專利名稱：濺鍍靶及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及濺鍍靶(Spattering Target)及其制造方法。
背景技術(shù)：
作為薄膜的成膜方法之一，濺鍍方法一般是已知的。濺鍍法是在濺鍍靶上進(jìn)行濺鍍得到薄膜的方法，由于能夠以比較好地效率成膜，在工業(yè)上得到廣泛的應(yīng)用。
特別是氧化銦-氧化錫(In2O3-SnO2復(fù)合氧化物，下面稱之為“ITO”)膜，由于其對(duì)可見光的透過率高，而且導(dǎo)電性好，作為透明的導(dǎo)電膜廣泛地用于液晶顯示裝置和防止玻璃結(jié)露用發(fā)熱膜、紅外線反射膜等方面。
因此，為了以更好的效率、更低的成本成膜，現(xiàn)在在濺鍍條件和濺鍍裝置等方面日益進(jìn)行了改進(jìn)，如何更有效地進(jìn)行操作成為很重要的任務(wù)。
在這樣的ITO濺鍍當(dāng)中，從設(shè)置新的濺鍍靶到能夠制造沒有初期電弧(異常放電)的制品之間的時(shí)間較短，并且設(shè)置一次能夠使用多少時(shí)間(累計(jì)濺鍍時(shí)間靶子壽命)？這其中都存在問題。
目前，濺鍍靶的初期電弧要通過將靶子的表面研磨得盡可能平滑予以降低，將表面進(jìn)行平滑地表面研磨的靶子成為主流。
另外，如果連續(xù)地進(jìn)行濺鍍，在靶子的表面上會(huì)生成黑色的瘤狀附著物，這就是異常放電的原因，成為顆粒的發(fā)生源。因此，為了防止薄膜的缺陷，有必要定期地除去瘤狀物，這樣就涉及到生產(chǎn)率低下的問題。
于是，對(duì)防止發(fā)生瘤狀物的ITO濺鍍靶進(jìn)行了研究。
可是，為了防止瘤狀物，要使用具有給定的表面粗糙度的ITO濺鍍靶，但不能防止初期電弧就成了問題。因此，由于設(shè)置一個(gè)新的濺鍍靶之后必須進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的空運(yùn)轉(zhuǎn)，這就成了提高生產(chǎn)率的障礙。
為了制造具有如上所述的給定的粗糙度的ITO濺鍍靶，在燒結(jié)和經(jīng)研削調(diào)整厚度以后，需要慢慢地用細(xì)研磨磨石進(jìn)行3～4次的研磨工序，存在延長(zhǎng)制造時(shí)間和提高成本的問題。
這樣的問題在ITO以外的陶瓷系、或者金屬系的濺鍍靶上也是同樣的。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種防止發(fā)生初期電弧、顯著提高初期穩(wěn)定性、而且能夠以低成本制造的濺鍍靶及其制造方法。
本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，作為初期電弧的原因，在研磨加工時(shí)生成的毛刺和研削粉末是主要原因，由研磨產(chǎn)生的這些東西，可通過由給定寬度的脈沖輸出的激光進(jìn)行表面處理來有效地除去，因此就完成了本發(fā)明。這就是說，基于如下的認(rèn)識(shí)完成了本發(fā)明，即如果用激光進(jìn)行表面處理，會(huì)使在濺鍍開始時(shí)由等離子體在靶子表面上產(chǎn)生熱沖擊時(shí)，由此熱沖擊而滑落到靶子表面上的粉末以及貝殼狀的裂紋，在濺鍍開始前已經(jīng)升華了，而由濺鍍開始后的熱沖擊不會(huì)造成滑落。
本發(fā)明的第1實(shí)施方式是一種濺鍍靶，其特征在于，由寬度為100μs以下的脈沖輸出的激光進(jìn)行表面處理。
在本發(fā)明的第1實(shí)施方式中，通過由給定寬度的脈沖輸出的激光進(jìn)行表面處理，使在研削加工時(shí)所生成的毛刺和研削粉末、特別是粉塵和塵埃經(jīng)升華而被除去，因此能夠顯著地降低開始使用靶子時(shí)產(chǎn)生的初期電弧，提高了初期穩(wěn)定性。由于使用了以給定寬度的脈沖輸出的激光，所以由激光產(chǎn)生的能量不會(huì)向深層擴(kuò)散，不會(huì)產(chǎn)生變性部分(在氧化物的情況下，為還原(低級(jí)氧化物)部分)。
本發(fā)明的第2實(shí)施方式是一種濺鍍靶，其特征在于，第1實(shí)施方式中的上述激光，其輸出脈沖的峰值能量為3MW/cm2以上。
在第2實(shí)施方式中，由于用給定的峰值能量脈沖輸出的激光進(jìn)行了表面處理，在研削時(shí)產(chǎn)生的毛刺和研削粉末，特別是粉塵和塵埃等被升華而除去。
本發(fā)明的第3實(shí)施方式是一種濺鍍靶，其特征在于，第1或第2實(shí)施方式中的上述激光的波長(zhǎng)為1μm以下。
在第3實(shí)施方式中，由波長(zhǎng)1.1μm以下的激光進(jìn)行表面處理，因升華而除去了在研削加工時(shí)產(chǎn)生的毛刺和研削粉末，特別是粉塵和塵埃。
本發(fā)明的第4實(shí)施方式是一種濺鍍靶，其特征在于，在第1～3中任意一個(gè)實(shí)施方式中，上述激光是YAG激光或激元激光。
在第4實(shí)施方式中，通過YAG激光或激元激光有效地進(jìn)行了表面處理，提高了初期穩(wěn)定性。
