专利名称：溅射靶用背衬板的制作方法
技术领域：
本发明涉及溅射靶用背衬板。具体而言，涉及用于溅射靶的背衬板，该背衬板防止了和靶结合和/或Al-Nd合金薄膜的膜沉积(溅射)时出现的翘曲，并且能够长期进行稳定的膜沉积操作。
背景技术：
通常采用溅射方法来制造构成液晶板和有机场致发光(EL)板的薄膜，所述的液晶板和有机场致发光(EL)板用于电视机、膝上型计算机和其他监视器中，以及来制造用于光学记录和半导体领域的互连膜。在溅射方法中，在衬底和充当膜材料的靶之间感应产生等离子体放电，被等离子体放电电离的气体碰撞到靶上，从而将原子打出该靶，并且这些原子沉积在衬底上而制造出薄膜。与真空气相沉积和电弧离子电镀法(AIP)相比，这种方法的优点在于可以沉积具有与该靶组成相同的薄膜。
在溅射方法中，通常使用具有例如矩形或圆形的平面靶。通常将这种靶硬钎焊到用于冷却和/或支撑靶的背衬板(也称作冷却板或支架)上。
通常，使用以高热导率为特征的铜或铜合金背衬板作为背衬板，用于冷却因膜沉积而被加热的靶。所述的靶经常包含相应于所要沉积薄膜的金属材料，例如铝，铝合金，Mo，Ta或Ti，这种金属材料不同于背衬板的材料。
但是，通过硬钎焊这些包含不同金属材料的构件制备而得的组合件经常翘曲，必须如图1所示的将其矫平。当对矫平的组合件进行膜沉积时，该组合件由于重复加热和冷却将再次翘曲。因此，必须一再重复其中组合件翘曲和翘曲组合件的矫平的膜沉积过程，从而导致复杂的操作。另外，安置在靶1和背衬板2之间的硬钎料3遭受破裂，从而造成靶1和背衬板2在靶1消耗完之前层离。因此，不能实现重复膜沉积。
至于针对靶和背衬板(支架)之间硬钎焊中的问题的可能解决方案，日本专利申请公开(JP-A)2003-183822公开了一种包括用结合构件的插入而结合的靶和背衬板的溅射靶，其中背衬板有用于容纳结合构件的凹形部分，并且凹形部分在其外周壁上有相通的凹穴，该凹穴通向凹形部分。该文献提及，这种结构即使在结合构件凝固并收缩时也防止靶的翘曲。但是，这种技术不是针对防止结合部分(硬钎料)的层离，而且必须使用具有复杂形状的背衬板。
日本专利申请公开(JP-A)08-246144提出了一种通过安置热膨胀系数高于溅射靶的板构件和热膨胀系数低于溅射靶的另一板构件，将背衬板整个夹在中间，从而防止翘曲和溅射靶破裂以及硬钎焊部分层离的技术。该技术防止了背衬板的翘曲，并且使溅射靶具有和所要支撑的靶的热膨胀性质相当的热膨胀性质。但是，这种技术也有背衬板结构复杂的不利之处。
日本专利申请公开(JP-A)10-046327提出了一种由铝合金制造靶和背衬板，用于减小两种构件之间线性膨胀系数的差异的技术。按照该技术，靶和背衬板的组合没有充分并且可靠地减小热膨胀系数的差异，并且也没有防止硬钎料的破裂。另外，如果从典型的与Al-Nd合金靶相同的材料制造背衬板，其成本会增加。
发明内容
在这些情况下，本发明的一个目的是提供一种溅射靶用背衬板，该背衬板可以减小或防止与靶结合时出现的翘曲以及Al-Nd合金薄膜的膜沉积(溅射)时出现的应力，从而能够长期进行稳定的膜沉积操作。
具体而言，本发明提供包含铝合金的溅射靶用背衬板，其中所述铝合金在25℃到100℃温度下的平均线性膨胀系数为23.0×10-6/℃或以下。
平均线性膨胀系数是按照日本工业标准(JIS)K 7197中规定的“采用热机分析的塑料线性膨胀系数测试方法(Test Method of Coefficient of LinearExpansion of Plastics by Thermomechanical Analysis)”，使用获自RigakuCorporation的测试仪器Thermoflex TMA 8140测定的。
