JP6343564B2 - スパッタリングターゲットの噴霧侵食復活 - Google Patents

Description

（関連出願）
本願は、２０１１年１２月１６日に出願された、米国仮特許出願第６１／５７６，６５３号の利益を主張し、該米国仮特許出願に対する優先権を主張するものである。該米国仮特許出願の全体は、参照により本明細書中に援用される。

（技術分野）
種々の実施形態では、本発明は、金属および／または非金属粉末の噴霧堆積、特に、スパッタリングターゲットの侵食の復活のための冷間噴霧堆積に関する。

（背景）
物理蒸着技法である、スパッタリングは、種々の基板のいずれにおいても、高度に制御可能な組成および均一性を伴って、種々の材料の薄膜を堆積させるために、多くの産業において利用されている。スパッタリングプロセスでは、堆積される材料のスパッタリングターゲット（または、その構成要素）は、エネルギー粒子によって衝突を被り、したがって、ターゲット材料の原子を基板に向かって噴出する。従来の新しい（すなわち、未使用）平面スパッタリングターゲットは、平坦な丸形または平坦な準長方形形状を有する。例えば、図１は、長方形角柱として理想化された新しいスパッタリングターゲット１００を描写する。（実際は、平面スパッタリングターゲットは、典型的には、丸みを帯びた角を伴う、準長方形である、または丸形でさえある。）スパッタリングの際、本形状は、侵食され、ターゲットの「耐用年数終了時」（すなわち、使用済みターゲットが、新しい本来のターゲットと交換される時点）までには、典型的には、ターゲット材料の一部のみ、利用されている。したがって、スパッタターゲットのユーザは、典型的には、残りのターゲット材料（したがって、元々のターゲットの残りの価値の大部分）を廃棄しなければならない。米国特許出願公開第２００８／０２１６６０２号明細書（特許文献１）および米国特許出願公開第２００８／０２７１７７９号明細書（特許文献２）（その開示全体は、参照することによって本明細書に組み込まれる）に説明されるように、本利用動態は、噴霧堆積、例えば、冷間噴霧を介して、スパッタターゲットを復元のための良好な候補にする。

しかしながら、スパッタリングターゲットは、典型的には、ターゲットの耐用年数終了時には、非常に不規則な表面を提供するような様式で侵食される。本不規則表面は、使用済みスパッタターゲットの一部の可変表面プロファイルを図示する、図２に示されるように、異なる深度における幅のばらつき、表面に沿った異なる侵食度深度、および元々の表面に対して大きく異なる角度を伴う表面によって特徴付けられる。使用済みスパッタリングターゲットの不規則および／または複雑な表面は、噴霧復元プロセスの有効性を損なわせる傾向にある。例えば、噴霧堆積が、そのような表面に効果的であっても、堆積される材料は、弱結合され、容認不可能なほど高レベルの多孔率を有する傾向にある。さらに、そのような不規則および／または複雑な表面上への複合粉末（すなわち、複数の要素の混合物）の噴霧は、局所組成のばらつきをもたらす傾向にある。したがって、元々のターゲットのものと同等の特性（例えば、微細構造特性、多孔率、結合強度）を有する、復元されたターゲットを提供する、侵食されたスパッタターゲットのための改良された噴霧侵食の復活プロセスの必要性が、存在する。

米国特許出願公開第２００８／０２１６６０２号明細書 米国特許出願公開第２００８／０２７１７７９号明細書

本発明の実施形態は、不規則表面の各局所化された部分と噴霧堆積噴流（すなわち、堆積装置から推進され、ターゲット表面に衝打する、粉末流）との間の傾斜角を約４５°を上回って（好ましくは、約６０°を上回って）維持することによって、噴霧堆積（例えば、冷間噴霧）を介して、使用済み（すなわち、侵食された）スパッタターゲットの効率的かつ効果的復元を可能にする。図３は、噴霧堆積ガン３２０からの粒子３１０の噴流とターゲット表面３３０との間の傾斜角３００を図式的に図示する。示されるように、傾斜角３００は、９０°の最大可能値を有する。傾斜角を約４５°〜約９０°の好ましい範囲内に維持することは、低多孔率、消耗済みスパッタリングターゲットのものと同様の非ガス状不純物含有量、消耗済みターゲット（例えば、元々噴霧堆積によって形成されていない鍛造ターゲット）と同等またはそれより微細な粒度および化学均質性、およびターゲット材料への高品質の機械的および／または冶金結合を有する、噴霧堆積された層による、使用済みスパッタターゲットの侵食された面積の充填を可能にする。

さらに、本発明の好ましい実施形態は、最大表面深度（すなわち、使用済みターゲットにおける最大侵食度と最小侵食度（例えば、元々の上部表面および／または復元後の上部表面）との間の差異）９ｍｍ未満、好ましくは、６ｍｍ未満、またはさらに３ｍｍ未満を有する、使用済みスパッタターゲットを復元するためのターゲット材料の噴霧堆積を伴う。

