旋轉(zhuǎn)濺射靶組件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明利用共擠壓或共拉拔工藝來將管狀靶直接地結(jié)合到內(nèi)背襯管上。共擠壓或共拉拔工藝使外管狀靶的內(nèi)徑和外徑減小，以使靶的部分突入并且至少部分地填充入沿著內(nèi)背襯管的槽中。該填充使靶互鎖至背襯板。
【專利說明】旋轉(zhuǎn)濺射靶組件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體涉及派射祀(sputter target)領(lǐng)域。具體而言，本發(fā)明的實施例涉及改進(jìn)的旋轉(zhuǎn)派射祀組件，其中祀通過共拉拔(co-drawing)或共擠壓(co-extrusion)工藝直接地接合到背襯管(backing tube)上。
【背景技術(shù)】
[0002]陰極濺射廣泛地用于將導(dǎo)電材料的薄材料沉積在期望的基底之上。此工藝需要對由期望的材料形成的靶進(jìn)行氣體離子轟擊，該期望的材料將作為薄膜沉積在基底之上。對靶的表面的離子轟擊導(dǎo)致靶材料的原子或離子被濺射。靶形成了帶有陽極的陰極組件的一部分。陰極組件被安置在已抽空的室中，該室以惰性氣體(優(yōu)選地，氬)填充?？邕^陰極和陽極施加高電壓電場。惰性氣體通過與從陰極噴射出的電子碰撞而離子化，以形成帶正電氣體離子。帶正電氣體離子被吸引至陰極。在與靶表面沖撞時，這些離子將靶材料逐出。逐出的靶材料穿過已抽空的殼體并且作為膜沉積在期望的基底上，該期望的基底通常位于靠近陽極處。
[0003]平面型靶和旋轉(zhuǎn)型靶是兩種主要類型的濺射靶。平面靶通常被定義為支承在矩形形狀的背襯板之上的矩形形狀的靶。旋轉(zhuǎn)靶包括具有或不具有背襯管的管狀形狀靶。管狀靶為長形的且為圓柱形形狀的，具有由預(yù)定的壁厚度圍繞的空心內(nèi)部的特征。
[0004]在高面積基底之上的大面積涂層(諸如，建筑玻璃)需要高速率的涂層速度和長壽命的靶，以降低制造成本并減少系統(tǒng)的停機(jī)時間。已知的是旋轉(zhuǎn)靶獲得與平面靶相比更高的沉積速率和更高的靶利用效率。結(jié)果，與平面靶相對，旋轉(zhuǎn)靶的濺射可適合用于生產(chǎn)大面積涂層。
[0005]利用若干技術(shù)來組裝管狀靶。在本領(lǐng)域中已知的一種技術(shù)包括使用中間層材料來將靶的有效部分(即，在濺射工藝`期間消耗的靶的部分)結(jié)合到背襯管之上。在一個示例中，銦可用作焊料結(jié)合的中間層材料。然而，由于銦的低熔化溫度，其僅可承受低量的熱應(yīng)力。濺射工藝趨于產(chǎn)生導(dǎo)致了超過銦和其他低熔點結(jié)合材料的熔點的溫度的功率密度水平。
[0006]此外，在濺射期間產(chǎn)生的這些功率密度水平可導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)靶組件達(dá)到比在利用平面靶的濺射方法中更高的溫度。該更高的溫度可使在管狀靶和背襯管之間形成的結(jié)合斷裂。例如，如果將管狀靶焊料結(jié)合到背襯管上，則在濺射工藝期間產(chǎn)生的熱可足夠使焊料結(jié)合熔化，并且使靶從背襯管脫離。因此，盡管焊料結(jié)合常適合于平面靶，但其對于旋轉(zhuǎn)靶可為有問題的。管狀靶與背襯管之間的結(jié)合必須為導(dǎo)熱的，并且能夠適應(yīng)或防止在濺射工藝期間遇到的殘余應(yīng)力。
[0007]另外，當(dāng)被用作用于接合溫度敏感材料的中間層材料時，常規(guī)的焊料或銅焊結(jié)合可為困難的，在這些溫度敏感材料中，材料的物理性能(如，微結(jié)構(gòu)晶粒度、硬度、屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率)在加熱時以可感知的量改變。此類材料可包括金屬、合金、陶瓷和聚合物。其他物理性能包括材料的尺寸或形狀。例如，金屬管可包含相當(dāng)大的殘余應(yīng)力。在加熱時，金屬管可彎曲或翹曲(warp)，并且在冷卻時保持變形。值得注意的溫度敏感材料包括可由冷作強(qiáng)化或熱處理強(qiáng)化的合金，諸如鋁合金(如，5000和6000系列鋁合金)和銅合金。
