專利名稱：形成濺射靶組件的方法及由此制成的組件的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及濺射靶和濺射靶組件以及制造它們的方法。本發(fā)明還涉及用于制造濺射靶組件的結(jié)合方法，優(yōu)選在低溫下。
在濺射應(yīng)用領(lǐng)域中，典型的濺射靶組件具有濺射靶和背襯板。例如，將金屬靶或金屬靶底(例如，鉭、鈦、鋁、銅、鈷、鎢等)結(jié)合到背襯板上，例如背襯板法蘭組件如銅、鋁、或其合金。為了得到在靶和背襯板之間的良好的熱和電接觸，這些元件通常通過軟焊(soldering)、硬焊(brazing)、擴(kuò)散粘結(jié)、箝位(clamping)、和通過環(huán)氧粘合劑等彼此附著。但是，通過在高溫下的方法結(jié)合的濺射靶組件在使用中可翹曲組件，其影響濺射靶組件的性能，特別是當(dāng)在靶和背襯板熱膨脹系數(shù)之間存在很大差異時(shí)。而且，當(dāng)通過軟焊、硬焊、或擴(kuò)散結(jié)合在高溫下完成結(jié)合時(shí)，發(fā)生的在靶材料和背襯板材料之間的不同熱膨脹，在金屬體中產(chǎn)生非常高水平的機(jī)械應(yīng)力。機(jī)械應(yīng)力經(jīng)常引起靶組件的撓曲且可導(dǎo)致結(jié)合失效，從而使靶從背襯板上分離。
該結(jié)合方法還增加重量且在使用時(shí)造成靶組件剝離的危險(xiǎn)。由于工業(yè)的持續(xù)進(jìn)步使用越來越大的靶，剝離危險(xiǎn)更可能了。
另外，與一些常規(guī)的結(jié)合方法相關(guān)的高溫可導(dǎo)致在靶金屬中不希望的晶粒生長。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)特征是提供形成濺射靶組件的方法，其通過在靶和背襯板之間提供可靠的結(jié)合避免剝離的問題。
本發(fā)明的另一個(gè)特征是提供形成用于控制在靶和背襯板的界面上的熱阻的濺射靶組件的方法。
本發(fā)明的再一個(gè)特征是提供形成濺射靶組件的方法，其防止背襯板的非故意濺射。
本發(fā)明的另外的特征和優(yōu)點(diǎn)將在下列說明書中部分列出，且從說明書中將部分明晰，或可通過本發(fā)明的實(shí)踐獲得教導(dǎo)。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)將通過在說明書和附加權(quán)利要求中特別指出的要素和組合來實(shí)現(xiàn)和獲得。
為了獲得這些和其他優(yōu)點(diǎn)，和根據(jù)本發(fā)明的目的，在這里具體化和概括描述的，本發(fā)明涉及形成濺射靶組件的方法。該方法提供一般由金屬制成的靶和背襯板的結(jié)合。
本發(fā)明進(jìn)一步涉及制造濺射靶組件的摩擦焊接或使用摩擦(軌道鉚接)結(jié)合法的機(jī)械連接，該濺射靶組件包含一般由具有不同熱膨脹系數(shù)的金屬制成的背襯板和濺射靶底。
本發(fā)明還涉及通過將在組裝元件上的凸出部對準(zhǔn)在另一個(gè)組裝元件上的適合接受該凸出部的凹槽而形成濺射靶組件的方法。在凸出部和凹槽的表面之間通過摩擦產(chǎn)生的熱導(dǎo)致凸出部軟化或變形并填充凹槽。當(dāng)凸出部變硬時(shí)，在靶和背襯板之間形成機(jī)械和有時(shí)的冶金聯(lián)鎖。
而且，本發(fā)明涉及形成濺射靶組件的方法，其在組裝的靶和背襯底之間形成間隙，在濺射過程中，該間隙減小了靶和背襯底之間的熱傳遞并提高了靶的平衡溫度?？梢酝ㄟ^改變凸出部體積和凹槽體積之間的關(guān)系，對組裝的靶和背襯底之間的間隙大小進(jìn)行控制。
而且，本發(fā)明涉及形成濺射靶組件的方法，其包括用于防止靶使用物濺射進(jìn)入背襯板的機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)包括優(yōu)選位于最大濺射腐蝕區(qū)域的氣室，當(dāng)鄰近該室的靶的層被腐蝕到預(yù)定的厚度時(shí)，該氣室破裂。當(dāng)該室破裂時(shí)，出現(xiàn)瞬時(shí)壓力且在濺射外殼中的壓力監(jiān)控器向使用者發(fā)信號，以停止濺射過程。
