(57)【要約】  付加製造を用いて、第一の面内に、実質的に平面である第一の側部を形成すること、第一の側部と接合された、第一の面に対して垂直である方向に厚さを有する複数のフローバリアを形成すること、複数のフローバリア間に定められる複数のフローチャネルを形成すること、及び第一の面内に、実質的に平面である第二の側部を形成することを含む連続材料の三次元構造を形成すること、並びに第一の側部、複数のフローバリア、及び第二の側部の全体にわたってバッキングプレートが均一な連続材料構造を備えるように、材料を均一に固化すること、を含むモノリシックバッキングプレートの形成方法。【選択図】図４
2018533674.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スパッタリングターゲットと共に用いるためのモノリシックバッキングプレートの形成方法であって、
付加製造を用いて、
第一の面内に、実質的に平面であり、第一の表面、及び第二の表面、及び前記第一の表面と第二の表面との間の、前記第一の面に対して垂直である方向の厚さを有する第一の側部を形成すること、
前記第一の面に対して平行である方向に伸び、前記第一の面に対して垂直である方向の厚さを有する、前記第一の側部の前記第二の表面に接合された複数のフローバリアを形成すること、
前記複数のフローバリア間に定められる複数のフローチャネルであって、前記複数のフローチャネルと流体連結している少なくとも１つの液投入部及び少なくとも１つの液排出部を含む前記複数のフローチャネルを形成すること、及び
前記第一の面内に、実質的に平面であり、前記複数のフローバリアに接合された第一の表面、及び第二の表面、及び前記第一の表面と第二の表面との間の、前記第一の面に対して垂直である方向の厚さを有する第二の側部を形成すること、
を含む、連続材料の三次元構造を形成すること、
並びに、
前記第一の側部、前記複数のフローバリア、及び前記第二の側部の全体にわたって前記バッキングプレートが均一な連続材料構造を備えるように、前記材料を固化すること、
を含む、方法。
【請求項２】
前記バッキングプレートを形成することが、前記第一の側部、前記複数の支持バリア、及び前記第二の側部の間にボンディングラインが存在しない単一の単体材料を形成することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記バッキングプレート材料が、前記第一の側部、前記フローバリア、及び前記第二の側部の前記材料全体にわたって一体的に形成される、請求項１又は２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４】
前記モノリシックバッキングの前記材料が、均一に堆積され、固化されて、単一の一貫した材料が形成される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記形成工程が、単一の連続製造プロセスで行われる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
Ａｌ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｗ、及びこれらの合金、Ｃ、ＳｉＣ、ホウ化物、酸化物、並びに鋼鉄を含む材料から前記モノリシックバッキングプレートを形成することをさらに含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記第二の側部の前記第二の表面に、前記第二の側部を横切って冷却液が流れるように成形された第二の複数のフローチャネルを定める第二の複数のフローバリアを形成することをさらに含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
第一の面内に実質的に平面である連続材料から形成された単体構造を有し、第一の表面、及び第二の表面、及び前記第一の表面と第二の表面との間の、前記第一の面に対して垂直である方向の厚さを有する第一の側部、
前記第一の面内に実質的に平面である連続材料から形成された単体構造を有し、第一の表面、及び第二の表面、及び前記第一の表面と第二の表面との間の、前記第一の面に対して垂直である方向の厚さを有する第二の側部、
前記第一の側部の前記第二の表面及び前記第二の側部の前記第一の表面に接合された複数の支持バリアであって、前記複数の支持バリアは、前記第一の面に対して垂直である方向の厚さを有し、前記複数の支持バリアの各々が前記第一の面に対して平行である方向に幅よりも長い長さを有するように、前記第一の面に対して平行である方向に伸びている、複数の支持バリア、
前記第一の側部、前記第二の側部、及び前記複数の支持バリアによって定められ、液入口部及び液出口部を含み、それによって、液体が前記液入口部から入り、前記第一の側部と第二の側部との間を前記第一の面に対して平行に流れ、前記液出口部から出ることができる、複数のフローチャネル、
を備え、
前記第一の側部から、前記複数の支持バリア、及び前記第二の側部まで、連続的に形成された材料を含む、
スパッタリングターゲットバッキングプレート。
【請求項９】
前記バッキングプレートが、前記第一の側部、前記複数の支持バリア、及び前記第二の側部の間にボンディングラインが存在しない単一の単体材料を含む、請求項８に記載のバッキングプレート。
【請求項１０】
前記バッキングプレートが、Ａｌ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｗ、及びこれらの合金、Ｃ、ＳｉＣ、ホウ化物、酸化物、並びに鋼鉄を含む材料から形成される、請求項８又は９のいずれか一項に記載のバッキングプレート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、物理蒸着システムにおけるスパッタリングターゲットと共に用いられるバッキングプレートアセンブリに関する。本開示はまた、冷却構造を含む、付加製造プロセスを用いて作製されるバッキングプレートにも関する。
【背景技術】
【０００２】
物理蒸着法は、様々な基材上に物質の薄膜を形成するために広く用いられている。そのような蒸着技術における１つの重要な分野は、半導体製造である。例示的な物理蒸着（「ＰＶＤ」）装置８の一部の模式図を図１に示す。１つの構成では、スパッタリングターゲットアセンブリ１０は、ターゲット１４がボンディングされたバッキングプレート１２を備えている。半導電性材料ウェハ１８は、ＰＶＤ装置１０内にあり、ターゲット１４から間隔を空けて提供される。ターゲット１４の面１６は、スパッタリング面である。示されるように、ターゲット１４は、基材１８の上に配置され、スパッタリング面１６が基材１８に面する位置とされる。作動中、スパッタリングされた材料２２は、ターゲット１４のスパッタリング面１６から移動され、それを用いて、ウェハ１８上にコーティング（又は薄膜）２０が形成される。ある実施形態では、適切な基材１８は、半導体製造に用いられるウェハを含む。
【０００３】
例示的なＰＶＤプロセスでは、ターゲット１４は、スパッタリング面１６から周囲雰囲気中へ原子が放出され、その後基材１８上に蒸着されるまで、エネルギーによる衝撃を受ける。１つの例示的な使用では、電子機器で用いるためのチップ又はウェハ上に金属薄膜を蒸着させるために、プラズマスパッタリングが用いられる。
【０００４】
いくつかのスパッタリング用途では、モノリシックなターゲットが利用可能であるが（ここで、モノリシックとは、別個のバッキングプレートが接合されていない、材料の単一ピースから形成されたターゲットを意味する）、ほとんどのターゲット１４は、図１に示されるように、バッキングプレート１２と接合されている。図１に示されるスパッタリングターゲットアセンブリ１０を合わせて形成するスパッタリングターゲット１４とバッキングプレート１２とのアセンブリは、スパッタリングターゲット１４及びバッキングプレート１２がいずれも、当業者であれば理解されるように、数多くのサイズ又は形状のいずれであってもよいことから、１つの構成例であることは理解されるべきである
ターゲット１４は、ＰＶＤ蒸着プロセスに適するいかなる金属から形成されていてもよい。例えば、ターゲット１４は、アルミニウム、バナジウム、ニオブ、銅、チタン、タンタル、タングステン、ルテニウム、ゲルマニウム、セレン、ジルコニウム、モリブデン、ハフニウム、並びにこれらの合金及び組み合わせを含んでよい。そのような例示的な金属又は合金を表面上に膜として蒸着することが意図される場合、ターゲット１４は、所望される金属又は合金から形成され、そこから、ＰＶＤの過程で金属原子が取り出され、基材１８上に蒸着される。
【０００５】
バッキングプレート１２は、ＰＶＤ蒸着プロセスの過程でターゲット１４を支持するために用いられ得る。本明細書で考察されるように、ＰＶＤ蒸着プロセスは、ターゲット１４及びバッキングプレート１２を含むスパッタリングターゲットアセンブリ１０に対して、望ましくない物理的変化を引き起こし得る。例えば、ＰＶＤ蒸着プロセスは、ターゲット１４の反り又は変形を引き起こすことになる高い熱を含み得る。これを防止するために、スパッタリングターゲットアセンブリ１０及びコンポーネントは、このような望ましくない変化を低減するように設計され得る。高い熱容量及び／又は熱伝導率などのバッキングプレート１２の特性は、ターゲット１４及びスパッタリングターゲットアセンブリ１０に対する望ましくない変化を回避するのに役立ち得る。
【０００６】
