TW201615875A - 濺鍍靶 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種靶，詳言之，一種濺鍍靶，其包含由一脆性材料構成之一靶板，及在一區域上結合至該靶板之一背板。該靶板具有自該靶板之前側延伸至後側且將該靶板劃分成鄰接片段的微裂縫。本發明亦關於一種用於此靶之生產的製程。一本發明之靶特別適合於非常高功率密度之使用。本發明亦關於一種真空塗佈製程，其中將至少一個本發明之靶用作一濺鍍靶，且因此可在濺鍍期間將非常高功率密度引人至該靶內。

Description

濺鍍靶
本發明係關於一種特別合適作為濺鍍靶之靶，用於在該靶之濺鍍期間的非常高功率密度之使用，及一種用於其生產之製程。
根據本發明之靶可用於許多不同物理氣相沈積製程(通常且在下文中亦叫作PVD一物理氣相沈積一製程)中，藉由該等物理氣相沈積製程，自氣相沈積塗層，例如，藉由使用電弧汽化或霧化(以上已且在下文亦被稱作濺鍍)。詳言之，本發明因此更特別係關於適合於在PVD濺鍍製程中用於在為此目的提供之基板材料上沈積塗層之濺鍍靶。
近年來，已日益使用由脆性材料組成或含有脆性材料之濺鍍靶。可指派至被稱作脆性之一群材料的濺鍍靶之使用代表了濺鍍時之大的挑戰。詳言之，高濺鍍功率或高功率密度之應用需要靶之非常良好的冷卻以便避免熱誘發之機械應力，或可導致靶之斷裂的應力。
出於本描述之目的，術語脆性指在無或具有僅低的靠近彈性極限之塑性變形的情況下破壞之材料。此等材料及因此亦自其生產之濺鍍靶因此僅具有低的塑性變形能力。
出於此原因，此等濺鍍靶首先相對難以機械加工，且由於此，達成如對於在各種塗佈工廠中安裝所必要之複雜幾何形狀非常困難。 由脆性材料製成的此等靶之機械加工可常常僅藉由研磨及線腐蝕而進行，且此再次具有可製造僅簡單幾何形狀(碟、板)之結果。
此等靶在其於塗佈工廠中用作濺鍍靶期間經受機械及熱機械負載，且此等導致彎曲及/或張應力。在脆性材料之情況下，由於變形能力低，此等應力常由於斷裂而導致故障。機械及熱機械負載可首先自在靶之後側上的冷卻水之壓力而產生，及/或其次自歸因於在濺鍍製程期間引入至濺鍍靶內之熱功率的材料之擴展而產生。此有時僅局部引入之熱功率亦可導致自局部溫度梯度產生之應力。與此等材料之常常不良耐熱衝擊性相組合，此等因素常導致裂縫之形成及因此因斷裂而產生的濺鍍靶之故障。
用於濺鍍靶的此等脆性材料之實例為陶瓷材料(詳言之，硼化物、氮化物、碳化物、矽化物、氧化物)，且亦為金屬脆性材料(諸如，Cr或Si)，且亦為此等材料之混合。此等脆性材料通常具有小於或等於2%、常甚至小於或等於0.2%之塑性斷裂伸長率。
當在PVD塗佈工廠中將靶用作濺鍍靶時，由>10W/cm2之高功率密度之引入引起的高溫及/或大溫度梯度頻繁地出現，如上所提到。以此方式產生之溫度及溫度梯度必須藉由經由濺鍍靶將熱能傳導走至冷卻板來控制或避免，且對濺鍍靶施加高循環熱負荷。
使在PVD塗佈工廠中的濺鍍靶之高效冷卻成為可能，例如，藉由使用冷卻水。在此等PVD塗佈廠中，使用之濺鍍靶通常藉由配置在濺鍍靶之後側上的可撓性冷卻板來冷卻。如上已提到，此等冷卻板對濺鍍靶施加壓力，此又可導致濺鍍靶之變形，或若後者之強度低，則導致斷裂。另外作為在濺鍍製程期間的靶表面之腐蝕之結果，因減小了濺鍍靶之 厚度而增大了此效應。此具有濺鍍靶之變形及/或斷裂可最可能發生之後果。
一般而言，提到的靶材料群組之機械穩定性(強度及延展性)不足以獨自承受機械負載。此外，可僅按大的困難且僅按高的成本來達成對於在適當塗佈工廠中緊固濺鍍靶通常所需之複雜形狀，例如，孔、鑽孔開口或卡口。
