(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スパッタリングターゲットを再生させる方法であって、該方法は、
最初にインゴット冶金法または粉末冶金法によって形成され、かつ、スパッタリングターゲット材料を含む、スパッタリングターゲットを提供することであって、該スパッタリングターゲット材料は、（ｉ）耐火金属を含み、（ｉｉ）該スパッタリングターゲット材料の中に凹型溝を規定し、（ｉｉｉ）第１の粒径および第１の結晶微細構造を有する、ことと、
該溝内に粉末をスプレー堆積することにより、該溝の中に層を形成することであって、該層は、（ｉ）金属を含み、（ｉｉ）該第１の粒径よりも微細な第２の粒径を有し、（ｉｉｉ）該第１の結晶微細構造よりもランダムな第２の結晶微細構造を有する、ことと
を含み、
該溝内に該粉末をスプレー堆積することは、該層と該スパッタリングターゲット材料との間に明瞭な境界線を形成する、方法。
【請求項２】
前記スパッタリングターゲットは、バッキングプレートを含み、前記スパッタリングターゲット材料は、該バッキングプレート上に配置される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記粉末は、前記スパッタリングターゲット材料から前記バッキングプレートを除去することなしにスプレー堆積される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記粉末をスプレー堆積することは、コールドスプレーを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記耐火金属は、ニオブ、タンタル、タングステン、モリブデン、ジルコニウム、チタニウム、およびそれらの合金からなる群より選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記層は、均一にランダムなテクスチャを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第２の粒径は、４４ミクロン未満である、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第２の粒径は、１０ミクロン未満である、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記層は、実質的に粒径バンディングおよびテクスチャバンディングがない、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記粉末をスプレー堆積した後に、前記スパッタリングターゲットをアニールすることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記粉末をスプレー堆積した後に、前記層の表面を研削すること、または、該層の表面を研磨することのうちの少なくとも１つをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記粉末をスプレー堆積することは、前記溝の中のみに該粉末をスプレー堆積することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記粉末をスプレー堆積することは、前記溝の中に、かつ、該溝の外側の前記スパッタリングターゲット材料の上に該粉末をスプレー堆積することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記スパッタリングターゲット材料は、異なる好適な結晶配向の領域を有し、前記層は、実質的に好適な結晶配向がない、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記粉末をスプレー堆積した後に、前記層を前記スパッタリングターゲット材料に拡散接合することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
本願は、米国仮出願第６０／９１５，９６７号（２００７年５月４日出願）および米国特許出願第１１／９３７，１６４号（２００７年１１月８日出願）に基づく利益を主張する。これら出願は、その全体があらゆる有用な目的のために参照により援用される。
【背景技術】
【０００２】
電子業界で物理気相蒸着法（ＰＶＤ）に採用されるスパッタリングターゲットの物理的特性が、産生される薄膜の最終的な特性に大きな影響を与えることは、当技術分野において既知である。実際に、高品質の薄膜デバイスおよび回路の製造を可能にし、かつ増強するターゲットの特性は、以下の通りである。
【０００３】
微細な、および均一で微細な粒構造。
【０００４】
個々の粒の、ランダムな、および均一にランダムな結晶配向。
【０００５】
マクロスケールで見た時に、ターゲット本体の全体を通して実質的に不変である微細構造。
【０００６】
ターゲットからターゲットへ繰り返すことができる微細構造。
【０００７】
実質的に１００％の高密度であり、高い粒間接合強度を提供する微細構造。
【０００８】
これらの特性は、特に、タンタル（Ｔａ）およびニオブ（Ｎｂ）ターゲットにおける達成が非常に困難である。これは、高純度のＴａおよびＮｂが、電子ビーム溶解を介して精錬および精製され、低温水冷金型に鋳込まれているという事実に起因する。形成されるインゴットは、幅および長さがどちらもセンチメートルの倍数単位で測定される、多数の極めて大きい粒を有する。これらの極めて大きい粒は、粒径を低減し、個々の粒の結晶学的整列を低減する（テクスチャを低減する）ために、大規模かつ高価な熱機械的処理を必要とする。熱機械的処理には、粒径の低減、もたらされる結晶学的ランダム性、およびもたらされる微細構造の均一性に限界がある。一般的に、インゴットから産生されるタンタルターゲット材料は、依然として、粒径およびテクスチャのバンディング領域と称される、大きな程度の不均一性を含んでおり、該領域には、粒径全体およびターゲット全体のテクスチャに一般的ではない共通の粒径およびテクスチャが存在する。
【０００９】
この問題の重要性および大きさは、特許文献１で取り上げられており、その中で、インゴットは、最初に、側部鍛造または側部圧延され、その後に据え込み鍛造または据え込み圧延される。特許文献２は、｛１００｝および｛１１１｝配向を伴う粒の混合を提供するように、据え込み鋳造、その後に寄せ鋳造（ｄｒａｗ  ｂａｃｋ  ｆｏｒｇｉｎｇ）、次に側部鍛造、そして最後に交差圧延プロセスを利用するプロセスを記載している。特許文献３および特許文献４において、発明者は、複数の変形および焼鈍の構成要素から成る、複合３ステッププロセスを詳述している。しかし、複合プロセス手段は、粒径を成功裏に精練するが、該プロセスは、依然として、大部分は｛１１１｝テクスチャとなっている。
【００１０】
特許文献５は、膜厚の限られた部分に選択的な（２２２）配向を有する、Ｔａスパッタリングターゲットを記載しており、スパッタリングされた膜厚の均一性の改善を主張している。
【００１１】
他の特許は、固体タンタルインゴットではなく、タンタル金属粉末から開始するという、固有の利点を認識している。特許文献６および特許文献７は、そこからスパッタリングターゲットを作製することができる、十分に高密度なビレットを産生するために、その後に広範囲にわたる熱的／機械的プロセス手法を受け得る、Ｔａ粉末のビレットへのコールドプレスを記載している。特許文献８は、均一であるがランダムではない粒構造を提供するように、粉末ビレットを十分な密度まで固めて、その後に圧延および焼鈍することを記載している。特許文献９のプロセスを拡張する特許文献１０は、少なくとも９９．９９％の純粋なタンタルである、結果として生じるタンタルスパッタリングターゲットを含むように、特許文献７のプロセスを発展させている。
【００１２】
特許文献１１は、圧縮の前に、最初にタンタル粉末を表面窒化する、粉末冶金プロセスを記載している。表面窒化粉末は、次いで、粉末の窒素含有量を高く維持しなければならない、少なくとも２３の一連の異なる処理ステップによって圧縮され得る。好ましくないものの１つは、スプレー蒸着であり、どのようなタイプのスプレー蒸着、すなわち、プラズマスプレー、低圧プラズマ蒸着、火炎スプレー、高速酸素燃料等、が使用されているのかには言及していないが、多くのうちの２、３のプロセスが現在採用されている。
【００１３】
特許文献１２および特許文献１３は、タンタルの被覆を産生するためのコールドスプレープロセスを開示しており、これらは、コールドスプレープロセスの開示について、参照することにより組み込まれる。
【００１４】
タンタル、およびタンタルをバッキングプレートに接合するためのプロセスが非常に高価であるという事実から、使用済みターゲットの再生、再処理または修復も、経済的に関心がある。これは、ターゲット全体を置き換えなければならなくなる前に、平面ターゲットの約２５〜３０％および回転ターゲットの６０〜７０しかスパッタリングに使用されないという事実によって拍車がかかっている。したがって、未使用のＴａの回収には、高い関心がある。
【００１５】
特許文献１４は、タンタルを脆化させて、バッキングプレートから分離し、研削して、インゴットの作製時に粉末ストックとして再利用することができるように、タンタルターゲットを水素化する方法を開示している。特許文献１５は、スパッタリングによって作り出された空隙を充填するように、使用済みターゲットの摩耗領域内に送給される粉末の融解および融合を同時に行うために、レーザビームおよび他の集束エネルギー源を使用することを論じている。当然、これらの全ての手法は、相当な熱を発生させ、修復前にバッキングプレートをターゲットから除去することが必要である。加えて、当業者には既知であるように、融解が生じる時に、粉末は、方向的な様態によって再凝固し、結果として生じる微細構造は、強いテクスチャ構成要素を有する。
【００１６】
ターゲットは、使用できるようにする前に、最終的な寸法に機械加工し、次いで、スパッタリンク機内に載置するために、高熱伝導率のバッキングプレートにはんだ付け、ろう付け、または拡散接合しなければならない。
【００１７】
スパッタリングターゲットは、窓ガラス（Ｎｂ）、光起電フィルタ（Ｍｏ）、狭帯域通過フィルタ（ＴａＮｂ）等のための反射および低放射率被覆に及ぶ用途を伴う、広範囲にわたる薄膜を作製するのに使用される。しかしながら、それらの最も知られている使用は、集積回路におけるものであり、層状のスパッタリングされた膜が、機能電子構成要素（集積回路、フラットパネルディスプレイ等）を産生する、基本的なスイッチングデバイス、およびそれらを接続する回路を作製するのに使用される。上述のように、薄膜技術を使用して作製される薄膜の品質、したがって、作製される製品の品質は、そこからスパッタリングされるターゲットの品質に大きく依存する。
【００１８】
コールドスプレーまたは動的スプレー（特許文献１６、特許文献１７、および特許文献１８、非特許文献１、特許文献１９および特許文献２０および特許文献２１を参照されたい）は、多数の工業生産的な問題を解決するのに採用されている先端産業技術である（例えば、特許文献２２、特許文献２３、特許文献２４、および特許文献２５も参照されたい）。上述した全ての参考文献は、コールドスプレーまたは動的スプレーのそれらの開示について、参照することにより組み込まれる。
【００１９】
コールドスプレーは、一般的に４４ミクロン未満のサイズである粉末を、粉末が表面に衝突した時に表面に接合して、一体的な、十分に接着された高密度な被覆を形成する程度の高速まで急速に加速する、高速ガス噴流を採用している。様々な基板（鋼を含む）上へのタンタル粉末のコールドスプレーが提案されている（例えば、非特許文献２、非特許文献３、非特許文献４を参照されたい）。これは全て、従来の熱スプレープロセスで行われているように、粉末をその融点付近またはそれ以上に加熱することを必要とせずに達成される。高密度な被覆を低温で形成することができるという事実は、多くの利点を提供している。このような利点には、酸化が無いこと、高密度な蒸着、固体圧密化、熱的に誘発される応力が無いこと、および、特に、この場合は、相当な基板加熱が無いことが挙げられる。
【００２０】
動的スプレーは、例えば、６５μｍを超える粒子直径を有するＴａ出発粉末を、ドラバル型（ｄｅ  Ｌａｖａｌ−ｔｙｐｅ）ノズル内に注入し、超音速のガス流中に混入させ、抗力効果により高速に加速することによって達成することができる。粒子の運動エネルギーは、塑性変形を介して、基板表面との衝突に対する歪みおよび熱に変換される。粒子は、そのプロセスで融解される。
物理気相蒸着法（ＰＶＤ）の分野について、陰極または電子スパッタリングターゲットのブランクを製造する事例では、限定的な基板加熱が好ましい。ターゲット材料は、高融解温度（「ＴＭ」）の耐火金属（ＴａのＴＭは２９９８℃）であることが多く、一方で、ターゲットを支持するバッキングプレートは、その熱伝導率の高さで選択され、一般的に銅またはアルミニウム（ＡｌのＴＭは６６０℃）であり、どちらも低融解温度の材料である。したがって、粉末を融点またはその付近まで加熱することが必要である他の熱スプレープロセスは、耐火金属を低融解温度のバッキングプレート上に蒸着するのに使用することができない。現在の慣例では、ターゲットおよびバッキングプレートを互いに接合するために、バッキングプレートからターゲットを完全に分離させ、次いで、はんだ、ろう付け、拡散接合、または爆着技術を使用する。コールドまたは動的スプレーは、実質的に粉末を加熱しないので、ターゲットをバッキングプレート上に直接的に作製すること、およびターゲットをバッキングプレートから除去することを必要とせずに、使用済みターゲットを修復するのに使用することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２１】
【特許文献１】米国特許第６，１９３，８２１号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００２／０１１２７８９号明細書
【特許文献３】米国特許第６，３３１，２３３号明細書
【特許文献４】米国特許第７，１０１，４４７号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２００５／０１５５８５６号明細書
【特許文献６】米国特許第５，５８０，５１６号明細書
【特許文献７】米国特許第６，５２１，１７３号明細書
【特許文献８】米国特許第６，７７０，１５４号明細書
【特許文献９】米国特許第６，７７０，１５４号明細書
【特許文献１０】米国特許第７，０８１，１４８号明細書
【特許文献１１】米国特許第７，０６７，１９７号明細書
【特許文献１２】国際公開第２００６／１１７１４５号
【特許文献１３】国際公開第２００６／１１７１４４号
【特許文献１４】米国特許出願公開第２００４／００６５５４６号明細書
