專利名稱：組裝至少兩個(gè)板的方法及該方法用于制備離子束濺射組合件的應(yīng)用的制作方法
專利說(shuō)明組裝至少兩個(gè)板的方法及該方法用于制備離子束濺射組合件的應(yīng)用 本發(fā)明涉及在支撐板上的離子束濺射靶組合件的技術(shù)領(lǐng)域。
更一般地，本發(fā)明可應(yīng)用于任何類型的兩板間具有精確間隔的組合件。制備兩板間具有精確間隔的組合件的這種需求對(duì)于在真空薄膜沉積應(yīng)用的所有領(lǐng)域(微電子學(xué)、機(jī)械工程、汽車(chē)、光學(xué)、平板顯示器、包裝膜等)中使用的濺射靶而言是特別重要的。
本領(lǐng)域技術(shù)人員眾所周知的是，使用陽(yáng)極和陰極間的等離子體與氣體(如氬氣)的組合，利用直流電或脈沖電流或高頻電流，減壓下在腔室內(nèi)進(jìn)行物理氣相沉積。
可參照

圖1，其中示意性示出物理氣相沉積室的主要元件。
在這個(gè)離子束濺射的例子中，陽(yáng)極由室壁(A)構(gòu)成，而陰極由作為離子轟擊焦點(diǎn)的濺射靶(F)構(gòu)成。靶(F)的原子在基體(I)上冷凝形成薄膜沉積物(H)。靶(F)固定于通常與冷卻元件(C)相連的支撐板(D)上。
靶(F)通過(guò)接合或密封系統(tǒng)(B)固定于支撐板(D)上。
濺射靶與支撐板之間的接合體必須滿足某些要求，尤其是耐溫、導(dǎo)熱、導(dǎo)電、真空脫氣、靶污染等的能力。
為制備濺射靶與支撐板間的接合體和組合件已經(jīng)提出了各種技術(shù)方案。例如，可以使用在靶和支撐板之間形成的連續(xù)焊料層。
根據(jù)文件US 2006/0266643的教導(dǎo)，利用由膠構(gòu)成的薄膜結(jié)合格柵制備接合體。根據(jù)文件US 20060283703，膠層由未指明幾何形狀(寬、高、長(zhǎng))的線、或平行線、或形成網(wǎng)絡(luò)的線或形成同心環(huán)的線形成。
這些不同的方法有助于獲得滿意的結(jié)果，但是難以實(shí)現(xiàn)。具體而言，最大的困難在于調(diào)整膠層的厚度，例如文件WO2006/132916中所提到的。另外，所用膠必須提供某些特定特性，而這些特定特性通常都是高成本的。在所用靶的形狀和尺寸方面也可能出現(xiàn)困難。
如文件WO 2006/132916中所提到的，當(dāng)置于真空中時(shí)，由于形成與外壓減小有關(guān)且存留在密封材料內(nèi)的氣泡，因此在膠層中存留氣體可導(dǎo)致密封材料的堅(jiān)固性下降。
本發(fā)明的一個(gè)目的是簡(jiǎn)單、安全、有效和高效地消除這些缺點(diǎn)。
本發(fā)明提出的所要解決的問(wèn)題是能夠制備在其支撐物上的任何形狀(分段或不分段、大尺寸或小尺寸)的平面靶組合件，目的是獲得厚度高度均勻的固定區(qū)域，特別是獲得均勻?qū)嵝院土己玫哪蜔釠_擊性能。
為解決這個(gè)問(wèn)題，設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)了一種用于組裝這兩個(gè)板的方法，包括 -在一個(gè)板上以相互間隔的方式設(shè)置粘合劑材料的液滴； -在接收液滴的板上施加具有小于液滴厚度的預(yù)定厚度的格柵； -在至少一個(gè)板上施加垂直均勻的壓力，使得液滴鋪展并與兩個(gè)板的相對(duì)表面接觸； -液滴的間隔限定為使得在所施加的壓力下鋪展之后，在液滴之間不存留空氣。
如上所述，本發(fā)明在真空薄膜沉積領(lǐng)域具有特別有利的應(yīng)用，其應(yīng)用方式為一個(gè)板構(gòu)成濺射靶而另一個(gè)板構(gòu)成所述靶的支撐物。
為解決由粘合劑材料膜提供的密封材料獲得恒定和準(zhǔn)確的厚度的問(wèn)題，格柵限定具有小于液滴面積的任意幾何形狀的開(kāi)口。格柵的開(kāi)口比例為20％到50％。
根據(jù)另一特征，粘合劑材料是膠。該膠選擇為在環(huán)境溫度下接觸潮濕空氣時(shí)聚合。該膠是乙酰氧基類型的硅氧烷彈性體。
