連接磁性靶和背襯板的方法以及磁性靶的製作方法
2023-09-17 14:56:10
專利名稱：連接磁性靶和背襯板的方法以及磁性靶的製作方法
技術領域：
本發明涉及將板厚度變化較小的磁性物質靶連接到背襯板的方法，以及磁性物質靶本身。
背景技術：
通常，當在鐵磁物質靶(比如鐵、鈷、鎳、鉑或它們的合金)的後面放置磁鐵，進行磁控濺射時，靶內部的磁場會受阻，在這些靶表面上產生磁場是困難的。
換句話說，作為鐵磁體(比如鐵、鈷、鎳、鉑等)磁場效應特徵的結果，等離子體的密度不增加，氬的離子化效率惡化，結果，濺射效率變差。
因此，當使用鐵磁物質靶(比如鐵、鈷、鎳、鉑或它們的合金)時，已經採用簡單地將靶厚度變薄的方法來產生磁洩漏。
一般地，對於磁性物質靶和背襯板的傳統連接方法，常採用低熔點粘合材料，比如銦等。
然而，近來，由於最近採用的高功率濺射產生的熱量的影響，這類粘接強度弱的粘合材料(比如銦)常常會剝落。因此，提出了不採用這種粘合材料的擴散焊接，現今，這種擴散焊接已成為主流。
根據上述，這對於靶(比如鐵、鈷、鎳、鉑和它們的合金)也不例外，擴散焊接也可相似地在這些靶上進行。
同時，雖然，一般地將鋁或鋁合金用作背襯板，但是，當使用這些鋁或鋁合金時，鐵、鈷、鎳、鉑或它們的合金與鋁或鋁合金在熱膨脹係數上的差異會變得顯著，結果，就會存在由於擴散後冷卻工藝中翹曲量的增加而使接合表面剝落的情況。
近年來，對濺射粒子採用更高的功率濺射進行離子化，以便在為襯底提供高動能的同時進行均勻澱積。結果，由於濺射期間熱量的影響和冷卻介質的水壓力，與背襯板連接的靶會嚴重變形成凸形，就會有水洩漏的情況發生。
近來，靶本身已經依照晶片鑽孔直徑的增加進行了擴大，而接合表面的剝落和背襯板的變形變成了主要問題。考慮到上述，具有更高強度的銅和銅合金已經被用作背襯板。
順便提及，對於上述由鐵、鈷、鎳、鉑或它們的合金製成的鐵磁物質靶，為了提供磁的各向異性，不能對它們進行完全退火，而且有必要使加工應力不變。
雖然，具有這樣的殘餘應力是鐵磁物質靶的特徵之一，其主要問題是，殘餘應力可能會在與背襯板的焊接處理中，引起鐵磁物質靶材料(比如鐵、鈷、鎳、鉑或它們合金)的翹曲。例如，雖然，在焊接處理中會採用大約200～250℃的熱度，但是，即使使用如此低溫度的熱度，也會發生翹曲。
為了提高上述磁控濺射靶的濺射效率，形成了具有厚度最大為10mm，一般最大為5mm的靶材料，但是這些薄靶翹曲較明顯，而且，存在很難復原的問題。
一般地，由鐵、鈷、鎳、鉑或它們的合金形成的磁性物質靶最終保留在一個真空吸盤中，並進行研磨。即使它們的平坦性在此吸盤保留期間被保持，即使翹曲只發生一次，在吸盤解除後，再翹曲現象仍有可能發生。
如上所述，由於靶材料較薄，因此翹曲問題嚴重，而且存在的問題是，這些靶材料不能在保持它們平坦性的同時容易地連接到背襯板上。
發明內容
根據上述，本發明的一個目的是提供一種連接背襯板和磁性物質靶的方法，其中磁性物質靶的平坦性可以保持，直到磁性物質靶通過相對簡單的操作連接到背襯板上，同時磁性物質靶具有較小的板厚度變化和漏磁通。
作為充分研究的結果，本發明發現，一種可用固位板可以用來防止翹曲。
