BE1028482A1

BE1028482A1 - Vervaardiging en hervullen van sputterdoelen

Info

Publication number: BE1028482A1
Application number: BE20205526A
Authority: BE
Inventors: Jai Shankar Subramanian; Giangaspro Ignacio Caretti; Jeffrey Dieter Edel; Bosscher Wilmert Cyriel Stefaan De
Original assignee: Soleras Advanced Coatings Bv
Priority date: 2020-07-14
Filing date: 2020-07-14
Publication date: 2022-02-07
Also published as: WO2022013285A1; EP4182285A1; BE1028482B1; CN116194613A; US20230272520A1

Abstract

Er wordt een werkwijze voor het vervaardigen van een sputterdoel verschaft. De werkwijze omvat de stappen van het verschaffen van een drager, het verschaffen van sputterdoelmateriaal dat keramisch sputterdoelmateriaal omvat voor het sproeien, vervolgens het thermisch sproeien van het sputterdoelmateriaal over de drager waardoor een sputterdoelproduct wordt verschaft waarbij ten minste 40 % in massa, bijvoorbeeld ten minste 50 % in massa, van het sputterdoelmateriaal keramisch sputterdoelmateriaal omvat, en vervolgens het uitvoeren van heet isostatisch persen op het sputterdoelproduct waardoor de densiteit van het sputterdoelmateriaal wordt verhoogd.

Description

Vervaardiging en hervullen van sputterdoelen Gebied van de uitvinding. De uitvinding heeft betrekking op het gebied van sputteren. Ze heeft meer specifiek betrekking op vervaardiging van sputterdoelen, in het bijzonder sputterdoelen die keramisch materiaal omvatten. Achtergrond van de uitvinding Fysieke gasfasedepositie door middel van sputteren is een standaardtechniek geworden om de eigenschappen aan te passen van bijvoorbeeld glasruiten of andere onbuigzame of buigzame materialen. Onder “sputteren” verstaat men de ballistische uitwerping van atomen van deklaagmateriaal uit een sputterdoel door middel van positief geladen ionen, -gewoonlijk argon- die worden versneld door een elektrisch veld in de richting van een negatief geladen sputterdoel. De positieve ionen worden door elektron-ion-impactionisatie in de gasfase onder lage druk gevormd. De uitgeworpen atomen botsen op het te coaten substraat waar ze een goed hechtende deklaag met grote densiteit vormen.

De deklaag kan lagen op het substraat vormen, dus de eigenschappen van het materiaal (bijv. optische en/of mechanische eigenschappen) kunnen op maat worden aangepast.

Sommige soorten lagen zijn moeilijk om te verkrijgen, bijvoorbeeld di-elektrische lagen. Oxidische films zijn bijvoorbeeld vaak gewenst omdat ze met selecteerbare transparantie kunnen worden gemaakt, waardoor ze geschikt zijn voor optische toepassingen zoals lenzen, filters en dergelijke. Depositie van oxidische films is echter moeilijk om de hierna uitgelegde redenen.

Het is mogelijk om oxidelagen door depositie te verschaffen, door het sputteren van een metalen sputterdoel met een gasmengsel dat zuurstof omvat. Dit kan leiden tot hevig hysteresegedrag, wat leidt tot procesinstabiliteit. De relatieve hoge hoeveelheid zuurstofgas die nodig is om het metalen sputterdoel in de zogeheten vervuilde (“poisoned”) toestand te brengen om een metaaloxidelaag te doen groeien kan gewoonlijk leiden tot een val van sputtersnelheid. Het document “OBERSTE-BERGHAUS et al., Film Properties of Zirconium Oxide Top Layers from Rotatable Targets, 2015 Society of Vacuum Coaters, 58th Annual Technical Conference Proceedings, Santa Clara, CA april 25-30, 2015, p. 228- 234, openbaart dat het gebruik van keramische sputterdoelen het hysteresegedrag kan matigen of volledig verwijderen, waardoor de hoeveelheid reactief gas aanzienlijk wordt verminderd en tot drie keer hogere filmdepositiesnelheden mogelijk zijn over sputterprocessen die metalen sputterdoelen gebruiken.

Voor toepassingen op grote oppervlakken zoals architecturaal glas, moeten de deklagen op grote substraten worden gesputterd en is het dus vereist om ook grote sputterdoelen te verschaffen zodat het sputteren homogeen verloopt. Grote keramische sputterdoelstukken zijn echter moeilijk verkrijgbaar.

Sinteren kan worden gebruikt om kleine sputterdoelstukken te verschaffen die samengevoegd moeten worden om een groter sputterdoelsamenstel te vormen, bijvoorbeeld als een combinatie van tegels (voor vlakke sputterdoelsamenstellen) of als gestapelde kokers (voor cilindervormige samenstellen van sputterdoelen op een cilindervormige drager). Deze sputterdoelen zijn vatbaar voor procesinstabiliteiten, bijv. door boogvorming in het bijzonder aan hun vele randen aan verbindingspunten bij de kleinere materiaalstukken, net als verschillende densiteiten bij verschillende tegels in de praktijk, wat leidt tot verschillende erosiesnelheden in sommige tegels.

Bovendien vertonen lange keramische sputterdoelen die door gebruikelijke werkwijzen zoals sinteren of thermisch sproeien worden vervaardigd vaak porositeiten en een densiteit die lager is dan de theoretische densiteit van het bulkmateriaal.

Daarnaast kan het bij gebruikmaking van sinteren om grotere materiaalstukken te vervaardigen nodig zijn om organische bindingsmiddelen in te brengen die de zuiverheid van het eruit voorvloeiende sputterdoelmateriaal beïnvloeden.

Dit is zelfs nog significanter bij materialen die thermisch ontbinden of sublimeren bij de aangewende vervaardigingsdrukken en temperaturen.

De lagere densiteit en porositeit houdt verband met een negatieve prestatie tijdens sputteren wegens verminderde thermische geleidbaarheden, materiaalspatten, stofvorming en vervolgens verhoogde boogvormingsnelheden.

Samenvatting van de uitvinding Het is een doel van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding om een werkwijze van vervaardiging van een sputterdoel te verschaffen die een hoge densiteit verschaft en keramisch sputterdoelmateriaal omvat, en een sputterdoel voor het sputteren verkregen door die werkwijze, met de mogelijkheid van een lager aantal afzonderlijke stukken in een sputterdoelsamenstel, of dat zelfs een enkel stuk sputterdoel heeft.

Het is een voordeel dat sputterdoelen met hoge densiteit kunnen worden verschaft, bijvoorbeeld met lage porositeit en grote afmeting. Het is een voordeel dat een klein samenstel nodig is voor vervaardiging van een sputterdoel, aangezien het aantal tegels of segmenten kan worden verminderd. Het is een voordeel dat sputterdoelen uit een enkel stuk kunnen worden verschaft, zonder dat tegels hoeven te worden samengevoegd. Sputterdoelen met hoge densiteit uit een enkel stuk en met grote afmeting kunnen gunstig gedrag vertonen tijdens bedrijf; bijv. hogere processtabiliteit hebben of een hogere sputterdoelvermogendensiteit en dus een hogere depositiesnelheid mogelijk maken.

In sommige uitvoeringsvormen, omvat de vervaardigingswerkwijze van het sputterdoel het hervullen van een sputterdoel.

In een eerste aspect verschaft de onderhavige uitvinding een werkwijze voor vervaardiging van een sputterdoel omvattende de stap van het verschaffen van een drager, het verschaffen van keramisch sputterdoelmateriaal voor het sproeien, vervolgens het thermisch sproeien van het sputterdoelmateriaal over de drager. De werkwijze is aangepast om een sputterdoelproduct te verschaffen waarbij ten minste 40 % in massa, bijvoorbeeld ten minste 50 % in massa van het sputterdoelmateriaal keramisch sputterdoelmateriaal omvat. Heet isostatisch persen wordt vervolgens uitgevoerd op het sputterdoelproduct, waardoor de densiteit van het sputterdoelmateriaal wordt verhoogd.

Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding dat een sputterdoel met grote 5 densiteit kan worden verschaft uit een startend sproeisputterdoel, waardoor stukken van vergelijkbare vorm en afmeting als de drager mogelijk worden gemaakt; ze kunnen bijvoorbeeld stukken zijn met een afmeting van 400 mm of groter, bijv. 600 mm, zoals 800 mm of groter.

Er kan op voordelige wijze een enkele drager worden gebruikt. Op alternatieve wijze kan een sputterdoelsamenstel worden verschaft dat meerdere achterstructuren combineert die worden samengevoegd tot een groter sputterdoel met kleinere tegels of segmenten dan bij bestaande vergelijkbare sputterdoelen en dat de aanwezigheid van stof of poriën in het sputterdoel vermindert.

In sommige uitvoeringsvormen omvat het uitvoeren van heet isostatisch persen het uitvoeren van isostatisch persen zonder een metalen bus, waardoor op gunstige wijze wordt vermeden dat het gesproeide sputterdoelproduct moet worden aangepast en waardoor geen afgesloten metalen bussen op maat moeten worden geproduceerd met afmetingen die aan het gesproeide product zijn aangepast.

In sommige uitvoeringsvormen, omvat het verschaffen van keramisch materiaal het verschaffen van vluchtig materiaal. Dit vluchtige materiaal vertoont, bij drukken dicht bij de atmosferische druk, ofwel een sublimatietemperatuur, of een smelttemperatuur en een absolute kookpunt- of ontbindingstemperatuur die minder dan 30% hoger, of lager is dan zijn smelttemperatuur.

Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding dat materialen die gemakkelijk ontbinden of sublimeren (bijv. indiumoxides, tinoxides, zinkoxides, wolfraamoxides) nog steeds een sputterdoel kunnen verschaffen met een densiteit die dicht bij de theoretische densiteit van het startmateriaal ligt, terwijl een grote vrijheid en verlaagde broosheid mogelijk wordt gemaakt en zonder andere nadelen van het sinteren.

In sommige uitvoeringsvormen omvat het vluchtige materiaal ten minste 60 % in massa, bijvoorbeeld ten minste 70 % in massa of ten minste 80 % in massa of ten minste 90 % in massa van het totale sputterdoelmateriaal. Het grootste gedeelte van het sputterdoel kan vluchtig materiaal zoals oxides zijn.

In sommige uitvoeringsvormen, omvat het verschaffen van een gesproeid sputterdoelproduct het verschaffen van een sputterdoelproduct met een densiteit lager dan 90 %, bijvoorbeeld lager dan 85 %, bijvoorbeeld lager dan 80 % van de theoretische densiteit van het materiaal. Het uitvoeren van heet isostatisch persen omvat het verhogen van de sputterdoeldensiteit met ten minste 5 %, bijvoorbeeld ten minste 10 %, bijvoorbeeld ten minste 15 %, bijvoorbeeld ten minste 20 %, van zijn theoretische densiteit, waardoor optioneel een totale sputterdoelmateriaaldensiteit van ten minste 90%, bijvoorbeeld ten minste 95 % of ten minste 98 %, of ten minste 99 & van zijn theoretische densiteit wordt verkregen.

Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de onderhavig uitvinding dat deze materialen die gemakkelijk ontbinden of sublimeren met hoog-efficiënt thermisch sproeien kunnen worden verschaft bij relatieve lage temperatuur en lage densiteit van het gesproeide sputterdoel, aangezien het daaropvolgende HIP-proces de sputterdoeldensiteit verhoogt, bijv. tot een densiteit van ten minste 90 %, bijvoorbeeld ten minste 95 % of ten minste 98%, of ten minste 99 & van de theoretische densiteit.