以下結(jié)合附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明，其中 -圖1示出物理氣相沉積室的主要元件的示意圖； -圖2、3、4、5、6、7和8示出可根據(jù)本發(fā)明特征使用的平面靶的各種指示性和非限制性的示例實(shí)施方案； -圖9是示出其中一個(gè)板具有膠滴網(wǎng)絡(luò)的實(shí)施例的局部視圖和平面視圖； -圖10示出根據(jù)本發(fā)明特征的濺射靶組裝在支撐板上之前的示意截面圖； -圖11示出擠壓對(duì)應(yīng)于支撐板上靶的組合件的兩個(gè)板之后，對(duì)應(yīng)于圖10的視圖。
以下的說(shuō)明應(yīng)用于兩個(gè)板(1)和(2)的固定，其中一個(gè)板(1)構(gòu)成濺射靶而另一個(gè)板(2)構(gòu)成支撐板。
這個(gè)實(shí)施例不應(yīng)認(rèn)為是限制性的。
根據(jù)本發(fā)明，粘合劑材料液滴(3)放置在板(1)或板(2)的一側(cè)，這些液滴(3)的放置方式為使得形成在各個(gè)液滴之間具有間隔(4)的網(wǎng)絡(luò)。在板(2)上有液滴(3)的一側(cè)施加具有預(yù)定厚度(E)的格柵(5)，格柵(5)的預(yù)定厚度(E)小于液滴(3)的高度(H)。當(dāng)對(duì)所述板中的至少其一垂直均勻地施加壓力時(shí)，粘合劑液滴(3)鋪展并與兩個(gè)板(1)和(2)的相對(duì)表面(1a)和(2a)接觸。
根據(jù)本發(fā)明很重要的是，液滴(3)的間隔限定為在所施加的壓力下鋪展之后，所述液滴(3)之間不存留空氣。
換言之，本發(fā)明關(guān)鍵點(diǎn)之一在于調(diào)整粘合劑液滴(3)網(wǎng)絡(luò)的體積和間隔，以使它們?cè)谑軌褐蟛粫?huì)滲漏。
粘合劑材料液滴(3)可以是基本圓形的或是其他幾何形狀(如正方形、長(zhǎng)方形等)的。
這種粘合劑材料液滴(3)的開(kāi)口型網(wǎng)絡(luò)提供脫氣功能。應(yīng)注意，兩個(gè)相鄰液滴間的接觸點(diǎn)是可接受的，只要沒(méi)有覆蓋粘合劑材料的區(qū)域不被所述粘合劑材料的連續(xù)線所封閉即可。
根據(jù)所用格柵(3)的特征，粘合劑材料液滴(3)及其間隔的尺寸特征可以建立如下 假定在擠壓兩個(gè)板(1)和(2)之前，液滴(3)具有基本相當(dāng)于圓錐形的形狀，高度(h)基本等于其半徑(R)，則液滴體積(Vc)可由下式確定 Vc＝1/3(πR2h)≈1/3(πR3)，因此 如上所述，粘合劑材料液滴(3)的高度必須大于格柵(5)的厚度(E)，從而在對(duì)板(1)和(2)施加壓力時(shí)得以鋪展。液滴的高度約為格柵厚度的5倍。
在兩個(gè)板(1)和(2)定位之后，具有體積(Vc)的每個(gè)粘合劑材料液滴(3)基本以碟形鋪展，碟的直徑(D)是格柵(5)的厚度(E)及其孔隙率的函數(shù)，根據(jù)公式 例如，編織直徑65μm的絲網(wǎng)所提供的總厚度(E)130μm和開(kāi)口比例40％的格柵將具有接近0.7(70％)的孔隙率(P)。
如果我們考慮10mm3的膠滴，則根據(jù)上述近似，其初始高度基本是1.4mm。使用這樣的格柵，最終的膠碟直徑(D)為 對(duì)于具有均勻液滴間隔的正方形或鋸齒形格柵的情況，這些液滴間的距離(間距)必須高于膠滴的最終直徑，即，在此例中，高于11.8mm。為了避免在液滴之間的接觸點(diǎn)，2至3mm的間隔是必要的，即，在本例中，間距＝11.8+(2或3)＝約14至15mm。
通常，格柵(5)限定開(kāi)口(5a)為具有任意幾何形狀和小于液滴的面積。該柵格(5)的開(kāi)口比例為20％到50％，例如30％或40％。
有利的是，構(gòu)成液滴(3)的粘合劑材料是膠。
對(duì)于可用于本方法的膠的類型沒(méi)有限制。對(duì)于各種應(yīng)用，有必要限定對(duì)支撐板和對(duì)靶的相容性和接合效率。膠的選擇要考慮到耐溫、導(dǎo)熱、導(dǎo)電、真空脫氣、靶污染等的要求。