基於前述發現，本發明提供1.一種連接板厚度變化較小的磁性物質靶和背襯板的方法，包括步驟預先將磁性物質靶連接到鋁板上，同時保持平坦性；將與鋁板連接的磁性物質靶連接到背襯板上，同時保持平坦性；在磁性物質靶連接到背襯板後，將鋁板研磨除去；2.根據上述段落1的連接磁性物質靶和背襯板的方法，其中磁性物質靶是鐵、鈷、鎳、鉑或它們的合金；3.根據上述段落1或段落2的連接磁性物質靶和背襯板的方法，其中背襯板為銅或銅合金，或者鋁或鋁合金；4.根據上述段落1-3任一段的連接磁性物質靶和背襯板的方法，其中磁性物質材料和背襯板通過焊接或擴散焊接連接；5.根據上述段落4的連接磁性物質靶和背襯板的方法，其中擴散焊接通過嵌入材料，比如鋁或鋁合金板進行；6.根據上述段落1-5任一段的連接磁性物質靶和背襯板的方法，其中，在鋁板研磨除去後，進一步研磨磁性物質表面；7.一種磁性物質靶，其中，相對於平均厚度的厚度變位最大為4％；8.一種磁性物質靶，其中，當靶的最大漏磁通為100％時，相對於最大漏磁通的平均漏磁通不低於80％；9.根據上述段落7的磁性物質靶，其中，當靶的最大漏磁通為100％時，相對於最大漏磁通的平均漏磁通不低於80％；10.一種磁性物質靶，其中，當靶的最大漏磁通為100％時，相對於最大漏磁通的最小漏磁通不低於70％；11.根據上述段落7-10任一段的磁性物質靶，當靶的最大漏磁通為100％時，相對於最大漏磁通的最小漏磁通不低於70％；12.根據上述段落7-11任一段的磁性物質靶，其中磁性物質是鐵、鈷、鎳、鉑或它們的合金。
附圖簡述
圖1是表示高純度鈷靶放置在真空吸盤上，同時保持平整狀態，並將鋁板通過粘性材料連接到高純度鈷靶上的情況下的橫截面說明圖；圖2是表示將銅合金背襯板連接到高純度鈷靶的情況下的橫截面說明圖，其中鋁板通過粘合材料連接到高純度鈷靶上；圖3是表示累積功率消耗和均勻性之間關係的圖；圖4是表示在採用鋁板(增強板)的情況下，在自其中心每一個徑向指定的角度(θ)的共25個點上，採用超音速厚度指示器測定鎳靶厚度的結果圖；圖5是表示上述漏磁通的測定結果圖；圖6是表示在不採用鋁板(增強板)的情況下，在自其中心每一個徑向指定的角度(θ)的共25個點上，採用超音速厚度指示器測定鎳靶厚度的結果圖；圖7是表示上述漏磁通的測定結果圖。
實施本發明的最佳方式磁性物質靶，比如鐵、鈷、鎳、鉑和它們的合金(Fe-Ni合金、Co-Ni合金、Mn-Pt合金等)通過爆炸焊接法、擴散焊接法、釺焊法或其它焊接方法連接到鋁板上，同時與真空吸盤等一樣事先保持他們的平坦性。
作為與鋁板連接的方法，只要滿足在250℃的連接強度就足夠了，重要的是不能對靶施以反作用。與這些方法一樣，爆炸焊接法、擴散焊接法、釺焊法或其它焊接方法(粘合方法)可以使用。對這些焊接方法、粘合方法和粘合材料沒有特殊限制。
用於防止翹曲的加強板或防護板術語可以作為鋁板的替代表達。此處採用的鋁板包括鋁合金板。也可以使用便宜材料，因為它在後面的處理中會被研磨除去。
為了保持磁性物質靶的平坦性，鋁板需要具有一定程度的強度和厚度。雖然，應當適當地使用厚度相同或大於磁性物質靶的鋁板，但是因為該鋁板的厚度會依賴磁性物質靶的翹曲量的強度而任意變化，因此對厚度沒有特殊限制，可以適當選擇。
接著，將與鋁板連接的磁性物質靶連接到背襯板上，同時保持它的平坦性。此處，可以採用傳統的焊接連接或擴散焊接連接。
例如，當用銦或銦合金粘接時，採用的溫度為200～250℃，有必要確保前述的鋁板或粘合材料在連接期間對此溫度有抵抗性，且不會發生翹曲等。
由於在擴散焊接期間溫度相對較高，因此需要對高溫的抵抗性。例如，在鈷靶的情況下，由於必須保持低滲磁性，因此，限制擴散焊接必須在低溫(450℃或更低)進行，但是仍有必要加熱到幾百度的溫度。
當進行擴散焊接時，使用銦或它的合金或者具有一定程度厚度的其它低熔點嵌入材料較有效。在一些情況下，也可以使用鋁或鋁合金。前述嵌入材料的作用是使擴散焊接能夠在低溫下進行，而且，嵌入材料減輕了擴散焊接之後一直到冷卻至室溫期間，由於熱膨脹不同而在靶和背襯板之間產生的應力。