應(yīng)該理解前面的概述和下列的詳細(xì)描述僅是示例性和說明性的，且是用來提供對要求保護(hù)的本發(fā)明的進(jìn)一步說明。
引入本申請并構(gòu)成本申請一部分的附圖，說明了本發(fā)明的各個(gè)方面，且同說明書一起用來說明本發(fā)明的原理。


圖1為本發(fā)明的濺射靶組件的剖面圖。
圖2為本發(fā)明的凸出部和凹槽的各種形狀和尺寸的剖面圖。其他形狀和尺寸是可能的。
圖3為展示在組裝的靶和背襯板之間形成的間隙的本發(fā)明的濺射靶組件。
圖4為本發(fā)明的濺射靶組件的剖面圖，其包括在靶和背襯板的結(jié)合表面的界面上形成的氣室。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明目的在于提供一種通過結(jié)合法組裝濺射靶組件的方法，該結(jié)合法包括優(yōu)選在低溫下，將靶元件固定在背襯板上。該方法包括放置具有帶有多個(gè)凸出部的結(jié)合面的組裝元件和具有帶有多個(gè)適合接受該凸出部的凹槽的結(jié)合面的組裝元件，以使該凸出部和所述凹槽基本對正；使至少一個(gè)凸出部的一部分與至少一個(gè)凹槽的一部分滑動接觸；和使所述至少一個(gè)凸出部部分變形以至少部分填充凹槽，由此當(dāng)凸出部變硬時(shí)，使靶元件和背襯元件相結(jié)合。
優(yōu)選的，如上所述的濺射靶組件，包含兩個(gè)組裝元件，即背襯板元件和濺射靶元件。該濺射靶元件和背襯板可為任何適合的靶等級和背襯板等級材料。對于通過本發(fā)明的方法結(jié)合的靶材料，其實(shí)例包括，但不限定于，鉭、鈮、鈷、鈦、銅、鋁、和其合金，例如，如上所述的合金。背襯板的實(shí)例包括，但不限定于，銅、或銅合金、鉭、鈮、鈷、鈦、鋁、和其合金，例如TaW、NbW、TaZr、NbZr、TaNb、NbTa、TaTi、NbTi、TaMo、NbMo等。對于用于濺射靶和背襯板的材料類型沒有限制。背襯和靶材料的厚度可為用于形成濺射靶的任何適合的厚度。可選擇的，背襯板和靶材料或其他結(jié)合到背襯板上的金屬板可為用于所需應(yīng)用的任何適合的厚度。背襯板和靶材料的適合厚度的實(shí)例包括，但不限定于，背襯板厚度為約0.25或更小-約2英寸或更大，和靶厚度在約0.060英寸-約1英寸或更大的范圍內(nèi)。在本發(fā)明中，結(jié)合到背襯板上的靶材料可為常規(guī)的靶等級材料，例如在U.S.專利No.6,348,113中描述的，其全部內(nèi)容在此引入作為參考。濺射靶還可具有在工業(yè)中為常規(guī)的夾層。而且，濺射靶可為空心陰極磁控管濺射靶且可為其他形式的濺射靶，如引入固定的或旋轉(zhuǎn)的永磁體(permanent)或電磁體的平面磁控管組件。純度、構(gòu)造、和/或粒徑和包括尺寸等的其他參數(shù)對于本發(fā)明不是關(guān)鍵性的。本發(fā)明提供用任何類型的濺射靶和背襯板制造濺射靶組件的方法。
用于實(shí)踐本發(fā)明的靶元件包括兩面，濺射面和與濺射面相對的結(jié)合面。本發(fā)明的背襯元件包括兩面，結(jié)合面和與結(jié)合面相對的背面。通過將靶元件的結(jié)合面固定到背襯元件的結(jié)合面上而形成或組裝本發(fā)明的濺射靶組件。界面由靶元件的結(jié)合面和背襯元件的結(jié)合面之間的區(qū)域來進(jìn)行限定。可將結(jié)合面彼此固定，以使背襯元件的結(jié)合面的表面和靶元件的結(jié)合面的表面基本接觸；結(jié)合面的表面未基本接觸；或，可在結(jié)合面的部分表面之間插入夾層。該夾層可為結(jié)合介質(zhì)。該夾層還可為箔、板、或塊的形式。夾層材料的實(shí)例包括，但不限定于鋯等和在工業(yè)中為常規(guī)的，在U.S.專利5,863,398和6,071,389中發(fā)現(xiàn)的鈦；在U.S.專利5,693,203中發(fā)現(xiàn)的銅、鋁、銀、鎳、和其合金，和在U.S.專利6,183,613B1中發(fā)現(xiàn)的石墨，其每個(gè)的全部內(nèi)容在此引入作為參考。