【特許文献１５】米国特許出願公開第２００６／００３２７３５号明細書
【特許文献１６】米国特許第５，３０２，４１４号明細書
【特許文献１７】米国特許第６，５０２，７６７号明細書
【特許文献１８】米国特許第６，７５９，０８５号明細書
【特許文献１９】米国特許第６，１３９，９１３号明細書
【特許文献２０】米国特許出願公開第２００５０１２０９５７号明細書
【特許文献２１】米国特許出願公開第２００５０２５２４５０号
【特許文献２２】米国特許第６，９２４，９７４号明細書
【特許文献２３】米国特許第６，４４４，２５９号明細書
【特許文献２４】米国特許第６，４９１，２０８号明細書
【特許文献２５】米国特許第６，９０５，７２８号明細書
【非特許文献】
【００２２】
【非特許文献１】Ｖａｎ  Ｓｔｅｅｎｋｉｓｔｅ他の「Ａｎａｌｙｓｙｓ  ｏｆ  Ｔａｎｔａｌｕｍ  Ｃｏａｔｉｎｇｓ  Ｐｒｏｄｕｃｅｄ  ｂｙ  ｔｈｅ  Ｋｉｎｅｔｉｃ  Ｓｐｒａｙ  Ｐｒｏｃｅｓｓ」、Ｊｏｕｒａｎａｌ  ｏｆ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｓｐｒａｙ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、Ｖｏｌ．１３（２）、２００４年６月、２６５〜２７３ページ
【非特許文献２】Ｖａｎ  Ｓｔｅｅｎｋｉｓｔｅ他の「Ａｎａｌｙｓｉｓ  ｏｆ  Ｔａｎｔａｌｕｍ  Ｃｏａｔｉｎｇｓ  Ｐｒｏｄｕｃｅｄ  ｂｙ  ｔｈｅ  Ｋｉｎｅｔｉｃ  Ｓｐｒａｙ  Ｐｒｏｃｅｓｓ」、Ｊｏｕｒａｎａｌ  ｏｆ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｓｐｒａｙ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、１３巻、２号、２００４年６月、２６５〜２７３ページ
【非特許文献３】Ｍａｒｘ他、「Ｃｏｌｄ  ｓｐｒａｙｉｎｇ−ｉｎｎｏｖａｔｉｖｅ  ｌａｙｅｒｓ  ｆｏｒ  ｎｅｗ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  」、Ｊｏｕｒａｎａｌ  ｏｆ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｓｐｒａｙ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、１５巻、２号、２００６年６月、１７７〜１８３ページ
【非特許文献４】Ｇａｒｔｎｅｒ他、「Ｔｈｅ  Ｃｏｌｄ  Ｓｐｒａｙ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  ａｎｄ  Ｉｔｓ  Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ  ｆｏｒ  ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」、Ｊｏｕｒａｎａｌ  ｏｆ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｓｐｒａｙ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、１５巻、２号、２００６年６月、２２３〜２３２ページ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
本発明の目的は、ターゲット本体の全体を通して均一に微細かつ結晶学的にランダムな微細構造を有する、スパッタリングターゲットを製造することである。
【００２４】
本発明のさらなる目的は、このような微細構造をコスト効率的に作り出すことができ、ターゲットからターゲットへの構築を繰り返すことができる製造プロセスを提供することである。好ましくは、プロセスは、融解を必要としない。このようなプロセスの実施例には、コールドスプレーまたは動的スプレープロセスが挙げられる。
【００２５】
本発明のさらなる目的は、元々有するものと同じ、またはより良好な微細構造を、修復したターゲットに与える、コスト効率的な修復または再生プロセスを提供することである。
【００２６】
さらなる目的は、コールドスプレーまたは動的スプレー等の、融解を必要としない方法による、ターゲット再生プロセスを開発することである。
【００２７】
発明者らは、上述の複合処理を伴わずに、ターゲットの厚さ全体を通して、微細な、ランダムに配向された粒構造を伴うターゲットを直接的に製作できるようにする手法およびパラメータと、ターゲットの微細構造を、所望の微細構造でバッキングプレート上に直接的に製造できるようにする、および修復する使用済みターゲットのための手法と、を発見した。その手法は、融解プロセスを使用しない。このようなプロセスの実施例には、タンタル粉末等が挙げられるが、これに限定されない、微細な金属粉末のコールドスプレーまたは動的スプレーが挙げられる。
【００２８】
加えて、本発明は、それによって上述のスパッタリングターゲットのうちのいずれかが、スパッタリング状態に曝され、それによってスパッタリングされる、スパッタリング法を提供する。あらゆる好適なスパッタリング法を、本発明で使用することができる。好適なスパッタリング法には、マグネトロンスパッタリング、パルスレーザスパッタリング、イオンビームスパッタリング、三極管スパッタリング、およびそれらの組み合わせが挙げられるが、これに限定されない。
【００２９】
加えて、本発明は、本質的に４４ミクロン未満の微細で均一な粒構造を備え、電子後方散乱回折（「ＥＢＳＤ」）によって測定された時に、選択されたテクスチャ配向が無く（すなわち、本質的にランダムに配向付けられた粒から成る）、本質的に４４ミクロン未満の粒から成り、ターゲット本体の全体を通して粒径またはテクスチャのバンディングを示さない、スパッタリングターゲットを提供する。
【００３０】
加えて、本発明は、焼鈍された状態で等軸粒径を含み、粒径は、出発粉末の粒子径よりも小さい、ターゲットを提供する。
【００３１】
加えて、本発明は、ＥＢＳＤによって測定された時に、選択されたテクスチャ配向が無く、ターゲット本体の全体を通して粒径またはテクスチャのバンディングを示さない、実質的に粒子間拡散が無いことを特徴とする、レンズ状の粒構造を伴うスパッタリングリングターゲットを提供する。
【００３２】
加えて、本発明は、粉末スプレーを介して、単一のステップで、ターゲット粉末材料をターゲットアセンブリで使用されるバッキングプレート上に直接的に蒸着するステップと、蒸着物および基板を最終的なターゲットアセンブリ寸法に機械加工するステップとによって、付加的にスパッタリングターゲットアセンブリを製造するためのプロセスを提供する。
【００３３】
本発明は、薄膜を作製するための方法であって、
（ａ）上述のスパッタリングターゲットをスパッタリングするステップと、
（ｂ）ターゲットから金属原子を除去するステップと、
（ｃ）上述の金属を含む薄膜を基板上に形成するステップと、を含む、方法も提供する。
【００３４】
本発明は、複合構造体を基板上に形成するように、耐火粉末および高熱伝導金属粉末から成る粉末の混合物のコールドまたは動的スプレーを行うステップを含むプロセスによって作製される、熱管理材料を提供する。
【００３５】
スパッタリングターゲットは、板状、管状、または異形のターゲットとすることができる。
【課題を解決するための手段】
【００３６】
本発明は、以下のポイントを包含する。
【００３７】
ポイント１：４４ミクロン未満の微細で均一な等軸粒構造を備え、電子後方散乱回折（「ＥＢＳＤ」）によって測定された時に、選択されたテクスチャ配向が無く、ターゲット本体の全体を通して粒径のバンディングまたはテクスチャのバンディングを示さない、スパッタリングターゲット。
【００３８】
ポイント２：実質的に粒子間拡散が無い、ポイント１によるターゲット。
【００３９】
ポイント３：平均粒径は、２０ミクロンよりも小さい、ポイント１または２によるターゲット。
【００４０】
ポイント４：平均粒径は、１０ミクロンよりも小さい、ポイント１〜３のうちのいずれかによるターゲット。
【００４１】
ポイント５：ターゲットは、所望のスパッタリング材料の層および少なくとも１つの付加層をバッキングプレートの界面において組み込む層状組織を有し、該層は、バッキングプレートの熱膨張係数（「ＣＴＥ」）とスパッタリング材料の層のＣＴＥとの間のＣＴＥ値を有する、ポイント１〜４のうちのいずれかによるターゲット。
【００４２】
ポイント６：レンズ状または扁平な粒構造を伴い、電子後方散乱回折（「ＥＢＳＤ」）によって測定された時に、選択されたテクスチャ配向が無く、ターゲット本体の全体を通して粒径またはテクスチャのバンディングを示さない、スパッタリングターゲットであって、ターゲットは、スパッタリング材料の層および少なくとも１つの付加層をバッキングプレートの界面において組み込む層状組織を有し、該層は、バッキングプレートの熱膨張係数（「ＣＴＥ」）とスパッタリング材料の層のＣＴＥとの間のＣＴＥ値を有する、スパッタリングターゲット。
【００４３】
ポイント７：実質的に粒子間拡散が無い、ポイント６によるターゲット。
【００４４】
ポイント８：ターゲットアセンブリが、単一のステップで製造され、その後に、バッキングプレートまたはバッキングチューブを最終的なターゲットアセンブリ寸法に機械加工するように、ターゲット粉末材料を、粉末スプレーを介して、バッキングプレートまたはバッキングチューブ上に直接的に蒸着するステップを含む、付加的な様態でスパッタリングターゲットアセンブリを製造するためのプロセスであって、ターゲットは、４４ミクロン未満の微細で均一な等軸粒構造を備え、電子後方散乱回折（「ＥＢＳＤ」）によって測定された時に、実質的にいかなる粒子間拡散も無く、選択されたテクスチャ配向が無く、ターゲット本体の全体を通して粒径またはテクスチャのバンディングを示さない、プロセス。
【００４５】
ポイント９：スプレーは、コールドスプレープロセスによって行われる、ポイント８によるプロセス。
【００４６】
ポイント１０：スプレーは、動的スプレープロセスによって行われる、ポイント８または９によるプロセス。
【００４７】
ポイント１１：ターゲットは、電子後方散乱回折（「ＥＢＳＤ」）によって測定された時に、選択されたテクスチャ配向が無く、ターゲット本体の全体を通して粒径またはテクスチャのバンディングを示さない、粒子間拡散が無いことを特徴とするレンズ状または扁平な粒構造を有する、ポイント８〜１０のうちのいずれかによるプロセス。
【００４８】
ポイント１２：ターゲットと、バッキングプレート材料とを備える、ターゲットアセンブリであって、バッキングプレート材料およびターゲットの熱膨張係数は、密接に一致し、バッキングプレート材料の融点は、ターゲット材料を焼鈍することができる温度を上回る、少なくとも２００℃である、ターゲットアセンブリ。
【００４９】
ポイント１３：ターゲットは、スプレーした時のあらゆる応力を緩和するアセンブリとして焼鈍されている、ポイント１２によるターゲットアセンブリ。
【００５０】
ポイント１４：プロセスは、ガス流をターゲット上に方向付けるステップを含む、コールドスプレープロセスであり、ガス流は、ニオブ、タンタル、タングステン、モリブデン、チタニウム、ジルコニウム、およびそれらのうちの少なくとも２つの混合物、またはそれらのうちの少なくとも２つまたは他の金属とのそれらの合金から成る群より選択される材料の粉末を有するガス／粉末混合物を形成し、粉末は、０．５〜１５０μｍの粒子径を有し、超音速がガス流に付与され、超音速の噴流は、ターゲットの表面上に方向付けられ、それによって、ターゲットに、（厚さを通じて）微細で、完全にランダムかつ均一にランダムな粒径および結晶学的テクスチャをコールドスプレーする、ポイント８〜１１のうちのいずれかによるプロセス。
【００５１】
ポイント１５：スプレーは、コールドスプレーガンによって行われ、被覆されるターゲットおよびコールドスプレーガンは、０．１ＭＰａを超える圧力で、環境制御チャンバ内に位置付けられる、ポイント８〜１１および１４のうちのいずれかによるプロセス。
【００５２】
ポイント１６：望ましくない相の形成をもたらす、いかなる検出可能な金属の相互拡散も無いように、ターゲットとバッキングプレートとの間にコンプライアンスを提供するように金属粉末の混合物をバッキングプレートに塗布するステップを含む、複数の金属粉末のターゲットを作製するためのプロセス。
【００５３】
ポイント１７：金属粉末は、タングステン、モリブデン、タンタル、ニオブ、チタニウム、およびジルコニウムから成る群より選択される、少なくとも２つの材料の混合物を含む、ポイント１６によるプロセス。
【００５４】
ポイント１８：スパッタリング状態をポイント１〜７のうちのいずれかによるスパッタリングターゲットに受けさせ、それによってターゲットをスパッタリングするステップを含む、スパッタリング法。
【００５５】
ポイント１９：スパッタリングは、マグネトロンスパッタリング、パルスレーザスパッタリング、イオンビームスパッタリング、三極管スパッタリング、およびそれらの組み合わせから成る群より選択される、スパッタリング法を使用して行われる、ポイント１８による方法。
【００５６】
ポイント２０：スパッタリング状態をポイント６によるスパッタリングターゲットに受けさせ、それによってターゲットをスパッタリングするステップを含む、スパッタリング法。
【００５７】
ポイント２１：スパッタリングは、マグネトロンスパッタリング、パルスレーザスパッタリング、イオンビームスパッタリング、三極管スパッタリング、およびそれらの組み合わせから成る群より選択される、スパッタリング法を使用して行われる、ポイント２０による方法。
【００５８】
ポイント２２：薄膜を作製するための方法であって、
（ａ）コールドスプレーまたは動的スプレーによってスパッタリングターゲットを作製するステップと、
（ｂ）ポイント１によるスパッタリングターゲットをスパッタリングするステップと、
（ｃ）ターゲットから金属原子を除去するステップと、
（ｄ）それらの金属原子を含む薄膜を基板上に形成するステップと、
を含む方法。
【００５９】
ポイント２３：（ｂ）の後に、反応ガスを金属分子に供給するステップをさらに含むステップを追加され得る、ポイント２２による方法。
【００６０】
ポイント２４：反応ガスは、酸素、窒素、および／またはシリコンを含有するガスである、ポイント２２または２３よる方法。
【００６１】
ポイント２５：薄膜は、０．５ｎｍから１０μｍの範囲の厚さを有する、ポイント２２〜２４のうちのいずれかよる方法。
【００６２】
ポイント２６：ポイント２２〜２５のうちのいずれかによる方法に従って作製される薄膜。
【００６３】
ポイント２７：ポイント２６による薄膜を備える、フラットパネルディスプレイデバイス。
【００６４】