[0008]已知用于管狀祀制備的另一種技術(shù)為取整塊管(monoblock tube),并且將至一端或兩端的端接頭附連到靶的有效部分的一端部分或兩端部分上。端接頭可通過電子束焊接、機(jī)械組裝或任何其他合適的組裝方法來附連?？蓪⑻厥獗砻嫣幚響?yīng)用到靶的有效部分的內(nèi)側(cè)上以增強(qiáng)其耐腐蝕性，由此允許整塊管保持結(jié)構(gòu)完整并適應(yīng)在濺射工藝期間產(chǎn)生的多種熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力。例如，純鋁管狀有效靶的內(nèi)側(cè)可被陽極電鍍(anodized)，以產(chǎn)生硬化表面涂層。然而，此類型的制造工藝典型地為昂貴、耗時且復(fù)雜的，因為其包括將端部接頭附連到靶的一端部分或兩端部分上的步驟、將特殊處理應(yīng)用在靶的有效部分的內(nèi)側(cè)上的步驟以及機(jī)加工的步驟。
[0009]在制造期間，一些靶材料可由于多種原因被容易地破壞，這些原因包括但不限于脆性、熱敏感性、低的沖擊強(qiáng)度、結(jié)合失效和不同的熱膨脹速率。另外，在濺射工藝中，循環(huán)溫度、真空狀態(tài)、高的濺射表面等離子體溫度、固定完整性、旋轉(zhuǎn)管的液體冷卻、高的運(yùn)行功率水平以及其他參數(shù)都可促成旋轉(zhuǎn)靶組件的失效或過早失效。
[0010]更進(jìn)一步地，接合到內(nèi)背襯管上的管狀靶常在濺射工藝期間過早地失效。具體而言，在濺射期間，由于管狀靶和背襯管之間的不同的熱膨脹系數(shù)，管狀靶和背襯管可在結(jié)合交界面處發(fā)生分離。此類材料分離使靶更難以散熱。結(jié)果，外露的靶表面的表面溫度繼續(xù)升高，從而加劇了靶與背襯管的分離?？蓪?dǎo)致翹曲和最終脫離。
[0011]將期望的是開發(fā)改進(jìn)的方法來將管狀靶組裝到背襯管上。還期望的是簡化用于制造旋轉(zhuǎn)靶組件的工藝且同時改善已結(jié)合的靶組件的結(jié)構(gòu)完整性的能力。在回顧說明書、圖以及附至本文的權(quán)利要求 書之后，本發(fā)明的其他方面對本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員將變?yōu)轱@而易見的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明利用共擠壓或共拉拔工藝，以通過形成帶槽交界面來直接地將管狀靶結(jié)合到內(nèi)背襯管上。共擠壓或共拉拔工藝使外靶材料的內(nèi)徑和外徑減小，以使靶的部分突入并且至少部分地填充入沿著內(nèi)背襯管的周邊設(shè)置的槽中。靶互鎖至背襯管來形成帶槽交界面。
[0013]在第一方面中，提供了可旋轉(zhuǎn)濺射靶組件。該組件包括背襯管，該背襯管包括外表面。也提供了包括內(nèi)表面的濺射管狀靶。該內(nèi)表面與背襯管的外表面直接接觸。背襯管共軸地配置在管狀革巴的內(nèi)部體積之內(nèi)。多個隔開的槽設(shè)置在革巴的內(nèi)表面和背襯管的外表面之間，由此，多個槽中的每一個都沿著組件的周邊延伸。槽配置為與突入其內(nèi)的濺射靶的部分互鎖，以產(chǎn)生帶槽交界面。
[0014]在第二方面中，提供了用于形成管狀濺射靶組件的方法，該方法包括提供圓柱形背襯管的步驟，該圓柱形背襯管包括非平面的外表面和沿著非平面的外表面定位的多個分離且明顯(distinct)的槽，由此槽沿著背襯管的端部分延伸。也提供了包括非平面的內(nèi)表面的管狀靶坯(blank)。靶坯定位在背襯管之上。靶坯和背襯管輸送通過模。靶坯的外徑減小，由此靶的內(nèi)徑的一部分至少部分地突入背襯管的槽中，以將靶坯鎖定在其中。【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]從與附圖相結(jié)合的本發(fā)明的優(yōu)選實施例的下列詳細(xì)描述，將更好地理解本發(fā)明的目的和優(yōu)點，貫穿這些附圖，同樣的數(shù)字標(biāo)注相同的特征件，并且其中:
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的管狀靶組件的橫截面端視圖；
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的備選的管狀靶組件的橫截面端視圖；
圖3示出了具有倒過圓角(ixnmded)的邊緣的備選的槽設(shè)計，其具有特定尺寸比例的高度、重量和深度的特征；
圖4示出了定位在管狀靶坯之內(nèi)且在附接到其上之前的背襯管的橫截面端視圖；
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例共拉拔以形成帶槽交界面的圖4的管狀靶坯和內(nèi)背襯管的側(cè)視圖；
圖6示出了作為在濺射工藝期間坡增的功率密度水平的函數(shù)的旋轉(zhuǎn)靶表面的溫度曲
線.圖1示出了用于進(jìn)行靶的彎曲測試的測試裝置；以及
圖8至圖12示出了具有帶槽交界面的發(fā)明的旋轉(zhuǎn)靶組件和單塊(monolithic)擠壓管狀靶的彎曲測試。
【具體實施方式】
[0016]現(xiàn)在將描述體現(xiàn)了本發(fā)明原理的一方面。圖1示出了旋轉(zhuǎn)靶組件100的橫截面端視圖。組件100包括外管狀靶110 ，該外管狀靶110直接地結(jié)合到內(nèi)背襯管120上以產(chǎn)生帶槽交界面150。帶槽交界面150通過使沿著靶110的內(nèi)徑的材料部分地延伸或突入槽130中來產(chǎn)生，該槽130沿著背襯管120的周邊定位。靶110在帶槽交界面150處固定并鎖定到背襯管120上。
[0017]管狀靶110包括與背襯管120的外表面直接接觸的內(nèi)表面。背襯管120共軸地配置在管狀靶Iio的內(nèi)部體積之內(nèi)，以形成所得的旋轉(zhuǎn)靶組件100。
[0018]如以下將更詳細(xì)地說明，鎖定布置通過將靶110共擠壓或共拉拔到背襯管120上來產(chǎn)生。在共擠壓或共拉拔工藝期間，背襯管120定位在外管狀靶110之內(nèi)。背襯管120的周邊包含多個槽130。管110和120都輸送通過模。模的開口具有比管狀靶110的外徑更小的直徑。結(jié)果，當(dāng)靶110輸送通過模時，外管狀靶110經(jīng)歷其內(nèi)徑和外徑上的減小。靶材料的至少一部分徑向地朝內(nèi)流動，以至少部分地填充沿著內(nèi)背襯管120定位的槽130。
[0019]內(nèi)背襯管120優(yōu)選地由比外管狀靶110更硬的材料形成。在濺射工藝期間，更硬的內(nèi)背襯管120向外管狀靶110提供了結(jié)構(gòu)剛性。更硬的內(nèi)背襯管120也增強(qiáng)了在共擠壓或共拉拔期間靶110的更軟的材料被徑向地朝內(nèi)推向內(nèi)背襯管120的槽130的能力。結(jié)果，靶110材料的至少一部分填充入槽130中。內(nèi)背襯管120通常由導(dǎo)熱材料組成，該導(dǎo)熱材料能夠傳輸在濺射操作期間產(chǎn)生的來自管狀靶110的熱。在一個優(yōu)選實施例中，背襯管120由鋁合金形成，并且外管狀靶110由純鋁形成。除純鋁靶/鋁合金背襯管組件之外，應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明也構(gòu)思了其他類型的材料的選擇，例如，舉例來說，純鉭、純銅、純鈦和純鋁合金。這些材料的不同的對可用于形成結(jié)合組件。例如，由鈦形成的背襯管可結(jié)合到由純銅或純鋁合金形成的管狀靶上。在這些示例的每一個中，材料以下列方式選擇:使得外管狀靶110優(yōu)選地為更軟的、更純的金屬材料，而內(nèi)背襯管120優(yōu)選地為更硬的、合金的金屬材料。由本發(fā)明構(gòu)思了靶材料的多種純度水平，包括但不限于3N(即99.9%)、4N(即99.99%)和 5N(即 99.999%)。