靶元件和背襯元件可由具有不同熔點(diǎn)的材料制成。可在元件(靶或背襯元件)的結(jié)合面中形成凹槽，其具有比制成另一元件的材料的熔點(diǎn)高的熔點(diǎn)。優(yōu)選的，靶元件由具有比制成背襯元件的材料的熔點(diǎn)高的熔點(diǎn)的材料制成?？赏ㄟ^包括機(jī)械加工的任何適合的方法形成凹槽?？尚纬砂疾垡跃哂锌v長尺寸，從而形成擴(kuò)展的凹槽軌道、通道、或空腔。優(yōu)選的，凹槽空腔為環(huán)形的，以形成連續(xù)的凹入軌道。可在結(jié)合面形成一個(gè)或多個(gè)空腔。多個(gè)凹槽空腔可同心排列。
凹槽空腔的開口適合接受在具有凸出部的元件上的凸出部。即，凹槽開口具有充分的尺寸和形狀，容許凸出部進(jìn)入開口。在凹槽開口的內(nèi)部，凹槽的直徑可增加、減少、或保持不變。凹槽內(nèi)部可為任意形狀和體積。圖2展示了凹槽設(shè)計(jì)變化的實(shí)例；其他的是可能的。凹槽形狀可為規(guī)則的或不規(guī)則的。凹槽的橫截面通常形成正方形、矩形、“T”、“L”、半圓形、截頂三角形、尖端、弓形交叉等。聯(lián)鎖設(shè)計(jì)由凹槽形狀產(chǎn)生，其中凸出部和凹槽通過重疊嚙合，且通常包括其中凹槽的內(nèi)部直徑大于凹槽開口直徑的凹槽，以及各種其他設(shè)計(jì)，如“L”形設(shè)計(jì)。而且，對于具有多于一個(gè)凹槽空腔的元件，凹槽空腔的形狀可不同。此外，沿著凹槽空腔的長，任意一個(gè)凹槽空腔在形狀上可變化。凹槽可為任何深度，如約0.01英寸或更小-0.5英寸或更大且，優(yōu)選約0.025英寸-0.075英寸。
可在元件的結(jié)合面形成凸出部，其具有低于制成另一元件的材料的熔點(diǎn)的熔點(diǎn)。優(yōu)選的，背襯元件由具有比制成靶元件的材料的熔點(diǎn)低的熔點(diǎn)的材料制成。可通過包括機(jī)械加工的任何適合的方法形成凸出部。凸出部具有一個(gè)遠(yuǎn)端和附著在元件的結(jié)合面上的一個(gè)反向的近端。該遠(yuǎn)端具有的形狀和尺寸容許凸出部進(jìn)入在含凹槽的元件中的相應(yīng)的凹槽的開口，且與凹槽內(nèi)部的表面接觸。凸出部可具有任何尺寸或形狀。圖2展示凸出部設(shè)計(jì)的變化；其他的是可能的。凸出部的橫截面通常形成矩形、三角形、或其他適合的形狀。凸出部可具有規(guī)則或不規(guī)則的形狀。凸出部可為圓柱、圓錐、截頂圓錐、立方體、長方體、角錐、方尖塔、楔等形狀。
將凸出部安排在元件的結(jié)合面上，以使凸出部可與在另一元件結(jié)合面上的相應(yīng)的凹槽配對。特別的，含凹槽的元件包括的凹槽空腔的數(shù)量可比在含凸出部的元件上的凸出部的數(shù)量多。即，每個(gè)凹槽不必具有相應(yīng)的凸出部。如果需要的話，可相隔放置凸出部。例如，可將凸出部在一行上彼此鄰近地放置以近似成連續(xù)的脊?？沙尚信帕卸鄠€(gè)凸出部。優(yōu)選的，凸出部成圓形的排列?？墒褂枚嘈邪疾叟c在含凹槽元件中的凹槽配對。優(yōu)選的，多行凸出部同心排列。在一行中任意一個(gè)凸出部的形狀和尺寸可不同于在同一行中的其他凸出部。同樣的，同心行的凸出部可包含不同形狀和尺寸的凸出部。測量的從其近端到其遠(yuǎn)端的凸出部的高度可為0.01英寸或更小-0.5英寸或更大，且優(yōu)選為約0.05英寸-約0.2英寸。凸出部可為任何橫截面，例如約0.0001平方英寸-0.25平方英寸。優(yōu)選的，凸出部由銅-鉻或銅-鋅合金制成。
放置背襯元件和靶元件，包括將一個(gè)對準(zhǔn)靠近另一個(gè)，以使每個(gè)凸出部具有可將該凸出部引導(dǎo)進(jìn)入的相應(yīng)的凹槽。凸出部和其相應(yīng)的凹槽的滑動接觸包括指引凸出部進(jìn)入凹槽以使兩者的表面接觸。凸出部的表面和凹槽表面的初始接觸包括通過將背襯元件向靶元件移動，將靶元件向背襯元件移動，或?qū)⒈骋r元件和靶元件一起向彼此移動，和繼續(xù)向在至少一些凸出部的表面和至少一些凹槽的表面之間進(jìn)行接觸的點(diǎn)移動，以指引凸出部的遠(yuǎn)端穿過凹槽的開口。這樣的實(shí)施例如圖1所示。
