CN1268780C - 蒸发源的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于物理气相沉积的蒸发源的制造方法。该蒸发源包括一个包含铝组分及一种或多种其它组分的靶和一个与靶相连的由热导率比靶好的材料组成的支承板。根据本发明，由粉末起始材料制得的支承板与溅射靶的粉末组分一起经挤压形成夹层式粉末部分然后成型。

Description

蒸发源的制造方法
技术领域
本发明涉及用于物理气相沉积的蒸发源的制造方法，其包括一个靶和一个与靶相连的支承板，靶包含铝组分及一种或多种其它组分，制造支承板的材料的热导率比靶好，靶的制造是将粉末状个体组分的混合物冷压之后，在低于个体组分熔点的温度下边流动边成型，直至密度至少为理论密度的98％。
背景技术
如今用于物理气相沉积的溅射靶已经被大规模地用于多种涂层的制造。它们的用途覆盖了多种底物材料的抗磨及抗腐蚀涂层的生产和涂层材料复合物的生产，尤其是在半导体和电子工业中。应用的广泛性意味着有多种涂层材料需要沉积。
在多种物质需要同时沉积的情况下就会出现问题，在合金的常规形成过程中会生成易碎的金属间相，这样合金实际上就不能在冷或热条件下成型，只有花费相当的代价才能加工。因而由这些合金制造溅射靶非常困难甚至根本不可能。
例如，这些有问题的材料包括，例如，铝和钛的合金，其只能通过上述方法才能制成溅射靶。
上述方法在AT PS 388 752中有详细的描述。
在溅射系统中，通常溅射靶采用机械手段固定在水冷铜板上以降低表面温度。最常见的是，完全由被溅射材料制成的溅射靶直接位于铜板上。
由于需要使尽可能多的材料用溅射靶雾化，溅射靶的总高度应尽可能地高。但是，需要考虑的是，随总高度增高而增高的溅射靶的热阻不能增加得太大，以确保溅射靶的表面温度保持在可靠值。
由于大多数被雾化的材料具有相对好的热导率和/或相对高的表面温度，常见的溅射系统中溅射靶的总高度相对较大，因此如果这些系统中溅射靶的总高度相对较低将会非常不利。
尤其是，使用溅射技术涂覆时，具有很好热导率的铝非常常用，因而尤其从溅射靶的总高度考虑，许多溅射系统利用铝的良好热导率。
在这些涂覆设备中，当铝和其它热导率较差的材料一起雾化，同时为了防止，例如，溅射靶的几种组分之间不需要的反应发生，溅射过程中表面温度不能太高，这样就会产生问题。因此，铝经常和钛一起使用，另外如果可用，也可加入用于涂覆的其它组分，尤其是可抗磨和抗剪切的组分。
使用这些材料制造的溅射靶，即使少量的钛也会明显降低铝的良好热导率。因此，对于这些溅射靶，如果按照常规溅射系统中的总高度来制造，在较高的涂覆速度下表面温度会过高而发生放热反应，而造成靶的毁坏。
但是，和铝一起利用溅射靶雾化的其它材料在涂覆过程中也非常关键并会引起问题。铝和钽、钕或钇的材料组合物可用于，例如，电子领域，而铝和镍及铬的材料组合物常用作光和磁贮存的介质材料。
例如，铝与锡、锌、银、钨、钼的材料组合物在应用中经常加入另外的钛部分以防磨损和剪切，其中有一种材料组分用作干膜润滑剂。
为了尽可能避免在涂覆过程中使用这些关键的材料组合物时产生上述问题，沉积速度通常应受限制以防止表面温度升得太高。
在较高的涂覆速度下不改变总高度而降低这些关键溅射靶的表面温度的一个可能方法是，在溅射靶与水冷铜板接触区域上用具有良好热导率材料制成的支承板作为部分溅射靶，然后将该支承板与铜板机械相连。
例如在WO 00/22185或US 5 397 050中描述了制造这样的蒸发源的方法，其中支承板通过焊接或扩散结合而与溅射靶相连。
按此方法制造蒸发源时，如在靶和支承板之间出现一个热导率差的过渡区域将很不利，其不能保证热量从溅射靶表面最佳地散发到支承板上，再散发到冷却铜板。
由于溅射靶表面温度只要略高几度就会导致雾化性能的缺陷，因而这些热导率差的过渡区域要尽可能地避免。
发明内容
本发明的目的是开发一种制造用于物理气相沉积的蒸发源的方法，其中含铝组分的溅射靶与支承板相连，没有形成热导率差的过渡区域。
根据本发明，将含有粉末状起始材料的支承板与靶组分一起挤压成夹层式粉末部分，然后再成型即可以达到以上目的。
按此方法，在靶材料与支承板之间可以形成优异的连接，不形成热导率差的过渡区域，因此热量可以较好地从溅射靶表面散发到支承板上，再散发到水冷铜板。
通常溅射靶使用螺栓固定或夹在水冷板上，因而可以把靶上不能雾化的部分设计成支承板，这样在相同的总高度下，相对于没有支承板的溅射靶可以有更多的材料可以有效地蒸发。
为使靶材料能与支承板特别好地连接，靶优选至少含15原子％的铝。
本发明可以按特别有利的方式实行的溅射靶是由15原子％的铝和85原子％的钛制成的靶。
具有优良热导率的纯铝尤其适合做蒸发源的支承板的材料。由于铝相对较软，与水冷铜板的力学连接较好，因而形成一个热阻低的较好的过渡区域。此外，如果靶材料无意间被过度溅射，造成支承板的某些部分也被溅射，但这样对沉积涂层的破坏并不太大。
但是，与铝相似，其它热导率好的材料，如铜也可用作支承板。
一种经证实在锻压成型的过程中能使材料流动的方法是在锻压机中使用锻压方法。
如果靶由铝/钛，如15原子％的铝和85原子％的钛构成，在400-450℃之间进行锻压被证明是合适的。
另一种加压锻件的成型方法是在材料尽可能流动的条件下挤塑。
根据本发明的制造方法的这种变化的优点是具有不同总高度的溅射靶可以与挤塑坯段分开。
附图说明
图1显示放大100倍的过渡区域。
具体实施方式
通过使用以下生产实施例更详细地解释本发明。
实施例1
根据本发明按照以下方法制造直径63mm、总高度32mm的盘状蒸发源，其包括高20mm含50原子％铝和50原子％钛的溅射靶，以及紧密固定在溅射靶上的高12mm的支承板。
用于溅射靶的铝粉末和钛粉末的平均颗粒大小为30微米，将它们在不对称的移动混合器中混合。
在远大于蒸发源的最终尺寸的液压两件式挤塑模中，在挤塑模的底部先填入平均颗粒大小为30微米的纯铝粉，并将粉末填料压平。然后将挤塑模的顶部放到位，再填入混合好的铝/钛粉末，将粉末混合物再次压平之后，模中料经冷压形成绿色压坯，其密度为理论值的94％。
加压锻件的二次压固在锻压机中进行，使用半开锻压模，锻压温度接近200℃，经5次压炼，个体组分可流动或被混捏。
此外在二次压固之前和每一压固步骤之间将加压锻件放入预热到400-450℃的炉中。由于成型时间较短且成型温度较低无需氧化保护，因而二次压固的条件并不固定。
最终，蒸发源经机械加工制成最后的尺寸大小。
对溅射靶材料和支承板材料之间的过渡区域进行金相分析，得到显微照片。
图1显示放大100倍的过渡区域。
可以清楚地观察到，在溅射靶材料和支承板材料之间形成绝对均匀的过渡，没有形成降低热导率的讨厌的中间层。
实施例2
为进行对比，制得与实施例1大小相同的盘状蒸发源。与实施例1不同的是，蒸发源包括完全由50原子％铝和50原子％钛制成的溅射靶，不含铝支承板。溅射靶制造过程的参数与实施例1相同。
实施例3
为进行对比，按实施例1制成具有相同尺寸大小和相同材料组合物的含溅射靶和支承板的蒸发源。与实施例1不同之处在于蒸发源的制造没有将起始粉末材料同时加工。不考虑溅射靶，由熔融冶金制得的铜半成品经粗加工得到相同尺寸的支承板，并使用铟中间层与最后的溅射靶结合在一起，溅射靶按实施例1的相同制造参数使用粉末冶金的手段制得。
将实施例1-3的蒸发源相继安装在电弧(ARC)蒸发设备上，并在通常使用的相同的涂覆条件下雾化，电弧电流强度为60A，相当于0.7MW/m2的电流，测定每一溅射靶的表面温度。
下列表面温度在雾化时间接近2分钟之后得到。
根据本发明实施例1制得的蒸发源的表面温度为315℃。
根据实施例2制得的没有支承板的蒸发源的表面温度为420℃。
根据实施例3制得的带有结合的支承板的蒸发源的表面温度为395℃。
与实施例1相比，尽管使用相同大小的支承板，但表面温度明显高的事实说明用于结合的铟中间层具有降低热导率的极其不利的效应。
从雾化特征看，即使溅射靶的表面温度只降低几度也会带来优点。因而本发明的蒸发源相对现有的蒸发源具有明显优点。