本發(fā)明的第5實(shí)施方式是一種濺鍍靶，其特征在于，在第1～4實(shí)施方式中任意一個(gè)實(shí)施方式中，濺鍍靶是由陶瓷制造的。
在第5實(shí)施方式中，除去陶瓷研削加工時(shí)生成的毛刺和研削粉末。
本發(fā)明的第6實(shí)施方式是一種濺鍍靶，其特征在于，在第5實(shí)施方式中，濺鍍靶是由含有氧化銦和氧化錫中的至少一種的氧化物制造的。
在第6實(shí)施方式中，顯著提高了ITO濺鍍靶的初期穩(wěn)定性。
本發(fā)明的第7實(shí)施方式是一種濺鍍靶，其特征在于，其直線狀的加工痕跡被降低。
在第7實(shí)施方式中，通過降低直線狀加工痕跡那樣的處理，由升華等除去研削加工時(shí)所生成的毛刺和研削粉末，特別是粉塵和塵埃，因此能夠顯著地降低開始使用靶子時(shí)發(fā)生的初期電弧，提高了初期穩(wěn)定性。
本發(fā)明的第8實(shí)施方式是一種濺鍍靶，其特征在于，在第7實(shí)施方式中，用500倍的電子掃描顯微鏡(SEM)觀察到的靶子表面的直線狀加工痕跡，在與該加工痕跡垂直的方向上的240μm的范圍內(nèi)為10條以下。
在第8實(shí)施方式中，通過降低加工痕跡的處理，使得用500倍電子掃描顯微鏡(SEM)觀察到的靶子表面的直線狀加工痕跡，在與該加工痕跡垂直方向上的240μm的范圍內(nèi)為10條以下。
本發(fā)明的第9實(shí)施方式是一種濺鍍靶，其特征在于，在第7或第8實(shí)施方式中，由寬度為100μs以下的脈沖輸出的激光進(jìn)行表面處理。
在第9實(shí)施方式中，由于使用了給定寬度的脈沖輸出的激光，由激光產(chǎn)生的能量不向深度方向擴(kuò)散，不會(huì)產(chǎn)生變性的部分(在氧化物的情況下，為還原(低級(jí)氧化物)部分)。
本發(fā)明的第10實(shí)施方式是一種濺鍍靶，其特征在于，在第7～9實(shí)施方式中任意一個(gè)實(shí)施方式中，采用峰值能量為3MW/cm2以上的脈沖輸出的激光進(jìn)行表面處理。
在第10實(shí)施方式中，能夠以給定的峰值能量的脈沖輸出的激光進(jìn)行有效地表面處理。
本發(fā)明的第11實(shí)施方式是一種濺鍍靶，其特征在于，在第7～10實(shí)施方式中任意一個(gè)實(shí)施方式中，由波長(zhǎng)為1.1μm以下的激光進(jìn)行表面處理。
在第11實(shí)施方式中，能夠以波長(zhǎng)為1.1μm以下的具有給定的波長(zhǎng)的激光進(jìn)行有效的表面處理。
本發(fā)明的第12實(shí)施方式是一種濺鍍靶，其特征在于，在第7～11實(shí)施方式中任意一個(gè)實(shí)施方式中，靶子是由陶瓷制造的。
在第12實(shí)施方式中，除去陶瓷在研削加工時(shí)所生成的毛刺和研削粉末。
本發(fā)明的第13實(shí)施方式是一種濺鍍靶，其特征在于，在第12實(shí)施方式中，靶子是由含有氧化銦和氧化錫中至少一個(gè)的氧化物制造的。
在第13實(shí)施方式中，顯著地提高了ITO濺鍍靶的初期穩(wěn)定性。
本發(fā)明的第14實(shí)施方式是一種濺鍍靶的制造方法，其特征在于，在濺鍍靶的制造方法中，具有由100μs以下的脈沖寬度輸出的激光進(jìn)行表面處理的工序。
在第14實(shí)施方式中，通過由給定寬度的脈沖輸出的激光進(jìn)行表面處理，由升華除去在研削加工時(shí)所生成的毛刺和研削粉末，特別是粉塵和塵埃，因此能夠顯著地降低開始使用靶子時(shí)發(fā)生的初期電弧，提高了初期穩(wěn)定性。而且由于使用了給定寬度的脈沖輸出的激光，由激光產(chǎn)生的能量不向深度方向擴(kuò)散，不會(huì)產(chǎn)生變性部分(在氧化物的情況下，為還原(低級(jí)氧化物)部分)。
本發(fā)明的第15實(shí)施方式是一種濺鍍靶的制造方法，其特征在于，在第14實(shí)施方式中，上述激光是峰值能量為3MW/cm2以上的脈沖輸出的激光。
在第15實(shí)施方式中，通過由給定的峰值能量的脈沖輸出的激光進(jìn)行表面處理，由升華除去在研削加工時(shí)所生成的毛刺和研削粉末，特別是粉塵和塵埃。
本發(fā)明的第16實(shí)施方式是一種濺鍍靶的制造方法，其特征在于，在第14或第15實(shí)施方式中，上述激光的波長(zhǎng)為1.1μm以下。
在第16實(shí)施方式中，通過由波長(zhǎng)為1.1μm以下的激光進(jìn)行表面處理，由升華除去在研削加工時(shí)所生成的毛刺和研削粉末，特別是粉塵和塵埃。
本發(fā)明的第17實(shí)施方式是一種濺鍍靶的制造方法，其特征在于，在第14～16實(shí)施方式中任意一個(gè)實(shí)施方式中，上述激光是YAG激光或激元激光。
在第17實(shí)施方式中，由YAG激光或激元激光有效地進(jìn)行表面處理，提高了初期穩(wěn)定性。
本發(fā)明的第18實(shí)施方式是一種濺鍍靶的制造方法，其特征在于，在第14～17實(shí)施方式中任意一個(gè)實(shí)施方式中，在加工靶子并調(diào)整厚度后，進(jìn)行上述表面處理。