スパッタリングターゲットアセンブリ１０の特性を制御するための１つの選択肢は、バッキングプレート１２の形成方法を制御することを含む。これは、用いられる材料、及び製造プロセスの過程で材料が処理される方法を制御することを含み得る。別の選択肢は、バッキングプレート１２の組み立て、及びバッキングプレート１２の様々なコンポーネントの形成に用いられる方法を制御することを含む。
【０００７】
図２は、スパッタリングターゲットアセンブリ１０の例の模式的側面図である。スパッタリングターゲットアセンブリは、多くの場合、ターゲット１４及びバッキングプレート１２を１ピースとして形成することによって作製される。図２は、単一コンポーネント設計によって形成されるそのようなスパッタリングターゲットアセンブリ１０の模式図である。この単一コンポーネント設計では、スパッタリングされるべき材料又はターゲット材料は、スパッタリング時に充分な強度を有することから、スパッタリングターゲットアセンブリ１０全体をターゲット材料のみから製造することができる。そのような単一コンポーネント設計は、モノリシックスパッタリングターゲットアセンブリと称され得る。モノリシックスパッタリングターゲットアセンブリ１０における特筆すべきいくつかの特徴は、中実な内部４２を有する中実なバッキングプレート１２である。スパッタリング面１６は、基材（図示せず）に向かって下に向いている。単一ピースの材料から形成されていることから、モノリシックスパッタリングターゲットアセンブリ１０は、ターゲット１４を成す材料とバッキングプレート１２を成す材料との間に接合部も界面も有しない。スパッタリングターゲットアセンブリ１０は、多くの場合、ＰＶＤチャンバー中、スパッタリング面１６を下に向けて、ターゲットマウントプレート２８に周辺部でボルト締めされる。示されるように、スパッタリングターゲットアセンブリ１０は、冷却アセンブリに隣接している。基本的な形態では、冷却アセンブリ３０は、水などの冷却液３４を、バッキングプレートのターゲット１４に向いている側とは反対の側に提供する。
【０００８】
図３に示されるように、２コンポーネントスパッタリングターゲットアセンブリ１０の設計例では、バッキングプレート１２は、ターゲット１４とは別のコンポーネントとして形成される。示されるように、バッキングプレート１２は、単一の中実プレートである。ターゲット１４は、締め付け固定（fastening）、溶接、半田付け、及び特には拡散ボンディングなどの技術によってバッキングプレート１２に接合されて、スパッタリングターゲットアセンブリ１０が形成される。バッキングプレート１２は、スパッタリングターゲットアセンブリ１０全体の機械的特性の強化及び物理的特性の向上を含む様々な機能を提供する。図３に示されるように、スパッタリングターゲットアセンブリ１０は、両者が接合された後のターゲット１４及びバッキングプレート１２を含む。図２の単一コンポーネントスパッタリングターゲットアセンブリ１０と同様に、図３のバッキングプレート１２は、中実体４２である。しかし、図３の２コンポーネント設計では、スパッタリングターゲット１４とバッキングプレート１２とが接合されている界面４０が導入される。ターゲット１４及びバッキングプレート１２が類似の材料から形成されている場合であっても、スパッタリングターゲットアセンブリ１０は、スパッタリング面１６に対して垂直である面の断面で見ると、スパッタリングターゲット材料がバッキングプレート材料と接触するか、又は接合されている視認可能な界面４０を有することになる。界面４０は、スパッタリングターゲット材料とバッキングプレート材料とを分けるラインとして視認可能であり、ボンディングラインと称され得る。ボンディングラインは、特に、バッキングプレート１２及びターゲット１４が異なる材料から作製される場合に視認可能である。
【０００９】
スパッタリングターゲットアセンブリ１０は、ターゲットマウントプレート２８によってＰＶＤ装置にボルト締めされ、所望に応じて、冷却システム３０と接触している側３２を有し得る。冷却システム３０は、スパッタリングターゲットアセンブリ１０の外側にあり、ＰＶＤシステムを通して流れる冷却液３４によって冷却される。冷却は、スパッタリングシステムの重要な機能であり、そうでなければＰＶＤ蒸着の過程で必要とされる高出力によって引き起こされることになるスパッタリングターゲットアセンブリ１０の機械的特性の劣化を回避するために、注意深く設計されるべきである。
【発明の概要】
【００１０】
図４に示されるように、ＰＶＤシステムは、図３に示されるよりも複雑な冷却システムを有するスパッタリングターゲットアセンブリ１０を含み得る。ある実施形態では、図４に示されるように、バッキングプレートアセンブリ２４とも称される中空バッキングプレートが、バッキングプレートアセンブリ２４内に組み込まれた内部冷却システムを有し得る。したがって、冷却液３４は、図３のようにバッキングプレート１２の外側ではなく、バッキングプレートアセンブリ２４を通してスパッタリングターゲットアセンブリ１０自体に送り込まれて、その内部を循環可能とされ得る。例えば、バッキングプレートアセンブリ２４は、バッキングプレートアセンブリ２４自体の中に冷却チャンバー５０とも称される内部キャビティを有し得る。内部冷却チャンバー５０を伴うバッキングプレートアセンブリ２４を有するスパッタリングターゲットアセンブリ１０を作製するために、バッキングプレートアセンブリ２４は、別々に形成されて後から組み合わされてバッキングプレートアセンブリ２４が形成される複数のピースを備える。
【００１１】
例えば、スパッタリングターゲットアセンブリ１０は、中空バッキングプレートなどのバッキングプレートアセンブリ２４に接合されたターゲット１４を含み得る。そして、バッキングプレートアセンブリ２４は、少なくとも２つの側部を組み合わせるか又は接合することによって形成されてよく、側部のいずれかは、２つの側部が一緒に接合された場合に冷却液３４が流れるためのキャビティを２つの側部間に形成する表面構造を有し得る。
【００１２】
ある実施形態では、バッキングプレートアセンブリ２４は、少なくとも２つの側部、例えば、第一の側部４６及び第二の側部４８を備える。第一の側部４６は、バッキング又はインサート側部とも称され得る。図３のバッキングプレート１２と同様に、図４のバッキングプレートアセンブリ２４は、ターゲット１４に取り付けられる又はボンディングされるボンディング面４０を有するバッキング側部４６を有する。バッキングプレートアセンブリ２４は、冷却側部と称され得る第二の側部４８に接合されたバッキング側部４６を含む。バッキング側部４６及び冷却側部４６は、それらの周辺部５２に沿って接合され、冷却チャンバー５０を形成する内部キャビティを定める。冷却チャンバー５０は、冷却液３４を保持し、冷却液３４が冷却チャンバー５０を流れる際に、それをバッキング側部４６に接触させる。冷却側部４８によって、冷却液３４が冷却チャンバー５０内に閉じ込められ、スパッタリング作動中にターゲット１４から熱を取り除く。
【００１３】
本開示では、バッキングプレートアセンブリ２４によって、冷却液３４をターゲット１４及びスパッタリングターゲット面１６に近付けることができ、したがって、バッキング側部４６を介してターゲット１４からより効率良く熱を取り除くことが可能となる。冷却チャンバー５０が冷却液３４で満たされている場合、バッキングプレートアセンブリ２４は、熱交換器に類似しており、第一の側部又はバッキング側部４６が、熱移動領域を定めている。
【００１４】
バッキングプレートアセンブリ２４を冷却するために、冷却液３４が、液注入部又は入口部とも称される液投入部５６を通して冷却チャンバー５０に導入される。冷却液３４は、次に、バッキング側部４６と接触可能とされる。バッキング側部４６との接触後、冷却液３４は、冷却チャンバー５０と流体連結されている冷却液排出部５８又は出口部を通して、冷却チャンバー５０から排出される。図４に示されるように、冷却液投入部５６は、バッキングプレートアセンブリ２４の側面に配置され得るが、冷却液投入部５６は、バッキングプレートアセンブリ２４の外部から冷却チャンバー５０の内部との流体連結を可能とするいかなる位置に配置されてもよい。例えば、冷却液投入部５６は、冷却側部４８の表面を通して配置されてもよい。冷却液排出部５８又は出口部も、バッキングプレートアセンブリ２４の側面に配置されてよく、又は冷却チャンバー５０との流体連結を可能とするいかなる位置に配置されてもよい。
【００１５】
ある実施形態では、冷却チャンバー５０は、冷却液３４が流れることができる開放された広いキャビティ（open expansive cavity）であってよい。冷却チャンバー５０内では、冷却液３４は、広がって、冷却チャンバー５０の全内部表面上を流れ得る。一般的に、冷却液３４は、冷却液投入部５６を通してポンプ送液され、冷却チャンバー５０の内部を横切って流れ、冷却チャンバー排出部５８を通って冷却チャンバー５０から排出される。冷却液のフロープロファイルの制御は、冷却チャンバー５０を通しての体積流量を制御することによって行われ得る。例えば、比較的低い体積流量の場合、冷却流体３４は、層流で冷却チャンバー５０を横断することが可能となり得る。しかし、場合によっては、より乱流のフロープロファイルが所望される場合があり、より高い流量が用いられ得る。
【００１６】