在由脆性材料(例如，用作濺鍍靶之陶瓷材料)構成的靶之情況下，因此常給此等配備一背板。接著將待濺鍍之脆性材料設計為靶板。與無背板之濺鍍靶相比，背板應用以增大濺鍍靶之強度(屈服點、斷裂強度)，且增大延展性(斷裂伸長率、斷裂韌性)。此類型之背板首先使得有可能避開濺鍍靶之脆性材料之後側的(實際上由脆性材料構成的靶板之)複雜工作，且其次減小歸因於冷卻水之壓力的機械負載(其限制條件為製成背板之材料具有比製成靶板之材料大的硬度)。
濺鍍靶之強度及延展性因此因背板之應用而增大，使得濺鍍靶不變形或僅微小地變形，且當在PVD塗佈工廠中使用時不因斷裂而有故障。藉由應用具有增大之強度或延展性的背板來大大地避免此等故障情況。
背板亦可充當散熱片，亦即，作為應用具有增大之熱導率(與靶板之材料相比)的背板之結果，在濺鍍製程期間在濺鍍靶之面向基板的側(前側)上產生之熱量可更易於經由靶而移除。此散熱片之一實例在EP 1 335 995 A1中給出。
用於由脆性材料構成的濺鍍靶之靶板至由尤其剛性材料或具有特別良好熱導率之材料構成的背板之應用通常藉由結合(亦叫作焊接)來實現。使用基於銦或錫之低熔化焊料來進行結合。此等背板由(例如) 銅(具有高熱導率之材料)或鉬(具有高硬度之材料)製成。
由於在高於室溫之溫度下進行將用於濺鍍靶之靶板焊接至背板上，因此通常使背板之熱膨脹係數匹配靶板材料之熱膨脹係數。此導致在自焊接溫度冷卻至室溫後在濺鍍靶(界面靶板/背板)之複合材料中引起之應力能夠最小化。
將用於由脆性材料構成之濺鍍靶的靶板應用至適當背板之再一可能方式為藉由耐熱性及既導電又導熱之黏著劑黏著性結合至由(例如)銅構成之背板。
作為一替代方案，用於濺鍍靶之靶板亦可機械夾持至適當背板。此處，由石墨或銀構成之中間箔可另外夾持於靶板與背板(例如，由銅構成)之間，以便改良熱導率。
然而，所有此等靶具有以下劣勢：當將其用作濺鍍靶時，當在靶之濺鍍期間將高濺鍍功率或功率密度引入至靶內時，其可能出現故障。因此，可使用之濺鍍功率有限。在一些情況下，當引入高功率密度時，濺鍍靶中之溫度變得過高且焊料或黏著劑結合出現熱故障。在其他情況下，如上所提到，歸因於高濺鍍功率，可發生濺鍍靶之變形或斷裂。
本發明之一目標為藉由使用與先前技術相比高濺鍍功率或高功率密度濺鍍由一或多種脆性材料構成之靶來實施塗佈製程成為可能。
本發明之再一目標為提供一種靶，其可用作用於使用高濺鍍功率或高功率密度實施濺鍍製程之一濺鍍靶。此靶應生產起來簡單，且機械及熱穩定。
本發明之又再一目標為提供一種製程，其允許可用於使用高濺鍍功率或高功率密度實施濺鍍製程的機械及熱穩定濺鍍靶之簡單生產。
1‧‧‧背板
2‧‧‧結合焊料
3‧‧‧脆性(詳言之，陶瓷)靶板
2a‧‧‧背板之接觸表面
3a‧‧‧靶板之接觸表面
圖1：在真空焊接製程期間的濺鍍靶(靶板/背板之複合體)
靶板(1)處於背板(3)上。在高溫下，結合焊料(2)熔化且使接觸面3a及2a完全濕化。
圖2：將TiB2用作靶板(3)且將鉬用作背板(1)，在於真空焊接製程中之結合且在大氣中之隨後冷卻後的濺鍍靶(靶板/背板之複合體)
作為TiB2與Mo之不同熱膨脹係數的結果，張應力在靶板TiB2中引起且此等導致濺鍍靶(靶板/背板之複合體)之彎曲(此處大大地放大來展示)。
圖3：在焊接製程及第一濺鍍後之靶；細微裂縫覆蓋靶。焊料保持完整，亦即，靶板至背板之熱及機械連接優異。
圖4：在於45W/cm2之功率密度下的高功率濺鍍測試達30小時後的TiB2-鉬濺鍍靶(靶板/背板之複合體)之表面。
本發明藉由提供可在濺鍍製程中於高濺鍍功率或功率密度下操作而不遭毀壞及因此變得不可用於進一步使用之濺鍍靶來消除以上提到之問題及限制。
本發明提供一種濺鍍靶，其包含一靶板，該靶板具有一前側及後側且由脆性材料構成，其中該靶板在其區域上接合至背板，且該靶板具有自前側延伸至後側且將靶板劃分成鄰接片段之微裂縫。