ポイント２８：デバイスは、薄膜トランジスタ液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイパネル、有機発光ダイオード、無機発光ダイオードディスプレイ、電界放出ディスプレイから成る群より選択される、ポイント２７によるフラットパネルデバイス。
【００６５】
ポイント２９：薄膜を作製するための方法であって、
（ａ）コールドスプレーまたは動的スプレーによってスパッタリングターゲットを作製するステップと、
（ｂ）ポイント１〜７のうちのいずれかによるスパッタリングターゲットをスパッタリングするステップと、
（ｃ）ターゲットから金属原子を除去するステップと、
（ｄ）それらの金属原子を含む薄膜を基板上に形成するステップと、
を含む方法。
【００６６】
ポイント３０：（ｂ）の後に、反応ガスを金属分子に供給するステップをさらに含むステップが追加され得る、ポイント２９による方法。
【００６７】
ポイント３１：反応ガスは、酸素、窒素、および／またはシリコンを含有するガスである、ポイント２９または３０よる方法。
【００６８】
ポイント３２：薄膜は、０．５ｎｍから１０μｍの範囲の厚さを有する、ポイント２９〜３１のうちのいずれかよる方法。
【００６９】
ポイント３３：ポイント１の微細構造を伴うターゲットから、４％未満の膜の不均一性である、ポイント２９〜３２のうちのいずれかの方法に従って作製される薄膜。
【００７０】
ポイント３４：ポイント３３による薄膜を備える、フラットパネルディスプレイデバイス。
【００７１】
ポイント３５：デバイスは、薄膜トランジスタ液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイパネル、有機発光ダイオード、無機発光ダイオードディスプレイ、電界放出ディスプレイから成る群より選択される、ポイント３４によるフラットパネルデバイス。
【００７２】
ポイント３６：障壁層および背面接点としてポイント３３による薄膜を備える、太陽電池デバイス。
【００７３】
ポイント３７：ポイント３３による膜を備える、磁気ディスクドライブ記憶デバイス。
【００７４】
ポイント３８：ポイント３３による膜を備える、半導体メモリデバイス。
【００７５】
ポイント３９：建築用ガラスの表面と接触する、ポイント３３による薄膜を備え、該薄膜は、酸化亜鉛薄膜である、被覆建築用ガラス。
【００７６】
ポイント４０：ポイント３３による薄膜を伴う被覆した建築用ガラスを備える、建築用ガラスの被覆プロセス。
【００７７】
ポイント４１：ポイント３３による膜を備える、インクジェット印刷ヘッド。
【００７８】
ポイント４２：光学コーティングは、反射または反射防止材料と、ポイント３３による膜とを含み、該膜は、該反射または反射防止材料と接触する、光学被覆。
【００７９】
ポイント４３：銅層と、ポイント３３による膜を備えるシリコン基板との間の拡散障壁層。
【００８０】
ポイント４４：ターゲットは、板状、管状、または異形のターゲットである、ポイント１〜７のうちのいずれかによるターゲット。
【００８１】
ポイント４５：該粉末の混合物を塗布するステップは、コールドスプレーまたは動的スプレーによって行われる、ポイント１６または１７のうちのいずれかによるプロセス。
【００８２】
ポイント４６：その耐用年数の終わりまで事前にスパッタリングされ、その後、侵食された体積に高密度化粉末を充填することによって修復されて、ポイント１〜７のうちのいずれかによる微細構造を有するターゲットの全体積となる、スパッタリングターゲットおよびスパッタリングターゲットアセンブリ。
【００８３】
ポイント４７：その耐用年数の終わりまで事前にスパッタリングされ、その後、侵食された体積に高密度化粉末を充填することによって修復されて、元の材料よりも粒径が有意に微細な新しい材料の等軸微細構造となる、スパッタリングターゲットおよびスパッタリングターゲットアセンブリ。
【００８４】
ポイント４８：複合構造体を基板上に形成するように、耐火粉末および高熱伝導金属粉末から成る粉末の混合物をコールドまたは動的スプレーするステップを含む、プロセスによって作製される、熱管理材料。
【００８５】
ポイント４９：該熱伝導金属粉末は、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕであり、基板は、ステンレス鋼基板である、ポイント４８による材料。
【００８６】
ポイント５０：ステンレス鋼の基板が機械加工によって除去される、ポイント４８または４９のうちのいずれかによる材料。
（項目１）
４４ミクロン未満の微細で均一な等軸粒構造を備え、電子後方散乱回折（「ＥＢＳＤ」）によって測定されたときに、選択されたテクスチャ配向が無く、ターゲット本体の全体を通して粒径のバンディングまたはテクスチャのバンディングを示さない、スパッタリングターゲット。
（項目２）
前記ターゲットは、所望のスパッタリング材料の層、および少なくとも１つの付加層をバッキングプレートの界面において組み込む層状組織を有し、該層は、該バッキングプレートの熱膨張係数（「ＣＴＥ」）と、該スパッタリング材料の層のＣＴＥとの間のＣＴＥ値を有する、項目１に記載のターゲット。
（項目３）
レンズ状の、または扁平な粒構造を有するスパッタリングターゲットであって、電子後方散乱回折（「ＥＢＳＤ」）によって測定されたときに、選択されたテクスチャ配向が無く、該ターゲット本体の全体を通して粒径またはテクスチャのバンディングを示さず、該ターゲットが、該スパッタリング材料の層、および少なくとも１つの付加層をバッキングプレートの界面において組み込む層状組織を有し、該層は、該バッキングプレートの熱膨張係数（「ＣＴＥ」）と、該スパッタリング材料の層のＣＴＥとの間のＣＴＥ値を有する、スパッタリングターゲット。
（項目４）
平均粒径は、２０ミクロンよりも小さく、好ましくは１０ミクロンよりも小さく、および／または実質的に粒子間拡散が無い、項目１〜３のうちのいずれか１項に記載のターゲット。
（項目５）
付加的な態様でスパッタリングターゲットアセンブリを製造するプロセスであって、
ターゲットアセンブリが単一のステップで製造されるように、粉末スプレーを介して、ターゲット粉末材料をバッキングプレートまたはバッキングチューブ上に直接的に蒸着するステップと、
その後、該バッキングプレートまたはバッキングチューブを最終的なターゲットアセンブリ寸法に機械加工するステップと
を含み、該ターゲットは、４４ミクロン未満の微細で均一な等軸粒構造を備え、電子後方散乱回折（「ＥＢＳＤ」）によって測定されたときに、実質的に粒子間拡散が無く、選択されたテクスチャ配向が無く、該ターゲット本体の全体を通して粒径またはテクスチャのバンディングを示さない、
プロセス。
（項目６）
前記スプレーは、コールドスプレーまたは動的スプレーによって行われ、前記ターゲットは、電子後方散乱回折（「ＥＢＳＤ」）によって測定されたときに、選択されたテクスチャ配向が無く、該ターゲット本体の全体を通して粒径またはテクスチャのバンディングを示さない、粒子間拡散が無いことを特徴とする、レンズ状または扁平な粒構造を有する、項目５に記載のプロセス。
（項目７）
項目５または６に記載のプロセスであって、該プロセスは、ガス流をターゲット上に方向付けるステップを含むコールドスプレープロセスであり、該ガス流は、ニオブ、タンタル、タングステン、モリブデン、チタニウム、ジルコニウム、およびそれらのうちの少なくとも２つの混合物、またはそれらのうちの少なくとも２つまたは他の金属とのそれらの合金から成る群より選択される材料の粉末を有するガス・粉末混合物を形成し、該粉末は、０．５〜１５０μｍの粒子径を有し、超音速が該ガス流に付与され、該超音速の噴流が該ターゲットの表面上に方向付けられ、それによって、ターゲットに、（厚さを通じて）微細で、完全にランダムかつ均一にランダムな粒径および結晶学的テクスチャをコールドスプレーする、プロセス。
（項目８）
ターゲットと、バッキングプレート材料とを備える、ターゲットアセンブリであって、該バッキングプレート材料および該ターゲットの熱膨張係数は、密接に一致し、該バッキングプレート材料の融点は、該ターゲット材料を焼鈍することができる温度を上回る、少なくとも２００℃である、ターゲットアセンブリ。
（項目９）
複数の金属粉末のターゲットを作製するためのプロセスであって、望ましくない相の形成をもたらす、検出可能な該金属の相互拡散が無いように、ターゲットとバッキングプレートとの間にコンプライアンスを提供するように金属粉末の混合物を該バッキングプレートに塗布するステップを含む、プロセス。
（項目１０）
薄膜を作製するための方法であって、
（ａ）項目１〜４のうちのいずれか１項に記載の前記スパッタリングターゲットをスパッタリングするステップと、
（ｂ）該ターゲットから金属原子を除去するステップと、
（ｃ）それらの金属原子を含む薄膜を基板上に形成するステップと
を含む、方法。
（項目１１）
項目１０に記載の前記方法に従って作製される、薄膜。
（項目１２）
項目１１に記載の前記薄膜を備える、フラットパネルディスプレイデバイス。
（項目１３）
太陽電池デバイス、半導体デバイス、被覆した建築用ガラス、インクジェット印刷ヘッド、光学被覆、または拡散障壁層における、項目１２に記載の前記膜の使用。
（項目１４）
その耐用年数の終わりまで事前にスパッタリングされ、次いで、侵食された体積に高密度化粉末を充填することによって修復されて、項目１〜４のうちのいずれか１項に記載の前記微細構造を有するターゲットの全体積となる、スパッタリングターゲットおよびスパッタリングターゲットアセンブリ。
（項目１５）
その耐用年数の終わりまで事前にスパッタリングされ、次いで、侵食された体積に高密度化粉末を充填することによって修復されて、元の材料よりも粒径が有意に微細である新しい材料の等軸微細構造となる、スパッタリングターゲットおよびスパッタリングターゲットアセンブリ。
（項目１６）
複合構造体を基板上に形成するように、耐火粉末および高熱伝導金属粉末から成る粉末の混合物をコールドまたは動的スプレーするステップを含む、プロセスによって作製される、熱管理材料。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】図１（Ａ）は、ヘリウムガスを使用して、コールドスプレーによって作製される平坦な平面タンタルターゲットを示す図である。図１（Ｂ）は、窒素ガスを使用して、コールドスプレーによって作製される平坦な平面タンタルターゲットを示す写真である。
【図２】図２は、スパッタリング後のコールドスプレーによって作製された平面タンタルターゲットを示す写真である。
【図３Ａ】図３Ａは、ヘリウムコールドスプレー、窒素コールドスプレー、および圧延ビレットによって調製されるターゲットからの、スパッタリングされたタンタル薄膜の走査型電子顕微鏡（「ＳＥＭ」）の顕微鏡写真である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、ヘリウムコールドスプレー、窒素コールドスプレー、および圧延ビレットによって調製されるターゲットからの、スパッタリングされたタンタル薄膜の走査型電子顕微鏡（「ＳＥＭ」）の顕微鏡写真である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、ヘリウムコールドスプレー、窒素コールドスプレー、および圧延ビレットによって調製されるターゲットからの、スパッタリングされたタンタル薄膜の走査型電子顕微鏡（「ＳＥＭ」）の顕微鏡写真である。
【図４Ａ】図４Ａは、圧延ターゲットの斑紋状の不規則な表面を明らかにしている、スパッタリング後の圧延ターゲットの拡大写真である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、コールドスプレーターゲットのより滑らかな、非斑紋状の表面を明らかにしている、スパッタリング後のヘリウムコールドスプレーされたターゲットの拡大写真である。
【図５】図５は、本発明によるタンタル管状実施体を示す写真である。
【図６Ａ】図６Ａは、スプレーの方向に垂直に撮影した、スプレーおよび焼鈍した組織の顕微鏡写真である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、スプレーの方向に垂直に撮影した、スプレーおよび焼鈍した組織の顕微鏡写真である。
【図６Ｃ】図６Ｃは、スプレーの方向に垂直に撮影した、スプレーおよび焼鈍した組織の顕微鏡写真である。
【図６Ｄ】図６Ｄは、スプレーの方向に垂直に撮影した、スプレーおよび焼鈍した組織の顕微鏡写真である。
【図７Ａ】図７Ａは、コールドスプレーを使用して、１４５０℃で焼鈍した結果を示す写真である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、コールドスプレーを使用して、１４５０℃で焼鈍した結果を示す写真である。
【図８】図８は、コールドスプレーを使用して、１１５０℃で焼鈍した結果を示す写真である。
【図９】図９は、コールドスプレーを使用して、９４２℃で焼鈍した結果を示す写真である。
【図１０】図１０は、基板が、圧延して過度に焼鈍した板の代表的なテクスチャを伴う、非常に大きな等軸粒を有することを示す写真である。
【図１１】図１１は、本発明による極点図である。
【図１２】図１２は、圧延して過度に焼鈍した板の代表的なテクスチャを伴う、非常に大きな等軸粒を有する、プラズマスプレーを行ったタンタル試料を示す写真である。
【図１３】図１３は、本発明による極点図である。
【図１４】図１４は、コールドスプレーを行ったＴａＮｂターゲットを示す写真である。蒸着は、長さ４４０ｍｍ、幅１１０ｍｍ、および厚さ７ｍｍにわたって行う。銅のバッキングプレートの中央で３ｍｍの湾曲を誘発したことに留意されたい。
【図１５】図１５は、スプレーした時のタンタルの荷重対たわみを示す図である。蒸着は、いかなる塑性変形も呈さずに、脆性破壊によって失敗することに留意されたい。
【図１６】図１６は、曲げ試験中に、０．０８インチ（約２．０３ミリ）のたわみの後に、Ｔａ蒸着物に得られた永久変形を示す図である。
【図１７】図１７は、焼鈍および矯正後のターゲットを示す写真である。直定規は、湾曲が成功裏に除去されたことを実証している。
【図１８】図１８は、ＭｏＴｉターゲットの微細構造、および粉末を圧密化するように熱間等方圧縮（「ＨＩＰ」）中に産生される有害な相および相互拡散ゾーンを示す写真である。
【図１９】図１９は、Ｍｏ元素およびＴｉ元素だけを含み、いかなる有害な相も形成されていない、コールドスプレーによって産生された、スプレーしたときのＭｏＴｉターゲットの微細構造を示す写真である。
【図２０】図２０は、熱間等方圧縮（「ＨＩＰ」）したターゲット（図１９）と比較して、実質的にいかなる有害な相も形成されていないことを示す、７００℃で１．５時間焼鈍した後にコールドスプレーを行ったＭｏＴｉを示す写真である。
