2。
  7. 如申請專利範圍第1項之標靶組合件，其中該接合材料包含低熔點焊劑。
  8. 如申請專利範圍第7項之標靶組合件，其中該低熔點焊劑係銦。
  9. 如申請專利範圍第1項之標靶組合件，其中獨特區域之處理包含大氣壓或低壓真空電漿處理、電暈處理、研磨、刷、擦拭、噴砂、或噴CO2冰。
  10. 如申請專利範圍第7項之標靶組合件，其中獨特區域之處理包含藉電漿噴霧、經由遮罩濺鍍、或高能量輔助焊接的方式施加金屬層，其中該金屬層較佳包含該低熔點焊劑。
  11. 如申請專利範圍第10項之標靶組合件，其中高能量輔助焊接包含超音波焊接。
  12. 如申請專利範圍第1項之標靶組合件，其中該等獨特區域包含該附接表面之總表面之介於33和95%之間，或該承力表面之總表面之介於33和95%之間。
  13. 如申請專利範圍第1項之標靶組合件，其中該等獨特區域存在於該附接表面和該承力表面二者上，且該等獨特區域包含該附接表面之總表面之介於33和95%之間及該承力表面之總表面之介於33和95%之間。
  14. 如申請專利範圍第13項之標靶組合件，其中在該附接表面上之該等獨特區域與在該承力表面上的該等獨特區域的至少一部分未彼此對準。
  15. 如申請專利範圍第1項之標靶組合件，其中該載體的熱膨脹係數(CTE)高於該濺鍍標靶的熱膨脹係數。
  16. 一種控制標靶組合件中接合材料之層離的方法，該標靶組合件包含：-　具有承力表面的載體；-　具有附接表面的濺鍍標靶，該承力表面和該附接表面以彼此面對的方式排列，藉此界定出介於該承力表面和該附接表面之間的中間空間，和-　用以將該附接表面接合至該承力表面的接合材料係置於該中間空間，此方法包含將該附接表面和該承力表面之一或二者的獨特區域選擇性的表面處理以增進該接合材料在該等獨特區域之接合強度，藉此控制接合材料之層離。
  17. 如申請專利範圍第16項之方法，其中該接合材料以液體形式引至該中間空間。
  18. 如申請專利範圍第16項之方法，其中處理該等獨特區域包含增進該等獨特區域的潤濕特性，使得該接合材料強烈黏著至該等獨特區域。
  19. 如申請專利範圍第16項之方法，其中該載體和該濺鍍標靶係圓柱形且彼此同心排列。
  20. 如申請專利範圍第19項之方法，其中該載體具有外徑D1而該濺鍍標靶具有內徑D2，使得該中間空間的厚度D=(D2-D1)/2。
  21. 如申請專利範圍第16項之方法，其中該接合材料包含低熔點焊劑。
  22. 如申請專利範圍第21項之方法，其中該低熔點焊劑係銦。
  23. 如申請專利範圍第16項之方法，其中處理該等獨特區域包含大氣壓或低壓真空電漿處理、電暈處理、研磨、刷、擦拭、噴砂、或噴CO2冰。
  24. 如申請專利範圍第21項之方法，其中處理該等獨特區域包含藉電漿噴霧、經由遮罩濺鍍、或高能量輔助焊接的方式施加金屬層，其中該金屬層較佳包含該低熔點焊劑。
  25. 如申請專利範圍第24項之方法，其中高能量輔助焊接包含超音波焊接。
  26. 如申請專利範圍第16項之方法，其中該等獨特區域包含該附接表面和該承力表面中之一或二者之總表面之介於33和95%之間。
  27. 如申請專利範圍第16項之方法，其中該等獨特區域存在於該附接表面和該承力表面二者上。
  28. 如申請專利範圍第27項之方法，其中在該附接表面上之該等獨特區域與在該承力表面上的該等獨特區域的至少一部分未彼此對準。
  29. 如申請專利範圍第16項之方法，其中該載體的熱膨脹係數(CTE)高於該濺鍍標靶的熱膨脹係數。
  30. 一種控制標靶組合件之熱應力之方法，該標靶組合件包含具有承力表面的載體，具有附接表面的濺鍍標靶，該承力表面和該附接表面以彼此面對的方式排列，藉此界定出介於該承力表面和該附接表面之間的中間空間，用以將該附接表面接合至該承力表面的接合材料係置於該中間空間內；此方法包含選擇性地表面處理該附接表面和該承力表面中一或二者的獨特區域以增進該接合材料在該等獨特區域之接合強度，藉此控制介於該濺鍍標靶和該接合材料之間及該載體和該接合材料之間的界面之熱應力。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105483625B (zh) * 2014-10-07 2018-01-02 Ｊｘ金属株式会社 溅射靶
CN107532286B (zh) 2015-03-18 2019-11-12 尤米科尔公司 含锂过渡金属氧化物靶
JP5909006B1 (ja) 2015-03-23 2016-04-26 Ｊｘ金属株式会社 円筒型スパッタリングターゲット及びその製造方法
WO2016187011A2 (en) 2015-05-15 2016-11-24 Materion Corporation Methods for surface preparation of sputtering target
JP6095824B2 (ja) * 2016-03-24 2017-03-15 Ｊｘ金属株式会社 円筒型スパッタリングターゲット及びその製造方法