當(dāng)使凸出部和凹槽表面在保持在它們之間的接觸的同時(shí)，相對于彼此橫向移動時(shí)，進(jìn)行滑動接觸。在凸出部和凹槽表面之間的相對運(yùn)動可通過移動靶元件、背襯元件、或兩者來實(shí)現(xiàn)。在凸出部和凹槽表面之間的相對運(yùn)動可包括背襯元件和靶元件的各種運(yùn)動。例如，可使用往復(fù)運(yùn)動，其中運(yùn)動方向定期反轉(zhuǎn)，或優(yōu)選的，運(yùn)動可在圍繞靶和背襯元件的軸的圓形方向上進(jìn)行。優(yōu)選的，背襯元件圍繞其軸旋轉(zhuǎn)，同時(shí)靶元件保持固定。
旋轉(zhuǎn)速度可變化和反轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)速度可為任何速度，例如約1-約10,000轉(zhuǎn)/分或更高。例如，旋轉(zhuǎn)速度可為約500轉(zhuǎn)/分或更小-約2000轉(zhuǎn)/分或更高且優(yōu)選為約1000-約1500轉(zhuǎn)/分。旋轉(zhuǎn)速度可為，例如，約500英尺/分鐘或更小-約2000英尺/分鐘或更大，且優(yōu)選為約900-約1000英尺/分鐘。其他旋轉(zhuǎn)速度是可能的。可預(yù)先確定足夠使元件結(jié)合的慣性旋轉(zhuǎn)速度。可預(yù)先確定旋轉(zhuǎn)數(shù)。可預(yù)先確定旋轉(zhuǎn)的持續(xù)時(shí)間。從慣性旋轉(zhuǎn)速度至0轉(zhuǎn)/分的減速時(shí)間可為約1-約100秒，例如，從約1250轉(zhuǎn)/分的旋轉(zhuǎn)速度至0轉(zhuǎn)/分減速時(shí)間為約5-約10秒。其他減速時(shí)間是可能的。在上述方式中的組裝元件的結(jié)合可，例如，通過約60英尺-磅/平方英寸或更小-約190英尺-磅/平方英寸或更大，例如，100-約130英尺-磅/平方英寸的旋轉(zhuǎn)能量來實(shí)現(xiàn)。其他旋轉(zhuǎn)能量是可能的。
應(yīng)該理解可設(shè)置凸出部以說明在相對于旋轉(zhuǎn)軸的任何特殊凸出部的區(qū)域內(nèi)的角速度的變化。在凸出部表面和凹槽表面之間的初始接觸進(jìn)行之前，和甚至在凸出部進(jìn)入凹槽開口之前，可開始旋轉(zhuǎn)。
雖然凸出部和凹槽的表面滑動接觸，在靶元件的結(jié)合面和背襯元件的結(jié)合面之間的界面的總方向上軸向施加連接或鍛造力或壓力?？赏ㄟ^靶元件、背襯元件、或這兩者施加力。優(yōu)選的，朝靶元件的方向向背襯元件施加力。這樣施加的連接力可恒定或變化。連接力可為任何力，例如約10磅-約100,000磅，或提供足夠的力以允許進(jìn)入凹槽的凸出部變形的任何量。例如，連接力可為約10,000磅/平方英寸或更小-約18,000磅/平方英寸或更大，且優(yōu)選為約15,000-約17,000磅/平方英寸。其他連接力是可能的。
當(dāng)通過從凸出部和凹槽表面的接觸產(chǎn)生的摩擦而產(chǎn)生的熱導(dǎo)致凸出部在接觸點(diǎn)變形或軟化并基本呈現(xiàn)凹槽的形狀時(shí)，出現(xiàn)凸出部的部分變形，且由此當(dāng)凸出部變硬時(shí)，將靶元件和背襯元件聯(lián)鎖、連接、或其他結(jié)合。在上述方式中由凸出部和凹槽接觸產(chǎn)生的摩擦，將在摩擦發(fā)生的區(qū)域內(nèi)凸出部表面和凹槽表面加熱到高溫。局部加熱使得低熔點(diǎn)材料軟化并部分變形。在與凹槽接觸的區(qū)域發(fā)生凸出部的變形。優(yōu)選的，凸出部的變形發(fā)生在凸出部的遠(yuǎn)端。凸出部的軟化的材料流入凹槽的凹處。由于凸出部變形，凸出部的總長度優(yōu)選地變短，且只要朝界面方向施加壓力，背襯元件和靶元件就靠的更近。當(dāng)達(dá)到所需量的凸出部變形時(shí)，可停止在靶元件和背襯元件之間的相對橫向運(yùn)動。當(dāng)容許冷卻時(shí)，凸出部的變形部分在凹槽內(nèi)變硬，由此產(chǎn)生牢固的物理連接且在一些情況下在靶元件和背襯元件之間產(chǎn)生任選的冶金連接。
