(57)【要約】非耐火性導電性金属バッキング（１４）、例えば銅、上のタンタルのような耐火性金属製品（１２）を選択された帯域中での金属消費の後にその帯域（１８）を粉末で充填し（２８）、高スキャンスピードで高エネルギー加熱（３０）して添加した粉末を、充填した粉末の完全な溶融なしに、焼結することにより再生することができ、こうして埋め立てた製品のバランスと一致するマイクロ構造が設立され、銅バッキング（１４）およびタンタルスパッタープレート（１２）との分離を回避することができる。この再生法は不均一な侵食、エッチング、チッピングまたはその他の金属損失を被っている、非マウント耐火性金属製品にも適用することができる。そのような耐火性金属の形はスパッターターゲットとは別に、プレート、ロッド、シリンダー、ブロックまたはその他の形であってよい。この方法は、例えばＸ線ディスクまたはターゲット（カーボンバッキング上のモリブデンプレート）にも適用することができる。
2004523653.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タンタルスパッタリングプレートおよびバッキングプレートを有し、このタンタルスパッタリングプレートのターゲット表面が１つ以上の消費された表面領域部を有する、使用したタンタルスパッタリングターゲット、および
消費された表面領域部１つ以上のそれぞれの中の結合した金属粒子の塊、ここで結合した金属粒子の塊が消費された表面領域部の１つ以上のそれぞれを部分的にまたは完全に充填している、からなる再生されたタンタルスパッタリングターゲットであって、
この際、この使用されたタンタルスパッタリングターゲットはタンタルスパッタリングプレートからバッキングプレートを分離することなく再生されている、再生されたタンタルスパッタリングターゲット。
【請求項２】
結合した金属粒子の塊が、タンタルスパッタリングプレートと実質的に類似したマイクロ構造を有している、請求項１記載の再生されたタンタルスパッタリングターゲット。
【請求項３】
消費されたタンタルスパッタリングターゲットを再生するための方法において、
タンタルスパッタリングプレートおよびバッキングプレートを有し、このタンタルスパッタリングプレートのターゲット表面が１つ以上の消費された表面領域部を有する、使用したタンタルスパッタリングターゲットを供給する工程；
タンタルスパッタリングプレートに実質的に類似のマイクロ構造を有する耐火性金属の粉末を供給する工程；
消費された表面領域部の１つ以上のそれぞれを耐火性金属の粉末で充填し、充填した部分を形成する工程；および
高い輻射エネルギービームを、充填した部分に局所的に、短期間適用し、耐火性金属の粉末の粉末粒子を、相互に、かつ消費された表面領域部の１つ以上のそれぞれに結合し、結合した金属粒子の塊を形成する工程からなり、
この際、この使用されたタンタルスパッタリングターゲットはタンタルスパッタリングプレートからバッキングプレートを分離することなく再生される、消費されたタンタルスパッタリングターゲットの再生法。
【請求項４】
結合した金属粒子の塊の過剰を除去し、タンタルスパッタリングプレートを平坦にする工程を更に有する、請求項3記載の消費されたタンタルスパッタリングターゲットの再生法。
【請求項５】
エネルギービームがレーザービームである、請求項3記載の消費されたタンタルスパッタリングターゲットの再生法。
【請求項６】
エネルギービームが電子ビームである、請求項3記載の消費されたタンタルスパッタリングターゲットの再生法。
【請求項７】
結合工程がプラズマ蒸着である、請求項3記載の消費されたタンタルスパッタリングターゲットの再生法。
【請求項８】
エネルギービームを真空環境中で適用する、請求項3記載の消費されたタンタルスパッタリングターゲットの再生法。
【請求項９】
エネルギービームを不活性ガス環境中で適用する、請求項3記載の消費されたタンタルスパッタリングターゲットの再生法。
【請求項１０】
耐火性金属の粉末が粉末から誘導されたホイルの形であり、この粉末から誘導されたホイルを消費された表面領域部の１つ以上のそれぞれの中に個別に置き、スパッタープレートに結合し、その際この充填工程および結合工程を消費された表面領域部が部分的にまたは完全に充填されるまで繰り返す、請求項３記載の消費されたタンタルスパッタリングターゲットの再生法。
【請求項１１】
結合した金属粒子の塊の過剰を除去してスパッタープレートを平坦にする工程が機械加工である、請求項４記載の消費されたタンタルスパッタリングターゲットの再生法。
【請求項１２】
結合した金属粒子の塊の過剰を除去してスパッタープレートを平坦にする工程がサンダー仕上げである、請求項４記載の消費されたタンタルスパッタリングターゲットの再生法。