【図２１Ａ】図２１Ａは、Ｗ−Ｃｕ（５０／５０体積％）の微細構造を示す写真である。
【図２１Ｂ】図２１Ｂは、扁平な組織を有するＣｕを示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００８８】
発明者らは、上述の複合処理を伴わずに、ターゲットを直接的に製造できるようにする手法およびパラメータ、ターゲットの微細構造を、所望の微細構造でバッキングプレート上に直接的にターゲットを製造すること、および事前のバッキングプレートからの除去の有無に関わらず、使用済みターゲットが簡単に修復されることを可能にする手法とを発見した。その手法は、融解プロセスを使用しない。このようなプロセスの実施例には、タンタル粉末等が挙げられるが、これに限定されない、微細な金属粉末のコールドスプレーまたは動的スプレーが挙げられる。
【００８９】
該手法は、スパッタリングターゲットの再生または修復に使用することもできる。
【００９０】
金属粉末とともにガス・粉末混合物を形成するガスとして、概して、不活性ガスが使用される。本発明による不活性ガスには、アルゴン、ヘリウム、または比較的に非反応性の窒素、またはそれらの２つ以上の混合物が挙げられるが、これに限定されない。特別な場合では、空気も使用され得る。安全規則を満たしている場合は、水素、または水素と他のガスとの混合物の使用も考慮され、水素の非常に速い音速によって好都合に使用することができるが、実際に、水素の音速は、ヘリウムの音速よりも３０％速く、そしてまた、窒素の音速よりも約３倍速い。空気の音速は、２０℃および１気圧（ａｔｍ）で３４４ｍ／ｓであり、一方で、分子量が２．０１６である水素は、空気の分子量２８．９６と比較して、最も軽い元素である。その密度は、空気の約１／１４未満であり、１３０８ｍ／ｓの音速を有する。
【００９１】
プロセスの１つの好適なバージョンにおいて、スプレーは、
スプレーによって被覆される表面に隣接してスプレーオリフィスを提供するステップと、
ニオブ、タンタル、タングステン、モリブデン、チタニウム、ジルコニウム、それらのうちの少なくとも２つの混合物、または互いの、または他の金属とそれらの合金から成る群より選択される材料の粉末を、スプレーオリフィスに提供するステップであって、該粉末は、粒子のサイズが０．５〜１５０μｍ、好ましくは、５〜８０μｍ、最も好ましくは１０〜４４μｍであり、該粉末は、加圧下にある、ステップと、
高よどみ点圧力で不活性ガスをスプレーオリフィスに提供し、該粒子材料およびガスのスプレーを、被覆する基板表面上に提供するステップと、
低周囲圧力の領域内にスプレーオリフィスを位置付けるステップであって、
該周囲圧力は、該粒子材料およびガスのスプレーの相当な加速を、被覆する基板表面上に提供するように、スプレーオリフィスの手前ではよどみ点圧力未満であり、
それによって、基板は、高密度化被覆で被覆され、焼鈍される、ステップと、を含む。高密度化被覆は、焼鈍前、またはその後に基板から除去され得ることに留意されたい。
【００９２】
プロセスの別の好適なバージョンにおいて、スプレーは、コールドスプレーガンで行われ、被覆されるターゲットおよびコールドスプレーガンは、８０ｋＰａを下回る、または０．１ＭＰａを上回る圧力で、不活性化されたチャンバ（環境制御されたチャンバ）内に位置付けられる。
【００９３】
明細書の全体を通して、コールドスプレーという用語を使用する。コールドスプレープロセスだけに言及される場合において、コールドスプレープロセスの代わりに、動的スプレープロセスを使用することが可能であることを理解されたい。
【００９４】
プロセスの別の好適なバージョンにおいて、スプレーは、動的デバイスによって行われる。動的プロセスは、より速い粒子速度および通常はより低い粒子温度を伴う、５０μｍ未満の粒子直径を使用するコールドスプレープロセスと比較して、６５〜２００μｍのより大きな粒子径分布およびより高い粒子温度を使用して、被覆を産生する。運動エネルギーは、粒子直径の３乗、および粒子速度の２乗に比例するので、総塑性変形に利用できる総運動エネルギーは、通常、コールドスプレーのそれよりも大きい。動的スプレーは、のど領域の後ろのより長いノズル長（標準の８０ｍｍに対して２８０ｍｍ等）、およびより高いガス温度（例えば、２００℃超であるが、材料の融点よりはかなり低い）で行われる。粒子速度が速くなるにつれて、被覆特性が改善され、その結果、塑性変形の程度が高くなり、密着性が高まり、細孔率が下がり、また、より短いノズルで産生した被覆と比較して、加工硬化が高くなる。
【００９５】
一般に、耐火金属は、９９．５％、９９．７％、または９９．９％等、少なくとも９９％の純度を有し、好都合には、金属不純物に基づいて、９９．９５％、特に少なくとも９９．９９５％または少なくとも９９．９９９％、特に９９．９９９５％の純度を有する。
【００９６】
一般に、単一の耐火金属の代わりに合金が使用される場合、好ましくは全体として合金であるが、少なくとも耐火金属は、対応する高純度被覆を産生することができるように、その純度を有する。
【００９７】
本発明による実施形態のうちの１つにおいて、酸素、炭素、窒素、または水素等の、粉末中の非金属不純物の総含有量は、好都合には１，０００ｐｐｍ未満、好ましくは５００ｐｐｍ未満、より好ましくは１５０ｐｐｍ未満とすべきである。
【００９８】
本発明による実施形態のうちの１つにおいて、酸素含有量は、５０ｐｐｍ以下であり、窒素含有量は２５ｐｐｍ以下であり、炭素含有量は、２５ｐｐｍ以下である。
【００９９】
金属不純物の含有量は、好都合には５００ｐｐｍ以下、好ましくは１００ｐｐｍ以下、最も好ましくは５０ｐｐｍ以下、特に１０ｐｐｍ以下である。
【０１００】
このような金属粉末は、商業的に購入することができ、または還元剤、および、好ましくはその後の脱酸素によって、耐火金属化合物を還元することによって調製することができる。酸化タングステンまたは酸化モリブデンは、例えば、高温で水素のストリーム中で還元される。調製は、例えば、Ｓｃｈｕｂｅｒｔ、Ｌａｓｓｎｅｒの「Ｔｕｎｇｓｔｅｎ」、Ｋｌｕｗｅｒ  Ａｃａｄｅｍｉｃ／Ｐｌｅｎｕｍ  Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ、Ｎｅｗ  ｙｏｒｋ、１９９９、またはＢｒａｕｅｒの「Ｈａｎｄｂｕｃｈ  ｄｅｒ  Ｐｒｅｐａｒａｔｉｖｅｎ  Ａｎｏｒｇｎｉｓｃｈｅｎ  Ｃｈｅｍｉｅ」、Ｆｅｒｄｉｎａｎｄ  Ｅｎｋｅ  Ｖｅｒｌａｇ  Ｓｔｕｔｔｇａｒｔ、１９８１、ｐ１５３０に記載されている。
【０１０１】
タンタルおよびニオブの場合、調製は、ほとんどの場合、アルカリまたはアルカリ土類金属で、例えばヘプタフルオロタンタル酸ナトリウム、ヘプタフルオロタンタル酸カリウム、ヘプタフルオロニオブ酸ナトリウム、ヘプタフルオロニオブ酸カリウム等の、アルカリヘプタフルオロタンタル酸およびヘプタフルオロタンタル酸アルカリ土類金属、または酸化物を還元することによって行われる。還元は、例えばナトリウムの添加を伴って融解塩中で、または、カルシウムまたはマグネシウムの蒸気が好都合に使用される気相中で行われる。耐火金属化合物を、アルカリまたはアルカリ土類金属と混合して、その混合物を加熱することも可能である。水素雰囲気が好都合であり得る。多数の好適なプロセスは、好適な反応条件を選択することができるプロセスパラメータのように、当業者に既知である。好適なプロセスは、例えば、米国特許第４，４８３，８１９号および国際公開第９８／３７２４９号に記載されている。
【０１０２】
低酸素含有量が所望される場合、低酸素含有量を有する純粋な粉末を調整するためのさらなるプロセスは、例えば国際公開第０１／１２３６４号および欧州特許出願公開第１２００２１８号Ａに開示されているように、アルカリ土類金属を還元剤として使用する、耐火金属水酸化物を還元するステップを含む。
【０１０３】
本発明はさらに、スパッタターゲット（金属の陰極スパッタリングにおける金属源）を再処理するためのプロセスであって、ガス流は、ニオブ、タンタル、タングステン、モリブデン、チタニウム、ジルコニウム、またはそれらのうちの２つ以上の混合物、またはそれらのうちの少なくとも２つまたは他の金属とのそれらの合金から成る群より選択される材料の粉末とともに、ガス・粉末混合物を形成し、粉末は、０．５〜１５０μｍの粒子径を有し、超音速がガス流に付与され、超音速の噴流は、再処理または産生される物体の表面上に方向付けられる、プロセスに関する。
【０１０４】
スパッタターゲットは、金属の陰極スパッタリングにおける金属源である。これらは、集積回路、半導体、および他の電気、磁気、および光学製品の産生に採用される。スパッタリングプロセス中に、一般に、スパッタターゲットの金属表面は、不均一に磨滅し、表面上に溝を生じさせる。バッキングプレートの材料の汚染、またはさらに冷却液の破局的な漏出を回避するために、スパッタターゲットは、耐火金属ターゲットが使い果たされるまで使用されるのではなく、新しいスパッタターゲットを採用しなければならない時に、比較的に少量の高価な耐火金属だけが使い果たされるように、事前に、即座に使用が停止される。バッキングプレートの除去が必要であり、新しい耐火金属板への接続が必要となるので、大半は、単にスクラップとして、または再生利用されるそれらの材料として販売される。しかしながら、バッキングプレートは、この場合、より価値の低い、スパッタターゲットの一部である。
【０１０５】
したがって、このためにバッキングプレートを外すことを必要とせずに、スパッタターゲットを再処理する、または再生させることができるように、またはスパッタ材料をバッキングプレートに、または回転ターゲットのバッキングチューブに直接的に蒸着できるようにする手法が必要である。
【０１０６】
この目的のために、使用済みスパッタターゲット内の溝は、再び特定の耐火金属で補充される。好ましくは、融解を用いずに行われる。例えば、上述のようにコールドスプレーまたは動的プロセスによって行うことができる。このために、ガス・粉末混合物の超音速の噴流が、溝上に方向付けられ、溝の全長および形状にわたって移動する。これは、溝を再び補充することが必要になるたびに繰り返され、そのため、スパッタターゲットの表面は、再び実質的に平坦な領域を形成し、および／または補充した材料は、スパッタターゲットの表面よりもわずかに高くなる。好ましくは、ガス・粉末混合物の超音速の噴流は、次いで、スパッタターゲットの表面を完全に覆う、均一な厚さの平坦な層が得られるまで、スパッタターゲットの残りの表面上に方向付けられ、スパッタターゲット表面の全長、幅、および形状にわたって誘導される。得られた粗面は、次いで、所望の滑面が得られるように、従来のプロセスによって研削および研磨を行うことができる。
【０１０７】
発明者らは、元のターゲットが、従来のインゴット冶金法または粉末冶金法によって作製された場合、コールドスプレーによる修復は、元のターゲットよりも微細な粒径、およびランダムな構造を有することを発見した。元のターゲットが、コールドスプレーによって作製された場合、修復したものは、元のターゲットとは見分けのつかないほどの、同様の微細構造を有する。しかしながら、元のターゲットと修復したゾーンとの間には、ターゲットの断面内に見ることができる、明瞭な境界線が存在することになる。
【０１０８】
新しいスパッタターゲットの産生中に、ターゲットは、バッキングプレートに直接的に塗布される。ターゲットの構成に基づいて、ガス・粉末混合物の超音速の噴流は、したがって、スパッタターゲットの表面を完全に覆う、均一で十分に厚く平坦な層が得られるまで、スパッタターゲットのバッキングプレートの完全な表面上に方向付けられ、スパッタターゲット表面の全長、幅、および形状にわたって誘導されるか、または、プラズマの接触領域だけが被覆され、材料の大幅な節減がもたらされる。
【０１０９】
ターゲットは、厚さが２〜２０ｍｍ、より好ましくは、３．０〜１５ｍｍ、さらに好ましくは５〜１２ｍｍ、さらに好ましくは８〜１２ｍｍであることが好ましい。
【０１１０】
得られるターゲットの純度および酸素含有量は、粉末のそれらから５％、好ましくは１％を超えて外れてはならない。
【０１１１】
これは、好都合に、再処理されるスパッタターゲットが不活性ガスの下で被覆される場合に達成することができる。アルゴンは、空気よりも密度が高いため、不活性ガスとして好都合に使用され、特に、スパッタターゲットが、アルゴンの漏れまたは流出を防ぐ容器内にあり、アルゴンが連続的に補給される場合に、被覆される物体を覆い、存在し続ける傾向がある。本発明に従って機能する他の不活性ガスは、上述の通りである。
【０１１２】
本発明によるプロセスは、スパッタリングターゲットの処理または産生に特に好適である。なぜならば、一方では、熱機械的プロセスによる産生中に、異なる間隔で変化する可能性のある結晶学的に選択された配向がしばしば生じ、そのため、均一なテクスチャが得られず、その代わりに、いわゆるバンド、すなわち、異なる選択された配向の領域が生じるからである、熱機械的プロセスにおいて、これは、非常に複雑で高価なプロセスでしか防止できないためである。対照的に、耐火金属ターゲットの厚さにわたって、いかなる検出可能で選択された配向も存在しない、均一にランダムなテクスチャが、本発明によるプロセスによって得られ得る。
【０１１３】
均一かつランダムな粒子径分布および粒径分布も、ターゲット内で同様に得られ、そのため、同じく、これが所望されない場合は、いかなる異なる粒子径または粒径のバンドも得られない。スパッタリングターゲット内の粒径またはテクスチャのバンディングは、それがスパッタ率および膜の均一性を変動させるので、特に不適当である。
【０１１４】
粉末がスパッタターゲットに塗布されて、融解されるプロセスでは、経験的に、バブリングおよび粒の成長が生じることが分かっている。これも、本発明によるプロセスでは観察することができない。
【０１１５】
ターゲットの塗布後、スパッタターゲットの表面は、通常、好適な滑面を得るように、研削および研磨される。これは、従来技術による従来のプロセスによって行うことができる。
【０１１６】
新しいスパッタターゲットの産生において、ターゲットは、バッキング手段、例えばバッキングプレートに塗布される。この板は、一般に、銅またはアルミニウムの板、またはこれらの金属うちの少なくとも１つとベリリウムとの合金である。このバッキングプレートは、冷却媒体が存在するチャネルを含むことができる。
【０１１７】
バッキングプレート、およびしたがってスパッタターゲットも、平坦形、ロッド形、円筒形、ブロック形、または他のあらゆる所望の形状の形態とすることができる。追加的な構造用構成要素、液体冷却コイル、および／または大型冷却材貯蔵容器、複合フランジ、または他の機械的または電気的構造体も取り付けることができる。
【０１１８】
本発明に従って製作されるターゲット、またはスパッタターゲットの産生中または再処理中に産生されるターゲットは、純度を高く、かつ酸素含有量を低くすることができる。
