專利名稱：Ito濺射靶的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ITO濺射靶。
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，通常是在減壓下惰性氣體以等離子體狀態(tài)沖擊靶，由這種能量使從靶飛出的分子和原子淀積在基板上，從而在基板上形成薄膜，該方法由于能大面積使用并且容易獲得高性能膜，因此可用于工業(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、從而在靶里面設(shè)置磁石以使薄膜高速形成的磁控管濺射法。
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(以下稱為ITO(銦錫氧化物))膜，由于可見光透射性高，導(dǎo)電性也高，因此廣泛用作液晶顯示裝置的透明導(dǎo)電膜和防止玻璃結(jié)露用的發(fā)熱膜以及紅外線反射膜。
但是，由濺射法形成這種高性能的薄膜時(shí)，存在以下問題。
也就是說，濺射時(shí)，特別是開始濺射的初期時(shí)，會(huì)產(chǎn)生稱為電弧(arcing)的異常放電，這不僅損害成膜穩(wěn)定性，而且濺射靶(以下簡(jiǎn)稱為靶)上淀積和積聚顆粒，生成稱為團(tuán)塊(nodule)的黑色淀積物，這導(dǎo)致產(chǎn)生電弧，并且由電弧而產(chǎn)生了新的顆粒。此外，如果這種顆粒淀積在薄膜上，會(huì)使薄膜性能變差，引起薄膜缺陷。
特別是在從設(shè)置新的濺射靶然后剛開始濺射到不產(chǎn)生電弧(以下稱為初期電弧)從而能制成制品的時(shí)間必需進(jìn)行空轉(zhuǎn)，這影響了生產(chǎn)率的提高。
迄今為止，通過磨削靶表面使之平滑來減少這種電弧和團(tuán)塊的產(chǎn)生，因此表面經(jīng)平滑處理的表面磨削靶成為現(xiàn)在的主流。例如，特許第2750486號(hào)公報(bào)和特許第3152108號(hào)公報(bào)等記載了通過使靶表面粗糙度在規(guī)定范圍內(nèi)來防止產(chǎn)生電弧和團(tuán)塊的ITO濺射靶。但是，這種方法為達(dá)到規(guī)定的表面粗糙度，必需在制成靶后通過機(jī)械磨削進(jìn)行粗磨削來調(diào)整其厚度，然后逐步進(jìn)行精磨削(研磨)來使靶表面平滑，這存在制造時(shí)間和成本增加的問題。此外，即使在由此制成的具有規(guī)定表面粗糙度的ITO靶中，也不能防止初期電弧，從設(shè)置新的濺射靶后必需進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間的空轉(zhuǎn)。
此外，特許第3040432號(hào)公報(bào)中，記載了通過在含有反應(yīng)氣體的氣氛中對(duì)由金屬化合物部分和金屬部分構(gòu)成的靶進(jìn)行預(yù)濺射而獲得的金屬部分上形成有金屬化合物薄膜的濺射用靶。通過所述靶與金屬部分組合，不僅降低了靶本身的成本，還減少了放出的氣體，從而提高了薄膜性能，但還是存在構(gòu)成靶的生產(chǎn)工序變得復(fù)雜的問題。
特開平11-92923號(hào)公報(bào)中，記載了通過在靶表面上設(shè)置薄膜抑制濺射時(shí)生成的鍍覆物剝離，從而防止灰塵，并提高薄膜制品產(chǎn)率的濺射靶。但是，為了達(dá)到抑制靶表面生成的鍍覆物剝離的目的，就不能抑制初期電弧。
