濺射靶的部分噴涂翻新制造技術

在各種實施方案中，通過噴涂沉積靶材的顆粒以至少部分填充某些區域(例如，最深侵蝕的區域)而在其他侵蝕區域(例如，更少侵蝕的區域)內沒有噴涂沉積來部分地翻新侵蝕濺射靶。在濺射性能(例如，濺射速率)和/或濺射膜的性能沒有實質性改變的情況下，部分地翻新的濺射靶可以在部分翻新后濺射。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】相關申請本申請要求2013年8月1日提交的第61/861,177號美國臨時專利申請的權益和優先權，將其全部公開內容引入本文作為參考。
在各個實施方案中，本專利技術涉及金屬和/或非金屬粉末的噴涂沉積，特別地涉及用于濺射靶的部分翻新的噴涂沉積。背景濺射，一種物理氣相沉積技術，在許多工業中用于在任意的各種基底上沉積具有高度可控的組成和均勻度的各種材料的薄膜。在濺射過程中，待沉積材料(或其組分)的濺射靶經受高能粒子(例如，等離子體粒子)的轟擊，從而向其沉積的基底上噴射靶材原子。常規的新的(即，未使用的)平面濺射靶具有扁圓形或扁的準矩形的形狀。例如，圖1描繪了被理想化為直角棱鏡的新的濺射靶100。(現實中，平面濺射靶通常是具有圓角的準矩形的或者甚至是圓的。)在濺射期間，該形狀被侵蝕掉，并且到靶的“壽命終止”(即，在用過的靶處由新的原始靶取代的點)時，通常僅利用了靶材的部分。因此，濺射靶的使用者通常必須丟棄剩余的靶材(并因此丟棄初始靶的大部分剩余價值)。如在第2008/0216602號、第2008/0271779號和第2013/0156967號美國專利申請公開(將其全部公開內容引入本文作為參考)中所述的，該利用動態使得濺射靶成為通過噴涂沉積，例如冷噴涂來翻新的良好候選者。然而，濺射靶通常以在靶的壽命終止時提供不規則的表面的方式被侵蝕掉。圖2描繪了具有典型的“跑道”(或“環形”)侵蝕圖案的侵蝕濺射靶200的平面圖。該特征性圖案，以及其深度剖面，通常是由在濺射過程中通過磁控管施加的磁場的形狀和強度產生的。侵蝕靶200的侵蝕圖案通常包括不同深度的多個區域。例如，侵蝕靶可以具有一個或多個深袋210，其是最強侵蝕(即，靶利用)的區域并具有最深的表面深度。深袋210可以由靶200的磁場近端220的“箍縮”(即，升高的強度)產生，其導致侵蝕速率為靶200的其他部位的侵蝕速率的例如2-3x或甚至更高。深袋210的深度通常決定侵蝕靶200的壽命終止，因為當該深度接近靶200的初始厚度(即，在濺射之前的厚度)時，靶通常被更換。也就是說，當深袋210的底面接近靶200的背面時，侵蝕靶200通常被更換。如顯示的，侵蝕靶200的侵蝕剖面還包括一個或多個侵蝕較輕的中深度區域230，并且其具有比那些深袋210的深度更淺的深度。中深度區域230通常由在濺射過程中施加的磁場的形狀產生，所述磁場在遠離靶200的末端傾向于強度更低。侵蝕靶200的侵蝕剖面還包括一個或多個淺區域240，靶200的極少的材料(如果有的話)從所述區域濺射。也就是說，在淺區域240中靶200的厚度可以僅稍微低于或甚至基本上等于在濺射之前的靶200的初始厚度(其可以是例如約18mm或甚至更高)。如顯示的，深袋210和中深度區域230可以共同限定在靶200上的凹陷的環形部分的至少部分，其中深袋210對應于靶200的相對端附近的環形部分的相對端(例如，基本上矩形的靶200的更窄端)。環形部分的中心的全部或部分可以對應于淺區域240的一個或多個。圖3是侵蝕靶200的側視圖，其描繪從深袋210延伸至中深度區域230的示例性表面輪廓(由虛線表示)。