專利名稱：濺射靶用背襯板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及濺射靶用背襯板。具體而言，涉及用于濺射靶的背襯板，該背襯板防止了和靶結(jié)合和/或Al-Nd合金薄膜的膜沉積(濺射)時(shí)出現(xiàn)的翹曲，并且能夠長(zhǎng)期進(jìn)行穩(wěn)定的膜沉積操作。
背景技術(shù)：
通常采用濺射方法來制造構(gòu)成液晶板和有機(jī)場(chǎng)致發(fā)光(EL)板的薄膜，所述的液晶板和有機(jī)場(chǎng)致發(fā)光(EL)板用于電視機(jī)、膝上型計(jì)算機(jī)和其他監(jiān)視器中，以及來制造用于光學(xué)記錄和半導(dǎo)體領(lǐng)域的互連膜。在濺射方法中，在襯底和充當(dāng)膜材料的靶之間感應(yīng)產(chǎn)生等離子體放電，被等離子體放電電離的氣體碰撞到靶上，從而將原子打出該靶，并且這些原子沉積在襯底上而制造出薄膜。與真空氣相沉積和電弧離子電鍍法(AIP)相比，這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于可以沉積具有與該靶組成相同的薄膜。
在濺射方法中，通常使用具有例如矩形或圓形的平面靶。通常將這種靶硬釬焊到用于冷卻和/或支撐靶的背襯板(也稱作冷卻板或支架)上。
通常，使用以高熱導(dǎo)率為特征的銅或銅合金背襯板作為背襯板，用于冷卻因膜沉積而被加熱的靶。所述的靶經(jīng)常包含相應(yīng)于所要沉積薄膜的金屬材料，例如鋁，鋁合金，Mo，Ta或Ti，這種金屬材料不同于背襯板的材料。
但是，通過硬釬焊這些包含不同金屬材料的構(gòu)件制備而得的組合件經(jīng)常翹曲，必須如圖1所示的將其矯平。當(dāng)對(duì)矯平的組合件進(jìn)行膜沉積時(shí)，該組合件由于重復(fù)加熱和冷卻將再次翹曲。因此，必須一再重復(fù)其中組合件翹曲和翹曲組合件的矯平的膜沉積過程，從而導(dǎo)致復(fù)雜的操作。另外，安置在靶1和背襯板2之間的硬釬料3遭受破裂，從而造成靶1和背襯板2在靶1消耗完之前層離。因此，不能實(shí)現(xiàn)重復(fù)膜沉積。
至于針對(duì)靶和背襯板(支架)之間硬釬焊中的問題的可能解決方案，日本專利申請(qǐng)公開(JP-A)2003-183822公開了一種包括用結(jié)合構(gòu)件的插入而結(jié)合的靶和背襯板的濺射靶，其中背襯板有用于容納結(jié)合構(gòu)件的凹形部分，并且凹形部分在其外周壁上有相通的凹穴，該凹穴通向凹形部分。該文獻(xiàn)提及，這種結(jié)構(gòu)即使在結(jié)合構(gòu)件凝固并收縮時(shí)也防止靶的翹曲。但是，這種技術(shù)不是針對(duì)防止結(jié)合部分(硬釬料)的層離，而且必須使用具有復(fù)雜形狀的背襯板。
日本專利申請(qǐng)公開(JP-A)08-246144提出了一種通過安置熱膨脹系數(shù)高于濺射靶的板構(gòu)件和熱膨脹系數(shù)低于濺射靶的另一板構(gòu)件，將背襯板整個(gè)夾在中間，從而防止翹曲和濺射靶破裂以及硬釬焊部分層離的技術(shù)。該技術(shù)防止了背襯板的翹曲，并且使濺射靶具有和所要支撐的靶的熱膨脹性質(zhì)相當(dāng)?shù)臒崤蛎浶再|(zhì)。但是，這種技術(shù)也有背襯板結(jié)構(gòu)復(fù)雜的不利之處。
日本專利申請(qǐng)公開(JP-A)10-046327提出了一種由鋁合金制造靶和背襯板，用于減小兩種構(gòu)件之間線性膨脹系數(shù)的差異的技術(shù)。按照該技術(shù)，靶和背襯板的組合沒有充分并且可靠地減小熱膨脹系數(shù)的差異，并且也沒有防止硬釬料的破裂。另外，如果從典型的與Al-Nd合金靶相同的材料制造背襯板，其成本會(huì)增加。

發(fā)明內(nèi)容