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57188680A (en) * 1981-05-16 1982-11-19 Kemisuton:Kk Target for sputtering and production thereof
JPS6447864A (en) 1987-08-17 1989-02-22 Seiko Epson Corp Method for joining sputtering target
JPH028364A (ja) * 1988-06-24 1990-01-11 Matsushita Electric Ind Co Ltd スパッタ用ターゲット及びその製造方法
JP2634678B2 (ja) * 1989-06-15 1997-07-30 日立金属株式会社 スパッタリング用ターゲット組立体およびその製造方法
US5282943A (en) * 1992-06-10 1994-02-01 Tosoh Smd, Inc. Method of bonding a titanium containing sputter target to a backing plate and bonded target/backing plate assemblies produced thereby
US5836506A (en) * 1995-04-21 1998-11-17 Sony Corporation Sputter target/backing plate assembly and method of making same
US5857611A (en) * 1995-08-16 1999-01-12 Sony Corporation Sputter target/backing plate assembly and method of making same
EP1556526B1 (en) * 2002-10-21 2009-03-11 Cabot Corporation Method of forming a sputtering target assembly and assembly made therefrom
US20050016833A1 (en) * 2003-04-17 2005-01-27 Shannon Lynn Plasma sprayed indium tin oxide target for sputtering
US20050061857A1 (en) * 2003-09-24 2005-03-24 Hunt Thomas J. Method for bonding a sputter target to a backing plate and the assembly thereof
DE102004060423B4 (de) 2004-12-14 2016-10-27 Heraeus Deutschland GmbH & Co. KG Rohrtarget und dessen Verwendung
DE102006009749A1 (de) 2006-03-02 2007-09-06 FNE Forschungsinstitut für Nichteisen-Metalle Freiberg GmbH Targetanordnung
KR101171769B1 (ko) 2007-01-05 2012-08-07 삼성코닝정밀소재 주식회사 스퍼터링용 타겟 장치
JP5194460B2 (ja) * 2007-01-26 2013-05-08 東ソー株式会社 円筒形スパッタリングターゲット及びその製造方法
JP2009242915A (ja) * 2008-03-31 2009-10-22 Mitsubishi Materials Corp スパッタリングターゲット及びその製造方法
JP5387118B2 (ja) * 2008-06-10 2014-01-15 東ソー株式会社 円筒形スパッタリングターゲット及びその製造方法
JP5309978B2 (ja) 2008-08-20 2013-10-09 東ソー株式会社 円筒形スパッタリングターゲットの製造方法
CN101543924A (zh) * 2009-03-12 2009-09-30 宁波江丰电子材料有限公司 靶材与背板的焊接方法
CN101648307A (zh) 2009-05-08 2010-02-17 宁波江丰电子材料有限公司 靶材组件的制作方法

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TW201204856A (en) 2012-02-01

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