在第18實(shí)施方式中，由于通過升華等除去在研削加工時(shí)所生成的毛刺和研削粉末，能夠顯著地降低開始使用該靶子時(shí)發(fā)生的初期電弧，提高了初期穩(wěn)定性。
本發(fā)明的第19實(shí)施方式是一種濺鍍靶的制造方法，其特征在于，在第14～18實(shí)施方式中任意一個(gè)實(shí)施方式中，在制造工序的最后階段進(jìn)行上述表面處理。
在第19實(shí)施方式中，通過盡可能在最終階段進(jìn)行激光表面處理，能夠有效地降低初期電弧。
本發(fā)明的第20實(shí)施方式是一種濺鍍靶的制造方法，其特征在于，在第14～19實(shí)施方式中任意一個(gè)實(shí)施方式中，在將濺鍍靶與濺鍍極板連接之后進(jìn)行上述表面處理。
在第20實(shí)施方式中，可以在與濺鍍極板連接后進(jìn)行激光表面處理，就更有效地降低了初期電弧。
本發(fā)明的第21實(shí)施方式是一種濺鍍靶的制造方法，其特征在于，在第14～20實(shí)施方式中任意一個(gè)實(shí)施方式中，濺鍍靶是由陶瓷制造的。
在第21實(shí)施方式中，除去在陶瓷研削加工時(shí)所生成的毛刺和研削粉末。
本發(fā)明的第22實(shí)施方式是一種濺鍍靶的制造方法，其特征在于，在第21實(shí)施方式中，濺鍍靶是由含有氧化銦和氧化錫中至少一種的氧化物制造的。
在第22實(shí)施方式中，能夠提供顯著提高了初期穩(wěn)定性的ITO濺鍍靶。
本發(fā)明的第23實(shí)施方式是一種濺鍍靶的制造方法，其特征在于，具有由激光進(jìn)行表面處理以降低加工痕跡的工序。
在第23實(shí)施方式中，通過用激光進(jìn)行表面處理，由升華等除去在研削加工時(shí)所生成的毛刺和研削粉末，特別是粉塵和塵埃，因此能夠顯著地降低開始使用靶子時(shí)發(fā)生的初期電弧，可提高初期穩(wěn)定性。
本發(fā)明的第24實(shí)施方式是一種濺鍍靶的制造方法，其特征在于，在第23實(shí)施方式中，用500倍的電子掃描顯微鏡(SEM)觀察到的靶子表面的直線狀加工痕跡，在與該加工痕跡垂直的240μm的范圍內(nèi)為10條以下。
在第24實(shí)施方式中，通過進(jìn)行了降低加工痕跡的處理，使得在用電子掃描顯微鏡(SEM)觀察到的靶子表面上的直線狀加工痕跡，在與該加工痕跡垂直的240μm范圍內(nèi)為10條以下。
本發(fā)明的第25實(shí)施方式是一種濺鍍靶的制造方法，其特征在于，在第23或24實(shí)施方式中，上述表面處理是由寬度為100μs以下的脈沖輸出的激光進(jìn)行的。
在第25實(shí)施方式中，由于使用了由給定寬度的脈沖輸出的激光，所以由激光產(chǎn)生的能量不向深度方向上擴(kuò)散，不會(huì)產(chǎn)生變性部分(在氧化物的情況下，為還原(低級(jí)氧化物)部分)。
本發(fā)明的第26實(shí)施方式是一種濺鍍靶的制造方法，其特征在于，在第23～25實(shí)施方式中任意一個(gè)實(shí)施方式中，采用峰值能量為3MW/cm2以上的脈沖輸出的激光進(jìn)行上述表面處理。
在第26實(shí)施方式中，能夠以給定的峰值能量脈沖輸出的激光進(jìn)行有效的表面處理。
本發(fā)明的第27實(shí)施方式是一種濺鍍靶的制造方法，其特征在于，在第23～26實(shí)施方式中任意一個(gè)實(shí)施方式中，上述表面處理是由波長(zhǎng)為1.1μm以下的激光進(jìn)行的。
在第27實(shí)施方式中，能夠由波長(zhǎng)為1.1m以下的具有給定的波長(zhǎng)的激光進(jìn)行有效的表面處理。
本發(fā)明的第28實(shí)施方式是一種濺鍍靶的制造方法，其特征在于，在第23～27實(shí)施方式中任意一個(gè)實(shí)施方式中，在加工靶子并調(diào)整厚度之后進(jìn)行上述表面處理。
在第28實(shí)施方式中，由于通過升華等除去了在研削加工時(shí)所生成的毛刺和研削粉末，所以能夠顯著地降低在靶子開始使用時(shí)發(fā)生的初期電弧，提高了初期穩(wěn)定性。
本發(fā)明的第29實(shí)施方式是一種濺鍍靶的制造方法，其特征在于，在第23～28實(shí)施方式中任意一個(gè)實(shí)施方式中，在最終階段進(jìn)行上述表面處理。
在第29實(shí)施方式中，通過盡可能在最終階段進(jìn)行激光表面處理，能夠有效地降低初期電弧。
本發(fā)明的第30實(shí)施方式是一種濺鍍靶的制造方法，其特征在于，在第23～29實(shí)施方式中任意一個(gè)實(shí)施方式中，在將靶子與濺鍍極板進(jìn)行連接之后的最終階段進(jìn)行上述表面處理。
在第30實(shí)施方式中，由于是激光表面處理，所以能夠在與濺鍍極板連接之后進(jìn)行，可更有效地降低初期電弧。
本發(fā)明的第31實(shí)施方式是一種濺鍍靶的制造方法，其特征在于，在第23～30實(shí)施方式中任意一個(gè)實(shí)施方式中，靶子是由陶瓷制造的。
在第31實(shí)施方式中，除去陶瓷研削時(shí)所生成的毛刺和研削粉末。