在這些情況下，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種濺射靶用背襯板，該背襯板可以減小或防止與靶結(jié)合時(shí)出現(xiàn)的翹曲以及Al-Nd合金薄膜的膜沉積(濺射)時(shí)出現(xiàn)的應(yīng)力，從而能夠長(zhǎng)期進(jìn)行穩(wěn)定的膜沉積操作。
具體而言，本發(fā)明提供包含鋁合金的濺射靶用背襯板，其中所述鋁合金在25℃到100℃溫度下的平均線性膨脹系數(shù)為23.0×10-6/℃或以下。
平均線性膨脹系數(shù)是按照日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JIS)K 7197中規(guī)定的“采用熱機(jī)分析的塑料線性膨脹系數(shù)測(cè)試方法(Test Method of Coefficient of LinearExpansion of Plastics by Thermomechanical Analysis)”，使用獲自RigakuCorporation的測(cè)試儀器Thermoflex TMA 8140測(cè)定的。
優(yōu)選使用含有2.5質(zhì)量％或以上的Si的鋁合金或者含有5.5質(zhì)量％或以上的Mn的鋁合金作為在25℃到100℃溫度下的平均線性膨脹系數(shù)為23.0×10-6/℃或以下的鋁合金。
為了確保作為濺射靶用背襯板的性質(zhì)，例如強(qiáng)度，耐腐蝕性和可加工性，優(yōu)選鋁合金包含至少一種選自JIS A 1000系列、A 5000系列和A 6000系列鋁合金的鋁合金，并且還包含2.5質(zhì)量％或以上的Si或者5.5質(zhì)量％或以上的Mn。
將具有相對(duì)較低的25℃到100℃溫度下的平均線性膨脹系數(shù)的濺射靶用背襯板用作鋁合金濺射靶用背襯板是有利的，并且用作含有0.1到3原子％的Nd的鋁合金濺射靶用背襯板更加有利。這種背襯板與常規(guī)背襯板相比，顯著減小了硬釬料的破裂和層離。
根據(jù)本發(fā)明的濺射靶用背襯板減少了與靶結(jié)合時(shí)出現(xiàn)的翹曲以及Al-Nd合金薄膜的膜沉積(濺射)時(shí)出現(xiàn)的應(yīng)力，從而省去了翹曲的矯平處理，減小了安置在靶和背襯板之間的硬釬料的破裂，并因而能夠長(zhǎng)期進(jìn)行穩(wěn)定的膜沉積操作。硬釬料的破裂是由重復(fù)的翹曲和矯平造成的。
本發(fā)明的更多目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將隨著參照附圖的如下優(yōu)選實(shí)施方案的描述變得清晰起來。


圖1是示意性地圖示硬釬焊部分中破裂的側(cè)視圖；圖2是顯示Si含量和JIS A 1100鋁合金線性膨脹系數(shù)系數(shù)之間關(guān)系的圖表；圖3是顯示Mn含量和JIS A 1100鋁合金線性膨脹系數(shù)系數(shù)之間關(guān)系的圖表；和圖4是顯示在實(shí)施例中結(jié)合測(cè)試中組合件翹曲上的測(cè)量點(diǎn)的頂視圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的發(fā)明人對(duì)濺射靶用背襯板進(jìn)行了詳盡研究，所述的背襯板減少了與靶結(jié)合時(shí)出現(xiàn)的翹曲以及Al-Nd合金薄膜的膜沉積(濺射)時(shí)出現(xiàn)的應(yīng)力，省去了翹曲的矯平，減小了由重復(fù)翹曲形成和矯平造成的安置在靶和背襯板之間的硬釬料的破裂，并因而能夠長(zhǎng)期進(jìn)行穩(wěn)定的膜沉積操作。特別是，他們對(duì)濺射靶用背襯板進(jìn)行了詳盡研究，所述的背襯板減小了翹曲，從而即使在靶包含以相對(duì)較低的線性膨脹系數(shù)為特征的Al合金如Al-Nd、Al-Ti和Al-Ta合金，或者金屬如Mo、Ta和Ti時(shí)，也省去矯平并且能夠重復(fù)進(jìn)行膜沉積。