有利には、驚くことに、噴霧復元の際、前述の好ましい傾斜角を利用する本発明の実施形態は、高機能噴霧制御ソフトウェア、表面撮像システム、または複雑な（例えば、非直線状の）運動が可能なロボット工学を要求せずに、高品質の噴霧堆積された領域を提供する。小傾斜角を用いた消耗済みスパッタターゲットを復元するための試みは、典型的には、品質不良充填領域をもたらすか、または消耗済み領域を適正に充填するための制御方式および多軸ロボット工学を要求するかのいずれかである。対照的に、本発明の実施形態は、消耗済みターゲットを安価かつ比較的に簡単に復元する。そのような復元（および、結果として生じる復元されたスパッタターゲット）は、エンドユーザが、ターゲット全体ではなく、実際に使用されたスパッタリング材料（その多くは、特殊および／または高価である）の交換に対してのみ支払いを行なうことを可能にする。さらに、本発明の種々の実施形態によると、スパッタターゲットの噴霧復元は、典型的には、本質的に、銅、アルミニウム、またはステンレス鋼等のより低い融点の材料を含む、またはそれから成る、その支持プレートに依然として取着されている侵食されたターゲットを用いて行なわれてもよい。例えば、噴霧されるターゲット材料は、支持プレートより低い温度において、冷間噴霧によって堆積されてもよい。

本発明の実施形態は、復元プロセスのための種々のターゲット材料のいずれかを利用するが、噴霧堆積される材料は、好ましくは、消耗済みターゲットのものである。このように、本発明の実施形態に従って復元されるターゲットは、典型的には、元々は、非噴霧技法、例えば、冷間圧延法および／または熱間等方圧加圧法を利用して加工された元々の未使用ターゲットの実質的に同じ性能および特性を用いて利用（すなわち、スパッタリング）されてもよい。いくつかの実施形態では、ターゲット材料は、１つ以上の耐熱金属、例えば、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｍｏ／Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ、Ｚｒ、およびその混合物または合金を含む、または本質的にそれから成る。いくつかの実施形態では、傾斜角は、ターゲット材料の硬度および／または融点（例えば、ヤング率）の関数として増加される。例えば、より硬く、より脆弱な材料（例えば、変形および磨滅を受けにくいもの）は、噴霧される材料とターゲットとの間の高品質結合の形成を促進するために、約６０°を上回る、またはさらに約７５°を上回る傾斜角で堆積されてもよい。

本発明の種々の実施形態では、侵食されたスパッタターゲットが、提供され、ターゲット非平面表面輪郭を有する。ターゲット材料は、約４５°を上回る傾斜角を維持しながら、輪郭上に噴霧され、ターゲットの表面非平面性は、少なくとも部分的に、噴霧された材料で充填される。いくつかの実施形態では、ターゲットの侵食された領域は、実質的に、完全に充填され、実質的に、平面表面を復元されるターゲットに提供する。他の実施形態では、侵食された領域は、過充填され（ターゲット材料は、ターゲットのあまり侵食されていない、または侵食されていない部分上にさえ噴霧されてもよい）、ターゲットは、続いて、その表面が、実質的に、平坦になるまで、下方に機械加工（例えば、研削）される。侵食されたターゲットは、概して、前述の局所表面非平面性を有する間、ターゲット（図１および２に示されるように）は、元々の表面（故に、復元される）ターゲットに対応するより全体的「表面平面」を画定し続ける。本発明の好ましい実施形態では、本表面平面に対する噴霧されるターゲット材料の噴流の角度は、復元プロセス全体の間、約９０°である。すなわち、噴流（したがって、噴霧装置）の角度は、好ましくは、消耗済みターゲットの表面の局所的非平面性に応答して変化せず、プロセスを単純にし、より安価かつあまり時間がかからないようにする。ターゲット材料の堆積後、復元されたターゲットは、噴霧堆積された材料と元々のターゲット材料との間の結合を強化するように焼鈍されてもよい。焼鈍は、例えば、約４８０℃〜約７００℃、またはさらに約９００℃の温度で、および／または、例えば、約１時間〜約１６時間の間、行なわれてもよい。

ターゲット材料の噴霧堆積に先立って、侵食されたターゲットの表面は、したがって、元々のターゲット材料と新しく堆積された材料との間に、高品質、清浄、かつ実質的に酸化物を含まない界面を提供するように処理されてもよい。例えば、侵食された表面は、噴霧堆積に先立って、グリットブラスト、機械加工、および／またはエッチングされてもよい。本発明の実施形態は、３０％を上回る、またはさらに５０％を上回るターゲット材料が侵食されたときに行なわれ得る、より従来の復元プロセスと比較して、その耐用年数のより初期に消耗済みスパッタターゲットを復元する。対照的に、本発明の実施形態は、３０％未満のターゲット材料が侵食されるとき、および／または侵食されたターゲットの表面輪郭（元々のターゲット材料と復元の際に噴霧堆積されるターゲット材料との間の界面に対応するであろう）が、ターゲットの元々の表面平面に対して４５°を超える角度を形成しないとき（好ましい実施形態では、角度は、３０°を超えない）、スパッタターゲットを復元する。