バッキングプレートアセンブリ２４を有する例示的なスパッタリングターゲットアセンブリ１０は、ボンディング、ろう付け、又は半田付けによって冷却側部４８と接合されたバッキング側部４６にボンディングされた、高純度Ａｌ、Ｃｕ、又はＴｉを例とするターゲット材料から成るターゲット１４を含む。バッキング側部４６及び冷却側部４８は、冷却液３４が流れる冷却チャンバー５０のための内部キャビティを形成する。冷却チャンバー５０は、バッキング側部４６と冷却側部４８との間の均等に仕切られたフローバリアによって定められ、液投入部５６から液排出部５８への一方向の液流を起こさせる複数の別々のチャネルを有していてよい。所望に応じて、さらなるフィーチャ（features）が、液投入部５６と液排出部５８との間、及び冷却チャネル６８間に存在し、それらの機能は、各冷却チャネル６８間に冷却液３４を均一に分配することである。
【００１７】
ある実施形態では、バッキングプレートアセンブリ２４は、ある厚さを有する比較的平面なバッキング側部４６を用いて構築される。冷却チャネルを形成するために、バッキング側部厚さの一部を通してバッキング側部４６から材料が除去される。これは、材料を除去する機械加工ツールを用いて完了され得る。冷却チャネルが作製されると、冷却側部の表面をフローバリアの表面に接合することによって、冷却側部がバッキング側部に接合され得る。このプロセスは、多大な時間及び設備を必要とする。溝の作製に用いられるツールは、通常は高価であり、冷却チャネルの形成のために除去される材料は、無駄になる可能性があり、多くの場合再利用は困難である。
【００１８】
バッキングプレートアセンブリ２４の形成にこれらの方法を用いることの別の欠点は、複数のコンポーネントが一緒に接合される場合、ボンディングラインが本質的に導入される。図５に示されるように、ボンディングライン７４は、元は別々であった２つのコンポーネントが一緒に接合された界面に見られる。例えば、バッキング側部４６、フローバリア６６、又は冷却側部４８のいずれかが接合される表面は、コンポーネントが一緒にボンディング又は溶接された後に残るボンディングライン７４を含み得る。ボンディングライン７４は、２つの表面が接合される界面の面に対して垂直方向に材料を切断することによって観察することができる。ボンディングライン７４は、類似の材料を有するコンポーネントを一緒に接合した後であっても、多くの場合視認可能である。ボンディングライン７４は、材料に構造的欠陥を導入して、材料に弱点をもたらし得る。ボンディングライン７４は、スパッタリングターゲットアセンブリ１０がスパッタリングプロセス中に存在することの多い高温又は高圧などの高ストレスな状況に置かれた場合、材料破壊の部位となることが多い。
【００１９】
したがって、２コンポーネント設計は、本質的に、スパッタリングターゲットアセンブリ１０に弱点を導入し得る可能性のあるボンディングライン７４をもたらす。例えば、スパッタリングターゲットアセンブリ１０が、スパッタリング作動中に到達するような高温にさらされた場合、バッキングプレートアセンブリ２４は、ボンディングラインで破壊し得る可能性がある。バッキングプレートアセンブリ２４が破壊すると、ボンディングラインを通してバッキングプレートアセンブリ２４から冷却液が漏出し、ＰＶＤ装置の内部に到達する恐れがある。スパッタリングターゲットアセンブリ１０又はバッキングプレートアセンブリ２４が２つ以上の異なる種類の材料から作製される場合、スパッタリングターゲットアセンブリの破壊又はバッキングプレートアセンブリの破壊が増加し得る可能性がある。異なる材料は、異なる熱膨張係数を有しているため、異なる速度で膨張することになり、材料間のボンディングが破壊する可能性を高める。
【００２０】
ボンディングライン７４によってもたらされる問題に加えて、サイズの大きいターゲット１４及びバッキングプレートアセンブリ２４の場合、バッキングプレートアセンブリ２４内に冷却チャネル６８を作製することがより複雑となる。また、冷却チャネル６８の形成後にバッキングプレートアセンブリ２４の２つの側部を一緒に接合することは、バッキングプレートアセンブリ２４の第一の側部４６及び第二の側部４８の表面、並びにフローバリア６６の表面を接合するという困難も伴う。例えば、極めて不法な（tortious）流路の冷却チャネル６８の場合、バッキングプレートアセンブリ２４のコンポーネントの表面を接合するには、さらなる機械加工時間、様々なコンポーネント間の精密な計画及び整列、並びに少なくとも２つの接合作業が必要である。
【００２１】
本明細書において、例１では、スパッタリングターゲットと共に用いるためのモノリシックバッキングプレートの形成方法が開示される。この方法は、付加製造を用いて連続材料の三次元構造を形成することを含む。この方法は、第一の面内に、実質的に平面であり、第一の表面、及び第二の表面、及び第一の表面と第二の表面との間の第一の面に対して垂直である方向の厚さを有する第一の側部を形成することを含む。この方法はさらに、第一の面に対して平行である方向に伸び、第一の面に対して垂直である方向の厚さを有する、第一の側部の第二の表面に接合された複数のフローバリアを形成することを含む。この方法はさらに、複数のフローバリア間に定められる複数のフローチャネルであって、複数のフローチャネルと流体連結している少なくとも１つの液投入部及び少なくとも１つの液排出部を含む複数のフローチャネルを形成することを含む。この方法は、第一の面内に、実質的に平面であり、複数のフローバリアに接合された第一の表面、及び第二の表面、及び第一の表面と第二の表面との間の第一の面に対して垂直である方向の厚さを有する第二の側部を形成することを含む。この方法は、第一の側部、複数のフローバリア、及び第二の側部の全体にわたってバッキングプレートが均一な連続材料構造を備えるように、材料を均一に固化することを含む。
【００２２】
例２では、バッキングプレートを形成することが、第一の側部、複数の支持バリア、及び第二の側部の間にボンディングラインが存在しない単一の単体材料を形成することを含む、例１の方法。
【００２３】
例３では、バッキングプレート材料が、第一の側部、フローバリア、及び第二の側部の材料全体にわたって一体的に形成される、例１又は２のいずれかの方法。
例４では、モノリシックバッキングの材料が、均一に堆積され、固化されて、単一の一貫した材料が形成される例１から３のいずれかの方法。
【００２４】
例５では、前記形成工程が、単一の連続製造プロセスで行われる、例１から４のいずれかの方法。
例６では、液体が液投入部から入り、フローバリア間を第一の面に対して平行に流れ、液出口部から出ることができるように複数のフローチャネルを形成することをさらに含む、例１から５のいずれかの方法。
【００２５】
例７では、液体が液投入部から入り、第一の側部の第二の表面及び第二の側部の第一の表面の領域を実質的に横断する経路に沿ってフローバリア間を第一の面に対して平行に流れ、液排出部から出ることができるように複数のフローチャネルを形成することをさらに含む、例１から６のいずれかの方法。
【００２６】
例８では、Ａｌ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｗ、及びこれらの合金、Ｃ、ＳｉＣ、ホウ化物、酸化物、並びに鋼鉄を含む材料からモノリシックバッキングプレートを形成することをさらに含む、例１から７のいずれかの方法。
【００２７】
本明細書において、例９では、付加製造を用いて連続材料のスパッタリングターゲットバッキングプレートを形成する方法が開示される。この方法は、第一の面内に材料を層ごとに繰り返し堆積させることを含む。この方法はさらに、既に固化された層の上に堆積された材料を固化して、第一の面内に実質的に平面である第一の側部を形成することを含む。第一の側部は、第一の表面と第二の表面とを有し、それらは、第一の表面と第二の表面との間の第一の面に対して垂直である方向の厚さを定める。スパッタリングターゲットバッキングプレートは、第一の側部の第二の表面に接合された複数のフローバリアを有する。複数のフローバリアは、第一の面に対して平行である方向に伸び、第一の面に対して垂直である方向の厚さを有する。スパッタリングターゲットバッキングプレートは、複数のフローバリアによって定められる複数のフローチャネルを有する。スパッタリングターゲットバッキングプレートは、第一の面内に、実質的に平面である第二の側部を有する。第二の側部は、フローバリアに接合された第一の表面、及び第二の表面を有し、それらは、第一の表面と第二の表面との間の第一の面に対して垂直である方向の厚さを定める。複数のフローチャネルは、第一の側部の第二の表面と第二の側部の第一の表面との間を、バッキングプレート全体にわたって冷却液が流れるように成形され、バッキングプレートは、第一の側部、複数のフローバリア、及び第二の側部の全体にわたって、一体的に均一な材料を含む。
【００２８】
例１０では、バッキングプレートの形成が、第一の側部、複数のフローバリア、及び第二の側部の間にボンディングラインが存在しない単一の単体材料を形成することを含む、例９の方法。
【００２９】
例１１では、バッキングプレートの材料を固化して、第一の側部、複数のフローバリア、及び第二の側部の材料全体にわたって一貫した結晶構造を形成することをさらに含む、例９又は１０のいずれかの方法。
【００３０】
例１２では、モノリシックバッキングの材料が、単一の材料体として均一に形成される、例９から１１のいずれかの方法。
例１３では、第二の側部を横切って冷却液が流れるように成形された第二の複数のフローチャネルを定める第二の複数のフローバリアを、第二の側部に形成することをさらに含む、例９から１２のいずれかの方法。
【００３１】
