專利名稱：濺鍍靶材的制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種濺鍍靶材的制造方法。
背景技術：
濺鍍制程廣泛地被使用在薄膜制程中，例如電子組件、儲存媒體、 玻璃鍍膜以及刀具鍍膜等產(chǎn)業(yè)皆大量使用濺鍍制程，因此濺鍍制程成為 目前各種產(chǎn)業(yè)著重的領域。
若想要濺鍍后的薄膜質量良好，則濺鍍靶材就需要具有高純度、高 密度、成分分布均勻、晶粒小以及高機械強度等特性，而一般制作濺鍍靶材的制法大略可分為熔煉(melting)與粉末冶金(powder metallurgy)這兩 種，其中在粉末冶金的制程中，又可分為以熱壓(hot pressing, HP)進行燒 結(sintering)和以熱均壓(hot isostatic pressing, HIP)進行燒結。單獨以熱壓法來燒結粉末原料制成材料體時，若想要得到高密度及 高強度的靶材，則熱壓溫度與壓力就必須提高，然而， 一旦溫度增加， 就會使模具組成成分擴散至靶材的量及深度增加，致使靶材受到污染而 降低純度，且高溫會促使晶粒成長，另外，若壓力提高，則會增加模具 破裂的風險；另一方面，當單獨使用熱均壓來燒結粉末原料制成材料體 時則于制程中須經(jīng)過封罐(canning)的程序，然而，封罐的程序除費時費 工外，尚需耗損大量的靶材材料，因此需要較高的成本；所以單獨使用 熱壓或熱均壓的制程均無法獲得兼具有低成本與高密度的靶材，故無法 降低以濺鍍制程鍍膜的產(chǎn)品的價格。在美國專利號第6165413號的專利案中提到先利用熱壓或震動 (vibration)的方法制造出密度為理論密度的50-95%的耙材初胚，再將此 .初胚進行熱均壓制程，然而，由于以熱壓或震動方法所制作出來的初胚 仍然存有開放孔洞，因此初胚于熱均壓時尚需進行封罐程序才能提高耙 材密度，但如上所述，封罐的程序會增加成本，故此方法還是無法解決成本過高的問題。而在美國專利號第6582535號的專利案中提到利用熱壓與熱均壓的 制程來制造高密度的鎢(W)靶材，然而，該制程所需的耙材材料粉末的 粒徑必須很小，才能以較低的溫度進行熱壓制程，以減低晶粒的成長， 但小粒徑的粉末必須耗費較高的成本，因此亦無法解決成本過高的問 題。另外，有人提到使用熱壓與熱均壓制程來制造高密度的硅(Si)燒結 體，然而該制程的硅粉須先于高溫減壓下進行脫氧處理，方能獲得高密 度燒結體，然而高溫的脫氧處理除了會造成粉末彼此間有黏合現(xiàn)象外， 亦大幅提高制作成本。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的主要技術問題在于，克服目前制作濺鍍靶材的成 本在兼顧靶材特性的情況下無法降低的缺點，而提供一種在低成本下制 作出高質量的濺鍍靶材的制造方法，其可增加耙材得料率，因此可提高 靶材的純度，降低生產(chǎn)成本，能獲得成分均勻的靶材。本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是一種濺鍍靶材的制造方法，其特征在于，包括以下步驟將靶材原料粉末置入模具中，在溫度范圍于85(TC至140(TC之間，而壓力范圍于 3500 8000磅/平方英寸(psi)之間的情形下，進行120 180分鐘的熱壓 方式進行燒結以形成初胚；將上述的初胚在溫度與壓力分別為800 1100 °C、 22000 26000磅/平方英寸的情況下進行150 180分鐘的熱均壓， 以得到濺鍍靶材。前述的濺鍍耙材的制造方法，其中耙材原料是純釕，其在熱壓過程 中的溫度是在1150 1400°C，而壓力是在4000 8000磅/平方英寸(psi)。