专利名称：靶-背衬板组装体的制作方法
技术领域：
本发明提供ー种靶-背衬板组装体，所述靶-背衬板组装体可以延长靶的寿命并且可以在整个溅射过程中使膜的均匀性(膜厚的均匀性)良好、并且即使存在因靶材料的种类而变化的侵蚀的不同也可以容易地制造出与固有的靶侵蚀对应的高使用效率靶。
背景技术：
通过溅射形成薄膜的方法，广泛应用于各种电子、电气部件等的制造。溅射法使用的原理如下使作为正电极的衬底与作为负电极的靶相対，在惰性气体气氛下，在该衬底与靶间施加高电压以产生电场，此时，电离的电子与惰性气体撞击而形成等尚子体，该等尚子体中的阳尚子撞击祀的表面时将构成祀的原子击出，该飞出的原子附着到相对的衬底表面形成膜。 目前，溅射多使用称为所谓的磁控溅射的方法。磁控溅射法是在靶的背侧设置磁铁，沿与电场垂直的方向在靶表面产生磁场而进行溅射的方法，其具有下列特征在这样的正交电磁场空间内可以实现等离子体的稳定化和高密度化，并且可以提高溅射速度。一般而言，磁控溅射中，将电子捕捉到磁场中从而将溅射气体有效地电离，但是，根据磁铁的结构或种类、以及溅射条件、靶的材质、溅射装置的种类等，溅射中靶的侵蚀(errosion)方式不同，不能均匀地侵蚀。该问题不限于磁控溅射法，在其它溅射法中也同样存在。靶的侵蚀最深的地方达到极限时，靶就失去了效力，要更换新的靶。一般而言，靶形成为平板状或圆筒状。另外，靶的局部进行深度蚀刻时，溅射不能均匀地进行，从而也会产生膜的均匀性(膜厚的均匀性)劣化这样的问题。另外，有时尽管靶的厚度还残留，但是也会失去效力。这是因为，在靶的使用期中，在成膜エ序中确定的膜的均匀性(膜厚的均匀性)或エ序损耗率这样的管理值超过某个设定的容许值。此时，要继续使用同一个靶吋，由于超过了容许值，因此即使靶上残留有厚度，也需要更换为新靶。即，靶的寿命变得比原来短。由于这样的原因，在靶的侵蚀面的结构、背衬板的结构、以及靶与背衬板的组装体的结构方面进行了各种设计。例如，在下述专利文献I中，提出了 在长方体多分割靶中，在受到侵蚀的靶中存在高低差的情况下，从高度高的靶面向高度低的面倾斜的靶。此时，靶的侵蚀面与衬底的距离以及该侵蚀面与配置于靶的背面的磁铁的距离不均匀，因此存在溅射初期不能进行均匀溅射的问题。在下述专利文献2中，提出了 将背衬板形成为凸型，并且在该背衬板上载置分割靶并进行接合吋，为了能够容易地除去靶间的接合剤，将端部的靶形成为L型的靶-背衬板组装体。此时，由于仅仅以容易除去接合剂为目的，因此存在不能控制与侵蚀对应的靶的形状，并且由于背衬板为恒定形状的凸型，因此无通用性。在下述专利文献3中，提出了 倾斜方式的溅射靶和用于保持该靶的背衬板的设计。此时，为了防止重力方向的偏移，背衬板形成为木屐的齿状，靶形成为嵌入该凸型中的形状。此时，对于提高靶的使用效率(利用效率)也没有特别地进行设计，不能控制与侵蚀对应的靶的形状。另外，由于背衬板也具有特异的形状，因此存在无通用性的问题。在下述专利文献4中，对提高靶的使用效率进行了设计。此时，靶的侵蚀面的剖面形成为倒M型。在此情况下出现的问题是由于初期侵蚀面与衬底以及与配置于靶的背面侧的磁铁不平行，因此从初期到中期存在溅射时飞行的粒子变得不规则(变则)的问题。在下述专利文献5中，靶的底面弯曲，并且背衬板的上表面以配合靶的底面的形态形成凹陷。此时，也考虑了靶的使用效率，但是，靶和背衬板均具有特异的形状，因此存在制作复杂、成本高的问题，另外，由于背衬板具有特异的形状，因此存在无通用性的问题。在下述专利文献6中，同样是圆盘型的靶，背衬板也是圆盘型，并且为了能够肉眼观察它们的定位，形成有沿圆盘的圆周的形状的凹凸。