專(zhuān)利名稱(chēng)：濺射靶和其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在用濺射法制造薄膜時(shí)采用的濺射靶和其制造方法，更具體地，本發(fā)明涉及適于形成黑色矩陣膜的濺射靶和其制造方法。
背景技術(shù)：
在光學(xué)領(lǐng)域和微電子學(xué)領(lǐng)域中，采用了通過(guò)濺射法等在基底材料上形成薄膜而獲得的各種薄膜材料。這些材料的其中之一是用在顯示器如液晶顯示器或等離子顯示器的彩色濾光片中的黑色矩陣。
在液晶顯示器或等離子顯示器中，采用彩色濾光片根據(jù)從光源滲入的光的情況來(lái)進(jìn)行顏色顯示。這種彩色濾光片包括形成于玻璃基底上的有色層和透明保護(hù)層等；且這種彩色濾光片設(shè)置有稱(chēng)為黑色矩陣的阻光膜，以提高對(duì)比度和防止混色。
制造這種黑色矩陣的一種典型方法是實(shí)施采用光刻法形成某一圖案的方法。在這一光刻法中，進(jìn)行金屬濺射而在玻璃基底上形成金屬薄膜之后，在該金屬薄膜的頂面上涂覆光阻，然后進(jìn)行曝光和顯影而對(duì)金屬薄膜進(jìn)行蝕刻。
希望這種黑色矩陣具有擋光效果，即阻擋來(lái)自光源的不必要的那部分光，也希望這種黑色矩陣具有低反射率，從而使顯示的圖像保持良好的對(duì)比度，以及不存在會(huì)破壞顯示顏色的膜缺陷。更具體地，近年來(lái)，在制造更高分辨率和更寬視覺(jué)領(lǐng)域的顯示器方面已有了很大的提高，在使黑色矩陣的間距更窄并使其具有更高孔徑比方面也有了很大進(jìn)步；因此需要形成不帶膜缺陷的黑色矩陣膜。換句話(huà)說(shuō)，希望黑色矩陣的黑色矩陣線(xiàn)中不會(huì)由于針眼等而存在斷紋或缺陷。而且，近年來(lái)隨著顯示性能的提高，更高分辨率和孔徑比提高的黑色矩陣已成為必要品，線(xiàn)寬間距變窄也得到了促進(jìn)。因此，在制造黑色矩陣時(shí)，甚至更需要膜缺陷更小和更少的黑色矩陣。
由于黑色矩陣中需要這類(lèi)性能，因而傳統(tǒng)上已經(jīng)將鉻(Cr)運(yùn)用到黑色矩陣的薄膜上。
鉻具有用作黑色矩陣的良好光學(xué)特性，如低反射率和優(yōu)異的擋光性。然而，當(dāng)采用濺射法形成鉻膜時(shí)，易于造成膜缺陷。
而且，將鉻用于薄膜元件如黑色矩陣時(shí)，存在的問(wèn)題是在形成圖案的過(guò)程中進(jìn)行蝕刻時(shí)出現(xiàn)了六價(jià)鉻離子，從而造成了對(duì)環(huán)境的污染。
因此，近來(lái)已經(jīng)建議采用鎳(Ni)合金(如參見(jiàn)專(zhuān)利文獻(xiàn)1(日本專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào)2001-342561))，以及銦(In)合金或鋅(Zn)合金(如參見(jiàn)專(zhuān)利文獻(xiàn)2(日本專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào)2000-121824))作為鉻的替代材料。
從光學(xué)性質(zhì)方面來(lái)講，專(zhuān)利文獻(xiàn)1的黑色矩陣膜是優(yōu)異的，但在采用濺射法制造該黑色矩陣膜時(shí)會(huì)出現(xiàn)膜缺陷。
此外，當(dāng)制造專(zhuān)利文獻(xiàn)2的黑色矩陣膜時(shí)，采用含有銦或鋅的靶進(jìn)行濺射。然而，存在的問(wèn)題是當(dāng)氧氣與Ar氣混合時(shí)會(huì)在靶的表面上形成結(jié)節(jié)，且容易發(fā)生反常的放電。另外還容易出現(xiàn)膜缺陷。
日本專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào)2001-342561；[專(zhuān)利文獻(xiàn)2]日本專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào)2000-121824。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明概述鑒于上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種不含會(huì)造成環(huán)境污染的Cr的濺射靶，該濺射靶能形成存在很少顆粒的薄膜。
本發(fā)明的濺射靶含有5-30wt％的W；Al和Ti中的至少一種，其總含量為0.1-10wt％；氧含量為0.05wt％或更低；余量基本為Ni。
在上述的濺射靶中，優(yōu)選平均顆粒粒徑為100μm或更小，表面粗糙度Ra為10μm或更小。這里的平均顆粒粒徑是指采用JIS H0501(1986)所述的求積法測(cè)得的平均顆粒粒徑，而表面粗糙度Ra是粗糙度輪廓的算術(shù)平均偏差(根據(jù)JIS B0601(1994)測(cè)定)。