前述的濺鍍靶材的制造方法，其中靶材原料為Co、 Cr、 Pt、 1102以 制作出Co-Cr-Pt-Ti02的合金靶材，其在熱壓過程中的溫度是在1100 1275°C ，而壓力在4000 8000磅/平方英寸(psi)。前述的濺鍍靶材的制造方法，其中靶材原料為Co、 Cr、 Pt、 Si(^以 制作出Co-Cr-Pt-Si02的合金靶材，其在熱壓過程中的溫度是在1000 1200°C ，而壓力在3500 8000磅/平方英寸(psi)。前述的濺鍍靶材的制造方法，其中靶材原料為Co、 &、 Pt、 B及Si02 以制作出Co-Cr-Pt-B-SiC^的合金靶材，其在熱壓過程中的溫度是在850 1100°C ，而壓力在3500 8000磅/平方英寸(psi)。本發(fā)明解決其技術問題還可釆用如下技術方案-一種濺鍍靶材的制造方法，其特征在于，包括以下步驟將靶材原 料粉末混合，然后置入模具中，以熱壓方式進行燒結以形成初胚，該初 胚不具有開放性孔洞；將上述的初胚進行熱均壓處理，熱均壓處理時不 需封罐，得到最終濺鍍靶材的密度不小于理論密度的96%，其中該耙材 材料選自Co基合金、釕、釕基合金或Cr基合金。前述的濺鍍靶材的制造方法，其中包括以下步驟將靶材原料粉末 置入模具中，在溫度范圍于85(TC至140(TC之間，而壓力范圍于3500 8000磅/平方英寸(psi)之間的情形下，進行120 180分鐘的熱壓方式進 行燒結以形成初胚；將上述的初胚在溫度與壓力分別為800 1100°C、 22000 26000磅/平方英寸的情況下進行150 180分鐘的熱均壓，以得 到濺鍍靶材。前述的濺鍍靶材的制造方法，其中靶材原料是純釕，其在熱壓過程 中的溫度是在1150 1400°C，而壓力是在4000 8000磅/平方英寸(psi)。前述的濺鍍靶材的制造方法，其中靶材原料為Co、 Cr、 Pt、 1102以 制作出Co-Cr-Pt-Ti02的合金靶材，其在熱壓過程中的溫度是在1100 1275°C,而壓力在4000 8000磅/平方英寸(psi)。前述的濺鍍靶材的制造方法，其中靶材原料為Co、 Cr、 Pt、 Si02以 制作出Co-Cr-Pt-Si02的合金靶材，其在熱壓過程中的溫度是在1000 1200°C,而壓力在3500 8000磅/平方英寸(psi)。借由低溫低壓的熱壓方式就可以讓初胚密度不具有開放性孔洞，再 經(jīng)由熱均壓的方式即可將耙材密度提升至96%以上，而且所使用的粉末 粒徑并無限制，因此靶材原料粉末僅需要使用一般可方便獲得的材料即 可，另外，本發(fā)明還具有以下優(yōu)點1、 借由降低熱壓的溫度，可降低模具成分向初胚擴散的量與深度，以增加靶材得料率，也因此提高靶材的純度。2、 借由降低熱壓的壓力，可減少模具破裂的風險，以降低生產(chǎn) 成本。3、 由于上述成本的減少，因此工廠可接受小批量、多樣的訂單， 不必擔心成本無法負荷，故可快速反應目前耙材市場多變的需求，而且 小批量的靶材原料粉末的混料量較少，所以能獲得成分較均勻的靶材， 以減少巨觀偏析(macrosegregation)的問題。4、 由于制作出來的靶材密度提高，故靶材的強度也因此提升， 以避免該耙材在的后的濺鍍過程中因熱應力(thermal stress)及冷卻液液壓 而破裂。5、 本發(fā)明的方法用熱壓取代了熱均壓的封罐制程，熱壓時可直 接制做近凈成形(near net shape)的初胚，不只可省去因封罐而耗費的材 料，近凈成形亦可節(jié)約材料的損耗，借此可大幅提升耙材得料率。
具體實施方式
