專利名稱：濺射靶及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及經濟且適于再循環(huán)的濺射靶，及其制造方法。
背景技術：
一般地，濺射靶僅限于在離子的濺射作用下消耗的區(qū)域(侵蝕區(qū)域)。因此，濺射靶的使用效率較低，例如為30%左右。因而，提出了各種利用使用過的濺射靶來經濟地制造靶的技術。例如在下述專利文件I中，記載了將使用過的濺射靶形成的固體塊用與該固體塊實質上相同組成的粉末覆蓋來填充，并在熱等靜壓下進行燒結的方法。 另一方面，在下述專利文件2中，記載了通過將多個板狀靶構成部件在同一平面內并列相互攪拌摩擦焊接，從而制造大型濺射靶的方法。專利文件I :日本特開2001-342562號公報專利文件2 :日本特開2005-15015號公報一般地，為了穩(wěn)定地形成高品質的薄膜，濺射靶在通過離子進行濺射的靶表面上要求具有材料組織上較高的均一性。然而，在專利文件I和專利文件2中記載的濺射靶的制造方法中，無法避免在上述靶的表面存在固體塊或靶構成部件的焊接部。因此，有可能變成該焊接部在濺射時產生顆粒、異常放電等的主要原因，存在不能穩(wěn)定地形成高品質薄膜的憂慮。

發(fā)明內容
鑒于以上情況，本發(fā)明的目的在于提供一種經濟性優(yōu)異、能夠穩(wěn)定地形成高品質薄膜的濺射靶及其制造方法。為了達到上述目的，本發(fā)明的一實施方式涉及的濺射靶具有第一靶部和第二靶部。所述第一靶部形成侵蝕區(qū)域。所述第二靶部包括由所述第一靶部覆蓋的第一區(qū)域和形成非侵蝕區(qū)域的第二區(qū)域。所述第二靶部通過與所述第一靶部攪拌摩擦焊接而一體化。本發(fā)明的一實施方式涉及的濺射靶的制造方法包括在靶表面的侵蝕區(qū)域形成開口部的工序。對所述開口部中填充要濺射的靶材料。通過攪拌摩擦焊接使所述靶材料與所述靶的非侵蝕區(qū)域一體化。


圖I為本發(fā)明一實施方式涉及的濺射靶的簡要立體圖；圖2為說明本發(fā)明一實施方式涉及的濺射靶的制造方法的各工序的簡要截面圖；圖3為說明濺射靶的再生方法的使用過的濺射靶的簡要截面圖。
具體實施例方式本發(fā)明的一實施方式涉及的濺射靶包括第一靶部和第二靶部。上述第一靶部形成侵蝕區(qū)域。上述第二靶部包括由所述第一靶部覆蓋的第一區(qū)域和形成非侵蝕區(qū)域的第二區(qū)域，且所述第二靶部通過與所述第一靶部攪拌摩擦焊接而一體化。上述濺射靶中，由于侵蝕區(qū)域中不存在第一靶部和第二靶部的邊界區(qū)域，因此可以抑制產生顆粒和異常放電并穩(wěn)定地濺射成膜。另外，由于第一靶部和第二靶部通過攪拌摩擦焊接而一體化，因此能夠實現(xiàn)兩個靶部之間材料組織的一體化，不會損害靶表面的外觀。進一步，由于可以選擇性地僅對侵蝕區(qū)域進行再生，因此能夠提高靶材料的利用效率，同時通過繼續(xù)共同使用第二靶部，因此可以提高濺射靶的再循環(huán)效果。這里，無論是濺射靶的使用前或使用后，“侵蝕區(qū)域”均包含原本平坦而在使用時被侵蝕的區(qū)域以及由于使用而實質被侵蝕的凹凸區(qū)域的兩個區(qū)域。上述第一靶部和上述第二靶部可由同種靶材料形成，也可由不同種靶材料形成。