靶板之材料(材料A)具有比背板之材料(材料B)高的熱膨脹係數。因此，靶板在至少中間部分上處於拉伸負載之下，從而導致在靶板中形成微裂縫。
片段之長度及寬度較佳地平均起來為靶板之厚度的數量級。
由於片段之邊緣可相對於彼此移動，因此在於濺鍍製程期間引入的高功率密度之情況下，微裂縫導致極少應力出現。
以下藉由實例且借助於圖來解釋可生產根據本發明之濺鍍靶的方式。按以下方式針對結合至機械穩定背板(在此情況下，由鉬構成)的陶瓷濺鍍靶(在此情況下，TiB2)之實例來進行此：導致機械張應力之減小的微裂縫係由結合製程而形成。
可再一次指出，可指派至指明為脆性的一群材料之陶瓷濺鍍靶之使用代表了濺鍍時之大的挑戰。詳言之，高濺鍍功率之使用(或高功率密度之引入)需要非常良好的冷卻以便避免熱誘發之機械應力(可導致靶之斷裂的應力)。為了能夠確保良好冷卻，靶常經受經由可撓性膜之高冷卻水壓力。此導致靶上之機械彎曲負載。一般而言，提到的靶材群組之機械穩定性(強度及延展性)(脆性，詳言之，陶瓷濺鍍靶)不足以獨自能夠承受機械負載。
此外，可僅按大的困難且僅按高的成本來達成對於在適當塗佈工廠中緊固濺鍍靶通常所需之複雜形狀，例如，孔、鑽孔開口或卡口。由脆性(例如，陶瓷)材料群構成之靶板因此藉由結合製程(焊接製程)而固定至背板。
根據本發明的濺鍍靶之較佳形狀為圓形或矩形板，且較佳尺 寸為自大約50mm至300mm之直徑，或呈50mm至1000mm之數量級的尺寸。
因此可按以下方式來生產濺鍍靶：- 提供較佳地包含脆性材料作為主要成分之靶板，- 提供背板，- 在靶板及背板之區域上的有效結合，較佳地，藉由在400℃至1000℃之範圍中的溫度下焊接及靶之冷卻以便產生靶板-背板複合體。
此處，與靶板之材料相比，背板之材料具有以下性質：- 低熱膨脹係數，- 較高強度(屈服點或0.2伸長率極限或抗張強度)。
此外，在有利具體實例中，與靶板之材料相比，背板之材料具有以下性質：- 較高彈性模數，- 較高熱導率。
將靶板與背板彼此接合以便生產本發明之濺鍍靶。
結合焊料僅為一毫米之十分之幾厚，且執行熱量傳導及靶板至背板之機械結合的機能。
靶板可具有諸如碟形或矩形板之簡單形狀。
結合製程必須符合以下要求：
- 結合材料(結合焊料)之全區域濕化，以便允許在靶板上之均勻溫度分佈。若未達成全區域濕化，則自靶板至背板之熱傳遞受限，使得對濺鍍靶強加熱且結合焊料因此亦達到高溫。若超過結合焊料之熔點，則此可 導致靶板變得完全與背板分開。在不均勻溫度分佈之情況下，可出現熱誘發之機械應力，且此等可導致靶板之斷裂(在此情況下，因拆卸斷開的零件而出現故障)。
- 結合材料之良好熱導率。
- 高黏著強度。
- 結合材料之高熔點，以便能夠使用高濺鍍功率密度。
以下製程在目前對於將脆性(詳言之，陶瓷)靶板結合至背板為習慣性的：
1. 銦結合：
優勢：使用起來非常簡單，銦結合焊料之高熱導率
劣勢：銦之熔點為156℃，且在濺鍍製程中僅低功率密度因此為可能的。
2. AgSn(銀-錫焊料)結合：
優勢：比銦之熔點稍微高的熔點，即，220℃
劣勢：使用起來較困難，濕化及全區域塗覆較困難。
可能使用昂貴之「奈米箔」製程、較低熱導率。
3. 使用導電及導熱黏著劑之黏著結合：
優勢：較高耐熱性
劣勢：低熱導率及因此濺鍍製程中靶之較高溫度，在限於特定溫度的黏著劑之熱穩定性之情況下，其又可導致結合之故障。
舉例而言，在銦結合中，可使用的濺鍍功率密度因低熔點(當使用銦焊料時)或因藉由結合焊料之非全區域濕化或因結合焊料之不良熱導率結合陶瓷靶板之脆性性質而限於約5W/cm2至10W/cm2。可達成之塗佈 速率較低。
