专利名称：废弃溅射靶的修复的制作方法
技术领域：
本发明涉及废弃溅射靶的修复。溅射靶通过用在溅射过程中被损耗的新的溅射材料填充废弃溅射靶中的腐蚀槽进行修复。结果，对废弃的溅射靶进行了再加工。
背景技术：
阴极溅射被广泛用于将薄层材料沉积到需要的基材上。典型的溅射系统包括用于产生电子或者离子束的等离子体源，含有待雾化材料的靶，以及溅射的材料沉积其上的基材。加工过程包括用电子或者离子束在使靶材溅射或者腐蚀脱离靶的角度轰击靶材。溅射的靶材沉积在基材上形成薄膜。最后，在溅射靶中溅射材料损耗处形成腐蚀槽。
在很多溅射实施中，只使用一小部分(25-40％)的典型靶材。通常，溅射靶废旧后，被丢弃，再熔化或者进行精炼。修复废弃靶通过提高首尾相接的材料产率并且降低贵重金属库存的运输成本提供了显著降低成本的可能性。因此，能够有效修复废弃溅射靶的厂商可以获得竞争优势。修复靶的方法可以简单描述为用新的溅射材料填充腐蚀槽并且利用热等静压或者HIP技术对靶进行再加工。
发明概述本发明是一种包括两个功能和组成上截然不同的区域的等离子体气相沉积(PVD)溅射靶装置。如图1所示，靶1中的区域2是指溅射材料，区域3是指支撑结构。溅射材料的功能是在溅射实施期间从靶转移到溅射基材的表面。支撑材料的功能是在实施前或者实施期间支撑溅射材料。因为支撑材料在实施期间没有被溅射，所以支撑材料可被回收并用于制造修复的溅射靶。这两个区域在组成上是截然不同的。在一些情况下，支撑材料的组成包括与溅射材料不同的原子物种，而在其它的情况下，支撑材料的组成仅在相同原子物种的原子浓度方面有略微的不同。
在本发明中，支撑材料和溅射材料之间的界面几何形状被设计成使溅射实施中所需的溅射材料的用量。界面几何形状的最佳设计对应于废弃溅射靶的自然溅射腐蚀槽或者溅射分布图，所述废弃的溅射靶是在给定的溅射实施中产生的。因此，关键的设计理念在于支撑材料和溅射材料之间的界面几何形状近似于合适的溅射分布图。这种设计使得溅射材料几乎完全被用在实施中。当溅射材料非常昂贵时这种设计就显得尤其重要。
由于需要的界面几何形状的特性，制造装置的优选途径是使用废弃的靶作为支撑材料，用新的材料填充腐蚀槽，利用合适的方法和条件对靶进行再加工。原则上，再加工的靶可以被认为是作为修复的废弃溅射靶。修复的废弃溅射靶是指从前用过的溅射靶，其中腐蚀槽用新的溅射材料填充。应该注意到这种设计理念也适用于在支撑材料物品上通过传统机加工操作产生的溅射分布图或者腐蚀槽，并且支撑材料的化学特征与溅射材料不同的情况。虽然支撑材料的具体几何形状需要根据应用的具体溅射靶装置而有所变化，但是设计理念是简单并一致的。
单独具有上述目的和其它目的的本发明的多种新颖性特征以及本发明自身根据下面例举的实施方案连同附图可得以更全面的理解。
图1是本发明靶的一个实施方案的顶视图，所述靶为具有圆形溅射分布图的圆盘形靶。
图2是圆盘形靶实施方案的横截面图。
图3是本发明的靶的另一个实施方案的顶视图，所述靶为具有矩形溅射分布图的板形靶。
图4是板形靶实施方案的横截面图。
图5是热等静压(HIP)在用新的溅射材料填充废弃靶的腐蚀槽的过程中可使用的钢制圆柱形容器的示意图。
发明内容
图1和3显示了溅射靶典型的几何形状。图1显示了具有圆形溅射分布图的圆盘形靶。具体而言，溅射材料2在支撑结构3上形成。如图2所示，靶1为圆形和环圈形。支撑结构3和溅射材料2是同心的并且围绕着靶中心的孔4形成。靶的中心孔3可以连接到一个装置上以旋转靶。而且，溅射靶可以是如图3和4所示的矩形，其中溅射靶5具有矩形的分布图。
支撑结构3的材料可以选自Cu，CoCr合金，不锈钢，NiAl合金，W，Mo，CoCrPtB合金，或者RuAl合金和PtMn合金。支撑材料2可以为磁性或者非磁性材料，诸如含有Co，Cr，Cu，Ni，Al，Mo，Pt，Ru，Pd，Re，Rh，Au或者Ag金属的合金。这种合金的例子包括RuAl和PtMn。新的溅射材料利用HIP单元扩散结合到支撑结构。支撑材料可以为诸如，Co，25at％或者Co，20at％Cr，1.5at％Pt，6at％B的溅射材料。
