BE1028481B1

BE1028481B1 - Sputterdoel met grote densiteit

Info

Publication number: BE1028481B1
Application number: BE20205525A
Authority: BE
Inventors: Bosscher Wilmert Cyriel Stefaan De; Giangaspro Ignacio Caretti; Jeffrey Dieter Edel; Jai Shankar Subramanian
Original assignee: Soleras Advanced Coatings Bv
Priority date: 2020-07-14
Filing date: 2020-07-14
Publication date: 2022-02-14
Also published as: WO2022013284A1; CN115836039A; US20230272519A1; BE1028481A1; EP4182284A1

Abstract

Een sputterdoel omvat ten minste één enkel stuk met een lengte van ten minste 600 mm, bijv. 800 mm of groter. Ten minste 40 % van het sputterdoelmateriaal omvat een zogeheten vluchtig materiaal dat ofwel een sublimatietemperatuur, ontbindingstemperatuur onder zijn smeltpunt of een smeltpunttemperatuur en een absolute kookpunttemperatuur vertoont die dicht bij elkaar liggen. Het sputterdoel heeft een sputterdoelmateriaaldensiteit van ten minste 90 %, bijvoorbeeld ten minste 95 %, of ten minste 98 %, of ten minste 99 % van de theoretische densiteit van het sputterdoelmateriaal.

Description

Sputterdoel met grote densiteit Gebied van de uitvinding.

De uitvinding heeft betrekking op het gebied van sputteren. Ze heeft meer specifiek betrekking op sputterdoelen en vervaardiging daarvan, in het bijzonder sputterdoelen die keramisch materiaal omvatten. Achtergrond van de uitvinding Fysieke gasfasedepositie door middel van sputteren is een standaardtechniek geworden om de eigenschappen aan te passen van bijvoorbeeld glasruiten of andere onbuigzame of buigzame materialen. Onder “sputteren” verstaat men de ballistische uitwerping van atomen van deklaagmateriaal uit een sputterdoel door middel van positief geladen ionen, -gewoonlijk argon- die worden versneld door een elektrisch veld in de richting van een negatief geladen sputterdoel. De positieve ionen worden door elektron-ion-impactionisatie in de gasfase onder lage druk gevormd. De uitgeworpen atomen botsen op het te coaten substraat waar ze een goed hechtende deklaag met grote densiteit vormen.

De deklaag kan lagen op het substraat vormen, dus de eigenschappen van het materiaal (bijv. optische en/of mechanische eigenschappen) kunnen op maat worden aangepast.

Sommige soorten lagen zijn moeilijk om te verkrijgen, bijvoorbeeld di-elektrische lagen. Oxidische films zijn bijvoorbeeld vaak gewenst omdat ze met selecteerbare transparantie kunnen worden gemaakt, waardoor ze geschikt worden gemaakt voor optische toepassingen zoals lenzen, filters en dergelijke.

Depositie van oxidische films is echter moeilijk om de hierna uitgelegde redenen.

Het is mogelijk om oxidelagen door depositie te verschaffen, door het sputteren van een metalen sputterdoel met een gasmengsel dat zuurstof omvat. Dit kan leiden tot hevig hysteresegedrag, wat leidt tot procesinstabiliteit. De relatieve hoge hoeveelheid zuurstofgas die nodig is om het metalen sputterdoel in de zogenaamde vervuilde (“poisoned”) toestand te brengen om een metaaloxidelaag te doen groeien leidt gewoonlijk tot een val van sputtersnelheid. Het document “OBERSTE- BERGHAUS et al., Film Properties of Zirconium Oxide Top Layers from Rotatable Targets, 2015 Society of Vacuum Coaters, 58th Annual Technical Conference Proceedings, Santa Clara, CA april 25-30, 2015, p. 228-234”, openbaart dat het gebruik van keramische sputterdoelen het hysteresegedrag kan matigen of volledig verwijderen, waardoor de hoeveelheid reactief gas aanzienlijk wordt verminderd en tot drie keer hogere filmdepositiesnelheden mogelijk zijn over sputterprocessen die metalen sputterdoelen gebruiken.

Voor toepassingen op grote oppervlakken zoals architecturaal glas, moeten de deklagen op grote substraten worden gesputterd en is het dus vereist om ook grote sputterdoelen te verschaffen zodat het sputteren homogeen verloopt. Grote keramische sputterdoelstukken zijn echter moeilijk verkrijgbaar.

Sinteren kan worden gebruikt om kleine sputterdoelstukken te verschaffen die samengevoegd moeten worden om een groter sputterdoelsamenstel te vormen, bijvoorbeeld als een combinatie van tegels (voor vlakke sputterdoelsamenstellen) of als gestapelde kokers (voor cilindervormige samenstellen van sputterdoelen op een cilindervormige drager). Deze sputterdoelen zijn vatbaar voor boogvorming, in het bijzonder aan hun vele randen aan verbindingspunten in de kleinere materiaalstukken. US2012055783A1 openbaart thermisch sproeien over een achterstructuur om een keramisch sputterdoel te bekomen, en US2007034500A1 openbaart sinteren van een silicium oxide sputterdoel door middel van heet isostatisch persen (HIP). Lange keramische sputterdoelen die door gebruikelijke werkwijzen zoals sinteren of thermisch sproeien worden vervaardigd vertonen echter vaak porositeiten en een densiteit die lager is dan de theoretische densiteit van het bulkmateriaal. Daarnaast kan het bij gebruikmaking van sinteren om grotere materiaalstukken te vervaardigen nodig zijn om organische bindingsmiddelen in te brengen die de zuiverheid van het eruit voorvloeiende sputterdoelmateriaal beïnvloeden. Dit is zelfs nog significanter bij materialen die thermisch ontbinden of sublimeren bij de aangewende vervaardigingsdrukken en - temperaturen. De lagere densiteit en porositeit kan verband houden met een negatieve prestatie tijdens sputteren wegens verminderde thermische geleidbaarheden, materiaalspatten, stofvorming en vervolgens verhoogde boogvormingsnelheden.

JP2013147368A openbaart de mogelijkheid om een lang keramisch cilindrisch sputterdoel te bekomen, gemaakt door koud isostatisch persen (CIP) van speciaal daartoe bereide korrels, gevolgd door sinteren. Gelijkaardig openbaart JP2018009251A een cilindrisch gegoten product voor een sputterdoel, gemaakt via CIP gevolgd door sinteren. Het is echter steeds noodzakelijk om het sputterdoel materiaal aan de achterstructuur te bevestigen via solderen, wat extra stappen vereist.

Samenvatting van de uitvinding Het is een doel van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding om een sputterdoel met grote densiteit te verschaffen dat kan worden gebruikt voor het coaten van grote oppervlakken met een lager aantal onderdelen of gemaakt als een enkel stuk, met materialen met smelt- en kookpunttemperaturen die relatief dicht bij elkaar liggen, of die zelfs sublimatie en/of ontbinding vertonen bij vervaardigingscondities. Het is een voordeel dat zelfs materialen met hoge verdampingssnelheden of zelfs sublimatie kunnen worden gebruikt als sputterdoelmateriaal bij sputterdoelen met gecombineerde grote omvang en materiaal met grote densiteit, voor het verschaffen van een stabieler sputterproces, bijv. het verschaffen van sputteren met verminderde vervuiling, boogvorming of dergelijke en/of het toestaan van een hogere te gebruiken sputtervermogendensiteit. In een eerste aspect, wordt een sputterdoel verschaft. Het omvat ten minste één enkel stuk met een lengte van ten minste 600 mm, bijv. 800 mm of groter. Het omvat ook sputterdoelmateriaal voor het sputteren, dat hierna de benaming “vluchtig materiaal” krijgt dat ofwel een sublimatietemperatuur, of een smelttemperatuur en een absolute kookpunt- of ontbindingstemperatuur vertoont, waarbij de absolute kookpunt- en/of ontbindingstemperatuur van genoemd sputterdoelmateriaal minder dan 30 % hoger bedraagt, of lager is dan zijn smelttemperatuur. Deze bereiken kunnen worden gedefinieerd als drukken die zich dicht bij atmosferische druk bevinden, bijv. bij drukken typisch 5 voor thermische sproeiprocessen, bijv. tussen 700 hPa en 1300 hPa. Ten minste 40 % van de massa van het sputterdoelmateriaal bestaat uit dit vluchtige materiaal. Het sputterdoel heeft een sputterdoelmateriaaldensiteit van ten minste 90 3%, bijvoorbeeld ten minste 95 % of ten minste 98 % of ten minste 99 % van zijn theoretische densiteit.

Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding dat een sputterdoel met grote densiteit kan worden verschaft als een enkel groot stuk, bijvoorbeeld zo groot als de achterstructuur, zonder dat het sputterdoel moet verschaft worden als een combinatie van kleinere sputterdoeltegels of -segmenten. Het is een verder voordeel dat sputterdoelmateriaal wordt gebruikt om het sputterdoel te vervaardigen met sproeien in plaats van sinteren, zelfs als het materiaal neigt te sublimeren of te ontbinden bij hoge temperaturen met lagere smelting. Thermisch sproeien van vluchtige materialen leidt vaak tot niet-efficiënte smelting van het materiaal en zware stofvorming. De opname van niet- gesmolten deeltjes en/of stof in de gesproeide deklaag heeft een ongunstig effect op het contact tussen spats van het geprojecteerde materiaal van het gesproeide sputterdoel, met een daaropvolgende afname van densiteit en toename van porositeit. Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding dat een sputterdoel met hoge densiteit lage porositeit heeft en derhalve een stabieler proces tijdens het sputteren mogelijk maakt.

In sommige uitvoeringsvormen, is het vluchtige materiaal voor het sputteren een keramisch materiaal. In het bijzonder is het materiaal voor sputteren een metaaloxide zoals indiumtinoxide, ZnO, of Sn02, of In203, of WO3 of andere metaaloxides. Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding dat keramische oxidesputterdoelen met weinig of geen ingesloten stof of poriën kunnen worden verschaft, waardoor boogvorming en dergelijke wordt verminderd. Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding dat oxidesputterdoelen en dergelijke kunnen worden verschaft, bijv. voor het verschaffen van dunne lagen, bijv. dunne transparante en/of geleidende oxidelagen. In sommige uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding, omvat genoemd vluchtig materiaal voor het sputteren ten minste 50 % of 60 % van de massa van het sputterdoel, bijvoorbeeld ten minste 70 % of ten minste 80 % of zelfs ten minste 90 % van de massa van het sputterdoel. Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding dat het sputterdoel bijna de helft of meer dan de helft, bijvoorbeeld 60 % kan omvatten van genoemd materiaal dat moeilijk kan worden verschaft, vooral bij grote sputterdoelstukken. In sommige uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding, heeft het sputterdoel een resistiviteit van minder dan 1000 Ohm.cm. Dit biedt het voordeel dat het sputterdoel kan worden gebruikt voor sputteren, met frequenties lager dan RF-frequenties.

