溅射靶制造技术

在第一方面，本发明专利技术涉及平面溅射靶(400)，其包含由急冷物叠层累积的靶材料层(410)，其中该靶材料层(410)具有层宽度(w)并具有跨该层宽度(w)变化的显微组织。在第二方面，本发明专利技术涉及制造这样的平面溅射靶(400)的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】溅射靶专利技术
本专利技术涉及平面溅射靶并且特别涉及这样的平面溅射靶的制造。专利技术背景将靶材料热喷涂至平面或管状载体上是生产溅射靶的已知方法，溅射状可用作在溅射方法(例如磁控溅射方法)中形成薄涂层的来源。在热喷涂方法中过热的熔融或半熔融颗粒以高速发射至成比例冷得多的载体材料上并以典型的薄片状(splat-like)显微组织迅速凝固从而形成具有期望厚度的涂层。控制热喷涂的靶材料层的显微组织和生产温度对于最小化其内部应力并因此最小化在溅射期间由开裂或剥落而靶失效的风险是至关重要的，尤其是在陶瓷材料的情况下。在这方面，WO2005090631A1报道通过热喷涂在旋转靶材料中引入孔隙以减小溅射过程中的热应力。同样，US20120055783A1描述通过由低温冷却射流辅助的热喷涂制造平面或旋转溅射靶，从而在没有提高孔隙率的情况下减小内应力。对于溅射靶而言，靶腐蚀和利用率总是问题，并且不断地寻求对这方面的进一步改进。公知的是平面靶的靶利用率通常小于旋转靶。尤其是在平面磁控管的情况下，靶腐蚀由空间变化的各向异性电磁场分布限定，从而导致局部腐蚀凹槽的形成。如此，由溅射过程产生的离开靶表面的材料通量将随时间改变并将影响基材表面上的沉积过程，以及靶表面上的再沉积过程。在实践中，从凹槽的一侧射出的颗粒可更容易沉积在凹槽的相对侧上，因为可能的稍微离轴Ar+离子碰撞并因为射出的颗粒的角度分布(例如按照朗伯分布)；这在本文还被称作“局部雪崩效应”。由于这些效应，腐蚀凹槽相对快地加深(例如在明显加宽之前)，由此迅速到达靶材料的底部。一旦到达靶材料的底部并暴露在下面的材料，溅射靶通常必须更换新靶；否则可能发生在下面的材料的溅射和/或损坏溅射磁控管系统。因此限制了特别对于平面靶而言可实现的靶利用率。此外，平面(例如矩形、方形或圆形)和旋转(例如管状)溅射靶的性质可相当大地不同，即使两者都是通过由相同源材料的热喷涂制造。确实，旋转靶的已知制造工序具有相对于彼此绕中心轴旋转并相对于彼此在中心轴的方向上平移(例如围绕靶表面螺旋运动的路径)的喷涂来源和溅射靶载体。相反地，平面靶的已知制造工序具有沿着所选择路径(例如在靶表面“蜿蜒行进”的路径)相对于溅射靶载体运动的喷涂来源。一个结果是在溅射靶载体上所喷涂靶材料的连续道次的重叠在平面靶和旋转靶之间不同。另一结果是在制造过程中冷却平面和旋转溅射靶(例如通过冷却支撑溅射靶的载体)没有以相同的方式发生。这样的差异以及其它差异导致可能不同的靶材料显微组织，并因此导致使用它们从而沉积层时平面和旋转溅射靶之间不同的行为。在一些使用情况下，将可用的是将沉积层的已建立的工序从平面靶转用到用于旋转靶的相应工序(或反之亦然)，或从平面靶样品判断旋转靶的特性(或反之亦然)。然而，目前已知的平面和旋转溅射靶的制造工序不允许直接这样做。因此本领域中仍需要更好的平面溅射靶，其解决一些或所有以上概述的问题，例如与残余应力、靶利用率和/或制造方法相关的那些问题。专利技术概述本专利技术的目的是提供好的平面溅射靶。本专利技术的进一步目的是提供制造所述平面溅射靶的好方法。通过根据本专利技术的产品和方法来完成这些目的。在第一方面，本专利技术涉及平面溅射靶，其包含由急冷物(splat)叠层形成的靶材料层，其中该靶材料层具有层宽度并具有跨该层宽度变化的显微组织。本专利技术实施方案的优势是可制造具有可能较高靶利用率的平面溅射靶。本专利技术实施方案的优势是，由于各向异性的显微组织和孔隙率，可发生在靶材料层内的应力松弛，从而产生更耐用(例如可靠的)溅射靶。本专利技术实施方案的优势是它们可有助于抵消不期望的局部雪崩效应。在实施方案中，急冷物可具有优先取向并且跨层宽度变化的显微组织可包含跨层宽度变化的优先取向。在实施方案中，相对于靶材料层的法线方向的优先取向可经历跨层宽度的符号改变。在实施方案中，跨层宽度变化的显微组织可包含跨层宽度变化的靶材料层的至少一种选自密度、孔隙率、残余应力和结晶度的性质。在实施方案中，跨层宽度的层组成可保持基本上恒定。在实施方案中，平面溅射靶可具有靶长度和靶宽度，并且长度可比宽度更长。在实施方案中，急冷物可包含单质非金属、单质金属、合金、金属化合物或陶瓷材料。在实施方案中，平面溅射靶还可包含在靶材料层下面的载体。在实施方案中，载体的厚度可小于靶材料层的厚度。在实施方案中，载体可具有顶表面，该顶表面适于在其上引发跨层宽度变化的显微组织的。在实施方案中，平面溅射靶还可包含在载体和靶材料层之间插入的(如果存在载体)或在靶材料层下面的(如果不存在载体)牺牲结构。在第二方面，本专利技术涉及制造平面溅射靶的方法，包括：(a)提供具有顶表面(例如前表面)的载体；和(b)将靶材料的急冷物从喷涂来源喷涂至载体上以在顶表面上方形成靶材料层，该靶材料层具有层宽度，其中喷涂来源与顶表面成角度并且其中喷涂来源和背衬结构以该角度跨该层宽度而变化的方式相对彼此运动。本专利技术实施方案的优势是可通过改变热喷涂过程中的生产参数在不需要后加工步骤的情况下使沿着制备状态的平面溅射靶的宽度的层厚度变化。本专利技术实施方案的优势是可以相对高的速度和以经济的方式制造平面溅射靶。本专利技术实施方案的优势是可制造具有薄载体或没有载体的平面溅射靶。本专利技术实施方案的优势是平面溅射靶可被制造成具有大尺寸和小尺寸。本专利技术实施方案的优势是可在制造过程中充分冷却平面溅射靶。本专利技术实施方案的进一步优势是可在提供或不提供主动冷却(例如主动冷却背衬结构，从而冷却其上的平面溅射靶)的情况下实现充分的冷却。本专利技术实施方案的优势是可再次使用载体(例如背衬结构)或它的部分例如支撑载体板的支撑架。因此本专利技术实施方案的进一步优势是使用较昂贵、较高品质的载体是值得的。本专利技术实施方案的优势是可在具有适合于将靶夹在例如溅射磁控管的区域的载体上制造平面溅射靶。在实施方案中，方法可用于同时制造多个平面溅射靶，其中步骤(a')和(b')包括：(a')提供多个顶表面，该顶表面围绕中心轴布置；和(b')将靶材料喷涂至背衬结构上以在每个顶表面上形成靶材料层。本专利技术实施方案的优势是可同时制造多个平面溅射靶。本专利技术实施方案的优势是可使用相同的工艺条件和因此类似的产物性质制造多种平面溅射靶。在实施方案中，步骤b可包括相对彼此旋转的喷涂来源和背衬结构。本专利技术实施方案的优势是可以与旋转溅射靶的制造更一致的方式制造平面溅射靶。本专利技术实施方案的优势是可制造平面溅射靶，其具有与旋转溅射靶的特性更紧密匹配的特性。这可产生另外的优势是在溅射涂覆生产线内，可用根据本专利技术生产的平面靶交换旋转溅射靶并且反之亦然，同时改变溅射条件的需求可最小，并且沉积层品质可更有可比性。本专利技术实施方案的进一步优势是可基于目前使用于制造旋转溅射靶的硬件来制造平面溅射靶。在第三方面，本专利技术涉及平面溅射靶，其可通过根据第二方面任何实施方案的方法获得。在所附的独立权利要求和从属权利本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.平面溅射靶(400)，其包含由急冷物叠层累积的靶材料层(410)，其中该靶材料层(410)具有层宽度(w)并具有跨该层宽度(w)变化的显微组织。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181005 BE BE2018/56871.平面溅射靶(400)，其包含由急冷物叠层累积的靶材料层(410)，其中该靶材料层(410)具有层宽度(w)并具有跨该层宽度(w)变化的显微组织。