由于靶和背衬板均具有特异的形状， 因此存在制作复杂、成本高的问题，另外，由于背衬板具有特异的形状，因此存在无通用性的问题。在下述专利文献7中，如图3(a)或(C)所示，记载到在“在被溅射的面上使靶厚度増加的靶”方面也有效。但是，其指出该形状的靶(初期侵蚀面与衬底以及与配置于靶的背面侧的磁铁不平行的靶)存在溅射时飞行的粒子变得不规则(变则)的问题。即，虽然使用效率高，但是也可以预计存在以下问题靶使用中的成膜速度的变化大，飞弧产生次数多，エ艺损耗率高。另外，在该专利文献7中，记载了在图3(a)、(b)和(C)中任意ー个靶I均不是接合到水冷板2上而是通过支架将靶I固定到水冷板2上而使用的实施例。根据该方法，对于具有与ITO接近的热导率的陶瓷材料，在水冷板(背衬板)与支架的密合性不完全的情况下，存在由于溅射中的冷却不充分，因此产生靶破裂这样的故障的可能性高的问题。根据以上内容可以看出，对于现有的溅射靶而言，存在从以下观点考虑并没有进行设计的问题靶的使用效率高，从初期的溅射开始就可以进行均匀的溅射，并且靶和背衬板为简单的形状、容易制作。另外，也存在产生飞弧等问题。专利文献I :日本专利第3760652号公报专利文献2 :日本特开2009-57598号公报专利文献3 日本特开2005-200682号公报专利文献4 :日本特开2007-224392号公报专利文献5 :日本特表2007-505217号公报专利文献6 日本特开2009-144186号公报专利文献7 :日本特开昭59-232217号公报
发明内容
本发明鉴于上述问题或缺陷而创立，因此其目的在于提供在靶的初期及整个溅射过程中可以使膜的均匀性(膜厚的均匀性)良好、并且粉粒的产生少、并且靶的寿命长的靶、该靶的制造方法以及靶-背衬板组装体。为了解决上述问题，本发明人着眼于溅射用靶的形状以及用干支撑靶的背衬板，发现通过设定为预计侵蚀后的靶形状，并使用该靶进行溅射，可以在整个溅射过程中使膜的均匀性(膜厚的均匀性)良好，并且粉粒的产生少，并且可以延长靶的寿命。另外，本说明书中使用的“高使用效率靶”是指象这样具有预计侵蚀后的形状的靶。基于以上发现，本发明提供I) ー种靶-背衬板组装体，用于磁控溅射，其特征在于，靶的侵蚀面与配置于靶的背面的磁铁以及与靶相对的衬底面的距离各自恒定，该靶以使由于溅射而受到侵蚀的部位增厚的方式在背衬板面侧具备使厚度产生变化的凹凸形状，并且在背衬板与具有凹凸形状的靶间的靶的薄部具备包含导电性材料的垫片。 另外，本发明提供2)上述I)所述的靶-背衬板组装体，其特征在于，在靶的长度方向的两侧的底部，从离最终受到侵蚀后的靶的侵蚀面0. 5mm以上的位置，朝向靶的长度方向的两侧的边缘部及靶的底部，在与作为靶的下表面的背衬板的接合面之间，具备凹ロ部。3)上述I)或2)所述的靶-背衬板组装体，其特征在于，靶为二分割以上的分割靶。4)上述I)至3)中任ー项所述的靶-背衬板组装体，其特征在于，靶、背衬板和垫片各自用焊料接合。本发明还提供5)上述I)至4)中任一项所述的靶-背衬板组装体，其特征在于，溅射靶为铟、錫、招、铜、钽、钛、镍、钴、钌、鹤、错或者它们的合金或氧化物。6)上述I)至5)中任一项所述的靶-背衬板组装体，其特征在于，垫片为以铜、铝、钛、钥或者以它们作为主成分的合金。7)上述I)至6)中任一项所述的靶-背衬板组装体，其特征在于，最厚部位的靶的厚度以及薄部位的靶和垫片的合计厚度是恒定的。本发明还提供8)上述I)至7)中任ー项所述的靶-背衬板组装体，其特征在于，相对于靶的长度方向的中心线，靶是非对称的。9)上述I)至8)中任一项所述的靶-背衬板组装体，其特征在于，其为背衬板的厚度恒定的平板状的板。10)上述I)至8)中任ー项所述的靶-背衬板组装体，其特征在于，仅仅背衬板的长度方向的两端部的厚度比其它厚度小，且在厚度的边界具有高差。发明效果本发明的靶-背衬板组装体，具有如下优良效果可以延长该靶的寿命，并且在溅射初期以及在整个溅射过程中可以使膜的均匀性(膜厚的均匀性)良好，并且粉粒的产生少。另外，具有如下效果即使存在因靶材料的种类而变化的侵蚀的不同，也可以根据固有的靶侵蚀容易地制造出高使用效率靶。
