CN116194613A - 溅射靶的制造和再填充 - Google Patents

Abstract

一种制造溅射靶的方法。该方法包括以下步骤：提供背衬结构，提供靶材料，所述靶材料包含用于喷涂的陶瓷靶材料，随后在背衬结构上方热喷涂所述靶材料从而提供靶产品，其中所述靶材料的至少40质量％、例如至少50质量％包含陶瓷靶材料，和随后对靶产品进行热等静压从而增加靶材料的密度。

Description

溅射靶的制造和再填充

技术领域

本发明涉及溅射领域。更具体地，本发明涉及溅射靶的制造，特别是包括陶瓷材料的靶。

背景技术

借助于溅射的物理气相沉积已成为对例如玻璃板或其它刚性或柔性材料的性能进行定制的标准技术。“溅射”是指通过带正电荷的离子将涂层材料原子冲击逐出到靶外，所述带正电荷的离子(通常为氩)被电场加速朝向带负电荷的靶。正离子是在低压气相中通过电子-离子碰撞电离形成的。逐出的原子撞击待涂覆的基底，它们在那里形成致密、粘附良好的涂层。

所述涂层可以在基底上形成层，因此材料的性能(例如光学和/或力学性能)可以被特制。

难以获得某些类型的层，例如介电层。例如，经常需要氧化膜，因为能够以可选择的透明度制造它们，这使得它们适合于光学应用，例如透镜、滤光片等。然而，由于下述原因，氧化膜的沉积是困难的。

通过用包括氧气的气体混合物溅射金属靶，可以通过沉积提供氧化物层。这可能导致严重的滞后行为，该滞后行为导致工艺不稳定。使金属靶进入所谓的中毒状态以生长金属氧化物层所需的相对高的氧气量通常可导致溅射速率的下降。文献“OBERSTE-BERGHAUS et al.,Film Properties of Zirconium Oxide Top Layers from RotatableTargets,2015Society of Vacuum Coaters,58th Annual Technical ConferenceProceedings,Santa Clara,CA April 25-30,2015,p.228-234”公开了使用陶瓷靶可以缓解或完全消除滞后行为，显著减少反应气体的量，并且与使用金属靶的溅射工艺相比，允许高达三倍的薄膜沉积速率。

对于大面积应用例如建筑玻璃，必须将涂层溅射到大基底上，因此也需要提供大的靶，使得溅射是均匀的。然而，难以获得大的靶陶瓷片(piece)。可以使用烧结来提供小的靶片，需要将这些靶片组装以形成较大尺寸的靶组装体，例如作为拼贴件(tile)的组合(用于平面靶组装体)或作为堆叠套筒(用于圆柱形载体上的圆柱形靶组装体)。这些靶容易发生工艺不稳定，例如由于起电弧，特别是在它们的许多边缘处在较小材料片中的接合处，以及实际中不同拼贴件中的不同密度，这导致一些拼贴件中的不同侵蚀速率。US2012055783A1公开了在背衬结构上方热喷涂以提供陶瓷靶，并且US2007034500A1公开了通过HIP烧结氧化硅靶。然而，普通方法诸如烧结或热喷涂制造的长陶瓷溅射靶通常存在孔隙结构并且密度低于块体材料的理论密度。另外，为了生产更大的材料片，使用烧结可能需要引入有机结合剂，从而影响所得靶材料的纯度。对于在所采用的制造压力和温度下热分解或升华的材料，这甚至更为显著。较低的密度和孔隙率与溅射期间的负面性能有关，这是由于降低的热导率、材料飞溅、粉尘形成和随后增加的电弧率。JP2013147368A公开了通过对特殊制备的颗粒进行冷等静压(CIP)，然后烧结制备获得长陶瓷圆柱形靶材料的可能性。类似地，JP2018009251A公开了一种用于通过CIP随后烧结制备的靶的圆柱形模制产品。然而，需要用焊接或钎焊材料作为粘合剂将靶材料接合到背衬管，这需要额外的步骤。

发明内容

本发明的实施方案的一个目的是提供一种制造靶的方法，该靶提供高密度并且包含陶瓷靶材料，以及通过这样的方法获得的溅射用靶，在靶组装体中有可能具有减少数量的独立片，或者甚至具有单片靶。

优点在于可提供具有高密度的靶，例如具有低孔隙率和大尺寸。优点在于需要很少的组装来制造靶，因为可以减少拼贴件或片段的数量。优点在于可以提供单一片的靶，从而无需组装拼贴件。单片、大尺寸和高密度的靶在操作期间可以表现出有利的行为；例如具有更高的工艺稳定性，或允许更高的溅射功率密度，从而允许更高的沉积速率。

在一些实施方式中，制造方法包括对靶进行再填充(refilling)。

在第一方面，本发明提供了一种制造溅射靶的方法，该方法包括以下步骤：提供背衬结构，提供用于喷涂的陶瓷靶材料，随后在背衬结构上方热喷涂靶材料。该方法适于提供靶产品，其中靶材料的至少40质量％(例如至少50质量％)包含陶瓷靶材料。随后对靶产品进行热等静压，从而增加靶材料的密度。

本发明的实施方案的优点在于，可以从起始喷涂靶提供致密靶，从而允许提供与背衬结构相似的形状和尺寸的片；例如，它们可以是尺寸为400mm或更大的片，例如600mm，例如800mm或更大。有利地，可以使用单个背衬结构。作为替代，可以提供组合了几个背衬结构的靶组装体，所述几个背衬结构被组装成具有较小拼贴件或片段的比现有的类似靶更大的靶。并且减少或避免在靶中存在粉尘或孔隙。

在一些实施方案中，进行热等静压包括在没有罐子的情况下进行等静压，从而有利地避免匹配喷涂靶产品，并且不需要生产具有适合于喷涂产品的尺寸的定制罐。

在一些实施方案中，提供陶瓷靶材料包括提供挥发性材料。这种挥发性材料在接近大气压的压力下显示出升华点温度(或简称为升华温度)、或熔点温度(或简称为熔化温度)和绝对沸点或分解温度(或简称为沸腾温度)比其熔化温度高出不到30％，或低于其熔化温度，以摄氏度计。

本发明的实施方案的优点在于，容易分解或升华的材料(例如铟氧化物、锡氧化物、锌氧化物、钨氧化物)仍然可以提供密度接近起始材料的理论密度的靶，同时允许大的自由度和减小的脆性，并且没有烧结的其它缺点。

在一些实施方案中，挥发性材料占总靶材料的至少60质量％，例如至少70质量％或至少80质量％或至少90质量％。所述靶的大部分可以是挥发性材料，如氧化物。

在一些实施方案中，提供喷涂靶产品包括提供具有以下密度的靶产品：该材料的理论密度的低于90％，例如低于85％，例如低于80％。进行热等静压包括将靶密度增加其理论密度的至少5％，例如至少10％，例如至少15％，例如至少20％，任选地获得如下的总体靶材料密度：其理论密度的至少90％，例如至少95％，或至少98％，或至少99％。

本发明实施方案的优点是，可以在喷涂靶的相对较低温度和较低密度下以高效的热喷涂来提供这些容易分解或升华的材料，因为随后的HIP工艺增加靶密度，例如达到理论密度的至少90％的密度，例如至少95％，或至少98％，或至少99％。

