專利名稱：濺射靶及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于濺射和形成薄膜的靶子以及用于制造所述靶子的方法。
背景技術(shù)：
迄今，已知濺射法是薄膜形成法之一。所謂濺射法，通常是惰性氣體以在減壓構(gòu)成的等離子體狀態(tài)下沖擊濺射靶，由這種能量使從靶飛出的分子和原子淀積在基材上，在基材上形成薄膜，該方法易于形成大面積薄膜并且能獲得高性能膜，因此可應(yīng)用于工業(yè)上。
近年來，作為濺射方式，已知的有在反應(yīng)性氣體中進(jìn)行濺射的反應(yīng)性濺射法和在靶背面設(shè)置磁石以高速形成薄膜的磁控濺射法。
由這些濺射法形成的薄膜中，特別是含有氧化銦(In2O3)和氧化錫(SnO2)中至少一種的氧化物作為主要組分的薄膜(以下稱為“ITO”膜)，由于可見光透射性高，導(dǎo)電性也高，因此廣泛用作如液晶顯示裝置的透明導(dǎo)電膜和防止玻璃凝露用的發(fā)熱膜以及紅外線反射膜。
用于形成ITO膜的靶子類似于其它氧化物靶子一樣制造。也就是說，靶材料通過粉末冶金工藝(燒結(jié)工藝)制造，該工藝包括模塑原料粉末，之后燒結(jié)該成型產(chǎn)品；然后用約為#200的砂輪將所述靶材料進(jìn)行表面研磨或者進(jìn)行其它機(jī)械加工如輪廓機(jī)械加工來制造所述靶子。
但是，使用由此制得的濺射靶形成高性能薄膜時(shí)，存在以下問題。
即，濺射時(shí)，特別是濺射初期，會(huì)產(chǎn)生稱為發(fā)弧光(arcing)的異常放電(下文有時(shí)稱為“初期電弧”)，這不僅損害成膜穩(wěn)定性且產(chǎn)生顆粒。而且，所述顆粒粘附到濺射靶并在其上積聚，形成稱為結(jié)粒(nodule)的黑色沉積物，這種結(jié)粒導(dǎo)致發(fā)電光，并且由此產(chǎn)生新的顆粒。此外，如果這種顆粒附著在薄膜上，會(huì)使薄膜性能變差。
因此，在使用新濺射靶時(shí)，為了避免上述問題，即使濺射裝置中設(shè)置了所述新濺射靶，也必須從開始濺射到停止產(chǎn)生電弧從而能制成制品的一段時(shí)間內(nèi)進(jìn)行空轉(zhuǎn)，這影響了生產(chǎn)率的提高。
迄今為止，當(dāng)通過磨蝕來研磨靶表面時(shí)，更能減少這種電弧放電和結(jié)粒的產(chǎn)生。因此目前，具有光滑表面的表面磨蝕靶成為主流。例如，日本專利No.2750483和No.3152108號(hào)公報(bào)記載了通過將其表面粗糙度控制在規(guī)定范圍內(nèi)來防止產(chǎn)生電弧和結(jié)粒的ITO濺射靶。但是，為達(dá)到規(guī)定的表面粗糙度，這種方法必須在制備靶材料之后，通過機(jī)械研磨進(jìn)行粗研磨，以調(diào)整其厚度，然后逐步進(jìn)行最終研磨(磨蝕)，使靶表面平滑，這種方法存在制造時(shí)間長(zhǎng)和成本高的問題。此外，即使在使用具有規(guī)定表面粗糙度的ITO靶時(shí)，也不能有效防止初期電弧，且在將新的濺射靶置于濺射裝置中以后，必須進(jìn)行相對(duì)較長(zhǎng)時(shí)間的空轉(zhuǎn)。
這種問題在陶瓷型靶子或者金屬型靶子中也存在，所述陶瓷型靶子通過粉末冶金工藝(燒結(jié)工藝)制得，并含有除ITO以外的氧化物、氮化物、碳化物和硼化物等作為主要組分。
本發(fā)明者對(duì)這些狀況進(jìn)行了深入研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在通過機(jī)械研磨工序所制得的濺射靶中，由研磨工序等引起并存在于靶表面上的初級(jí)顆粒，或者因?yàn)R射時(shí)的熱沖擊從表面剝離而形成顆粒的部分是引起電弧和結(jié)粒的主要原因，因此若除去這些初級(jí)顆粒和部分，能防止初期電弧的產(chǎn)生。
本發(fā)明人經(jīng)過進(jìn)一步研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)所述部分無論是通過濺射時(shí)的熱沖擊從表面層剝離而形成顆粒，或很大程度上取決于通過機(jī)械研磨從靶子表面到內(nèi)部形成的微裂縫的存在，而不是所述靶表面粗糙度。本發(fā)明人也已經(jīng)發(fā)現(xiàn)所有微裂縫不會(huì)導(dǎo)致電弧放電或結(jié)粒，但是深度和長(zhǎng)度不小于規(guī)定值的微裂縫是導(dǎo)致初期電弧放電的主要原因，因此，通過充分除去這種微裂縫可以有效防止初期電弧的產(chǎn)生?；谒霭l(fā)現(xiàn)，完成了本發(fā)明。