本發(fā)明的第32實(shí)施方式是一種濺鍍靶的制造方法，其特征在于，在第31實(shí)施方式中，靶子是由含有氧化銦和氧化錫中至少一種的氧化物制造的。
在第32實(shí)施方式中，能夠提供顯著提高了初期穩(wěn)定性的ITO濺鍍靶。
在本發(fā)明中，通過用給定寬度的脈沖輸出的激光進(jìn)行濺鍍靶表面的精加工，由升華等除去粉塵、塵埃、手上的油脂污染、以及在研削(或者研磨)加工時(shí)所生成的毛刺和研削粉末、特別是因使用濺鍍時(shí)的熱沖擊而容易脫離的部位，因此幾乎不發(fā)生在開始使用該濺鍍靶時(shí)的初期電弧，能夠幾乎不用進(jìn)行預(yù)運(yùn)轉(zhuǎn)就轉(zhuǎn)移到薄膜制造的工序中，顯著地提高了初期穩(wěn)定性。另外，由于使用給定寬度的脈沖輸出的激光，所以由激光產(chǎn)生的能量不會(huì)向深度方向擴(kuò)散，不產(chǎn)生變性部分(在氧化物的情況下，為還原(低級(jí)氧化物)部分)。在本說明書中，作為文言的“研削”表示“研削(或者研磨)”。
在此，就脈沖寬度為100μs以下的激光來說，只要是盡可能不對(duì)靶子產(chǎn)生熱應(yīng)力，而且能夠有效地除去粉塵、塵埃、手上的油脂等污染、以及在研磨加工時(shí)所生成的毛刺和研磨粉末、特別是因?yàn)R鍍時(shí)的熱沖擊而容易脫離的部位，對(duì)其介質(zhì)的種類以及震蕩方法沒有特定的限制。
在本發(fā)明中，如果使用脈沖寬度為100μs以下，優(yōu)選為0.2μs以下，更優(yōu)選0.1μs以下的脈沖輸出的激光，則不會(huì)發(fā)生擴(kuò)散，只在靶子表面使粉塵等發(fā)生升華，而不會(huì)使構(gòu)成表層的粒子熔融成為一體化。
在此，特別是脈沖寬度為0.1μs以下的激光，能夠降低研磨的痕跡，對(duì)其介質(zhì)的種類和震蕩方法都沒有特定的限制。
另外，激光的照射的條件為盡可能不使靶子產(chǎn)生熱應(yīng)力，而且能夠有效地除去粉塵、塵埃、手上的油脂等污染、以及在研磨加工時(shí)所生成的毛刺和研磨粉末、特別是因?yàn)R鍍時(shí)的熱沖擊而容易脫離的部位。為了有效地產(chǎn)生升華，需要高能量，優(yōu)選使用1MW/cm2以上、更優(yōu)選3MW/cm2以上的峰值能量的激光。對(duì)照射方法沒有特別的限制，大口徑的激光掃描或者小直徑激光束掃描都是可以的。
在本發(fā)明中，優(yōu)選使用波長(zhǎng)為5μm以下的激光，更優(yōu)選使用1.1μm以下的激光。這是因?yàn)榧す猱a(chǎn)生的能量不向深度方向擴(kuò)散，不會(huì)產(chǎn)生變性部分(在氧化物的情況下，為還原(低級(jí)氧化物)部分)。作為在本發(fā)明中可以使用的激光，可以例舉出YAGNd激光(波長(zhǎng)為1.06μm)和ArF激元激光(波長(zhǎng)為192nm)。
本發(fā)明可適用的濺鍍靶沒有特別的限制，從高熔點(diǎn)金屬的濺鍍靶到由氧化物構(gòu)成的陶瓷靶都可適用。
特別是在由氧化物粉末經(jīng)燒結(jié)而得到的陶瓷靶子中，在為了調(diào)整厚度而進(jìn)行的研削和表面研磨時(shí)，容易出現(xiàn)毛刺和在熱沖擊時(shí)容易脫離的脆性部位，因此可有效地采用本發(fā)明。其中，在含有氧化銦和氧化錫的氧化物制造的ITO濺鍍靶之中，由于以有效的濺鍍?yōu)槟繕?biāo)而要求很高的初期穩(wěn)定性，所以可特別有效地采用本發(fā)明。
以陶瓷靶為例說明本發(fā)明的濺鍍靶的制造方法的一個(gè)例子。
首先，將作為原料的粉末以期望的比例進(jìn)行混合，使用目前公知的各種濕法和干法進(jìn)行成型和燒制。
作為干法，可以例舉出冷壓法(Cold Press)和熱壓法(Hot Press)。在冷壓法中，將混合粉填充在成型模具中制造成成型體，在大氣氛圍或者氧氣氛圍下進(jìn)行燒制和燒結(jié)。而在熱壓法中，將混合粉在成型模具中直接燒結(jié)。
作為濕法，優(yōu)選使用比如過濾成型法(參照特開平11-286002號(hào)公報(bào))。就該過濾成型法來說，使用如下所述的過濾式成型模具由從陶瓷原料漿液中減壓除水而得到成型體的非水溶性材料構(gòu)成的過濾式成型模具，即，由具有1個(gè)以上吸水孔的成型用底模、在該成型下模上放置具有透水性的過濾器、以及由上側(cè)夾持使該過濾器密封的密封材料的成型模具框架組成，上述成型用底模、成型用框架、密封材料以及過濾器能夠各自分解地組裝在一起，只由該過濾器一面進(jìn)行減壓排水排出漿液中水分，然后，調(diào)制由混合粉、離子交換水和有機(jī)添加劑組成的漿液，將該漿液注入過濾式成型模具中，在該過濾器一側(cè)減壓排出漿液中的水分，得到成型體，將得到的成型體進(jìn)行干燥脫脂后進(jìn)行燒制。
在各種方法中，在比如ITO靶子的情況下，燒制溫度優(yōu)選是1300～1600℃，特別優(yōu)選是1450～1600℃。其后，按照給定尺寸進(jìn)行成型、加工的機(jī)械加工，成為靶子。