因此，他們發(fā)現(xiàn)最佳的濺射靶用背襯板包含25℃到100℃溫度下的平均線性膨脹系數(shù)為23.0×10-6/℃或以下的鋁合金。
對(duì)鋁合金的種類沒有限制，只要其在25℃到100℃溫度下的平均線性膨脹系數(shù)為23.0×10-6/℃或以下即可。其實(shí)例為包含純金屬鋁或已有鋁合金中的任何一種，并且還包含一種或多種合金元素如Si、Mn、Mg、Nd、Ti和Ta的鋁合金。此處使用的鋁合金特別優(yōu)選包含Si或Mn，以低成本地獲得具有足夠耐腐蝕性和強(qiáng)度的鋁合金。
圖2和圖3是顯示25℃到100℃溫度下的平均線性膨脹系數(shù)隨加入到現(xiàn)有JIS A 1100鋁合金中的Si或Mn的不同含量而變化的圖表。圖2和圖3表明線性膨脹系數(shù)隨著Si或Mn含量的增加成比例地下降，而為了獲得如本發(fā)明中所規(guī)定的23.0×10-6/℃或以下的平均線性膨脹系數(shù)，應(yīng)當(dāng)加入Si或Mn使鋁合金的Si含量為2.5質(zhì)量％或以上或者M(jìn)n含量為5.5質(zhì)量％或以上。
如圖2和圖3所圖示的，由于線性膨脹系數(shù)隨著Si或Mn含量的增加而下降，因此如下做法是足夠的根據(jù)靶的線性膨脹系數(shù)設(shè)置鋁合金中Si或Mn含量的上限，并且設(shè)置其上限使背襯板和所要硬釬焊的靶之間的線性膨脹系數(shù)的差異不太大。
當(dāng)使用例如Al-Nd合金作為靶時(shí)，如圖2所顯示的，優(yōu)選背襯板是結(jié)合有2.5到10質(zhì)量％Si的JIS A1100鋁合金。
加入過量的Si或Mn可能造成背襯板可加工性下降。為了保證良好的可加工性，優(yōu)選Si或Mn含量為10質(zhì)量％或以下。當(dāng)背襯板除了Si外還包含Mn時(shí)，可以進(jìn)一步改善耐腐蝕性。這可能是因?yàn)镾i和Mn形成了化合物。
鋁合金可以是結(jié)合有Si使Si含量為2.5質(zhì)量％或以上或者結(jié)合有Mn使Mn含量為5.5質(zhì)量％或以上的純鋁或者符合JIS規(guī)定的現(xiàn)有鋁合金。
特別優(yōu)選用于本發(fā)明的鋁合金是選自JIS A 1000系列、A 5000系列和A6000系列鋁合金的，并且還包含Si或者M(jìn)n，使Si含量為2.5質(zhì)量％或以上或者M(jìn)n含量為5.5質(zhì)量％或以上的鋁合金。使用任何一種上述現(xiàn)有鋁合金而得到的背襯板，即使當(dāng)作為焊接的結(jié)果而施加熱應(yīng)力時(shí)，也對(duì)硬化和破裂具有抵抗力。另外，背襯板容易具有足夠的耐腐蝕性，并且即使在使冷卻水通過安排用于冷卻靶的冷卻通道時(shí)，也可以起到防止腐蝕的作用。上述鋁合金被廣泛用作延展材料，因此很容易獲得。當(dāng)背襯板包含含有高純度鋁例如4個(gè)九的鋁(4N-Al)的鋁合金，并且還包含Si或Mn時(shí)，可以極大地抑制由于通過的冷卻水造成的背襯板的腐蝕。
這些鋁合金的熱導(dǎo)率低于Cu-基材料的熱導(dǎo)率，但是可以起到充分冷卻硬釬焊靶的作用。
優(yōu)選根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)成背襯板的鋁合金還包含Mg，以進(jìn)一步提高耐腐蝕性和強(qiáng)度。如果加入Mg，優(yōu)選Mg的含量為0.3質(zhì)量％或以上，以有效顯示這些優(yōu)點(diǎn)，并且優(yōu)選為3質(zhì)量％或以下，以避免過量的Mg造成的焊接后的缺陷。
為了顯著減少諸如硬釬料破裂之類的缺陷，在常規(guī)的濺射靶中，優(yōu)選將根據(jù)本發(fā)明的濺射靶用背襯板用作以相對(duì)較低的線性膨脹系數(shù)為特征的鋁合金濺射靶用背襯板。特別優(yōu)選將其用作以低線性膨脹系數(shù)為特征的含有0.1到3原子％Nd的鋁合金濺射靶用背襯板。在后一種情況下，可以更加顯著地減少諸如硬釬料破裂之類的缺陷。