多くの実施形態では、ターゲットの侵食された表面と噴霧堆積される材料との間の界面は、視覚的におよび／または金属組織学的評価によって検出可能である。例えば、噴霧堆積される材料は、元々のターゲット材料より改良された冶金特性（より微細な粒度およびより微細な化学均質度）を呈し得る。さらに、界面は、検出可能である（すなわち、ターゲットの背景レベルを上回る）が、好ましくは、復元されたターゲットが採用されるスパッタリングプロセスに悪影響を及ぼさない、有限濃度の不純物（例えば、酸素および／または炭素）を組み込み得るため、化学分析を介して検出可能であってもよい。

本明細書に詳述される本発明の実施形態は、主に、元々は、実質的に平面のスパッタリングターゲットに関連して説明されるが、本発明の実施形態は、中空カソードマグネトロン、回転機械、または円筒形ターゲット、または凹凸付きターゲット（例えば、その開示全体が、参照することによって本明細書に組み込まれる、米国特許出願公開第２０１１／０３０３５３５号に説明されるもの等）等の非平面スパッタターゲット、および予期されるスパッタリング誘発侵食の領域に耐用年数延長用「パッド」を伴うターゲットを利用してもよい。平面ターゲットが、２つの直線状方向に平行移動され（すなわち、噴霧堆積ガンに対して）、消耗済みスパッタリングターゲット内の侵食された領域を充填し得る間、回転式ターゲットが、噴霧堆積ガンに対して回転され得、したがって、ターゲットに対して、単一次元においてのみ平行移動する必要があってもよい。

本明細書で使用されるように、「支持プレート」は、スパッタリングターゲットの幾何学形状に応じて、実質的に、平面、管状、または円筒形であってもよく、噴霧堆積の間、ターゲット材料未満および／または噴霧材料の温度未満の融点を有する、１つ以上の材料を含む、または本質的にそれから成ってもよい。支持プレートの例示的材料として、銅、アルミニウム、および／またはステンレス鋼が挙げられる。

ある側面では、本発明の実施形態は、非平面であって、最大表面深度を画定する、陥没表面輪郭を伴う、侵食された領域を有する、侵食されたスパッタリングターゲットを復元する方法を特徴とする。侵食されたスパッタリングターゲット（すなわち、その少なくとも１枚のプレート）は、ターゲット材料を含む、または本質的にそれから成る。噴霧堆積ガンは、侵食された領域上に位置付けられ、ターゲット材料の粒子の噴流の噴霧堆積が、第１の場所において開始され、部分的に、侵食された領域を充填し、噴霧堆積ガンとその真下の侵食された領域との間の傾斜角は、約４５°以上である。侵食された領域は、実質的に、ターゲット材料の粒子を噴霧堆積させながら、（ｉ）噴霧堆積ガンを侵食されたスパッタリングターゲットに対して平行移動させ、（ｉｉ）傾斜角を約４５°〜約９０°の範囲から選択される複数の異なる値に変更し、（ｉｉｉ）侵食されたスパッタリングターゲット上の各場所において、場所における侵食された領域の深度に基づいて、ターゲット材料の粒子の堆積を制御することによって、実質的に充填される。

本発明の実施形態は、種々の組み合わせのいずれかにおいて、以下のうちの１つ以上を含んでもよい。第１の場所の傾斜角は、約６０°を上回ってもよい。噴霧堆積に先立った侵食されたスパッタターゲットの最大表面深度は、９ｍｍ未満、またはさらに６ｍｍ未満であってもよい。ターゲット材料の粒子を噴霧堆積させるステップは、冷間噴霧するステップを含む、または本質的にそれから成ってもよい。第１の場所の傾斜角は、第１の値（例えば、約４５°または４５°〜６０°の値）を有してもよい。実質的に、侵食された領域を充填している間、傾斜角は、（ａ）第１の値から約９０°、（ｂ）その後、約９０°から約第１の値に変化してもよい。スパッタリングターゲットは、実質的に、侵食された領域を充填した後、焼鈍されてもよい。焼鈍は、真空下で行なわれてもよい。実質的に、侵食された領域を充填するステップは、侵食された領域を過充填し、非平面表面を有する、復元されたスパッタターゲットを形成するステップを含む、または本質的にそれから成ってもよい。非平面表面は、復元されたスパッタターゲットの実質的平面表面を形成するように平面化されてもよい。

噴霧堆積ガンは、噴霧堆積の間、侵食された領域の深度変化にかかわらず、実質的に一定率において、侵食されたスパッタリングターゲットに対して平行移動されてもよい。噴霧堆積ガンは、噴霧堆積の間、傾斜角の変化にかかわらず、実質的に一定率において、侵食されたスパッタリングターゲットに対して平行移動されてもよい。ターゲット材料の粒子の堆積率の制御は、侵食されたスパッタリングターゲットに対する噴霧堆積ガンの平行移動率を制御するステップを含む、または本質的にそれから成ってもよい。ターゲット材料の粒子の堆積率の制御は、噴霧堆積ガンに対する粒子流動率を制御するステップを含む、または本質的にそれから成ってもよい。噴霧堆積ガンは、侵食されたスパッタリングターゲットに対して、直線状にのみ、平行移動されてもよい。ターゲット材料は、複数の異なる要素の合金または混合物であってもよい。侵食された領域の深度プロファイルは、噴霧堆積に先立って測定されてもよい。