In sommige uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding, omvat het sputterdoel verder een achterstructuur met een thermische uitzettingscoëfficiënt vergelijkbaar met het sputterdoelmateriaal. Het is een voordeel dat het sputterdoel en de achterstructuur goede hechting behouden.

In sommige uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding, omvat de achterstructuur staal. Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding dat een goedkoop materiaal kan worden gebruikt als een achterstructuur voor thermisch sproeien van het materiaal. Genoemd materiaal vertoont bovendien goede mechanische eigenschappen van HIP. Een hechtend materiaal kan tussen de achterstructuur, bijv. de stalen achterstructuur, en het gesproeide sputterdoelmateriaal worden toegevoegd, een bindingslaag vormen en de materialen overbruggen en bijvoorbeeld met een thermische uitzettingscoëfficiënt die met beide compatibel is.

In sommige uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding kan het sputterdoel buisvormig zijn, bijv. een cilindervormig buisvormig sputterdoel voor sputteren.

In een tweede aspect, wordt een werkwijze van het verschaffen van sputterdoel voor sputteren verschaft. De werkwijze omvat het verschaffen van een achterstructuur, het verschaffen van sputterdoelmateriaal voor het sproeien, het thermisch sproeien van het sputterdoelmateriaal over de achterstructuur, waarbij het materiaal sublimeert of de absolute kookpunt- of ontbindingstemperatuur van genoemd materiaal minder dan 30 % hoger of zelfs lager is dan zijn smelttemperatuur, het verkrijgen van een sputterdoelproduct, en vervolgens het uitvoeren van een proces van heet isostatisch persen waardoor de densiteit van het sputterdoelproduct tot ten minste 90 %, bijvoorbeeld ten minste 95 % of ten minste 98 % of ten minste 99 % van zijn theoretische densiteit wordt verhoogd.

Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding dat materiaal dat moeilijk te verschaffen is door sproeien nog steeds een sputterdoel met grote densiteit kan verschaffen als een enkel stuk zonder dat het sputterdoel moet worden verschaft als een combinatie van kleinere sputterdoeltegels of -segmenten.

In sommige uitvoeringsvormen omvat de werkwijze verder het verwijderen van oppervlaktemateriaal vóór het uitvoeren van heet isostatisch persen. In sommige uitvoeringsvormen, omvat de werkwijze verder het coaten van het gesproeide sputterdoel met materiaal waardoor een externe laag met hoge densiteit wordt verschaft.

Deze stappen verminderen op gunstige wijze de open poriën op het oppervlak. In sommige uitvoeringsvormen, worden de open poriën en ruwheid verwijderd door polijsten, of bedekt met een bekledingslaag zonder genoemde poriën aanzienlijk te vullen.

In sommige uitvoeringsvormen omvat de werkwijze verder het verwijderen van buitenlaag na het uitvoeren van heet isostatisch persen.

De werkwijze in overeenstemming met uitvoeringsvormen van het tweede aspect kan worden gebruikt om een sputterdoel te verschaffen voor het sputteren in overeenstemming met uitvoeringsvormen van het eerste aspect van de onderhavige uitvinding. Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding dat materiaal dat moeilijk te verschaffen is door sproeien nog steeds een sputterdoel met grote densiteit kan verschaffen als een enkel stuk zonder dat het sputterdoel moet worden verschaft als een combinatie van kleinere sputterdoeltegels of -segmenten.

In sommige uitvoeringsvormen omvat de werkwijze het verschaffen van een achterstructuur met een lengte van ten minste 600 mm, bijv. 800 mm of groter.

Specifieke aspecten en voorkeursaspecten van de uitvinding worden uiteengezet in de begeleidende onafhankelijke en afhankelijke conclusies. Kenmerken van de afhankelijke conclusies kunnen worden gecombineerd met kenmerken van de onafhankelijke conclusies en met kenmerken van andere afhankelijke conclusies wanneer dit past en niet louter wanneer dit expliciet in de conclusies is uiteengezet.

Deze en andere aspecten van de uitvinding zullen duidelijk worden uit de uitvoeringsvorm(en) die hierna worden beschreven en verduidelijkt worden met verwijzing daarnaar.

Beknopte beschrijving van de tekeningen

FIG 1 illustreert een vlak sputterdoelsamenstel gevormd door vier stukken in overeenstemming met uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding.

FIG 2 illustreert een buisvormig sputterdoel in een vat voor heet isostatisch persen in overeenstemming met een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding.

FIG 3 is een stroomdiagram van de werkwijze van de onderhavige uitvinding voor het vervaardigen van sputterdoelen.

FIG 4 illustreert een perspectiefaanzicht van een vorm of achterstructuur voor het verschaffen van een sputterdoel in overeenstemming met uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding.

FIG 5 illustreert de doorsnede van een vorm en de procedurestappen om een sputterdoel in overeenstemming met uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding te verschaffen.

FIG 6 illustreert een doorsnede van een buisvormig sputterdoel voor het verschaffen van een buisvormig sputterdoel in overeenstemming met uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding.

FIG 7 illustreert een doorsnede van een buisvormig sputterdoelproduct voor het verschaffen van een buisvormig sputterdoel en het hervullen van een gebruikt sputterdoel, in overeenstemming met uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding.

FIG 8 illustreert een doorsnede van een buisvormig sputterdoel in overeenstemming met uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding.

De tekeningen zijn louter schematisch en niet- beperkend. In de tekeningen, kan de grootte van sommige van de elementen worden overdreven en niet op schaal zijn getekend voor illustratieve doeleinden.

De referentietekens in de conclusies mogen niet worden geïnterpreteerd als beperkend voor het toepassingsgebied. In de verschillende tekeningen, verwijzen dezelfde referentietekens naar dezelfde of analoge elementen.

Gedetailleerde beschrijving van de illustrerende uitvoeringsvormen De onderhavige uitvinding zal worden beschreven met betrekking tot specifieke uitvoeringsvormen en met verwijzing naar bepaalde tekeningen, maar de uitvinding is niet beperkt daartoe maar alleen door de conclusies. De afmetingen en de relatieve afmetingen stemmen niet overeen met eigenlijke verminderingen met de praktijk van de uitvinding. Bovendien worden de termen eerste, tweede en dergelijke in de beschrijving en in de conclusies gebruikt voor het maken van het onderscheid tussen vergelijkbare elementen en niet noodzakelijkerwijs voor het beschrijven van een reeks, hetzij in de tijd ofwel in de ruimte, bij het rangschikken of op elke andere wijze. Er dient te worden begrepen dat de op die wijze gebruikte termen onderling verwisselbaar zijn onder passende omstandigheden en dat de uitvoeringsvormen van de hierin beschreven uitvinding in staat zijn om in andere volgordes te werken dan hierin worden beschreven of geïllustreerd.

Bovendien worden de termen boven, onder en dergelijke in de beschrijving en de conclusies gebruikt voor beschrijvende doeleinden en niet noodzakelijkerwijs voor het beschrijven van relatieve posities. Er dient te worden begrepen dat de op die wijze gebruikte termen onderling verwisselbaar zijn onder passende omstandigheden en dat de uitvoeringsvormen van de hierin beschreven uitvinding in staat zijn om in andere oriëntaties te werken dan hierin worden beschreven of geïllustreerd.

Er dient te worden opgemerkt dat de term “omvattende”, gebruikt in de conclusies, niet dient te worden geïnterpreteerd als beperkt tot de hierna opsomde middelen; hij sluit geen andere elementen of stappen uit. Hij dient dus zo te worden geïnterpreteerd dat hij de aanwezigheid van de vermelde kenmerken, eenheden, stappen of componenten waarnaar wordt verwezen bepaalt, maar de aanwezigheid of toevoeging van één of meer andere kenmerken, eenheden, stappen of componenten, of groepen daarvan niet uitsluit. De term “omvattende” dekt daarom de situatie waarbij alleen de vermelde kenmerken voorhanden zijn en de situatie waarin deze kenmerken en één of meer andere kenmerken voorhanden zijn. De bescherming van de uitdrukking “een inrichting omvattende middelen A en B” moet dus niet worden geïnterpreteerd als zijnde beperkt tot inrichtingen die alleen bestaan uit componenten A en B. Het betekent dat met betrekking tot de onderhavige uitvinding, de enige relevante componenten van de inrichting A en B zijn. De verwijzing door deze specificatie heen naar “éen uitvoeringsvorm” of “een uitvoeringsvorm” betekent dat een specifieke eigenschap, structuur of kenmerk, beschreven in verband met de uitvoeringsvorm, in ten minste één uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding is opgenomen. Wanneer de zinsneden “in één uitvoeringsvorm” of “in een uitvoeringsvorm” op verschillende plaatsen voorkomen door deze specificatie heen, verwijzen ze dus niet allemaal noodzakelijkerwijs naar dezelfde uitvoeringsvorm, maar ze kunnen dit wel doen. Bovendien kunnen de specifieke eigenschappen, structuren of kenmerken worden gecombineerd op elke geschikte wijze, zoals voor een ervaren deskundige uit deze openbaarmaking duidelijk zal blijken, in één of meer uitvoeringsvormen.

Op gelijke wijze dient het geapprecieerd te worden dat in de beschrijving van voorbeelduitvoeringsvormen van de uitvinding, verscheidene kenmerken van de uitvinding soms samen worden gegroepeerd in een enkele uitvoeringsvorm, figuur of beschrijving daarvan om de openbaarmaking te stroomlijnen en bij te dragen tot een beter begrip van één of meer van de verschillende inventieve aspecten.

Deze werkwijze van openbaarmaking dient echter niet zo te worden geïnterpreteerd dat deze een bedoeling weerspiegelt dat voor de aangevraagde uitvinding meer kenmerken nodig zijn dan uitdrukkelijk in elke conclusie zijn vermeld. Zoals de volgende conclusies weerspiegelen, liggen de inventieve aspecten in minder dan alle kenmerken van een enkele voorgaande geopenbaarde uitvoeringsvorm. De conclusies die volgen op de gedetailleerde beschrijving worden hierbij dus uitdrukkelijk opgenomen in deze gedetailleerde beschrijving, waarbij elke conclusie op zichzelf staat als een afzonderlijke uitvoeringsvorm van deze uitvinding.

Bovendien, alhoewel sommige hierin beschreven uitvoeringsvormen sommige maar geen andere kenmerken omvatten die in andere uitvoeringsvormen zijn opgenomen, zijn combinaties van kenmerken van verschillende uitvoeringsvormen bedoeld om binnen het toepassingsgebied van de uitvinding te liggen, en vormen ze andere uitvoeringsvormen, zoals duidelijk zal zijn voor deskundigen in het vakgebied. In de volgende conclusies bijvoorbeeld kunnen alle aangevraagde uitvoeringsvormen, in elke combinatie worden gebruikt.

