溅射靶及溅射靶的制造方法与流程

1.本发明涉及溅射靶及溅射靶的制造方法。


背景技术：

2.伴随着薄型电视的大屏化，制造平板显示器时所使用的溅射靶也正在大型化。随之出现了面积大的氧化物靶。特别是开发了安装有长的圆筒型氧化物靶的成膜装置。为了得到长的圆筒型氧化物靶，提供了将多个圆筒型氧化物烧结体与圆筒型衬管接合的方法。
3.但是，在用多个靶构件构成溅射靶的情况下，靶构件的热膨胀导致相邻的靶构件彼此接触，靶构件有时破裂。为了防止该接触引起的破裂，有时在相邻的靶构件间设置间隙(例如参照专利文献1)。
4.现有技术文献
5.专利文献
6.专利文献1：日本特开2015
‑
168832号公报。


技术实现要素：

7.发明要解决的问题
8.然而，间隙导致产生微粒、当氧化物以外的成分附着在间隙时产生异常放电，对成膜工序带来不良影响。特别是为了得到长的圆筒型靶，需要将多个圆筒型靶构件配置为列状，间隙的数量相应地增加。
9.鉴于如上述这样的情况，本发明的目的在于提供一种即使为长的圆筒型，也能抑制微粒、异常放电的溅射靶及其制造方法。
10.用于解决问题的方案
11.为了实现上述目的，本发明的一个方式涉及的溅射靶具有筒状的衬管、靶主体、接合材料以及遮挡构件。
12.上述靶主体包括沿着上述衬管的外周面排列设置且具有圆弧状剖面的多个靶构件，上述多个靶构件以彼此分开的方式围绕上述衬管的中心轴配置，围绕上述中心轴排列的靶构件间形成的间隙在上述衬管的中心轴方向延伸。
13.上述接合材料设置在上述衬管与上述靶主体之间，将上述衬管和上述多个靶构件中的每一个接合。
14.上述遮挡构件设置在上述接合材料与上述靶主体之间，从上述接合材料侧遮挡上述间隙。
15.根据这样的溅射靶，靶主体包括具有圆弧状剖面的多个靶构件，多个靶构件以彼此分开的方式围绕衬管的中心轴配置，围绕中心轴排列的靶构件间形成的间隙在衬管的中心轴方向延伸。由此，即使溅射靶是长的圆筒型，也能够抑制间隙的体积增大，并抑制微粒、异常放电。
16.在上述溅射靶中，上述靶主体也可以通过一组靶构件包围上述衬管，在与上述衬
管的上述中心轴方向正交的方向切断上述一组靶构件的情况下，上述衬管的中心轴位于在上述一组靶构件间形成的一对上述间隙之间。
17.根据这样的溅射靶，由于衬管的中心轴位于一组在靶构件间形成的一对间隙之间，因此即使溅射靶是长的圆筒型，也能够抑制间隙的体积增大，并抑制微粒、异常放电。
18.在上述溅射靶中，上述靶主体也可以在上述衬管的上述中心轴方向上成列状地排列设置有多个。
19.根据这样的溅射靶，溅射靶能够形成得更长。
20.在上述溅射靶中，上述多个靶构件也可以分别由氧化物的烧结体构成。
21.根据这样的溅射靶，即使多个靶构件分别由氧化物的烧结体构成，也能抑制溅射靶的微粒、异常放电。
22.在上述溅射靶中，上述烧结体也可以具有in、ga以及zn。
23.根据这样的溅射靶，由于烧结体具有in、ga以及zn，可形成稳定的氧化物半导体膜。
24.为了实现上述目的，在本发明的一个方式涉及的溅射靶的制造方法中，准备圆柱状的芯棒，上述芯棒构成为围绕中心轴的外周面与上述衬管的外周面的曲率相同且具有从上述外周面向外侧凸出的凸部，当上述外周面被筒状的模具包围时，由上述外周面和上述模具形成的空间被上述凸部围绕上述中心轴划分为多个空间部。
25.通过上述芯棒和上述模具形成上述多个空间部。
26.向上述多个空间部分别填充粉体。
27.通过经由上述模具向上述粉体各向同性地施加压力，形成上述粉体构成的成型体。
28.通过加热上述成型体，形成上述粉体烧结而成的烧结体。
29.根据这样的溅射靶的制造方法，即使溅射靶是长的圆筒型，也能够可靠地制造抑制间隙的体积增大，并抑制微粒、异常放电的溅射靶。
30.在上述溅射靶的制造方法中，也可以通过上述凸部将上述空间划分为围绕上述中心轴排列的一对空间部。
