CN101479399A - 制造可旋转溅射靶的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及制造可旋转溅射靶的方法。该方法包括步骤：提供衬管；通过将至少一个狭长元件围绕所述衬管进行卷绕而在所述衬管上提供靶材；在所述靶材的顶部提供外部材料；对所述外部材料和/或对所述衬管施加热和/或压力；去除所述外部材料。

Description

制造可旋转溅射靶的方法
发明领域
本发明涉及制造可旋转溅射靶的方法。
背景技术
使用溅射靶在大面积基材例如玻璃或狭长的柔性基材上沉积涂层例如金属涂层或陶瓷涂层在本领域中是公知的。
可以通过许多不同方法例如通过粉末的等静压、浇注或喷涂来制造溅射靶例如可旋转溅射靶。等静压法可以包括冷等静压(CIP)、温等静压(WIP)或热等静压(HIP)。
在本领域中已知的等静压法中，将粉末注入到衬管和外容器之间，在例如10-3巴的真空下将所述粉末除湿和/或脱气，并且可以例如通过真空焊接来密封衬管和外容器之间的空间。
在等静压单元中，以预定速率将压力和/或温度提高到所需的加工值。在预定时间段(维持时间)期间、这两个参数保持恒定。最后，以一定速率降低温度和/或压力直到可以打开等静压单元。在等静压步骤后，通过碾磨去除外容器，在外表面可以获得致密化的粉末。
虽然粉末的热等静压允许使靶材致密化，但粉末的热等静压显示出许多缺点。
首先，因为该方法需要用细粉末进行，这引起健康和安全问题。
其次，因为需要粉末的高流动性来有效填充衬管和外容器之间的间隙，所以该粉末必须满足特定要求。
此外，通过使用粉末可以获得的振实密度(tapping density)通常过低，以至于不能获得具有的靶材具备所需密度的溅射靶。
另外，难以或甚至不可能获得某些类型材料例如多元合金的粉末。
而且，在施加等静压力前为实现粉末的除湿和/或脱气，长的除湿和/或脱气时间是必需的。
发明内容
本发明的目的是避免现有技术的缺陷。
本发明的另一目的是提供制造具有致密靶材的可旋转靶的方法。
本发明的又一目的是提供在选择用于靶材的起始材料中赋予高灵活性的方法。
根据本发明的第一方面，提供了制造可旋转溅射靶的方法。该方法包括步骤：
-提供衬管；
-通过将至少一个狭长元件围绕衬管进行卷绕在该衬管上提供靶材；
-在靶材的顶部提供外部材料；
-对所述外部材料和/或对所述衬管施加热和/或压力；
-去除所述外部材料。
优选地，在施加热和/或压力之前对靶材进行除湿和/或脱气。
衬管可以包括本领域中已知的任何类型的衬管。优选地，衬管包括中空圆筒形管。
优选的衬管由钢如不锈钢、钛、铜或铝制成。
以使得卷绕的狭长元件的密度优选高于50％的方式围绕衬管卷绕狭长元件。
更优选地，卷绕的狭长元件的密度高于70％，例如78-92％。
对于本发明，密度表示在狭长元件围绕衬管卷绕之后且在施加热和/或压力之前靶材的体积密度(体积％)。
按如下计算该密度：
Figure A200780024106D00041
本发明方法的重大优点是在施加热和/或压力前通过卷绕狭长元件所获得的靶材的高密度。通过卷绕狭长元件获得的密度比通常通过灌注粉末获得的振实密度高很多。
可以通过本领域已知的任何技术施加外部材料。该外部材料包括例如围绕靶材放置的管状体。
在优选实施方案中，外部材料包括由金属或金属合金制成的圆筒形物体。
在替代实施方案中，外部材料包括由聚合物材料例如PVC或橡胶制成的柔性材料。
外部材料的内径尺寸优选适合于提供有靶材的衬管的外径。
通过对外部材料和/或对衬管施加热和/或压力，使靶材致密化。
优选地，热和/或压力的施加包括等静压例如热等静压(HIP)、温等静压(WIP)或冷等静压(CIP)。
在热等静压法中，温度优选为300-2000℃。在温等静压法中，温度优选为环境温度至300℃。在冷等静压法中，温度并不因外部施加热而提高并且在开始时等于环境温度。
本发明方法的重大优点是选择起始材料的高灵活性和因此可以制得的大数目的不同类型可旋转溅射靶。
本发明方法的另一个重要优点是所得靶材的高均匀性。
与通过本领域中已知的方法例如粉末的浇注或等静压所得溅射靶的靶材相比，根据本发明的溅射靶的靶材的均匀性高很多。
根据本发明的用于制造靶的狭长元件可以包含任何材料。对狭长元件的主要要求是可以围绕靶基将其卷绕。
狭长元件可以例如包含陶瓷、金属、金属合金或这些材料的组合，例如涂覆有陶瓷材料的狭长金属元件，或填充有陶瓷颗粒如粉末颗粒的金属管。
优选的金属和金属合金包含例如钼、铌、铟、钽、锌、锡、锇、锆、钨、铁及其合金。
优选的金属合金包含不锈钢、锌-锡合金和铜合金。
优选的陶瓷包含金属氧化物例如氧化锌、氧化锡、氧化铟、铟锡氧化物......。
狭长元件可以具有任何横截面例如圆形横截面或矩形横截面。
原则上可以考虑任何类型的狭长元件。狭长元件可以例如包含单丝、复丝、单丝组合、复丝组合、或单丝和复丝的组合。
单丝意指任何种类的线、带或条，例如金属线、金属带或金属条。
复丝意指包含许多单丝的任何结构，例如单丝的任何捻拧、捆束、针织或编织结构。复丝中的个体单丝可以相同或不同。例如复丝的个体单丝可以具有相同的直径和/或相同的组成，或者可以具有不同的直径和/或不同的组成。
单丝的组合意指至少两个单丝的任何可能组合，例如具有不同直径的单丝的组合，和/或具有不同横截面的单丝的组合，和/或具有不同组成的单丝的组合。
单丝组合的例子包含直径为1mm的锌单丝和直径为1mm的锡单丝。
如果将多于一条单丝围绕靶基进行卷绕，则可以在连续步骤中将单丝单独地进行卷绕或者可以在一个步骤中将这些单丝一起进行卷绕。
复丝组合意指至少两条复丝的任何可能组合，例如具有不同结构的复丝的组合和/或具有不同组成的复丝的组合。
这些组合的例子包含不锈钢复丝，该复丝包含3条芯丝和9条外丝，每条丝具有0.24mm的直径(3+9*0.24)。
单丝和复丝的组合意指至少一条单丝与至少一条复丝的任何可能组合。
一个例子包含直径为1mm的锌单丝和如下的不锈钢复丝的组合，所述不锈钢复丝包含3条芯丝和9条外丝，每条丝具有0.24mm的直径。
狭长元件还可以包含混杂材料如涂覆的线、带或条，或者填充有颗粒的管。混杂材料的例子包含涂覆有锌涂层的钼线、涂覆有锡涂层的锌线或填充有金属氧化物粉末颗粒的中空金属管。
可以在宽的直径范围内选择狭长元件，只要该狭长元件可以围绕靶基进行卷绕。优选地，狭长元件具有0.2-5mm范围内的直径例如1mm的直径。
狭长元件的直径越小，靶材的起始密度越高。
可以在任何范围内选择围绕衬管卷绕的层数。
狭长元件的层数越多，靶材的起始密度越高。
优选地，围绕衬管卷绕的层数为1-10例如4。
根据本发明的第二方面，提供了一种可旋转溅射靶。可以通过上述方法获得该可旋转溅射靶。
附图说明
现将参考附图更为详细地描述本发明，其中
-图1是根据本发明的方法的图解说明。
本发明优选实施方案的描述
在图1中进一步说明根据本发明制造可旋转溅射靶10的方法。
将直径为1mm的钼线12(99.95％纯度)围绕不锈钢衬管14进行卷绕。
因为不锈钢和钼的热膨胀系数的巨大差异，所以可以优选在施加钼线之前在衬管上施加一个或多个中间层。
该一个或多个中间层优选具有比衬管的热膨胀系数低但比靶材的热膨胀系数高的热膨胀系数。
在开始卷绕之前，将金属线固定到衬管。可以通过本领域已知的任何技术进行金属线的固定。优选地，例如通过螺杆或夹子机械地进行金属线的固定。还可以使用粘合剂来固定金属线。
优选地，固定方式对靶材的外径没有影响并且不引起靶材厚度的局部增加。
优选的方式是通过在衬管14中提供槽16并通过将金属线12夹在该槽16中。可以优选对待夹在槽中的金属线部分进行热处理。
围绕衬管卷绕的层数是例如3。
在卷绕后，按与上述在卷绕开始时类似的方式将金属线固定到衬管。
制备外容器。在外容器的明确限定的位置处进行钻孔以焊接脱气管。脱气管优选位于衬管的槽的上方，以确保存在朝向待脱气区域的良好通道，并且避免等静压期间焊接区的弯曲。
可优选在外容器上施加涂层例如氮化硼涂层以促进HIP后外容器的去除。
将如此制得的溅射靶引入到HIP单元中并使其经受下面的HIP循环。
以至多8℃/分钟的加热速率将温度提高到1130℃(±10℃)。
随温度的提高而提高压力直到获得1000巴(±50巴)的压力。
在120分钟期间内，施加1000巴(±50巴)的压力。
在该时间段，将温度维持在1130℃(±10℃)的温度。
随后，以低于8℃/分钟的冷却速率将溅射靶冷却并且如果温度低于150℃则打开HIP单元。
最后，例如通过碾磨去除外部材料并且在外表面可以获得靶材。