优选使用含有2.5质量％或以上的Si的铝合金或者含有5.5质量％或以上的Mn的铝合金作为在25℃到100℃温度下的平均线性膨胀系数为23.0×10-6/℃或以下的铝合金。
为了确保作为溅射靶用背衬板的性质，例如强度，耐腐蚀性和可加工性，优选铝合金包含至少一种选自JIS A 1000系列、A 5000系列和A 6000系列铝合金的铝合金，并且还包含2.5质量％或以上的Si或者5.5质量％或以上的Mn。
将具有相对较低的25℃到100℃温度下的平均线性膨胀系数的溅射靶用背衬板用作铝合金溅射靶用背衬板是有利的，并且用作含有0.1到3原子％的Nd的铝合金溅射靶用背衬板更加有利。这种背衬板与常规背衬板相比，显著减小了硬钎料的破裂和层离。
根据本发明的溅射靶用背衬板减少了与靶结合时出现的翘曲以及Al-Nd合金薄膜的膜沉积(溅射)时出现的应力，从而省去了翘曲的矫平处理，减小了安置在靶和背衬板之间的硬钎料的破裂，并因而能够长期进行稳定的膜沉积操作。硬钎料的破裂是由重复的翘曲和矫平造成的。
本发明的更多目的、特征和优点将随着参照附图的如下优选实施方案的描述变得清晰起来。
图1是示意性地图示硬钎焊部分中破裂的侧视图；图2是显示Si含量和JIS A 1100铝合金线性膨胀系数系数之间关系的图表；图3是显示Mn含量和JIS A 1100铝合金线性膨胀系数系数之间关系的图表；和图4是显示在实施例中结合测试中组合件翘曲上的测量点的顶视图。
具体实施例方式
本发明的发明人对溅射靶用背衬板进行了详尽研究，所述的背衬板减少了与靶结合时出现的翘曲以及Al-Nd合金薄膜的膜沉积(溅射)时出现的应力，省去了翘曲的矫平，减小了由重复翘曲形成和矫平造成的安置在靶和背衬板之间的硬钎料的破裂，并因而能够长期进行稳定的膜沉积操作。特别是，他们对溅射靶用背衬板进行了详尽研究，所述的背衬板减小了翘曲，从而即使在靶包含以相对较低的线性膨胀系数为特征的Al合金如Al-Nd、Al-Ti和Al-Ta合金，或者金属如Mo、Ta和Ti时，也省去矫平并且能够重复进行膜沉积。
因此，他们发现最佳的溅射靶用背衬板包含25℃到100℃温度下的平均线性膨胀系数为23.0×10-6/℃或以下的铝合金。
对铝合金的种类没有限制，只要其在25℃到100℃温度下的平均线性膨胀系数为23.0×10-6/℃或以下即可。其实例为包含纯金属铝或已有铝合金中的任何一种，并且还包含一种或多种合金元素如Si、Mn、Mg、Nd、Ti和Ta的铝合金。此处使用的铝合金特别优选包含Si或Mn，以低成本地获得具有足够耐腐蚀性和强度的铝合金。
图2和图3是显示25℃到100℃温度下的平均线性膨胀系数随加入到现有JIS A 1100铝合金中的Si或Mn的不同含量而变化的图表。图2和图3表明线性膨胀系数随着Si或Mn含量的增加成比例地下降，而为了获得如本发明中所规定的23.0×10-6/℃或以下的平均线性膨胀系数，应当加入Si或Mn使铝合金的Si含量为2.5质量％或以上或者Mn含量为5.5质量％或以上。
如图2和图3所图示的，由于线性膨胀系数随着Si或Mn含量的增加而下降，因此如下做法是足够的根据靶的线性膨胀系数设置铝合金中Si或Mn含量的上限，并且设置其上限使背衬板和所要硬钎焊的靶之间的线性膨胀系数的差异不太大。