在淺區域240中，靶200具有厚度300，所述厚度300可以僅稍微低于(例如，低5％或甚至更低)或基本上等于在濺射之前的靶200的初始厚度。如所示的，深袋210具有延伸深入到靶200的厚度中的深度310。例如，深度310可以大于濺射之前的靶200的初始厚度的50％，或甚至大于75％。此外，在深袋210下方的靶200的剩余厚度(即，靶200的初始厚度和深度310之間的差)可以例如，在1mm至3mm的范圍內。中深度區域230具有顯著更厚的靶200的剩余厚度，并且可以具有靶200的初始厚度的僅10％-25％或甚至更低的深度320。還如圖3所示，侵蝕靶200通常在濺射過程中連接(例如，粘合)到支撐靶200的背板330，并且背板330可以充當調節濺射過程中靶200的溫度的冷卻劑(例如，水)的管道。侵蝕靶200的不規則的侵蝕剖面向翻新方法提出了挑戰，并且事實上，許多侵蝕靶被簡單地回收并使用新靶替換。甚至選擇性針對靶200上的侵蝕跑道圖案的噴涂翻新方法可能是耗時且昂貴的，并且傾向于需要大量的噴涂的微粒材料。這樣的方法可能甚至需要更大的噴涂沉積工具和復雜的機器人技術，和/或可能需要在翻新之前移除背板(因此增加了方法的復雜性、時間和花費)。因此，需要可以快速和廉價地進行，且不需要大量噴涂材料的延長侵蝕濺射靶的有用壽命的翻新方法。這樣的方法還將有利地提供具有與原始靶同等的濺射特性(例如，濺射速率、濺射膜厚度、濺射膜厚度、濺射膜均勻性)的翻新靶。概述本專利技術的實施方案通過噴涂沉積(例如，冷噴涂)使得用過的(即，侵蝕的)濺射靶能夠部分翻新以延長其有用壽命。(如本文所利用，“部分翻新”是指僅侵蝕濺射靶的消耗的材料的部分被更換，并不意味著需要另外的翻新以在此后進一步使用濺射靶；相反，根據本專利技術的實施方案的“部分地翻新的”濺射靶可以用于濺射過程，就好像它們是新的一樣。)優選地，僅使用濺射材料至少部分填充最深侵蝕的區域，得到仍然包含侵蝕的表面區域但是可以用于另外的濺射過程的部分地翻新的濺射靶。由于靶僅是部分地翻新的，因此翻新過程可以非常快速地進行并伴隨噴涂材料的低利用，使靶能夠快速恢復使用。由于靶材可以是昂貴的和/或特殊的材料，噴涂材料的低利用率有利地節省了材料成本。通常僅翻新小區域，因此在許多實施方案中，可以使用小的噴涂沉積系統(例如，利用手持式噴槍的“手持式”系統)進行噴涂沉積并且無需復雜的機器人。此外，由于部分翻新定位到具體區域，因此其產生較少的濺射靶的加熱，能夠實現具有背板(其通常包括低熔點材料如銅和/或鋁或基本上由其組成)的靶在合適位置的翻新，特別是在當靶通過低熔點粘合劑如Insolder(具有例如150℃至200℃的熔點)粘合到背板的情況下。例如，在低于背板的熔點和/或低于用于將靶固定到背板的粘合劑的熔點的溫度下，可以通過冷噴涂來沉積噴涂的靶材。本專利技術的優選的實施方案在噴涂沉積之前或之后以及在部分地翻新的靶再次用于濺射過程之前還不需要部分地翻新的區域的另外的表面準備(例如，研磨或拋光)。如上所示，本專利技術的實施方案使侵蝕濺射靶能夠翻新至靶可以再次用于濺射的程度，但還同時使靶材(其在許多情況下可以是非常昂貴的)的消耗最小化。例如，可以確定侵蝕濺射靶的一種或多種特征，或其一個或本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種翻新侵蝕濺射靶同時使材料消耗最小化的方法，所述侵蝕濺射靶(a)具有限定以下的表面輪廓：(i)上表面水平，(ii)具有凹入上表面水平以下的表面深度的第一侵蝕區域，和(iii)具有比第一侵蝕區域的表面深度更深的表面深度的第二侵蝕區域，和(b)包括靶材，所述方法包括：確定第二侵蝕區域的一種或多種特征；噴涂沉積靶材的顆粒以至少部分填充第二侵蝕區域；和在靶材的顆粒的噴涂沉積過程中，基本上防止在第一侵蝕區域中的靶材的顆粒的沉積，借以使第一侵蝕區域的表面深度在此后保持凹入上表面水平以下。