In de beschrijving die hierin wordt verschaft, worden talrijke specifieke details uiteengezet. Het is echter duidelijk dat uitvoeringsvormen van de uitvinding zonder deze specifieke details kunnen worden uitgevoerd. In andere gevallen werden bekende werkwijzen, structuren en technieken niet in detail getoond om een begrip van deze beschrijving niet onduidelijk te maken.

Wanneer in uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding wordt verwezen naar “achterstructuur”, wordt verwezen naar de structuur waarop het sputterdoelmateriaal voor het sputteren wordt verschaft. De achterstructuur houdt het sputterdoelmateriaal vast en kan aan een sputterdoelbron in een coatingkamer worden bevestigd. De achterstructuur kan bijvoorbeeld een cirkelvormig of rechthoekig oppervlak hebben waarover het sputterdoelmateriaal wordt verschaft, zoals in de zogeheten “vlakke sputterdoelen”. Achterstructuren hoeven niet vlak te zijn. Ze kunnen gevormd worden om groeven te verschaffen.

Sputterdoelen met buisachtige, bijv. cilindervormige achterstructuur, zijn gekend als “buisvormige sputterdoelen”. Een achterstructuur kan een drager omvatten.

Ze kan een drager en een extra laag omvatten voor het verschaffen of het verbeteren van hechting tussen het sputterdoelmateriaal en de drager.

In sommige uitvoeringsvormen, kan een achterstructuur een drager en een sputterdoelmateriaal omvatten, de achterstructuur kan bijvoorbeeld een geërodeerd sputterdoel zijn waarover nieuw sputterdoelmateriaal is verschaft, in overeenstemming met uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding.

Alhoewel metalen gegoten, gevormd, geëxtrudeerd kunnen worden of in sputterdoelen kunnen worden gevormd, zijn sommige materialen moeilijk te bewerken om er een sputterdoel uit te vervaardigen.

Oxidische materialen zijn een typisch voorbeeld, alhoewel de onderhavige uitvinding niet beperkt is tot oxidisch sputterdoelmateriaal en andere keramische producten kunnen worden gebruikt.

Compressie en verhitting van poedermateriaal verschaft samensmelting in sputterdoelen, in een proces dat bekend is als sinteren.

Het is echter moeilijk om grote sputterdoelen uit een enkel stuk via sinteren te verschaffen.

In sommige gevallen is densiteit niet optimaal en kunnen de materialen porositeit vertonen; densiteit is gewoonlijk niet homogeen en slinking en scheurvorming kan optreden.

Sinteren kan worden gebruikt om bijvoorbeeld sputterdoeltegels te verschaffen met afmetingen van bijv. 134,53mm x 145,05 mm of kleiner.

Het is gemakkelijker om deze kleine stukken te verschaffen door sinteren, die homogene samenstelling en densiteit hebben, en hoge densiteit kunnen bereiken, bijna theoretische densiteit; bijv. de densiteit van het bulkmateriaal.

Deze kleine stukken, bijv. tegels of kokers (cilindervormige segmenten) kunnen worden gebruikt om een groot sputterdoel (sputterdoelsamenstel) samen te stellen.

Deze benadering heeft echter een aantal nadelen.

Ten eerste moet het monteren van de stukken gebeuren met gecontroleerde afstand over een passende achterbuis-/plaat (bijv. met compatibele coëfficiënt van thermische uitzetting). Er moet bindingsmateriaal worden verschaft en geactiveerd tussen de stukken en de achterstructuur (bijv. door het smelten van indium). In gevallen die de voorkeur wegdragen moet dit bindingsmateriaal geleidend zijn, voor het genereren van een geleidende baan.

Deze problemen zijn niet beperkt tot de vervaardiging van het sputterdoel, aangezien het samengestelde sputterdoel problemen kan geven tijdens gebruik ervan.

Aangezien het sputterdoel uit kleinere stukken is gemaakt, heeft het oppervlak gewoonlijk naden of randen tussen de kleinere stukken.

Deze randen zijn vatbaar voor boogvorming tijdens het sputteren, wanneer zich een erg groot elektrisch veld rond de rand vormt.

Randen kunnen ook gevoeliger zijn voor het defectvorming (bijv. knoesten, stof,...). Deze knoesten kunnen di- elektrisch van aard zijn en plaatselijk de geleidbaarheid van het sputterdoeloppervlak verminderen.

Ook is het maximale bereikbare vermogensniveau vaak beperkt door het bindingsmateriaal en de kwaliteit van de binding, en niet door het sputterdoelmateriaal zelf.

In sommige gevallen worden bindmiddelverbindingen zoals organische verbindingen gemengd in het sputterdoelmateriaal om de integriteit te verbeteren, maar deze leiden tot contaminatie van het definitieve sputterdoel, dat contaminatie wordt op het gesputterde materiaal op het substraat tijdens gebruik.

Bovendien hebben niet alle stukken door vervaardigingsproblemen exact dezelfde eigenschappen en prestatie, hetgeen de totale prestatie van het sputterdoel aantast. Dit betekent bijvoorbeeld dat de stukken tijdens het sputteren kunnen eroderen op een niet-homogene wijze, het sputteren moet dus worden gestopt alvorens het dunste segment volledig is verbruikt (het behouden van een zekere intrinsieke mechanische sterkte) en nuttige toepassing van het sputterdoel wordt verminderd. Alhoewel de stukken bijvoorbeeld verondersteld worden om dezelfde densiteit te hebben, kunnen sommige stukken een afwijkende densiteit hebben en gevoeliger zijn voor boogvorming, poeder- of knoestvorming of mogelijke gebreken doen ontstaan.

Voor buisvormig gevormde sputterdoelen stellen zich bijkomende problemen, namelijk: — Goede omloopbinding is moeilijk te garanderen - Het bindingsmateriaal kan zichtbaar zijn aan het sputterdoeloppervlak via de ruimte tussen twee segmenten (risico op gecontamineerd sputteren) — Er is vaak nood aan een dure achterbuis (bijv. titanium in plaats van roestvrij staal, door de hogere graad van rechtheid en rondheid van titanium, enz.) - Kleinere toleranties op de binnendiameter van de koker en buitendiameter van de achterbuis.

Om deze problemen te overwinnen, werden andere technieken geprobeerd om sputterdoelen te verschaffen die uit minder stukken zijn gemaakt, bijv. uit een enkel stuk met relatief grote afmetingen. Eén van deze technieken is het thermisch sproeien van materiaal direct op een grote achterstructuur.

Sproeien is een bewezen technologie om sputterdoelen te maken met grotere afmeting, die kunnen worden geïmplementeerd voor meerdere sputterdoelgeometrieën; bijv. cilindervormige of vlakke sputterdoelen. Het is inherent verbonden met de technologie. Er kan materiaal met redelijk grote densiteit worden gegenereerd. Terwijl bijvoorbeeld koudsproeien afhankelijk kan zijn van de plastische vervorming van het bronmateriaal (bijv. metalen of metaallegeringen en -verbindingen), werkt thermisch sproeien in op het smelten van het bronmateriaal.

Thermisch sproeien maakt het derhalve mogelijk om sputterdoelen met hoge densiteit uit een enkel stuk met grotere afmetingen (bijv. typisch meer dan 85 %, meer dan 90 %, zelfs meer dan 95 %) tot stand te brengen voor de meeste metalen materialen (zuiver, gelegeerd, ...) en zelfs voor sommige keramische materialen.

Aangezien thermisch sproeien echter de vorming van druppels vereist door het gedeeltelijk en/of volledig smelten van het geprojecteerde materiaal, is het een opgave om deklagen te verschaffen uit materialen die problemen hebben van moeilijke smelting (bijv. hoge smeltpunttemperatuur plus lage thermische geleidbaarheid) of thermische stabiliteit.

Sommige materialen ontbinden en/of sublimeren op significante wijze onder de sproeicondities wat leidt tot aanzienlijke rook- en stofvorming.

Als gevolg hiervan is het vaak moeilijk om deklagen met hoge densiteit te bereiken en is het derhalve moeilijk om een sputterdoel te vervaardigen dat deze materialen omvat.

De sputterdoelen die uit deze materialen worden verkregen hebben een densiteit lager dan 90 %, zelfs lager dan

80 % van de theoretische densiteit.

Er is gebleken dat materialen die thermisch ontbinden of sublimeren bij typische temperaturen van thermisch sproeien, moeilijker te bereiken zijn.

Het gesproeide product kan lagere densiteit hebben en vaak poriën, luchtbellen en/of insluitsels omvatten zoals stof op zijn oppervlak en/of in de matrix enz.

Deze temperaturen worden gedefinieerd in het bereik van drukken als de druk die aanwezig is tijdens het sproeien.

Thermisch sproeien onderwerpt het te sproeien materiaal gewoonlijk aan temperaturen in het bereik van het smeltpunt of die dit overstijgen.

Deze materialen met smelttemperatuur dicht bij het kookpunt, en/of ontbinding of sublimatie, kunnen moeilijk of nagenoeg onmogelijk thermisch worden gesproeid.

Het is niet volledig duidelijk waarom sublimerende materialen nog steeds kunnen worden gesproeid in sommige gevallen, maar er wordt aangenomen dat de sterke aantrekking vanuit de vlam, gecombineerd met oververhitten en smelten buiten balans een rol speelt.

Er wordt ook aangenomen dat andere materialen die kunnen smelten, maar beginnen te ontbinden alvorens het smeltpunt wordt bereikt (zoals ITO), nog steeds kunnen worden gesproeid dankzij het supersnel verhitten tijdens het sproeien. Dit proces resulteert echter in hevige ontbinding van grondstof, rook en stof tijdens thermisch sproeien. Het gesproeide sputterdoel zal derhalve lage densiteit, porositeit (luchtbellen of andere componenten) en dergelijke hebben, hetgeen problemen geeft tijdens het sputteren.

Ter vergelijking, materialen zoals titaniumdioxide en zirkoniumdioxide kunnen worden verschaft in deklagen met hoge densiteit, dicht bij de theoretische densiteit (bijv. > 95 % voor titaniumdioxide TiOx en > 92 % voor zirkoniumoxide ZrOx). Deze materialen smelten zonder dat ze thermisch ontbinden en bij een veel lagere temperatuur dan hun kookpunt. Ze vertonen geen sublimatie en tonen goed gedefinieerde smelt- en kookpunttemperaturen bij atmosferische druk, die gewoonlijk de druk is die voorhanden is tijdens het sproeien.