一般來說，在成型后，為了調(diào)整厚度要進(jìn)行表面的研削，特別是為了使表面平滑，在任一階段都進(jìn)行研磨。本發(fā)明的激光表面處理可以在調(diào)整厚度的研削后進(jìn)行，也可以在研磨后進(jìn)行。而無論如何不能在由激光進(jìn)行了表面處理以后再進(jìn)行研磨等處理。
在由這樣的激光進(jìn)行表面處理的情況下，比如可以認(rèn)為，即使表面不平滑，也可通過升華等除去研削時(shí)所產(chǎn)生的毛刺和研削粉末、特別是在濺鍍時(shí)因熱沖擊而容易脫離的部位。這就是說，在采用本發(fā)明的情況下，能夠省略表面的研磨工序，特別優(yōu)選省掉研削工序后的研磨工序而用激光進(jìn)行表面處理。
因此，本發(fā)明濺鍍靶的表面粗糙度Ra可以比目前優(yōu)選的0.5μm更大，并且，可以在0.8μm＜Ra＜3μm左右。這是因?yàn)?，即使表面粗糙度Ra比0.5μm大，但由于進(jìn)行了激光表面處理，所以能夠大幅度降低初期電弧，提高初期穩(wěn)定性。另外，由于激光表面處理又有加大表面粗糙度Ra的傾向，結(jié)果表面粗糙度也可以變大。
當(dāng)然不用說，即使在表面粗糙度Ra為0.5μm以下的情況下，在采用本發(fā)明時(shí)，也可以取得大幅度降低初期電弧的效果。
就目前來說，在研磨工序完了以后，將靶子連接到濺鍍極板上組成濺鍍靶，本發(fā)明的激光表面處理可以在連接到濺鍍極板上以后進(jìn)行。另外，若考慮制造的濺鍍靶的初期穩(wěn)定性，則優(yōu)選在連接濺鍍極板后進(jìn)行。這是因?yàn)樵谶M(jìn)行激光表面處理后可以防止在表面上附著粉塵、塵埃等。
因此，在本發(fā)明的進(jìn)行激光表面處理以后，優(yōu)選立即捆綁包扎。在使用樹脂薄膜進(jìn)行捆綁包扎的情況下，與樹脂薄膜接觸的靶子表面有微粒轉(zhuǎn)移的危險(xiǎn)，所以優(yōu)選使用不含可離脫顆粒的樹脂薄膜，優(yōu)選與表面沒有任何接觸的捆包方式。
一般來說，有裂開性的陶瓷靶子在如上所述用磨石進(jìn)行研削、研磨加工時(shí)，具體地說，在使之與轉(zhuǎn)動(dòng)的磨石摩擦進(jìn)行靶子的研削、研磨時(shí)，在靶子的研磨方向上會(huì)殘留有平行的直線狀的研削傷(研削痕)(在本說明書中把研削傷或研磨傷都叫做“加工痕跡”)，但由本發(fā)明的激光表面處理可以減少加工痕跡。
另外，在金屬系靶子中，由銑床或車床在比較厚的方向上進(jìn)行加工，或者用壓延的方法調(diào)整厚度，這些情況下會(huì)殘留加工的傷痕，在本說明書中稱為“加工痕跡”。這樣的加工痕跡也可以由激光表面處理而降低，實(shí)質(zhì)上有時(shí)還能將其除去。
具體地說，若進(jìn)行本發(fā)明的激光表面處理時(shí)，用500倍的電子掃描顯微鏡(SEM)觀察到的靶子表面上直線狀的加工痕跡，在該加工痕跡垂直方向上240μm的范圍內(nèi)為10條以下。
在此，所謂降低，比如陡峭的加工痕跡同時(shí)帶有球狀物，要除去的話，肉眼明顯看不出來，實(shí)質(zhì)上有時(shí)已不復(fù)存在。而加工痕跡的降低由靶子的材質(zhì)和激光的波長(zhǎng)或輸出的關(guān)系所決定，在進(jìn)行本發(fā)明的激光表面處理時(shí)，不能稱為“完全沒有加工痕跡”。
因激光的照射條件不同也會(huì)產(chǎn)生差異，比如，在使用YAGNd激光(波長(zhǎng)為1.06μm)時(shí)，加工痕跡因被降低，實(shí)質(zhì)上在多數(shù)情況下肉眼看不出來，而在使用ArF激元激光(波長(zhǎng)為192nm)時(shí)，加工痕跡雖多少會(huì)降低，但還達(dá)不到不能用肉眼確認(rèn)的程度。
總之，根據(jù)本發(fā)明，通過用激光進(jìn)行表面處理，使得濺鍍開始時(shí)等離子體的熱沖擊對(duì)靶子表面進(jìn)行沖擊而造成滑落在靶子表面上的某些粉粒體以及貝殼狀的裂紋，在濺鍍開始前已經(jīng)被升華，起到了在濺鍍開始后的熱沖擊不產(chǎn)生滑落的效果，這樣就能夠降低靶子開始使用時(shí)的初期電弧，提高了初期穩(wěn)定性。
特別是，如果使用脈沖寬度在100μs以下、峰值能量在3MW/cm2以上的激光，可以防止由于激光照射產(chǎn)生的能量向深度方向擴(kuò)散而產(chǎn)生的部分變性(在氧化物的情況下，是部分還原(低級(jí)氧化物))，僅使靶子表面上粉塵等發(fā)生升華，不會(huì)使構(gòu)成表層的粒子發(fā)生熔融而產(chǎn)生一體化，這就提高了靶子壽命。
在特開昭60-215761號(hào)公報(bào)中，公開了一種濺鍍靶的形成方法，在燒結(jié)體表面用近紅外線激光光線等能量射線進(jìn)行照射，使表層上的粒子通過熔融而發(fā)生一體化，在表面部分上形成熔融層，減輕乃至消除了來自靶子的粉末崩落。該方法是由能量射線照射將表面部分的微小粉粒體熔融，形成致密的固體層，從而防止粉末的崩落，與本發(fā)明的表面處理相比，在目的和作用效果上是完全不同的。該公報(bào)上所述那樣的熔融層使用寬度非常窄的脈沖輸出的激光是不能形成的，該公報(bào)中實(shí)際使用的激光是波長(zhǎng)大約為10μm的二氧化碳激光，這與本發(fā)明中使用的是不同的。并且，若這樣由激光光線熔融粉末形成熔融層，由于會(huì)通過還原向低價(jià)氧化物轉(zhuǎn)變(參照該公報(bào)第3頁(yè)第1～2行)，估計(jì)靶子壽命會(huì)明顯縮短。