【０１１９】
結果として生じるターゲットは、このターゲットが産生された出発粉末の含有量から、５０％を超えて、または２０％を超えて、または１０％を超えて、または５％を超えて、あるいは１％を超えて外れない、ガス状不純物の含有量を有する。この関連では、外れという用語は、特に、増加を意味するものとして理解されるべきであり、したがって、得られるターゲットは、出発粉末の含有量の５０％を超えない、ガス状不純物の含有量を好都合に有するべきである。
【０１２０】
表面上に高密度化される粉末は、好ましくは、出発粉末の酸素含有量から５％を超えて、特に１％を超えて外れない、酸素含有量を有する。
【０１２１】
好都合な実施形態において、ターゲットは、さらに、少なくとも９７％、好ましくは９８％を超える、特に９９％または９９．５％を超える密度を有する。この場合、ターゲットの密度は、ターゲットの閉鎖性および細孔率の尺度である。９７％のターゲット密度とは、ターゲットが、バルク材料の９７％の密度を有することを意味する。閉鎖した、実質的に無細孔のターゲットは、常時、９９．５％を超える密度を有する。密度は、このようなターゲットの断面画像（横断面）の画像分析によって、またはヘリウム比重法によって特定することができる。後者の方法は、非常に高密度なターゲットの場合、ターゲット内に存在する、表面から遠く離れた細孔が検出されず、したがって、実際に存在するよりも低い細孔率が測定されるので、あまり好適ではない。密度は画像分析によって特定することができるが、最初に、顕微鏡の画像区域内の、調査されるターゲットの総面積を特定し、次いで、この面積を細孔の面積と関連付けることによって特定される。表面から遠く離れた細孔、および基板の界面近くの細孔も、この手段によって記録される。少なくとも９７％の、好ましくは９８％を超える、特に９９％または９９．５％を超える高密度は、特に、スパッタターゲットの産生または再処理に重要である。
【０１２２】
ターゲットは、それらの高密度によって、および粒子の高度な変形によって生じる高い機械的強度を示し、したがって、タンタルの場合、金属粉末とともにガス・粉末混合物を形成するガスが窒素である場合に、強度は、少なくとも８０ＭＰａ、より好ましくは少なくとも１００ＭＰａ、最も好ましくは少なくとも１４０Ｍｐａである。このスプレーされる粉末の機械的強度およびじん性は、スプレーの後に、焼鈍または拡散接合熱処理を提供することによって、さらに高めることができる。
【０１２３】
ヘリウムが使用される場合、強度は、通常、少なくとも１５０ＭＰａ、好ましくは少なくとも１７０ＭＰａ、最も好ましくは少なくとも２００ＭＰａ、さらに最も好ましくは２５０ＭＰａ超である。
【０１２４】
本発明は、発明のスパッタリングターゲットをスパッタリング状態に曝し、それによってターゲットをスパッタリングする方法にも関する。
【０１２５】
スパッタリングは、マグネトロンスパッタリング、パルスレーザスパッタリング、イオンビームスパッタリング、三極管スパッタリング、およびそれらの組み合わせから成る群より選択される、スパッタリング法を使用することによって行うことができる。
【０１２６】
スパッタリングは、マグネトロンスパッタリング、パルスレーザスパッタリング、イオンビームスパッタリング、三極管スパッタリング、およびそれらの組み合わせから成る群より選択される、スパッタリング法を使用することによって行うことができる。
【０１２７】
本発明は、薄膜を作製するための方法であって、
（ａ）コールドスプレーまたは動的スプレーによって所望のスパッタリングターゲットを作製するステップと、
（ｂ）上述のスパッタリングターゲットをスパッタリングするステップと、
（ｃ）ターゲットから金属原子を除去するステップと、
（ｄ）金属原子を含む薄膜を基板上に形成するステップと、を含む、方法も提供する。
【０１２８】
本発明による金属原子には、ニオブ、タンタル、タングステン、モリブデン、チタニウム、ジルコニウム、クロミウム、バナジウム、マグネシウム、スズ、鉛、アルミニウム、亜鉛、銅、ロジウム、銀、金、コバルト、鉄、ルテニウム、レニウム、ガリウム、インジウム、アンチモン、それらのうちの２つ以上の混合物、またはそれらのうちの２つの合金、または上述の特性を有する他の金属との合金が挙げられるが、これに限定されない。薄膜の用途に基づいて、スパッタリングターゲットの作製に、どの金属、または金属原子の組み合わせを使用するのかを決定する。
【０１２９】
一実施形態は、タングステン、モリブデン、タンタル、ニオブ、チタニウム、およびジルコニウムから成る群より選択される少なくとも２つの金属の混合物を含む、金属粉末を使用する。
【０１３０】
本発明の別の実施形態において、ステップ（ｂ）でスパッタリングターゲットがスパッタリングされた後、反応ガスを金属原子に供給するステップを追加することができる。反応ガスは、ガス状の状態で、または基板上に蒸着させた時点で、金属原子と反応し、金属または合金の化合物を形成することができる成分を含むガスである。限定的でない実施例として、反応ガスは、酸素、窒素、および／またはシリコンを含有するガスとすることができる。
【０１３１】
本方法によって塗布される薄膜は、あらゆる所望の厚さを有することができる。薄膜の厚さは、所望される最終用途に依存する。一般的に、薄膜の厚さは、少なくとも０．５ｎｍ、いくつかの状況では少なくとも１ｎｍ、いくつかの事例では少なくとも５ｎｍ、他の事例では少なくとも１０ｎｍ、いくつかの状況では少なくとも２５ｎｍ、他の状況では少なくとも５０ｎｍ、いくつかの環境では７５ｎｍ、他の環境では少なくとも１００ｎｍとすることができる。また、膜厚は、最高で１０μｍ、いくつかの事例では最高で５μｍ、他の事例では最高で２μｍ、いくつかの状況では最高で１μｍ、他の状況では最高で０．５μｍとすることができる。膜厚は、定められた値のうちのいずれかにすることができ、または上述の値のうちのいずれかの間の範囲とすることができる。本発明による薄膜の利点は、薄膜が、優れた均一性、および非常に小さい表面粗さを有することができることである。驚くべきことに、同様のマグネトロンスパッタリング条件では、（表１に示されているように）従来のインゴット圧延したタンタルターゲットから作製された薄膜の不均一性が４．３％〜１５．４％であるのと比較して、コールドスプレーしたタンタルターゲットから作製された薄膜の不均一性は、１．５％〜４％の範囲である。改良された薄膜の均一性は、ランダムで均一なテクスチャの特徴、および実質的に４４μｍよりも小さい微細な粒径を呈する、コールドスプレーターゲットの結果である。
【０１３２】
本発明による薄膜の使用は、フラットパネルデバイス等の種々の用途で使用される製品を包含する。フラットパネルデバイスは、薄膜トランジスタ−液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイパネル、有機発光ダイオード、無機発光ダイオードディスプレイ、および電界放出ディスプレイから成る群より選択される。
【０１３３】
好適な一実施形態において、本発明に従って作製される薄膜は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）−液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）用途で使用することができる。また、別の実施形態において、本発明は、太陽電池用途、センサ用途、半導体デバイス、およびＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）技術のための金属ゲートで使用される薄膜を包含する。一実施形態において、本発明は、優れた均一性を有するゲート電極として機能する、モリブデン薄膜を含むＴＦＴ−ＬＣＤデバイスを目的とする。別の実施形態は、薄膜太陽電池用途を目的とし、本発明は、Ｍｏ薄膜が、背面接触部および障壁層として機能する太陽電池を包含する。薄膜は、インクジェット印刷ヘッド用途（例えば、タンタルが、加熱要素（高耐食性金属材料）として使用される）、キャビテーション障壁、およびパッシベーション層（Ｔａ２Ｏ５として）、または建築用ガラスの被覆で使用することができ、薄膜は、フラットパネルディスプレイ、またはディスクドライブストレージとしての磁気薄膜材料、および光学被覆、またはその一部とすることができる。本発明による薄膜は、従来技術による従来の薄膜に代わることができる。
【０１３４】
金属スパッタリングターゲットの厚さを通じての粒径およびテクスチャの均一性により、このようなターゲットから得られる膜は、コールドスプレーしたターゲットが、「微粒状」であり、ランダムな粒配向を有しバンド化が無いので、優れた均一性を有する。
【０１３５】
太陽電池デバイスは、当技術分野において既知である。例えば、太陽電池デバイスのための以下の特許および基準は、太陽電池デバイスの開示につて参照することにより組み込まれる（障壁層および背面接触部としてのモリブデン薄膜）。米国特許第７，０５３，２９４号（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｓｏｌａｒ  Ｃｅｌｌ  Ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ  ｏｎ  ａ
Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  Ｍｅｔａｌｌｉｃ  Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）、米国特許第４，９１５，７４５号（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｓｏｌａｒ  Ｃｅｌｌ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ
Ｍａｋｉｎｇ）、Ｔｈｅ  Ｆａｂｌｉｃａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  ｏｆ  Ｈｉｇｈ−ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  ＣｄＴｅ  Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｓｏｌａｒ  Ｃｅｌｌｓ（Ａｌｖｉｎ、Ｃｏｍｐａａｎ  ａｎｄ  Ｖｉｃｔｏｒ  Ｋａｒｐｏｖ、２００３、Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｒｅｎｅｗａｂｌｅ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｌａｂによる）、および、Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ  ｏｆ  Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２  Ｓｕｐｅｒｓｔｒａｔｅ  Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｓｏｌａｒ  Ｃｅｌｌｓ（Ｆｒａｎｚ−Ｊｏｓｅｆ  Ｈａｕｇ、２００１、Ｓｗｉｓｓ  Ｆｅｄｅｒａｌ  ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  ｏｆ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、ＺｕｒｉｃｈのＰｈ．Ｄ．論文による）。
【０１３６】
概して、太陽電池は、
Ａ）カバーガラスと、
Ｂ）上部電気接触層と、
Ｃ）透明な接触部と、
Ｄ）上部接合層と、
Ｅ）吸収体層と、
Ｆ）背面電気接触部と、
Ｇ）基板と、を含むことができる。
【０１３７】
本発明によれば、薄膜は、上述のように、動的またはコールドスプレープロセスによって作製される、スパッタリングターゲットを使用することによって作製される。スパッタリングターゲットは、好ましくは、タンタル、ニオブ、モリブデン、アルミニウム、亜鉛、テルル、銅、または金といった金属から、少なくとも１つの粉末を混合している粉末である。本発明による膜は、背面電気接触部および障壁層として使用することができる。
【０１３８】
本発明によれば、半導体デバイスを作製するために、スパッタリングターゲットは、上述のように、動的またはコールドスプレープロセスによって作製される。スパッタリングターゲットは、好ましくは、Ｔａ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｈｆ、およびＺｒといった金属からの少なくとも１つの粉末を混合する粉末を伴う、コールドスプレーによって作製される。このようなターゲットから作製される薄膜は、障壁層として使用される。障壁層の使用は、当技術分野において既知である。例えば、障壁層に対する以下の特許は、障壁層の開示について、参照することにより組み込まれる。Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ
Ｃａｒｒｉｅｒ  Ｆｉｌｍ，ａｎｄ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ  ａｎｄ  Ｌｏｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｍｏｄｕｌｅ  Ｕｓｉｎｇ  Ｔｈｅ  Ｓａｍｅ（米国特許第７，１６４，２０５号）、Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｏｆ  ｆｏｒｍｉｎｇ  ａｎ  ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ  ｏｎ  ａ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｓｕｂｓｔｒａｔｅ（米国特許第５，６１２，２５４号）、Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｄｅｖｉｃｅ（ｔｕｎｇｓｔｅｎ，ｃｈｒｏｍｉｕｍ  ｏｒ  ｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍ，ａｎｄ  ｂａｒｒｉｅｒ  ｃａｒｒｉｅｒ）（米国特許第７，１８３，２０６号）、全て半導体デバイスを開示している。
【０１３９】
コールドスプレーまたは動的プロセスを使用する、本発明に従って作製される薄膜を伴う半導体デバイスは、チタニウム、タンタルニオブ、タングステン、クロミウム、ハフニウム、およびジルコニウム、ならびにそれらの窒化物、シリサイド、またはオキシ−シリサイドの膜を含む。これらの膜は、障壁層として使用することができ、従来のタンタル膜に代わることができる。例えば、以下の特許は、Ｔａ障壁層を記載しており、Ｔａ障壁層の開示について、参照することにより組み込まれる。Ｔａｎｔａｌｕｍ  Ｂａｒｒｉｅｒ
