專利名稱：濺射靶材的制造方法及濺射靶材的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明所涉及一種一體化形成靶材部分和背板部分的濺射靶材的制造方法及濺射靶材。
背景技術(shù)：
目前，形成薄膜所用的濺射靶材由圓形或長方形狀的平坦的金屬板形成，并以一體化接合至背板的狀態(tài)裝入到濺射裝置。背板為用于將濺射靶材連接至濺射陰極的金屬構(gòu)件，且內(nèi)部形成有冷卻水的循環(huán)通道。采用釬焊、電子束焊接等來接合濺射靶材和背板。然而，采用釬焊的接合由于在濺射時靶材的溫度上升因此可能會使靶材和背板產(chǎn)生分離，另一方面，采用電子束焊接的接合在背板上可能產(chǎn)生針孔。
因此，近年來，提出一種一體化形成濺射靶材和背板的技術(shù)。例如下述專利文獻I記載了通過對由金屬或合金組成的單一板材(Plank)進行深拉深加工，從而制造具有靶材部分和支撐該靶材部分的支撐部分的濺射靶材的方法。通常，濺射靶材要求用于濺射成膜的均質(zhì)且正常的再結(jié)晶組織等。另一方面，背板要求能耐受冷卻水壓的強度。專利文件I記載的方法如下制作對靶材部分的結(jié)晶特性進行控制的坯料，并通過對該坯料的周邊部進行沖壓加工從而形成支撐部分，由此，由于可以僅對支撐部分實施塑性加工，所以可以良好地維持靶材部分的結(jié)晶特性。專利文獻I :日本特開平6-158297號公報(段落
、
、圖I)然而，在專利文件I記載的方法中，認為很難形成具有背板所要求的機械強度的支撐部分。即，雖然上述支撐部分通過由沖壓加工而承受壓縮應力及彎曲應力從而預測到通過加工硬化而提高硬度，但是例如在鋁合金的情況下，由于在加工時產(chǎn)生熱而無法避免支撐部分的結(jié)晶組織的回復或再結(jié)晶，所以認為不能得到所期望的硬度。另外，采用沖壓進行深拉深由于考慮到在靶材部分和支撐部分的邊界部應力集中，所以很難對遍及支撐部分的全部區(qū)域賦予所期望的強度。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上情況，本發(fā)明的目的在于提供一種兼有靶材所要求的結(jié)晶特性和背板所要求的機械強度的濺射靶材及其制造方法。為了達到上述目的，本發(fā)明的一方式中的濺射靶材的制造方法包括形成組織控制的圓盤狀的金屬板的工序。通過將所述金屬板維持在規(guī)定溫度以下的同時利用旋轉(zhuǎn)加工使所述金屬板的周邊部拉深變形，從而在所述金屬板的周邊部形成環(huán)狀的支撐部。另外，本發(fā)明的一方式中的濺射靶材具有圓板狀的靶材部和環(huán)狀的支撐部。所述靶材部由組織控制的金屬材料形成，且具有第一硬度。所述支撐部具有為所述第一硬度的I. 2倍以上的第二硬度，且通過對所述靶材部的周圍進行旋轉(zhuǎn)加工而形成。


圖I是本發(fā)明一實施方式中的濺射靶材的截面圖；圖2是上述濺射靶材的平面圖；圖3是對上述濺射靶材的制造方法進行說明的旋轉(zhuǎn)加工裝置的簡要側(cè)視圖。符號說明10濺射靶材11靶材部12支撐部
20旋轉(zhuǎn)加工裝置21模具100金屬板
具體實施例方式本發(fā)明的一實施方式中的濺射靶材的制造方法包括形成組織控制的圓盤狀的金屬板的工序。通過將所述金屬板維持在規(guī)定溫度以下的同時利用旋轉(zhuǎn)加工使所述金屬板的周邊部拉深變形，從而在所述金屬板的周邊部形成有環(huán)狀的支撐部。組織控制的圓盤狀的金屬板是指控制作為濺射靶材所要求的金屬組織、結(jié)晶組織和結(jié)晶方位等的金屬板，上述金屬板在成膜時形成承受濺射作用的靶材部。并且，所述支撐部在金屬板的周邊部一體化形成，且作為在內(nèi)部導入冷卻水的背板發(fā)揮作用。在上述濺射靶材的制造方法中，在形成支撐部時，將上述金屬板維持在規(guī)定溫度以下的同時對上述金屬板的周邊部進行旋轉(zhuǎn)加工。上述規(guī)定溫度例如可設定為能夠抑制由退火效果引起的內(nèi)部應力的緩和的適宜溫度。通過采用旋轉(zhuǎn)加工法形成支撐部，可以對整個支撐部附加應力。由此，可以通過加工硬化來實現(xiàn)支撐部整體的強度提高。