如上所述的凸出部和凹槽的滑動接觸的優(yōu)選方法，為使用摩擦焊接機(jī)以提供靶元件或背襯元件的旋轉(zhuǎn)并提供連接力?？墒褂萌魏晤愋偷哪Σ梁附訖C(jī)，包括，例如，在U.S.專利No.5,342,496(Stellrecht)中描述的，其全部內(nèi)容在此引入作為參考。在濺射靶應(yīng)用中可使用保護(hù)氣體(cover gas)以在連接過程中防止金屬氧化并用氬氣填充任何空隙以保護(hù)靶使用物不受污染。優(yōu)選的，保護(hù)氣體為惰性氣體，且，更優(yōu)選的，氬氣。另外，可向保護(hù)氣體中加入摻雜氣以用填隙硬化劑或其他試劑摻雜加熱區(qū)域。
凸出部的形狀和尺寸可由于各種原因變化。例如，可能需要具有一些凸出部與凹槽進(jìn)行初始接觸，而其他凸出部在結(jié)合面之間的距離減小時(shí)，接觸凹槽表面。本發(fā)明的任選實(shí)施方式的另一個(gè)實(shí)施例為，在用在間隙內(nèi)間歇排列的凸出部形成鎖定結(jié)合后，在靶元件的部分結(jié)合表面和背襯元件的部分結(jié)合表面之間可形成間隙。用于形成這種間隙的一種方法為，例如，使凸出部的體積大于凹槽的體積，以便凹槽被凸出部的變形的遠(yuǎn)端基本填充且部分近端保持在凹槽開口的外面。圖3展示了本發(fā)明的這種任選實(shí)施方式的實(shí)例。間隙可為任何寬度，例如約0.001英寸或更小至0.25英寸或更大。間隙寬度可在結(jié)合元件之間的任何點(diǎn)上變化。在某些實(shí)施方式中，需要在濺射過程中控制在靶和背襯板之間的熱傳遞或交換。在靶和背襯板之間形成間隙降低了在兩者之間的熱傳遞，以便在濺射過程中靶的溫度增加。增加靶的溫度可具有穩(wěn)定用于反應(yīng)濺射的條件、通過輻射加熱增加基底的溫度、和使濺射原子的發(fā)射軌道變寬的期望的效果，且由此促進(jìn)沉積膜的厚度的均勻性。
在本發(fā)明的任選實(shí)施方式中，硬焊合金(braze alloy)或硬焊金屬可位于包括在凸出部上的表面和/或在凹槽上的表面的任意接觸表面上。同樣的，軟焊合金(solder alloy)或軟焊金屬可位于凸出部或凹槽的任何表面上。焊料可為固體或液體。優(yōu)選的，硬焊或軟焊合金(或金屬)具有至少400℃的熔點(diǎn)。硬焊或軟焊合金或金屬通過以上述方式由凸出部表面和凹槽表面之間的接觸產(chǎn)生的摩擦熱進(jìn)行熔化。硬焊或軟焊金屬或合金的存在加強(qiáng)或允許在接觸表面之間的結(jié)合。硬焊材料的實(shí)例包括，但不限定于銀、鈮、錫、銦、鋅、鉛、銻、鉍、鋁、金、鎘、鎵、銅、鎳、釩、鈦、或鋯、或其合金(例如，Sn-Pb或Sn-Ag焊料)。硬焊材料可通過方法應(yīng)用且優(yōu)選為液體。硬焊材料可與或不與助熔劑一起使用。摩擦硬焊優(yōu)選需要比摩擦焊接少的能量以形成所需結(jié)合。例如，摩擦硬焊優(yōu)選需要比摩擦焊接少約1-約90％的能量以形成類似的結(jié)合。
在本發(fā)明的任選實(shí)施方式中，在靶元件和背襯元件的結(jié)合表面之間的界面附近形成具有多個(gè)面或壁的至少一個(gè)室元件。優(yōu)選的，該室元件位于最大濺射腐蝕的區(qū)域?？尚纬啥嘤谝粋€(gè)室元件。室元件可充滿氣體。在室元件中的氣體可為惰性氣體，優(yōu)選氬氣。室元件可為任何形狀，例如，矩形或球形。室元件的形狀可為規(guī)則的或不規(guī)則的。多個(gè)室元件可具有不同的形狀。在室元件中的氣體的壓力可為約0.1-10個(gè)大氣壓或更高，且優(yōu)選為約1個(gè)大氣壓。室元件可具有任何體積，如約0.1立方英寸-10立方英寸。室的橫截面尺寸可為約0.01英寸×0.1英寸-約0.25英寸×2英寸，且更優(yōu)選為約0.05英寸×0.5英寸-約0.1英寸×1英寸。優(yōu)選的，室元件的至少一面為靶元件結(jié)合表面的一部分。圖4展示了該實(shí)施方式的實(shí)施例。室元件的一個(gè)或多個(gè)壁可由靶元件的一部分來進(jìn)行限定。室元件的一個(gè)或多個(gè)壁可由背襯元件的一部分來進(jìn)行限定。室元件可完全在背襯元件中形成。室元件可完全在靶元件中形成。室元件一般在位于兩個(gè)凸出部之間的區(qū)域內(nèi)的含凸出部元件中形成。室元件一般在位于兩個(gè)凹槽之間的區(qū)域內(nèi)的含凹槽元件中形成。室元件可通過在含凸出部元件、含凹槽元件、或兩者中形成袋而形成。室元件可通過連接靶元件和背襯元件而形成。在形成室元件的時(shí)候，可在室元件中引入氣體?？赏ㄟ^在氣體下連接靶元件和背襯元件，從而在室元件中引入氣體。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，其中在靶元件和背襯元件的結(jié)合面之間形成間隙，優(yōu)選室元件完全在最接近凹槽最深部分的區(qū)域內(nèi)的靶元件中形成。