圖1是顯示本發(fā)明實(shí)施例1的由500倍電子掃描顯微鏡(SEM)觀察到的表面狀態(tài)的圖。
圖2是顯示本發(fā)明實(shí)施例2的由500倍電子掃描顯微鏡(SEM)觀察到的表面狀態(tài)的圖。
圖3是顯示本發(fā)明實(shí)施例3的由500倍電子掃描顯微鏡(SEM)觀察到的表面狀態(tài)的圖。
圖4是顯示本發(fā)明實(shí)施例4的由500倍電子掃描顯微鏡(SEM)觀察到的表面狀態(tài)的圖。
圖5是顯示本發(fā)明比較例1的由500倍電子掃描顯微鏡(SEM)觀察到的表面狀態(tài)的圖。
圖6是顯示本發(fā)明比較例2的由500倍電子掃描顯微鏡(SEM)觀察到的表面狀態(tài)的圖。
圖7是顯示本發(fā)明比較例3的由500倍電子掃描顯微鏡(SEM)觀察到的表面狀態(tài)的圖。
具體實(shí)施例方式
下面基于實(shí)施例說明本發(fā)明，但本發(fā)明并不限于此。
(實(shí)施例1)
準(zhǔn)備純度大于99.99％的In2O3粉末和SnO2粉末。按照SnO210wt％、In2O390wt％的比例，準(zhǔn)備總量大約為1.5kg的該粉末，由過濾成型法得到成型體。然后，將該成型體在氧氣環(huán)境下在1600燒制、燒結(jié)8小時(shí)。加工該燒結(jié)體，得到與理論密度相比的相對(duì)密度為99.5％的靶子。
將該靶子在平面研削盤上用170號(hào)的磨石進(jìn)行研削，調(diào)整其厚度，然后用YAGNd激光(波長(zhǎng)為1064nm)進(jìn)行表面處理。
YAG激光的照射條件是光斑尺寸φ2mm、脈沖寬度10ns、峰值能量320MW/cm2、脈沖頻率10Hz，平均1脈沖的輸出為100mJ/脈沖。平均實(shí)效照射能為6.4J/cm2。
按照J(rèn)IS B0601標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量表面處理后的表面粗糙度Ra，結(jié)果為2.06μm。具體地說，使用觸針式表面粗糙度計(jì)(Tencor公司制P10型)，使用尖端半徑為0.5μm的觸針，針壓為15mg，在送入速度為20μm/s、測(cè)量寬度為1.5mm、截止濾光片為800μm的條件下進(jìn)行測(cè)量。
另外，用500倍電子掃描顯微鏡(SEM)觀察到的表面狀況如圖1所示。在靶子上大約175μm×大約240μm的范圍內(nèi)觀察不到直線狀的研磨痕跡。
(實(shí)施例2)
除了采用ArF激元激光(波長(zhǎng)為192nm)代替YAG激光以外，以與實(shí)施例1相同的方法制造靶子。
激元激光的照射條件是光斑尺寸3.3mm×1.5mm、脈沖寬度30ns、峰值能量11MW/cm2、脈沖頻率1Hz，平均1脈沖的輸出為16mJ/脈沖。平均實(shí)效照射能為0.32J/cm2。
按照J(rèn)IS B0601標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量表面處理后的表面粗糙度Ra，結(jié)果為1.77μm。
另外，用500倍電子掃描顯微鏡(SEM)觀察到的表面狀況如圖2所示。在靶子上與加工痕跡垂直方向上大約240μm的范圍內(nèi)研磨痕跡在10條以內(nèi)。但是，不象后述的比較例的研磨痕跡那樣被清楚地觀察到，稍微帶有些圓度，是降低的狀態(tài)。
(實(shí)施例3)
如實(shí)施例1那樣在平面研削盤上以170號(hào)磨石進(jìn)行研削并調(diào)整厚度后，再用400號(hào)、600號(hào)和1000號(hào)進(jìn)行三次研磨。然后，用YAGNd激光(波長(zhǎng)為1064nm)進(jìn)行表面處理。
YAG激光的照射條件是光斑尺寸φ2mm、脈沖寬度10ns、峰值能量320MW/cm2、脈沖頻率10Hz，平均1個(gè)脈沖的輸出為100mJ/脈沖。平均實(shí)效照射能為3.2J/cm2。
按照J(rèn)IS B0601標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量表面處理后的表面粗糙度Ra，結(jié)果為0.50μm。
另外，用500倍電子掃描顯微鏡(SEM)觀察到的表面狀況如圖3所示。在靶子上大約175μm×240μm的范圍內(nèi)觀察不到直線狀的研磨痕跡。
(實(shí)施例4)
如實(shí)施例1那樣在平面研削盤上以170號(hào)磨石進(jìn)行研削并調(diào)整厚度后。然后用YAGNd激光(波長(zhǎng)為1064nm)進(jìn)行表面處理。
YAG激光的照射條件是光斑尺寸φ0.82mm、脈沖寬度104ns、峰值能量3.3MW/cm2、脈沖頻率500Hz，平均1脈沖的輸出為3.6mJ/脈沖。平均實(shí)效照射能為2.05J/cm2。
