專利名稱：用于制造濺射靶的方法
技術領域：
本發明涉及一種用于制造濺射靶的方法。
背景技術：
一濺射靶組件通常包括一濺射靶載體，其例如是一板件或管體，載體上帶有一層濺射靶材料，靶材被敷設到靶載體的外表面上。
通常采用熱噴涂工藝來將靶材敷設到靶載體上。在其它一些情況中，金屬靶材是被澆鑄到靶載體上的。
利用噴涂方法所形成的濺射靶—例如鋅濺射靶的缺點在于所形成結構的孔隙度很高。
利用澆鑄技術制得的鋅濺射靶的特征在于其密度稍高，但卻具有各晶粒之間結合性很差的缺陷。
發明內容
本發明的一個目的是提供一種用于制造濺射靶的方法。
本發明的另一個目的是提供一種生產靈活性很大的方法，其中的生產靈活性是相對于被用作靶材的原材料、或用來敷設該靶材的工藝而言的。
本發明的再一個目的提供一種制造方法，該方法所制造的濺射靶具有密度高的特征。
另外，本發明的一個目的是提供一種制造方法，該方法所制造的濺射靶具有這樣的特征靶載體與靶材之間具有良好的結合性，且靶材中各單個顆粒之間也具有很好的結合度。
所述方法還可被用來將靶材精煉或提純到很高的純度上。
本發明的又一個目的是提供一種能在較低溫度和/或壓力下將靶材敷設到靶載體上的方法。
根據本發明的第一方面，本文提供了一種用于制造濺射靶的方法。
所述方法包括步驟-設置一濺射靶載體；-將一中間層敷設到所述靶載體上；-在所述中間層的上面敷設一個頂層，所述頂層包括一種材料，該材料的熔點顯著高于所述中間層的熔點；-對外覆有所述中間層和所述頂層的靶載體進行加熱。
所述方法還包括步驟-去除所述頂層。
在加熱過程中，所述頂層將中間層保持在靶載體上，從而可防止中間層從靶載體上流失掉。因而，濺射靶的加熱溫度要低于頂層的熔點。
另外，所述頂層還可作為中間層的保護層，其例如可防止中間層發生氧化、或防止中間層被污染。在頂層可起到保護層作用的情況下，優選地是，只有在即將使用濺射靶來執行濺射工作之前，才去除掉所述頂層，例如只有在交付用戶使用時才去除所述頂層。
可能的話，所述方法還包括步驟在敷設中間層的步驟與敷設頂層的步驟之間，敷設一解除層。該解除層的作用在于便于去除頂層和/或防止在中間層與頂層之間發生擴散。
無論是中間層、還是頂層都可以作為所述靶材。
靶載體的作用在于其可支撐濺射靶，并對其進行冷卻。靶載體可以是板件或管體。
在一優選實施方式中，靶載體是由一不銹鋼管構成的。
中間層可包括多種材料例如金屬、金屬合金或金屬氧化物。
中間層例如可包括鋅或鋅合金、氧化鈦、銦或銦的氧化物，其中的鋅合金例如為鋅錫合金，而銦氧化物例如為銦—錫氧化物(ITO)。
所述中間層可作為所述靶材。作為備選方案，中間層在靶載體與頂層之間形成了一個附著層，該附著層作為所述靶材。
可利用各種不同的工藝來將中間層敷設到靶載體上，例如可利用熱噴涂等的噴涂法或浸涂法。
作為備選方案，靶材可被纏繞到靶載體上。可被纏繞的材料例如包括一張或多張金屬箔、一條或多條金屬條帶、或一根或多根金屬絲線。還可纏繞由金屬箔、金屬條帶和/或金屬絲組成的組合體。
另外，成束地對絲線執行盤繞也是一種敷設中間層的合適工藝。通過成束地進行盤繞，可將成分相同或不同的絲線纏繞到靶載體上。優選地是，所述絲線的橫斷面是扁平狀的或矩形形狀。
對于本領域技術人員而言，很顯然可將成束盤繞工藝與對薄箔、條帶或細絲等其它材料執行纏繞的工藝相結合、或與粉末涂敷技術相結合。
對于其中的絲線，還可使用中空的絲線。可用金屬粉末等其它材料來填充這些絲線。所述金屬粉末例如可包括一種或多種摻雜元素。