In sommige uitvoeringsvormen is de werkwijze aangepast om een verdicht keramisch sputterdoelmateriaal te verschaffen met een resistiviteit lager dan 1000 Ohm.cm. Het is een voordeel dat de werkwijze kan worden gebruikt voor het vervaardigen van sputterdoelen die voldoende geleidbaarheid hebben om te worden gesputterd met gelijkstroom, of MF-wisselstroommodi, dus geen RF —- (> 1 MHz) signalen vereisen zoals deze die typisch voor isolatiematerialen worden gebruikt. In sommige uitvoeringsvormen omvat het verschaffen van een drager het verschaffen van een geleidende vorm die een groef omvat aangepast om de sputterracebaan te overlappen. Thermisch sproeien wordt uitgevoerd door het thermische sproeien van een grote hoeveelheid materiaal aan de gebieden binnen de groef en een kleine hoeveelheid op gebieden buiten de groef. Het verschaffen van een geleidende vorm die een groef omvat, omvat optioneel het verschaffen van een geërodeerd sputterdoel, dus de werkwijze van vervaardiging van een sputterdoel omvat het hervullen en winnen van het geërodeerde sputterdoel. Het verschaffen van een drager omvat optioneel het verschaffen van een buisvormige drager, bijv. een cilindervormige drager, bijv. een gevormde buisvormige drager met groeven aan zijn uiteinden zoals in de vorm.

Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding dat het thermische sproeien het mogelijk maakt om materiaal uit te sparen door het verschaffen van meer materiaal over de plaatsen waar de meeste erosie plaatsvindt terwijl minder materiaal op andere plaatsen wordt verschaft. Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding dat een geërodeerd sputterdoel kan worden gewonnen met een materiaal met grote densiteit, zelfs als het geërodeerde sputterdoel niet even verdicht was. Het is een verder voordeel dat de sproeitechniek controle van depositieprofiel mogelijk maakt voor het verschaffen van materiaal in overeenstemming met het niveau van erosie van het sputterdoel.

Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding dat buisvormige sputterdoelen kunnen worden verschaft.

In sommige uitvoeringsvormen omvat de werkwijze het coaten van het gesproeide sputterdoel met een afdeklaag van materiaal met een lagere porositeit dan het gesproeide sputterdoel vóór het uitvoeren van heet isostatisch persen, voor het verwijderen van de oppervlakteporiën.

Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding dat de densiteit van gesproeide sputterdoelen met open poriën op het oppervlak kan worden verhoogd. Het is een verder voordeel dat de afdeklaag beter past dan een traditionele metalen HIP-bus. Het is een verder voordeel dat de afdeklaag de oppervlaktetopografie van het gesproeide sputterdoel kan volgen zonder dat een op maat vormgegeven insluiting of afgesloten metalen bus nodig is, bijv. hij kan een bindingslaag zijn die vanuit de vloeibare fase wordt aangebracht of een gesproeide laag met materiaal uit de vaste fase (bijv. draad, poeder, ...).

Het coaten van het oppervlak met een afdeklaag van materiaal wordt optioneel uitgevoerd met materiaal dat hetzelfde materiaal omvat als het gesproeide sputterdoel bij hogere densiteit dan het gesproeide sputterdoel, of dat daaruit bestaat.

Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding dat er minder slinkverschillen zijn tussen het afdek- en onderliggend materiaal, en minder problemen van het bevuilen van het sputterdoelmateriaal. Het is een verder voordeel dat het gesproeide sputterdoel in een uiterst efficiënt thermisch proces kan worden verschaft met weinig materiaalverlies, en de afdeklaag kan worden verschaft met een configuratie die de densiteit optimaliseert, terwijl de relatieve vermindering van efficiëntie minder aanzienlijk is aangezien de hogere densiteit alleen op de dunne afdeklaag nodig is.

In sommige uitvoeringsvormen wordt de afdeklaag verschaft door sproeien, bijvoorbeeld koudsproeien of thermisch sproeien.

Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding dat de afdeklaag een lage massa heeft, waardoor het verlies van materiaal wordt verminderd tijdens productie, en het kan gemakkelijker zijn om te slinken met het sputterdoelmateriaal.

In sommige uitvoeringsvormen omvat de werkwijze het polijsten van het oppervlak van het gesproeide sputterdoel vóór het uitvoeren van heet isostatisch persen.

Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding dat oppervlakteporiën kunnen worden afgesloten via het polijsten bij sommige materialen, waardoor een dunnere afdeklaag kan worden verschaft of de stap van het afdekken zelfs optioneel wordt gemaakt.

In sommige uitvoeringsvormen omvat de werkwijze verder het gedeeltelijk of volledig verwijderen van de buitenlaag van het sputterdoel na het uitvoeren van heet isostatisch persen.

Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding dat een oppervlak kan worden voorbereid en contaminatie, stof of onregelmatigheid kan worden verwijderd vóór gebruik.

In een tweede aspect, verschaft de onderhavige uitvinding een sputterdoel omvattende een enkel stuk omvattende keramisch materiaal voor sputteren, waarbij de absolute kookpunt- of ontbindingstemperatuur van genoemd materiaal minder dan 30 % hoger dan zijn smelttemperatuur ligt of ontbindt vóór smelten, of een sublimatietemperatuur heeft, en een materiaaldensiteit van ten minste 90 4, bijvoorbeeld ten minste 95 %, bijvoorbeeld ten minste 98 % van zijn theoretische densiteit heeft. De temperaturen kunnen bijvoorbeeld worden gedefinieerd op dezelfde drukbereiken als de werkdruk van het thermische sproeiproces.

Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding dat een sputterdoel met grote densiteit kan worden verschaft als een enkel groot stuk, zonder dat het sputterdoel moet worden verschaft als een combinatie van kleinere sputterdoeltegels of -segmenten. Het is een verder voordeel dat sputterdoelmateriaal wordt gebruikt om het sputterdoel te vervaardigen met sproeien in plaats van sinteren, zelfs als het materiaal neigt te ontbinden bij hoge temperaturen met lagere smelting. Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding dat een sputterdoel met hoge densiteit kan worden verschaft, met erg lage porositeit.

In sommige uitvoeringsvormen heeft het enkele stuk een lengte van ten minste 600 mm, bijv. ten minste 800 mm. Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding dat grote substraten op homogene wijze kunnen worden gesputterd.

In sommige uitvoeringsvormen omvat het keramische materiaal voor sputteren een van indiumtinoxide zoals indiumtinoxide, Zn0, of Sn0:, of In203, of WO3 of elke combinatie daarvan.

Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding dat een keramisch sputterdoelmateriaal met lage porositeit kan worden verschaft zonder dat stof moet worden gesinterd.

Het sputterdoel van uitvoeringsvormen van het tweede aspect van de onderhavige uitvinding kan worden verschaft in overeenstemming met uitvoeringsvormen van de werkwijze van het eerste aspect, waardoor een thermisch sproeiend, heet isostatisch geperst sputterdoel wordt verkregen.

Specifieke aspecten en voorkeursaspecten van de uitvinding worden uiteengezet in de begeleidende onafhankelijke en afhankelijke conclusies. Kenmerken van de afhankelijke conclusies kunnen worden gecombineerd met kenmerken van de onafhankelijke conclusies en met kenmerken van andere afhankelijke conclusies wanneer dit past en niet louter wanneer dit expliciet in de conclusies is uiteengezet.

Deze en andere aspecten van de uitvinding zullen duidelijk worden uit de uitvoeringsvorm(en) die hierna worden beschreven en worden verduidelijkt met verwijzing daarnaar.

Beknopte beschrijving van de tekeningen FIG 1 illustreert een buisvormig sputterdoel in een vat voor heet isostatisch persen in een vervaardigingsstap in overeenstemming met een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding FIG 2 is een stroomdiagram van de werkwijze van de onderhavige uitvinding voor het vervaardigen van sputterdoelen.

FIG 3 illustreert een vlak sputterdoelsamenstel gevormd door vier stukken in overeenstemming met uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding.

FIG 4 illustreert een perspectiefaanzicht van een vorm of drager voor het verschaffen van een sputterdoel in overeenstemming met uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding.

FIG 5 illustreert de doorsnede van een vorm en de procedurestappen om een sputterdoel in overeenstemming met uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding te verschaffen.

FIG 6 illustreert een doorsnede van een buisvormig sputterdoelproduct voor het verschaffen van een buisvormig sputterdoel in overeenstemming met uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding.

FIG 7 illustreert een doorsnede van een buisvormig sputterdoelproduct voor het verschaffen van een buisvormig sputterdoel en het hervullen van een gebruikt sputterdoel, in overeenstemming met uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding.

FIG 8 illustreert een doorsnede van een buisvormig sputterdoel in overeenstemming met uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding.

De tekeningen zijn louter schematisch en niet- beperkend. In de tekeningen, kan de grootte van sommige van de elementen worden overdreven en niet op schaal zijn getekend voor illustratieve doeleinden.

De referentietekens in de conclusies mogen niet worden geïnterpreteerd als beperkend voor het toepassingsgebied.

In de verschillende tekeningen, verwijzen dezelfde referentietekens naar dezelfde of analoge elementen.

Gedetailleerde beschrijving van de illustrerende uitvoeringsvormen De onderhavige uitvinding zal worden beschreven met betrekking tot specifieke uitvoeringsvormen en met verwijzing naar bepaalde tekeningen, maar de uitvinding is niet beperkt daartoe maar alleen door de conclusies. De afmetingen en de relatieve afmetingen stemmen niet overeen met eigenlijke verminderingen met de praktijk van de uitvinding.

Bovendien worden de termen eerste, tweede en dergelijke in de beschrijving en in de conclusies gebruikt voor het maken van het onderscheid tussen vergelijkbare elementen en niet noodzakelijkerwijs voor het beschrijven van een volgorde, ofwel in de tijd ofwel in de ruimte, bij het rangschikken of op elke andere wijze. Er dient te worden begrepen dat de op die wijze gebruikte termen onderling verwisselbaar zijn onder passende omstandigheden en dat de uitvoeringsvormen van de hierin beschreven uitvinding in staat zijn om in andere volgordes te werken dan hierin worden beschreven of geïllustreerd.

Bovendien worden de termen boven, onder en dergelijke in de beschrijving en de conclusies gebruikt voor beschrijvende doeleinden en niet noodzakelijkerwijs voor het beschrijven van relatieve posities. Er dient te worden begrepen dat de op die wijze gebruikte termen onderling verwisselbaar zijn onder passende omstandigheden en dat de uitvoeringsvormen van de hierin beschreven uitvinding in staat zijn om in andere richtingen te werken dan hierin worden beschreven of geïllustreerd.

Er dient te worden opgemerkt dat de term “omvattende”, gebruikt in de conclusies, niet dient te worden geïnterpreteerd als beperkt tot de hierna opsomde middelen; hij sluit geen andere elementen of stappen uit. Hij dient dus zo te worden geïnterpreteerd dat hij de aanwezigheid van de vermelde kenmerken, eenheden, stappen of componenten waarnaar wordt verwezen bepaalt, maar de aanwezigheid of toevoeging van één of meer andere kenmerken, eenheden, stappen of componenten, of groepen daarvan niet uitsluit. De term “omvattende” dekt daarom de situatie waarbij alleen de vermelde kenmerken voorhanden zijn en de situatie waarin deze kenmerken en één of meer andere kenmerken voorhanden zijn. De bescherming van de uitdrukking “een inrichting omvattende middelen A en B” moet dus niet worden geïnterpreteerd als zijnde beperkt tot inrichtingen die alleen bestaan uit componenten A en B. Het betekent dat met betrekking tot de onderhavige uitvinding, de enige relevante componenten van de inrichting A en B zijn.