在采用上述濺射靶進(jìn)行濺射而獲得的膜中，粒徑尺寸大于或等于3μm的顆粒的數(shù)目小于2粒顆粒/cm2。
制造本發(fā)明濺射靶的方法包括步驟1稱(chēng)量和混合原料金屬，使其組成為5-30wt％的W，Al和Ti中的至少一種，其總含量為0.1-10wt％，氧含量為0.05wt％或更低，余量基本為Ni；然后在真空或惰性氣體氛圍中熔融該原料金屬，并澆鑄得到澆鑄材料；步驟2在真空或惰性氣體氛圍中對(duì)步驟1獲得的澆鑄材料進(jìn)行熱鍛和/或熱軋，得到鍛造的或軋制的材料；以及步驟3對(duì)步驟2中得到的鍛造或軋制材料進(jìn)行機(jī)械加工，以獲得特定的形狀。在上述步驟2中，優(yōu)選進(jìn)行熱鍛和/或熱軋之后再進(jìn)行熱處理。或者，在步驟2中，優(yōu)選在進(jìn)行熱鍛和/或熱軋之后進(jìn)行冷加工，然后再進(jìn)行熱處理。
優(yōu)選地，步驟2中制得的鍛造材料或軋制材料的平均顆粒粒徑為200μm或更小。
而且，優(yōu)選地，步驟3中得到的濺射靶的表面粗糙度Ra為10μm或更低。
發(fā)明效果本發(fā)明濺射靶的組成為5-30wt％的W；Al和Ti中的至少一種，其總含量為0.1-10wt％；氧含量為0.05wt％或更低；余量基本為Ni，因此使形成不含會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染的Cr的薄膜成為可能，且該薄膜中只存在很少的由顆粒原因造成的膜缺陷。此外，當(dāng)采用本發(fā)明的濺射靶時(shí)，也減少了濺射期間發(fā)生的反常放電。采用本發(fā)明的濺射靶，可以獲得只存在很少的膜缺陷的黑色矩陣用薄膜。
具體實(shí)施例方式
優(yōu)選實(shí)施方式的描述為確定黑色矩陣膜中存在缺陷的原因，本發(fā)明人對(duì)黑色矩陣中的缺陷進(jìn)行了專(zhuān)門(mén)的調(diào)查和研究。結(jié)論是，很明顯在存在膜缺陷的區(qū)域中存在大小為3μm-8μm顆粒，這些顆粒被認(rèn)為是在濺射期間粘附到膜上的，并且，這些顆粒是黑色矩陣中存在缺陷的原因。在對(duì)這些顆粒進(jìn)行分析的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)這些顆粒所含有的金屬與靶中存在的金屬相同，而氧的含量則大于黑色矩陣膜中氧的含量。
此外，針對(duì)造成這些顆粒的原因所進(jìn)行的專(zhuān)門(mén)研究的結(jié)果之一是得到了如下四個(gè)發(fā)現(xiàn)第一個(gè)發(fā)現(xiàn)如下當(dāng)Ni合金濺射靶中氧密度高時(shí)，加入到Ni合金中的活性金屬即Al和/或Ti的一部分變成氧化態(tài)，且作為夾雜物存在于濺射靶中。這些夾雜物的阻力系數(shù)高于其它區(qū)域，因而這些夾雜物成為濺射期間反常放電的起源和基點(diǎn)。在由于反常放電而使這些夾雜物被破壞和分解時(shí)，或者當(dāng)這些夾雜物周?chē)奈⑿〔糠钟捎诜闯７烹姸廴诓⒎稚r(shí)，就形成了顆粒。
第二個(gè)發(fā)現(xiàn)如下在已經(jīng)濺射的濺射顆粒中，由于濺射過(guò)程中濺射顆粒之間發(fā)生分散，某一數(shù)量的濺射顆粒沿靶的方向返回。然而，當(dāng)靶表面的不均勻度很大時(shí)，濺射顆粒就在凹陷處聚集。當(dāng)形成黑色矩陣時(shí)，為了降低光學(xué)透過(guò)率，進(jìn)行反應(yīng)濺射，其中將氧或氮與氬濺射氣體相混合。因此，返回靶的濺射顆粒變?yōu)榫哂懈咦枇Φ难趸锘虻?，聚集的顆粒保留在靶表面，未被再次濺射。另一方面，存在于聚集顆粒周?chē)恼＝饘俦粸R射和遷移。因此，返回的和聚集的濺射顆粒變成靶表面上的凸起，并進(jìn)而成為反常放電的起點(diǎn)或起源，產(chǎn)生顆粒。當(dāng)在濺射期間將顆粒分散到濺射靶表面上時(shí)，平均顆粒粒徑和表面粗糙度Ra影響了靶表面的不均勻度。
第三個(gè)發(fā)現(xiàn)如下當(dāng)采用濺射法形成鉻膜時(shí)，膜應(yīng)力變高，因而附著在濺射裝置內(nèi)部防護(hù)板(shield)等之上的鉻膜由于膜應(yīng)力的存在而被剝離出，并變得容易分散。當(dāng)這一分散的膜附著在處于基底之上的膜時(shí)，膜缺陷易于以顆粒的形式出現(xiàn)。而且，由于采用粉末冶金工藝形成Cr靶，Cr靶中出現(xiàn)許多微小凹腔，氧含量變大。因此，當(dāng)采用Cr靶時(shí)，發(fā)現(xiàn)由于濺射期間的反常放電而造成基底上的膜中易于出現(xiàn)顆粒。