如有必要，可在待組裝的靶側(cè)和板側(cè)上均提供處理或表面涂層，以便改善膠的粘合，從而限制膠或其中一種組分在靶中的擴(kuò)散。膠滴(3)的網(wǎng)絡(luò)不滲漏的這個(gè)事實(shí)也使得有可能使用由于存在水分而在空氣中聚合的乙酰氧基類型的膠或油灰膠(glue putties)。要求存在氣體或者導(dǎo)致反應(yīng)殘余物清除的其他類型的膠也可以用于本組裝方法。
鑒于本發(fā)明的基本特征，組裝方法可應(yīng)用于任意形狀的靶，如圖2至8的非限制性指示實(shí)施例中所示。
實(shí)施例1 為制備LiPON型電解質(zhì)薄膜沉積物，使用Li3PO4型的高頻陶瓷磁控陰極濺射靶，其由4個(gè)5mm厚的板構(gòu)成，其中兩個(gè)板(段)的尺寸為130×140mm，另兩個(gè)板的尺寸為180×65mm，它們組裝在尺寸為450×150×6mm的銅支撐板上，如圖7所示，在中心留有10×180mm的開(kāi)口并且在周邊留有5mm寬的邊界。板之間間隔調(diào)整為0.3mm。
由65μm銅絲構(gòu)成的銅格柵(即格柵總厚度為約130μm)的開(kāi)口比例為40％且孔隙率為0.7，并且放置在支撐板的整個(gè)表面上。然后將膠滴網(wǎng)絡(luò)沉積為具有10到20mm3體積的正方形網(wǎng)絡(luò)，并且在正方形網(wǎng)絡(luò)的兩個(gè)方向上的間隔是16到21mm。
然后在格柵和膠滴上放置各種靶段(圖7)。在20℃和40％RH的空氣中，用垂直于板施加的2000N的力擠壓兩個(gè)平行板的組合件48小時(shí)。
這樣就制得了可在0.8Pa純氮?dú)庵幸?.5kW功率濺射的濺射靶。觀察到在構(gòu)成靶的陶瓷板上形成網(wǎng)絡(luò)裂縫，其垂直于陶瓷板。這些裂縫是由于濺射時(shí)陶瓷兩側(cè)的溫度差(在等離子體側(cè)熱，而在冷卻側(cè)冷)所造成的。觀察到濺射時(shí)的工作壓力穩(wěn)定保持在約0.8Pa并且電濺射參數(shù)很穩(wěn)定。使用該組合件獲得的薄膜具有優(yōu)異的再現(xiàn)性和質(zhì)量。觀察到網(wǎng)絡(luò)裂縫保持穩(wěn)定，沒(méi)有引起任何其它的靶劣化。所有結(jié)果證明了組合件的質(zhì)量。
實(shí)施例2 使用混合的氧化銦錫(ITO)濺射靶，長(zhǎng)度2m，寬度1m，包含尺寸為500×200×5mm的板?？墒褂脝纹闹伟?，其尺寸為2×1m，厚度為5mm，由不銹鋼制成。用200號(hào)砂紙打磨支撐板，以便產(chǎn)生粗糙度以促進(jìn)膠的粘合。然后用大功率過(guò)濾空氣噴射器清除灰塵。將支撐板水平平坦放置。在板上沉積含鋁粉的膠滴的等腰三角形網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)液滴的體積為20到50mm3，液滴間的間隔為20到30mm。然后施加總厚度0.2mm、金屬絲直徑0.1mm、開(kāi)口比例30％以及孔隙率0.65的銅格柵。接著，在格柵和膠滴上堆放ITO板，ITO板間的最大間隔為0.3mm。將組合件裝入產(chǎn)生高達(dá)1mbar真空度的袋中。然后氣密密封所述袋。接著，將組合件放入密閉的加壓室中并且增壓至4bar。在環(huán)境溫度下保持48小時(shí)。將濺射靶移出加壓室，然后移出所述袋。將濺射靶安裝在陰極冷卻器上，然后將組合件置于真空中。
在期間觀察到中度脫氣的功率上升過(guò)程后，靶達(dá)到額定功率1.5watt/cm2。測(cè)量使用此靶制備的ITO薄膜的性能以及基體所達(dá)到的溫度。無(wú)論在均勻性方面還是質(zhì)量方面，所有的性能特征都符合通常所獲得的性能特征。