当使用例如Al-Nd合金作为靶时，如图2所显示的，优选背衬板是结合有2.5到10质量％Si的JIS A1100铝合金。
加入过量的Si或Mn可能造成背衬板可加工性下降。为了保证良好的可加工性，优选Si或Mn含量为10质量％或以下。当背衬板除了Si外还包含Mn时，可以进一步改善耐腐蚀性。这可能是因为Si和Mn形成了化合物。
铝合金可以是结合有Si使Si含量为2.5质量％或以上或者结合有Mn使Mn含量为5.5质量％或以上的纯铝或者符合JIS规定的现有铝合金。
特别优选用于本发明的铝合金是选自JIS A 1000系列、A 5000系列和A6000系列铝合金的，并且还包含Si或者Mn，使Si含量为2.5质量％或以上或者Mn含量为5.5质量％或以上的铝合金。使用任何一种上述现有铝合金而得到的背衬板，即使当作为焊接的结果而施加热应力时，也对硬化和破裂具有抵抗力。另外，背衬板容易具有足够的耐腐蚀性，并且即使在使冷却水通过安排用于冷却靶的冷却通道时，也可以起到防止腐蚀的作用。上述铝合金被广泛用作延展材料，因此很容易获得。当背衬板包含含有高纯度铝例如4个九的铝(4N-Al)的铝合金，并且还包含Si或Mn时，可以极大地抑制由于通过的冷却水造成的背衬板的腐蚀。
这些铝合金的热导率低于Cu-基材料的热导率，但是可以起到充分冷却硬钎焊靶的作用。
优选根据本发明的构成背衬板的铝合金还包含Mg，以进一步提高耐腐蚀性和强度。如果加入Mg，优选Mg的含量为0.3质量％或以上，以有效显示这些优点，并且优选为3质量％或以下，以避免过量的Mg造成的焊接后的缺陷。
为了显著减少诸如硬钎料破裂之类的缺陷，在常规的溅射靶中，优选将根据本发明的溅射靶用背衬板用作以相对较低的线性膨胀系数为特征的铝合金溅射靶用背衬板。特别优选将其用作以低线性膨胀系数为特征的含有0.1到3原子％Nd的铝合金溅射靶用背衬板。在后一种情况下，可以更加显著地减少诸如硬钎料破裂之类的缺陷。
根据本发明的溅射靶用背衬板在其形状和尺寸方面没有特别限制，可以具有各种形状，例如矩形或圆形。本发明优选应用于和靶硬钎焊的硬钎焊部分的面积为0.25m2或以上的大型背衬板。这是因为，诸如由靶和背衬板之间线性膨胀系数差异造成的硬钎料的破裂之类的缺陷随着靶和背衬板尺寸的增加而变显著。
根据本发明的溅射靶用背衬板可以具有用于冷却靶的内部结构。其冷却结构可以是任何常规的结构。例如，典型地通过焊接，摩擦焊接或扩散结合将构成背衬板的两种构件结合在一起，以在背衬板中形成冷却通道。另外或者备选地，可以将任何器材，例如电源或者用于安装至膜沉积设备上的安装部件安装在背衬板上。
对根据本发明的背衬板进行膜沉积，同时使溅射靶硬钎焊在其平面上。此处的硬钎料和硬钎焊方法没有特别限制，可以采用传统的或通用的材料和方法。即使使用常规的硬钎料，例如铟，铅-锡焊料或锡-锌焊料，这种背衬板也能够令人满意地重复进行膜沉积。
对根据本发明的溅射靶用背衬板的制造方法没有特别限制。背衬板的制造方法可以是，例如制造具有特定Si或Mn含量的铝合金锭，按照常规的方法锻造和轧制该锭，形成平板，并且将平板进行机械加工和粘合，例如焊接。
下面将参照几个实验实施例对本发明进行更详细的举例说明，但这些实施例决不是用于限制本发明的范围。在不偏离本发明范围情况下对这些实施例进行的任何修改都在本发明的技术范围之内。
表1和2中的每种测试材料都是作为锭制造的，并且将所述锭进行轧制和机械加工，得到测试样品。测试样品的平均线性膨胀系数是按照日本工业标准(JIS)K 7197规定的“采用热机分析的塑料线性膨胀系数测试方法”，使用获自Rigaku Corporation的测试仪器Thermoflex TMA 8140测定的。结果显示于表1和2中。