これらおよび他の目的とともに、本明細書に開示される本発明の利点および特徴が、以下の説明、付随の図面、および請求項の参照を通して、より明白となるであろう。さらに、本明細書に説明される種々の実施形態の特徴は、相互に排他的ではなく、種々の組み合わせおよび順列において存在してもよいことを理解されたい。本明細書で使用されるように、用語「冷間噴霧」は、１つ以上の粉末が、噴霧、例えば、冷間噴霧、運動噴霧、および同等物の間、溶融せずに、噴霧堆積される技法を指す。噴霧される粉末は、堆積に先立って、およびその間、加熱されてもよいが、但し、その融点を下回る温度までである。本明細書で使用されるように、用語「約」および「実質的に」は、±１０％、いくつかの実施形態では、±５％を意味する。用語「本質的に、〜から成る」は、別様に本明細書で定義されない限り、機能に寄与する他の材料を除外することを意味する。それでもなお、そのような他の材料は、集合的に、または個々に、微量として存在し得る。
例えば、本願発明は以下の項目を提供する。
（項目１）
陥没表面輪郭を伴う侵食された領域を有する侵食されたスパッタリングターゲットを復元する方法であって、前記陥没表面輪郭は、非平面であり、かつ、最大表面深度を画定し、前記侵食されたスパッタリングターゲットは、ターゲット材料を含み、
前記方法は、
噴霧堆積ガンを前記侵食された領域上に位置付け、第１の場所において、前記ターゲット材料の粒子の噴流の噴霧堆積を開始し、部分的に、前記侵食された領域を充填するステップであって、前記噴霧堆積ガンとその真下の前記侵食された領域との間の傾斜角は、約４５°以上である、ステップと、
前記ターゲット材料の粒子を噴霧堆積させながら、
（ｉ）前記噴霧堆積ガンを前記侵食されたスパッタリングターゲットに対して平行移動させることと、
（ｉｉ）前記傾斜角を約４５°〜約９０°の範囲から選択される複数の異なる値に変更することと、
（ｉｉｉ）前記侵食されたスパッタリングターゲット上の各場所において、前記場所における前記侵食された領域の深度に基づいて、前記ターゲット材料の粒子の堆積率を制御することと
によって、実質的に、前記侵食された領域を充填する、ステップと
を含む、方法。
（項目２）
前記第１の場所の傾斜角は、約６０°を上回る、項目１に記載の方法。
（項目３）
噴霧堆積に先立った前記侵食されたスパッタターゲットの最大表面深度は、９ｍｍ未満である、項目１に記載の方法。
（項目４）
噴霧堆積に先立った前記侵食されたスパッタターゲットの最大表面深度は、６ｍｍ未満である、項目１に記載の方法。
（項目５）
前記ターゲット材料の粒子を噴霧堆積させるステップは、冷間噴霧するステップを含む、項目１に記載の方法。
（項目６）
（ｉ）前記第１の場所の傾斜角は、第１の値を有し、（ｉｉ）実質的に、前記侵食された領域を充填している間、前記傾斜角は、（ａ）前記第１の値から約９０°に、（ｂ）その後、約９０°からほぼ前記第１の値に変化する、項目１に記載の方法。
（項目７）
実質的に、前記侵食された領域を充填後、前記スパッタリングターゲットを焼鈍するステップをさらに含む、項目１に記載の方法。
（項目８）
実質的に、前記侵食された領域を充填するステップは、前記侵食された領域を過充填し、非平面表面を有する、復元されたスパッタターゲットを形成するステップを含み、さらに、前記復元されたスパッタターゲットの表面を平面化するステップを含む、項目１に記載の方法。
（項目９）
前記噴霧堆積ガンは、噴霧堆積の間、前記侵食された領域の深度の変化にかかわらず、実質的に一定率において、前記侵食されたスパッタリングターゲットに対して平行移動される、項目１に記載の方法。
（項目１０）
前記噴霧堆積ガンは、噴霧堆積の間、前記傾斜角の変化にかかわらず、実質的に一定率において、前記侵食されたスパッタリングターゲットに対して平行移動される、項目１に記載の方法。
（項目１１）
前記ターゲット材料の粒子の堆積率を制御するステップは、前記侵食されたスパッタリングターゲットに対して、前記噴霧堆積ガンの平行移動率を制御するステップを含む、項目１に記載の方法。
（項目１２）
前記ターゲット材料の粒子の堆積率を制御するステップは、前記噴霧堆積ガンへの粒子流動率を制御するステップを含む、項目１に記載の方法。
（項目１３）
前記噴霧堆積ガンは、前記侵食されたスパッタリングターゲット対して、直線状にのみ平行移動される、項目１に記載の方法。
（項目１４）
前記ターゲット材料は、複数の異なる要素の合金または混合物である、項目１に記載の方法。
（項目１５）
噴霧堆積に先立った前記侵食された領域の深度プロファイルを測定するステップをさらに含む、項目１に記載の方法。

