專利名稱：濺鍍靶材的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及濺鍍靶材(以下也簡稱靶材)，特別是涉及濺鍍時產(chǎn)生的電弧放電現(xiàn)象和噴濺現(xiàn)象得到抑制的鋁類合金的濺鍍靶材。
背景技術(shù)：
近年來，濺鍍靶材被用于FPD(平板顯示器)、記錄媒體、半導(dǎo)體器件等領(lǐng)域中。此外，F(xiàn)PD領(lǐng)域中，隨著畫面的大型化，濺鍍靶材本身也不斷大型化。
各領(lǐng)域所使用的濺鍍靶材已知各種組成材質(zhì)的材料，作為濺鍍時的靶材特性，不管其組成的差異，都要求不產(chǎn)生電弧放電現(xiàn)象和噴濺現(xiàn)象。
該電弧放電現(xiàn)象是指濺鍍時產(chǎn)生的異常放電，若產(chǎn)生該電弧放電現(xiàn)象，則會阻礙通過濺鍍穩(wěn)定地形成薄膜。此外，噴濺現(xiàn)象是指濺鍍時由靶材產(chǎn)生的異常飛濺物附著于基板等，由于該異常飛濺物比通常的濺鍍粒子大，附著于基材的情況下，會阻礙均一的薄膜形成，引起例如配線間的短路或斷線等。
為了抑制這樣的電弧放電現(xiàn)象和噴濺現(xiàn)象，對靶材的組織進(jìn)行精細(xì)化、均質(zhì)化。如果是沒有空孔等缺陷、均質(zhì)的、精細(xì)的組織的靶材，濺鍍時的電弧放電現(xiàn)象和噴濺現(xiàn)象得到抑制，可以實(shí)現(xiàn)更高的成膜速度。
另外，作為濺鍍靶材的制造方法，一般采用熔解鑄造法或粉末冶金法。而且，現(xiàn)狀是為了得到均質(zhì)的、精細(xì)的組織的靶材，通常通過改善靶材的制造方法來實(shí)現(xiàn)。
然而，靶材的組成多種多樣，而且為了應(yīng)對近年來的大型化，開始出現(xiàn)只通過基于靶材制造方法的研究的組織改變，無法充分抑制電弧放電現(xiàn)象和噴濺現(xiàn)象的情況。例如，濺鍍靶材的材質(zhì)為復(fù)合材料之類的情況下，只通過制造方法上的改善，無法實(shí)現(xiàn)能夠充分滿足使母材中的分散粒子均一且精細(xì)地分散的水平(例如參看專利文獻(xiàn)1)。
專利文獻(xiàn)1日本專利特開2003-3258號公報發(fā)明的揭示發(fā)明要解決的課題本發(fā)明是在如上的背景下完成的，目的是提供為了盡量不產(chǎn)生濺鍍時的電弧放電現(xiàn)象和噴濺現(xiàn)象，改變?yōu)榫|(zhì)且精細(xì)的組織的濺鍍靶材。
解決課題的方法為了解決上述課題，本發(fā)明的特征在于，在濺鍍靶材用于濺鍍的部分進(jìn)行摩擦攪拌處理。本發(fā)明中的摩擦攪拌處理是指使用摩擦攪拌焊接(FSWFriction Stir Welding)法的組織改變處理。具體來說，在靶材用于濺鍍的部分對接比靶材的材質(zhì)更硬的材質(zhì)的探頭(probe)，使探頭與該部分之間產(chǎn)生相對的循環(huán)運(yùn)動(例如，一邊使探頭旋轉(zhuǎn)、一邊移動的運(yùn)動)，通過產(chǎn)生的摩擦熱在該部分引發(fā)塑性流動。通過該摩擦攪拌處理產(chǎn)生塑性流動的部分的組織變得比處理前更均質(zhì)、且更精細(xì)。因此，如果采用本發(fā)明所述的濺鍍靶材，則可以可靠地抑制濺鍍時的電弧放電現(xiàn)象和噴濺現(xiàn)象。