因此，本發(fā)明的目的是提供濺射靶和用于制造所述濺射靶的方法，所述濺射靶可以防止初期電弧的產(chǎn)生，并在薄膜成形中可以顯著提高生產(chǎn)率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明第一實(shí)施方案的濺射靶是通過機(jī)械研磨工序制造的濺射靶，其中，當(dāng)觀察所述靶子的濺射表面的剖面時(shí)，基本沒有發(fā)現(xiàn)深度不小于15微米且長(zhǎng)度不小于40微米，適宜的是深度不小于10微米且長(zhǎng)度不小于30微米的微裂縫。在濺射靶中，深度不小于5微米并小于10微米且長(zhǎng)度不小于10微米但小于30微米的微裂縫的數(shù)量以剖面寬度方向的2.5毫米長(zhǎng)度計(jì)宜為5或更少。
本發(fā)明第一實(shí)施方案的濺射靶宜通過對(duì)其濺射表面進(jìn)行濺射處理、激光處理和干蝕刻處理中任意一種處理所制得的濺射靶。
本發(fā)明第一實(shí)施方案的濺射靶宜包含通過粉末冶金法制備的靶材料，并宜含有氧化銦和氧化錫中至少一種作為主要組分。
在本發(fā)明第一實(shí)施方案的濺射靶中，所述濺射表面的表面粗糙度Ra可以不小于1.0微米。
本發(fā)明第二實(shí)施方案的濺射靶是通過機(jī)械研磨工序制造的濺射靶，所述濺射靶的濺射表面在裝運(yùn)之前已經(jīng)進(jìn)行濺射處理。
在本發(fā)明第二實(shí)施方案的濺射靶中，在濺射處理中施加在濺射靶的濺射表面上的積分電能(integrated electric energy)，不小于0.005瓦/厘米2為宜，較好是不小于0.01瓦/厘米2，更好是不小于0.02瓦/厘米2。
在本發(fā)明第二實(shí)施方案的濺射靶中，當(dāng)所述靶子裝運(yùn)時(shí)，宜在濺射靶的濺射表面上粘附表面保護(hù)膜。
本發(fā)明第二實(shí)施方案的濺射靶宜為通過燒結(jié)工藝制得的濺射靶。
本發(fā)明第二實(shí)施方案的濺射靶宜含有氧化銦作為主要組分，或者宜含有氧化銦和氧化錫中至少一種的氧化物(ITO)。
制造本發(fā)明第二實(shí)施方案的濺射靶的方法包括機(jī)械研磨靶表面，較好的通過燒結(jié)工藝制得的靶表面；然后在裝運(yùn)之前，所述靶子的至少濺射表面進(jìn)行濺射處理。
當(dāng)本發(fā)明第二實(shí)施方案的濺射靶是ITO濺射靶時(shí)，制造所述ITO濺射靶的方法包括機(jī)械研磨通過燒結(jié)含有氧化銦和氧化錫主要組分的材料而制得ITO靶表面，然后在裝運(yùn)之前至少所述靶子的濺射表面進(jìn)行濺射處理。
附圖簡(jiǎn)要說明

圖1所示是當(dāng)觀察所述靶子濺射表面剖面時(shí)發(fā)現(xiàn)的微裂縫例子的示意圖。
實(shí)施本發(fā)明的最佳方式以下，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體說明。
本發(fā)明第一實(shí)施方案和第二實(shí)施方案的濺射靶均通過機(jī)械研磨工序制得。
也就是說，本發(fā)明的濺射靶僅是通過機(jī)械研磨工序制得的濺射靶。對(duì)本發(fā)明所用的靶材料沒有特殊限制，例如，它可以是含有作為主要組分的氧化物、氮化物、碳化物、硼化物等的陶瓷型靶子，或者可以是由金屬制得的靶子。這種靶材料的例子包括含有In2O3和SnO2中至少一種作為主要組分的材料(ITO)、含有In2O3和ZnO中至少一種作為主要組分的材料(IZO)、ZnO-Al2O3、In2O3、SnO2、ZnO、Al2O3、SiO2、Ta2O5、MgO、NiO、SiN3、AlN、SiC、Mo、W、Cr、Ti、Zr、Hf、Nb、Ta和Al。其中，所述ITO濺射靶尤其能有效地應(yīng)用于本發(fā)明的第一和第二實(shí)施方案，其原因是為了進(jìn)行高效的濺射，需要高的初期穩(wěn)定性。
對(duì)制備所述靶材料的方法沒有特殊限制，例如，所述陶瓷型靶子可以通過燒結(jié)工藝(粉末冶金工藝)制備，其中，以給定比例混合原料制備的原料粉末的混合物，或者通過共沉積方法制得的原料粉末的均質(zhì)混合物等，通過各種常規(guī)已知的干式法或者潤(rùn)濕方法模塑然后進(jìn)行燒結(jié)并進(jìn)行機(jī)械研磨。對(duì)于金屬型靶子的情況，可以使用將原料粉末的混合物真空溶解，然后進(jìn)行澆鑄、塑性加工以及機(jī)械研磨的真空溶解工藝；或通過HIP(熱等靜壓)方法或CIP(冷等靜壓)方法模塑原料粉末的混合物，然后進(jìn)行燒結(jié)和塑性加工的粉末冶金工藝。
干式法的例子包括CP(冷壓)法、HP(熱壓)法以及HIP(熱等靜壓)法。CP法是將原料粉末混合物填充入模具內(nèi)制成成型產(chǎn)品，在大氣氣氛或氧氣氛下焙燒(燒結(jié))所述成型產(chǎn)品。HP法是將原料粉末的混合物裝入電爐內(nèi)部的模具內(nèi)，在加熱加壓下同時(shí)進(jìn)行成型和燒結(jié)。HIP法是將原料粉末混合物或預(yù)制件密封在橡膠袋子或用金屬箔在高溫下形成覆蓋體，脫氣后再置入容器內(nèi)，通入惰性介質(zhì)在各向同性加壓下加熱燒結(jié)。