【請求項１３】
結合した金属粒子の塊の過剰を除去してスパッタープレートを平坦にする工程が摩耗エッチングである、請求項４記載の消費されたタンタルスパッタリングターゲットの再生法。
【請求項１４】
結合した金属粒子の塊の過剰を除去してスパッタープレートを平坦にする工程がバーン・インスパッタリングである、請求項４記載の消費されたタンタルスパッタリングターゲットの再生法。
【請求項１５】
請求項３の方法により製造された、使用したスパッタリングターゲットの消費された表面領域部の１つ以上のそれぞれを、相互に、かつ表面領域に結合した粒子で充填する結合した金属粒子の塊を有する再生されたスパッタリングターゲット。
【請求項１６】
１つ以上の消費された表面領域部を有する耐火性金属スパッタリングターゲットを再生する方法において、
耐火性金属スパッタリングターゲットと同じ組成である粉末金属で、消費された表面領域部１つ以上のそれぞれを充填して、充填した部分を形成する工程；
高い輻射エネルギービームを、真空または不活性ガス雰囲気中で局所的に、充填した部分に短期間適用し、耐火性金属の粉末の粉末粒子を、相互に、かつ消費された表面領域部の１つ以上のそれぞれに結合する工程；および
結合した粉末粒子の高い部分を除去し、スパッタリングターゲットを平坦にする工程からなる、消費された表面領域部を１つ以上有する耐火性金属スパッタリングターゲットの再生法。
【請求項１７】
スパッタリングターゲットがタンタルおよびニオブおよびこれらの合金からなる群から選択される、請求項１６記載の再生法。
【請求項１８】
エネルギービームがレーザービームおよび電子ビームからなる群から選択される、請求項１６記載の再生法。
【請求項１９】
平坦化工程を機械加工、サンダー仕上げ、摩耗エッチングおよびバーン・インスパッタリングからなる群から選択する、請求項１６記載の再生法。
【請求項２０】
請求項１６の方法による、使用されたスパッタリングターゲットの消費された表面領域部１つ以上のそれぞれを、表面領域に結合する十分に密なコーティングで充填する、十分に密なコーティングを有する再生されたスパッタリングターゲット。
【請求項２１】
局所的に消費された表面領域部１つ以上を有する耐火性金属製品を再生する方法において、
耐火性金属の粉末を選択的に供給し、耐火性金属製品の消費された表面領域部１つ以上のそれぞれを部分的にまたは完全充填し、充填した部分を形成する工程；および
高い輻射エネルギービームを局所的に、充填した部分に短期間適用し、耐火性金属の粉末の粉末粒子を、相互に、かつ消費された表面領域部の１つ以上のそれぞれに結合する工程からなる、耐火性金属製品の再生法。
【請求項２２】
非耐火性金属に耐火性金属をラミネートするために適用する、請求項２１記載の再生法。
【請求項２３】
輻射エネルギービームがレーザービームである、請求項２１記載の再生法。
【請求項２４】
輻射エネルギービームが電子ビームである、請求項２１記載の再生法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願に対するクロス・レフェレンス
該出願は２００１年２月１４日に提出された、名称“スパッタリングターゲットの再生”である暫定特許番号６０／２６８７１４の優先権を主張し、かつこれは引用することにより本願発明に包含される。
【０００２】
発明の技術分野および背景
本発明の課題は耐火性金属製品のリサイクル費用を下げることであり、特に、設けられたバッキングプレート構造体を有するスパッタリングターゲットの再生に関する。
【０００３】
例えば、集積回路（ＩＣ）の製造およびその他の電気、磁気および光学製品の製造に使用される、高温材料、例えばタンタルおよびその他の耐火性金属（Ｔａ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｚｒ、金属および合金；水素化物、窒化物およびその他のこれらの化合物）からなるスパッタリングターゲットは、通常スパッタリングの工程の間不均一な方法で侵食され、これはターゲットの操作面側上のレーストラック様トレンチに導く。サブストレートの汚染またはターゲットの後方の冷却液の破局的ブレークスルーを予防するために、一般にターゲットは耐火性スパッター金属が貫通する前にサービスウェルから取り出され、スパッター金属の僅かな部分のみが消費された後に新しいターゲットに対する必要性を受け入れる。スパッターターゲットの主要量の部分が単にスクラップの値段で売却されるか、または困難を伴ってリサイクルされ、かつこれとは別にターゲットのバッキングプレートは取り外すことが必要であり、これをリサイクルのために新しいスパッタープレートに再び結合することができる。