De volgende tabel toont de densiteit van somige thermisch gesproeide sputterdoelen vs. de densiteit van het bulkmateriaal en het percentage van deze bulkdensiteit dat het gesproeide materiaal bereikt.

Tabel I. Bulktheoretische densiteit vs. gemeten densiteit en porositeit.

Densiteit (g/ | Densiteit | Porositeit | densiteit an

AZO (2% 5,56 4,68 7,3 % 84,2% m a ITO (10 7,14 5,56 15,8% 78, 4% ow ITO heeft duidelijk een relatieve lager densiteit- en hoger porositeitsniveau dan bijvoorbeeld titanium- of zirkoniumoxide. In aluminium gedoteerd zinkoxide vertoont een vermindering van relatieve densiteit tot waarden dicht bij 85 %.

Sputterdoelen met een densiteit lager dan de theoretische densiteit hebben relatief meer oppervlakteverbindingen ten opzichte van bulkverbindingen, waardoor minder energie vereist is om sputtereffect te verschaffen, dus voor een gegeven energiedensiteit kunnen meer sputterdoelatomen worden losgemaakt. Dit manifesteert zich als een hogere sputtersnelheid voor een gegeven vermogensniveau. De kleine densiteit verhoogt echter ook de porositeit van het sputterdoel. Poriën kunnen werken als defecte plekken tijdens een abnormale gloeiontlading, wat de waarschijnlijkheid van vonkgebeurtenissen verhoogt. Bovendien is het oppervlak ruwer en kan de elektrische veldverdeling minder gelijkmatig zijn. Bovendien kunnen porositeiten openbreken tijdens het proces van sputterverwijdering en een gaszak afgeven, materiaal uitwerpen of een plek met verschillende samenstelling aan het oppervlak brengen (bijv. met een ander secundair elektronenemissieveld). Sputterdoelen met lage densiteit zijn ook sneller vatbaar om door stof te worden gecontamineerd. Bijvoorbeeld, bi] sputterdoelen die door thermisch sproeien worden gemaakt, kunnen hoge hoeveelheden fijn stof vast komen te zitten tussen spatcontacten en/of porositeiten.

Voor sommige van deze materialen met lagere densiteit en mogelijk vastzittend stof, werd opgemerkt dat er zich onder specifieke sputtercondities, soldeereilanden of deeltjes op het oppervlak vormen. Er kunnen zich bijvoorbeeld knoesten vormen met verhoogde weerstand. Er kan zich ook stof vormen en zich opstapelen door de tijd (uren of dagen) heen op het sputterdoeloppervlak en eventueel leiden tot het verhogen van boogvormingsnelheid en, als een gevolg daarvan, onstabiel sputteren.

De onderhavige uitvinding verschaft een sputterdoel met erg hoge densiteit met ten minste één afmeting van 600 mm of groter; bijv. 800 mm omvattende materiaal dat vluchtig is, met andere woorden, dat sublimeert of ontbindt bij temperaturen dicht bij de smelttemperatuur, of waarvan de smelt en kookpunttemperaturen zich dichtbij elkaar bevinden bij 30 2. De densiteit van het sputterdoel bedraagt ten minste 90 % van de theoretische densiteit.

Om een groot sputterdoel met hoge densiteit te verkrijgen, zelfs uit dit vluchtige materiaal, wordt sputterdoelmateriaal (omvattende vluchtig sputterdoelmateriaal) aangebracht op een steun- of achterstructuur door thermisch sproeien, bijvoorbeeld op een achterstructuur die ten minste 600 mm, bijv. 800 mm lang is (bijv. met een zijde of diagonaal met deze afmetingen, of die een buis is met die lengte). Een sputterdoelproduct wordt verschaft. Het sputterdoelproduct wordt dan onderworpen aan heet isostatisch persen (HIP) zodat het materiaal op de sputterdoelproducten wordt verdicht. De drukken kunnen in een bereik liggen van 10 Mpa tot hoger dan 200 Mpa, bij temperaturen van honderden graden, bijvoorbeeld hoger dan 700 K, bijvoorbeeld hoger dan 1000 K en zich uitstrekken voorbij 1300 K zoals 1600 K. HIP wordt gewoonlijk gedaan op een bijzondere drukkamer, en het kan worden gedaan op objecten met de geschikte afmeting. Wanneer in uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding wordt verwezen naar “sputterdoelproduct”, wordt verwezen naar een sputterdoel vóór het HIP-proces.

Het sputterdoelproduct kan een gesproeid sputterdoel als zodanig zijn, met andere woorden, een sputterdoel dat wordt verkregen door thermisch sproeien dat aan een HIP- proces kan worden onderworpen zonder verdere voorbereiding, of het kan een gesproeid sputterdoel zijn na een verdere voorbereiding van het oppervlak, vóór het HIP-proces. Na het HIP-proces wordt een verdicht sputterdoel, waarnaar ook wordt verwezen als een sputterdoel met grote densiteit, of eenvoudigweg sputterdoel, verkregen.

In een eerste aspect heeft de onderhavige uitvinding betrekking op een sputterdoel voor het sputteren, waarbij het sputterdoelmateriaal voortdurend, zonder naden, een lengte van ten minste 600 mm, bijv. 800 mm, 1m, 2 m of meer, bijvoorbeeld 4 m, dekt. In sommige uitvoeringsvormen dekt de lengte van het sputterdoel het grootste gedeelte, bijvoorbeeld meer dan

50 % of alles van een achterstructuur. Een sputterdoelsamenstel kan bijvoorbeeld uit deze enkele grote stukken worden verkregen. Het sputterdoel kan bijvoorbeeld worden gebruikt voor het sputteren als een enkel, individueel stuk zonder kleinere segmenten of tegels. Deze sputterdoelen kunnen worden gebruikt om grote substraten zoals glasruiten of dergelijke te sputteren.

Het sputterdoel kan bij voorkeur geleidend zijn, dus sputteren bij frequenties lager dan FR kan worden verschaft. Het kan bijvoorbeeld geleidend materiaal omvatten. Het sputterdoel kan bijvoorbeeld een resistiviteit van 1000 Ohm.cm of minder hebben, bij voorkeur onder 100 Ohm.cm, met een grotere voorkeur onder 10 Ohm.cm, zelfs met een grotere voorkeur lager dan 1 Ohm.cm. Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding dat het sputterdoel een geleidbaarheid heeft die voldoende hoog is zodat het kan worden gebruikt met het wisselstroom-sputterproces met lage frequentie, of zelfs het gelijkstroom- sputterproces, geschikt voor het verschaffen van optische deklagen. De resistiviteit kan door een van de werkwijzen worden gemeten waarnaar wordt verwezen in FIG 8 en FIG 9 en respectieve paragrafen van de gepubliceerde applicatie WO2020099438A1.

In uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding, kan de achterstructuur een vlak of gebogen plaat zijn, waardoor een vlak sputterdoel wordt verschaft. In sommige uitvoeringsvormen kan de achterstructuur cilindervormig zijn. Het kan een geleidend materiaal (voldoende geleidend zodat het sputteren niet wordt belemmerd) omvatten. Het kan bijvoorbeeld roestvrij staal omvatten, dat niet duur is. Het kan titanium omvatten, dat goede thermische en mechanische stabiliteit heeft. Het kan ook koper omvatten. Het kan materialen omvatten met vergelijkbare samenstelling of dezelfde samenstelling als het sputterdoelmateriaal. Een oud sputterdoel kan bijvoorbeeld als achterstructuur worden gebruikt waardoor het een sputterdoelhervulling verschaft. De onderhavige uitvinding is niet tot deze voorbeelden beperkt. Het sputterdoelmateriaal kan direct op de achterstructuur worden verschaft, zonder hechtingslaag, bijv. door thermisch sproeien van het sputterdoelmateriaal op de achterstructuur. Bovendien kan een hechtings- of verbindingslaag worden verschaft om hechting van het gesproeide sputterdoelmateriaal te verbeteren. De dikte van de bindingslaag, zijn mechanische en zijn thermische eigenschappen kunnen worden aangepast om verschillen op te vangen tussen het achtersubstraat en het afgezette sputterdoelmateriaal. Het materiaal kan in het bijzonder worden gekozen zodat zijn thermische uitzettingscoëfficiënt (TEC) tussen de TEC van het achtersubstraat en de TEC van het gesproeide sputterdoelmateriaal kan liggen. De hechting van het sputterdoelmateriaal en zijn integriteit wordt dus minder beïnvloed door slinkeffecten.

Het sputterdoel wordt bij voorkeur verschaft als een enkel stuk dat dadelijk beschikbaar kan zijn voor sputteren, zonder dat de stukken bij elkaar hoeven te worden gevoegd. De onderhavige uitvinding is hier niet tot beperkt, en een sputterdoel kan meer dan een stuk omvatten. FIG 1 toont bijvoorbeeld een voorbeelduitvoeringsvorm waarbij een vlak sputterdoel 10 wordt verschaft met vier stukken 11, 12, 13, 14 die een racebaanvorm 20 volgen. Ten minste de middelste stukken, die de langste zijn (X-richting) worden gewoonlijk door veel tegels in bestaande sputterdoelen gevormd. In uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding vereist elk centraal stuk 11, 12 daarentegen één enkel stuk. Ze kunnen meer dan de helft van de lengte van de achterstructuur beslaan.

In sommige uitvoeringsvormen is het sputterdoel een buisvormig sputterdoel dat is gemaakt als een enkel stuk met een axiale lengte van 600 mm of meer, bijvoorbeeld 800 mm , zelfs tot 4m. Het kan bijvoorbeeld een buisvormig sputterdoel zijn met cilindervormige vorm.

Ondanks dat ze een dergelijke lengte heeft en ondanks dat ze vluchtig materiaal omvat dat poriën vertoont na het sproeien, verschaft de onderhavige uitvinding sputterdoelen met grote densiteit en van grote omvang uit gesproeide materialen.

Wanneer in uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding wordt verwezen naar “vluchtig materiaal”, wordt verwezen naar materiaal dat een sublimatie- of een ontbindingstemperatuur vertoont, en/of dat een smeltpunttemperatuur heeft die dicht bij de kookpunttemperatuur ligt, waarbij de kookpunt- en/of ontbindingstemperatuur bijvoorbeeld minder dan 30 & hoger ligt dan de smeltpunttemperatuur. Het sputterdoelmateriaal van de onderhavige uitvinding omvat ten minste één vluchtig materiaal. In somnige uitvoeringsvormen, kan de kookpunt- of ontbindingstemperatuur van het vluchtige materiaal minder bedragen dan 25 % of minder dan 20 % of minder dan 15 % hoger dan de smelttemperatuur.