濕式法例如日本專利公開公報(bào)No.286002/1999中記載的過濾式成型法。在過濾式成型法中，使用過濾式成形模具。所述過濾模具是由非水溶性材料制成的成形模具，通過從陶瓷原料漿液中減壓晚水獲得成型產(chǎn)品。至于這種方法，在過濾式成形模具中例入由原料粉末混合物、離子交換水和有機(jī)添加劑組成的漿液，然后減壓下從漿液除去水來制備成型產(chǎn)品，且將所述成型產(chǎn)品干燥，脫脂，然后燒結(jié)。
上述各方法中的焙燒溫度應(yīng)為根據(jù)所用原料確定的合適溫度。
在原料模具中成型之后，如上所述燒結(jié)制備靶材料，所述靶材料進(jìn)行機(jī)械研磨如表面研磨，以形成給定的大小或者研磨其表面。也就是說，所述濺射表面通常至少通過機(jī)械研磨工序來制造。
在如上所述通過機(jī)械研磨工序制造的靶表面上，通常存在由研磨工序產(chǎn)生的初級(jí)顆?；虿糠郑鼈兺ㄟ^熱沖擊濺射從表面層分離并成為顆粒，且這些顆粒在濺射過程中附著到基底上，形成薄膜缺陷；或者再次附著到靶子上，在其上積聚形成稱為結(jié)粒的黑色積聚物，它會(huì)導(dǎo)致電弧放電由此進(jìn)一步形成心得顆粒。
因此本發(fā)明中，使通過機(jī)械研磨工序制得的濺射靶的濺射表面進(jìn)行下文所述的具體處理，可以除去因熱沖擊濺射而分離的顆粒和部分，由此有效降低初期電弧。
發(fā)明的第一實(shí)施方案首先，說明本發(fā)明的第一實(shí)施方案。本發(fā)明第一實(shí)施方案的濺射靶的特點(diǎn)為所述濺射靶通過上述常規(guī)工藝中的基本工序制得，并且在制造之后或者在制造過程中，所述濺射靶進(jìn)行以下所述的處理，以除去微裂縫。
由于所述機(jī)械研磨是通過用高速旋轉(zhuǎn)砂輪的磨粒切割鋒將其切除來研磨工件的方法，由于磨粒的接觸應(yīng)力，在靶子的表面(尤其是進(jìn)行濺射的表面，下文稱為“濺射表面”)和靶子的內(nèi)部形成裂縫。至于所述裂縫，那些在表面上觀察到的裂縫被認(rèn)為是研磨損傷或者機(jī)械缺陷，但是，沒有研究從濺射表面向內(nèi)延伸的細(xì)微裂縫(下文稱為“微裂縫”)。
只要進(jìn)行所述機(jī)械研磨，就不可避免地會(huì)出現(xiàn)微裂縫，雖然出現(xiàn)微裂縫的程度如形狀(深度、長(zhǎng)度等)和數(shù)量等各不相同。發(fā)生微裂縫的程度受機(jī)械研磨中所用砂輪的重量和速度、磨粒的形狀以及工件的材料等的影響。
在本發(fā)明第一實(shí)施方案中，要注意這種微裂縫，并通過基本除去深度和長(zhǎng)度不小于規(guī)定值的微裂縫，可以提供有效防止了產(chǎn)生初期電弧的靶子。
也就是說，并不是所有這些微裂縫都不會(huì)產(chǎn)生初期電弧，但是如上所述深度和長(zhǎng)度不小于規(guī)定值的微裂縫會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生初期電弧，因此，通過充分除去這些特定的微裂縫，使在剖面觀察所述靶子濺射表面時(shí)不會(huì)發(fā)現(xiàn)微裂縫，可以有效防止初期電弧的產(chǎn)生。
尤其是，本發(fā)明第一實(shí)施方案的濺射靶是通過機(jī)械研磨工序制得的濺射靶，其中，當(dāng)剖面觀察所述靶子濺射表面時(shí)，基本不會(huì)發(fā)現(xiàn)深度不小于15微米且長(zhǎng)度不小于40微米的微裂縫，適宜的是，其深度不小于10微米且長(zhǎng)度不小于30微米。
本文所用的表述“基本沒有發(fā)現(xiàn)微裂縫”是指在所述靶子上進(jìn)行微裂縫的去除，直到當(dāng)剖面觀察所述靶子濺射表面時(shí)，基本不會(huì)發(fā)現(xiàn)深度和長(zhǎng)度不小于規(guī)定值的微裂縫。
具體是指，當(dāng)剖面觀察所述靶子濺射表面時(shí)，在寬度方向r 2.5毫米長(zhǎng)度區(qū)域內(nèi)基本沒有發(fā)現(xiàn)深度不小于15微米且長(zhǎng)度不小于40微米的裂紋，適宜的是，深度不小于10微米且長(zhǎng)度不小于30微米的微裂縫。這意味著即使存在深度和長(zhǎng)度小于上述值的微裂縫，這種微裂縫本身也不會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生電弧，并且也不會(huì)成為顆粒來源，這是因?yàn)闉R射的熱沖擊不會(huì)帶來碎片。
更具體而言，當(dāng)剖面觀察所述靶子濺射表面時(shí)，要求沒有發(fā)現(xiàn)深度和長(zhǎng)度不小于規(guī)定值的微裂縫，并且以剖面寬度方向上2.5毫米的長(zhǎng)度計(jì)，深度不小于5微米但小于10微米，且長(zhǎng)度不小于10微米但小于30微米的微裂縫的數(shù)量為5或更少，較好為3或更少，更好是1或更少。
當(dāng)然最好的是，當(dāng)剖面觀察所述靶子濺射表面時(shí)，甚至沒有發(fā)現(xiàn)深度不小于5微米但小于10微米，且長(zhǎng)度不小于10微米但小于30微米的微裂縫，即以剖面寬度方向上2.5毫米的長(zhǎng)度計(jì)，上述微裂縫的數(shù)量為0。