Ｌａｙｅｒ  ｆｏｒ  Ｃｏｐｐｅｒ  Ｍｅｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ（米国特許第６，９５３，７４２号）、Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  Ｐｒｅｖｅｎｔｉｎｇ  Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ  ｏｆ  Ｃｏｐｐｅｒ  ｔｈｒｏｕｇｈ  ａ  Ｔａｎｔａｌｕｍ−ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ  Ｂａｒｒｉｅｒ  Ｌａｙｅｒ（米国特許第６，９１９，２７５号）、および、Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｎｇ  ａ  ＴａＮ  ｓｅｅｄ  Ｌａｙｅｒ（米国特許第６，９１１，１２４号）。
【０１４０】
本発明による磁気薄膜材料は、上述のように、動的またはコールドスプレープロセスによって作製される、スパッタリングターゲットを使用することによって作製される。スパッタリングターゲットは、好ましくは、少なくともプラチナ、コバルト、ニッケル、クロム、鉄、ニオブ、ジルコニウム、ボロン元素から、少なくとも２つの粉末を混合する複合粉末を伴う、コールドスプレーによって作製される。この磁気膜材料は、従来の磁気薄膜材料の代わりに、ハードディスク記憶デバイスおよび磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）に使用することができる。従来の磁気薄膜材料は、当技術分野において既知である。例えば、以下の特許は、ハードディスク記憶デバイスに使用される磁気薄膜材料の開示について、参照することにより組み込まれる。Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，Ｄｅｖｉｃｅｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ（米国特許第７，１２８，９８８号）、Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｔｏ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｔｈｅ  Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｌａｙｅｒｓ  ｕｓｅｆｕｌ  ｉｎ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔｓ（米国特許第６，６６９，７８２号）、Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ  Ｍｅｄｉｕｍ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｉｔｓ  Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ（米国特許第５，６７９，４７３号）、Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ  Ｍｅｄｉｕｍ（米国特許第４，２０２，９３２号）。ハードディスクドライブは、当技術分野において既知である。
【０１４１】
光学被覆は、当技術分野において既知である。例えば、以下の特許は、光学被覆を開示しており、光学被覆の開示について、参照することにより組み込まれる。ｏｐｔｉｃａｌ
ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ  ｆｏｒ  ｒｅｄｕｃｉｎｇ  ｒａｄｉａｔｉｏｎ  ｈｅａｔ  ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｔｏ  ｈｏｔ  ｅｎｇｉｎｅ  ｐａｒｔｓ（米国特許第７，２０８，２３０号）、Ｔｈｉｎ  ｌａｙｅｒ  ｏｆ  ｈａｆｎｉｕｍ  ｏｘｉｄｅ  ａｎｄ  ｄｅｐｏｓｉｔ  ｐｒｏｃｅｓｓ（米国特許第７，１９２，６２３号）、Ａｎｔｉ−ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ（ＡＲ）ｃｏａｔｉｎｇ  ｆｏｒ  ｈｉｇｈ  ｉｎｄｅｘ  ｇａｉｎ  ｍｅｄｉａ（米国特許第７，１７０，９１５号）。本発明によれば、光学被覆は、本発明による薄膜を使用することによって作製される。スパッタリングターゲットは、上述のように、動的またはコールドスプレープロセスによって作製される。スパッタリングターゲットは、ハフニウム、チタニウム、またはジルコニウムから作製される。酸化物材料は、スパッタリングターゲット上に強く押し付けられる。酸化物膜は、真空ホットプレスまたは熱間等方圧プロセスによって作製されたターゲットからスパッタリングされる従来の酸化物薄膜に代わるように、上述のターゲットの反応性マグネトロンスパッタリングによって作製することができる。
【０１４２】
インクジェット印刷ヘッド（タンタルを含む）は、当技術分野において既知である。本発明によれば、インクジェット印刷ヘッドは、本発明による薄膜を使用することによって作製される。スパッタリングターゲットは、上述のように、動的またはコールドスプレープロセスによって作製される。スパッタリングターゲットは、タンタルまたはニオブから作製される。膜は、シランおよび／または酸素を伴う反応性スパッタリングによって作製され、米国特許第６，９６２，４０７号に記載されているように、タンタル−シリコン−酸素耐腐食性膜に代わることができる。例えば、以下の特許は、インクジェット印刷ヘッドを開示しており、インクジェットヘッドの開示について、参照することにより組み込まれる。Ｉｎｋ−ｊｅｔ  ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ  ｈｅａｄ，ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  ｔｈｅ  ｓａｍｅ，ａｎｄ  ｉｎｋｊｅｔ  ｐｒｉｎｔｅｒ（米国特許第６，９６２，４０７号）、Ｐｒｉｎｔ  ｈｅａｄ  ｆｏｒ  Ｉｎｋ−ｊｅｔ  Ｐｒｉｎｔｉｎｇ  Ａ  ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｍａｋｉｎｇ  Ｐｒｉｎｔ  Ｈｅａｄｓ（米国特許第５，８５９，６５４号）。
【０１４３】
フラットパネルディスプレイのためのＴＦＴ−ＯＬＥＤ（薄膜トランジスタ有機発光ダイオード）デバイス構造は、当技術分野において既知である。本発明によれば、薄膜は、上述のように、動的またはコールドスプレープロセスによって作製される、スパッタリングターゲットを使用することによって作製される。スパッタリングターゲットは、タングステン、クロム、銅、またはモリブデンから作製される。コールドスプレーターゲットからスパッタリングされるゲート層としての膜は、ＴＦＴ−ＯＬＥＤ内の従来の薄膜層に代わることができる。例えば、ＴＦＴ−ＯＬＥＤは、米国特許第６，７７３，９６９号に記載されている。
【０１４４】
ＴＦＴ−ＬＣＤ（フラットパネルディスプレイ用の薄膜トランジスタ液晶ディスプレイ）の液晶ディスプレイは、
Ａ）ガラス基板と、
Ｂ）ソース電極と、
Ｃ）ドレイン電極と、
Ｄ）ゲート絶縁体と、
Ｅ）ゲート電極と、
Ｆ）アモルファスシリコン、多結晶シリコン、または単結晶シリコン層と、
Ｇ）ｎドープシリコン層と、
Ｈ）パッシベーション層と、
Ｉ）画素透明電極と、
Ｊ）共通電極と、
Ｋ）ポリイミドアライメント層と、
Ｌ）ストレージ−キャパシタ電極と、を備える。
【０１４５】
ゲート電極は、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ等の金属である。
【０１４６】
ＴＦＴ−ＬＣＤの別の概略では、アルミニウム拡散の小丘形成を回避するように、Ｍｏで完全にキャップされたＡｌゲートを使用する。通常、小丘形成を妨げるために、層の上のＭｏに必要な厚さは、約３００Åである。低抵抗率（約４．０８μΩ−ｃｍ）である、モリブデンで完全にキャップしたＡｌ膜は、高性能のアモルファスＳｉ：Ｈ  ＴＦＴの製造に成功裏に統合された。半導体分野におけるＴＦＴを記載している他の特許は、以下の通りである。米国特許第６，９９２，２３４号、第６，４８９，２２２号、第６，６１３，６９７号、これらは、半導体分野におけるＴＦＴの使用について、参照することにより組み込まれる。本発明によれば、薄膜は、上述のように、動的またはコールドスプレープロセスによって作製される、スパッタリングターゲットを使用することによって作製される。スパッタリングターゲットは、モリブデン、タングステン、またはアルミニウムから作製される。スパッタリングターゲットから作製される膜は、ＴＦＴ−ＬＣＤ内の従来のアルミニウムおよび／またはモリブデン層に代わることができる。
【０１４７】
金属スパッタリングターゲットの厚さを通じての粒径およびテクスチャの均一性により、このようなターゲットから得られる膜は、優れた均一性を有する。コールドスプレーしたターゲットは、「微粒状」であり、ランダムな粒配向によるバンド化が無い。
【０１４８】
本発明の特定の一実施形態では、非常に薄い膜が提供される。本実施形態において、薄膜は、少なくとも１００Å、いくつかの事例では少なくとも２５０Å、他の場合では少なくとも５００Åである。本実施形態において、薄膜は、最高で５，０００Å、いくつかの事例では最高で３，０００Å、他の場合では最高で２，５００Å、また、いくつかの状況では最高で２，０００Åとすることができる。
【０１４９】
種々の基板上の金属薄膜に加えて、Ｍが、金属（酸化）、ＭＮｘ（窒化）、ＭＳｉＸ ｘ（シリサイド化）およびあらゆるそれらの組み合わせ（例えばＭＯｘＳｉｙ等）であるＭＯｘも、反応性スパッタリングまたはイオン注入によって産生することができる。本発明による金属原子には、ニオブ、タンタル、タングステン、モリブデン、チタニウム、ジルコニウム、クロム、バナジウム、マグネシウム、スズ、鉛、アルミニウム、亜鉛、銅、ロジウム、銀、金、コバルト、鉄、ルテニウム、レニウム、ガリウム、インジウム、アンチモン、それらの２つ以上の混合物が挙げられるが、これに限定されない。
【０１５０】
ガラスは、多数の用途、特に建築的な使用に関して、完全なものではない。一方で、遠赤外（室温放射）の反射が低いことによって、寒冷気候領域にある建造物を暖めるのに必要な熱エネルギーの不要な損失が生じる。これに反して、近赤外（太陽放射）での透過が高いことで、温暖気候領域にある建造物を冷却するのに必要なエネルギーを増加させている。
【０１５１】
建築用ガラス被覆は、当技術分野において既知である。例えば、以下の特許は、建築用ガラス被覆を開示しており、建築用ガラスの開示について、参照することにより組み込まれる。Ｄ．Ｃ．ｒｅａｃｔｉｖｅｌｙ  ｓｐｕｔｔｅｒｅｄ  ａｎｔｉｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ  ｃｏａｔｉｎｇｓ（米国特許第５，２７０，８５８号）、Ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ  ａｎｔｉ−ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ  ｃｏａｔｉｎｇ  ｕｓｉｎｇ  ｚｉｎｃ  ｏｘｉｄｅ
ｔｏ  ｐｒｏｖｉｃｅ  ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ  ｂｌｏｃｋｉｎｇ（米国特許第５，１４７，１２５号）、Ｃｏａｔｅｄ  ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌ  ｇｌａｓｓ  ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  ｍｅｔｈｏｄ（米国特許第３，９９０，７８４号）、Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ−ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ，ｌｉｇｈｔ−ａｔｔｅｎｕａｔｉｎｇ  ａｎｔｉｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ  ｃｏａｔｉｎｇ（米国特許第５，０９１，２４４号）。本発明によれば、薄膜は、上述のように、動的またはコールドスプレープロセスによって作製される、スパッタリングターゲットを使用することによって作製される。スパッタリングターゲットは、亜鉛から作製される。亜鉛ターゲットのスパッタリング中に、酸素がチャンバ（空気または酸素等）内に導入され、それによって酸化亜鉛薄膜を形成している。スパッタリングターゲットから作製される薄膜は、ガラス被覆における従来の酸化亜鉛層に代わることができる。
【０１５２】
慎重に設計されたガラス上の被覆は、今日では、これらの全ての欠点を解決することができる。これらの被覆の目的は、より効率的な暖房または空気調節のために、ガラスを通じたエネルギー輸送を制御することである。被覆は、金属およびセラミックを多層化したものであり、特定の要求に対して正確な組成が調整される。熱を反射する、いわゆる低放射率の被覆は、最大量の日光を通過させるが、光が物体に当たる時に発生する熱（温室効果）を遮断する。
【０１５３】
大面積のガラス被覆に最も重要な金属化合物は、ＳｉＯ２、ＳＩＮ４、ＳｎＯ２、ＺｎＯ、Ｔａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５、およびＴｉＯ２であるが、これに限定されない。これらの薄膜被覆は、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｎｂ、およびＴｉの金属ターゲットの反応性スパッタリングによって得ることができる。スパッタリングターゲットは、上述のように、動的またはコールドスプレープロセスによって作製される。
【０１５４】
使用することができる、本発明による他の分野の薄膜は、光学被覆等の被覆である。光学被覆には、反射および反射防止材料、選択的な透過を提供する被覆（すなわち、フィルタ）、および非線形光学用途が挙げられる。ＴｉＯ２薄膜およびＮｂ２Ｏ５薄膜等の実施例は、ＴａおよびＮｂスパッタリングターゲットから反応性スパッタリングされる。
【０１５５】
自動車用途の場合、自動車メーカーが設定している目標を満たすには、可視光の７０％を透過し、かつＩＲおよびＵＶの１００％（または、ほぼ１００％）を反射する被覆が必要である。