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2013.08.01 US 61/8611771.一種翻新侵蝕濺射靶同時使材料消耗最小化的方法，所述侵蝕濺射靶
(a)具有限定以下的表面輪廓：(i)上表面水平，(ii)具有凹入上表面水
平以下的表面深度的第一侵蝕區域，和(iii)具有比第一侵蝕區域的表面深
度更深的表面深度的第二侵蝕區域，和(b)包括靶材，所述方法包括：
確定第二侵蝕區域的一種或多種特征；
噴涂沉積靶材的顆粒以至少部分填充第二侵蝕區域；和
在靶材的顆粒的噴涂沉積過程中，基本上防止在第一侵蝕區域中的靶材
的顆粒的沉積，借以使第一侵蝕區域的表面深度在此后保持凹入上表面水平
以下。
2.權利要求1所述的方法，其中所述第二侵蝕區域的一種或多種特征包
括以下至少一種：第二侵蝕區域的表面深度和上表面水平之間的差，在第二
侵蝕區域中的侵蝕濺射靶的表面輪廓的形狀，或第二侵蝕區域的表面深度與
第一侵蝕區域的表面深度之間的差。
3.權利要求1所述的方法，其中基本上防止在第一侵蝕區域中的靶材的
顆粒的沉積包括在侵蝕濺射靶的至少部分上方設置掩模，所述掩模限定顯示
第二侵蝕區域的一個或多個開口。
4.權利要求1所述的方法，其中(i)在噴涂沉積過程中，靶材的顆粒
沉積在掩模上方，和(ii)在噴涂沉積后，回收沉積在掩模上方的靶材的顆
粒用于將來使用。
5.權利要求1所述的方法，其中基本上防止在第一侵蝕區域中的靶材的
顆粒的沉積包括對自動噴涂設備編程，以基本上僅當噴槍設置在第二侵蝕區
域上方時噴涂來自噴槍的靶材的顆粒。
6.權利要求1所述的方法，其中基本上防止在第一侵蝕區域中的靶材
的顆粒的沉積包括當噴槍噴涂靶材的顆粒時，基本上僅在第二侵蝕區域上方
平移手持式噴槍。
7.權利要求1所述的方法，還包括在其間的第一侵蝕區域中沒有靶材
沉積的情況下，在噴涂沉積后濺射所述濺射靶。
8.權利要求7所述的方法，其中在噴涂沉積和濺射之間沒有在濺射靶
上進行表面研磨或拋光。
9.權利要求1所述的方法，其中噴涂沉積靶材的顆粒包括冷噴涂。
10.權利要求1所述的方法，其中所述靶材包括以下至少一種：Mo、
Ti、Mo/Ti、Nb、Ta、W、Zr、其兩種或多種的混合物或其一種或多種與一
種或多種其他金屬的混合物、或其兩種或多種的合金或其一種或多種與一種
或多種其他金屬的合金。
11.權利要求1所述的方法，其中所述靶材包括以下至少一種：Al、Cu、
Ag、Au、Ni、其兩種或多種的混合物或其一種或多種與一種或多種其他金
屬的混合物、或其兩種或多種的合金或其一種或多種與一種或多種其他金屬
的合金。
12.權利要求1所述的方法，其中，在噴涂沉積之前，第二侵蝕區域的
體積小于第一侵蝕區域的體積。
13.權利要求1所述的方法，還包括至少使至少部分地填充所述第二侵
蝕區域的噴涂沉積的顆粒退火。
14.權利要求1所述的方法，其中：
所述侵蝕濺射靶包括靶材的靶板，和固定到靶板的背板，所述背板包括
與靶材不同的背板材料，和
將所述靶材的顆粒噴涂沉積在靶板上，同時將靶板固定到背板。
15.權利要求14所述的方法，其中使用粘合劑將所述靶板固定到背板。