第四個(gè)發(fā)現(xiàn)如下當(dāng)采用含有專(zhuān)利文獻(xiàn)2所公開(kāi)的低熔點(diǎn)金屬如銦或鋅的靶進(jìn)行濺射時(shí)，在膜中易于出現(xiàn)熔融大顆粒，其被認(rèn)為是導(dǎo)致反常放電的原因。
基于上述各種發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明人開(kāi)發(fā)了能減少由濺射所形成膜的內(nèi)部顆粒的方法，該方法采用由Ni基合金制得的濺射靶，該Ni基合金含有5-30wt％的W和共0.1-10wt％的Al和Ti中的至少一種，余量為Ni，含氧量低于0.05wt％。而且，本發(fā)明通過(guò)使平均顆粒粒徑為100μm或更小，使靶的平均表面粗糙度Ra為10μm或更小這一手段，發(fā)現(xiàn)可能進(jìn)一步減少獲得的膜中的顆粒。
以下將對(duì)本發(fā)明的濺射靶進(jìn)行詳細(xì)闡述。
本發(fā)明的濺射靶由Ni基合金制成，含有基體鎳(Ni)，鎢(W)和鋁(Al)和/或鈦(Ti)，且絕對(duì)不含鉻(Cr)。
在制造本發(fā)明的濺射靶時(shí)，在真空條件下使金屬，即前述的原料在高溫下加熱至熔融，然后倒入模具中進(jìn)行澆鑄，并進(jìn)一步在真空下進(jìn)行熱鍛和/或熱軋。接下來(lái)，也可在真空條件的特定溫度下進(jìn)行熱處理，或者也可以先進(jìn)行冷加工后在進(jìn)行熱處理。之后，進(jìn)行車(chē)削和表面拋光，然后將靶切割成特定形狀，并采用金屬焊接法焊接到墊板上，以最終獲得本發(fā)明的濺射靶。
為獲得用作彩色濾光片的黑色矩陣所要求的光學(xué)特性，Ni是必要組成，同時(shí)Ni也是保持基本抗腐蝕性的必要成分。
W的作用是提高薄膜的耐腐蝕性。在本發(fā)明的濺射靶中，W的含量必須為5-30wt％。當(dāng)W的含量低于5wt％時(shí)，耐腐蝕性不夠，而當(dāng)W的含量超過(guò)30wt％時(shí)，作為合金的加工性能變差。
Al和Ti的作用是提高所獲得的薄膜的防潮性能。在本發(fā)明的濺射靶中，存在共0.1-10wt％的Al和Ti中的至少一個(gè)是必要的。當(dāng)Al和Ti的總含量低于0.1wt％時(shí)，所得薄膜的防潮性能不足，因而很難采用光刻技術(shù)在薄膜形成具有特定形狀的圖案。當(dāng)Al和Ti的總含量超出10wt％時(shí)，作為合金的加工性能變差，在諸如熱鍛和冷軋的工藝中出現(xiàn)裂紋，很難作為濺射靶來(lái)進(jìn)行加工。
此外，靶中的氧含量必須為0.05wt％或更低，如上所述，原因是在本發(fā)明的濺射靶中，靶中含有Al和Ti中的至少一種，且由于Al和Ti是在熔融、澆鑄、熱鍛和軋制階段容易氧化的活性金屬，從而會(huì)變?yōu)闉R射靶中的氧化物并易于變成夾雜物。當(dāng)這些夾雜物保留在靶內(nèi)時(shí)，由于濺射期間的反常放電而導(dǎo)致其形成顆粒。因此，在本發(fā)明的濺射靶中，氧含量必須為0.05wt％或更低。因而，當(dāng)制造本發(fā)明的濺射靶時(shí)，優(yōu)選在惰性氣體氛圍或在真空中進(jìn)行熔融、澆鑄、熱鍛或熱軋。
可采用諸如熱壓或利用粉末冶金術(shù)的HIP法，或通過(guò)聚集熔融的金屬液滴然后進(jìn)行燒結(jié)的方法制得本發(fā)明的濺射靶，而不進(jìn)行熔融或澆鑄。然而，在所采用的任何一種方法中，優(yōu)選采用氧含量很低的原料，并在惰性氣體氛或真空下進(jìn)行燒結(jié)。
接下來(lái)將對(duì)本發(fā)明濺射靶的優(yōu)選表面粗糙度Ra和平均顆粒粒徑進(jìn)行闡述。
當(dāng)濺射靶表面的不均勻度超過(guò)10μm時(shí)，已被濺射的濺射顆粒易于返回到靶面并聚集在靶表面上的凹坑中。當(dāng)制造用于黑色矩陣的薄膜時(shí)，為了降低光學(xué)滲透性，將氧和氮混合到氬濺射氣體中以進(jìn)行反應(yīng)濺射，從而，顆粒聚集在靶表面凹坑中的膜變成了具有高阻擋力的氧化物或氮化物膜。因此，如上所述，易于發(fā)生反常放電，并且擔(dān)心顆粒的形成將會(huì)增加。因而優(yōu)選濺射靶的表面粗糙度Ra為10μm或更低，甚至更優(yōu)選為5μm或更低。然而，為了使表面粗糙度Ra達(dá)到1μm或更低，拋光成本變高，因而在工業(yè)上很難達(dá)到1μm或更低的表面粗糙度Ra。
由于在濺射期間的侵蝕，平均顆粒粒徑會(huì)影響濺射靶表面的不均勻度。當(dāng)平均顆粒粒徑大于100μm時(shí)，在濺射的侵蝕表面上不均勻度很大。不均勻表面的凹坑部分使返回的濺射顆粒易于聚集，從而易于發(fā)生反常放電。此外，當(dāng)平均顆粒粒徑很大時(shí)，夾雜物容易在顆粒分界處分布不均勻，且隨著夾雜物尺寸變得更大，就更易于發(fā)生反常放電，從而又易于產(chǎn)生顆粒。因此，優(yōu)選本發(fā)明濺射靶的平均顆粒粒徑為100μm或更小。