應(yīng)注意，可以使用任意類型的格柵(5)，只要膠或者其它粘合劑材料在對(duì)應(yīng)于對(duì)兩板施加壓力的組裝操作過(guò)程中可以從格柵的一部分穿越至另一部分即可。對(duì)于通過(guò)磁控過(guò)程進(jìn)行濺射的靶應(yīng)用，格柵由非鐵磁性材料(銅、鋁等)制備。例如，如果設(shè)計(jì)為使磁場(chǎng)線穿過(guò)，或者如果材料沒(méi)有任何缺點(diǎn)，則也可以使用鐵磁材料。
說(shuō)明書(shū)中清楚描述了優(yōu)點(diǎn)，尤其可以強(qiáng)調(diào)和回顧的是以下各項(xiàng) -不論靶的形狀如何，膠或其它粘合劑材料的液滴網(wǎng)絡(luò)為組合件提供了優(yōu)異的均勻性，由此避免了方向性，這不同于以平行線形式施加的膠層； -由于組合件的多孔性，能侵蝕該組合件的任意流體相對(duì)容易接近所有點(diǎn)，因而可以更容易地分離該組合件(靶/支撐物)，由此使得在靶使用之后更容易重復(fù)使用支撐板； -可以使用廉價(jià)的乙酰氧基類型聚合物膠(實(shí)施例1)，該膠由于空氣中的水分而聚合，能夠耐受至少230℃的溫度并同時(shí)表現(xiàn)出良好的彈性。
權(quán)利要求
1.一種用于組裝至少兩個(gè)板(1)和(2)的方法，其特征在于
-在一個(gè)板(2)上以相互間隔的方式設(shè)置粘合劑材料的液滴(3)；
-在接收所述液滴(3)的所述板(2)上施加具有小于所述液滴(3)厚度的預(yù)定厚度的格柵(5)；
-對(duì)至少一個(gè)所述板施加垂直均勻的壓力，使得所述液滴(3)鋪展并與所述兩個(gè)板(1)和(2)的相對(duì)表面接觸；
-所述液滴的間隔(4)限定為使得在所施加壓力下鋪展之后，在所述液滴之間不存留空氣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述格柵(5)限定開(kāi)口，所述開(kāi)口具有面積小于所述液滴的任意幾何形狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述格柵的開(kāi)口比例為20％到50％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述粘合劑材料是膠。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述膠選擇為在環(huán)境溫度下接觸潮濕空氣時(shí)聚合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述膠是乙酰氧基類型的硅氧烷彈性體。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的組裝方法用于制備離子束濺射靶的應(yīng)用，其中一個(gè)板(1)構(gòu)成所述靶，而另外的板構(gòu)成所述靶的支撐物。
8.一種真空離子束濺射組合件，包括靶和支撐物，其特征在于所述靶(1)經(jīng)由間隔的粘合劑材料的液滴(3)結(jié)合使用具有小于所述液滴厚度的預(yù)定厚度的隔離格柵(5)而固定于所述支撐物(2)上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種方法，包括在一個(gè)板(2)上以相互間隔的方式設(shè)置粘合劑材料的液滴(3)；在具有液滴(3)的板(2)上施加具有小于液滴(3)厚度的預(yù)定厚度的格柵(5)；對(duì)至少一個(gè)板施加垂直均勻的壓力，使得液滴(3)可以鋪展并與兩個(gè)板(1)和(2)的相對(duì)表面接觸；其中所述液滴間的間隔(4)限定為使得在所施加壓力下鋪展之后，在所述液滴之間不存留空氣。
文檔編號(hào)C23C14/00GK101646798SQ200880007273
公開(kāi)日2010年2月10日 申請(qǐng)日期2008年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月5日
發(fā)明者米歇爾·馬丁, 菲利普·毛林-佩里耶, 克里斯托弗·埃奧, 奧利維耶·布朗德內(nèi) 申請(qǐng)人:H.E.F.公司