Er wordt opgemerkt dat deze temperaturen worden verschaft bij drukken die gewoonlijk worden gebruikt bij bewerking met thermisch sproeien. Deze temperaturen en temperatuurbereiken worden bijvoorbeeld bij atmosferische druk gedefinieerd. Deze temperaturen en temperatuurbereiken kunnen bijvoorbeeld bij drukken worden gedefinieerd tussen 700 en 1300 hPa.

In somnige uitvoeringsvormen, omvat het sputterdoel Sn02, ZnO, In203, WO3 of een combinatie daarvan als het vluchtige materiaal. Er wordt opgemerkt dat Sn0:2 sublimeert bij 1800°C-1900°C; ZnO ontbindt door sublimatie bij 1974°C; In203 ontbindt onder 2000°C, en WO3 kan onder 750°C sublimeren. Sommige ermee strijdige gegevens kunnen worden gevonden in de literatuur over de hierboven vermelde drempelwaardetemperaturen voor deze materialen afhankelijk, onder meer, van zuurstofgedeeltelijke druk en vochtigheidsgehalte.

Het sputterdoel kan ten minste 60 % vluchtig materiaal omvatten. Het kan bijvoorbeeld ten minste 60 % of ten minste 70 % van dit vluchtige materiaal vertonen.

De rest kan ander materiaal zijn, zoals een geleidend materiaal of ander keramisch materiaal, bijv. aluminium, alumina, zirkonium, silicium, ... In somnige uitvoeringsvormen, is 100 % van het materiaal vluchtig materiaal.

De densiteit van het vluchtige materiaal in het sputterdoel bedraagt ten minste 90 % van de theoretische densiteit van genoemd materiaal. De densiteit van het vluchtige materiaal in het sputterdoel kan worden verkregen door metingen van de densiteit van het totale sputterdoelmateriaal in vergelijking met de theoretische densiteit. De berekening kan worden gedaan door te veronderstellen dat het -niet-vluchtige deel van het sputterdoelmateriaal na HIP-bewerking 100 % van de theoretische densiteit bedraagt, d.w.z. de densiteit is gelijk aan de densiteit van het bulk- (niet vluchtige) materiaal. Dit is over het algemeen juist voor veel materialen zoals metalen. Als de totale densiteit van het sputterdoel bijvoorbeeld ten minste 90 % van de theoretische densiteit uit al zijn omvattende componenten bedraagt, en als de aangevraagde fractie ten minste 40 % van de massa van het sputterdoel bedraagt, stemt de densiteit overeen met ten minste 80 % van de theoretische densiteit voor de aangevraagde fractie, terwijl 100 % voor het resterende gedeelte wordt aangenomen.

Bovendien of alternatief, kan de porositeit van de fractie van vluchtig materiaal worden verkregen door metallografische analyse van een dwarsdoorsnede van het sputterdoel, van waaruit de densiteit van het overeenstemmende gedeelte kan worden berekend.

In andere uitvoeringsvormen bedraagt de densiteit van het sputterdoel ten minste 90 % van de theoretische densiteit van het sputterdoelmateriaal, met inbegrip van het vluchtige materiaal en alle andere materialen daarin.

Het HIP-proces vermindert de porositeit van het sputterdoel; vastzittende poriën in de matrix kunnen bijvoorbeeld moeilijk te vinden zijn.

Open poriën op het oppervlak kunnen worden verwijderd door polijsten, door coaten en dergelijke, na het sproeien en/of na het heet isostatisch persen.

Door het verminderen van ruwheid en oppervlakteporiën wordt boogvorming tijdens het sputteren verminderd wanneer de sputterdoelen van de onderhavige uitvinding wordt gebruikt.

Door de aanwezigheid van minder poriën die in het sputterdoel vast komen te zitten kunnen oppervlakken zelfs na erosie wegens sputterdoelverbruik, nog steeds glad en gelijkmatig zijn, waardoor gelijkmatige elektrische veldverdeling aan de start en tijdens het sputterproces mogelijk wordt.

De aanwezigheid van stof en vastzittend gas in de poriën wordt verminderd, dus zijn er minder problemen met contaminatie en stofophoping.

Met een lagere boogvormingssnelheid, kan stabiel sputteren gedurende een lange tijd worden verschaft.

Het sputterdoel heeft een erg hoge zuiverhuid, waarbij 99,9 % van het materiaal bedoeld is voor het sputteren, met erg lage contaminatie, omdat er geen bindingsmiddel vereist is in het sputterdoelmateriaal, zoals het geval is bij sommige sinterwerkwijzen.

In een tweede aspect van de onderhavige uitvinding, wordt een werkwijze voor het vervaardigen van een sputterdoel verschaft.

De werkwijze omvat het thermisch sproeien van sputterdoelmateriaal op een achterstructuur, waarbij ten minste een deel van het materiaal een vluchtig materiaal is zoals eerder uitgelegd.

Er wordt dus een sputterdoelproduct verkregen dat gewoonlijk een lagere densiteit dan de theoretische densiteit zal hebben, die gewoonlijk lager is dan 98 3,

bijvoorbeeld lager dan 90 %, of zelfs lager dan 85 4%. Alhoewel het sproeien gewoonlijk lagen met grote densiteit en dus sputterdoelen met grote densiteit verschaft, bereikt een groep materialen (waarnaar eerder werd verwezen als “vluchtige materialen”) zelden lagen met erg hoge densiteit, wegens hun hoge gasfasedruk. Deze materialen zijn gewoonlijk keramische producten, bijv. sommige metaaloxiden, bijv. zink-, indium-, tin- of wolfraamoxides zoals eerder vermeld.

Het sputterdoelproduct, bijv. het gesproeide sputterdoel, kan in principe aan heet isostatisch persen worden onderworpen waardoor een geperst of verdicht sputterdoel wordt verkregen.

Het proces van heet isostatisch persen (HIP) is een vervaardigingsproces dat wordt gebruikt om de porositeit te verminderen en de densiteit van metalen en veel keramische materialen te vergroten. Dit verbetert de mechanische eigenschappen en bewerkbaarheid van het materiaal. Het HIP-proces onderwerpt een component aan zowel verhoogde temperatuur als isostatische gasdruk in een insluitingsvat onder hoge druk. FIG 2 toont een voorbeeldvat 200 dat de vereiste temperatuur en druk aan een buisvormig sputterdoelproduct 201 verschaft na thermisch sproeien. Het meest gebruikte drukgas is argon. Een inert gas verdient de voorkeur om chemische reactie van het materiaal met zijn omringende omgeving te verminderen. De kamer wordt verwarmd, waardoor de druk in het vat oploopt. Veel systemen gebruiken het pompen van geassocieerd gas om het noodzakelijke drukniveau te bereiken. Er wordt vanuit alle richtingen druk toegepast op het materiaal (vandaar de term “isostatisch”).

Het proces is bekend voor metalen gietelingen uit metaalpoeders. Het inerte gas wordt toegepast tussen 50,7 MPa tot 310 MPa, gewoonlijk 100 MPa. De weektemperaturen in het proces liggen in een bereik van 482°C (Al-gietelingen) tot 1320°C (superlegeringen op Ni-basis). De gelijktijdige toepassing van warmte en druk elimineert inwendige luchtbellen en micro- porositeit door een combinatie van plastische vervorming, kruip, en diffusiebinding, waarbij weerstand tegen vermoeidheid van de component wordt verminderd.

Primaire toepassingen zijn de vermindering van micro- slinkholte, consolidatie van poedermetalen, en metalen bekleding. Het proces kan ook worden toegepast op keramische composietmaterialen, die vergelijkbare resultaten geven, zij het dat de drukken en temperaturen moeten aangepast worden.

Het HIP-proces kan dus worden toegepast op het sputterdoelproduct van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding om het te verdichten. In sommige uitvoeringsvormen, doet het HIP-proces de densiteit van het sputterdoel met ten minste 5 %, bijvoorbeeld ten minste 10 % of 15 %, bijvoorbeeld ten minste 20 % van de theoretische densiteit toenemen. Het sputterdoel onder druk zal dus een densiteit van ten minste 90 % van de theoretische densiteit hebben, bijvoorbeeld 95 % of 98 % of 99 % of zelfs hoger. Een dergelijk sputterdoel kan in principe worden gebruikt voor het sputteren. Er kunnen echter andere tussenliggende stappen en/of afwerkingsstappen worden verschaft.

Het gesproeide sputterdoel kan bijvoorbeeld een hoog gehalte porositeit op zijn oppervlak bevatten. Het gladmaken van het gesproeide sputterdoeloppervlak door het verwijderen van de meeste of alle open poriën kan een tussenliggende stap vormen om het sputterdoelproduct te verkrijgen. Ook kan het sputterdoeloppervlak na het proces van heet isostatisch persen worden afgewerkt, bijv. door het nogmaals glad te maken voor het verwijderen van resterende open poriën, of het verwijderen van elk oppervlaktemateriaal dat niet vereist is.

FIG 3 toont een stroomdiagram met voorbeeldstappen om een sputterdoel te vervaardigen in overeenstemming met uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding.

Er wordt eerst een achterstructuur 100 verschaft. Ze kan een plaat, een buis of dergelijke zijn. Ze kan een drager zijn die een hechtingslaag omvat om hechting aan het gesproeide materiaal te verschaffen. Ze kan zelfs een gebruikt sputterdoel zijn dat opnieuw gevuld moet worden. In sommige uitvoeringsvormen, kan het verschaffen 100 van een achterstructuur het verschaffen omvatten van een achterstructuur uit een enkel stuk voor het verschaffen van een sputterdoelstuk van ten minste 600 mm, bijv. ten minste 800 mm, bijvoorbeeld 1 m of 2 m of 4 m of meer, bijvoorbeeld een buis van 800 mm of meer, waardoor de verschaffing van een groot sputterdoel uit een enkel stuk voor het sputteren van grote oppervlakken mogelijk wordt, zoals glasruiten of dergelijke.

Het sputterdoelmateriaal, waaronder het vluchtige materiaal, wordt aangebracht 101 op de achterstructuur door thermisch sproeien. Het gesproeide sputterdoel omvat ten minste 60 %, bijvoorbeeld ten minste 70 % van dit vluchtige materiaal, zoals Zn0, In203, SnO2, WO3, of mengsels of verbindingen daarvan, bijv. Sn0> en In203; bijv. ITO omvat gewoonlijk ten minste 80 gew.% In203 en minder dan 20 gew.% Sn02; bijvoorbeeld in een samenstellingsverhouding van 90:10. Andere mengsels of verbindingen omvatten tinoxide en indiun, tinoxide en indiumoxide, ITO en metaaltin... Sommige voorbeelden worden gegeven in paragrafen [0018], [0019], [0025] van octrooi EP2294241B1.

Thermisch sproeien van een sputterdoel kan plasmasproeien, vlamsproeien, brandstof- zuurstofsproeien met hoge gassnelheid of elke andere techniek omvatten.

