CN112640029A - 溅射靶 - Google Patents

Abstract

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

Description

溅射靶

发明技术领域

本发明涉及平面溅射靶并且特别涉及这样的平面溅射靶的制造。

发明背景

将靶材料热喷涂至平面或管状载体上是生产溅射靶的已知方法，溅射状可用作在溅射方法(例如磁控溅射方法)中形成薄涂层的来源。

在热喷涂方法中过热的熔融或半熔融颗粒以高速发射至成比例冷得多的载体材料上并以典型的薄片状(splat-like)显微组织迅速凝固从而形成具有期望厚度的涂层。控制热喷涂的靶材料层的显微组织和生产温度对于最小化其内部应力并因此最小化在溅射期间由开裂或剥落而靶失效的风险是至关重要的，尤其是在陶瓷材料的情况下。在这方面，WO2005090631A1报道通过热喷涂在旋转靶材料中引入孔隙以减小溅射过程中的热应力。同样，US20120055783A1描述通过由低温冷却射流辅助的热喷涂制造平面或旋转溅射靶，从而在没有提高孔隙率的情况下减小内应力。

对于溅射靶而言，靶腐蚀和利用率总是问题，并且不断地寻求对这方面的进一步改进。公知的是平面靶的靶利用率通常小于旋转靶。尤其是在平面磁控管的情况下，靶腐蚀由空间变化的各向异性电磁场分布限定，从而导致局部腐蚀凹槽的形成。如此，由溅射过程产生的离开靶表面的材料通量将随时间改变并将影响基材表面上的沉积过程，以及靶表面上的再沉积过程。在实践中，从凹槽的一侧射出的颗粒可更容易沉积在凹槽的相对侧上，因为可能的稍微离轴Ar+离子碰撞并因为射出的颗粒的角度分布(例如按照朗伯分布)；这在本文还被称作“局部雪崩效应”。由于这些效应，腐蚀凹槽相对快地加深(例如在明显加宽之前)，由此迅速到达靶材料的底部。一旦到达靶材料的底部并暴露在下面的材料，溅射靶通常必须更换新靶；否则可能发生在下面的材料的溅射和/或损坏溅射磁控管系统。因此限制了特别对于平面靶而言可实现的靶利用率。

此外，平面(例如矩形、方形或圆形)和旋转(例如管状)溅射靶的性质可相当大地不同，即使两者都是通过由相同源材料的热喷涂制造。确实，旋转靶的已知制造工序具有相对于彼此绕中心轴旋转并相对于彼此在中心轴的方向上平移(例如围绕靶表面螺旋运动的路径)的喷涂来源和溅射靶载体。相反地，平面靶的已知制造工序具有沿着所选择路径(例如在靶表面“蜿蜒行进”的路径)相对于溅射靶载体运动的喷涂来源。一个结果是在溅射靶载体上所喷涂靶材料的连续道次的重叠在平面靶和旋转靶之间不同。另一结果是在制造过程中冷却平面和旋转溅射靶(例如通过冷却支撑溅射靶的载体)没有以相同的方式发生。这样的差异以及其它差异导致可能不同的靶材料显微组织，并因此导致使用它们从而沉积层时平面和旋转溅射靶之间不同的行为。在一些使用情况下，将可用的是将沉积层的已建立的工序从平面靶转用到用于旋转靶的相应工序(或反之亦然)，或从平面靶样品判断旋转靶的特性(或反之亦然)。然而，目前已知的平面和旋转溅射靶的制造工序不允许直接这样做。

因此本领域中仍需要更好的平面溅射靶，其解决一些或所有以上概述的问题，例如与残余应力、靶利用率和/或制造方法相关的那些问题。

发明概述

本发明的目的是提供好的平面溅射靶。本发明的进一步目的是提供制造所述平面溅射靶的好方法。通过根据本发明的产品和方法来完成这些目的。

在第一方面，本发明涉及平面溅射靶，其包含由急冷物(splat)叠层形成的靶材料层，其中该靶材料层具有层宽度并具有跨该层宽度变化的显微组织。

本发明实施方案的优势是可制造具有可能较高靶利用率的平面溅射靶。

本发明实施方案的优势是，由于各向异性的显微组织和孔隙率，可发生在靶材料层内的应力松弛，从而产生更耐用(例如可靠的)溅射靶。

本发明实施方案的优势是它们可有助于抵消不期望的局部雪崩效应。

在实施方案中，急冷物可具有优先取向并且跨层宽度变化的显微组织可包含跨层宽度变化的优先取向。

在实施方案中，相对于靶材料层的法线方向的优先取向可经历跨层宽度的符号改变。

在实施方案中，跨层宽度变化的显微组织可包含跨层宽度变化的靶材料层的至少一种选自密度、孔隙率、残余应力和结晶度的性质。

在实施方案中，跨层宽度的层组成可保持基本上恒定。

在实施方案中，平面溅射靶可具有靶长度和靶宽度，并且长度可比宽度更长。

在实施方案中，急冷物可包含单质非金属、单质金属、合金、金属化合物或陶瓷材料。

在实施方案中，平面溅射靶还可包含在靶材料层下面的载体。

在实施方案中，载体的厚度可小于靶材料层的厚度。

在实施方案中，载体可具有顶表面，该顶表面适于在其上引发跨层宽度变化的显微组织的。

在实施方案中，平面溅射靶还可包含在载体和靶材料层之间插入的(如果存在载体)或在靶材料层下面的(如果不存在载体)牺牲结构。

在第二方面，本发明涉及制造平面溅射靶的方法，包括：(a)提供具有顶表面(例如前表面)的载体；和(b)将靶材料的急冷物从喷涂来源喷涂至载体上以在顶表面上方形成靶材料层，该靶材料层具有层宽度，其中喷涂来源与顶表面成角度并且其中喷涂来源和背衬结构以该角度跨该层宽度而变化的方式相对彼此运动。