如上所述，本發(fā)明的濺射靶的組成為5-30wt％的W；共0.1-10wt％的Al和Ti中的至少一種；0.05wt％或更少的氧含量，余量基本為Ni。因而，采用本發(fā)明的濺射靶，可能會(huì)減少在濺射期間發(fā)生的反常放電，因而可形成用于黑色矩陣的薄膜，其中，膜中粒徑大于或等于3μm的顆粒的數(shù)目少于2粒顆粒/cm2。當(dāng)膜中粒徑大于等于3μm顆粒的數(shù)目小于2粒顆粒/cm2時(shí)，認(rèn)為用于黑色矩陣的膜中的缺陷不會(huì)導(dǎo)致應(yīng)用上的問(wèn)題。
而且，在本發(fā)明的濺射靶中，通過(guò)控制平均顆粒粒徑為100μm或更小，表面粗糙度Ra為10μm或更小，可以減少濺射期間發(fā)生反常放電，并因此可以形成存在很少顆粒的黑色矩陣用薄膜。
此外，由于本發(fā)明的濺射靶中不含Cr，因此在對(duì)薄膜進(jìn)行圖案化處理的蝕刻過(guò)程中不會(huì)形成六價(jià)鉻離子，從而不用擔(dān)心會(huì)污染環(huán)境。
實(shí)施例實(shí)施例1稱(chēng)量總重量約為30kg的金屬Ni(電解鎳，純度99.99wt％)，金屬W(純度99.99wt％)，以及金屬Al(Al裸金屬，純度99％或更高)，使其組成為W，15wt％；Al，2wt％；以及余量為Ni。
混合各種原料得到上述組合物，采用高頻率真空熔融爐在真空條件下熔融該組合物，采用模具進(jìn)行澆鑄之后，在真空和1100℃的條件下進(jìn)行熱鍛和熱軋，直至板的厚度為8mm，然后在真空和750℃的條件下進(jìn)行熱處理。之后，進(jìn)行車(chē)削和平面拋光，然后將材料切割成直徑為152mm，厚度為5mm的片材，采用金屬焊接法將該片材焊接到鋼墊板上，得到具有上述組成的濺射靶。表面拋光是采用#60粒徑、6-8μm磨削深度和25m/min磨削速度的磨石進(jìn)行的。
采用高頻燃燒紅外吸收法測(cè)定得到的靶中的氧含量。根據(jù)日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JIS H0501(1986)中給出的求積法測(cè)定得到的靶的平均顆粒粒徑。利用粗糙度輪廓的算術(shù)平均偏差測(cè)定得到的靶的表面粗糙度Ra(按照J(rèn)IS B0601(1994)測(cè)定)。所測(cè)得的氧含量、平均顆粒粒徑和表面粗糙度Ra列于表1中。
接下來(lái)，采用得到的濺射靶進(jìn)行濺射，在100mm×100mm×5mm的玻璃基底頂面上形成0.1μm的薄膜。
濺射的條件是，在釋放濺射裝置內(nèi)部的空氣而獲得高度真空之后，充入Ar氣，進(jìn)行30分鐘預(yù)濺射以排除氧化對(duì)靶表面的任何影響。之后，充入與Ar氣混合的氣體(該氣體含15vol％氧氣)，直至壓力達(dá)到約300Pa，然后在510W的功率下進(jìn)行濺射。
在得到的膜上設(shè)置顆粒計(jì)數(shù)器，在100mm×100mm區(qū)域中的20個(gè)位置處測(cè)定粒徑大于或等于3μm的顆粒數(shù)目，以計(jì)算平均值。測(cè)定結(jié)果列入表1。
此外，也對(duì)得到的膜進(jìn)行防潮性評(píng)價(jià)。更具體地，將線(xiàn)型酚醛樹(shù)脂型光刻膠滴到樣品表面，采用Kyowa接觸角儀CA-P(Kyowa contact angle gageCA-P，Kyowa Interface Science Co.，Ltd.)測(cè)定由投影法得到的膜和光刻膠之間的接觸角。膜和光刻膠之間的接觸角的測(cè)定結(jié)果示于表1中。
濺射之后，未觀察到由于附著在濺射裝置內(nèi)部的膜的剝落和開(kāi)裂而造成的碎片散開(kāi)的現(xiàn)象。
實(shí)施例2為了調(diào)查表面粗糙度的影響，當(dāng)進(jìn)行表面拋光時(shí)，按照與實(shí)施例1相同的方式制造濺射靶，但采用#40粒徑、15μm磨削深度和25m/min磨削速度的磨石進(jìn)行拋光，得到的靶表面粗糙度Ra為12μm。另外，也按照與實(shí)施例1相同的方式進(jìn)行濺射和制造膜。按照與實(shí)施例1相同的方式測(cè)定所得膜中的顆粒數(shù)目。而且，也是按照與實(shí)施例1相同的方式測(cè)定得到的膜和光刻膠之間的接觸角。
得到的靶的氧含量、平均顆粒粒徑以及表面粗糙度Ra，以及通過(guò)濺射得到的膜中粒徑大于等于3μm的顆粒數(shù)目的測(cè)量結(jié)果都列于表1中。另外，得到的膜和光刻膠之間的接觸角的測(cè)定結(jié)果也列入表1。
