DE60211309T2

DE60211309T2 - Regeneration von tantalsputtertargets

Info

Publication number: DE60211309T2
Application number: DE60211309T
Authority: DE
Inventors: Inc. AIMONE; Newton c/o H. C. Starck; Inc. KUMAR; Inc. JEPSON; Uhlenhut; Newton H.C. Starck; Goldberg; Howard Newton H.C. Starck
Original assignee: HC Starck Inc
Current assignee: Materion Newton Inc
Priority date: 2001-02-14
Filing date: 2002-02-14
Publication date: 2007-05-24
Anticipated expiration: 2022-02-15
Also published as: CN1221684C; DK1362132T3; EP1362132A4; BG64959B1; EP1362132B1; SK10062003A3; RU2304633C2; MXPA03007293A; PL363521A1; CA2437713A1; DE60211309D1; US20020112955A1; PT1362132E; CN1491294A; IS6911A; AU2002250075B2; WO2002064287A3; BG108059A; ES2261656T3; HUP0400730A2

Description

GEBIET UND HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung dient zur Reduzierung der Recyclingkosten bei der Regeneration von Tantalsputtertargets mit daran angebrachten Grundplattenstrukturen.
Sputtertargets aus hochtemperaturbeständigen Materialien, wie z.B. Tantal und anderen höchstschmelzenden Metallen (Ta-, Nb-, Ti-, Mo-, Zr-Metalle und -Legierungen; Hydride, Nitride und andere Verbindungen davon), die bei der Herstellung von integrierten Schaltungen und anderen elektrischen, magnetischen und optischen Produkten verwendet werden, werden üblicherweise auf nichteinheitliche Weise während des Sputterns erodiert, wodurch es zu einer Vertiefung in Form einer rennbahnähnlichen Vertiefung auf der Betriebsseite des Targets kommt. Damit jegliche Verunreinigung der Substrate oder ein verheerendes Durchbrechen von Kühlflüssigkeiten hinter dem Target verhindert wird, werden die Targets im Allgemeinen lange vor einer Penetrierung des höchstschmelzenden Sputtermetalls außer Betrieb genommen; dabei wird eingesehen, dass ein neues Target erforderlich ist, nachdem lediglich ein geringer Abschnitt des Sputtermetalls verbraucht worden ist. Der Hauptteil des Sputtertargets kann nur zu Schrottpreisen verkauft oder mühsam wiederverwertet werden, und abgesehen davon muss die Grundplatte des Targets entfernt werden und kann zur Wiederverwertung an eine neue Sputtermetallplatte erneut gebunden werden. In der DE 196 26 732 ist ein Verfahren zur Reparatur von Sputtertargets durch Eintauchen eines Heizelements in das geschmolzene Metall beschrieben. Als Beispiel wurde ein Sputtertarget aus Zinn repariert.
Ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung ist das Ersetzen eines solchen Recyclingverfahrens durch Regeneration Tantalsputtertargets, wie nachstehend beschrieben.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Kostensenkung und das raschere Zurückführen gebrauchter Tantalsputtertargets in den betriebsfähigen Zustand.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Mikrostruktur der aufgefüllten Abschnitte, die mindestens gleich gut wie der Rest des Targets ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft, wie in den Ansprüchen dargelegt, ein Verfahren zur Regeneration von Oberflächen gebrauchter höchstschmelzender Tantalsputtertargets durch Auffüllen verbrauchter Oberflächenabschnitte mit verdichtetem Metallpulver. Auf der Sputtertargetfläche wird nach zahlreichen nichteinheitlichen Beschießungen von Argonatomen beispielsweise eine Vertiefung in Form einer rennbahnähnlichen Vertiefung oder eine andere Erosionszone ausgebildet. Die verbrauchte Oberfläche wird durch Ersetzen oder Abscheiden von Tantal und Sinterbindung mittels Laser oder Elektronenstrahlerhitzen zum Sintern oder Plasmaentladung gekoppelt mit Abscheidung regeneriert. Der Einsatz dieser Verfahren ergibt eine völlig dichte Beschichtung. Dadurch wird die Notwendigkeit, Tantal aus dem Kupfer zu entkoppeln, die Erosionszone der Tantalplatte mit Tantalpulver zu befüllen sowie HIP-(heißisostatisches Press-)Binden und der Wiederzusammenbau vermieden. Beim Laser- oder Elektronenstrahl-Scan-Sintern oder der Plasmaentladung, gekoppelt mit Abscheidung, kann das Target regeneriert werden, ohne dabei die Grundplatte vom Target abzutrennen. Die verschiedenen Regenerierungsformen ergeben eine aufgefüllte Erosionszone mit einer Mikrostruktur, die dem Rest des Targets ähnlich ist.
Die Erfindung kann auf Tantaltargets angewandt werden (unabhängig davon, ob sie auf einem nichthochschmelzenden Metallträger angebracht sind), die einer/m nichteinheitlichen Erosion, Ätzen, Absplittern oder anderem Metallverlust unterzogen werden.
Die Regeneration eines Tantaltargets beseitigt die Notwendigkeit, das gesamte Produkt wiederzuverwerten, wenn nur ein geringer Teil davon aufgebraucht worden ist. Eine solche Regeneration kann wirtschaftlicher sein als die Wiederverwertung des ganzen Targets. Eine Abtrennung der gebundenen Grundplatte (z.B. Kupfer) ist, wenn überhaupt, mitunter nicht erforderlich. Diese Regenerierung kann je nach Belieben wiederholt durchgeführt werden.
Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen zusammen mit den beigefügten Zeichnungen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 stellt einen Querschnitt eines typischen Targets und einer Grundplatte dar;