図面中、同様の参照文字は、概して、異なる図全体を通して、同一の部品を指す。また、図面は、必ずしも、正確な縮尺ではなく、代わりに、本発明の原理の例証に応じて、概して、強調されている。以下の説明では、本発明の種々の実施形態は、以下の図面を参照して説明される。
図１は、未使用平面スパッタリングターゲットの概略等角表現である。 図２は、本発明の種々の実施形態による、使用済み平面スパッタリングターゲットの侵食された領域の深度輪郭の等角図である。 図３は、本発明の種々の実施形態による、噴霧堆積の間に画定される、傾斜角の略図である。 図４Ａは、本発明の種々の実施形態による、その中に形成された侵食された領域を有する、使用済みスパッタリングターゲットの等角図である。 図４Ｂは、図４Ａに描写される使用済みスパッタリングターゲットの線４Ｂ−４Ｂに沿った断面図である。 図５は、本発明の種々の実施形態による、復元の開始時の使用済みスパッタリングターゲットの断面図である。 図６は、本発明の種々の実施形態による、復元されたスパッタリングターゲットの断面図である。 図７は、本発明の種々の実施形態による、噴霧堆積される材料の随意の平面化前の復元されたスパッタリングターゲットの断面図である。

図４Ａは、本発明の種々の実施形態による、使用済み（または、「消耗済み」）スパッタリングターゲット４００を図式的に描写する。スパッタリングターゲット４００は、典型的には、スパッタリングツール内におけるスパッタリングの間、その中に、プレート４１０の材料の消費によって形成される、侵食された領域４２０を含有する、スパッタリングターゲットプレート４１０を含む、または本質的にそれから成る。プレート４１０は、１つ以上の（例えば、合金または混合物として）スパッタ可能材料、例えば、金属を含む、または本質的にそれから成ってもよい。いくつかの実施形態では、ターゲット材料（すなわち、プレート４１０の材料）は、１つ以上の耐熱金属、例えば、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｍｏ／Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ、Ｚｒ、およびその混合物または合金を含む、または本質的にそれから成る。プレート４１０は、典型的には、スパッタリングのための支持プレート（図４Ａには図示せず、図４Ｂ参照）に結合または別様に添着されるが、プレート４１０は、支持プレートが存在または除去された状態で、本発明の実施形態に従って復元されてもよい。侵食された領域４２０は、典型的には、陥凹された非平面表面輪郭（例えば、図４Ｂに示されるように）を画定し、その各点は、典型的には、元々の（故に、復元された）ターゲットの表面に対応するより全体的「表面平面」に対して実質的に垂直に配向される、噴霧堆積ガンを用いて、傾斜角３００を画定する。図４Ａに描写されるように、本表面平面は、侵食された領域４２０外のプレート４１０の部分に対応する。本発明の他の実施形態では、噴霧堆積ガンは、プレート４１０の全体的表面平面に対して非９０°角度で配置されてもよい。噴霧堆積ガンが配置される角度にかかわらず、角度は、典型的には、復元の間、例えば、侵食された領域４２０の表面輪郭における局所的ばらつきの関数として変化するのではなく、一定に保持される。したがって、複雑な多軸ロボットシステムは、典型的には、本発明の実施形態を実装するために要求されない。むしろ、単純ｘ−ｙガントリ（図４Ａに描写されるｘ−ｙ平面において、プレート４１０および噴霧堆積ガンの相対的平行移動を可能にする）で、典型的には、十分である。

本発明の好ましい実施形態では、侵食された領域４２０の深度プロファイル（すなわち、その中の場所の関数としての深度の測定値）が、プレート４１０の噴霧堆積復元に先立って測定される。例えば、走査装置４３０が利用され、侵食された領域４２０上を走査し、その深度プロファイルを測定してもよい。走査装置４３０は、例えば、ＦＡＲＯ Ｅｄｇｅ測定アーム上にＦＡＲＯ Ｌａｓｅｒ Ｌｉｎｅ Ｐｒｏｂｅを含む、または本質的にそれから成ってもよく、両方とも、ＦＡＲＯ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｉｎｃ．（Ｌａｋｅ Ｍａｒｙ， Ｆｌｏｒｉｄａ）から利用可能である。以下に詳述されるように、侵食された領域４２０の深度プロファイルの測定および知識は、噴霧堆積プロセスが、噴霧堆積ガンに近接する局所深度の関数として制御可能となることを可能にするであろう。侵食された領域４２０の深度プロファイルに関する情報は、噴霧復元プロセスの１つ以上のパラメータを制御するために利用され得る、プレート４１０の３次元モデルを生成するために利用されてもよい。