[0020]根據(jù)本領(lǐng)域中的已知技術(shù)，多個槽130形成入背襯管120的表面中。槽130在將背襯管120定位在管狀靶110之內(nèi)之前形成。參考圖1，槽130具有寬度W1、高度Ii1和深度Cl1 (延伸入頁面的平面中)的特征。各個槽130都具有比h更大的W1，以產(chǎn)生矩形形狀配置。槽130示出為以預(yù)定的間隔S1相互分離。用于Wph1和Cl1的合適的尺寸取決于眾多因素，包括所需的結(jié)合強(qiáng)度和所需的熱導(dǎo)率。
[0021]管狀靶110和背襯管120之間的足夠的結(jié)合強(qiáng)度與填充入槽130中來產(chǎn)生互鎖布置的靶110材料的量有關(guān)。相反地，足夠的熱導(dǎo)率與在靶110和帶槽背襯管120之間的帶槽交界面150處的靶110材料的量有關(guān)。換言之，使鄰近的槽130之間的間隔Si增大將使在交界面處可用于使足夠的熱導(dǎo)率存在的材料的量增加。因此，優(yōu)選地選擇S1Iph1和Cl1的合適尺寸范圍，以獲得用于具體濺射應(yīng)用的所需的熱導(dǎo)率和所需的結(jié)合強(qiáng)度之間的平衡。
[0022]其他設(shè)計考慮(諸如槽130的數(shù)量)也可影響SpWph1和Cl1的選擇。例如，使沿著內(nèi)背襯管120的槽130的數(shù)量減少可需要使各槽130的尺寸增大，以允許更多的靶110材料填充入各個槽130中。換言之，具有Wp Ii1和Cl1的特征的各個槽130的所得的體積可成比例地增大來容納在其中的靶110材料的增加的填充，以產(chǎn)生適當(dāng)?shù)慕Y(jié)合強(qiáng)度。相反地，使槽130的數(shù)量增加可需要修改Wph1和Cl1，使得各槽130的所得的體積成比例地減小，因為減少量的靶110材料可填充在其中來產(chǎn)生適當(dāng)?shù)慕Y(jié)合強(qiáng)度。
[0023]構(gòu)思了多種 槽尺寸和形狀。舉例來說，圖2示出了備選的旋轉(zhuǎn)靶組件200，在其中內(nèi)背襯管220在帶槽交界面250處鎖入外管狀靶210中。帶槽交界面250通過靶210材料延伸或突入槽230中來產(chǎn)生。各個槽230都具有預(yù)定的82、《2、112和(12的特征。各個槽230都具有近似等于h2的W2來產(chǎn)生正方形形狀配置。正方形形狀的槽230可根據(jù)已知技術(shù)沿著內(nèi)背襯管210的周邊制備。與圖1的槽130相比，圖2的槽230具有比W1更小的w2、比hi更小的h2以及比S1更小的S2。
[0024]由本發(fā)明構(gòu)思了其他槽形狀。例如，槽的邊緣可為鋸齒形形狀或圓形形狀的。備選地，槽可具有如圖3中所示的倒過圓角的邊緣。圖3示出了背襯管320，該背襯管320帶有沿著其周邊的槽300。出于清楚的目的，對應(yīng)的外管狀靶未示出。槽300具有高度113和寬度W3和深度(延伸入頁面的平面中)的特征。槽300的底部示出為平坦的表面。在共擠壓或共拉拔工藝期間，對應(yīng)的管狀靶的部分至少部分地填充入槽300中。合適的槽形狀的選擇取決于眾多因素，這些因素包括:獲得靶和背襯管之間的適當(dāng)?shù)膸Р劢唤缑嫠璧脑谄渲械陌胁牧系谋匦璧奶畛?，以及特定的濺射應(yīng)用和與其相關(guān)聯(lián)的熱應(yīng)力及機(jī)械應(yīng)力。
[0025]圖4示出了外管狀靶坯410的橫截面端視圖，該外管狀靶坯410在形成它們之間的帶槽交界面之前定位在內(nèi)背襯管420之上。在此實施例中，總共50個槽430示出為在背襯管420周圍延伸。槽430示出為在內(nèi)背襯管420的整個周邊周圍相等間隔地排列。內(nèi)背襯管420的外徑大約相當(dāng)于管狀靶坯410的內(nèi)徑。在備選布置中，在管410和管420的共拉拔或共擠壓之前，背襯管420的外徑和管狀靶坯410的內(nèi)徑之間可存在預(yù)定的間隙。
