TWI588281B - Cylindrical sputtering target and its manufacturing method - Google Patents

Description

圓筒形濺鍍靶及其製造方法

本發明係關於磁控濺鍍裝置所使用的圓筒形濺鍍靶及其製造方法。

作為磁控濺鍍裝置，具備一邊讓靶旋轉一邊進行濺鍍的圓筒形濺鍍靶之磁控濺鍍裝置是已知的。在該磁控濺鍍裝置，是在圓筒形靶的內側配置磁鐵，藉由在靶的內側讓冷卻水流通，一邊將靶冷卻一邊讓靶旋轉而進行濺鍍。

使用這種圓筒形濺鍍靶的濺鍍裝置，適用於大面積的成膜，具有靶使用效率非常高的特徵。圓筒形靶，由於能夠在內部讓冷卻水流通，其冷卻效率高，因此能對靶施加高電力，能進行高速成膜。此外，一般平板靶具有十數%~30%左右的使用效率，相對於此，圓筒形靶之靶材全面成為濺蝕區域，而能獲得約80%之非常高的使用效率。

這種圓筒形靶，以往主要使用於建材玻璃的表面被覆用成膜裝置，鮮少運用於要求嚴格管理成膜雰圍 之電子零件的製造，近年來，適用於製造太陽電池、平面顯示器等的大型電子零件之旋轉陰極型濺鍍裝置已被開發出。因此，要求以低成本製造高品質的圓筒形靶。

在專利文獻1記載，在呈同心狀配置之圓筒形靶材和圓筒形基材(支承管)之間所形成的空間內，利用壓力差將接合材(焊材)予以緊密填充，藉此防止接合材吸入空氣。

在專利文獻2記載，在圓筒形靶材和圓筒形支承管之間注入接合材時使用轉接器，藉此防止接合材吸入空氣。

在專利文獻3記載，在沿上下方向配置之圓筒形靶材的下端部，插入上端部封閉之支承管，藉此將圓筒形靶材的下端部封閉，在該圓筒形靶材中貯留熔融狀態的接合劑，在此狀態下將支承管朝向圓筒形靶材的上端部推入，藉此在圓筒形靶材和支承管之間填充接合劑。

在專利文獻4記載，在下端部封閉的圓筒形靶材內注入熔融狀態的接合材，將下端部封閉之圓筒形基體推入其中，藉此在圓筒形靶材和圓筒形基體之間填滿接合材。

[專利文獻1]日本特開2010-70842號公報

[專利文獻2]日本特開2011-84795號公報

[專利文獻3]日本特開2011-127138號公報

[專利文獻4]日本特開平8-60351號公報

將熔融狀態的接合材注入圓筒形靶材和圓筒形支承管之間的情況，若熔融狀態的接合材將氣泡吸入，在氣泡部分熱傳遞變得不均一，可能使冷卻效率降低，或在接合後的濺鍍靶發生龜裂、剝離等的破損。為了防止這種事態，利用壓力將接合材推入、或施加振動而將氣泡趕出等的方法已被提出。另一方面，關於在旋轉狀態下使用之圓筒形濺鍍靶，雖要求能將其確實地保持之構造，但依製造方法，會有無法獲得這種構造的情況。

本發明是有鑑於上述事情而開發完成的，其目的是為了使圓筒形靶材和圓筒形支承管能夠容易且確實地接合，形成在使用時能確實地保持之靶，防止在製造時及使用時發生圓筒形濺鍍靶的破損，並讓圓筒形濺鍍靶之使用效率提昇。

本發明的圓筒形濺鍍靶之製造方法，是將圓筒形支承管的外周面和圓筒形靶材的內周面藉由接合材施以接合而製造圓筒形濺鍍靶之方法，將前述圓筒形支承管之一方的端部藉由假栓封閉而成為密封端部，在設置於接合材填充治具之橫剖面大致圓形之凹狀的接合材保持部貯留熔融狀態的接合材，在該接合材保持部能插入前述圓筒 形支承管，將前述密封端部朝下之前述圓筒形支承管，隔著間隙插入前述接合材填充治具上所載置的前述圓筒形靶材的內部，通過該圓筒形靶材而插入前述接合材保持部，藉此將熔融狀態的前述接合材從前述接合材保持部推出而填充於前述圓筒形靶材之前述內周面和前述圓筒形支承管之前述外周面的前述間隙後使其固化，從前述接合材填充治具卸下後將前述假栓除去。