濺射之后，未觀察到由于附著在濺射裝置內(nèi)部的膜的剝落和開(kāi)裂而造成的碎片散開(kāi)的現(xiàn)象。
實(shí)施例3將金屬Ni更換為高純Ni(99.995wt％，氧含量為0.001％或更低)，將金屬Al更換為高純Al(純度為99.999wt％，氧含量為0.002％或更低)，除了將原料改變?yōu)榈脱鹾康脑现?，其余按照?shí)施例1的方法制造濺射靶。另外，也按照與實(shí)施例1相同的方式進(jìn)行濺射和制造膜，按照與實(shí)施例1相同的方式測(cè)定得到的膜中的顆粒數(shù)目。而且，也是按照與實(shí)施例1相同的方式測(cè)定得到的膜和光刻膠之間的接觸角。
得到的靶的氧含量、平均顆粒粒徑以及表面粗糙度Ra，以及通過(guò)濺射得到的膜中粒徑大于等于3μm的顆粒數(shù)目列于表1中。另外，得到的膜和光刻膠之間的接觸角的測(cè)定結(jié)果也列入表1。
濺射之后，未觀察到由于附著在濺射裝置內(nèi)部的膜的剝落和開(kāi)裂而造成的碎片散開(kāi)的現(xiàn)象。
實(shí)施例4為了降低用于靶的合金的平均顆粒粒徑，對(duì)采用與實(shí)施例1相同的方式得到的熱軋板材料進(jìn)行逐漸冷軋，使其板厚從8mm變?yōu)?.5mm，之后在較低的溫度550℃下進(jìn)行真空熱處理。然后按照與實(shí)施例1相同的方式將得到的板材制成濺射靶。另外，也按照與實(shí)施例1相同的方式進(jìn)行濺射和制造膜，按照與實(shí)施例1相同的方式測(cè)定得到的膜中的顆粒數(shù)目。而且，也是按照與實(shí)施例1相同的方式測(cè)定得到的膜和光刻膠之間的接觸角。
得到的靶的氧含量、平均顆粒粒徑以及表面粗糙度Ra，以及通過(guò)濺射得到的膜中粒徑大于等于3μm的顆粒數(shù)目列于表1中。另外，得到的膜和光刻膠之間的接觸角的測(cè)定結(jié)果也列入表1。
濺射之后，未觀察到由于附著在濺射裝置內(nèi)部的膜的剝落和開(kāi)裂而造成的碎片散開(kāi)的現(xiàn)象。
實(shí)施例5為了增加用于靶的合金的平均顆粒粒徑，對(duì)采用實(shí)施例1相同方法得到的熱軋板材進(jìn)行冷軋，使板的厚度從8mm變化到5.5mm，之后在980℃的較高溫度下進(jìn)行真空熱處理。然后按照與實(shí)施例1相同的方式將得到的板材制成濺射靶。另外，也按照與實(shí)施例1相同的方式進(jìn)行濺射和制造膜，按照與實(shí)施例1相同的方式測(cè)定得到的膜中的顆粒數(shù)目。而且，也是按照與實(shí)施例1相同的方式測(cè)定得到的膜和光刻膠之間的接觸角。
得到的靶的氧含量、平均顆粒粒徑以及表面粗糙度Ra，以及通過(guò)濺射得到的膜中粒徑大于等于3μm的顆粒數(shù)目列于表1中。另外，得到的膜和光刻膠之間的接觸角的測(cè)定結(jié)果也列入表1。
濺射之后，未觀察到由于附著在濺射裝置內(nèi)部的膜的剝落和開(kāi)裂而造成的碎片散開(kāi)的現(xiàn)象。
實(shí)施例6除了采用粗粒粒徑的磨石進(jìn)行表面拋光以將靶的表面粗糙度改變?yōu)?2μm以外，其余按照與實(shí)施例5相同的方式制造濺射靶。另外，也按照與實(shí)施例1相同的方式進(jìn)行濺射和制造膜，按照與實(shí)施例1相同的方式測(cè)定得到的膜中的顆粒數(shù)目。而且，也是按照與實(shí)施例1相同的方式測(cè)定得到的膜和光刻膠之間的接觸角。
得到的靶的氧含量、平均顆粒粒徑以及表面粗糙度Ra，以及通過(guò)濺射得到的膜中粒徑大于等于3μm的顆粒數(shù)目列于表1中。另外，得到的膜和光刻膠之間的接觸角的測(cè)定結(jié)果也列入表1。
濺射之后，未觀察到由于附著在濺射裝置內(nèi)部的膜的剝落和開(kāi)裂而造成的碎片散開(kāi)的現(xiàn)象。
實(shí)施例7采用與實(shí)施例1相同的原料，除了對(duì)原料進(jìn)行稱(chēng)量和混合，并使其組成為W，17wt％；Al，7wt％；以及余量為Ni之外，按照與實(shí)施例1相同的方式采用模具在真空中進(jìn)行熔融和澆鑄。采用鋼絲鉗將得到的澆鑄材料切割成片厚為6mm的片狀，以及采用同一鋼絲鉗剪出152mm的直徑，之后在與實(shí)施例1相同的條件下進(jìn)行車(chē)削和表面拋光機(jī)械加工而制得濺射靶。另外，也按照與實(shí)施例1相同的方式進(jìn)行濺射和制造膜，按照與實(shí)施例1相同的方式測(cè)定得到的膜中的顆粒數(shù)目。而且，也是按照與實(shí)施例1相同的方式測(cè)定得到的膜和光刻膠之間的接觸角。
得到的靶的氧含量、平均顆粒粒徑以及表面粗糙度Ra，以及通過(guò)濺射得到的膜中粒徑大于等于3μm的顆粒數(shù)目列于表1中。另外，得到的膜和光刻膠之間的接觸角的測(cè)定結(jié)果也列入表1。