31.根据这样的溅射靶的制造方法，由于通过凸部将上述空间划分为围绕中心轴排列的一对空间部，即使溅射靶是长的圆筒型，也能够可靠地制造抑制间隙的体积增大，并抑制微粒、异常放电的溅射靶。
32.在上述溅射靶的制造方法中，也可以以填充上述一对空间部而形成的上述成型体的长边方向与支承上述成型体的支承台的支承面平行的方式将上述成型体载置于上述支承台，
33.使与上述成型体相同成分构成的支承器具介于上述成型体与上述芯棒的上述外周面抵接的抵接面和上述支承台之间，
34.一边通过上述支承器具支承上述抵接面一边烧结上述成型体。
35.根据这样的溅射靶的制造方法，由于一边使用与成型体相同成分构成的支承器具支承成型体一边烧结成型体，即使溅射靶是长的圆筒型，也能够可靠地制造抑制间隙的体积增大，并抑制微粒、异常放电的溅射靶。
36.发明效果
37.如上所述，根据本发明能提供一种即使是长的圆筒型也能够抑制微粒、异常放电的溅射靶及其制造方法。
附图说明
38.图1的(a)是本实施方式涉及的溅射靶的示意性立体图。图1的(b)是本实施方式涉及的溅射靶的示意性剖视图。
39.图2是表示遮挡构件的剖面结构的示意性剖视图。
40.图3是表示在溅射靶的制造方法中使用的制造器具的示意性立体图。
41.图4是表示在溅射靶的制造方法中使用的另一制造器具的示意性剖视图。
42.图5的(a)是表示作为靶主体前驱体的成型体的示意性立体图。图5的(b)是表示烧结成型体时的情况的示意性立体图。
43.图6是表示在靶主体与衬管之间填充接合材料的情况的示意图。
44.图7是本实施方式的变形例1涉及的溅射靶的示意性立体图。
45.图8是本实施方式的变形例2涉及的溅射靶的示意性剖视图。
46.图9是表示在靶主体与衬管之间填充接合材料的另一情况的示意图。
具体实施方式
47.以下，一边参照附图一边说明本发明的实施方式。在各附图中，有导入xyz轴坐标的情况。此外，有对相同的构件或具有相同功能的构件标注相同的附图标记的情况，在说明该构件后适当省略说明。
48.图1的(a)是本实施方式的溅射靶的示意性立体图。图1的(b)是本实施方式的溅射靶的示意性剖视图。图1的(b)示出了图1的(a)的x
‑
y轴平面的剖面。
49.图1的(a)、(b)所示出的溅射靶1是溅射成膜中使用的圆筒状靶组件。溅射靶1具有衬管10、靶主体20、接合材料30以及遮挡构件40。
50.衬管10是筒状体，其内部为中空状。衬管10在单轴方向(例如中心轴10c的方向)延伸。中心轴10c的方向是衬管10的长边方向。此外，因为衬管10是溅射靶1的基材，所以中心轴10c也是溅射靶1的中心轴。
51.衬管10具有围绕中心轴10c的外周面101以及位于外周面101的相反侧且围绕中心轴10c的内周面102。在与中心轴10c正交的平面(例如x
‑
y轴平面)将衬管10切断的情况下，其形状例如为环状。
52.衬管10的材料为导热性优异的材料，例如钛(ti)、铜(cu)等。也可以适当地在衬管10的内部形成制冷剂流通的流路。
53.靶主体20包围衬管10的外周面101。靶主体20配置为与衬管10同心状。靶主体20具有多个靶构件。例如，在图1的(a)、(b)的例子中，靶主体20具有一组靶构件20a、20b。
54.靶构件20a、20b分别包围衬管10。例如，靶构件20a、20b以沿着衬管10的外周面101的方式排列设置。在x
‑
y轴平面将靶构件20a、20b分别切断的情况下，其形状例如形成为圆弧状。例如，x
‑
y轴平面中的靶构件20a、20b的各自的剖面形状为相同形状。此外，靶构件20a、20b各自在z轴方向上的长度相同。
55.靶构件20a、20b彼此以互不接触且围绕衬管10的中心轴10c分开的方式配置。例