根據(jù)本發(fā)明的濺射靶用背襯板在其形狀和尺寸方面沒有特別限制，可以具有各種形狀，例如矩形或圓形。本發(fā)明優(yōu)選應(yīng)用于和靶硬釬焊的硬釬焊部分的面積為0.25m2或以上的大型背襯板。這是因?yàn)?，諸如由靶和背襯板之間線性膨脹系數(shù)差異造成的硬釬料的破裂之類的缺陷隨著靶和背襯板尺寸的增加而變顯著。
根據(jù)本發(fā)明的濺射靶用背襯板可以具有用于冷卻靶的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。其冷卻結(jié)構(gòu)可以是任何常規(guī)的結(jié)構(gòu)。例如，典型地通過焊接，摩擦焊接或擴(kuò)散結(jié)合將構(gòu)成背襯板的兩種構(gòu)件結(jié)合在一起，以在背襯板中形成冷卻通道。另外或者備選地，可以將任何器材，例如電源或者用于安裝至膜沉積設(shè)備上的安裝部件安裝在背襯板上。
對(duì)根據(jù)本發(fā)明的背襯板進(jìn)行膜沉積，同時(shí)使濺射靶硬釬焊在其平面上。此處的硬釬料和硬釬焊方法沒有特別限制，可以采用傳統(tǒng)的或通用的材料和方法。即使使用常規(guī)的硬釬料，例如銦，鉛-錫焊料或錫-鋅焊料，這種背襯板也能夠令人滿意地重復(fù)進(jìn)行膜沉積。
對(duì)根據(jù)本發(fā)明的濺射靶用背襯板的制造方法沒有特別限制。背襯板的制造方法可以是，例如制造具有特定Si或Mn含量的鋁合金錠，按照常規(guī)的方法鍛造和軋制該錠，形成平板，并且將平板進(jìn)行機(jī)械加工和粘合，例如焊接。
下面將參照幾個(gè)實(shí)驗(yàn)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的舉例說明，但這些實(shí)施例決不是用于限制本發(fā)明的范圍。在不偏離本發(fā)明范圍情況下對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行的任何修改都在本發(fā)明的技術(shù)范圍之內(nèi)。
表1和2中的每種測(cè)試材料都是作為錠制造的，并且將所述錠進(jìn)行軋制和機(jī)械加工，得到測(cè)試樣品。測(cè)試樣品的平均線性膨脹系數(shù)是按照日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JIS)K 7197規(guī)定的“采用熱機(jī)分析的塑料線性膨脹系數(shù)測(cè)試方法”，使用獲自Rigaku Corporation的測(cè)試儀器Thermoflex TMA 8140測(cè)定的。結(jié)果顯示于表1和2中。
表1

表2

表1和2表明包含JIS A 5052鋁合金的4號(hào)樣品無論退火條件如何都具有高線性膨脹系數(shù)。相反，1至3和11至22號(hào)樣品的線性膨脹系數(shù)為23.0×10-6/℃或以下，可以用作包含以低線性膨脹系數(shù)為特征的濺射靶用背襯板。
這些結(jié)果還顯示向純金屬鋁或符合JIS規(guī)定的鋁合金中加入Si或Mn以獲得包含以低線性膨脹系數(shù)為特征的濺射靶用背襯板。如圖2和圖3中所示，將2.5質(zhì)量％或以上的Si，或者5.5質(zhì)量％或以上的Mn加入到符合JIS規(guī)定的鋁合金中，可以獲得23.0×10-6/℃或以下的線性膨脹系數(shù)。就此而論，向其他鋁合金中加入Si或Mn也產(chǎn)生相同的優(yōu)點(diǎn)。