但是，當(dāng)所述微裂縫的數(shù)量為5或更少，較好為3或更少，更好是1或更少時(shí)，可以有效降低初期電弧，這樣，在濺射中就不會(huì)存在問題。
剖面觀察所述靶子濺射表面的裝置為(例如)使用光學(xué)顯微鏡、電子顯微鏡或者掃描電子顯微鏡(SEM)的顯微鏡觀測(cè)儀。
所述靶子的濺射表面具有微小的凸起和凹陷，這是因?yàn)樗霭凶右呀?jīng)如上所述進(jìn)行了機(jī)械研磨工序，并且如何定義微裂縫的深度和長(zhǎng)度成為一個(gè)問題。因此，下面參考圖1對(duì)本說明書中對(duì)微裂縫深度和長(zhǎng)度的定義進(jìn)行說明。
在本說明書中，如圖1所示，微裂縫的深度為從由微裂縫存在的區(qū)域?qū)?yīng)的濺射表面1和剖面3形成的脊線(ridgeline)最高峰的頂端到微裂縫5最深部位的深度D，所述脊線。
本說明書中，如圖1所示，微裂縫的長(zhǎng)度是剖面3上水平方向中微裂縫5的最大長(zhǎng)度L。
本發(fā)明第一實(shí)施方案的濺射靶僅具有基本上沒有深度和長(zhǎng)度不小于規(guī)定值的微裂縫，且濺射靶的表面粗糙度(粗糙度曲線的算術(shù)平均粗糙度)Ra(根據(jù)JIS B0601(1994)測(cè)得)可以不小于1.0微米，或者可以不小于1.5微米，或者不小于2.0微米。
因此在本發(fā)明第一實(shí)施方案的濺射靶中，靶表面并不是總需要進(jìn)行磨光以為降低表面粗糙度，不同于常規(guī)的靶子，可以取消研磨步驟。因此，所述生產(chǎn)方法可以簡(jiǎn)化，并且可以提高靶的生產(chǎn)率。
但是，其方針是本發(fā)明可以使用小于1.0微米的Ra。
為了獲得本發(fā)明第一實(shí)施方案的濺射靶，即具有基本上沒有深度和長(zhǎng)度不小于規(guī)定值的微裂縫的靶子，需要除去微裂縫直到不會(huì)發(fā)現(xiàn)如上所述的微裂縫。
至于獲得基本沒有微裂縫的靶子(除去微裂縫)的方法，可以采用任何方法來提供充分除去微裂縫的方法。例如，可以在靶子的濺射表面上進(jìn)行能嚴(yán)格控制砂輪重量或旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速的精密研磨、濺射處理、激光處理、干蝕刻處理以及噴砂處理。
其中，從優(yōu)良的靶子生產(chǎn)率考慮，以濺射處理、激光處理和干蝕刻處理為佳。
以在下面的實(shí)施例描述除去微裂紋的方法，該方法為使靶表面進(jìn)行濺射處理。
當(dāng)所述濺射處理用作獲得基本沒有微裂縫的靶子(除去微裂縫)的方法時(shí)，對(duì)所述濺射條件如濺射方式、濺射氣體和氣壓沒有特殊限制，可以根據(jù)需要適當(dāng)選擇。例如，宜使用如氬氣的惰性氣體以及氧氣(若需要的話)作為濺射氣體，并設(shè)定氣壓為1-10毫托(mTorr)。
用于濺射處理的積分電能(瓦/厘米2)，即用于濺射處理的靶子的每單位面積的積分電能宜為0.1-10瓦/厘米2，更好是0.5-5瓦/厘米2。
當(dāng)所施加的積分電能處于上述范圍時(shí)，可以基本上除去微裂縫，且制造靶子所需的時(shí)間和生產(chǎn)能力如生產(chǎn)成本優(yōu)良。
具體地是，通過機(jī)械研磨工序制造的靶子(可以粘結(jié)到底盤上)置于使用DC磁控管濺射系統(tǒng)的濺射裝置中，并使用上述組合物的濺射氣體進(jìn)行濺射，直到達(dá)到上述的積分電能，由此可以獲得本發(fā)明第一實(shí)施方案的濺射靶。
在由此獲得的濺射靶中，當(dāng)剖面觀察濺射表面時(shí)基本沒有發(fā)現(xiàn)深度和長(zhǎng)度不小于規(guī)定值的微裂縫，且當(dāng)使用濺射將這種靶子用于薄膜成形時(shí)，所述靶子可以有效防止初期電弧的發(fā)生，并呈現(xiàn)優(yōu)良的初期電弧性能。
當(dāng)使用已經(jīng)過上述處理的靶子進(jìn)行薄膜成形時(shí)，即當(dāng)使用這種靶子進(jìn)行濺射時(shí)，本發(fā)明第一實(shí)施方案的濺射靶的初期電弧性能可以根據(jù)電弧出現(xiàn)的累積頻率和所施加的積分電能(瓦/厘米2)之間的關(guān)系進(jìn)行評(píng)價(jià)。所述電弧出現(xiàn)的累積頻率通過使用μ電弧監(jiān)測(cè)器(MAM Genesis，由Landmark Technology Co.制造)進(jìn)行測(cè)量。在本發(fā)明第一實(shí)施方案中所述濺射靶的使用中，電弧出現(xiàn)的累積頻率低，且所述濺射靶呈現(xiàn)優(yōu)良的初期電弧性能。
本發(fā)明第二實(shí)施方案下面，說明本發(fā)明第二實(shí)施方案。
本發(fā)明第二實(shí)施方案的濺射靶的特征為經(jīng)過機(jī)械研磨靶材料之后獲得的靶子濺射表面已經(jīng)在濺射靶制造商進(jìn)行裝運(yùn)之前進(jìn)行了濺射處理。
如上所述，所述初期電弧的起因是在經(jīng)過機(jī)械研磨工序制造的濺射靶的濺射表面上存在因?yàn)R射熱沖擊而易于分離顆粒或者部分。