【０１５６】
上述のように、薄膜を使用する分野は、磁気薄膜材料を含む。ディスクドライブストレージ技術に対する薄膜材料科学の影響は大きな革命であり、フェライトヘッドおよび粒子ディスクから薄膜ディスクおよびヘッドへの転換である。次世代の膜ディスクは、高保磁力および高誘導を必要とする。薄膜媒体はまた、より高い記録密度を達成するように、現在の粒子表面よりも滑らかで薄くなければならない。垂直記録は、極めて高い記録密度を達成するための、最も期待されている技術であると思われる。ストレージ用途のための磁気薄膜材料は、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｂ、およびＰｔの合金等である。本発明によれば、薄膜は、上述のように、動的またはコールドスプレープロセスによって作製される、スパッタリングターゲットを使用することによって作製される。スパッタリングターゲットは、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｂ、およびＰｔといった金属のうちの少なくとも２つの複合材から作製される。
【０１５７】
また、上述のように、薄膜は、半導体用途も含む。タンタルは、半導体チップが高伝導性のＣｕを使用して相互接続を確保するために、Ｃｕ層とシリコン基板との間の拡散障壁層として使用される、ＴａＮ層を形成するように、Ａｒ−Ｎ２雰囲気中でスパッタリングされる。
【０１５８】
したがって、本発明は、金属類であるマグネシウム、スズ、鉛、アルミニウム、亜鉛、銅、ロジウム、銀、金、コバルト、鉄、ルテニウム、ガリウム、インジウム、アンチモン、それらのうちの２つ以上の混合物、またはそれらのうちの２つの合金、または上述の特性を有する他の金属との合金を伴う、耐火金属であるニオブ、タンタル、タングステン、モリブデン、チタニウム、ジルコニウム、クロミウム、バナジウム、およびレニウムから成るスパッタターゲットにも関する。
【０１５９】
好ましくは、タングステン、モリブデン、チタニウムジルコニウム、またはそれらの２つ以上の混合物、またはそれらの２つ以上の合金、あるいは他の金属との合金のターゲット、非常に好ましくはタンタルまたはニオブのターゲットが、コールドまたは動的スプレーによって、被覆される基板の表面に塗布される。該コールドスプレーしたターゲットにおいて、金属の酸素含有量は、粉末の酸素含有量と比較して、ほとんど変わらない。これらのコールドまたは動的スプレーしたターゲットは、プラズマスプレーによって、または真空スプレーによって産生されるターゲットよりも大幅に高い密度を示す。さらに、これらのコールドまたは動的スプレーしたターゲットは、粉末の特性および被覆パラメータに依存して、テクスチャを伴わずに、またはわずかなテクスチャを伴って産生することができる。
【０１６０】
驚くべきことに、コールドまたは動的スプレーされるターゲットの酸素含有量の減少に伴って、スパッタリングされた薄膜層の密度および他の特性が改善されることが分かった。スパッタターゲット内の酸素は、スパッタリング率、したがって、薄膜の均一性に影響を及ぼす。金属薄膜の場合、酸素は、薄膜の低効率に対するその影響のため、高濃度であることは望ましくない。
発明者らは、本質的に４４ミクロン未満の微細で均一な粒構造を有し、電子後方散乱回折（「ＥＢＳＤ」）によって測定された時に、いかなる選択されたテクスチャ配向が無く、ターゲット本体の全体を通していかなる粒径またはテクスチャのバンディングも示さず、また、ターゲットからターゲットへ再生することができる微細構造を有する、タンタルスパッタリングターゲットおよびそのタンタルターゲットの製造手段を発明した。加えて、発明者は、そのようなターゲット、および特定の熱間等方圧縮（ＨＩＰ）を行ったターゲットを修復し、修復前のターゲットの微細構造を完全に再生するためのプロセスを発明した。低品質の微細構造の他のターゲットを修復するのに使用された場合、修復した部分は、本手法によって、あたかもターゲット全体が作製されたかのように、微細構造が改善される。本手法は、形状または材料に制限されず、平面、異形、および円筒形のターゲットを作製し、一連のターゲット組成物をスプレーするのに使用された。
【０１６１】
本発明に関する改善には、ターゲットの粒子間結合および応力低減を改善する熱処理、および、スプレーしたときの応力の効果を最小化し、そしてアセンブリ全体に熱処理を行うことができるようにし、従来のバッキングプレート材料に必要な分解ステップをなくした、ターゲットアセンブリの材料の設計が挙げられる。換言すれば、ターゲットは、スプレーしたときのあらゆる応力を緩和するアセンブリとして焼鈍されている。
【０１６２】
（コールドスプレー技術による熱管理材料）
これらの金属マトリックス複合材の目標は、金属元素の高熱伝導率を維持し、一方で、シリコンチップと比較して、放熱板の膨張および縮小の差を低減するように、低熱膨張係数のＭｏまたはＷを添加する複合材料を産生することである。
【０１６３】
伝統的に、産業界は、ＭｏまたはＷ（「スケルトン」と称する）を焼結し、その後に、金属マトリクス複合材を作り出す温度および圧力下で融解Ｃｕを溶浸させることから、ＷＣｕまたはＭｏＣｕ金属マトリクス複合材を開発した。この手法に関連する問題点は、作業のコストが高いことである。溶浸温度は、概して８００℃以上の範囲である。
【０１６４】
加えて、現在のＷＣｕまたはＭｏＣｕ複合材の放熱板の製造には、最初にＷのブロックを作製し、適切なサイズに切断し、その後にＣｕを溶浸させることが必要である。次いで、エンドユーザは、それを適切な厚さおよび寸法にスライスすることが必要である。コールドスプレーは、極めて薄く、均一に分布する複合材を直接的に作製することができる。
【０１６５】
コールドスプレーは、材料の融点をはるかに下回る温度で粉末から部品を製作する、直接的な経路であるため、「焼結および溶浸」と比較して、非常にコストの低い作業である。
【０１６６】
以下の実施例を用意した。
【０１６７】
（実施例１は、平面タンタルスパッタターゲットの製作、試験、および薄膜の評価である。）
公称の厚さが１／８インチ（約３．１８ｍｍ）、直径が３．１インチ（約７８．７４ｍｍ）である２枚のＴａの平板に、粒径が１５〜３８ミクロンのタンタル粉末（Ａｍｐｅｒｉｔ＃１５１、特級、Ｈ．Ｃ．Ｓｔａｒｃｋ  ｉｎｃ．から入手できる、商業的に純粋（＞９９．９５  Ｔａ）なもの）をコールドスプレーして、０．３００インチ（約７．６２ｍｍ）の厚さを提供した。ガスは、１つの事例では窒素、他の事例ではヘリウムであり、これを６００℃まで予熱して、３ＭＰａのよどみ点圧力で使用した。粉末およびガスは、Ｃｏｌｄ  Ｇａｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ＧｍｂＨ、Ａｍｐｆｉｎｇ、Ｇｅｒｍａｎｙから市販されている、Ｋｉｎｅｔｉｋｓガンを使用してスプレーした。円盤は、スプレーした後に、公称厚さ１／４インチ（約６．３５ｍｍ）まで機械加工し、スパッタ表面は、スパッタリング前に研磨した。（図１を参照されたい）。ターゲットは、標準的なバーンイン手順を経て、次いで、標準的な条件を使用して、ＤＣマグネトロンスパッタリングユニットを使用した薄膜の作製に用いられた。
【０１６８】
図２は、スパッタリング前のターゲット表面を示している。比較のために、標準的な圧延板ターゲットも、同じ条件下でスパッタリングした。産生された膜の測定した特性を下記の表１に示す。表１は、コールドスプレーしたターゲットから産生された膜が、より良好な均一性を有しているが、採用される膜の厚さをより薄くできるようにし、また、プロセス時のタンタルの無駄が少なく、少ない時間でより小さい回路をエッチングすることができるようにしていることから、集積回路（「ＩＣ」）の製造業者には非常に魅力的な特性を有することを示している。改良された均一性は、電気的および物理的特性の両方に、およびチップ上の回路サイズの低減を達成するのに重要である。この改良された均一性は、従来のターゲットと比較して、コールドスプレーしたターゲットの非常に微細でランダムな粒構造に直接的に起因する。
【０１６９】
この改良された均一性は、図４に示されている使用済みターゲットの表面に直接的に関連付けられる。図４は、圧延インゴット冶金ターゲット（上部）、およびＨｅ（ヘリウム）コールドスプレーしたターゲット（下部）の拡大写真である。スパッタリング後に、圧延ターゲットは、コールドスプレーしたターゲットと比較して、圧延ターゲットの斑紋状の不規則な表面を有する。より滑らかで、非斑紋状のコールドスプレーターゲットの表面は、より均一なスパッタリング率結果として生じる膜を産生する、より均一でテクスチャ化されていない微細構造に起因する（図３を参照されたい）。また、表１には、抵抗率および表面形態が、３つ全ての膜について同様であることも示されている。したがって、コールドスプレーしたターゲットは、圧延インゴットから作製された従来のターゲット以上に良好であると結論され得る。図３はまた、ターゲットから産生された膜が、異なる内部形態を有し、ヘリウムスプレーしたターゲットの場合は、円柱状の内部構造をもたらし（図３Ａ）、ヘリウムスプレーしたターゲットの場合は、等軸内部構造をもたらし（図３Ｂ）、また、圧延ターゲットの場合は、比較的に特徴の無い内部構造をもたらす（図３Ｃ）ことも示している。
【０１７０】
【表１】
0005450872.tif 000002
（実施例２  管状タンタルターゲット実施体の製作および微細構造分析）
管状タンタル実施体（図５を参照されたい）は、実施例１と同じ動作パラメータを使用して製作した。試料は、異なる温度で焼鈍された実施体から切断された。次いで、金属組織取り付け具を準備し、スプレーおよび焼鈍した標本に対して、微細構造分析を行った。特性の要約を表２に示す。試料は、出発粒径の中央値が１５．９ミクロン（粒子数に基づく分布）および約２ミクロン（質量に基づく分布）である粉末を使用した実施体に由来するものである。
【０１７１】
【表２】
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表２および図６は、どちらも、スプレー、焼鈍、および熱間等方圧縮（ＨＩＰ）した状態の、コールドスプレーしたタンタルの特性を明らかにしている。プロセス温度を図に示す。全ての焼鈍は、１．５時間、温度を保持し、ＨＩＰサイクルは、３時間、温度を保持した。出発粉末サイズは、高温焼鈍の後であっても、結果として生じる粒径を制御していると思われる。したがって、特徴的に、コールドスプレーした材料の粒径は、４４ミクロン未満であり、一方で、インゴット材料は、入念に加工したものであっても一般的に６０〜１００ミクロン、およびそれよりも大きい粒径を有する。ここでも、この微細な粒径は、より均一な膜をもたらす、ターゲットの重要な特性である。しかしながら、それを機能させるには、全くテクスチャ化されていない微細構造と組み合わせなければならない。
【０１７２】
図６は、焼鈍中に等軸粒に再結晶化している、スプレーしたときの材料の扁平な、または細長い、あるいはレンズ状の構造を示し、焼鈍の前および後の両方において非常に微細な組織であること、および入念な焼鈍の後であっても、粒径は、元の粉末の粒径と同じままであるか、またはそれよりも小さいことを示している。
【０１７３】
結晶学的テクスチャの性質が存在することを判定するために、４つのコールドスプレーした試料、および１つのプラズマスプレーした試料を、電子後方散乱回折（ＥＢＳＤ）によって調査した。全て、厚さ方向の試料であり、また全て、ＥＢＳＤのために配向したので、スプレー方向は、垂直に下方である。
【０１７４】
材料化学の関連において、「テクスチャ」は、「結晶学的に選択された配向」を意味する。これらの配向が十分にランダムである試料は、いかなるテクスチャも無いと言われる。結晶方位がランダムではなく、いくつかの選択された配向を有する場合、試料は、弱い、強い、または中くらいのテクスチャを有する。ＥＢＳＤは、標本を約７０℃でタイル状にした時に形成される菊池回折パターンを適用することによって、標本の配向情報を得る。
【０１７５】
試料は、次いで、載置、研磨、およびエッチングされた後に、表３に示されているステップサイズで、高解像度（２および４μｍのステップサイズ）または低解像度（５０μｍ）でＥＳＢＤによって特徴付けられた。ステップサイズの選択は、小さい特徴を見逃さず、一方で、妥当な時間でＥＢＳＤの走査を完了するように、試料の粒径に基づいている。
【０１７６】
【表３】
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（結果−コールドスプレー、１４５０℃で焼鈍）
３つの直交方向に対するテクスチャマップを図７Ａに示す。｛１００｝方向の２０°の範囲内に配向される粒を青色で示し、｛１１１｝方向の２０°の範囲内のものを黄色で示し、｛１１０｝方向の２０°の範囲内のものを赤色で示し、色は、配向のずれが減少するにつれて暗くなる。灰色は、３つの配向の中間に配向された粒を示す。図中の色のランダムな分布は、個々の粒のランダムな分布に起因するものであり、粒が何らかのテクスチャ化を呈する場合は、１つの色が卓越し、すなわち、大部分の粒が｛１００｝方向に配向された場合は、黄色が優位な色となる。
【０１７７】
極点図（図７Ｂ）は、対称性が全く無いことも示し、ここでも微細構造内にテクスチャがないことを示している。テクスチャマップおよび極点図から、試料は、テクスチャバンディングの無いランダムなテクスチャを有し、粒は、小さい粒径でランダムに配向され、いかなる組織的特徴も無いと結論することができる。
【０１７８】
（結果−コールドスプレー、１１５０℃で焼鈍）
テクスチャは、図８のテクスチャ粒マップおよび極点図に示されているように、ランダムであった。粒構造は、１４５０℃で焼鈍した標本のそれよりも微細であった。
【０１７９】
（結果−コールドスプレー、９４２℃で焼鈍）
この試料も、図９に示されているように、ランダムなテクスチャを有する。しかしながら、屈折率は、以前の標本に対するものよりも大幅に低く、材料が高い歪みを維持し、低焼鈍温度では再結晶化されなかったことを示している。
【０１８０】
（結果−コールドスプレー（焼鈍無し））
ここでも、テクスチャは、マップおよび極点図に見られるように、ランダムであり、厚さを通して均一にランダムであることが分かった（図１０および１１を参照されたい）。この場合、下方の３つのマップは、調査した３つの領域を表し、１番目のものは、最初に蒸着した材料（スプレーした層の底部）であり、最後のものは、最後に蒸着した材料（スプレーした層の上部）である。全て、垂直方向に対するテクスチャを示す（厚さ方向を通してランダム）。
【０１８１】
（結果−プラズマスプレー）