例１４では、Ａｌ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｗ、及びこれらの合金、Ｃ、ＳｉＣ、ホウ化物、酸化物、並びに鋼鉄を含む材料からモノリシックバッキングプレートを形成することをさらに含む、例９から１３のいずれかの方法。
【００３２】
本明細書において、例１５では、第一の面内に実質的に平面である連続材料から形成された単体構造を有する第一の側部を備えるスパッタリングターゲットバッキングプレートが開示される。第一の側部は、第一の表面、及び第二の表面、及び第一の表面と第二の表面との間の第一の面に対して垂直である方向の厚さを有する。スパッタリングターゲットバッキングプレートは、第一の面内に実質的に平面である連続材料から形成された単体構造を有する第二の側部を含み、第一の表面、及び第二の表面、及び第一の表面と第二の表面との間の第一の面に対して垂直である方向の厚さを有する。スパッタリングターゲットバッキングプレートは、第一の側部の第二の表面及び第二の側部の第一の表面に接合された複数の支持バリアを含み、複数の支持バリアは、第一の面に対して垂直である方向の厚さを有し、複数の支持バリアの各々が第一の面に対して平行である方向に幅よりも長い長さを有するように、第一の面に対して平行である方向に伸びている。スパッタリングターゲットは、第一の側部、第二の側部、及び複数の支持バリアによって定められる複数のフローチャネルを含み、液体が液入口部から入り、第一の側部と第二の側部との間を第一の面に対して平行に流れ、液出口部から出ることができるように、液入口部及び液出口部を含む。バッキングプレートは、第一の側部から、複数の支持バリア、及び第二の側部まで連続的に形成された材料を含む。
【００３３】
例１６では、バッキングプレートが、第一の側部、複数の支持バリア、及び第二の側部の間にボンディングラインが存在しない単一の単体材料を含む、例１５のバッキングプレート。
【００３４】
例１７では、バッキングプレートの材料が、単一の結晶構造から成る、例１５及び１６のいずれかのバッキングプレート。
例１８では、バッキングプレートが、単一の加工工程で形成される、例１５から１７のいずれかのバッキングプレート。
【００３５】
例１９では、複数のフローチャネルが、液体を液入口部を通して誘導し、フローバリア間及び第一の側部と第二の側部との間に液体を流し、液出口部から排出するように形成される、例１５から１８のいずれかのバッキングプレート。
【００３６】
例２０では、複数のフローチャネルが、液体が液入口部から入り、第一の側部の第二の表面及び第二の側部の第一の表面を横断する経路に沿ってフローバリア間を第一の面に対して平行に流れ、液出口部から出ることができるように形成される、例１５から１９のいずれかのバッキングプレート。
【００３７】
例２１では、バッキングプレートが、Ａｌ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｗ、及びこれらの合金、Ｃ、ＳｉＣ、ホウ化物、酸化物、並びに鋼鉄を含む材料から形成される、例１５から２０のいずれかのバッキングプレート。
【００３８】
複数の実施形態が開示されるが、本発明のさらに他の実施形態は、当業者であれば、本発明の例示的な実施形態を示し、記載する以下の詳細な記述から明らかとなるであろう。したがって、図面及び詳細な記述は、限定的ではなく例示的な性質として見なされるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】図１は、物理蒸着装置の一部の模式図である。
【図２】図２は、モノリシックスパッタリングターゲットアセンブリの模式図である。
【図３】図３は、スパッタリングターゲット及びバッキングプレートアセンブリの模式図である。
【図４】図４は、内部冷却チャンバーを伴うバッキングプレートを有するスパッタリングターゲットアセンブリの模式図である。
【図５】図５は、冷却チャネルが形成された２ピース型のバッキングプレートの模式図である。
【図６】図６は、例示的な付加製造デバイスの模式図である。
【図７】図７は、例示的な付加製造デバイスの模式図である。
【図８】図８は、例示的な付加製造デバイスの模式図である。
【図９】図９は、例示的な付加製造デバイスの模式図である。
【図１０Ａ】図１０Ａ及び図１０Ｂは、付加製造を用いてバッキングプレートを形成する方法の概略図である。
【図１０Ｂ】図１０Ａ及び図１０Ｂは、付加製造を用いてバッキングプレートを形成する方法の概略図である。
【図１１Ａ】図１１Ａ及び図１１Ｂは、付加製造を用いてバッキングプレートを形成する方法の概略図である。
【図１１Ｂ】図１１Ａ及び図１１Ｂは、付加製造を用いてバッキングプレートを形成する方法の概略図である。
【図１２】図１２は、冷却チャネルを有する例示的なバッキングプレートの模式図である。
【図１３】図１３は、本開示の実施形態に従う方法のフローチャートである。
【図１４】図１４は、本開示の実施形態に従う方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
単一ピースの材料から作製されたスパッタリングターゲットバッキングプレートは、一緒に溶融結合された複数ピースから構築されたバッキングプレートと比較して、特性が改善される可能性を提供する。本明細書で用いられる場合、モノリシック又はモノブロックの語句は、単一の付加製造プロセスで形成された均一若しくは一体構造とも称される単一ピースの材料を含むバッキングプレート又はスパッタリングターゲット／バッキングプレートアセンブリなどの物体を意味する。以下の考察から明らかとなるように、単一の付加製造プロセスは、連続する工程を有する反復プロセスを含み得る。
【００４１】
ある実施形態では、本開示は、単一ピースの材料から作製されて、実質的に中空の内部を有する均一又は一体構造が形成されたモノリシックスパッタリングターゲットバッキングプレートに関する。ある実施形態では、本開示は、付加製造を用いて、均一又は一体構造を有するモノリシックスパッタリングターゲットバッキングプレートを形成する方法に関する。ある実施形態では、本開示は、単一の製造プロセスでスパッタリングターゲットバッキングプレートを形成する方法に関する。ある実施形態では、この製造プロセスは、結晶粒サイズ、密度、又は組成の勾配を有する材料を形成するために用いられ得る。
【００４２】
冷却チャンバーを有するバッキングプレートを作製するための製造プロセスを単純化することができるプロセスが求められている。用いられるプロセスは、有利には、材料が接合された後に、バッキングプレートのコンポーネント間にボンディングラインを有しないバッキングプレートを形成することが可能であり得る。冷却チャネルを形成するために予備成形したプレートから材料を除去することの必要性を回避することにより、冷却チャネルの機械加工に伴うコスト及び時間が削減又は除去される。さらに、スパッタリングターゲットアセンブリに必要とされる量の材料のみを用いる製造プロセスにより、用いられる材料の量が低減され、したがって、原材料コストも削減される。
【００４３】
付加製造（「ＡＭ」）は、三次元（「３Ｄ」）物体が、構築材料を堆積又はボンディングすることで物体を層として構築していくことによって作製されるプロセスである。設計データによって、３Ｄ物体を二次元平面の個々の層に分解し、３Ｄ物体は、反復的に各層に必要とされる材料の正確な量を付加することによって構築される。この理由から、付加製造は、「３Ｄプリンティング」又は「積層製造」とも称される。付加製造技術は、レーザー、電子ビーム、又はイオン溶融結合溶融（ion fusion melting）などのエネルギー源を介して、堆積された材料を接合又は高密度化することを含む。これらの技術では、ネット形状、複雑なキャビティ及びチャネルを有するモノリシック構造を作製することができる。
【００４４】
１つの選択肢は、これらの技術を用いて、スパッタンリングされるべき材料から、内部冷却チャネルを有するモノリシックスパッタリングターゲット及び／又はバッキングプレートアセンブリを構築することである。別の選択肢は、付加製造技術を用いて、コンポジット、ラミネート、又は他の独特の材料などの特殊な材料から、内部冷却チャネルあり又はなしで、ネット形状の単一ピースバッキングプレートを作製することである。これらのバッキングプレートは、続いて、ターゲット材料にボンディングされ得る。ある実施形態では、内部冷却チャネルによって向上された冷却の導入は、別個のバッキングプレートなしでターゲットを有するモノリシックスパッタリングターゲットアセンブリを可能とするのに充分であり得る。
【００４５】
付加製造を用いることで、一般的には、内部フローバリアと冷却側部又はバッキング側部との間の界面に別個のボンディングラインを有しないモノリシックバッキングプレートが形成され得る。ある実施形態では、付加製造は、材料中に別個のボンディングラインを有しない材料として定められる単体材料、又は一体材料、又は一体的に均一な材料を有するバッキングプレートを形成し得る。例えば、単体材料又は一体材料は、切断することができ、切断後の露出した中実材料の表面に沿って辿った経路が別個のボンディングラインと遭遇又は交差することのない材料である。
【００４６】