濺射之后，未觀察到由于附著在濺射裝置內(nèi)部的膜的剝落和開(kāi)裂而造成的碎片散開(kāi)的現(xiàn)象。
實(shí)施例8稱(chēng)量金屬Ni(電解鎳，純度99.99wt％)，金屬W(純度99.99wt％)，金屬Al(Al裸金屬，純度99％或更高)以及金屬Ti(Ti礦石，JIS 1級(jí))共約30kg并進(jìn)行混合，使其組成為W，15wt％；Al，3.5wt％；Ti，3.5wt％以及余量為Ni。之后，按照與實(shí)施例7相同的方式進(jìn)行澆鑄和加工，并制造濺射靶。另外，也按照與實(shí)施例1相同的方式進(jìn)行濺射和制造膜，按照與實(shí)施例1相同的方式測(cè)定得到的膜中的顆粒數(shù)目。而且，也是按照與實(shí)施例1相同的方式測(cè)定得到的膜和光刻膠之間的接觸角。
得到的靶的氧含量、平均顆粒粒徑以及表面粗糙度Ra，以及通過(guò)濺射得到的膜中粒徑大于等于3μm的顆粒數(shù)目列于表1中。另外，得到的膜和光刻膠之間的接觸角的測(cè)定結(jié)果也列入表1。
濺射之后，未觀察到由于附著在濺射裝置內(nèi)部的膜的剝落和開(kāi)裂而造成的碎片散開(kāi)的現(xiàn)象。
實(shí)施例9
稱(chēng)量金屬Ni(電解鎳，純度99.99wt％)，金屬W(純度99.99wt％)，以及金屬Ti(Ti裸金屬，JIS1級(jí))共約30kg并進(jìn)行混合，使其組成為W，15wt％；Ti，6wt％以及余量為Ni。之后，按照與實(shí)施例7相同的方式進(jìn)行澆鑄和加工，并制造濺射靶。另外，也按照與實(shí)施例1相同的方式進(jìn)行濺射和制造膜，按照與實(shí)施例1相同的方式測(cè)定得到的膜中的顆粒數(shù)目。而且，也是按照與實(shí)施例1相同的方式測(cè)定得到的膜和光刻膠之間的接觸角。
得到的靶的氧含量、平均顆粒粒徑以及表面粗糙度Ra，以及通過(guò)濺射得到的膜中粒徑大于等于3μm的顆粒數(shù)目列于表1中。另外，得到的膜和光刻膠之間的接觸角的測(cè)定結(jié)果也列入表1。
濺射之后，未觀察到由于附著在濺射裝置內(nèi)部的膜的剝落和開(kāi)裂而造成的碎片的散開(kāi)現(xiàn)象。
比較實(shí)施例1為了了解靶中氧含量的作用，采用與實(shí)施例1相同的金屬原料，對(duì)其進(jìn)行稱(chēng)量和混合而得到同樣的組成，在材料熔融之后，進(jìn)行氣體霧化而制得Ni-W-Al合金粉末，然后將粉末通過(guò)大于150目而小于200目的網(wǎng)篩。得到的合金粉末的氧含量為0.08wt％。之后，將該合金粉末放入154mm直徑的石墨模具中進(jìn)行熱壓和燒結(jié)。熱壓是在真空氛圍中通過(guò)將粉末在200kg/cm2的壓力下加熱到1000℃而進(jìn)行的。在與實(shí)施例1相同的條件下對(duì)160mm(直徑)×6mm(厚度)的燒坯進(jìn)行車(chē)削和表面拋光，制得152mm(直徑)×5mm(厚度)的靶。得到的靶中的氧含量為0.08wt％。另外，也按照與實(shí)施例1相同的方式進(jìn)行濺射和制造膜，按照與實(shí)施例1相同的方式測(cè)定得到的膜中的顆粒數(shù)目。而且，也是按照與實(shí)施例1相同的方式測(cè)定得到的膜和光刻膠之間的接觸角。
得到的靶的氧含量、平均顆粒粒徑以及表面粗糙度Ra，以及通過(guò)濺射得到的膜中粒徑大于等于3μm的顆粒數(shù)目列于表1中。另外，得到的膜和光刻膠之間的接觸角的測(cè)定結(jié)果也列入表1。
濺射之后，未觀察到由于附著在濺射裝置內(nèi)部的膜的剝落和開(kāi)裂而造成的碎片散開(kāi)的現(xiàn)象。
比較實(shí)施例2為了了解氧含量的作用，采用與實(shí)施例1相同的金屬原料，對(duì)其進(jìn)行稱(chēng)量和混合而得到同樣的組成，在材料熔融之后，進(jìn)行水霧化而制得Ni-W-Al合金粉末，然后將粉末篩過(guò)大于80目但小于120目的網(wǎng)篩。得到的合金粉末的氧含量為0.11wt％。之后，將該合金粉末放入154mm直徑的石墨模具中進(jìn)行熱壓和燒結(jié)。熱壓是在真空氛圍中通過(guò)將粉末在200kg/cm2的壓力下加熱到1000℃而進(jìn)行的。僅對(duì)160mm(直徑)×6mm(厚度)的燒坯進(jìn)行車(chē)削，制得152mm(直徑)×5mm(厚度)的靶。得到的靶中的氧含量為0.11wt％。另外，也按照與實(shí)施例1相同的方式進(jìn)行濺射和制造膜，按照與實(shí)施例1相同的方式測(cè)定得到的膜中的顆粒數(shù)目。而且，也是按照與實(shí)施例1相同的方式測(cè)定得到的膜和光刻膠之間的接觸角。