图I是实施例I的靶-背衬板组装体的俯视图(部分)、C_C剖视图、A-A剖视图、B-B剖视图。
图2是表示实施例和比较例的成膜速度变动的结果的图。图3是表示实施例和比较例的飞弧产生次数的结果的图。图4是表示实施例和比较例的エ序损耗率的结果的图。图5是比较例I的靶-背衬板组装体的俯视图(部分)、C_C剖视图、A-A剖视图、B-B剖视图。图6是比较例2的靶-背衬板组装体的俯 视图(部分)、C_C剖视图、A-A剖视图、B-B剖视图。图7是比较例3的靶-背衬板组装体的俯视图(部分)、C_C剖视图、A-A剖视图、B-B剖视图。图8是实施例2的靶-背衬板组装体的俯视图(部分)、C_C剖视图、A-A剖视图、B-B剖视图。图9是比较例4的靶-背衬板组装体的俯视图(部分)、C_C剖视图、A-A剖视图、B-B剖视图。图10是比较例5的靶-背衬板组装体的俯视图(部分)、C_C剖视图、A-A剖视图、B-B剖视图。图11是比较例6的靶-背衬板组装体的俯视图(部分)、C_C剖视图、A-A剖视图、B-B剖视图。
具体实施例方式一种磁控溅射用靶-背衬板组装体。靶可以应用于矩形、圆形、椭圆形等各种靶，形状没有特别限制。在磁控溅射中，为了提高溅射效率，在靶的背面配置磁铁，但是，根据磁铁的配置或者磁力线的强度会产生受到強烈侵蚀和未受到强烈侵蚀的部分。这取决于溅射装置，但是，靶-背衬板组装体需要具有可以应对这种情况，可以进行稳定的溅射，并且可以使膜的均匀性更均匀的结构。但是，作为基本结构，需要靶的侵蚀面与配置于靶的背面的磁铁以及与靶相对的衬底面的距离分别恒定。另ー方面，如上所述，产生受到强烈侵蚀的部分和未受到强烈侵蚀的部分，但是，受到强烈侵蚀的部位决定靶的寿命。但是，即使在这样的情况下，也要求提高靶整体的使用效率。关于现有的溅射靶，提出了将靶的受到强烈侵蚀的部位加厚的技木。但是，此时，存在如下问题由于靶与衬底间的距离不恒定，因此特别是在溅射初期，膜的均匀性不稳定。鉴于这样的问题，本申请发明中，靶以使由于溅射而受到侵蚀的部位增厚的方式在背衬板面侧具有使厚度产生变化的凹凸形状。此时，重要的是在背衬板与具有凹凸形状的靶间的靶的薄部引入包含导电性材料的垫片。垫片的材质使用与背衬板同种材质时，密合性方面不会特别成问题，而且冷却效率也同等，因此可以说是适合的材料。以往，在靶的下表面存在凹凸的情况下，在背衬板的上侧的面形成与该凹凸相对应的凹凸(反凹凸)。但是，这种情况存在背衬板的制作非常复杂的问题。但是，本申请发明中，仅仅是引入垫片，因此具有可以完全消除背衬板制作上的复杂度的显著效果。乍看，看起来是背衬板的变形，但是以往不存在这种结构的靶-背衬板组装体。认为，靶与背衬板必须为一体的认识是其原因。但是，本申请发明通过大量实验，通过引入垫片解决了该问题。另外，本发明的靶以使由于溅射而受到侵蚀的部位增厚的方式在背衬板面侧具有使厚度产生变化的凹凸形状，并且由于在溅射初期溅射面为平面形状，因此从溅射初期到中期可以得到膜的均匀性良好的效果。另外，本发明的靶从中期至末期，与在侵蚀面上设置凹凸的靶相比，也可以得到膜的均匀性劣化缓和的效果。可见，本申请发明的靶从溅射初期至末期，与在靶的侵蚀面上设置凹凸的靶相比，膜的均匀性都特别良好。