優選使用具有更高強度的銅或銅合金或者鋁或鋁合金作為背襯板。例如，對於焊接期間較少翹曲和即使在高功率濺射期間也不會變形的背襯板而言，使用銅合金，比如銅鉻合金或銅鋅合金作為背襯板是有效的。
如上所述，在焊接或擴散焊接的情況下，由於磁性物質的表面通過粘性材料用鋁板(加強板或防護板)覆蓋，因此，在焊接直到磁性物質靶和背襯板連接的完成期間，通過採用上述防護板，磁性物質可以在不被損壞的情況下操作，必要時它可以被擠壓。
在磁性物質靶連接到背襯板後，作為增強板的鋁板和粘性材料會被研磨除去。鋁板通過爆炸焊接法、擴散焊接法、釺焊或其它焊接方法或粘合方法產生的物質，換句話說，鋁板和粘合材料(粘性材料)或在磁性物質靶和鋁板接觸面之間殘留的物質都被清除掉了。
在此階段，由於磁性物質靶連接到了由鋁合金或具有更高強度的銅合金等形成的背襯板上，因此它們的平坦性可以保持不變。在研磨除去鋁板和粘合材料後，可以進一步研磨磁性物質表面。
圖1是表示高純度鈷靶2放置在真空吸盤1上，同時保持平整狀態，並將鋁板4通過粘合材料3連接到高純度鈷靶2的情況下的橫截面說明圖；圖2是表示用粘接釺焊材料6將銅合金背襯板5連接到高純度鈷靶2的情況下的橫截面說明圖，其中鋁板4通過粘合材料3連接到高純度鈷靶2上。
作為採用前述方法連接磁性物質靶與背襯板的結果，所得的磁性物質靶相對於平均厚度的厚度變位最大為4％；當靶的最大漏磁通是100％時，相對於最大漏磁通的平均漏磁通最小是80％，優選最小是90％；在沿靶表面區域的各個位置，當靶的最大漏磁通為100％時，相對於所述最大漏磁通的最小漏磁通最小是70％。
這種磁性物質靶可以採用鐵、鈷、鎳、鉑或它們合金作為磁性物質。
而且，漏磁通可以採用標準高斯計測量。換句話說，將磁鐵放置在背襯板一側，用探針接觸相對側的磁性物質一側，從而用高斯計進行測量。被測量的位置可以通過隨意移動探針實現。
實施例和對比例現在，將參考實施例對本發明作詳細解釋。這些實施例僅僅是說明性的，因此本發明決不會受其限制。換句話說，基於權利要求書中要求的技術精神上的各種改變和其它實施方案理所當然地應該包含在本發明中。
(實施例1)99.999重量％(5N)的高純度鈷原材料在450℃熱軋以製備一個具有6mm厚度的高純度鈷板，並將其進一步機械加工成具有φ350mm的直徑和3.5mm厚度的平圓形靶。
銅鉻合金(鉻含量為1重量％)用作背襯板。
在325℃，將10mm的鋁板用PbAgSn硬釺料(97.5Pb-1Sn-1.5Ag)連接到高純度鈷板，同時用真空吸盤保留該高純度鈷板，並保持它的平坦性。連接後，對靶一側進行表面研磨(約為0.3mm)以形成平坦的表面。
接著，用銦釺料連接濺射靶和背襯板，加熱溫度為230℃。
然後，用機械加工(研磨)將鋁板除去，並對鈷進行表面加工(約0.2mm)以獲得靶—背襯板組合體。
接著，將平圓形鈷靶面向上，用超音速厚度指示儀測定靶厚度。徑向測定共49個點(中心一個，1/3周線8個，2/3周線16個，外圍周線24個)。
結果，最大厚度為3.06mm，最小厚度為2.90mm，自靶厚度變位最大為0.1mm(3.3％)。而且，最大厚度和最小厚度之間相差0.16mm，如上所述，厚度變化較小，連接狀態良好，而且沒有摩擦痕跡等產生。
雖然，在靶和背襯板連接期間和它們的加工期間會產生翹曲，但是這可以用鋁板通過硬釺料穩固保持和得到保護。而且，鋁和硬釺料的研磨較容易，加工步驟或成本的增加很小。
接著，將平圓形鈷靶-背襯板組合體用在襯底上進行濺射，可以觀察到形成的鈷的均勻性。結果示於圖3。
而且，濺射條件如下施加的功率1kw