本发明实施方案的优势是可通过改变热喷涂过程中的生产参数在不需要后加工步骤的情况下使沿着制备状态的平面溅射靶的宽度的层厚度变化。

本发明实施方案的优势是可以相对高的速度和以经济的方式制造平面溅射靶。

本发明实施方案的优势是可制造具有薄载体或没有载体的平面溅射靶。

本发明实施方案的优势是平面溅射靶可被制造成具有大尺寸和小尺寸。

本发明实施方案的优势是可在制造过程中充分冷却平面溅射靶。本发明实施方案的进一步优势是可在提供或不提供主动冷却(例如主动冷却背衬结构，从而冷却其上的平面溅射靶)的情况下实现充分的冷却。

本发明实施方案的优势是可再次使用载体(例如背衬结构)或它的部分例如支撑载体板的支撑架。因此本发明实施方案的进一步优势是使用较昂贵、较高品质的载体是值得的。

本发明实施方案的优势是可在具有适合于将靶夹在例如溅射磁控管的区域的载体上制造平面溅射靶。

在实施方案中，方法可用于同时制造多个平面溅射靶，其中步骤(a')和(b')包括：(a')提供多个顶表面，该顶表面围绕中心轴布置；和(b')将靶材料喷涂至背衬结构上以在每个顶表面上形成靶材料层。

本发明实施方案的优势是可同时制造多个平面溅射靶。

本发明实施方案的优势是可使用相同的工艺条件和因此类似的产物性质制造多种平面溅射靶。

在实施方案中，步骤b可包括相对彼此旋转的喷涂来源和背衬结构。

本发明实施方案的优势是可以与旋转溅射靶的制造更一致的方式制造平面溅射靶。本发明实施方案的优势是可制造平面溅射靶，其具有与旋转溅射靶的特性更紧密匹配的特性。这可产生另外的优势是在溅射涂覆生产线内，可用根据本发明生产的平面靶交换旋转溅射靶并且反之亦然，同时改变溅射条件的需求可最小，并且沉积层品质可更有可比性。本发明实施方案的进一步优势是可基于目前使用于制造旋转溅射靶的硬件来制造平面溅射靶。

在第三方面，本发明涉及平面溅射靶，其可通过根据第二方面任何实施方案的方法获得。

在所附的独立权利要求和从属权利要求中列出发明的特定方面和优选方面。来自从属权利要求的特征可与独立权利要求的特征和与其它从属权利要求的特征适当组合并且不仅是如权利要求书中明确列出的。

虽然在本领域中设备已有不断的改进、改变和演变，但是本发明的构思被认为代表实质上新颖的改进，包括与现有实践的偏离，从而产生具有这种属性的更有效、稳定和可靠的设备。

从以下详细描述连同以实例的方式说明本发明原理的附图，本发明的以上和其它特性、特征和优势将变得明显。仅为了实例给出本描述，而没有限制本发明的范围。以下引用的参考图是指附图。

附图简要描述

图1是根据本发明实施方案的平面溅射靶的示意表示。

图2是沿着它的宽度划分为几段的真实平面溅射靶的示意垂直横截面，显示首端、中间和相对端截面以及它们相应的光学显微法图像，根据本发明的示例性实施方案。

图3-5显示(a)图2中的显微图像的较大视图和(b)这些较大视图的较高对比度版本，根据本发明的示例性实施方案。

图6显示图2-5中显示的三个截面的优先急冷物角度的柱状图。

图7示意显示(a)现有技术平面溅射靶和(b)根据本发明实施方案的平面溅射靶的靶利用率。

图8示意代表具有结构化表面的载体的顶视图(a)和侧视图(b)，按照本发明的实施方案。

图9是根据本发明示例性实施方案的通过喷涂制造平面溅射靶的示意表示。

图10显示可通过变化喷涂参数获得的不同平面溅射靶外形，如按照本发明的示例性实施方案通过模拟获得。

图11说明本发明的不同实施方案，其中在靶材料施加至背衬结构上之前预成型背衬结构，以便在施加靶材料时适应由于在靶的宽度上实施的不同喷涂参数导致的不同靶材料层厚度。

在不同的图中，相同的附图标记是指相同或类似的要素。

说明性实施方案描述

将关于特定实施方案并参照一些附图来描述本发明，但是本发明不限于此，而仅限于权利要求书。所述附图仅是示意性的而非限制性的。在附图中，为了说明的目的，一些要素的尺寸可被放大并且未按比例绘制。尺寸和相对尺寸不对应于实施本发明的实际缩小。

说明书和权利要求书中的术语第一、第二、第三等用于区分相似的元件，而不必用于以时间上、空间上分级或以任何其它方式描述顺序。应理解如此使用的术语在适当的情况下是可互换的，并且本文所述发明的实施方案能够以除了本文所描述或说明的顺序操作。

此外，说明书和权利要求书中的术语顶部、底部、上、下、前、后等用于描述性目的，而不必用于描述相对位置。应理解如此使用的术语在适当的情况下可与它们的反义词互换，并且本文所述发明的实施方案能够以除了本文所描述或说明的取向操作。

注意到权利要求书中使用的术语“包含”不应解释为被限于其后列出的手段；它没有排除其它要素或步骤。因此应解释为列举存在所提到的所述特征、整体、步骤或部件，但不排除存在或添加一个或多个其它特征、整体、步骤或部件或它们的组。因此，表述“包含装置A和B的设备”的范围不应限于仅由部件A和B组成的设备。它意味着对于本发明而言，设备唯一相关的部件是A和B。