De verwijzing door deze specificatie heen naar “éen uitvoeringsvorm” of “een uitvoeringsvorm” betekent dat een specifieke eigenschap, structuur of kenmerk, beschreven in verband met de uitvoeringsvorm, in ten minste één uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding is opgenomen. Wanneer de zinsneden “in één uitvoeringsvorm” of “in een uitvoeringsvorm” op verschillende plaatsen voorkomen door deze specificatie heen, verwijzen ze dus niet allemaal noodzakelijkerwijs naar dezelfde uitvoeringsvorm, maar ze kunnen dit wel doen. Bovendien kunnen de specifieke eigenschappen, structuren of kenmerken worden gecombineerd op elke geschikte wijze, zoals voor een ervaren deskundige uit deze openbaarmaking duidelijk zal blijken, in één of meer uitvoeringsvormen.

Op gelijke wijze dient het geapprecieerd te worden dat in de beschrijving van voorbeelduitvoeringsvormen van de uitvinding, verscheidene kenmerken van de uitvinding soms samen worden gegroepeerd in een enkele uitvoeringsvorm, figuur of beschrijving daarvan om de openbaarmaking te stroomlijnen en bij te dragen tot een beter begrip van één of meer van de verschillende inventieve aspecten. Deze werkwijze van openbaarmaking dient echter niet zo te worden geïnterpreteerd dat deze een bedoeling weerspiegelt dat voor de aangevraagde uitvinding meer kenmerken nodig zijn dan uitdrukkelijk in elke conclusie zijn vermeld. Zoals de volgende conclusies weerspiegelen, liggen de inventieve aspecten in minder dan alle kenmerken van een enkele voorgaande geopenbaarde uitvoeringsvorm. De conclusies die volgen op de gedetailleerde beschrijving worden hierbij dus uitdrukkelijk opgenomen in deze gedetailleerde beschrijving, waarbij elke conclusie op zichzelf staat als een afzonderlijke uitvoeringsvorm van deze uitvinding.

Bovendien, alhoewel sommige hierin beschreven uitvoeringsvormen sommige maar geen andere kenmerken omvatten die in andere uitvoeringsvormen zijn opgenomen, zijn combinaties van kenmerken van verschillende uitvoeringsvormen bedoeld om binnen het toepassingsgebied van de uitvinding te liggen, en vormen ze andere uitvoeringsvormen, zoals duidelijk zal zijn voor deskundigen in het vakgebied. In de volgende conclusies bijvoorbeeld kunnen alle aangevraagde uitvoeringsvormen, in elke combinatie worden gebruikt.

In de beschrijving die hierin wordt verschaft, worden talrijke specifieke details uiteengezet. Het is echter duidelijk dat uitvoeringsvormen van de uitvinding zonder deze specifieke details kunnen worden uitgevoerd. In andere gevallen werden bekende werkwijzen, structuren en technieken niet in detail getoond om een begrip van deze beschrijving niet onduidelijk te maken.

Wanneer in uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding wordt verwezen naar “drager”, wordt verwezen naar de structuur waarop het sputterdoelmateriaal voor het sputteren wordt verschaft. De drager houdt het sputterdoelmateriaal vast en kan aan een sputterdoelbron in een coatingkamer worden bevestigd. De drager kan bijvoorbeeld een cirkelvormig of rechthoekig oppervlak hebben waarover het sputterdoelmateriaal wordt verschaft, zoals in de zogeheten “vlakke sputterdoelen”. Achterstructuren hoeven niet vlak te zijn. Ze kunnen worden gevormd om groeven te verschaffen. Sputterdoelen met buisachtige, bijv. cilindervormige drager, zijn gekend als “buisvormige sputterdoelen”. Een drager kan een drager omvatten. Ze kan een drager en een extra laag omvatten voor het verschaffen of het verbeteren van hechting tussen het sputterdoelmateriaal en de drager. In sommige uitvoeringsvormen, kan een drager een drager en een sputterdoelmateriaal omvatten, de drager kan bijvoorbeeld een geërodeerd sputterdoel zijn waarover nieuw sputterdoelmateriaal is verschaft, in overeenstemming met uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding.

Alhoewel metalen kunnen worden gegoten, gevormd, geëxtrudeerd of in sputterdoelen kunnen worden gevormd, zijn sommige materialen moeilijk te bewerken om er een sputterdoel uit te vervaardigen. Oxidische materialen zijn een typisch voorbeeld, alhoewel de onderhavige uitvinding niet beperkt is tot oxidisch sputterdoelmateriaal en andere keramische producten kunnen worden gebruikt. Compressie en verhitting van poedermateriaal verschaft samensmelting in sputterdoelen, in een proces dat bekend staat als sinteren. Het is echter moeilijk om grote sputterdoelen uit een enkel stuk via sinteren te verschaffen, bijvoorbeeld grote sputterdoelen. In sommige gevallen is densiteit niet optimaal en kunnen de materialen porositeit vertonen; densiteit is gewoonlijk niet homogeen en er kan slinking en zelfs scheurvorming optreden.

Sinteren kan worden gebruikt om bijvoorbeeld sputterdoeltegels te verschaffen met afmetingen van bijv. 134,53 mm x 145,05 mm of kleiner.

Het is veel gemakkelijker om deze kleine stukken, die homogene samenstelling en densiteit hebben en die hoge densiteit, bijna theoretische densiteit kunnen bereiken, aan de hand van sinteren te verschaffen.

Deze kleine stukken, bijv. tegels of kokers (cilindervormige segmenten)

kunnen worden gebruikt om een groot sputterdoel (sputterdoelsamenstel) samen te stellen.

Deze benadering heeft echter een aantal nadelen.

Ten eerste moet het monteren van de stukken gebeuren met gecontroleerde afstand over een passende achterbuis/- plaat (bijv. met compatibele coëfficiënt van thermische uitzetting). Er moet bindingsmateriaal worden verschaft en geactiveerd tussen de stukken en de drager (bijv. door het smelten van indium). In gevallen die de voorkeur wegdragen moet dit bindingsmateriaal geleidend zijn, voor het genereren van een geleidende baan.

Deze problemen zijn niet beperkt tot de vervaardiging van het sputterdoel, aangezien het samengestelde sputterdoel problemen kan geven tijdens gebruik ervan.

Aangezien het sputterdoel uit kleinere stukken is gemaakt, heeft het oppervlak gewoonlijk naden of randen tussen de kleinere stukken.

Deze randen zijn vatbaar voor boogvorming tijdens het sputteren, wanneer zich een erg groot elektrisch veld rond de rand vormt.

Randen kunnen ook gevoeliger zijn voor defectvorming (bijv. knoesten, stof, ...). Deze knoesten kunnen di-elektrisch van aard zijn en plaatselijk de geleidbaarheid van het sputterdoeloppervlak verminderen.

Ook is het maximale bereikbare vermogensniveau vaak beperkt door het bindingsmateriaal en de kwaliteit van de binding, en niet door het sputterdoelmateriaal zelf. In sommige gevallen worden bindmiddelverbindingen zoals organische verbindingen gemengd in het sputterdoelmateriaal om de integriteit te verbeteren, maar deze leiden tot contaminatie van het definitieve sputterdoel, dat contaminatie wordt op het gesputterde materiaal op het substraat tijdens gebruik.

Bovendien hebben niet alle stukken door vervaardigingsproblemen exact dezelfde eigenschappen en prestatie, hetgeen de totale prestatie van het sputterdoel aantast. Dit betekent bijvoorbeeld dat de stukken tijdens het sputteren kunnen eroderen op een niet-homogene wijze, het sputteren moet dus worden gestopt alvorens het dunste segment volledig is verbruikt (waardoor het een zekere intrinsieke mechanische sterkte behoudt) en nuttige toepassing van het sputterdoel wordt verminderd. Alhoewel de stukken bijvoorbeeld worden verondersteld om dezelfde densiteit te hebben, kunnen sommige stukken een afwijkende densiteit hebben en gevoeliger zijn voor boogvorming, poeder- of knoestvorming of mogelijke defecten doen ontstaan.

Voor buisvormig gevormde sputterdoelen stellen zich bijkomende problemen, namelijk: — Goede omloopbinding is moeilijk te garanderen — Het bindingsmateriaal kan zichtbaar zijn aan het sputterdoeloppervlak via de ruimte tussen twee segmenten (risico op gecontamineerd sputteren)

— Er is vaak nood aan een dure achterbuis (bijv. titanium in plaats van roestvrij staal, wat een hogere graad van rechtheid en rondheid van titanium vereist, enz.) — Kleine toleranties op de binnendiameter van de koker en buitendiameter van de achterbuis.

Om deze problemen te overwinnen, werden andere technieken geprobeerd om sputterdoelen te verschaffen die uit minder stukken zijn gemaakt, bijv. uit een enkel stuk met relatief grote afmetingen. Eén van deze technieken is het thermisch sproeien van materiaal direct op een grote drager.

Sproeien is een bewezen technologie om sputterdoelen te maken met grotere afmeting, die kunnen worden geïmplementeerd voor meerdere sputterdoelgeometrieën; bijv. cilindervormige of vlakke sputterdoelen. Het is inherent verbonden met de technologie. Er kan materiaal met redelijk grote densiteit worden gegenereerd. Terwijl bijvoorbeeld koudsproeien afhankelijk kan zijn van de kunststofvervorming van het bronmateriaal (bijv. metalen of metaallegeringen en -verbindingen), werkt thermisch sproeien in op het smelten van het bronmateriaal.

Thermisch sproeien maakt het derhalve mogelijk om sputterdoelen met hoge densiteit uit een enkel stuk met grotere afmetingen (bijv. typisch meer dan 85 %, meer dan 90 %, zelfs meer dan 95 %) tot stand te brengen voor de meeste metalen materialen (zuiver, gelegeerd, ...) en zelfs voor sommige keramische materialen.

Aangezien thermisch sproeien echter de vorming van druppels vereist door het gedeeltelijk en/of volledig smelten van het geprojecteerde materiaal, is het een opgave om deklagen te verschaffen uit materialen die problemen hebben van moeilijke smelting (bijv. hoge smeltpunttemperatuur plus lage thermische geleidbaarheid) of thermische stabiliteit. Sommige materialen ontbinden en/of sublimeren op significante wijze onder de sproeicondities wat leidt tot aanzienlijke rook- en stofvorming. Als gevolg hiervan is het vaak moeilijk om deklagen met hoge densiteit te bereiken en is het derhalve moeilijk om een sputterdoel te vervaardigen dat deze materialen omvat. Sputterdoelen die uit deze materialen worden verkregen hebben een densiteit lager dan 90 %, zelfs lager dan 80 % van de theoretische densiteit. Deze materialen zijn gewoonlijk keramische producten, bijv. die oxides omvatten, alhoewel de onderhavige uitvinding niet tot oxides beperkt is.