得到的靶的氧含量、平均顆粒粒徑以及表面粗糙度Ra，以及通過(guò)濺射得到的膜中粒徑大于等于3μm的顆粒數(shù)目列于表1中。另外，得到的膜和光刻膠之間的接觸角的測(cè)定結(jié)果也列入表1。
濺射之后，未觀察到由于附著在濺射裝置內(nèi)部的膜的剝落和開(kāi)裂而造成的碎片散開(kāi)的現(xiàn)象。
比較實(shí)施例3除了對(duì)原料進(jìn)行稱(chēng)量和混合而使其具有與實(shí)施例8相同的組成，然后制得Ni-W-Al-Ti合金粉末并采用熱壓法制造靶之外，其余按照與比較實(shí)施例1相同的方法進(jìn)行本實(shí)施例。得到的靶中氧含量為0.10wt％。另外，也按照與實(shí)施例1相同的方式進(jìn)行濺射和制造膜，按照與實(shí)施例1相同的方式測(cè)定得到的膜中的顆粒數(shù)目。而且，也是按照與實(shí)施例1相同的方式測(cè)定得到的膜和光刻膠之間的接觸角。
得到的靶的氧含量、平均顆粒粒徑以及表面粗糙度Ra，以及通過(guò)濺射得到的膜中粒徑大于等于3μm的顆粒數(shù)目列于表1中。另外，得到的膜和光刻膠之間的接觸角的測(cè)定結(jié)果也列入表1。
濺射之后，未觀察到由于附著在濺射裝置內(nèi)部的膜的剝落和開(kāi)裂而造成的碎片散開(kāi)的現(xiàn)象。
比較實(shí)施例4
采用高純Cr(純度99.9wt％，氧含量0.1wt％)靶，并按照與實(shí)施例1相同的方式進(jìn)行濺射和制造膜，以及按照與實(shí)施例1相同的方式測(cè)定得到的膜中的顆粒數(shù)目。而且，也是按照與實(shí)施例1相同的方式測(cè)定得到的膜和光刻膠之間的接觸角。
得到的靶的氧含量、平均顆粒粒徑以及表面粗糙度Ra，以及通過(guò)濺射得到的膜中粒徑大于等于3μm的顆粒數(shù)目列于表1中。另外，得到的膜和光刻膠之間的接觸角的測(cè)定結(jié)果也列入表1。
濺射之后，附著在濺射裝置內(nèi)部的膜發(fā)生部分剝落，并散開(kāi)成粉末狀。
靶組成(wt％)實(shí)施例 Ni W AlTi Cr 氧1余量152 - - 0.052余量152 - - 0.053余量152 - - 0.0024余量152 - - 0.045余量152 - - 0.056余量152 - - 0.057余量177 - - 0.018余量153.5 3.5- 0.059余量15- 6 - 0.01比較實(shí)施例1余量152 - - 0.082余量152 - - 0.113余量153.5 3.5- 0.104 - - - - 99.9 0.10
平均顆粒 表面粗糙度顆粒數(shù)目 接觸角粒徑(μm) Ra(μm)(粒顆粒/cm2) (°)實(shí)施例1 60 5 1.511.52 60 121.7143 64 5 0.711.54 14 5 1.211.55 106 5 1.711.56 106 121.914.47 100 5 1.412.58 60 5 1.5139 100 3 1.113比較實(shí)施例1 80 5 3.0 18.52 150 6 4.2 193 110 6 3.2 204 100 6 3.8 25.5所制膜中的粒徑為3μm或更大的顆粒數(shù)目是否合格是從在使用用于黑色矩陣的膜時(shí)缺陷水平是否未造成問(wèn)題來(lái)確定的，或者，換句話(huà)說(shuō)，是由該數(shù)目是否小于2粒顆粒/cm2來(lái)確定的。
從表1中可以看出，在落入本發(fā)明范圍的實(shí)施例1-9中，得到的膜中粒徑為3μm或更大的顆粒的數(shù)目小于2粒顆粒/cm2，制得了具有很少顆粒的良好薄膜。其中，在實(shí)施例3的情況下，靶中的低氧含量為0.002wt％，得到的膜中粒徑為3μm或更大的顆粒的數(shù)目為0.7粒顆粒/cm2，因此制得了顆粒數(shù)目非常少的良好薄膜。另外，在實(shí)施例7和9中，靶中的氧含量很低，為0.01wt％，制得的膜中粒徑為3μm或更大的顆粒的數(shù)目分別為1.4粒顆粒/cm2和1.1顆/cm2，低于實(shí)施例1，2，5和6中制得的膜中的顆粒數(shù)目，實(shí)施例1，2，5和6的靶中氧含量為0.05wt％。因此，優(yōu)選的是低的靶中氧含量。
此外，在實(shí)施例1，3，4以及7-9中，濺射靶的平均顆粒粒徑為100μm或更小，表面粗糙度Ra為10μm或更小，得到的膜中粒徑為3μm或更大的顆粒數(shù)目為0.7-1.5粒顆粒/cm2，然而，在實(shí)施例2中，表面粗糙度Ra為12μm，超過(guò)了10μm，得到的膜中粒徑為3μm或更大的顆粒的數(shù)目為1.7粒顆粒/cm2，在實(shí)施例5中，平均顆粒粒徑為106μm，超過(guò)了100μm，得到的膜中粒徑為3μm或更大的顆粒的數(shù)目為1.7粒顆粒/cm2，在實(shí)施例6中，平均顆粒粒徑為106μm，超過(guò)了100μm，表面粗糙度Ra為12μm，超過(guò)了10μm，得到的膜中粒徑為3μm或更大的顆粒的數(shù)目為1.9粒顆粒/cm2。這樣，實(shí)施例2，5和6中，平均顆粒粒徑超過(guò)100μm或表面粗糙度Ra超過(guò)10μm，得到的膜中粒徑為3μm或更大的顆粒的數(shù)目小于2.0粒顆粒/cm2，但該數(shù)目為接近2.0粒顆粒/cm2的數(shù)值。因此，對(duì)于本發(fā)明的濺射靶，優(yōu)選平均顆粒粒徑為100μm或更小，表面粗糙度Ra為10μm或更小。