Claims (10)

1.制造可旋转溅射靶的方法，所述方法包括步骤：
-提供衬管；
-通过将至少一个狭长元件围绕所述衬管进行卷绕而在所述衬管上提供靶材；
-在所述靶材的顶部提供外部材料；
-对所述外部材料和/或对所述衬管施加热和/或压力；
-去除所述外部材料。
2.根据权利要求1的方法，其中在施加热和/或压力之前，所述卷绕的狭长元件具有至少70％的密度。
3.根据权利要求1或2的方法，其中对所述靶材施加热和/或压力的步骤包括等静压例如热等静压、温等静压或冷等静压。
4.根据前述权利要求中任一项的方法，其中所述狭长金属元件包括陶瓷、金属、金属合金或其组合。
5.根据前述权利要求中任一项的方法，其中所述狭长元件包括单丝、复丝、单丝组合、复丝组合、或者单丝与复丝的组合。
6.根据前述权利要求中任一项的方法，其中所述单丝包括线、带或条。
7.根据前述权利要求中任一项的方法，其中所述单丝包括涂覆的线、涂覆的带或涂覆的条。
8.根据前述权利要求中任一项的方法，其中所述单丝包括具有0.2-5mm直径的线。
9.根据前述权利要求中任一项的方法，其中所述复丝包括单丝的捻拧、捆束、或编织结构。
10.可旋转溅射靶，该可旋转溅射靶通过权利要求1-9中任一项所述的方法获得。
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