因此，易因?yàn)R射熱沖擊而分離的顆粒或部分可以通過使所述濺射靶的濺射表面本身進(jìn)行濺射處理來除去，可以有效地降低所述初期電弧。
而且在這種情況下，不論所述部分因?yàn)R射熱沖擊而分離，或者不取決于因機(jī)械研磨形成的從靶子表面到內(nèi)部的微裂縫，尤其是出現(xiàn)深度和長(zhǎng)度不小于規(guī)定值的微裂縫，和本發(fā)明第一實(shí)施方案類似。
因此在第二實(shí)施方案中，和本發(fā)明第一實(shí)施方案類似，所述濺射靶的濺射表面也宜預(yù)先進(jìn)行濺射處理，提供基本沒有深度和長(zhǎng)度不小于規(guī)定值的微裂縫的靶子。但是，若并不要求達(dá)到這種程度的性能，所述濺射靶并不局限于此。
也就是說，在本發(fā)明第二實(shí)施方案中，施加到預(yù)先進(jìn)行了濺射處理的濺射表面上的積分電能不小于0.005瓦/厘米2為宜，較好是不小于0.01瓦/厘米2，更好是不小于0.02瓦/厘米2，最好不小于0.1瓦/厘米2。本文所用的術(shù)語(yǔ)“積分電能(瓦/厘米2)”是指在裝運(yùn)之前進(jìn)行濺射處理中施加在所述靶子的濺射表面上單位面積的積分電能。
當(dāng)所述積分電能不小于0.005瓦/厘米2時(shí)，已經(jīng)預(yù)先進(jìn)行濺射處理的靶子呈現(xiàn)優(yōu)良的初期電弧性能，并可以有效防止所述初期電弧的發(fā)生。因此在濺射靶的使用面上，用于表面成形的濺射可以在基本不進(jìn)行空轉(zhuǎn)的條件下使用所述濺射靶立即進(jìn)行，以提高薄膜成形的生產(chǎn)率并有效進(jìn)行所述薄膜成形。
對(duì)預(yù)先進(jìn)行濺射處理的濺射條件沒有特殊限制，可以在常規(guī)條件下進(jìn)行濺射直到達(dá)到上述積分電能。
在本發(fā)明第二實(shí)施方案中，積分電能的上限沒有特殊限制，但是從制造所述濺射靶所需的時(shí)間和生產(chǎn)率如成本考慮，所述積分電能不宜超過10瓦/厘米2。
所述靶子的初期電弧性能可以根據(jù)當(dāng)使用直徑為6英寸的靶子進(jìn)行濺射時(shí)，施加積分電能(瓦/厘米2)直到電弧發(fā)生的間隔不小于10秒來進(jìn)行評(píng)價(jià)。具體是，通過使用電弧計(jì)數(shù)器(由Landmark Technology Co.制造)來探測(cè)進(jìn)行濺射處理時(shí)的電弧，并測(cè)量直到所述直徑為6英寸的靶子的初期電弧聚集(converge)時(shí)所施加的積分電能，即直到出現(xiàn)電弧和再次出現(xiàn)電弧之間的間隔不小于10秒時(shí)所施加的積分電能。根據(jù)積分電能的測(cè)量值，評(píng)價(jià)所述初期電弧性能。當(dāng)所述積分電能的值降低，或者當(dāng)電弧出現(xiàn)的累積頻率降低時(shí)，所述靶子的初期電弧性能變得更優(yōu)良。
在本發(fā)明第二實(shí)施方案中，所述靶子的濺射表面預(yù)先進(jìn)行濺射，使靶子濺射表面的表面粗糙度Ra通常大于機(jī)械研磨之后立即測(cè)得的初始值。因此，本發(fā)明第二實(shí)施方案的濺射靶的Ra可以大于0.5微米，這通常認(rèn)為是合適的。當(dāng)然，不大于0.5微米的Ra可用于本發(fā)明第二實(shí)施方案。
在本發(fā)明的說明書中，所述表面粗糙度Ra是指根據(jù)JIS B 0601(1994)測(cè)得的粗糙度曲線的算術(shù)平均粗糙度。
更具體的是，當(dāng)繼續(xù)進(jìn)行濺射時(shí)，若不考慮初始值的話，本發(fā)明第二實(shí)施方案的濺射靶的Ra值集中到幾乎一個(gè)值，且從濺射處理中的生產(chǎn)率考慮，所述濺射靶的Ra值可以為0.1-5.0微米，或者為0.1-3.0微米。
本發(fā)明第二實(shí)施方案的濺射靶宜為具有表面保護(hù)膜的濺射靶，所述保護(hù)膜在所述濺射表面進(jìn)行濺射處理之后立即粘合到濺射表面上。通過將所述表面保護(hù)膜粘合到濺射表面上，可以防止靶表面上的雜質(zhì)粘附或者氣體吸附。
所述表面保護(hù)膜僅粘附到至少濺射表面上，以防止靶表面上的雜質(zhì)粘附或者氣體吸附，但是所述表面保護(hù)膜可以自然地粘合到整個(gè)靶子上?？梢酝ㄟ^將樹脂薄膜粘結(jié)到濺射表面或者用樹脂薄膜真空包封整個(gè)靶子來粘合所述表面保護(hù)膜。其中，宜使用真空包封，這是因?yàn)樵诒∧ず桶凶又g幾乎不會(huì)殘留氣泡。對(duì)所述用于表面保護(hù)膜的樹脂薄膜沒有特殊限制，但是為了防止將顆粒轉(zhuǎn)移到濺射薄膜上，不含有可剝離顆粒的樹脂薄膜為較好。
下面，說明制造本發(fā)明第二實(shí)施方案的濺射靶的方法。
制造本發(fā)明第二實(shí)施方案的濺射靶的方法，其特征為將靶表面，較好是燒結(jié)工藝制得的靶表面進(jìn)行機(jī)械研磨，然后在裝運(yùn)之前，將至少靶子的濺射表面進(jìn)行濺射處理。