另外，由于隨著加工而超過支撐部的規(guī)定溫度的溫度上升被阻止，所以可抑制由結(jié)晶組織的回復引起的支撐部的硬度下降。如上所述，根據(jù)上述濺射靶材的制造方法，可以形成相對于上述靶材部的硬度具有I. 2倍以上硬度的支撐部。由此，可以得到兼有靶材所要求的結(jié)晶特性和背板所要求的機械強度的濺射靶材。上述規(guī)定溫度根據(jù)構(gòu)成金屬板的金屬材料、組成等可以適宜地設定。例如，在金屬板由鋁或鋁合金形成的情況下，上述規(guī)定溫度可以設為130°C。通過在130°C以下對金屬板進行旋轉(zhuǎn)加工，可以穩(wěn)定地形成具有所期望的硬度或機械強度的支撐部。對金屬板進行溫度管理的同時進行加工的方法不作特別限定，在一實施方式中，由旋轉(zhuǎn)加工使所述金屬板的周邊部拉深變形，并冷卻所述金屬板，進一步由旋轉(zhuǎn)加工使所述金屬板的周邊部拉深變形。如此,通過交替進行加工和冷卻,可以抑制隨著加工的溫度上升同時使支撐部變形為所期望的形狀。所述金屬板的冷卻中，可以對金屬板進行直接冷卻，也可以通過冷卻保持金屬板的模具從而對金屬板進行間接冷卻。
本發(fā)明的一實施方式中的濺射靶材具有圓板狀的靶材部和環(huán)狀的支撐部。上述靶材部由組織控制的金屬材料形成，且具有第一硬度。上述支撐部具有為所述第一硬度I. 2倍以上的第二硬度，且通過對上述靶材部的周圍進行旋轉(zhuǎn)加工而形成。根據(jù)上述濺射靶材，可以滿足靶材所要求的結(jié)晶特性和背板所要求的支撐部的機械強度下面參照附圖對本發(fā)明的實施方式進行說明。
圖I及圖2是本發(fā)明的一實施方式所涉及的濺射靶材的截面圖及平面圖。本實施方式的濺射靶材10整體形成為近似淺盤形狀，并具有靶材部11和支撐部12。這些靶材部11及支撐部12由相同的金屬材料組成,并通過使金屬板拉深變形從而一體化形成。靶材部11具有圓板形狀，并由組織控制的金屬材料形成，靶材部11由鋁或鋁合金形成,在本實施方式中，由鋁銅合金(A1-0. 5% Cu)形成。而且，形成靶材部11的金屬材料不限于上述例子，可以使用作為濺射靶材所用的其它金屬或合金材料。靶材部11被預先控制作為濺射靶材所要求的結(jié)晶組織、結(jié)晶方位。所述結(jié)晶組織通常為微細且均勻的再結(jié)晶組織，但是根據(jù)所要求的靶材質(zhì)量控制為最適合的組織狀態(tài)。如此，經(jīng)由鍛造和軋制等的規(guī)定的塑性加工及規(guī)定的熱處理來制造組織控制的金屬板。靶材部11的直徑根據(jù)規(guī)格被設定為適宜的尺寸。在本實施方式中，靶材部11形成為直徑300mm 700mm,當然不限于此。對靶材部11的厚度也不作特別限定，在能耐受濺射時導入的冷卻水的壓力，并且在不妨礙支撐部12等的形成的范圍內(nèi)適宜地設定。在本實施方式中，以20mm 50mm的厚度形成靶材部11。支撐部12沿靶材部11的周圍形成為環(huán)狀。如后所述通過對靶材部11的周圍進行旋轉(zhuǎn)加工從而形成支撐部12。因此，支撐部12由通過承受塑性加工而引起的加工硬化使硬度上升，支撐部12的硬度高于靶材部11的硬度。尤其是，如后所述支撐部12通過在溫度管理的狀態(tài)下承受旋轉(zhuǎn)加工，從而具有為靶材部11的硬度的I. 2倍以上的硬度。支撐部12具有作為背板將靶材部11連接至圖中未示出的濺射裝置陰極的功能。在靶材部11的背面?zhèn)?，由支撐?2形成有規(guī)定容積的空間部13。在本實施方式中，通過在該空間部13導入冷卻水，可抑制在濺射時靶材部11的過度的溫度上升。在本實施方式中，為了提高濺射靶材10的裝拆作業(yè)性，在支撐部12的前端處形成有法蘭部12a。在法蘭部12a上適宜地形成有螺栓等的安裝孔。另外，在法蘭部12a底面?zhèn)瓤梢孕纬捎邪惭b密封圈的環(huán)狀槽。而且，法蘭部12a的形成不是必須的，也可以省略。支撐部12具有從靶材部11 一側(cè)直徑漸漸增加的圓錐臺形狀，但其形狀不作特別限定，例如可以為圓柱形狀。另外，對支撐部12的高度也不作特別限定，可根據(jù)規(guī)格適宜地設定。下面，對本實施方式的濺射靶材10的制造方法進行說明。而且，以下列舉的數(shù)值及組成僅是一個例子，并不限于這些例子。首先，制作直徑200mm、厚度150mm的圓板狀金屬鑄塊。