在一些实施方案中，该方法适于提供电阻率低于1000Ohm.cm的致密化陶瓷靶材料。

优点在于，该方法可用于制造具有足够传导性的靶以至于能够以DC或MF AC功率模式进行溅射，从而不需要通常用于绝缘材料的RF(>1MHz)信号。

在一些实施方案中，提供背衬结构包括提供具有凹槽的传导模具，所述凹槽适于与溅射跑道重叠。通过在凹槽内区域热喷涂大量材料而在凹槽外区域热喷涂少量材料来进行热喷涂。任选地，提供包括凹槽的传导模具包括提供侵蚀的靶，因此制造溅射靶的方法包括：再填充和恢复所述侵蚀的靶。任选地，提供背衬结构包括提供管状背衬结构，例如圆柱形背衬结构，例如在其末端具有凹槽的成型管状背衬结构，正如在模具中。

本发明实施方案的优点在于，热喷涂允许节省材料，其通过在发生大部分侵蚀的位置上方提供较多的材料而在其他地方提供较少的材料。本发明实施方案的优点在于，即使被侵蚀的靶不那么致密，也可以用致密的材料来恢复被侵蚀的靶。另一优点在于，喷涂技术允许控制沉积轮廓，从而用以根据靶的水平或侵蚀来以提供材料。

本发明实施方案的优点是可以提供管状靶。

在一些实施方案中，该方法包括在进行热等静压之前用孔隙率低于喷涂靶的材料封盖层涂覆所述喷涂靶的表面，以去除表面孔隙。

本发明实施方案的优点在于，可增加在表面上具有开孔的喷涂靶的密度。另一优点在于，所述封盖层比常规HIP罐具有更好的匹配。另一个优点是，封盖层可以依从喷涂靶的表面形貌，而不需要定制设计的包壳或罐子，例如，它可以是从液相施加的粘合层，或者是具有来自固相的材料(例如，丝线、粉末…)的喷涂层。

任选地，利用如下材料进行用材料封盖层涂覆表面：该材料包含与喷涂靶相同的材料或者由与喷涂靶相同的材料组成，以比喷涂靶更高的密度。

本发明实施方案的优点在于，封盖材料和下部材料之间的收缩差异较小，并且使靶材料中毒的问题较少。另一优点在于，可以在高效的热处理中以很少的材料损失提供喷涂靶，并且可以为封盖层提供优化密度的配置，而效率的相对降低不太明显，因为仅需要在薄封盖层上具有较高密度。

在一些实施方案中，通过喷涂(例如冷喷涂或热喷涂)提供封盖层。

本发明实施方案的优点在于，封盖层具有低质量，从而减少生产过程中的材料损失，并且其可以更容易随靶材料一起收缩。

在一些实施方案中，该方法包括在进行热等静压之前抛光所述喷涂靶的表面。

本发明实施方案的优点在于，可以通过在一些材料中抛光来封闭表面孔，从而允许提供更薄的封盖层，或者甚至使封盖步骤成为任选的。

在一些实施方案中，该方法还包括在进行热等静压之后部分或完全去除靶的外层。

本发明实施方案的优点在于，在使用之前可以制备表面并且可以去除污染物、粉尘或不规则物。

在一些实施方案中，该方法还包括在背衬结构上方喷涂靶材料之前，在背衬结构上提供结合层，其中所述结合层的厚度为500微米或更小。在本发明的实施方案中，可通过热喷涂来提供结合层。

在第二方面，本发明提供了一种溅射靶，该溅射靶包含单片，该单片包含用于溅射的陶瓷材料，其中所述材料的绝对沸腾温度或分解温度比其熔化温度高出不到30％，或者在熔化前分解，或者具有升华温度，并且材料密度是其理论密度的至少90％，例如至少95％，例如至少98％。可以例如在与热喷涂工艺的工作压力相同的压力范围内定义所述温度。

本发明实施方案的优点在于，能够以单个大片的形式提供致密的靶，而不需要以较小靶拼贴件或片段的组合来提供靶。另一优点在于，即使材料倾向于在高温下分解且具有减少的熔化，也可以使用通过喷涂而不是烧结来生产靶。本发明实施方案的优点在于可以提供具有极低孔隙率的高密度靶。

在一些实施方案中，单片具有至少600mm的长度，例如至少800mm。本发明实施方案的优点是可以均匀地溅射大基底。

在一些实施方案中，用于溅射的陶瓷材料包含以下任何：氧化铟锡、ZnO、或SnO₂、或In₂O₃、或WO₃或其任意组合。

本发明实施方案的优点在于，可以提供具有低孔隙率的陶瓷靶材料而不需要烧结粉尘。

在本发明的一些实施方案中，溅射靶包含背衬结构以及介于背衬结构和溅射用陶瓷材料之间的结合层。结合层的厚度为500微米或更小，例如300微米或更小，例如250微米或更小，或150微米或更小，例如约100微米。本发明实施方案的优点在于，结合层改善了陶瓷材料对背衬结构的附着。

可以根据第一方面的方法的实施方案来提供本发明第二方面的实施方案的靶，从而获得热喷涂、热等静压的靶。

在所附的独立权利要求和从属权利要求中陈述了本发明的特定和优选方面。来自从属权利要求的特征可以酌情与独立权利要求的特征以及与其它从属权利要求的特征进行组合，而不仅仅如权利要求中明确所述。

参考下文所述的实施方案，本发明的这些和其它方面将变得清楚并得到阐明。

附图说明

图1示出了根据本发明实施方案的制造步骤中的热等静压容器中的管状靶产品。

图2是用于制造靶的本发明方法的流程图。

图3示出了根据本发明实施方案的由四个片形成的平面靶组装体。

图4示出了根据本发明实施方案的用于提供靶的模具或背衬结构的透视图。

图5示出了根据本发明实施方案的用于提供靶的模具截面和工艺步骤。

图6示出了根据本发明实施方案的用于提供管状靶的管状靶产品的截面。

图7示出了根据本发明实施方案的用于提供管状靶和再填充已用靶的管状靶产品的截面。

图8示出了根据本发明实施方案的管状靶的截面。

图9示出了根据本发明实施方案的管状靶的截面。

附图仅仅是示意性的而非限制性的。在附图中，出于说明性目的，一些要素的尺寸可能被放大并且没有按比例绘制。

权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。

在不同的附图中，相同的附图标记指代相同或相似的要素。

具体实施方式

将针对特定实施方案并参考某些附图来描述本发明，但是本发明不限于此，而是仅由权利要求书来限定。尺寸和相对尺寸并不对应于实施本发明的实际缩减。

此外，在说明书和权利要求书中，术语第一、第二等用于区分相似的要素，而不一定用于描述在时间、空间、等级或任何其它方式上的顺序。应当理解，如此使用的术语在适当的情况下是可互换的，并且本文所述的本发明实施方案能够以不同于本文所述或所示的其它顺序来操作。

此外，说明书和权利要求书中的术语顶部、下方等用于描述性目的，而不一定用于描述相对位置。应当理解的是，如此使用的术语在适当的情况下是可互换的，并且本文所述的本发明实施方案能够以不同于本文所述或所示的其它取向来操作。

应当注意，权利要求中使用的术语“包含”不应被解释为局限于其后列出的装置；它不排除其它要素或步骤。因此，应解释为指定存在所提及的所述特征、整数、步骤或部件，但并不排除存在或增加一个或多个其它特征、整数、步骤或部件或其组。因此，术语“包含”涵盖了仅存在所述特征的情况以及存在这些特征和一个或多个其它特征的情况。因此，表述“包含装置A和B的器件”的范围不应被解释为局限于仅由部件A和B组成的器件。这意味着对于本发明而言，器件的唯一相关的部件是A和B。