當(dāng)本發(fā)明第二實(shí)施方案的濺射靶為ITO濺射靶時(shí)，制造ITO濺射靶的方法的特征為將含有氧化銦和氧化錫作為主要組分的原料制得ITO濺射靶的表面進(jìn)行機(jī)械研磨，然后在裝運(yùn)之前，使ITO濺射靶的至少濺射表面進(jìn)行濺射處理。
至于制造本發(fā)明第二實(shí)施方案的濺射靶的方法，制造常規(guī)濺射靶的方法是可行的，除了濺射靶的濺射表面進(jìn)行濺射處理以外。
也就是說，原料在模具中成型，并通過燒結(jié)工藝(粉末冶金工藝)進(jìn)行燒結(jié)或者通過真空溶解工藝進(jìn)行澆鑄，來制備靶材料，然后使所述靶材料進(jìn)行機(jī)械研磨，如表面研磨，使其形成給定大小或者使所述表面平滑。機(jī)械研磨之后，所述靶子通常粘結(jié)到底盤上來制備濺射靶。
對(duì)于機(jī)械研磨，根據(jù)需要可以采用合適的研磨方法，如表面研磨，旋轉(zhuǎn)磨蝕或者噴砂處理(blasting)。對(duì)上述成形物進(jìn)行研磨之后，所述表面進(jìn)行粗磨來調(diào)節(jié)其厚度，然后使用砂粒逐漸減少的砂輪進(jìn)行精磨(下文有時(shí)稱為“磨蝕”)，進(jìn)一步磨平所述表面，或者使用玻璃珠、氧化鋁小珠、氧化鋯小珠等作為噴砂介質(zhì)進(jìn)行噴砂處理(噴砂處理和精磨結(jié)合在一起，下文有時(shí)稱為“磨蝕”)。
在制造本發(fā)明第二實(shí)施方案的濺射靶的方法中，如上所述機(jī)械研磨所述靶表面，然后在裝運(yùn)之前，將至少靶子的濺射表面進(jìn)行濺射處理，制造所述濺射靶。這種濺射處理可以在進(jìn)行粗磨之后進(jìn)行，或者在精磨或者噴砂處理或者在將其粘結(jié)到底盤之后進(jìn)行。
通過如上所述對(duì)至少濺射表面進(jìn)行濺射，可以除去因研磨形成的毛刺和碎屑粉末或者因?yàn)R射熱沖擊而易于分離的部分，因此，可以有效降低所述初期電弧。
因此按照，本發(fā)明第二實(shí)施方案即使靶表面并不總是進(jìn)行面級(jí)磨蝕，或者即使并不進(jìn)行使用細(xì)砂小珠進(jìn)行噴砂處理來降低表面粗糙度，也可以制得降低初期電弧并進(jìn)行有效濺射的靶子。也就是說，在應(yīng)用本發(fā)明第二實(shí)施方案的靶子時(shí)，可以在不進(jìn)行磨蝕工序而通過將靶子濺射表面進(jìn)行濺射處理來制得濺射靶。
發(fā)明效果本發(fā)明第一實(shí)施方案可以有效降低由機(jī)械研磨形成的微裂縫導(dǎo)致的電弧的產(chǎn)生，尤其是初期電弧的產(chǎn)生，并且可以顯著提高初期穩(wěn)定性。而且，由于所述磨蝕工序是可以省去的，生產(chǎn)工藝可以簡(jiǎn)化并可以提高所述靶子的生產(chǎn)率。
本發(fā)明第二實(shí)施方案可以獲得能有效降低初期電弧出現(xiàn)并提高初期穩(wěn)定性的濺射靶。通過使用這種濺射靶進(jìn)行進(jìn)行濺射，能以高生產(chǎn)率高效地形成性能薄膜。而且，由于所述磨蝕工序是可以省去的，所述研磨工藝可以簡(jiǎn)化并可以在低成本下進(jìn)行。
實(shí)施例參照下面實(shí)施例更具體地說明本發(fā)明，但本發(fā)明不限于這些實(shí)施例。
首先，說明本發(fā)明第一實(shí)施方案的實(shí)施例和對(duì)比例。
制備實(shí)施例A1靶子的制備按以下方式制備實(shí)施例A1-A3以及對(duì)比例A1所用的靶子。
將In2O3粉末和SnO2粉末以90∶10重量％(In2O3∶SnO2)的比例混合。由所述混合物，用常用方法制成ITO燒結(jié)體，且所述燒結(jié)體作為靶材料。所述靶材料的相對(duì)密度為99.7％。
將所述靶材料切割成直徑為101.6毫米的8個(gè)片。然后，將它們置于相同的表面磨床上，并且用#170金剛石砂輪研磨各片的濺射表面和被粘合的表面(粘合表面)，制得厚度各為6毫米的靶子No.a1-a8。
實(shí)施例A1除去微裂縫將制備實(shí)施例A1制得的靶子No.a1和a2各自粘結(jié)到銅制底盤上。然后，將所述靶子置于濺射裝置中(EX-3013M，由Shinkuu KiKai Kogyo K.K.制造)，并在以下條件下進(jìn)行濺射處理，以除去微裂縫。
濺射條件濺射系統(tǒng)DC磁控管濺射機(jī)處理氣體Ar處理時(shí)壓力3毫乇氧分壓0.03毫乇施加電能3瓦/厘米2施加積分電能10瓦/厘米2按JIS B 0601(1994)，在使用表面粗糙度測(cè)量計(jì)SE1700(由KosaKa KenKysho制造)在如下條件下測(cè)量濺射處理之前和之后靶子No.a1和a2各自的濺射表面的表面粗糙度探針半徑為2微米，進(jìn)料速度為0.5毫米/秒，截?cái)?cut-off)cλ為0.8毫米和進(jìn)行評(píng)價(jià)的長(zhǎng)度為4毫米。結(jié)果列于表1。