將中間層敷設到靶載體上的另一種方法是通過將瓦狀塊、環體、連接片或連接表面等的材料片段敷設到靶載體上而實現的。優選地是，片段具有適當的幾何形狀，從而能將不同的材料片段恰當地安裝到靶載體上和/或鄰近的其它片段上。
例如在要敷設貴重材料的情況下，則敷設箔、條帶、絲線或片段的方法就將是非常合適的，原因在于采用這樣的工藝可將材料的損失減到最少。
中間層可以是單層結構或多層結構。
在敷設多層結構的情況中，依次的各層可以是用相同的材料構成的—即相同的金屬、金屬合金或金屬氧化物。作為備選方案，依次的各層也可包括不同的材料。可利用不同的工藝來敷設依次的各層材料，例如可用噴涂的方法敷設第一層，并通過在已敷設了第一層的靶載體上纏繞箔或絲線的方法來敷設第二層。
頂層可包括任何具有較高熔點的材料，例如，可用金屬、金屬合金或金屬氧化物來構成所述頂層。
優選地是，頂層的熔點顯著地高于中間層的熔點。更為優選地是，中間層熔點與頂層材料熔點之間的差值至少為100℃。更為優選地是，中間層熔點與頂層材料熔點之間的差值至少為200℃。
對頂層的另一項要求是其應當能形成一密閉層，該密閉層能完全覆蓋住中間層，并將中間層與環境隔絕地保護起來。
在一優選實施方式中，頂層是一層不銹鋼，不銹鋼材料被噴涂到中間層的上面。
其它合適的頂層包括難熔金屬或金屬合金，其例如為鉬、鎢、或它們的合金。
原則上講，可利用現有技術中公知的任何技術來敷設所述頂層，該頂層構成一密閉層。優選的敷設技術包括熱噴涂等噴涂技術或浸涂技術。
對于其中的加熱步驟，原則上講，任何能將濺射靶組件加熱到所需溫度的加熱技術都是合適的。所述頂層可防止靶材從靶載體上流失掉、和/或可為靶材形成一保護層。
優選的加熱技術包括感應加熱法。此外，也可考慮采用電阻加熱、傳導加熱、放電加熱、以及輻射加熱等的方法。
優選地是，例如采用區域加熱法只是對濺射靶的局部部位進行加熱。
在這種區域加熱法中，一感應加熱線圈以環圈的形式環繞著濺射靶組件，并在濺射靶組件的軸向上相對其進行運動。
作為備選方案，濺射靶組件相對于固定不動的加熱線圈進行運動。
優選地是，濺射靶組件在加熱過程中還伴以轉動。
在執行加熱步驟的過程中，濺射靶或者可被水平放置、或者可被垂直放置。在大多數情況下，垂直狀態是優選的。將濺射靶水平放置將有利于在加熱步驟中使中間層均勻地混合起來、或使中間層內的不同組分均勻地混合起來；而在希望放慢固化進程、或應用加熱步驟來提純中間層的情況下，將濺射靶垂直放置將是優選的方案，其中，下文將對利用加熱步驟來純化中間層的內容作詳細的描述。
這樣的方案也是優選的在首次加熱步驟中，濺射靶被水平布置，而在隨后的一個或多個加熱步驟中，濺射靶則被垂直定位。
在加熱步驟之中或之后，例如可借助于循環流動的水來對濺射靶組件進行冷卻。可從濺射靶組件的內側、外側或內外側對其進行冷卻。
根據一第一方面，執行加熱步驟的目的使為了使中間層中的至少一種組分發生熔融。
在此情況下，濺射靶組件被加熱到某一溫度，該溫度等于或高于中間層的熔點，或高于中間層中至少一種組分的熔點。優選地是，濺射靶組件被加熱到低于頂層材料熔點的溫度上。
在加熱步驟之后，可對濺射靶組件進行冷卻，以使中間層具有理想的特性。
在這樣的情況下濺射靶被加熱到某一溫度，該溫度等于或高于中間層中某種組分的熔點，但低于中間層中其它一種或多種組分的熔點，則就能用機械方法將熔融組分嵌埋到其它的一種或多種組分中。例如，如果將包含鋅及鈦氧化物的中間層加熱到一個高于鋅熔點的溫度上，則就會出現上述的情況，其中的鈦氧化物例如是二氧化鈦或亞化學計量的二氧化鈦。
由于先是加熱、隨后再執行冷卻，可實現對中間層所用材料的再結晶。通過執行重結晶，能使晶粒基本上達到均勻化。