依據此製造方法，在填滿熔融狀態的接合材之接合材保持部將藉由假栓封閉後之圓筒形支承管的密封端部插入，藉此將接合材朝向圓筒形靶材的內周面和圓筒形支承管的外周面之間隙推出而進行填充。而且，接合材固化後從接合材填充治具取出並將假栓及接合材的溢出等的不要部分除去，可容易地獲得由圓筒形靶材和圓筒形支承管所接合成之圓筒形濺鍍靶。在此情況，接合材在圓筒形靶材和圓筒形支承管之間隙以從下方往上昇的方式進行填充，因此可防止氣泡殘存所造成之空隙發生，能將圓筒形靶材和圓筒形支承管予以強固地接合，且能提昇其等的熱傳遞性而使冷卻性變佳。

此外，在接合材填充治具中填充接合材時，讓插入接合材保持部之圓筒形支承管從圓筒形靶材的一端部突出，因此能容易地製造出從圓筒形靶材的兩端讓圓筒材支承管突出之圓筒形濺鍍靶。這時，藉由適宜地調整接合材保持部的容量、假栓的大小等，能夠調整在各構件間被推出而填充的接合材量。

本製造方法較佳為，在前述圓筒形支承管之前述外周面的兩端部，為了與前述圓筒形靶材之前述內周面形成一定的間隔而設置間隔件。在此情況，利用間隔件，在圓筒形靶材和圓筒形支承管之間以無間隙的方式填充接合材，而使熱傳遞性變良好，因此不容易發生熱收縮所造成的破損。

此外，本製造方法較佳為，前述間隔件是銅製或SUS製。銅的熱傳導性高，能使圓筒形支承管和圓筒形靶材之熱傳遞性提高。另一方面，SUS的強度優異，不容易發生彎折等，能使在圓筒形靶材插入圓筒形支承管時的作業性提昇。此外，也不會減損熱傳遞性。

再者，本製造方法較佳為，前述接合材為金屬系，將前述圓筒形支承管的前述外周面及前述圓筒形靶材的前述內周面事先金屬化。作為接合材是使用In系低熔點焊材等的金屬材的情況，藉由事先將圓筒形支承管的外周面和圓筒形靶材的內周面予以金屬化，在各周面使接合材滑順地流過而變得不容易附著，因此在圓筒形支承管和圓筒形靶材之間不會形成氣泡等，能夠製造出熱傳遞均一的圓筒形濺鍍靶。

此外，本發明之圓筒形濺鍍靶，係具備圓筒形靶材、圓筒形支承管以及間隔件，該圓筒形支承管，是從該圓筒形靶材的兩端突出，藉由接合材接合於前述圓筒形靶材的內周面；該間隔件，僅配置在前述圓筒形靶材的內周面和前述圓筒形支承管的前述外周面之間之兩端部。

依據此圓筒形濺鍍靶，由於支承管從靶材的兩端突出，在濺鍍裝置容易確實地保持，能效率良好地使用靶材的全面。此外，利用間隔件，在圓筒形靶材和圓筒形支承管之間以無間隙的方式填充接合材，而使熱傳遞性變良好，因此不容易發生熱收縮所造成的破損。

依據本發明的圓筒形濺鍍靶及其製造方法，使圓筒形靶材和圓筒形支承管能夠容易且確實地接合，形成在使用時能確實地保持之靶，防止在製造時及使用時發生圓筒形濺鍍靶的破損，並讓圓筒形濺鍍靶之使用效率提昇。

10‧‧‧圓筒形濺鍍靶

20‧‧‧圓筒形靶材

21‧‧‧內周面

30‧‧‧接合材

40‧‧‧圓筒形支承管

41‧‧‧外周面

42‧‧‧密封端部

50‧‧‧間隔件

60‧‧‧假栓

70‧‧‧接合材填充治具

71‧‧‧靶材保持部

72‧‧‧接合材保持部

P‧‧‧密封件

g‧‧‧間隙

第1圖係顯示本發明的圓筒形濺鍍靶之製造方法的一步驟之剖面圖。

第2圖係顯示本發明的圓筒形濺鍍靶之製造方法中，第1圖所示的步驟之後續步驟的剖面圖。

第3圖係顯示本發明的圓筒形濺鍍靶之剖面圖。

以下，針對本發明的圓筒形濺鍍靶及其製造方法的實施方式作說明。圓筒形濺鍍靶10係具備圓筒形 靶材(以下稱「靶材」)20、圓筒形支承管(以下稱「支承管」)40及金屬製的間隔件50，該支承管40，是從該靶材20的兩端突出，藉由接合材30接合於靶材20的內周面21；該間隔件50，配置於靶材20的內周面21和支承管40的外周面41之間的兩端部(第3圖)。