如，靶构件20a、20b围绕衬管10的中心轴10c排列设置。换言之，靶主体20具有在与中心轴10c正交的方向被分割的分体结构。由此，在靶构件20a与靶构件20b之间形成间隙(分割部)201。
56.例如，在与中心轴10c的方向正交的方向将靶构件20a、20b切断的情况下，在靶构件20a、20b彼此之间形成一对间隙201。一对间隙201彼此互相平行且在衬管10的中心轴10c的方向延伸。此外，衬管10的中心轴10c位于一对间隙201之间。例如，在x
‑
y轴平面中，一对间隙201与中心轴10c排列成直线状。
57.间隙201的宽度没有特别限定，例如可以设定为靶构件20a、20b不因热膨胀而彼此接触的程度。
58.靶构件20a、20b由相同材料构成，例如由氧化物的烧结体构成。作为一个例子，烧结体具有in和zn。例如，烧结体由in
‑
ga
‑
zn
‑
o(igzo)构成。例如，烧结体可以是in
‑
ti
‑
zn
‑
sn
‑
o(itzto)烧结体、in
‑
ti
‑
zn
‑
sn
‑
o(igto)烧结体等。
59.接合材料30夹设在衬管10与靶主体20之间。接合材料30与衬管10和靶主体20紧密接触。接合材料30将衬管10与多个靶构件20a、20b中的每一个接合。接合材料30例如有铟(in)、锡(sn)、焊接材料等。
60.遮挡构件40设置在接合材料30与靶主体20之间。遮挡构件40位于间隙201与接合材料30之间。遮挡构件40从接合材料30侧遮挡间隙201。由此，抑制接合材料30向间隙201泄漏，使接合材料30难以侵入间隙201。此外，即使间隙201在溅射时暴露在等离子体中，也能通过遮挡构件40遮挡等离子体使接合材料30不受影响。由此，在溅射时接合材料30的成分(例如in)不易与靶主体20的成分混合。
61.以下对遮挡构件40的具体结构进行说明。图2的(a)、(b)是表示遮挡构件的剖面结构的示意性剖视图。
62.遮挡构件40既可以是图2的(a)示出的遮挡构件40a，也可以是图2的(b)示出的遮挡构件40b。
63.图2的(a)示出的遮挡构件40a具有有粘结性的粘结片401以及有耐等离子体性的树脂片402。树脂片402设置在靶构件20a、20b与粘结片401之间。树脂片402是遮挡构件40a的遮挡基材。粘结片401是遮挡构件40a的粘贴材料。
64.树脂片402跨过间隙201，其一部分从间隙201露出。树脂片402被粘结片401从接合材料30侧分别粘贴在靶构件20a、20b。粘结片401和树脂片402各自的材料例如包括聚酰亚胺、氟树脂、有机硅树脂等。
65.图2的(b)示出的遮挡构件40b具有粘结片401、金属片403以及氧化物层404。遮挡构件40b具有从接合材料30朝向靶构件20a、20b以粘结片401/金属片403/氧化物层404的顺序排列的层叠结构。在遮挡构件40b中，金属片403作为接合粘结片401与氧化物层404并缓和它们的应力的中间层发挥功能，氧化物层404作为遮挡基材发挥功能。
66.氧化物层404跨过间隙201，其一部分从间隙201露出。进而，氧化物层404隔着金属片403被粘结片401从接合材料30侧分别粘贴在靶构件20a、20b。
67.金属片403例如包括钛(ti)。氧化物层404以与靶构件20a、20b相同的材料构成。由此，在溅射时，即使遮挡构件40b暴露在等离子体中，靶主体20的成分以外的成分也不易混杂在覆膜中。
68.对溅射靶1的制造方法进行说明。
69.图3是表示在溅射靶的制造方法中使用的制造器具的示意性立体图。
70.首先，准备图3示出的圆柱状芯棒5。芯棒5在中心轴5c的方向延伸，中心轴5c的方向为芯棒5的长边方向。在芯棒5中，外周面51围绕中心轴5c，外周面51以与衬管10的外周面101相同的曲率构成。进而，在芯棒5中，在外周面51设置有从外周面51向外侧凸出的凸部52。凸部52例如在外周面51设置有多个。例如，在图3的例子中，围绕中心轴5c以180度的间隔设置一对凸部52。