本發明描述一種濺鍍靶及一種其生產方法。該脆性(詳言之，陶瓷)靶板應以耐高溫方式接合至背板，其中作為歸因於靶板與背板之不同膨脹係數而熱失配之結果，在結合製程後，細微裂縫形成於靶板中。靶板之熱膨脹係數必須比背板之熱膨脹係數大。
脆性(詳言之，陶瓷)靶板至背板之結合將藉由在高溫(亦稱為「高溫焊接」)下之真空焊接製程(http：//de.wikipedia.org/wikiA/akuumloten)而達成。真空焊接製程通常在400℃至1000℃下發生。
在高溫焊接中，偏愛使用具有高於400℃(較佳地，高於600℃，且更佳地，高於900℃，且高達大約1200)之熔點的焊料。焊接製程較佳地在減壓下發生以避免因氧化而損壞。可以焊料箔或焊錫膏之形式提供焊料。在自焊接溫度冷卻後，歸因於在靶板與背板之間的熱膨脹係數之差，靶板中引起張應力，且此等導致微裂縫之形成。發生此之限制性條件為，作為冷卻製程之結果在靶板中引起之張應力超過靶板之材料的屈服點，且自其產生之膨脹不能塑性地發生。額外條件為靶板至背板的技術上正確、良好區域結合。
可在真空爐中無施加之壓力的情況下進行靶板至背板之硬焊接。
舉例而言，若靶板由TiB2構成且背板由鉬構成，則由於TiB2與Mo之不同熱膨脹係數，在濺鍍靶(靶板/背板之複合體)之結合製程及冷卻後，張應力將在靶板中出現。
TiB2之膨脹係數為8.1μm/℃，且鉬之膨脹係數為4.8μm/ ℃。
濺鍍靶可視情況在焊接後經粒子噴砂處理(例如，藉由噴砂)。此製造步驟首先用以清潔過多焊料之濺鍍靶，且其次其可具有用於靶板中的微裂縫之形成之支援效應。
噴砂處理材料(例如，使用α-氧化鋁晶粒之噴砂)之衝擊將應力引入至靶板之表面內，且歸因於缺乏材料經歷塑性變形之能力，形成細分散式微裂縫。微裂縫亦可能另外歸因於噴砂處理材料之衝擊而起始。在此情況下，在自焊接溫度冷卻後在背板中引起之彈性變形同時消散，此係因為負責應力之靶板如上所述已獲取微裂縫。此減小了濺鍍靶(靶板/背板之間的結合)中之彎曲應力。
此類型之微裂縫亦有可能僅或另外在於塗佈工廠中的濺鍍靶之使用期間形成，例如，作為不均勻熱量輸入之結果。
在濺鍍靶之使用後或當達到最大壽命時，可藉由將濺鍍靶加熱至高於焊料之熔點的溫度而將靶板與背板分開，使得可將背板重新用於新濺鍍靶。
可在非常高的濺鍍功率密度下使用藉由根據本發明之方法生產的濺鍍靶，此係由於藉由直至非常高的溫度仍穩定且具有良好熱導率之焊料將靶板結合至背板。
藉由根據本發明之方法生產的濺鍍靶對由冷卻水在濺鍍靶之後側上施加的高壓不敏感，此係由於其具備具有高硬度且高強度之背板。
上述濺鍍靶及亦上述製造路線可(例如)亦特別有利地用於以下材料配對(靶板/背板)： 靶板：硼化物(例如，TiB2、CrB2、WB)；碳化物(例如，WC、TiC、SiC)；氮化物(例如，錫、AIN)；矽化物(例如，TiSi2、CrSi2)；氧化物；含有硼化物、碳化物、氮化物、矽化物、氧化物、金屬(例如，Mo、W、Ti、V、鋯)、基本脆性材料(諸如，Si、Cr、Ge)之複合物。
背板：鉬、鉬合金、鉬複合物、鎢、鎢合金、鎢複合物。
本發明亦揭示一種真空塗佈製程，其中將至少一個靶用作用於塗佈待經由靶之濺鍍而塗佈的基板之至少一個表面之濺鍍靶，然而- 該靶具有一待濺鍍之靶板，該靶板由具有一前側及一後側之材料A構成，且該靶具有由具有面向該靶板之一側的材料B構成之一背板，然而該背板之面向該靶板的側在一區域上機械穩定地結合至靶板之後側，且在材料A與材料B之間提供材料C作為接合材料，然而- 材料A至少主要由一或多種脆性材料構成，且材料B至少主要由與材料A之脆性材料相比具有較高延展性之一或多種材料構成- 材料A之熱膨脹係數高於材料B之熱膨脹係數，且材料B具有比材料A高的延展性及/或強度- 按以下方式使靶板至少在室溫下處於張應力下：此導致自靶板之前側延伸至後側且將靶板劃分成鄰接片段的微裂縫之形成，其方式為使得在引入濺鍍功率以便濺鍍靶板期間，片段之邊緣相對於彼此移動，使得與無微裂縫之靶相比，較低應力出現於靶板內部，且可使用較高濺鍍功率，而無靶板之故障。