Uit het gesproeide sputterdoel, kan een sputterdoelproduct worden verkregen 102. Dit sputterdoelproduct kan bijvoorbeeld een enkel stuk zijn met een afmeting, bijv. een lengte van 600 mm of meer, bijv. 800 mm of meer zoals eerder werd uitgelegd. In sommige uitvoeringsvormen, kan het gesproeide sputterdoel zelf het sputterdoelproduct zijn dat vervolgens aan heet isostatisch persen (HIP) kan worden onderworpen 103. Bijvoorbeeld, als de initiële densiteit van het “as”-gesproeide materiaal is voldoende hoog is en/of geen open poriën bevat, kan het gesproeide sputterdoel in het HIP-vat “as is” worden geplaatst.

In alternatieve uitvoeringsvormen, wordt het gesproeide sputterdoel onderworpen 105 aan een verdere voorbereidingsstap, voornamelijk een oppervlaktevoorbereiding, waardoor een sputterdoelproduct wordt verkregen dat uit een enkel stuk bestaat dat sputterdoelmateriaal omvat. Deze tussenliggende voorbereidingsstap kan bijvoorbeeld worden uitgevoerd als volledige verdichting niet kan worden bereikt vanuit het gesproeide sputterdoel “as is”; bijv. wegens de aanwezigheid van open poriën.

De tussenliggende stap kan bijvoorbeeld het afsluiten van de open poriën van het oppervlak omvatten door het slijpen en/of polijsten 106 van het sputterdoel. Het polijsten van het sputterdoel leidt tot een glad oppervlak met een kenmerkende glans, wat aangeeft dat de ruwheid wordt verminderd en dat de densiteit van open poriën ook kan worden verminderd.

Bovendien of alternatief, kan de tussenliggende stap het coaten 107 van het oppervlak van het gesproeide sputterdoel omvatten met een deklaag die is aangepast om de open poriën te coaten, bijv. het verschaffen van een paar lagen materiaal zodat oppervlakteporiën zich afsluiten. In uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding, worden de poriën afgedekt en gesloten, in plaats van te worden geïnfiltreerd. Het vullen van de poriën is minder gewenst, want zodra ze gevuld zijn kan het bewerken met heet isostatisch persen hun niet dichten, en valt de densiteit en homogeniteit daarvan moeilijk te sturen, en kan deze negatief worden beïnvloed. Infiltratie van de poriën kan leiden tot contaminatie van het sputterdoelmateriaal met infiltratiemateriaal over een aanzienlijke diepte en het is geen gewenste situatie. Er kunnen bijvoorbeeld lagen met een dikte van 1 mm of minder worden gebruikt, bijvoorbeeld 500 um of minder, bijv. 300 um of zelfs dunner, bijv. 100 um. Deze tussenliggende coatingstap kan worden gedaan door gebruikmaking van een bekledingsmateriaal. De deklaag kan op homogene wijze worden verschaft over het sputterdoelmateriaal, dus de deklaag heeft een uniforme dikte. In sommige uitvoeringsvormen kan het coaten worden gedaan door sproeien 108, bijv. thermisch sproeien. De onderhavige uitvinding is echter niet beperkt tot thermisch sproeien en het verdere coaten kan worden gedaan door koudsproeien, sputteren, dampafzetting en elke andere techniek die met het daaropvolgende HIP-proces compatibel is. De deklaag zorgt bij voorkeur niet voor ontgassing tijdens HIP en verschaft op gunstige wijze een veilig HIP-proces met minder contaminatie voor het vat 200 (FIG.2).

In somnige uitvoeringsvormen, is het bekledingsmateriaal een materiaal dat verschilt van het sputterdoelmateriaal. Het bekledingsmateriaal kan bijvoorbeeld een metaal zijn, bijv. een metaal met een hoog smeltpunt, zoals hoger dan ten minste 20 % hoger dan de maximale temperatuur die wordt bereikt tijdens de HIP-cyclus, bijvoorbeeld ten minste 30 % hoger, bijvoorbeeld zoals roestvrij staal (dat relatief goedkoop is) of titanium (dat goede sterkte heeft onder de HIP-condities waaraan het sputterdoel daarna wordt onderworpen) of nikkel, of een metaallegering met voldoende hoog smeltpunt. De onderhavige uitvinding is echter niet beperkt tot metalen.

In sommige uitvoeringsvormen kan het bekledingsmateriaal hetzelfde zijn als het sputterdoelmateriaal. Dit heeft als voordeel dat het bekledingsmateriaal niet moet worden verwijderd na HIP.

Het bekledingsmateriaal kan bijvoorbeeld ook door sproeien, bijv. thermisch sproeien worden verschaft, echter door sproeien onder andere condities die verdichting optimaliseren boven het eigenlijke sproeien (bijv. het verkrijgen van een hoge afzetefficiëntie), waardoor een afdeklaag met lagere porositeit wordt verschaft dan het onderliggende sputterdoelmateriaal. Dit heeft het voordeel dat de opstelling niet moet worden gewijzigd, bijv. het gesproeide sputterdoel moet niet uit de sproeikamer worden verwijderd, alleen de sproeiparameters moeten worden veranderd. Het heeft ook het voordeel dat er geen problemen zijn met incompatibiliteit van uitzettingscoëfficiënten, aangezien beide materialen dezelfde zijn, waardoor scheuren of slinkproblemen tijdens het HIP-proces worden verminderd.

In een illustratief voorbeeld, kan ITO worden verschaft met verschillende sproeicondities. Het materiaal dat wordt gebruikt om ITO-sputterdoelen te verschaffen is duur. Sproeicondities (plasma, temperatuur, toevoersnelheid) worden gewoonlijk geoptimaliseerd om zo min mogelijk materiaal te verspillen via de ventilatie van de sproeikamer. Het kan echter mogelijk zijn om de sproeicondities aan te passen om de densiteit te verbeteren om zo een oppervlak met lage porositeit te verkrijgen, ten koste van een grotere hoeveelheid verspild materiaal. De onderhavige uitvinding maakt het mogelijk dat het grootste gedeelte van het sputterdoel wordt verschaft onder condities die materiaal uitsparen (wat leidt tot een suboptimale densiteit), met een definitieve stap van het verschaffen van een paar lagen, bijvoorbeeld tot een halve millimeter, één of twee millimeter aan het oppervlak, onder condities die densiteit maximaliseren. Het materiaal wordt met een grotere snelheid verspild, maar wel voor een beperkte tijd.

Er kan dus uit het gesproeide sputterdoel een sputterdoelproduct worden verkregen door het voorbereiden 105 van het oppervlak van het gesproeide sputterdoel. Het HIP kan direct op het sputterdoelproduct worden uitgevoerd.

In somnige uitvoeringsvormen, kan het sputterdoelproduct optioneel in een afgesloten metalen bus worden opgenomen. De afgesloten metalen bus moet echter strak in het sputterdoelproduct passen. Het verschaffen van een deklaag gebeurt direct op het oppervlak, terwijl een afgesloten metalen bus daarentegen op maat moet worden ontworpen om deze aan te passen aan de oppervlaktetopografie. Een afgesloten metalen bus vereist gewoonlijk ook dat op het gesproeide sputterdoel wordt gelast en dat de lucht wordt verwijderd tot vacuüm waardoor contaminatie wordt verminderd. De bus kan trouwens tot slinkproblemen leiden. De gebruikte massa is groter dan bij het coaten, zodat deze meer slinkproblemen geeft dan een dunne deklaag. In sommige uitvoeringsvormen van deze uitvinding wordt de afgesloten metalen bus bij voorkeur niet gebruikt, en wordt het HIP-proces direct op het oppervlak van het sputterdoelproduct uitgevoerd.

Het uitvoeren 103 van een HIP-cyclus kan het onderwerpen omvatten van het sputterdoelproduct aan erg hoge drukken onder goed gecontroleerde verhitting, met opvoeren van het vermogen, stabiele toestand en koelprofielen. De druk kan bijv. 10 MPa of hoger zijn, bijv. bij 50 MPa, 100 MPa, of meer dan 200 MPa, of elke waarde ertussen. Er kan bijv. worden verhit tot 600 K, bij voorkeur heter, bijv. tot 1000 K, of tot 1400 K of zelfs hoger, bijv. tot meer dan 1800 K of elke waarde ertussen. De specifieke waarden van druk en temperatuur hangen af van het gebruikte materiaal. De temperatuur moet op typische wijze hoger liggen dan voor metalen. De HIP-cyclus wordt ingevoerd voor het verdichten van het sputterdoelmateriaal om de voordelen van een thermisch gesproeid sputterdoel en van een gesinterd sputterdoel te bereiken. Er kan dus een enkel stuk sputterdoel met vaste samenstelling worden verschaft over het sputterdoel zonder dat bijkomende binding nodig is (hetgeen het maximale bereikbare vermogen tijdens het sputteren kan beperken). Er hoeven geen tussenruimtes over het sputterdoel aanwezig te zijn die defecten en boogvorming zouden veroorzaken omdat het sputterdoel als een enkel stuk kan worden verschaft. Artefacten die gewoonlijk op sputterdoelen met lage densiteit voorkomen worden verminderd of vermeden. Deze artefacten omvatten bijv. knoest-of stofvorming, die leidt tot boogvorming en onstabiele processen, en die mogelijk tot defecten leiden in de afgezette sputterdeklaag.

Het keramische sputterdoelmateriaal kan worden verdicht tot densiteiten van ten minste 95 %, bijvoorbeeld met een hogere densiteit dan 97 % of dan 98 %, zelfs met een hogere densiteit dan 99 % van de theoretische densiteit van het materiaal (van het bulkmateriaal). De HIP-cyclus kan worden vormgegeven en aangepast om sommige aspecten van het verdichte sputterdoel te optimaliseren, terwijl de integriteit van het sputterdoel wordt gehandhaafd. De verdichting maakt het mogelijk om densiteiten te bereiken die dicht bij de theoretische densiteit liggen. Interne poriën kunnen worden geëlimineerd, die een glad erosieprofiel en homogeen sputteren voor langere tijd verschaffen. Ook mechanische eigenschappen worden verbeterd (verbeterde taaiheid en/of weerstand tegen vermoeidheid of botsing). Het HIP-proces verbetert ook binding van het sSsputterdoelmateriaal aan de achterstructuur, bijv. binding door diffusie aan de achterstructuur. HIP kan ook bijdragen tot spanningsrelaxatie van de gesproeide laag. Een sputterdoel dat door deze werkwijze wordt vervaardigd verschaft een verbeterde prestatie onder ruimere werkcondities. Deze sputterdoelen maken bijvoorbeeld het sputteren bij hogere vermogensniveaus mogelijk. Het ontwerp en de aanpassing van het HIP-proces omvat temperatuur, druk en drukprofiel en temperatuurprofiel tijdens de HIP-cyclus (bijv. snelheid van verhitten/opnieuw verhitten, afkoelen, drukregeling, enz.).