71.图4的(a)、(b)是表示在溅射靶的制造方法中使用的另一制造器具的示意性剖视图。图4的(a)、(b)示出了制造器具的x
‑
y轴剖面。
72.接下来，如图4的(a)所示，准备筒状的模具6。模具6在中心轴5c的方向延伸，其两端的至少一端被堵塞。当芯棒5被筒状的模具6包围时，在芯棒5和模具6之间形成多个空间部53。例如，当通过模具6包围芯棒5的外周面51时，一对凸部52抵接在模具6的内壁6w。由此，外周面51与模具6之间的空间被划分为多个空间部53。
73.例如，在图4的(a)的例子中，通过一对凸部52将外周面51与模具6之间的空间划分成围绕中心轴5c的一对空间部53。一对空间部53围绕中心轴5c排列。
74.接下来，如图4的(b)所示，在多个空间部53分别填充作为靶主体20的原料的粉体21。接下来，通过冷等静压(cip：cold isostatic pressing)等方法，从模具6的外侧向粉体21各向同性地施加压力(参照箭头)。
75.图5的(a)是表示作为靶主体的前驱体的成型体的示意性立体图。图5的(b)是表示烧结成型体时的情况的示意性立体图。
76.通过隔着模具6向粉体21各向同性地施加压力，如图5(a)所示，形成由粉体21构成的一对成型体22。
77.接下来，如图5的(b)所示，准备支承成型体22的支承台70。接下来，以成型体22的长边方向与支承台70的支承面71平行的方式将成型体22载置于支承台70。
78.接下来，使与成型体22相同的成分构成的支承器具72介于芯棒5的外周面51抵接的成型体22的抵接面(内壁)22w与支承台70之间。支承器具72为框状，准备至少一个。接着一边通过支承器具72支承抵接面22w一边加热成型体22。由此，形成由粉体21烧结而成的烧结体，即靶构件20a、20b。在此，支承器具72由与成型体22相同的成分构成，因此不会在烧结体中混入来自支承器具7的异物。
79.图6是表示在靶主体与衬管之间填充接合材料的情况的示意图。
80.接下来，在衬管10竖起的状态下，围绕衬管10配置靶构件20a、20b。接着从衬管10的下方向衬管10与靶构件20a、20b之间填充溶融了的接合材料30(例如160℃的in)。在接合材料30的填充中，可以使用利用了压力(重力)差的填充、压入等。此时，间隙201被遮挡构件40遮挡，因此接合材料30不易从间隙201泄露。
81.然后，接合材料30在衬管10与靶构件20a、20b之间固化，通过接合材料30接合衬管10与靶构件20a、20b。然后，根据需要实施调整靶构件20a、20b的表面粗糙度的最终加工。
82.对使用了溅射靶1的情况的效果的一个例子进行说明。
83.在非分体结构的圆筒型氧化物靶中，当其成型体烧结时，由于成型体置于高温环境下，因此有时因成型体的软化、收缩等在成型体产生形变。因此，当制作非分体结构的圆
筒型氧化物靶时，会采用在竖起的状态下烧结圆筒型成型体的方法。
84.但是，在竖起的状态下烧结成型体的情况下，形成的烧结体(靶构件)的长度被烧结炉的高度限制。因此，为了得到1m以上长度的烧结体必须新引进竖长的新烧结炉，导致成本问题。此外，当在竖起的状态下进行成型体的烧结时，烧结体形变或坍塌的可能性高。因此，非分体结构的圆筒型氧化物靶的成品率低下。
85.与此相对，在本实施方式中将成型体22设为半圆筒状。由此，在烧结成型体22时，能够横置成型体22，不易在成型体22产生形变，不易发生成型体22的坍塌。其结果是氧化物靶的成品率大幅提高。此外，通过横置成型体22，能够得到长条的靶构件，进而不受烧结炉的高度的限制，因此无需新引进烧结炉。由此实现低成本化。本实施方式的方法在形成作为氧化物半导体材料的igzo(铟
‑
镓
‑
锌