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)是由磨削工序等引起的存在于靶表面的初期顆粒和因?yàn)R射時(shí)的熱沖擊從表面剝離而形成顆粒的部位是引起電弧和團(tuán)塊的主要原因，通過用別的途徑在ITO靶的濺射面上鍍覆形成具有特定膜厚的ITO膜，能防止初期電弧的產(chǎn)生，由此完成了本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供能防止初期電弧產(chǎn)生、初期穩(wěn)定性高、生產(chǎn)率顯著提高的ITO濺射靶。
本發(fā)明所涉及的ITO濺射靶的特征是，在經(jīng)過機(jī)械磨削的由含有氧化銦和氧化錫中至少一種的氧化物(ITO)組成的靶的濺射面上鍍覆了膜厚超過1微米、優(yōu)選為1.5微米以上、更優(yōu)選為2微米以上的ITO膜。
此外，本發(fā)明所涉及的ITO濺射靶的表面粗糙度Ra為1微米以上，也可以是1.5微米以上，還可以是2微米以上。本說明書中，表面粗糙度Ra是指按照J(rèn)IS B0601(1994年)測(cè)定的粗糙度曲線的算術(shù)平均粗糙度。
本發(fā)明中，ITO靶的至少一個(gè)濺射面上鍍覆形成的ITO膜優(yōu)選是由濺射法鍍覆形成的膜。
由此，本發(fā)明中，在ITO靶的濺射面上形成具有特定膜厚的ITO膜，從而有效防止了從濺射初期產(chǎn)生電弧。


圖1是靶的濺射面上鍍覆形成的ITO膜的膜厚和初期電弧特性的關(guān)系圖。
發(fā)明的具體說明以下，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體說明。
通常，ITO靶是由如下的燒結(jié)法制成的將原料粉末以規(guī)定的配比混合，再用迄今公知的各種干式法或濕式法成形、焙燒(燒結(jié))、然后機(jī)械磨削。
干式法例如有CP(冷壓)法和HP(熱壓)法以及HIP(熱等靜壓力)法。CP法是將經(jīng)混合的原料粉末填充入成形模具內(nèi)制成成形體，在大氣氣氛或氧氣氛下焙燒(燒結(jié))。HP法是將經(jīng)混合的原料粉末裝入電爐內(nèi)部的成形模具內(nèi)，在加熱加壓下同時(shí)進(jìn)行成形和燒結(jié)。HIP法是將混合的原料粉末或預(yù)成形體封入橡膠等袋子或在高溫下也形成覆蓋體的金屬箔等內(nèi)，脫氣后再插入容器內(nèi)，通入惰性氣氛介質(zhì)進(jìn)行各向同性加壓同時(shí)加熱焙燒。
濕式法例如有特開平11-286002號(hào)公報(bào)中記載的過濾式成型法。這種過濾式成形法使用能通過從陶瓷原料漿液中減壓排水而獲得成形體的非水溶性材料形成的過濾式成形模具，在這種過濾式成形模具中注入由混合的原料粉末、離子交換水和有機(jī)添加劑形成的漿液，將漿液減壓排水，制成成形體，將該成形體干燥脫脂，然后焙燒(燒結(jié))。
通常，像這樣將原料在模具內(nèi)成形和焙燒(燒結(jié))后，還要經(jīng)機(jī)械磨削將該燒結(jié)體成形加工為規(guī)定尺寸，然后粘合到墊模板backing plate)上制成靶。
其中，機(jī)械磨削在必要時(shí)通常宜采用平面磨削、旋轉(zhuǎn)磨削或噴砂等方法，在前述的用于成形加工的磨削之后，對(duì)表面進(jìn)行粗磨削以調(diào)整其厚度，然后逐步減小磨石的粒子進(jìn)行精磨削(以下稱為研磨)以使表面更平滑，或者用玻璃珠、鋁珠和鋯珠等作為投射材料用噴砂進(jìn)行磨削(以下和精磨削合稱為研磨)。