In sommige uitvoeringsvormen, kan het verdichte sputterdoel dadelijk worden gebruikt voor het sputteren. In alternatieve uitvoeringsvormen, kan het oppervlak van het verdichte sputterdoel optioneel worden onderworpen 109 aan een verdere behandeling, waardoor het sputterdoel na het HIP-proces wordt afgewerkt. Verwijdering van elke contaminatie die kan worden teweeggebracht door het aanbrengen van een afdeklaag, die mogelijk ongewenste elementen bevat, kan worden gedaan door het onderwerpen 109 van het sputterdoel aan de afwerkingsstap, bijvoorbeeld slijpen en/of polijsten 110, alhoewel andere stappen zoals chemische behandeling of dergelijke kunnen worden gebruikt. Bovendien kan de morfologie aan de bovenkant van het sputterdoelmateriaal (het materiaal het dichtst bij het oppervlak), na het uitvoeren van het HIP-proces, direct op het gesproeide (en optioneel gepolijste) sputterdoel, zelfs als er geen afdeklaag wordt gebruikt, afwijken van zijn bulkeigenschappen. Dit deel kan op gunstige wijze worden verwijderd. Het uitvoeren van de HIP-cyclus zonder de afdeklaag kan bijvoorbeeld bepaalde porositeit aan de bovenkant vasthouden (open poriën met beperkte omvang in het materiaal), terwijl diepere luchtbellen oorspronkelijk al gesloten poriën waren en verdicht zijn geworden.

De verdere behandeling kan bijvoorbeeld het verwijderen van de beschermende bekledingslaag omvatten. Als een deklaag wordt gebuikt met een materiaal dat van het sputterdoelmateriaal verschilt , kan het voltooien van het proces het verwijderen omvatten van de eerste lagen van het sputterdoel waaronder het coatingmateriaal. Er kan derhalve een sputterdoel met grote densiteit worden verkregen met ten minste één afmeting die ten minste 600 mm, bijv. 800 mm bedraagt (bijv. een axiale lengte voor een buisvormig sputterdoel, een zijde of een diagonaal van een rechthoekig of vierkant sputterdoel), bijvoorbeeld een enkel sputterdoel zo groot als de achterstructuur, naadloos en uit één stuk, of ten minste met erg weinig tegels in grote vlakke sputterdoelen waarbij ten minste één stuk een afmeting heeft die meer bedraagt dan 50 %, die bijvoorbeeld zo groot is als één afmeting van de achterstructuur van het volledige sputterdoel. De densiteit kan 90 % of hoger, bijv. 95 % of hoger bedragen, zelfs als vluchtige materialen als sputterdoelmateriaal wordt gebruikt, bijv. meer dan 60 % of 70 %, bijv. meer dan 80 % of zelfs ten minste 90 % van het sputterdoelmateriaal is een vluchtig keramisch materiaal.

De werkwijze van de onderhavige uitvinding kan worden gebruikt om buisvormige sputterdoelen of vlakke sputterdoelen te vervaardigen. De achterstructuur kan niet-vlak zijn. Ze kan bijvoorbeeld concaaf zijn. Ze kan bijvoorbeeld een gebogen plaat zijn. Ze kan bijvoorbeeld een vorm of blok zijn met een groef voor het opeenstapelen van materiaal, voor het verschaffen van materiaal voornamelijk op de zones waar er het meeste sputteren plaatsvindt.

Een detail van dergelijke achterstructuur wordt getoond in FIG 4. De structuur 300 kan een blok 301 met een groef 302 zijn, bijv. een gladde groef met sinusoïdale of Gaussiaanse vorm of dergelijke.

De richting van de groef 302 kan worden aangepast om de racebaan te volgen wanneer het blok 301 wordt gebruikt als een achterstructuur van een sputterdoel tijdens het sputterproces, wanneer de relatieve positie van de magneten met het blok in de sputterinrichting de positie van de racebaan bepaalt en deze vooraf kan worden bepaald.

Het sproeien van de achterstructuur 300 heeft het voordeel dat het materiaal op selectieve wijze op de structuur 300 kan worden verschaft.

Dit betekent dat de groef 302 veel meer gesproeid materiaal kan ontvangen dan de gebieden aan de zijden van de groef 302. FIG 5 toont twee schematische routes van thermisch sproeien en HIP op een concave achterstructuur.

De bovenste tekening 501 toont een doorsnede van het blok 301 van FIG 4 De uiterst linkse middelste tekening 502 toont sputterdoelmateriaal 303 dat vluchtig materiaal omvat, dat thermisch op het blok 301 werd gesproeid waardoor het een gesproeid sputterdoelproduct 401 vormt.

In de uitvoeringsvorm getoond in FIG 5 is het sproeien van lagen niet-homogeen door ontwerp.

Het is zo gemaakt dat de grootste dikte van de gesproeide lagen van sputterdoelmateriaal 303 zich dichtbij het diepste punt van de groef bevindt of ermee samenvalt.

Aangezien het gesproeide materiaal een aanzienlijke hoeveelheid vluchtig materiaal (bijv. 60 % of meer) omvat zoals uitgelegd in het eerste aspect van de onderhavige uitvinding, is de densiteit lager dan de theoretische densiteit, met hoog niveau of porositeit.

Op dit punt, wanneer de hoeveelheid oppervlakteporiën klein is (of na het verwijderen van de open poriën door het nabewerken zoals polijsten), kan het sputterdoelproduct vervolgens aan HIP worden onderworpen. Het sputterdoelmateriaal verdicht, bijv.

tot 20 % dichter ten opzichte van de theoretische densiteit; poriën worden verwijderd van het gesproeide materiaal, dus het sputterdoelmateriaal 304 met grote densiteit, het volume neemt af en het profiel 305 vlakt af, zoals getoond in de tekening onderaan links 503. Het sputterdoel 402 heeft dus voornamelijk sputterdoelmateriaal op het oppervlak waar de racebaan wordt gegenereerd (dus in de zone van de meeste erosie). Hierdoor kan het sputterdoelmateriaal erg doeltreffend worden gebruikt.

In sommige uitvoeringsvormen, kan een optionele oppervlaktebehandeling, deklaag of afdeklaag 306 worden verschaft op het gesproeide materiaal 303 alvorens het sputterdoelproduct aan het HIP-proces te onderwerpen, zoals getoond in de uiterst rechtse tekening 504 bovenaan. Deze deklaag van bekledingsmateriaal kan worden gebruikt om elke open porie in het materiaal af te sluiten, bijvoorbeeld door het verschaffen van materiaal bovenaan zodat de open porie afgesloten wordt, dus is het niet nodig om materiaal met viscositeit en oppervlaktespanning op maat te verschaffen om de porie te vullen. Zoals eerder werd uitgelegd met verwijzing naar de werkwijzestappen van oppervlaktevoorbereiding 105 (FIG 3), in het bijzonder van deklaag 107, kan deze oppervlaktevoorbereiding worden gedaan door sproeien 108, bijvoorbeeld koud of thermisch sproeien, of door andere middelen; de deklaag verschaft een afdeklaag 306 die lagere porositeit heeft dan het onderliggende oppervlak van het gesproeide sputterdoel, en met een homogene dikte, bijvoorbeeld een dikte van 1 mm of minder, bijv. tot zo weinig als

100 microns.

In sommige uitvoeringsvormen is de laag dikker dan 0,5 mm.

Het bekledingsmateriaal kan een materiaal zijn dat verschilt van het sputterdoelmateriaal (bijv. metaal), of kan een aantal van de materialen van het sputterdoelmateriaal omvatten,

of het kan hetzelfde materiaal zijn, maar verschaft op een wijze waarbij densiteit wordt geoptimaliseerd.

Het gecoate gesproeide sputterdoelproduct 403 kan aan HIP- proces zoals eerder worden onderworpen zodat het profiel afvlakt, waardoor sputterdoelmateriaallagen 304 met grote densiteit worden verschaft, waarbij sputterdoelmateriaal voornamelijk op de erosiezone wordt verschaft, zoals getoond in de tekening 505 uiterst rechts onderaan.

Als het bekledingsmateriaal hetzelfde is als het sputterdoelmateriaal, kan het sputterdoel 404 dat wordt verkregen na HIP-proces, worden gebruikt om te sputteren.

Anders is het mogelijk om een afwerkingsstap uit te voeren door het verwijderen van de afdeklaag 316 na HIP zoals eerder uitgelegd, waardoor een sputterdoel 402 zonder bekledingsmateriaal wordt verkregen.

Bij buisvormige sputterdoelen, kan de afwerkingsstap het verschaffen omvatten van een cilindervormige vorm aan het buisvormige sputterdoel, bijv. door slijpen of dergelijke.

In sommige uitvoeringsvormen kan het sputterdoel een buisvormig sputterdoel zijn in de vorm van een hondenbeen in overeenstemming met de uitvoering van de magnetron waarop men van plan is om het sputterdoel te gebruiken.

In alternatieve uitvoeringsvormen, kan de achterstructuur convex zijn, bijvoorbeeld een buisvormig sputterdoel, waarbij de onderhavige uitvinding niet beperkt is tot cilindervormige vormen. Optioneel, zoals dit het geval is voor vlakke sputterdoelen, kan de vorm van het convexe sputterdoel dunner zijn op de tegenoverliggende extreme uiteinden, waar meer erosie plaatsvindt. Zoals eerder, kan het sproeien worden aangepast zodat een grotere hoeveelheid materiaal op de zones van grotere erosie wordt verschaft.

FIG 6 toont een longitudinale doorsnede van een gesproeid sputterdoelproduct 600 met een buisvormige vorm, omvattende een holle buisvormige achterstructuur 601 en gesproeide lagen sputterdoelmateriaal 602 die de achterstructuur 601 bedekken. In deze en latere figuren, wordt de centrale as van het lichaam aangegeven door een streep- stippellijn. De holle buisvormige achterstructuur kan worden gevormd, geëxtrudeerd, gerold en kan bij voorkeur recht zijn. In sommige uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding, kan de gevormde achterstructuur 601 dunner zijn aan de uiteinden, waarbij een grotere hoeveelheid materiaal 602 aan de bovenkant werd gesproeid. Het gesproeide sputterdoelproduct 600 van FIG 6 toont een optionele afdeklaag laag 603 van bekledingsmateriaal met grote densiteit voor het verminderen of verwijderen van porositeit van het oppervlak van het sputterdoelproduct,

op analoge wijze met de deklaag 306 van vlakke sputterdoelen.