另外，本发明在靶-背衬板组装体中，期望在靶的长度方向的两侧的底部，从离 最终受到侵蚀后的靶的侵蚀面0. 5mm以上的位置，朝向靶的长度方向的两侧的边缘部及靶的底部，在与作为靶的下表面的背衬板的接合面之间，形成凹ロ部。这样，在制作靶-背衬板组装体方面所产生的效果是将靶载置于背衬板上并进行焊接的操作极其容易。结果，靶-背衬板组装体虽然采用这种结构，但是，不会由此对溅射成膜造成障碍。该靶-背衬板组装体中，靶可以形成为ニ分割以上的分割靶，由此可以制作长尺寸的靶-背衬板组装体。另外具有的优点是靶、背衬板、垫片各自用焊料接合的操作容易进行，本申请发明便可以提供该靶-背衬板组装体。作为焊料，没有特别限制，可以使用铟等低熔点的焊料。本发明的靶-背衬板组装体中，作为溅射靶，可以应用铟、锡、铝、铜、钽、钛、镍、钴、钌、钨、铑、或者它们的合金或氧化物。特别适合于制作ITO(铟与锡的氧化物)等显示材料用靶。另外，作为垫片，只要是导电性材料则可以应用，特别期望为铜、铝、钛、钥或它们的合金。另外，该垫片如上所述也可以使用与背衬板同质的材料。另外，为了增加垫片与靶或背衬板的密合性或冷却效率，也可以进行镀敷或离子镀等打底处理。本申请发明包括这些方面。垫片也具有防止靶材在背衬板上倾斜的作用。靶-背衬板组装体中，可以将最厚部位的靶的厚度与薄部位的靶和垫片的合计厚度设定为相同。这是因为可以准备尺寸不同的多个薄垫片，进行任意调节。另外，本发明可以容易地制作相对于靶的长边方向的中心线靶为非対称的靶-背衬板组装体。这同样是因为可以准备尺寸不同的多个薄垫片，由此可以任意调节。这是本发明的显著特征。由此具有的显著优点是可以应用于背衬板的厚度恒定的平板状的板，不需要对背衬板的形状进行设计。另外，自然也可以使用仅仅背衬板的长度方向的两端部的厚度比其它厚度小，且在厚度的边界具有高差的简单的背衬板。本申请发明包括这些方面。制造本发明的侵蚀轮廓靶时，可以预先使用平板状的靶进行溅射，考察此时的侵蚀形状和深度，并基于此调节靶的厚度。由此，即使存在因靶材料的种类而变化的侵蚀的不同，也可以根据固有的靶侵蚀而容易地制造出高使用效率靶。本发明的靶-背衬板组装体，具有的优点是制作极其容易并且可以延长该靶的寿命。另外，具有的优良效果是在溅射初期及整个溅射过程中可以使膜的均匀性良好，并且粉粒的产生少。另外，具有的显著效果是即使存在因靶材料的种类而变化的侵蚀的不同，也可以根据固有的靶侵蚀而容易地制造出高使用效率靶。实施例以下，基于实施例说明本发明。另外，以下的实施例用于容易地理解本发明，本发明不限于这些实施例。即，基于本发明的技术构思的其它例子或变形当然也包括在本发明中。(实施例I)
使用图I所示的铜制背衬板和靶，使用ITO (铟锡氧化物)作为靶。图I表示靶-背衬板组装体的俯视图(部分)、C-C剖视图、A-A剖视图、B-B剖视图。如该图I所示，实施例I的靶-背衬板组装体的背衬板俯视为矩形(长方形)，靶的长度方向的两端部为椭圆形。此时，使用分割靶。该分割靶的长度方向的两侧部的底部在长度方向上左右不对称。关于背衬板,使用将长度方向的两侧减薄5. Omm的背衬板,即高差为5. Omm的背衬板。在该高差部、即背衬板的薄侧，放置铜制的4. 5mm厚和5. Omm厚的垫片，分别利用铟焊料将靶、垫片和背衬板接合。靶的厚度不同的地方，对应其厚度(薄度)，在靶与背衬板之间插入适当厚度的垫片。使用该IT0(铟锡氧化物)靶，进行磁控溅射。溅射条件是以溅射功率IOkW进行溅射直到1600kWh。一片靶使用前重量为18. 8kg，使用后重量为11. 2kg。结果，使用效率为40%，为比下述的比较例高的效率。