作為更具體的摩擦攪拌處理的條件，探頭每一次旋轉(zhuǎn)的移動距離較好是設(shè)定在0.45mm～1.40mm。若0.45mm/轉(zhuǎn)未滿，則容易產(chǎn)生燒瘤和氣孔，而且生產(chǎn)性也低下。此外，若超過1.40mm/轉(zhuǎn)，則同樣非常容易產(chǎn)生燒瘤和氣孔，根據(jù)情況可能會出現(xiàn)探頭自身折斷破損或摩擦攪拌處理機(jī)用馬達(dá)超負(fù)荷而燒損的情況。如果由于該摩擦攪拌處理在濺鍍靶材上產(chǎn)生燒瘤和氣孔，則容易發(fā)生濺鍍時的電弧放電現(xiàn)象和噴濺現(xiàn)象，而失去本發(fā)明的摩擦攪拌處理的效果。另外，該摩擦攪拌處理后的靶材上較好是根據(jù)需要進(jìn)行退火處理。這是因?yàn)槿暨M(jìn)行該退火處理，則不僅可以使靶材的組織更均一，而且還緩解內(nèi)部應(yīng)力，因此連接(bonding)到背板(backing plate)等上時的翹曲也得到抑制。該退火處理的條件、例如退火溫度和處理時間可以根據(jù)靶材的材質(zhì)適當(dāng)調(diào)整。
此外，由于本發(fā)明中的摩擦攪拌處理完全不受濺鍍靶材的材質(zhì)、特別是其制造方法的材質(zhì)的影響，靶材即使是燒結(jié)材或鑄造材，也可以可靠地抑制電弧放電現(xiàn)象和噴濺現(xiàn)象。
本發(fā)明中的摩擦攪拌處理較好是用于鋁類合金的靶材，更好是用于含碳的鋁類合金的靶材。近年來，作為液晶顯示器的配線材料受到注目、作為大面積的大型靶材在市場上熱銷的鋁類合金的濺鍍靶材被嚴(yán)格地要求作為靶材的基本特性的電弧放電現(xiàn)象和噴濺現(xiàn)象的抑制。如果是本發(fā)明的濺鍍靶材，則即使是鋁類合金的靶材，也可以充分抑制電弧放電現(xiàn)象和噴濺現(xiàn)象，能夠穩(wěn)定地進(jìn)行濺鍍。此外，含碳的鋁類合金的靶材可算是粒子分散型的復(fù)合材料，由于不易使這樣的靶材的組織均質(zhì)、精細(xì)，難以將電弧放電現(xiàn)象和噴濺現(xiàn)象抑制到實(shí)用上可以滿意水平。但是，通過進(jìn)行本發(fā)明的摩擦攪拌處理，即使是含碳的鋁類合金的靶材，也可以充分抑制電弧放電現(xiàn)象和噴濺現(xiàn)象。
此外，本發(fā)明對于含有鎳、鈷、鐵中任意一種以上元素的鋁類合金的濺鍍靶材，也可以可靠地抑制電弧放電現(xiàn)象和噴濺現(xiàn)象。這樣的組成的鋁類合金的靶材可以形成能直接與ITO膜歐姆接觸的薄膜，即使直接在硅上形成薄膜，也不會產(chǎn)生硅與鋁的相互擴(kuò)散，可以形成電阻率低、耐熱性良好的配線。但是，已知這樣的組成的鋁類合金的濺鍍靶材為碳化物或金屬間化合物分散于鋁母相中的組織，但如果是本發(fā)明的濺鍍靶材，則由于該碳化物或金屬間化合物均質(zhì)且精細(xì)地分散于鋁母相中，不易產(chǎn)生電弧放電現(xiàn)象和噴濺現(xiàn)象。作為這樣的鋁類合金，可以例舉例如鋁-碳-鎳合金、鋁-碳-鎳-鈷合金等。此外，作為其組成，可以含有0.5～7.0at％鎳、鈷、鐵中至少一種元素，0.1～3.0at％碳，其余部分為鋁。