在整个说明书中，对“一个实施方案”或“实施方案”的引述是指结合该实施方案描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施方案中。因此，在本说明书通篇各处出现的短语“在一个实施方案中”或“在实施方案中”不一定都是指同一实施方案，而是可能指同一实施方案。此外，在一个或多个实施方案中，特定特征、结构或特性可以以任何适当的方式组合，本领域的普通技术人员从本公开的内容将清楚这一点。

类似地，应当理解，在本发明的示例性实施方案的描述中，有时将本发明的各种特征组合在单个实施方案、附图或其描述中，以简化本公开并且帮助理解各个发明方面中的一个或多个。然而，本公开方法不应被解释为反映如下的意图：要求保护的发明所需特征多于每个权利要求中明确叙述的特征。相反，如所附权利要求所反映的，本发明的方面不在于单个上述公开实施方案的所有特征。因此，在详细描述之后的权利要求书在此被明确地并入该详细描述中，且每个权利要求独立地作为本发明的不同实施方案。

此外，虽然本文描述的一些实施方案包括其他实施方案中所包括的一些特征而非其他特征，但是不同实施方案的特征组合意图在本发明的范围内，并形成不同的实施方案，如本领域技术人员将理解的那样。例如，在所附权利要求中，任何要求保护的实施方案都能够以任何组合使用。

在本文提供的说明书中，列出了许多具体细节。然而，应当理解，可以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，未详细示出公知的方法、结构和技术，以免混淆对本说明书的理解。

当在本发明的实施方案中提到“背衬结构”时，是指在其上提供溅射用的靶材料的结构。该背衬结构保持靶材料，并且可以连接到涂覆室中的溅射源。例如，背衬结构可以具有圆形或矩形区域，靶材料被设置在该圆形或矩形区域上方，正如在所谓的“平面靶”中。背衬结构不需要是平坦的。它们可以被模制以提供凹槽。具有管状(例如圆柱形)背衬结构的靶被称作“管状靶”。背衬结构可以包含载体。它可以包括载体和用于提供或改善靶材料与载体之间的粘合性的额外层。在一些实施方案中，背衬结构可以包括载体和靶材料，例如所述背衬结构可以是侵蚀靶，根据本发明的实施方案，在所述侵蚀靶上方提供新的靶材料。

虽然金属可以被铸造、模制、挤压或成型为靶，但是一些材料证明是难以加工以便由它们制造靶。氧化材料是典型的例子，虽然本发明不限于氧化靶材料，也可以使用其它陶瓷。在称为烧结的工艺中，粉末材料的压缩和加热提供形成靶的聚结。然而，难以通过烧结提供单片靶，例如大的靶。在一些情形中，密度不是最佳的，并且材料可能呈现孔隙结构；密度通常不均匀，并且可能发生收缩甚至形成裂缝。可使用烧结来提供例如尺寸为例如134.53mm×145.05mm或更小的靶拼贴件。更容易通过烧结提供这些小片，其具有均匀的组成和密度，并且可以达到高密度，几乎为理论密度。这些小片，例如拼贴件或套筒(圆柱形片段)上方，可用于组装大的靶(靶组装体)。然而，这种方法存在几个缺点。首先，应当在合适的背衬管/板(例如具有相容的热膨胀系数)，以受控的间隔来安装所述片。应当在所述片和所述背衬结构之间提供和激活结合材料(例如，通过铟的熔化)。在优选的情况下，该结合材料应当是导电的，以产生导电路径。这些问题不限于靶的制造，因为组装的靶在其使用期间可能会带来麻烦。由于所述靶由较小的片制成，表面通常呈现出在较小片之间的接缝或边缘。这些边缘在溅射期间容易起电弧，其中在边缘周围形成极高的电场。所述边缘也可能对缺陷形成(例如结节，粉尘等)更敏感。这些结节可能具有介电特性并局部降低靶表面的电导率。而且，可实现的最大功率水平通常受到结合材料和结合品质的限制，而不受靶材料本身的限制。在一些情形中，在靶材料中混合粘接化合物如有机化合物以改善完整性，但这些导致最终靶的污染，这进而导致在使用期间对基底上的溅射材料的污染。

而且，由于制造问题，并非所有的片都具有完全相同的性质和性能，这会影响靶的整体性能。例如，这意味着在溅射期间所述片可能以非均匀的方式被侵蚀，因此在最薄片段被完全消耗(保持一些固有的机械强度)和降低靶利用率之前必须停止溅射。例如，尽管假定这些片具有相同的密度，但是一些片可能具有偏离的密度，并且对电弧、粉末或结节的形成更敏感，或者潜在地产生缺陷。

对于管状靶出现了另外的问题，即：

-难以保证良好的圆周结合，

-结合材料可以通过两个片段之间的间隙出现在靶表面(污染溅射的危险)，

-通常需要昂贵的背衬管(例如钛代替不锈钢，要求较高水平的直度和圆度，等等)。

-套筒的内径和背衬管的外径上的窄公差。

为了克服这些问题，已经尝试了其它技术来提供由较少片制成的靶，例如单片并且具有相对较大的尺寸。这些技术之一是直接在大的背衬结构上热喷涂材料。

喷涂是制造较大尺寸溅射靶的一种成熟技术，可对若干靶几何形状实施该技术；例如圆柱形靶或平面靶。它本质上与该技术有关。可以产生相当致密的材料层。而例如冷喷涂可能依赖于源材料的塑性变形(例如，金属或金属合金和化合物)，热喷涂作用于源材料的熔化。

因此，对大多数金属材料(纯的，合金化的，…)并且甚至对一些陶瓷材料而言，热喷涂允许实现具有高密度(例如典型地大于85％，大于90％，甚至大于95％)的较大尺寸的单片靶。

然而，由于热喷涂需要通过投射材料的部分和/或全部熔化来形成液滴，因此由存在难熔化(例如高熔点温度加上低热导率)或热稳定性问题的材料提供涂层是有挑战的。一些材料在喷涂条件下显著分解和/或升华，从而导致显著的烟雾和粉尘形成。结果，通常难以获得高密度涂层，因此难以制造包含这些材料的靶。由这些材料获得的靶的密度低于理论密度的90％，甚至低于80％。通常这些材料是陶瓷，例如包括氧化物，然而本发明不限于氧化物。

密度低于理论密度的靶相对于本体键(bulk bond)具有相对更多的表面键，需要更低的能量来提供溅射效果，因此对于给定的能量密度，能够逐出更多的靶原子。对于给定的功率水平，这表现出较高的溅射速率。然而，低密度也增加了靶的孔隙率。在异常辉光放电期间孔隙可以充当缺陷位点，从而增加电弧事件的几率。另外，表面较粗糙并且电场分布可能较不均匀。此外，孔隙结构可能在溅射去除工艺期间破开并释放气窝、逐出材料或将不同组成的斑点带到表面(例如具有另一个二次电子发射系数)。低密度靶也更容易被粉尘污染。例如，在通过热喷涂制成的靶的情形中，大量的细粉尘可被捕集在飞溅接触物和/或孔隙之间。

