[发明专利]中空柱状靶材及其组件

说明书

技术领域

本发明涉及一种中空柱状靶材，特别是涉及一种能够使得靶材材料和背衬管紧密结合且制造简单的中空柱状靶材。

背景技术

在典型使用平面靶材的磁控溅射制造工艺中，溅射行为会集中在切线磁场最强的靶材表面区域，形成跑道式的侵蚀痕迹，因而降低靶材的使用率。一般而言，平面靶材的使用率仅为35％到50％。

通过使用旋转靶材可得到均匀的蚀刻表面，除了将使用率提升至70％到80％之外，对薄膜品质的改善也有帮助。提高靶材使用寿命和利用率可以降低制造成本、提高工艺产量、降低靶材购买费用，并能够延长有效生产时间。

但是旋转靶材的靶材材料与背衬管的接合技术比一般平面靶材与背板的接合技术复杂许多。一般的做法是利用低熔点金属作为焊料填入旋转靶材与背衬管之间的间隙，以达到接合的目的。使用低融点金属作为焊料具有热应力较小的优点，然而，由于中空柱状的靶材不易在焊合时施加压力，接合力较差，容易在一定温度的沉积制造工艺进行中发生靶材材料与背衬管脱落的危险。其他常见的方式还包括：

a.喷镀技术：将靶材的材料以电浆或高压喷镀的方式镀在背衬管的外管壁，以形成靶材。然而，喷镀法容易在靶材中产生气孔，导致靶材密度的降低。

b.铸造技术：将一管状模具套在背衬管之外，将熔融的靶材材料注入管状模具与背衬管之间，以形成靶材。而铸造法的限制则是仅能用于低熔点材料的靶材制造。

c.电镀：将背衬管置于电镀液中，利用电镀的方式将靶材材料镀在背衬管的外管壁，以形成靶材。虽有良好的附着性，但电镀法的沉积速度慢，且沉积的厚度有限制。

在美国第5,435,965号专利案中公开利用注浆技术在管状模具以及背衬管之间注入靶材材料后，再通过热均压制造工艺提升靶材的密度；然而，热均压制造工艺设备昂贵，更增加靶材制造的成本。

在日本特开平11-71667号专利案中则公开利用热胀冷缩的原理将背衬管直接插入铜制靶材材料中，以机械的力量完成接合；然而，其咬合量设定在0.01mm～0.5mm，并未考虑靶材尺寸与咬合量之间的关联。但由George M.Wityak的研究论文(Performance Comparison ofSilver Sleeved Rotary Targets with Planar Targets，George M.Wityak，Society of Vacuum Coaters，49th Annual Technical ConferenceProceedings(2005))中可以看出，靶材尺寸以及咬合量若无经过适当设计，靶材与背衬管虽不至于松脱，但由溅镀制造工艺中的靶材温度变化以及电弧发生的次数可以观察出其导热性以及导电性不佳。

另外，在美国公开第2004/0074770号专利案中，公开一种将靶材材料加热而使之膨胀，再将其罩套于背衬管外，之后再降温而完成接合。然而其并未考虑到靶材材料与背衬管之间各种参数的关系，故此方法仍然无法让背衬管和靶材材料之间有紧密的结合。

发明内容

鉴于现有靶材材料与背衬管的接合技术无法使靶材材料与背衬管紧密结合，而其他具有背衬管的靶材的制作方法皆有其缺点存在，因此本申请的发明人经过不断的尝试与努力，终于发明出此中空柱状靶材。

本发明的目的是提供一种能够使得靶材材料和背衬管紧密结合且制造工艺简单的中空柱状靶材。

为达到上述目的，本发明提供一种中空柱状靶材组件，其包括一背衬管与一靶材材料，其中该靶材材料为外管，该背衬管为内管，该内管是用以接合于该外管内，在外管与内管分离的状态下，内管的外径大于外管的内径，且该内管的外径和外管的内径的差值需等于靶材材料的降伏应变乘以外管的内径再乘以一系数N，N值介于1至10之间。

其中该靶材材料及背衬管材料皆是选自于由金属、金属合金、陶瓷材料、氮化物、氧化物及其组合所组成的群组。

其中，该外管的内管壁具有凹槽。

其中，该内管的外管壁具有凹槽。

其中，该外管的内管壁和该内管的外管壁皆具有凹槽。

其中，该中空柱状靶材组件尚包括一介质，该介质为导电材料，其设置于该外管和内管之间；或者设置于该外管和内管间的凹槽内。

本发明还提供一种中空柱状靶材，其包括上述中空柱状靶材组件，且该内管接合于该外管内。

本发明通过靶材材料和背衬管的材料的不同性质，而调整内管的外径和外管的内径，使其差值等于靶材材料的降伏应变乘以外管的内径再乘以一系数N，并控制N值在1至10之间，才能使得作为外管和内管得以紧密接合。

附图说明

图1为本发明的外管与内管组合前的端视示意图。