ある実施形態では、本明細書で開示される方法は、ＡＭを用いて、スパッタリングターゲット及びバッキングプレートを含む２ピース型スパッタリングターゲットアセンブリを形成することを含み、ここで、内部キャビティを形成する冷却側部及びバッキング側部（インサートとも称される）が、単一工程の過程で製造される。ＡＭを用いることにより、ＡＭ法の独特の層ごとの一連の堆積のために、単一の製造工程が可能である。例示的な方法では、鋳造、鍛造、又は熱処理などの従来の加工熱処理（「ＴＭＰ」）によって作製されたスパッタリングターゲットが、ＡＭによって作製されたバッキングプレートに接合される。バッキングプレートは、冷却液の循環のための内部キャビティと共に構築され得る。
【００４７】
図６は、本開示の方法で用いることができるＡＭデバイスの例の模式図を示す。図６に示される例は、粉末床溶融結合と称される場合の多い技術を含むが、様々なＡＭ技術が、同様の模式図を有し得る。ＡＭデバイスは、金属又は金属合金の粉末などの構築材料床８０を含み得る。構築材料８０はさらに、構築されるべき三次元構造８４を保持するための構築プラットフォーム８２の上に、層ごとに堆積され得る。構築材料８０は、互いの上に層ごとに付加され、固化されて、累進的に三次元構造８４が形成され得る。構築プラットフォーム８２は、多くの場合、材料床８０に対して上下に動いて構築材料８０の追加層の付加を補助する昇降機９２に取り付けられている。溶融又は硬化装置８６は、一般的に、構築プラットフォーム８６の上に位置している。硬化装置８６は、金属などの構築材料８０を溶融するためのデバイスを含んでよく、又は積層物又は他の材料を硬化するための硬化デバイスを含んでもよい。溶融又は硬化装置８６は、構築されている材料の様々な位置を溶融するために、溶融又は硬化装置８６を構築プラットフォーム８２に対して移動させるラスター８８に接続されている場合が多い。ある実施形態では、ＡＭ装置は、材料床８０を有さず、その代わりに、溶融装置８６が、ディスペンサーを含み、これは、材料を溶融して構築プラットフォーム８２上に定量供給し、材料の続いての層を付加して、三次元構造８４を構築する。昇降機９２、並びに溶融及び硬化装置８６は、昇降機９２並びに溶融及び硬化装置８６の動きに基づいて三次元構造８４が構築される方法を決定するコントロールシステム９０によって制御される。
【００４８】
ＡＭは、複数のコンポーネントの機械加工及びボンディングを必要とする従来の方法よりも速く、より精密に冷却チャネルのための複雑な設計を形成する方法である。さらに、ＡＭ技術のより優れた能力により、新規でより効率的なチャネル設計を、より速く実行することもでき、それらの一部は、従来の機械加工技術では、複雑過ぎて製造することができないものであり得る。スパッタリングターゲットアセンブリ材料は、従来から金属及び合金から作られていることから、本明細書では、用いることができる４種類の例示的なＡＭ法が開示される。開示される４種類のＡＭ法は、粉末床溶融結合、指向性エネルギー堆積、シート積層、及び結合剤噴射であるが、技術の進歩に従って、さらなる方法が利用可能となり得る。
【００４９】
粉末床溶融結合
粉末床溶融結合は、図６に示されるものなどの粉末床８０の領域を、熱エネルギーが選択的に溶融結合するＡＭ法である。熱エネルギー源は、通常、レーザー又は電子ビームである。熱エネルギーは、粉末材料の層の選択された部分を溶融し、その部分は、冷却されるに従って固相に変化する。続いて、粉末の別の層が、粉末床８０及び直近で溶融結合された層の上に運ばれ、このプロセスが再度繰り返され得る。金属パーツの場合、典型的には、パーツをベースプレートに固定し、下に向いた構造を支持するために、アンカーが必要とされる。これは、アンカーが用いられない場合に熱応力及び反りをもたらす高い熱勾配を作り出し得る金属粉末の高い融点のために必要である。粉末床溶融結合に対する別の一般的な工業名としては、レーザー溶融（ＬＭ）、選択的レーザー溶融／焼結（ＳＬＭ／ＳＬＳ）、直接金属レーザー焼結（ＤＭＬＳ）、及び電子ビーム溶融が挙げられる。
【００５０】
指向性エネルギー堆積
図７は、指向性エネルギー堆積の一般的模式図であり、これは、焦点を合わせた熱エネルギーを用い、材料が堆積されるに従ってそれを溶融することによって材料を溶融結合する。このプロセスでは、構築物１１０が、中実構築プラットフォーム１００上に作製される。複数の軸周りに回転することができるアーム１０２が、ワイヤ又は粉末の形態の材料１０４を堆積する。材料１０４は、構築物１１０の現時点での表面１１２上に堆積される。材料１０４は、エネルギー源１０６からのレーザー、電子ビーム、又はプラズマアークなど、材料１０４を堆積時に溶融する焦点を合わせたエネルギー１０８を用いて溶融される。さらなる材料１０４が、層ごとに付加され、固化して、現時点の構築物１１０上に新しい材料フィーチャを作り出すか、又は補修を行う。
【００５１】
この技術では、典型的には、レーザーが、エネルギー源１０８であり、材料１０４は、金属粉末である。ある場合では、金属粉末は、レーザーによって作られた溶融金属のプールに注入又は堆積される。この技術に対する他の名称としては、粉末送給ＡＭ及びレーザークラッディングが挙げられる。いくつかの独特の能力としては、複数材料の同時堆積が挙げられ、機能上の勾配を有するパーツが可能となる。ほとんどの指向性エネルギー堆積機は、堆積ヘッドの配置のための４軸又は５軸の動作システム又はロボットアームも有しているため、一連の構築は、平行面上の連続的な水平層に限定されない。さらに、ハイブリッドシステムでは、粉末供給指向性エネルギー堆積（powder-fed directed energy deposition）が、ＣＮＣミリング（例：４又は５軸ミリング）と組み合わされる場合もある。
【００５２】
シート積層
シート積層は、材料のシートがボンディングされて３Ｄ物体を形成するＡＭプロセスである。図８に示されるように、構築材料の予め形成されたシート１２８が、ローラー１２２、及び所望に応じてベルト１２４などの材料シート１２８を供給するための追加のデバイスによってカッティングベッド１２０上の所定の位置に配置される。材料シート１２８は、接着剤を用いて、既にボンディングされた層１２６上の所定の位置にボンディングされる。次に、レーザー又はナイフなどのカッティングツール１３０によって、ボンディングされた材料シート１２８から必要とされる形状が切り出される。切断又はボンディングの工程は、逆の順序であってもよく、別の選択肢として、材料シート１２８は、配置及びボンディングされる前に切断されてもよい。
【００５３】
金属の場合、シート材料は、多くの場合、金属テープ又はホイルの形態で提供される。特に、超音波付加製造（ＵＡＭ）では、ツイン高周波変換器（twin high frequency transducers）によって供給される超音波エネルギーとシステムの回転するソノトローブ（sonotrobe）によって作り出される圧縮力との組み合わせによって、金属ホイル及びテープが一緒に溶接されてもよい。シート積層技術は、ＣＮＣ機械加工の全機能と組み合わされてもよい。
【００５４】
結合剤噴射
結合剤噴射は、図９に示されるように、液体結合剤が液体接着剤供給部１４０を通して選択的に定量供給され、インクジェットプリントヘッド１４２のノズルを通して堆積されて、粉末床１４４中の粉末材料を接合させることを含む。結合剤噴射では、定量供給される材料は、構築材料ではなく、粉末床１４４上に堆積されて粉末を所望される形状に保持する液体である。粉末材料は、粉末供給部１４６から運ばれ、ローラー１５０を用いて構築プラットフォーム１４８上に広げられる。プリントヘッド１４２は、結合剤接着剤１５２を、必要に応じて粉末床１４４の上に堆積させる。構築プラットフォーム１４８は、構築物１５６が構築されるに従って降下される。前に堆積された層がボンディングされると、粉末の別の層が、粉末供給部１４６から、ローラー１５０によって構築物１５６上に広げられる。構築物１５６は、粉末が結合剤接着剤１５２に結合された部分で形成される。未結合の粉末は、粉末床１４４中、構築物１５６の周囲に残される。このプロセスが、構築物１５６全体が作製されるまで繰り返される。
【００５５】
結合剤噴射によって作製される金属パーツは、通常、ＡＭ構築プロセス後に、焼結し、第二の金属で溶浸させる必要がある。例えば、ステンレス鋼、青銅、又は鉄パーツのための青銅溶浸材の使用である。他の溶浸材は、Ａｌ、ガラス、又は炭素繊維であり得る。構築後の炉加熱サイクルの過程で、結合剤は燃焼除去され、青銅がパーツ内に溶浸して、金属合金が作製される。
【００５６】
図１０Ａ及び１０Ｂは、ＡＭ技術を用いて冷却チャネルを有するスパッタリングターゲットバッキングプレートを構築する２つの方法を示す。好ましいＡＭ法としては、粉末床溶融結合及び指向性エネルギー堆積が挙げられるが、シート積層及び結合剤噴射も、いくつかの特定の金属及び合金に用いられ得る。
【００５７】
図１０Ａは、内部支持構造を付加することなく、ＡＭを用いてバッキングプレートアセンブリを構築する方法を示す。工程２１０では、熱エネルギー又は結合材料を用いて、構築材料が層ごとに溶融結合又は結合されて、バッキング側部が形成される。バッキング側部に適する厚さが得られた後、工程２２０において、選択された領域に材料が堆積されて、フローバリアが積み上げられる。ある実施形態では、矢印２２５で示されるフローチャネルは、追加の支持構造の必要なく、フローバリアのための材料を積み上げることによって定められ得る。フローバリアが適切な高さまで積み上げられると、工程２３０において、フローチャネルは、冷却側部を構築することによって覆われ得る。冷却側部も、適切な高さに到達するまで、層ごとに積み上げられる。工程２４０では、フローチャネルを有するバッキングプレートは、ＡＭ機から取り外され、洗浄又は研磨などの追加の処理を受けてよい。工程２４０において、スパッタリングターゲットが付加されてもよい。工程２５０では、ヒップ処理又は溶接などの最終的なボンディング工程を用いて、スパッタリングターゲットをバッキングプレートに完全にボンディングし、バッキングプレート材料を確実に固化させる。