对于具有较低密度和可能的捕集粉尘的这些材料中的一些，已经观察到在特定的溅射条件下，在表面上形成隔绝的岛状物或颗粒。例如，可以形成耐受性增加的结节。粉尘也可以在靶表面上形成并随着时间(小时或天)积累，并且最终可导致增加的电弧率，结果导致不稳定的溅射。

本发明提供了一种制造高度致密溅射靶的方法，与所使用的陶瓷材料的类型无关。通过烧结，管状靶的拼贴件或片段的尺寸是受限的。

在本发明的实施方案中，不使用烧结，而是使用热喷涂，因此可以提供大的靶片，例如单片靶，或者尺寸大到为背衬结构尺寸的至少一半的靶，而不需要在靶材料内引入可以充当结合剂的杂质。在一些实施方案中，所述靶可以具有至少600mm或至少800mm的边长或轴向长度，例如至少1m，例如大于2m，例如4m。

本发明提供了陶瓷靶材料密度的高达20％增加(例如至少90％)的致密化。这是通过从热喷涂靶获得的靶产品的热等静压(HIP)工艺进行的致密化。

在第一方面，本发明提供一种制造溅射靶的方法。该方法包括在背衬结构上热喷涂包含一部分陶瓷材料的靶材料，从而获得喷涂靶。提供靶产品。然后使靶产品经受热等静压(HIP)，从而使靶产品上的材料致密化。压力范围可从10MPa到高于200MPa，温度为几百度，例如高于700K，例如高于1000K并延伸超过1300K，例如1600K。HIP通常在特殊的压力室中进行，并且它可以对具有适当尺寸的物体进行。

在特定实施方案中，喷涂材料包括陶瓷挥发性材料。这些材料可被定义为在熔点范围内或超过熔点的温度下热分解或升华的材料，例如为热喷涂的典型温度。特别地，挥发性材料呈现出升华或分解温度，和/或具有接近沸点温度的熔点温度，例如沸点和/或分解温度比以摄氏度为单位的熔点温度高出不到30％(例如低于熔点)。本发明的靶材料包含至少一种挥发性材料。在一些实施方案中，所述挥发性材料的沸腾或分解温度可以比熔化温度高出不到25％、或不到20％、或不到15％。所述挥发性材料的分解甚至可以在低于熔点的温度下发生。应注意，这些温度是在热喷涂处理中通常使用的压力下提供的。例如，这些温度和温度范围是在大气压下定义。例如，这些温度和温度范围可以在700至1300hPa的压力下定义。

这些材料的大部分由于热喷涂所需的高温而分解。这导致喷涂产品具有低密度和孔隙结构。特别地，挥发性材料的热喷涂经常导致材料的熔化和/或蒸发/升华不充分和严重的粉尘形成。未熔化的颗粒和/或粉尘混入喷涂涂层中会不利地影响喷涂靶的投射材料的飞溅物(splat)之间的接触，从而导致随后的密度降低和孔隙率增加。即使表面被处理以填充孔隙，靶产品也具有由于溅射过程的侵蚀而暴露的内部孔隙，并且在溅射期间引起问题诸如粉尘、沉积物、电弧以及最终不稳定的溅射和溅射沉积层中的缺陷形成。

特别地，包含至少40％挥发性材料的喷涂靶可以具有较低的密度并且通常可以在其表面和/或基质等中包括孔隙、空隙和/或夹杂物(例如粉尘)。在作为喷涂期间存在的压力的压力范围内限定这些温度。通常，热喷涂使要喷涂的材料处于该范围内的温度或者优选地超过熔点的温度。当进料材料(通常是线材或粉末)完全熔化并以液滴的形式投射到背衬结构(它们在这里以飞溅物状结构凝固)上时，可以获得最佳的热喷涂涂层性能。熔点温度接近沸点、和/或分解或升华的这些材料可能是硬的或实际上不可能被热喷涂。并不完全清楚升华材料在一些情形中仍然能被喷涂的原因，但是认为来自火焰的强烈拖曳并且结合以过度加热和不平衡熔化起作用。还认为，由于在喷涂期间的超快加热，能够熔化但在达到熔点之前开始分解的其它材料(例如ITO)仍然可以被喷涂。然而，该工艺导致在热喷涂期间的严重原料分解、烟雾和粉尘。因此，喷涂的靶将具有低的密度、孔隙率(空隙或其它组分)等，这会在溅射期间带来麻烦。作为比较，诸如二氧化钛和二氧化锆的材料可被提供在高密度的涂层中，接近理论密度(例如，对于二氧化钛TiOx为＞95％,对于氧化锆ZrOx为＞92％)。这些材料熔化而不会热分解并且是在远低于其沸点的温度下熔化。它们不会出现升华并且在常压下(其通常是喷涂期间存在的压力)显示出明确的熔点温度和沸点温度。

下表示出了一些热喷涂靶的密度相对于块体材料的密度以及喷涂材料达到的该块体密度(bulk density)的百分比。

表I.块体理论密度相对于测量密度，以及孔隙率。

显然，与例如氧化钛或氧化锆相比，ITO具有更低的相对密度和更高的孔隙率水平。铝掺杂的氧化锌显示出相对密度降低到接近85％的值。

本方法提供了一种致密化步骤以形成用于稳定溅射的靶。该方法包括使靶产品(例如喷涂靶或者在表面制备后的喷涂靶)进行热等静压(HIP)，从而获得压制或致密化的靶。当在本发明的实施方案中提到“靶产品”时，是指在HIP工艺之前的靶。靶产品可以是这样的喷涂靶，即通过热喷涂获得的靶，其可以在不需要进一步制备的情况下进行HIP工艺，或者它可以是在HIP工艺之前对表面进一步制备之后的喷涂靶。在HIP工艺之后，获得致密化的靶，也称作致密靶，或者简称为靶。

热等静压(HIP)工艺是一种用于降低金属和许多陶瓷材料的孔隙率并增加其密度的制造工艺。该工艺改善材料的机械性能和可加工性。HIP工艺使部件在高压密闭容器中经受高温和等静气体压力。图1示出了示例性容器200，在热喷涂之后其向管状靶产品201提供所需的温度和压力。最广泛使用的加压气体是氩气。优选惰性气体以减少材料与其周围环境的化学反应。加热该腔室，使容器内的压力增加。许多系统使用相关的气体泵送来实现所需的压力水平。压力从所有方向施加到材料(因此术语“等静”)。

该工艺因从金属粉末的金属铸造而众所周知。在50.7MPa至310MPa之间施加惰性气体，通常为100MPa。工艺保温温度范围为482℃(Al铸件)至1320℃(Ni基超合金)。同时施加热和压力，通过塑性变形、蠕变和扩散结合的组合消除内部空隙和微孔结构，同时改善部件的抗疲劳性。主要应用是减少微收缩、固结粉末金属和金属包覆。该工艺也可用于陶瓷复合材料，这给出类似结果，尽管需要调整压力和温度。

因此，HIP工艺可应用于本发明实施方案的靶产品以使其致密化。在一些实施方案中，HIP工艺使靶材料的密度增加理论密度的至少5％，例如至少10％或15％，例如至少20％。因此，压制的靶的密度将为理论密度的至少90％，例如至少95％或98％或99％或甚至更高。这样的靶可主要用于溅射。然而，可提供其它中间步骤和/或完成步骤。