本發(fā)明的特征是在經(jīng)過這樣的機(jī)械磨削工序的ITO靶的濺射面上鍍覆了特定膜厚的ITO膜，通過由此在靶的濺射面上鍍覆形成ITO膜，由磨削產(chǎn)生的毛口和粉末、以及因?yàn)R射時(shí)的熱沖擊而容易剝離的部位用ITO鍍覆和粘合，可獲得良好的靶表面，因此有效地減少了濺射時(shí)的初期電弧。
像這樣鍍覆形成ITO膜的方法優(yōu)選的例如有濺射法、蒸鍍法、離子電鍍法、涂布法和噴霧法。其中，從容易調(diào)整膜厚和經(jīng)濟(jì)上考慮，濺射法更為優(yōu)選。
本發(fā)明中，靶的濺射面上鍍覆形成的ITO膜的組成優(yōu)選與形成靶材的ITO的組成比相同，但只要不含有靶材組成元素以外的元素，也不一定要具有相同組成比。
此外，本發(fā)明中，在靶的濺射面上鍍覆形成的ITO膜的膜厚雖然可用掃描電子顯微鏡(SEM)的截面顯微鏡觀察等方法測(cè)量，但本說明書中用以下方法測(cè)量。即，預(yù)先在玻璃基板上用濺射形成ITO膜，由玻璃基板和ITO膜的高低差測(cè)定膜厚，然后由該膜厚和成膜所需的濺射時(shí)間算出成膜速率(納米/秒)，由濺射時(shí)間確定膜厚。具體地說，該方法是用玻璃基板(corning社制造#7059)作為基板，由濺射形成ITO膜后，用Dektak II A(Sloan Technology社制造)測(cè)量玻璃基板和玻璃基板上設(shè)有ITO膜的部位之間的高低差，測(cè)定ITO膜的膜厚。從由此求得的ITO膜的膜厚和成膜所需的濺射時(shí)間可獲得成膜速率。
本發(fā)明中，靶面上鍍覆形成的ITO膜的膜厚優(yōu)選超過1微米，更優(yōu)選為1.5微米以上，特別優(yōu)選為2微米。
如果ITO膜的膜厚超過1微米，濺射時(shí)的累積電弧次數(shù)明顯減少，初期電弧特性良好。ITO膜的膜厚在上述范圍以上，通常在5微米以下。
本發(fā)明中，靶的初期電弧特性的評(píng)價(jià)可用如下方式用電弧檢測(cè)器(MAMGenesis)(Landmard Technology社制造)作為測(cè)量裝置，在使用由其它途徑在其濺射面上鍍覆形成ITO膜的靶進(jìn)行濺射時(shí)，通過相對(duì)于單位時(shí)間內(nèi)輸入靶單位面積上的電量積分值(積分輸入電量瓦特小時(shí)/厘米2)的累積電弧次數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)?？梢哉f不僅相對(duì)于積分輸入電量的累積電弧次數(shù)少，而且初期電弧特性良好。此外，由于電弧次數(shù)少，所以靶的壽命也長(zhǎng)，因此長(zhǎng)期成膜穩(wěn)定性好。
根據(jù)本發(fā)明，通過在濺射面上鍍覆形成具有特定膜厚的ITO膜，能有效減少初期電弧，即使不一定要進(jìn)行以前必需的使表面為鏡面般平滑的磨削(精磨削)也能獲得能有效進(jìn)行濺射的靶。也就是說，本發(fā)明濺射靶的表面粗糙度(算術(shù)平均粗糙度)Ra雖然取決于機(jī)械磨削后靶的表面狀態(tài)，但可以比以前較好的0.5微米更大，具體地說，表面粗糙度Ra可在1微米以上，也可在1.5微米以上，還可在2微米以上。另一方面，也沒有必要說靶的Ra為0.5微米以下時(shí)，本發(fā)明也能適用。