2.根据权利要求1所述的平面溅射靶(400)，其中该急冷物具有优先取向并且其中跨该层宽度(w)变化的该显微组织包含跨该层宽度(w)变化的优先取向。


3.根据权利要求2所述的平面溅射靶(400)，其中相对于该靶材料层(410)的法线方向的优先取向经历跨该层宽度(w)的符号改变。


4.根据前述权利要求中任一项所述的平面溅射靶(400)，其中跨该层宽度(w)变化的该显微组织包含跨该层宽度(w)变化的靶材料层(410)的至少一种选自密度、孔隙率、残余应力和结晶度的性质。


5.根据前述权利要求中任一项所述的平面溅射靶(400)，其中跨该层宽度(w)的层组成保持恒定。


6.根据前述权利要求中任一项所述的平面溅射靶(400)，其具有靶长度和靶宽度，该长度比该宽度长。


7.根据前述权利要求中任一项所述的平面溅射靶(400)，其中该急冷物包含单质非金属、单质金属、合金、金属化合物或陶瓷材料。


8.根据前述权利要求中任一项所述的平面溅射靶(400)，其还包含在该靶材料层(410)下面的载体(100)。


9.根据权利要求8所述的平面溅射靶(400)，其中该载体(100)的厚度(t)小于该靶材料层(410)的厚度。
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【专利技术属性】
技术研发人员：W·德博斯谢尔，I·卡雷蒂吉安加斯普罗，D·K·德布鲁恩，H·埃利亚诺，F·法克，T·科唐，
申请(专利权)人：梭莱先进镀膜工业公司，
类型：发明
国别省市：比利时;BE