【００５８】
図１０Ｂは、ＡＭを用いてバッキングプレートアセンブリを構築するための図１０Ａに示されるものに類似の方法を示すが、図１０Ｂに示される方法は、冷却チャネルに内部支持構造を付加することを含む。工程２６０では、材料が層ごとに構築されて、バッキング側部が形成される。工程２７０では、材料が選択された領域に堆積されて、フローバリアが積み上げられる。続いて、工程２７０でも、構築材料を用いて、フローバリア及び追加の支持構造２７５が作製される。別の実施形態では、支持構造は、予め形成された構造であり、バッキング側部上に配置され、続いてＡＭ技術を用いて全体構造物中に組み込まれる。例えば、支持構造は、予め形成されてよく、薄い壁を有するＴ字型構造に設計されてもよい。フローバリア及び支持構造が適切な高さまで積み上げられると、工程２８０において、フローチャネルは、冷却側部を構築することによって覆われ得る。支持構造は、冷却側部を形成する材料を積み上げるために、フローバリア間の空間を橋渡しする補助となる。冷却側部は、適切な高さに到達するまで、層ごとに積み上げられる。工程２９０では、フローチャネルを有するバッキングプレートは、ＡＭ機から取り外されて、洗浄又は研磨などの追加の処理を受けてよく、支持構造は、除去される。工程２９０において、スパッタリングターゲットが付加されてもよい。工程３００では、ヒップ処理又は溶接などの最終的なボンディング方法を用いて、スパッタリングターゲットをバッキングプレートに完全にボンディングし、バッキングプレート材料を確実に固化させる。
【００５９】
図１１Ａ及び１１Ｂは、ＡＭ技術を用いて冷却チャネルを有するスパッタリングターゲットバッキングプレートを構築するための図１０Ａ及び１０Ｂに類似の方法を示すが、出発材料は、バッキング側部の一部を備える予め形成されたプレートを含む。好ましいＡＭ法としては、粉末床溶融結合及び指向性エネルギー堆積が挙げられるが、シート積層及び結合剤噴射も、いくつかの特定の金属及び合金に用いられ得る。
【００６０】
図１１Ａは、内部支持構造を付加することなく、予め形成されたプレートから出発することで、ＡＭを用いてバッキングプレートアセンブリを構築する方法を示す。工程３１０では、予め形成されたプレートが、ＡＭ機中に配置され、熱エネルギー又は結合材料を用いて、構築材料が層ごとにプレートに溶融結合又は結合されて、バッキング側部全体が形成される。図１１Ａのさらなる工程３２０から３５０は、図１０Ａの工程２２０から２５０に相当する。工程３２０では、選択された領域に材料が堆積されて、フローバリアが積み上げられる。ある実施形態では、矢印３２５で示されるフローチャネルは、追加の支持構造の必要なく、フローバリアのための材料を積み上げることによって作製される。フローバリアが適切な高さまで積み上げられると、工程３３０において、フローチャネルは、冷却側部を構築することによって覆われ得る。冷却側部は、適切な高さに到達するまで、層ごとに積み上げられる。工程３４０では、フローチャネルを有するバッキングプレートは、ＡＭ機から取り外され、洗浄又は研磨などの追加の処理を受けてよい。工程３４０において、スパッタリングターゲットが付加されてもよい。工程３５０では、ヒップ処理又は溶接などの最終的なボンディング工程を用いて、スパッタリングターゲットをバッキングプレートに完全にボンディングし、バッキングプレート材料を確実に固化させる。
【００６１】
図１１Ｂは、予め形成されたプレートを出発材料として用いてバッキングプレートアセンブリを構築するための、ＡＭを用いた図１１Ａに示したものに類似の方法を示す。しかし、図１１Ｂに示される方法は、冷却チャネルに内部支持構造を付加することを含む。工程３６０では、予め形成されたプレートが、ＡＭ機中に配置され、熱エネルギー又は結合材料を用いて、構築材料が層ごとにプレートに溶融結合又は結合されて、バッキング側部全体が形成される。工程３７０では、選択された領域に材料が堆積されて、フローバリアが積み上げられる。続いて、やはり工程３７０において、構築材料を用いて、フローバリア及び追加の支持構造３７５が作製される。別の実施形態では、支持構造は、予め形成された構造であり、バッキング側部上に配置され、続いてＡＭ技術を用いて全体構造物中に組み込まれる。例えば、支持構造は、予め形成されてよく、薄い壁を有するＴ字型構造に設計されてもよい。フローバリア及び支持構造が適切な高さまで積み上げられると、工程３８０において、フローチャネルは、冷却側部を構築することによって覆われ得る。支持構造は、冷却側部を形成する材料を積み上げるために、フローバリア間の空間を橋渡しする補助となる。冷却側部は、適切な高さに到達するまで、層ごとに積み上げられる。工程３９０では、フローチャネルを有するバッキングプレートは、ＡＭ機から取り外されて、洗浄又は研磨などの追加の処理を受けてよく、支持構造は、除去される。工程３９０において、スパッタリングターゲットが付加されてもよい。工程４００では、ヒップ処理又は溶接などの最終的なボンディング方法を用いて、スパッタリングターゲットをバッキングプレートに完全にボンディングし、バッキングプレート材料を確実に固化させる。
【００６２】
バッキングプレート材料として堆積され、用いられる材料としては、Ａｌ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｗ、及びこれらの合金、並びにステンレス鋼などの鋼鉄が挙げられる。Ｃ若しくは炭素繊維、ＳｉＣ、ホウ化物（Ｂベースの材料）、又は酸化物（Ｏベースの材料）などのさらなる材料が、例えば強化材料として用いられるか、又は用いられる金属及び合金に組み込まれてもよい。ある実施形態では、コンポジット材料が、ＡＭによって形成されてもよく、この場合、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、炭素繊維、ホウ化物、又は酸化物（すなわち、Ａｌ２Ｏ３）が、ベース金属及び合金のための強化材として用いられてもよい。
【００６３】
図１２は、第一の層１６２及び第二の層１６４を有するバッキングプレート１６０の例示的な実施形態を含む。図１２に示されるように、バッキングプレート１６０の第一の層１６２は、図１０Ａ、１０Ｂ、１１Ａ、又は１１Ｂを参照して記載したバッキングプレートに類似し得る。第一の層１６２は、バッキング層１７２、フローバリア１７６、フローチャネル１７４、及び冷却層１７８を有し得る。バッキング層１７２、フローバリア１７６、フローチャネル１７４、及び冷却層１７８は、図１０Ａ、１０Ｂ、１１Ａ、又は１１Ｂを参照して記載したものに類似し得る。バッキング層１７２は、ターゲットに接合されるように構成され得るものであり、フローチャネル１７４は、水などの冷却液を第一の層１６２を通るように誘導し、バッキングプレート１６０を冷却するように構成され得る。図１２に示されるように、バッキングプレート１６０は、所望に応じて、冷却層１７８に接合された第二の層１６４を含んでよい。第二の層は、冷却層１７８に付加されたさらなるフローバリア１８２を含み得る。さらなるフローバリア１８２は、さらなるフローチャネル１８０を定める。さらなるフローチャネル１８０は、水などの冷却液を流すために用いられ得る。さらなるフローチャネル１８０は、フローチャネル１７４の冷却液の流れの方向に対して並流又は向流の方向に冷却液を流し得る。第二の層１６４は、第一の層１６２に対するさらなる冷却を提供して、第二の層１６４を有しないバッキングプレートよりも高い冷却効果を、全体としてバッキングプレート１６０に提供し得る。ある実施形態では、第二の層１６４は、第一の層１６２を形成するための図１０Ａ、１０Ｂ、１１Ａ、又は１１Ｂに示した方法に類似の方法を用いて形成され得る。ある実施形態では、付加製造を用いて、層ごとの方法で第二の層１６４のさらなるフローバリア１８２が構築され、さらなるフローチャネル１８０が形成され得る。
【００６４】
ある実施形態に従う、ＡＭを用いてバッキングプレートアセンブリ２４を構築する方法５００のフローチャートを図１３に示す。この方法は、ＡＭのみを用いて構築されるバッキングプレートアセンブリ２４を想定している。第一の側部は、溶融又は結合工程５０８を用いて構築材料を接合することによって作製される。金属が用いられる場合、粉末化金属がＡＭ装置によって溶融され、固化されて、プレート又は面として中実層が形成され得る。面厚さは、続いて、前の層全体の上に続いての層を溶融及び固化することによって増加され得る。適切な厚さに到達すると、ＡＭで構築された面は、バッキング側部又は冷却側部のいずれかに相当する。次に、工程５１０では、構築材料が、表面全体ではなく、ある特定の位置に積み上げられ得る。ある実施形態では、構築材料は、フローバリアに相当する領域に付加される。
【００６５】
後から全体構造上に平坦面を構築する際に補助とするためのさらなる構造が、フローバリアに加えて構築されてもよい。一般的に、前の層が結合されていない領域上に広い面を構築することを含むＡＭ法では、支持構造が構築されるべきである。例えば、前に層が堆積されていない部分の上に構造を構築するための支持を提供するために、冷却チャネルに支持構造又はバリアが組み込まれ得る。これは、特に、チャネルが互いに近接していない場合に有用である。これはまた、より大きいスパッタリングターゲットバッキングプレートを作製する場合に、続いての層に対する支持を付加するための選択肢でもある。