类似地，注意到也在权利要求书中使用的术语“连接的”不应解释为仅被限于直接联接。可使用术语“连接的”和“联接的”以及它们的衍生物。应理解这些术语不意图为彼此的同义词。因此，表述“与设备B连接的设备A”的范围不应限于其中设备A的输出直接联接至设备B的输入的设备或系统。意味着在A的输出和B的输入之间存在路径，其可为包括其它设备或装置的路径。“连接的”可意味着两个或更多个元件直接物理或电接触，或者两个或更多个元件没有彼此直接接触但又仍然彼此相互合作或相互作用。

这个说明书中提到“一种实施方案”或“实施方案”意指在本发明的至少一种实施方案中包括连同实施方案所描述的特定特征、结构或特性。因此，在整个本说明书中各个地方出现的短语“在一种实施方案中”或“在实施方案中”不必全部是指同一实施方案，而可以指同一实施方案。此外，如本领域普通技术人员从本公开内容中将可见的，在一种或多种实施方案中，可以任何合适的方式组合特定特征、结构或特性。

类似地，应理解在本发明的示例性实施方案的描述中，本发明的各种特征有时在单个实施方案、附图或其描述中被聚集在一起，目的是使公开内容流畅并帮助理解各个发明方面中的一个或多个。然而，公开内容的这种方法不应被解释为反映要求保护的发明需要比在每个权利要求中明确记载的更多的特征的意图。相反，如以下权利要求书反映，发明方面在于少于单个前述公开的实施方案的所有特征。因此，由此将详细描述之后的权利要求书明确地并入此详细描述中，其中每一权利要求独立地作为本发明的单独实施方案。

此外，虽然本文所述一些实施方案包括一些而不是其它实施方案中包括的其它特征，但是不同实施方案的特征的组合意在本发明的范围内，并且形成不同的实施方案，如本领域技术人员将理解的。例如，在以下权利要求中，可以任何组合使用任何要求保护的实施方案。

此外，一些实施方案在本文中描述为方法或方法的要素组合，其可由计算机系统的处理器或通过执行该功能的其它方式实现。因此，具有执行这样的方法或方法的要素的必要指令的处理器形成执行该方法或方法的要素的装置。此外，仪器实施方案的本文所述的元件是用于执行由该元件进行的功能以执行本发明目的的装置的实例。

在本文提供的描述中，列出了许多具体细节。然而，应理解可在没有这些具体细节的情况下实施本发明的实施方案。在其它情况下，没有详细显示公知的方法、结构和技术，以便不使本说明书的理解模糊。

提供以下术语仅为了帮助理解本发明。

如本文使用的，并且除非另外规定，急冷物是通过发射(例如喷涂)靶材料的颗粒(例如熔融或半熔融颗粒)至表面上(例如至载体的顶表面上或至之前形成的急冷物上)从而获得的微观实体。通过在彼此之上叠层急冷物，获得靶材料层(例如靶材料涂层)。在实施方案中，急冷物可包含无定形和/或晶态靶材料(例如由无定形和/或晶态靶材料组成)。

如本文使用的，并且除非另外规定，表示为“急冷物[性质]”的性质对应于针对急冷物如此评估的所述性质。例如，急冷物组成可对应于急冷物边界内的组成。在本发明内，这样的急冷物性质不需要对于所有的急冷物是恒定的并且可在急冷物间变化。

如本文使用的，并且除非另外规定，表示为“层[性质]”的性质对应于急冷物边界外例如在靶材料层的区域内(或在靶材料层整体内)评估的所述性质。例如，层密度可对应于在靶材料层区域内的密度，该区域包含急冷物和在其间空隙的集成体。在实施方案中，可选择靶材料层的区域使得它包含至少100个急冷物，优选至少500个急冷物，最优选至少2000个急冷物，直至例如10000或100000个急冷物。在本发明内，这样的层性质不需要跨整个层是恒定的，并且确实一种或多种层性质将通常跨整个层(例如跨层宽度)变化。

如本文使用的，并且除非另外规定，靶材料层的显微组织包含与急冷物取向、急冷物尺寸、急冷物形状、急冷物结晶度、层结晶度、层密度、层孔隙率、层结构、层顺序、层应力等相关的性质(例如由其组成)。

如本文使用的，并且除非另外规定，结构可通常具有第一尺寸(例如宽度)、第二尺寸(例如长度)和第三尺寸(例如厚度或高度)。在实施方案中，这三种尺寸可通常是正交的。在实施方案中，层厚度可为其中形成急冷物叠层的方向，并且层宽度和层长度可与此正交。在实施方案中，靶厚度、靶宽度和靶长度可分别平行于层厚度、层宽度和层长度。在优选实施方案中，层宽度可等于层长度或比层长度短。同样，靶宽度可等于靶长度或比靶长度短。

如本文使用的，并且除非另外规定，背衬结构是靶材料层的载体，其适合用于在制造溅射靶的方法中使用。在本发明的实施方案中，背衬结构可为预成型的以便补偿在靶材料层的宽度上不同位置处所施加靶材料的不同层厚度。

在第一方面，本发明涉及平面溅射靶，其包含由急冷物叠层累积的靶材料层，其中靶材料层具有层宽度并具有跨该层宽度变化的显微组织(和/或与它联系的性质)。在图1中示意描述了这样的平面溅射靶400，其包含在载体100的顶表面111上的靶材料层410(参见下文)。本文靶材料层410中的曲线表示跨层宽度(w)的形态变化。