16.權利要求15所述的方法，其中所述粘合劑的熔點低于約200℃。
17.權利要求15所述的方法，其中所述粘合劑包括銦焊料。
18.權利要求14所述的方法，其中所述背板材料包括以下至少一種：
銅、鋁或鋼。
19.權利要求1所述的方法，其中使用包括手持式噴槍的噴涂設備噴涂
沉積所述靶材的顆粒。
20.權利要求1所述的方法，其中：
所述侵蝕濺射靶包括基本上矩形的靶材的靶板，所述靶板具有第一和第
二相對端；
所述第一侵蝕區域限定環形部分，所述環形部分的中心的至少部分的表
面輪廓與上表面水平對應；和
所述第二侵蝕區域包括(i)由最接近靶板的第一端的第一侵蝕區域限定
的環形部分的第一端部，和(ii)由最接近靶板的第二端的第一侵蝕區域限
定的環形部分的第二端部。
21.權利要求1所述的方法，其中所述靶材的顆粒經由噴涂顆粒的射流
噴涂沉積，所述射流和第二侵蝕區域內的表面輪廓之間的傾斜角為約45°至
約90°。
22.權利要求21所述的方法，其中所述傾斜角為約60°至約90°。
23.權利要求1所述的方法，其中使用靶材的顆粒將所述第二侵蝕區域
至少填充到第一侵蝕區域的表面深度。
24.權利要求1所述的方法，其中使用靶材的顆粒將所述第二侵蝕區域
至少填充到上表面水平。
25.一種部分翻新侵蝕濺射靶的方法，所述侵蝕濺射靶具有限定以下的
表面輪廓：(i)上表面水平，(ii)具有凹入上表面水平以下的表面深度的
第一侵蝕區域，和(iii)具有比第一侵蝕區域的表面深度更深的表面深度的
第二侵蝕區域；所述侵蝕濺射靶包括靶材，所述方法包括：
噴涂沉積靶材的顆粒以在第一侵蝕區域中沒有噴涂沉積的情況下至少
部分填充第二侵蝕區域，此后所述第一侵蝕區域的表面深度保持凹入上表面
水平以下。
26.權利要求25所述的方法，還包括在其間的第一侵蝕區域中沒有靶材
沉積的情況下，在噴涂沉積后濺射所述濺射靶。
27.權利要求26所述的方法，其中在噴涂沉積和濺射之間未在濺射靶上
進行表面研磨或拋光。
28.權利要求25所述的方法，其中噴涂沉積所述靶材的顆粒包括冷噴
涂。
29.權利要求25所述的方法，其中所述靶材包括以下至少一種：Mo、
Ti、Mo/Ti、Nb、Ta、W、Zr、其兩種或多種的混合物或其一種或多種與一
種或多種其他金屬的混合物、或其兩種或多種的合金或其一種或多種與一種
或多種其他金屬的合金。
30.權利要求25所述的方法，其中所述靶材包括以下至少一種：Al、
Cu、Ag、Au、Ni、其兩種或多種的混合物或其一種或多種與一種或多種其
他金屬的混合物、或其兩種或多種的合金或其一種或多種與一種或多種其他
金屬的合金。
31.權利要求25所述的方法，其中在噴涂沉積之前，第二侵蝕區域的體
積小于第一侵蝕區域的體積。
32.權利要求25所述的方法，還包括至少使至少部分填充所述第二侵蝕

\t區域的噴涂沉積的顆粒退火。
33.權利要求25所述的方法，其中：
所述侵蝕濺射靶包括靶材的靶板，和固定到靶板的背板，所述背板包括
與靶材不同的背板材料，和
將所述靶材的顆粒噴涂沉積在靶板上，同時將靶板固定到背板。
34.權利要求33所述的方法，其中使用粘合劑將所述靶板固定到背板。
35.權利要求34所述的方法，其中所述粘合劑的熔點低于約200℃。
36.權利要求34所述的方法，其中所述粘合劑包括銦焊料。
37.權利要求33所述的方法，其中所述背板材料包括以下至少一種：銅、
鋁或鋼。
38.權利要求25所述的方法，其中使用包括手持式噴槍的噴涂設備噴涂
沉積所述靶材的顆粒。
39.權利要求25所述的方法，其中：