室元件為用于防止靶使用物濺射進(jìn)入背襯板的機(jī)構(gòu)。當(dāng)鄰近室元件的靶層被腐蝕到預(yù)定厚度時(shí)，室元件破裂。當(dāng)室元件破裂時(shí)，在發(fā)生濺射過程的濺射室中產(chǎn)生瞬時(shí)壓力，且壓力監(jiān)控器向使用者發(fā)信號以停止濺射過程。用于這個(gè)目的的壓力監(jiān)控器的實(shí)例為電容壓力計(jì)或皮拉尼真空計(jì)。
本發(fā)明前述方案具有很多優(yōu)點(diǎn)，包括在低溫下和用較少能量實(shí)現(xiàn)堅(jiān)固的連接。凸出部和凹槽的結(jié)合或連接可形成基本密封，其特征在于漏泄率低至約1×10-8cm3/sec或更低(例如，1×10-5-1×10-8cm3/sec)。
對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，從本說明書和在此公開的本發(fā)明的實(shí)踐考慮，本發(fā)明的其他實(shí)施方式將明晰。對于下列權(quán)利要求和其等價(jià)物指出的本發(fā)明的真正范圍和精神，本說明書和實(shí)施例僅被看作是示例性的。
權(quán)利要求
1.形成包括背襯元件和靶元件的濺射靶組件的方法，包括放置具有帶有多個(gè)凸出部的結(jié)合面的元件、和具有帶有多個(gè)適合接受所述凸出部的凹槽的結(jié)合面的元件，由此使所述凸出部和所述凹槽基本配準(zhǔn)，且其中由所述結(jié)合面來限定界面；至少一個(gè)凸出部的一部分和至少一個(gè)凹槽的一部分滑動接觸；及使所述至少一個(gè)凸出部部分變形以至少部分填充所述至少一個(gè)凹槽，因此在靶元件和背襯元件之間形成至少機(jī)械結(jié)合，其中具有所述凹槽的所述元件為其熔點(diǎn)高于構(gòu)成凸出部的金屬熔點(diǎn)的金屬。
2.權(quán)利要求1的方法，其中具有所述凸出部的所述元件為所述靶元件且具有所述凹槽的所述元件為所述背襯元件。
3.權(quán)利要求1的方法，其中具有所述凸出部的所述元件為所述背襯元件且具有所述凹槽的所述元件為所述靶元件。
4.權(quán)利要求1的方法，其中具有所述凹槽的所述元件包括鈷、鈦、銅、鋁、鉭、鈮、鎳、鉬、鋯、鉿、金、銀、或其合金。
5.權(quán)利要求1的方法，其中具有所述凹槽的所述元件包括鉭或其合金。
6.權(quán)利要求1的方法，其中具有所述凹槽的所述元件包括鈮或其合金。
7.權(quán)利要求1的方法，其中具有所述凸出部的所述元件包括鈷、鈦、銅、鋁、鉭、鈮、或其合金。
8.權(quán)利要求1的方法，其中具有所述凸出部的所述元件包括銅-鉻或銅-鋅合金。
9.權(quán)利要求1的方法，其中所述凸出部具有不規(guī)則的形狀。
10.權(quán)利要求1的方法，其中所述凸出部基本上為圓柱、圓錐、截頂圓錐、立方體、長方體、角錐、方尖塔、或楔、或其組合。
11.權(quán)利要求1的方法，其中所述凹槽基本上為正方形、矩形、“T”、“L”、半圓形、截頂三角形、尖端、或弓形交叉的形狀。
12.權(quán)利要求1的方法，其中形成所述結(jié)合，以便所述靶元件的結(jié)合面的一部分接觸所述背襯元件的結(jié)合面的至少一部分。
13.權(quán)利要求1的方法，其中形成所述結(jié)合，以便在靶元件的結(jié)合面的至少一部分與所述背襯元件的結(jié)合面的一部分之間形成間隙。
14.權(quán)利要求1的方法，其中至少一個(gè)凹槽具有不同于至少一個(gè)其他凹槽形狀的形狀。