[0026]靶坯410可為通過擠壓來預(yù)成形的部件。在一個示例中，靶坯410優(yōu)選地為由純鋁塊(billet)或錠形成的純鋁坯管。背襯管420也可為預(yù)成形部件。特別地，背襯管420優(yōu)選地被擠壓至最終靶組件的尺寸，因為其在共拉拔或共擠壓工藝期間不經(jīng)歷在長度、直徑或壁厚上的實質(zhì)改變。在管420預(yù)成形之后，槽430可被機(jī)加工入背襯管420中。備選地，當(dāng)背襯管420通過擠壓來預(yù)成形時，槽430可被直接地擠壓入背襯管420中。由本發(fā)明構(gòu)思了用于制備槽430的其他技術(shù)。背襯管420優(yōu)選地由具有可接受的耐腐蝕性和機(jī)械強(qiáng)度的鋁合金系列形成，以經(jīng)受濺射。
[0027]如圖4和圖5中所示，靶坯410優(yōu)選地比內(nèi)部背襯管420更厚。構(gòu)思了背襯管420和靶坯410的多種厚度。用于背襯管420的合適的厚度的選擇可取決于多種因素，包括:例如，在濺射工藝期間所需的結(jié)構(gòu)剛度的量以及期望的電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率。對靶坯410的合適的厚度的選擇可同樣地取決于多種因素，包括:例如，被填充入槽430中以產(chǎn)生期望的結(jié)合強(qiáng)度所需的材料的量。
[0028]現(xiàn)在將參照共拉拔工藝來說明用于將靶坯互鎖到背襯管上的示例性方法。參照圖4，已如所示定位了內(nèi)背襯管420和外管狀靶坯410，管410和管420現(xiàn)在可通過共拉拔工藝來互鎖在一起。圖5示出了形成使管410和管420互鎖的帶槽交界面的共拉拔方法的示例。內(nèi)背襯管420以類似于圖4中所示的方式共軸地定位在管狀靶坯410的內(nèi)部。共軸地配置的管410和管420隨后在由箭頭指示的方向上被拉過模460。內(nèi)背襯管420延伸到支承軸450之上。軸450的外徑基本上與背襯管410的內(nèi)徑相同。結(jié)果,軸450維持背襯管420的內(nèi)徑的形狀和大小。內(nèi)背襯管420具有比模460的開口更小的外徑，以便內(nèi)背襯管420在帶槽交界面(如，分別地，圖1的帶槽交界面150或圖2的帶槽交界面250)的形成期間不會經(jīng)歷直徑上的實質(zhì)減小。
[0029]管狀靶坯410的外徑大于模460的開口，由此導(dǎo)致靶坯410隨其被拉過模460而經(jīng)歷直徑上的減小。具體而言，隨坯410和內(nèi)背襯管420被拉過或拉拔過模460，靶坯410的外徑和內(nèi)徑減小，同時伴隨著壁厚上的對應(yīng)的減小。摩擦阻力在管狀坯410的外表面和模460的表面之間產(chǎn) 生,并且在管狀還410的內(nèi)表面和背襯管420的外表面之間產(chǎn)生。拉拔是對抗摩擦力進(jìn)行的。結(jié)果，在管坯410的縱向方向上產(chǎn)生了張力。部分靶坯410材料轉(zhuǎn)而被朝內(nèi)推向沿內(nèi)背襯管420的周邊定位的槽430 (圖4)。較軟的靶坯410可滲透入較硬的背襯管420中，以至少部分地填充沿其所包含的槽430。不由任何理論限制，填充工藝可由靠著剛性背襯管420按壓的較軟的靶坯410材料促進(jìn)，剛性背襯管420隨后引導(dǎo)靶410材料流入背襯管420的槽430中。槽430的填充也可促進(jìn)交界面處的局部變形，以產(chǎn)生帶槽交界面。區(qū)域440代表了已互鎖來形成帶槽交界面(如，分別地，圖1的帶槽交界面150或圖2的帶槽交界面250)的背襯管420和管狀靶410的部分。
[0030]在共拉拔期間施加的壓力可在寬的范圍內(nèi)變化。所需的壓力和時間由互鎖的帶槽交界面的合適的形成來控制，在該帶槽交界面中，槽430至少部分地以較軟的靶410材料填充。填充入背襯管420的槽中的靶材料的量被優(yōu)化來在帶槽交界面處獲得足夠的結(jié)合強(qiáng)度，而不損害在濺射工藝期間有效地使來自靶410的表面的熱消散所需的必要的熱導(dǎo)率。在一個實施例中，多個槽中的每一個都以變形的靶坯材料填充至少15%。