Sputterdoelen met een densiteit lager dan de theoretische densiteit hebben relatief meer oppervlakteverbindingen ten opzichte van de bulkverbindingen, waardoor minder energie vereist is om sputtereffect te verschaffen, dus voor een gegeven energiedensiteit kunnen meer sputterdoelatomen worden losgemaakt. Dit uit zich als een hogere sputtersnelheid Voor een gegeven vermogensniveau. De lage densiteit verhoogt echter ook de porositeit van het sputterdoel. Poriën kunnen werken als defecte plekken tijdens een abnormale gloeiontlading, wat de waarschijnlijkheid op gebeurtenissen van boogvorming verhoogt. Bovendien is het oppervlak ruwer en kan de elektrische veldverdeling minder gelijkmatig zijn. Bovendien kunnen porositeiten openbreken tijdens het proces van sputterverwijdering en een gaszak afgeven, materiaal uitwerpen of een plek met verschillende samenstelling aan het oppervlak brengen (bijv. met een ander secundair elektronenemissieopbrengst). Sputterdoelen met lage densiteit zijn ook sneller vatbaar om door stof te worden gecontamineerd. Bijvoorbeeld, bij sputterdoelen die door thermisch sproeien worden gemaakt, kunnen hoge hoeveelheden {fijn stof vast komen te zitten tussen spatcontacten en/of porositeiten.

Voor sommige van deze materialen met lagere densiteit en mogelijk vastzittend stof, werd opgemerkt dat er zich onder specifieke sputtercondities, soldeereilanden of deeltjes op het oppervlak vormen. Er kunnen zich bijvoorbeeld knoesten vormen met verhoogde weerstand. Er kan zich ook stof vormen en zich opstapelen door de tijd (uren of dagen) heen op het sputterdoeloppervlak en eventueel leiden tot het verhogen van boogvormingsnelheid en, als een gevolg daarvan, onstabiel sputteren.

De onderhavige uitvinding verschaft een werkwijze van vervaardiging van sputterdoelen met hoge densiteit, ongeacht het type keramisch materiaal dat wordt gebruikt. Bij sinteren is de afmeting van tegels of van segmenten van een buisvormig sputterdoel beperkt.

In uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding wordt sinteren niet gebruikt maar thermisch sproeien, dus grote stukken, bijv. een sputterdoel uit een enkel stuk, of sputterdoelen met een afmeting zo groot als ten minste de helft van de afmeting van drager kunnen worden verschaft zonder dat onzuiverheden moeten worden ingebracht die kunnen werken als bindingsmiddel binnen het sputterdoelmateriaal. In sommige uitvoeringsvormen kunnen de sputterdoelen een zijdelengte of axiale lengte van ten minste 600 mm of ten minste 800 mm, bijv. ten minste 1 m, bijv. meer dan 2 m, bijvoorbeeld 4 m hebben.

De uitvinding verschaft verdichting van een verhoging tot 20 % van de densiteit van het keramische sputterdoelmateriaal, bijvoorbeeld ten minste 90 %. Deze verdichting wordt uitgevoerd door het proces van heet isostatisch persen (HIP) van het sputterdoel verkregen uit het thermisch gesproeide sputterdoel.

In een eerste aspect verschaft de onderhavige uitvinding een werkwijze van vervaardiging van een sputterdoel. De werkwijze omvat het thermisch sproeien van sputterdoelmateriaal dat een fractie van keramisch materiaal op een drager omvat, waardoor een gesproeid sputterdoel wordt verkregen. Een sputterdoelproduct wordt verschaft. Het sputterdoelproduct wordt dan onderworpen aan heet isostatisch persen (HIP) zodat het materiaal op het sputterdoelproduct wordt verdicht. De drukken kunnen in een bereik liggen van 10 MPa tot hoger dan 200 MPa, bij temperaturen van honderden graden, bijvoorbeeld hoger dan 700 K, bijvoorbeeld hoger dan 1000 K en zich uitbreiden voorbij 1300 K zoals 1600 K. HIP wordt gewoonlijk gedaan in een bijzondere drukkamer, en dit proces kan worden gedaan op objecten met de geschikte afmeting.

In specifieke uitvoeringsvormen omvat het gesproeide materiaal keramisch vluchtig materiaal. Deze materialen kunnen worden gedefinieerd als materialen die thermisch ontbinden of sublimeren bij temperaturen in het bereik of die het smeltpunt overschrijden, bijv. die typische temperaturen van thermisch sproeien zijn. Vluchtig materiaal heeft in het bijzonder een sublimatie- of ontbindingstemperatuur, en/of heeft een smeltpunttemperatuur dicht bij de kookpunttemperatuur, waarbij de kookpunt- en/of ontbindingstemperatuur bijvoorbeeld minder dan 30 & hoger ligt dan de smeltpunttemperatuur (bijv. lager ligt dan het smeltpunt). Het sputterdoelmateriaal van de onderhavige uitvinding omvat ten minste één vluchtig materiaal. In sommige uitvoeringsvormen, kan de kookpunt - of ontbindingstemperatuur van het vluchtige materiaal minder bedragen dan 25 % of minder dan 20 % of minder dan 15 % hoger dan de smelttemperatuur. Er kan zelfs ontbinding van het vluchtige materiaal optreden bij temperaturen lager dan het smeltpunt. Er wordt opgemerkt dat deze temperaturen worden verschaft bij drukken die typisch worden gebruikt bij bewerking met thermisch sproeien. Deze temperaturen en temperatuurbereiken worden bijvoorbeeld bij atmosferische druk gedefinieerd. Deze temperaturen en temperatuurbereiken kunnen bijvoorbeeld bij drukken worden gedefinieerd tussen 700 en 1300 hPa.

Een groot deel van deze materialen ontbindt door de hoge temperaturen die vereist zijn voor het thermisch sproeien. Dit leidt tot een gesproeid product met lage densiteit en porositeit. Thermisch sproeien van vluchtige materialen leidt in het bijzonder vaak tot niet-efficiënte smelting en/of verdamping/sublimatie van het materiaal en zware stofvorming. De opname van niet- gesmolten deeltjes en/of stof in de gesproeide deklaag heeft een ongunstig effect op het contact tussen metaaldeeltjes van het geprojecteerde materiaal van het gesproeide sputterdoel, met een daaropvolgende afname van densiteit en toename van porositeit. Zelfs als het oppervlak is behandeld om poriën te vullen, heeft het sputterdoelproduct inwendige poriën die bloot komen te liggen door de erosie van het sputterproces, en problemen veroorzaken tijdens het sputteren zoals stof,

deposities, boogvorming en uiteindelijk onstabiel sputteren en defectvorming in de afgezette sputterlaag.

Sputterdoelen die ten minste 40 % vluchtige materialen omvatten kunnen in het bijzonder lagere densiteit hebben en vaak poriën, luchtbellen en/of insluitsels omvatten zoals stof op hun oppervlak en/of in de matrix enz.

Deze temperaturen worden gedefinieerd in het bereik van drukken als de druk die aanwezig is tijdens het sproeien.

Thermisch sproeien onderwerpt het te sproeien materiaal gewoonlijk aan temperaturen in het bereik van het smeltpunt of die dit bij voorkeur overstijgen.

De beste eigenschappen bij thermisch sproeien kunnen worden bereikt wanneer het toegevoerde materiaal (typisch draad of poeder) volledig gesmolten geraakt en naar de drager wordt geprojecteerd als druppels, waar ze vaste vorm krijgen in een spatachtige structuur.

Deze materialen met smelttemperatuur dicht bij het kookpunt, en/of ontbinding of sublimatie, kunnen moeilijk of nagenoeg onmogelijk thermisch worden gesproeid.

Het is niet volledig duidelijk waarom sublimerende materialen nog steeds kunnen worden gesproeid in sommige gevallen, maar er wordt aangenomen dat de sterke aantrekking vanuit de vlam gecombineerd met oververhitten en smelten buiten balans een rol speelt.

Er wordt ook aangenomen dat andere materialen die kunnen smelten, maar beginnen te ontbinden alvorens het smeltpunt wordt bereikt (zoals ITO), nog steeds kunnen worden gesproeid dankzij het supersnel verhitten tijdens het sproeien. Dit proces resulteert echter in hevige ontbinding van grondstof, rook en stof tijdens thermisch sproeien. Het gesproeide sputterdoel zal derhalve lage densiteit, porositeit (luchtbellen of andere componenten) en dergelijke hebben, hetgeen problemen geeft tijdens het sputteren.

Ter vergelijking, materialen zoals titaniumdioxide en zirkoniumdioxide kunnen worden verschaft in deklagen met hoge densiteit, dicht bij de theoretische densiteit (bijv. > 95 & voor titaniumdioxide TiOx en > 92 % voor zirkoniumoxide ZrOx). Deze materialen smelten zonder dat ze thermisch ontbinden en bij een veel lagere temperatuur dan hun kookpunt. Ze vertonen geen sublimatie en tonen goed gedefinieerde smelt- en kookpunttemperaturen bij atmosferische druk, die gewoonlijk de druk is die voorhanden is tijdens het sproeien.

De volgende tabel toont de densiteit van sommige thermisch gesproeide sputterdoelen vs. de densiteit van het bulkmateriaal en het percentage van deze bulkdensiteit dat het gesproeide materiaal bereikt.

Tabel I. Bulktheoretische densiteit vs. gemeten densiteit, en porositeit.

Densiteit (g/ | Densiteit |Porositeit | densiteit pas me | AZO (2% 5,56 4,68 7,3 % 84,2% pr a ITO (10 7,14 5,56 15, 8% 78,4% pen LU (TON

ITO heeft duidelijk een lager densiteit- en hoger porositeitsniveau dan bijvoorbeeld titanium- of zirkoniumoxide. In aluminium gedoteerd zinkoxide vertoont een vermindering van relatieve densiteit tot waarden dicht bij 85 &.

De onderhavige werkwijze verschaft een stap van verdichting om een sputterdoel te vormen voor stabiel sputteren. Deze werkwijze omvat het onderwerpen van het sputterdoelproduct, bijv. het gesproeide sputterdoel of het gesproeide sputterdoel na een oppervlaktevoorbereiding, aan heet isostatisch persen (HIP), waardoor een geperst of verdicht sputterdoel wordt verkregen. Wanneer in uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding wordt verwezen naar “sputterdoelproduct”, wordt verwezen naar een sputterdoel vóór het HIP-proces. Het sputterdoelproduct kan een gesproeid sputterdoel als zodanig zijn, met andere woorden, een sputterdoel dat wordt verkregen door thermisch sproeien dat aan een HIP- proces kan worden onderworpen zonder verdere voorbereiding, of het kan een gesproeid sputterdoel zijn na een verdere voorbereiding van het oppervlak, vóór het HIP-proces. Na het HIP-proces wordt een verdicht sputterdoel, waarnaar ook wordt verwezen als een sputterdoel met grote densiteit, of eenvoudigweg sputterdoel, verkregen.

Het proces van heet isostatisch persen (HIP) is een vervaardigingsproces dat wordt gebruikt om de porositeit te verminderen en de densiteit van metalen en veel keramische materialen te vergroten. Dit verbetert de mechanische eigenschappen en bewerkbaarheid van het materiaal. Het HIP-proces onderwerpt een component aan zowel verhoogde temperatuur als isostatische gasdruk in een insluitingsvat onder hoge druk.