然后，通過在280°C 300°C的溫度下對該鑄塊進行熱鍛造，從而制作直徑190_、厚度150_的尺寸的圓板狀鑄塊。接著，對該鑄模進行水淬后，通過在280°C 30(TC下進行退火，再進行冷鍛造，從而制作直徑450mm、厚度25mm的圓板狀鑄塊。之后，進行水淬后，再在280°C 300°C下進行退火。經(jīng)過以上操作，由圖3所示的旋轉(zhuǎn)加工裝置20使規(guī)定的靶材特性中組織控制的金屬板100拉深變形。如圖3 (A)所示，旋轉(zhuǎn)加工裝置20具有模具21和使模具21旋轉(zhuǎn)的發(fā)動機24。金屬板100通過夾在模具21和保持具22之間，從而安裝在旋轉(zhuǎn)加工裝置20上。在模具21的中心部結(jié)合有發(fā)動機24的驅(qū)動軸23，由發(fā)動機24的驅(qū)動使模具21、金屬板100及保持具22分別一體化旋轉(zhuǎn)。根據(jù)所制作的濺射靶材10的形狀任意地制定模具21。保持具22將金屬板100的中央?yún)^(qū)域101壓在模具21上。夾在模具21和保持具22之間的金屬板100的中央?yún)^(qū)域101形成濺射靶材10的靶材部11。位于保持具22的外側(cè)的金屬板100的周邊區(qū)域102，由拉深用輥30壓向模具21的側(cè)周面。由此，如圖3(B)及圖3(C)所示，金屬板100的周邊區(qū)域102漸漸變形。 金屬板100的周邊區(qū)域102,通過承受拉深變形從而使內(nèi)部應力(內(nèi)部應變)積累并硬化。即，金屬板100的周邊區(qū)域102通過加工硬化而強度提高，且高于金屬板100的中央?yún)^(qū)域101的硬度。另一方面，通過將加工能轉(zhuǎn)換為熱能，從而使金屬板100的周邊區(qū)域102的溫度上升。金屬板100的發(fā)熱促進周邊區(qū)域102的結(jié)晶組織重新排列，且有助于內(nèi)部應力的緩和。即，通過由金屬板100的發(fā)熱引起的退火效果，抑制了由周邊區(qū)域102的加工硬化引起的硬
度上升。為了阻止這種現(xiàn)象，在本實施方式中，在對金屬板100進行旋轉(zhuǎn)加工時對金屬板100的溫度進行管理，且對金屬板100實施冷卻工序以使金屬板100的溫度達不到規(guī)定以上的溫度。由此，可以避免金屬板100的周邊區(qū)域102的過度的溫度上升，且防止周邊區(qū)域102的硬度下降。所述規(guī)定溫度根據(jù)構(gòu)成金屬板的金屬材料的種類、組成等可以適宜地進行設定。例如，在金屬板由鋁或鋁合金形成的情況下，所述規(guī)定溫度可以設為130°C。通過在加工時將金屬板100的溫度維持在130°C以下，從而可以有效地抑制結(jié)晶組織的回復現(xiàn)象，且可以防止由內(nèi)部應力的緩和引起的硬度下降。金屬板100的溫度管理中，可以對金屬板100的溫度進行直接管理，也可以對模具21的溫度進行管理。另外，不限于通過測量溫度來進行溫度管理，例如，也可以由加工時間和加工率來對金屬板100的溫度進行管理。金屬板100的冷卻方法中，可以采用對金屬板100自然冷卻、或水冷卻、空氣冷卻等強制冷卻。另外，通過冷卻模具21，也可以間接地冷卻金屬板100。為了將金屬板100維持在規(guī)定溫度以下，也可以以適當?shù)拈g隔(例如10分 40分)間歇地實施金屬板100的拉深加工,也可以對金屬板100進行冷卻的同時進行連續(xù)加工。由于加工時的升溫速度根據(jù)加工速度、金屬板100的加工率等發(fā)生改變，所以也可根據(jù)加工的進行改變金屬板100的冷卻方法。金屬板100的拉深加工持續(xù)至周邊區(qū)域102接觸到模具21的側(cè)周面。由此，形成有環(huán)繞靶材部11的周圍的環(huán)狀的支撐部12。支撐部12的法蘭部12a可通過將金屬板100的周邊抵壓在模具21的法蘭部21a上而形成法蘭。