基板またはバッキングプレート（図１２〜１３においてマップの下部）は、等軸で、非常に大きい粒であり、圧延および焼鈍した板に特有のテクスチャを有する。マップ内の粒は、主に青色および黄色であり、テクスチャ粒マップの下部１／３だけを含む極点図Ｈ３は、｛１００｝／／ＮＤおよび｛１１１｝／／ＮＤにおいて（比較的に弱いピークであるが）ピークを示し、ここでＮＤは、試料表面に垂直であることを意味する。Ｈ３極点図の３倍対称性（３−ｆｏｌｄ  ｓｙｍｍｅｔｒｙ）は、圧延の証拠である。
【０１８２】
プラズマ蒸着した材料は、円柱状の粒を示し、多数の低角度の境界（粒マップ内で赤色）を有する。極点図Ｈ１（テクスチャ粒マップの上部３つ）に示されているように、主に｛１００｝／／ＮＤであり、マップ内では青色が優勢である。極点図Ｈ１は、事実上、軸対称である。
【０１８３】
円柱状粒の下方の均質な粗さの等軸ゾーンの起源および原因は、未知である。
【０１８４】
Ｈ１およびＨ３極点図は、含まれる点の数が非常に少ないので、無関係なピークの導入を回避するように、（通常の１０°に対して）１５°のスムージング角度の半幅によって作製した。
【０１８５】
手短に言えば、上述のＥＢＳＤ分析は、焼鈍温度に関係無く、コールドスプレーし、焼鈍したコールドスプレーターゲットにおいて、完全にランダムで、テクスチャ化されていない微細構造を示している。プラズマスプレーしたターゲットは、有意なテクスチャを示した。
【０１８６】
（実施例３  ＴａＮｂをコールドスプレーしたターゲット）
５０／５０  ｗ／０のＮｂＴａ長方形ターゲットを、銅のバッキングプレート上に直接的にコールドスプレーした。図１４は、蒸着物におけるスプレーしたときの応力によるＣｕ板内に産生された３ｍｍの湾曲を示している。バッキングプレートは、それらの嵌合フランジを封止するように、平坦でなければならない。湾曲は、機械加工中に応力を簡単に再分配し、継続的なゆがみをもたらすので、機械加工し除くことができない。湾曲は、スプレーしたときのＴａ、ＴａＮｂ、およびコールドスプレーした蒸着物が、一般に、非常に限られたじん性しか持たないので、機械的に加圧し除くこともできない（図１５）。
【０１８７】
しかしながら、実験は、焼鈍によってじん性が大幅に改善され得ることを示した。図１６は、１．５時間、９５０℃で焼鈍した後の、Ｔａの蒸着物が、永久変形するまで塑性変形し得ることを示している。銅のバッキングプレートをターゲットから除去し、次いで、ターゲットを、焼鈍し、曲がりを平坦にして、機械加工した（図１７）。
【０１８８】
この実施例から、従来の銅およびアルミニウムのバッキングプレート材料は、コールドスプレーによる耐火金属ターゲットには理想的ではないことも明らかである。それらは、高熱伝導率を有するが、それらの弾性係数は、低くなる傾向があり（反りを助長する）、耐火金属と整合しない大きい熱膨張係数（「ＣＴＥ」）を有し（反りを助長し、焼鈍中のターゲットとバッキングプレートとの間の結合破壊の可能性を高める）、そして低融点を有する（バッキングプレートが付着する間、焼鈍プロセスを妨げる）。表４は、Ｍｏ、Ｔｉ、または３１６ステンレス鋼のような材料が、コールドスプレープロセス中（高弾性係数）の湾曲に抵抗する特性のより良好な組み合わせをし、耐火金属に必要である高温での焼鈍を行うことができる（ＣＴＥは、耐火金属のそれに近く、高融点である）ことを示している。
コールドスプレーは、上述したＣＴＥの不整合および結果として生じる問題を解決する、多層ターゲットの作製に使用することができる。スパッタリング可能なターゲット材料を、バッキングプレート上に直接的にスプレーする代わりに、バッキングプレートとターゲット材料との間のＣＴＥを有する、めっきまたは被覆を最初にスプレーすることもできる。これらの中間層は、０．２５〜２．０ｍｍの厚さを有し得る。このような層にスプレーする１つの方法は、バッキングプレート材料およびターゲット材料を含む粉末の混合物を使用することである。
【０１８９】
【表４】
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（実施例４  コールドスプレーされたＮｂＴａターゲットのスパッタリング）
擬合金（ＴａおよびＮｂ粉末が、化学的に別々のままである）ターゲットを、１８”（約４５７．２ｍｍ）×５”（約１２７ｍｍ）の平面マグネトロン陰極スパッタリング装置内に配置した。ターゲット寸法は、４”（約１０１．６ｍｍ）×１７”（約４３１．８ｍｍ）×約０．１２５”（約３．１８ｍｍ）であった。
【０１９０】
次の３つの試験を行った。ストレート金属蒸着（ｓｔｒａｉｇｈｔ  ｍｅｔａｌ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、酸化物蒸着、および窒化物蒸着。使用した条件および得られた結果を以下に記載する。
【０１９１】
（ストレート金属蒸着）
スパッタリングは、１．０×１０−３トール（基本圧力：４×１０−５トール）、５．０キロワット、５５０ボルト、約７３ワット／インチ２で、１００ｓｃｃｍのアルゴンガスを使用して行った。ターゲットは、最初から非常にうまくスパッタリングされた。いかなるアークの発生も無く、安定性のためのいかなる実際の「バーンイン」時間も不要である。
【０１９２】
１４０１オングストロームの最終膜厚が、ガラススライド上に蒸着された（Ｄｅｋｔａｋ  ２Ａマイクロプロフィロメータで測定）。これは、１オングストローム／（ワット／インチ２）／蒸着時間（秒）の割合であり、ＮｂおよびＴａの個々の割合よりもわずかに高い。３．７Ω／平方の膜抵抗（４点プローブによってガラススライド上で測定）。これは、５１．８  Ω−ｃｍとなる。
【０１９３】
予想された低効率の約２８  Ω−ｃｍよりも高い。この材料は、バックグラウンド圧力（不純物）に敏感であり、適切な抵抗率には、−５〜−６トールの範囲の低圧までポンピングする必要があり得る。膜の太陽光吸収は、０．４１である（ＡＳＴＭ５９０３およびＥ４９０それぞれについて測定および計算）。
【０１９４】
（酸化物蒸着）
スパッタリングは、１．２〜３トールで、１００ｓｃｃｍのアルゴン、および９０ｓｃｃｍの酸素を使用して行った（酸素レベルを下げるにつれて、徐々に金属モードに切り替わる結果となった）。６８０ボルトで３．０キロワット（４４ワット／ｉｎ２）。これは、金属モードよりも酸化物モードの方が高いスパッタリング電圧を有する、数少ない材料のうちの１つである。２０ｋＨｚで作動するＳｐａｒｋ−Ｌｅユニットを伴うＭＤＸ  Ｄ．Ｃ．電源を使用したが、ここでも、アークの発生が無く、問題も無い、非常に安定したスパッタリングプロセスを得た。スパッタリングは、金属の率の４０％であった。このプロセスは、透過光がわずかにピンク色を帯び、反射光がわずかに緑色を帯びた、非常に良好な外観の透明フィルムを提供した。最終膜厚は、４２８２オングストロームであった。算出された屈折率は、２．８である。これは、タンタルおよびニオブの酸化物それぞれの屈折率（約２．２〜２．３）よりも高い。
【０１９５】
（窒化物蒸着）
スパッタリングは、１００ｓｃｃｍのアルゴン、および２００ｓｃｃｍの窒素を使用し、約２．０×１０−３トールのスパッタリング圧力で行った。窒化物は、うまくスパッタリングされ、非常に安定していた。しかしながら、多数のプロセスを試行した後であっても、透明な窒化物被覆を産生することはできなかった。ＭＤＸおよびＳｐａｒｃ−Ｌｅユニットでは、３．０キロワットで良好に機能した。スパッタリングは、金属の率の５１％であった。最終膜厚は、６９Ω／平方で１８２８オングストロームであった。（１２６０μΩ−ｃｍ）。太陽光吸収は、０．５９と測定された。
【０１９６】
観察された結果のうちのいくつかは、以下の通りである。
【０１９７】
金属モードでは、非常にうまくスパッタリングする。
【０１９８】
酸化物モードでは、非常に良好にスパッタリングする。
【０１９９】
いかなるアークの発生も無かったが、これは、ターゲット中の酸化物含有量が安定しており、ターゲットが蒸着中に誘電体層を構築していなかったことを意味する。非常に高い屈折率の酸化物が、位置および時間による化学的性質の関数として変動し、定量化され、測定された。
【０２００】
レーストラック（ｒａｃｅ  ｔｒａｃｋ）は非常に明確であり、レーストラック内にはいかなる変色も無い。
【０２０１】
ターゲットは、全体的に良好な割合で蒸着する。
【０２０２】
ターゲットは、７５ワット／ｉｎ２に変換する５ｋＷのピーク電力で行った。参考のために、ＴｉまたはＮｉ−Ｃｒは、３５ワット／ｉｎ２でスパッタリングされる。
【０２０３】
ターゲットの電力は、１ｋＷの増分で上昇させたが、いかなる問題も生じなかった。
【０２０４】
高電力時に、ターゲットの伸張、過度の加熱に関して、いかなる問題も生じなかった。
【０２０５】
寸法安定性は良好であり、クランプまたは縁部にはいかなる問題も生じなかった。
【０２０６】
（実施例５  銅のバッキングプレート上にコールドスプレーしたＴａＮｂターゲットの焼鈍および平坦化）
１７”（約４３１．８ｍｍ）×１．５”（約３８．１ｍｍ）×０．３００”（約７．６２ｍｍ）のＴａＮｂ蒸着物を、厚さ０．５００”（約１２．７ｍｍ）のＣｕバッキングプレート上にスプレーした。純粋なＴａＮｂをスプレーする前に、厚さ約０．０３０”（約０．７６ｍｍ）の５０％Ｃｕ、５０％（ＴａＮｂ）の層を、Ｃｕ上にスプレーして、中間コンプライアントＣＴＥの層を提供した。スプレーされたアセンブリには、中間点に約０．２”（約５．０８ｍｍ）の湾曲が生じた。ターゲットアセンブリは、次いで、１．５時間、８２５℃で真空焼鈍したが、これは、ニオブの回復を導いて、それにじん性をもたせるのに十分である。冷却後、ターゲットアセンブリを、加圧機内に配置して、０．０１０”（約０．２５ｍｍ）の範囲まで成功裏に加圧して平坦にし、仕上げ加工を行った。
【０２０７】
（実施例６  熱間等方圧縮（ＨＩＰ）によって、およびコールドスプレーによって作製される、約５０／５０のａ／ｏ組成のＭｏＴｉスパッタリングターゲット）
ＭｏＴｉ合金系は、１００％の固溶度を呈さず、複数の有害な脆性中間相を含む。ＭｏおよびＴｉを液体状態で合金にする時に、これらの相は不可避である。ＨＩＰパラメータの開発における目標は、これらの相の形成を最小限に抑えることである。しかし、２つの成分の相互拡散のため、十分な密度を達成すべき場合、これらの相は不可避である。図１９は、７時間、１５，０００ｋｓｉ、８２５℃でＨＩＰ処理した粉末における、これらの有害な相の存在を明確に示している。第３相材料の厚さ１５〜２０ミクロンのゾーンは、チタニウムおよびモリブデンの両方の粉末を囲むが（図１９）、ＭｏおよびＴｉのいかなる相互拡散も無く、純粋なＭｏ元素および純粋なＴｉ元素の相だけが、コールドスプレーによって産生されたターゲット内に存在することを示している。図２０は、１．５時間、７００℃で焼鈍した後であっても、実質的にいかなる相互拡散も無く、またこの倍率では、視認できるいかなる有害な相も形成されなかったことを示している。
【０２０８】
（タングステン−銅（ＷＣｕ）複合材の熱管理材料を作製するためのコールドスプレー条件を以下に列挙する）
装置：Ｃｏｌｄ  Ｇａｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ＧｍｂＨ（Ｇｅｒｍａｎｙ）、Ｋｉｎｅｔｉｋｓ  ３０００またはＫｉｎｅｔｉｋｓ  ４０００
コールドスプレー条件：６００〜９００℃および圧力２．０〜４．０ＭＰａで窒素雰囲気、粉末送給率３０〜９０グラム／分、スプレー距離１０〜８０ｍｍ。
【０２０９】
好適な条件：８００〜９００℃、および圧力３〜３．８ＭＰａ、粉末送給率３０〜５０グラム／分、スプレー距離２０〜４０ｍｍ。
【０２１０】
使用した粉末：
タングステン（Ｗ）：ＡＭＰＥＲＩＴ（登録商標）１４０、２５／１０μｍ粒径カット、焼結、および銅（Ｃｕ）：ＡＭＰＥＲＩＴ（登録商標）１９０、３５／１５μｍ、ガス噴霧。材料はどちらもＨ．Ｃ．Ｓｔａｒｃｋ  Ｇｍｂｈによって作製されたものである。コールドスプレーされるＷＣｕの試料は、約５０％体積のＷおよび５０％のＣｕを混合することによって作製され、紛体送給機ＣＧＳ  Ｃｏｌｄ  Ｓｐｒａｙ  Ｓｙｓｔｅｍを通じて送給して、ＷＣｕ複合材を作製した。基板は、ステンレス鋼またはチタニウムとすることができる。複合構造体と基板との間の接合は、極めて良好である。Ｗ−Ｃｕ（５０／５０体積％）の微細構造を、図２１Ａおよび２１Ｂに示す。
【０２１１】
下表は、スプレーしたＷＣｕが、１９３Ｗ／ｍ・Ｋの熱的伝導性、および１３．４９ｐｐｍ／℃の熱膨張係数を有することを示している。２時間、および４時間にわたる、１６００°Ｆ（８７１℃）での焼鈍は、熱伝導率および熱膨張係数の有意な改善を示した。それは、焼鈍が、コールドスプレー熱管理材料の、熱伝導率を有意に高めるための、および、熱膨張係数を低下させるための重要なステップであることを明確に実証している。
【０２１２】
【表５】
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コールドスプレー技術によって作製される熱管理生成物は、以下の組成を有する。
【０２１３】
ＷＣｕ複合材：Ｗ含有量は、１０％から８５％まで変動する。ＭｏＣｕ複合材：Ｍｏ含有量は、１０％から８５％まで変動する。
コールドスプレープロセスによって作製される複合材の熱管理用途のための主な特徴を以下に示す。
（ａ）Ｃｕ−扁平な微細構造であり、Ａｇ、Ａｌ、またはＡｕ等の他の材料を使用することもできる。
（ｂ）ＭｏまたはＷは、実質的にその粒子形態または凝集粒子を維持する。アルミニウム窒化物（ＡｌＮ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等の他の材料を使用することもできる。Ｗ−Ｃｕ（５０／５０体積％）の微細構造を図２６ＡおよびＢに示す。
【０２１４】
本発明は、複合構造体を基板上に形成するように、耐火粉末および高熱伝導金属粉末から成る粉末の混合物をコールドまたは動的スプレーするステップを含む、プロセスによって作製される、熱管理材料を提供する。
【０２１５】
熱伝導金属粉末は、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕであり、基板は、ステンレス鋼基板である。
【０２１６】
プロセスは、ステンレス鋼基板が機械加工によって除去できることも提供する。
【０２１７】
上述した全ての参考文献は、全ての有用な目的に対して、参照することによりその全体が組み込まれる。
【０２１８】
本発明を具体化した特定の構成を図示して説明したが、当業者には、基礎を成す本発明の概念の精神および範囲から逸脱することなく、各部分の種々の変更および再編成が行われてもよく、また、それらは、本願明細書に図示して説明した特定の形態に限定されないことは明らかとなるであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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