在兩個靶部由同種靶材料形成的情況下，能夠容易地得到兩個靶部的良好焊接狀態(tài)。另一方面，在兩個靶部由不同種靶材料形成的情況下，與第一靶部相比，能夠以材料或工藝上的低成本制作不用于成膜的第二靶部。在兩個靶部由同種靶材料形成的情況下，第一靶部由比第二靶部純度高的材料形成。由此，能夠保證形成所要求的高品質薄膜，且以比較低的成本制作第二靶部。上述第一靶部可被結晶調質。由此，能夠實現(xiàn)形成薄膜的高品質化。第一靶部的調質可在與第二靶部的攪拌摩擦焊接工序中同時實現(xiàn)，通過使攪拌條件最優(yōu)化，能夠將第一靶部調質為侵蝕區(qū)域所要求的微細且均一的結晶組織。本發(fā)明的一實施方式涉及的濺射靶的制造方法包括在靶表面的侵蝕區(qū)域形成開口部的工序。對上述開口部填充要濺射的靶材料。通過攪拌摩擦焊接使上述靶材料和上述靶的非侵蝕區(qū)域一體化。在上述制造方法中，在靶的侵蝕區(qū)域填充靶材料之后，通過攪拌摩擦焊接使該靶材料與上述靶的非侵蝕區(qū)域一體化，從而制造濺射靶。因而，由于能夠選擇性地僅對侵蝕區(qū)域進行再生，因而能夠提高靶材料的利用效率，同時通過繼續(xù)共同使用第二靶部，因此可以提高濺射靶的再循環(huán)效率。另外，由于在侵蝕區(qū)域不存在第一靶部和第二靶部的邊界區(qū)域，因而可以抑制產生顆粒和異常放電，穩(wěn)定地濺射成膜。形成上述開口部的工序可包括切除上述靶的表面的侵蝕區(qū)域的工序。由此，能夠容易地對回收的使用過的濺射靶進行再生。另外，能夠促進濺射靶的再循環(huán)。攪拌摩擦焊接上述靶材料和上述非侵蝕區(qū)域的工序中，可對包括上述靶材料與上述非侵蝕區(qū)域之間的邊界部的上述靶材料的填充區(qū)域的整個區(qū)域進行攪拌摩擦。由此，使侵蝕區(qū)域內靶材料的材料組織均一化，能夠實現(xiàn)濺射時的穩(wěn)定放電,并形成高品質的薄膜。另外，通過使攪拌條件最優(yōu)化，能夠在焊接時同時對上述靶材料的結晶組織進行調質。
下面，參照

本發(fā)明的實施方式。圖I為示意性示出本發(fā)明一實施方式涉及的濺射靶的外觀立體圖。本實施方式的濺射靶10形成為正方形或長方形板狀，但不限于圖中示出的矩形形狀，也可以形成為圓形、長圓形、橢圓形等其他形狀。濺射靶10包括形成被濺射面的表面Ila以及焊接至背襯板的背面lib。被濺射面Ila通過在圖中未示出的真空腔室內形成的工藝氣體的等離子體中的離子而濺射。背襯板20將濺射靶10連接至圖中未示出的濺射陰極，且由為了保持在真空腔室內而具有適當形狀的金屬板形成。在背襯板20的內部形成有冷卻水的循環(huán)路徑，抑制濺射作用導致的濺射靶10的發(fā)熱。濺射靶10和背襯板20作為靶組裝體可進行一體化操作。濺射靶10的表面Ila包括侵蝕區(qū)域12和非侵蝕區(qū)域13。侵蝕區(qū)域12是指靶表面由于離子的濺射作用而被侵蝕的區(qū)域，非侵蝕區(qū)域13是指與侵蝕區(qū)域12相比難以被侵蝕的區(qū)域。雖然也存在侵蝕區(qū)域12和非侵蝕區(qū)域13之間沒有明確邊界的情況，但在這里，將主要的侵蝕區(qū)域作為侵蝕區(qū)域。對于本實施方式中的“侵蝕區(qū)域”，無論是濺射靶的使用前或使用后，均包含原本平坦而在使用時被侵蝕的區(qū)域以及由于使用而實質被侵蝕的凹凸區(qū)域。·