經(jīng)過以上操作，制造有濺射靶材10。在本實施方式中，由于對金屬板100進行溫度管理的同時對周邊區(qū)域102實施拉深加工，所以可以不放慢硬化速度地形成支撐部12。由此，能夠以靶材部11的硬度(例如維氏硬度(Hv) 30)的I. 2倍以上的硬度形成支撐部12。另外，通過對金屬板100實施溫度管理，可以抑制由升溫引起的靶材部11的結(jié)晶組織的變化，且可以穩(wěn)定地維持組織控制的靶材部11的結(jié)晶狀態(tài)。而且，根據(jù)本發(fā)明人的實驗可確認，與不進行溫度管理而連續(xù)進行拉深加工時的支撐部相對于靶材部的硬度比為I. I相比，如上所述在將金屬板管理在130°C以下的同時形成支撐部的情況下，上述硬度比可為1.3以上。另外，也確認了通過設置較長的間隔(例如40分)的同時實施拉深加工，可以形成硬度比為I. 4的支撐部。另外，在本實施方式中，在支撐部12的形成上采用旋轉(zhuǎn)加工法。由此，可使金屬板100的周邊區(qū)域102在其全部區(qū)域上產(chǎn)生相同的拉深變形，且可使支撐部12的全部區(qū)域?qū)崿F(xiàn)幾乎相同的硬度。因此，與如沖壓加工法在折疊彎曲部集中作用變形應力的加工法相比，旋轉(zhuǎn)加工法可以提高硬度的均勻性。其結(jié)果，由于確保了背板所要求的支撐部12的機械特 性，所以可以制造信賴度高的濺射靶材。另外，與沖壓加工法相比，由于旋轉(zhuǎn)加工法可以消減模具的制作成本，所以可以實現(xiàn)濺射靶材10的生產(chǎn)成本降低。如上所述，根據(jù)本實施方式，可以制造兼有所期望結(jié)晶特性的靶材部11和機械強度優(yōu)異的支撐部12的濺射靶材10。另外，也可以穩(wěn)定地制造大型的濺射靶材。雖然以上對本發(fā)明的實施方式進行了說明，但是本發(fā)明不限于此，基于本發(fā)明的技術(shù)觀點可以進行各種變形。
權(quán)利要求
1.一種濺射靶材的制造方法，包括 形成組織控制的圓盤狀的金屬板； 通過將所述金屬板維持在規(guī)定溫度以下的同時利用旋轉(zhuǎn)加工使所述金屬板的周邊部拉深變形，在所述金屬板的周邊部形成環(huán)狀的支撐部。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的濺射靶材的制造方法， 所述規(guī)定溫度為130°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的濺射靶材的制造方法，形成所述支撐部的工序包括 由旋轉(zhuǎn)加工使所述金屬板的周邊部拉深變形的工序； 對所述金屬板進行冷卻的工序； 進一步由旋轉(zhuǎn)加工使所述金屬板的周邊部拉深變形的工序。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的濺射靶材的制造方法， 對所述金屬板進行冷卻的工序包括對保持所述金屬板的模具進行冷卻的工序。
5.一種濺射靶材,包括 圓板狀的靶材部，由組織控制的金屬材料形成，且具有第一硬度； 環(huán)狀的支撐部，具有為第一硬度的I. 2倍以上的第二硬度，且通過對所述靶材部的周圍進行旋轉(zhuǎn)加工而形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的濺射靶材， 所述金屬材料為鋁或鋁合金。
全文摘要
本發(fā)明提供一種兼有靶材所要求的結(jié)晶特性和背板所要求的機械強度的濺射靶材及其制造方法。本發(fā)明的一實施方式中的濺射靶材的制造方法在形成支撐部(12)時，將金屬板(100)維持在規(guī)定溫度以下的同時對金屬板(100)的周邊部進行旋轉(zhuǎn)加工。上述規(guī)定溫度例如可設定為能夠抑制由退火效果引起的內(nèi)部應力的緩和的適宜溫度。通過采用旋轉(zhuǎn)加工法形成支撐部，可以對整個支撐部(12)附加應力。由此，可通過加工硬化來實現(xiàn)支撐部(12)的整體的強度提高。另外，由于隨著加工而超過支撐部(12)的規(guī)定溫度的溫度上升被阻止，所以可抑制由結(jié)晶組織的回復引起的支撐部(12)的硬度下降。
文檔編號C22C21/12GK102753722SQ20118000935
公開日2012年10月24日 申請日期2011年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月15日
發(fā)明者東秀一, 神原正三, 萩原淳一郎 申請人:株式會社愛發(fā)科