T-S50mm薄膜厚度1000Ar壓力9×10-3託如圖3所示，均勻性從累積功率消耗約為6kwh附近開始提高，它可以保持最大為2％的均勻性，直到累積功率消耗約為30kwh，這表明通過濺射形成的薄膜的均勻性良好。這被認為是靶厚度變化較小的結果，而且平坦性優異。
(對比例1)用與實施例1相同的方法，99.999重量％(5N)的高純度鈷原材料在450℃熱軋以製備一個具有6mm厚度的高純度鈷板，並將其進一步機械加工成具有φ350mm的直徑和3.0mm厚度的平圓形靶。銅鉻合金(鉻含量為1重量％)用作背襯板。並用銦釺料連接濺射靶和背襯板，加熱溫度為230℃。
接著，與實施例1相似，將平圓形鈷靶面向上，用超音速厚度指示儀測定翹曲量。徑向測定共49個點(中心一個，1/3周線8個，2/3周線16個，外圍周線24個)。
結果，最大厚度為3.12mm，最小厚度為2.78mm，自靶厚度變位最大為0.22mm(7.3％)。而且，最大厚度和最小厚度之間相差0.34mm。
如上所述，翹曲量非常大，並且，產生了摩擦痕跡等。這被認為是因為沒有提供加強鋁板，在濺射靶和背襯板連接期間發生了嚴重的翹曲，並且是因為研磨是在該翹曲存在下進行的，中心部分變薄而外圍部分變厚(對研磨側而言則相反)。
接著，將平圓形鈷靶—背襯板組合體用在襯底上進行濺射，可以觀察到形成的鈷的均勻性。與實施例1相比的結果相似地示於圖3。
順便提及，濺射條件與實施例1相同。
正如圖3所示，即使在累積功率消耗約為6kwh時，均勻性也較差，為約7％。而且，均勻性超過2％直到累積功率消耗約為30kwh，而且均勻性還有變動。
在對比例中說明的濺射平圓形靶形成的薄膜均勻性的原因被認為是因為靶厚度的變化較大，而且平坦性較差。
(實施例2)99.999重量％(5N)的高純度鎳原材料在450℃熱軋以製備一個具有6mm厚度的高純度鎳板，並將其進一步機械加工成具有φ350mm的直徑和3.5mm厚度的平圓形靶。銅鉻合金(鉻含量為1重量％)用作背襯板。
在325℃，將10mm的鋁板用PbAgSn硬釺料(97.5Pb-1Sn-1.5Ag)連接到高純度鎳板，同時用真空吸盤保留該高純度鎳板，並保持它的平坦性。連接後，對靶一側進行表面研磨(約為0.3mm)以形成平坦的表面。
接著，用銦釺料連接濺射靶和背襯板，加熱溫度為230℃。
然後，用機械加工(研磨)將鋁板除去，對鎳進行表面加工(約0.2mm)以獲得靶—背襯板組合體。
接著，將平圓形鎳靶面向上，用超音速厚度指示儀測定靶厚度。從中心徑向地在每一個指定角度(θ)測定共25個點(中心一個，1/3周線8個，2/3周線16個)。結果示於表1，而且，與表1相應的曲線示於圖4。
結果，正如表1和圖4所示，最大厚度為3.24mm，最小厚度為3.20mm，平均為3.216mm。自平均厚度變位最大為0.024mm(0.7％)。而且，最大厚度和最小厚度之間相差0.04mm，如上所述，與實施例1相同，厚度變化非常小，連接狀態較好，而且沒有摩擦痕跡等產生。
表1
接著，用高斯計測定此平圓形鎳靶的漏磁通，測定點與上述厚度測定點相同。一般地，漏磁通越大，濺射效率越高，認為是有利的。
當漏磁通最大值為100％時，測定每個測定點的相對值。結果，最大值為100％，最小值為91％，平均為95％。最大值和最小值之間相差9％。結果示於表2和圖5。
與隨後的對比例2相比，得到的結果是，如果厚度的變化較小。漏磁通就會增加。而且，在鎳的情況下，由於厚度變化導致的漏磁通的顯著影響會變得明顯。
表2
漏磁通的最大值用100％表示。
(對比例2)用與實施例2相同的方法，99.999重量％(5N)的高純度鎳原材料在450℃熱軋以製備一個具有6 mm厚度的高純度鎳板，並將其進一步機械加工成具有φ350mm的直徑和3.0mm厚度的平圓形靶。銅鉻合金(鉻含量為1重量％)用作背襯板。並用銦釺料連接濺射靶和背襯板，加熱溫度為230℃。