所得靶将具有极高的纯度，其中99.9％的材料意图用于溅射，具有非常低的污染，因为在靶材料中可能不需要粘合剂，正如一些烧结方法的情形。

图2示出根据本发明实施方案的用于制造溅射靶的示例性步骤的流程图。

首先，提供100背衬结构。这可以包括提供载体以形成平面靶或管状靶。它可以包括提供模具，例如平面模具或管状模具等；例如提供具有凹槽的模具，在所述凹槽处可预期高的侵蚀(例如来自等离子体跑道的侵蚀)。在一些实施方案中，提供背衬结构包括提供金属结构，例如金属载体。例如，它可以是廉价的结构，例如不锈钢。它可以是包含以下材料的结构：该材料具有抵抗HIP条件的强度。例如，它可以包含钛。在一些实施方案中，背衬结构包含具有相容的热膨胀系数的材料。在一些实施方案中，提供100背衬结构包括提供结合层，该结合层用以使靶材料更好地和更受控地粘附到载体，例如模具、背衬管等。此外，可选择结合层以使其足够厚并且具有缓冲背衬结构和沉积靶材料之间的差异的机械性能和热性能。例如，结合层可以具有在背衬结构的TEC和喷涂的靶材料的TEC之间的TEC。这对于在进行HIP循环之后保持良好粘附可能是特别重要的。

在提供溅射用材料之前，例如在喷涂和致密化所述溅射用材料之前，可通过喷涂在背衬结构上提供任选的结合层。提供结合层可包括以可喷涂形式提供具有高熔化温度的材料，并将其喷涂到背衬结构上。可以提供薄的结合层，例如具有如下厚度的层：500微米或更小，例如300微米或更小，例如250微米，或150微米或更小，例如约100微米。例如，该材料可具有至少500℃的熔化温度，例如至少900℃，例如至少1000℃。在一些实施方案中，该材料可以包括钛、镍、镍-铝合金、铜或它们的混合物。

高熔化温度确保至少在随后喷涂材料以形成喷涂产品的过程中发生结合。在一些情形中，在最终产品中，在HIP工艺之后，由于结合材料的相对高的熔化温度，结合材料将作为背衬结构和致密化材料之间的层存在。在替代情形中，该材料可以在背衬结构的材料和/或溅射用材料之间扩散，形成组成梯度而不是层，从而进一步改善溅射用材料和背衬结构之间的结合。

然而，本发明的方法不限于使用结合层，并且在HIP之前可以将靶材料直接喷涂在裸背衬结构材料上以提供喷涂产品。

在一些实施方案中，提供100背衬结构可包括提供单片背衬结构，以便提供至少600mm的靶片，例如至少800mm，例如1m，或2m，或4m或更大，例如800mm或更大的管，从而允许提供用于溅射大面积的单片大靶，例如玻璃板或类似物。

在一些实施方案中，提供背衬结构包括提供用过的靶，例如包含载体和剩余的未侵蚀材料，其中凹槽是在所述靶的先前溅射期间由等离子体跑道产生的实际侵蚀凹槽。因此，本发明的制造靶的方法可用于使靶恢复为具有高度致密的靶材料，具有接近理论密度(块体材料的密度)的密度，其中靶材料包含挥发性陶瓷材料。

通过热喷涂将靶材料施加101到背衬结构，以获得喷涂靶。例如，该部分陶瓷材料本身可以被热喷涂。热喷涂101靶材料可以包括等离子体喷涂、火焰喷涂、高速氧燃料喷涂或任何其它技术。

在一些实施方案中，施加101靶材料包括热喷涂挥发性材料，从而获得喷涂靶，该喷涂靶包括至少60％、例如至少70％的该挥发性材料，例如ZnO、In₂O₃、SnO₂、WO₃，或其混合物或化合物；例如SnO₂和In₂O₃；例如ITO通常包含至少80重量％的In₂O₃和小于20重量％的SnO₂；例如以90:10的组成比。其它混合物或化合物包括氧化锡和铟、氧化锡和氧化铟、ITO和金属锡。在专利EP2294241B1的[0018]、[0019]、[0025]段中给出了一些例子。

应注意，SnO₂在1800℃-1900℃升华，而熔点为1630℃，因此升华发生在比熔化温度高9.5％至14.3％的温度下。在1974℃下，ZnO通过升华而分解，因此熔化温度和沸腾温度被认为是相同的(0％差异)。In₂O₃在2000℃以下分解，而熔点为1910℃，因此在比熔点温度高4.5％的温度下发生分解。WO₃显示出在1700℃的沸点温度，而熔点为1473℃，因此沸腾温度比熔化温度高出约13.3％，尽管一些来源表明氧化钨可在低于750℃升华，在200℃和1100℃之间，这低于熔化温度。氧化铟锡(取决于确切的组成)在约900℃开始分解，而熔化温度通常被认为更高，在约1526-1926℃。关于这些材料的上述阈值温度，在文献中可以发现一些相互矛盾的数据，除其它因素之外特别取决于氧分压和水分含量。

如前所述，这些材料中的一些仍可被喷涂。然而，由于分解和/或升华，喷涂的材料通常会将气体和粉尘带到靶材料。据认为，喷涂材料的分解和/或升华引起这些问题。

在本发明的实施方案中，通过热喷涂背衬结构来提供101靶材料包括：喷涂与形成背衬结构的材料相同的材料。因此，与TEC相容性相关的问题得以缓解。例如，制造靶材的方法可以包括通过将相同材料热喷涂在侵蚀靶上(所述侵蚀靶是背衬结构)对所述靶进行再填充。

从喷涂的靶，可以获得靶产品102。例如，该靶产品可以是尺寸(例如长度)为600mm或更大的单片；例如800mm或更大。在一些实施方案中，喷涂的靶本身可以是靶产品，然后可以使靶产品经受103热等静压(HIP)。例如，如果刚喷涂的材料的初始密度足够高和/或不包含开孔，则喷涂的靶可以被“原样”放置在HIP容器中。

在替代实施方案中，使喷涂的靶经受105进一步的制备步骤，主要是表面制备，从而获得由包含靶材料的单片制成的靶产品。例如，如果不能从喷涂的靶“原样”实现完全致密化(例如由于开孔的存在)，则可以进行该中间制备步骤。

例如，中间步骤可以包括通过研磨和/或抛光106所述靶来封闭表面开孔。抛光所述靶导致具有特征光泽的光滑表面，这表明粗糙度正在降低，并且开孔的密度也可降低。

作为补充或作为替代，中间步骤可以包括用适于封闭开孔的涂层涂覆107所述喷涂靶的表面，例如提供很少的材料层使得表面孔隙封闭。在本发明的实施方案中，孔隙被覆盖和封闭，而不是渗透。不太希望填充孔隙，因为一旦它们被填充，则热等静压处理就不能封闭它们，并且其密度和均匀性不易控制，从而其可能受到负面影响。孔隙的渗透可导致靶材料在大的深度上被渗透材料污染，并且其不是期望的情况。例如，可以使用厚度为2mm或更小、例如1mm或更小的层，例如500μm或更小，例如300μm或甚至更薄，例如100μm。可以使用覆盖材料来进行该中间涂覆步骤。可将涂层均匀地提供在靶材料上方，因此涂层具有均匀的厚度。在一些实施方案中，可以通过喷涂108(例如热喷涂)进行涂覆。然而，本发明不限于热喷涂，并且可以通过冷喷涂、溅射、气相沉积以及与随后的HIP工艺相容的任何其它技术来进行进一步的涂覆，并且优选地，其允许封闭所述表面孔隙而不是用覆盖材料填充它们。优选地，在HIP期间，涂层不引起脱气，从而有利地提供对容器200污染较少的安全HIP工艺(图1)。