在实施方案中，平面溅射靶可具有靶长度和靶宽度，靶长度等于靶宽度或比靶宽度长。在优选实施方案中，靶长度可比靶宽度长，例如靶长度可为至少两倍或三倍靶宽度。在实施方案中，靶宽度可为至少20mm、优选至少50mm、又更优选至少100mm，例如113mm或120mm。在实施方案中，靶长度可为至少100mm、优选至少500mm，例如800mm。靶长度和/或靶宽度通常没有上限，但是靶长度的实际限制可例如设置在4000mm。在实施方案中，层宽度可等于靶长度或比靶长度小。在实施方案中，层宽度可等于靶宽度或比靶宽度小。

在实施方案中，平面溅射靶的形状可为矩形、方形、圆形或椭圆的。在优选实施方案中，平面溅射靶可为矩形平面溅射靶。在实施方案中，平面溅射靶可具有基本上平的背表面(例如底表面)。平面溅射靶可有利地为适合于安装在平面磁控管上的靶。

在供选择的实施方案中，平面溅射靶可包含旋转载体。平面溅射靶可例如有利地为平面多边形溅射靶，其包含在适合于安装在旋转磁控管的载体(例如参见实施例3)上的一个、两个或更多个靶材料层(例如由在适合于安装在旋转磁控管的载体上的一个、两个或更多个靶材料层组成)。在实施方案中，平面溅射靶可包含安装在多边形支撑架(例如具有多边形外形的支撑架；例如参见实施例3)上的两个或更多个载体板，每个在其上具有靶材料层。在实施方案中，平面溅射靶可包含在多边形载体(例如载体，如载体管)的两个或更多个面上的靶材料层。

在优选实施方案中，跨层宽度变化的显微组织可能不是由于(例如仅由于)层组成的改变(例如靶材料层的区域之间的平均急冷物组成的改变)。在实施方案中，溅射靶可包含单质非金属、单质金属、合金、金属化合物、陶瓷材料、或它们的组合。在实施方案中，靶层可包含铝掺杂的氧化锌(AZO)、Cr、CuGa、氧化铟锡(ITO)、Mo、Ni、Ni合金(例如NiCr)、NbOx、Si、SiAl、Sn、TiO_x、W合金、Zn、Zn合金(例如ZnSn或ZnAl)、ZnO、ZrO_x、和氧化锌锡(ZTO)。平面溅射靶可典型具有材料组成(例如层组成)，所述材料组成具有固有密度。在实施方案中，靶材料层可具有密度为99％的固有密度或更低，可能97％或更低，又更实际地95％或更低，甚至92％或更低，例如90％或更低。在实施方案中，跨层宽度的层组成可保持基本上恒定。例如，跨层宽度的层组成改变可为5原子％或更小，优选2原子％或更小；供选择地，跨层宽度的层组成可为2重量％或更小，优选1重量％或更小。在实施方案中，在两个不同急冷物之间的急冷物组成可大幅变化(例如即使层组成基本上恒定)。这可例如是当通过喷涂(例如同时)两种或更多种材料来形成靶材料层时的情况。在优选实施方案中，跨层宽度的急冷物组成的分布可基本上恒定。

在实施方案中，可通过喷涂例如通过热喷涂或冷喷涂来获得靶材料层(例如急冷物)。在实施方案中，靶材料层可具有基本上平的、凹的或凸的顶表面；优选平的或凸的。在实施方案中，靶材料层可具有厚度为至少1mm、优选至少5mm、又更优选至少10mm，例如20mm或更大。

在本发明内，跨层宽度变化的显微组织可通常是由于跨层宽度变化的所发射材料相对于表面的入射角(例如平均入射角)。例如，喷涂来源可相对于表面(或反之亦然)以它的角度相对于该表面跨层宽度而变化的方式运动；喷涂来源可例如相对于平面(例如背衬结构的顶表面或溅射靶的顶表面)追踪一部分半球形路径。如此，沿着宽度方向的不同位置将经历从喷涂来源所发射颗粒的不同平均入射角。

为了判断显微组织(例如优先取向或层密度)是否跨层宽度变化，技术人员可例如(例如无形地)将靶材料层跨层宽度分为许多(例如2-10)个部分(例如段)并比较每个部分内的显微组织。例如，可跨层宽度将靶材料层细分为左段、可能的中段和右段，这些段例如具有相等的宽度。

在实施方案中，急冷物可具有优先取向并且跨层宽度变化的显微组织可包含跨层宽度变化的优先取向。在实施方案中，关于靶材料层的法线方向的优先取向的角度可经历跨层宽度(w)的符号改变。在实施方案中，关于靶材料层的法线方向的优先取向可沿着层宽度朝向第一端为正，沿着层宽度朝向相对端为负，并且可在其间逐渐变化。靶材料层的法线方向可例如是与载体(如果存在)的表面正交的方向。在实施方案中，优先取向可为平均急冷物取向或主要发现的急冷物取向或考虑区域内的急冷物的理论上最可能的急冷物取向。在实施方案中，急冷物取向可对应于急冷物的厚度方向。例如，在将靶材料层细分(参见上文)为左段、可能的中段和右段之后，可发现优先取向在中段基本上指向上(例如平行于层厚度方向)，在左段中左倾并在右段中右倾。

在实施方案中，跨层宽度变化的显微组织可包含跨层宽度变化的靶材料层的至少一种性质。至少一种性质可例如为密度、孔隙率、残余应力、结晶度或层厚度。例如，在将靶材料层细分(参见上文)为左段、可能的中段和右段之后，可发现层密度在中段比在左段和右段更高。