侵蝕區(qū)域12根據(jù)濺射裝置的規(guī)格而呈現(xiàn)出不同的形狀。本實施方式中，侵蝕區(qū)域12在靶表面Ila形成為環(huán)狀。這種形狀的侵蝕區(qū)域12多見于磁控管型濺射裝置用的濺射靶。這種情況下，侵蝕區(qū)域12的大小、形狀等常常根據(jù)在背襯板20的背面?zhèn)扰渲玫膱D中未示出的磁鐵單元的配置方式來確定。在圖中所示的例子中，濺射靶10的中央部和周邊部中分別配置磁鐵，利用這些磁鐵間形成的磁場以環(huán)狀形成高密度的等離子體，從而形成圖中所示方式的侵蝕區(qū)域12。然而，在圖中示出的例子中，侵蝕區(qū)域12的外周側和內周側的各個角部基本描繪為直角，但不限于此，各個角部也可以具有圓滑的彎曲形狀。本實施方式涉及的濺射靶10中，由形成侵蝕區(qū)域12的第一靶部和形成非侵蝕區(qū)域13的第二靶部的焊接體形成。圖2(A) (C)為說明濺射靶10的制造方法的主要工序的簡要截面圖。首先，如圖2(A)所示，制作在表面形成有環(huán)狀的開口部131的第二靶部130。開口部131形成為第二靶部130表面的侵蝕區(qū)域，如后所述形成被第二靶部120覆蓋的區(qū)域(第一區(qū)域)。第二靶部130可以通過模具成型與開口部131同時成型，也可以在板材成型之后，在其他工序中形成開口部131。開口部131以與第二靶部130的厚度相比更小的深度尺寸形成。在圖中所示的例子中，雖然開口部131的截面形成為矩形形狀，但不限于此，例如可以形成為底部彎曲的曲面形狀。未形成開口部131的靶部130的表面區(qū)域(第二區(qū)域)形成非侵蝕區(qū)域130。然后，如圖⑶所示，在開口部131的內部填充第一靶部120。第一靶部120構成為預先對應于開口部131的形狀形成的環(huán)狀塊體，嵌入開口部131中。第一靶部120具有大于等于開口部131深度的厚度，根據(jù)需要，第一靶部120的表面進行平坦化，以與第二靶部130的表面對齊。接著，如圖2(C)所示，使第一靶部120和第二靶部130焊接，并且一體化。本實施方式中，作為焊接方法，采用攪拌摩擦焊接(Friction Stir Welding,FSff)法。所謂攪拌摩擦焊接，是指利用在旋轉工具100和被焊接材料(第一靶部120、第二靶部130)之間產生的摩擦熱和加工熱軟化、攪拌被焊接材料，同時固相焊接被焊接材料的技術。旋轉工具100在前端部具有進入各個靶部120、130的旋轉子，且在使該旋轉子101旋轉的同時向圖中箭頭方向移動，從而兩個靶部120、130相互焊接。旋轉工具100的旋轉子101具有比開口部131的深度(第一靶部120的厚度)更大的長度尺寸，旋轉子101的前端部可進入至比開口部131的底部更深。移動旋轉工具101，使其遍及第一靶部120和第二靶部130的邊界部附近的非侵蝕區(qū)域和包括上述邊界部的侵蝕區(qū)域的整個區(qū)域。由此，如圖2(D)所示，制作具有由旋轉工具100形成的焊接部J的濺射靶10。焊接工序之后，如果必要，也可以對濺射靶10的表面Ila進行平坦化處理。如上所述制造的濺射靶10中，如圖2 (D)所示，焊接部J上的表面區(qū)域為侵蝕區(qū)域12，焊接部J的邊界區(qū)域附近和焊接部J的非形成區(qū)域為非侵蝕區(qū)域13。也就是說，焊接部J的主要區(qū)域由第一靶部120構成，焊接部J的邊界區(qū)域附近為兩個靶部120、130的混合區(qū)域。