Het sputterdoelproduct 600, verkregen na sproeien, kan aan het bewerken met HIP worden onderworpen zoals eerder beschreven. Het eruit voortvloeiende sputterdoel zal een buisvormig sputterdoel zijn, in hoofdzaak cilindervormig wegen de toename van densiteit met vermindering van volume, in het bijzonder aan de uiteinden waar de vorm gevormde groeven heeft. Er kan een welbepaalde afwerkingsstap worden toegepast, indien nodig kan bijvoorbeeld de afdeklaag 603 na HIP worden verwijderd, zoals eerder werd uitgelegd. Er kan een andere afwerkingsstap worden uitgevoerd aan de binnenkant van de buisvormige achterstructuur 600 om de gewenste binnendiametereigenschappen te verschaffen. FIG 7 toont een dwarsdoorsnede van een alternatieve uitvoeringsvorm, waarbij het gesproeide sputterdoelproduct 700 gesproeid materiaal 702 omvat dat op een geërodeerd sputterdoel 701 wordt verschaft dat opnieuw gevuld moet worden. Dit geërodeerde sputterdoel omvat een drager 710 die een holle koker is, en geërodeerd materiaal 711 dat de drager 710 dekt. Zoals bij de gevormde achterstructuur 601, worden de uiteinden uitgedund, in dit geval wegens de sterkere erosie aan de uiteinden van het sputterdoel wegens de vorm van de racebaan, tijdens het sputteren. Het gesproeide materiaal wordt voornamelijk over de geërodeerde groeven verschaft, alhoewel een dunne laag over de rest van het materiaal kan worden gesproeid. Bij voorkeur is het gesproeide sputterdoelmateriaal 702 hetzelfde materiaal als het materiaal 711 in de achterstructuur, die de drager 710 bedekt. Zoals voorheen, kan een optionele afdeklaag 703 worden verschaft om open poriën op het oppervlak af te sluiten vóór het HIP-proces.

Het eruit voortvloeiende sputterdoel 800 na het HIP-proces wordt getoond in FIG 8. Het gesproeide sputterdoelmateriaal 702 wordt verdicht, het volume neemt af en het profiel vlakt af zodat een materiaal 802 met erg grote densiteit rond de achterstructuur 701 wordt verschaft. Het oppervlak wordt regelmatig met een cilindervormig profiel, met constante of bijna-constante straal. Zoals voorheen kan de afdeklaag 803 na HIP optioneel worden verwijderd.

In sommige uitvoeringsvormen, zoals getoond in bijv. FIG 6, omvat het verschaffen van een achterstructuur het verschaffen van een metalen structuur, bijv. een metalen drager. Ze kan bijvoorbeeld een goedkope structuur zijn, bijv. roestvrij staal. Ze kan een structuur zijn die materiaal omvat dat een sterkte vertoont tegen de HIP-condities. Ze kan bijvoorbeeld titanium omvatten. In sommige uitvoeringsvormen, omvat de achterstructuur materiaal met een compatibele thermische uitzettingscoëfficiënt.

De werkwijze kan worden toegepast om buisvormige sputterdoelen 900 te verkrijgen met een traditionele drager. Bijvoorbeeld, zoals getoond in FIG 9, kan de achterstructuur 901 een buisvormige structuur zijn, bijv. een drager, met cilindervormige vorm, en wordt het sputterdoelmateriaal 902 op homogene wijze verschaft over het oppervlak van de achterstructuur 901 door thermisch sproeien en daaropvolgend HIP-proces. Een optionele afdeklaag 903 kan ook worden verschaft.

In sommige uitvoeringsvormen, omvat het verschaffen van een achterstructuur het verschaffen van een bindingslaag voor betere en meer gecontroleerde hechting van het (vluchtige) sputterdoelmateriaal, bijv. op een drager zoals een achterbuis. Bovendien kan een bindingslaag worden gekozen om voldoende dik te zijn en mechanische en thermische eigenschappen te hebben om als buffer op te treden voor verschillen tussen het achtersubstraat en het afgezette sputterdoelmateriaal. De bindingslaag kan bijvoorbeeld een TEC hebben tussen de TEC van het achtersubstraat en van het gesproeide sputterdoelmateriaal. Dit kan vooral belangrijk zijn voor het behouden van goede hechting na het uitvoeren van de HIP-cyclus.

In somnige uitvoeringsvormen, kan het materiaal hetzelfde materiaal als het sputterdoelmateriaal omvatten of hieruit bestaan. Het sputterdoelmateriaal in het voorbeeld van FIG 6, kan bijvoorbeeld hetzelfde zijn als het materiaal gebruikt om de gevormde achterstructuur te verschaffen. In sommige uitvoeringsvormen, omvat de vervaardigingswerkwijze van het sputterdoel het hervullen van een gebruikt sputterdoel zoals getoond met verwijzing naar FIG 7 en FIG 8. De achterstructuren 300 getoond in FIG 4, FIG 5 kunnen ook gebruikte sputterdoelen omvatten, bijv. een drager omvatten en resterend niet-geërodeerd materiaal, waarbij de groeven feitelijk erosiegroeven zijn die door een plasmaracebaan worden gegenereerd tijdens het eerdere sputteren van het sputterdoel.

De onderhavige werkwijze van vervaardigen van sputterdoelen kan dus worden gebruikt om grote sputterdoelen met sputterdoelmateriaal met erg grote densiteit te herstellen, met een densiteit die dicht bij de theoretische densiteit ligt, waarbij het sputterdoelmateriaal vluchtig keramisch materiaal omvat. De werkwijze kan ook worden gebruikt voor het hervullen van sputterdoelen die oorspronkelijk door sinteren werden voorbereid, bijv. waarbij de achterstructuur kleinere tegels omvat. Er wordt opgemerkt dat het sputterdoel van het eerste aspect van de onderhavige uitvinding in overeenstemming met uitvoeringsvorm van de werkwijze van het tweede aspect van de onderhavige uitvinding kan worden verschaft. Het sputterdoel van de onderhavige uitvinding kan dus een gesproeid en warm isostatisch geperst sputterdoel zijn, geen gesinterd sputterdoel.

Claims

CONCLUSIES

1.- Sputterdoel (11, 12, 201, 404, 402, 800) omvattende ten minste één enkel stuk met een lengte van ten minste 600 mm, bijv. 800 mm of groter omvattende sputterdoelmateriaal (304, 802) voor het sputteren, waarbij dit sputterdoelmateriaal (304, 802) ten minste 40 2 van de massa, bijv. ten minste 50 % van de massa van een vluchtig sputterdoelmateriaal omvat, waarbij het vluchtige sputterdoelmateriaal bij drukken tussen 700 hPa en 1300 hPa het volgende toont: ofwel - een sublimatietemperatuur, of - en smelttemperatuur en een absolute kookpunt- of ontbindingstemperatuur, waarbij de absolute kookpunt- en/of ontbindingstemperatuur van genoemd vluchtig sputterdoelmateriaal minder dan 30 % hoger ligt, of minder bedraagt, dan zijn smelttemperatuur, waarbij het sputterdoel verder een achterstructuur omvat met gesproeid sputterdoelmateriaal, dat verdicht is door heet isostatisch persen, en waarbij het sputterdoel een totale densiteit van sputterdoelmateriaal van ten minste 95 3, of ten minste 98 % of ten minste 99 % van zijn theoretische densiteit heeft.

2.- Sputterdoel van de voorgaande conclusie, waarbij genoemd vluchtig materiaal voor het sputteren ten minste 60 % van de massa van het sputterdoel, bijvoorbeeld ten minste 70 % of ten minste 80 % of zelfs ten minste 90 % van de massa van het sputterdoel omvat.

3.- Sputterdoel van een van de voorgaande conclusies, waarbij het vluchtige sputterdoelmateriaal voor het sputteren een keramisch materiaal is.

4.- Sputterdoel van de voorgaande conclusie, waarbij het vluchtige sputterdoelmateriaal voor het sputteren een metaaloxide is zoals indiumtinoxide, Zn0, of SnO2, of IN203, of WO3 of andere metaaloxides.

5.- Sputterdoel van een van de voorgaande conclusies, waarbij het sputterdoel (11, 12, 201, 404, 402, 800) een resistiviteit lager dan 1000 Ohm.cm heeft.

6.- Sputterdoel van een van de voorgaande conclusies, die verder een achterstructuur omvat met een thermische uitzettingscoëfficiënt vergelijkbaar met het sputterdoelmateriaal en/of gemaakt uit staal.

7.- Buisvormig sputterdoel (800) van buisvormige vorm, bijv. die cilindervormig is, in overeenstemming met een van de voorgaande conclusies.

8.- Buisvormig sputterdoel van de voorgaande conclusie, omvattende een achterstructuur van buisvormige vorm, bijv. die cilindervormig is.

9.- Werkwijze van het verschaffen van een sSsputterdoel voor sputteren, waarbij de werkwijze omvat: het verschaffen (100) van een achterstructuur, het verschaffen van sputterdoelmateriaal voor het sproeien, het thermisch sproeien (101) van het sputterdoelmateriaal over de achterstructuur, waarbij het materiaal ofwel sublimeert ofwel de absolute kookpunt- of ontbindingstemperatuur van genoemd materiaal minder dan 30 % hoger of zelfs lager is dan zijn smelttemperatuur, het verkrijgen (102) van een sputterdoelproduct, en vervolgens het uitvoeren van een proces van heet isostatisch persen (103) waardoor de densiteit van het sputterdoelproduct tot ten minste 95 %

of ten minste 98 % of ten minste 99 % van zijn theoretische densiteit wordt verhoogd.

10.- Werkwijze volgens conclusie 9, verder omvattende een voorbereidingsstap (105) op het oppervlak van het sputterdoelmateriaal alvorens heet isostatisch persen wordt toegepast.

11.- Werkwijze volgens conclusie 9 of 10, verder omvattende het polijsten, slijpen of verwijderen (106) van oppervlaktemateriaal waardoor een lagere oppervlakteporositeit wordt verschaft.

12.- Werkwijze volgens conclusie 9 of 10, verder omvattende het coaten (107) van het gesproeide sputterdoel met materiaal waardoor een buitenlaag met hoge densiteit wordt verschaft.

13.- Werkwijze volgens een van de conclusies 9 tot en met 12, verder omvattende het verwijderen (110) van de buitenlaag na het uitvoeren van heet isostatisch persen.

14.- Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies 9 tot en met 13, waarbij het verschaffen (100) van een achterstructuur het verschaffen omvat van een achterstructuur met een lengte van ten minste 600 mm, bijv. 800 mm of groter.

15.- Werkwijze volgens een van de conclusies 9 tot en met 14, voor het verschaffen van een sputterdoel in overeenstemming met een van de voorgaande conclusies 1 tot en met 8.

16.- Sputterdoel verkregen door de werkwijze volgens een van de conclusies 9 tot en met 15.