2 stellt eine Aufsicht einschließlich einer üblichen Erosionszone dar;
3 ist ein Blockdiagramm des Regenerierungsverfahrens; und
4 stellt in Skizzenform eine Vakuum- oder Inertgaskammeranordnung für das Verfahren der Erfindung dar.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Bezugnehmend auf die 1 und 2 wird eine Tantal-(Ta-)Sputterplatte 12, die an eine Kupfer-(Cu-)Grundplatte 14 gebunden ist, dargestellt, um das Regenerationsverfahren der vorliegenden Erfindung zu veranschaulichen. Zusätzlich zur Grundplatte kann das Sputtertarget eine weitere Komplexität aufweisen, wie z.B. eine daran gebundene Wasserkühlschlange 16, oder kann sogar Teil eines großen Kühlflüssigkeitstanks sein und/oder komplexe Flanschen sowie mechanische und elektrische Befestigungsstrukturen aufweisen. 18 steht für eine typische Erosionszone in Form einer rennbahnähnlichen Vertiefung oder für einen durch Sputterverwendung verbrauchten Bereich auf der Targetoberfläche 20 der Sputterplatte 12.
In 3 ist ein Flussdiagramm zur Durchführung der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Eine Vakuumzone 22 oder Inertgaszone 24 ist für eine verwendete Ta-Cu-Targetanordnung 26 bereitgestellt. Die Erosionszone 18 oder der wie in 2 dargelegte verbrauchte Bereich der Sputterplatte 12 ist mit Pulvern des Sputtermetalls befüllt. Die Pulver sind mittels Laser- oder Elektronenstrahlrasterabtastung an die Sputterplatte 12 gebunden oder daran gesintert 30, um die Pulveroberflächen zu schmelzen, wobei jedoch vollständige Teilchen oder sämtliche Teilchen, die als Nuklei für das Kornwachstum dienen, nicht geschmolzen werden. Das Schmelzen kann während der Pulverabscheidung oder nach Abscheiden auf Schicht-auf-Schicht-Basis erfolgen. Es kann auch eine aus Pulver stammende Folie vorher hergestellt und in die Vertiefung platziert werden. In sämtlichen Fällen wird die Auffüllung zum Selbstbinden und Haftung an das Target gesintert und durch Spanen, Schmirgeln mit Sand oder anderes Schleifätzen und/oder Einbrennsputtern nivelliert 31.
Das nachstehende Beispiel ist eines von vielen zur Veranschaulichung einer Möglichkeit der Durchführung der Erfindung.
Wie in 4 gezeigt, kann ein Sputtertarget 10 in eine Vakuumkammer 32 platziert werden, wobei diese mittels einer herkömmlichen Pumpe 34 evakuiert und mittels eines Gasauffüllungsgeräts 36 durch ein Ventil 38 mit gereinigtem Inertgas (Argon) auf Atmosphärendruck aufgefüllt wurde. Eine Pulverzuführung 40, die mehrere Düsen 42 umfasst, kann mehrfache Hochgeschwindigkeitsströme des Ta-Pulvers von –100 bis 325 Mesh in die Erosionszone 18 oder einen verbrauchten Bereich einführen. Die Pulverzuführung 40 kann entlang der Erosionszone 18 abtasten, oder das Target kann, bezogen auf eine fixierte Pulverzuführung, bewegt werden. Ein Laserstrahl 44 mit 15 bis 20 kW (vorzugsweise 20 bis 25 kW), der mittels Laser 45 gebildet ist, und herkömmliche optische Leser 46, 48, die vollständig in der Kammer 32 oder teilweise außerhalb der Kammer 32 unter Einsatz eines Strahlendurchgangsfensters vorliegen können, können bei Fallen des Pulvers auf Rasterabtastungsweise über die Erosionszone 18 geführt werden, um Pulverteilchenoberflächen zu schmelzen und Teilchen-an-Teilchen-Bindung und kontinuierliche Bindung an den Grund der Erosions zone und wiederholt um die Zone 18 zu ermöglichen, bis diese aufgefüllt ist. Pulvermassenberechnungen und/oder optische Monitore können verwendet werden, um die Beendigung und den Cut-Off der Auffüllung zu bestimmen.
Die Marke Lasform, ein System zur direkten Metallabscheidung von AeroMet Corp., stellt eine für diese Art der Bearbeitung verwendbare Geräteform dar, wie beispielsweise von Abbott et al., "Laser Forming Titanium Component", Advanced Metals & Processes (Mai 1998), sowie von Arcella et al., "Producing Titanium Aerospace Components From Powder Using Laser Forming", Journal of Metals, 28–30 (Mai 2000), beschrieben ist.
Der Laser kann eine Erhitzung nach dem Auffüllen bereitstellen, um das Sintern zu vervollständigen. Getrennte Targetheizer können verwendet werden, um das Target vorzuerhitzen oder zusätzliche Hitze während der Regeneration bereitzustellen.
Die verschiedenen Regenerierungsformen ergeben eine aufgefüllte Erosionszone oder einen verbrauchten Bereich mit einer Mikrostruktur, die dem Rest des Targets ähnlich ist. Es wurden beispielsweise aufgefüllte Erosionszonenprüflinge aus einem Sputtertarget durch das Elektronenstrahlrasterabtastungsverfahren analysiert. Die Härte war typisch für gewalzte und getemperte Tantalplatten mit normaler Abweichung. Die aufgefüllten Erosionszonen waren im Wesentlichen frei von Porosität und Einschlüssen. Die Streckgrenze und Endstreckgrenze entsprachen den ASTM-Erfordernissen.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann das allgemein unbekannte Verfahren der Plasmaabscheidung angewandt werden, um die Pulverplatzierung und die Schmelzschritte miteinander zu kombinieren.

