JP6728389B2 - 傾斜中間層を有するスパッタリングターゲットアセンブリ及び作製方法 - Google Patents
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Description
本願は、2016年4月1日出願の米国特許仮出願第62/316,701号の優先権を主張するものであり、あらゆる目的のためにその全体が参照により本明細書に組み込まれる。
式1: σ〜ΔCTE*T
指向性エネルギー堆積(DED)は、直接金属堆積(DMD)、レーザー直接積層、指向性光製造、火薬式AM、及び3Dレーザークラッディングなどの技術範囲を対象とする。これらの種類のプロセスでは、堆積時に材料を融解することにより材料を融合するために集中熱エネルギーが使用される。いくつかの実施形態では、レーザーがエネルギー源であり、材料は金属粉末又はワイヤである。
シート積層は、異なる材料の薄層の並列スタックを作製できる、別の3D印刷技術である。シート積層は、材料のシートが接合されて3D物体を形成するAMプロセスである。シート積層は、バッキングプレート又はターゲット材料のいずれかの上に、異なるCTEを有する薄箔のスタックを作製するために使用され得る。
結合剤噴射は、図11に示すように、インクジェット印刷ヘッド142ノズルを介して堆積されて粉末床144で粉末材料と接合する、液体接着剤供給部140を介して選択的に分注される液体結合剤を含む。結合剤噴射では、分注される材料は構築材料ではなく、粉末床144に堆積されて、粉末を所望の形状に維持する液体である。粉末材料は粉末供給部146から移動され、ローラ150を使用して構築プラットフォーム148に広がる。印刷ヘッド142は、必要に応じて、粉末床144の上に結合剤接着剤152を堆積する。構築プラットフォーム148は、構築物156の構築時に下降する。以前堆積された層が接合されると、別の粉末層が、粉末供給部146からローラ150によって構築物156上に広げられる。構築物156が形成され、粉末は結合剤接着剤152に接合される。非接合粉末は、構築物156を囲む粉末床144内に留まる。このプロセスは、構築物156全体が作製されるまで繰り返される。
粉末床融合は、レーザーなど熱エネルギーが、図12に示すように粉末床の領域を選択的に融合するAM法である。AM装置は、金属又は金属合金粉末など構築材料160の床を含んでよい。構築材料160はまた、構築されるべき3次元構造物164を保持するための構築プラットフォーム166上で層ごとに堆積されてよい。構築材料160は、層ごとに互いの上に付加され、凝固されて、徐々に3次元構築物164を形成してよい。構築プラットフォーム166は、構築材料160に対して上下動して、構築材料160の付加層の付加を支援するエレベータ168に取り付けられることが多い。融解又は硬化装置162は、一般に、構築プラットフォーム166の上方に位置付けられる。硬化装置162は、金属など構築材料160を融解する装置を含んでよい、又は薄板若しくは他の材料を硬化する硬化装置を含んでよい。融解又は硬化装置162は、多くの場合、構築される材料の様々な位置を融解するために、構築プラットフォーム166に対して融解又は硬化装置162を移動させる、ラスタ170に接続される。いくつかの実施形態では、AM装置は材料床160を有さないが、その代わりに、融解装置162は、材料を融解し、構築プラットフォーム166上に分注し、材料の後続層を付加して、3次元構築物164を構築するディスペンサを含む。エレベータ168並びに融解及び硬化装置162は、エレベータ168並びに融解及び硬化装置162の移動に基づいて3次元構築物164が構築される方法を統制する制御システム172によって制御される。
コールドスプレーは、緻密なコーティング又は自由形状を生じさせるのに十分な運動エネルギーを使用して、基板に対して構築材料を押し出すことを含む。コールドスプレーでは、構築材料の融解は生じない。したがって、比較的低温で実行され得る。このプロセスは、高速(約500m/s〜約1500m/sなど)で固形粒子を噴霧することにより実行され得、塑性変形により堆積物を形成する。コールドスプレー技術は、金属酸化を回避し、高密度の硬質金属堆積物を形成するために使用され得る。