FIG 1 toont een voorbeeldvat 200 dat de vereiste temperatuur en druk aan een buisvormig sputterdoelproduct 201 verschaft na thermisch sproeien.

Het meest gebruikte drukgas is argon.

Een inert gas verdient de voorkeur om chemische reactie van het materiaal met zijn omringende omgeving te verminderen.

De kamer wordt verwarmd, waardoor de druk in het vat oploopt.

Veel systemen gebruiken het pompen van geassocieerd gas om het noodzakelijke drukniveau te bereiken.

Er wordt vanuit alle richtingen druk toegepast op het materiaal (vandaar de term “isostatisch”). Het proces is bekend voor metalen gietelingen uit metaalpoeders.

Het inerte gas wordt toegepast tussen 50,7 MPa tot 310 MPa, gewoonlijk 100 MPa.

De weektemperaturen in het proces liggen in een bereik van 482 °C (Al-gietelingen) tot 1320 °C (superlegeringen op Ni-basis). De gelijktijdige toepassing van warmte en druk elimineert inwendige luchtbellen en micro- porositeit door een combinatie van kunststofvervorming, kruip, en diffusiebinding, waarbij weerstand tegen vermoeidheid van de component wordt verminderd.

Primaire toepassingen zijn de vermindering van micro-slinkholte, consolidatie van poedermetalen, en metalen bekleding.

Het proces kan ook worden toegepast op keramische composietmaterialen, die vergelijkbare resultaten geven, zij het dat de drukken en temperaturen moeten worden aangepast.

Het HIP-proces kan dus worden toegepast op het sputterdoelproduct van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding om het te verdichten.

In sommige uitvoeringsvormen, doet het HIP-proces de densiteit van het sputterdoel met ten minste 5 %, bijvoorbeeld ten minste 10 % of 15 %, bijvoorbeeld ten minste 20 % van de theoretische densiteit toenemen. Het sputterdoel onder druk zal dus een densiteit van ten minste 90 & van de theoretische densiteit hebben, bijvoorbeeld 95 % of 98 % of 99 % of zelfs hoger. Een dergelijk sputterdoel kan in principe worden gebruikt voor het sputteren. Er kunnen echter andere tussenliggende stappen en/of afwerkingsstappen worden verschaft.

Het eruit voortvloeiende sputterdoel heeft een erg hoge zuiverhuid, waarbij 99,9 % van het materiaal bedoeld is voor het sputteren, met erg lage contaminatie, omdat het kan dat er geen bindingsmiddel vereist is in het sputterdoelmateriaal, zoals het geval is bij sommige sinterwerkwijzen.

FIG 2 toont een stroomdiagram met voorbeeldstappen om een sputterdoel te vervaardigen in overeenstemming met uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding.

Er wordt eerst een drager 100 verschaft. Deze kan het verschaffen van een drager omvatten om een vlak of buisvormig sputterdoel te vormen. Ze kan het verschaffen van een vorm omvatten, bijv. een vlakke vorm of buisvormige vorm of dergelijke; bijvoorbeeld het verschaffen van een vorm met groeven waar de hoge erosie (bijv. erosie vanuit de plasmaracebaan) wordt verwacht. In sommige uitvoeringsvormen, omvat het verschaffen van een drager het verschaffen van een metalen structuur, bijv. een metalen drager. Ze kan bijvoorbeeld een goedkope structuur zijn, bijv. roestvrij staal. Ze kan een structuur zijn die materiaal omvat dat een sterkte vertoont tegen de HIP-condities. Ze kan bijvoorbeeld titanium omvatten. In sommige uitvoeringsvormen, omvat de drager materiaal met een compatibele thermische uitzettingscoëfficiënt.

In sommige uitvoeringsvormen, omvat het verschaffen 100 van een drager het verschaffen van een bindingslaag voor betere en meer gecontroleerde hechting van het sputterdoelmateriaal, bijv. op een drager zoals een vorm, een achterbuis, enz. Bovendien kan er een bindingslaag worden gekozen die voldoende dik is en mechanische en thermische eigenschappen heeft om verschillen tussen het achtersubstraat en het afgezette sputterdoelmateriaal te overbruggen. De bindingslaag kan bijvoorbeeld een TEC hebben tussen de TEC van het achtersubstraat en van het gesproeide sputterdoelmateriaal. Dit kan vooral belangrijk zijn voor het behouden van goede hechting na het uitvoeren van de HIP-cyclus.

In sommige uitvoeringsvormen, kan het verschaffen 100 van een drager het verschaffen omvatten van een drager uit een enkel stuk voor het verschaffen van een sputterdoelstuk van ten minste 600 mm, bijv. ten minste 800 mm, bijvoorbeeld 1 m of 2 m of 4 m of meer, bijvoorbeeld een buis van 800 mm of meer, waardoor de verschaffing van een groot sputterdoel uit één stuk voor het sputteren van grote oppervlakken mogelijk wordt, zoals glasruiten of dergelijke.

In sommige uitvoeringsvormen omvat het verschaffen van een drager het verschaffen van een gebruikt sputterdoel, bijv. het omvatten van een drager en overblijvend niet-geërodeerd materiaal, waarbij de groeven feitelijk erosiegroeven zijn die door een plasmaracebaan worden gegenereerd tijdens het eerdere sputteren van het sputterdoel. De onderhavige werkwijze van vervaardiging van sputterdoelen kan dus worden gebruikt om grote sputterdoelen met sputterdoelmateriaal met erg grote densiteit te herstellen, met een densiteit die dicht bij de theoretische densiteit (densiteit van het bulkmateriaal) ligt, waarbij het sputterdoelmateriaal vluchtig keramisch materiaal omvat.

Het sputterdoelmateriaal 101 wordt op de drager aangebracht door thermisch sproeien om zo een gesproeid sputterdoel te verkrijgen. De fractie van keramisch materiaal zelf kan bijvoorbeeld thermisch worden gesproeid. Thermisch sproeien 101 van een sputterdoelmateriaal kan plasmasproeien, vlamsproeien, brandstof-zuurstofsproeien met hoge gassnelheid of elke andere techniek omvatten.

In deze uitvoeringsvormen, omvat het aanbrengen 101 van het sputterdoelmateriaal het thermisch sproeien van vluchtig materiaal waardoor een gesproeid sputterdoel wordt verkregen dat ten minste 60 %, bijvoorbeeld ten minste 70 % van dit vluchtige materiaal omvat, zoals ZnO, In203, SnO2>, WO3, of mengsels of verbindingen daarvan, bijv. Sn0:2 en In203; bijv. ITO omvat typisch ten minste 80 gew.% van In203 en minder dan 20 gew.% SnO2; bijvoorbeeld in een samenstellingsverhouding van 90:10. Andere mengsels of verbindingen omvatten tinoxide en indium, tinoxide en indiumoxide, ITO en metaaltin... Sommige voorbeelden worden gegeven in paragrafen [0018], [0019], [0025] van octrooi EP2294241B1.

Zoals eerder werd uitgelegd, kunnen een aantal van deze materialen nog steeds worden gesproeid. Het gesproeide materiaal brengt echter gewoonlijk gas en stof naar het sputterdoelmateriaal wegens de ontbinding en/of sublimatie. Er wordt aangenomen dat ontbinding en/of sublimatie van het gesproeide materiaal deze problemen veroorzaakt.

In uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding, omvat het verschaffen 101 van sputterdoelmateriaal door het thermisch sproeien van een drager, hetzelfde materiaal als het materiaal dat de drager vormt. Het probleem met TEC-compatibiliteit wordt dus afgezwakt. De werkwijze van vervaardiging van een sputterdoel kan bijvoorbeeld het hervullen van het sputterdoel omvatten door thermisch sproeien van hetzelfde materiaal op het geërodeerde sputterdoel (waarbij het geërodeerde sputterdoel de drager is).

Uit het gesproeide sputterdoel, kan een sputterdoelproduct worden verkregen 102. Dit sputterdoelproduct kan bijvoorbeeld een enkel stuk zijn met een afmeting, bijv. een lengte van 600 mm of meer, bijv. 800 mm of meer zoals eerder werd uitgelegd. In sommige uitvoeringsvormen, kan het gesproeide sputterdoel zelf het sputterdoelproduct zijn dat vervolgens aan heet isostatisch persen (HIP) kan worden onderworpen 103. Bijvoorbeeld, als de initiële densiteit van het “as”-gesproeide materiaal is voldoende hoog is en/of geen open poriën bevat, kan het gesproeide sputterdoel in het HIP-vat “as is” worden geplaatst.

In alternatieve uitvoeringsvormen, wordt het gesproeide sputterdoel onderworpen 105 aan een verdere voorbereidingsstap, voornamelijk een oppervlaktevoorbereiding, waardoor een sputterdoelproduct wordt verkregen dat uit een enkel stuk bestaat dat sputterdoelmateriaal omvat. Deze tussenliggende voorbereidingsstap kan bijvoorbeeld worden uitgevoerd als volledige verdichting niet kan worden bereikt vanuit het gesproeide sputterdoel “as is”; bijv. wegens de aanwezigheid van open poriën.

De tussenliggende stap kan bijvoorbeeld het afsluiten van de open poriën van het oppervlak omvatten door het slijpen en/of polijsten 106 van het sputterdoel. Het polijsten van het sputterdoel leidt tot een glad oppervlak met een kenmerkende glans, wat aangeeft dat de ruwheid wordt verminderd en dat de densiteit van open poriën ook kan worden verminderd.

Bovendien of alternatief, kan de tussenliggende stap het coaten 107 van het oppervlak van het gesproeide sputterdoel omvatten met een deklaag die is aangepast om de open poriën af te sluiten, bijv. het verschaffen van een paar lagen materiaal zodat oppervlakteporiën zich afsluiten. In uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding, worden de poriën afgedekt en afgesloten, in plaats van te worden geïnfiltreerd. Het vullen van de poriën is minder gewenst, want zodra ze gevuld zijn kan het bewerken met heet isostatisch persen hun niet dichten, en valt de densiteit en homogeniteit daarvan moeilijk te sturen, en kan deze negatief worden beïnvloed. Infiltratie van de poriën kan leiden tot contaminatie van het sputterdoelmateriaal met infiltratiemateriaal over een aanzienlijke diepte en het is geen gewenste situatie. Er kunnen bijvoorbeeld lagen met een dikte van 2 mm of minder, bijv. 1 mm worden gebruikt, bijvoorbeeld 500 um of minder, bijv. 300 um of zelfs dunner, bijv. 100 um. Deze tussenliggende coatingstap kan worden gedaan door gebruikmaking van een bekledingsmateriaal. De deklaag kan op homogene wijze worden verschaft over het sputterdoelmateriaal, dus de deklaag heeft een uniforme dikte. In sommige uitvoeringsvormen kan het coaten worden gedaan door sproeien 108, bijv. thermisch sproeien. De onderhavige uitvinding is echter niet beperkt tot thermisch sproeien en het verdere coaten kan worden gedaan door koudsproeien, sputteren, gasfasedepositie en elke andere techniek die met het daaropvolgende HIP-proces compatibel is en die bij voorkeur toelaat dat de oppervlakteporiën zich afsluiten in plaats van ze te hervullen met het afdekmateriaal. De deklaag zorgt bij voorkeur niet voor ontgassing tijdens HIP waardoor hij op gunstige wijze een veilig HIP-proces verschaft met minder contaminatie voor het vat 200 (FIG.1).