本發明之真空塗佈製程特定言之可經實施使得材料A主要 由TiB2構成，且材料B主要由Mo構成，且經由在400℃與1000℃之間的溫度下之焊接使背板結合至靶板。
根據一較佳具體實例，本發明之真空塗佈製程經實施使得經由靶之高功率脈衝磁控濺鍍(HIPIMS)來執行沈積製程。

Claims (14)

  1. 一種靶，詳言之，一種濺鍍靶，其包含由一脆性材料構成之一靶板，及在一區域上結合至該靶板之一背板，其中該靶板具有面向該背板之一接觸表面，且該背板具有面向該靶板之一接觸表面，其中該靶板具有自該靶板之前側延伸至後側且將該靶板劃分成鄰接片段的微裂縫。
  2. 如申請專利範圍第1項之靶，其中該靶板包含至少一陶瓷材料作為主要成分。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項之靶，其中一結合焊料存在於該靶板之該接觸表面與該背板之該接觸表面之間。
  4. 如前述申請專利範圍中任一項之靶，其中該靶板之所述片段之長度及寬度平均起來為該靶板之厚度的數量級。
  5. 如前述申請專利範圍中任一項之靶，其中該結合焊料具有大於400℃之一熔點。
  6. 如前述申請專利範圍中任一項之靶，其中該靶板之熱膨脹係數高於該背板之熱膨脹係數。
  7. 如前述申請專利範圍中任一項之靶，其中該靶板之強度低於該背板之強度。
  8. 一種用於生產一靶、詳言之一濺鍍靶之製程，其包含以下步驟：提供一靶板，其較佳地包含一脆性材料作為主要成分，提供一背板，在該靶板及該背板之一區域上的有效結合，較佳地藉由在400℃至1000℃之範圍中的一溫度下焊接，及該靶之冷卻，以便產生一靶板-背 板複合體。
  9. 如申請專利範圍第8項之用於生產一靶之製程，其中該製程另外包含以下步驟：該靶之粒子噴砂處理。
  10. 如申請專利範圍第8項或第9項之用於生產一靶之製程，其中使用具有大於400℃之一熔點的一焊料。
  11. 如申請專利範圍第8項至第10項中任一項之用於生產一靶之製程，其中選擇一比起該靶板之該材料具有一較小之熱膨脹係數的材料以用於該背板。
  12. 一種真空塗佈製程，其中將至少一個靶用作一用於塗佈待經由該靶之濺鍍而塗佈的一基板之至少一個表面的濺鍍靶，然而該靶具有一待濺鍍之靶板，該靶板由具有一前側及一後側之一材料A構成，且該靶具有由具有面向該靶板之一側的一材料B所構成之一背板，然而該背板之面向該靶板的該側在一區域上機械穩定地結合至該靶板之該後側，且在該材料A與該材料B之間提供一材料C作為接合材料；然而該材料A至少主要由一或多種脆性材料構成，且該材料B至少主要由與材料A之所述脆性材料相比具有一較高延展性之一或多種材料構成；該材料A之熱膨脹係數高於該材料B之熱膨脹係數，且該材料B具有一比該材料A高的延展性及/或強度； 按以下方式使該靶板至少在室溫下處於張應力下：此導致自該靶板之該前側延伸至該後側且將該靶板劃分成鄰接片段的微裂縫之形成，其方式為使得在引入一濺鍍功率以便濺鍍該靶板期間，所述片段之邊緣相對於彼此移動，以使得與無微裂縫之一靶相比，較低應力出現於該靶板內部，且可使用一較高濺鍍功率，而無該靶板之故障。
  13. 如申請專利範圍第12項之真空塗佈製程，其中該材料A主要由TiB2構成，且該材料B主要由Mo構成，且經由在400℃與1000℃之間的一溫度下之焊接使該背板結合至該靶板。