在一些实施方案中，覆盖材料是不同于靶材料的材料。例如，覆盖材料可以是金属，例如具有高熔点的金属，例如比在HIP循环期间获得的最大温度高出至少20％，例如高出至少30％，例如为不锈钢(其相对便宜)或钛(其在此后施加至靶的HIP条件下表现出良好的强度)或镍，或具有足够高熔点的金属合金。然而，本发明不限于金属。

在一些实施方案中，覆盖材料可以与靶材料相同。这具有以下优点：在HIP之后，不需要去除覆盖材料。例如，也可以通过喷涂(例如热喷涂)提供覆盖材料，但是在相对于有效喷涂(例如获得高沉积效率)优化致密化的不同条件下喷涂，从而提供孔隙率低于下方靶材料的封盖层。这具有不需要改变设置的优点，例如不需要将喷涂的靶从喷涂室中移除，只需要改变喷涂参数。本发明的优点还在于，由于两种材料是相同的，因此不存在膨胀系数不相容的问题，从而减少HIP工艺期间的裂纹或收缩问题。

在一个说明性实例中，可以用不同的喷涂条件来提供ITO。用于提供ITO靶的材料是昂贵的。通常，优化喷涂条件(等离子体、温度、进料速率)以使尽可能少的材料通过喷涂室的通气而浪费。然而，可以调节喷涂条件以改善密度，从而获得具有低孔隙率的表面，其代价是较高量的浪费材料。本发明允许在节省材料(导致次优的密度)的条件下提供大部分靶，最后步骤是在使密度最大化的条件下在表面上提供薄层(few layer)，例如至多半毫米、一或二毫米。材料以较高的速率浪费，但持续的时间非常有限。

因此，从喷涂的靶，通过制备105喷涂靶的表面可以获得靶产品。可以直接对靶产品进行所述HIP。

本发明提供无需罐子的HIP。所述罐子优选地需要紧密地匹配靶产品从而允许最佳的致密化。相比之下，直接在表面上提供涂层，而罐子需要定制设计以适应表面形貌。罐子通常还需要焊接到喷涂的靶上并抽真空，从而减少污染。另外，它会带来收缩的问题。所使用的质量大于利用涂层的情形，因此它比薄涂层产生更多的收缩问题。在本发明的一些实施方案中，直接对靶产品进行HIP工艺，因此将无罐子的靶产品引入容器200。

进行103HIP循环可以包括在良好控制的加热下使靶产品经受极高的压力，具有升温、稳态和冷却曲线(profile)。压力可以是例如10MPa或更高，例如50MPa、100MPa或超过200MPa，或者其间的任何值。可以进行加热，例如高达600K，优选更热，例如高达1000K，或高达1400K或甚至更高，例如超过1800K，或者其间的任何值。压力和温度的具体值取决于所用的材料。典型地，温度需要高于对金属的温度。

引入HIP循环来致密化靶材料，以实现热喷涂靶和烧结靶的优点。因此，可以提供横跨靶具有恒定组成的单片靶，而不需要额外的结合(其可限制溅射期间的最大可实现功率)。由于可以作为单片形式提供靶，因而不需要在靶上存在间隙，所述间隙会引起缺陷和电弧。典型地出现在低密度靶上的伪影(Artifact)被减少或避免。这些伪影包括例如结节或粉尘形成，其导致电弧和不稳定的过程，从而可能在沉积的溅射涂层中引起缺陷。

溅射靶材料可被致密化到该材料(块体材料)理论密度的至少95％，例如理论密度的大于97％，或大于98％，甚至大于99％。

可以设计和调整HIP循环以便对致密化靶的一些方面进行优化，同时保持靶的完整性。致密化允许达到接近理论密度的密度。可以消除内部孔隙，这提供了平滑的侵蚀轮廓和更久的均匀溅射。机械性能也得到改善(改善的延展性和/或抗疲劳性或抗冲击性)。HIP工艺还改善了靶材料与背衬结构的结合，例如通过扩散至背衬结构的结合。HIP还可以有助于喷涂层的应力松弛。

HIP工艺的设计和调整包括温度、压力、以及HIP循环期间的压力曲线和温度曲线(例如加热/再加热、冷却、加压等的速率)。

在一些实施方案中，致密化的靶可以容易地用于溅射。在替代性实施方案中，致密化靶的表面可任选地经受109进一步处理，从而在HIP工艺之后修整靶。

可通过如下方式去除由施加封盖层(其可能含有不希望元素)可能引起的任何污染：使靶经受109修整步骤，例如研磨和/或抛光110，然而可以使用其它步骤，例如化学处理等。此外，在进行HIP工艺之后，即使不直接在喷涂(和任选地抛光)的靶上使用封盖层，靶材料的顶部形态(最接近表面的材料)也可能偏离其块体性能。该部分可被有利地去除。例如，在没有封盖层的情况下进行HIP循环可以在顶部保持一些孔隙率(在材料中具有有限程度的开孔)，而较深的空隙是最初已封闭的孔并且被致密化。

例如，进一步的处理可以包括去除覆盖保护层。如果使用具有不同于靶材料的材料的涂层，则完成该过程可包括从靶上去除包括涂层材料的第一层。

在一些实施方案中，可以获得至少一个尺寸为至少600mm、例如800mm的致密靶(例如，管状靶的轴向长度，矩形或正方形靶的边长或对角线)，例如与背衬结构一样大的单个靶，无缝且为单片，或者在大型平面靶中至少具有极少的拼贴件，其中至少一片的尺寸是整个靶的背衬结构的一个尺寸的大于50％，例如与整个靶的背衬结构的一个尺寸一样大。密度可以是90％或更高，例如95％或更高，即使使用挥发性材料作为靶材料，例如靶材料的超过60％或70％、例如超过80％或甚至至少90％是挥发性陶瓷材料。

所得靶可以是高纯度的，例如99.9％的靶材料意图用于溅射。靶材料中不需要包含其他材料，例如粘接化合物，因为其为使用烧结靶的情形，因此不会留下残留物。

所述靶可优选是导电的，因此能够提供低于RF的频率的溅射。例如，它可以包括导电材料。例如，所述靶可以具有1000Ohm.cm或更小的电阻率，优选低于100Ohm.cm，更优选低于10Ohm.cm，甚至低于1Ohm.cm。本发明实施方案的一个优点是所述靶具有足够高的电导率，使得它可以与适合于提供光学涂层的低频AC溅射工艺(例如低于200kHz，例如70kHz或更低，例如30kHz或更低)，或甚至DC溅射工艺一起使用。可以通过公开申请WO2020099438A1的图8和图9以及相应段落中所示的任何方法来测量电阻率。

优选地以单片形式提供靶，该单片可以容易地用于溅射，而不需要组装多个片。本发明不限于此，并且靶可以包含多于一个片。例如，图3示出了一个示例性实施方案，其中平面靶10具有四个片11、12、13、14，它们遵循跑道形状20。在现有的靶中，至少最长(X方向)的中心片通常由许多拼贴件形成。与此截然不同，在本发明的实施方案中，每个中心片11、12可被制造成一个单片。它们可以覆盖背衬结构长度的超过一半。