5和6號(hào)樣品包含可以用作靶的Al-Nd合金材料，其線性膨脹系數(shù)是用與上述相同的方式測(cè)量的。由靶和背襯板之間線性膨脹系數(shù)差異造成的問題可以通過使用與靶相同的材料作為用于背襯板的材料得以解決。但是，即使不使用這種高成本材料，也可以通過將Si或Mn加入到鋁合金中以減小線性膨脹系數(shù)，來減小背襯板和靶之間線性膨脹系數(shù)的差異，從而抑制翹曲。
接著，將Al-Nd合金靶結(jié)合到包含多種材料的一系列背襯板(冷卻板)上，并且測(cè)定結(jié)合后的樣品的翹曲。具體而言，在250℃的溫度下，使用錫-鋅焊料將表3和4中400mm長(zhǎng)、500mm寬的靶和420mm長(zhǎng)、520mm寬的背襯板結(jié)合在一起。在圖4所示的點(diǎn)處測(cè)定所得到的組合件的翹曲。結(jié)果也顯示在表3和4中。表2中的測(cè)量點(diǎn)，例如L1和L2，表示圖4中的測(cè)量點(diǎn)。
表3

表4

表3和4表明使用滿足本發(fā)明要求的Al-Nd合金靶用背襯板的1號(hào)和3至10號(hào)樣品與使用其他背襯板的2號(hào)樣品相比，可以更加顯著地抑制翹曲。
盡管本發(fā)明已經(jīng)參照目前認(rèn)為是優(yōu)選的實(shí)施方案進(jìn)行了描述，但是應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明不限于所公開的實(shí)施方案。相反，本發(fā)明旨在覆蓋包含在所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的各種修改和等價(jià)安排。后附權(quán)利要求的范圍應(yīng)當(dāng)符合最廣泛的解釋，以包括所有這樣的修改以及等價(jià)結(jié)構(gòu)和功能。
權(quán)利要求
1.一種濺射靶用背襯板，該背襯板包含鋁合金，其中所述鋁合金在25℃到100℃溫度下的平均線性膨脹系數(shù)為23.0×10-6/℃或以下。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的背襯板，其中所述鋁合金包含2.5質(zhì)量％或以上的Si。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的背襯板，其中所述鋁合金包含至少一種選自日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JIS)A 1000系列、A 5000系列和A 6000系列鋁合金的鋁合金，并且還包含Si。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的背襯板，其中所述鋁合金包含5.5質(zhì)量％或以上的Mn。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的背襯板，其中所述鋁合金包含至少一種選自日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JIS)A 1000系列、A 5000系列和A 6000系列鋁合金的鋁合金，并且還包含Mn。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的背襯板，所述背襯板作為鋁合金濺射靶用的背襯板。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的背襯板，所述背襯板作為含有0.1到3原子％的Nd的鋁合金濺射靶用的背襯板。
全文摘要
一種濺射靶用背襯板包含在25℃到100℃溫度下的平均線性膨脹系數(shù)為23.0×10
文檔編號(hào)C23C14/34GK1763241SQ20051011403
公開日2006年4月26日 申請(qǐng)日期2005年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月19日
發(fā)明者茂山和基, 森元榮一 申請(qǐng)人:株式會(huì)社鋼臂功科研