因此，在適用本發(fā)明的場(chǎng)合可省略磨削工序，通過在靶的濺射面上鍍覆形成ITO膜能有效獲得濺射靶。
此外，可在機(jī)械磨削后的ITO靶上鍍覆形成ITO膜后，用常用方法將其粘合到墊模板上，制成最終的濺射靶，但優(yōu)選在用常用方法將機(jī)械磨削后的ITO靶粘合到墊模板上，然后鍍覆形成ITO膜。像后者那樣，能防止鍍覆形成ITO膜后的濺射面上附著灰塵等雜質(zhì)。
通過本發(fā)明，可獲得能有效減少初期電弧產(chǎn)生的初期穩(wěn)定性高的濺射靶，通過使用這種濺射靶進(jìn)行濺射，能以高生產(chǎn)率有效地形成高性能的薄膜。此外，由于可省去精磨削工序，所以還能簡(jiǎn)化磨削工序，并降低成本。
實(shí)施例以下參照實(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。
實(shí)施例1將In2O3粉末和SnO2粉末以In2O3∶SnO2＝90∶10質(zhì)量％的比混合，用常用方法制成ITO燒結(jié)體，作為靶材。將該靶材切成φ4英寸的大小，然后用平面磨削盤磨削用于濺射的表面(濺射面)和用于粘合的表面(粘合面)這兩面，將其調(diào)整為6微米的厚度，接著用金剛石磨具磨削濺射面。
在濺射裝置的陽極側(cè)設(shè)置該靶材，在陰極側(cè)設(shè)置另一ITO靶，于以下條件下進(jìn)行濺射，在陽極側(cè)的靶的濺射面上鍍覆形成膜厚為135000埃(1.35微米)的ITO膜。
此時(shí)的濺射條件和濺射方式是DC磁控管濺射機(jī)、過程氣體Ar、過程壓力3毫乇，氧分壓0.02毫乇，輸入電力3瓦/厘米2。
按照J(rèn)IS B 0601測(cè)量ITO膜鍍覆形成前后靶的濺射面的表面粗糙度，其結(jié)果示于表1。表面粗糙度用SE1700(小坂研究所社制造)作為表面粗糙度計(jì)進(jìn)行測(cè)量，在觸針半徑2微米、輸送速度0.5毫米/秒、切斷點(diǎn)(cut-off)λc 0.8毫米、評(píng)價(jià)長(zhǎng)度4毫米的條件下測(cè)定的。
實(shí)施例2除了使靶材的濺射面上鍍覆形成的ITO膜的膜厚為27000埃(2.7微米以外，其余按照和實(shí)施例1相同的方法制成靶。用和實(shí)施例1相同的方法測(cè)量ITO膜鍍覆形成前后的表面粗糙度。其結(jié)果示于表1。
實(shí)施例3除了用平面磨削盤粗磨削靶材的濺射面和粘合面這兩面，將其調(diào)整為6毫米厚之后，用鋁珠進(jìn)行噴砂處理代替用金剛石磨具磨削濺射面，并使靶材的濺射面上鍍覆形成的ITO膜的膜厚為27000埃(2.7微米)以外，其余按和實(shí)施例1相同的方法制成靶。用和實(shí)施例1相同的方法測(cè)量ITO膜鍍覆形成前后的表面粗糙度。其結(jié)果示于表1。
比較例1除了使靶材的濺射面上鍍覆形成的ITO膜的膜厚為1350埃(0.135微米)以外，其余按和實(shí)施例1相同的方法制成靶。用和實(shí)施例1相同的方法測(cè)量ITO膜鍍覆形成前后的表面粗糙度。其結(jié)果示于表1。
比較例2除了使靶材的濺射面上鍍覆形成的ITO膜的膜厚為9450埃(0.945微米)以外，其余按和實(shí)施例1相同的方法制成靶。用和實(shí)施例1相同的方法測(cè)量ITO膜鍍覆形成前后的表面粗糙度。其結(jié)果示于表1。