[0031]存在用于制造旋轉(zhuǎn)靶組件的共拉拔工藝的若干優(yōu)點。例如，由于在室溫下對靶和背襯管進(jìn)行加工，故與熱擠壓及其他熱工藝相比，存在低水平的氧化和高的強(qiáng)度。另外，與熱的且熱非均勻的(heterogeneous)組裝工藝相比，存在對微觀結(jié)構(gòu)的相對地更好的控制。當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的實施例來構(gòu)建時，靶或背襯管的冶金結(jié)構(gòu)中不存在擾動。結(jié)果，組件維持其冶金完整性。
[0032]進(jìn)一步地，簡化了根據(jù)本發(fā)明的制造工藝。使靶和背襯管材料直接地結(jié)合的能力排除了多種組裝方法的成本、時間和復(fù)雜性，這些組裝方法諸如以中間層材料將靶的有效部分焊料結(jié)合到背襯管之上，結(jié)合特殊表面處理的靶的有效部分的內(nèi)側(cè)來防止腐蝕。另外，常規(guī)共擠壓和共拉拔工藝要求靶材料經(jīng)歷實質(zhì)上更多的變形來產(chǎn)生結(jié)合交界面，這典型地轉(zhuǎn)變?yōu)楦芰棵芗野嘿F的制造工藝。因此，在采用難以變形的材料時，由本發(fā)明所產(chǎn)生的所需的變形上的減小可為有利的。需要在厚度上的顯著地更少的減小來產(chǎn)生帶槽交界面。與常規(guī)共擠壓和共拉拔工藝相比，槽的出現(xiàn)使形成靶和背襯管之間的帶槽交界面所需的壓力降低。
[0033]在具有帶槽交界面的特征時，所得的結(jié)合強(qiáng)度可通過抗拉強(qiáng)度或抗剪強(qiáng)度測試來評估。所得的結(jié)合不會引發(fā)翹曲，并且能夠承受典型地在濺射操作期間引起的熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力。帶槽交界面提高了已結(jié)合的組件對失效的抵抗性。此抵抗性允許使用更高的功率密度水平(即，更高的濺射溫度)，并且使可獲得的靶大小的范圍延伸，而不損害結(jié)構(gòu)可靠性。
[0034]靶坯410材料也可以以共擠壓工藝來填充槽430。在共擠壓工藝中，靶坯410和背襯管420由壓頭(ram)推動通過模460。壓頭滑到針(needle)上，該針安裝在背襯管420的內(nèi)徑之內(nèi)。針的移動取決于壓頭的移動。當(dāng)壓頭被推動時，針推動背襯管420和靶坯410的預(yù)組件通過模460。當(dāng)靶坯410的外徑壓靠著模460的內(nèi)部部分時，產(chǎn)生了軸向壓迫力。軸向壓迫力使靶坯410的材料三維地被壓縮并且塑性變形。結(jié)果，靶坯410材料的塑性流填充槽430的至少一部分。
[0035]示例 I
旋轉(zhuǎn)靶組件根據(jù)本發(fā)明的原理來制造。管狀靶坯由5N純鋁形成。沿著背襯管的周邊機(jī)加工出大約50個矩形形狀的槽。背襯管隨后共軸地定位在管狀靶坯的內(nèi)徑(ID)之內(nèi)并且共拉拔通過模。形成了如圖1中所示的帶槽交界面。槽空間的大約50%至100%以靶材料填充。槽之間的間隔為大約5mm。槽的高度為大約.7mm。槽的寬度為5mm。旋轉(zhuǎn)祀組件隨后被插入旋轉(zhuǎn)測試裝備(rig)中來模擬濺射狀態(tài)。在測試中利用的旋轉(zhuǎn)測試裝備為具有
10.25英寸的內(nèi)徑和25英寸的高度的圓柱形不銹鋼真空室。在旋轉(zhuǎn)靶組件被安裝在真空室中之后，室被抽空。在抽空之后，室以氬回填，并且直流功率施加至靶組件來啟動濺射，同時直流功率以恒定的速度旋轉(zhuǎn)靶組件和磁控管。在多種功率密度水平下在靶組件表面上進(jìn)行溫度測量。
[0036]在整個濺射工藝期間，測試裝備中的功率密度水平坡增，從大約3kW/m上升至大約23kW/m。測試持續(xù)大約140小時。在持續(xù)140小時的濺射期間，靶表面溫度展現(xiàn)出少量的表面溫度升高，表明帶槽交界面的結(jié)構(gòu)完整性得到保持。結(jié)果，熱量有效地從帶槽交界面朝向位于背襯管之內(nèi)的冷卻水通道消散開。在關(guān)閉功率之后，壽命終止的旋轉(zhuǎn)靶組件從測試裝備移除。未觀察到顯著的脫離或翹曲。帶槽交界面展現(xiàn)出足夠的結(jié)合強(qiáng)度和熱導(dǎo)率，并且能夠承受在濺射工藝期間產(chǎn)生的熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力。