執行加熱的方式、以及進行冷卻的方式對熔融且重結晶的材料具有直接的影響，例如對其晶格結構、晶粒屬性具有影響，其中的晶粒屬性是諸如晶粒尺寸、晶粒取向、以及晶粒分布等的指標。
執行加熱的方式、以及進行冷卻的方式對熔融且重結晶的材料具有直接的影響，例如對其晶格結構、晶粒屬性具有影響，其中的晶粒屬性是諸如晶粒尺寸、晶粒取向、以及晶粒分布等指標。
晶粒的取向可從垂直或基本垂直于靶載體的縱向軸線變化到平行或基本平行于靶載體縱向軸線的方位。
通過在縱向上執行加熱和/或隨后的冷卻處理，晶粒就被取向為平行或大體上平行于靶載體的縱向軸線。
如下文所描述的那樣，例如可通過使加熱線圈不只一次地在濺射靶組件的長度范圍內移過而重復地執行加熱步驟。在這樣的情況下，可將晶粒取向成垂直或大體上垂直于靶載體的縱向軸線。
在執行完加熱和冷卻步驟之后，中間層的密度可得以提高。
優選地是，中間層的相對密度大于92％，更為優選地是，相對密度大于95％，甚至于超過98％，例如為99％。
相對密度被定義為下式 其中的體積密度(g/cm3)是實測密度，其是從實際制備的靶材的尺寸和重量計算出的，而真實密度則是材料的理論密度。
根據一第二方面，希望在兩種或多種組分之間、或兩層與多層之間產生擴散。在此情況下，無須使中間層發生熔融、或不希望其發生熔融。
為了實現上述目的，濺射靶被加熱到一個能出現此擴散行為的溫度上。通常，該溫度小于中間層的熔點和/或低于頂層的熔點。
例如可在兩種不同的材料或組分之間、兩個不同的結構層之間產生擴散現象，其中對于不同的結構層，例如是靶載體與中間層之間和/或中間層與頂層之間。還可實現靶載體、中間層、以及頂層三者之間的擴散。
例如在某一實施方式中，兩種不同類型的絲線、薄箔、或條帶被纏繞到靶載體上，而且濺射靶組件被加熱到能使不同的絲線、薄箔或條帶之間產生擴散的溫度，在此條件下，就可在兩種不同的材料之間形成擴散。
一優選的實施方式包括一種鋅—錫濺射靶，其是通過使鋅絲線和錫絲線發生擴散、或使鋅瓦狀塊和錫瓦狀塊發生擴散而制成的。按照這種方式，添加到靶材中的錫可達到一定數量，而利用以鋅—錫為靶材的其它敷設方法是無法達到該添加量的。而且能實現通常用其它方法無法獲得的鋅/錫分布形式—例如鋅顆粒嵌在錫中的形式。
根據本發明的、制造金屬濺射靶的方法的一個主要優點在于其所涉及的制造過程具有很大的靈活性，該生產靈活性例如是針對于被用作中間層(噴涂材料、粉末、絲線、箔、片段等)的原材料而言的，或者是針對于被用來敷設中間層的工藝(噴涂法、浸涂法、纏繞法等)而言的。
根據本發明的制造方法的另一項優點在于該方法的靈活性能對靶材屬性產生影響，例如，通過改變加熱步驟和冷卻步驟、和/或改變中間層和/或頂層的敷設技術，可對靶材屬性產生影響。很顯然晶格結構、晶粒屬性(例如晶粒尺寸、晶粒的分布、以及晶粒的取向度)、以及靶材密度等這些指標是由加熱步驟和/或冷卻步驟、和/或中間層和/或頂層的敷設工藝決定的。可在溫度、時間、位置、和/或執行形式方面對加熱步驟進行調整，以便于能獲得理想的特性。
根據本發明的濺射靶制造方法的又一個優點在于可在很低的溫度和/或壓力下將靶材敷設到靶載體上。
此外，利用根據本發明的方法所制得的濺射靶具有這樣的特征各晶粒之間具有很好的結合性。
由于進行了加熱，所以可在靶載體與中間層之間形成一擴散層。
還可利用加熱的方法來對中間層的材料進行精煉和提純。在執行加熱的過程中，通過使一加熱線圈從濺射靶組件的底部移動到其頂部，使該加熱線圈經過濺射靶組件的整個長度范圍，由此可形成一熔融區。