【０００４】
本発明の重要な課題はそのような従来のリサイクルの実地を以下に記載するようなスパッタリングターゲット再生により代えることである。
【０００５】
本発明の課題は使用済みのスパッタリングターゲットをサービスに戻す費用および速度を改善することである。
【０００６】
本発明の更なる課題は、少なくともターゲットのバランス（balance of the target）に関して同程度に良好に充填帯域のマイクロ構造を製造することである。
【０００７】
発明の総括
本発明は圧縮した粉末金属で消費した表面領域を充填することにより使用した耐火性金属製品の表面を再生するための方法に関する。例えば、レーストラックトレンチまたはその他の侵食帯域は、アルゴン原子の多くの不均一なボンバードメントの後にスパッタリングターゲットの表面に生じる。消費した表面はスパッター金属の配置または蒸着および焼結のためのレーザーまたはＥＢ加熱による焼結結合、または蒸着と組み合わせたプラズマ放電により再生される。これらの方法の使用は十分に密なコーティングを生じる。これは銅からタンタルをデカップリングし、タンタルプレートの侵食帯域をタンタル粉末で充填し、ＨＩＰ（熱間静水圧プレス法）結合し、再び組み立てる必要を回避する。レーザーまたはＥＢスキャン焼結または蒸着と組み合わせたプラズマ放電の場合にはターゲットはターゲットからバッキングプレートを分離することなく再生することができる。再生の種々の形はターゲットのバランスと類似のマイクロ構造を有する充填された侵食帯域を生じる。
【０００８】
本発明は、不均一な侵食、エッチング、チッピング、またはその他の金属損失を被っている耐火性金属製品（非耐火性金属キャリヤー上に設けられているか、または設けられていない）に一般に適用することができる。そのような耐火性金属製品はスパッターターゲットとは別に、プレート、ロッド、シリンダー、ブロックまたはその他の形であってよい。この方法は、例えばＸ線ディスクまたはターゲット（カーボンバッキング上のモリブデンプレート）にも適用することができる。
【０００９】
耐火性金属製品（例えばタンタルターゲット）の再生は、製品の僅かな部分のみが消費された後に製品全体をリサイクルする必要をなくした。そのような再生は全ターゲットをリサイクルするより経済的であり得る。結合したバッキングプレート（例えば銅）の分離は、もしあったにしても、必要とされない。この再生は、必要な回数、繰り返して実施することができる。
【００１０】
他の課題、特徴および利点は、以下に図面と組み合わせて行う有利な実施態様の詳細な記載から明らかになる：
図面の説明
図１は代表的なターゲットおよびバッキングプレートの断面図を示す；
図２は通常の侵食帯域を含む平面図を示す；
図３は再生法のブロック・フローチャートである；
図４は本発明の実施のための真空または不活性ガス室の組立の概略を示す。
【００１１】
有利な実施態様の詳細な記載
図１および２においては、銅（Ｃｕ）バッキングプレート１４に結合するタンタル（Ｔａ）スパッタープレート１２が本発明の再生法を図示するために示されている。スパッターターゲットはバッキングプレートに加えて、付加的に複雑なもの、例えば結合した水冷コイル１６または大きな冷却液貯蔵器の一部であるかおよび／または複合フランジおよび機械的および電気的取り付け構造体を有していてもよい。１８はスパッタリング使用から生じたスパッタープレート１２のターゲット表面２０上の侵食帯域または消費領域を形成する典型的なレーストラックを示す。
【００１２】
本発明の有利な実施態様の実施のフローチャートを図３に示す。真空帯域２２および不活性ガス帯域２４は使用したＴａ−Ｃｕターゲット２６アッセンブリーのために設置されている。図２に示されているスパッタープレート１２の侵食帯域１８または消費領域はスパッター金属の粉末で充填される。この粉末は、レーザーまたは電子ビームラスタースキャンニングによりスパッタープレート１２に結合または焼結され３０、粉末表面は溶融するが、完全な粒子は溶融せずまたは粒子の成長のための核として働く全体の粒子は溶融しない。この溶融は粉末蒸着の間または蒸着の後にレイヤ・オン・レイヤで（layer-on-layer）実施することができる。粉末から誘導されたホイルを予め製造し、トレンチの中に敷くこともできる。全ての場合において充填物は自己結合のためにおよびターゲットへの付着のために焼結し、機械加工、サンダー仕上げ、またはその他の摩耗エッチングおよび／またはバーンイン・スパッタリング法により平坦にされる３１。
【００１３】
次に、本発明をいかに実施することができるかの、いくつかの例の１つを記載する。
【００１４】