现在参考图2。在中间，示意描述了平面溅射靶400的TiO_x靶材料层410，还说明了沿着层宽度w的三段401-403。大箭头表示每段上方的喷涂来源的角度。在图2的底部描述区段401至403中每个的代表性光学显微法图像(1.3×1.1mm)。沿着靶材料层的横截面获取显微法图像。

在图3、4和5中对于区段401、402和403中每个分别显示这些图像的较大版本。图3a-5a对应于如图2中描述的图像，而图3b-5b对应于具有提高对比度的这些图像。可在这些图像中区分组成靶材料层410的各个急冷物。为了引导眼睛，在图3a-5a中显示线从而对应于急冷物的一般叠层，并且显示箭头来表示优先急冷物取向。如所见的，优先急冷物取向从在左段401中左倾变换为在中段402中向上，变换为在右段403中右倾；从而清楚表示跨层宽度w的显微组织改变。

图6显示区段401-403中每个的优先急冷物取向。优选的角度源自使用ImageJ图像处理软件(ImageJ.net)在图3a-5a中描述的显微法图像。该工序由两个步骤组成。首先，应用区域过滤器以突出显示急冷物的边缘。其次，使用方向性插件(采用傅立叶分量方法)来推断急冷物的优选取向。

图7a显示溅射磁控管中现有技术平面溅射靶的靶利用率的示意表示。溅射靶中的线表示急冷物的叠层并且点表示溅射靶中空隙的存在(即代表溅射靶的孔隙率)。箭头对应于入射Ar⁺离子或反应性气体离子。由于来自电磁场的非均匀等离子体限制，入射离子密度在靶宽度上不是同等分布的。通过溅射用完平面溅射靶的材料时，迹线被腐蚀至平面溅射靶中。这个迹线在现有技术平面溅射靶中通常相对窄，从而导致相对低的靶利用率。

相反地，图7b显示根据本发明实施方案的平面溅射靶400的溅射磁控管中靶利用率的示意表示。溅射靶中的线再次表示急冷物的叠层并且点代表溅射靶的孔隙率。与现有技术平面溅射靶相反，本发明平面溅射靶400具有跨靶宽度变化的显微组织，其中例如朝向边缘孔隙率越高。如此，从中间向边缘运动，溅射材料的特征逐渐在于较高的表面积和较低的结合能，并因此更容易从平面溅射靶去除。这有效地导致腐蚀迹线变宽和因此更高的靶利用率。孔隙率此外允许在靶材料层内出现松弛，从而减轻残余应力并产生较耐用(例如可靠的)溅射靶。

在实施方案中，平面溅射靶可由靶材料层组成。在其它实施方案中，平面溅射靶还可包含在靶材料层下面的载体(例如载体板、载体架、多边形载体管、或载体型材)。载体可进而安装在背衬结构上来在靶的生产过程中支撑它。平面溅射靶可有利地包含在载体上的靶材料层(例如由在载体上的靶材料层组成)。还可在平面溅射靶的制造过程中在背衬结构上直接形成平面溅射靶，在该情况下背衬结构充当载体。

在实施方案中，载体的厚度可小于靶材料层的厚度。在实施方案中，载体的厚度可测量为1cm或更小，优选5mm或更小，例如4mm或更小。本发明有利地允许在薄载体上存在(例如形成)靶材料层。

在实施方案中，载体可包含一种或多种金属(例如主要由一种或多种金属组成)。在实施方案中，一种或多种金属可选自Al、Cu、Ti、Mo和Fe。在实施方案中，载体可基本上由选自Al、Cu、Ti、Mo和钢(例如不锈钢)的材料组成。载体可典型具有材料组成，所述材料组成具有固有密度。在实施方案中，载体可具有密度为95％的固有密度或更高，优选98％或更高，又更优选99％或更高。

在实施方案中，载体可具有适于在其上引发跨层宽度变化的显微组织的顶表面。在实施方案中，载体可具有弯曲表面(例如一部分半球表面)用于促进从喷涂来源所发射颗粒的入射角跨层宽度变化。在实施方案中，载体可具有结构化的表面用于促进从喷涂来源所发射颗粒的入射角跨层宽度变化。在实施方案中，结构化的表面可包含隆起和/或峰和/或谷。在图8中显示这样的结构化的表面的实例，示意性描述具有结构化的表面的载体100的顶视图(a)和包含具有锯齿外形的结构化的表面112的载体100的区段101的侧视图(b)。

在实施方案中，载体可具有适于促进其上急冷物附着的顶表面。在实施方案中，载体可具有结构化的表面用于促进其上急冷物附着。在实施方案中，结构化的表面可为粗糙的(例如不光滑的)表面。在实施方案中，载体可具有结构化的表面，从而同时促进从喷涂来源所发射颗粒的入射角跨层宽度变化并促进结构化的表面上急冷物附着。在实施方案中，载体可具有施加至顶表面上的附着促进层(例如附着促进覆盖结构)用于促进其上急冷物附着。在实施方案中，附着覆盖层可包含金属层、合金层或化合物层(例如由金属层、合金层或化合物层组成)。在优选实施方案中，附着促进层可具有厚度小于2mm，例如小于1mm，例如0.5mm或甚至更小。

在实施方案中，平面溅射靶还可包含在载体和靶材料层之间插入的(如果存在载体)或在靶材料层下面的(如果不存在载体)牺牲结构。在实施方案中，牺牲结构可为薄的柔性片(例如碳纸)。在实施方案中，牺牲结构可具有低熔融温度。在实施方案中，牺牲结构可为从靶材料层可去除的。