所述侵蝕濺射靶包括基本上矩形的靶材的靶板，所述靶板具有第一和第
二相對端；
所述第一侵蝕區域限定環形部分，所述環形部分的中心的至少部分的表
面輪廓與上表面水平對應；和
所述第二侵蝕區域包括(i)由最接近靶板的第一端的第一侵蝕區域限定
的環形部分的第一端部，和(ii)由最接近靶板的第二端的第一侵蝕區域限
定的環形部分的第二端部。
40.權利要求25所述的方法，其中所述靶材的顆粒經由噴涂顆粒的射流
噴涂沉積，所述射流和第二侵蝕區域內的表面輪廓之間的傾斜角為約45°至
約90°。
41.權利要求40所述的方法，其中所述傾斜角為約60°至約90°。
42.權利要求25所述的方法，其中使用靶材的顆粒將所述第二侵蝕區域
至少填充到第一侵蝕區域的表面深度。
43.權利要求25所述的方法，其中使用靶材的顆粒將所述第二侵蝕區域
至少填充到上表面水平。
44.一種濺射靶材的方法，所述方法包括：
將包括靶材的濺射靶設置在第一濺射工具內；
濺射來自濺射靶的靶材以形成具有表面輪廓的侵蝕區域，所述表面輪廓
限定凹入濺射靶的頂面以下的多個不同深度；
在沒有在最接近第一部分的侵蝕區域的第二部分中噴涂沉積顆粒的情
況下，噴涂沉積靶材的顆粒以至少部分填充侵蝕區域的僅第一部分，從而形
成部分翻新的濺射靶；
將部分翻新的濺射靶設置在第二濺射工具內；和
濺射來自部分翻新的濺射靶的靶材。
45.權利要求44所述的方法，還包括在噴涂沉積靶材的顆粒之前，確定
侵蝕區域的第一部分的一種或多種特征。
46.權利要求45所述的方法，其中所述侵蝕區域的第一部分的一種或多
種特征包括以下至少一種：侵蝕區域的第一部分的深度，侵蝕區域的第一部
分中的表面輪廓的形狀，或侵蝕區域的第一部分的深度和侵蝕區域的第二部
分的深度之間的差。
47.權利要求44所述的方法，還包括在噴涂沉積靶材的顆粒之前，在濺
射靶的至少一部分上方設置掩模，所述掩模限定顯示侵蝕區域的第一部分的
至少一些的一個或多個開口。
48.權利要求47所述的方法，其中(i)在噴涂沉積過程中，靶材的顆
粒沉積在掩模上方，和(ii)在噴涂沉積后，回收沉積在掩模上方的靶材的
顆粒用于將來使用。
49.權利要求44所述的方法，還包括對自動噴涂設備編程，以基本上僅
當噴槍設置在侵蝕區域的第一部分上方時噴涂來自噴槍的靶材的顆粒。
50.權利要求44所述的方法，還包括在噴涂沉積過程中，當噴槍正在噴
涂靶材的顆粒時，基本上僅在侵蝕區域的第一部分上方平移手持式噴槍。
51.權利要求44所述的方法，其中在噴涂沉積之前，在濺射靶的頂面以
下的侵蝕區域的最大深度設置在侵蝕區域的第一部分中。
52.權利要求44所述的方法，其中所述第一和第二濺射工具是相同的濺
射工具。
53.權利要求44所述的方法，其中在噴涂沉積和將部分翻新的濺射靶設
置在第二濺射工具內之間沒有在部分翻新的濺射靶上進行表面研磨或拋光。
54.權利要求44所述的方法，其中噴涂沉積所述靶材的顆粒包括冷噴
涂。
55.權利要求44所述的方法，其中所述靶材包括以下至少一種：Mo、
Ti、Mo/Ti、Nb、Ta、W、Zr、其兩種或多種的混合物或其一種或多種與一
種或多種其他金屬的混合物、或其兩種或多種的合金或其一種或多種與一種

\t或多種其他金屬的合金。
56.權利要求44所述的方法，其中所述靶材包括以下至少一種：Al、
Cu、Ag、Au、Ni、其兩種或多種的混合物或其一種或多種與一種或多種其
他金屬的混合物、或其兩種或多種的合金或其一種或多種與一種或多種其他
金屬的合金。
57.權利要求44所述的方法，其中，在噴涂沉積之前，侵蝕區域的第一