發(fā)明的效果如上所述，本發(fā)明所述的濺鍍靶材不論其組成和大小、基于制造方法的材質(zhì)的差異等，用于濺鍍的部分都為均質(zhì)且精細(xì)的組織，所以可以可靠地抑制濺鍍時的電弧放電現(xiàn)象和噴濺現(xiàn)象。而且，本發(fā)明對于用于不斷大面積化的液晶顯示器的鋁類合金的濺鍍靶材是特別有效的。
附圖的簡單說明[

圖1]摩擦攪拌處理的簡略示意圖。
比較例的靶材表面的SEM觀察照片(500倍)。
比較例的靶材表面的SEM觀察照片(500倍)。
實(shí)施例的靶材表面的SEM觀察照片(500倍)。
實(shí)施例的靶材表面的SEM觀察照片(500倍)。
攪拌頭的截面簡圖。
實(shí)施發(fā)明的最佳方式對于本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式，基于實(shí)施例和比較例進(jìn)行說明。
實(shí)施例本實(shí)施例和比較例的靶材為如下制作的含碳鋁類合金。首先，在石墨坩堝(純度99.9％)中投入純度99.99％的鋁，加熱至1600～2500℃的溫度范圍內(nèi)，將鋁熔解。該使用石墨坩堝的鋁的熔解在氬氣氣氛中進(jìn)行，氣氛氣壓設(shè)為大氣壓。在該熔解溫度下保持約5分鐘，石墨坩堝內(nèi)生成鋁-碳合金后，將該熔融金屬投入石墨鑄型中，通過放置自然冷卻，從而進(jìn)行鑄造。
將該在石墨鑄型中鑄造的鋁-碳合金的鑄塊取出，加入指定量的純度99.99％的鋁和鎳，投入再熔解用的石墨坩堝中，通過加熱至800℃進(jìn)行再熔解，進(jìn)行攪拌約1分鐘。該再溶解也是在氬氣氣氛下進(jìn)行，氣氛氣壓設(shè)為大氣壓。攪拌后，通過將熔融金屬注入水冷銅鑄型，得到板狀的鑄塊。再通過壓延機(jī)將該鑄塊形成厚20mm、寬400mm×長600mm的板狀靶材。
接著，該實(shí)施例的靶材對于如上所述制造的靶材的一面?zhèn)冗M(jìn)行摩擦攪拌處理。如圖1所示，摩擦攪拌處理通過將市售的摩擦攪拌焊接裝置的攪拌頭(スタ一ロツド)1直接配置在靶材T的上部進(jìn)行。將該攪拌頭1的前端部2(鋼制)設(shè)定為指定的旋轉(zhuǎn)速度和進(jìn)給速度，使其在靶材T的幾乎整面移動。
若要對該摩擦攪拌處理具體說明，首先，攪拌頭使用圖6所示截面尺寸的部件。接著，將攪拌頭1控制在500rpm的旋轉(zhuǎn)速度、300mm/min(0.6mm/轉(zhuǎn))的移動速度。此外，攪拌頭1的前端為進(jìn)入靶材中的深度12mm左右的狀態(tài)。對一面?zhèn)鹊膸缀跽孢M(jìn)行了摩擦攪拌處理后，將靶材反轉(zhuǎn)，對未處理側(cè)的面也以同樣的條件進(jìn)行摩擦攪拌處理。其結(jié)果，實(shí)施例的靶材基本上整體都進(jìn)行了摩擦攪拌處理，對于厚度方向，達(dá)到在整個厚度進(jìn)行了摩擦攪拌處理的狀態(tài)。作為實(shí)施例的比較，將未進(jìn)行FSW處理的靶材用作比較例。
對于上述的實(shí)施例和比較例的靶材，就其表面的SEM觀察、表面粗糙度測定、電弧放電特性、噴濺特性進(jìn)行考察。