在实施方案中，第一方面的任何实施方案的任何特征可独立地为对于任何其它方面或它们实施方案相应地描述的。

在第二方面，本发明涉及制造平面溅射靶的方法，包括：(a)提供具有顶表面(例如前表面)的背衬结构；和(b)将靶材料的急冷物从喷涂来源喷涂至背衬结构上以在顶表面上方形成靶材料层，该靶材料层具有层宽度，其中喷涂来源与顶表面成角度并且其中喷涂来源和背衬结构以该角度跨该层宽度而变化的方式相对彼此运动。

在实施方案中，背衬结构可具有对应于不规则或规则的多边形(例如等边三角形、方形、五边形、六边形、八边形、十二边形、十六边形等)的横截面外形。在一些实施方案中，背衬结构可基本上是单片。在其它实施方案中，背衬结构可包含两个或更多个零件，例如安装在支撑架上的一个或多个载体板。在实施方案中，背衬结构可适合于冷却顶表面。在实施方案中，背衬结构可为中空背衬结构。背衬结构可例如为中空背衬结构(例如管，例如具有多边形外形)，用于冷却顶表面(例如冷却靶材料层)的冷却流体可流动通过所述中空背衬结构。在实施方案中，背衬结构的厚度(例如围绕载体板的中空或厚度的背衬结构的厚度)可测量为例如20mm或更小，例如10mm或更小，优选5mm或更小，例如4mm或更小。在本方法中使用的单片背衬结构或载体板通常较不易变形，例如因为改进的冷却(特别地相对于通过在未冷却的背衬结构上热喷涂从而制造平面结构的已知方法)和/或因为由支撑架提供的额外支撑；如此它们可有利地较薄。在实施方案中，支撑架可比载体板稍微更厚。以这种方式，支撑架可更好地处理由喷涂方法所致的热和/或机械应力并因此可更好地支撑载体板。

因为背衬结构通常是特定种类的载体，所以在实施方案中背衬结构的特征(例如材料组成)可独立地如关于载体之前描述的(且反之亦然)。在实施方案中，背衬结构可包含按照在其上待形成的靶材料层的功能选择的材料组成(参见上文)。例如，载体板或单片背衬结构可由所选择的材料组成构成，使得它的热膨胀系数接近在其上待形成的靶材料层的热膨胀系数和/或使得实现在靶材料和背衬结构(例如载体板)之间的良好附着。在实施方案中，支撑架可由被选择来实现良好机械稳定性的材料组成构成。

在实施方案中，步骤(b)可包括相对彼此旋转的喷涂来源和背衬结构。在实施方案中，步骤(b)可包括相对彼此围绕轴旋转的喷涂来源和背衬结构。在实施方案中，喷涂来源和背衬结构可相对于彼此(例如围绕轴)螺旋运动(即旋转和平移)。在实施方案中，轴可为常见轴，例如背衬结构的纵向轴。通过相对于彼此移动(例如旋转或螺旋运动)喷涂来源和背衬结构，喷涂来源的入射点在背衬结构的顶表面上方运动并且由此使背衬结构的之前所喷涂区域冷却。与入射点的运动同时，可有利地实现跨层宽度的角度变化的所需变化。在实施方案中，背衬结构可围绕轴旋转(例如当轴是背衬结构的纵向轴时，所述背衬结构可在自身上旋转)。通过如此旋转背衬结构(而不是喷涂来源的旋转或与喷涂来源的旋转结合)，还有利地帮助背衬结构的冷却。在这样的实施方案中，喷涂来源可沿着背衬结构的旋转轴平移。通过旋转背衬结构和平移喷涂来源的组合运动，可有利地使入射点围绕顶表面螺旋运动。

在实施方案中，步骤(b)中的喷涂可包括热喷涂或冷喷涂，优选热喷涂。在实施方案中，热喷涂可包括等离子体喷涂、电弧喷涂或燃烧喷涂，优选等离子体喷涂。在实施方案中，喷涂可为计算机控制的喷涂。

在实施方案中，方法还可包括在步骤(b)之后进行的分离靶材料层与载体的步骤(c)。可由此有利地获得没有载体的平面溅射靶。在一些应用中，可有利地使用没有载体的平面溅射靶，例如因为可实现更有效的靶材料层冷却和/或可改进磁场线的轨迹。在实施方案中，背衬结构可包含支撑架和其上安装的载体板(参见上文)，并且步骤(c)可包括从支撑架卸下载体板。在实施方案中，可在进行步骤(b)之前在背衬结构上存在例如提供牺牲结构，并且步骤(c)可包括分离牺牲结构与背衬结构和/或分离靶材料层与牺牲结构。

在实施方案中，方法可用于同时制造多个平面溅射靶，其中步骤(a')和(b')包括：(a')提供多个顶表面，该顶表面围绕中心轴布置；和(b')将靶材料喷涂至背衬结构上以在每个顶表面上形成靶材料层。在实施方案中，方法还可包括在步骤(b')之后和任选地在步骤(c')之前或之后进行的分离牺牲结构与背衬结构和/或分离靶材料层与牺牲结构的步骤(d')，步骤(d')是分离围绕中心轴布置的平面溅射靶，从而获得单个平面溅射靶的步骤。在实施方案中，背衬结构可基本上是单片的并且在步骤(d')中分离平面溅射靶可包括切断背衬结构。在实施方案中，背衬结构可包含支撑架和其上安装的多个载体板，并且分离围绕中心轴布置的平面溅射靶可包括卸下多个载体板。在实施方案中，多个载体板可由2个、3个、4个、5个、6个、8个、12个、16个或更多个载体板组成。通过拆卸(例如卸下载体板)或切断背衬结构，有利地实现部分由背衬结构(即作为载体，例如采用载体板的形式)和部分由靶材料层组成的平面溅射靶。