図４Ｂは、図４Ａにおける線４Ｂ−４Ｂに沿ったスパッタリングターゲット４００の断面を描写し、支持プレート４４０に添着されたプレート４１０を示す。（前述のように、本明細書に詳述される復元プロセスは、支持プレート４４０に添着されたプレート４１０を用いて行なわれてもよいが、支持プレート４４０は、典型的には、明確にするために、残りの図から省略される。）示されるように、侵食された領域４２０は、陥凹された表面輪郭４４０を画定し、侵食された領域４２０は、プレート４１０の表面を下回る最大深度４５０を有する。本発明の好ましい実施形態によると、表面輪郭に対する傾斜角が、好ましい範囲（例えば、４５°〜９０°）内に維持されるために、最大深度は、例えば、約９ｍｍ未満、好ましくは、約６ｍｍ未満、またはさらに約３ｍｍ未満である。典型的には、プレート４１０の全厚は、約１８ｍｍであって、したがって、本発明の実施形態は、侵食された領域４２０の深度が、プレート４１０の総厚の約５０％であるとき、スパッタリングターゲットプレートを復元することを伴う。プレート４１０は、従来、より大きな消費深度に対してスパッタリングされ得るが、侵食された領域４２０の最大深度を制限することは、少なくとも部分的に、好ましい傾斜角の維持を可能にし、したがって、典型的には、ターゲット材料がはるかに大きな深度まで消費されるときに要求されるプロセスほど複雑ではない復元プロセスを可能にする。（したがって、高傾斜角および比較的に低量の総ターゲット消費量における、本発明の実施形態による復元が、より頻繁な復元ならびに付随する費用および機器ダウンタイムを要求し得る場合でも、結果として生じるより高速、低複雑性、かつより安価な復元は、驚くことに、より頻繁に行なわれるが、全体的プロセスコストの観点から、それを補償し得る。）

侵食された領域４２０に関する深度情報が取得された後、プレート４１０は、噴霧堆積によって復元されてもよい。好ましくは、噴霧堆積プロセスは、冷間噴霧を含む、または本質的にそれから成り、プレート４１０の材料（典型的には、プレート４１０を復元するために噴霧堆積される材料に対応する）および／または支持プレート４４０の材料の融点を下回って行なわれる。噴霧堆積に先立って、侵食されたプレート４１０の表面は、元々のターゲット材料と新しく堆積される材料との間に、高品質、清浄、かつ実質的に酸化物を含まない界面を提供するように処理されてもよい。例えば、侵食された表面は、噴霧堆積に先立って、グリットブラスト、機械加工、および／またはエッチング（例えば、酸を用いて）されてもよい。随意の表面処理後、噴霧堆積は、噴霧堆積ガン５００を侵食された領域４２０上に位置付けることによって始動される。噴霧堆積ガン５００は、噴霧堆積システム（例えば、冷間噴霧堆積システム）、例えば、１９９２年２月２日出願の米国特許第５，３０２，４１４号、１９９９年６月２９日出願の米国特許第６，１３９，９１３号、２００１年５月２日出願の米国特許第６，５０２，７６７号、または２００１年１１月３０日出願の米国特許第６，７２２，５８４号（そのそれぞれの開示全体は、参照することによって本明細書に組み込まれる）に説明されるシステムのうちの１つの一部である。噴霧堆積ガン５００は、例えば、粉末送出機（図示せず）から、粉末（すなわち、微粒子）形態において、噴霧される材料を受容し（好ましくは、消耗済みプレート４１０の材料と一致する）、粉末を加速させ、侵食された領域４２０の表面に衝打し、材料の層として堆積される、噴流５１０中の粉末を噴霧する（典型的には、ノズルから）。復元プロセスを開始するとき、ガン５００は、傾斜角が約４５°以上であるように、侵食された領域４２０の一部上に位置付けられ、したがって、粉末が、そこから偏向する、または大量の多孔率を伴う層として不十分に接着するのではなく、表面上に層として堆積されることを確実にする。堆積される層の密度は、典型的には、９７％を上回る、好ましくは、９９％を上回る。噴霧された材料は、堆積されるにつれて、ガン５００は、侵食された領域４２０を横断して（例えば、図４Ａにおけるｘ方向に沿って）平行移動され、および／または、同様に、侵食されたプレート４１０自体も、ガン５００の真下を平行移動され（すなわち、ガンは、本発明のいくつかの実施形態では、定常に保持されてもよい）、ガン５００が侵食された領域４２０上を通過するたびに、厚さ約１００μｍ〜約５００μｍを有するターゲット材料の高密度層を生成する。例示的実装では、ガン５００は、単一堆積通過の間、侵食された領域４２０の全長にわたって平行移動され（例えば、図４Ａにおけるｘ方向に沿って）、次いで、ガン５００は、再び、第１の方向に、侵食された領域４２０上で平行移動される前に、直交方向（例えば、図４Ａにおけるｙ方向）に、短距離だけ平行移動される。すなわち、単一噴霧堆積通過は、第２の通過が、侵食された領域４２０の任意の部分において行なわれる前に、侵食された領域４２０全体にわたって行なわれ、侵食された領域４２０は、このように、通過のたびに充填される。