在比較實(shí)施例1中，濺射靶中的氧含量為0.08wt％，超過(guò)了本發(fā)明濺射靶中氧含量的上限0.05wt％。因此，濺射靶中的平均顆粒粒徑為80μm，拋光后低于100μm，得到的膜中粒徑為3μm或更大的顆粒的數(shù)目為3.0粒顆粒/cm2，這比2.0粒顆粒/cm2更大，同時(shí)表面粗糙度Ra為5μm，這比10μm要低。
在比較實(shí)施例2中，濺射靶中的氧含量為0.11wt％，比比較實(shí)施例1中的氧含量更大，濺射靶中的平均顆粒粒徑為150μm，高于100μm。因此，得到的膜中粒徑為3μm或更大的顆粒的數(shù)目為4.2粒顆粒/cm2，高于2.0粒顆粒/cm2。
在比較實(shí)施例3中，濺射靶中的氧含量為0.10wt％，高于比較實(shí)施例1中的氧含量，濺射靶的平均顆粒粒徑為110μm，高于100μm。因此，得到的膜中粒徑為3μm或更大的顆粒的數(shù)目為3.2粒顆粒/cm2，高于2.0粒顆粒/cm2。
在比較實(shí)施例4中，濺射靶的組成為99.9wt％Cr，氧含量為0.10wt％，這與用于黑色矩陣的所使用的傳統(tǒng)靶相同。因此，得到的膜中粒徑為3μm或更大的顆粒的數(shù)目為4.2粒顆粒/cm2，高于2.0粒顆粒/cm2。
關(guān)于得到的膜和光刻膠之間的接觸角，在不屬于本發(fā)明范圍的比較實(shí)施例1-4中，接觸角為18.5°-25.5°，而對(duì)于屬于本發(fā)明范圍的實(shí)施例1-9，接觸角更小一些，為11.5°-14.4°，因而本發(fā)明濺射靶制得的膜與光刻膠之間具有良好的潤(rùn)濕性。
權(quán)利要求
1.一種濺射靶，其含有5-30wt％的W；Al和Ti中的至少一種，其總含量為0.1-10wt％；氧含量為0.05wt％或更低；余量基本為Ni。
2.權(quán)利要求1所述的濺射靶，其中，濺射靶的平均顆粒粒徑為10μm或更小，表面粗糙度Ra為10μm或更小。
3.權(quán)利要求1或2所述的濺射靶，其中，采用濺射靶進(jìn)行濺射而獲得的膜具有粒徑為3μm或大于3μm的顆粒，這些顆粒數(shù)目為小于2粒顆粒/cm2。
4.一種濺射靶的制造方法，該方法包括下列步驟稱(chēng)量并混合原料金屬，使其組成為5-30wt％的W，Al和Ti中的至少一種，其總含量為0.1-10wt％，氧含量為0.05wt％或更低，以及余量基本為Ni，然后在真空或惰性氣體氛圍中熔融所述原料并澆鑄得到澆鑄材料；在真空或惰性氣體氛圍中對(duì)所述澆鑄材料進(jìn)行熱鍛和/或熱軋，得到鍛造的或軋制的材料；以及對(duì)所述鍛造的或軋制的材料進(jìn)行機(jī)械加工，得到具有特定形狀的濺射靶。
5.權(quán)利要求4所述的濺射靶的制造方法，其中，在進(jìn)行所述的熱鍛和/或熱軋之后進(jìn)行熱處理。
6.權(quán)利要求4所述的濺射靶的制造方法，其中，在進(jìn)行所述的熱鍛和/或熱軋之后進(jìn)行冷加工，然后進(jìn)行熱處理。
7.權(quán)利要求4-6中任意一項(xiàng)所述的濺射靶的制造方法，其中，所述鍛造的或軋制的材料的平均顆粒粒徑為10μm或更小。
8.權(quán)利要求4-7中任意一項(xiàng)所述的濺射靶的制造方法，其中，所述濺射靶的表面粗糙度Ra為10μm或更小。
全文摘要
本發(fā)明的目的是提供一種不含會(huì)造成環(huán)境污染的Cr的濺射靶，該濺射靶能形成具有很少顆粒的薄膜。本發(fā)明采用含有5－30wt％的鎢；Al和Ti中的至少一種，其總含量為0.1－10wt％；氧含量為0.05wt％或更低；余量基本為Ni的濺射靶。優(yōu)選濺射靶的平均顆粒粒徑為100μm或更小，濺射靶的表面粗糙度Ra為10μm或更小。采用上述濺射靶進(jìn)行濺射而得到的膜中的顆粒粒徑為3μm或更大，顆粒數(shù)目小于2粒顆粒/cm
文檔編號(hào)H01J9/20GK1865490SQ20061005915
公開(kāi)日2006年11月22日 申請(qǐng)日期2006年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月18日
發(fā)明者森本敏夫, 遠(yuǎn)北正和, 渡邊宏幸 申請(qǐng)人:住友金屬礦山株式會(huì)社