HIP单元用于粉末加工的粉末固结步骤。这个加工步骤在粉末金属工业中是公知的。本发明的加工过程如下。
废弃靶的腐蚀槽可能含有一些微小的表面缺陷。因此，靶可能需要通过抛丸进行清洗。然而，作为本发明的条件，不需要清洗废弃靶。
新的溅射材料的混合金属粉末9倒入如图5所示的空的钢制圆柱形容器。容器包括圆柱体12，密封的底盖7和顶盖8。容器内填充混合的金属粉末9到圆柱体的大约1”高。混合的粉末可以是合金粉末的混合物。废弃的靶10放置在HIP容器中粉末的床上。然后更多的粉末倒入容器内使得废弃的靶被覆盖上。粉末的覆盖超过固体金属片顶部大约1”高。废弃的靶基本上被掩埋了。另一个废弃靶可以放置在粉末的床上并反复进行这个操作，直到HIP容器充满粉末，以及其它的废弃靶被掩埋。
废弃的靶以大约一英尺的间距垂直隔开。例如图5显示了在圆柱形容器中的三个废弃靶。
顶盖8位于圆柱形容器的上方。然后容器通过抽气管11抽真空在真空下进行密封。圆柱形容器放置到HIP容器中(图中未显示)，所述HIP容器也是密封的，除了留一个气体入口以外。通过高压气体泵将氩气导入HIP容器中。
利用HIP元件中的耐热圈在HIP压力容器中加热圆柱形容器。容器在15 KSI的条件下加热到大约1850°F和大约1950°F之间，历时大约4小时。这个步骤就是HIP。当HIP单元中的温度和压力升高时，钢制容器开始变形并且压缩混合的粉末直到最终所有的粉末完全压实到废弃靶中。混合的金属粉末固结并分散结合到废弃溅射靶的支撑结构。
现在分散结合到固结的材料上的HIP容器通过机加工被移去。通常，在HIP步骤后，粉末呈固体金属圆柱体或者金属块的形式。然后，圆盘形的修复的溅射靶通过锯切和铣磨加工由固体金属块制造而成。完整的圆柱体容器和固结的材料利用带锯切割成圆盘。钢制圆柱体容器(切割后看上去类似于围绕固结材料的直径的圆环)的残料利用车床或者水注带走。接着，固结的材料利用车床被机加工成溅射靶。
虽然本发明已经参考了几个优选的实施方案进行了描述，但是可以预料本发明的多种改变和修改通过阅读上述的详细描述对于本领域技术人员而言是显而易见的。因此，下列的附属权利要求可被解释为包括在本发明精神和范围内的所有这些改变和修改。
权利要求
1.一种修复的溅射靶，其包括具有腐蚀槽的支撑结构，所述带有凹槽的溅射用分散结合到所述支持结构的新的溅射材料填充。
2.权利要求1的溅射靶，其中所述支持结构的材料选自CoCrPtB合金，Cu，不锈钢，NiAl合金，CoCr合金，Al，W和Mo。
3.权利要求1的溅射靶，其中所述新的溅射材料含有铂和一种磁性材料。
4.权利要求1的溅射靶，其中所述新的溅射材料含有选自Pt，Ru，Pd，Re，Rh，Au和Ag的金属。
5.一种修复溅射靶的方法，其包括如下步骤(a)混合金属合金的粉末形成金属合金粉末的混合物以产生一种新的溅射材料，(b)添加所述金属合金粉末到金属容器中以形成粉末层，(c)将具有腐蚀槽的废弃溅射靶放置到所述粉末层上，(d)用所述粉末层覆盖所述废弃的溅射靶，(e)密封所述金属容器，以及(e)对所述容器施加压力和热以固结并分散所述粉末到所述腐蚀槽中和填充所述腐蚀槽，并在所述腐蚀槽中形成所述新的溅射材料。
6.权利要求5的方法，其中所述支撑结构的材料选自CoCrPtB合金，Cu，不锈钢，NiAl合金，CoCr合金，Al，W和Mo。
7.权利要求5的方法，其中所述新的溅射材料含有铂和一种磁性材料。
8.权利要求5的方法，其中所述新的溅射材料含有选自Pt，Ru，Pd，Re，Rh，Au和Ag的金属。
9.权利要求5的方法，其中所述方法重复步骤(c)和(d)以添加一种或者多种其它待修复的废弃金属靶。
10.权利要求5的方法，其中所述方法进一步包括锯切和机加工步骤(e)的产物的步骤以形成修复的溅射靶。
全文摘要
本发明提供了利用热等静压或者HIP技术用新的溅射材料填充靶的损耗区来修复废弃的溅射靶。
文档编号B22F7/06GK1608141SQ02818144
公开日2005年4月20日 申请日期2002年9月16日 优先权日2001年9月17日
发明者迈克·桑德林 申请人:黑罗伊斯有限公司