圖2和圖3中表示了比較例的SEM觀察，圖4和圖5中表示了實(shí)施例的SEM觀察的結(jié)果。圖2所示的比較例中，發(fā)現(xiàn)針狀的近黑色析出物，該析出物為碳化物Al4C3(見于圖2照片的中央的黑色針狀析出物，長約50μm)。此外，圖2和圖3中可見白色斑點(diǎn)狀的部分為金屬間化合物Al3Ni的析出物，如圖3所示，觀察到多處該Al3Ni的析出物呈條紋狀分布的狀態(tài)的部位。另一方面，圖4和圖5的實(shí)施例的情況下，沒有觀察到碳化物Al4C3形成如圖2中所見的較大的狀態(tài)的析出物，觀察到呈整體上均等分散的狀態(tài)。此外，金屬間化合物Al3Ni幾乎沒有發(fā)現(xiàn)像比較例那樣呈條紋狀分布的狀態(tài)，確認(rèn)為整體上大致均等分散的狀態(tài)。
接著，對電弧放電特性的結(jié)果進(jìn)行說明。從上述的板狀靶材切取圓板(直徑203.2mm×厚10mm)濺鍍靶材，安裝在市售的濺鍍裝置(spattering ring)(トツキ株式會社制MSL-464)上，以12W/cm2的輸入功率，進(jìn)行指定時間的濺鍍，該電弧放電特性通過該濺鍍處理中該裝置計數(shù)的異常放電次數(shù)來進(jìn)行考察。其結(jié)果，比較例的情況下，3.5小時的濺鍍時間中發(fā)生4447次異常放電。另一方面，實(shí)施例的情況下，3.5小時的濺鍍時間中只發(fā)生250次異常放電。
最后，對噴濺特性的結(jié)果進(jìn)行說明。以與上述電弧放電特性的情況同樣的條件，進(jìn)行1小時的濺鍍，在玻璃基板上形成Al-Ni-C合金薄膜。然后，通過觀察該薄膜表面，考察是否存在10μm以上的噴濺(異常飛濺物)。其結(jié)果，比較例的靶材發(fā)現(xiàn)多處異常飛濺物，而實(shí)施例則完全沒有發(fā)現(xiàn)10μm以上的異常飛濺物。
權(quán)利要求
1.濺鍍靶材，其特征在于，對濺鍍靶材的用于濺鍍的部分進(jìn)行了摩擦攪拌處理。
2.如權(quán)利要求1所述的濺鍍靶材，其特征還在于，濺鍍靶材為鋁類合金。
3.如權(quán)利要求2所述的濺鍍靶材，其特征還在于，鋁類合金含有碳。
4.如權(quán)利要求2或3所述的濺鍍靶材，其特征還在于，含有鎳、鈷、鐵中任意一種以上的元素。
5.如權(quán)利要求1～4中的任一項(xiàng)所述的濺鍍靶材，其特征還在于，濺鍍靶材為燒結(jié)材或鑄造材。
全文摘要
本發(fā)明提供可盡量不產(chǎn)生濺鍍時的電弧放電現(xiàn)象和噴濺現(xiàn)象的濺鍍靶材。對濺鍍靶材的用于濺鍍的部分進(jìn)行了摩擦攪拌處理，即使是含碳的鋁類合金的濺鍍靶材或大型的濺鍍靶材，也可以可靠地抑制濺鍍時的電弧放電現(xiàn)象和噴濺現(xiàn)象。
文檔編號C22C21/00GK1878886SQ20058000126
公開日2006年12月13日 申請日期2005年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月9日
發(fā)明者加藤和照, 久保田高史, 木村浩, 松浦宜范, 松崎健嗣 申請人:三井金屬鉱業(yè)株式會社, 日本輕金屬株式會社