15.權(quán)利要求1的方法，其中至少一個(gè)凸出部具有不同于至少一個(gè)其他凸出部形狀的形狀。
16.權(quán)利要求1的方法，其中至少一個(gè)凹槽具有不同于至少一個(gè)其他凹槽體積的體積。
17.權(quán)利要求1的方法，其中至少一個(gè)凸出部具有不同于至少一個(gè)其他凸出部體積的體積。
18.權(quán)利要求1的方法，其中滑動接觸包括相對于具有所述凹槽的所述元件旋轉(zhuǎn)具有所述凸出部的所述元件或反之亦然，和朝所述界面方向?qū)哂兴鐾钩霾康乃鲈?、具有所述凹槽的所述元件、或這兩個(gè)元件施加力。
19.權(quán)利要求18的方法，其中所述旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)速度為約500-約2000表面-英尺/分鐘。
20.權(quán)利要求18的方法，其中所述力為約10,000-約18,000磅/平方英寸的連接力。
21.權(quán)利要求18的方法，其中所述機(jī)械結(jié)合通過約60-約190英尺-磅/平方英寸的旋轉(zhuǎn)能量實(shí)現(xiàn)。
22.權(quán)利要求18的方法，其中所述旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)速度為約500-約2000轉(zhuǎn)/分。
23.權(quán)利要求1的方法，其中滑動接觸包括相對彼此旋轉(zhuǎn)所述元件和朝所述界面方向?qū)哂兴鐾钩霾康乃鲈⒕哂兴霭疾鄣乃鲈?、或這兩個(gè)元件施加力。
24.權(quán)利要求23的方法，其中所述旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)速度為約500-約2000表面-英尺/分鐘。
25.權(quán)利要求23的方法，其中所述力為約10,000-約18,000磅/平方英寸的連接力。
26.權(quán)利要求23的方法，其中所述機(jī)械結(jié)合通過約60-約190英尺-磅/平方英寸的旋轉(zhuǎn)能量實(shí)現(xiàn)。
27.權(quán)利要求23的方法，其中所述旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)速度為約500-約2000轉(zhuǎn)/分。
28.權(quán)利要求1的方法，其中使用摩擦焊接機(jī)滑動接觸所述各部分。
29.權(quán)利要求1的方法，其中所述結(jié)合包括聯(lián)鎖結(jié)合和/或機(jī)械連接。
30.權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括在所述至少一個(gè)凸出部的至少一部分上配置軟焊金屬或合金、硬焊金屬或合金、或其組合。
31.權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括在具有所述凸出部的所述元件的結(jié)合面的至少一部分上配置軟焊金屬或合金、硬焊金屬或合金、或其組合。
32.權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括在所述至少一個(gè)凹槽的至少一部分上配置軟焊金屬或合金、硬焊金屬或合金、或其組合。
33.權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括在具有所述凹槽的所述元件的結(jié)合面的至少一部分上配置軟焊金屬或合金、硬焊金屬或合金、或其組合。
34.權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括形成具有多個(gè)面的室元件，其中所述室元件最接近所述界面形成。
35.權(quán)利要求34的方法，其中所述面的至少一個(gè)包括具有所述凹槽的所述元件的結(jié)合面的一部分。
36.權(quán)利要求34的方法，進(jìn)一步包括在所述室元件中配置氣體。
37.權(quán)利要求36的方法，其中所述氣體包括氬氣。
38.權(quán)利要求36的方法，其中在所述室元件中的所述氣體的壓力為約1個(gè)大氣壓。