[0037]示例 2
旋轉(zhuǎn)管狀靶組件如示例I中所描述地形成。組件的一部分被切割，以獲得用于彎曲測試的必需大小的樣品。樣品具有173mm的外徑，125mm的內(nèi)徑和610mm的長度。樣品由在賓夕法尼亞州揚(yáng)斯敦的Westmoreland機(jī)械測試和研究公司(Mechanical Testing andResearch, Inc.)進(jìn)行彎曲測試。由Westmoreland采用的測試裝置(set up)的示意圖在圖7中示出。該測試裝置常規(guī)地在工業(yè)中采用來評估材料的強(qiáng)度和剛度。樣品靶組件701被安置在兩個支承銷702和銷703之上。支承銷702和銷703中的每一個都具有2英寸的直徑。如從銷702的中心至銷703的中心測量，銷702和銷703相互間隔16英寸的距離。如圖7中所示，負(fù)荷機(jī)構(gòu)704直接地定位在銷702和703的中點上方。負(fù)荷機(jī)構(gòu)704由具有5英寸的半徑的半圓柱形形狀構(gòu)件組成。負(fù)荷構(gòu)件704的初始位置被歸零(zero out)，并且被認(rèn)為是開始位置。負(fù)荷構(gòu)件704從該開始位置朝下朝向樣品管701前進(jìn)，以便推壓樣品管701。負(fù)荷構(gòu)件704的位移被測量為該負(fù)荷構(gòu)件704對樣品管701施加的負(fù)荷的函數(shù)。負(fù)荷構(gòu)件704從起始位置行進(jìn)至樣品管701之內(nèi)的總距離代表了管701的位移。測試在獲得極限負(fù)荷之后結(jié)束。負(fù)荷構(gòu)件704的位移連同對應(yīng)的負(fù)荷和負(fù)荷時間都被測量。收集并保存數(shù)據(jù)。在圖8中，對組件的彎曲測試的結(jié)果由Westmoreland測量并報告。對于此測試的樣品管701，所獲得的極限負(fù)荷為73，049磅。在此負(fù)荷下，負(fù)荷構(gòu)件的位移為大約
2.4英寸。
[0038]比較示例2
以兩個常規(guī)樣品來進(jìn)行與示例2的彎曲測試相同的彎曲測試，各個樣品均為單塊(monolithic) 5N純招擠壓管。單塊擠壓管具有與不例2的共拉拔管相同的內(nèi)徑、外徑和長度。彎曲測試的結(jié)果被收集并且在圖9和圖10處示出。所獲得的極限負(fù)荷顯著地小于在圖8中示出的發(fā)明的共拉拔管的極限負(fù)荷。具體而言，圖9示出在大約5.3英寸的位移處獲得了 47，153磅的極限負(fù)荷。圖10示出在大約6.4英寸的位移處獲得了 46，934磅的極限負(fù)荷。與圖8的共拉拔管狀靶組件相比，常規(guī)樣品在較低的負(fù)荷下顯著地變形更多。圖8的共拉拔靶組件的增加的改進(jìn)可在圖11中視覺地看見，該圖11圖形地示出了所有樣品的彎曲測試結(jié)果。
[0039]結(jié)果表明:相對于常規(guī)擠壓管，本發(fā)明的靶組件具有優(yōu)異的結(jié)合強(qiáng)度和剛度以及優(yōu)異的材料模數(shù)。改良的性能歸功于本發(fā)明的帶槽交界面。
[0040]盡管已示出并描述了被視為本發(fā)明的特定實施例的內(nèi)容，當(dāng)然，將理解的是可容易地在形式或細(xì)節(jié)上做出多種改型和改變，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。因此，所意在的是本發(fā)明既不限于在本文中示出并描述的精確的形式和細(xì)節(jié)，也不限于任何比在本文中公開和以下要求保護(hù)的完整的本發(fā)明更小的范圍。
【權(quán)利要求】