第1圖~第3圖係顯示，將支承管40的外周面41和靶材20的內周面21藉由接合材30進行接合而製造出圓筒形濺鍍靶10之各步驟。首先，在該等步驟之前，將支承管40之一方的端部利用假栓60封閉而成為密封端部42，且在支承管40之外周面41的兩端部，為了與靶材20的內周面21形成一定的間隔而設置間隔件50(第1圖)。

間隔件50宜為銅製或SUS製，較佳為例如形成直徑0.8mm的線(wire)狀。此外，該間隔件50，可利用耐熱膠帶貼合於支承管40上，較佳為設置成，能相對於支承管40使靶材20呈同心狀配置，且避免阻害隨後填充之熔融狀態的接合材30的流動。亦即較佳為，在支承管40的兩端部附近，在圓周方向的複數部位設置成朝長度方向延伸。

靶材20及支承管40的材料、尺寸沒有特別的限定，例如靶材20可使用Cu、Ag、Ti等的金屬或陶瓷等所構成之內徑135mm、長度1~3m的筒狀構件，支承管40可使用Ti或SUS製之外徑133mm、長度1~3m的筒狀構件。接合材30沒有特別的限定，例如可使用In系低 熔點焊材等的金屬系材料。

靶材20的內徑為135mm、支承管40的外徑為133mm的情況，其等的間隙g成為半徑1mm。靶材20的內徑可採用134mm~137mm者，在此情況，間隙g宜為0.5mm~2mm。間隙g未達0.5mm時，接合材30變少而使緩衝性喪失，其耐衝擊性可能變弱；在超過2mm的情況，不容易獲得使用時的冷卻效果，且導致接合材30的浪費。

再者，將靶材20的內周面21及支承管40的外周面41事先金屬化。金屬化處理，例如在加熱狀態的各表面配置熔融狀態的接合材30，一邊利用搭載有加熱器之超音波烙鐵等施加超音波振動一邊塗布接合材30。利用金屬化，可促進各表面上之污垢除去、氧化膜的還原、氣泡除去等，能在各表面上讓接合材30親和。

接著，如第1圖~第3圖所示般，使用接合材填充治具70將靶材20和支承管40接合。接合材填充治具70具有：與沿著上下方向配置之靶材20的下端面緊密接觸之靶材保持部71、以及形成於該靶材保持部71的內側而能插入支承管40之橫剖面大致圓形的凹狀之接合材保持部72。該接合材保持部72的內徑設定成，比支承管40的外徑大，與靶材20的內徑大致相同。在靶材保持部71配置環板狀的密封件P，該密封件P能讓靶材20的下端面和接合材填充治具70緊密接觸，而防止熔融狀態的接合材30漏出。

首先，如第1圖所示般，在接合材填充治具70之接合材保持部72貯留熔融狀態的接合材30，在靶材保持部71保持靶材20而將其沿著上下方向配置。接著，將在外周面41具備間隔件50之支承管40，以藉由假栓60封閉後之密封端部42朝下的方式插入該靶材20的內部，通過該靶材20插入接合材保持部72。

如第2圖所示般，由於在靶材20的內周面和支承管40的外周面之間形成有間隙g，若在接合材保持部72插入支承管40，會將熔融狀態的接合材30從接合材保持部72推出，而填充於靶材20的內周面21和支承管40的外周面41之間隙g。當填充於該間隙g之接合材30固化後，如第3圖所示般，將利用該接合材30互相接合後之支承管40和靶材20從接合材填充治具70卸下，將不要的假栓60及溢出的接合材30等除去，藉此獲得圓筒形濺鍍靶10。

又接合材保持部72全體的容積設定成，當支承管40的下端部被插入而使假栓60的下端面到達接合材保持部72的底面時，成為支承管40的外周面和接合材保持部72的內周面及靶材20的內周面之間所形成的間隙之全容積以上；如第2圖所示般，宜為在靶材20的上端讓接合材30溢出若干的程度。