【００６６】
フローバリアが、冷却チャネル高さに相当する適切な高さまで構築された後、工程５１２において、第二の側部がフローバリアの上に構築される。この工程５１２では、構築材料は、構築材料の前の層が存在しない一部の領域上に付加される必要がある。粉末床溶融結合、又は指向性エネルギー堆積及び結合剤噴射と組み合わされた粉末床溶融結合などの粉末床が用いられるＡＭ技術では、冷却チャネル間のキャビティは、構築プロセスの過程で第二の側部を構築するための支持を提供するルース粉末（loose powders）でキャビティを充填することによって作製され得る。ルース粉末を一時的な支持として用いることの１つの利点は、それによって、予め作製された支持構造を用いる必要性が除去され得ることである。一時的な支持構造として用いられるルース粉末は、既に述べたように、キャビティに砥粒液を流すことによって、後から除去され得る。シート積層を用いる例では、構築材料としてより厚いシート又はホイルが用いられる場合、別個に支持構造を構築する必要はない。予め作製された支持構造が必要とされる場合は、用いられる最良の設計は、多くの場合、薄い壁を有するＴ字型構造である。
【００６７】
工程５１２において第二の側部を構築した後、バッキングプレート装置全体が、一体ユニットとして形成される。工程５１０において支持バリアが形成された場合は、支持バリアは、工程５１４で除去されて、冷却チャンバー内にフローチャネルが完全に開通され得る。工程５１６では、バッキングプレートアセンブリは、さらなる工程を受けて、ここまでのＡＭ工程によって構築された材料が硬化され得る。例えば、金属材料が構築された場合、工程５１６は、バッキングプレートを高い温度に掛けて金属を再結晶させることによる硬化を含み得る。工程５１４及び５１６は、用いられる特定の材料に対していずれがより適しているかに応じて、いずれの順序で実施されてもよい。
【００６８】
そして、工程５１８では、バッキングプレートが構築されると、バッキングプレートの表面が、所望に応じて洗浄される。洗浄は、パーツ及び構築プラットフォームから金属粉末を除去するために必要とされる。すべての過剰な材料が除去されるべきである。ＡＭ材料は、再利用可能であることから、できる限り多くの材料を再使用することは、コスト競争力を有する。加えて、ＡＭで形成されたパーツは、後熱処理を受けてもよく、ここでは、除去されていないいずれのルース材料も、パーツ内部に取り込まれることになる。冷却チャンバー又は冷却チャネルの内部キャビティは、砥粒流動加工（ＡＦＭ）によって効果的に洗浄され得る。この手法は、流路に砥粒媒体を送りものであり、砥粒が内壁と接触する際に流路又はキャビティが平滑化される。
【００６９】
加えて、バッキングプレートの外側表面が、サンディング若しくは研磨、又は他のいずれかの洗浄工程によって洗浄されてもよい。場合によっては、いずれの外部金属支持構造も、研削又は研磨などの従来の機械加工技術によって除去されてよい。別の選択肢として、又は加えて、バッキングプレート全体が、例えば、洗浄液中にそれを浸漬させることによって、又は化学エッチングによって洗浄されてもよい。この過剰な材料は、作動中に冷却チャンバー内部の冷却液の流れを妨げる可能性があることから、除去されるべきである。
【００７０】
図１４に示される別の例示的な方法６００では、プレートの形態である場合が多いブランクが用いられる。ブランクは、工程６０８において、鋳造、鍛造、圧延、又はＥＣＡＥなどの従来の加工熱処理及び取り扱い技術によって処理されて、出発材料が形成される。ブランクには、フローバリア又は冷却チャネルのための出発構造を定めるために、ブランクの表面となるべきある機械加工されたフィーチャが既に付加されていてもよい。ブランクは、ＡＭ機の内部に置かれ、材料の層が、ブランクに対して一体的に形成され、ブランクの上部に連続的に構築される。この選択肢の１つの利点は、出発プレート又はブランクが、製造されるべき完全なＡＭパーツに対する支持を提供することである。第二の利点は、出発プレートが、最終製品の一体的部分となり、必要に応じて、より大きい密度及びより高い強度を提供し得ることである。
【００７１】
工程６１０では、ブランクは、所望に応じて、ブランンクの表面全体にＡＭ材料のさらなる層を付加させることにより、さらに厚くされる。別の選択肢として、ブランクは、第一の側部全体、及び工程６１２でブランクに直接付加されるフローチャネルを備えるように用いられてもよい。方法６００の続いての工程は、方法５００の工程に類似している。工程６１２では、構築材料が、表面全体の代わりに、ある特定の位置に積み上げられる。ある実施形態では、構築材料は、フローバリアに相当する領域に付加される。後から全体構造上に平坦面を構築する際に補助とするためのさらなる構造が、フローバリアに加えて構築されてもよい。
【００７２】
フローバリアが、冷却チャネル高さに相当する適切な高さまで構築された後、工程６１４において、第二の側部がフローバリアの上に構築される。この工程６１４では、構築材料は、構築材料の前の層が存在しない一部の領域上に付加される必要がある。粉末床溶融結合、又は指向性エネルギー堆積及び結合剤噴射と組み合わされた粉末床溶融結合などの粉末床が用いられるＡＭ技術では、冷却チャネル間のキャビティは、第二の側部を構築するための支持を提供するルース粉末でキャビティを充填することによって作製され得る。ルース粉末を一時的な支持として用いることの１つの利点は、それによって、予め作製された支持構造を用いる必要性が除去され得ることである。一時的な支持構造として用いられるルース粉末は、既に述べたように、キャビティに砥粒液を流すことによって、後から除去され得る。シート積層を用いる例では、構築材料としてより厚いシート又はホイルが用いられる場合、別個に支持構造を構築する必要はない。
【００７３】
工程６１４において第二の側部を構築した後、バッキングプレート装置全体が、一体ユニットとして形成される。工程６１２において支持バリアが形成された場合は、支持バリアは、工程６１６で除去されて、冷却チャンバー内にフローチャネルが完全に開通され得る。工程６１８では、バッキングプレートアセンブリは、さらなる工程を受けて、ここまでのＡＭ工程によって構築された材料が硬化され得る。例えば、金属材料が構築された場合、工程６１８は、バッキングプレートを高い温度に掛けて金属を再結晶させることによる硬化を含み得る。工程６１６及び６１８は、用いられる特定の材料に対していずれがより適しているかに応じて、いずれの順序で実施されてもよい。
【００７４】
そして、工程６２０では、バッキングプレートが構築されると、バッキングプレートの表面が、所望に応じて洗浄される。洗浄は、パーツ及び構築プラットフォームから金属粉末を除去するために必要とされる。すべての過剰な材料が除去されるべきである。加えて、ＡＭで形成されたパーツは、後熱処理を受けてもよく、ここでは、除去されていないいずれのルース材料も、パーツ内部に取り込まれることになる。冷却チャンバー又は冷却チャネルの内部キャビティは、砥粒流動加工（「ＡＦＭ」）によって効果的に洗浄され得る。
【００７５】
加えて、バッキングプレートの外側表面が、サンディング若しくは研磨、又は他のいずれかの洗浄工程によって洗浄されてもよい。場合によっては、いずれの外部金属支持構造も、研削又は研磨などの従来の機械加工技術によって除去されてよい。別の選択肢として、又は加えて、バッキングプレート全体が、例えば、洗浄液中にそれを浸漬させることによって、又は化学エッチングによって洗浄されてもよい。この過剰な材料は、作動中にキャビティ内部の冷却液の流れを妨げる可能性があることから、除去されるべきである。
【００７６】
ＡＭで作製したパーツの応力を開放し、より良好な機械特性を付与するために、さらなるＡＭ後熱処理が工程５１６及び６１８で行われてもよい。例えば、熱処理としては、再結晶又はヒップ処理が挙げられ得る。多工程処理は、様々な熱処理法を含み得る。応力開放が、まず、所定の材料の静的再結晶よりも充分に低い低温で行われてよい。熱間等方加圧（ＨＩＰ）又はヒップ処理も、所望に応じて、いずれの微細孔をも、又は微小クラックなどの他のいずれの微小欠陥をも除去するために行われてよい。さらなる処理として、ＡＭで作製したパーツは、溶体化処理されてよい。ＡＭで作製したパーツはさらに、材料を硬化し、均質性を向上させるために、析出硬化されてもよい。これらの工程は、微細構造に影響を与え、変化させるために、単独で、又は組み合わせて用いられてよい。１つの選択肢は、同時にターゲットアセンブリを一緒にボンディングし、ＡＭで構築したパーツを熱処理する目的で、ターゲット材料と内部キャビティを有するＡＭで加工したバッキングプレートとを、熱ボンディングを用い、ヒップ処理によって接合することである。
【００７７】