氣體和雜質被溶入到熔融區內，并隨著熔融區的移動而向上移動。
通過在加熱和/或冷卻步驟中對濺射靶組件進行振動、或向濺射靶組件發送超聲波，可進一步提高靶材的純度。
如果希望的話，可通過使感應加熱線圈多次移動經過濺射靶組件的全長來重復地執行加熱步驟。
優選的設計是在執行完加熱步驟之后，例如通過機械操作將頂層去除，其中的機械操作例如是機加工。優選地是，在將頂層去除之后，對靶材的表面進行拋光處理。
為了便于頂層的去除，優選地是，在中間層與頂層之間敷設一解除層。解除層例如包括一種涂料、金屬氧化物、或它們的組合物。氧化鋯或氧化鋁可作為合適的金屬氧化物。
設置解除層例如就避免了要在靶材與頂層之間形成一擴散層的問題，或者便于在即將執行濺射工作之前去除掉頂層，其中，濺射工作例如是在用戶的場所處進行的。
利用本發明所公開方法制得的濺射靶適于用在任何濺射工藝中，其中的濺射工藝例如為金屬濺射法或反應濺射法。從濺射靶飛濺出的金屬原子與反應氣體發生反應，從而例如形成一種金屬氧化物，該金屬氧化物被沉積在特定的襯底上，其中的反應氣體例如是氧氣以及氧氣與氮氣、氬氣或氦氣等其它氣體的混合氣。
根據本發明的濺射靶可被容易地翻新和/或重新使用。
為此目的，對用過的濺射靶的型廓進行測量，然后，在下一步驟中，在濺射靶上敷設新的靶材，以便于能補償各局部部位的損耗。
因而，根據本發明的濺射靶在經濟性方面是有利的。
下面將參照附圖對本發明作更為詳細的描述，在附圖中-圖1表示了根據本發明的制造方法；以及-圖2表示了濺射靶的橫截面構造。
具體實施例方式
下面將參照圖1介紹根據本發明的、制造濺射靶的方法。圖2表示了根據本發明的濺射靶的橫截面構造。
在一第一步驟中，按照如下的過程制出一濺射靶組件10在一不銹鋼管體12上噴涂一含鋅的中間層14。噴涂形成鋅層的密度約為91％。該鋅層將作為濺射靶的靶材。
可能的話，鋅層中包含一種或多種摻雜元素，這些元素例如是Al、Bi、Ce、Gd、Nb、Si、Ti、V、Y、Zr、Sn、以及Sb。
可很容易地將這一種或多種摻雜元素加入到靶材中，例如可通過添加粉末的方法來加入。
在鋅層的上方，利用噴涂方法敷設了一不銹鋼材質的頂層16。
頂層16完全包覆住了中間層14。
一感應加熱線圈18被布置成套在濺射靶組件上，從而可形成一熔融區B。
優選地是，在加熱過程中，濺射靶組件繞其軸線進行轉動，以便于使加熱效果更為均勻。
在區域加熱階段，濺射靶組件上具有三個截然區別開的區域即區域A、B和C。
區域A代表熔融后的區域，區域B代表正在被熔融的區域，區域C代表尚未被熔融、但即將被熔融的區域。優選地是，濺射靶組件被垂直放置著，環繞著濺射靶組件的感應加熱線圈相對于濺射靶組件、在其軸向上向上移動。
隨著感應線圈移過整個濺射靶組件，區域C被熔融，進而被轉化為區域B。隨著感應線圈在濺射靶組件上進一步地移動，區域B固化，從而變成區域A。隨著區域B逐漸地向上移動，區域A的尺寸不斷增大，而區域C的尺寸則在不斷減小，直到整個濺射靶組件都變為由區域A組成為止。
在執行區域加熱的過程中，濺射靶組件中—更為具體地講是中間層中會發生各種變化。
由于執行了加熱、并在隨后進行了冷卻，中間層被重結晶。重結晶后中間層結構中所包含的晶粒基本上是均勻的。
中間層中的雜質隨著感應線圈一道向上移動，從而造成區域A的純度明顯高于區域C的純度。
此外，還能消除空洞和表面缺陷。
區域A中經過加熱和冷卻后的中間層的密度高于92％，例如高于98％。
相比于現有技術中的濺射靶，用根據本發明方法制得的鋅濺射靶具有很高的密度，且各金屬晶粒之間的結合性很好，這是很重要的兩方面優點。例如，用噴涂或鑄造技術制得的鋅濺射靶的特征就是密度低、和/或各晶粒之間結合性差。