靶子的剖面觀察使用磨床(由Okamoto Kosaku Kikai K.k.制造)，將已經(jīng)進(jìn)行濺射處理的靶子No.a1沿其厚度方向用直徑為205毫米且厚度為1毫米的#180金剛切割刀進(jìn)行切割。
然后，使用磨床(由Okamoto Kosaku Kikai K.k.制造)，使用直徑為205毫米且厚度為10毫米的#600金剛石砂輪研磨靶子No.a1的切割表面。
然后使用單面精研機(jī)(由speedfam Co.制造)，用GC#1000的松散度粒磨蝕靶子No.a1的切割表面。
然后，使用單面精研機(jī)(由Speedfam Co.制造)，用平均粒徑為0.1微米的金剛石磨粒磨蝕靶子No.a1的切割表面。
通過光學(xué)顯微鏡(BX5-33P(裝配有反射鏡照明裝置)，由Olympus opticalCo.，Ltd.制造)觀察靶子No.a1的切割表面。結(jié)果列于表1。
初期電弧性能的評(píng)價(jià)將與靶子No.a1類似地已進(jìn)行濺射處理除去微裂縫的靶子No.a2置于濺射裝置(EX-3013M，由Shinkuu KiKai Kogyo K.K.制造)，并在以下條件下為薄膜成形進(jìn)行濺射處理，使用μ電弧監(jiān)測(cè)器((MAM Genesis，由Landmark Technology Co.制造))監(jiān)測(cè)濺射中產(chǎn)生的電弧。所述濺射條件和電弧監(jiān)測(cè)條件如下所示。結(jié)果列于表1中。
濺射條件濺射系統(tǒng)DC磁控管濺射機(jī)處理氣體Ar處理壓力3毫乇氧分壓0.02毫乇施加電力3瓦/厘米2積分電能5瓦/厘米2μ電弧監(jiān)測(cè)器測(cè)量條件監(jiān)測(cè)方式能量電弧監(jiān)測(cè)電壓100V高介質(zhì)能量極限50mJ強(qiáng)電弧最小時(shí)間100μs實(shí)施例A2重復(fù)實(shí)施例A1的步驟，除了使用靶子No.a3和a4代替靶子No.a1和a2，且濺射條件中，在除去微裂縫的濺射處理中施加的積分電能從10瓦/厘米2改為6瓦/厘米2外。結(jié)果列于表1中。
實(shí)施例A3重復(fù)實(shí)施例A1的步驟，除了使用靶子No.a5和a6代替靶子No.a1和a2，且濺射條件中，在除去微裂縫的濺射處理中施加的積分電能從10瓦/厘米2改為3瓦/厘米2外。結(jié)果列于表1中。
對(duì)比例A1重復(fù)實(shí)施例A1的步驟，除了使用靶子No.a7和a8代替靶子No.a1和a2，且不進(jìn)行微裂縫除去以外。結(jié)果列于表1中。
表1

*D為微裂縫的深度(μm)。
L為微裂縫的長(zhǎng)度(μm)。
下面，說明本發(fā)明第二實(shí)施方案的實(shí)施例。
實(shí)施例B1將In2O3粉末和SnO2粉末以90∶10(In2O3∶SnO2)重量％的比例混合。由所述混合物，用常用方法制成ITO燒結(jié)體，且所述燒結(jié)體作為靶材料。將所述靶材料切割成直徑為6英寸的薄片之后，用表面磨床研磨各片要被濺射的表面(濺射表面)和要被粘結(jié)的表面(粘結(jié)表面)，將其厚度調(diào)節(jié)為5毫米。然后，用不同粒度的金剛石砂輪研磨各片的濺射表面，制得靶子No.b1-b4。然后，除了所述濺射表面經(jīng)受使用氧化鋁作為噴砂介質(zhì)進(jìn)行的噴砂處理，來代替用金剛石砂輪進(jìn)行的研磨以外，如上所述相同的方式制備靶子No.b5。
然后，將所述靶子各自粘結(jié)到銅制底盤上，然后置于自裝的濺射裝置中，在以下調(diào)節(jié)下進(jìn)行濺射。
濺射條件濺射系統(tǒng)DC磁控管濺射機(jī)處理氣體Ar處理壓力3毫乇氧分壓0.03毫乇施加電能1.64瓦/厘米2在上述濺射操作中，使用μ電弧監(jiān)測(cè)器(MAM Genesis，由Landmark TechnologyCo.制造)作為電弧計(jì)數(shù)器在以下監(jiān)測(cè)能量模式測(cè)量條件下進(jìn)行電弧探測(cè)，電弧探測(cè)電壓為100V，高介質(zhì)能量極限為50mJ，強(qiáng)電弧最小時(shí)間為100μs，并且測(cè)量直到所述初期電弧聚集(直到所述電弧間隔變?yōu)椴恍∮?0秒)時(shí)所施加的積分電能。然后，繼續(xù)進(jìn)行濺射直到所述積分電能為0.1瓦/厘米2。結(jié)果列于表2中。
而且，根據(jù)JIS B 0601(1994)測(cè)量濺射前各靶子濺射表面的表面粗糙度Ra。結(jié)果列于表2中。使用表面粗糙度測(cè)量計(jì)SE1700(由KosaKa KenKysho制造)在如下條件下測(cè)量表面粗糙度探針半徑為2微米，進(jìn)料速度為0.5毫米/秒，截?cái)唳薱為0.8毫米且評(píng)價(jià)長(zhǎng)度為4毫米。
表2

*1直到出現(xiàn)電弧的間隔不小于10秒時(shí)所施加的積分電能。
*2直到出現(xiàn)電弧的間隔不低于10秒后電弧出現(xiàn)的頻率。