1.可旋轉(zhuǎn)濺射靶組件，其包括: 背襯管，其包括外表面； 濺射管狀靶，其包括內(nèi)表面，所述內(nèi)表面與所述背襯管的所述外表面直接接觸，其中，所述背襯管共軸地配置在所述管狀靶的內(nèi)部體積之內(nèi)；以及 多個間隔開的槽，其設(shè)置在所述靶的所述內(nèi)表面和所述背襯管的所述外表面之間，由此，所述多個槽中的每一個都沿著所述組件的周邊延伸，所述槽配置成與突入其內(nèi)的所述濺射靶的部分互鎖，以產(chǎn)生帶槽交界面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中，所述背襯管包括第一材料，所述靶包括第二材料并且所述多個間隔開的槽沿著所述第一材料設(shè)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中，所述多個間隔開的槽沿著所述背襯管的所述外表面延伸，并且進(jìn)一步地，其中，所述管狀靶的內(nèi)表面的部分突入所述多個槽中的每一個的至少一部分中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中，所述組件包括足以排除在濺射期間所述組件的翹曲的結(jié)合強(qiáng)度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中，所述多個間隔開的槽中的每一個都具有預(yù)定的形狀、高度、深度和寬度的特征。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中，所述槽選自由正方形、矩形、鋸齒形和圓形形狀構(gòu)成的集合。
7.根據(jù)權(quán) 利要求1所述的組件，其中，所述濺射管狀靶配置成在高達(dá)大約20kW/m的功率密度水平下濺射而不脫離。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中，所述可旋轉(zhuǎn)濺射靶組件具有大約73000磅的極限負(fù)荷的特征。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其中，所述靶坯和所述背襯管由選自由純鋁、純鉭、純銅、純鈦以及高純度鋁合金和中純度鋁合金構(gòu)成的集合的材料形成。
10.用于形成管狀濺射靶組件的方法，其包括下列步驟: 提供圓柱形背襯管，所述背襯管包括非平面的外表面和沿著所述非平面外表面定位的多個分離且明顯的槽，由此，所述槽沿著所述背襯管的端部分延伸； 提供管狀靶坯，其包括非平面的內(nèi)表面； 將所述靶坯定位在所述背襯管之上； 輸送所述靶坯和所述背襯管通過模；并且 使所述靶坯的外徑減小，由此，所述靶的內(nèi)徑的一部分至少部分地突入所述背襯管的所述槽中，以將所述靶坯鎖定在其中。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述靶坯的所述部分機(jī)械地變形入所述槽中。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述多個槽中的每一個都以所述變形的靶坯材料填充至少15%。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述靶坯和所述背襯管由選自由純鋁、純鉭、純銅、純鈦以及高純度鋁合金和中純度鋁合金構(gòu)成的集合的材料形成。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述靶坯和所述背襯管的所述材料的純度為3N、4N 或 5N。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述靶坯與所述背襯管一起共拉拔。
16.根據(jù)權(quán)利要求`10所述的方法，其中，所述靶坯與所述背襯管一起共擠壓。
【文檔編號】B21D39/04GK103781936SQ201280039025
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2012年6月7日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月10日
【發(fā)明者】S.S.G.蒂爾斯, P.S.吉爾曼 申請人:普萊克斯技術(shù)有限公司