39.權(quán)利要求1的方法，其中在保護(hù)氣體下形成所述濺射靶組件。
40.權(quán)利要求39的方法，其中所述保護(hù)氣體包括惰性氣體。
41.權(quán)利要求40的方法，其中所述惰性氣體包括氬氣。
42.權(quán)利要求39的方法，其中所述保護(hù)氣體用如氧氣或氮?dú)獾奶钕队不瘎┻M(jìn)行摻雜。
43.濺射靶組件，包括具有帶有多個(gè)凸出部的結(jié)合面的元件；具有帶有多個(gè)凹槽的結(jié)合面的元件，其中具有所述凹槽的所述元件為其熔點(diǎn)高于構(gòu)成所述凸出部的金屬熔點(diǎn)的金屬，且其中至少一個(gè)凹槽基本被至少一個(gè)凸出部填充，以便所述元件至少機(jī)械結(jié)合在一起。
44.權(quán)利要求43的濺射靶組件，其中具有所述凹槽的所述元件為靶且具有所述凸出部的所述元件為背襯板。
45.權(quán)利要求43的濺射靶組件，其中具有所述凹槽的所述元件為背襯板且具有所述凸出部的所述元件為靶。
46.權(quán)利要求43的濺射靶組件，其中在所述結(jié)合面的一部分之間存在間隙。
47.權(quán)利要求46的濺射靶組件，其中所述間隙的寬度為約0.001英寸-約0.1英寸。
48.權(quán)利要求47的濺射靶組件，其中所述結(jié)合面的一部分為接觸的。
49.權(quán)利要求43的濺射靶組件，進(jìn)一步包括最接近界面的至少一個(gè)室元件，該界面由所述結(jié)合面的一部分來限定。
50.權(quán)利要求49的濺射靶組件，其中所述室元件包含在約0.1個(gè)大氣壓-約5個(gè)大氣壓下的氣體。
51.權(quán)利要求43的濺射靶組件，其中所述元件通過聯(lián)鎖結(jié)合和/或機(jī)械連接結(jié)合或連接。
52.權(quán)利要求43的濺射靶組件，進(jìn)一步包括在所述凸出部的至少一部分上配置的軟焊合金或軟焊金屬或硬焊合金或金屬。
53.權(quán)利要求43的濺射靶組件，進(jìn)一步包括在所述凹槽的至少一部分上配置的軟焊合金或金屬或硬焊合金或金屬。
54.權(quán)利要求43的濺射靶組件，進(jìn)一步包括在具有所述凸出部的所述元件的所述結(jié)合面的至少一部分上配置的軟焊合金或金屬或硬焊合金或金屬。
55.權(quán)利要求43的濺射靶組件，進(jìn)一步包括在具有所述凹槽的所述元件的所述結(jié)合面的至少一部分上配置的軟焊合金或金屬或硬焊合金或金屬。
56.權(quán)利要求43的濺射靶組件，其中具有所述凹槽的所述元件包括鈷、鈦、銅、鋁、鉭、鈮、鎳、鋯、鉿、銀、金、或其合金。
57.權(quán)利要求43的濺射靶組件，其中具有所述凹槽的所述元件包括鉭或其合金。
58.權(quán)利要求43的濺射靶組件，其中具有所述凹槽的所述元件包括鈮或其合金。
59.權(quán)利要求43的濺射靶組件，其中具有所述凸出部的所述元件包括鈷、鈦、銅、鋁、鉭、鈮、鎳、鋯、鉿、銀、金、鉬、或其合金。
60.權(quán)利要求43的濺射靶組件，其中具有所述凸出部的所述元件包括銅-鉻或銅-鋅合金。
61.權(quán)利要求43的濺射靶組件，其中所述凸出部具有不規(guī)則的形狀。
62.權(quán)利要求43的濺射靶組件，其中所述凸出部基本上為圓柱、圓錐、截頂圓錐、立方體、長方體、角錐、方尖塔、或楔、或其組合。
63.權(quán)利要求43的濺射靶組件，其中所述凹槽基本上為正方形、矩形、“T”、“L”、半圓形、截頂三角形、尖端、或弓形交叉的形狀。
全文摘要
描述了形成濺射靶組件的方法和由此制得的濺射靶組件。該方法包括通過在背襯板和靶上提供凸出部和凹槽在低溫下將濺射靶結(jié)合到背襯板上，和使凸出部變形從而至少部分填充凹槽。還描述了形成濺射靶組件的方法，以致在濺射靶和背襯板之間形成間隙。還描述了形成濺射靶組件的方法，其提供防止非故意濺射進(jìn)入背襯板的機(jī)構(gòu)。
文檔編號C23C14/34GK1726301SQ200380106365
公開日2006年1月25日 申請日期2003年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月21日
發(fā)明者小查爾斯·E·威克沙姆, 戴維·P·沃克曼 申請人:卡伯特公司