本發(fā)明的濺鍍耙材的制造方法，其包括以下步驟將靶材原料粉末置入模具中，此原料粉末并不需要求粒徑，以低溫低壓的熱壓方式進行燒結以形成初胚，如釕(Ru)、釕基合金(Ru-based alloy)、 Co-Cr-Pt-Ti02、 Co-Cr-Pt-Si02 、 Co-Cr-Pt-B-Si02以及Cr-Mo-Mn 等，該溫度范圍是在850'C至140(TC之間，該壓力范圍是在3500 8500 磅/平方英寸(psi)之間，而熱壓的時間需要120 180分鐘；將上述的初胚在溫度與壓力分別為800 1100°C、 22000 26000磅/ 平方英寸的情況下進行150 180分鐘的熱均壓，以得到濺鍍靶材。上述的溫度及壓力值會因組成原料及成分比例的不同而有所調(diào)整， 若組成原料的熔點較高，則所需熱壓溫度要隨之調(diào)高；另外，熱均壓的 溫度需低于熱壓溫度，以確保于熱均壓時材料不會熔融，此時熱均壓處 理的壓力就需提高，以獲得非常致密的材料。實施例一將純釕(Ru)或釕基合金(Ru-based alloy)的金屬粉末放入模具中，經(jīng) 過120 180分鐘的熱壓后形成初胚，其溫度約在1150 1400°C，而壓力約在4000 8000磅/平方英寸(psi)，該初胚的抗折強度為950±50百 萬帕(MPa)，且其已不具開放性孔洞，再將此初胚經(jīng)過IIOO'C、 22000 磅/平方英寸(psi)的熱均壓過程180分鐘后，即可得到濺鍍靶材成品，而 此時該靶材的密度增加至96 100%，且抗折強度增加為1100±50百萬 帕(MPa)。 實施例二將Co、 Cr、 Pt、 Ti02各成份的粉末經(jīng)過混料后放入模具中，經(jīng)過180 分鐘的熱壓后形成初胚，其溫度約在1100 1275。C,而壓力在4000 8000 磅/平方英寸(psi)之間，該初胚的抗折強度為1200土50百萬帕(MPa)，且 其己不具開放性孔洞，再將此初胚經(jīng)過1050°C、 24000磅/平方英寸(psi) 的熱均壓過程150分鐘后，即可得到Co-Cr-Pt-TiC^的合金濺鍍靶材成品， 而此時該靶材的密度增加至97 100%，且抗折強度增加為1250±50百 萬帕(MPa)。實施例三將Co、 Cr、 Pt、 Si02各成份的粉末經(jīng)過混料后放入模具中，經(jīng)過180 分鐘的熱壓后形成初胚，其溫度約在1000 1200°C ，而壓力在3500 8000 磅/平方英寸(psi)之間，該初胚的抗折強度為1200±50百萬帕(MPa)，且 其已不具開放性孔洞，再將此初胚經(jīng)過950°C、 26000磅/平方英寸(psi) 的熱均壓過程180分鐘后，即可得到Co-Cr-Pt-Si02的合金濺鍍靶材成品， 而此時該靶材的密度增加至97 100%，且抗折強度增加為1250±50百 萬帕(MPa)。實施例四將Co、 Cr、 Pt、 B及Si02各成份的粉末經(jīng)過混料后放入模具中，經(jīng) 過180分鐘的熱壓后形成初胚，其溫度約在850 110(TC，而壓力在 3500 8000磅/平方英寸(psi)之間，該初胚的抗折強度為1250±50百萬 帕(MPa),且其已不具開放性孔洞，再將此初胚經(jīng)過800'C、 26000磅/平 方英寸(psi)的熱均壓過程180分鐘后，即可得到Co-Cr-Pt-B-Si02的合金 濺鍍靶材成品，而此時該靶材的密度增加至96 100%，且抗折強度增 加為1300土50百萬帕(MPa)。借由低溫低壓的熱壓方式就可以讓初胚且其已不具開放性孔洞，而再經(jīng)由熱均壓的方式即可將靶材密度提升至96%以上，故不需封罐過 程，而且低壓與低溫的熱壓方式讓模具成分不會大量擴散至初胚內(nèi)，并 降低模具破裂的機會，因此能夠節(jié)省成本，另外，本發(fā)明的方法所使用 的原料粉末粒徑并無限制，因此靶材原料粉末僅需要使用一般市場上方 便購得的材料即可。
權利要求