在实施方案中，第二方面的任何实施方案的任何特征可独立地为对于任何其它方面或它们实施方案相应地描述的。

在第三方面，本发明涉及平面溅射靶，其可通过根据第二方面任何实施方案的方法获得。

在实施方案中，第三方面的任何实施方案的任何特征可独立地为对于任何其它方面或它们实施方案相应地描述的。

现在将通过本发明的几个实施方案的详细描述来描述本发明。显然可在不偏离本发明的真实技术教导的情况下，根据本领域技术人员的知识来配置本发明的其它实施方案，本发明仅由所附权利要求的条款来限制。

实施例1：多个平面溅射靶的制造

现在参考图9，其显示按照本发明实施方案的通过喷涂(例如热喷涂)制造平面溅射靶的示意表示。描述了具有厚度t的背衬结构100，其面形成具有宽度w的顶表面110。虽然未在图9中描述，但是背衬结构100可包含例如围绕轴布置的多个面，每个具有顶表面110。背衬结构100允许例如通过使冷却液体沿其流动而冷却顶表面110至底表面111。喷涂来源300(例如喷枪)发射颗粒(典型地在具有散布β的锥体中)至顶表面110上从而通过急冷物的叠层来形成靶材料层(未单独描述)。同时，中空背衬结构100绕轴旋转(和/或喷涂来源300相对于顶表面110旋转/倾斜)，使得喷涂来源300和顶表面110相对彼此旋转。在这样做时，喷涂来源300相对于顶表面110的角度α(并因此所发射颗粒的平均入射角)在整个旋转中改变。如图9中描述，如说明的角度α为90°并且在方形外形的情况下随着顶表面110的边缘朝向喷涂来源300的入射中心点310旋转，将降低至45°；并且随着顶表面110的中心朝向入射中心点310反向旋转将随后再提高至90°。同时，喷涂距离d同样将在最大值和最小值之间波动；对于图9中描述的情况，最大值d与角度α为90°一致，而最小值d与角度α为45°一致。

在旋转的同时，喷涂来源300也沿着长度方向(垂直于宽度)相对于背衬结构100平移(即喷涂来源300平移，背衬结构100平移，或都平移)。以这种方式，喷涂来源300可覆盖整个背衬结构100(即顶表面110的完整区域)：通过相对旋转运动的背衬结构100的宽度(即顶表面110的完整宽度)和通过相对平移运动的整个长度。优选地，平移可与旋转同时出现，即喷涂来源300可围绕轴相对于背衬结构100和顶表面110螺旋运动。供选择地，喷涂来源300可相对旋转一定量(例如完整旋转)并然后在继续相对旋转之前相对平移短的距离。另外，背衬结构100和喷涂来源300都可独立地或不独立地承担部分运动。独立地，喷涂来源300可例如围绕以进行平移运动的背衬结构100为中心的轴旋转。不独立地，背衬结构100可例如围绕中心轴旋转并且喷涂来源300可进行与背衬结构100的瞬时旋转角度相关的同步运动。例如，对于具有方形外形的背衬结构，所述方形外形具有四个顶表面110而言，喷涂来源300的同步运动可例如具有为方形背衬结构的旋转速度的4倍的频率，从而在四个面110中每个上产生相同的沉积外形。喷枪300的运动可包括倾斜和平移或由倾斜和平移组成。围绕轴的旋转速度也可为可变化的，可能与瞬时旋转角度同步。

在完成靶材料层的形成之后，可将该结构分成一个或多个平面溅射靶；这未在图9中描述。可例如通过沿着顶表面110的边缘，并任选地垂直于长度方向切断背衬结构100来实现分开。可以这种方式获得任何数量的平面溅射靶。供选择地，背衬结构可包含支撑架，所述支撑架具有一个或多个可逆地安装在其面上的载体板。在这种情况下，可直接通过从支撑架卸下载体板来获得多个平面溅射靶。可将这些再次任选地切成进一步更小的平面溅射靶。

实施例2：对溅射靶外形的预期

随着在制造平面溅射靶400过程中喷涂来源相对于背衬结构100旋转，喷涂角α和喷涂距离d改变，如实施例1中解释的。此外，对于顶表面上的不同点而言相对圆周运动速度也变化，其中顶表面的边缘(例如角落)附近的点比顶表面的中间附近的点运动更快。可通过喷涂参数的控制来平衡这些差异从而调整所获得的溅射靶外形。

图10显示可通过变化喷涂参数获得的不同溅射靶外形。描述了平面溅射靶400的垂直横截面(平行于宽度w)，所述平面溅射靶由在背衬结构100上的靶材料层410组成。在图10中说明的实施方案中，背衬结构在平行于靶400的宽度w的垂直横截面中是平的。可在生产方法过程中调节的喷涂参数是：束发散度、喷涂距离、喷涂材料通量、喷涂来源的倾斜和旋转速度。这些参数中每个虽然可在喷涂过程期间选择为恒定的，但是可为可变化的，并且更特别地可取决于和特定于圆周运动的绝对角度(对于稳定或平移的喷涂来源是背衬结构的旋转，对于稳定或平移的背衬结构是喷涂来源的旋转，或者对于喷涂来源与背衬结构的特定相对位置是两者的组合)。以具有沿纵向方向的方形外形并具有由方形外形的交叉对角线限定的旋转轴(即外形的中心轴)的背衬结构为例。另外，当联接喷涂来源位置与外形的中心轴的线在四个面中任一的中间与方形外形相交时，我们限定旋转角度为0°。在这个特定位置，可选择喷涂参数的特定值。结果是，对于45°的旋转角度，我们可预期方形外形的边缘指向喷涂来源。对于恒定的喷涂参数，边缘将更靠近喷涂来源并主要取决于束发散度可在这种条件下经历更高的沉积。然而，边缘的停留时间将更短，因为具有更高的运动速度(对于恒定的角速度而言)。另外，在背衬结构上喷涂颗粒的入射角也将取决于喷涂条件而变化；其全部归因于特定的厚度外形。对于方形外形，可有利的是在喷涂条件中引入周期性改变，其中它的频率为圆周运动的4倍(等于背衬结构上的边数)。例如，喷涂距离、材料通量、旋转速度和倾斜角对于0°、90°、180°和270°的旋转角度而言可具有优先值，而对于45°、135°、225°和315°可期望不同的参数组。在那两个参数组之间的改变可线性地，根据正弦波或有利于在载体上沿其宽度产生期望的层厚度外形或期望的显微组织的任何形状变化。例如，将喷枪的倾斜同步(以四倍频率)与圆周运动组合可提高或降低喷涂通量在背衬结构和/或载体的期望区域处的停留时间。如果背衬结构是具有不同边数和平区域的多边形，则可相应地选择同步频率与圆周运动速度/频率的倍数。