‑
氧化物)等溅射靶时尤其有效。
86.此外，当在与长条的溅射靶的中心轴正交的方向形成多重间隙时，在溅射时暴露在等离子体的间隙的体积必然变大。因此，接合材料的成分或衬管的成分可能经由间隙混入覆膜。像这样混入的杂质导致覆膜的品质降低或覆膜的特性不均匀。
87.与此相对，在本实施方式中，由于在溅射靶1的长边方向形成间隙201，因此暴露在等离子体的间隙的体积减少。特别是通过使一对半圆筒型靶构件20a、20b围绕衬管10配置，暴露在等离子体的间隙的体积大幅减少。由此，在覆膜中不易混入杂质，能够形成高品质的覆膜。进而，覆膜的特性容易均匀。
88.进而，由于间隙201被遮挡构件40从接合材料30侧遮挡，因此能够可靠地抑制接合材料30从间隙201泄漏，并且抑制等离子体对接合材料30照射。
89.(变形例1)
90.图7是本实施方式的变形例1涉及的溅射靶的示意性立体图。
91.在溅射靶2中，多个靶主体20在衬管10的中心轴10c的方向排列设置成列状。多个靶主体20在中心轴10c的方向彼此互相分开配置。具有多个靶主体20的溅射靶2在中心轴10c的方向上的长度为2000mm以上。
92.在中心轴10c的方向相邻的靶主体20的间隙202也可以比间隙201窄。由此，即使在中心轴10c的方向重叠多个靶主体20，间隙的体积也不会过大。
93.根据这样结构，除上述结果以外，还能够简单地使溅射靶在中心轴10c的方向上的长度变长。
94.(变形例2)
95.图8的(a)、(b)是本实施方式的变形例2涉及的溅射靶的示意性剖视图。
96.在靶主体20中，也可以在靶主体20的内侧设置与间隙201连通的凹部203。凹部203在衬管10侧形成。在凹部203收容遮挡构件40a(图8的(a))或遮挡构件40b(图8的(b))。
97.采用这样的结构，能够可靠地确保遮挡构件40a(或遮挡构件40b)与衬管10之间的空间。由此，通过遮挡构件40a(或遮挡构件40b)，溶融了的接合材料30不会承受负荷，能够布满衬管10与靶主体20之间。
98.图9是表示在靶主体与衬管之间填充接合材料的另一情况的示意图。
99.例如在将衬管10和靶主体20横置的状态下从下方在衬管10与靶主体20之间注入接合材料30，在该情况下，通过遮挡构件40a(或遮挡构件40b)，溶融了的接合材料30不会承受负荷，能够布满衬管10与靶主体20之间。
100.实施例
101.[靶构件]
[0102]
(实施例)
[0103]
作为原料，以氧化物的摩尔比为1：2：1量取了一次颗粒的平均粒径为1.1μm的in2o3粉、一次颗粒的平均粒径为0.5μm的zno粉以及一次颗粒的平均粒径为1.3μm的ga2o3。用湿式球磨机粉碎、混合这些原料粉末。使用φ5mm的氧化锆球作为粉碎介质。用喷雾干燥机对粉碎混合了的浆料进行干燥造粒，得到造粒粉。
[0104]
在内部设置有金属制芯棒5的聚氨酯制模具6填充造粒粉，将造粒粉封闭后以98mpa的压强进行cip成型。由此，得到两个半圆筒状的成型体(被烧结体)22。同时将支承器具72成型。支承器具72的尺寸为宽度40mm
×
高度77mm。
[0105]
将成型体22横向静置在脱脂炉并以600℃进行脱脂。在脱脂处理结束后，将成型体22横向静置在氧化铝制的支承台70上，在支承台70上用排列成列状的三个支承器具72支承成型体22。作为成型体22的样品数，通过进行10次成型制作了合计20个(成型1次制作2个)成型体22。
[0106]
在烧结炉内对每个成型体22进行最高温度1500℃、10小时的加热处理，得到长度1050mm的半圆筒型靶构件20a、20b。烧结后的20个靶构件的内径的形变平均为1.1mm。
[0107]
(比较例1)
[0108]