  14. 如申請專利範圍第12項或第13項之真空塗佈製程，其中經由該靶之高功率脈衝磁控濺鍍(HIPLMS)來執行沈積製程。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT15050U1 (de) 2015-12-18 2016-11-15 Plansee Composite Mat Gmbh Beschichtungsquelle mit Strukturierung
CN110670030A (zh) * 2019-09-29 2020-01-10 洛阳丰联科绑定技术有限公司 一种ito拼接型靶材的粘结方法
CN111118459A (zh) * 2019-12-30 2020-05-08 有研亿金新材料有限公司 一种高性能铁磁性靶材的制备方法
CN114434107A (zh) * 2022-02-15 2022-05-06 株洲火炬安泰新材料有限公司 一种提高ito靶材焊合率的生产加工方法

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4209375A (en) * 1979-08-02 1980-06-24 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Sputter target
DE2933835A1 (de) * 1979-08-21 1981-03-26 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Verfahren zum befestigen von in scheiben- oder plattenform vorliegenden targetmaterialien auf kuehlteller fuer aufstaeubanlagen
US4740429A (en) * 1985-07-22 1988-04-26 Ngk Insulators, Ltd. Metal-ceramic joined articles
JPS62278261A (ja) * 1986-05-26 1987-12-03 Seiko Epson Corp スパツタ用タ−ゲツトの製造方法
JPS63216969A (ja) * 1987-03-05 1988-09-09 Daido Steel Co Ltd 加工方法
JPS63241167A (ja) * 1987-03-30 1988-10-06 Seiko Epson Corp スパツタリング用タ−ゲツト
RU2091501C1 (ru) * 1991-04-22 1997-09-27 Акционерное общество открытого типа "Всероссийский алюминиево-магниевый институт" Способ изготовления мишени для магнетронного распыления из алюминия особой чистоты
RU2068459C1 (ru) * 1991-06-03 1996-10-27 Центральный научно-исследовательский институт технологии судостроения Способ обработки поверхности изделий из стали и сплавов на основе меди