本发明的方法可用于制造管状靶或平面靶。背衬结构可以是非平面的。例如，它可以是凹形的。例如，它可以是弯曲板。例如，它可以是具有用于积聚材料的凹槽的模具或块状物(block)，用于主要在最多溅射区域上提供材料。

这种背衬结构的细节示于图4中。结构300可以是具有凹槽302的块状物301，例如具有正弦或高斯形状等的平滑凹槽。当块状物301在溅射工艺期间用作靶的背衬结构时，可以调整凹槽302的方向以便沿着跑道，因为在溅射装置中所述磁体和块状物的相对位置确定了跑道的位置，并且它可以是预定的。喷涂背衬结构300的优点是可在结构300上选择性地提供材料。这意味着凹槽302可以接收比凹槽302侧面的区域多得多的喷涂材料。

图5示出了在凹形背衬结构上的热喷涂和HIP的两种示意性路线。顶部图501示出了图4的块状物301的截面。最左边的中间图502示出了包含挥发性材料的靶材料303，该靶材料已被热喷涂在块状物301上，从而形成喷涂的靶产品401。在图5所示的实施方案中，层的喷涂因设计是不均匀的。其被制造使得靶材料303的喷涂层的最大厚度接近或重合于凹槽的最深点。如本发明的第一方面中所解释的，由于所喷涂的材料包含大量的挥发性材料(例如60％或更多)，因此密度低于理论密度，具有高水平的孔隙率。此时，如果表面孔的数量少(或者在通过后处理如抛光来去除开孔之后)，则可使靶产品经受HIP。靶材料致密化，例如相对于理论密度而言更致密达20％；从喷涂材料中去除孔隙，从而形成致密的靶材料304，体积减小并且轮廓305变平，如最左边的最低图503所示。因此，靶402主要在产生跑道的区域上(因此，在最高侵蚀的区域中)具有靶材料。这允许非常有效地利用靶材料。

在一些实施方案中，在对靶产品进行HIP工艺之前，可在喷涂材料303上提供任选的表面处理、涂覆或封盖层306，如最右侧的顶部图504所示。覆盖材料的这种涂层可用于封闭材料中的任何开孔，例如通过在顶部提供材料，使得开孔被封闭，因此不需要提供具有定制粘度和表面张力的材料来填充孔隙。如前面参考表面制备105(图3)(特别是涂层107)的方法步骤所解释的，该表面制备可以通过喷涂108进行，例如冷喷涂或热喷涂，或通过与HIP加工相容的其它手段来进行，优选不表现出脱气的安全方法。该涂层提供封盖层306，该封盖层具有比喷涂靶的下方表面更低的孔隙率，并且具有均匀的厚度，例如1mm或更小的厚度，例如低至100微米。在一些实施方案中，其厚度大于0.5mm。覆盖材料可以是不同于靶材料(例如金属)的材料，或者它可以包含靶材料中的一些材料，或者它可以是相同的材料，但是以优化密度的方式提供。涂覆的喷涂靶产品403可以经受如上所述的HIP工艺，因此轮廓变平，从而提供致密的靶材料层304，其中靶材料主要提供在侵蚀区上，如最下最右边的图505所示。如果覆盖材料与靶材料相同，则在HIP工艺之后获得的靶404可以用于溅射。否则，可以如前面所解释的那样通过去除后HIP封盖层316来进行修整步骤，从而获得没有覆盖材料的靶402。在管状靶的情形中，修整步骤可以包括例如通过研磨等为管状靶提供圆柱形状。

在第二方面，本发明涉及溅射靶。例如，可以根据第一方面的实施方案提供溅射靶。所述靶是包含溅射用陶瓷材料的单片。在一些实施方案中，所述材料的绝对沸腾或分解温度比其熔化温度高出不到30％，或者其在熔化期间或熔化之前挥发或分解。例如，它可能具有升华温度。所述靶的材料密度是其理论密度(或块体材料的密度)的至少90％，例如至少95％，例如至少98％。在一些实施方案中，至少40质量％的靶材料是挥发性陶瓷，例如50质量％，例如60质量％或70质量％或更多。用于溅射的靶材料是喷涂材料，其随后与背衬结构一起经受热等静压。因此，溅射靶包括背衬结构，该背衬结构具有用于在其顶部溅射的喷涂和致密化的靶材料。这在背衬结构和靶材料之间产生结合，具有来自粗糙度和机械锁定的互连结构，例如在喷涂和HIP工艺期间通过扩散得以促进。这明显不同于通过焊接或以其它方式将致密化靶材料的独立片附接到背衬结构的结合。在本发明的实施方案中，可以不存在熔化温度低于500℃的材料的焊料层。

在一些实施方案中，所述靶的一个尺寸覆盖背衬机构的至少一半或更多，例如全部背衬结构。例如，所述靶的一个尺寸为至少600mm，例如至少800mm，或1m、2m、甚至4m。例如，矩形靶的侧面或管状靶的轴线可以具有这些尺寸。溅射靶可以是无缝靶，以单件形式制成而没有接缝等。在一些实施方案中，它可以是靶组装体，其中至少一个(例如所有片)具有至少600mm的尺寸，例如800mm的尺寸，从而减少电弧或粉尘形成的中心。这些靶可用于溅射大的基底，例如玻璃板等。该方法也可用于再填充通过烧结初始制备的靶，例如在背衬结构包括较小的拼贴件时。

靶材料可优选是导电的，因此能够提供低于RF的频率的溅射。例如，它可以包括导电材料。例如，所述靶可以具有1000Ohm.cm或更小的电阻率，优选低于100Ohm.cm，更优选低于10Ohm.cm，甚至低于1Ohm.cm。本发明实施方案的一个优点是所述靶具有足够高的电导率，使得它可以与适合于提供光学涂层的低频AC溅射工艺(例如低于200kHz，例如70kHz或更低，例如30kHz或更低)，或甚至DC溅射工艺一起使用。可以通过公开申请WO2020099438A1的图8和图9以及相应段落中所示的任何方法来测量电阻率。

在本发明的实施方案中，背衬结构可以是平板或弯曲板，从而提供平面靶。在一些实施方案中，背衬结构可以是管状，例如是圆筒形。它可以包含导电材料(充分导电，从而不妨碍溅射)。例如，它可以包括不锈钢，该不锈钢是廉价的。它可以包含钛，钛具有良好的热稳定性和机械稳定性。它还可以包含铜，或铝，或具有有利的导电性和导热性的任何金属或合金。它可以包含具有与靶材料相似组成或相同组成的材料。例如，可使用旧靶作为背衬结构，从而提供靶再填充。本发明不受这些实例的限制。可以将靶材料直接提供在背衬结构上，而不需要粘合剂层，例如通过在背衬结构上热喷涂靶材料。

在一些实施方案中，可以提供结合层以便改善喷涂靶材料的粘附。可以调整结合层的厚度、其机械性能和其热性能以缓冲背衬结构和沉积的靶材料之间的差异。特别地，可以选择该材料，使得其热膨胀系数(TEC)可在背衬结构的TEC和喷涂靶材料的TEC之间。因此，靶材料的粘附性及其完整性受制造工艺期间的收缩效应或温度效应的影响较小。