按照J(rèn)IS B0601標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量表面處理后的表面粗糙度Ra，結(jié)果為1.70μm。
另外，用500倍電子掃描顯微鏡(SEM)觀察到的表面狀況如圖4所示。在靶子上與加工痕跡垂直的方向上大約240μm的范圍內(nèi)觀察到6條直線狀的研磨痕跡。
(比較例1)
在實(shí)施例1中進(jìn)行平面研削后，不進(jìn)行激光表面處理，成為比較例1的靶子。
按照J(rèn)IS B0601標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量表面粗糙度Ra，結(jié)果為1.68μm。
另外，用500倍電子掃描顯微鏡(SEM)觀察到的表面狀況如圖5所示。在靶子上與加工痕跡垂直的方向上大約240μm的范圍內(nèi)觀察到11條直線狀的研磨痕跡。但是，與上述實(shí)施例2的研磨痕跡相比，能夠更清楚地觀察到。
(比較例2)
在實(shí)施例3中用1000號(hào)磨石進(jìn)行表面研磨后，不進(jìn)行激光表面處理，成為比較例2的靶子。
按照J(rèn)IS B0601標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量表面粗糙度Ra，結(jié)果為0.19μm。
另外，用500倍電子掃描顯微鏡(SEM)觀察到的表面狀況如圖6所示。在靶子上與加工痕跡垂直的方向上大約240μm的范圍內(nèi)觀察到140條直線狀的研磨痕跡。
(比較例3)
除了采用如下所述的照射條件的YAG激光以外，與實(shí)施例1相同地制造靶子。
YAG激光的照射條件是光斑尺寸φ2mm、脈沖寬度0.3ms、峰值能量22kW/cm2、脈沖頻率20Hz，平均1脈沖的輸出為10mJ/脈沖。平均實(shí)效照射能為19J/cm2。
按照J(rèn)IS B0601標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量表面處理后的表面粗糙度Ra，結(jié)果為1.70μm。
另外，用500倍電子掃描顯微鏡(SEM)觀察到的表面狀況如圖7所示。在靶子上與加工痕跡垂直的方向上大約240μm的范圍內(nèi)觀察到12條直線狀的研磨痕跡。但是，不象其它比較例的研磨痕跡那樣能夠清楚地觀察到。稍帶圓度，呈降低的狀態(tài)。但在許多地方觀察到部分還原的部分(低級(jí)氧化物黑色可見的部分)。
(試驗(yàn)例)
使用實(shí)施例1～4和比較例1～3的靶子，在以下的條件下用DCmagneton濺鍍機(jī)進(jìn)行連續(xù)濺鍍，測(cè)定初期電弧的次數(shù)和50次壽命。結(jié)果如下述表1所示。同時(shí)，各實(shí)施例和比較例3的激光照射條件如表2所示。
在此，初期電弧的次數(shù)是由各靶子開始使用到投入電力為10Wh/cm2時(shí)發(fā)生電弧(異常放電)的次數(shù)。而放電的檢出是由LandmarkTechnology公司制造的電弧檢出裝置(MAM Genesis)進(jìn)行的。
另外，50次壽命是指從各靶子使用開始時(shí)到投入電力為10Wh/cm2除去初期電弧數(shù)、累計(jì)放電次數(shù)為50次時(shí)的投入電力(Wh/cm2)。
濺鍍條件
靶子尺寸直徑6英寸，厚度6mm
濺鍍方式DC magneton濺鍍機(jī)
排氣裝置旋轉(zhuǎn)泵+低溫泵
達(dá)到的真空度3.0×10-7[Torr]
Ar的壓力3.0×10-3[Torr]
氧氣分壓3.0×10-5[Torr]
濺鍍電力300W(電力密度1.6W/cm2)。
表1
表2
由以上的結(jié)果可以確認(rèn)，由激光進(jìn)行的表面處理，無論粗糙度如何，都能夠大幅度減少初期電弧的次數(shù)，大幅度提高初期穩(wěn)定性。另外，由激光表面處理降低加工痕跡的程度隨激光的種類而異，實(shí)質(zhì)上殘留的加工痕跡對(duì)初期電弧數(shù)沒有直接的影響。而且在進(jìn)行激光表面處理的情況下，由于降低了瘤狀體的生成，被認(rèn)為是提高靶子壽命的原因。
并且，如果象比較例3那樣用能量比較弱的激光進(jìn)行比較長(zhǎng)時(shí)間的照射，由于激光能向靶子深度方向擴(kuò)散，可觀察到還原部分(低級(jí)氧化物黑色可見的部分)，其結(jié)果，是靶子壽命顯著縮短的結(jié)果。
發(fā)明效果
如以上的說明，根據(jù)本發(fā)明，通過由激光進(jìn)行表面處理，使得濺鍍開始時(shí)等離子體的熱沖擊對(duì)靶子表面進(jìn)行沖擊而造成滑落在靶子表面上的某些粉粒體以及貝殼狀的裂紋，在濺鍍開始前已經(jīng)被升華，起到了在濺鍍開始后的熱沖擊不產(chǎn)生滑落的效果，這樣就能夠降低靶子開始使用時(shí)的初期電弧，提高了初期穩(wěn)定性。并且，若由激光進(jìn)行表面處理可以省略多次的研磨工序，結(jié)果可以以低成本進(jìn)行制造。
權(quán)利要求