JPH05214518A (ja) * 1992-02-04 1993-08-24 Hitachi Metals Ltd スパッタリングターゲットとバッキングプレートの接合体の矯正方法およびスパッタリングターゲット材
KR20030024868A (ko) * 2000-08-17 2003-03-26 토소우 에스엠디, 인크 수명-종료-표시를 갖는 고순도 스퍼터 타켓과 이의 제조방법
AT4240U1 (de) 2000-11-20 2001-04-25 Plansee Ag Verfahren zur herstellung einer verdampfungsquelle
MY138584A (en) * 2003-10-06 2009-07-31 Heraeus Inc Sputter target having modified surface texture
US20050072668A1 (en) * 2003-10-06 2005-04-07 Heraeus, Inc. Sputter target having modified surface texture
JP4562400B2 (ja) * 2004-01-28 2010-10-13 京セラ株式会社 活性金属を含むロウ材を用いた接合体及びその製造方法
RU2305717C2 (ru) * 2005-11-14 2007-09-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный институт стали и сплавов" (технологический университет) Мишень для получения функциональных покрытий и способ ее изготовления
SE533395C2 (sv) * 2007-06-08 2010-09-14 Sandvik Intellectual Property Sätt att göra PVD-beläggningar
EP2072637B1 (en) * 2007-12-21 2018-08-15 Sandvik Intellectual Property AB Coated cutting tool and a method of making a coated cutting tool
CN101518851B (zh) * 2009-02-19 2011-07-20 宁波江丰电子材料有限公司 靶材与背板的焊接结构及方法
CN101879640B (zh) * 2009-05-06 2012-07-25 光洋应用材料科技股份有限公司 陶瓷溅镀靶材组件及其焊合方法
JP4775525B2 (ja) * 2009-09-30 2011-09-21 新東工業株式会社 鋼材製品のショットピーニング処理法
CN101745710A (zh) * 2010-01-07 2010-06-23 宁波江丰电子材料有限公司 靶材组件的焊接方法
JP5437919B2 (ja) * 2010-06-04 2014-03-12 三井金属鉱業株式会社 Ｉｔｏスパッタリングターゲットおよびその製造方法
CN102039459B (zh) * 2010-11-18 2012-09-19 宁波江丰电子材料有限公司 一种靶材焊接方法
US20130029178A1 (en) * 2011-07-27 2013-01-31 Shih-Ying Chang Active solder

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