プラズマスプレー、高速酸素燃料(HVOF)スプレー、アークスプレー、及びフレームスプレーなど熱スプレー法は、一般に、熱源を使用して構築材料を液滴に融解し、融解した構築材料を高速で基板又は構築面に噴霧することを含む。構築材料は、化学燃焼、プラズマ、又は電気アークなど様々なエネルギー源を使用して融解され得る。金属構築材料は、粉末又はワイヤ又は金属又は金属マトリックス複合材料で原料として提供され得る。
図15A及び15Bは、いくつかの実施形態による、AM法と共に使用されてよい加工行程を説明する。
図19〜22は、指向性エネルギー堆積技術、この場合は直接金属堆積(DMD)を使用して組成に傾斜をもたらす例を示す。スパッタリングターゲットは、直径15cm(6インチ)及び厚さ1cm(0.5インチ)のWターゲットであった。バッキングプレートは、直径15cm(6インチ)、厚さ2cm(0.75インチ)のCuCr C18200バッキングプレートであった。異なる銅(Cu)/チタン(Ti)組成を有する、1.2mm厚の5層のスタックにより、約6mm厚の機能性傾斜中間層を作製した。バッキングプレートの主要素である銅(Cu)と混合するために、チタン(Ti)を選択した。これは、チタン(Ti)が、銅(Cu)及びタングステン(W)のCTEの間である、8.6×10−6m/(m K)のCTEを有するためである。
本明細書は以下の発明の開示を包含する。
[1]
スパッタリングターゲットアセンブリであって、
裏面を有するスパッタリングターゲットと、
前面を有するバッキングプレートと、
前記ターゲットと前記バッキングプレートとの間に配置された中間層であって、前記中間層が、前記ターゲット材料の裏面に近接して配置された第1中間層部分と、前記バッキングプレートの前面に近接して配置された第2中間層部分と、を備える、中間層と、を備え、
前記第1中間層部分が第1材料及び第2材料を含有し、前記第2材料よりも高濃度の前記第1材料を有する第1混合物で形成され、前記第2中間層部分が、前記第1材料及び前記第2材料を含有し、前記第1材料よりも高濃度の前記第2材料を有する、第2混合物で形成されている、スパッタリングターゲットアセンブリ。
[2]
前記中間層が、前記スパッタリングターゲット及び前記バッキングプレートを通って延在する軸に沿って、粒径、粒質、材料組成又は材料成分密度のいずれか1つに機能性材料傾斜を有し、前記軸が、前記スパッタリングターゲットの前記裏面に対して垂直である、[1]に記載のスパッタリングターゲットアセンブリ。
[3]
前記第1中間層部分及び前記第2中間層部分が、それぞれ約0.5ミリメートル〜約3ミリメートルである、[1]に記載のスパッタリングターゲットアセンブリ。
[4]
前記スパッタリングターゲットがスパッタリングターゲット材料から形成され、前記第1中間層部分の熱膨張係数が、前記スパッタリングターゲット材料の熱膨張係数の500%以内である、[1]に記載のスパッタリングターゲットアセンブリ。
[5]
前記中間層が第3材料を更に含む、[1]に記載のスパッタリングターゲットアセンブリ。
[6]
前記中間層が第3材料を更に含み、前記第1中間層部分が、前記第2中間層部分よりも高濃度の前記第3材料を有する、[1]に記載のスパッタリングターゲットアセンブリ。
[7]
スパッタリングターゲットアセンブリの形成方法であって、前記方法が、
スパッタリングターゲットの表面又はバッキングターゲットの表面に、第1材料及び第2材料を含有する第1混合物から第1層を形成することと、
前記第1層上に、前記第1材料及び前記第2材料を含有する第2混合物から第2層を形成することであって、前記第1層が、前記第2層よりも高濃度の前記第1材料を有し、前記第2層が、前記第1層よりも高濃度の前記第2材料を有する、ことと、