本實施方式的濺射靶10中，由于侵蝕區(qū)域12不存在第一靶部120和第二靶部130的邊界區(qū)域，因此可以抑制使用時產生顆粒和異常放電并穩(wěn)定地濺射成膜。另外，由于通過攪拌摩擦焊接使第一靶部120和第二靶部130 —體化，因此能夠實現(xiàn)兩個靶部120、130間的材料組織的一體化，不會損害靶表面的外觀。進一步，由于可以選擇性地僅對侵蝕區(qū)域12進行再生，因此能夠提高靶材料的利用效率，同時通過繼續(xù)共同使用第二靶部130，因此可以提高濺射靶10的再循環(huán)效率。第一靶部120和第二靶部130可以由同種靶材料形成，也可以由不同種靶材料形成。作為祀材料，可以使用Al、Cu、Ag、Au、Cr、Ta、Mo、Ti、Nb等各種金屬材料及其合金或化合物等。特別地，如Al、Cu、Ag、Au等的軟化溫度比較低的金屬具有攪拌摩擦焊接容易的優(yōu)點。在第一靶部120和第二靶部130分別由同種靶材料構成的情況下，能夠容易地得到兩個靶部120、130的良好焊接狀態(tài)。這種情況下，第一靶部120可由比第二靶部130純度高的材料形成。例如，第一靶部120的靶材料使用5N以上(99. 999%以上)純度的材料，第二靶部130的靶材料使用4N以下純度的材料。由此，能夠確保形成所要求的高品質薄膜，并以比較低的成本制造第二靶部。另一方面，在第一靶部120和第二靶部130由不同種的靶材料形成的情況下，能夠與第一靶部相比以材料或工藝上的較低成本制作不用于成膜的第二靶部。進一步，在第一靶部120與第二靶部130的焊接工序的同時，可通過攪拌摩擦作用對第一靶部120進行結晶調質。由此，能夠實現(xiàn)形成薄膜的高品質化。特別在本實施方式中，對第一靶部120的填充區(qū)域的整個區(qū)域進行攪拌摩擦，使侵蝕區(qū)域12內的靶材料的材料組織均一化，能夠實現(xiàn)濺射時的穩(wěn)定放電，形成高品質的薄膜。另外，通過使攪拌條件最優(yōu)化，能夠在焊接時同時進行上述靶材料的結晶組織的調質。第一靶部120的調質可在與第二靶部的攪拌摩擦焊接工序的同時實現(xiàn)，通過使攪拌條件最優(yōu)化，能夠將第一靶部調質為侵蝕區(qū)域所要求的微細且均一的結晶組織。例如，通過使旋轉子101的軸徑為20mm、旋轉速度為1500rpm、移動速度為O. 008m/s,則能夠將Al材料的第一祀部120調質為平均結晶粒徑60 μ m。
因而，根據(jù)本實施方式，能夠僅在實質用于成膜的區(qū)域中使用高精度結晶控制的材料來制造濺射靶。由此，與整個靶制成為同等結晶狀態(tài)的現(xiàn)有濺射靶相比，能夠大幅度地消減材料成本。另外，根據(jù)上述濺射靶的制造方法，具有能夠容易地對使用過的濺射靶進行再生的優(yōu)點。例如，圖3中示出了使用過的濺射靶I的例子。圖中示出的濺射靶I的侵蝕區(qū)域12被侵蝕為凸狀。本實施方式中，能夠對這樣使用過的濺射靶I通過上述的工序進行再生。也就是說，通過切除如圖3所示的濺射靶I的侵蝕區(qū)域，在靶表面形成開口部131 (圖2 (A))。對于開口部131的形成，可以利用使用鉆床等的機械加工、使用激光的熔斷、使用藥液的化學蝕刻等。然而，在形成開口部131之前，可以以使靶表面平坦化為目的進行磨削處理。在開口部131形成后，實施參照圖2(B)和圖2(C)說明的靶材料的填充工序和攪拌摩擦焊接工序，從而能夠制造圖I和圖2(D)所示構成的濺射靶10。