接著，與實施例2相同，從中心徑向地在每一個指定角度(θ)測定共25個點(中心一個，1/3周線8個，2/3周線16個)。結果示於表3，而且，與表3相應的曲線示於圖6。
表3
結果，如表3和圖6所示，最大厚度為3.31mm，最小厚度為2.95mm，平均為3.183mm。自平均厚度變位最大為0.233mm(7.3％)。而且最大厚度和最小厚度之間相差0.36mm。
如上所述，翹曲量非常大，與對比例1一樣，產生了摩擦痕跡等。這被認為是因為沒有提供加強鋁板，在濺射靶和背襯板的連接期間產生了嚴重翹曲，並且是因為研磨是在該翹曲存在下進行的，中心部分變薄和外圍部分變厚(對研磨一側而言則相反)。
接著，用高斯計測定此平圓形鎳靶的漏磁通，測定點與上述厚度測定點相同。
當漏磁通最大值為100％時，測定每個測定點的相對值。結果，最大值為100％(中心部分)，最小值為64％，平均為79.5％。最大值和最小值之間相差36％。結果示於表4和圖7。
與上述的對比例2相比較，得到的結論是厚度變化越大，漏磁通下降越快。
表4
發明的效果本發明產生了優異的效果，當連接磁性物質靶和背襯板時，磁性物質靶的平坦性在操作期間可以一直保持，直到磁性物質靶通過相對簡單的操作連接到背襯板上，而磁性物質靶不會產生任何翹曲，同時，平坦性在磁性物質靶連接到背襯板後仍能保持。
權利要求
1.一種連接板厚度變化較小的磁性物質靶和背襯板的方法，包括步驟在保持平坦性的同時預先將磁性物質靶連接到鋁板上；在保持平坦性的同時將與鋁板連接的磁性物質靶連接到背襯板上；在磁性物質靶連接到背襯板後，將鋁板研磨除去。
2.根據權利要求1的連接磁性物質靶和背襯板的方法，其中磁性物質靶是鐵、鈷、鎳、鉑或它們的合金。
3.根據權利要求1或2的連接磁性物質靶和背襯板的方法，其中背襯板為銅或銅合金，或者鋁或鋁合金。
4.根據權利要求1-3任一項的連接磁性物質靶和背襯板的方法，其中磁性物質靶和背襯板通過焊接或擴散焊接連接。
5.根據權利要求4的連接磁性物質靶和背襯板的方法，其中擴散焊接通過鋁或鋁合金板等的嵌入材料進行。
6.根據權利要求1-5任一項的連接磁性物質靶和背襯板的方法，其中，在鋁板被研磨除去後，進一步研磨磁性物質表面。
7.一種磁性物質靶，其中，相對於平均厚度的厚度變位最大為4％。
8.一種磁性物質靶，其中，當靶的最大漏磁通為100％時，相對於所述最大漏磁通的平均漏磁通不低於80％。
9.根據權利要求7的磁性物質靶，其中，當靶的最大漏磁通為100％時，相對於所述最大漏磁通的平均漏磁通不低於80％。
10.一種磁性物質靶，其中，當靶的最大漏磁通為100％時，相對於所述最大漏磁通的最小漏磁通不低於70％。
11.根據權利要求7-10的任一項的磁性物質靶，其中，當靶的最大漏磁通為100％時，相對於所述最大漏磁通的最小漏磁通不低於70％。
12.根據權利要求7-11的任一項的磁性物質靶，其中磁性物質是鐵、鈷、鎳、鉑或它們的合金。
全文摘要
本發明提供一種將板厚度變化較小的磁性物質靶連接到背襯板的方法，其特徵在於具有以下步驟事先連接磁性物質靶和鋁板，並保持平坦性，將連接到鋁板的磁性物質靶連接到背襯板上，並保持平坦性，研磨除去鋁板，從而可以保持磁性物質靶的平坦性，直到磁性物質靶通過一個相對簡單的操作連接到背襯板上。
文檔編號H01J37/34GK1606633SQ02825748
公開日2005年4月13日 申請日期2002年11月14日 優先權日2001年12月19日
發明者山越康廣 申請人:株式會社日礦材料