1. 一種濺鍍靶材的制造方法，其特征在于，包括以下步驟將靶材原料粉末置入模具中，在溫度范圍于850℃至1400℃之間，而壓力范圍于3500～8000磅/平方英寸(psi)之間的情形下，進行120～180分鐘的熱壓方式進行燒結以形成初胚；將上述的初胚在溫度與壓力分別為800～1100℃、22000～26000磅/平方英寸的情況下進行150～180分鐘的熱均壓，以得到濺鍍靶材。
2. 根據(jù)權利要求l所述的濺鍍靶材的制造方法，其特征在于所述 靶材原料是純釕，其在熱壓過程中的溫度是在1150 1400°C，而壓力是 在4000 8000磅/平方英寸(psi)。
3. 根據(jù)權利要求l所述的濺鍍靶材的制造方法，其特征在于所述 靶材原料為Co、 Cr、 Pt、 Ti02以制作出Co-Cr-Pt-Ti02的合金靶材，其 在熱壓過程中的溫度是在U00 1275。C，而壓力在4000 8000磅/平方 英寸(psi)。
4. 根據(jù)權利要求1所述的濺鍍靶材的制造方法，其特征在于所述 耙材原料為Co、 Cr、 Pt、 Si02以制作出Co-Cr-Pt-Si02的合金耙材，其 在熱壓過程中的溫度是在1000 1200°C，而壓力在3500 8000磅/平方 英寸(psi)。
5. 根據(jù)權利要求1所述的濺鍍靶材的制造方法，其特征在于所述靶 材原料為Co、 Cr、 Pt、 B及Si02以制作出Co-Cr-Pt-B-Si02的合金靶材， 其在熱壓過程中的溫度是在850 1100°C，而壓力在3500 8000磅/平 方英寸(psi)。
6. —種濺鍍靶材的制造方法，其特征在于，包括以下步驟將靶材原料粉末混合，然后置入模具中，以熱壓方式進行燒結以形成初胚，該初胚不具有開放性孔洞；將上述的初胚進行熱均壓處理，熱均壓處理時不需封罐，得到最終 濺鍍耙材的密度不小于理論密度的96%，其中該耙材材料選自Co基合 金、釕、釕基合金或Cr基合金。
7..根據(jù)權利要求6所述的濺鍍靶材的制造方法，其特征在于包括 以下步驟將靶材原料粉末置入模具中，在溫度范圍于85(TC至140(TC之間， 而壓力范圍于3500 8000磅/平方英寸(psi)之間的情形下，進行120 180 分鐘的熱壓方式進行燒結以形成初胚；將上述的初胚在溫度與壓力分別為800 1100°C、 22000 26000磅/ 平方英寸的情況下迸行150 180分鐘的熱均壓，以得到濺鍍靶材。
8. 根據(jù)權利要求7所述的濺鍍靶材的制造方法，其特征在于所述 靶材原料是純釕，其在熱壓過程中的溫度是在U50 140(TC，而壓力是 在4000 8000磅/平方英寸(psi)。
9. 根據(jù)權利要求7所述的濺鍍靶材的制造方法，其特征在于所述 靶材原料為Co、 Cr、 Pt、 1102以制作出Co-Cr-Pt-Ti02的合金靶材，其 在熱壓過程中的溫度是在1100 1275°C，而壓力在4000 8000磅/平方 英寸(psi)。
10.根據(jù)權利要求7所述的濺鍍靶材的制造方法，其特征在于所 述耙材原料為Co、 Cr、 Pt、 Si02以制作出Co-Cr-Pt-Si02的合金靶材， 其在熱壓過程中的溫度是在1000 1200°C，而壓力在3500 8000磅/平 方英寸(psi)。
全文摘要
本發(fā)明是一種濺鍍靶材的制造方法，其是將靶材原料粉末置入模具中，以較低溫低壓的熱壓方式進行燒結，然后再將此初胚進行熱均壓處理；借由低溫低壓的熱壓方式讓靶材初坯不具開放性孔洞(open pore)，而再經(jīng)由熱均壓的方式即可將靶材密度提升至96％以上，因此不需經(jīng)過成本較高的封罐過程，且低溫低壓的熱壓制程易于實施，故此制程采用較低成本的方式即可獲得性質良好的靶材。
文檔編號B22F3/12GK101224496SQ20071000100
公開日2008年7月23日 申請日期2007年1月18日 優(yōu)先權日2007年1月18日
發(fā)明者李仲仁, 趙勤孝 申請人:光洋應用材料科技股份有限公司