噴霧堆積の間、噴流５１０と侵食された領域４２０の表面（または、その中に以前に噴霧された材料の表面）との間の傾斜角は、変化する（例えば、ガン５００の通過のたびに）。例えば、傾斜角は、約４５°以上の第１の角度から約９０°の角度に変化し、次いで、約４５°以上の角度（例えば、第１の角度にほぼ等しい角度）に戻ってもよい。したがって、噴流５１０（および／またはガン５００）と侵食された領域４１０の表面との間の傾斜角は、噴霧堆積復元の間、複数の異なる値をとるが、常時、約４５°を上回り、高品質堆積（例えば、プレート４１０に良好に結合された高密度層の形成）を確実にする。さらに、好ましい高傾斜角の維持は、複雑な非線形移動および／または噴流５１０の衝打の角度を改変するための複雑なガンの傾きではなく、プレート４１０に対するガン５００の単純、例えば、直線状の移動の使用を可能にし、それによって、本発明の実施形態を単純で、あまり時間がかからず、かつ安価にする。

本発明の好ましい実施形態はまた、噴霧堆積に先立って測定される深度プロファイルを利用して、侵食された領域４２０の局所深度（すなわち、ガン５００真下の深度）に基づいて、噴霧される材料の堆積率を制御し、それによって、各面積にわたって同一の通過回数によって、その幅を横断して（すなわち、図４Ａにおけるｙ方向に沿って）、侵食された領域４２０の実質的に均一の充填を可能にする。（対照的に、可変深度を有する侵食された領域４２０を横断して一定に保持される堆積率は、全場所にわたる同一の通過回数後、いくつかの場所では、侵食された領域４２０からの噴霧される材料の突出をもたらすが、他の場所では、侵食された領域４２０を充填していない結果をもたらすであろう。）例えば、プレート４１０に対するガン５００の平行移動率は、より多くの材料が、より大きな初期深度の領域にわたって堆積されるように制御されてもよい。ガン５００からの粉末の一定流速の場合、ガン５００が、プレート４１０に対してよりゆっくり平行移動されるほど、より厚く、層が局所的に堆積される。平行移動率の制御に加えて、またはその代わりに、ガン５００への粉末流動率が、より大きな初期深度の領域にわたって、より厚い層を形成するように制御されてもよい。ガン５００への粉末流動率が大きいほど（例えば、粉末送出機から）、より厚い局所的に堆積される材料層をもたらすであろう。平行移動率および／または粉末送出率は、噴霧堆積に先立って測定された侵食された領域４２０の深度プロファイルに基づいて制御されてもよい。

図６は、以前に消耗済みのプレート４１０と、実質的に、以前に侵食された領域４２０を充填する噴霧堆積された材料６１０とを含む、または本質的にそれから成る、復元されたスパッタリングターゲット６００を描写する。（図６に図示されないが、ターゲット６００はまた、図４Ｂに描写される支持プレート４４０を含んでもよい。）噴霧堆積される材料６１０は、典型的には、プレート４１０の材料の未溶融粉末を含む、または本質的にそれから成る。図６に示されるように、材料６１０の表面は、好ましくは、プレート４１０のものと同一平面にあって、したがって、ターゲット６００のための実質的平面上部表面を形成する。図７に示されるように、いくつかの実施形態では、噴霧堆積される材料６１０の部分は、プレート４１０の表面上の侵食された領域４２０から突出してもよい。したがって、材料６１０の噴霧堆積後、ターゲット６００の表面は、材料６１０の表面が、図６に示されるように、プレート４１０のものと同一平面となるように、平面化（例えば、機械加工、研削、および／または研磨）されてもよい。

復元されたターゲット６００を形成するための材料６１０の噴霧堆積後、ターゲット６００（少なくとも、材料６１０に近接する）は、応力緩和のために、真空下で熱処理され、延性、靱性、および結合（例えば、結合強度）を改善し、格子間ガス含有量を低減させ、および／または材料６１０に、実質的に、プレート４１０（すなわち、その消費されていない、したがって、噴霧されない領域）のものに等しい微小構造を提供し得る。本発明のいくつかの実施形態では、熱処理は、真空下、温度約７００℃〜約１２５０℃において、約１時間〜約１６時間の間、行なわれてもよい。

加えて、熱処理は、噴霧堆積プロセスからの残留応力を緩和させ得る。例えば、多くの場合、噴霧の間に溶融された噴霧される材料は、引張残留応力を有する傾向にある一方、噴霧の間に溶融されない噴霧される材料は、圧縮残留応力を有する傾向にある。（例えば、冷間噴霧されるＴａは、３０〜５０，０００ｐｓｉの残留圧縮応力を有し得る。）そのような残留応力は、噴霧される材料を組み込むターゲットから、非均一スパッタリング率をもたらし得る。従来の（すなわち、噴霧される材料を組み込まない）ターゲットでは、残留機械加工応力は、多くの場合、新しいターゲットを用いたスパッタリングに先立って、コストのかかる稼働検査期間を必要とする（すなわち、応力がかかった表面層からのスパッタリング）。本明細書に説明される本発明の実施形態は、プレートの支持プレートへの継合に先立って、スパッタリングターゲットの噴霧復元および後続熱処理を促進する。（支持プレートおよび継合化合物、例えば、Ｉｎはんだは、典型的には、より低い融点を有し、したがって、適正に、ターゲットからの残留応力を低減または実質的に排除するための熱処理に耐えることが不可能であり得る。）このように、継合されたターゲットからのスパッタリングに先立った稼動検査期間の必要性が、低減または実質的に排除される。