任选的结合层或结合涂层可以包含具有至少500℃、例如至少900℃或更高、例如1000℃或更高的熔化温度的结合材料，可以在喷涂靶材料之前将所述结合材料提供在背衬结构上。也可以通过喷涂提供所述结合材料。如果存在时，厚度可以是500微米或更小，例如300微米或更小，例如250微米或更小，或150微米或更小，例如约100微米。在一些实施方案中，该材料可以包括钛、镍、镍-铝合金、铜或它们的混合物。

如果存在，所述结合材料可在背衬结构和致密化材料之间形成层。在一些情形中，该材料可以在背衬结构和溅射用材料之间扩散，从而形成组成梯度而不是边界清楚的层。

图5示出了在背衬结构是凹形的情况下提供平面靶的可能途径，从而提供根据本发明实施方案的靶。

在替代实施方案中，背衬结构可以是凸形的，例如管状靶，本发明不限于圆柱形状。在该情形中，本发明提供管状靶。任选地，如同平面靶的情形，在更多侵蚀发生的相对末端处，凸形靶的形状可以更薄。正如前述，可以调节喷涂，从而在侵蚀较大的区域上提供较大量的材料。

图6示出了具有管状形状的喷涂靶产品600的纵向截面，其包括中空管状背衬结构601和覆盖所述背衬结构601的陶瓷靶材料的喷涂层602。在该附图和后面的附图中，本体的中心轴由虚线表示。中空管状背衬结构可以例如是模制的。在本发明的一些实施方案中，模制的背衬结构601在末部处较薄，在所述末端上方已喷涂了较高量的材料602。图6的喷涂靶产品600示出了致密覆盖材料的任选封盖层603，用以从靶产品表面减少或去除孔隙结构，这类似于平面靶的涂层306。

喷涂后得到的靶产品600可以如上所述进行HIP处理。所得靶将是管状靶，基本上是圆柱形，因为密度随着体积减小而增加，特别是在模具呈现出模制凹槽的端部处。如果需要的话，在HIP之后可以去除封盖层603，如前所述。可以在管状背衬结构600的内部进行另一修整步骤，以提供所需的内径性能。

图7示出了替代性实施方案的截面，其中喷涂的靶产品700包含设置在需要再填充的侵蚀靶701上的喷涂材料702。该侵蚀靶包括载体710和覆盖载体710的侵蚀材料711，所述载体710是空心管。与模制背衬结构601的情形一样，端部变薄，在该情形中这是由于在溅射期间因跑道的形状从而在靶的端部处的较强侵蚀。喷涂的材料主要被提供在侵蚀的凹槽上方，但是也可以在材料的其余部分上方喷涂较薄的层。优选地，喷涂的靶材料702是与背衬结构中的覆盖载体710的材料711相同的材料。如前所述，可提供任选的封盖层703以便在HIP工艺之前封闭表面上的开孔。

在HIP工艺之后，根据本发明实施方案得到的靶800示于图8中。喷涂的靶材料702被致密化，体积减小并且轮廓变平，从而在背衬结构701周围提供高度致密的材料802。表面变得规则，具有恒定半径或几乎恒定半径的圆柱形轮廓。因此，根据计划将靶用于其上的磁控管的性能，所述管状靶可以是圆柱形的直管或者狗骨形管状靶。如前所述，在HIP之后，可以任选地去除封盖层803。

图9中示出了根据本发明实施方案的管状靶900，其中管状靶是圆柱形靶，载体管是背衬结构901。通过热喷涂和随后的HIP工艺在背衬结构901的表面上方均匀地提供靶材料902。也可以提供任选的封盖层903。

应注意，该方法可用于制造根据本发明第二方面的实施方案的靶，例如再填充靶，从而提供第二方面的靶。

Claims (19)

1.一种制造溅射靶的方法，包括以下步骤：提供背衬结构，提供靶材料，所述靶材料包含用于喷涂的陶瓷靶材料，随后在所述背衬结构上方热喷涂所述靶材料，从而提供靶产品，其中所述靶材料的至少40质量％、例如至少50质量％包含陶瓷靶材料，和随后对所述靶产品进行热等静压从而增加靶材料的密度。

2.根据前一权利要求所述的方法，其中进行热等静压包括在没有罐子的情况下进行等静压。

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中提供陶瓷靶材料包括提供挥发性材料，其中所述挥发性材料在700hPa至1300hPa的压力下表现出：

-升华温度，或

-熔化温度和绝对沸腾或分解温度，

所述靶挥发性材料的绝对沸腾和/或分解温度比其熔化温度高出不到30％，或低于其熔化温度。

4.根据前一权利要求所述的方法，其中所述挥发性材料占总靶材料的至少60质量％，例如至少70质量％或至少80质量％或者至少90质量％。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中用于溅射的陶瓷材料包括氧化铟锡、ZnO、或SnO₂、或In₂O₃、或WO₃中的任一种或其任何组合。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中提供喷涂靶产品包括提供具有以下密度的靶产品：材料的理论密度的低于90％，例如低于85％，例如低于80％，并且其中进行热等静压包括使靶密度增加其理论密度的至少5％，例如至少10％，例如至少15％，例如至少20％，任选地获得如下的总体靶材料密度：其理论密度的至少95％，或至少98％，或至少99％。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述方法适于提供电阻率低于1000Ohm.cm的致密化陶瓷靶材料。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中提供背衬结构包括提供包含凹槽的传导模具，所述凹槽适于与溅射跑道重叠，其中热喷涂包括在凹槽内的区域处热喷涂大量材料而在凹槽外的区域上热喷涂少量，任选地其中提供包含凹槽的传导模具包括提供侵蚀的靶，其中制造溅射靶的方法包括再填充和恢复所述侵蚀的靶，任选地其中提供背衬结构包括提供管状背衬结构，例如圆柱形背衬结构，例如成形的管状背衬结构。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括在进行热等静压之前用孔隙率低于喷涂靶的材料的封盖层涂覆所述喷涂靶的表面，以去除表面孔隙。

10.根据前一权利要求所述的方法，还包括利用材料封盖层涂覆表面，所述材料封盖层包含与喷涂靶相同的材料或者由与喷涂靶相同的材料组成，具有比喷涂靶更高的密度。

11.根据权利要求9或10中任一项所述的方法，其中通过喷涂来提供所述封盖层。

12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括在进行热等静压之前抛光所述喷涂靶的表面。

13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括在进行热等静压之后部分地或完全地去除所述靶的外层。

14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括在喷涂之前提供结合层，其中所述结合层的厚度为500微米或更小。

15.根据权利要求14所述的方法，其中通过热喷涂来提供所述结合层。

16.一种溅射靶，所述溅射靶包含背衬结构，所述背衬结构设置有包含用于溅射的陶瓷材料的单片，其中在700hPa和1300hPa之间的压力下，所述材料表现出升华温度，或者所述材料的绝对沸腾或分解温度比其熔化温度高出不到30％，或者所述材料在熔化之前分解，其中所述溅射靶包含介于背衬结构和靶材料之间的结合层，所述结合层的厚度为0μm至500μm，所述靶材料的材料密度为其理论密度的至少95％，例如至少98％。

17.根据前一权利要求所述的靶，其中所述单片具有至少600mm的长度，例如至少800mm。

18.根据权利要求16或17所述的靶，其中用于溅射的陶瓷材料包括氧化铟锡、ZnO、或SnO₂、或In₂O₃、或WO₃中的任一种或其任何组合。

19.根据权利要求16至18中任一项所述的靶，其通过权利要求1至15任一项的方法提供。

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