该结果如表I所示。使用效率不会因靶材料的种类有显著变化，因此以下使用同样的ITO靶进行试验。为了观察溅射特性，对成膜速度的变动进行了调查。其结果如表2所示。将表2的数据进行图示得到图2。以将使用开始时设定为100时的相对比表示，即使累积电能1600kffh也可以保持95。另外，作为溅射特性，对飞弧次数进行了调查。其结果如表3所示。将表3的数据进行图示得到图3。使用开始时为0，且遵循随着溅射继续进行逐渐增加的倾向，但是即使累积电能为1600kWh也可以以约87次得到飞弧产生次数低的結果。另外，对エ序损耗率进行了调查。该エ序损耗率是例如以在ITO溅射中产生的大小20 iim以上的ITO粉粒为原因的LCD面板的不合格率。其结果如表4所示。另外，将表4的数据进行图示得到图4。从该结果明显可以看出，即使累积电能1600kWh也可以以约0. 28得到エ序损耗率低的結果。从以上的结果可以看出，与后述的比较例相比，任一情况下均得到优良的結果。表I实施例和比较例的使用效率
使用前重量(kg)使用后重量(kg) 使用的重量(kg) 使用效率(％)实施例 I 18.811.27.640%
比较例 I 25.217. 77. 530%
权利要求
1.ー种靶-背衬板组装体，用于磁控溅射，其特征在于，靶的侵蚀面与配置于靶的背面的磁铁以及与靶相对的衬底面的距离各自恒定，该靶以使由于溅射而受到侵蚀的部位增厚的方式在背衬板面侧具备使厚度产生变化的凹凸形状，并且在背衬板与具有凹凸形状的靶间的靶的薄部具备包含导电性材料的垫片。
2.如权利要求I所述的靶-背衬板组装体，其特征在于，在靶的长度方向的两侧的底部，从离最终受到侵蚀后的靶的侵蚀面0. 5mm以上的位置，朝向靶的长度方向的两侧的边缘部及靶的底部，在与作为靶的下表面的背衬板的接合面之间，具备凹ロ部。
3.如权利要求I或2所述的靶-背衬板组装体，其特征在于，靶为二分割以上的分割靶。
4.如权利要求I至3中任ー项所述的靶-背衬板组装体，其特征在于，靶、背衬板和垫片各自用焊料接合。
5.如权利要求I至4中任一项所述的靶-背衬板组装体，其特征在于，溅射靶为铟、錫、招、铜、钽、钛、镍、钴、钌、鹤、错或者它们的合金或氧化物。
6.如权利要求I至5中任ー项所述的靶-背衬板组装体，其特征在干，垫片为以铜、铝、钛、钥或者以它们作为主成分的合金。
7.如权利要求I至6中任一项所述的靶-背衬板组装体，其特征在于，最厚部位的靶的厚度以及薄部位的靶和垫片的合计厚度是恒定的。
8.如权利要求I至7中任一项所述的靶-背衬板组装体，其特征在于，相对于靶的长度方向的中心线，靶是非对称的。
9.如权利要求I至8中任一项所述的靶-背衬板组装体，其特征在于，其为背衬板的厚度恒定的平板状的板。
10.如权利要求I至8中任ー项所述的靶-背衬板组装体，其特征在于，仅仅背衬板的长度方向的两端部的厚度比其它厚度小，且在厚度的边界具有高差。
全文摘要
本发明涉及一种靶-背衬板组装体，用于磁控溅射，其特征在于，靶的侵蚀面与配置于靶的背面的磁铁以及与靶相对的衬底面的距离各自恒定，该靶以使由于溅射而受到侵蚀的部位增厚的方式在背衬板面侧具备使厚度产生变化的凹凸形状，并且在背衬板与具有凹凸形状的靶间的靶的薄部具备包含导电性材料的垫片。本发明提供可以在靶的整个溅射过程中使膜的均匀性(膜厚的均匀性)良好、并且靶的寿命长的高使用效率靶、靶的制造方法以及靶-背衬板组装体。
文档编号C23C14/34GK102656289SQ20108003223
公开日2012年9月5日 申请日期2010年9月15日 优先权日2009年12月25日
发明者熊原吉一 申请人:吉坤日矿日石金属株式会社