低密度和/或弱結合會對濺射過程產生不利影響。由于在鋅晶粒之間存在很高的孔隙度，而且結合性很差，所以經過很短的一段濺射時間，各晶粒之間就會形成大的空腔。因而，鋅粉顆粒就會從濺射靶上脫落下去，從而會影響濺射工作，且例如會污染要被鍍敷的表面。
相比于現有技術中的濺射靶—例如通過鑄造方法制得的濺射靶，利用根據本發明方法制得的濺射靶的另一項優點在于靶材能很好地附著在靶載體上。
權利要求
1.一種用于制造濺射靶的方法，所述方法包括步驟-設置一濺射靶載體；-將一中間層敷設到所述靶載體上；-在所述中間層的上面敷設一個頂層，所述頂層包括熔點顯著高于所述中間層熔點的材料；-對覆有所述中間層和所述頂層的靶載體進行加熱。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述方法還包括步驟-在所述中間層與所述頂層之間敷設一解除層。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于所述方法還包括步驟-去除所述頂層。
4.根據權利要求1到3之一所述的方法，其特征在于所述靶載體是一板件。
5.根據權利要求1到3之一所述的方法，其特征在于所述靶載體是一管體。
6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于所述靶載體是一不銹鋼管。
7.根據上述權利要求之一所述的方法，其特征在于所述中間層包括金屬、金屬合金或金屬氧化物。
8.根據上述權利要求之一所述的方法，其特征在于所述中間層是利用噴涂或浸涂的方法進行敷設的。
9.根據權利要求1到7之一所述的方法，其特征在于通過將至少一條絲線、條帶或薄箔纏繞到所述靶載體上，或者通過將材料片段敷設到所述靶載體上，以此來敷設所述中間層。
10.根據上述權利要求之一所述的方法，其特征在于所述中間層包括噴涂的鋅或噴涂的鋅合金。
11.根據上述權利要求之一所述的方法，其特征在于所述頂層的材料包括金屬、金屬合金或金屬氧化物。
12.根據上述權利要求之一所述的方法，其特征在于所述頂層是利用噴涂或浸涂的方法進行敷設的。
13.根據上述權利要求之一所述的方法，其特征在于所述頂層是一不銹鋼層，其被噴涂到中間層的上面。
14.根據權利要求2到13之一所述的方法，其特征在于所述解除層包括金屬氧化物。
15.根據上述權利要求之一所述的方法，其特征在于所述加熱步驟包括加熱到某一溫度的操作，該溫度大于或等于中間層中至少一種組分的熔點。
16.根據權利要求1到14之一所述的方法，其特征在于所述加熱步驟包括加熱到某一溫度的操作，該溫度能使中間層的兩種或多種組分之間產生擴散。
17.根據上述權利要求之一所述的方法，其特征在于所述加熱步驟包括執行感應加熱的操作。
全文摘要
本發明涉及一種用于制造濺射靶的方法。所述方法包括步驟－設置一濺射靶載體(12)；－將一中間層(14)敷設到所述靶載體上；－在所述中間層的上面敷設一個頂層(16)，所述頂層包括一種材料，該材料的熔點顯著高于所述中間層的熔點；－對外覆有所述中間層和所述頂層的靶載體進行加熱。
文檔編號C23C4/18GK1541283SQ02815906
公開日2004年10月27日 申請日期2002年7月10日 優先權日2001年8月13日
發明者維爾莫特·德博謝爾, 維爾莫特 德博謝爾, 德爾呂, 伊爾德·德爾呂, 王德施特雷騰, 若昂·王德施特雷騰 申請人:貝克特股份有限公司