図４に示すように、スパッタリングターゲット１０は真空室３２に設置することができ、この室は慣用のポンプ３４およびバルブ３８を有するガスバックフィル（gas back-fill）装置３６を利用して、真空にされた大気圧、純粋な不活性ガス（アルゴン）雰囲気である。複式ノズル４２からなる粉末供給装置４０は複数の−１００〜３２５メッシュのＴａ粉末の高粘度流を侵食帯域１８または消費領域中に装入することができる。粉末供給装置４０が侵食帯域１８に沿ってスキャンすることができるか、またはターゲットが固定した粉末供給装置に対して可動であってもよい。１５〜２０ＫＷ（有利には２０〜２５）レーザービーム４４はレーザー４５および慣用のスキャン光学部品４６、４８により形成され、この光学部品は室３２中で完全に、または室３２の外側を、ビーム通過のための窓を用いて部分的に侵食帯域１８をラスタースキャンファンションで追跡することができ、粉末が落下した際に、粉末粒子表面を溶融し、粒子が粒子に結合することおよび侵食帯域の底部に連続的にかつ繰り返し、侵食帯域１８の周囲を、それが充填されるまで結合する。粉末塊計算値および／または光学モニターは完了の決定および充填物質のカットオフのために使用することができる。
【００１５】
このような方法のために使用することのできる装置の１つの形は、AeroMet Corp. のLasform brand direct metal deposition systemであり、例えばAbbott等による“Laser Forming Titanium Components”in the May 1998 issue of Advanced Metals & ProcessおよびArcella等による、“Producing Titanium Aerospace Components From Powder Using Laser Forming,”Journal of Metals(May 2000), pp. 28-30に記載されている。
【００１６】
レーザーは充填後加熱を提供することができ、焼結を完全にする。分離したターゲットヒーターはターゲットを前加熱するためにまた再生の間の付加的な加熱を提供する。
【００１７】
再生の種々の形がターゲットのバランスに類似のマイクロ構造で充填された侵食帯域または消費領域を製造する。例えば、充填された侵食帯域のサンプルは電子ビームラスタースキャンニング法に関して分析される。硬さは通常の方法で圧延およびアニールされたタンタルプレートに関して典型的であった。充填された侵食帯域は実質的に多孔性および混入物を有さない。降伏強度および極限降伏強度はＡＳＴＭの要求にあっている。
【００１８】
本発明の他の実施態様においては、プラズマ蒸着の十分に知られていない方法を粉末配置およびフュージング工程の組合せに使用することができる。
【００１９】
これ以外の実施態様、改善、詳細および使用は、前記の開示の文書および精神と密接に結びついたものであり、特許法に従って構成された以下のクレームによってのみ制限され、同等の教義を含む、本願発明の範囲内のものであることは当業者には明らかなことである。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】代表的なターゲットおよびバッキングプレートの断面図を示す図；
【図２】本発明のターゲットの通常の侵食帯域を含む平面図
【図３】本発明の再生法のブロック・フローチャートの図
【図４】本発明の実施のための真空または不活性ガス室の概略図
【図３】
2004523653.tif 000003
【図４】
2004523653.tif 000004
【国際公開パンフレット】
2004523653.tif 000005
2004523653.tif 000006
2004523653.tif 000007
2004523653.tif 000008
2004523653.tif 000009
2004523653.tif 000010
2004523653.tif 000011
2004523653.tif 000012
2004523653.tif 000013
2004523653.tif 000014
2004523653.tif 000015
2004523653.tif 000016
2004523653.tif 000017
2004523653.tif 000018
2004523653.tif 000019
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004523653.tif 000020
2004523653.tif 000021
【国際調査報告】
2004523653.tif 000022
2004523653.tif 000023