部分的體積小于侵蝕區域的第二部分的體積。
58.權利要求44所述的方法，還包括至少使噴涂沉積的顆粒退火。
59.權利要求44所述的方法，其中：
所述濺射靶包括靶材的靶板，和固定到靶板的背板，所述背板包括與靶
材不同的背板材料，和
將所述靶材的顆粒噴涂沉積在靶板上，同時將靶板固定到背板。
60.權利要求59所述的方法，其中使用粘合劑將所述靶板固定到背板。
61.權利要求60所述的方法，其中所述粘合劑的熔點低于約200℃。
62.權利要求60所述的方法，其中所述粘合劑包括銦焊料。
63.權利要求59所述的方法，其中所述背板材料包括以下至少一種：銅、
鋁或鋼。
64.權利要求44所述的方法，其中使用包括手持式噴槍的噴涂設備噴涂
沉積所述靶材的顆粒。
65.權利要求44所述的方法，其中：
所述濺射靶包括基本上矩形的靶材的靶板，所述靶板具有第一和第二相
對端；
所述侵蝕區域限定環形部分，所述環形部分的中心的至少部分的表面輪
廓與濺射靶的頂面對應；和
所述侵蝕區域的第一部分包括(i)由最接近靶板的第一端的侵蝕區域限
定的環形部分的第一端部，和(ii)由最接近靶板的第二端的侵蝕區域限定
的環形部分的第二端部。
66.權利要求44所述的方法，其中所述靶材的顆粒經由噴涂顆粒的射流
噴涂沉積，所述射流和侵蝕區域的第一部分內的表面輪廓之間的傾斜角為約
45°至約90°。
67.權利要求66所述的方法，其中所述傾斜角為約60°至約90°。
68.權利要求44所述的方法，其中使用靶材的顆粒將所述侵蝕區域的第

\t一部分至少填充到侵蝕區域的第二部分的深度。
69.權利要求44所述的方法，其中使用靶材的顆粒將所述侵蝕區域的第
一部分至少填充到濺射靶的頂面。
70.一種部分地翻新的濺射靶，其包括：
靶板，所述靶板(i)包括靶材和(ii)具有限定以下的表面輪廓：(a)
頂面和(b)凹陷區域，所述凹陷區域具有凹入頂面以下的表面；和
設置在鄰近凹陷區域的靶板上的未熔融的金屬粉末層，所述金屬粉末層
(i)具有頂面，所述頂面(a)與靶板的頂面近似共平面，或(b)凹入頂面
以下到不深于凹陷區域的表面深度的深度，和(ii)具有與設置在比凹陷區
域的表面更深的深度處的板的界面。
71.權利要求70所述的部分地翻新的濺射靶，其中所述未熔融的金屬粉
末層的頂面與靶板的頂面近似共平面。
72.權利要求70所述的部分地翻新的濺射靶，其中所述未熔融的金屬粉
末層的頂面凹入頂面以下到比凹陷區域的表面深度更淺的深度。
73.權利要求70所述的部分地翻新的濺射靶，其中所述未熔融的金屬粉
末層的頂面凹入頂面以下到基本上等于凹陷區域的表面深度的深度。
74.權利要求70所述的部分地翻新的濺射靶，還包括其中設置靶板的濺
射工具。
75.權利要求70所述的部分地翻新的濺射靶，其中所述未熔融的金屬粉
末層包括所述靶材。
76.權利要求70所述的部分地翻新的濺射靶，還包括固定到靶板的背
板。
77.權利要求76所述的部分地翻新的濺射靶，其中所述背板包括熔點低
于靶材的熔點的材料。
78.權利要求76所述的部分地翻新的濺射靶，其中所述背板包括以下至
少一種：銅、鋁或鋼。
79.權利要求76所述的部分地翻新的濺射靶，其中使用粘合劑將所述靶
板固定到背板。
80.權利要求79所述的部分地翻新的濺射靶，其中所述粘合劑的熔點低
于約200℃。
81.權利要求79所述的部分地翻新的濺...

【專利技術屬性】
技術研發人員：S·A·米勒，
申請(專利權)人：HC施塔克公司，
類型：發明
國別省市：美國;US