Claims

Verfahren zur Regeneration eines verbrauchten Tantalsputtertargets, folgende Schritte umfassend: das Bereitstellen eines gebrauchten Tantalsputtertargets mit einer Tantalsputterplatte und einer Grundplatte, worin eine Targetfläche der Tantalsputterplatte eine oder mehrere verbrauchte Oberflächenabschnitte umfasst; das Bereitstellen eines Tantalpulvers; das selektive Auftragen eines Tantalpulvers, um jede der genannten einen oder mehreren verbrauchten Oberflächenabschnitte der Tantalplatte teilweise oder vollständig aufzufüllen und so aufgefüllte Abschnitte bereitzustellen; und das Anlegen eines kurzzeitigen, hochenergetischen Strahlungsenergiestrahls lokal auf die aufgefüllten Abschnitte, um Pulverteilchen des Tantalpulvers aneinander und an jeden der einen oder mehreren verbrauchten Oberflächenabschnitte zu binden, um eine Masse aus gebundenen Tantalteilchen zu bilden, wobei der Energiestrahl auf Rasterabtastungsweise über die verbrauchten Oberflächenabschnitte geführt wird, wie das Pulver darauffällt, um die Pulverteilchenoberflächen zu schmelzen und eine kontinuierliche und wiederholte Teilchen-an-Teilchen-Bindung und eine Bindung an die Basis der verbrauchten Oberfläche zu ermöglichen, bis diese aufgefüllt ist und das verbrauchte Tantalsputtertarget regeneriert ist, ohne dass die Grundplatte von der Tantalsputterplatte abgetrennt wird.
Verfahren zur Regeneration eines verbrauchten Tantalsputtertargets nach Anspruch 1, ferner den Schritt des Entfernens überschüssiger Masse aus gebundenen Tantalmetallteilchen umfassend, um die Tantalsputterplatte zu nivellieren.
Verfahren zur Regeneration eines verbrauchten Tantalsputtertargets nach Anspruch 1, worin der Energiestrahl ein Laserstrahl oder Elektronenstrahl ist oder der Bindungsschritt Plasmaabscheidung ist.
Verfahren zur Regeneration eines verbrauchten Tantalsputtertargets nach Anspruch 1, worin der Energiestrahl in einer Vakuumumgebung angelegt wird.
Verfahren zur Regeneration eines verbrauchten Tantalsputtertargets nach Anspruch 1, worin der Energiestrahl in einer Inertgasumgebung angelegt wird.
Verfahren zur Regeneration eines verbrauchten Tantalsputtertargets nach Anspruch 2, worin der Schritt des Entfernens überschüssiger Masse aus gebundenen Metallteilchen, um die Sputterplatte zu nivellieren, aus Spanen, Schmirgeln mit Sand, Schleifätzen oder Einbrennsputtern besteht.
Verfahren nach Anspruch 1, worin der Energiestrahl Hitze nach dem Auffüllen bereitstellt, um den Sintervorgang abzuschließen.