In sommige uitvoeringsvormen, is het bekledingsmateriaal een materiaal dat verschilt van het sputterdoelmateriaal. Het bekledingsmateriaal kan bijvoorbeeld een metaal zijn, bijv. een metaal met een hoog smeltpunt, zoals hoger dan ten minste 20 % hoger dan de maximale temperatuur die wordt bereikt tijdens de HIP-cyclus, bijvoorbeeld ten minste 30 & hoger, bijvoorbeeld zoals roestvrij staal (dat relatief goedkoop is) of titanium (dat goede sterkte heeft onder de HIP-condities waaraan het sputterdoel daarna wordt onderworpen) of nikkel, of een metaallegering met voldoende hoog smeltpunt. De onderhavige uitvinding is echter niet beperkt tot metalen.

In sommige uitvoeringsvormen kan het bekledingsmateriaal hetzelfde zijn als het sputterdoelmateriaal. Dit heeft als voordeel dat het bekledingsmateriaal niet moet worden verwijderd na HIP.

Het bekledingsmateriaal kan bijvoorbeeld ook door sproeien, bijv. thermisch sproeien worden verschaft, echter door sproeien onder andere condities die verdichting optimaliseren boven het eigenlijke sproeien (bijv. het verkrijgen van een hoge depositie- efficiëntie), waardoor een afdeklaag met lagere porositeit wordt verschaft dan het onderliggende sputterdoelmateriaal. Dit heeft het voordeel dat de opstelling niet moet worden gewijzigd, bijv. het gesproeide sputterdoel moet niet uit de sproeikamer worden verwijderd, alleen de sproeiparameters moeten worden veranderd. Het heeft ook het voordeel dat er geen problemen zijn met incompatibiliteit van uitzettingscoëfficiënten, aangezien beide materialen dezelfde zijn, waardoor scheuren of slinkproblemen tijdens het HIP-proces worden verminderd.

In een illustratief voorbeeld, kan ITO worden verschaft met verschillende sproeicondities. Het materiaal dat wordt gebruikt om ITO-sputterdoelen te verschaffen is duur. Sproeicondities (plasma, temperatuur, toevoersnelheid) worden gewoonlijk geoptimaliseerd om zo min mogelijk materiaal te verspillen via de ventilatie van de sproeikamer. Het kan echter mogelijk zijn om de sproeicondities aan te passen om de densiteit te verbeteren om zo een oppervlak met lage porositeit te verkrijgen, ten koste van een grotere hoeveelheid verspild materiaal. De onderhavige uitvinding maakt het mogelijk dat het grootste gedeelte van het sputterdoel wordt verschaft onder condities die materiaal uitsparen (wat leidt tot een suboptimale densiteit), met een definitieve stap van het verschaffen van een paar lagen, bijvoorbeeld tot een halve millimeter, één of twee millimeter aan het oppervlak, onder condities die densiteit maximaliseren. Het materiaal wordt met een grotere snelheid verspild, maar wel voor een beperkte tijd.

Er kan dus uit het gesproeide sputterdoel een sputterdoelproduct worden verkregen door het voorbereiden 105 van het oppervlak van het gesproeide sputterdoel. Het HIP kan direct op het sputterdoelproduct worden uitgevoerd.

De onderhavige uitvinding verschaft HIP zonder afgesloten metalen bus. Een afgesloten metalen bus moet bij voorkeur nauw aansluiten op het sputterdoelproduct waardoor optimale verdichting mogelijk wordt. Het verschaffen van een deklaag gebeurt direct op het oppervlak, terwijl een afgesloten metalen bus daarentegen op maat moet worden ontworpen om deze aan te passen aan de oppervlaktetopografie. Een afgesloten metalen bus vereist gewoonlijk ook dat op het gesproeide sputterdoel wordt gelast en dat de lucht wordt verwijderd tot vacuüm waardoor contaminatie wordt verminderd. De bus kan trouwens tot slinkproblemen leiden. De gebruikte massa is groter dan bij het coaten, zodat deze meer slinkproblemen geeft dan een dunne deklaag. In sommige uitvoeringsvormen van deze uitvinding wordt het HIP- proces direct op het sputterdoelproduct uitgevoerd, dus het sputterdoelproduct zonder afgesloten metalen bussen wordt in het vat 200 ingebracht.

Het uitvoeren 103 van een HIP-cyclus kan het onderwerpen omvatten van het sputterdoelproduct aan erg hoge drukken onder goed gecontroleerde verhitting, met opvoeren van het vermogen, stabiele toestand en koelprofielen. De druk kan bijv. 10 MPa of hoger zijn, bijv. bij 50 MPa, 100 MPa, of meer dan 200 MPa, of elke waarde ertussen. Er kan bijv. worden verhit tot 600 K, bij voorkeur heter, bijv. tot 1000 K, of tot 1400 K of zelfs hoger, bijv. tot meer dan 1800 K of elke waarde ertussen. De specifieke waarden van druk en temperatuur hangen af van het gebruikte materiaal. De temperaturen moeten op typische wijze hoger liggen dan voor metalen.

De HIP-cyclus wordt ingevoerd voor het verdichten van het sputterdoelmateriaal om de voordelen van een thermisch gesproeid sputterdoel en van een gesinterd sputterdoel te bereiken. Er kan dus een enkel stuk sputterdoel met vaste samenstelling worden verschaft over het sputterdoel zonder dat bijkomende binding nodig is (hetgeen het maximale bereikbare vermogen tijdens het sputteren kan beperken). Er hoeven geen tussenruimtes over het sputterdoel aanwezig te zijn die defecten en boogvorming zouden veroorzaken omdat het sputterdoel als een enkel stuk kan worden verschaft.

Artefacten die typisch op sputterdoelen met lage densiteit voorkomen worden verminderd of vermeden. Deze artefacten omvatten bijv. knoest-of stofvorming, die leidt tot boogvorming en onstabiele processen, die mogelijk tot defecten leiden in de afgezette sputterdeklaag.

Het keramische sputterdoelmateriaal kan worden verdicht tot densiteiten van ten minste 95 %, bijvoorbeeld met een grotere densiteit dan 97 % of dan 98 %, zelfs met een grotere densiteit dan 99 % van de theoretische densiteit van het materiaal (van het bulkmateriaal).

De HIP-cyclus kan worden vormgegeven en aangepast om sommige aspecten van het verdichte sputterdoel te optimaliseren, terwijl de integriteit van het sputterdoel wordt gehandhaafd. De verdichting maakt het mogelijk om densiteiten te bereiken die dicht bij de theoretische densiteit liggen. Interne poriën kunnen worden geëlimineerd, die een glad erosieprofiel en homogeen sputteren voor langere tijd verschaffen. Ook mechanische eigenschappen worden verbeterd (verbeterde taaiheid en/of weerstand tegen vermoeidheid of botsing). Het HIP-proces verbetert ook binding van het sputterdoelmateriaal aan de drager, bijv. binding door diffusie aan de drager. HIP kan ook bijdragen tot spanningsrelaxatie van de gesproeide laag.

Het ontwerp en de aanpassing van het HIP-proces omvat temperatuur, druk en drukprofiel en temperatuurprofiel tijdens de HIP-cyclus (bijv. snelheid van verhitten/opnieuw verhitten, afkoelen, drukregeling, enz.).

In sommige uitvoeringsvormen, kan het verdichte sputterdoel dadelijk worden gebruikt voor het sputteren. In alternatieve uitvoeringsvormen, kan het oppervlak van het verdichte sputterdoel optioneel worden onderworpen 109 aan een verdere behandeling, waardoor het sputterdoel na het HIP-proces wordt afgewerkt.

Het verwijderen van elke contaminatie die kan worden teweeggebracht door het aanbrengen van een afdeklaag, die mogelijk ongewenste elementen bevat, kan worden gedaan door het onderwerpen 109 van het sputterdoel aan de afwerkingsstap, bijvoorbeeld slijpen en/of polijsten 110, alhoewel andere stappen zoals chemische behandeling of dergelijke kunnen worden gebruikt. Bovendien kan de morfologie aan de bovenkant van het sputterdoelmateriaal (het materiaal het dichtst bij het oppervlak), na het uitvoeren van het HIP-proces, direct op het gesproeide (en optioneel gepolijste) sSsputterdoel, zelfs als er geen afdeklaag wordt gebruikt, afwijken van zijn bulkeigenschappen. Dit deel kan op gunstige wijze worden verwijderd. Het uitvoeren van de HIP-cyclus zonder de afdeklaag kan bijvoorbeeld bepaalde porositeit aan de bovenkant vasthouden (open poriën met beperkte omvang in het materiaal), terwijl diepere luchtbellen oorspronkelijk al gesloten poriën waren en verdicht zijn geworden.

De verdere behandeling kan bijvoorbeeld het verwijderen van de beschermende bekledingslaag omvatten.

Als een deklaag wordt gebruikt met een materiaal dat van het sputterdoelmateriaal verschilt, kan het voltooien van het proces het verwijderen omvatten van de eerste lagen van het sputterdoel waaronder het coatingmateriaal.

In sommige uitvoeringsvormen kan een sputterdoel met grote densiteit worden verkregen met ten minste één afmeting die ten minste 600 mm, bijv. 800 mm bedraagt (bijv. een axiale lengte voor een buisvormig sputterdoel, een zijde of een diagonaal van een rechthoekig of vierkant sputterdoel), bijvoorbeeld een enkel sputterdoel zo groot als de drager, naadloos en uit één stuk, of ten minste met erg weinig tegels in grote vlakke sputterdoelen waarbij ten minste één stuk een afmeting heeft die meer dan 50 % bedraagt, die bijvoorbeeld zo groot is als één afmeting van de drager van het volledige sputterdoel. De densiteit kan 90 & of hoger, bijv. 95 % of hoger bedragen, zelfs als vluchtige materialen als sputterdoelmateriaal wordt gebruikt, bijv. meer dan 60 % of 70 %, bijv. meer dan 80 % of zelfs wanneer ten minste 90 % van het sputterdoelmateriaal een vluchtig keramisch materiaal is.

Het eruit voortvloeiende sputterdoel kan hoogzuiver zijn, bijv. met 99,9 & van sputterdoelmateriaal bedoeld voor het sputteren. Er hoeft geen ander materiaal, zoals bindmiddelverbindingen in het sputterdoelmateriaal te worden opgenomen, zoals wel het geval is bij gesinterde sputterdoelen, dus er blijft geen residu over.

Het sputterdoel kan bij voorkeur geleidend zijn, dus sputteren bij frequenties lager dan RF kan worden verschaft. Het kan bijvoorbeeld geleidend materiaal omvatten. Het sputterdoel kan bijvoorbeeld een resistiviteit van 1000 Ohm.cm of minder hebben, bij voorkeur onder 100 Ohm.cm, met een grotere voorkeur onder 10 Ohm.cm, zelfs met een grotere voorkeur lager dan l Ohm.cm. Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding dat het sputterdoel een geleidbaarheid heeft die voldoende hoog is zodat het kan worden gebruikt met het wisselstroom-sputterproces met lage frequentie (bijv. onder 200 kHz, zoals 70 kHz of lager, bijv. 30 kHz of lager), of zelfs het gelijkstroom- sputterproces, geschikt voor het verschaffen van optische deklagen. De resistiviteit kan door een van de werkwijzen worden gemeten waarnaar wordt verwezen in FIG 8 en FIG 9 en respectieve paragrafen van de gepubliceerde applicatie WO2020099438A1.