如图10中可见的，这些喷涂参数的控制可允许在凹(图10a)凸(图10d)和中间物例如点状(图10b)或相对平的(图10c)之间调整所获得的溅射靶外形。

按照本发明实施方案，如图11中说明的，背衬结构100可为预成型的，例如可在通过喷涂将靶材料施加至背衬结构上之前接收了对应于例如基本上为与通过用特定喷涂参数喷涂到平的背衬结构100上而在靶材料层410中将获得的层厚度外形相反或优选地甚至正好相反的形状。当使用这些喷涂参数将靶材料喷涂至这样的预成型背衬结构100上时，获得了基本上平的靶。

明显地，为了获得作为最终结果的基本上平的靶，背衬层100的预成型应该根据喷涂参数进行，当将靶材料喷涂到预成型的背衬层上时将实施所述喷涂参数。应用不同的喷涂参数需要不同预成型的背衬层以便最终获得基本上平的溅射靶。

实施例3：背衬结构设计

以下描述几个不同的中空背衬结构设计。这些背衬结构可包含支撑架，所述支撑架具有可逆地安装在其面上的载体板。

第一设计可包含四个载体板，其安装在具有方形外形的中空支撑架上。可通过沿着边缘的夹持结构将载体板附接至支撑架。夹持结构轻微地在载体板上伸出，这有利地限制可在载体板上方沉积的靶材料层的宽度。在去除夹持结构之后，未被靶材料层覆盖的这些边界有利地适合于夹持平面溅射靶与另外的结构，例如与溅射磁控管。

另一设计可包含两个载体板，其安装在具有方形外形的中空支撑架上并通过夹持结构与其附接。在这种情况下，夹持结构也可轻微地在载体板上伸出。在具有两个载体板的这种实施方案中，中空支撑架可优先为矩形形状的。

又一设计可包含六个或八个载体板，其安装在分别具有六边或八边外形的中空支撑架上。为了不使用夹持结构附接载体板，可将它们例如焊接或胶黏至支撑架。

将清楚的是这些仅是示例性设计并且可按照本发明实施方案使用许多更多类型的背衬结构；例如包含2-16个或更多个载体板，具有或没有夹持结构。此外，回想到背衬结构还可具有基本上单片形式，在沉积靶材料层之后最后将其切断(参见实施例1)。

应理解尽管本文已经讨论了根据本发明的设备的优选实施方案、特定构造和配置以及材料，但是可在不偏离本发明的范围和技术教导的情况下，在形式和细节上进行各种改变或修改。例如，以上给出的任何方案仅仅是可使用的工序的代表。可从框图添加或删除功能，并且可在功能块之间交换操作。可对本发明范围内描述的方法添加或删除步骤。

Claims (15)

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

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

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

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

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

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

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

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

9.根据权利要求8所述的平面溅射靶(400)，其中该载体(100)的厚度(t)小于该靶材料层(410)的厚度。

10.根据权利要求8或9所述的平面溅射靶(400)，其中该载体(100)具有顶表面(110)，该顶表面(110)适于在其上引发跨该层宽度(w)变化的显微组织。

11.根据前述权利要求中任一项所述的平面溅射靶(400)，如果存在载体(100)，该平面溅射靶(400)还包含在该载体(100)和该靶材料层(410)之间插入的牺牲结构，或者如果不存在载体(100)，该平面溅射靶(400)还包含在该靶材料层(410)下面的牺牲结构。

12.制造平面溅射靶(400)的方法，

a.提供具有顶表面(110)的背衬结构(100)；和

b.将靶材料的急冷物从喷涂来源(300)喷涂至该背衬结构(100)上以在顶表面(110)上方形成靶材料层(410)，该靶材料层(410)具有层宽度(w)，其中该喷涂来源(300)与该顶表面(110)成角度(α)并且其中该喷涂来源(300)和该背衬结构(100)以该角度(α)跨该层宽度(w)而变化的方式相对彼此运动。

13.根据权利要求12所述的方法，用于同时制造多个平面溅射靶(400)，步骤a和b包括：

a.提供多个顶表面(110)，该顶表面(110)围绕中心轴(200)布置；和

b.喷涂急冷物至该背衬结构(100)上从而在每个顶表面(110)上形成靶材料层(410)。

14.根据权利要求12或13所述的方法，其中步骤b包括相对彼此旋转的喷涂来源(300)和背衬结构(100)。

15.平面溅射靶(400)，可通过根据权利要求12至14中任一项的方法获得。

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