本明細書に採用される用語および表現は、限定ではなく、説明の用語および表現として使用され、そのような用語および表現の使用では、図示および説明される特徴またはその一部の任意の均等物を除外する意図はない。加えて、本発明のある実施形態が説明されたが、本明細書に開示される概念を組み込む他の実施形態が、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、使用されてもよいことは、当業者に明白となるであろう。故に、説明される実施形態は、あらゆる観点において、制限ではなく、単なる例証として、見なされるものとする。

Claims (13)

1. 陥没表面輪郭を伴う侵食された領域を有する侵食されたスパッタリングターゲットをスパッタリングターゲットプレート上で復元する方法であって、前記陥没表面輪郭は、非平面であり、かつ、最大表面深度を画定し、前記侵食されたスパッタリングターゲットは、ターゲット材料を含み、前記方法は、
   噴霧堆積ガンを前記侵食された領域上に位置付け、第１の場所において、前記ターゲット材料の粒子の噴流の噴霧堆積を開始することにより、前記侵食された領域を部分的に充填することであって、前記噴霧堆積ガンとその真下の前記侵食された領域との間の傾斜角は、４５°以上である、ことと、
   前記ターゲット材料の粒子を噴霧堆積させながら、
   （ｉ）前記噴霧堆積ガンを前記侵食されたスパッタリングターゲットに対して平行移動させることと、
   （ｉｉ）前記侵食された領域上を前記噴霧堆積ガンが通過するたびに、前記傾斜角を４５°〜９０°の範囲から選択される角度に変更することと、
   （ｉｉｉ）前記侵食されたスパッタリングターゲット上の各場所において、その場所における前記侵食された領域の深度に基づいて、前記ターゲット材料の粒子の堆積率を制御することと
   によって、前記侵食された領域を実質的に充填することと
   を含み、
   前記ターゲット材料の粒子を噴霧堆積させることは、冷間噴霧することを含み、
   前記噴霧堆積ガンは、前記侵食されたスパッタリングターゲットに対して直線状にのみ平行移動され、
   前記噴霧堆積ガンは、前記噴霧堆積ガンが前記侵食されたスパッタリングターゲットに対して平行移動される間に、前記スパッタリングターゲットプレートの全体的表面平面に対して傾斜されない、方法。
2. 前記第１の場所の傾斜角は、６０°を上回る、請求項１に記載の方法。
3. 噴霧堆積に先立った前記侵食されたスパッタターゲットの最大表面深度は、９ｍｍ未満である、請求項１に記載の方法。
4. 噴霧堆積に先立った前記侵食されたスパッタターゲットの最大表面深度は、６ｍｍ未満である、請求項１に記載の方法。
5. 前記第１の場所の傾斜角は、第１の値を有し、前記噴霧堆積ガンを前記侵食されたスパッタリングターゲットに対して平行移動させるとき、前記傾斜角は、（ａ）前記第１の値から９０°に変化し、（ｂ）その後、９０°から前記第１の値に変化する、請求項１に記載の方法。
6. 前記侵食された領域を実質的に充填した後に、前記スパッタリングターゲットを焼鈍することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記侵食された領域を実質的に充填することは、前記侵食された領域を過充填することにより、非平面表面を有する復元されたスパッタターゲットを形成することを含み、前記方法は、前記復元されたスパッタターゲットの表面を平面化することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
8. 前記噴霧堆積ガンは、噴霧堆積の間、前記侵食された領域の深度の変化にかかわらず、実質的に一定の率で、前記侵食されたスパッタリングターゲットに対して平行移動される、請求項１に記載の方法。
9. 前記噴霧堆積ガンは、噴霧堆積の間、前記傾斜角の変化にかかわらず、実質的に一定の率で、前記侵食されたスパッタリングターゲットに対して平行移動される、請求項１に記載の方法。
10. 前記ターゲット材料の粒子の堆積率を制御することは、前記侵食されたスパッタリングターゲットに対する前記噴霧堆積ガンの平行移動率を制御することを含む、請求項１に記載の方法。
11. 前記ターゲット材料の粒子の堆積率を制御することは、前記噴霧堆積ガンへの粒子流動率を制御することを含む、請求項１に記載の方法。
12. 前記ターゲット材料は、複数の異なる要素の合金または混合物である、請求項１に記載の方法。
13. 噴霧堆積に先立った前記侵食された領域の深度プロファイルを測定することをさらに含む、請求項１に記載の方法。

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