したがって、付加製造により、製造業者は、スパッタリングターゲットバッキングプレートを、連続材料の単一ピースとして、単一の製造工程で作製することが可能となり得る。連続材料のバッキングプレートを作製することは、使用中の塑性変形の低減に繋がる。このことは、３００ｍｍ又は４５０ｍｍウェハ上への薄膜蒸着用の従来の高出力／高スループットスパッタリングターゲットが、使用時にそりを起こすことが観察されていることから、特に有用である。これらのターゲットは、典型的には、アルミニウム又は銅合金のバッキングプレート材料と共に製造され、作動中は、バッキングプレートの裏側が水冷によって冷却される。より大口径のウェハのスパッタリングを容易とするためにターゲットの直径が増加するに従って、ターゲットアセンブリの機械的一体性への要求、及び熱放散の必要性は高まっている。したがって、コンポジット、積層構造、及び特殊材料などのより高強度で高剛性であるバッキングプレート材料が求められている。加えて、新規なターゲットアセンブリは、多くの場合、熱の伝導性及び放散を高めるための内部冷却チャネルから恩恵を受けている。コンポジット及び積層構造を作製するための従来の方法は、多くの場合、非常に高コストである。内部冷却チャネルを作製する従来の方法では、複数ピースのろう付け、半田付け、又は拡散ボンディングが必要である。これらの方法はまた、高価でもあり、複数工程を含み、各インターフェイスにおいて、ターゲットアセンブリ全体に欠陥をもたらす機会が発生する。
【００７８】
高温での塑性変形は、バッキングプレート、特に、高強度であるが延性が低い材料から作られたバッキングプレートにとって有害であり得る。本明細書で述べる方法から作製されたバッキングプレートは、１つの利点として、塑性変形に対する高められた耐性を有する。塑性変形に対する高められた耐性は、それによってバッキングプレートが、スパッタリング作動中に受けるような高い温度に掛けられた場合であっても、その元の形状を維持することが可能となることから、望ましい。
【００７９】
高い温度に掛けられた場合であっても曲がり又は屈曲を起こさないモノリシック構造を有することにより、バッキングプレートは、スパッタリングターゲットの寿命全体にわたって、ターゲットとバッキングプレートとの間の界面全体においてスパッタリングターゲットと接触した状態を維持することができる。材料の単一の連続ピースとして作製されるバッキングプレートはまた、２つ以上の材料のピースが互いに溶融結合された界面のボンディングラインが存在しないことから、より高い構造一体性も有する。これにより、スパッタリングターゲットのより長く効率的な使用が可能となり、スパッタリングプロセスの中断が低減される。
【００８０】
本発明の範囲から逸脱することなく、考察した例示的な実施形態に対して様々な改変及び追加が行われてもよい。例えば、上記で述べた実施形態は、特定の特徴に関するものであるが、本開示の範囲は、特徴の異なる組み合わせを有する実施形態、及び上記で述べた特徴のすべてを含むわけではない実施形態も含む。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年7月13日(2018.7.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スパッタリングターゲットと共に用いるためのモノリシックバッキングプレートの形成方法であって、
付加製造を用いて、
第一の面内に、実質的に平面であり、第一の表面、及び第二の表面、及び前記第一の表面と第二の表面との間の、前記第一の面に対して垂直である方向の厚さを有する第一の側部を形成すること、
前記第一の面に対して平行である方向に伸び、前記第一の面に対して垂直である方向の厚さを有する、前記第一の側部の前記第二の表面に接合された複数のフローバリアを形成すること、
前記複数のフローバリア間に定められる複数のフローチャネルであって、前記複数のフローチャネルと流体連結している少なくとも１つの液投入部及び少なくとも１つの液排出部を含む前記複数のフローチャネルを形成すること、及び
前記第一の面内に、実質的に平面であり、前記複数のフローバリアに接合された第一の表面、及び第二の表面、及び前記第一の表面と第二の表面との間の、前記第一の面に対して垂直である方向の厚さを有する第二の側部を形成すること、
を含む、連続材料の三次元構造を形成すること、
並びに、
前記第一の側部、前記複数のフローバリア、及び前記第二の側部の全体にわたって前記バッキングプレートが均一な連続材料構造を備えるように、前記材料を固化すること、
を含む、方法。
【請求項２】
前記バッキングプレートを形成することが、前記第一の側部、前記複数の支持バリア、及び前記第二の側部の間にボンディングラインが存在しない単一の単体材料を形成することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記形成工程が、単一の連続製造プロセスで行われる、請求項１に記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８０】
本発明の範囲から逸脱することなく、考察した例示的な実施形態に対して様々な改変及び追加が行われてもよい。例えば、上記で述べた実施形態は、特定の特徴に関するものであるが、本開示の範囲は、特徴の異なる組み合わせを有する実施形態、及び上記で述べた特徴のすべてを含むわけではない実施形態も含む。
［１］スパッタリングターゲットと共に用いるためのモノリシックバッキングプレートの形成方法であって、
付加製造を用いて、
第一の面内に、実質的に平面であり、第一の表面、及び第二の表面、及び前記第一の表面と第二の表面との間の、前記第一の面に対して垂直である方向の厚さを有する第一の側部を形成すること、
前記第一の面に対して平行である方向に伸び、前記第一の面に対して垂直である方向の厚さを有する、前記第一の側部の前記第二の表面に接合された複数のフローバリアを形成すること、
前記複数のフローバリア間に定められる複数のフローチャネルであって、前記複数のフローチャネルと流体連結している少なくとも１つの液投入部及び少なくとも１つの液排出部を含む前記複数のフローチャネルを形成すること、及び
前記第一の面内に、実質的に平面であり、前記複数のフローバリアに接合された第一の表面、及び第二の表面、及び前記第一の表面と第二の表面との間の、前記第一の面に対して垂直である方向の厚さを有する第二の側部を形成すること、
を含む、連続材料の三次元構造を形成すること、
並びに、
前記第一の側部、前記複数のフローバリア、及び前記第二の側部の全体にわたって前記バッキングプレートが均一な連続材料構造を備えるように、前記材料を固化すること、
を含む、方法。
［２］前記バッキングプレートを形成することが、前記第一の側部、前記複数の支持バリア、及び前記第二の側部の間にボンディングラインが存在しない単一の単体材料を形成することを含む、［１］に記載の方法。
［３］前記バッキングプレート材料が、前記第一の側部、前記フローバリア、及び前記第二の側部の前記材料全体にわたって一体的に形成される、［１］又は［２］に記載の方法。
［４］前記モノリシックバッキングの前記材料が、均一に堆積され、固化されて、単一の一貫した材料が形成される、［１］〜［３］のいずれか一つに記載の方法。
［５］前記形成工程が、単一の連続製造プロセスで行われる、［１］〜［４］のいずれか一つに記載の方法。
［６］Ａｌ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｗ、及びこれらの合金、Ｃ、ＳｉＣ、ホウ化物、酸化物、並びに鋼鉄を含む材料から前記モノリシックバッキングプレートを形成することをさらに含む、［１］〜［５］のいずれか一つに記載の方法。
［７］前記第二の側部の前記第二の表面に、前記第二の側部を横切って冷却液が流れるように成形された第二の複数のフローチャネルを定める第二の複数のフローバリアを形成することをさらに含む、［１］〜［６］のいずれか一つに記載の方法。
［８］第一の面内に実質的に平面である連続材料から形成された単体構造を有し、第一の表面、及び第二の表面、及び前記第一の表面と第二の表面との間の、前記第一の面に対して垂直である方向の厚さを有する第一の側部、
前記第一の面内に実質的に平面である連続材料から形成された単体構造を有し、第一の表面、及び第二の表面、及び前記第一の表面と第二の表面との間の、前記第一の面に対して垂直である方向の厚さを有する第二の側部、
前記第一の側部の前記第二の表面及び前記第二の側部の前記第一の表面に接合された複数の支持バリアであって、前記複数の支持バリアは、前記第一の面に対して垂直である方向の厚さを有し、前記複数の支持バリアの各々が前記第一の面に対して平行である方向に幅よりも長い長さを有するように、前記第一の面に対して平行である方向に伸びている、複数の支持バリア、
前記第一の側部、前記第二の側部、及び前記複数の支持バリアによって定められ、液入口部及び液出口部を含み、それによって、液体が前記液入口部から入り、前記第一の側部と第二の側部との間を前記第一の面に対して平行に流れ、前記液出口部から出ることができる、複数のフローチャネル、
を備え、
前記第一の側部から、前記複数の支持バリア、及び前記第二の側部まで、連続的に形成された材料を含む、
スパッタリングターゲットバッキングプレート。
［９］前記バッキングプレートが、前記第一の側部、前記複数の支持バリア、及び前記第二の側部の間にボンディングラインが存在しない単一の単体材料を含む、［８］に記載のバッキングプレート。
［１０］前記バッキングプレートが、Ａｌ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｗ、及びこれらの合金、Ｃ、ＳｉＣ、ホウ化物、酸化物、並びに鋼鉄を含む材料から形成される、［８］又は［９］に記載のバッキングプレート。
【国際調査報告】
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