表1
表2
表1和2表明包含JIS A 5052铝合金的4号样品无论退火条件如何都具有高线性膨胀系数。相反，1至3和11至22号样品的线性膨胀系数为23.0×10-6/℃或以下，可以用作包含以低线性膨胀系数为特征的溅射靶用背衬板。
这些结果还显示向纯金属铝或符合JIS规定的铝合金中加入Si或Mn以获得包含以低线性膨胀系数为特征的溅射靶用背衬板。如图2和图3中所示，将2.5质量％或以上的Si，或者5.5质量％或以上的Mn加入到符合JIS规定的铝合金中，可以获得23.0×10-6/℃或以下的线性膨胀系数。就此而论，向其他铝合金中加入Si或Mn也产生相同的优点。
5和6号样品包含可以用作靶的Al-Nd合金材料，其线性膨胀系数是用与上述相同的方式测量的。由靶和背衬板之间线性膨胀系数差异造成的问题可以通过使用与靶相同的材料作为用于背衬板的材料得以解决。但是，即使不使用这种高成本材料，也可以通过将Si或Mn加入到铝合金中以减小线性膨胀系数，来减小背衬板和靶之间线性膨胀系数的差异，从而抑制翘曲。
接着，将Al-Nd合金靶结合到包含多种材料的一系列背衬板(冷却板)上，并且测定结合后的样品的翘曲。具体而言，在250℃的温度下，使用锡-锌焊料将表3和4中400mm长、500mm宽的靶和420mm长、520mm宽的背衬板结合在一起。在图4所示的点处测定所得到的组合件的翘曲。结果也显示在表3和4中。表2中的测量点，例如L1和L2，表示图4中的测量点。
表3
表4
表3和4表明使用满足本发明要求的Al-Nd合金靶用背衬板的1号和3至10号样品与使用其他背衬板的2号样品相比，可以更加显著地抑制翘曲。
尽管本发明已经参照目前认为是优选的实施方案进行了描述，但是应当理解的是，本发明不限于所公开的实施方案。相反，本发明旨在覆盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等价安排。后附权利要求的范围应当符合最广泛的解释，以包括所有这样的修改以及等价结构和功能。
权利要求
1.一种溅射靶用背衬板，该背衬板包含铝合金，其中所述铝合金在25℃到100℃温度下的平均线性膨胀系数为23.0×10-6/℃或以下。
2.根据权利要求1的背衬板，其中所述铝合金包含2.5质量％或以上的Si。
3.根据权利要求2的背衬板，其中所述铝合金包含至少一种选自日本工业标准(JIS)A 1000系列、A 5000系列和A 6000系列铝合金的铝合金，并且还包含Si。
4.根据权利要求1的背衬板，其中所述铝合金包含5.5质量％或以上的Mn。
5.根据权利要求4的背衬板，其中所述铝合金包含至少一种选自日本工业标准(JIS)A 1000系列、A 5000系列和A 6000系列铝合金的铝合金，并且还包含Mn。
6.根据权利要求1的背衬板，所述背衬板作为铝合金溅射靶用的背衬板。
7.根据权利要求1的背衬板，所述背衬板作为含有0.1到3原子％的Nd的铝合金溅射靶用的背衬板。
全文摘要
一种溅射靶用背衬板包含在25℃到100℃温度下的平均线性膨胀系数为23.0×10
文档编号C23C14/34GK1763241SQ20051011403
公开日2006年4月26日 申请日期2005年10月19日 优先权日2004年10月19日
发明者茂山和基, 森元荣一 申请人:株式会社钢臂功科研