實(shí)施例B2將實(shí)施例B1中所用的樣品從自裝的濺射裝置中取出，然后進(jìn)行真空包封，并靜置一天。之后，將樣品從所述真空包封中取出，置于上述自裝濺射裝置中，在和實(shí)施例B1相同的濺射條件下進(jìn)行濺射，直到所述積分電能為5瓦/厘米2，包括實(shí)施例B1的積分電能。而且，以和實(shí)施例B1相同的方式測(cè)量濺射處理前的表面粗糙度Ra。結(jié)果列于表3中。
表3

*1直到出現(xiàn)電弧的間隔不低于10秒所施加的積分電能。
*2直到出現(xiàn)電弧的間隔不低于10秒后電弧出現(xiàn)的頻率。
從表3可見，所述已經(jīng)進(jìn)行濺射處理的樣品具有優(yōu)良的初期電弧性能，這是因?yàn)闉R射后電弧的立即集中快，且電弧出現(xiàn)的頻率降低。
實(shí)施例B3將實(shí)施例B2中所用的樣品從自裝的濺射裝置中取出，然后再次置于其中，并在和實(shí)施例B1相同的濺射條件下進(jìn)行濺射，直到所述積分電能為6瓦/厘米2，包括實(shí)施例B1和B2的積分電能。結(jié)果，任一靶子均不會(huì)出現(xiàn)電弧間隔小于10秒的電弧。而且，以和實(shí)施例B1相同的方式測(cè)量濺射處理前的表面粗糙度Ra。結(jié)果列于表4中。
表4

*1直到出現(xiàn)電弧的間隔不低于10秒所施加的積分電能。
*2直到出現(xiàn)電弧的間隔不低于10秒后電弧出現(xiàn)的頻率。
工業(yè)應(yīng)用性本發(fā)明的濺射靶可以有效地降低初期電弧的出現(xiàn)，并由此有利于用作用于濺射和薄膜成形的靶子。
權(quán)利要求
1.通過機(jī)械研磨工序制造的濺射靶，其特征在于所述濺射靶的濺射表面在裝運(yùn)之前已經(jīng)進(jìn)行了濺射處理。
2.權(quán)利要求1所述的濺射靶，其特征在于在濺射處理中輸入到濺射靶濺射表面上的積分電能不小于0.005瓦/厘米2。
3.權(quán)利要求1所述的濺射靶，其特征在于在濺射處理中輸入到濺射靶濺射表面上的積分電能不小于0.01瓦/厘米2。
4.權(quán)利要求1所述的濺射靶，其特征在于在濺射處理中輸入到濺射靶濺射表面上的積分電能不小于0.02瓦/厘米2。
5.權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的濺射靶，其特征在于當(dāng)裝運(yùn)所述靶子時(shí)，已經(jīng)將表面保護(hù)膜粘附到濺射靶的濺射表面上。
6.權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的濺射靶，其特征在于所述濺射靶通過燒結(jié)工藝制得。
7.權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的濺射靶，其特征在于所述濺射靶含有氧化銦作為主要組分。
8.權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的濺射靶，其特征在于所述濺射靶是含有氧化銦和氧化錫中至少一種的氧化物(ITO)。
9.權(quán)利要求5所述的濺射靶，其特征在于所述濺射靶通過燒結(jié)工藝制得。
10.權(quán)利要求5所述的濺射靶，其特征在于所述濺射靶含有氧化銦作為主要組分。
11.權(quán)利要求6所述的濺射靶，其特征在于所述濺射靶含有氧化銦作為主要組分。
12.權(quán)利要求5所述的濺射靶，其特征在于所述濺射靶是含有氧化銦和氧化錫中至少一種的氧化物(ITO)。
13.權(quán)利要求6所述的濺射靶，其特征在于所述濺射靶是含有氧化銦和氧化錫中至少一種的氧化物(ITO)。
14.制造權(quán)利要求1所述濺射靶的方法，所述方法包括機(jī)械研磨靶表面，然后在裝運(yùn)之前，使所述靶子的至少濺射表面進(jìn)行濺射處理。
15.權(quán)利要求14所述的制造濺射靶的方法，其特征在于所述靶子通過燒結(jié)工藝制得。
16.制造權(quán)利要求14所述濺射靶的方法，所述方法包括機(jī)械研磨通過燒結(jié)含有氧化銦和氧化錫作為主要組分的材料所制得的ITO靶的表面，然后在裝運(yùn)之前，使所述ITO靶子的至少濺射表面進(jìn)行濺射處理。
全文摘要
經(jīng)過機(jī)械研磨工序后制備的濺射靶，其特征為在其第一實(shí)施方案中，當(dāng)剖面觀察這種靶子的濺射表面時(shí)，充分消除了具有至少為規(guī)定值深度和長(zhǎng)度的微裂縫，且在其第二實(shí)施方案中，經(jīng)過機(jī)械研磨后制備的濺射靶的濺射表面在裝運(yùn)之前先進(jìn)行濺射?？梢蕴峁┯行Ы档碗娀》烹?，尤其是初期電弧發(fā)生并且顯著提高初期穩(wěn)定性的濺射靶。
文檔編號(hào)C23C14/35GK1746332SQ20051010899
公開日2006年3月15日 申請(qǐng)日期2002年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月18日
發(fā)明者仙田貞雄, 尾野直紀(jì), 林博光, 早川泉 申請(qǐng)人:三井金屬鉱業(yè)株式會(huì)社