Claims (7)

1、用于物理气相沉积的蒸发源的制造方法，该蒸发源包括一个包含铝组分及一种或多种其它组分的靶和一个与靶相连的由热导率比靶好的材料组成的支承板，靶的制造是通过将粉末状个体组分的混合物冷压之后，在低于个体组分熔点的温度下在流动下成型，直至得到的密度至少为理论密度的98％，该方法的特征在于
将同样由粉末状起始材料组成的支承板与靶组分一起挤压形成夹层式粉末部分，然后成型。
2、根据权利要求1的用于物理气相沉积的蒸发源的制造方法，其特征在于靶包括至少15原子％的铝。
3、根据权利要求2的用于物理气相沉积的蒸发源的制造方法，其特征在于靶包括85原子％的钛作为第二组分。
4、根据权利要求3的用于物理气相沉积的蒸发源的制造方法，其特征在于铝用作支承板的材料。
5、根据权利要求4的用于物理气相沉积的蒸发源的制造方法，其特征在于通过在锻压机中锻压进行成型。
6、根据权利要求3的用于物理气相沉积的蒸发源的制造方法，其特征在于通过在锻压机中在400-450℃的温度下的锻压进行成型。
7、根据权利要求4的用于物理气相沉积的蒸发源的制造方法，其特征在于通过挤塑进行成型。
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