實(shí)驗(yàn)例使用實(shí)施例1-3和比較例1、2制成的靶，濺射方式用以下濺射條件DC磁控管濺射機(jī)、過程氣體為Ar、過程壓力為3毫乇、氧分壓為0.02毫乇、輸入電力為3瓦/厘米2，進(jìn)行成膜試驗(yàn)，評(píng)價(jià)濺射時(shí)的初期電弧特性。
由相對(duì)于積分輸入電量(瓦/厘米2)的累積電弧次數(shù)評(píng)價(jià)初期電弧特性?？梢哉f不僅相對(duì)于積分輸入電量的累積電弧次數(shù)少，而且初期電弧特性好。
具體地說，用電弧檢測(cè)器(MAM Genesis)(Landmark Technology社制造)作為電弧計(jì)數(shù)器，用以下檢測(cè)方式作為測(cè)量條件能量、電弧測(cè)量電壓為100伏、大-中能量界限為50毫焦、強(qiáng)電弧最低時(shí)間100微秒，測(cè)量直到濺射的積分輸入電量為3瓦/厘米2時(shí)的累積電弧次數(shù)。其結(jié)果示于表1。
表1

從表1可知，在靶表面上鍍覆形成ITO膜前后的表面粗糙度Ra沒多大差異，靶表面上鍍覆形成ITO膜后的Ra取決于鍍覆形成ITO膜前的靶的表面狀態(tài)。
使用實(shí)施例1-3和比較例1、2的初期電弧特性的評(píng)價(jià)結(jié)果示于圖1，其中以膜厚(埃)為橫軸，以累積電弧次數(shù)(次)為縱軸。
從表1和圖1可知，以靶表面上鍍覆形成的ITO膜的膜厚為10000埃時(shí)為界，有效減少了累積電弧次數(shù)，當(dāng)靶表面上鍍覆形成的ITO膜的膜厚超過1微米時(shí)，初期電弧特性良好。
權(quán)利要求
1.ITO濺射靶，其特征在于，它是在經(jīng)過機(jī)械磨削的由含有氧化銦和氧化錫中至少一種的氧化物即ITO組成的靶的濺射面上鍍覆了膜厚超過1微米的ITO膜。
2.如權(quán)利要求1所述的ITO濺射靶，其特征在于，所述的ITO膜的膜厚為1.5微米以上。
3.如權(quán)利要求1所述的ITO濺射靶，其特征在于，所述的ITO膜的膜厚為2微米以上。
4.如權(quán)利要求1-3中任何一項(xiàng)所述的ITO濺射靶，其特征在于，所述的濺射面的表面粗糙度Ra為1微米以上。
5.如權(quán)利要求1-3中任何一項(xiàng)所述的ITO濺射靶，其特征在于，所述的濺射面的表面粗糙度Ra為1.5微米以上。
6.如權(quán)利要求1-3中任何一項(xiàng)所述的ITO濺射靶，其特征在于，所述的濺射面的表面粗糙度Ra為2微米以上。
7.如權(quán)利要求1-6中任何一項(xiàng)所述的ITO濺射靶，其特征在于所述的ITO濺射靶的至少一個(gè)濺射面上鍍覆形成的ITO膜是由濺射法鍍覆形成的膜。
全文摘要
本發(fā)明提供了ITO濺射靶，它是在經(jīng)過機(jī)械磨削的由含有氧化銦和氧化錫中至少一種氧化物(ITO)組成的靶的濺射面上鍍覆了膜厚超過1微米的ITO膜。根據(jù)本發(fā)明，可制得能有效減少初期電弧的產(chǎn)生并且初期穩(wěn)定性高的濺射靶，用所述濺射靶進(jìn)行濺射時(shí)，能以高生產(chǎn)率有效形成高性能薄膜。此外，由于可省去精磨削工序，因此可簡(jiǎn)化磨削工序，并降低成本。
文檔編號(hào)C23C14/34GK1408895SQ02142798
公開日2003年4月9日 申請(qǐng)日期2002年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月18日
發(fā)明者尾野直紀(jì) 申請(qǐng)人:三井金屬鉱業(yè)株式會(huì)社