Het sputterdoel wordt bij voorkeur verschaft als een enkel stuk dat dadelijk beschikbaar kan zijn voor sputteren, zonder dat de stukken bij elkaar hoeven te worden gevoegd. De onderhavige uitvinding is hier niet tot beperkt, en een sputterdoel kan meer dan één stuk omvatten. FIG 3 toont bijvoorbeeld een voorbeelduitvoeringsvorm waarbij een vlak sputterdoel 10 wordt verschaft met vier stukken 11, 12, 13, 14 die een racebaanvorm 20 volgen. Ten minste de middelste stukken, die de langste zijn (X-richting) worden gewoonlijk door veel tegels, in bestaande sputterdoelen gevormd. In uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding kan elk centraal stuk 11, 12 daarentegen als één enkel stuk worden vervaardigd. Ze kunnen meer dan de helft van de lengte van de drager beslaan.

De werkwijze van de onderhavige uitvinding kan worden gebruikt om buisvormige sputterdoelen of vlakke sputterdoelen te vervaardigen. De drager kan niet-vlak zijn. Ze kan bijvoorbeeld concaaf zijn. Ze kan bijvoorbeeld een gebogen plaat zijn. Ze kan bijvoorbeeld een vorm of blok zijn met een groef voor het opeenstapelen van materiaal, voor het verschaffen van materiaal voornamelijk op de zones waar er het meeste sputteren plaatsvindt.

Een detail van dergelijke drager wordt getoond in FIG 4. De structuur 300 kan een blok 301 met een groef 302 zijn, bijv. een gladde groef met sinusoïdale of Gaussiaanse vorm of dergelijke. De richting van de groef 302 kan worden aangepast om de racebaan te volgen wanneer het blok 301 wordt gebruikt als een drager van een sputterdoel tijdens het sputterproces, wanneer de relatieve positie van de magneten met het blok in de sSsputterinrichting de positie van de racebaan bepaalt en deze vooraf kan worden bepaald. Het sproeien van de drager 300 heeft het voordeel dat het materiaal op selectieve wijze op de structuur 300 kan worden verschaft. Dit betekent dat de groef 302 veel meer gesproeid materiaal kan ontvangen dan de gebieden aan de zijden van de groef 302.

FIG 5 toont twee schematische routes van thermisch sproeien en HIP op een concave drager. De bovenste tekening 501 toont een doorsnede van het blok 301 van FIG 4. De uiterst linkse middelste tekening 502 toont sputterdoelmateriaal 303 dat vluchtig materiaal omvat, dat thermisch op het blok 301 werd gesproeid waardoor het een gesproeid sputterdoelproduct 401 vormt. In de uitvoeringsvorm getoond in FIG 5 is het sproeien van lagen niet-homogeen door ontwerp. Het is zo gemaakt dat de grootste dikte van de gesproeide lagen van sputterdoelmateriaal 303 zich dichtbij het diepste punt van de groef bevindt of ermee samenvalt. Aangezien het gesproeide materiaal een aanzienlijke hoeveelheid vluchtig materiaal (bijv. 60 & of meer) omvat zoals uitgelegd in het eerste aspect van de onderhavige uitvinding, is de densiteit lager dan de theoretische densiteit, met hoog niveau of porositeit. Op dit punt, wanneer de hoeveelheid oppervlakteporiën klein is (of na het verwijderen van de open poriën door het nabewerken zoals polijsten), kan het sputterdoelproduct vervolgens aan HIP worden onderworpen. Het sputterdoelmateriaal verdicht, bijv. tot 20 & dichter ten opzichte van de theoretische densiteit; poriën worden verwijderd van het gesproeide materiaal, dus het sputterdoelmateriaal 304 met grote densiteit, het volume neemt af en het profiel 305 vlakt af, zoals getoond in de tekening onderaan links 503. Het sputterdoel 402 heeft dus voornamelijk sputterdoelmateriaal op het oppervlak waar de racebaan wordt gegenereerd (dus in de zone van de meeste erosie). Hierdoor kan het sputterdoelmateriaal erg doeltreffend worden gebruikt.

In sommige uitvoeringsvormen, kan een optionele oppervlaktebehandeling, deklaag of afdeklaag 306 worden verschaft op het gesproeide materiaal 303 alvorens het sputterdoelproduct aan het HIP-proces te onderwerpen, zoals getoond in de uiterst rechtse tekening 504 bovenaan. Deze deklaag van bekledingsmateriaal kan worden gebruikt om elke open porie in het materiaal af te sluiten, bijvoorbeeld door het verschaffen van materiaal bovenaan zodat de open porie wordt afgesloten, dus is het niet nodig om materiaal met viscositeit en oppervlaktespanning op maat te verschaffen om de porie te vullen. Zoals eerder werd uitgelegd met verwijzing naar de werkwijzestappen van oppervlaktevoorbereiding 105 (FIG 3), in het bijzonder van het coaten 107, kan deze oppervlaktevoorbereiding worden gedaan door sproeien 108, bijvoorbeeld koudsproeien of thermisch sproeien, of door andere middelen die compatibel zijn met de HIP-behandeling, bij voorkeur veilige werkwijzen die geen ontgassing vertonen. De deklaag verschaft een afdeklaag 306 die lagere porositeit heeft dan het onderliggende oppervlak van het gesproeide sputterdoel, en met een homogene dikte, bijvoorbeeld van een dikte van 1 mm of minder, bijv. tot zo weinig als 100 microns. In sommige uitvoeringsvormen is de laag dikker dan 0,5 mm. Het bekledingsmateriaal kan een materiaal zijn dat verschilt van het sputterdoelmateriaal (bijv. metaal), of kan een aantal van de materialen van het sputterdoelmateriaal omvatten, of het kan hetzelfde materiaal zijn, maar verschaft op een wijze waarbij densiteit wordt geoptimaliseerd. Het gecoate gesproeide sputterdoelproduct 403 kan aan een HIP-proces zoals eerder worden onderworpen zodat het profiel afvlakt, waardoor sputterdoelmateriaallagen 304 met grote densiteit worden verschaft, waarbij sputterdoelmateriaal voornamelijk op de erosiezone wordt verschaft, zoals getoond in de tekening 505 uiterst rechts onderaan. Als het bekledingsmateriaal hetzelfde is als het sputterdoelmateriaal, kan het sputterdoel 404 dat wordt verkregen na HIP-proces, worden gebruikt om te sputteren. Anders is het mogelijk om een afwerkingsstap uit te voeren door het verwijderen van de afdeklaag 316 na HIP zoals eerder uitgelegd, waardoor een sputterdoel 402 zonder bekledingsmateriaal wordt verkregen. Bij buisvormige sputterdoelen, kan de afwerkingsstap het verschaffen omvatten van een cilindervormige vorm aan het buisvormige sputterdoel, bijv. door slijpen of dergelijke.

In een tweede aspect heeft de onderhavige uitvinding betrekking op een sputterdoel. Het sputterdoel kan bijvoorbeeld worden verschaft in overeenstemming met uitvoeringsvormen van het eerste aspect. Het sputterdoel is een enkel stuk omvattende keramisch materiaal voor sputteren. In sommige uitvoeringsvormen is de absolute kookpunt- of ontbindingstemperatuur van genoemd materiaal minder dan & hoger dan zijn smelttemperatuur, of vervliegt het 30 materiaal of ontbindt het tijdens of vóór het smelten. Het kan bijvoorbeeld een gebogen plaat zijn. Het sputterdoel heeft een sputterdoelmateriaaldensiteit van ten minste 90 %, bijvoorbeeld ten minste 95 %, bijvoorbeeld ten minste 98 % van zijn theoretische densiteit (of de densiteit van het bulkmateriaal). In sommige uitvoeringsvormen, is ten minste 40 % in massa van het sputterdoelmateriaal een vluchtig keramisch product, bijvoorbeeld 50 %, bijvoorbeeld 60 % of 70 % in massa of meer.

In sommige uitvoeringsvormen beslaat één afmeting van het sputterdoel ten minste de helft, of meer, bijvoorbeeld alle drager. Eén afmeting van het sputterdoel bedraagt bijvoorbeeld ten minste 600 mm, bijvoorbeeld ten minste 800 mm, of 1 m, 2 m, zelfs 4 m. De zijde van een rechthoekig sputterdoel, of de as van een buisvormig sputterdoel kan bijvoorbeeld deze afmetingen hebben. Het sputterdoel kan een naadloos sputterdoel zijn, gemaakt als een enkel stuk zonder naden of dergelijke. In sommige uitvoeringsvormen, kan het een sputterdoelsamenstel zijn waarbij ten minste één, bijv. alle stukken, een afmeting van ten minste 600 mm, bijv.

800 mm hebben, waardoor de centra van boogvorming of stofvorming worden verkleind. Deze sputterdoelen kunnen worden gebruikt om grote substraten zoals glasruiten of dergelijke te sputteren. De werkwijze kan ook worden gebruikt voor het hervullen van sputterdoelen die oorspronkelijk door sinteren worden voorbereid, bijv. waarbij de drager kleinere tegels omvat.

Het sputterdoel kan bij voorkeur geleidend zijn, dus sputteren bij frequenties lager dan RF kan worden verschaft. Het kan bijvoorbeeld geleidend materiaal omvatten. Het sputterdoel kan bijvoorbeeld een resistiviteit van 1000 Ohm.cm of minder hebben, bij voorkeur onder 100 Ohm.cm, met een grotere voorkeur onder 10 Ohm.cm, zelfs met een grotere voorkeur lager dan 1 Ohm.cm. Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding dat het sputterdoel een geleidbaarheid heeft die voldoende hoog is zodat het kan worden gebruikt met het wisselstroom-sputterproces met lage frequentie (bijv. onder 200 kHz, zoals 70 kHz of lager, bijv. 30 kHz of lager), of zelfs het gelijkstroom- sputterproces, geschikt voor het verschaffen van optische deklagen. De resistiviteit kan door een van de werkwijzen worden gemeten waarnaar wordt verwezen in FIG 8 en FIG 9 en respectieve paragrafen van de gepubliceerde applicatie WO2020099438A1.

In uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding, kan de drager een vlakke of gebogen plaat zijn, waardoor een vlak sputterdoel wordt verschaft. In sommige uitvoeringsvormen kan de drager buisvormig, bijv. cilindervormig zijn. Ze kan een geleidend materiaal (voldoende geleidend zodat het sputteren niet wordt belemmerd) omvatten. Ze kan bijvoorbeeld roestvrij staal omvatten, dat niet duur is. Ze kan titanium omvatten, dat goede thermische en mechanische stabiliteit heeft. Ze kan ook koper, of aluminium, of elk metaal of legering omvatten met gunstige elektrische en thermische geleidbaarheid. Ze kan materialen omvatten met vergelijkbare samenstelling of dezelfde samenstelling als het sputterdoelmateriaal. Een oud sputterdoel kan bijvoorbeeld als drager worden gebruikt waardoor het een sputterdoelhervulling verschaft. De onderhavige uitvinding is niet tot deze voorbeelden beperkt. Het sputterdoelmateriaal kan direct op de drager worden verschaft, zonder hechtingslaag, bijv.

door thermisch sproeien van het sputterdoelmateriaal op de drager. Bovendien kan een bindingslaag worden verschaft om hechting van het gesproeide sputterdoelmateriaal te verbeteren. De dikte van de bindingslaag, zijn mechanische en zijn thermische eigenschappen op maat kunnen worden aangepast om verschillen op te vangen tussen het achtersubstraat en het afgezette sputterdoelmateriaal. Het materiaal kan in het bijzonder worden gekozen zodat zijn thermische uitzettingscoëfficiënt (TEC) tussen de TEC van het achtersubstraat en de TEC van het gesproeide sputterdoelmateriaal kan liggen. De hechting van het sputterdoelmateriaal en zijn integriteit wordt dus minder beïnvloed door slinkeffecten of temperatuureffecten tijdens het vervaardigingsproces.