将以实施例相同条件制作出的造粒粉填充至未设置凸部52的圆棒状金属制芯棒与模具6之间。将造粒粉封闭后以98mpa的压强进行cip成型，得到没有间隙201的圆筒状成型体。在将得到的成型体(被烧结体)竖起的状态下在脱脂炉内以600℃进行脱脂。作为成型体的样品数，通过进行10次成型制作了合计10个(成型1次制作1个)成型体。
[0109]
结束了脱脂处理的成型体以竖起的状态静置在支承台70上，在烧结炉内进行最高温度1500℃、10小时的烧结。由此，得到长度350mm的圆筒型靶构件。
[0110]
10个靶构件的内径的形变平均为2mm，比实施例大。可以认为其主要原因之一是由于烧结时的收缩，与支承台70接触的端面的滑动被与支承台70的摩擦阻力所阻碍，因此该端面与上侧的端面的内径的差变大。
[0111]
(比较例2)
[0112]
将以实施例相同条件制作的造粒粉以比较例1相同条件进行cip成形、脱脂而得到圆筒状成型体。将结束了脱脂处理的成型体横向静置在支承台70上，在烧结炉内进行最高温度1500℃、10小时的烧结，得到长度1050mm的圆筒型靶构件。作为成型体的样品数，通过进行10次成型制作了合计10个(成型1次制作1个)成型体。
[0113]
在10个靶构件中，4个靶构件发生了破裂。没有破裂的其余6个靶构件的内径的形变平均为10mm，大于比较例1。可以认为其主要原因之一是在横向的静置的情况下，烧结时的收缩过程中因自重导致形变大。
[0114]
在表1中汇总了在实施例、比较例1、2中使用cip成型的成型体的数量以及其中没有产生破裂的靶构件的数量和内径的形变。
[0115]
[表1]
[0116][0117]
[溅射靶]
[0118]
以内径为135mm、外径为147mm、长度为1000mm的方式对实施例得到的半圆筒型靶构件20a、20b进行机械加工，来准备一组靶构件20a、20b。此外，制作了宽度5mm的遮挡构件40，其通过等离子喷涂在厚度0.2mm的ti制金属片403层叠氧化物层404(igzo层)而成。
[0119]
使一组靶构件20a、20b相向而形成圆筒状，从内侧将遮挡构件40粘贴在间隙201。接着在圆筒状靶构件20a、20b(靶主体20)的内部配置衬管10。另外，对衬管10的内周面102进行如下预处理，一边使用配备有超声波发射器的镘刀施加超声波振动一边涂抹in。
[0120]
在以靶主体20与衬管10成同心圆状的方式进行了对位之后，将溶融了的in的接合材料30注入靶主体20与衬管10之间。然后，使接合材料30冷却而固化。
[0121]
得到的溅射靶1的间隙201的宽度为0.3mm。用显微镜观察间隙201，结果没有观察到接合材料30的泄漏。
[0122]
以上，对本发明的实施方式进行了说明，本发明并不仅限于上述的实施方式，当然能够加以各种变化。各实施方式不限于独立的方式，在技术上能够尽可能地结合。
[0123]
附图标记说明
[0124]
1、2：溅射靶；
[0125]
5：芯棒；
[0126]
5c：中心轴；
[0127]
51：外周面；
[0128]
52：凸部；
[0129]
53：空间部；
[0130]
6：模具；
[0131]
6w：内壁；
[0132]
10：衬管；
[0133]
10c：中心轴；
[0134]
101：外周面；
[0135]
102：内周面；
[0136]
20：靶主体；
[0137]
20a、20b：靶构件；
[0138]
201、202：间隙；
[0139]
21：粉体；
[0140]
22：成型体；
[0141]
22w：抵接面；
[0142]
30：接合材料；
[0143]
40、40a、40b：遮挡构件；
[0144]
401：粘结片；
[0145]
402：树脂片；
[0146]
403：金属片；
[0147]
404：氧化物层；
[0148]
70：支承台；
[0149]
71：支承面；
[0150]
72：支承器具。