前記第2層上に前記バッキングプレート又は前記スパッタリングターゲットを配置して、前記スパッタリングターゲットと前記バッキングプレートとの間に前記第1層及び前記第2層を有するアセンブリを形成することと、
ターゲットアセンブリ接合工程において、前記スパッタリングターゲット、前記第1層、前記第2層、及び前記バッキングプレートを接合することと、を含む、方法。
[8]
少なくとも第1材料及び第2材料を有する前記第1層が、前記バッキングプレートの表面に形成され、前記スパッタリングターゲットが前記第2層の表面に配置される、[7]に記載の方法。
[9]
前記方法が、
材料の複数の後続層を前記第1層に付加することであって、材料の各後続層が、以前付加された層よりも低濃度の前記第1材料を有する、ことを更に含む、[7]に記載の方法。
[10]
粒径、粒質、材料組成、又は材料成分密度のいずれか1つの傾斜変化が前記第1層から前記第2層に存在する、[9]に記載の方法。
[11]
前記材料の複数の後続層の各層が、約0.5ミリメートル〜約3ミリメートル厚である、[9]に記載の方法。
[12]
前記スパッタリングターゲットがスパッタリングターゲット材料から形成され、前記第1層の熱膨張係数が、前記スパッタリングターゲット材料の熱膨張係数の500%以内である、[7]に記載の方法。
[13]
前記バッキングプレートがバッキングプレート材料から形成され、前記第2層の熱膨張係数が、前記バッキングプレート材料の熱膨張係数の500%以内である、[7]に記載の方法。
[14]
前記第1層の熱膨張係数と前記スパッタリングターゲットの熱膨張係数との差異が、前記第1層の熱膨張係数と前記バッキングプレートの熱膨張係数との差異よりも小さい、[7]に記載の方法。
[15]
前記第1混合物及び前記第2混合物が第3材料を更に含む、[7]に記載の方法。
Claims (3)
- スパッタリングターゲットアセンブリであって、
裏面を有するスパッタリングターゲットと、
前面を有するバッキングプレートと、
前記スパッタリングターゲットと前記バッキングプレートとの間に配置された中間層であって、前記中間層が、前記スパッタリングターゲットの裏面に固体状態接合された第1中間層部分と、前記バッキングプレートの前面に固体状態接合された第2中間層部分と、を備える、中間層と、を備え、
前記第1中間層部分が第1材料及び第2材料を含有し、前記第2材料よりも高濃度の前記第1材料を有する第1混合物で形成され、前記第2中間層部分が、前記第1材料及び前記第2材料を含有し、前記第1材料よりも高濃度の前記第2材料を有する、第2混合物で形成されている、スパッタリングターゲットアセンブリ。 - 前記中間層が、前記スパッタリングターゲット及び前記バッキングプレートを通って延在する軸に沿って、粒径、粒質、材料組成又は材料成分密度のいずれか1つに機能性材料傾斜を有し、前記軸が、前記スパッタリングターゲットの前記裏面に対して垂直である、請求項1に記載のスパッタリングターゲットアセンブリ。
- スパッタリングターゲットアセンブリの形成方法であって、前記方法が、
スパッタリングターゲットの表面又はバッキングターゲットの表面に、第1材料及び第2材料を含有する第1混合物から第1層を形成することと、
前記第1層上に、前記第1材料及び前記第2材料を含有する第2混合物から第2層を形成することであって、前記第1層が、前記第2層よりも高濃度の前記第1材料を有し、前記第2層が、前記第1層よりも高濃度の前記第2材料を有する、ことと、
前記第2層上に前記バッキングプレート又は前記スパッタリングターゲットを配置して、前記スパッタリングターゲットと前記バッキングプレートとの間に前記第1層及び前記第2層を有するアセンブリを形成することと、
ターゲットアセンブリ接合工程において、前記スパッタリングターゲット、前記第1層、前記第2層、及び前記バッキングプレートを接合することと、を含む、方法。
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