FIG 5 toont mogelijke routes van het verschaffen van vlakke sputterdoelen waarbij de drager concaaf is, waardoor een sputterdoel in overeenstemming met uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding wordt verschaft.

In alternatieve uitvoeringsvormen, kan de drager convex zijn, bijvoorbeeld een buisvormig sputterdoel, waarbij de onderhavige uitvinding niet beperkt is tot cilindervormige vormen. In dit geval verschaft de onderhavige uitvinding buisvormige sputterdoelen. Optioneel, zoals dit het geval is voor vlakke sputterdoelen, kan de vorm van het convexe sputterdoel dunner zijn op de tegenoverliggende extreme uiteinden, waar meer erosie plaatsvindt. Zoals eerder, kan het sproeien worden aangepast zodat een grotere hoeveelheid materiaal op de zones van grotere erosie wordt verschaft.

FIG 6 toont een longitudinale doorsnede van een gesproeid sputterdoelproduct 600 met een buisvormige vorm, omvattende een holle buisvormige drager 601 en gesproeide lagen sputterdoelmateriaal 602 die de drager 601 bedekken.

In deze en latere figuren, wordt de centrale as van het lichaam aangegeven door een streep- stippellijn.

De holle buisvormige drager kan bijvoorbeeld worden gevormd.

In sommige uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding, kan de gevormde drager 601 dunner zijn aan de uiteinden, waar een grotere hoeveelheid materiaal 602 aan de bovenkant werd gesproeid.

Het gesproeide sputterdoelproduct 600 van FIG 6 toont een optionele afdeklaag laag 603 van bekledingsmateriaal met grote densiteit voor het verminderen of verwijderen van porositeit van het oppervlak van het sputterdoelproduct, op analoge wijze met de deklaag 306 van vlakke sputterdoelen.

Het sputterdoelproduct 600, verkregen na sproeien, kan aan bewerking met HIP worden onderworpen zoals eerder beschreven.

Het eruit voortvloeiende sputterdoel zal een buisvormig sputterdoel zijn, in hoofdzaak cilindervormig wegens de toename van densiteit met vermindering van volume, in het bijzonder aan de uiteinden waar de vorm gevormde groeven heeft.

De afdeklaag 603 kan na HIP indien nodig, zoals eerder uitgelegd, worden verwijderd.

Er kan een andere afwerkingsstap worden uitgevoerd aan de binnenkant van de buisvormige drager 600 om de gewenste binnendiametereigenschappen te verschaffen.

FIG 7 toont een dwarsdoorsnede van een alternatieve uitvoeringsvorm, waarbij het gesproeide sputterdoelproduct 700 gesproeid materiaal 702 omvat dat op een geërodeerd sputterdoel 701 wordt verschaft dat opnieuw moet worden gevuld. Dit geërodeerde sputterdoel omvat een drager 710 die een holle koker is, en geërodeerd materiaal 711 dat de drager 710 dekt. Zoals bij de gevormde drager 601, worden de uiteinden uitgedund, in dit geval wegens de sterkere erosie aan de uiteinden van het sputterdoel wegens de vorm van de racebaan, tijdens het sputteren. Het gesproeide materiaal wordt voornamelijk over de geërodeerde groeven verschaft, alhoewel een dunne laag over de rest van het materiaal kan worden gesproeid. Bij voorkeur is het gesproeide sputterdoelmateriaal 702 hetzelfde materiaal als het materiaal 711 in de drager, die de drager 710 bedekt. Zoals voorheen, kan een optionele afdeklaag 703 worden verschaft om open poriën op het oppervlak af te sluiten vóór het HIP-proces.

Het eruit voortvloeiende sputterdoel 800 in overeenstemming met uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding, na het HIP-proces, wordt getoond in FIG 8.

Het gesproeide sputterdoelmateriaal 702 wordt verdicht, het volume neemt af en het profiel vlakt af zodat een materiaal 802 met erg grote densiteit rond de drager 701 wordt verschaft. Het oppervlak wordt regelmatig met een cilindervormig profiel, met constante of bijna-constante straal. Het buisvormige sputterdoel kan dus een rechte buis zijn van cilindervormige vorm of een buisvormig sputterdoel in de vorm van een hondenbeen in overeenstemming met de uitvoering van de magnetron waarop men van plan is om het sputterdoel te gebruiken.

Zoals voorheen kan de afdeklaag 803 na HIP optioneel worden verwijderd.

Een buisvormig doel 900 in overeenstemming met uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding wordt getoond in FIG 9, waarbij het buisvormige sputterdoel een cilindervormig sputterdoel is met een draagbuis die de drager 901 is. Het sputterdoelmateriaal 902 wordt op homogene wijze verschaft over het oppervlak van de drager 901, door thermisch sproeien en daaropvolgend HIP-proces. Een optionele afdeklaag 903 kan ook worden verschaft.

Er wordt opgemerkt dat de werkwijze kan worden gebruikt voor vervaardiging van een sputterdoel in overeenstemming met uitvoeringsvormen van het tweede aspect van de onderhavige uitvinding, bijvoorbeeld om een sputterdoel te hervullen waardoor een sputterdoel van het tweede aspect wordt verschaft.

Claims

CONCLUSIES

1.- Werkwijze van vervaardiging van een sputterdoel omvattende de stap van het verschaffen van een drager, het verschaffen van sputterdoelmateriaal omvattende keramisch sputterdoelmateriaal voor het sproeien, vervolgens het thermisch sproeien van het sputterdoelmateriaal over de drager, het verschaffen van een sputterdoelproduct waarbij ten minste 40 % in massa, bijvoorbeeld ten minste 50 & in massa, van het sputterdoelmateriaal keramisch sputterdoelmateriaal omvat, en vervolgens het uitvoeren van heet isostatisch persen op het sputterdoel, waardoor de densiteit van het sputterdoelmateriaal wordt verhoogd.

2. Werkwijze volgens de voorgaande conclusie, waarbij het uitvoeren van heet isostatisch persen het uitvoeren omvat van isostatisch persen zonder een afgesloten metalen bus.

3.- Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij het verschaffen van keramisch sputterdoelmateriaal het verschaffen omvat van vluchtig materiaal waarbij het vluchtige materiaal, bij drukken dicht bij atmosferische druk, het volgende vertoont: —- een sublimatietemperatuur, of - een smelttemperatuur en een absolute kookpunt- of ontbindingstemperatuur, waarbij de absolute kookpunt - en/of ontbindingstemperatuur van genoemd vluchtig sputterdoelmateriaal minder dan 30 % hoger ligt, of lager ligt, dan zijn smelttemperatuur.

4.- Werkwijze volgens de voorgaande conclusie, waarbij het vluchtige materiaal ten minste 60 % in massa, bijvoorbeeld ten minste 70 & in massa, of ten minste

80 % in massa of ten minste 90 % in massa, van het totale sputterdoelmateriaal omvat.

5.- Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij het vluchtige keramische materiaal voor het sputteren een omvat van indiumtinoxide, Zn0, of Sn0:2, of In»203, of WO3, of elke combinatie daarvan.

6.- Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij het verschaffen van een sputterdoelproduct het verschaffen omvat van een sputterdoelproduct met een densiteit lager dan 90 %, bijvoorbeeld lager dan 85 %, bijvoorbeeld lager dan 80 %, van de theoretische densiteit van het materiaal, en waarbij het uitvoeren van heet isostatisch persen het verhogen van de sputterdoeldensiteit omvat met ten minste 5 %, bijvoorbeeld ten minste 10 %, bijvoorbeeld ten minste 15 %, bijvoorbeeld ten minste 20 %, van zijn theoretische densiteit, waarbij optioneel een totale materiaaldensiteit van ten minste 90 %, bijvoorbeeld ten minste 95 %, of ten minste 98 % of ten minste 99 % van zijn theoretische densiteit wordt verkregen.

7.- Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de werkwijze is aangepast om een verdicht keramisch sputterdoelmateriaal te verschaffen met een resistiviteit lager dan 1000 Ohm.cm.

8.- Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij het verschaffen van een drager het verschaffen omvat van een geleidende vorm die een groef omvat die is aangepast om de sputterdoelracebaan te overlappen, waarbij thermisch sproeien het thermisch sproeien omvat van een grote hoeveelheid materiaal aan de gebieden binnen de groef en een kleine hoeveelheid op gebieden buiten de groef, waarbij optioneel het verschaffen van een geleidende vorm die een groef omvat het verschaffen omvat van een geërodeerd sputterdoel, waarbij de werkwijze van vervaardiging van een sputterdoel het hervullen en winnen van het geërodeerde sputterdoel omvat, waarbij optioneel het verschaffen van een drager het verschaffen omvat van een buisvormige drager, bijv. een cilindervormige drager, bijv. een gevormde buisvormige drager.

9.- Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, verder omvattende het coaten van het oppervlak van het gesproeide sputterdoel met een afdeklaag van materiaal met een lagere porositeit dan het gesproeide sputterdoel alvorens heet isostatisch persen wordt uitgevoerd voor het verwijderen van oppervlakteporiën.

10.- Werkwijze volgens de voorgaande conclusie, verder omvattende het coaten van het oppervlak met een afdeklaag van materiaal dat hetzelfde materiaal omvat als het gesproeide sputterdoel bij een hogere densiteit dan het gesproeide sputterdoel of dat daaruit bestaat.

11.- Werkwijze volgens een van de conclusies 9 of 10, waarbij de afdeklaag door sputteren wordt verschaft.

12.- Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, verder omvattende het polijsten van het oppervlak van het gesproeide sputterdoel alvorens heet isostatisch persen wordt uitgevoerd.

13.- Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, verder omvattende het gedeeltelijk of volledig verwijderen van de buitenlaag van het sputterdoel na het uitvoeren van heet isostatisch persen.

14.- Sputterdoel omvattende een enkel stuk omvattende keramisch materiaal voor het sputteren, waarbij genoemd materiaal een sublimatietemperatuur vertoont, of waarbij de absolute kook- of ontbindingstemperatuur van genoemd materiaal minder dan 30 & hoger is dan zijn smelttemperatuur of ontbinding vóór smelten, en met een materiaaldensiteit van ten minste 90 %, bijvoorbeeld ten minste 95 %, bijvoorbeeld ten minste 98 & van zijn theoretische densiteit.

15.- Sputterdoel volgens de voorgaande conclusie waarbij het enkele stuk een lengte van ten minste 600 mm, bijv. ten minste 800 mm heeft.

16.- Sputterdoel volgens de voorgaande conclusie 14 of 15, waarbij het keramische materiaal voor het sputteren een omvat van metaaloxide zoals indiumtinoxide, ZnO, of Sn0:, of In203, of WO3 of elke combinatie daarvan.

17.- Sputterdoel volgens een van de conclusies 14 tot en met 16, verschaft door de werkwijze van een van de conclusies 1 tot en met 13.