如上所述，根據(jù)本實施方式，由于容易對濺射靶進行再利用，因而能夠提高經濟性。另外，由于僅在侵蝕區(qū)域使用高精度結晶控制的靶材料，因而能夠在確保形成高品質薄膜的同時，實現(xiàn)大幅度地消減材料成本。以上，雖然對本發(fā)明的實施方式進行了說明，但本發(fā)明不限于此，基于本發(fā)明的技術構思可以進行各種變形。例如在以上的實施方式中，說明了濺射靶10和背襯板20由不同部件構成的例子，但不限于此，背襯板和一體式濺射靶也可適用于本發(fā)明。另外，第一靶部120和第二靶部130不限于由鑄造體形成的例子，也可由濺射粉末的燒結體形成。符號說明I 使用過的濺射靶10 濺射靶12 侵蝕區(qū)域13 非侵蝕區(qū)域20 背襯板100 旋轉工具101 旋轉子120 第一靶部130 第二靶部131 開口部
權利要求
1.一種濺射靶，包括 第一靶部，形成侵蝕區(qū)域； 第二靶部，包括由所述第一靶部覆蓋的第一區(qū)域和形成非侵蝕區(qū)域的第二區(qū)域，且所述第二靶部通過與所述第一靶部攪拌摩擦焊接而一體化。
2.根據(jù)權利要求I所述的濺射靶，其中所述第一靶部和所述第二靶部由同種靶材料形成。
3.根據(jù)權利要求2所述的濺射祀，其中所述第一靶部由比所述第二靶部純度高的靶材料形成。
4.根據(jù)權利要求I所述的濺射靶，其中所述第一靶部被結晶調質。
5.一種濺射靶的制造方法，包括 在靶表面的侵蝕區(qū)域形成開口部； 對所述開口部填充要濺射的靶材料； 通過攪拌摩擦焊接使所述靶材料與所述靶的非侵蝕區(qū)域一體化。
6.根據(jù)權利要求5所述的濺射靶的制造方法，其中，形成所述開口部的工序包括切除所述靶表面的侵蝕區(qū)域的工序。
7.根據(jù)權利要求5所述的濺射靶的制造方法，其中，攪拌摩擦焊接所述靶材料與所述非侵蝕區(qū)域的工序對包括所述靶材料與所述非侵蝕區(qū)域之間的邊界部的所述靶材料的填充區(qū)域的整個區(qū)域進行攪拌摩擦。
全文摘要
本發(fā)明提供一種經濟性優(yōu)異、能夠穩(wěn)定地形成高品質薄膜的濺射靶及其制造方法。本發(fā)明的一實施方式涉及的濺射靶(10)包括第一靶部(120)和第二靶部(130)。第一靶部(120)形成侵蝕區(qū)域(12)。第二靶部(130)具有由第一靶部(120)覆蓋的第一區(qū)域(開口部(131))以及形成非侵蝕區(qū)域(13)的第二區(qū)域。第二靶部(130)通過與第一靶部(120)攪拌摩擦焊接而一體化。
文檔編號C23C14/34GK102933741SQ20118002793
公開日2013年2月13日 申請日期2011年6月1日 優(yōu)先權日2010年6月16日
發(fā)明者飯島金之, 伊藤隆治 申請人:株式會社愛發(fā)科