依據以上所說明之本發明的一實施方式之製造方法，如第3圖所示般可獲得本發明之圓筒形濺鍍靶10，亦即具備有圓筒形靶材20、圓筒形支承管40及金屬 製的間隔件50，該圓筒形支承管40，是從該圓筒形靶材20的兩端突出，藉由接合材30接合於圓筒形靶材20的內周面21；該間隔件50，配置在圓筒形靶材20的內周面21和圓筒形支承管40的外周面41之間的兩端部。

依據以上所說明之本發明的製造方法，藉由調整接合材保持部72的深度及假栓60的長度，能夠將任意長度的靶材20和支承管40接合，並能調整從靶材20的端部突出之支承管40的長度。因此，藉由從靶材20的兩端讓支承管40的兩端部以任意的長度突出，可輕易製造出在使用時具有可確實保持的部分之圓筒形濺鍍靶10。

此外，在該圓筒形濺鍍靶10，使接合材30在靶材20和支承管40之間隙g一邊從下端往上昇一邊進行填充，因此能防止氣泡殘存所造成之空隙發生，而無間隙地進行填充。因此，能將靶材20和支承管40予以強固地接合，使其等間的熱傳遞性提高而將靶材20效率良好地冷卻，因此不容易發生熱膨脹所造成的破損，在濺鍍裝置使用時能對圓筒形濺鍍靶10施加高電壓，可進行高速成膜。此外，由於能將從靶材20突出之支承管40予以保持，能夠使用靶材20全體而將使用效率提高。

又本發明並不限定於前述實施方式的構造，在細部構造上，在不脫離本發明趣旨的範圍內能夠實施各種的變更。

例如，在實施方式，靶材的內周面和支承管的外周面 之間的間隙g雖是遍及全周來形成，但只要能夠填充可將靶材和支承管接合的量之接合材即可，不一定要在全周都形成間隙，做成沿著靶材的長度方向之溝槽狀或螺旋狀的間隙等而將間隙局部地形成亦可。

10‧‧‧圓筒形濺鍍靶

20‧‧‧圓筒形靶材

21‧‧‧內周面

30‧‧‧接合材

40‧‧‧圓筒形支承管

41‧‧‧外周面

42‧‧‧密封端部

50‧‧‧間隔件

60‧‧‧假栓

70‧‧‧接合材填充治具

71‧‧‧靶材保持部

72‧‧‧接合材保持部

P‧‧‧密封件

Claims (5)

1. 一種圓筒形濺鍍靶之製造方法，是將圓筒形支承管的外周面和圓筒形靶材的內周面藉由接合材施以接合而製造圓筒形濺鍍靶之方法，其特徵在於，將前述圓筒形支承管之一方的端部藉由假栓封閉而成為密封端部，在設置於接合材填充治具之橫剖面大致圓形之凹狀的接合材保持部貯留熔融狀態的接合材，在該接合材保持部能插入前述圓筒形支承管，將前述密封端部朝下之前述圓筒形支承管，隔著間隙插入前述接合材填充治具上所載置的前述圓筒形靶材的內部，通過該圓筒形靶材而插入前述接合材保持部，藉此將熔融狀態的前述接合材從前述接合材保持部推出而填充於前述圓筒形靶材之前述內周面和前述圓筒形支承管之前述外周面間的前述間隙後使其固化，從前述接合材填充治具卸下後將前述假栓除去。
2. 如申請專利範圍第1項之圓筒形濺鍍靶之製造方法，其中，在前述圓筒形支承管之前述外周面的兩端部，為了與前述圓筒形靶材之前述內周面形成一定的間隔而設置間隔件。
3. 如申請專利範圍第2項之圓筒形濺鍍靶之製造方法，其中，前述間隔件是銅製或SUS製。
4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之圓筒形濺鍍靶之製造方法，其中，前述接合材是金屬系，將前述圓筒形支承管的前述外周面及前述圓筒形靶材的前述內周面事先金屬化。
5. 一種圓筒形濺鍍靶，其特徵在於，係具備係具備圓筒形靶材、圓筒形支承管以及間隔件，該圓筒形支承管，是從該圓筒形靶材的兩端突出，藉由接合材接合於前述圓筒形靶材的內周面；該間隔件，僅配置在前述圓筒形靶材的內周面和前述圓筒形支承管的外周面之間之兩端部。