1.一種濺鍍靶，其特征在于由寬度為100μs以下的脈沖輸出的激光進(jìn)行表面處理。
2.如權(quán)利要求1所述的濺鍍靶，其特征在于所述激光是由3MW/cm2以上的峰值能量的脈沖輸出的激光。
3.如權(quán)利要求2所述的濺鍍靶，其特征在于所述激光的波長(zhǎng)為1.1μm以下。
4.如權(quán)利要求3所述的濺鍍靶，其特征在于所述激光是YAG激光或激元激光。
5.如權(quán)利要求1～4中任意一項(xiàng)所述的濺鍍靶，其特征在于靶子是由陶瓷制造的。
6.如權(quán)利要求5所述的濺鍍靶，其特征在于靶子是由含有氧化銦和氧化錫中至少一種的氧化物制造的。
7.一種濺鍍靶，其特征在于直線狀的加工痕跡被減少。
8.如權(quán)利要求7所述的濺鍍靶，其特征在于用500倍電子掃描顯微鏡(SEM)觀察到的靶子表面上直線狀的加工痕跡，在與該加工痕跡垂直方向上240μm的范圍內(nèi)為10條以下。
9.如權(quán)利要求8所述的濺鍍靶，其特征在于由寬度為100μs以下的脈沖輸出的激光進(jìn)行表面處理。
10.如權(quán)利要求9所述的濺鍍靶，其特征在于由3MW/cm2以上的峰值能量的脈沖輸出的激光進(jìn)行表面處理。
11.如權(quán)利要求10所述的濺鍍靶，其特征在于由波長(zhǎng)為1.1μm以下的激光進(jìn)行表面處理。
12.如權(quán)利要求7～11中任意一項(xiàng)所述的濺鍍靶，其特征在于靶子是由陶瓷制造的。
13.如權(quán)利要求12所述的濺鍍靶，其特征在于靶子是由含有氧化銦和氧化錫中至少一種的氧化物制造的。
14.一種濺鍍靶的制造方法，其特征在于具有由寬度為100μs以下的脈沖輸出的激光進(jìn)行表面處理的工序。
15.如權(quán)利要求14所述的濺鍍靶的制造方法，其特征在于所述激光是由3MW/cm2以上的峰值能量的脈沖輸出的激光。
16.如權(quán)利要求15所述的濺鍍靶的制造方法，其特征在于所述激光的波長(zhǎng)為1.1μm以下。
17.如權(quán)利要求16所述的濺鍍靶的制造方法，其特征在于所述激光是YAG激光或激元激光。
18.如權(quán)利要求17所述的濺鍍靶的制造方法，其特征在于在加工靶子并調(diào)整厚度之后進(jìn)行所述表面處理。
19.如權(quán)利要求18所述的濺鍍靶的制造方法，其特征在于在制造工序的最終階段進(jìn)行所述表面處理。
20.如權(quán)利要求19所述的濺鍍靶的制造方法，其特征在于在將靶子與濺鍍極板連接之后進(jìn)行所述表面處理。
21.如權(quán)利要求14～20中任意一項(xiàng)所述的濺鍍靶的制造方法，其特征在于靶子是由陶瓷制造的。
22.如權(quán)利要求21所述的濺鍍靶的制造方法，其特征在于靶子是由含有氧化銦和氧化錫中至少一種的氧化物制造的。
23.一種濺鍍靶的制造方法，其特征在于具有由激光進(jìn)行表面處理以降低加工痕跡的工序。
24.如權(quán)利要求23所述的濺鍍靶的制造方法，其特征在于加工以后，用500倍電子掃描顯微鏡(SEM)觀察到的靶子表面上的直線狀的加工痕跡，在與該加工痕跡垂直方向上240μm的范圍內(nèi)為10條以下。
25.如權(quán)利要求24所述的濺鍍靶的制造方法，其特征在于由寬度為100μs以下的脈沖輸出的激光進(jìn)行所述表面處理。
26.如權(quán)利要求25所述的濺鍍靶的制造方法，其特征在于由3MW/cm2以上的峰值能量的脈沖輸出的激光進(jìn)行所述表面處理。
27.如權(quán)利要求26所述的濺鍍靶的制造方法，其特征在于由波長(zhǎng)為1.1μm以下的激光進(jìn)行所述表面處理。
28.如權(quán)利要求27所述的濺鍍靶的制造方法，其特征在于在加工靶子并調(diào)整厚度之后進(jìn)行所述表面處理。
29.如權(quán)利要求28所述的濺鍍靶的制造方法，其特征在于在最終階段進(jìn)行所述表面處理。
30.如權(quán)利要求29所述的濺鍍靶的制造方法，其特征在于在將靶子與濺鍍極板連接之后的最終階段進(jìn)行所述表面處理。
31.如權(quán)利要求23～30中任意一項(xiàng)所述的濺鍍靶的制造方法，其特征在于靶子是由陶瓷制造的。
32.如權(quán)利要求31所述的濺鍍靶的制造方法，其特征在于靶子是由含有氧化銦和氧化錫中至少一種的氧化物制造的。
全文摘要
本發(fā)明提供一種濺鍍靶的制造方法，通過由寬度為100μs以下的脈沖輸出的激光進(jìn)行表面處理，經(jīng)升華等除去在研削加工時(shí)生成的毛刺和研削粉末、特別是粉塵和塵埃等，因此可以使靶子開始使用時(shí)所產(chǎn)生的初期電弧顯著降低，并能夠提高初期穩(wěn)定性，以低成本進(jìn)行濺鍍靶的制造。
文檔編號(hào)C23C14/08GK1407128SQ0213036
公開日2003年4月2日 申請(qǐng)日期2002年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月16日
發(fā)明者渡邊弘, 高橋誠(chéng)一郎, 山崎貴史 申請(qǐng)人:三井金屬礦業(yè)株式會(huì)社